(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め信号を送信する車両を充電するための充電パッドを切り換えるための電動車両検出装置であって、
前記車両の移動方向に沿って離れた２つのセンサと、
前記２つのセンサの各々によって受信した前記位置決め信号を比較することによって前記車両を検出するように構成された検出器と
を備え、
前記比較は、一方の受信した位置決め信号のエンベロープにゼロ交差が生じ、他方には生じていない時を決定するように行われる装置。
【請求項２】
前記比較は、一方の受信した位置決め信号の位相が、他方の受信した位置決め信号の位相と概ね１８０度異なる時を決定するように行われる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記検出器は、前記車両の検出に対応するピークを検出するために、前記２つの受信した位置決め信号を乗算するように構成される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記検出器は更に、前記車両が前記装置を通過することに応じて、前記２つの受信した位置決め信号の積における第２の直流ピークを検出するように構成される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
各センサは、前記移動方向に対し概ね垂直に配置された平行なワイヤを有する感知コイルである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
各センサの各平行なワイヤは、前記車両の移動方向に沿って間隔が空いている、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記受信した位置決め信号からＩＰＴ信号を除去するためのフィルタを更に備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
位置決め信号を送信する車両を充電するための電動車両充電システムであって、
ＩＰＴ充電パッドと、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動車両検出装置と、
前記電動車両検出装置を用いて前記車両を検出することに応答して前記充電パッドを励起するための手段と
を備えるシステム。
【請求項９】
前記励起するための手段は、前記位置決め信号の積の第１の直流パルスの検出に応答して前記充電パッドをスイッチオンにし、その後の前記位置決め信号の積の第２の直流パルスの検出に応答して前記充電パッドをスイッチオフにするように構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
各センサは、前記車両の移動方向に沿って間隔が空いた平行なワイヤを有する感知コイルであり、各感知コイルの一方の平行なワイヤは、電気充電パッドの先端に位置付けられる、請求項８または９に記載のシステム。
【請求項１１】
位置決め信号を送信している車両を充電するための充電パッドを切り換えるために電動車両を検出するための方法であって、
前記車両の移動方向に沿って離れた２つのセンサで前記位置決め信号を受信することと、
前記２つのセンサの各々によって受信した前記位置決め信号を比較して一方の受信した位置決め信号のエンベロープにゼロ交差が生じ、他方には生じていない時を決定することによって前記車両を検出することと
を備える方法。
【請求項１２】
前記位置決め信号を比較することは、一方の受信した位置決め信号の位相が、他方の受信した位置決め信号の位相と実質的に１８０度異なる時を決定することを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記位置決め信号を比較することは、前記車両の検出に応答してピークを検出するために、前記２つの受信した位置決め信号を乗算することを備える、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記車両が前記充電パッドを通過することに応じて、前記２つの受信した位置決め信号の積において第２のピークを検出することを更に備える、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、移動している車両および他の物体の検出に関し、特に、限定はされないが、移動している電動車両の充電のために固定式充電パッドを切り換える応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
車道を移動中の車両に誘導的に電力を提供するシステムは、数年にわたり考察および開発されてきた。特許公報ＰＣＴ／ＮＺ２０１０／０００１５９に開示されるような解決策は、複数の埋め込み型誘導ループを含む車道を提案する。これらのループは、充電を必要とする車両が付近に存在することが決定されると励起されうる。そのようなシステムにおける１つの難事は、いつ車両が埋め込み型誘導ループの付近にあるかを十分な正確さ、感度、および頑健性を伴って決定することである。そのような検出システムは、電動車両に関する誘導システムにおいて予想される典型的な位置ずれに耐えることができなければならない。車両感知装置は、車道に関する他の用途のために開発されており、電動車両充電システムのためのシステムが提案されてきた。しかしかつて実証されたシステムは、効率的な車道給電式電動車両システムのために必要な正確さおよび効率性に欠けている。
【０００３】
