JP2019520784A

JP2019520784A - ワイヤレス充電出力装置

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Publication number: JP2019520784A
Application number: JP2019500588A
Authority: JP
Inventors: 益涛 ▲しん▼
Original assignee: 深▲せん▼市立法薈咨詢管理服務有限公司
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-06-23
Publication date: 2019-07-18
Also published as: WO2018010538A1; US20190296580A1; CN106160086B; CN106160086A; EP3487030A4; EP3487030A1

Abstract

ワイヤレス充電出力装置は、ワイヤレス充電の分野に関し、当該ワイヤレス充電出力装置は、１次側が直流電力入力端に接続される絶縁変圧器（１２）と、オンオフすることによって絶縁変圧器の１次側に交流電力を生成する第１数値制御スイッチ手段（１４）と、外部へワイヤレス充電に必要な交流電力のエネルギーを出力するワイヤレスコイルモジュール（１３）と、絶縁変圧器における電流情報を抽出隔離、フィルタリング及び調整し、対応するリアルタイム情報を取得して、プロセッサー手段（１６）に伝送するための情報抽出手段（１５）と、リアルタイム情報に応じて制御信号を取得し、第１数値制御スイッチ手段の作動を制御するプロセッサー手段と、を備える。当該ワイヤレス充電出力装置は、従来の大体積、高電力消費、高コストのモジュールを排除し、回路を簡略化して、パワー損失を低減し、ワイヤレス充電出力装置の全体効率を向上すると共に、大幅にコストダウンし、製品の体積を削減した。

Description

本発明は、ワイヤレス充電の分野に関し、具体的に、ワイヤレス充電出力装置に関する。

ワイヤレス充電システムの技術は、ワイヤレス充電出力サブモジュールとワイヤレス充電入力サブモジュールとの２部分を含んで実現され、前記ワイヤレス充電出力サブモジュールは、ワイヤレス充電に必要な交流電力を発生し、さらに、ワイヤレス充電に必要な交流電力によって、時間的に変化する電磁場のエネルギーをワイヤレス充電入力コイルモジュールに伝えるようにワイヤレス充電出力コイルモジュールを駆動し、次いで感知した交流電力を直流電力に変換して機器に電力供給する。

ワイヤレス充電出力サブモジュールは、一般に、電源モジュール、低周波電流伝送線路、ワイヤレス充電出力回路モジュール、送信コイルモジュールの４つの部分に分けられて具体的に実現される。なお、電力供給電源は、商用周波数交流電力と干渉信号を持つ可能性がある直流電力との２種類に分けられる。前記干渉信号の直流電力における干渉信号は、１０〜３００Ｈｚ周波数帯域の大電圧交流信号と３００Ｈｚ〜１０ＫＨｚ周波数帯域の小電圧交流信号とを含み、前記１０〜３００Ｈｚ周波数帯域の大電圧交流信号は直流電源電圧を大きく変動させ、ワイヤレス充電出力をアンバランス又は失効させることになり、前記３００Ｈｚ〜１０ＫＨｚ周波数帯域の小電圧交流信号はワイヤレス充電システムの作動時の通信信号を干渉して、ワイヤレス充電時に正常に通信できず、失効するようにする。

第１種類のワイヤレス充電出力サブモジュールにおいて、第１種類のワイヤレス充電出力サブモジュールの電源モジュールは、一般的に、商用周波数交流電力を低圧直流電力に変換する電源アダプターであり、前記低周波電流伝送線路はパワー直流電力と１ＫＨｚ未満の交流電気エネルギーの伝導に適宜な、例えばＵＳＢ線のような常規電線であり、前記ワイヤレス充電出力回路モジュールはコントローラＩＣによって制御されるブリッジインバータ回路を含み、前記ブリッジインバータ回路は少なくとも２つの直列接続される制御可能スイッチからなり、前記コントローラＩＣによってスイッチングするシーケンスとタイミングを制御して、前記した２つの直列接続された制御可能スイッチの電気接続点に必要に応じた交流電力を発生し、前記送信コイルモジュールは前記ワイヤレス充電出力回路モジュールの発生した交流電力を交流磁界に変換する。前記ワイヤレス充電出力回路モジュールと前記送信コイルモジュールとの２つの部分は、ワイヤレス充電送信機製品として同じハウジング内に取り付けることが一般的であるが、幾つかの場合では２つ又は複数の部分に分けるが機械的に密着した１組のハウジング内に取り付けられる。

まず、電源アダプターは、商用周波数交流電力を低圧直流電力に変換する回路システムであり、インバータ用のスイッチと低圧直流電力を出力するためのハーフブリッジ整流器との２部分の高損失の回路を含み、総合効率は一般に９０％以下である。

次に、ワイヤレス充電出力回路モジュールは、低圧直流電力をワイヤレス充電用の交流電力に変換する回路システムであり、数値制御ブリッジインバータ回路というパラメータの主損失を有する回路を含み、その効率は一般に９０％以下である。

従って、仮に電源アダプターの作動効率が８５％であり、低圧直流電力をワイヤレス充電方式でワイヤレス充電受信機器に伝える場合の効率も８５％程度であると、ワイヤレス充電システム全体の効率は７２．２５％に過ぎない。そのため、エネルギーの浪費と大量の熱の原因となる。

しかし、実際に、出力が５Ｗであるワイヤレス充電出力サブシステムは、一般に２Ｗの熱を発生するが、ワイヤレス充電システムを２０Ｗにアップグレードすると、発生する熱が１２Ｗに達するか、或いはハウジングが約１２０℃の温度になり、これは非常に危険である。

