(57)【要約】      （修正有）【課題】ソースコイルおよび捕捉コイルのインピーダンスを自動的に特性化し、ソースコイルに印加された電力の周波数を調整する無線バッテリー充電器を提供する。【解決手段】エネルギー蓄積装置１２を無線で充電する充電システム１０の動作方法は、周波数を有する電力を供給する電源１６と、電源１６と電気的に結合され、交番磁場２０を生成するソースコイル１８と、ソースコイル１８に磁気的に結合され、それによって、交番磁場２０からの電力を誘導する捕捉コイル２２と、捕捉コイル２２に切り替え可能に結合され、捕捉コイル２２に可変抵抗性負荷を提供する可変抵抗器３８と、電源１６と通信可能に結合され、可変抵抗器３８の抵抗を変えるように可変抵抗器３８に命令し、かつ、電力の周波数を変えるように電源１６に命令するコントローラ回路３０と、を有する。【選択図】図１
2019126245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー蓄積装置（１２）を無線で充電するように構成された充電システム（１０）であって、
該充電システム（１０）は、
周波数を有する電力を供給するように構成された電源（１６）と、
前記電源（１６）と電気的に通信し、交番磁場（２０）を生成するように構成されたソースコイル（１８）と、
前記ソースコイル（１８）に磁気的に結合され、それによって、前記交番磁場（２０）からの電力を捕捉するように捕捉コイル（２２）を誘導する、捕捉コイル（２２）と、
前記捕捉コイル（２２）に切り替え可能に結合され、前記捕捉コイル（２２）に可変抵抗性負荷を提供するように構成された可変抵抗器（３８）と、
前記電源（１６）と通信可能に結合され、前記可変抵抗器（３８）の抵抗を変えるように前記可変抵抗器（３８）に命令するように構成され、前記電力の前記周波数を変えるように前記電源（１６）に命令するように構成されたコントローラ回路（３０）と、
を備える、充電システム（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載の充電システム（１０）において、
前記充電システム（１０）は、さらに、
前記可変抵抗器（３８）と通信可能に結合された第１のトランシーバ（４０）と、
前記コントローラ回路（３０）と通信可能に結合され、前記第１のトランシーバ（４０）と無線通信する第２のトランシーバ（４２）と、を備え、
前記コントローラ回路（３０）が、前記第１および第２のトランシーバ（４０、４２）を介して、前記可変抵抗器（３８）の前記抵抗を変えるように前記可変抵抗器（３８）に命令するように構成されている、充電システム（１０）。
【請求項３】
請求項１に記載の充電システム（１０）において、
前記充電システム（１０）は、さらに、
前記コントローラ回路（３０）と通信可能に結合され、前記電源（１６）によって供給される前記電力の電流値を決定するように構成された電流センサー（３４）と、
前記コントローラ回路（３０）と通信可能に結合され、前記電源（１６）によって供給される前記電力の電圧値を決定するように構成された電圧センサー（３２）と、を備え、
前記コントローラ回路（３０）が、前記電流値および前記電圧値に基づいて、インピーダンス値および電圧−電流位相値を決定するように構成されている、充電システム（１０）。
【請求項４】
請求項３に記載の充電システム（１０）において、
前記電源（１６）が、第１の電力値または前記第１の電力値よりも高い第２の電力値で前記電力を供給するように構成され、
前記コントローラ回路（３０）が、前記第１の電力値または前記第２の電力値で前記電力を供給するように前記電源（１６）に命令するように構成されている、充電システム（１０）。
【請求項５】
請求項４に記載の充電システム（１０）において、
前記コントローラ回路（３０）が、前記電源（１６）が前記第１の電力値で前記電力を供給しているときに、前記可変抵抗器（３８）の前記抵抗を変えるように前記可変抵抗器（３８）に命令し、前記電力の前記周波数を変えるように前記電源（１６）に命令する、充電システム（１０）。
【請求項６】
請求項５に記載の充電システム（１０）において、
前記第１の電力値が１ワット未満である、充電システム（１０）。
【請求項７】
請求項４に記載の充電システム（１０）において、
前記コントローラ回路（３０）が、前記電源（１６）が前記第２の電力値で前記電力を供給しているときに、前記捕捉コイル（２２）から分離するように前記可変抵抗器（３８）に命令する、充電システム（１０）。
【請求項８】
請求項４に記載の充電システム（１０）において、
前記コントローラ回路（３０）が、前記電源（１６）が前記第２の電力値で前記電力を供給しているときに、前記電力の前記周波数を変えるように前記電源（１６）に命令する、充電システム（１０）。
【請求項９】
