(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-13
(45)【発行日】2023-11-21
(54)【発明の名称】異物を検出するための装置、システム及び方法
(51)【国際特許分類】
H02J 50/60 20160101AFI20231114BHJP
H02J 50/40 20160101ALI20231114BHJP
H02J 50/10 20160101ALI20231114BHJP
【ＦＩ】
H02J50/60
H02J50/40
H02J50/10
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2020556814
(86)(22)【出願日】2019-04-17
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-11
(86)【国際出願番号】 US2019027789
(87)【国際公開番号】W WO2019204379
(87)【国際公開日】2019-10-24
【審査請求日】2022-03-17
(31)【優先権主張番号】201841014936
(32)【優先日】2018-04-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN
(73)【特許権者】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100133503
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 一哉
(72)【発明者】
【氏名】カナカサバイ， ヴィスワナタン
(72)【発明者】
【氏名】アラヴィンド， ディーパク
(72)【発明者】
【氏名】ブハット， スマ メマーナ ナラヤーナ
(72)【発明者】
【氏名】ボホリ， アドナン クトゥブディン
【審査官】田中 慎太郎
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５０２３８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１２６５１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００５４３３３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－２１６８２８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ５０／６０
Ｈ０２Ｊ ５０／４０
Ｈ０２Ｊ ５０／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の検出コイル（１０６）、及び前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対を有する検出マット（１０２）であって、前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対は、前記検出コイル（１０６）の第１の群及び前記検出コイル（１０６）の第２の群を含み、前記検出コイル（１０６）の前記第１の群は第１のインピーダンス値を含み、前記検出コイル（１０６）の第２の群は第２のインピーダンス値を含む、検出マット（１０２）と、前記検出マット（１０２）に動作可能に結合され、かつ前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対を励磁するように構成された１つ又は複数の駆動サブシステム（１１２）と、
前記検出マット（１０２）に動作可能に結合され、かつ前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対から差動電流信号を受信するように構成された比較サブシステム（１１４）であって、前記比較サブシステム（１１４）は、前記差動電流信号に基づいて、制御信号を生成するように構成されている、比較サブシステム（１１４）と
を備える、異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項2】
前記検出コイル（１０６）の前記第１及び第２の群は、無線電力伝送（ＷＰＴ）システムの一次磁界に対して対称に配置され、また前記検出装置（１００）は、前記差動電流信号に基づいて、前記ＷＰＴシステムの動作環境における異物の存在を検出するように構成されている、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項3】
前記検出コイル（１０６）の群の前記第１及び第２の群は、前記検出コイル（１０６）に関して構造的に類似の配置を含む、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項4】
前記検出コイル（１０６）の群の前記第１及び第２の群は、前記検出マット（１０２）上の同一の幾何学的領域に配置されている、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項5】
前記第１及び第２のインピーダンス値は互いに類似している、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項6】
前記第１及び第２のインピーダンス値は互いに異なっており、前記検出マット（１０２）は、前記検出コイル（１０６）の前記第１又は第２の群のうちの一方に動作可能に結合されて、前記検出コイル（１０６）の前記第１及び第２の群におけるインピーダンス値の差を補償するための補償器要素をさらに含む、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項7】
前記第１及び第２のインピーダンス値は互いに異なっており、前記１つ又は複数の駆動サブシステム（１１２）は、大きさと位相とが類似している同一の電流によって、前記検出コイル（１０６）の前記第１及び第２の群が駆動されるように、前記検出コイル（１０６）の前記第１及び第２の群に対して、異なる電圧信号を供給するように構成された駆動コントローラをさらに含む、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項8】
前記１つ又は複数の駆動サブシステム（１１２）は、前記検出コイル（１０６）の前記第１及び第２の群にそれぞれ結合された２つの駆動ユニットと、少なくとも１つの駆動コントローラとを含み、前記駆動コントローラは前記駆動ユニットに結合されている、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項9】
前記複数の検出コイル（１０６）は複数の検出領域を含み、前記複数の検出領域はそれぞれ、前記検出コイル（１０６）の１つ又は複数の群を含む、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項10】
前記１つ又は複数の駆動サブシステム（１１２）の少なくとも一部は、前記複数の検出領域のうちの２つ以上の検出領域に結合されるように構成されている、請求項９に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項11】
検出領域の対に対応している前記複数の検出領域における検出領域は、前記検出コイル（１０６）に関して構造的に類似の配置を含む、請求項１０に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項12】
前記検出マット（１０２）は、可撓性マット、又は剛性マットである、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項13】
前記検出コイル（１０６）の群内の前記検出コイル（１０６）は、直列接続、並列接続、又は直列接続と並列接続との組み合わせで結合されており、また前記複数の検出コイル（１０６）は、同心コイル、隣接配置コイル、コイルの並列配置を含み、前記複数の検出コイル（１０６）は、１つ又は複数の層に配置されている、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項14】
前記比較サブシステム（１１４）は、前記検出コイル（１０６）の前記第１及び第２の群から差動電流信号を受信し、前記差動電流信号に基づいて、検出電圧信号を生成するように構成された電気巻線及び磁気コアと、
前記検出電圧信号を閾値電圧信号と比較して、前記制御信号を生成するように構成されたコンパレータと
を含む、請求項１に記載の異物を検出するための検出装置（１００）。
【請求項15】
