JP2022158970A - 無線充電システム、送信側充電装置及び受信側充電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の実施例は、無線充電システム、送信側充電装置及び受信側充電装置を提供する。【解決手段】無線充電システムは、送信側充電装置及び受信側充電装置を含み、前記受信側充電装置は、第１の受信コイルを含む第１の無線受信回路と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流を第１の直流電流に整流する第１の整流器と、第２の受信コイルを含む第２の無線受信回路と、前記第２の無線受信回路における第２の交流電流を第２の直流電流に整流する第２の整流器と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなるように、前記第１の整流器と前記第２の整流器とのうちの少なくとも１つを制御する受信側コントローラと、を含む。これによって、無線充電システムの効率を効率的に高めることができる。【選択図】図１
Description
本発明は、無線電力伝送技術分野に関し、特に、無線充電システム、送信側充電装置及び受信側充電装置に関する。
現在で、有線電力伝送は非常に広く応用されている充電技術である。有線電力伝送は、簡単で、経済で、損失が低く、伝送距離が遠いなどの利点を有する。しかしながら、科学技術の発展に伴い、従来の有線電力伝送の欠点も徐々に露出しておき、例えば、電線接続を必要とし、電線継手に漏電、スパーク、アーク腐食等が発生しやすく、装置の柔軟性が低い等がある。
無線電力伝送（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ）は、磁界などの軟質媒体により電力伝送を実現する新規な電力供給技術である。導線を必要とせずに電力を伝送することができ、電源の接触による摩耗、アーク腐食等の問題を回避する。電力供給システムの柔軟性及び安全性を大幅に高める。工業生産、電力、電子製品、軍事、航空スペース、都市電化交通などの分野に重要な応用価値及び広い応用見通しを有する。
ここで注意すべきなのは、以上の技術背景に対する紹介は、本発明の技術案に対してより明瞭かつ完全な説明を行うことに利便を図りながら、当業者が理解しやすいように供するものに過ぎない。それらの技術案が本発明の背景技術の部分に記載されていることだけで、上記の技術案が当業者により公知されたものであると認定してはならない。
本願の発明者らは、従来技術において、無線充電方式の固有な特性によって、無線充電システムの受信装置と送信装置との両方の位置がずれて、又は、無線充電システムの受信側電流が大きい場合に、充電効率が低下しやすく、大規模に普及使用を実現しにくいことを発見した。
上記の課題のうちの少なくとも１つ又は他の類似的な課題を解決するために、本発明の実施例は、無線充電システム、送信側充電装置及び受信側充電装置を提供し、無線充電システムの電力損失を低減することができ、無線充電システムの効率を効率的に高めることができる。
本発明の実施例の第１の態様によれば、送信側充電装置及び受信側充電装置を含み、前記受信側充電装置は、第１の受信コイルを含む第１の無線受信回路と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流を第１の直流電流に整流する第１の整流器と、第２の受信コイルを含む第２の無線受信回路と、前記第２の無線受信回路における第２の交流電流を第２の直流電流に整流する第２の整流器と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなるように、前記第１の整流器と前記第２の整流器とのうちの少なくとも１つを制御する受信側コントローラと、を含むことを特徴とする無線充電システムを提供する。
本発明の実施例の第２の態様によれば、第１の受信コイルを含む第１の無線受信回路と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流を第１の直流電流に整流する第１の整流器と、第２の受信コイルを含む第２の無線受信回路と、前記第２の無線受信回路における第２の交流電流を第２の直流電流に整流する第２の整流器と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなるように、前記第１の整流器と前記第２の整流器とのうちの少なくとも１つを制御する受信側コントローラと、を含むことを特徴とする受信側充電装置を提供する。
本発明の実施例の第３の態様によれば、直流電源と、前記直流電源から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、送信コイルを含み、前記インバータから出力された前記交流電圧に基づいて前記受信側充電装置へ電力を供給する無線送信回路と、前記受信側充電装置から受信された電池電圧及び電池電流に基づいて前記インバータから出力された前記交流電圧を制御する送信側コントローラと、を含むことを特徴とする送信側充電装置を提供する。
本発明の実施例の有益な効果としては、二重受信コイル構造を採用して、第１の無線受信回路及び第２の無線受信回路における電流に対して等化制御を行うことにより、無線充電システムの電力損失を低減して、無線充電システムの効率を効率的に高めることができることにある。
後述する説明と図面を参照して、本発明の特別な実施の形態は詳しく開示され、本発明の原理が使用されることも示された。理解すべきことは、本発明の実施の形態は、範囲上にそれで限定されていない。添付される特許請求の範囲の精神及び請求項の範囲内において、本発明の実施の形態は多くの変更、修正及び均等物を含む。
１つの実施の形態の記載及び／又は示された特徴に対して、同様又は類似する態様で１つ又は更に多くのその他の実施の形態に使用され、その他の実施の形態の特徴と組み合わせ、又はその他の実施の形態の特徴を切り替えることができる。
