(57)【要約】本発明は、誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するためのシステムに関し、システム（１）は少なくとも１つの二次側送信ユニットを含み、位置決め周波数を有する位置決め信号（ＰＳ）が二次側送信ユニットによって送信可能であり、システムは少なくとも１つの一次側受信ユニットを含み、位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分が判定可能であり、相対的位置および／または方向は判定された信号部分に依存して判定可能であり、本発明は、誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するための方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するためのシステムであって、前記システム（１）は少なくとも１つの二次側送信ユニットを含み、位置決め周波数を有する位置決め信号（ＰＳ）が前記二次側送信ユニットにより送信可能であり、前記システムは少なくとも１つの一次側受信ユニットを含み、前記位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分が判定可能であり、前記相対的位置および／または方向は判定された前記信号部分に依存して判定可能である、システム。
【請求項２】
送信ユニットは少なくとも１つの共振回路を含み、前記共振回路の共振周波数は決定可能であり、前記位置決め周波数は、前記共振周波数として選択され、または前記共振周波数から所定量より大きくは離れていないことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記二次側送信ユニットは前記共振回路のための動作信号を生成するための少なくとも１つの信号発生器（６）を含み、前記動作信号の周波数は調整可能であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記共振周波数は前記信号発生器（６）の入力電力および／または出力電力に依存して決定可能であることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの一次側受信ユニットは狭帯域受信ユニットであることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記システム（１）は少なくとも２つの一次側受信ユニットを含み、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットの主受信方向は別々に向けられることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項７】
第１受信ユニットの主受信方向は前記一次巻線構造（１８）の縦軸（ｘ）に平行に向けられ、第２受信ユニットの主受信方向は前記一次巻線構造（１８）の横軸（ｙ）に平行に向けられることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記システム（１）は少なくとも２つの一次側受信ユニットの組を少なくとも２組含み、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、１組の前記少なくとも２つの一次側受信ユニットの主受信方向は別々に向けられ、１組の前記受信ユニットは互いに近く配置されることを特徴とする、請求項６または７に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムは一次側ＡＤ変換器（１２）を含み、前記受信された信号は前記一次側ＡＤ変換器（１２）によってデジタル化可能であることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システム（１）は少なくとも１つのスペクトル判定手段を含み、前記受信された信号のスペクトルは前記少なくとも１つのスペクトル判定手段によって判定可能であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記位置決め周波数は前記スペクトルに基づいて判定可能であることを特徴とする、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システム（１）は、一次ユニット（１６）と二次ユニット（２１）との間の通信のための少なくとも１つの通信手段を含むことを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記相対的位置および／または方向は一次側および／または二次側評価ユニットによって判定可能であることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
少なくとも１つの一次側受信ユニットは誘導性物体検出システムの少なくとも１つの巻線構造により少なくとも部分的に提供され、および／または、前記一次側ＡＤ変換器（１２）は前記誘導性物体検出システムのＡＤ変換器によって提供されることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
一次ユニットは少なくとも１つの磁気伝導素子（２３）を含み、前記少なくとも１つの磁気伝導素子（２３）および／または前記少なくとも１つの一次側受信ユニットは、前記位置決め信号を送信するために使用される磁場が前記少なくとも１つの一次側受信ユニットの縦軸に沿って向けられるように、配置されおよび／または設計されることを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するための方法であって、位置決め周波数を有する位置決め信号（ＰＳ）が二次側送信ユニットによって送信され、前記位置決め信号（ＰＳ）を含む信号が少なくとも１つの一次側受信ユニットによって受信され、前記位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分が判定され、前記相対的位置および／または方向は前記判定された信号部分に依存して判定される、方法。
【請求項１７】
二次側送信ユニットの共振回路の共振周波数が決定され、前記位置決め周波数は前記共振周波数として選択されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
信号発生器（６）の動作信号の周波数が調整され、前記動作信号は前記共振回路の動作信号であることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記共振周波数は前記信号発生器（６）の入力電力および／または出力電力に依存して決定されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
送信された前記位置決め信号（ＰＳ）は少なくとも２つの一次側受信ユニットにより受信され、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットの主受信方向は別々に向けられることを特徴とする、請求項１６〜１９の何れか一項に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの受信された信号はデジタル化されることを特徴とする、請求項１６〜２０の何れか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記受信された信号のスペクトルが判定されることを特徴とする、請求項１６〜２１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記位置決め周波数は前記受信された信号の前記スペクトルに基づいて判定されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
周波数干渉手段が前記スペクトルに基づいて検出されることを特徴とする、請求項２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記位置決め周波数は二次ユニット（２０）から一次ユニット（１６）へ伝達されることを特徴とする、請求項１６〜２４の何れか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記相対的位置および／または方向は一次側および／または二次側評価ユニットによって判定されることを特徴とする、請求項１６〜２５の何れか一項に記載の方法。
【請求項２７】
