(57)【要約】  本発明の一実施形態に係るワイヤレス給電装置１１０は、受電コイル３０を有するワイヤレス受電装置１２０に非接触で電力供給を行うワイヤレス給電装置であって、給電コイル１０と、給電コイル１０に交流電流を供給することによって、給電コイル１０と受電コイル３０との磁気結合に基づき、給電コイル１０から受電コイル３０に電力供給を行わせる制御回路であって、交流電流の周波数と受電コイルに流れる電流の周波数とを関連付ける当該制御回路２０とを備える。この制御回路２０は、出力交流電圧の位相を遅延させた遅延交流電圧を生成する位相遅延器（位相遅延回路）２１と、遅延交流電圧によってバイアスされ、受電コイル３０による磁場を検出する磁気センサ２２と、磁気センサ２２からの出力電圧と比較電圧とから、出力電圧と比較電圧との位相差に応じた位相差指示電圧を生成する位相検出回路２３，２４，２５と、位相差指示電圧に基づいた周波数を有する出力交流電圧を生成し、出力交流電圧の周波数に応じた周波数を有する交流電流を生成する交流電流生成回路２６，２７とを有する。
2012115117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電コイルを有するワイヤレス受電装置に非接触で電力供給を行うワイヤレス給電装置であって、
給電コイルと、
前記給電コイルに交流電流を供給することによって、前記給電コイルと前記受電コイルとの磁気結合に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルに電力供給を行わせる制御回路であって、前記交流電流の周波数と前記受電コイルに流れる電流の周波数とを関連付ける当該制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
出力交流電圧の位相を遅延させた遅延交流電圧を生成する位相遅延回路と、
前記遅延交流電圧によってバイアスされ、前記受電コイルによる磁場を検出する磁気センサと、
前記磁気センサからの出力電圧と比較電圧とから、前記出力電圧と前記比較電圧との位相差に応じた位相差指示電圧を生成する位相検出回路と、
前記位相差指示電圧に基づいた周波数を有する前記出力交流電圧を生成し、前記出力交流電圧の周波数に応じた周波数を有する前記交流電流を生成する交流電流生成回路と、を有する、
ワイヤレス給電装置。
【請求項２】
前記位相遅延回路は、前記出力交流電圧の位相を３０°以上３６０°未満だけ遅延させた前記遅延交流電圧を生成する、
請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項３】
前記磁気センサは、非感磁方向が前記給電コイルによって生じる磁場ベクトルに対して±１０°の範囲内の角度をなすように配置されている、
請求項１又は２に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項４】
断面略Ｕ字状をなしており、前記磁気センサにおける前記受電コイルに対向する受電コイル側対向面を除いて、前記給電コイルに対抗する給電コイル側対向面と、前記受電コイル側対向面及び前記給電コイル側対向面に交差する４つの側面との５面を磁気シールドする磁気シールド部材を備える、
請求項１又は２に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項５】
前記制御回路は、
複数の前記磁気センサと、複数の前記磁気センサからの出力信号を加算する加算器とを更に備え、
前記位相検出回路は、前記加算器からの出力電圧と比較電圧とから、前記出力電圧と前記比較電圧との位相差に応じた位相差指示電圧を生成する、
請求項１又は２に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項６】
前記位相検出回路は、
前記磁気センサからの出力電圧と前記比較電圧とを比較し、前記出力電圧と前記比較電圧との位相差に応じたパルス幅を有するパルス電圧を生成するコンパレータと、
前記パルス電圧を平滑化して前記位相差指示電圧を生成するローパスフィルタと、を有する
請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項７】
前記交流電流生成回路は、
前記位相差指示電圧に基づいた周波数を有する前記出力交流電圧を生成する電圧制御発振器と、
前記出力交流電圧の周波数に応じた周波数を有する前記交流電流を生成する高周波増幅器と、を有する、
請求項１に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のワイヤレス給電装置とワイヤレス受電装置との間で非接触で電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、前記ワイヤレス給電装置における給電コイルと前記ワイヤレス受電装置における受電コイルとの磁気結合に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルに電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９】
前記受電コイルと受電コンデンサとを含む受電共振回路を有する前記ワイヤレス受電装置に非接触で電力供給を行う、請求項１に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記給電コイルと給電コンデンサとを含み、前記給電コイルと前記受電コイルとの磁場共振現象に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルに電力供給を行うための給電共振回路を更に有し、
前記給電共振回路の共振周波数は、前記受電共振回路の共振周波数と関連付けられており、
前記制御回路は、前記交流電流の周波数と前記受電共振回路の共振電流の周波数とを関連付ける、
ワイヤレス給電装置。
【請求項１０】
前記受電コイルと受電コンデンサとを含む受電共振回路を有する前記ワイヤレス受電装置に非接触で電力供給を行う、請求項１に記載のワイヤレス給電装置であって、
前記給電コイルは、実質的に共振回路を構成せず、
前記制御回路は、前記給電コイルに交流電流を供給することによって、前記給電コイルと前記受電コイルとの磁場共振現象に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルに電力供給を行わせる制御回路であって、前記交流電流の周波数と前記受電共振回路の共振電流の周波数とを関連付ける、
ワイヤレス給電装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のワイヤレス給電装置から非接触で電力取得を行うワイヤレス受電装置であって、
