(57)【要約】      （修正有）【課題】車両のための改良されたバッテリー充電システムの提供。【解決手段】１次コイルと２次コイルは、例えば、車両が駐車スペースに入ることによって１次コイルから電力を受信できる場所で位置決定される。駐車スペースは地中に埋め込まれたコイルを有することが出来る、或いは、地中に埋め込まれた複数のコイルの配列を有することが出来る。案内システムが開示される。微細位置調整も又開示される。又、車両中の２次コイルは結合を改良するために昇降されることが出来る。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力のための送信機システムであって、
第１の周波数で集合的に磁気的に共振する誘導素子とキャパシタから構成される１次アンテナを具備し、前記１次アンテナは地中に埋め込まれ、そして、２次アンテナへの前記磁気共振の結合を検出しかつ前記結合を改良するために前記１次アンテナのアライメントを自動的に調整する位置調整制御器を含む、
送信機システム。
【請求項２】
前記第１の周波数は１３５ｋＨｚである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記１次アンテナはその軸方向幅より大きな径方向幅を有するコイルである請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記１次アンテナは、互いに密に詰められそして所期の駐車スペースの特定の領域に拡がるアンテナの配列を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
充電制御システムを更に具備し、前記充電制御システムは前記第１の周波数で磁気的に共振する信号であって前記１次アンテナに出力されるとき遠隔の２次アンテナに電力を伝送するタイプの信号を生成する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記充電制御システムは前記配列の前記複数のコイルの内の１つを選択する、請求項５のシステム。
【請求項７】
スイッチング装置を更に具備し、前記スイッチング装置は前記信号を前記選択されたコイルにのみ送り、他のコイルには何らの信号も送らない、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
充電制御システムを更に具備し、前記充電制御システムは前記第１の周波数で磁気的に共振する信号であって前記１次アンテナに出力されるとき遠隔の２次アンテナに電力を伝送するタイプの信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記位置調整制御はｘおよびｙ位置を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
無線電力のための送信機システムであって、
配列を構成して互いに密に詰められた複数の１次コイルを具備し、前記１次コイルのそれぞれは前記１次コイルを第１周波数で実質的な磁気的共振に至らしめるキャパシタを含み、１次コイルの前記配列は地中領域に埋め込まれる、
送信機システム。
【請求項１１】
充電制御システムを更に具備し、前記システムは前記第１の周波数で磁気的に共振する信号であって前記複数のコイルの内の１つに出力されるとき遠隔の２次コイルに電力を伝送するタイプの信号を生成する、請求項１０に記載の送信機システム。
【請求項１２】
前記第１の周波数は１３５ｋＨｚである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
スイッチング構成を更に具備し、前記スイッチング構成は前記出力信号を前記配列内の前記複数のコイルの内の任意のコイルに切り替える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
検出システムを更に具備し、前記検出システムは前記複数のコイルの内の何れが最良の結合を有するかを検出して、前記検出を前記スイッチング構成を制御するために使用する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
無線電力のための受信機システムであって、
第１周波数で集合的に磁気的に共振するコイルとキャパシタから構成される受信アンテナ、及び
結合された磁気共振の検出に基づいて、前記受信アンテナを昇降させる前記受信アンテナのための昇降装置
を具備する、受信機システム。
【請求項１６】
ｘ−ｙアライメント制御器を更に具備し、前記アライメント制御器は１次アンテナとより良好にアラインさせるために前記受信アンテナをｘ方向とｙ方向に動かすことによって前記受信アンテナを自動的にアライメント調整する、請求項１５に記載の受信機。
【請求項１７】
案内制御器を更に具備し、前記案内制御器は、前記受信アンテナが送信１次アンテナとより良好にアラインされる位置に車両を案内するための案内情報を自動的に提供する、請求項１５に記載の受信機。
【請求項１８】
磁気的に誘起された信号を前記受信アンテナから受信かつ前記信号から電力を生成する回路構成を更に具備する、請求項１５に記載の受信機システム。
【請求項１９】
前記回路構成は１３５ｋＨｚで共振する、請求項１８に記載の受信機システム。
【請求項２０】
前記受信アンテナと前記昇降装置はバッテリーで作動される車両の一部である、請求項１５に記載の受信機システム。
【請求項２１】
無線電力のための受信機システムであって、
電力に基づいて動作する車両、
前記車両内で構成され、第１周波数で集合的に磁気的に共振し、そして前記車両を駆動する出力を生成するために接続されるコイルとキャパシタから構成される受信コイル、及び
前記１次コイルとの結合を改良するために前記受信コイルを動かすように自動的に調整される前記受信コイルのアライメント制御器
を具備する、受信機システム。
【請求項２２】
前記受信コイルのための昇降装置を更に具備し、前記昇降装置は、１次コイルからの磁気的結合の検出に自動的に基づいて、前記受信コイルを昇降させる、請求項２１に記載の受信機。
