(57)【要約】  入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置に用いる周波数制御装置において、伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御手段を備え、制御手段は、送周波数を減少させるときの減少量を、伝送周波数を増加させるときの増加量より小さいように設定する。
2014068989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置に用いる周波数制御装置において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御手段を備え、
上記制御手段は、上記伝送周波数を減少させるときの減少量を、上記伝送周波数を増加させるときの増加量より小さいように設定する周波数制御装置。
【請求項２】
入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置に用いる周波数制御装置において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御手段を備え、
上記制御手段は、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を減少させることなく増加させる周波数制御装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を所定の最小周波数から段階的に増加させる毎に所定の電力伝送特性を測定し、上記測定された伝送電力特性が所定の条件を満たすとき、上記伝送周波数を増加させることを禁止して、電力伝送を継続するように制御する請求項２記載の周波数制御装置。
【請求項４】
上記制御手段は、
上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を所定の最小周波数から所定の最大周波数まで段階的に増加させる毎に所定の電力伝送特性を測定して記憶手段に記憶し、
上記伝送周波数を掃引した後、電力伝送を停止するように制御するとともに、上記記憶手段に記憶された電力伝送特性のうち所定の条件を満たす電力伝送特性に対応する伝送周波数を検索し、当該検索された伝送周波数で電力伝送を開始するように制御する請求項２記載の周波数制御装置。
【請求項５】
上記制御手段は、
上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を所定の最小周波数から所定の最大周波数まで段階的に増加させる毎に所定の電力伝送特性を測定して記憶手段に記憶し、
上記伝送周波数を掃引した後、電力伝送を停止することなく上記無線送電装置への入力電圧を減少させるように制御するとともに、上記記憶手段に記憶された電力伝送特性のうち所定の条件を満たす電力伝送特性に対応する伝送周波数を検索し、上記伝送周波数を、当該検索された伝送周波数に変更する請求項２記載の周波数制御装置。
【請求項６】
上記伝送電力特性は、上記無線送電装置に入力される電圧及び電流、上記受電アンテナから出力される電圧及び電流、ならびに伝送効率のうちの少なくとも１つである請求項３から５までのうちのいずれか１つに記載の周波数制御装置。
【請求項７】
請求項１から６までのうちのいずれか１つに記載の周波数制御装置と、
送電アンテナと、
入力される電力を、上記伝送周波数を有する電力に変換して上記送電アンテナに出力する送電回路とを備える無線送電装置。
【請求項８】
上記送電回路の出力端子から上記送電アンテナの入力端子を臨むときの出力インピーダンスは、上記送電アンテナの入力端子から上記送電回路の出力端子を臨むときの入力インピーダンスと実質的に等しいように設定される請求項７記載の無線送電装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の無線送電装置と、
受電アンテナとを備える無線電力伝送システム。
【請求項１０】
上記受電アンテナは負荷に接続され、
上記受電アンテナの出力端子から上記負荷を臨むときの出力インピーダンスは、上記負荷から上記受電アンテナの出力端子を臨むときの入力インピーダンスに実質的に等しいように設定される請求項９記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置のための電力伝送方法において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御ステップを含み、
上記制御ステップは、上記伝送周波数を減少させるときの減少量を、上記伝送周波数を増加させるときの増加量より小さいように設定するステップを含む電力伝送方法。
【請求項１２】
入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置のための電力伝送方法において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御ステップを含み、
上記制御ステップは、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を減少させることなく増加させるステップを含む電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、共振磁界結合を利用して電力を非接触で無線伝送する無線電力伝送システムと、当該無線電力伝送システムに用いる無線送電装置と、当該無線送電装置に用いる周波数制御装置及び電力伝送方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、２つの共振回路の間で空間を介してエネルギーを伝送する無線電力伝送装置を開示している。この無線電力伝送装置では、共振回路の周辺の空間に生じる共振周波数の振動エネルギーのしみ出し（エバネッセント・テール）を介して２つの共振回路を結合することにより、振動エネルギーを無線（非接触）で伝送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２７８２６４号明細書（図１２及び図１４）
【特許文献２】特許第４３１４７０９号公報
【特許文献３】特許第４２８１３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
無線電力伝送装置などの電子装置の長期的な信頼性を向上するためには、電子装置を構成する素子に対する電気的なストレスを低減する必要がある。特許文献２記載のスイッチング電源装置は、スイッチング電源装置の起動時に、スイッチング素子を駆動するスイッチング信号の発振周波数を高い周波数から低い周波数に変化させ、スイッチング素子へのダメージを軽減する。また、特許文献３記載の放電灯点灯装置は、ＤＣ−ＡＣ変換回路から共振回路に印加される方形波の周波数を始動期間において段階的に低減する。【０００５】