ＥＰ０１９９３２９８  Ａ２に記載され提案された、道路によって生成される磁界に関連し、検出の手段として車の金属バルクを用いる車両検出は、移動車両の大まかな検出を可能にする。これらのシステムは、磁界が常時路上に存在することを必要とし、車両の種類またはその車両に搭載した誘導充電パッドの種類を感知することはできない。システムはまた、外部干渉を受けやすく、車両が存在する正確な位置を生み出さない。これは、効率性および安全性を向上させるために電動車両のパッドが充電パッドのすぐ上にある場合のみ充電パッドがスイッチオンになることが望ましいという理由から、電動車両に関して特に問題である。ＵＳ２０１１０１９８１７６に記載される別の実施形態は、列車を検出するために、列車における漏洩磁界によって、線路内の電圧の誘導を用いる。このシステムは、ほとんどの電気車両車道充電システムに関して必要な精密さも適切な車両の指示も提供しない。
【０００４】
ＲＦＩＤ、ＧＰＳ、または赤外線検出に関するシステムを含む車両検出のための更に複雑なシステムが検討されており、例えばＰＣＴ／ＮＺ／２０１０／０００１５９は、電気車両の存在を検出しシステムを制御するための方法として電気車両におけるＲＦＩＤタグを用いることを提案する。そのようなシステムは複雑であり、更なる制御が要求され、感知装置を車道内や車道付近に設置する必要がある。更にそのようなシステムは通常、移動交通のためには緩慢すぎであり、必要な検出の正確さを提供しない。これらのシステムはまた、車両が、いつ車両が存在するかを車道に通知し、パッドの切換えを制御することを必要とする。それによってシステムに更なる時間および複雑さが加わり、効率的なシステムを作動させるための車道コントローラの能力が低下する。そのような車両検出の応用では、同時またはほぼ同時に起こる大量誘導送電信号に起因する更なる問題が生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、例えば車道給電式電動車両システムにおける車両などの移動物体に関する改良された検出装置、方法、またはシステムを提供することを目的とする。あるいは、本発明の目的は、既知の装置、方法、またはシステムの有用な代替物を公衆に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、本発明は、位置決め信号を送信している車両を充電するための充電パッドを切り換えるための電動車両検出装置を提供し、装置は、車両の移動方向に沿って離れた２つのセンサと、２つのセンサの各々によって受信される位置決め信号を比較することによって車両を検出するように構成された検出器とを備える。
【０００７】
実施形態において、比較は、一方の位置決め信号エンベロープがゼロ交差を通り、かつ他方の位置決め信号エンベロープがゼロ交差を通らない時を決定することである。信号エンベロープを利用することは信号自体を利用することよりも易しく、より単純かつ頑健な検出メカニズムを可能にする。あるいは、第１の位置決め信号と第２の位置決め信号との間の位相差の検出が実行されうる。これは、単純に第１および第２の信号を乗算することによって実現され、位相が異なる時（すなわち、一方の位置決め信号エンベロープがゼロ交差を通り、他方の信号エンベロープがゼロ交差を通らない時）に容易に検出可能な直流パルスを生じる。
【０００８】
他の信号比較は、信号をビートまたはヘテロダインすること、信号を復調すること、信号を結合すること、信号に実行される他の論理演算や数値演算を含んでよい。
【０００９】
車両が検出されると、充電パッドは、車両がパッドを通過すると検出した車両を充電するために励起される。充電パッドをスイッチオフにするために、車両の移動方向において第１の検出装置の下流に位置付けられた第２の検出装置が用いられる。
【００１０】
実施形態において、充電パッドをスイッチオンにすることは、位置決め信号の積の第１の直流パルスを検出することに応答し、充電パッドをスイッチオフにすることは、位置決め信号の積の第２の直流パルスを検出することに応答しうる。更に装置は、移動物体の移動方向を決定するために、第１の直流パルスのピークと第２の直流パルスのピークとの間の時間を検出するように構成されうる。
【００１１】
実施形態において、各センサは、平行なワイヤを有する感知コイルである。これらは、車両の移動方向に沿って間隔が空いており、コイルエリアと比較して検出エリアを大きくするために検出地点を有効にバイアスする。
【００１２】
実施形態において、感知コイルはＩＰＴ充電パッドの周囲に配置され、各センサコイルの部分をパッドの先端に含む。それによってシステム全体の伝搬時間が許容される。
【００１３】
実施形態は、受信した位置決め信号からＩＰＴ信号を除去するためのフィルタを含んでよい。
【００１４】
別の態様において、位置決め信号を送信している車両を充電するための充電パッドを切り換えるための電動車両検出装置が提供され、装置は、車両の移動方向に沿って離れた２つのセンサと、２つのセンサの各々によって受信した位置決め信号を乗算し、車両の検出に対応する受信した位置決め信号の積の特性を特定するように構成された検出器とを備える。
【００１５】
実施形態において、積の特性は、負の直流パルスである。これは、２つの受信信号および／またはエンベロープのゼロ交差の間の位相反転に対応する。
【００１６】
別の態様において、本発明は、位置決め信号を送信している車両を充電するための充電パッドを切り換えるための電動車両検出装置を提供し、装置は、車両の移動方向に沿って離れた２つのセンサと、２つのセンサの各々によって受信した位置決め信号のエンベロープ関数を比較することによって車両を検出するように構成された検出器とを備える。
【００１７】