異物を検出するための検出装置（４０６）であって、複数の検出コイル（１０６）、及び前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対を有する検出マット（４０８）であって、前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対は、前記検出コイル（１０６）の第１の群及び前記検出コイル（１０６）の第２の群を含み、前記検出コイル（１０６）の前記第１の群は第１のインピーダンス値を含み、前記検出コイル（１０６）の第２の群は第２のインピーダンス値を含む、検出マット（４０８）と、
前記検出マット（４０８）に動作可能に結合され、かつ前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対を励磁するように構成された１つ又は複数の駆動サブシステム（４１０）と、
前記検出マット（１０２）に動作可能に結合され、かつ前記検出コイル（１０６）の群の少なくとも一対から差動電流信号を受信するように構成された比較サブシステム（４１４）であって、前記比較サブシステムは、前記差動電流信号に基づいて、制御信号を生成するように構成されている、比較サブシステム（４１４）と
を備える、異物を検出するための検出装置（４０６）と、
無線電力伝送（ＷＰＴ）システムであって、
交流（ＡＣ）電圧信号の形式で電力を供給するように構成された一次電源と、
少なくとも１つの送信機コイルを含む送信機ユニットであって、前記送信機ユニットは、前記一次電源から前記ＡＣ電圧信号を受信するように構成されており、前記送信機ユニットは、前記受信したＡＣ電圧信号に応答して、一次磁界を生成するように構成されており、また前記検出マット（１０２）は、前記送信機ユニットに動作可能に結合されている、送信機ユニットと、
少なくとも１つの受信機コイルを含み、かつ前記送信機ユニットが生成する前記一次磁界の少なくとも一部を受け取るように構成された受信機ユニットと、
制御ユニットであって、前記検出装置に動作可能に結合されており、かつ
前記検出装置から前記制御信号を受信し、かつ
前記制御信号に基づいて、前記送信機ユニットへの電力供給を制御するように構成された制御ユニットと
を含む無線電力伝送（ＷＰＴ）システムと
を備える、異物を検出するための検出システム（４００）。
【請求項16】
前記駆動サブシステムは、前記検出装置を断続的に、又は周期的に励磁するように構成されている、請求項１５に記載の異物を検出するための検出システム（４００）。
【請求項17】
前記検出装置（４０６）は、前記制御ユニットに前記制御信号を伝達するように構成された、通信ユニットをさらに含む、請求項１５に記載の異物を検出するための検出システム（４００）。
【請求項18】
複数の検出コイル、及び前記検出コイルの群の少なくとも一対を有する検出マットを備える検出装置を利用すること（６０２）であって、前記検出コイルの群の少なくとも一対は、前記検出コイルの第１の群及び前記検出コイルの第２の群を含み、前記検出コイルの前記第１の群は第１のインピーダンス値を含み、前記検出コイルの第２の群は第２のインピーダンス値を含む、利用すること（６０２）と、前記検出コイルの群の少なくとも一対を励磁すること（６０４）と、
前記検出コイルの群の少なくとも一対からの差動電流信号を測定すること（６０６）と、
前記差動電流信号に基づいて、制御信号を生成すること（６０８）と、
前記制御信号を送信すること（６１０）と
を含む、異物を検出するための方法（６００）。
【請求項19】
前記制御信号に基づいて、送信機ユニットへの電力供給を制御すること（７００）をさらに含む、請求項１８に記載の異物を検出するための方法（６００）。
【請求項20】
前記差動電流信号に基づいて、検出電圧信号を生成すること（７０２）と、前記検出電圧信号を閾値電圧信号と比較して、前記制御信号を生成すること（７０４）と
をさらに含む、請求項１９に記載の異物を検出するための方法（６００）。
【請求項21】
前記検出コイルの群の少なくとも一対を励磁すること（６０４）は、断続的に、又は周期的な間隔で前記検出コイルの群の少なくとも一対を励磁することを含む、請求項１８に記載の異物を検出するための方法（６００）。
【請求項22】
前記検出コイルの群の少なくとも一対を励磁すること（６０４）は、大きさと位相とが類似している同一の電流によって、前記検出コイルの群の一対における群が駆動されるように、インピーダンス値の異なる前記検出コイルの群の一対における前記検出コイルの群に対して、異なる電圧信号を供給することを含む、請求項１８に記載の異物を検出するための方法（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書の実施形態は検出装置に関し、より詳細には、本明細書の実施形態は、あるシステムの動作環境における異物の検出を行うための検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の無線電力伝送（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＷＰＴ）システムは、あるデバイスから別のデバイスへと無線でエネルギーを伝送する誘導電力伝送の原理に基づいて動作している。通常、ＷＰＴシステムでは、送信機などの一次電力デバイスは、受信機と呼ばれる二次電力デバイスへと無線で電力を伝送している。これら送信機及び受信機は、ＷＰＴシステムの稼働中に、動作可能に近接して配置されるそれぞれのコイルを含む。電流が送信機コイルを通過すると、磁界が発生して受信機コイルに起電力が誘起され、これによって送信機から受信機へと無線で電力が伝送される。
【0003】
このようなＷＰＴシステムでは、無線電力伝送中に送信機コイルと受信機コイルとの間に金属缶やアルミホイルなどの何らかの金属物体が存在する場合、渦電流のためにこの金属物体が不必要に加熱される恐れがある。これにより、火災安全上の問題など、安全上の危険が生じる恐れがある。また、無線電力伝送プロセスの効率に思わぬ影響が出たり、このプロセス全体が完全に中断されたりする恐れもある。
【0004】
ＷＰＴシステムで異物を検出するには、さまざまな方法がある。これらの方法としては、一次コイルから引き出される電力の測定値に基づいて、一次コイル内の電流の周波数変動によって異物の存在を検出することや、一次コイル内の電流及び電圧の不均衡な差異を検出することなどが挙げられる。また、一部の検出方法では、無線電力伝送が開始された後、異物の検出にいくらか遅延が生じる可能性がある。この間、異物によって電力が消費され続け、これが電力の浪費へとつながることになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態では、ある検出装置は、複数の検出コイル、及び検出コイル群の少なくとも一対を有する検出マットを備え、この検出コイル群の一対は、検出コイルの第１及び第２の群を含む。検出コイルの第１の群は第１のインピーダンス値を含み、検出コイルの第２の群は第２のインピーダンス値を含む。さらに、この検出装置は、１つ又は複数の駆動サブシステムと、１つの比較サブシステムとを備える。駆動サブシステムは、検出マットに動作可能に結合され、かつ検出コイル群の少なくとも一対を励磁するように構成されている。比較サブシステムは、検出マットに動作可能に結合され、検出コイル群の少なくとも一対から差動電流信号を受信するように構成され、ここで比較サブシステムは、この差動電流信号に基づいて、制御信号を生成するように構成されている。
【0006】
別の実施形態では、ある検出システムは、検出装置と、無線電力伝送（ＷＰＴ）システムとを備える。この検出装置は、複数の検出コイル、及び検出コイル群の少なくとも一対を有する検出マットを備え、この検出コイル群の少なくとも一対は、検出コイルの第１及び第２の群を含む。検出コイルの第１の群は第１のインピーダンス値を含み、検出コイルの第２の群は第２のインピーダンス値を含む。さらに、この検出装置は、１つ又は複数の駆動サブシステムと、１つの比較サブシステムとを備える。駆動サブシステムは、検出マットに動作可能に結合され、検出コイル群の少なくとも一対を励磁するように構成されている。比較サブシステムは、検出マットに動作可能に結合され、検出コイル群の少なくとも一対から差動電流信号を受信するように構成され、ここで比較サブシステムは、この差動電流信号に基づいて、制御信号を生成するように構成されている。ＷＰＴシステムは、交流（ＡＣ）電圧信号の形式で電力を供給するように構成された、一次電源を含む。ＷＰＴシステムは、少なくとも１つの送信機コイルを有する送信機ユニットをさらに含み、この送信機ユニットは、一次電源からＡＣ電圧信号を受信するように構成されている。また、この送信機ユニットは、受信したＡＣ電圧信号に応答して、一次磁界を生成するように構成され、ここで検出マットは、送信機ユニットに動作可能に結合されている。ＷＰＴシステムは、少なくとも１つの受信機コイルを含み、かつ送信機ユニットが生成する一次磁界の少なくとも一部を受け取るように構成された受信機ユニットをさらに含む。さらに、ＷＰＴシステムは、検出装置に動作可能に結合され、かつこの検出装置から制御信号を受信し、かつこの制御信号に基づいて、送信機ユニットへの電力供給を制御するように構成された制御ユニットを含む。
