(57)【要約】【目的】送電及び受電コイル間の結合係数の変動や、負荷の変動に対しても効率よく電力伝送を行うことが可能なワイヤレス送電装置、受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供する。【構成】送電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、上記送電コイルに接続され得る可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、上記駆動電流の測定値を受電装置に送信し、上記測定値の送信に応答して受電装置から受信したキャパシタンス変更信号に基づいて可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、を有する【選択図】図１
2018085832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイルを駆動し、受電コイルを有する受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記送電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路を有し、前記送電コイルを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
前記駆動電流の測定値を前記受電装置に送信し、前記測定値の送信に応答して前記受電装置から受信したキャパシタンス変更信号に基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、
を有することを特徴とする送電装置。
【請求項２】
前記キャパシタンス変更信号は、前記可変容量回路のキャパシタンス変更を要求する要求信号であることを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記キャパシタンス変更信号は、前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の増減を示す結合係数変動信号を含み、
前記送電制御回路は、前記結合係数の複数の最適化設定値と前記複数の最適化設定値の各々に対応するキャパシタンス設定値とを格納したテーブルを有し、
前記送電制御回路は、前記結合係数変動信号及び前記テーブルに基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記キャパシタンス変更信号は、前記受電装置の負荷抵抗の変動を示す負荷抵抗変動信号を含み、前記送電制御回路は、前記駆動電流の測定値及び前記負荷抵抗変動信号に基づいて前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動を判定することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
【請求項５】
前記送電制御回路は、前記結合係数の変動の判定結果に基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項４に記載の送電装置。
【請求項６】
前記可変容量回路は、スイッチング回路と、前記スイッチング回路によって前記駆動回路に付加し得る少なくとも１つのキャパシタとを有し、
前記送電制御回路は、前記スイッチング回路を駆動して前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１に記載の送電装置。
【請求項７】
前記スイッチング回路は、前記スイッチング回路のスイッチングを緩慢にするスイッチング緩慢回路を有することを特徴とする請求項６に記載の送電装置。
【請求項８】
前記駆動回路は前記可変容量回路と前記可変容量回路に接続された交流信号源とからなり、前記交流信号源、前記送電制御回路及び前記駆動電流測定回路はＩＣ（集積回路）チップとして構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載の送電装置。
【請求項９】
送電コイルを駆動する駆動回路を有する送電装置から非接触で受電コイルを介して電力を受電する受電装置であって、
前記受電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路と、
前記可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
前記可変容量回路を介して伝達された電力により駆動される負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
前記送電コイルの駆動電流の変動を表す駆動電流変動信号を前記送電装置から受信する受信回路と、を有し、
前記受電制御回路は、前記電圧電流測定回路の測定値及び前記駆動電流変動信号に基づいて、前記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有することを特徴とする受電装置。
【請求項１０】
前記受電制御回路は、前記結合係数の変動が発生したと判定された場合、前記可変容量回路のキャパシタンスを変更するとともに、前記送電装置の前記駆動回路のキャパシタンスの変更を要求するキャパシタンス変更要求を前記送電装置に送信することを特徴とする請求項９に記載の受電装置。
【請求項１１】
前記キャパシタンス変更要求は、前記結合係数の増減を表す信号を含むことを特徴とする請求項１０に記載の受電装置。
【請求項１２】
前記可変容量回路は、少なくとも１つのキャパシタと前記少なくとも１つのキャパシタの接続切り替えをなすスイッチング回路とを有し、前記送電制御回路は、前記スイッチング回路を駆動して前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１に記載の送電装置。
【請求項１３】
前記スイッチング回路は、前記スイッチング回路のスイッチングを緩慢にするスイッチング緩慢回路を有することを特徴とする請求項１２に記載の送電装置。
【請求項１４】
送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置に非接触で電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
前記送電コイルに接続された送電可変容量回路を有し、前記送電コイルを駆動する駆動回路と、
前記駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
前記受電装置との間で信号の送受信を行う送電通信回路と、
