JP7416790B2 - 高電力ワイヤレス電力システムにおける低電力励起のためのシステムと方法 - Google Patents

高電力ワイヤレス電力システムにおける低電力励起のためのシステムと方法 Download PDF

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関連出願の相互参照
本出願は、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｗｏｒ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ」と題され、２０１８年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／７７３，５１８号の米国特許法１１９条（ｅ）に基づく優先権および利益を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
以下の開示は、ワイヤレス電力システムにおける低電力励起のための方法およびシステム、より具体的には、高電力ワイヤレス電力送信機の低電力励起のための方法およびシステムに関する。
ワイヤレス電力システムは、振動電磁場を介して１つ以上のワイヤレス電力受信機に電力を送信するように構成された１つ以上のワイヤレス電力送信機を含むことができる。ワイヤレス電力受信機は、受信した電力がバッテリの充電に使用されるように、１つ以上のバッテリに結合することができる。ワイヤレス電力システムは、様々な電子デバイス（電話、ラップトップ、医療機器、車両、ロボットなど）に電力を供給するように構成できる。
ワイヤレス電力システムは、特定の電力、電流、および／または電圧範囲で電力を送信するように特別に構成することができる。これは、ある電力範囲のワイヤレス電力システムで使用される一部の電子コンポーネントが、別の電力範囲での動作に適していないか、最適化されていない可能性があるためである。例えば、低電力（例えば、ミリワットから数十ワットのオーダー）でワイヤレス電力送信機を駆動するのに使用されるトランジスタは、通常、より高いレベル（例えば、数百ワットから数千ワットのオーダー）の電力伝送を達成するために、より高いレベルの電流または電圧を処理するようには構成されていない。したがって、このようなトランジスタは、その電力範囲外で動作すると故障または損傷する。別の例では、力率補正（ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，ＰＦＣ）回路などのいくつかの電子コンポーネントは、高電力システムでは有益であるが、低電力範囲では非効率をもたらす可能性がある。したがって、高効率の電力伝送（例えば、電源から負荷までで９０％を超える）を達成しようとする場合、特定のコンポーネントを使用することは有用ではない。
場合によっては、特定の電力範囲（例えば、低電力）で動作するようにワイヤレス電力システムを構成することは、同じワイヤレス電力システムが大幅に異なる電力範囲（例えば、高電力）で動作するように以前に構成されている場合に困難になる可能性がある。したがって、ワイヤレス電力システムが異なる電力範囲（または「モード」）で動作すること、および／またはモードを切り替えることが有益であり得る。さらに、ワイヤレス電力システムにとって、効率の大幅な低下および／またはコストまたは物理的体積の大幅な追加（例えば、追加のまたは異なる電子コンポーネントによる）なしにそうすることが有益であり得る。例えば、ワイヤレス電力システムを、「高電力モード」（例えば、数千ワットに設定）で動作させて、大容量のバッテリ（例えば、車両のバッテリ）を充電したり、状況によっては、「低電力モード」（例えば、１０ワット未満）で動作させて、本明細書でさらに説明するように、特定の機能、例えば、ワイヤレス電力送信機と受信機コイルとの間の測位を行うことは、有用であり得る。「高電力モード」は、本明細書では「ワイヤレス電力伝送（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）モード」または「ＷＰＴモード」と呼ばれることもある。
一態様では、本開示は、高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のための方法を特徴とする。この送信機は、インピーダンスネットワークの入力に結合されたインバータと、インピーダンスネットワークの出力に結合された送信機共振器コイルとを含む。この方法は、インバータの入力に近接して結合された力率補正回路を無効にすること、およびインピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントを調整して、達成可能な最小インピーダンスを得ることを含むことができる。可変インピーダンスコンポーネントは、達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスの間で動作するように構成できる。この方法は、インバータの１つ以上のトランジスタに関連する位相シフト角を調整し、送信機共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように送信機を駆動することを含むことができる。
例示的な方法の様々な実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
ワイヤレス電力送信機は、８０ｋＨｚ～９０ｋＨｚの間の動作周波数で高電力を送信するように構成できる。ワイヤレス電力送信機は、５００Ｗ～２０，０００Ｗの電力レベルで電力を送信するように構成できる。送信機の駆動は、固定低電圧源で実行できる。送信機の駆動には、３０Ｖ以下での送信機の駆動が含まれ得る。送信機の駆動には、５０Ｗ以下での送信機の駆動が含まれ得る。市場安全閾値は、１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間であり得る。
位相シフト角の調整には、磁束密度が市場安全閾値以下になるように、位相シフト角を０度から１８０度の間で調整することが含まれ得る。位相シフト角の調整には、送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように位相シフトを調整することが含まれ得る。電流制限は、市場安全閾値に基づくことができる。送信機の駆動には、送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように送信機を駆動することが含まれ得る。電流制限は、市場安全閾値に基づくことができる。電流制限は２アンペアにすることができる。電流制限は３５５ミリアンペアにすることができる。この方法は、１つ以上の測定コイルにおける誘導電圧または誘導電流に基づいて磁束密度を判定することを含むことができ、この場合測定コイルは、送信機共振器コイルから分離することができ、そして、送信機に結合されたコントローラに磁束密度を表す信号を提供する。送信機を駆動する前に、この方法は、送信機共振器コイルの近くに受信機共振器コイルを有する車両の存在を示す信号を受信することを含むことができる。この方法は、送信機共振器コイルの近くに受信機共振器コイルを有する車両の存在を示す信号を受信することを含むことができる。
別の態様では、本開示は、高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のためのシステムを特徴とすることができる。このシステムは、高電力の送信中に有効になり、低電力励起中に無効になるように構成された力率補正回路、および、力率補正回路の出力に結合され、低電力励起中に送信機の共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように送信機を駆動するように構成された低電圧源を含むことができる。このシステムは、低電圧源の出力に結合され、少なくとも２つのトランジスタを含むインバータを含むことができ、トランジスタは、各トランジスタの位相シフト角が低電力励起中に調整可能であるように制御されるように構成され、少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントが、インバータの出力に結合され、低電力励起中に達成可能な最小インピーダンスを得るように調整されるように構成されている。可変インピーダンスコンポーネントは、達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスの間で動作するように構成できる。
例示的なシステムの様々な実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
ワイヤレス電力送信機は、８０ｋＨｚ～９０ｋＨｚの間の動作周波数で高電力を送信するように構成できる。ワイヤレス電力送信機は、５００Ｗ～２０，０００Ｗの電力レベルで電力を送信するように構成できる。ワイヤレス電力送信機は、低電力励起中に５０Ｗ以下で電力を出力するように構成できる。市場安全閾値は、１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間であり得る。システムは、送信機共振器コイルに結合され、送信機のコントローラに電流特性を表す信号を提供するように構成された電流センサを含むことができる。コントローラは、（ｉ）少なくとも２つのトランジスタ、または（ｉｉ）少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントのうちの少なくとも１つに動作可能に結合することができる。低電力電圧源は、低電力動作中に、送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように送信機を駆動するように構成することができる。電流制限は、市場安全閾値に基づくことができる。
別の態様では、本開示は、高電力ワイヤレス電力送信機の低電力励起のための方法を特徴とする。この送信機は、インピーダンスネットワークの入力に結合されたインバータと、インピーダンスネットワークの出力に結合された送信機共振器コイルとを含むことができる。この方法は、力率補正回路をインバータの入力から切断すること、およびインピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントを調整して、達成可能な最小インピーダンスを得ることを含むことができる。可変インピーダンスコンポーネントは、達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスの間で動作するように構成でき、そして、送信機共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように送信機を駆動する。
例示的な方法の様々な実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
市場安全閾値は、１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間であり得る。送信機の駆動は、送信機共振器コイル内の電流が電流制限以下になるように送信機を駆動することを含むことができ、ここで、電流制限は、市場安全閾値に基づく。電流制限は２アンペアにすることができる。電流制限は３５５ミリアンペアにすることができる。この方法は、送信機共振器コイルの電流を判定することと、判定された電流に基づいて送信機の電圧源を調整することとを含むことができる。この方法は、１つ以上の感知コイルにおける誘導電圧または誘導電流を判定することによって磁束密度を判定することを含むことができ、感知コイルは、送信機共振器コイルから分離している。送信機の駆動には、判定された磁束に基づいて送信機を駆動することが含まれ得る。この方法は、送信機共振器コイルの近くに受信機共振器コイルを有する車両の存在を示す信号を受信することを含むことができる。
別の態様では、本開示は、高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のための方法を特徴とする。この送信機は、インピーダンスネットワークの入力に結合されたインバータと、インピーダンスネットワークの出力に結合された送信機共振器コイルとを含むことができる。この方法は、最小バス電圧を出力するように力率補正回路を構成することを含むことができ、ここで力率補正回路は、インバータの入力に近接して結合されている。この方法は、インピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントを調整して達成可能な最小インピーダンスを得ることを含むことができ、可変インピーダンスコンポーネントは、達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスとの間で動作するように構成することができ、そして、送信機共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように、インバータの１つ以上のトランジスタに関連する位相シフト角を調整する。
