(57)【要約】【課題】無線電力伝送における受電装置の損失を低減することが可能な無線電力伝送システム、および受電装置を提供することにある。【解決手段】実施形態の無線電力伝送システムは、送電用共振子と、受電用共振子と、直流チョッパと、制御部と、を持つ。送電用共振子は、供給される高周波電力に共振する。受電用共振子は、前記送電用共振子によって生成される磁束を受け、前記磁束の変化に共振する。直流チョッパは、スイッチ部の導通状態と非導通状態とを周期的に切り替えることにより、前記受電用共振子から供給される電力から、負荷に供給する電力を生成する。制御部は、前記直流チョッパにより生成される電圧の変動を抑えるように、前記直流チョッパにおける切り替え周期を制御する。【選択図】図１
2018038159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される高周波電力に共振する送電用共振子と、
前記送電用共振子によって生成される磁束を受け、前記磁束の変化に共振する受電用共振子と、
スイッチ部の導通状態と非導通状態とを周期的に切り替えることにより、前記受電用共振子から供給される電力から、負荷に供給する電力を生成する直流チョッパと、
前記直流チョッパにより生成される電圧の変動を抑えるように、前記直流チョッパにおける切り替え周期を制御する制御部と、
を備える無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記送電用共振子と前記受電用共振子との距離を検出する検出部
を備え、
前記制御部は、
前記送電用共振子と前記受電用共振子との距離に基づいて、前記切り替え周期を決定する、
請求項１記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記送電用共振子と前記受電用共振子との相対位置を検出する検出部
を備え、
前記制御部は、
前記送電用共振子と前記受電用共振子との相対位置に基づいて、前記切り替え周期を決定する、
請求項１記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電用共振子の温度を検出する温度検出部
を備え、
前記制御部は、
前記受電用共振子の温度に基づいて、前記切り替え周期を決定する、
請求項１記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電用共振子における受電電力を検出する電力検出部
を備え、
前記制御部は、
前記受電用共振子における受電電力に基づいて、前記切り替え周期を決定する、
請求項１記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
高周波電力が供給されて共振する送電用共振子によって生成される磁束を受け、前記磁束の変化に共振する受電用共振子と、
スイッチ部の導通状態と非導通状態とを周期的に切り替えることにより、前記受電用共振子から供給される電力から、負荷に供給する電力を生成する直流チョッパと、
前記直流チョッパにより生成される電圧の変動を抑えるように、前記直流チョッパにおける切り替え周期を制御する制御部と、
を備える受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線電力伝送システム、および受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触状態にある送電装置の送電用コイルと受電装置の受電用コイルとを組み合わせて、送電装置から受電装置に向けて電力を伝送する無線電力伝送システムが知られている。このような無線電力伝送システムでは、無線電力伝送における受電装置の損失を低減できない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、無線電力伝送における受電装置の損失を低減することが可能な無線電力伝送システム、および受電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の無線電力伝送システムは、送電用共振子と、受電用共振子と、直流チョッパと、制御部と、を持つ。送電用共振子は、供給される高周波電力に共振する。受電用共振子は、前記送電用共振子によって生成される磁束を受け、前記磁束の変化に共振する。直流チョッパは、スイッチ部の導通状態と非導通状態とを周期的に切り替えることにより、前記受電用共振子から供給される電力から、負荷に供給する電力を生成する。制御部は、前記直流チョッパにより生成される電圧の変動を抑えるように、前記直流チョッパにおける切り替え周期を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図。
【図２】実施形態の送電装置１０と受電装置２０における共振子間の距離Ｄと共振子間の結合係数ｋの関係を示す図。
【図３】実施形態の受電用共振子２１に発生した電圧から直流チョッパ２４によって変換された後の電圧の時間変化を示す図。
【図４】実施形態の直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図。
【図６】実施形態の距離検出部２７の配置を示す模式図。
【図７】実施形態の送電装置１０との距離Ｄと光量の関係の一例を模式化した図。
【図８】実施形態の直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャート。
【図９】第３の実施形態の撮像された画像の一例を模式化して示すための図。
【図１０】第３の実施形態の変形例の撮像された画像の一例を模式化して示すための図。
【図１１】第４の実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図。
【図１２】実施形態の直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャート。
【図１３】第５の実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図。