様々な二次側送信ユニットが様々な周波数で動作させられることを特徴とする、請求項１６〜２６の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に車両への誘導電力伝達システムの一次巻線構造および二次巻線構造の相対的位置および／または方向を判定するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両、特に走路拘束型車両および／または路面走行用車両、は誘導電力伝達によって伝達される電気エネルギーによって動作させられ得る。そのような車両は、交流電磁場を受けて電磁誘導により交流電流を発生させるべく適合化されたいわゆる受電装置を含み得る。そのような受電装置は、いわゆる二次巻線構造を含むかまたは設けることができる。さらに、そのような車両は、交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換するべく適合化された整流器を含み得る。ＤＣは、走行用蓄電池に充電しまたは電気機械を動作させるために使用され得る。整流器は、受電装置により供給されるＡＣをＤＣに変換する。
【０００３】
誘導電力伝達は、普通、一次巻線構造によって交流電磁場を生成する一次ユニットと、前記電磁場を受けるための受電装置を含む二次ユニットとを用いて行われる。一次ユニットおよび二次ユニットは、例えば、それぞれ、前述の一次巻線構造および二次巻線構造を提供する３相巻線のセットを含み得る。一次ユニットの巻線セットは、地面に据え付けられ得（一次巻線）、路傍の電力変換器（ＷＰＣ）により給電され得る。二次ユニットの巻線セットは車両に据え付けられる。例えば、巻線の第２セットは、車両の下に、路面電車の場合にはその貨車のうちの幾つかの下に、取り付けられ得る。一次側および二次側は、電気エネルギーを車両に伝達する高周波変圧器の部分であり得る。この伝達は、静的状態で（車両の移動が無いとき）および動的状態で（車両が移動しているとき）行われ得る。
【０００４】
特許文献１は、第１デバイスと第２デバイスとの間での電力および全二重データ信号の誘導伝達のための誘導伝達システムを開示している。この伝達システムは、２つのデバイス間の双方向誘導チャネルと、その誘導チャネルを通して第１デバイスから第２デバイスへ第１周波数で電力信号を伝達するための送信器と、第１データ信号を第１変調周波数で変調するための第１変調デバイスと、第２データ信号を第２変調周波数で変調するための第２変調デバイスとを含む。さらに、送信器は、変調済み第１データ信号を第１デバイスから誘導チャネルを通して第２デバイスへ送信するとともに、変調済み第２データ信号を第２デバイスから誘導チャネルを通して第１デバイスへ送信する。第１変調周波数および第２変調周波数は少なくとも２倍離れている。
【０００５】
誘導電力伝達は、普通、伝達電力量を最大化するだけでなくて安全上の要件を満たしかつ電磁的両立性を保証するために一次巻線構造に対する車両側二次巻線構造の正しい位置決めを必要とする。
【０００６】
特許文献２は、車両に関連する無線電力アンテナの無線充電と無線電力アライメントを記載している。
【０００７】
特許文献３は車両と誘導充電ユニットを開示し、その誘導充電ユニットは一次コイルを有し、車両は二次コイルを有する。さらに、充電位置において、二次コイルは一次コイルに関して好ましい空間的位置範囲内に配置され、その結果、充電位置をセットするために、システムは、三角測量を用いる電磁的距離および角度測定によって、一次コイルに関しての二次コイルの時間依存空間位置を描く場所を判定する。システムは、その場所と充電位置とによって、充電位置の場所に近づくことのできる少なくとも１つの部分的ドライブ方向を検出する。
【０００８】
これらの文書は、誘導電力伝達（ＩＰＴ）ユニット、すなわち一次ユニットまたは二次ユニット、の通信アンテナを開示している。
【０００９】
コンポーネントの許容誤差および環境からの影響は、相対的位置および／または方向の判定に用いられる送信デバイスの離調をもたらす可能性がある。従って、そのような離調は測定誤差および不正確な結果をもたらす可能性がある。普通、結果の所望の精度を提供するために、時間のかかるシステムのキャリブレーションが必要である。
【００１０】
コンポーネントの許容誤差および環境からの影響に起因する誤りが最小にされると同時に前記のような最小化のための据え付けおよび動作労力が低減されている、誘導電力伝達システムの一次巻線構造および二次巻線構造の相対的位置および／または方向を判定するためのシステムおよび方法を提供するという技術的課題が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第７，４５４，１７０号
【特許文献２】国際公開第２０１１／１２７４５５号
【特許文献３】国際公開第２０１４／０２３５９５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の技術的課題に対する解決策は、請求項１および１６の特徴を有する主題により提供される。本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項の主題により提供される。
【００１３】
本発明の主要な思想は送信周波数を送信ユニットの共振回路の共振周波数に自動的に同調させることであり、送信ユニットは位置決め信号を送信するために使用される。
【００１４】
本発明の他の１つの態様は、同調済み位置決め信号の確実な受信を提供するために位置決め信号を受信するためにブロードバンド受信ユニットを使用することである。
【００１５】
特に車両への誘導電力伝達のためのシステムの一次巻線構造および二次巻線構造の相対的位置および／または方向を判定するためのシステムが提案される。その誘導電力伝達のためのシステムは、一次巻線構造を有する一次ユニットと、二次巻線構造を有する二次ユニットとを含むことができる。車両は、一次ユニットの一次巻線構造により生成される交流電磁場を受けるための二次巻線構造を有する二次ユニットを含むことができる。一次巻線構造は、通電されあるいは動作電流を供給されると、交流電磁場を生成する。一次ユニットは、誘導電力伝達のための交流電磁場を生成するコンポーネントの全体または部分集合を含むことができる。同様に、二次ユニットは、誘導電力伝達のための交流電磁場を受け取って対応する出力電圧を提供するコンポーネントの全体または部分集合を含むことができる。
【００１６】
一次ユニットは、誘導電力伝達パッドにより提供され得る。誘導電力伝達パッドは、経路もしくは駐車スペースの表面に据え付けられ得、またはそのような表面内に統合され得る。
【００１７】
本発明は、特に、例えば鉄道車両（例えば路面電車）等の走路拘束型車両などの任意の陸上車への誘導エネルギー伝達の分野に応用され得る。特に、本発明は、個人用（私用）乗用自動車または公共輸送車両（例えばバス）などの路面走行用車両への誘導エネルギー伝達の分野に関する。
【００１８】
次に、一次側座標系および二次側座標系に言及することができる。一次側座標系は一次巻線構造の座標系であり得、二次側座標系は二次巻線構造の座標系であり得る。
【００１９】
一次側座標系は縦軸とも称され得る第１軸を有することができ、その第１軸は、一次巻線構造の縦軸であるかまたはその軸に平行に延びることができる。横軸とも称され得る第２軸は、一次巻線構造の横軸であるかまたはその軸に平行に延びることができる。垂直軸とも称され得る第３軸は、第１軸および第２軸に対して垂直に向けられ得る。第３軸は、所望の電力伝達方向に、すなわち一次ユニットから二次ユニットへ、平行に向けられ得る。垂直軸は、一次ユニットから二次ユニットを指すならば、下から上へ向けられ得る。
【００２０】
二次側座標系も縦軸とも称され得る第１軸を有することができ、その第１軸は、二次巻線構造の縦軸であるかまたはその軸に平行に延びることができる。二次巻線構造の第２軸は横軸と称され得、その第２軸は二次巻線構造の横軸であるかまたはその軸に平行に延びることができる。第３軸は、二次巻線構造の垂直軸と称され得、二次巻線構造の第１軸および第２軸に垂直に向けられ得る。二次巻線構造の第３軸は、所望の電力伝達方向に平行に向けられ得る。
【００２１】
以下で、長さは第１軸に沿って測定され得、幅は第２軸に沿って測定され得、高さは第３軸に沿って測定され得る。「上」、「下」、「前方」、「そば」などの方向に関連する方向用語は、それぞれの座標系の前述の縦軸、横軸および垂直軸に関連し得る。
【００２２】
一次側座標系の原点は、一次巻線構造の幾何学的中心に対応し得る。同様に、二次側座標系の原点は二次巻線構造の幾何学的中心に対応し得る。
【００２３】
一次巻線構造および／または二次巻線構造は、少なくとも１つの副巻線構造を有し得る。副巻線構造は、巻線構造の少なくとも１つのセクションにより提供され得る。特に、副巻線構造はループまたはコイルを提供し得、そのループまたはコイルは巻線構造の１つもしくは複数のセクションにより提供される。巻線構造は、対応する座標系の縦軸に沿って延びることができる。好ましくは、巻線構造は、縦軸に沿って延びる複数の副巻線構造を有する。この場合、巻線構造の連続する副巻線構造は、前記縦軸に沿って互いに隣接して配置され得る。「互いに隣接」とは、副巻線の中心軸、特に対称軸、が他方から例えば縦軸に沿って所定距離離れているということを意味し得る。ループまたはコイルは、円形、楕円形もしくは長方形であり得る。