別の態様において、車両または移動物体検出装置が提供され、車両または移動物体は位置決め信号を送信し、装置は、位置決め信号を受信するためのセンサと、位置決め信号の変更特性を決定することによって車両を検出するように構成された検出器とを備える。この変更特性は、受信した位置決め信号における位相変化および／または位置決め信号のエンベロープ関数におけるゼロ交差であってよい。
【００１８】
実施形態において、装置は、車両または移動物体の移動方向に沿って離れた２つのセンサを備える。検出器は、２つのセンサの各々によって受信した位置決め信号のエンベロープ関数または位相を比較してよい。
【００１９】
別の態様において、ＥＶが、道路下に埋められたＩＰＴパッドによって動的に充電される位置にある時を検出するための装置が提供される。上記装置は、下記を備える。１．車載：車両への充電を供給することができる磁力パッド、およびＩＰＴ電力周波数に関連しない周波数で車の下に低電力信号を発する小型低電力信号送信機；２．車両上：車両が路面パッドに対して特定の位置にある時車両に電力を供給することができるＩＰＴ電力パッドは、移動方向に沿って空間的に離れた２つの受信コイルＡおよびＢを有し、それらは上記小型送信機からの信号を同時に受信するという点で同一であり、小型送信機は、受信信号が上記路面パッドの受信コイルによって変調されるという点、および、変調は、受信機がゼロを通過すると位相を１８０度切り換える少なくとも１つのゼロを含み、それによって一方のパッドＡがゼロを通過したが第２のパッドＢは通過していないという条件は容易に検出可能であり、これは、路面パッドがオンになってよい条件であるという点を特徴とする。
【００２０】
実施形態において、上記受信コイルＡおよびＢは２つのゼロ値を有し、コイルＢより前にコイルＡが自身の第１のゼロを通過したという条件は動作の小領域として検出され、その後、コイルＢよりも前にコイルＡが自身の第２のゼロを通過したという状況は動作の第２の領域を与え、第１の上記領域はパッドをオンにするために用いられ、動作の第２の領域はパッドをオフにするために用いられ、路面パッドのオンオフ切換えを別個に制御することができる。
【００２１】
別の態様において、１次パッドシステムおよび２次パッドシステムを有するＩＰＴの接近している第２のパッドを検出するための装置が提供される。１次パッドシステムは、２次パッドシステムに関連する２次パッド信号を表す検出信号を生成するための２つ以上の検出器を有し、２つの検出信号のエンベロープの差分を表す特性を有する結合信号を提供するために検出信号を結合するために使用可能である。
【００２２】
別の態様において、感知コイルが提供され、感知コイルは、移動可能物体に関連する第２の導体によって生成される磁界を検出するために適用される１巻きまたは複数巻きの第１の導体とを備え、第２の導体の存在に応答して電気信号を生成する。
【００２３】
好適な実施形態において、移動可能物体は車両を備える。
【００２４】
好適な実施形態において、感知コイルは磁界を検出し、電圧信号を生成する。
【００２５】
好適な実施形態において、第２の導体に起因するバイアスによって、車両の高度な検出が可能になる。
【００２６】
好適な実施形態において、電圧信号のゼロ交差は、感知コイルに対する車両の近接度を示す。
【００２７】
別の実施形態において、感知コイルは、電動車両に関する情報を推測し、それを電気信号に提供することができる。いくつかの実施形態において、例えば電圧、振幅、または周波数などの電気信号の特性は、別の信号を送信するために用いられうる。
【００２８】
一実施形態において、検出手段が提供され、検出手段は、感知コイルによって生成される電気信号に基づいて制御信号を生成する。
【００２９】
好適な実施形態において、１または複数の感知コイルは車道に関連しうる。一実施形態において、１または複数の感知コイルは、１または複数の誘導送電モジュールに関連する。他の実施形態において、１つの感知コイルが複数の誘導送電モジュールに関連してよい。また別の実施形態において、複数の感知コイルが１つの誘導送電モジュールに関連してよい。
【００３０】
好適な実施形態において、感知コイルは誘導送電モジュールの中央部分に位置付けられ、車両の移動方向における距離だけオフセットされる。
【００３１】
好適な実施形態において、間隔距離は約５ｃｍ程度である。
【００３２】
好適な実施形態において、感知コイルは、システム内の第２の導体のサイズの約６０％のループを形成する。
【００３３】
一実施形態において、本開示は、感知コイルからの信号を受信するための入力と、感知コイルに対する移動可能物体の位置を表す検出信号を提供する出力とを含む検出手段を記載する。
【００３４】
好適な実施形態において、検出信号は制御信号を備えてよい。
【００３５】
好適な実施形態において、検出手段は、１または複数の増幅器、フィルタ、例えば乗算器などの信号結合器、信号処理電子装置を含んでよい。
【００３６】
一実施形態において、検出手段は制御信号生成器を備える。
【００３７】
好適な実施形態において、各制御信号生成器に関連する２つの感知コイルがある。
【００３８】
好適な実施形態において、制御信号は、２つの感知コイルからの信号の乗算によって生じる。
【００３９】
好適な実施形態において、制御信号は、例えばフィルタおよび増幅器などの関連電子装置によって２つ以上の感知コイルからの信号を乗算することによって生じうる。
【００４０】
いくつかの実施形態において、結合信号のゼロ交差は、移動物体の接近度を示すために用いられうる。
【００４１】
更なる実施形態において、ゼロを下回る結合信号の傾斜は、移動物体の方向を示すために用いられうる。
