(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリに供給される電流を制御するためのワイヤレス電力伝送受信機デバイスであって、
第1の受信機コイルと、
第2の受信機コイルであって、前記第1の受信機コイルおよび前記第2の受信機コイルが略共面である第2の受信機コイルと、
第3の受信機コイルであって、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルが、前記第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置され、前記第1の受信機コイル、前記第2の受信機コイル、および前記第3の受信機コイルが、負荷に電気的に接続される第3の受信機コイルと、
センサを備えたコントローラと
を備え、
前記コントローラが、前記センサを使用して、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、前記第3の受信機コイルの電流、ならびに前記ワイヤレス電力伝送受信機デバイスによって受信された電力信号のデューティサイクルを判定するように構成され、
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記第3の受信機コイルの前記電流との比較、または前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記デューティサイクルとの比較の少なくとも一方に基づいて、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに第1の電流を前記負荷へ供給させるか、前記第3の受信機コイルに第2の電流を前記負荷へ供給させるか、または、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに前記第1の電流を前記負荷へ供給させるとともに前記第3の受信機コイルに前記第2の電流を前記負荷へ供給させることを有効にするようにさらに構成されるデバイス。
【請求項２】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルを有効にするように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項３】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項４】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項５】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとを有効にするように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項６】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも小さい場合、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとを有効にするように構成される、請求項1に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ワイヤレス電力伝送受信機デバイスに電力をワイヤレスで送信するように構成されたワイヤレス電力伝送送信機が、矩形ベース構成に配列された送信機コイルを備え、前記送信機コイルが、動作帯域内で前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとに位置合わせされる、請求項1に記載のデバイス。
【請求項８】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルまたは前記第3の受信機コイルの一方を有効にするように構成される、請求項7に記載のデバイス。
【請求項９】
前記ワイヤレス電力伝送受信機デバイスに電力をワイヤレスで送信するように構成されたワイヤレス電力伝送送信機が、二重ベース構成に配列された第1の送信機コイルおよび第2の送信機コイルを備え、前記第1の送信機コイルおよび第2の送信機コイルが、動作帯域内で、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとに位置合わせされる、請求項1に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルを有効にするように構成される、請求項9に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするように構成される、請求項10に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ワイヤレス電力伝送送信機が、前記デューティサイクルを判定し、前記デューティサイクルを前記ワイヤレス電力伝送受信機デバイスに送信するようにさらに構成される、請求項9に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルまたは前記第3の受信機コイルの少なくとも1つによって発生した電流の量を制限するように構成された第2のコントローラをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
【請求項１４】
バッテリに供給される電流を制御するための方法であって、
センサを使用して、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスによって受信された電力信号のデューティサイクルを判定するステップであって、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルが、前記第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置される、ステップと、
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記第3の受信機コイルの前記電流との比較、または前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記デューティサイクルとの比較の少なくとも一方に基づいて、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに第1の電流を負荷へ供給させるか、前記第3の受信機コイルに第2の電流を前記負荷へ供給させるか、または、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに前記第1の電流を前記負荷へ供給させるとともに前記第3の受信機コイルに前記第2の電流を前記負荷へ供給させることを有効にするステップと
を含む方法。
【請求項１５】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルを有効にするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとを有効にするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１９】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとを有効にするステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項２０】
ワイヤレス電力伝送送信機によりワイヤレスで送信された電力を受信するステップであって、前記ワイヤレス電力伝送送信機が、矩形ベース構成に配列された送信機コイルを備え、前記送信機コイルが、動作帯域内で、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとに位置合わせされるステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項２１】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルまたは前記第3の受信機コイルの一方を有効にするステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
ワイヤレス電力伝送送信機によりワイヤレスで送信された電力を受信するステップであって、前記ワイヤレス電力伝送送信機が、二重ベース構成に配列された第1の送信機コイルおよび第2の送信機コイルを備え、前記第1の送信機コイルおよび第2の送信機コイルが、動作帯域内で、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとに位置合わせされるステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項２３】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルを有効にするステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするステップをさらに含む、請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
前記ワイヤレス電力伝送送信機から前記デューティサイクルを受信するステップであって、前記ワイヤレス電力伝送送信機が前記デューティサイクルを判定するように構成されるステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
【請求項２６】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルまたは前記第3の受信機コイルの少なくとも1つによって発生した電流の量を制限するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項２７】
共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスによって受信された電力信号のデューティサイクルを判定するための手段であって、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルが、前記第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置される、手段と、
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記第3の受信機コイルの前記電流との比較、または前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記デューティサイクルとの比較の少なくとも一方に基づいて、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに第1の電流を負荷へ供給させるか、前記第3の受信機コイルに第2の電流を前記負荷へ供給させるか、または、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに前記第1の電流を前記負荷へ供給させるとともに前記第3の受信機コイルに前記第2の電流を前記負荷へ供給させることを有効にするための手段と
を備える、バッテリに供給される電流を制御するための装置。
【請求項２８】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルを有効にするための手段をさらに備える、請求項27に記載の装置。
【請求項２９】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするための手段をさらに備える、請求項27に記載の装置。
【請求項３０】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを有効にするための手段をさらに備える、請求項27に記載の装置。
【請求項３１】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとを有効にするための手段をさらに備える、請求項27に記載の装置。
【請求項３２】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとを有効にするための手段をさらに備える、請求項27に記載の装置。
【請求項３３】
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルまたは前記第3の受信機コイルの少なくとも1つによって発生した電流の量を制限するための手段をさらに備える、請求項27に記載の装置。