【請求項２３】
案内制御器を更に具備し、前記案内制御器は、前記受信コイルが前記１次コイルと粗くアラインされる粗位置に前記車両を案内するための案内情報を自動的に提供する、請求項２１に記載の受信機。
【請求項２４】
磁気的に誘起された信号を前記受信コイルから受信して前記信号から電力を生成し、そして前記車両を動かすために前記電力を使用する回路構成を更に具備する、請求項２１に記載の受信機。
【請求項２５】
前記回路構成は１３５ｋＨｚで共振する、請求項１８に記載の受信機。
【請求項２６】
前記アライメント制御はｘ−ｙアライメントである、請求項２１に記載の受信機。
【請求項２７】
バッテリー式車両において電力を磁気的に受信すること、及び
磁気的結合を検出することに応答して、車両システムへの電力の結合を改良するために前記車両において動作を行なうこと
を具備する方法。
【請求項２８】
前記動作を行うことは、前記車両中の受信アンテナを微細に位置調整することを具備する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記動作を行うことは、粗位置調整を実行するために前記車両中の案内システムを利用することを具備する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記動作を行うことは、前記受信アンテナを１次アンテナに接近させるために前記受信アンテナを下降させることを具備する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
バッテリー式車両において電力を磁気的に受信すること、及び
磁気的結合を検出することに応答して、磁気的結合を改良するために前記車両を移動させる無線位置調整原理に依拠する案内システムを利用すること
を具備する方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づく優先権の主張］
本特許出願は、２００８年７月８日に提出され、本出願の譲受人に譲渡され、そして、本出願における参照としてここに明確に組み込まれた、“ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＨＩＧＨ  ＰＯＷＥＲ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ  ＵＮＤＥＲ  ＲＥＧＵＬＡＴＯＲＹ  ＣＯＮＳＴＲＡＩＮＴＳ”と題する米国特許仮出願番号第６１／０７８，８１２号に優先権を主張する。
【０００２】
我々の先行出願はアンテナ間における電力の磁気的共振伝送について記述している。該アンテナは容量性負荷を与えられたワイヤ・ループで良く又は多重巻コイルでも良い。これ等は磁界を介して１次構造（送信機）から遠方に位置する２次構造（受信機）へエネルギーを効率的に結合する共振アンテナを形成する。１次側２次側共に共通の共振周波数に同調される。
【０００３】
我々の先行出願は無線電力の大きな課題が人体安全に対する電磁干渉と電磁波被曝であるとして記述している。磁場結合を介するエネルギー伝送は特定された諸Ｈ場限界によって主に制約されることがある。これ等の諸限界に関するコンプライアンスは放射構造からの所定の距離、例えば１０ｍ、においてテストされうる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】図１は無線電力伝送システムの単純化されたブロック図を示す。
【図２】図２は無線電力伝送システムのより詳細なブロック図を示す。
【図３】図３は本発明の例示的実施形態での使用のためのループ・アンテナの概略図を示す。
【図４】図４は１次側および２次側に対して使用される同様な寸法の２つの円板型コイルを示す。
【図５】図５は近接結合を達成するために２次側が如何に位置を下げられるかを示す。
【図６】図６は、両コイルが共軸のとき、車両が如何に充電されるかを示す。
【図７】図７は案内システムによって制御される車両を例示する。
【図８】図８は２次側のｘ−ｙオフセット制御による微細アライメント調整を示す。
【図９】図９は１次側のｘ−ｙオフセット制御による微細アライメント調整を示す。
【図１０】図１０は１次側コイルの配列の上方における２次側のｘ−ｙオフセット制御による微細アライメント調整を示す。
【詳細な説明】
【０００５】
用語“例示的な（exemplary）”は、ここにおいては“例、事例、または実例としての役割を果たす”ことを意味するように使用される。ここにおいて“例示的な”と記載される何れの実施形態も、他の実施形態に対して、好適あるいは有利であるとは必ずしも解釈されるものではない。
【０００６】
添付図面に関連して下記で記述される詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の説明として意図され、本発明が実行されることが出来る唯１つの実施形態を表すことを目的としていない。詳細な説明は、本発明の例示的実施形態の完全な理解を提供するための具体的な詳細を含む。本発明の例示的実施形態がこれらの具体的な詳細がなくても実行されることが出来ることは当業者等には明らかであろう。ある複数の事例では、本明細書で提示される例示的実施形態の新規性を曖昧にすることを回避するために、周知の構造および装置がブロック図の形式で図示される。
【０００７】
用語“無線電力（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ）”は、ここにおいては、電場、磁場、電磁場、或いは物理的な電磁導体の使用を行わずに送信機から受信機へ伝達されるその他の場、に関連付けられる任意の形態のエネルギーを意味するために使用される。
【０００８】
