(57)【要約】【課題】周波数の掃引を伴う無線電力伝送を、受電側のリップルの発生を抑制しつつ、簡易な構成で実現する。【解決手段】本発明の実施形態としての送電装置は、送電ユニットと、周波数制御回路と、電圧制御回路とを備える。前記送電ユニットは、交流電力に応じた磁界をコイルで発生させて、前記磁界を受電ユニットのコイルに結合させることにより、前記交流電力を伝送する。前記周波数制御回路は、前記送電の間、前記交流電力の周波数を掃引する。前記電圧制御回路は、前記受電ユニットで受電される電力の電圧と前記交流電力の電圧との比の目標条件に基づいて、前記交流電力の電圧を制御する。【選択図】図１
2019017134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力に応じた磁界をコイルで発生させて、前記磁界を受電ユニットのコイルに結合させることにより、前記交流電力を送電する、送電ユニットと、
前記送電の間、前記交流電力の周波数を掃引する周波数制御回路と、
前記受電ユニットで受電される電力の電圧と前記交流電力の電圧との比の目標条件に基づいて、前記交流電力の電圧を制御する電圧制御回路と、
を備えた送電装置。
【請求項２】
前記電圧制御回路は、前記目標条件として、前記比が目標値に近づくように、または目標範囲に収まるように、前記交流電力の電圧を制御する
請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記電圧制御回路が、前記周波数の掃引が開始される前に、前記目標条件を満たすように、前記交流電力の電圧を調整し、
前記周波数制御回路は、前記交流電力の電圧が調整された後、前記周波数の掃引を行う
請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記電圧制御回路は、前記周波数の掃引範囲に基づいて、前記目標条件を決定する
請求項２または３に記載の送電装置。
【請求項５】
前記送電ユニットは、前記コイルを含む送電共振器を備え、
前記周波数の掃引範囲の中心周波数は、前記送電共振器の共振周波数、または前記受電ユニットの前記コイルを含む受電共振器の共振周波数よりも高い
請求項１ないし４いずれか一項に記載の送電装置。
【請求項６】
前記電圧制御回路は、前記送電ユニット内の所定箇所の電圧および電流の少なくとも一方を取得し、前記所定箇所の電圧および電流の少なくとも一方と前記受電ユニットで受電される電圧との関係を定めたデータに基づき、前記受電ユニットで受電される前記電圧を予測する
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項７】
前記電圧制御回路は、前記受電ユニットで受電された電圧を表す情報を通信により取得し、前記取得した情報に基づき、前記受電ユニットで受電された電圧を把握する
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項８】
前記送電ユニットは、直流の入力電圧から前記交流電力を生成するインバータを備え、
前記電圧制御回路は、前記インバータの前記入力電圧を調整することにより、前記交流電力の電圧を調整する
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項９】
前記送電ユニットは、直流の入力電圧から前記交流電力を生成するインバータを備え、
前記インバータの出力は、パルスの波形であり、
前記電圧制御回路は、前記パルスの幅を調整することにより、前記交流電力の電圧を調整する
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項１０】
前記送電ユニットは、前記交流電力に応じて、位相の異なる複数の磁界を複数の前記コイルで発生させ、前記複数の磁界が前記受電ユニットにおける複数の前記コイルと結合し、
前記受電ユニットで受電される前記電力の電圧は、前記受電ユニットにおける前記複数のコイルで受電された合計電力の電圧である
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の送電装置。
【請求項１１】
交流電力の周波数を掃引し、前記交流電力に応じた磁界を発生させる送電装置の前記磁界とコイルで結合することにより前記交流電力を受電する受電ユニットと、
前記受電電力の電圧と前記交流電力の電圧との比の目標条件に基づいて、前記受電電力の電圧を制御する制御回路と
を備えた受電装置。
【請求項１２】
前記制御回路は、前記目標条件として、前記比が目標値に近づく、もしくは目標範囲に収まるように、前記受電電力の電圧を制御する
請求項１１に記載の受電装置。
【請求項１３】
前記制御回路は、前記周波数の掃引が開始される前に、前記比が、前記目標条件を満たすように、前記受電電力の電圧を調整し、前記電圧の調整後、前記周波数の掃引が開始される
請求項１２に記載の受電装置。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記周波数の掃引範囲に基づいて、前記目標条件を決定する
請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項１５】
前記受電ユニットは、前記コイルを含む受電共振器を備え、
