(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置及び前記送電装置から電力を伝送される受電装置を備える無線電力伝送装置であって、
前記受電装置は、
電力を受電する受電コイルと、
前記受電コイルに接続された第１共振回路と、
前記第１共振回路から第１電力値を有する第１信号が供給される負荷回路と、
前記第１電力値を測定する第１電力測定器と、
前記第１電力値を前記送電装置へ送信する送信器と、
を有し、
前記送電装置は、
第２電力値を有する第２信号を生成する電源と、
前記第２信号が入力され、複数のインダクタ及びキャパシタを含む第２共振回路と、
前記第２共振回路に接続され、電力を送電する送電コイルと、
前記第２電力値を測定する第２電力測定器と、
前記第１電力値を前記送信器から受信する受信器と、
前記第１電力値及び前記第２電力値を用いて電力伝送効率を算出し、前記電力伝送効率に基づいて、前記電力伝送効率が高くなるように前記インダクタのインダクタンス値及び／又は前記キャパシタのキャパシタンス値を調整する第１制御回路と、
を有することを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２】
前記受信器は、前記送信器へ前記電力伝送効率を送信することができ、
前記受電装置は、前記第１電力値又は前記電力伝送効率に基づいて、前記第１共振回路に含まれるインダクタのインダクタンス値及び／又はキャパシタのキャパシタンス値を調整する第２制御回路をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
送電装置及び前記送電装置から電力を伝送される受電装置を備える無線電力伝送装置であって、
前記受電装置は、
電力を受電する受電コイルと、
前記受電コイルに接続された第１共振回路と、
前記第１共振回路から第１電力値を有する第１信号が供給される負荷回路と、
前記第１電力値を測定する第１電力測定器と、
前記第１電力値を前記送電装置へ送信する送信器と、
を有し、
前記送電装置は、
第２電力値を有する第２信号を生成する電源と、
前記第２信号が入力され、複数のインダクタ及びキャパシタを含む第２共振回路と、
前記第２共振回路に接続され、電力を送電する送電コイルと、
前記第２電力値を測定する第２電力測定器と、
前記第１電力値を前記第１送受信器から受信する受信器と、
前記第１電力値及び前記第２電力値を用いて電力伝送効率を算出し、前記電力伝送効率に基づいて、前記電力伝送効率が高くなるように前記電源から出力される前記第２信号の周波数を調整する第１制御回路と、
を有することを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項４】
前記受信器は、前記送信器へ前記電力伝送効率を送信することができ、
前記受電装置は、
一端が前記第１共振回路の出力端子に接続された第１スイッチ及び第２スイッチと、
前記第１スイッチの他端に接続された可変抵抗器と、
前記第２スイッチの他端と前記負荷回路との間に設けられたインピーダンス変換回路と、
前記第１スイッチをオン、前記第２スイッチをオフした時に、前記電力伝送効率が所定値以上となる前記可変抵抗器の抵抗値を求め、前記第１スイッチをオフ、前記第２スイッチをオンした時に、前記第１共振回路から前記負荷回路側を見込むインピーダンスが前記抵抗値と等しくなるように前記インピーダンス変換回路を制御する第２制御回路と、
をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
前記受電装置は、前記インピーダンス変換回路の出力信号から負荷インピーダンスの変化を検出する検出回路をさらに有し、
前記第１電力値が変化し、かつ前記負荷インピーダンスの時間変化が所定の閾値以下である場合に、前記第１制御回路による前記周波数の調整及び前記第２制御回路による前記インピーダンス変換回路の制御の少なくともいずれか一方が行われることを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記受信器及び前記送信器は、前記受電コイル及び前記送電コイルを介して信号の送受信を行うことを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
受電装置へ電力を伝送する送電装置であって、
第１電力値を有する第１信号を生成する電源と、
前記第１信号が入力され、複数のインダクタ及びキャパシタを含む第１共振回路と、
前記第１共振回路に接続され、電力を送電する送電コイルと、
前記第１電力値を測定する電力測定器と、
前記受電装置から送信された、前記受電装置内において受電コイルに接続された第２共振回路から負荷回路へ供給される第２信号が有する第２電力値を受信する受信器と、