【0007】
さらに別の実施形態では、ある方法は、複数の検出コイル、及び検出コイル群の少なくとも一対を有する検出マットを備える検出装置を利用することであって、この検出コイル群の一対は、検出コイルの第１及び第２の群を含む、利用することを含む。検出コイルの第１の群は第１のインピーダンス値を含み、検出コイルの第２の群は第２のインピーダンス値を含む。本方法は、検出コイル群の少なくとも一対を励磁することと、検出コイル群の少なくとも一対からの差動電流信号を測定することとをさらに含む。さらに、本方法は、差動電流信号に基づいて、制御信号を生成することと、この制御信号を送信することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明のこれら並びに他の特徴及び態様は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読解すると、より効果的に理解され、ここではこれらの図面全体を通して、同様の符号が同様の部分を表している。
【0009】
【図1】本明細書の態様による、異物の存在を検出するための例示的な検出装置の概略図である。
【図2A】本明細書の態様による、例示的な検出コイル群の対を示した概略図である。
【図2B】本明細書の態様による、例示的な検出コイル群の対を示した概略図である。
【図3A】本明細書の態様による、駆動サブシステムに結合された、検出コイル群の対を備える検出装置の一部を示した概略図である。
【図3B】本明細書の態様による、駆動サブシステムに結合された、検出コイル群の対を備える検出装置の一部を示した概略図である。
【図3C】本明細書の態様による、検出コイル群の対に結合された、１つ又は複数の駆動サブシステムを有する検出装置の一部を示した概略図である。
【図3D】本明細書の態様による、検出コイル群の対に結合された、１つ又は複数の駆動サブシステムを有する検出装置の一部を示した概略図である。
【図3E】本明細書の態様による、検出コイル群の対に結合された、１つ又は複数の駆動サブシステムを有する検出装置の一部を示した概略図である。
【図4】本明細書の態様による、ＷＰＴシステムの動作環境における異物の存在を検出するための検出装置を有する、例示的な検出システムの概略図である。
【図5】本明細書の態様による、検出装置の例示的な比較サブシステムを示した概略図である。
【図6】本明細書の態様による、ＷＰＴシステムの動作環境における異物の存在を検出するための例示的な方法である。
【図7】本明細書の態様による、ＷＰＴシステムの動作環境における異物の存在を検出するための例示的な方法である。
【図8】本明細書の態様による、検出マットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本明細書の実施形態は、異物の検出を行うための検出装置、検出システム、及び方法に関する。特定の実施形態では、本検出装置を、無線電力伝送（ＷＰＴ）システムにおける異物の検出を行うために使用することができる。本明細書で使用する場合、「異物」という用語は、導電性であるか、又は検出可能な透磁率を有し、またシステムの一部ではないが、このシステムの動作環境に偶発的に存在する物体を指す。異物の非限定的な例としては、鉄系物体、ブリキ缶、又は他の導電性若しくは鉄系の物体が挙げられる。一例では、缶又は鍵束は、本ＷＰＴシステムの動作環境において異物と見なされる。
【0011】
本明細書で使用する場合、「一次磁界」という用語は、本ＷＰＴシステムの送信機ユニットを例とする送信機ユニットによって励磁される磁界を指す。用語の「動作環境」は、本システム内の一次磁界によって画定されるものであり、ここでは、送信機ユニットの一次磁界が検出可能に存在し、また異物と検出可能に相互作用することができる。一例として、本ＷＰＴシステムの動作環境に存在する異物では、この一次磁界と相互作用するために、温度の上昇が発生する可能性がある。
【0012】
本明細書で使用する場合、「検出コイル群」という用語は、単一の検出コイル又は２つ以上のコイルを指し、個々の群それぞれの検出コイルは互いに電気的に結合されている。また、「検出コイル群の対」という用語は、そのような２つの検出コイル群を指す。
【0013】
一部の電気自動車（ＥＶ）及びハイブリッド車は、ＷＰＴシステムを使用した無線電力伝送又は誘導電力伝送によって充電されている。このＷＰＴシステムは、充電スタンドの一部である送信機ユニットと、電気自動車（ＥＶ）内に配置された受信機ユニットとの２つの部分で主として構成されている。充電スタンドの送信機ユニットは、ＥＶの受信機ユニットに誘導結合されている。通常、ＥＶの受信機コイルが送信機コイルの動作環境内へと持ち込まれ、かつ送信機ユニットへの電力供給が開始されると、送信機ユニットのコイルと受信機ユニットのコイルとの間で電力の伝送が開始される。
【0014】
導電性材料又は鉄鋼材料製の異物がこのＷＰＴの動作環境に偶発的に位置していると、この異物は、送信機ユニットが生成する磁界と相互作用する可能性がある。その結果、当該異物は偶発的に磁界を傍受し、この磁界を介して送信機ユニットから電力を引き出す可能性がある。したがって、ここで異物が電力を引き出してしまうことにより、電力の浪費や異物の不必要な加熱が発生することになる。これに適時に対処しない場合、又はこれに気付かない場合、異物の取扱いに危険が生じる恐れがあるまで当該異物の温度が上昇する可能性があり、また安全上のリスクも引き起こす恐れがある。したがって、電力の浪費を防止し、かつ危険な環境でのリスクを回避するために、異物の存在を検出することが望ましい。
【0015】
図１は、複数の検出コイル１０６、及び検出コイル１０６の群の少なくとも一対（図１には図示せず）を有する検出マット１０２を備える検出装置１００を示す。検出コイル１０６の群の少なくとも一対は、検出コイル１０６の第１の群及び検出コイル１０６の第２の群を含み、検出コイル１０６の第１の群は第１のインピーダンス値を有し、検出コイル１０６の第２の群は第２のインピーダンス値を有する。検出装置１００は、検出マット１０２に動作可能に結合され、かつ検出コイル１０６の群の少なくとも一対を励磁するように構成された、１つ又は複数の駆動サブシステム１１２をさらに備える。さらに、検出装置１００は、検出マット１０２に動作可能に結合され、かつ検出コイル１０６の群の少なくとも一対から差動電流信号を受信するように構成された比較サブシステム１１４を備える。比較サブシステム１１４は、この差動電流信号に基づいて、制御信号を生成するように構成されている。
【0016】
特定の実施形態では、検出装置１００は、無線電力伝送（ＷＰＴ）システム（図１には図示せず）の動作環境において、異物の存在を検出するように構成されている。本ＷＰＴシステムの動作環境において異物が存在する場合、１つ又は複数の検出コイル１０６のインピーダンス値に変動をもたらす可能性がある。検出コイル１０６のインピーダンス値の変動を使用して、異物の存在を確認している。検出コイル１０６の群については、図２Ａ～図２Ｂ及び図３Ａ～図３Ｂに関してより詳細に説明するものとする。
【0017】
さらに、検出マット１０２は、「検出領域」１０４とも呼ばれるいくつかの幾何学的位置を含んでいてもよい。検出領域１０４は検出マット１０２の離散的領域を画定しており、検出領域１０４はそれぞれ、検出コイル１０６の１つ又は複数の群を含む。なお、検出領域１０４は、物理的に互いから分離又は隔離されていなくてもよく、ここでは検出領域１０４は、互いから電気的に絶縁されていてもよい。また、検出領域１０４は、幾何学的又は非幾何学的な形状を有していてもよい。
【0018】
検出マット１０２は、可撓性マット、形状適合マット、剛性マット又はプラグ・アンド・プレイ型マット、スタンドアロン型マット、あるいはそれらの組み合わせであってもよい。なお、検出マット１０２の表面積は、この検出マット１０２が配置されている送信機ユニットの表面積以上であってもよい。検出マット１０２の基板は、電気絶縁材料製であってもよい。検出マット１０２は、その上での電気自動車の動作に耐えるために、機械的耐摩耗性材料をさらに含んでいてもよい。検出マット１０２は屋外用途向けにさらに設計され、ひいては耐温設計又は耐湿設計されていてもよく、また水の浸入に耐性があってもよい。
