(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するための装置であって、
結合器に動作可能に接続され、第1のデューティ比に対応する第1のブリッジモードおよび第2のデューティ比に対応する第2のブリッジモードで動作するように構成される、アクティブスイッチング整流器と、
コントローラとを備え、前記コントローラが、
前記アクティブスイッチング整流器が前記第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと前記アクティブスイッチング整流器の入力抵抗を調整し、
前記アクティブスイッチング整流器が前記第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に前記第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗を調整する
ように構成される、装置。
【請求項２】
前記第1のブリッジモードがハーフブリッジモードであり、前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗の前記第2の値が、前記結合器が基本的に直列同調されている場合、前記第1の値より大きい、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記第1のブリッジモードがフルブリッジモードであり、前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗の前記第2の値が、前記結合器が基本的に並列同調されている場合、前記第1の値より小さい、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ワイヤレス電力トランスミッタにおける電流に基づいて、前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のデューティ比および前記第2のデューティ比の一方または両方を調整するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記コントローラが、前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のデューティ比および前記第2のデューティ比の一方または両方と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のブリッジモードと前記第2のブリッジモードのうちの1つを選択するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記コントローラが、前記ワイヤレス電力トランスミッタ中のインバータの前記第1のデューティ比および前記第2のデューティ比の一方または両方と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のブリッジモードと前記第2のブリッジモードのうちの1つを選択するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記第1のワイヤレス電力伝送効率が、前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗が前記第1の値を有し前記アクティブスイッチング整流器が前記第1のブリッジモードで動作しているときの、実質的に最大の達成可能なワイヤレス電力伝送効率である、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記コントローラが、前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗を調整するために、前記装置に流れる電流と前記ワイヤレス電力トランスミッタに流れる電流との比を調整するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するための方法であって、
結合器に動作可能に接続されるアクティブスイッチング整流器が第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと前記アクティブスイッチング整流器の入力抵抗を調整するステップであって、前記アクティブスイッチング整流器が、第1のデューティ比に対応する前記第1のブリッジモードおよび第2のデューティ比に対応する第2のブリッジモードで動作するように構成される、ステップと、
前記アクティブスイッチング整流器が前記第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に前記第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗を調整するステップと、
前記ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレス電力を受電するステップとを備える、方法。
【請求項１０】
前記第1のブリッジモードがハーフブリッジモードであり、前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗の前記第2の値が、前記結合器が基本的に直列同調されている場合、前記第1の値より大きい、または、前記第1のブリッジモードがフルブリッジモードであり、前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗の前記第2の値が、前記結合器が基本的に並列同調されている場合、前記第1の値より小さい、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記ワイヤレス電力トランスミッタにおける電流に基づいて、前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のデューティ比および前記第2のデューティ比の一方または両方を調整するステップをさらに備える、請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のデューティ比および前記第2のデューティ比の一方または両方と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のブリッジモードと前記第2のブリッジモードのうちの1つを選択するステップ、または、前記ワイヤレス電力トランスミッタ中のインバータの前記第1のデューティ比および前記第2のデューティ比の一方または両方と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、前記アクティブスイッチング整流器の前記第1のブリッジモードと前記第2のブリッジモードのうちの1つを選択するステップをさらに備える、請求項9に記載の方法。
【請求項１３】
前記第1のワイヤレス電力伝送効率が、前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗が前記第1の値を有し前記アクティブスイッチング整流器が前記第1のブリッジモードで動作しているときの、実質的に最大の達成可能なワイヤレス電力伝送効率である、請求項9に記載の方法。
【請求項１４】
前記アクティブスイッチング整流器の前記入力抵抗を調整するために、装置に流れる電流と前記ワイヤレス電力トランスミッタに流れる電流との比を調整するステップを備える、請求項9に記載の方法。
【請求項１５】
コードを備えるコンピュータ可読記憶媒体であって、前記コードが、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するように構成される装置に、請求項9から14のいずれか一項に記載の方法を実施することを行わせる、コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、ワイヤレス電力伝送に関し、より詳細には、適応的なワイヤレス電力伝送のためのシステム、方法、および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気による動力と、その電気を提供するためのバッテリーとを含む、車両などの遠隔システムが導入されている。ハイブリッド電気車両は、車両制動および従来の発動機からの動力を使用して車両を充電する車載充電器を含む。完全に電気式である車両は、バッテリーを充電するための電気を他の電源から受電しなければならない。これらの電気車両は、家庭用または商用の交流(AC)電源などの何らかのタイプの有線ACを通じて充電されることが、これまでに提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電力のワイヤレス伝送の間に発生する損失により、ワイヤレス電力伝送システムにおいては効率が重要である。ワイヤレス電力伝送は有線伝送より効率が悪いことがあるので、ワイヤレス電力伝送環境においては、効率がさらに大きい問題となる。結果として、適応的なワイヤレス電力伝送のためのシステム、装置、および方法が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するための装置が提供される。装置は、結合器に動作可能に接続され、第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される、アクティブスイッチング整流器を備える。装置はさらに、整流器が第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと整流器の入力抵抗を調整するように構成されるコントローラを備える。コントローラはさらに、整流器が第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整するように構成される。
【０００５】
いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するための方法が提供される。方法は、結合器に動作可能に接続されるアクティブスイッチング整流器が第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと整流器の入力抵抗を調整するステップを備え、整流器は第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される。方法は、整流器が第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整するステップを備える。方法は、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレス電力を受電するステップを備える。
【０００６】
さらに他の実装形態では、非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。媒体は、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタから電力をワイヤレスに受電するように構成される装置に、結合器に動作可能に接続されるアクティブスイッチング整流器が第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと整流器の入力抵抗を調整させるコードを備え、整流器は第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される。コードは、実行されると、装置に、整流器が第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整させる。コードは、実行されると、装置に、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレス電力を受電させる。
