JP2011193619A - Transceiver for radio power transmission - Google Patents

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圭介 木下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that in radio power transmission by a magnetic resonance method, the absence of impedance control of a transceiver leads to low efficiency, but incorporating an impedance control function into a small-sized device, such as portable device, results in a large circuit scale and size, thus bringing a negative effect on miniaturization. <P>SOLUTION: When a small-sized device serving as a receiver cannot mount an impedance control function, a transmitter determines the presence/absence of the impedance function and carries out impedance control by switching an impedance control method. As a result, radio power transmission can be carried out efficiently even if the receiver cannot mount the impedance control function. Hence radio power transmission performance is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、空間中で電力を送受信する無線電力伝送用の送受信器において、送受信器間の電力伝送効率を改善するための構成に関する。   The present invention relates to a configuration for improving power transmission efficiency between a transceiver in a transceiver for wireless power transmission that transmits and receives power in a space.

近年、携帯電話や地上デジタル放送の技術開発が進み、有線で接続することなく、無線電波を用いて、データや音声、テレビ放送などを受信する無線受信機器が普及している。一方で、無線受信機器の多くは、電力を有線で供給されており、内蔵している充電池などに充電して使用している。そんな中、電力もデータ同様に無線で伝送する取組みも行われている。例えば、シェーバーや電動歯ブラシなどの用途においては、電磁誘導方式による無線電力伝送が商品化され、ユーザの利便性を高めることに成功している。   2. Description of the Related Art In recent years, technological development of mobile phones and terrestrial digital broadcasting has progressed, and wireless receiving devices that receive data, voice, television broadcasts, etc. using wireless radio waves without using a wired connection have become widespread. On the other hand, many of the wireless receiving devices are supplied with electric power in a wired manner, and are used by charging a built-in rechargeable battery or the like. Meanwhile, efforts are being made to transmit power wirelessly as well as data. For example, in applications such as shavers and electric toothbrushes, wireless power transmission by electromagnetic induction has been commercialized and succeeded in improving user convenience.

先行文献1においては、電磁誘導方式を用いた無線電力伝送の構成が示されている。図12のように、電力を送信する側の電力送信器1と、受信する側の電力受信器2には、電磁誘導で電力を伝送する為の送信コイル111、受信コイル112が配置される。電磁誘導による無線電力伝送では、送信コイル111と受信コイル112の互いの中心軸の位置が厳密に一致しないと、送信コイル111から受信コイル112へと連なる磁束が効率よく伝搬しない。そのため、図12のように、電力送信器1の送信コイル111を円柱状の凸部に配置し、電力受信器2の受信コイル112を円筒状の凹部に配置し、凸部を凹部に合わせることで、送信コイル111と受信コイル112との位置関係を固定することで、無線電力伝送時の伝送効率を高く保持することが可能となる。   Prior document 1 shows a configuration of wireless power transmission using an electromagnetic induction method. As shown in FIG. 12, the power transmitter 1 on the power transmission side and the power receiver 2 on the reception side are provided with a transmission coil 111 and a reception coil 112 for transmitting power by electromagnetic induction. In wireless power transmission by electromagnetic induction, the magnetic flux that continues from the transmission coil 111 to the reception coil 112 does not propagate efficiently unless the positions of the central axes of the transmission coil 111 and the reception coil 112 exactly match each other. Therefore, as shown in FIG. 12, the transmission coil 111 of the power transmitter 1 is disposed in a cylindrical convex portion, the reception coil 112 of the power receiver 2 is disposed in a cylindrical concave portion, and the convex portion is aligned with the concave portion. Thus, by fixing the positional relationship between the transmission coil 111 and the reception coil 112, it is possible to maintain high transmission efficiency during wireless power transmission.

しかし、電磁誘導方式の無線電力伝送では、送信コイルと受信コイルの位置が互いに近接する必要があり、上述のように、互いの位置がずれたり、送信コイルと受信コイルの距離が離れたり、すると伝送効率が大きく劣化してしまう(図5)。そのため、ポータブル機器に無線で電力供給しつつ、ポータブル機器を動作させるような用途や、上述のように電力送信器1と電力受信器2の位置を厳密に固定する必要があるなど、ユーザの利便性を低下させる要因となっており、磁気共振現象を用いた無線電力伝送技術の開発が近年進められている。   However, in the electromagnetic induction type wireless power transmission, the positions of the transmission coil and the reception coil need to be close to each other, and as described above, the positions of the transmission coil and the reception coil are separated from each other. Transmission efficiency is greatly degraded (FIG. 5). Therefore, the convenience of the user such that the portable device is operated while wirelessly supplying power to the portable device, and the positions of the power transmitter 1 and the power receiver 2 need to be strictly fixed as described above. In recent years, development of a wireless power transmission technique using a magnetic resonance phenomenon has been promoted.