【図１４】実施形態の直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャート。
【図１５】比較例の無線電力伝送システム１Ｚを示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の無線電力伝送システムおよび受電装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図である。本実施形態における無線電力伝送システム１は、送電装置１０と、受電装置２０とを含む。無線電力伝送システム１は、無線電力伝送における受電装置２０の電力変換の損失を低減させるものである。
送電装置１０と受電装置２０とは、共に共振子を有し、共振子間の共振により電力の伝送を実現する。無線電力伝送システム１は、送電装置１０から受電装置２０へ非接触の状態で、共振を用いて電力を無線で伝送することが可能である。
【０００９】
送電装置１０は、送電用共振子１１と、インバータ（変換装置）１２と、制御部１３と、直流電源部１４とを備える。送電用共振子１１は、コイル１１１と、コンデンサ１１２とを備える。コイル１１１とコンデンサ１１２は、直列共振回路として形成される。インバータ１２は、制御部１３からの制御により、直流電源部１４から供給される直流を高周波に変換する。インバータ１２は、生成した高周波電力を送電用共振子１１に供給する。インバータ１２は、複数のスイッチング素子を含む。制御部１３は、予め定められた周波数又は周期で、インバータ１２のスイッチング素子の導通状態を制御する。直流電源部１４は、例えば、交流電力を整流して直流電圧を出力する。なお、以下の説明では、インバータに供給される電圧は、所望の電圧に安定化されているものとする。
【００１０】
受電装置２０は、受電用共振子２１と、整流器２２と、コンデンサ２３と、直流チョッパ２４と、検出部２５と、結合係数検出部２６と、制御部２９とを備える。
【００１１】
受電用共振子２１は、コイル２１１と、コンデンサ２１２とを備える。コイル２１１とコンデンサ２１２は、直列共振回路を形成し、送電装置１０の送電用共振子１１により生成された磁束を受け、磁束の変化に共振する。受電用共振子２１の共振周波数は、送電用共振子１１の共振周波数にほぼ等しく設定される。受電用共振子２１は、共振により、送電用共振子１１から送出された電力の一部を受電する。
【００１２】
整流器２２は、受電用共振子２１によって受電された電力を整流して出力する。
【００１３】
コンデンサ２３によって、整流器２２の出力が平滑化される。
【００１４】
直流チョッパ２４は、スイッチング素子２４１と、リアクトル２４２と、整流器２４３と、コンデンサ２４４とを備える。図示される直流チョッパ２４は、制御部２９から供給される制御信号に基づいて、所謂、降圧チョッパ回路として機能する。直流チョッパ２４は、内蔵のスイッチング素子２４１の状態を、導通状態（ＯＮ状態）と非導通状態（ＯＦＦ状態）とを繰り返し切り替えることにより、整流器２２から出力される直流電圧を降圧して出力する。
【００１５】
検出部２５は、例えば、直流チョッパ２４によって降圧された電圧を検出する。
【００１６】
結合係数検出部２６は、送電用共振子１１と受電用共振子２１間の結合係数を検出する。結合係数の検出については後述する。
【００１７】
制御部２９は、電圧調整部２９１と、周波数調整部２９２とを備える。
電圧調整部２９１は、検出部２５によって検出された電圧が、予め定められた電圧範囲になるように、直流チョッパ２４のスイッチング素子２４１の導通状態と非導通状態の時間比率を制御する。例えば、電圧調整部２９１は、検出部２５によって検出された電圧と、予め定められた電圧範囲の所望の電圧との誤差の大きさに応じて、スイッチング素子２４１の導通状態と非導通状態の時間比率を調整する。上記の調整の具体的な方法は、ＰＷＭ制御により実施されてもよい。ＰＷＭ制御の１周期には、スイッチング素子２４１の導通状態の期間と非導通状態の期間がそれぞれ含まれる。電圧調整部２９１は、周波数調整部２９２により設定される動作周波数に従ってＰＷＭ制御を実施する。例えば、電圧調整部２９１は、送電装置１０又は受電装置２０間の距離に対応する変数の値に基づいて、直流チョッパ２４の動作周波数を調整してもよい。
【００１８】
周波数調整部２９２は、結合係数検出部２６から供給される信号に基づいて電圧調整部２９１を制御して、スイッチング素子２４１の導通状態の期間と非導通状態の期間とを合わせた時間（周期）を制御する。例えば、周波数調整部２９２には、結合係数検出部２６から、結合係数検出部２６によって検出された結合係数に対応する情報が供給される。
【００１９】
なお、以下の説明では、スイッチング素子２４１の導通状態と非導通状態とを繰り返す動作周波数の説明に統一して説明する。スイッチング素子２４１の導通状態の時間と非導通状態の時間の和（周期）は、上記動作周波数の逆数に等価である。
【００２０】
以下の説明で例示する結合係数検出部２６からは、結合係数検出部２６によって検出された結合係数に対して離散的に変化する値が出力されるものとして説明する。
【００２１】
［動作周波数制御］
受電用共振子２１に対して整流器２２と直流チョッパ２４が接続されている。直流チョッパ２４には、結合係数検出部２６からの情報に基づいて直流チョッパ２４を制御する制御部２９が接続されている。直流チョッパ２４の出力側には、例えば、直流チョッパ２４の負荷になるバッテリ１００が接続されている。
【００２２】
バッテリ１００の充電において、バッテリ１００の端子間電圧は、バッテリ１００の充電量が空の状態では低く、充電量が増加するに従い上昇する。バッテリ１００の端子間電圧は、上記の変動があるものの、平常時であればその変動幅は所望の範囲内に留まる。
【００２３】
一方で、受電装置２０が受ける電力は、送電装置１０と受電装置２０間の配置に依存して変化する。受電装置２０の電圧検出部２６１によって検出される整流器２２の出力電圧は、バッテリ１００の充電量には関係なく、送電装置１０と受電装置２０間の配置、例えば、送電用共振子１１と受電用共振子２１との間（以下、単に「共振子間」という。）の距離によって変動する。