前記第１電力値及び前記第２電力値を用いて電力伝送効率を算出し、前記電力伝送効率に基づいて、前記電力伝送効率が高くなるように前記インダクタのインダクタンス値及び／又は前記キャパシタのキャパシタンス値を調整する制御回路と、
を備える送電装置。
【請求項８】
送電装置から電力を伝送される受電装置であって、
電力を受電する受電コイルと、
前記受電コイルに接続され、複数のインダクタ及びキャパシタを含む共振回路と、
前記共振回路から第１電力値を有する第１信号が供給される負荷回路と、
前記第１電力値を測定する電力測定器と、
前記第１電力値を前記送電装置へ送信し、前記送電装置内において電力の伝送のために電源により生成された第２信号の第２電力値と前記第１電力値とに基づいて算出された電力伝送効率を前記送電装置から受信する送受信器と、
前記電力伝送効率に基づいて、前記電力伝送効率が高くなるように前記共振回路に含まれるインダクタのインダクタンス値及び／又はキャパシタのキャパシタンス値を調整する制御回路と、
を備える受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、送電コイルと受電コイルを使用し無線により非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術が、ＩＣカードや携帯電話など、多くの機器に採用されている。電力伝送特性は、送電コイルと受電コイルとの位置関係により大きく変動する。そのため、現状では、クレードル等を用いて両コイル間の位置関係が固定され、両コイル間の距離は０ｃｍから数ｃｍ程度に限定されている。【０００３】
両コイル間の位置関係を限定せず、かつ数十ｃｍ以上の伝送距離を実現するためには、コイルの位置によって異なる伝送特性を検出し、回路パラメータを調整する必要がある。そのため、送電装置内に設けられた回路センサとテーブルにより電磁結合係数を導出して同調コンデンサを調整し、電力伝送効率を高める方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６６３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の電力調整方法は、送電装置内における共振回路の状態のみを検知して伝送特性を検出しており、受電装置の動作状態が分からなかった。そのため、伝送距離を伸ばして電磁結合係数が小さくなった場合に、正確な伝送特性が検出できず十分な電力伝送効率を得ることができなくなるという問題があった。【０００６】
本発明は、高い電力伝送効率を有する無線電力伝送装置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】
本発明の一態様による無線電力伝送装置は、送電装置及び前記送電装置から電力を伝送される受電装置を備える無線電力伝送装置であって、前記受電装置は、電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルに接続された第１共振回路と、前記第１共振回路から第１電力値を有する第１信号が供給される負荷回路と、前記第１電力値を測定する第１電力測定器と、前記第１電力値を前記送電装置へ送信する第１送受信器と、を有し、前記送電装置は、第２電力値を有する第２信号を生成する電源と、前記第２信号が入力され、複数のインダクタ及びキャパシタを含む第２共振回路と、前記第２共振回路に接続され、電力を送電する送電コイルと、前記第２電力値を測定する第２電力測定器と、前記第１電力値を前記第１送受信器から受信する第２送受信器と、前記第１電力値及び前記第２電力値を用いて電力伝送効率を算出し、前記電力伝送効率に基づいて、前記インダクタのインダクタンス値及び／又は前記キャパシタのキャパシタンス値を調整する第１制御回路と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力伝送効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図２】周波数と電力伝送効率との関係の一例を示すグラフ。
【図３】第２の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図４】第３の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図５】第４の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図６】変形例による無線電力伝送装置の概略構成図。
【図７】変形例による無線電力伝送装置の概略構成図。
【図８】第５の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図９】周波数と電力伝送効率との関係の一例を示すグラフ。