送信コイル111、受信コイル112に夫々キャパシタ成分を有した回路素子を追加して共振周波数を有する回路構成とし、送信コイル111と受信コイル112が磁気共振する状態をつくり、互いのコイル間に電力を伝送することで、無線による電力伝送を実現できる。磁気共振方式の無線電力伝送では、送信コイル111と受信コイル112の互いの位置の変化による伝送効率の変動が、上述の電磁誘導方式に比べて変化が小さく、送受信コイル間の距離も大きくとることが可能であり、ポータブル機器を動作させつつ無線電力供給を行う、といった用途への適用が検討されている。   A circuit element having a capacitor component is added to each of the transmission coil 111 and the reception coil 112 to form a circuit configuration having a resonance frequency, so that the transmission coil 111 and the reception coil 112 are in a state of magnetic resonance, and power is supplied between the coils. By transmitting, wireless power transmission can be realized. In the magnetic resonance type wireless power transmission, the change in transmission efficiency due to the change in the position of the transmission coil 111 and the reception coil 112 is smaller than that in the electromagnetic induction method, and the distance between the transmission and reception coils is large. Therefore, application to applications such as supplying wireless power while operating a portable device is being studied.

特開2003−337655号公報JP 2003-337655 A

しかしながら、磁気共振方式で伝送効率を高く維持するためには、送信器、受信器のインピーダンスを適切に制御する必要がある。送信コイルと受信コイルに対して、共振器として動作させるために直列にキャパシタを設置する構成の場合、図9に示すように、ある特定のインピーダンス値に対しては、図8に示されるように特定の距離で伝送効率が最大化する傾向がある。そのため、インピーダンスAに対して距離xで伝送効率がBで最大効率である場合、送信コイルと受信コイルの距離が近づけば伝送効率は高くなるように思われるが、図9に示すようにインピーダンス値の制御を行わない場合、距離xから近づいても遠ざかっても伝送効率は低下してしまう(図8)。そのため、送信器と受信器のインピーダンスを適切に制御しなければならない。   However, in order to maintain high transmission efficiency by the magnetic resonance method, it is necessary to appropriately control the impedance of the transmitter and the receiver. In the case of a configuration in which a capacitor is installed in series to operate as a resonator with respect to the transmission coil and the reception coil, as shown in FIG. 9, for a specific impedance value, as shown in FIG. There is a tendency for transmission efficiency to be maximized at specific distances. For this reason, when the transmission efficiency is B and the maximum efficiency is B with respect to the impedance A, the transmission efficiency seems to increase as the distance between the transmission coil and the reception coil decreases. However, as shown in FIG. If the above control is not performed, the transmission efficiency decreases even if the distance x approaches or moves away (FIG. 8). Therefore, the impedance of the transmitter and receiver must be controlled appropriately.

しかし、受信機器がポータブル機器であるアプリケーションを考えた場合、受信機器にインピーダンス制御を搭載すると、制御用の回路や、耐圧の大きいキャパシタやインダクタの数がより必要となってしまい、回路規模やサイズが大きくなり、ポータブル機器の小型化に悪影響を及ぼす、という課題があった。   However, considering an application where the receiving device is a portable device, if impedance control is installed in the receiving device, more control circuits, more capacitors and inductors with a higher withstand voltage are required, and the circuit scale and size As a result, the problem of adversely affecting the miniaturization of portable devices has arisen.

そこで、本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ポータブル機器への無線電力伝送を考慮し、受信器のインピーダンス制御機能の有無を判定し、送信器と受信器でインピーダンス制御に関する方法を切り替える方法を採用することで、据え置き型からポータブル機器まで適用可能な無線電力伝送用の送受信器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and considers wireless power transmission to a portable device, determines the presence or absence of an impedance control function of a receiver, and a method related to impedance control between a transmitter and a receiver. An object of the present invention is to provide a transmitter and receiver for wireless power transmission that can be applied from a stationary type to a portable device by adopting a switching method.

前記従来の課題を解決するために、本発明の無線電力伝送用送受信器は、磁気共振方式を用いた無線電力伝送用送受信器において、電力を周期信号に変換する電力発生部と、周期信号をインピーダンスを変換する第1のインピーダンス可変部と、第1のインピーダンス可変部を制御する第1のインピーダンス制御部と、周期信号を空間中に送出する無線送信部と、を備える電力を送信する無線電力送信器と、無線送信部からの出力を受信する無線受信部と、無線受信部からの出力を、インピーダンスを変換する第2のインピーダンス可変部と、第2のインピーダンス可変部の出力から電力を取り出す電力受信部と、第2のインピーダンス可変部を制御する第2のインピーダンス制御部と、を備える電力を受信する無線電力受信器とで構成され、無線電力受信器の第2のインピーダンス可変部の存在の有無によって、第1のインピーダンス制御部が制御する第1のインピーダンス可変部の制御方法を切り替えることを特徴とする。   In order to solve the above-described conventional problems, a wireless power transmission / reception device according to the present invention includes a power generation unit that converts power into a periodic signal in a wireless power transmission / reception device using a magnetic resonance method, and a periodic signal. A wireless power for transmitting power, comprising: a first impedance variable unit that converts impedance; a first impedance control unit that controls the first impedance variable unit; and a wireless transmission unit that transmits a periodic signal into space. Power is extracted from the output of the transmitter, the wireless receiver that receives the output from the wireless transmitter, the output from the wireless receiver, the second impedance variable unit that converts the impedance, and the second impedance variable unit A wireless power receiver configured to receive power, comprising: a power receiving unit; and a second impedance control unit that controls the second impedance variable unit. The presence or absence of the second variable impedance of the wireless power receiver, a first impedance control unit and switches the control method of the first variable impedance unit for controlling.

