(57)【要約】  異物検出(FOD)に基づいた拡張範囲位置決定システムについてのシステムおよび方法を説明している。詳細には、コイルおよび異物検出(FOD)システムを含む電力送電装置を開示している。コイルは、受電デバイスに電力を送電するためのコイルを流れる電流に基づいて磁場を生成するように構成される。FODシステムは、複数のFODセンスループ、FOD回路、およびアクティブビーコン受信回路を含む。FODセンスループは、FODセンスループのうちの1つまたは複数の電気的特性の変化に基づいて磁場内の金属体を検出する。FOD回路は、1つまたは複数のFODセンスループの電気的特性の変調パターンを処理し、第1の位置決定情報を提供する。アクティブビーコン受信回路は、少なくとも2つのセンスループにおける誘導電圧を処理して、第2の位置決定情報を提供する。
2021533716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルであって、受電デバイスに電力を送電するための前記コイルを流れる電流に基づいて磁場を生成するように構成される、コイルと、
異物検出(FOD)システムであって、
複数のFODセンスループであって、前記複数のFODセンスループのうちの1つまたは複数のFODセンスループの1つまたは複数の電気的特性の変化に基づいて前記コイルによって生成された前記磁場内の金属体を検出するように構成される、複数のFODセンスループと、
前記1つまたは複数のFODセンスループの前記1つまたは複数の電気的特性の変調パターンを処理し、第1の位置決定情報を提供するように構成される、FOD回路と、
少なくとも2つのセンスループにおける誘導電圧を処理して、第2の位置決定情報を提供するように構成される、アクティブビーコン受信回路と
を含む、異物検出(FOD)システムと
を含む、電力送電装置。
【請求項２】
前記FODシステムは、電動ビークルの運転手または自動運転システムが前記電動ビークルを前記電力送電装置と正確に位置合わせすることができるように前記運転手または自動運転システムにフィードバックを提供するシステムに前記第1の位置決定情報および前記第2の位置決定情報を提供するように構成される、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項３】
前記第1の位置決定情報は、パッシブビーコンが前記1つまたは複数のFODセンスループの直上に位置するときの前記受電デバイス内の前記パッシブビーコンの第1の位置に対応し、
前記第2の位置決定情報は、アクティブビーコンが接近セクタにあるときの前記受電デバイスの前記アクティブビーコンの第2の位置に対応し、前記接近セクタは、前記複数のFODセンスループによって画定されたターゲットセクタに近接し外側にあるエリアを含む、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項４】
前記磁場の磁束を導くように構成される、フェライトをさらに含み、前記少なくとも2つのセンスループは各々、前記フェライトからみて前記コイルの反対側にあり前記コイルに近接して配置された環状受信コイルを含む、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項５】
前記環状受信コイルは、前記フェライトの表面のエリアより小さい平面エリアを画定する、請求項4に記載の電力送電装置。
【請求項６】
前記アクティブビーコン受信回路は、並列同調回路を含む、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項７】
前記少なくとも2つのセンスループにおける前記誘導電圧は、前記受電デバイスにおける水平方向分極送信機によって誘導される、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項８】
前記第2の位置決定情報は、前記受電デバイス内のターゲット位置からアクティブビーコンまでの推定距離を含む、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項９】
前記第2の位置決定情報は、前記受電デバイス内のアクティブビーコンが前記コイルの中心線からオフセットされた距離を定義する横方向オフセットを含む、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項１０】
前記第1の位置決定情報は、前記受電デバイスにおけるパッシブビーコンに基づく、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項１１】
前記第2の位置決定情報は、前記受電デバイスにおけるアクティブビーコンに基づく、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項１２】
前記FODシステムは、
前記1つまたは複数のFODセンスループの前記1つまたは複数の電気的特性の前記変調パターンが検出されるまで前記第2の位置決定情報を使用し、
前記変調パターンが検出されると、前記FOD回路から取得される前記第1の位置決定情報の使用に切り替えるように構成される、コントローラをさらに含む、請求項1に記載の電力送電装置。
【請求項１３】
受信コイルと、
パッシブビーコン回路であって、異物検出(FOD)システムに対するビーコンループの第1の位置決定情報を決定するためにワイヤレス電力送電装置における前記FODシステムによって検出可能な変調を前記パッシブビーコン回路の変調インピーダンス状態に基づいて生成するように構成された前記ビーコンループを含む、パッシブビーコン回路と、
前記受信コイルの同調キャパシタの一部と結合されるように構成された信号生成回路を含む、アクティブビーコン回路であって、前記アクティブビーコン回路は、前記受信コイルに電流を注入して、前記受信コイルに、前記FODシステムに対する前記受信コイルの第2の位置決定情報を決定するために前記FODシステムによって検出可能なアクティブビーコン信号を生成するビーコン送信アンテナとして動作させるように構成される、アクティブビーコン回路と
を含む、ワイヤレス電力受電装置。
【請求項１４】
前記受信コイルは、前記受信コイルの分極が前記受信コイルによって画定された平面と実質的に平行となるように水平方向に分極される、請求項13に記載のワイヤレス電力受電装置。
【請求項１５】
前記アクティブビーコン回路は、分路キャパシタと並列に接続された結合変成器の漂遊インダクタンスに基づく前記結合変成器に組み込まれた阻止フィルタを含み、
前記阻止フィルタは、直列キャパシタと接続され、前記アクティブビーコン信号をブーストする直列共振回路を作成する、請求項13に記載のワイヤレス電力受電装置。
【請求項１６】
前記第2の位置決定情報は、前記受信コイルが前記ワイヤレス電力送電装置に接近すると、前記受信コイルの位置を示す、請求項13に記載のワイヤレス電力受電装置。
【請求項１７】
前記第2の位置決定情報は、前記受信コイルから前記FODシステム上のターゲット位置までの推定距離と、前記FODシステムの中心線からの推定オフセット距離とを含む、請求項13に記載のワイヤレス電力受電装置。
【請求項１８】
前記第1の位置決定情報は、前記ビーコンループが前記FODシステムの1つまたは複数のセンスループの直上にあるときの前記ビーコンループの位置を示す、請求項13に記載のワイヤレス電力受電装置。
【請求項１９】
前記アクティブビーコン回路は、前記ワイヤレス電力受電装置と前記ワイヤレス電力送電装置との間の電力伝達に起因して誘導された電圧を抑制する1つまたは複数の阻止フィルタを含む、請求項13に記載のワイヤレス電力受電装置。
【請求項２０】
アクティブビーコンの存在および位置を検出するための方法であって、前記方法は、
受電デバイス内のビーコン送信機によって生成された磁場に応じた異物検出(FOD)システムの2つ以上のFODセンスループにおける誘導電圧を検出するステップと、
前記2つ以上のFODセンスループの各々における前記誘導電圧の大きさを測定するステップと、
前記2つ以上のFODセンスループにおいて測定された前記大きさに基づいて前記アクティブビーコンと前記FODシステム上のターゲット位置との間の距離を推定するステップと、
前記2つ以上のFODセンスループの前記大きさの比較に基づいて前記FODシステムに対する前記受電デバイスの横方向オフセットを決定するステップと、
前記推定距離および前記横方向オフセットに基づいて位置情報を生成するステップであって、前記位置情報は、前記受電デバイスに接続されている電子デバイスに電力を送電するために前記受電デバイスを電力送電装置と位置合わせするのに使用可能である、ステップと
を含む、方法。
【請求項２１】
前記2つ以上のFODセンスループは各々、前記FODシステムのFODセンスループの矩形アレイのコーナーに近接して配置される、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記2つ以上のFODセンスループの各々における同相および直交位相成分を有する複素電圧を測定するステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２３】
前記2つ以上のFODセンスループは、前記FODシステムの中心線について反対側に位置する第1および第2のFODセンスループを含み、
前記横方向オフセットは、前記第2のFODセンスループにおいてより高い、前記第1のFODセンスループにおいて測定された大きさに基づいて決定される、請求項20に記載の方法。
【請求項２４】
