(57)【要約】  典型的な実施形態は、無線充電、および、車と関連した無線電力アンテナの無線電力位置合わせに向けられている。無線電力充電装置は、第2チャージングベースアンテナから発生した磁場の水平成分を探知するための第1および第2の直交する磁気素子を含んでいるアンテナを含む。プロセッサがアンテナの間の方向ベクトルを特定する。
2013524761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場の水平磁場成分を含む少なくとも1つの信号の少なくとも一部を、電気自動車内に組み込まれた無線車両ベース内の、少なくとも第1および第2の直交するように間隔をおいて配置された磁気素子を含む少なくとも1つのアンテナを用いて探知するステップであって、前記磁場は無線チャージングベースから発生している、ステップと、
前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を、前記探知した少なくとも1つの信号の少なくとも一部から特定するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記特定した方向に従って、前記電気自動車を前記無線チャージングベースの方へ向けるステップをさらに含む、請求項1の方法。
【請求項３】
前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を特定するステップは、前記車両ベースから前記チャージングベースへのベクトルを前記探知した水平磁場成分から特定するステップを含む、請求項1の方法。
【請求項４】
前記車両ベースから前記チャージングベースへのベクトルを特定するステップは、前記車両ベースの少なくとも1つのアンテナの近傍の磁場の磁束線の方向を特定するステップが含まれる、請求項3の方法。
【請求項５】
前記少なくとも1つの信号は、少なくとも1つの磁場と、時間基準信号とを含み、前記少なくとも1つのアンテナは、無線チャージングベース内に置かれている、請求項1の方法。
【請求項６】
前記少なくとも1つの磁場と前記時間基準信号の間の位相差を測定するステップをさらに含む、請求項5の方法。
【請求項７】
前記探知した少なくとも1つの信号の少なくとも一部から前記チャージングベースへの方向を特定するステップには、三角測量法を使用して前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を特定するステップが含まれる、請求項1の方法。
【請求項８】
前記無線車両ベース内の少なくとも1つのアンテナを用いて少なくとも1つの信号の少なくとも一部を探知するステップは、超長波(VLF)受信機および長波(LF)受信機の一方を用いて前記少なくとも1つの信号の少なくとも一部を探知するステップを含む、請求項1の方法。
【請求項９】
前記少なくとも1つの信号は、時間領域と周波数領域の少なくとも一方を隣り合うチャージングベースと共有する、請求項8の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも1つの信号の少なくとも一部の強度の変化を測定するステップをさらに含む、請求項1の方法。
【請求項１１】
前記強度の変化は、場の強度の勾配である、請求項10の方法。
【請求項１２】
第1磁気素子、および、前記第1磁気素子に直交する第2磁気素子を有する少なくとも1つの第1アンテナであって、少なくとも1つの第2アンテナから発生し、前記少なくとも1つの第2アンテナの方へ向けられている磁場の水平成分を探知するための第1アンテナと、
前記少なくとも1つの第1アンテナおよび前記少なくとも1つの第2アンテナの間のベクトルを特定するためのプロセッサと、
を備える装置。
【請求項１３】
前記第1磁気素子および前記第2磁気素子は、共通のフェライトディスクを使用する、請求項12の装置。
【請求項１４】
前記共通のフェライトディスクは、無線エネルギー伝送に使用する少なくとも1つの第1アンテナの一部である、請求項13の装置。
【請求項１５】
少なくとも1つのアンテナの前記第1磁気素子および前記第2磁気素子の各々は、フェライト棒状部を備える、請求項12の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも1つの第1アンテナは、超長波(VLF)アンテナと長波(LF)アンテナの一方を備える、請求項12の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも1つのアンテナの位置をX、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて調整するように構成された、少なくとも1つの機械的な装置
をさらに備える、請求項12の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも1つの機械的な装置は、前記少なくとも1つの電気自動車アンテナの位置の調整手段を駆動するように構成された駆動機構に動作可能に連結された歯車軸を含む、請求項17の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも1つの機械的な装置は、前記少なくとも1つの電気自動車アンテナの位置の調整手段を駆動するように構成された駆動機構に動作可能に連結された歯車軸を含む、請求項17の装置。
【請求項２０】
前記歯車軸は取り付けられており、少なくとも1つの機械的な装置は、歯車軸を含み、前記少なくとも1つの電気自動車アンテナの偏心回転を行う、請求項18の装置。
【請求項２１】
前記少なくとも1つの機械的な装置は、前記アンテナの少なくとも1つをZ方向に動かすための、パンタグラフを含んでいる、請求項17の装置。
【請求項２２】
X、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて、アンテナの動きを制限する地面上の障害物によって引き起こされる機械的な抵抗を探知するための少なくとも1つのセンサー
をさらに備える、請求項17の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも1つのアンテナは、電気自動車の空洞部内に収容されている、請求項12の装置。
【請求項２４】
少なくとも1つのアンテナが前記空洞部から展開されると、前記電気自動車が動かなくなる、請求項12の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも1つのアンテナを展開できない場合、前記アンテナの霜取りを行うことをさらに含む、請求項12の装置。
【請求項２６】
霜取りは、前記少なくとも1つのアンテナに電流を流すことにより達成される、請求項25の装置。
【請求項２７】
前記少なくとも1つの機械的な装置は、前記少なくとも1つのアンテナと連結されているバッテリーユニットの位置をX、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて調整するようにさらに構成されている、請求項17の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも1つのアンテナを、前記少なくとも1つの第2アンテナと、少なくとも部分的に位置が合うように位置決めするための自動操縦システムをさらに備える、請求項12の装置。
【請求項２９】
前記少なくとも1つの第1アンテナ、前記少なくとも1つの第2アンテナ、または、両方の位置を、1つまたは2つ以上の方向において、機械的に調整して、電気自動車無線充電システム内の関連するアンテナの精密位置合わせを可能にするように構成された精密位置合わせシステムをさらに含む、請求項12の装置。
【請求項３０】
前記車両自身の牽引システムを使用して、少なくとも1つの方向において、前記第1アンテナに対して前記第2アンテナの位置を機械的に調整するように構成された精密位置合わせシステムをさらに含む、請求項12の装置。
【請求項３１】
磁場の水平磁場成分を含む少なくとも1つの信号の少なくとも一部を、電気自動車内に組み込まれた無線車両ベース内の、少なくとも第1および第2の直交するように間隔をおいて配置された磁気素子を含む少なくとも1つのアンテナを用いて探知する手段であって、前記磁場は無線チャージングベースから発生する、手段と、
前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を、前記探知した少なくとも1つの信号の少なくとも一部から特定する手段と、
を備える装置。
【請求項３２】
車両駐車エリア内に置かれるように構成された少なくとも1つのアンテナを含む無線電力チャージングベースと、
電気自動車を前記車両駐車エリア内で誘導する少なくとも1つの信号を送信して、前記電気自動車の車両ベースを前記チャージングベースに隣接して置けるようにする送信機と、
を備える装置。
【請求項３３】
前記信号は、前記少なくとも1つのアンテナの方向に向けられた水平成分を有する磁場を含む、請求項32の装置。
【請求項３４】
前記磁場は、電磁波の磁場を含む、請求項33の装置。
【請求項３５】
前記少なくとも1つのアンテナは、第1磁気要素と、前記第1磁気要素に対して直交する第2磁気要素とを備える、請求項32の装置。
【請求項３６】
前記第1磁気要素と前記第2磁気要素の各々がフェライト棒状部を備える、請求項35の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも1つの信号を出すための複数の測距装置をさらに備える、請求項32の装置。
【請求項３８】
前記少なくとも1つの信号は、磁場を含む、請求項32の装置。
【請求項３９】
前記磁場は、円偏向磁場を含む、請求項38の装置。
【請求項４０】
前記無線電力チャージングベースは、前記少なくとも1つのアンテナの位置を、X、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて調整するように構成された少なくとも1つの機械的な装置をさらに含む、請求項32の装置。
【請求項４１】
前記無線電力チャージングベースは、少なくとも部分的に、地表より下に埋められている、請求項32の装置。
【請求項４２】
前記無線電力チャージングベースは、可動性のある充電プラットフォームとして構成されている、請求項32の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して無線電力伝送に関し、より具体的には、バッテリーを含む車への無線電力電送に関連した装置、システムおよび方法に関する。
【０００２】
米国特許法第119条(e)に基づく優先権の主張
本願は、下記に対して米国特許法第119条(e)に基づく優先権の主張をする。2010年4月8日に出願され、表題が“WIRELESS POWER TRANSMISSION IN ELECTRIC VEHICLES BACKGROUND”である米国仮特許出願第61/322,196号。米国仮特許出願第61/322,196号の内容は、参照によって本明細書中に全文が組み込まれる。2010年4月8日に出願され、表題が“WIRELESS POWER ANTENNA ALIGNMENT ADJUSTMENT SYSTEM FOR VEHICLES”である米国仮特許出願第61/322,214号。米国仮特許出願第61/322,214号の内容は、参照によって本明細書中に全文が組み込まれる。2010年4月8日に出願され、表題が“VEHICLE GUIDANCE SYSTEM FOR WIRELESS POWER BACKGROUND”である米国仮特許出願第61/322,221号。米国仮特許出願第61/322,221号の内容は、参照によって本明細書中に全文が組み込まれる。
【０００３】
同時継続特許出願の参照
本願は、下記出願にも関連があり、下記出願は、本願の出願人に特許を受ける権利が譲渡されており、本願と同じ日に出願されており、下記出願の開示内容は参照により本明細書中に全文が組み込まれる。2011年4月8日に出願され、表題が“WIRELESS POWER TRANSMISSION IN ELECTRIC VEHICLES”である米国特許出願(代理人整理番号101328)。この米国特許出願の開示内容は、参照により本明細書中に全文が組み込まれる。
【背景技術】
【０００４】
充電される電子装置に接続されている送信機および受信機の間でオーバーザエアー(over-the-air)、すなわち、無線電力送信(wireless power transmission)を用いる試みが進められている。このような試みは、一般に、2つのカテゴリーに分類される。1つは、送信アンテナと、充電される装置にある受信アンテナとの間での平面波放射(遠方界放射(far-field radiation)ともいう)の結合に基づいたものである。受信アンテナは、バッテリーを充電するために、放射された電力を集め、整流する。電力の結合が、アンテナの間の距離とともに急激に低下するという事実がこの試みの欠点であり、このために、妥当な距離(例えば1〜2メートル以下)で充電することが困難となっている。その上、送信システムは平面波を放射するので、フィルターをかけて適切に管理しないと、意図しない放射が他のシステムと干渉することがある。
【０００５】
無線によるエネルギー送信技術に対する他の試みは、例えば「充電」マットまたは面に埋め込んだ送信アンテナと、充電しようとする電子装置に埋め込んだ受信アンテナ(と整流回路)との間の誘導結合に基づくものである。この試みには、送信アンテナと受信アンテナとの間隔が非常に狭くなければならない(例えば、数mm以内)という欠点がある。この試みには、同じエリアにある複数の装置を同時に充電する性能があるが、このエリアは一般に非常に狭く、ユーザーは、装置を特定の領域に正確に置く必要がある。
【０００６】
最近、電気による移動力(locomotion power)と、その電気を与えるバッテリーとがある車が発表されている。ハイブリッド型電気自動車には、車載充電器があり、この車載充電器は、車にブレーキをかけて得られるエネルギーと従来のモーターを利用して車を充電する。専ら電気式である車は、バッテリーを充電するための電気を他の供給源から受けなければならない。これらの電気自動車については、従来、一種の有線交流電流(AC)によって、例えば家庭用または商業用AC供給電源によって、充電するように提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
無線電力伝送システムでは、電力を無線で送信している間に損失が生じるため、効率は重要である。無線電力送信は、多くの場合に有線による伝送よりも効率が悪いために、効率は、無線電力伝送環境では、よりいっそう大きな関心事となる。結果として、無線で電力を電気自動車に与える方法および機器が必要とされている。
【０００８】
電気自動車のための無線充電システムでは、送信アンテナと受信アンテナをある程度の範囲内で並べることが必要となりうる。電気自動車無線充電システムの中にある送信アンテナと受信アンテナを適切に整列させるには、電気自動車を駐車スペース内で適正に位置決めするとともに、電気自動車を駐車スペース内に位置決めした後に、アンテナ位置を微調節することが必要となりうる。電気自動車誘導システムに関連したシステム、装置、および、方法が必要である。さらには、電気自動車無線充電システム内のアンテナの精密位置合わせのための装置、システム、および、方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、磁場の水平磁場成分を含む少なくとも1つの信号の少なくとも一部を、電気自動車内に組み込まれた無線車両ベース内の、少なくとも第1および第2の直交するように間隔をおいて配置された磁気素子を含む少なくとも1つのアンテナを用いて探知するステップであって、前記磁場は無線チャージングベースから発生している、ステップと、前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を、前記探知した少なくとも1つの信号の少なくとも一部から特定するステップと、を含む方法を提供する。
【００１０】
本発明の他の態様は、第1磁気素子、および、前記第1磁気素子に直交する第2磁気素子を有する少なくとも1つの第1アンテナであって、少なくとも1つの第2アンテナから発生し、前記少なくとも1つの第2アンテナの方へ向けられている磁場の水平成分を探知するための第1アンテナと、前記少なくとも1つの第1アンテナおよび前記少なくとも1つの第2アンテナの間のベクトルを特定するためのプロセッサと、を備える装置を提供する。
