(57)【要約】  送電アンテナ（２２）は、送電コイル（Ｌｔ）を含む第１の共振回路を含む。受電アンテナ（３１）は、受電コイル（Ｌｒ）を含む第２の共振回路を含む。送電アンテナ（２２）及び受電アンテナ（３１）は、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、偶モードの共振周波数は奇モードの共振周波数よりも高い。無線送電装置（２）は、無線送電装置（２）の制御回路（２３）の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して送電アンテナに供給する送電回路（２１）をさらに備える。無線送電装置（２）の制御回路（２３）は、送電回路（２１）によって発生される高周波電力の周波数を奇モードの共振周波数及び偶モードの共振周波数のいずれかに設定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電アンテナを備えた無線送電装置から受電アンテナに向けて高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、送電コイルを含む第１の共振回路を含み、
上記受電アンテナは、受電コイルを含む第２の共振回路を含み、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のいずれかに設定する、無線送電装置の制御回路。
【請求項２】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第１の連続動作時間にわたって上記奇モードの共振周波数に設定する第１の時間区間と、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第２の連続動作時間にわたって上記偶モードの共振周波数に設定する第２の時間区間とを、交互に繰り返す、請求項１記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３】
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定された、請求項２記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項４】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する、請求項３記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項５】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路とを備えた無線送電装置。
【請求項７】
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た、請求項６記載の無線送電装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナとを備えた、無線電力伝送システム。
【請求項９】
上記受電アンテナは負荷装置に接続され、
上記受電アンテナの出力端子から上記負荷装置を臨むときの出力インピーダンスは、上記負荷装置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た、請求項８記載の無線電力伝送システム。
【請求項１０】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する、無線送電装置の制御回路。
【請求項１１】
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い、請求項１０記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１２】
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する、請求項１１記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１３】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を変更した後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項１０〜１２のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１４】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する、無線送電装置の制御回路。
【請求項１５】
上記無線送電装置の制御回路は、上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項１４記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１６】
上記第１の共振回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で変化する複数の容量を有するキャパシタを含み、上記キャパシタは、上記複数の容量に対応して、上記送電コイルとともに複数の共振器を構成し、
上記複数の共振器のそれぞれは、上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数を有し、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路が上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのいずれかの周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちの他の周波数に変更する、請求項１０〜１２、又は１４記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１７】
上記無線送電装置の制御回路は、上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのすべての周波数で上記高周波電力の伝送を試みた後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項１６記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１８】
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイルの近傍の温度を検出する温度センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する、請求項１０〜１７のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１９】
上記無線受電装置は、上記受電コイルの近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記受電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する、請求項１０〜１８のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２０】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電装置から上記無線受電装置に高周波電力を伝送する際の伝送効率が所定の第２のしきい値以下になったとき、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する、請求項１０〜１９のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２１】
請求項１０〜１９のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとを備えた無線送電装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む、無線電力伝送システム。
【請求項２３】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は受電コイルの近傍の異物の推定温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する、無線送電装置の制御回路。
【請求項２４】
請求項２３記載の無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とを備えた無線送電装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む、無線電力伝送システム。
【請求項２６】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定された、無線送電装置の制御回路。
【請求項２７】
上記送電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項２６記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２８】
上記無線送電装置は、上記送電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線送電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項２６記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２９】
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む、請求項２６記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３０】
上記無線受電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定する上記無線受電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する、請求項２６〜２９のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３１】
上記受電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線受電装置の回路定数は、上記受電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項３０記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３２】
上記無線受電装置は、上記受電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線受電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項３０記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３３】
上記無線受電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む、請求項３０記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３４】
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い、請求項２６〜３３のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３５】
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１の連続動作時間にわたって上記第１の動作帯域に設定する第１の時間区間と、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第２の連続動作時間にわたって上記第２の動作帯域に設定する第２の時間区間とを交互に繰り返す、請求項２６〜３４のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３６】
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、最大電流で電力を供給することを上記負荷装置から要求されたとき、上記第１の時間区間と上記第２の時間区間とを交互に繰り返す、請求項３５記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３７】
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定された、請求項３５又は３６記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３８】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する、請求項３７記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３９】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項２６〜３７のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項４０】
入力電力から高周波電力を発生する送電回路と、送電アンテナと、請求項２６〜３９のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路とを備えた無線送電装置であって、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送る無線送電装置。
【請求項４１】
上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数と同じであるように設定された、請求項４０記載の無線送電装置。
【請求項４２】
上記送電回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生し、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御し、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御する、請求項４０又は４１記載の無線送電装置。
【請求項４３】
上記無線送電装置は、上記入力電力を上記送電回路に供給する電源装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記電源装置の出力電圧及び出力電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する、請求項４２記載の無線送電装置。
【請求項４４】
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記負荷装置から要求される電圧及び電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する、請求項４２又は４３記載の無線送電装置。
【請求項４５】
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た、請求項４０〜４４のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置。
【請求項４６】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線受電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定される、無線受電装置の制御回路。
【請求項４７】
上記無線送電装置は、上記無線受電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定する上記無線送電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する、請求項４６記載の無線受電装置の制御回路。
【請求項４８】
受電アンテナと、負荷装置に出力電力を供給する受電回路と、請求項４６又は４７無線受電装置の制御回路とを備えた無線受電装置。
【請求項４９】
上記受電アンテナの出力端子から上記受電回路を臨むときの出力インピーダンスは、上記受電回路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た、請求項４８記載の無線受電装置。
【請求項５０】
請求項４０〜４５のいずれか１つに記載の無線送電装置と、請求項４８又は４９記載の無線受電装置とを備えた、無線電力伝送システム。
【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に関する。本開示は、また、当該無線電力伝送システムに用いる無線送電装置及び無線受電装置と、当該無線送電装置及び無線受電装置の制御回路とに関する。
【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４７４３１７３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】粟井郁雄ほか、「デュアルスパイラル共振器の作る電磁界とそのＷＰＴシステムへの応用」、電子情報通信学会技術研究報告、２０１２年８月、ＷＰＴ２０１２−２０、ＰＰ．２９−３４。
【非特許文献２】細谷達也、「ソフトスイッチング技術を用いた新しい共鳴型ワイヤレス給電システムの設計理論」、電子情報通信学会技術研究報告、２０１１年１２月、ＷＰＴ２０１１−２２。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線電力伝送システムにおいて電力伝送を行う際に、送電用の共振回路のコイル又は受電用の共振回路のコイルの近傍に金属異物が存在すると、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱する可能性がある。無線電力伝送システムを安全に使用するためには、金属異物の発熱を抑制する必要がある。【０００６】
例えば、特許文献２記載の無接点電力伝送システムは、金属異物を検出した際に電力伝送を停止することにより、金属異物の発熱を抑制している。【０００７】
しかしながら、金属異物を検出した際に常に電力伝送を停止する無線電力伝送システムでは、ユーザが金属異物を除去しなければ電力伝送を再開することができない。無線電力伝送システムのユーザビリティを向上させるためには、金属異物を検出した際に、金属異物の発熱を抑制しながら、電力伝送を継続できるようにすることが望まれる。【０００８】
本開示の目的は、以上の問題点を解決し、送電用の共振回路のコイル又は受電用の共振回路のコイルの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することが可能な無線電力伝送システムを提供することにある。また、本開示の目的は、当該無線電力伝送システムに用いる無線送電装置及び無線受電装置と、当該無線送電装置及び無線受電装置の制御回路とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
送電アンテナを備えた無線送電装置から受電アンテナに向けて高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、送電コイルを含む第１の共振回路を含み、
上記受電アンテナは、受電コイルを含む第２の共振回路を含み、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のいずれかに設定する。【００１０】
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、並びにシステム、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。【００１１】
本明細書及び図面を参照すれば、本開示の実施形態に係る追加の優位点及び利益が明らかであろう。これらの優位点及び／又は利益は、必ずしも互いに不可分ものではなく、本明細書及び図面の開示内容におけるさまざまな実施形態及び構成要素によって個別にもたらされてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の無線送電装置の制御回路によれば、送電コイル又は受電コイルの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る無線電力伝送システム１０の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の送電アンテナ２２の構成を示す回路図である。
【図３】図１の受電アンテナ３１の構成を示す回路図である。
【図４】図２の送電アンテナ２２の変形例に係る送電アンテナ２２ａの構成を示す回路図である。
【図５】図３の受電アンテナ３１の変形例に係る受電アンテナ３１ａの構成を示す回路図である。
【図６】図１の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の実装例を示す斜視図である。
【図７】図６の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの変形例の構成を示す斜視図である。
【図８】図１の無線電力伝送システム１０の伝送効率の周波数特性を示すグラフである。
【図９】図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が奇モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。
【図１０】図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が偶モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。
【図１１】図１の無線送電装置２の制御回路２３によって実行される第１の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図１２】図１の送電アンテナ２２の送電コイルＬｔと受電アンテナ３１の受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】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１０ａの構成を示すブロック図である。
【図１４】第１の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｂの構成を示すブロック図である。
【図１５】第１の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｃの構成を示すブロック図である。
【図１６】第１の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｄの構成を示すブロック図である。
【図１７】第１の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｅの構成を示すブロック図である。
【図１８】図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第２の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図１９】図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第３の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図２０】第１の実施形態の実施例に係る送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構成を示す断面図である。
【図２１】図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図２２】図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図２３】図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間において、コイルの中心部に１ｃｍ×１ｃｍ×１ｍｍのアルミニウムの金属異物５が存在し、奇モードの共振周波数ｆｏで電力を伝送し続けたときの金属異物５の温度変化を示すグラフである。
【図２４】第２の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ａの概略構成を示すブロック図である。
【図２５】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第４の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図２６】図２５の第４の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。
【図２７】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第５の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図２８】図２７の第５の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。
【図２９】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第６の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３０】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第７の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３１】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第８の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３２】第２の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ａａの概略構成を示すブロック図である。
【図３３】図３２の送電アンテナ２２Ａａの構成を示す回路図である。
【図３４】図３２のキャパシタＣｔＡａの容量を変化させたときの無線電力伝送システム１０Ａａの伝送効率の周波数特性の変化を示す概略図である。
【図３５】図３２の無線送電装置２Ａａの制御回路２３Ａａによって実行される第９の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３６】送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図３７】送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図３８】第３の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。
【図３９】図３８の送電アンテナ２２Ｂの第１の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂａの構成を示す回路図である。
【図４０】図３８の送電アンテナ２２Ｂの第２の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｂの構成を示す回路図である。
【図４１】図３８の受電アンテナ３１Ｂの第１の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂａの構成を示す回路図である。
【図４２】図３８の受電アンテナ３１Ｂの第２の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂｂの構成を示す回路図である。
【図４３】図３８の送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの第３の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの構成を示す回路図である。
【図４４】図３９の送電アンテナ２２Ｂａ及び図４１の受電アンテナ３１Ｂａの実装例を示す斜視図である。
【図４５】図３９の送電アンテナ２２Ｂａにおける共振キャパシタＣｔ１の実装例を示す回路図である。
【図４６】図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第１の実装例を示す斜視図である。
【図４７】図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第２の実装例を示す斜視図である。
【図４８】図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第１の実装例を示す斜視図である。
【図４９】図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第２の実装例を示す斜視図である。
【図５０】図３８の無線電力伝送システム１０Ｂの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。
【図５１】図３８の無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂによって実行される第１０の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図５２】図３８の送電アンテナ２２Ｂの送電コイルＬｔと受電アンテナ３１Ｂの受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０Ｂの動作を示すタイミングチャートである。
【図５３】第３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１０Ｂａの構成を示すブロック図である。
【図５４】例示的なバッテリ充電プロファイルを示すグラフである。
【図５５】第３の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｂの構成を示すブロック図である。
【図５６】図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１１の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図５７】図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１２の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図５８】第３の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｃの構成を示すブロック図である。
【図５９】図５８の無線電力伝送システム１０Ｂｃの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。
【図６０】第３の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｄの構成を示すブロック図である。
【図６１】第３の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｅの構成を示すブロック図である。
【図６２】第３の実施形態の第６の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｆの構成を示すブロック図である。
【図６３】第３の実施形態の第７の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｇの構成を示すブロック図である。
【図６４】第３の実施形態の第８の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｈの構成を示すブロック図である。
【図６５】第４の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。
【図６６】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１３の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図６７】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１４の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図６８】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１５の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図６９】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１６の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図７０】第４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１０Ｃａの構成を示すブロック図である。
【図７１】第４の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｂの構成を示すブロック図である。
【図７２】第４の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｃの構成を示すブロック図である。
【図７３】第５の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。
【図７４】第５の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態に係る無線電力伝送システム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。また、実施形態に係る無線電力伝送システムは、以下で開示するものに限定されることはない。
【００１５】
第１の実施形態．
図１は、第１の実施形態に係る無線電力伝送システム１０の構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０は、電源装置１に接続された無線送電装置２と、負荷装置４に接続された受電アンテナ３１とを含み、無線送電装置２の送電アンテナ２２から受電アンテナに高周波電力を無線伝送する。
【００１６】
電源装置１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１０に出力する。代替として、電源装置１は、蓄電池などの直流電源からの直流電力の電圧を変換して無線送電装置２に出力する。無線電力伝送システム１０は、電源装置１からの直流電力を高周波電力に変換して無線伝送した後、負荷装置４に出力する。以下、負荷装置４が携帯電話機の充電器である場合を例に挙げて、無線電力伝送システム１０の構成及び動作を説明する。
【００１７】
無線送電装置２は、発振回路２１と、送電アンテナ２２と、制御回路２３とを備えて構成される。発振回路２１は、制御回路２３の制御下で、入力された直流電力から可変な周波数で高周波電力を発生して送電アンテナ２２に供給する送電回路として動作する。発振回路２１は、可変な伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生するパルス発生器と、このパルス列に応じて動作するスイッチング素子を含むＤ級増幅器とを含み、伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。送電アンテナ２２はＬＣ共振回路を含み、受電アンテナ３１もまたＬＣ共振回路を含む。受電アンテナ３１は、送電アンテナ２２に電磁的に結合される。
【００１８】
図２は、図１の送電アンテナ２２の構成を示す回路図である。図３は、図１の受電アンテナ３１の構成を示す回路図である。図２に示すように、送電アンテナ２２は、並列に接続された共振キャパシタ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３に示すように、受電アンテナ３１は、直列に接続された共振キャパシタ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６は、図１の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の実装例を示す斜視図である。図６に示すように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、例えば、正方形のスパイラルコイルである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、所定の間隔ｇを有して互いに対向するように、実質的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とが互いに電磁的に結合するように、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。また、図７は、図６の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの変形例の構成を示す斜視図である。図７に示すように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、例えば、円形のスパイラルコイルであってもよい。
【００１９】
図６及び図７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、実質的に平面上に巻回された巻線を含む、例えば正方形又は他の形状のスパイラルコイルである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、それぞれ、中心部及び周辺部を有する。送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合するとき、送電コイルＬｔの中心部が受電コイルＬｒの中心部と対向し、送電コイルＬｔの周辺部が受電コイルＬｒの周辺部と対向するように、送電コイル２２が受電コイル３１と近接して設けられる。ここで、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの巻線は、送電コイルＬｔの中心部が受電コイルＬｒの中心部と対向し、送電コイルＬｔの周辺部が受電コイルＬｒの周辺部と対向するのであれば、平面上に限らず、曲面上、又は他の任意の形状に巻回されてもよい。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの巻線は、その少なくとも一部において、送電コイルＬｔの中心部が受電コイルＬｒの中心部と対向し、送電コイルＬｔの周辺部が受電コイルＬｒの周辺部と対向するように巻回されてもよい。
【００２０】
図２の送電アンテナ２２は並列共振回路であり、図３の受電アンテナ３１は直列共振回路であったが、送電アンテナ及び受電アンテナはこれらに限定されない。図４は、図２の送電アンテナ２２の変形例に係る送電アンテナ２２ａの構成を示す回路図である。図２の送電アンテナ２２に代えて、図４の送電アンテナ２２ａを用いてもよい。送電アンテナ２２ａは、共振キャパシタＣｔと送電コイルＬｔとを備えた直列共振回路である。また、図５は、図３の受電アンテナ３１の変形例に係る受電アンテナ３１ａの構成を示す回路図である。図３の受電アンテナ３１に代えて、図５の受電アンテナ３１ａを用いてもよい。受電アンテナ３１ａは、共振キャパシタＣｒと受電コイルＬｒとを備えた並列共振回路である。また、送電アンテナ及び受電アンテナは、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。
【００２１】
送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の一方が直列接続されたコイル及びキャパシタを備え、他方が並列接続されたコイル及びキャパシタを備えてもよい。それに代わって、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の両方が直列接続されたコイル及びキャパシタを備えてもよく、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の両方が並列接続されたコイル及びキャパシタを備えてもよい。
【００２２】
また、図１において、受電アンテナ３１に負荷装置４が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、発振回路２１の出力端子から送電アンテナ２２の入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２の入力端子から発振回路２１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２に実質的に等しいように設定される。さらに、送電アンテナ２２に発振回路２１が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１の出力端子から負荷装置４を臨むときの出力インピーダンスＺｒ１は、負荷装置４から受電アンテナ３１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ２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最大にできる。
【００２３】
図１において、発振回路２１は、上述したＤ級増幅器内のスイッチング素子を伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列に従ってスイッチングすることにより、電源装置１からの直流電圧を高周波電圧に変換して送電アンテナ２２に出力する。送電アンテナ２２が受電アンテナ３１と電磁的に結合するように近接して設けられたとき、発振回路２１からの高周波電圧は、伝送周波数ｆｔｒで、送電アンテナ２２を介して受電アンテナ３１に送電され、負荷装置４に供給される。すなわち、電源装置１からの電力は、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１との間の共振磁界結合によって、非接触で伝送される。
【００２４】
なお、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１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、送電アンテナ２２の共振周波数ｆＴ及び／又は受電アンテナ３１の共振周波数ｆＲは、伝送周波数ｆｔｒと完全に一致する必要はない。
【００２５】
図８は、図１の無線電力伝送システム１０の伝送効率の周波数特性を示すグラフである。一般に、インダクタンスＬ及び容量Ｃを有するＬＣ共振回路の共振周波数ｆは、ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））により得られる。一方、複数の共振器を電磁気的に結合した場合、その共振周波数が共振器の数と同じだけの個数に分裂することが知られている。２個の共振器が互いに電磁的に結合して形成される系においては、系の共振周波数は、いわゆる偶モードと奇モードという２つの周波数に分裂する（非特許文献１及び２参照）。偶奇モードの共振周波数は通常は異なる値を有し、低い共振周波数ｆｏの共振状態（共振モード）を奇モード、高い共振周波数ｆｅの共振状態（共振モード）を偶モードと考えることができる。本明細書の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の対を含む電磁空間内では、送電コイルＬｔが受電コイルＬｒと電磁的に結合するように近接しており、奇モードの共振周波数ｆｏと、奇モードの共振周波数ｆｏよりも高い偶モードの共振周波数ｆｅという、２つの分離した共振周波数が発生することになる。
【００２６】
なお、２つの共振周波数ｆｏ及びｆｅは、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１の入出力部に接続される前後段回路との接続インピーダンスに依存して変化するものの、２つの共振器が結合することによって共振周波数が２つの値に分離することには変わりはない。本明細書では、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１とが結合した際に生じる２つの分離した共振周波数のうち、低い共振周波数ｆｏの共振モードを奇モードと定義し、高い共振周波数ｆｅの共振モードを偶モードと定義することにする。
【００２７】
図８に示すように、一般に、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ又はｆｅに設定することにより、伝送効率を最大にできる。無線送電装置２の制御回路２３は、発振回路２１によって発生される高周波電力の周波数、すなわち伝送周波数ｆｔｒを、奇モードの共振共振周波数ｆｏ及び偶モードの共振周波数ｆｅのいずれかに設定する。
【００２８】
図９は、図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が奇モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。図１０は、図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が偶モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。図９及び図１０は、図６のＡ１−Ａ２線における断面を概略的に示す。また、図９及び図１０において、矢印は磁束の主たる向きを表す。図９の場合、伝送周波数ｆｔｒは奇モードの共振周波数ｆｏに設定されている。図１０の場合、伝送周波数ｆｔｒは偶モードの共振周波数ｆｅに設定されている。図１の無線電力伝送システム１０は、伝送周波数ｆｔｒとして選択する周波数に応じて異なる磁界分布に基づいて、送受アンテナ間が結合する。
【００２９】
送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が奇モードの共振状態にあるとき、送電コイルＬｔの内部及び受電コイルＬｒの内部において同じ向き（図９では＋Ｚ方向）の磁界が発生する。送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が偶モードの共振状態にあるとき、送電コイルＬｔの内部及び受電コイルＬｒの内部において逆向き（図９では、送電コイルＬｔで＋Ｚ方向、受電コイルＬｒで−Ｚ方向）の磁界が発生する。図９及び図１０において、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）の磁束密度は、奇モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｏ）よりも、偶モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｅ）のほうが低くなる。一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）の磁束密度は、偶モードの共振状態にあるときよりも、奇モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。
【００３０】
無線電力伝送システム１０により電力伝送を行う際に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属や磁性体などの異物（以下、金属異物と記述する）が混入したとき、金属異物の表面の渦電流量は、空間に分布する磁束密度が高いほど増大する。従って、金属異物の表面の発熱量は、磁束密度が高いほど増大する。図９及び図１０から明らかであるように、金属異物の発熱量は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒと金属異物との相対的な位置関係に依存して変化し、また、無線電力伝送システム１０の伝送モード（偶モード及び奇モード）に依存して変化する。このため、金属異物が送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの中心部に位置しているときは、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｅに設定して偶モードで送電することにより、金属異物の発熱を抑制できる。一方、金属異物が送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの周辺部に位置しているときは、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏに設定して奇モードで送電することにより、金属異物の発熱を抑制できる。
【００３１】
以上説明したように、図１の無線電力伝送システム１０による共振型の無線電力伝送においては、伝送効率を実質的に最大にして良好な伝送特性を確保可能な２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）が存在する。また、金属異物の位置が不明である場合でも、偶モード及び奇モードのうちのいずれかの伝送モードを採用すれば、残りの伝送モードを用いて伝送するよりも金属異物の発熱を軽減できる可能性があることになる。
【００３２】
さらに、図１の無線電力伝送システム１０において、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間においてコイルの中心部に金属異物を配置したとき、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏに設定して奇モードで電力伝送し、金属異物の温度変化を解析した。上述したように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間においてコイルの中心部に金属異物が存在するとき、奇モードで送電すると、偶モードで送電する場合に比較して金属異物の発熱量は大きくなってしまう。ただし、奇モードで送電する場合でも、金属異物又は無線電力伝送システム１０の筐体の温度が所定のしきい値温度（例えば、４５°Ｃなどの安全上の理由によって定められた温度）になるまでの時間は数十分であった。すなわち、この時間は、伝送周波数ｆｔｒ（例えば、数１００ｋＨｚ）に対応する周期より十分に長い。従って、金属異物が存在するときに、当該金属異物の位置において発熱を抑制できない不適切な伝送モードを選択した場合でも、伝送モードを、金属異物の温度が飽和する前に他方の伝送モードに切り替えれば、金属異物が発熱するリスクを回避できる。
【００３３】
図１１は、図１の無線送電装置２の制御回路２３によって実行される第１の電力伝送処理を示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ１０１において、制御回路２３は、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定して、電力伝送を開始する。次に、ステップＳ１０２において、制御回路２３は、所定の偶モードの連続動作時間Ｐｅが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１０３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１０２の処理を繰り返して実行する。ステップＳ１０３において、制御回路２３は、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定して、電力伝送を開始する。そして、ステップＳ１０４において、制御回路２３は、所定の奇モードの連続動作時間Ｐｏが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１０１に戻る一方、ＮＯのときはステップＳ１０４の処理を繰り返して実行する。
【００３４】
すなわち、図１１の電力伝送処理によれば、無線送電装置２の制御回路２３は、伝送周波数ｆｔｒを連続動作時間Ｐｅだけ偶モードの共振周波数ｆｅに設定する時間区間（偶モードの伝送モードの時間区間）と、伝送周波数ｆｔｒを連続動作時間Ｐｏだけ奇モードの共振周波数ｆｏに設定する時間区間（奇モードの伝送モードの時間区間）とを、交互に繰り返す。
【００３５】
ここで、図１１において、偶モードの連続動作時間Ｐｅは、例えば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが偶モードで結合する条件にて電力伝送を継続したときに、金属異物の発熱量が最大になる位置に金属異物が存在した場合に、金属異物の温度が所定のしきい値温度Ｔｔｈになるまでの時間より短くなるように設定することができる。すなわち、偶モードの連続動作時間Ｐｅは、例えば、偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に異物が存在するときに、異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈになるまでの最短時間より短くなるように設定することができる。また、奇モードの連続動作時間Ｐｏは、例えば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが奇モードで結合する条件にて電力伝送を継続したときに、金属異物の発熱量が最大になる位置に金属異物が存在した場合に、金属異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈになるまでの時間より短くなるように設定することができる。すなわち、奇モードの連続動作時間Ｐｏは、例えば、奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に異物が存在するときに、異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈになるまでの最短時間より短くなるように設定することができる。ここで、連続動作時間Ｐｅ及びＰｏは、例えば、最大電力伝送時の異物の発熱実験又は数値シミュレーションの結果に基づいて、あらかじめ設定される。
【００３６】
