JP2015050848A - Power transmission device and wireless power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電トランスを用いた受電装置へ電力を伝送する送電装置、及びそれを備えたワイヤレス電力伝送システムに関する。 The present invention relates to a power transmission device that transmits power to a power reception device using a piezoelectric transformer, and a wireless power transmission system including the power transmission device.
特許文献1には、送電装置と受電装置との電極同士を互いに対向させて電極同士を電界結合させ、その電界結合により送電装置から受電装置へ電力を伝送する電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムが開示されている。一般に電力伝送系の伝送効率を高める手法では、低損失な共振回路を組み込むことが有効である。この共振回路は、送電装置及び受電装置の結合部の静電容量とインダクタとで構成される。そして、特許文献1では、送電装置は、受電装置が載置された状態で、周波数スイープして共振周波数を探索し、探索して得られた共振周波数を駆動周波数として、受電装置への電力伝送を行う。
ところで、近年、小型化及び薄型化が進んでいる装置に、上述の共振回路を組み込むためには、共振回路の小型化かつ低損失化の実現が課題となる。その課題を解決する一つの方法として、インダクタに圧電デバイスを用いることが有効とされている。しかしながら、圧電デバイスを用いたインダクタは、巻線トランスと異なる共振周波数特性を有している。このため、受電装置が圧電トランスを用いている場合、特許文献1に示されている方法では、共振周波数を検知することができない、若しくは、誤った共振周波数を検知することになり、送電装置から受電装置へ効率のよい電力伝送を行えない。
By the way, in order to incorporate the above-described resonance circuit into a device that has been reduced in size and thickness in recent years, it is a problem to realize a reduction in the size of the resonance circuit and a reduction in loss. As one method for solving the problem, it is effective to use a piezoelectric device for the inductor. However, an inductor using a piezoelectric device has a resonance frequency characteristic different from that of a winding transformer. For this reason, when the power receiving device uses a piezoelectric transformer, the method disclosed in
そこで、本発明の目的は、受電装置が圧電トランスを有するか否かに関係なく、効率よく電力伝送を行える送電装置、及びそれを備えたワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a power transmission device capable of efficiently transmitting power regardless of whether the power receiving device has a piezoelectric transformer, and a wireless power transmission system including the power transmission device.
本発明は、第1電極が外部装置の第1外部電極と容量結合し、第2電極が前記外部装置の第2外部電極と容量結合し、又は直接接触することで、前記外部装置にワイヤレスで電力を伝送する送電装置において、直流電圧を交流電圧に変換し、前記第1電極及び前記第2電極に印加する直流交流変換回路と、前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数を掃引させる周波数掃引回路と、前記交流電圧の周波数の変化毎に、前記直流交流変換回路から前記第1電極及び前記第2電極側を視た入力インピーダンスを検出する検出回路と、前記検出回路の検出結果に基づいて、前記外部装置が圧電トランス又は巻線トランスの何れを有するかを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。 According to the present invention, the first electrode is capacitively coupled to the first external electrode of the external device, and the second electrode is capacitively coupled to the second external electrode of the external device or is in direct contact, so that the external device is wirelessly connected. In a power transmission device for transmitting power, a DC voltage is converted into an AC voltage, and a DC / AC conversion circuit applied to the first electrode and the second electrode, and a frequency of the AC voltage output from the DC / AC conversion circuit are swept. A frequency sweeping circuit, a detection circuit for detecting an input impedance when the first electrode and the second electrode are viewed from the DC / AC conversion circuit for each change in the frequency of the AC voltage, and a detection result of the detection circuit And a determination unit that determines whether the external device has a piezoelectric transformer or a winding transformer.
外部装置の第1外部電極に対向する第1電極と、外部装置の第2外部電極に対向(又は接触)する第2電極に、例えば定電流で交流電圧を印加し、その印加する交流電圧の周波数を掃引させた場合、外部装置に共振回路が含まれていると、ピーク(共振点)を有する電圧の周波数特性が得られる。そして、共振回路のインダクタンス成分が、圧電トランスによるインダクタンス成分である場合と、巻線トランスによるインダクタンス成分である場合とで、得られる周波数特性は異なる。すなわち、交流電圧の周波数の変化毎に直流電圧を検出することで、周波数特性を得られ、その周波数特性から、外部装置が有するトランスが、圧電トランスであるが巻線トランスであるかを判定することができる。 For example, an AC voltage is applied at a constant current to the first electrode facing the first external electrode of the external device and the second electrode facing (or contacting) the second external electrode of the external device, and the AC voltage applied When the frequency is swept, if the external device includes a resonance circuit, frequency characteristics of a voltage having a peak (resonance point) can be obtained. The frequency characteristics obtained differ depending on whether the inductance component of the resonance circuit is an inductance component due to a piezoelectric transformer or an inductance component due to a winding transformer. That is, a frequency characteristic can be obtained by detecting a DC voltage every time the frequency of the AC voltage changes, and it is determined from the frequency characteristic whether the transformer of the external device is a piezoelectric transformer but a winding transformer. be able to.
