(57)【要約】  充電システム（１２）は、電池（１４）などのエネルギー蓄積デバイス（１４）を無線で充電するように構成される。この充電システム（１２）は、交流電源（４８）と電気的に通信し、かつエネルギー蓄積デバイス（１４）に接続された車載トランスデューサ（２０）に電磁的に結合される車外トランスデューサ（１８）を備える。制御器（５３）は、電力伝送器（１６）内の可変周波数発振器（７１）を調整し、それによって供給された電力の周波数を変化させる。充電システム（１２）は、制御器（５３）および車外トランスデューサ（１８）と通信し、かつ電源（４８）によって供給された交流電圧と交流電流の位相差を決定するように構成された位相検出回路（７２）をさらに備える。制御器（５３）は、供給された電力の周波数が所望の範囲内で位相差を維持するよう、位相差に基づいて可変周波数発振器（７１）を調整するように構成される。【選択図】図２
2018522513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー蓄積デバイス（１４）を無線で充電するように構成された充電システム（１２）であって、該充電システム（１２）は、
交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器（７１）を含む電力伝送器（１６）と、
前記可変周波数発振器（７１）を調整するように機能し、それによって前記供給された電力の前記周波数を変化させる制御器（５３）と、
前記電力伝送器（１６）と電気的に通信する車外トランスデューサ（１８）とを備えており、前記車外トランスデューサ（１８）は、前記エネルギー蓄積デバイス（１４）と電気的に通信する車載トランスデューサ（２０）に電磁的に結合されるように構成されており、それによって、前記車載トランスデューサ（２０）が、前記エネルギー蓄積デバイス（１４）を充電するための電力を捕捉でき、
前記充電システム（１２）は、また、
前記制御器（５３）および前記車外トランスデューサ（１８）と通信し、前記交流電圧と前記交流電流との間の位相差を決定するように構成された位相検出回路（７２）を備えており、
前記制御器（５３）は、前記供給された電力の前記周波数が所望の範囲内で前記位相差を維持するように、前記位相差に基づいて前記可変周波数発振器（７１）を調整するように構成される充電システム（１２）。
【請求項２】
請求項１に記載の充電システム（１２）において、
前記制御器（５３）が、前記供給された電力の前記周波数が１０キロヘルツ（ｋＨｚ）から４５０ｋＨｚの周波数範囲内で掃引するよう、前記可変周波数発振器（７１）を調整するように構成される充電システム。
【請求項３】
請求項１に記載の充電システム（１２）において、
前記制御器（５３）と電気的に通信する無線伝送器（６５）をさらに備え、
前記車載トランスデューサ（２０）は、前記捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路（２４）と電気的に通信し、
前記電力検出回路（２４）は、前記捕捉された電力の前記値を前記無線伝送器（６５）を介して前記制御器（５３）に無線で送るように構成された無線受信器（６５）と電気的に通信し、
前記制御器（５３）は、前記捕捉された電力の前記値を前記供給された電力の前記値と比較することによって電力効率を決定するように構成される充電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の充電システム（１２）において、
前記制御器（５３）が、前記供給された電力の前記周波数が前記電力効率を最大にするように、前記電力効率に基づいて前記可変周波数発振器（７１）を調整するように構成される充電システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステム充電（１２）において、
前記位相差の前記所望の範囲が１０度から２１度の間である充電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の充電システム（１２）において、
前記位相差の前記所望の範囲が１０度から１５度の間である充電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の充電システム（１２）において、
前記位相差の前記所望の範囲が０度から１０度の間である充電システム。
【請求項８】
請求項７に記載の充電システム（１２）において、
前記位相差が約０度である充電システム。
【請求項９】
請求項１に記載の充電システム（１２）において、
前記車載トランスデューサ（２０）および前記エネルギー蓄積デバイス（１４）が車両（４０）の内部に配置される充電システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の充電システム（１２）において、
前記車外トランスデューサ（１８）および前記電力伝送器（１６）が前記車両（４０）の外部に配置される充電システム。
【請求項１１】
エネルギー蓄積デバイス（１４）を無線で充電するように構成された充電システム（１２）であって、
