JP2018531568A6 - 電気車両のワイヤレス電磁誘導充電システムにおける誘導および位置合わせのためのシステム、方法および装置 - Google Patents

Abstract

ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、複数のセンスコイルを備え、各々のセンスコイルは、交番磁場の影響下にあるそれぞれの信号を発生するように構成され、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。装置は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するように構成されたプロセッサをさらに備える。

Description

本出願は、概して、ワイヤレス充電電力伝達の適用例に関し、詳細には、ワイヤレス電磁誘導充電電力送信機をもつ電気車両の誘導および位置合わせのためのシステム、方法および装置に関する。より詳細には、本開示は、磁気ベクトル場(磁気ベクトル化)および磁気ベクトル化のための受信機同期方法に基づいて、地上充電ユニットに対する電気車両の位置を決定することに関する。

ワイヤレス誘導充電電力用途における効率は、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の少なくとも1つの最小位置合わせ閾値を達成することに少なくとも部分的に依存する。そのような位置合わせを支援するための一方法は磁気ベクトル化の使用であり、この方法では、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の距離および/または方向が、ワイヤレス電力送信機またはワイヤレス電力受信機のいずれかにおいて、またはその近くで発生される磁場の1つまたは複数の属性を感知することに基づいて決定される(磁場は、ワイヤレス電力伝達のためではなく、誘導および位置合わせ目的のためであり得る)。ただし、磁気ベクトル化を使用して、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の曖昧性のない位置を決定することは、磁場検出システムと磁場発生システムの、何らかの形の同期を要求する。したがって、本明細書に記載するような、ワイヤレス電磁誘導充電電力送信機を用いる、電気車両の誘導および位置合わせのためのシステム、方法および装置が望ましい。

いくつかの実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、複数のセンスコイルを備え、各々のセンスコイルは、複数の波動パルスを含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの信号を発生するように構成され、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。装置は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するように構成されたプロセッサをさらに備える。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法が提供される。この方法は、複数のセンスコイルの各々によって、複数の波動パルスを含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するステップを含み、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。方法は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するステップを含む。

いくつかの他の実装形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、実行されると、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置に、複数のセンスコイルの各々によって、複数の波動パルスを含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生させるコードを含み、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。コードは、実行されると、装置にさらに、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定させる。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、複数の波動パルスを含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するための複数の手段を備え、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。装置は、それぞれの電圧信号を発生するための複数の手段の各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための手段をさらに備える。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、複数の波動パルスのうちの少なくとも1つのそれぞれの波動パルスを各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するように構成されたドライバ回路を備え、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。装置は、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号によって駆動される間、交番磁場を発生するように構成された複数のコイルを備える。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法が提供される。この方法は、複数の波動パルスのうちの少なくとも1つのそれぞれの波動パルスを各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するステップを含み、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。方法は、複数のコイルの各コイルを、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動することによって、交番磁場を発生するステップを含む。

いくつかの他の実装形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、実行されると、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置に、複数の波動パルスのうちの少なくとも1つのそれぞれの波動パルスを各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生させるコードを含み、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。コードは、実行されると、装置にさらに、複数のコイルの各コイルを、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動することによって、交番磁場を発生させる。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、複数の波動パルスのうちの少なくとも1つのそれぞれの波動パルスを各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するための手段を備え、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。装置は、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動されることによって交番磁場を発生するための複数の手段を備える。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、同時に起こる複数のビーコン信号を含む、交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するように各々が構成された複数のセンスコイルを備え、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。装置は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するように構成されたプロセッサをさらに備える。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法が提供される。この方法は、複数のセンスコイルの各々によって、同時に起こる複数のビーコン信号を含む、交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するステップを含み、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。方法は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するステップを含む。

いくつかの他の実装形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、実行されると、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置に、複数のセンスコイルの各々によって、同時に起こる複数のビーコン信号を含む、交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生させるコードを含み、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。コードは、実行されると、装置にさらに、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定させる。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、同時に起こる複数のビーコン信号を含む、交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するための複数の手段を備え、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。装置は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための手段をさらに備える。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、同時に起こる複数のビーコン信号のそれぞれのビーコン信号を各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するように構成されたドライバ回路を備え、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。装置は、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号によって駆動される間、交番磁場を発生するように構成された複数のコイルを備える。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法が提供される。この方法は、同時に起こる複数のビーコン信号のそれぞれのビーコン信号を各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するステップを含み、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。方法は、複数のコイルの各コイルを、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動することによって、交番磁場を発生するステップを含む。

いくつかの他の実装形態では、非一時的コンピュータ可読媒体は、実行されると、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置に、同時に起こる複数のビーコン信号のそれぞれのビーコン信号を各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生させるコードを含み、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。コードは、実行されると、装置にさらに、複数のコイルの各コイルを、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動することによって、交番磁場を発生させる。

いくつかの他の実装形態では、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置が提供される。この装置は、同時に起こる複数のビーコン信号のそれぞれのビーコン信号を各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するための手段を備え、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。装置は、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動されることによって交番磁場を発生するための複数の手段を備える。

いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 いくつかの他の実装形態によるワイヤレス電力伝達システムの機能ブロック図である。 いくつかの実装形態による、送電または受電カプラを含む、図2の送電回路機構または受電回路機構の一部分の概略図である。 車両ベースの磁場センサーと、駐車区画に設置された地上磁場発生器との間の位置関係を示し、センサーの位置および回転が発生器の座標フレーム中に表されている図である。 車両ベースの磁場センサーと、駐車区画に設置された地上磁場発生器との間の位置関係を示し、発生器の位置および回転がセンサーの座標フレーム中に表されている図である。 車両ベースの磁場発生器と、駐車区画に設置された地上磁場センサーとの間の位置関係を示し、発生器の位置および回転がセンサーの座標フレーム中に表されている図である。 車両ベースの磁場発生器と、駐車区画に設置された地上磁場センサーとの間の位置関係を示し、センサーの位置および回転が発生器の座標フレーム中に表されている図である。 車両を測位および位置合わせするのに使われ得る構造および駐車場のマーキングを含む、駐車場における車両の図である。 いくつかの実装形態による、ワイヤループの直交配置に基づく3軸磁場発生器および3軸磁場センサーを示す図である。 いくつかの実装形態による、周波数分割磁場多重化における使用のための複数の周波数を示す図である。 いくつかの実装形態による、時分割磁場多重化における使用のための複数のタイムスロットを示す図である。 他の実装形態による、時分割磁場多重化における使用のための複数のタイムスロットを示す図である。 いくつかの実装形態による磁場位置探知システムのブロック図である。 いくつかの実装形態による、3軸発生器によって発生した磁場の磁気モーメントと、6つの異なる軸上位置の各々における、得られる磁場ベクトルトリプルとを示す図である。 いくつかの実装形態による、x-yオシロスコープを使う磁気ラジオコンパスを示す図である。 いくつかの実装形態による、基準信号から絶対位相情報を取得する磁気ラジオコンパスを示す図である。 いくつかの実装形態による、極性曖昧性を解決するのに適した非正弦送信信号を示す図である。 いくつかの実装形態による、受信機に同期情報を提供するのに適した、振幅変調された基準信号を示す図である。 いくつかの実装形態による、2つの磁場ベクトルの配向を表示する磁気ラジオコンパスを示す図である。 いくつかの実装形態による、補足同期情報で解決することができる磁気ベクトル極性の種々の合成を示す図である。 いくつかの実装形態による、2軸磁場発生器によって発生した磁場の力線と、4つの軸上位置および4つの軸外位置に存在する磁気ベクトルペアとを示す図である。 いくつかの実装形態による、2軸発生器と、相対位相同期のみとを使うシステムにおけるベクトル極性曖昧性を示す図である。 いくつかの実装形態による、2軸発生器と、相対位相同期のみとを使うシステムにおける位置および回転曖昧性を示す車両駐車シナリオを示す図である。 いくつかの実装形態による、2軸発生器と、相対位相同期のみとを使うシステムにおける位置および回転曖昧性を示す車両駐車シナリオを示す図である。 いくつかの実装形態による、時間の関数としてのダブルトーン信号の位相差 を示す図である。
いくつかの実装形態による、磁場測位受信機の同期検出器のブロック図である。 いくつかの実装形態による、図18の同期検出器のバンクを使う磁場測位受信機の一部分のブロック図である。 いくつかの実装形態による、受信機同期の異なる段階における、および同期検出器のサブバンクの種々の出力のための複素フェーザを示す図である。 いくつかの実装形態による、受信機同期の異なる段階における、および同期検出器のサブバンクの種々の出力のための複素フェーザを示す図である。 いくつかの実装形態による、受信機同期の異なる段階における、および同期検出器のサブバンクの種々の出力のための複素フェーザを示す図である。 いくつかの実装形態による、3軸磁場測位受信機のアナログフロントエンド(AFE)のブロック図である。 いくつかの実装形態による、3軸発生器またはセンサーのための直交コイル配置を示す図である。 いくつかの実装形態による、周波数分割4トーン磁場送信方式を示す図である。 いくつかの実装形態による、同期シーケンスとマルチトーン送信とを含む送信フレームの変調波形を示す図である。 いくつかの実装形態による、異なるタイムスロット中に送信される変調されたシングルキャリア波動パルスのシーケンスを示す図である。 いくつかの実装形態による、送信チャネルによって改変される異なるタイムスロット中に受信される、図25の波動パルスのシーケンスを示す図である。 いくつかの実装形態による、時分割モードで動作する磁場測位受信機の同期検出器のブロック図である。 いくつかの実装形態による、感知された磁場成分ごとに同期検出器を使って時分割モードで動作する3分岐磁場測位受信機の一部分のブロック図である。 いくつかの実装形態による、フェーザ回転の前の連続するタイムスロット中にx分岐同期検出器によって連続して検出された複素フェーザを示す図である。 いくつかの実装形態による、フェーザ回転の後の連続するタイムスロット中にx分岐同期検出器によって連続して検出された複素フェーザを示す図である。 いくつかの実装形態による、符号分割モードで動作する磁場測位受信機の相関検出器のブロック図である。 いくつかの実装形態による、磁場ビーコン信号ごとに、および感知された磁場成分ごとに相関検出器を使って符号分割モードで動作する3分岐磁場測位受信機の一部分のブロック図である。 いくつかの実装形態による、フェーザ回転の前にx分岐同期検出器によって同時に検出された複素フェーザを示す図である。 いくつかの実装形態による、フェーザ回転の後にx分岐同期検出器によって同時に検出された複素フェーザを示す図である。 いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の位置を決定するための方法を示すフローチャートである。 いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法を示すフローチャートである。 いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力送信機とワイヤレス電力受信機との間の位置を決定するための方法を示すフローチャートである。 いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法を示すフローチャートである。

以下の詳細な説明では、本開示の一部を形成する添付図面への参照が行われる。詳細な説明、図面、および特許請求の範囲において説明される例示的な実装形態は、限定的であることを意味しない。本明細書で提示する主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実装形態が利用されてよく、他の変更が加えられてよい。本明細書で概略的に説明し、図に示すような本開示の態様は、多種多様な異なる構成として配置され、置換され、組み合わされ、設計されてもよく、それらのすべてが明示的に企図され本開示の一部を形成することが容易に理解されよう。

ワイヤレス電力伝達は、電場、磁場、電磁場に関連する任意の形態のエネルギーを、あるいはさもなければ物理的電気導体の使用なしに送信機から受信機に伝達することを指し得る(たとえば、電力が自由空間を通して伝達され得る)。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)の中に出力された電力は、「受信カプラ」によって受けられ、取り込まれ、または結合される場合がある。

本明細書において使用する用語は、特定の実装形態を説明することのみを目的とするものであり、本開示の限定であることは意図されない。特定の数の請求項要素が意図される場合、そのような意図が特許請求の範囲において明示的に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図が存在しないことが理解されよう。たとえば、本明細書で使用される場合、単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、同様に複数形も含むことが意図される。本明細書で使用する「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つまたは複数の項目のあらゆる組合せを含む。さらに、「備える(comprises)」、「備えている(comprising)」、「含む(includes)」、および「含んでいる(including)」という用語は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、および/または構成要素の存在を明示するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および/またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことが理解されよう。「のうちの少なくとも1つ」などの表現は、要素の列挙の後に続くとき、要素の列挙全体を修飾するものであり、列挙の個々の要素を修飾するのではない。

図1は、いくつかの実装形態によるワイヤレス電力伝達システム100の機能ブロック図である。エネルギー伝達を実施するための送電カプラ114を介してワイヤレス場(たとえば、磁場または電磁場)105を発生するために、電源(図示せず)から送信機104に入力電力102が供給され得る。受信機108は、受信機108が送信機104によって発生されたワイヤレス場105内に位置しているときに電力を受信し得る。ワイヤレス場105は、送信機104によって出力されたエネルギーが受信機108によって取り込まれ得る領域に対応する。受信機108は、ワイヤレス場105に結合し、蓄積のため、または出力電力110に結合されるデバイス(この図には示さず)による消費のために出力電力110を発生し得る。送信機104と受信機108の両方は、距離112だけ分離されている。

例示的な一実装形態では、送電カプラ114によって発生された時変磁場を介して、電力が誘導的に伝達される。送信機104および受信機108は、相互共振関係に従ってさらに構成され得る。受信機108の共振周波数および送信機104の共振周波数が実質的に同一であるか非常に近いとき、送信機104と受信機108との間の伝送損失は最小限である。しかしながら、送信機104と受信機108との間の共振が整合しないときでも、効率が低減する場合があるが、エネルギーが伝達され得る。たとえば、共振が整合しないとき、効率が低くなる場合がある。エネルギーの伝達は、送電カプラ114から自由空間にエネルギーを伝搬させるのではなく、送電カプラ114のワイヤレス場105から、ワイヤレス場105の近傍に存在する受電カプラ118にエネルギーを結合することによって行われる。したがって、共振誘導結合技法は、効率の改善と、様々な距離にわたる、様々な誘導カプラ構成による電力伝達とを可能にする場合がある。

いくつかの実装形態では、ワイヤレス場105は、送信機104の「近距離場」に対応する。近距離場は、送電カプラ114から離れて最小限に電力を放射する送電カプラ114の中の電流および電荷からもたらされる強い反応場が存在する領域に対応する場合がある。近距離場は、送電カプラ114の約1波長(またはその一部)内にある領域に対応し得る。効率的なエネルギー伝達は、電磁波のエネルギーの大部分を遠距離場に伝搬するのではなく、ワイヤレス場105内のエネルギーの大部分を受電カプラ118に結合することによって行われ得る。ワイヤレス場105内に位置するとき、送電カプラ114と受電カプラ118との間に「結合モード」が展開される場合がある。

図2は、いくつかの他の実装形態によるワイヤレス電力伝達システム200の機能ブロック図である。システム200は、図1のシステム100と同様の動作および機能のワイヤレス電力伝達システムである場合がある。しかしながら、システム200は、図1と比較して、ワイヤレス電力伝達システム200の構成要素に関して追加の詳細を提供する。システム200は、送信機204および受信機208を含む。送信機204は、発振器222、ドライバ回路224、ならびにフィルタおよび整合回路226を含む送信回路機構206を含む。発振器222は、周波数制御信号223に応答して調節され得る所望の周波数において信号を発生するように構成され得る。発振器222は、発振器信号をドライバ回路224に供給する。ドライバ回路224は、入力電圧信号(V_D)225に基づいて、送電カプラ214の共振周波数において送電カプラ214を駆動するように構成される場合がある。

フィルタおよび整合回路226は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去し、送信回路機構206のインピーダンスを送電カプラ214に整合させる。送電カプラ214を駆動した結果として、送電カプラ214は、ワイヤレス場205を発生し、バッテリー236を充電するのに十分なレベルにおいて電力をワイヤレスに出力する。

受信機208は、整合回路232および整流器回路234を含む受信回路機構210を含む。整合回路232は、受電回路機構210のインピーダンスを受電カプラ218のインピーダンスに整合させ得る。整流器回路234は、交流(AC)電力入力から直流(DC)電力出力を発生し、バッテリー236を充電し得る。受信機208および送信機204は、追加として、別個の通信チャネル219(たとえば、Bluetooth（登録商標）、Zigbee、セルラーなど)上で通信し得る。受信機208および送信機204は、代替的に、ワイヤレス場205の特性を使用する帯域内シグナリングを介して通信し得る。いくつかの実装形態では、受信機208は、送信機204によって送信され受信機208によって受け取られる電力量がバッテリー236を充電するのに適正かどうか決定するように構成され得る。

図3は、いくつかの実装形態による、図2の送信回路機構206または受信回路機構210の一部分の、概略図である。図3に示すように、送信または受信回路機構350はカプラ352を含み得る。カプラ352は、「導体ループ」、コイル、インダクタ、または「磁気」カプラと呼ばれるか、またはそのように構成される場合もある。「カプラ」という用語は、概して、別の「カプラ」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力するかまたは受け取る場合がある構成要素を指す。