強調すべきことは、用語である「第１」、「第２」などは、異なる要素を、名称上に区別させるために用いられるが、それらの要素の空間的配列又は時間的順序などを示すものではなく、それらの要素はそれらの用語によって限定されていない。用語「及び／又は」は関連して挙げられた用語の一種又は複数のうちのいずれか一つ及び全ての組み合わせを含む。用語である「含める」、「含む」、「備える」は記載された特徴、元素、素子又は部材の存在を示すが、１つ又は更に多くのその他の特徴、元素、素子又は部材の存在又は付加が排除されるわけではない。
本発明の実施例では、単数態様を示す「一」、「当該」などは、複数態様を含み、「１種」又は「１類」として広義的に理解されるべきであるが、「１つ」の意味に限られていない。また、用語である「前記」は、上下文に別途で説明した場合を除き、単数態様も複数態様も含むものとして理解されるべきである。また、用語である「による」は、上下文に別途で説明した場合を除き、「少なくとも一部は……による」と理解されるべきであり、用語である「基づく」は、上下文に別途で説明した場合を除き、「少なくとも一部は……に基づく」と理解されるべきである。
添付図面は本発明の実施例をさらに理解するために供されるもので、明細書の一部を構成し、本発明の好ましい実施形態を例示するとともに、文字記載と合わせて本発明の原理を説明するものである。後述する添付図面は本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創意工夫を払わないことを前提として、それらの添付図面に基づいて、他の添付図面を取得することができるのは、自明である。添付図面において、
図１は、本発明の実施例１に係る無線充電システムを示す図である。
図２は、本発明の実施例１に係る充電モードを示す図である。
図３Ａは、本発明の実施例１に係る送信コイル、第１の受信コイル及び第２の受信コイルを示す図である。
本発明の実施例１に係る送信コイル、第１の受信コイル及び第２の受信コイルを示す別の図である。
図３Ｃは、本発明の実施例１に係る送信コイル、第１の受信コイル及び第２の受信コイルを示す別の図である。
図４は、本発明の実施例１に係る無線充電システムの回路を示す図である。
図５は、本発明の実施例１に係る電流等化制御を示す図である。
図６は、本発明の実施例１に係るインバータに対して同期対称位相シフト制御を示す図である。
図面を参照して、下記の明細書によれば、本発明の前述した内容及びその他の特徴がより明瞭になるであろう。明細書及び図面において、本発明の特定実施形態は具体的に開示され、本発明の原理を採用可能な実施形態の一部が示されるが、本発明は記載される実施形態に限らないということにも注意すべきである。逆に、本発明には、添付される請求の範囲内に属するすべての修正、変形及び均等物を含むこととする。
実施例１
本発明の実施例１は無線充電システムを提供する。図１は本発明の実施例１に係る無線充電システム１を示す図である。図１に示されたように、当該無線充電システム１は、送信側充電装置１１及び受信側充電装置１２を含む。
本発明の実施例１は無線充電システムを提供する。図１は本発明の実施例１に係る無線充電システム１を示す図である。図１に示されたように、当該無線充電システム１は、送信側充電装置１１及び受信側充電装置１２を含む。
ここで、受信側充電装置１２は、第１の受信コイル１２１１を含む第１の無線受信回路１２１と、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流を第１の直流電流に整流する第１の整流器１２２と、第２の受信コイル１２３１を含む第２の無線受信回路１２３と、第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流を第２の直流電流に整流する第２の整流器１２４と、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流と第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流とが等しくなるように、第１の整流器１２２と第２の整流器１２４とのうちの少なくとも１つを制御する受信側コントローラ１２５と、を含む。
上記実施例によれば、第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１からなる二重受信コイル構造を採用して第１の無線受信回路１２１及び第２の無線受信回路１２３における電流に対して等化制御を行うことで、無線充電システムの電力損失を低減して、無線充電システム１の効率を効率的に高めることができる。
１つ又は複数の実施例において、当該無線充電システム１は、各分野の無線充電に適用されてもよい。
例えば、無線充電システム１は、自動化生産分野に適用されて、その受信側充電装置１２が自動誘導車両（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＡＧＶ）に設けられてもよい。これによって、当該無線充電システム１は、充電ステーションがない場合にＡＧＶ電池に充電し続けて、所定の時間内に充電することができる。無線充電システムによりＡＧＶを充電し、充電電池のサイズを大きくする必要がなく、また、充電インターフェースの数を多くする必要もなく、充電プロセスを容易に完成することができる。また、有線充電システムに比べて、無線充電システム１は、金属接触がなく、充電中に発生する感電等の現象を回避することができ、工業応用の安全、耐用年数、電気的隔離、作業者の充電時の負荷低減等の要求を満たすことができる。
１つ又は複数の実施例において、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流と第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流とが等しくなるのは、第１の交流電流と第２の交流電流とが全く等しくなってもよいし、又は、第１の交流電流と第２の交流電流とがほぼ等しくなってもよく、例えば、第１の交流電流と第２の交流電流との差の絶対値が所定の値よりも小さい。
１つ又は複数の実施例において、無線充電システム１における送信側充電装置は、従来の構造を採用してもよく、本発明の実施例に固有な構造を採用してもよい。以下で、まず、送信側充電装置が従来の構造を採用することを例として説明する。
