JP2014515912A - ワイヤレス給電装置およびワイヤレス給電システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】共振回路10は、直列に接続された送信コイルLTXおよび共振用キャパシタCTXを含む。マルチトーン電源20は、離散的な複数の周波数から任意の周波数が設定可能であり、設定された周波数の正弦波信号を重ね合わせたマルチトーン信号S2を、共振回路10に出力する。周波数制御回路40は、測定モードにおいて、マルチトーン電源20にすべての周波数を設定し、すべての周波数の正弦波信号を重ね合わせたマルチトーン信号S2aを発生させた状態で、送電効率が高い少なくともひとつの周波数を決定する。そして給電モードにおいて、測定モードにおいて決定された少なくともひとつの周波数を、マルチトーン電源20に設定する。
【選択図】図3
Description
数m以上の比較的長い距離に給電する場合、電波受信型が利用される。電波受信型では、中波〜マイクロ波の帯域で数W以下の電力を伝送することができるが、電力の利用効率は低い。数m程度の中距離を、比較的高い効率で給電する手法として、電場・磁場共鳴型が着目されている(非特許文献1参照)。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
マルチトーン電源20は、ブリッジ回路22、ドライバ回路24、電源26、デジタルマルチトーン信号生成部28、ビットストリーム信号生成部30を備える。
電源26は、ブリッジ回路22に電源電圧VDDを出力する。
具体的には、ドライバ回路24は、ビットストリーム信号S4が第1レベル(たとえばハイレベル)のときスイッチSW1、SW4のペアをオンし、ビットストリーム信号S4が第2レベル(たとえばローレベル)のとき、スイッチSW2、SW3のペアをオンする。
続いてその動作を説明する。図5(a)〜(e)は、実施の形態に係るワイヤレス給電装置4の動作を示す図である。送信コイルLTXと受信コイルLRXの結合度Kは、ワイヤレス給電装置4とワイヤレス受電装置6との距離や向きに応じて変化する。そして、マルチトーン電源20からワイヤレス受電装置6の負荷に対するSパラメータ(伝達特性)S21は、結合度Kに応じて変化する。
図6は、第1の変形例に係るワイヤレス給電装置4aの構成を示す回路図である。ワイヤレス給電装置4aでは、共振電流ILに代えて、共振回路10の両端間の電圧Vsに応じた検出信号S6aが生成される。そして周波数制御回路40aは、検出信号S6aに含まれる周波数成分のうち、強度が小さい周波数を、続くマルチトーン電源20に設定する。
電源26は、デジタルマルチトーン信号S3に応じて、電源電圧VDDを変調してもよい。この場合、電源26およびブリッジ回路22を、ポーラー変調器とみなすことができる。
図7は、第3の変形例に係るワイヤレス給電装置4bの一部の構成を示す回路図である。ワイヤレス給電装置4bでは、ブリッジ回路22bとしてハーフブリッジ回路を備える。ドライバ回路24は、ビットストリーム信号S4が第1レベル(ハイレベル)のときに、スイッチSW5をオンし、第2レベル(ローレベル)のときに、スイッチSW6をオンする。
この変形例によれば、Hブリッジ回路と同様の効果を得ることができる。
実施の形態では、測定モードと給電モードを時分割で行う場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、給電を行いながら、電力伝送に最適な周波数を測定してもよい。この変形例では、周波数制御回路40は、周波数データS5aとS5bを重ね合わせた周波数データを出力する。弱い強度ですべての周波数の信号を発生して周波数特性を測定しつつ、電力伝送に利用する周波数については、信号強度を大きくする。
実施の形態では、電力伝送の周波数特性を測定するために、A/Dコンバータ48および高速フーリエ変換器46を利用したが、本発明はそれに限定されず、セレクティブレベルメータを用いて、各周波数f1〜fNそれぞれの強度を測定してもよい。
マルチトーン電源20をアナログのリニアアンプで構成してもよい。たとえばマルチトーン電源20は、デジタルマルチトーン信号S3をアナログマルチトーン信号に変換するD/Aコンバータと、D/Aコンバータの出力信号を共振回路10に出力するアナログアンプ(バッファ)で構成できる。この構成によっても、共振回路10に対して複数の周波数の正弦波を重ね合わせたマルチトーン信号を出力できる。
図8は、第7の変形例に係るワイヤレス給電装置4cの一部の構成を示す回路図である。ドライバ回路24cは、分配部60およびデッドタイム設定部62を含む。分配部60は、ビットストリーム信号S4にもとづき、スイッチSW1〜SW4に対するゲート信号G1〜G4を生成する。たとえばビットストリーム信号S4がハイレベルのとき、ゲート信号G1、G4は、スイッチSW1、SW4のオンを指示するレベルとなり、ビットストリーム信号S4がローレベルのとき、ゲート信号G2、G3は、スイッチSW2、SW3のオンを指示するレベルとなる。