前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る送電制御回路と、を有し、
前記受電装置は、
前記受電コイルに接続された受電可変容量回路と、
前記受電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
前記受電可変容量回路を介して前記電力を受電する負荷と、
前記負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
前記送電装置との間で信号の送受信を行う受電通信回路と、を有し、
前記送電制御回路及び前記受電制御回路のうちいずれか１つは前記電圧電流測定回路の測定信号及び前記駆動回路の駆動電流信号に基づいて、前記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有し、
前記判定回路が前記結合係数の変動の発生を判定した場合、前記送電制御回路は前記判定回路の判定結果に基づいて前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更する
ことを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１５】
前記受電通信回路は前記駆動電流信号を前記送電装置から受信し、前記受電制御回路は前記判定回路を有し、
前記判定回路が前記結合係数の変動の発生を判定した場合、
前記受電制御回路は、前記可変容量回路のキャパシタンスを変更するとともに、前記送電制御回路に前記送電可変容量回路のキャパシタンス変更を要求する要求信号を送信し、
前記送電制御回路は、前記要求信号に基づいて前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項１４に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１６】
前記要求信号は、前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の増減を示す結合係数変動信号を含み、
前記送電制御回路は、前記結合係数の複数の最適化設定値と前記複数の最適化設定値の各々に対応するキャパシタンス設定値とを格納したテーブルを有し、
前記送電制御回路は、前記結合係数変動信号及び前記テーブルに基づいて前記可変容量回路のキャパシタンスを変更することを特徴とする請求項１５に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１７】
送電コイルと、前記送電コイルに接続された送電可変容量回路を有し、前記送電コイルを駆動する駆動回路と、前記駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、前記受電装置との間で信号の送受信を行う送電通信回路と、前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、を有する送電装置と、
受電コイルと、前記受電コイルに接続された受電可変容量回路と、前記受電可変容量回路のキャパシタンスを変更する受電制御回路と、前記受電可変容量回路を介して前記電力を受電する負荷と、前記負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、前記送電装置との間で信号の送受信を行う受電通信回路と、を有する受電装置と、の間で非接触で電力を伝送する電力伝送方法であって、
前記電圧電流測定回路の測定値及び前記駆動回路の駆動電流値に基づいて、前記送電コイル及び前記受電コイル間の結合係数の変動が発生したことを判定するステップと、
前記結合係数の変動が発生したことが判定された場合、
前記受電可変容量回路のキャパシタンスを変更するステップと、
前記結合係数の変動に基づいて前記送電可変容量回路のキャパシタンスを変更するステップと、
を有することを特徴とする電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触（ワイヤレス）で電力を送電する送電装置、受電装置及びワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線端末装置、ウェアラブル機器や電気自動車等への電力供給に際して、非接触で電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムが用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
【０００３】
ワイヤレス電力伝送方式として、１００ｋＨｚ程度の交流磁界を用いたＱｉ方式が実用化されている。Ｑｉ方式においては、送電コイルと受電コイルは比較的密な結合を保つ仕様であるが、例えば、ＩＳＭ（Industrial, Scientific and Medical）バンド（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の交流磁界を用いたワイヤレス電力伝送方式は、送電コイル及び受電コイル間の相対的位置関係や、コイル間距離に対する自由度が大きいことが利点として期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４２７４８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４３８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、高い周波数（例えば、数１００ｋＨｚ以上）の交流磁界を用いたワイヤレス電力伝送方式においては、送電コイル及び受電コイル間の結合係数の変動を許容する必要がある。例えば、コイル間の位置関係の変動による結合係数の変化や負荷の変動があると、受電電力が大きく変動する問題があった。
【０００６】
受電電力が不足する場合には送電電力を増加させ、受電電力が過剰である場合には送電電力を減少させることで変動に対処することができるが、送電駆動回路として大きな電力供給能力が必要となり、装置コストが増加し、また電力損失が大きいという問題があった。
【０００７】
また、伝送距離を延ばすため、コイル部の電圧振幅は数十ボルトと大きく、マルチコイル方式によりコイルをスイッチで切り替えて変動に対して対処することは困難という問題があった。特に、送電回路を集積回路として実現する場合に、集積回路内部の素子により扱える電圧が１０ボルト程度以下であることが問題となる。また、受電側では伝送された電力の一部を伝送制御に関わる通信処理や信号処理に用いるため、スイッチによる切り替えによる電力途絶は許容できないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためなされたものであり、送電及び受電コイル間の結合係数の変動や、負荷の変動に対しても効率よく電力伝送を行うことが可能なワイヤレス送電装置、受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る送電装置は、送電コイルを駆動し、受電コイルを有する受電装置に非接触で電力を送電する送電装置であって、
