JP6242311B2 - 無線送電装置及び無線電力伝送システム - Google Patents
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Description
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した無線電力伝送システムに関し、以下の問題が生じることを見いだした。
複数の無線受電装置に高周波電力を送電する無線電力伝送システムの無線送電装置であって、
上記複数の無線受電装置の各々に対して、複数の周波数に対応した各高周波電力を送電する送電アンテナと、
上記複数の各無線受電装置の各々から、上記各々の無線受電装置の要求電圧の値及び上記複数の周波数の各々に対応する上記各々の無線受電装置の受電電圧の値を取得する複数の受信回路と、
上記複数の受信回路から上記要求電圧の値及び上記受電電圧の値を取得し、上記複数の無線受電装置の各々に送電する高周波電力の周波数を制御する制御回路と、を備え、
上記制御回路は、
上記複数の周波数の中の各周波数で順次、上記各周波数に対応した高周波電力を上記複数の無線受電装置に送電を行い、
上記複数の周波数の中の第1の周波数に対応する高周波電力を送電した場合における上記各々の無線受電装置の上記要求電圧と上記受電電圧との誤差を合計した第1総和と、上記複数の周波数の中の第2の周波数に対応する高周波電力を送電した場合における上記各々の無線受電装置の上記要求電圧と上記受電電圧との誤差を合計した第2総和とを比較し、
上記第1総和及び上記第2総和の中でいずれか小さい方の総和に対応する周波数に近い第3の周波数を設定し、上記第3の周波数に対応する高周波電力を上記複数の無線受電装置の各々に送電し、
上記複数の無線受電装置の各々について上記誤差を予め決められた基準内に収束させる。
上記処理を繰り返して上記誤差の総和が最小となる周波数を決定し、上記誤差の総和が最小となる周波数に対応する高周波電力を上記複数の無線受電装置の各々に送電してもよい。
上記制御回路は、上記誤差の総和を最小化した後で、上記複数の無線受電装置の中の少なくとも1つの無線受電装置において、上記要求電圧と上記受電電圧との誤差が予め決められたしきい値を超えるとき、上記電圧調整回路から上記送電アンテナに出力される電圧値を低下させ、上記少なくとも1つの無線受電装置における上記要求電圧と上記受電電圧との誤差を上記しきい値以下にしてもよい。
上記制御回路は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの少なくとも一方の回路定数を変化させてもよい。
1つの無線送電装置及び複数の無線受電装置を含む無線電力伝送システムの無線送電装置において、
上記各無線受電装置は、受電コイルを含む共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記無線送電装置は、
送電コイルを含む共振回路を含み、上記各無線受電装置の受電アンテナと電磁的に結合する少なくとも1つの送電アンテナと、
可変な周波数を有する高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記各無線受電装置から、当該無線受電装置の要求電圧の値と、当該無線受電装置により上記無線送電装置から受電された受電電圧の値とを取得する受信回路と、
上記送電回路を制御する制御回路とを備え、
上記制御回路は、
上記各無線受電装置について、当該無線受電装置の要求電圧及び受電電圧の誤差を表す相対誤差指数を計算し、
上記各無線受電装置の相対誤差指数から上記複数の無線受電装置の全体誤差指数を計算し、
上記全体誤差指数を最小化するように、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を変化させる。
図1は、第1の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図1の無線電力伝送システムは、直流の電源装置1に接続された1つの無線送電装置2と、無線送電装置2から電力供給を受ける複数の無線受電装置3−1〜3−Nとを含む。
E1=|(V1×Vcav÷Vav)−Vc1|
Vcav=(Vc1+Vc2+…+VcN)÷N
Vav=(V1+V2+…+VN)÷N
Vav=(a1・V1+a2・V2+…+aN・VN)/(a1+a2+…+aN)
Es=E1+E2+…+EN
又は
[数6]
Es=E12+E22+…+EN2
Es=b1×E1+b2×E2+…+bN×EN
又は
[数8]
Es=c1×E1m+c2×E2m+…+cN×ENm(m:実数)
更しながら、最小の全体誤差指数Es(n)をもたらす周波数f(n)を探索する。周波数をf(n−1)からf(n)へ変更することで全体誤差指数Esが増加した場合は、周波数f(n+1)は、(f(n+1)−f(n))と(f(n)−f(n−1))の符号が逆となるような値に設定することが可能である。また、周波数をf(n−1)からf(n)へ変更することで全体誤差指数Esが低下した場合は、(f(n+1)−f(n))と(f(n)−f(n−1))の符号が同符号となるような値に設定することが可能である。周波数のステップ幅(周波数調整の分解能)に相当する|f(n+1)−f(n)|及び|f(n)−f(n−1)|は、同一の値でなくてもよい。
そして、制御回路24は、上記第2の周波数f(n)にステップ幅Δfを増加させて(ステップS4)、上記第2の周波数f(n)に近い第3の周波数を設定する。
