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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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--Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine drahtlose Energieempfangsvorrichtung und ein drahtloses Energieübertragungssystem.
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-- Beschreibung der verwandten Technik
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Es ist eine drahtlose Energieübertragungstechnologie bekannt, die eine magnetische Kopplung zwischen einer Energieübertragungs-(Primär-)spule und einer Energieempfangs-(Sekundär-)spule einsetzt, die einander gegenüberliegen, um an die Energieübertragungsspule angelegte Wechselstromenergie drahtlos an die Energieempfangsspule zu übertragen.
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Bei der Durchführung von Energieübertragung durch die drahtlose Energieübertragungstechnologie ist es notwendig, eine Ausrichtung zwischen einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung umfassend die Energieübertragungsspule und einer drahtlosen Energieempfangsvorrichtung umfassend die Energieempfangsspule zu erreichen. Wird beispielsweise davon ausgegangen, dass die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung eine Ladeeinrichtung ist, die im Boden vergraben ist und dass die drahtlose Energieempfangsvorrichtung an der Unterseite eines Fahrzeugs, wie etwa einem Elektroauto, angeordnet ist, ist es notwendig, das Fahrzeug durch manuelle Steuerung des Fahrers oder durch die automatische Steuerung des Systems des Fahrzeugs auf der Ladeeinrichtung zu positionieren.
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Die Verwendung einer mechanischen Führung kann als konkretes Verfahren zum Erreichen der Positionierung in Betracht gezogen werden. Ist beispielsweise eine Führungsschiene zum Führen der Räder des Fahrzeugs vorgesehen, kann das Fahrzeug auf einfache Weise in eine geeignete Position bewegt werden. Die mechanische Führung ist jedoch nicht immer verfügbar, so dass es einen Bedarf dahingehend gibt, das Positionieren selbst bei Nichtvorhandensein der mechanischen Führung zu ermöglichen. Unter solchen Umständen wurde das folgende System erdacht. Das bedeutet, dass ein von der Energieübertragungsspule erzeugter magnetischer Fluss von der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung erfasst wird und das Relativpositionsverhältnis zwischen der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung und der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung in Echtzeit aus dem Erfassungsergebnis errechnet wird, um bei der Positionierung verwendet zu werden.
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Die Offenlegung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2015 -
116023 offenbart ein Beispiel einer solchen Positionierungstechnologie. Konkret führt ein Fahrer einen Parkvorgang in einem Zustand durch, bei dem die Ausgangsleistung einer Primärspule festgelegt ist. Während des Parkvorgangs, falls eine von der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung aufgenommene Empfangsspannung gemessen wird, wird ein Bild (vgl.
10A der Schrift), das darstellt, dass die aufgenommene Spannung der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung gemessen wird, auf einer Anzeigevorrichtung wie etwa einem Fahrzeugnavigationssystem angezeigt. Dann wird zu einem Zeitpunkt, bei dem sich die aufgenommene Spannung der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung von einer Zunahme in eine Abnahme verändert, ein Bild (vgl.
10B der Schrift), das darstellt, dass sich das Fahrzeug an der optimalen Parkposition befindet, angezeigt.
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Ferner beschreibt die Offenlegung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-126658 die Beziehung zwischen einem Trennungsabstand zwischen einer Energieübertragungsspule und einer Energieempfangsspule in der Horizontalrichtung (nachfolgend lediglich als „horizontaler Trennungsabstand“ bezeichnet) und einer aufgenommenen Spannung, die von der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung in einem Zustand aufgenommen wird, bei dem die Ausgangsleistung der Energieübertragungsspule festgelegt ist. Wie in
4 der Schrift dargestellt, hat die aufgenommene Spannung der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung einen lokalen Minimalwert an einer Position, an der der horizontale Trennungsabstand einen vorgegebenen Wert annimmt. Der lokale Minimalwert tritt aufgrund der Umkehr der Richtung eines die Energieempfangsspule verknüpfenden, magnetischen Flusses auf.
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Wie der
4 der Offenlegung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-126658 entnommen werden kann, hat die aufgenommene Spannung der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung in einem Zustand, bei dem die Ausgangsleistung der Energieübertragungsspule festgelegt ist, zwei Spitzen mit unterschiedlichen Werten. Eine ist eine größere Spitze, die an einer Position auftritt, bei der der horizontale Trennungsabstand im Wesentlichen „0“ ist. Die größere Spitze wird nachfolgend als „erste Spitze“ bezeichnet. Die andere ist eine kleinere Spitze, die von der ersten Spitze aus gesehen an einer Position gegenüber einem lokalen Minimalwert auftritt. Die kleinere Spitze wird nachfolgend als „zweite Spitze“ bezeichnet.
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Obgleich in der Offenlegung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-116023 nicht angeführt, ist es bei der in der Schrift offenbarten Technik wahrscheinlich, dass ein Schwellenwert für die aufgenommene Spannung auf einen Wert eingestellt wird, der größer ist als der Spitzenwert der zweiten Spitze, und wenn die aufgenommene Spannung den Schwellenwert übersteigt, wird das Bild angezeigt, das darstellt, dass die aufgenommene Spannung der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung gemessen wird. Dies liegt daran, dass, falls der Schwellenwert auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner ist als der Spitzenwert der zweiten Spitze, ein Bild, das darstellt, dass sich das Fahrzeug an der optimalen Parkposition befindet, angezeigt wird, wenn die aufgenommene Spannung die zweite Spitze übersteigt.
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Jedoch kann bei der oben beschriebenen Ausgestaltung, bei der ein Fahrer nicht über eine Tatsache benachrichtigt wird, dass die drahtlose Energieempfangsvorrichtung sich der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung annähert, bis die aufgenommene Spannung den Schwellenwert übersteigt, der auf einen Wert größer als der Spitzenwert der zweiten Spitze eingestellt wurde, der Fahrer nicht bestätigen, dass sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung annähert, bis sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung deutlich annähert.
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ÜBERSICHT
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine drahtlose Energieempfangsvorrichtung und ein drahtloses Energieübertragungssystem anzugeben, die in der Lage sind, einen Nutzer zu einem Zeitpunkt darüber zu benachrichtigen, dass sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung annähert, wenn sich die drahtlose Energieaufnahmevorrichtung an einer Position befindet, die sich bezüglich der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung weiter entfernt von der herkömmlichen Position der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung befindet.
