(57)【要約】【課題】共鳴方式のワイヤレス給電において高い給電効率を達成する。【解決手段】実施形態によれば、送電装置１００は、インバータ１０２と、送電部１０３と、アンテナ１０４と、制御部１０５とを備える。インバータ１０２は、電池１０１から供給される直流電流を交流電流に変換することによって、電力伝送信号を生成する。送電部１０３は、電力伝送信号をインバータ１０２から入力する。アンテナ１０４は、送電部１０３と共に共振し、送電部１０３から供給される電力伝送信号を磁力線として空間に放出することによってワイヤレス給電を行う。制御部１０５は、アンテナ１０４から放出される電力伝送信号の給電効率が極大になるように、電力伝送信号の周波数と送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数とのうち少なくとも一方を調整する。【選択図】図１
2014017927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池から供給される直流電流を交流電流に変換することによって、電力伝送信号を生成するインバータと、
前記電力伝送信号を前記インバータから入力する送電部と、
前記送電部と共に共振し、当該送電部から供給される電力伝送信号を磁力線として空間に放出することによってワイヤレス給電を行うアンテナと、
前記アンテナから放出される電力伝送信号の給電効率が極大になるように、前記電力伝送信号の周波数と前記送電部及び前記アンテナの共振周波数とのうち少なくとも一方を調整する制御部と
を具備する、送電装置。
【請求項２】
前記送電部と前記アンテナとの間に配置され、前記アンテナからの反射電力を検出する検出回路を更に具備し、
前記制御部は、前記反射電力が極小になるように、前記電力伝送信号の周波数と前記送電部及び前記アンテナの共振周波数とのうち少なくとも一方を調整する、
請求項１の送電装置。
【請求項３】
前記検出回路は、
前記送電部と前記アンテナとの間に配置されるバッファと、
前記バッファの入力電圧を第１のデジタル信号に変換する第１のアナログデジタル変換器と、
前記バッファの出力電圧を第２のデジタル信号に変換する第２のアナログデジタル変換器と、
前記第２のデジタル信号から前記第１のデジタル信号を減算することによって、前記反射電力を検出する信号処理部と
を具備する、請求項２の送電装置。
【請求項４】
前記信号処理部は、前記バッファの作用によって生じる遅延及び信号レベルの歪の推定結果を示す補正値を前記第２のデジタル信号からキャンセルする補正処理を行い、前記補正処理が適用された第２のデジタル信号から前記第１のデジタル信号を減算することによって、前記反射電力を検出する、請求項３の送電装置。
【請求項５】
前記ワイヤレス給電とは独立した通信方式を利用して前記ワイヤレス給電を制御するための給電制御通信を行う通信部を更に具備する、請求項１の送電装置。
【請求項６】
外部の電源からの交流電流を整流することによって、前記電池を充電するための直流電流を得る充電回路と、
前記インバータ及び前記充電回路のいずれか一方を前記電池に接続させるスイッチと
を更に具備し、
前記電池は、二次電池である、
請求項１の送電装置。
【請求項７】
磁力線として空間に放出された電力伝送信号を受信するアンテナと、
前記アンテナと共に共振し、前記アンテナから前記電力伝送信号を入力する受電部と、
前記受電部から供給される電力伝送信号を整流することによって、直流電流を得る充電回路と、
前記直流電流によって充電される二次電池と、
前記アンテナによって受信される電力伝送信号の給電効率が極大になるように、前記アンテナ及び前記受電部の共振周波数を調整する制御部と
を具備する、受電装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記アンテナにおける受信電力が極大になるように、前記アンテナ及び前記受電部の共振周波数を調整する、請求項７の受電装置。
【請求項９】
インバータが、電池から供給される直流電流を交流電流に変換することによって、電力伝送信号を生成することと、
送電部が、前記電力伝送信号を前記インバータから入力することと、
前記送電部と共に共振するアンテナが、当該送電部から供給される電力伝送信号を磁力線として空間に放出することによってワイヤレス給電を行うことと、
制御部が、前記アンテナから放出される電力伝送信号の給電効率が極大になるように、前記電力伝送信号の周波数と前記送電部及び前記アンテナの共振周波数とのうち少なくとも一方を調整することと
を具備する、送電方法。
【請求項１０】
アンテナが、磁力線として空間に放出された電力伝送信号を受信することと、
前記アンテナと共に共振する受電部が、前記アンテナから前記電力伝送信号を入力することと、
充電回路が、前記受電部から供給される電力伝送信号を整流することによって、直流電流を生成することと、
前記直流電流によって二次電池を充電することと、
制御部が、前記アンテナによって受信される電力伝送信号の給電効率が極大になるように、前記アンテナ及び前記受電部の共振周波数を調整することと
を具備する、受電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、ワイヤレス給電に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器（例えば、モバイル端末、電気自動車など）に備えられる二次電池をワイヤレスに充電することを可能にするワイヤレス給電技術への需要が高まりつつある。従来、電磁誘導現象を利用するいわゆる電磁誘導方式のワイヤレス給電の実用化が進められている。しかしながら、一般に、電磁誘導方式のワイヤレス給電によって実用的な給電効率を達成するためには、送電装置及び受電装置を十分に（例えば、両者が接触する程度に）近接させる必要がある。反面、磁界の共鳴現象を利用するいわゆる共鳴方式のワイヤレス給電によれば、送電装置及び受電装置の間の距離がある程度（例えば、１ｍ）離れていたとしても実用的な給電効率を達成できる可能性がある。
