(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コイルと前記第１コイルに並列または直列に接続された第１容量とを含む送電ユニットと、
第２コイルと前記第２コイルと並列または直列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび第２コイル間の結合を介して、前記送電ユニットから電力を受電する受電ユニットと、の間での電力伝送効率を推定するための制御装置であって、
前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電圧と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電圧とを比較、または前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電流と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電流とを比較することにより、前記電力伝送効率を推定する推定部を備え、
（Ａ）前記第１電圧は、前記第１容量の端子のうち前記第１コイルと接続された方と反対側の端子の電圧であり、前記第２電圧は、前記第２容量の端子のうち前記第２コイルと接続された方と反対側の端子の電圧であり、または、（Ｂ）前記第１電圧は、前記第１コイルの端子のうち前記第１容量と接続された方と反対側の端子の電圧であり、前記第２電圧は、前記第２コイルの端子のうち前記第２容量と接続された方と反対側の端子の電圧であり、または、（Ｃ）前記第１電圧は前記第１容量の電圧であり、前記第２電圧は前記第２容量の電圧であり、または、（Ｄ）前記第１電圧は前記第１コイルの電圧であり、前記第２電圧は前記第２コイルの電圧であり、
（Ａ）前記第１電流は前記第１容量を流れる電流であり、前記第２電流は前記第２容量を流れる電流であり、または（Ｂ）前記第１電流は前記第１コイルを流れる電流であり、前記第２電流は前記第２コイルを流れる電流である
制御装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記第１電圧と前記第２電圧の電圧比を算出、または前記第１電流と前記第２電流の電流比を算出し、前記電圧比または前記電流比に基づいて、前記電力伝送効率を推定する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記電圧比または前記電流比を、所定の閾値と比較することにより、前記電力伝送効率を推定する、
請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記閾値は、
前記第１コイルと第２コイルの寄生抵抗の比に応じた値、
前記第１コイルと前記第２コイルのインダクタンスの比に応じた値、または、
前記１コイルと第２コイルの寄生抵抗の比と前記第１コイルと前記第２コイルのインダクタンスの比とに応じた値である、
請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記電圧比または前記電流比を、前記閾値に近づけるように、前記受電ユニットにおける負荷のインピーダンスを調整する、
請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記電圧比または前記電流比を、前記閾値に近づけるように、前記第１コイルまたは前記第２コイルの少なくとも一方のインダクタンスを調整する、
請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項７】
前記電圧比または前記電流比を、前記閾値に近づけるように、前記第１コイルおよび前記第２コイル間の結合係数を調整する、
請求項３または４に記載の制御装置。
【請求項８】
第１コイルと前記第１コイルに並列または直列に接続された第１容量とを含む送電ユニットと、
第２コイルと前記第２コイルと並列または直列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび第２コイル間の結合を介して、前記送電ユニットから電力を受電する受電ユニットと、の間での電力伝送効率を推定するための制御装置であって、