【００４２】
特定の実施形態において、２つの感知コイルを用いて、第１のゼロと負のパルスのピークとの間の時差と、同じピークと第２のゼロとの間の時差とが、移動物体の方向を示すために比較されうる。
【００４３】
好適な実施形態において、フィルタは、例えば約−９０ｄＢに対し２０〜８０ｋＨｚなど、ＩＰＴ（誘導電力伝送）周波数における任意の信号を減衰させるように調整される。
【００４４】
一実施形態において、１または複数の感知コイルの各々は、誘導送電モジュールの１つに関連する。
【００４５】
別の実施形態において、感知コイルの１または複数は、複数の誘導送電モジュールに関連してよい。
【００４６】
好適な実施形態において、短い空間距離だけ離れた２つの感知コイルは、各誘導送電モジュールに関連する。
【００４７】
更なる実施形態において、制御信号生成器は、１または複数の感知コイルからの信号を受信し、道路条件または信号の変化をもたらしうる。別の実施形態において、制御信号が外部ユーザへ送信されうる。
【００４８】
一実施形態において、本開示は、移動中の車両からの信号または信号の特性を検出するために適用される感知コイルを用いた車両の検出を記載する。
【００４９】
一実施形態において、本開示は、静止した物体に関連するセンサ、センサに関連する検出手段、および移動している車両内の受動部品を用いた移動車両の検出を記載する。更なる実施形態において、本開示は、車両が一定の信号を提供する車両の検出を記載する。好適には、一定の信号は、ほぼ一定の交流信号を備える。
【００５０】
一実施形態において、本開示は、車両が誘導送電モジュールの付近にある時を示すＩＰＴコントローラのための信号を生成する制御信号生成器に関連する１または複数の感知コイルを備えるＩＰＴシステムのための車道コントローラを記載する。
【００５１】
好適な実施形態において、車道コントローラは、適切な電動車両誘導送電モジュールが車道誘導送電モジュールの付近に到来するまでＩＰＴシステムをオフに保つことを可能にする。
【００５２】
好適な実施形態において、ＩＰＴシステムのための車道コントローラは、各誘導送電モジュールについて１または複数の感知コイル、制御信号生成器、および誘導送電モジュールの切換えを制御する出力信号を含む。
【００５３】
別の実施形態において、車道コントローラは、１または複数の感知コイルからの入力を受け取り、感知コイルからの信号における情報に基づいて複数の誘導送電モジュールを切り換えてよい。
【００５４】
一実施形態において、本開示は、交流電源によって励起される第２の導体、制御電子装置、および第１の導体による検出のために用いられる磁界を発生させるためのループを備える検出装置を記載する。
【００５５】
好適な実施形態において、第２の導体は、感知コイルによって検出されうる特性を有する磁界を生成するために適用される。
【００５６】
一実施形態において、第１の導体は感知コイルを備える。
【００５７】
好適な実施形態において、第２の導体は、車道内の感知コイルに誘導結合しうる既定の周波数で磁界を生成する。別の実施形態において、磁界の別の特性が、感知コイルに一致するように適用されうる。
【００５８】
好適な実施形態において、交流電源の周波数は、付近の誘導送電システム内の電力伝送に用いられる範囲の外である。
【００５９】
好適な実施形態は、４２０〜４５０キロヘルツの周波数範囲を用いる。
【００６０】
好適な実施形態において、第２の導体は、車両誘導送電モジュールとほぼ同じサイズである。好適な実施形態において、第２の導体は、車両誘導送電モジュールの周囲に配置される。
【００６１】
一実施形態において、車両における１または複数の誘導送電モジュールは各々、第２の導体を有する。別の実施形態において、車両における単一の第２の導体が、車両における誘導送電モジュールの１または複数または全てに関連しうる。
【００６２】
別の実施形態において、第２の導体は、車道からの通信を受信することができる。この場合、感知コイルと第２の導体との間の双方向における通信が可能であってよい。
【００６３】
更に別の実施形態において、第２の導体の電子装置または交流電源は、周波数および振幅を含む電子特性を用いることによって更なる通信信号を提供するために適用されうる。
【００６４】
一実施形態において、本開示は、車道内の感知コイルとのインタフェースとなる、あるいは車道内の感知コイルへ適切な界や信号を提供するために適用される第２の導体を含む車両を記載する。
【００６５】
好適な実施形態において、車両は、車両の誘導送電モジュールに関連する、またはその付近にある第２の導体を含む。別の実施形態において、車両は、誘導送電モジュールが存在しない状態で第２の導体を含む。
【００６６】
一実施形態において、本開示は、第２の導体によって発生した磁界を検出するために適用される１または複数の感知コイルを含む車道を記載する。
【００６７】
好適な実施形態において、車道はまた、１または複数の誘導送電モジュールを含む車道給電式電動車両（ＲＰＥＶ）システムにも関連する。
【００６８】
更なる実施形態において、車道は、車道給電式電動車両システムの制御を可能にする、感知コイル、制御信号生成器、およびＩＰＴシステムに関連する。
【００６９】
好適な実施形態において、車道は、一連の複数の誘導送電モジュールから成り、各誘導送電モジュールの状態は、１または複数の感知コイルからの信号に関連する。
【００７０】
好適な実施形態において、車道および感知コイルは、車道誘導送電モジュールの各々が、車両誘導送電モジュールが上にある時にオンになり、車両誘導送電モジュールが上にない時オフになることを可能にする。
