JP2017519476A - 無線誘導電力伝送 - Google Patents
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Abstract
Description
● 数十kHzから約100kHzの範囲に通常はある電力信号は、一定でない。更には、その振幅は、送電機において存在するDC/ACコンバータが整流された正弦波を供給されるので、本線周波数(例えば、50又は60Hz)とともに変化する。
● 整流された正弦波のゼロ交差の間に、インバータ電流はゼロであるから、振幅変調に利用可能な搬送波は存在しない。
● 器具の負荷は変化し、このことは振幅変調を妨げる。
第1インダクタを介して誘導電力信号を前記受電体へ供給する前記第1インダクタと、
前記受電体からデータ信号を受信する第2インダクタと、
前記第2インダクタと直列結合するキャパシタと
を有し、
前記第1インダクタ及び前記第2インダクタは、電力伝送回路及びデータ信号受信回路における別個のインダクタであり、
前記データ信号受信回路は、前記第2インダクタによって受信される前記データ信号を取り出すデータ抽出回路と、通信期間を含む駆動時間インターバルの間に前記第2インダクタ及び前記キャパシタの直列結合のための駆動信号を生成するドライバとを有し、
当該送電機は、受信された前記データ信号に応じて、前記第1インダクタを介して前記受電体へ供給される前記誘導電力信号を制御する制御ユニットを有し、
当該送電機は、繰り返し時間フレームの電力伝送期間の間に前記第1インダクタを介して電力を伝送し、繰り返し時間フレームの通信期間の間に前記第2インダクタを介してデータ信号を受信するよう構成され、前記誘導電力信号の電力は、前記電力伝送期間に対して前記通信期間について低減され、
前記制御ユニットは、通信期間の間の前記第2インダクタへの前記データ抽出回路の制御された電気結合と、電力伝送期間の少なくとも一部の間の前記第2インダクタからの前記データ抽出回路の電気分断との適用のために構成され、
前記データ信号受信回路は、少なくとも部分的に先行する前記通信期間における時間フレームの放電時間インターバルの間に前記キャパシタを放電する放電回路を更に有する、
送電機が提供される。
電力信号に対してタイミングを取ること、及び/又は回路を流れる電流を測定して、ある閾値の下で若しくは上でスイッチを開放若しくは閉成すること
である。
前記データ信号受信回路のデータ抽出回路が、前記第2インダクタによって受信される前記データ信号を取り出すステップと、
ドライバが、通信期間を含む駆動時間インターバルの間に前記第2インダクタ及び前記キャパシタの直列結合のための駆動信号を生成するステップと、
制御ユニットが、受信された前記データ信号に応じて、前記第1インダクタを介して前記受電体へ供給される前記誘導電力信号を制御するステップと、
繰り返し時間フレームの電力伝送期間の間に前記第1インダクタを介して電力を伝送し、繰り返し時間フレームの通信期間の間に前記第2インダクタを介してデータ信号を受信するステップであり、前記誘導電力信号の電力は、前記電力伝送期間に対して前記通信期間について低減される、ステップと、
通信期間の間の前記第2インダクタへの前記データ抽出回路の制御された電気結合と、電力伝送期間の少なくとも一部の間の前記第2インダクタからの前記データ抽出回路の電気分断とを適用するステップと、
前記データ信号受信回路の放電回路が、少なくとも部分的に先行する前記通信期間における時間フレームの放電時間インターバルの間に前記キャパシタを放電するステップと
を有する作動方法が提供される。
d(t)=p(t)・x(t)
として与えられてよい。p(t)は電源信号であり、x(t)は、p(t)よりも高い周波数を有し、通常は、よりずっと高い(例えば、通常は100倍以上高い)周波数を有する信号である。損失を減らすために、x(t)は、通常はAC信号である。すなわち、それは、ゼロの平均値を有する。
1. スイッチ1009は、通信の開始の数百μ秒前に閉じられる。これは、放電時間インターバルが開始し、通信キャパシタ1011が放電され始めることを可能にする。しかし、スイッチS4 1005は開いており、それによって、抵抗Rdampの形をとる電流制限素子が直列結合に含まれて、大電流が通信回路を流れることを防ぐことを確かにする。スイッチ1009が閉じられる正確な時間は、例では、電力信号レベルに依存する。夫々の電力伝送期間の終わりに向かって、電力信号は低下する。よって、電力信号が通信コイルにわたって生成する電圧も低下する。この電圧が許容レベル(例えば、通信回路に損傷を与えない電圧)を下回る場合には、スイッチ1009は閉じられ得る。これは、モニタリングシステム1013によってモニタされ得る。