【００１１】
本発明の他の態様は、磁場の水平磁場成分を含む少なくとも1つの信号の少なくとも一部を、電気自動車内に組み込まれた無線車両ベース内の、少なくとも第1および第2の直交するように間隔をおいて配置された磁気素子を含む少なくとも1つのアンテナを用いて探知する手段であって、前記磁場は無線チャージングベースから発生する、手段と、前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を、前記探知した少なくとも1つの信号の少なくとも一部から特定する手段と、を備える装置を提供する。
【００１２】
本発明の他の態様は、車両駐車エリア内に置かれるように構成された少なくとも1つのアンテナを含む無線電力チャージングベースと、電気自動車を前記車両駐車エリア内で誘導する少なくとも1つの信号を送信して、前記電気自動車の車両ベースを前記チャージングベースに隣接して置けるようにする送信機と、を備える装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】さまざまなバッテリー式電気自動車(BEV)で使用できる、さまざまな交換可能バッテリーを用いて、各々が、如何にして無線充電システムを使用できるかを示す階層図である。
【図２】BEVが無線送信機近くに駐車しているときの、無線受信機を装備したBEVのための無線充電システムを示す図である。
【図３】BEVのための無線電力充電システムの簡略化したブロック図である。
【図４】BEVのための無線電力充電システムのより詳細なブロック図であり、通信リンクと、誘導リンクと、送信アンテナおよび受信アンテナのための位置合わせシステムとを示す図である。
【図５】本発明の一部の実施形態で使用できる低電圧電力線通信のための配電システムの複数部分を示す図である。
【図６】BEVで使用してもよいバッテリーの充電を表しうるリチウムイオンバッテリーの典型的な充電過程を示す図である。
【図７】BEVで使ってもよいバッテリーの充電時間の例を示す図である。
【図８】BEVの無線充電に利用してもよいさまざまな周波数を示す周波数スペクトルを示す図である。
【図９】BEVの無線充電に役立ちうるいくつかの可能性のある周波数と送信距離を示す図である。
【図１０】アンテナの半径に対する磁場強度を示す送信ループアンテナおよび受信ループアンテナの図である。
【図１１Ａ】ループアンテナおよび付随するフェライトバッキングの周りの磁場を示す図である。
【図１１Ｂ】ループアンテナおよび付随するフェライトバッキングの周りの磁場を示す図である。
【図１２】無線電力アンテナの一部としてのフェライトバッキングのさまざまな厚みに対する可能性のあるインダクタンス値を例示するグラフである。
【図１３】無線電力アンテナの一部としてのフェライトバッキングのさまざまな厚さに対する可能性のあるフェライト損失値を例示するグラフである。
【図１４】バッテリー式電気自動車BEV内に配置された交換可能な非接触式バッテリーの簡易図である。
【図１５Ａ】バッテリーに対する無線電力アンテナとフェライト材料の配置に関するより詳細な図である。
【図１５Ｂ】バッテリーに対する無線電力アンテナとフェライト材料の配置に関するより詳細な図である。
【図１５Ｃ】バッテリーに対する無線電力アンテナとフェライト材料の配置に関するより詳細な図である。
【図１５Ｄ】バッテリーに対する無線電力アンテナとフェライト材料の配置に関するより詳細な図である。
【図１６】無線で電力を送受信するように装備されたBEVでのバッテリーシステムの複数部分の簡略化したブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態による、複数の駐車スペースと、各駐車スペース内に置かれたチャージングベースとを備える駐車スペースを示す図である。
【図１８】中にチャージングベースが置かれている駐車スペース内に置かれた1組のタイヤストッパーを示す図である。
【図１９】本発明の典型的な実施形態により、誘導システムを使用して充電場所に接近するBEVを示す図である。
【図２０】本発明の典型的な実施形態による誘導システムの一部のブロック図を描いた図である。
【図２１】本発明の典型的な実施形態による受信アンテナを示す図である。
【図２２】本発明の典型的な実施形態による別の受信アンテナを描いた図である。
【図２３】本発明の典型的な実施形態による、チャージングベースの送信アンテナによって発生した磁場を描いた図である。
【図２４】本発明の典型的な実施形態による、受信アンテナと磁場を出すチャージングベースの側面を示す図である。
【図２５】本発明の典型的な実施形態による、磁場内に置かれた受信アンテナを上から見た図である。
【図２６】本発明の典型的な実施形態による、三角測量の処理で使用する4つのウルトラワイドバンド・トランスポンダーを示す図である。
【図２７】本発明の典型的な実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図２８Ａ】車が遭遇しうるさまざまな障害物で、シャーシ地上高が必要不可欠でありうるものを示す図である。
【図２８Ｂ】本発明の典型的な実施形態による、車のシャーシの下面の空洞部内に設置された無線電力アンテナを示す図である。
【図２８Ｃ】本発明の典型的な実施形態による、車のシャーシの下面の空洞部内に設置された無線電力アンテナを示す図である。
【図２９Ａ】本発明の典型的な実施形態による、チャージングベースを少なくとも部分的に埋めることができる穴を地面にあけるのに使用可能な道具を示す図である。
【図２９Ｂ】本発明の典型的な実施形態による、チャージングベースを埋めるいくつかの変形例を示す図である。
【図２９Ｃ】本発明の典型的な実施形態による、地面の表面より完全に下に設置されたチャージングベースを示す図である。
【図２９Ｄ】本発明の典型的な実施形態による、チャージングベースの上に置かれたつば付きカバーを示す図である。
【図３０Ａ】本発明の典型的な実施形態による、無線電力アンテナを含むチャージングベースの上に置かれた無線電力アンテナを含む車を示す図である。
【図３０Ｂ】本発明の典型的な実施形態による、無線電力アンテナを含むチャージングベースの上に置かれた無線電力アンテナを含む車を示す図である。
【図３０Ｃ】本発明の典型的な実施形態による、無線電力アンテナを含むチャージングベースの上に置かれた無線電力アンテナを含む車を示す図である。
【図３１Ａ】本発明のさまざまな典型的な実施形態による、精密位置合わせ調整のためのいくつかの変形例を示す図である。
【図３１Ｂ】本発明のさまざまな典型的な実施形態による、精密位置合わせ調整のためのいくつかの変形例を示す図である。
【図３１Ｃ】本発明のさまざまな典型的な実施形態による、精密位置合わせ調整のためのいくつかの変形例を示す図である。
【図３１Ｄ】本発明のさまざまな典型的な実施形態による、精密位置合わせ調整のためのいくつかの変形例を示す図である。
【図３１Ｅ】本発明のさまざまな典型的な実施形態による、精密位置合わせ調整のためのいくつかの変形例を示す図である。
【図３１Ｆ】本発明のさまざまな典型的な実施形態による、精密位置合わせ調整のためのいくつかの変形例を示す図である。
【図３１Ｇ】本発明のさまざまな典型的な実施形態による、精密位置合わせ調整のためのいくつかの変形例を示す図である。
【図３２】本発明の典型的な実施形態による、機械的な装置が無線電力アンテナの位置を調整しうる、XおよびY方向における可能性のある場所を示す図である。
【図３３】本発明の典型的な実施形態による車の下面の空洞部内に設置した無線電力アンテナのための機械的な対応策を示す図である。
【図３４】本発明の典型的な実施形態による、駆動機構に動作可能に連結された歯車軸によって無線電力アンテナの位置を動かすことができる、別の機械的な対応策を示す図である。
【図３５Ａ】車の重量から大きな荷重を受けているチャージングベース3520を示す図である。
【図３５Ｂ】本発明の典型的な実施形態による、補強カバーを含むチャージングベースを示す図である。
【図３５Ｃ】本発明の典型的な実施形態による、補強カバーを含むチャージングベースを示す図である。
【図３６Ａ】本発明の典型的な実施形態による、無線電力バッテリーユニットと、X、YおよびZ方向に、さまざまな組み合わせで位置を動かせるように構成された無線電力アンテナとを示す図である。
【図３６Ｂ】本発明の典型的な実施形態による、無線電力バッテリーユニットと、X、YおよびZ方向に、さまざまな組み合わせで位置を動かせるように構成された無線電力アンテナとを示す図である。
【図３６Ｃ】本発明の典型的な実施形態による、無線電力バッテリーユニットと、X、YおよびZ方向に、さまざまな組み合わせで位置を動かせるように構成された無線電力アンテナとを示す図である。
【図３６Ｄ】本発明の典型的な実施形態による、無線電力バッテリーユニットと、X、YおよびZ方向に、さまざまな組み合わせで位置を動かせるように構成された無線電力アンテナとを示す図である。
【図３７Ａ】本発明の典型的な実施形態による車のための無線電力充電システム用の精密位置合わせ調整システムを示す図である。
【図３７Ｂ】本発明の典型的な実施形態による車のための無線電力充電システム用の精密位置合わせ調整システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付図面に関連して以下に述べる詳細な説明は、本発明の典型的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実行できる唯一の実施形態を表すためのものではない。この説明を通じて使用する用語「典型的な」は、「一例、事例、または、例示としての役割を果たす」という意味であり、他の典型的な実施形態よりも好ましいまたは有利であると必ずしも解釈すべきではない。詳細な説明には、本発明の典型的な実施形態を完璧に理解するために、具体的な詳細が含まれている。本発明の典型的な実施形態は、このような具体的な詳細がなくても実施できることは、当業者には明らかであろう。場合によっては、本明細書に提示する典型的な実施形態の新規性が分かりにくくなることを回避するために、周知の構造や装置をブロック図形式で示す。
【００１５】
用語「無線電力」は、本明細書では、電場、磁場、電磁場に関連する、あるいは、そうでなければ、物理的な電磁的伝導体を使うことなく送信機から受信機へ送信される、あらゆる形態のエネルギーという意味で使われる。
【００１６】
さらに、用語「無線充電」は、本明細書では、無線電力を1つまたは複数の電気化学電池、または、電気化学電池を含むシステムに、その電気化学電池を再充電する目的で供給するという意味で使われる。
【００１７】
用語「バッテリー式電気自動車」(BEV)は、本明細書では、移動能力(locomotion ability)の一部として、1つまたは複数の再充電可能な電気化学電池から得られた電力を含む車という意味で使われる。限定はしないが、例として、一部のBEVは、車の減速から得られたエネルギーと、従来のモーターとを使って車を充電する車載充電器を含むハイブリッド型電気自動車であってもよいし、他のBEVは、全ての移動能力を電力から取り出してもよい。
【００１８】
本発明の典型的な実施形態は、無線電力を電気自動車に供給する方法および装置を含む。
【００１９】
図1は、さまざまなバッテリー式電気自動車で使用できる、さまざまな交換可能バッテリーとともに、各々が、如何にして無線充電システムを使用できるかを示す階層図である。1番上から始めると、数多くの異なるモデルのBEVがありうる。しかし、車のモデルのグループは、電気自動車(EV)バッテリータイプA、EVバッテリータイプB、および、EVバッテリータイプCのように、限られた数の交換可能なバッテリーユニットのみを使用するように適応させられるであろう。限定はしないが、例として、これらさまざまなバッテリータイプは、バッテリーが必要とする容量、バッテリーに必要なスペース、バッテリーのフォームファクタ、無線電力アンテナの大きさおよび無線電力アンテナのフォームファクタに基づいて構成されてもよい。バッテリータイプが限定されていると、特に大きさ、配置、無線アンテナのフォームファクタが限定されていると、さまざまなバッテリータイプと近接場無線結合をする1つの無線電力供給対応策を用意することができる。
【００２０】
バッテリーを組み込む対応策は、EVの電気的および機械的デザインにわずかな影響しか及ぼさないので、EV製造業者には無線充電を採用しやすくなりうる。いったん幅広く受け入れられ、標準化されれば、比較的少数のEVバッテリータイプのみが、流通において必要とされるだろう。バッテリータイプを限定すれば、将来、市場に導入されるEVモデルの数よりも、バッテリータイプの数がずっと少なくなるであろうから、無線BEV充電対応策をカスタマイズするのが簡単になることが考えられる。
【００２１】
さらに、バッテリータイプが限られると、既存のEVモデルを無線充電ができるように改造することが可能となりうる。この改造は、無線充電をを統合し、かつ他の全てのインターフェイスで元のバッテリーと同じように振る舞う新しいバッテリーと、EVにある従来のバッテリーを交換することで簡単に行うことができる。さらに、無線電力タイプのバッテリーは、車の他の部分に対して、無線式、非接触の充電インターフェイスで構成できるので、バッテリーの取り替えが簡単にでき、また、バッテリーを非接触で充電でき、信頼性、機械的摩耗、および、安全性に関していくつかの利点がありうる。
【００２２】
図2は、無線充電が可能なBEV102のための無線充電システムを示しており、BEVが無線チャージングベース(CB)104の近くに駐車している。2台の車102が駐車スペース106に示されており、対応するCB104の上に駐車してある。地域配電センター(local distribution center)108は、電力バックボーンに接続されており、交流(AC)または直流(DC)電源を、CB104の一部としての電力変換システム112に供給するように構成されている。CB104はまた、近接場放射を発生させる、または、拾うための無線電力アンテナ114も含んでいる。各々の車は、バッテリーと、BEV電力変換充電システム116と、近接場を介してCBアンテナ114と相互作用する無線電力アンテナ118とを含んでいる。一部の典型的な実施形態では、単純にドライバーがCBアンテナ114に対して車を正確に位置決めすることで、BEVアンテナ118の位置がCBアンテナ114と揃い、その結果、近接場領域内に配置されることであってもよい。他の典型的な実施形態では、車が無線電力伝送に対して適切に置かれた瞬間を特定するために、ドライバーが、視覚的なフィードバック、音声的なフィードバック、または、これらの組み合わせを受けてもよい。さらに別の典型的な実施形態では、車がオートパイロットシステムによって位置決めされてもよく、この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、車を(例えば、ジグザグ運動で)前後に動かしてもよい。これは、車がサーボ式ハンドルと、周辺全体に超音波センサーと、人工知能とを装備していることを前提として、ドライバーが介入することなく、または、ドライバーが最小限しか介入することなく、車が自動的かつ自立的に行ってもよい。さらに別の典型的な実施形態では、BEVアンテナ118、CBアンテナ114、または、それらの組み合わせが、アンテナの位置を互いにずらし動かして、より正確な位置に配置し、BEVアンテナ118とCB114の間により適した近接場結合を生じさせる手段を含んでいてもよい。
【００２３】
CB104は、さまざまな場所に設置してもよい。限定はしないが、例として、いくつかの適する場所は、車の所有者の家の駐車スペース、従来の石油を取り扱う給油所を手本としたEV無線充電のために確保された駐車スペース、および、ショッピングセンターや勤め先のような他の場所の駐車スペースである。
【００２４】
これらのBEV充電ステーションは、例えば以下のような数多くの利点を提供しうる。
・利便性：充電は、事実上ドライバーが介入したり操作したりすることなく、自動的に行うことができる
・信頼性：電気的な接触面が露出したり、機械的な摩耗が生じたりすることがない。
・安全性：ケーブルやコネクタを取り扱う必要がなく、戸外の環境で湿気や水に晒されうるケーブル、プラグまたはソケットもない。
・破壊行為防止：目に見える、または、アクセスすることができるソケット、ケーブル、プラグがない。