【００２４】
巻線構造が縦軸に沿って延びる少なくとも１つの巻線セクションと対応する座標系の横軸に沿って延びる少なくとも１つの巻線セクションとを有することが可能である。従って、巻線構造、特に各副巻線構造、は縦軸に実質的にまたは完全に平行に延びるセクションと横軸に実質的にまたは完全に平行に延びるセクションとにより提供され得る。特に、各副巻線は、縦軸に実質的にまたは完全に平行に延びる２つのセクションと横軸に実質的にまたは完全に平行に延びる２つのセクションとによって提供され得る。
【００２５】
さらに、システムは少なくとも１つの二次側送信ユニットを含む。本発明において、「二次側」という用語は、それぞれの素子が二次側座標系に対して固定した位置に配置されているということを意味し得る。特に、二次側座標系における二次側素子の位置は知られ得る。さらに、「二次側」という用語は、それぞれの素子が二次ユニットの部分であり得るということを意味し得る。二次側送信ユニットに関して、二次側座標系内での、従って二次巻線構造に対する、位置および方向は、例えばキャリブレーションを行うことによって、知られ得る。
【００２６】
さらに、位置決め周波数を有する位置決め信号が二次側送信ユニットにより送信可能である。このことは、二次側送信ユニットが位置決め周波数の位置決め信号を生成するということを意味し得る。位置決め信号は、相対的位置および／または方向を判定するために使用される信号を意味する。特に、位置決め信号は、誘導電力伝達のための電磁場とは異なり得る。従って、二次巻線構造は二次側送信ユニットの部分ではあり得ない。位置決め信号は、所望の、例えば一定の、送信電力で生成され得る。
【００２７】
二次側送信ユニットは共振回路を含み得る。位置決め周波数は、二次側送信ユニットの共振回路の共振周波数を含む周波数間隔の周波数であり得る。位置決め信号は、周期的な、好ましくは調波の、信号、例えば正弦または余弦信号、であり得る。
【００２８】
さらに、システムは、位置決め信号を含む信号を受信するための少なくとも１つの一次側受信ユニットを含む。位置決め信号の他に、受信される信号は他の信号も含み得る。本発明において、「一次側」という用語は、それぞれの素子が一次側座標系に対して固定した位置に配置されるということを意味し得る。特に、一次側座標系における一次側素子の位置および／または方向は知られている。さらに、「一次側」という用語は、それぞれの素子が一次ユニットの部分であることを意味し得る。特に、一次側座標系における、従って一次巻線構造に対する、一次側受信ユニットの位置および／または方向は知られている。
【００２９】
さらに、位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分は判定可能である。一次側受信ユニットにより受信される信号は複数の信号部分を含み得、１つの信号部分が、送信ユニットにより生成された受信された位置決め信号に対応する。他の信号部分は例えば干渉に対応し得る。
【００３０】
位置決め周波数を有する信号部分の判定は２つのステップを含み得、第１ステップで位置決め周波数が判定され、第２ステップで対応する信号部分が判定される。一次ユニットまたは一次側受信ユニットは、位置決め周波数を有する信号部分を判定するための少なくとも１つの手段、特に位置決め周波数を判定して対応する信号部分を判定する手段、を含み得る。
【００３１】
位置決め周波数を有する信号部分は一次側制御ユニットによって判定され得、その一次側制御ユニットは一次側受信ユニットまたは一次ユニットの部分であり得る。
【００３２】
さらに、相対的位置および／または方向は、判定された信号部分に依存して判定可能である。特に、相対的位置および／または方向は、判定された信号部分の少なくとも１つの信号特性、例えば判定された信号部分のスペクトルパワー、に依存して判定可能であり得る。相対的位置は例えば二次側座標系でまたは一次側座標系の中で判定され得る。相対的位置が一次側座標系において判定される場合、相対的位置は一次側座標系内の二次側座標系の原点の位置として判定され得る。相対的位置が二次側座標系において判定される場合、相対的位置は二次側座標系内の一次側座標系の原点の位置として判定され得る。
【００３３】
同様に、方向は、二次側座標系の一次側座標系に対する方向として、または一次側座標系の二次側座標系に対する方向として、判定され得る。方向は、例えばヨー・ピッチ・ロール規約に従って判定され得る。
【００３４】
一次または二次側座標系の縦軸および横軸により与えられる２次元座標系において相対的位置および方向を判定することが可能である。この場合、垂直距離は無視され得る。
【００３５】
相対的位置および／または方向は、例えば２次元デカルト座標系もしくは極座標系において判定され得る。
【００３６】
システムが位置決め信号を含む信号を受信するための一次側受信ユニットを２つ以上有するならば、位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分は各受信ユニットについて判定可能であり得る。さらに、相対的位置および／または方向は、選択された、特に全ての、判定された信号部分に依存して、または、その少なくとも１つの信号特性に依存して、判定可能である。
【００３７】
相対的位置および／または方向は、例えば二次側制御ユニットによりまたは一次側制御ユニットにより判定され得る。このことは、相対的位置および／または方向が一次側もしくは二次側のどちらかで判定され得ることを意味する。
【００３８】
相対的位置および／または方向に関する情報は、例えば車両のドライバーもしくはドライバー補助システムに提供され得る。従って、これらの情報は、整列状態が与えられるように二次巻線構造を一次巻線構造に対して位置決めするために使用され得る。整列状態は、相対的位置および／または方向が位置および／または方向の所望の間隔の中に存在するならば、例えば二次巻線構造が一次巻線構造の上にまたは一次巻線構造のアクティブボリュームの中に配置されているならば、与えられ得る。さらに、これらの情報は、誘導電力伝達を制御しまたは可能にするために使用され得る。特に、誘導電力伝達は、一次巻線構造および二次巻線構造が整列状態にある場合に限って可能にされ得る。
【００３９】
好ましい実施形態では、送信ユニットは少なくとも１つの共振回路を含む。
【００４０】
共振回路は、少なくとも１つの誘導性素子と少なくとも１つの容量性素子とを含み得る。その少なくとも１つの誘導性素子は、例えば、アンテナ素子、特にアンテナ巻線構造またはアンテナコイル、により提供され得る。アンテナ素子は、磁気素子アンテナ、例えばフェライトロッドアンテナであり得る。共振回路は、直列共振回路または並列共振回路であり得る。
【００４１】
さらに、共振回路の共振周波数は決定可能である。システムは、例えば、共振周波数を決定するための手段を含み得る。共振周波数は１つの範囲の可能な共振周波数から決定され得、その範囲は、コンポーネントの許容誤差および環境からの影響に起因する変更共振周波数の全部または少なくとも一部を含む。従って、共振周波数は可変的であり得る。特に、共振周波数は、コンポーネントの許容誤差および／または温度もしくは汚染等の環境からの影響により変化し得る。可変的な共振周波数を決定するための例示的手段は後に説明されるであろう。
【００４２】
共振回路の共振周波数は二次側制御ユニットにより決定され得、その制御ユニットは送信ユニットまたは二次ユニットの部分であり得る。
【００４３】
さらに、位置決め周波数は共振周波数として選択される。あるいは、位置決め周波数は、共振周波数から所定量、例えば１％、５％または１０％以下、より大きく離れていない、周波数として選択される。この場合、位置決め周波数は共振周波数とは異なる周波数として選択され得る。
【００４４】
共振周波数を決定して決定済み共振周波数もしくはその共振周波数に近い周波数の位置決め信号を送信すれば、有利に最小限の電力損失で共振回路を動作させ得る。共振周波数の信号部分を一次側で決定すれば、位置決め信号をより広いスペクトルにおいて識別することが可能となり、そのことにより、相対的位置および／または方向の判定の精度が高まる。さらに、駆動電圧が例えば信号発生器の最大限の出力電圧に限定されているならば、共振周波数の決定は、共振回路に最大限の電流を通すことを有利に可能にする。周波数が共振周波数と一致しなければ、たとえ信号発生器が自身の最大限の出力電圧を提供したとしても回路インピーダンスが電流を阻止し得る。
【００４５】
