CN105794083B - 受电装置、送电装置以及无线供电*** - Google Patents

受电装置、送电装置以及无线供电*** Download PDF

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Abstract

本发明具有:受电线圈,其通过无线接受来自送电装置的电力;二次电池,其利用来自上述受电线圈的电力进行充电;负载电阻;开闭器,其以能够切换的方式将上述二次电池以及上述负载电阻连接于上述受电线圈;以及受电控制器,其根据基于上述受电线圈的来自上述送电装置的电力供给状态以及上述二次电池的充电状态,控制上述开闭器,本发明能够实现无线供电***的简化,能够降低受电装置的尺寸以及消耗电力。

Description

受电装置、送电装置以及无线供电***
技术领域
该申请所言及的实施例涉及受电装置、送电装置以及无线供电***。
背景技术
近年来,为了进行电源的供给、二次电池的充电,通过无线供给电力的技术受到关注。例如,研究并开发了通过无线对以便携式终端、笔记本电脑为首的各种电子设备、家电设备或者电力基础设备供给电力的无线供电***(无线电力传输***)。具体而言,在便携式电话、智能手机这样的移动电子设备中,无线供电技术的普及发展起来。
另外,作为在分离数cm~数十cm的距离无线传输数W等级以上的电力的方式,一般是在收发装置应用了线圈的磁场耦合方式。作为该利用磁场的传输方式,例如,已知有电磁感应方式、以及近年由美国MIT(麻省理工学院:Massachusetts Institute ofTechnology)提出的磁场谐振方式。
并且,作为电磁感应方式,例如有由WPC(无线充电联盟:Wireless PowerConsortium)制定的Qi(气)标准。另外,作为磁场谐振方式,例如有由A4WP(无线电力联盟:Alliance for WirelessPower)制定的WiPower标准。
像这样,关于在收发装置应用了线圈的磁场耦合方式,以处于实用化阶段的数W等级的小型电子设备为首,以超100W的家电设备为目标的标准化制定发展。另外,以汽车制造商为中心针对电动汽车的超数kW的无线供电技术的开发也发展。
在这些无线供电***中,一般以发热等安全性、效率方面的条件最佳化为目的,在送受电装置间利用某些通信手段进行能量传输。
即,在上述的Qi标准中,例如采用在受电装置侧接通/断开向负载的连接来调制能量传输波形的带内方式。另外,在WiPower标准中,例如采用在送受电装置的双方搭载Bluetooth(注册商标)等通信设备来双方向地交换信息的带外方式。
此外,在本说明书中,主要以利用了磁场谐振(磁场共振)的无线供电(无线电力传输)为例进行说明,但以后详述的本实施例的应用并不局限于磁场谐振,也能够对利用了电场谐振(电场共振)等的无线供电进行应用。
以往,作为通过无线供给电力的无线供电技术,提出了各种方案。
专利文献1:日本特开2013-090483号公报
专利文献2:日本特开2000-287375号公报
专利文献3:日本特开2006-006948号公报
非专利文献1:Andre KURS et al.,“Wireless Power Transfer via StronglyCoupled Magnetic Resonances,”SCIENCE Vol.317,pp.83-86,July 6,2007
非专利文献2:Aristeidis KARALIS et al.,“Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer,”Cornel University Library,arXiv:physics/0611063v2[physics.optics],(Journal-ref:Annals of Physics,vol.323,No.1,pp.34-48,January 2008)
对于无线供电技术而言,除了针对以上述的便携式终端为首的电子设备、家电设备或者电动汽车等的技术以外,例如作为针对数十mW等级的小型传感器、小型设备的技术也受到关注。作为例子,举出通过无线对埋入于墙壁的各种传感器、安装于体内的医疗设备等供电的技术。
以往,这种埋入于墙壁的传感器、安装于体内的医疗设备等例如定期地进行电池更换,但若考虑到设备的运用、对人体的负担,则应用无线供电技术所带来的优点较大。
对于这种埋入于墙壁的传感器、安装于体内的医疗设备等而言,尤其与受电装置的尺寸有关的限制较大,例如,如果能够从受电装置删除通信电路部,则能够降低受电装置的尺寸、消耗电力。
然而,在同时对多个受电装置供电的情况下,例如,由于各个受电装置的特性差而在二次电池的充电特性产生差别,所以若从受电装置删除通信电路部,则适当地对各个受电装置的二次电池进行充电变得困难。这并不局限于利用了磁场谐振、电场谐振的供电(电力传输),例如,在利用电磁感应、电场感应进行供电的情况下也成为问题。
发明内容
该申请鉴于上述的课题,目的在于提供能够实现无线供电***的简化、并且能够降低受电装置的尺寸以及消耗电力的受电装置、送电装置以及无线供电***。
根据一实施方式,提供具有受电线圈、二次电池、负载电阻、开闭器以及受电控制器的受电装置。
上述受电线圈通过无线接受来自送电装置的电力,上述二次电池利用来自上述受电线圈的电力进行充电。上述开闭器以能够切换的方式将上述二次电池以及上述负载电阻连接于上述受电线圈。上述受电控制器根据基于上述受电线圈的来自上述送电装置的电力供给状态以及上述二次电池的充电状态,控制上述开闭器。