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Eine drahtlose Energieempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die in einem mobilen Körper verbaut und eingerichtet ist, von einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung übertragene Energie drahtlos zu empfangen. Die drahtlose Energieempfangsvorrichtung umfasst eine Energieempfangsschaltung umfassend eine Energieempfangsspule, die Wechselstrom über ein Magnetfeld aufnimmt, und eine Gleichrichterschaltung, die den von der Energieempfangsspule empfangenen Wechselstrom in Gleichstrom wandelt und den Gleichstrom an eine Last ausgibt, eine Erfassungsschaltung, die einen Schaltungskennwert der Energieempfangsschaltung mit einer ersten Spitze mit einem verhältnismäßig großen Spitzenwert und einer zweiten Spitze mit einem verhältnismäßig kleinen Wert bezüglich eines horizontalen Trennungsabstandes zwischen der Energieübertragungsspule der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung und der Energieempfangsspule erfasst, und eine Positionserfassungsschaltung, die einen Zustand der Relativposition zwischen der Energieempfangsspule und der Energieübertragungsspule erfasst. Wenn der von der Erfassungsschaltung erfasste Schaltungskennwert einen ersten Schwellenwert übersteigt, der zwischen dem Spitzenwert der zweiten Spitze und einem Erfassungsgrenzwert der Erfassungsschaltung liegt, bestimmt die Positionserfassungsschaltung, dass die Energieempfangsspule nahe der Peripherie einer Position vorhanden ist, die geeignet ist, Energie von der Energieübertragungsspule zu empfangen. Wenn der Schaltungskennwert, der von der Erfassungsschaltung erfasst wird, einen zweiten Schwellenwert übersteigt, der zwischen dem Spitzenwert der zweiten Spitze und dem Spitzenwert der ersten Spitze eingestellt ist, errechnet die Positionserfassungsschaltung eine von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung übertragbare Energie auf Grundlage des von der Erfassungsschaltung erfassten Schaltungskennwerts.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung beginnt eine Verarbeitung zum Starten einer Energieübertragung (d.h. eine Verarbeitung zum Berechnen der von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung übertragbaren Energie auf Grundlage des Schaltungskennwerts), nachdem der Schaltungskennwert den zweiten Schwellenwert übersteigt, so dass es in einem Zustand, bei dem sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung annähert, möglich ist, den Nutzer zu einem Zeitpunkt über die Annäherung an die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung zu benachrichtigen, wenn der Schaltungskennwert den ersten Schwellenwert übersteigt (also wenn sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung bezüglich der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung an einer Position weiter entfernt befindet als die herkömmliche Benachrichtigungs-Start-Position).
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Bei der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung kann der erste Schwellenwert ein Erfassungsgrenzwert der Erfassungsschaltung sein. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, eine Spanne, innerhalb derer dem Nutzer eine Annäherung an die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung mitgeteilt werden kann, zu einem Maximalmaß auszuweiten.
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Bei der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung kann die Positionserfassungsschaltung den zweiten Schwellenwert gemäß einem vertikalen Abstand zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule ändern. Konkrete Spitzenwerte der jeweiligen ersten und zweiten Spitzen werden verringert, wenn der vertikale Abstand zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule zunimmt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, es dem zweiten Schwellenwert zu ermöglichen, sich an eine Veränderung des Spitzenwerts der zweiten Spitze anzupassen. Im Ergebnis ist es möglich, einen Bereich, in dem übertragbare Energie von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung erhalten werden kann, zu einem Maximalmaß auszuweiten.
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Bei der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung kann die Positionserfassungsschaltung bestimmen, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt ist, wenn der von der Erfassungsschaltung erfasste Schaltungskennwert den zweiten Schwellenwert nicht innerhalb eines bestimmten Zeitraums ab dann übersteigt, wenn er den ersten Schwellenwert übersteigt. Dies ermöglicht es einem Nutzer wahrzunehmen, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule fehlschlägt.
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Bei der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung kann die Positionserfassungsschaltung bestimmen, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt ist, wenn der von der Erfassungsschaltung erfasste Schaltungskennwert den zweiten Schwellenwert nicht während eines Zeitraums übersteigt, ab dann, wenn er den ersten Schwellenwert übersteigt, bis dann, wenn der mobile Körper um eine vorgegebene Strecke bewegt wird. Dies ermöglicht es einem Nutzer gleichsam, wahrzunehmen, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule fehlschlägt.
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Die drahtlose Energieempfangsvorrichtung kann ferner einen energieempfangsseitigen Alarm umfassen, der einen Nutzer oder eine externe Vorrichtung über Informationen in Kenntnis setzt. Der energieempfangsseitige Alarm kann den Nutzer oder die externe Vorrichtung über ein Ermittlungsergebnis der Positionserfassungsschaltung und die von der Positionserfassungsschaltung errechnete übertragbare Energie in Kenntnis setzen. Dies ermöglicht es dem Nutzer oder der externen Vorrichtung, den mobilen Körper an eine Position zu führen, an der die Energieübertragungsvorrichtung und die Energieempfangsvorrichtung einander unmittelbar zugewandt sind.
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Bei der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung kann die Energieempfangsschaltung ferner einen Schaltkreis umfassen, der einen Verbindungszustand zwischen dem Ausgangsende der Gleichrichterschaltung und der Last schaltet. Der Schaltkreis kann das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung während einer Verarbeitung durch die Positionserfassungsschaltung öffnen. Dies kann den Schaltungskennwert der Energieempfangsschaltung unabhängig von der Last machen, so dass die Positionserfassungsschaltung einen Vergleich zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert und dem Schaltungskennwert und die Berechnung der übertragbaren Energie mit höherer Genauigkeit durchführen kann.
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Bei der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung kann die Energieempfangsschaltung ferner einen Lastwiderstand mit einem feststehenden Widerstandswert und einen Schaltkreis umfassen, der einen Verbindungszustand zwischen dem Ausgangsende der Gleichrichterschaltung und der Last oder dem Lastwiderstand schaltet. Während einer Verarbeitung durch die Positionserfassungsschaltung kann der Schaltkreis das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung mit dem Lastwiderstand verbinden. Dies kann ebenfalls den Schaltungskennwert der Energieempfangsschaltung unabhängig von der Last machen, so dass die Positionserfassungsschaltung einen Vergleich zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert und dem Schaltungskennwert und die Berechnung der übertragbaren Energie mit höherer Genauigkeit durchführen kann.
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Ein drahtloses Energieübertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System, das Energie von einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung an eine drahtlose Energieempfangsvorrichtung drahtlos überträgt, wobei die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung eine Stromwandlerschaltung, die Eingangsgleichstrom in Wechselstrom wandelt, eine Energieübertragungsspule, die den von der Stromwandlerschaltung zugeführten Wechselstrom aufnimmt, um ein Wechselstrommagnetfeld zu erzeugen, und eine Steuerschaltung umfasst, die den an die Energieübertragungsspule zuzuführenden Wechselstrom steuert, und die drahtlose Energieempfangsvorrichtung eine der obenstehenden drahtlosen Energieempfangsvorrichtungen ist.
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Bei dem drahtlosen Energieübertragungssystem kann die Steuerschaltung den an die Energieübertragungsspule zuzuführenden Wechselstrom dahingehend steuern bzw. regeln, dass die Menge von durch die Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischen Fluss konstant geregelt wird. Somit kann eine Verarbeitung der Positionserfassungsschaltung auf geeignete Weise durchgeführt werden.