例示的な方法の様々な実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
最小バス電圧は約３８０Ｖとすることができる。市場安全閾値は１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間であり得る。位相シフト角の調整は、送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように位相シフトを調整することを含むことができ、電流制限は市場安全閾値に基づく。電流制限は２アンペアにすることができる。電流制限は３５５ミリアンペアにすることができる。この方法は、１つ以上の測定コイルにおける誘導電圧または誘導電流を判定することによって磁束密度を判定することを含むことができ、コイルは、送信機共振器コイルから分離している。位相シフト角の調整には、判定された磁束に基づいて位相シフト角を調整することが含まれ得る。
別の態様では、本開示は、低電力で高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のための方法を特徴とし、送信機は、インピーダンスネットワークの入力に結合されたインバータと、インピーダンスネットワークの出力に結合された送信機共振器コイルとを含む。この方法は、インバータの入力に近接して結合された力率補正回路を無効にすること、およびインピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントを調整して、達成可能な最小インピーダンスを得ることを含むことができ、可変インピーダンスコンポーネントは、達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスとの間で動作するように構成されている。この方法は、送信機共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように送信機を駆動することを含むことができる。
例示的な方法の様々な実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。
インバータの１つ以上のトランジスタに関連する位相シフト角を固定することができる。送信機の駆動は、可変低電圧源によって実行できる。送信機の駆動には、１Ｖから１０Ｖの間の電圧で送信機を駆動することが含まれ得る。市場安全閾値は、１０μテスラから１５マイクロテスラの間であり得る。位相シフト角の調整は、送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように位相シフトを調整することを含むことができ、ここで、電流制限は、市場安全閾値に基づく。電流制限は２アンペアにすることができる。電流制限は３５５ミリアンペアにすることができる。この方法は、１つ以上の測定コイルにおける誘導電圧または誘導電流を判定することによって磁束密度を判定することを含むことができ、コイルは、送信機共振器コイルから分離している。送信機の駆動には、判定された磁束に基づいて送信機を駆動することが含まれ得る。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のための方法であって、前記送信機は、インピーダンスネットワークの入力に結合されたインバータと、前記インピーダンスネットワークの出力に結合された送信機共振器コイルとを含み、
前記インバータの入力に近接して結合された力率補正回路を無効にすることと、
達成可能な最小インピーダンスを得るために前記インピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントを調整することであって、前記可変インピーダンスコンポーネントは、達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスとの間で動作するように構成されている、調整することと、
前記インバータの１つ以上のトランジスタに関連する位相シフト角を調整することと、
前記送信機共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように前記送信機を駆動することと
を含む方法。
（項目２）
前記ワイヤレス電力送信機が、８０ｋＨｚと９０ｋＨｚの間の動作周波数で高電力を送信するように構成されている、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記ワイヤレス電力送信機が、５００Ｗから２０，０００Ｗの間の電力レベルで電力を送信するように構成されている、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記送信機を駆動することが、固定低電圧源によって実行される、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記送信機を駆動することが、前記送信機を３０Ｖ以下で駆動することを含む、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記送信機を駆動することが、前記送信機を５０Ｗ以下で駆動することを含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記市場安全閾値が１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間である、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記位相シフト角を調整することが、
前記磁束密度が前記市場安全閾値以下になるように、前記位相シフト角を０度から１８０度の間で調整すること
を含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記位相シフト角を調整することが、
前記送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように前記位相シフトを調整することであって、前記電流制限は市場安全閾値に基づいている、調整すること
を含む、項目１に記載の方法。
（項目１０）
前記送信機を駆動することが、
前記送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように前記送信機を駆動することであって、前記電流制限は市場安全閾値に基づいている、駆動すること
を含む、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記電流制限が２アンペアである、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
１つ以上の測定コイルにおける誘導電圧または誘導電流に基づいて前記磁束密度を判定することであって、前記測定コイルは前記送信機共振器コイルから分離している、判定することと、
前記磁束密度を表す信号を前記送信機に接続されたコントローラに提供することと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記送信機を駆動する前に、
前記送信機共振器コイルの近くに前記受信機共振器コイルを有する車両の存在を示す信号を受信すること
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１４）
高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のためのシステムであって、
高電力の送信中に有効になり、低電力励起中に無効になるように構成されている力率補正回路と、
前記力率補正回路の出力に結合され、低電力励起中に前記送信機の共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように、前記送信機を駆動するように構成されている低電圧源と、
前記低電圧源の出力に結合され、少なくとも２つのトランジスタを含むインバータであって、前記トランジスタは各トランジスタの位相シフト角が低電力励起中に調整可能であるように制御されるように構成されている、インバータと、
前記インバータの出力に結合され、低電力励起中に達成可能な最小インピーダンスを得るように調整されるように構成されている少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントであって、前記可変インピーダンスコンポーネントは、前記達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスとの間で動作するように構成されている、少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントと
を含むシステム。
（項目１５）
前記ワイヤレス電力送信機が、８０ｋＨｚと９０ｋＨｚの間の動作周波数で高電力を送信するように構成されている、項目１４に記載のシステム。
（項目１６）
前記ワイヤレス電力送信機が、５００Ｗから２０，０００Ｗの間の電力レベルで電力を送信するように構成されている、項目１４に記載のシステム。
（項目１７）
前記ワイヤレス電力送信機が、低電力励起中に５０Ｗ以下で電力を出力するように構成されている、項目１４に記載のシステム。
（項目１８）
前記市場安全閾値が１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間である、項目１４に記載のシステム。
（項目１９）
前記送信機共振器コイルに結合され、電流特性を表す信号を前記送信機のコントローラに提供するように構成されている電流センサであって、前記コントローラは、（ｉ）前記少なくとも２つのトランジスタまたは（ｉｉ）前記少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントのうち少なくとも１つに動作可能に結合されている、電流センサ
をさらに含む、項目１３に記載のシステム。
（項目２０）
前記低電力電圧源は、低電力動作中に、前記送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように前記送信機を駆動するように構成されており、前記電流制限は前記市場安全閾値に基づいている、項目１３に記載のシステム。
図１Ａは、例示的なワイヤレス電力システムのブロック図である。 図１Ｂは、送信機共振器コイル上に配置された例示的な受信機共振器コイルを有する車両の図である。 図２Ａは、例示的なコイル構成の図である。図２Ｂは、例示的なコイル構成の図である。図２Ｃは、例示的なコイル構成の図である。図２Ｄは、例示的なコイル構成の図である。 図３は、低電力励起（ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ，ＬＰＥ）用に構成された例示的なワイヤレス電力送信機の一部の概略図である。 図４Ａは、低電力励起用に構成された例示的なワイヤレス電力送信機の概略図である。 図４Ｂは、図４Ａの例示的なワイヤレス電力送信機の低電力励起のための例示的な方法のフローチャートである。 図５Ａは、低電力励起用に構成された例示的なワイヤレス電力送信機の概略図である。 図５Ｂは、図５Ａの例示的なワイヤレス電力送信機の低電力励起のための例示的な方法のフローチャートである。 図５Ｃは、インバータ位相シフト角（度単位）の関数としての送信機コイル電流（アンペア単位）のプロットである。 図６Ａは、低電力励起用に構成された例示的なワイヤレス電力送信機の概略図である。 図６Ｂは、図６Ａの例示的なワイヤレス電力送信機の低電力励起のための例示的な方法のフローチャートである。 図７Ａは、低電力励起用に構成された例示的なワイヤレス電力送信機の概略図である。 図７Ｂは、図７Ａの例示的なワイヤレス電力送信機の低電力励起のための例示的な方法のフローチャートである。 図８は、車両の測位を含む、送信機から受信機へのワイヤレス電力伝送を実行するための一連の例示的なステップを示すフローチャートである。 図９は、本明細書で説明されるシステムおよび方法を実装する際に使用され得る例示的なコンピュータシステムのブロック図である。
本明細書に開示されるのは、ワイヤレス電力システム、特に、高電力ワイヤレス電力送信機を含む高電力ワイヤレス電力システムにおける低電力励起（ＬＰＥ）のためのシステムおよび方法の例示的な実施形態である。
