JP6471965B2 - 送電装置および無線電力伝送システム - Google Patents
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Description
第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい前記第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる。
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した無線電力伝送システムにおける送電装置に関し、以下の課題が生じることを見いだした。
第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい前記第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる。
送電制御回路は、前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させる。
図7は、本開示の第1の実施形態による無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の無線電力伝送システムは、送電回路1000と、送受電共振器対1010と、検出共振器1011と、受電回路1020とを備えている。送電回路1000は、直流電源1030から入力される直流(DC)エネルギ(電力)を交流(AC)エネルギ(電力)に変換して出力するように構成されている。送受電共振器対1010は、送電回路1000から出力された交流エネルギを無線で伝送するように構成されている。送受電共振器対1010は、送電共振器(送電アンテナとも称する。)1010aと受電共振器(受電アンテナとも称する。)1010bとの対からなる。送電共振器1010a、検出共振器1011、および受電共振器1010bの各々は、コイルおよびコンデンサを含む共振回路によって構成される。送受電共振器対1010は、電磁誘導または共振磁界結合によって送電回路1000から出力された交流エネルギを受電回路1020に無線で伝送する。受電回路1020は、送受電共振器対1010によって伝送された交流エネルギを直流エネルギに変換して負荷1040に供給する。検出共振器1011は、異物を検知する際に用いられる。
本実施形態では、検出共振器1011と受電共振器1010bとの結合係数を求め、その値に基づいて異物を検出することができる。
Lin(f)=L1{1−k2/(1−(fr/f)2)} ・・・式1
Lin(f1)≒L1
Lin(f2)≒L1(1−k2)
k2≒1−Lin(f2)/Lin(f1) ・・・式2
Lin_open(f1)=Lin_open(f2) ・・・式3
Lin_short(f1)=Lin_short(f2) ・・・式4
k2≒1−f12/f22 ・・・式5
k2≒1−f12/(f22−f32)・・・式6
異物の検出は、検出コイルの入力インダクタンスまたは振回路1003から出力される電圧に基づいて行うことも可能である。以下、このような異物検出処理の例を説明する。
磁界を遮蔽する金属が送受電コイル間に存在するとき、金属表面にコイルと逆相の電流が流れるため、コイルの入力インダクタンスが低下する。したがって、コイルの入力インダクタンスが所定の閾値以下になれば異物があると判定できる。ただし、検出・受電コイルの組みあわせによって結合係数は異なるため、インダクタンスの低下量は様々である。よって、インダクタンスの閾値Lthを、結合係数kの関数とすることにより、異なる組合せのコイル対においても、コイル間の異物を検出することができる。図14に示す例では、コイルの入力インダクタンスが所定の閾値以下である場合には、磁界を遮蔽しやすい異物(例えばリング状の金属異物)が存在すると判定される。逆に、コイルの入力インダクタンスが所定の閾値を超える場合には、そのような異物が存在しないと判定される。
磁界を遮蔽しにくい金属(例えば、鉄など)が送受電コイル間に存在する時は、磁界が異物を通過するため結合係数が低下しにくいため、前述の方法では検知しにくい。ただし、このような異物では磁界が異物を通過する際に渦電流が発生し、コイル端に電圧降下が生じる。このため、発振波形(電圧)の振幅が低下する。したがって、コイル端の電圧の振幅が所定の閾値以下になれば異物が存在すると判定できる。ただし、検出・受電コイルの組みあわせによって結合係数が異なるため、電圧の低下量は様々である。よって、電圧の閾値Vthは、結合係数kの関数とするか、インダクタンスLin(もしくは発振周波数f)の関数とする。これにより、異なる組合せのコイル対においても、コイル間の異物を検出することができる。
次に、閾値の決定についての考え方を説明する。
図19は、処理分割の第1の例を説明するための図である。この例では、検出対象の異物の種類によって処理が分割される。ここでは、アルミニウム製の異物(アルミ異物)と、鉄製の異物(鉄異物)とが、異なるタイミングで検出される場合を想定する。なお、異物の種類はこの例に限られない。
次に、処理分割の第2の例を説明する。この例では、異物検出に用いる複数の周波数ごとに処理を分割させる。複数の周波数は、例えば、上述の説明における周波数f1およびf2であり得る。
次に、処理分割の第3の例を説明する。この例では、検出精度を向上させるため、同じ処理を複数回行う異物検出の処理を分割させる。
次に、処理分割の第4の例を説明する。この例では、異物検出回路1004は、測定処理Aと測定処理Bとを行うことによって異物検出を行う際に、これらの処理に要する時間に応じて処理の頻度を変える。測定処理A、Bは、例えば、上述した説明における異なる2つの物理量を測定する処理であり得る。ここでは、測定処理Aに要する時間は、測定処理Bに要する時間よりも短いとする。
次に、処理分割の第5の例を説明する。この例では、異物検出処理が、測定対象の物理量ごとに測定処理と演算処理とに分割されている。異物検出回路1004は、物理量の測定結果が前回の結果と同じである場合、演算処理を省略し、前回と同じ判定を行う。