公开的受电装置、送电装置以及无线供电***起到能够实现无线供电***的简化、并且能够降低受电装置的尺寸以及消耗电力这样的效果。
附图说明
图1是概略性地表示无线供电***的一个例子的框图。
图2A是用于对图1的无线供电***中的传输线圈的变形例进行说明的图(其一)。
图2B是用于对图1的无线供电***中的传输线圈的变形例进行说明的图(其二)。
图2C是用于对图1的无线供电***中的传输线圈的变形例进行说明的图(其三)。
图3是示意性地表示无线供电***、并且表示受电装置的一构成例的图。
图4A是用于对无线供电***的第一实施例进行说明的图(其一)。
图4B是用于对无线供电***的第一实施例进行说明的图(其二)。
图4C是用于对无线供电***的第一实施例进行说明的图(其三)。
图5是用于对送电装置侧的共振线圈的阻抗变化进行说明的图。
图6是表示无线供电***的第一实施例中的受电控制器的例子的框图。
图7是表示无线供电***的第一实施例中的送电装置以及受电装置的信号波形的图。
图8是用于对无线供电***的第一实施例中的送电处理的一个例子进行说明的流程图。
图9是表示无线供电***的第二实施例中的受电控制器的例子的框图。
图10是表示无线供电***的第二实施例中的送电装置以及受电装置的信号波形的图。
图11是用于对无线供电***的第二实施例中的送电处理的一个例子进行说明的流程图。
图12是用于对无线供电***的第三实施例中的受电装置进行说明的图。
具体实施方式
首先,在对受电装置、送电装置以及无线供电***的实施例进行详述之前,参照图1~图3对无线供电***(无线电力传输***)的例子进行说明。
图1是概略性地表示无线供电***的一个例子的框图,示出一个送电装置以及一个受电装置。在图1中,参照附图标记1表示送电装置(一次侧:送电侧),2表示受电装置(二次侧:受电侧)。
如图1所示,送电装置(供电器)1包括:无线送电部(送电线圈)11、高频电源部12、送电控制部13以及送电通信电路部14。另外,受电装置(受电器)2包括:无线受电部(受电线圈)21、受电电路部(整流部)22、受电控制部23以及受电通信电路部24。
无线送电部11包括电力供给线圈11b以及送电共振线圈11a,另外,无线受电部21包括受电共振线圈21a以及电力取出线圈21b。
如图1所示,送电装置1和受电装置2通过送电共振线圈11a与受电共振线圈21a之间的磁场谐振(磁场共振)来从送电装置1向受电装置2进行能量(电力)的传输。此外,从送电共振线圈11a向受电共振线圈21a的电力传输不只磁场谐振,也能够应用电场谐振(电场共振)等,但在以下的说明中,主要以磁场谐振为例进行说明。
送电装置1和受电装置2通过送电通信电路部14和受电通信电路部24进行通信(近距离通信)。这里,基于送电装置1的送电共振线圈11a和受电装置2的受电共振线圈21a的电力的传输距离例如被设定得比基于送电通信电路部14和受电通信电路部24的通信距离短。
另外,基于送电共振线圈11a以及受电共振线圈21a的电力传输为与基于送电通信电路部14以及受电通信电路部24的通信独立的方式(带外(Out-band)通信)。
具体而言,基于送电共振线圈11a以及受电共振线圈21a的电力传输例如使用6.78MHz的频带,基于送电通信电路部14以及受电通信电路部24的通信例如使用2.4GHz的频带。
作为该基于送电通信电路部14以及受电通信电路部24的通信,例如能够利用依据IEEE 802.11b的DSSS方式的无线LAN、蓝牙(Bluetooth(注册商标))。
此外,上述的无线供电***例如在使用的频率的波长程度的距离的近场(nearfield)中,利用基于送电装置1的送电共振线圈11a和受电装置2的受电共振线圈21a的磁场谐振或者电场谐振进行电力的传输。因此,电力传输范围(送电范围)PR根据电力传输所使用的频率而变化。
高频电源部12对电力供给线圈11b供给电力,电力供给线圈11b对被配设于该电力供给线圈11b的极近处的送电共振线圈11a利用电磁感应供给电力。送电共振线圈11a通过使与受电共振线圈21a之间产生磁场谐振的共振频率,向受电共振线圈21a(受电装置2)传输电力。
受电共振线圈21a对被配设于该受电共振线圈21a的极近处的电力取出线圈21b利用电磁感应供给电力。在电力取出线圈21b连接有受电电路部22,规定的电力被取出。此外,来自受电电路部22的电力例如被利用为二次电池25的充电或者针对受电装置2的电路(负载)的电源输出等。
这里,送电装置1的高频电源部12被送电控制部13控制,另外,受电装置2的受电电路部22被受电控制部23控制。而且,送电控制部13以及受电控制部23例如经由送电通信电路部14以及受电通信电路部24连接,进行从送电装置1向受电装置2的电力传输的各种控制。
图2A~图2C是用于对图1的无线供电***中的传输线圈的变形例进行说明的图。这里,图2A以及图2B表示3线圈构成的例子,图2C表示2线圈构成的例子。
即,在图1所示的无线供电***中,无线送电部11包括电力供给线圈11b以及送电共振线圈11a,无线受电部21包括受电共振线圈21a以及电力取出线圈21b。
与此相对,在图2A的例子中,将无线受电部(受电线圈)21设为一个线圈(受电共振线圈:LC共振器)21a,在图2B的例中,将无线送电部(送电线圈)11设为一个线圈(送电共振线圈:LC共振器)11a。