例えば、図１に示されたように、送信側充電装置１は、直流電源１１１、インバータ１１２、無線送信回路１１３を含むことができる。ここで、インバータ１１２は、直流電源１１１から出力された直流電圧を交流電圧に変換する。無線送信回路１１３は、送信コイル１１３１を含み、インバータ１１２から出力された交流電圧に基づいて受信側充電装置１２へ電力を供給する。
１つ又は複数の実施例において、第１の無線受信回路１２１の第１の交流電流が、第１の受信コイル１２１１と送信側充電装置１１における送信コイル１１３１との間で電磁誘導により発生した交流電流であってもよく、第２の無線受信回路１２３の第２の交流電流が、第２の受信コイル１２３１と送信側充電装置１１における送信コイル１１３１との間で電磁誘導により発生した交流電流であってもよい。
１つ又は複数の実施例において、受信側コントローラ１２５は、第１の整流器１２２と第２の整流器１２４とのうちの少なくとも１つの駆動信号を制御することにより、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流と第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流とが等しくなる。
１つ又は複数の実施例において、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流と第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流とが等しくなるために、受信側コントローラ１２５は、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１とのうちの相互インダクタンスが小さい方に接続された第１の整流器１２１又は第２の整流器１２４の駆動信号を制御してもよい。ここで、第１の受信コイル１２１１の相互インダクタンスが、第１の受信コイル１２１１と送信側充電装置１１における送信コイル１１３１との間の電磁誘導であってもよく、第２の受信コイル１２３１の相互インダクタンスが第２の受信コイル１２３１と送信側充電装置１１における送信コイル１１３１との間の電磁誘導であってもよい。
１つ又は複数の実施例において、相互インダクタンスの大きさが、電磁誘導により発生した交流電流の大きさにより決定されてもよい。例えば、仮に、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流が第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流よりも小さいと、第１の受信コイル１２１１の相互インダクタンスが小さいことを示し、受信側コントローラ１２５によって制御されるのは、第１の無線受信回路１２１に接続される第１の整流器１２２の駆動信号である。
実際の充電プロセスにおいて、送信コイル１１３１に対する第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１の位置がずれた場合に、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１との相互インダクタンスが等しくない可能性がある。第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１との相互インダクタンスが等しくない場合に、相互インダクタンスが小さい受信コイルに対応する整流器の駆動信号を調整することにより、相互インダクタンスが小さい受信コイルにおける交流電流を大きくして、これによって、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流と第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流とが等しくなる目的を達成することができる。
１つ又は複数の実施例において、受信側コントローラ１２５は、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１とのうちの相互インダクタンスが小さい方に接続されえた第１の整流器１２１又は第２の整流器１２４の正、負の半周期の駆動パルス位相を調節することにより、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流と第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流とが等しくなることができる。例えば、受信側コントローラ１２５が、同期対称位相シフトの方式で第１の整流器１２１又は第２の整流器１２４の駆動信号を制御することができるが、本願はこれに限らず、他の方式で第１の整流器１２１又は第２の整流器１２４の駆動信号を制御することもできる。
１つ又は複数の実施例において、図１に示されたように、受信側充電装置１２が充電電池１２６を更に含んでもよい。ここで、当該充電電池１２６が、いずれかのタイプの充電電池であってもよく、例えば、受信側充電装置１２がＡＧＶに適用される場合に、当該充電電池１２６がＡＧＶへ電力を供給する車載電池であってよい。
１つ又は複数の実施例において、受信側コントローラ１２５が充電電池１２６の電池電圧及び電池電流を検出することができ、また、受信側コントローラ１２５が第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流と第２の無線受信回路１２３における第２の交流電流を検出してもよい。ここで、受信側コントローラ１２５が各種の方法で上記電池電圧及び電池電流と、第１の交流電流及び第２の交流電流とを検出することができ、本発明は、これを具体的に限定しない。
１つ又は複数の実施例において、送信側充電装置１が、従来構造と異なる固有な構造を採用してもよく、図１に示されたように、送信側充電装置１が、受信側充電装置１２から受信された電池電圧及び電池電流に基づいて、インバータ１１２から出力された交流電圧を制御する送信側コントローラ１１４を更に含んでもよい。
例えば、受信側コントローラ１２５は、充電電池１２６の電池電圧及び電池電流を送信側コントローラ１１４に送信することで、送信側コントローラ１１４が電池電圧及び電池電流に基づいてインバータ１１２を制御することができる。このように、バイラテラルＤＣ－ＤＣコンバータを採用しない場合に、受信コイルと送信コイルとの間に大きなオフセットが発生すると、システムの出力電圧が一定であることを確保することができ、システムの実装体積及び煩雑性を低減した。