更に本発明の無線電力伝送用送受信器は、第2のインピーダンス制御部がある場合は、第1のインピーダンス制御部と第2のインピーダンス制御部と、が時間的に交互にインピーダンス値の制御を行って、最適なインピーダンス値を設定し、第2のインピーダンス制御部が無い場合は、第1のインピーダンス制御部が常時インピーダンス値の制御を行うことを特徴とする。   Furthermore, in the transmitter / receiver for wireless power transmission according to the present invention, when the second impedance control unit is provided, the first impedance control unit and the second impedance control unit alternately control the impedance values in terms of time. Thus, an optimum impedance value is set, and when there is no second impedance control unit, the first impedance control unit always controls the impedance value.

更に本発明の無線電力伝送用送受信器は、第1のインピーダンス制御部は、無線電力受信器の第2のインピーダンス可変部がある場合のインピーダンス値の制御範囲と、第2のインピーダンス可変部が無い場合のインピーダンス値の制御範囲とが異なることを特徴とする。   Furthermore, in the transmitter / receiver for wireless power transmission according to the present invention, the first impedance control unit does not have the control range of the impedance value when there is the second impedance variable unit of the wireless power receiver and the second impedance variable unit. The control range of the impedance value in this case is different.

更に本発明の無線電力伝送用送受信器は、無線送信部は、無線送信部へ反射して戻ってくる反射信号を検知する反射信号検知部を有し、第1のインピーダンス制御部は、反射信号検知部の出力を用いて、第1のインピーダンス可変部のインピーダンス値を決定することを特徴とする。   Further, in the transmitter / receiver for wireless power transmission according to the present invention, the wireless transmission unit includes a reflected signal detection unit that detects a reflected signal that is reflected back to the wireless transmission unit, and the first impedance control unit includes the reflected signal. The impedance value of the first impedance variable unit is determined using the output of the detection unit.

更に本発明の無線電力伝送用送受信器は、反射信号検知部は、複数の回路部分において振幅を検知し、第1のインピーダンス制御部は、夫々の振幅値の差が最小となるインピーダンス値に調整することを特徴とする。   Furthermore, in the transmitter / receiver for wireless power transmission according to the present invention, the reflected signal detection unit detects the amplitude in a plurality of circuit portions, and the first impedance control unit adjusts the impedance value to minimize the difference between the amplitude values. It is characterized by doing.

更に本発明の無線電力伝送用送受信器は、第1のインピーダンス制御部が制御するインピーダンス値は、第2のインピーダンス制御部がある場合に比べて、無い場合の方がインピーダンス値の制御範囲が広いことを特徴とする。   Furthermore, in the transmitter / receiver for wireless power transmission according to the present invention, the impedance value controlled by the first impedance control unit is wider when the impedance value is not present than when the second impedance control unit is provided. It is characterized by that.

これにより、無線電力伝送をポータブル機器に適用するような場合に、受信器側にインピーダンス制御機能を搭載できないような場合においても、送信器側がインピーダンス制御機能の有無を判定してインピーダンス制御方法を切り替えることで、効率よく無線電力伝送を行うことが可能となり、無線電力伝送の性能を向上することが可能となる。   As a result, when wireless power transmission is applied to a portable device, even when the receiver side cannot be equipped with an impedance control function, the transmitter side determines the presence or absence of the impedance control function and switches the impedance control method. As a result, wireless power transmission can be performed efficiently, and the performance of wireless power transmission can be improved.

本発明の無線電力伝送用送受信器の構成を示す図The figure which shows the structure of the transmitter / receiver for wireless power transmission of this invention 本発明の無線電力伝送用送受信器の動作フローチャートOperation flow chart of transceiver for wireless power transmission of the present invention 本発明の無線電力伝送用送受信器(受信側にインピーダンス制御がない場合)の構成を示す図The figure which shows the structure of the transmitter / receiver for wireless power transmission of this invention (when there is no impedance control on the receiving side) 本発明の送受信コイルの位置関係の一例(その1)を示す図The figure which shows an example (the 1) of the positional relationship of the transmission / reception coil of this invention 本発明の送受信コイルの位置関係の一例(その2)を示す図The figure which shows an example (the 2) of the positional relationship of the transmission / reception coil of this invention 本発明の実施の携帯2で示す無線電力伝送用送信器の構成を示す図The figure which shows the structure of the transmitter for wireless power transmission shown with the portable 2 of implementation of this invention 本発明の無線電力伝送用送信器の反射検出部の一例を示す図The figure which shows an example of the reflection detection part of the transmitter for wireless power transmission of this invention 本発明の無線電力伝送の効率の距離依存性の一例(その1)を示す図The figure which shows an example (the 1) of the distance dependence of the efficiency of the wireless power transmission of this invention 本発明の無線電力伝送のインピーダンスの距離依存性の一例(その1)を示す図The figure which shows an example (the 1) of the distance dependence of the impedance of the wireless power transmission of this invention 本発明の無線電力伝送の効率の距離依存性の一例(その2)を示す図The figure which shows an example (the 2) of distance dependence of the efficiency of the wireless power transmission of this invention 本発明の無線電力伝送のインピーダンスの距離依存性の一例(その2)を示す図The figure which shows an example (the 2) of the distance dependence of the impedance of the wireless power transmission of this invention 従来の無線電力伝送用送受信器の構成及び位置関係を示す図The figure which shows the structure and positional relationship of the transmitter / receiver for the conventional wireless power transmission

