(57)【要約】【課題】ワイヤレス電力伝送システムを提供すること。【解決手段】ワイヤレス電力伝送システムは、入力電力の第１のＤＣ電圧を第１のＡＣ電圧に変換するように構成された第１の変換ユニットを含む。さらに、ワイヤレス電力伝送システムは、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を第１の変換ユニットから受信し、入力電力を送信するように構成された非接触電力伝送ユニットを含む。また、ワイヤレス電力伝送システムは、入力電力を非接触電力伝送ユニットから受信し、入力電力の第１のＡＣ電圧を第２のＤＣ電圧に変換するように構成された第２の変換ユニットを含む。さらに、ワイヤレス電力伝送システムは、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧が第１の閾値よりも大きい場合、第２の変換ユニットを非接触電力伝送ユニットから減結合するように構成されたスイッチングユニットを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電力の第１のＤＣ電圧（１１２、２１８）を第１のＡＣ電圧（１１４、２２４）に変換するように構成された第１の変換ユニット（１０４、２０４）と、
前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）に通信可能に結合され、前記第１のＡＣ電圧（１１４、２２４）を有する前記入力電力を前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）から受信し、前記入力電力を送信するように構成された非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）と、
前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）に通信可能に結合され、前記入力電力を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）から受信し、前記入力電力の前記第１のＡＣ電圧（１１４、２２４）を第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）に変換するように構成された第２の変換ユニット（１１０、２１０）であって、前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を有する前記入力電力が、電気負荷（１３２、２３２）に送信される、第２の変換ユニット（１１０、２１０）と、
前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）および前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）に結合され、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が第１の閾値よりも大きい場合、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）から減結合するように構成されたスイッチングユニット（１３０、２１２）とを備える、ワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項２】
前記スイッチングユニット（１３０、２１２）が、
前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）の両端間に電気的に結合されたスイッチ（２２０、２５２）と、
前記電気負荷（１３２、２３２）に電気的に結合され、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を決定するように構成されたセンサ（１２０、２４４）と、
前記センサ（１２０、２４４）および前記スイッチ（２２０、２５２）に電気的に結合され、前記決定された第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が前記第１の閾値よりも大きい場合、前記スイッチ（２２０、２５２）を作動させるために第１の制御信号を送るように構成された制御器であって、前記スイッチ（２２０、２５２）が、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）から減結合するために作動される、制御器（２５４、３０２）とを備える、請求項１記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項３】
前記制御器（２５４、３０２）が、前記決定された第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が第２の閾値よりも小さい場合、前記スイッチ（２２０、２５２）を動作停止させるために第２の制御信号を送るように構成され、前記スイッチ（２２０、２５２）が、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）に結合するために動作停止される、請求項２記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項４】
前記センサ（１２０、２４４）に電気的に結合され、
前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を表す電圧信号（１２８、２４６）を受信し、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方を前記制御器（２５４、３０２）から受信し、
前記電圧信号（１２８、２４６）と前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方とを送信するように構成された第１の送受信機（１２２、２１４）をさらに備える、請求項３記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項５】
前記第１の送受信機（１２２、２１４）に通信可能に結合され、前記電圧信号（１２８、２４６）と前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方とを前記第１の送受信機（１２２、２１４）から受信するように構成された第２の送受信機（１２４、２１６）をさらに備える、請求項４記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項６】
前記第２の送受信機（１２４、２１６）および前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）に電気的に結合され、
前記電圧信号（１２８、２４６）と前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方とを前記第２の送受信機（１２４、２１６）から受信し、
前記第１の制御信号が前記第２の送受信機（１２４、２１６）から受信された場合、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）を動作停止させるように構成された制御ユニット（１０６、２０６）をさらに備える、請求項５記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項７】
前記制御ユニット（１０６、２０６）が、前記第２の制御信号が前記第２の送受信機（１２４、２１６）から受信された場合、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）のスイッチング周波数を調整するように構成され、前記スイッチング周波数が、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を表す前記電圧信号（１２８、２４６）に基づいて調整される、請求項６記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項８】
前記スイッチング周波数が、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を調節するように調整される、請求項７記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項９】
前記制御ユニット（１０６、２０６）が、前記第２の送受信機（１２４、２１６）および前記第１の送受信機（１２２、２１４）を介してリセット信号（２６２）を前記制御器（２５４、３０２）に送信するように構成され、前記リセット信号（２６２）が、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）を動作停止させるステップから所定の時間後、送信される、請求項６記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項１０】
前記制御器（２５４、３０２）が、