請求項３に記載の充電システム（１０）において、
前記コントローラ回路（３０）が、前記インピーダンス値および前記電圧−電流位相値が最小になる前記電力の前記周波数を決定するように構成されている、充電システム（１０）。
【請求項１０】
請求項１に記載の充電システム（１０）において、
前記可変抵抗器（３８）、が第１の抵抗値と前記第１の抵抗値よりも大きい第２の抵抗値との間で、変更可能である、充電システム（１０）。
【請求項１１】
無線でエネルギー蓄積装置（１２）を充電するために充電システム（１０）を動作させる方法（１００）であって、
該充電システム（１０）が、
周波数を有する電力を供給するように構成された電源（１６）と、
前記電源（１６）と電気的に結合され、交番磁場（２０）を生成するように構成されたソースコイル（１８）と、
前記ソースコイル（１８）に磁気的に結合され、それによって、前記交番磁場（２０）から電力を捕捉するように捕捉コイル（２２）を誘導する、捕捉コイル（２２）と、
前記捕捉コイル（２２）に切り替え可能に結合され、前記捕捉コイル（２２）に可変抵抗性負荷を提供するように構成された可変抵抗器（３８）と、
前記電源（１６）と通信可能に結合されたコントローラ回路（３０）と、を有し、
前記方法（１００）は、
前記コントローラ回路（３０）から前記可変抵抗器（３８）への命令に応答して前記可変抵抗器（３８）の抵抗を変えるステップ（１１０）と、
前記コントローラ回路（３０）から前記電源（１６）への命令に応答して前記電源（１６）によって供給される前記電力の前記周波数を変えるステップ（１１２）と、
を含む、方法（１００）。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法（１００）において、
前記充電システム（１０）が、さらに、
前記可変抵抗器（３８）と通信可能に結合された第１のトランシーバ（４０）と、
前記コントローラ回路（３０）と通信可能に結合され、前記第１のトランシーバ（４０）と無線通信する第２のトランシーバ（４２）と、を備え、
前記方法（１００）が、さらに、
前記第１および第２のトランシーバ（４０、４２）を介して、前記可変抵抗器（３８）の前記抵抗を変えるように前記コントローラ回路（３０）から前記可変抵抗器（３８）に命令を送信するステップ（１１４）を含む、方法（１００）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法（１００）において、
前記充電システム（１０）が、さらに、
前記コントローラ回路（３０）と通信可能に結合された第１の電流センサー（３４）と、
前記コントローラ回路（３０）と通信可能に結合された第１の電圧センサー（３２）と、を備え、
前記方法（１００）が、さらに、
前記第１の電流センサー（３４）を介して、前記電源（１６）によって供給される前記電力の第１の電流値を決定するステップ（１１６）と、
前記第１の電圧センサー（３２）を介して、前記電源（１６）によって供給される前記電力の電圧の第１の電圧値を決定するステップ（１１８）と、
前記コントローラ回路（３０）を介して、前記第１の電流値および前記第１の電圧値に基づいて、インピーダンス値および電圧−電流位相値を決定するステップと、
を含む、方法（１００）。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法（１００）において、
前記電源（１６）が、第１の電力値または前記第１の電力値よりも高い第２の電力値で前記電力を供給するように構成され、
前記コントローラ回路（３０）が、前記第１の電力値または前記第２の電力値で前記電力を供給するように前記電源（１６）に命令するように構成されている、方法（１００）。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法（１００）において、
前記電源（１６）が前記第１の電力値で交流電流を供給しているときに、前記可変抵抗器（３８）の前記抵抗を変える前記ステップ（１１４）が行われる、方法（１００）。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法（１００）において、
前記第１の電力値が１ワット未満である、方法（１００）。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法（１００）において、
前記方法（１００）が、さらに、
前記コントローラ回路（３０）を介して、前記インピーダンス値および前記電圧−電流位相値が最小になる前記電力の前記周波数を決定するステップ（１２２）を含む、方法（１００）。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法（１００）において、
