专利名称：用于车辆的无线电力天线对准调整系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及无线电力传送，且更具体地说，涉及与向包含电池的车辆的无线电力传送有关的装置、系统和方法。
背景技术：
正开发使用发射器与耦合到待充电的电子装置的接收器之间的空中或无线电力发射的方法。此些方法一般属于两个种类。一类是基于发射天线与待充电的装置上的接收天线之间的平面波辐射(也称为远场辐射)的耦合。接收天线收集辐射的电力，并对其进行整流以用于为电池充电。此方法遭受电力耦合随天线之间的距离而快速下降的事实，因此合理距离(例如，小于I到2米)内的充电变得困难。另外，由于发射系统辐射平面波，因此如果未通过滤波来恰当地控制，那么无意的辐射可干扰其它系统。无线能量发射技术的其它方法是基于嵌入(例如)“充电”垫或表面中的发射天线与嵌入待充电的电子装置中的接收天线(加整流电路)之间的电感耦合。此方法具有发射天线与接收天线之间的间距必须非常近(例如，在数毫米内)的缺点。尽管此方法确实具有同时为同一区域中的多个装置充电的能力，但此区域通常非常小，且要求用户将装置准确地定位到特定区域。最近，已引入了包含来自电的运动电力和用以提供所述电的电池的车辆。混合电动车辆包含车载充电器，其使用来自车辆制动和传统电动机的电力来为车辆充电。仅用电的车辆必须从其它来源接收用于为电池充电的电。按照惯例，建议这些电动车辆通过某一类型的有线交流(AC)(例如家用或商业AC供应源)来充电。
归因于无线电力发射期间出现的损失，效率在无线电力传送系统中具有重要性。由于无线电力发射通常比有线传送低效，效率在无线电力传送环境中受到更多关注。因此，需要将无线电力提供给电动车辆的方法和设备。用于电动车辆的无线充电系统可要求发射和接收天线在某一程度内对准。电动车辆无线充电系统内的发射与接收天线的充分对准可要求将电动车辆恰当地定位在停车空间内，以及在电动车辆已定位在停车空间内之后对天线位置的细调。需要与电动车辆引导系统有关的系统、装置和方法。此外，存在对电动车辆无线充电系统内的天线的精细对准的装置、系统和方法的需要
发明内容
图I是说明可如何结合多种可更换电池使用无线充电系统的层级图，所述可更换电池中的每一者可在多种电池电动车辆(BEV)中使用。 图2说明在配备有无线接收器的BEV停放在无线发射器附近时用于所述BEV的无线充电系统。图3是用于BEV的无线电力充电系统的简化框图。图4是用于BEV的无线电力充电系统的更详细框图，其说明用于发射天线和接收天线的通信链路、弓I导链路和对准系统。图5说明可在本发明的一些实施例中使用的低压电力线通信的分配系统的部分。图6展示可表示为可用于BEV中的电池充电的Li离子电池的典型充电过程。图7说明可用于BEV中的电池的充电时间的实例。图8说明展示可用于BEV的无线充电的各种频率的频谱。图9说明可在BEV的无线充电中有用的一些可能频率和发射距离。图10说明展示相对于天线的半径的磁场强度的发射和接收环天线。图IlA和IlB说明环天线和附随铁氧体衬垫周围的磁场。图12是说明针对作为无线电力天线的部分的铁氧体衬垫的各种厚度的可能电感值的曲线图。图13是说明针对作为无线电力天线的部分的铁氧体衬垫的各种厚度的可能铁氧体损失值的曲线图。图14展示安置于BEV中的可更换无接触电池的简化图。图15A到MD是无线电力天线和铁氧体材料相对于电池的放置的更详细图。图16是经配置以无线接收或发射电力的BEV中的电池系统的部分的简化框图。图17说明根据本发明实施例的包括多个停车空间和定位在每一停车空间内的充电基座的停车场。图18说明定位在具有位于其中的充电基座的停车空间内的一对轮胎止动件。图19说明根据本发明示范性实施例通过使用引导系统来接近充电点的BEV。图20描绘根据本发明示范性实施例的引导系统的一部分的框图。图21说明根据本发明示范性实施例的接收天线。
图22描绘根据本发明示范性实施例的另一接收天线。图23描绘根据本发明示范性实施例由充电基座的发射天线产生的磁场。图24说明根据本发明示范性实施例的接收天线和发射磁场的充电基座的侧视图。图25说明根据本发明示范性实施例的定位在磁场内的接收天线的倒置图。图26说明根据本发明示范性实施例的用于在三角测量过程内使用的四个超宽带
应答器。
图27是说明根据本发明示范性实施例的方法的流程图。图28A说明车辆可能遇到的各种阻碍，其可需要底盘间隙。图28B和28C说明根据本发明示范性实施例的位于车辆的底盘下侧的空腔内的无线电力天线。图29A说明根据本发明示范性实施例的用于在地里钻孔的工具，其中充电基座可至少部分地嵌入所述孔中。图29B说明根据本发明示范性实施例的嵌入充电基座的若干变体。图29C说明根据本发明示范性实施例完全位于地面下方的充电基座。图29D说明根据本发明示范性实施例的位于充电基座上的具有卡圈的盖。图30A到30C说明根据本发明示范性实施例的包含定位在包含无线电力天线的充电基座上的无线电力天线的车辆。图31A到31G说明根据本发明各种示范性实施例的精细对准调整的若干变体。图32说明根据本发明示范性实施例的机械装置可调整无线电力天线的位置的X和Y方向中的可能位置。图33说明根据本发明示范性实施例的用于位于车辆下侧的空腔内的无线电力天线的机械解决方案。图34说明根据本发明示范性实施例的其中无线电力天线可由可操作地耦合到驱动机构的齿轮轴重新定位的另一机械解决方案。图35A说明经历来自车辆的重量的重负载的充电基座3520。图35B和35C说明根据本发明示范性实施例的包含加强盖的充电基座。图36A到36D说明根据本发明示范性实施例的包含无线电力电池单元和经配置以各种组合重新定位在X、Y和Z方向上的无线电力天线的车辆。图37A到37B说明根据本发明替代示范性实施例的用于车辆的无线电力充电系统的精细对准调整系统。
具体实施例方式下文结合附图陈述的详细描述意在作为本发明的示范性实施例的描述，且无意表示可实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述而使用的术语“示范性”表示“充当实例、例子或说明”，且不应必然被解释为比其它示范性实施例的优选或有利。详细描述包含用于提供对本发明示范性实施例的全面理解的具体细节。所属领域的技术人员将明白，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以框图形式展示众所周知的结构和装置，以便避免模糊本文所呈现的示范性实施例的新颖性。
术语“无线电力”在本文中用以表示与在不使用物理电磁导体的情况下从发射器发射到接收器的电场、磁场、电磁场或其它相关联的任何能量形式。此外，术语“无线充电”在本文中用以表示将无线电力提供给包含电化学电池的一个或一个以上电化学电池或系统，以用于为电化学电池重新充电。术语“电池电动车辆”(BEV)在本文中用以表示包含从一个或一个以上可重新充电的电化学电池得到的电力作为其运动能力的一部分的车辆。作为非限制实例，一些BEV可为混合电动车辆，其包含使用 来自车辆减速的电力的车载充电器以及用以为车辆充电的传统电动机，其它BEV可从电力汲取所有运动能力。本发明的示范性实施例包含将无线电力提供给电动车辆的方法和设备。图I是说明可如何结合多种可更换电池使用无线充电系统的层级图，所述可更换电池中的每一者可在多种电池电动车辆中使用。在顶部开始，可存在许多不同的BEV模型。然而，车辆模型群组可适于仅使用有限数目的可更换电池单元，例如电动车辆(EV)电池类型A、EV电池类型B以及EV电池类型C。作为非限制实例，可基于电池的所需容量、电池所需的空间、电池的形状因子、无线电力天线的大小以及无线电力天线的形状因子来配置这些不同电池类型。对于受限的电池类型，明确地说，无线天线的大小、放置和形状因子，可提供单个无线电力递送解决方案，其将提供到各种电池类型的近场无线耦合。电池集成解决方案可使EV制造商容易采用无线充电，因为此解决方案将仅对EV的电和机械设计具有较小影响。一旦被广泛接受和标准化，将仅需要相对较小数目的EV电池类型在循环中。限制电池类型将简化无线BEV充电解决方案的定制，因为电池类型的数目将比在将来将引入市场中的EV模型的数目小得多。此外，有限电池类型可使现有的EV模型能够经改装以用于无线充电。可通过用集成无线充电且在所有其其它接口处表现为原始电池的新电池代替EV中的常规电池来简单地执行此改装。另外，无线电力电池类型可配置有到车辆的其余部分的无线和无接触充电接口，从而允许容易的电池交换和电池的非接触重新充电，其可包含关于可靠性、机械磨损和安全性的一些优点。图2说明在BEV停放在无线充电基座(CB) 104附近时用于具有无线充电能力的BEV102的无线充电系统。将两个车辆102说明为在停放区域106中和停放在对应的CB 104上。本地分配中心108连接到电力主干，且经配置以将交流(AC)或直流(DC)供应提供给作为CB 104的一部分的电力转换系统112。CB 104还包含用于产生或拾取近场辐射的无线电力天线114。每一车辆包含电池、BEV电力转换和充电系统116以及无线电力天线118，其经由近场与CB天线114交互。在一些示范性实施例中，BEV天线118可与CB天线114对准，且因此仅通过驾驶员将车辆相对于CB天线114正确地定位而安置在近场区内。在其它示范性实施例中，驾驶员可被给予视觉反馈、听觉反馈或其组合，以确定车辆合适恰当地放置以用于无线电力传送。在其它示范性实施例中，车辆可由自动操纵系统定位，所述自动操纵系统可前后移动车辆(例如，以Z字形移动)，直到对准误差已达到容许值为止。这可通过车辆自动且自主地执行，而不具有或仅具有最小的驾驶员干预，前提是车辆配备有伺服方向盘、四处的超声传感器以及人工智能。在其它示范性实施例中，BEV天线118、CB天线114或其组合可包含用于使天线相对于彼此移位和移动以更准确地定向天线并在其间形成较佳近场f禹合。