１つの好ましい実施形態では、二次側送信ユニットは共振回路のための動作信号を生成するための少なくとも１つの信号発生器を含む。動作信号の周波数は調整可能である。さらに、動作信号の振幅は調整可能である。信号発生器は例えばＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴなどの半導体素子を含み得る。これらの素子はいわゆるハーフブリッジまたはフルブリッジ配置に配置され得る。あるいは、信号発生器はデジタル／アナログ変換器のための他の任意の手段を含み得る。信号発生器は、例えば、いわゆるドライバーチップにより提供され得る。動作信号が共振回路に加えられると、共振回路は位置決め信号を送信する。
【００４６】
動作信号は周期的信号、特に調波信号、であり得る。好ましくは、動作信号は正弦信号または余弦信号である。信号発生器は、直流（ＤＣ）入力信号を、動作信号を提供する交流（ＡＣ）出力信号に反転させることができる。要約すると、様々な周波数の位置決め信号が信号発生器および共振回路によって生成され得る。
【００４７】
他の１つの好ましい実施形態では、共振周波数は、信号発生器への入力電力に依存して決定可能である。入力電力は、信号発生器の入力電流および入力電圧に依存して、例えば入力電流と入力電圧との積として、決定され得る。入力電流および／または入力電圧は、それぞれの測定手段、例えば電流センサまたは電圧センサ、により判定され得る。従って、入力電力は、ＤＣ入力電流およびＤＣ入力電圧により与えられる電力であり得る。
【００４８】
代わりに、あるいはさらに、共振周波数は、信号発生器の出力電力に依存して決定可能である。出力電力は、信号発生器の出力電圧および出力電流に依存して、例えばその出力電流および出力電圧の積として、決定され得る。出力電圧は、例えば、前述の入力電圧に対応し得る。
【００４９】
システムまたは送信ユニットは、前記の入力電力および／または出力電力を決定するための手段、例えば制御ユニット、を含み得る。
【００５０】
例えば、入力電力および／または出力電力が最大になるまで動作信号の周波数を調整可能な周波数のセットの中で変化させるということが可能である。
【００５１】
共振周波数の決定は、位置決め信号の送信の前にまたは周期的に、実行され得る。位置決め信号は、一次ユニットの上での、例えば充電パッドの上での、車両の駐車手続き中に、送信され得る。駐車手続きは、例えば、一次ユニットと二次ユニットとの間で送信される情報に基づいて検出され得る。駐車手続きが完了した後、位置決め信号はオフにされ得る。あるいは、位置決め信号は誘導電力伝達の過程で送信され得る。この場合、位置決め信号の干渉に対する保護手段が設けられるべきである。
【００５２】
このことは、コンポーネントの許容誤差および／または環境からの影響に起因して変化する可能性のある共振周波数の簡単で精密な決定を有利に与える。
【００５３】
他の１つの実施形態では、少なくとも１つの一次側受信ユニットは狭帯域受信ユニットである。このことは、一次側受信ユニットの受信感度が、検出範囲とも称され得る所定の周波数範囲について所定閾値より高いということを意味し得る。前記検出範囲の帯域幅は、好ましくは数百Ｈｚに等しくなり得る。
【００５４】
周波数の前記検出範囲は、ＬＦ周波数帯域の周波数、例えば８０ｋＨｚから３００ｋＨｚの間の周波数、好ましくは１００ｋＨｚから１５０ｋＨｚの間の周波数、を含み得る周波数の範囲の部分範囲であり得る。このことは、地上の金属製表面に起因するフィールドワープを低減することを有利に可能にする。しかし、特に真っ直ぐな見通し線が利用できるならば、もっと高い周波数、例えば３００ｋＨｚより高い周波数、を選択することも可能である。このことは、周波数の変化する位置決め信号を所望の受信感度で受信することを有利に可能にする。
【００５５】
狭帯域受信ユニットの使用は、他の送信器により提供されるけれども相対的位置および／または方向の判定に使われない別の信号による干渉を最小にすることを有利に可能にする。
【００５６】
他の１つの実施形態では、システムは少なくとも２つの一次側受信ユニットを有し、その少なくとも２つの受信ユニットは方向敏感な受信ユニットである。その少なくとも２つの受信ユニットの主受信方向は別々に向けられる。例えば、受信ユニットは受信アンテナ巻線構造または受信アンテナコイルを含み得る。特に、受信ユニットは指向性アンテナにより提供され得る。このことは、所望の方向から受信された信号について最大限の受信感度が与えられるということを意味し得る。
【００５７】
好ましくは、受信ユニットまたは方向敏感な受信ユニットは磁気素子アンテナ、特にフェライトロッドアンテナ、を含み得る。しかし、送信ユニットが磁気素子アンテナ、例えばフェライトロッドアンテナ、を含み得、その磁気素子アンテナの巻線構造は共振回路の誘導性素子の少なくとも一部を提供するということもあり得る。
【００５８】
さらに、システムが少なくとも３つの一次側受信ユニットを含み、その少なくとも３つの受信ユニットが方向敏感な受信ユニットであり、その少なくとも３つの受信ユニットの主受信方向が別々に向けられるということもあり得る。特に、２つまたは３つの受信ユニットの主受信方向は互いに垂直に向けられ得る。
【００５９】
複数の受信ユニットの場合、位置決め周波数または共振周波数を有する受信される信号の信号部分は、各受信ユニットについて判定可能である。そのとき相対的位置および／または方向は、全ての受信ユニットにより受信される信号のセットの全ての信号部分に依存して、特にこれらの信号部分間の関係に依存して、判定可能である。
【００６０】
１つの好ましい実施形態では、第１受信ユニットの主受信方向は、一次巻線構造の縦軸に平行に、すなわち一次側座標系の縦軸に平行に、向けられる。さらに、第２受信ユニットの主受信方向は、一次巻線構造の横軸に平行に、すなわち一次側座標系の横軸に平行に、向けられる。次に第３受信ユニットの主受信方向は、一次巻線構造の垂直軸に平行、すなわち一次側座標系の垂直軸に平行であり得る。
【００６１】
他の１つの好ましい実施形態では、システムは少なくとも２つの一次側受信ユニットの組を少なくとも２つ含む。その少なくとも２つの受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、１組の少なくとも２つの受信ユニットの主受信方向は別々に向けられ、１組の受信ユニットは互いに近く配置される。特に、１組の受信ユニットの主受信方向は、それぞれ、縦軸に平行におよび横軸に平行に向けられ得る。本発明においては、「互いに近く」という用語は、アンテナ素子、例えばアンテナ巻線構造、が所定の（小さな）ボリュームの中に配置されるということを意味し得る。さらに、互いに近くということは、アンテナ素子の幾何学的中心同士が一次側座標系内で少なくとも所定の最大限の距離離れているということを意味し得る。その最大限の距離は、例えば５００ｍｍ以下であり得る。
【００６２】
しかし、２つの組は、１組の受信ユニットの２つのアンテナ素子間の前記最大限の距離より大きな距離離れていてもよい。
【００６３】
このことは、位置決め信号を一次側の様々な位置で様々な向きで受信することを有利に可能にする。従って、相対的位置および／または方向の判定の精度は有利に改善され得る。
【００６４】
他の１つの実施形態では、システムは一次側ＡＤ変換器（アナログ／デジタル変換器）を含む。受信された信号はそのＡＤ変換器によりデジタル化可能である。受信ユニットが２つ以上あるならば、受信された信号の各々は同じＡＤ変換器によってまたは異なるＡＤ変換器によってデジタル化可能である。ＡＤ変換器の使用は、デジタル化された信号に基づく位置決め信号に対応する信号部分の判定を有利に簡略化する。
【００６５】
他の１つの実施形態では、システムは少なくとも１つのスペクトル判定手段を含み、受信された信号のスペクトルはその少なくとも１つのスペクトル判定手段により判定可能である。スペクトルは、例えば、デジタル化された信号に基づいて判定可能である。スペクトル判定手段は、例えば、フィルタ手段、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うフィルタ、によって提供され得る。スペクトル判定手段は、制御ユニット、特に一次側制御ユニット、によっても提供され得る。
【００６６】
スペクトルに基づいて、位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分またはその部分の少なくとも１つの信号特性が判定され得る。例えば、位置決め周波数を有するまたは位置決め周波数を含むスペクトル内のスペクトル部分を判定することが可能であり、前記部分のスペクトルパワーが判定可能であり、相対的位置および／または方向は前記スペクトルパワーに依存して判定可能である。
【００６７】