【請求項３４】
前記判定するための手段が電流センサを含み、前記有効にするための手段が電気車両コントローラを含む、請求項27に記載の装置。
【請求項３５】
実行時に、
センサを使用して、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスによって受信された電力信号のデューティサイクルを装置に判定させるコードであって、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルが、前記第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置される、コードと、
前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記第3の受信機コイルの前記電流との比較、または前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流と前記デューティサイクルとの比較の少なくとも一方に基づいて、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに第1の電流を負荷へ供給させるか、前記第3の受信機コイルに第2の電流を前記負荷へ供給させるか、または、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルに前記第1の電流を前記負荷へ供給させるとともに前記第3の受信機コイルに前記第2の電流を前記負荷へ供給させることを装置に有効にさせるコードと
を含む、非一時的コンピュータ可読記録媒体。
【請求項３６】
実行時に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルを装置に有効にさせるコードをさらに含む、請求項35に記載の媒体。
【請求項３７】
実行時に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを装置に有効にさせるコードをさらに含む、請求項35に記載の媒体。
【請求項３８】
実行時に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも大きい場合に、前記第3の受信機コイルを装置に有効させるコードをさらに含む、請求項35に記載の媒体。
【請求項３９】
実行時に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも小さい場合に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルを装置に有効にさせるコードをさらに含む、請求項35に記載の媒体。
【請求項４０】
実行時に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が第1の閾値よりも小さい場合、前記第3の受信機コイルの前記電流が前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの前記電流よりも大きい場合、ならびに前記第3の受信機コイルの前記電流の、前記デューティサイクルに対する比が前記第1の閾値よりも小さい場合、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと前記第3の受信機コイルとを装置に有効にさせるコードをさらに含む、請求項35に記載の媒体。
【請求項４１】
実行時に、前記共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルまたは前記第3の受信機コイルの少なくとも1つによって発生した電流の量を装置に制限させるコードをさらに含む、請求項35に記載の媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にワイヤレス電力伝送に関し、より詳細には、バッテリを含む車両などのリモートシステムへのワイヤレス電力伝送に関係するデバイス、システム、および方法に関する。より詳細には、本発明は、ワイヤレス電力伝送システム内の誘導コイルの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリなどのエネルギー蓄積デバイスから受信された電気から導出された運動力を含む、車両などのリモートシステムが導入されている。たとえば、ハイブリッド電気車両は、車両を充電するために、車両のブレーキおよび従来型モータからの電力を使用するオンボード充電器を含む。電気のみの車両は、一般に、他の供給源からバッテリを充電するための電気を受信する。バッテリ式電気車両(電気車両)は、家庭用または商用の交流(AC)供給源などの何らかのタイプの有線ACを通して充電されるように提案されることが多い。有線充電接続は、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする。ケーブルおよび同様のコネクタは、時々不便であるか、または扱いにくく、かつ他の欠点を有する場合がある。電気車両を充電するために使用されるように(たとえば、ワイヤレス場を介して)自由空間内で電力を伝送することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションの欠点の一部を克服することができる。したがって、電気車両を充電するための電力を効率的かつ安全に伝送するワイヤレス充電システムおよびワイヤレス充電方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】PCT公開公報第WO2010/090539号
【特許文献２】PCT公開公報第WO2011/016737号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態は、各々いくつかの態様を有し、それらのどの態様も、本明細書に記載される望ましい属性に単独で関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴が記載される。
【０００５】
本明細書に記載される主題の1つまたは複数の実装形態の詳細が、下記の添付の図面および発明を実施するための形態において説明される。他の特徴、態様、および利点は、発明を実施するための形態、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。以下の図の相対的な寸法は、縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
【０００６】
本開示の一態様は、バッテリに供給される電流を制御するためのワイヤレス電力伝送受信機デバイスを提供する。デバイスは第1の受信機コイルを備える。デバイスは第2の受信機コイルをさらに備える。第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルは略共面であってよい。デバイスは第3の受信機コイルをさらに備える。共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルは、第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置されてもよい。第1の受信機コイル、第2の受信機コイル、および第3の受信機コイルは、負荷に電気的に接続されるように構成されてもよい。デバイスは、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスのデューティサイクルを判定するように構成されたコントローラをさらに備える。コントローラは、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにデューティサイクルの比較に基づいて、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイル、第3の受信機コイル、または共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと第3の受信機コイルとを有効にするように構成されてもよい。
【０００７】
本開示の別の態様は、バッテリに供給される電流を制御するための方法を提供する。方法は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスのデューティサイクルを判定するステップを含む。共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルは、第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置されてもよい。方法は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにデューティサイクルの比較に基づいて、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイル、第3の受信機コイル、または共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと第3の受信機コイルとを有効にするステップをさらに含む。
【０００８】
本開示の別の態様は、バッテリに供給される電流を制御するための装置を提供する。装置は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスのデューティサイクルを判定するための手段を備える。共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルは、第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置されてもよい。装置は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにデューティサイクルの比較に基づいて、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイル、第3の受信機コイル、または共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと第3の受信機コイルとを有効にするための手段をさらに備える。
【０００９】
本開示の別の態様は、実行時に、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスのデューティサイクルを装置に判定させるコードを含む、非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルは、第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置されてもよい。媒体は、実行時に、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにデューティサイクルの比較に基づいて、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイル、第3の受信機コイル、または共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと第3の受信機コイルとを装置に有効にさせるコードをさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、電気車両を充電するための例示的なワイヤレス電力伝送システムの図である。
【図２】図1のワイヤレス電力伝送システムの例示的なコア構成要素の概略図である。
【図３Ａ】電気車両のワイヤレス電力伝送システムで使用される誘導コイル配列の斜視図である。
【図３Ｂ】電気車両のワイヤレス電力伝送システムで使用される誘導コイル配列の別の斜視図である。
【図４Ａ】受信機誘導コイルと二重ベース構成に配列された送信機誘導コイルとの位置合わせに応じて、受信機誘導コイルにより発生した電流を示す図である。
【図４Ｂ】受信機誘導コイルが、二重ベース構成に配列された送信機誘導コイルに完全には位置合わせされていないときに、受信機誘導コイルにより発生した電流を示す図である。
【図４Ｃ】受信機誘導コイルと矩形ベース構成に配列された送信機誘導コイルとの位置合わせに応じて、受信機誘導コイルにより発生した電流を示す図である。
【図５】図1のワイヤレス電力伝送システムの例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す機能ブロック図である。
【図６】電気車両コントローラによって実行可能な動作を示すフローチャートである。
【図７】バッテリに供給される電流を制御するための例示的な方法のフローチャートである。