ループカプラまたは磁気カプラの共振周波数は、ループカプラまたは磁気カプラのインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく。インダクタンスは単にカプラ352によって発生されたインダクタンスであり得るが、キャパシタンスは、所望の共振周波数において、または特定の動作基準によって設定もしくは規定された固定周波数において、ある共振構造を作り出すためにキャパシタ(または、カプラ352の自己キャパシタンス)を介して加えられる場合がある。非限定的な例として、共振周波数において信号358を選択する共振回路を作成するために、送信または受信回路機構350にキャパシタ354およびキャパシタ356が追加され得る。より大きいインダクタンスを呈する大きい直径のカプラを使用する、より大きいサイズのカプラの場合、共振を生じるのに必要なキャパシタンスの値は、より小さい場合がある。さらに、カプラのサイズが増大するにつれて、結合効率は増大し得る。このことは、主に送電カプラと受電カプラの両方のサイズが大きくなる場合に当てはまる。送電カプラの場合、実質的にカプラ352の共振周波数に相当する周波数において発振する信号358が、カプラ352への入力であり得る。いくつかの実装形態では、誘導電力伝達のための周波数は、20kHz〜150kHzの範囲内であり得る。

効率の必須閾値および規制基準への準拠を維持するために、キロワット範囲での電気車両の電磁誘導充電は、比較的密な結合を要求し、電力伝達が高いほど、EMIレベルを規制基準の準拠範囲に維持するための結合要件が厳しくなる。たとえば、通常は70〜150mmの範囲内の空隙を介した、地上充電ユニットから車両ベースの充電ユニットへの、3kWの誘導電力伝達(IPT)は、使われるカプラの技術および設計によっては、ほぼ150mmまでの位置合わせ誤差を許容し得る。エネルギーを20kWで誘導的に伝達するシステムの場合、許容可能な位置合わせ誤差は、50mm未満である場合があり、比較的かなり高い駐車精度を要求する。

駐車支援システムは、そのような位置合わせ問題を克服するのを助ける可能性があり得、そうすることによって、利便性およびユーザエクスペリエンスを増す。これは、位置が重要な電気車両充電に特に当てはまる。運転者がカプラシステムのいわゆる「スイートスポット」内に電気車両を確実に駐車するのを支援するシステムは概して、誘導および位置合わせシステムと呼ばれ得る。「スイートスポット」は、結合効率が一定の最小値を上回る、車両ベースのIPTカプラと地上IPTカプラとの間の位置合わせのゾーンを定義し得る。そのような「スイートスポット」は、放出によっても定義することができ、たとえば、電気車両がこの「スイートスポット」に駐車される場合、車両を囲むエリアにおいて測定される磁場の漏れは、規制限度、たとえば、起電力(EMF)または電磁気干渉(EMI)暴露についてのICNIRP限度を下回り得る。

最小限のソリューションでは、システムは、車両がそのような「スイートスポット」内に駐車されたかどうかを示すだけでよい。これは、位置合わせ誤差に対して非常に耐性があるIPT技術のケースであっても、常に必要とされ得る。

本出願の主題である、より洗練されたシステムは、ベース基準点に対する車両基準点の位置を決定する。この位置データは、位置合わせ試行の失敗を避けるように、電気車両の運転者が充電システムの「スイートスポット」内に車両を確実に駐車するのを支援するための、視覚的および/または音響的誘導および位置合わせ情報に翻訳され得る。運転者は、このフィードバックを、軌道を充電スポットに向けてリアルタイムに補正するのに、および車両を「スイートスポット」内に停めるのに使うことができる。そのような誘導情報は、位置合わせ許容差が小さいIPTシステムにとって、または充電のための駐車を(たとえば、夜間または雪に覆われた駐車場によって)困難にさせる条件において、特に有用であり得る。高度であり、さらに洗練されたシステムにおいて、位置情報は、運転者の介入なしで、または最小限の運転者介入のみで車両を自動的に駐車する(ドライブバイワイヤ)のに使うことができる。

そのような電気車両の「誘導」と「位置合わせ」の両方が、電気車両に搭載された構成要素および駐車場(たとえば、インフラストラクチャ)に設置された構成要素を有するローカル測位システムに依拠し得る。本明細書で開示する、測位するためのシステム、デバイスおよび方法は、好ましくは150kHzを下回る周波数でベース充電ユニットによって、または車両充電ユニットによって発生され得る低周波磁場を発生および感知することに基づく。本明細書で開示するそのような方法は、磁気ベクトル化と呼ばれ、低周波磁場の発生源から0メートルと5メートルとの間の距離範囲での測位に使うことができる。

位置合わせ、および特に誘導は、充電ベースに対する車両の正確な位置を決定することに少なくとも基づき得る。そのような測位または位置特定のためのいくつかの技術的手法があり得る。これらの手法は、カメラ、適切な道路マーキングおよび/もしくはレーザースキャナを使う光学もしくは赤外線方法、加速度計および/もしくはジャイロメータを使う慣性システム、伝搬時間を測定し、音響(超音波)波もしくは電磁波(たとえば、マイクロ波)の三角測量を実施すること、および/またはベース充電ユニット、車両充電ユニットによって、もしくは他の外部デバイスによって発生し得る磁気近距離場を感知することに基づき得る。

屋内(GPS受信なし)および屋外での自動車の環境において、異なる季節ごとの天候条件(雪、氷、水、群葉)において、異なる日中(日光照射、暗闇)において、信号源およびセンサーが汚されて(汚れ、泥、ほこりなど)、異なる地上特性(アスファルト、鉄筋コンクリート)を伴って、ならびに/または車両および他の反射もしくは見通し線遮蔽物体(たとえば、その車両自体の車輪、隣接して駐車されている車両など)の存在において遭遇するような、実質的にすべての状態において、測位/位置特定の方法は確実に機能的であるべきである。その上、インフラストラクチャ設置の複雑さおよびコストを最小限にするために、ベース充電ユニットおよび/または車両充電ユニットへのすべてのシステム構成要素の完全統合を可能にし、これらのユニットにとって外部の追加構成要素(たとえば、信号源、アンテナなど)の設置を要求しない方法が望ましい。上記側面すべてを考慮すると、磁気近距離場を感知することが、駐車区画内および周辺エリア中での位置合わせおよび誘導には特に有望であることがわかっている。

測位の目的で磁場を感知する基本的方法は、充電ベースまたは車両のうちの少なくとも1つが、センサーシステムによって感知され得る交番磁場を発生させると仮定し、センサーシステムは、それぞれ、車両充電ユニットに統合されるか、または充電ベースに内蔵されるかのいずれかであってよい。いくつかの実装形態では、感知磁場の周波数は、IPTシステムの動作周波数と実質的に同じであり得る。いくつかの他の実装形態では、感知磁場の周波数は、IPT周波数とは異なるが、感知磁場のいわゆる近距離場(たとえば、1/2πまたは波長の約15.9%以内)において感知(たとえば、測位)が起こるように十分低くてよい。適切な周波数は低周波数(LF)帯域内(たとえば、120〜140kHzの範囲内)であり得るが、高周波数(HF)帯域内(たとえば、6.78MHzまたは13.56MHzのISM帯域内)の周波数が使用されてもよい。さらに、いくつかの実装形態では、感知磁場は、IPT(たとえば、図2の送電カプラ214または図3の送電カプラ352)用に使われる、同じコイルまたは同じコイル配置を使って発生され得る。ただし、より高い精度およびより広い適用性のためには、特に測位目的での1つまたは複数の別個のコイルの使用が有利な場合がある。

簡易な低コストソリューションを提示するいくつかの実装形態では、感知磁場を発生する1つまたは複数のコイルと、発生された感知磁場を受ける1つまたは複数のセンスコイルとの間の結合強度を表す位置合わせスコアのみが決定されるが、システムは、それ以上の情報(たとえば、実際の位置合わせ誤差および/または位置合わせ試行が失敗した場合、運転者がどのように補正するべきか)を電気車両の運転者に提供することができない場合がある。そのような低複雑度ソリューションでは、感知磁場は、ベースユニットの1つまたは複数の1次IPTコイルによって発生される場合があり、位置合わせスコアは、たとえば、IPTシステムを制御し、監視するのにやはり使うことができる電流/電圧トランスデューサを使って、車両の2次コイル短絡回路電流または開回路電圧を測定することによって決定される。そのような低複雑度ソリューションでは、位置合わせモードにおいて要求される1つまたは複数の1次コイルの1次電流は、正規のIPT動作中よりも低い場合がある。ただし、発生された磁場および/または電場は、依然として、適用可能な規制限度、たとえば、人間の暴露標準またはOEM規定限度を満たすには高すぎる場合がある。これは、充電ベースの1つまたは複数の1次コイルを介して車両が完全に駐車する前に位置合わせモードが有効にされる場合、特に当てはまり得る。

いくつかの他の、より洗練された実装形態では、磁場感知は、運転者が車両を「スイート」スポット内に正確に駐車するのを支援するのに使うことができる、拡張範囲にわたる位置情報を提供し得る。そのようなシステムは、周波数選択的であり、ワイヤレスに電力を伝達するために使用される通常の電流または電圧トランスデューサよりもかなり感度のよい、専用の能動フィールドセンサーを要求し得る。さらに、そのようなシステムは、すべての状況の人間の暴露標準に準拠する、より低い磁場および電場レベルで動作する可能性がある。

さらに他の、より一層洗練された実装形態は、磁場を発生するための1つまたは複数の専用コイルを使用することによって、より高い測位精度およびより広い適用性を提供することができる。これらの発生器コイルは、下でより詳しく説明するように、位置曖昧性問題を解決するのに使用することができる、より複雑な磁場パターンを発生するために配置され、構成され得る。磁気近距離場を感知することはまた、拡張されたエリア、たとえば、駐車場の内側の中の駐車区画の外側で測位するために適用され得る。そのような実装形態では、磁場の発生源は、たとえば進入路において道路に埋め込まれ得る。そのような設計は、動的車道給電および充電システム用に使うこともできる。

交番(正弦波)磁場を感知することに基づく擬似静的磁場(近距離場)測位技法の1つの問題点は、磁場発生器と磁場センサーとの間の同期が要求されることである。同期情報がないと、信号極性(180°位相)曖昧性問題に、したがって位置曖昧性につながる。180°位相曖昧性は、たとえば、航海および航空ナビゲーションシステムにおける無線方向探知に使われている磁気ラジオコンパスの問題である。また、電磁誘導充電の目的での、電気車両の誘導および位置合わせに使われる磁場ベースの車両測位システムにおける問題でもある。

本出願は主に、磁気ベクトル極性問題に、ならびに多軸磁場発生器および多軸磁場センサーを使う測位システムにおける磁場送信機と受信機との間の必要な同期を達成するための方法およびシステムに関する。本明細書におけるいくつかの実装形態は、異なる軸において磁気ビーコン信号を送信するためのマルチトーン方式(FDM)を想定する。FDMの背後にある論拠は、磁気近距離場送信において通常遭遇する「近遠」効果に対処するのに必要とされる、低複雑度、スペクトル効率、干渉に対する堅牢性および高ダイナミックレンジである。

車両充電の3軸または2軸発生器/3軸センサー位置探知問題は、相対信号(ベクトル)極性の知識、およびしたがってFDM送信のトーンの間の相対位相同期を要求するだけである。絶対位相とは反対に、相対位相同期は、狭帯域変調信号を使うことによって、または発生器軸の少なくとも1つにおいてダブルトーン送信を使うことによる非常に簡単なやり方で、帯域内で達成され得る。

好ましくは、このダブルトーンは、隣接トーン周波数の間に等しい離間をもつFDM送信方式において得られる他の軸において送信されるトーンの周波数分離に等しいトーン分離を有する。受信機において、これらのトーンおよび他の測位送信機から発するトーンは、高サイドローブ、およびしたがって高クロストークおよび隣接チャネル減衰を用いる高速フーリエ変換技法を使って分離され得る。

図4A、図4B、図4C、図4Dは、地上座標フレームおよび車両ベースの座標フレームのうちの1つを使って、充電ベース(たとえば、ベースパッド)402と車両充電ユニット(たとえば、車両パッド)404との間の相異なる位置関係を示す。図4A、図4B、図4C、図4Dは、磁気ベクトル化(MV)フィールド発生器およびMVフィールドセンサーが、それぞれのIPTカプラの磁気中心とMV発生器の磁気中心が一致するような位置で、車両406のベースパッド402および車両パッド404中のIPTカプラと統合されると仮定する。さらに、図4A、図4B、図4C、図4Dは、MVフィールド発生器およびMVフィールドセンサーの各々の視点からの単一の座標フレームが、ベースIPTカプラと車両IPTカプラとの間の位置関係を定義することを要求されるように、ベースIPTカプラの、および車両IPTカプラのどの磁場偏光軸も、それぞれ、MVフィールド発生器およびMVフィールドセンサーの軸のうちのいずれかと等しく配向されると仮定する。その上、図4A、図4B、図4C、図4Dは、地上座標フレームの軸が、駐車区画マーキングによって図4A〜図4Dに示される駐車区画外形線と平行に配向されると、および車両ベースの座標フレーム軸が車両の対称軸と平行に配向されると仮定する。

上記仮定は、簡単および明快のために行われており、要件または他の構成および配置を排除するものとして企図されるべきでない。たとえば、IPTカプラの座標フレームは、MV発生器およびセンサーの座標フレームとは位置および配向が異なってよい。座標フレームはまた、駐車区画および/または車両ジオメトリによって定義されるどの対称軸とも異なってよい。そのような実装形態では、異なる座標フレームの間の追加位置関係が定義されるべきである。

図4A、図4B、図4C、図4Dの場合、IPTカプラの磁気中心は、ベースIPTカプラ(たとえば、図2の送電カプラ214)中の第1の点および車両IPTカプラ(たとえば、図2の受電カプラ218)中の第2の点として定義されてよく、第1の点および第2の点は、IPTカプラのタイプによって規定される制約内である、車両406のどの回転量についてもIPT結合が最大であるとき、互いからの、本質的にゼロの水平(たとえば、xまたはy軸)オフセットを有する。「偏光された」IPTカプラの場合、IPTカプラの磁気中心についてのこの定義は、ほぼ±30°および/または150°〜210°以内に制限された車両の回転に適用することができる。通常、特定のIPTカプラの磁気中心は、その特定のIPTカプラによって発生された磁場の対称軸上にほぼ位置する。

同様に、MVフィールド発生器の、およびMVフィールドセンサーの磁気中心は、発生器中の第1の点およびセンサー中の第2の点として定義することができ、第1の点および第2の点は、センサーのどの方位角回転についても第1の点と第2の点との間の本質的にゼロの相対水平オフセットに達していると測位システムが決定したとき、互いからの本質的にゼロの水平オフセットを有する。

図4A、図4B、図4C、図4Dに示すように、x軸およびy軸は常に、MVフィールドセンサーの視点からの座標フレームを参照し、x'軸およびy'軸は常に、MVフィールド発生器の視点からの座標フレームを参照する。これは、MVフィールドセンサーがベースパッド(図4Cおよび図4D参照)中に、それとも車両パッド(図4Aおよび図4B参照)中に位置するかにかかわらず当てはまる。z軸およびz'軸は、それぞれ、図4A、図4B、図4C、図4Dには示さないが、空(たとえば、天頂)をポイントするものと想定され、したがって、「右手」または「正」座標系を定義する。これらの座標系は、本出願全体を通して参照される。

図4A、図4Bは、いくつかの実装形態による、地上発生器と車両搭載センサーとの間の位置関係を示す。図4Aにおいて、センサーの位置および回転は、発生器座標において位置ベクトル

によって表され、O'およびP'は、それぞれ、発生器およびセンサーの磁気中心点を示し、P'は、O'に原点がある、発生器の座標フレーム中に表される。発生器の座標フレームに対するセンサーの座標フレームの回転(たとえば、センサーの座標フレームのx軸と、発生器の座標フレームのx'軸との間の交点の角度)は、x'軸から測定される回転ψ'の角度によって定義される。極座標を使って、センサーの位置および回転は、それぞれ、発生器の座標フレームに関して定義される、x'軸から測定される方位角角度α'、距離ρ'(r'の長さ)、およびψ'によって定義され得る。

図4Bにおいて、発生器の位置および回転は、センサー座標において位置ベクトル

によって表され、OおよびPは、それぞれ、センサーおよび発生器の磁気中心点を示し、Pは、Oに原点がある、センサーの座標フレーム中に表される。センサーの座標フレームに対する発生器の座標フレームの回転(たとえば、発生器の座標フレームのx'軸と、センサーの座標フレームのx軸との間の交点の角度)は、x軸から測定される回転ψの角度によって定義される。極座標を使って、発生器の位置および回転は、それぞれ、センサーの座標フレームに関して定義される、x軸から測定される方位角角度α、距離ρ(rの長さ)、およびψによって定義され得る。

図4Cおよび図4Dは、いくつかの実装形態による、車両搭載発生器と地上センサーとの間の位置関係を示す。図4Cにおいて、発生器の位置および回転は、センサー座標において位置ベクトル

によって表され、OおよびPは、それぞれ、センサーおよび発生器の磁気中心点を示し、Pは、Oに原点がある、センサーの座標フレーム中に表される。センサーの座標フレームに対する発生器の座標フレームの回転(たとえば、発生器の座標フレームのx'軸と、センサーの座標フレームのx軸との間の交点の角度)は、x軸から測定される回転ψの角度によって定義される。極座標を使って、発生器の位置および回転は、それぞれ、センサーの座標フレームに関して定義される、x軸から測定される方位角角度α、距離ρ(rの長さ)、およびψによって定義され得る。