CB 104可位于多种位置中。作为非限制实例，一些合适位置为在车辆拥有者的家里的停放区域、在常规基于石油的加油站之后模型化的为BEV无线充电保留的停放区域，以及例如购物中心和工作地方等其它位置处的停车场。这些BEV充电站可提供大量益处，例如 方便性可在没有驾驶员干预和操纵的情况下几乎自动执行充电。 可靠性可不存在暴露的电触点且无机械磨损。 安全性可不需要使用电缆和连接件的操纵，且可不存在可能暴露于室外环境中的水汽和水的电缆、插头或插座。 防止故意损坏可不存在可见或可接入的插座、电缆和插头。
可用性如果BEV将用作用以稳定输电网的分布式存储装置。可用性对于实现车辆到输电网(V2G)能力的便利对接到输电网解决方案可增加。 有美感且非妨碍的可不存在可能妨碍车辆和/或行人的柱负载和电缆。作为V2G能力的进一步阐释，可将无线电力发射和接收能力配置为互惠的，使得CB 104将电力传送给BEV 102，且BEV将电力传送给CB 104。此能力可通过允许BEV以类似于太阳能电池电力系统可如何连接到电网且将过量电力供应给电网的方式将电力贡献给总分配系统，而对于电力分配稳定性有用。图3是用于BEV的无线电力充电系统的简化框图。本文所述的示范性实施例使用形成谐振结构的电容性加载的线环(即，多匝线圈)，其能够经由磁近场将能量从主要结构(发射器)高效地耦合到次要结构(接收器)，如果主要和次要结构两者均调谐到共用谐振频率的话。所述方法也称为“磁耦合谐振”和“谐振感应”。为了实现无线高电力传送，一些示范性实施例可使用在从20到60kHz的范围内的频率。此低频耦合可允许可使用最先进的固态装置实现的高度高效的电力转换。另外，与其它带相比，可能存在较少的与无线电系统的共存问题。在图3中，常规电力供应132 (其可为AC或DC)将电力供应到CB电力转换模块134，其假定朝车辆的能量传送。CB电力转换模块134驱动CB天线136以发射所要的频率信号。如果将CB天线136和BEV天线138调谐到大体上相同的频率，且足够靠近而在来自发射天线的近场辐射内，那么CB天线136和BEV天线138耦合，使得电力可传送到BEV天线138，且在BEV电力转换模块140中提取。BEV电力转换模块140可接着为BEV电池142充电。电力供应132、CB电力转换模块134和CB天线136组成总体无线电力系统130的基础结构部分144，其可为静止的且位于多种位置处，如上文所论述。BEV电池142、BEV电力转换模块140和BEV天线138组成无线电力子系统146，其为车辆的部分或电池组的部分。在操作中，假定朝车辆或电池的能量传送，从电力供应132提供输入电力，使得CB天线136产生所辐射场以用于提供能量传送。BEV天线138耦合到所辐射场，且产生用于存储或供车辆消耗的输出电力。在示范性实施例中，根据相互谐振关系且在BEV天线138的谐振频率和CB天线136的谐振频率非常接近时，配置CB天线136和BEV天线138，当BEV天线138位于CB天线136的“近场”中时，CB与BEV无线电力子系统之间的发射损失最小。如所陈述，高效的能量传送通过将发射天线的近场中的能量的大部分耦合到接收天线而不是以电磁波将大部分能量传播到远场而发生。当在此近场中时，发射天线与接收天线之间可形成耦合模式。天线周围可发生此近场耦合的区域在本文中称为近场耦合模式区。CB和BEV电力转换模块两者可包含用于与无线电力天线高效耦合的振荡器、电力放大器、滤波器和匹配电路。振荡器经配置以产生所要频率，其可响应于调整信号而调整。振荡器信号可由电力放大器放大响应于控制信号的放大量。可包含滤波和匹配电路，以滤除谐波或其它不想要的频率，且使电力转换模块的阻抗与无线电力天线匹配。CB和BEV电力转换模块还可包含整流器和切换电路，以产生合适的电力输出以为电池充电。示范性实施例中所使用的BEV和CB天线可配置为“环”天线，且更具体地说，多匝环天线，其在本文还可称为“磁性”天线。环(例如，多匝环)天线可经配置以包含空气芯或物理芯，例如铁氧体芯。空气芯环天线可允许将其它组件放置在芯区域内。物理芯天线可允许形成较强的电磁场。 如所陈述，发射器与接收器之间的高效能量传送在发射器与接收器之间的匹配或几乎匹配的谐振期间发生。然而，甚至在发射器与接收器之间的谐振不匹配时，能量可以较低效率传送。能量的传送通过将能量从发射天线的近场耦合到驻存在邻域中的接收天线而发生，在邻域中建立此近场，而不是将能量从发射天线传播到自由空间中。环天线的谐振频率是基于电感和电容。环天线中的电感一般仅为由环产生的电感，而电容一般与环天线的电感相加，以在所要谐振频率下产生谐振结构。作为非限制实例，电容器可与天线串联相加，以形成产生磁场的谐振电路。因此，对于较大直径的环天线，感应谐振所需的电容的大小随着环的直径或电感增加而减小。进一步注意，电感还可取决于环天线的匝数。此外，随着环天线的直径增加，近场的高效能量传送区域增加。当然，其它谐振电路是可能的。作为另一非限制实例，电容器可并联放置在环天线的两个端子之间(即，并联谐振电路)。本发明的示范性实施例包含将电力耦合在处于彼此的近场中的两个天线之间。如所陈述，近场是天线周围其中电磁场(本文中也称为近场辐射)存在但无法传播或辐射远离天线的区域。近场耦合模式区通常被限制到接近天线的物理体积的体积，例如在波长的六分之一的半径内。在本发明的示范性实施例中，将磁性类型的天线(例如单匝和多匝环天线)用于发射和接收两者，因为与电类型天线(例如，小偶极子)的电近场相比，实际实施例中的磁近场振幅趋向于针对磁性类型的天线较高。这允许配对之间潜在较高的耦合。以来实质磁场的另一原因是其与环境中的非导电电介质材料的低交互以及安全性问题。用于无线高电力发射的电天线可涉及极高的电压。此外，还涵盖“电”天线(例如，偶极子和单极子)或磁性天线与电天线的组合。图4是用于BEV的一般无线电力充电系统150的更详细框图，其说明用于CB天线158和BEV天线160的通信链路152、引导链路154以及对准系统156。如同图3的示范性实施例，且假定能量流朝向BEV，在图4中，CB电力转换单元162从CB电力接口 164接收AC或DC电力，且在其谐振频率下或其谐振频率附近激励CB天线158。当在近场耦合模式区中时，BEV天线160从近场耦合模式区接收能量，以在谐振频率下或谐振频率附近震荡。BEV电力转换单元166将来自接收天线160的震荡信号转换为适合为电池充电的电力信号。一般性系统还可分别包含CB通信单元168和BEV通信单元170。CB通信单元168可包含到例如计算机和电力分配中心等其它系统(未图示)的通信接口。BEV通信单元170可包含到例如车辆上的车载计算机、其它电池充电控制器、车辆内的其它电子系统以及远程电子系统等其它系统(未图示)的通信接口。CB和BEV通信单元因此可包含用于具有单独通信信道的特定应用程序的子系统或功能。这些通信信道可为单独的物理信道或仅单独的逻辑信道。作为非限制实例，CB对准单元172可与BEV对准单元174通信，以提供反馈机制，用于自主地或在操作者的辅助下更密切地对准CB天线158与BEV天线160。类似地，CB引导单元176可与BEV引导单元178通信，以提供反馈机制以引导操作者对准CB天线158与BEV天线160。另外，可存在单独的通用通信信道152，其包含CB通信单元180和BEV通信单元182，用于在CB与BEV之间传送其它信息。此信息可包含关于CB和BEV两者的EV特性、电池特性、充电状态和电力容量的信息，以及维护和诊断数据。这些通信信道可为单独的物理通信信道，例如蓝牙、紫蜂、蜂窝式等。另外，可在不使用特定通信天线的情况下经由无线电力链路执行某一通信。换句话说，通信天线与无线电力天线是相同的。因此，CB的一些示范性实施例可包含用于实现无线电路路径上的键控型协议的控制器(未图示)。通过用预定义协议以预定义间隔键控 发射电力电平(幅移键控)，接收器可检测来自发射器的串行通信。