上記送電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、
上記送電コイルに接続され得る可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、
駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
上記駆動電流の測定値を受電装置に送信し、上記測定値の送信に応答して受電装置から受信したキャパシタンス変更信号に基づいて可変容量回路のキャパシタンスを変更する送電制御回路と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る受電装置は、送電コイルを駆動する駆動回路を有する送電装置から非接触で受電コイルを介して電力を受電する受電装置であって、
上記受電コイルに接続され得るように構成された可変容量回路と、
可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
可変容量回路を介して伝達された電力により駆動される負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
送電コイルの駆動電流の変動を表す駆動電流変動信号を送電装置から受信する受信回路と、を有し、
受電制御回路は、電圧電流測定回路の測定値及び駆動電流変動信号に基づいて、上記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び送電コイル及び受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置に非接触で電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
送電装置は、
送電コイルに接続された送電可変容量回路を有し、送電コイルを駆動する駆動回路と、
駆動回路の駆動電流を測定する駆動電流測定回路と、
受電装置との間で信号の送受信を行う送電通信回路と、
送電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る送電制御回路と、を有し、
受電装置は、
受電コイルに接続された受電可変容量回路と、
受電可変容量回路のキャパシタンスを変更し得る受電制御回路と、
受電可変容量回路を介して電力を受電する負荷への印加電圧又は電流を測定する電圧電流測定回路と、
送電装置との間で信号の送受信を行う受電通信回路と、を有し、
送電制御回路及び受電制御回路のうちいずれか１つは電圧電流測定回路の測定信号及び駆動回路の駆動電流信号に基づいて、上記負荷の負荷抵抗の変動の発生及び送電コイル及び受電コイル間の結合係数の変動の発生を判定する判定回路を有し、
判定回路が結合係数の変動の発生を判定した場合、送電制御回路は判定回路の判定結果に基づいて送電可変容量回路のキャパシタンスを変更する、ことを特徴とする
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、送電及び受電コイル間の結合係数の変動や、負荷の変動に対しても効率よく電力伝送を行うことが可能なワイヤレス送電装置、受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のワイヤレス電力伝送システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】送電コイルＬ１と受電コイルＬ２の結合係数ｋとコイル間距離ＤＬとの関係を示すグラフである。
【図３】交流信号源１２の回路例を示す回路図である。
【図４】結合係数ｋの最適値をパラメータとして、結合係数ｋの変化に対する受電電力Ｐｒの変化を示すグラフである。
【図５】負荷抵抗の最適値をパラメータとして、負荷抵抗を変化させたときの受電電力の変化を示すグラフである。
【図６】送電装置１１の回路図、特に可変容量回路１４及び受電装置２１の可変容量回路２２の構成の具体例を示す回路図である。
【図７Ａ】送電装置１１の可変容量回路１４又は受電装置２１の可変容量回路２２の構成の変形例を説明するための回路図である。
【図７Ｂ】送電装置１１の可変容量回路１４又は受電装置２１の可変容量回路２２の構成の変形例を説明するための回路図である。
【図８】実施例１のワイヤレス電力伝送システム１０の送電装置１１及び受電装置２１の制御シーケンスを示す図である。
【図９】実施例２のワイヤレス電力伝送システム１０の制御シーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付の図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施例のワイヤレス電力伝送システム（以下、単に電力伝送システムとも称する）１０の構成を模式的に示す図である。ワイヤレス電力伝送システム１０は、ワイヤレス送電装置１１及びワイヤレス受電装置２１を有する（以下、単に送電装置１１、受電装置２１とも称する）。
【００１６】
送電装置１１は、交流信号源１２、送電側可変容量回路（以下、単に可変容量回路という）１４、電流測定回路１５、送電制御回路１６及び送電コイルＬ１を有する。交流信号源１２及び可変容量回路１４は駆動回路として機能し、送電コイルＬ１は当該駆動回路からの駆動信号によって駆動される。電流測定回路１５は送電コイルＬ１に流れる駆動電流に応じた信号を生成し、測定値として出力する。
【００１７】
可変容量回路１４は、送電コイルＬ１に直列に接続された直列可変容量回路１４Ｓ及び送電コイルＬ１に並列に接続された並列可変容量回路１４Ｐを有する。直列可変容量回路１４Ｓ及び並列可変容量回路１４Ｐのキャパシタンスは送電制御回路１６からのキャパシタンス制御信号ＳＴによって変更され得る。
【００１８】
送電制御回路１６には、結合係数ｋ及びコイル間距離ＤＬ、負荷インピーダンス等と伝送電力との関係、結合係数ｋ及び負荷インピーダンスの最適化パラメータと各最適化パラメータに対応する可変容量回路１４の設定値を表すテーブルなどを格納するメモリ１６Ａが設けられていてもよい。
【００１９】