図１２は、図１の送電アンテナ２２の送電コイルＬｔと受電アンテナ３１の受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０の動作を示すタイミングチャートである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間においてコイルの周辺部に金属異物が存在するとき、上述したように、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏに設定すれば、金属異物の発熱を抑制できる（図９参照）。図１２において、温度Ｔｅは、偶モードで連続的に送電したときの金属異物の飽和温度であり、温度Ｔｏは、奇モードで連続的に送電したときの金属異物の飽和温度である。また、しきい値温度Ｔｔｈは、安全上の理由などによりあらかじめ設定される異物の温度の上限値である。従来技術に係る無線電力伝送システムは、Ｔｅ＞Ｔｔｈである場合、金属異物の温度を測定し、温度がしきい値温度Ｔｔｈに達する前に送電を停止することによって、安全性を確保していた。
【００３７】
図１２において、金属異物の発熱量が小さい奇モードでの電力伝送から金属異物の発熱量が大きい偶モードでの電力伝送に切り替えると、金属異物の温度は、室温より上昇し、温度Ｔｏより高くなる。しかしながら、偶モードの連続動作時間Ｐｅは偶モードにおける金属異物の温度が飽和するまでの時間より短いように設定されているので、金属異物の温度は温度Ｔｅまで上昇しない。その結果、金属異物の温度はＴｅには到達しないように、電力伝送を継続できる。更に、例えば、偶モードの連続動作時間Ｐｅをしきい温度Ｔｔｈに到達するまでの時間より短く設定することによって、金属異物の温度をしきい温度Ｔｔｈまで上昇させることなく電力伝送を継続できる。
【００３８】
共振磁界結合型の無線電力伝送システムにおいて、周辺に混入する金属異物の位置は不明であるので、偶モード及び奇モードの伝送は、ともに、発熱量が小さい伝送モードである可能性も、逆に発熱量が大きい伝送モードである可能性もある。従来技術に係る無線電力伝送システムでは、発熱量が小さい伝送モードで電力伝送を行うことなく、発熱量が大きい伝送モードでの電力伝送を続行するリスクがあった。この結果、金属異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈ以上に上昇して、無線電力伝送システムの動作を停止させることがあった。しかしながら、図１の無線電力伝送システム１０によれば、金属異物の温度が飽和するまでの長時間にわたって同一の伝送モードで電力伝送を行うことなく、伝送モードを、奇モードの連続動作時間Ｐｏの時間区間と、偶モードの連続動作時間Ｐｅの時間区間との間で交代し続けながら電力伝送を行う。従って、金属異物の温度が著しく高い温度まで飽和する前に発熱量が小さい伝送モードに切り替えられ、発熱量が大きい伝送モードによってもたらされる発熱リスクは軽減され、さらには回避可能となる。すなわち、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。また、図１の無線電力伝送システム１０によれば、偶モード及び奇モードのうち、発熱量が大きい可能性がある伝送モードのみで間欠動作を行う従来技術に係る無線電力伝送システムより、原理的に、負荷装置４に供給する電力量を増大することができる。
【００３９】
なお、図１１の電力伝送処理において、伝送モードの切り替え時に、連続動作時間Ｐｏ及びＰｅより短い無線電力伝送の停止時間を追加してもよい。
【００４０】
また、図６及び図７の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、一層の正方形又は円形のスパイラルコイルであったが、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの形状はこれらに限られない。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの各形状は、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。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの少なくとも一方が多層で巻回されていてもよい。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。
【００４１】
さらに、図１の無線電力伝送システム１０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で被覆してもよい。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを形成する複数の配線間の不要な結合を回避するため、配線導体の表面を磁性体でめっきしてもよい。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２２及び受電アンテナ３１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。
【００４２】
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。
【００４３】
図６及び図７では、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの両方が同じ向き（時計回り）に巻回されるように図示しているが、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが互いに異なる向き（時計回り及び反時計回り）に巻回されていてもよい。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの両方が反時計回りに巻回されていてもよい。
【００４４】
また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒのサイズ及び形状は同一であることが望ましいが、異なるサイズ又は形状を有していてもよく、同一のサイズ及び形状であっても異なる電気的特性を有していてもよい。
【００４５】
また、一般に、不要輻射を防ぐため送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒにシールドを設けることがあるが、そのようなシールドが存在する環境下においても、図１の無線電力伝送システム１０の動作を損なうものではない。
【００４６】
また、共振キャパシタ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キャパシタＣｔ及びＣｒとして機能させてもよい。また、共振キャパシタ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。
【００４７】
またさらに、図１の無線電力伝送システム１０において、伝送周波数ｆｔｒは、例えば、５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定される。また、伝送周波数ｆｔｒは、６．７８ＭＨｚ及び１３．５６ＭＨｚなどのＩＳＭバンドに設定されてもよい。また、伝送周波数ｆｔｒは、２倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう、２６３ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、３倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１７５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、５倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１０５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよい。
【００４８】
また、図１の無線電力伝送システム１０において、発振回路２１を、Ｄ級増幅器を用いて構成したが、発振回路２１の構成はこれに限られない。発振回路２１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、発振回路２１は、電源装置１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、発振回路２１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２２に出力すればよい。
【００４９】
なお、無線電力伝送システム１０の伝送効率は、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１との間の間隔ｇ（アンテナ間隔）に依存し、また、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１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２２と受電アンテナ３１との間の間隔ｇである。アンテナ間隔は、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１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２２及び受電アンテナ３１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。
【００５０】
また、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の各共振回路のＱ値は、要求される伝送効率に依存し、また、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。
【００５１】
さらに、図１の無線電力伝送システム１０において、電源装置１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１０に出力したが、電源装置１の構成はこれに限られず、所定の周波数の交流電圧を出力する交流電源又は太陽電池などの直流電源からの電力を直流電力に変換して無線送電装置２に供給してもよい。
【００５２】
また、発振回路２１と送電アンテナ２２の間に整合回路が接続されてもよく、受電アンテナ３１と負荷装置４との間に整合回路が接続されてもよい。
【００５３】
なお、無線送電装置２の制御回路２３は、発振回路２１と一体の集積回路として構成されてもよい。
【００５４】
図１３は、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１０ａの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ａは、電源装置１に接続された無線送電装置２ａと、負荷装置４ａに接続された受電アンテナ３１とを含む。無線送電装置２ａは、図１の制御回路２３に代えて制御回路２３ａを備える。負荷装置４ａは、必要な電圧及び電流を通知する要求信号を、無線送電装置２ａの制御回路２３ａに送る。
【００５５】
負荷装置４ａにおいて消費される電力の変化に応じて、無線送電装置２ａの送電アンテナ２２から受電アンテナ３１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、無線送電装置２ａの制御回路２３ａは、負荷装置４ａに出力される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４ａ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍又は奇モードの共振周波数ｆｏの近傍で調整する。ここで、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｅ−Δｆｅ）から周波数（ｆｅ＋Δｆｅ）までの周波数範囲であり、Δｆｅは例えば偶モードの共振周波数ｆｅの５％に設定される。また、奇モードの共振周波数ｆｏの近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｏ−Δｆｏ）から周波数（ｆｏ＋Δｆｏ）までの周波数範囲であり、Δｆｏは例えば奇モードの共振周波数ｆｏの５％に設定される。
【００５６】
なお、本変形例において、無線送電装置２ａの制御回路２３ａは、送電アンテナ２２に入力される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４ａ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍又は奇モードの共振周波数ｆｏの近傍で調整してもよい。
【００５７】
図１４は、第１の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ｂは、発電装置１ｂに接続された無線送電装置２ｂと、負荷装置４に接続された受電アンテナ３１とを含む。発電装置１ｂは、例えば、太陽電池などの電源装置である。この場合、発電装置１ｂから出力される電力は、太陽電池が受ける太陽光の量に応じて変化する。無線送電装置２ｂは、図１の制御回路２３に代えて制御回路２３ｂを備える。無線送電装置２ｂの制御回路２３ｂは、発電装置１ｂの出力電圧及び出力電流に基づいて、発電装置１ｂから最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、奇モードの共振周波数ｆｏの近傍又は偶モードの共振周波数ｆｅの近傍で調整する。
【００５８】
なお、他の変形例及び他の実施形態においても、無線送電装置の制御回路は、電力伝送中に、伝送効率、出力電圧、又は出力電流に基づいて、電源装置から最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍又は奇モードの共振周波数ｆｏの近傍で調整してもよい。
【００５９】
図１５は、第１の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｃの構成を示すブロック図である。図１の無線電力伝送システム１０では、受電アンテナ３１は負荷装置４に直接接続されたが、無線電力伝送システムの構成はこれに限られない。図１５の無線電力伝送システム１０ｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２と、負荷装置４に接続された無線受電装置３とを含み、無線送電装置２から無線受電装置３に高周波電力を無線伝送する。図１５において、無線受電装置３は、受電アンテナ３１及び整流回路３２を備えて構成される。図１５の受電アンテナ３１は、図１の無線電力伝送システム１０の受電アンテナ３１と同様に構成される。整流回路３２は、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１を介して無線送電装置２から送られた高周波電力を直流の出力電力に変換し、負荷装置４に供給する受電回路として動作する。送電アンテナ２２に発振回路２１が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１の出力端子から整流回路３２を臨むときの出力インピーダンスＺｒ１は、整流回路３２から受電アンテナ３１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ２と実質的に等しいように設定される。図１５の無線電力伝送システム１０ｃにおいても、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００６０】
図１６は、第１の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｄの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ｄは、電源装置１に接続された無線送電装置２と、負荷装置４に接続された無線受電装置３ｄとを含む。図１６の無線受電装置３ｄは、図１５の無線受電装置３ｃの整流回路３２に代えて、周波数変換回路３２ｄを備える。周波数変換回路３２ｄは、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１を介して無線送電装置２から送られた高周波電力を、負荷装置４において必要とされる周波数の交流電力に変換して負荷装置４に供給する。
【００６１】
図１７は、第１の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｅの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ｅは、電源装置１に接続された無線送電装置２ｅと、負荷装置４に接続された無線受電装置３ｅとを含む。無線送電装置２ｅは、図１の制御回路２３に代えて、制御回路２３ｅを備える。無線送電装置２ｅは、送電コイルＬｔの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して制御回路２３ｅに通知するセンサ２４をさらに備える。無線受電装置３ｅは、図１５の無線受電装置３の構成に加えて、監視回路３３及びセンサ３４を備える。センサ３４は、受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して監視回路３３に通知し、監視回路３３は、検出結果を無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅに通知する。センサ２４及び３４は、例えば送電コイルＬｒ又は受電コイルＬｔの近傍の温度を測定する温度センサ、赤外線カメラ又は撮像素子などの検出手段を含む。
【００６２】
図１８は、図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第２の電力伝送処理を示すフローチャートである。図１８のステップＳ１１１〜Ｓ１１４は、図１１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様であり、ステップＳ１１４においてＹＥＳのとき、ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５において、制御回路２３ｅは、センサ２４又は３４により異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１１６において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ１１１に戻る。具体的には、制御回路２３ｅは、例えば、送電コイルＬｒ又は受電コイルＬｔの近傍の温度が所定のしきい値温度（例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ）以上であることを検出したとき、又は、当該温度の上昇率が所定のしきい値以上であることを検出したとき、異物に起因する異常状態を検出したと判断する。
【００６３】
第２の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、異物に起因する異常状態を検出するまで、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００６４】
なお、図１８において、ステップＳ１１４の次に、ステップＳ１１５及びＳ１１６の各処理を実行したが、ステップの順序はこれに限られず、ステップＳ１１５及びＳ１１６は、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４の間の任意の時点において実行してもよい。
【００６５】
図１９は、図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第３の電力伝送処理を示すフローチャートである。図１９のステップＳ１２１〜Ｓ１２５、Ｓ１２８は、図１８のステップＳ１１１〜Ｓ１１５、Ｓ１１６と同様であり、ステップＳ１２５においてＹＥＳのとき、ステップＳ１２６に進む。ステップＳ１２６において、制御回路２３ｅは、奇モードの連続動作時間Ｐｏを所定の奇モードの減少時間ΔＰｏだけ短く設定し、偶モードの連続動作時間Ｐｅを所定の偶モードの減少時間ΔＰｅだけ短く設定する。そして、ステップＳ１２７において、連続動作時間Ｐｏ又はＰｅが所定の最短動作時間Ｐｍｉｎ以下であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１２８において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ１２１に戻る。ここで、奇モードの減少時間ΔＰｏは、例えば奇モードの連続動作時間Ｐｏの５％に設定され、偶モードの減少時間ΔＰｅは、例えば偶モードの連続動作時間Ｐｅの５％に設定される。
【００６６】
金属異物の発熱は、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、発熱量が大きい伝送モードで電力伝送を行っている期間での発熱が支配的である。従って、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間を短縮することで、金属異物の温度をしきい値温度Ｔｔｈ未満に抑えることができる可能性がある。図１９の第３の電力伝送処理によれば、金属異物が検出されても、連続動作時間Ｐｅ及びＰｏを短縮するので、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら、図１８の第２の電力伝送処理の場合よりも電力伝送を長く継続できる。
【００６７】
なお、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、どちらの伝送モードにおいて発熱量が大きくなるのかあらかじめ把握できているときは、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間のみを短縮することで、さらに発熱を抑制できる。
【００６８】
次に、図２０〜図２３を参照して、図１の無線電力伝送システム１０に係るシミュレーション結果について説明する。
【００６９】
図２０は、第１の実施形態の実施例に係る送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構成を示す断面図である。有限要素法を用いてシミュレーションを行った。図２０に示すように、平面的な一層構成の円形のスパイラルコイルを送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒとして用いて、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの巻数を８回に設定し、外径を４０ｍｍに設定し、内径ｄ２を１０ｍｍ又は２０ｍｍに設定した。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを、ＸＹ面に平行に、Ｚ方向の間隔ｇ＝５ｍｍを有して配置した。また、共振周波数ｆｏを１０６ｋＨｚに設定し、共振周波数ｆｅを１６２．６ｋＨｚに設定した。さらに、金属異物５として、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間に、２ｍｍ×２ｍｍ×０．２ｍｍのアルミニウム片を設置した。
【００７０】
また、受電アンテナ３１に負荷装置４が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、発振回路２１の出力端子から送電アンテナ２２の入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２の入力端子から発振回路２１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２に実質的に等しいように設定された。さらに、送電アンテナ２２に発振回路２１が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１の出力端子から負荷装置４を臨むときの出力インピーダンスＺｒ１は、負荷装置４から受電アンテナ３１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ２と実質的に等しいように設定された。この結果、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ及びｆｅのうちの何れに設定しても、９０％以上の良好な伝送効率を実現できた。すなわち、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ及びｆｅのうちの何れに設定しても、入出力電圧、電流、及び効率の点で同等の電力伝送を行えた。
【００７１】
金属異物５の表面上に生じる渦電流は、金属異物５の面積に比例する。また、金属異物５の発熱量は、原理的には、金属異物５の表面に生じた渦電流の２乗に比例するので、表面電流密度の最大値の２乗を発熱量の指標として評価した。
【００７２】
図２１は、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。送電コイルＬｔへの入力電力を１Ｗに設定した。図２１において、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ又はｆｅに設定したときの、金属異物５の位置と、金属異物５の表面電流密度の最大値との間の関係を示す。また、金属異物５の位置と、各位置において発熱量を抑制可能な伝送モードを選択したときに、他方の伝送モードを選択したときに比べて低減できる発熱量の割合との間の関係をあわせて示す。図２１に示すように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。
【００７３】
図２２は、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。図２２において、図２１と同様に、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。
【００７４】
従って、図２１及び図２２によれば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構造に依存せず、（１）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に存在する場合は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏであるときより共振周波数ｆｅであるときの方が発熱量が小さいこと、また、（２）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に存在する場合は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｅであるときより共振周波数ｆｏであるときの方が発熱量が小さいことがわかる。なお、２つの周波数ｆｏ及びｆｅにおいて、インピーダンス及び伝送効率の両方はほぼ同等であり、伝送特性に影響を与えるものではない。以上の結果より、無線電力伝送システム１０において、良好な伝送特性を確保できる２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）が存在し、いずれかの伝送モードを選択することにより、金属異物５の位置に関係なく発熱を抑制できることがわかる。
【００７５】
図２３は、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間において、コイルの中心部に１ｃｍ×１ｃｍ×１ｍｍのアルミニウムの金属異物５が存在し、奇モードの共振周波数ｆｏで電力を伝送し続けたときの金属異物５の温度変化を示すグラフである。送電コイルＬｔへの入力電力を３Ｗに設定した。図２３に示すように、金属異物５の温度は、伝送開始直後に飽和せず、飽和するまでに数十分以上かかることが分かった。具体的には、金属異物５の温度は、伝送開始から３０分で室温から３５度だけ上昇したが、２０分では３０度、１５分では２８度、１０分では２５度、５分では２０度、３分では１５度、９０秒では１０度、４５秒では５度しか上昇しなかった。ここで、例えば、６０秒間の経過時間は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏに設定される場合の伝送周期の６３６万倍に達する。従って、金属異物５又は金属異物５に近接する筐体の温度が所定のしきい値温度Ｔｔｈ（例えば、４５°Ｃ）に達するまでに要する時間は、仮に、金属異物５の発熱が深刻になる「間違った伝送モード」が選択されたとしても、伝送エネルギーの周期に比較してきわめて長時間であるといえる。このため、例えば、図２３の場合は、しきい値温度Ｔｔｈが４５°Ｃであるとき、奇モードの連続動作時間Ｐｏを５分未満に設定すればよい。
【００７６】
また、２つの伝送モード間で、金属異物５が存在するときの金属異物５の温度上昇率の最大値が互いに異なることがあらかじめ分かっている場合、共振周波数ｆｏでの連続動作時間Ｐｏと、共振周波数ｆｅでの連続動作時間Ｐｅを互いに異なる値に設定することで、発熱のリスクを回避出来る可能性が高くなる。例えば、図２１の場合を例に取ると、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏに設定されたとき（奇モード）の表面電流密度は１２２０ｍＡ／ｍになり得るが、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｅに設定されたとき（偶モード）の表面電流密度は最大でも８４０ｍＡ／ｍという値にしかなりえない。このため、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｅに設定されたときの発熱量は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏに設定されたときの４７％にとどまる。従って、偶モードの連続動作時間Ｐｅを、奇モードの連続動作時間Ｐｏの１倍以上２．１倍未満に設定しても、偶モードで動作時の発熱量の積算値は、奇モードで動作時に発生する発熱量積算値の最大値を上回らない。さらに、金属異物５からの自然放熱を考慮すると、偶モードの連続動作時間Ｐｅを、奇モードの連続動作時間Ｐｏの２．１倍以上に設定することも可能である場合がある。
【００７７】
第２の実施形態．
図２４は、第２の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ａの概略構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ａと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ａとを含み、無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに高周波電力を無線伝送する。
【００７８】
無線送電装置２Ａは、送電回路２１Ａ、送電アンテナ２２、制御回路２３Ａ、及びセンサ２４を備える。無線送電装置２Ａの送電アンテナ２２は、図２の送電アンテナ２２又は図４の送電アンテナ２２ａと同様に構成される。送電回路２１Ａは、電源装置１に接続され、制御回路２３Ａの制御下で、パルス幅変調を用いて入力電力から可変な周波数（例えば１００〜２００ｋＨｚなど）の出力電圧（高周波電力）を生成して送電アンテナ２２に供給する。送電回路２１Ａは、送電アンテナ２２が無線受電装置３Ａの受電アンテナ３１と電磁的に結合するように近接して設けられたとき、所定の周波数で送電アンテナ２２を介して無線受電装置３Ａに送電する。制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａによる送電の開始及び停止を制御し、また、送電回路２１Ａの出力電圧の周波数を制御する。センサ２４は、送電アンテナ２２の送電コイルＬｔの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出し、制御回路２３Ａに通知する。センサ２４は、例えば温度センサを含む。
【００７９】
無線受電装置３Ａは、受電アンテナ３１、受電回路３２Ａ、監視回路３３Ａ、及びセンサ３４を備える。無線受電装置３Ａの受電アンテナ３１は、図３の受電アンテナ３１又は図５の受電アンテナ３１ａと同様に構成される。受電回路３２Ａは、受電アンテナ３１を介して無線送電装置２Ａから送られた電力を受けて、負荷装置４に供給する。受電回路３２Ａは、負荷装置４への電力供給が不要になったとき（例えば、負荷装置４の電源をオフにするとき、又は、負荷装置４が充電池である場合には、充電が完了したとき）、電力伝送の停止を要求する信号を、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに送る。センサ３４は、受電アンテナ３１の受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態を検出し、監視回路３３Ａに通知する。センサ３４は、例えば温度センサを含む。監視回路３３Ａは、センサ３４によって異常状態が検出されたとき、異常状態の発生を示す信号を、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに送る。
【００８０】
センサ２４，３４が温度センサである場合について説明する。金属異物の発熱が問題になる送電コイル又は受電コイルの近傍の異物の温度を推定するのに、少なくとも１つの温度推定手段が必要である。温度を推定するために様々な温度推定手段が使用可能である。例えば、サーミスタなどの温度センサを用いて温度を直接に測定する方法、ならびに、無線送電装置２Ａ及び無線受電装置３Ａの間の伝送効率を測定して損失電力を算出し、発熱した異物の温度を損失電力から推定する方法を使用可能である。これらの場合、発熱した異物の温度の上昇曲線を測定できるので、所定時間にわたって電力伝送を継続した後の温度を予測することができる。また、電力伝送を開始する前に送電アンテナ２２又は受電アンテナ３１のインピーダンスを測定し、その測定結果から異物の位置などを推測し、事前にシミュレーション又は実験などで得た異物の位置と送電電力との関係を表すデータに基づいて異物の発熱量を推定する方法も使用可能である。この場合、温度センサを用いる場合よりも高速に測定できるという効果がある。また、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の間で通信を行う場合は、その通信時の誤り率を指標にしてもよい。なぜなら、送電コイル及び受電コイルの間に異物が存在する場合は受信電力が低下するので、受信電力と雑音電力との比（Signal to Noise Ratio：ＳＮＲ）が低下し、結果として誤り率が増加するからである。誤り率からＳＮＲを逆算し、そこから損失電力を算出し、損失電力から発熱量を推定してもよい。以上、金属異物の温度を推定するために種々の方法があるが、基本的な考え方としては、異物の温度を温度センサで直接に測定するか、電気特性又は通信特性の測定結果から損失電力を算出して損失電力から推定することで、異物の温度を取得することができる。これらの方法により、最適な高周波電力の周波数を選定する基準を得ることができる。
【００８１】
無線受電装置３Ａの受電回路３２Ａ又は監視回路３３Ａから受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに信号を送るために、ＮＦＣ（Near Field Communication）を用いてもよく、又は、他の変調（振幅変調又は位相変調）された無線信号を用いてもよい。また、無線受電装置３Ａの受電回路３２Ａ又は監視回路３３Ａから無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに信号を送るために、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２とは別に無線受電装置３Ａ及び無線送電装置２Ａにそれぞれ設けられたアンテナを用いてもよい。
【００８２】
無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに送電するとき、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１は互いに電磁的に結合するように近接して設けられる。
【００８３】
例えば、送電アンテナ及び受電アンテナの一方が直列接続されたコイル及びキャパシタを備え、他方が並列接続されたコイル及びキャパシタを備える。従って、図２の送電アンテナ２２及び図５の受信アンテナ３１ａの組み合わせ、又は、図３の送電アンテナ２２ａ及び図４の受信アンテナ３１の組み合わせを用いることができる。
【００８４】
以下、図２４の無線電力伝送システム１０Ａにおける電力伝送処理について説明する。
【００８５】
図２５は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第４の電力伝送処理を示すフローチャートである。第４の電力伝送処理は、金属異物を検出した際に電力伝送を停止する比較例を示す。図２５のステップＳ２０１において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を開始させる。ステップＳ２０２において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断する。異物に起因する異常状態は、例えば、前述のように、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇であり、センサ２４によって検出された送電コイルＬｔの近傍の温度が例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ以上になったとき、制御回路２３Ａは異常状態であると判断する。ステップＳ２０２がＹＥＳのときはステップＳ２０５に進み、ＮＯのときはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａの監視回路３３Ａから受信した信号に基づいて、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断する。例えば、センサ３４によって検出された受電コイルＬｒの近傍の温度が例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ以上になったとき、制御回路２３Ａは異常状態であると判断する。ステップＳ２０３がＹＥＳのときはステップＳ２０５に進み、ＮＯのときはステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において、制御回路２３Ａは、電力伝送を終了するか否かを判断する。例えば、電力伝送の停止を要求する信号を無線受電装置３Ａの受電回路３２Ａから受信したとき、又は、無線受電装置３Ａが除去されたことを他のセンサ（図示せず）により検出したとき、電力伝送を終了する。ステップＳ２０４がＹＥＳのとき、ステップＳ２０５に進み、ＮＯのときはステップＳ２０２に戻る。ステップＳ２０５において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【００８６】
図２６は、図２５の第４の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度がしきい値Ｔｃ以上になったときに電力伝送を停止することで、金属異物の過度の発熱を抑制することができる。しかしながら、第４の電力伝送処理では、ユーザが金属異物を除去しなければ電力伝送を再開することができない。
【００８７】
図２７は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第５の電力伝送処理を示すフローチャートである。制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａにより奇モードの共振周波数ｆｏ及び偶モードの共振周波数ｆｅのうちの一方で高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、送電回路２１Ａにより発生される高周波電力の周波数を奇モードの共振周波数ｆｏ及び偶モードの共振周波数ｆｅのうちの他方に変更する。詳しくは、図２７のステップＳ２１１において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定して電力伝送を開始させる。ステップＳ２１２において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１４に進み、ＮＯのときはステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１４に進み、ＮＯのときはステップＳ２１５に進む。ステップＳ２１４において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定して電力伝送を開始させる。伝送周波数ｆｔｒを変更すると、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの近傍の磁界の分布が変化し、これにより、金属異物に生じる渦電流の大きさが変化する。制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａによって発生される高周波電力の周波数（伝送周波数ｆｔｒ）を変更した後で、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき（すなわち、異常状態が解消していないとき）、送電回路２１Ａに送電を停止させる。詳しくは、ステップＳ２１５において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１８に進み、ＮＯのときはステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１８に進み、ＮＯのときはステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１７において、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１８に進み、ＮＯのときはステップＳ２１５に戻る。ステップＳ２１８において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【００８８】
図２８は、図２７の第５の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。第５の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００８９】
図２８は、異物に起因する異常状態を検出したときに、電力伝送を一時的に停止している場合を概略的に示しているが、電力伝送を停止することなく、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏから偶モードの共振周波数ｆｅに即時に変更してもよい。
【００９０】
制御回路２３Ａが異物に起因する異常状態が発生したと判断するしきい値Ｔｃは、９０°Ｃに限らず、他の温度であってもよい。また、無線送電装置２Ａ及び無線受電装置３Ａのそれぞれについて、異なるしきい値Ｔｃを用いてもよい。
【００９１】
また、制御回路２３Ａが異物に起因する異常状態が発生したと判断するために、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度に代えて、又は温度に加えて、電力の伝送効率を用いてもよい。この場合、無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａから送電電力の情報を取得する。無線受電装置３Ａの監視回路３３Ａは、受電回路３２Ａから受電電力の大きさを示す情報を取得し、この情報を含む信号を、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに送る。制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに送電する際の伝送効率が所定のしきい値以下になったとき（例えば、３０％になったとき、又は、設計値が９０％である場合、７０％になったとき）、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【００９２】
また、電力伝送処理を簡単化するために、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断するステップＳ２２３及びＳ２２６を省略してもよい。
【００９３】
図２９は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第６の電力伝送処理を示すフローチャートである。第５の電力伝送処理では、伝送周波数ｆｔｒを最初に奇モードの共振周波数ｆｏに設定して電力伝送を開始し（ステップＳ２１１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、偶モードの共振周波数ｆｅに変更した（ステップＳ２１４）。一方、第６の電力伝送処理では、伝送周波数ｆｔｒを最初に偶モードの共振周波数ｆｅに設定して電力伝送を開始し（ステップＳ２２１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、奇モードの共振周波数ｆｏに変更してもよい（ステップＳ２２４）。図２９のステップＳ２２１〜Ｓ２２８は、ステップＳ２２１及びＳ２２４の他は、図２７のステップＳ２１１〜Ｓ２１８と同様である。第６の電力伝送処理によれば、第５の電力伝送処理と同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００９４】
図３０は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第７の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【００９５】
図２４のセンサ２４及び３４の少なくとも一方は、温度センサに加えて、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含んでもよい。例えば、電気自動車などでは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間に、鉄ネジやアルミ箔などの様々な異物が入ることが予想されるので、このような異物の位置を位置センサを用いて予め特定してもよい。位置センサは、例えば、光学センサ、ミリ波レーダー、磁気センサ、などを含む。位置センサとして磁気センサを用いる場合には、金属異物が存在しない場合の磁界の分布を予め測定して記憶し、この記憶された磁界の分布に対する変化を検出することにより、金属異物の位置を検出する。
【００９６】
第７の電力伝送処理では、電力伝送を開始する前に異物を検出し、検出した異物の位置に応じて、伝送周波数ｆｔｒを選択する。図９及び図１０を参照して前述したように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）の磁束密度は、奇モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｏ）よりも、偶モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｅ）のほうが低くなる。一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）の磁束密度は、偶モードの共振状態にあるときよりも、奇モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。従って、金属異物の発熱を抑制するためには、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）に異物が存在する場合は、偶モードの共振周波数ｆｅで電力伝送を開始する一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）に異物が存在する場合は、奇モードの共振周波数ｆｏで電力伝送を開始する。
【００９７】
制御回路２３Ａは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより偶モードの共振周波数ｆｅで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより奇モードの共振周波数ｆｏで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始する。図３０のステップＳ２３１において、制御回路２３Ａは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ２３２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ２３３に進む。ステップＳ２３２において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定して電力伝送を開始させる。ステップＳ２３３において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定して電力伝送を開始させる。次いでステップＳ２３４において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２３７に進み、ＮＯのときはステップＳ２３５に進む。ステップＳ２３５において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２３７に進み、ＮＯのときはステップＳ２３６に進む。ステップＳ２３６において、制御回路２３Ａは、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２３７に進み、ＮＯのときはステップＳ２３４に戻る。ステップＳ２３７において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【００９８】
第７の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができる。
【００９９】
図３１は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第８の電力伝送処理を示すフローチャートである。第７の電力伝送処理と第５及び第６の電力伝送処理とを組み合わせてもよい。制御回路２３Ａは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより偶モードの共振周波数ｆｅで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより奇モードの共振周波数ｆｏで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始する。ステップＳ２４１において、制御回路２３Ａは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ２４２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ２４３に進む。ステップＳ２４２において、制御回路２３Ａは、図２７の第５の電力伝送処理を実行する。ステップＳ２４３において、制御回路２３Ａは、図２９の第６の電力伝送処理を実行する。
【０１００】
第８の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができ、さらに、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じた場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１０１】
図３２は、第２の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ａａの概略構成を示すブロック図である。図３２の無線電力伝送システム１０Ａａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ａａと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ａとを含む。無線送電装置２Ａａは、図２４の無線送電装置２Ａの送電アンテナ２２及び制御回路２３Ａに代えて、送電アンテナ２２Ａａ及び制御回路２３Ａａを備える。図３３は、図３２の送電アンテナ２２Ａａの構成を示す回路図である。送電アンテナ２２Ａａは、送電コイルＬｔと、可変な容量を有するキャパシタＣｔＡａとを備える。制御回路２３Ａａは、図２４の制御回路２３Ａと同様に動作することに加えて、キャパシタＣｔＡａの容量を制御する。
【０１０２】
図３４は、図３２のキャパシタＣｔＡａの容量を変化させたときの無線電力伝送システム１０Ａａの伝送効率の周波数特性の変化を示す概略図である。キャパシタＣｔＡａは、その複数の容量に対応して、送電コイルＬｔとともに複数のＬＣ共振器を構成する。複数のＬＣ共振器のそれぞれは、奇モードの共振周波数及び偶モードの共振周波数を有する。従って、例えば図３４に示すように、キャパシタＣｔＡａが第１の容量を有するとき、ＬＣ共振器は共振周波数ｆｏ及びｆｅを有し、キャパシタＣｔＡａが第２の容量を有するとき、ＬＣ共振器は共振周波数ｆｏ’及びｆｅ’を有する。例えば、共振周波数ｆｅ’を共振周波数ｆｏに等しくなるように構成すると、送電回路２１Ａによって発生される高周波電力の周波数（伝送周波数ｆｔｒ）を変更することなく、キャパシタＣｔＡａの容量を変化させることにより偶モード（図４）と奇モード（図５）の伝送モード間で切り換えることができる。
【０１０３】
図３５は、図３２の無線送電装置２Ａａの制御回路２３Ａａによって実行される第９の電力伝送処理を示すフローチャートである。詳しくは、図３５のステップＳ２５１において、制御回路２３Ａａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を開始させる。このステップは、例えば、図２７のステップＳ２１４又は図２９のステップＳ２２４である。ステップＳ２５２において、制御回路２３Ａａは、無線送電装置２Ａａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５４に進み、ＮＯのときはステップＳ２５３に進む。ステップＳ２５３において、制御回路２３Ａａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５４に進み、ＮＯのときはステップＳ２５６に進む。ステップＳ２５４において、制御回路２３Ａａは、キャパシタＣｔＡａの容量を変更する。ステップＳ２５５において、制御回路２３Ａａは送電回路２１Ａに指示し、変更後の容量に対応するＬＣ共振器の変更後の共振周波数に等しい周波数で電力伝送を開始させる。ステップＳ２５６において、制御回路２３Ａａは、無線送電装置２Ａａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５９に進み、ＮＯのときはステップＳ２５７に進む。ステップＳ２５７において、制御回路２３Ａａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５９に進み、ＮＯのときはステップＳ２５８に進む。ステップＳ２５８において、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５９に進み、ＮＯのときはステップＳ２５６に戻る。ステップＳ２５９において、制御回路２３Ａａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【０１０４】