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Ein drahtloses Energieübertragungssystem gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System, das Energie von einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung drahtlos an eine drahtlose Energieempfangsvorrichtung überträgt, wobei die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung eine Stromwandlerschaltung, die einen Eingangsgleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt, eine Energieübertragungsspule, die den von der Stromwandlerschaltung zugeführten Wechselstrom aufnimmt, um ein Wechselstrommagnetfeld zu erzeugen, und eine Steuerschaltung umfasst, die den an die Energieübertragungsspule zuzuführenden Wechselstrom steuert, und wobei die drahtlose Energieempfangsvorrichtung eine Energieempfangsschaltung umfasst, die eine Energieempfangsspule, die Wechselstrom durch das Wechselstrommagnetfeld aufnimmt, und eine Gleichrichterschaltung, die den von der Energieempfangsspule aufgenommenen Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und den Gleichstrom an eine Last ausgibt, umfasst, und eine Erfassungsschaltung umfasst, die einen Schaltungskennwert der Energieempfangsspule mit einer ersten Spitze mit einem verhältnismäßig großen Spitzenwert und einer kleinen Spitze mit einem verhältnismäßig kleinen (Spitzen-) Wert bezüglich eines horizontalen Trennungsabstandes zwischen der Energieübertragungsspule der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung und der Energieempfangsspule erfasst. Wenn der von der Erfassungsschaltung erfasste Schaltungskennwert einen ersten Schwellenwert übersteigt, der zwischen dem Spitzenwert der zweiten Spitze und einem Erfassungsgrenzwert der Erfassungsschaltung eingestellt ist, bestimmt die Steuerschaltung, dass die Energieempfangsspule nahe der Peripherie einer zum Energieempfang von der Energieübertragungsspule geeigneten Position vorhanden ist. Wenn der Schaltungskennwert, der von der Erfassungsschaltung erfasst wurde, einen zweiten Schwellenwert übersteigt, der zwischen dem Spitzenwert der zweiten Spitze und dem Spitzenwert der ersten Spitze eingestellt ist, errechnet die Steuerschaltung eine von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung übertragbare Energie auf Grundlage des von der Erfassungsschaltung erfassten Schaltungskennwerts.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Nutzer in einem Zustand, in dem sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung annähert, über eine Annäherung an die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung zu einem Zeitpunkt benachrichtigt werden, wenn der Schaltungskennwert den ersten Schwellenwert übersteigt (also wenn sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung an einer Position befindet, die bezüglich der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung weiter entfernt ist als die herkömmliche Benachrichtigungs-Start-Position).
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Figurenliste
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Die obenstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung der Erfindung in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich, wobei:
- 1 eine Ansicht ist, die einen Nutzungszustand eines drahtlosen Energieübertragungssystems gemäß einer ersten Erfindung veranschaulicht;
- 2 eine Ansicht ist, die schematisch eine Bewegung des Fahrzeugs Ve darstellt, wenn das in 1 dargestellte Laden des Fahrzeugs Ve durchgeführt wird;
- 3 eine Ansicht ist, die die Beziehung zwischen dem horizontalen Trennungsabstand D und einer aufgenommenen Spannung darstellt, die in der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur erzeugt wird, wenn ein von der Energieübertragungsspule erzeugter magnetischer Fluss die Energieempfangsspule verknüpft;
- 4 eine Ansicht ist, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 5 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Verarbeitungsablauf der in 4 gezeigten Positionserfassungsschaltung Dru2 darstellt;
- 6 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Verarbeitungsablauf der in 4 gezeigten Steuerschaltung Stu darstellt;
- 7 eine Ansicht ist, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
- 8 eine Ansicht ist, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
- 9 eine Ansicht ist, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
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1 ist eine Ansicht, die einen Nutzungszustand eines drahtlosen Energieübertragungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie dargestellt wird das drahtlose Energieübertragungssystem gemäß der Ausführungsform aus einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut umfassend eine Energieübertragungsspuleneinheit Ltu und einer drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur umfassend eine Energieempfangsspuleneinheit Lru zusammengestellt. Die Energieübertragungsspuleneinheit Ltu ist eine auf einer Fahrbahnoberfläche verbaute Vorrichtung und umfasst eine Energieübertragungsspule (nicht dargestellt). Die Energieempfangsspuleneinheit Lru ist eine an der Unterseite eines Fahrzeugs Ve verbaute Vorrichtung und umfasst eine Energieempfangsspule (nicht dargestellt). Das Fahrzeug Ve ist beispielsweise ein Elektroauto.
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Beim Durchführen des Ladens des Fahrzeugs Ve bewegt ein Nutzer das Fahrzeug Ve an einen Ort über der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu, um die Energieempfangsspuleneinheit Lru in einem von der Übertragungsspule erzeugten Magnetfeld anzuordnen. Im Ergebnis wird Energie durch magnetische Kopplung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur übertragen, und eine Sekundärbatterie (nicht dargestellt) in dem Fahrzeug Ve wird durch die so übertragene Energie aufgeladen.
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Das Relativpositionsverhältnis zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule wird durch einen vertikalen Trennungsabstand Z und einen horizontalen Trennungsabstand D dargestellt, die in 1 veranschaulicht sind. Der vertikale Trennungsabstand Z wird allgemein durch die Höhe der Bodenfläche des Fahrzeugs Ve bestimmt. Das bedeutet, dass je höher die Höhe der Bodenfläche des Fahrzeugs Ve ist, desto größer ist der Abstand zwischen der Energieempfangsspule und der Fahrbahnoberfläche, d.h. desto größer wird der vertikale Trennungsabstand Z. Hingegen wird der horizontale Trennungsabstand D kleiner, wenn das Fahrzeug näher an die Energieübertragungsspuleneinheit Ltu kommt, und wird größer, wenn sich das Fahrzeug Ve von der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu entfernt.
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2 ist eine Ansicht, die schematisch eine Bewegung des Fahrzeugs Ve darstellt, wenn das Laden des Fahrzeugs Ve durchgeführt wird. Wie dargestellt bewegt ein Nutzer (Fahrer) des Fahrzeugs Ve das Fahrzeug Ve entlang des Pfeils A1, derart, dass das Fahrzeug Ve genau oberhalb der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu positioniert ist. Zu diesem Zeitpunkt verringert sich der in 1 dargestellte Trennungsabstand D, wenn sich das Fahrzeug Ve der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu nähert und wird „0“ in einem Zustand, bei dem das Fahrzeug Ve genau oberhalb der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu positioniert ist. Der in 2 angedeutete Pfeil A2 gibt ein Beispiel einer Fehlausrichtung an, dessen Einzelheiten später beschrieben werden.
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3 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem horizontalen Trennungsabstand D und einer aufgenommenen Spannung (konkret der Ausgangsspannung einer Gleichrichterschaltung DB aus 4) veranschaulicht, die in der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur erzeugt wird, wenn ein von der Energieübertragungsspule erzeugter magnetischer Fluss die Energieempfangsspule verknüpft. Die Daten des Schaubildes aus 3 werden erhalten, wenn die Leistung der Energieübertragungsspule feststehend ist.
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Wie in 3 dargestellt, hat die aufgenommene Spannung in einem Zustand, bei dem die Leistung der Energieübertragungsspule feststehend ist, zwei Spitzen mit unterschiedlichen Werten. Eine größere Spitze P1 (erste Spitze) tritt an einer Position auf, an der der horizontale Trennungsabstand D im Wesentlichen „0“ ist. Eine kleinere Spitze P2 (zweite Spitze) tritt von der Spitze P1 aus gesehen an einer Position gegenüber einem Wert M eines lokalen Minimums auf. Der Spitzenwert einer jeden der Spitzen P1 und P2 nimmt zu, wenn sich der vertikale Trennungsabstand Z verringert.
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Der Wert M des lokalen Minimums tritt an einer Position auf, bei der die Richtung eines die Energieempfangsspule verknüpfenden magnetischen Flusses umgedreht wird. Wie in 3 dargestellt bleibt der Wert des horizontalen Trennungsabstands D, der der Position entspricht, an der der Wert M des lokalen Miniums auftritt, beinahe gleich, selbst wenn sich der vertikale Trennungsabstand Z verändert.