ワイヤレス充電出力装置のパワーが５Ｗ未満である場合、前記低周波電流伝送線路、ワイヤレス充電出力回路モジュール、送信コイルモジュールからなるワイヤレス充電送信機の製品コストは、約５〜６ドルと比較的に低いが、出力パワーが２０Ｗまで増加すると、前記ワイヤレス充電送信機の製品コストは２０ドルに達する。なお、出力が５Ｗである電源アダプターと出力が２０Ｗである電源アダプターは、そのコストがそれぞれ１ドル及び２ドルである。そのため、従来技術によるワイヤレス充電出力サブモジュールは、コストが高すぎてハイパワーのワイヤレス充電システムに適用できなかった。

前記ワイヤレス充電出力サブモジュールが大量の熱を発生して、例えば携帯電話のようなワイヤレス充電受信機器のハングアップや損傷を招くことになるため、従来の方法により実現されるワイヤレス充電器は中高出力パワー及び低温を達成するために、必ず体積及び放熱表面積を増加し、放熱フィンを追加し、熱源を隔離する等の形態を採用し、よって、製品の体積が非常に大きくなり、機械的構造部品のコストが大幅に増加するため、製造及び郵送には約立たない。従って、第１種類の中高パワーのワイヤレス充電システムを普及させるためには、ワイヤレス充電出力サブモジュールの効率、体積、コストの問題を解決すべきである。

第２種類のワイヤレス充電出力サブモジュールにおいて、第２種類のワイヤレス充電出力サブモジュールの電源モジュールはＤＣ／ＤＣ電源回路であることが一般的であり、その機能入力した変動している直流電力を理想的なノイズのない定電圧直流電力に変換することである。第２種類のワイヤレス充電出力サブモジュールは、一般に、自動車等の大容量の電池の電力供給の用途で使用される。

しかし、前記ＤＣ／ＤＣ電源回路は、一般に９０％程度の効率しかないため、比較的に大きいパワーのワイヤレス充電エネルギーを出力する場合も巨大な熱を発生することになる。そして、前記ＤＣ／ＤＣ電源回路の品質が高いほどコストは高くなり、体積も大きくなる。

同時に、従来のワイヤレス充電出力回路モジュールに含まれるブリッジインバータ回路が作動する場合、効率を向上し、熱を低下させるために、前記直列接続された制御可能なスイッチの同時オフする時間をできる限り短くさせる必要がある。実際の状況によれば一般に５０〜３００ｎｓである。いいかえれば、約１．６〜ｌ０ＭＨｚの干渉信号が発生し、その後に前記ＤＣ／ＤＣ電源回路を介して電力供給電源に伝えられ、同じ電力供給電源に搭載された他の機器に影響を及ぼす。自動車では、ＣＡＮバスのデータ通信周波数は、一般にｌ〜１０ＭＨｚであり、これはちょうどこのようなパワータイプの干渉信号に影響されやすい範囲であり、ブレーキ故障や制御失効等の深刻な結果を引き起こすことになる。特に、バスでは、座席毎に１つのワイヤレス充電出力装置を配置する必要があるため、リスクがより高い。

そのため、第２種類の中高パワーのワイヤレス充電システムを普及させるためには、ワイヤレス充電出力サブモジュールの効率、コスト、外部干渉抵抗及び超干渉の問題を解決する必要がある。

本発明の解決しようとする技術問題は、従来技術の上記した欠陥に対して、第１種類のワイヤレス充電出力サブモジュールの効率、体積及びコスト問題を解決すると共に、第２種類のワイヤレス充電出力サブモジュールの効率、コスト、外部干渉抵抗及び信号干渉の問題を解決するワイヤレス充電出力装置を提供することである。

本発明は、その技術問題を解決するために以下のような技術手段を採用する。

直流電力入力端と、
１次側が直流電力入力端に接続される絶縁変圧器と、
直流電力入力端と絶縁変圧器の１次側との間に設けられ、オンオフによって絶縁変圧器の１次側に交流電力を発生する第１数値制御スイッチ手段と、
絶縁変圧器の２次側に接続され、外部へワイヤレス充電に必要な交流電力のエネルギーを出力するワイヤレスコイルモジュールと、
絶縁変圧器に接続され、変圧器における電流情報を抽出隔離、フィルタリング及び調整し、対応するリアルタイム情報を取得して、プロセッサー手段に伝送するための情報抽出手段と、
第１数値制御スイッチ手段及び情報抽出手段にそれぞれ接続され、リアルタイム情報に応じて制御信号を取得し、第１数値制御スイッチ手段の作動を制御するプロセッサー手段と、を備えるワイヤレス充電出力装置を提供する。

また、当該第１数値制御スイッチ手段は、第１数値制御スイッチと第１数値制御駆動モジュールとを備え、当該第１数値制御スイッチは、直流電力入力端と絶縁変圧器の１次側との間に設けられ、当該第１数値制御駆動モジュールはプロセッサー手段に接続され、当該プロセッサー手段は、スイッチング周波数信号、スイッチングデューティ比情報及びパワー調整信号を含む信号を生成し、当該第１数値制御駆動モジュールは、上記信号に応じて第１数値制御スイッチをオンオフするように駆動することが好ましい。

また、当該プロセッサー手段と情報抽出手段は、いずれも絶縁変圧器の２次側に設けられ、当該ワイヤレス充電出力装置は、絶縁変圧器、プロセッサー手段及び第１数値制御駆動モジュールにそれぞれ接続され、スイッチング周波数信号、スイッチングデューティ比情報及びパワー調整信号を絶縁変圧器の２次側から１次側の第１数値制御駆動モジュールへ伝送するための絶縁型信号伝送手段をさらに備えることが好ましい。