図4Dにおいて、センサーの位置および回転は、発生器座標において位置ベクトル

によって表され、O'およびP'は、それぞれ、発生器およびセンサーの磁気中心点を示し、P'は、O'に原点がある、発生器の座標フレーム中に表される。発生器の座標フレームに対するセンサーの座標フレームの回転(たとえば、センサーの座標フレームのx軸と、発生器の座標フレームのx'軸との間の交点の角度)は、x'軸から測定される回転ψ'の角度によって定義される。極座標を使って、センサーの位置および回転は、それぞれ、発生器の座標フレームに関して定義される、x'軸から測定される方位角角度α'、距離ρ'(r'の長さ)、およびψ'によって定義され得る。

いくつかの誘導および位置合わせ実装形態において、発生器とセンサーとの間の位置関係は、位置ベクトル(たとえば、r)は含むが、回転角度(たとえば、ψ)は除外する。この部分的に定義された位置関係は、たとえば、運転者が、たとえば、図5に示すように、道路マーキング、道端の草地、縁石などを使うことによって、適正駐車のために要求される駐車区画フレームに車両406を位置合わせするのに他の情報を使うシステムにおいて適用することができる。

いくつかの他の誘導および位置合わせ実装形態において、位置関係は、車両の駐車感覚(たとえば、前進または逆進駐車)を除外する。この部分的に定義された位置関係は、車両の駐車感覚が(たとえば、ベースおよび車両IPTカプラが中心に搭載されているので)問題にならないか、または駐車感覚が問題になる場合は、運転者が、たとえば、マーキング、標識、標準設置規則の知識などから、正しい感覚で車両を駐車するのに他の情報を使うシステムにおいて適用することができる。

図6は、いくつかの実装形態による、コイル602、604、606、612、614、616の直交配置に基づく3軸磁場発生器および3軸磁場センサーを示す。コイル602、604、606、612、614、616は、磁気コアをもつか、またはもたない多巻きワイヤループであってよい。発生器コイル602、604、606は、互いと直交に配置され、たとえば、図4A〜図4Dに関連して前述した同じ発生器座標フレームのx'、y'、およびz'軸上で、直交方向の磁気モーメントを有する磁場を発生するように、それぞれの電流I_x'、I_y'およびI_z'によって駆動されるように構成される。同じことが、センスコイル612、614、616に当てはまる。これらのコイルは、それぞれの電流によって駆動された場合、たとえば、図4A〜図4Dに関連して前述したように、発生器の座標フレームに対して任意に回転され得る、センサーの座標フレームのx、y、およびz軸上で、直交方向の磁気モーメントを発生する。いくつかの実装形態では、電流I_x'、I_y'およびI_z'の発振の周波数は、発生器コイル602、604、606によって発生された磁場の波長が、センサーから発生器を分離する距離よりもはるかに大きくなるように、十分低くてよい。その上、各々が巻かれている平面における発生器コイル602、604、606およびセンスコイル612、614、616の寸法は、センサーから発生器を分離する距離よりもはるかに小さい。ただし、動作中、発生器コイル602、604、606から発生された磁場からの磁気磁束は、センスコイル612、614、616(たとえば、第1のセンスコイル612、第2のセンスコイル614、および第3のセンスコイル616)を流れ、センスコイル612、614、616の各々の端末にそれぞれの電圧を発生し得る。数理処理のために、これらの電圧成分は、3次元ベクトルからなるトリプル

として書くことができ、V_x'、V_y'、V_z'は、それぞれ、x'、y'、およびz'発生器コイル602、604、606によって発生されたフィールドによって生じる電圧ベクトルを示す。

x'、y'、およびz'方向の3つの磁気モーメントを発生するコイル電流I_x'、I_y'、I_z'も、ベクトル形式で、

として表すことができる。電流I_x'、I_y'、およびI_z'が、すべての3つの直交方向で等しい強度の磁気モーメントを発生するものとすると、式(3)は、
(3) I_x'=I_y'=I_z'=I
と想定され得る。

図7Aは、いくつかの実装形態による、周波数分割磁場多重化における使用のための複数の周波数700を示す。図7Aに示すように、発生器コイル602、604、606の各々によって発生された磁場成分を区別するために、発生器コイル602、604、606の各々は、それぞれ、それぞれの周波数f_x'、f_y'およびf_z'で発振する電流と並行して駆動され得る。いくつかの実装形態では、f_x'、f_y'およびf_z'は、周波数が等しく離間され得る。

図7Bは、いくつかの実装形態による、時分割磁場多重化における使用のための複数のタイムスロット750を示す。時分割多重化方式(TDM)が、異なる軸方向の磁気モーメントをもつ磁場ビーコン信号を発生するのに使用され得る。周波数分割多重化(FDM)とは反対に、磁場ビーコン信号は、繰り返し、異なるタイムスロット中で連続して発生され、送信され得る。いくつかの実装形態では、発生器コイル602、604、606の各々は、それぞれのタイムスロット中に連続して駆動される。たとえば、タイムスロット712a、712b、712cは、発生器コイル602(たとえば、x'コイル)がその間に駆動されるタイムスロットであってよく、タイムスロット714a、714b、714cは、発生器コイル604(たとえば、y'コイル)がその間に駆動されるタイムスロットであってよく、タイムスロット716a、716b、716cは、発生器コイル606(たとえば、z'コイル)がその間に駆動されるタイムスロットであってよい。繰返し期間のタイムスロット(たとえば、3軸発生器用の、t_x'、t_y'およびt_z'としてそれぞれ示されるタイムスロット712a、714a、716a)のグループは、フレームと呼ばれ得る。いくつかの実装形態では、フレーム持続時間は、磁場測位システムの位置データ更新期間、たとえば、200ms(毎秒5回の位置更新)に対応し得る。磁場測位受信機のフレーム同期は、たとえば、擬似ランダムシーケンスなどの同期信号を帯域内で時々送信し(図24参照)、通常のビーコン信号送信を一時的に省き、または異なるキャリアを帯域外で使うことによって達成され得る。

代替として、フレーム同期の目的で、余剰タイムスロットが各フレームに追加されてよい。3軸発生器システムのいくつかの実装形態では、x'、y'およびz'磁場信号の少なくとも1つが、図7Cに示すように、2つのタイムスロット中で送信される。図7Cは、他の実装形態による、時分割磁場多重化における使用のための複数のタイムスロット780を示す。たとえば、タイムスロット782a、782b、784a、784bは、発生器コイル602(たとえば、x'コイル)がその間に駆動されるタイムスロットであってよく、タイムスロット786a、786bは、発生器コイル604(たとえば、y'コイル)がその間に駆動されるタイムスロットであってよく、タイムスロット788a、788bは、発生器コイル606(たとえば、z'コイル)がその間に駆動されるタイムスロットであってよい。タイムスロット782a、782b中で送信される信号(たとえば、t_x'a)は、各フレームの開始をマーキングするのに使われ得る。この信号は、送信チャネルによって何らかのやり方で改変された場合であっても、フレームの開始として受信機によって見分けられるように、他のタイムスロット中で送信される信号とは異なってよい。

いくつかの他の実装形態では、3つのセンスコイル612、614、616(たとえば、それぞれ、x、y、およびzコイル)の各々に誘導される電圧成分の分離を可能にする何らかの他の多重化された形式が使用されてよい。他の多重化されたフォーマットは、符号分割多重化(CDM)、周波数ホッピング、掃引周波数、直交周波数分割多重化(OFDM)などを使う場合がある。

図8は、いくつかの実装形態による磁場位置発見システム800のブロック図を示す。システム800は、発生器コイル602、604、606の各々をそれぞれの電流信号で駆動するように構成された3軸発生器802を備える。システム800は、センスコイル612、614、616から複数の電圧信号を受信するように構成された3軸センサー804をさらに備え、電圧信号は、センスコイル612、614、616を通る、発生器コイル602、604、606によって発生された磁気磁束によってセンスコイル612、614、616中で誘導される。

たとえば図8に示す3軸発生器802および3軸センサー804を使って、システムの性能特性によって制限される半径までのフル3D空間において、二重曖昧(bi-ambiguous)位置および発生器の座標フレームからセンサーへの曖昧でない方向を決定することが可能である。ただし、この二重曖昧性は、感知された磁場成分において入手可能な情報を使ってそれ以上解決することはできない。

この二重曖昧性問題は、図9の例によって示される。図9は、いくつかの実装形態による、(たとえば、図8に示すような)3軸発生器によって発生された磁場の磁気モーメントm_x'、m_y'、m_z'と、6つの異なる軸上位置A'、B'、C'、D'、E'、F'の各々における得られる磁場ベクトルトリプル(H_x'、H_y'、H_z')とを示す。磁気モーメントベクトルm_x'、m_y'、m_z'は、発生器座標フレームの原点O'=(0,0,0)に示され、得られる磁場ベクトルトリプルH_x'、H_y'、H_z'は、6つの等距離軸上点A'=(ρ,0,0)、B'=(0,ρ,0)、C'=(-ρ,0,0)、D'=(0,-ρ,0)、E'=(0,0,ρ)、F'=(0,0,-ρ)に示される。これらの6つの軸上点の各々において、ベクトルトリプルは、軸上モーメントから得られる半径方向のベクトル(たとえば、点A'についてH_x')、および直角方向をポイントする2つの他の磁気モーメントから得られる、半径方向への接線方向の2つの他のベクトル(たとえば、点A'についてH_y'、H_z')を含む。曖昧な位置は、2つの直径方向に反対側の(対蹠)位置を常に含むことがわかり、これらの位置は、以下の式(4)において、位置ベクトルを使って数学的に表すことができる。
(4) r'₁=-r'₂

式(4)はまた、どの軸外位置(図9には示さず)にも当てはまることがわかる。各対蹠点ペアについて、HフィールドベクトルH_x'、H_y'、H_z'によって、またはセンスコイル612、614、616が直交に置かれていると仮定すると、センスコイル612、614、616中で誘導される電圧ベクトルV_x'、V_y'、V_z'によって表すことができる一意のベクトルトリプルが存在する。ベクトルトリプルは、6つの量、たとえば、3つの電圧ベクトル振幅によって定義される四面体を形成し、これらの振幅は、スカラー(ドット)積|V_x'|=V_x'・V_x'、|V_y'|=V_y'・V_y'、|V_z'|=V_z'・V_z'および3つのスカラー積V_x'・V_y'、V_x'・V_z'、V_y'・V_z'から取得される3つの電圧ベクトルの間の3つの角度として表すことができる。

これらの6つの量、およびしたがって四面体の形状は、3軸センサーのどの回転に対しても不変であることが明らかである。したがって、対蹠位置ペアは、センサーのどの回転についての6つの量に基づいて決定されてもよい。3つのベクトル振幅|V_x'|、|V_y'|、|V_z'|のみで、各八分限における1つの解をもつ曖昧な位置を与えることができ、これらの位置曖昧性のうちの6つは、Table 1(表1)に示すように、3つのスカラー積のうちの任意の2つの、符号を使うことによって解決することができる。

たとえば、V_x'・V_y'およびV_x'・V_z'の符号が両方とも正である場合、センサーは、八分限1または八分限7中のいずれかに位置する。Table 1(表1)から、第3のスカラー積(Table 1(表1)の例におけるV_y'・V_z')は、それ以上の情報をもたらさず、したがって冗長であることが容易にわかり得る。ただし、ノイズによる電圧ベクトル破壊のケースにおいて位置推定を向上するのに使うことができる。

余分な二重曖昧性は、発生器に対するセンサーのロケーションの物理的制約を使うことによってなくすことができる。そのような物理的制約はz'>0であってよく、システムが、センサーがz'>0半空間に位置している場合の決定のみを戻すように構成されることを意味する。そのような実装形態では、z'がほとんどゼロであるx'-y'平面の上またはその近くの位置を除くどの位置も大抵、明確に決定され得る。

図9から、3軸発生器および3軸センサー測位システムの余分な二重曖昧性は、センサーの方向(回転)、たとえば、

を制限することによっては解決することができないことが容易にわかり、ここで

およびψ'は、それぞれ、発生器のフレームに対するセンサーのロール、ピッチ、および方位角(ヨー)回転角度を示す。

その上、車両測位のための現実の磁気ベクトル化システムにおいて取得される磁気ベクトル場パターンは、理想的な磁気双極子を用いて取得されるパターンと比較して、著しく歪ませられる場合がある。磁気ベクトル場パターンのそのような歪みは、発生器コイル602、604、606および/またはセンスコイル612、614、616のサイズが、それらの間の距離と同様である場合に起こり得る。車両金属シャーシ(底部構造)、導電性接地、たとえば、鉄筋コンクリート接地、および発生器とセンサーとの間の経路中に位置し得る他のどの大型金属構造の存在もまた、磁気双極子場を歪ませ得る。ただし、現実の環境での実地試験は、基本的フィールド特性(フィールドトポロジー)が、双極子場のものと似ていること、ならびに本明細書において開示し、論じる位置曖昧性および解像度についての全般的探知が、実ベクトル場にも適用可能であることを示している。しかし、現実の環境のフィールド歪みに対処するために、位置および方向探知のための特殊な測度およびアルゴリズムが要求される。

交番磁場を感知することに基づく擬似静的磁場(たとえば、近距離場)測位技法に関連した1つの問題点は、磁場発生器と磁場センサーとの間の同期が要求されることである。いかなる同期情報もないことは、信号極性曖昧性問題につながり得る。いくつかの状況においては関連があるが、この極性曖昧性問題は、上述した位置曖昧性と混同されるべきでない。

規模、配向およびセンス(極性)は、ベクトルに起因し得る。2つのベクトルaおよびbは、等しい長さ、等しい配向を有し得るが、反対センス(極性)を有することができ、たとえば、a=-bである。配向とセンスはともに、ベクトルの方向を定義する。補足同期情報がないと、たとえば、図9に示すように、感知された磁場ベクトルの極性を、発生磁場の磁気モーメントの極性との正しい関係において決定することは不可能であり得る。極性曖昧性は特に、実質的に無変調または狭帯域変調正弦波(高調波)搬送波信号である磁場送信の問題である。正弦波搬送波信号の場合、極性曖昧性は、180°位相曖昧性と呼ばれ得る。

180°位相曖昧性は、たとえば、航海および航空ナビゲーションシステムにおける無線方向探知に使われている磁気ラジオコンパスに関連した1つの問題である。図10Aは、いくつかの実装形態による、x-yオシロスコープを使う磁気ラジオコンパス1000を示す。ラジオコンパスは、ベアリング情報を表示するのにオシロスコープを使う。「旧式」ラジオコンパスの概念は、説明目的でのみ本明細書において使われ、記述される。図10Aは、式(5)および(6)に従って表すことができる、xおよびyセンスコイル(たとえば、センスコイル612、614)において誘導され、それらから受信される正弦波電圧信号v_x(t)およびv_y(t)を示す。
(5) v_x(t)=V_xsin(ωt+δ_x)
(6) v_y(t)=V_ysin(ωt+δ_y)

正弦波電圧信号v_x(t)およびv_y(t)は、スクリーン上の光点を、それぞれx方向およびy方向に偏向させるように、オシロスコープのxおよびyチャネルに接続される。V_xおよびV_yは、それぞれ、xおよびy成分のピーク振幅を示し、これらの成分は概して、互いとは異なり、センスコイルのエリアにわたる均一場分散を仮定すると、センスコイル612、614のロケーションにある磁場のxおよびy成分の振幅に比例する。

スコープのスクリーン上に転置された、人間の眼によって知覚されるグラフは楕円である。楕円は、同じ角周波数ωを有するが概して(δ_x≠δ_y)である異なる位相角を有する2つの偏向信号v_x(t)およびv_y(t)の複合効果によって生じる。この楕円は、リサジューグラフとしても知られ、式(5)および(6)において与えられるものなど、助変数方程式のシステムから得られる。完璧なセンス回路機構およびオシロスコープの場合、位相角は(δ_x=δ_y)に等しく、楕円は直線分に崩壊する。楕円の長軸は、センスコイルの端子およびオシロスコープの入力が正しい順序で接続されているとすると、磁場ベクトルの配向を示す。より厳密には、楕円の長軸は、z成分も有する3Dベクトルを仮定すると、センサーの座標フレームのx,y平面上への磁場ベクトルの投射を示す。ただし、地球の静的磁場を感知する古典的なコンパスとは反対に、ラジオコンパスは、磁場ベクトルの極性を露わにすることはできず、したがって、その方向を決定することはできない。2次元の(2D)磁気ラジオコンパス概念は、x-y-zオシロスコープ(図10Aには示さず)を使って、およびz成分をさらに表示することによって、3Dラジオコンパス概念に拡張することができ、z成分は、以下の式(7)によって定義され得る。
(7) v_z(t)=V_z sin(ωt+δ_z)

そのような3Dラジオコンパスはここでは、磁場ベクトルの配向を長軸が示す回転楕円体の画像を表示する。やはり、理想的なケースのためにはδ_x=δ_y=δ_zが仮定されてよく、そうすることによって、楕円体は、それぞれ、センサーの座標フレームにおける磁場ベクトル振幅および配向を表す一定の長さおよび配向をもつ線分になる。依然として、外部同期情報、たとえば、極性を読み取るために信号が有効である瞬間、位相値または半周期期間をセンサーが受信しない限り、磁場ベクトル極性を決定することはできない。