【００２４】
以下、非接触無線電力伝送における共振子間の距離による影響について説明する。
図１に示すように、送電用共振子１１と受電用共振子２１の双方が直列共振で形成されている場合、共振子間の結合係数ｋが高くなる。つまり、共振子間の距離が近いほど、電圧検出部２６１によって検出される整流器２２の出力電圧は高くなる。例えば、整流器２２の出力電圧とは、整流された電圧のピーク値のことをいう。例えば、バッテリ１００の電圧が２００Ｖ（ボルト）であるとする。共振子間の距離が比較的近い状況において、整流器２２の出力電圧が６００Ｖであるとすれば、バッテリ１００の電圧に対する整流器２２の出力電圧の電圧差は４００Ｖになる。一方で、共振子間の距離が比較的離れた状況になると、整流器２２の出力電圧が２００Ｖ程度まで低下する場合がある。この場合、整流器２２の出力電圧は、バッテリ１００の電圧と同程度になる。
【００２５】
図２は、送電装置１０と受電装置２０における共振子間の距離Ｄと共振子間の結合係数ｋの関係を示す図である。図２において、送電装置１０と受電装置２０における共振子間の距離Ｄ（横軸）に対する共振子間の結合係数ｋ（縦軸）の関係をグラフＧ２１に示す。また、上記の共振子間の距離Ｄ（横軸）に対する直流チョッパ２４の動作周波数の関係をＧ２２に示す。
【００２６】
共振子間の距離Ｄは、下記のように大別される。
【００２７】
（範囲１）：バッテリ１００の充電ができないほどに共振子同士が離れている場合。
範囲１、すなわち共振子間の距離Ｄが、バッテリ１００を充電できない程度に離れている場合、直流チョッパ２４の出力電圧がバッテリ１００の電圧より低くなる。共振子間の距離Ｄが上記の関係にあると、受電装置２０は、バッテリ１００を充電しない。
【００２８】
（範囲２）：バッテリ１００の充電ができる程度に共振子同士が接近している場合。
範囲２、すなわち共振子間の距離Ｄが比較的接近している場合、直流チョッパ２４の出力電圧がバッテリ１００の電圧を超える。共振子間の距離Ｄが上記の関係にあると、受電装置２０は、バッテリ１００に対する充電が可能になる。範囲２は、共振子間の距離Ｄに応じて、さらに複数の範囲に分けることができる。図３は、受電用共振子２１に発生した電圧から直流チョッパ２４によって変換された後の電圧の時間変化を示す図である。
【００２９】
（範囲２−１）：範囲２内で共振子同士が比較的離れている場合。
範囲２内には、共振子同士が比較的離れていることにより、共振子間の結合係数ｋが比較的小さな値をとり、直流チョッパ２４の出力電圧とバッテリ１００の電圧との電位差が比較的小さくなる範囲（範囲２−１）がある。範囲２−１における直流チョッパ２４によって変換された後の電圧の電圧波形を図３（ａ）におけるＧ３２１に示す。範囲２−１における上記の電圧波形の変動幅ΔＶ１は比較的小さくなる。範囲２−１内であれば、動作周波数によらずリアクトル２４２のリップル電流は小さい。つまり、直流チョッパ２４の動作周波数が比較的低く設定されていても、リアクトル２４２に大きなリップル電流は発生しない。例えば、範囲２−１における直流チョッパ２４の動作周波数をｆ１に決定する。図３（ｂ）に、この場合の制御信号の一例を示す。この制御信号の周期Ｔ１は、動作周波数ｆ１の逆数である。
【００３０】
（範囲２−２）：範囲２内で共振子同士が比較的接近している場合。
範囲２内において、共振子同士が比較的接近していることにより、共振子間の結合係数ｋが比較的大きな値をとる範囲（範囲２−２）がある。
【００３１】
ここで、比較例の無線電力伝送システムを例示して、その動作と課題について説明する。図１５は、比較例の無線電力伝送システムの構成図である。無線電力伝送システム１Ｚの送電装置１０において、インバータ１２は、直流を高周波に変換し、高周波電力を送電用共振子１１に供給する。これにより、送電用共振子１１から高周波の磁界が発生する。
【００３２】
無線電力伝送システム１Ｚの受電装置２０において、受電用共振子２１のコイル２１１に鎖交する磁界が検出され、検出された磁界に応じた高周波の電圧がコイル２１１に発生する。整流器２２は、コイル２１１に発生した高周波を整流する。上記の整流後にコンデンサ２３によって平滑化されて、直流が生成される。
【００３３】
送電用共振子１１と受電用共振子２１間の距離が変化すると、コイル１１１を含む送電用共振子１１とコイル２１１を含む受電用共振子２１間の結合係数が変化する。その結果、送電側から同じ電力が供給されている場合においても、上記の距離が変化すると、上記の整流により生成された直流の電圧が変動することがある。
【００３４】
受電装置２０において、上記直流の電圧を変換する直流チョッパ２４を設けて、直流チョッパ２４から出力する電圧を安定化してバッテリ１００に供給することがある。直流チョッパ２４の一次側に供給される電圧変動が大きくなると、直流チョッパ２４における電力変換時の損失が大きくなる場合がある。
【００３５】
例えば、比較例の直流チョッパ２４は、図１に示すような降圧チョッパ回路を含む。比較例の直流チョッパ２４の動作周波数は、上記の範囲２−１と範囲２−２において共通の値に設定される。例えば、比較例の直流チョッパ２４の動作周波数は、直流チョッパ２４における損失を低減させるために比較的低い周波数に決定され、その値をｆ１とする。比較例の直流チョッパ２４では、上記の条件のもとで比較的距離が近くなる場合には、共振子間の結合係数ｋが比較的大きな値をとり、直流チョッパ２４の出力電圧とバッテリ１００の電圧との電位差が比較的大きくなる。範囲２−２における直流チョッパ２４によって変換された後の電圧の電圧波形を図３（ａ）におけるＧ３２２Ｃに示す。範囲２−２における上記の電圧波形の変動幅ΔＶ２Ｃは比較的大きくなる。範囲２−２内では、図３（ａ）Ｇ３２２Ｃに示すような電圧がリアクトル２４２に掛かり、リアクトル２４２のリップル電流が大きくなる。例えば、この場合の制御信号は、図３（ｂ）に示す通りである。
【００３６】
このような比較例の直流チョッパ２４の課題に対する一般的な対処方法として、チョッパ回路の動作周波数を高めたり、リアクトル２４２の許容電流を大きくしたりする方法が知られている。但し、チョッパ回路の動作周波数を、一般的な手法によって選択される比較的低い動作周波数ｆ１より高くすると、範囲２の全般に渡って直流チョッパ２４における損失が増大する。