１つ又は複数の実施例において、受信側コントローラ１２５は、例えば、セルラー通信ネットワーク、Ｗｉ－Ｆｉ（ＩＥＥＥ ８０２．１１プロトコル）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、赤外線、ＮＦＣ、ＵＷＢ等のようないずれかの無線通信で電池電圧及び電池電流を受信側コントローラ１１４に送信してもよい。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラ１１４が電池電圧及び電池電流に基づいてインバータ１１２の駆動信号を制御することができる。例えば、送信側コントローラ１１４が電池電圧及び電池電流に基づいて、同期対称位相シフトの方式で駆動信号を制御することで、充電を満たすように、インバータ１１２から出力された等価交流電圧を調節してもよい。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラ１１４が、電池電圧及び電池電流と設定値との比較結果に基づいてパラメータを選択して、選択したパラメータに基づいてインバータ１１２の目標位相シフト角度を算出し、目標位相シフト角度に基づいてインバータ１１２の駆動信号を生成してもよい。例えば、送信側コントローラ１１４が電池電圧及び電池電流と設定値とを比較して、比較結果に基づいてパラメータを選択して、選択したパラメータに基づいてＰＩＤ制御アルゴリズムを基に送信側充電装置１１におけるインバータ１１２の目標位相シフト角度を算出し、当該目標位相シフト角度に基づいてＰＷＭ信号を生成して、インバータが作動するように駆動する。
図２は、本発明の実施例１に係る充電モードを示す図である。以下で図２を組み合わせて目標位相シフト角度を算出する方式を例示的に説明する。図２に示されたように、充電電池１２６が定電圧、定電流との２つの充電モードを有してもよい。低電量の場合に、充電電池１２６の等価負荷が小さく、定電流充電モードになっており、この場合に、電池電流Ｉｏｕｔをパラメータとする。仮に、定格出力電流がＩｒｅｆであると（設計時にＩｒｅｆ≦Ｉｏｕｔ）、インバータ１１２から出力された電圧のパルス幅αが下記の関係式を満たす。ｓｉｎ（α／２）＝Ｉｒｅｆ／Ｉｏｕｔ、つまり、α＝２ａｒｃｓｉｎ（Ｉｒｅｆ／Ｉｏｕｔ）。この時に、目標位相シフト角が（π－α）／２であり、つまり、［π－２ａｒｃｓｉｎ（Ｉｒｅｆ／Ｉｏｕｔ）］／２。電池等価負荷が大きくなることに伴って、充電電池１２６が定電圧充電モードになっており、この場合に、充電電圧Ｕｏｕｔをパラメータとする。仮に、定格出力電圧がＵｒｅｆ（負荷が大きくなることに伴って、ＵｏｕｔがＵｒｅｆよりも大きい）であると、インバータ１１２から出力された電圧のパルス幅αが下記の関係式を満たす。ｓｉｎ（α／２）＝Ｕｒｅｆ／Ｕｏｕｔ、つまり、α＝２ａｒｃｓｉｎ（Ｕｒｅｆ／Ｕｏｕｔ）。この時に、目標位相シフト角が（π－α）／２であり、つまり、［π－２ａｒｃｓｉｎ（Ｕｒｅｆ／Ｕｏｕｔ）］／２。
ただし、本発明はこれに限らず、他の方式で目標位相シフト角度を算出して、さらに、インバータ１１２の駆動信号を生成してもよい。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラ１１４がインバータ１１２の駆動信号を制御することにより、インバータ１１２から出力された交流電圧のパルス幅を調整することができ、これによって、インバータ１１２から出力された交流電圧を制御することができる。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラ１１４が電池電圧及び電池電流と設定値との比較結果に基づいて充電モードを決定することができる。例えば、定格出力電圧Ｕｒｅｆを設定値として、電池電圧Ｕｏｕｔと定格出力電圧Ｕｒｅｆとの関係に基づいて、定電圧又は定電流の充電モードを決定することができる。具体的には、電池電圧Ｕｏｕｔが定格出力電圧Ｕｒｅｆに達していない場合、つまり、低電量の場合に、充電電池１２６の等価負荷が小さく、定電流充電モードになっている。電量が大きくなることに伴って、等価抵抗が立ち上がり、電池電圧Ｕｏｕｔが定格出力電圧Ｕｒｅｆに達した場合に、充電電池１２６が定電圧充電モードになっている。
図３Ａは、本発明の実施例１に係る送信コイル１１３１、第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１を示す図であり、図３Ｂは、本発明の実施例１に係る送信コイル１１３１、第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１を示す別の図であり、図３Ｃは、本発明の実施例１に係る送信コイル１１３１、第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１を示す別の図である。
１つ又は複数の実施例において、図３Ａ～図３Ｂに示されたように、第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１は、同じの構造を有し、かつ、一部が重なって設けられてもよい。例えば、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１とは、２つの同じの極性のＤコイルであってもよく、両方を重なって配置することにより、重ね合わせ面積を調整してピアスイン、ピアスアウトされる磁界が等しくなると、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１との間でクロスカップリングがなく、これによって、デカップリングを実現することができる。
１つ又は複数の実施例において、図３Ａ～図３Ｂに示されたように、第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１は、一部が送信コイル１１３１と重なって設けられてもよい。