次に、処理分割の第6の例を説明する。この例では、測定処理と演算処理とが分離され、演算処理は充電期間中に行われる。測定処理は、電圧、周波数、入力インダクタンスなどの物理量を測定する処理である。演算処理は、測定された物理量に基づく演算によって異物の有無を判定する処理である。
次に、第2の実施形態を説明する。本実施形態は、異物を検出するための検出共振器(第3共振器)1011と送電共振器1010a(第2共振器)とが同一の共振器である点で実施形態1と異なる。以下、実施形態1と異なる点を中心に説明する。
以下、本開示の実施例を説明する。本実施例では、図14を参照しながら説明した構成において、複数の評価端末を用いて異物検出の効果を検証した。本実施例では、実施形態2と同様、送電共振器と検出共振器とが同じ共振器である構成を採用した。
第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい前記第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる。
前記一連の複数の処理を分割した各処理を実行させる分割期間は、送電の停止から、前記送電の停止を前記受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間より短い、
項目1に記載の送電装置。
送電の停止を前記受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間の長さより、送電を停止している送電停止時間を短くすることができる。よって、充電中を示す通知部(ランプなど)の点灯を連続して維持することができる。
前記一連の複数の処理は、前記変化後の物理量と所定の基準値との差分が予め設定された閾値よりも大きいとき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在すると判断する判断処理を含む、
項目1または2に記載の送電装置。
前記測定された物理量から算出した値に基づき、前記異物が存在するか否かを判断する処理がないので、前記異物検知期間を短くすることができる。
前記一連の複数の処理は、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量を測定する測定処理と、
前記測定された物理量から算出した値に基づき、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
項目1または2に記載の送電装置。
測定処理と、判断処理とを分けることで、前記異物検知期間において、送電を停止している送電停止時間を短くして、送電効率が低下することを防止しつつ、送電開始後も精度の高い異物検知を実現できる。
前記一連の複数の処理は、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量を測定する2種以上の測定処理と、
前記2種以上の測定処理の各々で測定された物理量から算出された値に基づいて、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
項目1または2に記載の送電装置。
高い精度で異物を検知することができる。
前記2種以上の測定処理は、前記第3共振器の共振周波数frより低い第1の周波数f1で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第1種の測定処理と、前記第3共振器の共振周波数frより高い第2の周波数f2で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第2種の測定処理とを含む、
項目5に記載の送電装置。
高い精度で異物を検知することができる。
前記一連の複数の処理は、第1の種類の異物に対応した第1の物理量を測定し、前記第1の種類の異物が存在するか否かを判断する第1判断処理と、第2の種類の異物に対応した第2の物理量を測定し、前記第2の種類の異物が存在するか否かを判断する第2判断処理とを含み、前記送電制御回路は、前記第1判断処理と前記第2判断処理との間に前記第1交流電力の送電を前記インバータに実行させる、
項目1または2に記載の送電装置。
前記第1の種類の異物と前記第2の種類の異物とを高い精度で検知することができる。
前記第1共振器および前記第3共振器は、同一の共振器であり、
前記送電制御回路の制御により、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続と、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続とを切り替えるスイッチを備え、
前記送電制御回路は、
前記分割された一連の複数の処理の中の第1処理を終えて前記第1交流電力の送電を再開するとき、前記スイッチを制御して、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替え、
前記第1交流電力の送電を中断して前記第1処理の次の第2処理を開始するとき、前記スイッチを制御して、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替える、
項目1から7のいずれか1項に記載の送電装置。
前記第1共振器および前記第3共振器を同一の共振器で行うことにより、部品点数の削減、コスト削減を行うことができる。
前記第3共振器における物理量は、前記第3共振器に印加される電圧、前記第3共振器に流れる電流、前記第3共振器に印加される前記電圧の周波数、前記第3共振器の入力インピ−ダンス値、又は、前記第3共振器の入力インダクタンス値である、
項目1から8のいずれか1項に記載の送電装置。
前記物理量を測定することで、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを容易に判断できる。
