(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレス電力受信機における位置合わせを検出する方法であって、
第1の誘導性要素において送信機からワイヤレス電力を受信するステップと、
第2の誘導性要素において前記送信機からワイヤレス電力を受信するステップと、
前記第1の誘導性要素と前記第2の誘導性要素の両方に共通するノードを出力に断続的に電気的に結合するステップと、
前記第1の誘導性要素の一方の端部と前記出力との間の特性を測定するステップと、
前記第2の誘導性要素の一方の端部と前記出力との間の特性を測定するステップと、
前記測定された特性に基づいて、前記送信機に対する前記受信機の横方向の位置を決定するステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記特性の少なくとも1つが、前記第1および第2の誘導性要素における誘起電圧を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1および第2の誘導性要素が、「二重D」構成において電気的に直列に接続された、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記第1および第2の誘導性要素を電気的に分割するステップをさらに含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
実質的に前記第1の誘導性要素と前記第2の誘導性要素との間のコイルにおいてワイヤレス電力を受信するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
スカラー位置合わせパラメータの勾配および/または少なくとも1つの車輪の回転方向に基づいて、前記送信機に対する前記受信機の長手方向の位置を決定するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記決定された横方向の位置に基づいて、前記送信機に対して電気車両を位置合わせさせるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
ワイヤレス電力受信機における位置合わせを検出するための装置であって、
送信機からワイヤレス充電電力を受信するように構成された第1の誘導性要素と、
前記送信機からワイヤレス充電電力を受信するように構成された第2の誘導性要素と、
前記第1の誘導性要素と前記第2の誘導性要素の両方に共通するノードをスイッチの出力に断続的に電気的に結合するための手段と、
前記第1の誘導性要素の一方の端部と前記スイッチの前記出力との間の特性を測定するための手段と、
前記第2の誘導性要素の一方の端部と前記スイッチの前記出力との間の特性を測定するための手段と、
前記測定された特性に基づいて、前記送信機に対する前記受信機の横方向の位置を決定するための手段と
を備える装置。
【請求項９】
前記特性の少なくとも1つが、前記第1および第2の誘導性要素における誘起電圧を含む、請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
前記第1および第2の誘導性要素が、「二重D」構成において電気的に直列に接続された、請求項8に記載の装置。
【請求項１１】
前記第1および第2の誘導性要素を電気的に分割するための手段をさらに備える、請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
実質的に前記第1の誘導性要素と前記第2の誘導性要素との間にコイルをさらに備える、請求項8に記載の装置。
【請求項１３】
スカラー位置合わせパラメータの勾配および/または少なくとも1つの車輪の回転方向に基づいて、前記送信機に対する前記受信機の長手方向の位置を決定するための手段をさらに備える、請求項8に記載の装置。
【請求項１４】
前記決定された横方向の位置に基づいて、前記送信機に対して電気車両を位置合わせさせるための手段をさらに備える、請求項8に記載の装置。
【請求項１５】
実行されたとき、ワイヤレス充電装置に、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法を実行させるコードを含む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】
本開示は、一般にワイヤレス電力伝達に関し、より詳細には、バッテリーを含む車両などのリモートシステムへのワイヤレス電力伝達のための、またワイヤレス電力伝達デバイスを位置合わせするためのデバイス、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーなどのエネルギー蓄積デバイスから受信された電気から導出された運動力を含む車両などのリモートシステムが導入されている。たとえば、ハイブリッド電気車両は、車両を充電するために、車両のブレーキおよび従来型モータからの電力を使用するオンボード充電器を含む。電気のみの車両は一般に、他のソースからバッテリーを充電するための電気を受信する。バッテリー式電気車両(電気車両)は、家庭用または商用交流(AC)供給源などの何らかのタイプの有線ACを通して充電されることが提案されることが多い。有線充電接続は、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする。ケーブルおよび同様のコネクタは、場合によっては、不便であるか、または扱いにくく、かつ他の欠点を有することがある。電気車両を充電するのに使用されるように(たとえば、ワイヤレス場を介して)自由空間内で電力を伝達することが可能なワイヤレス電力充電システムは、有線充電ソリューションの欠点の一部を克服する可能性がある。したがって、電気車両を充電するために電力を効率的かつ安全に伝達するワイヤレス電力充電システムおよび方法が望ましい。
【０００３】
誘導電力伝達(IPT:inductive power transfer)システムは、エネルギーのワイヤレス伝達のための1つの手段である。IPTでは、一次(または「基地」)電力デバイスが二次(または「ピックアップ」)電力受信機デバイスに電力を送信する。送信機電力デバイスおよび受信機電力デバイスの各々はインダクタを含み、これは通常、電流伝達媒体のコイルまたは巻線である。一次インダクタにおける交流は、変動する電磁場をもたらす。二次インダクタが一次インダクタに近接して配置されたとき、変動する電磁場は二次インダクタに起電力(EMF)を誘起し、それによって二次電力受信機デバイスに電力を伝達する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態の各々は、いくつかの態様を有し、そのどの態様も単独で、本明細書で説明する望ましい属性に関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴について説明する。
【０００５】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細について、以下の添付の図面および説明において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
【０００６】
本開示の一態様は、ワイヤレス電力受信機を提供する。ワイヤレス電力受信機は、送信機からワイヤレス充電電力を受信するように構成された第1の誘導性要素を含む。ワイヤレス電力受信機は、さらに、送信機からワイヤレス充電電力を受信するように構成された、第1の誘導性要素から横方向に分離された第2の誘導性要素を含む。ワイヤレス電力受信機は、さらに、第1および第2の誘導性要素の特性に基づいて、送信機に対する受信機の横方向の位置を決定するように構成された位置検出器を含む。
【０００７】
様々な実施形態では、少なくとも1つの特性は、第1および第2の誘導性要素における誘起電圧を含むことができる。様々な実施形態では、第1および第2の誘導性要素は、「二重D」構成において電気的に直列に接続され得る。様々な実施形態では、ワイヤレス電力受信機は、さらに、第1および第2の誘導性要素を電気的に分割するように構成されたスイッチを含むことができる。
【０００８】
様々な実施形態では、ワイヤレス電力受信機は、さらに、実質的に第1のコイルと第2のコイルとの間に直交コイルを含むことができる。様々な実施形態では、位置検出器は、スカラー位置合わせパラメータの勾配および/または少なくとも1つの車輪の回転方向に基づいて、送信機に対する受信機の長手方向の位置を決定するようにさらに構成される。様々な実施形態では、ワイヤレス電力受信機は、決定された横方向の位置に基づいて、送信機に対して電気車両を位置合わせさせるように構成された自動位置合わせシステムを含む電気車両を含むことができる。
【０００９】
別の態様は、ワイヤレス電力受信機における位置合わせを検出する方法を提供する。方法は、第1の誘導性要素において送信機からワイヤレス電力を受信するステップを含む。方法は、さらに、第2の誘導性要素において送信機からワイヤレス電力を受信するステップを含む。方法は、さらに、第1および第2の誘導性要素の特性に基づいて、送信機に対する受信機の横方向の位置を決定するステップを含む。
【００１０】