【0019】
いくつかの実施形態では、検出コイル１０６は検出マット１０２の基板上に配置されていてもよいし、あるいはユーザの安全性及び美観を確保するために、検出マット１０２の基板に埋め込まれていてもよい。いくつかの他の実施形態では、検出コイル１０６は、検出マット１０２の基板上に印刷されてもよいし、成形されてもよいし、織り込まれてもよいし、あるいは付加製造されてもよい。
【0020】
検出コイル１０６は電磁コイルである。なお、図１の図示の実施形態では、図示を目的として検出コイル１０６を使用しているが、検出コイル１０６はそれぞれ、渦巻き状又は他のコイル位相を含んでいてもよい。さらに、検出領域１０４はそれぞれ、１つ又は複数の検出コイル１０６を有していてもよい。特定の実施形態では、検出コイル１０６の群は、検出コイル１０６のさまざまなコイル位相、形状、及び幾何学的配置を含んでいてもよい。検出コイル１０６の形状に関する非限定的な例としては、らせんコイル、渦巻き状コイル、及び非円形コイルなどが挙げられる。検出マット１０２上に設けられた異なる検出コイル１０６又は検出コイル１０６の群は、同一のインピーダンス値を有していてもよいし、あるいは異なるインピーダンス値を有していてもよい。
【0021】
検出コイル１０６の群の対はそれぞれ、検出マット１０２上の同一の又は異なる幾何学的位置に配置されて、検出コイル１０６の群の対を形成している２つの群を含む。一例として、これら一対における２つの群は同一の検出領域１０４に配置されてもよいし、あるいは２つの異なる検出領域１０４に配置されてもよい。非限定的な例としては、検出コイル１０６の群はそれぞれ、同心コイル、隣接配置コイル、コイルの並列配置が挙げられる。さらに、検出コイル１０６の１つ又は複数の群は、単一の平面、あるいは２つ以上の層に配置されてもよい。検出コイル１０６の群内の検出コイル１０６は、直列接続、並列接続、又は直列接続と並列接続との組み合わせで接続されてもよい。
【0022】
いくつかの実施形態では、検出コイル１０６の群の対は、同心コイルを含む。非限定的な例では、これら２つの同心コイルのうちの一方のインダクタンス値は、もう一方の同心コイルのインダクタンス値とは異なっている。一例として、一対の同心コイルの一方の同心コイルが有するインダクタンス値をＬで表してもよいが、一対の同心コイルのもう一方の同心コイルが有するインダクタンス値をｎＬで表してもよい。
【0023】
駆動サブシステム１１２は、１つ又は複数の駆動ユニットと、１つの駆動コントローラとを含む。駆動サブシステム１１２は、検出マット１０２に動作可能に結合され、検出コイル１０６の群の１つ又は複数対を励磁するように構成されている。駆動サブシステム１１２は、検出装置１００において指定された検出コイル１０６の群を断続的に、又は周期的に励磁するように構成されていてもよく、ここで指定された検出コイル群は、検出コイル１０６の群の１つ又は複数対を形成している。駆動サブシステム１１２は、同一の又は異なる検出領域１０４に属する、検出コイル１０６の群の対を励磁するように構成されていてもよい。特定の実施形態では、駆動サブシステム１１２は、本ＷＰＴシステムの一次磁界（図１には図示せず）に対して対称に配置された、検出コイル１０６の群を励磁するように構成されていてもよい。
【0024】
一例では、駆動サブシステム１１２は、検出コイル１０６の群の対における群を同時に、又は順次励磁するように構成されていてもよい。付加的に、又は代替的に、駆動サブシステム１１２は、検出マット１０２における検出コイル１０６の群の２つ以上の対を同時に、又は順次励磁するように構成されていてもよい。一例では、駆動サブシステム１１２は、異物の存在について検出マット１０２をスキャンするように構成されていてもよい。異物の存在の検出は、ある装置（ＥＶなど）の無線電力伝送を開始する前に完了してもよい。さらに、異物の存在の検出はまた、この装置（ＥＶなど）の無線電力伝送のプロセス中に周期的に、又は断続的に実行されてもよい。
【0025】
一例で図３Ａ～図３Ｅに関して詳述しているように、検出コイル１０６の群の対はそれぞれ、それぞれの駆動サブシステムに結合されていてもよく、別の例では、検出コイル１０６の群の２つ以上の対は、共通の駆動コントローラを共有する、異なる駆動ユニットに結合されていてもよい。
【0026】
いくつかの実施形態では、駆動サブシステム１１２の駆動ユニットは、検出コイル１０６の１つ又は複数の群に電圧信号を供給するように構成され、また駆動コントローラは、駆動ユニットの動作を制御するように構成されている。そのために駆動コントローラは、駆動サブシステム１１２をオンにして、検出コイル１０６の１つ又は複数の群を励磁し、また検出コイル１０６の群を励磁する必要がない場合、駆動サブシステム１１２をオフにする。特定の実施形態では、駆動サブシステム１１２はインバータ、コンバータ、線形増幅器、電子スイッチ、又はそれらの組み合わせのうちの１つ又は複数を含む。駆動サブシステム１１２のスイッチング動作は、双方向スイッチ、半導体スイッチなどの電子スイッチ、リレー、コントラクタなどの機械的スイッチ、又はそれらの組み合わせによって実行されてもよい。特定の実施形態では、駆動サブシステム１１２は、本ＷＰＴシステムの送信機ユニットに電力を供給するように構成された一次電源から、電力を引き出してもよい。あるいは、駆動サブシステム１１２は、バッテリなどであるが、これに限定されない個別の電源を有していてもよい。
【0027】
なお、動作中、検出マット１０２上に異物が存在する場合、１つ又は複数の検出コイル１０６に誘導結合され、これにより、検出コイル１０６におけるそれらの特定の群で、結果として得られるインピーダンス値に影響が及ぶ可能性がある。さらに、検出装置１００における検出コイル１０６の個々の群固有のインピーダンス値はまた、異物が存在しない場合、同一であってもよいし、異なっていてもよい。さらに、検出コイル１０６の群の対における２つの群が有する固有のインピーダンス値は、異物が存在しない場合、同一であってもよいし、異なっていてもよい。これらの実施形態のいくつかでは、検出マット１０２は、検出コイル１０６の群の対における少なくとも一方に動作可能に結合されて、異物が存在しない場合には、検出コイル１０６の群の対における２つの群それぞれから、結果として得られる類似したインピーダンス値をもたらす補償器要素（図１には図示せず）をさらに含む。いくつかの他の実施形態では、駆動コントローラを使用して、検出コイル１０６の群の対における群のうちの一方に電圧補償を行ってもよい。一例として、駆動サブシステム１１２の駆動コントローラは、異物が存在しない場合に、大きさと位相とが類似している同一の電流によって、検出コイル１０６の群の対における２つの群が駆動されるように、検出コイル１０６の群の対における２つの群に対して、異なる電圧信号を供給する。
【0028】
比較サブシステム１１４は、検出マット１０２に動作可能に結合され、検出マット１０２から１つ又は複数の差動電流信号を受信するように構成されている。比較サブシステム１１４は、この差動電流信号に基づいて検出電圧信号を判定するように構成されている。なお、異物が存在しない場合には、この差動電流信号の値は非常に小さくなり、検出不可能となる場合がある。また、異物と１つ又は複数の検出コイル１０６との誘導結合により、差動電流信号の値は、異物存在下で検出可能な非ゼロ値となる可能性がある。
【0029】
検出装置１００は、ＷＰＴシステムなどであるが、これに限定されないシステムにおける異物の存在を検出するために使用できる、スタンドアロン型装置であってもよい。そのために、検出装置１００を既存のＷＰＴシステムと共に使用して、無線電力伝送の前及び／又は最中に異物の存在を検出してもよい。検出マット１０２、駆動サブシステム１１２、及び比較サブシステム１１４に加えて、検出装置１００は、検出装置１００が使用される本システムと検出装置１００とが通信できるようにする通信ユニット（図１には図示せず）をさらに備えていてもよい。一例として、この通信ユニットにより、米国自動車技術者協会（ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ：ＳＡＥ）規格に従って、検出装置１００がＷＰＴシステムと通信することができるようになり得る。この通信ユニットを使用して、本ＷＰＴシステムの制御ユニットに対して検出電圧信号を伝達して、本ＷＰＴシステムの送信機ユニットへの電力供給を継続するかどうかを判断してもよい。
【0030】
有利には、本技術による検出装置１００は、本ＷＰＴシステムの動作環境において、比較的小さな異物の存在でさえも検出するように構成されている。一例では、この異物は２平方ｃｍ以上の表面積を有していてもよい。