CB电力转换模块162可包含负载感测电路(未图示)，其用于检测由CB天线158产生的近场附近有源BEV接收器的存在或不存在。举例来说，负载感测电路监视流到电力放大器的电流，其受由CB天线158产生的近场附近的有源接收器的存在或不存在影响。电力放大器上负载的变化的检测可由控制器监视，以用于确定是启用振荡器来发射能量、与有源接收器通信，还是其组合。BEV电路可包含切换电路(未图示)，其用于将BEV天线160连接到BEV电力转换单元166和使BEV天线160与BEV电力转换单元166断开。断开BEV天线不仅暂停充电，而且改变如由CB发射器“看到”的“负载”，其可用以将BEV接收器从发射器“隐匿”。如果CB发射器包含负载感测电路，那么其可检测这些负载变化。因此，CB具有用于确定BEV接收器何时存在于CB天线的近场中的机构。图5说明经启用以用于可在本发明的一些实施例中使用的低压电力线通信的电力分配系统200的部分。CB可通过电力分配182链接到电力线通信系统，以经由其支持相关电力线通信(PLC)标准的外部CB-COM接口提供PLC。与外部CB-COM接口通信的PLC节点可集成在电(能量)表184中。在许多国家且特别是在欧洲，PLC可作为自动化计量基础结构(AMI)的部分且用于智能输电网应用而扮演重要角色。AMI可包含例如以下各项的元件电、气、水、热量的自动读表(AMR);能量和水使用分析；需求预报；以及需求方管理。此夕卜，对于本发明的示范性实施例，AMI可包含用于BEV的V2G的管理。作为非限制实例，可将室内PLC系统配置为用于家庭自动化应用的家庭区域网络的部分。用于PLC节点的一些非限制频率可处于带B (95到125kHz)或带C(125到140kHz)中。BEV中的无线电力充电可适合许多不同电池能力和技术。对于一些示范性实施例，关于电池能力和技术的信息可在确定充电特性和充电剖面中有用。电池能力的一些非限制实例为电池电荷、电池能量、电池电压、电池容量、电池充电电流、电池充电功率以及充电能力。BEV中可使用许多不同电池和电化学电池技术。合适的电化学电池的一些非限制实例为锂离子、锂聚合物以及铅酸型电池。Li离子电池可归因于高电池组电压(例如，400V)而提供较高的能量密度。铅酸电池可归因于高电池容量(例如，180Ah)而提供较高的能量密度。最近，已存在Li离子电池的趋势，因为它们提供高能量密度和高电力密度。然而，本发明的示范性实施例可用于其它可再充电电化学或机电(例如飞轮)电池中以及甚至将来的可再充电电化学或机电电池中。图6说明可表示可用于BEV中的电池的Li离子电池的典型充电过程。曲线图说明充电电流对充电时间、电池电压和电荷容量。在第一阶段期间，随着电荷容量以相对较高速率增加，可将大体上恒定的电流施加到电池。在第二阶段期间，随着电荷容量接近满电荷，可施加大体上恒定的电压。图6说明用于在其额定容量(通常称为1C)下为电池充电的实例电荷情境。可使用其它快速充电情境，例如比IC快的速率(例如，2C、3C等)。图7说明可用于BEV中的电池的充电时间的实例。将25kWh的所存储能量展示为BEV中的典型电池的电荷容量的一个实例。取决于可用的电力，达到满容量的充电时间对于约21kW的高递送能力可低至约I. 25小时，对于约7kW的加速递送能力为约3. 5小时，对于约3kW的正常递送能力为约8. 5小时，且对于约2kW的家用递送能力为约12. 5小时。图7 既定仅作为展示充电时间的范围以及其可如何适合无线电力递送能力的实例。图8说明展示可用且适合BEV的无线充电的各种频率的频谱。用于对BEV的无线高电力传送的一些潜在频率范围包含3kHz到30kHz带中的VLF、具有某些例外的30kHz到 150kHz 带(对于类似 ISM 的应用)、HF 6. 78MHz (ITU-R ISM 带，6. 765 到 6. 795MHz)、HF13. 56MHz (ITU-R ISM 带，13. 553 到 13. 567)，以及 HF 27. 12MHz (ITU-R ISM 带，26. 957 到27. 283)。图9说明可在BEV的无线充电中有用的一些可能频率和发射距离。可对BEV无线充电有用的一些实例发射距离为约30mm、约75mm以及约150臟。一些示范性频率可为VLF带中的约27kHz以及LF带中的约135kHz。在确定合适的频率时，必须考虑除仅仅接收和发射天线的谐振特性和耦合模式区之外的许多考虑因素。无线电力频率可干扰用于其它应用的频率。作为非限制实例，可存在与电力线频率、可听频率和通信频率的VLF/LF共存问题。其中共存对于VLF和LF来说成问题的一些非限制实例为用于无线电时钟的频率、用于LW AM广播和其它无线电服务的频率、到ISDN/ADSL和ISDN/xDSL通信信道的交叉耦合、电子车辆固定系统、RFID(射频识别)系统、EAS(电子商品防盗)系统、现场寻呼、低压PLC系统、医疗植入(心脏起搏器等)、音频系统以及可由人类和动物察觉的声学发射。其中共存对于HF频率来说可成问题的一些非限制实例为工业、科学和医疗(ISM)无线电带，例如用于远程控制应用和处于FDX或HDX模式的具有连续能量传送的RFID的6. 78MHz ;用于处于FDX或HDX模式的具有连续能量传送以及便携式装置无线电力的RFID的13.56MHz ;以及用于火车应用(欧洲应答器27. 095MHz)、民用波段无线电以及远程控制(例如模型、玩具、车库门、计算机鼠标等)的27. 12MHz。图10说明展示相对于天线的半径的场强度的发射和接收环天线。具有大于或小于最佳半径的半径的天线结构针对给定的所传送电力在天线附近产生较高的场强度。H场强度随着电力传送距离增加且针对给定的所传送电力而线性地增加，前提是天线半径成比例地增加，因此总是最佳的。图IlA和IlB说明环天线和附随铁氧体衬垫周围的电磁场。发射天线包含线环1130，其可包括多匝线环，且铁氧体衬垫1120和接收天线包含线环1180和铁氧体衬垫1170。在VLF和LF频率下，铁氧体衬垫可用于强化天线之间的空间中的磁场1140，因此获得增强的耦合。如图IlA中所示，如果天线线圈1130和1180与铁氧体衬垫1120和1170之间的分离减小到0cm，那么发射天线与接收天线之间的耦合系数稍减小。因此，天线线圈1130和1180与铁氧体衬垫1120和1170之间可存在理想分离。图IlB说明天线线圈1130和1180与铁氧体衬垫1120和1170之间的小分离。另外，说明天线线圈1130和1180与其相应的铁氧体衬垫1120和1170之间的减小的间距。对于较小的发射距离(例如，3cm)，铁氧体衬垫的性能增益可较小，因为耦合系数已经非常高。图12是说明针对作为无线电力天线的部分的铁氧体衬垫的各种厚度的可能电感值的曲线图。在针对图12的示范性实施例中，铁氧体衬底距线圈约O. 5cm。可看到，电感并不随铁氧体衬垫的在约5mm与IOmm之间的厚度改变而相当大地改变(即，约5%)。图13是说明针对作为无线电力天线的部分的铁氧体衬垫的各种厚度的可能铁氧体损失值的曲线图。在针对图12的示范性实施例中，铁氧体衬底距线圈约O. 5cm。可看到， 损失随铁氧体衬垫在约5mm与IOmm之间的厚度改变而快速增加(即，约185%)。所得损失可减小Q因子。因此，可需要在性能相对于例如体积、重量和成本等考虑因素之间作出折衷。图14展示安置在电池电动车辆(BEV) 220中的可更换电池的简化图。在此示范性实施例中，无线能量传送系统的BEV侧是车辆电池单元222的一体部分。朝标准化EV电池的当前移动可实现所谓的电池交换(或切换)站中的容易且快速的更换。如图14中所示，电池单元222的形状和放置说明一个示范性实施例。许多其它配置是可能的。作为非限制实例，电池块可位于后座下方。然而，较低电池位置可对集成无线电力接口且可从嵌入地内的充电器接收电力的电池单元有用。快速电池更换将可能继续与有绳和无线BEV充电共存，且将不完全取代任何替代充电解决方案(例如，无线充电)。在电池交换站中，开车者可在可能少于一分钟内获得完全重新充电的电池(比在常规加油站重新加油快)，而有绳和无线充电将为在家中和在公共和私人停车场偶尔充电的解决方案，以增加车辆自主时间。归因于高资本支出问题，电池交换站的部署可主要沿主要交通轴以及在较大的城市中。对于分散的且特别是对于便利充电和对接到输电网解决方案的另一强烈争论是BEV对车辆到输电网使用的可用性，如上文所阐释。在图14中，EV可更换电池单元222容纳在特殊设计的电池隔间224中。电池单元222还提供无线电力接口 226，其可集成整个BEV侧的无线电力子系统，包括谐振磁天线、电力转换以及其它控制和通信功能，其为嵌入地中的充电基座(CB)与电动车辆(EV)电池之间的高效且安全的无线能量传送所需要。与电池单元222的底部侧(车辆主体)集成齐平对于BEV天线来说可能有用，使得不存在突出部分，且使得可维持指定的地面到车辆主体的间隙。此配置可需要电池单元中专用于无线电力子系统的一些空间。在一些示范性实施例中，CB天线和BEV天线固定在适当位置中，且通过BEV相对于CB的整体放置来将天线带入近场耦合区内。然而，为了快速、高效且安全地执行能量传送，可能需要减小充电基座天线与BEV天线之间的距离以改进磁性耦合。因此，在一些示范性实施例中，CB天线和BEV天线可为可展开可移动的，以使其较好地对准。图14中还说明电池单元222，其完全密封，且提供无接触电力和通信接口 226、228。图16中说明此示范性实施例的概念框图。图15A到MD是环天线和铁氧体材料相对于电池的放置的更详细图。在这些示范性实施例中，电池单元包含不可展开的BEV天线模块，作为无线电力接口的一部分。为了防止磁场透入电池单元230中且透入车辆的内部，电池单元与车辆之间可存在导电罩232 (例如，铜片)。此外，可使用非导电(例如，塑料)层234来保护导电罩232、线圈236和铁氧体材料238，使其免受所有种类的环境影响(例如，机械损坏、氧化等)。图15A展示完全嵌入的铁氧体天线线圈236。线圈236本身可(例如)仅由标准利兹线制成。图15B展示尺寸经最佳设计的铁氧体板(即，铁氧体衬垫)，用以增强耦合且