(実施の形態1)
図1〜3は、本発明の実施の形態1における無線電力伝送用の送受信器のブロック構成および動作フローチャートである。本実施の形態の無線電力伝送用の電力送信器1と、電力受信器2からなる無線電力伝送システムは、電力送信器1、電力受信器2、無線送信部11、無線受信部12、制御信号送受信部21、22、反射検出部211、インピーダンス可変部31、32、インピーダンス制御部41、42、電力発生部51、電力受信部52から構成される。
(Embodiment 1)
1 to 3 are a block configuration and an operation flowchart of a transceiver for wireless power transmission according to Embodiment 1 of the present invention. A wireless power transmission system including a power transmitter 1 and a power receiver 2 for wireless power transmission according to the present embodiment includes a power transmitter 1, a power receiver 2, a wireless transmission unit 11, a wireless reception unit 12, and a control signal. The transmission / reception units 21 and 22, the reflection detection unit 211, the impedance variable units 31 and 32, the impedance control units 41 and 42, the power generation unit 51, and the power reception unit 52 are configured.

電力送信器1の電力発生部51は、電力を特定の周波数信号に変換し、電力発生部51に接続され出力インピーダンスを変更するインピーダンス可変部31を介して反射検出部211へ周波数信号は出力される。反射検出部211の出力は無線送信部11に入力され、空間中に電力を送信する。なお、ここで反射検出部211は、インピーダンス可変部31から無線送信部11へ伝送される信号を検出するだけの機能であり、反射検出部211のブロックではインピーダンスの変化は生じない。   The power generation unit 51 of the power transmitter 1 converts the power into a specific frequency signal, and the frequency signal is output to the reflection detection unit 211 via the impedance variable unit 31 connected to the power generation unit 51 and changing the output impedance. The The output of the reflection detection unit 211 is input to the wireless transmission unit 11 and transmits power into the space. Here, the reflection detection unit 211 has a function of only detecting a signal transmitted from the impedance variable unit 31 to the wireless transmission unit 11, and no impedance change occurs in the block of the reflection detection unit 211.

磁気共振方式の無線電力伝送では、無線送信部11と無線受信部12をインダクタとキャパシタ等を用いた共振器とし、特定の周波数に対して共振する構成とすることにより、無線送信部11と無線受信部12とが空間的に距離が離れた状態においても電力伝送効率を高く維持することができる。   In the magnetic resonance type wireless power transmission, the wireless transmission unit 11 and the wireless reception unit 12 are resonators using inductors, capacitors, and the like, and are configured to resonate with respect to a specific frequency. Even in a state where the receiving unit 12 is spatially separated from the receiving unit 12, the power transmission efficiency can be maintained high.

ここで、磁気共振方式で重要となるのが、共振器である無線送信部11へ繋がっている電力発生部51の出力インピーダンスと、無線受信器12と繋がる電力受信部52の入力インピーダンスが適切な値であれば電力伝送効率は高いが、両方のインピーダンス値が適切な値でなければ、無線送信部11と無線受信部12とが共振していたとしても電力伝送効率は低下する、ことである。このとき、送信側である電力送信器1には必ずインピーダンス制御機能を付加させるが、受信側である電力受信器2にはインピーダンス制御機能を付加するかしないかの選択がある。電力受信する機器がポータブル機器のような小型機器の場合、制御用の回路や、耐圧の大きいキャパシタやインダクタの数がより多く必要となることで、回路規模やサイズが大きくなり、ポータブル機器の小型化が難しくなってしまう。図1の例で示したように、電力送信器1と電力受信器2の双方がインピーダンス値を制御する機能を搭載する方が電力伝送効率を高く維持することができるが、図3の例で示すように電力送信器1にだけインピーダンス制御機能を持たせて、電力受信器2にはインピーダンス制御機能を搭載しない場合でも、送受信の双方がインピーダンス制御機能を搭載する場合に比べて電力伝送効率は劣化するが、双方がインピーダンス制御機能を搭載しない場合に比べて、大きく電力伝送効率を改善することができる。   Here, what is important in the magnetic resonance method is that the output impedance of the power generation unit 51 connected to the wireless transmission unit 11 that is a resonator and the input impedance of the power reception unit 52 connected to the wireless receiver 12 are appropriate. If it is a value, the power transmission efficiency is high, but if both impedance values are not appropriate values, the power transmission efficiency is lowered even if the wireless transmission unit 11 and the wireless reception unit 12 resonate. . At this time, an impedance control function is always added to the power transmitter 1 on the transmission side, but there is a selection as to whether or not the impedance control function is added to the power receiver 2 on the reception side. If the device that receives power is a small device such as a portable device, the need for a larger number of control circuits, capacitors or inductors with a high withstand voltage will increase the circuit scale and size, and the portable device will become smaller. It becomes difficult. As shown in the example of FIG. 1, the power transmission efficiency can be maintained higher when both the power transmitter 1 and the power receiver 2 are equipped with the function of controlling the impedance value, but in the example of FIG. As shown, even when the power transmitter 1 is provided with an impedance control function and the power receiver 2 is not equipped with an impedance control function, the power transmission efficiency is higher than when both transmission and reception are equipped with an impedance control function. Although it deteriorates, the power transmission efficiency can be greatly improved as compared with the case where both do not have the impedance control function.

