JP2023016438A - 受電装置、受電装置の制御方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】受電装置が所望の電圧を出力可能ではない場合において、適切に電圧制御を行う。【解決手段】受電装置は、送電装置から無線で電力を受電する受電手段と、受電手段が受電した電力を基に、負荷に供給するための電圧を出力する電圧制御手段と、電圧制御手段が第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を受電手段が受電していない場合には、電圧制御手段が第1の電圧値より小さい第2の電圧値の電圧を出力するように制御した後、送電装置に対して、受電手段の受電電圧の増加を要求し、電圧制御手段が第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を受電手段が受電した場合には、電圧制御手段が第1の電圧値の電圧を出力するように制御する制御手段とを有する。【選択図】図5
Description
本開示は、受電装置、受電装置の制御方法およびプログラムに関する。
無線電力伝送システムの技術開発は、広く行われている。特許文献1では、非接触充電規格の標準化団体Wireless Power Consortium(WPC)が策定する規格(WPC規格)に準拠した送電装置および受電装置が開示されている。
しかし、特許文献1には、例えば受電装置の位置ずれなどによって、受電装置が負荷に対して電圧を出力するのに十分な電圧を受電できない場合の制御については何ら記載されていない。
本開示の目的は、受電装置が所望の電圧を出力可能ではない場合において、適切に電圧制御を行うことである。
受電装置は、送電装置から無線で電力を受電する受電手段と、前記受電手段が受電した電力を基に、負荷に供給するための電圧を出力する電圧制御手段と、前記電圧制御手段が第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電していない場合には、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値より小さい第2の電圧値の電圧を出力するように制御した後、前記送電装置に対して、前記受電手段の受電電圧の増加を要求し、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電した場合には、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力するように制御する制御手段とを有する。
本開示によれば、受電装置が所望の電圧を出力可能ではない場合において、適切に電圧制御を行うことができる。
以下、図面を参照して実施形態を詳しく説明する。以下の実施形態は、特許請求の範囲を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが必須のものとは限らず、また、複数の特徴は、任意に組み合わせられてもよい。さらに、図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
(システムの構成)
図1は、本実施形態による無線電力伝送システム102の構成例を示すブロック図である。無線電力伝送システム102は、一例において、送電装置100と受電装置101とを有する。送電装置100と受電装置101は、WPC(Wireless Power Consortium)規格に準拠している。送電装置100は、例えば、送電装置100上に載置された受電装置101に対して、無線で送電する。送電装置100は、送電コイルを介して、受電装置101へ無線で電力を送る。受電装置101は、例えば、送電装置100から受電し、バッテリに充電を行う。また、送電装置100および受電装置101は、カメラ、スマートフォン、タブレットPC、ラップトップ、自動車、ロボット、医療機器、またはプリンターに内蔵され、それらに電力を供給するように構成されてもよい。
図1は、本実施形態による無線電力伝送システム102の構成例を示すブロック図である。無線電力伝送システム102は、一例において、送電装置100と受電装置101とを有する。送電装置100と受電装置101は、WPC(Wireless Power Consortium)規格に準拠している。送電装置100は、例えば、送電装置100上に載置された受電装置101に対して、無線で送電する。送電装置100は、送電コイルを介して、受電装置101へ無線で電力を送る。受電装置101は、例えば、送電装置100から受電し、バッテリに充電を行う。また、送電装置100および受電装置101は、カメラ、スマートフォン、タブレットPC、ラップトップ、自動車、ロボット、医療機器、またはプリンターに内蔵され、それらに電力を供給するように構成されてもよい。
(装置の構成)
図2は、図1の送電装置100の構成例を示すブロック図である。送電装置100は、例えば、制御部200、電源部201、送電部202、送電コイル203、通信部204、およびメモリ205を有する。
図2は、図1の送電装置100の構成例を示すブロック図である。送電装置100は、例えば、制御部200、電源部201、送電部202、送電コイル203、通信部204、およびメモリ205を有する。
制御部200は、送電装置100の全体を制御する。制御部200は、例えば、CPUまたはMPU等の1つ以上のプロセッサを有する。なお、制御部200は、例えば、メモリ205または制御部200に内蔵された記憶装置に記憶されたプログラムをプロセッサによって実行することにより、各処理を実行する。
電源部201は、各構成ブロックに電源電力を供給する。電源部201は、例えば、商用電源またはバッテリである。バッテリには、例えば、商用電源から供給される電力が蓄電される。
送電部202は、電源部201から入力された直流または交流電力を、無線電力伝送に用いる周波数帯の交流電力に変換し、その交流電力を送電コイル203に供給する。送電コイル203は、電磁波を発生し、受電装置101に電力を送電する。例えば、送電部202は、電源部201により供給される直流電圧を、FET(Field Effect Transister)を使用したハーフブリッジまたはフルブリッジ構成のスイッチング回路で交流電圧に変換する。この場合、送電部202は、FETのオン/オフを制御するゲ-トドライバを含む。また、送電部202は、送電コイル203に供給する電圧(送電電圧)と電流(送電電流)との少なくともいずれか、または、周波数を調節することにより、発生する電磁波の強度または周波数を制御する。例えば、送電部202は、送電電圧または送電電流を大きくすることにより、電磁波の強度を強くし、送電電圧または送電電流を小さくすることにより、電磁波の強度を弱くする。ここで、送電部202は、WPC規格に対応している。また、送電部202は、制御部200の指示に基づいて、送電コイル203による電磁波の出力が開始または停止されるように、交流電力の出力制御を行う。