并且,在图2C的例子中,将无线受电部(受电线圈)21设为一个受电共振线圈21a,并且,将无线送电部(送电线圈)11也设为一个送电共振线圈11a。此外,图2A~图2C只是例子,当然能够进行各种变形。
图3是示意性地表示无线供电***、并且表示受电装置的一构成例的图,表示通过送电共振线圈11a(送电线圈11:送电装置1)对多个受电装置2进行电力传输的情况。
这里,在图3中,受电装置2例如表示安装于体内3的医疗设备,具体而言,表示安装于心脏3的起搏器。此外,作为受电装置2,也可以是埋入于墙壁(3)的温度传感器、或者散布于土壤(3)等的各种传感器、微小装置等各种装置。
如图3所示,受电装置2具有:无线受电部(受电线圈)21、受电电路部22、受电控制部23、受电通信电路部24、二次电池25以及装置部26。
无线受电部21包括受电共振线圈21a以及电力取出线圈21b,受电电路部22包括整流电路22a以及DC/DC转换器22b。装置部26包括驱动器26a以及设备26b。
这里,图3所示的受电装置2例如相当于参照上述的图1说明了的受电装置,在图3中,图1中的受电电路部22被分成整流电路22a以及DC/DC转换器22b来进行描述。
另外,虽然在图3所示的受电装置2中,描述了被给予二次电池25的输出电压的装置部26(驱动器26a以及设备26b),但图3所示的受电装置2实际上等同于图1所示的受电装置。此外,图3的受电装置2中的受电通信电路部24例如用于与图1的送电装置1中的送电通信电路部14之间进行通信。
另外,例如,对于安装于体内的医疗设备、埋入于墙壁的各种传感器而言,若考虑到对人体的负担、设备的运用,则应用无线供电技术所带来的优点较大。对于这种安装于体内的医疗设备等而言,尤其与受电装置的尺寸有关的限制较大,另外,若考虑供电频度这样的运用方面,则优选是极低消耗电力。
因此,如果在能够进行无线供电的基础上,能够从受电装置简化或者删除通信电路部,则能够降低受电装置的尺寸、消耗电力。该消耗电力的降低例如也与抑制二次电池的尺寸相关联,而进一步优选。
此外,例如,在通过无线电路将来自埋入于墙壁的传感器的数据向主机装置发送的***中,如果删除受电处理时所使用的受电通信电路部而仅形成数据发送用的无线电路,则也能够期待降低尺寸、消耗电力的优点。
另外,例如,在对多个受电装置同时供电的情况下,根据各个受电装置的特性差,而混杂有二次电池在短时间内达到充满电的受电装置和并非如此的受电装置。
这里,二次电池的充电特性的差不只是由于制造上的误差而引起的,例如,由于送电装置与受电装置的相对位置关系、送电(供电)效率的差异、或者各个受电装置中的消耗电力的差异这样的各种原因而引起。
因此,若没有通信功能,则送电装置侧检测受电装置侧的状态并适当地切换供电条件较困难。这并不局限于利用了磁场谐振、电场谐振的电力传输的情况,例如在利用电磁感应、电场感应进行电力传输的情况下也成为问题。
此外,对于后述的本实施例的应用而言,例如优选相对于送电装置,受电装置的个数以及位置已大体固定的无线供电***,但并不一定局限于这种决定了受电装置的个数以及位置的无线供电***。
并且,应用了本实施例的受电装置并不局限于安装于体内的医疗设备、埋入于墙壁的传感器等,另外,并不一定局限于经由二次电池驱动装置部。
以下,参照附图对受电装置、送电装置以及无线供电***的实施例进行详述。此外,在以下说明的各实施例中,送电线圈(无线送电部)11以及受电线圈(无线受电部)21例如能够应用参照图2A~图2C说明了的各种结构。
图4A~图4C是用于对无线供电***的第一实施例进行说明的图。在图4A~图4C中,参照附图标记1表示送电装置,2-1~2-N表示受电装置,受电装置2-1~2-N全部为相同的结构。
在以下的记载中,为了简单化,而主要关注第一受电装置2-1以及第N受电装置2-N来进行说明。即,图4A表示第一受电装置2-1以及第N受电装置2-N(例如,全部的受电装置2-1~2-N)为通常使用状态及测试送电(模式)时。
另外,图4B表示第一受电装置2-1以及第N受电装置2-N(例如,全部的受电装置2-1~2-N)为充电状态时。并且,图4C表示第一受电装置2-1为充满电且第N受电装置2-N为充电状态时,例如表示一个受电装置2-1为充满电且其他的受电装置2-2~2-N没有充满电而继续充电状态时。
送电装置1具备:包括电力供给线圈11b以及送电共振线圈11a的无线送电部(送电线圈)11、放大器15、匹配电路16以及送电控制器(包括存储器)17。
在各受电装置2(2-1~2-N)中,开关(开闭器)28根据来自受电控制器27的开关控制信号Ss,以能够切换的方式将整流电路22a的输出(受电电压Vr)连接至虚拟负载电阻(负载电阻)29以及DC/DC转换器22b。
受电控制器27接受来自整流电路22a的受电电压Vr以及DC/DC转换器22b的输出(充电电力:电力信号)Pc,通过开关控制信号Ss控制开关28的开关。
即,第一实施例的无线供电***在各受电装置2(2-1~2-N)中,在整流电路22a与DC/DC转换器22b之间设置有3路径开关28。
而且,通过开关28的切换,在通常时(通常使用状态和测试送电的初始状态),将整流电路22a的输出(受电电压Vr)与虚拟负载电阻29连接,在对二次电池25进行充电的正式送电中,将整流电路22a的输出与DC/DC转换器22b连接。
并且,在二次电池25的充满电时,通过开关28的切换,将整流电路22a的输出开路或者与高阻抗电阻连接。即,开关28被来自受电控制器27的开关控制信号Ss控制,进行与各动作阶段对应的切换处理。