【０００７】
さらに他の実装形態では、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するための装置が提供される。装置は、第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される、結合器からの入力を整流するための手段を備える。装置は、整流するための手段が第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと整流するための手段の入力抵抗を調整するための手段を備える。装置は、整流するための手段が第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流するための手段の入力抵抗を調整するための手段を備える。
【０００８】
さらに他の実装形態では、ワイヤレス電力レシーバにワイヤレスに電力を送電するための装置が提供される。装置は、結合器に動作可能に接続され、第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される、インバータを備える。装置は、インバータが第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと整流器の入力抵抗を調整するように構成されるコントローラを備える。コントローラは、インバータが第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整するように構成される。
【０００９】
さらに他の実装形態では、ワイヤレス電力レシーバにワイヤレスに電力を送電するための方法が提供される。方法は、インバータが第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと結合器に動作可能に接続される整流器の入力抵抗を調整するステップを備え、インバータは第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される。方法は、インバータが第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整するステップを備える。方法は、ワイヤレス電力レシーバへワイヤレスに電力を送電するステップを備える。
【００１０】
さらに他の実装形態では、非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。媒体は、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、インバータが第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと結合器に動作可能に接続される整流器の入力抵抗を調整させるコードを備え、インバータは第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、インバータが第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整させる。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、ワイヤレス電力レシーバへ電力をワイヤレスに送電させる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】いくつかの実装形態による、車両がワイヤレス充電ベース(CB)の近くに駐車されている間の、車両などのワイヤレス充電対応遠隔システムのためのワイヤレス電力伝送システムを示す図である。
【図２】いくつかの実装形態による、車両のためのワイヤレス電力伝送システムの簡略化されたブロック図である。
【図３】いくつかの実装形態による、一次結合器および二次結合器のための通信リンク、誘導リンク、ならびに整列システムを示す、車両のためのワイヤレス電力伝送システムの詳細なブロック図である。
【図４】いくつかの実装形態による、車両のワイヤレス充電に利用可能であり得る様々な周波数を示す周波数スペクトルを示す図である。
【図５】いくつかの実装形態による、複数の駐車スペースと、各駐車スペース内に配置された充電ベースとを備える、駐車場を示す図である。
【図６】いくつかの実装形態による、直列共振誘導リンクに基づくワイヤレス電力伝送システムの簡略化された回路図である。
【図７】いくつかの実装形態による、フルブリッジ電力変換およびハーフブリッジ電力変換として再構成可能である、適応可能な電力変換をさらに示す、ワイヤレス電力伝送システムの概略図である。
【図８】いくつかの実装形態による、ハーフブリッジ構成(構成A)における図7のワイヤレス電力伝送システムを示す図である。
【図９】いくつかの実装形態による、フルブリッジ構成(構成B)における図7のワイヤレス電力伝送システムを示す図である。
【図１０】いくつかの実装形態による、二次電力変換における適応可能かつ再構成可能な整流器ブリッジを有するワイヤレス電力伝送システムの概略図である。
【図１１】いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力伝送システムを動作させるための状態図である。
【図１２】いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するための方法のフローチャートである。
【図１３】いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力レシーバへワイヤレスに電力を送電するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、いくつかの実装形態の説明であることが意図されており、本出願が実践され得る唯一の実装形態を表すことは意図されていない。詳細な説明は、いくつかの実装形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含む。これらの具体的な詳細を伴わずにいくつかの実装形態が実践され得ることは当業者には明らかであろう。いくつかの事例では、本明細書で提示されるいくつかの実装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態で示されている。
【００１３】
「ワイヤレス電力」という用語は、電場、磁場、電磁場と関連付けられるエネルギー、またはそうでなければ物理的な電磁導体を使用することなくトランスミッタからレシーバに送られるエネルギーの任意の形態を意味するために、本明細において使用される。
【００１４】
その上、「ワイヤレス充電」という用語は、電気化学的セルを再充電する目的で、1つまたは複数の電気化学的セルまたは電気化学的セルを含むシステムにワイヤレス電力を提供することを意味するために、本明細書において使用される。
【００１５】
「バッテリー電気車両」(車両)という用語は、遠隔システムを意味するために本明細書において使用され、遠隔システムの例は、その運動能力の一部として、1つまたは複数の再充電可能な電気化学的セルから導かれた電力を含む車両である。非限定的な例として、一部の車両は、車両の減速および従来の発動機からの電力を使用して車両を充電する車載充電器を含むハイブリッド電気車両であることがあり、他の車両は、すべての運動能力を電力から引き出すことがある。電子デバイスなどを含む他の「遠隔システム」が考えられる。限定はされないが、以下のものを含む様々な用語および頭字語が本明細書において使用される。
AC 交流
車両 バッテリー電気車両
CB 充電ベース
DC 直流
EV 電気車両
FB フルブリッジ
FDX 全二重
FET 電界効果トランジスタ
G2V グリッドツービークル
HB ハーフブリッジ
HDX 半二重
IGBT 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
IPT 誘導電力伝送
ISM 産業科学医療用バンド
LF 低周波
PWM パルス幅変調
r.m.s 二乗平均平方根
VLF 超低周波
V2G ビークルツーグリッド
ZSC ゼロ電流スイッチング
【００１６】
限定ではなく例として、遠隔システムは、本明細書では電気車両(車両)の形態で説明される。ワイヤレス電力を受電および送電することが可能な、様々な電子デバイスなどを含む遠隔システムの他の例も考えられる。
【００１７】
図1は、いくつかの実装形態による、車両102がワイヤレス充電ベース(CB)104の近くに駐車されている間の、車両102などのワイヤレス充電対応遠隔システムのためのワイヤレス電力伝送システム100を示す。車両102は、駐車エリア106の中に示されており、CB104の上に駐車される。ローカル配電センター108が、電力バックボーン110に接続され、交流(AC)または直流(DC)電源120をCB104の一部としての充電ベース電力変換システム112に提供するように構成される。CB104はまた、近接磁場を生成するための、または二次結合器による近接磁場からエネルギーを取り出すための、一次結合器114を含む。車両102は、バッテリー(図1には個々に示されていない)と、二次電力変換および電力伝送システム116と、一次結合器114と相互作用するように構成される二次結合器118とを含む。
【００１８】
いくつかの実装形態では、単純に運転手が車両102を一次結合器114に対して正しく配置することによって、二次結合器118は、一次結合器114に対して揃えられ、したがって一次結合器114の近接場領域内に配設され得る。他のいくつかの実装形態では、運転手は、車両がワイヤレス電力伝送のためにいつ適切に置かれているかを決定するために、視覚的なフィードバック、音声のフィードバック、触覚のフィードバック、またはそれらの組合せを与えられ得る。さらに他のいくつかの実装形態では、車両102は、整列の誤差が許容可能な値に達するまで車両102を前後に(たとえば、ジグザグの動きで)動かすことができる、オートパイロットシステムによって配置され得る。これは、車両102がサーボ式ハンドル、全方位超音波センサ、および人工知能を備えている限り、運転手の介入を伴うことなく、または運転手の最小限の介入を伴うことで、車両102によって自動的かつ自律的に実行され得る。
【００１９】
CB104は様々な位置に置かれ得る。非限定的な例として、いくつかの適切な位置は、車両所有者の自宅の駐車エリア、従来の石油ベースのガソリンスタンドに倣った車両のワイヤレス充電用に確保された駐車エリア、およびショッピングセンターまたは職場などの他の位置にある駐車場である。
【００２０】
ビークルツーグリッド(V2G)能力のさらなる説明として、ワイヤレス電力を送電および受電する能力は、CB104が車両102に電力を伝送し、車両102がCB104に電力を伝送するように、相互的であるように構成され得る。この能力は、太陽電池電力システムが電力系統に接続され余剰の電力を電力系統に供給できるのと同様の方式で、車両102が電力を配電系統全体に与えることを可能にすることによって、配電の安定性に対して有用となり得る。
【００２１】