ワイヤレス電力システム
図１Ａは、例示的なワイヤレス電力システム１００のブロック図である。システム１００は、ワイヤレス電力送信機１０２およびワイヤレス電力受信機１０４を含む。送信機１０４では、電源１０５（例えば、ＡＣ主電源、バッテリなど）がインバータ１０８に電力を供給する。追加のコンポーネントは、インバータ段１０８の手前に力率補正（ＰＦＣ）回路１０６を含むことができる。インバータ１０８は、インピーダンス整合ネットワーク１１０（固定および／または調整可能なネットワークコンポーネントを含む）を介して送信機共振器コイルおよび容量性コンポーネント１１２（「共振器」）を駆動する。共振器１１２は、受信機共振器１１４に電流および／または電圧を誘導する振動磁場を生成する。受信エネルギーは、インピーダンス整合ネットワーク１１６（固定および／または調整可能なネットワークコンポーネントを含む）を介して整流器１１８に供給される。最終的に、整流された電力は、負荷１２０（例えば、電気自動車またはハイブリッド車の１つ以上のバッテリ）に供給される。いくつかの実施形態では、バッテリ電圧レベルは、ワイヤレス電力システム１００の様々なパラメータ（例えば、インピーダンス）に影響を与え得る。したがって、バッテリ電圧レベルは、ワイヤレス電力システム１００の他の部分への入力として提供されるように受信、判定、または測定され得る。例えば、電気自動車の一般的なバッテリ電圧範囲には、０～２８０Ｖ、０～３５０Ｖ、０～４２０Ｖなどが含まれる。
いくつかの実施形態では、送信機１０２の１つ以上のコンポーネントは、通信モジュール（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、帯域内信号方式機構など）を含み得るコントローラ１２２に結合することができる。いくつかの実施形態では、送信機１０２の１つ以上のコンポーネントは、１つ以上のセンサ１２４（例えば、電流センサ、電圧センサ、電力センサ、温度センサ、故障センサなど）に結合することができる。コントローラ１２２およびセンサ１２４は、センサ１２４からのフィードバック信号に基づいて、送信機１０２の制御部分に動作可能に結合することができる。
いくつかの実施形態では、受信機１０４の１つ以上のコンポーネントは、通信モジュール（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ、無線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、帯域内信号方式機構など）を含み得るコントローラ１２６に結合することができる。いくつかの実施形態では、送信機１０４の１つ以上のコンポーネントは、１つ以上のセンサ１２８（例えば、電流センサ、電圧センサ、電力センサ、温度センサ、故障センサなど）に結合することができる。コントローラ１２６およびセンサ１２８は、センサ１２４からのフィードバック信号に基づいて、送信機１０２の制御部分に動作可能に結合することができる。
ワイヤレス電力システムの例は、２０１０年６月１０日に公開された「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された米国特許出願公開第２０１０／０１４１０４２号、および２０１２年５月１０日に公開された「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ」と題された米国特許出願公開第２０１２／０１１２５３５号において見つけることができ、これらは両方とも、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
いくつかの実施形態では、例示的なインピーダンス整合ネットワーク１１０、１１８は、１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントを含むことができる。１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントは、本明細書では一緒に「調整可能な整合ネットワーク」（ｔｕｎａｂｌｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＴＭＮ）と呼ばれることがある。ＴＭＮは、ワイヤレス電力送信機１０２および／または受信機１０４のインピーダンス（例えば、リアクタンスを含む）を調整する際に使用することができる。いくつかの実施形態では、調整可能な整合ネットワークは、「調整可能なリアクタンス回路」と呼ばれ得る。いくつかの用途、例えば、ワイヤレス電力伝送では、ワイヤレス電力送信機１０２および受信機１０４によって見られるインピーダンスは、動的に変化し得る。そのような用途では、不必要なエネルギー損失および過剰な熱を防ぐために、（１１４の）受信機共振器コイルと負荷１２０との間、および（１１２の）送信機共振器コイルと電源１０５との間のインピーダンス整合が必要とされ得る。共振器コイルが経験するインピーダンスは動的であり得て、その場合、動的インピーダンス整合ネットワークを提供して、変化するインピーダンスを整合させて、システム１００の性能（例えば、効率、電力供給など）を改善することができる。ワイヤレス電力システム１００の電源１０５の場合、電源１０５によって見られるインピーダンスは、電力を受け取る負荷１２０（例えば、バッテリまたはバッテリ充電回路）の変化および送信機１０２と受信機１０４との間の（例えば、送信機と受信機の共振器コイルの相対位置の変化によって引き起こされる）結合の変化のために、大きく変動し得る。同様に、受信機共振器１１４が経験するインピーダンスもまた、電力を受信している負荷１２０の変化のために動的に変化し得る。加えて、受信機共振器１１４にとって所望のインピーダンス整合は、異なる結合条件および／または電源条件に対して異なる可能性がある。したがって、例えば、高共振ワイヤレス電力転送を介して電力を送信および／または受信する電力伝送システムは、効率的な電力伝送を維持するためにインピーダンス整合ネットワーク１１０、１１６を構成または修正することが必要になる場合がある。ＴＭＮの１つ以上のコンポーネントは、特定のコンポーネントによって達成可能な最小インピーダンスと最大インピーダンスの間のインピーダンスを示すように構成できる。様々な実施形態において、達成可能なインピーダンスは、ワイヤレス電力システム１００の動作周波数（例えば、８０ｋＨｚから９０ｋＨｚ）に依存することができる。これは、連続的、断続的、または電力伝送の特定の時点で（例えば、電力伝送の開始時点で）実行され得る。調整可能な整合ネットワークの例は、２０１７年８月３日に公開された「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された米国特許出願公開第２０１７／０２１７３２５号、および２０１７年８月１０日に公開された「ＰＷＭ ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ」と題された米国特許出願公開第２０１７／０２２９９１７に見出すことができ、これらは両方とも、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
高電力ワイヤレス電力送信機は、車両、産業用機械、ロボット、または高電力に依存する電子デバイスのバッテリへの電力供給および／または充電などの用途でワイヤレス電力を送信するように構成できる。説明の目的で、以下の開示は、車両用のワイヤレス電力伝送に焦点を合わせている。しかしながら、本明細書に記載の実施形態のいずれか１つ以上は、ワイヤレス電力を利用することができる他の用途に適用できることが理解される。
低電力励起（ＬＰＥ）の概要
本明細書で使用される「低電力励起」は、比較的低い電力、電流、および／または電圧でワイヤレス電力送信機を駆動することを含むことができる。上で論じたように、低電力励起は、高電力（例えば、５００Ｗ～２０，０００Ｗまたはそれ以上）で動作するように構成されたワイヤレス電力送信機において特に困難である可能性がある。
例示的な実施形態では、高電力送信機の低電力励起を使用して、ワイヤレス電力送信機１０２上でワイヤレス電力受信機１０４を有する車両を測位することができる（図８および以下の「車両の測位」という見出しのセクションを参照）。特に、受信機共振器コイルを送信機共振器コイル上に適切に配置することは、受信機１０４への送信電力を最大化するため、および／または電力伝送の効率を最大化するために重要であり得る。車両測位システムおよび方法の例は、２０１８年３月１日に公開された「Ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｉｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ」と題された米国特許出願公開第２０１８／００５６８００号、２０１９年１０月２９日に発行された「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａ ｖｅｈｉｃｌｅ ｕｓｉｎｇ ｆｏｒｅｉｇｎ ｏｂｊｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」と題された米国特許第１０，４６１，５８７号、２０１９年７月９日に発行された「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ａｎｔｅｎｎａ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｖｅｈｉｃｌｅｓ」と題された米国特許第１０，３４３，５３５号、および、２０１８年１０月２日に発行された「Ａｎｔｅｎｎａ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ」と題された米国特許第１０，０９０，８８５号に見出すことができ、それぞれの全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
図１Ｂは、送信機共振器コイル２０２上に配置された例示的な受信機共振器コイル２０４を有する車両１５０を示す。ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）モードでは、送信機共振器コイル２０２は、電磁場を介して受信機コイル２０４に電力を送信し、最終的に車両１５０のバッテリを充電する目的で、通常、高電力（例えば、数千ワットのオーダー）で通電される。低電力励起（ＬＰＥ）モードでは、送信機共振器コイル２０２は、低電力（例えば、１ワットまたは数十ワットのオーダー）で通電することができ、それによって低エネルギー磁場を生成する。本明細書で論じられるように、様々な実施形態において、この低エネルギー磁場は、車両の測位または位置合わせに使用することができる。
いくつかの実施形態では、ワイヤレス電力送信機１０２は、ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）モードになる前にＬＰＥモードであってもよい。例えば、車両１５０が望ましい駐車位置に案内されると、送信機１０２は、ＬＰＥモードからＷＰＴモードに切り替えて、車両１５０のバッテリの充電を開始することができる。いくつかの実施形態では、車両１５０がＷＰＴモード中に移動される場合、送信機１０２は、ＬＰＥモードに（例えば、ＷＰＴモードを中断して）入り、車両１５０（したがって、受信機１０４）を送信機１０２に対して再配置すべきかどうかを判定することができる。例えば、車両１５０および受信機１０４は、車両１５０がトランク内の貨物または車両１５０に座っている乗客によって押し下げられている場合に移動させることができる。追加の例が図８に示され、以下のセクションで「車両の測位」という見出しで説明されている。
いくつかの実施形態では、ワイヤレス電力受信機１０４が送信機１０２の上または近くに配置される前に、ワイヤレス電力送信機１０２によって生成された電磁場は、人間、動物などを含むその環境に曝され得る。いくつかの実施形態では、受信機は送信機１０２の上または近くに配置され得るが、受信機１０２が送信機１０２に位置合わせされる前に電力伝送が開始されない場合がある。このような場合、ワイヤレス電力送信機１０２は、送信機共振器コイル２０２によって生成される磁束密度が市場安全閾値以下、例えば、１０マイクロテスラ未満、２５マイクロテスラ未満、５０マイクロテスラ未満などであるように駆動され得る。いくつかの実施形態では、市場安全閾値は、１０～１５マイクロテスラの間である。この市場安全閾値は、人体への電磁場曝露の制限および／または電磁環境適応性（ＥＭＣ）の懸念に基づいて判定できる。