这里,受电控制器27监视来自整流电路22a的受电电压Vr以及来自DC/DC转换器22b的充电电力Pc,对开关28输出开关控制信号Ss来进行控制。此外,关于来自DC/DC转换器22b的充电电力Pc的监视,因为是恒电压输出,所以实际监视电流即可。
受电控制器27例如也可以并用设置于受电装置2的传感器、设备的动作控制所使用的控制器,另外,虚拟负载电阻29设定为已知的值(例如,二次电池25的充电时的阻抗)即可。但是,例如,优选避免设定为极高的值、极低的值,以便在测试送电中,适合受电装置2的状态检测。
送电控制器17接受送电线圈11(电力供给线圈11b)的波形,通过放大器控制信号Sa控制放大器15的输出,通过匹配控制信号Sm控制匹配电路16的切换。
即,送电控制器17具有如下的功能:监视电力供给线圈11b的电压、电流波形,参照根据该结果而得到的输入阻抗特性和储存于内部的存储器的信息,由此判定成为充电对象的受电装置2的个数等。以下,参照图4A~图4C进行详述。
如图4A所示,在第一受电装置2-1以及第N受电装置2-N为通常使用状态时,在各受电装置2(2-1、2-N)中,开关28与虚拟负载电阻29连接,与DC/DC转换器22b的连接被切断。
此外,在通常使用状态时,各受电装置2中的二次电池25例如对参照图3说明了的装置部26(驱动器26a以及设备26b)给予电力,进行规定的处理。另外,各受电装置2中的开关28在通常使用状态和测试送电的初始状态中,为相同的连接状态。
另一方面,送电装置1在各受电装置2是通常使用状态时停止,在开始充电的情况下,首先在启动测试送电模式后,成为正式送电(模式),进行对受电装置2的电力的传输(供电)。
即,如图4A所示,在送电装置1中,送电控制器17通过放大器控制信号Sa控制放大器15并经由匹配电路16将测试送电模式用的电力给予至送电线圈11(电力供给线圈11b)。
来自送电线圈11(送电共振线圈11a)的电力朝向N个受电装置2-1~2-N中的受电线圈21(受电共振线圈21a)输出。在该测试送电模式的初始状态中,各受电装置2(2-1、2-N)的开关28与虚拟负载电阻29连接,来自整流电路22a的受电电压Vr被施加于虚拟负载电阻29。
在送电装置1中,若在测试送电模式中开始测试送电,则检测送电线圈11(电力供给线圈11b)的波形,对阻抗进行存储器对照。即,在送电装置1中,送电控制器17接受来自电力供给线圈11b的线圈波形信号Fc,参照内置存储器,由此识别受电装置2-1~2-N的个数等,启动正式送电模式,开始以规定的电力进行的正式送电。
这里,虚拟负载电阻29例如被设定为相当于二次电池25的阻抗的值。另外,也可以检测根据测试送电时的电力供给线圈11b的波形(电压波形、电流波形)求出的输入阻抗特性(电压、电流的振幅或者它们的相位差等),并与记录于内置存储器的特性对照。
在各受电装置2中,若从受电控制器27检测来自整流电路22a的受电电压Vr起经过固定时间、或者受电电压Vr超过规定的阈值电压,则将开关28的连接从虚拟负载电阻29切换至DC/DC转换器22b。
即,如图4B所示,在各受电装置2中,将开关28的连接从虚拟负载电阻29切换至DC/DC转换器22b,将来自整流电路22a的受电电压Vr施加于DC/DC转换器22b。
这样一来,若对各受电装置2的供电、即对各受电装置2的二次电池25的充电进行,则例如产生第一受电装置2-1成为充满电、第N受电装置2-N未充满电而继续充电状态的状态。
即,如图4C所示,例如,在第一受电装置2-1中,若受电控制器27通过充电电力Pc检测到充满电,则将开关28切换为开路(不与虚拟负载电阻29以及DC/DC转换器22b中的任意一方连接的)状态。
此外,例如,在第N受电装置2-N中,若受电控制器27根据充电电力Pc判定为还不是充满电,则维持开关28的连接,将来自整流电路22a的受电电压Vr施加于DC/DC转换器22b来继续充电。
另一方面,在送电装置1中,送电控制器17如果根据来自电力供给线圈11b的线圈波形信号Fc检测到波形的变化则参照存储器,从而例如推定成为充电对象的受电装置的数量,控制放大器控制信号Sa以及匹配控制信号Sm。
即,送电控制器17通过放大器控制信号Sa以及匹配控制信号Sm,控制适合推定出的受电装置的数量的放大器15的输出以及匹配电路16的切换。此外,例如若推定出的受电装置的数量成为规定数量以下、或者基于正式送电的充电处理经过规定时间,则送电装置1停止充电处理、即停止供电。
而且,在各受电装置2中,例如,若检测不到来自整流电路22a的受电电压Vr则判断为供电(充电)结束,从而将开关28的连接切换至虚拟负载电阻29来返回到通常动作状态。
像这样,在本实施例中,在进行正式送电之前,以受电装置2与具有相当于二次电池25的阻抗的校正用的虚拟负载电阻29连接的状态进行测试送电。
检测根据该测试送电时的送电线圈11(电力供给线圈11b)的波形求出的特性(输入阻抗等),并与记录于存储器的受电装置的特性对照。而且,例如,在测试送电经过了固定时间之后,将受电装置2的开关28的连接切换至二次电池25侧(DC/DC转换器22b)来进行正式送电。
在正式送电中成为充满电的情况下,在受电装置2(2-1)中,控制开关28使充电路径成为开路。此时,在送电装置1中,送电线圈11(电力供给线圈11b)的波形根据输入阻抗变化而变化。由此,能够通过参照存储器来推定成为充电对象的二次电池25的数量(进行充电的受电装置的数量),并能够适当地进行送电电力、匹配电路的调整以及切换。