外部装置が有するトランスが圧電トランスであるか巻線トランスであるかによって、電力伝送の駆動周波数の設定方法が異なるため、前記判定ができることで、送電装置は、最適な駆動周波数の設定方法法を適宜選択できる。これにより、効率のよい電力伝送を実現することができる。 Since the setting method of the driving frequency of power transmission differs depending on whether the transformer included in the external device is a piezoelectric transformer or a winding transformer, the power transmission device can determine the optimal driving frequency setting method because the determination can be made. It can be selected as appropriate. Thereby, efficient electric power transmission is realizable.
前記判定部は、前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数が所定値であって、前記検出回路が検出した入力インピーダンスの値が所定の閾値以下であることを以って前記外部装置が圧電トランスを有すると判定することが好ましい。 The determination unit is configured so that the frequency of the AC voltage output from the DC / AC conversion circuit is a predetermined value, and the value of the input impedance detected by the detection circuit is equal to or less than a predetermined threshold value. Is preferably determined to have a piezoelectric transformer.
この構成では、圧電トランスが有する周波数特性の特徴によって判定することで、信頼性のある判定を行える。 In this configuration, a reliable determination can be made by determining based on the characteristics of the frequency characteristics of the piezoelectric transformer.
前記判定部は、前記検出回路が検出した入力インピーダンスが、前記周波数掃引回路が掃引する周波数帯域において、複数の共振点、及び反共振点を有することを以って前記外部装置が圧電トランスを有すると判定することが好ましい。 In the determination unit, the external device has a piezoelectric transformer because the input impedance detected by the detection circuit has a plurality of resonance points and anti-resonance points in a frequency band swept by the frequency sweep circuit. Then, it is preferable to determine.
この構成では、圧電トランスが有する周波数特性の特徴によって判定することで、信頼性のある判定を行える。 In this configuration, a reliable determination can be made by determining based on the characteristics of the frequency characteristics of the piezoelectric transformer.
本発明によれば、外部装置が有するトランスが巻線トランスであるか巻線トランスであるかの判定ができるため、送電装置は、最適な駆動周波数の設定方法を適宜選択できる。これにより、効率のよい電力伝送を実現することができる。 According to the present invention, since it is possible to determine whether the transformer included in the external device is a winding transformer or a winding transformer, the power transmission device can appropriately select an optimal driving frequency setting method. Thereby, efficient electric power transmission is realizable.
(実施形態1)
図1は本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム1の回路図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a wireless