一般に、無線電力伝送システムでは、負荷に供給される電力及び電流、入力される電圧及び電流、又は送電アンテナ及び受電アンテナ間の結合係数が変動したり、製造ばらつきなどに起因して送電アンテナ及び受電アンテナの特性が設計値と異なったりしても良好な伝送効率を維持するために、電力伝送中に伝送周波数の適応制御が行われる。しかしながら、特許文献２及び３には、無線電力伝送システムの動作中に当該システムの構成素子に対する電気的なストレスを低減する方法は記載されていない。また、特許文献１記載の無線電力伝送回路では、例えば、過渡的な電気的ストレスを構成素子に与えないように電力伝送中に伝送周波数を切り替える制御を行うことは困難である。【０００６】
本開示の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる無線電力伝送システムと、当該無線電力伝送システムに用いる無線送電装置と、当該無線送電装置に用いる周波数制御装置及び電力伝送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の第１の態様に係る周波数制御装置は、入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置に用いる周波数制御装置において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御手段を備え、
上記制御手段は、上記伝送周波数を減少させるときの減少量を、上記伝送周波数を増加させるときの増加量より小さいように設定する。【０００８】
本開示の第２の態様に係る周波数制御装置は、入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置に用いる周波数制御装置において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御手段を備え、
上記制御手段は、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を減少させることなく増加させる。【０００９】
なお、この概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラムならびにシステム、方法及びコンピュータの任意の組合せにより実現してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる無線電力伝送システムと、当該無線電力伝送システムに用いる無線送電装置と、当該無線送電装置に用いる周波数制御装置及び電力伝送方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システム８０の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の周波数制御装置１の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の送電アンテナ３の構成を示す回路図である。
【図４】図１の受電アンテナ４の構成を示す回路図である。
【図５】図４の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構成を示す斜視図である。
【図６】図２のコントローラ１１による伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。
【図７】本開示の第１の実施形態の変形例に係る送電アンテナ３Ａの構成を示す回路図である。
【図８】本開示の第１の実施形態の変形例に係る受電アンテナ４Ａの構成を示す回路図である。
【図９】本開示の第１の実施形態の第１の変形例に係る無線電力伝送システム８０の構成を示すブロック図である。
【図１０】本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システム８０と負荷６との間に周波数変換回路７を追加したときの構成を示すブロック図である。
【図１１】本開示の第２の実施形態に係る伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。
【図１２】本開示の第３の実施形態に係る伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。
【図１３】本開示明の第３の実施形態の変形例に係る伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。
【図１４】本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、タイミングｔｃに、伝送周波数ｆｔｒを２５０ｋＨｚから２４５ｋＨｚに変化させたときの共振コンデンサＣｔに流れる電流の時間変化を示すグラフである。
【図１５】本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、タイミングｔｃに、伝送周波数ｆｔｒを２５０ｋＨｚから２５５ｋＨｚに変化させたときの共振コンデンサＣｔに流れる電流の時間変化を示すグラフである。
【図１６】本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、負荷６の負荷抵抗値ＲＬを変化させたときの、伝送周波数ｆｔｒの変化率Δｆｔｒと、共振コンデンサＣｔに流れる電流のピーク値の変化率との間の関係を示すグラフである。
【図１７】本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、負荷６の負荷抵抗値ＲＬを変化させたときの、伝送周波数ｆｔｒの変化率Δｆｔｒと、発電回路５Ａの平滑コンデンサに流れる電流のピーク値の変化率との間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００１３】
第１の実施形態．
図１は、本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システム８０の構成を示すブロック図であり、図２は、図１の周波数制御装置１の構成を示すブロック図である。また、図３は図１の送電アンテナ３の構成を示す回路図であり、図４は図１の受電アンテナ４の構成を示す回路図である。さらに、図５は、図４の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構成を示す斜視図である。
【００１４】
図１において、例えば太陽電池セルを含む発電回路５Ａは、発電した直流電力を無線電力伝送システム８０に出力する。また、無線電力伝送システム８０は、発電回路５Ａからの直流電力を高周波電力に変換して負荷６に無線伝送する。以下、発電回路５Ａが太陽電池セルを含む場合を例に挙げて、無線電力伝送システム８０の構成及び動作を説明する。ここで、発電回路５Ａから無線電力伝送システム８０に供給される電力は、太陽電池セルが受ける太陽光の量に応じて変化する。具体的には、太陽電池セルへの照射太陽光強度（照度）が変化した場合、最大電力となる各動作点（最大電力を発電するための電流値及び電圧値）の電流は照度に実質的に比例し、電圧は実質的に一定となることが知られている。このため、送電アンテナ３から受電アンテナ４に伝送すべき電力の大きさも変化する。
