(57)【要約】【課題】無線エネルギー伝送装置が無線エネルギー受信装置から返送された直流出力電圧に関する信号に基づいて、出力パワーを調整するための無線エネルギー受信装置、無線エネルギー伝送システム及び無線エネルギー伝送方法を提供する。【解決手段】無線エネルギー伝送装置からのエネルギーを無線受信するためのコイルと、コイルにカップリングされ、コイルからの交流電圧を直流出力電圧に変換するための整流回路と、整流回路にカップリングされ、直流出力電圧を供給するための直流出力ポートと、コイル、整流回路及び直流出力ポートにカップリングされ、直流出力ポートの直流出力電圧をモニタリングするとともに、直流出力電圧に基づいて無線エネルギー伝送装置に対して無線エネルギー伝送装置の出力パワーを調整するよう通知する判定回路と、を含む。【選択図】図２
2016127633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線エネルギー伝送装置からのエネルギーを無線受信するためのコイルと、
前記コイルにカップリングされ、前記コイルからの交流電圧を直流出力電圧に変換するための整流回路と、
前記整流回路にカップリングされ、前記直流出力電圧を供給するための直流出力ポートと、
前記コイル、前記整流回路及び前記直流出力ポートにカップリングされ、前記直流出力ポートの前記直流出力電圧をモニタリングするとともに、前記直流出力電圧に基づいて前記無線エネルギー伝送装置に対して前記無線エネルギー伝送装置の出力パワーを調整するよう通知する判定回路と、
を含むことを特徴とする無線エネルギー受信装置。
【請求項２】
前記判定回路は、振幅偏移変調または周波数偏移変調により前記無線エネルギー伝送装置と通信することを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギー受信装置。
【請求項３】
前記無線エネルギー伝送装置は、さらに、前記無線エネルギー伝送装置と前記無線エネルギー受信装置との間の伝達関数及び前記直流出力電圧に基づいて前記無線エネルギー伝送装置からの前記出力パワーを調整することを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギー受信装置。
【請求項４】
出力パワーを無線伝送するための無線エネルギー伝送装置と、
前記無線エネルギー伝送装置からのエネルギーを無線受信するためのコイルと、前記コイルにカップリングされ、前記コイルからの交流電圧を直流出力電圧に変換するための整流回路と、前記整流回路にカップリングされ、前記直流出力電圧を供給するための直流出力ポートと、前記コイル、前記整流回路及び前記直流出力ポートにカップリングされ、前記直流出力ポートの前記直流出力電圧をモニタリングするとともに、前記直流出力電圧に基づいて前記無線エネルギー伝送装置に対して前記無線エネルギー伝送装置の出力パワーを調整するよう通知する判定回路とを含む無線エネルギー受信装置と、
を含むことを特徴とする無線エネルギー伝送システム。
【請求項５】
前記判定回路は、前記コイルを介して振幅偏移変調または周波数偏移変調により前記無線エネルギー伝送装置と通信することを特徴とする請求項４に記載の無線エネルギー伝送システム。
【請求項６】
前記無線エネルギー伝送装置は、さらに、前記無線エネルギー伝送装置と前記無線エネルギー受信装置との間の伝達関数及び前記直流出力電圧に基づいて前記無線エネルギー伝送装置からの前記出力パワーを調整することを特徴とする請求項４に記載の無線エネルギー伝送システム。
【請求項７】
無線エネルギー伝送装置によりパワーを無線エネルギー受信装置に伝送する工程と、
前記無線エネルギー受信装置の直流出力電圧を検知するとともに、前記無線エネルギー受信装置により前記直流出力電圧を表す指示信号を前記無線エネルギー伝送装置に伝送する工程と、
前記無線エネルギー伝送装置により前記直流出力電圧を表す前記指示信号に基づいて前記無線エネルギー伝送装置の出力パワーを調整する工程と
を含むことを特徴とする無線エネルギー伝送方法。
【請求項８】