前記第1共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第3共振器における物理量が前記第3共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第1種の測定処理において前記周波数f1で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f1)を測定し、前記第2種の測定処理において前記周波数f2で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f2)とを測定し、
前記判断処理において、k2=1−Lin(f2)/Lin(f1)の式によって結合係数kを算出し、前記算出した結合係数kに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
項目6に記載の送電装置。
k2=1−Lin(f2)/Lin(f1)の式によって結合係数kを算出し、前記算出した結合係数kに基づいて異物が存在するか否かを判断する。
前記第1共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第3共振器における物理量が前記第3共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第1種の測定処理において前記周波数f1で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f1)を測定し、前記第2種の測定処理において前記周波数f2で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f2)を測定し、
前記判断処理において、前記Lin(f1)と前記Lin(f2)との比を算出し、前記算出した比に基づいて異物が存在するか否かを判断する、
項目6に記載の送電装置。
式2[Lin(f2)/Lin(f1)=1−k2]に変形できる。よって、Lin(f2)/Lin(f1)が決まると、結合係数kを一意的に決めることができる。従って、前記入力インダクタンス値Lin(f1)と前記入力インダクタンス値Lin(f2)との比に基づいて、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断できる。
前記第1共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記発振回路は、自励式の発振回路であり、かつ、前記第3共振器における物理量が前記第3共振器に印加される電圧の周波数であり、前記発振回路の発振周波数の2乗は前記第3共振器の入力インダクタンス値に反比例し、
前記異物検知判定回路は、
前記第1種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第3共振器の周波数f1を測定し、前記第2種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第3共振器の周波数f2を測定し、
前記判断処理において、k2=1−f12/f22の式によって結合係数kを算出し、前記算出した結合係数kに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
項目6に記載の送電装置。
前記発振回路が自励式の発振回路の場合、前記入力インダクタンス値をLとし、前記キャパシタをCとすると、前記自励式の発振回路の周波数fは、LC共振原理に基づく発振回路である場合、f=1/(2π×(LC)^(1/2))の式で表すことができる。容量Cは回路定数で既知であるから、前記入力インダクタンス値Lが前記発振回路の周波数の2乗に反比例するので、前記結合係数の式であるk2=1−Lin(f2)/Lin(f1)をk2=1−f12/f22の式に置き換えることができる。このことにより、前記測定回路で前記入力インダクタンスを測定する工程は不要となり、前記発振回路が発振する周波数f1及びf2の値を用いればよい。よって、前記測定回路で前記入力インダクタンスを測定する必要がなくなるので、前記結合係数を高精度で算出することができる。なお、前記周波数f1及び前記周波数f2の値については、前記第1共振器の前記周波数f1及び前記周波数f2を前記測定回路が測定してもよい。また、他の発振回路でも同様の考え方が適用でき、当業者は容易に類推可能である。
項目1から12のいずれか1項に記載の送電装置と、
受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備した送電装置を用いて異物検知方法であって、
前記送電制御回路に、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返させ、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間に分割して実行され、
前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させる、
異物検知方法。
前記送電制御回路に、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返させ、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間に分割して実行され、
前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させる、
このことにより、1回の前記異物検知期間の長さを短く(即ち、送電停止時間を短く)することができ、送電を行っている送電時間に対する異物検知を行う時間の割合を小さくすることができる。よって、送電効率が低下することを防止することができる。また、1回の前記異物検知期間の長さを短く(送電停止時間を短く)することができ、例えば、送電停止から、上記送電停止を受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間の長さより、短くすることができる。このため、受電装置において充電中であることを表すランプの点灯を維持することができる。