【図１０】第６の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図１１】第７の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図１２】第８の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図１３】第９の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成図。
【図１４】第９の実施形態に係る無線電力伝送装置の動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。無線電力伝送装置は、送電装置１と、送電装置１から電力を伝送される（給電される）受電装置２と、を備える。
【００１２】
送電装置１は、高周波電源１１、共振回路１２及び送電コイル１３を有する。共振回路１２は、図示しない複数のインダクタ及びキャパシタを含む。
【００１３】
受電装置２は、受電コイル２１、共振回路２２、電力測定器２３、負荷回路２４及び制御回路２５を有する。共振回路２２は、図示しない複数のインダクタ及びキャパシタを含む。
【００１４】
送電装置１の高周波電源１１は、無線周波数帯域の周波数を有する高周波信号を出力する。共振回路１２は高周波電源１１から出力された信号を送電コイル１３から受電装置２へ送信（送電）する。
【００１５】
受電装置２の受電コイル２１は、送電コイル１３と電磁結合すると誘起電圧が発生し、発生した誘起電圧は負荷回路２４で整流されるとともに所定の電圧に調整される。共振回路２２に含まれるキャパシタは、受電コイル２１に並列又は直列に接続され、受電コイル２１の自己インダクタンスと共振して伝送効率を高める。このような構成により、負荷回路２４で消費される電力の供給を非接触で行うことができる。
【００１６】
電力測定器２３は、共振回路２２の出力から、受電装置２内において受電した電力を測定する。電力測定器２３は測定結果を制御回路２５に通知する。制御回路２５は、通知された測定結果に基づいて、共振回路２２に含まれるインダクタのインダクタンス値及び／又はキャパシタのキャパシタンス値を調整する。
【００１７】
図２に、無線電力伝送に使用する周波数と電力伝送効率との関係のシミュレーション結果の一例を示す。この図から、１０．４ＭＨｚ近辺において電力伝送効率が最大となり、周波数が数百ｋＨｚずれると急激に電力伝送効率が低下することが分かる。
【００１８】
電力伝送効率が最大となる周波数は、送電コイル１３と受電コイル２１との間の結合係数、及び負荷回路２４のインピーダンスにより大きく変化する。送電コイル１３と受電コイルとの間の結合係数は、コイルの相対的な位置関係により変化する。また、負荷回路２４のインピーダンスは負荷回路２４の動作状態により変化する。
【００１９】
従って、高い電力伝送効率を得るためには、コイルの相対的な位置関係や負荷回路２４の動作状態に応じて、回路パラメータを調整する必要がある。
【００２０】
本実施形態では、電力測定器２３が受電装置２内において受電した電力を測定し、測定結果を制御回路２５に通知する。制御回路２５は、電力測定器２３で測定される電力が大きくなるように共振回路２２の回路パラメータを調整する。受電装置２内で受電した電力を直接測定することで、受電電力が大きくなるように回路パラメータを調整することが可能となる。
【００２１】
このように、本実施形態によれば、伝送距離を伸ばした状態においても、十分な電力伝送効率を得ることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）図３に本発明の第２の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。本実施形態に係る送電装置１は、図１に示す上記第１の実施形態に係る送電装置１に、方向性結合器１４、電力測定器１５、制御回路１６及び無線信号送受信器１７をさらに設けた構成となっている。また、本実施形態に係る受電装置２は、図１に示す上記第１の実施形態に係る受電装置２に、無線信号送受信器２６をさらに設けた構成となっている。図３において、図１に示す第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
方向性結合器１４は、高周波電源１１から供給された電力のうち、共振回路１２に入射される電力と、共振回路１２の入力端で反射され高周波電源１１に戻る電力とを分離する。分離された２つの電力のそれぞれの値は、電力測定器１５により測定される。電力測定器１５は、測定結果を制御回路１６に通知する。
【００２４】