受電コイルと受電コンデンサとを含み、前記ワイヤレス給電装置における給電コイルと前記受電コイルとの磁場共振現象に基づき、前記受電コイルによって前記給電コイルから電力取得を行うための受電共振回路と、
前記受電コイルから非接触で電力供給を受ける受電ロードコイルと、
前記受電ロードコイルと負荷との間に配置され、前記受電ロードコイルに接続される一次側のインピーダンスが前記負荷に接続される二次側のインピーダンスよりも高いインピーダンス変換器と、
を備える、ワイヤレス受電装置。
【請求項１２】
請求項９又は１０に記載のワイヤレス給電装置と請求項１１に記載のワイヤレス受電装置との間で非接触で電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、前記ワイヤレス給電装置における給電コイルと前記ワイヤレス受電装置における受電コイルとの磁場共振現象に基づき、前記給電コイルから前記受電コイルに電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で電力伝送を行うためのワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及び、ワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、磁気結合（電磁結合）の一種である電磁誘導作用を利用して、１次側巻線（給電コイル）から二次側巻線（受電コイル）へ非接触で電力伝送を行う無接点電力伝送装置（ワイヤレス電力伝送システム）が開示されている。この無接点電力伝送装置では、発振回路の出力に基づいて１次側巻線を交流駆動する。発振回路は、発振周波数を可変できる可変周波数発振回路である。この無接点電力伝送装置は、電源から１次側巻線に供給される入力電力を検出し、入力電力が最大となる発振周波数を探して、その発振周波数で発振回路を動作させる。これにより、部品のばらつきやコイルの位置ずれによる電力伝送効率の低下を回避し、伝送効率を向上させることができるとしている。【０００３】
より具体的には、特許文献１に開示の無接点電力伝送装置は、入力電力を検出するために、入力電圧を検出する電圧検出回路と、入力電流を検出する電流検出回路と、電圧検出回路の出力と電流検出回路の出力との積を演算する乗算回路とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の無接点電力伝送装置では、電圧検出回路及び電流検出回路のためのピークホールド回路や、乗算回路等の部品点数が増加し、制御回路やシステムが複雑になるという問題がある。【０００６】
そこで、本発明は、複雑な構成の制御回路を用いることなく、効率的な電力伝送を行うことが可能なワイヤレス給電装置、ワイヤレス受電装置、及び、ワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者らは、給電コイルと受電コイルとの間の距離や、これらのコイルの中心位置がずれた場合、相互インダクタンスが変化することにより、受電コイルに流れる交流電流の周波数が、給電コイルに流す交流電流の周波数に対してずれ、その結果、電力伝送効率が低下することに着目する。そして、本願発明者らは、この電力伝送効率の低下を抑制するために、給電コイルの交流電流の周波数を、変化した受電コイルの交流電流の周波数に常に追尾させることを考案する。【０００８】
本発明のワイヤレス給電装置は、受電コイルを有するワイヤレス受電装置に非接触で電力供給を行うワイヤレス給電装置であって、給電コイルと、給電コイルに交流電流を供給することによって、給電コイルと受電コイルとの磁気結合に基づき、給電コイルから受電コイルに電力供給を行わせる制御回路であって、交流電流の周波数と受電コイルに流れる電流の周波数とを関連付ける当該制御回路とを備える。この制御回路は、出力交流電圧の位相を遅延させた遅延交流電圧を生成する位相遅延回路と、遅延交流電圧によってバイアスされ、受電コイルによる磁場を検出する磁気センサと、磁気センサからの出力電圧と比較電圧とから、出力電圧と比較電圧との位相差に応じた位相差指示電圧を生成する位相検出回路と、位相差指示電圧に基づいた周波数を有する出力交流電圧を生成し、出力交流電圧の周波数に応じた周波数を有する交流電流を生成する交流電流生成回路とを有する。【０００９】
例えば、「交流電流の周波数と受電コイルに流れる電流の周波数とを関連付ける」とは、交流電流の周波数と受電コイルに流れる電流の周波数とを略一致させることである。なお、交流電流の周波数と受電コイルに流れる電流の周波数とは完全に一致せずとも、例えば、±２０％程度の誤差範囲内で略一致させれば、高効率な電力伝送を行うことが可能となる。これより、「交流電流の周波数と受電コイルに流れる電流の周波数とを関連付ける」とは、交流電流の周波数と受電コイルに流れる電流の周波数とを±２０％程度の誤差範囲内で略一致させることも含むものとする。【００１０】
このワイヤレス給電装置によれば、制御回路における位相遅延回路と磁気センサとは、所謂ＡＮＤ回路として機能し、受電コイルによる磁場（すなわち、受電コイルに流れる電流）と、遅延交流電圧（すなわち、電圧制御発振器の出力交流電圧）とのＡＮＤ演算を行うこととなる。そして、このＡＮＤ回路と位相検出回路とによって、受電コイルに流れる電流と交流電流生成回路の出力交流電圧との位相差に応じた位相差指示電圧を生成することとなる。したがって、これらの回路と交流電流生成回路とのフィードバック制御によって、交流電流生成回路の出力交流電圧の周波数（すなわち、給電コイルに供給する交流電流の周波数）と、受電コイルに流れる電流の周波数とを関連付けることができる。【００１１】
このように、このワイヤレス給電装置によれば、位相遅延回路と、磁気センサと、位相検出回路と、交流電流生成回路とからなる簡易な制御回路構成を用いるだけで、給電コイルに供給する交流電流の周波数を、受電コイルに流れる電流の周波数に常に追尾させることができる。したがって、給電コイルと受電コイルとの間の距離や、給電コイルと受電コイルとの中心位置がずれた場合であっても、常に効率的な電力伝送を行うことができる。【００１２】
なお、位相遅延回路は、出力交流電圧の位相を３０°以上３６０°未満だけ遅延させた遅延交流電圧を生成する。【００１３】
上記した磁気センサは、非感磁方向が給電コイルによって生じる磁場ベクトル（磁力線）に対して±１０°の範囲内の角度をなすように配置されていてもよい。これにより、磁気センサは、給電コイルによる不要な磁場を検出することなく、受電コイルによる磁場を正確に検出することが可能となる。【００１４】
