JP6604554B2 - 無線電力伝送システムおよび送電装置 - Google Patents
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Description
送電装置と、受電装置と、を備える無線電力伝送シテスムにおける送電装置であって、
電源から供給される第1直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、
前記インバータ回路に前記交流電力を出力させ、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を、第1周波数(f1)と第2周波数(f2)とに変動させることで前記交流電力を2値の通信データとして出力する送電制御回路と、を有し、
前記受電装置は、
前記送電アンテナにより無線で送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、
前記送電アンテナに入力される前記交流電力の電圧の振幅を、第1振幅(V1)と第2振幅(V2)とに変動させる受電側振幅変調器と、を有し、
前記送電制御回路は、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの電磁気的結合を利用して前記送電アンテナから前記受電アンテナへ第1の2値の通信データを送信する際、前記第1の2値の通信データの一方に対応させて前記第1周波数(f1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2周波数(f2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記電磁気的結合を利用して前記受電アンテナから前記送電アンテナへ第2の2値の通信データを送信する際、前記第2の2値の通信データの一方に対応させて前記第1振幅(V1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2振幅(V2)を選択し、
前記送電制御回路は、前記交流電力の周波数が前記第1周波数(f1)のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)と、前記交流電力の周波数が前記第2周波数(f2)のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)との差分を無くす振幅制御を、前記インバータ回路を用いて行う、
これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
電源から供給される第1直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、
前記インバータ回路に前記交流電力を出力させ、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を、第1周波数(f1)と第2周波数(f2)とに変動させることで前記交流電力を2値の通信データとして出力する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナにより無線で送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、
前記送電アンテナに入力される前記交流電力の電圧の振幅を、第1振幅(V1)と第2振幅(V2)とに変動させる受電側振幅変調器と、を有する受電装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電制御回路は、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの電磁気的結合を利用して前記送電アンテナから前記受電アンテナへ出力される第1の2値の通信データを送信する際、前記第1の2値の通信データの一方に対応させて前記第1周波数(f1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2周波数(f2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記電磁気的結合を利用して前記受電アンテナから前記送電アンテナへ第2の2値の通信データを送信する際、前記第2の2値の通信データの一方に対応させて前記第1振幅(V1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2振幅(V2)を選択し、
前記送電制御回路は、前記交流電力の周波数が前記第1周波数(f1)のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)と、前記交流電力の周波数が前記第2周波数(f2)のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)との差分を無くす振幅制御を前記インバータ回路を用いて行う。
図2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構成例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、送電装置と、受電装置とを備える。送電装置は、外部の直流(DC)電源1030から入力される直流(DC)エネルギ(即ち直流電力)を交流エネルギ(即ち交流電力)に変換して出力する送電回路1000と、送電回路1000から出力された交流電力を送出する送電アンテナ1010とを備えている。受電装置は、送電アンテナ1010から送られた交流電力を受け取る受電アンテナ1011と、受電アンテナ1011が受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路1020と、受電回路1020から出力された直流電力によって動作する負荷1040とを備えている。
次に、本開示の第2の実施形態を説明する。本実施形態では、図4に示すフルブリッジ型のインバータ回路1001ではなく、ハーフブリッジ型のインバータ回路が用いられる。このため、実施形態1における位相制御ではなく、各スイッチング素子に入力されるパルス信号のデューティ比を制御することによって電圧の振幅が制御される。その他の点は、実施形態1と同様である。以下、実施形態1と異なる点を説明する。
電源から供給される第1直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、
前記インバータ回路に前記交流電力を出力させ、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を、第1周波数(f1)と第2周波数(f2)とに変動させることで前記交流電力を2値の通信データとして出力する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナにより無線で送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、