前記第２の送受信機（１２４、２１６）および前記第１の送受信機（１２２、２１４）を介して前記リセット信号（２６２）を前記制御ユニット（１０６、２０６）から受信し、
前記リセット信号（２６２）に基づいて前記スイッチ（２２０、２５２）を動作停止させるために前記第２の制御信号を前記スイッチ（２２０、２５２）に送り、前記スイッチ（２２０、２５２）が、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）に結合するために動作停止され、
前記リセット信号（２６２）を受信することに応答して、前記第２の送受信機（１２４、２１６）および前記第１の送受信機（１２２、２１４）を介して前記第２の制御信号を前記制御ユニット（１０６、２０６）に送信するように構成される、請求項９記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項１１】
前記制御ユニット（１０６、２０６）が、
前記リセット信号（２６２）を送信することに応答して、前記第１の送受信機（１２２、２１４）および前記第２の送受信機（１２４、２１６）を介して前記第２の制御信号を前記制御器（２５４、３０２）から受信し、
前記第１の送受信機（１２２、２１４）および前記第２の送受信機（１２４、２１６）を介して前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を表す前記電圧信号（１２８、２４６）を前記電圧センサ（１２０、２４４）から受信し、
前記第２の制御信号が受信され、前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が前記第１の閾値以下である場合、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）を作動させるように構成される、請求項１０記載のワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）。
【請求項１２】
第１の変換ユニット（１０４、２０４）と、非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）と、第２の変換ユニット（１１０、２１０）と、制御ユニット（１０６、２０６）とを備えるワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）を保護するためのスイッチングユニット（１３０、２１２）であって、
電気負荷（１３２、２３２）に結合されるように構成された前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）の両端間に電気的に結合されるように構成されたスイッチ（２２０、２５２）と、
前記スイッチ（２２０、２５２）に電気的に結合され、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間で決定された出力ＤＣ電圧が第１の閾値よりも大きい場合、前記スイッチ（２２０、２５２）を作動させるために第１の制御信号を送るように構成された制御器（２５４、３０２）であって、前記スイッチ（２２０、２５２）が、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）から減結合するために作動される、制御器（２５４、３０２）とを備える、スイッチングユニット（１３０、２１２）。
【請求項１３】
前記制御器（２５４、３０２）が、前記決定された出力ＤＣ電圧が第２の閾値よりも小さい場合、前記スイッチ（２２０、２５２）を動作停止させるために第２の制御信号を送るように構成され、前記スイッチ（２２０、２５２）が、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）に結合するために動作停止される、請求項１２記載のスイッチングユニット（１３０、２１２）。
【請求項１４】
前記制御器（２５４、３０２）および前記電気負荷（１３２、２３２）に電気的に結合され、
前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記出力ＤＣ電圧を決定し、
前記決定された出力ＤＣ電圧を表す電圧信号（１２８、２４６）を前記制御器（２５４、３０２）および第１の送受信機（１２２、２１４）に送るように構成されたセンサ（１２０、２４４）をさらに備える、請求項１３記載のスイッチングユニット（１３０、２１２）。
【請求項１５】
前記制御器（２５４、３０２）が、前記電圧信号（１２８、２４６）と前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方とを第２の送受信機（１２４、２１６）を介して前記制御ユニット（１０６、２０６）に送信するように構成される前記第１の送受信機（１２２、２１４）に前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方を送るように構成される、請求項１４記載のスイッチングユニット（１３０、２１２）。
【請求項１６】
前記制御器（２５４、３０２）が、
前記第１の制御信号が前記制御ユニット（１０６、２０６）に送信された場合、リセット信号（２６２）を前記制御ユニット（１０６、２０６）から受信し、
前記リセット信号（２６２）が受信された場合、前記スイッチ（２２０、２５２）を動作停止させるために前記第２の制御信号を前記スイッチ（２２０、２５２）に送るように構成され、前記スイッチ（２２０、２５２）が、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）に結合するために動作停止される、請求項１５記載のスイッチングユニット（１３０、２１２）。
【請求項１７】
前記制御器（２５４、３０２）が、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）を作動させるために前記第２の制御信号を前記制御ユニット（１０６、２０６）に送るように構成される、請求項１６記載のスイッチングユニット（１３０、２１２）。
【請求項１８】
ワイヤレス電力伝送システム（１００、２００、３００）を保護するための方法であって、
第１の変換ユニット（１０４、２０４）によって、入力電力の第１のＤＣ電圧（１１２、２１８）を第１のＡＣ電圧（１１４、２２４）に変換するステップと、
前記第１のＡＣ電圧（１１４、２２４）を有する前記入力電力を前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）から受信するステップと、非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）によって送信するステップと、
第２の変換ユニット（１１０、２１０）によって、前記入力電力の前記第１のＡＣ電圧（１１４、２２４）を第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）に変換するステップと、
前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を有する前記入力電力を前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）から電気負荷（１３２、２３２）に送信するステップと、
前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が第１の閾値よりも大きい場合、スイッチングユニット（１３０、２１２）によって、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）から減結合するステップとを含む、方法。
【請求項１９】
前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）から減結合するステップが、
センサ（１２０、２４４）によって、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を決定するステップと、
前記決定された第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が前記第１の閾値よりも大きい場合、制御器（２５４、３０２）によって、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）から減結合するためにスイッチ（２２０、２５２）を作動させるステップとを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記決定された第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が第２の閾値よりも小さい場合、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）に結合するために前記スイッチ（２２０、２５２）を動作停止させるステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