図9は、第8の変形例に係るワイヤレス給電装置4dを用いた給電システム2dを示す図である。図10(a)〜(c)は、図9の給電システム2dの動作を示す図である。
マルチトーン信号S2には、何らかの情報を重畳してもよい。情報の重畳は、重ね合わされる各周波数の正弦波に、振幅変調、位相変調などを施すことにより実現できる。たとえば、変形例8の同期信号S9を、マルチトーン信号S2自体に重畳してもよい。
実施の形態では、ΔΣ変調を用いる場合を説明したが、パルス幅変調をはじめとするその他の変調方式を用いて、ブリッジ回路22を駆動してもよい。
Claims (12)
- 電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置であって、
送信コイルを含む送信アンテナと、
複数の周波数から任意の周波数が設定可能であり、設定された周波数の正弦波信号を重ね合わせたマルチトーン信号を、前記送信アンテナに出力可能に構成される電源と、
前記電源が出力すべき正弦波信号の周波数を設定する周波数制御回路と、
を備え、
前記周波数制御回路は、
測定モードにおいて、前記電源にすべての周波数を設定し、複数の周波数を設定した状態で、送電効率が高い少なくともひとつの周波数を決定し、
給電モードにおいて、前記測定モードにおいて決定された少なくともひとつの周波数を、前記電源に設定することを特徴とするワイヤレス給電装置。 - 前記電源は、
前記送信アンテナと接続されるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路に電源電圧を出力する電源回路と、
前記周波数制御回路により設定された周波数の正弦波信号を重ね合わせた波形を有するデジタルマルチトーン信号を生成するデジタルマルチトーン信号生成部と、
前記デジタルマルチトーン信号に応じたビットストリーム信号を生成するビットストリーム信号生成部と、
前記ビットストリーム信号に応じて前記ブリッジ回路を駆動するドライバ回路と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電装置。 - 前記ビットストリーム信号生成部は、前記デジタルマルチトーン信号をΔΣ変調することにより前記ビットストリーム信号を生成するバンドパスΔΣ変調器を含むことを特徴とする請求項2に記載のワイヤレス給電装置。
- 前記デジタルマルチトーン信号生成部は、
前記周波数制御回路により設定された周波数データを逆フーリエ変換することにより前記デジタルマルチトーン信号を生成する高速逆フーリエ変換器を含むことを特徴とする請求項2に記載のワイヤレス給電装置。 - 前記電源回路は、前記デジタルマルチトーン信号に応じて、前記電源電圧を変調することを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。
- 前記周波数制御回路は、
前記送信アンテナに流れる電流に応じた検出信号に含まれる周波数成分のうち、強度が大きい周波数を、前記電源に設定することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。 - 前記周波数制御回路は、
前記送信アンテナの両端間の電圧に応じた検出信号に含まれる周波数成分のうち、強度が小さい周波数を、前記電源に設定することを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。 - 前記周波数制御回路は、
前記検出信号をデジタル信号に変換するA/Dコンバータと、
前記デジタル信号をフーリエ変換する高速フーリエ変換器と、
前記高速フーリエ変換器の出力データにもとづき、続く給電モードにおいて前記電源に設定すべき周波数を決定するフォーマット部と、
を含むことを特徴とする請求項6または7に記載のワイヤレス給電装置。 - 前記電源は、
前記周波数制御回路によって設定された周波数の正弦波を、前記マルチトーン信号のクレストファクターが小さくなるような位相で重ね合わせることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。 - 前記周波数制御回路は、所定の周期で、前記測定モードに設定されることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。
- 前記周波数制御回路は、前記給電モードの動作を行いつつ、前記測定モードの動作を行うことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のワイヤレス給電装置。
- 電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信する請求項1から11のいずれかに記載のワイヤレス給電装置と、
前記電力信号を受信するワイヤレス受電装置と、
を備えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
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