【００１５】
図１において、無線電力伝送システム８０は、無線送電装置７０と、受電アンテナ４とを備えて構成される。また、無線送電装置７０は、周波数制御装置１と、発振器２と、送電アンテナ３とを備えて構成される。ここで、図２に示すように、周波数制御装置１は、メモリ１１ｍを含むコントローラ１１と、パルス発生器１２とを備えて構成される。また、図１において、送電アンテナ３はＬＣ共振回路を含み、発振器２は、例えばＤ級増幅器で構成される。
【００１６】
図３に示すように、送電アンテナ３は、並列に接続された共振コンデンサＣｔ及び送電コイルＬｔを備え、共振周波数ｆＴを有するＬＣ並列共振回路を含み構成される。一方、図４に示すように、受電アンテナ４は、直列に接続された共振コンデンサＣｒ及び受電コイルＬｒを備え、共振周波数ｆＲを有するＬＣ直列共振回路を含み構成される。図５に示すように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、それぞれ正方形のスパイラルコイルであり、所定の間隔ｇを有して互いに対向するように、平面状に形成される。ここで、間隔ｇは、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとが共振時に互いに磁界結合するように、例えば数ミリメートル〜数十センチメートルに設定される。
【００１７】
図２において、コントローラ１１は、所定の伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生するようにパルス発生器１２を制御する。これに応答して、パルス発生器１２は伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生して、発振器２のスイッチング素子の制御端子に出力する。また、図１において、発振器２は、発電回路５Ａからの直流電圧を、上述したＤ級増幅器内のスイッチング素子がパルス発生器１２からのパルス列に従ってスイッチングされることにより、直流電圧を高周波電圧に変換して送電アンテナ３に出力する。送電コイルＬｔが受電コイルＬｒと、共振時に磁界結合するように近接して設けられたとき、発振器２からの高周波電圧は伝送周波数ｆｔｒで、送電アンテナ３を介して受電アンテナ４に送電され、負荷６に供給される。すなわち、発電回路５Ａからの電力は、送電アンテナ３と受電アンテナ４との間の共振磁界結合によって、非接触で伝送される。
【００１８】
なお、送電アンテナ３及び受電アンテナ４は、放射電磁界の送受信を行うための通常のアンテナではなく、上述したように、共振回路の電磁界の近傍成分（エバネッセント・テール）の結合を利用して２つの物体間でエネルギー伝送を行うための構成要素である。共振磁界を利用した無線電力伝送によれば、電磁波を遠方に伝搬させるときに生じるエネルギー損失（放射損失）が生じないため、極めて高い効率で電力を伝送することが可能になる。このような共振電磁界（近接場）の結合を利用したエネルギー伝送では、ファラデーの電磁誘導の法則を利用した公知の無線電力伝送に比べて損失が少ないだけではなく、例えば数メートル離れた２つの共振回路（アンテナ）間で高効率にエネルギーを伝送することが可能になる。なお、共振周波数ｆＴ及び／又はｆＲは、伝送周波数ｆｔｒと完全に一致する必要はない。
【００１９】
また、図１において、発振器２の出力端子から送電アンテナ３の入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺ２ｏｕｔは、送電アンテナ３の入力端子から発振器２の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺ３ｉｎと、受電アンテナ４に負荷６が接続されているときに実質的に等しいように設定される。さらに、受電アンテナ４の出力端子から負荷６を臨むときの出力インピーダンスＺ４ｏｕｔは、送電アンテナ３に発振器２が接続されているときに、負荷６から受電アンテナ４の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｉｎ６と実質的に等しいように設定される。なお、インピーダンスが互いに実質的に等しいとは、インピーダンスの絶対値間の差の大きさが、大きい方のインピーダンスの絶対値の２５％以下であることを意味する。このように設定することにより、回路ブロック間での高周波エネルギーの多重反射を抑圧し、総合伝送効率を実質的に改善できる。
【００２０】
本願の発明者らは、伝送周波数ｆｔｒを高い値から低い値に減少させると、無線電力伝送システム８０の構成素子に流れる電流及び印加される電圧が過渡的に変化する一方、伝送周波数ｆｔｒを低い値から高い値に増加させると、このような電圧及び電流の過渡的な変化（以下、電気的ストレスという。）は実質的に生じないという新たな知見を得た。また、伝送周波数ｆｔｒを減少させるとき、伝送周波数ｆｔｒの減少量が狭いほど、構成素子に生じる電気的ストレスを緩和できるという知見を得た。なお、無線電力伝送システム８０の構成素子は、具体的には、発電回路５Ａなどの回路に含まれる平滑コンデンサ、発振器２などの回路に含まれるトランジスタ、送電アンテナ３の共振コンデンサＣｔ、受電アンテナ４の共振コンデンサＣｒ、ならびにインピーダンス整合のために用いられるコンデンサ及びインダクタを含む。図２のコントローラ１１は、以下のように、これらの知見に基づいて伝送周波数ｆｔｒを設定する。
【００２１】
図６は、図２のコントローラ１１による伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。図６において、始めに、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを、所定の最小周波数ｆＬと所定の最大周波数ｆＨとの間の所定の初期周波数ｆｉｎｔに設定して、電力伝送を開始するように制御する。次に、タイミングｔ１において、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを、初期周波数ｆｉｎｔから最大周波数ｆＨまで増加量ΔｆＬＨだけ増加させる。そして、タイミングｔ１から所定の収束時間Δｔが経過したとき、コントローラ１１は、発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定し、測定結果をメモリ１１ｍに格納する。次に、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを所定の減少量ΔｆＨＬだけ減少させる。そして、所定の収束時間Δｔが経過したとき、コントローラ１１は、発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定し、測定結果をメモリ１１ｍに格納する。以下、伝送周波数ｆｔｒを最小周波数ｆＬまで、減少量ΔｆＨＬずつ減少させながら、発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定してメモリ１１ｍに格納する。