【００７１】
一実施形態において、本開示は、車道給電式電動車両システムを制御するための方法を記載し、方法は、
各々が車両に関連する１または複数の第２の導体を認識するための１または複数の感知コイルを提供することと、
感知コイルからの信号を処理することと、
処理された信号に基づいて１または複数の誘導送電モジュールを制御することと、
を備える。
【００７２】
一実施形態において、本開示は、車道給電式電動車両システムを制御するための方法を記載し、方法は、
１または複数の感知コイルからの信号を受信することと、
感知コイルからの信号を処理することと、
処理された信号に基づいて１または複数の送電モジュールを制御することと
を備える。
【００７３】
一実施形態において、１または複数の送電モジュールを制御するステップは、１または複数のモジュールをオンまたはオフに切り換えることを含む。
【００７４】
好適な実施形態において、感知コイルの設定は、誘導送電モジュールに向かって移動している車両コイルの近接度および方向を記録し、制御信号生成器へ信号を伝搬する。次に制御信号生成器は、関連する誘導送電モジュールの適切な切換えを可能にするために、ＩＰＴコントローラのための信号を生成する。
【００７５】
更なる実施形態において、本開示は、車両の移動方向を決定するための方法を記載し、方法は、
１または複数の第２の導体を認識するために１または複数の感知コイルを用いることと、
感知コイルからの信号を乗算することと、
車両の移動を決定するために、乗算された信号が分析されることと
を備える。
【００７６】
好適な実施形態において、乗算された信号は、電圧がゼロを下回る期間の後に分析され、最小値と各ゼロ交差との間の傾斜が車両の方向を示す。
【００７７】
好適な実施形態において、２つの空間的に遅延した信号の乗算は、信号の直流成分に基づく検出を可能にする。特定の実施形態において、負の直流パルスは、切換え時間を示すために用いられる。
【００７８】
好適な実施形態において、信号の更なる特性が、方向情報を提供する。
【００７９】
更なる実施形態において、異なる空間位置にある１または複数の感知コイルからの信号は、複数の誘導送電モジュールの制御を可能にするために結合されうる。別の実施形態において、一連の車道誘導送電モジュールは、１または複数の感知コイルによって、連続的に、またはグループで制御されうる。更に別のモデルにおいて、１または複数の車両誘導送電モジュールは、第２のコントローラからの信号によって指示されうる。
【００８０】
更なる実施形態において、システムは、車両のサイズを推測し、充電パッドへの電力を適切に調整することができる。
【００８１】
本明細書に関して、実施形態は、本明細書を明確かつ簡潔に記すように説明されるが、実施形態は本発明から逸脱することなく様々に組み合わせたり分離したりしてよいことが意図されており、理解されるだろう。
【００８２】
本発明の更なる態様は、下記の説明から明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
本発明の１または複数の実施形態は、添付図面を参照して下記でさらに詳述される。
【００８４】
【図１】（Ａ）ワイヤおよびコイルの立面図である。（Ｂ）図１Ａの平面図である。（Ｃ）ワイヤの位置に対するコイル内の出力電圧を示す図である。
【図２】図１のワイヤおよびそのリターンの立面図である。
【図３】（Ａ）図２の配置の立面図である。（Ｂ）図２の配置の平面図である。（Ｃ）図２の配置の出力電圧である。
【図４】（Ａ）長方形状感知コイルおよび車両コイル配置に関する感知コイルの平面図を示す。（Ｂ）長方形状感知コイルおよび車両コイル配置に関する感知コイルの出力電圧を示す。
【図４Ｃ】図４Ｂに示す信号の交流特性を示す。
【図５】（Ａ）２つの感知コイルを用いる配置の平面図を示す。（Ｂ）２つの感知コイルを用いる配置の個々のエンベロープ出力を示す。（Ｃ）２つの感知コイルを用いる配置の乗算された信号出力を示す。
【図５Ｄ】負の直流パルスとともに、図５Ａ〜Ｃの配置の感知コイルに関する乗算された信号の出力の交流特性を示す。
【図５Ｅ】図５Ａ〜Ｄの配置を用いる充電パッド切換えシステムの略図である。
【図６】個々のエンベロープ出力信号および乗算された出力を示す。
【図７】車両コイルを有する車両の図を示す。
【図８】車道充電パッドの付近にある感知コイルの平面図を示す。
【図９】車道充電パッドの上を移動している自動車の形式の車両を示す。
【図１０】複数の充電パッドおよびそれらに関連する感知コイルを含む車道の平面図を示す。
【図１１】本発明の一実施形態に係る車両検出システムの略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
図１Ａ〜Ｃを参照すると、ワイヤ内の電流が、鉛直フラックスのみを感知するコイルによって感知されうる。コイルは、ワイヤに対して対称である場合、ゼロ出力となる（図１Ｃ参照）。ここで、無限遠のリターンワイヤを伴う２Ｄモデルが用いられる。この配置は、図１Ａおよび１Ｂに示される。コイルがワイヤに対して対称である場合、コイル内の電圧はゼロである。コイルはいかなる形状でもよいが、環状が一般的である。しかし、電流が流れている直線状のワイヤを検出する際に比較的急激な推移がある場合、好適な形状は長方形状である。この測定にはバイアスがない。すなわち、リターンワイヤが無限遠であるという条件のとき全ての鉛直変位についてゼロ点は正確にワイヤ上にある。
【００８６】