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Obgleich die Einzelheiten später beschrieben werden, verwendet die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur die in 3 dargestellten Schwellenwerte T1 und T2, um eine Verarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Der Schwellenwert T1 (erster Grenzwert) ist zwischen dem Spitzenwert der Spitze P2 und einem Erfassungsgrenzwert (unterer Grenzwert bei der vorliegenden Ausführungsform) einer Erfassungsschaltung Dru1 eingestellt. Der Schwellenwert T2 (zweiter Schwellenwert) ist zwischen dem Spitzenwert der Spitze P2 und dem Spitzenwert der Spitze P1 eingestellt.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform nehmen die Spitzen P1 und P2 jeweils einen Wert eines lokalen Maximums an, so dass die somit eingestellten Schwellenwerte T1 bzw. T2 ein Wert sind, der kleiner als der Spitzenwert der Spitze P2 und ein Wert größer als der Spitzenwert der Spitze P2 ist, aber kleiner als der Spitzenwert der Spitze P1 ist. Die Spitzen P1 und P2 können jedoch jeweils einen Wert eines lokalen Minimums annehmen, der von der Art eines später zu beschreibenden Schaltungskennwerts abhängig ist. In einem solchen Fall sind die Schwellenwerte T1 bzw. T2 ein Wert, der größer ist als der Spitzenwert der Spitze P2 und ein Wert, der kleiner ist als der Spitzenwert der Spitze P2, aber größer als der Spitzenwert der Spitze P1.
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Unter Rückbezug auf 2 sind Positionen, an denen die aufgenommene Spannung den Wert M des lokalen Minimums annimmt und Schwellenwerte T1 und T2 konzentrisch um die Energieübertragungsspuleneinheit Ltu angeordnet. Die Radii der konzentrischen Kreise nehmen in der Reihenfolge des Schwellenwerts T1, des lokalen Minimums M und des Schwellenwerts T2 ab. Somit wird der Wert der aufgenommenen Spannung unweigerlich in der Reihenfolge des Schwellenwerts T1, des lokalen Minimums M, und des Schwellenwerts T2 verändert, wenn sich das Fahrzeug Ve der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu nähert. Die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur gemäß der vorliegenden Ausführungsform nutzt eine solche Eigenschaft der aufgenommenen Spannung, um zu ermöglichen, dass ein Nutzer über die Annäherung der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur an die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung Ut zu einem Zeitpunkt benachrichtigt wird, wenn sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur an einer Position befindet, die bezüglich der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut weiter entfernt ist als die herkömmlichen Position der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung. Nachfolgend wird die Ausgestaltung der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur ausführlich beschrieben.
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4 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie dargestellt umfasst das drahtlose Energieübertragungssystem S gemäß der vorliegenden Ausführungsform die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung Ut und die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur.
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Die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur ist eine an einem mobilen Körper montierte Vorrichtung und ist eingerichtet, drahtlos von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut übertragene Energie aufzunehmen. Die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur umfasst zusätzlich zu der Energieempfangsspuleneinheit Lru, die in 1 dargestellt ist, eine Gleichrichterschaltung DB, eine Erfassungsschaltung Dru1, eine Positionserfassungsschaltung Dru2, einen Alarm Au, und ein drahtloses Kommunikationsmodul Wru. Die Energieempfangsspuleneinheit Lru und die Gleichrichterschaltung DB bilden eine Energieempfangsschaltung Cr der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur.
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Die Energieempfangsspuleneinheit Lru umfasst eine Energieempfangsspule, die Wechselstrom durch ein von der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu erzeugtes Magnetfeld aufnimmt. Die Gleichrichterschaltung DB ist eine Schaltung, die von der Energieempfangsspule aufgenommene Energie in Gleichstrom wandelt. Der von der Gleichrichterschaltung DB erzeugte Gleichstrom wird einer Last L zugeführt. Die Last L ist beispielsweise eine Sekundärbatterie, die in dem in 1 dargestellten Fahrzeug Ve vorgesehen ist.
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Die Erfassungsschaltung Dru1 ist eine Schaltung, die einen Schaltungskennwert der Energieempfangsschaltung Cr erfasst. Der Schaltungskennwert kann ein Wert mit den oben erwähnten Spitzen P1 und P2 bezüglich des horizontalen Trennungsabstands D sein, und ist typischerweise die Ausgangsspannung (aufgenommene Spannung) der Gleichrichterschaltung DB.
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Der Alarm Au (energieempfangsseitiger Alarm) ist eine Vorrichtung, die einen Nutzer oder eine externe Vorrichtung (nicht dargestellt) über Informationen benachrichtigt. Durch den Alarm Au kenntlich gemachte Informationen umfassen ein Bestimmungsergebnis (später zu beschreiben) der Positionserfassungsschaltung Dru2 und eine übertragbare Energie (später zu beschreiben), die von der Positionserfassungsschaltung Dru2 berechnet wird. Ein konkretes Benachrichtigungsverfahren wird später beschrieben. Ein Nutzer bewegt das Fahrzeug Ve derart, dass die Energieübertragungsspule und die Energieempfangsspule auf Grundlage der somit mitgeteilten Informationen ausgerichtet werden. Die externe Vorrichtung ist eine Vorrichtung, die eine automatische Betriebsfunktion des Fahrzeugs Ve verwaltet. Wie die manuelle Bedienung des Nutzers bewegt die externe Vorrichtung das Fahrzeug Ve derart, dass die Energieübertragungsspule und die Energieempfangsspule auf Grundlage der somit mitgeteilten Informationen ausgerichtet werden.
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Das drahtlose Kommunikationsmodul Wru ist ein Modul mit einer drahtlosen Kommunikationsfunktion und ist eingerichtet, eine drahtlose Kommunikation mit einem drahtlosen Kommunikationsmodul Wtu (wird später beschrieben) in der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut durchzuführen. Zwischen den obenstehenden Modulen können zweckmäßig Schemata von drahtlosen Nahfeldkommunikationen, wie etwa WLAN oder Bluetooth®, verwendet werden. Die Rolle des drahtlosen Kommunikationsmoduls Wru wird später zusammen mit einer Erläuterung der Konfiguration der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut beschrieben.
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Die Positionserfassungsschaltung Dru2 ist eine Schaltung zum Erfassen eines Zustands der Relativposition zwischen der Energieempfangsspule und der Energieübertragungsspule. Konkret ist die Positionserfassungsschaltung Dru2 eingerichtet, einen Zustand der Relativposition zwischen der Energieempfangsspule und der Energieübertragungsspule mithilfe der in 3 veranschaulichten Schwellenwerte T1 und T2 zu erfassen. Nachfolgend wird eine von der Positionserfassungsschaltung Dru2 durchgeführte Verarbeitung beschrieben. Während die Positionserfassungsschaltung Dru2 die nachfolgende Verarbeitung ausführt, regelt die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung Ut die Menge von magnetischem Fluss, der von der Energieübertragungsspule erzeugt wird, auf einen konstanten Wert. Einzelheiten der von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut durchgeführten Regelung werden später beschrieben.
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Wenn der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasste Kennwert den Schwellenwert T1 übersteigt, bestimmt die Positionserfassungsschaltung Dru2, dass die Energieempfangsspule nahe der Peripherie einer zum Erhalt von Energie von der Energieübertragungsspule geeigneten Position vorhanden ist. Dann verwendet die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Alarm Au, um den Nutzer oder die externe Vorrichtung über das Bestimmungsergebnis in Kenntnis zu setzen. Konkret führt die Positionserfassungsschaltung Dru2 eine erste Anzeige (beispielsweise ein Aufleuchten) durch, das einem Bestimmungsergebnis entspricht, das angibt, dass die Energieempfangsspule nahe der Peripherie einer zum Aufnehmen von Energie von der Energieübertragungsspule geeigneten Position vorhanden ist; während es eine zweite Anzeige durchführt (beispielsweise ein Erlöschen), die einem Bestimmungsergebnis entspricht, das angibt, dass die Energieempfangsspule nicht nahe der Peripherie einer zum Aufnehmen von Energie von der Energieübertragungsspule geeigneten Position vorhanden ist.