前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電圧と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電圧とを比較、または前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電流と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電流とを比較することにより、前記電力伝送効率を推定する推定部を備え、
前記送電ユニットは、直流電力信号を生成する直流電源と、前記直流電力信号をＤＣ−ＡＣ変換し、変換した電力信号を前記第１容量および前記第１コイルに供給するＤＣ−ＡＣ変換器とを備え、
前記受電ユニットは、前記送電ユニットから受電した電力信号をＡＣ−ＤＣ変換するＡＣ−ＤＣ変換器を備え、
前記第１電圧または前記第１電流は、前記ＤＣ−ＡＣ変換器の入力電圧または入力電流であり、
前記第２電圧または前記第２電流は、前記ＡＣ−ＤＣ変換器の出力電圧または出力電流である、
制御装置。
【請求項９】
第２コイルと前記第２コイルと並列または直列に接続された第２容量とを含み、前記第２コイルを介して、第１コイルと前記第１コイルに並列または直列に接続された第１容量とを含む送電ユニットから電力を受電する受電ユニットと、
前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電圧と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電圧とを比較、または、前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電流と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電流とを比較することにより、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力伝送効率を推定する推定部、を含む制御装置と
を備え、
（Ａ）前記第１電圧は、前記第１容量の端子のうち前記第１コイルと接続された方と反対側の端子の電圧であり、前記第２電圧は、前記第２容量の端子のうち前記第２コイルと接続された方と反対側の端子の電圧であり、または、（Ｂ）前記第１電圧は、前記第１コイルの端子のうち前記第１容量と接続された方と反対側の端子の電圧であり、前記第２電圧は、前記第２コイルの端子のうち前記第２容量と接続された方と反対側の端子の電圧であり、または、（Ｃ）前記第１電圧は前記第１容量の電圧であり、前記第２電圧は前記第２容量の電圧であり、または、（Ｄ）前記第１電圧は前記第１コイルの電圧であり、前記第２電圧は前記第２コイルの電圧であり、
（Ａ）前記第１電流は前記第１容量を流れる電流であり、前記第２電流は前記第２容量を流れる電流であり、または（Ｂ）前記第１電流は前記第１コイルを流れる電流であり、前記第２電流は前記第２コイルを流れる電流である
無線電力伝送装置。
【請求項１０】
前記受電ユニットは、前記送電ユニットから受電した電力を用いる負荷を有し、
前記推定部は、前記第１電圧と前記第２電圧の電圧比を算出、または前記第１電流と前記第２電流の電流比を算出し、
前記制御装置は、前記電圧比または前記電流比が、閾値に近づくように、前記送電ユニットが備える交流電源の電力信号の波形を変更し、
前記受電ユニットは、前記負荷の電力が一定になるように、前記負荷のインピーダンスを制御する負荷電力制御部を含む、
請求項９に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１１】
前記受電ユニットは、前記送電ユニットから受電した電力を用いる負荷を有し、
前記推定部は、前記第１電圧と前記第２電圧の電圧比を算出、または前記第１電流と前記第２電流の電流比を算出し、
前記制御装置は、前記電圧比または前記電流比が、閾値に近づくように、前記負荷のインピーダンスを制御し、
前記受電ユニットは、前記負荷の電力が一定になるように、前記送電ユニットが備える交流電源の電力信号の波形を変更する負荷電力制御部を含む、
請求項９に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１２】
第１コイルと前記第１コイルに並列または直列に接続された第１容量とを含む送電ユニットにおける第１箇所の第１電圧を検出し、
第２コイルと前記第２コイルと並列または直列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび第２コイル間の結合を介して前記送電ユニットから電力を受電する受電ユニットにおける第２箇所の第２電圧を検出し、
