JP2019509707A - ワイヤレス電力伝送システムの制御 - Google Patents
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Abstract
Description
式(1)
で特徴付けられる。ここで、Pinvは、ワイヤレス電力伝送システムの送信機のインバータからの電力で、Vbusは、バス電圧で、Rinvは、インバータから見た抵抗で、Xinvは、インバータから見たリアクタンスであって、チューニングは、Xinvが、インダクタとキャパシタとの合成リアクタンスと等しい場合に、行われる。
で定義されるように位相を制御する、第1のサブループと、出力電力を制御する、第2のサブループと、効率を監視することによって、タンク回路をワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタとキャパシタとの、合成リアクタンスをチューニングする、第3のサブループと、を含む。
更に、本実装及び他の実装は、それぞれ、以下の特徴の1つ以上を任意に含み得る。
式(3)
で特徴付けられる。ここで、Pinvは、ワイヤレス電力伝送システムの送信機のインバータからの電力の出力で、Vbusは、バス電圧で、Rinvは、インバータから見た抵抗で、Xinvは、インバータから見たリアクタンスであって、チューニングは、Vbus及びX3=Xinvにおいて、行われる。
本明細書に記載されたワイヤレス電力伝送システムは、多岐に渡る様々な共振器及び共振物体を使用して実施され得る。当業者であれば分かるように、共振器ベースの電力伝送のための重要な考察には、共振器の品質係数及び共振器結合が含まれる。
結合モード理論(CMT、coupled mode theory)、結合係数及び結合要素、品質係数(Q値ともよばれる)、並びにインピーダンスマッチングなどの、上述した論点の広範な議論は、例えば、2012年7月19日に米国特許出願公開2012/0184338号として公開された米国特許出願第13/428,142号、2013年2月7日に米国特許出願公開2013/0033118号として公開された米国特許出願第13/567,893号、2014年4月24日に米国特許出願公開2014/0111019号として公開された米国特許出願第14/059,094号に記載されている。これらの出願の各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれるものとする。
式(4)
で表される。
式(5)
であって、ここで、
式(6)
は、無装荷(unloaded)の装置(受信機)の共振器の品質係数であり、
式(7)
は、装荷(loaded)の装置の共振器(装荷は、残りの装置回路及び負荷の装荷を含む)の品質係数である品質係数比と、性能指数
式(8)
との関数で示す。図2Aは、性能指数が送信機共振器での損失において、支配的な役割を果たすことを示している。
式(9)
であって、ここで、
式(10)
は、無装荷の装置の共振器の品質係数であり、
式(11)
は、装荷の装置の共振器(装荷は、残りの装置回路及び負荷の装荷を含む)の品質係数である品質係数比と、性能指数
式(12)
との関数で示す。図2Bは、品質係数比が受信機共振器での損失において、支配的な役割を果たすことを示している。
式(13)
で定義される。ここで、RL,eqは、装置の共振器の(整流器、及びバッテリなどの、装置の電子回路による)装荷の等価直列抵抗(ESR)であって、Rdは、装置の共振器の無装荷のESRである。Udがシステムの性能指数Uと等しく設定されると、コイル対コイルの効率が最大となり得る。
式(14)
で定義される。ここで、
式(15)
は、動作周波数で装荷の装置共振器の残留リアクタンスである。位相ψ=0は、装荷の装置共振器が共振状態にあることを意味する。
式(16)
で特徴付けることができる。ここで、Piは、インバータの電力、Vbusは、インバータ122のDCバス電圧、Rinvは、インバータから見た実効抵抗、Xinvは、インバータから見た実効リアクタンスである。
で特徴付けることができる。ここで、Pinは、インバータの電力、Vbusは、インバータ122のDCバス電圧、Rinvは、インバータから見た実効抵抗、Xinvは、インバータから見た実効リアクタンスである。
例えば、ある実施形態では、インバータ電力は、インバータ内のブリッジ回路間の内部位相シフトθinvを調整することによって制御され得る。そのような実施態様では、0度の位相シフトθinvは最小インバータ電力(例えばゼロ)を生成し、180度の位相シフトθinvは、所与のバス電圧Vbusに対して最大インバータ電力を生成し得る。より具体的には、プロセス500bでは、ステップ560、562、564、566、及び568が、プロセス500aのステップ502、506、508、527、及び528とそれぞれ置き換わる。
一般に、携帯電話、キーボード、マウス、ラジオ、カメラ、モバイルハンドセット、ヘッドセット、腕時計、ヘッドフォン、ドングル(dongle)、多機能カード、食品及び飲料のアクセサリなどの、任意のポータブル電子装置と、プリンタ、時計、ランプ、ヘッドフォン、外部ドライブ、プロジェクタ、デジタルフォトフレーム、追加のディスプレイなどの、任意の作業場用電子装置とが、本明細書に開示された装置、構成要素及び方法を用いて、ワイヤレスで電力を受け取ることができる。更に、電気又はハイブリッド車両、電動車椅子、スクーター、動力工具などの、任意の電気装置は、本明細書に開示された装置、構成要素及び方法を用いて、ワイヤレスで電力を受け取ることができる。更に、本明細書に開示された装置、構成要素及び方法は、ワイヤレス電力伝送以外の用途に使用されてもよい。
Claims (95)
- ワイヤレス電力伝送システムであって、
送信機インピーダンスマッチングネットワーク(IMN)を有する電力送信機であって、
前記送信機の電力の特性と、目標電力との第1の比較を実行するステップと、
前記第1の比較に基づいて、前記送信機IMNのリアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、電力送信機と、
受信機IMNを有する電力受信機であって、
前記送信機からの電力データに基づいて、第2の時間における前記ワイヤレス電力伝送システムの効率を判定するステップと、
前記第2の時間における前記効率と、前記第2の時間よりも前の、第1の時間における前記ワイヤレス電力伝送システムの効率との第2の比較を実行するステップと、
前記第2の比較に基づいて、前記受信機IMNのリアクタンスを調整するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、電力受信機と、