図１は、本発明の種々の例示的実施形態による無線伝送または充電システム１００を例示する。入力電力１０２は、エネルギー伝送を提供するために、放射場１０６を生成するための送信機１０４に供給される。受信機１０８は該放射場１０６に結合され、そして、出力電力１１０に結合される装置（図示されない）による蓄電または消費のために出力電力１１０を生成する。送信機１０４と受信機１０８の両者は距離１１２だけ隔てられている。１つの例示的実施形態では、送信機１０４と受信機１０８は相互共振関係に従って構成される。受信機１０８の共振周波数と送信機１０４の共振周波数が同一の場合、送信機１０４と受信機１０８間の伝送損失は、受信機１０８が放射場１０６の“近接場（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ）”に位置するとき、最小になる。
【０００９】
送信機１０４はエネルギー伝送のための手段を提供するための送信アンテナ１１４を更に含み、そして、受信機１０８はエネルギー受信のための手段を提供するための受信アンテナ１１８を更に含む。送信アンテナと受信アンテナはそれ等に関連付けられるべき用途と装置に従う大きさに作られる。先述のように、効率的エネルギー伝送は、大部分のエネルギーを電磁波で遠方場に伝播することではなく、送信アンテナの近接場のエネルギーの大きな部分を受信アンテナに結合することによって行われる。結合モードは、この近接場にある場合に、送信アンテナ１１４と受信アンテナ１１８間に発現され得る。この近接場結合が生じることが出来るアンテナ１１４と１１８周辺の領域は、ここでは結合モード領域と呼ばれる。
【００１０】
図２は無線電力伝送システムの単純化された略図を示す。送信機１０４は、発振器１２２、電力増幅器１２４、フィルタ及び整合回路１２６を含む。発振器１２２は、１３．５ＭＨｚのような所望の周波数を生成するように構成され、該周波数は調整信号１２３に応答して調整されることが出来る。代替案では、ＬＦ周波数、例えば、１３５Ｋｈｚを使用する。発振器の信号は、制御信号１２５に応じた増幅量に従って、電力増幅器１２４によって増幅されることが出来る。フィルタ及び整合回路１２６は、高調波またはその他無用の周波数をフィルタで除去して送信機１０４のインピーダンスを送信アンテナ１１４に整合させるために、含まれることが出来る。
【００１１】
受信機１０８は、整合回路１３２と整流器およびスイッチング回路１３４を含むことが出来て、図２に示されるようにバッテリー１３６を充電するために直流電力出力を生成する、或いは、該受信機に結合された装置（図示されてない）に電力を供給する。整合回路１３２は受信機１０８のインピーダンスを受信アンテナ１１８に整合させるために含まれることが出来る。
【００１２】
図３に例示されるように、例示的実施形態で使用されるアンテナは“ループ（ｌｏｏｐ）”アンテナ１５０として構成されることが出来て、該アンテナ１５０は、ここでは“磁気的（ｍａｇｎｅｔｉｃ）”アンテナと呼ばれることもある。ループアンテナは、空心またはフェライト・コアのような物理的コアを含むように構成されることが出来る。フェライト・コアを用いることは無関係な外部物体の影響を減少させることが出来る。しかしながら、フェライト・コアは有効にするにはある一定の長さを必要とすることがあり、このことは車両で使用される場合困難であり得る。中空円板コイルは車への集積にとって、及び、地中への埋め込みにとって、より適切であると考えられる。ＬＦフェライトはアンテナ周辺の金属部品に渦電流を発生させる場を防止するための磁気シールドとして使用されることが出来る。
【００１３】
効率は他の装置をコア領域の外部に置くことによって改良されることが出来る。
【００１４】
空心ループ・アンテナはコアの近傍に置かれる無関係な外部の物理装置に対しより寛容であると言える。その上、空心ループ・アンテナは該コア域内への他のコンポーネントの設置を許容する。更に、空心ループ・アンテナは受信アンテナ１１８（図２）の、送信アンテナ１１４（図２）の結合モード領域がより強力であり得る送信アンテナ１１４（図２）の面内への、配置をより容易に可能にすることが出来る。
【００１５】
先述のように、送信機１０４と受信機１０８との間のエネルギーの効率的伝送は、送信機１０４と受信機１０８との間の整合された又はほぼ整合された共振の期間に行われる。しかしながら、例え送信機１０４と受信機１０８との間の共振が整合されていなくても、エネルギーはより低い効率で伝送されることが出来る。エネルギーの伝送は、該エネルギーを送信アンテナから自由空間へと伝播させるのではなく、送信アンテナの近接場から、この近接場が確立している該近傍領域に存在する、受信アンテナへエネルギーを結合することによって行われる。
【００１６】
ループ或いは磁気的アンテナの共振周波数は、インダクタンスとキャパシタンスに基づく。ループ・アンテナにおけるインダクタンスは一般に単に該ループによって生成されるインダクタンスであり、他方、キャパシタンスは一般に、所望の共振周波数における共振構造を形成するために、該ループ・アンテナのインダクタンスに付加される。非限定的な例として、キャパシタ１５２とキャパシタ１５４が、共振信号１５６を生成する共振回路を形成するために、該アンテナに付加されることが出来る。従って、より大きな直径のループ・アンテナに対しては、共振を誘起するために必要とされるキャパシタンスの大きさは該ループの直径またはインダクタンスが増大するに従って減少する。その上、ループ或いは磁気的アンテナの直径が増大するに従って、該近接場の有効エネルギー伝送域が増大する。無論、他の共振回路が可能である。別の非限定的例として、ループ・アンテナの２つの端末の間にキャパシタが並列に配置されることが出来る。更に、送信アンテナでは、共振信号１５６がループ・アンテナ１５０への入力であってもよいことを当業者は認識するであろう。
【００１７】