１つ又は複数の実施例において、図３Ｃに示されたように、送信コイル１１３１の第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１から離れる側には、第１のフェライトコア１１３２を設けて、第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１の送信コイル１１３１から離れる側には第２のフェライトコア１２１２を設けてもよい。
１つ又は複数の実施例において、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１とは、デカップリングＢＰ二重コイル構造であってもよい。これによって、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１との間の相互カップリングによる干渉を低減することができ、無線充電システム１の効率を高めることができる。
図４は、本発明の実施例１に係る無線充電システム１の回路を示す図である。以下で、図４を例として、無線充電システム１の回路構造を例示的に説明する。
１つ又は複数の実施例において、図４に示されたように、受信側充電装置１２側において、第１の無線受信回路１２１が受信コイルＬＳ１（第１の受信コイル１２１１）、受信補償コンデンサＣＳ１を含んでもよく、第２の無線受信回路１２３が受信コイルＬＳ２（第２の受信コイル１２３１）、受信補償コンデンサＣＳ２を含んでもよい。
第１の整流器１２２が、それぞれＭＯＳＦＥＴ Ｐ５、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ６、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ７及びＭＯＳＦＥＴ Ｐ８である４つのＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。第２の整流器１２４が、それぞれＭＯＳＦＥＴ Ｐ９、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ１０、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ１１及びＭＯＳＦＥＴ Ｐ１２ＭＯＳＦＥＴである４つのＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。
また、受信側充電装置１２側において、ＣＬは、第１の整流器１２２及び第２の整流器１２４の後方の定電圧コンデンサであり、ＲＬが直流負荷抵抗であり、ＲＳ１及びＲＳ２は、それぞれ第１の無線受信回路１２１及び第２の無線受信回路１２３の等価抵抗であり、ＩＳ１及びＩＳ２は、それぞれ第１の無線受信回路１２１及び第２の無線受信回路１２３の第１の交流電流及び第２の交流電流であり、Ｕｏｕｔ及びＩｏｕｔは、それぞれ電池電圧及び電池電流である。
１つ又は複数の実施例において、図４に示されたように、送信側充電装置１１側において、無線送信回路１１３が送信コイルＬＰ（送信コイル１１３１）、送信補償コンデンサＣｐを含んでもよい。インバータ１１２が、それぞれＭＯＳＦＥＴ Ｐ１、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ２、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ３及びＭＯＳＦＥＴ Ｐ４である４つのＭＯＳＦＥＴを含んでもよい。
また、送信側充電装置１１側において、Ｕｄｃは、出力電圧が一定である直流電源（直流電源１１１）であり、 Ｉｄｃが直流電源の出力電流であり、Ｕｉｎが反転後の等価交流電圧であり、ＩＰが無線送信回路１１３における交流電流である。
図４に示されたように、ＭＰＳ１は、送信コイルＬＰと受信コイルＬＳ１との間の相互インダクタンスを示し、ＭＰＳ２は、送信コイルＬＰと受信コイルＬＳ２との間の相互インダクタンスを示す。
無線充電システム１の回路が共振状態で作動する場合に、下記の式を満たす。
ここで、ωは、インバータ回路（インバータ１１２）の作動頻度である。基本波分析により、回路モデルが下記の式を満たす。
無線送信回路１１３が高圧小電流であり、第１の無線受信回路１２１及び第２の無線受信回路１２３の低圧大電流に比べて、その線路損失とスイッチ損失を無視することができる。仮に、
ここで、βは、第１の無線受信回路１２１における第１の交流電流ＩＳ１と、電池電流Ｉｏｕｔとの比である。第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１がＢＰ構造を採用した場合に（図３Ａ～図３Ｃに示された通り）、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１とが全く一致するため、ＲＳ１＝ＲＳ２＝ＲＳと認定することができ、第１の無線受信回路１２１及び第２の無線受信回路１２３の損失は、下記のように示されてもよい。
上記の式４により、βに関する導関数がゼロであり、損失が最も低い時のβに対応する値が下記の通りであることを得られる。
この場合に、第１の無線受信回路１２１の第１の交流電流ＩＳ１、第２の無線受信回路１２３の第２の交流電流ＩＳ２、第１の無線受信回路１２１及び第２の無線受信回路１２３の損失Ｐloss_minがそれぞれ下記の通りである。
つまり、第１の無線受信回路１２１の第１の交流電流ＩＳ１と、第２の無線受信回路１２３の第２の交流電流ＩＳ２とが等しくなると、無線充電システム１の効率が最適である。内部抵抗が同じであり、出力が同じである単一コイル構造の無線充電システムにとって、その損失は下記の通りである。
これにより分かるように、二重受信コイル構造（第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１）を採用した無線充電システム１の無線受信回路損失が半分低下した。そのため、二重受信コイル構造を採用して電流等化制御を行うのは、無線充電システム１の効率を効率的に高めることができる。