【図８】例示的な実施形態による、電気車両の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面に示された様々な特徴は、縮尺通りに描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は、恣意的に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスのすべての構成要素を描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
【００１２】
添付の図面に関して下記に記載される発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すためのものではない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「例、実例、または例示としての働きをすること」を意味しており、必ずしも、他の例示的な実施態様よりも好ましいか、または有利であると解釈されるべきではない。発明を実施するための形態は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含んでいる。本発明の例示的な実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実践され得ることが、当業者には明らかであろう。場合によっては、本明細書に提示される例示的な実施形態の新規性を曖昧にすることを回避するために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００１３】
電力をワイヤレスに伝送することは、物理的な導電体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝送する(たとえば、電力は、自由空間を通って伝送され得る)ことを指す場合がある。電力伝送を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合することができる。本明細書全体にわたって、2つの構成要素が「結合される」とは、これらの構成要素の直接または間接的な方法による相互作用を指すことができ、物理的に接続された(たとえば有線)結合、または物理的に切り離された(たとえばワイヤレス)結合をさらに指すことができることが理解されよう。
【００１４】
本明細書では、リモートシステムを記載するために電気車両が使用され、その一例は、その運動能力の一部として、充電可能なエネルギー蓄積デバイス(たとえば、1つまたは複数の再充電可能な電気化学セルまたは他のタイプのバッテリ)から導出された電力を含む車両である。非限定的な例として、いくつかの電気車両は、電気モータ以外に、直接運動のための、または車両のバッテリを充電するための従来型内燃機関を含むハイブリッド電気車両であり得る。他の電気車両は、電力からすべての運動能力を引き出すことができる。電気車両は自動車に限定されず、オートバイ、カート、スクーターなどを含む場合がある。限定ではなく例として、リモートシステムは、本明細書では電気車両(EV)の形態で記載される。さらに、充電可能なエネルギー蓄積デバイスを使用して、少なくとも部分的に電力供給され得る他のリモートシステム(たとえば、パーソナルコンピューティングデバイスなどの電子デバイス)も考えられる。
【００１５】
誘導電力伝送(IPT)システムは、エネルギーのワイヤレス伝送のための1つの方法である。IPTでは、1次(または「送信機」)電力デバイスが、2次(または「受信機」)電力受信機デバイスに電力を送信する。送信機電力デバイスおよび受信機電力デバイスの各々は、インダクタ、通常、電流伝送媒体のコイルまたは巻線の配列を含む。1次インダクタの交流電流は、変動電磁場を発生させる。2次インダクタが1次インダクタに近接して配置されたとき、変動電磁場は2次インダクタに起電力(EMF)を引き起こし、それによって2次電力受信機デバイスに電力を伝送する。
【００１６】
電気車両およびプラグインハイブリッド車両のIPTシステムでは、1次電力デバイスは地上に位置する場合があり、「ベース」デバイスまたは電力パッドとして知られる場合がある。2次電力デバイスは電気車両に位置する場合があり、「ピックアップ」デバイスまたは電力パッドとして知られる場合がある。これらのデバイスは、一般に、ベース(送信機)デバイスからピックアップ(受信機)デバイスに電力を送信するために使用される。一部のIPTシステムはまた、電力が他の方向、すなわちピックアップデバイスからベースデバイスに伝送されるモードで機能することが可能である。このモードでは、ピックアップがベース内に起電力(EMF)を誘起するので、ピックアップデバイスは技術的に言えば1次デバイスであり、ベースデバイスは2次デバイスである。これにより、電気車両バッテリに蓄積された電力が、商用電源網に戻されることが可能になる場合がある。
【００１７】
PCT公開公報第WO2010/090539号は、通常地上に配置されたベース(通常は1次)コイル配列が、フェライトなどの高い磁気透過性の材料から形成されたコアの上に配置された、2つの別個の共面コイルから構成される、電気車両に電力供給するためのIPTシステムを開示している。この構成では、コイルを通過するコアを通るまっすぐな経路が存在しない。このように、コイルは、磁極エリアおよびコイル上の「フラックスパイプ」の形状のそれらの間の磁束アーク線、高磁束集中のゾーンとして作用する。配列は、コア側でコイルの下に磁束の漏れをほとんど生じさせないと考えられる。
【００１８】
同公報はまた、受信機(ピックアップ)デバイスのコイル配列で3つのコイルを使用することを開示している。最初の2つのコイルは、ベースコイル配列の場合のように、別個の共面コイルである。充電中、これら2つのコイルが、ベースデバイス内の共面コイルに位置合わせされる。第3のコイルは、透磁性コアの同じ側で、他の2つのコイルの上の中心に配置される。第3のコイルにより、最初の2つの共面コイルによって抽出された水平成分に加えて、受信機デバイスによって遮断された磁場の垂直成分から、電力を抽出することができる。共面コイルは、送信機デバイスと受信機デバイスとの、共面コイルの中心間の線に直交する方向の位置ずれに対する十分な許容範囲を有するが、共面コイルの中心間の線に平行な方向の位置ずれに対して、少しの許容範囲しか有していないと考えられる。受信機デバイスにおける3つのコイル配列は、IPTシステムの平行な方向の許容範囲を改善させると考えられるため、いかなる方向の位置ずれに対しても、システムの全体的な許容範囲が増大する。
【００１９】
PCT公開公報第WO2011/016737号は、ベースコイル配列が、磁気的に切り離された2つの重なった平面コイルを備える、電気車両に電力供給するためのIPTシステムを説明する。このようなベースコイルは、電力伝送の効率に関していくつかの利点をもたらすことができるが、システムの電気車両側に複雑で費用の掛かる構成要素を必要とすることを含む多くの欠点も有する。コイル間の相互結合がなく、通常、この相互結合がシステム内の他の構成要素に関連して行われるように、重なったコイルを設計することは困難であり得るため、このようなコイル配列を異なるタイプのIPTシステムに合わせて調整することが困難で高価になる。
【００２０】
したがって、縦(すなわち、車両に対して前後)方向と横(すなわち、左右)方向との両方の、IPTシステムコイルの位置ずれに対する許容範囲を改善する必要が残っている。
【００２１】
図1は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両112を充電するための例示的なワイヤレス電力伝送システム100の図である。ワイヤレス電力伝送システム100により、電気車両112がベースワイヤレス充電システム102aの近くに駐車している間に、電気車両112の充電が可能になる。対応するベースワイヤレス充電システム102aおよび102bの上に駐車させるために、2台の電気自動車用のスペースが駐車エリア内に示されている。いくつかの実施形態では、ローカル配電センタ130は、電力バックボーン132に接続され、交流電流(AC)または直流電流(DC)の供給を、電力リンク110を介してベースワイヤレス充電システム102aに提供するように構成することができる。ベースワイヤレス充電システム102aはまた、電力をワイヤレスに伝送または受信するためのベースシステム誘導コイル104aを含む。電気車両112は、バッテリユニット118と、電気車両誘導コイル116と、電気車両ワイヤレス充電システム114とを含むことができる。電気車両誘導コイル116は、たとえば、ベースシステム誘導コイル104aによって発生した電磁場の領域を介して、ベースシステム誘導コイル104aと相互作用することができる。
【００２２】
いくつかの例示的な実施形態では、ベースシステム誘導コイル104aによって発生したエネルギー場に電気車両誘導コイル116が位置するとき、電気車両誘導コイル116は電力を受信することができる。エネルギー場は、ベースシステム誘導コイル104aによって出力されたエネルギーが、電気車両誘導コイル116によって捕捉され得る領域に相当する。場合によっては、エネルギー場は、ベースシステム誘導コイル104aの「近距離場」に相当する場合がある。近距離場は、ベースシステム誘導コイル104aから遠くに電力を放射しない、ベースシステム誘導コイル104a内の電流および電荷からもたらされる、強い反応場が存在する領域に相当する場合がある。場合によっては、近距離場は、以下でさらに記載されるように、ベースシステム誘導コイル104aの波長の約1/2π以内にある領域(反対に電気車両誘導コイル116の場合も同様)に相当する場合がある。
【００２３】
ローカル配電センタ130は、通信バックホール134を介して外部ソース(たとえば、電力網)と通信し、通信リンク108を介してベースワイヤレス充電システム102aと通信するように構成することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、単に運転手がベースシステム誘導コイル104aに対して電気車両112を正確に配置することによって、電気車両誘導コイル116は、ベースシステム誘導コイル104aと位置合わせすることができ、したがって、近距離場の領域内に配置することができる。他の実施形態では、ワイヤレス電力伝送のために電気車両112が適切に配置されたときを判断するために、運転手は、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、またはそれらの組合せを与えられる場合がある。一部の実施形態では、ワイヤレス電力伝送システム100、たとえば、電気車両112もしくは電気車両112のユーザインターフェースに接続されたプロセッサにより、またはベースワイヤレス充電システム102aに含まれ得る信号もしくはセンサ情報から、フィードバックを発生させることができる。さらに他の実施形態では、電気車両112は、オートパイロットシステムによって配置することができ、オートパイロットシステムは、位置合わせ誤差が許容値に達するまで、電気車両112を(たとえば、ジグザグ運動で)前後に移動させることができる。これは、電気車両112が、車両を調整するためのサーボハンドル、超音波センサ、およびインテリジェンスを備える場合、運転手が介入することなく、または運転手が最小限の介入しか行わずに、電気車両112によって自動的かつ自律的に実行することができる。さらに他の実施形態では、電気車両誘導コイル116、ベースシステム誘導コイル104a、またはそれらの組合せは、誘導コイル116および104aを互いに対して変位および移動させて、それらをより正確に方向合わせし、それらの間により効率的な結合を生じさせるための機能を有することができる。
【００２５】
ベースワイヤレス充電システム102aは、様々な場所に位置することができる。非限定的な例として、いくつかの適切な場所には、電気車両112の所有者の自宅の駐車エリア、従来のガソリンスタンドに倣った電気車両ワイヤレス充電用に確保された駐車エリア、ならびにショッピングセンタおよび職場などの他の場所の駐車場が含まれる。
【００２６】
ワイヤレスに電気車両を充電することは、数々の利点をもたらすことができる。たとえば、充電は、自動的に、実質的に運転手の介入および操作なしに実行することができ、それによって、ユーザの利便性が向上する。露出した電気接点、および機械的摩耗をなくすこともでき、それによって、ワイヤレス電力伝送システム100の信頼性が向上する。ケーブルおよびコネクタを用いる操作を不要にすることができ、戸外の環境において湿気および水分にさらされる場合がある、ケーブル、プラグ、またはソケットをなくすことができ、それによって、安全性が向上する。見えるまたはアクセス可能なソケット、ケーブル、およびプラグをなくすこともでき、それによって、電力充電デバイスへの潜在的な破壊行為が減少する。さらに、電力網を安定させるために、電気車両112を分散蓄積デバイスとして使用することができるので、ビークルツーグリッド(V2G)動作のための車両の利用可能性を高めるために、ドッキングツーグリッドソリューションを使用することができる。