前記方法（１００）が、さらに、
前記電源（１６）が前記第２の電力値で前記電力を供給しているときに、前記コントローラ回路（３０）から前記可変抵抗器（３８）への命令に応答して前記可変抵抗器（３８）を前記捕捉コイル（２２）から分離させるステップ（１２４）を含む、方法（１００）。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法（１００）において、
前記コントローラ回路（３０）が、前記電源（１６）が前記第２の電力値で前記電力を供給しているときに、前記電力の前記周波数を変えるように前記電源（１６）に命令する、方法（１００）。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法（１００）において、
前記充電システム（１０）が、さらに、
前記第２のトランシーバ（４２）と通信可能に結合された第２の電流センサー（４４）と、
前記第２のトランシーバ（４２）と通信可能に結合された第２の電圧センサー（４６）と、を備え、
前記方法（１００）が、さらに、
前記第２の電流センサー（４４）を介して、前記捕捉コイル（２２）によって捕捉された前記電力の第２の電流値を決定するステップ（１３０）と、
前記第２の電圧センサー（４６）を介して、前記捕捉コイル（２２）によって捕捉された前記電力の前記電圧の第２の電圧値を決定するステップ（１３２）と、
前記第１および第２のトランシーバ（４０、４２）を介して、前記コントローラ回路（３０）に前記第２の電流値および前記第２の電圧値を送信するステップ（１３４）と、
前記コントローラ回路（３０）を介して、前記第２の電流値および前記第２の電圧値に基づいて等価負荷抵抗値を計算するステップ（１３４）と、
前記等価負荷抵抗値が、記録された対応する抵抗値と実質的に等しく、前記電源（１６）が前記第２の電力値で前記電力を供給しているときに、
前記インピーダンス値および前記電圧−電流位相値が前記可変抵抗器（３８）の瞬時抵抗に対して最小になる前記電力の記録された周波数と一致するように、前記コントローラ回路（３０）を介して前記電源（１６）の前記周波数に命令するステップ（１３６）と、
を含む、方法（１００）。
【請求項２１】
請求項１３に記載の方法（１００）において、
前記方法（１００）が、さらに、
前記インピーダンス値および前記電圧−電流位相値が前記可変抵抗器（３８）の瞬時抵抗に対して最小になる前記電力の前記周波数を、前記コントローラ回路（３０）に電気的に結合されたメモリデバイス（３６）に記録するステップ（１２８）と、
前記可変抵抗器（３８）の対応する抵抗値を前記メモリデバイス（３６）に記録するステップと、
を含む、方法（１００）。
【請求項２２】
請求項１１に記載の方法（１００）において、
前記可変抵抗器（３８）が、第１の抵抗値と、前記第１の抵抗値よりも大きい第２の抵抗値との間で、変更可能である、方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１７年１１月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／５８８，０５２号に対する優先権の利益を主張し、その全体開示が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]本発明は、無線バッテリー充電器、詳細にはソースコイルおよび捕捉コイルのインピーダンスを自動的に特性化することができ、ソースコイルに印加される電力の周波数を調整することができる無線バッテリー充電器に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
[0003]ここで、本発明を、添付図面を参照して例として説明する。
【図１】[0004]一実施形態による充電システムの概略図である。
【図２】[0005]一実施形態による図１の充電システムの側面図である。
【図３】[0006]一実施形態による図１の充電システムの代替の概略図である。
【図４Ａ】[0007]別の実施形態による充電システムを制御する方法の流れ図である。
【図４Ｂ】[0007]別の実施形態による充電システムを制御する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
[0008]本明細書に提示された充電システムは、車両または携帯用電子機器のバッテリーなどのエネルギー蓄積装置を無線で充電するように構成されている。電力は、エネルギー蓄積装置に接続された捕捉コイルによって受け取られる磁場（すなわち、磁界）を生成する、電源に接続されたソースコイルによって、電源からエネルギー蓄積装置に無線で伝達される。電源の最適動作周波数は、ソースコイルに対する捕捉コイルの位置の違い、または異なる捕捉コイル間の電気的特性の差異に起因して変わることがある。
