JP2012146289A - 無線電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】送電機器から受電機器へ電力を無線で伝送する無線電力伝送システムにおいて、送電機器は、E級増幅部と、送信共振回路部と、E級増幅部から送信共振回路部を見たときのインピーダンスに応じたE級増幅部の所定位置の電圧または電流の波形を検出する検出部と、波形に応じた信号を抽出する信号抽出部とを備えている。受電機器は、受信共振回路部と、整流回路部と、電力再生部と、整流回路部と電力再生部との間に接続されてインピーダンスを切り替えるインピーダンス可変部とを備えている。インピーダンスが切り替わると、検出部は上述の波形の変化を検出し、信号抽出部は検出部が検出した波形に応じた信号を抽出して出力する。
【選択図】図1
Description
図1は、本実施形態における無線電力伝送システム100のブロック構成である。無線電力伝送システム100は、送電機器1および受電機器2を有している。送電機器1は、周期信号発生部61と、E級増幅部511と、送信共振回路部91と、検出部41と、信号抽出部221とを有している。
(1)スイッチがONからOFFに変化した後、電圧が上昇して、単調減少している状態でスイッチがOFFからONに切り替わり、しばらく放電して略0Vになる(図3(b))。
(2)スイッチがONからOFFに変化した後、電圧が上昇して、減少して、再び上昇している状態でスイッチがOFFからONに切り替わり、しばらく放電して略0Vになる(図3(c))。
(3)スイッチがONからOFFに変化した後、電圧が上昇して、減少して略0Vまで落ちて略0Vが続いたあと、再び上昇している状態でスイッチがOFFからONに切り替わり、しばらく放電して略0Vになる(図3(d))。
(4)スイッチがONからOFFに変化した後、電圧が上昇して、減少して略0Vまで落ちて、略0Vの状態のままスイッチがOFFからONに切り替わり、略0Vの状態が継続する(図3(e))。
図5は、本実施形態における無線電力伝送システム110のブロック構成である。図5において、実施形態1の無線電力伝送システム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。
図7は、本実施形態における無線電力伝送システム120のブロック構成である。図7において、実施形態1および2の無線電力伝送システム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。
2 受電機器
21 整合回路部
31 スイッチ部
32 ICチップ
41 検出部
42 インピーダンス可変部
51 増幅部
52 整流回路部
61 周期信号発生部
62 制御部
82 電力再生部
9 変調部
91 送信共振回路部
92 受信共振回路部
101 復調部
111 変調部
131 無線送信部
141 無線受信部
171 サーキュレータ
191 電源
221 信号抽出部
251 電圧制御部
291 PWM信号生成部
292 データ復調部
332 PWM信号復調部
452 包絡線検波部
911 読取/書込装置
992 非接触ICカード
Claims (22)
- 送電機器から受電機器へ電力を無線で伝送する無線電力伝送システムであって、
前記送電機器は、
周期信号を発生する周期信号発生部と、
前記周期信号発生部からの前記周期信号に応じてスイッチング動作するスイッチ部と、
直流電源と前記スイッチ部の一端を接続する第1のインダクタと、
前記スイッチ部の一端とグランドを接続する第1のキャパシタと、
前記スイッチ部の一端に接続された第2のインダクタと第2のキャパシタで構成されたLC共振回路部と、
前記LC共振回路部に接続され、前記周期信号の周期と略同じ共振周波数を有する送信共振回路部と、
前記スイッチ部の一端の電圧、または、前記スイッチ部の他端の電流もしくは電圧を検出する検出部と、
前記検出部の出力から信号を抽出する信号抽出部とを備え、かつ、前記周期信号で前記スイッチ部をスイッチング動作することで、前記直流電源から供給される電力を、前記周期信号と略同じ周波数を有する交流信号に変換するE級増幅動作を行い、
前記受電機器は、
前記送信共振回路部と電磁結合し、前記送信共振回路部と共振する受信共振回路部と、
前記受信共振回路部で受信した信号を整流する整流回路部と、
前記整流回路部と電力再生部を接続するインピーダンス可変部と、
前記インピーダンス可変部の出力から前記受電機器の電力を生成する電力再生部と、
前記受電機器から前記送電機器に伝送する信号に応じて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを切り替える制御部と
を備えた、無線電力伝送システム。 - 前記制御部が、前記インピーダンス可変部のインピーダンスを切り替えることで生じる、前記スイッチ部の他端からグランドに流れる電流若しくは前記スイッチ部の他端の電圧の変化を、前記検出部で検出することで、前記受電機器から前記送電機器に前記信号を伝送する、請求項1に記載の無線電力伝送システム。
- 前記信号抽出部は、前記周期信号発生部の出力をタイミング信号として使用し、前記検出部の出力から前記信号を抽出する、請求項1または請求項2に記載の無線電力伝送システム。