通信部204は、送電コイル203を介して、受電装置101との間で、WPC規格に基づく送電制御のための通信を行う。通信部204は、送電部202から出力される交流電圧および交流電流を、周波数変調(FSK(Frequency Shift Keying))し、受電装置101へ情報を送信する。また、通信部204は、受電装置101の通信部304(図3)により負荷変調された交流電圧および交流電流を復調して、受電装置101が送信した情報を受信する。すなわち、通信部204は、送電部202により送電される電磁波に対して、受電装置101への送信信号を重畳することにより、受電装置101に送信信号を送信する。また、通信部204は、送電部202により送電される電磁波に対して、受電装置101によって重畳された受信信号を検出することによって、受電装置101から受信信号を受信する。また、通信部204は、送電コイル203とは異なるコイル(またはアンテナ)を用いて、WPC規格とは異なる規格に従って受電装置101と通信を行ってもよい。また、通信部204は、複数の通信機能を選択的に用いて、受電装置101と通信してもよい。
メモリ205は、例えば、制御部200によって実行されるプログラムと、送電装置100および受電装置101の状態などの情報を記憶する。例えば、送電装置100の状態は、制御部200により取得される。また、受電装置101の状態は、受電装置101の制御部300(図3)により取得され、通信部304(図3)により送信される。送電装置100は、通信部204を介して、受電装置101の状態を示す情報を受信する。
図3は、図1の受電装置101の構成例を示すブロック図である。無線電力伝送システム102は、受電装置101と、充電部305と、制御部307と、スイッチ308を有する。受電装置101は、例えば、制御部300、受電コイル301、受電部302、電圧制御部303、通信部304、およびメモリ306を有する。スイッチ308は、電圧制御部303と充電部305の間に接続され、制御部307の制御の下、電圧制御部303を充電部305に接続する。
制御部300は、受電装置101の全体を制御する。制御部300は、例えば、CPU(Central Processing Unit)またはMPU(Micro Processing Unit)等の1つ以上のプロセッサを有する。なお、制御部300は、例えば、RAM(Random Access Memory)またはROM(Read Only Memory)等の1つ以上の記憶装置を含んでもよい。そして、制御部300は、例えば、記憶装置に記憶されたプログラムをプロセッサによって実行することにより、各処理を実行する。
受電コイル301は、送電装置100の送電コイル203が送電した電力を受電する。受電部302は、受電コイル301を介して受電した交流電圧および交流電流を、直流電圧および直流電流に変換する。電圧制御部303は、受電部302により変換された直流電圧のレベルを、制御部300および充電部305などが動作するのに適した直流電圧のレベルに変換する。また、電圧制御部303は、変換されたレベルの電圧を充電部305へ供給する。ここで、電圧制御部303は、降圧回路を有する。つまり、受電部302の出力電圧(電圧制御部303の入力電圧)Vinと、電圧制御部303の出力電圧Voutは、Vin>Voutという関係が成立する。
充電部305は、電圧制御部303から供給された電圧を基に、バッテリを充電する。通信部304は、送電装置100に対して、WPC規格に基づいた無線充電の制御通信を行う。通信部304は、受電コイル301で受電した交流電圧および交流電流を負荷変調することにより、送電装置100に情報を送信する。制御部307は、例えば、受電装置101が組み込まれた製品の制御部である。
(WPC規格における異物検出方法)
続いて、WPC(Wireless Power Consortium)規格で規定されている異物検出方法について、送電装置100と受電装置101を例として説明する。ここでは、周波数領域で測定されたQ値に基づく異物検出方法(第1の異物検出方法)と、パワーロス手法に基づく異物検出方法(第2の異物検出方法)について説明する。
続いて、WPC(Wireless Power Consortium)規格で規定されている異物検出方法について、送電装置100と受電装置101を例として説明する。ここでは、周波数領域で測定されたQ値に基づく異物検出方法(第1の異物検出方法)と、パワーロス手法に基づく異物検出方法(第2の異物検出方法)について説明する。
(1)周波数領域で測定されたQ値に基づく異物検出方法(第1の異物検出方法)
第1の異物検出方法では、まず、送電装置100が、異物の影響によって変化するQ値の周波数領域における測定(第1のQ値測定)を行う。この測定は、送電装置100がAnalog Pingを送電してから、Digital Pingを送電するまでの間に実行される。例えば、送電部202は、Q値を測定するために、送電コイル203が出力する無線電力の周波数を掃引し、制御部200は、送電コイル203と直列(または並列)に接続される共振コンデンサの端部の電圧値を測定する。そして、制御部200は、その電圧値がピークとなる共振周波数を探索し、共振周波数で測定されるピークの電圧値から3dB下がった電圧値を示す周波数と、その共振周波数とから、送電コイル203のQ値を算出する。
第1の異物検出方法では、まず、送電装置100が、異物の影響によって変化するQ値の周波数領域における測定(第1のQ値測定)を行う。この測定は、送電装置100がAnalog Pingを送電してから、Digital Pingを送電するまでの間に実行される。例えば、送電部202は、Q値を測定するために、送電コイル203が出力する無線電力の周波数を掃引し、制御部200は、送電コイル203と直列(または並列)に接続される共振コンデンサの端部の電圧値を測定する。そして、制御部200は、その電圧値がピークとなる共振周波数を探索し、共振周波数で測定されるピークの電圧値から3dB下がった電圧値を示す周波数と、その共振周波数とから、送電コイル203のQ値を算出する。
また、送電装置100は、別の方法でQ値を測定してもよい。例えば、送電部202は、送電コイル203が出力する無線電力の周波数を掃引し、制御部200は、送電コイル203と直列に接続される共振コンデンサの端部の電圧値を測定して、その電圧値がピークとなる共振周波数を探索する。そして、制御部200は、その共振周波数において、その共振コンデンサの両端の電圧値を測定し、その両端の電圧値の比から送電コイル203のQ値を算出する。