受電装置２において、電力測定器２３により測定された受信電力値Ｐ２は、無線信号送受信器２６により送電装置１へ送られる。送電装置１へ送られた受信電力値Ｐ２は、無線信号送受信器１７により受信される。無線信号送受信器１７は、受信した電力値Ｐ２を制御回路１６に通知する。
【００２５】
これにより、制御回路１６は、共振回路１２に入射される電力値Ｐ１と、受電装置２で受信された電力値Ｐ２の両方を得ることができる。制御回路１６は、Ｐ１とＰ２の比、すなわち電力伝送効率η＝Ｐ２／Ｐ１を算出する。
【００２６】
制御回路１６は、電力伝送効率ηを高めるために、高周波電源１１の出力周波数、共振回路１２の回路パラメータ及び共振回路２２の回路パラメータのうち、少なくともいずれか１つを調整する。回路パラメータは、インダクタのインダクタンス値及び／又はキャパシタのキャパシタンス値である。なお、制御回路１６が、共振回路２２の回路パラメータを調整する場合は、無線信号送受信器１７、２６を介して制御回路２５に回路パラメータ調整の指示を与える。
【００２７】
このように、本実施形態では、電力伝送効率ηに基づいて、高周波電源１１の出力周波数や共振回路１２、２２の回路パラメータを調整することができるので、伝送距離を伸ばした状態においても、十分な電力伝送効率を得ることができる。
【００２８】
送電装置１内において反射電力値（共振回路１２の入力端で反射され高周波電源１１に戻る電力の電力値）Ｐｒを使用できる場合は、まず、第１の調整として、電力伝送効率ηが最大となるように共振回路２２の回路パラメータ及び／又は高周波電源１１の出力周波数を調整し、その後、第２の調整として、反射電力値Ｐｒが最小となるように共振回路１２の回路パラメータを調整するようにしてもよい。
【００２９】
このような２段階調整では、第１の調整により、共振回路１２に入射された電力を効率良く受電装置２で受信することが可能となる。また、第２の調整により、高周波電源１１から出力される電力を効率良く共振回路１２に入射することが可能とな。従って、高周波電源１１から出力された電力を効率良く受電装置２で受信することが可能となる。
【００３０】
なお、上記の説明では、電力伝送効率ηを送電装置１側で算出していたが、受電装置２側で算出するようにしてもよい。その場合、無線信号送受信器１７、２６を用いて、送電装置１から受電装置２へ、電力値Ｐ１及びＰｒが送信される。また、無線信号送受信器１７、２６を用いて、高周波電源１１の周波数制御信号及び／又は共振回路１２の回路パラメータ制御信号が、受電装置２側から送電装置１側へ送られる。
【００３１】
上記第２の実施形態では、図３に示すように、制御回路１６から高周波電源１１及び共振回路１２に制御信号が出力され、制御回路２５から共振回路２２に制御信号が出力されている。しかし、電力伝送効率ηを高めるために調整するのは、高周波電源１１の出力周波数、共振回路１２の回路パラメータ及び共振回路２２の回路パラメータのうち、少なくともいずれか１つで良い。従って、調整対象以外のものに対応する制御信号は省略することができる。
【００３２】
（第３の実施形態）図４に本発明の第３の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。本実施形態に係る受電装置２は、図３に示す上記第２の実施形態に係る受電装置２に、インピーダンス変換回路２７、可変抵抗器２８、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をさらに設けた構成となっている。図４において、図３に示す第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
スイッチＳＷ１は共振回路２２と可変抵抗器２８との間に設けられている。スイッチＳＷ２の一端は共振回路２２の出力端子に接続され、他端はインピーダンス変換回路２７の入力端子に接続される。インピーダンス変換回路２７の出力端子は負荷回路２４に接続される。インピーダンス変換回路２７及び可変抵抗器２８の調整、スイッチＳＷ１、ＳＷ２のオンオフ制御は制御回路２５により行われる。
【００３４】
無線電力伝送装置の動作について説明する。まず、受電装置２内におけるスイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフされる。このとき、共振回路２２に接続される負荷は可変抵抗器２８である。本実施形態では、上記第２の実施形態と同様に、電力伝送効率ηを高めるために、高周波電源１１の周波数、共振回路１２の回路パラメータ、共振回路２２の回路パラメータの少なくともいずれか１つを調整するとともに、可変抵抗器２８の抵抗値Ｒ２’も調整する。これにより、最適な抵抗値Ｒ２’が求まる。つまり、可変抵抗器２８は、電力伝送効率ηが所定値以上（最大）となる最適な抵抗値Ｒ２’を求めるための擬似負荷（ｄｕｍｍｙ  ｌｏａｄ）である。
【００３５】