此外,也能够如参照图12后述那样,代替控制开关28使充电路径成为开路,而与电阻值预先已知的高阻抗电阻连接,来进行成为充满电的受电装置的特定。
另外,本实施例的应用例如优选受电装置2(2-1~2-N)的个数以及位置相对于送电装置1已大体固定的无线供电***,但并不一定局限于这种决定了受电装置的个数以及位置的无线供电***。
像这样,根据第一实施例的无线供电***,能够删除受电处理时所使用的受电通信电路部,从而能够简化无线供电***,并且能够降低受电装置的尺寸以及消耗电力。此外,在其他的实施例中也相同地发挥该效果。
图5是用于对送电装置侧的共振线圈的阻抗变化进行说明的图,利用等效电路示出送电共振线圈11a(送电线圈11、电力供给线圈11b)以及受电共振线圈21a(受电线圈21、电力取出线圈21b)。这里,在送电线圈11的输入口定义输入阻抗Zin
此外,参照附图标记C1、L1、R1、I1表示送电共振线圈11a中的等效的电容、电感、电阻、电流的值,C2、L2、R2、I2表示受电共振线圈21a中的等效的电容、电感、电阻、电流的值。另外,参照附图标记RL表示受电装置2中的负载的值,Vin表示送电共振线圈11a的输入电压,而且,M表示送电共振线圈11a与受电共振线圈21a之间的传输效率。
若对于送电共振线圈11a以及受电共振线圈21a(送受电线圈)建立电路方程式,则
(R1+jωL1+1/jωC1)×I1+jωMI2=Vin
jωMI1+(R2+jωL2+1/jωC2+RL)×I2=0
因为根据上述的连立方程式求出I1,所以能够根据以下的公式得到输入阻抗Zin
Zin=Vin/I1=(R1+jωL1+1/jωC1)×I1+(ωM)2/(R2+jωL2+1/jωC2+RL)
因此,在送电装置1的内部,如果计测输入电压Vin和电流I1,则能够求出阻抗Zin,例如,通过与内置于送电控制器17的存储器的内容进行比较(参照),能够识别受电装置2中的各种信息。
即,因为在Zin的右边包含有受电装置2侧的负载RL,所以如果该值变化则Zin也变化。此外,在受电线圈21(受电共振线圈21a:受电装置)的个数增加的情况下,也相同地,能够根据阻抗Zin识别多个受电装置2-1~2-N中的各种信息。
图6是表示无线供电***的第一实施例中的受电控制器的例子的框图。如图6所示,第一实施例中的受电控制器27包括微控制器271、数字输入输出部(DIO)272、模拟-数字转换器(ADC)273、存储器274以及计时器275。
ADC273接受来自整流电路22a的受电电压(模拟值)Vr以及来自DC/DC转换器22b的充电电力(模拟值)Pc,转换成数字值并输出至微控制器271。
微控制器271从存储器274以及计时器275接受信息进行各种控制。此外,DIO272接受来自微控制器271的信号并将开关控制信号Ss输出至开关28。
图7是表示无线供电***的第一实施例中的送电装置以及受电装置的信号波形的图。此外,参照附图标记Fc表示送电装置1中的送电线圈11(电力供给线圈11b)的波形,Vr表示整流电路22a的输出电压(受电电压),Ss表示从受电控制器27(微控制器271)输出的开关控制信号。
在第一实施例的无线供电***中,受电控制器27的微控制器271监视经由ADC273输入的受电电压Vr,在从测试送电开始起经过规定时间(X秒)后切换为正式送电。
例如,微控制器271若检测到受电电压Vr的电压电平成为V0,则识别出从时间T0开始了测试送电,开始计时器275的时间计测。然后,若由计时器275计测出的时间超过规定的X秒,则控制开关控制信号Ss来切换开关28。
即,将来自整流电路22a的受电电压Vr的施加从虚拟负载电阻29向DC/DC转换器22b切换,进行向二次电池25的充电(正式送电)的准备。此外,若开始了正式送电,则受电电压Vr的电压电平从测试送电的V0变化为规定的充电电压V1。
另外,微控制器271例如监视充电电力Pc,若检测到二次电池25成为充满电,则以将受电电压Vr施加到虚拟负载电阻29的方式控制开关控制信号Ss来切换开关28。
或者,微控制器271例如监视受电电压Vr,如果检测到送电装置1停止送电,则以将受电电压Vr施加到虚拟负载电阻29的方式控制开关控制信号Ss来切换开关28。
图8是用于对无线供电***的第一实施例中的送电处理的一个例子进行说明的流程图。这里,受电装置2-1~2-N全部进行相同的处理,所以在以下的记载中,关注受电装置2-1来进行说明。
首先,受电装置2-1(2-1~2-N)在通常使用状态的情况、即正使用积蓄于二次电池25的电力的情况下,开关28与虚拟负载电阻29连接(步骤ST20)。
若无线供电处理(充电处理)开始,则送电装置1在进行正式送电(充电)模式中的正式送电之前,进行用于进行受电装置2-1~2-N是否在规定的位置有规定的个数这样的确认的测试送电模式中的测试送电。
即,在测试送电模式中,送电装置1例如根据来自送电控制器17的指示使放大器15的输出和匹配电路16成为测试送电模式的设定(步骤ST10),开始测试送电(步骤ST11)。
此时,如上述那样,作为测试送电时的初始状态而开关28与虚拟负载电阻29连接,所以受电装置2-1能够与送电装置1之间进行比较小电力的测试送电。
然后,受电装置2-1通过受电控制器27检测受电电压Vr(步骤ST21:是),判定规定的受电电压(例如,图7中的电压电平V0)是否经过了预先决定的X秒(步骤ST22)。