図５は、本発明の実施例１に係る電流等化制御を示す図であり、図面において、駆動信号＃５、駆動信号＃６、駆動信号＃７及び駆動信号＃８は、それぞれ第１の整流器１２２におけるＭＯＳＦＥＴ Ｐ５、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ６、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ７及びＭＯＳＦＥＴ Ｐ８の駆動信号である。ここで、図５の左図が、電流等化制御前の第１の交流電流ＩＳ１、第２の交流電流ＩＳ２及び第１の整流器１２２の駆動信号を示し、図面に示されたように、電流等化制御前に、駆動信号＃５、駆動信号＃６、駆動信号＃７及び駆動信号＃８が同期整流の方式で第１の整流器１２２を駆動し、第１の交流電流ＩＳ１が第２の交流電流ＩＳ２よりも小さい。図５の右図が、電流等化制御後の第１の交流電流ＩＳ１、第２の交流電流ＩＳ２及び第１の整流器１２２の駆動信号を示し、図面に示されたように、電流等化制御後に、同期対称位相シフトの方式で第１の整流器１２１の駆動信号＃１、駆動信号＃２、駆動信号＃３及び駆動信号＃４の位相を調整することで、第１の交流電流ＩＳ１が第２の交流電流ＩＳ２と等しくなる。
１つ又は複数の実施例において、二重受信コイル（第１の受信コイル１２１１及び第２の受信コイル１２３１）がＢＰコイル構造を採用したので、第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１とが相互にデカップリングする。キルヒホッフの電圧法則により、システム定常状態の記述式は、下記の通りである。
ここで、Ｒａｃ１、Ｒａｃ２は、受信回路における交流等価負荷である。第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１における電流が常に等しくなることを維持するように、電流等化制御を採用したので、相互インダクタンスが小さい受信回路における等価負荷を制御することにより、Ｒａｃ１／Ｒａｃ２＝ＭＰＳ１／ＭＰＳ２を満たさせ、電圧電流Ｉｏｕｔは下記のように示されてもよい。
ここで、Ｒａｃ１、Ｒａｃ２は、受信回路における交流等価負荷である。第１の受信コイル１２１１と第２の受信コイル１２３１における電流が常に等しくなることを維持するように、電流等化制御を採用したので、相互インダクタンスが小さい受信回路における等価負荷を制御することにより、Ｒａｃ１／Ｒａｃ２＝ＭＰＳ１／ＭＰＳ２を満たさせ、電圧電流Ｉｏｕｔは下記のように示されてもよい。
電池電流Ｉｏｕｔの安定を維持するために、インバータ１１２が対称位相シフト方法により交流電圧Ｕｉｎを調節することができる。仮に、交流電圧Ｕｉｎのパルス幅がαであると、交流電圧Ｕｉｎは下記のように示されてもよい。
電池電流Ｉｏｕｔの記述式が下記の通りである。
つまり、交流電圧Ｕｉｎのパルス幅αを調整することにより、電池電流Ｉｏｕｔを調節する目的を達することができる。これによって、受信コイルと送信コイルとの間にはオフセットが発生した場合に、無線充電システム１によって充電電池へ供給された電池電圧及び電池電源が安定であることを確保することができ、無線充電システム１には、バイラテラルＤＣ－ＤＣコンバータを設ける必要がなく、システムの実装体積及び煩雑性を低減した。
図６は、本発明の実施例１に係るインバータ１１２に対して同期対称位相シフト制御を行うことを示す図であり、図面における駆動信号＃１、駆動信号＃２、駆動信号＃３及び駆動信号＃４が、それぞれインバータ１１２におけるＭＯＳＦＥＴ Ｐ１、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ２、ＭＯＳＦＥＴ Ｐ３及びＭＯＳＦＥＴ Ｐ４の駆動信号である。ここで、図６の左図は、インバータ１１２に対して同期対称位相シフト制御を行う前の交流電圧Ｕｉｎ、インバータ１１２の駆動信号、電池電圧Ｕｏｕｔ及び電池電流Ｉｏｕｔである。図面に示されたように、図面に示された駆動信号＃１、駆動信号＃２、駆動信号＃３及び駆動信号＃４に基づいて、交流電圧Ｕｉｎのパルス幅αが４０であり、対応する電池電圧Ｕｏｕｔが１７．２１Ｖであり、電池電流Ｉｏｕｔが７．４７Ａである。
図６の右図は、インバータ１１２に対して同期対称位相シフト制御を行った後の交流電圧Ｕｉｎ、インバータ１１２の駆動信号、電池電圧Ｕｏｕｔ及び電池電流Ｉｏｕｔである。図面に示されたように、インバータ１１２に対して同期対称位相シフト制御を行った後に、第１の整流器１２１の駆動信号＃１、駆動信号＃２、駆動信号＃３及び駆動信号＃４の位相を調整し、交流電圧Ｕｉｎのパルス幅αが１８０であり、対応する電池電圧Ｕｏｕｔが５２．２５Ｖであり、電池電流Ｉｏｕｔが２２．６８Ａである。つまり、同期対称位相シフト制御を行った後に、交流電圧Ｕｉｎのパルス幅が大きくなり、無線充電受信側の電池電圧Ｕｏｕｔ及び電池電流Ｉｏｕｔも相応的に大きくなる。
上記実施例によれば、二重受信コイル構造を採用して第１の無線受信回路及び第２の無線受信回路における電流に対して等化制御を行うことにより、無線充電システムの電力損失を低減して、無線充電システムの効率を効率的に高めることができる。
実施例２
本発明の実施例２は、受信側充電装置を提供する。当該受信側充電装置の構造及び機能は、実施例１の無線充電システム１の受信側充電装置１２と同じであってもよく、その内容をここに合わせて、ここで、贅言しない。
本発明の実施例２は、受信側充電装置を提供する。当該受信側充電装置の構造及び機能は、実施例１の無線充電システム１の受信側充電装置１２と同じであってもよく、その内容をここに合わせて、ここで、贅言しない。
１つ又は複数の実施例において、受信側充電装置は、第１の受信コイルを含む第１の無線受信回路と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流を第１の直流電流に整流する第１の整流器と、第２の受信コイルを含む第２の無線受信回路と、前記第２の無線受信回路における第２の交流電流を第２の直流電流に整流する第２の整流器と、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなるように、前記第１の整流器と前記第２の整流器とのうちの少なくとも１つを制御する受信側コントローラと、を含んでもよい。
上記実施例によれば、二重受信コイル構造を採用して第１の無線受信回路及び第２の無線受信回路における電流に対して等化制御を行うことにより、無線充電システムの効率を効率的に高めることができる。