・有用性：BEVを、送電網を安定させるための分散型蓄電装置として使用する場合。有用性は、ビークルツーグリッド(Vechicle to Grid:V2G)性能を可能にする便利なドッキングツーグリッド・対応策(docking-to-grid solution)で向上できる。
・美観、及び邪魔にならない点：車および/または歩行者にとって邪魔になるカラムロード(column load)およびケーブルがない。
【００２５】
V2G性能をさらに説明すると、CB104が電力をBEV102に伝送し、かつ、BEVが電力をCB104に伝送するように、無線電力送信および受信性能を双方向に構成できる。この性能は、太陽電池電力システムを電力網に接続し、余った電力を電力網に供給しうるのと同じ方法で、BEVが電力を配電システム全体に提供できるようにすることにより、配電安定性に有用となりうる。
【００２６】
図3は、BEVのための無線電力充電システム130の簡略化したブロック図である。ここに説明する典型的な実施形態は、共振構造を形成する容量負荷を加えたワイヤループ(つまり、複数回巻きのコイル)を使っており、この共振構造は、1次構造(送信機)と2次構造(受信機)がともに共振周波数に調整されていれば、磁性近接場を介して、1次から2次へ効率的にエネルギーを結合させることができる。この方法は、「磁気結合共鳴(magnetic coupled resonace)」および「共鳴誘導(resonant induction)」としても知られている。
【００２７】
無線高電力伝送を可能にするために、一部の典型的な実施形態は、20〜60kHzの範囲の周波数を使うことがある。この低い周波数の結合は、最新の固体素子を使って達成できる高効率電力変換を可能にしうる。さらに、無線システムとの共存問題は、他の帯域に比べると少ないであろう。
【００２８】
図3において、ACまたはDCでありうる従来のパワーサプライ132は、エネルギーが車へ伝送されるとすると、CB電力変換モジュール134に電力を供給する。CB電力変換モジュール134は、CBアンテナ136を駆動して、所望の周波数信号を出す。CBアンテナ136とBEVアンテナ138が実質的に同じ周波数に調整されており、かつ、送信アンテナからの近接場放射の範囲内となるように十分近ければ、CBアンテナ136とBEVアンテナ138は、電力がBEVアンテナ138に伝送され、BEV電力変換モジュール140で取り出すことができるように結合する。BEV電力変換モジュール140は、次に、BEVバッテリー142を充電してもよい。パワーサプライ132と、CB電力変換モジュール134と、CBアンテナ136とは、無線電力システム130全体のインフラストラクチャー部分144を構成し、このインフラストラクチャー部分144は、不動で、前述したように、さまざまな場所に設置されてもよい。BEVバッテリー142と、BEV電力変換モジュール140と、BEVアンテナ138とは、車の一部であるか、バッテリーパックの一部である、無線電力サブシステム146を構成する。
【００２９】
動作時には、エネルギーが車またはバッテリーへ伝送されるとすると、CBアンテナ136がエネルギーを伝達するための放射場を発生させるように、入力電力が、パワーサプライ132から与えられる。BEVアンテナ138は、放射場と結合し、車が蓄電する、または、消費するための出力電力を発生させる。典型的な実施形態では、CBアンテナ136とBEVアンテナ138が相互共振関係に従って構成され、BEVアンテナ138の共振周波数と、CBアンテナ136の共振周波数とが非常に近ければ、CB無線電力サブシステムとBEV無線電力サブシステムの間の伝送損失は、BEVアンテナ138がCBアンテナ136の「近接場」に設置されているときに、最小となる。
【００３０】
前述のように、電磁波のエネルギーの大部分を遠方場へ伝搬させるのではなく、送信アンテナの近接場でエネルギーの大部分を受信アンテナに結合させることで、効率的なエネルギー伝送が生じる。この近接場内であれば、送信アンテナと受信アンテナとの間で結合モードが起こりうる。この近接場結合が生じうるアンテナ周囲の領域は、本明細書では、近接場結合モード領域という。
【００３１】
CBとBEVの電力変換モジュールは、いずれも、発振器と、電力増幅器と、フィルターと、無線電力アンテナと効率的に結合するためのマッチング回路とを含んでいてもよい。発振器は、所望の周波数を発生させるように構成されており、この周波数は、調整信号に応じて調整されてもよい。発振器の信号は、電力増幅器が、制御信号に応じた増幅量で増幅してもよい。フィルターおよびマッチング回路は、高調波や他の不要な周波数をフィルターをかけて除去するために、また、電力変換モジュールのインピーダンスを無線電力アンテナに整合させるために含まれていてもよい。
【００３２】
CBとBEVの電力変換モジュールはまた、バッテリーを充電するのに適した電力出力を発生させるために、整流器と、スイッチング回路とを含んでいてもよい。
【００３３】
典型的な実施形態で使用されるBEVとCBのアンテナは、「ループ」アンテナとして構成してもよく、より具体的には、複数回巻きのループアンテナとして構成してもよい。このループアンテナは、本明細書では、「磁気」アンテナと呼ぶこともある。ループアンテナ(例えば、複数回巻きのループアンテナ)は、空芯、または、フェライト芯のような物理的な芯を含むように構成してもよい。空芯ループアンテナは、他の要素をコア領域内に置けるようにしてもよい。物理的な芯のアンテナでは、より強力な電磁場が起こりうる。
【００３４】
前述したように、送信機と受信機の間での効率的なエネルギーの伝達は、送信機と受信機の間の共振が整合している、または、ほぼ整合しているときに生じる。しかし、送信機と受信機の間で共振が整合していないときでさえ、エネルギーは、低い効率で伝送しうる。エネルギーの伝送は、エネルギーを送信アンテナから自由空間へ伝搬させることによってではなく、送信アンテナの近接場から、この近接場が確立された場所の近傍にある受信アンテナへと、エネルギーを結合させることによって生じる。
【００３５】
ループ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いている。ループアンテナのインダクタンスは、一般に、単にループが作り出すインダクタンスであり、これに対して、キャパシタンスは、一般に、所望の共振周波数で共振構造を作るために、ループアンテナのインダクタンスに加えられる。限定はしないが、例としては、キャパシタは、磁場を発生させる共振回路を作るために、アンテナに直列に加えてもよい。したがって、直径が大きいループアンテナの場合、共振を誘導するのに必要なキャパシタンスの大きさは、ループの直径またはインダクタンスが大きくなると小さくなる。インダクタンスがループアンテナの巻きの回数にも依存しうることも述べておく。さらに、ループアンテナの直径が大きくなると、近接場がエネルギーを効率よく伝達する領域も大きくなる。もちろん、他の共振回路も可能である。限定はしないが、別の例としては、キャパシタをループアンテナの2つの端子の間に平行に置くことであってもよい(つまり、平行共振回路)。
【００３６】
本発明の典型的な実施形態には、互いの近接場にある2つのアンテナの間で電力を結合することが含まれる。前述したように、近接場とは、電磁場(本明細書では近接場放射(near field raditaion)ともいう)が存在しているが、伝搬または放射してアンテナから離れることができないアンテナの周囲領域である。近接場結合モード領域は、一般的には、アンテナの物理的な体積に近い体積、例えば、波長の6分の1の半径以内に限られている。本発明の典型的な実施形態では、1回巻きまたは複数回巻きのループアンテナのような磁気タイプアンテナを送信と受信の両方に使うが、これは、実用的な実施形態での磁気近接場振幅が、電気タイプアンテナ(例えば小型のダイポール)の電気近接場に比べて、磁気タイプアンテナの方が高い傾向があるからである。これにより、ペアの間で潜在的に高い結合が可能である。実質的な磁場に頼る別の理由は、磁場が環境にある非伝導性の誘電材料とあまり相互作用をしないことと、安全上の問題である。無線高電力送信のための電気アンテナは、非常に高い電圧を伴うことがある。さらに、「電気」アンテナ(例えば、ダイポールとモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナの組み合わせもまた考えられる。
【００３７】
図4は、BEVのための一般的な無線電力充電システム150のより詳細なブロック図であり、CBアンテナ158およびBEVアンテナ160のための通信リンク152と、誘導リンク154と、位置合わせシステム156とを示している。図3の典型的な実施形態と同様に、エネルギーがBEVへ向かって流れるとすると、図4では、CB電力変換ユニット162がACまたはDC電力をCB電力インターフェイス164から受信し、CBアンテナ158をCBアンテナ158の共振周波数または共振周波数近くで励起する。BEVアンテナ160は、近接場結合モード領域にあると、エネルギーを近接場結合モード領域から受信し、共振周波数または共振周波数近くで振動する。BEV電力変換ユニット166は、受信アンテナ160からの振動信号を変換して、バッテリーを充電するのに適した電力信号にする。
【００３８】
一般的なシステムはまた、CB通信ユニット168と、BEV通信ユニット170とをそれぞれ含んでいてもよい。CB通信ユニット168は、例えば、コンピュータや配電センターのような他のシステム(不図示)に対する通信インターフェイスを含んでいてもよい。BEV通信ユニット170は、例えば、車の車載コンピュータ、他のバッテリー充電コントローラ、車内の他の電子システム、および、リモート電子システムのような他のシステム(不図示)に対する通信インターフェイスを含んでいてもよい。
【００３９】
CB通信ユニットとBEV通信ユニットは、特定のアプリケーションのためのサブシステムまたは機能をそのための独立した通信チャネルとともに含んでいてもよい。これらの通信チャネルは、独立した物理チャネルであってもよいし、単なる独立した論理チャネルであってもよい。限定はしないが、例として、CB位置合わせユニット172は、BEV位置合わせユニット174と通信を行って、自立して、または、オペレーターの支援を受けて、CBアンテナ158とBEVアンテナ160をもっと近づけて位置を合わせるためのフィードバック機構を提供してもよい。同様に、CB誘導ユニット176は、BEV誘導ユニット178と通信を行って、CBアンテナ158とBEVアンテナ160の位置合わせをするときに、オペレーターを誘導するためのフィードバック機構を提供してもよい。さらに、CBとBEV間で他の情報の通信を行うために、CB通信ユニット180とBEV通信ユニット182とを含む、独立した、汎用通信チャネル152があってもよい。この情報には、EVの特性、バッテリーの特性、充電状態、CBとBEVの両方の電力性能に関する情報、さらには、メンテナンスや診断のデータが含まれていてもよい。これらの通信チャネルは、例えば、ブルートゥース(登録商標)、ジグビー(zigbee(登録商標))、携帯電話等のような独立した、物理的な通信チャネルであってもよい。
【００４０】
さらに、一部の通信は、特定の通信アンテナを使わずに、無線電力リンクを介して行ってもよい。言い換えれば、通信アンテナと無線電力アンテナが同一である。したがって、CBの一部の典型的な実施形態は、無線電力の経路で変調型プロトコルを使えるようにするコントローラ(不図示)を含んでいてもよい。送信電力レベルを予め決められた間隔で、予め決められたプロトコルを用いて変調することにより(振幅偏移変調)、受信者は、送信機からのシリアル通信を検出できる。CB電力変換モジュール162は、CBアンテナ158が発生させた近接場の近傍に有効なBEV受信機があるかないかを検出するための負荷探知回路(不図示)を含んでいてもよい。例えば、負荷探知回路は、電力増幅器へ流れる電流を監視する。この電流は、CBアンテナ158が発生させた近接場近傍に有効な受信機があるかないかによって影響を受ける。発振器にエネルギーを送信させるか、有効な受信機と通信するか、または、それらの組み合わせの決定に使用するために、電力増幅器にかかっている負荷の変化の検出結果をコントローラが監視してもよい。
【００４１】
BEV回路は、BEVアンテナ160をBEV電力変換ユニット166に接続および切断するためのスイッチング回路(不図示)を含んでいてもよい。BEVアンテナを切断すると、充電が一時停止するだけではなく、CB送信機から「見た」ときの「負荷」も変化し、このことは、BEV受信機を送信機から「隠す」ことに使うことができる。CB送信機が負荷探知回路を含んでいれば、これらの負荷の変化を検出することができる。したがって、CBは、いつBEV受信機がCBアンテナの近接場にいるかを特定するための仕組みを有する。
【００４２】
図5は、本発明の一部の実施形態で使うことができる低電圧電力線通信を行えるようにした配電システム(distribution system)200の複数の部分を示している。CBは、電力線通信システムに、配電盤182によって接続されて、電力線通信(PLC)を、関連するPLC標準をサポートする外部CB-COMインターフェイスを介して提供してもよい。外部CB-COMインターフェイスと通信するPCLノードは、電気(エネルギー)メーター184に組み込まれていてもよい。多くの国々、特にヨーロッパでは、PLCが、自動検針インフラストラクチャー(AMI)の一部として、また、スマートグリッドの利用に対して、重要な役割を果たしうる。AMIは、電気、ガス、水道、熱の自動検針(AMR)、エネルギーと水の使用のプロファイリング(profiling)、需要予測、および、需要側管理のような要素を含んでいてもよい。さらに、本発明の典型的な実施形態では、AMIは、BEVのためのV2Gの管理を含んでいてもよい。限定はしないが、例として、宅内PLCシステムは、ホームオートメーションを利用するためのHAN(home area network)の一部として構成してもよい。PLCノードのための一部の周波数は、限定はしないが、Bバンド(95〜125kHz)またはCバンド(125〜140kHz)のものであってもよい。
【００４３】
BEVにおける無線電力充電は、多くの異なるバッテリー性能および技術に適応させることができる。一部の典型的な実施形態の場合、バッテリー性能および技術についての情報は、充電特性および充電プロファイル(charging profiles)を特定するのに有用である。限定はしないが、バッテリー性能の一部の例は、バッテリー残量、バッテリーエネルギー、バッテリー電圧、バッテリー容量、バッテリー充電電流、バッテリー充電電力、および、充電性能である。
【００４４】
多くの異なるバッテリーおよび電気化学電池技術をBEVで使用できる。限定はしないが、適する電気化学電池のいくつかの例は、リチウムイオン、リチウムポリマー、および、酸化鉛型のバッテリーである。リチウムイオン電池は、バッテリーパック電圧が高いので(例えば、400V)、高いエネルギー密度を提供しうる。鉛蓄電池は、バッテリー容量が大きいので(例えば、180Ah)、高いエネルギー密度を提供しうる。現在、リチウムイオン電池が流行っているが、これは、リチウムイオン電池ではエネルギー密度が高く、かつ、電力密度が高いからである。しかしながら、本発明の典型的な実施形態は、他の再充電可能な電気化学式または電気機械式(例えば、フライホイール)電池や、将来の再充電可能な電気化学式または電気機械式の電池にさえ使用しうる。
【００４５】
図6は、BEVで使用してもよいバッテリーを代表しうるリチウムイオンバッテリーの一般的な充電過程を示している。グラフは、充電時間に対する充電電流、電池電圧、および充電容量を示している。第1段階では、充電容量が比較的速い速度で増加するので、実質的に一定の電流がバッテリーに加えられてもよい。第2段階では、充電容量がフル充電に近づくので、実質的に一定の電圧が加えられてもよい。図6は、バッテリーをその定格容量(多くの場合に1Cと呼ばれる)で充電する場合の充電シナリオ例を示している。(例えば、2C、3C等)1Cよりも速い速度など、他の高速充電シナリオを使ってもよい。
【００４６】