図2は、いくつかの実装形態による、車両のためのワイヤレス電力伝送システム200の簡略化されたブロック図である。図2では、ACまたはDCであり得る従来の電源220が、車両へのエネルギー伝送を仮定して、電力を一次電力変換モジュール212に供給する。一次電力変換モジュール212は、所望の周波数信号を出すように一次結合器214を駆動する。一次結合器214および二次結合器218が実質的に同じ周波数に合わせられ、二次結合器218が一次結合器214の近接場の中にある場合、二次結合器218は、電力が二次結合器218に伝送され二次電力変換モジュール216において取り出され得るように、一次結合器214と結合し得る。二次電力変換モジュール216は次いで、車両のバッテリー222を充電し得る。電源220、一次電力変換モジュール212、および一次結合器214が、ワイヤレス電力伝送システム200全体のインフラストラクチャ部分230を構成し、ワイヤレス電力伝送システム200は固定されており、上で論じられたような様々な位置に位置し得る。車両のバッテリー222、二次電力変換モジュール216、および二次結合器218が、車両の一部またはバッテリーパックの一部であるワイヤレス電力サブシステム240を構成する。
【００２２】
動作において、車両またはバッテリーへのエネルギー伝送を仮定すると、一次結合器214がエネルギー伝送を行うための放射場を生成するように、電源220から入力電力が提供される。二次結合器218は、放射場に結合し、車両による蓄積または消費のための出力電力を生成する。いくつかの実装形態では、一次結合器214および二次結合器218は、相互共振の関係に従って構成され、二次結合器218の共振周波数および一次結合器214の共振周波数が非常に近く、一次結合器214の近接場の中に位置するとき、CBと車両のワイヤレス電力サブシステムとの間の伝送損失は最小限である。
【００２３】
述べられたように、効率的なエネルギー伝送は、エネルギーの大半を電磁波で非近接場に伝播するのではなく、一次結合器214の近接場におけるエネルギーの大部分を二次結合器218に結合することによって発生する。近接場の中にあるとき、一次結合器214と二次結合器218との間で結合モードが展開され得る。近接場の結合が発生し得る結合器の周りのエリアは、本明細書では「近接場結合モード領域」と呼ばれる。
【００２４】
一次電力変換モジュール212および二次電力変換モジュール216はともに、発振器と、電力増幅器と、フィルタと、結合器214および218を介した効率的な結合のための整合回路(図示せず)とを含み得る。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される。発振器信号は、制御信号に応答する増幅量を伴って、電力増幅器によって増幅され得る。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除去し、電力変換モジュール212のインピーダンスをワイヤレス電力結合器214に整合するために含まれ得る。一次電力変換モジュール212および二次電力変換モジュール216は各々、バッテリー222を充電するのに適切な電力出力を生成するための、整流器およびスイッチング回路(図示せず)も含み得る。
【００２５】
いくつかの実装形態において使用される一次結合器および二次結合器は、「磁気」結合器とも本明細書では呼ばれることがある、「ループ」アンテナ、より具体的には多巻ループアンテナとして構成され得る。ループ(たとえば、多巻ループ)アンテナは、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナは、コアエリア内への他の構成要素の配置を可能にし得る。強磁性体または強磁性材料を含む物理的コアアンテナは、より強い電磁場の展開および結合の改善を可能にし得る。
【００２６】
トランスミッタとレシーバとの間のエネルギーの効率的な伝送は、トランスミッタとレシーバとの間の整合した共振またはほぼ整合した共振の間に発生する。しかしながら、トランスミッタとレシーバとの間の共振が整合していないときでも、エネルギーはより低い効率で伝送されることがある。エネルギーの伝送は、エネルギーを一次結合器から自由空間へ伝播するのではなく、一次結合器の近接場からのエネルギーを、この近接場が確立されるエリアに存在する二次結合器に結合することによって、発生する。
【００２７】
ループアンテナの共振周波数は、ループアンテナのインダクタンスおよび静電容量に基づく。ループアンテナにおけるインダクタンスは一般に、単にループによって作り出されるインダクタンスであるのに対して、静電容量は一般に、所望の共振周波数における共振構造を作り出すためにループアンテナのインダクタンスに追加される。非限定的な例として、キャパシタが、磁場を生成する共振回路を作り出すためにアンテナに対して直列に追加され得る。したがって、より大径のループアンテナに対しては、共振を誘導するのに必要な静電容量の大きさは、ループの直径またはインダクタンスが大きくなるにつれて小さくなる。インダクタンスは、ループアンテナの巻数にも依存し得ることにさらに留意されたい。さらに、ループアンテナの直径が大きくなるにつれて、近接場の効率的なエネルギー伝送エリアが増加する。当然、他の共振回路が可能である。別の非限定的な例として、キャパシタは、ループアンテナ(すなわち、並列共振回路)の2つの端子間に並列に配置され得る。
【００２８】
いくつかの実装形態は、互いの近接場の中にある2つの結合器の間の結合電力を含む。述べられたように、近接場は、電磁場が存在はするが結合器から伝播または放射しないことがある、結合器の周りのエリアである。近接場結合モード領域は通常、結合器の物理的な立体領域の近くに位置する、たとえばその立体領域から波長の6分の1の半径の範囲にある立体領域である。いくつかの実装形態では、実際の実装形態での近接磁場の振幅は電気タイプのアンテナ(たとえば、小型ダイポール)の近接電場と比較して磁気タイプの結合器ではより高い傾向があるので、単巻ループアンテナおよび多巻ループアンテナなどの磁気タイプの結合器が、電力を送電することと受電することの両方のために使用され得る。これは、結合器のペアの間の潜在的により密な結合を可能にする。ほぼ磁気的な場を利用する別の理由は、環境中の非導電性の誘電材料との相互作用が小さいことである。ワイヤレス大電力伝送のための電気アンテナは、非常に高い電圧を伴い得る。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も考えられる。
【００２９】
図3は、いくつかの実装形態による、一次結合器314および二次結合器318のための通信リンク334、誘導リンク336、ならびに整列システム350を示す、車両のためのワイヤレス電力伝送システム300の詳細なブロック図である。図2のいくつかの実装形態のように、車両に向かうエネルギーの流れを仮定すると、図3では、一次電力変換ユニット312が、一次電力インターフェース320からACまたはDC電力を受電し、共振周波数において、またはその近くで一次結合器314を励振する。二次結合器318は、一次結合器314の近接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け取り、共振周波数において、またはその近くで発振する。二次電力変換ユニット316は、二次結合器318からの発振信号を、バッテリーを充電するのに適した電力信号に変換する。
【００３０】
システム300はまた、それぞれ、一次通信ユニット326および二次通信ユニット344を含み得る。一次通信ユニット326は、たとえば、コンピュータ、配電センターなどの、他のシステム(図示せず)への通信インターフェースを含み得る。二次通信ユニット344は、たとえば、車載コンピュータ、他のバッテリー充電コントローラ、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への通信インターフェース346を含み得る。
【００３１】
一次通信ユニット326および二次通信ユニット344は、したがって、別個の通信チャネルを伴う、特定の用途のためのサブシステムまたは機能を含み得る。これらの通信チャネルは、別個の物理チャネルまたはただの別個の論理チャネルであってもよい。非限定的な例として、一次整列ユニット332は、二次整列ユニット342と通信して、自律的に、または操作者の支援を伴って、一次結合器314と二次結合器318をより厳密に整列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、一次誘導ユニット330は、二次誘導ユニット340と通信して、一次結合器314と二次結合器318を整列する際に操作者を誘導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。加えて、一次側と車両との間で他の情報を通信するための、一次通信ユニット328および二次通信ユニット338によってサポートされる別個の汎用通信チャネル334があり得る。この情報は、EVの特性、バッテリーの特性、充電ステータス、および一次側と車両の電力容量についての情報、ならびに維持管理と診断のデータを含み得る。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、別々の物理通信チャネルであり得る。
【００３２】
加えて、一部の通信は、特定の通信アンテナを使用することなく、ワイヤレス電力リンクを介して実行され得る。言い換えると、いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力結合器は、通信アンテナとしても動作し得る。したがって、一次側のいくつかの実装形態は、ワイヤレス電力経路上でのキーイングタイプのプロトコルを可能にするためのコントローラ(図示せず)を含むことがある。あらかじめ定められたプロトコルによりあらかじめ定められた間隔で伝送電力レベルをキーイングすることによって(たとえば、振幅シフトキーイング)、通信の受信機はその通信の送信機からのシリアル通信を検出することができる。一次電力変換モジュール312は、一次結合器314によって生成される近接場の近傍における動作中の車両レシーバの有無を検出するための負荷感知回路(図示せず)を含み得る。例として、負荷感知回路は、一次結合器314によって生成された近接場の近傍における動作中のレシーバの有無によって影響を受ける、電力増幅器に流れる電流を監視することができる。電力増幅器上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器を有効にすべきかどうか、動作中のレシーバと通信すべきかどうか、またはそれらの組合せを決定する際に使用するために、コントローラによって監視され得る。
【００３３】
車両回路は、二次結合器318を二次電力変換ユニット316に接続し、切り離すための、スイッチング回路(図示せず)を含み得る。二次結合器318を切り離すことは、充電を中断するだけではなく、一次結合器314から「見える」ような「負荷」を変化させ、このことは、一次結合器314から二次結合器318を「隠す」ために使用され得る。一次結合器314が負荷感知回路を含む場合、負荷の変化が検出され得る。したがって、一次側は、二次結合器が一次結合器の近接場の中にいつ存在するかを決定するための機構を有する。
【００３４】