送電コイル203のQ値を算出した後、送電装置100の制御部200は、通信部304を介して、異物検出の判断基準となるQ値を受電装置101から受信する。例えば、制御部200は、WPC規格で規定されたある送電コイル上に受電装置が置かれた場合の送電コイルのQ値(第1の特性値)を、受電装置101から受信する。このQ値は、受電装置101が送信するFOD(Foreign Object Detection) Statusパケットに格納され、送電装置100は、このFOD Statusパケットを受信することにより、このQ値を取得する。制御部200は、取得したQ値から、送電装置100上に受電装置101が置かれた場合の、送電コイル203のQ値を推定する。
本実施形態では、推定されたQ値を第1基準Q値と呼ぶ。なお、FOD Statusパケットに格納されるQ値は、あらかじめ受電装置101の不揮発メモリ(不図示)に記憶される。すなわち、受電装置101は、事前に記憶していたQ値を送電装置100へ送信する。なお、このQ値は、後述するQ1に対応する。
送電装置100の制御部200は、第1基準Q値と、制御部200により測定されたQ値とを比較し、比較結果に基づいて異物の有無を判定する。例えば、制御部200は、第1基準Q値に対して、a%(第1の割合)低下したQ値を閾値として、測定されたQ値がその閾値より低い場合に、異物がある可能性が高いと判定し、そうでない場合は異物がない可能性が高いと判定する。
(2)パワーロス手法に基づく異物検出方法(第2の異物検出方法)
続いて、WPC規格で規定されているパワーロス手法に基づく異物検出方法について、図7を参照して説明する。図7は、パワーロス手法による異物検出を説明するための図であり、横軸が送電装置100の送電電力を示し、縦軸が受電装置101の受電電力を示す。
続いて、WPC規格で規定されているパワーロス手法に基づく異物検出方法について、図7を参照して説明する。図7は、パワーロス手法による異物検出を説明するための図であり、横軸が送電装置100の送電電力を示し、縦軸が受電装置101の受電電力を示す。
まず、送電装置100の送電部202は、受電装置101に対して、Digital Pingを送電する。そして、送電装置100の通信部304は、受電装置101における受電電力値Pr1(Light Loadという)を、Received Power Packet(mode1)により受信する。なお、以下では、Received Power Packet(mode1)を「RP1」と呼ぶ。受電電力値Pr1は、受電装置101が受電電力を負荷(充電部305)に供給していない場合の受電電力値である。送電装置100の制御部200は、受信した受電電力値Pr1と、受電電力値Pr1が得られたときの送電電力値Pt1との関係(図7の点700)を、メモリ205に記憶する。これにより、送電装置100は、送電電力値Pt1の電力を送電したときの、送電装置100と受電装置101との間の電力損失量がPt1-Pr1(=Ploss1)であることを認識することができる。
次に、送電装置100の通信部304は、受電装置101における受電電力値Pr2(Connected Loadという)の値を、Received Power Packet(mode2)で受電装置101から受信する。なお、以下では、Received Power Packet(mode2)を「RP2」と呼ぶ。受電電力値Pr2は、受電装置101が受電電力を負荷に供給している場合の受電電力値である。そして、送電装置100の制御部200は、受信した受電電力値Pr2と、受電電力値Pr2が得られたときの送電電力値Pt2との関係(図7の点701)を、メモリ205に記憶する。これにより、送電装置100は、送電電力値Pt2の電力を送電したときの、送電装置100と受電装置101との間の電力損失量がPt2-Pr2(=Ploss2)であることを認識することができる。
そして、送電装置100の制御部200は、点700と点701とを直線補間し、直線702を作成する。直線702は、送電装置100と受電装置101の周辺に異物が存在しない状態における、送電電力と受電電力の関係に対応する。このため、送電装置100は、送電電力値と直線702とから、異物がない可能性が高い状態における受電電力を予想することができる。例えば、送電装置100は、送電電力値Pt3の場合について、送電電力値Pt3に対応する直線702上の点703から、受電電力値Pr3を予想することができる。
ここで、送電装置100の送電部202が、送電電力値Pt3の送電電力で受電装置101に対して送電した場合に、通信部204が受電装置101から受電電力値Pr3’を受信したとする。送電装置100の制御部200は、異物が存在しない状態における受電電力値Pr3から、実際に受電装置101から受信した受電電力値Pr3’を引いた値Pr3-Pr3’(=Ploss_FO)を算出する。このPloss_FOは、送電装置100と受電装置101との間に異物が存在する場合に、その異物で消費される電力損失と考えることができる。このため、制御部200は、異物で消費されたであろう電力Ploss_FOがあらかじめ決められた閾値を超えた場合に、異物が存在すると判断することができる。この閾値は、例えば、点700と点701との関係に基づいて導出される。
また、送電装置100の制御部200は、事前に、異物が存在しない状態における受電電力値Pr3から、送電装置100と受電装置101間の電力損失量Pt3-Pr3(=Ploss3)を求めておく。そして、制御部200は、異物が存在するか不明な状態において、受電装置101から受信した受電電力値Pr3’から、異物が存在する状態での送電装置100と受電装置101の間の電力損失量Pt3-Pr3’(=Ploss3’)を算出する。そして、制御部200は、Ploss3’-Ploss3を算出し、算出した値があらかじめ決められた閾値を超えた場合に、異物が存在すると判断することができる。なお、Ploss3’-Ploss3=Pt3-Pr3’-Pt3+Pr3=Pr3-Pr3’である。このため、制御部200は、電力損失量Ploss3およびPloss3’の比較により、異物で消費されたと予測される電力Ploss_FOを推定することもできる。
以上のように、異物で消費されたであろう電力Ploss_FOは、受電電力の差Pr3-Pr3’として算出されてもよいし、電力損失の差Ploss3’-Ploss3(=Ploss_FO)として算出されてもよい。