また、上記したワイヤレス給電装置は、断面略Ｕ字状をなしており、磁気センサにおける受電コイルに対向する受電コイル側対向面を除いて、給電コイルに対抗する給電コイル側対向面と、受電コイル側対向面及び給電コイル側対向面に交差する４つの側面との５面を磁気シールドする磁気シールド部材を備えてもよい。これによれば、給電コイルによる不要な磁場をシールドし、磁気センサは、受電コイルによる磁場を正確に検出することが可能となる。【００１５】
上記した制御回路は、複数の磁気センサと、複数の磁気センサからの出力信号を加算する加算器とを更に備え、上記した位相検出回路は、加算器からの出力電圧と比較電圧とから、出力電圧と比較電圧との位相差に応じた位相差指示電圧を生成してもよい。【００１６】
この構成によれば、給電コイルと受電コイルとの中心位置がずれた場合であっても、受電コイルによる磁場（受電コイルに流れる電流）を効率的に検出することが可能となる。すなわち、給電コイルの巻回中心軸と受電コイルの巻回中心軸とが一致し（受電コイルが給電コイルに対して真上に位置し）、給電コイルと受電コイルとが互いに平行である場合のみならず、受電コイルが給電コイルに対して斜めにずれた場合（相対的に横方向にずれると共に、非平行となる場合）にも、受電コイルによる磁場（受電コイルに流れる電流）を効率的に検出することが可能となる。【００１７】
上記した位相検出回路は、磁気センサからの出力電圧と比較電圧とを比較し、出力電圧と比較電圧との位相差に応じたパルス幅を有するパルス電圧を生成するコンパレータと、パルス電圧を平滑化して位相差指示電圧を生成するローパスフィルタとを有してもよい。【００１８】
上記した交流電流生成回路は、位相差指示電圧に基づいた周波数を有する出力交流電圧を生成する電圧制御発振器と、出力交流電圧の周波数に応じた周波数を有する交流電流を生成する高周波増幅器とを有していてもよい。【００１９】
本発明のワイヤレス電力伝送システムは、上記したワイヤレス給電装置とワイヤレス受電装置との間で非接触で電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、ワイヤレス給電装置における給電コイルとワイヤレス受電装置における受電コイルとの磁気結合に基づき、給電コイルから受電コイルに電力伝送を行う。【００２０】
このワイヤレス電力伝送システムによれば、上記したワイヤレス給電装置から非接触で電力取得を行うので、簡易な制御回路構成を用いるだけで、給電コイルに供給する交流電流の周波数を、受電コイルに流れる電流の周波数に常に追尾させることができる。したがって、給電コイルと受電コイルとの間の距離や、給電コイルと受電コイルとの中心位置がずれた場合であっても、常に効率的な電力伝送を行うことができる。【００２１】
本発明の別のワイヤレス給電装置は、受電コイルと受電コンデンサとを含む受電共振回路を有するワイヤレス受電装置に非接触で電力供給を行うワイヤレス給電装置であって、上記したワイヤレス給電装置において、給電コイルと給電コンデンサとを含み、給電コイルと受電コイルとの磁場共振現象に基づき、給電コイルから受電コイルに電力供給を行うための給電共振回路を更に有する。給電共振回路の共振周波数は、受電共振回路の共振周波数と関連付けられており、上記した制御回路は、交流電流の周波数と受電共振回路の共振電流の周波数とを関連付ける。【００２２】
ここで、「給電コイルと受電コイルとの磁場共振現象」とは、給電コイルによって発生する交流磁場に基づく受電共振回路の共振現象を意味する。この磁場共振現象も磁気結合（電磁結合）の一種である。給電コイルに交流電流を供給すると、給電コイルによって交流磁場が発生する。これによって、給電コイルと受電コイルとが磁場結合し、受電共振回路が共振する。その際、例えば、交流電流の周波数と受電共振回路の共振周波数（すなわち、受電コイルに流れる電流の周波数）とを関連付ければ、伝送電力の力率を１とすることができ、高効率な電力伝送を行うことが可能となる。【００２３】
例えば、「交流電流の周波数と受電共振回路の共振周波数とを関連付ける」とは、交流電流の周波数と受電共振回路の共振周波数とを略一致させることである。なお、交流電流の周波数と受電共振回路の共振周波数とは完全に一致せずとも、例えば、±２０％程度の誤差範囲内で略一致させれば、伝送電力の力率を高めることができ、高効率な電力伝送を行うことが可能となる。これより、「交流電流の周波数と受電共振回路の共振周波数とを関連付ける」とは、交流電流の周波数と受電共振回路の共振周波数とを±２０％程度の誤差範囲内で略一致させることも含むものとする。【００２４】
また、例えば、「給電共振回路の共振周波数は受電共振回路の共振周波数と関連付けられている」とは、給電共振回路の共振周波数が受電共振回路の共振周波数に略一致していることである。なお、給電共振回路の共振周波数は受電共振回路の共振周波数に完全に一致せずとも、例えば、±２０％程度の誤差範囲内で略一致していれば、高効率な電力伝送を行うことが可能となる。これより、「給電共振回路の共振周波数は受電共振回路の共振周波数と関連付けられている」とは、給電共振回路の共振周波数が受電共振回路の共振周波数と±２０％程度の誤差範囲内で略一致していることも含むものとする。【００２５】
この別のワイヤレス給電装置でも、簡易な制御回路構成を用いるだけで、給電コイルに供給する交流電流の周波数を、受電共振回路の共振周波数に常に追尾させることができる。したがって、給電コイルと受電コイルとの間の距離や、給電コイルと受電コイルとの中心位置がずれた場合であっても、常に効率的な電力伝送を行うことができる。【００２６】
本発明の更に別のワイヤレス給電装置は、受電コイルと受電コンデンサとを含む受電共振回路を有するワイヤレス受電装置に非接触で電力供給を行うワイヤレス給電装置であって、上記したワイヤレス給電装置において、上記した給電コイルは、実質的に共振回路を構成せず、上記した制御回路は、給電コイルに交流電流を供給することによって、給電コイルと受電コイルとの磁場共振現象に基づき、給電コイルから受電コイルに電力供給を行わせる制御回路であって、交流電流の周波数と受電共振回路の共振電流の周波数とを関連付ける。【００２７】
ここで、「実質的に共振回路を構成しない」とは、受電共振回路の共振周波数を共振周波数とする共振回路を形成しないことを意味するものであり、給電コイルが何らかの回路要素と偶発的に共振することまでも排除する意味ではない。例えば、「実質的に共振回路を構成しない」とは、受電共振回路の共振周波数を共振周波数とする共振回路を形成するために、給電コイルに対して直列又は並列にコンデンサを設けることを行わないことを意味するものである。【００２８】
