JP2015517295A - 無線エネルギー送信装置及び方法、無線エネルギー受信装置 - Google Patents
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Abstract
Description
前記スキャン時間は、サンプルの個数及びサンプル長に対応し得る。
前記誘導エネルギー推定部は、前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記サンプルのそれぞれに対してサンプル単位時間毎に前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量を算出する送信端エネルギー算出部と、前記非共振区間で前記サンプルのそれぞれに対して算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を算出し、前記最も大きいエネルギー量を所定時間に前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量として決定する総エネルギー算出部と、前記サンプルのそれぞれに対して前記総エネルギー算出部で決定された総エネルギー量と前記送信端エネルギー算出部で算出された前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量を前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定する受信端エネルギー推定部と、を備え得る。
前記無線エネルギー送信装置は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて前記ソース共振器からエネルギーを受信するか否か、及び前記ターゲット共振器が存在するか否かを判断する制御部を更に備えることができる。
前記制御部は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて、前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する第1受信端スイッチが活性化されたか否かを判断し得る。
前記制御部は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量に基づいて前記ソース共振器を前記ソース共振器にエネルギーを供給する電源に接続する第1送信端スイッチの動作を制御し得る。
前記制御部は、前記第1受信端スイッチが活性化されたと判断されると、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される最大誘導エネルギー量が保持される区間を測定する測定部と、前記最大誘導エネルギー量が保持される区間における最後のサンプル及び前記サンプル長に基づいて前記第1送信端スイッチの動作時点を決定する第1決定部と、前記第1送信端スイッチの動作周期を前記第1受信端スイッチの動作周期と同一の値として決定する第2決定部と、を備え得る。
前記制御部は、前記第1決定部で決定される前記第1送信端スイッチの動作時点の前に前記ソース共振器を前記電源に接続するように前記第1送信端スイッチを制御し、前記第1送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記電源から切り離すように前記第1送信端スイッチを制御し得る。
前記制御部は、前記第1受信端スイッチが非活性化されたと判断されると、前記第1送信端スイッチの動作時点を任意のサンプル開始時点として決定し、前記第1送信端スイッチの動作周期を所定の動作周期として決定する第1決定部を更に備え得る。
前記制御部は、前記スキャン部でスキャンされたエネルギー量が最小になる時点を前記ソース共振器の共振周波数を変更する第2送信端スイッチの動作時点として決定する第2決定部を更に備え得る。
前記第2決定部は、前記スキャンされたエネルギー量が最小になる時点が複数回である場合、前記スキャンされたエネルギー量が最小になる最も早い時点を前記第2送信端スイッチの動作時点として決定し得る。
前記制御部は、前記第1決定部で決定される前記第1送信端スイッチの動作時点の前に前記ソース共振器を前記電源に接続するように前記第1送信端スイッチを制御し、前記第1送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記電源から切り離すように前記第1送信端スイッチを制御し、前記第1送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記ソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第2送信端スイッチを制御し、前記第2決定部で決定された前記第2送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記ソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続するように前記第2送信端スイッチを制御し得る。
前記サンプル長は、前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する第1受信端スイッチの動作周期にサンプル単位時間の整数倍を加えた値として決定され、
前記サンプル個数は、前記第1受信端スイッチの動作周期を前記サンプル単位時間の整数倍で割った値として決定され得る。
前記スキャン時間は、サンプルの個数に対応し、前記スキャン部は、前記サンプルのそれぞれに対して前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャンし、前記制御部は、前記サンプルのそれぞれに対してスキャンされたエネルギー量が所定の基準値に達する時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更し得る。
前記制御部は、1つのサンプルで前記スキャンされたエネルギー量が前記所定の基準値に達する時点が複数回である場合、前記スキャンされたエネルギー量が前記所定の基準値に最も早く達した時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更し得る。
前記制御部は、前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値よりも大きい場合、非共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続するように前記第1受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第2受信端スイッチを制御し、前記共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第1受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷から切り離すように前記第2受信端スイッチを制御し得る。
前記制御部は、前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値以下である場合、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第1受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第2受信端スイッチを制御し得る。
前記スキャン時間は、サンプルの個数及びサンプル長に対応し得る。
前記エネルギーを推定するステップは、前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記サンプルのそれぞれに対してサンプル単位時間毎に前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量を算出するステップと、前記非共振区間で前記サンプルのそれぞれに対して算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を算出するステップと、前記最も大きいエネルギー量を所定時間に前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量として決定するステップと、前記サンプルのそれぞれに対して前記決定された総エネルギー量と前記算出された前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量を前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定するステップと、を含み得る。
前記制御部は、前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量が最大である区間を決定し、前記決定された区間の開始時点と前記決定された区間の終端との間の経過時間に基づいて前記送信端スイッチの動作時点を決定し、前記送信端スイッチの動作周期の長さと同一になるように前記送信端スイッチの動作周期の長さを決定し得る。