【０００３】
また、典型的に、ワイヤレス給電における送電装置は、商用電源経由で伝送用電力を獲得する。故に、係る送電装置を用いたワイヤレス給電を利用できるか否かは、商用電源を利用できるか否かに依存する。具体的には、係る送電装置が商用電源から伝送用電力を獲得できない状況下にあれば、ワイヤレス給電を利用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６５４７７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、共鳴方式のワイヤレス給電において高い給電効率を達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、送電装置は、インバータと、送電部と、アンテナと、制御部とを備える。インバータは、電池から供給される直流電流を交流電流に変換することによって、電力伝送信号を生成する。送電部は、電力伝送信号をインバータから入力する。アンテナは、送電部と共に共振し、送電部から供給される電力伝送信号を磁力線として空間に放出することによってワイヤレス給電を行う。制御部は、アンテナから放出される電力伝送信号の給電効率が極大になるように、電力伝送信号の周波数と送電部及びアンテナの共振周波数とのうち少なくとも一方を調整する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る送電装置を例示するブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る送電装置及び受電装置を例示するブロック図。
【図３】図２の変形例を示すブロック図。
【図４】第１の実施形態に係る送電装置及び受電装置の動作を例示するフローチャート。
【図５】反射損失の説明図。
【図６】第１の実施形態に係る送電装置及び受電装置における共振周波数調整処理を例示するシーケンス図。
【図７】スイッチドキャパシタ回路を例示するブロック図。
【図８】第１の実施形態に係る送電装置に設けられる検出回路を例示するブロック図。
【図９】図８の検出回路の動作の説明図。
【図１０】第２の実施形態に係る送電装置を例示するブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら実施形態の説明が述べられる。尚、以降、説明済みの要素と同一または類似の要素には同一または類似の符号が付され、重複する説明は基本的に省略される。
【０００９】
（第１の実施形態）  
図１に例示されるように、第１の実施形態に係る送電装置１００は、電池１０１と、インバータ１０２と、送電部１０３と、アンテナ１０４と、制御部１０５と、検出回路１１０と、通信部１２０とを備える。送電装置１００は、電池１０１を電源として用いるので、商用電源を利用できない状況下であっても電池１０１の残存容量が枯渇しない限りワイヤレス給電を実行可能である。即ち、送電装置１００は可搬性が高く、ワイヤレスモバイルバッテリと呼ぶこともできる。
【００１０】
電池１０１は、送電装置１００の伝送用電力を供給する。電池１０１は、二次電池であってもよいし、一次電池であってもよい。電池１０１を二次電池にすることによって、当該電池１０１の残存容量の低下時に外部からの充電によって送電装置１００の伝送用電力を補充することが可能となる。また、電池１０１は、着脱可能であってもよい。電池１０１を着脱可能にすることによって、例えば当該電池１０１の残存容量の低下時或いは当該電池１０１の故障時などに交換が可能となる。電池１０１は、送電装置１００によるワイヤレス給電時に直流電流をインバータ１０２へと供給する。
【００１１】
インバータ１０２は、電池１０１からの直流電流を交流電流へと変換することによって電力伝送信号を生成する。電力伝送信号の周波数は、固定であってもよいし、後述されるように制御部１０５によって制御されてよい。尚、送電装置１００が使用される国または地域における法令または規則によってワイヤレス給電に用いることのできる周波数が制限されていることがある。係る場合には、電力伝送信号の周波数は固定にするか上記法令または規則に違反しない範囲内で制御する必要がある。インバータ１０１は、電力伝送信号を送電部１０３へと供給する。
【００１２】
送電部１０３は、インバータ１０２から電力伝送信号を入力する。送電部１０３は、電力伝送信号を検出回路１１０を介してアンテナ１０４へと供給する。アンテナ１０４は、送電部１０３と共に共振する。即ち、送電部１０３及びアンテナ１０４は、特定の共振周波数を持つ。アンテナ１０４は、この共振周波数において電力伝送信号を（磁力線として）空間へと放出する。
【００１３】
ここで、送電側及び受電側は磁力線により結合される。具体的には、アンペアの法則によれば、アンテナ１０４を形成するコイルに電流を流すことによって磁力線が空間に放出され、この磁力線が受電側のアンテナを形成するコイルを通ることによって当該コイルに電流が流れ、電力の伝送が可能となる。
【００１４】
そして、受電側のアンテナ及び受電部の共振周波数が送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数と一致したときに、電力伝送信号の給電効率は最大となる。具体的には、送電側及び受電側の間の結合係数が最大となり、送電側及び受電側は共鳴状態となる。
【００１５】
送電部１０３は、例えばバッファとインピーダンス整合回路とを含む。バッファは、アンテナ１０４からの反射電力がインバータ１０２側に干渉することを防ぐ。インピーダンス整合回路は、電力伝送信号の周波数における送電部１０３の出力インピーダンスをアンテナ１０４の入力インピーダンスに整合させる。送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数は、制御部１０５によって制御されてよい。