【００２７】
図1を参照して記載されたワイヤレス電力伝送システム100は、美的で無害な利点をもたらすこともできる。たとえば、車両および/または歩行者の妨げになる場合がある、充電柱(charge column)および充電ケーブルをなくすことができる。
【００２８】
ビークルツーグリッド機能のさらなる説明として、ワイヤレス電力の送信機能および受信機能は、ベースワイヤレス充電システム102aが電気車両112に電力を伝送し、また、たとえばエネルギー不足の際には電気車両112がベースワイヤレス充電システム102aに電力を伝送するように、互恵的に構成することができる。この機能は、過剰な需要または再生可能エネルギー生産(たとえば、風または太陽)の不足によって引き起こされるエネルギー不足の際に、電気車両が配電システム全体に電力を寄与することを可能にすることによって、配電網を安定させるために有用であり得る。
【００２９】
したがって、「送信機」、「受信機」、「1次」、および「2次」などの用語が、電源から電気車両に、すなわち送信機デバイスまたは1次デバイスから受信機デバイスまたは2次デバイスに電力を伝送するために使用されるときのワイヤレス電力伝送システムの構成要素の通常使用を指すために、本明細書で使用されることが理解されよう。しかしながら、ワイヤレス電力伝送システムは、送信機デバイスおよび受信機デバイスの位置合わせを改善させるプロセス、またはどの送信機デバイスが受信機デバイスに電力を伝送するために適切に配置されているかを特定するためのプロセスの一部として、一部の実施形態では少量のみであり得るいくらかの電力を反対方向に伝送するために、たとえば、電気車両から配電網へエネルギーを伝送するために、これらの構成要素を使用することを伴ってもよい。したがって、「送信機」が電力を受信するために使用される場合もあり、「受信機」が電力を送信するために使用される場合もある。これらの用語の使用は、理解しやすいようにシステムのいくつかの構成要素の動作の通常の意味を参照しているが、そのような構成要素の任意の特定の動作に実施形態を限定するものではない。
【００３０】
図2は、図1のワイヤレス電力伝送システム100の例示的なコア構成要素の概略図である。図2に示されたように、ワイヤレス電力伝送システム200は、インダクタンスL1を有するベースシステム誘導コイル204を含むベースシステム送信回路206を含むことができる。ワイヤレス電力伝送システム200は、インダクタンスL2を有する電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222をさらに含む。本明細書に記載される実施形態は、1次構造(送信機)と2次構造(受信機)の両方が共通の共振周波数に同調されている場合、磁気または電磁気の近距離場を介して1次構造から2次構造にエネルギーを効率的に結合することが可能な共振構造を形成する、容量装荷ワイヤループ(すなわち、多巻きコイル)を使用することができる。
【００３１】
共振周波数は、上述された誘導コイル(たとえば、ベースシステム誘導コイル204)を含む送信回路のインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく場合がある。図2に示されたように、インダクタンスは、一般に誘導コイルのインダクタンスであり得るし、一方キャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を作成するために誘導コイルに追加される場合がある。非限定的な例として、キャパシタが、電磁場を発生させる共振回路(たとえば、ベースシステム送信回路206)を形成するために追加されるか、または誘導コイルと統合され、誘導コイルと直列に配列される場合がある。したがって、より大きい直径の誘導コイルの場合、共振を誘起するためのキャパシタンスの値は、コイルの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少する場合がある。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に依存する場合がある。さらに、誘導コイルの直径が増大するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝送面積が増大する場合がある。他の共振回路も考えられる。別の非限定的な例として、キャパシタは、誘導コイル(たとえば、並列共振回路)の2つの端子間に並列に配置される場合がある。さらに、誘導コイルは、誘導コイルの共振を改善するための高品質(Q)因子を有するように設計される場合がある。
【００３２】
共振構造で使用されるように構成されたコイルは、電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204に使用することができる。エネルギーを結合するために共振構造を使用することは、「磁気結合共振」、「電磁結合共振」、および/または「共振誘導」と呼ばれる場合がある。ワイヤレス電力伝送システム200の動作は、ベースワイヤレス電力充電システム202から電気車両112への電力伝送に基づいて記載されるが、これに限定されない。たとえば、上記で説明されたように、電気車両112は、ベースワイヤレス充電システム102aに電力を伝送することができる。
【００３３】
図2を参照すると、電源208(たとえば、ACまたはDC)は、ベースワイヤレス電力充電システム202に電力PSDCを供給して、電気車両112にエネルギーを伝送する。ベースワイヤレス電力充電システム202は、ベース充電システム電力変換器236を含む。ベース充電システム電力変換器236は、標準的な幹線AC電力から適切な電圧レベルのDC電力に電力を変換するように構成されたAC/DC変換器、およびワイヤレス高電力伝送に適した動作周波数の電力にDC電力を変換するように構成されたDC/低周波数(LF)変換器などの回路を含む場合がある。ベース充電システム電力変換器236は、ベース充電システム同調回路205を備えるベースシステム送信回路206に電力P1を供給する。ベース充電システム同調回路205は、所望の周波数で電磁場を放出するベースシステム誘導コイル204との直列構成もしくは並列構成、または直列構成および並列構成の組合せの反応性同調構成要素から構成され得る。キャパシタC1(図示せず)を設けて、所望の周波数で共振するベースシステム誘導コイル204との共振回路を形成することができる。ベースシステム誘導コイル204は、電力P1を受信し、電気車両112を充電または電気車両112に電力供給するのに十分なレベルで、電力をワイヤレスで送信する。たとえば、ベースシステム誘導コイル204によりワイヤレスで与えられる電力レベルは、キロワット(kW)のオーダー(たとえば、1kW〜110kWまたはそれを超えるか、もしくはそれ未満)であってよい。
【００３４】
ベースシステム誘導コイル204を備えるベースシステム送信回路206と電気車両誘導コイル216を備える電気車両受信回路222との両方を、略同一の周波数に同調させて、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル116の一方により送信された電磁場の近距離場内に配置することができる。この場合、電気車両充電システム同調回路221および電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222に電力が伝送され得るように、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル116は、互いに結合されるようになることができる。電気車両充電システム同調回路221を設けて、所望の周波数で共振する電気車両誘導コイル216との共振回路を形成することができる。コイル分離で生じる相互結合係数は、要素k(d)によって表される。等価抵抗Req,1およびReq,2は、誘導コイル204および216、ならびに、いくつかの実施形態では、それぞれベース充電システム同調回路205および電気車両充電システム同調回路221において提供され得る任意の逆リアクタンスキャパシタに固有であり得る損失を表す。電気車両誘導コイル216および電気車両充電システム同調回路221を含む電気車両受信回路222は、電力P2を受信し、電気車両充電システム214の電気車両電力変換器238に電力P2を供給する。
【００３５】
電気車両電力変換器238は、とりわけ、電気車両バッテリユニット218の電圧レベルに整合する電圧レベルのDC電力に戻す形で動作周波数の電力を変換するように構成されたLF/DC変換器を含む場合がある。電気車両電力変換器238は、変換された電力PLDCを供給して、電気車両バッテリユニット218を充電することができる。電源208、ベース充電システム電力変換器236、およびベースシステム誘導コイル204は、上記で説明された様々な場所に固定され、位置する場合がある。バッテリユニット218、電気車両電力変換器238、および電気車両誘導コイル216は、電気車両112の一部またはバッテリパック(図示せず)の一部である電気車両充電システム214に含まれる場合がある。電気車両充電システム214はまた、電気車両誘導コイル216を通してベースワイヤレス電力充電システム202に電力をワイヤレスに供給して、グリッドに電力を戻すように構成することができる。電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204の各々は、動作モードに基づいて送信誘導コイルまたは受信誘導コイルとしての働きをすることができる。
【００３６】
図示されていないが、ワイヤレス電力伝送システム200は、電気車両バッテリユニット218または電源208をワイヤレス電力伝送システム200から安全に切断する負荷切断ユニット(LDU)を含む場合がある。たとえば、緊急事態またはシステム障害の場合、LDUは、ワイヤレス電力伝送システム200から負荷を切断するようにトリガされる場合がある。LDUは、バッテリへの充電を管理するためのバッテリ管理システムに加えて提供される場合があるか、またはバッテリ管理システムの一部であり得る。
【００３７】
さらに、電気車両充電システム214は、電気車両誘導コイル216を電気車両電力変換器238との間で選択的に接続および切断するための切替回路(図示せず)を含む場合がある。電気車両誘導コイル216を切断すると、充電を一時停止することができ、(送信機としての働きをする)ベースワイヤレス充電システム202によって「見られる」ように「負荷」を調整することもでき、これを利用して、(受信機としての働きをする)電気車両充電システム114をベースワイヤレス充電システム202から分離することができる。送信機が負荷感知回路を含む場合、負荷変動を検出することができる。したがって、ベースワイヤレス充電システム202などの送信機は、電気車両充電システム114などの受信機が、ベースシステム誘導コイル204の近距離場に存在するときを判断するための機構を有することができる。
【００３８】
上述されたように、動作中、車両またはバッテリに向けてのエネルギー伝送を仮定すると、ベースシステム誘導コイル204がエネルギー伝送を提供するための場を発生させるように、電源208から入力電力が供給される。電気車両誘導コイル216は放射界に結合し、電気車両112による蓄積または消費のための出力電力を生成する。上述されたように、いくつかの実施形態では、電気車両誘導コイル116の共振周波数およびベースシステム誘導コイル204の共振周波数が非常に近くなるか、または実質的に同じになってエネルギーが高効率で伝送されるような相互共振関係に従って、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル116は構成される。電気車両誘導コイル216がベースシステム誘導コイル204の近距離場に位置するとき、ベースワイヤレス電力充電システム202と電気車両充電システム214との間の送電損失は最小である。
【００３９】
上述のように、効率的なエネルギー伝送は、電磁波内のエネルギーの大部分を遠距離場に伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場内のエネルギーの大部分を受信誘導コイルに結合することによって行われる。この近距離場にあるとき、送信誘導コイルと受信誘導コイルとの間に結合モードが確立され得る。この近距離場結合が発生できる誘導コイルの周りのエリアは、本明細書では近距離場結合モード領域と呼ばれる。
