JP2016524889A - 無線電力伝送システムのための磁場検知装置 - Google Patents

Abstract

無線電力伝送システム（１０）の捕捉共振器（３８）とバッテリパックまたは電動機などの電気負荷（１８）との間の電気的接続を制御するように構成された無線電力受信機（１６）。無線電力受信機（１６）の回路は捕捉共振器（３８）からの電力出力によって直接的に電力を供給され、捕捉共振器（３８）が電力の生成を開始し次第、無線電力受信機（１６）を自動的に起動する。無線電力受信機（１６）は、車両バッテリ（１８）などの外部電源から供給される待機電力を必要としない。無線電力受信機（１６）は外部電源からの電力を必要としないので、車両バッテリ（１８）の充電状態が制御器（５０）を作動するには低すぎるとしても、車両バッテリ（１８）の充電を開始できる。【選択図】図１

Description

[0001]本発明は、概して、無線電力伝送システムに関し、より詳細には、磁場を検知し、無線電力受信機を起動させる装置に関する。

[0002]無線電力伝送システムの供給源共振器と捕捉共振器との間の電力伝送は、通常、車両外の送信機制御器と車両上の受信機制御器との間で無線通信リンクが確立された後に開始される。電源と負荷との間の電力伝送は、負荷が使用可能なエネルギーを超えないように電源がエネルギーを供給するように制御されなければならない。受信機制御器は送信機制御器と通信し、負荷によって受け入れ可能なエネルギー伝送量を取り決める。

[0003]例えば、オフピーク電力料金を利用するためなど、車両が供給源共振器の近くに停車後しばらくしてから電力伝送を開始するのが望ましい。このためには、受信機制御器は送信機制御器との通信を確立できなくてはならない。したがって、受信機制御器は、送信機制御器に応答可能な電源の入った状態または低電力の待機状態に維持されなくてはならない。どちらの例においても、受信機制御器は車両バッテリから電力を供給される必要がある。

[0004]背景技術セクションで説明される主題は、背景技術セクションにおいて言及していることのみをもって従来技術と見なされるべきではない。同様に、背景技術セクションにおいて言及された問題点または背景技術セクションの主題と関連する問題点は、従来技術において既に認識されていたと見なされるべきではない。背景技術における主題は、それ自体もまた発明であり得る異なる試みを単に提示するものである。

[0005]本発明の一実施形態によると、無線電力送信機によって生成された交流磁場を受けるように構成された無線電力受信機が提供される。無線電力受信機は、交流磁場によって励起されたときに交流電流を生成するように構成された捕捉共振器を含む。無線電力受信機はまた、捕捉共振器に電気的に結合され、捕捉共振器によって生成された交流電流に励起されたときに直流電流を生成するように構成された電流変換回路も含む。無線電力受信機は、捕捉共振器と電気負荷との間の電気的接続を制御するように構成された装置を更に含む。

[0006]無線電力受信機はまた、制御器と通信しているとともに、前記無線電力送信機の第２の送受信機と通信するように構成された第１の送受信機も含み得る。装置はまた、前記制御器と通信しているとともに、実行されたときに装置に無線電力受信機と無線電力送信機との間に第１の送受信機を介して第１の通信リンクを確立させる命令を含むメモリ装置も含み得る。

[0007]本発明の更なる特徴および利点は、添付の図面を参照して、単なる非限定的な例示として与えられる本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明を読むことによってより明確になるであろう。

[0008]次に、本発明について、添付の図を参照し、例として説明する。

[0009]一実施形態による、無線電力伝送システムの概略図である。 [0010]一実施形態による、無線電力伝送システムを内蔵した車両の側面図である。

[0011]本明細書で提示されるのは、無線電力伝送システムとともに使用されるように構成され得る装置である。無線電力伝送システムは、無線電力送信機および無線電力受信機を含む。無線電力伝送システムは、供給源共振器を介して交流磁場を生成し、捕捉共振器を介してこの交流磁場を受けることで、送信機と受信機との間で電力を送信する。装置は、これ以降は磁気信号と称される交流磁場が捕捉共振器に供給されたときに、無線電力受信機の制御器に電力を供給するように構成される。無線電力装置の制御器は、制御器へのバックアップ電力の供給の必要なく起動し得る。その結果、無線電力伝送システムの使用者は、無線電力受信機が低電力または無電力の待機モードにあったとしても、無線電力送信機を作動させることでシステムを使用して車両の充電を開始できる。

[0012]図１は、無線電力伝送システム１０の非限定的な例を示す。無線電力伝送システム１０は、これ以降は磁気信号１４と称される交流磁場１４を生成するように構成された無線電力送信機１２を含む。無線電力伝送システム１０は、磁気信号１４を受信し、磁気信号１４内のエネルギーを電気負荷１８、この例では電気自動車のバッテリパック、に供給される電気エネルギーに変換するように構成された無線電力受信機１６を更に含む。