さらに、複数の周波数についてスペクトルパワーを判定することが可能であり、位置決め周波数は、最大限のスペクトルパワーを有する部分に対応する周波数として選択される。要約すると、スペクトルに基づいて位置決め周波数および対応する信号部分の両方を判定するか、またはその信号部分だけを判定することが可能である。後者の場合、位置決め周波数は前もって知られていなければならない。
【００６８】
スペクトルの判定は、位置決め周波数を有する信号部分または前記信号部分の少なくとも１つの特性、例えばスペクトルパワー、の確固とした正確な判定を有利に可能にする。
【００６９】
他の１つの実施形態では、位置決め周波数はスペクトルに基づいて判定可能である。このことについては前に説明されている。例えば、位置決め周波数は、スペクトルの中のまたはスペクトルの所定の部分の中の最大スペクトルパワーを有する信号部分に対応する周波数として判定され得る。このことは、一次側で位置決め周波数を簡単に、しかし確固として、判定することを有利に可能にする。
【００７０】
他の１つの実施形態では、システムは一次ユニットと二次ユニットとの間の通信のための少なくとも１つの通信手段を含む。この通信手段は、例えば、単方向通信のための、または、好ましくは、双方向通信のための手段であり得る。通信は信号またはデータ通信であり得る。通信手段は無線通信を提供し得る。
【００７１】
二次側で例えば二次側制御ユニットにより決定される位置決め周波数を一次側、例えば一次側制御ユニット、に伝達できるということがあり得る。この伝達される位置決め周波数に基づいて、受信された信号の信号部分が判定され得る。この場合、二次側から一次側へ伝達される位置決め周波数は位置決め周波数として使用され得、その位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分は、伝達された位置決め周波数を有する信号部分として判定される。
【００７２】
さらに、特に相対的位置および／または方向が一次側で判定されるならば、対応する情報が二次側へ伝達され得る。
【００７３】
他の１つの実施形態では、相対的位置および／または方向は一次側評価ユニットによって判定可能である。この一次側評価ユニットは、前述の一次側制御ユニットのうちの１つにより提供され得る。
【００７４】
代わりにあるいはさらに、相対的位置および／または方向は二次側評価ユニットにより判定可能である。二次側評価ユニットも、前述の二次側制御ユニットのうちの１つにより提供され得る。
【００７５】
相対的位置および／または方向は例えば少なくとも１つのデータベースを用いることにより判定され得、そのデータベースは、その少なくとも１つの判定された信号部分、特にその判定された信号部分の少なくとも１つの信号特性と、相対的位置および／または方向との関係を含む、あるいは符号化している。データベースはルックアップテーブルとも称され得る。データベースは、キャリブレーション処理を行うことにより生成され得る。
【００７６】
２つ以上の一次側受信ユニットが使用されるならば、データベースは、判定された信号部分のセット、例えば判定された信号部分の信号特性のセットと相対的位置および／または方向との関係を含み得る。データベースが可能な関係の全てを含んでいなければ、データベースに明示的に含まれてはいない判定された信号部分または特性のセットについて相対的位置および／または方向を判定するために補間法が使用され得る。
【００７７】
相対的位置および／または方向が二次側評価ユニットにより判定可能であるならば、判定された信号部分、例えばその判定された信号部分の少なくとも１つの信号特性、例えばスペクトルパワー、を一次側から二次側へ、例えば提案された通信手段を介して、伝達することが必要であり得る。
【００７８】
相対的位置および／または方向を二次側で判定することは、一次ユニットの設備要求条件を軽減する二次側ユニットを使用することを有利に可能にする。相対的位置および／または方向を二次側評価ユニットの代わりに一次側評価ユニットにより判定することは、二次ユニットの設備スペースおよび重量を軽減することを有利に可能にする。一次ユニットは送信ユニットをより大きなアンテナユニットと統合することを可能にするので、アンテナ範囲を大きくでき、そのことにより位置判定の精度が改善される。
【００７９】
他の１つの実施形態では、少なくとも１つの一次側受信ユニットは、誘導性物体検出システムの少なくとも１つの巻線構造により少なくとも部分的に提供される。その物体検出システムは、一次巻線構造のアクティブボリュームの内部および／または外部の異物、特に金属の異物、を検出するためのシステムであり得る。
【００８０】
物体検出システムは誘導性素子および容量性素子を含むことができ、それらの素子は、提案されたシステムの共振回路の素子とは異なり得る。そのような素子は、前述の誘導性素子または容量性素子のインダクタンスまたはキャパシタンスの変化に依存して異物を検出することを有利に可能にする。検出システムは誘導性センシングシステムとして設計され、その誘導性センシングシステムは、１つまたは複数の検出巻線を含むことができ、さらに該当する場合には１つ以上の励磁巻線を含むことができる。誘導性検出システムを使用して、能動的または受動的な検出が実現され得る。能動的な検出の場合、１つまたは複数の励磁巻線と１つまたは複数の検出巻線とが使用され得る。能動的な物体検出は、励磁巻線（単数または複数）により生成されて検出巻線（単数または複数）により受信された励磁場の少なくとも１つの特徴的属性を監視することにより、実行され得る。受動的な検出の場合、１つまたは複数の受動的な検出巻線だけが使用される。受動的な物体検出は、受動的な巻線（単数または複数）の少なくとも１つの特性、特にインダクタンス、を監視することにより、実行される。
【００８１】
特に、少なくとも１つの一次側受信ユニットは、１つの検出巻線構造により少なくとも部分的に提供され、または１つの検出巻線構造を含むことができる。代わりに、その少なくとも１つの一次側受信ユニットは１つの励磁巻線構造により少なくとも部分的に提供され、または１つの励磁巻線構造を含むことができる。好ましくは、検出巻線構造は一次側受信ユニットの受信アンテナ構造を提供することができる。代わりに、あるいはさらに、一次側ＡＤ変換器は、誘導性物体検出システムのＡＤ変換器により提供される。この場合、誘導性物体検出システムは、１つまたは複数の検出巻線の出力信号をデジタル化するためにＡＤ変換器を含み得る。
【００８２】
例えば、誘導性物体検出システムの少なくとも１つの巻線構造により受信された信号または位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分の振幅および／または位相値が判定され得る。そのとき、相対的位置および／または方向は、判定された振幅および／または位相値に依存して判定可能である。
【００８３】
誘導性物体検出システムの少なくとも１つの巻線構造により受信された信号に基づく相対的位置および／または方向の判定は、一次側受信ユニットにより受信された位置決め周波数を有する信号部分に基づく相対的位置および／または方向の判定の代わりに、またはその判定に加えて、実行され得る。換言すれば、システムは複数の一次側受信ユニットを含むことができ、そのうちの１つまたは複数の、ただし全部ではない、受信ユニットは、誘導性物体検出システムの少なくとも１つの巻線構造により少なくとも部分的に提供され得る。誘導性物体検出システムの少なくとも１つの巻線構造により受信された信号に基づく相対的位置および／または方向の判定は、例えば二次ユニットが一次ユニットの真上に配置されるならば、例えば近距離場位置決めのために実行され得る。
【００８４】
誘導性物体検出システムは複数の検出および／または励磁巻線構造を含むことができ、それらの巻線構造は、一次巻線構造に割り当てられた能動的な領域に、好ましくは均一に、分散され得る。能動的な領域は、一次巻線構造を覆う領域を意味し得る。複数の検出および／または励磁巻線構造は、例えば、アレイ状構造に配置され得る。
【００８５】
他の１つの実施形態では、誘導電力伝達のためのシステムの一次ユニットは少なくとも１つの磁気伝導素子を含み、その少なくとも１つの磁気伝導素子および／または少なくとも１つの一次側受信ユニットは、位置決め信号を送信するために使用される磁場が少なくとも１つの一次側受信ユニットの縦軸に沿って向けられるように、配置されおよび／または設計される。
【００８６】
磁気伝導素子もしくは複数の磁気伝導素子の配置は、電力伝達のための磁場が主として一次側基準座標系の縦軸に沿って向けられるように、配置されおよび／または設計され得る。
【００８７】
さらに、磁気伝導素子もしくは複数の磁気伝導素子の配置および／または少なくとも１つの一次側受信ユニットは、位置決め信号を送信するために使用される磁場が一次側基準座標系の縦方向に沿って延びる一次側フェライトロッドアンテナの縦軸に沿って向けられるように、配置されおよび／または設計され得る。
【００８８】