この状況は、よく知られており認められている。あまり知られていないのは、リターンワイヤの存在が測定におけるバイアスの原因となること、および、車道から車両への電力の制御がほぼ完全に途切れずなめらかに継続しうるように、パッドの面積よりも大きい感知面積を可能にするためにここではバイアスを優先的に用いることである。実際には、車両に伝送されたエネルギは、車両のバッテリ内に保管されることなくタイヤへ向かうが、余剰エネルギおよび再生電力は、バッテリをフルに充電された状態に保つためにシステムによって収集される。そのためには、車両に対する車道パッドの位置を知っていることが必要であり、これは、実行可能なシステムのために必要な情報である。
実施上の配慮点
【００８７】
実際には、リターン電流が流れるための経路がなければならないので、単一のワイヤを用いることはできない。リターンワイヤは、バイアスがないシステムを保つために既存のワイヤの下側に配置されうるが、多くの場合、ワイヤの側面に配置され、ゼロの位置におけるバイアスを生じさせる。この配置は図２に示される。ゼロ出力条件はこの場合、コイルサイズに応じて、ワイヤの上側のコイルの高さおよびワイヤとリターンとの間隙に依存する。本明細書では、第１の例においてバイアスは無視される。オリジナルワイヤおよびリターンワイヤの位置が感知されうる。平均位置は、バイアスがない場合、２つのワイヤの中間点である。２つのワイヤは好適には車載パッドの両端にあり、路面パッド上のコイルによって感知されうる。実際はバイアスがある方が有益であることが分かる。実用的な回路が図３Ａおよび３Ｂに示される。ここで、２つのワイヤ１，２は、電流が流れているワイヤおよびそのリターンに対応するように示される。ワイヤからの磁界は長方形状コイル３によって感知され、出力電圧が記入される（図３Ｃ参照）。ワイヤ同士が離れすぎていると、最大出力は下落しうる―点線４参照。正方形状のコイルの場合、ワイヤ間の出力は、ワイヤ側面の出力よりも一般的に５倍大きい。この感知方法は交流励磁にしか作用せず、出力電圧極性は簡単に観察または決定することができない。
車両および車道システム
【００８８】
本願において、ワイヤ（送りおよびリターン）は車載されており、それらを相当量離すことが最適である。最大（感知）可能間隔は、車載パッドの両端によって定められる。２つの個別の長方形状コイルを用いることは、より高度な検出を可能にするために役立ち、コイルおよびワイヤの直線状の端部は、反応を増すために役立つ。この配置は図４Ａに示される。ここでは、１つの感知コイル３１のみが用いられ、感知コイル３１が車両コイル３２を横断して移動すると、その出力が、空間変位に対する電圧として図４Ｂに記入される（使用中、感知コイルは通常、車両がその上を通過する際、動かない）。このシステムはバイアスがないと仮定され、電圧ゼロ点３３は、いつ路面パッドをオンおよびオフにするかを検出するために用いられうる。図４Ｂに示す信号は、感知コイルによって検出される交流信号のエンベロープであることに注目する。実際の状況下では、信号の交流特性は、エンベロープ内の急速な励磁を招き、信号を用いることを困難にする。これは、図４Ｃによって示される。図４Ｃはまた、電圧ゼロ点３３における１８０度の位相変化も示す。
【００８９】
実際は、ノイズが存在する場合に交流ゼロ点を感知することは難しく、同じサイズおよび形状の２つの感知コイル３１Ａおよび３１Ｂを用いる改良された方法が図５Ａに示される。コイルＢの出力はコイルＡの出力と同じであるが、数デルタだけ空間的に遅れ（移動し）、好適な実施形態においてこの距離は約５ｃｍであってよい。
【００９０】
時間領域においてこの遅れは、図５Ｂに示す２つの信号間の時間的な遅延として現れる。両方の信号が１８０度変化している図の左側で（これは測定することができない）、ＡおよびＢの信号は同相である。両者は、両方の信号が名目上ゼロ位相である図の中央においても同相であり、両方の信号が１８０度の位相はずれである図の遥か右の方で再び同相となる。しかし推移中、信号は位相はずれ（すなわち、それぞれ０度および１８０度または１８０度および０度）となり、これらの推移は、図５Ｃに示すように２つの信号ＡおよびＢを乗算して直流出力を求めることによって検出されうる。２つの信号の乗算は、システム切換え検出のための交流周波数のあらゆるインポータンスを低減する効果がある。これは、検出手段がゼロ交差３３である必要が最早ないが、通常システム内での正の直流成分と反対に、直流負パルス３４になるためである。信号の交流特性が図５Ｄに示される。２倍周波数成分も存在するが、必要に応じて適切な高周波数フィルタを用いて除去することによって、無視してよい。これらの負の推移は、車載パッド上のワイヤの位置に対応する。図２に示したように、バイアスの存在は、車載パッドが先立って検出されうるように、これらの負の領域を大きく広げるように動かす―実際には、路面パッドが先立ってスイッチオンされうる。バイアスの制御によってパッドのスイッチオン／オフ点の制御が可能になるので、上記はバイアスがない場合不可能であり、これは本技術の重要な特徴である。
【００９１】
図５Ｅは、本実施形態を実現するための適切な回路の略図を示すが、当業者には理解されるように、任意の適切な代替の回路を用いてもよい。２つの感知コイル３１Ａおよび３１Ｂは、充電パッドのＩＰＴ周波数を除去するそれぞれのフィルタ３５を介して乗算器４０に連結される。乗算器の出力すなわち積は、位置決め信号を送信している車載位置決めコイルの近接度を検出するピーク検出器５０に加えられる。２つの感知コイルは、充電パッドに隣接する車載位置決めコイルおよび車載充電パッドを搭載している車両の移動方向に沿って間隔を有する。この位置決め信号は感知コイルの両方によって受信されるが、上述したように、時間にずれがある。
【００９２】