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Wie der Schwellenwert T1, kann ein unterer Erfassungsgrenzwert für die Erfassungsschaltung Dru1 (der minimale Schaltungskennwert, den die Erfassungsschaltung Dru1 erfassen kann) verwendet werden. In diesem Fall, wenn der Schaltungskennwert von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasst wird, bestimmt die Positionserfassungsschaltung Dru2, dass die Energieempfangsspule nahe der Peripherie einer zum Aufnehmen von Energie von der Energieübertragungsspule geeigneten Position vorhanden ist.
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Wenn der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasste Schaltungskennwert den Schwellenwert T2 übersteigt, errechnet die Positionserfassungsschaltung Dru2 eine von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut übertragbare Energie auf Grundlage des von der Erfassungsschaltung Dru1 erfassten Schaltungskennwerts. Die Positionserfassungsschaltung Dru2 verwendet dann den Alarm Au, um den Nutzer oder die externe Vorrichtung über die errechnete, übertragbare Energie in Kenntnis zu setzen. Konkret führt die Positionserfassungsschaltung Dru2 bevorzugt das Benachrichtigen mittels Anzeigen einer Balkenanzeige durch.
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Die Positionserfassungsschaltung Dru2 führt ferner eine Verarbeitung der Bestimmung durch, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt ist, wenn der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasste Schaltungskennwert den Schwellenwert T2 nicht innerhalb eines ab dem Überschreiten des Schwellenwerts T1 beginnenden Zeitraums übersteigt. Alternativ kann in einem Fall, bei dem Fahrzeuggeschwindigkeitsinformationen auf Grundlage von Fahrzeuggeschwindigkeitsimpulsen oder Positionsinformationen auf Grundlage von GPS-Satelliten erhalten werden können, bestimmt werden, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt ist, wenn der Schaltungskennwert, der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasst wird, den Schwellenwert T2 nicht während eines Zeitraums übersteigt, ab dann wenn er den Schwellenwert T1 übersteigt, bis dann, wenn das Fahrzeug Ve um eine vorgegebene Strecke bewegt wurde.
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Ein Fall, bei dem der Schaltungskennwert den Schwellenwert T2 nicht übersteigt, kann beispielsweise dann auftreten, wenn das Fahrzeug Ve entlang dem in 2 dargestellten Pfeil A2 bewegt wird. Das bedeutet, dass wenn das Fahrzeug Ve entlang des Pfeils A2 bewegt wird, der Schaltungskennwert auf keinen Fall den Schwellenwert T2 übersteigt, selbst nachdem der Schwellenwert T1 überschritten wurde. In einem solchen Fall bestimmt die Positionserfassungsschaltung Dru2, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt wurde.
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Wenn ermittelt wird, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt wurde, kann die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Nutzer oder die externe Vorrichtung mithilfe des Alarms Au über den Fehler bzw. das Fehlschlagen in Kenntnis setzen. Dies ermöglicht es einem Nutzer oder einer externen Vorrichtung, wahrzunehmen, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt wurde, und bei Bedarf im Anschluss eine entsprechende Verarbeitung durchzuführen, wie etwa einen erneuten Versuch des Ausrichtens von Beginn an.
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5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verarbeitung der Positionserfassungsschaltung Dru2 darstellt. Nachfolgend wird die von der Positionserfassungsschaltung Dru2 durchgeführte Verarbeitung genauer unter Bezugnahme auf 5 durchgeführt.
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Wie in 5 veranschaulicht erlangt die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Schaltungskennwert der Energieempfangsschaltung Cr von der Erfassungsschaltung Dru1 (Schritt S1) und bestimmt, ob der erlangte Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 übersteigt oder nicht (Schritt S2). Wird bestimmt, dass der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 nicht übersteigt, kehrt die Positionserfassungsschaltung Dru2 zu Schritt S1 zurück und erlangt den Schaltungskennwert erneut. Wenn hingegen bestimmt wird, dass der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 übersteigt, ersetzt die Positionserfassungsschaltung Dru2 die aktuelle Zeit mit einer Variablen T0 (Schritt S3), und verwendet den Alarm Au, um darüber zu benachrichtigen, dass der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 übersteigt (Schritt S4).
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Im Anschluss erlangt die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Schaltungskennwert der Energieempfangsschaltung Cr ein weiteres Mal von der Erfassungsschaltung Dru1 (Schritt S5) und bestimmt dann, ob der erlangte Schaltungskennwert den Schwellenwert T2 übersteigt oder nicht (Schritt S6). Wird bestimmt, dass der erlangte Schaltungskennwert den Schwellenwert T2 nicht übersteigt, bestimmt die Positionserfassungsschaltung Dru2, ob die Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule fehlschlägt (nicht ordnungsgemäß durchgeführt wird) oder nicht (Schritt S7). Konkret wird in 5 bestimmt, ob eine Differenz zwischen der aktuellen Zeit und der Variablen T0 einen vorgegebenen Wert übersteigt oder nicht. Das bedeutet, dass bestimmt wird, ob seitdem der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 überschritten hat eine vorgegebene Zeit verstrichen ist oder nicht; alternativ kann, wie oben beschrieben, bestimmt werden, ob das Fahrzeug Ve um eine vorgegebene Strecke bewegt wurde, seitdem der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 überschritten hat.
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Wird in Schritt S7 bestimmt, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule fehlschlägt (wenn eine Differenz zwischen der aktuellen Zeit und einer Variablen T0 einen vorgegebenen Wert übersteigt), nutzt die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Alarm Au, um darüber zu benachrichtigen, dass die Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule fehlschlägt (Schritt S8). Dann kehrt die Positionserfassungsschaltung Dru2 zu Schritt S1 zurück und erlangt den Schaltungskennwert erneut. Der Verarbeitungsablauf kann unmittelbar nach der bejahenden Bestimmung (JA) in Schritt S7 zu Schritt S1 zurückkehren, wobei die Verarbeitung des Schrittes S8 übersprungen wird. Dies entspricht einem einfachen Zurücksetzen der Positionserfassungsschaltung Dru2. Wird hingegen in Schritt S7 bestimmt, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht fehlschlägt (wenn eine Differenz zwischen der aktuellen Zeit und der Variablen T0 einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt), kehrt die Positionserfassungsschaltung Dru2 zu Schritt S4 zurück und erlangt den Schaltungskennwert ein weiteres Mal.
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Wird in Schritt S5 bestimmt, dass der Schaltungskennwert den Schwellenwert T2 übersteigt, berechnet die Positionserfassungsschaltung Dru2 eine übertragbare Energie auf Grundlage des aktuellsten Schaltungskennwerts, der in Schritt S5 (Schritt S9) erlangt wurde. Konkret kann eine übertragbare Energie, die dem aktuellsten Schaltungskennwert entspricht, der in Schritt S5 erlangt wurde, aus einer im Vorfeld vorbereiteten Nachschlagetabelle zwischen dem Schaltungskennwert und der übertragbaren Energie ausgelesen werden. Dann verwendet die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Alarm Au, um eine Benachrichtigung über die berechnete, übertragbare Energie durchzuführen.