前記制御部は、前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量に基づいて前記送信端スイッチの動作と前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する前記受信端スイッチの動作とを同期化し得る。
本発明によると、送信端と受信端との間のエネルギー及びデータの送受信に必要な同期化の作業を送信端で処理することによって、受信端の制御動作が容易になり、受信端の複雑な回路を単純化することができる。
はXNの補数(complement)を示す。最大エネルギー量MRX(n)が保持される区間XNは、最大エネルギー量MRX(N)と閾値mthrとを用いて算出される。区間XNにおける最後のサンプルNSyncを用いて、スキャン開始時点t=0から経過した時間がTX端で算出される。
従って、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである
120 電力送信部
130、160 スイッチ部
140、510 受信部
150、260 電力出力部
210 電力充電部
220、250、430、520 制御部
230 送信部
240 充電部
270 相互インダクタンスM
310、401、2010 ソース共振器
320、501、2020 ターゲット共振器
410 スキャン部
420 誘導エネルギー推定部
421 送信端エネルギー算出部
423 総エネルギー算出部
425 受信端エネルギー推定部
431 測定部
433 第1決定部
435 第2決定部
1210、1310、1410 最大エネルギー量
1510 瞬間エネルギー送信量が最大になる時点
2030 追加インピーダンス
Claims (30)
- ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して無線でエネルギーを送信する無線エネルギー送信装置であって、
前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャン時間の間にスキャンするスキャン部と、
前記スキャン部でスキャンされたエネルギー量に基づいて前記ソース共振器とターゲット共振器との間の非共振区間で前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量を算出し、前記ソース共振器に蓄えられたエネルギー量及び前記算出された総エネルギー量に基づいて前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量を推定する誘導エネルギー推定部と、を備えることを特徴とする無線エネルギー送信装置。 - 前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であることを特徴とする請求項1に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記スキャン時間は、サンプルの個数及びサンプル長に対応することを特徴とする請求項1に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記誘導エネルギー推定部は、
前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記サンプルのそれぞれに対してサンプル単位時間毎に前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量を算出する送信端エネルギー算出部と、
前記非共振区間で前記サンプルのそれぞれに対して算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を算出し、前記最も大きいエネルギー量を所定時間に前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量として決定する総エネルギー算出部と、
前記サンプルのそれぞれに対して前記総エネルギー算出部で決定された総エネルギー量と前記送信端エネルギー算出部で算出された前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量を前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定する受信端エネルギー推定部と、を備えることを特徴とする請求項3に記載の無線エネルギー送信装置。 - 前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて前記ソース共振器からエネルギーを受信するか否か、及び前記ターゲット共振器が存在するか否かを判断する制御部を更に備えることを特徴とする請求項4に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記制御部は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて、前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する第1受信端スイッチが活性化されたか否かを判断することを特徴とする請求項5に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記制御部は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量に基づいて前記ソース共振器を前記ソース共振器にエネルギーを供給する電源に接続する第1送信端スイッチの動作を制御することを特徴とする請求項6に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記制御部は、
前記第1受信端スイッチが活性化されたと判断されると、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される最大誘導エネルギー量が保持される区間を測定する測定部と、
前記最大誘導エネルギー量が保持される区間における最後のサンプル及び前記サンプル長に基づいて前記第1送信端スイッチの動作時点を決定する第1決定部と、
前記第1送信端スイッチの動作周期を前記第1受信端スイッチの動作周期と同一の値として決定する第2決定部と、を備えることを特徴とする請求項7に記載の無線エネルギー送信装置。 - 前記制御部は、
前記第1決定部で決定される前記第1送信端スイッチの動作時点の前に前記ソース共振器を前記電源に接続するように前記第1送信端スイッチを制御し、
前記第1送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記電源から切り離すように前記第1送信端スイッチを制御することを特徴とする請求項8に記載の無線エネルギー送信装置。 - 前記制御部は、前記第1受信端スイッチが非活性化されたと判断されると、前記第1送信端スイッチの動作時点を任意のサンプル開始時点として決定し、前記第1送信端スイッチの動作周期を所定の動作周期として決定する第1決定部を更に備えることを特徴とする請求項7に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記制御部は、前記スキャン部でスキャンされたエネルギー量が最小になる時点を前記ソース共振器の共振周波数を変更する第2送信端スイッチの動作時点として決定する第2決定部を更に備えることを特徴とする請求項10に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記第2決定部は、前記スキャンされたエネルギー量が最小になる時点が複数回である場合、前記スキャンされたエネルギー量が最小になる最も早い時点を前記第2送信端スイッチの動作時点として決定することを特徴とする請求項11に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記制御部は、
前記第1決定部で決定される前記第1送信端スイッチの動作時点の前に前記ソース共振器を前記電源に接続するように前記第1送信端スイッチを制御し、
前記第1送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記電源から切り離すように前記第1送信端スイッチを制御し、
前記第1送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記ソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第2送信端スイッチを制御し、
前記第2決定部で決定された前記第2送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記ソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続するように前記第2送信端スイッチを制御することを特徴とする請求項11に記載の無線エネルギー送信装置。 - 前記サンプル長は、前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する第1受信端スイッチの動作周期にサンプル単位時間の整数倍を加えた値として決定され、
