无线电力传输系统和送电装置的制造方法_3

文档序号:8529952阅读:来源:国知局
1031输出。频率控制单元1030分别将表示预先决定的初始的频率的信息输出至送电电路1001。基于此,送电电路1001将从DC电源1020供给的直流电力变换为交流电力,经由送电天线1007和受电天线1017输送给受电装置1010 (步骤S101)。在此初始频率例如被设定为比图6A所示的频率f2a充分高的值。
[0116]接着,频率范围设定单元1032判断在与受电装置1010之间是否确立了通信(步骤S102)。通信的确立能够通过是否从受电侧的通信电路1016传递了输出检测电路1015的检测结果来判断。频率范围设定单元1032在能够对来自受电侧的信息进行解调时,判断为通信确立。相反,在无法对来自受电侧的信息进行解调时,判断为通信没有确立。在通信没有确立的情况下,频率控制单元1030使送电电路1001的输出停止(步骤S103)。然后,待机直到经过预定时间(步骤S104),在经过预定时间后,再返回到步骤S101。
[0117]在步骤S102中判断为通信确立的情况下,频率范围设定单元1032和最佳频率检测单元1031从通信电路1016接受关于从受电电路1013输出的电压和电流的反馈(步骤S105)。具体而言,在受电电路1013接受到从DC电源1020经由送电电路1001、送电天线1007、受电天线1017发送来的电力时,首先,输出检测电路1015检测从受电电路1013输出的电压和电流,将表示该检测结果的信息输出至通信电路1016。通信电路1016将输出检测电路1015的检测结果传递至频率范围设定单元1032和最佳频率检测单元1031。
[0118]在接受到来自受电装置1010的反馈后,频率范围设定单元1032判定此时的传输频率是否为f2a、fla、fLla的任一个(步骤S106)。具体而言,首先,判定从受电电路1013输出的电压的值是极值,还是达到了超过极小值按预定的比例增加的值。在判定为哪个都不是的情况下,最佳频率检测单元1031将此时的传输效率与频率进行关联而记录在未图示的存储器等记录介质中(步骤S107)。例如能够基于从通信电路1016传递的输出检测电路1015的检测结果(输出电流和输出电压)、和输入检测电路1004的检测结果(输入电流和输入电压),算出送电侧和受电侧各自的电力,根据它们的比而求出传输效率。当记录了传输效率和频率时,频率控制单元1030指示送电电路1001,以使传输频率降低预定的值(步骤S108)。在频率范围设定单元1032判断为输出电压为极值的情况下,由于该频率是f2a、fla的任一个,所以将该频率作为赋予极大值或极小值的频率而记录(步骤S109)。另外,在判断为输出电压超过极小值按预定的比例增加的情况下,由于该频率为fLla,所以将该频率作为工作频率范围的下限而记录(步骤S109)。在初始频率为比f2a高的频率的情况下,最初所记录的频率为f2a。另一方面,在初始频率为比f2a低的频率的情况下,最初所记录的频率为fla。
[0119]接着,频率范围设定单元1032判定在之前的步骤中记录的频率是否为fLla (步骤S110)。由于fLla在Ha被记录之后设定,所以重复进行到此为止的循环直到Ha被记录。
[0120]fLla是在记录Ha后初次满足例如关于由下式2表示的输出电压Vo的不等式的频率。
[0121]Vo (fLla)兰 Vo (fla) X 1.1...(式 2)
[0122]式2示出了以频率fla时的输出电压Vo (fla)为基准,将输出电压成为Vo (fla)的1.1倍以上的频率设定为频率下限fLla。该1.1倍这一倍率是通过实验等预先设定的值,根据不必要的发热和传输效率的观点而决定。频率范围设定单元1032反复进行步骤S105?SllO的循环直到记录频率fLla。在记录了频率fLla的情况下,频率范围设定单元1032向最佳频率检测单元1031通知f2a和fLla的值(步骤Slll)o