誘導電力伝達コイルであって、受電デバイスに電力を送電するための前記誘導電力伝達コイルを流れる電流に基づいて磁場を生成するように構成される、誘導電力伝達コイルと、
異物検出システムであって、
前記誘導電力伝達コイルにわたるエリアに分散された、複数の異物検出センスループと、
前記複数の異物検出センスループの各々に選択的に電気的に接続された、第1の処理回路と、
前記複数の異物検出センスループの少なくとも1つに選択的に電気的に接続された、第2の処理回路であって、前記第2の処理回路は、前記第2の処理回路が前記複数の異物検出センスループの前記少なくとも1つに電気的に接続されている場合には、前記複数の異物検出センスループの前記少なくとも1つと並列に電気的に接続されたキャパシタを含む、第2の処理回路と
を含む、異物検出システムと
を含む、電力送電装置。
【請求項２５】
前記複数の異物検出センスループは、前記誘導電力伝達コイルによって生成された前記磁場内の金属体を検出するように構成される、請求項24に記載の電力送電装置。
【請求項２６】
前記第1の処理回路は、前記異物検出センスループのうちの1つまたは複数の1つまたは複数の電気的特性の変調パターンを処理して、前記受電デバイスの位置決定情報を提供するように構成される、請求項24に記載の電力送電装置。
【請求項２７】
前記第2の処理回路は、少なくとも2つのセンスループにおける誘導電圧を処理して、前記受電デバイスの位置決定情報を提供するように構成される、請求項24に記載の電力送電装置。
【請求項２８】
前記磁場の磁束を導くように構成される、フェライトをさらに含み、前記複数の異物検出センスループの前記少なくとも1つは、前記フェライトからみて前記誘導電力伝達コイルの反対側にある前記誘導電力伝達コイルに近接して配置された環状受信コイルを含む、請求項24に記載の電力送電装置。
【請求項２９】
前記第2の処理回路を使用して、1つまたは複数の異物検出センスループの1つまたは複数の電気的特性の変調パターンが検出されるまで少なくとも2つのセンスループにおける誘導電圧に基づいて電動ビークルの第1の位置決定情報を提供し、
前記変調パターンが検出されると、前記第1の処理回路の使用に切り替えて、前記変調パターンに基づいて前記電動ビークルの第2の位置決定情報を提供するように構成される、コントローラをさらに含む、請求項24に記載の電力送電装置。
【請求項３０】
前記誘導電力伝達コイルは、前記異物検出センスループとは異なる方向に分極される、請求項24に記載の電力送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的にワイヤレス電力送電に関し、より具体的にはワイヤレス電動ビークル充電(WEVC)システムに関する。詳細には、本開示は、ベース電力伝達システム周辺の拡張範囲内の位置情報を提供することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス電力送電システムは、回路トポロジ、磁気機構レイアウト、および電力送電性能または要件を含む多くの態様において異なり得る。送電された電力量と、ワイヤレス電力送電システムのコンポーネント間の電力送電の効率とは、ワイヤレス電力送電システムの送電器と電動ビークルの受電器との間の位置合わせに依存し得る。このため、いくつかのワイヤレス電力送電システムは、位置合わせシステムの利益を享受する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
異物検出(FOD)ハードウェアおよび処理回路の使用に基づいた拡張範囲位置決定システムのためのシステムおよび方法を説明している。詳細には、回路は、ベース電力伝達システム周辺の拡張範囲内の位置情報を提供するアクティブビーコン位置決定システムを有する、パッシブビーコンを使用して正確な短距離位置情報を提供する、ビーコン位置決定システムを拡張するために実装される。ベース電力伝達システム上に位置する際にパッシブビーコンシステムが正確に機能する一方で、アクティブビーコン位置決定システムがベース電力伝達システムの付近ではあるがベース電力伝達システムの直上にはない状態でより正確に機能するため、2つのシステムは、互いに補完している。したがって、組み合わせた2つのシステムの性能を用いれば、誘導されるビークルの接近がおおよそ2.0メートルからゼロメートル以上までの高精度で可能となる。
【０００４】
例示的な態様において、電力送電装置を開示している。電力送電装置は、コイルを流れる電流に基づいて磁場を生成するように構成されるコイルを含む。電力送電装置はまた、複数のFODセンスループ、FOD回路、およびアクティブビーコン回路を含む異物検出(FOD)システムを含む。FODセンスループは、複数のFODセンスループのうちの1つまたは複数のFODセンスループの1つまたは複数の電気的特性の変化に基づいてコイルによって生成された磁場内のオブジェクトを検出するように構成される。FOD回路は、1つまたは複数のFODセンスループの1つまたは複数の電気的特性の変調パターンを処理し、電動ビークルにおけるパッシブビーコンに対応する第1の位置決定情報を提供するように構成される。アクティブビーコン回路は、少なくとも2つのセンスループにおける誘導電圧を処理して、電動ビークルにおけるアクティブビーコンに対応する第2の位置決定情報を提供するように構成される。ある態様においては、2つのセンスループも、FODセンスループである。あるいは、FODセンスループに加えて統合された専用センスループが、誘導電圧を測定するために使用され得る。いくつかのケースにおいては、FOD回路は、単一のセンスループの誘導電圧を処理して、電動ビークルにおけるアクティブビーコンに対応する、半径情報などの、第2の位置決定情報を提供し得る。
【０００５】
例示的な態様において、ワイヤレス電力受電装置を開示している。ワイヤレス電力受電装置は、パッシブビーコン回路およびアクティブビーコン回路を含む。パッシブビーコン回路は、FODシステムに対するビーコンループの第1の位置決定情報を決定するためにワイヤレス電力送電装置におけるFODシステムによって検出可能な変調をパッシブビーコン回路の変調インピーダンス状態に基づいて生成するように構成されたビーコンループを含む。アクティブビーコン回路は、電動ビークルの受信コイルの同調キャパシタの一部と結合されるように構成された信号生成回路を含む。アクティブビーコン回路は、受信コイルに電流を注入して、受信コイルに、FODシステムに対する電動ビークルの第2の位置決定情報を決定するためにFODシステムによって検出可能なアクティブビーコン信号を生成するビーコン送信アンテナとして動作させるように構成される。
【０００６】
例示的な態様において、アクティブビーコンの存在および位置を検出するための方法を開示している。方法は、受電デバイス内のビーコン送信機によって生成された磁場に応じたFODシステムの2つ以上のFODセンスループにおける誘導電圧を検出するステップを含む。方法は、2つ以上のFODセンスループの各々における誘導電圧の大きさおよび位相を測定するステップをさらに含む。方法はまた、2つ以上のFODセンスループにおいて測定された大きさに基づいてアクティブビーコンとFODシステム上のターゲット位置との間の距離を推定するステップを含む。加えて、方法は、2つ以上のFODセンスループの大きさの比較に基づいてFODシステムに対する受電デバイスの横方向オフセットを決定するステップを含む。方法は、推定距離および横方向オフセットに基づいて位置情報を生成するステップであって、位置情報は、受電デバイスに接続されているデバイスに電力を送電するために受電デバイスをベース電力伝達装置と位置合わせするのに使用可能である、ステップをさらに含む。
【０００７】
例示的な態様において、ベース電力伝達装置を開示している。ベース電力伝達装置は、コイルおよび異物検出システムを含む。コイルは、電動ビークルに電力を送電するために誘導電力伝達コイルを流れる電流に基づいて磁場を生成するように構成される。異物検出システムは、誘導電力伝達コイルにわたるエリアに分散された複数の異物検出センスループを含む。異物検出システムはまた、複数の異物検出センスループの各々に選択的に電気的に接続されている第1の処理回路を含む。加えて、異物検出システムは、複数の異物検出センスループの少なくとも1つに選択的に電気的に接続されている第2の処理回路を含む。ある態様においては、第2の処理回路は、第2の処理回路が複数の異物検出センスループの少なくとも1つに電気的に接続されている場合には、複数の異物検出センスループの少なくとも1つと並列に電気的に接続されたキャパシタを含む。
【０００８】
例示的な態様において、異物検出(FOD)システムを開示している。FODシステムは、複数のFODセンスループのうちの1つまたは複数のFODセンスループの1つまたは複数の電気的特性の変化に基づいてIPTコイルによって生成された磁場内のオブジェクトを検出するための手段を含む。FODシステムはまた、1つまたは複数のFODセンスループの1つまたは複数の電気的特性の変調パターンを処理して、パッシブビーコンがベース電力伝達システム上に位置する際の電動ビークルにおけるパッシブビーコンに対応する第1の位置決定情報を提供するための手段を含む。FODシステムは、複数のFODセンスループの少なくとも2つのセンスループにおける誘導電圧を処理して、電動ビークルがベース電力伝達システム周辺のエリアに位置すると電動ビークルにおけるアクティブビーコンに対応する第2の位置決定情報を提供するための手段をさらに含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的なワイヤレス電力送電システムの機能ブロック図である。