ワイヤレス電力伝送システム1は、送電装置101と受電装置201とを備えている。受電装置201は負荷回路RLを備えている。この負荷回路RLは、二次電池とそれを充電する充電回路とを含んでいる。そして、受電装置201は、その負荷回路RLを備えた、例えば携帯電子機器である。携帯電子機器としては携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、携帯音楽プレーヤ、ノート型PC、デジタルカメラなどが挙げられる。送電装置101は受電装置201が載置される。そして、載置された受電装置201の二次電池を充電する。
The wireless
送電装置101は、高周波高電圧発生回路11、送電側アクティブ電極12、送電側パッシブ電極13、及びACV検出回路14を備えている。送電側アクティブ電極12は、本発明の「第1電極」及び「送電側第1電極」に相当し、送電側パッシブ電極13は、本発明の「第2電極」及び「送電側第2電極」に相当する。図1に示すキャパシタンス素子CGは主に送電側アクティブ電極12と送電側パッシブ電極13とによる容量である。ACV検出回路14は、電極12,13間の電圧V1を容量分圧し、分圧された交流電圧を整流した直流電圧を検出信号V(ACV)として生成する。
The
図2は、送電装置101の高周波高電圧発生回路11の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the high-frequency high-
高周波高電圧発生回路11は、例えば100kHz〜数10MHzの高周波電圧を発生し、その電圧をパッシブ電極12とアクティブ電極13との間に印加する。高周波高電圧発生回路11は、制御回路111、駆動電源回路112、DCV,DCI検出回路113、駆動制御回路114、スイッチング回路115及び昇圧回路116を備えている。
The high frequency high
制御回路111は、本発明に係る「判定部」に相当する。駆動制御回路114は、本発明に係る「周波数掃引回路」に相当する。スイッチング回路115は、本発明に係る「直流交流変換回路」に相当する。
The
制御回路111は、高周波高電圧発生回路11が有する各部112〜116の制御を行う。駆動電源回路112は、商用電源から変換された一定の直流電圧(例えばDC12V又は5V)を入力する電源回路である。駆動電源回路112は、電源インピーダンス切替回路112Aを備えている。電源インピーダンス切替回路112Aは、駆動電源回路112の出力インピーダンスを切り替える回路であり、スイッチング回路115へ定電圧を印加するか定電流を供給するかを切り替える。
The
駆動制御回路114は、制御回路111から出力される信号に従ってスイッチング回路115のスイッチ素子をスイッチングする。スイッチング回路115は、スイッチング制御されることで、昇圧回路116の入力部を交番駆動する。昇圧回路116は、1次コイル及び2次コイルを有する昇圧トランスを含む。
The
DCV,DCI検出回路113は、スイッチング回路115に印加される電圧DCVと、スイッチング回路115に流れる駆動電流DCIを検出する。制御回路111は、DCV,DCI検出回路113が検出した検出信号V(DCV),V(DCI)を読み取る。また、制御回路111は、定電圧モードにおいて、ACV検出回路14が検出した検出信号V(ACV)を読み取って、交流電圧V1が一定となるように高周波高電圧発生回路11の発生電圧を帰還制御する。
The DCV /
図1に戻り、受電装置201は、受電側アクティブ電極16と受電側パッシブ電極17と、圧電トランス18及びインダクタンス素子L2による降圧回路とを備えている。図1に示すキャパシタンス素子CLは、主に受電側アクティブ電極16と受電側パッシブ電極17とによる容量である。送電装置101の送電側アクティブ電極12と送電側パッシブ電極13とによる結合電極と、受電装置201の受電側アクティブ電極16と受電側パッシブ電極17とによる結合電極との結合は、相互容量Cmを介して結合しているものと表すことができる。
Returning to FIG. 1, the
圧電トランス18は基準電位端子E12と入力端子E20との間に印加される電圧を降圧して出力端子E11へ出力する。高周波高電圧発生回路11が高周波電圧を発生した場合、圧電トランス18は、キャパシタンス素子CLに誘起される電圧100〜3kVを5〜24Vに降圧して負荷回路RLへ出力する。
The
図3は図1に示すワイヤレス電力伝送システム1の等価回路図である。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the wireless
圧電トランス18は、図3に示すように、キャパシタンス素子C1,C2、インダクタンス素子Lp、キャパシタンス素子Cp、抵抗Rp及び理想変圧器Tpで表される。キャパシタンス素子C2は圧電トランスの等価出力容量であり、キャパシタンス素子Cp及びインダクタンス素子Lpは電気機械的なパラメータである。
As shown in FIG. 3, the
圧電トランス18の共振周波数は主にキャパシタンス素子Cpとインダクタンス素子Lpによる直列共振回路の共振で定まる。電気エネルギー変換は弾性振動を介するため、圧電体セラミックスの弾性波伝搬速度と寸法で決まる固有共振周波数を有する。この圧電トランス18と受電装置201の結合電極部のキャパシタンス素子CLのキャパシタンス、及び送電装置101の結合電極部のキャパシタンス素子CGによって第1の共振回路RC1が構成されている。この第1の共振回路RC1の回路定数によって第1の共振回路RC1の共振周波数が定まる。
The resonance frequency of the