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Wie oben bei der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, beginnt die Verarbeitung zum Starten der Energieübertragung (d.h. die Verarbeitung zum Berechnen der von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut auf Grundlage des Schaltungskennwerts übertragbaren Energie), nachdem der Schaltungskennwert den Schwellenwert T2 übersteigt. Somit ist es in einem Zustand, bei dem sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut annähert, möglich, den Nutzer über die Annäherung an die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung Ut zu einem Zeitpunkt zu benachrichtigen, wenn der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 übersteigt (d.h. wenn sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur an einer Position befindet, die weiter entfernt ist als die herkömmliche Benachrichtigungs-Startposition der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur bezüglich der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut).
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Ferner ist es möglich, einen Bereich, in dem eine Annäherung an die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung Ut einem Nutzer mitgeteilt werden kann, bis zu einem maximalen Ausmaß zu erweitern, wenn der Schwellenwert T1 auf den unteren Erfassungsgrenzwert für die Erfassungsschaltung Dru1 eingestellt ist.
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Es kann ferner bestimmt werden, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule nicht ordnungsgemäß durchgeführt wurde, wenn der Schaltungskennwert, der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasst wird, den Schwellenwert T2 nicht innerhalb eines Zeitraums übersteigt, ab dann, wenn er den Schwellenwert T1 übersteigt (oder während eines Zeitraums, ab dann, wenn er den Schwellenwert T1 übersteigt bis dann, wenn das Fahrzeug Ve um eine vorgegebene Strecke bewegt wird) . Somit kann ein Nutzer wahrnehmen, dass eine Ausrichtung zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule fehlschlägt.
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Ferner kann das Bestimmungsergebnis (konkret: ob der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 übersteigt oder nicht) der Positionserfassungsschaltung Dru2 und die von der Positionserfassungsschaltung Dru2 berechnete übertragbare Energie einem Nutzer oder der externen Vorrichtung mithilfe des Alarms Au mitgeteilt werden, was es dem Nutzer oder der externen Vorrichtung ermöglicht, das Fahrzeug Ve an eine Position zu leiten, an dem die Energieübertragungsspule und die Energieempfangsspule einander unmittelbar zugewandt sind.
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Unter Rückbezug auf 4 wird die Konfiguration der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut beschrieben. Die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung Ut umfasst zusätzlich zu der ebenfalls in 1 gezeigten Energieübertragungsspuleneinheit Ltu, eine Energiezufuhrschaltung PC, eine Energiewandlerschaltung PS, eine Steuerschaltung Stu, eine Stromerfassungsschaltung Dtu und ein drahtloses Kommunikationsmodul Wtu. Die Energiezufuhrschaltung PC, die Energiewandlerschaltung PS und die Energieübertragungsspuleneinheit Ltu bilden eine Energieübertragungsschaltung Ct der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut.
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Die Energiezufuhrschaltung PC ist eine Schaltung, die einen von einer externen Stromversorgung PW, die beispielsweise eine handelsübliche Wechselstromversorgung ist, zugeführten Wechselstrom in gewünschten Gleichstrom wandelt und den Gleichstrom ausgibt, und wird beispielsweise durch eine PFC (Power Factor Correction, dt.: Leistungsfaktorkorrektur-)Schaltung oder eine stabilisierende Stromversorgung gebildet.
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Die Energiewandlerschaltung PS ist eine Schaltung, die den von der Energiezufuhrschaltung PC zugeführten Gleichstrom in Wechselstrom einer vorgegebenen Treiberfrequenz wandelt, und ist konkret ein Schaltnetzteil, das eine Vielzahl von Schaltelementen umfasst. Die Schaltelemente sind miteinander brückengeschaltet. Beispiele des Schaltelements umfassen einen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) und einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
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Die Energieübertragungsspuleneinheit Ltu umfasst die Energieübertragungsspule, die Wechselstrom von der Energiewandlerschaltung PS aufnimmt, um ein Wechselstrommagnetfeld zu erzeugen. Wenn der von der Energiewandlerschaltung PS erzeugte Wechselstrom an beide Enden der Energieübertragungsspule zugeführt wird, fließt ein Wechselstrom in der Energieübertragungsspule, wodurch das Wechselstrommagnetfeld um die Energieübertragungsspule herum erzeugt wird. Wenn die Energieempfangsspule in das Wechselstrommagnetfeld eintritt, fließt ein induzierter Strom in der Energieempfangsspule. Somit wird eine Energieübertragung von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur verwirklicht. Die Energieübertragungsspuleneinheit Ltu kann einen Kondensator umfassen, der mit der Energieübertragungsspule verbunden ist und zusammen mit der Energieübertragungsspule einen Resonanzkreis bildet.
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Die Stromerfassungsschaltung Dtu ist eine Schaltung, die einen Wert (nachfolgend als „Stromwert der Energieübertragungsspule“ bezeichnet) von in der Energieübertragungsspule, die in der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu enthalten ist, fließendem Strom erfasst. Die Stromerfassungsschaltung Dtu gibt den erfassten Stromwert der Energieübertragungsspule an die Steuerschaltung Stu aus.
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Das drahtlose Kommunikationsmodul Wtu ist ein Modul, das eine drahtlose Kommunikationsfunktion hat und eingerichtet ist, eine drahtlose Kommunikation mit dem drahtlosen Kommunikationsmodul Wru in der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur durchzuführen. Die Positionserfassungsschaltung Dru2 der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur ist eingerichtet, durch die drahtlose Kommunikation den Schaltungskennwert (z.B. die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB), der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasst wird, als Reaktion auf eine Aufforderung zu übertragen, die von der Steuerschaltung Stu durch die drahtlose Kommunikation übertragen wurde.
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Die Steuerschaltung Stu ist eine Schaltung, die ein Relativpositionsverhältnis (konkret, die oben genannten Trennungsabstände Z und D) zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule errechnet, aus dem errechneten Relativpositionsverhältnis eine übertragbare Energie errechnet, und den Betrieb der Energieübertragungsschaltung Ct auf Grundlage der errechneten, übertragbaren Energie steuert. Die Steuerschaltung Stu überträgt ferner den errechneten vertikalen Trennungsabstand Z an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm aus 6 die Funktion der Steuerschaltung Stu ausführlich beschrieben.
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6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf der Steuerschaltung Stu veranschaulicht. Die Steuerschaltung Stu steuert den Schaltungskennwert der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut, um die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss konstant zu halten (Schritt S20). Die Verarbeitung der Positionserfassungsschaltung Dru2, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wird in einem Zustand durchgeführt, bei dem die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss somit auf einen konstanten Wert geregelt wird. Beispiele des Schaltungskennwerts umfassen verschiedene Werte, wie etwa einen Ausgangsgleichstrom der Energieversorgungsschaltung PC, Gleichstrom, der von der Energieversorgungsschaltung PC der Energiewandlerschaltung PS zugeführt wird, eine Frequenz von durch die Energiewandlerschaltung PS erzeugtem Wechselstrom, und ein Zeitverhältnis (EIN/AUS-Betrieb) der Vielzahl von Schaltelementen, die die Energiewandlerschaltung PS bilden.
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In dem Fall, bei dem der Ausgangsgleichstrom der Energieversorgungsschaltung PC, die Ausgangsgleichspannung der Energieversorgungsschaltung PC oder ein von der Energieversorgungsschaltung PC an die Energiewandlerschaltung PS zugeführter Gleichstrom als der Schaltungskennwert der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut verwendet wird, steuert die Steuerschaltung Stu die Energieversorgungsschaltung PC, um dadurch den Schaltungskennwert der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut zu steuern. Hingegen steuert die Steuerschaltung Stu die Energiewandlerschaltung PS, um dadurch den Schaltungskennwert der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut zu steuern, falls die Frequenz (die oben erwähnte Treiberfrequenz) von durch die Energiewandlerschaltung PS erzeugtem Wechselstrom oder das Zeitverhältnis (EIN/AUS-Betrieb) der Vielzahl von Schaltelementen, die die Energiewandlerschaltung PS bilden, als der Schaltungskennwert der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut verwendet wird/werden.