第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい前記第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量を測定し、前記測定された物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記物理量の測定から前記異物の判断までの一連の複数の処理を前記異物検知判定回路に実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定以外の処理は前記繰り返される複数の送電期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記物理量の測定を分割して実行させ、前記送電期間と並行して前記物理量の測定以外の処理を実行させ、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記物理量の測定から前記異物の判断までの一連の複数の処理を前記異物検知判定回路に実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定以外の処理は前記繰り返される複数の送電期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記物理量の測定を分割して実行させ、前記送電期間と並行して前記物理量の測定以外の処理を実行させ、異物が存在するか否かを判断させる。
入力された直流エネルギを交流エネルギに変換して出力するように構成された送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流エネルギを送出するように構成された送電共振器と、
前記送電共振器によって送出された前記交流エネルギの少なくとも一部を受け取るように構成された受電共振器と、
前記受電共振器が受け取った前記交流エネルギを直流エネルギに変換して負荷に供給するように構成された受電回路と、
を備え、
前記送電回路は、
前記直流エネルギを前記交流エネルギに変換して出力するように構成されたインバータ回路と、
複数のステップを含む異物検出処理を実行することによって前記送電共振器の付近の異物を検出するように構成された異物検出回路と、
前記インバータ回路を用いた送電処理と、前記異物検出回路を用いた処理とを交互に繰り返すように、前記インバータ回路および前記異物検出回路を制御する制御回路と、
を有し、
前記異物検出回路は、1回の前記送電処理の前後で、前記複数のステップに含まれる異なるステップを実行するように構成されている、
無線電力伝送システム。
前記複数のステップは、前記異物の接近に伴って変化する少なくとも1つの物理量を測定するステップと、前記少なくとも1つの物理量の基準値からの変化量に基づいて前記異物の有無を判定するステップとを含む、項目16に記載の無線電力伝送システム。
前記複数のステップは、第1の種類の異物に対応した第1の物理量を測定するステップと、第2の種類の異物に対応した第2の物理量を測定するステップとを含む、項目17に記載の無線電力伝送システム。
前記異物検出回路は、
前記第1共振器または異物検出用の他の共振器に電気的に接続され、前記受電共振器の共振周波数frよりも低い第1の周波数f1および前記共振周波数frよりも高い第2の周波数f2で発振可能な発振回路と、
前記発振回路に電気的に接続された前記第1共振器または前記他の共振器の入力インピーダンスに応じて変化する物理量を測定するように構成された測定回路と、
前記第1の周波数f1で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路が測定した前記物理量の変化と、前記第2の周波数f2で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路が測定した前記物理量の変化とに基づいて、送電共振器の付近の異物の有無を判定するように構成された判定回路と、
を有する、項目16から18のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
前記複数のステップは、前記第1の周波数f1で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路によって前記物理量を測定する第1のステップと、前記第2の周波数f2で前記発振回路が発振しているときに前記測定回路によって前記物理量を測定する第2のステップとを含み、
前記測定回路は、前記第1および第2のステップを、1回の送電処理の前後に実行するように構成されている、
項目19に記載の無線電力伝送システム。
前記複数のステップは、同一の物理量を測定する2つのステップと、前記2つのステップにおいて測定された前記物理量に基づく演算によって異物の有無を判定するステップとを含み、
前記異物検出回路は、1回の前記送電処理の前後で、前記2つのステップをそれぞれ実行するように構成されている、
項目16から20のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
前記異物検出回路は、前記複数のステップの各々に要する時間に応じて各ステップを実行する頻度を変更するように構成されている、項目16から21のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
前記受電回路は、前記受電回路の出力変動を通知するフィードバックのための通信パケットを送信するように構成された送信回路を有し、
前記送電回路は、前記通信パケットを受信するように構成された受信回路を有し、
前記制御回路は、前記受信回路が前記通信パケットを受信している期間は前記異物検出回路を用いた処理を実行しないように、前記異物検出回路を制御するように構成されている、
項目16から21のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
