JP2015173587A - 無線電力伝送システムおよび送電装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
本開示の送電装置は、受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った交流電力を第1直流電力に変換する受電回路と、前記受電回路から前記第1直流電力が出力される負荷とを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する。送電装置は、直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、前記第1直流電力の電圧値を前記受電装置から入力する制御回路と、を具備する。前記制御回路は、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、前記入力した前記電圧値の中で、前記電圧値の極小値に対応する第1周波数と、前記第1周波数より高い周波数において極大値となる電圧値に対応する第2周波数とを検出し、前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定する。
【選択図】図4
Description
直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置から、前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を入力する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記周波数を切り替える度に入力した前記第1直流電力の電圧値の中で、前記電圧値の極小値に対応する第1周波数と、前記第1周波数より高い周波数において極大値となる電圧値に対応する第2周波数とを検出し、
前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定するものである。
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した無線電力伝送システムに関し、以下の問題が生じることを見いだした。
受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った交流電力を第1直流電力に変換する受電回路と、前記受電回路から前記第1直流電力が出力される負荷とを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置から、前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を入力する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記周波数を切り替える度に入力した前記第1直流電力の電圧値の中で、前記電圧値の極小値に対応する第1周波数と、前記第1周波数より高い周波数において極大値となる電圧値に対応する第2周波数とを検出し、
前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定するものである。
図4は本開示の第1の実施形態による無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置1000と受電装置1010とを備える。本システムは、送電装置1000から受電装置1010に非接触で電力を伝送する。送電装置1000は、直流(DC)電源1020から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する送電回路1001と、送電回路1001から出力された交流電力を非接触で伝送する送電アンテナ1007とを備える。送電アンテナ1007は、送電コイル1002と、送電回路1001および送電コイル1002の間に接続された共振キャパシタ1003とを有する。受電装置1010は、送電アンテナ1007と対向するように配置される。受電装置1010は、送電アンテナ1007から送出された交流電力の少なくとも一部を受け取る受電アンテナ1017と、受電アンテナ1017から出力された交流電力の整流および平滑化を行う受電回路1013と、受電回路1013から出力された直流電力を受け取る負荷1014とを備える。受電アンテナ1017は、受電コイル1011と、受電回路1013および受電コイル1011の間に接続された共振キャパシタ1012とを有する。
k=(fH2−fL2)÷(fH2+fL2) ・・・(式1)
Vo(fL1a)≧Vo(f1a)×1.1 ・・・(式2)
Vo(fL2a)≦Vo(f2a)×0.9 ・・・(式3)
図9は本開示の第2の実施形態による送電装置1000の詳細構成を示すブロック図である。図5と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付しており、共通する事項についての説明は繰り返さない。
図15は、本開示の第3の実施形態による送電装置1000の詳細構成を示すブロック図である。図9と共通または対応する構成要素には同じ参照符号を付しており、共通する事項についての説明は繰り返さない。
以上のように、本開示の技術の例示として、実施形態1〜3を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これらに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態1〜3で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。以下、他の実施形態を例示する。
以上説明したように、本開示は、例えば、以下に示す各態様の発明を含む。
受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った交流電力を第1直流電力に変換する受電回路と、前記受電回路から前記第1直流電力が出力される負荷とを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置から、前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を入力する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記周波数を切り替える度に入力した前記第1直流電力の電圧値の中で、前記電圧値の極小値に対応する第1周波数と、前記第1周波数より高い周波数において極大値となる電圧値に対応する第2周波数とを検出し、
前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定する。
受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った交流電力を第1直流電力に変換する受電回路と、前記受電回路から前記第1直流電力が出力される負荷とを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を前記受電装置から入力する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、