交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器（７１）を含む電力伝送器（１６）と、
前記可変周波数発振器（７１）を調整するように機能し、それによって前記供給された電力の前記周波数を変化させる制御器（５３）と、
前記電力伝送器（１６）と電気的に通信する車外トランスデューサ（１８）とを備えており、前記車外トランスデューサ（１８）は、前記エネルギー蓄積デバイス（１４）と電気的に通信する車載トランスデューサ（２０）に電磁的に結合されるように構成されており、それによって、前記車載トランスデューサ（２０）が、前記エネルギー蓄積デバイス（１４）を充電するための電力を捕捉でき、
前記充電システム（１２）は、また、
前記制御器（５３）と電気的に通信する無線伝送器（６５）を備えており、
前記車載トランスデューサ（２０）は、前記捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路（２４）と電気的に通信し、
前記電力検出回路（２４）は、前記捕捉された電力の前記値を前記無線伝送器（６５）を介して前記制御器（５３）に無線で送るように構成された無線受信器（６５）と電気的に通信し、
前記制御器（５３）は、前記捕捉された電力の前記値を前記供給された電力の前記値と比較することによって電力効率を決定するように構成されており、
前記制御器（５３）は、前記供給された電力の前記周波数が前記電力効率を最大にするように、前記電力効率に基づいて前記可変周波数発振器（７１）を調整するように構成される充電システム（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１５年５月１１日に出願された米国特許出願第１４／７０８，５２６号の特許協力条約第８条に基づく優先権の利益を主張するものであり、その開示全体は、これによって参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
[0002]本発明は、車両の電池を無線で充電するために用いられる充電システムに関し、より詳細には、磁場の周波数を変動させて所望の電圧−電流位相関係を維持するように構成された無線電池充電システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]磁気的に結合され、物理的隔たりを越えて無線で電気エネルギーを伝達する車外トランスデューサと車載トランスデューサとを有する無線充電システムがよく知られている。さまざまな負荷、構成要素の公差、温度に起因して、車外トランスデューサと車載トランスデューサとの間の最適な磁気結合のための共振周波数は変動し得る。最高レベルの効率を維持するために、システムの最適な磁気結合を維持するための充電システムを動作させる方法が必要である。加えて、異なる業者によって構築された異なる共振周波数を有する車載トランスデューサとの無線充電システムの相互運用性は、各業者の車載トランスデューサがその業者の無線充電システムとのみ用いられることを必要としないように対処されることを必要とする。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]本発明の一実施形態によれば、充電システムが提供される。この充電システムは、エネルギー蓄積デバイスを無線で充電するように構成される。充電システムは、交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器を含む電力伝送器と、可変周波数発振器を調整するように機能し、それによって供給された電力の周波数を変化させる制御器と、エネルギー蓄積デバイスと電気的に通信する車載トランスデューサに電磁的に結合されるように構成され、それによって車載トランスデューサにエネルギー蓄積デバイスを充電するための電力を捕捉させる、電力伝送器と電気的に通信する車外トランスデューサと、制御器および車外トランスデューサと通信し、交流電圧と交流電流の位相差を決定するように構成された位相検出回路とを備える。制御器は、供給された電力の周波数が所望の範囲内で位相差を維持するよう、位相差に基づいて可変周波数発振器を調整するように構成される。
【０００５】
[0005]制御器は、供給された電力の周波数が１０キロヘルツ（ｋＨｚ）から４５０ｋＨｚの周波数範囲内で掃引するよう、可変周波数発振器を調整するように構成されてよい。
[0006]充電システムは、制御器と電気的に通信する無線伝送器をさらに備えてもよい。この場合、車載トランスデューサは、捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路と電気的に通信する。この電力検出回路は、捕捉された電力の値を無線伝送器を介して制御器に無線で伝送するように構成された無線受信器と電気的に通信し、制御器は、捕捉された電力の値を供給された電力の値と比較することによって電力効率を決定するように構成される。制御器は、供給された電力の周波数が電力効率を最大にするように、電力効率に基づいて可変周波数発振器を調整するように構成される。
【０００６】