また、圧電トランス18の等価出力容量であるキャパシタンス素子C2とインダクタンス素子L2とによって第2の共振回路RC2が構成されている。このキャパシタンス素子C2のキャパシタンスとインダクタンス素子L2のインダクタンスとによって第2の共振回路RC2の共振周波数が定まる。
In addition, a second resonance circuit RC2 is configured by the capacitance element C2 and the inductance element L2, which are equivalent output capacities of the
本実施形態では、第1の共振回路RC1と第2の共振回路RC2とは、それぞれの共振周波数がほぼ同じとなるように定数設定されて、複合共振(結合共振)する。第1の共振回路RC1と第2の共振回路RC2との共振周波数を同じにすることで、効率よく電力伝送が行える。そして、後に詳述するが、高周波高電圧発生回路11は、発生する高周波電圧の周波数を、第1の共振回路RC1と第2の共振回路RC2との複合共振(結合共振)による二つの共振周波数の間に定めている。
In the present embodiment, the first resonance circuit RC1 and the second resonance circuit RC2 are set to constants so that the respective resonance frequencies are substantially the same, and perform complex resonance (coupled resonance). By making the resonance frequencies of the first resonance circuit RC1 and the second resonance circuit RC2 the same, it is possible to efficiently transmit power. As will be described in detail later, the high-frequency high-
図4は、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム1の周波数特性及び伝送効率特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating frequency characteristics and transmission efficiency characteristics of the wireless
図4に示す実線は、送電装置101の高周波高電圧発生回路11から送電側アクティブ電極12及び送電側パッシブ電極13側を視たときの入力インピーダンスZinの周波数特性を示す。入力インピーダンスZinは、詳しくは、昇圧回路116の1次側から受電装置201を視たときのインピーダンスであり、DCV,DCI検出回路113から検出信号V(DCV)を読み取ることで、検出される(図2参照)。
The solid line shown in FIG. 4 shows the frequency characteristics of the input impedance Zin when the power transmission side
送電装置101に受電装置201が載置された状態で、高周波高電圧発生回路11の発生する高周波電圧の周波数をスイープ(掃引)させた場合、図4の実線に示すように、入力インピーダンスZinの周波数特性は2つの極小値を有する。この2つの極小値を、ピーク周波数f1,f2という。ピーク周波数f1,f2は、第1の共振回路RC1と第2の共振回路RC2との複合共振(結合共振)による共振周波数である。
When the frequency of the high-frequency voltage generated by the high-frequency high-
図4に示す破線は、送電装置101から受電装置201への電力伝送効率の周波数特性を示す。この電力伝送効率の周波数特性を見ると、ピーク周波数f1,f2の略中点となる周波数f0が最も効率が良い。この周波数f0が、ワイヤレス電力伝送システム1の動作点、すなわち、効率よく電力伝送を行うための周波数となる。以下、この周波数f0を駆動周波数f0という。
A broken line illustrated in FIG. 4 indicates frequency characteristics of power transmission efficiency from the
なお、図4の約380kHz近傍に示されるピークは、送電装置101側の直列共振回路の影響により生じるピークである。
Note that the peak shown in the vicinity of about 380 kHz in FIG. 4 is a peak caused by the influence of the series resonance circuit on the
次に、受電装置201が圧電トランス18を備える場合と対比するために、受電装置の降圧回路が巻線トランスからなる場合のワイヤレス電力伝送システムについて説明する。
Next, in order to compare with the case where the
図5は、受電装置が巻線トランスを備えたワイヤレス電力伝送システムの回路図である。 FIG. 5 is a circuit diagram of a wireless power transmission system in which the power receiving device includes a winding transformer.