【００４０】
図示されていないが、ベース充電システム電力変換器236および電気車両電力変換器238は、両方とも、発振器、電力増幅器などのドライバ回路、フィルタ、およびワイヤレス電力誘導コイルと効率的に結合するための整合回路を含む場合がある。発振器は、調整信号に応答して調整され得る所望の周波数を生成するように構成することができる。発振器信号は、電力増幅器によって、制御信号に応答する増幅量で増幅することができる。フィルタおよび整合回路は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、電力変換モジュールのインピーダンスをワイヤレス電力誘導コイルに整合させるために含まれる場合がある。電力変換器236および238は、適切な電力出力を発生させてバッテリを充電するために、整流器および切替回路を含むこともできる。
【００４１】
開示された実施形態の全体にわたって記載された電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204は、「ループ」アンテナ、より具体的には、多巻きループアンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合がある。誘導コイル204および216は、本明細書では「磁気」アンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合もある。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されたタイプの「アンテナ」と呼ばれる場合もある。本明細書で使用されるように、コイル204、216は、ワイヤレスで出力、ワイヤレスで受信、および/またはワイヤレスでリレー電力供給するように構成されたタイプの「電力伝送構成要素」の例である。ループ(たとえば、多巻きループ)アンテナは、空芯、またはフェライトコアなどの物理コアを含むように構成することができる。空芯ループアンテナにより、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になる場合がある。強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む物理コアアンテナにより、より強い電磁場の発生および結合の改善が可能になる場合がある。
【００４２】
本明細書において、「コイル」という用語は、すべてが単一の中心点に巻き付く導電性材料のいくつかの巻を有する局所巻線配列の意味で使用される。「コイル配列」という用語は、いくつかの「コイル」を備える場合がある導電性材料の任意の巻線配列を意味するために使用される。
【００４３】
上記で説明されたように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝送は、送信機と受信機との間の整合された共振またはほぼ整合された共振の間に行われる。しかしながら、送信機と受信機との間の共振が整合されていないときでも、効率を下げてエネルギーを伝送することができる。エネルギーの伝送は、送信誘導コイルから自由空間にエネルギーを伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立された領域内(たとえば、共振周波数の所定の周波数範囲内または近距離場領域の所定の距離内)に存在する受信誘導コイルに結合することによって行われる。
【００４４】
上述されたように、いくつかの実施形態によれば、互いの近距離場にある2つの誘導コイルの間の電力を結合することが開示される。上述されたように、近距離場は、電磁場が存在する誘導コイルの周りの領域に対応する場合がある。近距離場結合モード領域は、通常は波長のごく一部の中にある、誘導コイルの物理容積に近い容積に相当する場合がある。いくつかの実施形態によれば、1回巻きループアンテナまたは多巻きループアンテナなどの電磁誘導コイルは、送信と受信の両方に使用され、その理由は、実際の実施形態における磁気近距離場振幅が、電気タイプのアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場と比較して、磁気タイプのコイルの場合に高い傾向があるためである。これにより、ペア間の潜在的により高い結合が可能になる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナの組合せが使用される場合がある。
【００４５】
図3Aは、電気車両ワイヤレス電力伝送システムで使用される誘導コイル配列300aの斜視図である。ワイヤレス電力伝送システムは、送信機コイル配列301aと、受信機コイル配列302を含むピックアップもしくは受信機ワイヤレス電力伝送デバイスとを備えたベースまたは送信機ワイヤレス電力伝送デバイスを備える。明確にするために、システムのコイル配列300aのみが図3Aに示される。送信機コイル配列301aは、たとえば、車両駐車空間において地上に位置するワイヤレス電力伝送送信機デバイスの一部を形成することができ、受信機コイル配列302は、たとえば、電気車両の下側に位置するワイヤレス電力伝送受信機デバイスの一部を形成することができる。本明細書の目的で、図3Aおよび同様の性質のすべての図面におけるコイル配列は、電気車両の縦方向に示されるものと仮定される。図3Aは受信機コイル配列302を示し、この受信機コイル配列302は、送信機コイル配列301a上で、送信機コイル配列301aの通電時の2つのコイル配列間のワイヤレス電力伝送に適した位置に配置される。
【００４６】
図3Aの配置では、送信機コイル配列301aが、1つまたは複数の電源に接続された2つの略共面の送信機コイル303a、303bを備えて、電流が2つのコイルの隣接部で同一方向に流れ、これらの隣接部の電流が略同一の大きさおよび位相を有するようになっている。本明細書で説明したように、図3Aに示すように配列された略共面の送信機コイル303a、303bを二重ベース構成と呼ぶことができる。
【００４７】
受信機コイル配列302は、2つの略共面の受信機コイル304a、304bと、共面の受信機コイル304a、304b上に配置された第3のコイル305とを備える。コイル配列302のコイルは、電気車両のバッテリに接続される。
【００４８】
送信機コイル配列と受信機コイル配列との両方が、送信機コイルの下および受信機コイルの上に配置されたフェライトコア(図示せず)などの透磁性部材に関連付けられる。図3Aの知られている配列で電力を伝送するために、交流電流をコイル配列301aに流す。これにより、送信機コイル303a、303bの孔の間のコイル配列301a上でループになる、「フラックスパイプ」の形状の磁場、高磁束集中のゾーンを形成する。使用時に、受信機コイル配列302は、受信機コイル304、305が磁束線に交差するように配置されることにより、電流を受信機コイルに誘導し、この電流が電気車両のバッテリに供給される。
【００４９】
共面の受信機コイル304a、304bは、送信機コイルによって発生した磁束の水平成分から電力を抽出する。単一の受信機コイル305は、送信機コイルによって発生した磁束の垂直成分から電力を抽出する。したがって、組み合わせると、受信機コイル配列302のコイルにより、ワイヤレス電力伝送システムの送信機デバイスおよび受信機デバイス間のエネルギー伝送が、かなり効率的な程度まで有効になる。
【００５０】
図3Bは、電気車両ワイヤレス電力伝送システムで使用される誘導コイル配列300bの斜視図である。コイル配列300aと同様に、ワイヤレス電力伝送システムは、送信機コイル配列301bと、図3Aに関して上述された受信機コイル配列302を含むピックアップもしくは受信機ワイヤレス電力伝送デバイスとを備えたベースまたは送信機ワイヤレス電力伝送デバイスを備える。明確にするために、システムのコイル配列300bのみが図3Bに示される。送信機コイル配列301bは、たとえば、車両駐車空間において地上に位置するワイヤレス電力伝送送信機デバイスの一部を形成し、受信機コイル配列302は、たとえば、電気車両の下側に位置するワイヤレス電力伝送受信機デバイスの一部を形成することができる。図3Bは受信機コイル配列302を示し、この受信機コイル配列302は、送信機コイル配列301b上で、送信機コイル配列301bの通電時の2つのコイル配列間のワイヤレス電力伝送に適した位置に配置される。
【００５１】
図3Bの配列では、送信機コイル配列301bが、1つまたは複数の電源に接続された単一の送信機コイル306を備えて、電流が送信機コイル306に流入するようになっている。電流は時計方向または反時計方向に流れることができる。一部の実施形態では、送信機コイル306の深さは、図3Aの略共面の送信機コイル303a、303bの深さの2倍である。本明細書で説明したように、図3Bに示すように配列された単一の送信機コイル306を矩形ベース構成と呼ぶことができる。
【００５２】
一部の実施形態では、電気車両112の受信機コイルとベースワイヤレス電力充電システム202の送信機コイルとの位置合わせによって、受信機コイルに誘導される電流の量が決まる。たとえば、電気車両112がベースワイヤレス電力充電システム202にわたって水平および/または垂直に移動すると、各受信機コイルに誘導される電流が変化し得る。
【００５３】
さらなる実施形態では、送信機コイル配列も、受信機コイルに誘導される電流の量に影響する。たとえば、送信機コイルが二重ベース構成に配列され、送信機コイルが受信機コイルに完全に位置合わせされると、略共面の受信機コイル(たとえば、受信機コイル304a、304b)に誘導される電流は、送信機コイルに発生した電流の量に対して最大値近くになり得、第3の受信機コイル(たとえば、受信機コイル305)に誘導される電流はゼロ近くになり得る。同様に、送信機コイルが矩形ベース構成に配列され、送信機コイルが受信機コイルに完全に位置合わせされると、共面の受信機コイルに誘導される電流がゼロ近くになり得、第3の受信機コイルに誘導される電流が、送信機コイルに発生した電流の量に対して最大値近くになり得る。
【００５４】
図4Aは、受信機コイルと、二重ベース構成に配列された2つの略共面の送信機コイル303a、303bとの位置合わせに応じて、略共面の受信機コイル304a、304bおよび第3の受信機コイル305により発生した電流を示す図である。図4Aは、略共面の送信機コイル303a、303bが略共面の受信機コイル304a、304bおよび第3の受信機コイル305に完全に位置合わせされた状態の上面図である。グラフ400aは、受信機コイル304a、304b、305と送信機コイル303a、303bとの位置合わせに応じて、共面の受信機コイル304a、304bおよび第3の受信機コイル305に誘導される電流を示す。
【００５５】
たとえば、電流402aは共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流を表し、電流404aは第3の受信機コイル305に誘導される電流を表す。電流406aは電流402a、404aの合計を表す。上述されたように、受信機コイル304a、304b、305が送信機コイル303a、303bに完全に位置合わせされる(たとえば、位置合わせが「0」である)と、電流402aは送信機コイル303a、303bに発生した電流の量に対して最大値近くになり、電流404aはゼロ近くになる。
【００５６】
ボックス408は、送信機コイル303a、303bの例示的な動作エリアを表す。たとえば、位置合わせがボックス408に覆われたエリア内にある場合、電流は、エネルギーを受信機コイル304a、304b、305に伝送するために送信機コイル303a、303b内で流れることができる。図5に関して以下で説明するように、コントローラにより電流の流れを制御することができる。グラフ400aに示すように、位置合わせがボックス408の外縁部に移動すると、電流402a、404aが集束し始め、電流406aが増加し始める。
【００５７】
例として、図4Bは、受信機コイルが、二重ベース構成に配列された略共面の送信機コイル303a、303bに完全には位置合わせされていないときに、略共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305とにより発生した電流を示す図である。図4Bに示すように、受信機コイル304a、304b、305は、完全に位置合わせされた位置の右にある。グラフ400aは、線410で表されるこの位置合わせ位置での電流402a、404a、406aの概算値を示す。一部の実施形態では、線410における電流402aは完全に位置合わせされた位置(たとえば、位置合わせ「0」)における値よりも小さい値を有し、電流404a、406aは完全に位置合わせされた位置における値よりも大きい値を有する。