キャパシタＣｔＡａは、異なる３つ以上の容量を有してもよい。この場合、制御回路２３Ａａは、送電回路２１Ａが複数の奇モードの共振周波数及び複数の偶モードの共振周波数のうちのいずれかに等しい周波数で高周波電力を発生して無線送電装置２Ａａから無線受電装置３Ａへの高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、送電回路２１Ａの伝送周波数ｆｔｒを複数の奇モードの共振周波数及び複数の偶モードの共振周波数のうちの他の周波数に変更する。制御回路２３Ａａは、複数の奇モードの共振周波数及び複数の偶モードの共振周波数のうちのすべての周波数で高周波電力の伝送を試みた後で、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、送電回路２１Ａに高周波電力の伝送を停止させる。
【０１０５】
第９の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１０６】
また、送電回路２１Ａが生成する出力電圧の周波数は、１００〜２００ｋＨｚに限らず、２００ｋＨｚ以上又は１００ｋＨｚ以下の周波数を用いてもよい。
【０１０７】
次に、図３６〜図３７を参照して、図２４の無線電力伝送システム１０Ａに係るシミュレーション結果について説明する。
【０１０８】
シミュレーションでは、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを用いた。金属異物５として、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間に、２×５×０．２ｍｍのアルミニウム片を設置した。
【０１０９】
図３６は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。図３７は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。グラフの横軸は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心Ｏから金属異物５までの距離ｄ１を示す。グラフの縦軸は表面電流密度を示し、この値に金属異物５の面積（２×５ｍｍ２）を乗じた値が全表面電流量になる。図３６及び図３７によれば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構造に依存せず、（１）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部にある場合は、奇モードの共振周波数ｆｏより偶モードの共振周波数ｆｅの方が発熱量が小さいこと、また、（２）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部にある場合は、偶モードの共振周波数ｆｅより奇モードの共振周波数ｆｏの方が発熱量が小さいことがわかる。なお、２つの周波数ｆｏ及びｆｅにおいて、インピーダンス及び効率の両方はほぼ同等であり、伝送特性に影響を与えるものではない。以上の結果より、金属異物５の発熱が問題になる場合には、その金属異物５の位置に応じて最適な周波数を選択し、その結果、金属異物５の発熱を問題のない程度まで低減できた場合は、電力伝送を停止せずに継続することができる。
【０１１０】
第３の実施形態．
図３８は、第３の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂとを含み、無線送電装置２Ｂから無線受電装置３Ｂに高周波電力を無線伝送する。
【０１１１】
図３８において、無線送電装置２Ｂは、発振回路２１Ｂと、送電アンテナ２２Ｂと、制御回路２３Ｂとを備えて構成される。発振回路２１Ｂは、入力された直流電力から高周波電力を発生し、送電アンテナ２２Ｂに出力する送電回路として動作する。発振回路２１Ｂは、予め決められた伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生するパルス発生器と、このパルス列に応じて動作するスイッチング素子を含むＤ級増幅器とを含み、伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。送電アンテナ２２Ｂは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。
【０１１２】
図３８において、無線受電装置３Ｂは、受電アンテナ３１Ｂと、整流回路３２と、制御回路３３Ｂとを備えて構成される。受電アンテナ３１Ｂは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。受電アンテナ３１Ｂは、送電アンテナ２２Ｂに電磁的に結合される。無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂは、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。整流回路３２は、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して無線送電装置２Ｂから送られた高周波電力を直流の出力電力に変換し、負荷装置４に供給する受電回路として動作する。
【０１１３】
無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる制御信号を、例えば、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂに送る。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂとは別の通信経路（図示せず）を介して制御信号を無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂに送ってもよい。
【０１１４】
図３８の無線電力伝送システム１０Ｂにおいて、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合したとき、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系は、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有する（図８参照）。ここで、偶モードの共振周波数ｆｅは奇モードの共振周波数ｆｏよりも高い。無線電力伝送システム１０Ｂの伝送効率は、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ又はｆｅに設定することにより最大化することができる。送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域は、無線送電装置２Ｂの回路定数（例えば、送電アンテナ２２Ｂのインダクタンス及び容量値）及び無線受電装置３Ｂの回路定数（例えば、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値）に関連付けられている。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１１５】
図３９〜図４９を参照して、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの詳細構成について、また、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数を設定する方法について説明する。
【０１１６】
図３９は、図３８の送電アンテナ２２Ｂの第１の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂａの構成を示す回路図である。図３９の送電アンテナ２２Ｂａは、直列に接続された送電コイルＬｔ１及び共振キャパシタＣｔ１を含み、共振周波数ｆＴを有するＬＣ直列共振回路である。共振キャパシタＣｔ１は、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で変化する容量値を有する。図４０は、図３８の送電アンテナ２２Ｂの第２の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｂの構成を示す回路図である。図４０の送電アンテナ２２Ｂｂは、直列に接続された送電コイルＬｔ２及び共振キャパシタＣｔ２を含み、共振周波数ｆＴを有するＬＣ直列共振回路である。送電コイルＬｔ２は、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で変化するインダクタンスを有する。
【０１１７】
図４１は、図３８の受電アンテナ３１Ｂの第１の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂａの構成を示す回路図である。図４１の受電アンテナ３１Ｂａは、並列に接続された受電コイルＬｒ１及び共振キャパシタＣｒ１を備え、共振周波数ｆＲを有するＬＣ並列共振回路である。共振キャパシタＣｒ１は、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂの制御下で変化する容量値を有する。図４２は、図３８の受電アンテナ３１Ｂの第２の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂｂの構成を示す回路図である。図４２の受電アンテナ３１Ｂｂは、並列に接続された受電コイルＬｒ２及び共振キャパシタＣｒ２を備え、共振周波数ｆＲを有するＬＣ並列共振回路である。受電コイルＬｒ２は、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂの制御下で変化するインダクタンスを有する。
【０１１８】
無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂが送電アンテナ２２Ｂ（２２Ｂａ、２２Ｂｂ）のインダクタンス又は容量値を変化させることにより、送電アンテナ２２Ｂの共振周波数ｆＴが変化する。同様に、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂが受電アンテナ３１Ｂ（３１Ｂａ、３１Ｂｂ）のインダクタンス又は容量値を変化させることにより、受電アンテナ３１Ｂの共振周波数ｆＲが変化する。送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合したとき、送電アンテナ２２Ｂの共振周波数ｆＴ又は受電アンテナ３１Ｂの共振周波数ｆＲが変化すると、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域及び共振周波数（奇モードの共振周波数及び偶モードの共振周波数）も変化する。従って、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値のいずれかを変化させることにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定することができる。
【０１１９】
図３９〜図４２では、送電アンテナ２２ＢがＬＣ直列共振回路であり、受電アンテナ３１ＢがＬＣ並列共振回路であったが、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの構成はこれに限られない。送電アンテナ２２Ｂとして、図４１又は図４２のＬＣ並列共振回路を用いてもよい。また、受電アンテナ３１Ｂとして、図３９又は図４０のＬＣ直列共振回路を用いてもよい。送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの両方が、図３９又は図４０のＬＣ直列共振回路であってもよく、図４１又は図４２のＬＣ並列共振回路であってもよい。
【０１２０】
送電アンテナ２２Ｂは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の両方を有していてもよい。この場合、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂのインダクタンス及び容量値を変化させる。また、受電アンテナ３１Ｂもまた、可変なインダクタンス及び可変な容量値の両方を有していてもよい。この場合、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂは、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値を変化させる。
【０１２１】
また、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂ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。
【０１２２】
図４３は、図３８の送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの第３の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの構成を示す回路図である。無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数は、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値に限定されない。図４３において、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数は、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの間の結合係数ｋを含む。図４３の送電アンテナ２２Ｂは、送電コイルＬｔ３及び共振キャパシタＣｔ３を備える。図４３の受電アンテナ３１Ｂは、受電コイルＬｒ３及び共振キャパシタＣｒ３を備える。送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値を変化させることに代えて、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの間の結合係数自体を変化させることで、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定することができる。
【０１２３】
図４４は、図３９の送電アンテナ２２Ｂａ及び図４１の受電アンテナ３１Ｂａの実装例を示す斜視図である。図４４の送電アンテナ２２Ｂａ及び受電アンテナ３１Ｂａは、共振コンデンサが可変な容量値を有することを除いて、図６の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１と同様に構成される。
【０１２４】
図４５は、図３９の送電アンテナ２２Ｂａにおける共振キャパシタＣｔ１の実装例を示す回路図である。共振キャパシタＣｔ１は、可変な容量を有する。共振キャパシタＣｔ１は、並列接続された複数のキャパシタＣ１，Ｃ２の容量の合成容量を有する。複数のキャパシタＣ１，Ｃ２のうちの少なくとも一部（図４５ではキャパシタＣ２）には、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で動作する高周波スイッチＳＷ１が直列に接続されている。図４５の状態では、高周波スイッチＳＷ１はオフであるので、キャパシタＣ２の容量は、合成容量に寄与していない。高周波スイッチＳＷ１をオンにすると、合成容量が変化する。図４１の共振キャパシタＣｒ１もまた、図４５の共振キャパシタＣｔ１と同様に構成される。
【０１２５】
共振キャパシタＣｔ１，Ｃｒ１の容量値は、他の方法で変化させてもよい。例えば、共振キャパシタＣｔ１として、又は、共振キャパシタＣｔ１を構成する複数のキャパシタのうちの一部として、印加電圧に応じて変化する容量値を有する素子を用いてもよい。
【０１２６】
図４６は、図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第１の実装例を示す斜視図である。図４７は、図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第２の実装例を示す斜視図である。送電コイルＬｔ２は、可変なインダクタンスを有する。図４６の送電コイルＬｔ２において、端子Ｇ，Ｓ１を発振回路２１Ｂに接続すれば、その巻き数Ｎｔは６になるが、端子Ｓ１を端子Ｓ２に切り替えることで、その巻き数は５になり、送電コイルＬｔ２のインダクタンスが変化する。図４７の送電コイルＬｔ２は、巻線Ｌｔ０と、巻線Ｌｔ０の近接して配置された任意形状の電極Ｅ１とを備える。電極Ｅ１とＧＮＤ端子との間に、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で動作する高周波スイッチＳＷ２が接続されている。電極Ｅ１は、例えば、送電コイルＬｔ２に対して、受電コイル（＋Ｚ側）とは逆の方向（−Ｚ側）に配置されてもよい。高周波スイッチＳＷ２により巻線Ｌｔ０及び電極Ｅ１の間の寄生容量を制御することで、結果的に送電コイルＬｔ２のインダクタンスは変化する。図４２の受電コイルＬｒ２もまた、図４６又は図４７の送電コイルＬｔ１と同様に構成される。
【０１２７】
なお、送電コイルＬｔ２及び受電コイルＬｒ２のインダクタンスは、他の方法で変化させてもよい。
【０１２８】
図４８は、図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第１の実装例を示す斜視図である。図４８の実装例においては、送電アンテナ２２Ｂｃと受電アンテナ３１Ｂｃの間の空間に電極Ｅ２が挿入されている。電極Ｅ２は、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で動作する高周波スイッチＳＷ３を介して、ＧＮＤ端子に接続されている。高周波スイッチＳＷ３を開閉すると、電極Ｅ２の電位が大きく変化する。この結果、送電コイルＬｔ３及び受電コイルＬｒ３の結合状態を大きく変化させることができ、従って、送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの間の結合係数を大きく変化させることができる。
【０１２９】
図４９は、図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第２の実装例を示す斜視図である。図４９の実装例においては、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、送電アンテナ２２Ｂｃの位置を物理的に移動させる。図４９に示すように送電アンテナ２２ＢｃをＺ方向に移動させることに代えて、他の方向に移動させてもよく、傾斜させてもよく、回転させてもよい。送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの相対的な配置関係が変化することで、結合係数の最適に変化させることが可能である。また、送電アンテナ２２Ｂｃの位置を物理的に移動させることに代えて、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、受電アンテナ３１Ｂｃの位置を物理的に移動させてもよい。
【０１３０】
以下、図５０〜図５２を参照して、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂの動作について説明する。
【０１３１】
図８〜図１０を参照して説明したように、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有する。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）の磁束密度は、奇モードの共振状態にあるときよりも、偶モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）の磁束密度は、偶モードの共振状態にあるときよりも、奇モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。
【０１３２】
無線電力伝送システム１０Ｂの伝送効率を向上するためには、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの間の結合を強くする必要がある。ところが、一般的に、共振周波数ｆ０の２つの共振器が結合係数ｋで結合した場合、偶モードの共振周波数ｆｅ及び奇モードの共振周波数ｆｏは、ｋ＝（ｆｅ２−ｆｏ２）÷（ｆｅ２＋ｆｏ２）の関係にある。すなわち、結合係数ｋが大きいほど、共振周波数ｆｅ及びｆｏの差は拡大する。
【０１３３】
一方で、無線電力伝送システム１０Ｂと既存通信システムとの干渉を回避するためには、無線電力伝送システム１０Ｂが占有できる周波数帯域には制限がある。図３８の無線電力伝送システム１０Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を変化させることによって、制限された周波数範囲内において、偶モードの伝送モード及び奇モードの伝送モードの両方を電力伝送に活用することを可能とする。以下、偶モードの伝送モード及び奇モードの伝送モードの両方を電力伝送に活用する方法と、導入により新たに得られる効果について説明する。
【０１３４】
図５０は、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定する。上記したように、結合係数ｋが大きいほど高効率の電力伝送を行うことができるが、偶モードの共振周波数ｆｅ及び奇モードの共振周波数ｆｏの差は拡大する。一方で、無線電力伝送システム１０Ｂと既存通信システムとの干渉を回避するためには、無線電力伝送システム１０Ｂが占有できる周波数帯域には制限がある。例えば、図５０に示すように、利用可能な周波数帯域は下限周波数ｆ１及び上限周波数ｆ２を有するものとする。そこで、無線電力伝送システム１０Ｂは、異なる第１及び第２の動作帯域を用いることで、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いることができる。第１の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２よりも高くなるように設定され、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ２よりも高くなるように設定されている。第１の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ１及び第２の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ２のいずれかが利用可能な周波数帯域の範囲外になるとき、第１及び第２の動作帯域の一方のみを用いる場合には、金属異物の加熱を回避するために偶モード及び奇モードを切り替えることが許されない。しかしながら、無線電力伝送システム１０Ｂでは、無線送電装置２Ｂは、第１の動作帯域を用いるとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で無線受電装置３Ｂに電力を送り、第２の動作帯域を用いるとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で無線受電装置３Ｂに電力を送る。図５０の例において、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２と同じである。このとき、無線送電装置２Ｂの発振回路２１Ｂは、共振周波数ｆｏ１及びｆｅ２に等しい伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。これにより、無線電力伝送システム１０Ｂは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。
【０１３５】
図５１は、図３８の無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂによって実行される第１０の電力伝送処理を示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ３０１において、制御回路２３Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１の動作帯域に設定し、電力伝送を開始する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１に等しいので、伝送モードは奇モードになる。次に、ステップＳ３０２において、制御回路２３Ｂは、奇モードの連続動作時間Ｐｏが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３０３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３０２の処理を繰り返して実行する。ステップＳ３０３において、制御回路２３Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第２の動作帯域に設定し、電力伝送を継続する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ１に等しいので、伝送モードは偶モードになる。そして、ステップＳ３０４において、制御回路２３Ｂは、偶モードの連続動作時間Ｐｅが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３０１に戻る一方、ＮＯのときはステップＳ３０４の処理を繰り返して実行する。このように、図５１の電力伝送処理によれば、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を奇モードの連続動作時間Ｐｏにわたって第１の動作帯域に設定する第１の時間区間と、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を偶モードの連続動作時間Ｐｅにわたって第２の動作帯域に設定する第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０１３６】
第１０の電力伝送処理において、奇モードの連続動作時間Ｐｏ及び偶モードの連続動作時間Ｐｅは、第１の電力伝送処理（図１１）について説明したものと同じである。
【０１３７】
図５２は、図３８の送電アンテナ２２Ｂの送電コイルＬｔと受電アンテナ３１Ｂの受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０Ｂの動作を示すタイミングチャートである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に金属異物が存在するとき、上述したように、伝送モードが奇モードとなるよう設定すれば、金属異物の発熱を抑制できる（図９参照）。図５２において、温度Ｔｅは、偶モードで連続的に電力を伝送したときの金属異物の飽和温度であり、温度Ｔｏは、奇モードで連続的に電力を伝送したときの金属異物の飽和温度である。また、しきい値温度Ｔｔｈは、安全上の理由などによりあらかじめ設定される異物の温度の上限値である。従来技術に係る無線電力伝送システムは、Ｔｅ＞Ｔｔｈである場合、金属異物の温度を測定し、温度がしきい値温度Ｔｔｈに達する前に送電を停止することによって、安全性を確保していた。
【０１３８】
図５２において、金属異物の発熱量が小さい奇モードでの電力伝送から金属異物の発熱量が大きい偶モードでの電力伝送に切り替えると、金属異物の温度は、室温より上昇し、温度Ｔｏより高くなる。しかしながら、偶モードの連続動作時間Ｐｅは偶モードにおける金属異物の温度が飽和するまでの時間より短いように設定されているので、金属異物の温度は温度Ｔｅまで上昇しない。その結果、金属異物の温度はＴｅには到達しないように、電力伝送を継続できる。更に、例えば、偶モードの連続動作時間Ｐｅをしきい温度Ｔｔｈに到達するまでの時間より短く設定することによって、金属異物の温度をしきい温度Ｔｔｈまで上昇させることなく電力伝送を継続できる。
【０１３９】
なお、図５１の電力伝送処理において、伝送モードの切り替え時に、連続動作時間Ｐｏ及びＰｅより短い無線電力伝送の停止時間を追加してもよい。
【０１４０】
以上説明したように、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂによれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１４１】
なお、図３８において、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合しているとき、発振回路２１Ｂの出力端子から送電アンテナ２２Ｂの入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２Ｂの入力端子から発振回路２１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２と実質的に等しいように設定される。さらに、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１Ｂの出力端子から整流回路３２を臨むときの出力インピーダンスＺｒ２は、整流回路３２から受電アンテナ３１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ１と実質的に等しいように設定される。このとき、無線送電装置２Ｂには電源装置１が接続され、無線受電装置３Ｂには負荷装置４が接続されている。
【０１４２】
また、発振回路２１Ｂと送電アンテナ２２Ｂの間に整合回路が接続されてもよく、受電アンテナ３１Ｂと整流回路３２との間に整合回路が接続されてもよい。
【０１４３】
無線受電装置３Ｂは、整流回路３２に代えて、周波数変換回路を備えてもよい。周波数変換回路は、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して無線送電装置２Ｂから送られた高周波電力を、負荷装置４において必要とされる周波数の交流電力に変換して負荷装置４に供給する。
【０１４４】
図３８の送電アンテナ２２Ｂの送電コイル及び受電アンテナ３１Ｂの受電コイル（図３９〜図４４、図４６〜図４９に示す送電コイルＬｔ１〜Ｌｔ３及び受電コイルＬｒ１〜Ｌｒ３）は、図１の送電アンテナ２２の送電コイル及び受電アンテナ３１の受電コイルと同様に、さまざまな形状、サイズ、巻回し方法、層の数、巻数、構造、材料、形成方法、などを有していてもよい。
【０１４５】
図３８の送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの共振キャパシタ（図３９〜図４５、図４８〜図４９に示す共振キャパシタＣｔ１〜Ｃｔ３、Ｃｒ１〜Ｃｒ３）は、図１の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の共振キャパシタと同様に、さまざまな形状、構造、製造方法、などを有していてもよい。
【０１４６】
図３８の発振回路２１Ｂは、図１の発振回路２１と同様に、さまざまな増幅器、フィルタ、などの回路を用いて構成されてもよい。
【０１４７】
図５３は、第３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１０Ｂａの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂａと、負荷装置４Ｂａに接続された無線受電装置３Ｂａとを含む。無線送電装置２Ｂａは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂａを備える。負荷装置４Ｂａは、必要な電圧及び電流を通知する要求信号を、無線受電装置３Ｂａを介して無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａに送る。
【０１４８】
無線受電装置３Ｂａは、例えば、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して、要求信号を無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａに送る。無線受電装置３Ｂａは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂとは別の通信経路（図示せず）を介して、要求信号を無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａに送ってもよい。
【０１４９】
共振磁界結合型の無線電力伝送システムにおいては、送電コイル又は受電コイルの周辺に混入する金属異物は、送電コイル又は受電コイルの周辺の空間に分布する磁界により金属異物上に電流が流れることで加熱される。よって、金属異物の位置が同じであるとき、負荷装置４Ｂａからの要求に応じて送電コイル及び受電コイルに流れる電流が最大になり、磁界の強さが最大になるとき、金属異物の発熱量が最大になる。無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａは、最大電流で電力を供給することを負荷装置４Ｂａから要求されたとき、図５１の電力伝送処理を実行し、第１の時間区間と第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０１５０】
図５４は、例示的なバッテリ充電プロファイルを示すグラフである。負荷装置４Ｂａは、例えば、バッテリの充電を最大電流で開始し、充電電圧が０Ｖから所望電圧まで増大したとき、所望電圧を維持しながら電流を次第に減少させる。最大電流で電力を供給しているときのみ図５１の電力伝送処理を実行することで、金属異物の最も深刻な発熱は回避できる。
【０１５１】
図５３の無線電力伝送システム１０Ｂａにおいて、最大電流伝送時の伝送周波数ｆｔｒは、例えば５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定される。また、最大電流伝送時の伝送周波数ｆｔｒは、６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚなどのＩＳＭバンドに設定されてもよい。また、最大電流伝送時の伝送周波数ｆｔｒは、２倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう、２６３ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、３倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１７５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、５倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１０５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよい。
【０１５２】
図５５は、第３の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｂは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｂと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂｂとを含む。無線送電装置２Ｂｂは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて、制御回路２３Ｂｂを備える。無線送電装置２Ｂｂは、送電コイルＬｔの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して制御回路２３Ｂｂに通知するセンサ２４をさらに備える。無線受電装置３Ｂｂは、図３８の制御回路３３Ｂに代えて、制御回路３３Ｂｂを備える。無線受電装置３Ｂｂは、受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して制御回路３３Ｂｂに通知するセンサ３４をさらに備える。センサ２４，３４は、例えば送電コイルＬｒ又は受電コイルＬｔの近傍の温度を測定する温度センサ、赤外線カメラ又は撮像素子などの検出手段を含む。
【０１５３】
無線受電装置３Ｂｂの制御回路３３Ｂｂは、例えば、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して、センサ３４により検出した異常状態を無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂに通知する。無線受電装置３Ｂｂの制御回路３３Ｂｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂとは別の通信経路（図示せず）を介して、センサ３４により検出した異常状態を無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂに通知してもよい。
【０１５４】
図５６は、図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１１の電力伝送処理を示すフローチャートである。図５６のステップＳ３１１〜Ｓ３１４は、図５１のステップＳ３０１〜Ｓ３０４と同様であり、ステップＳ３１４においてＹＥＳのとき、ステップＳ３１５に進む。ステップＳ３１５において、制御回路２３Ｂｂは、異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３１６において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ３１１に戻る。具体的には、制御回路２３Ｂｂは、例えば、送電コイルＬｒ又は受電コイルＬｔの近傍の温度が所定のしきい値温度（例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ）以上であることを検出したとき、又は、当該温度の上昇率が所定のしきい値以上であることを検出したとき、異物に起因する異常状態を検出したと判断する。
【０１５５】
第１１の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、異物に起因する異常状態を検出するまで、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１５６】
なお、図５６において、ステップＳ３１４の次に、ステップＳ３１５及びＳ３１６の各処理を実行したが、ステップの順序はこれに限られず、ステップＳ３１５及びＳ３１６は、ステップＳ３１１〜Ｓ３１４の間の任意の時点において実行してもよい。
【０１５７】
図５７は、図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１２の電力伝送処理を示すフローチャートである。図５７のステップＳ３２１〜Ｓ３２５、Ｓ３２８は、図５６のステップＳ３１１〜Ｓ３１５、Ｓ３１６と同様であり、ステップＳ３２５においてＹＥＳのとき、ステップＳ３２６に進む。ステップＳ３２６において、制御回路２３Ｂｂは、奇モードの連続動作時間Ｐｏを所定の奇モードの減少時間ΔＰｏだけ短く設定し、偶モードの連続動作時間Ｐｅを所定の偶モードの減少時間ΔＰｅだけ短く設定する。そして、ステップＳ３２７において、連続動作時間Ｐｏ又はＰｅが所定の最短動作時間Ｐｍｉｎ以下であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３２８において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ３２１に戻る。ここで、奇モードの減少時間ΔＰｏは、例えば連続動作時間Ｐｏの５％に設定され、偶モードの減少時間ΔＰｅは、例えば連続動作時間Ｐｅの５％に設定される。
【０１５８】
金属異物の発熱は、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、発熱量が大きい伝送モードで電力伝送を行っている期間での発熱が支配的である。従って、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間を短縮することで、金属異物の温度をしきい値温度Ｔｔｈ未満に抑えることができる可能性がある。図５７の第１２の電力伝送処理によれば、金属異物が検出されても、連続動作時間Ｐｅ及びＰｏを短縮するので、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら、図５６の第１１の電力伝送処理の場合よりも電力伝送を長く継続できる。
【０１５９】
なお、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、どちらの伝送モードにおいて発熱量が大きくなるのかあらかじめ把握できているときは、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間のみを短縮することで、さらに発熱を抑制できる。
【０１６０】
図５８は、第３の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｃの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｃと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂとを含む。無線送電装置２Ｂｃは、図３８の発振回路２１Ｂに代えて周波数制御回路２５及び発振回路２６を備え、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｃを備える。周波数制御回路２５及び発振回路２６は、無線送電装置の制御回路２３Ｂｃの制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生する。発振回路２６は、可変な伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生するパルス発生器と、このパルス列に応じて動作するスイッチング素子を含むＤ級増幅器とを含み、可変な伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。周波数制御回路２５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発振回路２６のパルス発生器を制御する。発振回路２６は、Ｄ級増幅器内のスイッチング素子を伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列に従ってスイッチングすることにより、電源装置１からの直流電圧を高周波電圧に変換して送電アンテナ２２Ｂに出力する。伝送周波数ｆｔｒは、１回の電力伝送（例えば、１つのバッテリの充電）の時間中にわたって固定であってもよく、１回の電力伝送の時間中に（例えば、充電特性を最適化するため）変更されてもよい。
【０１６１】
図５９は、図５８の無線電力伝送システム１０Ｂｃの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。図５０のグラフでは、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２と同じであったが、図５９に示すように、これら２つの共振周波数を常に一致させることができるとは限らない。ただし、図５９のグラフでも、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２は、利用可能な周波数帯域の範囲内にある。従って、無線送電装置２Ｂｃの制御回路２３Ｂｃは、第１の動作帯域を用いるとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御し、第２の動作帯域を用いるとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御する。これにより、無線電力伝送システム１０Ｂｃは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。
【０１６２】
図５９のグラフでは、第１及び第２の動作帯域の一部は重複しているが、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２が利用可能な周波数帯域の範囲内にあるのであれば、第１及び第２の動作帯域は重複していなくてもよい。この場合、例えば、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１が、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２よりも高くてもよい。
【０１６３】
無線送電装置２Ｂｃの制御回路２３Ｂｃは、発振回路２６及び周波数制御回路２５の少なくとも一方と一体の集積回路として構成されてもよい。
【０１６４】
図６０は、第３の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｄの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｄは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｄと、負荷装置４Ｂｄに接続された無線受電装置３Ｂｄとを含む。無線送電装置２Ｂｄは、図５８の制御回路２３Ｂｃに代えて制御回路２３Ｂｄを備える。負荷装置４Ｂｄは、必要な電圧及び電流を通知する要求信号を、無線受電装置３Ｂｄを介して無線送電装置２Ｂｄの制御回路２３Ｂｄに送る。
【０１６５】
図６０の無線電力伝送システム１０Ｂｄでは、負荷装置４Ｂｄにおいて消費される電力の変化に応じて、送電アンテナ２２Ｂから受電アンテナ３１Ｂに伝送すべき電力の大きさは変化する。周波数制御回路２５は、無線送電装置２Ｂｄの制御回路２３Ｂｄの制御下で、負荷装置４Ｂｄから要求される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４Ｂｄ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１の近傍又は第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２の近傍で調整する。ここで、共振周波数ｆｏ１の近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｏ１−Δｆｏ１）から周波数（ｆｏ１＋Δｆｏ１）までの周波数範囲であり、Δｆｏ１は例えば共振周波数ｆｏ１の５％に設定される。また、共振周波数ｆｅ２の近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｅ２−Δｆｅ２）から周波数（ｆｅ２＋Δｆｅ２）までの周波数範囲であり、Δｆｅ２は例えば共振周波数ｆｅ２の５％に設定される。
【０１６６】
なお、無線送電装置２Ｂｄの制御回路２３Ｂｄは、送電アンテナ２２Ｂに入力される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４Ｂｄ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、共振周波数ｆｅ２の近傍又は共振周波数ｆｏ１の近傍で調整してもよい。
【０１６７】
図６１は、第３の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｅの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｅは、電源装置１Ｂｅに接続された無線送電装置２Ｂｅと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂとを含む。電源装置１Ｂｅは、例えば、太陽電池などの発電装置である。この場合、電源装置１Ｂｅから出力される電力は、太陽電池が受ける太陽光の量に応じて変化する。無線送電装置２Ｂｅは、図５８の制御回路２３Ｂｃに代えて制御回路２３Ｂｅを備える。無線送電装置２Ｂｅの制御回路２３Ｂｅは、電源装置１Ｂｅの出力電圧及び出力電流に基づいて、電源装置１Ｂｅから最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１の近傍又は第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２の近傍で調整する。
【０１６８】
なお、無線送電装置２Ｂｅの制御回路２３Ｂｅは、電力伝送中に、伝送効率、出力電圧又は出力電流に基づいて、電源装置１Ｂｅから最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、共振周波数ｆｅ２の近傍又は共振周波数ｆｏ１の近傍で調整してもよい。
【０１６９】
無線電力伝送システム１０Ｂｄ，１０Ｂｅは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。さらに、無線電力伝送システム１０Ｂｄ，１０Ｂｅは、負荷装置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ように、又は、電源装置から最大電力が得られるように、高周波電力の周波数を制御することができる。
【０１７０】
図６２は、第３の実施形態の第６の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｆの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｆは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｆと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂｆとを含む。無線送電装置２Ｂｆは、図３８の送電アンテナ２２Ｂに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する送電アンテナ２２を備える。無線送電装置２Ｂｆは、発振回路２１Ｂ及び送電アンテナ２２の間に電力反射を低減する整合回路２７をさらに備え、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｆを備える。整合回路２７は、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する。無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆは、整合回路２７のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。無線受電装置３Ｂｆは、図３８の受電アンテナ３１Ｂに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する受電アンテナ３１を備える。無線受電装置３Ｂｆは、受電アンテナ３１及び整流回路３２の間に電力反射を低減する整合回路３５をさらに備え、図３８の制御回路３３Ｂに代えて制御回路３３Ｂｆを備える。整合回路３５は、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する。無線受電装置３Ｂｆの制御回路３３Ｂｆは、無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆの制御下で、整合回路３５のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。
【０１７１】
無線送電装置の回路定数及び無線受電装置の回路定数は、図３９〜図４９を参照して説明したように、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス、容量値、又は結合係数に限定されず、他の回路定数であってもよい。図６２の無線電力伝送システム１０Ｂｆは、無線送電装置２Ｂｆに整合回路２７をさらに備え、無線受電装置３Ｂｆに整合回路３５をさらに備え、無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、整合回路２７の回路定数及び整合回路３５の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１７２】
無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス、容量値、又は結合係数を設定し、さらに、整合回路２７及び整合回路３５のインダクタンス又は容量値を設定してもよい。
【０１７３】
図６３は、第３の実施形態の第７の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｇの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｇは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｇと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂｇとを含む。図３８〜図６２の無線電力伝送システムでは、無線受電装置の制御回路は、無線送電装置の制御回路の制御下で動作した。逆に、無線送電装置の制御回路が、無線受電装置の制御回路の制御下で動作してもよい。
【０１７４】
無線送電装置２Ｂｇは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｇを備える。無線受電装置３Ｂｇは、図３８の制御回路３３Ｂに代えて制御回路３３Ｂｇを備える。無線送電装置２Ｂｇの制御回路２３Ｂｇは、無線受電装置３Ｂｇの制御回路３３Ｂｇの制御下で動作する。無線受電装置３Ｂｇの制御回路３３Ｂｇは、図５１の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｂｇの回路定数及び無線受電装置３Ｂｇの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１７５】
図６４は、第３の実施形態の第８の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｈの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｈは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｈと、負荷装置４に接続された無線受電装置３とを含む。無線受電装置３は、その回路定数を変化させる機能を持たない従来の無線受電装置であってもよい。
【０１７６】
無線送電装置２Ｂｈは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｈを備える。無線受電装置３は、図３８の受電アンテナ３１Ｂ及び制御回路３３Ｂに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する受電アンテナ３１を備える。無線送電装置２Ｂｈの制御回路２３Ｂｈは、図５１の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｂｈの回路定数のみを設定する。