前記無線エネルギー伝送装置の前記出力パワーを調整する工程は、前記無線エネルギー伝送装置により前記無線エネルギー伝送装置と前記無線エネルギー受信装置との間の伝達関数及び前記指示信号に基づいて前記無線エネルギー伝送装置からの出力パワーを調整する工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の無線エネルギー伝送方法。
【請求項９】
前記無線エネルギー伝送装置により所定のパワーを前記無線エネルギー受信装置に伝送する工程と、
前記伝達関数、前記無線エネルギー受信装置の前記直流出力電圧、及び前記無線エネルギー伝送装置の入力電圧に基づいて、前記伝達関数の関連パラメータを取得する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の無線エネルギー伝送方法。
【請求項１０】
前記伝達関数は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ＊（Ｎｓ／Ｎｐ）＊Ｄ＊Ｇであり、
ここで、Ｖｏｕｔは前記出力電圧、Ｖｉｎは前記入力電圧、Ｎｓは前記無線エネルギー受信装置のコイル巻数、Ｎｐは前記無線エネルギー伝送装置のコイル巻数、Ｄは前記無線エネルギー伝送装置のデューティサイクル、Ｇは前記伝達関数のゲインであることを特徴とする請求項９に記載の無線エネルギー伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線エネルギー伝送に関し、特に無線エネルギー受信装置、無線エネルギー伝送システム及び無線エネルギー伝送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の無線エネルギー伝送システムの回路ブロック図である。現在の無線エネルギー伝送システムには、複数の実現方法があり、少なくとも磁気カップリング、磁気共振及び電場カップリングの３つが挙げられる。図１は、磁気カップリングによりエネルギーが伝送されるシステムを示す。無線エネルギー伝送装置１１は、無線エネルギー受信装置１２に交流電圧を供給する。無線エネルギー伝送装置１１について、図１において、制御回路が図示されていないが、エネルギー伝送に用いられる入力電圧及びコイルのみが図示されている。無線エネルギー受信装置１２は、カップリングコイル１２１が交流電流（ＡＣ）にカップリングし交流電流を整流回路１２２に供給し、整流回路１２２が整流後の直流電流ＤＣを直流−直流変換器（DC to DC converter）１２４に伝送し、直流出力ポート１２５が直流−直流変換器１２４の出力電圧を外部の回路に供給するように構成されている。判定回路１２３は、直流出力ポート１２５の出力電圧及びカップリングコイル１２１の交流電流に基づいて直流−直流変換器１２４を制御する。
【０００３】
しかしながら、電気エネルギーの伝送状況を調整するために、無線エネルギー伝送装置１１自体は、出力パワーを調整するメカニズムを有するのみならず、従来の無線エネルギー受信装置１２も、直流−直流変換器１２４を介して出力電圧を自ら制御する。このように、マルチレベルのパワー及び電圧の調整によって、電力変換の効率は低下する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、無線エネルギー伝送装置が無線エネルギー受信装置から返送された直流出力電圧に関する信号に基づいて、出力パワーを調整するための無線エネルギー受信装置、無線エネルギー伝送システム及び無線エネルギー伝送方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、無線エネルギー伝送装置からのエネルギーを無線受信するためのコイルと、コイルにカップリングされ、コイルからの交流電圧を直流出力電圧に変換するための整流回路と、整流回路にカップリングされ、直流出力電圧を供給するための直流出力ポートと、コイル、整流回路及び直流出力ポートにカップリングされ、直流出力ポートの直流出力電圧をモニタリングするとともに、直流出力電圧に基づいて無線エネルギー伝送装置に対して無線エネルギー伝送装置の出力パワーを調整するよう通知する判定回路と、を含むことを特徴とする無線エネルギー受信装置を提供する。