第１の送受信機（１２２、２１４）によって、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を表す電圧信号（１２８、２４６）を前記センサ（１２０、２４４）から受信し、第１の制御信号および第２の制御信号のうちの一方を前記制御器（２５４、３０２）から受信するステップと、
前記第１の送受信機（１２２、２１４）によって、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を表す前記電圧信号（１２８、２４６）と、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方とを送信するステップと、
前記電圧信号（１２８、２４６）と、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方とを前記第１の送受信機（１２２、２１４）から第２の送受信機（１２４、２１６）によって受信するステップとをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
制御ユニット（１０６、２０６）によって、前記電圧信号（１２８、２４６）と、前記第１の制御信号および前記第２の制御信号のうちの一方とを前記第２の送受信機（１２４、２１６）から受信するステップと、
前記第１の制御信号が前記第２の送受信機（１２４、２１６）から受信された場合、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）を前記制御ユニット（１０６、２０６）によって動作停止させるステップとをさらに含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の制御信号が前記第２の送受信機（１２４、２１６）から受信された場合、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）のスイッチング周波数を調整するステップをさらに含み、前記スイッチング周波数が、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を表す前記電圧信号（１２８、２４６）に基づいて調整され、前記スイッチング周波数が、前記電気負荷（１３２、２３２）の両端間の前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を調節するように調整される、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記制御ユニット（１０６、２０６）によって、前記第２の送受信機（１２４、２１６）および前記第１の送受信機（１２２、２１４）を介してリセット信号（２６２）を前記制御器（２５４、３０２）に送信するステップであって、前記リセット信号（２６２）が、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）を動作停止させるステップから所定の時間後、送信される、送信するステップと、
前記制御ユニット（１０６、２０６）によって、前記第１の送受信機（１２２、２１４）および前記第２の送受信機（１２４、２１６）を介して前記第２の制御信号を前記制御器（２５４、３０２）から受信するステップと、
前記制御ユニット（１０６、２０６）によって、前記第１の送受信機（１２２、２１４）および前記第２の送受信機（１２４、２１６）を介して前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）を表す前記電圧信号（１２８、２４６）を前記電圧センサ（１２０、２４４）から受信するステップと、
前記第２の制御信号が受信され、前記第２のＤＣ電圧（１１８、２３８）が前記第１の閾値以下である場合、前記制御ユニット（１０６、２０６）によって、前記第１の変換ユニット（１０４、２０４）を作動させるステップとをさらに含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
前記リセット信号（２６２）が前記制御ユニット（１０６、２０６）から受信された場合、前記制御器（２５４、３０２）によって、前記スイッチ（２２０、２５２）を動作停止させるために前記第２の制御信号を前記スイッチ（２２０、２５２）に送るステップをさらに含み、前記スイッチ（２２０、２５２）が、前記第２の変換ユニット（１１０、２１０）を前記非接触電力伝送ユニット（１０８、２０８）に結合するために動作停止される、請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般にワイヤレス電力伝送システムに関し、より詳しくはワイヤレス電力伝送システムを保護するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つまたは複数の産業において、電気自動車またはハイブリッド車は、車両を駆動するために電力を供給する１つまたは複数の電池を含む。一例において、電池は、車両内の車軸を駆動するために電動機にエネルギーを供給し、次いでそれによって、車両が駆動される。電池は電力を供給するのに使用され、したがって、枯渇することがあり、外部電源から充電する必要がある。
【０００３】
概して、電力伝送システムは、例えば車両内の電池などの１つまたは複数の電気負荷に電源から電力を伝送するのに広く使用される。典型的には、電力伝送システムは、接触ベースの電力伝送システムであるかまたは非接触電力伝送システムであり得る。接触ベースの電力伝送システムにおいて、プラグ、ソケットコネクタ、および電線などの構成部品が、電池を充電するために物理的に電池に結合される。しかし、環境影響により、そのようなコネクタおよび電線は、損傷したりまたは腐食したりすることがある。また、高電流および高電圧が電池を充電するのに使用される。したがって、電源と車両内の電池との間に物理的接続を確立させることにより、厄介な安全対策が関与することがある。また、この電力伝送システムは、非接触電力伝送システムに比較してかさばり、重くなることがある。
【０００４】
非接触電力伝送システムにおいて、電力変換器が、入力電力を車両内の電池などの電気負荷にさらに送信される伝送可能な電力に変換するのに使用される。電力変換器は、入力電力を伝送可能な電力に変換するために特定のスイッチング周波数において動作されるスイッチを含む。典型的には、負荷に応じて、電力変換器のスイッチング周波数は、電力伝送システムの出力電圧を調節または制御するために変更される。しかし、電気負荷が切り離され、または変更された場合、電力伝送システムの出力電圧は、非常に短い時間に非常に高い値に達することがある。そのような出力電圧の突然の増加は、動作の障害をもたらすことがあり、電力伝送システム内の１つまたは複数の構成部品を損傷することもある。
【０００５】
したがって、電力伝送システムを保護するためのシステムおよび方法の改善が必要とされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、ワイヤレス電力伝送システムが開示される。ワイヤレス電力伝送システムは、入力電力の第１のＤＣ電圧を第１のＡＣ電圧に変換するように構成された第１の変換ユニットを含む。さらに、ワイヤレス電力伝送システムは、第１の変換ユニットに通信可能に結合され、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を第１の変換ユニットから受信し、入力電力を送信するように構成された非接触電力伝送ユニットを含む。また、ワイヤレス電力伝送システムは、非接触電力伝送ユニットに通信可能に結合され、非接触電力伝送ユニットから入力電力を受信し、入力電力の第１のＡＣ電圧を第２のＤＣ電圧に変換するように構成された第２の変換ユニットを含む。第２のＤＣ電圧を有する入力電力は、電気負荷に送信される。さらに、ワイヤレス電力伝送システムは、非接触電力伝送ユニットおよび第２の変換ユニットに結合され、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧が第１の閾値よりも大きい場合、第２の変換ユニットを非接触電力伝送ユニットから減結合するように構成されたスイッチングユニットを含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態によれば、ワイヤレス電力伝送システムを保護するためのスイッチングユニットが開示される。スイッチングユニットは、電気負荷に結合されるように構成された第２の変換ユニットの両端間に電気的に結合されるように構成されたスイッチを含む。また、スイッチングユニットは、スイッチに電気的に結合され、電気負荷の両端間で決定された出力ＤＣ電圧が第１の閾値よりも大きい場合、スイッチを作動させるために第１の制御信号を送るように構成された制御器を含む。スイッチは、第２の変換ユニットを非接触電力伝送ユニットから減結合するために作動される。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、ワイヤレス電力伝送システムを保護するための方法が開示される。方法は、第１の変換ユニットによって、入力電力の第１のＤＣ電圧を第１のＡＣ電圧に変換するステップを含む。さらに、方法は、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を第１の変換ユニットから受信するステップと、非接触電力伝送ユニットによって送信するステップとを含む。また、方法は、第２の変換ユニットによって、入力電力の第１のＡＣ電圧を第２のＤＣ電圧に変換するステップを含む。さらに、方法は、第２のＤＣ電圧を有する入力電力を第２の変換ユニットから電気負荷に送信するステップを含む。さらに、方法は、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧が第１の閾値よりも大きい場合、スイッチングユニットによって、第２の変換ユニットを非接触電力伝送ユニットから減結合するステップを含む。