様々な実施形態では、少なくとも1つの特性は、第1および第2の誘導性要素における誘起電圧を含むことができる。様々な実施形態では、第1および第2の誘導性要素は、「二重D」構成において電気的に直列に接続され得る。様々な実施形態では、方法は、さらに、第1および第2の誘導性要素を電気的に分割するステップを含むことができる。
【００１１】
様々な実施形態では、方法は、さらに、実質的に第1のコイルと第2のコイルとの間の直交コイルにおいてワイヤレス電力を受信するステップを含むことができる。様々な実施形態では、方法は、さらに、スカラー位置合わせパラメータの勾配および/または少なくとも1つの車輪の回転方向に基づいて、送信機に対する受信機の長手方向の位置を決定するステップを含むことができる。様々な実施形態では、方法は、さらに、決定された横方向の位置に基づいて、送信機に対して電気車両を位置合わせさせるステップを含むことができる。
【００１２】
別の態様は、ワイヤレス電力受信機における位置合わせを検出するための装置を提供する。装置は、送信機からワイヤレス充電電力を受信するように構成された第1の誘導性要素を含む。装置は、さらに、送信機からワイヤレス充電電力を受信するように構成された第2の誘導性要素を含む。装置は、さらに、第1および第2の誘導性要素の特性に基づいて、送信機に対する受信機の横方向の位置を決定するための手段を含む。
【００１３】
様々な実施形態では、少なくとも1つの特性は、第1および第2の誘導性要素における誘起電圧を含むことができる。様々な実施形態では、第1および第2の誘導性要素は、「二重D」構成において電気的に直列に接続され得る。様々な実施形態では、装置は、さらに、第1および第2の誘導性要素を電気的に分割するための手段を含むことができる。
【００１４】
様々な実施形態では、装置は、さらに、実質的に第1のコイルと第2のコイルとの間に直交コイルを含むことができる。様々な実施形態では、装置は、さらに、スカラー位置合わせパラメータの勾配および/または少なくとも1つの車輪の回転方向に基づいて、送信機に対する受信機の長手方向の位置を決定するための手段を含むことができる。様々な実施形態では、装置は、さらに、決定された横方向の位置に基づいて、送信機に対して電気車両を位置合わせさせるための手段を含むことができる。
【００１５】
別の態様は、実行されたとき、ワイヤレス充電装置に、第1の誘導性要素において送信機からワイヤレス電力を受信させるコードを含む非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。媒体は、さらに、実行されたとき、装置に、第2の誘導性要素において送信機からワイヤレス電力を受信させるコードを含む。媒体は、さらに、実行されたとき、装置に、第1および第2の誘導性要素の特性に基づいて、送信機に対する受信機の横方向の位置を決定させるコードを含む。
【００１６】
様々な実施形態では、少なくとも1つの特性は、第1および第2の誘導性要素における誘起電圧を含むことができる。様々な実施形態では、第1および第2の誘導性要素は、「二重D」構成で電気的に直列に接続され得る。様々な実施形態では、媒体は、さらに、実行されたとき、装置に、第1および第2の誘導性要素を電気的に分割させるコードを含むことができる。
【００１７】
様々な実施形態では、媒体は、さらに、実行されたとき、装置に、実質的に第1のコイルと第2のコイルとの間の直交コイルにおいてワイヤレス電力を受信させるコードを含むことができる。様々な実施形態では、媒体は、さらに、実行されたとき、装置に、スカラー位置合わせパラメータの勾配および/または少なくとも1つの車輪の回転方向に基づいて、送信機に対する受信機の長手方向の位置を決定させるコードを含むことができる。様々な実施形態では、媒体は、さらに、実行されたとき、装置に、決定された横方向の位置に基づいて、送信機に対して電気車両を位置合わせさせるコードを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】例示的な実施形態による、電気車両を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図２】図1のワイヤレス電力伝達システムの例示的なコア構成要素の概略図である。
【図３】図1のワイヤレス電力伝達システムの例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す別の機能ブロック図である。
【図４Ａ】例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図４Ｂ】例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図４Ｃ】例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝達システムの図である。
【図５】車両パッドおよび基地パッドの空間的な図である。
【図６】一実施形態による電気車両受信回路を示す図である。
【図７】ワイヤレス電力位置合わせ検出の例示的な方法のフローチャートである。
【図８】ワイヤレス電力位置合わせを検出するための装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面に示された様々な特徴は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は任意に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
【００２０】
添付の図面に関連させて以下に記載される詳細な説明は、例示的な実施形態の説明を目的としたものであり、実践できる唯一の実施形態を表すことを意図したものではない。本明細書全体にわたって使用される「例示的な」という用語は、「例、実例、または図例として役立つ」ことを意味しており、他の例示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。発明を実施するための形態は、例示的な実施態様の完全な理解をもたらす目的で、具体的な詳細を含んでいる。本発明の例示的な実施形態は、これらの具体的な詳細なしに実践できる。場合によっては、本明細書において提示される例示的な実施形態の新規性を曖昧にするのを避けるために、よく知られている構造およびデバイスがブロック図の形式で示されている。
【００２１】
誘導電力伝達(IPT)システムは、一次インダクタと二次インダクタとが位置合わせされているときに最適に電力を伝達することができる。したがって、電気車両ワイヤレス電力充電システムが、充電の開始前にインダクタの位置合わせを最適化するように車両が位置付けられることを確実にするためのシステムを含むのが望ましい。
【００２２】
準最適電力伝達のほか、二次インダクタが正しく位置合わせされる前に充電のために一次インダクタが作動している場合には安全性リスクがあり得る。たとえば、電気車両充電システムは、傍観者が容易にアクセスできる一次インダクタが収容されている地面取り付け電力デバイスを含むことがあり、破片などがデバイスの上または近くに存在することが可能になっていることがある。認識されたリスクであれ、現実のリスクであれ、人間または動物には、電磁場にさらされることによるリスクがあり得る。また、ワイヤレス電力伝達基地デバイス上に存在するいくつかのタイプの材料は、発火しやすいことがある。ピックアップ電力デバイスのない車両が、作動している一次デバイス上に位置付けられた場合、車両の一部の加熱が生じることがあり、これは危険であり得る。そのため、電気車両充電システムが法的に従う必要のある安全基準を課している国または地域もある。したがって、著しい費用および複雑性を伴わずにワイヤレス電力伝達システムに関するそのようなリスクを最小化することが望ましい。
【００２３】
基地充電デバイスは、デバイスの近くの破片または移動物体の存在を検出するためのセンサを備え、正検出が行われたときに作動するのを控えることができる。しかしながら、場合によっては、センサは、誤差を生じやすく、さらなる構成要素のコストおよび複雑性を伴う。
【００２４】
電気車両IPTシステムは、様々な位置合わせシステムを使用して、電気車両インダクタと充電デバイスインダクタとを位置合わせし、次いで、位置合わせが達成されたことを充電デバイスに通知し、それにより充電デバイスが安全に作動できるようにすることができる。たとえば、位置合わせシステムは、運転手または車両案内システムにフィードバックを提供する機械的ガイド、センサまたはワイヤレス通信リンク(たとえば、RF通信、ブルートゥースなど)を含むことができる。適切な位置合わせが達成されると、信号が充電デバイスに送り戻され、次いで充電デバイスは安全に作動することができる。しかしながら、場合によっては、そのような位置合わせ機構は、位置合わせシステムにさらなる構成要素が必要になるので、ワイヤレス電力伝達システムの複雑性およびコストを増大させる。
【００２５】
同様のシステムを使用して、電力を受信する際の充電デバイスの選択肢を車両が有する状況において、たとえば、各駐車スペースに充電デバイスを有する駐車場において、複数の充電デバイスのうちのいずれが作動すべきかを選択することができる。車両の位置を正確に確認することで、作動すべき適切な充電デバイスを選択することができるが、場合によっては、いくつかの通信デバイスを使用してそうするのは難しいことがある。
【００２６】