ワイヤレス電力伝送システム2は、図1及び図2で説明した、ワイヤレス電力伝送システム1と同じ構成の送電装置101を備えている。ワイヤレス電力伝送システム2が備える受電装置202は、降圧回路21が巻線トランスTL及びインダクタンス素子LLにより構成されている。この降圧回路21は、キャパシタンス素子CLとで共振回路RC3を構成する。
The wireless
図6は、図5に示すワイヤレス電力伝送システム2の周波数特性及び伝送効率特性を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics and transmission efficiency characteristics of the wireless
図6の実線は、スイッチング回路115(図2参照)へ定電流を供給した状態での、スイッチング回路115に印加される電圧の周波数特性を示す。送電装置101に受電装置202が載置された状態で、高周波高電圧発生回路11を定電流駆動させ、さらに、高周波高電圧発生回路11の発生する高周波電圧の周波数をスイープ(掃引)させた場合、図6の実線に示すように、電圧の周波数特性は1つの極大値を有する。この極大値をピーク周波数f3という。ピーク周波数f3は、共振回路RC3の共振周波数である。なお、この電圧の周波数特性は、昇圧回路116(図2参照)の1次側から受電装置202を視たときの入力インピーダンスの周波数特性と略同じ波形となる。
The solid line in FIG. 6 shows the frequency characteristics of the voltage applied to the
図6の破線は、電力伝送効率の周波数特性を示している。この電力伝送効率の周波数特性を見ると、ピーク周波数f3が最も効率が良い。このピーク周波数f3が、ワイヤレス電力伝送システム2の動作点、すなわち、効率よく電力伝送を行うための駆動周波数となる。
The broken line in FIG. 6 indicates the frequency characteristic of power transmission efficiency. Looking at the frequency characteristics of the power transmission efficiency, the peak frequency f3 is the most efficient. This peak frequency f3 is an operating point of the wireless
このように、受電装置の降圧回路が、圧電トランス18からなる場合と、巻線トランスTLからなる場合とで、周波数特性の波形が異なる。これは、降圧回路が圧電トランス18からなる場合には、第1の共振回路RC1と第2の共振回路RC2とが形成され、これら2つの共振回路が共振(複合共振)しているのに対し、降圧回路が巻線トランスTLからなる場合には、1つの共振回路のみが共振していることに起因する。
As described above, the waveform of the frequency characteristic differs between the case where the step-down circuit of the power receiving apparatus is formed of the
すなわち、送電装置101の制御回路111は、入力インピーダンスの周波数特性の波形(ピーク周波数)から、受電装置の降圧回路が圧電トランス18からなるか、巻線トランスTLからなるかの判定を行える。そして、それぞれの場合に対して、最も効率が良い電力伝送を行うための駆動周波数を決定することができる。受電装置の降圧回路が圧電トランス18からなるか否かの判定を行うことで、決定した駆動周波数が最も効率が良い電力伝送を行えるか否かの信頼性を高めることができる。
That is, the
最も簡便な判別方法としては、巻線トランスである場合の駆動周波数でスイッチング回路115を駆動させ、その際の入力インピーダンスの絶対値で以って、所定の閾値よりも高い場合、受電装置201の降圧回路が巻線トランスTLからなると判定し、所定の閾値よりも低い場合、受電装置201の降圧回路が圧電トランス18からなると判別する方法が考えられる。
As the simplest discrimination method, when the
また、受電装置201の降圧回路が圧電トランス18からなる場合、駆動制御回路114が掃引する周波数帯域内において、低次又は高次の共振波形が現れるため、駆動制御回路114が掃引する周波数帯域内に、複数の共振点及び反共振点があるか否かで判別することも可能である。
Further, when the step-down circuit of the
図7は、図2に示した制御回路111の動作を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the
制御回路111は、送電装置101に受電装置が載置されると、電源インピーダンス切替回路112Aの切り替えによって、スイッチング回路115へ定電流を供給するように設定する(S11)。なお、受電装置の載置検知は、センサによる検知であってもよいし、受電装置への送電電流(DCI)の変動による検知であってもよい。次に、制御回路111は、スイープ(掃引)すべき周波数範囲の初期値を設定し、その周波数で駆動制御回路114を駆動する(S12)。そして、その状態でDCV,DCI検出回路113の検出信号からV(DCV)を読み取る(S13)。より詳しくは、制御回路111は、周波数をΔf分シフトしてV(DCV)を読み取る処理を繰り返し行い、この処理を周波数が設定範囲の最終値になるまで繰り返す。
When the power receiving device is mounted on the