【０１７７】
図５８、図６０〜図６４の無線電力伝送システム１０Ｂｃ〜１０Ｂｈによれば、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂと同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１７８】
次に、図２８の無線電力伝送システム１０Ｂに係るシミュレーション結果について説明する。
【０１７９】
図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを行った。無線送電装置の回路定数として、送電アンテナの共振キャパシタの容量値を変更して、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定した。第１の動作帯域において、奇モードの共振周波数ｆｏ１は１０６ｋＨｚであり、偶モードの共振周波数ｆｅ１は１６２．６ｋＨｚであった。また、第２の動作帯域において、奇モードの共振周波数ｆｏ２は９１ｋＨｚであり、偶モードの共振周波数ｆｅ２は１２５ｋＨｚであった。さらに、金属異物５として、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間に、２ｍｍ×２ｍｍ×０．２ｍｍのアルミニウム片を設置した。
【０１８０】
また、発振回路２１Ｂの出力端子から送電アンテナ２２Ｂの入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２Ｂの入力端子から発振回路２１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２と、受電アンテナ３１Ｂに負荷装置４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た。さらに、受電アンテナ３１Ｂの出力端子から負荷装置４を臨むときの出力インピーダンスＺｒ２は、送電アンテナ２２Ｂに発振回路２１Ｂが接続されているときに、負荷装置４から受電アンテナ３１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ１と実質的に等しいように設定された。この結果、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏ１に設定した場合と、回路定数を変更した後に、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅ２に設定した場合との両方において、９０％以上の良好な伝送効率を実現できた。
【０１８１】
伝送モードの条件が「ｆｔｒ＝ｆｏ１」のとき、送電アンテナ及び受電アンテナが互いに電磁的に結合して形成される系は、第１の動作帯域を有し、奇モードの共振状態にあって、奇モードの共振周波数ｆｏ１で電力を伝送している。一方、伝送モードの条件が「ｆｔｒ＝ｆｅ２」のとき、送電アンテナ及び受電アンテナが互いに電磁的に結合して形成される系は、第２の動作帯域を有し、偶モードの共振状態にあって、偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力を伝送している。
【０１８２】
金属異物５の表面上に生じる渦電流は、金属異物５の面積に比例する。また、金属異物５の発熱量は、原理的には、金属異物５の表面に生じた渦電流の２乗に比例するので、表面電流密度の最大値の２乗を発熱量の指標として評価した。
【０１８３】
図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが内径ｄ２＝１０ｍｍを有するとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行った。送電コイルＬｔへの入力電力を１Ｗに設定した。第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で電力伝送を行ったとき、図２１の「ｆｔｒ＝ｆｏ」の場合と同様の結果が得られた。第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行ったとき、図２１の「ｆｔｒ＝ｆｅ」の場合と同様の結果が得られた。図２１を参照すると、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、偶モードの共振状態で電力を伝送することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、奇モードの共振状態で電力を伝送することにより発熱量は低減できることがわかる。
【０１８４】
同様に、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが内径ｄ２＝２０ｍｍを有するとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行った。第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で電力伝送を行ったとき、図２２の「ｆｔｒ＝ｆｏ」の場合と同様の結果が得られた。第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行ったとき、図２２の「ｆｔｒ＝ｆｅ」の場合と同様の結果が得られた。図２２を参照すると、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、偶モードの共振状態で電力を伝送することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、奇モードの共振状態で電力を伝送することで発熱量を低減できることがわかる。
【０１８５】
従って、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構造に依存せず、（１）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に存在する場合は、奇モードより偶モードの方が発熱量が小さいこと、また、（２）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に存在する場合は、偶モードより奇モードの方が発熱量が小さいことがわかる。なお、２つの伝送モードにおいて、インピーダンス及び伝送効率の両方はほぼ同等であり、伝送特性に影響を与えるものではない。以上の結果より、無線電力伝送システム１０Ｂにおいて、良好な伝送特性を確保できる２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）が存在し、いずれかの伝送モードを選択することにより、金属異物５の位置に関係なく発熱を抑制できることがわかる。
【０１８６】
本明細書では、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂ、すなわち２つの共振器が互いに電磁的に結合した系であって、２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）を有する系について説明したが、３つ以上の共振器が互いに電磁的に結合した系を用いてもよい。この場合、送電アンテナ２２Ｂ、受電アンテナ３１Ｂ、及び追加の共振器が互いに電磁的に結合して形成される系は、３つ以上の伝送モードの共振状態にそれぞれ対応する３つ以上の共振周波数を含む動作帯域を有する。この場合、金属異物の配置位置に対して、発熱量が異なる３つ以上の伝送モードを切り替えることで、金属異物の発熱をより抑制することができる。利用可能な周波数帯域が制限されている場合には、伝送モードを切り換えるために３つ以上の動作帯域を使用してもよい。ここで、電力伝送に用いる伝送モードに対応する共振周波数が、いずれかの動作帯域において、利用可能な周波数帯域に含まれているものとする。例えば、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂ（又は無線受電装置３Ｂｇの制御回路３３Ｂｇ）は、送電アンテナ２２Ｂ、受電アンテナ３１Ｂ、及び追加の共振器が互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域及び共振周波数を変化させるように、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１８７】
第４の実施形態．
図６５は、第４の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｃとを含み、無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃに高周波電力を無線伝送する。図６５の無線電力伝送システム１０Ｃは、第２及び第３の実施形態を組み合わせた構成を有する。
【０１８８】
図６５において、無線送電装置２Ｃは、発振回路２１Ｃ、送電アンテナ２２Ｃ、制御回路２３Ｃ、及びセンサ２４を備えて構成される。図６５の発振回路２１Ｃは、図３８の発振回路２１Ｂと同様に構成され、伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。図６５の送電アンテナ２２Ｃは、図３８の送電アンテナ２２Ｂと同様に構成され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、送電アンテナ２２Ｃのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、送電回路２１Ｃによる送電の開始及び停止を制御する。図６５のセンサ２４は、図２４のセンサ２４と同様に構成される。センサ２４は、例えば温度センサを含む。
【０１８９】
図３８において、無線受電装置３Ｃは、受電アンテナ３１Ｃ、整流回路３２、制御回路３３Ｃ、及びセンサ３４を備えて構成される。図６５の受電アンテナ３１Ｃは、図３８の受電アンテナ３１Ｂと同様に構成され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。受電アンテナ３１Ｃは、送電アンテナ２２Ｃに電磁的に結合される。無線受電装置３Ｃの制御回路３３Ｃは、無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃの制御下で、受電アンテナ３１Ｃのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。図６５の整流回路３２は、図３８の整流回路３２と同様に構成される。
【０１９０】
無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定する。無線送電装置２Ｃは、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが第１の動作帯域を有するとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で無線受電装置３Ｃに電力を送り、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが第２の動作帯域を有するとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で無線受電装置３Ｃに電力を送る。無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の一方に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の他方に設定するように無線送電装置の回路定数を設定する。
【０１９１】
図６６は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１３の電力伝送処理を示すフローチャートである。詳しくは、図６６のステップＳ４０１において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１の動作帯域に設定し、電力伝送を開始する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１に等しいので、伝送モードは奇モードになる。ステップＳ４０２において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０４に進み、ＮＯのときはステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３において、制御回路２３Ｃは、無線受電装置３Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０４に進み、ＮＯのときはステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０４において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第２の動作帯域に設定し、電力伝送を継続する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ１に等しいので、伝送モードは偶モードになる。制御回路２３Ｃは、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を変更した後で、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき（すなわち、異常状態が解消していないとき）、送電回路２１Ｃに送電を停止させる。詳しくは、ステップＳ４０５において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０８に進み、ＮＯのときはステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６において、制御回路２３Ｃは、無線受電装置３Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０８に進み、ＮＯのときはステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７において、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０８に進み、ＮＯのときはステップＳ４０５に戻る。ステップＳ４０８において、制御回路２３Ｃは送電回路２１Ｃに指示し、電力伝送を終了させる。
【０１９２】
第１３の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１９３】
図６７は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１４の電力伝送処理を示すフローチャートである。第１３の電力伝送処理では、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を最初に第１の動作帯域に設定して電力伝送を開始し（ステップＳ４０１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、第２の動作帯域に変更した（ステップＳ４０４）。一方、第１４の電力伝送処理では、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を最初に第２の動作帯域に設定して電力伝送を開始し（ステップＳ４１１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、第１の動作帯域に変更してもよい（ステップＳ４１４）。図６７のステップＳ４１１〜Ｓ４１８は、ステップＳ４１１及びＳ４１４の他は、図６６のステップＳ４０１〜Ｓ４０８と同様である。第１４の電力伝送処理によれば、第１３の電力伝送処理と同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１９４】
図６８は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１５の電力伝送処理を示すフローチャートである。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第２の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、送電回路２１Ｃにより第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、送電回路２１Ｃにより第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。図６８のステップＳ４２１において、制御回路２３Ｃは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ４２２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ４２３に進む。ステップＳ４２２において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１の動作帯域に設定し、電力伝送を開始する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１に等しいので、伝送モードは奇モードになる。ステップＳ４２３において、ステップＳ４０４において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第２の動作帯域に設定し、電力伝送を継続する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ１に等しいので、伝送モードは偶モードになる。次いでステップＳ４２４において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４２７に進み、ＮＯのときはステップＳ４２５に進む。ステップＳ４２５において、制御回路２３Ｃは、無線受電装置３Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４２７に進み、ＮＯのときはステップＳ４２６に進む。ステップＳ４２６において、制御回路２３Ｃは、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４２７に進み、ＮＯのときはステップＳ４２４に戻る。ステップＳ４２７において、制御回路２３Ｃは送電回路２１Ｃに指示し、電力伝送を終了させる。
【０１９５】
第１５の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができる。
【０１９６】
図６９は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１６の電力伝送処理を示すフローチャートである。第１５の電力伝送処理と第１４及び第１５の電力伝送処理とを組み合わせてもよい。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第２の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、送電回路２１Ｃにより第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、送電回路２１Ｃにより第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。ステップＳ４３１において、制御回路２３Ｃは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ４３２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ４３３に進む。ステップＳ４３２において、制御回路２３Ｃは、図６６の第１３の電力伝送処理を実行する。ステップＳ４３３において、制御回路２３Ｃは、図６７の第１４の電力伝送処理を実行する。
【０１９７】
第１６の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができ、さらに、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じた場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１９８】
図７０は、第４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１０Ｃａの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃａと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｃとを含む。無線送電装置２Ｃａは、図６５の発振回路２１Ｃに代えて周波数制御回路２５及び発振回路２６を備え、図６５の制御回路２３Ｃに代えて制御回路２３Ｃａを備える。図７０の周波数制御回路２５及び発振回路２６は、図５８の周波数制御回路２５及び発振回路２６と同様に構成される。
【０１９９】
図５９を参照して説明したように、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２と常に一致するとは限らない。無線送電装置２Ｃａの制御回路２３Ｃａは、第１の動作帯域を用いるとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御し、第２の動作帯域を用いるとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御する。これにより、無線電力伝送システム１０Ｃａは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。
【０２００】
図７１は、第４の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃｂは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃｂと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｃｂとを含む。無線送電装置の制御回路が、無線受電装置の制御回路の制御下で動作してもよい。無線送電装置２Ｃｂは、図６５の制御回路２３Ｃに代えて制御回路２３Ｃｂを備える。無線受電装置３Ｃｂは、図３８の制御回路３３Ｃに代えて制御回路３３Ｃｂを備える。無線送電装置２Ｃｂの制御回路２３Ｃｂは、無線受電装置３Ｃｂの制御回路３３Ｃｂの制御下で動作する。無線受電装置３Ｃｂの制御回路３３Ｃｂは、図６６の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｃｂの回路定数及び無線受電装置３Ｃｂの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２０１】
図７２は、第４の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｃの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃｃと、負荷装置４に接続された無線受電装置３とを含む。無線受電装置３は、その回路定数を変化させる機能を持たない従来の無線受電装置であってもよい。無線送電装置２Ｃｃは、図６５の制御回路２３Ｃに代えて制御回路２３Ｃｃを備える。無線受電装置３は、図６５の受電アンテナ３１Ｃ及び制御回路３３Ｃに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する受電アンテナ３１を備える。無線送電装置２Ｃｃの制御回路２３Ｃｃは、図６６の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｃｃの回路定数のみを設定する。
【０２０２】
図７０〜図７２の無線電力伝送システム１０Ｃａ〜１０Ｃｃによれば、図６５の無線電力伝送システム１０Ｃと同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０２０３】
第５の実施形態．
図７３は、第５の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。図７３の無線電力伝送システムは、第１〜第４の実施形態の電源装置及び無線送電装置を備える送電装置２０と、第１〜第４の実施形態の無線受電装置及び負荷装置を備える受電装置３０とを含む。送電装置２０は、例えばスマートホン又は他の携帯電話機として構成された受電装置３０に充電又は給電してもよい。図７４は、第５の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。送電装置２０は、例えばタブレット端末装置又は他の情報端末装置として構成された受電装置３０ａに充電又は給電してもよい。送電装置２０上に受電装置３０又は３０ａが置かれたとき、送電装置２０の制御回路は、第１〜第１２のいずれかの電力伝送処理を実行する。
【０２０４】
本明細書において、いずれかの実施形態の変形例として説明した構成は、他の実施形態にも適用可能である。
【０２０５】
本明細書に開示した内容は、無線送電装置の制御回路、無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、又は無線電力伝送システムとして実施可能である。
【０２０６】
本開示の態様に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、並びに無線電力伝送システムは、以下の構成を備える。
【０２０７】
第１の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
送電アンテナを備えた無線送電装置から受電アンテナに向けて高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、送電コイルを含む第１の共振回路を含み、
上記受電アンテナは、受電コイルを含む第２の共振回路を含み、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のいずれかに設定する。
【０２０８】
第２の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第１の連続動作時間にわたって上記奇モードの共振周波数に設定する第１の時間区間と、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第２の連続動作時間にわたって上記偶モードの共振周波数に設定する第２の時間区間とを、交互に繰り返す。
【０２０９】
第３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定されている。
【０２１０】
第４の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する。
【０２１１】
第５の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１〜第３のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２１２】
第６の態様に係る無線送電装置によれば、
第１〜第５のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路とを備える。
【０２１３】
第７の態様に係る無線送電装置によれば、第６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ている。
【０２１４】
第８の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第６又は第７の態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナとを備える。
【０２１５】
第９の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第８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装置に接続され、
上記受電アンテナの出力端子から上記負荷装置を臨むときの出力インピーダンスは、上記負荷装置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ている。
【０２１６】
第１０の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する。
【０２１７】
第１１の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い。
【０２１８】
第１２の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１１の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２１９】
第１３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１２のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を変更した後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２２０】
第１４の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２２１】
第１５の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１４の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２２２】
第１６の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１２、又は第１４の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記第１の共振回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で変化する複数の容量を有するキャパシタを含み、上記キャパシタは、上記複数の容量に対応して、上記送電コイルとともに複数の共振器を構成し、
上記複数の共振器のそれぞれは、上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数を有し、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路が上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのいずれかの周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちの他の周波数に変更する。
【０２２３】
第１７の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのすべての周波数で上記高周波電力の伝送を試みた後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２２４】
第１８の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１７のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイルの近傍の温度を検出する温度センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【０２２５】
第１９の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１８のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記受電コイルの近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記受電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【０２２６】
第２０の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１９のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電装置から上記無線受電装置に高周波電力を伝送する際の伝送効率が所定の第２のしきい値以下になったとき、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【０２２７】
第２１の態様に係る無線送電装置によれば、
第１０〜第１９のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとを備えた。
【０２２８】
第２２の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第２１の態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む。
【０２２９】
第２３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は受電コイルの近傍の異物の推定温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する。
【０２３０】
第２４の態様に係る無線送電装置によれば、
第２３の態様に係る無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とを備える。
【０２３１】
第２５の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第２４の態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む。
【０２３２】
第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定されている。
【０２３３】
第２７の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３４】
第２８の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、上記送電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線送電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３５】
第２９の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む。
【０２３６】
第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第２９のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定する上記無線受電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２３７】
第３１の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記受電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線受電装置の回路定数は、上記受電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３８】
第３２の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記受電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線受電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３９】
第３３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む。
【０２４０】
第３４の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第３３のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い。
【０２４１】
第３５の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第３４のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１の連続動作時間にわたって上記第１の動作帯域に設定する第１の時間区間と、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第２の連続動作時間にわたって上記第２の動作帯域に設定する第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０２４２】
第３６の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３５の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、最大電流で電力を供給することを上記負荷装置から要求されたとき、上記第１の時間区間と上記第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０２４３】
第３７の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３５又は第３６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定された。
【０２４４】
第３８の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３７の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する。
【０２４５】
第３９の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第３７のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２４６】
第４０の態様に係る無線送電装置によれば、
入力電力から高周波電力を発生する送電回路と、送電アンテナと、第２６〜第３９のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路とを備えた無線送電装置であって、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送る。
【０２４７】
第４１の態様に係る無線送電装置によれば、第４０の態様に係る無線送電装置において、
上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数と同じであるように設定されている。
【０２４８】
第４２の態様に係る無線送電装置によれば、第４０又は第４１の態様に係る無線送電装置において、
上記送電回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生し、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御し、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御する。
【０２４９】
第４３の態様に係る無線送電装置によれば、第４２の態様に係る無線送電装置において、
上記無線送電装置は、上記入力電力を上記送電回路に供給する電源装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記電源装置の出力電圧及び出力電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する。
【０２５０】
第４４の態様に係る無線送電装置によれば、第４２又は第４３の態様に係る無線送電装置において、
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記負荷装置から要求される電圧及び電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する。
【０２５１】
第４５の態様に係る無線送電装置によれば、第４０〜第４４のうちのいずれか１つ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ている。
【０２５２】
第４６の態様に係る無線受電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線受電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定される。
【０２５３】
第４７の態様に係る無線受電装置の制御回路によれば、第４６の態様に係る無線受電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、上記無線受電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定する上記無線送電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２５４】
第４８の態様に係る無線受電装置によれば、
受電アンテナと、負荷装置に出力電力を供給する受電回路と、第４６又は第４７の態様に係る無線受電装置の制御回路とを備える。
【０２５５】
第４９の態様に係る無線受電装置によれば、第４８の態様に係る無線受電装置において、
上記受電アンテナの出力端子から上記受電回路を臨むときの出力インピーダンスは、上記受電回路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た。
【０２５６】
第５０の態様に係る無線受電力伝送システムによれば、
第４０〜第４５のいずれか１つの態様に係る無線送電装置と、第４８又は第４９のいずれか１つの態様に係る無線受電装置とを備える。
【０２５７】
第５１の態様に係る無線送電装置によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムの無線送電装置において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
入力電力から高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサと、
上記無線送電装置の制御回路とをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の一方に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の他方に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定する。
【０２５８】
第５２の態様に係る無線送電装置によれば、第５１の態様に係る無線送電装置において、
上記無線受電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定する上記無線受電装置の制御回路を備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２５９】
第５３の態様に係る無線送電装置によれば、第５１又は第５２の態様に係る無線送電装置において、
上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数と同じであるように設定されている。
【０２６０】
第５４の態様に係る無線送電装置によれば、第５１〜第５３のいずれか１つの態様に係る無線送電装置において、
上記送電回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生し、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御し、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御する。
【０２６１】
第５５の態様に係る無線送電装置によれば、第５１〜第５４のいずれか１つの態様に係る無線送電装置において、
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第２の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２６２】
第５６の態様に係る無線送電装置によれば、第５１〜第５５のいずれか１つの態様に係る無線送電装置において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記無線送電装置の回路定数を変更した後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２６３】
第５７の態様に係る無線送電装置によれば、第５１の態様に係る無線送電装置において、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムの無線送電装置において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記無線送電装置は、
入力電力から高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサと、
上記無線送電装置の制御回路とをさらに備え、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、
上記無線送電装置の制御回路は、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第２の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２６４】
第５８の態様に係る無線送電装置によれば、第５７の態様に係る無線送電装置において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２６５】
第５９の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第５１〜第５８のいずれか１つの態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む。
【０２６６】
本開示の態様に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、並びに無線電力伝送システムは、以下の特徴を有する。
【０２６７】
送電コイル又は受電コイルの近傍に金属異物などの異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０２６８】
異物の温度をしきい値温度未満に抑制できる。
【０２６９】
伝送モードを偶モード及び奇モードのうちの一方の伝送モードに設定しているときに異物の温度が上昇しても、他方の伝送モードに切り替えるので、異物の温度を低下させることができる。
【０２７０】
金属異物が検出されても、即時に電力伝送を停止することなく連続動作時間を短縮することにより、金属異物の発熱を抑制しながら、より長く継続できる。
【０２７１】
少なくとも１つのセンサが設けられた場合、送電コイル又は受電コイルの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、異物に起因する異常状態を検出するまで、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０２７２】
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。
【０２７３】
無線電力伝送システムは、少なくとも無線送電装置の回路定数及び無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を変化させることで、伝送効率を高く保ちながら、送電アンテナ及び受電アンテナを結合する共振モードを選択することができる。
【０２７４】
上述の通り、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示の実施形態はこれらに限定されるものではなく、以下の請求の範囲に記載された技術的範囲内において多くの変形例及び修正例が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。
【産業上の利用可能性】
【０２７５】
本開示に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、及び無線電力伝送システムは、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、本開示に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、無線電力伝送システムは、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、スマートホン、タブレット端末装置、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、及び空気調和機を含む。【０２７６】
本開示に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、及び無線電力伝送システムは、例えば、図７３及び図７４に示すように、スマートホン又はタブレット端末装置に充電又は給電するために使用可能である。
【符号の説明】
【０２７７】
１，１ｂ，１Ｂｅ…電源装置、
２，２ａ〜２ｂ，２ｅ，２Ａ，２Ａａ，２Ｂ，２Ｂａ〜２Ｂｈ，３Ｃ…無線送電装置、
３，３ｄ，３ｅ，３Ａ，３Ｂ，３Ｂａ〜３Ｂｂ，３Ｂｄ，３Ｂｆ，３Ｂｇ，３Ｃ…無線受電装置、
４，４ａ，４Ｂａ，４Ｂｄ…負荷装置、
１０，１０ａ〜１０ｄ，１０Ａ，１０Ａａ，１０Ｂ，１０Ｂａ〜１０Ｂｈ，１０Ｃａ〜１０Ｃｃ…無線電力伝送システム、
２１，２１Ｂ，２１Ｃ，２６…発振回路、
２１Ａ…送電回路、
２２，２２ａ，２２Ａａ，２２Ｂ，２２Ｂａ，２２Ｃ…送電アンテナ、
２３，２３ａ〜２３ｂ，２３ｅ，２３Ａ，２３Ａａ，２３Ｂ，２３Ｂａ〜２３Ｂｈ，２３Ｃ，２３Ｃａ〜２３Ｃｃ…無線送電装置の制御回路、
２４…センサ、
２５…周波数制御回路、
２７…整合回路、
３１，３１ａ，３１Ｂ，３１Ｂａ〜３１Ｂｃ，３１Ｃ…受電アンテナ、
３２…整流回路、
３２ｄ…周波数変換回路、
３２Ａ…受電回路、
３３，３３Ａ…監視回路、
３３Ｂ，３３Ｂｂ，３３Ｂｆ，３３Ｂｇ，３３Ｃ，３３Ｃｂ…無線受電装置の制御回路、
３４…センサ、
３５…整合回路、
５…金属異物、
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ、
Ｃｔ，ＣｔＡａ，Ｃｔ１〜Ｃｔ３，Ｃｒ１〜Ｃｒ３…共振キャパシタ、
Ｅ１，Ｅ２…電極、
Ｇ，Ｓ１，Ｓ２…端子、
Ｌｒ，Ｌｒ１〜Ｌｒ３…受電コイル、
Ｌｔ，Ｌｔ１〜Ｌｔ３…送電コイル、
Ｌｔ０…巻線、
ＳＷ１〜ＳＷ３…高周波スイッチ。
【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】
2014068992.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014068992.tif 000012
【図１１】
2014068992.tif 000013
【図１２】
2014068992.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2014068992.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
2014068992.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
2014068992.tif 000038
【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
2014068992.tif 000071
【図７０】
2014068992.tif 000072
【図７１】
2014068992.tif 000073
【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年6月17日(2014.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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に関する。本開示は、また、当該無線電力伝送システムに用いる無線送電装置及び無線受電装置と、当該無線送電装置及び無線受電装置の制御回路とに関する。
【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４７４３１７３号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】粟井郁雄ほか、「デュアルスパイラル共振器の作る電磁界とそのＷＰＴシステムへの応用」、電子情報通信学会技術研究報告、２０１２年８月、ＷＰＴ２０１２−２０、ＰＰ．２９−３４。
【非特許文献２】細谷達也、「ソフトスイッチング技術を用いた新しい共鳴型ワイヤレス給電システムの設計理論」、電子情報通信学会技術研究報告、２０１１年１２月、ＷＰＴ２０１１−２２。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線電力伝送システムにおいて電力伝送を行う際に、送電用の共振回路のコイル又は受電用の共振回路のコイルの近傍に金属異物が存在すると、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱する可能性がある。無線電力伝送システムを安全に使用するためには、金属異物の発熱を抑制する必要がある。
【０００６】
例えば、特許文献２記載の無接点電力伝送システムは、金属異物を検出した際に電力伝送を停止することにより、金属異物の発熱を抑制している。
【０００７】
しかしながら、金属異物を検出した際に常に電力伝送を停止する無線電力伝送システムでは、ユーザが金属異物を除去しなければ電力伝送を再開することができない。無線電力伝送システムのユーザビリティを向上させるためには、金属異物を検出した際に、金属異物の発熱を抑制しながら、電力伝送を継続できるようにすることが望まれる。
【０００８】