【０００９】
本開示のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を、図面全体を通して同じ文字が同じ部分を表す添付の図面を参照して読むと、よりよく理解することになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による、スイッチングユニットを有するワイヤレス電力伝送システムを表す構成図である。
【図２】本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムの回路図である。
【図３】本発明の別の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムの回路図である。
【図４】本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムを保護するための方法を例示する流れ図である。
【図５】本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システム内の変換ユニットを減結合し、結合するための方法を例示する流れ図である。
【図６】本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムの出力電圧を調節するための方法を例示する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に詳細に説明するように、ワイヤレス電力伝送システムを保護するためのシステムおよび方法の様々な実施形態が開示される。また、ワイヤレス電力伝送システムの出力電圧を調節するためのシステムおよび方法の様々な実施形態が開示される。具体的には、本明細書に開示するシステムおよび方法は、ワイヤレス電力伝送システム内の１つまたは複数の構成部品を保護するためにスイッチングユニットを採用する。より具体的には、スイッチングユニットは、ワイヤレス電力伝送システムの出力電圧が望ましくない値まで増加した場合、システム内の１つまたは複数の構成部品を減結合する。さらに、スイッチングユニットは、ワイヤレス電力伝送システムに結合された電気負荷が大幅に変化した場合でも、ワイヤレス電力伝送システムの出力電圧を制御または調節するのに使用することができる。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システム１００の図式による表示である。ワイヤレス電力伝送システム１００は、電池、軽負荷、携帯電話のようなモバイルデバイス、ラップトップコンピュータ、ＨＶＡＣシステムなどの１つまたは複数の電気負荷１３２に電源１０２から電力を送信するのに使用される。特に、自動車産業において、電気自動車またはハイブリッド車は、車両を駆動するために電力を供給する１つまたは複数の電池を含む。そのような電池は、ワイヤレス電力伝送システム１００を介して電源１０２から充電することができる。一実施形態において、ワイヤレス電力伝送システム１００は、非接触電力伝送システムと称することもできる。
【００１３】
例示する実施形態において、ワイヤレス電力伝送システム１００は、第１の変換ユニット１０４（インバータ）と、制御ユニット１０６と、非接触電力伝送ユニット１０８と、第２の変換ユニット１１０（整流器）とを含む。第１の変換ユニット１０４は、電源１０２および制御ユニット１０６に電気的に結合される。電源１０２は、第１のＤＣ電圧１１２を有する入力電力を第１の変換ユニット１０４に供給するように構成される。いくつかの実施形態において、入力電力は、約１００Ｗから約６．６ｋＷまでの範囲にあることができる。一実施形態において、電源１０２は、ワイヤレス電力伝送システム１００の一部であることができる。別の実施形態において、電源１０２は、ワイヤレス電力伝送システム１００の外部に位置決めすることができる。
【００１４】
第１の変換ユニット１０４は、第１のＤＣ電圧１１２を有する入力電力を電源１０２から受信するように構成される。さらに、第１の変換ユニット１０４は、入力電力の第１のＤＣ電圧１１２を第１のＡＣ電圧１１４に変換するために、決定されたスイッチング周波数において動作するように構成される。特に、制御ユニット１０６は、ワイヤレス電力伝送システム１００に結合された電気負荷１３２に基づいて第１の変換ユニット１０４のスイッチング周波数を決定することができる。一例において、制御ユニット１０６は、あらかじめ記憶された命令またはプログラムに基づいて１つまたは複数の機能を実施するデジタル回路またはプロセッサを含むことができる。入力電力の第１のＤＣ電圧１１２を第１のＡＣ電圧１１４に変換し次第、第１の変換ユニット１０４は、第１のＡＣ電圧１１４を有する入力電力を非接触電力伝送ユニット１０８に送信するようにさらに構成される。
【００１５】
非接触電力伝送ユニット１０８は、互いに磁気的に結合された２つ以上のコイルまたはコイル１１６の配列を含む。コイル１１６は、第１のＡＣ電圧１１４を有する入力電力を第１の変換ユニット１０４から第２の変換ユニット１１０にワイヤレスで送信するのに使用される。コイル１１６を使用して電力を送信することに関する詳細は、図２を参照して以下により詳細に説明する。
【００１６】
第２の変換ユニット１１０は、スイッチングユニット１３０を介して非接触電力伝送ユニット１０８に電気的に結合される。第１のＡＣ電圧１１４を有する電力を非接触電力伝送ユニット１０８から受信し次第、第２の変換ユニット１１０は、第１のＡＣ電圧１１４を有する電力を第２のＤＣ電圧１１８を有する出力電力に変換するように構成される。さらに、第２の変換ユニット１１０は、第２のＤＣ電圧１１８を有する出力電力を電気負荷１３２に送信するように構成される。一例において、出力電力は、ワイヤレス電力伝送システム１００に結合された１つまたは複数の電池を含む電気負荷を充電するのに使用することができる。
【００１７】
さらに、ワイヤレス電力伝送システム１００は、共に帰還ループ１２６を形成する、センサ１２０と、第１の送受信機１２２と、第２の送受信機１２４とを含む。センサ１２０は、第２のＤＣ電圧（出力電圧）１１８を感知するのに使用される。帰還ループ１２６は、第２のＤＣ電圧１１８を表す電圧信号（Ｖo）１２８を第１の送受信機１２２および第２の送受信機１２４を介してセンサ１２０から制御ユニット１０６に通信するのに使用される。さらに、制御ユニット１０６は、電気負荷１３２の両端間の第２のＤＣ電圧１１８を制御または調節するために、受信した電圧信号（Ｖo）１２８に基づいて第１の変換ユニット１０４のスイッチング周波数を調整または変更するのに使用することができる。
【００１８】
しかし、電圧信号（Ｖo）１２８が第１の送受信機１２２と第２の送受信機１２４との間のワイヤレス通信路を使用して通信されるので、制御ユニット１０６は、ある時間遅延後に電圧信号（Ｖo）１２８を受信する可能性がある。一実施形態において、遅延は、約１ミリ秒から約５ミリ秒までの範囲にあることができる。制御ユニット１０６は、電圧信号（Ｖo）１２８を通信する際の遅延により電気負荷１３２の両端間の第２のＤＣ電圧１１８を適時に制御することができない可能性がある。その結果、第２のＤＣ電圧１１８は、臨界値を超えて増加することがあり、次いでそれによって、ワイヤレス電力伝送システム１００内の第２の変換ユニット１１０および／または他の構成部品が損傷することがある。臨界値は、それを超えるとワイヤレス電力伝送システム１００内の構成部品が損傷することがある電圧値であり得る。一実施形態において、臨界値は、約４００Ｖから約５００Ｖまでの範囲にあることができる。
【００１９】