また、当該プロセッサー手段と情報抽出手段は、いずれも絶縁変圧器の１次側に設けられ、当該第１数値制御スイッチ手段は、プロセッサー手段に接続される第１数値制御スイッチを備え、当該プロセッサー手段は、スイッチング周波数信号、スイッチングデューティ比情報及びパワー調整信号を含む信号を生成し、当該プロセッサー手段は、上記信号に応じて第１数値制御スイッチをオンオフするように駆動することが好ましい。

また、当該第１数値制御駆動モジュールは、予め設定された駆動信号を含む通電駆動モジュールを備え、当該通電駆動モジュールは、通電直後、且つスイッチング周波数信号及びスイッチングデューティ比情報を受信しなかった時、予め設定された駆動信号に応じて第１数値制御スイッチをオンオフするように駆動することが好ましい。

また、当該直流電力入力端は、容量を含む整流エネルギー蓄積モジュールであり、当該整流エネルギー蓄積モジュールは、入力端が商用周波数交流電力に接続され、出力端が絶縁変圧器の１次側に接続され、商用周波数交流電力を直流電力に整流すると共に、容量に蓄積するためのものであることが好ましい。

また、当該ワイヤレス充電出力装置は、１ＫＨｚよりも高い交流電力コネクタと、１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルとをさらに備え、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力コネクタは、絶縁変圧器の２次側及び１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルにそれぞれ接続され、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルはワイヤレスコイルモジュールに接続され、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルは、絶縁変圧器の生成した長距離伝送用の交流電力を長距離外のワイヤレスコイルモジュールに伝送するためのものであることが好ましい。

また、当該ワイヤレス充電出力装置は、数値制御ゲートスイッチと、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュールとを備え、当該数値制御ゲートスイッチは、絶縁変圧器の２次側、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール、プロセッサー手段及びワイヤレスコイルモジュールにそれぞれ接続され、当該プロセッサー手段は、セレクション信号を生成して数値制御ゲートスイッチに伝送し、当該数値制御ゲートスイッチは、セレクション信号に応じて絶縁変圧器の２次側から出力される交流電力を絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール又はワイヤレスコイルモジュールに伝送し、当該絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュールは、交流電力を直流電力に整流して蓄積し、直流受電機器へ出力することが好ましい。

また、当該ワイヤレス充電出力装置は、第２数値制御スイッチと、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタとをさらに備え、当該第２数値制御スイッチは、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ及びプロセッサー手段にそれぞれ接続され、当該第２数値制御スイッチはプロセッサー手段によってオンオフされ、当該ＡＣ／ＤＣパワーコネクタは交流電力及び直流電力を出力するためのものであり、当該ＡＣ／ＤＣパワーコネクタはワイヤレスコイルモジュール又は直流受電機器に接続されることが好ましい。

また、当該直流電力入力端と絶縁変圧器の１次側との間に、フィルタリング手段をさらに備え、当該フィルタリング手段は、ハイパスフィルタ又はエンベロープフィルタリング回路であり、直流電力入力端における電流の１０Ｈｚより高く１０ＫＨｚより低い周波数のリップルをフィルタリングして、絶縁変圧器の２次側へのクロストーク及び情報抽出手段でのノイズ干渉を回避することが好ましい。

本発明は、従来技術と比べて、ワイヤレス充電出力装置を設計することによって、従来の大体積、高電力消費、高コストのモジュールを排除し、回路を簡略化して、パワー損失を低減し、ワイヤレス充電出力装置の全体効率を向上すると共に、大幅にコストダウンし、製品の体積を削減し、且つ、第１数値制御スイッチ手段、情報抽出手段及びプロセッサー手段の協働によって、効率を向上し、コスト及び体積を低減し、外部ノイズをフィルタリングして干渉信号の生成を回避する目的を達成するという有益な効果がある。

以下に、添付の図面及び実施例に基づいて、本発明をさらに説明する。
本発明のワイヤレス充電出力装置の回路構成モード図である。本発明の１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルを有するワイヤレス充電出力装置の回路構成モード図である。本発明の数値制御ゲートスイッチを有するワイヤレス充電出力装置の回路構成モード図である。本発明の第２数値制御スイッチを有するワイヤレス充電出力装置の回路構成モード図である。本発明のハイパスフィルタを有するワイヤレス充電出力装置の回路構成モード図である。本発明のエンベロープフィルタリング回路を有するワイヤレス充電出力装置の回路構成モード図である。本発明のワイヤレス充電出力装置の他の実施例の回路構成モード図である。

以下、本発明の好ましい実施例について、図面を参照しながら詳しく説明する。

図１に示すように、本発明はワイヤレス充電出力装置の好ましい実施例を提供している。

ワイヤレス充電出力装置は、直流電力入力端と、絶縁変圧器１２と、ワイヤレスコイルモジュール１３と、第１数値制御スイッチ手段１４と、情報抽出手段１５と、プロセッサー手段１６とを備え、直流電力入力端は絶縁変圧器１２の１次側に接続され、ワイヤレスコイルモジュール１３は絶縁変圧器１２の２次側に接続され、第１数値制御スイッチ手段１４は直流電力入力端と絶縁変圧器１２の１次側との間に設けられ、情報抽出手段１５は絶縁変圧器１２に接続され、プロセッサー手段１６は、第１数値制御スイッチ手段１４及び情報抽出手段１５にそれぞれ接続されている。以下、具体的に説明する。