【０００５】
[0009]図１〜図３は、以降、システム１０と呼ばれる、本発明の実施形態による充電システム１０の例を示す。本例では、システム１０は、図１に示されるような電気車両またはハイブリッド電気車両１４のバッテリー１２などのエネルギー蓄積装置を無線で充電するように構成されている。
【０００６】
[0010]本例によると、システム１０の充電ステーション部分は、車両１４の外部に設置され、電力源、本例では、電源１６に電力を供給する５０〜６０Ｈｚの２４０ＶＡＣの電力会社電源に接続された電源１６を含む。電源１６は、８１〜９０キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数範囲の交流電流（ＡＣ）電圧を生成するインバータ（図示せず）を含む。電源１６の出力周波数は、外部装置からの入力信号に基づいて調整され得る。高電力出力モードでは、電源１６は、１キロワット（ｋＷ）を超える範囲の電力を供給する。電源１６の電力出力モードは、コントローラ回路などの外部装置からの入力信号に基づいて選択される。
【０００７】
[0011]電源１６は、電力源に電気的に結合されている。本明細書でおよび本明細書全体を通して使用されるように、電気的に結合されているとは、指定された装置が電線導体によって接続されていることを意味する。電源１６によってソースコイル１８に供給される交流電力は、ソースコイル１８に磁場（換言すれば、磁界）２０を発生させる。捕捉コイル２２は、磁場２０内部に配置され、この磁場２０が捕捉コイル２２内に交流電流を誘導し、こうして、磁場２０の磁気エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【０００８】
[0012]電源１６からの電力出力の周波数は、調節可能であり、ソースコイル１８と捕捉コイル２２との間の磁気結合を改善するように制御される。というのは、ソースコイル１８に対する捕捉コイル２２の位置の違いに起因して、および／または、使用される異なる車両に取り付けられた異なる特性を有する異なる捕捉コイルに起因して、システム１０が使用されるごとに、ソースコイル１８と捕捉コイル２２との間の結合特性および共振周波数が変化する可能性があるためである。
【０００９】
[0013]捕捉コイル２２によって捕捉された電力をバッテリー１２に供給するために、システム１０は、捕捉コイル２２からの交流電流を、バッテリー１２を充電するために使用することができる、以降、直流電流および直流電圧と呼ばれる、時間とともに変化しない電流および電圧に変換する整流器／フィルタ２４を含む。図２に示されるように、捕捉コイル２２は、車両１４の下側２６に設置され、ソースコイル１８は、車両１４の下の、車両から離れた、駐車場またはガレージの床などの表面２８上に設置されている。
【００１０】
[0014]電源１６は、２つの異なる電力出力モードで動作するように構成されている。低電力出力モードでは、電源１６は、１ワット未満（Ｗ）の範囲の電力を供給する。このモードは、システム１０に対して最適の動作パラメータが確立されるまで消費電力を最小限に抑えるという利点を提供する。また、このモードは、車両１４の周辺周りの磁場２０を最小限に抑えることで利点を提供し、異物検出システムが、高電力出力モード中に金属性物体または生物物体がより高い磁場２０に曝されるかどうかを判定する追加の時間を可能にする。
【００１１】
[0015]また、システム１０は、電源１６と電気的に通信し、電源１６の出力周波数および電力出力モードを制御するように構成されたコントローラ回路３０を含む。コントローラ回路３０は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス、ユニバーサルシリアルデータバス（ＵＳＢ）などのコマンド通信バス（図示せず）によって電源１６に接続されている。代替の実施形態では、コントローラ回路３０は、例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨまたはＷＩＦＩ無線通信プロトコルを使用して、電源１６と無線通信していてもよい。システム１０は、コントローラ回路３０と電気的に通信する第１の電圧センサー３２および第１の電流センサー３４をさらに含む。第１の電圧センサー３２および第１の電流センサー３４は、電源１６から出力される電力の電圧値（ｖ）および電流値（ｉ）、好ましくは電圧値および電流値の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を決定するように構成されている。コントローラ回路３０は、電流値および電圧値に基づいて電源１６の電力出力のインピーダンス値（ｚ）および電圧−電流位相値（Θ）を決定するように構成されている。インピーダンスは、式ｚ＝ｖ／ｉによって計算される。電圧−電流位相値（Θ）は、電圧値（ｖ）と電流値（ｉ）のゼロ交差間の時間差を測定することによって決定される。代替の実施形態では、第１の電圧センサー３２および第１の電流センサー３４は、例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨまたはＷＩＦＩ無線通信プロトコルを使用して、コントローラ回路３０と無線通信していてもよい。