[0123]最后,最佳频率检测单元1031在频率范围fLla?f2a中,从此前保持的传输效率和频率中,检测传输效率成为最大的频率并通知给频率控制单元1030。频率控制单元1030驱动送电电路1001继续传输,以使得以该频率进行电力传输(步骤S112)。当从开始传输起经过预定时间(例如数秒?数分)时,再次返回到步骤S102,频率范围设定单元1032判定通信是否确立。其原因在于,由于在传输期间天线的相对位置有可能变化、或天线周边的环境有可能变化,所以以预定的时间间隔再次设定工作频率范围,变更为最佳的传输频率。
[0124]如上所述,本实施方式中的控制电路1005基于从通信电路1016传递的输出检测电路1015的检测结果,设定送电电路1001的工作频率范围,在该工作频率范围内,基于输入检测电路1004和输出检测电路1015的检测结果,决定使送电电路输出的交流电力的频率。由此,在磁场强度低的安全的工作频率范围内,能够维持高的传输效率。
[0125]此外,图8所示的处理是将工作频率范围的下限设定为fLla的情况下的例子,而在将下限设定为fL2a等其他的值的情况下也能够适用同样的处理。在取代频率fLla而将频率fL2a设定为下限的情况下,频率范围设定单元1032在步骤S106中判定频率是否为f2a或fL2a即可。作为频率f2La的判定方法,例如,在检测出输出电压的极大值Vo (f2a)之后,将初次满足以下的式3的频率设为fL2a即可。
[0126]Vo (fL2a) ^ Vo (f2a) X 0.9...(式 3)
[0127]在此,使用图18的流程图,对工作频率的范围为频率fla和频率f2a之间的情况下的动作进行说明。
[0128]与图8同样,首先,送电电路1001将从DC电源1020供给的直流电力变换为交流电力,经由送电天线1007和受电天线1017向受电装置1010输送(步骤S201)。在此初始频率例如被设定为比图6A所示的频率f2a充分高的值。
[0129]接着,从受电装置输入从受电装置中的受电电路输出到负载的直流电力的电压值(步骤 S202) ο
[0130]接着,控制电路判断上述电压值是否达到预定值(步骤S203)。如果上述电压值没有超过预定值,则返回步骤S202。
[0131]如步骤S204所示,如果上述电压值超过了预定值,则控制电路控制送电电路来切换向受电天线输送的交流电力的频率,在预定期间记录上述电压值。然后,检测与极小值对应的第I频率(fla)和与极大值对应的第2频率(f2a)。
[0132]判断从步骤203起是否经过了预定期间(步骤S205)。如果没有经过预定期间,则返回步骤204。在此,预定期间被设定为足以找到第I频率(fla)和第2频率(f2a)的时间。
[0133]经过预定期间后,将向受电天线输送的交流电力的频率设定为第I频率(fla)和第2频率(f2a)之间的频率,进行电力传输(步骤206)。
[0134]进而在从步骤206起经过了预定时间的情况下,返回步骤202,进行新的搜索。另夕卜,在没有经过预定时间的情况下,返回步骤206(步骤207)。
[0135]此外,上述预定期间被设定为足以找到第I频率(fla)和第2频率(f2a)的时间,进行了向步骤206的转移。
[0136]但是,向步骤206的转移也可以在每当在步骤204中切换交流电力的频率时检测第I频率(fla)和第2频率(f2a)、找到了第I频率(fla)和第2频率(f2a)的时刻进行。
[0137](实施方式2)
[0138]图9是表示本申请的第2实施方式的送电装置1000的详细结构的框图。对与图5共同或对应的构成要素标注相同的参照标号,不重复说明共同的事项。
[0139]在本实施方式中,控制电路1005控制从送电电路1001输出的电压的输出时间比,以使从受电电路1013输出的电压维持一定。本实施方式中的控制电路1005具有输出时间比控制单元1033和最佳输出时间比检测单元1034。输出时间比控制单元1033控制送电电路1001输出的电压的输出时间比。通过使送电电路1001的输出电压的输出时间比变化,能够使受电电路1013输出的直流电压变化。在此,电压的“输出时间比”是指,在I周期中,输出绝对值比预定值(例如振幅的数%?20%左右)大的电压的时间的比例。输出时间比能够通过调整向送电电路1001具有的多个开关元件输入的脉冲的占空比和相位的至少一方来进行控制。