【００２２】
タイミングｔ２において、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒが最小周波数ｆＬであるときに発電回路５Ａから出力される電圧及び電流をメモリ１１ｍに格納した後、メモリ１１ｍに格納された電圧及び電流のうちの最大電力になるときの伝送周波数ｆｔｒである最適伝送周波数ｆｏｐｔを検索する。そして、伝送周波数ｆｔｒを最適伝送周波数ｆｏｐｔに設定して、電力伝送を行うように制御する。なお、図６において、減少量ΔｆＨＬは増加量ΔｆＬＨより小さいように設定される。
【００２３】
以上説明したように、コントローラ１１は、電力伝送中に、伝送周波数ｆｔｒを初期周波数ｆｉｎｔから最大周波数ｆＨまで増加量ΔｆＬＨだけ、一旦増加させた後に、増加量ΔｆＬＨより小さい減少量ΔｆＨＬずつ最小周波数ｆＬまで減少させる。伝送周波数ｆｔｒを減少させた直後には、素子に生じる電気的ストレスは定常状態時より大きくなる。しかしながら、減少量ΔｆＨＬが増加量ΔｆＬＨより小さいように設定されるため、素子の信頼性に与える悪影響を軽減できる。伝送周波数ｆｔｒを増加させた直後に構成素子に生じる電気的ストレスは定常状態時より大きくならないため、増加量ΔｆＬＨをより大きく設定しても、構成素子には追加の電気的ストレスは印加されない。
【００２４】
なお、最適伝送周波数ｆｏｐｔを精度良く検索するためには、減少量ΔｆＨＬをできるだけ小さく設定すればよいが、検索時間の増加につながる。検索時間が増加すると、負荷６において安全上の問題が生じるリスク及び負荷６への電力供給が滞るリスクが高くなる。本実施形態によれば、無線電力伝送システム８０に応じて減少量ΔｆＨＬを設定することにより、従来技術に比較して高速かつ安全に、伝送周波数ｆｔｒを制御できる。
【００２５】
構成素子に流れる電流値及び構成素子の端子間に印加される電圧値が抑制されないと、構成素子の選択に大きな影響が発生する。一般に、最大電流定格値が大きい素子ほど大型化し、耐圧が大きいコンデンサほど大型化する傾向がある。本実施形態によれば、電力伝送中の無線電力伝送システム８０の構成素子に対する電気的ストレスを緩和できるので、従来技術に比較して最大電流定格値が小さい素子を用いることができ、無線電力伝送システム８０を小型化できる。
【００２６】
また、一般に、耐圧が大きいコンデンサほど損失が増大し、価格が上昇する傾向がある。本実施形態によれば、電力伝送中の無線電力伝送システム８０の構成素子に対する電気的ストレスを緩和できるので、従来技術に比較して耐圧が小さいコンデンサを用いて損失及びコストアップを回避でき、従来技術に比較して、低コストかつ高伝送効率の無線電力伝送システム８０を実現できる。さらに、比較的小さい耐圧をそれぞれ有する複数のコンデンサを直列に接続して高耐圧なコンデンサとして機能させる場合と比較すると、無線電力伝送システム８０の小型化及び高効率動作を実現できる。またさらに、本実施形態によれば、従来技術に比較して無線電力伝送システム８０の長期信頼性を向上できる。
【００２７】
なお、伝送周波数ｆｔｒの設定方法は図６に示した設定方法に限定されない。例えば、伝送周波数ｆｔｒを、初期周波数ｆｉｎｔから最大周波数ｆＨに、複数回の周波数変化によって増加させてもよい。この場合でも、各増加量は、減少量ΔｆＨＬより大きいように設定される。また、伝送周波数ｆｔｒを最大周波数ｆＨから最小周波数ｆＬまで減少させるときの各減少量は、互いに等しい必要はなく、減少量ΔｆＨＬの最大値を、増加量ΔｆＬＨの最小値より小さいように設定すればよい。
【００２８】
なお、本実施形態において、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、一層の正方形形状を有するスパイラルコイル（図５参照。）であったが、本開示はこれに限られない。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの各形状は、円形、長方形又は楕円などの他の形状であってもよい。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの巻回し方法は、ヘリカル又はソレノイドなどの他の方法であってもよい。さらに、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの各巻数は、少なくとも１回であればよい。巻数が１回の場合はループ構造を有するコイルとなる。また、巻数が２回以上の場合は、各コイルは一層の導電体パターンから構成されている必要は無く、積層された複数の導電体パターンを直列に接続した構成を有していてもよい。
【００２９】
さらに、本実施形態における送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、例えば、良好な導電率を有する銅又は銀などの導電体から形成される。高周波電流は、導電体の表面に集中して流れるので、伝送効率を高めるために、導電体の表面を高導電率材料又は高透磁率の磁性体材料で被覆してもよい。また、導電体の断面中央に空洞を有する導電体を用いて送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを形成すると、送電アンテナ３及び受電アンテナ４を軽量化できる。さらに、リッツ線などの並列配線構造を有する導体を用いて送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを形成すると、単位長さ辺りの導体損失を低減できるので、共振回路のＱ値を向上させることができ、より高い伝送効率での電力伝送が可能になる。
【００３０】
またさらに、製造コストを抑制するために、インク印刷技術を用いて、配線を一括して形成してもよい。また、送電コイルＬｔ及び／又は受電コイルＬｒの周辺に磁性体を配置してもよい。またさらに、空芯スパイラル構造を有するインダクタを用いることにより、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間の結合係数を所望の値に設定できる。
【００３１】
また、共振コンデンサＣｔ及びＣｒには、例えば、チップ形状又はリード形状を有する、あらゆるタイプのキャパシタを利用できる。例えば、空気を介した２配線間の容量を共振コンデンサＣｔ及びＣｒとして機能させてもよい。また、共振コンデンサＣｔ及びＣｒをＭＩＭキャパシタから構成する場合は、公知の半導体プロセス又は多層基板プロセスを用いて、比較的低損失の容量回路を形成できる。