ワイヤレス電力伝達システムは、ワイヤレス電力リンクを使用して、さらなる特別な通信アンテナなしに送信機デバイスと受信機デバイスとの間で通信することができる。たとえば、コントローラは、所定の間隔でワイヤレス電力経路上において振幅シフトキーイングを有効にすることができ、この振幅シフトキーイングは、受信機デバイスによって検出され得る。基地デバイスは、受信機デバイスの存在によって影響される負荷感知回路を含むことができ、それにより受信機デバイスを検出する。しかしながら、場合によっては、そのようなシステムは、電気車両が存在しないときでもある程度は充電デバイスの周期的な作動を伴い、このことは、安全性の観点から望ましくないことがある。
【００２７】
図1は、例示的な実施形態による、電気車両112を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システム100の図である。ワイヤレス電力伝達システム100は、電気車両112が基地ワイヤレス電力充電システム102aの近くに駐車している間に、電気車両112の充電を可能にする。駐車エリアにおいて2台の電気自動車を対応する基地ワイヤレス電力充電システム102aおよび102bの上に駐車させるためのスペースが示されている。いくつかの実施形態では、ローカル分配センター130を電力バックボーン132に接続することができ、ローカル分配センター130は、交流(AC)または直流(DC)供給を、電力リンク110を介して、基地ワイヤレス電力充電システム102aに提供するように構成され得る。基地ワイヤレス電力充電システム102aはまた、電力をワイヤレスに伝達または受信するための基地システム誘導コイル104aを含む。電気車両112は、バッテリーユニット118と、電気車両誘導コイル116と、電気車両充電システム114とを含むことができる。電気車両誘導コイル116は、たとえば、基地システム誘導コイル104aによって生成された電磁場の領域を介して、基地システム誘導コイル104aと対話することができる。
【００２８】
いくつかの例示的な実施形態では、基地システム誘導コイル104aによって生成されたエネルギー場に電気車両誘導コイル116が位置するとき、電気車両誘導コイル116は電力を受信することができる。エネルギー場は、基地システム誘導コイル104aによって出力されたエネルギーが電気車両誘導コイル116によって捕捉され得る領域に対応する。場合によっては、エネルギー場は、基地システム誘導コイル104aの「近距離場」に対応し得る。近距離場は、基地システム誘導コイル104aから電力を放射しない、基地システム誘導コイル104a内の電流および電荷からもたらされる、強い反応場が存在する領域に対応することができる。場合によっては、近距離場は、基地システム誘導コイル104aの波長の約1/2πの範囲内にある領域に対応することができる(電気車両誘導コイル116の場合も同様)。
【００２９】
ローカル分配センター130は、通信バックホール134を介して外部ソース(たとえば、電力網)と、通信リンク108を介して基地ワイヤレス電力充電システム102aと通信するように構成され得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、単純に運転手が電気車両112を基地システム誘導コイル104aに対して正しく位置付けることによって、電気車両誘導コイル116は、基地システム誘導コイル104aと位置合わせすることができ、したがって、近距離場領域内に配置することができる。追加または代替として、ワイヤレス電力伝達のために電気車両112が適切に配置されたときを判断するために、運転手には、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、またはそれらの組合せを与えることができる。追加または代替として、電気車両112は、オートパイロットシステムによって位置付けることができ、オートパイロットシステムは、位置合わせ誤差が許容値に達するまで、電気車両112を(たとえば、ジグザグ運動で)前後に移動させることができる。これは、たとえば、電気車両112が、車両を調整するためのサーボハンドル、超音波センサ、およびインテリジェンスを備える場合、運転手が介入することなく、または運転手が最低限の介入を行って、電気車両112によって自動的、自律的に実行することができる。追加または代替として、電気車両誘導コイル116、基地システム誘導コイル104a、またはそれらの組合せは、誘導コイル116、104aを互いに対して変位および移動させて、それらをより正確に方向合わせし、それらの間により効率的な結合を生じさせるための機能を有することができる。
【００３１】
基地ワイヤレス電力充電システム102aは、様々な場所に位置し得る。例として、いくつかの適切な場所は、電気車両112の所有者の自宅の駐車エリア、従来のガソリンスタンドに倣った電気車両ワイヤレス充電用に確保された駐車エリア、ならびにショッピングセンターおよび職場など、他の場所の駐車場を含む。
【００３２】
ワイヤレスに電気車両を充電することで、数々の利点が提供される。たとえば、充電は、自動的に、実質的に運転手の介入および操作なしに実行することができ、それによって、ユーザの利便性を向上させる。露出した電気接点、および機械的摩耗をなくすこともでき、それによって、ワイヤレス電力伝達システム100の信頼性を高める。ケーブルおよびコネクタを用いる操作を不必要にすることができ、戸外の環境において湿気および水分にさらされることがある、ケーブル、プラグ、またはソケットをなくすことができ、それによって、安全性を向上させる。見えるまたは接近できるソケット、ケーブル、およびプラグをなくすこともでき、それによって、電力充電デバイスへの潜在的な破壊行為を減らす。さらに、電力網を安定させるために、電気車両112を分散貯蔵デバイスとして使用することができるので、ビークルツーグリッド(V2G:Vehicle-to-Grid)動作のための車両の利用可能性を高めるために、ドッキングツーグリッド(docking-to-grid)ソリューションが使用されることがある。
【００３３】
図1に関して説明するワイヤレス電力伝達システム100は、美的で無害の利点も提供し得る。たとえば、車両および/または歩行者の妨害となることがある、充電カラムおよびケーブルをなくすことができる。
【００３４】
ビークルツーグリッド機能のさらなる説明として、ワイヤレス電力送信および受信機能は、基地ワイヤレス電力充電システム102aが電力を電気車両112に伝達し、たとえばエネルギー不足のときに電気車両112が電力を基地ワイヤレス電力充電システム102aに伝達するように、相互的になるように構成され得る。この機能は、過剰な需要または再生可能エネルギー生産(たとえば、風または太陽)の不足によって引き起こされたエネルギー不足のときに電気車両が分配システム全体に電力を寄与できるようにすることによって電力分配網を安定させるのに役立ち得る。
【００３５】
図2は、図1のワイヤレス電力伝達システム100の例示的なコア構成要素の概略図である。図2に示すように、ワイヤレス電力伝達システム200は、インダクタンスL1を有する基地システム誘導コイル204を含む基地システム送信回路206を含むことができる。ワイヤレス電力伝達システム200は、インダクタンスL2を有する電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222をさらに含む。本明細書で説明する実施形態は、一次構造(送信機)と二次構造(受信機)の両方が共通の共振周波数に合わせられている場合に、磁気または電磁気近距離場を介して一次構造から二次構造にエネルギーを効率的に結合することが可能な共振構造を形成する容量装荷ワイヤループ(すなわち、多巻きコイル)を使用することができる。
【００３６】
共振周波数は、誘導コイル(たとえば、基地システム誘導コイル204)を含む送信回路のインダクタンスおよびキャパシタンスに基づき得る。図2に示すように、インダクタンスは概して、誘導コイルのインダクタンスであってよく、一方でキャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を形成するために誘導コイルに追加され得る。一例として、キャパシタが、電磁場を生成する共振回路(たとえば、基地システム送信回路206)を形成するために誘導コイルと直列に追加され得る。したがって、より大きい直径の誘導コイルでは、共振を誘起するためのキャパシタンスの値は、コイルの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少してよい。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に左右され得る。さらに、誘導コイルの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達面積が増加してよい。他の共振回路も考えられる。別の例として、誘導コイル(たとえば、並列共振回路)の2つの端子間に並列にキャパシタを配置してよい。さらに、誘導コイルは、誘導コイルの共振を改善するための高品質(Q)係数を有するように設計され得る。
【００３７】
コイルは、電気車両誘導コイル216および基地システム誘導コイル204に使用され得る。エネルギーを結合するために共振構造を使用することは、「磁気結合共振」、「電磁結合共振」、および/または「共振誘導」と呼ばれ得る。ワイヤレス電力伝達システム200の動作は、基地ワイヤレス電力充電システム202から電気車両112の電気車両充電システム214への電力伝達に基づいて説明されることになるが、これに限定されない。たとえば、電気車両112は、基地ワイヤレス電力充電システム202に電力を伝達し得る。