[0007]車載トランスデューサおよびエネルギー蓄積デバイスは、車両の内部に配置されてよい。車外トランスデューサおよび電力伝送器は、車両の外部に配置されてよい。別法として、車外トランスデューサおよび電力伝送器は、車両の内部に配置され得る。
【０００７】
[0008]本発明の別の実施形態によれば、充電システムが提供される。この充電システムは、エネルギー蓄積デバイスを無線で充電するように構成される。充電システムは、交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器を含む電力伝送器と、可変周波数発振器を調整するように機能し、それによって供給された電力の周波数を変化させる制御器と、エネルギー蓄積デバイスと電気的に通信する車載トランスデューサに電磁的に結合されるように構成され、それによって車載トランスデューサにエネルギー蓄積デバイスを充電するための電力を捕捉させる、電力伝送器と電気的に通信する車外トランスデューサと、制御器と電気的に通信する無線伝送器とを備える。車載トランスデューサは、捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路と電気的に通信する。この電力検出回路は、捕捉された電力の値を無線伝送器を介して制御器に無線で伝送するように構成された無線受信器と電気的に通信する。制御器は、捕捉された電力の値を供給された電力の値と比較することによって電力効率を決定するように構成される。制御器は、供給された電力の周波数が電力効率を最大にするように、電力効率に基づいて可変周波数発振器を調整するように構成される。
【０００８】
[0009]背景部分で考察される主題は、単に背景部分におけるその言及の結果としての従来技術と考えられるべきでない。同様に、背景部分において言及され、または背景部分の主題と関連する問題は、従来技術において以前より認識されているものと考えられるべきでない。背景部分の主題は異なるアプローチを表すにすぎず、それら自体もまた、発明であり得る。
【０００９】
[0010]本発明は、添付の図面を参照してさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】[0011]本発明による、可変周波数発振器（ＶＦＯ）回路を含む充電システムを絵で表した側面図である。
【図２】[0012]電池と車載トランスデューサとの中間に配置される、図１に示す充電システムの概略図である。
【図３】[0013]図１に示すＶＦＯ回路の概略図である。
【図４】[0014]図３に示すＶＦＯ回路によって監視される電圧と電流の角度位相差の関係を示す図である。
【図５】[0015]本発明の代替実施形態による充電システムのＶＦＯ回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0016]無線充電システムの共振周波数は、負荷の変動、公差の積重ねによる電気的構成要素の性能の変動、温度の変動、構成要素の配置および方向の変動に起因して変動し得る。共振周波数の不整合は、車外トランスデューサがある特定の車載トランスデューサ用に周波数調整され、その後同一周波数または周波数範囲に調整されていない異なる車載トランスデューサと用いられる場合にも生じることがある。この種の変動は、無線充電システムの電力伝達効率を望ましくなく低下させることがある。電力伝達効率は、前述の変動に関して、車外トランスデューサの出力周波数を調整することによって効果的に管理および制御され得ることが判明している。
【００１２】
[0017]車外トランスデューサに電力を供給する電力伝送器の出力周波数は、電力伝送器内に配置される可変周波数発振器（ＶＦＯ）回路によって決定される。有利には、充電システム内のＶＦＯ回路は、車外トランスデューサによって生成される磁気エネルギーの周波数の調整を行って、車載トランスデューサの共振周波数により厳密に整合させる。有利なことに、ＶＦＯ回路は、車外トランスデューサおよび車載トランスデューサの共振周波数が、製造公差、環境条件、および車外トランスデューサと車載トランスデューサとの誤整合（ミスアライメント、換言すれば、位置合わせの誤り）に対応するように調整されることを可能にする。ＶＦＯ回路はまた、異なる仕様に合わせた異なる製造によって構築される車外トランスデューサと車載トランスデューサとの共振周波数の差異にも対応する。
【００１３】
[0018]本発明の特徴を実施する無線充電システム１２の非限定的な例が図１および図２に示される。本明細書において提示される無線充電システム１２は、車両４０内に配置される電池１４を充電するように構成される。車両４０は、ハイブリッド車両またはハイブリッド電気車両であってよく、電池１４はこの車両の推進システム（図示せず）を駆動するように構成され得る。無線充電システム１２は、交流電力伝送器１６、車外トランスデューサ１８および車載トランスデューサ２０を含む。電力伝送器１６は可変周波数発振器（ＶＦＯ）回路２４をさらに含む。電力伝送器１６は車両４０の外部に配置される。車外トランスデューサ１８はＶＦＯ回路２４と電気的に通信する。車外トランスデューサ１８は、車庫床面または駐車場表面など、地面２２に固定されるように構成されるのが好ましい。車載トランスデューサ２０は車両４０に取り付けられる。車載トランスデューサ２０は、車両４０の車台２６に配置されてもよい。