図10Bは、いくつかの実装形態による、基準信号から絶対位相情報を取得する磁気ラジオコンパス1050を示す。理論上、正弦波時間同期基準信号v_ref(t)が、センサーの座標フレームの位置および回転によって位相が影響されない別個のチャネルを通して送信され得る。基準信号の振幅が、たとえば、図10Bのv_x(t)およびv_y(t)についての波形上の破線および関連する円によって示されるように正である特定の瞬間にv_x(t)およびv_y(t)をマーキング(または測定)すると、磁場ベクトルの真の極性を、したがって方向を露わにすることになる。

いくつかの他の実装形態では、誘導された電圧波形(時間に対しての派生)が、その反転レプリカから、どの時間シフトについても、およびノイズによって破損された場合にも容易に見分けられる磁場波形を使って、堅牢帯域内同期が遂行され得る。容易に見分けられることは、相関係数、たとえば、<0.5によって、どの時間シフトについても客観的に量子化され得る。図11Aは、いくつかの実装形態による、極性曖昧性を解決するのに適した非正弦送信信号1100を示す。そのような信号1100(または、任意の時間シフトについてのその反転レプリカをもつ同様に低い相関係数を有する波形)を使うと、システムは、センサーの位置、回転またはノイズへの暴露にかかわらず、信号極性を解決することができるようになり得る。ただし、このプロパティをもつ波形は非正弦であり、そのような非正弦信号は、広範な高調波周波数での無視できない信号エネルギーを本質的に含むので、磁気ベクトル化に利用可能な、制限されたスペクトル、たとえば、120〜140kHzのみがある場合は不利と見られ得る。

さらに他の実装形態では、磁場送信は、正弦波であり得るが、磁場周波数よりも著しく高い搬送周波数での補足帯域外基準信号が送信される。図11Bは、いくつかの実装形態による、受信機に同期情報を提供するのに適した、振幅変調された基準信号1150を示す。この基準信号1150は、周波数および位相に関して正弦波磁場送信と等しい波形で振幅変調(AM)され得る。AM信号包絡線は、大部分は典型的な信号伝搬効果ならびにアンテナの位置および配向によって影響されないままであることが、当業者には理解されよう。受信機は次いで、要求される同期情報を取得するのに、簡易な包絡線検出を利用することができる。ただし、余剰ハードウェアおよびアンテナを要求する変調された帯域外基準信号の必要は、追加周波数スペクトルに対して、システムの複雑性、コストおよび要件に関して不利と見られ得る。その上、利用可能な標準RFデータ通信は、この目的に適さない場合がある。

3軸発生器/3軸センサー問題を分析して、3つの電圧ベクトルV_x'、V_y'、V_z'の間の相対極性は、大抵は解決可能な曖昧性を解決するのに必要とされるだけであることが発見された。二重曖昧位置は、上のTable 1(表1)に示すように、3つのベクトル振幅|V_x'|、|V_y'|、|V_z'|および2つのベクトルペアのスカラー積の符号によって決定され得る。規模は、センサーの回転にもベクトルの極性にも依存しないが、スカラー積の符号はそれらに依存する。より厳密には、それらは、ベクトルV_x'およびV_y'の相対極性に依存する。スカラー積、たとえば、V_x'・V_y'の符号は、ベクトルのうちの1つの、極性が変えられた場合、たとえば、(-)V_x'・V_y'の場合は変わることになる。ただし、両方のベクトルの極性が変えられた場合、たとえば、(-)V_x'・(-)V_y'の場合は変わらない。したがって、正弦波送信を使う3軸発生器/3軸センサーシステムの場合、受信機は、x'、y'およびz'磁場信号の間の相対位相についての情報(たとえば、位相が、それらの絶対位相ではなく互いに対して何であるか)を必要とするだけである。絶対位相情報は必要とされない場合がある。ただしこれは、たとえば、ノイズが存在する際に位置推定を向上するのに絶対位相情報が使われる実装形態を除外するわけではない。

3つの信号の間の相対位相関係が確立されているとすると、すべての信号の極性を、たとえば、180°絶対位相曖昧性に対して存在するように反転させると、同じ位置推定値を生じることになる。すべての信号極性を同じときに変えることは、ミラーリングされた四面体を形成するベクトルトリプル全体をミラーリングすることと見なすことができる。第1の位置において生じるベクトルトリプルが、第2の位置にあるベクトルトリプルのミラーリングされたバージョンである3D空間には、いかなる位置ペアも存在しないことが示され得る。その上、ミラーリングされたベクトルトリプルは、どの軸の回りのセンサーのどの回転によっても生じられ得る。これは、回転によって左手3Dフレームに変えることができない右手3D座標フレームに類似している。ただし、これは、以下で説明するように、2軸発生器/3軸センサーシステムには必ずしも常に当てはまるわけではない。

相対および絶対位相(極性)同期の間の違いは、図12に示す「旧式」ラジオコンパスの概念を使って示すことができる。図12は、いくつかの実装形態による、2つの磁場ベクトルの配向を表示する磁気ラジオコンパス1200を示す。図10Aに示されるラジオコンパスとは反対に、図12のラジオコンパスは、4つの出力を有するアナログ回路機構に接続された4チャネルオシロスコープを使う。アナログ回路機構は、それぞれ、たとえば、異なる周波数で発生される、x'およびy'磁場によってxセンスコイル(たとえば、コイル612)に誘導される電圧信号v_x',x(t)およびv_y',x(t)を分離し、増幅する。同様に、このアナログ回路機構は、それぞれ、x'およびy'磁場によってyセンスコイル(たとえば、コイル614)に誘導される電圧信号v_x',y(t)およびv_y',y(t)を分離し、増幅する。4チャネルオシロスコープは、信号v_x',x(t)およびv_y',x(t)が光点をx方向に、信号v_x',y(t)およびv_y',y(t)をy方向に偏向させるように構成される。正しく配線される場合、人間の眼で知覚される、表示されるグラフは、x'およびy'磁場ベクトルの配向を別個に、より厳密には、それらの投射を、z成分が無視されるのでx,y平面上に示す。

いかなる補足同期情報もない場合、2信号ラジオコンパス1200は、2つのベクトルのうちのいずれの方向(極性)も示すことができない。各ベクトルは曖昧な極性を有するので、図13に示すように、方向の4つの可能な組合せが存在する。図13は、いくつかの実装形態による、補足同期情報で解決することができる磁気ベクトル極性の種々の組合せ1300を示す。図13は、ケースA、ケースB、ケースC、およびケースDを示し、図13に関連して前述した2つのベクトルの先端をマーキングするのに円を使っている。ラジオコンパス1200に絶対位相情報を与えると、ケースA〜Dの各々に示すリサジューグラフは、すべての4つのケースを見分けることができるようにマーキングされる。ただし、相対位相情報をのみを与えると、依然としてケースAをケースBおよびDとは区別することができるが、たとえば、ケースCとは区別することができない。言い換えると、相対位相情報は、鋭角(θ<90°)を有するベクトルペアを、ベクトルの間に鈍角(θ>90°)を有するものとは区別できるようにする。ベクトル理論は、鋭角および鈍角が、それぞれ正スカラー積および負スカラー積と等価であると定める。スカラー積の符号およびしたがって相対位相(極性)情報は、それぞれ、第1の位置にあるベクトルと第2の位置にあるベクトルとの間の鋭角と鈍角との間の曖昧な位置を解決するのに十分である。

異なる同期要件が、以下で論じるように、2軸発生器/2軸センサーに、または3軸発生器/2軸センサーシステムに当てはまり得る。そのような構成において、絶対位相の知識は、曖昧性を解決するのを助けることができ、これは、ワイヤレス充電のための車両測位のアプリケーションについて示される。図14は、いくつかの実装形態による、磁気モーメントm_x'およびm_y'を有する2軸磁場発生器によって発生された磁場1400の力線を表示する。図14は、4つの軸上位置および4つの軸外位置に存在する磁気ベクトルペアも表示する。示されるフィールドパターンは、x'-y'平面に平行であるとともに高さz'₀>0だけオフセットされた切断面を指す。車両測位のいくつかの使用ケースにおいて、x'-y'平面は地面(または床)と見なすことができ、z'₀にあるオフセット平面は、車両搭載センサーが位置するとともにセンサーがそこで動いている水平面と見なすことができる。磁気モーメントm_x'およびm_y'は、それぞれ、ベースパッドに統合されたx'およびy'発生器コイル602、604の磁気モーメントを指し得る。

図14は、それぞれ、x'、y'磁場の磁場ベクトルH_x'およびH_y'の水平(x',y')成分、ならびに8つの選択された点における2つのベクトルの間の角度θも示す。丸で囲まれた±符号は、x'-y'平面に対して直角である、ベクトルのz'成分の符号を示す。+符号は、ページの前から延びるz'成分を示し、-符号は、ページの裏から延びるz'成分を示す。8つの選択された点は、原点O'から等しい距離にあるA'、B'、C'、D'、およびやはり原点O'から同じ距離にあるとともにペア単位で対蹠(たとえば、正反対)である4つの軸外点E'、F'、G'、H'で指定される4つの軸上点を含む。図14に見ることができるように、軸上点にあるベクトルペアは角度θ=90°を形成し、軸外点にあるベクトルペアは、ペアごとに鋭角または鈍角(たとえば、それぞれ、90°未満および90°を超える)を示す。車両アプリケーションの場合、通常、動きについて3つの自由度、すなわちx'-y'位置および方位角(ヨー)回転角度ψ'のみがあり、したがって、センサーの座標フレームについての以下の物理的制約が適用されてよく、

上式で、

およびθ'≒0は、それぞれ、車両のロールおよびピッチ角度を指し、これらは実質的にゼロと見なすことができる。

図14を検査することによって、曖昧でない位置は、上記物理的制約が当てはまるとすると、2軸発生器/3軸センサーシステムを使って決定され得ることがわかり得る。非対蹠ベクトルペアは、ベクトルの規模|H_x'|、|H_y'|によって、および/または角度θによって見分けることができ、水平成分(たとえば、H_x'およびH_y')が同じである対蹠ベクトルペアは、それらの垂直(z')成分によって見分けることができる。ベクトルの真の方向(極性)が、たとえば、絶対位相情報に基づいて決定され得るとすると、見分けは、発生器に対するセンサーのどの方位角回転ψ'についても可能であることもわかり得る。どのベクトルペアも、z'成分により、任意の方位角角度ψ'だけ回転された場合、別のベクトルペアと一致しないことがわかり得る。

図15は、いくつかの実装形態による、2軸発生器と、相対位相同期のみとを使うシステム1500におけるベクトル極性曖昧性を示す。図15において、ベクトル極性は、反対方向の両矢印によって示されるように曖昧である。この表現を使うと、1つのベクトルペアが、ψ'=180°だけ回転されると、対蹠点において別のベクトルペアと一致することが明らかになる。したがって、二重曖昧性が存在し、たとえば、位置A'をC'と見分けることができない。絶対位相情報がない場合、この二重曖昧性は、センサーの位置に対するさらなる物理的制約、たとえば、x'<0、またはセンサーの回転に対するさらなる物理的制約、たとえば、-90°<ψ'<90°を導入することによって解決することしかできない。車両測位のいくつかのアプリケーションでは、この二重曖昧性を解決する必要がない場合がある。このことは、誘導および位置合わせの目的で、車両から見える充電スポットの位置を、たとえば、ダッシュボードディスプレイ上に表示するシステムに当てはまり得る。そのような駐車支援アプリケーションの場合、ユーザが2つのシナリオを見分けることができないことが受容可能であり得る。

図16Aおよび図16Bは、いくつかの実装形態による、2軸発生器と、相対位相同期のみとを使うシステムにおける位置および回転曖昧性を示す車両駐車シナリオ1600、1650を示す。図16Aは、ベースパッド402に対する車両406の2つの位置を示し、点A'において、本質的にベースパッド402へ向かい(|ψ'|<90°)、対蹠位置C'において、本質的にベースパッド402へ向かう(|ψ'|>90°)。上記考察の通り、点A'またはC'のいずれかに位置する車両406は、位置合わせディスプレイ上で同じに見える。ただし、図16Bにおいて、ユーザには、2つの点A'およびC'が異なって見える。図16Aの曖昧なシナリオと、図16Bの曖昧なシナリオとの間を見分けることができることが、実際には最も重要であり、というのは、ユーザは、最適位置合わせの位置が、車両406の動きの順方向に対して車両406の前に(たとえば、図16Aでのように)、それともその後ろに(たとえば、図16Aでのように)位置するかを知る必要があるからである。この見分けは、磁場のz'成分が感知され得る限り、(絶対位相同期とは反対に)相対位相同期のみを用いて可能である。この概念は、ベースパッド402に対して、したがって駐車区画に対して車両406の方向に運転者が注意する、上述したような部分的に定義された位置関係と見なされ得る。

異なる磁場信号の間の相対位相同期は、絶対位相同期よりも要求が厳しくなく、重大でもなくてよい。このことは特に、システムが正弦波周波数多重化磁場送信を使う場合、および帯域外同期シグナリングが選択肢でない場合に当てはまり得る。正弦波(たとえば、マルチトーン)送信を使うと、たとえば、3乗距離法則(たとえば、磁場強度が距離の3乗に比例する)に従う磁場送信のために共通する、いわゆる「近遠」効果に対処するために、低複雑度、高スペクトル効率、および大きいダイナミックレンジをシステムにもたらすことができる。

マルチトーン信号を使うシステムにおいて、絶対位相同期は、周期期間の分数以内のタイミング精度を要求する場合があり、相対位相同期は、送信されるトーンの実際の周波数分離、信号対ノイズ比、および他の同期要件に依存して、複数の周期期間以内のより低い精度を要求する場合がある。このことは、角周波数ω₁をもつ信号と、角周波数ω₂をもつ信号との間の相対位相

が、角周波数差|Δω|=|ω₁-ω₂|がω1またはω2よりもはるかに小さいとすると、絶対位相

よりもはるかに遅く発展するという事実によって説明され得る。これは、式8に示すように、数学的項で表すことができる。

2つの信号の位相は、時間とともに異なって発展するので、異なる周波数をもつ正弦波信号の間の相対位相(相対極性)の決定は、複数のときに、より厳密には、定期的に再発生するいくつかの時間間隔中に実施されるだけであってよい。このことは、図17のグラフ1700によって示され、このグラフは、いくつかの実装形態による、時間の関数としての、ダブルトーン信号の位相差

を表示する。相対位相

の時間関数を、

の形で表示し、ここで「mod」はモジュロ関数を示す。図17は、相対位相

が同じ値、たとえば、

に、

の期間で定期的に戻ることを示す。

以下では、式(9)および(10)に示すように、ピーク振幅(±)A₁および(±)A₂ならびに複素信号表現によって表される、異なる角周波数および未知の極性をもつ2つの正弦波信号を仮定することによって、相対位相同期についてここでさらに論じる。

相対極性は、特定の送信方式用に要求される同期精度、周波数の選択およびチャネルSNRに依存する持続時間をもつ、定期的に起こる間隔中の時間、すなわちt_sにおける、式(11)に示すように表される、

および

の複素共役の積の符号から取得され得る。

無限SNRを仮定すると、式(11)における時間t_sの周期性は、以下の式(12)の不等式によって定義されたものと同程度に大きくてよい。

我々は、式(13)に示すモジュロ関数を使うことによって、位相差

を定義することができ、式(12)を使って、式(13)は、式(14)に単純化され得る。

低SNR条件において、許容可能な位相差

の絶対値は、

の分数にすぎない場合がある。したがって、許容可能な位相差

についての範囲は、以下の式(15)として表すことができる。

式(15)に基づいて、

と

との間の相対極性が決定され得る時間t_sは、以下の式(16)に示すように表すことができ、

上式で、δt_sは、以下の式(17)に従って許容される値を有する同期誤差許容差を示す。

式(16)は、時間

において定期的に起こる時間間隔を定義し、

である。ほとんどゼロの許容差(δt_s≒0)の場合、相対極性は、以下の式(18)を満足する周期的な相異なる瞬間に決定されるだけでよい。

いくつかの実装形態では、3軸発生器システムのx'、y'およびz'磁場のうちの少なくとも1つを発生するのに、ダブルトーン信号が使われる。一例として、ダブルトーン送信用にx'フィールドを選ぶと、ダブルトーン励起電流i_x'(t)は、以下の式(19)によって表すことができ、
(19) i_x'(t)=I_x'a sin(ω_x'a t)+ I_x'b sin(ω_x'b t)
上式で、I_x'a、I_x'bはピーク振幅を示し、ω_x'aおよびω_x'bは、それぞれ、トーン「a」およびトーン「b」の角周波数を示す。他の磁場送信用にシングルトーン送信を仮定すると、y'およびz'フィールドを発生するための励起電流は、以下の式(20)および(21)によって表すことができる。
(20) i_y'(t)=I_y' sin(ω_y' t)、
(21) i_z'(t)=I_z' sin(ω_z' t)

