JP2009505625A - 誘導電源、誘導電源により電力供給されるリモート装置およびリモート装置を作動するための方法 - Google Patents

Abstract

誘導電源はリモート装置と誘導電源との間で情報を送るトランシーバを含む。リモート装置は実際の電圧を決定し、次いで実際の電圧が所望の電圧と異なるとき誘導電源に動作周波数を変更する命令を送る。実際の電圧を決定するため、リモート装置はピーク電圧を決定し、次に補正率を用いる。

Description

本発明は、誘導電源に関し、特に負荷の要求電力に基づき負荷に誘導電力を供給する構成に関する。

誘導電力を供給されたリモート装置は非常に便利である。誘導電源は直接の物理的接続無しに装置に電力を供給する。誘導電源を用いるこれらの装置において、装置および誘導電源は、典型的には装置が単一の特定型式の誘導電源を用いてのみ動作するように設計されている。このことにより、各装置が一意に設計された誘導電源をもつことが要求される。

複数の異なる装置に電力を供給することのできる誘導電源をもつことは好ましいことである。

従来の誘導充電により引起される上記欠点および他の問題は本発明の誘導充電装置および方法により解決される。

第１実施形態によれば、誘導電源は、一つの周波数で作動するスイッチと、該スイッチにより電力供給される一次と、リモート装置から周波数変更情報を受信する一次無線電話機と、該周波数変更情報に応答して上記周波数を変更するコントローラとを有する。

第２実施形態によれば、誘導電源により電力供給することのできるリモート装置は、二次と、負荷と、該負荷に印加する実際の電圧を決定する二次コントローラと、誘導電源に対する命令を調節する周波数を送る二次無線電話機とを有する。

他の実施例によれば、誘導電源を作動する方法は、初期周波数で一次に電力供給し、リモート装置をポーリングし、該リモート装置から応答が無いとき一次を切る。

更に他の実施例によれば、リモート装置を作動する方法。誘導電源から動作周波数の電力を受け、負荷に電力を供給する二次を有するリモート装置は、所望の電圧を実際の電圧と比較し、実際の電圧を補正するため誘導電源に命令を送る。

図１はリモート装置に誘導電力を供給する装置を示す図である。ＡＣ（交流）電源１０は誘導電源９に電力を供給する。ＤＣ（直流）電源１２はＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。スイッチ１４は順番にＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。スイッチ１４により供給されたＡＣ電力はタンク回路１６に電力を供給する。

スイッチ１４はハーフブリッジインバータ、全ブリッジインバータ、または他の一つ、二つまたは四つのうちの何れかのトランジスタスイッチ回路のような如何なる型式のスイッチ回路でもよい。タンク回路１６は直列共振タンク回路として示されているが並列共振タンク回路を使用することもできる。タンク回路１６は一次１８を含む。一次１８は二次２０に電力供給し、それにより電力を負荷２２に供給する。一次１８は好ましくは空心コアまたはコアレスである。

電力モニタ２４はＤＣ電源１２によりスイッチ１４に供給される電圧と電流を感知する。電力モニタ２４の出力は一次コントローラ２６に供給される。一次コントローラ２６は他の装置同様スイッチ１４の動作を制御する。一次コントローラ２６はスイッチ１４が周波数の範囲に及んで動作できるようにスイッチ１４の動作周波数を調節できる。一次トランシーバ（無線電話機）２８は二次トランシーバ（無線電話機）３０から通信データを受信する通信装置である。二次コントローラ３２は負荷２２に供給される電圧と電流を感知する。

一次無線電話機２８は無数のワイヤレス通信装置の何れかのものでよい。異なる二次無線電話機に適合するように２以上の動作モードをもつことができる。例えば、一次無線電話機２８はＲＦＩＤ、ＩＲ、801.11(b)、802.11(g)、携帯電話またはブルートゥース通信を許容できる。

一次コントローラ２６は複数の異なるタスクを実行する。一次コントローラ２６は電力情報を取得するため周期的に電力モニタ２４をポーリングする。一次コントローラ２６はまた二次無線電話機３０と通信するため無線電話機２８をモニタする。一次コントローラ２６が二次無線電話機３０からの通信を受信しないとき、一次コントローラ２６は二次無線電話機３０が電力供給され得るように二次に十分な電力を供給するためスイッチ１４の動作を短時間周期的に可能にする。二次に電力が供給されるならば、そのとき一次コントローラ２６は負荷２２に有効な電力を送ることを確実にするためスイッチ１４の動作を制御する。一次コントローラ２６はまた以下に詳述するように一次無線電話機２８を介してデータパケットをルーティングする責務を有する。一実施例によれば、一次コントローラ２６は３０−１００キロヘルツ（ｋＨｚ）で電力を供給するようスイッチ１４に命令する。この実施例によれば、一次コントローラ２６は上記タスクを実行する一方、許容周波数分解能を提供するため３６．８６４メガヘルツ（ＭＨｚ）でクロックされる。