【図２】アクティブおよびパッシブビーコンが電動ビークルの位置決定のために使用される領域の例示的な実施形態を図示している図である。
【図３】統合されたパッシブビーコンおよびFODループアレイを有するWEVC磁気機構の例示的なレイヤ構造を図示している図である。
【図４】アクティブビーコン位置決定するために構成されたベース電力伝達システムのための磁気構造の例示的な実施形態を図示している図である。
【図５】ビークル電力伝達システムの位置の関数とした例示的なコーナーアクティブビーコン受信アンテナの誘導電圧の結果の例を図示している図である。
【図６】複数のアクティブビーコン受信アンテナの例示的な配置を図示している図である。
【図７】FODに基づいた拡張範囲位置決定システムのためのアクティブビーコンを用いるのに使用可能なアクティブビーコン送信回路の例示的な実施形態を図示している図である。
【図８】FODに基づいた拡張範囲位置決定システムのためのアクティブビーコンを用いるのに使用可能なアクティブビーコン送信回路の別の例示的な実施形態を図示している図である。
【図９】FODに基づいた拡張範囲位置決定システムのためのアクティブビーコンを用いるのに使用可能なアクティブビーコン送信回路のさらに別の例示的な実施形態を図示している図である。
【図１０Ａ】FODシステムの例示的な実施形態を図示している図である。
【図１０Ｂ】図10Aからアクティブビーコン受信回路の例示的な実施形態を図示している図である。
【図１１】異物検出に基づいてアクティブビーコンの存在および位置を検出するための例示的なプロセスのフロー図を示す図である。
【図１２】例示的なワイヤレス電力送電システムを図示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ビークル電力伝達システムとベース電力伝達システムとの間の位置合わせのずれは、電動ビークルへの電力送電の効率に悪影響を与え得る。
【００１１】
異物検出(FOD)システムに基づいた拡張範囲位置決定システムを本明細書では開示している。ある態様においては、短距離位置決定のために構成されたパッシブビーコン位置決定システムは、ベース電力伝達システム周辺の拡張範囲内の位置情報を提供するために、より長距離のアクティブビーコン位置決定システムと組み合わされている。
【００１２】
アクティブビーコン位置決定システムは、ビークル電力伝達システムにおけるビーコン送信アンテナを使用して、ビーコン信号を放出する。アクティブビーコン回路は、電動ビークルの誘導電力伝達(IPT)コイルに電流を注入して、IPTコイルに、ビーコン送信アンテナとして動作させる。あるいは、別個のコイルが、そこに注入される電流に応じてアクティブビーコンを作成するために、ビークル電力伝達システムに追加され得る。準静的な磁場が、ビーコン送信アンテナ周辺に生成され、その後、適切な受信機によって受信され、位置情報を取得するために使用され得る。受信機は、ベース電力伝達システムまたは専用回路に組み込まれたFODシステムであり得る。受信機は、ビーコン信号を検出するために並列同調回路を含み得る。ある態様においては、受信機は、矩形FODループアレイの2つのコーナーFODループなどといった、少なくとも2つの相隔たるFODループにおける誘導電圧を測定し得る。電動ビークルがベース電力伝達におけるFODシステムに接近すると、受信機は、FODループアレイ上のターゲット位置からアクティブビーコンまでの距離およびFODループアレイの中心線からのアクティブビーコンの横方向オフセットなどといった、位置決定情報を決定し得る。FODシステムを使用して、既存のハードウェアコンポーネントが再利用されてもよく、総合的なWEVCシステムのコストおよび複雑度の低減をもたらすことになる。
【００１３】
パッシブビーコンシステムは、ビークル電力伝達システムにおけるパッシブビーコンを使用して、ベース電力伝達システムに対するビークル電力伝達システムの位置を決定する。少なくともいくつかの態様においては、位置情報は、ベース電力伝達システムに対応するエリアなどのFODシステムによってカバーされるエリアにおいて計算され得る。パッシブビーコンシステムは、スイッチ(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET))によって制御される共振ビーコンループを使用して、FODシステムのセンスループにおけるインピーダンス変化またはアドミッタンス変化を誘導することによってFODに基づいて検出することができるパッシブビーコン信号を作成する。ある態様においては、ビーコンループは信号で駆動されるのではなく、スイッチを使用して、FODシステムのセンスループにおける電気的特性(例えば、インピーダンスまたはアドミッタンス特性)の変化として観測される変調を作成するようにビーコンループ共振を変調する。変調は、少なくとも2つのインピーダンス状態の間でビーコンループインピーダンスを変化させて、ある周波数でFODセンスループにおける2つの異なる応答を示す(例えば、異なる特性を有する2つの異なる金属体の間で交互に入れ替わっているかのように動作する)。その周波数における2つの状態が、FODシステムがビーコンループとして物体を明らかにする/認識することを可能にする。ビーコンループの検出が、FODセンスループに関するビーコンループの位置決定を決定することを可能とする。ある例においては、パッシブビーコン回路は、キャパシタに直列に電気的に接続されたビーコンループを含んでおり、変調制御信号に応じてパッシブビーコン回路のインピーダンス状態を変調するように構成される、トランジスタに電気的に接続された、共振回路を形成する。それゆえ、コイル(例えば、センスループ)において生成されるFOD場に起因してビーコンループが共振している場合には、変調により特別な金属体としてビーコンループを検出することができ、どのFODセンスループがパッシブビーコンを検出したのかおよびそれらのFODセンスループにより検出された電気的特性における変化量に基づいて位置情報を決定することができる。ビークルに適用可能である一方で、本明細書に記載の技法はまた、家庭用電子機器、ドローンなどといった、他の活用のために他のワイヤレス電力送電システムに適用可能である。
【００１４】
図1は、電動ビークル102への電力の配信を可能とする例示的なワイヤレス電動ビークル充電(WEVC)システム100を図示している。電動ビークル102は、WEVCシステム100を使用して全体的にまたは部分的に充電または電力供給され得る。送電回路106は、送電器104の一部であり得る。送電回路106は、電力バックボーン108(例えば、電力グリッド)に結合され得る。送電回路106は、電力バックボーン108からの電力を受電するように構成される。送電器104(電力送電回路とも称し得る)は、送電回路106に結合され得るし、送電回路106からの電力を受電するように構成される。送電器104は、送電回路106に結合されている少なくとも1つのベース電力伝達装置110(例えば、コイル)を含み得る。図1に示しているように、送電器104は、(点線で表しているように)地面にまたはその下に位置し得る。
【００１５】
電動ビークル102は、バッテリユニット112、ビークル電力伝達装置114、および電動ビークルバッテリ充電システム116を含み得る。電動ビークルバッテリ充電システム116およびビークル電力伝達装置114は、電動ビークルワイヤレス充電システムを構成する。ビークル電力伝達装置114は、例えば、ベース電力伝達装置110によって生成された磁場の領域を介した共振誘導結合に基づいて、ベース電力伝達装置110と相互作用し得る。いくつかの例示的な実施形態においては、ビークル電力伝達装置114は、ベース電力伝達装置110によって生成された磁場内にビークル電力伝達装置114が位置している場合に、電力を受電し得る。
【００１６】
ビークル電力伝達装置114(本明細書においては「ワイヤレス電力受電装置」とも称する)は、電力を受電するために、ベース電力伝達装置110の充電エリア(本明細書においては「ワイヤレス電力送電装置」とも称する)内に位置し得る。電動ビークルバッテリ充電システム116は、ビークル電力伝達装置114からの電力を受電するように構成される。電動ビークルバッテリ充電システム116は、ビークル電力伝達装置114によって受電された電力を処理して、動かない間は、電動ビークル102内のバッテリユニット112に、または、電気モータもしくは他の付属品、暖房システムもしくは空調システムを含む、などといった他の負荷に電力供給または充電するように構成される。
【００１７】
ビークル電力伝達装置114は、アクティブビーコン118およびパッシブビーコン120を含むものとして図示している。ある態様においては、アクティブビーコン118は、電動ビークル102がベース電力伝達装置110に接近すると、電動ビークル102の誘導および位置決定を可能とするように構成される。アクティブビーコン118は、ベース電力伝達装置110において実装されたベース受信機122のセンスループにおいて、誘導電圧などの、検出可能な信号を作成するビーコン信号を放出するように構成される。ビーコン信号は、電動ビークル102がベース受信機122に接近すると、ベース電力伝達装置110に対する電動ビークル102の位置情報を取得するために使用される。いくつかの態様においては、パッシブビーコンおよびアクティブビーコンがある回路を共有し得る。例えば、いくつかの実施形態においては、パッシブビーコンループは、アクティブビーコン信号を作成する信号でパッシブビーコンループを駆動する回路に接続され得る。他の実施形態においては、本明細書でさらに詳細に説明しているように、ビークル電力伝達装置のIPTコイルが、アクティブビーコンを放出するアクティブビーコンコンポーネントとして動作する。さらに他の実施形態においては、ビークル電力伝達装置におけるIPTコイルは、パッシブビーコンループとして動作するとともに、FODシステムによって検出可能な方法で共振の内外で変調され得る。ベース受信機122は、ベース電力伝達装置110または専用回路に組み込まれたFODシステムであり得る。