を備える、システム。 - 前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、可変リアクタンス調整値で、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の比較、及び前記送信機IMNの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記特性が前記目標電力の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項1又は2に記載のシステム。
- 前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第2の時間における前記効率が、前記第1の時間における前記効率よりも低いことに応答して、リアクタンス調整値を無効化するステップを含み、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記無効化されたリアクタンス調整値で、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記電力が前記目標電力よりも小さいことに応答して、第1のリアクタンス調整値で、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップと、前記電力が前記目標電力よりも大きいことに応答して、別の第2のリアクタンス調整値で、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップと、を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1のリアクタンス調整値は、前記第2のリアクタンス調整値と、大きさが等しく、符号が反対である、請求項5に記載のシステム。
- 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記第1の比較に後続する、前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較と、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機のバス電圧を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相関係によって表される、請求項7に記載のシステム。
- 前記第1の比較、及び前記第1の比較に基づく前記送信機IMNの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記力率が前記目標力率の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項7又は8に記載のシステム。
- 前記第1の比較を実行するステップ、及び前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第3の比較を実行するステップ、及び前記バス電圧を調整するステップよりも、速いレートで反復される、請求項7から9のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記送信機は電気自動車の充電器であって、前記受信機は電気自動車の電力システムに結合されている、請求項1から10のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記送信機の前記処理は、更に、前記目標電力をゼロに低減することによって、前記ワイヤレス電力伝送システムをシャットダウンするステップを含む、請求項1から11のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機の電力インバータをシャットダウンするステップを含む、請求項1から12のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機IMNの前記リアクタンスを最大値に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項1から13のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記送信機の前記処理は、更に、インバータの周波数を目標周波数に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項1から14のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機IMNの前記リアクタンスを最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項1から15のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機IMNの前記リアクタンスを最大値から最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項1から16のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記送信機IMNは、インバータと、少なくとも1つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整するステップを含む、請求項1から17のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記受信機IMNは、整流器と、少なくとも1つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整するステップを含む、請求項1から18のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1の比較を実行するステップ、及び前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第2の比較を実行するステップ、及び前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップよりも速いレートで反復される、請求項1から19のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を判定するステップは、
前記送信機から電力データを受信するステップと、
前記受信機の出力電力を判定するステップと、
前記送信機からの前記電力データと、前記受信機の前記出力電力とに基づいて、前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を計算するステップと、