本実施例の直流電力入力端において、直流電力入力端は、直流電力Ｉ１を入力するためのものであり、第１数値制御スイッチ手段１４によって１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ１に変換し、絶縁変圧器１２の１次側に入力される。

さらに、当該直流電力入力端は、容量Ｃ１を含む整流エネルギー蓄積モジュール１１であり、当該整流エネルギー蓄積モジュール１１は、入力端が商用周波数交流電力Ｖ０に接続され、出力端が絶縁変圧器１２の１次側に接続され、商用周波数交流電力Ｖ０を直流電力Ι１’、即ち直流電力Ｉ１に整流すると共に、容量Ｃ１に一時蓄積するためのものである。なお、整流エネルギー蓄積モジュール１１の両端は、絶縁変圧器１２の１次側の両端にそれぞれ接続され、容量Ｃ１は整流エネルギー蓄積モジュール１１の両端に並列接続されている。

本実施例の絶縁変圧器１２において、絶縁変圧器１２の１次側では１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ１が導入され、その２次側では１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２が出力され、絶縁変圧器１２は、入力巻線と出力巻線とが電気的隔離される変圧器を意味し、荷電体への偶発的な接触を回避するためのものであり、変圧器の隔離は１次・２次側のコイルそれぞれの電流を隔離する。

さらに、絶縁変圧器１２は多重巻線を有し、その中の１つの巻線は第１数値制御スイッチ手段１４へエネルギーを与え、多重巻線内のワイヤは、１ＫＨｚよりも高い表皮効果を低減する複数本のワニスワイヤ又はフラットケーブルにて実現され、ワニスワイヤの半径又はフラットケーブルの厚さの半分が、設定された上限作動周波数での表皮深さ未満である。

本実施例の第１数値制御スイッチ手段１４において、当該第１数値制御スイッチ手段１４は、直流電力入力端と絶縁変圧器１２の１次側との間に設けられ、オンオフされることによって、絶縁変圧器１２の１次側に１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ１を生成する。

さらに、第１数値制御スイッチ手段１４は、第１数値制御スイッチ１４１と第１数値制御駆動モジュール１４２とを備え、当該第１数値制御スイッチ１４１は、直流電力入力端と絶縁変圧器１２の１次側との間に設けられ、当該第１数値制御駆動モジュール１４２はプロセッサー手段１６に接続され、当該プロセッサー手段１６は、スイッチング周波数信号、スイッチングデューティ比情報及びパワー調整信号等を含む制御信号を生成し、当該第１数値制御駆動モジュール１４２は、制御信号に応じて第１数値制御スイッチ１４１をオンオフするように駆動する。なお、第１数値制御スイッチ１４１は、直流電力入力端の一端と絶縁変圧器１２の１次側の一端に設けられ、好ましくは、直流電力入力端の入力端と絶縁変圧器１２の１次側の出力端に設けられる。

さらに、当該第１数値制御駆動モジュール１４２は、予め設定された駆動信号を含む電駆動モジュールを備え、当該通電駆動モジュールは、通電直後、且つスイッチング周波数信号及びスイッチングデューティ比情報を受信しなかった時、予め設定された駆動信号に応じて第１数値制御スイッチ１４１をオンオフするように駆動する。具体的に、
（１）プロセッサー手段１６のスイッチング周波数信号とスイッチングデューティ比情報を出力しない時間幅が予め設定された時間Ｔ１を超えると、通電駆動モジュールは予め設定された駆動信号に基づいて、自発的に前記第１数値制御スイッチ１４１へ周波数Ｆ１を出力して、第１数値制御スイッチ１４１を作動するように駆動し；
（２）プロセッサー手段１６がスイッチング周波数信号及びスイッチングデューティ比情報を通電駆動モジュールへ出力すると、通電駆動モジュールはプロセッサー手段１６の出力したスイッチング周波数信号及びスイッチングデューティ比情報に応じて、第１数値制御スイッチ１４１を作動するように駆動する。

好ましくは、駆動信号は、プロセッサー手段１６の出力した信号を同じ周波数で同デューティ比であるハイ・ローレベルの信号、分周ハイ・ローレベルの信号又はデジタルデコードされたハイ・ローレベルの信号である。

また、通電駆動モジュールの電力供給の電気エネルギーは、直流電力入力端からのエネルギー又は前記絶縁変圧器１２の１次側の整流出力したエネルギーである。

本実施例のワイヤレスコイルモジュール１３において、当該ワイヤレスコイルモジュール１３は、絶縁変圧器１２の２次側に接続され、ワイヤレス充電に必要な１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２を外部に出力する。

本実施例の情報抽出手段１５において、当該情報抽出手段１５は、絶縁変圧器１２に接続され、変圧器における電流情報を抽出隔離、フィルタリング及び調整し、対応するリアルタイム情報を取得して、プロセッサー手段１６に伝送するためのものである。

具体的に、前記情報抽出手段１５は、抵抗、フィルタや信号調整回路のようなサンプリング用センサーで実現され、絶縁変圧器１２の２次側から交流電流信号、平均直流電流信号を抽出する能力、及びワイヤレスコイルモジュール１３から外部ワイヤレス機器のパワー調整デジタル信号を感知する能力を有し、プロセッサー手段１６に伝送する。

本実施例のプロセッサー手段１６において、当該プロセッサー手段１６は、第１数値制御スイッチ手段１４及び情報抽出手段１５にそれぞれ接続され、当該プロセッサー手段１６は、リアルタイム情報に応じて制御信号を取得し、第１数値制御スイッチ手段１４を作動するように制御する。