即,在受电装置2-1中,若检测到规定的受电电压(步骤ST21:是),并判定为该状态经过了X秒(步骤ST22:是),则将开关28与DC/DC转换器22b(二次电池25)连接。
在送电装置1中,例如,送电控制器17检测电力供给线圈11b的阻抗(步骤ST12),并参照存储器(步骤ST13)来根据检测到的阻抗特性进行受电装置2-1~2-N的确认。
即,在送电装置1侧,通过监视电力供给线圈11b(无线送电部11)的波形并参照存储器信息,来进行受电装置2-1~2-N是否在规定的位置有规定的个数的判断,停止测试送电(步骤ST14)。
此外,在测试送电中,进行比较小电力的送电,但与此相对,在经由DC/DC转换器22b向二次电池25供电的正式送电的情况下,供给由设定输出电压(V)和负载(RL)决定的规定的电力(V2/RL)。
另外,即使在假设二次电池25是充满电的情况下,因为表示规定的阻抗特性,所以也能够通过在送电装置1侧监视线圈的波形并参照存储器信息,来容易地判断受电装置是否是规定的位置、个数。
以上所述,在送电装置1中,若测试送电模式例如经过预先决定的时间(X秒),则移至正式送电模式。另外,在受电装置2-1(2-1~2-N)中,在检测出规定的受电电压的状态经过了X秒的情况下,将开关28切换至二次电池25(DC/DC转换器22b)。
接下来,在正式送电模式中,送电装置1基于在测试送电模式中得到的结果进行放大器15和匹配电路16的设定,以规定的电力开始送电(步骤ST15)。这里,送电控制器17继续进行线圈波形(电力供给线圈11b的波形)的监视。
另一方面,在受电装置2-1中,将开关28切换为向DC/DC转换器22b(二次电池25)的连接。之后,受电控制器27进行DC/DC转换器22b的输出电力(充电电力)Pc的监视(步骤ST25)以及整流电路22a的输出电压(受电电压)Vr的监视(步骤ST24)。
在通过充电电力Pc的监视检测到充满电的情况下(步骤ST25:是),使开关28成为开路(步骤ST26),即,将开关28切换为与虚拟负载电阻29和DC/DC转换器22b均不连接。之后,进行受电电压Vr的监视(步骤ST27)。
在通过受电电压Vr的监视检测到送电停止的情况下(步骤ST24、ST27:否),将开关28切换为与虚拟负载电阻29连接(步骤ST20),返回到初始状态。
像这样,受电控制器27若检测到DC/DC转换器22b的输出电力Pc比规定的值低,例如,二次电池25接近充满电,则使开关成为开路(或者,高阻抗连接)。
这里,受电控制器27通过输出电力Pc检测二次电池25的充电状态的完成,但该充电状态的完成并不局限于充满电的状态,也可以检测到规定的充电率(例如,充满电的80%)的充电状态就切换开关28。此外,这些处理在各个受电装置2-1~2-N中独立地进行。
因此,例如,二次电池25成为充满电而使开关成为开路的受电装置和将开关28与DC/DC转换器22b连接继续充电的受电装置共存。
像这样,在受电装置2-1~2-N中,若使开关28成为开路(或者,高阻抗连接),则在送电装置1侧,线圈(电力供给线圈11b)的波形根据阻抗的变化而出现变化(步骤ST17:是)。
送电控制器17参照该变化的波形和存储器信息,推定成为充满电的受电装置(或者,成为继续充电对象的受电装置)(步骤ST18)。并且,送电控制器17基于该推定结果,输出放大器15的输出和匹配电路16的切换指示,变更正式送电设定(步骤ST19)。
此外,在根据充满电而开关28成为开路(或者,高阻抗连接)的受电装置2-1~2-N中,也继续监视来自整流电路22a的受电电压Vr,在检测到送电停止的情况下移至送电停止处理(步骤ST16:是)。
即,在送电停止处理中,送电装置1例如基于来自操作者的停止指示中断放大器15的输出。这里,若送电停止,则来自受电装置2-1~2-N的整流电路22a的受电电压Vr例如降低到零伏(0V)附近。
若受电装置2-1~2-N的受电控制器27检测到受电电压Vr的降低,则判断为送电停止,将开关28切换为虚拟负载电阻连接,返回到初始状态(测试送电模式)。
此外,对于来自整流电路22a的受电电压Vr而言,在充电时(向DC/DC转换器22b的连接)和充满电时(开路或者高阻抗连接),值不同,但在送电停止时降低到0V附近的情况是共同的。因此,如果预先设定适当的阈值,则如上述那样,即使是相同的动作流程也不会产生问题。
如上所述,即便在送电装置1与受电装置2-1~2-N之间没有无线通信单元的情况下,也能够实现稳定的无线供电。
图9是表示无线供电***的第二实施例中的受电控制器的例子的框图,图10是表示无线供电***的第二实施例中的送电装置以及受电装置的信号波形的图。
根据图9与上述的图6的比较可明确:第二实施例中的受电控制器27不具有第一实施例的计时器275而具有比较器276。在第二实施例的无线供电***中,受电控制器27的微控制器271监视经由ADC273输入的受电电压Vr,并利用比较器276比较受电电压Vr。
即,若通过比较器276检测到受电电压Vr的电压电平从测试送电的电压V0超过规定的阈值电压V2向正式送电的电压V1变化,则控制开关控制信号Ss切换开关28。此外,其他的处理与第一实施例相同,省略其说明。
图11是用于对无线供电***的第二实施例中的送电处理的一个例子进行说明的流程图。这里,根据图11与上述的图8的比较可明确送电装置1中的处理在第一实施例以及第二实施例中共同。另外,在第二实施例的无线供电***中,各受电装置2-1~2-N中的处理除了第一实施例的步骤ST22的处理被变更为步骤ST32以外共同。