本開示の目的は、以上の問題点を解決し、送電用の共振回路のコイル又は受電用の共振回路のコイルの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することが可能な無線電力伝送システムを提供することにある。また、本開示の目的は、当該無線電力伝送システムに用いる無線送電装置及び無線受電装置と、当該無線送電装置及び無線受電装置の制御回路とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
送電アンテナを備えた無線送電装置から受電アンテナに向けて高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、送電コイルを含む第１の共振回路を含み、
上記受電アンテナは、受電コイルを含む第２の共振回路を含み、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のいずれかに設定する。
【００１０】
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、並びにシステム、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。
【００１１】
本明細書及び図面を参照すれば、本開示の実施形態に係る追加の優位点及び利益が明らかであろう。これらの優位点及び／又は利益は、必ずしも互いに不可分ものではなく、本明細書及び図面の開示内容におけるさまざまな実施形態及び構成要素によって個別にもたらされてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の無線送電装置の制御回路によれば、送電コイル又は受電コイルの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る無線電力伝送システム１０の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の送電アンテナ２２の構成を示す回路図である。
【図３】図１の受電アンテナ３１の構成を示す回路図である。
【図４】図２の送電アンテナ２２の変形例に係る送電アンテナ２２ａの構成を示す回路図である。
【図５】図３の受電アンテナ３１の変形例に係る受電アンテナ３１ａの構成を示す回路図である。
【図６】図１の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の実装例を示す斜視図である。
【図７】図６の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの変形例の構成を示す斜視図である。
【図８】図１の無線電力伝送システム１０の伝送効率の周波数特性を示すグラフである。
【図９】図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が奇モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。
【図１０】図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が偶モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。
【図１１】図１の無線送電装置２の制御回路２３によって実行される第１の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図１２】図１の送電アンテナ２２の送電コイルＬｔと受電アンテナ３１の受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】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１０ａの構成を示すブロック図である。
【図１４】第１の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｂの構成を示すブロック図である。
【図１５】第１の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｃの構成を示すブロック図である。
【図１６】第１の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｄの構成を示すブロック図である。
【図１７】第１の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｅの構成を示すブロック図である。
【図１８】図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第２の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図１９】図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第３の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図２０】第１の実施形態の実施例に係る送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構成を示す断面図である。
【図２１】図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図２２】図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図２３】図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間において、コイルの中心部に１ｃｍ×１ｃｍ×１ｍｍのアルミニウムの金属異物５が存在し、奇モードの共振周波数ｆｏで電力を伝送し続けたときの金属異物５の温度変化を示すグラフである。
【図２４】第２の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ａの概略構成を示すブロック図である。
【図２５】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第４の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図２６】図２５の第４の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。
【図２７】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第５の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図２８】図２７の第５の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。
【図２９】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第６の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３０】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第７の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３１】図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第８の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３２】第２の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ａａの概略構成を示すブロック図である。
【図３３】図３２の送電アンテナ２２Ａａの構成を示す回路図である。
【図３４】図３３のキャパシタＣｔＡａの容量を変化させたときの無線電力伝送システム１０Ａａの伝送効率の周波数特性の変化を示す概略図である。
【図３５】図３２の無線送電装置２Ａａの制御回路２３Ａａによって実行される第９の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図３６】送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図３７】送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。
【図３８】第３の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。
【図３９】図３８の送電アンテナ２２Ｂの第１の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂａの構成を示す回路図である。
【図４０】図３８の送電アンテナ２２Ｂの第２の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｂの構成を示す回路図である。
【図４１】図３８の受電アンテナ３１Ｂの第１の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂａの構成を示す回路図である。
【図４２】図３８の受電アンテナ３１Ｂの第２の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂｂの構成を示す回路図である。
【図４３】図３８の送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの第３の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの構成を示す回路図である。
【図４４】図３９の送電アンテナ２２Ｂａ及び図４１の受電アンテナ３１Ｂａの実装例を示す斜視図である。
【図４５】図３９の送電アンテナ２２Ｂａにおける共振キャパシタＣｔ１の実装例を示す回路図である。
【図４６】図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第１の実装例を示す斜視図である。
【図４７】図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第２の実装例を示す斜視図である。
【図４８】図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第１の実装例を示す斜視図である。
【図４９】図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第２の実装例を示す斜視図である。
【図５０】図３８の無線電力伝送システム１０Ｂの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。
【図５１】図３８の無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂによって実行される第１０の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図５２】図３８の送電アンテナ２２Ｂの送電コイルＬｔと受電アンテナ３１Ｂの受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０Ｂの動作を示すタイミングチャートである。
【図５３】第３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１０Ｂａの構成を示すブロック図である。
【図５４】例示的なバッテリ充電プロファイルを示すグラフである。
【図５５】第３の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｂの構成を示すブロック図である。
【図５６】図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１１の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図５７】図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１２の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図５８】第３の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｃの構成を示すブロック図である。
【図５９】図５８の無線電力伝送システム１０Ｂｃの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。
【図６０】第３の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｄの構成を示すブロック図である。
【図６１】第３の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｅの構成を示すブロック図である。
【図６２】第３の実施形態の第６の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｆの構成を示すブロック図である。
【図６３】第３の実施形態の第７の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｇの構成を示すブロック図である。
【図６４】第３の実施形態の第８の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｈの構成を示すブロック図である。
【図６５】第４の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。
【図６６】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１３の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図６７】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１４の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図６８】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１５の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図６９】図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１６の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【図７０】第４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１０Ｃａの構成を示すブロック図である。
【図７１】第４の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｂの構成を示すブロック図である。
【図７２】第４の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｃの構成を示すブロック図である。
【図７３】第５の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。
【図７４】第５の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態に係る無線電力伝送システム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。また、実施形態に係る無線電力伝送システムは、以下で開示するものに限定されることはない。
【００１５】
第１の実施形態．
図１は、第１の実施形態に係る無線電力伝送システム１０の構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０は、電源装置１に接続された無線送電装置２と、負荷装置４に接続された受電アンテナ３１とを含み、無線送電装置２の送電アンテナ２２から受電アンテナに高周波電力を無線伝送する。
【００１６】
電源装置１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１０に出力する。代替として、電源装置１は、蓄電池などの直流電源からの直流電力の電圧を変換して無線送電装置２に出力する。無線電力伝送システム１０は、電源装置１からの直流電力を高周波電力に変換して無線伝送した後、負荷装置４に出力する。以下、負荷装置４が携帯電話機の充電器である場合を例に挙げて、無線電力伝送システム１０の構成及び動作を説明する。
【００１７】
無線送電装置２は、発振回路２１と、送電アンテナ２２と、制御回路２３とを備えて構成される。発振回路２１は、制御回路２３の制御下で、入力された直流電力から可変な周波数で高周波電力を発生して送電アンテナ２２に供給する送電回路として動作する。発振回路２１は、可変な伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生するパルス発生器と、このパルス列に応じて動作するスイッチング素子を含むＤ級増幅器とを含み、伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。送電アンテナ２２はＬＣ共振回路を含み、受電アンテナ３１もまたＬＣ共振回路を含む。受電アンテナ３１は、送電アンテナ２２に電磁的に結合される。
【００１８】
図２は、図１の送電アンテナ２２の構成を示す回路図である。図３は、図１の受電アンテナ３１の構成を示す回路図である。図２に示すように、送電アンテナ２２は、並列に接続された共振キャパシタ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３に示すように、受電アンテナ３１は、直列に接続された共振キャパシタ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６は、図１の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の実装例を示す斜視図である。図６に示すように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、例えば、正方形のスパイラルコイルである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、所定の間隔ｇを有して互いに対向するように、実質的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とが互いに電磁的に結合するように、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。また、図７は、図６の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの変形例の構成を示す斜視図である。図７に示すように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、例えば、円形のスパイラルコイルであってもよい。
【００１９】
図６及び図７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、実質的に平面上に巻回された巻線を含む、例えば正方形又は他の形状のスパイラルコイルである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、それぞれ、中心部及び周辺部を有する。送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合するとき、送電コイルＬｔの中心部が受電コイルＬｒの中心部と対向し、送電コイルＬｔの周辺部が受電コイルＬｒの周辺部と対向するように、送電コイルＬｔが受電コイルＬｒと近接して設けられる。ここで、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの巻線は、送電コイルＬｔの中心部が受電コイルＬｒの中心部と対向し、送電コイルＬｔの周辺部が受電コイルＬｒの周辺部と対向するのであれば、平面上に限らず、曲面上、又は他の任意の形状に巻回されてもよい。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの巻線は、その少なくとも一部において、送電コイルＬｔの中心部が受電コイルＬｒの中心部と対向し、送電コイルＬｔの周辺部が受電コイルＬｒの周辺部と対向するように巻回されてもよい。
【００２０】
図２の送電アンテナ２２は並列共振回路であり、図３の受電アンテナ３１は直列共振回路であったが、送電アンテナ及び受電アンテナはこれらに限定されない。図４は、図２の送電アンテナ２２の変形例に係る送電アンテナ２２ａの構成を示す回路図である。図２の送電アンテナ２２に代えて、図４の送電アンテナ２２ａを用いてもよい。送電アンテナ２２ａは、共振キャパシタＣｔと送電コイルＬｔとを備えた直列共振回路である。また、図５は、図３の受電アンテナ３１の変形例に係る受電アンテナ３１ａの構成を示す回路図である。図３の受電アンテナ３１に代えて、図５の受電アンテナ３１ａを用いてもよい。受電アンテナ３１ａは、共振キャパシタＣｒと受電コイルＬｒとを備えた並列共振回路である。また、送電アンテナ及び受電アンテナは、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。
【００２１】
送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の一方が直列接続されたコイル及びキャパシタを備え、他方が並列接続されたコイル及びキャパシタを備えてもよい。それに代わって、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の両方が直列接続されたコイル及びキャパシタを備えてもよく、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の両方が並列接続されたコイル及びキャパシタを備えてもよい。
【００２２】
また、図１において、受電アンテナ３１に負荷装置４が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、発振回路２１の出力端子から送電アンテナ２２の入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２の入力端子から発振回路２１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２に実質的に等しいように設定される。さらに、送電アンテナ２２に発振回路２１が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１の出力端子から負荷装置４を臨むときの出力インピーダンスＺｒ１は、負荷装置４から受電アンテナ３１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ２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最大にできる。
【００２３】
図１において、発振回路２１は、上述したＤ級増幅器内のスイッチング素子を伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列に従ってスイッチングすることにより、電源装置１からの直流電圧を高周波電圧に変換して送電アンテナ２２に出力する。送電アンテナ２２が受電アンテナ３１と電磁的に結合するように近接して設けられたとき、発振回路２１からの高周波電圧は、伝送周波数ｆｔｒで、送電アンテナ２２を介して受電アンテナ３１に送電され、負荷装置４に供給される。すなわち、電源装置１からの電力は、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１との間の共振磁界結合によって、非接触で伝送される。
【００２４】
なお、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１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、送電アンテナ２２の共振周波数ｆＴ及び／又は受電アンテナ３１の共振周波数ｆＲは、伝送周波数ｆｔｒと完全に一致する必要はない。
【００２５】
図８は、図１の無線電力伝送システム１０の伝送効率の周波数特性を示すグラフである。一般に、インダクタンスＬ及び容量Ｃを有するＬＣ共振回路の共振周波数ｆは、ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））により得られる。一方、複数の共振器を電磁気的に結合した場合、その共振周波数が共振器の数と同じだけの個数に分裂することが知られている。２個の共振器が互いに電磁的に結合して形成される系においては、系の共振周波数は、いわゆる偶モードと奇モードという２つの周波数に分裂する（非特許文献１及び２参照）。偶奇モードの共振周波数は通常は異なる値を有し、低い共振周波数ｆｏの共振状態（共振モード）を奇モード、高い共振周波数ｆｅの共振状態（共振モード）を偶モードと考えることができる。本明細書の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の対を含む電磁空間内では、送電コイルＬｔが受電コイルＬｒと電磁的に結合するように近接しており、奇モードの共振周波数ｆｏと、奇モードの共振周波数ｆｏよりも高い偶モードの共振周波数ｆｅという、２つの分離した共振周波数が発生することになる。
【００２６】
なお、２つの共振周波数ｆｏ及びｆｅは、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１の入出力部に接続される前後段回路との接続インピーダンスに依存して変化するものの、２つの共振器が結合することによって共振周波数が２つの値に分離することには変わりはない。本明細書では、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１とが結合した際に生じる２つの分離した共振周波数のうち、低い共振周波数ｆｏの共振モードを奇モードと定義し、高い共振周波数ｆｅの共振モードを偶モードと定義することにする。
【００２７】
図８に示すように、一般に、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ又はｆｅに設定することにより、伝送効率を最大にできる。無線送電装置２の制御回路２３は、発振回路２１によって発生される高周波電力の周波数、すなわち伝送周波数ｆｔｒを、奇モードの共振周波数ｆｏ及び偶モードの共振周波数ｆｅのいずれかに設定する。
【００２８】
図９は、図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が奇モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。図１０は、図１の無線電力伝送システム１０において送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が偶モードの共振状態にあるときの磁束分布を示す断面図である。図９及び図１０は、図６のＡ１−Ａ２線における断面を概略的に示す。また、図９及び図１０において、矢印は磁束の主たる向きを表す。図９の場合、伝送周波数ｆｔｒは奇モードの共振周波数ｆｏに設定されている。図１０の場合、伝送周波数ｆｔｒは偶モードの共振周波数ｆｅに設定されている。図１の無線電力伝送システム１０は、伝送周波数ｆｔｒとして選択する周波数に応じて異なる磁界分布に基づいて、送受アンテナ間が結合する。
【００２９】
送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が奇モードの共振状態にあるとき、送電コイルＬｔの内部及び受電コイルＬｒの内部において同じ向き（図９では＋Ｚ方向）の磁界が発生する。送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が偶モードの共振状態にあるとき、送電コイルＬｔの内部及び受電コイルＬｒの内部において逆向き（図１０では、送電コイルＬｔで＋Ｚ方向、受電コイルＬｒで−Ｚ方向）の磁界が発生する。図９及び図１０において、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）の磁束密度は、奇モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｏ）よりも、偶モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｅ）のほうが低くなる。一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）の磁束密度は、偶モードの共振状態にあるときよりも、奇モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。
【００３０】
無線電力伝送システム１０により電力伝送を行う際に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属や磁性体などの異物（以下、金属異物と記述する）が混入したとき、金属異物の表面の渦電流量は、空間に分布する磁束密度が高いほど増大する。従って、金属異物の表面の発熱量は、磁束密度が高いほど増大する。図９及び図１０から明らかであるように、金属異物の発熱量は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒと金属異物との相対的な位置関係に依存して変化し、また、無線電力伝送システム１０の伝送モード（偶モード及び奇モード）に依存して変化する。このため、金属異物が送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの中心部に位置しているときは、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｅに設定して偶モードで送電することにより、金属異物の発熱を抑制できる。一方、金属異物が送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの周辺部に位置しているときは、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏに設定して奇モードで送電することにより、金属異物の発熱を抑制できる。
【００３１】
以上説明したように、図１の無線電力伝送システム１０による共振型の無線電力伝送においては、伝送効率を実質的に最大にして良好な伝送特性を確保可能な２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）が存在する。また、金属異物の位置が不明である場合でも、偶モード及び奇モードのうちのいずれかの伝送モードを採用すれば、残りの伝送モードを用いて伝送するよりも金属異物の発熱を軽減できる可能性があることになる。
【００３２】
さらに、図１の無線電力伝送システム１０において、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間においてコイルの中心部に金属異物を配置したとき、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏに設定して奇モードで電力伝送し、金属異物の温度変化を解析した。上述したように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間においてコイルの中心部に金属異物が存在するとき、奇モードで送電すると、偶モードで送電する場合に比較して金属異物の発熱量は大きくなってしまう。ただし、奇モードで送電する場合でも、金属異物又は無線電力伝送システム１０の筐体の温度が所定のしきい値温度（例えば、４５°Ｃなどの安全上の理由によって定められた温度）になるまでの時間は数十分であった。すなわち、この時間は、伝送周波数ｆｔｒ（例えば、数１００ｋＨｚ）に対応する周期より十分に長い。従って、金属異物が存在するときに、当該金属異物の位置において発熱を抑制できない不適切な伝送モードを選択した場合でも、伝送モードを、金属異物の温度が飽和する前に他方の伝送モードに切り替えれば、金属異物が発熱するリスクを回避できる。
【００３３】
図１１は、図１の無線送電装置２の制御回路２３によって実行される第１の電力伝送処理を示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ１０１において、制御回路２３は、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定して、電力伝送を開始する。次に、ステップＳ１０２において、制御回路２３は、所定の偶モードの連続動作時間Ｐｅが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１０３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１０２の処理を繰り返して実行する。ステップＳ１０３において、制御回路２３は、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定して、電力伝送を開始する。そして、ステップＳ１０４において、制御回路２３は、所定の奇モードの連続動作時間Ｐｏが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１０１に戻る一方、ＮＯのときはステップＳ１０４の処理を繰り返して実行する。
【００３４】
すなわち、図１１の電力伝送処理によれば、無線送電装置２の制御回路２３は、伝送周波数ｆｔｒを連続動作時間Ｐｅだけ偶モードの共振周波数ｆｅに設定する時間区間（偶モードの伝送モードの時間区間）と、伝送周波数ｆｔｒを連続動作時間Ｐｏだけ奇モードの共振周波数ｆｏに設定する時間区間（奇モードの伝送モードの時間区間）とを、交互に繰り返す。
【００３５】
ここで、図１１において、偶モードの連続動作時間Ｐｅは、例えば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが偶モードで結合する条件にて電力伝送を継続したときに、金属異物の発熱量が最大になる位置に金属異物が存在した場合に、金属異物の温度が所定のしきい値温度Ｔｔｈになるまでの時間より短くなるように設定することができる。すなわち、偶モードの連続動作時間Ｐｅは、例えば、偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に異物が存在するときに、異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈになるまでの最短時間より短くなるように設定することができる。また、奇モードの連続動作時間Ｐｏは、例えば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが奇モードで結合する条件にて電力伝送を継続したときに、金属異物の発熱量が最大になる位置に金属異物が存在した場合に、金属異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈになるまでの時間より短くなるように設定することができる。すなわち、奇モードの連続動作時間Ｐｏは、例えば、奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に異物が存在するときに、異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈになるまでの最短時間より短くなるように設定することができる。ここで、連続動作時間Ｐｅ及びＰｏは、例えば、最大電力伝送時の異物の発熱実験又は数値シミュレーションの結果に基づいて、あらかじめ設定される。
【００３６】
図１２は、図１の送電アンテナ２２の送電コイルＬｔと受電アンテナ３１の受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０の動作を示すタイミングチャートである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間においてコイルの周辺部に金属異物が存在するとき、上述したように、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏに設定すれば、金属異物の発熱を抑制できる（図９参照）。図１２において、温度Ｔｅは、偶モードで連続的に送電したときの金属異物の飽和温度であり、温度Ｔｏは、奇モードで連続的に送電したときの金属異物の飽和温度である。また、しきい値温度Ｔｔｈは、安全上の理由などによりあらかじめ設定される異物の温度の上限値である。従来技術に係る無線電力伝送システムは、Ｔｅ＞Ｔｔｈである場合、金属異物の温度を測定し、温度がしきい値温度Ｔｔｈに達する前に送電を停止することによって、安全性を確保していた。
【００３７】
図１２において、金属異物の発熱量が小さい奇モードでの電力伝送から金属異物の発熱量が大きい偶モードでの電力伝送に切り替えると、金属異物の温度は、室温より上昇し、温度Ｔｏより高くなる。しかしながら、偶モードの連続動作時間Ｐｅは偶モードにおける金属異物の温度が飽和するまでの時間より短いように設定されているので、金属異物の温度は温度Ｔｅまで上昇しない。その結果、金属異物の温度はＴｅには到達しないように、電力伝送を継続できる。更に、例えば、偶モードの連続動作時間Ｐｅをしきい温度Ｔｔｈに到達するまでの時間より短く設定することによって、金属異物の温度をしきい温度Ｔｔｈまで上昇させることなく電力伝送を継続できる。
【００３８】
共振磁界結合型の無線電力伝送システムにおいて、周辺に混入する金属異物の位置は不明であるので、偶モード及び奇モードの伝送は、ともに、発熱量が小さい伝送モードである可能性も、逆に発熱量が大きい伝送モードである可能性もある。従来技術に係る無線電力伝送システムでは、発熱量が小さい伝送モードで電力伝送を行うことなく、発熱量が大きい伝送モードでの電力伝送を続行するリスクがあった。この結果、金属異物の温度がしきい値温度Ｔｔｈ以上に上昇して、無線電力伝送システムの動作を停止させることがあった。しかしながら、図１の無線電力伝送システム１０によれば、金属異物の温度が飽和するまでの長時間にわたって同一の伝送モードで電力伝送を行うことなく、伝送モードを、奇モードの連続動作時間Ｐｏの時間区間と、偶モードの連続動作時間Ｐｅの時間区間との間で交代し続けながら電力伝送を行う。従って、金属異物の温度が著しく高い温度まで飽和する前に発熱量が小さい伝送モードに切り替えられ、発熱量が大きい伝送モードによってもたらされる発熱リスクは軽減され、さらには回避可能となる。すなわち、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。また、図１の無線電力伝送システム１０によれば、偶モード及び奇モードのうち、発熱量が大きい可能性がある伝送モードのみで間欠動作を行う従来技術に係る無線電力伝送システムより、原理的に、負荷装置４に供給する電力量を増大することができる。
【００３９】
なお、図１１の電力伝送処理において、伝送モードの切り替え時に、連続動作時間Ｐｏ及びＰｅより短い無線電力伝送の停止時間を追加してもよい。
【００４０】
また、図６及び図７の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒは、一層の正方形又は円形のスパイラルコイルであったが、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの形状はこれらに限られない。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの各形状は、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。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの少なくとも一方が多層で巻回されていてもよい。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。
【００４１】
さらに、図１の無線電力伝送システム１０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で被覆してもよい。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを形成する複数の配線間の不要な結合を回避するため、配線導体の表面を磁性体でめっきしてもよい。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２２及び受電アンテナ３１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。
【００４２】
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。
【００４３】
図６及び図７では、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの両方が同じ向き（時計回り）に巻回されるように図示しているが、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが互いに異なる向き（時計回り及び反時計回り）に巻回されていてもよい。また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの両方が反時計回りに巻回されていてもよい。
【００４４】
また、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒのサイズ及び形状は同一であることが望ましいが、異なるサイズ又は形状を有していてもよく、同一のサイズ及び形状であっても異なる電気的特性を有していてもよい。
【００４５】
また、一般に、不要輻射を防ぐため送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒにシールドを設けることがあるが、そのようなシールドが存在する環境下においても、図１の無線電力伝送システム１０の動作を損なうものではない。
【００４６】
また、共振キャパシタ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キャパシタＣｔ及びＣｒとして機能させてもよい。また、共振キャパシタ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。
【００４７】
またさらに、図１の無線電力伝送システム１０において、伝送周波数ｆｔｒは、例えば、５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定される。また、伝送周波数ｆｔｒは、６．７８ＭＨｚ及び１３．５６ＭＨｚなどのＩＳＭバンドに設定されてもよい。また、伝送周波数ｆｔｒは、２倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう、２６３ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、３倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１７５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、５倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１０５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよい。
【００４８】
また、図１の無線電力伝送システム１０において、発振回路２１を、Ｄ級増幅器を用いて構成したが、発振回路２１の構成はこれに限られない。発振回路２１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、発振回路２１は、電源装置１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、発振回路２１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２２に出力すればよい。
【００４９】
なお、無線電力伝送システム１０の伝送効率は、送電アンテナ２２と受電アンテナ３１との間の間隔ｇ（アンテナ間隔）に依存し、また、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１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２２と受電アンテナ３１との間の間隔ｇである。アンテナ間隔は、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１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２２及び受電アンテナ３１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。
【００５０】
また、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の各共振回路のＱ値は、要求される伝送効率に依存し、また、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。
【００５１】
さらに、図１の無線電力伝送システム１０において、電源装置１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１０に出力したが、電源装置１の構成はこれに限られず、所定の周波数の交流電圧を出力する交流電源又は太陽電池などの直流電源からの電力を直流電力に変換して無線送電装置２に供給してもよい。
【００５２】
また、発振回路２１と送電アンテナ２２の間に整合回路が接続されてもよく、受電アンテナ３１と負荷装置４との間に整合回路が接続されてもよい。
【００５３】
なお、無線送電装置２の制御回路２３は、発振回路２１と一体の集積回路として構成されてもよい。
【００５４】
図１３は、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１０ａの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ａは、電源装置１に接続された無線送電装置２ａと、負荷装置４ａに接続された受電アンテナ３１とを含む。無線送電装置２ａは、図１の制御回路２３に代えて制御回路２３ａを備える。負荷装置４ａは、必要な電圧及び電流を通知する要求信号を、無線送電装置２ａの制御回路２３ａに送る。
【００５５】
負荷装置４ａにおいて消費される電力の変化に応じて、無線送電装置２ａの送電アンテナ２２から受電アンテナ３１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、無線送電装置２ａの制御回路２３ａは、負荷装置４ａに出力される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４ａ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍又は奇モードの共振周波数ｆｏの近傍で調整する。ここで、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｅ−Δｆｅ）から周波数（ｆｅ＋Δｆｅ）までの周波数範囲であり、Δｆｅは例えば偶モードの共振周波数ｆｅの５％に設定される。また、奇モードの共振周波数ｆｏの近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｏ−Δｆｏ）から周波数（ｆｏ＋Δｆｏ）までの周波数範囲であり、Δｆｏは例えば奇モードの共振周波数ｆｏの５％に設定される。
【００５６】
なお、本変形例において、無線送電装置２ａの制御回路２３ａは、送電アンテナ２２に入力される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４ａ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍又は奇モードの共振周波数ｆｏの近傍で調整してもよい。
【００５７】
図１４は、第１の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ｂは、発電装置１ｂに接続された無線送電装置２ｂと、負荷装置４に接続された受電アンテナ３１とを含む。発電装置１ｂは、例えば、太陽電池などの電源装置である。この場合、発電装置１ｂから出力される電力は、太陽電池が受ける太陽光の量に応じて変化する。無線送電装置２ｂは、図１の制御回路２３に代えて制御回路２３ｂを備える。無線送電装置２ｂの制御回路２３ｂは、発電装置１ｂの出力電圧及び出力電流に基づいて、発電装置１ｂから最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、奇モードの共振周波数ｆｏの近傍又は偶モードの共振周波数ｆｅの近傍で調整する。
【００５８】
なお、他の変形例及び他の実施形態においても、無線送電装置の制御回路は、電力伝送中に、伝送効率、出力電圧、又は出力電流に基づいて、電源装置から最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、偶モードの共振周波数ｆｅの近傍又は奇モードの共振周波数ｆｏの近傍で調整してもよい。
【００５９】
図１５は、第１の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｃの構成を示すブロック図である。図１の無線電力伝送システム１０では、受電アンテナ３１は負荷装置４に直接接続されたが、無線電力伝送システムの構成はこれに限られない。図１５の無線電力伝送システム１０ｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２と、負荷装置４に接続された無線受電装置３とを含み、無線送電装置２から無線受電装置３に高周波電力を無線伝送する。図１５において、無線受電装置３は、受電アンテナ３１及び整流回路３２を備えて構成される。図１５の受電アンテナ３１は、図１の無線電力伝送システム１０の受電アンテナ３１と同様に構成される。整流回路３２は、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１を介して無線送電装置２から送られた高周波電力を直流の出力電力に変換し、負荷装置４に供給する受電回路として動作する。送電アンテナ２２に発振回路２１が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１の出力端子から整流回路３２を臨むときの出力インピーダンスＺｒ１は、整流回路３２から受電アンテナ３１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ２と実質的に等しいように設定される。図１５の無線電力伝送システム１０ｃにおいても、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００６０】
図１６は、第１の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｄの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ｄは、電源装置１に接続された無線送電装置２と、負荷装置４に接続された無線受電装置３ｄとを含む。図１６の無線受電装置３ｄは、図１５の無線受電装置３の整流回路３２に代えて、周波数変換回路３２ｄを備える。周波数変換回路３２ｄは、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１を介して無線送電装置２から送られた高周波電力を、負荷装置４において必要とされる周波数の交流電力に変換して負荷装置４に供給する。
【００６１】
図１７は、第１の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０ｅの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０ｅは、電源装置１に接続された無線送電装置２ｅと、負荷装置４に接続された無線受電装置３ｅとを含む。無線送電装置２ｅは、図１の制御回路２３に代えて、制御回路２３ｅを備える。無線送電装置２ｅは、送電コイルＬｔの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して制御回路２３ｅに通知するセンサ２４をさらに備える。無線受電装置３ｅは、図１５の無線受電装置３の構成に加えて、監視回路３３及びセンサ３４を備える。センサ３４は、受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して監視回路３３に通知し、監視回路３３は、検出結果を無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅに通知する。センサ２４及び３４は、例えば送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度を測定する温度センサ、赤外線カメラ又は撮像素子などの検出手段を含む。
【００６２】
図１８は、図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第２の電力伝送処理を示すフローチャートである。図１８のステップＳ１１１〜Ｓ１１４は、図１１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様であり、ステップＳ１１４においてＹＥＳのとき、ステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５において、制御回路２３ｅは、センサ２４又は３４により異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１１６において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ１１１に戻る。具体的には、制御回路２３ｅは、例えば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度が所定のしきい値温度（例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ）以上であることを検出したとき、又は、当該温度の上昇率が所定のしきい値以上であることを検出したとき、異物に起因する異常状態を検出したと判断する。
【００６３】
第２の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、異物に起因する異常状態を検出するまで、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００６４】