【００１８】
ある態様においては、パッシブビーコン120は、パッシブビーコン120がベース電力伝達装置110において実装されたベース受信機122のセンスループの直上に位置すると、電動ビークル102の誘導および位置決定を可能とするように構成される。パッシブビーコン120は、ベース受信機122のセンスループにおける、インピーダンス変化などといった、検出可能な変化を作成するように構成される。本態様および他の態様のさらなる詳細については図2から図10を参照して以下で説明している。
【００１９】
図2は、アクティブおよびパッシブビーコンが電動ビークルの位置決定のために使用される領域の例示的な実施形態200の俯瞰図を図示している。電動ビークル102がベース電力伝達装置110に接近する際には、ビークル102は接近セクタ202に入る。接近セクタ202は、ベース電力伝達装置110のベース受信機122がビークル電力伝達装置114内のアクティブビーコン118を検出しベース電力伝達装置110に対する電動ビークル102の位置情報を決定することができるエリアを表す。電動ビークルが接近セクタ202にある間は、パッシブビーコン120を変調してベース受信機122による検出を可能とし得る。しかしながら、ベース受信機122は、パッシブビーコン120から取得されるものより精密な位置情報のために、接近セクタ202内のアクティブビーコン118から取得される位置情報を使用し得る。
【００２０】
ある例においては、電動ビークル102がターゲットセクタ204に入ると、ベース受信機122は、パッシブビーコン120から取得される位置情報を頼りにし得る。ある態様においては、ビークル電力伝達装置114内のパッシブビーコン120がベース受信機122のセンスループの直上に位置するとき、ベース受信機122に対するパッシブビーコン120の位置を高精度で決定することができる。
【００２１】
電動ビークル102が駐車誘導中にベース電力伝達装置110を通り過ぎると、その後、ビークルは離脱セクタ206に入る。離脱セクタ206においては、ベース受信機122は、アクティブビーコン118から取得される位置情報を使用して、ベース電力伝達装置110に対するビークル電力伝達装置114の位置またはベース電力伝達装置110上のターゲットロケーションを検出し得る。
【００２２】
それゆえ、アクティブビーコン118およびパッシブビーコン120の両方が、駐車誘導中に動作可能であり得るし、ベース受信機122は、両方のビーコンから受信した信号を処理し得る。ただし、パッシブビーコン120は、パッシブビーコン120がベース受信機122と重なっているとき、例えば、パッシブビーコン120がベース受信機122のセンスループの直上にあるとき、ベース受信機122によってのみ検出可能となり得る。それゆえ、ベース受信機122は、パッシブビーコンが検出されるまでアクティブビーコン118から取得される位置情報を利用し得る。その後、ベース受信機122は、パッシブビーコン120が利用可能となるとパッシブビーコン120から取得される位置情報の使用に自動的に切り替え得る。
【００２３】
別の例においては、ベース電力伝達装置110のプロセッサが接近セクタ202内の電動ビークル102のアクティブビーコンを検出すると、FODシステムは、パッシブビーコン変調のリスニング(例えば、モニタリング)を開始する。ベース受信機122は、ベース電力伝達装置110の直上にある電動ビークル102のパッシブビーコン120からの高精密位置情報と、ベース電力伝達装置110周辺のエリア内のアクティブビーコン118からの精密位置情報とを検出し得る。そのため、アクティブビーコン118は、パッシブビーコン120と連動して使用される場合には、位置情報が電動ビークル102によって提供されるエリアを拡張する。
【００２４】
図3は、統合されたビーコンループおよびFODループアレイを有するワイヤレス電動ビークル充電(WEVC)磁気機構の例示的なレイヤ構造300を図示している。ビークル電力伝達装置114は、バックプレート302、フェライト304、誘導電力伝達(IPT)コイル306、およびパッシブビーコンループ308を含むものとして図示している。バックプレート302は、ベース電力伝達装置110によって誘導された磁場からビークルのコンポーネントをシールドするように構成される。フェライト304は、磁場の磁束を導くように構成される。パッシブビーコンループ308は、ベース電力伝達装置110の図1にあるベース受信機122内のセンスループによって検出される変調を作成するように構成される(より効率的な変調を提供する共振回路として構成されてもよい)。IPTコイル306はアクティブビーコン送信アンテナとして使用され得る、または、専用コイルが使用され得る。異なる場の分極をもたらす異なるコイルトポロジを使用することができる。例えば、ダブルD(DD)コイルまたはソレノイドコイルは、主に、(例えば、コイルによって画定された平面と実質的に同一平面上にある)水平磁場成分を生成し、環状コイルは、主に、(例えば、コイルによって画定された平面と実質的に直交する)垂直磁場成分を生成する。
【００２５】
ベース電力伝達装置110は、FODループアレイ310、IPTコイル312、フェライト314、およびバックプレート316を含むものとして図示している。FODループアレイ310は、フェライト314の上方に位置するIPTコイル312の上方に配置される。このように、IPTコイル312(例えば、Litz線)は、フェライトとLitz線との間にコイルを含む他のシステムと異なって、フェライト314とFODループアレイ310との間にある。換言すれば、FODループアレイ310は、各々がフェライト314からみてコイル312の反対側にありコイル312に近接して配置された受信コイルを含む少なくとも2つのセンスループを含む。FODループアレイ310は、ベース電力伝達装置110の上方または近くにある、(例えば、アクティブビーコン118として機能する)パッシブビーコンループ308とIPTコイル306とを含む、金属異物の存在を検出する複数のセンスループを含む。FODループアレイ310は、図1のベース受信機122を表し得る。センスループを使用したFODシステムは、意図せず置かれているパッシブ金属異物(例えば、硬貨)の存在を検出するように構成される。これらの意図しない金属体の存在は、例えば、その後、検出することができるセンスループにおけるインピーダンスを変化させる、センスループによって生成される場との金属体の相互作用に基づいて検出される。センスループは、金属体と相互作用し、例えば、センスループにおけるインピーダンスといった、検出可能な変化を作成し得る、高周波数磁場を生成して、金属体を検出することができるように構成される。FODシステムは、FODループアレイ310内の1つまたは複数のセンスループによって経験される検出可能な変化に基づいて、金属体、パッシブビーコンループ308、またはアクティブビーコン118の位置を決定し得る。例として、パッシブビーコンループ308がFODループアレイ310上に位置するとき、アレイ内のセンスループのうちの1つまたは複数はインピーダンス変化を検出し得るし、アレイ内の1つまたは複数の他のセンスループは如何なるインピーダンス変化を検出し得ない(または、1つまたは複数の他のセンスループにおける少なくともインピーダンス変化がセンスループのうちの1つまたは複数におけるインピーダンス変化未満である)。パッシブビーコンループ308がFODループアレイ310上で移動すると、一部のセンスループにおけるインピーダンス変化は、減少または増大し得るし、増大するインピーダンス変化を検出している特定のセンスループに対応するエリアに向けてパッシブビーコンループ308が移動していることの指示を提供することになる。
【００２６】
結果として生じる全体的なシステム構造は、レイヤ構造に関して対称であり得る。ベース電力伝達装置110内のFODループアレイは、ベース電力伝達装置110の、例えば、筐体といった、シェルに統合される。同様に、ビークル電力伝達装置114内のパッシブビーコンループは、ビークル電力伝達装置114のシェルに統合される。
【００２７】