臨界値を超える第２のＤＣ電圧１１８の増加に関連した問題を克服するために、例示的なワイヤレス電力伝送システム１００は、第２の変換ユニット１１０を損傷から保護するためのスイッチングユニット１３０を含む。特に、スイッチングユニット１３０は、非接触電力伝送ユニット１０８および第２の変換ユニット１１０に電気的に結合される。スイッチングユニット１３０は、第２のＤＣ電圧１１８が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい場合、第２の変換ユニット１１０を非接触電力伝送ユニット１０８から減結合するように構成される。第１の閾値（ＶoＭａｘ）は、臨界値よりも小さくてよい。一実施形態において、第１の閾値（ＶoＭａｘ）は、約３５０Ｖから約４５０Ｖまでの範囲にあることができる。
【００２０】
入力電力は、第２の変換ユニット１１０を非接触電力伝送ユニット１０８から減結合することによって第２の変換ユニット１１０または電気負荷１３２に送信されない。その結果、電気負荷１３２の両端間の第２のＤＣ電圧１１８を第１の閾値（ＶoＭａｘ）未満に低減することができる。スイッチングユニット１３０は、第２のＤＣ電圧１１８が臨界値に達するのを防止するように構成され、次いでそれによって、第２の変換ユニット１１０が損傷から保護される。第２の変換ユニット１１０の保護は、図２を参照してより詳細に説明する。
【００２１】
さらに、一実施形態において、スイッチングユニット１３０は、電気負荷１３２の両端間の第２のＤＣ電圧１１８を調節または制御するのに使用することができる。第２のＤＣ電圧１１８が電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）よりも大きい場合、スイッチングユニット１３０は、第２の変換ユニット１１０を非接触電力伝送ユニット１０８から減結合せずに第２のＤＣ電圧１１８を調節または制御するように構成される。第２のＤＣ電圧１１８の調節は、図３を参照してより詳細に説明する。
【００２２】
図２を参照すると、本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システム２００の回路図が示される。ワイヤレス電力伝送システム２００は、図１のワイヤレス電力伝送システム１００と同様である。ワイヤレス電力伝送システム２００は、電気自動車またはハイブリッド車における１つまたは複数の電池などの電気負荷２３２に電源２０２から入力電力を送信するのに使用される。
【００２３】
ワイヤレス電力伝送システム２００は、第１の変換ユニット２０４と、制御ユニット２０６と、非接触電力伝送ユニット２０８と、第２の変換ユニット２１０と、スイッチングユニット２１２と、第１の送受信機２１４と、第２の送受信機２１６とを含む。ワイヤレス電力伝送システム２００は、他の構成部品を含むことができ、図２に示す構成部品に限定されない可能性があることに留意することができる。
【００２４】
例示する実施形態において、第１の変換ユニット２０４は、電源２０２に電気的に結合され、第１のＤＣ電圧２１８を有する入力電力を電源２０２から受信するように構成される。第１の変換ユニット２０４は、第１の変換ユニット２０４の入力端子と出力端子との間に電気的に結合された複数のスイッチ２２０とダイオード２２２とを含む。一例において、スイッチ２２０は、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの電子スイッチを含むことができる。複数のスイッチ２２０およびダイオード２２２は、ＤＣ／ＡＣ変換器を形成するように配列される。
【００２５】
スイッチ２２０は、入力電力の第１のＤＣ電圧２１８を第１のＡＣ電圧２２４に変換するために第１の変換ユニット２０４のスイッチング周波数に基づいて作動され、動作停止される。特に、制御ユニット２０６は、ワイヤレス電力伝送システム２００に結合された電気負荷２３２に基づいて第１の変換ユニット２０４のスイッチング周波数を決定するように構成される。さらに、制御ユニット２０６は、入力電力の第１のＤＣ電圧２１８を第１のＡＣ電圧２２４に変換するためにスイッチング周波数を表す１つまたは複数のゲート信号２２６を複数のスイッチ２２０に送るように構成される。第１のＡＣ電圧２２４を有する入力電力は、第１の変換ユニット２０４から非接触電力伝送ユニット２０８に送信される。
【００２６】
非接触電力伝送ユニット２０８は、第１のＡＣ電圧２２４を有する入力電力を受信するために第１の変換ユニット２０４に電気的に結合される。非接触電力伝送ユニット２０８は、一次コイル２２８と二次コイル２３０とを含む。一次コイル２２８は、第１の変換ユニット２０４に電気的に結合される。同様に、二次コイル２３０は、第２の変換ユニット２１０に電気的に結合される。一次コイル２２８および二次コイル２３０は、互いに磁気的に結合される。
【００２７】
非接触電力伝送ユニット２０８は、一次コイル２２８および二次コイル２３０に加えて、磁界収束コイル２３４と補償コイル２３６とを含む。磁界収束コイル２３４は、一次コイル２２８と二次コイル２３０との間に位置決めされる。磁界収束コイル２３４は、一次コイル２２８および二次コイル２３０に磁気的に結合される。同様に、補償コイル２３６は、二次コイル２３０に磁気的に結合される。非接触電力伝送ユニット２０８は、第１の変換ユニット２０４から第２の変換ユニット２１０に電力を伝送するために２つ以上のコイルを含むことができることに留意することができる。
【００２８】
さらに、第１の変換ユニット２０４からの第１のＡＣ電圧２２４を有する入力電力は、一次コイル２２８および磁界収束コイル２３４を同時に励振するように構成される。一次コイル２２８によって発生された磁界は、磁界収束コイル２３４を介して二次コイル２３０に向かって収束される。二次コイル２３０は、磁界を受信し、磁界を第１のＡＣ電圧２２４を有する入力電力に変換するように構成される。次いで、第１のＡＣ電圧２２４を有する電力は、二次コイル２３０から第２の変換ユニット２１０に送信される。一実施形態において、磁界収束コイル２３４は、一次コイル２２８と二次コイル２３０との間の結合を高めるために入力電力によって同時に励振されるアレイで配列された１つまたは複数の共振器に電気的に結合される。補償コイル２３６は、非接触電力伝送ユニット２０８のインピーダンスを第２の変換ユニット２１０に合わせるように構成される。
【００２９】
第２の変換ユニット２１０は、第１のＡＣ電圧２２４を有する電力を第２のＤＣ電圧２３８を有する出力電力に変換するように構成される。特に、第２の変換ユニット２１０は、第２の変換ユニット２１０の入力端子と出力端子との間に電気的に結合された複数のダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴ２４０を含む。第２のＤＣ電圧２３８を有する電力は、電気負荷２３２に送信される。一実施形態において、電気負荷２３２は、第２の変換ユニット２１０から受信した電力を使用することによって充電される電池でもよい。本明細書において、「出力電圧」および「第２のＤＣ電圧」という用語は、互換可能に使用することができることに留意することができる。
【００３０】
さらに、ワイヤレス電力伝送システム２００は、共に帰還ループ２４２を形成する、センサ２４４と、第１の送受信機２１４と、第２の送受信機２１６とを含む。帰還ループ２４２は、負荷情報および／または第２のＤＣ電圧情報を制御ユニット２０６に通信するのに使用される。より具体的には、センサ２４４は、電気負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８を決定するために第２の変換ユニット２１０の出力端子に電気的に結合される。一実施形態において、センサ２４４は、電圧センサでよい。そのような実施形態において、センサ２４４は、決定された第２のＤＣ電圧２３８を表す電圧信号（Ｖo）２４６を第１の送受信機２１４に送信するように構成される。
【００３１】
第１の送受信機２１４は、電圧信号（Ｖo）２４６を第２の送受信機２１６のアンテナ２５０に向かって送信するように構成されたアンテナ２４８を含む。一実施形態において、第１の送受信機２１４は、電気負荷２３２に近接して位置決めすることができ、第２の送受信機２１６は、第１の変換ユニット２０４または電源２０２に近接して位置決めすることができる。第２の送受信機２１６は、第１の送受信機２１４によって送信された電圧信号（Ｖo）２４６を受信するように構成される。さらに、第２の送受信機２１６は、受信した電圧信号（Ｖo）２４６を制御ユニット２０６に送信するように構成される。
【００３２】
制御ユニット２０６は、第２のＤＣ電圧２３８を表す電圧信号（Ｖo）２４６に基づいて電気負荷２３２の変化を決定するように構成される。電圧信号（Ｖo）２４６を受信することに応答して、制御ユニット２０６は、第１の変換ユニット２０４のスイッチング周波数を決定または調整するように構成される。さらに、制御ユニット２０６は、第１の変換ユニット２０４の第１のＡＣ電圧２２４を制御するためにスイッチング周波数を表すゲート信号２２６を第１の変換ユニット２０４に送るように構成され、次いでそれによって、電気負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８が制御される。言い換えれば、制御ユニット２０６は、帰還ループ２４２を介して受信した電圧信号（Ｖo）２４６に基づいてワイヤレス電力伝送システム２００の第２のＤＣ電圧２３８を制御または調節するように構成される。