【００１６】
制御部１０５は、送電装置１００の各要素を制御する。  
例えば、制御部１０５は通信部１２０によって行われる給電制御通信を制御する。具体的には、制御部１０５は、ワイヤレス給電における受電側に対する信号（例えば、後述される調整開始要求信号など）を通信部１２０に送信させる。更に、制御部１０５は、ワイヤレス給電における受電側からの信号（例えば、後述される給電要求信号、調整完了通知信号、停止要求信号など）を通信部１２０に受信させる。制御部１０５は、ワイヤレス給電の受電側からの信号に応じて、後述される予備給電を開始したり、後述される定格給電を開始または終了したりする。
【００１７】
また、制御部１０５は、給電効率が極大になるように送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数を調整してもよい。例えば、制御部１０５は、検出回路１１０から通知される反射電力が極小になるように共振周波数を調整する。
【００１８】
ここで、反射電力は、例えばインピーダンス不整合などの原因でアンテナ１０４から送電部１０３へ反射される電力である。故に、反射電力が小さいほど、大きな電力がワイヤレス給電における受電側へ伝送されている。即ち、反射電力が小さいほど、給電効率は高い。
【００１９】
尚、換言すれば、反射損失が大きいほど、大きな電力がワイヤレス給電における受電側へ伝送されている。図５に例示されるように、調整処理の途上で設定される周波数（ｆ１，ｆ２）に比べて、最終的に設定される周波数（ｆｃ）の下での反射損失は大きくなる。
【００２０】
送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数（ｆｒ）は、概ね下記数式（１）によって表すことができる。
【数１】
2014017927.tif 000003
【００２１】
数式（１）において、Ｌは送電部１０３及びアンテナ１０４の共振に関わるインダクタンスを表し、Ｃは送電部１０３及びアンテナ１０４の共振に関わるキャパシタンスを表す。尚、後述される他の共振周波数も同様に、概ね数式（１）によって表すことができる。
【００２２】
数式（１）から明らかなように、制御部１０５は、インダクタンス及びキャパシタンスの一方または両方を変更することによって、送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数を調整できる。例えば、コイルの中に磁性体を挿入して当該磁性体の挿入量を変更することによって、インダクタンスを調整することができる。また、いわゆるバリコン（可変コンデンサ）を用いて電極間の距離を変更することによって、キャパシタンスを調整することができる。しかしながら、これらの調整技法は、機械的な機構を必要とする。機械的な機構の物理的な寸法及び重量を小さくすることは困難なので、これらの調整技法は送電装置１００の可搬性を妨げるおそれがある。そこで、送電部１０３は例えば図７に示されるスイッチドキャパシタ回路を備えてもよい。スイッチドキャパシタ回路によれば、物理的な寸法及び重量の増大を抑えつつキャパシタンスを調整することが可能となる。
【００２３】
図７のスイッチドキャパシタ回路は、並列接続された複数のキャパシタと、これらキャパシタを選択制御するための複数のスイッチとを含む。具体的には、図７のスイッチドキャパシタ回路において、５つのキャパシタ４０１，４０２，４０３，４０４，４０５が並列接続されている。５つのキャパシタは、スイッチ４１１，４１２，４１３，４１４，４１５によって選択制御され、選択状態に応じて図７のスイッチドキャパシタ回路の入出力間のキャパシタンスが調整される。更に、キャパシタ４０５にはバリキャップダイオード４０６が直列接続されている。バリキャップダイオード４０６のキャパシタンスは、印加される電圧（Ｖｒ）に応じて変化する。バリキャップダイオード４０６を設けることによって、より細かな単位でキャパシタンスを調整することが可能となる。即ち、制御部１０５は、スイッチ４１１，４１２，４１３，４１４，４１５の選択状態と、バリキャップダイオード４０６に印加される電圧（Ｖｒ）とを制御することによって、図７のスイッチドキャパシタ回路の入出力間のキャパシタンスを所望の値に調整することができる。
【００２４】
尚、スイッチドキャパシタ回路において並列接続されるキャパシタの総数は４以下または６以上であってよい。また、バリキャップダイオードの総数は２以上であってもよいし、零であってもよい。更に、バリキャップダイオードは、キャパシタに直列接続ではなく並列接続されてもよい。
【００２５】
更に、制御部１０５は、給電効率が極大になるように、インバータ１０２によって生成される電力伝送信号の周波数を調整してもよい。例えば、制御部１０５は、検出回路１１０から通知される反射電力が極小になるように電力伝送信号の周波数を調整する。これにより、電力伝送信号の周波数が、送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数と一致するように調整できる。
【００２６】
検出回路１１０は、アンテナ１０４からの反射電力を検出する。検出回路１１０は、検出した反射電力を示す反射レベルを制御部１０５に通知する。検出回路１１０は、方向性結合器を含む回路であってもよいし、後述されるように図８に例示されるものであってもよい。
【００２７】