用以降低导电罩232中的涡流(热耗散)。线圈可完全嵌入非传导非磁性(例如，塑料)材料234中。一般来说，线圈与铁氧体板之间可因为磁性耦合与铁氧体磁滞损耗之间的最佳折衷而存在分离。图15C说明另一示范性实施例，其中线圈可在横向(“x”)方向上移动。图MD说明另一示范性实施例，其中仅天线(线圈)模块展开在向下方向上。此可展开模块的设计类似于图15B的设计，除了天线模块处不存在导电罩。导电罩与电池单元在一起。天线模块与电池单元的物理分离将对天线性能具有积极影响。然而，考虑到车辆主体下方的严酷环境条件，解决方案可能更易发故障。图16是经配备以接收无线电力的BEV中的电池系统250的部分的简化框图。此示范性实施例说明无线电力接口，其可在EV系统252、电池子系统254与到CB (未图示)的无线充电接口之间使用。电池子系统254用于与EV与电池子系统254之间的无线接口进行能量传送和通信，这实现了完全无接触、封闭且密封的电池子系统254。接口可包含双向(双向)无线能量传送、电力转换、控制、电池管理和通信所需的所有功能性。上文已阐释了用于电池通信接口 256和无线电力接口 258的充电器，且应再次注意，图16展示一般概念。在特定实施例中，无线电力天线260和通信天线可组合成单个天线。这还可应用于电池到EV无线接口 262。电力转换(LF/DC)单元264将从CB接收到的无线电力转换为用以为EV电池266充电的DC信号。电力转换(DC/LF) 268将来自EV电池266的电力供应到电池子系统254与EV系统252之间的无线电力接口 270。可包含电池管理单元272以管理EV电池充电、电力转换单元(LF/DC和DC/LF)的控制，以及无线通信接□。在EV系统252中，无线天线274从天线276接收电力，且LF/DC电力转换单元278可将DC信号供应到超级电容器缓冲器280。在一些示范性实施例中，LF/DC电力转换单元278可将DC信号直接供应到EV电力供应接口 282。在其它示范性实施例中，无接触接口可能不能够提供车辆驱动系所需的高电池峰值电流，例如在加速期间。为了降低源电阻，且因此降低如在EV电力供应端子处“看到”的EV能量储存系统的峰值电力能力，可使用额外的超级电容器缓冲器。可包含EV电系统控制单元284来管理电力转换单元(LF/DC)278的控制、超级电容器缓冲器280的充电，以及到EV和电池子系统254的无线通信接口 262。此夕卜，注意，如上文所述的V2G能力可适用于参考图16而描述且在图16中说明的概念。如下文所述，本发明的示范性实施例是针对作为用于BEV的无线充电系统(在本文中也称为“BEV无线充电系统”)的一部分的无线电力天线的对准。如所属领域的技术人员将了解，充分的天线对准可实现位于停放空间内的充电基座与BEV子系统之间的以快速、高效且安全的方式进行的双向(双向)能量传送。根据一个或一个以上示范性实施例，车辆引导系统可提供粗略对准，用于将BEV充分定位在停放空间内，以使CB天线和BEV天线能够在特定误差半径内对准。此外，根据一个或一个以上其它示范性实施例，天线对准系统可经配置以在一个或一个以上方向上机械调整CB天线、BEV天线或两者的位置，以实现天线在BEV无线充电系统内的精细对准。图17说明包括多个停放空间1707的停车场1701。注意，“停放空间”在本文中也可称为“停放区域”。为了增强车辆无线充电系统的效率，BEV 1705可沿X方向(在图17中由箭头1702描绘)和Y方向(在图17中由箭头1703描绘)对准，以使BEV 1705内的无线电力车辆基座1704能够与相关联的停放空间1707内的无线电力充电基座1706充分对准。尽管将图17中的停放空间1707说明为具有单个充电基座1706，但本发明的实施例并不如此限制。相反，预期停放空间可具有一个或一个以上充电基座。此外，本发明的实施例适用于具有一个或一个以上停放空间的停车场，其中停车场内的至少一个停放空间可包括充电基座。
图18说明多个轮胎止动件1801 (通常也称为“轮子止动件”或“车库止动件”)，其可用以辅助车辆操作者将BEV定位在停放空间1803中，以使BEV内的车辆基座(例如，车辆基座1704 ;见图17)与充电基座1802对准。此外，根据一个或一个以上示范性实施例，全球导航系统(例如GPS、伽利略)、增稳系统(例如，基于卫星或基于地面)或其任何组合可用于辅助BEV操作者定位BEV，以使BEV内的天线能够与充电基座(例如，充电基座1706)内的充电天线充分对准。此外，根据本发明的其它各种示范性实施例，BEV引导系统可用于将BEV定位在停放空间内，以充分对准相关联天线。图19说明引导系统1901，其包括定位在停放空间1903内的至少一个充电基座1902，以及集成在BEV 1904内的至少一个车辆基座1905。此外，对准系统1908可集成在BEV 1904内，且可操作地耦合到车辆基座1905。注意，充电基座1902可包含一个或一个以上天线(图19中未展示；例如见图21和22)，且车辆基座1905可包含一个或一个以上天线(图19中也未展示；例如见图21和22)。如下文更全面的描述，车辆引导系统可基于无线电定位和方向寻找原理，且/或基于光学、准光学和/或超声感测方法。图20说明根据本发明示范性实施例的引导系统2001的一部分的框图。更具体地说，参看图19和20，引导系统2001的部分可包括车辆基座1905，其可操作地耦合到对准系统1908。如所说明，对准系统1908可包含至少一个处理器2002，且可经配置以将信息以视觉方式传达给BEV操作者，将信息以可听方式传达给BEV操作者，或两者，以辅助BEV操作者将相关联BEV恰当地定位在停放空间内，以使相关联天线能够在特定的误差半径内对准。此外，对准系统1908可包括自动操纵系统，或可经配置以控制自动操纵系统，其经配置以自动将相关联BEV定位在停放空间内。图21和22分别说明天线2101和2201的实例，天线2101和2201可用于实施引导系统1901(见图19)。参看图21，天线2101包括耦合到天线2103的铁氧体盘2102。天线2101可进一步包括X天线磁性元件2104和正交定向的y天线磁性元件2105。参看图22,天线2201可包括铁氧体杆X天线磁性元件2202和铁氧体杆y天线磁性元件2203，其与铁氧体杆X天线磁性元件2202正交。此外，注意，充电基座1902(见图19)可包含一个或一个以上已知且合适的天线。仅举例来说，充电基座1902可包含经配置以用于产生极化磁场的一个或一个以上天线。此外，在另一实例中，充电基座1902可包含经配置以用于产生旋转(即，经圆形极化)的磁场的一个或一个以上天线。仅举例来说，充电基座1902可包含具有正交的X和y磁性元件的至少一个天线，类似于分别在图21和22中说明的天线2101和天线2201。注意，根据一个示范性实施例，经配置以用于无线电力传送的天线还可经配置以用于引导系统1901中，例如用于定位和方向寻找目的。根据另一示范性实施例，充电基座1902可包含用于在引导系统1901内使用的一个或一个以上天线以及用于无线电力发射的一个或一个以上单独天线。再次参看图19，且如将在下文更全面地描述，在BEV引导系统1901的预期操作期间，充电基座1902可经配置以经由一个或一个以上发射器传达引导信号1906，其可由车辆基座1905接收。在接收到引导信号1906后，车辆基座1905且(更具体地说)对准系统1908 可经配置以利用从引导信号1906得出的信息来辅助BEV 1904的驾驶员、对准系统1908的控制者(例如，自动操纵系统控制者)或其组合在X方向(见图17中的箭头1702)、Y方向(见图17中的箭头1703)或其组合上指导BEV 1904，以使车辆基座1905的至少一个无线电力天线能够与充电基座1902的至少一个无线电力天线充分对准。