コントローラ６０は、スイッチ７５を用いて路面充電コイル７０を励起状態に切り換えるためにピーク検出を用い、それによって車載パッドは、励起した充電コイル７０の上方を通過するとそこからワイヤレス電力を受け取る。図５Ｃに示す検出された第２のピークは、充電コイル７０をスイッチオフするために用いられ、第２のピークは車両が通り過ぎることに一致する。当業者には明らかであるように、任意の適切なコントローラおよび／またはピーク検出器、あるいは同じ機能を果たす代替回路が用いられてよい。
【００９３】
事実上、実施形態は、間隔を有する２つの感知コイルから受信した位置決め信号を比較する。この場合、信号は乗算され、これは費用効率の高い単純な解決策である。
【００９４】
しかし、例えば２つの信号のエンベロープ機能がゼロ交差を有する時あるいは２つの位置決め信号が異なる位相を有する時に直接比較するなど、他の位置決め信号比較も可能である。
【００９５】
本実施形態では感知コイルが用いられるが、例えばバイアスがさほど重要でない場所で垂直に方向付けられるコイルなどを含む、他の種類のセンサを用いてもよい。
実用上の問題
【００９６】
ＩＰＴシステムは一般的に２０〜８０ｋＨｚの範囲の周波数で作動するので、感知方法は、この周波数範囲を用いることができない。ここで行う作業において、ここに含まれる低電力で生成することが非常に容易な４２０〜４５０ｋＨｚの周波数が用いられた。この周波数は、ＩＰＴ周波数における干渉を回避するように、かつ電気部品の範囲を用いるために十分に低くなるように選択される。周波数の範囲は、更なる最適化に基づいて用いられうることに留意する。おそらく更に重要なことに、感知システムが作動している時、より大きな信号が存在する。感知システムまたは検出手段は、２００ｍＶの電圧を測定しうるが、ＩＰＴ周波数における電圧も存在する。コイルが完全に一直線上にある場合この電圧はゼロになりうるが、コイルが一直線上にない場合、この不所望の電圧は５０〜１００Ｖになりうる。従って、良質なフィルタおよび非常に安定した増幅器を有することが望ましい。−６ｄＢで１００ｋＨｚの通過帯域を有する４５５ｋＨｚおよび４４ｋＨｚで−９０ｄＢの減衰に調整された帯域通過フィルタ、および４５５ｋＨｚで３５ｄＢかつ４４ｋＨｚで０ｄＢの電圧利得を有する非常に安定したトランジスタ増幅器が用いられ、これらは、全ての信号が個々に隔離されるように保つことができ、かつ感知／検出概念が作動することを可能にする。帯域通過フィルタは、コイルＡおよびＢの出力に直接接続され、増幅器は、フィルタの出力を増幅する。出力は、アナログ技術またはデジタル技術のいずれかを用いて、その時点から処理しやすい信号を提供するために、アナログ素子増幅器を用いて増幅される。
【００９７】
このように、路面パッドの上を車両パッドが通過すると、車両パッド内のワイヤは路面パッド内の回路によって感知され、路面パッドは、図５Ｃに示す負パルスのうちの１つによってオンにされ、別の１つによってオフにされうる。これらのパルスは空間領域にあり、時間とともに変化するのではなく、１つのパッドと別の１つのパッドとの入れ替わりによって変化することに注目すべきである。このように、パッドは、１００ｋｐｈ以上の車両速度に対応することができる非常に速い速度で切り換わることができる。パッドはまた、車両が逆方向に進行すると、オン／オフが切り換えられうる。しかしパッドの切換えは、車両の動きと同調しなければならない。
【００９８】
図５Ｃの調査は、逆極性パルスの内側エッジは外側エッジよりも急であることを示す。これは、パルスが図３に示す形式の２つのパルスの乗算によって生じ、このパルスの内側エッジは外側エッジよりも明らかに大きな傾きであるため、それらが乗算されるとその差が依然として存在することに起因する。しかし図３の傾斜は、これらのパルスが交流信号のエンベロープであるために観察することができないが、それらが乗算されると傾斜情報が利用可能である。
【００９９】
関連する波形の図が図６に示される。ここでは波形ＡおよびＢは交流信号のエンベロープであり、示されるグラフは概念的にすぎないが積が観察可能なグラフであり、Ｓ１はＳ２よりも小さい傾斜でありＳ３はＳ４よりも小さい―外側の傾斜は内側の傾斜よりも小さい（符号は無視）ことが明らかである。そのため、単純に任意の負パルスの側面における傾斜を測定および比較することによって、どの種類のパルスが対応するかを決定することが容易である。大きい傾斜に続いて小さい傾斜を有するパルスは、パッドをオフにするパルスであり、小さい傾斜に続いて大きい傾斜を有するパルスはパッドをオンにするパルスである。この条件は、移動の方向に依存せず、常に真である。パルスの傾斜は測定することが難しいが、負パルスのゼロからピークまでの時間を測定し、ゼロに戻る時間と比較する方法が比較的簡単である。
【０１００】
この方法を用いて、パッドのストリングの上を通過する車両は、パッドに到来するとパッドをオンにし、パッドから離れるとパッドをオフにする。パッドは、広い間隔を有するか、または近接していてよく、車両がストリングからより多くの電力を得るように複数のパッドが用いられうる。
【０１０１】