制御回路111は、周波数スイープにより得られた電圧DCVの周波数特性(入力インピーダンスの周波数特性)の極小値又は極大値を検出する(S14)。そして、検出した極小値又は極大値から、制御回路111は、周波数特性が圧電トランス18の特性のものであるかを判定する(S15)。
The
例えば、制御回路111は、周波数のスイープ範囲内に、2つの極小値を検出した場合には、周波数特性が圧電トランス18の特性であると判定し(S15,YES)、二つの極小値(図4に示すピーク周波数f1,f2)の間の周波数(駆動周波数f0)を、電力伝送を行うための駆動周波数に決定する(S16)。一方、周波数のスイープ範囲内に、1つの極大値(図6に示すピーク周波数f3)を検出した場合には、制御回路111は、周波数特性が圧電トランス18の特性のものでない、すなわち、巻線トランスTLの特性のものであると判定し(S15,NO)、検出した極大値(図6に示すピーク周波数f3)を、電力伝送を行うための駆動周波数に決定する(S17)。そして、制御回路111は、決定した駆動周波数で電力伝送を行う(S18)。
For example, when two minimum values are detected within the frequency sweep range, the
以上のように、本実施形態では、送電装置101は、載置された受電装置が圧電トランス18を有するか否かを判定ができるため、圧電トランス18又は巻線トランスTLの特性に応じた最適な駆動周波数を設定できる。これにより、効率の良い電力伝送を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the
(変形例)
なお、本実施形態では、制御回路111は、受電装置201が圧電トランス18を備えている場合の周波数特性における、二つの極小値を検出しているが、極大値を検出し、その間の周波数を駆動周波数に決定するようにしてもよい。
(Modification)
In the present embodiment, the
また、電力伝送の高電力化を図るために、受電装置201の圧電トランス18が高次モードで駆動する場合であって、圧電トランス18の後段(負荷回路RL)側に電力消費する抵抗負荷が接続されている場合には、図4の実線に示す周波数特性の波形がなまる場合がある。この場合、抵抗負荷と共振回路RC1,RC2との結合により、共振回路RC1,RC2のQ値が低くなるため、制御回路111は、周波数特性の極値(共振ピーク)が検出できない。このため、制御回路111は、効率良く電力伝送を行うための駆動周波数を決定できない。
Further, in order to increase the power transmission, the
以下に、圧電トランス18を、nλ/2(nは2以上の整数)モードで駆動する場合における、駆動周波数の決定方法について説明する。
Hereinafter, a method for determining the drive frequency when the
図8は、圧電トランス18を高次モードで駆動した場合での、ワイヤレス電力伝送システムの周波数特性を示す図である。図8では、受電装置201を送電装置101に載置していない場合の周波数特性(破線)も同時に示している。
FIG. 8 is a diagram illustrating frequency characteristics of the wireless power transmission system when the
圧電トランス18を2次モード(n=2)で圧電トランス18を駆動した場合、前記の通り高次モードではQ値が低く、図8の領域Aにピーク周波数が現れない(小さい)。このため、制御回路111は、図4で説明したピーク周波数f1,f2に相当する周波数を検出できない。そこで、制御回路111は、低次モードでの圧電トランス18の共振ピークを検出する。詳しくは、制御回路111は、m次モード(1≦m≦n−1)の共振ピークを検出する。この場合、図8の領域Bに示すように、1次モードの共振ピーク(共振周波数及び反共振周波数)が現れる。
When the
制御回路111は、検出した共振周波数f4及び反共振周波数f5の間の周波数をn/m倍した周波数、すなわち、2倍の周波数を駆動周波数に決定する。図8の場合、共振周波数f4及び反共振周波数f5の間の周波数270[kHz]を2倍した540[kHz]を駆動周波数に決定する。
The
なお、駆動周波数を決定する方法としては、前記した2次モードで駆動させて、1次モードで検出した共振周波数f4及び反共振周波数f5の間の周波数の2倍の周波数を駆動周波数に決定することに限定されない。例えば、λ/2モードで駆動させ、2次モードで検出した共振周波数及び反共振周波数の間の周波数の1/2倍の周波数を駆動周波数に決定する方法であってもよい。 As a method for determining the drive frequency, the drive frequency is determined to be twice the frequency between the resonance frequency f4 and the antiresonance frequency f5 detected in the primary mode by driving in the secondary mode. It is not limited to that. For example, a method of driving in the λ / 2 mode and determining a frequency that is ½ times the frequency between the resonance frequency and the anti-resonance frequency detected in the secondary mode may be used.