前記第１電圧と前記第２電圧とを比較することにより、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力伝送効率を推定し、
（Ａ）前記第１電圧は、前記第１容量の端子のうち前記第１コイルと接続された方と反対側の端子の電圧であり、前記第２電圧は、前記第２容量の端子のうち前記第２コイルと接続された方と反対側の端子の電圧であり、または、（Ｂ）前記第１電圧は、前記第１コイルの端子のうち前記第１容量と接続された方と反対側の端子の電圧であり、前記第２電圧は、前記第２コイルの端子のうち前記第２容量と接続された方と反対側の端子の電圧であり、または、（Ｃ）前記第１電圧は前記第１容量の電圧であり、前記第２電圧は前記第２容量の電圧であり、または、（Ｄ）前記第１電圧は前記第１コイルの電圧であり、前記第２電圧は前記第２コイルの電圧である
電力伝送効率推定方法。
【請求項１３】
第１コイルと前記第１コイルに並列または直列に接続された第１容量とを含む送電ユニットにおける第１箇所の第１電流を検出し、
第２コイルと前記第２コイルと並列または直列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび第２コイル間の結合を介して前記送電ユニットから電力を受電する受電ユニットにおける第２箇所の第２電流を検出し、
前記第１電流と前記第２電流とを比較することにより、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力伝送効率を推定し、
（Ａ）前記第１電流は前記第１容量を流れる電流であり、前記第２電流は前記第２容量を流れる電流であり、または（Ｂ）前記第１電流は前記第１コイルを流れる電流であり、前記第２電流は前記第２コイルを流れる電流である  
電力伝送効率推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送において、伝送距離や負荷インピーダンスに依存して電力の伝送効率が変化することが知られている。以下で、効率とは送電側の電源から供給される電力と受電される電力の比と定義する。電力エネルギーの有効利用の観点から、無線電力伝送においては送電側に供給される電力をできるだけ少ない損失で受電側に供給する、すなわち効率を高めることが望ましい。
【０００３】
従来、伝送距離などの伝送条件が変化した際に効率を制御する方法が知られている。この方法では、何らかの送受電要素を変更する手段を備え、その送受電要素を変更する前後での効率を算出および比較し、効率が高くなるように送受電要素を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010−252497号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術では、効率を高めるために効率を直接算出する必要がある。効率を算出するには送電側の電圧、および電流と受電側の電圧、および電流の情報が必要である。
【０００６】
本発明の一側面は、電力の伝送効率を簡易に推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態にかかる制御装置は、第１コイルと前記第１コイルに並列または直列に接続された第１容量とを含む送電ユニットと、第２コイルと前記第２コイルと並列または直列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび第２コイル間の結合を介して、前記送電ユニットから電力を受電する受電ユニットと、の間での電力伝送効率を推定するための制御装置であって、推定部を備える。
【０００８】
前記推定部は、前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電圧と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電圧とを比較、または前記送電ユニットにおける第１箇所から検出された第１電流と、前記受電ユニットにおける第２箇所から検出された第２電流とを比較することにより、前記電力伝送効率を推定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第1の実施の形態に係る、伝送効率の推定を行う制御装置を備えた無線電力電送装置の構成を示す図。
【図２】容量にかかる電圧を利用して効率を推定する例を説明するための図。