なお、図１８において、ステップＳ１１４の次に、ステップＳ１１５及びＳ１１６の各処理を実行したが、ステップの順序はこれに限られず、ステップＳ１１５及びＳ１１６は、ステップＳ１１１〜Ｓ１１４の間の任意の時点において実行してもよい。
【００６５】
図１９は、図１７の無線送電装置２ｅの制御回路２３ｅによって実行される第３の電力伝送処理を示すフローチャートである。図１９のステップＳ１２１〜Ｓ１２５、Ｓ１２８は、図１８のステップＳ１１１〜Ｓ１１５、Ｓ１１６と同様であり、ステップＳ１２５においてＹＥＳのとき、ステップＳ１２６に進む。ステップＳ１２６において、制御回路２３ｅは、奇モードの連続動作時間Ｐｏを所定の奇モードの減少時間ΔＰｏだけ短く設定し、偶モードの連続動作時間Ｐｅを所定の偶モードの減少時間ΔＰｅだけ短く設定する。そして、ステップＳ１２７において、連続動作時間Ｐｏ又はＰｅが所定の最短動作時間Ｐｍｉｎ以下であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１２８において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ１２１に戻る。ここで、奇モードの減少時間ΔＰｏは、例えば奇モードの連続動作時間Ｐｏの５％に設定され、偶モードの減少時間ΔＰｅは、例えば偶モードの連続動作時間Ｐｅの５％に設定される。
【００６６】
金属異物の発熱は、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、発熱量が大きい伝送モードで電力伝送を行っている期間での発熱が支配的である。従って、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間を短縮することで、金属異物の温度をしきい値温度Ｔｔｈ未満に抑えることができる可能性がある。図１９の第３の電力伝送処理によれば、金属異物が検出されても、連続動作時間Ｐｅ及びＰｏを短縮するので、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら、図１８の第２の電力伝送処理の場合よりも電力伝送を長く継続できる。
【００６７】
なお、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、どちらの伝送モードにおいて発熱量が大きくなるのかあらかじめ把握できているときは、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間のみを短縮することで、さらに発熱を抑制できる。
【００６８】
次に、図２０〜図２３を参照して、図１の無線電力伝送システム１０に係るシミュレーション結果について説明する。
【００６９】
図２０は、第１の実施形態の実施例に係る送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構成を示す断面図である。有限要素法を用いてシミュレーションを行った。図２０に示すように、平面的な一層構成の円形のスパイラルコイルを送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒとして用いて、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの巻数を８回に設定し、外径を４０ｍｍに設定し、内径ｄ２を１０ｍｍ又は２０ｍｍに設定した。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを、ＸＹ面に平行に、Ｚ方向の間隔ｇ＝５ｍｍを有して配置した。また、共振周波数ｆｏを１０６ｋＨｚに設定し、共振周波数ｆｅを１６２．６ｋＨｚに設定した。さらに、金属異物５として、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間に、２ｍｍ×２ｍｍ×０．２ｍｍのアルミニウム片を設置した。
【００７０】
また、受電アンテナ３１に負荷装置４が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、発振回路２１の出力端子から送電アンテナ２２の入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２の入力端子から発振回路２１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２に実質的に等しいように設定された。さらに、送電アンテナ２２に発振回路２１が接続され、かつ、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１の出力端子から負荷装置４を臨むときの出力インピーダンスＺｒ１は、負荷装置４から受電アンテナ３１の出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ２と実質的に等しいように設定された。この結果、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ及びｆｅのうちの何れに設定しても、９０％以上の良好な伝送効率を実現できた。すなわち、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ及びｆｅのうちの何れに設定しても、入出力電圧、電流、及び効率の点で同等の電力伝送を行えた。
【００７１】
金属異物５の表面上に生じる渦電流は、金属異物５の面積に比例する。また、金属異物５の発熱量は、原理的には、金属異物５の表面に生じた渦電流の２乗に比例するので、表面電流密度の最大値の２乗を発熱量の指標として評価した。
【００７２】
図２１は、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。送電コイルＬｔへの入力電力を１Ｗに設定した。図２１において、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ又はｆｅに設定したときの、金属異物５の位置と、金属異物５の表面電流密度の最大値との間の関係を示す。また、金属異物５の位置と、各位置において発熱量を抑制可能な伝送モードを選択したときに、他方の伝送モードを選択したときに比べて低減できる発熱量の割合との間の関係をあわせて示す。図２１に示すように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。
【００７３】
図２２は、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。図２２において、図２１と同様に、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定することにより発熱量を低減できることがわかる。
【００７４】
従って、図２１及び図２２によれば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構造に依存せず、（１）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に存在する場合は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏであるときより共振周波数ｆｅであるときの方が発熱量が小さいこと、また、（２）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に存在する場合は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｅであるときより共振周波数ｆｏであるときの方が発熱量が小さいことがわかる。なお、２つの周波数ｆｏ及びｆｅにおいて、インピーダンス及び伝送効率の両方はほぼ同等であり、伝送特性に影響を与えるものではない。以上の結果より、無線電力伝送システム１０において、良好な伝送特性を確保できる２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）が存在し、いずれかの伝送モードを選択することにより、金属異物５の位置に関係なく発熱を抑制できることがわかる。
【００７５】
図２３は、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間において、コイルの中心部に１ｃｍ×１ｃｍ×１ｍｍのアルミニウムの金属異物５が存在し、奇モードの共振周波数ｆｏで電力を伝送し続けたときの金属異物５の温度変化を示すグラフである。送電コイルＬｔへの入力電力を３Ｗに設定した。図２３に示すように、金属異物５の温度は、伝送開始直後に飽和せず、飽和するまでに数十分以上かかることが分かった。具体的には、金属異物５の温度は、伝送開始から３０分で室温から３５度だけ上昇したが、２０分では３０度、１５分では２８度、１０分では２５度、５分では２０度、３分では１５度、９０秒では１０度、４５秒では５度しか上昇しなかった。ここで、例えば、６０秒間の経過時間は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏに設定される場合の伝送周期の６３６万倍に達する。従って、金属異物５又は金属異物５に近接する筐体の温度が所定のしきい値温度Ｔｔｈ（例えば、４５°Ｃ）に達するまでに要する時間は、仮に、金属異物５の発熱が深刻になる「間違った伝送モード」が選択されたとしても、伝送エネルギーの周期に比較してきわめて長時間であるといえる。このため、例えば、図２３の場合は、しきい値温度Ｔｔｈが４５°Ｃであるとき、奇モードの連続動作時間Ｐｏを５分未満に設定すればよい。
【００７６】
また、２つの伝送モード間で、金属異物５が存在するときの金属異物５の温度上昇率の最大値が互いに異なることがあらかじめ分かっている場合、共振周波数ｆｏでの連続動作時間Ｐｏと、共振周波数ｆｅでの連続動作時間Ｐｅを互いに異なる値に設定することで、発熱のリスクを回避出来る可能性が高くなる。例えば、図２１の場合を例に取ると、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏに設定されたとき（奇モード）の表面電流密度は１２２０ｍＡ／ｍになり得るが、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｅに設定されたとき（偶モード）の表面電流密度は最大でも８４０ｍＡ／ｍという値にしかなりえない。このため、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｅに設定されたときの発熱量は、伝送周波数ｆｔｒが共振周波数ｆｏに設定されたときの４７％にとどまる。従って、偶モードの連続動作時間Ｐｅを、奇モードの連続動作時間Ｐｏの１倍以上２．１倍未満に設定しても、偶モードで動作時の発熱量の積算値は、奇モードで動作時に発生する発熱量積算値の最大値を上回らない。さらに、金属異物５からの自然放熱を考慮すると、偶モードの連続動作時間Ｐｅを、奇モードの連続動作時間Ｐｏの２．１倍以上に設定することも可能である場合がある。
【００７７】
第２の実施形態．
図２４は、第２の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ａの概略構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ａと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ａとを含み、無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに高周波電力を無線伝送する。
【００７８】
無線送電装置２Ａは、送電回路２１Ａ、送電アンテナ２２、制御回路２３Ａ、及びセンサ２４を備える。無線送電装置２Ａの送電アンテナ２２は、図２の送電アンテナ２２又は図４の送電アンテナ２２ａと同様に構成される。送電回路２１Ａは、電源装置１に接続され、制御回路２３Ａの制御下で、パルス幅変調を用いて入力電力から可変な周波数（例えば１００〜２００ｋＨｚなど）の出力電圧（高周波電力）を生成して送電アンテナ２２に供給する。送電回路２１Ａは、送電アンテナ２２が無線受電装置３Ａの受電アンテナ３１と電磁的に結合するように近接して設けられたとき、所定の周波数で送電アンテナ２２を介して無線受電装置３Ａに送電する。制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａによる送電の開始及び停止を制御し、また、送電回路２１Ａの出力電圧の周波数を制御する。センサ２４は、送電アンテナ２２の送電コイルＬｔの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出し、制御回路２３Ａに通知する。センサ２４は、例えば温度センサを含む。
【００７９】
無線受電装置３Ａは、受電アンテナ３１、受電回路３２Ａ、監視回路３３Ａ、及びセンサ３４を備える。無線受電装置３Ａの受電アンテナ３１は、図３の受電アンテナ３１又は図５の受電アンテナ３１ａと同様に構成される。受電回路３２Ａは、受電アンテナ３１を介して無線送電装置２Ａから送られた電力を受けて、負荷装置４に供給する。受電回路３２Ａは、負荷装置４への電力供給が不要になったとき（例えば、負荷装置４の電源をオフにするとき、又は、負荷装置４が充電池である場合には、充電が完了したとき）、電力伝送の停止を要求する信号を、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに送る。センサ３４は、受電アンテナ３１の受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態を検出し、監視回路３３Ａに通知する。センサ３４は、例えば温度センサを含む。監視回路３３Ａは、センサ３４によって異常状態が検出されたとき、異常状態の発生を示す信号を、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに送る。
【００８０】
センサ２４，３４が温度センサである場合について説明する。金属異物の発熱が問題になる送電コイル又は受電コイルの近傍の異物の温度を推定するのに、少なくとも１つの温度推定手段が必要である。温度を推定するために様々な温度推定手段が使用可能である。例えば、サーミスタなどの温度センサを用いて温度を直接に測定する方法、ならびに、無線送電装置２Ａ及び無線受電装置３Ａの間の伝送効率を測定して損失電力を算出し、発熱した異物の温度を損失電力から推定する方法を使用可能である。これらの場合、発熱した異物の温度の上昇曲線を測定できるので、所定時間にわたって電力伝送を継続した後の温度を予測することができる。また、電力伝送を開始する前に送電アンテナ２２又は受電アンテナ３１のインピーダンスを測定し、その測定結果から異物の位置などを推測し、事前にシミュレーション又は実験などで得た異物の位置と送電電力との関係を表すデータに基づいて異物の発熱量を推定する方法も使用可能である。この場合、温度センサを用いる場合よりも高速に測定できるという効果がある。また、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の間で通信を行う場合は、その通信時の誤り率を指標にしてもよい。なぜなら、送電コイル及び受電コイルの間に異物が存在する場合は受信電力が低下するので、受信電力と雑音電力との比（Signal to Noise Ratio：ＳＮＲ）が低下し、結果として誤り率が増加するからである。誤り率からＳＮＲを逆算し、そこから損失電力を算出し、損失電力から発熱量を推定してもよい。以上、金属異物の温度を推定するために種々の方法があるが、基本的な考え方としては、異物の温度を温度センサで直接に測定するか、電気特性又は通信特性の測定結果から損失電力を算出して損失電力から推定することで、異物の温度を取得することができる。これらの方法により、最適な高周波電力の周波数を選定する基準を得ることができる。
【００８１】
無線受電装置３Ａの受電回路３２Ａ又は監視回路３３Ａから受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに信号を送るために、ＮＦＣ（Near Field Communication）を用いてもよく、又は、他の変調（振幅変調又は位相変調）された無線信号を用いてもよい。また、無線受電装置３Ａの受電回路３２Ａ又は監視回路３３Ａから無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに信号を送るために、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２とは別に無線受電装置３Ａ及び無線送電装置２Ａにそれぞれ設けられたアンテナを用いてもよい。
【００８２】
無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに送電するとき、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１は互いに電磁的に結合するように近接して設けられる。
【００８３】
例えば、送電アンテナ及び受電アンテナの一方が直列接続されたコイル及びキャパシタを備え、他方が並列接続されたコイル及びキャパシタを備える。従って、図２の送電アンテナ２２及び図５の受信アンテナ３１ａの組み合わせ、又は、図４の送電アンテナ２２ａ及び図３の受信アンテナ３１の組み合わせを用いることができる。
【００８４】
以下、図２４の無線電力伝送システム１０Ａにおける電力伝送処理について説明する。
【００８５】
図２５は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第４の電力伝送処理を示すフローチャートである。第４の電力伝送処理は、金属異物を検出した際に電力伝送を停止する比較例を示す。図２５のステップＳ２０１において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を開始させる。ステップＳ２０２において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断する。異物に起因する異常状態は、例えば、前述のように、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇であり、センサ２４によって検出された送電コイルＬｔの近傍の温度が例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ以上になったとき、制御回路２３Ａは異常状態であると判断する。ステップＳ２０２がＹＥＳのときはステップＳ２０５に進み、ＮＯのときはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａの監視回路３３Ａから受信した信号に基づいて、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断する。例えば、センサ３４によって検出された受電コイルＬｒの近傍の温度が例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ以上になったとき、制御回路２３Ａは異常状態であると判断する。ステップＳ２０３がＹＥＳのときはステップＳ２０５に進み、ＮＯのときはステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４において、制御回路２３Ａは、電力伝送を終了するか否かを判断する。例えば、電力伝送の停止を要求する信号を無線受電装置３Ａの受電回路３２Ａから受信したとき、又は、無線受電装置３Ａが除去されたことを他のセンサ（図示せず）により検出したとき、電力伝送を終了する。ステップＳ２０４がＹＥＳのとき、ステップＳ２０５に進み、ＮＯのときはステップＳ２０２に戻る。ステップＳ２０５において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【００８６】
図２６は、図２５の第４の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度がしきい値Ｔｃ以上になったときに電力伝送を停止することで、金属異物の過度の発熱を抑制することができる。しかしながら、第４の電力伝送処理では、ユーザが金属異物を除去しなければ電力伝送を再開することができない。
【００８７】
図２７は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第５の電力伝送処理を示すフローチャートである。制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａにより奇モードの共振周波数ｆｏ及び偶モードの共振周波数ｆｅのうちの一方で高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、送電回路２１Ａにより発生される高周波電力の周波数を奇モードの共振周波数ｆｏ及び偶モードの共振周波数ｆｅのうちの他方に変更する。詳しくは、図２７のステップＳ２１１において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定して電力伝送を開始させる。ステップＳ２１２において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１４に進み、ＮＯのときはステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１４に進み、ＮＯのときはステップＳ２１５に進む。ステップＳ２１４において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定して電力伝送を開始させる。伝送周波数ｆｔｒを変更すると、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの近傍の磁界の分布が変化し、これにより、金属異物に生じる渦電流の大きさが変化する。制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａによって発生される高周波電力の周波数（伝送周波数ｆｔｒ）を変更した後で、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき（すなわち、異常状態が解消していないとき）、送電回路２１Ａに送電を停止させる。詳しくは、ステップＳ２１５において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１８に進み、ＮＯのときはステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１８に進み、ＮＯのときはステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１７において、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２１８に進み、ＮＯのときはステップＳ２１５に戻る。ステップＳ２１８において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【００８８】
図２８は、図２７の第５の電力伝送処理を実行したときの温度変化を説明するための概略図である。第５の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００８９】
図２８は、異物に起因する異常状態を検出したときに、電力伝送を一時的に停止している場合を概略的に示しているが、電力伝送を停止することなく、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏから偶モードの共振周波数ｆｅに即時に変更してもよい。
【００９０】
制御回路２３Ａが異物に起因する異常状態が発生したと判断するしきい値Ｔｃは、９０°Ｃに限らず、他の温度であってもよい。また、無線送電装置２Ａ及び無線受電装置３Ａのそれぞれについて、異なるしきい値Ｔｃを用いてもよい。
【００９１】
また、制御回路２３Ａが異物に起因する異常状態が発生したと判断するために、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度に代えて、又は温度に加えて、電力の伝送効率を用いてもよい。この場合、無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａは、送電回路２１Ａから送電電力の情報を取得する。無線受電装置３Ａの監視回路３３Ａは、受電回路３２Ａから受電電力の大きさを示す情報を取得し、この情報を含む信号を、受電アンテナ３１及び送電アンテナ２２を介して無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａに送る。制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａに送電する際の伝送効率が所定のしきい値以下になったとき（例えば、３０％になったとき、又は、設計値が９０％である場合、７０％になったとき）、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【００９２】
また、電力伝送処理を簡単化するために、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断するステップＳ２１３及びＳ２１６を省略してもよい。
【００９３】
図２９は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第６の電力伝送処理を示すフローチャートである。第５の電力伝送処理では、伝送周波数ｆｔｒを最初に奇モードの共振周波数ｆｏに設定して電力伝送を開始し（ステップＳ２１１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、偶モードの共振周波数ｆｅに変更した（ステップＳ２１４）。一方、第６の電力伝送処理では、伝送周波数ｆｔｒを最初に偶モードの共振周波数ｆｅに設定して電力伝送を開始し（ステップＳ２２１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、奇モードの共振周波数ｆｏに変更してもよい（ステップＳ２２４）。図２９のステップＳ２２１〜Ｓ２２８は、ステップＳ２２１及びＳ２２４の他は、図２７のステップＳ２１１〜Ｓ２１８と同様である。第６の電力伝送処理によれば、第５の電力伝送処理と同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【００９４】
図３０は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第７の電力伝送処理を示すフローチャートである。
【００９５】
図２４のセンサ２４及び３４の少なくとも一方は、温度センサに加えて、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含んでもよい。例えば、電気自動車などでは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間に、鉄ネジやアルミ箔などの様々な異物が入ることが予想されるので、このような異物の位置を位置センサを用いて予め特定してもよい。位置センサは、例えば、光学センサ、ミリ波レーダー、磁気センサ、などを含む。位置センサとして磁気センサを用いる場合には、金属異物が存在しない場合の磁界の分布を予め測定して記憶し、この記憶された磁界の分布に対する変化を検出することにより、金属異物の位置を検出する。
【００９６】
第７の電力伝送処理では、電力伝送を開始する前に異物を検出し、検出した異物の位置に応じて、伝送周波数ｆｔｒを選択する。図９及び図１０を参照して前述したように、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）の磁束密度は、奇モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｏ）よりも、偶モードの共振状態にあるとき（ｆｔｒ＝ｆｅ）のほうが低くなる。一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）の磁束密度は、偶モードの共振状態にあるときよりも、奇モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。従って、金属異物の発熱を抑制するためには、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）に異物が存在する場合は、偶モードの共振周波数ｆｅで電力伝送を開始する一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）に異物が存在する場合は、奇モードの共振周波数ｆｏで電力伝送を開始する。
【００９７】
制御回路２３Ａは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより偶モードの共振周波数ｆｅで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより奇モードの共振周波数ｆｏで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始する。図３０のステップＳ２３１において、制御回路２３Ａは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ２３２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ２３３に進む。ステップＳ２３２において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏに設定して電力伝送を開始させる。ステップＳ２３３において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅに設定して電力伝送を開始させる。次いでステップＳ２３４において、制御回路２３Ａは、無線送電装置２Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２３７に進み、ＮＯのときはステップＳ２３５に進む。ステップＳ２３５において、制御回路２３Ａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２３７に進み、ＮＯのときはステップＳ２３６に進む。ステップＳ２３６において、制御回路２３Ａは、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２３７に進み、ＮＯのときはステップＳ２３４に戻る。ステップＳ２３７において、制御回路２３Ａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【００９８】
第７の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができる。
【００９９】
図３１は、図２４の無線送電装置２Ａの制御回路２３Ａによって実行される第８の電力伝送処理を示すフローチャートである。第７の電力伝送処理と第５及び第６の電力伝送処理とを組み合わせてもよい。制御回路２３Ａは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより偶モードの共振周波数ｆｅで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、送電回路２１Ａにより奇モードの共振周波数ｆｏで高周波電力を発生して無線送電装置２Ａから無線受電装置３Ａへの高周波電力の伝送を開始する。ステップＳ２４１において、制御回路２３Ａは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ２４２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ２４３に進む。ステップＳ２４２において、制御回路２３Ａは、図２７の第５の電力伝送処理を実行する。ステップＳ２４３において、制御回路２３Ａは、図２９の第６の電力伝送処理を実行する。
【０１００】
第８の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができ、さらに、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じた場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１０１】
図３２は、第２の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ａａの概略構成を示すブロック図である。図３２の無線電力伝送システム１０Ａａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ａａと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ａとを含む。無線送電装置２Ａａは、図２４の無線送電装置２Ａの送電アンテナ２２及び制御回路２３Ａに代えて、送電アンテナ２２Ａａ及び制御回路２３Ａａを備える。図３３は、図３２の送電アンテナ２２Ａａの構成を示す回路図である。送電アンテナ２２Ａａは、送電コイルＬｔと、可変な容量を有するキャパシタＣｔＡａとを備える。制御回路２３Ａａは、図２４の制御回路２３Ａと同様に動作することに加えて、キャパシタＣｔＡａの容量を制御する。
【０１０２】
図３４は、図３３のキャパシタＣｔＡａの容量を変化させたときの無線電力伝送システム１０Ａａの伝送効率の周波数特性の変化を示す概略図である。キャパシタＣｔＡａは、その複数の容量に対応して、送電コイルＬｔとともに複数のＬＣ共振器を構成する。複数のＬＣ共振器のそれぞれは、奇モードの共振周波数及び偶モードの共振周波数を有する。従って、例えば図３４に示すように、キャパシタＣｔＡａが第１の容量を有するとき、ＬＣ共振器は共振周波数ｆｏ及びｆｅを有し、キャパシタＣｔＡａが第２の容量を有するとき、ＬＣ共振器は共振周波数ｆｏ’及びｆｅ’を有する。例えば、共振周波数ｆｅ’を共振周波数ｆｏに等しくなるように構成すると、送電回路２１Ａによって発生される高周波電力の周波数（伝送周波数ｆｔｒ）を変更することなく、キャパシタＣｔＡａの容量を変化させることにより偶モード（図１０）と奇モード（図９）の伝送モード間で切り換えることができる。
【０１０３】
図３５は、図３２の無線送電装置２Ａａの制御回路２３Ａａによって実行される第９の電力伝送処理を示すフローチャートである。詳しくは、図３５のステップＳ２５１において、制御回路２３Ａａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を開始させる。このステップは、例えば、図２７のステップＳ２１４又は図２９のステップＳ２２４である。ステップＳ２５２において、制御回路２３Ａａは、無線送電装置２Ａａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５４に進み、ＮＯのときはステップＳ２５３に進む。ステップＳ２５３において、制御回路２３Ａａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５４に進み、ＮＯのときはステップＳ２５６に進む。ステップＳ２５４において、制御回路２３Ａａは、キャパシタＣｔＡａの容量を変更する。ステップＳ２５５において、制御回路２３Ａａは送電回路２１Ａに指示し、変更後の容量に対応するＬＣ共振器の変更後の共振周波数に等しい周波数で電力伝送を開始させる。ステップＳ２５６において、制御回路２３Ａａは、無線送電装置２Ａａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５９に進み、ＮＯのときはステップＳ２５７に進む。ステップＳ２５７において、制御回路２３Ａａは、無線受電装置３Ａにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５９に進み、ＮＯのときはステップＳ２５８に進む。ステップＳ２５８において、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５９に進み、ＮＯのときはステップＳ２５６に戻る。ステップＳ２５９において、制御回路２３Ａａは送電回路２１Ａに指示し、電力伝送を終了させる。
【０１０４】
キャパシタＣｔＡａは、異なる３つ以上の容量を有してもよい。この場合、制御回路２３Ａａは、送電回路２１Ａが複数の奇モードの共振周波数及び複数の偶モードの共振周波数のうちのいずれかに等しい周波数で高周波電力を発生して無線送電装置２Ａａから無線受電装置３Ａへの高周波電力を伝送しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、送電回路２１Ａの伝送周波数ｆｔｒを複数の奇モードの共振周波数及び複数の偶モードの共振周波数のうちの他の周波数に変更する。制御回路２３Ａａは、複数の奇モードの共振周波数及び複数の偶モードの共振周波数のうちのすべての周波数で高周波電力の伝送を試みた後で、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、送電回路２１Ａに高周波電力の伝送を停止させる。
【０１０５】
第９の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１０６】
また、送電回路２１Ａが生成する出力電圧の周波数は、１００〜２００ｋＨｚに限らず、２００ｋＨｚ以上又は１００ｋＨｚ以下の周波数を用いてもよい。
【０１０７】
次に、図３６〜図３７を参照して、図２４の無線電力伝送システム１０Ａに係るシミュレーション結果について説明する。
【０１０８】
シミュレーションでは、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒを用いた。金属異物５として、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの間に、２×５×０．２ｍｍのアルミニウム片を設置した。
【０１０９】
図３６は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝２０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。図３７は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの内径ｄ２＝１０ｍｍであるときの金属異物５の位置に対する直流電流密度を示すグラフである。グラフの横軸は、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心Ｏから金属異物５までの距離ｄ１を示す。グラフの縦軸は表面電流密度を示し、この値に金属異物５の面積（２×５ｍｍ２）を乗じた値が全表面電流量になる。図３６及び図３７によれば、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構造に依存せず、（１）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部にある場合は、奇モードの共振周波数ｆｏより偶モードの共振周波数ｆｅの方が発熱量が小さいこと、また、（２）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部にある場合は、偶モードの共振周波数ｆｅより奇モードの共振周波数ｆｏの方が発熱量が小さいことがわかる。なお、２つの周波数ｆｏ及びｆｅにおいて、インピーダンス及び効率の両方はほぼ同等であり、伝送特性に影響を与えるものではない。以上の結果より、金属異物５の発熱が問題になる場合には、その金属異物５の位置に応じて最適な周波数を選択し、その結果、金属異物５の発熱を問題のない程度まで低減できた場合は、電力伝送を停止せずに継続することができる。
【０１１０】
第３の実施形態．
図３８は、第３の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂとを含み、無線送電装置２Ｂから無線受電装置３Ｂに高周波電力を無線伝送する。
【０１１１】
図３８において、無線送電装置２Ｂは、発振回路２１Ｂと、送電アンテナ２２Ｂと、制御回路２３Ｂとを備えて構成される。発振回路２１Ｂは、入力された直流電力から高周波電力を発生し、送電アンテナ２２Ｂに出力する送電回路として動作する。発振回路２１Ｂは、予め決められた伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生するパルス発生器と、このパルス列に応じて動作するスイッチング素子を含むＤ級増幅器とを含み、伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。送電アンテナ２２Ｂは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。
【０１１２】
図３８において、無線受電装置３Ｂは、受電アンテナ３１Ｂと、整流回路３２と、制御回路３３Ｂとを備えて構成される。受電アンテナ３１Ｂは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。受電アンテナ３１Ｂは、送電アンテナ２２Ｂに電磁的に結合される。無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂは、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。整流回路３２は、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して無線送電装置２Ｂから送られた高周波電力を直流の出力電力に変換し、負荷装置４に供給する受電回路として動作する。
【０１１３】
無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる制御信号を、例えば、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂに送る。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂとは別の通信経路（図示せず）を介して制御信号を無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂに送ってもよい。
【０１１４】
図３８の無線電力伝送システム１０Ｂにおいて、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合したとき、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系は、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有する（図８参照）。ここで、偶モードの共振周波数ｆｅは奇モードの共振周波数ｆｏよりも高い。無線電力伝送システム１０Ｂの伝送効率は、伝送周波数ｆｔｒを共振周波数ｆｏ又はｆｅに設定することにより最大化することができる。送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域は、無線送電装置２Ｂの回路定数（例えば、送電アンテナ２２Ｂのインダクタンス及び容量値）及び無線受電装置３Ｂの回路定数（例えば、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値）に関連付けられている。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１１５】
図３９〜図４９を参照して、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの詳細構成について、また、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数を設定する方法について説明する。
【０１１６】
図３９は、図３８の送電アンテナ２２Ｂの第１の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂａの構成を示す回路図である。図３９の送電アンテナ２２Ｂａは、直列に接続された送電コイルＬｔ１及び共振キャパシタＣｔ１を含み、共振周波数ｆＴを有するＬＣ直列共振回路である。共振キャパシタＣｔ１は、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で変化する容量値を有する。図４０は、図３８の送電アンテナ２２Ｂの第２の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｂの構成を示す回路図である。図４０の送電アンテナ２２Ｂｂは、直列に接続された送電コイルＬｔ２及び共振キャパシタＣｔ２を含み、共振周波数ｆＴを有するＬＣ直列共振回路である。送電コイルＬｔ２は、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で変化するインダクタンスを有する。
【０１１７】
図４１は、図３８の受電アンテナ３１Ｂの第１の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂａの構成を示す回路図である。図４１の受電アンテナ３１Ｂａは、並列に接続された受電コイルＬｒ１及び共振キャパシタＣｒ１を備え、共振周波数ｆＲを有するＬＣ並列共振回路である。共振キャパシタＣｒ１は、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂの制御下で変化する容量値を有する。図４２は、図３８の受電アンテナ３１Ｂの第２の実施例に係る受電アンテナ３１Ｂｂの構成を示す回路図である。図４２の受電アンテナ３１Ｂｂは、並列に接続された受電コイルＬｒ２及び共振キャパシタＣｒ２を備え、共振周波数ｆＲを有するＬＣ並列共振回路である。受電コイルＬｒ２は、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂの制御下で変化するインダクタンスを有する。
【０１１８】
無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂが送電アンテナ２２Ｂ（２２Ｂａ、２２Ｂｂ）のインダクタンス又は容量値を変化させることにより、送電アンテナ２２Ｂの共振周波数ｆＴが変化する。同様に、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂが受電アンテナ３１Ｂ（３１Ｂａ、３１Ｂｂ）のインダクタンス又は容量値を変化させることにより、受電アンテナ３１Ｂの共振周波数ｆＲが変化する。送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合したとき、送電アンテナ２２Ｂの共振周波数ｆＴ又は受電アンテナ３１Ｂの共振周波数ｆＲが変化すると、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域及び共振周波数（奇モードの共振周波数及び偶モードの共振周波数）も変化する。従って、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値のいずれかを変化させることにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定することができる。
【０１１９】
図３９〜図４２では、送電アンテナ２２ＢがＬＣ直列共振回路であり、受電アンテナ３１ＢがＬＣ並列共振回路であったが、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの構成はこれに限られない。送電アンテナ２２Ｂとして、図４１又は図４２のＬＣ並列共振回路を用いてもよい。また、受電アンテナ３１Ｂとして、図３９又は図４０のＬＣ直列共振回路を用いてもよい。送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの両方が、図３９又は図４０のＬＣ直列共振回路であってもよく、図４１又は図４２のＬＣ並列共振回路であってもよい。
【０１２０】
送電アンテナ２２Ｂは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の両方を有していてもよい。この場合、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂのインダクタンス及び容量値を変化させる。また、受電アンテナ３１Ｂもまた、可変なインダクタンス及び可変な容量値の両方を有していてもよい。この場合、無線受電装置３Ｂの制御回路３３Ｂは、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値を変化させる。
【０１２１】
また、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂ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。
【０１２２】
図４３は、図３８の送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの第３の実施例に係る送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの構成を示す回路図である。無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数は、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス及び容量値に限定されない。図４３において、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数は、送電アンテナ及び受電アンテナの間の結合係数ｋを含む。図４３の送電アンテナ２２Ｂｃは、送電コイルＬｔ３及び共振キャパシタＣｔ３を備える。図４３の受電アンテナ３１Ｂｃは、受電コイルＬｒ３及び共振キャパシタＣｒ３を備える。送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃのインダクタンス及び容量値を変化させることに代えて、送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの間の結合係数自体を変化させることで、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定することができる。
【０１２３】
図４４は、図３９の送電アンテナ２２Ｂａ及び図４１の受電アンテナ３１Ｂａの実装例を示す斜視図である。図４４の送電アンテナ２２Ｂａ及び受電アンテナ３１Ｂａは、共振コンデンサが可変な容量値を有することを除いて、図６の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１と同様に構成される。
【０１２４】
図４５は、図３９の送電アンテナ２２Ｂａにおける共振キャパシタＣｔ１の実装例を示す回路図である。共振キャパシタＣｔ１は、可変な容量を有する。共振キャパシタＣｔ１は、並列接続された複数のキャパシタＣ１，Ｃ２の容量の合成容量を有する。複数のキャパシタＣ１，Ｃ２のうちの少なくとも一部（図４５ではキャパシタＣ２）には、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で動作する高周波スイッチＳＷ１が直列に接続されている。図４５の状態では、高周波スイッチＳＷ１はオフであるので、キャパシタＣ２の容量は、合成容量に寄与していない。高周波スイッチＳＷ１をオンにすると、合成容量が変化する。図４１の共振キャパシタＣｒ１もまた、図４５の共振キャパシタＣｔ１と同様に構成される。
【０１２５】
共振キャパシタＣｔ１，Ｃｒ１の容量値は、他の方法で変化させてもよい。例えば、共振キャパシタＣｔ１として、又は、共振キャパシタＣｔ１を構成する複数のキャパシタのうちの一部として、印加電圧に応じて変化する容量値を有する素子を用いてもよい。
【０１２６】
図４６は、図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第１の実装例を示す斜視図である。図４７は、図４０の送電アンテナ２２Ｂｂにおける送電コイルＬｔ２の第２の実装例を示す斜視図である。送電コイルＬｔ２は、可変なインダクタンスを有する。図４６の送電コイルＬｔ２において、端子Ｇ，Ｓ１を発振回路２１Ｂに接続すれば、その巻き数Ｎｔは６になるが、端子Ｓ１を端子Ｓ２に切り替えることで、その巻き数は５になり、送電コイルＬｔ２のインダクタンスが変化する。図４７の送電コイルＬｔ２は、巻線Ｌｔ０と、巻線Ｌｔ０の近接して配置された任意形状の電極Ｅ１とを備える。電極Ｅ１とＧＮＤ端子との間に、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で動作する高周波スイッチＳＷ２が接続されている。電極Ｅ１は、例えば、送電コイルＬｔ２に対して、受電コイル（＋Ｚ側）とは逆の方向（−Ｚ側）に配置されてもよい。高周波スイッチＳＷ２により巻線Ｌｔ０及び電極Ｅ１の間の寄生容量を制御することで、結果的に送電コイルＬｔ２のインダクタンスは変化する。図４２の受電コイルＬｒ２もまた、図４６又は図４７の送電コイルＬｔ２と同様に構成される。
【０１２７】
なお、送電コイルＬｔ２及び受電コイルＬｒ２のインダクタンスは、他の方法で変化させてもよい。
【０１２８】
図４８は、図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第１の実装例を示す斜視図である。図４８の実装例においては、送電アンテナ２２Ｂｃと受電アンテナ３１Ｂｃの間の空間に電極Ｅ２が挿入されている。電極Ｅ２は、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で動作する高周波スイッチＳＷ３を介して、ＧＮＤ端子に接続されている。高周波スイッチＳＷ３を開閉すると、電極Ｅ２の電位が大きく変化する。この結果、送電コイルＬｔ３及び受電コイルＬｒ３の結合状態を大きく変化させることができ、従って、送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの間の結合係数を大きく変化させることができる。
【０１２９】
図４９は、図４３の送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの第２の実装例を示す斜視図である。図４９の実装例においては、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、送電アンテナ２２Ｂｃの位置を物理的に移動させる。図４９に示すように送電アンテナ２２ＢｃをＺ方向に移動させることに代えて、他の方向に移動させてもよく、傾斜させてもよく、回転させてもよい。送電アンテナ２２Ｂｃ及び受電アンテナ３１Ｂｃの相対的な配置関係が変化することで、結合係数の最適に変化させることが可能である。また、送電アンテナ２２Ｂｃの位置を物理的に移動させることに代えて、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂの制御下で、受電アンテナ３１Ｂｃの位置を物理的に移動させてもよい。