- 前記検出部は、抵抗素子からなり、
前記検出部が、前記スイッチ部の他端の電流もしくは電圧を検出する場合において、前記検出部は、前記スイッチ部からグランドに流れる電流によって生じる電圧を前記信号抽出部に入力し、
前記信号抽出部は、入力された電圧から前記信号を抽出する、請求項1から3のいずれかに記載の無線電力伝送システム。 - 前記スイッチ部は、電界効果型トランジスタおよびバイポーラトランジスタの一方によって構成される、請求項1から4のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
- 送電機器から受電機器へ電力を無線で伝送する無線電力伝送機器であって、
前記送電機器は、
周期信号を発生する周期信号発生部と、
前記周期信号発生部からの前記周期信号に応じてスイッチング動作するスイッチ部と、
直流電源と前記スイッチ部の一端を接続する第1のインダクタと、
前記スイッチ部の一端とグランドを接続する第1のキャパシタと、
前記スイッチ部の一端に接続された第2のインダクタと第2のキャパシタで構成されたLC共振回路部と、
前記LC共振回路部に接続され、前記周期信号の周期と略同じ共振周波数を有する送信共振回路部と、
前記スイッチ部の一端の電圧、または、前記スイッチ部の他端の電流もしくは電圧を検出する検出部と、
前記検出部の出力から信号を抽出する信号抽出部と、
前記送電機器から前記受電機器へ送信する第1の送信信号に応じて、前記直流電源の出力電圧を制御する電圧制御部と
を備え、かつ、前記周期信号で前記スイッチ部をスイッチング動作することで、前記直流電源から供給される電力を、前記周期信号と略同じ周波数を有する交流信号に変換するE級増幅動作を行い、
前記受電機器は、
前記送信共振回路部と電磁結合し、前記送信共振回路部と共振する受信共振回路部と、
前記受信共振回路部で受信した信号を整流する整流回路部と、
前記整流回路部と電力再生部を接続するインピーダンス可変部と、
前記インピーダンス可変部の出力から前記受電機器の電力を生成する電力再生部と、
前記インピーダンス可変部の出力から前記第1の送信信号を復調する復調部と、
前記受電機器から前記送電機器に伝送する第2の送信信号に応じて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを切り替える制御部と
を備えた無線電力伝送システム。 - 前記制御部が、前記インピーダンス可変部のインピーダンスを切り替えることで生じる、前記スイッチ部の他端からグランドに流れる電流若しくは前記スイッチ部の他端の電圧の変化を、前記検出部で検出することで、前記受電機器から前記送電機器に前記第2の送信信号を伝送する、請求項6に記載の無線電力伝送システム。
- 前記信号抽出部は、前記周期信号発生部の出力をタイミング信号として使用し、前記検出部の出力から前記信号を抽出する、請求項6または請求項7に記載の無線電力伝送システム。
- 前記検出部は、抵抗素子からなり、
前記検出部が、前記スイッチ部の他端の電流もしくは電圧を検出する場合において、前記検出部は、前記スイッチ部からグランドに流れる電流によって生じる電圧を前記信号抽出部に入力し、
前記信号抽出部は、入力された電圧から前記信号を抽出する、請求項6から8のいずれかに記載の無線電力伝送システム。 - 前記電圧制御部は、前記第1の送信信号に応じて、前記直流電源の出力電圧を変化させることで、前記送信共振回路部から出力される信号が、前記送信共振回路部と前記受信共振回路部の共振周波数と略同じ周波数を持った交流信号を搬送波として、前記第1の送信信号で振幅変調した波形となる、請求項6から9のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
- 前記電圧制御部は、前記第1の送信信号に応じて、前記直流電源の出力電圧をパルス幅変調することで、前記送信共振回路部から出力される信号が、前記送信共振回路部と前記受信共振回路部の共振周波数と略同じ周波数を持った交流信号を搬送波として、前記第1の送信信号でパルス幅変調した波形となる、請求項6から9のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
- 前記スイッチ部は、電界効果型トランジスタおよびバイポーラトランジスタの一方によって構成される、請求項6から11のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
- 送電機器から受電機器へ電力を無線で伝送する無線電力伝送システムであって、
前記送電機器は、
周期信号を発生する周期信号発生部と、
前記送電機器から前記受電機器へ送信する第1の送信信号に応じて、パルス幅変調信号を生成するパルス幅変調信号生成部と、
前記周期信号を前記パルス幅変調信号で変調する変調部と、
前記変調部の出力に応じてスイッチング動作するスイッチ部と、
直流電源と前記スイッチ部の一端を接続する第1のインダクタと、
前記スイッチ部の一端とグランドを接続する第1のキャパシタと、
前記スイッチ部の一端に接続された第2のインダクタと第2のキャパシタで構成されたLC共振回路部と、
前記LC共振回路部に接続され、前記周期信号の周期と略同じ共振周波数を有する送信共振回路部と、