図4は、アクティブビーコン位置決定するために構成されたベース電力伝達システムのための磁気構造の例示的な実施形態400を図示している。図示した例においては、ベース電力伝達装置110は、各々がベース電力伝達装置110のコーナーに近接して位置するセンスループ402を含む。これらの環状コーナーループは、アクティブビーコン受信アンテナとして使用され得る。図示した例はコーナーを参照して説明しているが、センスループ402は、センスループが相隔たっている任意の構造で配置され得る。加えて、ビークル電力伝達装置114は、フェライト304およびIPTコイル306を用いて図示している。ビークル電力伝達装置114のおよびベース電力伝達装置110の他の要素は詳解の簡略化のために示していない。ベースおよびビークル電力伝達装置の両方のフェライト構造は、関連する異なるループアンテナ間の結合に影響を及ぼすため、結果として生じる場のプロファイルを大幅に具現化することになる。いくつかのケースにおいては、ビークル電力伝達装置114は、送信機の分極が送信機によって画定された平面と実質的に平行となるように水平方向に分極される送信機を含み、センスループ402の各々は、環状受信機の分極が環状受信機によって画定された平面と実質的に直交するように垂直方向に分極される環状受信機(環状受信コイルとも称する)ある。水平方向に分極される送信機については、分極は、X方向またはY方向のいずれかであり得る。いくつかの実施形態においては、センスループ402は、(例えば、DD構造で)水平方向に分極され得る一方で、アクティブビーコンループは、(例えば、環状構造で)垂直方向に分極され得る。少なくともアクティブビーコンコイルをFODセンスループとは異なる方向に分極させることに利点があり、位置感度を増大させることを可能にし得る。加えて、環状受信コイル(例えば、センスループ402)は、送信コイル(例えば、IPTコイル306)よりサイズが実質的に小さい。各受信コイルは、より大型のIPTコイル312およびより大型のフェライト表面(例えば、フェライト314)上にある小型の局在アンテナである。例えば、各受信コイルは、受信コイルに面するフェライト表面によって画定されたエリアより小さな平面エリアを画定する。サイズの違いの例としては、受信コイル402がフェライト314の表面のサイズのおおよそ1/128、1/64、1/32、または1/16であることを含む。
【００２８】
アンテナに関しては、送信電子機器および受信電子機器を実装するために異なるオプションが存在している。アクティブビーコン送信アンテナとしてビークルIPTコイル306を使用している場合には、アクティブビーコンのためのIPTコイル306に信号を適用する駆動回路がビークル側の電力電子機器と相互作用され得る。送信アンテナとして専用の別個のコイルを使用している場合には、電子機器も別個のものとし得る(例えば、駆動回路がビークル側の電力電子機器と相互作用され得る)。受信機側では、電子機器は、FOD電子機器に統合され得るし、FODのアナログ回路を若干変更するだけで済む。あるいは、独立した電子機器が、受信機側で使用され得る。
【００２９】
アクティブビーコンで使用可能な例示的な周波数範囲は、おおよそ20kHzから30MHzの範囲内にあり得る。しかしながら、現在使用される範囲は、所与の規制当局による制約により119から148.5kHzである。そのもっとも単純な形式の受信信号は、連続波(CW)を含む。追加情報を送信する必要がある場合には、変調(振幅変調(AM)、周波数変調(FM)、または位相変調(PM))が加えられ得る。
【００３０】
図5は、ビークル電力伝達装置(アクティブビーコン送信機)の位置の関数とした各コーナーアクティブビーコン受信アンテナの誘導電圧の結果の例500を図示している。ある例においては、ビークルIPTコイル306は、アクティブビーコン送信アンテナとして使用される。ビークルIPTコイル306は、DDコイルとして実装され、主に、X方向に水平磁場を生成する。ベース側では、FODシステムの4つのコーナーループ(フロント左502、フロント右504、リア左506、およびリア右508)は、アクティブビーコン受信アンテナとして使用される。
【００３１】
図示した例においては、アクティブビーコン受信アンテナの各々の誘導電圧の振幅を測定している。上部の2つのグラフは、フロント左502ループおよびフロント右504ループを表しており、例えば、フロントは、駐車誘導を行う際に電動ビークルが接近するベース電力伝達装置110側である。下部の2つのグラフは、リア左506ループおよびリア右508ループを表しており、例えば、リアは、フロントの反対側である。
【００３２】
ベース電力伝達装置110のIPTコイル312の中心線の左側(Y>0)でビークル電力伝達装置114を位置合わせすると、左ループにおける受信信号レベル(例えば、大きさ)がより高くなり、右ループにおける受信信号レベルがより低くなる。中心線の右側(Y<0)でビークル電力伝達装置114を位置合わせすると、反対の状況となり、例えば、左ループにおける受信信号レベルがより低くなり、右ループにおける受信信号レベルがより高くなる。ビークル電力伝達装置114をY=0に位置させると、左および右ループの両方における受信信号レベルが実質的に等しくなる。X方向にビークル電力伝達装置114を移動させると、近い位置の受信信号レベルがより高くなり、離れた位置の受信信号レベルがより低くなる。
【００３３】
少なくともリアのループについても、関連する関数が単調増加となり得る。左と右ループとの間のバランスを評価するだけでYの位置を推定することができ、以下でさらに詳細に説明しているように、絶対受信レベルに基づいてXの位置を推定することができるため、この全体的な挙動がロバストで安定したシステムをもたらすことになる。絶対受信レベルを使用するため、位置決定システムは、送信機の電流を使用する。
【００３４】
図6は、複数のアクティブビーコン受信アンテナ600の例示的な配置を図示している。ある態様においては、位置決定システムは、ターゲット位置(例えば、図3のFODループアレイ310の中心)からアクティブビーコン118までの距離推定値
【数１】
2021533716.tif 000003
と、ビークル電力伝達装置114(またはアクティブビーコン118)がベース電力伝達装置110の中心線602からオフセットされた距離を定義する横方向オフセット推定値
【数２】
2021533716.tif 000004
とを決定する。FODループアレイ310内のセンスループ402などの位置決定情報のために、任意の適切なアンテナを使用することができる。例えば、位置決定アルゴリズムは、コーナーセンスループ402(例えば、フロント左ループ402-1、フロント右ループ402-2、リア左ループ402-3、およびリア右ループ402-4)を使用して、距離推定値
【数３】
2021533716.tif 000005
および横方向オフセット推定値
【数４】
2021533716.tif 000006
を決定してもよい。あるいは、位置決定システムは、FODループアレイ310のコーナーには存在しないセンスループからの測定値を使用することができる。ある例においては、(コーナーループとY方向で隣接する)センスループ604もしくは(コーナーループとX方向で隣接する)センスループ606またはセンスループの任意の組合せなどの位置決定情報のために、コーナーループに隣接するセンスループを使用することができる。FODループアレイ310のわずかなコーナーループ(例えば、コーナーセンスループ402、センスループ604、センスループ606)だけを図6に示した例において図示しているが、FODループアレイ310はアレイ全体をカバーするループで満たされており、アクティブビーコンに関連するループだけを示している。これは、アクティブビーコン受信アンテナの配置の一例であり、FODループアレイ310内の他のセンスループを使用した他の配置も企図される。
【００３５】
さらに、2(例えば、左および右)、6、8、10などといった、任意の適切な数のアンテナが位置決定情報を取得するために利用され得る。4つのコーナーセンスループ402を用いて簡単に以下の例を説明しており、接近セクタ202はフロント左ループ402-1およびフロント右ループ402-2と相互作用し、離脱セクタ206はリア左ループ402-3およびリア右ループ402-4と相互作用する。位置決定システムの観点からすれば、電動ビークル102(または、電動ビークル102上のアクティブビーコン118)のXの位置は、接近セクタ202(ベース電力伝達装置110上の位置を含まない負のXの位置)、ターゲットセクタ204(ベース電力伝達装置110上)、および離脱セクタ206(ベース電力伝達装置110上の位置を含まない正のXの位置)といった、少なくとも3つのセクタに分類することができる。
【００３６】
接近セクタ202は、ベース電力伝達装置110に接近すると電動ビークル102が接近セクタ202に入るようにベース電力伝達装置110の前方にある、ターゲットセクタ204に近接し外側にあるエリアを含む。離脱セクタ206は、ターゲットセクタ204を通り過ぎると電動ビークル102が離脱セクタ206に入ることになる、電動ビークルがベース電力伝達装置110に接近する場合にベース電力伝達装置110の後方にある、ターゲットセクタ204に近接し外側にあるエリアを画定する。しかしながら、電動ビークル102が離脱セクタ206にあるとすれば、位置決定システムは、離脱セクタ206を接近セクタとして、接近セクタ202を離脱セクタとして扱って(例えば、セクタの役割を反対にする)、電動ビークル102がバックでターゲットセクタ204に「接近する」と電動ビークル102の位置決定情報を決定し得る。上記で説明したように、アクティブビーコン位置決定システムが接近セクタ202および離脱セクタ206において利用される一方で、パッシブビーコン位置決定システムがターゲットセクタ204(複数のFODセンスループによって画定されたエリア)において利用される。しかしながら、両方のシステムが各セクタで動作し得るし、アクティブビーコン位置決定システムおよびパッシブビーコン位置決定システムの両方から各セクタにおいて位置情報を取得することができる。
【００３７】
受信アンテナの各々は、アクティブビーコン位置決定システムの生データとして得られる、電圧(VAB)を生成する。用語ABは、フロント左(FL)、フロント右(FR)、リア左(RL)、またはリア右(RR)などの特定のアクティブビーコンを表す。
【００３８】
距離推定
【数５】
2021533716.tif 000007
および横方向オフセット推定
【数６】