【００１２】
[0016]コントローラ回路３０は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよい、または個別のロジック回路およびタイミング回路（図示せず）から構築されてもよい中央処理装置（図示せず）を含む。充電コントローラをプログラムするソフトウェア命令は、不揮発性（ＮＶ）メモリデバイス３６に記憶される。ＮＶメモリデバイス３６は、図示されるようなマイクロプロセッサまたはＡＳＩＣ内部に含まれていてもよく、または別個のデバイスであってもよい。使用され得るＮＶメモリの種類の非限定的な例は、電気的消去書込み可能読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、マスク読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、およびフラッシュメモリを含む。コントローラ回路３０は、コントローラ回路３０が電源１６および他のデバイスとの電気通信を確立することを可能にするコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）トランシーバなどの有線トランシーバ（図示せず）も含む。代替の実施形態では、コントローラ回路３０は、例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨまたはＷＩＦＩ無線通信プロトコルを使用して電源１６と通信するための無線トランシーバを含むことができる。コントローラ回路３０は、コントローラ回路３０が第１の電圧センサーおよび電流センサーならびに他の入力および制御回路とインタフェースすることを可能にするアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）およびデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ回路をさらに含む。
【００１３】
[0017]システム１０は、捕捉コイル２２に電気的に結合され、捕捉コイル２２に可変抵抗性負荷を提供するように構成された、車両１４に設置された可変抵抗器３８をさらに含む。可変抵抗器３８は、捕捉コイル２２からの捕捉された電力が、整流器／フィルタ２４または可変抵抗器３８のいずれかに流れるように、捕捉コイル２２および整流器／フィルタ２４に切り替え可能に電気的に結合されている。本システムの代替の実施形態では、可変抵抗器３８は、整流器／フィルタ２４およびバッテリー１２に切り替え可能に電気的に結合されていてもよい。また、可変抵抗器３８は、コントローラ回路３０に電気的に結合された第１の無線トランシーバ４０と、可変抵抗器３８に電気的に結合され、例えば、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨまたはＷＩＦＩ無線通信プロトコルを使用して第１の無線トランシーバ４０に無線で接続された第２の無線トランシーバ４２と、によってコントローラ回路３０に無線で接続されている。コントローラ回路３０は、第１および第２のトランシーバ４０、４２を介して命令を送信して、抵抗値を変更するように可変抵抗器３８に命令するようにさらに構成されている。図３に示されるように、可変抵抗器３８は、異なる値を有する抵抗器の交換網であり、抵抗は、命令に従って様々なスイッチを開閉することによって変えられる。スイッチは、好ましくは電気的に制御されるリレースイッチである。可変抵抗器３８は、少なくとも第１の抵抗値と第１の抵抗値よりも大きな第２の抵抗値の２つの抵抗値間で変更可能である。可変抵抗器３８は、コントローラ回路３０からの命令に基づいて抵抗値を変更するために必要とされる制御回路（図示せず）も含む。そのような制御回路は、当業者によく知られている。
【００１４】
[0018]システム１０は、第２の電流センサー４４および第２の電圧センサー４６をさらに含み、それらは両方とも第２のトランシーバ４２と電気的に通信している。第２の電流センサー４４および第２の電圧センサー４６は、整流器／フィルタ２４から出力される捕捉された電力の第２の電流値および第２の電圧値を決定するように構成されている。これらの第２の電圧値および第２の電流値は、第１および第２の無線トランシーバ４０、４２を介してコントローラ回路３０に供給される。システムの代替の実施形態では、第２の電流センサー４４および第２の電圧センサー４６は、捕捉コイル２２から出力される捕捉された電力の第２の電流値および第２の電圧値を決定するように構成されてもよい。