【０００６】
また、本発明は、出力パワーを無線供給するための無線エネルギー伝送装置と、無線エネルギー伝送装置からのエネルギーを無線受信するためのコイルと、コイルにカップリングされ、コイルからの交流電圧を直流出力電圧に変換するための整流回路と、整流回路にカップリングされ、直流出力電圧を供給するための直流出力ポートと、コイル、整流回路及び直流出力ポートにカップリングされ、直流出力ポートの直流出力電圧をモニタリングするとともに、直流出力電圧に基づいて無線エネルギー伝送装置に対して無線エネルギー伝送装置の出力パワーを調整するよう通知する判定回路とを含む無線エネルギー受信装置と、を含むことを特徴とする無線エネルギー伝送システムを提供する。
【０００７】
また、本発明は、無線エネルギー伝送装置によりパワーを無線エネルギー受信装置に伝送する工程と、無線エネルギー受信装置の直流出力電圧を検知するとともに、無線エネルギー受信装置により直流出力電圧を表す指示信号を無線エネルギー伝送装置に伝送する工程と、無線エネルギー伝送装置により直流出力電圧を表す指示信号に基づいて無線エネルギー伝送装置の出力パワーを調整する工程とを含むことを特徴とする無線エネルギー伝送方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る無線エネルギー受信装置、無線エネルギー伝送システム及び無線エネルギー伝送方法によれば、無線エネルギー受信装置が直流−直流変換器を有さず、エネルギー送信側の無線エネルギー伝送装置においてのみパワー変調が１回行われる。従来の無線エネルギー伝送システムと比較すると、本発明に係る無線エネルギー受信装置、無線エネルギー伝送システム及び無線エネルギー伝送方法では、直流−直流の変換が不要となるため、回路材料コストが低下し、発熱素子の数が削減され、電力変換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の無線エネルギー伝送システムの回路ブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る無線エネルギー伝送システムの回路ブロック図である。
【図３】本発明の実施例に係る無線エネルギー伝送システムの電圧操作波形図である。
【図４】本発明の実施例に係る無線エネルギー伝送方法のフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施例に係る無線エネルギー伝送方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［無線エネルギー受信装置及び無線エネルギー伝送システムの実施例］
図２は、本発明の実施例に係る無線エネルギー伝送システムの回路ブロック図である。無線エネルギー伝送システム２は、エネルギー伝送側（ＴＸ）である無線エネルギー伝送装置２１と、エネルギー受信側（ＲＸ）である無線エネルギー受信装置２２とを含む。無線エネルギー伝送装置２１は、例えば磁気カップリング、磁気共振、電場カップリングまたはその他の無線伝送メカニズムによりエネルギーを無線エネルギー受信装置２２に伝送することができる。本実施例に係る無線エネルギー伝送装置２１は、例えば磁気カップリングによりコイルを介して交流の入力電圧ＴＸＩをコイルに送り込み、無線エネルギー受信装置２２のカップリングコイル２２１は、磁気カップリングによりエネルギーとカップリングされる。ここで、カップリングコイル２２１はコイルであり、磁気カップリング用のコイルはカップリングコイルであり、磁気共振に用いられるコイルは共振コイルであってもよいが、本発明はコイルの種類に限定されるものではない。
【００１１】