前記異物検出回路は、1回の前記送電処理の前後で、異なる2つの測定処理を行い、前記2つの測定処理の結果に基づく演算によって異物の有無を判定する処理を実行するように構成されている、項目16から23のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
前記異物検出回路は、前記2つの測定処理の結果に基づく演算を、前記2つの測定処理の後の送電期間中に実行するように構成されている、項目24に記載の無線電力伝送システム。
前記異物判定回路は、
前記異物検出処理において、前記異物の接近に伴って変化する物理量を測定し、
前記物理量に基づく演算を行うことによって前記異物の有無を判定し、
前記異物がないと判定した後、次の異物検出処理において、前回と同じ測定結果を得たとき、前記物理量に基づく演算を省略して前記異物がないと判定するように構成されている、
項目16から25のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
入力された直流エネルギを交流エネルギに変換して出力するように構成された送電回路と、
前記送電回路から出力された前記交流エネルギを送出するように構成された送電共振器と、
を備え、
前記送電回路は、
前記直流エネルギを前記交流エネルギに変換して出力するように構成されたインバータ回路と、
複数のステップを含む異物検出処理を実行することによって前記送電共振器の付近の異物を検出するように構成された異物検出回路と、
前記インバータ回路を用いた送電処理と、前記異物検出回路を用いた処理とを交互に繰り返すように、前記インバータ回路および前記異物検出回路を制御する制御回路と、
を有し、
前記異物検出回路は、1回の前記送電処理の前後で、前記複数のステップに含まれる異なるステップを実行するように構成されている、
送電装置。
入力された直流エネルギを交流エネルギに変換して出力するように構成された送電回路と、前記送電回路から出力された前記交流エネルギを送出するように構成された送電共振器とを備えた送電装置に搭載されたコンピュータによって実行されるプログラムであって、
前記コンピュータに、
複数のステップを含む異物検出処理を実行させることによって前記送電共振器の付近の異物を検出させ、
インバータ回路を用いた送電処理と、前記異物検出処理における前記複数のステップの一部のステップを交互に実行させ、
1回の送電処理の前後で、前記複数のステップに含まれる異なるステップを実行させる、
プログラム。
200 受電装置
1000 送電回路
1001 インバータ回路
1002 切替スイッチ
1003 発振回路
1004 異物検出回路
1005 受信回路
1006 測定回路
1007 判定回路
1008 異物検知判定回路
1010 送受電共振器対
1010a 送電共振器
1010b 受電共振器
1011 検出共振器
1020 受電回路
1021 整流回路
1022 出力検出回路
1023 送信回路
1030 直流(DC)電源
1040 負荷
1050 異物
1070 表示素子
1090 制御回路
1091 送電制御部
1092 切替スイッチ制御部
1093 メモリ(結果保存部)
1094 発振制御部
1095 タイミング制御部
Claims (15)
- 第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。 - 前記一連の複数の処理を分割した各処理を実行させる分割期間は、送電の停止から、前記送電の停止を前記受電装置の通知部を用いて通知するまでの遅延期間より短い、
請求項1に記載の送電装置。 - 前記一連の複数の処理は、前記変化後の物理量と所定の基準値との差分が予め設定された閾値よりも大きいとき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在すると判断する判断処理を含む、
請求項1または2に記載の送電装置。 - 前記一連の複数の処理は、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量を測定する測定処理と、
前記測定された物理量から算出した値に基づき、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
請求項1または2に記載の送電装置。 - 前記一連の複数の処理は、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量を測定する2種以上の測定処理と、
前記2種以上の測定処理の各々で測定された物理量から算出された値に基づいて、前記異物が存在するか否かを判断する判断処理と、を含む、
請求項1または2に記載の送電装置。 - 前記2種以上の測定処理は、前記第3共振器の共振周波数frより低い第1の周波数f1で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第1種の測定処理と、前記第3共振器の共振周波数frより高い第2の周波数f2で前記発振回路が発振しているときに前記異物検知判定回路によって前記物理量を測定する第2種の測定処理とを含む、
請求項5に記載の送電装置。 - 前記一連の複数の処理は、第1の種類の異物に対応した第1の物理量を測定し、前記第1の種類の異物が存在するか否かを判断する第1判断処理と、第2の種類の異物に対応した第2の物理量を測定し、前記第2の種類の異物が存在するか否かを判断する第2判断処理とを含み、前記送電制御回路は、前記第1判断処理と前記第2判断処理との間に前記第1交流電力の送電を前記インバータに実行させる、
請求項1または2に記載の送電装置。 - 前記第2共振器および前記第3共振器は、同一の共振器であり、
前記送電制御回路の制御により、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続と、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続とを切り替えるスイッチを備え、
前記送電制御回路は、
前記分割された一連の複数の処理の中の第1処理を終えて前記第1交流電力の送電を再開するとき、前記スイッチを制御して、前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替え、