この更に別のワイヤレス給電装置では、「給電コイルと受電コイルとの磁場共振現象」において、例えば、交流電流の周波数と受電共振回路の共振周波数（すなわち、受電コイルに流れる電流の周波数）とを関連付ければ、給電コイル自体が共振しなくても、伝送電力の力率を１とすることができ、高効率な電力伝送を行うことが可能となる。【００２９】
この更に別のワイヤレス給電装置でも、簡易な制御回路構成を用いるだけで、給電コイルに供給する交流電流の周波数を、受電共振回路の共振周波数に常に追尾させることができる。したがって、給電コイルと受電コイルとの間の距離や、給電コイルと受電コイルとの中心位置がずれた場合であっても、常に効率的な電力伝送を行うことができる。【００３０】
ところで、本願発明者らは、給電共振回路と受電共振回路との２つの共振回路を備えるシステムでは、伝送電力の力率が１となる周波数が２つ存在することを発見した。これにより、このようなワイヤレス電力伝送システムでは、伝送電力の力率を１とする制御を行う場合に、誤動作の虞がある。【００３１】
しかしながら、この更に別のワイヤレス給電装置によれば、給電コイルが実質的に共振回路を構成しないので、伝送電力の力率が１となる周波数は１つとなる。したがって、伝送電力の力率を１とする制御を行う場合に、すなわち、制御回路によって、給電コイルに供給する交流電流の周波数と受電共振回路の共振電流の周波数とを関連付ける制御において、誤動作を防止することができる。【００３２】
本発明のワイヤレス受電装置は、上記した別のワイヤレス給電装置、又は、更に別のワイヤレス給電装置から非接触で電力取得を行うワイヤレス受電装置であって、受電コイルと受電コンデンサとを含み、ワイヤレス給電装置における給電コイルと受電コイルとの磁場共振現象に基づき、受電コイルによって給電コイルから電力取得を行うための受電共振回路と、受電コイルから非接触で電力供給を受ける受電ロードコイルと、受電ロードコイルと負荷との間に配置され、受電ロードコイルに接続される一次側のインピーダンスが負荷に接続される二次側のインピーダンスよりも高いインピーダンス変換器とを備える。【００３３】
このワイヤレス受電装置によれば、上記した別のワイヤレス給電装置又は更に別のワイヤレス給電装置から非接触で電力取得を行うので、簡易な制御回路構成を用いるだけで、給電コイルに供給する交流電流の周波数を、受電コイルに流れる電流の周波数に常に追尾させることができる。したがって、給電コイルと受電コイルとの間の距離や、給電コイルと受電コイルとの中心位置がずれた場合であっても、常に効率的な電力伝送を行うことができる。【００３４】
ところで、負荷の影響により、受電共振回路の共振状態が変化することを抑制するために、受電共振回路における受電コイルは、受電ロードコイルとの電磁結合を介して負荷に接続されることが好ましい。また、電力伝送効率の観点によれば、受電共振回路における受電コイルと受電ロードコイルとの結合度合い（結合係数）は高いことが好ましい。しかしながら、受電コイルと受電ロードコイルとの結合度合いが高い場合、負荷のインピーダンスが低いと、受電共振回路のＱ値が低下してしまい、受電共振回路の共振電流が低下してしまう。その結果、電力伝送効率が低下してしまう。【００３５】
しかしながら、このワイヤレス受電装置によれば、受電ロードコイルと負荷との間にインピーダンス変換器が配置され、インピーダンス変換器における受電ロードコイル側のインピーダンスが高いので、受電コイルと受電ロードコイルとの結合度合いを高めても、かつ、負荷のインピーダンスが低くても、受電共振回路のＱ値が低下することを抑制することができ、受電共振回路の共振電流が低下することを抑制することができる。その結果、ワイヤレス給電装置からの電力伝送効率の低下を抑制することができる。【００３６】
特に、負荷の影響による電力伝送効率の低下は、給電コイルと受電コイルとの間の距離が大きくなるほど顕著に現れるが、このワイヤレス受電装置によれば、給電コイルと受電コイルとの間の距離が大きい場合に、電力伝送効率の低下の抑制効果が大きい。【００３７】
本発明の別のワイヤレス電力伝送システムは、上記した別のワイヤレス給電装置又は更に別のワイヤレス給電装置と上記したワイヤレス受電装置との間で非接触で電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムであって、ワイヤレス給電装置における給電コイルとワイヤレス受電装置における受電コイルとの磁場共振現象に基づき、給電コイルから受電コイルに電力伝送を行う。【００３８】
この別のワイヤレス電力伝送システムによれば、上記した別のワイヤレス給電装置又は更に別のワイヤレス給電装置から非接触で電力取得を行うので、簡易な制御回路構成を用いるだけで、給電コイルに供給する交流電流の周波数を、受電コイルに流れる電流の周波数に常に追尾させることができる。したがって、給電コイルと受電コイルとの間の距離や、給電コイルと受電コイルとの中心位置がずれた場合であっても、常に効率的な電力伝送を行うことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、複雑な構成の制御回路を用いることなく、効率的な電力伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、図２に示す給電コイル、磁気センサ、受電コイル、及び、受電ロードコイルの物理的な構造を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム、ワイヤレス給電装置、及び、ワイヤレス受電装置の電気的な構成を示す図である。
【図３】図３は、図２に示すワイヤレス給電装置の各部信号波形を示す図である。
【図４】図４は、図２に示す磁気センサの物理的な形状の一例を示す図である。
【図５】図５は、図２に示す磁気センサの電気的な等価回路の一例を示す図である。
【図６】図６は、図２に示す磁気センサの一例としてＧａＡｓホール素子の磁束密度−ホール電圧特性を示す図である。
【図７】図７は、給電コイルに対する磁気センサの配置例を示す図である。
【図８】図８は、給電コイルに対する磁気センサの配置変形例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス給電装置の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、図１１に示す給電コイル、磁気センサ、受電コイル、及び、受電ロードコイルの物理的な構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム、ワイヤレス給電装置、及び、ワイヤレス受電装置の電気的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
［第１の実施形態］