さらに、磁気伝導素子もしくは複数の磁気伝導素子の配置および／または一次側フェライトロッドアンテナは、位置決め信号を送信するために使用される磁場が少なくとも１つの一次側フェライトロッドアンテナを通して案内されるように、配置されおよび／または設計され得る。
【００８９】
このことは、一次側受信ユニットにおいて位置決め信号を送信するために使用される電磁場の場の強さを大きくすることを有利に可能にする。
【００９０】
誘導電力伝達のためのシステムの一次巻線構造と二次巻線構造の相対的位置および／または方向を判定する方法がさらに提案される。その方法は、本発明において記載された実施形態のうちの１つによるシステムによって実行され得る。
【００９１】
位置決め周波数を有する位置決め信号は、二次側送信ユニットにより送信される。さらに、信号は少なくとも１つの一次側受信ユニットにより受信され、その受信される信号は位置決め信号を含む。受信される信号は、送信される位置決め信号により少なくとも部分的に提供され得る。さらに、位置決め周波数を有する受信される信号の信号部分が判定される。受信される信号のこの信号部分は、受信ユニットにより受信される送信された位置決め信号に対応し得る。さらに、相対的位置および／または方向は、判定された信号部分に依存して、特に判定された信号部分の少なくとも１つの信号特性に依存して、判定される。好ましくは、相対的位置および／または方向は、判定された信号部分のスペクトルパワーに依存して判定される。
【００９２】
このことは、たとえ位置決め信号の信号特性を変化させるコンポーネントの許容誤差および／または環境からの影響があったとしても、確固とした正確な判定を有利に可能にする。
【００９３】
他の１つの実施形態では、二次側送信ユニットの共振回路の共振周波数が、例えばコンポーネントの許容誤差および／または環境からの影響により異なる共振周波数を含むあり得る共振周波数の範囲から、判定される。さらに、位置決め周波数は共振周波数として選択される。
【００９４】
他の１つの実施形態では、信号発生器の動作信号の周波数が調整される。信号発生器は二次側信号発生器であり得る。さらに、信号発生器は送信ユニットの部分であり得る。動作信号は、共振回路の動作信号である。特に、動作信号の周波数は、共振回路の共振周波数と一致するように、調整され得る。
【００９５】
このことは、共振回路を最小限の電力損失で動作させることを有利に可能にする。動作信号の周波数は、周波数の１つの範囲間隔の中で変更され得る。その範囲は、理想的コンポーネントでの共振周波数と、それらのコンポーネントの最大限の許容誤差での共振周波数とを含み得る。
【００９６】
他の１つの実施形態では、共振周波数は、信号発生器の入力電力および／または出力電力に依存して決定される。特に、共振周波数は、信号発生器の入力電力および／または出力電力が極大となる、動作信号の周波数として判定され得る。
【００９７】
このことは、たとえコンポーネントの許容誤差があったとしても、共振周波数の簡単な判定を有利に可能にする。
【００９８】
他の１つの実施形態では、位置決め信号を含む信号は少なくとも２つの一次側受信ユニットにより受信され、その少なくとも２つの受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、その少なくとも２つの受信ユニットの主受信方向は別々に向けられる。無論、送信される位置決め信号は、第３受信ユニットによっても受信され得る。このことに関しては前に説明されている。そのとき、位置決め周波数を有する受信される信号の信号部分は各受信ユニットについて判定され得、相対的位置および／または方向は、これらの判定された信号部分に基づいて、またはこれらの判定された信号部分の少なくとも１つの信号特性に基づいて、判定され得る。
【００９９】
他の１つの実施形態では、受信された信号（単数または複数）はデジタル化される。このことは、位置決め周波数を有する信号部分を判定するための信号処理を有利に簡略化する。
【０１００】
他の１つの実施形態では、受信された信号のスペクトルが判定される。このことについては前に説明されている。
【０１０１】
他の１つの実施形態では、位置決め周波数は、少なくとも１つの受信された信号のスペクトルに基づいて判定される。例えば、受信された信号、特にデジタル化された受信された信号を、例えば公知の変換、好ましくは高速フーリエ変換、によって周波数領域へ変換することが可能である。そのとき、位置決め周波数は、最大スペクトルパワーを有するスペクトルの信号部分の周波数として判定され得る。このことは、位置決め周波数を一次側で簡単に識別することを有利に可能にする。
【０１０２】
他の１つの実施形態では、スペクトルに基づいて周波数干渉手段が検出される。例えば、スペクトルの中にスペクトルパワーの複数の局所的極大値があるならば、干渉手段を検出することが可能である。この場合、それらの局所的極大値のうちの少なくとも１つの周波数が位置決め周波数として判定され得、残りの周波数は干渉信号の周波数として識別される。そのような周波数干渉手段が検出されたならば、アラーム信号が生成され得る。そのアラームは、例えば、アライメントプロセスおよび／または誘導電力伝達プロセスを制御するために使用され得る。例えば、アラーム信号が生成されたならば進行中のアライメントおよび／または電力伝達プロセスを終わらせあるいは電力伝達プロセスの開始を阻止することが可能である。
【０１０３】
他の１つの実施形態では、位置決め周波数は二次ユニットから一次ユニットへ伝達される。このことは、対応する情報、例えば位置決め周波数の値を符号化する情報、が二次ユニットから一次ユニットへ伝達、特に送信、され得るということを意味する。このことは、例えば十分な通信手段、例えば無線通信手段、を用いて実行され得る。
【０１０４】
そのとき、この伝達された位置決め周波数は、相対的位置および／または方向の最終判定のために判定されるべき受信された信号の信号部分の位置決め周波数と解され得る。
【０１０５】
このことは、一次側で位置決め周波数を判定するための選択肢が少なくとも２つあることを意味する。第１選択肢では、位置決め周波数はスペクトルに基づいて判定され得、第２選択肢では、位置決め周波数に関する情報が二次側から一次側へ送信される。
【０１０６】
他の１つの実施形態では、相対的位置および／または方向は一次側および／または二次側の評価ユニットにより判定される。このことについては前に説明されている。
【０１０７】
他の１つの実施形態では、様々な二次側送信ユニットが様々な周波数で動作させられる。それらの周波数は、対応する共振周波数に等しいか、または、それらの周波数が互いに異なる限りそれぞれの共振周波数とは異なり得る。
【０１０８】
この場合、相対的位置および／または方向の判定は、精度を有利に高める様々な周波数の位置決め信号に基づき得る。しかし、この場合、受信された信号（単数または複数）の対応する信号部分を確実に検出するために動作信号の周波数についての周波数情報を二次側から一次側へ送信することが必要であり得る。この場合、二次側送信ユニットのうちの１つだけが位置決め周波数で動作させられ得る。
【０１０９】
本発明は、添付されている図面と関連して説明される。図面は次の通りに示す。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明のシステムの略ブロック図である。
【図２】一次側受信ユニットの略ブロック図である。
【図３】誘導電力伝達のためのシステムの略ブロック図である。
【図４】誘導電力伝達のためのシステムの略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１１】
以下で、同一の参照数字は、同じまたは類似の技術的特徴を有する要素を示す。
【０１１２】
図１は、誘導電力伝達のためのシステム２（図３を参照）の一次巻線構造１８（図３を参照）と二次巻線構造２１（図３を参照）の相対的位置および／または方向を判定するためのシステム１の略ブロック図を示す。車両３は、例えば車室内のタッチスクリーンにより提供され得る人・機械インターフェース（ＨＭＩ４）を含む。さらに、車両３は、例えばマイクロコントローラにより提供され得る二次側制御ユニット５を含む。さらに、車両３は、信号発生器６およびフェライトロッドアンテナ７を含む。信号発生器６は、所望の周波数ｆの動作信号、特に調波信号、を生成することができる。動作信号で活性化されると、フェライトロッドアンテナ７は位置決め信号ＰＳを生成する。このように、低周波数の位置決め信号ＰＳがフェライトロッドアンテナ７により送信される。信号発生器６およびフェライトロッドアンテナ７は二次側送信ユニットの部分である。フェライトロッドアンテナ７は、この送信ユニットの共振回路を提供するかまたはその部分である。
【０１１３】