受電装置２１は、受電コイルＬ２、受電側可変容量回路（以下、単に可変容量回路という）２２、整流回路２４、電圧電流測定回路２５及び受電制御回路２６を有する。受電コイルＬ２によって受電された電力は整流回路２４によって整流され、出力端子ＯＰに接続された負荷２９（負荷抵抗ＲＬ）に供給される。電圧電流測定回路２５は、可変容量回路２２を介して伝達された電力により駆動される負荷２９に印加される電圧、電流あるいは電力に応じた信号を生成し、測定値として出力する。
【００２０】
受電制御回路２６には、電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、受電電力が所要電力範囲内であるか否かを判定する判定回路が設けられている。
【００２１】
受電制御回路２６には、結合係数ｋ及びコイル間距離ＤＬ、負荷インピーダンス等と伝送電力との関係、結合係数ｋ及び負荷インピーダンスの最適化パラメータと各最適化パラメータに対応する可変容量回路２２の設定値を表すテーブルなどを格納するメモリ２６Ａが設けられていてもよい。
【００２２】
可変容量回路２２は、受電コイルＬ２に直列に接続された直列可変容量回路２２Ｓ及び受電コイルＬ２に並列に接続された並列可変容量回路２２Ｐを有する。直列可変容量回路２２Ｓ及び並列可変容量回路２２Ｐのキャパシタンスは受電制御回路２６からのキャパシタンス制御信号ＳＲによって変更され得る。
【００２３】
なお、本明細書において、電流測定回路１５や、電圧電流測定回路２５の測定値とは電流や電圧の具体的な測定値に限らず、電流値や電圧値を示す信号、電流値や電圧値の変化（差分）を示す信号など電流値や電圧値に対応した信号であればよい。
【００２４】
送電制御回路１６及び受電制御回路２６は、送電コイルＬ１と受電コイルＬとの２間において、例えば１３．５６ＭＨｚの電磁波を利用した近距離無線通信（ＮＦＣ：Near Field Communication）の規格に準じた双方向通信を行う通信回路を有するように構成されている。送電制御回路１６及び受電制御回路２６は、例えば情報パケットの送受信により通信を行う。
【００２５】
例えば、当該情報パケットとして、電力伝送の設定に関する情報パケット（電力伝送パケット）、並びに電力伝送パケット以外の通常の情報パケット（通常パケット）の送受信を行う。例えば、送電制御回路１６は、電力伝送パケットとして、受電装置２１の負荷状況（例えばバッテリ状況）を問い合わせる状況確認パケットを送信する。また、送電制御回路１６は、状況確認パケットに応答して受電装置２１から送信された、受電装置２１における負荷状況を示す状況パラメータ（例えば、受電電力、バッテリの充電率等）と、受電装置２１が送電を要求する電力量及び送電時間（単位送電時間）を示す要求パラメータを受信する。
【００２６】
なお、送電制御回路１６は、単位送電時間の送電が終わる毎に、受電装置２１に状況確認パケットを送信する。これにより、状況確認パケット、状況パラメータ及び要求パラメータ等の情報の送受信と電力伝送とが交互に時分割によって行われる。
【００２７】
送電装置１１において、交流信号源１２は、例えば１３．５６ＭＨｚの交流信号を生成し、送電側のキャパシタ回路網である可変容量回路１４によってインピーダンス変換が行われ、送電コイルＬ１に交流電流が流れることによって交流磁界が生成される。
【００２８】
送電コイルＬ１によって生成される交流磁界は受電コイルＬ２に結合し、電磁誘導現象による起電力が発生して受電コイルＬ２に交流電流が流れる。受電コイルＬ２の交流電流は、受電側のキャパシタ回路網である可変容量回路２２によってインピーダンス変換が行われ、整流回路２４によって直流電力に変換され、負荷２９に供給される。以下に数値例を用いて具体的に説明する。
【００２９】
交流信号周波数を１３．５６ＭＨｚとし、送電コイルＬ１の最外径を２４．５ｍｍ、 インダクタンスを０．２０７マイクロヘンリー（μＨ）、 巻線抵抗１．４０５Ωとする。また、受電コイルＬ２の最外径を２４．７ｍｍ、 インダクタンスを０．８６１μＨ、 巻線抵抗１．２８３Ωとする。
【００３０】
図２は、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２の結合係数ｋとコイル間距離ＤＬとの関係を示すグラフである。コイル間距離ＤＬが０ｍｍから１０ｍｍまで変化すると結合係数ｋは０．７５から０．１まで低下することがわかる。
【００３１】
なお  送電コイルＬ１のインダクタンスをＬtx、受電コイルＬ２のインダクタンスをＬrxとすると、２つのコイルの相互インダクタンスＭは以下のようになる。
【００３２】
Ｍ＝ｋ（Ｌtx×Ｌrx）1/2
そして、この相互インダクタンスＭの交流信号周波数fにおけるリアクタンス値ＲＭは、ＲＭ＝２πｆＭである。例えば、ｆ＝１３．５６ＭＨｚ、Ｍ＝０．１μＨのとき、ＲＭ＝８．５２Ωとなる。
【００３３】
相互インダクタンスのリアクタンス値ＲＭに対し、受電側では受電コイルＬ２（インダクタンス：Ｌrx）と可変容量回路２２の直列可変容量回路２２Ｓ（キャパシタンス：Ｃrxs）及び並列可変容量回路２２Ｐ（キャパシタンス：Ｃrxp）とによって負荷２９（負荷抵抗ＲＬ）にインピーダンス整合し、送電側では送電コイルＬ１（インダクタンス：Ｌtx）と可変容量回路１４の直列可変容量回路１４Ｓ（キャパシタンス：Ｃtxs）及び並列可変容量回路１４Ｐ（キャパシタンス：Ｃtxp）とによって交流信号源１２（駆動回路インピーダンス：Ｚtx）に整合することで送電電力を最適化することができる。
【００３４】
図３は、交流信号源１２の回路例を示す回路図である。交流信号源１２は、スイッチング素子等で構成される交流電圧源Ｖｓと駆動インピーダンスＺｓ、スイッチングに伴う雑音を抑制する２つのローパスフィルタ（Ｌlf1とＣlf1、Ｌlf2とＣlf2）から構成されている。
【００３５】
以下に、受電電力について数値例を用いて具体的に説明する。以下の説明において、交流信号源１２について、例えば、Ｖｓ＝３．５Ｖrms、Ｚｓ＝１０Ω、Ｌlf1＝Ｌlf2＝０．１μＨ、Ｃlf1＝Ｃlf2＝６８０ｐＦ（ピコファラッド）とする。なお、以下の説明では、整流回路２４と電圧電流測定回路２５によるインピーダンスへの影響は十分小さいと仮定している。必要であれば、整流回路等の損失分を見込んで抵抗ＲＬを補正（例えば、２５０Ωを２６０Ωに補正）すればよい。
【００３６】
図４は、結合係数ｋの最適値をパラメータとして、結合係数ｋの変化に対する受電電力Ｐｒの変化を示すグラフである。詳細には、負荷２９の抵抗ＲＬ＝２５０Ωとし、結合係数ｋが０．１から０．７まで変化したときの受電電力Ｐｒの変化を示している。また、結合係数ｋを０．１，０．３及び０．７で最適化した３つの場合について示している。
【００３７】