１つ又は複数の実施例において、受信側コントローラは、第１の無線受信回路における第１の交流電流と第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなるように、第１の整流器と第２の整流器とのうちの少なくとも１つ的駆動信号を制御する。
１つ又は複数の実施例において、受信側コントローラは、第１の受信コイルと第２の受信コイルとのうちの相互インダクタンスが小さい方に接続された第１の整流器又は第２の整流器の正、負の半周期の駆動パルス位相を調節することにより、第１の無線受信回路における第１の交流電流と第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなる。
１つ又は複数の実施例において、受信側充電装置が充電電池をさらに含む。
１つ又は複数の実施例において、受信側コントローラは、充電電池の電池電圧及び電池電流を送信側コントローラに送信することにより、送信側コントローラが電池電圧及び電池電流に基づいてインバータを制御する。
１つ又は複数の実施例において、第１の受信コイルと第２の受信コイルとは、同じの構造を有し、一部が重なって設けられる。
１つ又は複数の実施例において、第１の受信コイルと第２の受信コイルとはデカップリングＢＰ二重コイル構造である。
上記実施例によれば、二重受信コイル構造を採用して第１の無線受信回路及び第２の無線受信回路における電流に対して等化制御を行うことにより、無線充電システムの電力損失を低減して、無線充電システムの効率を効率的に高めることができる。
実施例３
本発明の実施例３は、送信側充電装置を提供する。当該送信側充電装置の構造及び機能は、実施例１に係る無線充電システム１の送信側充電装置１１と同じであってもよく、その内容をここに合わせて、ここで、贅言しない。
本発明の実施例３は、送信側充電装置を提供する。当該送信側充電装置の構造及び機能は、実施例１に係る無線充電システム１の送信側充電装置１１と同じであってもよく、その内容をここに合わせて、ここで、贅言しない。
１つ又は複数の実施例において、送信側充電装置は、直流電源と、前記直流電源から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、送信コイルを含み、前記インバータから出力された前記交流電圧に基づいて前記受信側充電装置へ電力を供給する無線送信回路と、前記受信側充電装置から受信された電池電圧及び電池電流に基づいて前記インバータから出力された前記交流電圧を制御する送信側コントローラと、を含んでもよい。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラは、電池電圧及び電池電流に基づいて、インバータの駆動信号を制御する。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラは、インバータの駆動信号を制御することにより、インバータから出力される交流電圧のパルス幅を調整する。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラは、電池電圧及び電池電流と設定値との比較結果に基づいてパラメータを選択して、選択した前記パラメータに基づいてインバータの目標位相シフト角度を算出し、目標位相シフト角度に基づいてインバータの駆動信号を生成する。
１つ又は複数の実施例において、送信側コントローラは、電池電圧及び電池電流と設定値との比較結果に基づいて充電モードを決定する。
上記実施例によれば、電池電圧及び電池電流に基づいてインバータから出力された交流電圧を制御することにより、バイラテラルＤＣ－ＤＣコンバータを採用しない場合に、受信コイルと送信コイルとの間には大きなオフセットが発生すると、システムの出力電圧が一定であることを確保することができ、システムの実装体積及び煩雑性を低減した。
本発明の前述した装置及びシステムはハードウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより実現されてもよい。本発明は、論理的部品により実行される場合、該論理的部品に前記装置又は構成部品を実現させ、又は該論理的部品に前述した各種の方法又はステップを実現させる、コンピュータ可読プログラムに関することができる。本発明は、例えばハードディスク、磁気ディスク、光ディスク、ＤＶＤ、ｆｌａｓｈメモリなど、前述したプログラムを記憶するための記憶媒体に関する。
本発明の実施例を組み合わせて記述された装置／システムは、直接に、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールまたは両者の組み合わせとして現れてもよい。例えば、図１に示す機能ブロック図のうちの１つまたは複数、及び／または、機能ブロック図のうちの１つまたは複数の組み合わせは、コンピュータプログラムのプロセスにおける各ソフトウェアモジュールに対応することができるし、各ハードウェアモジュールにも対応できる。それらのソフトウェアモジュールは、例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）により、それらのソフトウェアモジュールを固定化して実現することができる。
ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭまたは当業界における既知の他の形式の記憶メモリに位置してもよい。１つの記憶媒体をプロセッサに結合することで、プロセッサは当該記憶媒体から情報を読み取ることができ、かつ、当該記憶媒体に情報を書き込むことができ、または、当該記憶媒体はプロセッサの組成部分であってもよい。プロセッサと記憶媒体はＡＳＩＣに位置してもよい。当該ソフトウェアモジュールは、移動端末のメモリに記憶してもよいし、移動端末に挿入可能なメモリカードに記憶してもよい。例えば、情報処理装置が大容量のＭＥＧＡ－ＳＩＭカード又は大容量のフラッシュ装置を採用すると、当該ソフトウェアモジュールは、当該ＭＥＧＡ－ＳＩＭカード又は大容量のフラッシュ装置に記憶されてもよい。