通信部１２０は、制御部１０５からの制御に従って、ワイヤレス給電を制御するための給電制御通信を行う。給電制御通信は、例えば、給電の開始または停止を受電側が送電側に要求したり、定格給電の準備に必要な種々の信号（例えば、後述される調整開始要求信号、調整完了通知信号など）を送電側と受電側との間でやり取りしたりするためのものである。また、通信部１２０は、ワイヤレス給電を開始する前に認証が必要である場合には、係る認証のための通信を行ってもよい。
【００２８】
尚、電力伝送信号は共鳴方式のワイヤレス給電によって伝送されるが、給電制御通信はこれと異なる通信方式（例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）など）を利用して実現される。給電制御通信をワイヤレス給電と独立した通信方式を利用して実現することによって、給電制御通信を高速に実行することができる。即ち、例えば、受電側の状態を監視し、受電側の異常を検知してワイヤレス給電を緊急停止させるなどのリアルタイム制御を容易に実現することができる。
【００２９】
図２の例によれば、通信部１２０は、通信制御部１２１と、無線送受信機１２２とを備えている。通信制御部１２１は、制御部１０５からの制御に従って、無線送受信機１２２の動作を制御する。通信制御部１２１は、無線送受信機１２２に種々の信号を送信させたり、無線送受信機１２２によって受信された種々の信号を制御部１０５に通知したりする。無線送受信機１２２は、通信制御部１２１からの制御に従って、種々の信号を送信及び受信する。
【００３０】
送電装置１００は、例えば図２に示される受電装置２００へ電力伝送信号（Ｓ１）を伝送すると共に当該受電装置２００との間で給電制御通信（Ｓ２）を行う。受電装置２００は、アンテナ２０１と、受電部２０２と、充電回路２０３と、二次電池２０４と、無線送受信機２０５と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）２１０とを備える。
【００３１】
アンテナ２０１は、受電部２０２と共に共振する。即ち、アンテナ２０１及び受電部２０２は、特定の共振周波数を持つ。アンテナ２０１は、送電装置１００によって磁力線として空間に放出された電力伝送信号を受信する。アンテナ２０１は、上記共振周波数において、最も効率良く電力伝送信号を受信できる。アンテナ２０１は、磁力線を電流（即ち、電力伝送信号）へ変換し、電力伝送信号を受電部２０２へと供給する。
【００３２】
受電部２０２は、アンテナ２０１から電力伝送信号を入力する。受電部２０２は、電力伝送信号を充電回路２０３へと供給する。受電部２０２は、例えばインピーダンス整合回路とバッファとを含む。インピーダンス整合回路は、受電部２０２の入力インピーダンスをアンテナ２０１の出力インピーダンスに整合させる。バッファは、充電回路２０３からの反射電力が受電部２０２側に干渉することを防ぐ。アンテナ２０１及び受電部２０２の共振周波数は、後述される給電制御通信用アプリケーション２１２によって制御されてよい。
【００３３】
充電回路２０３は、受電部２０２から電力伝送信号（即ち、交流電流）を入力する。充電回路２０３は、電力伝送信号を整流することによって直流電流を生成する。充電回路２０３は、直流電流を二次電池２０４へと供給する。
【００３４】
二次電池２０４は、充電回路２０３からの直流電流によって充電される。二次電池２０４は、基本的には、受電装置２００の電源として機能する。
【００３５】
無線送受信機２０５は、後述される無線送受信機用ドライバ２１３と共に、給電制御通信用アプリケーション２１２からの制御に従って、給電制御通信を行う。無線送受信機２０５は、無線送受信機用ドライバ２１３からの制御に従って、種々の信号を送信及び受信する。
【００３６】
ＣＰＵ２１０は、例えば、充電制御用ソフトウェア２１１、給電制御通信用アプリケーション２１１及び無線送受信機用ドライバ２１３を実行し、受電装置２００における制御部として機能する。
【００３７】
充電制御用ソフトウェア２１１は、充電回路２０３を介して二次電池２０４の残存容量を監視する。充電制御用ソフトウェア２１１は、二次電池２０４の残存容量が低下した場合に、受電を開始させるためのトリガを発生する。更に、充電制御用ソフトウェア２１１は、二次電池２４０の残存容量が十分に回復した場合に、受電を停止させるためのトリガを発生する。
【００３８】
給電制御通信用アプリケーション２１２は、ワイヤレス給電及び給電制御通信に関して、受電装置２００の各要素を制御する。  
例えば、給電制御通信用アプリケーション２１２は無線送受信機用ドライバ２１３及び無線送受信機２０５によって行われる給電制御通信を制御する。具体的には、給電制御通信用アプリケーション２１２は、送電装置１００に対する信号（例えば、後述される給電要求信号、調整完了通知信号、停止要求信号など）を無線送受信機用ドライバ２１３及び無線送受信機２０５に送信させる。更に、給電制御通信用アプリケーション２１２は、送電装置１００からの信号（例えば、後述される調整開始要求信号など）を無線送受信機用ドライバ２１３及び無線送受信機２０５に受信させる。また、給電制御通信用アプリケーション２１２は、充電制御用ソフトウェア２１２が発生するトリガに応じて、後述される給電要求信号及び停止要求信号を生成する。
【００３９】
更に、給電制御通信用アプリケーション２１２は、給電効率が極大になるようにアンテナ２０１及び受電部２０２の共振周波数を調整してもよい。例えば、給電制御通信用アプリケーション２１２は、アンテナ２０１における受信電力が極大になるように共振周波数を調整する。また、給電制御通信用アプリケーション２１２は、受信電力が極大となるように電力伝送信号の周波数または送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数を調整する要求を無線送受信機２０５から送電装置１００に送信してもよい。係る要求を受信した場合に、送電装置１００は電力伝送信号の周波数または送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数を調整してもよい。