【0031】
ここで図２Ａ～図２Ｂを参照すると、特定の実施形態では、ある検出装置の検出コイル群の１つ又は複数対を励磁して、検出マットからの差動電流信号が求められてもよく、ここで、この差動電流信号を使用して、異物の有無が判定される。なお、これら検出コイルの対における個々の２つの群はそれぞれ、１つ又は複数の検出コイルを含んでいてもよい。
【0032】
特定の実施形態では、検出コイル群の対における第１及び第２の群は、一次磁界に対して対称に配置されている。さらに、検出コイル群の対における第１及び第２の群は、検出マット上の同一の幾何学的領域に配置されている。いくつかの実施形態では、検出コイル群の対における第１及び第２の群は、検出コイルに関して構造的に類似の配置を含む。また、特定の実施形態では、検出コイル群の対におけるこれらの群が有する第１及び第２のインピーダンス値は、本ＷＰＴシステムの動作環境に異物が存在しない場合類似している。本明細書で使用する場合、類似のインピーダンス値とは、互いのプラスマイナス０．５％以下の変動を有するインピーダンス値を指す。一例として、第１の群のインピーダンス値は、第２の群のインピーダンス値のマイナス０．５％以内であってもよく、ここで、これら第１及び第２の群は、検出コイル群の対を形成している。
【0033】
他のいくつかの実施形態では、これら第１及び第２のインピーダンス値は、異物がない場合異なっている。これらの実施形態のいくつかでは、検出マットは、検出コイル群の対における第１又は第２の群のうちの一方に動作可能に結合されて、これら検出コイル１０６の第１及び第２の群におけるインピーダンス値の差を補償するための補償器要素を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、これら第１及び第２のインピーダンス値は、異物がない場合には異なっており、また１つ又は複数の駆動サブシステムは、異物が存在しない場合に、大きさと位相とが類似している同一の電流によって、検出コイル群の対における第１及び第２の群が駆動されるように、これら検出コイルの第１及び第２の群に対して、異なる電圧信号を供給するように構成された駆動コントローラをさらに含む。
【0034】
図２Ａに関して記載しているように、検出コイル群の特定対における検出コイルは一次磁界に対して対称に配置され、このために、類似の一次磁界の強度にさらされている。図２Ｂに関して記載しているように、検出コイル群の対における群は、検出マットにおいて同一の幾何学的領域に配置されていてもよく、このためにこれらの群では、一次磁界の強度が類似する可能性がある。いくつかの実施形態では、検出コイル群の対における群はそれぞれ、本ＷＰＴシステムの動作環境に異物がない場合には、同一のインピーダンス値を含む。いくつかの他の実施形態では、検出コイル群の対における２つの群は、異なるインピーダンス値を有する。これらの実施形態では、これら検出コイル群の対における２つの群は、補償器要素に関連して、又は駆動コントローラの補助を受けながら、ごくわずかで検出不可能な量の差動電流を供給してもよいが、ただし異物存在下では、これら検出コイル群の対に属する一群における１つ又は複数の検出コイルが異物と電気的に結合されて、当該検出コイル群の正味インピーダンスを変更するので、これら検出コイル群の対における２つの群によって引き出される電流に差が生じることになる。その結果、これら一対における２つの群の一方の入力電流と、これら検出コイル群の当該対におけるもう一方の群からの入力電流との間の差である差動電流が、検出可能な値に達することになる。
【0035】
図２Ａは、検出コイル２０５の群２０４を有する複数の検出領域２０２を備える、例示的な検出マット２００を示す。なお、非限定的な図示の実施形態では、検出領域２０２において４ｘ４アレイを有するものとして検出マット２００を示しており、また検出コイル２０５の４つの群２０４を有するものとして検出領域２０２をそれぞれ示しているが、検出マット２００における検出領域２０２の数や、各検出領域２０２における群２０４の数は変動してもよく、またこれは、単に例示を目的としているにすぎない。さらに、なお、図示の例では、１６個の検出領域２０２を有するものとして検出マット２００を示しているが、検出マット２００などの１つの検出マットにおける検出領域２０２の数は、１つ又は複数であってもよい。また、群２０４はそれぞれ、１つ又は複数の検出コイル２０５を含んでいてもよい。さらに、群２０４における検出コイル２０５の渦巻き形状は例示を目的としているものであり、この検出コイル２０５の形状は、円形形状、非円形形状、渦巻き形状、らせん形状、又はそれらの組み合わせなどであるが、これらに限定されないものであってもよい。検出マット２００は、送信機ユニット（図２Ａには図示せず）上に配置されていてもよい。さらに、点線で描かれた円２０６は、検出マット２００の下に配置された送信機ユニットの送信機コイルを表している。
【0036】
一次磁界の類似の強度にさらされる可能性の高い検出コイルにおける任意の２つの群２０４を対にして、異物の存在を検出するための検出コイル群の対を形成してもよい。検出コイル２０５の群２０４の想定できるいくつかの対を、ｎ－ｎ’によって表している。一例として、参照番号２０８によって参照される群２０４は、送信機コイル２０６又は送信機ユニットの一次磁界に対して対称に配置され、検出コイル群２０８の対２１２を形成している。同様に、群２１０は、送信機ユニットの一次磁界に対して対称に配置され、検出コイル群２１０の別の対２１４を形成している。なお、２１２、２１４、ｎ‐ｎ’以外の検出コイル２０５の群２０４の他の対も想定可能である。
【0037】
特定の実施形態では、検出マット２００が送信機ユニット上に配置される場合、ＷＰＴシステム（図２Ａには図示せず）の動作環境における異物の存在を検出するために、群２０４の１つ又は複数対における検出コイル２０５が励磁されてもよい。一例として、２つの対２１２又は２１４のうちの一方は、駆動サブシステムによって励磁されてもよい。さらに、これらの群の対における２つの群が有するインピーダンス値が異なっている場合、検出コイル２０５の群２０４の対における群２０４のうちの少なくとも一方に補償器要素２１８が動作可能に結合されて、異物が存在しない場合に、これら検出コイル２０５の群の対における２つの群２０４のそれぞれから、結果としてもたらされるインピーダンス値が類似するようにしてもよい。
【0038】
図２Ｂは、２つ以上の検出コイル２２２を有する複数の検出領域２２４を備える検出マット２２０を示す。検出装置２２０は、送信機ユニット（図２Ｂには図示せず）上に配置されていてもよい。図示の実施形態では、点線で描かれた円２２５は、検出装置２２０の下に配置された送信機ユニットの送信機コイルを表している。また、領域２２４はそれぞれ、各検出領域２２４に配置された同心状の検出コイル２２２の複数群を含む。なお、領域２２４当たりの検出コイル２２２の数がより多くなるか、又は検出コイル２２２の形状、及び形状寸法が異なっていることが本出願の範囲内で想定され、また図２Ｂで図示している実施形態は、単に例示を目的として提示している代表的な実施形態である。検出コイル２２２の群２２８及び２３０の対２２６は、図示の方法で形成されている。個々の群２２８及び２３０は、これらの群２２８及び２３０の検出コイル２２２が類似の一次磁界の強度にさらされるように、同一の幾何学的領域に配置されている。
【0039】
図３Ａは、本明細書の検出装置の一部３００を示している。一部３００は、本検出装置の検出マット上に配置された、検出コイル３０８の群３０４及び３０６の対３０２を含む。本明細書で企図されている実施形態では、検出コイル３０８の２つの群３０４及び３０６は両方とも、単一の駆動サブシステム３１０によって励磁される。駆動サブシステム３１０は、駆動ユニット３１１と、駆動コントローラ３１４とを含む。また、検出コイル３０８の群３０４及び３０６の両方は、駆動サブシステム３１０の単一の駆動ユニット３１１を使用して励磁される。駆動ユニット３１１は、インバータ／コンバータ３１２、コンデンサ３０９及び３１１、１つ又は複数の補償器要素３１５及び３１７を含む。なお、コンデンサ３０９及び３１１の容量値は固定であってもよいし、あるいは可変であってもよい。駆動サブシステム３１０の駆動コントローラ３１４は、検出コイル３０８の２つの群３０４及び３０６への励磁電圧を制御するように構成されている。図示のように、各群３０４及び３０６内の検出コイル３０８は、直列接続、並列接続、又はその両方で互いに結合されていてもよい。コンデンサ３０９及び３１１はこれらの群３０４及び３０６に結合され、群３０４及び３０６の検出コイル３０８と共振回路を形成する。コンデンサ３０９及び３１１は、検出コイル３０８で駆動される電流を調整し、したがって、本検出装置の検出マット上における異物を検出するために使用される磁界の強度を修正する補助をしている。