【００４２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの電気的な構成を示す図である。図２に示すワイヤレス電力伝送システム１００は、ワイヤレス給電装置１１０とワイヤレス受電装置１２０とを備え、ワイヤレス給電装置１１０からワイヤレス受電装置１２０へ非接触で電力伝送を行うものである。
【００４３】
ワイヤレス給電装置１１０は、給電コイル１０と、制御回路２０とを有する。一方、ワイヤレス受電装置１２０は、受電コイル３０と受電コンデンサ３１とからなる受電共振回路３２を有する。
【００４４】
ワイヤレス給電装置１１０では、制御回路２０が、給電コイル１０に交流電流（例えば、方形波または正弦波の電流）を供給することによって、給電コイル１０と受電コイル３０との磁場共振現象に基づき、給電コイル１０から受電コイル３０に電力供給が行われる。ここで、「給電コイル１０と受電コイル３０との磁場共振現象」とは、給電コイル１０によって発生する交流磁場に基づく受電共振回路３２の共振現象を意味する。給電コイル１０に交流電流を供給すると、給電コイル１０によって交流磁場が発生する。これによって、給電コイル１０と受電コイル３０とが磁場結合し、受電共振回路３２が共振する。その際、制御回路２０は、受電共振回路３２の共振電流の周波数情報（すなわち、受電コイル３０に流れる電流の周波数情報）を検出し、交流電流の周波数を受電共振回路３２の共振電流の周波数に一致させる。すると、給電コイル１０自体が共振しなくても、伝送電力の力率を１とすることができ、高効率な電力伝送を行うことが可能となる。
【００４５】
このように、ワイヤレス給電装置１１０では、給電コイル１０は、実質的に共振回路を構成しない。ここで、「実質的に共振回路を構成しない」とは、受電共振回路３２の共振周波数を共振周波数とする共振回路を形成しないことを意味するものであり、給電コイル１０が何らかの回路要素と偶発的に共振することまでも排除する意味ではない。例えば、「実質的に共振回路を構成しない」とは、受電共振回路３２の共振周波数を共振周波数とする共振回路を形成するために、給電コイル１０に対して直列又は並列にコンデンサを設けることを行わないことを意味するものである。
【００４６】
ワイヤレス給電装置１１０では、給電コイル１０と受電コイル３０との磁場結合が強くなればなるほど受電共振回路３２の共振周波数に影響が及ぶ。すなわち、給電コイル１０と受電コイル３０とを十分に磁場結合できる程度に近づけた状態での受電共振回路３２の共振周波数は、給電コイル１０と受電コイル３０との磁場結合を無視できるほど両者が充分に離れた状態における受電共振回路３２単独での共振周波数に対してずれていく。受電共振回路３２の共振周波数近傍の周波数の交流電流を給電コイル１０に供給することにより、磁場共振型のワイヤレス給電が実現可能となる。
【００４７】
次に、ワイヤレス受電装置１２０では、受電コイル３０と電磁結合（電磁誘導による結合）する受電ロードコイル３３を介して、負荷１３０に接続される。これにより、負荷１３０に起因する受電共振回路のＱ値の低下を抑制することができる。ここで、電力の伝送効率の観点によれば、受電コイル３０と受電ロードコイル３３との結合度合いは高いことが望ましく、例えば、受電コイル３０と受電ロードコイル３３との結合係数は０．９以上に設定される。
【００４８】
更に、受電ロードコイル３３は、出力トランス（インピーダンス変換器）３４を介して、負荷１３０に接続される。出力トランス３４の一次側は受電ロードコイル３３に接続されており、二次側は負荷１３０に接続されている。出力トランス３４の一次側巻線Ｎｐの巻数は、二次側巻線Ｎｓの巻数より大きい。これにより、出力トランス３４の一次側は高インピーダンスであり、出力トランス３４の二次側は低インピーダンスである。
【００４９】
次に、図２に加えて図３を参照しながら、ワイヤレス給電装置１１０における制御回路２０について詳細に説明する。図３は、図２に示すワイヤレス給電装置の各部信号Ｓ１〜Ｓ６の波形を示す図である。図３Ａ〜図３Ｃでは、ＶＣＯが発生する駆動周波数（すなわち、給電コイルに供給する交流電流の周波数）Ｆ（Ｄ）と、受電共振回路の共振周波数（すなわち、受電コイルに流れる電流の周波数）Ｆ（Ｒ）との関係がそれぞれ異なり、図３ＡにはＦ（Ｄ）＜Ｆ（Ｒ）の場合の各部信号波形が示されており、図３ＢにはＦ（Ｄ）＝Ｆ（Ｒ）の場合の各部信号波形が示されており、図３ＣにはＦ（Ｄ）＞Ｆ（Ｒ）の場合の各部信号波形が示されている。
【００５０】
制御回路２０は、位相遅延器（位相遅延回路）２１と、磁気センサ２２と、コンパレータ２３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４と、誤差増幅器２５と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２６と、高周波増幅器２７とを有する。なお、本実施形態では、コンパレータ２３と、ＬＰＦ２４と、誤差増幅器２５とが位相検出回路を構成し、ＶＣＯ２６と高周波増幅器２７とが交流電流生成回路を構成する。
【００５１】
位相遅延器２１は、ＶＣＯ２６からの交流電圧Ｓ１の位相を９０°遅延させた遅延交流電圧Ｓ２を生成し、この遅延交流電圧Ｓ２を磁気センサ２２に供給する。なお、ＶＣＯ２６からの交流電圧Ｓ１の位相に対する遅延交流電圧Ｓ２の位相の遅延量は９０°であることが好ましいが、３０°以上３６０°未満であってもよい。
【００５２】
磁気センサ２２は、受電コイル３０による磁場（Ｂ）Ｓ３を検出することによって、受電共振回路３２の共振電流の周波数情報（すなわち、受電コイル３０に流れる電流の周波数情報）を検出する。磁気センサ２２としては、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子などが適用可能である。以下の説明では、磁気センサ２２としてホール素子を使用した場合を例示する。
【００５３】
磁気センサ２２は、遅延交流電圧Ｓ２によってバイアスされる。これにより、磁気センサ２２は、遅延交流電圧Ｓ２と交流磁場Ｓ３とのＡＮＤ演算結果に相当する出力電圧Ｓ４を生成することとなる。磁気センサ２２はＶＣＯ２６からの交流電圧で駆動されるため、出力電圧Ｓ４は正弦波となり、その振幅は最大となっている。
【００５４】
コンパレータ２３は、磁気センサ２２からの出力電圧Ｓ４と比較電圧とを比較する。本実施形態では、比較電圧として出力電圧Ｓ４の反転電圧を用いる。これにより、出力電圧Ｓ４における正のタイミング期間に応じたパルス電圧Ｓ５を生成する（波形整形）。
【００５５】
これらの位相遅延器２１と磁気センサ２２とは、所謂ＡＮＤ回路として機能し、受電コイル３０による磁場（すなわち、受電コイル３０に流れる電流）Ｓ３と、遅延交流電圧（すなわち、ＶＣＯ２６の出力交流電圧）Ｓ２とのＡＮＤ演算を行うこととなる。そして、このＡＮＤ回路とコンパレータ２３とによって、受電コイル３０に流れる電流とＶＣＯ２６の出力交流電圧との位相差に応じたパルス電圧を生成することとなる。