【００１４】
[0019]車外トランスデューサ１８は、電力伝送器１６によって供給される交流電圧および交流電流を有する電気エネルギーによって励起されるときに車載トランスデューサ２０に磁気エネルギー４４を無線で伝送する磁場を生成するソースコイル（図示せず）を含む。電池１４を充電する場合、車載トランスデューサ２０は車外トランスデューサ１８から間隔を空けて配置され、したがって、車外トランスデューサ１８を車載トランスデューサ２０から距離的に離隔する。車外トランスデューサ１８によって生成される交流磁場は、交流電圧を有する交流電流を捕捉コイル（図示せず）に誘導する。この捕捉された電気エネルギーは、車両４０の電池１４を充電するために用いられる。
【００１５】
[0020]車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との間のエネルギーのエネルギー伝送の効率は、エネルギーがそれらの間で無線で伝達され得るようにするこれらのトランスデューサ１８、２０の整合性（アライメント、換言すれば位置合わせ）によって決まる。トランスデューサ１８、２０のそのような整合性は、車載トランスデューサ２０の少なくとも一部が車外トランスデューサ１８の上に重なるときに実現され得る。図２を参照すると、車載トランスデューサ２０の少なくとも一部が車外トランスデューサ１８の上に重なる。別法として、車載トランスデューサ２０は車外トランスデューサ１８の上に重ならない場合があるが、それでもなお車載トランスデューサ２０に近接し、その結果、無線のエネルギー伝送が生じる。
【００１６】
[0021]電力伝送器１６は電源４８と電気的に通信する。この電源４８は、一般にユーティリティ本線と関連する１２０ＶＡＣまたは２４０ＶＡＣの電圧を供給することができる。電源４８の電圧は、特定の地理的位置のユーティリティ規格によって、典型的には６０ヘルツ（Ｈｚ）または５０Ｈｚの交流周波数を有し得る。別法として、電源４８は、１２０ＶＡＣまたは２４０ＶＡＣとは異なる動作電圧、または、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚとは異なる動作周波数を有してもよい。
【００１７】
[0022]無線充電システム１２は、車両４０内に配置され、電力伝送器１６、車外トランスデューサ１８および車載トランスデューサ２０と協働して電池１４を充電するのに有用な電流を供給する制御器／変換器５３をさらに含む。制御器／変換器５３の変換器部分は、整流回路（図示せず）を形成する電気的構成要素を備える。この整流回路は、車載トランスデューサ２０と電気的に通信して、車載トランスデューサ２０によって出力されるＨＶ  ＨＦ  ＡＣ信号を、電池１４を充電するのにより効果的なＨＶ  ＤＣ信号に変換する。本明細書において用いられるＨＶ  ＨＦ  ＡＣ信号は、ＶＦＯ回路２４によって生成され、かつ、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との間の磁気結合によって車外トランスデューサ１８に入力され、車載トランスデューサ２０から出力される高電圧、高周波交流（ＡＣ）電気信号である。図示された例において、ＨＶ  ＨＦ  ＡＣ信号の電圧は１２０ＶＡＣより大きく、ＨＶ  ＨＦ  ＡＣ信号の周波数は６０ヘルツ（Ｈｚ）より大きい。周波数は、１０ｋＨｚから４５０ｋＨｚの範囲であってよい。たとえば、この範囲は、一般に１０から７０ｋＨｚの範囲である密結合の共振器に典型的に用いられる周波数、および、一般に５０から４５０ｋＨｚの範囲である疎結合の共振器に典型的に用いられる周波数を網羅することができる。また、本明細書において用いられるＨＶ  ＤＣ信号は高電圧、直流（ＤＣ）電気信号であり、電圧および電流は時間的に変化しない。
【００１８】
[0023]制御器／変換器５３の制御器部分は、中央処理装置（図示せず）を含み、これは、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってよく、または個別論理およびタイミング回路（図示せず）から構築されてもよい。制御器部分をプログラム化するソフトウェア命令は、不揮発性（ＮＶ）記憶デバイス（図示せず）に格納されてよい。このＮＶ記憶デバイスは、マイクロプロセッサまたはＡＳＩＣ内に含まれてよく、または別個のデバイスであってもよい。使用され得るＮＶメモリの種類の非限定的な例として、電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、マスクされた読出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびフラッシュメモリを含む。制御器部分はまた、制御器部分が車両４０内の他のデバイスとの電気的通信を確立することができるようにするために、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）送受信器のような有線の送受信器（図示せず）も含む。