また、プロセッサー手段１６は、（１）絶縁変圧器１２の２次側の出力電圧を監視し；（２）情報抽出手段１５の出力した信号を読み取り；（３）パワー調整デジタル信号をデコードし；（４）現在の出力パワーと次に出力する必要があるパワーを算出し；（５）絶縁型信号伝送手段を駆動してパワー制御信号を出力し；（６）絶縁型信号伝送手段を駆動して外部ワイヤレス充電機器へ通信信号を伝送し；（７）外部ワイヤレス充電機器を検知する信号を生成し；（８）外部ワイヤレス充電機器の有無を判断し；（９）金属異物の有無を判断するという機能を有している。

さらに、プロセッサー手段１６と情報抽出手段１５は、いずれも絶縁変圧器１２の２次側に設けられ、当該ワイヤレス充電出力装置は、絶縁型信号伝送手段をされに備え、当該絶縁型信号伝送手段は、絶縁変圧器１２、プロセッサー手段１６及び第１数値制御駆動モジュール１４２にそれぞれ接続され、当該絶縁型信号伝送手段は、制御信号を絶縁変圧器１２の２次側から１次側の第１数値制御駆動モジュール１４２に伝送するためのものである。

好ましくは、絶縁型信号伝送手段は、デジタル光結合素子、容量Ｃ１又はデジタル磁気結合素子のいずれか１つである。

本実施例において、ワイヤレス充電出力装置は、絶縁変圧器の２次側の第１整流ボルテージレギュレーターモジュール１８をさらに備え、パワー整流ボルテージレギュレーターモジュールは、絶縁変圧器１２の２次側に接続され、絶縁変圧器の２次側の第１整流ボルテージレギュレーターモジュール１８は、整流ボルテージレギュレーター回路１８１及びその外部回路を含み、絶縁変圧器１２の２次側の出力を整流安定化して、設定された直流電圧を生成し、プロセッサー手段１６に伝送して、プロセッサー手段１６へ電力供給するためのものである。

本実施例において、ワイヤレス充電出力装置は、２つの作動モードを含む。

第１の作動モードは、受電機器検知状態である。

受電機器検知状態の場合、プロセッサー手段１６はワイヤレスコイルモジュール１３を制御して検知信号を生成し、設定された時間幅Ｔ２で情報抽出手段１５のフィードバックした信号により、プロセッサー手段１６に外部機器がないと判断されると、プロセッサー手段１６は、設定に従って一定の時間Ｔ２’の間待機した後、検知を再開する。

第２の作動モードは、パワー出力状態である。

検知モードの下で、情報抽出手段１５のフィードバックした信号により、プロセッサー手段１６に外部機器があると判断され、ワイヤレスコイルモジュール１３の感知範囲内に置かれると、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置がパワー出力状態に入るように制御し、外部機器との通信を試み、通信に成功すると、外部機器がワイヤレス充電入力機器であると確認すると共に、プロトコルに従ってワイヤレス充電入力機器をワイヤレス充電する。

ワイヤレス充電入力機器が存在しないか、或いは取り外された場合、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置が受電機器検知状態に入るように再制御する。

図２に示すように、本発明は、１ＫＨｚよりも高いパワー伝送ケーブルを有するワイヤレス充電出力装置の好ましい実施例を提供する。

ワイヤレス充電出力装置は、１ＫＨｚよりも高い交流電力コネクタ２１と、１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブル２２とをさらに備え、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力コネクタ２１は、絶縁変圧器１２の２次側及び１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブル２２にそれぞれ接続され、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブル２２はワイヤレスコイルモジュール１３に接続され、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブル２２は、絶縁変圧器１２の生成した長距離伝送用の１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２を低損失的に長距離外のワイヤレスコイルモジュール１３へ伝送するためのものである。なお、１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブル２２は、極めて低い損失で１ＫＨｚよりも高い交流エネルギーを伝送するという特徴がある。

図３に示すように、本発明は、数値制御ゲートスイッチを有するワイヤレス充電出力装置の好ましい実施例を提供する。

ワイヤレス充電出力装置は、数値制御ゲートスイッチ３１と、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２とを備え、当該数値制御ゲートスイッチ３１は、絶縁変圧器１２の２次側、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２、プロセッサー手段１６及びワイヤレスコイルモジュール１３にそれぞれ接続され、当該プロセッサー手段１６は、セレクション信号を生成して数値制御ゲートスイッチ３１に伝送し、当該数値制御ゲートスイッチ３１は、セレクション信号に応じて絶縁変圧器１２の２次側から出力される１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２を絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２又はワイヤレスコイルモジュール１３に伝送し、当該絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２は、１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２を１ＫＨｚよりも高い直流電力Ｉ２に整流して蓄積し、直流受電機器へ出力する。

また、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の出力した１ＫＨｚよりも高い直流電力Ｉ２はプロセッサー手段１６に至り、プロセッサー手段１６は、リアルタイムに絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の１ＫＨｚよりも高い直流電力Ｉ２の電圧信号を監視する。

さらに、ワイヤレス充電出力装置は、低損失的に１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２及び１ＫＨｚよりも高い直流電力Ｉ２を出力するためのＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３をさらに備え、当該ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３は、ワイヤレスコイルモジュール１３又は直流受電機器に接続される。なお、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３は、複数の通信ポートを備え、通信ポートはプロセッサー手段１６に接続される。

