JP6863720B2 - 送電装置、受電装置及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents
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Description
上記送電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、
上記送電コイルに接続され得る可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、
駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
上記駆動電流の測定値を受電装置に送信し、上記測定値の送信に応答して受電装置から受信したキャパシタンス変更信号に基づいて可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、を有し、
前記キャパシタンス変更信号は、前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の増減を示す結合係数変動信号を含み、
前記送電制御回路は、前記結合係数変動信号に基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする。
上記受電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路と、
可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
可変容量回路を介して伝達された電力により駆動される負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
送電コイルの駆動電流の変動を表す駆動電流変動信号を送電装置から受信する受信回路と、を有し、
受電制御回路は、電圧電流測定回路の測定値及び駆動電流変動信号に基づいて、上記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び送電コイル及び受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有することを特徴とする。
送電装置は、
送電コイルに接続された送電可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、
駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
受電装置との間で信号の送受信を行う送電通信回路と、
送電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る送電制御回路と、を有し、
受電装置は、
受電コイルに接続された受電可変容量回路と、
受電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
受電可変容量回路を介して電力を受電する負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
送電装置との間で信号の送受信を行う受電通信回路と、を有し、
送電制御回路及び受電制御回路のうちいずれか1つは電圧電流測定回路の測定信号及び駆動回路の駆動電流信号に基づいて、上記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び送電コイル及び受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有し、
判定回路が結合係数の変動の発生を判定した場合、送電制御回路は判定回路の判定結果に基づいて送電可変容量回路のキャパシタンスを変更する、ことを特徴とする
そして、この相互インダクタンスMの交流信号周波数fにおけるリアクタンス値RMは、RM=2πfMである。例えば、f=13.56MHz、M=0.1μHのとき、RM=8.52Ωとなる。
(a1)k=0.1で最適化:
Ctxs=340pF、Ctxp=450pF、Crxs=17pF、Crxp=145pF
(a2)k=0.3で最適化:
Ctxs=450pF、Ctxp=310pF、Crxs=40pF、Crxp=135pF
(a3)k=0.7で最適化:
Ctxs=1000pF、Ctxp=370pF、Crxs=500pF、Crxp=140pF
すなわち、これら4つのキャパシタンス(Ctxs,Ctxp,Crxs,Crxp)を変更することによって受電電力Prを調整、最適化できることがわかる。例えば、「k=0.3で最適化」のキャパシタンスを設定することにより、結合係数k=0.2から0.7までの範囲で150mW以上を受電できることがわかる。図2を参照すると、この範囲は、コイル間距離DLが1mmから6mmまでに対応することがわかる。
(b1)RL=100Ωで最適化:
Ctxs=450pF、Ctxp=310pF、Crxs=54pF、Crxp=113pF
(b2)RL=250Ωで最適化:
Ctxs=450pF、Ctxp=310pF、Crxs=40pF、Crxp=135pF
(b3)RL=500Ωで最適化:
Ctxs=450pF、Ctxp=310pF、Crxs=57pF、Crxp=149pF
すなわち、上記4つのキャパシタンスのうち、2つのキャパシタンス(Crxs,Crxp)、すなわち受電装置21のキャパシタンス値を変更することによって受電電力Prを調整、最適化できることがわかる。例えば、「RL=250Ωで最適化」のキャパシタンス値を設定することにより、負荷抵抗RLが100Ωから500Ωまでの範囲で200mW以上を受電できることがわかる。
[可変容量回路の変形例]
図7A及び図7Bは、送電装置11の可変容量回路14又は受電装置21の可変容量回路22の構成の変形例を説明するための回路図である。より詳細には、可変容量回路14において、スイッチング回路によって付加(接続)され得るキャパシタ(例えば、図6に示すCt1、Ct2、Ct3)、及び可変容量回路22において、スイッチング回路によって付加(接続)され得るキャパシタ(例えば、図6に示すCr1、Cr2、Cr3)に、スイッチング回路のスイッチング・トランジスタのスイッチングを緩慢にするスイッチング緩慢回路が設けられる場合の回路を模式的に示している。
[ワイヤレス電力伝送システム10の動作]
図8は、ワイヤレス電力伝送システム10の制御シーケンスを示す図である。より詳細には、ワイヤレス電力伝送システム10の送電装置11及び受電装置21は、それぞれ図6に示すシーケンスに従い、制御を実行する。なお、かかる制御は、送電装置11の送電制御回路16及び受電装置21の受電制御回路26によってなされる。
可変容量回路22のキャパシタンスを変更し、送電装置11に対して送電装置11の可変容量回路14のキャパシタンス変更要求信号を送信する(ステップR20)。当該キャパシタンス変更要求には結合係数kの増減又は増減量を表す信号が含まれていてもよい。あるいは、結合係数kの最適化設定値の変更値を表す信号が含まれていてもよい。
Claims (17)
- 送電コイルを駆動し、受電コイルを有する受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記送電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路を有し、前記送電コイルを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
前記駆動電流の測定値を前記受電装置に送信し、前記測定値の送信に応答して前記受電装置から受信したキャパシタンス変更信号に基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、
を有し、
前記キャパシタンス変更信号は、前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の増減を示す結合係数変動信号を含み、
前記送電制御回路は、前記結合係数変動信号に基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする送電装置。 - 前記キャパシタンス変更信号は、前記可変容量回路のキャパシタンス変更を要求する要求信号であることを特徴とする請求項1に記載の送電装置。
- 前記送電制御回路は、前記結合係数の複数の最適化設定値と前記複数の最適化設定値の各々に対応するキャパシタンス設定値とを格納したテーブルを有し、