2021533716.tif 000008
を含む位置Pを推定するために、2つ以上のセンスループの各々における同相Iおよび直交位相Qの成分を有する複素電圧を、VAB=IAB+jQABとして測定する。各コーナーループの複素数値については、校正された大きさVAB_cが計算される。校正された大きさVAB_cは、以下の式を使用して計算することができる。
【００３９】
【数７】
2021533716.tif 000009
【００４０】
校正係数cABは、受信ゲインの違いを説明するために使用され、各受信電圧の大きさに適用される。期待値の範囲は、例えば-2から2までといった、任意の適切な範囲であり得る。ある例においては、4つの受信ループすべての公称cAB値は、1(1.0)である。距離推定
【数８】
2021533716.tif 000010
については、平方和の対数を以下の通り使用し得る。
【００４１】
【数９】
2021533716.tif 000011
【００４２】
ここで、パラメータGxおよび
【数１０】
2021533716.tif 000012
は、システムを較正するために使用することができる設定可能なパラメータである。必要に応じて、フロントループを使用して同様の計算を行うことができる。式2は、ターゲットポイント(例えば、ベース電力伝達装置110のセンタ)からアクティブビーコンまでの計算を可能とする。
【００４３】
横方向オフセット推定値
【数１１】
2021533716.tif 000013
は、以下の式を使用して、距離で振幅変化を説明する指数cdを有するリアループの大きさの和を使用して決定することができる。
【００４４】
【数１２】
2021533716.tif 000014
【００４５】
ここで、パラメータGyおよび
【数１３】
2021533716.tif 000015
は、システムを較正するために使用することができる設定可能なパラメータである。あるいは、フロントループの大きさの和、またはフロントループとリアループとの組合せを使用して、横方向オフセット推定値
【数１４】
2021533716.tif 000016
を決定することができる。
【００４６】
例示的なアクティブビーコン生成回路
ビークル側でビーコン信号を生成し、ベース側でFODを用いてビーコン信号を受信するために使用される、例示的なハードウェア回路を図7から図9を参照して説明している。これらの例示的な実施形態は、拡張範囲位置決定で使用するための様々なコンポーネントを用いて説明している。説明した実施形態においては、ビークル電力伝達装置114のビークルIPTコイル306(インダクタとして表す)は、IPTコイル306に供給される電流に基づくビーコン送信アンテナとして使用される。このように、誘導電力伝達のために使用される既存の電力電子機器に追加するか、それとはより独立したものとして、回路を構築することができる。より独立した回路は、よりモジュラー化され、システムの残りの部分に対する影響を少なくし得る。このため、本明細書に記載の例示的な実施形態は、結合変成器を使用してIPT並列同調キャパシタの一部に結合する。結合変成器は、IPTシステムの共振キャパシタに結合する。同調キャパシタは直列および並列に接続されたキャパシタのアレイとして形成されているため、異なるインピーダンスを有する異なる結合点が存在する。そのため、IPT設計およびビーコン信号送信機のために利用可能な駆動電圧に基づいて、正確な結合点を適合することができる。
【００４７】
図7は、FODに基づいた拡張範囲位置決定システムのためのアクティブビーコンを用いるのに使用可能なアクティブビーコン送信回路(信号生成回路とも称する)の例示的な実施形態700を図示している。図示した例は、一次側T_LPRI704および二次側T_LSEC706を有する結合変成器702を含んでいる。結合変成器702の一次側T_LPRI704の一次側回路708は、ビーコン信号にゲインを提供しビーコン信号の高調波についての減衰を増大する直列共振回路(例えば、整合フィルタ710)を含む。ある態様においては、一次側回路708は、ビーコン信号発生器712および整合フィルタ710の両方を含み得る。ビーコン信号発生器712は、アクティブビーコン周波数として、120kHzなどといった、任意の適切な搬送波信号を生成し得る。生成される信号は、ハーフブリッジまたはフルブリッジ回路で生成された矩形信号であり得る。矩形信号の結果として生じる高調波成分は、主として基本周波数がアクティブビーコン送信アンテナによって放出されるように、アクティブビーコン送信回路によって十分に抑制される。整合フィルタ710は、ビーコン周波数で共振することになる整合キャパシタンスM_C718と直列する整合インダクタンスM_L716を使用して、結合変成器702の漂遊インダクタンス714を整合するように構成される。結合変成器702に結合された二次側T_LSEC706は、電力伝達の間、共振キャパシタ722からの高い電圧を抑制するように構成される、阻止フィルタ720である。各阻止フィルタ720は、阻止キャパシタR_C726と並列な阻止インダクタR_L724を含む。ある態様においては、阻止フィルタ720は、ビークル電力伝達装置114の動作周波数(例えば、85kHz)に同調される。
【００４８】
図8は、FODに基づいた拡張範囲位置決定システムのためのアクティブビーコンを用いるのに使用可能なアクティブビーコン送信回路の別の例示的な実施形態800を図示している。この例示的な実施形態800においては、阻止フィルタ720が結合変成器702の一次側704に位置しており、高電圧側に接続されるコンポーネント、例えば、共振キャパシタ722の数を減らすことになる。これは、コストを削減することができるが、欠点としては、結合変成器702の磁化インダクタンスが、結合変成器702の二次側T_LSEC706にわたり存在する高電圧に耐えるために必要となる。コンポーネント数をさらに低減するために、整合インダクタンスM_L716が、結合変成器702の漂遊インダクタンスT_LSTR714によって実現され得る。
【００４９】
図9は、FODに基づいた拡張範囲位置決定システムのためのアクティブビーコンを用いるのに使用可能なアクティブビーコン送信回路のさらに別の例示的な実施形態900を図示している。ある態様においては、例えば、ビーコン信号発生器712に接続された、結合変成器702の一次側704にある分路キャパシタR_C902とともに、結合変成器702の漂遊インダクタンス714を使用して、阻止フィルタ720が結合変成器702に組み込まれている。直列キャパシタM_C904とともに、漂遊インダクタンス714も、ビーコン信号発生器712によって生成されたビーコン信号をブーストする直列共振回路として動作する。すべての追加のインダクタが省略され、既存の漂遊インダクタンスが複数の目的で使用されるため、この例示的な回路をより低いコストで実装し得る。
【００５０】
例示的なアクティブビーコン受信回路
図10Aは、FODシステムの例示的な実施形態1000を図示している。FODアナログフロントエンド(例えば、センスループ402)は、アクティブビーコン受信回路1002およびFOD回路1004に結合される。いくつかの実施形態においては、センスループ402は、それぞれスイッチ1006およびスイッチ1008などのスイッチを介してアクティブビーコン受信回路1002およびFOD回路1004に接続される。あるいは、センスループ402は、スイッチを用いることなくアクティブビーコン受信回路1002およびFOD回路1004の一方または両方に接続される。アクティブビーコン受信回路1002は、ビークル電力伝達装置114のアクティブビーコン118を検出するように構成される。ある例においては、アクティブビーコン受信回路1002は、センスループ402に並列に接続されているキャパシタ(図示せず)を含み得る。FOD回路1004は、上記で説明したように意図しない金属体などのパッシブ金属異物を検出するように構成される。
【００５１】
図10Bは、図10Aからアクティブビーコン受信回路1002の例示的な実施形態1010を図示している。FODアナログフロントエンドは、付属しているループのインダクタンスを測定することに最適化されている。高電流を提供する送信機側の要件を低減するために受信機感度を増大させ得る。図示した例においては、インダクタL_FOD1012は、アクティブビーコン受信アンテナとして機能するFODループ(例えば、センスループ402)を表している。アクティブビーコン受信回路1002については、FODループ(例えば、インダクタL_FOD1012)は、並列共振で(例えば、キャパシタC_RES1014と並列で)動作して、Q(共振回路の品質係数)に従って受電した誘導電圧をブーストする。スイッチ1016(例えば、単極単投(SPST)リレー)が、キャパシタC_RES1014とグランドとの間で使用され、WEVCシステムの電力伝達中には共振回路(L_FOD 1012/C_RES1014)をオープンとする。オープンされていない場合には、L_FOD1012への誘導電圧が共振回路において相当な電流を作成し得るが、これはあまり好ましくない。
【００５２】
ノード「signal_in」1018において結果として生じる電圧は、クリッパ回路(ダイオードD_C11022およびダイオードD_C21024に結合されている抵抗R_C1020)を介してプリアンプU_11026に結合される。クリッパ回路は、誘導電力伝達中の過度な入力電圧からオペアンプを保護するために使用される。プリアンプU_11026の出力(例えば、結果として生じる「signal_out」1028)は、ノミナルFODアナログフロントエンド回路にフィードバックされて、FODデジタル処理ユニットのアナログ・デジタルコンバータによって測定される。この例示的な回路は、元来のFODアナログフロントエンド回路と比較してより高い信号対雑音比を提供している。ある態様においては、この例示的な回路は、アクティブビーコン位置決定および異物検出の両方のためにFODループを使用することができるように、FODアナログフロントエンドと組み合わせることができる。