【００５８】
一部の実施形態では、線410が、ボックス408内に入る位置合わせを表すことができる。したがって、エネルギーを受信機コイル304a、304b、305に伝送するために、電流が送信機コイル303a、303bに流入することができる。他の実施形態では、線410が、ボックス408外に入る位置合わせを表すことができる。したがって、電流は送信機コイル303a、303bに流入することができない。
【００５９】
図4Cは、受信機コイルと矩形ベース構成に配列された単一の送信機コイル306との位置合わせに応じて、略共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305とにより発生した電流を示す。図4Cは、単一の送信機コイル306が略共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305とに完全に位置合わせされた状態の上面図である。グラフ400bは、受信機コイル304a、304b、305と単一の送信機コイル306との位置合わせに応じて、共面の受信機コイル304a、304bおよび第3の受信機コイル305に誘導される電流を示す。
【００６０】
たとえば、電流402a、404aと同様に、電流402bは共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流を表し、電流404bは第3の受信機コイル305に誘導される電流を表す。電流406bは電流402b、404bの合計を表す。上述されたように、受信機コイル304a、304b、305が単一の送信機コイル306に完全に位置合わせされる(たとえば、位置合わせが「0」である)と、電流402bはゼロ近くになり、電流404bは送信機コイル306に発生した電流の量に対して最大値近くになる。
【００６１】
ボックス408は、単一の送信機コイル306の例示的な動作エリアを示す。たとえば、位置合わせがボックス408に覆われたエリア内にある場合、電流は、エネルギーを受信機コイル304a、304b、305に伝送するために単一の送信機コイル306内で流れることができる。グラフ400bに示すように、位置合わせがボックス408の外縁部に移動すると、電流402b、404bが集束し始め、電流406bが増加し始める。
【００６２】
図4A〜図4Cに示すように、電気車両112の受信機コイルとベースワイヤレス電力充電システム202の送信機コイルおよび/または送信機コイル配列との位置合わせは、受信機コイルの各々に誘導される電流に影響し得る。受信機コイルと送信機コイルおよび/または送信機コイル配列との位置合わせが受信機コイルの各々に誘導される電流に影響し得るため、電気車両112は、バッテリに電流を供給するためにどの受信機コイルを使用すべきであるかを判定する必要があり得る。すべての受信機コイルが有効なままであり、バッテリに電流を供給できるが、すべての受信機コイルを有効にすると、電気車両の電力消費を不必要に増加させ得る。さらに、バッテリに供給される電流が多すぎることがあり、これにより、バッテリを恒久的に損傷させるおそれがある。同様に、共面の受信機コイルのみ、または第3の受信機コイルのみが有効である場合、バッテリを充電するのに十分な電流が供給されていないおそれがある。
【００６３】
したがって、電気車両112は、どの受信機コイルがバッテリに電流を供給するかを制御し、かつ/またはバッテリに供給される電流の量を制御する1つまたは複数のコントローラを備えることができる。1つまたは複数のコントローラにより、電気車両112のバッテリが、充電のための十分な量の電力を受信することができる。1つまたは複数のコントローラは、ベースワイヤレス電力充電システム202の電流の変化によって生じるバッテリへの悪影響を最小限にするように機能することもある。1つまたは複数のコントローラは、図1のワイヤレス電力伝送システム100などのワイヤレス電力伝送システムのいくつかの構成要素の1つであってよい。例示的なワイヤレス電力伝送システムの構成要素を、図5に関して以下に示す。
【００６４】
図5は、図1のワイヤレス電力伝送システム100の例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝送システム510は、ベースシステム誘導コイル508(たとえば、略共面の送信機コイル303a、303bまたは単一の送信機コイル306)および電気車両誘導コイル516(たとえば、受信機コイル304a、304b、305)のための通信リンク576、案内リンク566、および位置合わせシステム552、554を示す。図2を参照して上述されたように、電気車両112に向かうエネルギーフローを仮定すると、図3A〜図3Bでは、ベース充電システム電力インターフェース558は、AC電源またはDC電源などの電力源から充電システム電力変換器536に電力を供給するように構成することができる。ベース充電システム電力変換器536は、ベース充電システム電力インターフェース558からAC電力またはDC電力を受信して、ベースシステム誘導コイル508をその共振周波数においてまたはその共振周波数の近くで励磁することができる。電気車両誘導コイル516は、近距離場結合モード領域にあるとき、近距離場結合モード領域からエネルギーを受信して、共振周波数においてまたは共振周波数の近くで発振することができる。電気車両電力変換器538は、電気車両誘導コイル516からの発振信号を、電気車両電力インターフェースを介してバッテリを充電するのに適した電力信号に変換する。電気車両電力変換器538は、電気車両誘導コイル516に誘導される電流(または電力)を検出するように構成された、電流センサもしくは電力センサなどの1つまたは複数のセンサを備えることもできる。センサによる測定値を、電気車両コントローラ544に送信することができる。
【００６５】
ベースワイヤレス充電システム512はベース充電システムコントローラ542を含み、電気車両充電システム514は電気車両コントローラ544を含む。ベース充電システムコントローラ542は、たとえば、コンピュータ、および配電センタ、またはスマート電力網などの他のシステム(図示せず)へのベース充電システム通信インターフェースを含む場合がある。電気車両コントローラ544は、たとえば、車両上の搭載コンピュータ、他のバッテリ充電コントローラ、車両内の他の電子システム、およびリモート電子システムなどの他のシステム(図示せず)への電気車両通信インターフェースを含む場合がある。電気車両コントローラ544は、どの受信機コイルがバッテリに電流を供給するかを制御し、かつ/またはバッテリに供給される電流の量を制御することができる。電気車両コントローラ544の機能性について、以下でさらに詳細に説明する。
【００６６】
ベース充電システムコントローラ542および電気車両コントローラ544は、別個の通信チャネルを有する特定のアプリケーション用のサブシステムまたはモジュールを含む場合がある。これらの通信チャネルは、別個の物理チャネルまたは別個の論理チャネルであり得る。非限定的な例として、ベース充電位置合わせシステム552は、通信リンク576を介して電気車両位置合わせシステム554と通信して、自律的に、またはオペレータの支援により、ベースシステム誘導コイル508と電気車両誘導コイル516をより厳密に位置合わせするためのフィードバック機構を提供することができる。同様に、ベース充電案内システム562は、案内リンクを介して電気車両案内システム564と通信して、ベースシステム誘導コイル508と電気車両誘導コイル516を位置合わせする際にオペレータを誘導するために、フィードバック機構を提供することができる。加えて、ベースワイヤレス電力充電システム512と電気車両充電システム514との間で他の情報を通信するための、ベース充電通信システム572および電気車両通信システム574によってサポートされる別個の汎用通信リンク(たとえば、チャネル)があり得る。この情報は、ベースワイヤレス電力充電システム512と電気車両充電システム514の両方の電気車両特性、バッテリ特性、充電状態、および電力容量に関する情報、ならびに電気車両112についての保守および診断データを含む場合がある。これらの通信チャネルは、たとえば、Bluetooth(登録商標)、zigbee、セルラーなどの別個の物理通信チャネルであり得る。これらのシステムは、任意の適切な方式でベースシステム誘導コイル508と電気車両誘導コイル516の相対位置および/または相対方向を決定し通信するように動作することができる。
【００６７】
ベースワイヤレス充電システム512と電気車両充電システム514との間で通信するために、ワイヤレス電力伝送システム510は、帯域内シグナリングとRFデータモデム(たとえば、無認可の帯域内の無線を介したイーサネット(登録商標))の両方を使用することができる。帯域外通信は、車両の使用者/所有者への付加価値サービスの割振りに十分な帯域幅を提供することができる。ワイヤレス電力キャリアの低深度振幅または位相変調は、干渉を最小限に抑えた帯域内シグナリングシステムとしての働きをすることができる。
【００６８】
さらに、一部の通信は、特定の通信アンテナを使用せずにワイヤレス電力リンクを介して実行される場合がある。たとえば、ワイヤレス電力誘導コイル508および516は、ワイヤレス通信送信機としての働きをするように構成される場合もある。したがって、ベースワイヤレス電力充電システム512のいくつかの実施形態は、ワイヤレス電力経路上でキーイングタイププロトコルを可能にするためのコントローラ(図示せず)を含む場合がある。既定のプロトコルによる既定の間隔での送信電力レベルのキーイング(振幅シフトキーイング)により、受信機は、送信機からのシリアル通信を検出することができる。ベース充電システム電力変換器536は、ベースシステム誘導コイル508によって発生した近距離場の近傍で作動中の電子車両受信機の有無を検出するための負荷感知回路(図示せず)を含む場合がある。例として、負荷感知回路は、ベースシステム誘導コイル508によって発生した近距離場の近傍で作動中の受信機の有無によって影響される電力増幅器に流れる電流を監視する。電力増幅器上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを送信するための発振器を有効にすべきかどうか、作動中の受信機と通信すべきかどうか、またはそれらの組合せを判定する際に使用するためのベース充電システムコントローラ542によって監視することができる。
【００６９】
ワイヤレス高電力伝送を可能にするために、いくつかの実施形態は、10〜60kHzの範囲内の周波数で電力を伝送するように構成することができる。この低周波数結合により、固体デバイスを使用して実現され得る高効率な電力変換が可能になる場合がある。加えて、他の帯域と比較して無線システムによる共存問題が少なくなる場合がある。
【００７０】
一実施形態では、電気車両コントローラ544は、パラメータの比較に基づいて、どの受信機コイルがバッテリに電流を供給すべきかを判定する。パラメータは、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流(または電力)、第3の受信機コイル305に誘導される電流(または電力)、およびベースワイヤレス電力充電システム202のデューティサイクルを含むことができる。どの受信機コイルがバッテリに電流を供給すべきかを判定するときに電気車両コントローラ544により実行される動作を説明する際に、電流値と電力値とを区別なく使用することができる。明確にするために、測定された電流値に基づいて、電気車両コントローラ544により実行される動作について、本明細書で説明する。
【００７１】
ベースワイヤレス電力充電システム202の電流は、デューティサイクルの関数であり得る(たとえば、ベースワイヤレス電力充電システム202の電流とデューティサイクルとは直線的に比例し得る)。たとえば、デューティサイクルが増加すると、ベースワイヤレス電力充電システム202の電流が増加し得る。その結果、受信機コイル304a、304bおよび/または305の1つまたは複数に誘導される電流が増加し得る。しかしながら、一部の実施形態では、デューティサイクルがある閾値(たとえば、80%)に到達すると、このような特性が当てはまらなくなり得る。たとえば、ある閾値に到達すると、受信機コイル304a、304bおよび/または305の1つまたは複数に誘導される電流は、デューティサイクルが増加しても、比例した割合で増加しないことがある。十分な電流が受信機コイルに誘導されない場合に、デューティサイクルが増加し得る。同様に、多すぎる電流が受信機コイルに誘導される場合に、デューティサイクルが減少し得る。
【００７２】