【図３】コイルにかかる電圧を利用して効率を推定する例を説明するための図。
【図４】容量を流れる電流を利用して伝送効率を推定する例を説明するための図。
【図５】第1の実施の形態に係る、コイルと容量が並列に接続された無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図６】第1の実施の形態に係る、DC-AC 変換器、AC-DC変化器を含む無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図７】第2の実施の形態に係る、フィードバックにより効率を調整する制御装置を含む無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図８】図7に示した制御装置の動作フローを示す図。
【図９】図7に示した制御装置の詳細構成例を示す図。
【図１０】第3の実施の形態に係る、効率推定と電力制御を同時に行う無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図１１】第3の実施の形態に係る、効率推定と電力制御を同時に行う無線電力伝送装置の他の構成を示す図。
【図１２】コイルと容量の接続形態の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【第１の実施の形態】
【００１１】
図1に、第1の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。
【００１２】
この無線電力電送装置は、電力を伝送する送電ユニット21、電力を受電する受電ユニット31、および制御装置11を備える。制御装置11は、送電ユニット21または受電ユニット31内に組み込まれていても良いし、送電ユニット21および受電ユニット31から分離して設けられても良い。
【００１３】
送電ユニット21は、電力信号（交流電圧信号）を生成する交流電源22と、交流電源22に接続されたコイル1および容量1を含む。コイル1と容量1は直列に接続されている。
【００１４】
受電ユニット31は、負荷32と、負荷32に接続されたコイル2および容量2を含む。コイル2と容量2は直列に接続されている。負荷32は、電力を消費または蓄積する任意の装置でよい。
【００１５】
送電側のコイル1および容量1と、受電側のコイル2および容量2とで、送受電部が形成され、送受電部において磁気結合を介した電力伝送が行われる。コイル1では、交流電源22からの電力信号に応じた磁界が発生させられ、この磁界がコイル2に結合されることで、電力信号が受電側に伝達される。伝達された電力は、負荷32に供給され、負荷32で消費または蓄積される。
【００１６】
送電ユニット21には、容量1の両端のうちコイル１と反対側の一端の電圧、すなわち、送受電部への入力電圧を検出するための端子1が設けられている。また受電ユニット31には、容量2の両端子のうちコイル2と反対側の一端の電圧、すなわち送受電部の出力電圧を検出するための端子2が設けられている。
【００１７】
制御装置11は、検出部1、検出部2、推定部12を含む。検出部1は、送電ユニット21の所定箇所の電圧、具体的には端子1の電圧を検出する。検出部2は、受電ユニット31の所定箇所の電圧、具体的には端子2の電圧を検出する。推定部12は、検出部1で検出した電圧と、検出部2で検出した電圧に基づき、送電ユニット21から受電ユニット31への電力の伝送効率を推定する。なお、検出部1,2は、制御装置11の外側に、独立した装置として、または別の任意の装置の内部に、設けられても良い。
【００１８】
制御装置11は、電力の伝送効率の推定値を算出することなく、検出部1で検出した電圧（または電流。以下で詳述）と、検出部2で検出した電圧（または電流。以下で詳述）に基づいて、電力伝送を制御することができる。このような、電力の伝送効率の推定値の算出を行わずに、電力伝送の制御を行う形態についても、制御装置11が電力の伝送効率を推定する形態に包含されるものとする。
【００１９】
なお、図1では容量1を交流電源２２の出力側に接続し、コイル１をグラウンド端子側に接続しているが、図12(A)に示すように、この接続順を入れ替えた構成としても良い。受電側も同様の構成としても良い。
【００２０】