2. 通信コイルを流れる大電流は、スイッチ1009が閉じられる場合に依然として起こり得るので、ダンピング抵抗Rdamp1015(通常は、約100オーム)は、望ましくは、電流制限を提供するようS1スイッチ1009と直列に実装される。この抵抗は、通信回路を流れる電流を制限する。
3. このダンピング抵抗1013は、望ましくは、送電機の復調感度の低下を防ぐように、通信期間の間、短絡される(すなわち、データ受信回路から有効に分離される)。S4によって示されている、図15における更なるスイッチ1015は、通信期間の開始時に又はその直後に、あるいは、望ましくは、その直前に、閉じられる。スイッチ1015の制御は、例えば、Rdampにかかる電圧を測定して、Rdampを流れる電流を計算することによって、実施され得る。この電流が閾値を下回る場合に、スイッチS4は閉じられ、それによって、電流制限素子を無効にする。それはまた、図15に示されるように、キャパシタンス1011にかかる電圧をコントローラ/モニタリング回路1013によって測定することによっても、実施され得る。
Rdamp≧VS1/Imax (1)
であるように選択されてよい。ここで、VS1は、スイッチS1が閉じられる時点においてスイッチS1及びRdampにかかる電圧である。この電圧は、一次コイルにかかる電圧と同程度の大きさである。Imaxは、通信回路を通る最大許容電流である。通常は、VS1が約100Vに等しく、Imaxが通常は2Aに設定される場合には、ダンピング抵抗は、望ましくは、50Ω以上の値を有する。ダンピング抵抗の値は、望ましくは、この閾値よりも大きいが、望ましくは、大きすぎない。言い換えると、ダンピング抵抗は、理想的には、式(1)で記載されている最小許容値に等しいか又はそれに近いべきである。この抵抗が大きすぎる場合には、通信キャパシタ1011Ccom_Txにかかる電圧は、時間t3の前に十分に低い値にならない。放電の部分は、その場合に、通信期間の間に依然として起こり、これは、ダメージを引き起こし得るが、更には、送信されるデータの正確な解釈を妨げうる。
米国特許出願公開第2011/0115303(A1)号明細書(特許文献2)には、分離され得る2つの別個のコイルを使用し、1つが電力伝送用であり、もう1つが通信用である無線電力伝送システムが記載されている。
米国特許出願公開第2014/152120(A1)号明細書(特許文献3)には、同様に、別個のコイルが通信のために使用され、このコイルが電力伝送の間はスイッチによって切り離されることが記載されている。
Claims (18)
- 誘導電力信号を用いて電力を受電体へ伝える送電機であって、
第1インダクタを介して誘導電力信号を前記受電体へ供給する前記第1インダクタと、
前記受電体からデータ信号を受信する第2インダクタと、
前記第2インダクタと直列結合するキャパシタと
を有し、
前記第1インダクタ及び前記第2インダクタは、電力伝送回路及びデータ信号受信回路における別個のインダクタであり、
前記データ信号受信回路は、前記第2インダクタによって受信される前記データ信号を取り出すデータ抽出回路と、通信期間を含む駆動時間インターバルの間に前記第2インダクタ及び前記キャパシタの直列結合のための駆動信号を生成するドライバとを有し、
当該送電機は、受信された前記データ信号に応じて、前記第1インダクタを介して前記受電体へ供給される前記誘導電力信号を制御する制御ユニットを有し、
当該送電機は、繰り返し時間フレームの電力伝送期間の間に前記第1インダクタを介して電力を伝送し、繰り返し時間フレームの通信期間の間に前記第2インダクタを介してデータ信号を受信するよう構成され、前記誘導電力信号の電力は、前記電力伝送期間に対して前記通信期間について低減され、
前記制御ユニットは、通信期間の間の前記第2インダクタへの前記データ抽出回路の制御された電気結合と、電力伝送期間の少なくとも一部の間の前記第2インダクタからの前記データ抽出回路の電気分断との適用のために構成され、
前記データ信号受信回路は、少なくとも部分的に先行する前記通信期間における時間フレームの放電時間インターバルの間に前記キャパシタを放電する放電回路を更に有する、
送電機。 - 前記誘導電力信号についての電力レベルインジケーションに応答して、前記データ抽出回路を前記第2インダクタへ電気的に結合する時間を決定するよう構成されるコントローラ
を更に有する請求項1に記載の送電機。 - 前記誘導電力信号についての電力レベルインジケーションに応答して、前記放電時間インターバルの開始時間を決定するよう構成されるコントローラ