いくつかの実施形態では、磁束密度は、受信機共振器コイル２０４に面する送信機共振器コイル２０２の表面で判定され得る。例えば、磁束密度は、送信機共振器コイル２０２のパッケージの表面１５２で判定され得る。例えば、送信機共振器コイル２０２は、電子コンポーネントを環境から保護し、かつ／または人間や動物に安全を提供するための材料（例えば、プラスチック、ゴムなどを含む非導電性材料）にパッケージングまたは収容することができる。いくつかの実施形態では、磁束密度は、送信機共振器コイル２０２またはそのパッケージの表面１５２から特定の距離および／または角度で判定することができる。いくつかの実施形態では、市場安全閾値を満たすために、送信機共振器コイル２０２内の電流が２アンペア以下、１アンペア以下、またはそれ以下に制限されるように送信機１０２を駆動することができる。いくつかの実施形態では、市場安全閾値を満たすために、送信機共振器コイル２０２内の電流が３２５ミリアンペアｒｍｓ＋／－９％以下（例えば、２９５～３５５ミリＡＲＭＳの値未満）に制限されるように送信機１０２を駆動することができる。いくつかの実施形態では、送信機１０２は、１Ｗから５０Ｗの範囲の低電力で駆動することができる。
ＬＰＥモードでは、受信機共振器コイル２０４、または受信機共振器コイル２０４上もしくはその近くに配置された別のコイルは、送信機共振器コイル２０２によって生成される低エネルギー磁場を「ピックアップする」ことができる。いくつかの実施形態では、磁場をピックアップすることによって、ワイヤレス電力システム１００（またはピックアップコイルに結合または調整されたデバイス）は、磁場の強度を判定して、受信機共振器コイル２０４が送信機共振器コイル２０２に対して十分に高結合の位置にあるかどうかを判定することができ、それにより効率的な電力伝送および／または最大の電力供給を可能にする。
いくつかの実施形態では、送信機共振器コイル２０２と受信機共振器コイル２０４との間の結合を判定することによって、システムは、受信機共振器コイル２０４が送信機共振器コイル２０２に対して最適に配置されているかどうかを判定することができる。いくつかの場合では、高結合の位置は、受信機共振器コイル２０４と送信機共振器コイル２０２との間の結合が、車両のバッテリへの効率的な高電力伝送を可能にするのに十分高い（例えば、電源からバッテリへの効率が９０％を超える）場合に実現される。他の例では、ワイヤレス電力システムおよび／またはピックアップコイルの既知の形状と組み合わせた電磁場の強度を使用して、高結合の位置が送信機１０２が電力を転送するための（例えば、ＥＭＦ曝露の場合、機器操作などに対する）安全な位置であるかどうかをさらに判定することができる。いくつかの実施形態では、送信機共振器コイル２０２内の電流を判定することができ、いくつかの場合では、結合位置の範囲に対して一定レベルに維持することができる。いくつかの場合では、送信機共振器コイル２０２に定電流を維持することによって、結合の判定が単純化される（例えば、コイル電流の変数を一定に保つことによって）。そのような情報を用いて、システム１００（または別個の測位システム）は、安全性、効率、結合、または他のシステムパラメータに基づいて、車両または車両のユーザに所望の相対位置（このような位置が相対的な最大結合位置でもあるかどうかにかかわらず）を通知し、かつ／またはそこへの案内をすることができる。
いくつかの実施形態では、１つ以上の感知コイル（例えば、２、３、４、６、８個、またはそれ以上）を、車両１５０および／または受信機１０４上かその近くに配置して、送信機１０２によって生成される磁束をピックアップすることができる。感知コイルは、感知コイルでの磁束密度または２つ以上の感知コイル間の相対磁束密度を判定するように構成されたプロセッサに結合することができる。受信電圧および／または補償電流（例えば、直接、またはインダクタ、コンデンサ、もしくは抵抗などの別の要素を介して短絡したもの）を使用して、（例えば、共振器コイルの表面に対して）相対的な磁束密度の位置を判定できる。いくつかの実施形態では、複数のコイルは、そのような配置されたコイルが送信機共振器コイル２０４に対して十分に分散しているかどうかを判定するために、それぞれ０Ｖまたは０Ａに近い電圧および／または補償電流を生成するように、互いにサイズ設定、成形、配置、配向、および／または接続され得る。
図２Ａ～２Ｄは、例示的なワイヤレス電力受信機共振器コイル２０４に対する例示的な感知コイル形状を示す。例は、「図８」シリーズのループ内の２つのコイル２０６（図２Ａを参照）または、感知コイルが交互の方向にあるクローバーリーフパターンの４つのコイル２０８（図２Ｂを参照）を含み得る。他の例では、奇数または偶数の複数のコイルを使用する場合がある。図２Ｃは、受信機共振器コイル２０４と同心の単一コイル２１０の例を示す。図２Ｄは、受信機共振器コイル２０４に対して分散された複数のコイル２１２を示す。別個のコイルまたは複数のコイルは、配置および／または他の目的のために磁束密度の追加の幾何学的情報を提供するように配置できることが理解される。例えば、複数のコイル（例えば、コイル２０６、２０８、２１２）の使用は、単一のコイルと比較して、磁束密度の位置についての特定の情報を提供し得る。別の例では、１つ以上のコイルの測位は、磁束密度の位置に関する特定の情報を提供し得る。本明細書で提供されるコイル構成の例は、限定することを意図するものではなく、他のコイル構成が本開示の範囲内にあることも理解される。
いくつかの実施形態では、送信機共振器コイル２０２において２アンペア以下の電流を達成するため、および／または送信機コイル２０２によって生成される市場安全閾値以下の電磁場を達成するために、送信機１０２の以下のパラメータのいずれか１つ以上を含め、かつ／または調整することができる。
駆動電圧。様々な実施形態では、送信機１０２は、比較的低い電圧（例えば、２０Ｖ未満、１０Ｖ未満、５Ｖ未満など）を生成するように構成された駆動回路を含み得る。例えば、送信機１０２の駆動回路は、インバータ１０８の後の整合ネットワーク１１０の入力に約５Ｖの電圧を印加するように構成することができる。これは、送信機共振器コイル２０２に同様の電圧を生成し得る。いくつかの実施形態では、駆動回路は、固定電圧源、可変電圧源、ＤＣ－ＤＣ変換器、フライバック変換器、または基準電圧を備えた低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータのうちの１つ以上を含む。送信機１０２を駆動するために他のタイプの電圧源を使用できることが理解される。いくつかの実施形態では、電圧源は、送信機１０２の内外に切り替えられてもよく、送信機の回路の固定部分であってもよい。いくつかの実施形態では、インバータ１０８および／またはＰＦＣ回路１０６は、送信機１０２を駆動して低電圧を生成するように構成することができる。
駆動電流。様々な実施形態において、送信機１０２の駆動電流は、駆動電圧を変化させ、送信機１０２内の電流を（例えば、電流センサなどのフィードバック機構を介して）判定することによって調整することができる。いくつかの実施形態では、送信機１０２は、駆動電流を生成するための駆動電流機構を含み得る（例えば、図３を参照されたい）。図３は、低電力励起用に構成されたワイヤレス電力送信機１０２の部分３００の概略図である。この実施形態では、送信機共振器コイル２０２は、（ｉ）スイッチ３０４を介してインバータ１０８から切断することができ、（ｉｉ）電流源３０６によって駆動されて、２アンペア未満のコイル電流を生成することができる。
ＴＭＮインピーダンス。様々な実施形態において、送信機１０２内の（整合ネットワーク１１０の一部としての）ＴＭＮは、それが特定のインピーダンスを示すように調整され得る。ＴＭＮは、達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスの間のインピーダンスを示すように調整できる。特に、ＴＭＮのコンポーネントは、特定のＴＭＮによって達成可能な最小インピーダンス（例えば、最小誘導リアクタンスまたは最小正リアクタンス）を送信機１０２の駆動回路に示すように調整され得る。駆動回路は、電力経路内の整合ネットワーク１１０の前に、インバータ１０８、ＰＦＣ回路１０６、および／または他の任意の駆動回路（例えば、本明細書に記載の１つ以上のＬＰＥ回路コンポーネント）を含んだ、送信機１０２のコンポーネントを含むことができる。いくつかの実施形態では、達成可能な最小インピーダンスは、ＴＭＮで選択されたコンポーネントの特定の仕様に基づいて、特定のワイヤレス電力システム１００について事前に判定されている。いくつかの実施形態では、ワイヤレス電力送信機１０２のコントローラ１２２は、ＴＭＮの達成可能な最小インピーダンスを判定することができる。例えば、コントローラ１２２は、特定のインピーダンスを達成するための設定を備えた調整可能なコンポーネントに信号を送ることができる。
いくつかの実施形態では、所望のインピーダンスを達成するために、ＴＭＮの１つ以上のスイッチ（例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、金属酸化膜半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）など）は、スイッチが完全に開いて、特定のＴＭＮによって達成可能な最大容量性（例えば、負の）リアクタンスを示し、それにより、ＴＭＮを有する分岐のインピーダンスを低減するように調整することができる（例えば、コンポーネント４０６の上部および／または下部分岐を参照）。ＴＭＮ ＦＥＴがスイッチングサイクル全体で完全に開いている場合、ＴＭＮの実効容量性リアクタンスは最小値（言い換えると、最大の負の値）になる。容量性リアクタンスをＴＭＮと直列の固定インダクタの誘導性リアクタンスと合計すると、Ｘ３分岐で達成可能な最小のインピーダンスになる。低インピーダンスまたは最小インピーダンスを達成することは、共振器コイルの結合範囲にわたって送信機共振器コイル２０２内のコイル電流の変動を最小化する効果を有することができる。上で論じたように、結合範囲は、送信機共振器コイル２０２に対する受信機共振器コイル２０４の１つ以上の位置に基づくことができる。最小の誘導性リアクタンスを得るためにＴＭＮを調整する別の利点には、送信機共振器コイルに所望の電流レベルを生成するのに必要な制御の量を最小化することが含まれ得る。
インバータの位相シフト角。送信機１０２のインバータ１０８の位相シフト角は、インバータ１０８に結合されたコントローラ１２２によって調整することができる。具体的には、コントローラ１２２のパルス幅変調（ＰＷＭ）ジェネレータ（例えば、ジェネレータ４２２を参照）は、インバータ１０８のトランジスタに結合されたゲートドライバ（例えば、ドライバ４１８を参照）を制御して、所望の位相シフト角を生成するように構成することができる。インバータの位相シフトは、トランジスタＱ１およびＱ２を駆動する相補的ＰＷＭペア（例えば、信号ＰＷＭ１およびＰＷＭ２）と、トランジスタＱ３およびＱ４を駆動する相補的ＰＷＭペア（例えば、信号ＰＷＭ３およびＰＷＭ４）との間の制御可能な遅延の適用を含み得る。遅延の範囲は、０～１８０度とすることができる。位相シフト角が０度の場合、（ｉ）トランジスタＱ１とＱ３が同時にオンになるか、（ｉｉ）トランジスタＱ２とＱ４が同時にオンになることのいずれかによって出力が短絡するため、インバータの出力電圧はゼロになる。
位相シフト角は、ＤＣ電圧バス、特定のインピーダンス整合などを含む、特定のワイヤレス電力システムのコンポーネントおよびパラメータに依存し得る。いくつかの実施形態では、位相シフト角は、２つの規則によって定義され得る。具体的には、第１の規則では、位相角がゼロ（０）度にあるとき、コイル電流は、特定の送信機１０２によって達成可能な最大レベルまたはその近くであり得て、位相角が１８０度にあるとき、コイル電流は、ゼロまたはゼロに近いものであり得る。第２の規則（第１の規則の反対）では、位相角が１８０度であるとき、コイル電流は、特定の送信機１０２によって達成可能な最大レベルまたはその近くであり得て、位相角がゼロ（０）度であるとき、コイル電流はゼロまたはゼロに近いものであり得る。例えば、第２の規則を使用すると、位相シフト角が約５度の場合、コイル電流は低レベルになり得る。いくつかの実施形態では、デューティサイクルとインバータ位相角の組み合わせを変化させて、スイッチング動作を改善し、それによってリンギングを低減し、高調波を低減し、ボディダイオード伝動を増減させ、および／またはスイッチング損失を低減することなどができる。
パルス幅変調（ＰＷＭ）。いくつかの実施形態では、コントローラ１２２のＰＷＭジェネレータ（例えば、ジェネレータ４２２を参照）は、インバータ１０８の１つ以上のトランジスタのパルス幅またはデューティサイクルを調整して、送信機共振器コイル２０２において所望の電圧レベルを達成することができる。