【0040】
異物の近傍に存在する１つ又は複数の検出コイル３０８は、異物と電磁的に結合してもよく、この誘導結合により、検出コイル３０８によって引き出される電流の値の変動がもたらされてもよい。一実施形態では、検出コイル３０８の対３０２における２つの群３０４及び３０６は、異物が存在しない場合、検出可能に類似したインピーダンス値を有していてもよい。異物の存在を検出するために、当該対３０２の差動電流信号が、群３０４の帰還電流信号Ｉ１３１８及び群３０６の継続電流信号Ｉ２３２０、又はその逆に基づいて計算される。別の実施形態では、異物が存在しない場合において、２つの群３０４及び３０６が検出可能に異なるインピーダンスを有するときは、１つ又は複数の補償器要素３１５及び３１７を使用して、これら２つの群によって引き出される電流が、異物が存在しない場合に確実に類似するようにしている。補償器要素３１５及び３１７の非限定的な例は、直列又は並列、あるいはその両方の形態のインダクタンス、抵抗、静電容量を含んでいてもよい。
【0041】
図３Ｂは、本明細書の検出装置の一部３３０が、本検出装置の検出マット上に配置された検出コイル３３８の第１の群３３４及び第２の群３３６の対３３２を備える、別の実施形態を示す。これら２つの群３３４及び３３６は、駆動サブシステム３４０に結合されている。駆動サブシステム３４０は、第１の群３３４及び第２の群３３６をそれぞれ励磁するように構成された、２つの駆動ユニット３４２及び３４４を含む。これら２つの駆動ユニット３４２及び３４４は、インバータ３４８及び３５０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５２及び３５４、並びにコンデンサ３３３及び３３５を含む。図示していないが、一方又は両方の駆動ユニット３４２及び２４４は、１つ又は複数の補償器要素をさらに含んでいてもよい。これらの群３３４及び３３６に結合されたコンデンサ３３３及び３３５は、群３３４及び３３６の検出コイル３３８と共振回路を形成して、当該コイルで駆動される電流を調整し、したがって、検出マットにおける磁界の強度をも調整する補助をしている。インバータ３４８及び３５０は、これら２つの群３３４及び３３６を駆動している２つのＤＣ／ＤＣコンバータ３５２及び３５４から入力を受け取り、ここでこれら２つの群３３４及び３３６は、異物が存在しない場合、類似の又は異なるインピーダンス値を有していてもよい。
【0042】
駆動サブシステム３４０は、第１及び第２の群３３４及び３３６のインピーダンス値に差が生じた場合でも、第１及び第２の群３３４及び３３６の電流値におけるいずれの差も補償するように構成され得る、駆動コントローラ３４６をさらに含む。これらの群３３４及び３３６が有するインピーダンス値が異なっている実施形態では、駆動コントローラ３４６は、１つ又は複数の方法によって、これら２つの群３３４及び３３６を駆動するために使用される電流を調整するように構成されていてもよい。一実施形態では、駆動コントローラ３４６は、ＤＣ／ＤＣステージコンバータ３５２及び３５４を制御することにより、インバータ３４８及び３５０の電圧信号Ｖ１及びＶ２を変化させるように構成されていてもよい。別の実施形態では、インバータ３４８及び３５０の動作周波数を変更することなく、これらのインバータ３４８及び３５０のデューティサイクルを変更してもよく、これにより、異物が存在しない場合に、大きさと位相とが類似している同一の電流によって、検出コイル３３８の第１及び第２の群３３４及び３３６が駆動されるようにすることができる。当該対３３２の差動電流信号は、第１の群３３４の帰還電流信号Ｉ１３５６及び第２の群３３６の継続電流信号Ｉ２３５８、又はその逆に基づいて計算される。
【0043】
ここで図３Ｃ～図３Ｅを参照すると、図３Ｃ～図３Ｅは、駆動サブシステムと検出コイル群との間の動作可能な結合に関する実施形態を示している。検出動作中、これらの検出コイル群は、検出システムの１つ又は複数の駆動サブシステムに結合され、この駆動サブシステムの１つ又は複数の駆動ユニットから電流を引き出している。これらの群の対における両方の群のインピーダンス値が類似している場合、当該検出コイル群の対におけるこれら２つの群によって引き出される電流では、異物が存在しない場合に差動電流の値が僅少となる。しかし、検出コイル群の対における２つの群のインピーダンスが異なる場合、駆動コントローラは、当該検出コイルの対の一方又は両方の群に補償を行って、異物が存在しない場合に、類似の電流信号によってこれら２つの群が確実に駆動されるようにしている。駆動コントローラは、検出コイルの励磁電圧、励磁周波数、及び励磁時間をさらに制御している。駆動コントローラは、駆動ユニットをオンにして検出コイル群を励磁し、また検出コイル群を励磁する必要がない場合、駆動ユニットをオフにする。駆動コントローラは、これらの駆動ユニットを制御するために、電子回路を使用してもよい。電子回路の非限定的な例としては、マイクロコントローラ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ｆｉｅｌｄ‐ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）、半導体デバイス、論理ゲート、デバイスドライバ、発振器及びタイマ、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
【0044】
図３Ｃは、検出マット上に配置された検出コイル群３６６の複数３６４に結合された駆動サブシステム３６２を有する、検出装置（図３Ｃには図示せず）の一部３６０を示す。駆動サブシステム３６２は複数の駆動ユニット３６８を含み、ここで駆動ユニット３６８はそれぞれ、検出コイルの対応する群３６６に結合されている。駆動サブシステム３６２は、駆動ユニット３６８の動作を制御している駆動コントローラ３７０をさらに含む。
【0045】
図３Ｄは、検出マット上に配置された検出コイルの群３８６の複数３８４に結合された駆動サブシステム３８２を有する、検出装置（図３Ｄには図示せず）の一部３８０を示す。駆動サブシステム３８２は、複数の駆動ユニット３８７を含む。駆動サブシステム３８２は、駆動ユニット３８７の動作を制御している駆動コントローラ３８９をさらに含む。検出コイル群の対３８８は、各対３８８が単一の駆動ユニット３８７に結合されるように、駆動サブシステム３８２に結合されている。
【0046】
図３Ｅは本検出装置（図３Ｅには図示せず）の一部３９０を示し、ここで本検出装置は、検出コイル群３９４の複数３９３に結合された、２つの駆動サブシステム３９１及び３９２を使用している。これらの検出コイルは検出マット上に配置されている。検出コイル群３９４の対３９５及び３９７はそれぞれ、駆動サブシステム３９１及び３９２に結合されている。駆動サブシステム３９１は、駆動ユニット３９９と、駆動コントローラ４０１とを含み、駆動サブシステム３９２は、駆動ユニット４０３と、駆動コントローラ４０５とを含む。
【0047】
図４は、ＷＰＴシステム４０４の動作環境４０２における異物の存在を検出するための、例示的な検出システム４００を示している。システム４００は、検出装置４０６と、ＷＰＴシステム４０４とを備える。検出装置４０６は、ＷＰＴシステム４０４の動作環境４０２における異物の存在を検出するための複数の検出コイル、及び検出コイル群の少なくとも一対を有する検出マット４０８を備える。
【0048】
検出装置４０６は、駆動サブシステム４１０をさらに備える。駆動サブシステム４１０は、駆動ユニット４１１と、駆動コントローラ４１２とを含む。図示していないが、検出システム４００は、２つ以上の駆動サブシステム４１０を備えていてもよい。さらに、駆動サブシステム４１０は、複数の駆動ユニット４１１、又は複数の駆動コントローラ４１２、あるいはその両方を含んでいてもよい。駆動サブシステム４１０は、検出マット４０８に動作可能に結合され、検出マット４０８における２つ以上の検出コイル群を励磁するように構成されている。検出装置４０６は、検出マット４０８に動作可能に結合され、かつ検出マットから差動電流信号を受信するように構成された、比較サブシステム４１４をさらに備える。さらに、比較サブシステム４１４は、差動電流信号に基づいて、制御信号を供給するように構成されている。
【0049】