【００３８】
図2を参照すると、電源208(たとえば、ACまたはDC)は、電気車両112にエネルギーを伝達するために電力PSDCを基地ワイヤレス電力充電システム202に供給する。基地ワイヤレス電力充電システム202は、基地充電システム電力変換器236を含む。基地充電システム電力変換器236は、標準的なメインAC電力から適切な電圧レベルのDC電力に電力を変換するように構成されたAC/DC変換器、およびDC電力をワイヤレス高電力伝達に適した動作周波数の電力に変換するように構成されたDC/低周波数(LF)変換器などの回路を含み得る。基地充電システム電力変換器236は、所望の周波数で電磁場を放出するために、直列構成または並列構成または両方の組合せによる反応性同調構成要素からなり得る基地充電システム同調回路205および基地システム誘導コイル204を含む、基地システム送信回路206に電力P1を供給する。所望の周波数で共振する基地システム誘導コイル204との共振回路を形成するように、キャパシタC1が提供され得る。
【００３９】
基地システム誘導コイル204を含む基地システム送信回路206と電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222の両方は、実質的に同じ周波数に合わせられてよく、基地システム誘導コイル204および電気車両誘導コイル216のうちの1つによって送出された電磁場の近距離場内に位置付けられ得る。この場合、電気車両充電システム同調回路221および電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222に電力が伝達され得るように、基地システム誘導コイル204および電気車両誘導コイル216は、互いに結合され得る。電気車両充電システム同調回路221は、所望の周波数で共振する電気車両誘導コイル216との共振回路を形成するように提供され得る。コイル分離で生じる相互結合係数は、要素k(d)によって表される。等価抵抗Req,1およびReq,2は、誘導コイル204および216ならびにいくつかの実施形態では、それぞれ基地充電システム同調回路205および電気車両充電システム同調回路221において提供され得る逆リアクタンスキャパシタに固有であり得る損失を表す。電気車両誘導コイル216および電気車両充電システム同調回路221を含む電気車両受信回路222は、電力P2を受信し、電気車両充電システム214の電気車両電力変換器238にP2を提供する。
【００４０】
電気車両電力変換器238は、たとえば、電気車両バッテリーユニット218の電圧レベルに整合する電圧レベルのDC電力に戻す形で動作周波数の電力を変換するように構成されたLF/DC変換器を含み得る。電気車両電力変換器238は、電気車両バッテリーユニット218を充電するために、変換された電力PLDCを提供することができる。電源208、基地充電システム電力変換器236、および基地システム誘導コイル204は、静止し、本開示で論じた様々な場所に位置してよい。バッテリーユニット218、電気車両電力変換器238、および電気車両誘導コイル216は、電気車両112の一部またはバッテリーパック(図示せず)の一部である電気車両充電システム214中に含まれ得る。電気車両充電システム214はまた、電力網に電力を戻すために、電気車両誘導コイル216を通して基地ワイヤレス電力充電システム202にワイヤレスに電力を提供するように構成され得る。電気車両誘導コイル216および基地システム誘導コイル204の各々は、動作モードに基づいて送信誘導コイルまたは受信誘導コイルとしての働きをすることができる。
【００４１】
図示されていないが、ワイヤレス電力伝達システム200は、電気車両バッテリーユニット218または電源208をワイヤレス電力伝達システム200から安全に切断する負荷切断ユニット(LDU)を含み得る。たとえば、緊急事態またはシステム障害の場合、LDUは、ワイヤレス電力伝達システム200から負荷を切断するようにトリガされ得る。LDUは、バッテリーへの充電を管理するためのバッテリー管理システムに加えて提供されてよく、またはバッテリー管理システムの一部であってもよい。
【００４２】
さらに、電気車両充電システム214は、電気車両誘導コイル216を電気車両電力変換器238との間で選択的に接続および切断するための切替回路(図示せず)を含むことができる。電気車両誘導コイル216を切断することで、充電を中止することができ、(送信機としての働きをする)基地ワイヤレス電力充電システム202によって「見られる」ように「負荷」を調整することもでき、これを利用して、(受信機としての働きをする)電気車両充電システム214を基地ワイヤレス電力充電システム202から分離することができる。送信機が負荷感知回路を含む場合、負荷変動が検出され得る。したがって、基地ワイヤレス電力充電システム202などの送信機は、電気車両充電システム214などの受信機が基地システム誘導コイル204の近距離場に存在するときを判断するための機構を有し得る。
【００４３】
動作中、車両またはバッテリーへのエネルギー伝達を仮定すると、基地システム誘導コイル204がエネルギー伝達を提供するための場を生成するように、電源208から入力電力が提供される。電気車両誘導コイル216は、放射場に結合し、電気車両112の電気車両充電システム214または電気車両バッテリーユニット218による蓄積または消費用の出力電力を生成する。上記のように、いくつかの実施形態では、電気車両誘導コイル216の共振周波数および基地システム誘導コイル204の共振周波数が非常に近くなるか、または実質的に同じになるように相互共振関係に従って、基地システム誘導コイル204および電気車両誘導コイル216は構成される。電気車両誘導コイル216が基地システム誘導コイル204の近距離場に位置するとき、基地ワイヤレス電力充電システム202と電気車両充電システム214との間の送電損失は最小である。
【００４４】
効率的なエネルギー伝達は、電磁波内のエネルギーの大部分を遠距離場に伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場内のエネルギーの大部分を受信誘導コイルに結合することによって生じ得る。この近距離場にあるとき、送信誘導コイルと受信誘導コイルとの間に結合モードが確立され得る。この近距離場結合が発生し得る誘導コイルの周りのエリアを、本明細書では近距離場結合モード領域と呼び得る。
【００４５】
図示されていないが、基地充電システム電力変換器236および電気車両電力変換器238はいずれも、発振器、電力増幅器などのドライバ回路、フィルタ、およびワイヤレス電力誘導コイルと効率的に結合するための整合回路を含み得る。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得る。発振器信号は、電力増幅器によって、制御信号に応答する増幅量で増幅され得る。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フィルタ除去し、電力変換モジュールのインピーダンスをワイヤレス電力誘導コイルに整合させるために含まれ得る。電力変換器236および238はまた、1つまたは複数のバッテリーを充電するために適切な電力出力を生成するための整流器および切替回路を含み得る。
【００４６】
電気車両誘導コイル216および基地システム誘導コイル204は、「ループ」アンテナ、より具体的には、多巻きループアンテナと呼ばれるか、またはそのようなものとして構成され得る。誘導コイル204および216はまた、本明細書において「磁気」アンテナと呼ばれるか、またはそのようなものとして構成され得る。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力または受信することができる構成要素を指すことが意図される。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ぶこともできる。ループ(たとえば、多巻きループ)アンテナは、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナにより、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になり得る。強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む物理的コアアンテナにより、より強い電磁場の生成および結合の改善が可能になり得る。
【００４７】