更具体地说，对准系统1908可经配置以利用从弓I导信号1906得出的信息来使车辆基座1905的至少无线电力天线与充电基座1902的至少一个无线电力天线充分对准。现在将描述实施用于将BEV定位在停放空间内的引导系统1901的各种预期方法。根据一个示范性实施例，充电基座1902可经配置以产生一个或一个以上磁场，其可由车辆基座1905检测，且用于确定从车辆基座1905到充电基座1902的方向。更具体地说，在此实施例中，引导信号1906可包括一个或一个以上极低频率(VLF)(即，3到30kHz)或低频(LF)(即，30到300KHz)磁场模式，其可由充电基座1902产生，且由车辆基座1905的一个或一个以上VLF或LF接收天线接收,其中所述一个或一个以上接收天线包含正交的X和y组件(例如，天线2101或天线2201)。此外，磁场的水平场分量(其指向充电基座1905)的方向可从由车辆基座1905的一个或一个以上接收天线接收的信号来确定。换句话说，从车辆基座1905内的至少一个天线产生的磁场的水平分量可由车辆基座1905内的至少一个天线检测，其中水平分量指向车辆基座1905内的至少一个天线。图23说明由充电基座1902产生的磁场2301的侧视图。参看图19和23，充电基座1902可产生具有水平场分量2302的磁场2301，所述分量可由车辆基座1905的一个或一个以上天线接收。注意，参考标号2303描绘充电基座1902与车辆基座1905之间的偏移。图24说明天线2402(即，车辆基座1905的天线)和发射磁场2301的充电基座1902的侧视图。图25说明位于磁场2301内的天线2402的倒置图。参看图24和25，邻近车辆基座1905(见图19)天线2402(例如，天线2101或天线2201)的磁场2301的通量线的方向可沿磁场2301的水平场分量定向，且在朝充电基座1902的方向上。换句话说，邻近天线2402的通量线2401的定向可由向量2403界定，向量2403指向磁场2301的来源(B卩，充电基座1902内的一个或一个以上天线)。根据一个示范性实施例，对准系统C08(见图19和20)可包含处理器2002(见图20)，其可经配置以根据从车辆基座1905的天线(例如，天线2402)的正交x和y磁性元件(例如，X天线2104和y天线2105)接收的一个或一个以上信号计算向量2403的方向。换句话说，处理器2002可确定车辆基座1905内的至少一个天线到充电基座1902内的至少一个天线之间的向量。注意，铁氧体盘(例如，图21的铁氧体盘2102)可集中且/或放大磁场2301的水平场分量，且因此可更容易地检测水平场分量。仅举例来说，充电基座1902可经配置以产生无线电波磁场，如所属领域的技术人员将理解，其可不需要无障碍视线，且不容易被周围环境内的物体(例如雪、污染物或其它物体)遮挡。此外，充电基座1902可经配置以降低且可能消除多路径传播效应(即，来自周围物体的反射)。在其它实例中，充电基座1902可经配置以在光学或红外线频率下发射或接收信号。此外，根据确定从车辆基座1905到充电基座1902的方向的另一示范性实施例，引导系统1901可经配置以按类似于无线电导航系统的方式(例如，VHF全向无线电范围“V0R”)的方式起作用，如所属领域的技术人员将理解。在此示范性实施例中，引导信号1906可包括方向信号(例如，圆形极化H场)和时间参考信号。此外，车辆基座1905可经 配置以接收方向信号和参考信号中的每一者，且测量其之间的相位差，以确定从充电基座1902开始的车辆基座1905位于其上的位置线。另外，对于上文所述的关于将BEV定位在停放空间内的示范性实施例，引导系统1901可经配置以测量从充电基座1902发射的引导信号1906(见图19)的强度的变化，以确定车辆基座相对于充电基座1902的位置。BEV可仅使用或另外使用引导信号的场强度的梯度来寻找充电基座的位置。这可使得能够使用BEV内的简化接收器。此外，注意，对于上文所述的关于磁场检测的示范性实施例，引导系统(例如引导系统1901)应经配置以检测从相关联充电基座发射的磁场，而不受由邻近充电基座出于无线能量传送的目的、出于车辆引导的目的或两者而产生的磁场的存在影响。此外，本发明的示范性实施例包含用于使用超宽带(UWB)定位技术的装置、系统和方法。超宽带定位器可基于通过脉冲或其它合适宽带波形的往返时间的测量进行的距离测量，类似于用于空中交通控制或卫星测距技术中的二次监视雷达。在示范性实施例中，作为充电基座的一部分的多个UWB应答器合适地定位在停车场区域内，且存在一个UWB收发器作为BEV子系统的一部分，所述子系统的天线合适地安装(例如)在BEV无线电力天线内。BEV收发器发射UWB信号，其在被UWB应答器接收时触发应答器中的每一者中的响应信号。这些响应信号优选具有相同波形，但相对于所接收信号在时间上延迟了固定并已知的量，或在频率上移位，或两者。BEV收发器又测量所有响应信号的到达时间，且确定其UWB天线与应答器中的每一者之间的往返时间和有关距离。举例来说，通过将多个测距装置定位在充电基座1902内，可通过三角测量方法来耵充电基座1902相对于车辆基座1905的位置，如此项技术中将理解。超宽带定位技术可实现具有厘米范围内的分辨率的实时连续位置测量。此外，用于每平方千米百万定位符的码分和时分信道化可为可实现的。图26说明用于三角测量过程内的四个超宽带应答器。在使用UWB引导信号的又一示范性实施例中，存在作为具有合适地放置(例如)在CB无线电力天线内的天线的充电基座的部分的UWB发射器，且存在作为具有放置在BEV上的天线的BEV子系统的部分的多个UWB接收器。BEV侧的引导系统测量其接收器中的每一者中的UWB信号的相对到达时间，以确定指向充电基座的方向角。上文所述的将UWB电磁信号用于定位或方向寻找的方法还可适用于使用声学(例如超声信号)发射器和传感器。再次参看图17，注意，每一非活动充电基座1706可经配置以在极低频率(VLF)(即，3到30KHz)或低频(LF)(即，30到150KHz)下且在其中发射无线电力的不同频带内发射信标信号。此外，每一信标信号可包括指示信标信号源于其中的停放空间的停放空间指示符。此信标信号可与用于定位或方向寻找目的的引导信号相同。此外，由充电基座1706发射的信标信号可在时间、频率或两者上共享可用资源。此外，对于上文所述的示范性实施例，引导系统(例如，引导系统1901)可经配置以在单个经隔离停放空间(例如，住宅车库)中操作，且可不需要使用涉及邻近停放空间的充电基座的三角测量方法。图27是说明根据一个或一个以上示范性实施例的方法2701的流程图。方法2701可用位于无线充电基座内的至少一个天线产生至少一个信号(由标号2702表示 )。方法2701可进一步包含用集成在电池电动车辆(BEV)内的无线车辆基座内的至少一个天线检测所述至少一个信号的至少一部分(由标号2703表示)。另外，方法2701可包含根据所述至少一个信号的所述检测到的至少一部分来确定从车辆基座到充电基座的方向(由标号2704表示)。此外，方法2701可包含根据所确定的方向使电池电动车辆(BEV)朝无线充电基座移动(由标号2705表不)。上文参看图17到27所述的各种示范性实施例可使BEV无线充电系统内的天线能够在误差半径内对准。如果在BEV已定位在停放空间内之后存在残余天线对准误差，那么可利用如下文所述的与天线的精细对准有关的装置、系统和方法。无线电力充电和天线对准系统包含充电基座，其经配置以将无线电力信号发射到BEV无线充电子系统或从BEV无线充电子系统接收无线电力信号。BEV无线充电子系统可操作地与BEV的电池单元耦合。所述系统进一步包含BEV天线，其与BEV无线充电子系统可操作地耦合。所述系统可进一步包含机械装置，其经配置以用于调整BEV天线的物理位置,如本文所述。可将BEV天线定位在BEV的存在足够空间来集成BEV无线充电子系统与BEV的其它组件和系统的位置中。举例来说，无线电力天线可位于BEV的底盘下侧。BEV天线可位于BEV的前部、中心或后部附近。将无线电力天线定位在BEV前部附近可使驾驶员具有较多的定位准确性，因为无线电力天线将较靠近BEV的操纵单元。另外，将无线电力天线定位在BEV的前部附近可为加长BEV提供较多的均匀性。将无线电力天线定位在BEV的中心附近可导致具有较多的前后停放灵活性。将无线电力天线定位在BEV的后部附近对于系统集成来说可为有利的，因为BEV的前部和中部区段中存在空间约束。也可能存在将无线电力天线定位在BEV的前部、中部或后部附近的其它益处。图28A说明车辆可能遇到的各种阻碍，其可需要底盘间隙。障碍物2805可在不同位置接触BEV 2810的底盘的下侧2815。当无线电力天线(未图示)位于BEV 2810的底盘的下侧2815内或附近时，无线电力天线可变为被损坏、失准或具有与接触无线电力天线的障碍物2805相关联的其它问题。