【００３３】
図１の実施形態と同様に、臨界値を超える第２のＤＣ電圧２３８の増加に関連した問題を克服するために、例示的なワイヤレス電力伝送システム２００は、第２の変換ユニット２１０を損傷から保護するように構成されたスイッチングユニット２１２を含む。スイッチングユニット２１２は、スイッチ２５２と制御器２５４とを含む。制御器２５４は、スイッチ２５２およびセンサ２４４に電気的に結合される。
【００３４】
例示する実施形態において、スイッチ２５２は、第２の変換ユニット２１０の両端間に電気的に結合される。スイッチ２５２は、スイッチ２５２が第１の制御信号を制御器２５４から受信した場合に作動される。具体的には、スイッチ２５２は、二次コイル２３０を短絡するために作動されまたは閉じられ、次いでそれによって、第２の変換ユニット２１０が二次コイル２３０から減結合される。同様に、スイッチ２５２は、スイッチ２５２が第２の制御信号を制御器２５４から受信した場合に動作停止され得る。具体的には、スイッチ２５２は、二次コイル２３０を第２の変換ユニット２１０に結合するために動作停止されまたは開かれる。
【００３５】
制御器２５４は、第１の比較器２５６と、第２の比較器２５８と、フリップフロップユニット２６０とを含む。第１の比較器２５６および第２の比較器２５８は、フリップフロップユニット２６０の入力端子に電気的に結合される。制御器２５４の入力端子が、第１の比較器２５６および第２の比較器２５８に結合される。制御器２５４の出力端子が、フリップフロップユニット２６０に結合される。
【００３６】
制御器２５４は、第２のＤＣ電圧２３８を表す電圧信号（Ｖo）２４６をセンサ２４４から受信するように構成される。さらに、受信した電圧信号（Ｖo）２４６は、第１の比較器２５６および第２の比較器２５８に送信される。第１の比較器２５６は、第２のＤＣ電圧２３８を第１の閾値（ＶoＭａｘ）と比較するように構成される。第２のＤＣ電圧２３８が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい場合、第１の比較器２５６は、制御器２５４の出力端子において第１の制御信号を発生させるためにフリップフロップユニット２６０をトリガするように構成される。
【００３７】
同様に、第２の比較器２５８は、第２のＤＣ電圧２３８を表す電圧信号（Ｖo）２４６を受信するように構成される。さらに、第２の比較器２５８は、受信した第２のＤＣ電圧２３８を第２の閾値（ＶoＭｉｎ）と比較するように構成される。本明細書では、第２の閾値（ＶoＭｉｎ）は、第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも小さいことに留意されたい。第２のＤＣ電圧２３８が第２の閾値（ＶoＭｉｎ）よりも小さい場合、第２の比較器２５８は、制御器２５４の出力端子において第２の制御信号を発生させるためにフリップフロップユニット２６０をトリガするように構成される。
【００３８】
ワイヤレス電力伝送システム２００の通常動作の間、スイッチ２５２は、第２の変換ユニット２１０を非接触電力伝送ユニット２０８に結合するために動作停止される。電気負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８は、第１の送受信機２１４および第２の送受信機２１６を介してセンサ２４４から受信した電圧信号（Ｖo）２４６に基づいて制御ユニット２０６によって制御または調節される。制御器２５４は、第２のＤＣ電圧２３８が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも小さい場合、スイッチ２５２を作動させないかまたは閉じない。
【００３９】
ある状況において、全負荷２３２または負荷２３２の一部が突然第２の変換ユニット２１０から切り離されまたは減結合された場合、負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８は、第１の閾値（ＶoＭａｘ）を超えて増加することがある。センサ２４４は、この第２のＤＣ電圧２３８を表す電圧信号（Ｖo）２４６を決定し、制御器２５４および第１の送受信機２１４に送る。制御器２５４において、第１の比較器２５６は、第２のＤＣ電圧２３８を第１の閾値（ＶoＭａｘ）と比較する。第２のＤＣ電圧２３８が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい場合、第１の比較器２５６は、スイッチ２５２に送信される第１の制御信号を発生させて、スイッチ２５２を動作停止させるためにフリップフロップユニット２６０をトリガする。その結果、第２の変換ユニット２１０は、非接触電力伝送ユニット２０８から減結合される。
【００４０】
同時に、第１の制御信号は、制御器２５４から第１の送受信機２１４に送信される。さらに、第１の送受信機２１４は、センサ２４４から受信した電圧信号（Ｖo）２４６および制御器２５４から受信した第１の制御信号を第２の送受信機２１６に送信する。電圧信号（Ｖo）２４６および第１の制御信号は、制御ユニット２０６にさらに送信される。
【００４１】
電圧信号（Ｖo）２４６および第１の制御信号を受信し次第、制御ユニット２０６は、受信した第１の制御信号に基づいてスイッチ２５２がワイヤレス電力伝送システム２００において作動されていると決定する。その結果、制御ユニット２０６は、第１の変換ユニット２０４を動作停止させる。一実施形態において、制御ユニット２０６は、スイッチ２２０を動作停止させまたは開くために第１の電力変換ユニット２０４内のスイッチ２２０にゲート信号２２６を送る。その結果、第１の変換ユニット２０４は、非接触電力伝送ユニット２０８および第２の変換ユニット２１０に電力を送信することから動作停止され、または中断される。
【００４２】
さらに、所定の時間後、制御ユニット２０６は、リセット信号２６２を第２の送受信機２１６に送り、リセット信号２６２は、第１の送受信機２１４にさらに送信される。第１の送受信機２１４は、リセッ信号２６２を制御器２５４内のフリップフロップユニット２６０に送る。リセット信号２６２を受信することに応答して、フリップフロップユニット２６０は、リセットし、制御器２５４の出力端子において第２の制御信号を発生させる。発生された第２の制御信号は、スイッチ２５２を動作停止させまたは開くためにスイッチ２５２に送信され、したがって、第２の変換ユニット２１０は、非接触電力伝送ユニット２０８に結合されて、第２の変換ユニット２１０が、第２のＤＣ電圧２３８を有する電力を電気負荷２３２に継続して供給することが可能になる。
【００４３】
同時に、制御器２５４における発生された第２の制御信号は、第１の送受信機２１４に送信される。第１の送受信機２１４は、第２の制御信号に加えて、負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８を表す電圧信号（Ｖo）２４６を受信する。さらに、第１の送受信機２１４は、電圧信号（Ｖo）２４６および第２の制御信号を第２の送受信機２１６に送信し、それらの信号は制御ユニット２０６にさらに送信される。
【００４４】
電圧信号（Ｖo）２４６および第２の制御信号を第２の送受信機２１６から受信し次第、制御ユニット２０６は、第２のＤＣ電圧２３８が第１の閾値（ＶoＭａｘ）以下であるか否かを決定する。第２のＤＣ電圧２３８が第１の閾値（ＶoＭａｘ）以下である場合、制御ユニット２０６は、第１の変換ユニット２０４を作動させるためにゲート信号２２６を第１の変換ユニット２０４内のスイッチ２２０に送る。さらに、制御ユニット２０６は、電気負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８に基づいて第１の変換ユニット２０４のスイッチング周波数を調整または変更する。一実施形態において、制御ユニット２０６は、電気負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８を調節または制御するために第１の変換ユニット２０４のスイッチング周波数を調整または変更する。第２のＤＣ電圧２３８が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい場合、制御ユニット２０６は、別のリセット信号を制御器２５４に送るために所定の時間待機する。第２のＤＣ電圧２３８が、リセット信号を所定の回数送信した後、継続して第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい場合、制御ユニット２０６は、システム２００を動作停止させる。
【００４５】
したがって、スイッチングユニット２１２および制御ユニット２０６を採用することによって、第２のＤＣ電圧２３８は、臨界値を超えて増加するのが防止される。その結果、第２の変換ユニット２１０は、電気負荷２３２がワイヤレス電力伝送システム２００から切り離されまたは減結合されても損傷から保護される。
【００４６】