【００４０】
無線送受信機用ドライバ２１３は、給電制御通信用アプリケーション２１２からの制御に従って、無線送受信機２０５の動作を制御する。無線送受信機用ドライバ２１３は、無線送受信機２０５に種々の信号を送信させたり、無線送受信機２０５によって受信された種々の信号を給電制御通信用アプリケーション２１２に通知したりする。
【００４１】
尚、ユーザが使用する電子機器が共鳴方式のワイヤレス給電における受電機能及び給電制御通信のための通信機能を備えないことも想定される。係る想定に応えるために、受電装置２００の要素の一部を例えばアダプタとして実装することも有効である。このアダプタが取り付けられた様々な電子機器は、受電装置２００と同様に、送電装置１００からのワイヤレス給電を利用できる。
【００４２】
例えば図３に示される電子機器３１０（例えば、モバイル端末、電気自動車など）は、上記受電機能及び通信機能を備えていない。しかしながら、電子機器３１０に電気的に接続された受電装置３００が受電機能及び通信機能を担うことによって、当該電子機器３１０は送電装置１００からのワイヤレス給電を利用できる。受電装置３００は、例えば電子機器３１０の給電端子を介して当該電子機器３１０に電気的に接続されてよい。
【００４３】
受電装置３００は、例えば、受電装置２００のうちアンテナ２０１、受電部２０２、無線送受信機２０５及びＣＰＵ２１０を備えることができる。受電装置３００は、送電装置１００から電力伝送信号（Ｓ１）を受信したり、送電装置１００との間で給電制御通信（Ｓ２）を行ったりする。他方、受電装置３００は、電力伝送信号（Ｓ１）によって得られた交流電流を電子機器３１０に供給したり、給電制御通信（Ｓ２）のために電子機器３１０に備えられる二次電池の残存容量を監視したりする。
【００４４】
送電装置１００及び受電装置２００は、例えば図４に示されるように、共鳴方式のワイヤレス給電を実現する。尚、説明の簡単化のために、受電装置２００が既に起動している状態で送電装置１００に電源が投入されるものとする。しかしながら、実用上、両者の電源投入タイミングは逆転することもある。
【００４５】
送電装置１００の制御部１０５は、電源投入後に起動チェックを行う（Ｓ１００）。起動チェックとは、例えば、電池１０１の残存容量を確認すること、通信部１２０における異常の有無を確認することなどである。尚、電池１０１の残存容量が閾値を下回っている場合には、送電装置１００はユーザに対して電池１０１の充電または交換を促すインジケータを表示してもよいし、送電装置１００が受電機能を備えていれば自動的に受電を開始して電池１０１（二次電池）を充電してもよい。起動チェックが終了してから、処理はステップＳ１１０に進む。
【００４６】
ステップＳ１１０において、送電装置１００は予備給電を行う。ここで、予備給電とは、充電を必要とする受電装置（以降、受電対象と称される）が検出可能な最小限の電力レベルでのワイヤレス給電を意味する。また、予備給電において、インバータ１０２によって変換される交流電流の周波数は初期値であってよい。送電装置１００の周辺に受電対象が存在すれば当該受電対象は給電要求信号を送信するので、送電装置１００の通信部１２０は当該給電要求信号を待機する（ステップＳ１２０）。即ち、予備給電は、送電装置１００の周辺の受電対象の有無をサーチする役割を担う。尚、一般に、送電装置１００の周辺に受電対象が存在しない場合にはアンテナ１０４からの反射電力が大きくなるので、送電装置１００は反射電力の大きさに基づいて周辺の受電対象の有無を簡易に判定することもできる。
【００４７】
予備給電によってワイヤレス給電に供される電力は最小化されるので、送電装置１００の周辺に受電対象が周辺に存在しない場合であっても電池１０１の消耗が抑制される。尚、電池１０１の消耗を抑制する効果を高めるために、予備給電は間欠的に行われてもよい。更に、送電装置１００の周辺に受電対象が存在しないことを判定した場合に、送電装置１００は予備給電の実行間隔を大きくしてもよい。更に、受電対象が周辺に存在する場合であっても、後述される定格給電の準備の間は予備給電が継続して行われるので、電池１０１の消耗は抑制される。
【００４８】
受電装置２００のＣＰＵ２１０は、二次電池２０４の充電が必要になると（ステップＳ２００）、給電信号待ち状態に移行する（ステップＳ２１０）。ここで、充電が必要であるか否かは、二次電池２０４の残存容量に基づいて判定されてよい。例えば、二次電池２０４の残存容量が閾値を下回る場合にＣＰＵ２１０が給電信号待ち状態に移行してもよい。
【００４９】
給電信号は、予備給電において伝送される電力伝送信号を意味する。即ち、ＣＰＵ２１０は、前述の予備給電（Ｓ１１０）が開始するまで待機し続ける（ステップＳ２２０）。受電装置２００は、予備給電を通じて給電信号（Ｓ１１）を受けると、給電要求信号（Ｓ２１）を送電装置１００へと送信する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２３０の後に、送電装置１００の通信部１２０と受電装置２００の無線送受信機２０５との間で給電制御通信（Ｓ２２）が行われる。
【００５０】
給電制御通信（Ｓ２２）が開始してから、送電装置１００における共振周波数調整処理（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）及び受電装置２００における共振周波数調整処理（ステップＳ２４０，Ｓ２５０）が実行される。これらの処理は、定格給電（Ｓ１２）の準備に相当する。
【００５１】