図4は、いくつかの実装形態による、車両のワイヤレス充電に利用可能であり適切であり得る様々な周波数を示す周波数スペクトル400を示す。車両へのワイヤレス大電力伝送のための、いくつかのあり得る非限定的な周波数範囲は、3kHz〜30kHz帯域内のVLF、いくつかの例外を伴う30kHz〜300kHz帯域内のより低いLF(たとえば、ISM用途の場合)、HF 6.78MHz(ITU-R ISM帯域6.765〜6.795MHz)、HF 13.56MHz(ITU-R ISM帯域13.553〜13.567)、およびHF 27.12MHz(ITU-R ISM-帯域26.957〜27.283)を含む。
【００３５】
図5は、いくつかの実装形態による、複数の駐車スペース507と、各駐車スペース507内に配置された充電ベース506とを備える、駐車場500を示す。「駐車スペース」は、本明細書で「駐車エリア」と呼ばれることもあることに留意されたい。車両ワイヤレス電力伝送システムの効率を向上させるために、車両505は、車両505内のワイヤレス電力二次結合器504が関連する駐車スペース507内のワイヤレス電力充電ベース506に対して適切に整列されることを可能にするように、X方向(図5において矢印502によって図示される)およびY方向(図5において矢印503によって図示される)に沿って整列され得る。図5の駐車スペース507は単一の充電ベース506を有するものとして示されているが、実装形態はそのようには限定されない。むしろ、駐車空間507は、1つまたは複数の充電ベース506を有し得る。
【００３６】
さらに、いくつかの実装形態は、1つまたは複数の駐車スペースを有する駐車場に対して適用可能であり、駐車場内の少なくとも1つの駐車スペースが充電ベースを備え得る。いくつかの実装形態では、車両505内の二次結合器504が充電ベース506に対して整列されることを可能にするように車両505を駐車スペース507において配置する際に車両の操作者を支援するために、誘導システム(図示せず)が使用され得る。例示的な誘導システムは、車両505内の結合器504が充電ベース506内の充電結合器に対して適切に整列されることを可能にするように車両505を配置する際に車両の操作者を支援するための、電子的手法(たとえば無線測位、方向探知方式、ならびに/または光学的感知方法、準光学的感知方法および/もしくは超音波感知方法)、または機械的手法(たとえば車輪誘導、軌道、または止め具)、あるいはこれらの任意の組合せを含み得る。
【００３７】
図6は、いくつかの実装形態による、直列共振誘導リンクに基づくワイヤレス電力伝送システム600の簡略化された回路図を示す。図6に示されるように、電源620は、電流ISOURCEを駆動するための電圧VSOURCEを一次電力変換モジュール612に提供することができる。一次電力変換モジュール612は、電圧VSOURCEを、一次電流I1を駆動するAC電圧V1に変換するように構成され得る。一次電力変換モジュール612の出力は、直列接続キャパシタ602および一次結合器614(たとえば、インダクタL1によって表される)に与えられ得る。キャパシタ602および一次結合器614と直列に接続される等価抵抗Req,1は、少なくとも結合器614およびキャパシタ602に内在する損失を表す。
【００３８】
ワイヤレス電力伝送システム600はさらに、車両側に、直列接続キャパシタ606と、二次結合器618(たとえば、インダクタL2によって表される)と、等価抵抗Req,2とを含むことがあり、この等価抵抗は、少なくとも結合器618およびキャパシタ606に内在する損失を表す。結合器614および618(たとえば、インダクタL1およびL2によって表される)は、距離dだけ離隔されていることがあり、距離dの関数である相互結合係数k(d)を有することがある。一次結合器614を流れる一次電流I1は磁場を生成し、この磁場が二次結合器618に電圧を誘導し得る。これにより、二次電流I2およびAC電圧V2が、二次電力変換モジュール616の入力に現れるようになり得る。二次電力変換モジュール616は、AC電圧V2を、DC負荷電流IBATを負荷622(たとえば、バッテリー)へと駆動するDC負荷電圧VBATに変換することができる。
【００３９】
いくつかの実装形態では、電源620と負荷622(たとえば、負荷またはバッテリー)の両方が、電力系統および車両のバッテリーの特性をそれぞれ反映する、電圧VSOURCEおよびVBATをそれぞれ伴う一定の電圧であると仮定される。一定の電圧は、それぞれ、実質的に電源抵抗が0であり負荷抵抗が0であるという意味で理解されるべきである。その上、図6の回路図、ならびに以下の説明は、一次側の電源620から車両側の負荷またはバッテリー622へのエネルギー伝送を仮定する。しかしながら、電力変換が逆方向の電力の流れ(双方向の、4象限の制御)をサポートする限り、これは、たとえばビークルツーグリッド(V2G)のエネルギー伝送の目的での逆方向のエネルギー伝送を排除するものではない。
【００４０】
図6に示されるいくつかの実装形態では、変換比1:n1は、一次電力変換モジュール612による一次電力変換に起因することがあり、次のように定義され得る。
式1 1:n1=VSOURCE:V1
ここで、VSOURCEおよびV1はそれぞれ、DC入力電圧およびAC出力における基本周波数のr.m.s電圧を示す。
【００４１】
車両側の電力変換は、二次結合器618によって受電されたAC電力をDC電力に再変換する逆操作を実行する。それに対応して、変換比n2:1は、二次電力変換モジュール616による一次電力変換に起因し、次のように定義され得る。
式2 n2:1=V2:VBAT
ここで、V2およびVBATはそれぞれ、AC入力における基本周波数のr.m.s電圧およびDC出力電圧を示す。
【００４２】
一次結合器614と二次結合器618の両方の共振周波数が動作周波数へと調整される場合に、誘導的に結合された共振リンクの効率が最大に達することを理論は示しており、ここで、一次共振周波数は、二次結合器を開放した状態で決定され得る共振周波数を指し、二次共振周波数は、一次結合器を開放した状態で決定され得る共振周波数を指す。これは、任意の結合係数0<k(d)<1に対して有効である。実際の実装形態では、様々な理由で他の調整方式が適用され得る。しかしながら、これらは理論的な意味で、たとえば電力変換の様相を考慮していないという意味で最適ではないことがある。例として、電力変換は、低損失のゼロ電流スイッチングがすべての条件のもとで目指される場合、わずかに共振から外れてシステムが動作されることを必要とすることがある。
【００４３】
一次電力変換モジュール612および二次電力変換モジュール616の両方におけるスイッチングモードの電力変換を仮定すると、50%のデューティ比で、電圧V1とV2はともに方形波である。共振の影響によってフィルタリングされるが、結合器電流I1およびI2は一般に、結合係数k(d)に応じた高調波成分を伴う非正弦波である。したがって、高調波を介していくらかの電力が送電される。しかしながら、多くの場合、高調波を介したエネルギー伝送は無視できる。
【００４４】
対称的な結合システム(L1=L2、およびReq,1=Req,1)を形作るために、効率を最大化するための最適な結合器のインダクタンスは、結合係数k(d)、動作角周波数ω0、および基本周波数における二次電力変換が呈する負荷抵抗RLを与えると、次のように計算され得る。
【数１】
0006602868.tif 000002
しかしながら、可能であれば、結合器のインダクタンスを変化させることは、複雑なスイッチング回路または機械的なギアと、追加の損失と、結合器の容積の最適ではない使用とを伴うことで、システムの品質係数の低下、ならびに共振を維持するための可変のキャパシタンスを伴い、これによって複雑さが増すので、回避されるべきである。変圧器として動作する追加の結合器整合ネットワークの使用にも、同様の欠点があり得る。
【００４５】
より複雑ではなく経済的な解決法が、電力変換を使用して必要とされる可変の変換比を実現することによって達成され得る。一次側の変換比n1を変更することは電力制御と等価であり、それは、その変更がリンク全体のエネルギー伝送速度に大きく影響するからである。二次側の変換比n2をそれに従って変更することは、ワイヤレス電力リンクが効率的に動作することを確実にする。これは負荷適応と呼ばれることがある。
【００４６】
変換比の連続的な変更をいくらか許容しながら、しかしゼロ電流スイッチング(ZCS)を犠牲にし、したがってスイッチング損失とスイッチングデバイスへのストレスのある程度の増大をもたらすような、電力制御および負荷適応のためのいくつかの方法が提案されている。他の方法はZCS条件を維持し得るが、変換比の変更を粗いステップでしか可能にしない。
【００４７】
低損失を伴い得る、変換比を粗く変更する1つの方法は、一次電力変換モジュール612および/または二次電力変換モジュール616内のブリッジの動作モードを(たとえば、フルブリッジモードからハーフブリッジモードに、またはその逆)変更することである。この方法がさらに、本明細書において以下で説明される。
【００４８】
図7は、いくつかの実装形態による、フルブリッジ電力変換およびハーフブリッジ電力変換として再構成可能である、適応可能な電力変換をさらに示す、ワイヤレス電力伝送システム700の概略図を示す。示されるように、一次電力変換モジュール612はさらに、FETまたはIGBTソリッドステートデバイスを表し得る、スイッチS11、S12、S11'、およびS12'を備え得る。二次電力変換モジュール616はさらに、やはりFETまたはIGBTソリッドステートデバイスを表し得る、スイッチS22、S21、S22'、およびS21'を備え得る。
【００４９】
フルブリッジ(FブリッジまたはFB)モードまたはハーフブリッジ(HブリッジまたはHB)モードでは、電力変換のすべてのスイッチが、Sj1およびSj2'が同時に閉じるような方式で切り替わる。Sj1が閉じるとSj2'およびSj1'が開き、かつその逆が成り立つ。このことは、一次側と二次側の電力変換に当てはまる(j∈{1,2})。
【００５０】
ハーフブリッジモードでは、たとえば、Sj1およびS11'だけが切り替わり、S12'およびS12は不変である。S11が閉じるとS11'は開き、かつその逆が成り立つ。静的なハーフブリッジでは、たとえば、S12'が閉じることがある。
【００５１】
50%のデューティ比でスイッチングし、DC電圧源によって駆動されるフルブリッジインバータは、DC入力電圧レベルを、概ね1:1である以下の比で基本周波数のAC出力電圧レベル(r.m.s)へと変換することが示され得る。
【数２】
0006602868.tif 000003
それに対応して、50%のデューティ比でスイッチングし、DC電圧源によって駆動されるハーフブリッジインバータは、概ね1:1/2である
【数３】
0006602868.tif 000004
の比で変換する。
【００５２】
同様に、50%のデューティ比でスイッチングし、DC電圧負荷を駆動するフルブリッジ整流器は、基本周波数のAC電圧レベル(r.m.s)を、概ね1:1である以下のDC電圧レベルへと変換することが示され得る。
【数４】
0006602868.tif 000005
それに対応して、50%のデューティ比でスイッチングし、DC電圧負荷を駆動するハーフブリッジ整流器は、概ね1/2:1である
【数５】
0006602868.tif 000006
の比で変換する。
対応する電流は、逆数の比で変換される。
【００５３】
その上、50%のデューティ比でスイッチングし、DC電流源によって駆動されるフルブリッジインバータは、DC入力電流レベルを、以下の比で基本周波数のAC出力電流レベル(r.m.s)へと変換することが示され得る。