ダブルトーン送信の両方のトーンは、送信チャネルによって、したがってセンサーの位置および回転によって等しく影響されるので、測位受信機は、この少なくとも1つのダブルトーン信号を、x'、y'およびz'磁場送信の間の相対位相同期を確立するのに必要とされる同期情報を導出するのに使うことができる。この同期情報は、(16)〜(18)によって定義されるt_sについての瞬間および時間間隔を含み得る。

x'フィールドはダブルトーンによって発生されるので、いくつかの実装形態では、振幅I_x'aおよびI_x'bは、3つの発生された磁気(和)モーメントが等しいr.m.s.振幅を有するように、

だけ削減され得る。

いくつかの実装形態では、隣接トーン周波数がΔωだけ分離されるとともに少なくとも1つのダブルトーンの周波数が互いに隣接するように、トーン周波数が選ばれる。(19)〜(21)によって与えられる例示的な4トーン方式およびトーン周波数の上述した選択を使って、式(22)〜(24)によって記述されるトーン周波数のセットは、以下のように取得され得る。
(22) ω_x'b=ω_x'a+Δω
(23) ω_y'=ω_x'b+Δω=ω_x'a+2Δω
(24) ω_z'=ω_y'+Δω=ω_x'a+3Δω
角周波数離間Δωは、正または負の値を有し得る。(16)〜(18)によって定義される瞬間t_sにおける完璧な受信機同期を仮定し、複素信号表現を使うと、たとえば、異なる送信周波数でxセンスコイル(たとえば、センスコイル612)に誘導される電圧のセットは、式(25)〜(28)

に従って表すことができ、時間インデックスは

である。

4つのフェーザを

で乗算すると、それらのフェーザをすべて、実軸の上へ回転させ、最終的に、x'、y'およびz'電圧ベクトルのx成分

を生じる。

受信機の信号フィルタリング要件に関連した、マルチトーン送信の角周波数分離Δωの最適選択は、本開示の別の態様である。受信された信号が通常、ノイズがあり、複数の周波数での複数の磁場送信があり得る現実のシステムでは、受信されたトーン信号は最適にフィルタリングされることが望ましい。最小フィルタ帯域幅は主に、位置更新レート1/T_p(測位受信機が単位時間ごとに計算する必要がある位置値の数)によって与えられ得るサンプリングレートによって規定される。静止ワイヤレス電気車両充電における測位アプリケーションの場合、適切な位置更新レートは、毎秒10個の更新であり得る。

不確実性原理によると、位置更新レートと最小フィルタ帯域幅は関連がある。ガウス形状のフィルタインパルス応答の場合、時間内のパルス幅は、ガウスパルスの標準偏差の2倍T_F=2σ_tとして、したがってパルス(帯域)幅はB_F=2σ_fとして定義することができ、時間帯域幅積は、式(32)による制約を受ける。
(32) T_F・B_F=2σ_t・2σ_f≦2
T_pをもつパルス幅T_F=T_pを仮定すると、サンプル(位置更新)期間は、式(33)に従って、最小フィルタ帯域幅を与える。

ガウスフィルタおよびT_p=1/10sの例の場合、最小帯域幅はB_F=20H_zになる。

検討するべき他の因子は、発振器不安定性および熱ドリフトによるトーン周波数誤差である。これらの効果は、上記で算出された理論値よりもある程度大きいフィルタ帯域幅を要求し得る。

十分な周波数選択度を得るために、フィルタ帯域幅B_Fによって与えられるよりも大きい周波数分離が、隣接周波数トーンからのクロストークを避けるために必要とされ得る。同じ測位送信機のトーンの間の最小周波数分離は、Δf≧5B_F(上で与えられる例では100Hz)であり得る。異なる測位送信機(異なる磁気ビーコニングチャネル)の隣接周波数トーンの間では、約10B_F(上で与えられる例では200Hz)が要求され得る。

ガウス関数の代わりに、他のフィルタ関数が使われる場合がある。スペクトル分析のためにウィンドウ関数として知られるどの関数、たとえば、矩形ウィンドウ、ハニングウィンドウ、カイザー-ベッセルウィンドウ、ブラックマン-ハリスウィンドウなどが使われてもよい。いくつかのウィンドウ、たとえば、ブラックマン-ハリスウィンドウは、十分な周波数分離がその間にあるとすると、隣接周波数トーン信号の非常に高い減衰を与え得る。

あるシステムでは、測位受信機は、各センスコイルによって受信される各送信トーンの複素電圧成分の各々をフィルタリングし、検出するのに、同期検出器のバンクを使うことができる。図18は、いくつかの実装形態による、磁場測位受信機の同期検出器1800のブロック図を示す。同期検出器1800は、xセンスコイル(たとえば、センスコイル612)によって受信される、角周波数ω_x'aで送信されるトーンをフィルタリングし、検出するように構成され得る。同期検出器1800は、その2つの出力において、それぞれ、複素電圧

の実および虚部(I成分およびQ成分)を与える。

同期検出器1800は、直交ミキサ(ダウンコンバータ)と、それぞれ第1および第2の積分器1806、1808とを備える。直交ミキサは、I成分を与えるように入力信号をsin(ω_x'at)で乗算するように構成された第1のミキサ1802と、Q成分を与えるように入力信号をcos(ω_x'at)で乗算するように構成された第2のミキサ1804とを含む。第1および第2のミキサ1802、1804の出力は、それぞれ、第1および第2の積分器1806、1808に入力される。両方の積分器1806、1808が、フィルタインパルス応答(ウィンドウ関数)w(t)をもつベースバンド信号を考量することによって、FIR低域通過フィルタと同じ関数を実施する。積分は、式(34)

によって示される時間間隔にわたって1/T_pのレートで実践され、

は、段階的移動積分間隔の中心時間を定義する。積分器は、1つの複素出力値をT_p秒ごとに送達する。積分時間は、フィルタ関数w(t)の長さT_wである。T_w>T_pである場合、連続する積分間隔は重なり得る。

本出願によるシステムにおいて、フィルタリングおよび検出は、トーン周波数に関して擬似同期して、ただし送信機の時間に関しては非同期に実施され、これは、以下でt'によって示される。送信機のタイムベースと受信機のタイムベースとの間には、任意の(ランダム)時間オフセットT₀が、また、送信機および受信機の基準クロックに関連付けられた不正確さの結果、係数(1に近いγ)によって定義される小さい相対時間ドリフトがあり得る。送信機および受信機の時間ベースの間の関係は、式(35)に示すように表すことができる。
(35) t'=γt-T₀

式(35)、上で行われた定義、および複素信号表現を使って、図18に示す同期検出器の動作は、式(36)に従って表すことができる。

式(19)〜(21)によって定義されるトーン信号のセット、およびいかなるノイズ成分もないことを仮定すると、xセンスコイル612によって送達される入力信号は、式(37)に従って定義され得る。

さらに、同期検出器1800が、角周波数ω≒ω_x'aをもつ信号を十分に抑圧すると仮定すると、

のみが保持される。時間変数t'に(36)を代入すると、関連入力信号は、式(38)によって表すことができる。

(36)に(38)を代入すると、式(39)によって表される、同期検出器の複素出力(検出された電圧フェーザ)を生じる。

γ≒1および正規化フィルタ関数w(t)、

という仮定ならびにいくつかの並べ替えを使うと、式(39)は、以下の式(41)に単純化され得る。

xセンスコイル612に接続された他の同期検出器のノイズのない出力はしたがって、以下の式(42)〜(44)において表されるように取得され得る。

上の表式は、3つの項、すなわち、規模と、一定の位相角と、時間インデックスnが増分すると発展する段階的回転フェーザとを示す。一定の位相オフセットは、相対時間オフセットT₀に起因する場合があり、回転フェーザは、小さい相対頻度オフセット中に現れる相対時間ドリフトに起因する場合がある。

式(41)における

および式(42)における

についての表式とは反対に、極性不確実性(±)が、式(43)における

および式(44)における

についての表式に導入されている。この極性不確実性は、

または

と

との間の、および

または

と

との間の相対極性不確実性として理解されるべきである。定義により、

と

との間には相対極性不確実性はなく、というのは、これらの成分は、x'磁場により送信されるダブルトーン信号から取得され、したがって、送信チャネルによって等しく影響されるからである。

いくつかの実装形態では、受信機は、フェーザ

と

との間の位相差(相対フェーザ)を最初に決定することによって、および第2に、すべての出力フェーザを、相対フェーザによって与えられる角度だけ補正する(回転する)ことによって、相対位相同期を実施する。この位相補正演算は、受信機のタイミングを、たとえば、式(16)、(17)によって定義されるように調節することと等価であることが、さらに以下で示される。

受信機は、位相差(相対フェーザ)を、少なくとも出力フェーザ

および

から、式(45)

によって表される複素フェーザ演算を使うことによって導出し、これは、複雑な数字表記における正規化スカラー積と見なされ得る。(45)への(41)および(42)の代入ならびにいくつかの操作が、式(46)に従って、時間間隔nにおける相対フェーザについての表式を与える。

式(22)〜(24)のΔωの定義を使って、式(46)は、式(47)に示すように書き換えることができる。

項(1-γ)nT_pは、送信機のタイムベースに対する、受信機のタイムベースのタイミングドリフトを表す。1-γは通常、非常に小さい因子(たとえば、±100ppm)なので、このタイミングドリフトは、時間が進んだときに相対フェーザがほとんど一定のままであるように、比較的小さいと見なされ得る。

いくつかの実装形態では、受信機は、相対位相同期を達成するために、推定相対フェーザをすべての同期検出器出力に適用する。式(22)〜(24)の例示的なトーン周波数定義に対して、これは、検出器出力

を

で、検出器出力

を

で、および検出器出力

を

で、以下に示すように乗算することによって遂行され得る。

式(47)と、式(22)〜(24)の例示的な定義とを使って、成分

の相対位相補正は、式(48)に示すように表すことができる。

したがって、成分

および

の相対位相補正は、それぞれ式(49)〜(50)となる。

式(48)〜(50)は、

を含む、得られる(位相補正された)出力フェーザが、複素平面においてすべて等しく配向され(ただし、必ずしも等しく方向づけられるわけではない)、時間が進むとき、およびγ≠0である場合、同期して擬似位相を回転していることを示す。

以下では、相対位相補正が、(16)、(17)、および(25)〜(28)に従って時間同期と等価であることが示される。異なる周波数ω_x'aでのウィンドウ化された時間ドメイン入力信号

のフーリエ変換として、同期検出器の複素出力を検討し、(38)を使うと、式(51)が与えられる。

(35)において定義される変数t'は、式(52)に従って、tの関数である時間シフトτ_sの形で書き換えることができる。
(52) t'=γt-T₀-=t-(T₀+(1-γ)t)=t-τ_s(t)

制限された積分間隔[-nT_p+T_w/2,nT_p+T_w/2]にわたって、入力信号

は、非ドリフト性と見なすことができるが、以下によって単に時間がシフトされ得る。
(53) τ_s(nT_p)=T₀+(1-γ)T_p

(53)を(52)に、(52)を(51)に代入し、フーリエ変換のシフト定理を適用すると、式(54)が与えられる。

式(54)は、受信機のタイムベースを、送信機のベースに対してτ_sだけシフトすることが、検出器複素出力の位相をexp(-jω₀τ_s)だけシフトすることと等価であることを示し、ここでω₀は、検出器の角周波数を示す。したがって、異なるトーン周波数の間の相対位相同期は、検出器の出力フェーザを角度ω₀τ_sだけ回転することによって達成され得る。いくつかの実装形態では、これは、受信機のタイムベースをシフトするよりも好都合であり得る。

いくつかの電圧成分は、非常に弱いか、またはヌルでさえもあり得ることに留意すべきである。発生器に対するセンサーの回転によっては、たとえば、xセンスコイル612によって感知されるx成分について、相対フェーザを決定することが不可能な場合がある。

いくつかの実装形態では、受信機は、それぞれ、x、yおよびzセンスコイル612、614、616中に誘導された電圧を参照するすべての成分のフェーザ積

、および

を合成することによって、相対フェーザを決定するためのダイバーシティを使う。合成は、フェーザ積を単に合計することによって、経験的に実施され得る。相対フェーザは次いで、式(55)に示すように、積和に対する正規化によって取得され得る。

他の実装形態では、受信機は、たとえば、合成に先立って、SNRの推定値をもつ成分を考量することによって、最大比ダイバーシティ合成技法を利用し得る。さらに他の実装形態では、受信機は、最も大きい規模をもつか、または最も高い推定SNR(品質)をもつ積を選択することによって、選択ダイバーシティを利用し得る。

同期精度をさらに向上し、またはノイズおよび干渉に対する堅牢性を増すために、相対フェーザの推定は、連続して検出された出力フェーザ(時間シーケンス)に対して平均化技法を使うことによってさらに強化されてよい。いくつかの実装形態では、受信機は、連続する時間間隔において取得される、相対フェーザexp

の移動平均に基づいて相対フェーザを決定し得る。時間シーケンスexp

に基づく他の平均化技法が適用されてもよい。

後処理のさらなるステップにおいて、および式(25)〜(28)によって上ですでに開示したように、受信機は、すべての出力を、exp(jω_x'a(T₀+(1-γ)nT_p))の推定値であり得るフェーザexp

で乗算することによって、すべての検出されたフェーザを、実軸に向かって共通角度だけ回転させ得る。上ですでに説明したように、このフェーザは概して、時間が進む(nが増分する)に従って、緩やかに回転している。実軸に向かうこの回転を適用して、受信機は、ベクトル

の成分すべての推定値を、位置を決定するために要求され得るときに最終的に得るために、すべての整流出力の実部を選択し得る。実部のみを選択すると、虚部におけるノイズ成分が取り除かれ、したがって、ベクトル推定値が、最終的には位置推定値が概して向上する。

一例として(48)を使うと、実部の回転および選択のこの演算は、式(56)によって表すことができる。

それに従って、

など、他のx成分ならびにyおよびz成分すべてが取得され得る。

図20A〜図20Cは、相対位相同期および4つの検出器出力(x'ax、x'bx、y'x、およびz'x成分)の各々についての複素平面を示す実軸への回転のこのプロセスをさらに示す。図20Aは、いかなる同期にも先立つ、4つの検出器出力(それぞれ、x'ax、x'bx、y'x、およびz'x成分)の複素フェーザ2002、2004、2006、2008を示す。図20Bは、相対位相同期の後の複素フェーザ2012、2014、2016、2018を示し、図20Cは、実軸への共通回転の後の複素フェーザ2022、2024、2026、2028を示す。

フェーザ推定値exp

は、x'、y'、およびz'磁場の少なくとも1つのうちの、受信されたx、y、およびz成分のうちの少なくとも1つから獲得され得る。これらの成分は、発生器に対するセンサーの位置および回転に依存して異なる極性を有し得るので、受信機は、exp

を、成分x'x、x'y、x'z、y'x、y'yなどについて個々に決定してよく、次いで、結局は、相対フェーザexp

を決定するために、上で提案された合成方法を使う。

性能および堅牢性の向上のために、フェーザ推定値exp

は、たとえば、フェーザの回転を最初に補償するのに位相ドリフト(周波数オフセット)推定器を使うことによって、次いで、相対フェーザexp

を決定するために、上で提案された平均化技法を第2の演算として使うことによって、連続するノイズがある検出器出力に基づいて決定され得る。回転補償は、受信機の検出後周波数微同調と見なされ得る。位相ドリフト推定、回転補償および平均化は、移動演算(たとえば、移動平均)として遂行され得る。代替として、モジュロ2πプロセスへ修正された直線回帰方法が適用されてよい。

いくつかの実装形態では、強化型受信機が、少なくとも2つの成分を合成することによるダイバーシティ技法のうちの1つを使うことによって、ならびにさらに、たとえば、モジュロ2πに対して位相ドリフト推定、回転補償(周波数微調整)および平均化、または代替として、直線回帰を実施するために、連続して検出された、相対位相補正されたノイズがあるフェーザのシーケンスを使うことによって、推定exp

を決定する。

送信機と受信機との間の相対時間ドリフトが一定の許容可能限度を超えた、たとえば、検出器の出力フェーザの速すぎる回転において現れ得る過度の温度ドリフトにより、実際に起こり得るケースでは、受信機または送信機は、粗い周波数補正を実施することができる。速すぎる位相回転は、受信されたトーン信号が、もはやフィルタを中心としておらず、したがって、検出された振幅において、結局は位置推定値において誤差を誘発する可能性がある減衰を被り得ることを示す。

したがって、いくつかの実装形態では、受信機は、許容可能でない速いフェーザ回転をそれらの出力において呈する同期検出器のローカル発振器周波数を、残留回転が許容可能限度を下回るように維持されるように粗く調節し得る。代替として、受信機は、磁場送信周波数を一定の量だけオフセットするよう、データ通信リンクを介して、対象の送信機に指令し得る。

ダイバーシティ合成/選択および測位の目的で、受信機は、受信された信号の品質を様々な成分において評価するための機能を含み得る。品質は、SNRを推定することによって、または他の信号完全性および一貫性チェックによって評価され得る。磁気ベクトル化のために使われる信号のセットは、品質評価に使われ得る著しい冗長性を含む場合がある。各受信信号成分のSNRは、検出されたフェーザの時間シーケンスに対して平均化を実施するときに副生物として出てくる場合があるノイズ分散統計から取得され得る。

別の磁気ベクトル化送信(同一チャネルもしくは隣接チャネル干渉)による、または他の発生源(IPTシステム、スイッチモード電源機構など)から発する擬似放出による、受信されたトーン信号の干渉はしたがって、たとえば、信号