前記送電アンテナに入力される前記交流電力の電圧の振幅を、第1振幅(V1)と第2振幅(V2)とに変動させる受電側振幅変調器と、を有する受電装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電制御回路は、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの電磁気的結合を利用して前記送電アンテナから前記受電アンテナへ出力される第1の2値の通信データを送信する際、前記第1の2値の通信データの一方に対応させて前記第1周波数(f1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2周波数(f2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記電磁気的結合を利用して前記受電アンテナから前記送電アンテナへ第2の2値の通信データを送信する際、前記第2の2値の通信データの一方に対応させて前記第1振幅(V1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2振幅(V2)を選択し、
前記送電制御回路は、前記交流電力の周波数が前記第1周波数(f1)のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)と、前記交流電力の周波数が前記第2周波数(f2)のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)との差分を無くす振幅制御を、前記インバータ回路を用いて行う、
無線電力伝送システム。
前記送電装置における前記振幅制御後の前記第3振幅(V3)及び前記第4振幅(V4)は、前記受電装置において前記受電側振幅変調器により変動された前記第1振幅(V1)及び前記第2振幅(V2)のいずれか一方に対応する、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記受電アンテナから前記送電アンテナへの前記第2の2値の通信データの送信は、前記送電アンテナから前記受電アンテナへの前記第1の2値の通信データの送信と同時に行われる、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記送電装置は、前記送電アンテナから送電される前記交流電力の電圧の振幅を検出する振幅検出器を備え、
前記受電装置は、前記受電アンテナが受電した前記交流電力の周波数を検出する周波数検出器を備える、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記送電制御回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づき、前記振幅制御において、前記交流電力の周波数が前記第1周波数のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)を、前記交流電力の周波数が前記第2周波数のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)に合わせる制御を行う、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記送電制御回路は、前記振幅制御において、前記交流電力の周波数が前記第1周波数のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)を、前記交流電力の周波数が前記第2周波数のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)に合わせる制御をした場合に、前記交流電力の電圧の振幅差に対応するパラメータをメモリに保存する、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記送電アンテナと前記受電アンテナとの電磁気的結合は、磁界結合又は電界結合を含む、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記インバータ回路は、4つのスイッチング素子を有し、
前記4つのスイッチング素子は、前記電源から供給された前記第1直流電力の電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第1スイッチング素子対と、前記第1直流電力の電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第2スイッチング素子対とを含み、
前記送電制御回路は、前記4つのスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を供給し、
前記第1スイッチング素子対に供給される2つのパルス信号の位相差、および前記第2スイッチング素子対に供給される2つのパルス信号の位相差を調整することにより、前記振幅制御を行う、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記送電制御回路は、前記振幅制御において、前記交流電力の周波数が前記第1周波数のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)を、前記交流電力の周波数が前記第2周波数のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)に合わせる制御をした場合に、前記交流電力の電圧の振幅差に対応するパラメータをメモリに保存し、
前記パラメータは、前記交流電力の周波数が前記第2周波数のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)に合わせる制御をした場合の前記2つのパルス信号の位相差を表した値である、
項目8記載の無線電力伝送システム。
前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
前記送電制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を供給し、
前記パルス信号のデューティ比を調整することにより、前記振幅制御を行う、
項目1記載の無線電力伝送システム。
前記送電制御回路は、前記振幅制御において、前記交流電力の周波数が前記第1周波数のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)を、前記交流電力の周波数が前記第2周波数のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)に合わせる制御をした場合に、前記交流電力の電圧の振幅差に対応するパラメータをメモリに保存し、
前記パラメータは、前記交流電力の周波数が前記第2周波数のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)に合わせる制御をした場合の前記デューティ比を表した値である、
項目10記載の無線電力伝送システム。
送電装置と、受電装置と、を備える無線電力伝送シテスムにおける送電装置であって、
電源から供給される第1直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、
前記インバータ回路に前記交流電力を出力させ、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を、第1周波数(f1)と第2周波数(f2)とに変動させることで前記交流電力を2値の通信データとして出力する送電制御回路と、を有し、