力率補正（ＰＦＣ）。ＰＦＣ回路１０６は、特定のバス電圧ＶＢＵＳを生成するように有効化または無効化され得るか、または調整され得る。
以下は、駆動電圧ＶＢＵＳ（Ｖ）とピークコイル電流Ｉｓ１（ＡＰＥＡＫ）および二乗平均平方根コイル電流Ｉｓ１（ＡＲＭＳ）の例示的な値である。
いくつかの実施形態では、送信機共振器コイル２０２、１つ以上の電磁場センサ、または１つ以上の感知コイルの電圧を使用して、送信機共振器コイル２０２からの電磁場の電磁場レベルを測定することができ、制御システムに供給することができる（例えば、制御システム４１２、５０６、６０４、７０８を参照）。電圧フィードバックを使用して、送信機のコンポーネントおよび／またはパラメータ（例えば、電力、電圧、および／または電流）の１つ以上を調整して、所望の電磁場レベルを設定することができる。例えば、送信機１０２は、送信機１０２内の１つ以上の電流特性（例えば、レベル、周波数、位相など）を判定するように構成された電流センサ（例えば、電流センサ４１６を参照）を含み得る。電流読み取り値はフィードバックとして制御システム（例えば、制御システム４１２、５０６、６０４、７０８）に提供され、上記のように、送信機コンポーネントおよび／またはパラメータの１つ以上を調整するために使用することができる。このフィードバック機構は、単独で、または電流センサおよび／または電圧センサなどの他のセンサと組み合わせて使用することができる。
以下の説明では、明確さと簡潔さのために、低電力励起のためのシステムおよび対応する方法について一緒に説明する。例えば、低電力励起のためのシステム４００は、低電力励起のための方法４５０と一緒に論じられる。本明細書に記載の各方法のステップの順序は、例示的な実施形態を説明することを意図しており、所望の出力を達成するために別の順序または組み合わせで実行されるかまたは成し遂げられ得ることに留意されたい。
ＬＰＥ － 第１の例示的な実施形態
図４Ａは、低電力励起（ＬＰＥ）回路４０２を含む例示的なワイヤレス電力送信機４００の概略図である。図４Ｂは、ワイヤレス電力送信機４００の低電力励起のための例示的な方法４５０のフローチャートである。この例示的な実施形態では、ＬＰＥ回路４０２は、可変電圧源４０４、ダイオードＤ１、およびリレー４０８ａ、４０８ｂを含む。例示的な可変電圧源４０４は、ＰＦＣ回路１０６とインバータ１０８との間で並列に結合することができる。ＰＦＣ回路１０６は、電源（例えば、ＡＣ電源、バッテリなど）から直接または間接的に電力を受信し、ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）モード中のワイヤレス電力送信機４００に必要な電力補正を提供することができる。上記のように、ＷＰＴモード中、ワイヤレス電力送信機４００は、ＬＰＥモード中の動作と比較して、著しく高い電力、電圧、および／または電流レベルで動作し得る。ＷＰＴモードでは、インバータ１０８のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４はゲートドライバ４１８によって駆動されることに留意されたい。ゲートドライバ４１８は、ＰＷＭジェネレータ４２２によって生成されたＰＷＭ信号であるＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭ４を受信できる。ＰＷＭジェネレータ４２２は、制御信号、例えば、ＰＷＭ信号の位相シフト角を表す信号を、デジタルコントローラ４２４から受信することができる。
例示的な可変電圧源４０４は、ダイオードＤ１と直列に結合して、強電流を遮断することができ、その結果、ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）モード中に、可変電圧源４０４は、ＰＦＣ回路１０６からの有意な電力、電流、および／または電圧によって損なわれない。ダイオードＤ１およびリレーは、一方向への電流の流れを可能にし、送信機１０２を駆動する際の電圧源４０４を有効にするのに有益であり得る。リレーは、送信機１０２のインバータバイアスおよび他の電力電子機器の電源を切るために使用され得る。ＷＰＴモード中、ＰＦＣ回路１０６は、制御システム４１２の１つ以上のコンポーネント（例えば、ソースエレクトロニクスパワーコントローラ（ＳＥＰＣ）４１０）によって有効化（例えば、オンに）され得る。この例示的な実施形態では、ＷＰＴモードにおいて、制御システム４１２はまた、ＰＦＣ回路１０６とインバータ１０８との間の回路を閉じるために、リレー４０８ａに信号を送信することができる。ＷＰＴモードでは、制御システム４１２は、リレー４０８ｂに信号を送信して開き、可変電圧源４０４を切り替えて、電源４０４への害を回避し、および／またはワイヤレス電力伝送を駆動する電力経路における開放非効率を回避し得ることに留意されたい。
方法４５０のステップ４５２を参照すると、ＬＰＥモードでは、ＰＦＣ回路１０６をインバータ１０８から切断することができる。例えば、制御システム４１２の１つ以上のコンポーネント（例えば、ＳＥＰＣ４１０）は、制御信号をリレー４０８ａ、４０８ｂに送信して、ＰＦＣ回路１０６が切断されるように（したがって、送信機４００を駆動することができないように）回路を開くことができる。いくつかの実施形態では、ＳＥＰＣ４１０は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）エラー生成モジュール４１４と通信することができる。ＷＰＴモードでは、ＺＶＳエラー生成モジュール４１４は、インバータの出力電圧と電流の間の位相角が１２度未満である場合、フラグを生成して電力伝送を無効化する保護機構である。このエラーは、障害を引き起こす可能性のある半導体の損失のある動作からシステムを保護することを目的としている。ＬＰＥモードでは、インバータ１０８によって見られる電圧電流（ＶＩ）相がＺＶＳ検出の閾値を下回ると予想されるため、ＺＶＳエラー生成を無効にすることができる。ＬＰＥモードでは、インバータ１０８によって処理される電力が非常に小さいので、この条件は許容可能であり、したがって、スイッチング損失は破壊的ではない。
ＳＥＰＣ４１０は、電流センサ４１６から直接または間接的に信号Ｉ１ｓ＿ｒｅｆを受信することができる。信号Ｉ１ｓ＿ｒｅｆは、送信機共振器コイル２０２と（例えば、直列、並列、誘導などで）結合されたセンサ４１６による電流測定Ｉ１に基づく基準信号である。
ステップ４５４において、インピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネント（例えば、ＴＭＮのリアクタンス）４０６のインピーダンスは、特定のＴＭＮコンポーネントが達成することができる最小の誘導性リアクタンスを得るように調整され得る。例えば、「Ｘ３ｓａ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓａ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた上部分岐コンポーネントおよび／または「Ｘ３ｓｂ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓｂ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた下部分岐コンポーネントを調整して、所望のインピーダンス（最小リアクタンスなど）を得ることができる。ＴＭＮコンポーネント４０６は、制御システム４１２の１つ以上のコンポーネント（例えば、調整可能なＸ３Ｓコントローラ４２０、ＳＥＰＣ４１０など）によって調整することができる。例えば、調整可能なコンポーネント４０６は、ＳＥＰＣ４１０から信号（例えば、信号「ＬＰＥオン／オフ」）を受信するコントローラ４２０によって調整することができ、ＬＰＥモード中に最小リアクタンスを達成するようにコンポーネント４０６を調整することができる（例えば、ＳＥＰＣ４１０がＰＦＣ回路１０６を無効にし、可変電圧源４０４を有効にしたとき）。
ステップ４５６において、可変電圧源４０４は、送信機共振器コイル２０２内の電流がＬＰＥモードの目標電流範囲内にあるように送信機４００を駆動する。そうするために、ＳＥＰＣ４１０は、１つ以上の信号を送信してリレー４０８ｂを閉じ、可変電圧源４０４を有効にすることができる。この実施形態では、インバータは、定（ＤＣ）電圧を高周波発振（ＡＣ）電圧に変換するように有効化される。いくつかの実施形態では、方法４５０は、ＳＥＰＣ４１０によって、センサ４１６から電流信号を受信して、ＬＰＥモードに対して電流が目標範囲内（例えば、１Ａ未満、３Ａ未満、５Ａ未満など）にあるかどうかを示すことを含む。
ＬＰＥ － 第２の例示的な実施形態
図５Ａは、低電力励起（ＬＰＥ）回路５０２を含む例示的なワイヤレス電力送信機５００の概略図である。図５Ｂは、送信機５００の低電力励起のための例示的な方法５５０のフローチャートである。具体的には、システム５０２は、ダイオードＤ１と直列に結合された固定低電圧源５０４を含む。この実施形態では、固定低電圧源５０４は、ＬＰＥモードおよびＷＰＴモードの両方の間、オン（動作可能）であり得る。いくつかの実施形態では、固定低電圧源５０４は、送信機５００の回路にハードウェアで実現されている。
方法５５０のステップ５５２において、ＬＰＥモードでは、ＰＦＣ回路１０６は無効にされる。例えば、制御システム５０６の１つ以上のコンポーネント（例えば、デジタルコントローラ４２４）は、ＬＰＥモードに入るときに、ＰＦＣ回路１０６を有効または無効にする信号を送信することができる。上記のように、ＬＰＥモードでは、ＺＶＳエラー生成４１４を無効にできることに留意されたい。
ステップ５５４において、１つ以上の可変インピーダンスコンポーネント（例えば、ＴＭＮのリアクタンス）４０６のインピーダンスは、特定のＴＭＮコンポーネント４０６が達成できる最小のリアクタンス（例えば、最小の誘導性リアクタンス）を得るように調整することができる。例えば、「Ｘ３ｓａ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓａ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた上部分岐コンポーネントおよび／または「Ｘ３ｓｂ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓｂ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた下部分岐コンポーネントを調整して、所望のインピーダンス（最小リアクタンスなど）を得ることができる。ＴＭＮコンポーネント４０６は、制御システム５０６の１つ以上のコンポーネント（例えば、デジタルコントローラ４２４、調整可能なＸ３Ｓコントローラ４２０、ＳＥＰＣ４１０など）によって調整することができる。例えば、コントローラ４２０は、リアクタンスが達成可能な最小リアクタンスに調整されるべきであることを示すデジタルコントローラ４２４から信号Ｘ３ｓ＿ｍｉｎを受信することができる。これは、共振器コイルの結合範囲にわたって送信機共振器コイル２０２内の電流の変動を最小化する効果を有することができる。図１Ｂを参照すると、結合範囲は、送信機共振器コイル２０２に対する受信機共振器コイル２０４の１つ以上の位置に基づくことができる。いくつかの実施形態では、方法５５０は、電流特性（例えば、レベル、位相、周波数）を表す信号をセンサ４１６から受信することを含むことができる。この信号は、コイル２０２の電流特性を確認するために制御システム５０６に提供することができる。
ステップ５５６において、コイル電流の残りの変動は、インバータ１０８のトランジスタ用のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号の位相シフト角を調整することによって最小化することができる。ＰＷＭ信号は、制御システム５０６の１つ以上のコンポーネントによってインバータ１０８に提供することができる。具体的には、デジタルコントローラ４２４は、信号θｉｎｖ＿ｐｓをＰＷＭジェネレータ４２２に送信して、ゲートドライバ４１８のための特定のＰＷＭ信号であるＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭ４を生成することができる。次に、ドライバ４１８は、インバータ１０８のそれぞれのトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に対応するゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を駆動できる。