【００１９】
[0024]図２に示されるように、充電システム１２は、制御器／変換器５３内に配置される伝送器（図示せず）および電力伝送器１６内に配置される受信器（図示せず）をさらに含み、これらは制御器／変換器５３から電力伝送器１６への無線リンク６５を確立する。これらの伝送器および受信器は、電力伝送器１６から制御器／変換器５３へのリターン無線リンク６６を確立するための送受信器として構成され得る。
【００２０】
[0025]制御器部分は、電圧、電流および電力を測定する。制御器／変換器５３の制御器部分は、測定された電圧、電流および電力のデータを無線リンク６５を介して電力伝送器１６に伝送し、その結果、電力伝送器１６はさらに、車外トランスデューサ１８に供給される電力量を調節して、最適な充電システム電力効率を確実にすることができる。最適な充電システム電力効率は、８５％を超えることが好ましい。また同様に、電力伝送器１６は、供給された電力のデータをリターン無線リンク６６を介して制御器／変換器５３の制御器部分に無線で伝送することができる。本明細書において他の構成と併せて前述された当該の制御器／構成は、「無線エネルギー伝送のためのエネルギー結合装置を有する充電システム」と題する米国特許出願公開第２０１３／００１５８１２号においてさらに記述され、これは、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【００２１】
[0026]次に図３を参照すると、ＶＦＯ回路２４の構成図が示される。このＶＦＯ回路２４は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）７１、増幅器７０、電圧監視回路７３、電流監視回路７４および位相検出回路７２を含む。ＶＣＯ７１は増幅器７０の入力と電気的に通信する。車外トランスデューサ１８とＶＣＯ７１との中間にフィードバックループが設けられる。このフィードバックループは、位相検出回路７２と電気的に通信する電圧監視回路７３および電流監視回路７４を含む。電圧監視回路７３は、車外トランスデューサ１８に入力される電圧を測定し、電流監視回路７４は車外トランスデューサ１８に入力される電流の流れを測定する。位相検出回路７２は、車外トランスデューサ１８への入力における電圧と電流の位相差を測定するように構成される。位相検出回路７２は、出力６７ａに供給される電流の周波数を制御するＶＣＯ７１と電気的に結合される。
【００２２】
[0027]位相検出回路７２は、電圧および電流が所定の位相差範囲内にあるかどうかを決定するように構成される。位相差が所望の範囲内にない場合、位相検出回路７２の電圧出力は変動し、これによって位相差が所望の範囲内に収まるまで、ＶＯＣ７１の周波数、ひいてはＶＦＯ回路２４の周波数を増加または低下させる。出力電圧および電流の監視は充電システム１２の動作中連続的に行われ、位相差に基づき必要に応じて周波数調整が行われる。電力伝送器１６は次に車外トランスデューサ１８に供給される電力の周波数を調整して、充電システム電力効率が所望のレベルで維持されることを確実にする。一実施形態では、好ましい充電システム電力効率は少なくとも８５％である。ＶＦＯ回路２４の動作周波数範囲は、約１５ｋＨｚから２００ｋＨｚであるのが好ましい。
【００２３】
[0028]次に図４を参照すると、グラフ６９は、電力伝送器１６のＶＦＯ回路２４の出力６７ａ、６７ｂにおける時間の関数としてのＡＣ電流の流れの測定値７７およびＡＣ電圧の測定値７８の例を示す。ＡＣ電流の流れの測定値７７およびＡＣ電圧の測定値７８は正弦波であり、これらは角度位相差によって表される量すなわちこの図において参照番号７９で示される位相差Φだけ位相がずれる。充電システム１２の最適な充電システム電力効率の性能を確実にするために、共振の、すなわち疎に（換言すれば、離間して）磁気結合された車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との間のエネルギー伝達の場合、位相差は約１０度から約１５度の範囲であるのが好ましく、誘導の、すなわち密結合されたエネルギー伝達の場合、位相差は約０度から２度である。位相差は、部分公差、温度、および車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との整合性の影響を考慮する。
【００２４】
[0029]それゆえ、ＶＦＯ回路２４を含む充電システム１２の設計は、電圧および電流の波形が、電池１４に供給される充電システム電力効率が最適レベルであることを確実にする所定の位相差範囲内にあるかどうかを決定する。位相差は充電システム１２、より具体的にはＶＦＯ回路２４の制御器によって分析され、その結果、充電システム電力効率の最適レベルが維持される。車外トランスデューサ１８への電圧および電流の波形入力を分析した後、制御器は、ＶＯＣ７１の周波数を調整するよう機能する電圧を出力し、そのようにして車外トランスデューサ１８への電力伝送器１６の出力信号は所望の充電システム電力効率を維持する。このことはさらに、電圧と電流の位相差が、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０が疎結合である場合には約１５度であり、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０が密結合である場合にはゼロ（０）度で維持されることを確実にする。それゆえ、充電システム１２は角度位相差の値を用いて、トランスデューサ１８、２０が疎結合か密結合かを決定する。