图28B和28C说明根据本发明示范性实施例的BEV天线2820。为了保护BEV天线2820免受来自障碍物的不合需要的接触，可能希望将BEV天线2820定位在BEV 2810的底盘的下侧的空腔2812内。为了进一步保护无线电力天线2820免受环境影响(例如，污染、污物、泥浆、水、冰、水汽)，可使用盖2824和/或除霜单元2822。除霜单元2822可为无线电力天线本身。在此概念中,BEV无线电力子系统可在将电流注入BEV天线2820中的发射模式下操作，其产生足够的热耗散。充电基座(未图示)可包含与CB天线可操作地耦合的电力转换单元。充电基座可进一步包含可用于如本文将描述的CB天线的位置调整的其它机械或电子组件(例如处理器)。充电基座的组件可容纳在充电基座内，充电基座至少部分地嵌入在例如停车场、车道或车库的地表下方。可使用工具来形成充电基座位于其中的孔。举例来说，图29A说明工具2900(例如，铣刀)，其可用于在地面2905中钻孔，充电基座可至少部分地嵌入所述孔中。因此，工具2900可用以装备具有充电基座的停车场，以便加速BEV的无线充电的大规模部署。图29B说明根据本发明示范性实施例的至少部分地嵌入地表2905下方的充电基座2910。充电基座2910可包含一个或一个以上CB天线2915，用于将无线电力信号发射到 与BEV相关联的对应BEV天线(未图示)或从对应BEV天线接收无线电力信号。充电基座2910可从地面突出2901，其可改进耦合，因为CB天线2915与BEV天线之间的距离可减小。突出2901的充电基座2910可较容易维修。然而，突出2901的充电基座2910可能是障碍物，例如对于行人来说或在除雪期间。或者，充电基座2910可与地面2905的表面齐平2902。齐平2902的充电基座2910可较容易维修，且不成障碍；然而，与突出2901的充电基座2910相比，CB天线2915与BEV天线之间的耦合可减小。齐平2902的充电基座2910还可留下地表(例如，浙青)的边缘潜在地较易受水、冰和机械应力侵蚀的潜在问题。或者，充电基座2910可完全位于地表下方2903(例如，在浙青层2907下方)。这种表面下方2903的充电基座2910可较不受入侵者(例如故意破坏者)的危害，且不成障碍；然而，耦合和维修可接入性可能降低。参看图29D，具有在地表3539(例如浙青)上方延伸的薄卡圈3537的大体上平坦的盖3535可定位于充电基座2910上方，且可实现无障碍道路清理(例如，机械化道路清理)。此外，盖3535可解决上文描述的与地表3539的边缘的潜在侵蚀有关的问题。图29C进一步展示根据本发明示范性实施例完全位于地面2905的表面下方的充电基座2910。充电基座2910可经配置以保护无线电力天线2915免受环境因素2908，例如热、冷、太阳辐射、水、水汽、碎屑等。举例来说，这种完全嵌入的充电基座可完全密封以便防水。图30A到30C说明BEV 3010，包含定位在充电基座3020上方的无线电力天线3015，充电基座3020也包含无线电力天线3025。如图30中所示，BEV天线3010和CB天线3025在X和Y方向上对准，且在Z方向上分离距离3030。如图30B中所示，BEV天线3010和CB天线3025在X方向上失准偏移距离3035，且在Z方向上分离距离3030。可希望减小距离3030和偏移距离3035，以便改进BEV天线3015与CB天线3025之间的耦合强度。减小距离3030和偏移距离3035可通过精细对准调整系统而发生。精细对准调整系统可用以调整CB天线3025、BEV天线3015或其组合的物理位置，以便增加CB天线3025与BEV天线3015之间的耦合强度。调整BEV天线3015和CB天线3025中的一者或两者的位置可响应于检测到其间的失准而执行。可通过利用来自车辆引导系统的信息(如上文所述)(例如针对与磁场检测有关的方法)来执行确定失准。此外，来自无线电力链路的信息(例如，指示无线电力链路的性能的各种参数)可用于确定相关联天线的失准。举例来说，在失准检测期间，无线电力链路可在降低的电力电平下操作，且在相关联天线已准确对准之后，电力电平可增加。精细对准调整系统可与粗略对准引导系统分离或与粗略对准引导系统组合。举例来说，粗略对准引导系统可在给定容许值(即，误差半径)内将BEV引导到一位置中，使得精细对准调整系统可校正BEV天线3015与CB天线3025之间的精细误差。如图30C中的BEV 3010的俯视图中所示，BEV天线3010和CB天线3025仅在X方向上失准。BEV天线3010和CB天线3020在Y方向上对准。举例来说，可能已通过BEV3010使用其自己的牵引系统完成了 Y方向上的对准，这可由本文所述的引导系统辅助(例如，自动操纵)，且通过引导系统，BEV的电动机可能够平滑且准确地移动到目标Y位置。在此情形中，X方向上的对准误差可能仍存在，但Y方向上的误差不存在。消除Y方向上的对准调整的需要(例如，通过使用粗略对准引导系统)还可降低对BEV天线3015的空间要求，因为BEV天线3015可经配置以仅在X方向上移动，BEV天线3015可容纳在空腔中，且不为 无线电力传送而展开。因此，消除对Y方向上的精细对准的需要可简化BEV无线电力子系统。图31A到31G说明根据本发明各种示范性实施例的精细对准调整的若干变体。如由图31A到31G所示，BEV天线3115的物理位置可经调整以校正X、Y和Z方向或其任何组合上的对准误差。另外，CB天线3125的位置可经调整以校正X、Y和Z方向或其任何组合上的对准误差。在一些示范性实施例中，BEV天线3115和CB天线3125的位置可经调整以校正X、Y和Z方向中的任一者或其任何组合上的对准误差。换句话说，在耦合CB天线3125和与BEV 3110的电池单元相关联的BEV天线3115之间的无线电力期间，可调整CB天线3125和BEV天线3115中的至少一者的位置。可响应于在CB天线3125与BEV天线3115之间检测到失准而起始位置的调整。充电基座3120可包含无线电力发射器，其经配置以发射无线电力信号；以及CB天线3125，其与无线电力发射器可操作地耦合。一个或一个以上机械装置可用于在Χ、Υ和Z方向中的至少一者上调整BEV天线3115和/或CB天线3125的位置。图32说明根据本发明示范性实施例的机械装置可调整BEV天线的位置的X和Y方向中的可能位置。举例来说，通过选择机械装置内的角对(α，β)，可在半径rmax内实现X和Y方向上的任何位置。图33说明根据本发明示范性实施例的用于位于BEV 3310下侧的空腔3312内的BEV天线3315的机械解决方案。如图33中所示，机械装置3350可通过选择适当的角对(α , β)来在X和Y方向上调整BEV天线3315的位置。另外，机械装置3350可通过将BEV天线3315从BEV 3310的空腔3312中降低来在Z方向上调整BEV天线3315的位置。机械装置3350可包含许多机械解决方案中的一者，包含电驱动机械学和/或液压技术。尽管本文中未展示，但机械装置可类似地用以在X、Y或Z方向或其任何组合上调整CB天线的位置。换句话说，可通过用于看情况调整CB天线、BEV天线3315的位置的机械解决方案来完成精细对准调整。一些机械解决方案可经历故障，且可能需要一些维修。图34说明根据本发明示范性实施例的其中BEV天线3415(和/或CB天线)可由可操作地耦合到驱动机构3452的齿轮轴3450重新定位的另一机械解决方案。在操作中，如果致动驱动机构3452，那么可旋转齿轮轴3450以延伸支撑部件3454，以便在Z方向上降低BEV天线3415。如图35A中所示，充电基座3520可经历来自BEV 3510的重量的重负载。因此，对于充电基座3520来说，进一步包含加强盖3527可为合乎需要的。图35B和35C说明根据本发明示范性实施例的包含加强盖的充电基座3520。加强盖3527可位于地表上方，如图35B中所示，或位于地表下方，如图35C中所示。与不包含加强盖的充电基座3520原本将发生的情况相比，加强盖3527可增加距BEV天线的距离。在地表上方可改进维修的可接入性，但也可能称为障碍(例如，对于行人、清雪等)。在CB天线3525位于嵌入式充电基座3520内且CB天线3525经配置以可在嵌入式充电基座3520内移动的示范性实施例中，与具有静止CB天线的充电基座相比，扩大充电基座3520可为合乎需要的。直到此时，已展示用于BEV的无线电力充电和天线对准系统仅在X、Y和Z方向上移动BEV天线。图36A到36D说明根据本发明示范性实施例的包含无线电力电池单元3630的BEV 3610，以及经配置以在各种组合中在X、Y和Z方向上重新定位的BEV天线3615。电 池单元可位于BEV 3610的空腔内。另外，BEV天线3615可位于电池单元3630的空腔内。调整整个电池单元3630的位置(例如，在Z方向上)以适应天线对准，减小天线之间的距离或两者，可改进CB天线3625与BEV天线3615之间的耦合。