[0013]無線電力送信機１２は、電源装置２２から供給された交流（ＡＣ）電圧によって励起されたとき磁気信号１４を生成するように構成された共振回路である供給源共振器２０を含む。電源装置２２は、公共電源網（不図示）からの電力（例えば、ＡＣ２４０ボルト、６０ヘルツ）を供給源共振器２０に供給される異なる電圧および周波数に変換するように構成される。無線電力送信機１２はまた、電源装置２２を制御し、それによって供給源共振器２０によって供給される磁気信号１４を制御するように構成された送信機制御器２４も含む。無線電力送信機１２は、送信機制御器２４と通信しているとともに、無線電力受信機１６との無線通信リンク２８を確立するように構成された第１の送受信機２６を更に含む。

[0014]図２に示される非限定的な例によると、電源装置２２、送信機制御器２４、および第１の送受信機２６は、供給源共振器２０から離れて設置された独立した筐体３０に収容され得る。この例においては、筐体３０は、車両駐車空間の前方のパイロン３２またはポストに設置され、一方、供給源共振器２０は、車両３６の下方の駐車面３４の表面または内部に配置される。供給源共振器２０が、電源装置２２、送信機制御器２４、および第１の送受信機２６とともに駐車面３４の同じ場所に設置される他の実施形態も想定できる。

[0015]再び図１を参照すると、無線電力受信機１６は、供給源共振器２０によって生成された磁気信号１４によって励起されたとき、交流電流を生成するように構成された共振回路である捕捉共振器３８を含む。無線電力受信機１６はまた、捕捉共振器３８によって供給された交流（ＡＣ）電力を、電気自動車（ＥＶ）またはハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）のバッテリパックなどの電気負荷１８によって使用可能な直流（ＤＣ）電力に変換（整流）する整流回路４０も含む。捕捉共振器からのＡＣ電力出力を変化させないまま、ＡＣ負荷に供給されるＡＣ電力の周波数および電圧を変更する回路を含むＡＣ電動機などのＡＣ負荷に供給する代替的実施形態も想定できる。無線電力受信機１６はまた、整流回路４０の出力および制御器５０に接続され、制御器５０に電力を供給するように構成された電圧調整回路５２も含む。

[0016]電圧調整回路５２は、整流回路４０を介して捕捉共振器３８に電気的に結合される入力と、制御器５０に電気的に結合される出力とを有する。電圧調整回路５２は、捕捉共振器３８が電力を供給しているときはいつでも制御器５０に電力を供給する。電圧調整回路５２は、制御器５０に、整流回路４０による高電圧出力ではなく制御器５０の適切な動作に必要な電圧で、電力を供給するように構成される。制御器５０は、電圧調整回路５２が制御器５０への電力供給を開始すると、「起動」して動作を開始するように構成される。電圧調整回路５２は、整流回路４０からの高電圧出力を、１２ボルト電力を必要とする装置の他の回路が使用可能な電圧に調整する１２ボルト調整器、および１２ボルト調整器から１２ボルトの電力を受信し、調整された５ボルトの電力を、制御器５０および５ボルトの電力供給を必要とする他の回路に供給する５ボルト調整器などのいくつかの回路を含み得る。

[0017]制御器５０は、マイクロプロセッサまたは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含み得る。無線電力受信機１６を制御するように制御器５０をプログラムするソフトウェア命令は、不揮発性（ＮＶ）メモリ装置５１に保存される。メモリ装置５１は、マイクロプロセッサまたはＡＳＩＣに含まれてもよく、または個別の装置でもよい。使用され得るＮＶメモリの種類の非限定的な例は、電気的消去可能プログラマブル読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、マスクされた読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびフラッシュメモリなどを含む。制御器５０はまた、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器回路およびデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器回路を含み得、変換器が制御器５０の外部の装置と電気通信を確立することを許容する。本明細書において説明される制御器５０は、互いに通信しているいくつかのマイクロプロセッサを含み得る。

[0018]無線電力受信機１６はまた、これもまた捕捉共振器３８の出力と制御器５０とに接続され、制御器５０によって捕捉共振器３８が電力を出力しているかを判定するための入力として使用され得る、電圧検知回路５８も含み得る。

[0019]無線電力受信機１６は追加的に、捕捉共振器３８に電気的に結合され、この例においては整流回路４０の出力に直接的に電気的に接続された電圧検知回路５８を含む。電圧検知回路５８は、整流回路４０の出力に高電圧ＤＣがあったときに検知し、制御器５０にデジタル信号を送信する。

[0020]典型的には、高電圧回路においては、高電圧に取り付けられる電圧調整器および他の回路は、安全のために絶縁されなければならない。電圧検知回路５８の場合は、光結合器が使用される。電圧調整回路５２は絶縁変圧器を含み得るが、他の高電圧（ＨＶ）絶縁方法が代替的に用いられてもよい。