次に、実際に負荷回路２４を動作させるときは、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンされる。共振回路２２と負荷回路２４との間にはインピーダンス変換回路２７が接続されている。制御回路２５は、共振回路２２から負荷回路２４側を見込むインピーダンスＲ２が、上述の抵抗値Ｒ２’と等しくなるように、インピーダンス変換回路２７を制御する。
【００３６】
このように高周波電源１１の周波数、共振回路１２、２２の回路パラメータの他に、さらに負荷回路２４のインピーダンス制御を行うことで、電力伝送効率をさらに高めることができる。
【００３７】
（第４の実施形態）図５に本発明の第４の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。本実施形態に係る受電装置２は、図４に示す上記第３の実施形態に係る受電装置２に、負荷インピーダンス検出回路２９をさらに設けた構成となっている。図５において、図４に示す第３の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
上記第３の実施形態で説明したような方法で、共振回路１２、２２の回路パラメータや高周波電源１１の出力周波数の調整、インピーダンス制御を行った場合、送電コイル１３、受電コイル２１の位置関係が変化しなければ、再び同様のパラメータ調整やインピーダンス制御を行う必要はない。しかし、送電コイル１３、受電コイル２１の位置関係が変化した場合は、再度、同様のパラメータ調整やインピーダンス制御を行う必要がある。
【００３９】
受電装置２内の電力測定器２３で測定される電力は、負荷回路２４で消費される電力と、送電コイル１３、受電コイル２１の位置関係との両方の影響を受ける。すなわち、電力測定器２３による測定結果が変化した場合、当該測定結果のみからでは、その変化が、負荷回路２４の変化に起因したものか、又は送電コイル１３、受電コイル２１間の位置関係の変化に起因したものかを区別することができない。本実施形態は、この区別を可能とし、回路パラメータ調整等を再度行うべきか否かを判定することができる。
【００４０】
受電装置２内の負荷インピーダンス検出回路２９は、負荷インピーダンスの変化を検出することができる。従って、電力測定器２３で検出された受信電力が変化した場合において、さらに負荷インピーダンス検出回路２９により負荷インピーダンスの変化が検出されれば、受信電力変動の要因は負荷変動であると考えられ、回路パラメータの調整等を再度行う必要はないと判定される。
【００４１】
一方、電力測定器２３で検出された受信電力が変化した場合において、負荷インピーダンス検出回路２９により負荷インピーダンスの変化が検出されない（負荷インピーダンスの時間変化が閾値以下である）場合は、受信電力変動の要因は、送電コイル１３、受電コイル２１間の位置関係の変化であると考えられ、回路パラメータの調整等を再度行う必要があると判定される。この場合、上記第３の実施形態で説明した方法と同様の方法で、再度、回路パラメータの調整等が行われる。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、負荷インピーダンスの変化を検出することで、送電コイル１３、受電コイル２１間の位置関係の変化と負荷変動とを区別でき、電力伝送効率の向上に必要となる回路パラメータの調整等を再度行うことができる。
【００４３】
上記第２〜第４の実施形態では、図３〜図５に示すように、無線信号送受信器１７、２６が専用のアンテナを有していたが、図６に示すように、送電コイル１３及び受電コイル２１を無線通信のアンテナとして用いてもよい。無線信号送受信器１７と送電コイル１３とは接続点（ノード）Ｎ１、Ｎ２で接続される。ノードＮ１は送電コイル１３の中間点にあってもよい。また、無線信号送受信器１７と送電コイル１３とを単線接続にして、ノードＮ２を省略してもよい。
【００４４】
また、図７に示すように、無線信号送受信器１７、２６がそれぞれコイル１７ａ、２６ａを備え、送電コイル１３、受電コイル２１と電磁結合するようにしてもよい。
【００４５】
（第５の実施形態）図８に本発明の第５の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。無線電力伝送装置は、送電装置１００と、送電装置１００から電力を伝送される（給電される）受電装置２００と、を備える。
【００４６】
送電装置１００は、高周波電源１０１及び送電コイル１０２を有する。受電装置２００は、受電コイル２０１、インピーダンス変換器２０２及び負荷回路２０３を有する。高周波電源１０１で発生し、送電コイル１０２により送信される高周波電力は、磁気結合により受電装置２００内の受電コイル２０１により受信される。
【００４７】