前記受電回路から出力される前記第1直流電力の直流電圧が前記所定値に維持されている状態で、前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記送電回路から出力される交流電圧の出力時間比の極大値に対応する周波数f1bと、前記周波数f1bよりも高い周波数において、前記出力時間比の極小値に対応する周波数f2bとを検出し、
前記周波数f1bと前記周波数f2bとの間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定する。
受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った交流電力を第1直流電力に変換する受電回路と、前記受電回路から前記第1直流電力が出力される負荷とを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
直流電源から入力された第2直流電力の電圧の大きさを変化させる入力電圧変換回路と、
前記入力電圧変換回路から出力された第3直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を前記受電装置から入力する制御回路と、
を具備し、
前記制御回路は、
前記受電回路から出力される前記第1直流電力の直流電圧が前記所定値に維持されている状態で、前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記入力電圧変換回路の出力電圧の極大値に対応する周波数f1cと、周波数f1cよりも高い周波数において、前記出力電圧の極小値に対応する周波数f2cを検出し、
前記周波数f1cと前記周波数f2cとの間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定する。
さらに、前記送電装置に入力された電流および電圧の少なくとも一方を検出する入力検出回路を備え、
前記制御回路は、前記動作周波数範囲内で、前記入力検出回路の検出結果に基づいて、前記受電回路から出力される直流電圧が所定値に維持されているときの前記入力電流が最小に近づくように前記周波数を変化させる。
前記所定期間経過後に、前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に前記交流電力の周波数を設定してもよい。
k=(fH2−fL2)÷(fH2+fL2)
前記結合係数kは0.1<k<0.6の範囲にしてもよい。
前記結合係数kは0.2<k<0.4にしてもよい。
前記送電装置は、
直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を前記受電装置から入力する制御回路と、を具備し、
前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記入力した前記電圧値の中で、前記電圧値の極小値に対応する第1周波数と、前記第1周波数より高い周波数において極大値となる電圧値に対応する第2周波数とを検出し、
前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定する。
を備える無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
入力された直流電力を交流電力に変換して出力する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を送出する送電アンテナと、
前記送電回路から出力される前記交流電力の周波数を変化させるように前記送電回路を制御する制御回路と、
前記送電装置に入力された電流および電圧の少なくとも一方を検出する入力検出回路と、
を有し、
前記受電装置は、
前記送電アンテナから送出された前記交流電力の少なくとも一部を受け取る受電アンテナと、
前記受電アンテナが受け取った前記交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路と、
前記受電回路から出力された電圧を検出する出力検出回路と、
前記出力検出回路の検出結果を前記制御回路に伝達する通信回路と、
を有し、
前記制御回路は、前記通信回路から伝達された前記出力検出回路の検出結果に基づいて、前記送電回路の動作周波数範囲を設定し、前記動作周波数範囲内で、前記入力検出回路の検出結果に基づいて、前記送電回路に出力させる前記交流電力の周波数を決定する。
前記制御回路は、前記出力検出回路の検出結果が示す電圧が、周波数f1aにおいて極小値をとり、周波数f1aよりも高い周波数f2aにおいて第1の極大値をとり、周波数f1aよりも低い周波数f3aにおいて第2の極大値をとるとき、f3a<fL1a≦f1aで表される周波数fL1aを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記制御回路は、前記出力検出回路の検出結果が示す電圧が、周波数f1aにおいて極小値をとり、周波数f1aよりも高い周波数f2aにおいて第1の極大値をとり、周波数f1aよりも低い周波数f3aにおいて第2の極大値をとるとき、f1a<fL2a<f2aで表される周波数fL2aを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記制御回路は、周波数f2aを前記動作周波数範囲の上限に設定する。
前記受電装置は、前記受電回路から出力された前記直流電圧の大きさを所定の値に変換して負荷に供給するDC/DCコンバータをさらに有する。
前記制御回路は、前記出力検出回路の検出結果に基づいて、前記受電回路から出力される直流電圧が所定値に近づくように、前記送電回路から出力される交流電圧の出力時間比を変化させる。
前記制御回路は、前記受電回路から出力される前記直流電圧が前記所定値に維持されているときの前記出力時間比が、周波数f1bにおいて極大値をとり、周波数f1bよりも高い周波数f2bにおいて第1の極小値をとり、周波数f1bよりも低い周波数f3bにおいて第2の極小値をとるとき、f3b<fL1b≦f1bで表される周波数fL1bを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記制御回路は、前記受電回路から出力される前記直流電圧が前記所定値に維持されているときの前記出力時間比が、周波数f1bにおいて極大値をとり、周波数f1bよりも高い周波数f2bにおいて第1の極小値をとり、周波数f1bよりも低い周波数f3bにおいて第2の極小値をとるとき、f1b<fL2b<f2bで表される周波数fL2bを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記制御回路は、周波数f2bを前記動作周波数範囲の上限に設定する。
前記送電装置は、入力された直流電圧の大きさを変化させる入力電圧変換回路をさらに有し、
前記制御回路は、前記出力検出回路の検出結果に基づいて、前記受電回路から出力される直流電圧が所定値に近づくように、前記入力電圧変換回路を制御する。