具体的には、結合係数ｋのそれぞれの場合における、送電装置１１の可変容量回路１４の直列キャパシタンス（Ｃtxs）及び並列キャパシタンス（Ｃtxp）、及び受電装置２１の可変容量回路２２の直列キャパシタンス（Ｃrxs）及び並列キャパシタンス（Ｃrxp）は、以下の通りである。すなわち、結合係数ｋの３つの最適化設定値（パラメータ）と当該設定値に対応するキャパシタンスの設定値について示している。
（ａ１）ｋ＝０．１で最適化：
Ｃtxs＝３４０ｐＦ、Ｃtxp＝４５０ｐＦ、Ｃrxs＝１７ｐＦ、Ｃrxp＝１４５ｐＦ
（ａ２）ｋ＝０．３で最適化：
Ｃtxs＝４５０ｐＦ、Ｃtxp＝３１０ｐＦ、Ｃrxs＝４０ｐＦ、Ｃrxp＝１３５ｐＦ
（ａ３）ｋ＝０．７で最適化：
Ｃtxs＝１０００ｐＦ、Ｃtxp＝３７０ｐＦ、Ｃrxs＝５００ｐＦ、Ｃrxp＝１４０ｐＦ
すなわち、これら４つのキャパシタンス（Ｃtxs，Ｃtxp，Ｃrxs，Ｃrxp）を変更することによって受電電力Ｐｒを調整、最適化できることがわかる。例えば、「ｋ＝０．３で最適化」のキャパシタンスを設定することにより、結合係数ｋ＝０．２から０．７までの範囲で１５０ｍＷ以上を受電できることがわかる。図２を参照すると、この範囲は、コイル間距離ＤＬが１ｍｍから６ｍｍまでに対応することがわかる。
【００３８】
図５は、負荷抵抗の最適値をパラメータとして、負荷抵抗を変化させたときの受電電力の変化を示すグラフである。より詳細には、結合係数ｋ＝０．３とし、負荷２９の負荷抵抗ＲＬが１００Ωから５００Ωまで変化したときの受電電力Ｐｒの変化を示している。また、負荷抵抗ＲＬを１００Ω，２５０Ω及び５００Ωで最適化した３つの場合について示している。すなわち、負荷抵抗ＲＬの３つの最適化設定値（パラメータ）と当該設定値に対応するキャパシタンスの設定値について示している。
【００３９】
これらの場合における、４つのキャパシタンス、すなわち、送電装置１１の可変容量回路１４のキャパシタンス（Ｃtxs，Ｃtxp）及び受電装置２１の可変容量回路２２のキャパシタンス（Ｃrxs，Ｃrxp）は、以下の通りである。
（ｂ１）ＲＬ＝１００Ωで最適化：
Ｃtxs＝４５０ｐＦ、Ｃtxp＝３１０ｐＦ、Ｃrxs＝５４ｐＦ、Ｃrxp＝１１３ｐＦ
（ｂ２）ＲＬ＝２５０Ωで最適化：
Ｃtxs＝４５０ｐＦ、Ｃtxp＝３１０ｐＦ、Ｃrxs＝４０ｐＦ、Ｃrxp＝１３５ｐＦ
（ｂ３）ＲＬ＝５００Ωで最適化：
Ｃtxs＝４５０ｐＦ、Ｃtxp＝３１０ｐＦ、Ｃrxs＝５７ｐＦ、Ｃrxp＝１４９ｐＦ
すなわち、上記４つのキャパシタンスのうち、２つのキャパシタンス（Ｃrxs，Ｃrxp）、すなわち受電装置２１のキャパシタンス値を変更することによって受電電力Ｐｒを調整、最適化できることがわかる。例えば、「ＲＬ＝２５０Ωで最適化」のキャパシタンス値を設定することにより、負荷抵抗ＲＬが１００Ωから５００Ωまでの範囲で２００ｍＷ以上を受電できることがわかる。
【００４０】
図６は、図１に示す送電装置１１の回路図、特に可変容量回路１４及び受電装置２１の可変容量回路２２の構成の具体例を示す回路図である。
【００４１】
送電装置１１の可変容量回路１４は、例えば、送電コイルＬ１に直列に接続されたキャパシタＣts及び送電コイルＬ１に並列に接続されたキャパシタＣtpを有する。なお、説明の簡便さのため、本明細書において、キャパシタとそのキャパシタンスについて、同一の符号を用いて説明する場合がある。例えば、キャパシタＣtsについて、そのキャパシタンスについてもＣtsとして説明する。
【００４２】
また、可変容量回路１４は、スイッチング・トランジスタＴt1a，Ｔt1bによってキャパシタＣtsに並列に接続され得るキャパシタＣt1と、スイッチング・トランジスタＴt2，Ｔt3によって、キャパシタＣtpに並列に接続され得るキャパシタＣt2，Ｃt3が設けられている。スイッチング・トランジスタＴt1a，Ｔt1b，Ｔt2，Ｔt3はスイッチング回路を構成している。
【００４３】
スイッチング・トランジスタＴt1a，Ｔt1b，Ｔt2，Ｔt3には、送電制御回路１６からのキャパシタンス制御信号ＳＴ（ＳＴs，ＳＴp）が供給される。すなわち、送電コイルＬ１に接続される直列キャパシタのキャパシタンスは、キャパシタンス制御信号ＳＴsによって変更され、送電コイルＬ１に接続される並列キャパシタのキャパシタンスは、キャパシタンス制御信号ＳＴpによって変更され得るように構成されている。
【００４４】
また、同様に、受電装置２１の可変容量回路２２は、例えば、受電コイルＬ２に直列に接続されたキャパシタＣrs及び受電コイルＬ２に並列に接続されたキャパシタＣrpを有する。また、可変容量回路２２は、スイッチング・トランジスタＴr1a，Ｔr1bによってキャパシタＣrsに並列に接続され得るキャパシタＣr1と、スイッチング・トランジスタＴr2，Ｔr3によって、キャパシタＣrpに並列に接続され得るキャパシタＣr2，Ｃr3が設けられている。スイッチング・トランジスタＴr1a，Ｔr1b，Ｔr2，Ｔr3はスイッチング回路を構成している。
【００４５】
スイッチング・トランジスタＴr1a，Ｔr1b，Ｔr2，Ｔr3には、受電制御回路２６からのキャパシタンス制御信号ＳＲ（ＳＲs，ＳＲp）が供給される。すなわち、受電コイルＬ２に接続される直列キャパシタのキャパシタンスは、キャパシタンス制御信号ＳＲsによって変更され、受電コイルＬ２に接続される並列キャパシタのキャパシタンスは、キャパシタンス制御信号ＳＲpによって変更され得るように構成されている。
【００４６】
なお、上記した回路構成は可変容量回路１４及び可変容量回路２２の一例に過ぎない。可変容量回路１４及び可変容量回路２２として、送電コイルＬ１及び受電コイルＬ２に接続される直列及び／又は並列キャパシタンスを変更してインピーダンス整合を行う種々の回路構成を用いることができる。
【００４７】
また、結合係数ｋの最適化のパラメータについて３つの場合（ｋ＝０．１、０．３、０．７）について例示したが、複数の結合係数ｋをパラメータとして変更するように構成されていればよい。同様に、負荷抵抗ＲＬの最適化のパラメータについて３つの場合について例示したが、複数の負荷抵抗ＲＬをパラメータとして変更するように構成されていればよい。
［可変容量回路の変形例］
図７Ａ及び図７Ｂは、送電装置１１の可変容量回路１４又は受電装置２１の可変容量回路２２の構成の変形例を説明するための回路図である。より詳細には、可変容量回路１４において、スイッチング回路によって付加（接続）され得るキャパシタ（例えば、図６に示すＣt1、Ｃt2、Ｃt3）、及び可変容量回路２２において、スイッチング回路によって付加（接続）され得るキャパシタ（例えば、図６に示すＣr1、Ｃr2、Ｃr3）に、スイッチング回路のスイッチング・トランジスタのスイッチングを緩慢にするスイッチング緩慢回路が設けられる場合の回路を模式的に示している。
【００４８】