電力モニタ２４はＡＣ入力電流および電圧を監視する。電力モニタ２４は装置により消費された平均電力を計算する。電力モニタ２４は消費電力を近似するため瞬時の電圧と電流のサンプルを掛け算することにより平均電力を計算する。電力モニタ２４はまた電圧と電流のＲＭＳ（二乗平均平方根）、電流の波高率（cresting factor）および他の診断値を計算する。何故ならば、電流は正弦波でなく、消費された有効電力は通常見掛の電力（Ｖ^rms×Ｉ^rms）と異なるからである。

電力消費の計算の精度を上げるため、電流サンプルは電圧サンプルから補間した値で掛け算することができる。各電圧／電流の積は統合され、一つのＡＣフルサイクルの間保持される。積は次に一つのサイクルに及んで平均電力を取得するためサンプル率で割り算される。一つのサイクルの後、この処理は繰り返される。

電力モニタ２４は特別に設計されたチップとすることができ、または付随の支持回路を有するコントローラとすることもできる。

例示する実施例によれば、電力モニタ２４はＡＣ電源ラインの中立側に対しグラウンドを基準とし、一方一次コントローラ２６およびスイッチ１４はそれら自身の電源回路に基づきグラウンドを基準とする。結果として、電源モニタ２４と一次コントローラ２６との間の直列リンクは双方向に光絶縁される。

二次コントローラ３２は二次２０により電力供給される。二次２０は好ましくは空心コアまたはコアレスである。二次コントローラ３２は電力モニタ２４より小さい計算能力をもつことができる。二次コントローラ３２は二次２０を基準にして電圧と電流を監視し、監視した電圧または電流を負荷２２により要求される目標電圧または電流と比較する。目標電圧または電流はメモリ３６に格納されている。メモリ３６は情報が電源オフ時に消失されないようにするため好ましくは不揮発性である。二次３２はまた二次無線電話機３０を経由して一次コントローラ２６によりスイッチ１４の動作周波数の適切な変更を要求する。

二次コントローラ３２は約４０ｋＨｚ（キロヘルツ）の周波数を有する波形を監視する。二次コントローラ３２は電力モニタ２４の監視と同様な方法で波形を監視するタスクを遂行できる。そうであるならば、そのときはピーク検出器３４は選択自由となり得る。

ピーク検出器３４は二次２４と負荷２２またはリモート装置１１内の他のコンポーネントとの間のピーク電圧を測定する。

二次コントローラ３２が瞬時の電流と電圧の計算を実行する計算能力を十分もたない場合、ルックアップテーブルがメモリ３６内に設けられる。ルックアップテーブルは駆動周波数により索引付けられた補正率であって、二次に印加する実際の電圧を取得するためピーク検出器３４により観察された電圧に用いられる補正率を含む。メモリ３６は８ビット補正率のＥＥＰＲＯＭメモリ内において１２８バイト配列とすることができる。補正率は電流の周波数により索引付けられる。二次コントローラ３２は一次ＲＸＴＸ２８を経由してコントローラ２６から周波数を受ける。代わりに、二次コントローラ３２がより大きな計算能力をもつ場合、二次コントローラ３２は周波数を計算できる。メモリ３６はまたリモート装置１１用の最小電力消費情報を含む。

補正率は各負荷に対し一意である。例えば、リモート装置として動作するＭＰ３はプレイヤは誘導性電力ライトまたは誘導性ヒータとは異なる補正率を有する。補正率を取得するためリモート装置は特徴付けられる。特徴はＡＣ電圧の印加と周波数の変更とからなる。真のＲＭＳ電圧は電圧計またはオシロスコープを用いることにより取得される。真のＲＭＳ電圧は補正率を取得するためピーク電圧と比較される。各周波数に対する補正率はメモリ３６内に格納される。補正率の適切なものの一型式は乗算器である。この乗算器は真のＲＭＳ電圧をピーク電圧で割り算することにより得られる。

図２は特定の負荷用の補正率を示すテーブルである。ＰＩＣ１８Ｆマイクロコントローラを用いる場合、ＲＰ２レジスタは出力電圧の周期を制御するために使用され、それにより出力電圧の周波数。補正率は０〜２５５の範囲とすることができる。テーブル内の補正率は８ビット固定小数点分数である。補正率にアクセスするためＰＩＣ１８Ｆマイクロコントローラ用のＰＲ２レジスタは読取られる。最下位ビットは捨てられ、その値は適切な補正率を検索するために使用される。