と

との間の振幅および/または位相差がいくつかの閾値を超えた場合、信号一貫性チェックによって検出され得る。

いくつかの実装形態では、受信機は、上述したように信号一貫性チェックを実施し、同期検出器の各複素出力についてのSNRを推定する。

図19は、いくつかの実装形態による、図18の同期検出器のバンクを使う磁場測位受信機1900の一部分のブロック図を示す。ブロック図は、たとえば、図18によってさらに詳述されるように、点線ボックスによって示されるx、y、z同期検出器サブバンクにグループ化された、同期検出器1902のバンクを示す。各サブバンクは、センスコイル612、614、616のアナログ出力v_x(t)、v_y(t)、およびv_z(t)のうちの1つに関連付けられる。上述したように、複数のセンスコイル612、614、616の各々によって発生されたそれぞれの信号は、少なくとも、2つの周波数f_x'a、f_x'bのうちの第1のf_x'aで発振する第1の交番磁場によって生じた第1の部分、2つの周波数fx'a、f_x'bのうちの第2のf_x'bにおいて発振する第1の交番磁場によって生じた第2の部分、および1つの他の周波数f_y'において発振する第2の交番磁場によって生じた第3の部分を含む。プロセッサが、第1の部分と第2の部分との間の相対位相角

を推定するように構成される。たとえば、図19は、測位受信機の後処理の一部として、位相同期ユニット1904を示す。位相同期ユニット1904は、同期検出器1800のすべての複素(直交)出力を入力用に有する。位相同期ユニット1904は、出力用に、ベクトル

の位相補正成分を、位置および方向探知ユニット(図19には示さず)において位置を決定するために要求され得るときに生じる。位相同期ユニット1904は、相対フェーザexp

の推定値を決定し、相対位相同期を確立する。したがって、いくつかの実装形態では、プロセッサ(たとえば、位相同期ユニット1904)は、相対位相角と、第2の交番磁場の1つの他の周波数f_y'と、第1の交番磁場の2つの周波数f_xa'、f_xb'のうちの少なくとも1つとの間の周波数分離との関数である量だけ検出の瞬間をシフトすることによって、複数のセンスコイル612、614、616の各々によって発生されたそれぞれの信号の第1の部分、第2の部分、および第3の部分の間の時間ドメインにおいて相対位相同期を確立するように構成される。同様に、プロセッサ(たとえば、位相同期ユニット1904)は、第1の部分、第2の部分および第3の部分のうちの少なくとも1つの、位相角を、相対位相角

または相対位相角

の整数倍数に対応する角度だけシフトすることによって、複数のセンスコイル612、614、616の各々によって発生されたそれぞれの信号の第1の部分、第2の部分、および第3の部分の間の周波数ドメインにおいて相対位相同期を確立するように構成され得る。

位相同期ユニット1904はさらに、回転フェーザexp

の推定値を決定し、残留周波数オフセット(位相ドリフト)を補償し、すべてのフェーザを、たとえば、実軸に向かって共通角度だけ回転させて、最終的にベクトル推定値

の成分を得る。その上、位相同期ユニット1904は、ベクトル推定値

の各成分の品質を評価することができ、この情報を、位置および方向探知ユニット(図19には示さず)に別個に送達してよい。

好ましい実装形態では、図19に示すブロック全体は、デジタル信号プロセッサにおいて実装され、入力信号v_x(t)、v_y(t)、およびv_z(t)は(離散時間)デジタル信号である。別の実装形態では、測位受信機は、図19に示す複数のブロックを実装し、ブロックは、異なる周波数で(異なるビーコニングチャネル中で)送信する異なる送信機から発する磁気ベクトル化信号を受信し、処理するようにインスタンス化され、割り当てられ得る。さらに別の実装形態では、高速フーリエ変換(FFT)技法または同様のアルゴリズムが、同期検出器のバンクを実装するのに、およびデジタル信号プロセッサの計算の複雑度(負担)を低減するのに使われる。

図21は、いくつかの実装形態による、3軸磁場測位受信機のアナログフロントエンド(AFE)2100のブロック図を示す。

AFE2100は、その3つの出力において、図19に示した同期検出器サブバンクの3つの入力信号を表し得るデジタル信号v_x(t)、v_y(t)、およびv_z(t)を与え得る。3つのAFEチャネルの各々は、入力プロテクタ(リミッター)2102、前置増幅器2104、フィルタ2106、可変利得増幅器2108、および随意でアナログ-デジタル(A/D)コンバータ2110を備える。

入力プロテクタ2102は、たとえば、IPTシステムからの能動電力伝達中に、磁場センサー(たとえば、センスコイル612、614、616)が強い磁場に曝されるとき、損傷を受けないように前置増幅器2104を保護するように働く。入力プロテクタ2102は、入力電圧を制限し、実質的な電力損失も過熱効果もないように回路が制限しているとき、実質的な電流フローが存在しないように設計される。前置増幅器2104は、後に続くフィルタ2106を駆動するために、利得(たとえば20dB)、高インピーダンス入力(100kΩよりも大きい)、および比較的低出力のインピーダンス(たとえば50Ω未満)を有し得る。

フィルタ2106は、磁気ベクトル化用に特定され得るとき、全周波数帯域をカバーするように、合理的に低いリップルおよび十分な幅をもつ通過帯域を有するとともに、帯域外で、特にIPT動作周波数、たとえば、85kHzで受信される信号の十分な抑制(たとえば、>60dB)を有する帯域通過フィルタであってよい。フィルタ2106は、A/Dコンバータ2110において信号をサンプリングするために必要とされるアンチエイリアシングフィルタとしても働き得る。

可変利得増幅器2108は、A/Dコンバータ2110が常に、大きいダイナミックレンジにわたる好都合な範囲で動作し、大きい受信信号レベル変動が、いわゆる「近遠」効果により現実のシナリオにおいて起こり得るとき、変動を補償することを保証する。可変利得増幅器2108は、自動利得制御機能を与えるAFE2100に続くデジタル処理ユニット(図21には示さず)によって制御され得る。

いくつかの実装形態では、少なくとも3つの共面センスコイルが、少なくとも2軸センサーを共に設けるように構成され得る。さらに他の実装形態では、4つの共面センスコイルが、3軸センサーを共に設けるように構成されてよく、フェライト基板上に適切に配設されてよく、磁気ベクトル化に必要とされる3つの交番磁場を感知するのに使われてよい。そのような4コイル配置は、3軸センサーとして作用し得る。4コイルセンサー向けに、図21のAFE2100は、4つのアナログ入力および4つのデジタル出力を有する4チャネルAFEに拡張されてよい。3つの信号v_x(t)、v_y(t)、およびv_z(t)を与える、要求される一次結合が次いで、図19に関連して前述したように、同期検出に先立つブロックにおいて、デジタルドメイン中で実施され得る。

図22は、いくつかの実装形態による、3軸発生器またはセンサーのための直交コイル配置2200を示す。これは、3つの直交発生器コイル602、604、606を使う。通常、コイル602、604、606は、0.2mm²よりも小さい断面をもつ比較的薄い銅線のいくつかの巻きを有し得る。x'およびy'コイル602、604は、それぞれ、フェライト構造2202の回りに巻かれる。z'コイル606は、フェライト構造2202の端の近くの外形線に沿って配設された矩形コイルであってよい。代替として、z'コイル606は、フェライト構造2202の端にある長い外周に全体が巻かれてよい。好ましい実装形態では、フェライト構造2202は、IPTおよびMVシステムによって共有される。これにより、フェライト構造2202の大きいボリュームが、より大量の磁気磁束を取り込むことができるようになり、したがって、発生器とセンサーとの間の位置合わせのより正確な指示を与えることができるようになる。

いくつかの他の実装形態では、図22の3コイル配置は、3軸センサーに当てはまる。そのような実装形態において、軸指定x'、y'およびz'は、それぞれ、x、yおよびzに変わることになる。x'およびy'磁気モーメントを発生する、車両測位アプリケーション用の2軸発生器は、図22に示すz'コイル606を省くことによって、または実質的にゼロの電流でz'コイルを駆動することによって達成され得る。

他の実装形態では、多軸発生器またはセンサーが、少なくとも1つのIPTコイルと、少なくとも1つの磁気ベクトル化コイルの組合せを使う。いくつかの実装形態では、x'コイル602は、IPTコイル、たとえば、「ダブルD」コイル、「ソレノイド」コイル、「双極性」コイルを再利用することによって形成され、y'コイル604は、補足的専用磁気ベクトル化コイルである。

図23は、いくつかの実装形態による、周波数分割4トーン磁場送信方式2300を示す。第1の変形体は、x'コイル602を励起するのに周波数f_x'a、およびf_x'bをもつダブルトーンが、y'コイルおよびz'コイル用にそれぞれ周波数f_y'およびf_z'をもつシングルトーンが使われる3軸発生器に当てはまる。隣接トーンは、Δfだけ分離される(トーン周波数離間)。第2の変形体は、各x'コイル602およびy'コイル604をそれぞれ励起するのにダブルトーン(f_x'a、f_x'b)およびダブルトーン(f_y'a、f_y'b)が使われる2軸発生器に当てはまる。y'コイル604を介して送信される第2のダブルトーンは、基本的機能には必要ない場合があるが、同期の決定についてのより冗長性をもたらすので、システムの堅牢性を向上し得る。上述したように、送信信号中のいかなる冗長性も、強化した信号一貫性および完全性チェックに使われ得る。しかし、より一層重要なこととして、4つのトーンのうちの1つが狭帯域干渉信号によってジャミングされる場合であっても、システムは、相対位相同期を確立し、位置を決定することができる。

さらに、図23は、2つの隣接磁気ビーコニングチャネル(たとえば、チャネルnおよびチャネルn+1)の各々における4トーン送信を示す。2つの異なるチャネルの隣接トーンは、上ですでに説明した目的のために隣接チャネルの間にガード帯域を与えるΔf_grd>Δfだけ分離され得る。

本開示の別の態様では、特定の測位送信機が割り当てられるチャネル番号nは、明示的IDのいかなる送信も必要とされないように、識別子として暗黙的に働き得る。並行した(たとえば、UHF WLANを介した)帯域外データ通信、ならびに中央コーディネータを仮定すると、IDは帯域外で通信されてよく、中央コーディネータは、チャネルn上での送信が、通信されるIDに合致する送信機に属すことを測位受信機に知らせればよい。

本開示のさらなる態様では、マルチトーン送信方式のピーク対平均比率(波高因子)を最小限にすることが望ましい場合がある。マルチトーン送信の和信号は、すべてのトーンが同じ位相を有する瞬間が存在し、したがって強め合うように増大する場合、高いピーク対平均レベル比を呈し得ることに留意すべきである。高い波高因子は、たとえば、ピーク検出に基づく規制限度、たとえば、ICNIRP EMF暴露限度によって送信レベルが制約されるシステムでは不利な場合がある。2つより多いトーンを使う送信方式では、波高因子は、位相が維持される第1のトーンの位相に対する少なくとも1つの第2のトーンの位相をオフセットすることによって最小限にすることができる。ここで再度書かれる式(19)〜(21)

によって与えられる例示的なマルチトーン送信方式に適用されて、波高因子は、位相オフセット

および

を最適化することによって最小限にされ得る。位相オフセットは、送信中は固定されたままであってよく、受信機にとって既知であり得るので、これらの位相オフセットは、同期のプロセスにおいて考慮に入れられ得る。

いくつかの実装形態では、マルチトーン送信は、位相が維持される第1のトーンの位相に対する少なくとも1つの第2のトーンの位相をオフセットすることによって、波高因子に関して最適化される。さらに他の実装形態では、相対極性曖昧性解像度のために必要とされる相対位相情報が、専用の同期信号を使うことによって受信機に与えられる。この同期信号は、トーン信号のうちの少なくとも1つにおいて変調される同期シーケンスであってよい。この同期シーケンスは、変調(シンボル、データ)レートを考慮に入れて、受信機を要求される精度で確実に同期するのに必要とされる適切なオートおよび/または相互相関プロパティによって特徴づけられる、mシーケンス、ゴールドシーケンスなどのような擬似ランダムシーケンスであってよい。振幅および位相変調のうちの少なくとも1つが適用されてよい。変調信号は、利用可能スペクトルおよび最小隣接チャネル干渉の効率的使用に関して適切にフィルタリングされ得る。同期シーケンスは、定期的に、たとえば、少なくともT_p秒またはその整数倍数ごとに送信されてよく、T_pは、上で導入された位置更新期間を定義する。

同期シーケンスは、いくつかのシステム実装形態において、送信機を識別するのに必要とされる場合があるので、IDとしても働き得る。そのような実装形態において、送信機は、異なる同期シーケンスのあらかじめ定義されたセット、たとえば、ゴールドシーケンスのセットのうちの1つを使う。事前知識がない場合、受信機は、最初に、特定の送信の同期シーケンスを識別するために、受信された信号を復調し、次いで、そのシーケンスを、同期の瞬間を探知するために、受信された信号を相関させるためのローカルレプリカとして使えばよい。

そのような例示的な送信形式を、図24に示す。図24は、いくつかの実装形態による、同期シーケンス2400とマルチトーン送信とを含む送信フレーム2402の変調波形を示す。送信フレーム2402は、持続時間T_pまたはその倍数を有してよく、同期シーケンス間隔2404およびマルチトーン周波数間隔2406に下位分割される。同期シーケンス2400は、フィルタリングされた(パルス形状の)「ゼロ復帰」対蹠変調方式を使って変調される例示的なバイナリデータシーケンス{1,1,0,1,0,0,0,1,0,0,1,1,0}によって示される。たとえば、「1」が、ゼロ規模より高くなり、次いで、ゼロ規模に戻るスパイクまたはインパルスによって示されてよく、「0」が、ゼロ規模より低くなり、次いで、ゼロ規模に戻るスパイクまたはインパルスによって示されてよい。変調レートは、マルチトーン送信の周波数離間Δfに等しい。得られる変調された同期信号は、1/Δfという小さい分数以内の精度で受信機を同期するために要求される相関プロパティを与えることができる。したがって、いくつかの実装形態では、プロセッサ(たとえば、位相同期ユニット1904)は、(たとえば、発生器コイル602による)第1の交番磁場または(たとえば、発生器コイル604による)第2の交番磁場のうちの少なくとも1つにおいて送信される同期シーケンス2400を使うことによって、複数のセンスコイル612、614、616の各々によって発生されたそれぞれの信号の第1の部分、第2の部分、および第3の部分の間の相対位相同期を確立するように構成され得る。

図7Bおよび図7Cに関連して前述したTDM実装形態に関して、パルス変調されたシングルキャリア信号(たとえば、共通搬送周波数波動パルス)が、図25に例示的に示すように、全タイムスロット中で送信され得る。パルス形状は、たとえば、送信機ピーク電力制約の下での、スペクトル効率と平均送信電力との間の設計トレードオフの結果であり得る。いくつかの他の実装形態では、たとえば、以下でさらに説明するように、時間同期誤差により、いかなるスロット間干渉も起こらないことを保証するために、追加ガード間隔が波動パルス(図25には示さず)の間に挿入される。

3または2軸発生器/3軸センサーシステムについて前に示したように、車両充電の位置探知問題は、検出された電圧ベクトルの相対極性の知識を要求するだけである。パルス変調シングルキャリアTDMシステムにおいて、相対極性は、異なるセンサーを用いて異なるタイムスロット中で感知される信号成分の間の相対位相を意味する。x'、y'およびz'磁場信号の信号規模および極性を正しく検出するために、磁気測位受信機のタイミングは、送信される波動パルス2502、2504、2506、2508のシーケンスによって定義されるタイムスロット(たとえば、図7Cのタイムスロット782a、784a、786a、788a)に調節される。このタイムスロット同期により、磁気測位受信機によって検出された規模および極性を変造する、いかなる実質的スロット間干渉も存在しないことが保証される。

いくつかの実装形態では、タイムスロットt_x'a中のフレーム波動パルス2502の開始を除くすべての波動パルスが、等しい位相、たとえば、0°で送信される。いくつかの実装形態では、フレーム波動パルス2502の開始は、他の波動パルス2504、2506、2508の位相に対する90°位相シフトで送信され、そうすることによって、たとえば、1つまたは複数の波動パルスの位相(極性)が、発生器およびセンサーフレームの相対位置および回転によって決定されたように、送信チャネルによって改変された場合、タイムスロットt_x'a(たとえば、タイムスロット782a)は、すべての状況において他のタイムスロット(たとえば、タイムスロット784a、786a、788a)から見分けられ得る。したがって、第1の波動パルス2502は、複数の波動パルスの各後続波動パルス2504、2506、2508に対して所定の位相シフト(たとえば、90度)を有する。概して、異なるタイムスロット中に送信されるx'、y'およびz'磁場信号の規模および位相(極性)は、図26に例示的に示すように変わってよく、この図は、波動パルス2502、2504、2506、2508の各々を示している。