【００３２】
さらに、本実施形態において、送電アンテナ３は並列共振回路（図３参照）であり、受電アンテナ４は直列共振回路（図４参照）であったが、本開示はこれに限られない。送電アンテナ３に代えて、図７の本開示の第１の実施形態の変形例に係る送電アンテナ３Ａを用いてもよい。送電アンテナ３Ａは、共振コンデンサＣｔと送電コイルＬｔとを備えた直列共振回路である。また、受電アンテナ４に代えて、図８の本開示の第１の実施形態の変形例に係る受電アンテナ４Ａを用いてもよい。受電アンテナ４Ａは、共振コンデンサＣｒと受電コイルＬｒとを備えた並列共振回路である。また、送電アンテナ３及び受電アンテナ４は、それぞれ配線の寄生容量を利用した自己共振回路であってもよい。
【００３３】
またさらに、本実施形態において、伝送周波数ｆｔｒは、例えば５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、又は、６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚなどのＩＳＭバンドに設定される。
【００３４】
また、本実施形態において、発振器２を、Ｄ級増幅器を用いて構成したが、本開示はこれに限られない。発振器２を、Ｅ級増幅器又はＦ級増幅器などの高効率かつ低歪な特性を実現できる増幅器を用いて構成してもよく、ドハーティ増幅器を用いて構成してもよい。また、歪成分を含む出力信号を発生するスイッチング素子の後段に、低域通過フィルタ又は帯域通過フィルタを配置することにより、正弦波を高効率に生成してもよい。ここで、低域通過フィルタ又は帯域通過フィルタは整合回路として機能してもよい。さらに、発振器２は、電源回路５Ａからの直流電圧を高周波電圧に変換する周波数変換回路であってもかまわない。いずれにせよ、発振器２は、入力された直流電力を高周波エネルギーに変換して送電アンテナ３に出力すればよい。
【００３５】
なお、無線電力伝送システム８０の伝送効率は、送電アンテナ３と受電アンテナ４との間の間隔ｇ（アンテナ間隔）及び送電アンテナ３及び受電アンテナ４を構成する回路素子の損失の大きさに依存する。なお、「アンテナ間隔」は、実質的に送電アンテナ３と受電アンテナ４との間の間隔ｇである。アンテナ間隔は、送電アンテナ３及び受電アンテナ４の配置エリアの大きさに基づいて評価できる。ここで、送電アンテナ３及び受電アンテナ４の配置エリアの大きさは、サイズが相対的に小さいアンテナの配置エリアの大きさに対応し、アンテナを構成するコイルの外形が円形の場合はコイルの直径であり、正方形の場合はコイルの一辺の長さであり、長方形の場合はコイルの短辺の長さである。
【００３６】
また、送電アンテナ３及び受電アンテナ４の各共振回路のＱ値は、要求される伝送効率及び送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間の結合係数の値に依存する。ここで、Ｑ値は、例えば、１００以上、２００以上、５００以上、又は１０００以上に設定される。なお、高いＱ値を実現するには、上述したようにリッツ線の採用が効果的である。
【００３７】
第１の実施形態の第１の変形例．
図９は、本開示の第１の実施形態の第１の変形例に係る無線電力伝送システム８０の構成を示すブロック図である。図９において、電源回路５は、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換して無線電力伝送システム８０に出力する。また、無線電力伝送システム８０は、電源回路５からの直流電力を高周波電力に変換して負荷６に無線伝送する。負荷６において必要とされる電力の変化に応じて、送電アンテナ３から受電アンテナ４に伝送すべき電力の大きさは変化する。本変形例において、図９の周波数制御装置１のコントローラ１１は、電力伝送中に、受電アンテナ４から負荷６に出力される電圧及び電流に基づいて、負荷６に出力される電圧及び電流が所望の電圧及び電流になるときの最適伝送周波数ｆｏｐｔを、最小周波数ｆＬから最大周波数ｆＨまでの周波数範囲において検索する。
【００３８】
なお、本変形例及び以下の各実施形態において、コントローラ１１は、電力伝送中に、送電アンテナ３に入力される電圧及び電流に基づいて、負荷６に出力される電圧及び電流が所望の電圧及び電流になるときの最適伝送周波数ｆｏｐｔを、最小周波数ｆＬから最大周波数ｆＨまでの周波数範囲において検索してもよい。また、コントローラ１１は、電力伝送中に、伝送効率が最大になるときの最適伝送周波数ｆｏｐｔを、最小周波数ｆＬから最大周波数ｆＨまでの周波数範囲において検索してもよい。コントローラ１１は、無線送電装置７０に入力される電圧及び電流、受電アンテナ４から出力される電圧及び電流、ならびに伝送効率のうちの少なくとも１つである伝送電力特性を測定し、伝送電力特性が所定の条件を満たすときの伝送周波数を最適伝送周波数ｆｏｐｔとして採用すればよい。
【００３９】
また、第１の実施形態及びその変形例において、受電アンテナ４は負荷６に直接接続されたが、本開示はこれに限られない。図１０は、本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システム８０と負荷６との間に周波数変換回路７を追加したときの構成を示すブロック図である。図１０において、周波数変換回路７は、受電アンテナ４から供給される高周波エネルギー（電力）を、負荷６において必要とされる周波数の電力に変換する。ここで、変換後の電力は直流電力であっても、交流電力であってもよい。
【００４０】
第２の実施形態．
図１１は、本開示の第２の実施形態に係る伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。図１１において、始めに、コントローラ１１は、タイミングｔ３において、伝送周波数ｆｔｒを最小周波数ｆＬに設定して、電力伝送を開始するように制御する。そして、タイミングｔ１から所定の収束時間Δｔが経過したとき、コントローラ１１は、負荷６に出力される電圧及び電流を測定する。そして、コントローラ１１は、測定された電圧及び電流が所望の電圧及び電流であるか否かを判断する。測定された電圧及び電流が所望の電圧及び電流ではないときは、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを所定の増加量ΔｆＬＨだけ増加させ、所定の収束時間Δｔが経過したとき、コントローラ１１は負荷６に出力される電圧及び電流を測定する。以下、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを増加量ΔｆＬＨずつ増加させながら、負荷６に出力される電圧及び電流を測定し、測定された電圧及び電流が所望の電圧及び電流であるときに、現在の伝送周波数ｆｔｒを最適伝送周波数ｆｏｐｔ１として採用する。そして、電力伝送を停止することなく、最適伝送周波数ｆｏｐｔ１で所定の動作時間Ｔｏｐｔだけ定常動作を行うように制御する。