举例来说，可在一个或一个以上方向上调整电池单元3630的位置(图36Β)。可在Χ、Υ和Z方向上移动BEV天线3615 (图36C)。另外，可在各种组合中在Χ、Υ和Z方向上移动电池单元3630和BEV天线3615两者(图36D)。类似于论述调整天线位置的实例，调整电池单元3630的位置可通过机械装置(例如，通过电驱动机械学和/或液压技术)来实现。还可在更改无线电力发射器所产生的电场的通量线的电解决方案(例如，以电子方式切换的线圈阵列)的辅助下实现精细对准调整。可使用天线的机械与电对准的组合。还可使用BEV 3610自己的牵引系统来执行精细对准调整，牵引系统可经配置以使电动机平滑且准确地移动BEV 3610 (例如，通过使BEV 3610以Z字形运动前后移动)，以增强CB天线3625与BEV天线3615之间的耦合。此Z字形运动完全由BEV 3610自动执行，而无需操作者干预或仅需最少的操作者干预。具有来说，BEV 3610可配备有伺服转向盘、超声传感器和人工智能。在此情况下，BEV天线3615可为固定的，且可能无需通过其它机械或电解决方案来调整BEV天线3615。换句话说，BEV天线3615相对于BEV 3610在X、Y和Z方向的至少一者上处于固定位置中，且用以调整BEV天线3615的位置的机械装置包含BEV 3610的电动机，其经配置以用于可控地定位BEV3610，用于在X、Y和Z方向的至少一者上调整BEV天线3615的位置。换句话说，用于车辆的无线电力对准系统可包括经配置以接收无线电力信号的无线电力接收器，无线电力接收器可与BEV 3610的电池单元3630可操作地耦合。BEV天线3615可与无线电力接收器可操作地耦合，且至少一个机械装置可经配置以用于在X、Y和Z方向的至少一者上调整BEV天线3615的位置。调整BEV天线的位置可响应于检测到BEV天线3615与CB天线3625之间的失准。图37说明根据本发明替代示范性实施例的对用于BEV 3710的无线电力充电系统3700的精细对准调整。无线电力系统3700包含与可操作地耦合到电力供应3718(例如电池)的BEV侧无线电力子系统3713相关联的BEV 3710。BEV无线电力子系统3713可包含BEV电力转换器(未图示)，其与BEV天线3715可操作地耦合。BEV天线3715可沿BEV3710的底盘的下侧定位。用于BEV 3710的无线电力系统3700进一步包含充电基座3720，其包含与BEV天线3725可操作地耦合的CB电力转换(未图示)。不是如先前所述将充电基座3720至少部分地嵌入地表下方，而是可将充电基座3720配置为位于地表上方的充电平台。如果不希望在用于充电基座的地面中形成孔，那么此配置作为车库或车棚的改装解决方案可能是合乎需要的。充电平台的配置还可提供灵活性，因为充电平台可移动，且能够储存在不同于车库的位置中，或转移到另一位置。充电基座3720(例如充电平台)可经配置以自动移动(例如，作为自动化机械臂)、远程控制(例如，经由远程控制单元)，或通过用于控制移动充电平台的其它方法来移动。举例来说，BEV 3710(例如，通过其无线电力子系统2713)可请求充电，于是充电基座3720可在BEV 3710下面自动移动，并定位其自身以使CB无线电力天线3725与BEV天线3715对准。可通过如先前所述在一个或一个以上方向上调整BEV天线3715和CB天线3725的位置来实现进一步的精细对准(如果必要的话)。
一旦充分对准，充电基座3720就可在充电基座与BEV 3710的无线电力子系统3713之间更高效地传送无线电力。在充电完成之后，或在某一其它事件之后，充电基座3720可返回到等待位置(待机模式)。无线电力系统3700可因此包含于充电基座3720以及与BEV 3710的另一装置(例如，无线电力子系统3713)的通信链路。充电基座3720可进一步包含电缆管理，以便在充电过程之前和之后退绕和卷绕连接电缆3722。用于BEV的无线电力充电系统可进一步经配置以用于安全和保安关注。举例来说，BEV可经配置以在展开无线电力BEV或CB天线时、在此些天线无法缩回(例如，归因于损坏或障碍)时固定不动。此固定不动可保护无线电力充电系统免于进一步损坏。无线电力充电系统可进一步包含传感器，其检测无线电力BEV或CB天线的机械阻力。检测机械阻力可在障碍(石头、碎屑、雪、动物等)位于一位置中(其将限制天线的移动)的情况下，保护无线电力BEV或CB天线和附随组件免于损坏。无线电力充电系统可进一步包含对BEV天线与CB天线之间的无线电力链路的连续监视(例如，监视电压、电流、功率流等)，且在检测到无线电力链路中的异常的情况下降低所发射的电力或关断电力。无线电力充电系统可进一步包含传感器，其经配置以检测天线附近人或动物的存在。此些传感器可为合乎需要的，以供处理器在人接近无线电力天线的情况下降低或终止无线电力发射。此动作可为对持久暴露于电磁辐射的安全预防，例如在人在BEV下面执行维护或其它修理工作时，尤其是对使用心脏起搏器或类似的敏感且对安全至关重要的医疗装置的人来说。所属领域的技术人员将理解，可使用多种不同技术和技法中的任一者来表示信息和信号。举例来说，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示在以上描述中始终参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文所揭示的示范性实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的这种可互换性，上文已大体依据其功能性而描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。将此功能性实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式实施所描述功能性，但所述实施决策不应被解释为导致偏离本发明的示范性实施例的范围。结合本文所述的示范性实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可用经设计以执行本文所述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)JI场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以 上微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此配置。结合本文所揭示的示范性实施例而描述的方法或算法的步骤可直接体现于硬件中、由处理器执行的软件模块中，或两者的组合中。软件模块可驻存在随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM，或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。示范性存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息，且将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器及存储媒体可驻存于ASIC中。ASIC可驻存于用户终端中。在替代方案中，处理器和存储媒体可作为离散组件驻存在用户终端中。在一个或一个以上示范性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果在软件中实施，那么可将功能作为一个或一个以上指令或代码存储在计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与包括促进计算机程序从一处传递到另一处的任何媒体的通信媒体两者。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。作为实例而非限制，此计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以运载或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可通过计算机存取的任何其它媒体。同样，可恰当地将任何连接称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波的无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波的无线技术包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包括紧密光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘使用激光光学地复制数据。上文的组合也应包括在计算机可读媒体的范围内。提供对所揭示的示范性实施例的先前描述是为了使所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。所属领域的技术人员将容易了解对这些示范性实施例的各种修改，且本文中界定的一般原理可应用于其它实施例而不脱离本发明的精神或范围。因此，本发明无意限于本文所示的示范性实施例，而是将被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。