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Ferner nutzt die Steuerschaltung Stu den oben genannten Stromwert der Energieübertragungsspule als einen Überwachungswert zum Erfassen, ob die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss in der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu konstant ist oder nicht. Das bedeutet, dass die Steuerschaltung Stu den Schaltungskennwert der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut dahingehend regelt, den Stromwert der Energieübertragungsspule konstant zu halten, um dadurch die Menge von von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss konstant zu regeln. Man kann also sagen, dass die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss konstant ist, wenn der Stromwert der Energieübertragungsspule konstant ist, so dass es möglich ist, die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss über diese Regelung zu regeln. Obgleich der Stromwert der Energieübertragungsspule, der von der Energieerfassungsschaltung Dtu erfasst wird, verwendet wird, um zu erfassen, ob die Menge an von der Energieübertragungsspule in der Energieübertragungsspuleneinheit Ltu erzeugtem magnetischem Fluss bei der vorliegenden Ausführungsform konstant ist oder nicht, können auch andere Verfahren verwendet werden, die in der Lage sind, zu erfassen, ob die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischen Fluss konstant ist oder nicht.
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Dann erlangt die Steuerschaltung Stu den Schaltungskennwert der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut in einem Zustand, bei dem die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss konstant ist (Schritt S21). Der dabei erlangte Schaltungskennwert ist der gleiche wie der in Schritt S2 zu steuernde Schaltungskennwert. Dann errechnet die Steuerschaltung Stu den vertikalen Trennungsabstand Z aus dem erlangten Schaltungskennwert (Schritt S22). Der Induktivitätswert der Energieübertragungsspule verändert sich in Abhängigkeit des vertikalen Trennungsabstands Z, und die Veränderung des Induktivitätswerts der Energieübertragungsspule spiegelt sich in dem Schaltungskennwert wider, der zum Steuern der Menge von von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss auf einen konstanten Wert benötigt wird, so dass die Steuerschaltung Stu den vertikalen Trennungsabstand Z auf Grundlage des in Schritt S21 erlangten Schaltungskennwerts errechnen kann. Konkret wird aus einer im Vorfeld vorbereiteten Nachschlagetabelle zwischen dem Schaltungskennwert und dem vertikalen Trennungsabstand Z ein vertikaler Trennungsabstand Z ausgelesen, der dem erlangten Schaltungskennwert entspricht.
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Konkret nutzt die Steuerschaltung Stu das drahtlose Kommunikationsmodul Wtu, um den errechneten, vertikalen Trennungsabstand Z an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur zu übertragen (Schritt S23). Die von der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur nach dem Empfangen des errechneten vertikalen Trennungsabstands Z durchgeführte Verarbeitung wird später beschrieben.
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Dann verwendet die Steuerschaltung Stu das drahtlose Kommunikationsmodul Wtu, um den Schaltungskennwert (beispielsweise die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB) von der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur zu empfangen (Schritt S24), und berechnet dann den Kopplungs-Koeffizienten zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule aus dem empfangenen Schaltungskennwert (Schritt S25).
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Daraufhin errechnet die Steuerschaltung Stu den horizontalen Trennungsabstand D auf Grundlage des vertikalen Trennungsabstands Z, der in Schritt S22 berechnet wurde, und den Kopplungs-Koeffizienten, der in Schritt S25 (Schritt S26) berechnet wurde. Der Kopplungs-Koeffizient verändert sich auf Grundlage des horizontalen Trennungsabstands D, falls der vertikale Trennungsabstand Z nicht verändert wird, so dass die Steuerschaltung Stu den horizontalen Trennungsabstand D auf Grundlage des vertikalen Trennungsabstands Z und des Kopplungs-Koeffizienten errechnen kann. Konkret werden die Nachschlagetabellen zwischen dem Kopplungskoeffizienten und dem vertikalen Trennungsabstand D zuvor für jeden vertikalen Trennungsabstand Z erstellt, und eine Nachschlagetabelle, die dem in Schritt S22 errechneten vertikalen Trennungsabstand Z entspricht, wird ausgelesen. Dann wird aus dieser Nachschlagetabelle der horizontale Trennungsabstand D ausgelesen, der dem in Schritt S25 errechneten Kopplungs-Koeffizienten entspricht.
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Dann errechnet die Steuerschaltung Stu die übertragbare Energie aus den errechneten Trennungsabständen Z und D (Schritt S27). Konkret wird eine übertragbare Energie aus einer im Vorfeld erstellten Nachschlagetabelle zwischen den Trennungsabständen Z und D und der übertragbaren Energie ausgelesen, die den errechneten Trennungsabständen Z und D entspricht.
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Schließlich steuert die Steuerschaltung Stu den Betrieb der Energieübertragungsschaltung Ct auf Grundlage der errechneten, übertragbaren Energie (Schritt S28). Beispielsweise steuert die Steuerschaltung Stu den Betrieb einer der Energieversorgungsschaltung PC und der Energiewandlerschaltung PS, um eine Übertragung von der in Schritt S27 errechneten Energie zu verwirklichen. Somit wird die Energieübertragung an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur mit einer Leistung durchgeführt, die für das Relativpositionsverhältnis zwischen der Energieübertragungsspule und der Energieempfangsspule geeignet ist.
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Unter Rückbezug auf 4 ist die Positionserfassungsschaltung Dru2 der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur eingerichtet, den vertikalen Trennungsabstand Z zu empfangen, der in Schritt S23 übertragen wird. Die Positionserfassungsschaltung Dru2 verändert den Schwellenwert T2 gemäß dem empfangenen, errechneten vertikalen Trennungsabstand Z. Konkret verringert die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Schwellenwert T2, wenn der vertikale Trennungsabstand Z größer wird. Diese Verarbeitung entspricht einer Tatsache, dass je größer der vertikale Trennungsabstand Z ist, desto kleiner die aufgenommene Spannung wird, wie in 3 dargestellt ist. Dies ermöglicht es dem Schwellenwert T2, sich an eine Veränderung des Spitzenwerts der Spitze P2 gemäß dem vertikalen Trennungsabstand Z anzupassen.
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Wie oben beschrieben kann bei dem drahtlosen Energieübertragungssystem S in der vorliegenden Ausführungsform die Menge an von der Energieübertragungsspule erzeugtem magnetischem Fluss dahingehend gesteuert werden, konstant zu sein. Somit können die in 3 veranschaulichten Eigenschaften erhalten werden, um es der Verarbeitung der Positionserfassungsschaltung Dru2 zu ermöglichen, auf geeignete Weise durchgeführt zu werden.
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Ferner kann der Schwellenwert T2 gemäß dem errechneten, vertikalen Trennungsabstand Z verändert werden, was es dem Schwellenwert T2 ermöglicht, sich an eine Veränderung des Spitzenwerts der Spitze P2 gemäß dem vertikalen Trennungsabstand Z anzupassen.
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7 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das drahtlose Energieübertragungssystem S der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem drahtlosen Energieübertragungssystem S gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur einen Schaltkreis SW1 in der Energieempfangsschaltung Cr aufweist. Die gleichen Teile wie jene in der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die sich von jenen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
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Der Schaltkreis SW1 ist ein Schaltkreis zum Schalten eines Verbindungszustands zwischen dem Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB und der Last L. Konkret ist der Schaltkreis SW1 eingerichtet, zwischen einem Zustand, bei dem das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB mit der Last L verbunden ist, und einem Zustand, bei dem das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB offen ist, umzuschalten.