さらに、数値制御ゲートスイッチ３１は、共通入力端が絶縁変圧器１２の２次側の交流出力端に接続され、第１出力端がワイヤレスコイルモジュール１３の交流入力端に接続され、第２出力端が絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の入力端に接続され、制御信号入力端がプロセッサー手段１６に接続され、プロセッサー手段１６によりどの出力端に数値制御ゲートスイッチ３１の共通入力端を電気的に接続するかを制御する。

第１の作動モードは、受電機器交互検知状態である。

受電機器交互検知状態の場合、プロセッサー手段１６は所定のタイミングに従って、数値制御ゲートスイッチ３１を制御して出力を切り替え、ある時点で数値制御ゲートスイッチ３１がワイヤレスコイルモジュール１３に出力されると共に、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置を制御してワイヤレスコイルモジュール１３により外部機器の有無を検知する信号を発する。

設定された時間幅Ｔ２内に信号抽出手段のフィードバックした信号により、プロセッサー手段１６がワイヤレス充電コイルモジュールの近傍に外部機器がないと判断すると、プロセッサー手段１６は、数値制御ゲートスイッチ３１を制御して出力を絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２に切り替えた後、ワイヤレス充電出力装置を制御して絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２に設定された直流電圧を生成させる。

設定された時間幅Ｔ３内に信号抽出手段のフィードバックした信号、又は、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の出力端の電圧変化信号、又は、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の信号通信ポートのプロセッサー手段１６に直流受電機器が出現したことの通知が、いずれもプロセッサー手段１６により絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の出力端に直流受電機器が接続されていなと判断されると、プロセッサー手段１６は数値制御ゲートスイッチ３１がワイヤレスコイルモジュール１３に出力するように再制御する。

上記の交互検知の処理を繰り返して行う。

第２の作動モードは、パワー出力状態である。

ワイヤレスコイルモジュール１３により外部機器を検知する時、プロセッサー手段１６によりワイヤレスコイルモジュール１３の感知範囲内に外部機器が出現したと判断されると、プロセッサー手段１６は数値制御ゲートスイッチ３１の出力接続状態のままであり、設定によってワイヤレス充電出力装置を前記パワー出力状態に切り替え、設定されたモードでワイヤレス充電の出力機能を試み始める。

絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２又は信号抽出手段によって直流受電機器を検知する時、プロセッサー手段１６により前記出力端に直流受電機器が接続されていることが判断されると、プロセッサー手段１６は数値制御ゲートスイッチ３１の出力接続状態のままであり、設定によってワイヤレス充電出力装置を制御し前記パワー出力状態に切り替え、設定されたモードで直流電力の供給を試み始める。

プロセッサー手段１６は、さらに信号抽出手段のフィードバックした電流信号に基づいて、設定の通り絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の出力電圧値Ｖ１を微調整して、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の直流受電機器へ出力する場合の直流電気ケーブル損失を打ち消し、直流受電機器の電圧を目標電圧に近接又は等しくさせる目的を達成することができる。プロセッサー手段１６は、さらにＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の信号通信ポートのフィードバックした情報に基づいて、前記受電機器の設計要求を満たすように、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の出力した電圧値Ｖ１を調整することができる。

プロセッサー手段１６により受電機器が既に取り外されたと判断されると、ワイヤレス充電出力装置を受電機器交互検知状態に戻すように制御する。

図４に示すように、本発明は、第２数値制御スイッチを有するワイヤレス充電出力装置の好ましい実施例を提供する。

当該ワイヤレス充電出力装置は、第２数値制御スイッチ４１をさらに備え、当該第２数値制御スイッチ４１は、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３及びプロセッサー手段１６にそれぞれ接続され、プロセッサー手段１６によってオンオフされる。当該ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３は、１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２及び１ＫＨｚよりも高い直流電力Ｉ２を低損失的に出力するためのものであり、ワイヤレスコイルモジュール１３又は直流受電機器にそれぞれ接続されている。

ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３は、入力端が第２数値制御スイッチ４１の共通出力端に接続され、出力端が情報抽出手段１５に接続されている。また、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３は、さらに複数の通信ポートを備え、通信ポートはプロセッサー手段１６に接続される。第２数値制御スイッチ４１は、第１入力端が絶縁変圧器１２の２次側の出力端に接続され、第２入力端が絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の出力端に接続されている。数値制御ゲートスイッチ３１は、入力端が絶縁変圧器１２の２次側の出力端に接続され、出力端が絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の入力端に接続されている。数値制御ゲートスイッチ３１と第２数値制御スイッチ４１は、いずれもプロセッサー手段１６により制御される。

本実施例において、ワイヤレス充電出力装置は、３つの作動モードを含む。

第１の作動モードは、出力モード判断状態である。

ワイヤレス充電出力装置の外部へのパワー出力がない時、情報抽出手段１５は対応する信号をプロセッサー手段１６にフィードバックし、その時、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置を出力モード判断状態に入るように制御すると共に、直流電力供給モードの下で外部機器を検知する状態であるとデフォルトし、同時に、数値制御ゲートスイッチ３１をオンに制御し、第２数値制御スイッチ４１の共通出力端を第２入力端に接続させ、ワイヤレス充電出力装置を制御して絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２から予め設定された電圧値Ｖ１を出力させる。

出力モード判断状態の下で、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３に専用のワイヤレスコイルモジュール１３が挿入されると、情報抽出手段１５は該当する予め設定された信号Ｓ１を生成してプロセッサー手段１６に与えるか、又はＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の通信ポートを介してプロセッサー手段１６に通知し、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置の作動モードを、ワイヤレス充電エネルギーを出力するモードに切り替え、対応するワイヤレス充電モードの下で外部機器を検知する状態に入ることになる。また、情報抽出手段１５が別の該当する予め設定された信号Ｓ２を生成してプロセッサー手段１６に与えるか、又はＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の通信ポートを介してプロセッサー手段１６に通知し、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置の作動モードを、直流エネルギーを出力するモードに切り替え、対応する直流電力供給モードの下で外部機器を検知する状態に入ることになる。