【００４１】
図１１において、最適伝送周波数ｆｏｐｔ１で所定の動作時間Ｔｏｐｔだけ電力伝送を行った後、タイミングｔ４において、コントローラ１１は電力伝送を停止するように制御する。そして、所定の待機時間Ｔｗが経過した後のタイミングｔ５において、伝送周波数ｆｔｒを初期周波数ｆｉｎｔに設定して、電力伝送を開始するように制御する。以下、最適伝送周波数ｆｏｐｔ１と同様に、最適伝送周波数ｆｏｐｔ２を検索し、電力伝送を停止することなく、検索された最適伝送周波数ｆｏｐｔ２で所定の動作時間Ｔｏｐｔだけ電力伝送を行うように制御する。なお、負荷６又は発電回路５、もしくは送電アンテナ３及び受電アンテナ４間の位置関係などの状態は時間変化する可能性があるため、最適伝送周波数ｆｏｐｔ２は、最適伝送周波数ｆｏｐｔ１と同一であるとは限らない。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、コントローラ１１は、電力伝送中に伝送周波数ｆｔｒを掃引するとき、伝送周波数ｆｔｒを減少させることなく増加させる。また、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを所定の最小周波数ｆＬから段階的に増加させる毎に負荷６に出力される電圧及び電流を測定し、上記測定された電圧及び電流が所定の条件を満たすとき、伝送周波数ｆｔｒを増加させることを禁止して、電力伝送を継続するように制御する。すなわち、伝送周波数ｆｔｒが周波数掃引範囲の最大周波数ｆＨに達する前に、負荷６に供給される電圧及び電流が所望の電圧及び電流になったときは、周波数掃引を中断し、中断時の伝送周波数ｆｔｒで定常動作へ移行する。
【００４３】
従って、本実施形態によれば、電力伝送中の伝送周波数ｆｔｒの変化を増加のみに限定するので、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。
【００４４】
第３の実施形態．
図１２は、本開示の第３の実施形態に係る伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。図１２において、始めに、コントローラ１１は、タイミングｔ７において、伝送周波数ｆｔｒを最小周波数ｆＬに設定して、電力伝送を開始するように制御する。そして、タイミングｔ７から所定の収束時間Δｔが経過したとき、コントローラ１１は、発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定し、測定結果をメモリ１１ｍに格納する。次に、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを所定の増加量ΔｆＬＨだけ減少させる。そして、所定の収束時間Δｔが経過したとき、コントローラ１１は、発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定し、測定結果をメモリ１１ｍに格納する。以下、伝送周波数ｆｔｒを最大周波数ｆＨまで、増加量ΔｆＬＨずつ増加させながら、発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定してメモリ１１ｍに格納する。
【００４５】
タイミングｔ８において、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒが最大周波数ｆＨであるときに発電回路５Ａから出力される電圧及び電流をメモリ１１ｍに格納した後、電力伝送を停止するように制御し、メモリ１１ｍに格納された電圧及び電流のうちの最大電力になるときの伝送周波数ｆｔｒである最適伝送周波数ｆｏｐｔ１を検索する。そして、待機時間Ｔｗが経過したタイミングｔ９において、伝送周波数ｆｔｒを最適伝送周波数ｆｏｐｔ１に設定して、電力伝送を開始し、動作時間Ｔｏｐｔだけ電力伝送を行うように制御する。
【００４６】
さらに、タイミングｔ９から動作時間Ｔｏｐｔが経過したタイミングｔ１０において、コントローラ１１は、電力伝送を停止するように制御し、待機時間Ｔｗが経過したタイミングｔ１１において、伝送周波数ｆｔｒを最小周波数ｆＬに設定して、電力伝送を開始するように制御する。以下、コントローラ１１は、最適伝送周波数ｆｏｔｐ１と同様に、最適伝送周波数ｆｏｐｔ２を検索し、電力伝送を停止した後に、最適伝送周波数ｆｏｐｔ２で再び定常動作を行う。
【００４７】
以上説明したように、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを掃引するとき、伝送周波数ｆｔｒを所定の最小周波数ｆＬから所定の最大周波数ｆＨまで段階的に増加させる毎に発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定してメモリ１１ｍに記憶する。そして、伝送周波数ｆｔｒを掃引した後、電力伝送を停止するように制御するとともに、メモリ１１ｍに記憶された電圧及び電流のうち所定の条件を満たす電圧及び電流に対応する伝送周波数を検索し、当該検索された伝送周波数で電力伝送を開始するように制御する。
【００４８】
従って、本実施形態によれば、電力伝送中の伝送周波数ｆｔｒの変化を増加のみに限定するので、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。
【００４９】
第３の実施形態の変形例．
図１３は、本開示の第３の実施形態の変形例に係る伝送周波数ｆｔｒの設定方法を示すグラフである。図１３の設定方法は、図１２の設定方法に比較して、タイミングｔ８及びｔ１２における設定方法が異なる。図１３のタイミングｔ８において、コントローラ１１は、電力伝送を停止せずに、電源回路５又は発電回路５Ａからの直流電圧又は発振器２の駆動電圧を下げるように制御しながら、伝送周波数ｆｔｒを最適伝送周波数ｆｏｐｔ１に設定し、定常動作に移行する。また、タイミングｔ１２において、コントローラ１１は、電力伝送を停止せずに、電源回路５又は発電回路５Ａからの直流電圧又は発振器２の駆動電圧を下げるように制御しながら、伝送周波数ｆｔｒを最適伝送周波数ｆｏｐｔ２に設定し、定常動作に移行する。これにより、タイミングｔ８及びｔ１２において、送電アンテナ３への入力電圧は減少する。
【００５０】
以上説明したように、コントローラ１１は、伝送周波数ｆｔｒを掃引するとき、伝送周波数ｆｔｒを所定の最小周波数ｆＬから所定の最大周波数ｆＨまで段階的に増加させる毎に発電回路５Ａから出力される電圧及び電流を測定してメモリ１１ｍに記憶する。そして、伝送周波数ｆｔｒを掃引した後、電力伝送を停止することなく発振器２への入力電圧を減少させる（すなわち、無線送電装置７０への入力電圧を減少させる。）ように制御するとともに、メモリ１１ｍに記憶された電圧及び電流のうち所定の条件を満たす電圧及び電流に対応する伝送周波数を検索し、当該検索された伝送周波数で電力伝送を開始するように制御する。
【００５１】