【００５６】
ＬＰＦ２４は、コンパレータ２３からのパルス電圧Ｓ５を平均化し、平均化されたパルス電圧を誤差増幅器２５へ出力する。誤差増幅器２５は、平均化されたパルス電圧Ｓ６と基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差を増幅し、ＶＣＯ２６へ出力する。ＶＣＯ２６は、誤差増幅器２５からの電圧を制御電圧（位相差指示電圧）として、この電圧に応じた周波数を有する交流電圧を生成する。なお、ＶＣＯ２６の制御電圧に対する電圧Ｓ６のレベルに応じて、誤差増幅器２５は必ずしも備えなくてもよい。
【００５７】
このように、位相遅延器２１と、磁気センサ２２と、コンパレータ２３と、ＬＰＦ２４と、誤差増幅器２５と、ＶＣＯ２６とのフィードバック制御によって、ＶＣＯ２６の出力交流電圧の周波数を、受電コイル３０による磁場の位相周波数（受電コイル３０に流れる電流の位相周波数）に一致させることができる。
【００５８】
詳説すれば、図３Ａに示すようにＦ（Ｄ）＜Ｆ（Ｒ）の場合、ＶＣＯ２６の出力交流電圧Ｓ１の位相が受電コイル３０による磁場（受電コイル３０に流れる電流）Ｓ３の位相よりも進んでいるために、パルス電圧Ｓ５のパルス幅は図３Ｂに示すＦ（Ｄ）＝Ｆ（Ｒ）の平衡状態よりも小さくなり、平均化電圧Ｓ６が低下する。この場合、Ｓ１とＳ３の位相差がゼロとなるように、すなわち、Ｓ６が基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなるようにフィードバックがかかり、図３Ｂの状態となって平衡する。
【００５９】
一方、図３Ｃに示すようにＦ（Ｄ）＞Ｆ（Ｒ）の場合、ＶＣＯ２６の出力交流電圧Ｓ１と受電コイル３０による磁場（受電コイル３０に流れる電流）Ｓ３との位相関係が図３Ａに示すＦ（Ｄ）＜Ｆ（Ｒ）の状態と逆になり、Ｓ１の位相がＳ３の位相よりも遅れているために、パルス電圧Ｓ５のパルス幅は図３Ｂに示すＦ（Ｄ）＝Ｆ（Ｒ）の平衡状態よりも大きくなり、平均化電圧Ｓ６が上昇する。この場合にも、上記同様に、Ｓ１とＳ３の位相差がゼロとなるように、すなわち、Ｓ６が基準電圧Ｖｒｅｆと等しくなるようにフィードバックがかかり、図３Ｂの状態となって平衡する。
【００６０】
このようにして、回路が正常動作時には、図３Ｂに示すＦ（Ｄ）＝Ｆ（Ｒ）の理想的な状態、すなわち、ＶＣＯ２６の出力交流電圧Ｓ１の位相が受電コイル３０による磁場（受電コイル３０に流れる電流）Ｓ３の位相とが一致した状態に常に自動チューニングされ、この平衡状態が維持されることとなる。
【００６１】
高周波増幅器２７は、ＶＣＯ２６の出力交流電圧Ｓ１に応じて、受電コイル３０に流れる電流の位相周波数（受電共振回路３２の共振電流の位相周波数）に一致した位相周波数を有する交流電流を、給電コイル１０に供給する。
【００６２】
次に、磁気センサ２２について詳細に説明する。図４は、磁気センサの物理的な形状の一例を示す図であり、図５は、磁気センサの電気的な等価回路の一例を示す図である。また、図６は、磁気センサの一例としてＧａＡｓホール素子の磁束密度−ホール電圧特性を示す図である。
【００６３】
図４に示すように、磁気センサ２２は、感磁方向（紙面垂直方向）Ｄ１の磁場に感磁し、不感磁方向（紙面水平方向）Ｄ２の磁場に対しては不感（出力ゼロ）の特性を持つ。図５に示すように、磁気センサ２２では、端子ａから端子ｃに向けてバイアス電流Ｉｃを流すと動作状態となり、端子ｂ−端子ｄとの間にホール電圧Ｖ（Ｈ）が発生する。図６に示すように、磁気センサ２２では、バイアス電流Ｉｃが０ｍＡの時には感磁方向Ｄ１に磁場がいくら印加されてもホール電圧Ｖ（Ｈ）はゼロであり、バイアス電圧の印加によってバイアス電流Ｉｃが流れると、磁気センサ２２を貫通する感磁方向Ｄ１の磁束密度Ｂ（ｍＴ）に比例してリニアな出力が得られる。
【００６４】
図１は、図２に示す給電コイル１０、磁気センサ２２、受電コイル３０、及び、受電ロードコイル３３の物理的な構造を示す断面図である。なお、図１には、これらのコイルの周辺回路要素が電気的に示されている。
【００６５】
給電コイル１０と受電コイル３０とは、互いに対向して設けられており、受電ロードコイル３３は、受電コイル３０の外周を巻回している。そして、磁気センサ２２は、給電コイル１０と受電コイル３０との間において、給電コイル１０に隣接して給電コイル１０の円周上に配置されている。
【００６６】
磁気センサ２２は、図７Ａに示すように、不感磁方向Ｄ２が給電コイル１０によって生じる磁場ベクトル（磁力線）Ｈに対して±１０°の角度の範囲にあるように配置されている。換言すれば、磁気センサ２２は、感磁方向Ｄ１が磁場ベクトルＨに対して９０°±１０°の角度の範囲にあるように配置されている。これにより、磁気センサ２２は、給電コイル１０の磁場の影響を受けることなく、受電コイル３０による磁場を正確に検出することができる。なお、磁気センサ２２の不感磁方向Ｄ２は、磁場ベクトルＨに対して±５°の角度の範囲にあることが好ましく、磁場ベクトルＨに平行であることが更に好ましい。
【００６７】
図７Ａに示すように、磁気センサ２２は、給電コイル１０の巻線上に配置される。しかしながら、図７Ｂに示すように、磁気センサ２２は、不感磁方向Ｄ２が磁場ベクトルＨに対して±１０°の角度の範囲にあるように、磁場ベクトルＨに沿って、給電コイル１０の巻線の周りを周回するように傾けて配置されてもよい。換言すれば、磁気センサ２２は、感磁方向Ｄ１が磁場ベクトルＨに対して９０°±１０°の角度の範囲にあるように、磁場ベクトルＨに沿って、給電コイル１０の巻線の周りを周回するように傾けて配置されてもよい。
【００６８】
この第１の実施形態のワイヤレス給電装置１１０、ワイヤレス受電装置１２０、及び、ワイヤレス電力伝送システム１００によれば、上述したように、制御回路２０における位相遅延器２１と磁気センサ２２とは、所謂ＡＮＤ回路として機能し、受電コイル３０による磁場（すなわち、受電コイル３０に流れる電流）と、遅延交流電圧（すなわち、ＶＣＯ２６の出力交流電圧）とのＡＮＤ演算を行うこととなる。そして、このＡＮＤ回路とコンパレータ２３とによって、受電コイル３０に流れる電流とＶＣＯ２６の出力交流電圧との位相差に応じたパルス電圧を生成することとなる。したがって、これらの回路と、ＬＰＦ２４と、誤差増幅器２５と、ＶＣＯ２６とのフィードバック制御によって、ＶＣＯ２６の出力交流電圧の周波数（すなわち、給電コイル１０に供給する交流電流の周波数）を、受電コイル３０に流れる電流の周波数に一致させることができる。
【００６９】