送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機と受信機との間に整合した共振またはほぼ整合した共振が生じている間に行われ得る。さらに、送信機と受信機との間の共振が整合しないときでも、効率性を下げてエネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信誘導コイルからのエネルギーを自由空間に伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立された領域内(たとえば、共振周波数の所定の周波数範囲内または近距離場領域の所定の距離内)に存在する受信誘導コイルに結合することによって生じる。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、互いの近距離場にある2つの誘導コイルの間の電力結合が開示されている。近距離場は、電磁場が存在する誘導コイルの周りの領域に対応し得るが、誘導コイルから伝播または放射することはない場合がある。近距離場結合モード領域は、通常は波長のごく一部の中にある、誘導コイルの物理容積に近い容積に対応し得る。いくつかの実施形態によれば、1回巻きまたは多巻きループアンテナなどの電磁誘導コイルは、送信と受信の両方に使用され、その理由は、実際の実施形態における磁気近距離場振幅は、電気タイプアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場と比較して、磁気タイプコイルの場合に高い傾向があることにある。これにより、ペア間の潜在的により高い結合が可能になる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナとの組合せが使用され得る。
【００４９】
図3は、図1のワイヤレス電力伝達システム100の例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す別の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム300は、通信リンク376、案内リンク366、ならびに基地システム誘導コイル304および電気車両誘導コイル316のための位置合わせシステム352、354を示している。図2に関して上述したように、また電気車両112に向かうエネルギーフローを仮定すると、図3では、基地充電システム電力インターフェース334は、ACまたはDC電源126などの電源からの電力を充電システム電力変換器336に提供するように構成され得る。基地充電システム電力変換器336は、基地充電システム電力インターフェース334からACまたはDC電力を受信して、基地システム誘導コイル304をその共振周波数においてまたはその共振周波数近くで励磁することができる。電気車両誘導コイル316は、近距離場結合モード領域にあるとき、近距離場結合モード領域からエネルギーを受信して、共振周波数においてまたは共振周波数近くで発振することができる。電気車両電力変換器338は、電気車両誘導コイル316からの発振信号を、電気車両電力インターフェースを介してバッテリーを充電するのに適した電力信号に変換する。
【００５０】
基地ワイヤレス充電システム302は基地充電システムコントローラ342を含み、電気車両充電システム314は電気車両コントローラ344を含む。基地充電システムコントローラ342は、たとえば、コンピュータ、ワイヤレスデバイス、および電力分配センター、またはスマート電力網などの他のシステム(図示せず)への基地充電システム通信インターフェースを含むことができる。電気車両コントローラ344は、たとえば、車両搭載コンピュータ、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(図示せず)への電気車両通信インターフェースを含み得る。
【００５１】
基地充電システムコントローラ342および電気車両コントローラ344は、別個の通信チャネルを有する特定のアプリケーションのためのサブシステムまたはモジュールを含み得る。これらの通信チャネルは、別個の物理チャネルまたは別個の論理チャネルであり得る。非限定的な例として、基地充電位置合わせシステム352は、自律的に、またはオペレータの支援のいずれかにより、基地システム誘導コイル304と電気車両誘導コイル316とをよりしっかりと位置合わせするためのフィードバック機構を提供する通信リンク356を介して、電気車両位置合わせシステム354と通信することができる。同様に、基地充電案内システム362は、基地システム誘導コイル304と電気車両誘導コイル316とを位置合わせする際にオペレータを案内するためのフィードバック機構を提供する案内リンク366を介して、電気車両案内システム364と通信することができる。加えて、基地ワイヤレス電力充電システム302と電気車両充電システム314との間で他の情報を通信するための基地充電通信システム372および電気車両通信システム374によってサポートされる通信リンク376などの別個の汎用通信リンク(たとえば、チャネル)があり得る。この情報は、基地ワイヤレス電力充電システム302と電気車両充電システム314の両方の電気車両特性、バッテリー特性、充電ステータス、および電力容量に関する情報、ならびに電気車両112に関する保守および診断データを含み得る。これらの通信リンクまたはチャネルは、たとえば、専用狭域通信(DSRC:Dedicated Short-Range Communication)、IEEE802.11x(たとえば、Wi-Fi)、ブルートゥース、zigbee、セルラー、赤外線などの別個の物理通信チャネルであり得る。
【００５２】
電気車両コントローラ344は、電気車両の主要なバッテリーの充電および放電を管理するバッテリー管理システム(BMS)(図示せず)、マイクロ波または超音波レーダー原理に基づく駐車支援システム、半自動式駐車動作を実行するように構成されたブレーキシステム、駐車の正確性を高め、ひいては基地ワイヤレス充電システム102aおよび電気車両充電システム114のいずれかにおける機械的水平誘導コイルの位置合わせの必要性を低減し得る、概ね自動化された駐車「park by wire」を支援するように構成されたハンドルサーボシステム(steering wheel servo system)も含むことができる。さらに、電気車両コントローラ344は、電気車両112の電子機器と通信するように構成され得る。たとえば、電気車両コントローラ344は、視覚的出力デバイス(たとえば、ダッシュボードディスプレイ)、音響/オーディオ出力デバイス(たとえば、ブザー、スピーカー)、機械的入力デバイス(たとえば、キーボード、タッチスクリーン、ポインティングデバイス、たとえば、ジョイスティック、トラックボールなど)、およびオーディオ入力デバイス(たとえば、電子音声認識によるマイクロフォン)と通信するように構成され得る。
【００５３】
さらに、ワイヤレス電力伝達システム300は、検出およびセンサシステムを含み得る。たとえば、ワイヤレス電力伝達システム300は、運転手または車両を充電場所に適切に案内するためのシステムとともに使用するセンサ、必要な分離/結合により誘導コイルを相互に位置合わせするためのセンサ、結合を達成するために特定の高さおよび/または位置に電気車両誘導コイル316が移動するのを妨げ得るオブジェクトを検出するためのセンサ、ならびにシステムの信頼できる無害かつ安全な動作を実行するためのシステムとともに使用する安全センサを含み得る。たとえば、安全センサは、安全区域を越えてワイヤレス電力誘導コイル104a、116に近づいてくる動物または子供の存在の検出、加熱(誘導加熱)され得る基地システム誘導コイル304に近い金属オブジェクトの検出、基地システム誘導コイル304上の白熱オブジェクトなどの危険な事象の検出、ならびに基地ワイヤレス電力充電システム302および電気車両充電システム314の構成要素の温度監視のためのセンサを含み得る。
【００５４】
ワイヤレス電力伝達システム300は、有線接続を介するプラグイン充電をサポートすることもできる。有線充電ポートは、電力を電気車両112に伝達する前、または電力を電気車両112から伝達する前に、2つの異なる充電器の出力を統合することができる。切替回路は、ワイヤレス充電と、有線充電ポートを介する充電の両方をサポートするために必要な機能を提供することができる。
【００５５】
基地ワイヤレス充電システム302と電気車両充電システム314との間で通信するために、ワイヤレス電力伝達システム300は、帯域内シグナリングおよびRFデータモデム(たとえば、許可されていない帯域での無線によるイーサネット(登録商標))を使用することができる。帯域外通信は、車両の使用車/所有者への付加価値サービスの提供に十分な帯域幅を提供し得る。ワイヤレス電力キャリアの低深度振幅または位相変調は、干渉を最小限に抑えた帯域内シグナリングシステムとしての働きをし得る。
【００５６】
さらに、特定の通信アンテナを使用せずにワイヤレス電力リンクを介して実行される通信もあり得る。たとえば、ワイヤレス電力誘導コイル304および316はまた、ワイヤレス通信送信機としての働きをするように構成され得る。したがって、基地ワイヤレス電力充電システム302のいくつかの実施形態は、ワイヤレス電力経路におけるキーイングタイププロトコルを可能にするためのコントローラ(図示せず)を含むことができる。所定のプロトコルによる所定の間隔での送信電力レベルのキーイング(振幅シフトキーイング)によって、受信機は、送信機からのシリアル通信を検出することができる。基地充電システム電力変換器336は、基地システム誘導コイル304によって生成された近距離場の近傍における作動中の電子車両受信機の有無を検出するための負荷感知回路(図示せず)を含むことができる。例として、負荷感知回路は、基地システム誘導コイル104aによって生成された近距離場の近傍における作動中の受信機の有無によって影響を及ぼされる電力増幅器に流れる電流を監視する。電力増幅器上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを伝送するために発振器を有効にすべきかどうか、作動中の受信機と通信すべきかどうか、またはそれらの組合せを決定する際に使用するために基地充電システムコントローラ342によって監視され得る。