図7は、BEVで使用可能なバッテリーの充電時間の例を示している。25kWhの蓄電エネルギーが、BEVにおける典型的なバッテリーの充電容量の一例として示されている。利用できる電力によるが、容量をいっぱいにするまでの充電時間は、約21kWhという高速供給性能(high delivery capability)で約1.25時間、約7kWの急速供給性能(accelerated delivery capability)では約3.5時間、約3kWの通常供給性能(normal delivery capability)では約8.5時間、そして、約2kWの家庭供給性能(domestic delivery capability)では約12.5時間程度であろう。図7は、充電時間の範囲、および、如何にして無線電力供給性能に適応させるかを示すためだけのものである。
【００４７】
図8は、BEVの無線充電に利用でき、かつ、適するであろうさまざまな周波数を示す周波数スペクトルを例示している。BEVへの無線高電力伝送に使えるいくつかの周波数範囲には、3kHzから30kHzの帯域のVLF、一部は除外されるが(ISMのような用途のための)30kHzから150kHzの帯域の低LF、HF 6.78MHz(ITU-R ISM帯6.765-6.795MHz)、HF 13.56MHz(ITU-R ISM帯13.553-13.567)、および、HF 27.12MHz(ITU-R ISM帯26.957-27.283)がある。
【００４８】
図9は、BEVの無線充電に有用でありうるいくつかの可能性のある周波数と送信距離を示している。BEV無線充電に有用でありうる伝達距離のいくつかの例は、約30mm、約75mm、および、約150mmである。いくつかの典型的な周波数は、VLF帯での約27kHzと、LF帯での約135kHzであろう。
【００４９】
適当な周波数を決めるには、共振特性や送信アンテナおよび受信アンテナの結合モード領域以外に多くのことを考慮しなければならない。無線電力周波数は、他の用途に使われている周波数と干渉することもある。限定はしないが、例としては、VLF/LFの電力線の周波数、可聴周波数、および、通信周波数との共存問題がある。VLFおよびLFにとって共存が問題となりうる例としては、限定はしないが、電波時計の周波数、LW AM放送や他のラジオサービスの周波数、ISDN/ADSLおよびISDN/xDSL通信チャネルとのクロスカップリング、電子式自動車イモビライザーシステム、RFID(無線周波数識別)システム、EAS(電子商品監視)システム、オンサイトページング、低電圧PLCシステム、医療移植片(心臓ペースメーカー等)、オーディオシステムおよび人や動物に分かる音響放出がある。
【００５０】
HF周波数にとって共存が問題となりうるいくつかの例は、限定はしないが、産業、科学および医療(ISM)無線帯域であり、例えば、リモートコントロール用途や連続したエネルギー伝送でのFDXまたはHDXモードのRFIDのための6.78MHz、連続したエネルギー伝送でのFDXまたはHDXモードのRFIDおよび携帯機器用無線電力のための13.56MHz、ならびに、鉄道用途(ユーロバリーズ27.095MHz)、市民バンドラジオ、および、リモートコントロール(例えば、模型、遊具、ガレージドア、コンピュータのマウスその他)のための27.12MHzがある。
【００５１】
図10は、送信用および受信用のループアンテナを図示しており、アンテナの半径に対する場の強度を示している。最適半径よりも大きいまたは小さい半径のアンテナ構造は、一定の伝送電力に対して、アンテナの近傍でより大きな場の強さを発生させる。磁場強度は、アンテナ半径が比例して大きくなり、したがって常に最適であると仮定すると、一定の伝送電力について、電力伝送距離の増加とともに直線的に増加する。
【００５２】
図11Aおよび11Bは、ループアンテナおよび付随するフェライトバッキングの周りの電磁場を示している。送信アンテナは、複数巻きのワイヤループから構成してもよいワイヤループ1130と、フェライトバッキング1120を含み、受信アンテナは、ワイヤループ1180と、フェライトバッキング1170とを含む。VLFおよびLF周波数では、フェライトバッキングは、アンテナの間の空間での磁場1140を増強すること、つまり結合を向上させるのに、有用でありうる。図11Aに示すように、アンテナコイル1130および1180と、フェライトバッキング1120および1170との間の間隔を0cmに縮めると、送信アンテナと受信アンテナの間の結合係数が軽く減少する。したがって、アンテナコイル1130および1180と、フェライトバッキング1120および1170の間には、理想的な間隔がありうる。図11Bは、アンテナコイル1130および1180と、フェライトバッキング1120および1170との間の小さな間隔を示している。さらに、図11Bは、アンテナコイル1130および1180と、それぞれのフェライトバッキング1120および1170との間の縮めた空間を示している。送信距離が小さい場合(例えば、3cm)、結合係数が既に非常に大きいため、フェライトバッキングによる性能の利得は小くなり得る。
【００５３】
図12は、無線電力アンテナの一部としてのフェライトバッキングのさまざまな厚さに対する、可能性のあるインダクタンスの値を示すグラフである。図12の典型的な実施形態では、フェライトバッキングは、コイルから約0.5cmのところにある。フェライトバッキングの厚さの変化が約5mmと10mmの間であると、インダクタンスが大きくは変わらないことが分かる(つまり、約5%)。
【００５４】
図13は、無線電力アンテナの一部としてのフェライトバッキングのさまざまな厚さについての、可能性のあるフェライト損失の値を示すグラフである。図12の典型的な実施形態では、フェライトバッキングは、コイルから約0.5cmのところにある。フェライトバッキングの厚さの変化が約5mmと10mmの間であると、損失が急に増えることが分かる(つまり、約185%)。結果として生じた損失は、Q値を下げることがある。結果として、性能と、体積、重量、コストのような事項との間でトレードオフをする必要もありうる。
【００５５】
図14は、バッテリー式電気自動車(BEV)220に配置された交換可能なバッテリーの簡易図を示している。この典型的な実施形態では、無線エネルギー伝送システムのBEV側は、車のバッテリーユニット222と一体の部分である。現在、標準EVバッテリーへ向かう傾向があるので、いわゆるバッテリースワッピング(またはスイッチング)ステーションで交換を簡単かつ素早くできるようになるであろう。図14に示すように、バッテリーユニット222の形状および配置は、1つの典型的な実施形態の例である。他の多くの構成が可能である。限定はしないが、一例として、バッテリーの大部分がリアシートの下にあってもよい。
【００５６】
しかし、低いバッテリー位置は、無線電力インターフェイスが組み込まれていて、地面に埋め込まれた充電器から電力を受信できるバッテリーユニットにとっては有用でありうる。素早いバッテリー交換は、コード式および無線のBEV充電と共存し続けそうであるし、いずれの代替充電対応策(例えば、無線充電)に完全に取って代わることもないであろう。バッテリースワッピングステーションでは、運転手がフルに再充電されたバッテリーをおそらく1分かからずに得ることができ(従来のガソリンステーションで燃料補給をするよりも速い)、一方で、コード式および無線の充電は、家庭での対応策であろうし、また、公共駐車スペースまたは個人の駐車スペースで機会あるごとに充電して車の自走時間を増やすための対応策になるであろう。
【００５７】
設備投資が高いという問題から、バッテリースワッピングステーションの配備は、主に主要な輸送路(major transport axis)に沿ってと、大都市で行われるであろう。分散していて、特に便利な充電と、ドッキングツーグリット対応策とを強く支持する別の議論は、先に説明したように、BEVをビーグルツーグリット用途に利用できるというものである。
【００５８】
図14では、EV交換可能バッテリーユニット222が特別に設計されたバッテリー区画224に収められている。バッテリーユニット222はまた、無線電力インターフェイス226も提供する。この無線電力インターフェイス226は、共振磁気アンテナ、電力変換および他の制御部、ならびに、地面に埋め込まれたチャージングベース(CB)と電気自動車(EV)バッテリーの間での効率的で安全な無線エネルギー伝送に必要な通信機能を備える、BEV側の無線電力サブシステム全体を統合してもよい。
【００５９】
BEVアンテナをバッテリーユニット222(車体)の底面と同一平面をなすように組み込み、突出した部分がないようにし、かつ、地面に対する車体の指定された隙間を維持できるようにすることは、有益なことでありうる。このような構成は、無線電力サブシステム専用のある程度の空きをバッテリーユニットに求めることがある。
【００６０】
一部の典型的な実施形態では、CBアンテナとBEVアンテナを所定位置に固定され、CBに対してBEV全体を配置することにより、近接場結合領域内にアンテナが入れられる。しかしながら、エネルギー伝達を迅速、効率的、かつ、安全に行うためには、チャージングベースアンテナとBEVアンテナの間の距離を、短くして、磁気結合を良くする必要があるであろう。よって、一部の典型的な実施形態では、CBアンテナとBEVアンテナは、よりよい位置合わせのために、移動可能に展開することができてもよい。
【００６１】
図14にさらに示されているのは、完全に密閉されていて、非接触の電力および通信のインターフェイス226、228を提供するバッテリーユニット222である。この典型的な実施形態の概念的なブロック図が図16に示されている。
【００６２】
図15Aから15Dは、ループアンテナと、バッテリーに対するフェライト材料の配置に関するより詳細な図である。これらの典型的な実施形態では、バッテリーユニットが、無線電力インターフェイスの一部として、展開不能なBEVアンテナモジュールを含んでいる。磁場がバッテリーユニット230および車内へと貫通することを防止するために、バッテリーユニットと車の間に伝導性シールド232(例えば、銅薄板)があってもよい。さらに、伝導性シールド232、コイル236、および、フェライト材料238を環境からのあらゆる種類の影響(例えば、機械的損傷、酸化等)から保護するために、非伝導性(例えばプラスチック)層234が使用されていてもよい。
【００６３】
図15Aは、フェライトに完全に埋め込まれたアンテナコイル236を示す。コイル236自体は、例えば、撚り合わせたリッツ線のみから作られていてもよい。図15Bは、結合を向上させ、かつ、伝導性シールド232での渦電流(熱散逸)を減らすために寸法を最適化したフェライト板(つまり、フェライトバッキング)を示す。コイルは、非伝導性、非磁性(例えばプラスチック)材料234に完全に埋め込まれていてもよい。一般に、コイルとフェライト板の間に、磁気結合とフェライトのヒステリシス損失との間の最適なトレードオフの結果として、間隔があってもよい。
【００６４】
図15Cは、コイルが横方向(“x”)に移動可能でである別の典型的な実施形態を示している。図15Dは、アンテナ(コイル)モジュールのみが下方に展開されている別の典型的な実施形態を示している。この展開可能なモジュールの構造は、アンテナモジュールに伝導性シールドがない点を除き、図15Bの展開可能なモジュールと同様である。伝導性シールドは、バッテリーユニットにとどまる。アンテナモジュールをバッテリーユニットから物理的に分割すると、アンテナの性能に好ましい効果があると考えられる。しかし、車体の下の厳しい環境条件(汚染、着氷、水)を考えると、この対応策では、故障がより起こりやすい可能性がある。
【００６５】
図16は、無線電力を受信するように装備されたBEVにおけるバッテリーシステム250の複数部分の簡略化したブロック図である。この典型的な実施形態は、EVシステム252と、バッテリーサブシステム254と、CB(不図示)への無線充電インターフェイスとの間で使用してもよい無線電力インターフェイスを示している。バッテリーサブシステム254は、EVとバッテリーサブシステム254の間の無線インターフェイスとのエネルギー伝送および通信の両方を可能にするものであり、これにより、完全に非接触で、閉じていて、密閉されたバッテリーサブシステム254ができる。インターフェイスは、双方向(2方向)無線エネルギー伝送、電力変換、制御、バッテリー管理、および通信に必要な全ての機能を含んでいてもよい。
【００６６】
充電器からバッテリーへの通信インターフェイス256および無線電力インターフェイス258は、前述しているが、図16は一般的な概念を示していることを再度述べておく。特定の実施形態では、無線電力アンテナ260と通信アンテナを組み合わせて1つのアンテナにしてもよい。このことはまた、バッテリーからEVへの無線インターフェイス262に適用してもよい。電力変換(LF/DC)ユニット264は、CBから受信した無線電力をDC信号に変換して、EVバッテリー266を充電する。電力変換(DC/LF)268は、EVバッテリー266からの電力を、バッテリーサブシステム254とEVシステム252の間にある無線電力インターフェイス270に供給する。EVバッテリーの充電、電力変換ユニット(LF/DCおよびDC/LF)の制御、さらには無線通信インターフェイスを管理するために、バッテリー管理ユニット272が含まれていてもよい。
【００６７】
EVシステム252では、無線アンテナ274がアンテナ276から電力を受信し、LF/DC電力変換ユニット278がDC信号をスーパーキャパシタバッファー280に供給してもよい。一部の典型的な実施形態では、LF/DC電力変換ユニット278がDC信号をEV電源インターフェイス282に直接供給してもよい。他の典型的な実施形態では、非接触インターフェイスが、車のドライブトレインが、例えば加速中に必要とする高いバッテリーピーク電流を提供できないことであってもよい。供給源抵抗を下げ、これにより、EVパワーサプライ端子から「見た」EVエネルギー蓄電システムのピーク電力性能を下げるために、追加のスーパーキャパシタバッファーを採用してもよい。電力変換ユニット(LF/DC)278の制御、スーパーキャパシタバッファー280の充電、さらにはEVとバッテリーサブシステム254に対する無線通信インターフェイス262を管理するために、EV電気システム制御ユニット284を含んでいてもよい。さらに、前述したようなV2G性能はまた、図16に関連して説明し、図16に示した概念に適用してもよいことも述べておく。
【００６８】
本発明の典型的な実施形態は、以下に説明するように、BEVのための無線充電システム(本明細書では、「BEV無線充電システム」ともいう)の一部としての無線電力アンテナの位置合わせに向けられている。当業者には分かるであろうが、アンテナの位置を適切に合わせれば、駐車スペース内に置かれたチャージングベースと、BEVサブシステムとの間の迅速、効率的、かつ、安全な2方向(双方向)のエネルギー伝送が可能になりうる。1つまたは2つ以上の典型的な実施形態によれば、車誘導システムが、駐車スペース内でBEVを適切に位置決めして、CBアンテナとBEVアンテナの位置を特定の誤差半径以内で合わせることを可能にするための粗位置合わせを提供しうる。さらに、1つまたは2つ以上の他の典型的な実施形態によれば、アンテナ位置合わせシステムが、CBアンテナ、BEVアンテナ、または、両方の位置を1つまたは2つ以上の方向に機械的に調整して、BEV無線充電システム内のアンテナの精密位置合わせができるように構成されうる。
【００６９】
図17は、複数の駐車スペース1707を備える駐車スペース1701を示している。なお、本明細書では、「駐車スペース」を「駐車エリア」ともいう。車無線充電システムの効率を向上させるために、BEV1705をX方向(図17に矢印1702で描かれている)、および、Y方向(図17に矢印1703で描かれている)に沿って位置を合わせて、BEV1705内の無線電力車両ベース(wireless power vehicle base)1704が関連する駐車スペース1707内の無線電力チャージングベース1706と位置が適切に合うようにすることができる。図17の駐車スペース1707は、チャージングベース1706が1つしかないように示されているが、本発明の実施形態はこれに限定されない。むしろ、駐車スペースには、1つまたは2つ以上のチャージングベースがある可能性があると考えられる。さらに、本発明の実施形態は、1つまたは2つ以上の駐車スペースを有する駐車スペースに適用可能であり、この場合、駐車スペース内の少なくとも1つの駐車スペースがチャージングベースを備えてもよい。
【００７０】