【００１５】
[0019]動作において、第１および第２のトランシーバ４０、４２は、充電プロセスを開始するために無線ＷＩＦＩ通信を確立する。次いで、コントローラ回路３０は、低電力出力モードに入るように電源１６に命令する。これにより、システム１０は、捕捉コイル２２がソースコイル１８に対する位置（または、対向する位置）にあり、ソースコイル１８からの交番磁場（換言すれば、交番磁界）２０を受け取り可能であることを確認あるいは検証することができる。電源１６がこの低電力出力モードにある間に、コントローラ回路３０は、整流器／フィルタ２４を捕捉コイル２２から分離させ又は切り離して、第１の抵抗値を確立するように可変抵抗器３８に命令する。可変抵抗器３８が第１の抵抗値を有している間に、コントローラ回路３０は、電源１６の動作周波数範囲内で出力電力の周波数を変えるように電源１６に命令する。コントローラ回路３０は、電流値（ｉ）および電圧値（ｖ）を受け取り、電力出力のインピーダンス値（ｚ）および電圧−電流位相値（Θ）を計算する。次いで、システム１０の制御装置は、インピーダンス値（ｚ）および電圧−電流位相値（Θ）が最小になる第１の周波数と、第１の周波数に関連付けられた第１の抵抗値とを、メモリデバイス３６に記憶する。最小になるインピーダンス値（ｚ）および電圧−電流位相値（Θ）は、ソースコイル１８および捕捉コイル２２が、抵抗性負荷が第１の抵抗値にある場合の共振周波数にまたはその近傍にあるときに得られ、これによって、抵抗性負荷が第１の抵抗値にある場合のソースコイル１８と捕捉コイル２２との間の最大の電力伝達を提供する。次いで、コントローラ回路３０は、第２の抵抗値を確立するように可変抵抗器３８に命令する。可変抵抗器３８が第２の抵抗値を有している間に、コントローラ回路３０は、電源１６の動作周波数範囲内で出力電力の周波数を再び変えるように電源１６に命令する。コントローラ回路３０は、電力出力のインピーダンス値（ｚ）および電圧−電流位相値（Θ）を再び計算し、これによって、抵抗性負荷が第２の抵抗値にある場合のソースコイル１８と捕捉コイル２２との間の最大の電力伝達を提供する。次いで、コントローラ回路３０は、インピーダンス値（ｚ）および電圧−電流位相値（Θ）が最小になる第２の周波数と、第２の周波数に関連付けられた第２の抵抗値とを、メモリデバイス３６に記憶する。このプロセスは、負荷抵抗がない、すなわち、抵抗値が、開回路であるため無限大である場合を含めて、異なる抵抗値でさらに数回繰り返されてもよい。
【００１６】
[0020]コントローラ回路３０が、可変抵抗器３８の抵抗値のそれぞれに対して周波数を掃引し終えた後、コントローラ回路３０は、次いで、捕捉コイル２２から分離して、捕捉コイル２２を整流器／フィルタ２４に再度結合するように可変抵抗器３８に命令し、次いで、高電力モードに入るように電源１６に命令する。捕捉コイル２２に接続された第２の電流センサーおよび電圧センサーは、第１および第２の無線トランシーバを介して第２の電流値および電圧値をコントローラ回路３０に送る。次いで、コントローラ回路３０は、第２の電流値および電圧値に基づいて等価負荷抵抗を計算する。続いて、コントローラ回路３０は、現在の等価負荷抵抗に最も近い関連付けられた抵抗値を有する、記憶された周波数から選択された出力周波数を使用するように電源１６に命令する。
【００１７】
[0021]好ましくは、コントローラ回路３０は、無負荷抵抗の記録された周波数から開始するように電源１６に命令し、出力電力が増加するとともに、コントローラ回路３０は、等価負荷抵抗が、目下計算されている等価負荷抵抗と実質的に等しい他の記録された周波数を使用することによって変化するにつれ、電源１６の周波数を調整する。
【００１８】
[0022]１１ｋＷの充電システム１０の特定の例では、バッテリー１２の電圧、したがって捕捉コイル２２の電圧は、２８０ボルト（Ｖ）から４２０Ｖまで変化することができる。システム１０は、３０アンペア（Ａ）の最大電流定格を有するように構成されており、そのため、バッテリー１２が２８０Ｖのとき、最小等価負荷抵抗は、２８０Ｖ／３０Ａ＝９．３オーム（Ω）である。充電中の予想される電力出力は、バッテリー１２が４２０Ｖのとき５００Ｗであり、したがって、最大等価負荷抵抗は、（４２０Ｖ）２／５００Ｗ＝３５３Ωである。したがって、可変抵抗器３８の最小および最大の抵抗値は、次式を使用して計算され得る。
●  最小等価負荷抵抗＝最小バッテリー電圧／最大出力電流
●  最大等価負荷抵抗＝（最大バッテリー電圧）２／最小出力電流