【００５７】
ワイヤレス高電力伝達を可能にするために、いくつかの実施形態は、10〜60kHzの範囲内の周波数で電力を伝達するように構成され得る。この低周波数結合は、固体デバイスを使用して達成され得る高効率の電力変換を可能にすることができる。加えて、他の帯域と比較して、無線システムとの共存の問題は、より少なく存在し得る。
【００５８】
説明するワイヤレス電力伝達システム100は、再充電可能なまたは交換可能なバッテリーを含む多様な電気車両102とともに使用され得る。
【００５９】
図4A〜図4Cは、例示的な実施形態によるワイヤレス電力伝達システム400の図である。図4Aでは、複数の駐車スペース401はそれぞれ、たとえば、駐車スペース内の地面に取り付けられた、それらに関連するワイヤレス電力伝達送信機デバイス402を有する。送信機デバイス402は単一の電源403に接続され、電源403は通信手段404に結合される。送信機デバイス402は、たとえば、電力が誘導電力伝達によって伝達され得るように、送信機デバイスおよび受信機デバイスのインダクタを位置合わせするために、駐車スペース401のうちの1つに向かっている電気車両406Aによって、電気車両406に関連するワイヤレス電力伝達受信機デバイス405を充電するのに適している。様々な実施形態では、ワイヤレス電力伝達送信機デバイス402は、基地ワイヤレス電力充電システム102a(図1)、202(図2)、および302(図3)などのうちのいずれかを含むことができる。様々な実施形態では、電気車両406は、電気車両112(図1)を含むことができる。様々な実施形態では、ワイヤレス電力伝達送信機デバイス405は、電気車両充電システム114(図1)、214(図2)、および314(図3)などのうちのいずれかを含むことができる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、位置合わせシステム352(図3)または354(図3)などの位置合わせシステムは、図4Aに示すように、スカラー位置合わせ評価または位置合わせパラメータ(「AP」)を受信することができる。たとえば、スカラー位置合わせ評価は、車両パッド405の誘導コイル116(図1)から基地パッド402までの距離を示すことができる。いくつかの実施形態では、スカラー位置合わせ評価は、1つまたは複数の誘導コイル116にわたる誘起電圧に少なくとも部分的に基づくことができる。図4Aに示すように、電気車両406Aのための位置合わせ評価は、電気車両406Aが基地パッド402に近づくにつれて増加し、電気車両406Aが基地パッド402の上を通過するとき横ばいになり、電気車両406Aが基地パッド402から遠ざかるにつれて減少する。
【００６１】
図4Bでは、たとえば、電気車両406Bは、駐車スペース401の方に内側に向いている。電気車両406Bは、基地パッド402に向かって移動している。したがって、位置合わせパラメータは、時間とともに増加している。1つまたは複数のセンサは、たとえば、位置合わせシステム352(図3)において、車輪の正回転を報告することができる。位置合わせシステム352は、経時的な位置合わせパラメータの傾向、検出された電気自動車406Bの向き、および/または検出された車輪の回転のうちの1つまたは複数に基づいて、電気車両406Bが前部を先にして基地パッド402に近づいていると判断することができる。
【００６２】
別の電気車両406Cは、駐車スペース401から遠ざかる方向に外側に向いている。電気車両406Cは、基地パッド402に向かって移動している。したがって、位置合わせパラメータは、時間とともに増加している。1つまたは複数のセンサは、たとえば、位置合わせシステム352(図3)において、車輪の逆回転を報告することができる。位置合わせシステム352は、経時的な位置合わせパラメータの傾向、検出された電気自動車406Cの向き、および/または検出された車輪の回転のうちの1つまたは複数に基づいて、電気車両406Cが後部を先にして基地パッド402に近づいている(すなわち、駐車スペース401内に後退している)と判断することができる。
【００６３】
別の電気車両406Dは、駐車スペース401の方に内側に向いている。電気車両406Dは、基地パッド402から遠ざかるように移動している。したがって、位置合わせパラメータは、時間とともに減少している。1つまたは複数のセンサは、たとえば、位置合わせシステム352(図3)において、車輪の逆回転を報告することができる。位置合わせシステム352は、経時的な位置合わせパラメータの傾向、検出された電気自動車406Dの向き、および/または検出された車輪の回転のうちの1つまたは複数に基づいて、電気車両406Dが後部を先にして基地パッド402から離れている(すなわち、駐車スペース401から外に後退している)と判断することができる。
【００６４】
別の電気車両406Eは、駐車スペース401から遠ざかる方向に外側に向いている。電気車両406Eは、基地パッド402から遠ざかるように移動している。したがって、位置合わせパラメータは、時間とともに減少している。1つまたは複数のセンサは、たとえば、位置合わせシステム352(図3)において、車輪の正回転を報告することができる。位置合わせシステム352は、経時的な位置合わせパラメータの傾向、検出された電気自動車406Eの向き、および/または検出された車輪の回転のうちの1つまたは複数に基づいて、電気車両406Eが前部を先にして基地パッド402から離れていると判断することができる。
【００６５】
電気車両406が(電気車両案内システム364などの)オートパイロットシステムを介して位置合わせを制御する実施形態では、スカラー位置合わせ評価単独では、車両を案内するのに十分な情報を提供しない可能性がある。たとえば、横方法(たとえば、上記に示すY軸に沿った)と長手方向(たとえば、上記に示すX軸に沿った)の両方の車両位置を検出すること、ならびに、車両の向き(たとえば、内側を向いているまたは外側を向いている)を検出することが有利であろう。
【００６６】
いくつかの実施形態では、電気車両406の車両パッド405は、複数のコイルを含むことができる。いくつかの実施形態では、電気車両406は、「二重D(double D)」コイルを含むことができる。「二重D」コイルは、左コイル「DL」および右コイル「DR」を含むことができる。「二重D」コイルは、基地パッド402からワイヤレス電力を受信するように構成され得る。車両は、「二重D」コイル全体にわたる電圧を測定するように構成された電圧センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、位置合わせパラメータは、「二重D」コイル全体にわたる電圧に基づくことができる。
【００６７】
いくつかの実施形態では、「二重D」コイルは、追加的または代替的に、左コイルおよび右コイルにわたる電圧を別々に測定するように構成された電圧センサを含む。いくつかの実施形態では、電圧センサは、「二重D」コイルに切替え可能に接続される。いくつかの実施形態では、位置合わせパラメータは、左コイルおよび右コイルにわたる別々に測定された電圧の組合せに基づくことができる。
【００６８】
いくつかの実施形態では、車両パッド405は、直交コイル(「Qコイル」)と、直交コイルにわたる電圧を測定するように構成された電圧センサとを含むことができる。いくつかの実施形態では、位置合わせパラメータは、直交コイルにわたる電圧に基づくことができる。いくつかの実施形態では、位置合わせパラメータは、Qコイルおよび二重Dコイルにわたる電圧の組合せに基づくことができる。
【００６９】
様々な他の実施形態では、車両パッド405は、二重D構成において構成されていなくてもよい少なくとも左コイルおよび右コイルを含むことができる。左コイルおよび右コイルは、横方向に分離され得る。車両パッド405は、Qコイルとして構成されていなくてもよい中央コイルをさらに含むことができる。したがって、様々な実施形態では、車両は、複数の仮想コイルに電子的に分割され得る1つまたは複数のコイルを含むことができる。各コイル(または、分割されたコイル)は、既知の距離だけ物理的に分離され得る。以下でより詳細に説明する図6は、左コイルおよび右コイル、付随する電圧センサ、ならびに分割スイッチの一実施形態を示す。
【００７０】
図4Cでは、電気車両406Fは、実質的に、基地パッド402の中心線410の右側に位置する。したがって、右コイルよりも左コイルにおいて、より高い電圧が誘起される。位置合わせシステム352は、左コイルおよび右コイルにおいて測定された電圧を受信することができ、電気車両406Fが基地パッド402の右に位置していると判断することができる。図示の実施形態では、電気車両406Fは、基地パッド402の方を向いている。電気車両406Fが基地パッド402から遠ざかる方向を向いている実施形態では、左コイルおよび右コイルからの電圧測定値は、逆になることになる。位置合わせシステム352は、さらに、経時的な位置合わせパラメータの傾向を決定することができる。したがって、位置合わせシステム352は、経時的な位置合わせパラメータの傾向、検出された電気車両406Fの向き、検出された車輪の回転、ならびに/または、左コイルおよび右コイルにおいて検出された電圧のうちの1つまたは複数に基づいて、電気車両406Fの基地パッド402に対するおおよその位置を決定することができる。