本実施形態によれば、タイミングｔ８及びｔ１２において、増加量ΔｆＬＨより大きい減少量だけ伝送周波数ｆｔｒを減少させる可能性があるが、電源回路５又は発電回路５Ａからの直流電圧又は発振器２の駆動電圧を下げて、送電アンテナ３への入力電圧を減少させるように制御するので、電力伝送を停止することなく構成素子への電気的ストレスを緩和できる。
【実施例】
【００５２】
第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０を作成して、無線電力伝送システムの構成素子に対する電気的ストレスを評価した。具体的には、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの間の結合係数を０．２５に設定し、対向面間の間隔ｇを５ｃｍに設定して、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとを磁界結合した。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを、それぞれ直径８０μｍの銅配線を１００本ずつ互いに絶縁して並列に配置して構成したリッツ線により作成した。さらに、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの形状を外形１０ｃｍの円形にし、送電アンテナ３の共振回路の無負荷時のＱ値を３２０に設定した。【００５３】
図１４は、本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、タイミングｔｃに、伝送周波数ｆｔｒを２５０ｋＨｚから２４５ｋＨｚに変化させたときの共振コンデンサＣｔに流れる電流の時間変化を示すグラフである。また、図１５は、本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、タイミングｔｃに、伝送周波数ｆｔｒを２５０ｋＨｚから２５５ｋＨｚに変化させたときの共振コンデンサＣｔに流れる電流の時間変化を示すグラフである。図１４に示すように、伝送周波数ｆｔｒを減少させると過渡的に電流量が増加する。一方、図１５に示すように、伝送周波数ｆｔｒを増加させると、過渡的な電流量の増大は発生していない。なお、図１５の電流増大の現象は、２４５ｋＨｚの伝送周波数ｆｔｒでの電力伝送時に発生する定常的な電流値の増大ではなく、あくまで電流値の過渡的な増大である。【００５４】
図１６は、本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、負荷６の負荷抵抗値ＲＬを変化させたときの、伝送周波数ｆｔｒの変化率Δｆｔｒと、共振コンデンサＣｔに流れる電流のピーク値の変化率との間の関係を示すグラフである。伝送周波数ｆｔｒの変化後０．５秒内の共振コンデンサＣｔに流れる電流のピーク値の変化率を示す。図１６から明らかなように、負荷６の抵抗値ＲＬに依存せず、伝送周波数ｆｔｒの減少時に比較して、増加時に共振コンデンサＣｔへの電気的ストレスは緩和される。また、伝送周波数ｆｔｒの減少時は、減少量が少ないほど共振コンデンサＣｔへの電気的ストレスが緩和されることがわかった。【００５５】
図１７は、本開示の第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、負荷６の負荷抵抗値ＲＬを変化させたときの、伝送周波数ｆｔｒの変化率Δｆｔｒと、発電回路５Ａの平滑コンデンサに流れる電流のピーク値の変化率との間の関係を示すグラフである。図１６と同様に、負荷６の抵抗値ＲＬに依存せず、伝送周波数ｆｔｒの減少時に比較して、増加時に平滑コンデンサへの電気的ストレスは緩和される。また、伝送周波数ｆｔｒの減少時は、減少量が少ないほど平滑コンデンサへの電気的ストレスが緩和されることがわかった。【００５６】
さらに、共振コンデンサＣｔに印加される電圧、共振コンデンサＣｒに印加される電圧及び共振コンデンサＣｒに流れる電流も、図１６及び図１７と同様の傾向を有することが確認できた。【００５７】
第１の実施形態の実施例に係る無線電力伝送システム８０において、図６のｆｉｎｔ＝２５０ｋＨｚ、ｆＨ＝２８０ｋＨｚ、ｆＬ＝２２０ｋＨｚ、ΔｆＨＬ＝１ｋＨｚ、ΔｆＬＨ＝３０ｋＨｚ及びΔｔ＝５ミリ秒に設定して最適伝送周波数ｆｏｐｔを検束した。この結果、ΔｆＬＨ＝１ｋＨｚに設定する比較例に係る無線電力伝送システムに比較して、検索時間を、２９回分の伝送周波数ｆｔｒの設定変更時間に相当する１４５ｍ秒短縮できた。【００５８】
また、負荷６の抵抗値を６００Ωに設定して、ΔｆＨＬ＝１ｋＨｚに設定した実施例を、ΔｆＨＬ＝２、５、１０ｋＨｚに設定した各比較例と比較した。その結果、最大周波数ｆＨから最小周波数ｆＬまでの６０ｋＨｚの周波数範囲での伝送周波数ｆｔｒの変化時に生じる共振コンデンサＣｔに流れる電流の実効値の積算量は、それぞれ２．０倍、５．１倍、７．２倍となった。また、平滑コンデンサに流れる電流の実効値の積算量は、それぞれ１．９倍、４．８倍、７．６倍となった。【００５９】
以上説明したように、従来技術に係る無線電力伝送システムにおいて生じていた過大な電気的ストレスは、本開示の第１の実施形態に係る無線電力伝送システム８０によって緩和されることがわかった。従って、従来技術に比較して耐圧が低い低損失の素子を選択できるので、発熱を低減し、コストを削減できる。また、低耐圧の素子を直列に接続して使用する必要もなく、従来技術に比較して装置を小型化できる。【００６０】
以上説明したように、第１の態様に係る周波数制御装置は、入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置に用いる周波数制御装置において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御手段を備え、
上記制御手段は、上記伝送周波数を減少させるときの減少量を、上記伝送周波数を増加させるときの増加量より小さいように設定する。【００６１】
従って、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。【００６２】
第２の態様に係る周波数制御装置は、入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置に用いる周波数制御装置において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御手段を備え、
上記制御手段は、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を減少させることなく増加させる。【００６３】
従って、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。【００６４】