図18は、複数のタイヤストッパー1801(一般に「車輪ストッパー」または「ガレージストッパー(garage stop)」ともいう)を示しており、このタイヤストッパー1801を使用して、車の運転手が駐車スペース1803にBEVを位置決めするのを補助して、BEV内の車両ベース(例えば、車両ベース1704、図17参照)の位置をチャージングベース1802と合わせることができる。さらに、1つまたは2つ以上の典型的な実施形態によれば、全地球的航法システム(例えば、GPS、ガリレオ)、衛星航法補強システム(augmentation systems)(例えば、静止衛星型や地上型)、または、これらの任意の組み合わせを、BEVの運転手によるBEVの位置決めを補助するために使用して、BEV内のアンテナの位置をチャージングベース(例えば、チャージングベース1706)内の充電アンテナと適切に合わせられるようにしてもよい。
【００７１】
さらに、本発明の他のさまざまな典型的な実施形態によるBEV誘導システムが、関連するアンテナを適切に位置合わせするために、駐車スペース内のBEVを位置決めするのに利用されることが可能である。図19は、駐車スペース1903内に置かれた少なくとも1つのチャージングベース1902と、BEV1904内に組み込まれた少なくとも1つの車両ベース1905とを備える誘導システム1901を示している。さらに、位置合わせシステム1908がBEV1904内に組み込まれていてもよく、また、車両ベース1905に動作可能に接続されていてもよい。なお、チャージングベース1902は、1つまたは2つ以上のアンテナを含んでいてもよく(図19では不図示;例えば、図21および22参照)、車両ベース1905は、1つまたは2つ以上のアンテナを含んでいてもよい(これも図19では不図示;例えば、図21および22参照)。以下に詳述するように、車誘導システムは、無線による位置および方向検出原理(radio positioning and direction finding principles)に基づいたものであってもよく、ならびに/または、光学的、準光学的、および/もしくは、超音波による検出方法に基づいたものであってもよい。
【００７２】
図20は、本発明の典型的な実施形態による誘導システム2001の一部のブロック図を示している。より具体的には、図19および20を参照すると、誘導システム2001の一部は、位置合わせシステム1908に動作可能に接続された車両ベース1905を備えることができる。示されているように、位置合わせシステム1908は、少なくとも1つのプロセッサ2002を含んでいてもよく、また、情報を視覚的にBEV運転手に伝える、情報を音声でBEV運転手に伝える、または、両方で伝えて、BEV運転手が、関連するBEVを駐車スペース内で正しく位置決めするのを補助して、関連するアンテナを特定の誤差半径以内で位置を合わせられるように構成されていてもよい。さらに、位置合わせシステム1908は、自動操縦システムを備えていてもよいし、あるいは、関連するBEVを駐車スペース内で自動的に位置決めするように構成された自動操縦システムを制御するように構成されていてもよい。
【００７３】
図21および22は、誘導システム1901(図19参照)の実施に使用することが可能なアンテナ2101および2201の例をそれぞれ示している。図21を参照すると、アンテナ2101は、アンテナ2103に連結されたフェライトディスク2102を備えている。アンテナ2101は、ｘ−アンテナ磁気素子2104と、直交する方向に向けられたｙ−アンテナ磁気素子2105とをさらに備えていてもよい。図22を参照すると、アンテナ2201は、フェライト棒状部のｘ−アンテナ磁気素子2202と、このフェライト棒状部のｘ−アンテナ磁気素子2202に直交するフェライト棒状部のｙ−アンテナ磁気素子2203とを備えていてもよい。さらに、チャージングベース1902(図19参照)は、1つまたは2つ以上の公知で適切なアンテナを含んでいてもよいことを述べておく。単なる例であるが、チャージングベース1902は、偏向磁場を発生させるように構成された1つまたは2つ以上のアンテナを含んでいてもよい。さらに、別の例では、チャージングベース1902は、回転(つまり、円偏向)磁場を発生させるように構成された1つまたは2つ以上のアンテナを含んでいてもよい。
【００７４】
単なる例であるが、チャージングベース1902は、図21および22にそれぞれ示されているようなアンテナ2101またはアンテナ2201と同様の直交するxおよびy磁気素子を有する、少なくとも1つのアンテナを含んでいてもよい。なお、1つの典型的な実施形態によれば、無線電力伝送用に構成されたアンテナはまた、誘導システム1901で使用するために、例えば、位置決めおよび方向検出目的のために構成されていてもよい。別の典型的な実施形態によれば、チャージングベース1902は、誘導システム1901内で使用するための1つまたは2つ以上のアンテナと、無線電力送信のための1つまたは2つ以上の別個のアンテナとを含んでいてもよい。
【００７５】
図19を再び参照すると、以下で詳細に説明をするように、BEV誘導システム1901が想定される動作をしている間、チャージングベース1902は、1つまたは2つ以上の送信機を介して、誘導信号1906を伝えるように構成されていてもよく、この誘導信号は、車両ベース1905によって受信されてもよい。誘導信号1906を受信したら、車両ベース1905、より具体的には、位置合わせシステム1908は、誘導信号1906から得た情報を利用して、BEV1904のドライバー、位置合わせシステム1908のコントローラ(例えば、自動操縦システムコントローラ)、または、これらの組み合わせを補助して、BEV1904をX方向(図17の矢印1702参照)、Y方向(図17の矢印1703参照)、または、これらを組み合わせた方向へ向けて、車両ベース1905の少なくとも1つの無線電力アンテナをチャージングベース1902の少なくとも1つの無線電力アンテナと適切に位置を合わせられるように構成されていてもよい。より具体的には、位置合わせシステム1908は、誘導信号1906から得た情報を利用して、車両ベース1905の少なくとも1つの無線電力アンテナをチャージングベース1902の少なくとも1つの無線電力アンテナと位置を適切に合わせられるように構成されていてもよい。
【００７６】
BEVを駐車スペース内で位置決めするための誘導システム1901を実施する、考えられているさまざまな方法を以下に説明する。典型的な一実施形態によれば、チャージングベース1902は、1つまたは2つ以上の磁場を発生させるように構成されていてもよく、この磁場は、車両ベース1905によって探知され、車両ベース1905からチャージングベース1902への方向を特定するために使用することができる。より具体的には、この実施形態では、誘導信号1906が1つまたは2つ以上の超長波(VLF)(つまり、3〜30KHz)または長波(LF)(つまり、30〜300KHZ)の磁場パターンを含むことができ、この磁場パターンは、チャージングベース1902が発生し、車両ベース1905の1つまたは2つ以上のVLFまたはLF受信アンテナが受信可能で、この1つまたは2つ以上の受信アンテナは、直交するxおよびy構成要素(例えば、アンテナ2101またはアンテナ2201)を含む。さらに、磁場の水平磁場成分の方向は、チャージングベース1905の方を向いており、車両ベース1905の1つまたは2つ以上の受信アンテナによって受信した信号から特定されてもよい。別の言い方をすると、チャージングベース1905内の少なくとも1つのアンテナから発生した磁場の水平成分は、車両ベース1905にある少なくとも1つのアンテナによって探知することが可能で、この水平成分は、車両ベース1905にある少なくとも1つのアンテナの方を向いている。
【００７７】
図23は、チャージングベース1902によって発生した磁場2301の側面図を示している。図19および23を参照すると、チャージングベース1902は、水平磁場成分2302を有する磁場2301を発生させることができ、この水平磁場成分2302は、車両ベース1905の1つまたは2つ以上のアンテナによって受信することができる。なお、符号2303は、チャージングベース1902と車両ベース1905の間のずれを描いている。図24は、アンテナ2402(つまり、車両ベース1905のアンテナ)および磁場2301を出しているチャージングベース1902の側面図を示している。図25は、磁場2301内に置かれたアンテナ2402の上から見下ろした図を示している。図24および25を参照すると、車両ベース1905(図19参照)のアンテナ2402(例えば、アンテナ2101または2201)近傍の磁場2301の磁束線2401の方向は、磁場2301の水平磁場成分に沿って、チャージングベース1902の方を向いていると考えられる。別の言い方をすれば、アンテナ2402近傍の磁束線2401の向きは、磁場2301の発生源(つまり、チャージングベース1902内に1つまたは2つ以上のアンテナ)の方を指すベクトル2403によって決まると考えられる。
【００７８】
1つの典型的な実施形態によれば、位置合わせシステム1908(図19および20参照)は、プロセッサ2002を含んでいてもよく(図20参照)、プロセッサ2002は、車両ベース1905のアンテナ(例えば、アンテナ2402)の直交するXおよびY磁気素子(例えば、xアンテナ2104およびyアンテナ2105)から受信した1つまたは2つ以上の信号からベクトル2403の方向を計算するように構成されていてもよい。別の言い方をすれば、プロセッサ2002は、車両ベース1905内にある少なくとも1つのアンテナから、チャージングベース1902内にある少なくとも1つのアンテナへのベクトルを特定してもよい。なお、フェライトディスク(例えば、図21のフェライトディスク2102)は、磁場2301の水平磁場成分を集め、および/または、強めるこのが可能で、この結果、水平磁場成分は、より容易に探知できる。
【００７９】
単なる例であるが、チャージングベース1902は、電磁波磁場(radio wave magnetic field)を発生させるように構成されていてもよく、この電磁波磁場は、当業者には明らかであろうが、遮られていない見通し線を必要としないであろうし、周囲環境にある物体(例えば、雪、汚れ、または、他の物体)によって簡単に遮られることもない。さらに、チャージングベース1902は、多重波伝搬効果(つまり、周囲物体からの反射)を減らし、できればなくすように構成することもできる。他の例では、チャージングベース1902は、光学または赤外周波数の信号を出す、または、受信するように構成されてもよい。
【００８０】
さらに、車両ベース1905からチャージングベース1902への方向を特定する、別の典型的な実施形態によれば、誘導システム1901は、当業者には分かるであろうが、電波航法システム(例えば、超短波全方向無線標識「VOR」)の機能と同様に機能するように構成されてもよい。この典型的な実施形態では、誘導信号1906が方向信号(例えば、円偏向磁場)および時間基準信号を含んでいてもよい。さらに、車両ベース1905は、方向信号と基準信号の各々を受信し、方向信号と基準信号の位相差を測定して、チャージングベース1902から車両ベース1905が設置されている位置までの線を特定するように構成されてもよい。
【００８１】
さらに、BEVを駐車スペース内で位置決めすることに関連して前述した典型的な実施形態の場合、誘導システム1901は、チャージングベース1902から出された誘導信号(図19参照)の強度における変化を測定して、車両ベースのチャージングベース1902に対する位置を特定するように構成されてもよい。BEVは、専ら誘導信号の場の強度の勾配を使用する、または、補助的に使用することで、チャージングベースの場所を見つけることも可能である。これにより、BEV内で簡単な受信機を使用できるようになるであろう。さらに、磁場探知に関連して前述した典型的な実施形態の場合、誘導システム(例えば、誘導システム1901)が、無線エネルギー伝送の目的、又は車を誘導する目的、又は両方の目的で、隣接するチャージングベースによって生成された磁場の存在に影響されずに、関連するチャージングベースから出た磁場を探知するように構成されるべきであることを述べておく。
【００８２】
さらに、本発明の典型的な実施形態は、ウルトラワイドバンド(UWB)位置特定技術を利用するための装置、システムおよび方法を含む。ウルトラワイドバンド・ローカライザーは、航空管制または衛星測距技術で使用されている二次監視レーダーと同じような、パルスまたは他の適当な広帯域波形の往復時間の測定による距離測定に基づくものであってもよい。典型的な実施形態では、チャージングベースの一部としての複数のUWBトランスポンダーが駐車スペースの領域内に適切に置かれ、また、BEVサブシステムの一部としての1つのUWBトランシーバーがあり、このUWBトランシーバーは、例えば、BEV無線電力アンテナ内に適切に取り付けられたアンテナを有している。BEVトランシーバーはUWB信号を出し、このUWB信号は、UWBトランスポンダーによって受信されると、各トランスポンダーに応答信号を発信させる。これらの応答信号は、同じ波形であるが、受信信号に対して、一定で既知の時間だけ遅延している、もしくは、周波数がずれている、または、この両方であることが好ましい。BEVトランシーバーは、次に、全ての応答信号の到着時間を測定し、BEVトランシーバーのUWBアンテナと、トランスポンダーの各々との間の往復時間と関連する距離を特定する。例えば、複数の測距装置をチャージングベース1902内に置くことにより、当該技術において明らかなように、車両ベース1905に対するチャージングベース1902の位置を三角測量法によって特定しうる。ウルトラワイドバンド位置特定技術は、リアルタイムで、連続的な位置測定をセンチメートル単位の分解能で可能にしうる。さらに、1km2当たり100万のローカライザーに対する符号分割および時分割によるチャネライゼーションも行える。図26は、三角測量処理用の4つのウルトラワイドバンド・トランスポンダーを示している。
【００８３】
UWB誘導信号を使用するさらに別の典型的な実施形態では、アンテナが、例えばCB無線電力アンテナ内に適切に配置された、チャージングベースの一部としてのUWB送信機があり、また、アンテナがBEVに適切に配置された、BEVサブシステムの一部としての複数のUWB受信機がある。BEV側の誘導システムは、自身の各受信機でのUWB信号の相対到達時間を測定して、チャージングベースを指す方向の角度を特定する。
【００８４】
位置決めまたは方向検出にUWB電磁信号を使用する上述の方法は、音響、例えば超音波信号、の出力器およびセンサーにも適用しうる。
【００８５】
再び図17を参照すると、作用していない各チャージングベース1706は、超長波(VLF)(つまり、3〜30KHz)または長波(LF)(つまり、30〜150KHz)と、無線電力が送信されるのと異なる周波数帯域とにおいてビーコン信号を出すように構成されてもよい。さらに、各ビーコン信号は、そのビーコン信号が発せられた駐車スペースを示す駐車スペース識別子を含んでいてもよい。このビーコン信号は、位置決めまたは方向検出目的で使用される誘導信号と同一であってもよい。さらには、チャージングベース1706が出したビーコン信号(複数)は、利用可能なリソースを時間、周波数、または、その両方で共有してもよい。さらに、上述した典型的な実施形態の場合、誘導システム(例えば、誘導システム1901)は、単一の、隔離された駐車スペース(例えば、住居の車庫)で動作するように構成されていてもよく、隣接する駐車スペースのチャージングベースを巻き込む三角測量法の使用を必要としなくてもよい。
【００８６】
図27は、1つまたは2つ以上の典型的な実施形態による方法2701を示すフローチャートである。方法2701は、少なくとも1つの信号を、無線チャージングベース内に位置させた少なくとも1つのアンテナを用いて発生させるステップを含み得る(番号2702に記載)。方法2701は、少なくとも1つの信号の少なくとも一部を、バッテリー式電気自動車(BEV)内に組み込まれた無線車両ベース内の少なくとも1つのアンテナを使って探知するステップをさらに含み得る(番号2703に記載)。さらに、方法2701は、車両ベースからチャージングベースへの方向を、探知した、少なくとも1つの信号の少なくとも一部から特定するステップを含み得る(番号2704に記載)。さらに、方法2701は、バッテリー式電気自動車(BEV)を無線チャージングベースの方へ、特定した方向に従って移動させるステップを含み得る(番号2705に記載)。