さらに、容量１、コイル１のいずれか一方、または両方を複数に分割して接続しても良い。たとえば、容量1を2つに分割する場合、図12(B)に示すように、コイル１の両側にそれぞれ容量1a,1bが接続される。または、コイル1を2つに分割する場合、図12(C)に示すように、容量1の両側にそれぞれコイル1a,1bが接続される。この場合、当該2つのコイル1a,1bにより受電側へ電力を伝送する。なお分割数は2に限定されず、3以上でもよい。受電側も同様の構成としても良い。
【００２１】
以下、本装置の具体的な動作を説明する。
【００２２】
容量1 とコイル1 のＬＣ共振回路の共振周波数、および容量2 とコイル2 のＬＣ共振回路の共振周波数が交流電源22から出力される電力の周波数に十分に近い場合、コイル間で伝送される電力の伝送効率は次式で表される。
【数１】
0005932001.tif 000002
【００２３】
ここで、L1はコイル1のインダクタンス、L2はコイル2 のインダクタンス、k はコイル間の結合係数、Q1はコイル1のQ値、Q2はコイル2 のQ 値、RL は負荷32の抵抗値（インピーダンス）である。
【００２４】
この伝送効率は負荷32の抵抗値に依存し、負荷抵抗値が次式を満たすとき最大値を取る。
【数２】
0005932001.tif 000003
【００２５】
上式(2)を満たし、効率が最大値を取る場合、端子1と端子2 の電圧は
【数３】
0005932001.tif 000004
となる。
【００２６】
V1 は端子1 の電圧、V2 は端子2 の電圧である。電圧はrms(root mean squre) 値、ピーク値など交流電圧振幅により決まる値ならいずれでもかまわない。
【００２７】
上式(3)の絶対値を取るとk2Q1Q2 >> 1 の場合、
【数４】
0005932001.tif 000005
となり、電圧比はほぼ、√（L2/L1）√（Q1/Q2）に等しくなる。
【００２８】
ここで、L1、L2 それぞれの寄生抵抗値をR1、R2 とすると、(4) 式は、
【数５】
0005932001.tif 000006
となる。
【００２９】
√（R2/R1）は、コイル1 とコイル2 の寄生抵抗の比の平方根である。つまり、端子1 と端子2 の電圧比を、コイル1 とコイル2 の寄生抵抗比に応じて決まる所定の値（閾値）と比較することで、現在接続されている負荷32の抵抗が、効率が最適となる負荷抵抗値にどの程度近いかを判定できる。言い換えれば、端子1 と端子2 の電圧を検出することで、電力伝送効率を推定することが可能となる。従来では伝送効率の計算のために、送電電力と受電電力を計算する必要があったが、本実施の形態ではその必要はなく、電圧のみを検出すればよい。よって、簡易に伝送効率を推定できる。
【００３０】
なお、容量1、容量2 それぞれの寄生抵抗成分が、コイル1、コイル2 それぞれの寄生抵抗成分に対して無視できない程度の大きさである場合、R1 は容量1、R2 は容量2 の寄生抵抗を含んだ値としても良い。
【００３１】
制御装置11における推定部12で行う伝送効率推定の具体的な方法としては、種々の形態が可能である。
【００３２】
たとえばV1とV2の比（または差）を計算し、計算した電圧比（または差）そのものを、効率を表す指標としてもよい。
【００３３】
また、計算した電圧比と、√（R2/R1）との比率（または差）を計算することで、電圧比がどの程度、√（R2/R1）に近いか（すなわち効率が最適となる負荷抵抗値に近いか）が分かり、これを効率としてもよい。この場合、比率が1に近いほど（または差が0に近いほど）、最適な効率に近いということになる。
【００３４】
また、V1とV2の比（または差）が取り得る範囲を複数に分割し、分割した範囲に効率の良さを表すラベルを付与する。推定部12で計算したV1とV2の比（または差）がどの範囲に属するかを特定し、特定した範囲に付与されているラベルを効率としてもよい。
【００３５】
同様に、上記電圧比と√（R2/R1）との比率（または差）が取り得る範囲を複数に分割し、分割した範囲に効率の良さを表すラベルを付与する。推定部12で計算した、電圧比と√（R2/R1）との比率（または差）が属する範囲を特定し、特定した範囲に付与されているラベルを効率としてもよい。
【００３６】
図1の例では端子1、2の電圧を利用して伝送効率を推定したが、図2に示すように、容量1、2にかかる電圧を用いて、伝送効率を推定しても良い。この場合、制御装置11の検出部1および検出部2は、容量1、2にかかる電圧を検出する。推定部12は、容量1，2にかかる電圧を用いて、伝送効率を推定する。なお、図２において、制御装置の図示は省略している。
【００３７】
本例において容量1にかかる電圧と容量2にかかる電圧との関係は、次式のように表せる。