補正率を周期に調和させることが有効であることが見出された。よく知られるように周期は周波数の逆数である。ＰＩＣ１８Ｆのような多くのマイクロコントローラは、出力の周期がレジスタにより指示されるＰＷＭ（パルス幅変調）出力を有するので、ルックアップテーブルはＰＷＭ出力の周期により索引付けられる。

二次無線電話機３０はＲＦＩＤ（無線周波数識別）、ＩＲ（赤外線）、ブルートゥース、802.11(b)、802.11(g)または携帯電話のような多くの異なったワイヤレス無線電話機の型式のものとすることができる。二次無線電話機３０がＲＦＩＤタグであるならば、二次無線電話機３０は実際上能動的なものでも受動的なものでもよい。

図３は二次コントローラ３２の動作のフローチャートである。ピーク電圧はピーク検出器３４により読取られる（ステップ１００）。回路の周波数は次に一次コントローラ２６からまたはその周波数を計算することにより二次コントローラ３２により取得される（ステップ１０２）。周波数は次にメモリ３６から補正率を検索するために使用される（ステップ１０４）。補正率は次に実際の電圧を決定するためピーク検出器３４から出力されるピーク電圧に用いられる（ステップ１０６）。

実際の電圧はメモリ３６に格納された所望の電圧と比較される。実際の電圧が所望の電圧より小のとき命令は周波数を減少するように一次コントローラに送られる（ステップ１１０、１１２）。実際の電圧が所望の電圧より大のとき命令は周波数を増加するように一次コントローラに送られる（ステップ１１４、１１６）。

周波数におけるこの変更は回路の出力電力の変更を引起す。共振回路を共振に接近するよう移動させるべく周波数が減少するならば回路の出力電力は増加する。周波数が増加するならば共振回路は共振から離れるよう移動し、したがって回路の出力は減少する。

二次コントローラ３２は次に一次コントローラ２６から実際の電力消費を取得する（ステップ１１７）。実際の電力消費が負荷に対する最小電力消費より小のときコントローラは負荷およびコンポーネントを不能にし休止モードに入る（ステップ１１８、１２０）。

図４は一次コントローラ２６の動作のフローチャートである。一次１８はプローブ周波数で電力供給される(ステップ２００)。プローブ周波数はプリセットできるかもしくはリモート装置との先の通信に基づき決定できる。この実施例によれば、負荷３２は動作周波数をメモリ３６に書込む。二次２０の電力供給が解除されると、引続き再電力供給され、二次コントローラは最後に記録された動作周波数をメモリ３６から検索し、その動作周波数を二次ＲＸＴＸ３０および一次ＲＸＴＸ２８を経由して一次コントローラに送信する。プローブ周波数は二次無線電話機３０が電力供給されるようなものである。

二次無線電話機３０は次にポーリングされる（ステップ２０２）。システムは次に返答を待つ（ステップ２０４）。返答が受信されないとき、一次１８は電源が切られる（ステップ２０６）。所定時間後、リモート装置をポーリングする処理が再び発生する。

二次無線電話機３０からの返答が受信されたとき、動作パラメータは二次コントローラ３２から受信される（ステップ２０８）。動作パラメータは、初期動作周波数に限定されないが、動作電圧、最大電圧および動作電流、動作電力を含む。一次コントローラ２６は次にスイッチ１４が初期動作周波数で一次１８に電力供給することを可能とする（ステップ２１０）。一次コントローラ２６は二次コントローラ３２に電力情報を送る（ステップ２１２）。一次１８は二次２０に電力供給する。一次コントローラ２６は次に二次コントローラ３２をポーリングする（ステップ２１４）。

一次コントローラ２６が返答を受けないかまたは二次コントローラ３２から「休止モードへのエンター」の命令を受けたとき、スイッチ１４は電源をオフし（ステップ２０６）、処理はその時点から継続する。

一次コントローラ２６が返答を受けたとき、一次コントローラ２６は二次コントローラ３２から何等かの周波数変更情報を抽出する（ステップ２１８）。一次コントローラ２６は二次コントローラ３２からの指示に従って周波数を変更する（ステップ２２０）。遅延時間後（ステップ２２２）、二次コントローラ３２に情報を送る一次コントローラ２６により処理を繰り返す（ステップ２１２）。

以上、好適実施例について説明したが、種々の代替や変更が、添付の特許請求の範囲における請求項で定義した発明の精神およびより広い観点を逸脱することなく可能である。このことは均等論を含む特許法の原理にしたがって解釈されることとなろう。例えば、冠詞「a」、「an」、「the」または「said」を用いた単数の請求項における要素に対する如何なる言及も、要素が単数に限定されるものと解釈すべきではない。