【００８７】
図17〜27を参照して前述したさまざまな典型的な実施形態により、BEV無線充電システム内のアンテナが、誤差半径以内で位置合わせ可能となる。BEVを駐車スペース内で位置決めした後にアンテナの位置合わせ誤差が残っている場合には、以下に説明するようなアンテナの精密位置合わせに関連した装置、システム、および、方法を利用することが可能である。
【００８８】
無線電力充電およびアンテナ位置合わせシステムは、無線電力信号をBEV無線充電サブシステムへ/から送信または受信するように構成されたチャージングベースを含んでいる。BEV無線充電サブシステムは、BEVのバッテリーユニットと動作可能に接続されていてもよい。このシステムは、BEV無線充電サブシステムと動作可能に接続されたBEVアンテナをさらに含む。このシステムは、本明細書に記載のように、BEVアンテナの物理的な位置を調整するように構成された機械的な装置をさらに含んでいてもよい。
【００８９】
BEVアンテナは、BEV無線充電サブシステムをBEVの他の構成要素およびシステムとつなぐのに十分な空間があるBEVの場所に位置することができる。例えば、無線電力アンテナは、BEVのシャーシの下面内側に設置してもよい。BEVアンテナは、BEVの前部、中央、または、後部近くに位置し得る。無線電力アンテナをBEVの前部近くに位置させると、無線電力アンテナがBEVのステアリングユニットにより近くなるであろうから、ドライバーがより正確に位置決めできるという結果になりうる。さらに、無線電力アンテナをBEVの前部近くに設置すると、非常に長いBEVに対して、より統一性を提供しうる。無線電力アンテナをBEVの中央近くに置くと、前向きまたは後ろ向きに駐車することに、もっと融通が利くという結果になりうる。無線電力アンテナをBEVの後部近くに置くと、BEVの前方および中央部分では場所が制約されることから、システムインテグレーションに関して有利となりうる。無線電力アンテナをBEVの前部、中央、または後部近くに置くことに対する他の利益がさらにあるであろう。
【００９０】
図28Aは、さまざまな障害物2805とBEV2810が遭遇することがあり、最低限のシャーシ地上高が必要不可欠であることを示している。障害物2805は、BEV2810のシャーシの下面2815にさまざまな場所で接触しうる。無線電力アンテナ(不図示)がBEV2810のシャーシの下面2815の内部または近くに設置されていると、無線電力アンテナは、損傷を受けたり、位置が合わなくなったり、または、障害物2805が無線電力アンテナに接触することに関連した他の問題を有する可能性がある。
【００９１】
図28Bおよび28Cは、本発明の典型的な実施形態によるBEVアンテナ2820を示している。BEVアンテナ2820を望ましくない障害物の接触から保護するために、BEVアンテナ2820を、BEV2810のシャーシの下面の空洞部2812内に設置することが望ましいであろう。無線電力アンテナ2820を環境の影響(例えば、汚れ、ごみ、泥、水、氷、湿気)からさらに保護するために、カバー2824および/または霜取りユニット2822が使用されてもよい。霜取りユニット2822は、無線電力アンテナ自体であってもよい。このコンセプトでは、BEV無線電力サブシステムは送信モードで動作させ、BEVアンテナ2820に十分な放熱が生じる電流を流してもよい。
【００９２】
チャージングベース(不図示)は、CBアンテナと動作可能に接続された電力変換ユニットを含んでいてもよい。チャージングベースは、本明細書に記載するようにCBアンテナの位置調整に使用することができる他の機械的または電子的構成要素(例えば、プロセッサ)をさらに含んでいてもよい。チャージングベースの構成要素は、駐車スペース、私道、または、車庫などでの地表より下に少なくとも部分的に埋め込まれているチャージングベース内に収められていてもよい。チャージングベースが設置されている穴を形成するのに道具を使用してもよい。例えば、図29Aは、チャージングベースを少なくとも部分的に埋めることが可能な穴を地面2905にあけるのに使用することができる道具2900(例えば、フライスカッター)を示している。結果として、BEVの無線充電の大規模な展開を促進するために、駐車スペースにチャージングベースを装備するために工具2900を使用してもよい。
【００９３】
図29Bは、本発明の典型的な実施形態による、少なくとも部分的に地表2905より下に埋め込まれたチャージングベース2910を示している。チャージングベース2910は、無線電力信号を、BEVと関連する、対応するBEVアンテナ(不図示)へ/から送信または受信するために、1つまたは2つ以上のCBアンテナ2915を含んでいてもよい。チャージングベース2910は、地面から突き出ていてもよく2901、これにより、CBアンテナ2915とBEVアンテナの間の距離が短くなるであろうから、結合がよくなる。突き出た2901チャージングベース2910は、整備や修理で手が届きやすい。しかし、突き出た2901チャージングベース2910は、歩行者や除雪時などの邪魔となりうる。代わりに、チャージングベース2910は、地面2905の表面と高さが同じ2902であってもよい。高さが同じ2902チャージングベース2910は、整備や修理でより手が届きやすく、邪魔にもならない。しかし、CBアンテナ2915とBEVアンテナの間の結合は、突き出た2901チャージングベース2910と比較して、低下するであろう。高さが同じ2902チャージングベース2910には、地表(例えばアスファルト)の縁は、水、氷、および、機械的応力による浸食がより起こりやすいという潜在的な問題も残りうる。代わりに、チャージングベース2910は、地面の表面より完全に下2903に(例えば、アスファルト層2907より下に)設置されてもよい。このような表面より下2903のチャージングベース2910は、強盗(例えば、破壊行為)に対してより安全で、かつ、邪魔にならないであろう。しかし、結合、および、整備や修理での手の届きやすさは、低下しうる。図29Dを参照すると、地表3539(例えばアスファルト)の上に広がる、薄いつば3537がある、実質的に平坦な覆い3535をチャージングベース2910の上に置いてもよく、また、邪魔されずに道を清掃することを可能にしうる(例えば、機械による道路の清掃)。さらに、覆い3535は、地表3539の縁が浸食する可能性に関連して前述した問題を解決しうる。
【００９４】
図29Cは、本発明の典型的な実施形態による、地面2905の表面より完全に下に設置されたチャージングベース2910をさらに示している。チャージングベース2910は、無線電力アンテナ2915を暑さ、寒さ、太陽放射、水、湿気、岩屑等のような環境要因2908から保護するように構成し得る。例えば、このような、完全に埋め込まれたチャージングベースは、耐水性となるように、気密に密閉されてもよい。
【００９５】
図30A〜30Cは、無線電力アンテナ3015を含むBEV3010が、同様に無線電力アンテナ3025を含むチャージングベース3020の上に置かれているところを示している。図30に示されているように、BEVアンテナ3015とCBアンテナ3025は、XおよびY方向に位置が合わせてあり、Z方向に距離3030だけ離されている。図30Bに示されているように、BEVアンテナ3015とCBアンテナ3025は、X方向にオフセット距離(offset distance)3035だけ位置が合っておらず、また、Z方向に距離3030だけ離れている。
【００９６】
BEVアンテナ3015とCBアンテナ3025の間の結合強度を改善するために、距離3030とオフセット距離3035を縮めることが望ましいであろう。距離3030とオフセット距離3035は、精密位置合わせ調整システムによって縮めることができる。
【００９７】
精密位置合わせ調整システムは、CBアンテナ3025とBEVアンテナ3015の間の結合強度を高めるために、CBアンテナ3025、BEVアンテナ3015、または、これらの組み合わせの物理的な位置を調整するのに使用することができる。BEVアンテナ3015とCBアンテナ3025の一方または両方の位置の調整は、BEVアンテナ3015とCBアンテナ3025の間で位置が合っていないことの探知に応じて行われてもよい。位置が合っていないことの特定は、磁場探知に関連する方法についてなどで前述したように、車誘導システムからの情報を利用して行ってもよい。さらに、無線電力リンクからの情報(例えば、無線電力リンクの性能を示すさまざまなパラメーター)が関連するアンテナの位置が合っていないことを特定することに使用されてもよい。例えば、位置が合っていないことを探知するとき、電力レベルを下げて無線電力リンクを動作させてもよく、そして、関連するアンテナを正確に位置合わせした後は、電力レベルを上げてもよい。
【００９８】
精密位置合わせ調整システムは、粗位置合わせ誘導システムと別個のものであってもよいし、付け加えたものであってもよい。例えば、粗位置合わせ誘導システムは、所定の許容範囲(つまり、誤差半径)内の位置にBEVを誘導し、精密位置合わせ調整システムがBEVアンテナ3015とCBアンテナ3025の間の微細な誤差を直すことができるようにしてもよい。
【００９９】
図30CのBEV3010の上面図に示したように、BEVアンテナ3015とCBアンテナ3025は、X方向にのみ位置が合っていない。BEVアンテナ3015とCBアンテナ3025は、Y方向には位置が合っている。例えば、Y方向の位置合わせは、BEV3010が自身の牽引システムを使用して成し遂げられていてもよく、本明細書に記載の誘導システムがこの牽引システムを補助(例えば、自動操縦)してもよく、この誘導システムにより、BEVのモーターが目標のY位置まで円滑かつ正確に移動できるようにしてもよい。このようなシナリオでは、X方向の位置合わせ誤差はなお存在しうるが、Y方向では存在しないであろう。Y方向に位置合わせを調整する必要性が(例えば、粗位置合わせ誘導システムを使用することで)なくなれば、BEVアンテナ3015をX方向にのみ動くように構成してもよく、BEVアンテナ3015が空洞部に収容され、無線電力電送のために展開されることもないであろうから、BEVアンテナ3015に対する場所の要求も同様に減るであろう。よって、Y方向での精密位置合わせの必要をなくせば、BEV無線電力サブシステムが簡単になりうる。
【０１００】
図31A〜31Gは、本発明のさまざまな典型的な実施形態による精密位置合わせ調整のいくつかの変形例を示している。図31A〜31Gで示すように、BEVアンテナ3115の物理的な位置は、X、YおよびZ方向、または、これらの任意の組み合わせにおける位置合わせ誤差を除くように調整してもよい。さらに、CBアンテナ3125の位置は、X、YおよびZ方向、または、これらの任意の組み合わせにおける位置合わせ誤差を除くように調整してもよい。一部の典型的な実施形態では、BEVアンテナ3115とCBアンテナ3125の両方の位置を、X、YおよびZのいずれかの方向、または、これらの任意の組み合わせにおける位置合わせ誤差を除くように調整してもよい。
【０１０１】
別の言い方をすれば、CBアンテナ3125と、BEV3110のバッテリーユニットと関連するBEVアンテナ3115との間で無線電力を結合しているとき、CBアンテナ3125とBEVアンテナ3115の少なくとも一方の位置が調整されていてもよい。位置の調整は、CBアンテナ3125とBEVアンテナ3115の間の位置が合っていないことの探知に応じて開始されてもよい。チャージングベース3120は、無線電力信号を送信するように構成された無線電力送信機と、無線電力送信機と動作可能に接続されたCBアンテナ3125とを含んでいてもよい。1つまたは2つ以上の機械的な装置がBEVアンテナ3115および/またはCBアンテナ3125の位置をX、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて調整するために使用されてもよい。
【０１０２】
図32は、本発明の典型的な実施形態により、機械的な装置がBEVアンテナの位置を調整しうる、XおよびY方向において可能性のある場所を示している。例えば、この機械的な装置内で1組の角度(α、β)を選択することにより、半径rmax以内で、XおよびY方向における任意の位置を達成できる。
【０１０３】
図33は、本発明の典型的な実施形態による、BEV3310の下面の空洞部3312内に設置されたBEVアンテナ3315のための機械的な対応策を示している。図33に示すように、機械的な装置3350は、適切な角度の組(α、β)を選択することにより、XおよびY方向におけるBEVアンテナ3315の位置を調整することが可能である。さらに、機械的な装置3350は、Z方向におけるBEVアンテナ3315の位置を、BEV3310の空洞部3312からBEVアンテナ3315を下げることにより調整してもよい。機械的な装置3350は、電気的に駆動される機械および/または油圧装置を含む、多くの機械的な対応策の1つを含んでいてもよい。本明細書では示していないが、X、YまたはZ方向、または、これらの任意の組み合わせにおいて、CBアンテナの位置を調整するのに、機械的な装置が同様に使用されてもよい。言い換えれば、精密位置合わせ調整は、場合によっては、CBアンテナ、BEVアンテナ3315、または、両方のアンテナの位置を調整するための機械的な対応策を用いて達成されてもよい。機械的な対応策によっては、故障するかもしれないし、何らかの整備または修理を必要とするかもしれない。
【０１０４】
図34は、本発明の典型的な実施形態による、駆動機構3452に動作可能に連結された歯車軸3450によって、BEVアンテナ3415(および/またはCBアンテナ)の位置を動かしうる、別の機械的な対応策を示している。動作時には、駆動機構3452を作動させると、BEVアンテナ3415をZ方向に下げるために、歯車軸3450が回転して、支持部材3454が広げられてもよい。
【０１０５】
図35Aに示すように、チャージングベース3520は、BEV3510の重量のために大きな荷重を受けうる。したがって、チャージングベース3520が補強カバー3527をさらに含むことが望ましい。図35Bおよび35Cは、本発明の典型的な実施形態による補強カバーを備えるチャージングベース3520を示している。補強カバー3527は、図35Bに示すように、地面の表面より上に設置してもよいし、図35Cに示すように、地面の表面より下に設置してもよい。補強カバー3527により、補強カバーを含まないチャージングベース3520での場合よりも、BEVアンテナからの距離が長くなる可能性がある。地面の表面より上であると、整備や修理で手が届きやすくなるであろうが、(例えば、歩行者、除雪等にとって)障害物にもなりうる。CBアンテナ3525が埋め込み式チャージングベース3520内に配置されており、かつ、CBアンテナ3525が埋め込み式チャージングベース3520内で可動となるように構成されている典型的な実施形態では、静止型CBアンテナを用いたチャージングベースと比べて、チャージングベース3520が大きいことが望ましい。
【０１０６】
ここまでは、BEVのための無線電力充電およびアンテナ位置合わせシステムがBEVアンテナのみをX、YおよびZ方向に動かすことを示してきた。図36A〜36Dは、本発明の典型的な実施形態による、無線電源バッテリーユニット3630と、X、YおよびZ方向にさまざまな組み合わせで位置を動かすように構成されたBEVアンテナ3615とを含むBEV3610を示している。バッテリーユニットは、BEV3610の空洞部内に設置可能である。さらに、BEVアンテナ3615は、バッテリーユニット3630の空洞部内に設置されてもよい。
【０１０７】
バッテリーユニット3630全体の位置を(例えば、Z方向に)調整して、アンテナ位置合わせを調節する、アンテナ間の距離を短くする、または、この両方を行うと、CBアンテナ3625およびBEVアンテナ3615の間の結合が改善されうる。
【０１０８】
例えば、バッテリーユニット3630の位置は、1つまたは2つ以上の方向に調整してもよい(図36B)。BEVアンテナ3615は、X、YおよびZ方向に動かしてもよい(図36C)。さらに、バッテリーユニット3630とBEVアンテナ3615の両方をX、YおよびZ方向に、さまざまな組み合わせで動かすことができる(図36D)。アンテナの位置調整を議論した例と同様に、バッテリーユニット3630の位置調整は、機械的な装置(例えば、電気的に駆動される機械および/または油圧装置)によって達成されることもできる。