[0023]図４は、エネルギー蓄積装置を無線で充電するための充電システム１０を動作させる方法１００の例を示す。システム１０は、周波数を有する電力を供給するように構成された電源１６と、電源１６と電気的に通信し、交番磁場２０を生成するように構成されたソースコイル１８と、ソースコイル１８に磁気的に結合され、それによって、交番磁場２０からの電力を捕捉するように捕捉コイル２２を誘導する、捕捉コイル２２と、捕捉コイル２２に切り替え可能に結合され、可変抵抗性負荷を捕捉コイル２２に提供するように構成された可変抵抗器３８と、電源１６と電気的に通信するコントローラ回路３０と、を有する。可変抵抗器３８は、第１の抵抗値と、第１の抵抗値よりも大きな第２の抵抗値との間で、変更可能である。電源１６は、第１の電力値または第１の電力値よりも高い第２の電力値で電力を供給するように構成され、コントローラ回路３０は、第１の電力値または第２の電力値で電力を供給するように電源１６に命令するように構成されている。コントローラ回路３０は、電源１６が第１の電力値で交流電流を供給しているときに、電力の周波数を変えるように電源１６に命令し、可変抵抗器３８の抵抗を変えるように可変抵抗器３８に命令する。第１の電力値は、１ワット未満である。また、コントローラ回路３０は、電源１６が第２の電力値で電力を供給しているときに、電力の周波数を変えるように電源１６に命令する。
【００１９】
[0024]また、システム１０は、可変抵抗器３８と電気的に通信する第１のトランシーバ４０と、コントローラ回路３０と電気的に通信し、第１のトランシーバ４０と無線通信する第２のトランシーバ４２と、を含む。システム１０は、コントローラ回路３０と電気的に通信する第１の電流センサー３４と、コントローラ回路３０と電気的に通信する第１の電圧センサーと、をさらに含む。システム１０は、第２のトランシーバ４２と電気的に通信する第２の電流センサー４４と、第２のトランシーバ４２と電気的に通信する第２の電圧センサー４６と、をさらに含む。方法１００は、以下のステップを含む。
【００２０】
[0025]可変抵抗器の抵抗を変えるステップ１１０は、コントローラ回路３０から可変抵抗器３８への命令に応答して可変抵抗器３８の抵抗を変えるステップを含む。
[0026]電源によって供給される電力の周波数を変えるステップ１１２は、コントローラ回路３０から電源１６への命令に応答して電源１６によって供給される電力の周波数を変えるステップを含む。
【００２１】
[0027]可変抵抗器の抵抗を変えるようにコントローラ回路から可変抵抗器に命令を送信するステップ１１４は、第１および第２のトランシーバを介して、可変抵抗器３８の抵抗を変えるようにコントローラ回路３０から可変抵抗器３８に命令を送信するステップを含む。
【００２２】
[0028]第１の電流値を決定するステップ１１６は、第１の電流センサー３４を介して、電源１６によって供給される電力の第１の電流値を決定するステップを含む。
[0029]第１の電圧値を決定するステップ１１８は、第１の電圧センサーを介して、電源１６によって供給される電力の電圧の第１の電圧値を決定するステップを含む。
【００２３】
[0030]インピーダンス値および電圧−電流位相値を決定するステップ１２０は、コントローラ回路３０を介して、第１の電流値および第１の電圧値に基づいてインピーダンス値および電圧−電流位相値を決定するステップを含む。
【００２４】
[0031]インピーダンス値および電圧−電流位相値が最小になる電力の周波数を決定するステップ１２２は、コントローラ回路３０を介して、インピーダンス値および電圧−電流位相値が最小になる電力の周波数を決定するステップを含む。
【００２５】
[0032]可変抵抗器を捕捉コイルから分離（又は切り離し）させるステップ１２４は、電源１６が第２の電力値で電力を供給しているときに、コントローラ回路３０から可変抵抗器３８への命令に応答して可変抵抗器３８を捕捉コイル２２から分離（又は切り離し）させるステップを含む。
【００２６】
[0033]インピーダンス値および電圧−電流位相値が最小になる電力の周波数を記録するステップ１２６は、制御された可変抵抗の瞬時抵抗に対するインピーダンス値および電圧−電流位相値が最小になる電力の周波数をコントローラ回路３０に電気的に結合されたメモリデバイス３６に記録するステップを含む。
【００２７】
[0034]可変抵抗器の対応する抵抗値を記録するステップ１２８は、可変抵抗器３８の対応する抵抗値をメモリデバイス３６に記録するステップを含む。
[0035]捕捉コイルによって捕捉された電力の第２の電流値および電圧値を決定するステップ１３０は、第２の電流センサー４４および第２の電圧センサー４６を介して、捕捉コイル２２によって捕捉された電力の第２の電圧値および第２の電流値を決定するステップを含む。
【００２８】