送受両方のインピーダンスを最適に制御した場合と、送受両方のインピーダンス制御を行わない場合と、送信側のみインピーダンス制御を行う場合の3パターンについて、電力伝送効率と距離の依存性を図10に、インピーダンスと距離の依存性を示すグラフを図11に示す。距離xにおいて伝送効率が最大となるインピーダンスで固定すると、距離xでは高い効率が得られているが、そこから距離が離れても近づいても伝送効率は劣化する。一方、送受両方のインピーダンスを制御した場合には、距離が近づくにつれて伝送効率は上がり、インピーダンス制御を行わないときのような、ある特定の距離でしか伝送効率が得られない、といったことはない。送信側のみインピーダンス制御を行った場合、送受両方のインピーダンスを制御する場合に比べると伝送効率は劣化するものの、インピーダンス制御を行わない場合に比べて大きく特性は改善し、ある特定の距離でしか伝送効率が得られない、といったことはない。   FIG. 10 shows the dependence of power transmission efficiency and distance on the three patterns when impedance is controlled optimally for both transmission and reception, when impedance control is not performed for both transmission and reception, and when impedance control is performed only on the transmission side. FIG. 11 is a graph showing the dependence of the distance between the distance and the distance. If the impedance at which the transmission efficiency is maximum at the distance x is fixed, a high efficiency is obtained at the distance x. On the other hand, when both the transmission and reception impedances are controlled, the transmission efficiency increases as the distance approaches, and the transmission efficiency can be obtained only at a specific distance as in the case where impedance control is not performed. When impedance control is performed only on the transmission side, transmission efficiency is degraded compared to when both transmission and reception impedances are controlled, but the characteristics are greatly improved compared to when impedance control is not performed, and transmission is performed only at a specific distance. There is no such thing as inefficiency.

電力送信器1のインピーダンス制御機能が、電力受信器2がインピーダンス制御機能を搭載しているか否かで制御方法を切り替えることで、電力受信器2がインピーダンス制御機能を搭載しているか否かに関わらず、電力伝送効率を改善することが可能となる。   The impedance control function of the power transmitter 1 switches the control method depending on whether or not the power receiver 2 is equipped with the impedance control function, so that whether or not the power receiver 2 is equipped with the impedance control function. Therefore, it is possible to improve the power transmission efficiency.

図2に、電力送信器1と電力受信器2の動作フローチャートを示す。まず、無線電力伝送の開始において、電力受信器にインピーダンス制御機能があるかどうかで動作フローは分岐する。図1のように電力受信器2がインピーダンス制御機能を有する場合、電力送信器1がインピーダンス制御を行った所定時間経過後、電力受信器2がインピーダンス制御を行う。具体的には、インピーダンス制御部41は、インピーダンス可変部31を制御し、反射検出部211によって検出される反射信号成分から制御するインピーダンス値を決定する。   FIG. 2 shows an operation flowchart of the power transmitter 1 and the power receiver 2. First, at the start of wireless power transmission, the operation flow branches depending on whether or not the power receiver has an impedance control function. When the power receiver 2 has an impedance control function as shown in FIG. 1, the power receiver 2 performs impedance control after a predetermined time elapses when the power transmitter 1 performs impedance control. Specifically, the impedance control unit 41 controls the impedance variable unit 31 and determines an impedance value to be controlled from the reflection signal component detected by the reflection detection unit 211.

図7に反射検出部211の構成の一例を示す。反射検出部211の内部に、第1の振幅検出部2111、第2の振幅検出部2112、第nの振幅検出部211nを設ける。それぞれの振幅検出部は所定の距離を互いにもって設置される。電力送信器1から電力受信器2に無線電力伝送される場合、ここまでの記述にあるようにインピーダンスや距離によって電力伝送効率が変化する。効率が低い場合は、すなわち反射波が電力送信器1に戻ってきて、そのため定在波が生じる。そのため、所定の距離をもった複数の振幅検出部で振幅を検出すると、反射波によって定在波が生じると夫々の振幅検出部で検出される振幅は異なり、その振幅差を振幅差検出部221で検出することにより、定在波を検出することが可能となり、そこから反射波の大小を検出できる。こうして反射検出部211で検出される反射波の大きさを検出し、反射波の成分が最小(振幅差検出部221の出力が最小)となるようにインピーダンスを制御していく。   FIG. 7 shows an example of the configuration of the reflection detection unit 211. Inside the reflection detection unit 211, a first amplitude detection unit 2111, a second amplitude detection unit 2112, and an nth amplitude detection unit 211n are provided. Each amplitude detector is installed with a predetermined distance from each other. When wireless power transmission is performed from the power transmitter 1 to the power receiver 2, the power transmission efficiency varies depending on the impedance and distance as described above. When the efficiency is low, that is, the reflected wave returns to the power transmitter 1, and therefore a standing wave is generated. For this reason, when the amplitude is detected by a plurality of amplitude detection units having a predetermined distance, the amplitude detected by each amplitude detection unit differs when a standing wave is generated by the reflected wave, and the amplitude difference is detected by the amplitude difference detection unit 221. It is possible to detect a standing wave and detect the magnitude of the reflected wave therefrom. Thus, the magnitude of the reflected wave detected by the reflection detection unit 211 is detected, and the impedance is controlled so that the component of the reflected wave is minimized (the output of the amplitude difference detection unit 221 is minimized).