本発明の例示的実施形態は、互いの近接場中にある２つのアンテナ間で電力を結合すること含む。先述のように、近接場は、そこに電磁場は存在するがアンテナから外へ伝播あるいは放射するとは言えないアンテナ周辺の領域である。該電磁場は一般的には該アンテナの物理的体積と同程度である体積に限定される。本発明の例示的実施形態では、単巻あるいは多重巻ループ・アンテナのような磁界型アンテナが送信（Ｔｘ）アンテナ・システム及び受信（Ｒｘ）アンテナ・システム双方に対して使用されるが、その理由は、磁界型アンテナに対する磁界近接場は、電界型アンテナ（例えば、小さな双極アンテナ）の電界近接場と比較して、より高くなる傾向があるからである。このことは送受信ペアの間の潜在的により高い結合を可能にする。その上、“電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ）”アンテナ（例えば、双極および単極）或いは磁界アンテナと電界アンテナの組合せも又考えられる。
【００１８】
Ｔｘアンテナは、前述の遠方場と誘導的手法によって許容されるよりもかなり大きな距離にある小さなＲｘアンテナへの良好な結合（例えば、＞−４ｄＢ）を達成するために十分低い周波数で、及び該良好な結合を達成するために十分大きなアンテナの大きさで、動作されることが出来る。もしＴｘアンテナが正しい大きさにされるならば、駆動されるＴｘループ・アンテナの結合モード領域内に（即ち、近接場に）主装置上のＲｘアンテナが配置される場合、高い結合レベル（例えば、−２〜−４ｄＢ）が達成されることが出来る。
【００１９】
前述の手法は、ＣＤＭＡ、ＷＣＤＭＡ（登録商標）、ＯＦＤＭ等々のような種々の通信規格に適用可能であることが注意されるべきである。当業者等は情報と信号は任意の種々の異なる基本技術と応用技術を使用して表されることが出来ることを理解する。例えば、上述の説明全体に亘って参照されることが出来る、データ、指示、命令、情報、信号、ビット、シンボル、及び、チップは、電圧、電流、電磁波、磁場又は磁性粒子、光学的場又は光学粒子，或はこれ等の任意の組合せ、により表されることが可能である。
【００２０】
本発明の例示的実施形態は下記を対象とする（即ち、含む）。
【００２１】
共振充電は、同一寸法のコイルに対してより少ない発熱とより良い効率があるから、最良の充電法であると本発明者等は考えている。従って、本例示的実施形態では、磁気的に結合されたシステムについて記述する。
【００２２】
１つの例示的実施形態では、最大伝送可能電力は、放射構造の寸法（コイルの直径）と、１次側と２次側との間の結合率と、１次側および２次側のＱファクタ（Q-factor）とに依存するということが理論的に示されうる。
【００２３】
寸法と結合率は放射レベルに強い影響を有して、距離と最大伝送可能電力を制限する。このことは、伝送される電力が一定に保たれる場合、両コイルを囲む磁場に蓄えられる無効エネルギーの大きさは、もし２次側が１次側から除去され従って結合がより弱くなると、急増するという事実の故に、信じられる。
【００２４】
改良されたＱファクタはより高い伝送効率とより低い放射レベルをもたらし、従って、より高い伝送可能電力を可能にする。
【００２５】
結合率と最大伝送可能電力との関係を明示するために、２つの同等な円形コイルから形成される仮想的なエネルギー伝送システムが例示的実施形態のために仮定される。１次側２次側双方とも、適切なキャパシタを使用して、１３５ｋＨｚでの共振のために同調される。共振回路のコイル・パラメータとＱファクタは表１に列挙される。これは例示的実施形態で使用されることが出来るコイルの具体例と考えられることが出来る。
【表１】
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【００２６】
１３５ｋＨｚにおいて及び所与のコイル面積に対して適用可能なＨ場の強度制限は１０ｍの距離で５７ｄＢｕＡ／ｍである、欧州規格ＥＮ３００３３０（短距離装置）を参照。
【００２７】
表２は、結果として得られた１次コイルのｒ．ｍ．ｓ．電流とｒ．ｍ．ｓ．電圧を示す。表２は、１次コイル上の数千ボルトの電圧を示し、従って、両コイル内の高電圧を明示する。このことは、電力／熱放散および耐電圧に関して挑戦的であり得る。
【表２】
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【００２８】
表２は、実際にはいわゆるメディアン距離（median distance）を示し、該距離はコイルの中央から中央までの距離であり、また該距離は例示的実施形態の１ｃｍ厚のコイルに対する距離である。従って、該コイルの表面間の実際の距離はｃｍで表わした表２の距離マイナス１ｃｍである。それ故、表２における距離１ｃｍは０に近い値であって、コイル間の可能な最小距離である。
【００２９】
バッテリー電気自動車（ｂａｔｔｅｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ）すなわち“ＢＥＶ”は限られたドライブ半径しかサポートしないことが知られている。例示的実施形態はＢＥＶを再充電するための無線解決策を説明する。
【００３０】
図４に例示されている一例示的実施形態は、１次側すなわち送信機４００及び２次側すなわち受信機４５０を構成する。該１次側と該２次側のそれぞれは同様な寸法の円板状コイルを使用する。１次コイル４１０は、径方向幅が軸方向幅より大きい、円板状コイルまたは‘パンケーキ（ｐａｎ  ｃａｋｅ）’コイルである。該コイルは、高電力を処理するように、そして、供給される結果として生じる高い交流電圧と電流、例えば、表２に記載された電圧電流、を支えるように、寸法を与えられる。一例示的実施形態では、受信コイル４６０は送信コイルと同じ寸法と特性を有する。コイルは絶縁されたリッツ線から構成されることも可能である。
【００３１】
放射場を最小にするために、コイル径は出来る限り小さくすべきである。しかしながら、１つの例示的実施形態では、コイルは高電力を処理するために、及び、車載用では一般的に存在するある相対的な位置決め誤差に備えるために、十分な程度の大きさであるべきである。
【００３２】
動作周波数での共振は、コイルと直列に適切な値の高Ｑキャパシタを付加することによって達成される。図４は送信コイル４１０と直列にキャパシタ４１５を示し、そして、受信コイル４６０と直列にキャパシタ４６５を示す。１つの例示的実施形態では、両キャパシタは表２に記載された高交流電圧に耐えるような寸法を与えられる。