【数６】
0005932001.tif 000007
【００３８】
V1、V2 はそれぞれ容量1、容量2にかかる電圧である。絶対値をとり、近似すると、
【数７】
0005932001.tif 000008
となり、V1,V2の比は、インダクタンス比と寄生抵抗の比により決まる値となる。つまり、容量1，2の電圧比を、インダクタンス比と寄生抵抗の比に応じて決まる所定の値（閾値）と比較することで、現在接続されている負荷32の抵抗が、効率が最適となる負荷抵抗値にどの程度近いかを判定できる。具体的な推定方法は、上述した端子1,2の電圧を用いた場合と同様にして行えばよい。
【００３９】
図2の例では容量1、2の電圧を利用して伝送効率を推定したが、図3に示すように、コイル1、2にかかる電圧を用いて伝送効率を推定しても良い。この場合、制御装置11の検出部1および検出部2は、コイル1、2にかかる電圧を検出する。なお、図３において、制御装置の図示は省略している。推定部12は、コイル1，2の電圧を用いて、伝送効率を推定する。
【００４０】
本例においてコイル1にかかる電圧とコイル2にかかる電圧との関係は、次式のように表せる。
【数８】
0005932001.tif 000009
【００４１】
V1、V2 はそれぞれコイル1、コイル2にかかる電圧である。絶対値をとり、近似すると、
【数９】
0005932001.tif 000010
となる。つまり、この場合も、V1,V2の比は、インダクタンス比と寄生抵抗の比により決まる値となる。つまり、コイル1，2の電圧比を、インダクタンス比と寄生抵抗の比に応じて決まる所定の値（閾値）と比較することで、現在接続されている負荷32の抵抗が、効率が最適となる負荷抵抗にどの程度近いかを判定できる。具体的な推定方法は、上述した端子1,2の電圧を用いた場合と同様にして行えばよい。
【００４２】
図1〜図3に示した例では、電圧を用いて伝送効率を推定したが、図4に示すように容量1、2を流れる電流を用いて、伝送効率を推定することも可能である。この場合、制御装置11の検出部1は容量1を流れる電流を検出し、検出部2は容量2を流れる電流を検出する。推定部12は、容量1、2を流れる電流を用いて、伝送効率を推定する。なお、図４において、制御装置の図示は省略している。
【００４３】
本例において容量1に流れる電流と容量2に流れる電流との関係は、次式のように表せる。
【数１０】
0005932001.tif 000011
【００４４】
I1、I2 はそれぞれ容量1、容量2に流れる電流である。近似すると
【数１１】
0005932001.tif 000012
となり、電流比もR1、R2 の比により決まる値となる。つまり、容量1，2を流れる電流の比を、R1、R2 の比に応じて決まる所定の値（閾値）と比較することで、現在接続されている負荷32の抵抗が、効率が最適となる負荷抵抗にどの程度近いかを判定できる。具体的な推定方法は、上述した端子1,2の電圧を用いた場合と同様にして行えばよい。
【００４５】
図1 〜図4に示した例ではコイル1およびコイル2 に対して、容量1および容量2 が直列に接続されている場合を示したが、図5 のようにコイル1およびコイル2 に対して容量1および容量2が並列に接続されていても良い。なお、図５において、制御装置の図示は省略している。
【００４６】
このとき、容量2とコイル2のLC共振回路の共振周波数が交流電源22から出力される電力の周波数に十分に近い場合、効率が最適となる抵抗値の負荷抵抗32が接続されたときの端子1と端子2の電圧の関係は、(15) 式のようになる。
【００４７】
なお、図5 の構成において、効率が最適となる容量2の値は、k2 << 1 が成り立つ場合には、容量2とコイル2 のLC共振回路が交流電源22から出力される電力の周波数で共振するときの容量2の値とほぼ一致する。このため、ここでは容量2とコイル2のLC共振回路が交流電源22から出力される電力の周波数で共振する場合の式についてのみ示す。
【数１２】
0005932001.tif 000013
【００４８】
ここで、V1、V2 はそれぞれ端子1、端子2 の電圧である。結合係数k に対してk2 << 1 が成り立ち、Q1、Q2 が同程度の大きさのとき、この両辺の絶対値をとると次のように近似できる。
【数１３】
0005932001.tif 000014
【００４９】