インピーダンス制御部41の制御が完了すると、制御信号送受信部21は制御が完了したことを表す制御信号を空間中に出力する。制御信号送受信部22は、制御信号送受信部21からの制御信号を受信し、電力送信器1のインピーダンス制御が完了したことを確認すると、所定時間経過後、電力受信器2はインピーダンス制御を開始する。インピーダンス制御部42はインピーダンス可変部32を制御し、電力受信器2のインピーダンス制御が完了したことを通知する制御信号を制御信号送受信部22に出力し、制御信号送信部22は制御信号を空間中に出力する。電力送信器1の制御信号送受信部21は、制御信号送受信部22からの制御信号を受信し、電力受信器2のインピーダンス制御が完了したことを確認すると、所定時間経過後、再び電力送信器1のインピーダンス制御を実施、続いて電力受信器2の制御を実施、と繰り返すことで、常に最適なインピーダンス制御を実現する。   When the control of the impedance control unit 41 is completed, the control signal transmission / reception unit 21 outputs a control signal indicating that the control is completed in the space. When the control signal transmission / reception unit 22 receives the control signal from the control signal transmission / reception unit 21 and confirms that the impedance control of the power transmitter 1 is completed, the power receiver 2 starts impedance control after a predetermined time has elapsed. . The impedance control unit 42 controls the impedance variable unit 32 and outputs a control signal notifying that the impedance control of the power receiver 2 is completed to the control signal transmission / reception unit 22, and the control signal transmission unit 22 transmits the control signal in space. Output to. When the control signal transmission / reception unit 21 of the power transmitter 1 receives the control signal from the control signal transmission / reception unit 22 and confirms that the impedance control of the power receiver 2 is completed, the power transmitter 1 again after a predetermined time elapses. The impedance control is always performed, and then the control of the power receiver 2 is repeated, so that the optimum impedance control is always realized.

一方、図3のように電力受信器2がインピーダンス制御機能を有さない場合、電力送信器1がインピーダンス制御を行ったあと、電力受信器2はインピーダンス制御を行わないため、制御信号送受信部21には電力受信器2のインピーダンス制御機能が完了したことを示す制御信号は当然返ってこない。そこで、所定時間経過しても制御信号が返ってこない場合は、電力受信器2はインピーダンス制御機能を有さない、と電力送信器1のインピーダンス制御部41は判断し、インピーダンス制御部41は常時インピーダンス制御を実施する。   On the other hand, when the power receiver 2 does not have an impedance control function as shown in FIG. 3, the power receiver 2 does not perform impedance control after the power transmitter 1 performs impedance control. Naturally does not return a control signal indicating that the impedance control function of the power receiver 2 has been completed. Therefore, if a control signal is not returned even after a predetermined time has elapsed, the impedance control unit 41 of the power transmitter 1 determines that the power receiver 2 does not have an impedance control function, and the impedance control unit 41 is always on. Implement impedance control.

以上より、電力受信器2がインピーダンス制御機能を有するか否かで、電力送信器1のインピーダンス制御方法を切り替えることで、電力伝送効率をより高く維持する為に電力受信器2がインピーダンス制御機能を有している場合でも、またポータブル機器に無線電力伝送するために、機器の小型化のためにインピーダンス制御機能を有さない場合でも、効率よく無線電力伝送することが可能となる。   As described above, the power receiver 2 has the impedance control function in order to maintain higher power transmission efficiency by switching the impedance control method of the power transmitter 1 depending on whether or not the power receiver 2 has the impedance control function. Even in the case where it is provided, or since wireless power is transmitted to the portable device, wireless power can be efficiently transmitted even when the impedance control function is not provided for downsizing the device.

なお、本実施の形態1では、反射検出部211のように電力送信器1の各場所で振幅差を検出することで反射波の成分を検出していたが、別に反射波を受信するアンテナなどの受信器を設けて、反射波の成分を検出する構成であってもよい。   In the first embodiment, the component of the reflected wave is detected by detecting the amplitude difference at each location of the power transmitter 1 like the reflection detector 211, but an antenna that receives the reflected wave separately, etc. The receiver may be provided to detect the component of the reflected wave.

なお、本実施の形態1では、電力送信器1のインピーダンス制御が完了したことを通知するために、制御信号送受信部21から22へ制御信号を伝送する構成としたが、無線送信部11から無線受信部12へ電力を伝送する周波数信号に制御信号を多重する構成であってもよい。   In the first embodiment, the control signal is transmitted from the control signal transmitting / receiving unit 21 to 22 in order to notify that the impedance control of the power transmitter 1 is completed. The configuration may be such that the control signal is multiplexed with the frequency signal for transmitting power to the receiving unit 12.

(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2における無線電力伝送用の送受信器のブロック構成である。図6において、図1〜5と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。実施の形態1では、インピーダンス制御部41が制御するインピーダンスについて、電力受信器2のインピーダンス制御機能の有無に対して違いがなかったが、本実施の形態では、電力受信器2のインピーダンス制御機能の有無によって、予め設定された異なるインピーダンス値を選択する構成となっている。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a block configuration of a transceiver for wireless power transmission according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. In the first embodiment, the impedance controlled by the impedance control unit 41 is not different from the presence or absence of the impedance control function of the power receiver 2, but in the present embodiment, the impedance control function of the power receiver 2 is not different. A different impedance value set in advance is selected depending on the presence or absence.