例えば、図７Ａは、例えばスイッチング・トランジスタＴt3又はＴr3によって送電装置１１の駆動ライン１４Ａ又は受電装置２１の受電ライン２２Ａに接続又は切断される、それぞれキャパシタＣt3又はＣr3を示している。スイッチング・トランジスタ（ＭＯＳ：Metal Oxide Semiconductor）Ｔt3又はＴr3のゲートには、抵抗Ｒm及びキャパシタＣmからなる時定数回路（積分回路）が設けられ、ゲートに供給されるキャパシタンス制御信号ＳＴp又はＳＲp（ゲート電圧）の変化を緩慢にする。すなわち、抵抗Ｒm及びキャパシタＣmからなる積分回路がスイッチング緩慢回路３２として機能する。
【００４９】
また、例えば、図７Ｂは、駆動ライン１４Ａ又は受電ライン２２Ａと接地電位（GND）との間に並列に接続され得る複数のキャパシタＣp1，Ｃp2，Ｃp3及びこれらのキャパシタのそれぞれの接続／切断切り替えをなすスイッチング・トランジスタＴp1，Ｔp2，Ｔp3及び抵抗Ｒm1，Ｒm2，Ｒm3が設けられている。
【００５０】
すなわち、スイッチング・トランジスタＴp1，Ｔp2，Ｔp3及び抵抗Ｒm1，Ｒm2，Ｒm3がスイッチング緩慢回路３２として機能する。具体的には、直列に接続された抵抗Ｒm1，Ｒm2，Ｒm3による電圧分割によって電位差が与えられた電圧が各スイッチング・トランジスタのゲートに供給され、スイッチング・トランジスタＴp1，Ｔp2，Ｔp3が順次ターンオンしていくことによりスイッチング、すなわちキャパシタンス変化が緩慢となる。
【００５１】
図７Ａ及び図７Ｂは、スイッチング緩慢回路の一例を示すに過ぎない。スイッチング回路によって付加されるキャパシタによるキャパシタンス変化が緩慢となるような回路構成であれば良い。例えば、上記した実施例では、スイッチング緩慢回路がアナログ回路で構成された場合を例に説明したが、デジタル回路によって構成されていても良い。
【００５２】
可変容量回路のキャパシタンス変化を緩慢とするスイッチング緩慢回路を設けることにより、電力伝送の急激な変化を抑制することができ、安定な電力伝送が可能な送電装置及び受電装置を提供することができる。
［ワイヤレス電力伝送システム１０の動作］
図８は、ワイヤレス電力伝送システム１０の制御シーケンスを示す図である。より詳細には、ワイヤレス電力伝送システム１０の送電装置１１及び受電装置２１は、それぞれ図６に示すシーケンスに従い、制御を実行する。なお、かかる制御は、送電装置１１の送電制御回路１６及び受電装置２１の受電制御回路２６によってなされる。
【００５３】
まず、送電装置１１において、装置の起動、受電装置２１との通信が行われる（ステップＴ１１）。送電装置１１からの電力供給及びクロック信号の供給により（ステップＲ１１）、受電装置２１の起動、送電装置１１との間のメッセージの通信が行われる。
【００５４】
以下においては、結合係数ｋ＝０．３及び負荷抵抗ＲＬ＝２５０Ωで最適化された初期状態（上記（ａ２）及び（ｂ２））で動作が開始された場合について説明する。すなわち、上記したように、送電装置１１の可変容量回路１４の直列及び並列キャパシタンスが、それぞれＣtxs＝４５０ｐＦ、Ｃtxp＝３１０ｐＦであり、受電装置２１の可変容量回路２２の直列及び並列キャパシタンスが、それぞれＣrxs＝４０ｐＦ、Ｃrxp＝１３５ｐＦであるように設定されている（ステップＴ１１、Ｒ１１）。
【００５５】
次に、送電装置１１によって送電が開始され（ステップＴ１２）、電力が受電装置２１によって受電される（ステップＲ１２）。
【００５６】
受電制御回路２６は、受電を継続するか否かを判定する（ステップＲ１３）。受電を継続しないと判定された場合、送電の停止を要求する信号を送電装置１１の送電制御回路１６に送信する（ステップＲ２３）。送電制御回路１６は当該送電停止要求に応答して送電を停止し、（ステップＴ１６）、制御シーケンスを終了する。
【００５７】
ステップＲ１３において受電を継続すると判定された場合、受電装置２１の受電制御回路２６は、電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、受電電力が所要電力範囲内であるか否かを判定する（ステップＲ１４）。所要電力範囲内であると判定された場合、受電を継続する（ステップＲ１２）。
【００５８】
変動が所要電力範囲内ではないと判定された場合、受電制御回路２６は、電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、受電側の負荷抵抗ＲＬの変動を判定する（ステップＲ１５）。ステップＲ１５において負荷抵抗ＲＬが所定値以上変動しなかったと判定された場合はステップＲ１７に進む。
【００５９】
負荷抵抗ＲＬが所定値以上変動したと判定された場合には、受電装置２１の可変容量回路２２のキャパシタンスを変更する（ステップＲ１６）。
【００６０】
受電制御回路２６は、負荷抵抗ＲＬの変動に基づいて、最適化設定値の変更を判定した場合、当該最適化設定値に対応する可変容量回路２２の設定値を、例えばメモリ２６Ａに格納されたテーブルから読み出し、当該テーブルに基づいて可変容量回路２２のキャパシタンスを変更する。
【００６１】
具体的には、例えば、負荷抵抗ＲＬが減少し（例えば、電圧電流測定回路２５により電圧低下あるいは電流増加を測定）、現在の負荷抵抗ＲＬの最適化設定値（ここでは、ＲＬ＝２５０Ω）よりも小なる負荷抵抗ＲＬでの最適化への変更を判定した場合には、受電装置２１の可変容量回路２２のキャパシタンスを変更（ここでは、「（ｂ１）ＲＬ＝１００Ωで最適化」のキャパシタンスへ変更）する。
【００６２】
すなわち、「（ｂ１）ＲＬ＝１００Ωで最適化」への変更を判定した場合には、可変容量回路２２の直列及び並列キャパシタンスがＣrxs＝５４ｐＦ、Ｃrxp＝１１３ｐＦとなるように切り替える。あるいは、負荷抵抗ＲＬが増加し、「（ｂ３）ＲＬ＝５００Ωで最適化」への変更を判定した場合には、可変容量回路２２の直列及び並列キャパシタンスがＣrxs＝５７ｐＦ、Ｃrxp＝１４９ｐＦとなるように切り替える。これにより受電電力を確保することができる。
【００６３】
次に、受電制御回路２６は、電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、受電電力が所要電力範囲内であるか否かを判定する（ステップＲ１７）。ステップＲ１７において所要電力範囲内であると判定された場合は、受電を継続する（ステップＲ１２）。
【００６４】
ステップＲ１７において受電電力が所要電力範囲内ではないと判定された場合、受電装置２１の受電制御回路２６は、送電装置１１の電流測定回路１５により測定された送電コイルＬ１の駆動電流を表す信号（駆動電流変動信号、又は単に駆動電流信号という）を、送電装置１１の送電制御回路１６から受信する（ステップＴ１３、ステップＲ１８）。
【００６５】