【０１０９】
精密位置合わせ調整はまた、無線電力送信機が発生させた電場の電束線を部分的に変える電気的な対応策(例えば、電気的に切り替えられるコイルアレイ)の助けを借りて行われてもよい。アンテナの機械的な位置合わせと、電気的な位置合わせを組み合わせて使用してもよい。
【０１１０】
精密位置合わせ調整はまた、BEV3610自身の牽引システムを使用して行われてもよい。この牽引システムは、モーターが(例えば、BEV3610をジグザグ運動で前後に動かすことで)BEV3610を円滑かつ正確に動かし、CBアンテナ3625とBEVアンテナ3615の間の結合を向上させるように構成されていてもよい。このジグザグ運動は、運転手が介入することなく、または、運転手が最小限しか介入することなく、BEV3610によって完全に自動で行われてもよい。例えば、BEV3610は、サーボ式ハンドルと、超音波センサーと、人工知能とが装備されていてもよい。この場合には、BEVアンテナ3615が固定されていてもよく、他の機械的または電気的な対応策によるBEVアンテナ3615の調整は必要とされない場合もあってよい。言い換えれば、BEVアンテナ3615は、X、YおよびZ方向の少なくとも1つ(または、全ての方向)において、BEV3610に対して一定の位置にあり、BEVアンテナ3615の位置を調整するのに使用される機械的な装置はBEV3610のモーターを含み、このモーターは、X、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいてBEVアンテナ3615の位置を調整するために、BEV3610を制御可能に位置決めするよう構成されている。
【０１１１】
別の言い方をすると、車のための無線電力位置合わせシステムは、無線電力信号を受信するように構成された無線電力受信機を備えていてもよく、無線電力受信機は、BEV3610のバッテリーユニット3630と動作可能に接続されていてもよい。BEVアンテナ3615は、無線電力受信機と動作可能に接続されていてもよく、少なくとも1つの機械的な装置が、BEVアンテナ3615の位置をX、YおよびZ方向の少なくとも1つで調整するように構成されていてもよい。BEVアンテナの位置の調整は、BEVアンテナ3615とCBアンテナ3625の間の位置が合っていないことの探知に応じて行われてもよい。
【０１１２】
図37は、本発明による典型的な代替実施形態によるBEV3710のための無線電力充電システム3700のための精密位置合わせ調整を示している。無線電力システム3700は、BEV3710を含み、このBEV3710は、電源3718(例えば、バッテリー)と動作可能に接続されたBEV側無線電力サブシステム3713と関連している。BEV無線電力サブシステム3713は、BEVアンテナ3715と動作可能に接続されているBEV電力コンバーター(不図示)を含んでいてもよい。BEVアンテナ3715は、BEV3710のシャーシの下面に沿ったところに設置されてもよい。BEV3710のための無線電力システム3700は、CBアンテナ3725と動作可能に接続されたCB電力コンバーター(不図示)を含むチャージングベース3720をさらに含む。前述したように、少なくとも部分的に地面の表面より下に埋め込まれているチャージングベース3720でなく、チャージングベース3720は、地面の表面よりも上に設置された充電プラットフォームとして構成されていてもよい。このような構成は、チャージングベースのための穴を地面に形成することが望ましくない場合に、車庫またはカーポートにおける改造対応策として望ましいであろう。充電プラットフォームという構成は、柔軟性をも提供しうる。これは、充電プラットフォームは、可搬式で、車庫以外の場所に保管できる、または、他の場所に移すことができるからである。
【０１１３】
チャージングベース3720(例えば、充電プラットフォーム)は、自動的に動く(例えば、自動ロボットとして)、遠隔操作される(例えば、リモートコントロールユニットを介して)、または、可搬式充電プラットフォームを制御する他の方法によって制御されるように構成されてもよい。例えば、BEV3710は、(例えば、BEVの無線電力サブシステム3713を介して)充電を要求してもよく、このとき、チャージングベース3720は、BEV3710の真下に自動的に動き、自身の位置決めをして、CB無線電力アンテナ3725をBEVアンテナ3715と位置合わせてもよい。前述したように、1つまたは2つ以上の方向にBEVアンテナ3715とCBアンテナ3725の位置を調整することによって、(必要であれば)さらに精密な位置合わせを行ってもよい。
【０１１４】
十分に位置が揃ったら、チャージングベース3720は、チャージングベースと、BEV3710の無線電力サブシステム3713との間で、無線電力をより効率的に伝送しうる。充電が完了した後、または、何らかの他の出来事が起こった後、チャージングベース3720は、待機位置に戻ってもよい(スタンバイモード)。無線電力システム3700は、それゆえに、チャージングベース3720と、BEV3710と関連する他の装置(例えば、無線電力サブシステム3713)との通信リンクを含んでいてもよい。チャージングベース3720は、充電処理の前後に接続ケーブル3722を巻いたり、出したりするためのケーブル管理部をさらに含んでいてもよい。
【０１１５】
BEVのための無線電力充電システムは、事故防止やセキュリティ問題に対してさらに構成されていてもよい。例えば、BEVは、無線電力BEVまたはCBアンテナが展開されているとき、(例えば、損傷を受けたり、障害物があったりするために)このようなアンテナを収納できないとき、動かなくなるように構成されてもよい。このように動かなくすれば、無線電力充電システムをさらに損傷を受けることから保護しうる。無線電力充電システムは、無線電力BEVまたはCBアンテナの機械的な抵抗を探知するセンサーをさらに含んでいてもよい。機械的な抵抗を探知すれば、アンテナの動きを制限するような場所に障害物(石、岩屑、雪、動物等)が位置している場合に、無線電力BEVまたはCBアンテナと、付随する構成要素とを損傷を受けることから保護しうる。
【０１１６】
無線電力充電システムは、さらに、BEVアンテナとCBアンテナの間の無線電力リンクを絶えず監視し(例えば、電圧、電流、電力の流れ等を監視し)、無線電力リンクで異常を探知した場合に、送信電力を減らす、または、電力を遮断してもよい。無線電力充電システムは、アンテナのすぐ近くに人または動物がいることを探知するように構成されたセンサーをさらに含んでいてもよい。このようなセンサーは、人が無線電力アンテナのすぐ近くにいる場合に、プロセッサが無線電力送信を減らす、または、終わらせるためには望ましいものでありうる。このような行為は、例えば、人がBEVの真下で整備や他の修理作業を行っているときなどに、特に、心臓のペースメーカーまたは同様に高感度で、安全性が不可欠な医療機器を使用している人にとって、電磁放射にさらされる時間が長くなることに対する事前の安全策となりうるものである。
【０１１７】
当業者には、情報および信号をさまざまな異なる技術および手法のいずれを用いて表してもよいことが分かるであろう。例えば、上記の説明を通じて参照しうるデータ、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、光学場もしくは光学粒子、または、これらの組み合わせで表すことができる。
【０１１８】
当業者は、本明細書で開示した典型的な実施形態との関連で記載した、さまざまな実例となる論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子的なハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実施してもよいことも理解するであろう。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、さまざまな例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、および、ステップを概してこれらの機能に関して上記に記載した。このような機能がハードウェアまたはソフトウェアとして実現されるか否かは、具体的な用途およびシステム全体に課せられる設計制約による。当業者は、記載した機能を各々の具体的な用途に関してさまざまな方法で実施してもよいが、このような実施での決定は、本発明の典型的な実施形態の範囲を逸脱するものと解釈すべきではない。
【０１１９】
本明細書に開示した典型的な実施形態に関連して記載したさまざまな実例となる論理ブロック、モジュール、および、回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(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)または他のプログラム可能論理デバイス、離散的ゲートまたはトランジスタロジック、離散的なハードウェアコンポーネント、または、本明細書に記載の機能を実行するためのそれらの任意の組み合わせで実施または実行されてもよい。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替例では、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、状態遷移マシン(state machine)であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、DSPとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、または、他の任意のこのような構成で実施してもよい。
【０１２０】
ここで開示した典型的な実施形態に関連して記載した方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェアで、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュールで、あるいは、この2つを組み合わせたもので、直接的に具現化してもよい。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、リムーブバルディスク、CD-ROM、または、技術的に知られている他の何らかの形態の記憶媒体中に存在していてもよい。例示的な記憶媒体は、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、プロセッサに接続されている。代替実施形態では、記憶媒体はプロセッサに組み込まれていてもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ASICに存在していてもよい。ASICは、ユーザー端末に存在していてもよい。代替実施形態では、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザー端末での個別部品として存在していてもよい。
【０１２１】
1つまたは複数の典型的な実施形態では、説明した機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または、これらの任意の組み合わせで実現してもよい。ソフトウェアで実現した場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、コンピュータ読取可能媒体上に記憶してもよいし、コンピュータ読取可能媒体に送信してもよい。コンピュータ読取可能媒体は、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転送を促進する何らかの媒体を含むコンピュータ記憶媒体および通信媒体の双方を含む。記憶媒体は、コンピュータによりアクセスできる何らかの利用可能な媒体であってもよい。例として、限定はしないが、このようなコンピュータ読取可能媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または、コンピュータによりアクセスでき、命令またはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを運ぶまたは記憶するために使用できる他の何らかの媒体を含むことができる。また、あらゆる接続は、コンピュータ読取可能媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブルや、光ファイバケーブルや、撚り対や、デジタル加入者回線(DSL)や、あるいは、赤外線、無線、および、マイクロ波のような、無線技術を使用して、ウェブサイト、サーバ、または、他の遠隔ソースから送信される場合には、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、撚り対、DSL、あるいは、赤外線、無線、および、マイクロ波のような無線技術は、媒体の定義に含まれる。ここで使用するようなディスク(diskおよびdisc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザディスク、光ディスク、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、および、ブルーレイディスクを含む。ここで、ディスク(disk)は、普通、データを磁気的に再生する一方で、ディスク(disc)はデータをレーザによって光学的に再生する。上記のものを組み合わせたものもまた、コンピュータ読取可能媒体の範囲内に含められるべきである。
【０１２２】
開示した典型的な実施形態に関する先の説明は、当業者なら誰でも本発明を製作または使用できるように用意した。これらの典型的な実施形態に対するさまざまな修正は、当業者に容易に分かるであろうし、本明細書で定義した一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用してもよい。したがって、本発明は、本明細書で示した典型的な実施形態に限定しようとするものではなく、本明細書に開示した原理および新規な特徴と合致する最も広い範囲に一致すべきである。
【符号の説明】
【０１２３】
250  バッテリーシステム
252  EVシステム
254  バッテリーサブシステム
256  通信インターフェイス
258  無線電力インターフェイス
260  無線電力アンテナ
262  無線インターフェイス
264  電力変換(LF/DC)ユニット
266  EVバッテリー
270  無線電力インターフェイス
272  バッテリー管理ユニット
276  アンテナ
278  LF/DC電力変換ユニット
280  スーパーキャパシタバッファー
282  EV電源インターフェイス
284  EV電気システム制御ユニット
1704  無線電力車両ベース
1706  無線電力チャージングベース
1801  タイヤストッパー
1802  チャージングベース
1901  誘導システム
1902  チャージングベース
1904  BEV
1905  車両ベース
1908  位置合わせシステム
2002  プロセッサ
2101  アンテナ
2102  フェライトディスク
2103  アンテナ
2104  ｘ−アンテナ磁気素子
2105  ｙ−アンテナ磁気素子
2201  アンテナ
2202  ｘ−アンテナ磁気素子
2203  ｙ−アンテナ磁気素子
2812  空洞部
2822  霜取りユニット
2824  カバー
3350  機械的な装置
3310  BEV
3312  空洞部
3315  アンテナ
3415  アンテナ
3450  歯車軸
3452  駆動機構
3454  支持部材
3527  補強カバー
【図１】
2013524761.tif 000003
【図２】
2013524761.tif 000004
【図３】
2013524761.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013524761.tif 000007
【図６】
2013524761.tif 000008
【図７】
2013524761.tif 000009
【図８】
2013524761.tif 000010
【図９】
2013524761.tif 000011
【図１０】
2013524761.tif 000012
【図１１Ａ】
2013524761.tif 000013