検出システム４００のＷＰＴシステム４０４は、ＷＰＴシステム４０４の送信機ユニット４２０に交流（ＡＣ）電圧信号の形式で電力を供給するように構成された、一次電源４１８を含む。送信機ユニット４２０は、少なくとも１つの送信機コイル（図４には図示せず）を含む。送信機ユニット４２０は、一次電源４１８からＡＣ電圧信号を受信し、かつ受信したＡＣ電圧信号に応答して、一次磁界又は動作環境４０２を生成するように構成されている。
【0050】
検出マット４０８は、送信機ユニット４２０に動作可能に結合されている。具体的には、検出マット４０８は送信機ユニット４２０上に配置されている。いくつかの実施形態では、検出マット４０８は、送信機ユニット４２０の表面４２２上に直接配置されている。いくつかの他の実施形態では、検出マット４０８は、検出マット４０８がＷＰＴシステム４０４の動作環境内に配置されるように、送信機ユニット４０８の上方に配置されている。検出マット４０８は、送信機ユニット４２０の送信機コイルに対して配置され、かつ位置合わせされていてもよい。検出マット４０８は、送信機コイルが検出マット４０８に対して幾何学的に対称に配置されるように配置されていてもよい。さらに、検出マット４０８はスタンドアロン型マット４０８、プラグ・アンド・プレイ型マットであってもよく、また可撓性構造、共形構造、又は剛性構造のうちの１つ又は複数を有していてもよい。
【0051】
ＷＰＴシステム４０４は、送信機ユニット４２０によって生成される一次磁界４０２の少なくとも一部を受け取るように構成された少なくとも１つの受信機コイルを有する、受信機ユニット４２４をさらに含む。受信機ユニット４２４は、充電する必要のある装置の下側４２６に配置されていてもよい。図示の実施形態では、受信機ユニット４２４は、ＷＰＴシステム４０４を使用して充電される電気自動車（ＥＶ）４１６の下側４２６に配置されている。ＥＶ４１６は、バッテリ４１７などの外部電源を含んでいてもよい。ＷＰＴシステム４０４は制御ユニット４２６をさらに含み、この制御ユニット４２６は一次電源４１８の動作を制御し、また検出装置４０６に動作可能に結合されている。制御ユニット４２６は、検出装置４０６から制御信号を受信する。また、制御ユニット４２６は、この制御信号に基づいて、一次電源４１８から送信機ユニット４２０への電力供給を制御する。
【0052】
特定の実施形態では、検出装置４０６は、比較サブシステム４１４に動作可能に結合され、かつ比較サブシステム４１４から制御信号を受信するように構成された通信ユニット４２８を備える。さらに、この通信ユニット４２８は、ＷＰＴシステム４０４の制御ユニット４２６と通信するように構成されている。特定の実施形態では、この通信ユニット４２８は、たとえば携帯電話ネットワークを使用することによって、ＥＶ４１６のユーザ又はそれぞれのＥＶ充電スタンドのオペレータに制御信号を送信して、異物の存在及び／又は不在を伝達することができる。
【0053】
比較サブシステム４１４が検出マット４０８の検出コイルから受信した差動電流信号は、検出電圧信号と呼ばれる電圧信号へと変換される。いくつかの実施形態では、この検出電圧信号は、閾値又は閾値電圧信号と比較される。閾値又は閾値は、たとえば、検出装置４０６のパラメータ及び設計に基づいて、ユーザによって定義されてもよい。検出電圧信号の値が閾値電圧信号の値よりも大きい場合は、検出コイル群の対における２つの群によって引き出される電流が異なっていることを示し、これは、ＷＰＴシステム４０４の動作環境に異物が存在することを示す。あるいは、電圧信号の値が閾値電圧信号の値以下である場合は、検出コイル群の対における２つの群によって引き出される電流が適切に類似していることを示し、これは、ＷＰＴシステム４０４の動作環境に異物が存在しないか、又は本ＷＰＴの動作に悪影響を及ぼさないであろう非常に小さな異物（コイルなど）が存在することを示す。
【0054】
さらに、検出電圧信号の値が閾値電圧信号の値よりも大きい場合の実施例では、制御信号は、検出装置４０６によってＷＰＴシステム４０４へと伝達されて、送信機ユニット４２０への電力供給を停止することができる。いくつかの実施形態では、通信ユニット４２８は制御ユニット４２６と通信し、この制御ユニット４２６は、次いで一次電源４１８から送信機ユニット４２０への電力供給を停止する。別の実施形態では、送信機ユニット４２０がコイルのアレイで構成されている場合、検出装置４０６によって制御ユニット４２６へと制御信号が伝達されると、制御ユニット４２６は、送信機ユニット４２０におけるコイルのアレイのサブセットのみを励磁し、その結果として、異物が検出される領域を回避する。
【0055】
図５は、検出マットの検出コイル群５０４及び５０６の対５０２に動作可能に結合された、例示的な比較サブシステム５００を示す。なお、図５の図示の例は、差動電流を測定する非限定的な例であり、差動を測定する他の方法もまた、本明細書において使用されてもよく、ここで他の方法は、差動増幅器などであるが、これに限定されない電子回路を使用して、個々の電流を感知して、これらの個々の電流間の差を検出することを含んでいてもよい。当該対５０２からの差動電流信号は、一方の群への継続電流信号と、当該群の対における他方の群からの帰還電流信号とを使用することによって求めることができる。図示の実施形態では、群５０４からの帰還電流信号Ｉ１５０８及び群５０６からの継続電流信号Ｉ２５１０を使用して、群５０４及び５０６の対５０２の差動電流信号を導出している。
【0056】
２つの電流信号５０８及び５１０が磁気コア５１２を通過するとき、これらの電流信号５０８及び５１０の差がコア内に磁束鎖交を発生させ、これによって磁気コア５１２に沿って巻回されている電気巻線５１４において、参照番号５１６によって全体を示している、対応する検出電圧信号を誘起する。この検出電圧は、磁気的に飽和していないコア条件下で、電流信号５０８と５１０との差に比例し、また当該群の対５０２における２つの群５０４及び５０６間の差動電流の測定値を表している。
【0057】
比較サブシステム５００は、検出電圧信号を受信して整流する整流器５１８をさらに含む。任意選択のフィルタ５２０は、電圧信号をコンパレータ５２２に送信する前に、これをフィルタリングする。一例では、フィルタ５２０は、測定値から高周波数成分を除外するように構成されている。このコンパレータ５２２は、フィルタリングされた電圧信号を閾値電圧信号と比較し、それに応じて、図４のＷＰＴシステム４０４などのＷＰＴシステムに制御信号が伝達される。
【0058】
図６は、あるシステムの動作環境における異物の存在を検出するための、例示的な方法のフローチャート６００である。一例では、本システムはＷＰＴシステムであってもよい。ブロック６０２で、当該検出装置の検出マットを本ＷＰＴシステムの送信機ユニット上に配置することにより、ある検出装置が利用される。この検出マットは送信機ユニット上に直接配置されてもよいし、あるいは送信機ユニットと物理的に接触しないように、送信機ユニットの上方に配置されてもよい。この検出マットは、複数の検出コイル、及び検出コイル群の少なくとも一対を含み、これら検出コイル群の少なくとも一対は、検出コイルの第１の群及び検出コイルの第２の群を含み、検出コイルの第１の群は第１のインピーダンス値を含み、検出コイルの第２の群は第２のインピーダンス値を含む。
【0059】
ブロック６０４で、検出コイル群の少なくとも一対が励磁される。いくつかの実施形態では、一対におけるこれらの群は、一次磁界に対して対称に配置されていてもよい。いくつかの他の実施形態では、当該対におけるこれらの群は、同じ幾何学的位置に配置されている。特定の実施形態では、当該対におけるこれらの群は２つの異なる検出領域に配置されてもよく、これらの検出領域は、検出領域の対における２つの検出領域が送信機ユニットの磁界に対して対称に配置されるように選択されてもよい。
【0060】
特定の実施形態では、検出コイル群の２つ以上の対が励磁されてもよい。一例では、異物の存在を検出するために、検出コイル群のさまざまな対が同時に励磁されてもよい。一実施形態では、これら検出コイル群のさまざまな対は、異物の存在を検出するために検出マットの表面全体が励磁されるように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、さまざまな対がさまざまなインスタンスで時間内に励磁されてもよい。別の実施形態では、２つ以上の対が同時に励磁されてもよい。一実施形態では、これらさまざまな群の対は、時系列順に励磁されてもよい。
【0061】
また、これらの群の対は、受信機ユニットに対する本ＷＰＴシステムの無線電力伝送動作を開始する前に、また本ＷＰＴシステムの無線電力伝送実行中において励磁されてもよい。これらの群の対は断続的に、又は定期的な間隔で励磁されてもよい。また、検出領域のさまざまな対に対応している検出コイルは、さまざまインスタンスで時間内に励磁される。さらに、異物が存在しない場合に、大きさと位相とが類似している同一の電流によって、これら検出コイルの対における検出コイルが駆動されるように、これらインピーダンス値の異なる検出コイルの対における検出コイルに対して、異なる電圧信号が供給されている。