包括的所有権または特権を請求する本発明の実施の形態は添付の特許請求の範囲に定義されている。

リモート装置に誘導電力を供給する装置を示す図である。 図１に示す装置に用いられるルックアップテーブルである。 二次コントローラの動作のフローチャートである。 一次コントローラの動作のフローチャートである。

Claims (27)

1. 所定の周波数で動作するスイッチと、
   前記スイッチで電源供給される一次と、
   リモート装置から周波数変更情報を受信する一次無線電話機と、
   前記周波数変更情報に応答して前記周波数を変更するコントローラと、
   を備えたことを特徴とする誘導電源。
2. 前記誘導電源により電力消費情報を決定する電力モニタを備えた請求項１に記載の誘導電源。
3. 前記一次無線電話機は前記電力情報を前記リモート装置に送信する請求項２に記載の誘導電源。
4. 前記誘導電源はタンク回路を備え、前記一次は該タンク回路の一部である請求項３に記載の誘導電源。
5. 前記タンク回路は直列共振タンク回路である請求項４に記載の誘導電源。
6. 前記タンク回路は並列共振タンク回路である請求項４に記載の誘導電源。
7. 誘導電源により電力供給可能なリモート装置であって、
   二次と、
   負荷と、
   前記負荷に加える実際の電圧を決定する二次コントローラと、
   前記誘導電源に対する周波数調整命令を送信する二次無線電話機と、
   を備えたことを特徴とするリモート装置。
8. ピーク検出器を備えた請求項７に記載のリモート装置。
9. 前記二次コントローラがピーク検出器の出力から前記負荷に加える実際の電圧を決定する請求項８に記載のリモート装置。
10. 前記実際の電圧を示す複数の値を有し、前記ピーク検出器の出力により索引づけられるデータベースを含むメモリを備えた請求項９に記載のリモート装置。
11. 前記データベースは操作周波数によっても索引づけられる請求項１０に記載のリモート装置。
12. 前記メモリは最小電力消費に抑えられる請求項１１に記載のリモート装置。
13. 二次無線電話機を備える請求項１２に記載のリモート装置。
14. 前記二次無線電話機は前記誘導電源から電力消費情報を受信でき、前記二次コントローラは該電力消費情報と前記最小電力消費と比較する請求項１３に記載のリモート装置。
15. 初期周波数で一次に電力供給し、
    リモート装置をポーリングし、
    リモート装置から応答のないとき前記一次に対する電力供給をオフにする、
    ことを特徴とする誘導電源の操作方法。
16. 前記リモート装置から応答のあるとき該リモート装置から動作周波数を取得し、該動作周波数で前記一次に電力供給する請求項１５に記載の誘導電源の操作方法。
17. 前記リモート装置から周波数変更情報を受信し、該周波数変更情報に基づいて前記動作周波数を変更する請求項１６に記載の誘導電源の操作方法。
18. 前記リモート装置から休止モード命令を受信し、該休止モード命令に応答して前記一次をオフにする請求項１７に記載の誘導電源の操作方法。
19. 前記一次による消費電力を決定し、該消費電力を前記リモート装置に送る請求項１８に記載の誘導電源の操作方法。
20. 誘導電源から動作周波数で電力を受け、負荷に電力供給する二次を有するリモート装置の操作方法であって、
    所望の電圧と実際の電圧を比較し、
    該実際の電圧を修正するように前記誘導電源に命令を送る、
    ことを特徴とするリモート装置の操作方法。
21. 前記実際の電圧と所望の電圧は、前記二次に加えられる電圧に関する請求項２０に記載のリモート装置の操作方法。
22. 前記命令は前記動作周波数を変更するための前記誘導電源への命令である請求項２１に記載のリモート装置の操作方法。
23. 前記所望の電圧と実際の電圧を比較するステップは、ピーク電圧を読み取るステップを備える請求項２２に記載のリモート装置の操作方法。
24. 前記所望の電圧と実際の電圧を比較するステップは、補正率をメモリから受信し、前記実際の電圧を取得するため該補正率を前記ピーク電圧に用いる請求項２２に記載のリモート装置の操作方法。
25. 前記補正率を用いる比較ステップは、前記ピーク電圧に前記補正率を掛け算する請求項２２に記載のリモート装置の操作方法。
26. 前記実際の電圧が前記所望の電圧より大きいとき、前記誘導電源への命令は前記動作周波数を増加する命令を含む請求項２３に記載のリモート装置の操作方法。
27. 前記実際の電圧が前記所望の電圧より小さいとき、前記誘導電源への命令は前記動作周波数を減少する命令を含む請求項２３に記載のリモート装置の操作方法。

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