異なるタイムスロット中に送信されるとともに図25に示すような磁場ビーコン信号を発生するコイル励起電流のセットは、次のように数学的に記述することができる。
(22) i_x'a(t)=I_x'aP(t-t_x'a)sin(ω₀t+π/2)、
(23) i_x'b(t)=I_x'bP(t-t_x'b)sin(ω₀t)、
(24) i_y'(t)=I_y'P(t-t_y')sin(ω₀t)、
(25) i_z'(t)=I_z'P(t-t_z')sin(ω₀t)、
上式で、I_x'aは、コイル電流i_x'a(t)のピーク振幅を示し、p(t-t_x'a)は、タイムスロットt_x'a中に測位されるパルス包絡線関数を示し、ω₀は、搬送角周波数を示す。他の信号x'b、y'、およびz'を定義する量についての指示は、(26)〜(28)に従って示される。タイムスロット持続時間T_sを定義すると、パルス位置は、次のように表すことができる。
(26) t_x'b=t_x'a+T_s、
(27) t_y'=t_x'a+2T_s、
(28) t_z'=t_x'a+3T_s、

いくつかの実装形態では、本明細書で開示する基本的方法には必要ないが、タイムスロット持続時間T_sは、

として表すことができる、搬送波期間の整数倍数kである。

別の実装形態では、フレームは、図7Bによる3つのタイムスロット(たとえば、712a、714a、716a)のみを含み、フレームの1つの波動パルス、たとえば、波動パルスi_x'(t)が、特定のタイムスロット、たとえば、タイムスロットt_x'をマーキングするために、他の2つの波動パルスの位相に対する90°位相シフトで送信され、そうすることによって、このタイムスロットは、たとえば、1つまたは複数の波動パルスの位相(極性)が、発生器およびセンサーフレームの相対位置および回転によって決定されたように送信チャネルによって改変された場合、すべての状況において他のタイムスロットから見分けることができる。

いくつかの実装形態によるシステムにおいて、磁場測位受信機は、各タイムスロット中に各センスコイルによって受信される電圧信号成分の各々をフィルタリングし、検出するのに、複数の検出器を使う。図27は、タイムスロットn中に、角周波数ω₀で送信され、センスコイル612、614、616のうちのいずれかによって受信される波動パルス2502、2504、2506、2508を最適にフィルタリングし、検出するのに使われ得る例示的な同期検出器2700のブロック図を示し、nはタイムスロットカウンタを示す。タイムスロットn中に、同期検出器2700は、正しくタイミングをとられた場合、その2つの出力において、それぞれ、特定のセンスコイルによって受信される信号の複素電圧

を表し得る複素数値の実および虚部(IおよびQ成分)を与える。

は、以下ではフェーザとも呼ばれる。

複素信号表現を使い、完璧な搬送周波数同期を仮定すると、図27に示す同期検出器2700の演算は、

として表すことができ、上式で、w(・)はウィンドウイング関数であり、v(t)は、センサー出力のうちの1つから、たとえば、xセンサー出力(v_x(t))から受信される入力電圧信号であり、τ_sは、タイムスロット同期プロセスの一部として、同期検出器2700のタイミングを調節するのに使われる時間オフセットパラメータである。

いくつかの実装形態では、ウィンドウイング関数は、出力

中の信号対ノイズ比(SNR)を最大限にするように、送信パルスに整合される。他の実装形態では、ウィンドウイング関数は、他の基準、たとえば、搬送周波数オフセット許容差、隣接チャネル抑制などについて最適化される。

図28は、いくつかの実装形態による、3軸センサーシステムのためのTDM磁場3分岐受信機2800の一部分のブロック図を示す。このブロック図は、3つの同期検出器2700a、2700b、2700c(図27参照)を使う3分岐受信機2800を示す。各同期検出器2700a〜2700c(分岐)は、以下でさらに詳述されるセンスコイル612、614、616のアナログ出力の1つに関連付けられる。その上、図28は、各受信機分岐において、連続して受信されたフェーザの少なくともフレーム同期、タイムスロット同期、フェーザ回転、および非多重化(直列-並列コンバージョン)を実施する後処理ユニット2802を示す。後処理ユニット2802は、少なくとも3つの複素(直交)入力

、および

、9つのスカラー出力を与え、これらは、位置および方向探知ユニット(図28には示さず)において位置を決定するために要求され得るので、ベクトル

の成分である。

いくつかの実装形態では、後処理ユニット2802は、図7CによるTDM方式を仮定すると、たとえば、すべての受信機分岐においてタイムスロットt_x'a中に受信される同期信号を検出する。後処理ユニット2802は、連続するタイムスロット中で受信される信号の正しい非多重化のために要求されるフレーム同期を確立する。ユニット2802は、時間オフセットを決定することによって、および送信機のタイムスロットに合致するように検出器の共通タイミングパラメータτ_sを調節することによって、タイムスロット同期も実施する。

いくつかの実装形態では、後処理ユニット2802は、図7CによるTDM方式を仮定すると、(たとえば、タイムスロットt_x'a中で)受信される同期信号と、別のタイムスロット中に受信される少なくとも1つの信号とを、タイミングオフセットを推定するのに、およびタイムスロット同期を確立するのに使う。

いくつかの実装形態では、式(29)が成り立ち、受信機は、タイムスロット持続時間T_sを厳密に知る。その上、送信側および受信側時間および周波数ベースは十分に正確であり、それにより、受信機分岐における、連続して検出されたフェーザ

は、相当な数のタイムスロットにわたって実質的に等しく配向される(ただし、概して等しく方向づけられるわけではない)。いくつかの条件の下で、これは、他の受信機分岐において並行して検出されたフェーザにも適用することができ、そうすることにより、すべての検出されたフェーザは、実質的に等しい配向を呈するが、概して等しいわけではないセンスを呈する。

したがって、いくつかの実装形態では、式(22)〜(25)に従って、後処理ユニット2802は、フェーザ角度

を、タイムスロットt_x'aおよびt_x'b中に、ならびにすべての受信機分岐において検出されたフェーザに基づいて推定し、タイムスロットt_x'b、t_y'、およびt_z'中に検出されたすべてのフェーザを、角度

だけ、実軸に向かって回転させ、ベクトル推定値

をその出力において最終的に与えるために実部を選択する。フェーザ回転のこのプロセスは、タイムスロットt_x'aおよびt_x'b中に検出されたフェーザを、タイムスロットt_y'、およびt_z'中に受信されたフェーザを検出するための位相基準として使うものと見なすこともできる。これは、相対位相(極性)情報のみを要求する測位手法に一致する。

いくつかの他の実装形態では、フェーザ角度

が、すべてのタイムスロット中に、およびすべての受信機分岐において検出されたすべてのフェーザを用いて、たとえば、共同相対極性検出および位相推定手法を使って推定される。

いくつかの他の実装形態では、送信側および受信側時間および周波数ベースは、実質的な回転が、連続して検出されたフェーザを結果的に生じるように、十分に正確でない場合がある。そのような実装形態において、後処理ユニット2802は、搬送周波数オフセットを推定し、補正することによって搬送周波数同期をさらに実施し得る。周波数オフセット補正は、検出されたフェーザを回転解除することによって、同期検出器の周波数(ω₀)を調節することによって、または送信搬送周波数を調節するための周波数制御コマンドを磁場測位送信機に送ることによって実施され得る。

いくつかの実装形態では、後処理ユニット2802は、タイムスロットt_x'aおよびt_x'b中に検出された出力を、利用可能信号エネルギーを十分に使用するために、および信号対ノイズ比が向上したベクトル推定値

を生じるために、さらに合成する。送信信号定義(22)および(23)を仮定すると、合成は、タイムスロットt_x'a中に検出されたフェーザを90°回転することによって、およびタイムスロットt_x'b中に検出されたフェーザに、強め合うように加えることによって、および和を0.5倍だけスケーリングすることによって遂行され得る。合成フェーザは、個々のフェーザとほぼ等しい規模を有するが、平均ではより少ないノイズを有することになる。この演算は、あらゆる受信機分岐において検出されたフェーザに適用することができる。

図29Aおよび図29Bは、完璧な時間および搬送周波数同期のケースについての、およびノイズがない場合の複素平面における、実軸へのフェーザ回転、フェーザ合成、および実部選択のプロセスをさらに示す。図29Aは、3分岐受信機2800のx分岐において、連続するタイムスロットt_x'a、t_x'b、t_y'、およびt_z'中に検出されたフェーザ2902、2904、2906、2908のシーケンスを示す。図29Bは、実軸への共通回転の後の3つの関連フェーザ2910、2912、2914を示す。破線矢印は、タイムスロットt_y'、およびt_z'中に検出されたフェーザの相対極性(センス)が、センサーフレームに対する発生器フレームの位置および回転に依存して、概して異なり得ることを示すものとする。

さらに他の実装形態では、本出願は、異なる軸方向の磁気モーメントをもつ磁場ビーコン信号を発生するための符号分割多重化方式(CDM)も企図する。時分割多重化(TDM)とは反対に、磁場ビーコン信号は、異なる拡散符号を使って、並行して(同じ時間間隔中に)送信される。したがって、発生器コイル602、604、606ならびに交番磁場によってセンスコイル612、614、616中に誘導された電圧によって発生されたその交番磁場は、少なくとも、複数のビーコン信号のうちの第1のビーコン信号によって生じた第1の部分、複数のビーコン信号のうちの第2のビーコン信号によって生じた第2の部分、および複数のビーコン信号のうちの第3のビーコン信号によって生じた第3の部分を含む。いくつかの実装形態では、当該分野において知られている直交拡散符号が、受信機においてx'、y'、およびz'磁場ビーコン信号を区別するのに使われる。直交性を維持するために、これらの符号信号は、同期して(たとえば、時間オフセットなしで)送信されなければならない場合がある。拡散符号の他のセット、たとえば、どの時間オフセットについてもゼロではないが低い相互相関をもつ符号が、受信機において異なる発生源から発する磁場ビーコン信号、たとえば、異なる充電ベースまたは車両から発する信号を、送信の方向に依存して分離するのに使われ得る。これらの符号信号は、ランダム時間エポック(time epoch)中に非同期に送信され得る。

いくつかの実装形態では、同じ発生源の磁場ビーコン信号の符号分割多重化に使われる拡散符号の長さ(たとえば、直交符号の長さ)は、磁場測位システムの位置データ更新期間、たとえば、200ms(毎秒5回の位置更新)に相当する。

磁気測位受信機は、受信機が、受信された符号信号と同期すると、相関によって受信信号を検出するために、送信された拡散符号信号のローカルレプリカを使う。

いくつかの実装形態による3軸発生器システムでは、拡散符号は、正弦波搬送波信号上に変調される。この場合、異なる符号シーケンスと並行して送信される磁場ビーコン信号を発生するコイル励起電流のセットは、次のように数学的に記述することができ、

上式で、I_x'はコイル電流i_x'(t)のピーク振幅を示し、

は、スペクトル整形の目的で、拡散符号変調および何らかのフィルタリングから得られる複素包絡線を示す。他の信号y'、およびz'を定義する量についての指示は、それに応じる。

いくつかの実装形態では、磁場測位送信機は、送信チャネルの周波数応答を補償するために、送信信号に対するプリエンファシスをさらに適用し、これは、センスコイル中に誘導された電圧が周波数とともに線形に増加するとき、周波数を伴う線形増加を示し得る。プリエンファシスは、分光拡散の比帯域幅が高い場合、特に有用であり得る。

磁場測位受信機は、異なる拡散符号を使って各センスコイル612、614、616によって受信され、送信される電圧信号成分の各々をフィルタリングし、検出するための複数の相関検出器を使うことができる。図30は、信号v(t)を、受信することができるときに、たとえば、xセンスコイル612を介して検出するための例示的な相関検出器3000のブロック図を示す。検出器3000は、送信波形の複素共役をローカルレプリカとして使う。相関検出器3000は、ダウンコンバージョンおよび逆拡散のための直交ミキサと、それぞれ、第1および第2の積分器3006、3008とを備える。直交ミキサは、I成分を与えるために入力信号を複素ローカルレプリカの実部で乗算するように構成された第1のミキサ3002と、Q成分を与えるために入力信号を複素ローカルレプリカの虚部で乗算するように構成された第2のミキサ3004とを含む。第1および第2のミキサ3002、3004の出力は、それぞれ、第1および第2の積分器3006、3008に入力される。両方の積分器3006、3008が、フィルタインパルス応答(ウィンドウ関数)においてベースバンド信号を考量することによって、FIR低域通過フィルタと同じ関数を実施する。積分は、位置更新期間と対応する時間期間T_pまたはその任意の一部にわたって実施され得る。いくつかの実装形態では、T_pは、符号シーケンス、たとえば、直交符号シーケンスのセットの繰返し期間と対応し得る。相関検出器3000は、符号が同期する場合、センスコイルによって受信された信号の複素電圧

を表すことができる複素数値(フェーザ)を出力し、ここでnは、検出時間間隔カウンタである。

図31は、いくつかの実装形態による、3軸センサーシステムのためのCDM磁場測位3分岐受信機3100の一部分のブロック図を示す。ブロック図は、点線ボックスによって示されるように、x、y、z検出器サブバンク(分岐)にグループ化された、相関検出器3000(図30参照)のバンク3104を使う3分岐受信機3100を示す。各サブバンク(分岐)は、センスコイル612、614、616のアナログ出力(v_x(t)、v_y(t)、v_z(t))のうちの1つに関連付けられる。図31は、各受信機分岐において、連続して受信されたフェーザの少なくとも符号同期およびフェーザ回転を実施する後処理ユニット3102を示す。後処理ユニット3102は、相関検出器のすべての複素(直交)出力を、入力用に有する。後処理ユニットは、ベクトル

の位相補正された成分を、位置および方向探知ユニット(図31には示さず)において位置を決定するために使用することができるので、出力用に生じる。

いくつかの実装形態では、後処理ユニット3102は、すべての受信機分岐において受信されるすべてのCDM信号との符号同期を確立し、時間オフセットを決定することによって、および送信された符号シーケンスを整合させるように相関検出器3000の共通タイミングパラメータτ_sを調節することによって、符号同期追跡を実施する。

いくつかの実装形態では、送信側および受信側時間および周波数ベースは十分に正確であり、それにより、すべての受信機分岐における、連続して検出されたフェーザ

は、相当な数のタイムスロットにわたって実質的に等しく配向される(ただし、概して等しく方向づけられるわけではない)。したがって、いくつかの実装形態では、式(31)〜(33)に従って、後処理ユニットは、フェーザ角度

を、検出されたフェーザに基づいて、たとえば、拡散符号変調

を用いて送信された、およびすべてのセンスコイル612、614、616によって感知されたx'磁場のすべての受信信号成分に基づいて、推定する。後処理ユニット3102は、すべての受信機分岐におけるすべての相関検出器3000によって検出されたすべてのフェーザを、角度

だけ、実軸に向かって回転させ、ベクトル推定値

をその出力において最終的に与えるために実部を選択する。フェーザ回転のこのプロセスは、拡散符号変調

を、拡散符号変調

および

を用いて送信される信号のフェーザを検出するための位相基準として送信される信号の検出されたフェーザを使うものと見なすこともできる。これは、相対位相(極性)情報のみを要求する測位手法に一致する。

いくつかの他の実装形態では、フェーザ角度

の推定値が、異なる拡散符号とともに送信され、すべての受信機分岐において受信されるすべての信号のすべての検出されたフェーザを用いて、たとえば、合同相対極性検出および位相推定手法を使って決定される。

いくつかの他の実装形態では、送信側および受信側時間および周波数ベースは、実質的な回転が、連続して検出されたフェーザを結果的に生じるように、十分に正確でない場合がある。そのような実装形態において、後処理ユニット3102は、搬送周波数オフセットを推定し、補正することによって搬送周波数同期をさらに実施し得る。周波数オフセット補正は、検出されたフェーザを回転解除することによって、同期検出器の周波数(ω₀)を調節することによって、または送信搬送周波数を調節するための周波数制御コマンドを磁場測位送信機に送ることによって実施され得る。

図32Aおよび図32Bは、完璧な時間および搬送周波数同期のケースについての、およびノイズがない場合の複素平面における、実軸へのフェーザ回転および実部選択のプロセスをさらに示す。図32Aは、3分岐受信機3100のx分岐において異なる符号信号c_x'、c_y'、およびc_z'上で検出されるフェーザ3202、3204、3206を示す。図32Bは、実軸への共通回転の後のフェーザ3210、3212、3214を示す。破線矢印は、符号信号c_y'、およびc_z'中に検出されたフェーザの相対極性(センス)が、センサーフレームに対する発生器フレームの位置および回転に依存して、概して異なり得ることを示すものとする。

3軸発生器/3軸センサーシステムについて記載した上記方法およびシステムは、しかるべく修正された場合、2軸発生器/3軸センサーに、もしくは3軸発生器/2軸センサーシステムに、または少なくとも2つの異なる磁場を送信する他のどのシステムにも当てはまり得る。

図33は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法を示すフローチャート3300である。フローチャート3300は、少なくとも図4〜図32を参照して前述したTDM方法に対応し、磁気ベクトル化フィールドセンサーに対応し得る。フローチャート3300は特定の順序に関して本明細書で説明されるが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実施されてよく、または削除されてよく、追加のブロックが加えられてもよい。