前記サンプル個数は、前記第1受信端スイッチの動作周期を前記サンプル単位時間の整数倍で割った値として決定されることを特徴とする請求項3に記載の無線エネルギー送信装置。 - ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して前記ターゲット共振器に無線でエネルギーを送信し、前記ターゲット共振器から無線でエネルギーを受信する前記ソース共振器を含む無線エネルギー送信装置であって、
前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャン時間の間にスキャンするスキャン部と、
スキャンされたエネルギー量が所定の基準値に達する時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更する制御部と、を備えることを特徴とする無線エネルギー送信装置。 - 前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であることを特徴とする請求項15に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記スキャン時間は、サンプルの個数に対応し、
前記スキャン部は、前記サンプルのそれぞれに対して前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャンし、
前記制御部は、前記サンプルのそれぞれに対してスキャンされたエネルギー量が所定の基準値に達する時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更することを特徴とする請求項15に記載の無線エネルギー送信装置。 - 前記制御部は、1つのサンプルで前記スキャンされたエネルギー量が前記所定の基準値に達する時点が複数回である場合、前記スキャンされたエネルギー量が前記所定の基準値に最も早く達した時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更することを特徴とする請求項17に記載の無線エネルギー送信装置。
- ターゲット共振器とソース共振器との間の共振を通して前記ソース共振器から無線エネルギーを受信する受信部と、
前記受信部が前記無線エネルギーを受信するか否かに基づいて前記ソース共振器が存在するか否かを判断し、負荷に蓄えられたエネルギー量が所定の閾値よりも小さいか否かを判断して第1受信端スイッチ及び第2受信端スイッチの動作を制御する制御部と、を備えることを特徴とする無線エネルギー受信装置。 - 前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であることを特徴とする請求項19に記載の無線エネルギー受信装置。
- 前記制御部は、
前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値よりも大きい場合、
非共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続するように前記第1受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第2受信端スイッチを制御し、
前記共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第1受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷から切り離すように前記第2受信端スイッチを制御することを特徴とする請求項19に記載の無線エネルギー受信装置。 - 前記制御部は、
前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値以下である場合、
前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第1受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第2受信端スイッチを制御することを特徴とする請求項19に記載の無線エネルギー受信装置。 - ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して無線でエネルギーを送信する無線エネルギー送信方法であって、
前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャン時間の間にスキャンするステップと、
前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記ソース共振器とターゲット共振器との間の非共振区間で前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量を算出するステップと、
前記ソース共振器に蓄えられたエネルギー量及び前記算出された総エネルギー量に基づいて前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量を推定するステップと、を有することを特徴とする無線エネルギー送信方法。 - 前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であることを特徴とする請求項23に記載の無線エネルギー送信方法。
- 前記スキャン時間は、サンプルの個数及びサンプル長に対応することを特徴とする請求項23に記載の無線エネルギー送信方法。
- 前記エネルギーを推定するステップは、
前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記サンプルのそれぞれに対してサンプル単位時間毎に前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量を算出するステップと、
前記非共振区間で前記サンプルのそれぞれに対して算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を算出するステップと、
前記最も大きいエネルギー量を所定時間に前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量として決定するステップと、
前記サンプルのそれぞれに対して前記決定された総エネルギー量と前記算出された前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量を前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定するステップと、を含むことを特徴とする請求項25に記載の無線エネルギー送信方法。 - ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して無線でエネルギーを送信する無線エネルギー送信装置であって、
前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振の間に前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量を推定する誘導エネルギー推定部と、
前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量に基づいて、前記ソース共振器を前記ソース共振器にパワーを供給する電源に接続する送信端スイッチの動作と前記ターゲット共振器を負荷に接続する受信端スイッチの動作とを同期化する制御部と、を備えることを特徴とする無線エネルギー送信装置。 - 前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であることを特徴とする請求項27に記載の無線エネルギー送信装置。
- 前記制御部は、
前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量が最大である区間を決定し、
前記決定された区間の開始時点と前記決定された区間の終端との間の経過時間に基づいて前記送信端スイッチの動作時点を決定し、
前記送信端スイッチの動作周期の長さと同一になるように前記送信端スイッチの動作周期の長さを決定することを特徴とする請求項27に記載の無線エネルギー送信装置。 - 前記制御部は、前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量に基づいて前記送信端スイッチの動作と前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する前記受信端スイッチの動作とを同期化することを特徴とする請求項27に記載の無線エネルギー送信装置。
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