いくつかの実施形態では、位相シフト角は、磁束密度が市場安全閾値以下になるように、０度から１８０度の間で調整することができる。これには、位相シフト角を調整して電流レベルを調整し、市場安全閾値以下の磁束密度を達成することが含まれる。特に、図５Ｃを参照すると、コイル電流と位相シフト角との関係は、ほぼ線形で単調である。この関係を使用して、コイル電流および／または磁束密度を判定することにより、負のフィードバックをコントローラに提供して、送信機のコイル電流の乱れを排除するように位相シフト角を調整することができる。送信機コイル電流は、送信機共振器コイル２０２の近くのループに誘導される電圧に基づくことができることに留意されたい。コイル電流は、次の関係で判定できる。
いくつかの実施形態では、電圧源５０４は、送信機を３０Ｖ以下で駆動することができる。例えば、電圧源５０４によって生成される約１２Ｖの固定電圧レベルを使用して１ＡＲＭＳのおおよそのコイル電流を得るために、インバータ位相シフト角は、制御システム５０６によって約６０度に調整することができる。
ＬＰＥ － 第３の例示的な実施形態
図６Ａは、低電力励起用に構成された例示的なワイヤレス電力送信機６００の概略図である。図６Ｂは、送信機６００の低電力励起のための例示的な方法６５０のフローチャートである。
方法６５０のステップ６５２において、ＰＦＣ回路１０６は、バス電圧ＶＢＵＳで送信機を駆動するように構成することができる。ＰＦＣ回路１０６は、最小電圧ＶＢＵＳ＿ｍｉｎと最大電圧ＶＢＵＳ＿ｍａｘとの間のバス電圧を出力するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ＬＰＥモード中、バス電圧ＶＢＵＳは、特定のＰＦＣ回路１０６が出力するように構成されている最小バス電圧ＶＢＵＳ＿ｍｉｎに等しい。例えば、コントローラ６０４の１つ以上のコンポーネント（例えば、デジタルコントローラ４２４）は、信号をＰＦＣ回路１０６に送信して、電圧を最小バス電圧ＶＢＵＳ＿ｍｉｎに調整することができる。上記のように、ＬＰＥモードでは、ＺＶＳエラー生成４１４を無効にできることに留意されたい。
ステップ６５４において、１つ以上の可変インピーダンスコンポーネント（例えば、ＴＭＮのリアクタンス）４０６のインピーダンスは、特定のＴＭＮコンポーネント４０６が達成できる最小のリアクタンス（例えば、最小の誘導性リアクタンス）を得るように調整され得る。例えば、「Ｘ３ｓａ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓａ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた上部分岐コンポーネントおよび／または「Ｘ３ｓｂ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓｂ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた下部分岐コンポーネントを調整して、所望のインピーダンス（最小リアクタンスなど）を得ることができる。ＴＭＮコンポーネント４０６は、制御システム６０４の１つ以上のコンポーネント（例えば、デジタルコントローラ４２４、調整可能なＸ３Ｓコントローラ４２０、ＳＥＰＣ４１０など）によって調整することができる。例えば、コントローラ４２０は、リアクタンスが達成可能な最小リアクタンスに調整されるべきであることを示すデジタルコントローラ４２４から信号Ｘ３ｓ＿ｍｉｎを受信することができる。これは、共振器コイルの結合範囲にわたるコイル電流の変動を最小限に抑える効果がある。
ステップ６５６において、コイル電流の残りの変動は、インバータ１０８の各トランジスタに入力されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号の位相シフトを調整することによって最小化することができる。ＰＷＭ信号は、制御システム６０４の１つ以上のコンポーネントによってインバータ１０８に提供することができる。具体的には、デジタルコントローラ４２４は、信号をＰＷＭジェネレータ４２２に送信して、ゲートドライバ４１８のための特定のＰＷＭ信号であるＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭ４を生成することができる。次に、ドライバ４１８は、インバータ１０８のそれぞれのトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４に対応するゲートＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４を駆動できる。例えば、ＰＦＣ回路１０６によって生成される約３８０Ｖの電圧レベルで１ＡＲＭＳのおおよそのコイル電流を生成するために、インバータ位相シフト角は、コントローラ６０４によって約５度未満に調整することができる。
ＬＰＥ－第４の例示的な実施形態
図７Ａは、低電力励起（ＬＰＥ）回路７０２を含む例示的なワイヤレス電力送信機７００の概略図である。図７Ｂは、送信機７００の低電力励起のための例示的な方法７５０のフローチャートである。ＬＰＥ回路７０２は、ダイオードＤ１と直列に結合された可変低電圧源７０４を含む。ＬＰＥ回路７０２は、ＰＦＣ回路１０６とインバータ１０８との間で並列に結合されている。可変低電圧源７０４は、デジタルコントローラ４２４からバス電圧ＶＢＵＳのレベルを表す信号を受信するように構成されている。コントローラ４２４は、ＬＰＥモード中に出力する電圧源７０４のためのＶＢＵＳを判定することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ４２４は、電圧源７０４がオンになる前に、またはオンになると同時に、ＰＦＣ回路１０６が無効になることを確実にするために、ＰＦＣ回路１０６および電圧源７０４への信号の時間を計るように構成することができる。この実施形態では、インバータ１０８のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４のそれぞれに入力されるＰＷＭ信号（例えば、ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３、ＰＷＭ４）の位相シフトを固定することができることに留意されたい。
ステップ７５２において、ＬＰＥモード中、ＰＦＣ回路１０６は無効にされる。いくつかの実施形態では、制御システム７０８の１つ以上のコンポーネント（例えば、デジタルコントローラ４２４）は、信号をＰＦＣ回路１０６に送信して、ＰＦＣ回路１０６を有効または無効にするように構成されている。例えば、ＷＰＴモード中、ＰＦＣ回路１０６が有効になる。上記のように、ＬＰＥモードでは、ＺＶＳエラー生成４１４を無効にできることに留意されたい。
ステップ７５４において、インピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネント（例えば、ＴＭＮのリアクタンス）４０６のインピーダンスを調整して、特定のＴＭＮが達成できる最小の誘導性リアクタンスを得ることができる。この例では、「Ｘ３ｓａ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓａ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた上部分岐コンポーネントおよび／または「Ｘ３ｓｂ＿ｍｉｎΩ－Ｘ３ｓｂ＿ｍａｘΩ」というラベルの付いた下部分岐コンポーネントを調整して、所望のインピーダンス（最小リアクタンスなど）を得ることができる。ＴＭＮコンポーネント４０６は、制御システム４１２の１つ以上のコンポーネント（例えば、調整可能なＸ３Ｓコントローラ４２０、ＳＥＰＣ４１０など）によって調整することができる。
ステップ７５６において、可変低電圧源７０４は、送信機共振器コイル２０２が市場安全閾値以下の大きさの磁場を生成するように送信機７００を駆動するように構成されている。いくつかの実施形態では、電圧源７０４は、約４Ｖから５Ｖの間の電圧で送信機７００を駆動することができる。例えば、固定位相シフト角で１ＡＲＭＳのおよそのコイル電流を生成するために、可変低電圧源の電圧レベルは約４Ｖから５Ｖの間に調整される。
車両の測位
本明細書に開示される低電力励起コンポーネント、システム、および方法は、ワイヤレス電力伝送の前、最中、または後に、他の様々な性能および安全性検証を実施するワイヤレス電力システム１００の一部を形成することができる。
図８は、ワイヤレス電力転送の前および／または最中にワイヤレス電力システム１００で実行することができる一連のステップの一例を示すフローチャート８００である。ステップ８０２において、通信リンクは、ワイヤレス電力送信機１０２とワイヤレス電力受信機１０４との間に確立される。リンクは、例えば、Ｗｉ－Ｆｉネットワークまたは通信プロトコルを介して、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）接続を介して、またはより一般的には、送信機１０２と受信機１０４が通信することができる任意のリンク、接続、または通信プロトコルを介して確立され得る。
次に、ステップ８０４において、システムプロセッサ（例えば、本明細書に開示されるプロセッサのいずれか、または本明細書に開示されるプロセッサと通信する別のプロセッサ）は、本明細書に開示された方法のいずれかを使用して、ワイヤレス電力受信機１０４の相対位置および／または受信機の相対位置に関連するクラスを判定する。次に、システムプロセッサは、受信機の相対位置および／またはクラスに関する情報を含む信号を生成し、その信号を別のプロセッサ、コントローラ、またはディスプレイインタフェースに送信する。
任意選択のステップ８０６において、システム（すなわち、システムプロセッサまたは別のプロセッサ、回路、またはコントローラ）は、送信された信号からの情報を使用して、車両運転者または自動運転システムに車両ガイダンス情報を提供することができる。いくつかの実施形態では、このステップは、ガイダンス情報を提供するために車両ディスプレイユニット上にインジケータを表示することを含むことができる。
次に、ステップ８０８において、システムは、ワイヤレス電力受信機１０４の相対位置または相対位置のクラスに基づいて位置合わせが完了したかどうか、すなわち、ワイヤレス電力受信機１０４がワイヤレス電力送信機１０２の所定の距離内にあるかどうか、またはワイヤレス電力受信機１０４が特定のクラスに割り当てられているかどうかを判定する。位置合わせが達成されていない場合、制御はステップ８０４に戻り、位置合わせが達成されている場合、制御はステップ８１０に移る。
任意選択のステップ８１０で、システムは、追加の環境および安全チェックを実行する。これらには、例えば、異物のチェック、生物のチェック、車両／受信機の動きのチェック、および他の様々な安全システムと動作パラメータの監視／チェックが含まれ得る。すべてのチェックおよびシステムが満たされると、次にステップ８１２において、ワイヤレス電力送信機１０２からワイヤレス電力受信機１０４への電力転送が開始される。
一定期間が経過した後、任意選択的に、ステップ８１４でワイヤレス電力伝送を中断することができる。様々な基準および／または信号が、電力伝送の中断につながる可能性がある。いくつかの実施形態では、例えば、電力伝送は、追加のシステムチェックを実行するために定期的に中断され得る。特定の実施形態では、システムセンサが、車両／受信機の予期しない加速、車両／受信機の静電容量の変化、および／または車両／受信機の位置の変化などの不規則な事象を示す信号を生成するときに、電力伝送を中断することができる。いくつかの実施形態では、電力伝送はまた、ワイヤレス電力受信機に誘導される電圧および／または電流などの特定のシステム動作／性能パラメータが変化するときに中断され得る。
電力伝送が中断された後、制御はステップ８０４に戻り、位置合わせチェックを実行して、ワイヤレス電力送信機１０２および受信機１０４が位置合わせされたままであることを確認する。位置合わせされており、環境および安全性チェックがステップ８１０で合格とされた場合、制御は最終的にステップ８１２に戻り、電力伝送が再開される。
ハードウェアとソフトウェアの実装
図９は、本明細書に記載のシステムおよび方法を実装する際に使用することができる例示的なコンピュータシステム９００のブロック図である。汎用コンピュータ、ネットワーク機器、モバイルデバイス、または他の電子システムもまた、システム９００の少なくとも一部を含み得る。システム９００は、プロセッサ９１０、メモリ９２０、記憶装置９３０、および入出力装置９４０を含む。コンポーネント９１０、９２０、９３０、および９４０のそれぞれは、例えば、システムバス９５０を使用して相互接続することができる。プロセッサ９１０は、システム９００内で実行するための命令を処理することができる。いくつかの実装形態では、プロセッサ９１０はシングルスレッドプロセッサである。いくつかの実装形態では、プロセッサ９１０はマルチスレッドプロセッサである。プロセッサ９１０は、メモリ９２０または記憶装置９３０に記憶された命令を処理することができる。