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Die Positionserfassungsschaltung Dru2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert den Schaltkreis SW1 dahingehend, das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB während der Verarbeitung aus 5 zu öffnen. Andernfalls ist das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB mit der Last L verbunden. Dies kann den Schaltungskennwert (den von der Erfassungsschaltung Dru1 erfassten Wert) der Energieempfangsschaltung Cr unabhängig von der Last L machen, so dass die Positionserfassungsschaltung Dru2 einen Vergleich zwischen dem Schwellenwerten T1, T2 und dem Schaltungskennwert vornehmen kann und die Berechnung der übertragbaren Energie mit höherer Genauigkeit durchführen kann.
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8 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das drahtlose Energieübertragungssystem S der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem drahtlosen Energieübertragungssystem S gemäß der zweiten Ausführungsform dadurch, dass es anstelle des Schaltkreises SW1 einen Schaltkreis SW2 besitzt. Die gleichen Teile wie jene in der zweiten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die sich von jenen der zweiten Ausführungsform unterscheiden.
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Der Schaltkreis SW2 ist eingerichtet, einen Verbindungszustand zwischen dem Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB und der Last L umzuschalten und ist daher der gleiche wie der Schaltkreis SW1, unterscheidet sich von diesem jedoch dahingehend, dass das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB in einem Zustand, bei dem es nicht mit der Last L verbunden ist, mit einem Lastwiderstand R mit einem festgelegten Widerstandswert verbunden ist.
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Die Positionserfassungsschaltung Dru2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert den Schaltkreis SW2 dahingehend, während der Verarbeitung aus 5 das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB mit dem Lastwiderstand R zu verbinden. Andernfalls ist das Ausgangsende der Gleichrichterschaltung DB mit der Last L verbunden. Dies kann den Schaltungskennwert (den durch die Erfassungsschaltung Dru1 erfassten Wert) der Energieempfangsschaltung Cr wie bei der zweiten Ausführungsform unabhängig von der Last L machen, so dass die Positionserfassungsschaltung Dru2 einen Vergleich zwischen den Schwellenwerten T1, T2 und dem Schaltungskennwert und die Berechnung der übertragbaren Energie mit höherer Genauigkeit durchführen kann als bei der zweiten Ausführungsform.
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9 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines drahtlosen Energieübertragungssystems S gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das drahtlose Energieübertragungssystem S der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem drahtlosen Energieübertragungssystem S gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Steuerschaltung Stu in der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut eine Funktion hat, die der Positionserfassungsschaltung Dru2 entspricht, und dadurch, dass die Positionserfassungsschaltung Dru2 nicht in der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur bereitgestellt ist. Die gleichen Teile wie jene in der ersten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es werden hauptsächlich Punkte beschrieben, die sich von jenen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
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Die Erfassungsschaltung Dru1 ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingerichtet, im Rahmen der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Funktionen der Positionserfassungsschaltung Dru2 eine Funktion eines drahtlosen Übermittelns des Schaltungskennwerts (beispielsweise die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung DB) der Energieempfangsschaltung Cr als Reaktion auf eine Aufforderung von der Steuerschaltung Stu anstelle der Positionserfassungsschaltung Dru2 auszuführen.
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Die Steuerschaltung Stu gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt auf Grundlage des von der Erfassungsschaltung Dru1 empfangenen Schaltungskennwerts die gleiche Verarbeitung durch, wie sie von der Positionserfassungsschaltung Dru2 in der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Konkret bestimmt die Steuerschaltung Stu, dass die Energieempfangsspule nahe der Peripherie einer zur Aufnahme von Energie von der Energieübertragungsspule geeigneten Position vorhanden ist, wenn der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasste Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 übersteigt. Wenn dann der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasste Kennwert den Schwellenwert T2 übersteigt, errechnet die Steuerschaltung Stu die an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur übertragbare Energie auf Grundlage des Schaltungskennwerts, der von der Erfassungsschaltung Dru1 erfasst wurde. Die dabei von der Steuerschaltung Stu durchzuführende Verarbeitung ist wie oben beschrieben, so dass Beschreibungen dieser entfallen. Der Inhalt der Benachrichtigung durch den Alarm Au ist ebenfalls wie oben bei der ersten Ausführungsform beschrieben und die Steuerschaltung Stu steuert den Alarm Au durch die drahtlosen Kommunikationsmodule Wtu und Wru.
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Wie oben beschrieben ermöglicht die seitens der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut durchgeführte Verarbeitung bei dem drahtlosen Energieübertragungssystem S in der vorliegenden Ausführungsform, dass eine Annäherung an die drahtlose Energieübertragungsvorrichtung Ut einem Nutzer zu einem Zeitpunkt mitgeteilt wird, wenn der Schaltungskennwert den Schwellenwert T1 übersteigt (also wenn sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur bezüglich der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut an einer Position weiter entfernt befindet als die herkömmliche Benachrichtigungs-Startposition), in einem Zustand, in dem sich die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut annähert.
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Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verändert und modifiziert werden kann, ohne vom Schutzumfang und Geist der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise ist das Fahrzeug Ve in den obigen Ausführungsformen als Energieübertragungsziel veranschaulicht; die vorliegende Erfindung kann jedoch zweckmäßig auf einen Fall angewendet werden, bei dem mobile Körper, die nicht das Fahrzeug Ve sind, als das Energieübertragungsziel vorgegeben sind. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise zweckmäßig auf einen Fall angewendet werden, bei dem ein mobiles Gerät wie etwa ein Tablet Terminal oder ein Smartphone als Energieübertragungsziel vorgegeben sind.
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Ferner wird bei den obigen Ausführungsformen der vertikale Trennungsabstand Z von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut an die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur übertragen; ist jedoch die Höhe der Bodenfläche des Fahrzeug Ve vorab bekannt, kann die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur den vertikalen Trennungsabstand Z aus der Höhe der Bodenfläche des Fahrzeugs Ve beziehen. In diesem Fall kann die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebene Positionserfassungsschaltung Dru2 den Schwellenwert T2 gemäß dem vertikalen Trennungsabstand Z verändern, ohne dass es erforderlich ist, den vertikalen Trennungsabstand Z von der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut zu empfangen. Die Höhe der Bodenfläche des Fahrzeugs Ve variiert allgemein nicht, so dass die Verarbeitung einer Änderung des Schwellenwerts T2 nur einmal als Reaktion auf das Beziehen des vertikalen Trennungsabstands Z durch die drahtlose Energieempfangsvorrichtung Ur ausgeführt werden kann.
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Ferner ist bei den obenstehenden Ausführungsformen der Alarm Au nur in der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur vorgesehen; ein Alarm kann jedoch auch in der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut vorgesehen und eingerichtet sein, einen Benachrichtigungsvorgang zum selben Zeitpunkt wie bei dem Alarm Au in der drahtlosen Energieempfangsvorrichtung Ur durchzuführen. In diesem Fall kann die Positionserfassungsschaltung Dru2 den Alarm in der drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung Ut durch drahtlose Kommunikation zwischen den drahtlosen Kommunikationsmodulen Wtu und Wru steuern, die in 8 veranschaulicht sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2015 [0005]
- JP 116023 [0005]
- JP 2015126658 [0006, 0007]
- JP 2015116023 [0008]