無線エネルギー受信装置２２は、カップリングコイル２２１と、整流回路２２２と、直流出力ポート２２５と、判定回路２２３と、通信回路２２６とを含む。判定回路２２３は、通信回路２２６により出力電圧ＲＸ０を表す指示信号ＩＮＤを無線エネルギー伝送装置２１に伝送する。判定回路２２３は、例えばマイクロコントローラ（ＭＣＵ）であってもよい。他の実施例において、通信回路２２６は、信号無線伝送として機能するものであり、判定回路２２３と統合することができる。
【００１２】
カップリングコイル２２１は、無線エネルギー伝送装置２１のエネルギーを無線受信する。整流回路２２２は、カップリングコイル２２１にカップリングされ、カップリングコイル２２１の交流電圧（無線エネルギー伝送装置２１の入力電圧ＴＸＩに対応する）を直流出力電圧ＲＸＩに変換する。整流回路２２２は、例えばフルブリッジ整流回路、ハーフブリッジ整流回路であってもよいが、本発明はそれらに限定されるものではない。当業者は、必要に応じて整流回路の種類と設計を変更することができる。
【００１３】
直流出力ポート２２５は、整流回路２２２にカップリングされ、直流出力電圧ＲＸ０を提供する。判定回路２２３は、カップリングコイル２２１、整流回路２２２、及び直流出力ポート２２５にカップリングされ、直流出力ポート２２５の直流出力電圧ＲＸ０をモニタリングするとともに、直流出力電圧ＲＸ０に基づいて無線エネルギー伝送装置２１に対して無線エネルギー伝送装置２１の出力パワーを調整するよう通知する。一つの実施例において、判定回路２２３は、振幅変移変調（ＡＳＫ）または周波数偏移変調（ＦＳＫ）により無線エネルギー伝送装置と通信するが、本発明はこれに限定されるものではない。無線エネルギー受信装置２２は、さらに、無線エネルギー伝送装置２１と無線エネルギー受信装置２２との間の伝達関数（transfer function）及び直流出力電圧ＲＸ０に基づいて無線エネルギー伝送装置２１からの出力パワーを調整する。言い換えれば、本実施例の無線エネルギー受信装置２２自体は、直流出力電圧及びパワーを制御・調整せず、直流出力電圧ＲＸ０の状況に関する指示信号を無線エネルギー受信装置２２に返信する。
【００１４】
図１の従来のような直流−直流変換器１２４を有する無線エネルギー受信装置１２と比較すると、本実施例の無線エネルギー受信装置２２は、直流−直流変換器１２４が不要となるため、よりコンパクトに構成することができる。本実施例の無線エネルギー受信装置２２は、異なる負荷状況によって発生した異なる直流出力電圧の状況を無線エネルギー伝送装置２１に返送することができ、しかも無線エネルギー伝送装置２１においてのみパワー変調が行われ、無線エネルギー受信装置２２自体は、直流出力ポート２２５の直流出力電圧ＲＸ０を制御する必要がない。端的に言えば、無線エネルギー受信装置２２（ＲＸ）は、無線エネルギー伝送装置２１（ＴＸ）のパワーを受信した後、出力電圧に対応する指示信号ＩＮＤを伝送し、無線エネルギー伝送装置２１（ＴＸ）は、指示信号ＩＮＤを受信した場合、指示信号ＩＮＤに基づいてパワー変調を行う。
【００１５】
さらに、無線エネルギー伝送装置２１のパワー変調について、無線エネルギー伝送装置２１は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）またはパルス周波数変調（ＰＦＭ）によりその入力電圧ＴＸＩを調整することができる。しかしながら、本発明は、無線エネルギー伝送装置２１の出力パワーの調整方法に限定されるものではない。
【００１６】
実際に応用した場合、不安定な出力電圧、例えば電圧オーバーシュート（overshoot phenomenon）による不具合を回避するために、システムの始動時に、無線エネルギー伝送装置２１は、無線エネルギー伝送の関連パラメータ、例えば伝達関数等の取得ができるように、最大パワー、若しくは最大パワーではなくユーザまたは設計者によって自ら定義された所定のパワーを予め供給することができる。上記の伝達関数は、無線エネルギー伝送装置２１及び無線エネルギー受信装置２２の回路の相違、例えばフルブリッジ、ハーフブリッジ等の交流直流変換回路、整流回路等の異なる回路形式に基づいて変更され、伝達関数もそれに従って変更される。本発明は、パワー関連回路の形式、または回路に対応する伝達関数に限定されない。伝達関数は、実際に、パワー関連回路の設計に応じて異なっている。