前記周波数の掃引範囲の中心周波数は、前記受電共振器の共振周波数、または前記送電装置が備える前記磁界を発生させるコイルを含む送電共振器の共振周波数よりも高い
請求項１１ないし１４のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項１６】
前記制御回路は、前記交流電力の電圧を表す情報を通信により取得し、前記取得した情報に基づき、前記交流電力の電圧を把握する
請求項１１ないし１５のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項１７】
前記受電ユニットは、前記送電装置が発生させる位相の異なる複数の磁界と複数のコイルで結合し、
前記受電電力の電圧は、前記複数のコイルで受電した電力の合計の電圧である
請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、送電装置および受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送システムでは、送電装置から受電装置に無線で電力を伝送する。送電装置は、コイルで発生させた磁界を空間に放射し、受電装置は、この磁界をコイルに結合させることで、電力が伝播される。このような無線電力伝送においては、送電装置から放射される磁界（放射磁界）の強度を、電波法に代表される法令に準拠される値以下に抑えることが必要である。
【０００３】
放射磁界の強度を抑制するために、予め設定した周波数範囲内で周波数を変調（掃引）することで、放射磁界の強度を時間軸上で分散させるものがある。しかしながら、この技術では、受電装置側で受電電圧のリップルが発生する問題があった。リップルの発生は、電気回路への負荷の増大、およびバッテリ寿命の低下に繋がる。
【０００４】
そこで、受電側の受電電圧の変動を低減するように、周波数の変調に追従して送電側の入力電圧の振幅を制御する技術がある。しかしながら、この技術では、周波数と入力電圧の振幅との関係のデータテーブルを別途設けるか、あるいは、受電側の受電電圧等の状態を高速に送電側にフィールドバックする必要があった。このため、構成が複雑化する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９３５９８号公報
【特許文献２】特開２０１５−３３３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、周波数掃引を用いた無線電力伝送を、受電側のリップル電圧を抑制しつつ、簡易な構成で実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態としての送電装置は、送電ユニットと、周波数制御回路と、電圧制御回路とを備える。前記送電ユニットは、交流電力に応じた磁界をコイルで発生させて、前記磁界を受電ユニットのコイルに結合させることにより、前記交流電力を伝送する。前記周波数制御回路は、前記送電の間、前記交流電力の周波数を掃引する。前記電圧制御回路は、前記受電ユニットで受電される電力の電圧と前記交流電力の電圧との比の目標条件に基づいて、前記交流電力の電圧を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す図。
【図２】送電装置の具体例を示す図。
【図３】送電共振器および受電共振器の具体例を示す図。
【図４】受電装置の具体例を示す図。
【図５】周波数掃引の例を示す図。
【図６】シミュレーション結果を示す図。
【図７】シミュレーション結果を示す図。BR>
【図８】第１の実施形態に係る制御回路の動作のフローチャート。
【図９】第２の実施形態に係る無線電力伝送システムを示す図。
【図１０】第２の実施形態に係る制御回路の動作のフローチャート。
【図１１】第３の実施形態に係る無線電力伝送システムを示す図。
【図１２】第３の実施形態に係る無線電力伝送システムの動作のフローチャート。
【図１３】第４の実施形態に係る無線電力伝送システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１に、本実施形態に係る無線電力伝送システムの全体構成を示す。本システムは、無線で交流電力を送電する送電装置１と、交流電力を受電する受電装置２とを備える。送電装置１は、直流電力から交流電力を生成し、生成した交流電力に応じた磁界を、コイルを含む送電共振器１１２により発生させる。受電装置２は、当該磁界を、コイルを含む受電共振器２１１で結合させることで交流電力を受電する。受電装置２は、受電電力を、直流に変換してバッテリ３０１に充電する。
【００１１】
送電装置１は、送電ユニット１０１と、制御回路１０２とを備える。送電ユニット１０１は、交流電源装置である高周波電源装置１１１と、送電共振器１１２とを備える。制御回路１０２は、周波数制御回路１０２Ａと、電圧制御回路１０２Ｂとを備える。
【００１２】
受電装置２は、受電ユニット２０１と、バッテリ３０１とを備える。受電ユニット２０１は、受電共振器２１１と受電回路２１２とを備える。ここでは、バッテリ３０１は受電装置２の一部であるが、受電装置２とは別の装置として定義してもよい。
【００１３】
送電ユニット１０１の高周波電源装置１１１は、交流電力である高周波電力を生成し、生成した高周波電力を送電共振器１１２に供給する。高周波電源装置１１１の構成を具体化した送電装置の例を図２に示す。
【００１４】