このような共振を用いた無線電力電送では、受電コイル２０１から負荷回路２０３側を見込む負荷インピーダンス値Ｒ２の変化により、電力伝送効率が大きく影響を受ける。図９に、受電コイル２０１から見込む負荷抵抗値を１Ωから１０ｋΩの範囲で変化させた場合の電力伝送効率の周波数特性を示す。図９から、電力伝送周波数を一定とした場合、負荷抵抗の変化により電力伝送効率は大きく変化することが分かる。
【００４８】
本実施形態は、受電コイル２０１から見込む負荷インピーダンス値Ｒ２を、負荷回路２０３のインピーダンスＲＬにかかわらず、所望の値に設定するものである。そのため、受電装置２００の受電コイル２０１と負荷回路２０３との間にインピーダンス変換器２０２を設けて、負荷インピーダンス値Ｒ２を所望の値に設定する。インピーダンス変換器２０２は、交流出力の場合、例えばトランスが使用される。
【００４９】
負荷回路２０３に供給される電圧値をＶＬとすると、負荷回路２０３で消費される電力ＰＬは数式１のように表される。
【数１】
0005580333.tif 000002
【００５０】
一方、インピーダンス変換器２０２の入力電圧をＶ２とし、インピーダンス変換器２０２ではロスが発生しないとすると、以下の数式２が成り立つ。
【数２】
0005580333.tif 000003
【００５１】
数式１、数式２より、インピーダンス変換器２０２の入力電圧Ｖ２は、以下の数式３のように表すことができる。
【数３】
0005580333.tif 000004
【００５２】
従って、数式３を満たすように高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を調整すれば、受電コイル２０１から見込む負荷インピーダンス値Ｒ２を所望の値に設定することが可能となり、高効率な電力伝送を実現することができる。
【００５３】
（第６の実施形態）図１０に本発明の第６の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。本実施形態に係る送電装置１００は、図８に示す上記第５の実施形態に係る送電装置１００に、無線信号受信器１０３及び制御回路１０４をさらに設けた構成となっている。また、本実施形態に係る受電装置２００は、図８に示す上記第５の実施形態に係る受電装置２００に、測定回路２０４及び無線信号送信器２０５をさらに設けた構成となっている。図１０において、図８に示す第５の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
測定回路２０４は、インピーダンス変換器２０２の入力電圧Ｖ２及び電流Ｉ２を測定する。インピーダンス変換器２０２の入力端子において観測される電力Ｐ２は以下の数式４のように表される。
【数４】
0005580333.tif 000005
【００５５】
従って、電圧Ｖ２は以下の数式５のように表される。
【数５】
0005580333.tif 000006
【００５６】
上記数式５より、インピーダンス変換器２０２の入力端における電力Ｐ２を測定すれば、負荷インピーダンス値Ｒ２を一定に保つために必要な電圧Ｖ２が求まる。従って、数式５のＶ２を実現するように高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を調整すればよい。本実施形態はこのような出力電圧Ｖ１の調整を行うものである。
【００５７】
無線信号送信器２０５は、測定回路２０４により測定された電圧Ｖ２及び電流Ｉ２を送電装置１００の無線信号受信器１０３へ送信する。無線信号受信器１０３は、受信した電圧Ｖ２及び電流Ｉ２を制御部１０４に通知する。制御部１０４は、通知された電圧Ｖ２及び電流Ｉ２から負荷インピーダンス値Ｒ２を求める。制御部１０４は、電圧Ｖ２の値が上記数式５を満たすように、高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を制御する。
【００５８】
これにより、受電コイル２０１から見込む負荷側インピーダンスＲ２を一定に保つことが可能になり、負荷回路２０３における電力が変動した場合においても常に高効率な電力伝送が実現できる。
【００５９】
なお、電力Ｐ２はインピーダンス変換器２０２の入力端ではなく、負荷回路２０３の入力端における電圧ＶＬ、電流ＩＬを測定することで求めてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、負荷インピーダンス値Ｒ２の計算を送電装置１００側で行っていたが、受電装置２００側で行ってもよい。その場合、受電装置２００側で算出された負荷インピーダンス値Ｒ２が、無線信号送信器２０５から無線信号受信器１０３へ送信される。
【００６１】