【００３７】
そこで、本実施形態の受電装置２０は、受電用共振子２１において受電した電力に基づいて結合係数検出部２６により共振子間の結合係数ｋを推定し、推定された結合係数ｋに適した直流チョッパ２４の動作周波数を決定する。
【００３８】
例えば、送電装置１０から送出される電力に変化がなければ、受電用共振子２１が受けた電力は、共振子間の距離Ｄ、つまり共振子間の結合係数ｋに依存して変化する。結合係数検出部２６は、受電用共振子２１に発生する電圧を検出することにより、共振子間の結合係数ｋを導出する。
【００３９】
受電用共振子２１に発生する電圧が高くなる範囲２−２の場合に、範囲２−１の場合と同じ動作周波数ｆ１のままにしているとリアクトル２４２のリップル電流が大きくなることは、上述したとおりである。これを避けるように、受電用共振子２１に発生する電圧が所定値（Ｖｔｈ）以上の場合には、受電装置２０は、直流チョッパ２４の動作周波数を、動作周波数ｆ１より高い動作周波数ｆ２にする。
【００４０】
範囲２−２における直流チョッパ２４によって変換された後の電圧の電圧波形を図３（ａ）におけるＧ３２２に示す。範囲２−２における上記の電圧波形の変動幅ΔＶ２は比較的小さくなる。上記のように動作周波数を調整することにより、範囲２−２内では、図３（ａ）Ｇ３２２に示すような電圧がリアクトル２４２に掛かる。上記の電圧が比較例に比べて低減したことにより、リアクトル２４２のリップル電流が比較例のリップル電流に比べて小さくなる。例えば、この場合の制御信号は、図３（ｃ）に示す通りである。この制御信号の周期Ｔ２は、動作周波数ｆ２の逆数である。なお、動作周波数ｆ１と動作周波数ｆ２の比は一例を示すものであり、これに制限されない。
【００４１】
例えば、制御部２９は、直流チョッパ２４の動作周波数を下記の手順に従って決定する。
【００４２】
図４は、直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
例示する直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理は、共振子間の距離Ｄの変化に関連して変化する結合係数ｋを利用するものである。
【００４３】
まず、結合係数検出部２６は、受電用共振子２１において受電した電力に基づいて共振子間の結合係数ｋを推定する（Ｓ１１）。結合係数検出部２６は、受電用共振子２１に発生する電圧を検出し、共振子間の結合係数ｋを導出する。
【００４４】
次に、制御部２９の周波数調整部２９２は、Ｓ１１において結合係数検出部２６によって推定された共振子間の結合係数ｋが、閾値ｋｔｈ以上か否かを判定する（Ｓ１２）。
【００４５】
次に、結合係数検出部２６によって推定された共振子間の結合係数ｋが、閾値ｋｔｈ未満である場合（Ｓ１２：ＮＯ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ１を選択し（Ｓ１３）、処理をＳ１５に進める。結合係数検出部２６によって推定された共振子間の結合係数ｋが、閾値ｋｔｈ以上である場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ２を選択し（Ｓ１４）、処理をＳ１５に進める。
【００４６】
次に、Ｓ１３又はＳ１４の処理を終えた後、制御部２９は、周波数調整部２９２によって、Ｓ１３において選択された動作周波数ｆ１、又は、Ｓ１４において選択された動作周波数ｆ２の何れかの動作周波数に基づいて、電圧調整部２９１は、直流チョッパ２４を制御する制御信号を生成する（Ｓ１５）。
【００４７】
次に、電圧調整部２９１は、Ｓ１５において電圧調整部２９１が生成した制御信号を、直流チョッパ２４に供給する（Ｓ１６）。これを受け、直流チョッパ２４は、上位の動作周波数に基づいて、整流器２２によって整流された直流を変換する。上記の手順により、図に示す一連の処理を終える。
【００４８】
上記の手順により、無線電力伝送システム１は、共振子間の結合係数ｋに応じて直流チョッパ２４の動作周波数を変化させることで、直流チョッパ２４の損失を低減することが可能となる。
【００４９】
実施形態の無線電力伝送システムは、送電用共振子１１と、受電用共振子２１と、直流チョッパ２４と、制御部２９と、を持つ。送電用共振子１１は、供給される高周波電力に共振する。受電用共振子２１は、前記送電用共振子１１によって生成される磁束を受け、前記磁束の変化に共振する。直流チョッパ２４は、スイッチ部の導通状態と非導通状態とを周期的に切り替えることにより、前記受電用共振子２１から供給される電力から、バッテリ１００に供給する電力を生成する。制御部２９は、直流チョッパ２４により生成される電圧の変動を抑えるように、前記直流チョッパ２４における切り替え周期を制御する。これにより、無線電力伝送システム１は、直流チョッパ２４の損失を低減する。
【００５０】
なお、上記の説明において、共振子間の距離の変化による影響を説明したが、共振子間の位置ずれが生じることによる変化についても影響を受ける。上記の位置ずれとは、一方の共振子のコイルの軸方向と異なる方向に、他方の共振子が移動することをいう。無線電力伝送システム１は、上記の共振子間の位置ずれ量が大きくなる場合においても同様に適用することができ、チョッパ回路における損失低下を抑えることができる。
【００５１】
なお、図１等に示す直流チョッパ２４は、降圧チョッパ回路としているが、変換前の電圧と変換後の電圧の関係により昇圧チョッパ回路を適用してもよい。本実施形態は、直流チョッパ２４が昇圧チョッパ回路であっても適用可能であり、更には、スイッチング素子のスイッチングより電力を変換する非線形型の変換回路であれば同様に適用可能である。
【００５２】
このように、第１の実施形態によれば、結合係数に応じて、スイッチング周波数を変化させることで、無線電力伝送における受電装置２０の電力変換の損失を低減する。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態における無線電力伝送システム１は、距離検出部２７を用いて、直流チョッパ２４の動作周波数を決定する。
