用于無線電功率傳遞的對準(zhǔn)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于無線電功率傳遞的對準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明一般涉及在源諧振器和捕獲諧振器之間的無線電功率傳遞，并且更特定地，涉及用于使用由源諧振器發(fā)射的磁信標(biāo)信號使源諧振器與捕獲諧振器對準(zhǔn)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動車輛和電混合動力車輛在消費者中正獲得普及。這些車輛中的電動機通常由部署在車輛的電池組中的多個存儲電池供電。如果在車輛停泊時電池需要再充電，則通常由車輛操作者將有線耦合設(shè)備連接至車輛。然而，一些操作者反感每次車輛停泊時都必須“插入”他們的車輛。
[0003]已提出無線或更少連接器的電池充電器，參見授權(quán)給Bruni等人的在1996年3月12日授權(quán)的美國專利號5，498，948和授權(quán)給Oyobe等人的2011年8月30日授權(quán)的美國專利號8，008, 888。已知的無線電池充電器包括位于正被充電的車輛下面的停泊表面上的源諧振器或充電墊，和安裝在車輛底側(cè)上的對應(yīng)的捕獲諧振器。在車輛停泊成使得源諧振器和捕獲諧振器水平(即，橫向和縱向)對準(zhǔn)時，這種無線電池充電器是最有效的。然而，由于源諧振器和捕獲諧振器可能在車輛的下方和/或在車輛的操作員的視野之外，因此車輛操作者難以判斷將車輛停泊在何處以便源諧振器與捕獲諧振器對準(zhǔn)。
[0004]一些目前的無線充電系統(tǒng)依賴于用于使用車輛相對于源諧振器的試錯定位使附接至車輛的底側(cè)的捕獲諧振器與其對應(yīng)的源諧振器對準(zhǔn)的方法。這些方法是時間密集的，并且具有不可重復(fù)的結(jié)果。其他無線充電系統(tǒng)利用車輪停止使車輛上的捕獲諧振器與源諧振器對準(zhǔn)。雖然這些系統(tǒng)可提供一個特定車輛配置的精確對準(zhǔn)，但它們不可能提供用于其中車輪和捕獲諧振器之間的空間關(guān)系不同的各種車輛的足夠的對準(zhǔn)。
[0005]【背景技術(shù)】章節(jié)中討論的主題，不應(yīng)當(dāng)只因為它在【背景技術(shù)】章節(jié)中提到，而僅被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。類似地，【背景技術(shù)】章節(jié)中提及的或與【背景技術(shù)】章節(jié)的主題相關(guān)聯(lián)的問題不應(yīng)當(dāng)被假設(shè)成已在現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)先意識到的。在【背景技術(shù)】中的主題僅表示不同的方法，其本身也可能是發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供用于提供源諧振器和捕獲諧振器之間的對準(zhǔn)的系統(tǒng)。系統(tǒng)包括源諧振器和捕獲諧振器，其中源諧振器配置成發(fā)射選自包括如下項的組中的磁信號:充電信號和信標(biāo)信號的組，且捕捉諧振器配置成無線地接收充電信號并基于該充電信號來提供電功率。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括磁傳感器，該磁傳感器配置成無線地接收信標(biāo)信號并基于該信標(biāo)信號來提供位置信號，該信標(biāo)信號指示源諧振器和捕獲諧振器之間的相對位置。系統(tǒng)還包括與磁傳感器通信的控制器，該控制器配置成接收位置信號并提供對準(zhǔn)信號，該對準(zhǔn)信號指示使源諧振器和捕獲諧振器對準(zhǔn)所需的移動。源諧振器耦合至電功率源，該電功率源向源諧振器提供電流。