前記受電装置は、
前記送電アンテナにより無線で送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、
前記送電アンテナに入力される前記交流電力の電圧の振幅を、第1振幅(V1)と第2振幅(V2)とに変動させる受電側振幅変調器と、を有し、
前記送電制御回路は、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの電磁気的結合を利用して前記送電アンテナから前記受電アンテナへ第1の2値の通信データを送信する際、前記第1の2値の通信データの一方に対応させて前記第1周波数(f1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2周波数(f2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記電磁気的結合を利用して前記受電アンテナから前記送電アンテナへ第2の2値の通信データを送信する際、前記第2の2値の通信データの一方に対応させて前記第1振幅(V1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2振幅(V2)を選択し、
前記送電制御回路は、前記交流電力の周波数が前記第1周波数(f1)のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)と、前記交流電力の周波数が前記第2周波数(f2)のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)との差分を無くす振幅制御を、前記インバータ回路を用いて行う、
送電装置。
1001、1001a インバータ回路
1002 パルス出力回路
1004 振幅検出器
1005 送電側復調器
1006 送電側周波数変調器
1010 送電アンテナ
1011 受電アンテナ
1020 受電回路
1021 整流器
1022 受電側振幅変調器
1024 周波数検出器
1025 受電側復調器
1026 信号出力回路
1030 直流電源
1040 負荷
1091 送電制御回路
1092 メモリ
Claims (2)
- 送電装置と、受電装置と、を備える無線電力伝送シテスムにおける受電装置であって、
前記送電装置は、
電源から供給される第1直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、
前記インバータ回路に前記交流電力を出力させ、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を、第1周波数(f1)と第2周波数(f2)とに変動させることで前記交流電力を2値の通信データとして出力する送電制御回路と、を有し、
前記受電装置は、
前記送電アンテナにより無線で送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、
前記送電アンテナに入力される前記交流電力の電圧の振幅を、第1振幅(V1)と第2振幅(V2)とに変動させる受電側振幅変調器と、
前記交流電力の周波数を検出する周波数検出器と、
を有し、
前記送電制御回路は、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの電磁気的結合を利用して前記送電アンテナから前記受電アンテナへ第1の2値の通信データを送信する際、前記第1の2値の通信データの一方に対応させて前記第1周波数(f1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2周波数(f2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記電磁気的結合を利用して前記受電アンテナから前記送電アンテナへ第2の2値の通信データを送信する際、前記第2の2値の通信データの一方に対応させて前記第1振幅(V1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2振幅(V2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記第1の2値の通信データが送信されている最中に、前記第2の2値の通信データを送信する機能を有し、
前記周波数検出器は、前記第2の2値の通信データが送信されている最中に、前記交流電力の前記周波数の変化を検出して前記第1の2値の通信データを復調する機能を有する、
受電装置。 - 電源から供給される第1直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、
前記インバータ回路に前記交流電力を出力させ、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を、第1周波数(f1)と第2周波数(f2)とに変動させることで前記交流電力を2値の通信データとして出力する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナにより無線で送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、
前記送電アンテナに入力される前記交流電力の電圧の振幅を、第1振幅(V1)と第2振幅(V2)とに変動させる受電側振幅変調器と、
前記交流電力の周波数を検出する周波数検出器と、を有する受電装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電制御回路は、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの電磁気的結合を利用して前記送電アンテナから前記受電アンテナへ出力される第1の2値の通信データを送信する際、前記第1の2値の通信データの一方に対応させて前記第1周波数(f1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2周波数(f2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記電磁気的結合を利用して前記受電アンテナから前記送電アンテナへ第2の2値の通信データを送信する際、前記第2の2値の通信データの一方に対応させて前記第1振幅(V1)を選択し、前記2値の通信データの他方に対応させて前記第2振幅(V2)を選択し、
前記受電側振幅変調器は、前記第1の2値の通信データが送信されている最中に、前記第2の2値の通信データを送信する機能を有し、
前記周波数検出器は、前記第2の2値の通信データが送信されている最中に、前記交流電力の前記周波数の変化を検出して前記第1の2値の通信データを復調する機能を有し、
前記送電制御回路は、前記交流電力の周波数が前記第1周波数(f1)のときの前記交流電力の電圧の第3振幅(V3)と、前記交流電力の周波数が前記第2周波数(f2)のときの前記交流電力の電圧の第4振幅(V4)との差分を無くす振幅制御を、前記インバータ回路を用いて行う、
無線電力伝送システム。
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