【００５４】
図５は、実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図である。図１と異なる構成を中心に説明する。
【００５５】
受電装置２０は、受電用共振子２１と、整流器２２と、コンデンサ２３と、直流チョッパ２４と、検出部２５と、距離検出部２７と、制御部２９とを備える。
【００５６】
距離検出部２７は、検出部２７１と、変換部２７２とを備える。
検出部２７１は、光検出素子（不図示）を含めて構成され、光検出素子によって検出した光量に対応する信号を出力する。光検出素子は、ＣｄＳ（硫化カドミウムセル）等のフォトレジスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタ等の素子を含む。例えば、検出部２７１は、検出部２７１が設けられた位置に到来する外来光の光量を検出する。
【００５７】
図６は、距離検出部２７の配置を示す模式図である。受電装置２０の筐体は、面２０Ｆを有する。図６は、面２０Ｆの法線方向に沿う面における、送電装置１０と受電装置２０の断面を示す。送電装置１０の断面は、コイル１１１の断面を含む。受電装置２０の断面は、コイル２１１と検出部２７１の断面を含む。
【００５８】
受電装置２０は、面２０Ｆに受電装置２０の筐体の外から近接する送電装置１０からの電力を受ける。受電装置２０の面２０Ｆの少なくとも一部に光を透過する透過部２０Ｓが設けられている。検出部２７１は、面２０Ｆに対して筐体の内側であって、透過部２０Ｓを透過する外来光を検出可能な位置に配置されている。
【００５９】
検出部２７１は、面２０Ｆの法線方向に配置された送電装置１０と面２０Ｆとの間隔（以下、送電装置１０との距離Ｄ１という。）を、透過部２０Ｓを透過する外来光の光量として検出する。例えば、検出部２７１から面２０Ｆの法線方向に送電装置１０が存在し、送電装置１０との距離が距離Ｄ１である場合、検出部２７１の位置から見込む見込角θの範囲は送電装置１０の筐体によって遮られる。つまり、検出部２７１に到来する光は、送電装置１０の筐体によって一部が遮光されるため、到来する光量が少なくなる。上記の距離Ｄ１と見込角θと光量との関係は、下記の通りである。送電装置１０との距離Ｄ１が遠いほど見込角θが小さくなり、検出部２７１に到来する光量は多くなり、送電装置１０との距離Ｄ１が近いほど見込角θが大きくなり、検出部２７１に到来する光量は減少する。なお、上記の送電装置１０との距離Ｄ１は、上記の共振子間の距離Ｄに対応して変化する。
【００６０】
図７は、送電装置１０との距離Ｄ１と光量の関係の一例を模式化した図である。図７に示すように、検出部２７１が設けられた位置に到来する外来光の光量は、受電装置２０から送電装置１０までの距離に応じて変化する。例えば、送電装置１０が面２０Ｆに接している状態であれば、全ての光が遮られて、光量は０になる。送電装置１０が面２０Ｆから遠ざかるほど光量が増加する。光量が増加する傾向は、送電装置１０との距離Ｄ１の増加に応じて概ね単調に増加する。
【００６１】
変換部２７２は、検出部２７１によって検出された光量に対応する情報を、検出部２７１から出力される信号に基づいて生成する。例えば、変換部２７２は、予め定められた変換ルールに従い、検出部２７１が検出した光量に基づいて、送電装置１０との距離Ｄ１の推定値（距離Ｄ１ｅ）に変換する。
【００６２】
制御部２９の周波数調整部２９２には、距離検出部２７から、距離検出部２７によって検出された受電装置２０から送電装置１０までの距離Ｄ１の推定値（推定距離Ｄ１ｅ）が供給される。周波数調整部２９２は、距離Ｄ１ｅに基づいて直流チョッパ２４の動作周波数を決定する。
【００６３】
図８は、直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
まず、距離検出部２７の検出部２７１は、到来する光量を検出する。変換部２７２は、検出部２７１によって検出された光量に基づいて送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅを導出する（Ｓ２１）。
【００６４】
次に、制御部２９の周波数調整部２９２は、Ｓ２１において距離検出部２７によって導出された送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅが、閾値Ｄｔｈ以上か否かを判定する（Ｓ２２）。
【００６５】
次に、距離検出部２７によって導出された送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅが、閾値Ｄｔｈ以上である場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ１を選択し（Ｓ２３）、処理をＳ２５に進める。距離検出部２７によって導出された送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅが、閾値Ｄｔｈ未満である場合（Ｓ２２：ＮＯ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ２を選択し（Ｓ２４）、処理をＳ２５に進める。
【００６６】
次に、Ｓ２３又はＳ２４の処理を終えた後、制御部２９は、周波数調整部２９２によって、Ｓ２３において選択された動作周波数ｆ１、又は、Ｓ２４において選択された動作周波数ｆ２の何れかの動作周波数に基づいて、電圧調整部２９１は、直流チョッパ２４を制御する制御信号を生成する（Ｓ２５）。
【００６７】
次に、電圧調整部２９１は、Ｓ２５において電圧調整部２９１が生成した制御信号を、直流チョッパ２４に供給する（Ｓ２６）。これを受け、直流チョッパ２４は、上位の動作周波数に基づいて、整流器２２によって整流された直流を変換する。上記の手順により、図に示す一連の処理を終える。
【００６８】
上記の手順により、無線電力伝送システム１は、送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅに応じて直流チョッパ２４の動作周波数を変化させることで、直流チョッパ２４の損失を低減することが可能となる。