[0036]第２の電流値および第２の電圧値をコントローラ回路に送信するステップ１３２は、第１および第２のトランシーバを介して、第２の電流値および第２の電圧値をコントローラ回路３０に送信するステップを含む。
【００２９】
[0037]等価負荷抵抗値を計算するステップ１３４は、コントローラ回路３０を介して、第２の電流値および第２の電圧値に基づいて等価負荷抵抗値を計算するステップを含む。
[0038]インピーダンス値および電圧−電流位相値が最小になる電力の記録された周波数と一致するように電源に命令するステップ１３６は、コントローラ回路３０を介して、等価負荷抵抗値が、記録された対応する抵抗値と実質的に等しく、電源１６が第２の電力値で電力を供給しているときに、インピーダンス値および電圧−電流位相値が瞬時抵抗に対して最小になる電力の記録された周波数と一致するように電源１６の周波数に命令するステップを含む。
【００３０】
[0039]したがって、充電システム１０およびそのようなシステム１０を制御する方法１００が提供される。システム１０および方法１００は、充電プロセス中にシステム１０が経験するような異なる抵抗性負荷の範囲にわたって、磁気的に結合されたソースコイル１８および捕捉コイル２２のインピーダンス特性を自動的に特性化することができ、ソースコイル１８と捕捉コイル２２との間の電力伝達を最大にするように電源１６の周波数を自動的に調整することができるシステム１０を提供するという利点を提供する。
【００３１】
[0040]本明細書に含まれる例は、電気車両またはハイブリッド電気車両１４のバッテリー１２を充電するための充電システム１０の使用に言及しているが、本明細書に記載されるシステム１０および方法１００は、携帯用電子機器、例えば、携帯電話またはタブレットコンピュータのバッテリーを無線で充電するなどの、バッテリーまたは他のエネルギー蓄積装置を充電するための任意の他の無線電力伝達に適用され得る。
【００３２】
[0041]本発明は、その好ましい実施形態の点から記載されているが、そのように限定されることは意図されておらず、以下の特許請求の範囲に述べられた範囲にのみ限定される。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対して特定の状況または材料を構成するために、多くの修正が行われてもよい。本明細書に記載された寸法、材料のタイプ、様々な構成要素の向き、ならびに様々な構成要素の数および位置は、ある特定の実施形態のパラメータを規定することが意図されており、決して限定的ではなく、単に典型的な実施形態である。
【００３３】
[0042]特許請求の範囲の精神および範囲内にある他の多くの実施形態および修正形態は、上記の記載を精査することにより当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲とともに決定されるべきである。
【００３４】
[0043]以下の特許請求の範囲において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「その中で（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の均等物として使用される。さらに、第１の、第２のなどの用語の使用は、重要な順番を示すものではなく、むしろ、第１の、第２のなどの用語は、ある要素を別の要素と区別するために使用される。さらに、１つの（ａ）、１つの（ａｎ）などの用語の使用は、量の限定を示すものではなく、むしろ、言及される項目の少なくとも１つの存在を示す。加えて、上部の、下部のなどの方向性の用語は、特定の向きを示すものではなく、むしろ、上部の、下部のなど用語は、ある要素を別の要素と区別し、様々な要素間の関係を位置的に確立するために使用される。
【符号の説明】
【００３５】
１０  システム
１２  バッテリー
１４  車両
１６  電源
１８  ソースコイル
２０  磁場（磁界）
２２  捕捉コイル
２４  整流器／フィルタ
２６  下側
２８  表面
３０  コントローラ回路
３２  第１の電圧センサー
３４  第１の電流センサー
３６  メモリデバイス
３８  可変抵抗器
４０  第１のトランシーバ
４２  第２のトランシーバ
４４  第２の電流センサー
４６  第２の電圧センサー
１００  方法
１１０  ステップ
１１２  ステップ
１１４  ステップ
１１６  ステップ
１１８  ステップ
１２０  ステップ
１２２  ステップ
１２４  ステップ
１２６  ステップ
１２８  ステップ
１３０  ステップ
１３２  ステップ
１３４  ステップ
１３６  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
2019126245000001.pdf