このように、高次モードで圧電トランス18を駆動する場合において、共振ピークが検出できない場合には、制御回路111は、受電装置201は圧電トランス18を備えていると判定でき、そして、低次モードでの共振ピークを検出することで、効率良く電力伝送を行うための駆動周波数を決定できる。この設定は、制御回路111のソフトウェア設定により対応できるため、別途ハードウェア構成を追加する必要がないため、構造の複雑化を抑制できる。
As described above, in the case where the
以上説明したように、高次モードで圧電トランス18を駆動する場合であっても、送電装置101側では、受電装置201が圧電トランス18を用いていることを判定でき、さらに、電力伝送に行うための駆動周波数を決定できる。
As described above, even when the
C1,C2−キャパシタンス素子
CG−キャパシタンス素子
CL−キャパシタンス素子
Cm−相互容量
Cp−キャパシタンス素子
E11−出力端子
E12−基準電位端子
E20−入力端子
L2−インダクタンス素子
LL−インダクタンス素子
Lp−インダクタンス素子
RC1−第1の共振回路
RC2−第2の共振回路
RC3−共振回路
RL−負荷回路
Rp−抵抗
TL−巻線トランス
Tp−理想変圧器
1,2−ワイヤレス電力伝送システム
11−高周波高電圧発生回路
12−送電側アクティブ電極(送電側第1電極)
13−送電側パッシブ電極(送電側第2電極)
14−ACV検出回路
16−受電側アクティブ電極(第1外部電極、受電側第1電極)
17−受電側パッシブ電極(第2外部電極、受電側第2電極)
18−圧電トランス
21−降圧回路
101−送電装置
111−制御回路(判定部、周波数決定回路)
112−駆動電源回路
112A−電源インピーダンス切替回路
113−DCI検出回路(検出回路)
114−駆動制御回路(周波数掃引回路)
115−スイッチング回路(直流交流変換回路)
116−昇圧回路
201,202−受電装置(外部装置)
C1, C2-capacitance element CG-capacitance element CL-capacitance element Cm-mutual capacitance Cp-capacitance element E11-output terminal E12-reference potential terminal E20-input terminal L2-inductance element LL-inductance element Lp-inductance element RC1-first 1 resonance circuit RC2-second resonance circuit RC3-resonance circuit RL-load circuit Rp-resistance TL-winding transformer Tp-
13-Passive electrode on power transmission side (second electrode on power transmission side)
14-ACV detection circuit 16-power-receiving-side active electrode (first external electrode, power-receiving-side first electrode)
17-Power-receiving-side passive electrode (second external electrode, power-receiving-side second electrode)
18-piezoelectric transformer 21-step-down circuit 101-power transmission device 111-control circuit (determination unit, frequency determination circuit)
112-Drive
114-drive control circuit (frequency sweep circuit)
115-switching circuit (DC-AC converter circuit)
116—Boost
Claims (8)
直流電圧を交流電圧に変換し、前記第1電極及び前記第2電極に印加する直流交流変換回路と、
前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数を掃引させる周波数掃引回路と、
前記交流電圧の周波数の変化毎に、前記直流交流変換回路から前記第1電極及び前記第2電極側を視た入力インピーダンスを検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果に基づいて、前記外部装置が圧電トランスを有するかを判定する判定部と、
を備える送電装置。 The first electrode is capacitively coupled to the first external electrode of the external device, and the second electrode is capacitively coupled to the second external electrode of the external device or directly contacts, thereby transmitting power to the external device wirelessly. In power transmission equipment,
A DC / AC conversion circuit for converting a DC voltage into an AC voltage and applying the DC voltage to the first electrode and the second electrode;
A frequency sweep circuit for sweeping the frequency of the AC voltage output from the DC / AC converter circuit;
A detection circuit for detecting an input impedance when the first electrode and the second electrode are viewed from the DC / AC converter circuit for each change in the frequency of the AC voltage;
A determination unit that determines whether the external device has a piezoelectric transformer based on a detection result of the detection circuit;
A power transmission device comprising:
前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数が所定値であって、前記検出回路が検出した入力インピーダンスの値が所定の閾値以下であることを以って前記外部装置が圧電トランスを有すると判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の送電装置。 The determination unit
The external device has a piezoelectric transformer because the frequency of the AC voltage output from the DC / AC converter circuit is a predetermined value, and the value of the input impedance detected by the detection circuit is not more than a predetermined threshold. The power transmission device according to claim 1, wherein the power transmission device is determined.
前記検出回路が検出した入力インピーダンスが、前記周波数掃引回路が掃引する周波数帯域において、複数の共振点、及び反共振点を有することを以って前記外部装置が圧電トランスを有すると判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の送電装置。 The determination unit
Determining that the external device has a piezoelectric transformer by having an input impedance detected by the detection circuit having a plurality of resonance points and anti-resonance points in a frequency band swept by the frequency sweep circuit. The power transmission device according to claim 1.