制御部200は、直線702を取得したのち、通信部204を介して、受電装置101から定期的に現在の受電電力値(例えば上記のPr3’)を受信する。受電装置101が定期的に送信する現在の受電電力値は、Received Power Packet(mode0)として送電装置100に送信される。送電装置100の制御部200は、Received Power Packet(mode0)に格納されている受電電力値と、直線702とに基づいて異物検出を行う。なお、以下では、Received Power Packet(mode0)を「RP0」と呼ぶ。
なお、送電装置100と受電装置101の周辺に異物が存在しない状態における送電電力と受電電力の関係である直線702を取得するための点700および点701を、「Calibration data Point」と呼ぶ。また、少なくとも2つのCalibration data Pointを補間して取得される線分(直線702)を「Calibrationカーブ」と呼ぶ。Calibration data PointおよびCalibrationカーブ(第2の基準)は、制御部200による異物検出処理のために使用される。
(送電装置および受電装置の動作と課題)
図4は、WPC規格に準拠した送電装置100と受電装置101の動作を説明するためのシーケンス図である。
図4は、WPC規格に準拠した送電装置100と受電装置101の動作を説明するためのシーケンス図である。
ステップF400では、送電装置100は、送電コイル203の近傍に存在する物体を検出する為に、Analog Pingを送電する。Analog Pingは、パルス状の電力であり、物体を検出するための電力である。また、Analog Pingは、受電装置101がAnalog Pingを受電したとしても、制御部200を起動することができない程度の微小な電力である。送電装置100は、Analog Pingにより、送電コイル203の近傍に存在する物体に起因する送電コイル203の内部の電圧値の共振周波数のシフトや、送電コイル203を流れる電圧値または電流値の変化によって物体を検出する。
ステップF401では、送電装置100は、Analog Pingにより物体を検出すると、上述の第1のQ値測定により、送電コイル203のQ値を測定する。
ステップF402では、送電装置100は、第1のQ値測定に続いて、Digital Pingの送電を開始する。Digital Pingは、受電装置101の制御部300を起動させるための電力であり、Analog Pingよりも大きい電力である。また、Digital Pingは、以降、連続的に送電される。すなわち、送電装置100は、Digital Pingの送電を開始してから(F402)、受電装置101から後述のEPT(End Power Transfer)パケットの受信(F416)まで、Digital Ping以上の電力を送電し続ける。
ステップF403では、受電装置101は、Digital Pingを受電して起動すると、受電したDigital Pingの電圧値をSignal Strengthパケットに格納して送電装置100へ送信する。
ステップF404では、受電装置101は、受電装置101が準拠しているWPC規格のバージョン情報とデバイス識別情報を含むIDを格納したIDパケットを送電装置100へ送信する。
ステップF405では、受電装置101は、電圧制御部303が負荷(充電部305)へ供給する電力の最大値等の情報を含んだConfigurationパケットを送電装置100へ送信する。送電装置100は、IDパケットおよびConfigurationパケットを受信する。
ステップF406では、送電装置100は、これらのパケットによって受電装置101がWPC規格v1.2以降の(後述のNegotiationを含む)拡張プロトコルに対応していると判定すると、受電装置101にACK(肯定応答)で応答する。受電装置101は、ACKを受信すると、送受電する電力の交渉などを行うNegotiationフェーズに遷移する。
ステップF407では、受電装置101は、送電装置100に対して、FOD Statusパケットを送信する。このFOD Statusパケットを「FOD(Q1)」と呼ぶ。
ステップF408では、送電装置100は、受信したFOD(Q1)に格納されているQ値(上記の第1の特性値)と第1のQ値測定で測定したQ値とに基づいて、第1の異物検出方法により異物検出を行う。そして、送電装置100は、異物がない可能性が高いと判定した場合に、その判定結果を示すACKを受電装置101に送信する。
ステップF409では、受電装置101は、ACKを受信すると、受電装置101が受電を要求する電力値の最大値であるGuaranteed Power(GP)の交渉を行う。Guaranteed Powerは、受電装置101と送電装置100との間で合意された、受電装置101の負荷電力(充電部305が消費する電力)を示す。この交渉は、WPC規格で規定されているSpecific Requestのうち、受電装置101が、要求するGuaranteed Powerの値を格納したパケットを送電装置100へ送信することにより実現される。このパケットを「SRQ(GP)」と呼ぶ。
ステップF410では、送電装置100は、送電装置100の送電能力等を考慮して、SRQ(GP)に応答する。送電装置100は、Guaranteed Powerを受け入れ可能であると判断した場合、その要求を受入れたことを示すACKを送信する。例えば、受電装置101が、SRQ(GP)により、Guaranteed Powerとして15ワットを要求したものとする。
ステップF411では、受電装置101は、Guaranteed Powerを含む複数のパラメータの交渉が終了すると、Specific Requestのうち、「SRQ(EN)」を送電装置に送信する。SRQ(EN)は、交渉の終了(End Negotiation)を要求するためのものである。
ステップF412では、送電装置100は、SRQ(EN)に対して、ACKを受電装置101に送信し、Negotiationを終了する。
ステップF413では、送電装置100は、上述したパワーロス手法に基づく異物検出(第2の異物検出方法)を実行するためのCalibrationカーブを作成するため、受電電力値を含むRP1を受電装置101から受信する。このRP1には、受電装置101が第2のQ値測定の実行を送電装置100に要求する情報要素が含まれる。
ステップF414では、送電装置100は、RP1に格納されている受電電力値と、その受電電力が得られたときの送電装置100の送電電力値を、Calibration data Pointとして受け入れると判断し、ACKを受電装置101へ送信する。
ステップF415では、受電装置101は、電圧制御部303の出力電圧値としてVout1を設定する。