【数６】
0006602868.tif 000007
それに対応して、50%のデューティ比でスイッチングし、DC電流負荷を駆動するハーフブリッジ整流器は、以下の比で変換する。
【数７】
0006602868.tif 000008
【００５４】
同様に、50%のデューティ比でスイッチングし、DC電流負荷を駆動するフルブリッジ整流器は、基本周波数のAC電圧レベル(r.m.s)を、概ね1:1であるDC電流レベルへと変換することが示され得る。
【数８】
0006602868.tif 000009
【００５５】
それに対応して、50%のデューティ比でスイッチングし、DC電流負荷を駆動するハーフブリッジ整流器は、以下の比で変換する。
【数９】
0006602868.tif 000010
対応する電圧は、逆数の比で変換される。
DC電圧で駆動されるインバータは直列同調された一次側に対して最適であるが、DC電流源で駆動されるインバータは並列同調された一次側に対して最適であることを、当業者は理解するであろう。それに対応して、DC電圧負荷を有する整流器は直列同調された二次側に対して最適であるが、DC電流負荷を有する整流器は並列同調された二次側に対して最適である。
【００５６】
図8は、いくつかの実装形態による、ハーフブリッジ構成800(構成A)における図7のワイヤレス電力伝送システム700を示す。好ましくは、より結合が弱い条件において、および/またはバッテリーの負荷抵抗が比較的大きいときに、構成Aが使用され得る。バッテリーの比較的大きい負荷抵抗は、より低い充電電力レベルにおいて、またはバッテリーの電圧が高いときに生じ得る。図8に示されるように、一次電力変換モジュール612(たとえば、インバータ)内のスイッチS12は開いたままであり、スイッチS12'は閉じたままであるが、スイッチS11およびS11'は互いに反対に、開放と短絡を交互に行う。同様に、二次電力変換モジュール616(たとえば、整流器)内のスイッチS21は開いたままであり、スイッチS21'は閉じたままであるが、スイッチS22およびS22'は互いに反対に、開くことと閉じることを交互に行う。
【００５７】
図9は、いくつかの実装形態による、フルブリッジ構成900(構成B)における図7のワイヤレス電力伝送システム700を示す。好ましくは、より結合が強い条件において、および/またはバッテリーの負荷抵抗が比較的小さいときに、構成Bが使用され得る。バッテリーの比較的小さい負荷抵抗は、より高い充電電力レベルにおいて、またはバッテリーの電圧が低いときに生じ得る。図9に示されるように、一次電力変換モジュール612(たとえば、インバータ)内のスイッチのS11、S11'、S12およびS12'の各々は、S11が開いているときにはS11'が閉じ、S11が閉じているときにはS11'が開くように、S12が開いているときにはS12'が閉じ、S12が閉じているときにはS12'が開くように、かつ、S11'が閉じているときにはS12も閉じ、S11'が開いているときにはS12も開くように、開いた状態と閉じた状態を交互に発生させる。同様に、二次電力変換モジュール616(たとえば、整流器)内のスイッチのS21、S21'、S22およびS22'の各々は、S21が開いているときにはS21'が閉じ、S21が閉じているときにはS21'が開くように、S22が開いているときにはS22'が閉じ、S22が閉じているときにはS22'が開くように、かつ、S21'が閉じているときにはS22も閉じ、S21'が開いているときにはS22も開くように、開いた状態と閉じた状態を交互に発生させる。
【００５８】
まとめると、電圧源から電圧負荷にエネルギーを伝送するための適応的なシステムおよび方法が開示され、このシステムは、最大の効率で、または可能な限り最大に近い効率(たとえば、最大ではない効率)で動作しながら、また、定められたシステムの動作制約の範囲内で動作する(たとえば、規制上の電磁場の強さの制限、一次側インバータと二次側ACスイッチング整流器の一方または両方に対するデューティ比の制限、所望のワイヤレス電力出力、一次側と二次側の一方または両方に対する電流の制限および/または電圧の制限を最適に利用する)ように、適合可能である。そのような適応的なシステムは、送電側と受電側の電力変換の動作モードをそれぞれハーフブリッジモードまたはフルブリッジモードのいずれに選択することによって、より低い電力レベルを伴うより弱い結合条件において、またはより高い電力レベルを伴うより強い結合条件において、最適に動作できることが示され得る。
【００５９】
図10は、いくつかの実装形態による、二次電力変換における適応可能かつ再構成可能な整流器ブリッジを有するワイヤレス電力伝送システム1000の概略図を示す。図10に示されるワイヤレス電力伝送システム1000は、図7〜図9に関連して以前に説明されたものと同様の、ハーフブリッジインバータを伴う一次電力変換器1012と、再構成可能なアクティブ(たとえば、ACスイッチングされる)整流器を伴う二次電力変換器1016とを備え得る。以下でもより詳細に説明されるように、整流器ブリッジは、変換比n2:1に粗く適応するために、ハーフブリッジ動作モードおよびフルブリッジ動作モードに従って動作するように構成され得る。そのような実装形態は、コスト/複雑さと性能とのトレードオフの結果であり得る。
【００６０】
図10に示されるように、一次サブシステム(たとえば、ワイヤレス電力伝送システム1000の固定側)は、一次電力変換器1012への電流ISOURCEを駆動する電圧VSOURCEを提供する電源1020を備え得る。一次電力変換器1012は、ハーフブリッジインバータを備え得る。一次電力変換器1012は、直列接続された(たとえば、直列同調された)キャパシタ1002および結合器1014(インダクタによって表される)を通るAC電流I1を駆動するAC電圧V1を出力し得る。
【００６１】
いくつかの実装形態では、「基本的に直列同調された」システムに対する言及が行われ得る。そのような実装形態では、「基本的に直列同調された」とは、結合器(たとえば、電力をワイヤレスに伝送するための磁場を生成するために利用されるインダクタ)のリアクタンスの大部分を補償するキャパシタがインダクタに直列に接続される、システムを指し得る。直列または並列に接続される他の追加の同調および整合コンポーネントがあり得る。同様に、いくつかの他の実装形態では、「基本的に並列同調された」システムに対する言及が行われ得る。そのような他の実装形態では、「基本的に並列同調された」とは、結合器(たとえば、電力をワイヤレスに伝送するための磁場を生成するために利用されるインダクタ)のリアクタンスの大部分を補償するキャパシタがインダクタに並列に接続される、システムを指し得る。直列または並列に接続される他の追加の同調および整合コンポーネントがあり得る。
【００６２】
一次電力変換器1012は、一次PWM生成器1032を備える一次コントローラ1030によって提供されるPWM信号PWM1によって制御または駆動され得る。一次PWM生成器1032は、通信リンクを介して二次サブシステムから一次PWM生成器1032に通信される第1のデューティ比制御信号(D1)に基づいて、PWM1信号を生成し得る。したがって、一次コントローラ1030は、二次サブシステムとのワイヤレス通信リンクを介して、第1のデューティ比制御信号D1に基づいてPWM信号PWM1のデューティ比を制御することによって、出力電圧V1を制御するように構成されるスレーブコントローラであり得る。したがって、一次サブシステムはさらに、二次サブシステムと通信するための手段(図10には示されない)を備え得る。
【００６３】
一次サブシステムはさらに、直列接続されたキャパシタ1002および結合器1014を流れる一次電流I1を測定し、検出し、または決定するための、電流センサ1034を含み得る。一次サブシステムは、ワイヤレス通信リンクを介して、感知された電流I1の指示を二次サブシステムに通信し得る。いくつかの実装形態では、一次電力変換器1012が、たとえばACDCコンバータ(たとえば、整流器および力率改善段(PFC))およびDCACコンバータ(たとえば、インバータ)(図10には詳細に示されない)を備える場合、一次コントローラは、DCリンク電圧を変動させるようにも構成され得る。
【００６４】
いくつかの実装形態では、一次電力変換器1012の入力から出力への電圧変換比は、二次サブシステムにおける二次電力変換器1016のトポロジーに応じて、FBモードで動作する場合にはおよそ1:n1またはn1:1であり、HBモードで動作する場合にはおよそ1:(n1/2)または(n1/2):1であり得る。そのような実装形態では、PWM信号PWM1のデューティ比を下げると、一般にFBモードとHBモードの両方において変換係数n1が小さくなる。
【００６５】
図10にさらに示されるように、二次サブシステム(たとえば、ワイヤレス電力伝送システム1000の車両側)は、図7〜図9に関連して以前に説明されたような、アクティブにスイッチングされる(たとえば、ACスイッチングされる)整流器を含む二次電力変換器1016に接続される、直列接続された(たとえば、直列同調された)キャパシタ1006および結合器1018(インダクタによって表される)を備え得る。二次電力変換器1016は、二次結合器1018に誘導される電圧(図10には示されていない)によって駆動される二次電流I2を受け取り、車両のバッテリー1022へのDC電流Ibatを駆動するDC電圧Vbatを出力するように構成され得る。
【００６６】
二次サブシステムはさらに、通信リンクを介して一次サブシステムからの感知された電流I1の少なくとも指示を受け取り、二次サブシステム内から二次電流I2の指示、DC電流Ibatの指示、およびDC電圧Vbatの指示を受け取るように構成される、二次コントローラ1042を備え得る。したがって、二次サブシステムはさらに、一次サブシステムと通信するための手段と、電流I2を測定、検出または決定するための電流センサ1036と、電流Ibatを測定、検出、または決定するための電流センサ1038と、電圧Vbatを測定、検出、または決定するための電圧センサ1040とを備え得る。
【００６７】
二次コントローラ1042は、一次サブシステムと二次サブシステムの両方のためのマスターコントローラであってよく、二次PWM生成器1052と、目標DC出力電流計算器1044と、二次PWMデューティ比コントローラ1048と、一次PWMデューティ比コントローラ1062と、ブリッジモードおよび電流比コントローラ1054とを含み得る。
【００６８】
二次コントローラ1042は、二次電力変換器1016の各ハーフブリッジを別々に駆動するための二次PWM生成器1052によって生成されるPWM波形PWM2,HB1およびPWM2,HB2のデューティ比を制御することによって、ならびに、二次コントローラ1042の動作モード(たとえば、HBモードまたはFBモード)を制御することによって、二次電力変換器1016を制御することができる。たとえば、HBモードでは、二次PWM生成器1052はPWM2,HB1波形のみを生成するが、PWM2,HB2波形は不変のままである(たとえば、第2のハーフブリッジのスイッチをそれぞれの不変の開放/閉鎖状態に保つ)。FBモードでは、二次PWM生成器1052は、PWM2,HB1波形およびPWM2,HB2波形を生成する。周波数と位相の両方に関して、二次PWM波形PWM2,HB1およびPWM2,HB2を電流I2と同期するために、二次コントローラ1042はさらに、電流センサ1036から電流I2の指示を受け取り同期信号を二次PWM生成器1052に出力する、同期器1056を備え得る。
