JP2016093097A - スマート無線給電のための磁界を制御する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】例えば給電されている受信器の位置と方位が時間とともに変化するか、または、異なる位置と方位を有する異なる受信器が異なる時点で給電されているために、所望の磁界の位置と方位が時間とともに変化するアプリケーションにおける無線給電に関連する制約を軽減するためのシステムおよび方法である。幾つかの実施形態によれば、当該システムは、定義された空間内の複数の無線給電装置を使用する。各送信器は、互いに対して直角に配向された個々のコイルから成る。これらの個々のコイルの間および当該送信器の間のそれらが形成する場干渉を用いると、定義された空間内の任意の所与の点で無線電力場の強度および方位をアクティブに制御することができる。これにより、電力送信を特定の対象に特定の角度で向けるための方法が可能となる。
【選択図】図1
Description
図4は、二次元空間において2つの送信コイル4Aおよび4Bならびに1つの受信コイル6Dを備える配置の平面図を示す図である。送信コイル4Aおよび4Bは、その各軸が互いに直交するように配置されている。図4の中身はそれぞれ送信コイル4Aおよび4Bにより生成された干渉する磁力線2aおよび2bの拡大図を提供する。磁力線2aおよび2bは受信コイル6Dの軸に沿って交差する。
モバイル対象物の位置と方位は、固定の送信器に対し1つまたは複数の受信コイルまたは巻線(例えば、電気モータ)を有し、以下の方法のうち何れか1つを用いて決定することができる。
システムを実行する前に、シミュレーション・ツールが、定義された空間内の任意の所与の位置での各磁界の単位ベクトルを生成し、読取専用メモリのルックアップ・テーブルに格納することができる。2次元では、これは位置ごとに2つのベクトルから構成される。3次元では、3つの磁界があるので、これは位置ごとに3つのベクトルから構成される。代替的に、より強力なコンピュータが単位ベクトルをリアルタイムに計算できるが、当該コンピュータは、当該ステップに必要な短時間で結果に達しなければならない。
マイクロコントローラまたはコンピュータが位置、方位および単位ベクトルを知ると、所望の場の方位と強度を実現するために各単位ベクトルを乗ずるのに必要な振幅を決定することができる。例えば、(図4Bに示すように)図4Aの受信コイル6Dが90°回転された場合、システムは、図4Aの単位ベクトル18の振幅に−1を乗じて新たなベクトル18’を形成する必要があると判定する。新たなベクトル18’は、ベクトル16と合成されると、図4Bに示すように、回転した受信コイル6Dの軸と整列する新たなベクトル20’を形成する。同様に、マイクロコントローラ50がさらに数度だけ合成磁界を回転すると決定した場合(図3を参照)、マイクロコントローラ50は、送信コイル4Bにより生成された磁界を弱め、送信コイル4Aにより生成された磁界を強めるように電力レギュレータ52に指令する。
三次元空間を議論する前に、共振誘導結合の重要な概念を検討するのが有益であろう。簡単のため、本開示の図ではDC磁界を例示する。実際には、効率的な無線給電を生じさせるために、場は周波数fのACでなければならない。したがって、本明細書で前に「単位ベクトル18の振幅に−1を乗じて新たなベクトル18’を形成する必要がある」と述べたとき、実際には、この位相シフトされたAC電流が送信コイル4Aに入力される前に180°の位相シフトを周波数fの搬送電流に加えるはずである。各共振周波数を用いて無線給電される3相電気モータでは、どの相が現在有効であるかに依存して正確な周波数fを選択するはずである。
(1)「マーカ」巻線を事前に決定し、その後周波数f1のRx1で指定する
(2)AC磁界を周波数f1で用いてRx1の位置と方位を発見する。前述の方法の何れを利用してもよい。
(3)当該モータの設計は既知であるので、Rx1と次の巻線の間の角度θは既知である。角度φをスイープして次の巻線の3D位置と方位を固定するだけでよい。結果は2D平面である。
(4)ステップ(3)で見つかった位置と方位に対して、周波数f2およびfn(nは当該モータ設計における巻線の数である)を試行して、当該巻線がRx2またはRxn(最後の巻線)であるかどうかを判定する。
(5)当該モータ内の全ての巻線が2D平面に配置されるので、残りの巻線の位置と方位をRx1の位置と方位から容易に計算することができる。
図6は、1実施形態に従う給電装置22の3つの相互に直交するコイル4A乃至4Cの等角図である。キャパシタおよび発振器のような送信器の他のコンポーネントは図示していない。各コイルは同一方向に巻かれた導線を含み、コイル4A乃至4Cの軸は互いに直交するように向けられている。可変量の電流がコイル4A乃至4Cを通過するので、コイル4A乃至4Cは強度および方向が変化する磁界を生成する。計算によれば、任意の2つのコイルにより生成された磁界は常に、遠場で互いから53°より大きく離れて配向されている。これは、空間内の任意の所与の点において、ベクトル和を使用して所望の合成磁界強度および方位に到達できることを意味する。別の説明は、各コイルが双極子として動作するというものである。当該双極子はベクトルである。(振幅が変化する)3つのベクトルの重ね合せにより、結果の合計双極子ベクトルを任意の方向に向けることができる。
