特許 7538289 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/80 20160101AFI20240814BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

H02J50/80

H02J50/12

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2023089949

(22)【出願日】2023-05-31

(62)【分割の表示】P 2022000705の分割

【原出願日】2017-01-30

(65)【公開番号】P2023110003

(43)【公開日】2023-08-08

【審査請求日】2023-06-27

(31)【優先権主張番号】201641003928

(32)【優先日】2016-02-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IN

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100133503

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 一哉

(72)【発明者】

【氏名】カピル・ジャ

(72)【発明者】

【氏名】プラディープ・ヴィジャヤン

(72)【発明者】

【氏名】ヤシュ・ヴィーアー・シン

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００１３６６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－０２７８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１５２１１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０７４８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７１２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０８９２６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／８０

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤレス電力を受信するための装置であって、
非接触電力伝送ユニットの一次コイルからＡＣ電圧を有する誘導電力をワイヤレスで受信するよう構成された二次コイル、
変換ユニットであって、
前記二次コイルから前記誘導電力を受信し、
前記ＡＣ電圧を有する前記誘導電力を、出力ＤＣ電圧を有する出力電力に変換し、
前記出力ＤＣ電圧を有する前記出力電力を電気負荷に供給する
よう構成された変換ユニット、
電圧信号を前記非接触電力伝送ユニットの対応する送受信機に通信するように構成された送受信機であって、前記電圧信号は、前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧を表す、送受信機、
前記変換ユニットと電気的に結合された少なくとも１つのスイッチを含む、スイッチングユニット、および
前記スイッチングユニットに電気的に結合された制御器であって、前記出力ＤＣ電圧を調整し、前記変換ユニットの１つまたは複数の構成部品を過電圧による損傷から保護するように構成され、
前記出力ＤＣ電圧を調整するために、前記制御器は、前記出力ＤＣ電圧が電圧基準値を上回り、閾値を下回る場合に、前記出力ＤＣ電圧を前記電圧基準値に調整するように前記少なくとも１つのスイッチを制御し、
前記１つまたは複数の構成部品を過電圧による損傷から保護するために、前記制御器は、前記出力ＤＣ電圧が前記閾値を超えることに応答して、前記少なくとも１つのスイッチに前記変換ユニットを減結合させる、制御器、を備える、装置。

【請求項2】

前記送受信機は、前記非接触電力伝送ユニットの前記対応する送受信機からリセット信号を受信するようにさらに構成され、前記リセット信号は、前記制御器に、前記リセット信号の処理に応答して、前記変換ユニットを介して前記電気負荷に出力電力を供給することを可能にさせる、請求項１記載の装置。

【請求項3】

前記制御器は、前記スイッチングユニットの制御信号のデューティサイクルを決定し、前記制御信号を生成して前記スイッチングユニットに供給して前記出力電力を調整するように構成される、請求項１記載の装置。

【請求項4】

前記制御器は、前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧に少なくとも部分的に基づいて制御信号のデューティサイクルを決定するように構成される、請求項３記載の装置。

【請求項5】

前記制御器は、異なる出力ＤＣ電圧に対応するデューティサイクルを示すルックアップテーブルを使用して前記デューティサイクルを決定するように構成される、請求項３記載の装置。

【請求項6】

前記送受信機によって通信される前記電圧信号は、前記非接触電力伝送ユニットに、前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧を表す前記電圧信号に基づいて、前記非接触電力伝送ユニットの送信機側変換ユニットのスイッチング周波数を調整させるように通信される、請求項１記載の装置。

【請求項7】

前記送信機側変換ユニットの前記スイッチング周波数は、前記一次コイルから受信した前記ＡＣ電圧を有する前記誘導電力を制御する、請求項６記載の装置。

【請求項8】

前記送受信機によって通信される前記電圧信号は、前記非接触電力伝送ユニットに前記誘導電力を調整させるように通信される電圧を調整するために通信される、請求項１記載の装置。

【請求項9】

前記装置の前記スイッチングユニットは、前記電圧信号に基づいて前記誘導電力を送信機側変換ユニットが調整することができるよりも速く前記出力電力を調整するように動作可能である、請求項１記載の装置。