【００６９】
さらに、二次コントローラ1042内で、目標DC出力電流計算器1044は、電圧センサ1040からのDC電圧Vbatの指示と、車両のバッテリー管理システム(図示せず)からの目標出力電力Pout_targetに対する依頼または要求とを受け取り、以下に従って目標DC出力電流Ibat,targetを決定または計算することができる。
【数１０】
0006602868.tif 000011
目標DC出力電流計算器1044は次いで、加算器1046を利用して、計算されたIbat,targetを実際のIbat値と比較し、ここで以下に従ってIbat,targetがIbatから差し引かれる。
式13 ΔIbat=Ibat-Ibat,target
ΔIbatは、加算器1046から出力され、二次PWMデューティ比コントローラ1048に入力される。一次電流I1が最大一次電流I1maxを決して超えないことを確実にするために、二次PWMデューティ比コントローラ1048はまた、加算器1050から入力を受け取り、加算器1050は、通信リンクを介して一次サブシステムから受け取られた一次電流I1の値を、以下に従って最大一次電流I1maxと比較する。
式14 ΔI1=I1-I1max
【００７０】
二次PWMデューティ比コントローラ1048は次いで、ΔIbatの値を最小にするために、ΔIbatの値に基づいて制御出力D2を調整することができる。コントローラ1048の制御出力D2は、二次PWM生成器1052に供給され、二次PWM生成器1052は、制御出力D2を使用して、値D2に従って信号PWM2,HB1およびPWM2,HB2のデューティ比を調整する。
【００７１】
一次PWMデューティ比コントローラ1062はまた、二次電流I2と、係数kiと乗じられた一次電流I1との比較に基づいて、以下に従って制御出力D1を調整することができ、制御出力D1は、ワイヤレス通信リンクを介して、一次サブシステム中の一次コントローラの一次PWM生成器1032に通信される。
式15 ΔI21=I2-(I1 x ki)
【００７２】
kiの値は、二次電力変換器1016がFBモードで動作しているか、またはHBモードで動作しているかに大部分基づく、二次電力変換器1016の入力に現れる負荷抵抗RLに対応する。
【００７３】
そのような比較を行うために、ブリッジモードおよび電流比コントローラ1054は、二次PWMデューティ比コントローラ1048の制御出力D2と一次PWMデューティ比コントローラ1062の制御出力D1とを受け取り、係数kiを出力するように構成され得る。乗算器1058は、ブリッジモードおよび電流比コントローラ1054からの係数kiと、通信リンクを介した一次サブシステムからの一次電流I1の指示とを入力として受け取り、結果を加算器1060に出力する。加算器1060は、電流センサ1036からの電流I2の指示と、乗算器1058からの出力とを入力として受け取り、式15に従ってΔI21の指示を一次PWMデューティ比コントローラ1062に出力する。一次PWMデューティ比コントローラ1062は次いで、ΔI21の値を最小にするために、ΔI21の値に基づいて制御出力D1を調整することができる。
【００７４】
コントローラ1062の制御出力D1は、通信リンクを介して一次PWM生成器1032に送られ、値D1に従ってPWM信号PWM1のデューティ比を調整するために使用される。
【００７５】
ブリッジモードおよび電流比コントローラ1054は、値D1および/またはD2(それぞれPWM1および/またはPWM2のデューティ比に対応する)が任意の関連する下限または上限を超えたかどうかを決定することができる。D1の値またはD2の値のいずれかが関連する下限または上限を超えている場合、ブリッジモードおよび電流比コントローラ1054は、二次PWM生成器1052への制御出力を調整することができ、二次PWM生成器1052は、FBモードからHBモードに、またはHBモードからFBモードに移行するように、二次PWM生成器1052に指示する。いくつかの実装形態では、デューティ比の上限は、最大のデューティ比(たとえば、50%)によって定義されることがあり、デューティ比の下限は、一次電力変換器1012と二次電力変換器1016のいずれかの中のスイッチのスイッチング損失および/またはピーク電流の制限などの、システム設計の様相によって定められることがある。したがって、ブリッジモードおよび電流比コントローラ1054は、二次電力変換器1016による利用のためにFBモードまたはHBモードを最終的に選択し、一次電流I1および二次電流I2の比較のための係数kiを選択するように構成される。
【００７６】
いくつかの実装形態では、二次電力変換器1016の入力から出力への電圧変換比は、二次電力変換器1016のトポロジーに応じて、FBモードで動作する場合には1:n2またはn2:1であり、HBモードで動作する場合にはおよそ1:(n2/2)または(n2/2):1であり得る。そのような実装形態では、信号PWM2,HB1およびPWM2,HB2のデューティ比を下げると、一般にFBモードとHBモードの両方において変換係数n2が小さくなる。
【００７７】
したがって、二次コントローラ1042は、測定されたまたは推定された電力損失に基づいて、かつワイヤレス電力伝送システムの限界および制約のもとで計算されるような最大の効率に可能な限り近い効率で、バッテリー管理システム(図示せず)によって要求されるような目標出力電力Pout_targetを供給するように構成される。二次コントローラ1042は、(PWM1信号のデューティ比を調整することによって)一次電力変換器出力電圧V1を調整することによって、および(PWM2,HB1およびPWM2,HB2信号のデューティ比を調整することによって、および二次電力変換器1016のFBモードまたはHBモードの選択によって)二次電力変換器1016の入力において現れる負荷抵抗RLを調整することによって、上記の結果を成し遂げる。したがって、いくつかの実装形態では、整流器の入力抵抗を第1の値へと調整するための手段(または整流するための手段)は、二次コントローラ1042の1つまたは複数のコンポーネントを備え得る。同様に、いくつかの実装形態では、整流器の入力抵抗を第2の値へと調整するための手段(または整流するための手段)は、二次コントローラ1042の1つまたは複数のコンポーネントを備え得る。
【００７８】
負荷抵抗RLに関して、RLが最適な負荷抵抗RL,optに等しいときに、ワイヤレス電力伝送効率が最大に達することを、共振IPT理論は示している。普通は、効率対RLの関数は最大となる領域が広く、RLの選択が効率に与える影響が小さいことを示す。したがって、実際には、RL,optに近い、または実質的にRL,optであるRLとともに動作するシステムは、効率の点では最適であると考えられ得る。図6〜図10のいずれかについて示されるものなどの、直列同調されたIPTシステムに対して、最適な負荷抵抗は次のように表現されることが可能であり、
【数１１】
0006602868.tif 000012
ここでR1およびR2は、それぞれ一次側および二次側の全体の損失抵抗を示し、
【数１２】
0006602868.tif 000013
相互インダクタンスは、結合係数k、一次結合器インダクタンスL1および二次結合器インダクタンスL2、ならびに角(共振)周波数ωによって決定される。損失抵抗R1およびR2は、IPT結合器と電力変換の両方の損失を含み得る。
【００７９】
したがって、ワイヤレス電力伝送システム1000を最適な負荷抵抗RL,optへと調整することは、R1およびR2の知識または推定、ならびに、空隙および一次結合器1014に対する二次結合器1018の不整合によって決定されるような相互インダクタンスM(たとえば、結合係数k)の知識または推定を必要とする。結合条件が変化するとき、負荷抵抗RLは新たなRL,optへと調整され得る。したがって、いくつかの実装形態では、損失抵抗R1およびR2の推定が使用され得る。これらの推定は、システム固有であることがあり、システムのベンダーもしくはサプライヤーによって決定されていることがあり、または何らかの他の手順によって決定されていることがある。相互インダクタンスは、たとえばシステム初期化手順の間に、決定するのがより容易であり測定されることがある。
【００８０】
以下に示されるように、最適な負荷抵抗で共振IPTシステムを動作させることは、最適な一次側と二次側の電流比ki,optを維持することと等価である。直列同調されたシステムの最適な負荷抵抗の概略的な表現の有効性を仮定すると、一次結合器1014に反映される抵抗は次のように表現され得る。
【数１３】
0006602868.tif 000014
システム損失が伝送される電力と比較して小さいと仮定すると、電力の等式を次のように書くことができる。
【数１４】
0006602868.tif 000015
最適な一次側と二次側の電流比は次のように決定され得ることになる。
【数１５】
0006602868.tif 000016
【００８１】
示されるように、ki,optは、R2に対するR1の損失抵抗の比の平方根のみによって決定される。理想的には、これは相互インダクタンスMの関数ではなく、または伝送される電力Pの関数ではない。逆に、システムが電流比ki,optで動作する場合、二次電力変換は、結合および電力とは無関係に、入力においてRL,optを呈する。式19は、一次サブシステムにおいて浪費される電力損失と二次サブシステムにおいて浪費される電力損失のバランスとしても解釈され得る。伝送される電力に対して損失が小さい場合、損失のバランスを達成することは、最大の効率を達成することとほぼ等価である。
【００８２】
図11は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力伝送システムを動作させるための状態図1100を示す。図11に示されるように、状態図1100はアイドル状態1102において開始し得る。開始要求1104を受け取ると、図10のブリッジモードおよび電流比コントローラ1054は、ハーフブリッジモード1106で二次電力変換器1016を動作させるように、二次PWM生成器1052に指示することができ、ここでシステムは、あらゆる動作条件において到達することができるあらかじめ定められた(たとえば、一定の)値へと二次電流I2をランプアップする。安定状態1108に到達すると、システムは、目標出力電力Pout_targetと、最適な電流比ki,optである第1の電流比kiとを満たすように、(一次デューティ比コントローラ1062および二次デューティ比コントローラ1048を介して)PWM1およびPWM2,HB1/HB2のデューティ比を変化させることによって、電流I2およびI1を調整することができ、このことは、図10の二次電力変換器1016の入力に現れる負荷抵抗RLを、状態1110において示されるRL,optへと調整するように機能する。
【００８３】