図面に記述された機能ブロック図のうちの１つまたは複数、及び／または、機能ブロック図のうちの１つまたは複数の組み合わせは、本発明に記載の機能を実行するための汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、専用集成回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、または他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、または、任意の適切な組み合わせとして実現されてもよい。図面に示した機能ブロックのうちの１つまたは複数、及び／または、機能ブロックのうちの１つまたは複数との組み合わせについて、コンピュータ機器の組み合わせとして実現されてもよい。たとえば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰと通信して組み合わせた１つまたは複数のマイクロプロセッサまたは任意の他のその配置に実現されてもよい。
以上、具体的な実施の形態を組み合わせて本発明を説明した。ただし、当業者が理解すべきことは、それらの記載はいずれも例示するものに過ぎず、本発明の保護範囲に対する限定ではない。当業者は本発明の原理に基づいて、本発明に対して種々変形や修正を行うことができるが、それらの変形と修正も本発明の範囲内にある。
Claims (12)
- 無線充電システムであって、
送信側充電装置及び受信側充電装置を含み、
前記受信側充電装置は、
第１の受信コイルを含む第１の無線受信回路と、
前記第１の無線受信回路における第１の交流電流を第１の直流電流に整流する第１の整流器と、
第２の受信コイルを含む第２の無線受信回路と、
前記第２の無線受信回路における第２の交流電流を第２の直流電流に整流する第２の整流器と、
前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなるように、前記第１の整流器と前記第２の整流器とのうちの少なくとも１つを制御する受信側コントローラと、を含むことを特徴とする無線充電システム。 - 前記受信側コントローラは、前記第１の整流器と前記第２の整流器とのうちの少なくとも１つの駆動信号を制御することにより、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなる、ことを特徴とする請求項１に記載の無線充電システム。
- 前記受信側コントローラは、前記第１の受信コイルと前記第２の受信コイルとのうちの相互インダクタンスが小さい一方に接続された前記第１の整流器又は前記第２の整流器の正、負の半周期の駆動パルス位相を調節することにより、前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなる、ことを特徴とする請求項２に記載の無線充電システム。
- 充電電池をさらに含み、
前記送信側充電装置は、
直流電源と、
前記直流電源から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
送信コイルを含み、前記インバータから出力された前記交流電圧に基づいて前記受信側充電装置へ電力を供給する無線送信回路と、
前記インバータから出力された前記交流電圧を制御する送信側コントローラと、を含み、
前記受信側コントローラは、前記充電電池の電池電圧及び電池電流を前記送信側コントローラに送信することにより、前記送信側コントローラが前記電池電圧及び電池電流に基づいて前記インバータを制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線充電システム。 - 前記送信側コントローラは、前記電池電圧及び前記電池電流に基づいて、前記インバータの駆動信号を制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の無線充電システム。
- 前記送信側コントローラは、前記インバータの駆動信号を制御することにより、前記インバータから出力された前記交流電圧のパルス幅を調整する、ことを特徴とする請求項５に記載の無線充電システム。
- 前記送信側コントローラは、前記電池電圧及び前記電池電流と設定値との比較結果に基づいてパラメータを選択して、選択した前記パラメータに基づいて前記インバータの目標位相シフト角度を算出し、前記目標位相シフト角度に基づいて前記インバータの駆動信号を生成する、ことを特徴とする請求項５に記載の無線充電システム。
- 前記送信側コントローラは、前記電池電圧及び前記電池電流と設定値との比較結果に基づいて充電モードを決定する、ことを特徴とする請求項５に記載の無線充電システム。
- 前記第１の受信コイルと前記第２の受信コイルとは、同じの構造を有して、一部が重なって設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の無線充電システム。
- 前記第１の受信コイル及び前記第２の受信コイルは、デカップリングＢＰ二重コイル構造である、ことを特徴とする請求項１又は９に記載の無線充電システム。
- 受信側充電装置であって、
第１の受信コイルを含む第１の無線受信回路と、
前記第１の無線受信回路における第１の交流電流を第１の直流電流に整流する第１の整流器と、
第２の受信コイルを含む第２の無線受信回路と、
前記第２の無線受信回路における第２の交流電流を第２の直流電流に整流する第２の整流器と、
前記第１の無線受信回路における第１の交流電流と前記第２の無線受信回路における第２の交流電流とが等しくなるように、前記第１の整流器と前記第２の整流器とのうちの少なくとも１つを制御する受信側コントローラと、を含むことを特徴とする受信側充電装置。 - 送信側充電装置であって、
直流電源と、
前記直流電源から出力された直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、
送信コイルを含み、前記インバータから出力された前記交流電圧に基づいて前記受信側充電装置へ電力を供給する無線送信回路と、
前記受信側充電装置から受信された電池電圧及び電池電流に基づいて前記インバータから出力された前記交流電圧を制御する送信側コントローラと、を含むことを特徴とする送信側充電装置。
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