メモリ９２０は、システム９００内に情報を格納する。いくつかの実装形態では、メモリ９２０は、非一時的なコンピュータ可読媒体である。いくつかの実装形態では、メモリ９２０は、揮発性メモリユニットである。いくつかの実装形態では、メモリ９２０は、不揮発性メモリユニットである。いくつかの実施例では、上記のデータの一部またはすべては、パーソナルコンピューティングデバイス上に、１つ以上の集中型コンピューティングデバイスでホストされるデータストレージ内に、またはクラウドベースのストレージを介して格納できる。いくつかの実施例では、いくつかのデータはある場所に保存され、他のデータは別の場所に保存される。いくつかの実施例では、量子コンピューティングを使用することができる。いくつかの実施例では、関数型プログラミング言語を使用できる。いくつかの実施例では、フラッシュベースのメモリなどの電気メモリを使用することができる。
記憶装置９３０は、システム９００に大容量ストレージを提供することができる。いくつかの実装形態では、記憶装置９３０は、非一時的なコンピュータ可読媒体である。様々な異なる実装形態では、記憶装置９３０は、例えば、ハードディスク装置、光ディスク装置、ソリッドステートドライブ、フラッシュドライブ、または他のいくつかの大容量記憶装置を含み得る。例えば、記憶装置は、長期データ（例えば、データベースデータ、ファイルシステムデータなど）を記憶することができる。入出力装置９４０は、システム９００に入出力動作を提供する。いくつかの実装形態では、入出力装置９４０は、ネットワークインタフェースデバイス、例えば、イーサネット（登録商標）カード、シリアル通信デバイス、例えば、ＲＳ－２３２ポート、および／またはワイヤレスインタフェースデバイス、例えば、８０２．１１カード、３Ｇワイヤレスモデム、４Ｇワイヤレスモデム、などのうちの１つ以上を含むことができる。いくつかの実装形態では、入出力装置は、入力データを受信し、他の入出力装置、例えば、キーボード、プリンタ、およびディスプレイデバイス９６０に出力データを送信するように構成されたドライバデバイスを含むことができる。いくつかの実施例では、モバイルコンピューティングデバイス、モバイル通信デバイス、および他のデバイスが使用され得る。
いくつかの実装形態では、上記のアプローチの少なくとも一部は、実行時に１つ以上の処理装置に上記のプロセスおよび機能を実行させる命令によって実現することができる。そのような命令は、例えば、スクリプト命令、実行可能コードなどの解釈済み命令、または非一時的なコンピュータ可読媒体に格納された他の命令を含み得る。記憶装置９３０は、サーバファームまたは広く分散されたサーバのセットなどのネットワーク上に分散された方法で実装され得るか、または単一のコンピューティングデバイスに実装され得る。
例示的な処理システムが図９に記載されているが、本明細書に記載の主題、機能的動作およびプロセスの実施形態は、他のタイプのデジタル電子回路、目に見える方法で具現化されたコンピュータソフトウェアまたはファームウェア、本明細書に開示されている構造およびそれらの構造的同等物を含むコンピュータハードウェア、あるいはそれらの１つ以上の組み合わせに実装することができる。本明細書に記載される主題の実施形態は、１つ以上のコンピュータプログラム、すなわち、データ処理装置による実行またはデータ処理装置の動作の制御のために有形の不揮発性プログラム担体上にコード化されたコンピュータプログラム命令の、１つ以上のモジュールとして実装することができる。代わりに、または、加えて、プログラム命令は、人工的に生成された伝達される信号にコード化することができ、例えば、データ処理装置による実行のための適切な受信機装置に伝送するための情報をコード化するために生成される、マシン生成の電気、光学または電磁信号がある。コンピュータ記憶媒体は、マシン可読記憶装置、マシン可読記憶媒体基板、ランダムもしくは逐次アクセスメモリ装置、またはそれらの１つ以上の組合せとすることができる。
「データ処理装置」という用語は、例として、プログラム可能プロセッサ、コンピュータ、または複数プロセッサまたはコンピュータを含む、データを処理するための全ての種類の装置、デバイスおよびマシンを包含する。処理システムは、専用論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含むことができる。処理システムは、ハードウェアに加えて、該当のコンピュータプログラムのための実行環境を作るコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはそれらの１つ以上の組合せを構成するコードを含むことができる。
コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプトまたはコードとも呼ぶことができるかまたは説明することができる）は、コンパイルされたか解釈された言語、または宣言型もしくは手続き型言語を含み、いかなるプログラミング言語でも書くことができ、そしてそれは、スタンドアロンプログラムとして、または、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピューティング環境で使用に適した他のユニットとして、ということを含んで、いかなる形でも展開することができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステムのファイルに対応することができ得るが、それが必要なわけではない。プログラムは、他のプログラムまたはデータ（例えば、マークアップ言語文書に格納される１つ以上のスクリプト）を保持するファイルの一部分に、該当のプログラム専用の単一ファイルで、または、複数の協調ファイル（例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラムまたはコードの複数部分を保存するファイル）で、保存することができる。コンピュータプログラムは、１台のコンピュータ上で、または、１つのサイトにあるかまたは複数のサイト全体に分散され通信ネットワークによって相互接続される複数のコンピュータ上で実行されるように展開することができる。
本明細書に記載されるプロセスおよび論理フローは、１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラマブルコンピュータによって実行することができ、入力データを操作して出力を生成することによって機能を実行する。プロセスおよび論理フローはまた、専用論理回路、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実行することができ、そして、装置はまた、専用回路として実装することができる。
コンピュータプログラムの実行に適したコンピュータは、例として、汎用もしくは特殊目的のマイクロプロセッサまたはその両方、あるいは任意の他の種類の中央処理装置を含むことができる。通常、中央処理装置は、読取り専用メモリまたはランダムアクセスメモリまたは両方ともから命令およびデータを受け取る。コンピュータは、一般に、命令を実行するかまたは成し遂げるための中央処理装置と、命令およびデータを格納するための１つ以上のメモリデバイスとを含む。通常、コンピュータはまた、データを格納するための１つ以上の大容量記憶装置、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスクまたは光ディスクを、それらからデータを受け取るかまたはそれらにデータを転送するかその両方のために、含んでいるか、またはそれらに動作上連結されている。しかしながら、コンピュータは、このような装置を備えている必要はない。さらに、コンピュータは、別の装置、例えば、少しだけ例を挙げれば、携帯電話、パーソナル携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイル音声もしくはビデオプレーヤ、ゲーム機、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機または携帯用記憶装置（例えば、汎用シリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブ）に組み込むことができる。
コンピュータプログラム命令およびデータを格納するのに適しているコンピュータ可読媒体は、不揮発性メモリ、媒体およびメモリ装置のすべての形を含み、例として挙げれば、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリ装置などの半導体記憶装置、例えば内蔵ハードディスクまたは取外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、そして、ＣＤ－ＲＯＭおよびＤＶＤ－ＲＯＭディスクを含む。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補うことができるか、またはそれに組み入れることができる。
本明細書に記載の主題の実施形態は、バックエンドコンポーネントを例えばデータサーバとして含むか、または、ミドルウェアコンポーネント、例えばアプリケーションサーバを含むか、または、フロントエンドコンポーネント、例えば、ユーザが本明細書に記載される主題の実装と対話することができるようにするグラフィカルユーザインタフェースもしくはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータ、または１つ以上のこのようなバックエンド、ミドルウェア、もしくはフロントエンドコンポーネントの任意の組み合わせを含む、コンピューティングシステムで実施することができる。システムのコンポーネントは、例えば通信ネットワークなどのデジタルデータ通信のいかなる形式または媒体によっても相互接続することができる。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）およびワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えばインターネットが含まれる。
コンピューティングシステムは、クライアントおよびサーバを含むことができる。クライアントおよびサーバは、一般には互いにリモート状態にあり、通常は通信ネットワークによって対話する。クライアントおよびサーバの関係は、それぞれのコンピュータで動作しており、互いにクライアント対サーバの関係がある、コンピュータプログラムによって生じる。
本明細書が多くの特定の実装の詳細を含む一方で、これらは、請求され得ることの範囲に対する制限として解釈してはならず、むしろ特定の実施形態に特有であってもよい機能の記述として解釈すべきである。別々の実施形態の文脈で本明細書に記載されている特定の機能は、単一の実施形態に組み合わせて実装することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で記載されている様々な機能は、複数の実施形態において別々に実装することも、または任意の適切な部分的組み合わせで実装することもできる。さらに、機能が特定の組み合わせで動くとして上記で記載されて、初めにそのように主張されてもよいが、主張された組み合わせからの１つ以上の機能は場合によっては組合せから削除することができ、そして、主張された組合せは部分的組み合わせまたは部分的組み合わせの変形を対象としてもよい。
同様に、動作が図面においては特定の順序で表される一方で、このことは、望ましい結果を達成するために、このような動作が示される特定の順序で実行するかまたは順序通りに実行するということ、あるいは例示される全ての動作を実行するということを要求するものである、と理解すべきではない。特定の環境では、マルチタスキングおよび並列処理が好都合であり得る。さらに、上記の実施形態の各種のシステムコンポーネントの分離は、すべての実施形態のこのような分離を必要とするとして理解されるべきではなく、記載されているプログラムコンポーネントおよびシステムは通常、単一のソフトウェア製品に一緒に統合することができるか、または複数のソフトウェア製品にパッケージ化され得ることを理解すべきである。
主題の特定の実施形態を記述してきた。他の実施形態は、以下の請求項の範囲内である。例えば、請求項において詳述される動作は、異なる命令において実行されることができて、それでも望ましい結果を成し遂げることができる。一例として、添付図面において表される方法は、望ましい結果を成し遂げるために、示される特定の順序または連続した順序を必ずしも必要とするというわけではない。特定の実装では、マルチタスキングおよび並列処理が好都合であり得る。記載されたプロセスから、他のステップまたはステージを提供するか、またはステップまたはステージを削除することができる。したがって、他の実装は、以下の請求項の範囲内である。