前記制御回路は、前記受電回路から出力される前記直流電圧が前記所定値に維持されているときの前記入力電圧変換回路の出力電圧が、周波数f1cにおいて極大値をとり、周波数f1cよりも高い周波数f2cにおいて第1の極小値をとり、周波数f1cよりも低い周波数f3cにおいて第2の極小値をとるとき、f3c<fL1c≦f1cで表される周波数fL1cを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記制御回路は、前記受電回路から出力される前記直流電圧が前記所定値に維持されているときの前記入力電圧変換回路の出力電圧が、周波数f1cにおいて極大値をとり、周波数f1cよりも高い周波数f2cにおいて第1の極小値をとり、周波数f1cよりも低い周波数f3cにおいて第2の極小値をとるとき、f1c<fL2c<f2cで表される周波数fL2cを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記制御回路は、周波数f2cを前記動作周波数範囲の上限に設定する。
前記入力検出回路は、前記送電装置に入力された電流および電圧の両方を検出するように構成され、
前記出力検出回路は、前記受電回路から出力された電圧および電流の両方を検出するように構成され、
前記制御回路は、前記動作周波数範囲内で、前記出力検出回路および前記入力検出回路の各々の検出結果に基づいて、伝送効率が最大に近づくように前記周波数を変化させる。
前記制御回路は、前記動作周波数範囲内で、前記入力検出回路の検出結果に基づいて、前記受電回路から出力される直流電圧が所定値に維持されているときの前記入力電流が最小に近づくように前記周波数を変化させる。
前記送電装置は、前記送電アンテナおよび前記受電アンテナの周辺に存在する金属異物を検出する異物検出回路をさらに有し、
前記制御回路は、前記異物検出回路が前記金属異物を検出したとき、周波数fL2aを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記送電装置は、前記送電アンテナおよび前記受電アンテナの周辺に存在する金属異物を検出する異物検出回路をさらに有し、
前記制御回路は、前記異物検出回路が前記金属異物を検出したとき、周波数fL2bを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記送電装置は、前記送電アンテナおよび前記受電アンテナの周辺に存在する金属異物を検出する異物検出回路をさらに有し、
前記制御回路は、前記異物検出回路が前記金属異物の混入を検出したとき、周波数fL2cを、前記動作周波数範囲の下限に設定する。
前記通信回路から伝達された前記出力検出回路の検出結果に基づいて、前記送電回路の動作周波数範囲を設定し、前記動作周波数範囲内で、前記入力検出回路の検出結果に基づいて、前記送電回路に出力させる前記交流電力の周波数を決定するステップ
を実行させる。
1001 送電回路
1002 送電コイル
1003、1012 共振キャパシタ
1004 入力検出回路
1005 制御回路
1006 入力電圧変換回路
1007 送電アンテナ
1008 発振回路
1009 パルス出力回路
1010 受電装置
1011 受電コイル
1013 受電回路
1014 負荷
1015 出力検出回路
1016 通信回路
1017 受電アンテナ
1020 直流(DC)電源
1030 周波数制御部
1031 最適周波数検出部
1032 周波数範囲設定部
1033 出力時間比制御部
1034 最適出力時間比検出部
1035 入力電圧制御部
1036 最適入力電圧検出部
1040 異物検出回路
Claims (9)
- 受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った交流電力を第1直流電力に変換する受電回路と、前記受電回路から前記第1直流電力が出力される負荷とを備える受電装置に対して非接触で交流電力を送電する送電装置であって、
直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置から、前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を入力する制御回路と、を具備し、
前記制御回路は、前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記周波数を切り替える度に入力した前記第1直流電力の電圧値の中で、前記電圧値の極小値に対応する第1周波数と、前記第1周波数より高い周波数において極大値となる電圧値に対応する第2周波数とを検出し、
前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定する、
送電装置。 - 前記制御回路は、
前記電圧値が所定値に達してから所定期間、前記交流電力の周波数を切り替え、
前記所定期間に入力した前記電圧値の中で、前記第1周波数と前記第2周波数とを検出し、
前記所定期間経過後に、前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に前記交流電力の周波数を設定する、
請求項1に記載の送電装置。 - 前記制御回路は、
前記入力した前記電圧値の中で、前記第1周波数と前記第2周波数とを検出すると、前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に前記交流電力の周波数を設定する、
請求項1に記載の送電装置。 - 前記制御回路は、前記交流電力の周波数を、高い周波数から低い周波数へ切り替える、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の送電装置。 - 前記高い周波数は前記第2周波数より高い周波数である、
請求項4に記載の送電装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の送電装置と、前記受電装置とを備えた、
無線電力伝送システム。 - 受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った交流電力を第1直流電力に変換する受電回路と、前記受電回路から前記第1直流電力が出力される負荷とを備える受電装置に対して送電装置により非接触で交流電力を送電する送電方法であって、
前記送電装置は、
直流電源から入力された第2直流電力を交流電力に変換する送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流電力を前記受電アンテナに送電する送電アンテナと、
前記受電装置において前記受電回路から前記負荷に出力された前記第1直流電力の電圧値を前記受電装置から入力する制御回路と、を具備し、
前記送電回路を制御して前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を切り替え、
前記入力した前記電圧値の中で、前記電圧値の極小値に対応する第1周波数と、前記第1周波数より高い周波数において極大値となる電圧値に対応する第2周波数とを検出し、
前記第1周波数と前記第2周波数との間の周波数に、前記受電アンテナに送電する前記交流電力の周波数を設定する、
送電方法。 - 請求項7に記載の送電方法を送電装置のコンピュータに実現させるためのプログラム。
- 請求項7に記載の送電方法を送電装置のコンピュータに実現させるためのプログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能な記録媒体。
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