ブロック3302は、複数のセンスコイルの各々によって、複数の波動パルスを含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するステップを含み、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。たとえば、少なくとも図6に関連して前述したように、複数のセンスコイル612、614、616は各々、複数の波動パルス(たとえば、第1の波動パルス2502、第2の波動パルス2504、第3の波動パルス2506、および第4の波動パルス2508)(図25〜図29B参照)を含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するように構成されてよく、各波動パルスは、複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット782a、784a、786a(図7C参照)中に起こる。

ブロック3304は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するステップを含む。たとえば、少なくとも図4〜図32に関連して前述したように、後処理ユニット2802(図28参照)からの、および/またはそれを含むプロセッサまたはコントローラダウンストリームが、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するように構成され得る。

図34は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法を示すフローチャート3400である。フローチャート3400は、前述したTDM方法に対応する。フローチャート3400は、ここでは少なくとも図4〜図32を参照して記載され、磁気ベクトル化フィールド発生器に対応し得る。フローチャート3400は特定の順序に関して本明細書で説明されるが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実施されてよく、または削除されてよく、追加のブロックが加えられてもよい。

ブロック3402は、複数の波動パルスのうちの少なくとも1つのそれぞれの波動パルスのうちの1つを各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するステップを含み、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる。たとえば、少なくとも図6に関連して前述したように、ドライバ回路が、複数の波動パルス2502、2504、2506、2508(図25〜図29B参照)のうちの少なくとも1つのそれぞれの波動パルスのうちの1つを各々が含む第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生することができ、各波動パルスは、複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット782a、784a、786a(図7C参照)中に起こる。

ブロック3404は、複数のコイルの各コイルを、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動することによって、交番磁場を発生するステップを含む。たとえば、少なくとも図6に関連して前述したように、交番磁場は、コイル602を第1の信号(たとえば、波動パルス2502および2504)で駆動し、コイル604を第2の信号(たとえば、波動パルス2506)で駆動し、コイル606を第3の信号(たとえば、波動パルス2508)で駆動することによって発生され得る。コイル602、604、606が波動パルス2502、2504、2506、2508で駆動される場合、波動パルス2502および2504は第1のタイムスロット(たとえば、図7Cのタイムスロット782a)中に起こってよく、波動パルス2506は第2のタイムスロット(たとえば、図7Cのタイムスロット784a)中に起こってよく、波動パルス2508は第3のタイムスロット(たとえば、図7Cのタイムスロット786a)中に起こってよい。したがって、コイル602、604、606の各々が、それぞれのタイムスロット中の交番磁場の発生に寄与し得る。

図35は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法を示すフローチャート3500である。フローチャート3500は、少なくとも図4〜図32を参照して前述したCDM方法に対応し、磁気ベクトル化フィールドセンサーに対応し得る。フローチャート3500は特定の順序に関して本明細書で説明されるが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実施されてよく、または削除されてよく、追加のブロックが加えられてもよい。

ブロック3502は、複数のセンスコイルの各々によって、同時に起こる複数のビーコン信号を含む、交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するステップを含み、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。たとえば、少なくとも図6に関連して前述したように、複数のセンスコイル612、614、616は各々、同時に起こる複数のビーコン信号を含む、交番磁場の影響下にあるそれぞれの電圧信号を発生するように構成されてよく、各ビーコン信号は、一意の拡散符号(たとえば、c_x'(t)、c_y'(t)、c_z'(t))で変調されている(図30〜図32B参照)。

ブロック3504は、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するステップを含む。たとえば、少なくとも図4〜図32に関連して前述したように、後処理ユニット3102(図31参照)からの、および/またはそれを含むプロセッサまたはコントローラダウンストリームが、複数のセンスコイルの各々からのそれぞれの電圧信号に基づいて、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するように構成され得る。

図36は、いくつかの実装形態による、ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法を示すフローチャート3600である。フローチャート3600は、前述したCDM方法に対応する。フローチャート3600は、ここでは少なくとも図4〜図32を参照して記載され、磁気ベクトル化フィールド発生器に対応し得る。フローチャート3600は特定の順序に関して本明細書で説明されるが、様々な実装形態では、本明細書のブロックは異なる順序で実施されてよく、または削除されてよく、追加のブロックが加えられてもよい。

ブロック3602は、同時に起こる複数のビーコン信号のそれぞれのビーコン信号を各々が含む少なくとも第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生するステップを含み、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている。たとえば、少なくとも図6に関連して前述したように、ドライバ回路が、同時に起こる複数のビーコン信号のそれぞれのビーコン信号を各々が含む第1の信号、第2の信号および第3の信号を発生することができ、各ビーコン信号は、一意の拡散符号(たとえば、c_x'(t)、c_y'(t)、c_z'(t))で変調されている(図30〜図32B参照)。

ブロック3604は、複数のコイルの各コイルを、第1の信号、第2の信号および第3の信号のうちのそれぞれの信号で駆動することによって、交番磁場を発生するステップを含む。たとえば、少なくとも図6に関連して前述したように、交番磁場は、コイル602を第1の信号(たとえば、拡散符号c_x'(t)で変調されたビーコン信号)で駆動し、コイル604を第2の信号(たとえば、拡散符号c_y'(t)で変調されたビーコン信号)で駆動し、コイル606を第3の信号(たとえば、拡散符号c_z'(t)で変調されたビーコン信号)で駆動することによって発生され得る。コイル602、604、606が、一意の拡散符号c_x'(t)、c_y'(t)、およびc_z'(t)のうちの1つで各々が変調されたそれぞれのビーコン信号で駆動される場合、すべてのビーコン信号が同時に送信され得る。

上記で説明した方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/もしくはソフトウェア構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなど、動作を実施することができる任意の適切な手段によって実施されてよい。概して、図に示された任意の動作は、その動作を実施することが可能な対応する機能的手段によって実施されもよい。

情報および信号は、様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して表される場合がある。たとえば、上の説明全体にわたって参照され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁気粒子、光場もしくは光粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。

本明細書で開示された実装形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、それらの機能性に関して概略的に上記で説明された。そのような機能性がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約に依存する。説明した機能性は、特定の適用例ごとに様々な方法で実装される場合があるが、そのような実装決定が実装形態の範囲からの逸脱を生じさせると解釈されるべきではない。

本明細書で開示する実装形態に関連して説明した様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタロジック、個別ハードウェア構成要素、または本明細書で説明した機能を実施するように設計されるそれらの任意の組合せを用いて、実装または実施され得る。プロセッサは、マイクロプロセッサである場合があるが、代替としてプロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンであってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組合せ、たとえば、DSPおよびマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携した1つもしくは複数のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装されてもよい。

本明細書で開示する実装形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップおよび機能は、ハードウェアにおいて直接、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、またはその2つの組合せにおいて具現され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または送信され得る。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている記憶媒体の任意の他の形で常駐することができる。記憶媒体は、プロセッサが情報を記憶媒体から読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合される。代替として、記憶媒体は、プロセッサと一体化されてもよい。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク（登録商標）(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含まれるべきである。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在し得る。

本開示を要約する目的で、本明細書では、特定の態様、利点、および新規な特徴について説明した。任意の特定の実装形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現されなくともよいことを理解されたい。したがって、1つまたは複数の実装形態は、本明細書で教示または示唆され得る他の利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示された1つの利点または利点のグループを達成または最適化する。

上述の実装形態の様々な修正が容易に明らかになり、本明細書において規定される一般原理は、本出願の趣旨または範囲を逸脱することなく他の実装形態に適用されてもよい。したがって、本出願は、本明細書で示す実装形態に限定されることは意図されず、本明細書で開示する原理および新規の特徴に一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

100 ワイヤレス電力伝達システム、システム
102 入力電力
104 送信機
105 ワイヤレス場、磁場、電磁場
108 受信機
114 送電カプラ
200 ワイヤレス電力伝達システム、システム
204 送信機
205 ワイヤレス場
206 送信回路機構
208 受信機
210 受信回路機構
214 送電カプラ
218 受電カプラ
219 通信チャネル
222 発振器
224 ドライバ回路
226 フィルタおよび整合回路
232 整合回路
234 整流器回路
236 バッテリー
350 送信または受信回路機構
352 カプラ、送電カプラ
354 キャパシタ
356 キャパシタ
402 充電ベース、ベースパッド
404 車両充電ユニット、車両パッド
406 車両
602 コイル、発生器コイル、x'発生器コイル、x'コイル
604 コイル、発生器コイル、y'発生器コイル、y'コイル
606 コイル、発生器コイル、z'発生器コイル、z'コイル
612 コイル、センスコイル、第1のセンスコイル、xセンスコイル
614 コイル、センスコイル、第2のセンスコイル、yセンスコイル
616 コイル、センスコイル、第3のセンスコイル、zセンスコイル
800 磁場位置発見システム、システム
802 3軸発生器
804 3軸センサー
1000 磁気ラジオコンパス
1050 磁気ラジオコンパス
1200 磁気ラジオコンパス、2信号ラジオコンパス、ラジオコンパス
1400 磁場
1500 システム
1800 同期検出器
1802 第1のミキサ
1804 第2のミキサ
1806 第1の積分器、積分器
1808 第2の積分器、積分器
1900 磁場測位受信機
1902 同期検出器
1904 位相同期ユニット
2100 アナログフロントエンド(AFE)
2102 入力プロテクタ(リミッター)
2104 前置増幅器
2106 フィルタ
2108 可変利得増幅器
2110 アナログ-デジタル(A/D)コンバータ
2202 フェライト構造
2700 同期検出器
2700a 同期検出器
2700b 同期検出器
2700c 同期検出器
2800 TDM磁場3分岐受信機、3分岐受信機
2802 後処理ユニット
3000 相関検出器
3002 第1のミキサ
3004 第2のミキサ
3006 第1の積分器、積分器
3008 第2の積分器、積分器
3100 CDM磁場測位3分岐受信機、3分岐受信機
3102 後処理ユニット

Claims (30)

1. ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置であって、
   複数のセンスコイルであって、各々が、複数の波動パルスを含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの信号を発生するように構成され、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる、複数のセンスコイルと、
   前記複数のセンスコイルの各々からの前記それぞれの信号に基づいて、前記ワイヤレス電力受信機からの前記ワイヤレス電力送信機の前記相対位置を決定するように構成されたプロセッサとを備える装置。
2. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを設けるように互いに対して直交に配向された、少なくとも第1のセンスコイルおよび第2のセンスコイルを含む、請求項1に記載の装置。
3. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを共に設けるように構成された少なくとも3つの共面センスコイルを含む、請求項1に記載の装置。
4. 前記複数の波動パルスの各波動パルスは共通搬送周波数を有する、請求項1に記載の装置。
5. 第1の波動パルスは、前記複数の波動パルスの各後続波動パルスに対する所定の位相シフトを有する、請求項1に記載の装置。
6. 前記複数のセンスコイルの各々によって発生された前記それぞれの信号は、少なくとも、
   前記複数のタイムスロットのうちの第1のタイムスロット中に起こる、前記複数の波動パルスのうちの第1の波動パルスによって生じた第1の部分と、
   前記複数のタイムスロットのうちの第2のタイムスロット中に起こる、前記複数の波動パルスのうちの第2の波動パルスによって生じた第2の部分と、
   前記複数のタイムスロットのうちの第3のタイムスロット中に起こる、前記複数の波動パルスのうちの第3の波動パルスによって生じた第3の部分とを含み、
   前記プロセッサは、前記第1の部分と前記第2の部分との間の相対位相角を推定するように構成される、請求項1に記載の装置。
7. 前記プロセッサは、前記第1の部分と前記第2の部分との間の前記相対位相角の関数である量だけ検出の瞬間をシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、時間ドメインにおける相対位相同期を確立するように構成される、請求項6に記載の装置。
8. 前記プロセッサは、前記第2の部分および前記第3の部分の位相角を前記相対位相角だけシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、周波数ドメインにおける相対位相同期を確立するようにさらに構成される、請求項6に記載の装置。
9. ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法であって、
   複数のセンスコイルの各々によって、複数の波動パルスを含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの信号を発生するステップであって、各波動パルスは複数のタイムスロットのうちのそれぞれのタイムスロット中で起こる、ステップと、
   前記複数のセンスコイルの各々からの前記それぞれの信号に基づいて、前記ワイヤレス電力受信機からの前記ワイヤレス電力送信機の前記相対位置を決定するステップとを含む方法。
10. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを設けるように互いに対して直交に配向された、少なくとも第1のセンスコイルおよび第2のセンスコイルを含む、請求項9に記載の方法。
11. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを共に設けるように構成された少なくとも3つの共面センスコイルを含む、請求項9に記載の方法。
12. 前記複数の波動パルスの各波動パルスは共通搬送周波数を有する、請求項9に記載の方法。
13. 第1の波動パルスは、前記複数の波動パルスの各後続波動パルスに対する所定の位相シフトを有する、請求項9に記載の方法。
14. 前記複数のセンスコイルの各々によって発生された前記それぞれの信号は、少なくとも、
    前記複数のタイムスロットのうちの第1のタイムスロット中に起こる、前記複数の波動パルスのうちの第1の波動パルスによって生じた第1の部分と、
    前記複数のタイムスロットのうちの第2のタイムスロット中に起こる、前記複数の波動パルスのうちの第2の波動パルスによって生じた第2の部分と、
    前記複数のタイムスロットのうちの第3のタイムスロット中に起こる、前記複数の波動パルスのうちの第3の波動パルスによって生じた第3の部分とを含み、
    前記方法は、前記第1の部分と前記第2の部分との間の相対位相角を推定するステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
15. 前記第1の部分と前記第2の部分との間の前記相対位相角の関数である量だけ検出の瞬間をシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、時間ドメインにおける相対位相同期を確立するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
16. 前記第2の部分および前記第3の部分の位相角を前記相対位相角だけシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、周波数ドメインにおける相対位相同期を確立するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
17. ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための装置であって、
    複数のセンスコイルであって、各々が、同時に起こる複数のビーコン信号を含む交番磁場の影響下にあるそれぞれの信号を発生するように構成され、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている、複数のセンスコイルと、
    前記複数のセンスコイルの各々からの前記それぞれの信号に基づいて、前記ワイヤレス電力受信機からの前記ワイヤレス電力送信機の前記相対位置を決定するように構成されたプロセッサとを備える装置。
18. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを設けるように互いに対して直交に配向された、少なくとも第1のセンスコイルおよび第2のセンスコイルを含む、請求項17に記載の装置。
19. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを共に設けるように構成された少なくとも3つの共面センスコイルを含む、請求項17に記載の装置。
20. 前記複数のビーコン信号の各ビーコン信号は共通搬送周波数を有する、請求項17に記載の装置。
21. 前記複数のセンスコイルの各々によって発生された前記それぞれの信号は、少なくとも、
    前記複数のビーコン信号のうちの第1のビーコン信号によって生じた第1の部分と、
    前記複数のビーコン信号のうちの第2のビーコン信号によって生じた第2の部分と、
    前記複数のビーコン信号のうちの第3のビーコン信号によって生じた第3の部分とを含み、
    前記プロセッサは、前記第1の部分の相対位相角を推定するように構成される、請求項17に記載の装置。
22. 前記プロセッサは、前記第1の部分と前記第2の部分との間の前記相対位相角の関数である量だけ検出の瞬間をシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、時間ドメインにおける相対位相同期を確立するように構成される、請求項21に記載の装置。
23. 前記プロセッサは、前記第1の部分、前記第2の部分および前記第3の部分の各々の位相角を前記相対位相角だけシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、周波数ドメインにおける相対位相同期を確立するようにさらに構成される、請求項21に記載の装置。
24. ワイヤレス電力受信機からのワイヤレス電力送信機の相対位置を決定するための方法であって、
    複数のセンスコイルの各々によって、同時に起こる複数のビーコン信号を含む、交番磁場の影響下にあるそれぞれの信号を発生するステップであって、各ビーコン信号は、一意の拡散符号で変調されている、ステップと、
    前記複数のセンスコイルの各々からの前記それぞれの信号に基づいて、前記ワイヤレス電力受信機からの前記ワイヤレス電力送信機の前記相対位置を決定するステップとを含む方法。
25. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを設けるように互いに対して直交に配向された、少なくとも第1のセンスコイルおよび第2のセンスコイルを含む、請求項24に記載の方法。
26. 前記複数のセンスコイルは、少なくとも2軸センサーを共に設けるように構成された少なくとも3つの共面センスコイルを含む、請求項24に記載の方法。
27. 前記複数のビーコン信号の各ビーコン信号は共通搬送周波数を有する、請求項24に記載の方法。
28. 前記複数のセンスコイルの各々によって発生された前記それぞれの信号は、少なくとも、
    前記複数のビーコン信号のうちの第1のビーコン信号によって生じた第1の部分と、
    前記複数のビーコン信号のうちの第2のビーコン信号によって生じた第2の部分と、
    前記複数のビーコン信号のうちの第3のビーコン信号によって生じた第3の部分とを含み、
    前記方法は、前記第1の部分の相対位相角を推定するステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。
29. 前記第1の部分と前記第2の部分との間の前記相対位相角の関数である量だけ検出の瞬間をシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、時間ドメインにおける相対位相同期を確立するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
30. 前記第1の部分、前記第2の部分および前記第3の部分の各々の位相角を前記相対位相角だけシフトすることによって、前記第1の部分と、前記第2の部分と、前記第3の部分との間の、周波数ドメインにおける相対位相同期を確立するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。