用語
また、本明細書において用いる語法および用語は説明を目的とするものであり、制限的なものと見なすべきではない。
本仕様および請求項において用いる場合、「およそ」という用語、「ほぼ等しい」というフレーズおよび他の類似のフレーズ（例えば、「Ｘは、およそＹの値を有する」、または、「Ｘは、Ｙにほぼ等しい」）は、１つの値（Ｘ）が別の値（Ｙ）の予め定められた範囲の中にあることを意味すると理解しなければならない。特に明記しない限り、予め定められた範囲は、プラスマイナス２０％、１０％、５％、３％、１％、０．１％、または０．１％未満であり得る。
本明細書および請求項において用いる場合、不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確にそうでないと示されない限り、「少なくとも１つ」ということを意味すると理解しなければならない。本明細書および請求項において用いる場合、フレーズ「および／または」は、結合した要素の「どちらか、または両方」、すなわち、ある場合には共同で存在し、他の場合には分離的に存在する要素を意味すると理解しなければならない。「および／または」で挙げられる複数の要素は、同じ形態（すなわち、結合した要素の「１つ以上」）で解釈されなければならない。他の要素は、具体的に識別される要素に関連があるか関連が無いかにかかわらず、「および／または」の節で識別される要素以外に任意選択的に存在してもよい。このように、限定はしないが例として、「Ａおよび／またはＢ」への言及は、「含む」などの制限のない語法と連動して使われるときに、１つの実施形態においてはＡだけ（任意選択的にＢ以外の要素を含む）を、別の実施形態においてはＢだけ（任意選択的にＡ以外の要素を含む）を、またさらに別の実施形態においてはＡおよびＢの両方（任意選択に他の要素を含む）を指すなどであり得る。
本明細書および請求項において用いる場合、「または」は、上記で定められたように「および／または」と同じ意味を有すると理解しなければならない。例えば、リスト内の項目を分離するとき、「または」または「および／または」は包括的なものとして解釈され、すなわち、多数の要素または要素のリスト、および任意選択的にリストに無い追加の項目、のうち少なくとも１つを含むが、２つ以上も含むものとして解釈されなければならない。それとは反対に明確に指示した用語だけ、例えば「のうち１つだけ」、もしくは「のうち正確に１つ」、または請求項において使われるときに、「からなる」という用語だけは、多数の要素または要素のリストの正確に１要素の包含を指す。全般に用語「または」を使用する場合、排他性の用語、例えば、「いずれか」、「のうち１つ」、「のうち１つだけ」または「のうち正確に１つ」、が先行するときには、排他的な代替物（すなわち「両方ともでなくどちらか一方」）を示すとしてのみ解釈される。「から本質的になる」は、請求項において使用される場合、特許法の分野において使用される通常の意味を有するものとする。
本明細書および請求項で使用される場合、１つ以上の要素のリストを参照する「少なくとも１つ」というフレーズは、要素のリストの要素のいずれか１つ以上から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、しかし、必ずしも要素のリストの範囲内で具体的に列挙したそれぞれのどの要素のうちの少なくとも１つも含むというわけではなく、また要素のリストのいかなる要素の組み合わせも除外するものではない、と理解されるべきである。この定義はまた、「少なくとも１つ」というフレーズが指す要素のリストの範囲内で具体的に識別される要素以外の要素が、具体的に識別される要素に関連があるか関連が無いかにかかわらず、任意選択的に存在し得ることを許容する。このように、限定はしないが例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または、同等に、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」、または、等価的に「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、１つの実施形態においては、少なくとも１つであって任意にそれより多くのＡを含み、Ｂは存在しない（そして任意選択的にＢ以外の要素を含む）ということ、別の実施形態においては、少なくとも１つであって任意選択的にそれより多くのＢを含み、Ａは存在しない（そして任意選択的にＡ以外の要素を含む）ということ、また別の実施形態においては、少なくとも１つであって任意選択的にそれより多くを含むＡと、少なくとも１つであって任意選択的にそれより多くを含むＢ（そして任意選択的にその他の要素を含む）ということなどを指すことができる。
「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」およびその変形は、その後で列挙される項目および追加項目を包含するためのものである。
請求項において請求項要素を修飾する「第１」、「第２」、「第３」などの順序を示す用語の使用は、それ自体では、１つの請求項要素の別のものに対するいかなる優先度、優先順位もしくは順序、または方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものではない。請求項要素を区別するために、特定の名前を有する１つの請求項要素と同じ名前（順序を示す用語の使用以外）を有する別の要素を区別するラベルとしてだけ、順序を示す用語が使われる。

Claims (20)

  1. 高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のための方法であって、前記送信機は、インピーダンスネットワークの入力に結合されたインバータと、前記インピーダンスネットワークの出力に結合された送信機共振器コイルとを含み、
    前記インバータの入力に近接して結合された力率補正回路を無効にすることと、
    達成可能な最小インピーダンスを得るために前記インピーダンスネットワークの１つ以上の可変インピーダンスコンポーネントを調整することであって、前記可変インピーダンスコンポーネントは、前記達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスとの間で動作するように構成されている、調整することと、
    前記インバータの１つ以上のトランジスタに関連する位相シフト角を調整することと、
    前記送信機共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように前記送信機を駆動することと
    を含む方法。
  2. 前記ワイヤレス電力送信機が、８０ｋＨｚと９０ｋＨｚの間の動作周波数で高電力を送信するように構成されている、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ワイヤレス電力送信機が、５００Ｗから２０，０００Ｗの間の電力レベルで電力を送信するように構成されている、請求項１に記載の方法。
  4. 前記送信機を駆動することが、固定低電圧源によって実行される、請求項１に記載の方法。
  5. 前記送信機を駆動することが、前記送信機を３０Ｖ以下で駆動することを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記送信機を駆動することが、前記送信機を５０Ｗ以下で駆動することを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記市場安全閾値が１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間である、請求項１に記載の方法。
  8. 前記位相シフト角を調整することが、
    前記磁束密度が前記市場安全閾値以下になるように、前記位相シフト角を０度から１８０度の間で調整すること
    を含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記位相シフト角を調整することが、
    前記送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように前記位相シフトを調整することであって、前記電流制限は市場安全閾値に基づいている、調整すること
    を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記送信機を駆動することが、
    前記送信機共振器コイルの電流が電流制限以下になるように前記送信機を駆動することであって、前記電流制限は市場安全閾値に基づいている、駆動すること
    を含む、請求項１に記載の方法。
  11. 前記電流制限が２アンペアである、請求項１０に記載の方法。
  12. １つ以上の測定コイルにおける誘導電圧または誘導電流に基づいて前記磁束密度を判定することであって、前記測定コイルは前記送信機共振器コイルから分離している、判定することと、
    前記磁束密度を表す信号を前記送信機に接続されたコントローラに提供することと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記送信機を駆動する前に、
    前記送信機共振器コイルの近くに受信機共振器コイルを有する車両の存在を示す信号を受信すること
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  14. 高電力を送信するように構成されたワイヤレス電力送信機の低電力励起のためのシステムであって、
    高電力の送信中に有効になり、低電力励起中に無効になるように構成されている力率補正回路と、
    前記力率補正回路の出力に結合され、低電力励起中に前記ワイヤレス電力送信機の共振器コイルが市場安全閾値以下の磁束密度を生成するように、前記ワイヤレス電力送信機を駆動するように構成されている低電圧源と、
    前記低電圧源の出力に結合され、少なくとも２つのトランジスタを含むインバータであって、前記トランジスタは各トランジスタの位相シフト角が低電力励起中に調整可能であるように制御されるように構成されている、インバータと、
    前記インバータの出力に結合され、低電力励起中に達成可能な最小インピーダンスを得るように調整されるように構成されている少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントであって、前記可変インピーダンスコンポーネントは、前記達成可能な最小インピーダンスと達成可能な最大インピーダンスとの間で動作するように構成されている、少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントと
    を含むシステム。
  15. 前記ワイヤレス電力送信機が、８０ｋＨｚと９０ｋＨｚの間の動作周波数で高電力を送信するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記ワイヤレス電力送信機が、５００Ｗから２０，０００Ｗの間の電力レベルで電力を送信するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
  17. 前記ワイヤレス電力送信機が、低電力励起中に５０Ｗ以下で電力を出力するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
  18. 前記市場安全閾値が１０マイクロテスラから１５マイクロテスラの間である、請求項１４に記載のシステム。
  19. 前記共振器コイルに結合され、電流特性を表す信号を前記ワイヤレス電力送信機のコントローラに提供するように構成されている電流センサであって、前記コントローラは、（ｉ）前記少なくとも２つのトランジスタまたは（ｉｉ）前記少なくとも１つの可変インピーダンスコンポーネントのうち少なくとも１つに動作可能に結合されている、電流センサ
    をさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
  20. 前記低電圧源は、低電力動作中に、前記共振器コイルの電流が電流制限以下になるように前記ワイヤレス電力送信機を駆動するように構成されており、前記電流制限は前記市場安全閾値に基づいている、請求項１４に記載のシステム。
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