[0140]图1OA是表示送电电路1001的结构例的图。该例中的送电电路1001具有:振荡电路1008,其是具有4个开关元件SI?S4的全桥结构;和脉冲输出电路1009,其产生向各开关元件输入的脉冲。各开关元件例如能够通过MOSFET (Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)等场效应晶体管来实现。脉冲输出电路1009向各开关元件的栅极输入脉冲,由此能够使各开关元件成为导通状态。在以下的说明中,将对各开关元件的栅极施加电压而流动电流的状态称为“导通”,将不施加电压而不流动电流的状态称为“截止”。
[0141]4个开关元件SI?S4包括在导通时输出与来自DC电源1020的输入电压相同极性的电压的开关元件对(SI和S4)、和在导通时输出与输入电压相反的极性的电压的开关元件对(S2和S3)。通过按预定的频率交替反复使开关元件SI和S4导通的状态、和使开关元件S2和S3截止的状态,能够将所输入的直流电压变换为交流电压。此外,虽然在图1OA中没有图示,但是实际上,也能够设置对从送电电路1001输出的电流进行平滑化而向送电天线1007输入正弦波状的交流的滤波电路等其他元件。
[0142]图1OB是示意性表示向开关元件SI?S4各自输入的脉冲的定时(timing)的一例的图。相位偏移量Φ表示向开关元件SI输入的脉冲的相位与向开关元件S4输入的脉冲的相位的偏移、或者向开关元件S2输入的脉冲的相位与向开关元件S3输入的脉冲的相位的偏移。通过使该相位偏移量Φ在从O度到90度的范围内变动,能够调整输出时间比。在图1OB所示的例子中,脉冲输出电路1009,相对于向开关元件SI输入的脉冲,向开关元件S2输出设置有一定时间的同时截止时间(称为“死区时间”)的反转脉冲。同样地,相对于向开关元件S3的输出脉冲,向开关元件S4输出设置有所述一定时间的同时截止时间的反转脉冲。在向开关元件SI和S2输入的两个脉冲间和向开关元件S3和S4输入的两个脉冲间设置死区时间的理由是因为:能够降低在脉冲的上升和下降的瞬间开关元件SI和S2、或者开关元件S3和S4同时变为导通而产生负载短路、从而破坏开关元件的可能性。因此,在图1OB所示的例子中,将各脉冲的占空比设定为比50%小的值,但是设置死区时间不是必须的,各脉冲的占空比也可以为50 %。
[0143]图1lAUlB是示意性表示没有设置死区时间的情况下的向开关元件SI到S4各自输入的脉冲的定时的例子的图。图1lA示出了在没有相位偏移的情况下(Φ =0度)向开关元件SI?S4分别施加的脉冲电压、从送电电路1001输出的电压Va、以及将电压Va变换为正弦波时的电压Vout的波形的一例。图1lB示出了在相位偏移了 90度的情况下(Φ =90度)的这些电压的波形的一例。如这些图所示,通过使相位偏移量Φ大于O度,能够减小所输出的交流电压Va的输出时间比、以及正弦波电压Vout的振幅。
[0144]也可以取代使脉冲的相位偏移量Φ变化而通过使脉冲的占空比变化来使输出时间比变化。图12A示出了在占空比为50%的情况下向开关元件SI?S4分别施加的脉冲电压、从振荡电路1001输出的电压Va、以及在将电压Va变换为正弦波时的电压Vout的波形的一例。图12B示出了占空比为25%的情况下的这些电压的波形的一例。如这些图所示,通过使占空比从50%降低,能够减小所输出的交流电压Va的输出时间比、以及正弦波电压Vout的振幅。换言之,在占空比为50%时能够得到最大输出,能够通过使占空比降低至比50 %小的任意的值来进行输出调整。
[0145]控制电路1005通过控制脉冲输出电路1009以使脉冲的相位偏移量Φ或占空比变化,能够使从送电电路1001输出的电压的输出时间比变化。最佳输出时间比检测单元1034基于从通信电路1016传递的输出检测电路1015的检测结果,决定从送电电路1001输出的电压的输出时间比,以使受电电路1013的输出电压接近预定值。输出时间比控制单元1033控制相位偏移量Φ或占空比,以实现所决定的输出时间比。由此,即使在受电装置不搭载DC/DC转换器,也能够使向负载1014供给的直流电压成为预定值,能够降低由DC/DC转换器带来的电力的
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