を含む、請求項1から20のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、前記電力の力率のチェック、及び前記送信機のインバータの周波数のチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記周波数を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項1から21のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、及び前記送信機のインバータの位相シフトのチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項1から22のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記送信機の前記処理は、更に、前記バス電圧を調整する前に、前記バス電圧が最小バス電圧よりも大きいことを検証するステップを含む、請求項7から10のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較を実行するステップと、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項1から24のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較を実行するステップと、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機のインバータの周波数を調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項1から24のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較を実行するステップと、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機のインバータの位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項1から24のいずれか一項に記載のシステム。 - 送信機インピーダンスマッチングネットワーク(IMN)を備える、ワイヤレス電力送信機であって、
前記送信機の前記電力の特性と目標電力との第1の比較を実行するステップと、
前記第1の比較に基づいて、前記送信機IMNのリアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
ワイヤレス電力受信機に対する前記送信機の前記電力を示す、電力データを送信するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、送信機。 - 前記第1の比較、及び前記送信機IMNの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記特性が前記目標電力の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項28に記載の送信機。
- 前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記電力が前記目標電力より小さいことに応答して、第1のリアクタンス調整値で、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップと、前記電力が前記目標電力よりも大きいことに応答して、別の第2のリアクタンス調整値で、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップと、を含む、請求項28又は29に記載の送信機。
- 前記第1のリアクタンス調整値は、前記第2のリアクタンス調整値と、大きさが等しく、符号が反対である、請求項30に記載の送信機。
- 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記第1の比較に後続する、前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較と、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機のバス電圧を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項28から31のいずれか一項に記載の送信機。 - 前記力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相関係によって表される、請求項32に記載の送信機。
- 前記第1の比較、及び前記第1の比較に基づく前記送信機IMNの前記リアクタンスの調整は、前記電力の前記力率が前記目標力率の閾値内に入るまで、反復して行われる、請求項32又は33に記載の送信機。
- 前記第1の比較を実行するステップ、及び前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第3の比較を実行するステップ、及び前記バス電圧を調整するステップよりも、速いレートで反復される、請求項32から34のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機は、電気自動車の充電器である、請求項28から35のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機の前記処理は、更に、前記目標電力をゼロに低減することによって、ワイヤレス電力伝送システムをシャットダウンするステップを含む、請求項28から36のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機の電力インバータをシャットダウンするステップを含む、請求項28から37のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機の前記処理は、更に、前記送信機IMNの前記リアクタンスを最大値に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項28から38のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機の前記処理は、更に、インバータの周波数を目標周波数に調整することによって、前記送信機を起動するステップを含む、請求項28から39のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機IMNは、インバータと、少なくとも1つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整するステップを含む、請求項28から40のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機は、更に、前記送信機IMNの少なくとも一部に結合されて、送信機の共振器を形成する、誘導コイルを備える、請求項28から41のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、前記電力の力率のチェック、及び前記送信機のインバータの周波数のチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記周波数を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項28から42のいずれか一項に記載の送信機。 - 前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさのチェック、及び前記送信機のインバータの位相シフトのチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項28から43のいずれか一項に記載のシステム。 - 前記送信機の前記処理は、更に、前記バス電圧を調整する前に、前記バス電圧が最小バス電圧よりも大きいことを検証するステップを含む、請求項32から35のいずれか一項に記載の送信機。
- 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較と、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機IMNの前記リアクタンスを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を含む、請求項28から45のいずれか一項に記載の送信機。 - 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較と、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機のインバータの周波数を調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項28から45のいずれか一項に記載の送信機。 - 前記第1の比較は、前記送信機の前記電力の力率と、目標力率との比較であって、前記送信機の前記処理は、更に、
前記電力の大きさと目標電力の大きさとの第3の比較と、
前記第3の比較に基づいて、前記送信機のインバータの位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を低減するステップと、
を含む、請求項28から45のいずれか一項に記載の送信機。 - 受信機インピーダンスマッチングネットワーク(IMN)を備える、ワイヤレス電力受信機であって、
ワイヤレス電力送信機からの電力データに基づいて、第2の時間におけるワイヤレス電力伝送システムの効率を判定するステップと、
前記第2の時間における前記効率と、前記第2の時間よりも前の、第1の時間における前記ワイヤレス電力伝送システムの効率との第2の比較を実行するステップと、
前記第2の比較に基づいて、前記受信機IMNのリアクタンスを調整するステップと、
を含む処理を実行するように構成された、受信機。 - 前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、可変リアクタンス調整値で、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項49に記載の受信機。
- 前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記第2の時間における前記効率が、前記第1の時間における前記効率よりも低いことに応答して、リアクタンス調整値を無効化するステップを含み、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記無効化されたリアクタンス調整値で、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップを含む、請求項49又は50に記載の受信機。
- 前記受信機は、電気自動車の電力システムに結合されている、請求項49から51のいずれか一項に記載の受信機。
- 前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機IMNの前記リアクタンスを最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項49から52のいずれか一項に記載の受信機。
- 前記受信機の前記処理は、更に、前記受信機IMNの前記リアクタンスを最大値から最小値に調整することによって、前記受信機を起動するステップを含む、請求項49から53のいずれか一項に記載の受信機。
- 前記受信機IMNは、整流器と、少なくとも1つの固定リアクタンス素子との間に電気的に接続された、チューニング可能なリアクタンス素子を備え、前記受信機IMNの前記リアクタンスを調整するステップは、前記チューニング可能なリアクタンス素子を調整することを含む、請求項49から54のいずれか一項に記載の受信機。
- 前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を判定するステップは、
前記送信機から電力データを受信するステップと、
前記受信機の出力電力を判定するステップと、
前記送信機からの前記電力データと、前記受信機の前記出力電力とに基づいて、前記ワイヤレス電力伝送システムの前記効率を計算するステップと、
を含む、請求項49から55のいずれか一項に記載の受信機。 - 前記受信機は、更に、前記受信機IMNの少なくとも一部に結合されて、受信機の共振器を形成する、誘導コイルを備える、請求項49から56のいずれか一項に記載の受信機。
- ワイヤレス電力伝送システムを制御する方法であって、
ワイヤレス電力送信機によって、前記ワイヤレス電力送信機の送信機インピーダンスマッチングネットワーク(IMN)をチューニングして、目標送信機電力特性を達成するステップと、
前記ワイヤレス電力送信機によって、前記送信機の前記電力を示す電力データを、ワイヤレス電力受信機に送信するステップと、
前記ワイヤレス電力受信機によって、前記電力データに基づいて、前記受信機IMNをチューニングして、前記ワイヤレス電力伝送システムの効率を向上させるステップと、
を含む、方法。 - 前記目標送信機電力特性は目標力率であって、前記目標送信機電力特性は目標力率である、請求項58に記載の方法。
- 前記力率は、送信機電圧と送信機電流との間の位相差によって表され、前記目標力率は目標位相差である、請求項59に記載の方法。
- インバータのバス電圧を調整して、目標電力の大きさを達成するステップを更に含む、請求項58から60のいずれか一項に記載の方法。