ここで、送電装置１００における共振周波数調整処理、受電装置２００における共振周波数処理及び電力伝送信号の周波数調整処理は、いずれも給電効率の向上に寄与するが必ずしも全ての周波数調整処理を実行する必要はない。図４の例によれば、送電装置１００における共振周波数調整処理及び受電装置２００における共振周波数処理が実行さされるものの、電力伝送信号の周波数調整処理は実行されない。また、定格給電の準備の複雑化を避ける観点から、複数の周波数調整処理を実行する場合には、１つの周波数調整処理が完了してから別の周波数調整処理を開始することが好ましい。後述される図６の例によれば、送電装置１００における共振周波数調整処理が完了してから受電装置２００における共振周波数処理が開始されている。
【００５２】
送電装置１００における共振周波数調整処理（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）及び受電装置２００における共振周波数調整処理（ステップＳ２４０，Ｓ２５０）が完了すると、定格給電（Ｓ１２）が開始する。定格給電（Ｓ１２）は、前述の予備給電とは異なり、受電装置２００によって要求される定格電圧での給電を意味する。
【００５３】
定格給電（Ｓ１２）を通じて、送電装置１００は後述される停止要求信号（Ｓ２３）を受信するまで送電を継続する（ステップＳ１５０，Ｓ１６０）。他方、定格給電（Ｓ１２）を通じて、受電装置２００は、二次電池２０４が満充電（或いは、二次電池２０４の残存容量が閾値以上）となるまで受電及び二次電池２０４の充電を継続する（ステップＳ２６０，Ｓ２７０）。二次電池２０４が満充電となると、受電装置２００の無線送受信機２０５は停止要求信号（Ｓ２３）を送信し（ステップＳ２８０）、受電を停止する（ステップＳ２９０）。他方、送電装置１００は、停止要求信号（Ｓ２３）を受信すると（ステップＳ１６０）、給電を停止する（ステップＳ１７０）。送電装置１００は、給電を停止してから予備給電（ステップＳ１１０）を再開してもよいし、電源を切断してもよい。
【００５４】
送電装置１００における共振周波数調整処理（前述のステップＳ１３０，Ｓ１４０）及び受電装置２００における共振周波数処理（前述のステップＳ２４０，Ｓ２５０）は、図６に例示されるように実行されてよい。
【００５５】
送電装置１００の電源投入後に、制御部１０５は、送電部１０３及びアンテナ１０４の初期共振周波数と電力伝送信号の初期出力レベルとを設定する。制御部１０５は、これらの初期設定が完了してから電力伝送信号の送信を開始する。
【００５６】
他方、受電装置２００は、充電の必要性が生じていれば、ＣＰＵ２１０によって実行される給電制御通信用アプリケーション２１２は受電部２０２の初期設定を行う。受電部２０２の初期設定が完了してから、給電制御通信用アプリケーション２１２はアンテナ２０１における受信電力を示す受信レベルを継続的に記録する。
【００５７】
制御部１０５は、検出回路１１０から通知される反射レベルを継続的に記録する。制御部１０５は、反射レベルの増減に応じて、送電部１０３及びアンテナ１０４の共振に関わるキャパシタンスを増減させる。図６の例によれば、制御部１０５は、最初にキャパシタンスを増大させる。制御部１０５は、反射レベルが減少し続ける限りはキャパシタンスを増大させ続ける。そして、制御部１０５は、反射レベルが増大に転じるとキャパシタンスを減少させ始める。最終的に、キャパシタンスは、反射レベルを極小化するように収束する。制御部１０５は、反射レベルを極小化するキャパシタンスを送電部１０３に設定し、送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数調整処理を終了する。通信部１２０は、送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数調整処理の終了後に、調整開始要求信号を受電装置２００へと送信する。
【００５８】
受電装置２００の無線送受信機２０５が調整開始要求信号を受信すると、給電制御通信用アプリケーション２１２はアンテナ２０１及び受電部２０２の共振周波数の調整を開始する。給電制御通信用アプリケーション２１２は、受信レベルの増減に応じて、アンテナ２０１及び受電部２０２の共振に関わるキャパシタンスを増減させる。図６の例によれば、給電制御通信用アプリケーション２１２は、最初にキャパシタンスを増大させる。給電制御通信用アプリケーション２１２は、受信レベルが増大し続ける限りはキャパシタンスを増大させ続ける。そして、給電制御通信用アプリケーション２１２は、受信レベルが減少に転じるとキャパシタンスを減少させ始める。最終的に、キャパシタンスは、受信レベルを極大化するように収束する。給電制御通信用アプリケーション２１２は、受信レベルを極大化するキャパシタンスを受電部２０２に設定し、アンテナ２０１及び受電部２０２の共振周波数調整処理を終了する。無線送受信機２０５は、アンテナ２０１及び受電部２０２の共振周波数調整処理の終了後に、調整完了通知信号を送電装置１００へと送信する。
【００５９】
尚、送電装置１００は、調整完了通知信号を受信してから直ちに定格給電を開始してもよいし、送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数を再度調整してもよい。送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数を再度調整することの背景として、アンテナ２０１及び受電部２０２の共振周波数の調整に伴って共鳴条件が変動することが想定される。共鳴条件の変動の結果、送電装置１００において反射電力が再び増大するおそれがある。送電部１０３及びアンテナ１０４の共振周波数を再度調整することによって、反射電力を再び極小化することができる。但し、共振周波数の調整が収束しない事態を防ぐために、制御部１０５は反射電力の増分が許容範囲内であれば再度の共振周波数の調整を省略してもよい。
【００６０】