第３の態様に係る周波数制御装置は、第２の態様に係る周波数制御装置において、上記制御手段は、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を所定の最小周波数から段階的に増加させる毎に所定の電力伝送特性を測定し、上記測定された伝送電力特性が所定の条件を満たすとき、上記伝送周波数を増加させることを禁止して、電力伝送を継続するように制御する。【００６５】
従って、電力伝送中の伝送周波数の変化を増加のみに限定するので、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。【００６６】
第４の態様に係る周波数制御装置は、第２の態様に係る周波数制御装置において、上記制御手段は、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を所定の最小周波数から所定の最大周波数まで段階的に増加させる毎に所定の電力伝送特性を測定して記憶手段に記憶し、上記伝送周波数を掃引した後、電力伝送を停止するように制御するとともに、上記記憶手段に記憶された電力伝送特性のうち所定の条件を満たす電力伝送特性に対応する伝送周波数を検索し、当該検索された伝送周波数で電力伝送を開始するように制御する。【００６７】
従って、電力伝送中の伝送周波数の変化を増加のみに限定するので、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。【００６８】
第５の態様に係る周波数制御装置は、第２の態様に係る周波数制御装置において、上記制御手段は、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を所定の最小周波数から所定の最大周波数まで段階的に増加させる毎に所定の電力伝送特性を測定して記憶手段に記憶し、上記伝送周波数を掃引した後、電力伝送を停止することなく上記無線送電装置への入力電圧を減少させるように制御するとともに、上記記憶手段に記憶された電力伝送特性のうち所定の条件を満たす電力伝送特性に対応する伝送周波数を検索し、上記伝送周波数を、当該検索された伝送周波数に変更する。【００６９】
本実施形態によれば、電力伝送を停止することなく構成素子への電気的ストレスを緩和できる。【００７０】
第６の態様に係る周波数制御装置は、第３から第５の態様に係る周波数制御装置において、上記伝送電力特性は、上記無線送電装置に入力される電圧及び電流、上記受電アンテナから出力される電圧及び電流、ならびに伝送効率のうちの少なくとも１つである。【００７１】
従って、無線送電装置に入力される電圧及び電流、上記受電アンテナから出力される電圧及び電流、ならびに伝送効率のうちの少なくとも１つに基づいて、伝送周波数を決定できる。【００７２】
第７の態様に係る無線送電装置は、第１から第６までのうちのいずれか１つに記載の周波数制御装置と、送電アンテナと、入力される電力を、上記伝送周波数を有する電力に変換して上記送電アンテナに出力する送電回路とを備える。【００７３】
従って、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。【００７４】
第８の態様に係る無線送電装置は、第７の態様に係る無線送電装置において、上記送電回路の出力端子から上記送電アンテナの入力端子を臨むときの出力インピーダンスは、上記送電アンテナの入力端子から上記送電回路の出力端子を臨むときの入力インピーダンスと実質的に等しいように設定される。【００７５】
従って、無線伝送装置における伝送効率を実質的に最大にできる。【００７６】
第９の態様に係る無線電力伝送システムは、第７又は第８の態様に係る無線送電装置と、受電アンテナとを備える。【００７７】
従って、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。【００７８】
第１０の態様に係る無線電力伝送システムは、第９の態様に係る無線電力伝送システムにおいて、上記受電アンテナは負荷に接続され、上記受電アンテナの出力端子から上記負荷を臨むときの出力インピーダンスは、上記負荷から上記受電アンテナの出力端子を臨むときの入力インピーダンスに実質的に等しいように設定される。【００７９】
従って、無線電力伝送システムにおける伝送効率を実質的に最大にできる。【００８０】
第１１の態様に係る電力伝送方法は、入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置のための電力伝送方法において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御ステップを含み、
上記制御ステップは、上記伝送周波数を減少させるときの減少量を、上記伝送周波数を増加させるときの増加量より小さいように設定するステップを含む。【００８１】
従って、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。【００８２】
第１２の態様に係る電力伝送方法は、入力される電力を、第１の共振回路を含む送電アンテナから、第２の共振回路を含み上記送電アンテナに磁界結合された受電アンテナに向けて、所定の伝送周波数で無線送信する無線送電装置のための電力伝送方法において、
上記伝送周波数を電力伝送中に変化させる制御ステップを含み、
上記制御ステップは、上記伝送周波数を掃引するとき、上記伝送周波数を減少させることなく増加させるステップを含む。【００８３】
従って、従来技術に比較して構成素子に対する電気的なストレスを緩和できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本開示に係る周波数制御装置、無線送電装置、無線電力伝送システム及び電力伝送方法は、充電池を用いる電子機器、電動バイク、電動アシスト自転車又は電気自動車の充電システムに適用できる。また、本開示に係る周波数制御装置、無線送電装置、無線電力伝送システム及び電力伝送方法は、ＡＶ機器及び白物家電などのさまざまな機器への給電システムに適用できる。ここで、ＡＶ機器は、例えば、テレビ及びラップトップ型のパーソナルコンピュータを含み、白物家電は、例えば、洗濯機、冷蔵庫、及び空調和機を含む。さらに、本開示に係る周波数制御装置、無線送電装置、無線電力伝送システム及び電力伝送方法は、太陽光発電装置が発電する電力を集電するシステムにも適用できる。
【符号の説明】
【００８５】
１…周波数制御装置、
２…発振器、
３，３Ａ…送電アンテナ、
４，４Ａ…受電アンテナ、
５…電源回路、
５Ａ…発電回路、
６…負荷、
７…周波数変換回路、
１１…コントローラ、
１２…パルス発生器、
７０…無線送電装置、
８０…無線電力伝送システム。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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2014068989.tif 000021
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