このように、この第１の実施形態のワイヤレス給電装置１１０、ワイヤレス受電装置１２０、及び、ワイヤレス電力伝送システム１００によれば、位相遅延器２１と、磁気センサ２２と、コンパレータ２３と、ＬＰＦ２４と、誤差増幅器２５と、ＶＣＯ２６と、高周波増幅器２７とからなる簡易な制御回路構成を用いるだけで、給電コイル１０に供給する交流電流の周波数を、受電コイル３０に流れる電流の周波数に常に追尾させ、自動的にチューニングすることができる。したがって、給電コイル１０と受電コイル３０との間の距離や、給電コイル１０と受電コイル３０との中心位置がずれた場合であっても、常に効率的な電力伝送を行うことができる。
【００７０】
また、この第１の実施形態のワイヤレス給電装置１１０によれば、磁気センサ２２は、非感磁方向が給電コイルによって生じる磁場ベクトル（磁力線）に対して±１０°の範囲内の角度をなすように、配置されているので、給電コイル１０による不要な磁場を検出することなく、受電コイル３０による磁場を正確に検出することが可能となる。
【００７１】
ところで、本願発明者らは、後述する第２の実施形態のように、給電共振回路と受電共振回路との２つの共振回路を備えるシステムでは、伝送電力の力率が１となる周波数が２つ存在することを発見した。これにより、このようなワイヤレス電力伝送システムでは、伝送電力の力率を１とする制御を行う場合に、誤動作の虞がある。
【００７２】
しかしながら、この第１の実施形態のワイヤレス給電装置１１０によれば、給電コイル１０が実質的に共振回路を構成しないので、伝送電力の力率が１となる周波数は１つとなる。したがって、伝送電力の力率を１とする制御を行う場合に、すなわち、制御回路２０によって、給電コイル１０に供給する交流電流の周波数と受電共振回路３２の共振電流の周波数とを関連付ける制御において、誤動作を防止することができる。
【００７３】
ところで、電力の伝送効率の観点によれば、ワイヤレス受電装置１２０における受電コイル３０と受電ロードコイル３３との結合度合い（結合係数）は高いことが好ましい。しかしながら、受電コイル３０と受電ロードコイル３３との結合度合いを高めた場合、負荷１３０のインピーダンスが低いと、負荷１３０の影響により受電共振回路３２のＱ値が低下してしまい、受電共振回路３２の共振状態が悪化してしまう。そのため、受電共振回路３２の共振電流が低下してしまい（受電共振回路３２を流れる電流の電流値が小さくなってしまい）、磁場共振状態が弱くなり、ワイヤレス給電装置１１０からワイヤレス受電装置１２０への電力伝送効率が低下してしまう。
【００７４】
しかしながら、この第１の実施形態のワイヤレス受電装置１２０によれば、受電ロードコイル３３と負荷１３０との間に出力トランス３４が配置され、出力トランス３４における受電ロードコイル３３側のインピーダンスが高い場合、受電コイル３０と受電ロードコイル３３との結合度合いを高めても、かつ、負荷１３０のインピーダンスが低くても、受電共振回路３２のＱ値が低下することを抑制することができ、受電共振回路３２の共振電流が低下することを抑制することができる。その結果、ワイヤレス給電装置１１０からワイヤレス受電装置１２０への電力伝送効率の低下を抑制することができる。なお、出力トランス３４のインピーダンス比（出力トランス３４の二次側インピーダンスに対する一次側インピーダンスの比は１より大きければよく、例えば、出力トランス３４から負荷１３０側をみたときのインピーダンスが数十Ω以下の場合には、インピーダンス比は５以上にするのが好ましい。
【００７５】
特に、負荷の影響による電力伝送効率の低下は、給電コイル１０と受電コイル３０との間の距離が大きくなるほど顕著に現れるが、このワイヤレス受電装置１２０によれば、給電コイル１０と受電コイル３０との間の距離が大きい場合に、電力伝送効率の低下の抑制効果が大きい。
［第２の実施形態］
【００７６】
第１の実施形態では、ワイヤレス給電装置１１０側が非共振であるワイヤレス電力伝送システム１００を例示したが、本発明は、給電共振回路と受電共振回路との２つの共振回路を備えるワイヤレス電力伝送システムを権利範囲から除くものではない。
【００７７】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムにおけるワイヤレス給電装置の電気的な構成を示す図であり、図１０は、図１１に示す給電コイル１０、磁気センサ２２、受電コイル３０、及び、受電ロードコイル３３の物理的な構造を模式的に示す断面図である。なお、図１０には、これらのコイルの周辺回路要素が電気的に示されている。
【００７８】
第２の実施形態のワイヤレス電力伝送システム１００Ａは、ワイヤレス給電装置１１０に代えてワイヤレス給電装置１１０Ａを備え、ワイヤレス給電装置１１０Ａは、給電コイル１０に代えて、給電コイル１０と給電コンデンサ１１とからなる給電共振回路１２を備えてもよい。また、給電エキサイトコイルを介して共振させてもよい。これらの場合、給電共振回路の共振周波数と受電共振回路の共振周波数とは略一致させる。
【００７９】
この第２の実施形態のワイヤレス給電装置１１０Ａ、及び、ワイヤレス電力伝送システム１００Ａでも、第１の実施形態のワイヤレス給電装置１１０、ワイヤレス電力伝送システム１００と同様の利点を得ることができる。
［第３の実施形態］
【００８０】
第２の実施形態では、磁気センサ２２を１つだけ備えるワイヤレス給電装置１１０Ａを例示したが、磁気センサ２２を複数備えてもよい。
【００８１】
図９は、本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス給電装置におけるワイヤレス給電装置の電気的な構成を示す図である。このように、ワイヤレス給電装置１１０Ｂは、ワイヤレス給電装置１１０Ａにおいて制御回路２０に代えて制御回路２０Ｂを備えている点で第２の実施形態と異なる。制御回路２０Ｂは、制御回路２０において磁気センサ２２に代えて８つの磁気センサ２２を備え、更に加算器２８を備えていてもよい。
【００８２】
磁気センサ２２は、給電コイル１０の巻回周上において、それぞれ４５°ずつずれて、等間隔に配置されている。磁気センサ２２は、それぞれ加算器２８に接続されている。加算器２８は、８つの磁気センサ２２の出力電圧を加算し、コンパレータ２３へ出力する。ワイヤレス給電装置１１０Ｂのその他の構成はワイヤレス給電装置１１０Ａと同一である。
【００８３】
この第３の実施形態のワイヤレス給電装置１１０Ｂでも、第２の実施形態のワイヤレス給電装置１１０Ａと同様の利点を得ることができる。
【００８４】