【0062】
ブロック６０６で、励磁された検出コイルの差動電流信号が求められる。一実施形態では、この差動電流信号は、検出コイル群の対における一方の群の継続電流信号と、当該検出コイル群の対における他方の群の帰還電流信号とを使用して求められる。２つ以上の対が同時に励磁される実施形態では、異物の存在を検出するために、対応する個々の差動電流信号が求められてもよい。この差動電流信号に基づいて、本ＷＰＴシステムの動作環境における異物の有無が判定される。
【0063】
次いで、ブロック６０８で、差動電流信号に基づいて、制御信号が生成される。ブロック６１０で、生成された制御信号が送信される。一例では、この制御信号は、本ＷＰＴシステムの制御ユニットへと送信される。いくつかの実施形態では、本ＷＰＴシステムの送信機ユニットへの電力供給は、本ＷＰＴシステムの制御ユニットが受信した制御信号に基づいて継続、調整、又は停止される。
【0064】
図７は、制御信号に基づいて送信機ユニットへの電力供給を制御する方法の方法フローチャート７００である。ブロック７０２で、たとえば比較サブシステムの電気巻線及び磁気コアを使用して、差動電流信号に比例した検出電圧信号が生成される。ブロック７０４で、検出電圧信号が閾値と比較される。いくつかの実施形態では、この閾値は閾値又は閾値電圧信号であってもよい。この閾値電圧信号は、本ＷＰＴシステムの仕様に基づく所定の電圧信号であってもよい。
【0065】
判定ブロック７０６で、検出電圧信号が閾値電圧信号よりも大きいことが判明した場合、本ＷＰＴシステムに対して、送信機ユニットへの電力供給を開始せず、これを調整、又は停止する旨の制御信号が伝達される（ブロック７０８）。あるいは、判定ブロック７０６で、検出電圧信号が閾値電圧信号よりも小さかった場合、本ＷＰＴシステムへの通信が行われないか、又は送信機ユニットへの電力供給を継続又は開始する旨を示す制御信号が、本ＷＰＴシステムに対して伝達される（ブロック７１０）。
【0066】
この検出は、リアルタイム又はほぼリアルタイムで実行されてもよい。ほぼリアルタイムの検出は、検出を開始した時点から数マイクロ秒から数ミリ秒の間に制御信号が生成され、かつ伝達されるように実行されてもよい。特定の実施形態では、検出マットは、たとえば１秒に１回など、定期的な間隔で任意の異物についてスキャンされてもよい。異物を検出すると、送信機ユニットに対して通信信号が送信される。
【0067】
図８は、本明細書の態様による、検出マット８００の断面図である。いくつかの実施形態では、検出マット８００は、図４の送信機ユニット４２０などの送信機ユニットに取り外し可能に結合される、スタンドアロン構造であってもよい。一例では、検出マット８００は、プラグ・アンド・プレイ構造であってもよい。検出マット８００は、１つ又は複数のプリント回路基板（ＰＣＢ）８０４を有する基板８０２を含む。基板８０２は、電気絶縁材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、基板８０２自体がプリント回路基板（ＰＣＢ）であってもよい。
【0068】
さらに、検出コイル８０８の群８０６は、基板８０２上に配置されてもよい。一実施形態では、検出コイル８０８の群８０６は、それぞれのＰＣＢ８０４上に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、検出コイル８０８は基板８０２上に配置されてもよいし、あるいはユーザの安全性及び美観を確保するために、基板８０２に埋め込まれていてもよい。検出コイル８０８はまた、可撓性又は通常のプリント回路基板上に印刷されていてもよい。特定の実施形態では、検出コイル８０８は、基板８０８又はＰＣＢ８０４上に印刷されてもよいし、成形されてもよいし、織り込まれてもよいし、あるいは付加製造されてもよい。なお、検出コイル８０８はそれぞれ小型であるため、細いゲージワイヤ内で巻回されていてもよい。
【0069】
被覆層８１０が、検出コイル８０８上に配置されてもよい。この被覆層８１０は、第１の面８１２及び第２の面８１４を有する。特定の実施形態では、検出コイル８０８は、被覆層８１０の第２の面８１４に直接配置されていてもよい。これらの実施形態のいくつかでは、検出コイル８０８はＰＣＢ８０４上に配置されていなくてもよい。さらに、適切な電子回路８１６が基板８０２に設けられて、検出マット８００と、本検出装置の駆動サブシステム及び比較サブシステムとを動作可能に結合できるようにしてもよい。
【0070】
基板８０２及び被覆層８１０は、可撓性材料、硬質材料、又はそれらの組み合わせを含んでいてもよい。被覆層８１０は、熱伝導性及び電気絶縁性（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ：ＴＣＥＩ）材料を含む。一実施形態では、この熱伝導性及び電気絶縁性（ＴＣＥＩ）材料は、耐摩耗性のフィラーを含むエラストマー又は熱可塑性プラスチックを含んでいてもよい。一実施形態では、これらのエラストマーはシリコーンゴムであってもよい。これらのフィラーは、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素、酸化グラフェン、炭化ケイ素、及び窒化ケイ素などのＴＣＥＩフィラーであってもよい。同様に、これらの熱可塑性プラスチックは、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリ（メチルメタクリレート）（ｐｏｌｙ ｍｅｔｈｙｌ‐ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、及びポリエステルであってもよい。また、特定の実施形態では、基板８０２及び被覆層８１０は、検出コイル８０８と共に折り畳み可能であってもよい。一実施形態では、検出マット８００は形状適合構造であってもよい。そのために、検出マット８００が送信機ユニット上に配置されるとき、この検出マット８００は、送信機ユニットの表面の勾配及び曲線に概ね適合するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、被覆層８１０は、基板８０２、検出コイル８０８の周辺に、また恐らくは電子回路８１６の周辺にエンクロージャを形成してもよい。
【0071】
一実施形態では、検出マット８００は、標準のＳＡＥ規格の送信機システムと一体化されていてもよい。特定の実施形態では、検出マット８００の寸法は、約０．５ｍ～約２．２ｍの範囲内であってもよい。検出マット８００は、送信機コイルの表面積を覆うのに適切な大きさであってもよい。いくつかの例では、検出マット８００の長さは、約０．５ｍ～約２．２ｍの範囲内であってもよく、また幅は、約０．５ｍ～約２．２ｍの範囲内であってもよい。また、検出マット８００の厚さは、約１ｍｍ～約２０ｍｍの範囲内であってもよい。一実施形態では、検出マット８００は一体構造であってもよい。別の実施形態では、検出マット８００は、独立した個々の部品を一体化することによって形成されていてもよい。
【0072】
有利なことに、本技術による装置、システム、及び方法は構造が単純であるため、複雑な組み立てを何ら必要としない。また、本技術は非常に感度が高く、無線電力伝送が開始された直後に異物の存在を検出することができる。これは、電力の浪費を最小限に抑えるのに役立つ。本明細書の実施形態は、本ＷＰＴシステムの動作環境内に位置する異物を検出するための感度が高く、簡便で、なおかつ正確なシステムを提供する。さらに、本明細書の検出装置は、既存のＷＰＴシステムに加える必要のある変更又は調整を最小限にするか、あるいは全くこれらを必要とせずに、既存のＷＰＴシステムに配備することができる。有利なことに、本明細書の装置、システム、及び方法により、電気自動車（ＥＶ）の無線電力伝送中に安全な作業環境が実現するが、これは、本ＷＰＴシステムの動作環境において異物の検出時にＥＶの無線電力伝送を停止するか、又は異物の存在の検出時に警報を発することによって実現される。
【0073】
本発明の特定の特徴のみを本明細書に例示し、かつ記載しているが、当業者であれば多くの修正及び変更に想到するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の範囲内にある全てのそのような修正及び変更を網羅することを意図するものであることを理解されたい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】