即,在受电装置2-1中,通过受电控制器27检测受电电压Vr(步骤ST21:是),判定该受电电压Vr的电压电平是否超过预先决定的阈值电压(例如,图10中的阈值电压V2)(步骤ST32)。
即,在受电装置2-1中,若判定为受电电压Vr超过阈值电压(V2)(步骤ST32:是),则将开关28与DC/DC转换器22b(二次电池25)连接。此外,其他的处理与图8的处理相同,省略其说明。
像这样,在第二实施例的无线供电***中,若受电电压Vr的电压电平超过规定的阈值电压(V2),则微控制器271将开关28的连接从虚拟负载电阻29切换至DC/DC转换器22b,进行正式送电的准备。
图12是用于对无线供电***的第三实施例中的受电装置进行说明的图。如图12所示,在第三实施例的无线供电***中,受电装置2(2-1~2-N)的开关28将整流电路22a的输出选择性地与虚拟负载电阻29、DC/DC转换器22b以及高阻抗电阻30连接。
即,在第一实施例中,如参照图4A~图4C说明了的那样,例如,若二次电池25成为充满电,则使开关28成为开路(与虚拟负载电阻29以及DC/DC转换器22b中的任意一方均不连接的)状态。
与此相对,在第三实施例中,例如,在二次电池25成为充满电时,切换开关28,将来自整流电路22a的受电电压Vr施加到高阻抗电阻30。
这里,例如,通过预先将各个受电装置2-1~2-N中的高阻抗电阻30的值设定为相互不同,从而送电装置1能够确定成为充满电的受电装置。
此外,各个受电装置2-1~2-N中所设定的高阻抗电阻30被设定为在将受电电压Vr施加于高阻抗电阻30时,能够识别在送电装置1中检测到的送电线圈11(电力供给线圈11b)的波形那样的值。具体而言,作为高阻抗电阻(受电装置识别电阻)30,例如能够设定为第一受电装置2-1为1000Ω、第二受电装置2-2为2000Ω、…。
在以上的说明中,主要以利用了磁场谐振的电力的传输(供电)为例,但本实施方式也能够应用于利用了电场谐振的电力传输或者利用了电磁感应、电场感应的电力传输。
此处记载的全部的例子以及条件性术语意在教育性的目的,以便帮助读者理解本发明和为了技术的发展而由发明者给出的概念。
另外,应该解释的是:不局限于具体记载的上述的例子以及条件、以及与表示本发明的优势性以及劣等性有关的本说明书中的例子的构成。
并且,虽然本发明的实施例被详细地说明,但应该理解的是:能够不偏离本发明的精神以及范围地施加各种变更、置换以及修正。
附图标记说明:1...送电装置(一次侧:送电侧);2、2-1~2-N...受电装置(二次侧:受电侧);11...无线送电部(送电线圈);11a...送电共振线圈(LC共振器);11b...电力供给线圈;12...高频电源部;13...送电控制部;14...送电通信电路部;15...放大器(Amplifier);16...匹配电路;17...送电控制器(存储器);21...无线受电部(受电线圈);21a...受电共振线圈(LC共振器);21b...电力取出线圈;22...受电电路部;22a...整流电路;22b...DC/DC转换器;23...受电控制部;24...受电通信电路部;25...二次电池;26...装置部;27...受电控制器;28...开关(开闭器);29...虚拟负载电阻(负载电阻);30...高阻抗电阻(受电装置识别电阻);271...微控制器;272...数字输入输出部(DIO);273...模拟-数字转换器(ADC);274...存储器;275...计时器;276...比较器。

Claims (15)

1.一种受电装置,其特征在于,具有:
受电线圈,其通过无线接受来自送电装置的电力;
二次电池,其利用来自所述受电线圈的电力进行充电;
负载电阻;
开闭器,其以能够切换的方式将所述二次电池以及所述负载电阻连接于所述受电线圈;以及
受电控制器,其根据基于所述受电线圈的来自所述送电装置的电力供给状态以及所述二次电池的充电状态,控制所述开闭器,
所述受电控制器在利用来自所述送电装置的电力进行所述二次电池的充电的正式送电中,
在所述二次电池能够充电的情况下,以所述二次电池被施加所述受电线圈的受电电压的方式控制所述开闭器,
在所述二次电池的充电完成了的情况下,以所述受电电压不被施加于所述负载电阻以及所述二次电池中的任意一方的方式控制所述开闭器,
所述受电控制器在利用来自所述送电装置的电力进行所述二次电池的充电的正式送电中,
在所述二次电池的充电完成了的情况下,以所述受电电压被施加于受电装置识别电阻的方式控制所述开闭器,所述受电装置识别电阻具有各个受电装置所特有的电阻值。
2.根据权利要求1所述的受电装置,其特征在于,
所述受电线圈是利用磁场谐振或者电场谐振通过无线接受来自所述送电装置的电力的受电共振线圈。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的受电装置,其特征在于,
所述二次电池的充电完成了的情况是所述二次电池充满电的情况。
4.根据权利要求1或者权利要求2所述的受电装置,其特征在于,
所述受电控制器在所述正式送电之前进行的测试送电的初始状态以及通常使用状态中,
以所述受电电压被施加于所述负载电阻的方式控制所述开闭器。
5.根据权利要求1或者权利要求2所述的受电装置,其特征在于,
所述正式送电在从测试送电开始起经过第一时间后开始,所述测试送电在所述正式送电之前进行,