[0007]當(dāng)電流的大小超過第一電流閾值時，源諧振器發(fā)射充電信號。當(dāng)電流的大小低于第二電流閾值時，源諧振器發(fā)射信標(biāo)信號。第一電流閾值可顯著高于第二電流閾值。當(dāng)源諧振器發(fā)射信標(biāo)信號時，電流的大小可以是恒定的，并且當(dāng)源諧振器發(fā)射充電信號時，電流的大小可以是時變的。信標(biāo)信號可以是脈沖調(diào)制的。替代地，當(dāng)發(fā)射充電信號和信標(biāo)信號時，電流的大小可以是時變的，其中充電信號頻率顯著高于信標(biāo)信號頻率。信標(biāo)信號頻率可能不是捕獲諧振器的諧振頻率。信標(biāo)信號可以是脈沖調(diào)制的。
[0008]捕獲諧振器和磁諧振器可部署在車輛上。由捕獲諧振器提供的電功率可對部署在車輛內(nèi)的電池充電。系統(tǒng)可進(jìn)一步包括部署在車輛上的磁傳感器陣列，其中磁傳感器陣列提供多個輸出信號。控制器可進(jìn)一步配置成通過處理多個輸出信號來確定源諧振器和捕獲諧振器之間的相對位置。磁傳感器陣列的第一部分可部署在車輛上并且在捕獲諧振器的前方，并磁傳感器陣列的第二部分可部署在車輛上并且在捕獲諧振器的后方。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括與控制器通信的顯示器。顯示器可基于對準(zhǔn)信號來提供由車輛所需的使捕獲諧振器和源諧振器對準(zhǔn)的移動的圖形指示。
[0009]在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種配置成提供用于使源諧振器相對于捕獲諧振器定位的信號的設(shè)備。該設(shè)備包括提供電流的電功率源和耦合至電功率源以接收電流的源諧振器。源諧振器配置成將磁充電信號傳輸至捕獲諧振器，該捕獲諧振器無線地接收磁充電信號并基于該磁充電信號來提供電功率。源諧振器還配置成將磁信標(biāo)信號傳輸至磁傳感器，該磁傳感器無線地接收該磁信標(biāo)信號并且基于該磁信標(biāo)信號來提供位置信號，該磁信標(biāo)信號指示源諧振器和捕獲諧振器之間的相對位置。當(dāng)電流的大小超過第一電流閾值時，源諧振器發(fā)射磁充電信號，并且當(dāng)電流的大小低于第二電流閾值時，源諧振器發(fā)射磁信標(biāo)信號。
[0010]第一電流閾值可顯著高于第二電流閾值。當(dāng)源諧振器發(fā)射信標(biāo)信號時，電流的大小可以是恒定的，并且當(dāng)源諧振器發(fā)射磁充電信號時，電流的大小可以是時變的。磁信標(biāo)信號可以是脈沖調(diào)制的，并且磁充電信號可以是幅度調(diào)制的。替代地，電流的大小可以是時變的并且充電信號頻率可顯著高于信標(biāo)信號頻率。磁信標(biāo)信號可以是頻率調(diào)制的。該設(shè)備可配置成將磁充電信號傳輸至部署在車輛中的捕獲換能器，并將磁信標(biāo)信號傳輸至部署在車輛中的磁傳感器。
[0011]在閱讀本發(fā)明的優(yōu)選實施例的下列詳細(xì)描述后，本發(fā)明進(jìn)一步的特征和優(yōu)勢將更清楚地表現(xiàn)，這些優(yōu)選實施例只是借助非限制性示例和結(jié)合附圖給出的。
[0012]附圖簡述
[0013]現(xiàn)在將參考附圖借助示例來描述本發(fā)明，在附圖中:
[0014]圖1是根據(jù)一個實施例的用于使源諧振器和捕獲諧振器對準(zhǔn)的系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0015]圖2是根據(jù)一個實施例的圖1的用于使源諧振器和捕獲諧振器對準(zhǔn)的系統(tǒng)的框圖；