前記第1交流電力の送電を中断して前記第1処理の次の第2処理を開始するとき、前記スイッチを制御して、前記インバータ回路と前記同一の共振器との電気的接続から前記発振回路と前記同一の共振器との電気的接続に切り替える、
請求項1から7のいずれか1項に記載の送電装置。 - 前記第3共振器における物理量は、前記第3共振器に印加される電圧、前記第3共振器に流れる電流、前記第3共振器に印加される前記電圧の周波数、前記第3共振器の入力インピ−ダンス値、又は、前記第3共振器の入力インダクタンス値である、
請求項1から8のいずれか1項に記載の送電装置。 - 前記第1共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第3共振器における物理量が前記第3共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第1種の測定処理において前記周波数f1で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f1)を測定し、前記第2種の測定処理において前記周波数f2で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f2)とを測定し、
前記判断処理において、k2=1−Lin(f2)/Lin(f1)の式によって結合係数kを算出し、前記算出した結合係数kに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
請求項6に記載の送電装置。 - 前記第1共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記第3共振器における物理量が前記第3共振器の入力インダクタンスであり、
前記異物検知判定回路は、
前記第1種の測定処理において前記周波数f1で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f1)を測定し、前記第2種の測定処理において前記周波数f2で発振しているときの前記第3共振器の入力インダクタンス値Lin(f2)を測定し、
前記判断処理において、前記Lin(f1)と前記Lin(f2)との比を算出し、前記算出した比に基づいて異物が存在するか否かを判断する、
請求項6に記載の送電装置。 - 前記第1共振器は、コイル及びキャパシタを含む並列共振回路を有し、
前記発振回路は、自励式の発振回路であり、かつ、前記第3共振器における物理量が前記第3共振器に印加される電圧の周波数であり、前記発振回路の発振周波数の2乗は前記第3共振器の入力インダクタンス値に反比例し、
前記異物検知判定回路は、
前記第1種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第3共振器の周波数f1を測定し、前記第2種の測定処理において前記発振回路が発振しているときの前記第3共振器の周波数f2を測定し、
前記判断処理において、k2=1−f12/f22の式によって結合係数kを算出し、前記算出した結合係数kに基づいて異物が存在するか否かを判断する、
請求項6に記載の送電装置。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の送電装置と、
受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。 - 第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備した送電装置を用いて異物検知方法であって、
前記送電制御回路に、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記異物検知判定回路に一連の複数の処理を実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返させ、前記一連の複数の処理は前記繰り返される複数の異物検知期間に分割して実行され、
前記複数の異物検知期間を用いて前記一連の複数の処理を分割して実行させて、前記異物検知判定回路に異物が存在するか否かを判断させる、
異物検知方法。 - 第1交流電力を受電する第1共振器と、前記第1共振器が受電した前記第1交流電力を第1直流電力に変換して負荷に供給する受電回路とを備えた受電装置に対して非接触方式で前記第1交流電力を送電する送電装置であって、
前記第1交流電力を生成して第2共振器を介して前記第1交流電力を送電するインバータ回路と、
前記第1交流電力より小さい前記第2交流電力を生成して第3共振器を介して前記第2交流電力を送電する発振回路と、
前記第2交流電力に応じて変化する前記第3共振器における物理量を測定し、前記測定された物理量に基づき、前記第1共振器と前記第3共振器との間に異物が存在するか否かを判断する異物検知判定回路と、
前記送電装置を制御する送電制御回路と、を具備し、
前記送電制御回路は、
前記第1交流電力の送電開始前に、前記物理量の測定から前記異物の判断までの一連の複数の処理を前記異物検知判定回路に実行させて異物が存在するか否かを判断させた後、前記インバータ回路に前記第1交流電力の送電を開始させ、
前記第1交流電力の送電開始後は、前記異物検知を行う異物検知期間と前記第1交流電力の送電を行う送電期間とを繰り返し、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定は前記繰り返される複数の異物検知期間で分割して実行され、前記一連の複数の処理に含まれる前記物理量の測定以外の処理は前記繰り返される複数の送電期間で分割して実行され、
前記異物検知判定回路に、前記複数の異物検知期間を用いて前記物理量の測定を分割して実行させ、前記送電期間と並行して前記物理量の測定以外の処理を実行させ、異物が存在するか否かを判断させる、
送電装置。
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