ステップF416では、受電装置101は、電圧制御部303が充電部305に電圧値Vout1を出力できるか否かを判定する。具体的には、受電装置101は、受電部302の出力電圧(電圧制御部303の入力電圧)Vinと電圧制御部303の出力電圧Vout1を比較し、VinからVout1を出力できるか否かを判定する。受電装置101は、送電コイル203または受電コイル301の位置ずれが大きいなどの理由で、VinからVout1を出力できないと判定する場合がある。この場合、受電装置101は、送電装置100に対して、送電を停止することを要求するEPTパケットを送信する。このように、受電装置101は、電圧制御部303の出力電圧によっては、充電を開始できないという課題がある。
(受電装置101の動作説明)
図5は、上記の課題を解決するための受電装置101の制御方法を示すフローチャートである。ステップS500では、制御部300は、受電部302を介して、送電装置100からDigital Pingを受電して起動すると、ステップS501に進む。スイッチ308は、初期状態ではオフである。ステップS501では、制御部300は、受電部302の出力電圧Vinを検出する。
図5は、上記の課題を解決するための受電装置101の制御方法を示すフローチャートである。ステップS500では、制御部300は、受電部302を介して、送電装置100からDigital Pingを受電して起動すると、ステップS501に進む。スイッチ308は、初期状態ではオフである。ステップS501では、制御部300は、受電部302の出力電圧Vinを検出する。
ステップS502では、制御部300は、受電部302の出力電圧Vinと電圧制御部303の出力電圧の設定値Vout1とを比較し、電圧制御部303が設定値Vout1の電圧を出力可能であるか否かを判定する。制御部300は、電圧制御部303が設定値Vout1の電圧を出力可能であると判定した場合には(S502でYES)、ステップS513に進む。また、制御部300は、電圧制御部303が設定値Vout1の電圧を出力可能でないと判定した場合には(S502でNO)、ステップS503に進む。
電圧制御部303は、降圧回路により、受電部302の出力電圧Vinを降圧し、出力電圧Voutを出力する。つまり、受電部302の出力電圧(電圧制御部303の入力電圧)Vinと、電圧制御部303の出力電圧Voutは、Vin>Voutという関係が成立する。制御部300は、受電部302の出力電圧Vinが設定値Vout1より大きい場合には(S502でYES)、ステップS513に進む。また、制御部300は、受電部302の出力電圧Vinが設定値Vout1より大きくない場合には(S502でNO)、ステップS503に進む。
ステップS503では、制御部300は、電圧制御部303の出力電圧の設定値がVout1より小さいVout1’であるか否かを判定する。制御部300は、電圧制御部303の出力電圧の設定値がVout1’でない場合には(S503でNO)、ステップS504に進む。制御部300は、電圧制御部303の出力電圧の設定値がVout1である場合には、ステップS504に進む。
ステップS504では、制御部300は、電圧制御部303の出力電圧の設定値をVout1’に設定し、ステップS505に進む。
ステップS505では、制御部300は、受電部302の出力電圧Vinと電圧制御部303の出力電圧の設定値Vout1’とを比較し、電圧制御部303が設定値Vout1’の電圧を出力できるか否かを判定する。制御部300は、電圧制御部303が設定値Vout1’の電圧を出力できると判定した場合には(S505でYES)、ステップS506に進む。また、制御部300は、電圧制御部303が設定値Vout1’の電圧を出力できないと判定した場合には(S505でNO)、ステップS514に進む。
ステップS506~S510では、受電装置101は、Calibrationを行う。ステップS506では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr1を含むRP1を送信する。受電電力値Pr1は、電圧制御部303の出力電圧が0Vの場合の受電電力値である。
ステップS507では、制御部300は、RP1に対応するACKを送電装置100から受信する。
ステップS508では、電圧制御部303は、制御部300の制御の下、受電部302の入力電圧Vinを基に、設定値Vout1’の電圧を出力する。すると、受電装置101は、Guaranteed Powerで定められた電力の送受電を行うPower Transferフェーズに遷移する。受電装置101は、Power Transferフェーズでは、後述のControl Error Packetを送信することができ、それより前では、Control Error Packetを送信することができない。なお、スイッチ308はオフであるので、充電部305には設定値Vout1’の電圧が供給されず、充電部305の誤動作を防止することができる。
ステップS509では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電圧(または受電電流や受電電力)の増減を要求するControl Error Packet(以後、CEと表現する)を送信する。CEには、受電電圧を増加することを要求する場合には+の符号がついた整数が格納され、受電電圧を減少することを要求する場合には-の符号がついた整数が格納され、現在の受電電圧を維持したい場合には「0」が格納される。送電装置100は、CEに格納された符号および整数に基づいて、速やかに送電制御を行う。送電装置100は、+の符号がついた整数がCEに格納されている場合には送電電圧を速やかに増加させ、-の符号がついた整数がCEに格納されている場合には送電電圧を速やかに減少させ、「0」がCEに格納されている場合には送電電圧を維持する。ステップS508では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電圧を増加することを要求するCE(+)を送信する。
ステップS510では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr2を含むRP2を送信する。なお、この受電電力値Pr2は、スイッチ308がオフの場合の受電電力値である。
ステップS511では、制御部300は、通信部304を介して、RP2に対応するACKを送電装置100から受信し、ステップS502に戻る。送電装置100は、上記のCE(+)を受信すると、送電電力を増加する。すると、受電装置101の受電電力が増加し、受電部302の出力電圧Vinが増加する。
ステップS502では、制御部300は、電圧制御部303が設定値Vout1’の電圧を出力できるほど、受電部302の出力電圧Vinが増加しているか否かを判定する。制御部300は、電圧制御部303が設定値Vout1’の電圧を出力可能であると判定した場合には、ステップS513に進み、電圧制御部303が設定値Vout1’の電圧を出力可能でないと判定した場合には、ステップS503に進む。