【０１３０】
以下、図５０〜図５２を参照して、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂの動作について説明する。
【０１３１】
図８〜図１０を参照して説明したように、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有する。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部（点Ａ）の磁束密度は、奇モードの共振状態にあるときよりも、偶モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。一方、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部（点Ｂ）の磁束密度は、偶モードの共振状態にあるときよりも、奇モードの共振状態にあるときのほうが低くなる。
【０１３２】
無線電力伝送システム１０Ｂの伝送効率を向上するためには、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの間の結合を強くする必要がある。ところが、一般的に、共振周波数ｆ０の２つの共振器が結合係数ｋで結合した場合、偶モードの共振周波数ｆｅ及び奇モードの共振周波数ｆｏは、ｋ＝（ｆｅ２−ｆｏ２）÷（ｆｅ２＋ｆｏ２）の関係にある。すなわち、結合係数ｋが大きいほど、共振周波数ｆｅ及びｆｏの差は拡大する。
【０１３３】
一方で、無線電力伝送システム１０Ｂと既存通信システムとの干渉を回避するためには、無線電力伝送システム１０Ｂが占有できる周波数帯域には制限がある。図３８の無線電力伝送システム１０Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を変化させることによって、制限された周波数範囲内において、偶モードの伝送モード及び奇モードの伝送モードの両方を電力伝送に活用することを可能とする。以下、偶モードの伝送モード及び奇モードの伝送モードの両方を電力伝送に活用する方法と、導入により新たに得られる効果について説明する。
【０１３４】
図５０は、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定する。上記したように、結合係数ｋが大きいほど高効率の電力伝送を行うことができるが、偶モードの共振周波数ｆｅ及び奇モードの共振周波数ｆｏの差は拡大する。一方で、無線電力伝送システム１０Ｂと既存通信システムとの干渉を回避するためには、無線電力伝送システム１０Ｂが占有できる周波数帯域には制限がある。例えば、図５０に示すように、利用可能な周波数帯域は下限周波数ｆ１及び上限周波数ｆ２を有するものとする。そこで、無線電力伝送システム１０Ｂは、異なる第１及び第２の動作帯域を用いることで、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いることができる。第１の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２よりも高くなるように設定され、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ２よりも高くなるように設定されている。第１の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ１及び第２の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ２のいずれかが利用可能な周波数帯域の範囲外になるとき、第１及び第２の動作帯域の一方のみを用いる場合には、金属異物の加熱を回避するために偶モード及び奇モードを切り替えることが許されない。しかしながら、無線電力伝送システム１０Ｂでは、無線送電装置２Ｂは、第１の動作帯域を用いるとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で無線受電装置３Ｂに電力を送り、第２の動作帯域を用いるとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で無線受電装置３Ｂに電力を送る。図５０の例において、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２と同じである。このとき、無線送電装置２Ｂの発振回路２１Ｂは、共振周波数ｆｏ１及びｆｅ２に等しい伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。これにより、無線電力伝送システム１０Ｂは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。
【０１３５】
図５１は、図３８の無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂによって実行される第１０の電力伝送処理を示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ３０１において、制御回路２３Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１の動作帯域に設定し、電力伝送を開始する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１に等しいので、伝送モードは奇モードになる。次に、ステップＳ３０２において、制御回路２３Ｂは、奇モードの連続動作時間Ｐｏが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３０３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３０２の処理を繰り返して実行する。ステップＳ３０３において、制御回路２３Ｂは、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第２の動作帯域に設定し、電力伝送を継続する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２に等しいので、伝送モードは偶モードになる。そして、ステップＳ３０４において、制御回路２３Ｂは、偶モードの連続動作時間Ｐｅが経過したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３０１に戻る一方、ＮＯのときはステップＳ３０４の処理を繰り返して実行する。このように、図５１の電力伝送処理によれば、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を奇モードの連続動作時間Ｐｏにわたって第１の動作帯域に設定する第１の時間区間と、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を偶モードの連続動作時間Ｐｅにわたって第２の動作帯域に設定する第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０１３６】
第１０の電力伝送処理において、奇モードの連続動作時間Ｐｏ及び偶モードの連続動作時間Ｐｅは、第１の電力伝送処理（図１１）について説明したものと同じである。
【０１３７】
図５２は、図３８の送電アンテナ２２Ｂの送電コイルＬｔと受電アンテナ３１Ｂの受電コイルＬｒとの間において、コイルの周辺部に金属異物が存在するときの無線電力伝送システム１０Ｂの動作を示すタイミングチャートである。送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に金属異物が存在するとき、上述したように、伝送モードが奇モードとなるよう設定すれば、金属異物の発熱を抑制できる（図９参照）。図５２において、温度Ｔｅは、偶モードで連続的に電力を伝送したときの金属異物の飽和温度であり、温度Ｔｏは、奇モードで連続的に電力を伝送したときの金属異物の飽和温度である。また、しきい値温度Ｔｔｈは、安全上の理由などによりあらかじめ設定される異物の温度の上限値である。従来技術に係る無線電力伝送システムは、Ｔｅ＞Ｔｔｈである場合、金属異物の温度を測定し、温度がしきい値温度Ｔｔｈに達する前に送電を停止することによって、安全性を確保していた。
【０１３８】
図５２において、金属異物の発熱量が小さい奇モードでの電力伝送から金属異物の発熱量が大きい偶モードでの電力伝送に切り替えると、金属異物の温度は、室温より上昇し、温度Ｔｏより高くなる。しかしながら、偶モードの連続動作時間Ｐｅは偶モードにおける金属異物の温度が飽和するまでの時間より短いように設定されているので、金属異物の温度は温度Ｔｅまで上昇しない。その結果、金属異物の温度はＴｅには到達しないように、電力伝送を継続できる。更に、例えば、偶モードの連続動作時間Ｐｅをしきい温度Ｔｔｈに到達するまでの時間より短く設定することによって、金属異物の温度をしきい温度Ｔｔｈまで上昇させることなく電力伝送を継続できる。
【０１３９】
なお、図５１の電力伝送処理において、伝送モードの切り替え時に、連続動作時間Ｐｏ及びＰｅより短い無線電力伝送の停止時間を追加してもよい。
【０１４０】
以上説明したように、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂによれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１４１】
なお、図３８において、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合しているとき、発振回路２１Ｂの出力端子から送電アンテナ２２Ｂの入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２Ｂの入力端子から発振回路２１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２と実質的に等しいように設定される。さらに、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合しているとき、受電アンテナ３１Ｂの出力端子から整流回路３２を臨むときの出力インピーダンスＺｒ２は、整流回路３２から受電アンテナ３１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ１と実質的に等しいように設定される。このとき、無線送電装置２Ｂには電源装置１が接続され、無線受電装置３Ｂには負荷装置４が接続されている。
【０１４２】
また、発振回路２１Ｂと送電アンテナ２２Ｂの間に整合回路が接続されてもよく、受電アンテナ３１Ｂと整流回路３２との間に整合回路が接続されてもよい。
【０１４３】
無線受電装置３Ｂは、整流回路３２に代えて、周波数変換回路を備えてもよい。周波数変換回路は、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して無線送電装置２Ｂから送られた高周波電力を、負荷装置４において必要とされる周波数の交流電力に変換して負荷装置４に供給する。
【０１４４】
図３８の送電アンテナ２２Ｂの送電コイル及び受電アンテナ３１Ｂの受電コイル（図３９〜図４４、図４６〜図４９に示す送電コイルＬｔ１〜Ｌｔ３及び受電コイルＬｒ１〜Ｌｒ３）は、図１の送電アンテナ２２の送電コイル及び受電アンテナ３１の受電コイルと同様に、さまざまな形状、サイズ、巻回し方法、層の数、巻数、構造、材料、形成方法、などを有していてもよい。
【０１４５】
図３８の送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂの共振キャパシタ（図３９〜図４５、図４８〜図４９に示す共振キャパシタＣｔ１〜Ｃｔ３、Ｃｒ１〜Ｃｒ３）は、図１の送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１の共振キャパシタと同様に、さまざまな形状、構造、製造方法、などを有していてもよい。
【０１４６】
図３８の発振回路２１Ｂは、図１の発振回路２１と同様に、さまざまな増幅器、フィルタ、などの回路を用いて構成されてもよい。
【０１４７】
図５３は、第３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１０Ｂａの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂａと、負荷装置４Ｂａに接続された無線受電装置３Ｂａとを含む。無線送電装置２Ｂａは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂａを備える。負荷装置４Ｂａは、必要な電圧及び電流を通知する要求信号を、無線受電装置３Ｂａを介して無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａに送る。
【０１４８】
無線受電装置３Ｂａは、例えば、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して、要求信号を無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａに送る。無線受電装置３Ｂａは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂとは別の通信経路（図示せず）を介して、要求信号を無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａに送ってもよい。
【０１４９】
共振磁界結合型の無線電力伝送システムにおいては、送電コイル又は受電コイルの周辺に混入する金属異物は、送電コイル又は受電コイルの周辺の空間に分布する磁界により金属異物上に電流が流れることで加熱される。よって、金属異物の位置が同じであるとき、負荷装置４Ｂａからの要求に応じて送電コイル及び受電コイルに流れる電流が最大になり、磁界の強さが最大になるとき、金属異物の発熱量が最大になる。無線送電装置２Ｂａの制御回路２３Ｂａは、最大電流で電力を供給することを負荷装置４Ｂａから要求されたとき、図５１の電力伝送処理を実行し、第１の時間区間と第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０１５０】
図５４は、例示的なバッテリ充電プロファイルを示すグラフである。負荷装置４Ｂａは、例えば、バッテリの充電を最大電流で開始し、充電電圧が０Ｖから所望電圧まで増大したとき、所望電圧を維持しながら電流を次第に減少させる。最大電流で電力を供給しているときのみ図５１の電力伝送処理を実行することで、金属異物の最も深刻な発熱は回避できる。
【０１５１】
図５３の無線電力伝送システム１０Ｂａにおいて、最大電流伝送時の伝送周波数ｆｔｒは、例えば５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚに設定される。また、最大電流伝送時の伝送周波数ｆｔｒは、６．７８ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚなどのＩＳＭバンドに設定されてもよい。また、最大電流伝送時の伝送周波数ｆｔｒは、２倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう、２６３ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、３倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１７５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよく、５倍高調波がＡＭラジオ放送波と干渉しないよう１０５ｋＨｚまでの範囲に設定されてもよい。
【０１５２】
図５５は、第３の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｂは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｂと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂｂとを含む。無線送電装置２Ｂｂは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて、制御回路２３Ｂｂを備える。無線送電装置２Ｂｂは、送電コイルＬｔの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して制御回路２３Ｂｂに通知するセンサ２４をさらに備える。無線受電装置３Ｂｂは、図３８の制御回路３３Ｂに代えて、制御回路３３Ｂｂを備える。無線受電装置３Ｂｂは、受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態（例えば、金属異物に渦電流が発生して金属異物が発熱することによる異常な温度上昇）を検出して制御回路３３Ｂｂに通知するセンサ３４をさらに備える。センサ２４，３４は、例えば送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度を測定する温度センサ、赤外線カメラ又は撮像素子などの検出手段を含む。
【０１５３】
無線受電装置３Ｂｂの制御回路３３Ｂｂは、例えば、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂを介して、センサ３４により検出した異常状態を無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂに通知する。無線受電装置３Ｂｂの制御回路３３Ｂｂは、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂとは別の通信経路（図示せず）を介して、センサ３４により検出した異常状態を無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂに通知してもよい。
【０１５４】
図５６は、図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１１の電力伝送処理を示すフローチャートである。図５６のステップＳ３１１〜Ｓ３１４は、図５１のステップＳ３０１〜Ｓ３０４と同様であり、ステップＳ３１４においてＹＥＳのとき、ステップＳ３１５に進む。ステップＳ３１５において、制御回路２３Ｂｂは、異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３１６において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ３１１に戻る。具体的には、制御回路２３Ｂｂは、例えば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の温度が所定のしきい値温度（例えばしきい値Ｔｃ＝９０°Ｃ）以上であることを検出したとき、又は、当該温度の上昇率が所定のしきい値以上であることを検出したとき、異物に起因する異常状態を検出したと判断する。
【０１５５】
第１１の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、異物に起因する異常状態を検出するまで、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１５６】
なお、図５６において、ステップＳ３１４の次に、ステップＳ３１５及びＳ３１６の各処理を実行したが、ステップの順序はこれに限られず、ステップＳ３１５及びＳ３１６は、ステップＳ３１１〜Ｓ３１４の間の任意の時点において実行してもよい。
【０１５７】
図５７は、図５５の無線送電装置２Ｂｂの制御回路２３Ｂｂによって実行される第１２の電力伝送処理を示すフローチャートである。図５７のステップＳ３２１〜Ｓ３２５、Ｓ３２８は、図５６のステップＳ３１１〜Ｓ３１５、Ｓ３１６と同様であり、ステップＳ３２５においてＹＥＳのとき、ステップＳ３２６に進む。ステップＳ３２６において、制御回路２３Ｂｂは、奇モードの連続動作時間Ｐｏを所定の奇モードの減少時間ΔＰｏだけ短く設定し、偶モードの連続動作時間Ｐｅを所定の偶モードの減少時間ΔＰｅだけ短く設定する。そして、ステップＳ３２７において、連続動作時間Ｐｏ又はＰｅが所定の最短動作時間Ｐｍｉｎ以下であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３２８において電力伝送を停止するように制御して電力伝送処理を終了する一方、ＮＯのときはステップＳ３２１に戻る。ここで、奇モードの減少時間ΔＰｏは、例えば連続動作時間Ｐｏの５％に設定され、偶モードの減少時間ΔＰｅは、例えば連続動作時間Ｐｅの５％に設定される。
【０１５８】
金属異物の発熱は、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、発熱量が大きい伝送モードで電力伝送を行っている期間での発熱が支配的である。従って、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間を短縮することで、金属異物の温度をしきい値温度Ｔｔｈ未満に抑えることができる可能性がある。図５７の第１２の電力伝送処理によれば、金属異物が検出されても、連続動作時間Ｐｅ及びＰｏを短縮するので、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら、図５６の第１１の電力伝送処理の場合よりも電力伝送を長く継続できる。
【０１５９】
なお、偶モードでの伝送及び奇モードでの伝送のうち、どちらの伝送モードにおいて発熱量が大きくなるのかあらかじめ把握できているときは、発熱量が大きい伝送モードの連続動作時間のみを短縮することで、さらに発熱を抑制できる。
【０１６０】
図５８は、第３の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｃの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｃと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂとを含む。無線送電装置２Ｂｃは、図３８の発振回路２１Ｂに代えて周波数制御回路２５及び発振回路２６を備え、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｃを備える。周波数制御回路２５及び発振回路２６は、無線送電装置の制御回路２３Ｂｃの制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生する。発振回路２６は、可変な伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列を発生するパルス発生器と、このパルス列に応じて動作するスイッチング素子を含むＤ級増幅器とを含み、可変な伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。周波数制御回路２５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発振回路２６のパルス発生器を制御する。発振回路２６は、Ｄ級増幅器内のスイッチング素子を伝送周波数ｆｔｒを有するパルス列に従ってスイッチングすることにより、電源装置１からの直流電圧を高周波電圧に変換して送電アンテナ２２Ｂに出力する。伝送周波数ｆｔｒは、１回の電力伝送（例えば、１つのバッテリの充電）の時間中にわたって固定であってもよく、１回の電力伝送の時間中に（例えば、充電特性を最適化するため）変更されてもよい。
【０１６１】
図５９は、図５８の無線電力伝送システム１０Ｂｃの２つの動作帯域と、各動作帯域における伝送効率の周波数特性とを示すグラフである。図５０のグラフでは、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２と同じであったが、図５９に示すように、これら２つの共振周波数を常に一致させることができるとは限らない。ただし、図５９のグラフでも、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２は、利用可能な周波数帯域の範囲内にある。従って、無線送電装置２Ｂｃの制御回路２３Ｂｃは、第１の動作帯域を用いるとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御し、第２の動作帯域を用いるとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御する。これにより、無線電力伝送システム１０Ｂｃは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。
【０１６２】
図５９のグラフでは、第１及び第２の動作帯域の一部は重複しているが、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２が利用可能な周波数帯域の範囲内にあるのであれば、第１及び第２の動作帯域は重複していなくてもよい。この場合、例えば、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１が、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２よりも高くてもよい。
【０１６３】
無線送電装置２Ｂｃの制御回路２３Ｂｃは、発振回路２６及び周波数制御回路２５の少なくとも一方と一体の集積回路として構成されてもよい。
【０１６４】
図６０は、第３の実施形態の第４の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｄの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｄは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｄと、負荷装置４Ｂｄに接続された無線受電装置３Ｂｄとを含む。無線送電装置２Ｂｄは、図５８の制御回路２３Ｂｃに代えて制御回路２３Ｂｄを備える。負荷装置４Ｂｄは、必要な電圧及び電流を通知する要求信号を、無線受電装置３Ｂｄを介して無線送電装置２Ｂｄの制御回路２３Ｂｄに送る。
【０１６５】
図６０の無線電力伝送システム１０Ｂｄでは、負荷装置４Ｂｄにおいて消費される電力の変化に応じて、送電アンテナ２２Ｂから受電アンテナ３１Ｂに伝送すべき電力の大きさは変化する。周波数制御回路２５は、無線送電装置２Ｂｄの制御回路２３Ｂｄの制御下で、負荷装置４Ｂｄから要求される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４Ｂｄ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１の近傍又は第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２の近傍で調整する。ここで、共振周波数ｆｏ１の近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｏ１−Δｆｏ１）から周波数（ｆｏ１＋Δｆｏ１）までの周波数範囲であり、Δｆｏ１は例えば共振周波数ｆｏ１の５％に設定される。また、共振周波数ｆｅ２の近傍の周波数範囲は、周波数（ｆｅ２−Δｆｅ２）から周波数（ｆｅ２＋Δｆｅ２）までの周波数範囲であり、Δｆｅ２は例えば共振周波数ｆｅ２の５％に設定される。
【０１６６】
なお、無線送電装置２Ｂｄの制御回路２３Ｂｄは、送電アンテナ２２Ｂに入力される電圧及び電流に基づいて、負荷装置４Ｂｄ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ように、伝送周波数ｆｔｒを、共振周波数ｆｅ２の近傍又は共振周波数ｆｏ１の近傍で調整してもよい。
【０１６７】
図６１は、第３の実施形態の第５の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｅの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｅは、電源装置１Ｂｅに接続された無線送電装置２Ｂｅと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂとを含む。電源装置１Ｂｅは、例えば、太陽電池などの発電装置である。この場合、電源装置１Ｂｅから出力される電力は、太陽電池が受ける太陽光の量に応じて変化する。無線送電装置２Ｂｅは、図５８の制御回路２３Ｂｃに代えて制御回路２３Ｂｅを備える。無線送電装置２Ｂｅの制御回路２３Ｂｅは、電源装置１Ｂｅの出力電圧及び出力電流に基づいて、電源装置１Ｂｅから最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１の近傍又は第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２の近傍で調整する。
【０１６８】
なお、無線送電装置２Ｂｅの制御回路２３Ｂｅは、電力伝送中に、伝送効率、出力電圧又は出力電流に基づいて、電源装置１Ｂｅから最大電力が得られるように、伝送周波数ｆｔｒを、共振周波数ｆｅ２の近傍又は共振周波数ｆｏ１の近傍で調整してもよい。
【０１６９】
無線電力伝送システム１０Ｂｄ，１０Ｂｅは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。さらに、無線電力伝送システム１０Ｂｄ，１０Ｂｅは、負荷装置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ように、又は、電源装置から最大電力が得られるように、高周波電力の周波数を制御することができる。
【０１７０】
図６２は、第３の実施形態の第６の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｆの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｆは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｆと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂｆとを含む。無線送電装置２Ｂｆは、図３８の送電アンテナ２２Ｂに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する送電アンテナ２２を備える。無線送電装置２Ｂｆは、発振回路２１Ｂ及び送電アンテナ２２の間に電力反射を低減する整合回路２７をさらに備え、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｆを備える。整合回路２７は、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する。無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆは、整合回路２７のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。無線受電装置３Ｂｆは、図３８の受電アンテナ３１Ｂに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する受電アンテナ３１を備える。無線受電装置３Ｂｆは、受電アンテナ３１及び整流回路３２の間に電力反射を低減する整合回路３５をさらに備え、図３８の制御回路３３Ｂに代えて制御回路３３Ｂｆを備える。整合回路３５は、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する。無線受電装置３Ｂｆの制御回路３３Ｂｆは、無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆの制御下で、整合回路３５のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。
【０１７１】
無線送電装置の回路定数及び無線受電装置の回路定数は、図３９〜図４９を参照して説明したように、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂのインダクタンス、容量値、又は結合係数に限定されず、他の回路定数であってもよい。図６２の無線電力伝送システム１０Ｂｆは、無線送電装置２Ｂｆに整合回路２７をさらに備え、無線受電装置３Ｂｆに整合回路３５をさらに備え、無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆは、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、整合回路２７の回路定数及び整合回路３５の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１７２】
無線送電装置２Ｂｆの制御回路２３Ｂｆは、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、送電アンテナ２２及び受電アンテナ３１のインダクタンス、容量値、又は結合係数を設定し、さらに、整合回路２７及び整合回路３５のインダクタンス又は容量値を設定してもよい。
【０１７３】
図６３は、第３の実施形態の第７の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｇの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｇは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｇと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｂｇとを含む。図３８〜図６２の無線電力伝送システムでは、無線受電装置の制御回路は、無線送電装置の制御回路の制御下で動作した。逆に、無線送電装置の制御回路が、無線受電装置の制御回路の制御下で動作してもよい。
【０１７４】
無線送電装置２Ｂｇは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｇを備える。無線受電装置３Ｂｇは、図３８の制御回路３３Ｂに代えて制御回路３３Ｂｇを備える。無線送電装置２Ｂｇの制御回路２３Ｂｇは、無線受電装置３Ｂｇの制御回路３３Ｂｇの制御下で動作する。無線受電装置３Ｂｇの制御回路３３Ｂｇは、図５１の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｂｇの回路定数及び無線受電装置３Ｂｇの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１７５】
図６４は、第３の実施形態の第８の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｂｈの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｂｈは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｂｈと、負荷装置４に接続された無線受電装置３とを含む。無線受電装置３は、その回路定数を変化させる機能を持たない従来の無線受電装置であってもよい。
【０１７６】
無線送電装置２Ｂｈは、図３８の制御回路２３Ｂに代えて制御回路２３Ｂｈを備える。無線受電装置３は、図３８の受電アンテナ３１Ｂ及び制御回路３３Ｂに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する受電アンテナ３１を備える。無線送電装置２Ｂｈの制御回路２３Ｂｈは、図５１の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｂｈの回路定数のみを設定する。
【０１７７】
図５８、図６０〜図６４の無線電力伝送システム１０Ｂｃ〜１０Ｂｈによれば、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂと同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１７８】
次に、図３８の無線電力伝送システム１０Ｂに係るシミュレーション結果について説明する。
【０１７９】
図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒに対して、有限要素法を用いてシミュレーションを行った。無線送電装置の回路定数として、送電アンテナの共振キャパシタの容量値を変更して、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定した。第１の動作帯域において、奇モードの共振周波数ｆｏ１は１０６ｋＨｚであり、偶モードの共振周波数ｆｅ１は１６２．６ｋＨｚであった。また、第２の動作帯域において、奇モードの共振周波数ｆｏ２は９１ｋＨｚであり、偶モードの共振周波数ｆｅ２は１２５ｋＨｚであった。さらに、金属異物５として、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒの間に、２ｍｍ×２ｍｍ×０．２ｍｍのアルミニウム片を設置した。
【０１８０】
また、発振回路２１Ｂの出力端子から送電アンテナ２２Ｂの入力端子を臨むときの出力インピーダンスＺｔ１は、送電アンテナ２２Ｂの入力端子から発振回路２１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｔ２と、受電アンテナ３１Ｂに負荷装置４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た。さらに、受電アンテナ３１Ｂの出力端子から負荷装置４を臨むときの出力インピーダンスＺｒ２は、送電アンテナ２２Ｂに発振回路２１Ｂが接続されているときに、負荷装置４から受電アンテナ３１Ｂの出力端子を臨むときの入力インピーダンスＺｒ１と実質的に等しいように設定された。この結果、伝送周波数ｆｔｒを奇モードの共振周波数ｆｏ１に設定した場合と、回路定数を変更した後に、伝送周波数ｆｔｒを偶モードの共振周波数ｆｅ２に設定した場合との両方において、９０％以上の良好な伝送効率を実現できた。
【０１８１】
伝送モードの条件が「ｆｔｒ＝ｆｏ１」のとき、送電アンテナ及び受電アンテナが互いに電磁的に結合して形成される系は、第１の動作帯域を有し、奇モードの共振状態にあって、奇モードの共振周波数ｆｏ１で電力を伝送している。一方、伝送モードの条件が「ｆｔｒ＝ｆｅ２」のとき、送電アンテナ及び受電アンテナが互いに電磁的に結合して形成される系は、第２の動作帯域を有し、偶モードの共振状態にあって、偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力を伝送している。
【０１８２】
金属異物５の表面上に生じる渦電流は、金属異物５の面積に比例する。また、金属異物５の発熱量は、原理的には、金属異物５の表面に生じた渦電流の２乗に比例するので、表面電流密度の最大値の２乗を発熱量の指標として評価した。
【０１８３】
図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが内径ｄ２＝１０ｍｍを有するとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行った。送電コイルＬｔへの入力電力を１Ｗに設定した。第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で電力伝送を行ったとき、図２１の「ｆｔｒ＝ｆｏ」の場合と同様の結果が得られた。第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行ったとき、図２１の「ｆｔｒ＝ｆｅ」の場合と同様の結果が得られた。図２１を参照すると、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、偶モードの共振状態で電力を伝送することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、奇モードの共振状態で電力を伝送することにより発熱量は低減できることがわかる。
【０１８４】
同様に、図２０の送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒが内径ｄ２＝２０ｍｍを有するとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１及び第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行った。第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で電力伝送を行ったとき、図２２の「ｆｔｒ＝ｆｏ」の場合と同様の結果が得られた。第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で電力伝送を行ったとき、図２２の「ｆｔｒ＝ｆｅ」の場合と同様の結果が得られた。図２２を参照すると、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部内（中心部）に金属異物５が存在するときは、偶モードの共振状態で電力を伝送することにより発熱量を低減できることがわかる。一方、金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの開口部から離れ、送電コイルＬｔの巻線及び受電コイルＬｒの巻線の間（周辺部）に存在するときは、奇モードの共振状態で電力を伝送することで発熱量を低減できることがわかる。
【０１８５】
従って、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの構造に依存せず、（１）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に存在する場合は、奇モードより偶モードの方が発熱量が小さいこと、また、（２）金属異物５が送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に存在する場合は、偶モードより奇モードの方が発熱量が小さいことがわかる。なお、２つの伝送モードにおいて、インピーダンス及び伝送効率の両方はほぼ同等であり、伝送特性に影響を与えるものではない。以上の結果より、無線電力伝送システム１０Ｂにおいて、良好な伝送特性を確保できる２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）が存在し、いずれかの伝送モードを選択することにより、金属異物５の位置に関係なく発熱を抑制できることがわかる。
【０１８６】
本明細書では、送電アンテナ２２Ｂ及び受電アンテナ３１Ｂ、すなわち２つの共振器が互いに電磁的に結合した系であって、２つの伝送モード（偶モード及び奇モード）を有する系について説明したが、３つ以上の共振器が互いに電磁的に結合した系を用いてもよい。この場合、送電アンテナ２２Ｂ、受電アンテナ３１Ｂ、及び追加の共振器が互いに電磁的に結合して形成される系は、３つ以上の伝送モードの共振状態にそれぞれ対応する３つ以上の共振周波数を含む動作帯域を有する。この場合、金属異物の配置位置に対して、発熱量が異なる３つ以上の伝送モードを切り替えることで、金属異物の発熱をより抑制することができる。利用可能な周波数帯域が制限されている場合には、伝送モードを切り換えるために３つ以上の動作帯域を使用してもよい。ここで、電力伝送に用いる伝送モードに対応する共振周波数が、いずれかの動作帯域において、利用可能な周波数帯域に含まれているものとする。例えば、無線送電装置２Ｂの制御回路２３Ｂ（又は無線受電装置３Ｂｇの制御回路３３Ｂｇ）は、送電アンテナ２２Ｂ、受電アンテナ３１Ｂ、及び追加の共振器が互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域及び共振周波数を変化させるように、無線送電装置２Ｂの回路定数及び無線受電装置３Ｂの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０１８７】
第４の実施形態．
図６５は、第４の実施形態に係る無線電力伝送システム１０Ｃの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｃとを含み、無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃに高周波電力を無線伝送する。図６５の無線電力伝送システム１０Ｃは、第２及び第３の実施形態を組み合わせた構成を有する。
【０１８８】
図６５において、無線送電装置２Ｃは、発振回路２１Ｃ、送電アンテナ２２Ｃ、制御回路２３Ｃ、及びセンサ２４を備えて構成される。図６５の発振回路２１Ｃは、図３８の発振回路２１Ｂと同様に構成され、伝送周波数ｆｔｒを有する高周波電力を発生する。図６５の送電アンテナ２２Ｃは、図３８の送電アンテナ２２Ｂと同様に構成され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、送電アンテナ２２Ｃのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、発振回路２１Ｃによる送電の開始及び停止を制御する。図６５のセンサ２４は、図２４のセンサ２４と同様に構成される。センサ２４は、例えば温度センサを含む。
【０１８９】
図６５において、無線受電装置３Ｃは、受電アンテナ３１Ｃ、整流回路３２、制御回路３３Ｃ、及びセンサ３４を備えて構成される。図６５の受電アンテナ３１Ｃは、図３８の受電アンテナ３１Ｂと同様に構成され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有するＬＣ共振回路を含む。受電アンテナ３１Ｃは、送電アンテナ２２Ｃに電磁的に結合される。無線受電装置３Ｃの制御回路３３Ｃは、無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃの制御下で、受電アンテナ３１Ｃのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を変化させる。図６５の整流回路３２は、図３８の整流回路３２と同様に構成される。
【０１９０】
無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定する。無線送電装置２Ｃは、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが第１の動作帯域を有するとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で無線受電装置３Ｃに電力を送り、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが第２の動作帯域を有するとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で無線受電装置３Ｃに電力を送る。無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃは、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の一方に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定しているとき、かつ、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の他方に設定するように無線送電装置の回路定数を設定する。
【０１９１】
図６６は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１３の電力伝送処理を示すフローチャートである。詳しくは、図６６のステップＳ４０１において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１の動作帯域に設定し、電力伝送を開始する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１に等しいので、伝送モードは奇モードになる。ステップＳ４０２において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０４に進み、ＮＯのときはステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３において、制御回路２３Ｃは、無線受電装置３Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０４に進み、ＮＯのときはステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０４において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第２の動作帯域に設定し、電力伝送を継続する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２に等しいので、伝送モードは偶モードになる。制御回路２３Ｃは、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を変更した後で、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき（すなわち、異常状態が解消していないとき）、発振回路２１Ｃに送電を停止させる。詳しくは、ステップＳ４０５において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０８に進み、ＮＯのときはステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６において、制御回路２３Ｃは、無線受電装置３Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０８に進み、ＮＯのときはステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７において、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４０８に進み、ＮＯのときはステップＳ４０５に戻る。ステップＳ４０８において、制御回路２３Ｃは発振回路２１Ｃに指示し、電力伝送を終了させる。
【０１９２】
第１３の電力伝送処理によれば、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１９３】
図６７は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１４の電力伝送処理を示すフローチャートである。第１３の電力伝送処理では、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を最初に第１の動作帯域に設定して電力伝送を開始し（ステップＳ４０１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、第２の動作帯域に変更した（ステップＳ４０４）。一方、第１４の電力伝送処理では、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を最初に第２の動作帯域に設定して電力伝送を開始し（ステップＳ４１１）、異物に起因する異常状態を検出したとき、第１の動作帯域に変更してもよい（ステップＳ４１４）。図６７のステップＳ４１１〜Ｓ４１８は、ステップＳ４１１及びＳ４１４の他は、図６６のステップＳ４０１〜Ｓ４０８と同様である。第１４の電力伝送処理によれば、第１３の電力伝送処理と同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１９４】
図６８は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１５の電力伝送処理を示すフローチャートである。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第２の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、発振回路２１Ｃにより第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、発振回路２１Ｃにより第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。図６８のステップＳ４２１において、制御回路２３Ｃは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ４２２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ４２３に進む。ステップＳ４２２において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１の動作帯域に設定し、電力伝送を開始する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１に等しいので、伝送モードは奇モードになる。ステップＳ４２３において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃの回路定数及び無線受電装置３Ｃの回路定数の少なくとも一方を設定することにより、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第２の動作帯域に設定し、電力伝送を継続する。このとき、伝送周波数ｆｔｒは第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２に等しいので、伝送モードは偶モードになる。次いでステップＳ４２４において、制御回路２３Ｃは、無線送電装置２Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４２７に進み、ＮＯのときはステップＳ４２５に進む。ステップＳ４２５において、制御回路２３Ｃは、無線受電装置３Ｃにおいて異物に起因する異常状態を検出したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４２７に進み、ＮＯのときはステップＳ４２６に進む。ステップＳ４２６において、制御回路２３Ｃは、電力伝送を終了するか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４２７に進み、ＮＯのときはステップＳ４２４に戻る。ステップＳ４２７において、制御回路２３Ｃは発振回路２１Ｃに指示し、電力伝送を終了させる。
【０１９５】
第１５の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができる。
【０１９６】