図２において、高周波電源装置１１１は、交流電源１２１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３と、インバータ１２４とを備える。これらの要素１２１〜１２４は、制御回路１０２に接続されており、制御回路１０２により制御される。これらの要素１２１〜１２４と制御回路１０２間で送受信される制御信号またはデータ信号を破線で示している。制御信号の例として、制御回路１０２が各要素に対する動作を指示する信号がある。データ信号の例として、各要素の動作状態や所定箇所の電圧または電流の値を制御回路１０２に通知する信号などがある。ここで述べた以外の信号を定義してもよい。
【００１５】
交流電源１２１は、一定周波数の交流電力（交流電圧および交流電流）を供給する。交流電源１２１の例として、商用電源がある。商用電源は、例えば、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであって、単相１００Ｖや３相２００Ｖの交流電圧を出力する装置である。
【００１６】
ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２は、交流電源１２１に配線（ケーブル等）を介して接続されており、交流電源１２１から供給される交流電力の電圧を、直流電圧に変換する回路である。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２に配線を介して接続されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２から供給される直流電圧を、異なる直流電圧に変換（昇圧または降圧）する回路である。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３は、半導体スイッチ等のスイッチング素子を含み、これらのスイッチング素子を制御することで電圧変換を行う。スイッチング素子の動作周波数やパルス幅を制御することで、昇圧比または降圧比（以下、昇降圧比と記載）を制御できる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３を省略する構成も可能である。
【００１８】
インバータ１２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３に配線を介して接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３から供給される直流電圧に基づき、交流電力（交流電流および交流電圧）を生成する回路である。ここでは交流電力として高周波電力を生成する。インバータ１２４は、生成した交流電力を送電共振器１１２に供給する。インバータ１２４は、一例としてパルス幅変調（ＰＷＭ）により交流電力を生成する。パルス幅変調では、パルス幅を制御することで、出力電圧を制御する。例えば一定時間毎にパルスを出力し、パルス幅を大きくすると、高い電圧が出力され、パルス幅を小さくすると、低い電圧が出力される。
【００１９】
送電共振器１１２は、インバータ１２４と配線を介して接続されている。送電共振器１１２は、コイル（インダクタ）と、コンデンサ（容量）とを備えた共振回路である。送電共振器１１２は、インバータ１２４から受けた高周波電力（高周波電流）に応じた磁界をコイルで発生させ、この磁界を、受電装置の受電共振器２１１のコイルに結合させることで、無線電力伝送が行われる。
【００２０】
高周波電源装置１１１の構成は、図２に限定されない。例えばＤＣ／ＤＣコンバータ１２３とインバータ１２４との間に、フィルタ回路などの回路が挿入されてもよい。
【００２１】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に、送電共振器１１２の構成例を示す。図３（Ａ）の構成では、コイル４０２の一端側にコンデンサ４０１が直列に接続されている。コンデンサ４０１を、図３（Ａ）とは反対側、すなわち、コイル４０２の他端側に接続してもよい。図３（Ｂ）に示すように、コイル４０５の両側にコンデンサ４０３、４０４を接続しもよいし、図３（Ｃ）に示すように、複数のコイル４０７、４０８と、コンデンサ４０６とを直列に接続してもよい。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示したコイル４０２、４０５、４０７、４０８は、磁性体コアに巻き付けてもよい。コイル形状としては、スパイラル巻、ソレノイド巻など、任意の巻き方でよい。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）で示した以外の構成も可能である。
【００２２】
受電装置２の受電ユニット２０１は、受電共振器２１１と、受電回路２１２とを備える。受電共振器２１１は、送電ユニット１０１の送電共振器１１２から放射される磁界と結合することにより無線で交流電力（高周波電力）を受電する。受電共振器２１１は、送電共振器１１２と任意の結合係数で結合されている。受電共振器２１１は、受電した交流電力を受電回路２１２に供給する。受電共振器２１１は、送電共振器１１２と同様、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）の構成で実現できる。受電共振器２１１の共振周波数は、送電共振器１１２の共振周波数と同じか、もしくはこれに近い値を有する。これにより効率的な無線電力伝送が行われる。