- インバータのバス電圧を調整して、目標電力の大きさを達成するステップを更に含む、請求項58から61のいずれか一項に記載の方法。
- 前記送信機IMNを調整する前に、安全チェックを実施するステップを更に含む、請求項58から62のいずれか一項に記載の方法。
- 前記安全チェックは、過電圧のチェック、又は過電流のチェックである、請求項63に記載の方法。
- 前記送信機によって、送信機電力の大きさのチェック、送信機力率のチェック、及び前記送信機のインバータの周波数のチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記周波数を調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を更に含む、請求項58から64のいずれか一項に記載の方法。 - 送信機電力の大きさのチェック、及び前記送信機のインバータの位相シフトのチェックを含む、複数のチェックを実行するステップと、
前記複数のチェックに応答して、選択的に前記インバータの前記位相シフトを調整して、前記送信機の前記電力を調整するステップと、
を更に含む、請求項58から65のいずれか一項に記載の方法。 - 前記送信機は電気自動車の充電器であって、前記受信機は電気自動車の電力システムに結合されている、請求項58から66のいずれか一項に記載の方法。
- 前記送信機の起動中に、前記送信機IMNのリアクタンスを最大値に調整するステップを更に含む、請求項58から67のいずれか一項に記載の方法。
- 前記受信機の起動中に、前記受信機IMNのリアクタンスを最小値に調整するステップを更に含む、請求項58から68のいずれか一項に記載の方法。
- 電力伝送をチューニングするための、制御ループを実施するように構成された、バス電圧制御を有さないワイヤレス電力伝送システムであって、
前記制御ループは、
前記ワイヤレス電力伝送システムの送信機の出力電力を制御する、第1のサブループ(305)と、
タンク回路を前記ワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタ(L3d)とキャパシタ(C3d)との、合成リアクタンスをチューニングする、第2のサブループ(303)と、
を備え、
前記第2のサブループ(303)は、ワイヤレス電力伝送の効率を監視することによって、前記合成リアクタンスをチューニングする、ワイヤレス電力伝送システム。 - 前記第2のサブループ(303)は、摂動観測(perturb-and-observe)ストラテジを使用して、タンク回路を前記ワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタ(L3d 150)とキャパシタ(C3d 148)との、前記合成リアクタンスをチューニングすることによって、前のポイントに基づいて効率を向上させる、請求項70に記載のワイヤレス電力送信システム。
- 前記第2のサブループ(303)は、出力電力が前記制御ループの開始時点の目標電力と比較される、電力比較(A06)に依存する、請求項70又は71に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第2のサブループ(303)は、例えば40Hzの通信速度で動作する、請求項70から72のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記制御ループは、式(1)で特徴付けられ、
式(1)
ここで、Pinvは、前記ワイヤレス電力伝送システムの前記送信機のインバータからの電力で、Vbusは、バス電圧で、Rinvは、前記インバータから見た抵抗で、Xinvは、前記インバータから見たリアクタンスであって、
前記チューニングは、Xinvが、インダクタ(L3D 150)とキャパシタ(C3d 148)との前記合成リアクタンスと等しい場合に、行われる、
請求項70から73のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 第1のサブループ(305)は、前記ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しないローカルループである、請求項70から74のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第1のサブループ(305)は、前記第2のサブループ(303)よりも速く、前記第1のサブループ(305)は、例えば1〜10kHzのオーダーである、請求項70から75のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記制御ループは、
送信機リアクタンスを最大値に設定するステップと、
受信機リアクタンスを最小値に設定するステップと、
を含む、入力を準備するステップ(302)を含み、
時間ゼロにおける前記ワイヤレス電力伝送の前記効率は0であって、受信機リアクタンスは定数値又は変数値によって変更される、請求項70から76のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記制御ループは、出力電力を目標電力と比較すること(306)によって開始する、請求項70から77のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記出力電力が、前記目標電力の許容誤差の範囲内にある場合に、
時間nにおいて効率が測定され(308)、
時間nにおける前記効率は、前の時間n−1における効率と比較され(310)、
時間nにおける前記効率が、前記前の時間n−1における前記効率よりも大きいとき、受信機リアクタンスの変化が、前記受信機リアクタンスに加えられ(312)、前記出力電力は前記目標電力と比較され、
時間nにおける前記効率が、前記前の時間n−1における前記効率より小さい又は等しいとき、受信機リアクタンスの変化は無効化され(314)、前記無効化された変化は、前記受信機リアクタンスに加えられ(312)、前記出力電力は前記目標電力と比較される(306)、
請求項78に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記出力電力が前記目標電力の許容誤差の範囲内にない場合、
前記出力電力が前記目標電力よりも小さいか否かが判定され(316)、
前記出力電力が前記目標電力よりも小さいとき、送信機リアクタンスの変化が−δに設定され(318)、送信機リアクタンスの前記変化が前記送信機リアクタンスに加えられ(320)、前記出力電力が前記目標電力と比較され(306)、
前記出力電力が前記目標電力よりも大きいとき、送信機リアクタンスの前記変化はδに設定され(322)、送信機リアクタンスの前記変化が前記送信機リアクタンスに加えられ(320)、前記出力電力が前記目標電力と比較される(306)、