【００１７】
図２、図３を同時に参照すると、図３は、本発明の実施例に係る無線エネルギー伝送システムの電圧操作波形図である。図３に示すように、識別段階は、無線エネルギー伝送装置２１と無線エネルギー受信装置２２とのやり取り過程であり、識別段階の後、パワー伝送段階に入る。無線エネルギー伝送装置２１が入力電圧ＴＸＩを生成することで、無線エネルギー受信装置２２は、例えばカップリングによりエネルギーを受信して直流出力電圧ＲＸＩを生成する。無線エネルギー受信装置２２は、直流出力電圧ＲＸ０に基づいて指示信号ＩＮＤを生成する。無線エネルギー伝送装置２１は、指示信号ＩＮＤに基づいて入力電圧ＴＸＩを調整することにより、直流出力電圧ＲＸＩを調整し、直流出力電圧ＲＸ０を調整する。例えば、全負荷（full laod）である場合、直流出力電圧ＲＸ０は、目標電圧ＶＴＡよりも大きい。この場合、指示信号ＩＮＤに応じて無線エネルギー伝送装置２１が入力電圧ＴＸＩを低減させることで、無線エネルギー受信装置２２の直流出力電圧ＲＸＩ及び直流出力電圧ＲＸ０は徐々に低下する。電圧の変調については、図３に示す周期的変更であってもよいが、本発明はそれに限定されるものではない。ここで注意すべき点は、図３のフルロード状況に示すように、直流出力電圧ＲＸ０は、目標電圧ＶＴＡに徐々に近接している点である。しかしながら、目標電圧ＶＴＡよりも大きいか小さいかに限定されるものではない。さらに、図３に示すように、無負荷（no load）である場合、直流出力電圧ＲＸ０は、目標電圧ＶＴＡよりも十分大きい。この場合、指示信号ＩＮＤに応じて無線エネルギー伝送装置２１が入力電圧ＴＸＩを低下させることで、無線エネルギー受信装置２２の直流出力電圧ＲＸＩ及び直流出力電圧ＲＸ０は低下し、最後に目標電圧ＶＴＡに近接するようになる。
【００１８】
［無線エネルギー伝送方法の実施例］
図２、図４を同時に参照すると、図４は、本発明の実施例に係る無線エネルギー伝送方法のフローチャートである。本実施例のフローは、図２の無線エネルギー伝送システム２で実現可能である。まず、ステップＳ１１０において、無線エネルギー伝送装置２１によりパワーを無線エネルギー伝送装置２１に伝送する。そして、ステップＳ１２０において、無線エネルギー受信装置２２の直流出力電圧ＲＸ０を検知するとともに、無線エネルギー受信装置２２により直流出力電圧ＲＸ０を表す指示信号ＩＮＤを無線エネルギー伝送装置２１に伝送する。次に、ステップＳ１３０において、無線エネルギー受信装置２２により直流出力電圧ＲＸ０を表す指示信号ＩＮＤに基づいて無線エネルギー伝送装置２１の出力パワーを調整する。より詳しくは、ステップＳ１３０において、一つの実施例として、無線エネルギー伝送装置２１により無線エネルギー伝送装置２１と無線エネルギー受信装置２２との間の伝達関数及び指示信号ＩＮＤに基づいて無線エネルギー伝送装置２１からの出力パワーを調整する。実際に応用した場合、図４のステップＳ１１０、Ｓ１２０〜Ｓ１３０は、程度の異なる負荷状況、図３に示す全負荷及び無負荷を含む状況に用いられる。ここで注意すべき点は、上記のステップＳ１３０の伝達関数は、システム設計時に既知のものであってもよい点である。実際に応用した場合、システムの物理的伝達関数は、予め設計されたものと異なる可能性があるため、図５のフローチャートにより物理的伝達関数の関連パラメータを得ることもできる。
【００１９】
次に、上記のステップＳ１３０が終了した後、再びステップＳ１１０を行うことができる。一方、実際に実施した場合、ステップＳ１１０は、持続的に実施可能である。上記のステップＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０の順序は、負荷状況に応じて出力パワーが調整されるものである。このように、直流出力電圧ＲＸ０は、周期的に調整可能となる。
【００２０】