ステップS513では、制御部300は、電圧制御部303の出力電圧の設定値をVout1に設定する。
ステップS521~S526では、受電装置101は、再びCalibrationを行う。ステップS521では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr1を含むRP1を送信する。受電電力値Pr1は、電圧制御部303の出力電圧が0Vの場合の受電電力値であり、Calibration data Pointとして使用される。
ステップS522では、制御部300は、RP1に対応するACKを送電装置100から受信する。
ステップS523では、制御部300は、制御部307に対して、電圧供給許可通知を出力する。制御部307は、電圧供給許可通知を入力すると、スイッチ308をオンにする。
ステップS524では、電圧制御部303は、制御部300の制御の下、受電部302の入力電圧Vinを基に、設定値Vout1の電圧を出力する。すると、受電装置101は、Guaranteed Powerで定められた電力の送受電を行うPower Transferフェーズに遷移する。スイッチ308がオンであるので、充電部305には、設定値Vout1の電圧が供給される。
ステップS525では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr2を含むRP2を送信する。受電電力値Pr2は、電圧制御部303の出力電圧が設定値Vout1の電圧である場合の受電電力値であり、Calibration data Pointとして使用される。
ステップS526では、制御部300は、通信部304を介して、RP2に対応するACKを送電装置100から受信し、図5のフローチャートの処理を終了する。送電装置100は、上記の受電電力値Pr1およびPr2のCalibration data Pointを補間し、Calibrationカーブの直線702を生成する。
ステップS503において、制御部300は、電圧制御部303の出力電圧の設定値がVout1’であると判定した場合には(S503でYES)、ステップS512に進む。
ステップS512では、制御部300は、充電部305が設定値Vout1’で動作可能であるか否かを判定する。制御部300は、充電部305が設定値Vout1’で動作可能であると判定した場合には(S512でYES)、ステップS515に進む。また、制御部300は、充電部305が設定値Vout1’で動作可能でないと判定した場合には(S512でNO)、ステップS514に進む。
ステップS514では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、送電を停止することを要求するEPTパケットを送信し、図5のフローチャートの処理を終了する。
ステップS515~S520では、受電装置101は、再びCalibrationを行う。ステップS515では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr1を含むRP1を送信する。受電電力値Pr1は、電圧制御部303の出力電圧が0Vの場合の受電電力値であり、Calibration data Pointとして使用される。
ステップS516では、制御部300は、RP1に対応するACKを送電装置100から受信する。
ステップS517では、制御部300は、制御部307に対して、電圧供給許可通知を出力する。制御部307は、電圧供給許可通知を入力すると、スイッチ308をオンにする。
ステップS518では、電圧制御部303は、制御部300の制御の下、受電部302の入力電圧Vinを基に、設定値Vout1’の電圧を出力する。すると、受電装置101は、Guaranteed Powerで定められた電力の送受電を行うPower Transferフェーズに遷移する。スイッチ308がオンであるので、充電部305には、設定値Vout1’の電圧が供給される。
ステップS519では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr2を含むRP2を送信する。受電電力値Pr2は、電圧制御部303の出力電圧が設定値Vout1’の電圧である場合の受電電力値であり、Calibration data Pointとして使用される。
ステップS520では、制御部300は、通信部304を介して、RP2に対応するACKを送電装置100から受信し、図5のフローチャートの処理を終了する。送電装置100は、上記の受電電力値Pr1およびPr2のCalibration data Pointを補間し、Calibrationカーブの直線702を生成する。
以上のように、制御部300は、電圧制御部303が設定値Vout1の電圧を出力可能でない場合には、電圧制御部303の出力電圧の設定値をVout1’に設定する(S504)。設定値Vout1’は、設定値Vout1より小さい。そして、制御部300は、受電部302の出力電圧Vinを上昇させるため、受電電圧を増加することを要求するCE(+)を送信する(S509)。これにより、電圧制御部303は、設定値Vout1の電圧を出力可能になる(S524)。受電装置101は、小型の受電コイル301を使用する場合や受電コイル301の結合係数が低い場合でも、電圧制御部303が設定値Vout1の電圧を出力し、充電部305が所望の電圧でバッテリを充電することができる。
(送電装置および受電装置のシーケンス)
図6は、送電装置100と受電装置101と制御部307の制御方法を示すシーケンス図である。受電装置101は、図5のフローチャートの処理を行う。送電装置100と受電装置101は、図4と同様に、ステップF400~F414の処理を行う。制御部300は、図5のステップS502、S503、S504およびS505を介して、ステップS506に進む。スイッチ308は、初期状態では、オフである。
図6は、送電装置100と受電装置101と制御部307の制御方法を示すシーケンス図である。受電装置101は、図5のフローチャートの処理を行う。送電装置100と受電装置101は、図4と同様に、ステップF400~F414の処理を行う。制御部300は、図5のステップS502、S503、S504およびS505を介して、ステップS506に進む。スイッチ308は、初期状態では、オフである。
ステップF413では、制御部300は、図5のステップS506の処理を行う。ステップS506では、制御部300は、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr1を含むRP1を送信する。