制御ユニット５は、動作信号を生成するための信号発生器６の入力電力が最大になるまで周波数ｆが変えられるように、信号発生器を制御することができる。動作信号の（従って位置決め信号ＰＳの）周波数ｆは、８０ｋＨｚから３００ｋＨｚまたは４００ｋＨｚに及ぶ周波数間隔内で変えられ得る。入力電力が最大にされると、周波数ｆは、フェライトロッドアンテナ７を含む共振回路の共振周波数と一致する。
【０１１４】
さらに、車両３は、無線通信インターフェース８を含む。制御ユニット５は、信号接続を介してＨＭＩ４の動作を制御する。さらに、制御ユニット５は、信号接続を介して信号発生器６の動作を制御する。制御ユニット５は、さらに双方向データ通信を介してインターフェース８に接続される。制御ユニット５は、例えば動作信号の周波数ｆに関する情報をインターフェース８に送信することができ、インターフェース８はこの情報を一次側無線通信インターフェース９に送信する。
【０１１５】
システム１は、さらに、フェライトロッドアンテナ１１の２つの組１０ａ、１０ｂを含む。一次側フェライトロッドアンテナ１１は、所望の信号受信帯域を有する一次側受信ユニットを提供する。その信号受信帯域は、例えば、５ｋＨｚまたは１０ｋＨｚの帯域幅を有する周波数を含み得る。その信号受信帯域の中心周波数は、所望の位置決め周波数に一致し得る。
【０１１６】
フェライトロッドアンテナ１１は方向敏感な受信ユニットを提供し、１つの組１０ａ、１０ｂの２つのフェライトロッドアンテナ１１の主受信方向は別々に向けられる。
【０１１７】
図１は一次側基準座標系を示し、縦軸ｘおよび垂直軸ｚが示されている。横軸ｙ（図示されていない）は、横軸ｘおよび垂直軸ｚに対して垂直に向けられている。軸ｘ、ｙ、ｚは、一次巻線構造１８の軸であり得る。各組１０ａ、１０ｂの１つのフェライトロッドアンテナ１１は主受信方向が縦軸ｘに平行に向けられ、残りのフェライトロッドアンテナ１１は主受信方向が垂直軸ｚに平行になるように向けられるということが示されている。
【０１１８】
フェライトロッドアンテナ１１はＡＤ変換器１２に接続される。位置決め信号ＰＳを含む信号を受信すると、フェライトロッドアンテナ１１はアナログ出力信号を生成する。しかし、フェライトロッドアンテナ１１は位置決め信号ＰＳ以外の他の信号５を受信するであろう。ＡＤ変換器１２は、各フェライトロッドアンテナ１１の結果信号５をデジタル化する。フィルタ１３は、高速フーリエ変換を実行して、受信された信号の各々のスペクトル１４を提供する。スペクトル１４は一次側制御ユニット１５に送信される。一次側制御ユニット１５は、一次側インターフェース９に接続される。インターフェース９は、動作信号の周波数ｆを一次側制御ユニット１５に伝える。伝えられた周波数ｆに基づいて、一次側制御ユニット１５は、この周波数ｆを有する受信された信号の信号部分と、そのスペクトルパワーとを判定する。
【０１１９】
このようにして、スペクトルパワーの４つの値、すなわち一次側フェライトロッドアンテナ１１ごとに１つの値、が判定される。データベース（図示されていない）とこれらの値とに基づいて、一次側制御ユニット１５は一次巻線構造１８および二次巻線構造２１の相対的位置および／または方向を判定することができる。相対的位置および／または方向は、例えば、一次巻線構造１８および二次巻線構造２１の幾何学的中心の間の距離ｄと、一次側基準座標系および二次側基準座標系の回転角度とにより提供され得る。その距離ｄおよび角度（単数または複数）αは、一次側制御ユニット１５から一次側インターフェース９へ、二次側インターフェース８へ、二次側制御ユニット５へ、さらにＨＭＩ４へ伝えられ得る。このように、距離ｄおよび方向に関する情報は、車両３の乗客またはドライバーに提供され得る。
【０１２０】
図２は、誘導電力伝達のためのシステム２の二次巻線構造２１（図３を参照）に対する一次巻線構造１８の位置および／または方向を判定するためのシステム１の一次側部分に関する詳細なブロック図を示す。位置および／または方向情報は、一次巻線構造１８と二次巻線構造２１との所望のアライメントが達成されるように車両を操縦するために使用され得る。整列状態が与えられた場合に限って、誘導電力伝達が実行され得る。
【０１２１】
図２で、４つのフェライトロッドアンテナ１１が示され、そのうちの２つのフェライトロッドアンテナ１１は、一次側受信ユニットの２組のうちの１つの組１０ａ、１０ｂを提供する。図１に示されている実施形態とは対照的に、各組１０ａ、１０ｂの１つのフェライトロッドアンテナ１１の主受信方向は一次側基準座標系の縦軸ｘに平行に向けられ、組１０ａ、１０ｂの残りのフェライトロッドアンテナ１１の主受信方向は一次側基準座標系の横軸ｙに平行に向けられている。
【０１２２】
各フェライトロッドアンテナ１１の巻線構造はＡＤ変換器１２に接続される。ＡＤ変換器１２は、異物検出システムのＡＤ変換器１２であり得る。異物検出システムは、１つまたは複数の検出巻線（図示されていない）を含み得る。１つまたは複数のフェライトロッドアンテナ１１が異物検出システムの検出巻線であり得るということも可能である。
【０１２３】
さらに、一次側制御ユニット１５および高速フーリエ変換を実行するためのフィルタ１３が示されている。
【０１２４】
図３は、車両３への誘導電力伝達のためのシステム２の略ブロック図を示す。経路の表面１７に据え付けられる誘導電力伝達パッド１６が示されている。誘導電力伝達パッド１６は、幾何学的中心１９を有する一次巻線構造１８を含む。さらに一次側基準座標系が示され、縦軸ｘおよび垂直軸ｚが示されている。一次ユニットを提供する誘導電力伝達パッド１６の上に、二次巻線構造２１を有する二次ユニット２０が示されている。二次巻線構造２１の幾何学的中心２２がさらに示されている。受信ユニットを提供する一次側フェライトロッドアンテナ１１と、一次巻線構造１８および二次巻線構造２１の相対的位置および／または方向を判定するためのシステム１の送信ユニットを提供する二次側フェライトロッドアンテナ７とが示されている。
【０１２５】
図４は、誘導電力伝達のためのシステム２に関する略平面図を示す。誘導電力伝達パッド１６が示されている。一次巻線構造１８は示されていない（例えば図３を参照）。誘導電力伝達パッド１６は、少なくとも１つの磁気伝導素子２３を含む。電力伝達のための磁場２４が主として一次側基準座標系の縦軸ｘに沿って向けられるように磁気伝導素子２３が配置されおよび／または設計されることが示されている。
【０１２６】
さらに、磁気伝導素子２３および／または一次側フェライトロッドアンテナ１１は、位置決め信号を伝えるために使用される磁場も一次側フェライトロッドアンテナ１１のうちの少なくとも１つの縦軸に沿って、特に一次側基準座標系の縦方向ｘに沿って延びる一次側フェライトロッドアンテナ１１の縦軸に沿って、向けられるように、配置されおよび／または設計される。さらに、磁気伝導素子２３または複数の磁気伝導素子２３の配置および／または一次側フェライトロッドアンテナ１１は、位置決め信号を伝えるために使用される磁場が少なくとも１つの一次側フェライトロッドアンテナ１１を通して案内されるように、配置されおよび／または設計される。
【０１２７】
このことは、位置決め信号を伝えるために使用される電磁場の場の強さを一次側フェライトロッドアンテナ１１において大きくすることを有利に可能にする。
【０１２８】
二次側フェライトロッドアンテナ７を有する二次ユニット２０がさらに示されている。
【図１】
2018533339.tif 000003
【図２】
2018533339.tif 000004
【図３】
2018533339.tif 000005
【図４】
2018533339.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月9日(2018.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するためのシステムであって、前記システム（１）は少なくとも１つの二次側送信ユニットを含み、位置決め周波数を有する位置決め信号（ＰＳ）が前記二次側送信ユニットにより送信可能であり、前記システムは少なくとも１つの一次側受信ユニットを含み、前記位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分が判定可能であり、前記相対的位置および／または方向は判定された前記信号部分に依存して判定可能であり、前記相対的位置および／または方向は一次側制御ユニットにより判定され、前記一次側制御ユニットにより判定された前記相対的位置および／または方向に関する情報は前記二次側へ伝達される、システム。
【請求項２】
誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するためのシステムであって、前記システム（１）は少なくとも１つの二次側送信ユニットを含み、位置決め周波数を有する位置決め信号（ＰＳ）が前記二次側送信ユニットにより送信可能であり、前記システムは少なくとも１つの一次側受信ユニットを含み、前記位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分が判定可能であり、前記相対的位置および／または方向は判定された前記信号部分に依存して判定可能であり、判定された前記信号部分は前記二次側へ伝達され、前記相対的位置および／または方向は二次側制御ユニットにより判定される、システム。