を更に有する請求項1に記載の送電機。 - 前記キャパシタにかかるキャパシタ電圧を測定するよう、且つ、該キャパシタ電圧に応答して前記放電時間インターバルの開始時間を決定するよう構成されるコントローラ
を更に有する請求項1に記載の送電機。 - 前記キャパシタにかかるキャパシタ電圧を測定するよう、且つ、該キャパシタ電圧に応答して前記放電時間インターバルの終了時間を決定するよう構成されるコントローラ
を更に有する請求項1に記載の送電機。 - 前記キャパシタにかかるキャパシタ電圧を測定するよう、且つ、該キャパシタ電圧に応答して前記駆動時間インターバルの開始時間を決定するよう構成されるコントローラ
を更に有する請求項1に記載の送電機。 - 前記放電回路は、前記キャパシタの端子間に、前記ドライバ及び前記データ抽出回路を含む電気経路を形成するよう構成される、
請求項1に記載の送電機。 - 前記放電回路は、前記放電時間インターバルの少なくとも部分について前記データ抽出回路を通る電流を制限する電流制限要素を有する、
請求項7に記載の送電機。 - 前記放電回路は、少なくとも前記通信期間の間に前記電流制限要素を非アクティブにするよう構成される、
請求項8に記載の送電機。 - 前記キャパシタにかかるキャパシタ電圧を測定するよう、且つ、該キャパシタ電圧に応答して前記電流制限要素を非アクティブにする時間を決定するよう構成されるコントローラ
を更に有する請求項9に記載の送電機。 - 前記誘導電力信号についての電力レベルインジケーションに応答して、前記電流制限要素を非アクティブにする時間を決定するよう構成されるコントローラ
を更に有する請求項9に記載の送電機。 - 周期的に変動する電源信号を供給する電源であり、該電源における周期変動の周波数は1kHzよりも大きくない、前記電源と、
前記変動する電源信号から前記第1インダクタのための駆動信号を生成する電力伝送信号発生器であり、該駆動信号は、1kHzよりも大きくない振幅周波数を有して周期的に変動する振幅を有する、前記電力伝送信号発生器と、
前記周期的に変動する振幅の周期的な最小値に対応するように前記通信期間を同期させるよう構成される同期装置と
を更に有する請求項1に記載の送電機。 - 前記時間フレームの存続期間は、200ミリ秒よりも大きくない、
請求項1に記載の送電機。 - 前記データ抽出回路は、当該送電機による前記駆動信号の負荷変調を検出するよう構成される、
請求項1に記載の送電機。 - 当該送電機は、抵抗と、前記通信期間の外側で前記データ抽出回路を通る電流を低減するよう前記データ抽出回路に対して前記抵抗を結合又は分離する制御可能スイッチとを有する、
請求項1に記載の送電機。 - 請求項1乃至15のうちいずれか一項に記載の送電機を有する電力伝送システム。
- 前記送電機と協働する受電体を有し、該受電体は、前記第1インダクタ及び前記第2インダクタと夫々結合する別個のインダクタを備える、
請求項16に記載の電力伝送システム。 - 誘導電力信号を用いて電力を受電体へ伝える送電機の作動方法であって、当該送電機は、第1インダクタを介して誘導電力信号を前記受電体へ供給する前記第1インダクタと、前記受電体からデータ信号を受信する第2インダクタと、該第2インダクタと直列結合するキャパシタとを有し、前記第1インダクタ及び前記第2インダクタは、電力伝送回路及びデータ信号受信回路における別個のインダクタである、作動方法において、
前記データ信号受信回路のデータ抽出回路が、前記第2インダクタによって受信される前記データ信号を取り出すステップと、
ドライバが、通信期間を含む駆動時間インターバルの間に前記第2インダクタ及び前記キャパシタの直列結合のための駆動信号を生成するステップと、
制御ユニットが、受信された前記データ信号に応じて、前記第1インダクタを介して前記受電体へ供給される前記誘導電力信号を制御するステップと、
繰り返し時間フレームの電力伝送期間の間に前記第1インダクタを介して電力を伝送し、繰り返し時間フレームの通信期間の間に前記第2インダクタを介してデータ信号を受信するステップであり、前記誘導電力信号の電力は、前記電力伝送期間に対して前記通信期間について低減される、ステップと、
通信期間の間の前記第2インダクタへの前記データ抽出回路の制御された電気結合と、電力伝送期間の少なくとも一部の間の前記第2インダクタからの前記データ抽出回路の電気分断とを適用するステップと、
前記データ信号受信回路の放電回路が、少なくとも部分的に先行する前記通信期間における時間フレームの放電時間インターバルの間に前記キャパシタを放電するステップと
を有する作動方法。
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