定義された空間内の複数の送信器を用いてより効果的にエネルギを対象に伝達することのほかに、他の代替的な実施形態は本明細書で開示した広い概念の範囲内にある。
4B 送信コイルY
4C 送信コイルZ
22 送信器
26 送信コイル
50 マイクロコントローラ
52 電力調節器
54 可変周波数ドライブ
60 2軸ジンバルセット
62 方位アクチュエータ
64 仰角アクチュエータ
212 送信コイル
214 送信コイル
216 送信コイル
218 共振周波数
220 共振周波数
222 共振周波数
224 電源
226 切替えシステム
228 コントローラ
Claims (13)
- 電気装置に無線給電するための方法であって、
互いに対して固定された位置と方位に配置された少なくとも2つの送信コイルを有する送信器を提供するステップと、
第1の受信コイルを有する第1の電気装置を含む空間に対して前記送信器を配置するステップと、
前記第1の電気装置の前記第1の受信コイルの軸に沿って配置された磁力線を有する第1の合成磁界を第1の時点に生成する前記送信器の各送信コイルに各電流を提供するステップと、
を含む、方法。 - 前記第1の電気装置の前記第1の受信コイルの前記軸は前記送信コイルの何れの軸とも同一線上にない、請求項1に記載の方法。
- 前記送信器の前記送信コイルは相互に直交する、請求項1に記載の方法。
- 前記送信器の基準フレームに対する前記第1の電気装置の前記第1の受信コイルの軸の方位を決定するステップと、
前記第1の電気装置の前記第1の受信コイルの前記軸の前記方位に少なくとも部分的に基づいて、前記各電流の振幅を計算するステップと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記第1の電気装置の前記第1の受信コイルの前記軸の方位を決定する前記ステップは、
で空間の各座標および各方位で局所磁界を生成するステップと、
前記送信器内のエネルギの減少を検出するステップと、
を含む、請求項4に記載の方法。 - 前記第1の電気装置の前記第1の受信コイルの前記軸の方位を決定する前記ステップは、
各送信コイルに供給される各電力の割合をスイープするステップと、
前記送信器内の電力排出を検出するステップと、
を含む、請求項4に記載の方法。 - 前記空間は、受信コイルを有し前記第1の電気装置のロケーションと異なるロケーションを有する第2の電気装置を含み、
前記第2の電気装置の前記受信コイルの前記軸に沿って配置された磁力線を有する第2の合成磁界を前記第1の時点と異なる第2の時点に生成する前記送信器の各送信コイルに各電流を提供するステップをさらに含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記第1の合成磁界に関連付けられた単位ベクトルおよび振幅を前記第1の時点より前にルックアップ・テーブルから取り出すステップと、
前記第2の合成磁界に関連付けられた単位ベクトルおよび振幅を前記第2の時点より前に前記ルックアップ・テーブルから取り出すステップと、
をさらに含む、請求項7に記載の方法。 - 前記第1の電気装置は前記第1の受信コイルの前記軸と異なる軸を有する第2の受信コイルを有し、
前記第1の電気装置の前記第2の受信コイルの軸に沿って配置された磁力線を有する第2の合成磁界を前記第1の時点と異なる第2の時点に生成する前記送信器の各送信コイルに各電流を提供するステップをさらに含む、
請求項1に記載の方法。 - 軸を有する受信コイルと、
相互に直交する軸を有する第1の、第2のおよび第3の送信コイルコンポーネントと、
前記受信コイルの前記軸に沿って配置された磁力線を有する合成磁界を生成するための、前記第1の、第2のおよび第3の送信コイルコンポーネントに供給される各電流の各振幅を計算するようにプログラムされたコンピュータシステムと、
前記各振幅を有する前記各電流をそれぞれ前記第1の、第2のおよび第3の送信コイルコンポーネントに供給するための手段と、
を備える、無線給電のためのシステム。 - 前記第1の、第2のおよび第3の送信コイルコンポーネントの各々は夫々の送信コイルを備える、請求項10に記載のシステム。
- 前記第1の送信コイルコンポーネントは第1の送信コイルを備え、前記第2の送信コイルコンポーネントは相互に並列な第2のおよび第3の送信コイルを備え、前記第3の送信コイルコンポーネントは相互に並列な第4のおよび第5の送信コイルを備え、前記第2のおよび第3の送信コイルは前記第1の送信コイルの反対側に配置され、前記第4のおよび第5の送信コイルは、それぞれ前記第2の送信コイルおよび第3の送信コイルの上方および下方に前記第1の送信コイルの反対側に配置される、請求項10に記載のシステム。
- 前記受信コイルは電気モータの巻線である、請求項10に記載のシステム。
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