【００２５】
[0030]充電システム１２はさらに、無線リンク６５を介した制御器／変換器５３からの電圧および電流のデータを用いて、車外トランスデューサ１８に入力される電力を車載トランスデューサ２０によって出力される電力と比較することができる。ＶＦＯ回路２４の周波数は、所望の位相角差を維持するための周波数の調整に加えて、またはこれに代えて、システム電力効率を最大にするようにさらに調整され得る。
【００２６】
[0031]本明細書において前述されたように、角度位相差の値は、無線伝送機構に関連して（すなわち、密結合であるか疎結合であるか）所定の周波数の範囲に対応する所定の範囲の値であるように予め決められることに留意されたい。充電システム１２は、たとえば約１５ｋＨｚから２００ｋＨｚの広範囲の周波数でＶＦＯ回路２４の出力周波数を掃引し、次に出力周波数がその範囲で掃引されるときにシステム電力効率および位相差を測定することによって、トランスデューサ１８、２０が密結合か疎結合かを決定するように構成されてよい。システム効率および位相差の測定値に基づいて、充電システム１２はトランスデューサ１８、２０が密結合か疎結合かを決定し、それに応じて動作周波数範囲および所望の位相差範囲を設定することができるようにしてよい。
【００２７】
[0032]次に図５を参照すると、代替のＶＦＯ回路２２５が示される。図３に示すＶＦＯ回路２４において示されるのと同様の要素が、２００だけ異なる参照数字を有する。前述のＶＦＯ回路２４と同様に、ＶＣＯ回路２２５は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２７１、増幅器２７０、電圧監視回路２７３、電流監視回路２７４および位相検出回路２７２を用いる。位相検出回路２７２は、フリップフロップ回路２８７および制御器２８８を含む。フリップフロップ回路２８７は制御器２８８にカウント数を提供し、このことは、制御器２８８が出力２９９に供給される電圧を決定して、ＶＣＯ２７１の周波数を制御することを可能にする。抵抗器２８１〜２８４、２８９は、電気信号が適切な電圧レベルでバイアスされることを可能にする。電流監視回路２７４は、増幅器２７０の出力からの電流の測定値を提供するセンスコイル２８５に電気的に接続される。ＶＣＯ２７１は、増幅器２７０の入力と電気的に通信する。電圧信号は信号経路２９２、２９３で運ばれ、電圧監視回路２７３によって受信される。電流信号は信号経路２９０、２９１で運ばれ、電流監視回路２７４によって受信される。フリップフロップ回路２８７は電圧監視回路２７３からの出力２９６と、電流監視回路２７４からの出力２９７とを受信する。フリップフロップ回路２８７の出力２９８は制御器２８８によって受信される。ＶＣＯ２７１は、制御器２８８からの出力２９９を受信する。たとえば、フリップフロップから制御器２８８にゼロの電気パルスが出力される場合、ＶＣＯ２７１の周波数の調整は必要でない。電圧監視回路２７３および電流監視回路２７４のフィードバックによってフリップフロップの出力のパルス数がゼロパルスより大きい場合、受信されたフィードバック信号の量との関連でＶＦＯに対する電圧調整が生じ得る。
【００２８】
[0033]別法として、ＶＦＯ回路２４の位相検出回路７２は、埋込型制御器を備えてよい。このような回路実装は、たとえばＶＦＯ回路２４内の他の電気的ブロック／電気的構成要素を省くことができ、回路設計を簡略化し、より低い費用を可能にする。図３を再び参照すると、埋込型制御器を用いることで組み込まれた機能性が可能になり、その結果、電圧監視回路７３、電流監視回路７４、位相検出回路７２およびＶＣＯ７１は必ずしも必要でない。同様に、図５を再び参照すると、埋込型制御器が用いられる場合、電圧監視回路２７３、電流監視回路２７４、フリップフロップ回路２８７、制御器２８８およびＶＣＯ２７１は必ずしも必要でない。
【００２９】
[0034]次に図２に戻ると、統合充電器６０および切換スイッチ５７をさらに含む拡張型充電システム１２ａが示される。これらの統合充電器６０および切換スイッチ５７は車両４０内に配置され、電力伝送器１６、車外トランスデューサ１８および車載トランスデューサ２０と協働し、電流を供給して電池１４を充電する。制御器／変換器５３、統合充電器６０および切換スイッチ５７は、電気信号整形デバイス４５を形成する電気的構成要素を備える。
【００３０】
[0035]二次的充電システム６２（すなわち、予備充電システム）もまた、車両４０内に配置される統合充電器６０と電気的に通信し、無線充電システム１２へのアクセスが利用できない場合に、電流を供給して電池１４を充電することができる。有利なことに、二次的充電システム６２は、利便性の向上のために電池１４を充電する代替モードを提供する。