前記送電装置は、
直流電圧を交流電圧に変換し、前記第1電極及び前記第2電極に印加する直流交流変換回路と、
前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数を掃引させる周波数掃引回路と、
前記交流電圧の周波数の変化毎に、前記直流交流変換回路から前記第1電極及び前記第2電極側を視た入力インピーダンスを検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果に基づいて、前記受電装置が圧電トランスを有するかを判定する判定部と、
を有するワイヤレス電力伝送システム。 The power transmission side first electrode of the power transmission device is capacitively coupled with the power reception side first electrode of the power reception device, and the power transmission side second electrode of the power transmission device is capacitively coupled with or directly in contact with the power reception side second electrode of the power reception device. Thus, in a wireless power transmission system that wirelessly transmits power from the power transmission device to the power reception device,
The power transmission device is:
A DC / AC conversion circuit for converting a DC voltage into an AC voltage and applying the DC voltage to the first electrode and the second electrode;
A frequency sweep circuit for sweeping the frequency of the AC voltage output from the DC / AC converter circuit;
A detection circuit for detecting an input impedance when the first electrode and the second electrode are viewed from the DC / AC converter circuit for each change in the frequency of the AC voltage;
A determination unit for determining whether the power receiving device has a piezoelectric transformer based on a detection result of the detection circuit;
Having a wireless power transmission system.
前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数が所定の値であって、前記検出回路が検出した入力インピーダンスの値が所定の閾値以下であることを以って前記受電装置が圧電トランスを有すると判定する
ことを特徴とする請求項4に記載のワイヤレス電力伝送システム。 The determination unit
When the frequency of the AC voltage output from the DC / AC converter circuit is a predetermined value and the value of the input impedance detected by the detection circuit is equal to or less than a predetermined threshold value, the power receiving device operates the piezoelectric transformer. The wireless power transmission system according to claim 4, wherein the wireless power transmission system is determined to have.
前記受電側第1電極及び前記受電側第2電極に入力電極がそれぞれ接続された圧電トランスが有する固有共振回路、及び圧電トランスの出力容量と、前記圧電トランスの出力電極間に接続されたインダクタとからなる並列共振回路、
を有し、
前記判定部は、前記検出回路が検出した入力インピーダンスが、前記周波数掃引回路が掃引する周波数帯域において、複数の共振点及び反共振点を有することを以って、前記受電装置が圧電トランスを有すると判定する、請求項4に記載のワイヤレス電力伝送システム。 The power receiving device is:
A piezoelectric resonance transformer having an input electrode connected to each of the power receiving side first electrode and the power receiving side second electrode, an output capacitance of the piezoelectric transformer, and an inductor connected between the output electrodes of the piezoelectric transformer; A parallel resonant circuit,
Have
The determination unit has a plurality of resonance points and anti-resonance points in the frequency band swept by the frequency sweep circuit, so that the power receiving device has a piezoelectric transformer. The wireless power transmission system according to claim 4, wherein the wireless power transmission system is determined to be.
前記判定部により前記受電装置が圧電トランスを有すると判定された場合、前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数を、前記固有共振回路と前記並列共振回路との複合共振によって生じる2つの共振点、又は反共振点の間の周波数とする、
請求項6に記載のワイヤレス電力伝送システム。 The power transmission device is:
When the determination unit determines that the power receiving device has a piezoelectric transformer, the frequency of the AC voltage output from the DC / AC converter circuit is set to two frequencies generated by the complex resonance of the natural resonance circuit and the parallel resonance circuit. The frequency between the resonance point or anti-resonance point,
The wireless power transmission system according to claim 6.
前記直流交流変換回路から出力される交流電圧の周波数を、m次(mは1以上かつm≠nである整数)の共振点及び反共振点から設定した周波数をのn/m倍したものとする、
請求項7に記載のワイヤレス電力伝送システム。 The piezoelectric transformer is driven in an nλ / 2 (n is an integer of 1 or more) mode, where λ is a wavelength at a resonance frequency of the natural resonance circuit,
The frequency of the AC voltage output from the DC / AC converter circuit is multiplied by n / m times the frequency set from the resonance point and antiresonance point of the mth order (m is an integer of 1 or more and m ≠ n). To
The wireless power transmission system according to claim 7.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3085411A1 (en) * | 2015-04-23 | 2016-10-26 | MDM Industrial S.r.l. | Electronic apparatus for radio frequency or ultrasonic treatments |
KR20170135116A (en) | 2016-05-30 | 2017-12-08 | 삼성전기주식회사 | Resonance apparatus and apparatus for transmitting power wirelessly using the same |
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2013
- 2013-09-02 JP JP2013181385A patent/JP2015050848A/en active Pending
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