一実施形態では、デューティサイクルは、ベースワイヤレス電力充電システム202により判定される。たとえば、ベースワイヤレス電力充電システム202は、送信機コイル303a、303bおよび/または306に発生した電流に基づいてデューティサイクルを判定することができる。その後、図5に関して以下で説明する通信リンク576などの通信チャネルを介して、デューティサイクルを電気車両112に送信することができる。別の実施形態では、デューティサイクルが、変換器538または電気車両コントローラ544などの電気車両112により判定される。その後、通信リンク576などの通信チャネルを介して、デューティサイクルをベースワイヤレス電力充電システム202に送信することができる。
【００７３】
一部の実施形態では、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流を第3の受信機コイル305に誘導される電流と比較すると、どの受信機コイルが現在、より大量の電流を発生しているかを示すことができる。共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流をデューティサイクルと比較すると(たとえば、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比)、共面の受信機コイル304a、304bによってバッテリに供給可能な電流の量を示すことができる。同様に、第3の受信機コイル305に誘導される電流をデューティサイクルと比較すると(たとえば、第3の受信機コイル305に誘導される電流の、デューティサイクルに対する比)、第3の受信機コイル305によってバッテリに供給可能な電流の量を示すことができる。
【００７４】
一般に、電気車両コントローラ544は、どれが主コイルであるか、またはどれがより大きい初期誘導電流を有するかに応じて、共面の受信機コイル304a、304bまたは第3の受信機コイル305を最初に有効にすることができる。たとえば、主コイルは、送信機コイルおよび受信機コイルが完全に位置合わせされたときに、より大きい誘導電流を有するコイルであってよい。初期受信機コイルが有効になった後、電気車両コントローラ544は追加の解析を実行して、受信機コイルを有効および/または無効にすることができる。本明細書で説明したように、共面の受信機コイル304a、304bは、より大きい初期誘導電流を有する主コイルおよび/または受信機コイルであると考えられる。以下で説明する、電気車両コントローラ544によって実行される解析は、共面の受信機コイル304a、304bがより大きい初期誘導電流を有する主コイルおよび/または受信機コイルであるという観点から取り入れられる。しかしながら、第3の受信機コイル305がより大きい初期誘導電流を有する主コイルおよび/または受信機コイルであってよく、第3の受信機コイル305と共面の受信機コイル304a、304bとは、以下の解析で入れ替え可能である。
【００７５】
充電は静的または動的に行うことができる。静的充電は、電気車両112が静止しているときに行われる。動的充電は、電気車両112が動いているときに行われる。動的充電中、電気車両コントローラ544によって主コイルを判定し有効にすることができる。
【００７６】
一実施形態では、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bを有効にして、いくつかの状況のうちの1つにおいてバッテリに電流を供給するように構成される。第1の実施形態では、電気車両コントローラ544が、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。たとえば、所望の電流は10Aであってよく、一般的なデューティサイクルは50%〜80%であってよい。したがって、第1の閾値は0.125であり得る。第1の閾値を超えると、十分な電流が誘導されてバッテリを充電することを示すことができる。比が第1の閾値を超えると、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bの電流が第3の受信機コイル305の電流よりも大きいかどうかを判定する。共面の受信機コイル304a、304bの電流が第3の受信機コイル305の電流よりも大きい場合には、電気車両コントローラ544が共面の受信機コイル304a、304bを有効にし、かつ/または第3の受信機コイル305を無効にする。
【００７７】
第2の実施形態では、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えていない場合、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも大きいかどうかを判定する。第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも小さい場合には、電気車両コントローラ544が共面の受信機コイル304a、304bを有効にする。
【００７８】
第3の実施形態では、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えていない場合、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも大きいかどうかを判定する。第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも大きい場合、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305に誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えていない場合には、電気車両コントローラ544が共面の受信機コイル304a、304bを有効にする。
【００７９】
第4の実施形態では、電気車両コントローラ544が、送信機コイル配列、ならびに送信機コイル303a、303bおよび/または306と受信機コイル304a、304b、305との位置合わせを判定する。たとえば、電気車両コントローラ544は、通信リンク576および/または案内リンク566を介して送信機コイル配列情報を受信することができる。さらに、電気車両コントローラ544は、電気車両位置合わせシステム554から位置合わせ情報を受信することができる。一部の実施形態では、位置合わせが動作帯域内(たとえば、図4Aおよび4Cのボックス408内)にある場合、送信機コイル配列に関わらず、電気車両コントローラ544が共面の受信機コイル304a、304bを有効にする。他の実施形態では、位置合わせが動作帯域内にある場合、送信機コイルが二重ベース構成で配列されるときのみ、電気車両コントローラ544が共面の受信機コイル304a、304bを有効にする。たとえば、矩形ベース構成では、第3の受信機コイル305に誘導される電流はバッテリを充電するのに十分であり得、かつ/または共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流はバッテリを充電するには不十分であり得る。
【００８０】
一実施形態では、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305を有効にして、いくつかの状況のうちの1つにおいてバッテリに電流を供給するように構成される。第1の実施形態では、電気車両コントローラ544が、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えている場合、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bの電流が第3の受信機コイル305の電流よりも大きいかどうかを判定する。共面の受信機コイル304a、304bの電流が第3の受信機コイル305の電流よりも小さい場合には、電気車両コントローラ544が第3の受信機コイル305を有効にし、かつ/または共面の受信機コイル304a、304bを無効にする。
【００８１】
第2の実施形態では、電気車両コントローラ544が、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えていない場合、電気車両コントローラ544は第3の受信機コイル305を有効にし、かつ/または共面の受信機コイル304a、304bを無効にする。
【００８２】
第3の実施形態では、電気車両コントローラ544が、送信機コイル配列、ならびに送信機コイル303a、303bおよび/または306と受信機コイル304a、304b、305との位置合わせを判定する。たとえば、上述されたように、電気車両コントローラ544は、通信リンク576および/または案内リンク566を介して送信機コイル配列情報を受信することができる。さらに、電気車両コントローラ544は、電気車両位置合わせシステム554から位置合わせ情報を受信することができる。一部の実施形態では、位置合わせが動作帯域内(たとえば、図4Aおよび4Cのボックス408内)にあり、送信機コイルが矩形ベース構成に配列される場合、電気車両コントローラ544が第3の受信機コイル305および/または共面の受信機コイル304a、304bを有効にする。たとえば、第3の受信機コイル305に誘導される電流はバッテリを充電するのに十分であり得、かつ/または共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流はバッテリを充電するには不十分であり得る。
【００８３】
一実施形態では、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305との両方を有効にして、いくつかの状況のうちの1つにおいてバッテリに電流を供給するように構成される。第1の実施形態では、電気車両コントローラ544が、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えていない場合、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも大きいかどうかを判定する。第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも大きくない場合には、電気車両コントローラ544が共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305との両方を有効にする。
【００８４】
第2の実施形態では、電気車両コントローラ544が、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えていない場合、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも大きいかどうかを判定する。第3の受信機コイル305の電流が共面の受信機コイル304a、304bの電流よりも大きい場合、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305に誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が第1の閾値を超えているかどうかを判定する。比が第1の閾値を超えていない場合には、電気車両コントローラ544が、共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305との両方を有効にする。
【００８５】
上述されたように、送信機コイル配列は、電気車両コントローラ544がどの受信機コイルを有効にするかに影響し得る。たとえば、送信機コイルが二重ベース構成に配列された場合、電気車両コントローラ544は、位置合わせ(たとえば、位置合わせが動作帯域内に入るかどうか)に基づいて、共面の受信機コイル304a、304bを有効なままにし、第3の受信機コイル305を有効または無効にすることができる。送信機コイルが矩形ベース構成に配列される場合、電気車両コントローラ544は、位置合わせに基づいて、共面の受信機コイル304a、304bおよび/または第3の受信機コイル305を有効にすることができる。
【００８６】
さらなる実施形態では、電気車両コントローラ544または図示しない第2のコントローラが、バッテリに供給される電流の量を制限する。たとえば、共面の受信機コイル304a、304b、第3の受信機コイル305、またはこれらの両方が、バッテリに電流を供給していてもよい。電流が大きすぎる場合、電気車両コントローラ544または第2のコントローラは、受信機コイル304a、304bおよび/または305のいずれかから電流の流れを制限することができる。例として、電気車両コントローラ544または第2のコントローラは、受信機コイル304a、304bおよび/または305の1つまたは複数を短絡させる同期整流器を制御して、バッテリへの電流の流れを制限することができる。
【００８７】