【００７１】
別の電気車両406Gは、実質的に、基地パッド402の中心線410の左側に位置する。したがって、左コイルよりも右コイルにおいて、より高い電圧が誘起される。位置合わせシステム352は、左コイルおよび右コイルにおいて測定された電圧を受信することができ、電気車両406Gが基地パッド402の左に位置していると判断することができる。図示の実施形態では、電気車両406Gは、基地パッド402の方を向いている。電気車両406Fが基地パッド402から遠ざかる方向を向いている実施形態では、左コイルおよび右コイルからの電圧測定値は、逆になることになる。位置合わせシステム352は、さらに、経時的な位置合わせパラメータの傾向を決定することができる。したがって、位置合わせシステム352は、経時的な位置合わせパラメータの傾向、検出された電気車両406Gの向き、検出された車輪の回転、ならびに/または、左コイルおよび右コイルにおいて検出された電圧のうちの1つまたは複数に基づいて、電気車両406Gの基地パッド402に対しておおよその位置を決定することができる。
【００７２】
図5は、車両パッド405(図4)および基地パッド402(図4)の空間的な図を示す。上記で論じたように、位置検出システムは、左コイルおよび右コイルの各々における誘起電圧VXと、左コイルと右コイルとの間の既知の距離Bとに基づいて、以下の式1〜式4に従って、推定された長手方向の距離x、横方向の距離y、および基地パッドまでの総距離UXを決定することができる。推定された距離UXは、誘起電圧VXの関数であり得る。
【００７３】
式1〜式4は、UL≦URである(すなわち、車両パッド405が実質的に基地パッド402の左にある)場合のためのものである。UL≧URである場合には、ULおよびURは、一般性を失うことなく逆にされ得る。
x2+(y+B)2=UL2  (1)
x2+(y-B)2=UR2  (2)
【００７４】
【数１】
0006438462.tif 000002
【００７５】
【数２】
0006438462.tif 000003
【００７６】
図6は、一実施形態による電気車両受信回路622を示す。図示のように、電気車両受信回路622は、電気車両充電システム同調回路621と、左コイルDLと、右コイルDRと、左電圧センサ650と、右電圧センサ660と、スイッチ670とを含む。様々な実施形態では、電気車両受信回路は、図2に関して上記で論じた電気車両受信回路222を含むことができる。
【００７７】
電気車両充電システム同調回路621は、所望の周波数において共振する電気車両誘導コイル(たとえば、図2に関して上記で論じた電気自動車誘導コイル216)とともに共振回路を形成するために働くことができる。様々な実施形態では、電気車両充電システム同調回路612は、電気車両充電システム同調回路221(図2)を含むことができる。
【００７８】
左コイルDLは、二重Dの左半分、別のタイプの一体型コイルの左半分、または別々のコイルを含むことができる。様々な実施形態では、左コイルDLは、図4Cおよび図5に関して上記で論じた左コイルDLを含むことができる。右コイルDRは、二重Dの右半分、別のタイプの一体型コイルの右半分、または別々のコイルを含むことができる。様々な実施形態では、右コイルDRは、図4Cおよび図5に関して上記で論じた右コイルDRを含むことができる。
【００７９】
左電圧センサ650および右電圧センサ660は、左コイルDLおよび右コイルDRにわたる電圧を測定するために働く。一実施形態では、左電圧センサ650および右電圧センサ660の出力は、結合されたコイルDにわたる電圧を測定するために加算され得る。一実施形態では、電気車両位置合わせシステム354(図3)は、左電圧センサ650および右電圧センサ660からの出力を受信することができる。
【００８０】
スイッチ670は、左コイルDLおよび右コイルDRから左電圧センサ650および右電圧センサ660に行く追加のワイヤの影響を低減するために働く。たとえば、追加のワイヤは、エネルギー損失、EMC、などをもたらす可能性がある。一実施形態では、電気車両位置合わせシステム354(図3)は、左電圧センサ650および右電圧センサ660の出力をサンプリングする、またはサンプリングする準備をするとき、定期的に、断続的に、および/または、ランダムにもしくは擬似ランダムに、スイッチ670を閉じることができる。いくつかの実施形態では、スイッチ670は、省略され得る。
【００８１】
図7は、ワイヤレス電力位置合わせ検出の例示的な方法のフローチャート700である。フローチャート700の方法は、図1〜図4に関して上記で論じたワイヤレス電力伝達システム100、200、300、および400、ならびに、図3を参照して上記で論じた電気車両位置合わせシステム354に関して本明細書で説明されるが、当業者は、フローチャート700の方法が、本明細書に記載の別のデバイス、または任意の他の適切なデバイスによって実施され得ることを理解するであろう。一実施形態では、フローチャート700におけるステップは、プロセッサ、または、たとえば、コントローラ342(図3)および/もしくはコントローラ344(図3)などのコントローラによって実行され得る。フローチャート700の方法は、様々な実施形態において特定の順序を参照して本明細書で説明されているが、本明細書におけるブロックは、異なる順序で実行されてよく、または省略されてよく、追加のブロックが追加され得る。
【００８２】
まず、ブロック710において、電気車両112は、第1の誘導性要素においてワイヤレス充電電力を受信する。たとえば、電気車両112は、左コイルDL(図6)において基地ワイヤレス電力充電システム102aからワイヤレス充電電力を受信することができる。ワイヤレス充電電力は、たとえば電気車両バッテリーユニット218を充電するために使用され得る。
【００８３】
次に、ブロック720において、電気車両112は、第2の誘導性要素においてワイヤレス充電電力を受信する。たとえば、電気車両112は、左コイルDR(図6)において基地ワイヤレス電力充電システム102aからワイヤレス電力を受信することができる。ワイヤレス充電電力は、たとえば、電気車両バッテリーユニット218(図2)を充電するために使用され得る。いくつかの実施形態では、電気車両112は、第1の誘導性要素と第2の誘導性要素の両方において受信される電力で少なくとも部分的に動作することができる。
【００８４】
次いで、ブロック730において、電気車両112は、第1および第2の誘導性要素の特性に基づいて、送信機に対する受信機の横方向の位置を決定する。たとえば、電気車両位置合わせシステム354は、図6に関して上記で論じた式1〜式4に従って、左コイルDLおよび右コイルDRにわたって測定された電圧に基づいて、電気車両112の位置を決定することができる。具体的には、電気車両位置合わせシステム354は、左電圧センサ650(図6)および右電圧センサ660(図6)からの出力を受信することができる。
【００８５】
様々な実施形態では、少なくとも1つの特性は、第1および第2の誘導性要素における誘起電圧を含む。様々な実施形態では、第1および第2の誘導性要素は、「二重D」構成において電気的に直列に接続される。様々な実施形態では、電気車両112は、第1および第2の誘導性要素を電気的に分割するように構成されたスイッチを含むことができる。電気車両位置合わせシステム354は、左電圧センサ650(図6)および右電圧センサ660(図6)において電圧測定を行うとき、スイッチを選択的に有効にすることができる。
【００８６】
様々な実施形態では、電気車両112は、実質的に第1のコイルと第2のコイルとの間に直交コイルを含むことができる。様々な実施形態では、位置検出器は、スカラー位置合わせパラメータの勾配、および/または、少なくとも1つの車輪の回転方向に基づいて、送信機に対する受信機の長手方向の位置を決定するように構成され得る。様々な実施形態では、電気車両112は、決定された横方向の位置に基づいて、基地ワイヤレス電力充電システム102aに対して電気車両112を位置合わせするように構成された自動位置合わせシステムを含むことができる。
【００８７】
図8は、ワイヤレス電力位置合わせを検出するための装置800の機能ブロック図である。当業者は、ワイヤレス電力位置合わせを検出するための装置が図8に示す簡略化された装置800よりも多くの構成要素を有することができることを理解するであろう。図示のワイヤレス電力位置合わせを検出するための装置800は、特許請求の範囲内の実装態様のいくつかの顕著な特徴を説明するために有用なこれらの構成要素のみを含む。ワイヤレス電力位置合わせを検出するための装置800は、第1の誘導性要素810と、第2の誘導性要素820と、位置を検出するための手段830とを含む。
【００８８】
一実施形態では、第1の誘導性要素810は、たとえば、図6に関して上記で論じた左コイルDLを含むことができる。一実施形態では、第2の誘導性要素820は、たとえば、図6に関して上記で論じた右コイルDRを含むことができる。第1の誘導性要素810および第2の誘導性要素820は、横方向に分離され得る。
【００８９】