図６９は、図６５の無線送電装置２Ｃの制御回路２３Ｃによって実行される第１６の電力伝送処理を示すフローチャートである。第１５の電力伝送処理と第１３及び第１４の電力伝送処理とを組み合わせてもよい。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第２の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、発振回路２１Ｃにより第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。制御回路２３Ｃは、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃの動作帯域を第１の動作帯域に設定するように無線送電装置２Ｃの回路定数を設定し、発振回路２１Ｃにより第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生して無線送電装置２Ｃから無線受電装置３Ｃへの高周波電力の伝送を開始する。ステップＳ４３１において、制御回路２３Ｃは、異物を検出したか否かを判断し、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの周辺部に異物が存在するとき、又は、異物が検出されないときは、ステップＳ４３２に進み、送電コイルＬｔ及び受電コイルＬｒの中心部に異物が存在するときは、ステップＳ４３３に進む。ステップＳ４３２において、制御回路２３Ｃは、図６６の第１３の電力伝送処理を実行する。ステップＳ４３３において、制御回路２３Ｃは、図６７の第１４の電力伝送処理を実行する。
【０１９７】
第１６の電力伝送処理によれば、電力伝送を開始する前に送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物を検出した場合においても、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を開始することができ、さらに、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍の異物に起因する異常状態が生じた場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０１９８】
図７０は、第４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１０Ｃａの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃａは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃａと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｃとを含む。無線送電装置２Ｃａは、図６５の発振回路２１Ｃに代えて周波数制御回路２５及び発振回路２６を備え、図６５の制御回路２３Ｃに代えて制御回路２３Ｃａを備える。図７０の周波数制御回路２５及び発振回路２６は、図５８の周波数制御回路２５及び発振回路２６と同様に構成される。
【０１９９】
図５９を参照して説明したように、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１は、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２と常に一致するとは限らない。無線送電装置２Ｃａの制御回路２３Ｃａは、第１の動作帯域を用いるとき、第１の動作帯域の奇モードの共振周波数ｆｏ１で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御し、第２の動作帯域を用いるとき、第２の動作帯域の偶モードの共振周波数ｆｅ２で高周波電力を発生するように発振回路２６を制御する。これにより、無線電力伝送システム１０Ｃａは、周波数帯域の制限を満たしながら、偶モード及び奇モードの両方の伝送モードを用いて高効率の電力伝送を行うことができる。
【０２００】
図７１は、第４の実施形態の第２の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｂの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃｂは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃｂと、負荷装置４に接続された無線受電装置３Ｃｂとを含む。無線送電装置の制御回路が、無線受電装置の制御回路の制御下で動作してもよい。無線送電装置２Ｃｂは、図６５の制御回路２３Ｃに代えて制御回路２３Ｃｂを備える。無線受電装置３Ｃｂは、図６５の制御回路３３Ｃに代えて制御回路３３Ｃｂを備える。無線送電装置２Ｃｂの制御回路２３Ｃｂは、無線受電装置３Ｃｂの制御回路３３Ｃｂの制御下で動作する。無線受電装置３Ｃｂの制御回路３３Ｃｂは、図６６の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１Ｃが互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｃｂの回路定数及び無線受電装置３Ｃｂの回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２０１】
図７２は、第４の実施形態の第３の変形例に係る無線電力伝送システム１０Ｃｃの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システム１０Ｃｃは、電源装置１に接続された無線送電装置２Ｃｃと、負荷装置４に接続された無線受電装置３とを含む。無線受電装置３は、その回路定数を変化させる機能を持たない従来の無線受電装置であってもよい。無線送電装置２Ｃｃは、図６５の制御回路２３Ｃに代えて制御回路２３Ｃｃを備える。無線受電装置３は、図６５の受電アンテナ３１Ｃ及び制御回路３３Ｃに代えて、一定のインダクタンス及び容量値を有する受電アンテナ３１を備える。無線送電装置２Ｃｃの制御回路２３Ｃｃは、図６６の電力伝送処理を実行し、送電アンテナ２２Ｃ及び受電アンテナ３１が互いに電磁的に結合して形成される系の動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、無線送電装置２Ｃｃの回路定数のみを設定する。
【０２０２】
図７０〜図７２の無線電力伝送システム１０Ｃａ〜１０Ｃｃによれば、図６５の無線電力伝送システム１０Ｃと同様に、送電コイルＬｔ又は受電コイルＬｒの近傍に金属異物が存在する場合においても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０２０３】
第５の実施形態．
図７３は、第５の実施形態に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。図７３の無線電力伝送システムは、第１〜第４の実施形態の電源装置及び無線送電装置を備える送電装置２０と、第１〜第４の実施形態の無線受電装置及び負荷装置を備える受電装置３０とを含む。送電装置２０は、例えばスマートホン又は他の携帯電話機として構成された受電装置３０に充電又は給電してもよい。図７４は、第５の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。送電装置２０は、例えばタブレット端末装置又は他の情報端末装置として構成された受電装置３０ａに充電又は給電してもよい。送電装置２０上に受電装置３０又は３０ａが置かれたとき、送電装置２０の制御回路は、第１〜第１２のいずれかの電力伝送処理を実行する。
【０２０４】
本明細書において、いずれかの実施形態の変形例として説明した構成は、他の実施形態にも適用可能である。
【０２０５】
本明細書に開示した内容は、無線送電装置の制御回路、無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、又は無線電力伝送システムとして実施可能である。
【０２０６】
本開示の態様に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、並びに無線電力伝送システムは、以下の構成を備える。
【０２０７】
第１の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
送電アンテナを備えた無線送電装置から受電アンテナに向けて高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、送電コイルを含む第１の共振回路を含み、
上記受電アンテナは、受電コイルを含む第２の共振回路を含み、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のいずれかに設定する。
【０２０８】
第２の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第１の連続動作時間にわたって上記奇モードの共振周波数に設定する第１の時間区間と、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第２の連続動作時間にわたって上記偶モードの共振周波数に設定する第２の時間区間とを、交互に繰り返す。
【０２０９】
第３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定されている。
【０２１０】
第４の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する。
【０２１１】
第５の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１〜第３のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２１２】
第６の態様に係る無線送電装置によれば、
第１〜第５のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路とを備える。
【０２１３】
第７の態様に係る無線送電装置によれば、第６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ている。
【０２１４】
第８の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第６又は第７の態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナとを備える。
【０２１５】
第９の態様に係る無線電力伝送システムによれば、第８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装置に接続され、
上記受電アンテナの出力端子から上記負荷装置を臨むときの出力インピーダンスは、上記負荷装置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ている。
【０２１６】
第１０の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する。
【０２１７】
第１１の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い。
【０２１８】
第１２の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１１の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２１９】
第１３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１２のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を変更した後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２２０】
第１４の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２２１】
第１５の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１４の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２２２】
第１６の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１２、又は第１４の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記第１の共振回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で変化する複数の容量を有するキャパシタを含み、上記キャパシタは、上記複数の容量に対応して、上記送電コイルとともに複数の共振器を構成し、
上記複数の共振器のそれぞれは、上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数を有し、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路が上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのいずれかの周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちの他の周波数に変更する。
【０２２３】
第１７の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのすべての周波数で上記高周波電力の伝送を試みた後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２２４】
第１８の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１７のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイルの近傍の温度を検出する温度センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【０２２５】
第１９の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１８のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記受電コイルの近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記受電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【０２２６】
第２０の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第１０〜第１９のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電装置から上記無線受電装置に高周波電力を伝送する際の伝送効率が所定の第２のしきい値以下になったとき、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する。
【０２２７】
第２１の態様に係る無線送電装置によれば、
第１０〜第１９のうちのいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとを備えた。
【０２２８】
第２２の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第２１の態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む。
【０２２９】
第２３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は受電コイルの近傍の異物の推定温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する。
【０２３０】
第２４の態様に係る無線送電装置によれば、
第２３の態様に係る無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とを備える。
【０２３１】
第２５の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第２４の態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む。
【０２３２】
第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定されている。
【０２３３】
第２７の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３４】
第２８の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、上記送電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線送電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３５】
第２９の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む。
【０２３６】
第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第２９のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定する上記無線受電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２３７】
第３１の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記受電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線受電装置の回路定数は、上記受電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３８】
第３２の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記受電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線受電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む。
【０２３９】
第３３の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３０の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む。
【０２４０】
第３４の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第３３のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い。
【０２４１】
第３５の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第３４のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１の連続動作時間にわたって上記第１の動作帯域に設定する第１の時間区間と、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第２の連続動作時間にわたって上記第２の動作帯域に設定する第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０２４２】
第３６の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３５の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、最大電流で電力を供給することを上記負荷装置から要求されたとき、上記第１の時間区間と上記第２の時間区間とを交互に繰り返す。
【０２４３】
第３７の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３５又は第３６の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定された。
【０２４４】
第３８の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第３７の態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する。
【０２４５】
第３９の態様に係る無線送電装置の制御回路によれば、第２６〜第３７のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２４６】
第４０の態様に係る無線送電装置によれば、
入力電力から高周波電力を発生する送電回路と、送電アンテナと、第２６〜第３９のいずれか１つの態様に係る無線送電装置の制御回路とを備えた無線送電装置であって、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送る。
【０２４７】
第４１の態様に係る無線送電装置によれば、第４０の態様に係る無線送電装置において、
上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数と同じであるように設定されている。
【０２４８】
第４２の態様に係る無線送電装置によれば、第４０又は第４１の態様に係る無線送電装置において、
上記送電回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生し、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御し、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御する。
【０２４９】
第４３の態様に係る無線送電装置によれば、第４２の態様に係る無線送電装置において、
上記無線送電装置は、上記入力電力を上記送電回路に供給する電源装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記電源装置の出力電圧及び出力電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する。
【０２５０】
第４４の態様に係る無線送電装置によれば、第４２又は第４３の態様に係る無線送電装置において、
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記負荷装置から要求される電圧及び電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する。
【０２５１】
第４５の態様に係る無線送電装置によれば、第４０〜第４４のうちのいずれか１つ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ている。
【０２５２】
第４６の態様に係る無線受電装置の制御回路によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線受電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定される。
【０２５３】
第４７の態様に係る無線受電装置の制御回路によれば、第４６の態様に係る無線受電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、上記無線受電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定する上記無線送電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２５４】
第４８の態様に係る無線受電装置によれば、
受電アンテナと、負荷装置に出力電力を供給する受電回路と、第４６又は第４７の態様に係る無線受電装置の制御回路とを備える。
【０２５５】
第４９の態様に係る無線受電装置によれば、第４８の態様に係る無線受電装置において、
上記受電アンテナの出力端子から上記受電回路を臨むときの出力インピーダンスは、上記受電回路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た。
【０２５６】
第５０の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第４０〜第４５のいずれか１つの態様に係る無線送電装置と、第４８又は第４９のいずれか１つの態様に係る無線受電装置とを備える。
【０２５７】
第５１の態様に係る無線送電装置によれば、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムの無線送電装置において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
入力電力から高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサと、
上記無線送電装置の制御回路とをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の一方に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域の他方に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定する。
【０２５８】
第５２の態様に係る無線送電装置によれば、第５１の態様に係る無線送電装置において、
上記無線受電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定する上記無線受電装置の制御回路を備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する。
【０２５９】
第５３の態様に係る無線送電装置によれば、第５１又は第５２の態様に係る無線送電装置において、
上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数と同じであるように設定されている。
【０２６０】
第５４の態様に係る無線送電装置によれば、第５１〜第５３のいずれか１つの態様に係る無線送電装置において、
上記送電回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生し、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御し、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御する。
【０２６１】
第５５の態様に係る無線送電装置によれば、第５１〜第５４のいずれか１つの態様に係る無線送電装置において、
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第２の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２６２】
第５６の態様に係る無線送電装置によれば、第５１〜第５５のいずれか１つの態様に係る無線送電装置において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記無線送電装置の回路定数を変更した後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２６３】
第５７の態様に係る無線送電装置によれば、第５１の態様に係る無線送電装置において、
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムの無線送電装置において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記無線送電装置は、
入力電力から高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサと、
上記無線送電装置の制御回路とをさらに備え、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、
上記無線送電装置の制御回路は、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第２の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１の動作帯域に設定するように上記無線送電装置の回路定数を設定し、上記送電回路により上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する。
【０２６４】
第５８の態様に係る無線送電装置によれば、第５７の態様に係る無線送電装置において、
上記無線送電装置の制御回路は、上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する。
【０２６５】
第５９の態様に係る無線電力伝送システムによれば、
第５１〜第５８のいずれか１つの態様に係る無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む。
【０２６６】
本開示の態様に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、並びに無線電力伝送システムは、以下の特徴を有する。
【０２６７】
送電コイル又は受電コイルの近傍に金属異物などの異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０２６８】
異物の温度をしきい値温度未満に抑制できる。
【０２６９】
伝送モードを偶モード及び奇モードのうちの一方の伝送モードに設定しているときに異物の温度が上昇しても、他方の伝送モードに切り替えるので、異物の温度を低下させることができる。
【０２７０】
金属異物が検出されても、即時に電力伝送を停止することなく連続動作時間を短縮することにより、金属異物の発熱を抑制しながら、より長く継続できる。
【０２７１】
少なくとも１つのセンサが設けられた場合、送電コイル又は受電コイルの近傍に金属異物が存在しても、即時に電力伝送を停止することなく、異物に起因する異常状態を検出するまで、金属異物の発熱を抑制しながら電力伝送を継続することができる。
【０２７２】
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。
【０２７３】
無線電力伝送システムは、少なくとも無線送電装置の回路定数及び無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を変化させることで、伝送効率を高く保ちながら、送電アンテナ及び受電アンテナを結合する共振モードを選択することができる。
【０２７４】
上述の通り、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示の実施形態はこれらに限定されるものではなく、以下の請求の範囲に記載された技術的範囲内において多くの変形例及び修正例が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。
【産業上の利用可能性】
【０２７５】
本開示に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、及び無線電力伝送システムは、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、本開示に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、無線電力伝送システムは、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、スマートホン、タブレット端末装置、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、及び空気調和機を含む。
【０２７６】
本開示に係る無線送電装置及び無線受電装置の制御回路、無線送電装置、無線受電装置、及び無線電力伝送システムは、例えば、図７３及び図７４に示すように、スマートホン又はタブレット端末装置に充電又は給電するために使用可能である。
【符号の説明】
【０２７７】
１，１ｂ，１Ｂｅ…電源装置、
２，２ａ〜２ｂ，２ｅ，２Ａ，２Ａａ，２Ｂ，２Ｂａ〜２Ｂｈ，３Ｃ…無線送電装置、
３，３ｄ，３ｅ，３Ａ，３Ｂ，３Ｂａ〜３Ｂｂ，３Ｂｄ，３Ｂｆ，３Ｂｇ，３Ｃ…無線受電装置、
４，４ａ，４Ｂａ，４Ｂｄ…負荷装置、
１０，１０ａ〜１０ｄ，１０Ａ，１０Ａａ，１０Ｂ，１０Ｂａ〜１０Ｂｈ，１０Ｃａ〜１０Ｃｃ…無線電力伝送システム、
２１，２１Ｂ，２１Ｃ，２６…発振回路、
２１Ａ…送電回路、
２２，２２ａ，２２Ａａ，２２Ｂ，２２Ｂａ，２２Ｃ…送電アンテナ、
２３，２３ａ〜２３ｂ，２３ｅ，２３Ａ，２３Ａａ，２３Ｂ，２３Ｂａ〜２３Ｂｈ，２３Ｃ，２３Ｃａ〜２３Ｃｃ…無線送電装置の制御回路、
２４…センサ、
２５…周波数制御回路、
２７…整合回路、
３１，３１ａ，３１Ｂ，３１Ｂａ〜３１Ｂｃ，３１Ｃ…受電アンテナ、
３２…整流回路、
３２ｄ…周波数変換回路、
３２Ａ…受電回路、
３３，３３Ａ…監視回路、
３３Ｂ，３３Ｂｂ，３３Ｂｆ，３３Ｂｇ，３３Ｃ，３３Ｃｂ…無線受電装置の制御回路、
３４…センサ、
３５…整合回路、
５…金属異物、
Ｃ１，Ｃ２…キャパシタ、
Ｃｔ，ＣｔＡａ，Ｃｔ１〜Ｃｔ３，Ｃｒ１〜Ｃｒ３…共振キャパシタ、
Ｅ１，Ｅ２…電極、
Ｇ，Ｓ１，Ｓ２…端子、
Ｌｒ，Ｌｒ１〜Ｌｒ３…受電コイル、
Ｌｔ，Ｌｔ１〜Ｌｔ３…送電コイル、
Ｌｔ０…巻線、
ＳＷ１〜ＳＷ３…高周波スイッチ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電アンテナを備えた無線送電装置から受電アンテナに向けて高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記送電アンテナは、送電コイルを含む第１の共振回路を含み、
上記受電アンテナは、受電コイルを含む第２の共振回路を含み、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のいずれかに設定し、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第１の連続動作時間にわたって上記奇モードの共振周波数に設定する第１の時間区間と、上記送電回路によって発生される高周波電力の周波数を所定の第２の連続動作時間にわたって上記偶モードの共振周波数に設定する第２の時間区間とを、交互に繰り返す、無線送電装置の制御回路。
【請求項２】
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定された、請求項１記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する、請求項２記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項４】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項１又は２記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路とを備えた無線送電装置。
【請求項６】
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た、請求項５記載の無線送電装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載の無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナとを備えた、無線電力伝送システム。
【請求項８】
上記受電アンテナは負荷装置に接続され、
上記受電アンテナの出力端子から上記負荷装置を臨むときの出力インピーダンスは、上記負荷装置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た、請求項７記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する、無線送電装置の制御回路。
【請求項１０】
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い、請求項９記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１１】
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する、請求項１０記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１２】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を変更した後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項９〜１１のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１３】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとをさらに備え、
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の位置を検出する位置センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記偶モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始し、上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部に異物を検出したとき、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置への上記高周波電力の伝送を開始する、無線送電装置の制御回路。
【請求項１４】
上記無線送電装置の制御回路は、上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項１３記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１５】
上記第１の共振回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で変化する複数の容量を有するキャパシタを含み、上記キャパシタは、上記複数の容量に対応して、上記送電コイルとともに複数の共振器を構成し、
上記複数の共振器のそれぞれは、上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数を有し、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路が上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのいずれかの周波数で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちの他の周波数に変更する、請求項９〜１１、又は１３記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１６】
上記無線送電装置の制御回路は、上記複数の奇モードの共振周波数及び上記複数の偶モードの共振周波数のうちのすべての周波数で上記高周波電力の伝送を試みた後で、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項１５記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１７】
上記少なくとも１つのセンサは、上記送電コイルの近傍の温度を検出する温度センサを含み、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する、請求項９〜１６のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１８】
上記無線受電装置は、上記受電コイルの近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記受電コイルの近傍の温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する、請求項９〜１７のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項１９】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電装置から上記無線受電装置に高周波電力を伝送する際の伝送効率が所定の第２のしきい値以下になったとき、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態が生じたと判断する、請求項９〜１８のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２０】
請求項９〜１９のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出する少なくとも１つのセンサとを備えた無線送電装置。
【請求項２１】
請求項２０記載の無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む、無線電力伝送システム。
【請求項２２】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置は、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とをさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電回路により上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの一方で高周波電力を発生して上記無線送電装置から上記無線受電装置に上記高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は受電コイルの近傍の異物の推定温度が所定の第１のしきい値以上になったとき、上記送電回路により発生される高周波電力の周波数を上記奇モードの共振周波数及び上記偶モードの共振周波数のうちの他方に変更する、無線送電装置の制御回路。
【請求項２３】
請求項２２記載の無線送電装置の制御回路と、
送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナと、
上記無線送電装置の制御回路の制御下で、入力電力から可変な周波数で高周波電力を発生して上記送電アンテナに供給する送電回路と、
上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物の温度を推定する少なくとも１つの温度推定手段とを備えた無線送電装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の無線送電装置と、
受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備えた無線受電装置とを含む、無線電力伝送システム。
【請求項２５】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線送電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定された、無線送電装置の制御回路。
【請求項２６】
上記送電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項２５記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２７】
上記無線送電装置は、上記送電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線送電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項２５記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２８】
上記無線送電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む、請求項２５記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項２９】
上記無線受電装置は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定する上記無線受電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する、請求項２５〜２８のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３０】
上記受電アンテナは、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有し、
上記無線受電装置の回路定数は、上記受電アンテナのインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項２９記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３１】
上記無線受電装置は、上記受電アンテナに接続され、可変なインダクタンス及び可変な容量値の少なくとも一方を有する整合回路をさらに備え、
上記無線受電装置の回路定数は、上記整合回路のインダクタンス及び容量値の少なくとも一方を含む、請求項２９記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３２】
上記無線受電装置の回路定数は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの間の結合係数を含む、請求項２９記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３３】
上記送電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記受電コイルの少なくとも一部は、実質的に平面上に巻回された巻線を含み、中心部及び周辺部を有し、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが互いに電磁的に結合するとき、上記送電コイルの中心部が上記受電コイルの中心部と対向し、上記送電コイルの周辺部が上記受電コイルの周辺部と対向するように、上記送電コイルが上記受電コイルと近接して設けられ、
上記送電コイル及び上記受電コイルの中心部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときのほうが低く、
上記送電コイル及び上記受電コイルの周辺部の磁束密度は、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記偶モードの共振状態にあるときよりも、上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記奇モードの共振状態にあるときのほうが低い、請求項２５〜３２のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３４】
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１の連続動作時間にわたって上記第１の動作帯域に設定する第１の時間区間と、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第２の連続動作時間にわたって上記第２の動作帯域に設定する第２の時間区間とを交互に繰り返す、請求項２５〜３３のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３５】
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、最大電流で電力を供給することを上記負荷装置から要求されたとき、上記第１の時間区間と上記第２の時間区間とを交互に繰り返す、請求項３４記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３６】
上記第１の連続動作時間は、上記奇モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が所定のしきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定され、
上記第２の連続動作時間は、上記偶モードの共振周波数で高周波電力を伝送しているとき、かつ、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍に異物が存在するときにおける、上記異物の温度が上記しきい値温度になるまでの最短時間より短いように設定された、請求項３４又は３５記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３７】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記第１及び第２の連続動作時間を短縮する、請求項３６記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３８】
上記無線送電装置の制御回路は、上記送電コイル又は上記受電コイルの近傍の異物に起因する異常状態を検出するセンサを用いて上記異常状態を検出したとき、上記高周波電力の伝送を停止する、請求項２５〜３６のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路。
【請求項３９】
入力電力から高周波電力を発生する送電回路と、送電アンテナと、請求項２５〜３８のいずれか１つに記載の無線送電装置の制御回路とを備えた無線送電装置であって、
上記無線送電装置は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送り、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で上記無線受電装置に電力を送る無線送電装置。
【請求項４０】
上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数と同じであるように設定された、請求項３９記載の無線送電装置。
【請求項４１】
上記送電回路は、上記無線送電装置の制御回路の制御下で、可変な周波数で高周波電力を発生し、
上記無線送電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第１の動作帯域を有するとき、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御し、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナが上記第２の動作帯域を有するとき、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数で高周波電力を発生するように上記送電回路を制御する、請求項３９又は４０記載の無線送電装置。
【請求項４２】
上記無線送電装置は、上記入力電力を上記送電回路に供給する電源装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記電源装置の出力電圧及び出力電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する、請求項４１記載の無線送電装置。
【請求項４３】
上記無線受電装置は、上記無線受電装置から電力の供給を受ける負荷装置に接続され、
上記無線送電装置の制御回路は、上記負荷装置から要求される電圧及び電流に基づいて、上記高周波電力の周波数を調整するように上記送電回路を制御する、請求項４１又は４２記載の無線送電装置。
【請求項４４】
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た、請求項３９〜４３のうちのいずれか１つに記載の無線送電装置。
【請求項４５】
無線送電装置から無線受電装置に高周波電力を伝送する無線電力伝送システムにおける上記無線受電装置の制御回路において、
上記無線送電装置は、送電コイルを含む第１の共振回路を含む送電アンテナを備え、
上記無線受電装置は、受電コイルを含む第２の共振回路を含む受電アンテナを備え、
上記送電アンテナ及び上記受電アンテナは、互いに電磁的に結合したとき、奇モードの共振状態及び偶モードの共振状態にそれぞれ対応する２つの共振周波数を含む動作帯域を有し、上記偶モードの共振周波数は上記奇モードの共振周波数よりも高く、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記動作帯域に関連付けられた上記無線受電装置の回路定数を設定し、
上記第１の動作帯域の偶モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の偶モードの共振周波数よりも高くなるように設定され、上記第１の動作帯域の奇モードの共振周波数は、上記第２の動作帯域の奇モードの共振周波数よりも高くなるように設定される、無線受電装置の制御回路。
【請求項４６】
上記無線送電装置は、上記無線受電装置の制御回路の制御下で、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域に関連付けられた上記無線送電装置の回路定数を設定する上記無線送電装置の制御回路をさらに備え、
上記無線受電装置の制御回路は、互いに電磁的に結合した上記送電アンテナ及び上記受電アンテナの動作帯域を上記第１及び第２の動作帯域のいずれかに設定するように、上記無線送電装置の回路定数及び上記無線受電装置の回路定数の少なくとも一方を設定する、請求項４５記載の無線受電装置の制御回路。
【請求項４７】
受電アンテナと、負荷装置に出力電力を供給する受電回路と、請求項４５又は４６記載の無線受電装置の制御回路とを備えた無線受電装置。
【請求項４８】
上記受電アンテナの出力端子から上記受電回路を臨むときの出力インピーダンスは、上記受電回路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た、請求項４７記載の無線受電装置。
【請求項４９】
請求項３９〜４４のいずれか１つに記載の無線送電装置と、請求項４７又は４８記載の無線受電装置とを備えた、無線電力伝送システム。
【国際調査報告】
2014068992.tif 000077
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2014068992.tif 000079
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