第２の作動モードは、直流電力供給モードでの受電機器及びパワー出力の検知状態である。

直流電力供給モードの下で、外部機器を検知する状態では、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の出力端に直流受電機器が接続されていると、情報抽出手段１５が該当する予期の信号Ｓ３を生成してプロセッサー手段１６に与えるか、又はシステムの絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２で出力される電圧値変化信号が１つの所定値ＶＴ１を超えるか、又はＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の通信ポートを介してプロセッサー手段１６に通知し、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置を、直流電気エネルギーを出力するパワー出力状態に切り替える。

第３の作動モードは、ワイヤレス充電モードでの受電機器及びパワー出力の検知状態である。

ワイヤレス充電出力装置がワイヤレス充電モードでの外部機器の検知状態である場合、プロセッサー手段１６は設定に従って検知信号を発するようにワイヤレス充電出力装置を制御し、情報抽出手段１５が有効な検知結果信号を生成すると、ワイヤレス充電出力コイルモジュールの傍に外部機器があることをプロセッサー手段１６にお知らせ、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電のパワー出力状態へ入るようにワイヤレス充電出力装置を制御すると共に、設定されたモードでワイヤレス充電の出力機能を試みる。

専用のワイヤレスコイルモジュール１３が取り外されると、情報抽出手段１５は外部機器の検知状態又はパワー出力の検知状態で対応する信号を生成し、プロセッサー手段１６はワイヤレス充電出力装置をデフォルトの直流電力供給モードでの外部機器の検知状態へ入るように制御する。

本実施例において、ワイヤレス充電出力装置は２つの作動モードを含み、その１つはワイヤレス充電出力モードであり、もう１つは直流電力供給出力モードである。

ワイヤレスコイルモジュール１３が作動し始まると、初期状態では所定の設置に従って第１数値制御スイッチ１４１を作動するように制御し、さらに絶縁変圧器１２の２次側に必要な１ＫＨｚよりも高い交流電力Ｖ２を生成し、同時に、第１数値制御ゲートスイッチ３１を第２出力端に繋がるように制御し、同時に、第２数値制御スイッチ４１をオンさせ、プロセッサー手段１６はリアルタイムに信号抽出手段のフィードバックした信号を読み取る。

ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３とワイヤレスコイルモジュール１３が電気的に接続されると、ワイヤレスコイルモジュール１３は第１有効信号をフィードバックし、プロセッサー手段１６は第１数値制御ゲートスイッチ３１を第１出力端に繋がるように制御し、同時に、第２数値制御スイッチ４１をオフさせると共に、プロセッサー手段１６はワイヤレスコイルモジュール１３をワイヤレス充電の作動モードに入るように制御して、ワイヤレス充電入力機器にエネルギーを提供する。第１有効信号は、信号抽出手段に生成されるパルス信号と、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の第２信号通信ポートを介して伝送される識別信号とを含む。

ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３はワイヤレスコイルモジュール１３との電気的な接続が遮断されると、プロセッサー手段１６は第１有効信号を受信しないことになり、プロセッサー手段１６はワイヤレスコイルモジュール１３を初期状態に戻すように制御する。

ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３が直流受電機器に電気的に接続されると、信号抽出手段、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２又はＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３はプロセッサー手段１６に第２有効信号を提供し、プロセッサー手段１６は現在の第１数値制御ゲートスイッチ３１と第２数値制御スイッチ４１の状態をそのまま保持し、所定の制御設定に従ってワイヤレスコイルモジュール１３を直流電力供給出力モードに入るように制御して、直流受電機器に電力供給する。第２有効信号は、信号抽出手段に生成される電流変化信号と、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール３２の出力端に生成される電圧変化信号と、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３の小信号通信ポートを介して伝送される識別信号とを含む。

ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ３３と直流受電機器との電気的な接続が遮断されると、プロセッサー手段１６は第２有効信号を受信しないことになり、プロセッサー手段１６はワイヤレスコイルモジュール１３を初期状態に戻すように制御する。

図５及び図６に示すように、本発明は、フィルタリング手段を有するワイヤレス充電出力装置の好ましい実施例を提供する。

当該直流電力入力端と絶縁変圧器１２の１次側との間には、フィルタリング手段がさらに備えられ、当該フィルタリング手段は、ハイパスフィルタ５１又はエンベロープフィルタリング回路５２であり、直流電力入力端における電流の１０Ｈｚより高く１０ＫＨｚより低い周波数のリップルをフィルタリングして、絶縁変圧器１２の２次側へのクロストーク及び情報抽出手段１５でのノイズ干渉を回避する。

また、ハイパスフィルタ５１は、直流電力入力端と絶縁変圧器１２の１次側との間に直列接続され、エンベロープフィルタリング回路５２はダイオードと容量を備えている。

当該フィルタリング手段は、コモンモード／ディファレンシャルモードのローパスフィルタをさらに備えている。

図７に示すように、本発明は、ワイヤレス充電出力装置の好ましい実施例を提供する。

さらに、プロセッサー手段１６と情報抽出手段１５は、いずれも絶縁変圧器１２の１次側に設けられ、当該第１数値制御スイッチ手段１４は、プロセッサー手段１６に接続された第１数値制御スイッチ１４１を備え、当該プロセッサー手段１６は、スイッチング周波数とスイッチングデューティ比情報とを含む制御信号を生成し、当該プロセッサー手段１６は制御信号に応じて第１数値制御スイッチ１４１をオンオフするように駆動する。