（第７の実施形態）図１１に本発明の第７の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。本実施形態は、受電装置２００のインピーダンス変換器２０２を整流器２０６及びＤＣ−ＤＣ変換器２０７で構成し、負荷回路２０３に直流電力を供給するものである。
【００６２】
受電コイル２０１で受電した交流電力が、整流器２０６により直流に変換され、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７により所望の出力電圧ＶＬまたは出力電流ＩＬが負荷回路２０３に供給される。
【００６３】
本実施形態でも、上記第６の実施形態で説明したように、整流器２０６の入力端における電力を測定し、整流器２０６の入力電圧Ｖ２が上記数式５を満たすように、高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を調整する。
【００６４】
このように、整流器２０６及びＤＣ−ＤＣ変換器２０７を用いることで、直流駆動負荷の場合でも、受電コイル２０１から見込むインピーダンスＲ２を所望値に保つことができるため、高効率な無線電力伝送を行うことができる。
【００６５】
（第８の実施形態）図１２に本発明の第８の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。本実施形態は、受電装置２００の負荷として充電池２０８が接続され、無線電力伝送により充電池２０８の充電を行うものである。本実施形態に係る受電装置２００には、図１１におけるＤＣ−ＤＣ変換器２０７の代わりに充電制御回路２０９が設けられている。
【００６６】
充電制御回路２０９は、整流器２０６で整流された直流電力を、出力電圧ＶＬ一定または出力電流ＩＬ一定の条件で、負荷（充電池２０８）に供給する回路であり、広義のＤＣ−ＤＣ変換器と考えることができる。充電制御回路２０９は、充電池２０８の充電状況に応じて、出力電圧ＶＬ一定または出力電流ＩＬ一定の条件を切り換える。
【００６７】
本実施形態においても、上記第６、第７の実施形態で述べたように、整流器２０６の入力端における電力を測定し、インピーダンス変換器２０２の入力電圧Ｖ２が上記数式５を満たすように高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を調整する。
【００６８】
このように、充電制御回路２０９を用いて電圧一定または電流一定の２つの条件で充電池２０８を充電する場合においても、受電コイル２０１から見込むインピーダンスＲ２を所望値に保つことができるため、高効率な無線電力伝送を行うことができる。
【００６９】
（第９の実施形態）図１３に本発明の第９の実施形態に係る無線電力伝送装置の概略構成を示す。本実施形態に係る無線電力伝送装置は、測定回路２０４がＤＣ−ＤＣ変換器２０７の出力電圧ＶＬを測定する点以外は、図１１に示す上記第７の実施形態と同様の構成となっている。
【００７０】
上記第７の実施形態においてＤＣ−ＤＣ変換器２０７が出力電圧ＶＬ一定となるように動作している場合を考える。一般に、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７は、入力電圧が十分高ければ、出力電圧ＶＬを所望の値に保つことが可能である。しかし、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の入力電圧が低下した場合は、出力電圧ＶＬを所望値に保つことが困難となる。この場合、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７は負荷回路２０３に対して、十分な電力を供給することができなくなる。本実施形態は、このような問題を解決するものである。
【００７１】
整流器２０６の入力端における電圧Ｖ２および電流Ｉ２を測定して電力Ｐ２を求める構成は上記第７の実施形態と同様である。これに加え、本実施形態では、測定回路２０４がＤＣ−ＤＣ変換器２０７の出力電圧ＶＬも測定する。
【００７２】
電圧ＶＬが所望の値以上であるときは、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の入力には十分な電圧が印加されていると考えられる。従って、上記第７の実施形態と同様に、電力Ｐ２から数式５を満たす整流器２０６の入力電圧Ｖ２を求め、これを実現するために高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を調整する。
【００７３】