図３を参照すると、本発明の別の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システム３００の回路図。ワイヤレス電力伝送システム３００は、スイッチングユニット２１２内の制御器３０２が第２の変換ユニット２１０の第２のＤＣ電圧２３８（出力電圧）を調節または制御するように構成されることを除いて、図２のワイヤレス電力伝送システム２００と同様である。
【００４７】
動作の間、電気負荷２３２がワイヤレス電力システム３００から切り離された場合、負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８は、電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）を超えて増加することがある。第２のＤＣ電圧２３８が臨界値を超えて増加しないように第２のＤＣ電圧２３８を制御または調節することが必要である。一例において、電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）は臨界値よりも小さい。
【００４８】
センサ２４４は、電気負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８を決定する。さらに、センサ２４４は、第２のＤＣ電圧２３８を表す電圧信号（Ｖo）２４６を制御器３０２に送信する。制御器３０２において、第２のＤＣ電圧２３８は、電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）と比較される。第２のＤＣ電圧２３８が電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）よりも大きい場合、制御器３０２は、スイッチ２５２を制御するために、決定されたデューティサイクルを有する制御信号３０４を発生させる。一実施形態において、制御器３０２は、ルックアップテーブルを使用してデューティサイクルを決定または選択することができる。例えば、第２のＤＣ電圧２３８が９０ボルトである場合、９０ボルトに対応する０．７５のデューティサイクルがルックアップテーブルから選択される。別の例において、第２のＤＣ電圧２３８が１７０ボルトである場合、１７０ボルトに対応する０．５のデューティサイクルがルックアップテーブルから選択される。さらに別の例において、第２のＤＣ電圧２３８が２５０ボルトである場合、２５０ボルトに対応する０．２５のデューティサイクルがルックアップテーブルから選択される。
【００４９】
制御器３０２は、負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８を調節または制御するために、決定されたデューティサイクルを有する制御信号３０４をスイッチ２５２に送信する。特に、制御信号３０４は、決定されたデューティサイクルを有するスイッチングパルスを有する。スイッチングパルスは、負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８を調節または制御するためにスイッチ２５２に送信される。
【００５０】
同時に、電圧信号（Ｖo）２４６は、センサ２４４から第１の送受信機２１４に送信される。さらに、第１の送受信機２１４は、電圧信号（Ｖo）２４６を第２の送受信機２１６に送信し、次いで、電圧信号（Ｖo）２４６は制御ユニット２０６に送信される。
【００５１】
制御ユニット２０６において、ゲート信号２２６が、第２のＤＣ電圧２３８に基づいて発生される。さらに、制御ユニット２０６は、第１の変換ユニット２０４のスイッチング周波数を調整または変更するためにゲート信号２２６を第１の変換ユニット２０４内のスイッチ２２０に送信する。その結果、第１の変換ユニット２０４からの第１のＡＣ電圧２２４は調節され、次いでそれによって、負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８が制御または調節される。しかし、制御ユニット２０６を使用する第２のＤＣ電圧２３８の調節は、制御器３０２を使用する第２のＤＣ電圧の調節の後に行われる。したがって、制御器３０２は、制御ユニット２０６による第２のＤＣ電圧２３８の調節に比較して第２のＤＣ電圧２３８のより速い調節を実施することができる。
【００５２】
したがって、負荷２３２の両端間の第２のＤＣ電圧２３８は、第２のＤＣ電圧２３８が臨界値に到達する前に、スイッチングユニット２１２を採用することによって調節または制御される。その結果、第２の変換ユニット２１０は、電気負荷２３２がワイヤレス電力伝送システム３００から切り離されても、損傷が防止される。
【００５３】
図４を参照すると、本発明の態様による、ワイヤレス電力伝送システムを保護するための方法４００を例示する流れ図が示される。方法４００は、図１および２の構成部品を参照して説明する。ステップ４０２において、入力電力の第１のＤＣ電圧が第１のＡＣ電圧に変換される。第１の変換ユニットが、第１のＤＣ電圧を有する入力電力を受信するために電源に結合される。第１の変換ユニットは、入力電力の第１のＤＣ電圧を第１のＡＣ電圧に変換するために、決定されたスイッチング周波数において動作される。
【００５４】
続いて、ステップ４０４において、方法は、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を受信するステップと送信するステップとを含む。特に、非接触電力伝送ユニットが、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を受信するために第１の変換ユニットに電気的に結合される。非接触電力伝送ユニットは、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を第２の変換ユニットに送信する。さらに、ステップ４０６において、入力電力の第１のＡＣ電圧は、第２のＤＣ電圧に変換される。第２の変換ユニットは、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を受信するために非接触電力伝送ユニットに電気的に結合される。さらに、第２の変換ユニットは、入力電力の第１のＡＣ電圧を第２のＤＣ電圧に変換する。ステップ４０８において、第２のＤＣ電圧を有する入力電力は、第２の変換ユニットから電気負荷に送信される。一実施形態において、電気負荷は、第２の変換ユニットから受信した第２のＤＣ電圧を有する入力電力を使用して充電される１つまたは複数の電池でよい。
【００５５】
ステップ４１０において、第２の変換ユニットは、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい場合、非接触電力伝送ユニットから減結合される。具体的には、スイッチングユニットが、第２の変換ユニットを非接触電力伝送ユニットから減結合するのに使用される。その結果、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧は、第１の閾値（ＶoＭａｘ）未満に低減され、それにより、第２の変換ユニットが過電圧による損傷から保護される。さらに、決定された第２のＤＣ電圧が第２の閾値（ＶoＭｉｎ）よりも小さい場合、スイッチングユニットは、第２のＤＣ電圧を有する電力を継続して電気負荷に供給するために第２の変換ユニットを非接触電力伝送ユニットに結合する。
【００５６】
図５を参照すると、本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムにおける第２の変換ユニットを減結合し、結合するための方法を例示する流れ図が示される。具体的には、方法５００は、図４のステップ４１０に関与するステップを含む。ステップ５０２において、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧を表す電圧信号（Ｖo）がセンサによって送信される。より具体的には、センサは、電圧信号（Ｖo）を制御器に送信する。さらに、センサは、第１の送受信機および第２の送受信機を介して電圧信号（Ｖo）を制御ユニットに送信する。
【００５７】
続いて、ステップ５０４において、制御器は、第２のＤＣ電圧を表す電圧信号（Ｖo）が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きいか否かを決定する。第２のＤＣ電圧を表す電圧信号（Ｖo）が第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい場合、制御器は、ステップ５０６において示すように、スイッチを作動させるかまたは閉じるために第１の制御信号をスイッチに送信する。その結果、第２の変換ユニットは、非接触電力伝送ユニットから減結合され、それにより、負荷の両端間の第２のＤＣ電圧は、第１の閾値（ＶoＭａｘ）未満に低減される。より具体的には、第２のＤＣ電圧は、第１の閾値（ＶoＭａｘ）よりも大きい臨界値に到達するのが防止される。臨界値は、それを超えると第２の変換ユニットが損傷されることがある電圧値であり得る。同時に、制御器は、第１の送受信機および第２の送受信機を介して第１の制御信号を制御ユニットに送る。