図５は、本発明の他の実施例に係る無線エネルギー伝送方法のフローチャートである。ステップＳ２１０において、無線エネルギー伝送装置２１により所定のパワーを無線エネルギー受信装置２２に伝送する。上記所定のパワーは、例えば最大パワーであってもよいが、本発明はそれに限定されるものではない。次に、ステップＳ２２０において、伝達関数、無線エネルギー受信装置２２の直流出力電圧ＲＸ０及び無線エネルギー伝送装置２１の入力電圧ＴＸＩに基づいて伝達関数の関連パラメータを取得する。伝達関数について、磁気カップリングによりエネルギーを伝送することを例にする。上記伝達関数は、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ＊（Ｎｓ／Ｎｐ）＊Ｄ＊Ｇである。ここで、Ｖｏｕｔは出力電圧（ＲＸ０）、Ｖｉｎは入力電圧（ＴＸＩ）、Ｎｓは無線エネルギー受信装置２２のコイル巻数、Ｎｐは無線エネルギー伝送装置２１のコイル巻数、Ｄは無線エネルギー伝送装置２２のデューティサイクル（Duty Cycle）、Ｇは伝達関数のゲイン（gain）である。次に、順次にステップＳ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０を行う。ステップＳ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０は、それぞれ図４のステップＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０と同一であるため、ここでは詳しい説明を省略する。言い換えれば、ステップＳ２１０及びステップＳ２２０は、無線エネルギー伝送システム２の伝達関数の関連パラメータ、例えばゲインＧを取得するために、図４のフローにおけるステップＳ１１０の前、即ち、無線エネルギー伝送システム２の始動時に実行することができ、本発明はそれに限定されるものではない。無線エネルギー伝送システムがエネルギーを伝送する方法は、磁気共振、電場カップリング等々であってもよい。使用された無線エネルギー伝送方法に応じて、上記の伝達関数は異なる可能性もある。
【００２１】
他の実施例において、ステップＳ２１０の所定のパワーが最大パワーである場合、ステップＳ２１０が終了した後、ステップＳ２２０においては、さらに、無負荷の場合に、無負荷状況を判定するための所定の電圧を設定するとともに直流出力電圧を所定の電圧と比較することにより、無線エネルギー受信装置の出力電圧が高すぎるか否かを知ることができる。このように、電圧オーバーシュートの問題を解決することができる。実際に、無負荷状況下の出力電圧が高すぎる場合、無線エネルギー伝送装置は、無線エネルギー受信装置の指示信号に基づいて無線エネルギー伝送装置からの出力パワーを低減させることにより、電圧オーバーシュートを回避することができる。
【００２２】
［実施例の効果］
上記のように、本発明の実施例に係る無線エネルギー受信装置、無線エネルギー伝送システム及び無線エネルギー伝送方法によれば、無線エネルギー受信装置が直流−直流変換器を有せず、エネルギー送信側の無線エネルギー伝送装置においてのみパワー変調が１回行われる。従来の無線エネルギー伝送システムと比較すると、本発明の実施例に係る無線エネルギー受信装置、無線エネルギー伝送システム及び無線エネルギー伝送方法では、直流−直流の変換が不要となるため、回路材料コストが低下し、発熱素子の数が削減され、電力変換効率が向上する。
【符号の説明】
【００２３】
１１、２１  無線エネルギー伝送装置
２  無線エネルギー伝送システム
１２、２２  無線エネルギー受信装置
１２１、２２１  カップリングコイル
１２２、２２２  整流回路
１２３、２２３  判定回路
１２４  直流−直流変換器
１２５、２２５  直流出力ポート
２２６  通信回路
ＡＣ  交流電
ＤＣ  直流電
ＴＸＩ、ＲＸＩ  入力電圧
ＩＮＤ  指示信号
ＲＸ０  直流出力電圧
ＶＴＡ  目標電圧
【図１】
2016127633.tif 000003
【図２】
2016127633.tif 000004
【図３】
2016127633.tif 000005
【図４】
2016127633.tif 000006
【図５】
2016127633.tif 000007