前述のように、検出回路１１０は、アンテナ１０４からの反射電力を検出する。一般に、反射電力を検出するためには、方向性結合器が利用される。しかしながら、方向性結合器は、高周波（ここでは概ね１００ＭＨｚ以上）の反射電力を検出するのには好適であるものの、低周波（ここでは概ね数ＭＨｚ以下）の反射電力を検出する場合の効率が高くない。
【００６１】
反面、例えば、インバータ１０２、充電回路２０３などに含まれる回路素子の一部は、高周波信号に対する動作効率が良好でない。故に、送電装置１００が、低周波の電力伝送信号を用いてワイヤレス給電を実行することも想定される。係る場合には、図８に例示される検出回路１１０を用いることが好適である。
【００６２】
図８の検出回路１１０は、バッファ１１１と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１１２，１１３と、信号処理部１１４とを備える。
【００６３】
バッファ１１１は、送電部１０３とアンテナ１０４との間に配置される。送電部１０３からの電力伝送信号（Ｓ５０１）を入力し、電力伝送信号（Ｓ５０２）をアンテナ１０４へと出力する。
【００６４】
図９に例示されるように、電力伝送信号（Ｓ５０１）及び電力伝送信号（Ｓ５０２）は、互いに類似しているもののある程度の差異がある。電力伝送信号（Ｓ５０１）及び電力伝送信号（Ｓ５０２）の関係に注目すると、バッファ１１１の作用によって出力側から入力側への干渉が抑制されており、かつ、出力側はアンテナ１０４に接続されている。即ち、理論上は、電力伝送信号（Ｓ５０２）は電力伝送信号（Ｓ５０１）及びその反射成分（Ｓ５０１Ｒ）を含むものの、電力伝送信号（Ｓ５０１）はその反射成分（Ｓ５０１Ｒ）を含まない。故に、上記差異は電力伝送信号（Ｓ５０１）の反射成分（Ｓ５０１Ｒ）を実質的に示しており、Ｓ５０２＝Ｓ５０１＋Ｓ５０１Ｒが概ね成立する。換言すれば、電力伝送信号（Ｓ５０２）から電力伝送信号（Ｓ５０１）を減算することによって、反射電力を検出することが可能となる。
【００６５】
ＡＤＣ１１２は、電力伝送信号（Ｓ５０１）（即ち、バッファ１１１の入力電圧）を入力する。ＡＤＣ１１２は、電力伝送信号（Ｓ５０１）を第１のデジタル信号へと変換する。ＡＤＣ１１２は、第１のデジタル信号を信号処理部１１４へと出力する。
【００６６】
ＡＤＣ１１３は、電力伝送信号（Ｓ５０２）（即ち、バッファ１１１の出力電圧）を入力する。ＡＤＣ１１３は、電力伝送信号（Ｓ５０２）を第２のデジタル信号へと変換する。ＡＤＣ１１３は、第２のデジタル信号を信号処理部１１４へと出力する。
【００６７】
信号処理部１１４は、ＡＤＣ１１２から第１のデジタル信号を入力し、ＡＤＣ１１３から第２のデジタル信号を入力する。信号処理部１１４は、第２のデジタル信号から第１のデジタル信号を減算することによって、反射電力を検出する。信号処理部１１４は、反射電力を示す反射レベルを制御部１０５に通知する。
【００６８】
ここで、電力伝送信号（Ｓ５０２）及び第２のデジタル信号は、厳密には、バッファ１１１の作用によって生じた遅延及び信号レベルの歪を含む。故に、反射電力の検出精度が重視される場合には補正処理が有効である。検出回路１１０は、補正処理を行うために、スイッチ１１５とインピーダンス素子１１６とを更に備えてもよい。
【００６９】
具体的には、補正処理において用いられる補正値を導出するために、スイッチ１１５はバッファ１１１の出力端子をアンテナ１０４ではなくインピーダンス素子１１６に接続する。インピーダンス素子１１６は、バッファ１１１の出力インピーダンスと整合し、反射電力を極小化するように設計されている。
【００７０】
故に、バッファ１１１の出力端子がインピーダンス素子１１６に接続されている間は、インピーダンス素子１１６からの反射電力を無視することができる。即ち、電力伝送信号（Ｓ５０２）は、電力伝送信号（Ｓ５０１）と、バッファ１１１の作用によって生じた遅延及び信号レベルの歪とを主に含む。信号処理部１１４は、第２のデジタル信号及び第１のデジタル信号を比較することによって、上記遅延及び信号レベルの歪の推定結果を示す補正値を導出できる。信号処理部１１４は、導出した補正値を保存する。
【００７１】
ワイヤレス給電を実行する場合には、スイッチ１１５はバッファ１１１の出力端子をアンテナ１０４に接続する。信号処理部１１４は、補正値を用いて第２のデジタル信号から上記遅延及び信号レベルの歪をキャンセルする補正処理を行う。信号処理部１１４は、補正処理が適用された第２のデジタル信号から第１のデジタル信号を減算することによって、反射電力を高精度に検出する。
【００７２】
以上説明したように、第１の実施形態に係る送電装置及び受電装置は、当該送電装置及び受電装置における共振周波数調整処理及び電力伝送信号の周波数調整処理のうち少なくとも一部を実行する。従って、これらの送電装置及び受電装置によれば、共鳴方式のワイヤレス給電において高い給電効率を達成することができる。
【００７３】
（第２の実施形態）  
図１０に例示されるように、第２の実施形態に係る送電装置６００は、二次電池６０１と、インバータ１０２と、送電部１０３と、アンテナ１０４と、制御部６０５と、スイッチ６０６と、受電部６０７と、充電回路６０８と、電源入力部６０９と、検出回路１１０と、通信部１２０とを備える。送電装置６００は、二次電池６０１を電源として用いるので、商用電源を利用できない状況下であっても二次電池６０１の残存容量が枯渇しない限りワイヤレス給電を実行可能である。即ち、送電装置６００は、送電装置１００と同様に可搬性が高く、ワイヤレスモバイルバッテリと呼ぶこともできる。
【００７４】
二次電池６０１は、送電装置６００の伝送用電力を供給する。二次電池６０１は、残存容量の低下時に外部からの充電によって送電装置６００の伝送用電力を補充できる。また、二次電池６０１は、着脱可能であってもよい。二次電池６０１を着脱可能にすることによって、例えば当該二次電池６０１の残存容量の低下時或いは当該二次電池６０１の故障時などに交換が可能となる。二次電池６０１は、ワイヤレス給電時にスイッチ６０６を介して直流電流をインバータ１０２へと供給する。また、二次電池６０１は、外部からの充電によって送電装置６００の伝送用電力を補充するために、スイッチ６０６を介して充電回路６０８から直流電流を受け入れることもある。