【００３３】
１つの例示的実施形態では、車両に充電電力を搬送する１次コイル３１０は、車両上の２次コイル３６０がありそうな場所に対応する位置において、駐車場の土中に完全に埋め込まれることが出来る。１次コイルを地中に設置することによって、該コイルはより高い電圧、例えば２２０Ｖ又は４４０Ｖ、により動作させられることが出来る。該コイルは、異なる寸法と長さの諸車両が、１次側と２次側が共軸配列されるとき、適切に駐車されるように、配置される。図５と図６は、ＢＥＶ５００がコイルを昇降することを制御する昇降機構５１０を搭載されたコイル３６０を有する場合の、配置を示す。
【００３４】
動作は車両５００内のプロセッサ５２０によって制御されることが出来る。一旦両コイルが共軸配列されて１次側が検出されると、２次側４６０は、図５に示されるように、下降させられて１次側４１０への近接結合を達成する。次に、該プロセッサは１次側４１０と２次側４６０との間の電力伝送の結合と効率を検査するための諸初期試験を制御することが出来る。該諸試験はリンクを適応させるために利用されることが出来る。電力伝送はこれらの試験が首尾よく完了すると開始することが出来る。
【００３５】
別の例示的実施形態では、ｘ−ｙ微細位置調整制御に加えて、ｚ軸制御が存在し得る。
【００３６】
図６は、車両５００が任意のスペース６００、６１０、６２０に如何に駐車できるかを例示する。これ等のスペースのそれぞれは、該車両を充電するために利用されることが出来る、埋め込まれて電圧印加された１次コイルを有する。
【００３７】
図７における１つの例示的実施形態は、車両を精確に位置決めするために、運転者を支援する案内システム７００（又は、自動運転車両の場合は自動操縦装置）を使用することが出来る。該案内システムは低周波帯または高周波帯を使用する無線位置決め原理に依拠する。例えば、一例示的実施形態は１次側４１０と２次側４６０との間の結合の程度を感知することが出来る。結合の大きさは、例えば、一次側から車両が受信する電力によって検出されることが出来る。案内システムは該程度を示す出力、例えば、音またはディスプレイ、を提供することが出来る。
【００３８】
車載のサブシステムは、図８に示される別の例示的実施形態において、２次コイルのためのｘ−ｙオフセット制御８００を更に提供することが出来る。該案内システムは単に粗位置調整のみのために使用され、他方、該ｘ−ｙオフセット制御は、両コイル間のより良好な結合を可能にするために、微細なアライメント（fine alignment）を調整する。
【００３９】
その代わりに若しくは更に、図９の例示的実施形態はアライメント制御９００を一次側のサブシステムの一部として規定する。これは１次コイル４１０を動かすｘ−ｙオフセット制御を提供することが出来る。
【００４０】
図１０において示されている別の例示的実施形態では、単一のコイルの代わりに、一次コイルの配列６９９が使用される。該配列は密に詰め込まれたコイル７００、７０１、７０２、７０３、７０４を含む。この例示的実施形態は５個のこのようなコイルを示すけれども、例えば、３コイルと１５コイルの間の任意の個数が使用されることが出来る。
【００４１】
充電制御器７１０はスイッチ・ボックス（switch box）７２０によって複数コイルのそれぞれに接続される。２次側への結合を試験することによって、充電制御器７１０は２次側１６０に最も近い、配列６９９内の１次コイルを選択する。更に、該２次側は又、他の例示的実施形態におけるようにＢＥＶのｘ−ｙオフセット制御を使用して、最も近い該１次側にアライン（aligned）されうる。１つの例示的実施形態では、一旦リンクが確立されると、唯１つの１次側のみが無線充電に対してアクティブになる。他の全ての１次側は非アクティブにされる。この例示的実施形態は、２次側の位置に合わせるためにこれ等の１次側の微細移動を可能にすることによって、該１次側のｘ−ｙ制御を利用することも出来る。
【００４２】
別の例示的実施形態は、１次側を運搬する、そして車両の下を２次側の位置に向かって自動的に移動する、ロボット車両を説明する。
【００４３】
別の例示的実施形態は、人が車両に出入りするときを検出するために使用されることが出来る人体存在検出器を具備する。これは、例えば、該車両の近傍の種々の位置に配置された２１５のような赤外センサを使用する赤外検出システムを使用することが出来る。該赤外検出システムが人を表す可能性のあるタイプの熱を検出すると、該システムは人の存在を示す信号を出力する。１つの例示的実施形態では、人の検出は充電を終了させる。これは、磁気的充電が他の場合には健康に有害であるというある種の恐れを軽減する。
【００４４】
別の例示的実施形態は、場の強度、例えば、ＦＣＣ場強度を自動的に検出して該値を自動的にＦＦＣ限界以下に保持する回路を含むことが出来る。
【００４５】
当業者は、ここにおいて開示された諸実施形態と関連して説明された種々の例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズム・ステップはエレクトロニック・ハードウェア、コンピュータ・ソフトウェア、或は両者の組合せとして実装されることが可能であることをさらに認識するであろう。ハードウェアとソフトウェアのこの交換可能性を明確に説明するために、種々の例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップは上記において一般にそれ等の機能性を表す言葉で説明された。このような機能性がハードウェアとしてインプリメントされるか或はソフトウェアとしてインプリメントされるかは、システム全体に課される特別な応用上及び設計上の制約に依存する。当業者は、説明された機能性を個々の特別な応用に対して種々の方法でインプリメントすることが出来るが、そのようなインプリメンテーション上の解決は、本発明の例示的実施形態の範囲からの逸脱をもたらすとして解釈されるべきではない。
【００４６】