つまり、V1,V2の関係は、インダクタンスの比および寄生抵抗の比を用いて近似できる。つまり、端子1 と端子2 の電圧比を、インダクタンスの比および寄生抵抗の比に応じて決まる所定の値（閾値）と比較することで、現在接続されている負荷32の抵抗が、効率が最適となる負荷抵抗にどの程度近いかを判定できる。具体的な推定方法は、上述した端子1,2の電圧を用いた場合と同様にして行えばよい。
【００５０】
また、図5 の構成において、コイル1、2を流れる電流を用いて、伝送効率を推定することも可能である。
【００５１】
このとき、効率が最大となる負荷抵抗値のときにコイルを流れる電流は、
【数１４】
0005932001.tif 000015
となる。I1、I2 はそれぞれコイル1、コイル2 を流れる電流である。これまでと同様に、近似すると次式のようになる。
【数１５】
0005932001.tif 000016
【００５２】
この電流比も寄生抵抗R1 とR2 の比に基づく関係式で近似できる。つまり、コイル1、コイル2 を流れる電流を、寄生抵抗R1 とR2 の比に応じて決まる所定の値（閾値）と比較することで、現在接続されている負荷32の抵抗が、効率が最適となる負荷抵抗にどの程度近いかを判定できる。具体的な推定方法は、前述した方法と同様にして行えばよい。
【００５３】
同様にして、図5 の容量1 と容量2 を流れる電流の関係も、R1 とR2 の比に基づく関係式で近似できる。詳細な説明は、上記の説明から自明なため、省略する。
【００５４】
図1および図5 と異なる構成として、コイル1、およびコイル2 のいずれか一方のみに直列に容量を配置し、もう一方に並列に容量を配置しても良い。いずれの場合であっても同様に、効率が最大となる抵抗値の負荷が接続された場合における送電側と受電側の電圧、または電流の関係は、インダクタンス値、および寄生抵抗値の比を用いた関係式で近似できる。
【００５５】
図6は、送電側にDC 電源とDC-AC 変換器を配置し、受電側にAC-DC 変換器を配置した構成例を示す。図1の送電側における交流電源がDC電源41に置き換わり、DC-AC変換器51が追加されている。受電側にAC-DC変換器61が追加されている。図1と同じ名称の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００５６】
図6の構成の場合、効率推定に利用する電圧、または電流として、DC-AC 変換部51の入力電圧、または電流と、AC-DC変換部61の出力電圧、または電流を用いることができる。
【００５７】
検出部1は、DC-AC 変換部51の入力電圧、または電流を検出し、検出部2は、AC-DC変換部61の出力電圧、または電流を検出する。推定部12は、検出部1で検出した電圧または電流と、検出部2で検出した電圧または電流を用いて、図1，図5を用いて説明したのと同様にして、伝送効率を推定する。なお、DC-AC 変換器51は例えばインバータ、AC-DC 変換器61は例えば整流器により構成できる。
【００５８】
図6の構成によりDC電圧またはDC電流を検出することで、より容易な実施が可能となる。
【００５９】
以上、本実施形態により、簡易な構成で電力伝送効率を推定することが可能となる。
【第２の実施の形態】
【００６０】
図7 に、第2 の実施の形態にかかる制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。この制御装置81は、図1の制御装置の機能を拡張したもので、推定した効率に応じて負荷３２の負荷抵抗を自動調整する機能を有する。
【００６１】
制御装置81は、端子1で検出した電圧と、端子2で検出した電圧と、所定値を用いて、負荷32の負荷抵抗値を、最適な伝送効率に近づくように調整する。
【００６２】
以下、第2 の実施の形態の動作を詳細に説明する。
【００６３】
制御装置81は、端子1,2の電圧比が、所定の値（閾値）に近づくように、または一致するように負荷抵抗を制御する。たとえば、所定の値（閾値）が1のときは、電圧比が1に一致するように負荷抵抗を制御する。または、所定の値（閾値）が1の場合には、電圧比を1に制御するかわりに、電圧の差が0 に一致するように制御しても良い。制御すべき方向は、電圧比が、所定の値（閾値）よりも大きいか小さいかに応じて定まる。たとえば、電圧比V 1／V 2 が所定の値（閾値）よりも大きければ負荷抵抗値を大きくすればよく、V 1／V 2 が所定の値（閾値）よりも小さい場合には負荷抵抗値を小さくすればよい。負荷抵抗の制御の一例としては、負荷32がDC-DCコンバータを含んだ負荷部である場合は、DC-DCコンバータの電圧変換比を変更することがある。ただしこれはあくまで一例であり、本実施形態はこれに制限されるものではない。