[0021]無線電力受信機１６はまた、無線電力受信機１６と無線電力送信機１２との間に第１の送受信機２６を介して無線通信リンク２８を確立するように構成された第２の送受信機６２も含む。第２の送受信機６２は制御器５０と通信している。第２の送受信機６２は、電圧調整回路５２と電気的に結合され、電圧調整回路５２によって電力を供給される。あるいは、バッテリによって電力を供給される車両の電気システムなどの、別個の電源装置によって電力を供給されてもよい。

[0022]典型的には、制御器５０は、稼働していないときには、電力消費を最小化するためにスリープまたは非作動状態にある。しかしながら、もしも無線電力送信機１２と無線電力受信機１６との間に既に電力が流れているとしたら、それは速やかに管理されなければならない。電圧調整回路５２は、整流回路４０の高電圧出力に接続される。整流回路４０が高電圧電力の供給を開始したら即座に、電圧調整回路５２は制御器５０および無線電力受信機１６の残りの回路に電力を供給する。制御器５０は電圧調整回路５２から供給される電力によって起動され、次いで内的な起動手順を行い、制御器５０の全ての入力を確認する。これらの入力のうちの１つは、電圧検知回路５８からの論理レベル信号であり得、この倫理レベル信号は、点火スイッチ、他の起動信号、または制御器５０がモニタリングしている電源装置によって制御器５０が起動されたのか否かを、制御器５０が判定するために他の入力とともに使用可能である。制御器５０はまた、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス６６などのデータ通信バス６６または他の通信方法を介して、電力がどのように使用されるべきかを判断するために、車両制御器６４とも通信し得る。

[0023]制御器５０と送信機制御器２４とが無線通信リンク２８を介して通信しているとき、制御器５０は無線電力送信機１２が無線電力受信機１６に充電電力を供給することを許可する。無線電力受信機１６は、次いで、無線電力送信機１２によって送信された電力を調整する。

[0024]システム１０は、無線電力受信機１６からではなく無線電力送信機１２からの電力伝送を、自動的に開始し得る。無線電力受信機１６は、多くの種類の磁場源を自動的に検知し、起動して無線電力送信機１２からの電力の調整を開始するために使用することができる。

[0025]かくして、無線電力伝送システム１０の捕捉共振器３８と電気負荷１８との間の電気接続を制御するための無線電力受信機１６が提供される。無線電力受信機１６の回路は捕捉共振器３８からの電力出力によって直接的に電力を供給される。これは、捕捉共振器３８が電力の生成を開始し次第、無線電力受信機１６を自動的に起動するという利点を提供する。無線電力受信機１６は、車両バッテリ１８などの外部電源から供給される待機電力を必要としない。無線電力受信機１６は外部電源からの電力を必要としないので、無線電力受信機１６はまた、車両３６のバッテリの充電状態が制御器５０を作動するには低すぎるとしても、すなわち、「バッテリが上がっている（ｄｅａｄ ｂａｔｔｅｒｙ）」状態だとしても、車両バッテリ１８の充電を開始できるという利点も提供する。

[0026]本発明は、その好ましい実施形態に関して説明されたが、本発明はそのように限定されることは意図されておらず、以下の特許請求の範囲に記載された範囲にのみ限定されることが意図される。更に、第１、第２などの用語の使用は、重要度の順番を示すものではなく、第１、第２などの用語は、１つの要素を別の要素から区別するために使用されている。更に、１つの（ａ、ａｎ）などの用語の使用は、量の限定を示すものではなく、言及された物品が少なくとも１つ存在することを示す。

Claims (3)

1. 無線電力送信機（１２）によって生成された交流磁場（１４）を受けるように構成された無線電力受信機（１６）であって、
   前記交流磁場（１４）によって励起されたときに交流電流を生成するように構成された捕捉共振器（３８）と、
   前記捕捉共振器（３８）に電気的に結合され、前記交流電流に励起されたときに直流電流を生成するように構成された整流回路（４０）と、
   前記無線電力受信機（１６）を制御するように構成された制御器（５０）と、
   前記捕捉共振器（３８）および前記制御器（５０）に電気的に結合された電圧調整回路（５２）とを備え、前記制御器（５０）は、前記捕捉共振器（３８）が前記交流磁場（１４）を受けとっているとき、前記電圧調整回路（５２）から電力を受信し、これにより前記制御器（５０）を作動させるように構成される、無線電力受信機（１６）。
2. 請求項１に記載の無線電力受信機（１６）において、前記無線電力送信機（１２）の第２の送受信機（６２）と通信するように構成された第１の送受信機（２６）を更に備え、前記制御器（５０）は前記第１の送受信機（２６）と通信している、無線電力受信機（１６）。
3. 請求項２に記載の無線電力受信機（１６）において、前記制御器（５０）と通信しているとともに、実行されたときに前記無線電力受信機（１６）に、前記無線電力受信機（１６）と前記無線電力送信機（１２）との間に前記第１の送受信機（２６）を介して第１の通信リンクを確立させる命令を含むメモリ装置（５１）を更に備える、無線電力受信機（１６）。

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