本明細書中で開示された諸実施形態と関連して説明された種々の例示的な論理ブロック、モジュール、及び回路は、汎用目的のプロセッサ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラム可能な論理デバイス、ディスクリート・ゲート若しくはトランジスタ論理、ディスクリート・ハードウェア・コンポーネント、又は本明細書に記載された諸機能を実行するために設計されたそれ等の任意の組合せ、を用いて実現又は実行されることが出来る。汎用目的のプロセッサはマイクロプロセッサであって良い、しかし、その代わりに、該プロセッサは任意の通常のプロセッサ、制御器、マイクロ制御器、又は状態マシンであって良い。プロセッサは又、計算する装置の組合せ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと結合された１又は複数のマイクロプロセッサ、或は任意の他のこのような構成、として実現されることも可能である。
【００４７】
ここにおいて開示された実施形態に関連して説明された方法もしくはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアにおいて、プロセッサにより遂行されるソフトウェア・モジュールにおいて、又は両者の組合せにおいて、具体化されることが可能である。ソフトウェア・モジュールは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、フラッシュ・メモリ、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的プログラム可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、レジスタ、ハード・ディスク、リムーバブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、或は当業者には公知の他の任意の形式の記憶媒体内に常駐することが出来る。ある例示的な記憶媒体はプロセッサに結合され、従って該プロセッサは、該記憶媒体から情報を読み、該記憶媒体に情報を書くことが出来る。それに代わって、記憶媒体はプロセッサと一体になることも出来る。プロセッサと記憶媒体はＡＳＩＣの中に常駐することが可能である。該ＡＳＩＣは利用者端末中に常駐することが出来る。それに代わって、プロセッサと記憶媒体は利用者端末中で個別的コンポーネントとして常駐することが可能である。
【００４８】
１つ又は複数の例示的実施形態では、説明された諸機能はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれ等の任意の組合せにおいてインプリメントされることが出来る。ソフトウェアでインプリメントされる場合には、該諸機能は、コンピュータ可読媒体上の１又は複数の命令もしくはコードとして、記憶されるか或いは伝送されることが出来る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、１つの場所から別の場所へのコンピュータ・プログラムの伝送に資する任意の媒体を含む、通信媒体の双方を含む。記憶媒体はコンピュータによってアクセスされることが出来る任意の入手可能な媒体であることが出来る。限定としてではなく実例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ若しくは他の光学ディスク・ストレージ、磁気ディスク・ストレージ若しくは他の磁気記憶装置、或いは、所望のプログラム・コードを命令もしくはデータ構造の形式で搬送もしくは記憶するために使用されることが出来る及びコンピュータによってアクセスされることが出来る、任意の他の媒体を含むことが出来る。又、任意の接続は適切にコンピュータ可読媒体と呼ばれる。例えば、もしソフトウェアがウェブサイト、サーバ、又は、他の遠隔情報源から、同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、ツイスト・ペア、デジタル加入者線（ＤＳＬ）、又は、赤外線、無線波およびマイクロ波のような無線技術を使用して、伝送されるならば、その場合、該同軸ケーブル、光ファイバ・ケーブル、ツイスト・ペア、ＤＳＬ、又は、赤外線、無線波およびマイクロ波のような無線技術は、媒体の定義中に含まれる。本明細書で使用される、ディスク（ｄｉｓｋ及びｄｉｓｃ）は、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、レーザ・ディスク、光学ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）・ディスク及びブルーレイ・ディスクを含み、ここにｄｉｓｋは通常データを磁気的に再生するが、他方、ｄｉｓｃはデータをレーザを用いて光学的に再生する。上記の組合せも又コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。
【００４９】
開示された例示的実施形態についての上記説明は、当業者の誰もが本発明を実施する又は使用することを可能にするために提供される。これ等の例示的実施形態への様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、そしてここにおいて明確にされた包括的な諸原理は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の実施形態にも適用可能である。かくして、本発明は、ここにおいて示される実施形態に限定されることを意図されるのではなく、ここにおいて開示された諸原理及び新規な特徴と整合した最も広い範囲を認容されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月21日(2013.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線電力のための受信機システムであって、