【００６４】
ここでは、図1の構成での制御装置の動作を示したが、図2〜図5に示した構成の場合も同様に、検出した電圧または検出した電流に基づき、所定の値（閾値）を用いて、負荷抵抗制御を行えばよい。
【００６５】
図8に、図7に示した制御装置81による負荷抵抗調整の動作フローの一例を示す。
【００６６】
制御装置81は、端子1の電圧と端子2の電圧の比を算出し（ステップS11）、電圧比と所定の値（閾値）との差が、閾値（基準値）以上かを検査する(ステップS12)。当該差が基準値未満であれば、適切な伝送効率が得られていると判断して、処理を終了する。一方、当該差が基準値以上であれば、電圧比と所定の値（閾値）の大小関係を比較し（ステップS13）、電圧比の方が大きければ負荷抵抗を上昇させるように制御し（ステップS14）、所定値の方が大きければ、負荷抵抗を下げるように制御する（ステップS15）。
【００６７】
なお、図8 の負荷抵抗を上げるステップS14、および負荷抵抗を下げるステップS15は構成によっては、逆になりうる。
【００６８】
制御装置81の具体的な構成例としては、図9に示すようなフィードバック構成を用いても良い。電圧比算出部（推定部、第1検出部、第2検出部）82で、端子1の電圧と、端子2の電圧の比を計算し、増幅器（制御部）83で、電圧比と所定の値（閾値）との差分を増幅して、負荷32に与える。負荷32の負荷抵抗は、増幅信号に応じて制御される。
【００６９】
本実施形態では、負荷32の負荷抵抗値を調整することで電圧比が所定値に一致または近づけるようにする例を示したが、別の方法として、インダクタンスまたは結合係数の調整によって、これを行うことも可能である。
【００７０】
たとえばインダクタンスの変更として、コイル中やコイル周辺の磁性体の配置を変更（磁性体の追加・除去も含む）することが可能である。コイルは、送電ユニットおよび受電ユニットの一方または両方に含まれるコイルが対象となる。
【００７１】
また、結合係数の変更として、送電ユニットおよび受電ユニットのコイル間の相対位置を変更することが可能である。またはインダクタンスの変更と同様に、コイル中やコイル周辺の磁性体の配置を変更（磁性体の追加・除去も含む）することが可能である。
【００７２】
以上、第2 の実施の形態により、効率が最適となる負荷抵抗値に近い値に負荷（インピーダンス）を調整することができる。また、効率が最適となる負荷抵抗値に近い値に、インダクタンスまたは結合係数を調整することができる。
【第３の実施の形態】
【００７３】
第3 の実施の形態に係る無線電力電送装置を図10 に示す。受電側に負荷電力制御部33が追加され、制御装置81の機能が拡張されている。図9と同一名称の要素には同一の符号を付してある。
【００７４】
負荷電力制御部33は、負荷32に供給される電力が一定値となるよう調整する機能を有している。負荷32は、例えばDC-DC コンバータなどで実現され、一定電圧、一定電流、または一定電力などになるよう、負荷電力制御部33は、負荷32の負荷抵抗（インピーダンス）を制御する。
【００７５】
制御装置81は、端子1 と端子2 の電圧比が所定の値（閾値）となるよう（つまり最適な伝送効率となるよう）、送電側の交流電源22を調整する。交流電源の調整方法は、交流波形の変更を行うことで可能である。波形の変更として、例えば電圧振幅の変更、デューティー比の変更、位相の変更（多相インバータの相間の位相関係を変更）などがある。
【００７６】
第3 の実施の形態により、負荷32の電力を一定値としながら、伝送効率の高い電力伝送を実現することが可能となる。
【００７７】
図11は、第3の実施の形態に係る無線電力伝送装置の他の構成例を示す。制御装置と負荷電力制御部の機能が、図10から一部変更されている。図10と同一名称の要素には同一の符号を付してある。
【００７８】
図11の構成では、負荷電力制御部33が、負荷32の電力が一定値となるように、交流電源22を調整する。制御装置81は、端子1 と端子2 の電圧比が所定の値（閾値）となるように、負荷32の負荷抵抗を調整する。これによっても、負荷32の電力を一定値としながら、伝送効率の高い電力伝送を実現することが可能となる。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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