図6は、図5の電気車両コントローラ544などの電気車両コントローラによって実行され得る動作のフローチャート600を示す。上述されたように、電気車両コントローラ544は、追加の解析を実行して受信機コイルを有効および/または無効にすることができる。一実施形態では、電気車両コントローラ544がブロック602から始まることができる。
【００８８】
ブロック602で、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が閾値(たとえば、上述された第1の閾値)よりも大きいかどうかを判定する。比が閾値よりも大きい場合、電気車両コントローラ544はブロック604に進む。そうでない場合には、電気車両コントローラ544はブロック606に進む。
【００８９】
ブロック604で、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流が第3の受信機コイル305に誘導される電流より大きいかどうかを判定する。共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の方が大きい場合、電気車両コントローラ544は、ブロック610に示すように、共面の受信機コイル304a、304bのみを有効にする。そうでない場合には、電気車両コントローラ544は、ブロック612に示すように、第3の受信機コイル305のみを有効にする。
【００９０】
ブロック606で、電気車両コントローラ544は、共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流が第3の受信機コイル305に誘導される電流よりも小さいかどうかを判定する。共面の受信機コイル304a、304bに誘導される電流の方が小さい場合、電気車両コントローラ544はブロック608に進む。そうでない場合には、電気車両コントローラは、ブロック614に示すように、共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305との両方を有効にする。
【００９１】
ブロック608で、電気車両コントローラ544は、第3の受信機コイル305に誘導される電流の、デューティサイクルに対する比が閾値よりも大きいかどうかを判定する。比が閾値よりも大きい場合、電気車両コントローラ544は、ブロック612に示すように、第3の受信機コイル305のみを有効にする。そうでない場合には、電気車両コントローラ544は、ブロック614に示すように、共面の受信機コイル304a、304bと第3の受信機コイル305との両方を有効にする。
【００９２】
図7は、バッテリに供給される電流を制御するための例示的な方法700のフローチャートである。一実施形態では、フローチャート700のステップを電気車両コントローラ544によって実行することができる。本明細書でフローチャート700の方法について特定の順序を参照して説明するが、種々の実施形態において、本明細書のブロックを異なる順序で実行しても、省略してもよく、追加のブロックを加えてもよい。フローチャート700の方法を、電力のワイヤレス伝送を介して別のデバイスを充電するように構成され得るデバイスで実施できることを、当業者は理解するだろう。
【００９３】
ブロック702で、方法700は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスのデューティサイクルを判定する。一実施形態では、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルが、第3の受信機コイルの略中心にまとめて配置される。ブロック704で、方法700は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにデューティサイクルの比較に基づいて、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイル、第3の受信機コイル、または共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと第3の受信機コイルとを有効にする。
【００９４】
図8は、例示的な実施形態による電気車両800の機能ブロック図である。電気車両800は、図1〜図6に関して説明した種々の作用のための手段802および手段804を備える。電気車両800は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスのデューティサイクルを判定するための手段802を備える。一実施形態では、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにワイヤレス電力伝送受信機デバイスのデューティサイクルを判定するための手段802が、ブロック702に関して上述された機能の1つまたは複数を実行するように構成されていてもよい。電気車両800は、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにデューティサイクルの比較に基づいて、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイル、第3の受信機コイル、または共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと第3の受信機コイルとを有効にするための手段804をさらに備える。一実施形態では、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルの電流、第3の受信機コイルの電流、ならびにデューティサイクルの比較に基づいて、共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイル、第3の受信機コイル、または共面の第1の受信機コイルおよび第2の受信機コイルと第3の受信機コイルとを有効にするための手段804が、ブロック704に関して上述された機能の1つまたは複数を実行するように構成されていてもよい。
【００９５】
上述された方法の様々な動作は、様々なハードウェア構成要素および/もしくはソフトウェア構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなどの、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行することができる。一般に、図に示された任意の動作は、動作を実行することが可能な対応する機能的手段によって実行することができる。判定するための手段がセンサ(たとえば、電流センサ)を含む。有効にするための手段が電気車両コントローラを含む。
【００９６】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号を表すことができる。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表すことができる。
【００９７】
本明細書で開示された実施形態に関して記載された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装することができる。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能に関して上述されている。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。記載された機能は特定の適用例ごとに様々な方法で実装できるが、そのような実装の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈されるべきではない。
【００９８】
本明細書で開示された実施形態に関して記載された様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(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)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書に記載された機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実行することができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。
【００９９】
本明細書で開示された実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはその2つの組合せで具現化することができる。ソフトウェアで実装される場合、それらの機能は、1つもしくは複数の命令もしくはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。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、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブル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、または、当技術分野で既知の任意の他の形態の記憶媒体の中に存在することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。本明細書で使用する場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク(disk)、およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザで光学的にデータを再生する。上記の組合せも、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。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に存在することができる。ASICはユーザ端末内に存在することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在することができる。
【０１００】
本開示の概要を示すために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現されない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示された1つの利点または利点のグループを、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく、実現または最適化するように具現化または実行することができる。
【０１０１】
上述された実施形態の様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義された一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えられるものである。
【符号の説明】
【０１０２】
100  ワイヤレス電力伝送システム
102a  ベースワイヤレス充電システム
112  電気車両
116  電気車両誘導コイル
202  ベースワイヤレス電力充電システム
204  ベースシステム誘導コイル
205  ベース充電システム同調回路
206  ベースシステム送信回路
216  電気車両誘導コイル
221  電気車両充電システム同調回路
222  電気車両受信回路
236  ベース充電システム電力変換器
300a  誘導コイル配列
300b  誘導コイル配列
301a  送信機コイル配列
301b  送信機コイル配列
302  受信機コイル配列
303a、303b  送信機コイル
304a、304b  受信機コイル
305  受信機コイル
306  送信機コイル
400b  グラフ
402a  電流
404a  電流
406a  電流
408  ボックス
410  線
508  ベースシステム誘導コイル
510  ワイヤレス電力伝送システム
516  電気車両誘導コイル
538  電気車両電力変換器
544  電気車両コントローラ
552、554  位置合わせシステム
566  案内リンク
576  通信リンク
700  方法
800  電気車両
802  手段
804  手段
C1  キャパシタ
P1  電力
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
0005933858.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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