【００６９】
実施形態の無線電力伝送システムは、送電用共振子１１と受電用共振子２１との距離Ｄを、送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅとして検出する距離検出部２７を備える。制御部２９は、推定距離Ｄ１ｅに基づいて、切り替え周期を決定することにより、直流チョッパ２４の損失を低減する。
【００７０】
なお、本実施形態によれば、光学的に距離を検出することにより、混信が比較的大きな環境にある場合においても、直流チョッパ２４の損失を低減できる。
なお、上記の距離検出部２７は、外来光を検出する受動型の距離センサを例示して説明したが、これに代えて、レーザー光や超音波を射出して、その反射を検出する能動型の距離センサであってもよい。
【００７１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。前述の第２の実施形態では、受電装置２０に設けた距離検出部２７によって検出した光量に基づいて、送電装置１０との距離Ｄ１の推定値Ｄ１ｅを導出する場合を例示した。これに代え、本実施形態では、距離検出部２７によって撮像した画像に基づいて、送電装置１０までの距離Ｄ１の推定値Ｄ１ｅを導出する場合の一例について説明する。前述の図５を参照し、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７２】
距離検出部２７は、検出部２７１と、変換部２７２とを備える。
検出部２７１は、イメージセンサ（不図示）を構成に含み、イメージセンサによって撮像した画像を出力する。イメージセンサは、ＣＣＤ（charge coupled device）、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）センサ等を含む。例えば、イメージセンサは、受光面において格子状に配列された複数の受光素子を含む。
【００７３】
距離検出部２７は、前述の図６に示す位置に配置される。例えば、検出部２７１は、検出部２７１が設けられた位置から、面２０Ｆの法線方向に見込む撮像範囲内に存在する対象物を撮像する。
【００７４】
図９は、撮像された画像の一例を模式化して示すための図である。図９に示すＰＩＣ５０は、得られた画像全体を示す。ＰＩＣ５０内のＰＩＣ５１は、送電装置１０までの距離Ｄが比較的遠い場合の送電装置１０の像である。ＰＩＣ５０内のＰＩＣ５２は、送電装置１０までの距離Ｄが比較的近い場合の送電装置１０の像である。変換部２７２は、ＰＩＣ５０に対する検出部２７１が検出した送電装置１０の像の大きさに基づいて、送電装置１０までの距離Ｄ１（相対位置）を推定し、送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅを導出する。
【００７５】
本実施形態の無線電力伝送システム１は、例えば前述の図８に示した処理を実施してもよい。上記の手順により、送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅに応じて直流チョッパ２４の動作周波数を変化させることで、直流チョッパ２４の損失を低減することが可能となる。
【００７６】
（第３の実施形態の変形例）
次に、第３の実施形態の変形例について説明する。この変形例では、受電装置２０に対する送電装置１０の位置のずれに基づいた処理を例示する。図１０は、撮像された画像の一例を模式化して示すための図である。図１０に示すＰＩＣ５０は、得られた画像全体を示す。ＰＩＣ５０内のＰＩＣ５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、検出部２７１の撮像範囲を横切るように相対的に移動する送電装置１０の像である。ＰＩＣ５０内のＰＩＣ５３は、位置を検出するための基準を示す。ＰＩＣ５３の範囲内に送電装置１０の像（ＰＩＣ５１Ｂ等）が位置する場合に、無線電力伝送システム１は、最も効率よく受電できる。変換部２７２は、受電装置２０の検出部２７１に対する送電装置１０の位置を、各ＰＩＣ５１の範囲とＰＩＣ５３の範囲が重なる面積に基づいて、位置ずれによる送電装置１０までの距離Ｄ１を推定し、送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅを導出する。
本変形例の場合には、基準のＰＩＣ５３に対する接近と離反とが移動の過程で存在する。その点が、前述の実施形態と異なる。本変形例では、検出部２７１に対する送電装置１０の位置を、各ＰＩＣ５１の範囲とＰＩＣ５３の範囲が重なる面積に基づいて推定することにより、接近と離反を区別することなく扱うことができる。変換部２７２は、導出した推定距離Ｄ１ｅに対する処理として、上記の実施形態と同様の処理を実施する。
これにより、本変形例によれば、受電装置２０に対する送電装置１０の位置のずれに応じて直流チョッパ２４の動作周波数を変化させることで、直流チョッパ２４の損失を低減することが可能となる。
【００７７】
なお、上記ではＰＩＣ５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃのそれぞれを送電装置１０の像として説明したが、これに代えて、送電装置１０の近傍に設けられた指標であってもよい。その際に、ＰＩＣ５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃのそれぞれの範囲内に送電装置１０が存在するように、指標の大きさと位置を決定するとよい。
【００７８】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
図１１は、実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図である。第４の実施形態における無線電力伝送システム１は、温度検出部２８を用いて、直流チョッパ２４の動作周波数を決定する。
【００７９】
図１１は、実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図である。図１と異なる構成を中心に説明する。