【００５８】
さらに、ステップ５０８において、制御器は、第２のＤＣ電圧を表す電圧信号（Ｖo）が第２の閾値（ＶoＭｉｎ）よりも小さいか否かを決定する。第２のＤＣ電圧を表す電圧信号（Ｖo）が第２の閾値（ＶoＭｉｎ）よりも小さい場合、制御器は、ステップ５１０において示すように、スイッチを動作停止させるかまたは開くために第２の制御信号をスイッチに送る。その結果、第２の変換ユニットは、電力を受信し電気負荷に供給するために非接触電力伝送ユニットに結合される。
【００５９】
ステップ５１２において、制御ユニットは、電圧信号（Ｖo）および第１の制御信号を受信する。制御ユニットは、第１の送受信機および第２の送受信機を介して電圧信号（Ｖo）をセンサから受信する。制御ユニットは、第１の送受信機および第２の送受信機を介して第１の制御信号を制御器から受信する。
【００６０】
続いて、ステップ５１４において、制御ユニットは、第１の制御信号が制御器から受信された場合、第１の変換ユニットを動作停止させる。第１の変換ユニットは、入力電力の第２の変換ユニットへの供給を防止するために動作停止される。さらに、ステップ５１６において、制御ユニットは、所定の時間後、第１の送受信機および第２の送受信機を介してリセット信号を制御器に送信する。リセット信号を受信することに応答して、制御器は、第２の制御信号を発生させる。さらに、制御器は、スイッチを動作停止させまたは開くために第２の制御信号をスイッチに送る。その結果、第２の変換ユニットは、ステップ５０８において、電力を受信し電気負荷に供給するために非接触電力伝送ユニットに結合される。
【００６１】
同時に、ステップ５１８において、制御器は、第１の送受信機および第２の送受信機を介して第２の制御信号を制御ユニットに送信する。さらに、センサは、第１の送受信機および第２の送受信機を介して電圧信号（Ｖo）を制御ユニットに送信する。続いて、ステップ５２０において、制御ユニットは、第２のＤＣ電圧を表す電圧信号（Ｖo）が第１の閾値（ＶoＭａｘ）以下であるか否かを決定する。第２のＤＣ電圧が第１の閾値（ＶoＭａｘ）以下である場合、制御ユニットは、第１の変換ユニットを作動させるためにゲート信号を送信する。その結果、入力電力は、非接触電力伝送ユニットを介して第２の変換ユニットに供給される。さらに、電気負荷は、第２のＤＣ電圧を有する電力を第２の変換ユニットから受信する。その結果、ワイヤレス電力伝送ユニット内の１つまたは複数の構成部品が、負荷の両端間の第２のＤＣ電圧の増加から保護される。
【００６２】
図６を参照すると、本発明の実施形態による、ワイヤレス電力伝送システムの出力電圧を調節するための方法を例示する流れ図が示される。ステップ６０２において、入力電力の第１のＤＣ電圧が第１のＡＣ電圧に変換される。具体的には、第１の変換ユニットが、第１のＤＣ電圧を有する入力電力を受信するために電源に結合される。さらに、第１の変換ユニットは、入力電力の第１のＤＣ電圧を第１のＡＣ電圧に変換するために、決定されたスイッチング周波数において動作される。
【００６３】
続いて、ステップ６０４において、方法は、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を受信するステップと送信するステップとを含む。特に、非接触電力伝送ユニットが、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を受信するために第１の変換ユニットに電気的に結合される。さらに、非接触電力伝送ユニットは、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を第２の変換ユニットに送信する。
【００６４】
さらに、ステップ６０６において、入力電力の第１のＡＣ電圧は、第２のＤＣ電圧に変換される。第２の変換ユニットは、第１のＡＣ電圧を有する入力電力を受信するために非接触電力伝送ユニットに電気的に結合される。さらに、第２の変換ユニットは、入力電力の第１のＡＣ電圧を第２のＤＣ電圧に変換する。ステップ６０８において、第２のＤＣ電圧を有する入力電力は、第２の変換ユニットから電気負荷に送信される。一実施形態において、電気負荷は、第２の変換ユニットから受信した第２のＤＣ電圧を有する入力電力によって充電される１つまたは複数の電池でよい。
【００６５】
さらに、ステップ６１０において、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧は、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧が電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）よりも大きい場合、調節される。スイッチングユニットが、第２の変換ユニットに電気的に結合され、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧を調節するように構成される。特に、第２の変換ユニットの出力端子に結合されたセンサが、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧を決定するのに使用される。さらに、センサに結合された制御器が、第２のＤＣ電圧に基づいて、決定されたデューティサイクルを有する制御信号を発生させるのに使用される。より具体的には、制御器は第２のＤＣ電圧を電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）と比較する。第２のＤＣ電圧が電圧基準値（Ｖoｒｅｆ）よりも大きい場合、制御器は、第２のＤＣ電圧に対応するデューティサイクルを決定または選択する。さらに、制御器は、選択または決定されたデューティサイクルを有する制御信号を発生させる。その後、制御器は、電気負荷の両端間の第２のＤＣ電圧を調節して、第２の変換を過電圧による損傷から保護するために、決定されたデューティサイクルを有する制御信号をスイッチに供給する。
【００６６】
本明細書において論じる例示的な実施形態によれば、例示的なシステムおよび方法は、負荷が切り離されたとき、ワイヤレス電力伝送システム内の１つまたは複数の構成部品を保護することを容易にする。さらに、例示的なシステムおよび方法は、負荷が切り離されたとき、出力電圧を制御または調節することを容易にする。その結果、システム内の１つまたは複数の構成部品は、システム内の構成部品を互いに減結合せずに保護される。
【００６７】
本明細書において本開示のある特徴だけを例示し、説明してきたが、多くの修正および変更が当業者には思いつくことであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、すべてのそのような修正および変更を本開示の真の精神内に含まれるものとして包含することが意図されていないことを理解されたい。
【符号の説明】
【００６８】
１００  ワイヤレス電力伝送システム
１０２  電源
１０４  第１の変換ユニット（インバータ）
１０６  制御ユニット
１０８  非接触電力伝送ユニット
１１０  第２の変換ユニット（整流器）
１１２  第１のＤＣ電圧
１１４  第１のＡＣ電圧
１１６  コイル
１１８  第２のＤＣ電圧
１２０  センサ
１２２  第１の送受信機
１２４  第２の送受信機
１２６  帰還ループ
１２８  電圧信号（Ｖo）
１３０  スイッチングユニット
１３２  電気負荷
２００  ワイヤレス電力伝送システム
２０２  電源
２０４  第１の変換ユニット、第１の電力変換ユニット
２０６  制御ユニット
２０８  非接触電力伝送ユニット
２１０  第２の変換ユニット
２１２  スイッチングユニット
２１４  第１の送受信機
２１６  第２の送受信機
２１８  第１のＤＣ電圧
２２０  スイッチ
２２２  ダイオード
２２４  第１のＡＣ電圧
２２６  ゲート信号
２２８  一次コイル
２３０  二次コイル
２３２  電気負荷
２３４  磁界収束コイル
２３６  補償コイル
２３８  第２のＤＣ電圧（出力電圧）
２４０  ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴ
２４２  帰還ループ
２４４  センサ
２４６  電圧信号（Ｖo）
２４８  アンテナ
２５０  アンテナ
２５２  スイッチ
２５４  制御器
２５６  第１の比較器
２５８  第２の比較器
２６０  フリップフロップユニット
２６２  リセット信号
３００  ワイヤレス電力伝送システム
３０２  制御器
３０４  制御信号
４００  方法
４０２、４０４、４０６、４０８、４１０  ステップ
５００  方法
５０２、５０４、５０６、５０８、５１０、５１２、５１４、５１６、５１８、５２０、５２２  ステップ
６００  方法
６０２、６０４、６０６、６０８、６１０  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2017163824000001.pdf