以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。なお、本発明の特許請求の範囲による等価変化又は修正は、いずれも本発明に含まれる。

Claims

直流電力入力端と、
１次側が直流電力入力端に接続される絶縁変圧器と、
直流電力入力端と絶縁変圧器の１次側との間に設けられ、オンオフによって絶縁変圧器の１次側に交流電力を発生する第１数値制御スイッチ手段と、
絶縁変圧器の２次側に接続され、外部へワイヤレス充電に必要な交流電力のエネルギーを出力するワイヤレスコイルモジュールと、
絶縁変圧器に接続され、変圧器における電流情報を抽出隔離、フィルタリング及び調整し、対応するリアルタイム情報を取得して、プロセッサー手段に伝送するための情報抽出手段と、
第１数値制御スイッチ手段及び情報抽出手段にそれぞれ接続され、リアルタイム情報に応じて制御信号を取得し、第１数値制御スイッチ手段の作動を制御するプロセッサー手段と、を備えることを特徴とするワイヤレス充電出力装置。
当該第１数値制御スイッチ手段は、第１数値制御スイッチと第１数値制御駆動モジュールとを備え、当該第１数値制御スイッチは、直流電力入力端と絶縁変圧器の１次側との間に設けられ、当該第１数値制御駆動モジュールはプロセッサー手段に接続され、当該プロセッサー手段は、スイッチング周波数信号、スイッチングデューティ比情報及びパワー調整信号を含む信号を生成し、当該第１数値制御駆動モジュールは、上記信号に応じて第１数値制御スイッチをオンオフするように駆動することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該プロセッサー手段と情報抽出手段は、いずれも絶縁変圧器の２次側に設けられ、
当該ワイヤレス充電出力装置は、絶縁変圧器、プロセッサー手段及び第１数値制御駆動モジュールにそれぞれ接続され、スイッチング周波数信号、スイッチングデューティ比情報及びパワー調整信号を絶縁変圧器の２次側から１次側の第１数値制御駆動モジュールへ伝送するための絶縁型信号伝送手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該プロセッサー手段と情報抽出手段は、いずれも絶縁変圧器の１次側に設けられ、
当該第１数値制御スイッチ手段は、プロセッサー手段に接続される第１数値制御スイッチを備え、当該プロセッサー手段は、スイッチング周波数信号、スイッチングデューティ比情報及びパワー調整信号を含む信号を生成し、当該プロセッサー手段は、上記信号に応じて第１数値制御スイッチをオンオフするように駆動することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該第１数値制御駆動モジュールは、予め設定された駆動信号を含む通電駆動モジュールを備え、当該通電駆動モジュールは、通電直後、且つスイッチング周波数信号及びスイッチングデューティ比情報を受信しなかった時、予め設定された駆動信号に応じて第１数値制御スイッチをオンオフするように駆動することを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該直流電力入力端は、容量を含む整流エネルギー蓄積モジュールであり、当該整流エネルギー蓄積モジュールは、入力端が商用周波数交流電力に接続され、出力端が絶縁変圧器の１次側に接続され、商用周波数交流電力を直流電力に整流すると共に、容量に蓄積するためのものであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該ワイヤレス充電出力装置は、１ＫＨｚよりも高い交流電力コネクタと、１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルとをさらに備え、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力コネクタは、絶縁変圧器の２次側及び１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルにそれぞれ接続され、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルはワイヤレスコイルモジュールに接続され、当該１ＫＨｚよりも高い交流電力伝送ケーブルは、絶縁変圧器の生成した長距離伝送用の交流電力を長距離外のワイヤレスコイルモジュールに伝送するためのものであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該ワイヤレス充電出力装置は、数値制御ゲートスイッチと、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュールとを備え、当該数値制御ゲートスイッチは、絶縁変圧器の２次側、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール、プロセッサー手段及びワイヤレスコイルモジュールにそれぞれ接続され、
当該プロセッサー手段は、セレクション信号を生成して数値制御ゲートスイッチに伝送し、当該数値制御ゲートスイッチは、セレクション信号に応じて絶縁変圧器の２次側から出力される交流電力を絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール又はワイヤレスコイルモジュールに伝送し、
当該絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュールは、交流電力を直流電力に整流して蓄積し、直流受電機器へ出力することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該ワイヤレス充電出力装置は、第２数値制御スイッチと、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタとをさらに備え、当該第２数値制御スイッチは、絶縁変圧器の２次側の第２整流ボルテージレギュレーターモジュール、ＡＣ／ＤＣパワーコネクタ及びプロセッサー手段にそれぞれ接続され、当該第２数値制御スイッチはプロセッサー手段によってオンオフされ、当該ＡＣ／ＤＣパワーコネクタは交流電力及び直流電力を出力するためのものであり、当該ＡＣ／ＤＣパワーコネクタはワイヤレスコイルモジュール又は直流受電機器に接続されることを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス充電出力装置。
当該直流電力入力端と絶縁変圧器の１次側との間に、フィルタリング手段をさらに備え、当該フィルタリング手段は、ハイパスフィルタ又はエンベロープフィルタリング回路であり、直流電力入力端における電流の１０Ｈｚより高く１０ＫＨｚより低い周波数のリップルをフィルタリングして、絶縁変圧器の２次側へのクロストーク及び情報抽出手段でのノイズ干渉を回避することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス充電出力装置。