請求項78に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 電力伝送をチューニングするための制御ループを実装するように構成された、バス電圧制御を有するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記制御ループは、
式(2)で定義されるように位相を制御する、第1のサブループ(401)と、
出力電力を制御する、第2のサブループ(403)と、
効率を監視することによって、タンク回路を前記ワイヤレス電力伝送システムの受信機の整流器に結合する、インダクタ(L3D 150)とキャパシタ(C3d 148)との、合成リアクタンスをチューニングする、第3のサブループ(405)と、
を含む、ワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第3のサブループ(405)は、摂動観測ストラテジを使用して、インダクタ(L3d)とキャパシタ(C3d)との前記合成リアクタンスをチューニングすることによって、前のポイントに基づいて効率を向上させる、請求項81に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第3のサブループ(405)は、電力比較(408)に依存し、前記第2のサブループ(403)に依存する、請求項81又は82に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第3のサブループ(405)は、例えば40Hzの通信速度(WiFiの速度)で動作する、請求項81から83のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記制御ループ(400)は、式(3)で特徴付けられ、
式(3)
ここで、Pinvは、前記ワイヤレス電力伝送システムの送信機のインバータからの電力の出力で、Vbusは、バス電圧で、Rinvは、前記インバータから見た抵抗で、Xinvは、前記インバータから見たリアクタンスであって、
前記チューニングは、Vbus及びX3=Xinvにおいて、行われる、
請求項81から84のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記第1のサブループ(401)がまず調整され、前記第2のサブループ(403)が次に調整され、前記第3のサブループ(405)が続いて調整される、請求項81から85のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第1のサブループ(401)は、1〜10kHzのオーダーで動作する、請求項81から86のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第1のサブループ(401)は、ローカルループであって、前記ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しない、請求項81から87のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第2のサブループ(403)は、ローカルループであって、前記ワイヤレス電力伝送システムの他の部分と通信しない、請求項81から88のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第2のサブループ(403)は、1〜10kHzのオーダーで動作する、請求項81から89のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記制御ループは、
送信機リアクタンスを最大値に設定するステップと、
受信機リアクタンスを最小値に設定するステップと、
を含む、入力を準備するステップ(302)を含み、
時間ゼロにおけるワイヤレス電力伝送の前記効率は0であって、前記受信機リアクタンスは増加し、前記送信機リアクタンスは増加し、前記バス電圧は増加し、位相は増加する、請求項81から90のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記制御ループは、
インバータで測定された位相を目標位相と比較するステップを含み、
前記インバータで測定された位相が前記目標位相と等しい場合、出力電圧が目標電圧と比較される、
請求項81から91のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記第3のサブループ(405)は、前記出力電力が目標電力と等しい場合に発生し、時間nにおける効率を測定するステップ(410)と、前記時間nにおける前記効率を、前の時間n−1における効率と比較するステップ(412)と、を含み、前記時間nにおける前記効率が、前記前の時間n−1における前記効率よりも大きいとき、受信機リアクタンスが増加され(414)前記時間nにおける前記効率が、前記前の時間n−1における前記効率より小さい又は等しいとき、前記受信機リアクタンスの変化は無効化され(416)、前記無効化された値は、前記受信機リアクタンスに加えられる(414)、請求項81から92のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第2のサブループ(403)は、前記出力電力が目標電力と等しくない場合に発生し、前記出力電力が前記目標電力よりも小さいとき、前記バス電圧を増加させるステップ(420)と、前記出力電力が前記目標電力よりも大きいとき、前記バス電圧を減少させるステップ(422)とを含む、請求項81から93のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
- 前記第1のサブループ(401)は、インバータで測定された位相が目標位相と等しくない場合に発生し、インバータで測定された前記位相が目標位相より大きいとき、受信機リアクタンスを最小受信機リアクタンスと比較するステップ(426)、前記受信機リアクタンスが前記最小受信機リアクタンスと等しければ、前記出力電力を目標電力と比較するステップ(408)、前記受信機リアクタンスが前記最小受信機リアクタンスと等しくなければ、送信機リアクタンスを減少させるステップ(438)、前記インバータで測定された前記位相が前記目標位相よりも小さいとき、受信機リアクタンスを最大受信機リアクタンスと比較するステップ(430)、前記受信機リアクタンスが最大受信機リアクタンスと等しければ、前記出力電力を前記目標電力と比較するステップ(408)、及び前記受信機リアクタンスが前記最大受信機リアクタンスと等しくなければ、前記送信機リアクタンスを増加させるステップ(432)を含む、請求項81から94のいずれか一項に記載のワイヤレス電力伝送システム。
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