図10において、送受両方もしくは送信側のみインピーダンス制御することで、電力伝送効率を高く維持できることを示した。しかし、送受両方を制御する場合と、送信側のみ制御する場合とで、制御するインピーダンスの値が大きく異なる(図11)。一例を挙げると、ある条件下で、送受両方を制御する場合はインピーダンス制御の範囲が10〜100Ωであるような場合に、送信側のみ制御する場合では10〜1kΩというように、送信側のみ制御する場合にはより大きなインピーダンス制御範囲が必要であり、制御範囲に差が生じる。また、インピーダンス制御を行う実際の構成として、上述のインピーダンス制御範囲に対して連続的にインピーダンス値を変化させるのではなく、不連続に離散的な数値を持ったインピーダンスを取る回路構成とすることが考えられる。この場合、送受両方をインピーダンス制御する場合と、送信側のみ制御する場合とで準備される離散的なインピーダンスのテーブルが大きく異なることになる。すると、反射検出部211の検出結果から、インピーダンスを制御しようとした場合に、どちらのインピーダンスのテーブルに沿ってインピーダンス制御をすればよいかを予め選択する必要がある。   FIG. 10 shows that the power transmission efficiency can be maintained high by controlling the impedance of both transmission and reception or only on the transmission side. However, the impedance value to be controlled differs greatly between the case of controlling both transmission and reception and the case of controlling only the transmission side (FIG. 11). For example, when both transmission and reception are controlled under a certain condition, when the range of impedance control is 10 to 100Ω, when only the transmission side is controlled, 10 to 1 kΩ is controlled only on the transmission side. In this case, a larger impedance control range is required, and a difference occurs in the control range. In addition, as an actual configuration for performing the impedance control, a circuit configuration in which the impedance value is not discontinuously changed with respect to the above-described impedance control range but the impedance having a discrete numerical value is taken. Conceivable. In this case, the discrete impedance tables prepared for impedance control for both transmission and reception and for the case of controlling only the transmission side are greatly different. Then, from the detection result of the reflection detection unit 211, when impedance is to be controlled, it is necessary to select in advance which impedance table should be used for impedance control.

そこで、本実施の形態では、電力受信器2のインピーダンス制御機能がある場合のインピーダンス値を記憶している第1の記憶部231と、電力受信器2のインピーダンス制御機能がない場合のインピーダンス値を記憶している第2の記憶部232とを設け、電力受信器2のインピーダンス制御機能の有無によって、インピーダンス制御部41は第1の記憶部231か第2の記憶部232のどちらかを選択する切替部241を有し、切替部241は反射検出部211で検出された結果から、第1の記憶部231もしくは第2の記憶部232に記憶されている離散的なインピーダンス値のうちから最適なインピーダンス値を選択し、インピーダンス可変部31によってインピーダンス値を変更する。   Therefore, in the present embodiment, the first storage unit 231 storing the impedance value when the power receiver 2 has the impedance control function and the impedance value when the power receiver 2 does not have the impedance control function are obtained. A second storage unit 232 stored therein, and the impedance control unit 41 selects either the first storage unit 231 or the second storage unit 232 depending on the presence or absence of the impedance control function of the power receiver 2. The switching unit 241 has an optimum value among the discrete impedance values stored in the first storage unit 231 or the second storage unit 232 based on the result detected by the reflection detection unit 211. The impedance value is selected, and the impedance value is changed by the impedance variable unit 31.

以上より、電力受信器2がインピーダンス制御機能を有するか否かを判断し、その結果で、異なる離散的なインピーダンスのテーブルを持つ2つの記憶部から必要なインピーダンスのテーブルを選択してインピーダンス値を制御することにより、効率よく無線電力伝送を行う無線電力伝送用の送受信器を実現することが可能となる。   From the above, it is determined whether or not the power receiver 2 has an impedance control function, and as a result, a necessary impedance table is selected from two storage units having different discrete impedance tables, and an impedance value is obtained. By controlling, it is possible to realize a transceiver for wireless power transmission that efficiently performs wireless power transmission.

なお、本実施の形態では、分かりやすく示すために、異なるインピーダンスのテーブルを2つの記憶部に分けて記憶させたが、異なるインピーダンスのテーブルを1つの記憶部に記憶させて、その記憶部から、制御機能の有無によって必要なインピーダンスのテーブルを読み出すような構成であってもよい。   In this embodiment, for easy understanding, different impedance tables are stored in two storage units. However, different impedance tables are stored in one storage unit, and from the storage unit, The configuration may be such that a necessary impedance table is read depending on the presence or absence of a control function.

本発明にかかる無線電力伝送用の送受信器は、受信側であるポータブル機器にインピーダンス制御機能を搭載できないような場合において、送信器側がインピーダンス制御機能の有無を判定してインピーダンス制御方法を切り替えて制御することで、受信器側にインピーダンス制御機能を搭載できない場合でも、効率よく無線電力伝送を行うことが可能となる特徴を有し、据置機器やポータブル機器へデータだけでなく電力も無線で送受信することが可能となるなど、数多くの電気製品に対して有用である。   The transmitter / receiver for wireless power transmission according to the present invention is controlled by switching the impedance control method by determining whether the transmitter side has the impedance control function when the portable device on the receiving side cannot be equipped with the impedance control function. Therefore, even when the impedance control function cannot be installed on the receiver side, it has a feature that enables efficient wireless power transmission, and not only data but also power is transmitted and received wirelessly to stationary devices and portable devices This is useful for many electrical products.