ステップF414では、制御部300は、図5のステップS507の処理を行う。ステップS507では、制御部300は、RP1に対応するACKを送電装置100から受信する。
ステップF417では、制御部300は、図5のステップS508の処理を行う。ステップS508では、電圧制御部303は、制御部300の制御の下、受電部302の入力電圧Vinを基に、設定値Vout1’の電圧を出力する。すると、受電装置101は、Power Transferフェーズに遷移する。スイッチ308はオフであるので、充電部305には設定値Vout1’の電圧が供給されず、充電部305の誤動作を防止することができる。
ステップF418では、制御部300は、図5のステップS509の処理を行う。ステップS509では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電圧の増加を要求するCE(+)を送信する。
ステップF419では、制御部300は、図5のステップS510の処理を行う。ステップS510では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr2を含むRP2を送信する。なお、この受電電力値Pr2は、スイッチ308がオフの場合の受電電力値である。
ステップF420では、制御部300は、図5のステップS511の処理を行う。ステップS511では、制御部300は、通信部304を介して、RP2に対応するACKを送電装置100から受信し、ステップS502に戻る。送電装置100は、上記のCE(+)を受信すると、送電電力を増加する。すると、受電装置101の受電電力が増加し、受電部302の出力電圧Vinが増加する。受電装置101は、ステップS502を介して、ステップS513に進む。ステップS513では、制御部300は、電圧制御部303の出力電圧の設定値をVout1に設定する。
ステップF421では、制御部300は、図5のステップS521の処理を行う。ステップS521では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr1を含むRP1を送信する。受電電力値Pr1は、電圧制御部303の出力電圧が0Vの場合の受電電力値であり、Calibration data Pointとして使用される。
ステップF422では、制御部300は、図5のステップS522の処理を行う。ステップS522では、制御部300は、RP1に対応するACKを送電装置100から受信する。
ステップF423では、制御部300は、図5のステップS523の処理を行う。ステップS523では、制御部300は、制御部307に対して、電圧供給許可通知を出力する。
ステップF424では、制御部307は、電圧供給許可通知を入力すると、スイッチ308をオンにし、電圧制御部303の出力端子を充電部305に接続する。
ステップF425では、制御部300は、図5のステップS524の処理を行う。ステップS524では、電圧制御部303は、制御部300の制御の下、受電部302の入力電圧Vinを基に、設定値Vout1の電圧を出力する。スイッチ308がオンであるので、充電部305には、設定値Vout1の電圧が供給され、充電部305は、充電を開始する。
ステップF426では、制御部300は、図5のステップS525の処理を行う。ステップS525では、制御部300は、送電装置100に対して、通信部304を介して、受電電力値Pr2を含むRP2を送信する。受電電力値Pr2は、電圧制御部303の出力電圧が設定値Vout1の電圧である場合の受電電力値であり、Calibration data Pointとして使用される。
ステップF427では、制御部300は、図5のステップS526の処理を行う。ステップS526では、制御部300は、通信部304を介して、RP2に対応するACKを送電装置100から受信する。送電装置100は、上記の受電電力値Pr1およびPr2のCalibration data Pointを補間し、Calibrationカーブの直線702を生成する。
ステップF428では、制御部300は、充電部305の充電が完了すると、送電装置100に対して、送電を停止することを要求するEPTパケットを送信する。送電装置100は、EPTパケットを受信すると、受電装置101への送電を停止する。
以上のように、受電部302は、送電装置100から無線で電力を受電する。電圧制御部303は、受電部302が受電した電力を基に、充電部(負荷)305に供給するための電圧を出力する。
ステップS502において、制御部300は、電圧制御部303がVout1の電圧値の電圧を出力可能な電力を受電部302が受電していない場合には、ステップS503に進む。ステップS508では、電圧制御部303がVout1’の電圧値の電圧を出力するように制御する。Vout1’の電圧値は、Vout1の電圧値より小さい。その後、ステップS509では、制御部300は、送電装置100に対して、受電部302の受電電圧の増加を要求するためのCE(+)を送信する。CE(+)は、通信部304が受電部302の電力を負荷変調することにより送信される。その後、ステップS502では、制御部300は、電圧制御部303がVout1の電圧値の電圧を出力可能な電力を受電部302が受電した場合には、ステップS513に進む。ステップS524では、制御部300は、電圧制御部303がVout1の電圧値の電圧を出力するように制御する。
電圧制御部303は、入力電圧を降圧することにより、充電部305に供給するための電圧を出力する。ステップS502では、制御部300は、電圧制御部303の入力電圧がVout1の電圧値より低い場合には、ステップS503に進む。また、制御部300は、電圧制御部303の入力電圧がVout1の電圧値より高い場合には、ステップS513に進む。
ステップS508において、制御部300は、電圧制御部303がVout1’の電圧値の電圧を出力するように制御する場合には、スイッチ308が電圧制御部303と充電部305との間を切断するように制御する。ステップS524において、制御部300は、電圧制御部303がVout1の電圧値の電圧を出力するように制御する場合には、スイッチ308が電圧制御部303と充電部305との間を接続するように制御する。
ステップS525では、制御部300は、送電装置100に対して、電圧制御部303がVout1の電圧値の電圧を充電部305に出力するように制御した状態での受電電力値Pr2を含むRP2を送信するように制御する。