【図１１Ｂ】
2013524761.tif 000014
【図１２】
2013524761.tif 000015
【図１３】
2013524761.tif 000016
【図１４】
2013524761.tif 000017
【図１５Ａ】
2013524761.tif 000018
【図１５Ｂ】
2013524761.tif 000019
【図１５Ｃ】
2013524761.tif 000020
【図１５Ｄ】
2013524761.tif 000021
【図１６】
2013524761.tif 000022
【図１７】
2013524761.tif 000023
【図１８】
2013524761.tif 000024
【図１９】
2013524761.tif 000025
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2013524761.tif 000028
【図２３】
2013524761.tif 000029
【図２４】
2013524761.tif 000030
【図２５】
2013524761.tif 000031
【図２６】
2013524761.tif 000032
【図２７】
2013524761.tif 000033
【図２８Ａ】
2013524761.tif 000034
【図２８Ｂ】
2013524761.tif 000035
【図２８Ｃ】
2013524761.tif 000036
【図２９Ａ】
2013524761.tif 000037
【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
2013524761.tif 000039
【図２９Ｄ】
2013524761.tif 000040
【図３０Ａ】
2013524761.tif 000041
【図３０Ｂ】
2013524761.tif 000042
【図３０Ｃ】
2013524761.tif 000043
【図３１Ａ】
2013524761.tif 000044
【図３１Ｂ】
2013524761.tif 000045
【図３１Ｃ】
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【図３１Ｄ】
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【図３１Ｅ】
2013524761.tif 000048
【図３１Ｆ】
2013524761.tif 000049
【図３１Ｇ】
2013524761.tif 000050
【図３２】
2013524761.tif 000051
【図３３】
2013524761.tif 000052
【図３４】
2013524761.tif 000053
【図３５Ａ】
2013524761.tif 000054
【図３５Ｂ】
2013524761.tif 000055
【図３５Ｃ】
2013524761.tif 000056
【図３６Ａ】
2013524761.tif 000057
【図３６Ｂ】
2013524761.tif 000058
【図３６Ｃ】
2013524761.tif 000059
【図３６Ｄ】
2013524761.tif 000060
【図３７Ａ】
2013524761.tif 000061
【図３７Ｂ】
2013524761.tif 000062
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月28日(2012.11.28)
【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】
少なくとも1つのアンテナを用いて信号を探知するステップであって、前記信号が磁場の水平磁場成分を含み、前記少なくとも1つのアンテナが、電気自動車内に組み込まれた無線車両ベース内に、少なくとも第1および第2の、直交するように間隔をおいて配置された磁気素子を含み、前記磁場は、無線チャージングベースから発生している、ステップと、
前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を、前記探知した信号に基づいて特定するステップと、
を含む、車を駐車スペース内で位置決めする方法。
【請求項２】
前記特定した方向に従って、前記電気自動車を前記無線チャージングベースの方へ向けるステップをさらに含む、請求項1の方法。
【請求項３】
前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を特定するステップは、前記車両ベースから前記チャージングベースへのベクトルを前記探知した水平磁場成分に基づいて特定するステップを含む、請求項2の方法。
【請求項４】
前記車両ベースから前記チャージングベースへのベクトルを特定するステップは、前記車両ベースの少なくとも1つのアンテナの近傍の磁場の磁束線の方向を特定するステップを含む、請求項3の方法。
【請求項５】
前記信号は、少なくとも1つの磁場と、時間基準信号とを含み、前記少なくとも1つのアンテナは、前記無線チャージングベース内に置かれている、請求項4の方法。
【請求項６】
前記少なくとも1つの磁場と前記時間基準信号の間の位相差を測定するステップをさらに含む、請求項5の方法。
【請求項７】
少なくとも1つのアンテナを用いて信号を探知するステップは、超長波(VLF)受信機および長波(LF)受信機の一方を用いて前記信号を探知するステップを含む、請求項6の方法。
【請求項８】
前記信号は、時間領域と周波数領域の少なくとも一方を、隣り合うチャージングベースと共有する、請求項7の方法。
【請求項９】
前記信号の強度の変化を測定するステップをさらに含む、請求項8の方法。
【請求項１０】
前記信号の強度における変化は、場の強度の勾配である、請求項9の方法。
【請求項１１】
前記探知した信号からチャージングベースへの方向を特定するステップは、三角測量法を使用して前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を特定するステップを含む、請求項1の方法。
【請求項１２】
第1磁気素子、および、前記第1磁気素子に直交する第2磁気素子を有する少なくとも1つの第1アンテナであって、少なくとも1つの第2アンテナから発生した磁場の水平成分を探知するように構成されており、前記磁場の水平成分が前記少なくとも1つの第2アンテナの方へ向けられている、第1アンテナと、
前記少なくとも1つの第1アンテナと前記少なくとも1つの第2アンテナの間のベクトルを特定するように構成されたプロセッサと、
を備える、車を駐車スペース内で位置決めするための装置。
【請求項１３】
前記少なくとも1つのアンテナの位置をX、YまたはZ方向の少なくとも1つについて調整するように構成された少なくとも1つの機械的な装置
をさらに備える、請求項12の装置。
【請求項１４】
前記少なくとも1つの機械的な装置は、駆動機構に動作可能に連結された歯車軸を含み、前記駆動機構は、前記少なくとも1つの電気自動車アンテナの位置の調整手段を駆動するように構成されている、請求項13の装置。
【請求項１５】
少なくとも1つの機械的な装置は、前記少なくとも1つの電気自動車アンテナの偏心回転を行うように構成された歯車軸を含む、請求項14の装置。
【請求項１６】
前記少なくとも1つの機械的な装置は、前記アンテナの少なくとも1つをZ方向に動かすために、パンタグラフを含んでいる、請求項15の装置。
【請求項１７】
X、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて、前記少なくとも1つのアンテナの動きを制限する地面上の物体によって引き起こされた機械的な抵抗を探知するように構成された少なくとも1つのセンサー
をさらに備える、請求項16の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも1つのアンテナは、電気自動車の空洞部内に収容されている、請求項17の装置。
【請求項１９】
少なくとも1つのアンテナが前記空洞部から展開されると、前記電気自動車が動かなくなる、請求項18の装置。
【請求項２０】
前記少なくとも1つのアンテナを展開できない場合に、前記アンテナの霜取りを行うように構成された霜取りユニットをさらに備える、請求項19の装置。
【請求項２１】
前記霜取りユニットは、前記少なくとも1つのアンテナに電流を流すことによって、前記少なくとも1つのアンテナの霜取りを行う、請求項20の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも1つの機械的な装置は、前記少なくとも1つのアンテナと連結されているバッテリーユニットの位置をX、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて調整するようにさらに構成されている、請求項21の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも1つのアンテナを、前記少なくとも1つの第2アンテナと、少なくとも部分的に位置が合うように位置決めするように構成された自動操縦システムをさらに備える、請求項22の装置。
【請求項２４】
前記少なくとも1つの第1アンテナ、前記少なくとも1つの第2アンテナ、または、両方の位置を、1つまたは2つ以上の方向において、機械的に調整して、電気自動車無線充電システム内の関連するアンテナの精密位置合わせを可能にするように構成された精密位置合わせシステムをさらに含む、請求項23の装置。
【請求項２５】
前記精密位置合わせシステムはさらに、少なくとも1つの方向において、前記第1アンテナに対して前記第2アンテナの位置を機械的に調整するように構成され、調整は前記車両自身の牽引システムを使用して行われる、請求項24の装置。
【請求項２６】
前記第1磁気素子および前記第2磁気素子は、共通のフェライトディスクを使用する、請求項25の装置。
【請求項２７】
前記共通のフェライトディスクは、無線エネルギー伝送に使用する少なくとも1つの第1アンテナの一部である、請求項26の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも1つの第1アンテナは、超長波(VLF)アンテナと長波(LF)アンテナの一方を備える、請求項27の装置。
【請求項２９】
前記少なくとも1つのアンテナの前記第1磁気素子と前記第2磁気素子の各々がフェライト棒状部を備える、請求項25の装置。
【請求項３０】
磁場の水平磁場成分を含む信号を探知する手段と、電気自動車内に組み込まれた無線車両ベース内の、少なくとも第1および第2の、直交するように間隔をおいて配置された磁気素子を含むことを探知する手段であって、前記磁場は無線チャージングベースから発生する、手段と、
前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を、前記探知した信号に基づいて特定する手段と、
を備える、車を駐車スペース内で位置決めするための装置。
【請求項３１】
前記特定した方向にしたがって、前記電気自動車を前記無線チャージングベースの方へ向ける手段をさらに含む、請求項31の装置。
【請求項３２】
前記車両ベースからチャージングベースへの方向を特定する手段には、前記車両ベースから前記チャージングベースへのベクトルを前記探知した水平磁場成分に基づいて特定する手段が含まれる、請求項31の装置。
【請求項３３】
前記車両ベースから前記チャージングベースへのベクトルを特定する手段には、前記車両ベースの少なくとも1つのアンテナの近傍の磁場の磁束線の方向を特定する手段が含まれる、請求項32の装置。
【請求項３４】
前記信号は、少なくとも1つの磁場と、時間基準信号とを含み、前記探知する手段は、前記無線チャージングベース内にある、請求項33の装置。
【請求項３５】
前記少なくとも1つの磁場と前記時間基準信号の間の位相差を測定する手段をさらに含む、請求項34の装置。
【請求項３６】
信号を探知する手段は、超長波(VLF)受信機および長波(LF)受信機の一方を用いて前記信号を探知する手段を含む、請求項35の装置。
【請求項３７】
前記信号は、時間領域と周波数領域の少なくとも一方を、隣り合うチャージングベースと共有する、請求項36の装置。
【請求項３８】
前記信号の強度の変化を測定する手段をさらに含む、請求項37の装置。
【請求項３９】
前記信号の強度の変化は、場の強度の勾配である、請求項38の装置。
【請求項４０】
前記探知した信号からチャージングベースへの方向を特定する手段には、三角測量法を使用して前記車両ベースから前記チャージングベースへの方向を特定する手段が含まれる、請求項31の装置。
【請求項４１】
車両駐車エリア内に置かれるように構成された少なくとも1つのアンテナを含む無線電力チャージングベースと、
前記車両駐車エリア内で電気自動車を誘導するための少なくとも1つの信号を送信して、前記電気自動車の車両ベースを前記チャージングベースに隣接して置けるように構成された送信機と、
を備える、車を駐車スペース内に位置決めするための装置。
【請求項４２】
前記信号は、前記少なくとも1つのアンテナの方に向けられた水平成分を有する磁場を含む、請求項41の装置。
【請求項４３】
前記磁場は、電磁波の磁場を含む、請求項42の装置。
【請求項４４】
前記少なくとも1つのアンテナは、第1磁気素子と、前記第1磁気素子に対して直交する第2磁気素子とを備える、請求項43の装置。
【請求項４５】
前記第1磁気素子と前記第2磁気素子の各々がフェライト棒状部を備える、請求項44の装置。
【請求項４６】
前記少なくとも1つの信号を出すための複数の測距装置をさらに備える、請求項45の装置。
【請求項４７】
前記磁場は、円偏向磁場を含む、請求項46の装置。
【請求項４８】
前記無線電力チャージングベースは、前記少なくとも1つのアンテナの位置を、X、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて調整するように構成された少なくとも1つの機械的な装置をさらに含む、請求項47の装置。
【請求項４９】
前記無線電力チャージングベースは、少なくとも部分的に、地表より下に埋められている、請求項48の装置。
【請求項５０】
前記無線電力チャージングベースは、可動性のある充電プラットフォームとして構成されている、請求項49の装置。
【請求項５１】
少なくとも1つのアンテナを車両駐車エリア内で位置決めをするための手段と、
電気自動車を前記車両駐車エリア内で誘導するための少なくとも1つの信号を送信して、前記電気自動車の車両ベースを前記チャージングベースに隣接して置けるようにする手段と、
を備える、車を駐車スペース内で位置決めするための装置。
【請求項５２】
前記位置決めするための手段は、X、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて、前記少なくとも1つのアンテナの位置を調整するように構成された少なくとも1つの機械的な装置を含む、請求項51の装置。
【請求項５３】
前記位置決めをするための手段は、少なくとも部分的に、地表より下に埋められている、請求項52の装置。
【請求項５４】
前記位置決めをするための手段は、可動性のある充電プラットフォームとして構成されている、請求項53の装置。
【請求項５５】
前記少なくとも1つのアンテナは、第1磁気素子と、前記第1磁気素子に対して直交する第2磁気素子とを備える、請求項54の装置。
【請求項５６】
前記第1磁気素子と前記第2磁気素子の各々がフェライト棒状部を備える、請求項55の装置。
【請求項５７】
少なくとも1つのアンテナを車両駐車エリア内で位置決めするステップと、
電気自動車を前記車両駐車エリア内で誘導するための少なくとも1つの信号を送信して、前記電気自動車の車両ベースを前記チャージングベースに隣接して置けるようにするステップと、
を含む、車を駐車スペース内で位置決めするための方法。
【請求項５８】
位置決めするステップは、X、YおよびZ方向の少なくとも1つにおいて、前記少なくとも1つのアンテナの位置を調整するステップを含む、請求項57の方法。
【請求項５９】
前記少なくとも1つのアンテナは、第1磁気素子と、前記第1磁気素子に対して直交する第2磁気素子とを備える、請求項58の方法。
【請求項６０】
前記第1磁気素子と前記第2磁気素子の各々がフェライト棒状部を備える、請求項59の方法。
【国際調査報告】
2013524761.tif 000063
2013524761.tif 000064