【００７５】
制御部６０５は、制御部１０５と同一または類似の処理に加えて、スイッチ６０６の選択制御を行う。例えば、制御部６０５は、ワイヤレス給電時に、二次電池６０１をインバータ１０２に接続させるようにスイッチ６０６を制御する。また、制御部６０５は、二次電池６０１の充電時に、二次電池６０１を充電回路６０８に接続させるようにスイッチ６０６を制御する。また、制御部６０５は、充電回路６０８を介して二次電池６０１の残存容量を監視し、必要に応じて充電を開始／停止させる。
【００７６】
更に、制御部６０５は、外部の送電装置からの給電効率が極大になるようにアンテナ１０４及び受電部６０７の共振周波数を調整してもよい。例えば、制御部６０５は、図示されない外部の送電装置からの受信電力が極大になるように共振周波数を調整する。
【００７７】
スイッチ６０６は、制御部６０５からの制御に従って、二次電池６０１をインバータ１０２或いは充電回路６０８に接続させる。例えば、ワイヤレス給電時に、スイッチ６０６は二次電池６０１をインバータ１０２に接続させる。また、二次電池６０１の充電時に、スイッチ６０６は二次電池６０１を充電回路６０８に接続させる。
【００７８】
送電装置６００において、アンテナ１０４は、受電部６０７と共に共振する。即ち、アンテナ１０４及び受電部６０７は、特定の共振周波数を持つ。アンテナ１０４は、他の送電装置によって磁力線として空間に放出された電力伝送信号を受信する。アンテナ１０４は、上記共振周波数において、最も効率良く電力伝送信号を受信できる。アンテナ１０４は、磁力線を電流（即ち、電力伝送信号）へ変換し、電力伝送信号を受電部６０７へと供給する。
【００７９】
受電部６０７は、アンテナ１０４から電力伝送信号を入力する。受電部６０７は、電力伝送信号を充電回路６０８へと供給する。受電部６０７は、例えばインピーダンス整合回路とバッファとを含む。インピーダンス整合回路は、受電部６０７の入力インピーダンスをアンテナ１０４の出力インピーダンスに整合させる。バッファは、充電回路６０８からの反射電力が受電部６０７側に干渉することを防ぐ。アンテナ１０４及び受電部６０７の共振周波数は、制御部６０５によって制御されてよい。
【００８０】
充電回路６０８は、受電部６０７または電源入力部６０９から電力伝送信号（即ち、交流電流）を入力する。充電回路６０８は、電力伝送信号を整流することによって直流電流を生成する。充電回路６０８は、スイッチ６０６を介して直流電流を二次電池６０１へと供給する。
【００８１】
電源入力部６０９は、例えば商用電源などの外部の交流電源から二次電池６０１を充電するための電力伝送信号を受け取り、充電回路６０８へと供給する。
【００８２】
以上説明したように、第２の実施形態に係る送電装置は、当該送電装置に備えられる二次電池を外部の電源を用いて充電することによって伝送用電力を補充する。従って、この送電装置によれば、外部の電源が確保できる状況下であれば二次電池の残存容量が低下した場合にも受電装置に対するワイヤレス給電を継続することができる。
【００８３】
上記各実施形態において説明された少なくとも一部の処理は、汎用のコンピュータを基本ハードウェアとして用いることで実現可能である。上記処理を実現するプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納して提供されてもよい。プログラムは、インストール可能な形式のファイルまたは実行可能な形式のファイルとして記憶媒体に記憶される。記憶媒体としては、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ等）、光磁気ディスク（ＭＯ等）、半導体メモリなどである。記憶媒体は、プログラムを記憶でき、かつ、コンピュータによって読み取り可能であれば、何れであってもよい。また、上記処理を実現するプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ（サーバ）上に格納し、ネットワーク経由でコンピュータ（クライアント）にダウンロードさせてもよい。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８５】
１００，６００・・・送電装置、１０１・・・電池、１０２・・・インバータ、１０３・・・送電部、１０４，２０１・・・アンテナ、１０５，６０５・・・制御部、１１０・・・検出回路、１１１・・・バッファ、１１２，１１３・・・アナログデジタル変換器、１１４・・・信号処理部、１１５，４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，６０６・・・スイッチ、１１６・・・インピーダンス素子、１２０・・・通信部、１２１・・・通信制御部、１２２，２０５・・・無線送受信機、２００，３００・・・受電装置、２０２，６０７・・・受電部、２０３，６０８・・・充電回路、２０４，６０１・・・二次電池、２１０・・・ＣＰＵ、２１１・・・充電制御用ソフトウェア、２１２・・・給電制御通信用アプリケーション、２１３・・・無線送受信機用ドライバ、３１０・・・電子機器、４００・・・スイッチドキャパシタ回路、４０１，４０２，４０３，４０４，４０５・・・キャパシタ、４０６・・・バリキャップダイオード、６０９・・・電源入力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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