一実施形態では、位置を検出するための手段830は、ブロック730(図7)に関して上記で論じた機能の1つまたは複数を実行するように構成され得る。様々な実施形態では、位置を検出するための手段830は、電気車両位置合わせシステム354(図3)、基地充電位置合わせシステム352(図3)、電気車両コントローラ344(図3)、基地充電システムコントローラ342(図3)、または、他のプロセッサ、DSP、および/もしくはコントローラの任意の組合せのうちの1つまたは複数によって実装され得る。
【００９０】
電力をワイヤレスに伝達することは、物理的な電気導体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通して伝達され得る)ことを指し得る。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合され得る。
【００９１】
本明細書において、リモートシステムについて説明するために電気車両が使用され、その一例は、運動能力の一部として、充電可能なエネルギー蓄積デバイス(たとえば、1つまたは複数の再充電可能な電気化学セルまたは他のタイプのバッテリー)から導出された電力を含む車両である。例として、いくつかの電気車両は、直接運動のための、または車両のバッテリーを充電するための従来型内燃機関を含むハイブリッド電気車両であり得る。他の電気車両は、電力からすべての運動能力を引き出し得る。電気車両は、自動車に限定されず、オートバイ、カート、スクーターなどを含み得る。限定ではなく例として、リモートシステムは本明細書において、電気車両(EV)の形態で説明される。さらに、充電可能なエネルギー蓄積デバイスを使用して少なくとも部分的に電力供給され得る他のリモートシステム(たとえば、パーソナルコンピューティングデバイスなどの電子デバイス)も企図される。
【００９２】
上記の方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素、回路および/またはモジュールなどの、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行することができる。一般に、図に示される任意の動作は、動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行することができる。
【００９３】
多種多様な技術および技法のうちのいずれかを使用して情報および信号を表すことができる。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場または磁性粒子、光場または光学粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表され得る。
【００９４】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、概してそれらの機能に関して上記で説明されている。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。上述の機能は、特定の各適用例のために様々な方法で実装できるが、そのような実装上の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を生じさせると解釈すべきではない。
【００９５】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明す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で、実装または実行されてよい。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装され得る。
【００９６】
本明細書で開示する実施形態に関して説明する方法またはアルゴリズムおよび機能のブロックまたはステップは、直接ハードウェアで具現化されても、または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具現化されても、またはその2つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、有形な非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶すること、または有形な非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信することができる。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)、電気的にプログラム可能なROM(EPROM)、電気的に消去可能およびプログラム可能なROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、着脱可能ディスク、CD ROM、または当技術分野で知られた任意の他の形態の記憶媒体内に存在することができる。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。ディスク(diskおよびdisc)は、本明細書で使用される場合、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み、ディスク(disk)は、通常、磁気的にデータを再生し、一方、ディスク(disc)は、レーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に存在することができる。ASICはユーザ端末内に存在することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在することができる。
【００９７】
本開示の概要を述べるために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴について本明細書で説明してきた。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてを実現できない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示される1つの利点または利点の群を、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく実現または最適化するように具現化または実行され得る。
【００９８】
上述の実施形態への様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義する一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えるものである。
【符号の説明】
【００９９】
100  ワイヤレス電力伝達システム
102a  基地ワイヤレス電力充電システム
102b  基地ワイヤレス電力充電システム
104a  基地システム誘導コイル、誘導コイル
108  通信リンク
110  電力リンク
112  電気車両
114  電気車両充電システム
116  電気車両誘導コイル、誘導コイル
118  バッテリーユニット
126  ACまたはDC電源
130  ローカル分配センター
132  電力バックボーン
134  通信バックホール
200  ワイヤレス電力伝達システム
202  基地ワイヤレス電力充電システム
204  基地システム誘導コイル、誘導コイル
205  基地充電システム同調回路
206  基地システム送信回路
208  電源
214  電気車両充電システム
216  電気車両誘導コイル、誘導コイル
218  電気車両バッテリーユニット、バッテリーユニット
221  電気車両充電システム同調回路
222  電気車両受信回路
236  基地充電システム電力変換器、電力変換器
238  電気車両電力変換器、電力変換器
300  ワイヤレス電力伝達システム
302  基地ワイヤレス電力充電システム
304  基地システム誘導コイル
314  電気車両充電システム
316  電気車両誘導コイル
334  基地充電システム電力インターフェース
336  充電システム電力変換器、基地充電システム電力変換器
338  電気車両電力変換器
340  電気車両電力インターフェース
342  基地充電システムコントローラ
344  電気車両コントローラ
352  位置合わせシステム、基地充電位置合わせシステム
354  位置合わせシステム、電気車両位置合わせシステム
356  位置合わせリンク
360  基地充電システム通信インターフェース
362  基地充電案内システム
364  電気車両案内システム
366  案内リンク
368  電気車両通信インターフェース
372  基地充電通信システム
374  電気車両通信システム
376  通信リンク
401  駐車スペース
402  送信機デバイス
403  電源
404  通信手段
405  車両パッド
406A〜406G  電気車両
410  中心線
621  電気車両充電システム同調回路
622  電気車両受信回路
650  左電圧センサ
660  右電圧センサ
670  スイッチ
700  フローチャート
800  装置
810  第1の誘導性要素
820  第2の誘導性要素
830  手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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