【請求項10】

前記電気負荷が車両の１つまたは複数のバッテリを含む、請求項１記載の装置。

【請求項11】

ワイヤレス電力伝送システムの装置によって実行される方法であって、
非接触電力伝送ユニットの一次コイルからＡＣ電圧を有する誘導電力を二次コイルを介して受信し、
変換ユニットによって、前記ＡＣ電圧を有する前記誘導電力を、出力ＤＣ電圧を有する出力電力に変換し、
前記出力ＤＣ電圧を有する前記出力電力が電気負荷に供給され、
第１の送受信機によって、前記非接触電力伝送ユニットの第２の送受信機に電圧信号を通信し、前記電圧信号は、前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧を表し、
前記変換ユニットに結合されたスイッチングユニットに電気的に結合された制御器により、少なくとも１つのスイッチを制御し、前記出力ＤＣ電圧が閾値基準値よりも大きく、閾値より小さい場合、前記閾値基準値に対する前記出力ＤＣ電圧を調整し、
前記制御器によって、前記出力ＤＣ電圧が前記閾値を超えたときに前記少なくとも１つのスイッチに前記変換ユニットを減結合させ、前記少なくとも１つのスイッチに前記変換ユニットと減結合させることが、前記変換ユニットの１つまたは複数の構成部品を過電圧による損傷から保護すること、を含む、方法。

【請求項12】

前記第１の送受信機が、前記非接触電力伝送ユニットの前記第２の送受信機から、前記スイッチングユニットを非活性化するためのリセット信号を受信し、
前記リセット信号に基づいて、前記変換ユニットを介した前記電気負荷への出力電力の前記供給を可能とすることをさらに含む、請求項１１記載の方法。

【請求項13】

前記スイッチングユニットを制御することは、
前記スイッチングユニットの制御信号のデューティサイクルを決定し、
前記制御信号を生成して前記スイッチングユニットに供給して前記出力電力を調整することを含む、請求項１１記載の方法。

【請求項14】

前記制御信号の前記デューティサイクルを決定することは、前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧に少なくとも部分的に基づいて前記デューティサイクルを決定することを含む、請求項１３記載の方法。

【請求項15】

前記デューティサイクルを決定することは、異なる出力ＤＣ電圧に対応するデューティサイクルを示すルックアップテーブルを参照することを含む、請求項１３記載の方法。

【請求項16】

前記第１の送受信機によって通信される前記電圧信号は、前記非接触電力伝送ユニットに、前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧を表す前記電圧信号に基づいて、前記非接触電力伝送ユニットの送信機側変換ユニットのスイッチング周波数を調整させるように通信される、請求項１１記載の方法。

【請求項17】

前記送信機側変換ユニットの前記スイッチング周波数は、前記一次コイルから受信した前記ＡＣ電圧を有する前記誘導電力を制御する、請求項１６記載の方法。

【請求項18】

前記第１の送受信機によって通信される前記電圧信号は、前記非接触電力伝送ユニットに、前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧に基づいて、前記非接触電力伝送ユニットに前記誘導電力を調整させるように通信される、請求項１１記載の方法。

【請求項19】

前記装置の前記スイッチングユニットは、前記電圧信号に基づいて調整されることができる送信機側変換ユニットが前記誘導電力を調整することができるよりも速く前記電気負荷にわたる前記出力ＤＣ電圧を調整するように動作可能である、請求項１１記載の方法。

【請求項20】

前記電気負荷に供給される前記出力電力にわたる前記出力ＤＣ電圧は、第１の閾値と第２の閾値との間にある、請求項１記載の装置。

【請求項21】

前記電気負荷に供給される前記出力電力にわたる前記出力ＤＣ電圧は、第１の閾値と第２の閾値との間にある、請求項１１記載の方法。

【請求項22】

前記少なくとも１つのスイッチは、前記変換ユニットにわたって結合される、請求項１記載の装置。

【請求項23】

前記少なくとも１つのスイッチは、前記少なくとも１つのスイッチが作動されるとき、前記二次コイルを短絡する、請求項２２に記載の装置。

【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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】