受電制御回路２６は、送電制御回路１６から受信した駆動電流信号と、受電装置２１の電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、結合係数ｋが所定値以上変動したか否かを判定する（ステップＲ１９）。送電コイルＬ１の駆動電流の変動及び受電装置２１の電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、結合係数ｋが所定値以上変動しなかったと判定された場合は、受電を継続する（ステップＲ１２）。
【００６６】
一方、結合係数ｋが所定値以上変動したと判定した場合には、受電制御回路２６は、
可変容量回路２２のキャパシタンスを変更し、送電装置１１に対して送電装置１１の可変容量回路１４のキャパシタンス変更要求信号を送信する（ステップＲ２０）。当該キャパシタンス変更要求には結合係数ｋの増減又は増減量を表す信号が含まれていてもよい。あるいは、結合係数ｋの最適化設定値の変更値を表す信号が含まれていてもよい。
【００６７】
送電装置１１の送電制御回路１６は、受電制御回路２６からのキャパシタンス変更要求信号に応答して、送電装置１１の可変容量回路１４のキャパシタンスを変更する（ステップＴ１４）。
【００６８】
具体的には、例えば、上記の場合（ステップＴ１１、Ｒ１１）と同様に、結合係数ｋ＝０．３及び負荷抵抗ＲＬ＝２５０Ωで最適化された状態（上記（ａ２）及び（ｂ２））において、結合係数ｋが所定値以上減少したと判定された場合について説明する。すなわち、送電装置１１の可変容量回路１４の直列及び並列キャパシタンスが、それぞれＣtxs＝４５０ｐＦ、Ｃtxp＝３１０ｐＦであり、受電装置２１の可変容量回路２２の直列及び並列キャパシタンスが、それぞれＣrxs＝４０ｐＦ、Ｃrxp＝１３５ｐＦであるように設定されている。
【００６９】
ステップＲ１９において結合係数ｋが所定値以上減少したと判定された場合、現在の結合係数ｋの設定値（ｋ＝０．３）よりも小なる結合係数ｋでの最適化（例えば、「（ａ１）ｋ＝０．１で最適化」）に変更される。すなわち、送電装置１１の可変容量回路１４のキャパシタンスが、Ｃtxs＝３４０ｐＦ、Ｃtxp＝４５０ｐＦとなるように切り替えられ、受電装置２１の可変容量回路２２のキャパシタンスが、Ｃrxs＝１７ｐＦ、Ｃrxp＝１４５ｐＦとなるように切り替えられる（ステップＴ１４、Ｒ２０）。
【００７０】
あるいは、結合係数ｋが所定値以上増加したと判定された場合は、現在の結合係数ｋの設定値（ｋ＝０．３）よりも大なる結合係数ｋでの最適化（例えば、「（ａ３）ｋ＝０．７で最適化」）に示したキャパシタンスとなるように、上記４つのキャパシタンスを変更する。
【００７１】
すなわち、結合係数ｋが変動し、インピーダンス整合を行う場合には、送電装置１１の可変容量回路１４及び受電装置２１の可変容量回路２２の両者のキャパシタンスが変更される。これにより所要受電電力を確保することができる。
【００７２】
なお、上記した負荷抵抗ＲＬ及び結合係数ｋの設定値と可変容量回路１４及び可変容量回路２２のキャパシタンスの設定値等は例えばテーブルとして、送電制御回路１６又は受電制御回路２６に備えられたメモリ１６Ａ、２６Ａに格納され、送電制御回路１６又は受電制御回路２６が、当該テーブルを参照して負荷抵抗ＲＬの変動の判定、結合係数ｋの変動の判定を行い、キャパシタンスの変更を行うように構成されていてもよい。
【００７３】
また、送電制御回路１６又は受電制御回路２６は、結合係数ｋの増減量等に応じて結合係数ｋの最適な設定値を判定し、又はテーブルから選択し、あるいは結合係数ｋの最適な設定値を両回路間で送受信し、結合係数ｋの当該最適化設定値に対応したキャパシタンスに変更するように構成されていてもよい。
【００７４】
送電装置１１の可変容量回路１４のキャパシタンスを変更（ステップＴ１４）した後、受電制御回路２６は、電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、受電電力が所要電力範囲内であるか否かを判定する（ステップＲ２１）。所要電力範囲内であると判定された場合、受電を継続する（ステップＲ１２）。
【００７５】
ステップＲ２１において、所要電力範囲内ではないと判定された場合、受電制御回路２６は、送電装置１１の送電制御回路１６に送電電力の変更を要求する（ステップＲ２２）。すなわち、所要電力範囲未満の場合には送電電力を増加させ、所要電力範囲を超える場合には送電電力を減少させることを要求する。送電装置１１の送電制御回路１６は、当該送電電力変更要求に応答して、送電電力を変更する（ステップＴ１５）。
【００７６】
受電制御回路２６は、受電を継続し（ステップＲ１２）、以降のステップＲ１３〜Ｒ２２のフローを実行する。また、送電制御回路１６は、ステップＴ１２〜Ｔ１５のフローを実行する。
【００７７】
上記したように、ステップＲ１３において受電を継続しないと判定された場合、受電制御回路２６は、送電の停止を要求する信号を送電装置１１の送電制御回路１６に送信し、受電を停止する（ステップＲ２３）。また、送電制御回路１６は当該送電停止要求に応答して送電を停止する（ステップＴ１６）。以上により、上記シーケンスを終了する。
【００７８】
上記したように、本実施例の送電装置１１、受電装置２１及びワイヤレス電力伝送システムにおいては、負荷抵抗の変動及び結合係数ｋの変動が判定され、負荷抵抗が変動した場合には、受電装置側のキャパシタンスの変更がなされ、結合係数ｋが変動した場合には、送電装置側及び受電装置側のキャパシタンスの変更がなされる。
【００７９】
従って、送電及び受電コイル間の結合係数の変化又は負荷の変化という電力伝送の変動要因に応じた電力伝送の最適化が可能である。すなわち、送電及び受電コイル間の結合係数の変動や、負荷の変動に対しても効率よく電力伝送を行うことが可能なワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することができる。
【実施例２】
【００８０】
図９は、実施例２のワイヤレス電力伝送システム１０の制御シーケンスを示す図である。上記した実施例１においては、受電装置２１が負荷抵抗の変動及び結合係数ｋの変動の判定を行い、その判定結果に基づいて送電装置１１、受電装置２１のキャパシタンスを変更する場合について説明した。
【００８１】
しかしながら、受電装置２１から送電装置１１に受電装置２１の負荷抵抗ＲＬの変動を示す信号を送信し、送電装置１１において結合係数ｋの変動の判定を行い、送電装置１１のキャパシタンスを変更するように構成することができる。
【００８２】
以下においては、実施例１の制御シーケンス（図９）と異なる点について説明し、実施例１と同様な点については説明を省略する。
【００８３】