【請求項３】
送信ユニットは少なくとも１つの共振回路を含み、前記共振回路の共振周波数は決定可能であり、前記位置決め周波数は、前記共振周波数として選択され、または前記共振周波数から所定量より大きくは離れていないことを特徴とする、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記二次側送信ユニットは前記共振回路のための動作信号を生成するための少なくとも１つの信号発生器（６）を含み、前記動作信号の周波数は調整可能であることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記共振周波数は前記信号発生器（６）の入力電力および／または出力電力に依存して決定可能であることを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの一次側受信ユニットは狭帯域受信ユニットであることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記システム（１）は少なくとも２つの一次側受信ユニットを含み、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットの主受信方向は別々に向けられることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
第１受信ユニットの主受信方向は前記一次巻線構造（１８）の縦軸（ｘ）に平行に向けられ、第２受信ユニットの主受信方向は前記一次巻線構造（１８）の横軸（ｙ）に平行に向けられることを特徴とする、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記システム（１）は少なくとも２つの一次側受信ユニットの組を少なくとも２組含み、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、１組の前記少なくとも２つの一次側受信ユニットの主受信方向は別々に向けられ、１組の前記受信ユニットは互いに近く配置されることを特徴とする、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは一次側ＡＤ変換器（１２）を含み、前記受信された信号は前記一次側ＡＤ変換器（１２）によってデジタル化可能であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システム（１）は少なくとも１つのスペクトル判定手段を含み、前記受信された信号のスペクトルは前記少なくとも１つのスペクトル判定手段によって判定可能であることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記位置決め周波数は前記スペクトルに基づいて判定可能であることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システム（１）は、一次ユニット（１６）と二次ユニット（２１）との間の通信のための少なくとも１つの通信手段を含むことを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記相対的位置および／または方向は一次側および／または二次側評価ユニットによって判定可能であることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも１つの一次側受信ユニットは誘導性物体検出システムの少なくとも１つの巻線構造により少なくとも部分的に提供され、および／または、前記一次側ＡＤ変換器（１２）は前記誘導性物体検出システムのＡＤ変換器によって提供されることを特徴とする、請求項１〜１４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
一次ユニットは少なくとも１つの磁気伝導素子（２３）を含み、前記少なくとも１つの磁気伝導素子（２３）および／または前記少なくとも１つの一次側受信ユニットは、前記位置決め信号を送信するために使用される磁場が前記少なくとも１つの一次側受信ユニットの縦軸に沿って向けられるように、配置されおよび／または設計されることを特徴とする、請求項１〜１５の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１７】
誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するための方法であって、位置決め周波数を有する位置決め信号（ＰＳ）が二次側送信ユニットによって送信され、前記位置決め信号（ＰＳ）を含む信号が少なくとも１つの一次側受信ユニットによって受信され、前記位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分が判定され、前記一次側制御ユニットにより判定された前記相対的位置および／または方向に関する情報が前記二次側へ伝達される、方法。
【請求項１８】
誘導電力伝達のためのシステム（２）の一次巻線構造（１８）および二次巻線構造（２１）の相対的位置および／または方向を判定するための方法であって、位置決め周波数を有する位置決め信号（ＰＳ）が二次側送信ユニットによって送信され、前記位置決め信号（ＰＳ）を含む信号が少なくとも１つの一次側受信ユニットによって受信され、前記位置決め周波数を有する受信された信号の信号部分が判定され、前記相対的位置および／または方向は判定された前記信号部分に依存して判定され、判定された前記信号部分は前記二次側へ伝達され、前記相対的位置および／または方向は二次側制御ユニットにより判定される、システム。
【請求項１９】
二次側送信ユニットの共振回路の共振周波数が決定され、前記位置決め周波数は前記共振周波数として選択されることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
信号発生器（６）の動作信号の周波数が調整され、前記動作信号は前記共振回路の動作信号であることを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記共振周波数は前記信号発生器（６）の入力電力および／または出力電力に依存して決定されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
送信された前記位置決め信号（ＰＳ）は少なくとも２つの一次側受信ユニットにより受信され、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットは方向敏感な受信ユニットであり、前記少なくとも２つの一次側受信ユニットの主受信方向は別々に向けられることを特徴とする、請求項１７〜２１の何れか一項に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの受信された信号はデジタル化されることを特徴とする、請求項１７〜２２の何れか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記受信された信号のスペクトルが判定されることを特徴とする、請求項１７〜２３の何れか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記位置決め周波数は前記受信された信号の前記スペクトルに基づいて判定されることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
周波数干渉手段が前記スペクトルに基づいて検出されることを特徴とする、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記位置決め周波数は二次ユニット（２０）から一次ユニット（１６）へ伝達されることを特徴とする、請求項１７〜２６の何れか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記相対的位置および／または方向は一次側および／または二次側評価ユニットによって判定されることを特徴とする、請求項１７〜２７の何れか一項に記載の方法。
【請求項２９】
様々な二次側送信ユニットが様々な周波数で動作させられることを特徴とする、請求項１７〜２８の何れか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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