【００８０】
受電装置２０は、受電用共振子２１と、整流器２２と、コンデンサ２３と、直流チョッパ２４と、検出部２５と、温度検出部２８と、制御部２９とを備える。
【００８１】
温度検出部２８は、検出部２８１と、変換部２８２とを備える。
検出部２８１は、温度検出素子（不図示）を含めて構成され、温度検出素子によって検出した温度に対応する信号を出力する。温度検出素子は、サーミスタ、半導体型温度センサ等の素子を含む。例えば、検出部２７１は、受電用共振子２１のコイル２１１に接して、又は、コイル２１１の温度の影響を受ける範囲に設けられ、検出部２７１が設けられた位置で、受電用共振子２１の温度を検出する。
【００８２】
実施形態の受電装置２０は、図１１に示すように、受電用共振子２１の温度を検出する温度検出部２８を含む。共振子間の距離や位置ずれによって結合係数ｋが低くなると、受電用共振子２１に発生する電圧が低下する。ここで、同じ電力を伝送するためには、電圧が低くなる分、電流の増加が必要になる。このため、結合係数ｋが低い条件においては、受電用共振子２１の温度が高くなる。つまり温度検出部２８の検出部２８１が、受電用共振子２１の温度を検出することで、間接的に共振子間の距離や位置ずれにともなう結合係数ｋの変化を検出する。
【００８３】
変換部２８２は、検出部２８１によって検出された温度に対応する情報を、検出部２８１から出力される信号に基づいて生成する。例えば、変換部２８２は、予め定められた変換ルールに従い、検出部２８１が検出した温度に基づいて、送電装置１０との距離Ｄ１の推定値（距離Ｄ１ｅ）に変換する。
【００８４】
制御部２９の周波数調整部２９２には、温度検出部２８から、温度検出部２８によって検出された受電装置２０から送電装置１０までの距離Ｄ１の推定値（推定距離Ｄ１ｅ）が供給される。周波数調整部２９２は、距離Ｄ１ｅに基づいて直流チョッパ２４の動作周波数を決定する。
【００８５】
図１２は、直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
まず、温度検出部２８の検出部２８１は、受電用共振子２１の温度Ｔを検出する。変換部２８２は、検出部２８１によって検出された受電用共振子２１の温度に基づいて送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅを導出する（Ｓ３１）。
【００８６】
次に、制御部２９の周波数調整部２９２は、Ｓ３１において温度検出部２８によって導出された送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅが、閾値Ｄｔｈ以上か否かを判定する（Ｓ３２）。
【００８７】
次に、温度検出部２８によって導出された送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅが、閾値Ｄｔｈ以上である場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ１を選択し（Ｓ３３）、処理をＳ３５に進める。温度検出部２８によって導出された送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅが、閾値Ｄｔｈ未満である場合（Ｓ３２：ＮＯ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ２を選択し（Ｓ３４）、処理をＳ３５に進める。
【００８８】
次に、Ｓ３３又はＳ３４の処理を終えた後、制御部２９は、周波数調整部２９２によって、Ｓ３３において選択された動作周波数ｆ１、又は、Ｓ３４において選択された動作周波数ｆ２の何れかの動作周波数に基づいて、電圧調整部２９１は、直流チョッパ２４を制御する制御信号を生成する（Ｓ３５）。
【００８９】
次に、電圧調整部２９１は、Ｓ３５において電圧調整部２９１が生成した制御信号を、直流チョッパ２４に供給する（Ｓ３６）。これを受け、直流チョッパ２４は、上位の動作周波数に基づいて、整流器２２によって整流された直流を変換する。上記の手順により、図に示す一連の処理を終える。
【００９０】
上記の手順により、無線電力伝送システム１は、送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅに応じて直流チョッパ２４の動作周波数を変化させることで、直流チョッパ２４の損失を低減することが可能となる。
【００９１】
実施形態の無線電力伝送システム１は、送電用共振子１１と受電用共振子２１との距離Ｄを、受電用共振子２１の温度に基づいて送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅとして検出する。制御部２９は、推定距離Ｄ１ｅに基づいて、切り替え周期を決定することにより、直流チョッパ２４の損失を低減する。
【００９２】
なお、本実施形態によれば、受電用共振子２１の温度を検出することにより、混信が比較的大きな環境や、光学的な検出が困難な環境にある場合においても、直流チョッパ２４の損失を低減できる。
【００９３】
なお、上記の温度検出部２８は、受電用共振子２１の温度Ｔに基づいて送電装置１０までの推定距離Ｄ１ｅを導出するものとして説明したが、これに代えて、推定距離Ｄ１ｅへの返還を行わずに検出した温度Ｔ又は温度Ｔに対応する値を出力するようにしてもよい。この場合、制御部２９の周波数調整部２９２は、Ｓ３１において温度検出部２８によって検出した温度Ｔ又は温度Ｔに対応する値に基づいて、直列チョッパ２４の動作周波数を調整するための判定を実施するとよい。
【００９４】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。この第５の実施形態は、制御部２９は、受電電力を取得して、取得した受電電力に基づいて直流チョッパ２４の動作周波数を制御する。
【００９５】
図１３は、実施形態の無線電力伝送システム１を示す構成図である。図１と異なる構成を中心に説明する。
【００９６】
受電装置２０は、受電用共振子２１と、整流器２２と、コンデンサ２３と、直流チョッパ２４と、検出部２５と、制御部２９とを備える。