一方、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の出力電圧ＶＬが所望の値よりも低い場合は、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７は正常動作していないと考えられる。従って、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の入力電圧を上昇させるために、高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を上昇させる。この結果、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の出力電圧ＶＬが所望値まで上昇すれば、これまでと同様に、電力Ｐ２から数式５を満たす整流器２０６の入力電圧Ｖ２を求め、高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を調整することで、受電コイル２０１から見込むインピーダンスＲ２を所望値に保つことができる。
【００７４】
図１４に、このような動作のフローチャートを示す。
【００７５】
（ステップＳ１０１）ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の出力電圧ＶＬが測定される。
【００７６】
（ステップＳ１０２）出力電圧ＶＬが所定値未満であるか否かが判定される。所定値未満の場合はステップＳ１０３へ進み、所定値以上の場合はステップＳ１０４へ進む。
【００７７】
（ステップＳ１０３）高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１が増加される。
【００７８】
（ステップＳ１０４）整流器２０６の入力端子における電力Ｐ２が測定される。
【００７９】
（ステップＳ１０５）整流器２０６の入力電圧Ｖ２が数式５を満たすように、高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１が調整される。
【００８０】
（ステップＳ１０６）無線電力伝送装置が動作を続ける場合はステップＳ１０１に戻る。
【００８１】
このように、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の出力電圧ＶＬを観測することで、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７が正常動作しているか否かが判断できるため、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７が正常動作していない場合でも、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の入力電圧を上昇させることで、正常動作に復帰させることが可能となる。
【００８２】
なお、本実施形態では、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７が一定電圧出力で動作している場合について説明したが、出力電流ＩＬが一定の場合においても同様な制御が可能である。すなわち、ＤＣ−ＤＣ変換器２０７の出力電流ＩＬが所望値よりも小さい場合には高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を上昇させ、電流ＩＬが所望値まで上昇した後に、インピーダンスＲ２が所望値となるように高周波電源１０１の出力電圧Ｖ１を調整すればよい。
【００８３】
上記第６〜第９の実施形態では、図１０〜図１３に示すように、無線信号受信器１０３、無線信号送信器２０５が専用のアンテナを有していたが、送電コイル１０３、受電コイル２０１を無線通信のアンテナとして用いてもよい。その場合の構成は、図６、図７に示したものと同様である。
【００８４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１  送電装置
２  受電装置
１１  高周波電源
１２  共振回路
１３  送電コイル
２１  受電コイル
２２  共振回路
２３  電力測定器
２４  負荷回路
２５  制御回路
【図１】
0005580333.tif 000007
【図２】
0005580333.tif 000008
【図３】
0005580333.tif 000009
【図４】
0005580333.tif 000010
【図５】
0005580333.tif 000011
【図６】
0005580333.tif 000012
【図７】
0005580333.tif 000013
【図８】
0005580333.tif 000014
【図９】
0005580333.tif 000015
【図１０】
0005580333.tif 000016
【図１１】
0005580333.tif 000017
【図１２】
0005580333.tif 000018
【図１３】
0005580333.tif 000019
【図１４】
0005580333.tif 000020