[0016]圖3是根據(jù)一個實施例的正用于停泊車輛的圖1的用于使源諧振器和捕獲諧振器對準(zhǔn)的系統(tǒng)的立體圖；以及
[0017]圖4是根據(jù)一個實施例的正用于停泊兩個不同車輛的用于使源諧振器和捕獲諧振器對準(zhǔn)的系統(tǒng)的立體圖。
[0018]發(fā)明的詳細(xì)描述
[0019]本文描述了用于使源諧振器與捕獲諧振器對準(zhǔn)的系統(tǒng)(諸如在電動車輛充電系統(tǒng)中使用的系統(tǒng))以最大化源諧振器和捕獲諧振器之間的電功率傳遞的效率。源諧振器以源諧振器和捕獲諧振器的諧振頻率發(fā)射磁充電信號，該磁充電信號可以是幅度調(diào)制的。充電信號被傳輸至捕獲諧振器，其中該充電信號引發(fā)電流。該系統(tǒng)還使用源諧振器來傳輸磁信標(biāo)信號以引導(dǎo)用戶將捕獲諧振器與源諧振器對準(zhǔn)。此舉可通過運行穿過源諧振器的相對低的電流產(chǎn)生磁場來實現(xiàn)。該電流可使得信標(biāo)信號的磁場是恒定的、脈沖的、或處于比充電信號低得多的頻率，以使其創(chuàng)建用于磁場感測設(shè)備的最佳信號。
[0020]圖1示出了用于使源諧振器和捕獲諧振器對準(zhǔn)的系統(tǒng)10的非限制示例。系統(tǒng)10可以是用于對車輛16中的電池14充電的無線電池充電器12的一部分。系統(tǒng)10包括附接至車輛16的捕獲諧振器18。在該非限制示例中，捕獲諧振器18位于車輛16的底側(cè)20上。捕獲諧振器18可封裝在接收墊(receive pad) 22的內(nèi)部，接收墊被設(shè)計成使捕獲諧振器18與環(huán)境因素(諸如，灰塵、污垢、和水汽)隔離。
[0021]如圖2的非限制示例中所示，系統(tǒng)10還包括耦合至電功率源26的源諧振器24，該電功率源26向源諧振器24提供電流。源諧振器24配置成基于由功率源26提供的電流來發(fā)射磁充電信號28。
[0022]再參照圖1，源諧振器24可封裝在充電墊30的內(nèi)部，充電墊被設(shè)計成使源諧振器24與環(huán)境因素(諸如，灰塵、污垢、和水汽)隔離。充電墊30可位于在車輛16下面的停泊表面32上。停泊表面32可位于車輛16的所有者所擁有的車庫的內(nèi)部，或可位于為電動車輛16提供再充電服務(wù)的公共停車場中。捕獲諧振器18配置成無線地接收充電信號28并基于來自源諧振器24的充電信號28來提供電功率。
[0023]應(yīng)該理解，捕獲諧振器18越是接近地與源諧振器24對準(zhǔn)，能量22越是有效地從源諧振器24傳遞至捕獲諧振器18。而且，應(yīng)當(dāng)理解，由于捕獲諧振器18和源諧振器24可在車輛16的下方，因此操作者難以將車輛調(diào)動至其中捕獲諧振器18與源諧振器24縱向且橫向?qū)?zhǔn)的位置。如本文所使用且圖3中所示的，根據(jù)由汽車工程師協(xié)會(SAE)標(biāo)準(zhǔn)J670定義的坐標(biāo)系，縱向方向34沿著X軸并且橫向方向36沿著Y軸。舉例而非限制，捕獲諧振器18和源諧振器24之間的垂直間隔一般為約十五厘米到二十厘米(15-20cm)。
[0024]如在圖3中的非限制示例所示，源諧振器24還發(fā)射磁信標(biāo)(beacon)信號38。當(dāng)流過源諧振器24的電流為高(例如，超過10安培)時，源諧振器24發(fā)射充電信號28。也就是說，當(dāng)電流的大小超過第一電流閾值時。當(dāng)流過源諧振器24的電流為低(例如，小于I安培)時，源諧振器24發(fā)射信標(biāo)信號38。也就是說，當(dāng)電流的大小低于第二電