【００９７】
制御部２９は、電圧調整部２９１と、周波数調整部２９２と、電力検出部２９３とを備える。
【００９８】
周波数調整部２９２は、電力検出部２９３から供給される信号に基づいて電圧調整部２９１を制御して、スイッチング素子２４１の導通状態の期間と非導通状態の期間とを合わせた時間（周期）を制御する。例えば、周波数調整部２９２には、電力検出部２９３から、電力検出部２９３によって検出された電力に対応する値が供給される。
【００９９】
電力検出部２９３は、受電用共振子２１によって受電した電力を検出する。例えば、電力検出部２９３は、整流器２２の出力側に設けられ、整流器２２の出力電圧、又は、整流器２２に流れる電流を検出する。電力検出部２９３は、整流器２２の出力電圧、又は、整流器２２に流れる電流の値から、受電用共振子２１が受けた電力を導出する。
【０１００】
本実施形態は、結合係数検出部２６、距離検出部２７、温度検出部２８等を備えることなく、制御部２９が直接、受電用共振子２１によって受電した電力を検出し、検出の結果に基づいて直流チョッパ２４を制御する。例えば、結合係数ｋが低い条件において、同じ電力を伝送するために電圧の増加を伴うことがあるとしても、そもそも受電電力が低ければ、電圧の増加の影響が少ないことが見込まれる。仮に、電圧の上昇に伴ってリップルが大きくなるとしても、電圧の上昇幅が少なければその影響は小さい。このように、無線電力伝送システム１は、受電用共振子２１における受電電力が少ない場合を検出し、受電電力が少ない場合に直流チョッパ２４の動作周波数を下げるように動作周波数を調整する。これにより、直流チョッパ２４における損失を低減することが可能となる。
【０１０１】
図１４は、直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
例示する直流チョッパ２４の動作周波数を決定する処理は、共振子間の距離Ｄの変化に関連して変化する受電用共振子２１が受電した電力Ｐを利用するものである。
【０１０２】
まず、制御部２９は、受電用共振子２１が受電した電力を電力検出部２９３によって検出する（Ｓ４１）。
【０１０３】
次に、制御部２９の周波数調整部２９２は、Ｓ４１において電力検出部２９３によって検出された受電用共振子２１により受電された受電電力Ｐが、閾値Ｐｔｈ以上か否かを判定する（Ｓ４２）。
【０１０４】
電力検出部２９３によって推定された受電電力Ｐが、閾値Ｐｔｈ未満である場合（Ｓ４２：ＮＯ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ１を選択し（Ｓ４３）、処理をＳ４５に進める。電力検出部２９３によって推定された受電電力Ｐが、閾値Ｐｔｈ以上である場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）には、周波数調整部２９２は、動作周波数ｆ２を選択し（Ｓ４４）、処理をＳ４５に進める。
【０１０５】
次に、Ｓ４３又はＳ４４の処理を終えた後、制御部２９は、周波数調整部２９２によって、Ｓ４３において選択された動作周波数ｆ１、又は、Ｓ４４において選択された動作周波数ｆ２の何れかの動作周波数に基づいて、電圧調整部２９１は、直流チョッパ２４を制御する制御信号を生成する（Ｓ４５）。
【０１０６】
次に、電圧調整部２９１は、Ｓ４５において電圧調整部２９１が生成した制御信号を、直流チョッパ２４に供給する（Ｓ４６）。これを受け、直流チョッパ２４は、上位の動作周波数に基づいて、整流器２２によって整流された直流を変換する。上記の手順により、図に示す一連の処理を終える。
【０１０７】
上記の手順により、無線電力伝送システム１は、受電用共振子２１により受電された受電電力Ｐに応じて直流チョッパ２４の動作周波数を変化させる。
【０１０８】
以上の実施形態の無線電力伝送システム１によれば、第１の実施形態の効果を奏するものであり、更に、受電用共振子２１により受電された受電電力Ｐに応じて直流チョッパ２４の動作周波数を変化させることで、直流チョッパ２４の損失を低減するものである。
【０１０９】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、無線電力伝送システム１は、送電用共振子１１と、受電用共振子２１と、直流チョッパ２４と、制御部２９と、を含む。送電用共振子１１は、供給される高周波電力に共振する。受電用共振子２１は、送電用共振子１１によって生成される磁束を受け、磁束の変化に共振する。直流チョッパ２４は、スイッチ部の導通状態と非導通状態とを周期的に切り替えることにより、受電用共振子２１から供給される電力から、負荷に供給する電力を生成する。制御部２９は、直流チョッパ２４により生成される電圧の変動を抑えるように、直流チョッパ２４における切り替え周期を制御することにより、直流チョッパ２４の損失を低減することができる。
【０１１０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【０１１１】
例えば、本実施形態に示す送電装置１０と受電装置２０は、それぞれ同一規格の近距離無線通信機能（図示せず）を有した無線通信システムにおける通信装置１０Ａと通信装置２０Ａとして構成してもよい。通信装置１０Ａと通信装置２０Ａは、相互に又は特定の方向に、情報を無線で通信することが可能である。この場合も、電力は、通信装置１０Ａから通信装置２０Ａに向かう方向に供給される。
【符号の説明】
【０１１２】
１…無線電力伝送システム、１０…送電装置、１１…送電用共振子、１２…インバータ、１３…制御部、１４…直流電源部、２０…受電装置、２１…受電用共振子、２２…整流器、２３…コンデンサ、２４…直流チョッパ、２５…検出部、２６…結合係数検出部、２７…距離検出部、２８…温度検出部、２９…制御部、１００…バッテリ、１１１、２１１…コイル、１１２、２１２…コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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