図７は、充電パッド３を有する電動車両３６における車両コイル３２の位置を示す。充電パッドは車両の底面またはその付近に載置され、車両コイルは通常、誘導送電パッドの周囲に取り付けられうる。車両コイル３２内で交流信号を生成するための手段が、電動車両３６内に格納されうる。切換え手段を含むコイルに関する制御システムも含まれうる。図８および９は、車両充電パッドと車道充電パッドとの間で誘導送電がある時のそれらの相対位置を示す。感知コイル３１は、車道充電パッド３８と同じ位置またはその付近に存在しうる。一般的な配置は２つの感知コイルを含み、それらは車両コイル３７のサイズの約６０％であり、図８に示すように関連する車道充電パッドの外周の内側に取り付けられる。本開示に記載する検出手段は、車道充電パッドが、検出手段の出力によって直接、あるいは適切な制御手段を用いて概ね制御されることを可能にする。一例において、車道パッドは、車両コイル３２の先端が感知コイル３１に到達するとスイッチオンされ、車両コイルの後端が感知コイルを通り過ぎるとスイッチオフされる。このように車道充電パッドのスイッチがオンである時間は、その上に車両充電パッドがある時間に限られ、効率的かつ安全に送電することができる。
【０１０２】
あるいは感知コイルは、充電パッドを切り換えるためのシグナリングの伝搬時間を許容するために充電パッドより前に、各々のワイヤとともに充電パッドの周囲に設置されうる。一般的に感知コイルは、受信した位置決め信号を最大化するために車両の移動方向に対して垂直に配置される２つの平行なワイヤを含む。
【０１０３】
図１０に示すように、複数の誘導充電パッド１０が車道１１に設置されうる。これらは互いに一直線になるように直接設置されるか、あるいはそれらの間には何らかの形状の間隙が存在し、この間隙はパッド幅の半分であってよい。車両の方向は個々に生じてよく、各パッドは１または複数の関連感知コイル１２を有し、各車両を検出するために各々が個別に作動している。制御手段１３は、各感知コイルに提供されるか、感知コイルのグループに提供されうる。車両が道路に沿って移動すると、各誘導充電パッドは、車両コイルが検出されるとオンになり、車両コイルが通り過ぎるとオフになるので、車両への継続的または概ね継続的なエネルギの伝送が可能である。車両が動かなかった場合、車両は車道充電パッドから電力を受け取り続けるが、車両コイルがオフであった場合、充電界や検出界はいずれも路上に存在しない。一実施形態において、この車両コイルは、カーエレクトロニクスや車両のユーザによって制御されうるか、あるいは車両の操作にリンクされうる。
【０１０４】
代替システムにおいて、感知コイルは、複数の誘導送電モジュールに関連しうる。この場合、システム上を移動している車両は、一連のパッドをスイッチオンおよびオフにするために起動しうる。車両または同時に移動している複数の車両が一連の誘導送電モジュールを有する別の状況下では、感知コイルは、最後の誘導送電モジュールが到達するまで、あるいは一定の期間、オンのままであることによってそれらに応答することができる。これは、１０のうち１つの誘導送電モジュールが感知コイルを有するか、あるいは車両が複数の誘導送電モジュールについて１つの車両コイルを有することを意味しうる。これらの特徴に加え、車両によって生成された信号は、道路に更なる情報を提供するために用いてよく、これは、信号のいくつかの特性の使用に一貫してよく、車両の種類や誘導送電モジュールのサイズや充電レベルなどの情報を示すことができる。
【０１０５】
検出のためのシステムは、電力を用いない車両にも適応する用途を有してよく、そういった意味では、検出される車両は、車道の一部分からの特別待遇を所望してよい。これは、接近する車両の種類および切換えトラフィック信号を検出するため、あるいは車道の一部をアクセス可能にするために用いられるシステムを含んでよい。代替実施形態において、システムは、例えばバスなどの通行車両の位置を決定し、それを制御手段に通知するために用いられうる。あるいはシステムは、計量所または他の路上機構に対する車両の位置を決定するために用いられうる。一実施形態においてシステムは、適切な信号によって車両に優先的な通行を許可するための方法を提供してよい。
【０１０６】
図１１は、誘導充電パッド２３に関連する例えばコイル２２などの交流励起導体を有する車両の略図を示す。電源２６によって選択的に励起されうる車道充電パッド２５に対して既知の位置において、感知コイル２４が車道内または車道上に提供される。検出および／または制御手段２７は、パッド２５の適切な切換え／励起／停止のために電源２６へ適切な検出および／または制御信号を供給する。
【０１０７】
本開示は、電動車両充電システムにおける検出スキームの使用に関して記載されたが、より広い範囲の用途が存在することが分かっている。特にこのシステムは、１または複数の感知コイルが存在する表面上のあらゆる移動物体の位置を検出するために適用できる。これは、コンベヤベルトシステム、製造環境、または電気素子充電における使用を含みうる。あるいは、クレーンやウォーターサイドシップローダを含む例えば自動運転車（ＡＧＶ）などの車両がこのシステムを用いてよい。システムは、車両や他の完全体が動いていない状況でも用いられうる。これは、電動車両が駐車しており、充電を所望している場合を含みうる。
【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４Ｃ】
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【図５】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｄ】
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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１０】
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【図１１】
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