第2の実施形態に係る無線電力伝送システムでは、第1の実施形態の無線電力伝送システムにおいて、発振回路21が可変な出力電圧を有するように構成される。発振回路21の出力電圧を増減すると、複数の無線受電装置3−1〜3−Nの受電電圧V1〜VNの間の比を概ね保ちながら、受電電圧V1〜VNを増減することができる。
図12は、第3の実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。図12の無線電力伝送システムは、送電アンテナ及び受電アンテナの少なくとも一方が可変な回路定数を有し、無線送電装置の制御回路は、送電アンテナ及び受電アンテナの少なくとも一方の回路定数を変化させる。
を備える。送電アンテナ22D−1〜22D−Nは可変な回路定数を有する。制御回路24Dは、送電アンテナ22D−1〜22D−Nの回路定数を変化させる。
なお、無線受電装置の受電電圧が所定の誤差範囲を許容する場合には、上記誤差範囲を考慮した上で受電電圧の平均値Vavの定義を修正してもかまわない。例えば、要求電圧Vc1に対して(Vc10±Vc1e)という範囲内に許容受電電圧が定義される場合に、受電電圧の平均値Vavへ反映させる要求電圧Vc1の値を(Vc10−Vc1e)以上(Vc10+Vc1e)以下の範囲から選択することが可能である。
2,2A〜2D…無線送電装置、
3−1〜3−N,3D−1〜3D−N…無線受電装置、
4−14〜4−N…送受アンテナ対、
21,21C…インバータ回路、
21Ca…パルス発生回路、
22−1〜22−N,22A,22D−1〜22D−N…送電アンテナ、
23−1〜23−N,23A…受信回路、
24,24B〜24D…制御回路、
25…電圧調整回路、
31−1〜31−N,31D−1〜31D−N…受電アンテナ、
32−1〜32−N…整流回路、
33−1〜33−N,33D−1〜33D−N…制御回路、
34−1〜34−N…送信回路、
35−1〜35−N…負荷装置、
C1〜C3,C0,Cad…キャパシタ、
L1…送電コイル、
L2…受電コイル、
R1,R2…寄生抵抗成分、
S1〜S4,SW…スイッチ。
Claims (5)
- 複数の無線受電装置に高周波電力を送電する無線電力伝送システムの無線送電装置であって、
上記複数の無線受電装置の各々に対して、複数の周波数に対応した各高周波電力を送電する送電アンテナと、
上記複数の各無線受電装置の各々から、上記各々の無線受電装置の要求電圧の値及び上記複数の周波数の各々に対応する上記各々の無線受電装置の受電電圧の値を取得する複数の受信回路と、
上記複数の受信回路から上記要求電圧の値及び上記受電電圧の値を取得し、上記複数の無線受電装置の各々に送電する高周波電力の周波数を制御する制御回路と、を備え、
上記制御回路は、
上記複数の周波数の中の各周波数で順次、上記各周波数に対応した高周波電力を上記複数の無線受電装置に送電を行い、
上記複数の周波数の中の第1の周波数に対応する高周波電力を送電した場合における上記各々の無線受電装置の上記要求電圧と上記受電電圧との誤差を合計した第1総和と、上記複数の周波数の中の第2の周波数に対応する高周波電力を送電した場合における上記各々の無線受電装置の上記要求電圧と上記受電電圧との誤差を合計した第2総和とを比較し、
上記第1総和及び上記第2総和の中でいずれか小さい方の総和に対応する周波数に近い第3の周波数を設定し、上記第3の周波数に対応する高周波電力を上記複数の無線受電装置の各々に送電し、
上記複数の無線受電装置の各々について上記誤差を予め決められた基準内に収束させる、
無線送電装置。 - 上記制御回路は、上記第1総和及び上記第2総和の中で小さい方の総和と、上記第3の周波数に対応する高周波電力を送電した場合における上記各々の無線受電装置の上記要求電圧と上記受電電圧との誤差を合計した第3総和とを比較し、上記小さい方の総和及び上記第3総和の中でさらに小さい方の総和に対応する周波数に近い第4の周波数を設定し、上記第4の周波数に対応する高周波電力を上記複数の無線受電装置の各々に送電し、
上記処理を繰り返して上記誤差の総和が最小となる周波数を決定し、上記誤差の総和が最小となる周波数に対応する高周波電力を上記複数の無線受電装置の各々に送電する、
請求項1記載の無線送電装置。 - 上記無線送電装置は、さらに、電源装置から入力した電圧の電圧値を変化させて上記送電アンテナに出力する電圧調整回路を有し、
上記制御回路は、上記誤差の総和を最小化した後で、上記複数の無線受電装置の中の少なくとも1つの無線受電装置において、上記要求電圧と上記受電電圧との誤差が予め決められたしきい値を超えるとき、上記電圧調整回路から上記送電アンテナに出力される電圧値を低下させ、上記少なくとも1つの無線受電装置における上記要求電圧と上記受電電圧との誤差を上記しきい値以下にする、
請求項2記載の無線送電装置。 - 上記送電アンテナ及び上記無線受電装置の受電アンテナの少なくとも一方は、可変な回路定数を有する回路素子を有し、
上記制御回路は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの少なくとも一方の回路定数を変化させる、
請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の無線送電装置。 - 請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の上記無線送電装置と、上記複数の無線受電装置とを有する、
無線電力伝送システム。
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