更に、第３の実施形態のワイヤレス給電装置１１０Ｂによれば、給電コイル１０と受電コイル３０との中心位置がずれた場合であっても、受電コイル３０による磁場（受電コイル３０に流れる電流）を効率的に検出することが可能となる。すなわち、給電コイル１０の巻回中心軸と受電コイル３０の巻回中心軸とが一致し（受電コイル３０が給電コイル１０に対して真上に位置し）、給電コイル１０と受電コイル３０とが互いに平行である場合のみならず、受電コイル３０が給電コイル１０に対して斜めにずれた場合（相対的に横方向にずれると共に、非平行となる場合）にも、受電コイル３０による磁場（受電コイル３０に流れる電流）を効率的に検出することが可能となる。
【００８５】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、少なくともワイヤレス受電装置が受電コイル３０と受電コンデンサ３１とからなる受電共振回路３２を有し、給電コイル１０と受電コイル３０との磁場共振現象に基づき、給電コイル１０から受電コイル３０に電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムを例示したが、本発明の特徴は、ワイヤレス給電装置及びワイヤレス受電装置が共振回路を備えず、給電コイル１０と受電コイル３０との電磁誘導作用に基づき、給電コイル１０から受電コイル３０に電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムにも適用可能である。この場合、制御回路は、受電共振回路３２の共振電流の周波数に代えて受電コイル３０に流れる電流の周波数に、交流電流の周波数を一致させればよい。
【００８６】
また、本実施の形態では、制御回路２０は、給電コイル１０に供給する交流電流の周波数と受電側共振回路３２の共振電流の周波数とを一致させるように制御しているが、交流電流の周波数と受電共振回路３２の共振周波数とは完全に一致せずとも、例えば、±２０％程度の誤差範囲内で略一致させれば（関連付ければ）、伝送電力の力率を高めることができ、高効率な電力伝送を行うことが可能となる。
【００８７】
また、本実施の形態では、制御回路２０は、受電側共振回路３２の共振電流の周波数に一致した周波数を有する交流電流を、給電コイル１０に供給するようにして、受電側共振回路３２の共振電流の周波数と、給電コイル１０に供給する交流電流の周波数とを一致させるように制御しているが、制御回路２０は、受電側共振回路３２の共振電流の周波数に略一致させるように、例えば、給電コイル１０のインダクタンスを調整することにより、受電側共振回路３２の共振電流の周波数と、給電コイル１０に供給する交流電流の周波数とを略一致させるように制御してもよい。
【００８８】
また、本実施形態では、磁気センサ２２が給電コイル１０による不要な磁場を検出しないために、非感磁方向が前記給電コイル１０によって生じる磁場ベクトル（磁力線）に対して±１０°の範囲内の角度をなすように磁気センサ２２を配置する一例を示したが、給電コイル１０による不要な磁場を検出させない手法は、本実施形態に限定されない。例えば、図８に示すように、磁気シールド部材２２Ｘを備えてもよい。磁気シールド部材２２Ｘは、断面略Ｕ字状をなしており、磁気センサ２２における受電コイルに対向する受電コイル側対向面を除いて、給電コイルに対抗する給電コイル側対向面と、受電コイル側対向面及び給電コイル側対向面に交差する４つの側面との５面を磁気シールドするものである。磁気シールド部材２２Ｘの材料としては、例えば、パーマロイや珪素鋼鈑等が適用可能である。これによれば、給電コイル１０による不要な磁場をシールドし、磁気センサ２２は、受電コイルによる磁場を正確に検出することが可能となる。
【００８９】
また、第３の実施形態では、磁気センサを８個備える形態を例示したが、磁気センサの数はこれに限定されない。例えば、磁気センサは２個以上であってもよい。また、これらの磁気センサは、給電コイルの巻回周上において等間隔に配置されなくてもよい。
【００９０】
また、本発明の特徴は、電力伝送のみならず、信号伝送においても適用可能である。例えば、磁場共振現象を利用して、アナログ信号やデジタル信号を非接触で伝送する場合にも、本発明のワイヤレス電力伝送システムを適用可能である。
【００９１】
なお、本発明は、（１）携帯電話機、ポータブル音楽プレーヤー、ゲーム機やＴＶ等のコントローラ等に内臓する二次電池への非接触充電器、（２）工場内の搬送ロボットへの非接触給電、（３）ＰＨＶ（プラグインハイブリットカー）、ＥＶ（電気自動車）の非接触充電を行うシステムに適用可能である。
【００９２】
なお、本明細書では、磁場共振現象のための素子を「コイル」と称したが、関連の技術分野によっては、「トランスミッタ」や「アンテナ」等と称することもある。
【００９３】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更され得ることができることは、当業者によって認識される。本発明は実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来るすべての修正及び変更に権利を請求する。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
複雑な構成の制御回路を用いることなく、効率的な電力伝送を行う用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０  給電コイル
１１  給電コンデンサ
１２  給電共振回路
２０，２０Ｂ  制御回路
２１  位相遅延器
２２  磁気センサ
２２Ｘ  磁気シールド部材
２３  コンパレータ（位相検出回路）
２４  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）（位相検出回路）
２５  誤差増幅器（位相検出回路）
２６  電圧制御発振器（ＶＣＯ）（交流電流生成回路）
２７  高周波増幅器（交流電流生成回路）
２８  加算器
３０  受電コイル
３１  受電コンデンサ
３２  受電共振回路
３３  受電ロードコイル
３４  出力トランス
１００，１００Ａ  ワイヤレス電力伝送システム
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ  ワイヤレス給電装置
１２０  ワイヤレス受電装置
１３０  負荷
【図１】
2012115117.tif 000003
【図２】
2012115117.tif 000004
【図３】
2012115117.tif 000005
【図４】
2012115117.tif 000006
【図５】
2012115117.tif 000007
【図６】
2012115117.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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