1 電力送信器
2 電力受信器
11 無線送信部
12 無線受信部
21、22 制御信号送受信部
31、32 インピーダンス可変部
41、42 インピーダンス制御部
51 電力発生部
52 電力受信部
111 送信コイル
112 受信コイル
211 反射検出部
221 振幅差検出部
2111、2112、211n 振幅検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power transmitter 2 Power receiver 11 Wireless transmission part 12 Wireless reception part 21, 22 Control signal transmission / reception part 31, 32 Impedance variable part 41, 42 Impedance control part 51 Power generation part 52 Power reception part 111 Transmission coil 112 Reception coil 211 Reflection detection unit 221 Amplitude difference detection unit 2111, 2112, 211n Amplitude detection unit

Claims (6)

磁気共振方式を用いた無線電力伝送用送受信器において、
電力を周期信号に変換する電力発生部と、
前記周期信号をインピーダンスを変換する第1のインピーダンス可変部と、
前記第1のインピーダンス可変部を制御する第1のインピーダンス制御部と、
前記周期信号を空間中に送出する無線送信部と、
を備える電力を送信する無線電力送信器と、
前記無線送信部からの出力を受信する無線受信部と、
前記無線受信部からの出力を、インピーダンスを変換する第2のインピーダンス可変部と、
前記第2のインピーダンス可変部の出力から電力を取り出す電力受信部と、
前記第2のインピーダンス可変部を制御する第2のインピーダンス制御部と、
を備える電力を受信する無線電力受信器とで構成され、
前記無線電力受信器の第2のインピーダンス可変部の存在の有無によって、前記第1のインピーダンス制御部が制御する前記第1のインピーダンス可変部の制御方法を切り替えることを特徴とする無線電力伝送用送受信器。
In the transmitter and receiver for wireless power transmission using the magnetic resonance method,
A power generator for converting power into a periodic signal;
A first impedance variable section for converting impedance of the periodic signal;
A first impedance control unit for controlling the first impedance variable unit;
A wireless transmission unit for transmitting the periodic signal into space;
A wireless power transmitter for transmitting power comprising:
A wireless receiver for receiving an output from the wireless transmitter;
A second impedance variable unit for converting the output from the wireless reception unit;
A power receiving unit for extracting power from the output of the second impedance variable unit;
A second impedance control unit for controlling the second impedance variable unit;
A wireless power receiver for receiving power comprising:
Transmission / reception for wireless power transmission, wherein the control method of the first impedance variable unit controlled by the first impedance control unit is switched according to the presence or absence of the second impedance variable unit of the wireless power receiver vessel.
前記第2のインピーダンス制御部がある場合は、前記第1のインピーダンス制御部と前記第2のインピーダンス制御部と、が時間的に交互にインピーダンス値の制御を行って、最適なインピーダンス値を設定し、
前記第2のインピーダンス制御部が無い場合は、前記第1のインピーダンス制御部が常時インピーダンス値の制御を行う、
ことを特徴とする請求項1記載の無線電力伝送用送受信器。
When there is the second impedance control unit, the first impedance control unit and the second impedance control unit alternately control the impedance value in terms of time to set an optimum impedance value. ,
When the second impedance control unit is not provided, the first impedance control unit always controls the impedance value.
The wireless power transmission transceiver according to claim 1.
前記第1のインピーダンス制御部は、前記無線電力受信器の第2のインピーダンス可変部がある場合のインピーダンス値の制御範囲と、前記第2のインピーダンス可変部が無い場合のインピーダンス値の制御範囲とが異なる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれかに記載の無線電力伝送用送受信器。
The first impedance control unit has an impedance value control range when the second impedance variable unit of the wireless power receiver is present and an impedance value control range when the second impedance variable unit is not present. Different,
The transceiver for wireless power transmission according to any one of claims 1 and 2.
前記無線送信部は、前記無線送信部へ反射して戻ってくる反射信号を検知する反射信号検知部を、更に有し、
前記第1のインピーダンス制御部は、前記反射信号検知部の出力を用いて、第1のインピーダンス可変部のインピーダンス値を決定する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれかに記載の無線電力伝送用送受信器。
The wireless transmission unit further includes a reflection signal detection unit that detects a reflection signal reflected and returned to the wireless transmission unit,
The first impedance control unit determines an impedance value of the first impedance variable unit using an output of the reflected signal detection unit.
The transceiver for wireless power transmission according to any one of claims 1 and 2.
前記反射信号検知部は、複数の回路部分において振幅を検知し、前記第1のインピーダンス制御部は、夫々の振幅値の差が最小となるインピーダンス値に調整する、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線電力伝送用送受信器。
The reflected signal detection unit detects amplitude in a plurality of circuit portions, and the first impedance control unit adjusts the impedance value to minimize the difference between the amplitude values.
The transceiver for wireless power transmission according to claim 3.
前記第1のインピーダンス制御部が制御するインピーダンス値は、前記第2のインピーダンス制御部がある場合に比べて、無い場合の方がインピーダンス値の制御範囲が広い、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線電力伝送用送受信器。
The impedance value controlled by the first impedance control unit has a wider control range of the impedance value when there is no impedance value than when the second impedance control unit is present.
The transceiver for wireless power transmission according to claim 3.
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