デューティ比の調整の間に、PWM2,HB1/HB2の必要とされるデューティ比が上限D2,maxに達する、もしくはそれを超える場合、または、PWM1の必要とされるデューティ比が上限D1,maxに達する、もしくはそれを超える場合、二次サブシステム内のブリッジモードおよび電流比コントローラ1054は、状態1112において二次電力変換器1016をFBモードに移行するように、二次PWM生成器1052にシグナリングすることができる。FBモードになると、システムは再び、目標出力電力Pout_targetおよび第2の電流比kiを満たすように電流I2およびI1を調整する。この第2の電流比kiは、非最適な、しかしki,optに可能な限り近い電流比であることがあり、これは、RL,optに可能な限り近い非最適な負荷抵抗へとRLを調整するように機能する。直列同調された二次側について、図10に示されるように、この非最適な負荷抵抗はRL,optより大きい。並列同調された二次側について、この非最適な負荷抵抗はRL,optより小さい。
【００８４】
しかしながら、FBモードにおいてPWM2,HB1/HB2のデューティ比を調整する際、デューティ比が下限D2,minに達した、もしくはそれを下回った場合、二次サブシステム内のブリッジモードおよび電流比コントローラ1054は、二次電力変換器1016をHBモードに戻して状態1110へ移行するように、二次PWM生成器1052にシグナリングすることができる。システムは、「システム停止」要求がシステムによって受信される場合、任意の状態からアイドル状態1102に戻ることができる。
【００８５】
ある代替的な実装形態では、および図10のワイヤレス電力伝送システム1000を参照すると、ブリッジ再構成は、二次電力変換器1016(たとえば、整流器)ではなく一次電力変換器1012(たとえば、インバータ)によって実行され、二次電力変換器1016は、ハーフブリッジモードまたはフルブリッジモードのいずれかに固定され得るが、アクティブにスイッチングする。そのような実装形態では、二次コントローラ1042は、一次電力変換器1012がHBモードで現在動作している場合、目標出力電力Pout_targetを満たし最適な負荷抵抗RL,optを達成するように、PWM2, HB1/HB2のデューティ比を調整する。一次電力変換器1012がHBモードで動作しており、PWM2, HB1/HB2のデューティ比が上限D2,maxに達した、もしくはそれを超えた場合、またはPWM1のデューティ比がD1,maxに達した、もしくはそれを超えた場合、一次電力変換器1012はFBモードに移行することができる。FBモードへのこの移行の後、二次サブシステムは、デューティ比D2をD2,maxに維持し、このことは、RL,optに可能な限り近い非最適な負荷抵抗に負荷抵抗RLを維持または調整するように機能する。
【００８６】
さらに別の代替的な実装形態では、かつ図10のワイヤレス電力伝送システム1000を参照すると、ブリッジ再構成は、一次電力変換器1012(たとえば、インバータ)および二次電力変換器1016(たとえば、整流器)において実行され得る。そのような実装形態では、二次コントローラ1042は、一次電力変換器1012と二次電力変換器1016がともにHBモードで現在動作している場合、目標出力電力Pout_targetを満たし最適な負荷抵抗RL,optを達成するように、デューティ比D2を調整する。一次電力変換器1012および二次電力変換器1016がともにHBモードで現在動作しており、デューティ比D2が上限D2,maxに達した、もしくはそれを超えた場合、またはデューティ比D1が上限D1,maxに達した、もしくはそれを超えた場合、一次電力変換器1012および二次電力変換器1016はともにFBモードに移行することができる。FBモードにある二次電力変換器1016は、RL,outに可能な限り近い非最適な負荷抵抗である負荷抵抗RLを呈し得る。
【００８７】
上の制御戦略は、1)一次側と二次側のパルス幅変調(PWM)デューティ比の限界(たとえば、スイッチング損失)、2)最悪の場合と最良の場合の結合条件を扱うこと、および3)共振が分かれること(たとえば、2つのピークへの共振応答の分裂)を避けることに関して最適であると考えられることがあり、共振が分かれることは、たとえばそれらの2つのピークの周波数の差に等しいビート周波数を伴う電力伝送信号のリンギングによって知覚されるような、ビート周波数の問題を引き起こすことがある。これらの別個の共振は、たとえば制御されたシステムにおいて同時に励振されることがあり、ここで一部のパラメータの調整が複数のステップにおいて実行される。
【００８８】
図12は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレスに電力を受電するための方法のフローチャート1200である。フローチャート1200は動作ブロック1202を含み、ブロック1202は、結合器に動作可能に接続されるアクティブスイッチング整流器が第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと整流器の入力抵抗を調整するステップを含み、整流器は第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される。方法はさらに動作ブロック1204を含み、ブロック1204は、整流器が第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整するステップを含む。方法はさらに動作ブロック1206を含み、ブロック1206は、ワイヤレス電力トランスミッタからワイヤレス電力を受電するステップを含む。
【００８９】
図13は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力レシーバへワイヤレスに電力を送電するための方法のフローチャート1300である。フローチャート1300は動作ブロック1302を含み、ブロック1302は、インバータが第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと結合器に動作可能に接続される整流器の入力抵抗を調整するステップを含み、インバータは第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される。方法はさらに動作ブロック1304を含み、ブロック1304は、インバータが第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整するステップを含む。方法はさらに動作ブロック1306を含み、ブロック1306は、ワイヤレス電力レシーバにワイヤレスに電力を送電するステップを含む。いくつかの実装形態では、第1のブリッジモードはハーフブリッジモードであり、インバータの入力抵抗の第2の値は、結合器が基本的に直列同調されている場合、第1の値より大きい。
【００９０】
第1のブリッジモードはフルブリッジモードであることがあり、インバータの入力抵抗の第2の値は、結合器が基本的に並列同調されている場合、第1の値より小さい。方法はさらに、インバータによる電流出力に基づくインバータのスイッチングデューティ比と、インバータによる電流出力とワイヤレス電力レシーバにおける電流との所定の比とを調整するステップを備え得る。方法はさらに、インバータのスイッチングデューティ比と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、インバータの第1のブリッジモードと第2のブリッジモードのうちの1つを選択するステップを備え得る。方法はさらに、ワイヤレス電力レシーバ中のインバータのスイッチングデューティ比と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、インバータの第1のブリッジモードと第2のブリッジモードのうちの1つを選択するステップを備え得る。第1のワイヤレス電力伝送効率は、整流器の入力抵抗が第1の値を有しインバータが第1のブリッジモードで動作しているときの、実質的に最大の達成可能なワイヤレス電力伝送効率である。方法はさらに、整流器の入力抵抗を調整するために、装置に流れる電流とワイヤレス電力レシーバに流れる電流との比を調整するステップを備え得る。
【００９１】
少なくとも図13に関連した議論を考慮すると、電力をワイヤレス電力レシーバにワイヤレスに送電するためのいくつかの追加の実装形態が考えられる。たとえば、いくつかの実装形態は、ワイヤレス電力レシーバにワイヤレスに電力を送電するための装置を含む。装置は、結合器に動作可能に接続され、第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される、インバータを備える。装置はさらに、インバータが第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと整流器の入力抵抗を調整し、インバータが第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整するように構成されるコントローラを備える。第1のブリッジモードはハーフブリッジモードであり、インバータの入力抵抗の第2の値は、結合器が基本的に直列同調されている場合、第1の値より大きい。第1のブリッジモードはフルブリッジモードであり、インバータの入力抵抗の第2の値は、結合器が基本的に並列同調されている場合、第1の値より小さい。コントローラは、装置における電流に基づくインバータのスイッチングデューティ比と、装置における電流とワイヤレス電力レシーバにおける電流との所定の比とを調整するように構成される。コントローラは、インバータのスイッチングデューティ比と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、インバータの第1のブリッジモードと第2のブリッジモードのうちの1つを選択するように構成される。コントローラは、ワイヤレス電力レシーバ中のインバータのスイッチングデューティ比と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、インバータの第1のブリッジモードと第2のブリッジモードのうちの1つを選択するように構成される。第1のワイヤレス電力伝送効率は、インバータの入力抵抗が第1の値を有しインバータが第1のブリッジモードで動作しているときの、実質的に最大の達成可能なワイヤレス電力伝送効率である。コントローラは、インバータの入力抵抗を調整するために、装置に流れる電流とワイヤレス電力レシーバに流れる電流との比を調整するように構成される。
【００９２】