若所述受电电压以所述测试送电中的第一电压的状态经过了所述第一时间,则所述受电控制器识别所述正式送电,并且以所述受电电压被施加于所述二次电池的方式控制所述开闭器。
6.根据权利要求5所述的受电装置,其特征在于,
所述受电控制器包括:
计时器,其对从所述测试送电开始起的时间进行计数;
微控制器,若根据所述计时器而从所述测试送电开始起经过了所述第一时间,则所述微控制器以所述受电电压被施加于所述二次电池的方式控制所述开闭器。
7.根据权利要求1或者权利要求2所述的受电装置,其特征在于,
所述正式送电在从测试送电开始起经过第一时间后开始,所述测试送电在所述正式送电之前进行,
若所述受电电压超过所述测试送电中的第一电压与所述正式送电中的第二电压之间的阈值电压,则所述受电控制器识别所述正式送电,并且以所述受电电压被施加于所述二次电池的方式控制所述开闭器。
8.根据权利要求7所述的受电装置,其特征在于,
所述受电控制器包括:
比较器,其将所述受电电压与所述阈值电压进行比较;
微控制器,若根据所述比较器而所述测试送电开始后所述受电电压超过所述阈值电压,则所述微控制器以所述受电电压被施加于所述二次电池的方式控制所述开闭器。
9.根据权利要求1或者权利要求2所述的受电装置,其特征在于,
所述受电装置还具有:
整流电路,其对来自所述受电线圈的电力进行整流并输出所述受电电压;以及
DC/DC转换器,其接受所述受电电压生成对所述二次电池进行充电的电力信号,
所述开闭器被设置于所述整流电路与所述DC/DC转换器之间。
10.根据权利要求9所述的受电装置,其特征在于,
控制所述开闭器的微控制器接受所述受电电压以及所述电力信号,对所述开闭器输出控制信号。
11.根据权利要求1或者权利要求2所述的受电装置,其特征在于,
所述负载电阻的电阻值基于正对所述二次电池进行充电时的电阻值来决定。
12.一种送电装置,具有通过无线对多个受电装置传输电力的送电线圈,所述送电装置的特征在于,
各个受电装置具有:
受电线圈,其通过无线接受来自送电装置的电力;
二次电池,其利用来自所述受电线圈的电力进行充电;
负载电阻;
开闭器,其以能够切换的方式将所述二次电池以及所述负载电阻连接于所述受电线圈;以及
受电控制器,其根据基于所述受电线圈的来自所述送电装置的电力供给状态以及所述二次电池的充电状态,控制所述开闭器,
所述受电控制器在利用来自所述送电装置的电力进行所述二次电池的充电的正式送电中,
在所述二次电池能够充电的情况下,以所述二次电池被施加所述受电线圈的受电电压的方式控制所述开闭器,
在所述二次电池的充电完成了的情况下,以所述受电电压不被施加于所述负载电阻以及所述二次电池中的任意一方的方式控制所述开闭器,
所述受电控制器在利用来自所述送电装置的电力进行所述二次电池的充电的正式送电中,
在所述二次电池的充电完成了的情况下,以所述受电电压被施加于受电装置识别电阻的方式控制所述开闭器,所述受电装置识别电阻具有各个受电装置所特有的电阻值,
所述送电装置具有送电控制器,所述送电控制器在从开始测试送电起经过第一时间后开始正式送电,根据来自所述送电线圈的波形识别成为充电对象的所述受电装置的个数,来控制所述正式送电的条件。
13.根据权利要求12所述的送电装置,其特征在于,
所述送电控制器包括存储所述送电线圈的阻抗特性的存储器,
所述送电控制器通过参照来自所述送电线圈的波形和储存于所述存储器的信息,来识别成为充电对象的所述受电装置的个数。
14.根据权利要求12或者权利要求13所述的送电装置,其特征在于,
各个所述受电装置具有受电装置识别电阻,该受电装置识别电阻具有其受电装置所特有的电阻值,
所述受电控制器在所述二次电池的充电完成了的情况下,以所述受电装置识别电阻被施加所述受电线圈的受电电压的方式控制所述开闭器,
所述送电控制器根据基于具有其受电装置所特有的电阻值的所述受电装置识别电阻的、来自所述送电线圈的波形变化,来确定所述二次电池的充电完成了的所述受电装置。
15.一种无线供电***,具有:
送电装置;以及
多个受电装置,通过无线接受来自所述送电装置的电力,
所述无线供电***的特征在于,
各个所述受电装置具有:
受电线圈,其通过无线接受来自所述送电装置的电力;
二次电池,其利用来自所述受电线圈的电力进行充电;
负载电阻;
开闭器,其以能够切换的方式将所述二次电池以及所述负载电阻连接于所述受电线圈;以及
受电控制器,其根据基于所述受电线圈的来自所述送电装置的电力供给状态以及所述二次电池的充电状态,控制所述开闭器,
所述受电控制器在利用来自所述送电装置的电力进行所述二次电池的充电的正式送电中,
在所述二次电池能够充电的情况下,以所述二次电池被施加所述受电线圈的受电电压的方式控制所述开闭器,
在所述二次电池的充电完成了的情况下,以所述受电电压不被施加于所述负载电阻以及所述二次电池中的任意一方的方式控制所述开闭器,
所述受电控制器在利用来自所述送电装置的电力进行所述二次电池的充电的正式送电中,
在所述二次电池的充电完成了的情况下,以所述受电电压被施加于受电装置识别电阻的方式控制所述开闭器,所述受电装置识别电阻具有各个受电装置所特有的电阻值,
所述送电装置具有:
送电线圈,其通过无线对所述多个受电装置传输电力;以及
送电控制器,其在从开始测试送电起经过第一时间后开始正式送电,根据来自所述送电线圈的波形识别成为充电对象的所述受电装置的个数,来控制所述正式送电的条件。
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