前記送電制御回路は、前記結合係数変動信号及び前記テーブルに基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項1又は2に記載の送電装置。 - 送電コイルを駆動し、受電コイルを有する受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記送電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路を有し、前記送電コイルを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
前記駆動電流の測定値を前記受電装置に送信し、前記測定値の送信に応答して前記受電装置から受信したキャパシタンス変更信号に基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、
を有し、
前記キャパシタンス変更信号は、前記受電装置の負荷抵抗の変動を示す負荷抵抗変動信号を含み、前記送電制御回路は、前記駆動電流の測定値及び前記負荷抵抗変動信号に基づいて前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動を判定することを特徴とする送電装置。 - 前記送電制御回路は、前記結合係数の変動の判定結果に基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項4に記載の送電装置。
- 前記可変容量回路は、スイッチング回路と、前記スイッチング回路によって前記駆動回路に付加し得る少なくとも1つのキャパシタとを有し、
前記送電制御回路は、前記スイッチング回路を駆動して前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1に記載の送電装置。 - 前記スイッチング回路は、前記スイッチング回路のスイッチングを緩慢にするスイッチング緩慢回路を有することを特徴とする請求項6に記載の送電装置。
- 前記駆動回路は前記可変容量回路と前記可変容量回路に接続された交流信号源とからなり、前記交流信号源、前記送電制御回路及び前記駆動電流測定回路はIC(集積回路)チップとして構成されていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1に記載の送電装置。
- 送電コイルを駆動する駆動回路を有する送電装置から非接触で受電コイルを介して電力を受電する受電装置であって、
前記受電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路と、
前記可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
前記可変容量回路を介して伝達された電力により駆動される負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
前記送電コイルの駆動電流の変動を表す駆動電流変動信号を前記送電装置から受信する受信回路と、を有し、
前記受電制御回路は、前記電圧電流測定回路の測定値及び前記駆動電流変動信号に基づいて、前記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有することを特徴とする受電装置。 - 前記受電制御回路は、前記結合係数の変動が発生したと判定された場合、前記可変容量回路のキャパシタンスを変更するとともに、前記送電装置の前記駆動回路のキャパシタンスの変更を要求するキャパシタンス変更要求を前記送電装置に送信することを特徴とする請求項9に記載の受電装置。
- 前記キャパシタンス変更要求は、前記結合係数の増減を表す信号を含むことを特徴とする請求項10に記載の受電装置。
- 前記可変容量回路は、少なくとも1つのキャパシタと前記少なくとも1つのキャパシタの接続切り替えをなすスイッチング回路とを有し、前記送電制御回路は、前記スイッチング回路を駆動して前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項9ないし11のいずれか1に記載の送電装置。
- 前記スイッチング回路は、前記スイッチング回路のスイッチングを緩慢にするスイッチング緩慢回路を有することを特徴とする請求項12に記載の送電装置。
- 送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置に非接触で電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
前記送電コイルに接続された送電可変容量回路を有し、前記送電コイルを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
前記受電装置との間で信号の送受信を行う送電通信回路と、
前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る送電制御回路と、を有し、
前記受電装置は、
前記受電コイルに接続された受電可変容量回路と、
前記受電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
前記受電可変容量回路を介して前記電力を受電する負荷と、
前記負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
前記送電装置との間で信号の送受信を行う受電通信回路と、を有し、
前記送電制御回路及び前記受電制御回路のうちいずれか1つは前記電圧電流測定回路の測定信号及び前記駆動回路の駆動電流信号に基づいて、前記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有し、
前記判定回路が前記結合係数の変動の発生を判定した場合、前記送電制御回路は前記判定回路の判定結果に基づいて前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更する
ことを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。 - 前記受電通信回路は前記駆動電流信号を前記送電装置から受信し、前記受電制御回路は前記判定回路を有し、
前記判定回路が前記結合係数の変動の発生を判定した場合、
前記受電制御回路は、前記可変容量回路のキャパシタンスを変更するとともに、前記送電制御回路に前記送電可変容量回路のキャパシタンス変更を要求する要求信号を送信し、
前記送電制御回路は、前記要求信号に基づいて前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項14に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 前記要求信号は、前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の増減を示す結合係数変動信号を含み、
前記送電制御回路は、前記結合係数の複数の最適化設定値と前記複数の最適化設定値の各々に対応するキャパシタンス設定値とを格納したテーブルを有し、
前記送電制御回路は、前記結合係数変動信号及び前記テーブルに基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項15に記載のワイヤレス電力伝送システム。 - 送電コイルと、前記送電コイルに接続された送電可変容量回路を有し、前記送電コイルを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、前記受電装置との間で信号の送受信を行う送電通信回路と、前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、を有する送電装置と、
受電コイルと、前記受電コイルに接続された受電可変容量回路と、前記受電可変容量回路のキャパシタンスを変更する受電制御回路と、前記受電可変容量回路を介して前記電力を受電する負荷と、前記負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、前記送電装置との間で信号の送受信を行う受電通信回路と、を有する受電装置と、の間で非接触で電力を伝送する電力伝送方法であって、
前記電圧電流測定回路の測定値及び前記駆動回路の駆動電流値に基づいて、前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動が発生したことを判定するステップと、
前記結合係数の変動が発生したことが判定された場合、
前記受電可変容量回路のキャパシタンスを変更するステップと、
前記結合係数の変動に基づいて前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更するステップと、
を有することを特徴とする電力伝送方法。
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