ステップＲ１７において、受電電力が所要電力範囲内ではないと判定された場合、受電装置２１の受電制御回路２６は、受電装置２１の負荷抵抗ＲＬの変動を示す負荷抵抗変動信号を送電装置１１の送電制御回路１６に送信し、当該負荷抵抗変動信号を送電制御回路１６が受信する（ステップＲ３１、ステップＴ２１）。
【００８４】
送電制御回路１６は、送電装置１１の電流測定回路１５により測定された送電コイルＬ１の駆動電流測定値（駆動電流信号）を得て（ステップＴ２２）、当該駆動電流測定値と負荷抵抗変動信号とに基づいて結合係数ｋが所定値以上変動したか否かを判定する（ステップＴ２３）。
【００８５】
ステップＴ２３において、結合係数ｋが所定値以上変動しなかったと判定した場合には、送電を継続する（ステップＴ１２）。
【００８６】
一方、結合係数ｋが所定値以上変動したと判定した場合には、送電コイルＬ１の駆動電流の変動値及び受電装置２１の電圧電流測定回路２５の測定値に基づいて、送電装置１１は可変容量回路１４のキャパシタンスを変更する（ステップＴ２４）。
【００８７】
さらに、送電制御回路１６は、受電制御回路２６に対して、受電装置２１の可変容量回路２２のキャパシタンスの変更を要求するキャパシタンス変更要求信号を送信する（ステップＴ２４）。当該キャパシタンス変更要求信号には結合係数ｋの増減又は増減量を表す信号が含まれている。あるいは、結合係数ｋの最適化設定値の変更値を表す信号が含まれていてもよい。
【００８８】
受電装置２１の受電制御回路２６は、送電制御回路１６からのキャパシタンス変更要求信号に応答して、受電装置２１の可変容量回路２２のキャパシタンスを変更する（ステップＲ３２）。
【００８９】
可変容量回路１４及び可変容量回路２２のキャパシタンスの変更方法は実施例１において説明したのと同様である。例えば、受電制御回路２６は、結合係数ｋの最適化設定値に対応する可変容量回路２２の設定値をメモリ２６Ａに格納されたテーブルから読み出し、当該テーブルに基づいて可変容量回路２２のキャパシタンスを変更する。
【００９０】
受電装置２１において可変容量回路２２のキャパシタンスが変更された後、受電電力が所要電力範囲内であるか否かが判定される（ステップＲ２１）。所要電力範囲内であると判定された場合、受電を継続する（ステップＲ１２）。以降のフローは実施例１の場合と同様である。
【００９１】
本実施例においては、受電制御回路２６からキャパシタンス変更要求を受けずに、結合係数ｋが変動したか否かの判定を送電制御回路１６側で行うように構成されている。すなわち、送電制御回路１６側で結合係数ｋの変動の判定を行い、その結果に基づいて送電制御回路１６が可変容量回路１４のキャパシタンスを変更するように構成されている。
【００９２】
かかる構成によっても、送電及び受電コイル間の結合係数の変化又は負荷の変化という電力伝送の変動要因に応じた電力伝送の最適化が可能である。すなわち、送電及び受電コイル間の結合係数の変動や、負荷の変動に対しても効率よく電力伝送を行うことが可能なワイヤレス送電装置、ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することができる。
【００９３】
以上、本発明の実施例について説明したが、図６に示すように、送電装置１１の交流信号源１２、電流測定回路１５及び送電制御回路１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むＩＣ（集積回路）チップとして構成されていてもよい（図中、ＩＣ１）。
【００９４】
また、同様に、受電装置２１の電圧電流測定回路２５及び受電制御回路２６は、ＣＰＵを含むＩＣチップとして構成されていてもよい（図中、ＩＣ２）。なお、整流回路２４の電圧などがＩＣの規格内であればＩＣに内蔵されても良い。
【００９５】
例えば、腕時計、イヤホンやスマートフォン等の携帯端末など、比較的小電力のワイヤレス電力伝送システムに適用することが可能である。すなわち、コンパクトで電力伝送効率の高い送電装置、受電装置、ワイヤレス電力伝送システムを実現することができる。
【００９６】
また、大電力のワイヤレス電力伝送装置においても、大容量のキャパシタや高電圧のスイッチング回路などは外付けとして、本発明を適用することができる。
【００９７】
さらに、上記実施例では送電コイル、受電コイルを差動回路として構成されている場合を例に説明したが、送電コイル及び受電コイルのいずれかあるいは双方がシングルエンド回路して構成されていても良い。すなわち、送電コイルの一端をグランドとし他端に駆動回路を接続してもよい。あるいは受電コイルの一端をグランドとして他端に整流回路を接続してもよい。
【００９８】
可変容量回路として図示したキャパシタはそれぞれ複数のキャパシタの直列接続あるいは並列接続で実現してもよく、可変キャパシタであってもよい。直列接続されているキャパシタはコイルの双方の端子にそれぞれ1個あっても良い。
【００９９】
また、送電側の可変容量回路、受電側の可変容量回路に設けられている直列接続及び並列接続のキャパシタにキャパシタ切り替え手段を設けているが、実現すべき特性により、いずれか一方に設けてもよく、又は送電側、受電側のいずれか一方のみに可変容量回路を設けてもよい。また回路を構成するキャパシタの一部にのみ設けてもよい。
【０１００】
また、本発明は、送電コイル及び受電コイルが共通の共振周波数で共振することにより電力を伝送する磁界共鳴方式、及び電磁誘導によって送電コイルから受電コイルに送電を行う電磁誘導方式等のワイヤレス電力伝送に適用することができる。
【０１０１】
また、交流信号として１３．５６ＭＨｚの周波数の場合について説明したが、６．７８ＭＨｚ、あるいは数百ｋＨｚ程度、数百ＭＨｚ程度、数ＧＨｚ程度の周波数にも適用することができる。
【０１０２】
スイッチング回路は、ＰＭＯＳトランジスタ、ＮＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ、メカニカルリレーでもよく、耐圧が満足できれば集積回路に内蔵しても良い。
【符号の説明】
【０１０３】
１０：ワイヤレス電力伝送システム、１１：ワイヤレス送電装置、１２：交流信号源、１４：可変容量回路、１５：電流測定回路、１６：送電制御回路、１６Ａ：メモリ、Ｌ１：送電コイル、２１：ワイヤレス受電装置、Ｌ２：受電コイル、２２：可変容量回路、２４：整流回路、２５：電圧電流測定回路、２６：受電制御回路、２６Ａ：メモリ、２９：負荷、３２：スイッチング緩慢回路
【図１】
2018085832.tif 000003
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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