【００５３】
例示的な方法
図11は、アクティブビーコンの存在および位置を検出するための例示的なプロシージャ1100を説明している。例示的なプロシージャが、図1から10を参照して説明した実施形態およびシステムにおいて、および/または任意の他の適切な環境において使用される。様々なプロシージャに関して説明したステップは、自動的に、ユーザインタラクションから独立して、実施され得る。これらのプロシージャの動作を示したおよび/または説明した順番は、制約として解釈されることを意図したものではなく、説明したプロシージャオペレーションの任意の数の組合せがある方法または代替の方法を実施するために任意の順番で組み合わされ得る。
【００５４】
1102において、電動ビークル内のビーコン送信機によって生成された磁場に応じて、誘導電圧をFODシステムの2つ以上のFODセンスループにおいて検出する。ある例においては、FODシステムのFODループアレイ310のコーナーループであり得る、センスループ402は、電動ビークル102がベース電力伝達装置110のアクティブビーコン118に接近すると、誘導電圧を検出する。ある態様においては、センスループ402は、垂直方向に分極される環状コイルであり得る一方で、アクティブビーコン118は、例えばDDコイルまたはソレノイドトポロジといった、水平方向に分極されたものである。
【００５５】
1104において、誘導電圧の大きさを2つ以上のFODセンスループの各々において測定する。ある態様においては、各センスループ402の複素数値の校正された大きさが計算される。本計算の例は、図6を参照して上記で説明している。
【００５６】
1106において、アクティブビーコンとFODシステム上のターゲット位置との間の距離を2つ以上のFODセンスループにおいて測定された大きさに基づいて推定する。ある例においては、ターゲット位置(例えば、FODシステムのセンタ)とアクティブビーコン118との間の距離は、センスループ402の大きさの平方和の対数に基づいて推定される。
【００５７】
1108において、電動ビークルの横方向オフセットを2つ以上のFODセンスループの大きさの比較に基づいてFODシステムに対して決定する。ある態様においては、横方向オフセットは、電動ビークル102がFODシステムのまたはベース電力伝達装置110の中心線から位置合わせがずれている量(例えば、距離)を示している。横方向オフセット(例えば、推定オフセット距離)は、中心線の反対側にあるFODセンスループの大きさの和に基づき得る。横方向オフセットの例示的な計算は、図6を参照して上記で説明している。
【００５８】
1110において、電動ビークルに電力を送電するために電動ビークルをベース電力伝達装置と位置合わせするのに使用可能である、推定距離および横方向オフセットに基づいた、位置情報を生成する。ある例においては、位置情報は、電動ビークル102をベース電力伝達装置110と位置合わせするのに使用可能である。位置情報は、ビークル電子機器システムにワイヤレス通信リンクを介して送信され、ベース電力伝達システムに対するビークルの位置に関してビークルの運転手にフィードバックを提供するためにビークル電子機器システムによって使用され得る。位置情報は、グラフィカル表現および/または可聴信号を使用して電動ビークル102の運転手にとって利用可能なものとされ得る、または、電動ビークル102内の自動運転システムにおいて使用され得る。時間経過とともにおよび電動ビークル102が移動すると、位置情報は、更新され、ビークル電子機器システムに定期的または継続的に提供され得る。いくつかの態様においては、データがビークル電子機器システムに送信され、最終的な位置推定がビークルにおいて完了する。そのような位置決定情報をドライバまたは自動運転システムに提供することは、ドライバ(または自動運転システム)が電動ビークルをベース電力伝達システムと正確に位置合わせすることを可能にし得る。
【００５９】
例示的なワイヤレス電力送電システム
図12は、異物検出に基づいた拡張範囲位置決定システムの態様を実施することが可能なコンポーネントを含む、例示的なワイヤレス電力送電システム1200を図示している。システム1200は、送電器1202および受電器1204を含む。送電器1202は、オシレータ1208を有する送電回路1206(例えば、インバータ)、駆動回路1210、およびフロントエンド回路1212を含み得る。オシレータ1208は、周波数制御信号1214に応答して調整され得る所望の周波数でオシレータ信号を生成するように構成され得る。オシレータ1208は、駆動回路1210にオシレータ信号を提供し得る。駆動回路1210は、入力電圧信号(VD)1218に基づいて、例えば、電力送電要素1216の共振周波数で、電力送電要素1216(例えば、図3のIPTコイル312)を駆動するように構成され得る。
【００６０】
フロントエンド回路1212は、高調波または他の望ましくない周波数を除去するように構成されるフィルタ回路を含み得る。フロントエンド回路1212は、送電器1202のインピーダンスを電力送電要素1216のインピーダンスと整合するように構成される整合回路を含み得る。フロントエンド回路1212はまた、電力送電要素1216との共振回路を作成する同調回路を含み得る。電力送電要素1216を駆動した結果として、電力送電要素1216は、電磁場1220を生成して、バッテリ1222を充電するのに、またさもなければ、負荷に電力供給するのに十分なレベルで、電力をワイヤレスで出力し得る。
【００６１】
送電器1202は、送電回路1206に動作可能に結合されるとともに、送電回路1206の1つまたは複数の態様を制御するように、または、ハイブリッド異物検出および位置決定システムのための拡張範囲位置決定に関連する他の動作関連を果たすように構成されるコントローラ1224をさらに含み得る。コントローラ1224は、マイクロコントローラまたはプロセッサであり得る。コントローラ1224は、特定用途向け集積回路(ASIC)として実装され得る。コントローラ1224は、送電回路1206の各コンポーネントに、直接的または間接的に、動作可能に接続され得る。コントローラ1224は、送電回路1206のコンポーネントの各々から情報を受信し、受信した情報に基づいて計算を行うようにさらに構成され得る。コントローラ1224は、コンポーネントの各々に対する、そのコンポーネントの動作を調整し得る、制御信号(例えば、周波数制御信号1214)を生成するように構成され得る。そのため、コントローラ1224は、それが行う動作の結果に基づいて誘導電力伝達を調整または管理するように構成され得る。送電器1202は、例えば、ワイヤレス電力送電の管理ならびに/または異物検出および位置決定に関連するものなどといった特定の機能をコントローラ1224に行わせる命令などのデータを記憶するように構成されるメモリ1226をさらに含み得る。
【００６２】
送電器1202はまた、異物検出(FOD)回路1228を含み得る。FOD回路1228は、コントローラ1224に結合されるとともに、コントローラ1224と通信するように構成される。コントローラ1224は、FOD回路1228を制御するように構成される。FOD回路1228は、電磁場1220の磁場内の金属体などの異物、上記で説明したような図1の電動ビークル102、アクティブビーコン118、またはパッシブビーコン120を検出し得る、図3のFODループアレイ310のFODセンスコイルまたは図4および図6のセンスループ402、604、および606などといった、1つまたは複数のセンサ回路(図示せず)に結合され得る。ある態様においては、各センスコイルは、そのセンシングエリア内にある異物を検出したことを示す検出信号を送信するように構成される。FOD回路1228は、その後、検出信号に基づいてFODセンスコイルのうちの1つまたは複数に対する異物の位置を決定するように構成されるコントローラ1224に、検出信号を通信する。
【００６３】
受電器1204は、フロントエンド回路1232および整流器回路1234を有する受信回路1230を含み得る。フロントエンド回路1232は、受信回路1230のインピーダンスを電力受電要素1236(例えば、ビークルIPTコイル306)のインピーダンスと整合するように構成される整合回路を含み得る。フロントエンド回路1232は、電力受電要素1236との共振回路を作成する同調回路をさらに含み得る。整流器回路1234は、交流(AC)電力入力からDC電力出力を生成して、バッテリ1222を充電し得るまたはいくつかの他の負荷に電力を供給し得る。加えて、受電器1204および送電器1202は、例えば、Wifi、またはBluetooth(登録商標)といった、別個の通信チャネル1238上で通信し得る。あるいは、受電器1204および送電器1202は、電磁場1220の特性を使用して帯域内信号方式を介して通信し得る。
【００６４】
さらに、受電器1204は、送電器1202によって送電され受電器1204によって受電される電力量がバッテリ1222を充電するのにまたは負荷に電力供給するのに適切かどうかを決定するように構成され得る。ある実施形態においては、送電器1202は、主に、エネルギー伝達を提供するために高い結合係数(k)を有する非放射場を生成するように構成され得る。受電器1204は、電磁場1220に直接結合され得るし、受信回路1230の出力に接続されたバッテリ1222(または負荷)による貯蔵または消費のために出力電力を生成し得る。