【００３１】
[0036]切換スイッチ５７は、信号線５５を介して制御器／変換器５３の制御器部分によって動作的に制御されて、二次的充電システム６２と無線充電システム１２を切り換える。出力５２は、車載トランスデューサ２０によって生成される電気信号を運び、この信号は制御器／変換器５３の変換器部分によって受信される。出力５６は、制御器／変換器５３の変換器部分から電気信号を運び、この信号は切換スイッチ５７によって受信される。出力５８は、切換スイッチ５７から電池１４に電気信号を運ぶ。コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスなどの通信データバス５４は制御器／変換器５３の制御器部分と通信して、車両データ情報を受信し／拡張型充電システム１２ａに伝送するか、または、充電システムデータを受信し／車両４０内に配置される他の電気デバイスに伝送する。
【００３２】
[0037]車両４０の車輪５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄは、車載トランスデューサ２０と車外トランスデューサ１８との整合性を支援するために用いられる。車輪止め６３のような整合性手段９９は、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０とのこの整合性をさらに支援することができる。また、整合性デバイス６４も車両４０の位置決めを支援することができ、それによって車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０は適切に整合する。車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との整合性は、車外トランスデューサ１８から車載トランスデューサ２０へのエネルギー伝送を最大限にするために必要とされる。図２に示されるように、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との整合性は、図２において最もよく示されているように、車載トランスデューサ２０の少なくとも一部が車外トランスデューサ１８の上に重なるときに生じ得る。別法として、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との整合性は、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０とが十分に間隔を空けて配置されるが、車両４０の電池１４が充電されるようにエネルギーの無線伝送がその間で生じることを可能にするときに生じ得る。
【００３３】
[0038]二次的充電システム６２は、統合充電器６０によって受信される電気信号を運ぶ出力６１を生成し、この統合充電器６０は切換スイッチ５７によって受信される電気信号を運ぶ出力５９を生成する。
【００３４】
[0039]このように、充電システム１２の動作周波数を調整して充電システム電力効率を最適にする堅固な充電システム１２が提示される。加えて、充電システム１２は、密結合または疎結合された車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との間の距離を越えて磁気エネルギーを無線で伝送するように構成されてよい。ＶＦＯ回路２４は、車外トランスデューサ１８に供給された電圧と電流の位相差が充電システム電力効率を最適にするよう維持されるように、電気信号の周波数を効果的に管理するために用いられる。
【００３５】
[0040]充電システムは、電気技術分野において一般的に商用の抵抗器、蓄電器、中継器などの電気的構成要素で構成される。ＶＣＯ７１は、対象となる周波数で一般的に入手可能な部品として購入され得る。位相検出回路２７２は、フリップフロップ回路２８７および制御器２８８を用いて容易に構成され得る。
【００３６】
[0041]充電システム１２はさらに、車外トランスデューサ１８と車載トランスデューサ２０との間のシステム電力効率を決定し、動作周波数にさらなる調整を加えて、充電システム電力効率を最適にすることができる。
【００３７】
[0042]本発明は、その好ましい実施形態に関して記述されてきたが、そのように限定されるわけではなく、むしろ以下の特許請求の範囲において述べられる範囲にのみ限定されることが意図される。また、第１の、第２の等の用語の使用は何ら重要度順を意味するものではなく、むしろ、第１の、第２の等の用語は、ある要素を別の要素と区別するために用いられる。さらに、ａ、ａｎ等の用語の使用は量的な制限を意味するものではなく、むしろ、言及されるものの少なくとも１つが存在することを意味する。
【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５】
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【国際調査報告】
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