ステップS510の後、ステップS502において、制御部300は、制御部300は、電圧制御部303がVout1の電圧値の電圧を出力可能な電力を受電部302が受電していない場合には、ステップS503を介して、ステップS512に進む。ステップS512では、制御部300は、充電部305がVout1’の電圧値の電圧で動作可能である場合には、ステップS515に進む。ステップS518では、制御部300は、電圧制御部303がVout1’の電圧値の電圧を充電部305に出力するように制御する。
以上のように、電圧制御部303の出力電圧が設定値Vout1’の電圧である場合には、スイッチ308がオフになるので、充電部305が低い電圧を供給されることによる誤動作を防止することができる。また、電圧制御部303の出力電圧が設定値Vout1の電圧である場合には、スイッチ308がオンになり、充電部305が正常な充電を行うことができる。送電装置100または受電装置101の位置ずれなどによって、受電装置101の電圧制御部303がVout1の電圧値の電圧を出力可能ではない場合に、Vout1の電圧値の電圧を出力することができるようになる。
なお、スイッチ308は、制御部307が制御するように説明したが、制御部300が制御しても、同様の効果を得ることができる。
(その他の実施形態)
本開示は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
本開示は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
図5のフローチャ-トで示される処理の少なくとも一部がハードウェアにより実現されてもよい。ハードウェアにより実現する場合、例えば、所定のコンパイラを用いることで、各ステップを実現するためのプログラムからFPGA上に自動的に専用回路を生成すればよい。FPGAとは、Field Programmable Gate Arrayの略である。また、FPGAと同様にしてGate Array回路を形成し、ハードウェアとして実現するようにしてもよい。
なお、上述の実施形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本開示はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
300:制御部、302:受電部、303:電圧制御部
Claims (9)
- 送電装置から無線で電力を受電する受電手段と、
前記受電手段が受電した電力を基に、負荷に供給するための電圧を出力する電圧制御手段と、
前記電圧制御手段が第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電していない場合には、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値より小さい第2の電圧値の電圧を出力するように制御した後、前記送電装置に対して、前記受電手段の受電電圧の増加を要求し、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電した場合には、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力するように制御する制御手段と
を有することを特徴とする受電装置。 - 前記電圧制御手段は、入力電圧を降圧することにより、前記負荷に供給するための電圧を出力し、
前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電していない場合は、前記電圧制御手段の入力電圧が前記第1の電圧値より低い場合であり、
前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電した場合は、前記電圧制御手段の入力電圧が前記第1の電圧値より高い場合であることを特徴とする請求項1に記載の受電装置。 - 前記制御手段は、前記電圧制御手段が前記第2の電圧値の電圧を出力するように制御する場合には、前記電圧制御手段と前記負荷との間を切断し、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力するように制御する場合には、前記電圧制御手段と前記負荷との間を接続するように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の受電装置。
- 前記制御手段は、前記送電装置に対して、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を前記負荷に出力するように制御した状態での受電電力値を送信するように制御することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の受電装置。
- 前記制御手段は、前記送電装置に対して、前記受電手段の受電電圧の増加を要求した後、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電しておらず、前記負荷が前記第2の電圧値の電圧で動作可能である場合には、前記電圧制御手段が前記第2の電圧値の電圧を前記負荷に出力するように制御することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の受電装置。
- 前記制御手段が前記送電装置に対して前記受電手段の受電電圧の増加を要求するように制御することは、前記制御手段が前記送電装置に対して前記受電手段の受電電圧の増加の要求を送信するように制御することであることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の受電装置。
- 前記要求は、前記電力を負荷変調することにより送信されることを特徴とする請求項6に記載の受電装置。
- 送電装置から無線で電力を受電する受電手段と、前記受電手段が受電した電力を基に、負荷に供給するための電圧を出力する電圧制御手段とを有する受電装置の制御方法であって、
前記電圧制御手段が第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電していない場合には、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値より小さい第2の電圧値の電圧を出力するように制御した後、前記送電装置に対して、前記受電手段の受電電圧の増加を要求するステップと、
前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力可能な電力を前記受電手段が受電した場合には、前記電圧制御手段が前記第1の電圧値の電圧を出力するステップと
を有することを特徴とする受電装置の制御方法。 - コンピュータを、請求項1~7のいずれか1項に記載された受電装置として機能させるためのプログラム。
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