前記スイッチ部の一端の電圧、または、前記スイッチ部の他端の電流もしくは電圧を検出する検出部と、
前記検出部の出力から信号を抽出する信号抽出部と、
を備え、
前記受電機器は、
前記送信共振回路部と電磁結合し、前記送信共振回路部と共振する受信共振回路部と、
前記受信共振回路部で受信した信号を整流する整流回路部と、
前記整流回路部と電力再生部を接続するインピーダンス可変部と、
前記インピーダンス可変部の出力から前記受電機器の電力を生成する電力再生部と、
前記インピーダンス可変部の出力の包絡線を検波する包絡線検波部と、
前記包絡線検波部の出力から前記第1の送信信号を復調するパルス幅変調信号復調部と、
前記受電機器から前記送電機器に伝送する第2の送信信号に応じて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを切り替える制御部と、
を備えた無線電力伝送システム。 - 前記送電機器は、前記変調部の出力として前記周期信号がある期間は、前記スイッチ部をスイッチング動作することで、前記直流電源から供給される電力を、前記周期信号と略同じ周波数を有する交流信号に変換するE級増幅動作を行い、前記変調部の出力がない期間は、出力を停止する、請求項13に記載の無線電力伝送システム。
- 前記制御部が、前記インピーダンス可変部のインピーダンスを切り替えることで生じる、前記スイッチ部の他端からグランドに流れる電流若しくは前記スイッチ部の他端の電圧の変化を、前記検出部で検出することで、前記受電機器から前記送電機器に前記第2の送信信号を伝送する、請求項13または請求項14に記載の無線電力伝送システム。
- 前記信号抽出部は、前記周期信号発生部の出力をタイミング信号として使用し、前記検出部の出力から前記信号を抽出する、請求項13から15のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
- 前記信号抽出部は、前記変調部の、前記周期信号をパルス幅変調信号で変調された出力をタイミング信号として使用し、前記変調部の出力に周期信号がある場合はタイミング信号として有効と判断し、前記変調部の出力に周期信号が無い場合はタイミング信号として無効と判断し、タイミング信号として有効と判断されたときに、前記検出部の出力から前記信号を抽出する、請求項13から15のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
- 前記検出部は、抵抗素子からなり、
前記検出部が、前記スイッチ部の他端の電流もしくは電圧を検出する場合において、前記検出部は、前記スイッチ部からグランドに流れる電流によって生じる電圧を前記信号抽出部に入力し、
前記信号抽出部は、入力された電圧から前記信号を抽出する、請求項13から17のいずれかに記載の無線電力伝送システム。 - 前記スイッチ部は、電界効果型トランジスタおよびバイポーラトランジスタの一方によって構成される、請求項13から18のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
- 送電機器から受電機器へ電力を無線で伝送する無線電力伝送システムであって、
前記送電機器は、
交流エネルギを生成するE級増幅部と、
前記交流エネルギを空間へ送出する送信共振回路部と、
前記E級増幅部の所定位置の電圧または電流の波形を検出する検出部であって、前記E級増幅部から前記送信共振回路部を見たときのインピーダンスに応じた波形を検出する検出部と、
前記波形に応じた信号を抽出する信号抽出部とを備えており、
前記受電機器は、
前記送信共振回路部によって送出された前記交流エネルギの少なくとも一部を受け取る受信共振回路部と、
前記受信共振回路部によって受け取られた前記交流エネルギの少なくとも一部を整流して出力する整流回路部と、
前記整流回路部の出力に基づいて電力を出力する電力再生部と、
前記整流回路部と前記電力再生部との間に接続され、インピーダンスを切り替えるインピーダンス可変部とを備え、
前記インピーダンス可変部が前記インピーダンスを切り替えることにより、前記検出部は前記インピーダンスが整合しているときの波形と整合していないときの波形とを検出し、前記信号抽出部は、前記検出部が検出した波形に応じた信号を抽出して出力する、無線電力伝送システム。 - 前記送電機器は、送信対象となる送信信号に応じて、前記E級増幅部の出力電圧を変調する電圧制御部をさらに備え、
前記受電機器は、前記整流回路部の出力に所定の波形処理を行って、前記送信信号を復調する復調部とをさらに備えた、請求項20に記載の無線電力伝送システム。 - 前記送電機器は、周期信号を発生する周期信号発生部と、送信対象となる送信をパルス幅変調するPWM信号生成部と、前記周期信号とパルス幅変調された前記送信とを掛け合わせる変調部とをさらに備え、
前記受電機器は、前記整流回路部の出力に包絡線検波の波形処理を行う包絡線検波部と、前記波形処理が行われた前記整流回路部の出力にパルス幅復調を行い前記送信を出力するPWM信号復調部と
を備えた、請求項20に記載の無線電力伝送システム。
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