权利要求
1.一种方法，其包括 用集成在电车辆内的无线车辆基座内的至少第一和第二正交间隔的磁性元件来检测包含磁场的水平场分量的至少一个信号的至少一部分，所述磁场是从无线充电基座产生；以及 根据所述至少一个信号的所述所检测到的至少一部分来确定从所述车辆基座到所述充电基座的方向。
2.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括根据所述所确定的方向将所述电车辆向所述无线充电基座引导。
3.根据权利要求I所述的方法，其中确定从所述车辆基座到所述充电基座的方向包括根据所述所检测到的水平场分量确定从所述车辆基座到所述充电基座的向量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中确定从所述车辆基座到所述充电基座的向量包括确定邻近所述车辆基座的至少一个天线的所述磁场的通量线的方向。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述至少一个信号包含至少一个磁场和时间参考信号，其中所述至少一个天线定位在无线充电基座内。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括测量所述至少一个磁场与所述时间参考信号之间的相位差。
7.根据权利要求I所述的方法，其中根据所述至少一个信号的所述所检测到的至少一部分确定到所述充电基座的所述方向包括使用三角测量方法来确定从所述车辆基座到所述充电基座的方向。
8.根据权利要求I所述的方法，其中用无线车辆基座内的至少一个天线检测所述至少一个信号的至少一部分包括用极低频率VLF接收器和低频LF接收器中的一者检测所述至少一个信号的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一个信号与相邻的充电基座共享时域和频域中的至少一者。
10.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括测量所述至少一个信号的所述至少一部分的强度变化。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述强度变化为场强度的梯度。
12.—种设备,其包括 至少一个第一天线，其具有第一磁性元件和与所述第一磁性元件正交的第二磁性元件，所述至少一个第一天线用于检测从至少一个第二天线产生的磁场的水平分量，其中所述磁场的所述水平分量指向所述至少一个第二天线；以及 处理器，其用于确定所述至少一个第一天线与所述至少一个第二天线之间的向量。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一磁性元件和所述第二磁性元件使用一共用铁氧体盘。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述共用铁氧体盘是用于无线能量传送的至少一个第一天线的部分。
15.根据权利要求12所述的设备，其中至少一个天线的所述第一磁性元件和所述第二磁性元件中的每一者包括铁氧体杆。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述至少一个第一天线包括极低频率VLF天线和低频LF天线中的一者。
17.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括 至少一个机械装置，其经配置以用于在X、Y和Z方向中的至少一者上调整所述至少一个天线的位置。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述至少一个机械装置包含齿轮轴，所述齿轮轴可操作地耦合到驱动机构，所述驱动机构经配置以驱动对所述至少一个电动车辆天线的所述位置的调整。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述至少一个机械装置包含齿轮轴，所述齿轮轴可操作地耦合到驱动机构，所述驱动机构经配置以驱动对所述至少一个电动车辆天线的所述位置的调整。
20.根据权利要求18所述的设备，其中所述齿轮轴经安装至少一个机械装置包含齿轮轴执行所述至少一个电车辆天线的偏心旋转。
21.根据权利要求17所述的设备，其中所述至少一个机械装置包含受电弓以在Z方向上移动所述天线中的至少一者。
22.根据权利要求17所述的设备，其进一步包括 至少一个传感器，其用以检测由在X、Y和Z方向中的至少一者上限制天线移动的地面上的物体导致的机械阻力。
23.根据权利要求12所述的设备，其中所述至少一个天线容纳在电车辆的空腔内。
24.根据权利要求12所述的设备，其中当至少一个天线从所述空腔展开时，所述电车辆固定不动。
25.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括在无法展开所述至少一个天线的情况下对所述天线进行除霜。
26.根据权利要求25所述的设备，其中除霜是通过将电流注入所述至少一个天线中来完成的。
27.根据权利要求17所述的设备，其中所述至少一个机械装置进一步经配置以用于在X、Y和Z方向中的至少一者上调整与所述至少一个天线耦合的电池单元的位置。
28.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括自动操纵系统，所述自动操纵系统用于将所述至少一个天线定位成与所述至少一个第二天线至少部分地对准。
29.根据权利要求12所述的设备，其进一步包含精细对准系统，其经配置以在一个或一个以上方向上机械调整所述至少一个第一天线、所述至少一个第二天线或两者的位置，以实现对电动车辆无线充电系统内的相关联天线的精细对准。
30.根据权利要求12所述的设备，其进一步包含经配置以在至少一个方向上相对于第一天线机械调整所述第二天线的位置的精细对准系统是通过使用所述车辆自身的牵引系统来执行。
31.一种设备，其包括 用于用集成在电动车辆内的无线车辆基座内的至少第一和第二正交间隔的磁性元件来检测包含磁场的水平场分量的至少一个信号的至少一部分的装置，所述磁场是从无线充电基座产生；以及 用于根据所述至少一个信号的所述所检测到的至少一部分来确定从所述车辆基座到所述充电基座的方向的装置。
32.—种设备,其包括 无线电力充电基座，其包含经配置以定位在车辆停放区域内的至少一个天线，以及；发射器，其用于发射至少一个信号，所述信号用于在所述车辆停放区域内引导电动车辆，以使所述电动车辆的车辆基座能够定位成接近所述充电基座。
33.根据权利要求32所述的设备，其中所述信号包括磁场，所述磁场具有指向所述至少一个天线的水平分量。
34.根据权利要求33所述的设备，其中所述磁场包括无线电波磁场。
35.根据权利要求32所述的设备，其中所述至少一个天线包括第一磁性元件和与所述第一磁性元件正交的第二磁性元件。
36.根据权利要求35所述的设备，其中所述第一磁性元件和所述第二磁性元件中的每一者包括铁氧体杆。
37.根据权利要求32所述的设备，其进一步包括用于发射所述至少一个信号的多个测距装置。
38.根据权利要求32所述的设备，其中所述至少一个信号包括磁场。
39.根据权利要求38所述的设备，其中所述磁场包括圆形极化磁场。
40.根据权利要求32所述的设备，其中所述无线电力充电基座进一步包含至少一个机械装置，所述机械装置经配置以用于在X、Y和Z方向中的至少一者上调整所述至少一个天线的位置。
41.根据权利要求32所述的设备，其中所述无线电力充电基座至少部分地嵌入在地表下方。
42.根据权利要求32所述的设备，其中所述无线电力充电基座配置为移动充电平台。
全文摘要
示范性实施例是针对与车辆相关联的无线充电以及无线电力天线的无线电力对准。无线电力充电设备包含包括第一和第二正交磁性元件的天线，所述元件用于检测从第二充电基座天线产生的磁场的水平分量。处理器确定所述天线之间的方向向量。
文档编号B60L11/18GK102834292SQ201180018028
公开日2012年12月19日 申请日期2011年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者奈杰尔·库克, 卢卡斯·西贝尔, 汉斯彼得·威德默 申请人:高通股份有限公司