【００６５】
受電器1204は、受電器1204の1つまたは複数のワイヤレス電力管理の態様について上記で説明したような送電コントローラ1224と同様に構成されるコントローラ1240をさらに含み得る。受電器1204は、異物検出に基づいた拡張範囲位置決定システムに関連するものなどといった特定の機能をコントローラ1240に行わせる命令などのデータを記憶するように構成されるメモリ1242をあらに含み得る。送電器1202および受電器1204は、ある距離で隔てられるとともに、相互共振関係に従って送電器1202と受電器1204との間の送電ロスを最小化するように構成され得る。
【００６６】
電力送電要素1216および電力受電要素1236は、それぞれ、本明細書に記載の異物検出に基づいた拡張範囲位置決定システムのための技法を使用する、送電器104、ベース電力伝達装置110、および/またはビークル電力伝達装置114の一部に対応し得るまたは一部として含まれ得る。
【００６７】
受電器1204はまた、コントローラ1240におよび1つまたは複数のアンテナ回路(図示せず)に結合されているビーコン回路1244(例えば、例示的な実施形態700、800、および900に図示しているアクティブビーコン送信回路)を含み得る。コントローラ1240は、ビーコン回路1244を制御するように構成される。ビーコン回路1244、図1のパッシブビーコン120などのビーコンループアンテナと称され得るまたは図1のパッシブビーコン120などのビーコンループアンテナとして構成され得る、1つまたは複数のアンテナ回路を制御するように構成される。ビーコン回路1244は、電力受電要素1236、または電動ビークル102もしくはそのコンポーネントの任意の他の領域に統合され得る。
【００６８】
例示的な実施形態においては、コントローラ1240は、制御信号をビーコン回路1244に送信することによって、ビーコン回路1244を制御するように構成される。ビーコン回路1244は、コントローラ1240の制御信号に応答して、ビーコンループアンテナの電気的特性を変化させるように構成される。例えば、ビーコン回路1244は、コントローラ1240の制御信号に応答して、ビーコンアンテナの1つまたは複数の電気的特性を変調、変更、または修正し得る。ある態様においては、ビーコン回路1244は、パッシブビーコン120の電気的特性に固有の変調を与え得るし、固有の変調パターンは、上記で説明したように、別の異物からのパッシブビーコン120を一意に識別するために、FOD回路1228およびコントローラ1224によって使用され得る。少なくともいくつかの態様においては、ビーコン回路1244は、IPTコイル(例えば、電動ビークル102上のビークルIPTコイル306または別のIPTコイル)に電流を注入して、IPTコイルに、送電器1202内のFOD回路1228が検出することができ、IPTコイルの位置決定情報を取得するために使用することができる、ビーコン送信アンテナとして動作させ得る。
【００６９】
本明細書に開示の態様に関連して説明した様々な事例示的な論理ブロック、モジュール、回路、および方法のステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアとのこの互換性を明確に示すために、様々な事例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップをそれらの機能性の観点から一般的に上記で説明してきた。そのような機能性がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、総合的なシステムに課せられた特定の活用および設計の制約に依存する。説明した機能性は、各特定の活用に対して様々な方法で実装され得るが、そのような実施の決定は、説明した態様の範囲からの逸脱をもたらすものとして解釈すべきではない。
【００７０】
本明細書に開示の態様に関連して説明した様々な事例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用ハードウェアプロセッサ、Digital Signal Processor(DSP)、Application-Specific Integrated Circuit(ASIC)、Field Programmable Gate Array(FPGA)、もしくは他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリート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行うように設計されたそれらの任意の組合せで実装または実行され得る。汎用ハードウェアプロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、別の方法では、ハードウェアプロセッサは、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、またはステートマシンであり得る。ハードウェアプロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連動する1つまた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設定として実装され得る。
【００７１】
本明細書に開示の態様に関連して説明した方法のステップおよび機能は、そのままハードウェアで、ハードウェアプロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、その2つの組合せで具現化され得る。ソフトウェアで実装される場合には、機能は、有形非一時的コンピュータ可読媒体上の1つまたは複数の命令もしくはコードに記憶され得る、または、有形非一時的コンピュータ可読媒体上の1つまたは複数の命令もしくはコードとして送信され得る。ソフトウェアモジュールは、Random Access Memory(RAM)、フラッシュメモリ、Read Only Memory(ROM)、Electrically Programmable ROM(EPROM)、Electrically Erasable Programmable 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、または従来技術において既知の任意の他の形式の記憶媒体に存在し得る。記憶媒体は、ハードウェアプロセッサが記憶媒体から情報を読み出し記憶媒体に情報を書き込むことができるように、ハードウェアプロセッサに結合される。別の方法では、記憶媒体は、ハードウェアプロセッサに不可欠であり得る。本明細書で使用されるような、ディスク(disk)およびディスク(disc)、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピーディスク、およびBlu-ray(登録商標)ディスクを含み、ここで、ディスク(disk)は、通常、磁気的にデータを再現する一方で、ディスク(disc)は、レーザーを用いて光学的にデータを再現する。上記の組合せはまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれる必要がある。ハードウェアプロセッサおよび記憶媒体は、ASICに存在し得る。
【００７２】
発明特定事項を構造的機能または方法論的動作に固有の言語で説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載の発明特定事項が、上記で説明した特定の機能または動作に必ずしも制限されるわけではない、このことは、機能が配置される構成または動作が行われる順序に制限されないことを含むことは理解されよう。
【符号の説明】
【００７３】
110  ベース電力送電装置
114  ビークル電力送電装置
118  アクティブビーコン
120  パッシブビーコン
122  ベース受電器
402  FODループ
702  結合変成器
710  整合フィルタ
712  ビーコン信号発生器(PWM)
714  漂遊インダクタンスT_LSTR
720  阻止フィルタ
722  共振キャパシタ
726  ビーコン信号
1002  アクティブビーコン受信回路
1004  FOD回路
1018  Signal_in
1028  Signal_out
1210  駆動回路
1212  フロントエンド
1216  TX要素
1224  コントローラ
1226  メモリ
1232  フロントエンド
1234  整流器
1236  RX要素
1240  コントローラ
1242  メモリ
1244  ビーコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2021533716.tif 000027
【図１１】
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【図１２】
2021533716.tif 000029
【国際調査報告】
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2021533716.tif 000031
2021533716.tif 000032
2021533716.tif 000033
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