第１の周波数で集合的に磁気的に共振するコイルとキャパシタを具備する受信アンテナ、及び、
送信アンテナへの前記受信アンテナの結合を検出するように構成される位置調整制御器を具備し、前記位置調整制御器は、前記受信アンテナと前記送信アンテナとの間の前記結合を改良するために前記受信アンテナのアライメントを調整するようにさらに構成される、
受信システム。
【請求項２】
前記位置調整制御器は、前記検出された結合に基づいて前記受信アンテナをｘ方向とｙ方向に動かすことによって前記受信アンテナを前記送信アンテナとアラインするように構成されるｘ−ｙアライメント制御器を具備する、請求項１に記載の受信機システム。
【請求項３】
前記受信アンテナが送信アンテナとより良好にアラインされる位置に車両を案内するための案内情報提供するように構成される案内制御器をさらに具備する、請求項２記載の受信機システム。
【請求項４】
磁気的に誘起された信号を前記受信アンテナから受信かつ前記信号から電力を生成する回路構成を更に具備する、請求項１に記載の受信機システム。
【請求項５】
前記回路構成は、１３５ｋＨｚで共振する、請求項４に記載の受信機システム。
【請求項６】
前記受信アンテナと前記位置調整制御器は、バッテリーで作動される車両の一部である、請求項１に記載の受信機システム。
【請求項７】
無線電力のための送信機システムであって、
第１の周波数で共振する受信アンテナを含む装置を充電するための無線場を生成するための手段と、
前記第１の周波数で信号を生成するための手段と、前記信号生成手段は、前記信号を前記無線場生成手段に提供する、
前記無線場生成手段が前記受信アンテナに関連した第１のアライメント位置にある場合、前記受信アンテナとの前記無線場生成手段の結合を検出するための手段と、
前記結合を改良するために検出された結合に基づいて、前記受信アンテナに関連した前記第１のアライメント位置から第２のアライメント位置への前記無線場生成手段のｘ−ｙアライメントを調整するための手段と、
を具備する、無線電力のための送信機システム。
【請求項８】
前記無線場生成手段は、前記第１の周波数で共振されるように構成される送信アンテナを具備し、前記信号生成手段は、充電制御システムを具備し、前記結合検出手段は、アライメント制御器を具備し、前記ｘ−ｙアライメント手段は、前記アライメント制御器を具備する、請求項７に記載の送信機システム。
【請求項９】
前記第１の周波数は、１３５ｋＨｚである、請求項７に記載の送信機システム。
【請求項１０】
前記送信アンテナは、その軸方向幅より大きな径方向幅を有するコイルである、請求項８に記載の送信機システム。
【請求項１１】
前記無線場生成手段は、地中に埋め込まれている、請求項８に記載の送信機システム。
【請求項１２】
前記無線場生成手段は、駐車スペースの一部に拡がるアンテナの配列を含む、請求項８に記載の送信機システム。
【請求項１３】
前記配列の前記アンテナの内の１つを選択するための手段をさらに具備する、請求項１２に記載の送信機システム。
【請求項１４】
前記配列の前記選択されたアンテナに前記選択手段を接続するための手段をさらに具備する、請求項１３に記載の送信機システム。
【請求項１５】
前記選択手段は、前記充電制御システムを具備し、前記接続手段は、スイッチ・ボックスを具備する、請求項１３に記載の送信機システム。
【請求項１６】
前記信号は、前記無線場生成手段に出力されるとき遠隔受信アンテナに電力を伝送するタイプの信号である、請求項７に記載の送信機システム。
【請求項１７】
前記結合検出手段は、前記受信アンテナに伝送される電力量を測定するための手段を具備する、請求項７に記載の送信機システム。
【請求項１８】
前記電力測定手段は、プロセッサを具備する、請求項１７に記載の送信機システム。
【請求項１９】
無線電力ための受信機システムであって、
第１の周波数で共振する送信アンテナを有する装置からエネルギーを無線で受信するための手段と、
前記エネルギー受信手段を前記送信アンテナに関連した第１のアライメント位置に動かすための手段と、
前記エネルギー受信手段で測定される前記結合の前記検出に基づいて、前記エネルギー受信手段と前記送信アンテナの結合の程度を感知するための手段と、
前記エネルギー受信手段を前記送信アンテナにより良好にアラインするために前記エネルギー受信手段を前記第１のアライメント位置から第２のアライメント位置に動かすための手段と
を具備する、無線電力のための受信機システム。
【請求項２０】
前記エネルギー受信手段は、第１の周波数で共振する受信アンテナを具備し、前記案内手段は、案内制御器を具備し、前記感知手段は、アライメント制御器を具備する、請求項１９に記載の受信機システム。
【請求項２１】
前記動かすための手段は、前記エネルギー受信手段を横方向に動かすための手段と、送信アンテナと受信アンテナの内の１つに垂直な軸に沿って前記エネルギー受信手段を動かすための手段を具備する、請求項２０に記載の受信機システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
開示された例示的実施形態についての上記説明は、当業者の誰もが本発明を実施する又は使用することを可能にするために提供される。これ等の例示的実施形態への様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、そしてここにおいて明確にされた包括的な諸原理は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、他の実施形態にも適用可能である。かくして、本発明は、ここにおいて示される実施形態に限定されることを意図されるのではなく、ここにおいて開示された諸原理及び新規な特徴と整合した最も広い範囲を認容されるべきである。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
無線電力のための送信機システムであって、