いくつかの他の実装形態は、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、インバータが第1のブリッジモードで動作するときに、第1のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第1の値へと結合器に動作可能に接続される整流器の入力抵抗を調整させるコードを備える、非一時的コンピュータ可読媒体を備え、インバータは第1のブリッジモードおよび第2のブリッジモードで動作するように構成される。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、インバータが第2のブリッジモードで動作するときに、1つまたは複数の動作の制約の中で動作する間に第1のワイヤレス電力伝送効率より低い第2のワイヤレス電力伝送効率をもたらす第2の値へと整流器の入力抵抗を調整させる。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、ワイヤレス電力レシーバへ電力をワイヤレスに送電させる。第1のブリッジモードはハーフブリッジモードであり、インバータの入力抵抗の第2の値は、結合器が基本的に直列同調されている場合、第1の値より大きい。第1のブリッジモードはフルブリッジモードであり、整流器の入力抵抗の第2の値は、結合器が基本的に並列同調されている場合、第1の値より小さい。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、インバータによる電流出力に基づくインバータのスイッチングデューティ比と、インバータによる電流出力とワイヤレス電力レシーバにおける電流との所定の比とを調整させる。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、インバータのスイッチングデューティ比と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、インバータの第1のブリッジモードと第2のブリッジモードのうちの1つを選択させる。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、ワイヤレス電力レシーバ中のインバータのスイッチングデューティ比と、関連する最大の許容可能なデューティ比および関連する最小の許容可能なデューティ比の一方または両方との比較に基づいて、インバータの第1のブリッジモードと第2のブリッジモードのうちの1つを選択させる。第1のワイヤレス電力伝送効率は、整流器の入力抵抗が第1の値を有し整流器が第1のブリッジモードで動作しているときの、実質的に最大の達成可能なワイヤレス電力伝送効率である。コードはさらに、実行されると、ワイヤレス電力トランスミッタに、インバータの入力抵抗を調整するために、ワイヤレス電力トランスミッタに流れる電流とワイヤレス電力レシーバに流れる電流との比を調整させる。
【００９３】
情報および信号が様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを、当業者は理解されよう。たとえば、上記の説明全体を通して言及されることがあるデータ、命令、指令、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されることがある。
【００９４】
さらに、本明細書で開示されるいくつかの実装形態に関連して説明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が、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはこれらの両方の組合せとして実装されることがあることを、当業者は認識するであろう。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、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、上では全般にそれらの機能に関して説明された。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、それとも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システム全体に課せられた設計制約によって決まる。当業者は、前述の機能を具体的な適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装形態の決定は、いくつかの実装形態の範囲からの逸脱を引き起こすものと解釈されるべきではない。
【００９５】
本明細書で開示されるいくつかの実装形態に関して説明される様々な例示的な論理ブロック、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、個別のハードウェアコンポーネント、または本明細書で説明される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を用いて実装または実行され得る。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の組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携した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され得る。
【００９６】
本明細書で開示されるいくつかの実装形態に関して説明される方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、またはその2つの組合せにおいて具現化され得る。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知られている任意の他の形態の記憶媒体内に存在し得る。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。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC中に存在し得る。
【００９７】
1つまたは複数のいくつかの実装形態では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せで実装され得る。ソフトウェアにおいて実装される場合、機能は、1つもしくは複数の命令またはコードとして、コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、またはコンピュータ可読媒体を通じて送信され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、コンピュータプログラムのある場所から別の場所への転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体との両方を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の使用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、または命令もしくはデータ構造の形式の所望のプログラムコードを搬送もしくは記憶するために使用可能であり、コンピュータによってアクセス可能な任意の他の媒体を備え得る。また、あらゆる接続が正しくはコンピュータ可読媒体と呼ばれる。たとえば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(「DSL」)、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術を使用してウェブサイト、サーバ、または他のリモートソースから送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、DSL、または赤外線、無線、およびマイクロ波などのワイヤレス技術は、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピーディスクおよびブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれるべきである。
【００９８】
開示されたいくつかの実装形態の前述の説明は、任意の当業者がそれらの実装形態を作成または使用できるようにするために提供される。これらのいくつかの実装形態に対する様々な修正は、当業者に容易に明らかになり、本明細書で定義された一般原理は、本出願の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実装形態に適用され得る。したがって、本出願は、本明細書で示されるいくつかの実装形態に限定されることは意図されず、本明細書で開示される原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【符号の説明】
【００９９】
100  ワイヤレス電力伝送システム
102  車両
104  充電ベース
106  駐車エリア
108  ローカル配電所
110  電力バックボーン
112  充電ベース電力変換
114  一次結合器
116  EV電力変換および充電システム
118  二次結合器
120  ACまたはDC電源
200  ワイヤレス電力伝送システム
212  一次電力変換
214  一次結合器
216  二次電力変換
218  二次結合器
220  電源
222  EVバッテリー
230  インフラストラクチャシステム部
240  車両システム部
300  ワイヤレス電力伝送システム
312  一次電力変換器
314  一次結合器
316  二次電力変換器
318  二次結合器
320  一次電力インターフェース
324  一次通信インターフェース
326  一次CU
328  一次通信ユニット
330  一次誘導ユニット
332  一次整列
334  通信リンク
336  誘導リンク
338  二次通信ユニット
340  二次誘導ユニット
342  二次整列ユニット
344  二次CU
346  二次通信インターフェース
348  二次電力インターフェース
400  周波数スペクトル
500  駐車場
502  矢印
503  矢印
504  ワイヤレス電力二次結合器
505  車両
506  充電ベース
507  駐車スペース
600  ワイヤレス電力伝送システム
602  キャパシタ
606  直列接続キャパシタ
612  一次電力変換モジュール
614  一次結合器
616  二次電力変換モジュール
618  結合器
620  電源
622  負荷
700  ワイヤレス電力伝送システム
800  ハーフブリッジ構成
1000  ワイヤレス電力伝送システム
1002  キャパシタ
1006  キャパシタ
1012  一次電力変換器
1014  一次結合器
1016  二次電力変換器
1018  二次結合器
1020  電源
1030  一次コントローラ
1032  PWM生成器
1034  電流センサ
1036  電流センサ
1038  電流センサ
1040  電圧センサ
1042  二次コントローラ
1044  目標DC出力電流計算器
1046  加算器
1048  二次PWMデューティ比コントローラ
1050  加算器
1052  PWM生成器
1054  ブリッジモードおよび電流比コントローラ
1056  同期器
1058  乗算器
1060  加算器
1062  一次PWMデューティ比コントローラ
1100  状態図
1102  アイドル状態
1104  システム開始要求
1106  ハーフブリッジモード
1108  安定状態
1110  ハーフブリッジモード
1112  フルブリッジモード
1200  フローチャート
1300  フローチャート
【図１】
0006602868.tif 000017
【図２】
0006602868.tif 000018
【図３】
0006602868.tif 000019
【図４】
0006602868.tif 000020
【図５】
0006602868.tif 000021
【図６】
0006602868.tif 000022
【図７】
0006602868.tif 000023
【図８】
0006602868.tif 000024
【図９】
0006602868.tif 000025
【図１０】
0006602868.tif 000026
【図１１】
0006602868.tif 000027
【図１２】
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【図１３】
0006602868.tif 000029