第１の周波数で集合的に磁気的に共振する誘導素子とキャパシタから構成される１次アンテナを具備し、前記１次アンテナは地中に埋め込まれ、そして、２次アンテナへの前記磁気共振の結合を検出しかつ前記結合を改良するために前記１次アンテナのアライメントを自動的に調整する位置調整制御器を含む、
送信機システム。
［Ｃ２］
前記第１の周波数は１３５ｋＨｚである、Ｃ１に記載のシステム。
［Ｃ３］
前記１次アンテナはその軸方向幅より大きな径方向幅を有するコイルであるＣ２に記載のシステム。
［Ｃ４］
前記１次アンテナは、互いに密に詰められそして所期の駐車スペースの特定の領域に拡がるアンテナの配列を含む、Ｃ１に記載のシステム。
［Ｃ５］
制御システムを更に具備し、前記充電制御システムは前記第１の周波数で磁気的に共振する信号であって前記１次アンテナに出力されるとき遠隔の２次アンテナに電力を伝送するタイプの信号を生成する、Ｃ４に記載のシステム。
［Ｃ６］
前記充電制御システムは前記配列の前記複数のコイルの内の１つを選択する、Ｃ５のシステム。
［Ｃ７］
スイッチング装置を更に具備し、前記スイッチング装置は前記信号を前記選択されたコイルにのみ送り、他のコイルには何らの信号も送らない、Ｃ６に記載のシステム。
［Ｃ８］
充電制御システムを更に具備し、前記充電制御システムは前記第１の周波数で磁気的に共振する信号であって前記１次アンテナに出力されるとき遠隔の２次アンテナに電力を伝送するタイプの信号を生成する、Ｃ１に記載のシステム。
［Ｃ９］
前記位置調整制御はｘおよびｙ位置を変更する、Ｃ１に記載のシステム。
［Ｃ１０］
無線電力のための送信機システムであって、
配列を構成して互いに密に詰められた複数の１次コイルを具備し、前記１次コイルのそれぞれは前記１次コイルを第１周波数で実質的な磁気的共振に至らしめるキャパシタを含み、１次コイルの前記配列は地中領域に埋め込まれる、
送信機システム。
［Ｃ１１］
充電制御システムを更に具備し、前記システムは前記第１の周波数で磁気的に共振する信号であって前記複数のコイルの内の１つに出力されるとき遠隔の２次コイルに電力を伝送するタイプの信号を生成する、Ｃ１０に記載の送信機システム。
［Ｃ１２］
前記第１の周波数は１３５ｋＨｚである、Ｃ１１に記載のシステム。
［Ｃ１３］
スイッチング構成を更に具備し、前記スイッチング構成は前記出力信号を前記配列内の前記複数のコイルの内の任意のコイルに切り替える、Ｃ１１に記載のシステム。
［Ｃ１４］
検出システムを更に具備し、前記検出システムは前記複数のコイルの内の何れが最良の結合を有するかを検出して、前記検出を前記スイッチング構成を制御するために使用する、Ｃ１３に記載のシステム。
［Ｃ１５］
無線電力のための受信機システムであって、
第１周波数で集合的に磁気的に共振するコイルとキャパシタから構成される受信アンテナ、及び
結合された磁気共振の検出に基づいて、前記受信アンテナを昇降させる前記受信アンテナのための昇降装置
を具備する、受信機システム。
［Ｃ１６］
ｘ−ｙアライメント制御器を更に具備し、前記アライメント制御器は１次アンテナとより良好にアラインさせるために前記受信アンテナをｘ方向とｙ方向に動かすことによって前記受信アンテナを自動的にアライメント調整する、Ｃ１５に記載の受信機。
［Ｃ１７］
案内制御器を更に具備し、前記案内制御器は、前記受信アンテナが送信１次アンテナとより良好にアラインされる位置に車両を案内するための案内情報を自動的に提供する、Ｃ１５に記載の受信機。
［Ｃ１８］
磁気的に誘起された信号を前記受信アンテナから受信かつ前記信号から電力を生成する回路構成を更に具備する、Ｃ１５に記載の受信機システム。
［Ｃ１９］
前記回路構成は１３５ｋＨｚで共振する、Ｃ１８に記載の受信機システム。
［Ｃ２０］
前記受信アンテナと前記昇降装置はバッテリーで作動される車両の一部である、Ｃ１５に記載の受信機システム。
［Ｃ２１］
無線電力のための受信機システムであって、
電力に基づいて動作する車両、
前記車両内で構成され、第１周波数で集合的に磁気的に共振し、そして前記車両を駆動する出力を生成するために接続されるコイルとキャパシタから構成される受信コイル、及び
前記１次コイルとの結合を改良するために前記受信コイルを動かすように自動的に調整される前記受信コイルのアライメント制御器
を具備する、受信機システム。
［Ｃ２２］
前記受信コイルのための昇降装置を更に具備し、前記昇降装置は、１次コイルからの磁気的結合の検出に自動的に基づいて、前記受信コイルを昇降させる、Ｃ２１に記載の受信機。
［Ｃ２３］
案内制御器を更に具備し、前記案内制御器は、前記受信コイルが前記１次コイルと粗くアラインされる粗位置に前記車両を案内するための案内情報を自動的に提供する、Ｃ２１に記載の受信機。
［Ｃ２４］
磁気的に誘起された信号を前記受信コイルから受信して前記信号から電力を生成し、そして前記車両を動かすために前記電力を使用する回路構成を更に具備する、Ｃ２１に記載の受信機。
［Ｃ２５］
前記回路構成は１３５ｋＨｚで共振する、Ｃ１８に記載の受信機。
［Ｃ２６］
前記アライメント制御はｘ−ｙアライメントである、Ｃ２１に記載の受信機。
［Ｃ２７］
バッテリー式車両において電力を磁気的に受信すること、及び
磁気的結合を検出することに応答して、車両システムへの電力の結合を改良するために前記車両において動作を行なうこと
を具備する方法。
［Ｃ２８］
前記動作を行うことは、前記車両中の受信アンテナを微細に位置調整することを具備する、Ｃ２７に記載の方法。
［Ｃ２９］
前記動作を行うことは、粗位置調整を実行するために前記車両中の案内システムを利用することを具備する、Ｃ２７に記載の方法。
［Ｃ３０］
前記動作を行うことは、前記受信アンテナを１次アンテナに接近させるために前記受信アンテナを下降させることを具備する、Ｃ２７に記載の方法。
［Ｃ３１］
バッテリー式車両において電力を磁気的に受信すること、及び
磁気的結合を検出することに応答して、磁気的結合を改良するために前記車両を移動させる無線位置調整原理に依拠する案内システムを利用すること
を具備する方法。
【外国語明細書】
2014039462000001.pdf