【００２３】
受電回路２１２は、受電共振器２１１に配線を介して接続されており、受電共振器２１１で受電された交流電力を、バッテリ３０１に適した直流電圧に変換して、出力する。
【００２４】
図４に、受電回路２１２の構成を具体化した受電装置の例を示す。受電回路２１２は、整流器２２１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２とを備えている。
【００２５】
整流器２２１は、受電共振器２１１に配線を介して接続されており、受電共振器２１１から受けた受電電力（交流電力）を、直流電圧に変換する。すなわち、整流器２２１は、交流を直流に変換する交流直流変換回路である。整流器２２１の構成は任意でよいが、一例としてダイオードブリッジで構成される。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２は、整流器２２１に配線を介して接続されており、整流器２２１から出力される直流電圧を、バッテリ３０１で利用可能な電圧（当該一定の直流電圧よりも高い、あるいは、同一、あるいは、低い電圧）に変換して、出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２２は、半導体スイッチ等のスイッチング素子を含み、これらのスイッチング素子の動作を制御することで、電圧変換を行う。スイッチング素子の動作周波数を制御することで、昇圧比または降圧比（以下、昇降圧比と記載）を制御できる。
【００２７】
バッテリ３０１は、受電回路２１２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２２から入力される電力を蓄積する装置である。バッテリ３０１の代わりに、電力を消費する抵抗体（モータ等）を用いてもよい。抵抗体およびバッテリを総称して、負荷装置と呼ぶ。
【００２８】
送電装置１における制御回路１０２は、高周波電源装置１１１を制御する。高周波電源装置１１１が図２の構成の場合、制御回路１０２は、交流電源１２１、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ、インバータ１２４を制御する。以下の説明では、高周波電源装置１１１として、図２の構成を想定する。また、受電回路２１２の構成として、図４の構成を想定する。
【００２９】
周波数制御回路１０２Ａは、高周波電源装置１１１から出力される交流電力の周波数（すなわち、インバータ１２４の出力電流の周波数）を、予め定めた周波数範囲で掃引（変調）する。具体的には、開始周波数から終了周波数まで周波数を掃引（周波数を変調）する。周波数の変更は、例えばインバータが備える複数のスイッチング素子の駆動タイミングを制御することで行う。開始周波数と終了周波数は任意に定義すればよい。例えば、開始周波数は、周波数範囲の最低周波数であり、終了周波数は、周波数範囲の最大周波数である。あるいは、開始周波数は、周波数範囲の最大周波数、終了周波数は、周波数範囲の最低周波数でもよい。別の方法で、周波数範囲内で、開始周波数と終了周波数を定義してもよい。周波数の掃引速度および掃引単位幅（１回あたりの周波数の変更幅）は事前に定めておけばよい。
【００３０】
図５に周波数掃引の動作例を示す。開始周波数f1から終了周波数fNまで周波数掃引を行う。一定幅で周波数f1,f2,f3,…,fN-2,fN-1,fNが配置されている。f1で送電を開始し、一定時間経ったら、次の周波数f2に移動し、f2で送電を行う。一定時間経ったら、次の周波数f3に移動し、f3で送電を行う。fNまで同様の動作を繰り返し行う。fNでの送電が完了したら、周波数f1に戻る。ここで説明した掃引は一例であり、これに限定されるものではない。例えば１回の周波数の変更幅を細かくし、f1からfNまでより滑らかに移動するようにしてもよい。または、fN-2→f3→fN-1→f2,…のように飛び飛びの周波数に移動するように、周波数掃引を行ってもよい。
【００３１】
制御回路１０２の電圧制御回路１０２Ｂは、受電回路２１２で受電される電力の電圧（整流器２２１の入力電圧）と送電装置１の高周波電源装置１１１から出力される交流電力の電圧（インバータ１２４の出力電圧）との比に基づいて、インバータ１２４の出力電圧を制御する。当該比（以下、単に電圧比と呼ぶ場合がある）は、整流器入力電圧／インバータ出力電圧により計算しても、インバータ出力電圧／整流器入力電圧により計算してもよいが、以下の説明では、前者の場合を想定する。“／”は除算を意味する。電圧制御回路１０２Ｂは、電圧比が、当該電力値の目標条件を満たすように、インバータ１２４の出力電圧を制御する。
【００３２】
目標条件の一例として、目標値（所定の値）に近づく、もしくは目標範囲（所定の範囲）に収まることがある。ただし、目標条件はこれに限定されるものではない。例えば電圧比が目標範囲に滞在する時間の割合が閾値以上であることを条件とするものでもよい。以下の説明では、目標条件として、電圧比が、目標値（所定の値）に近づく、もしくは目標範囲（所定の範囲）に収まる場合を例に説明を行う。
【００３３】
電圧制御回路１０２Ｂは、目標条件（例えば所定の値または所定の範囲）を、周波数の掃引範囲に基づいて、決定してもよい。
【００３４】
このように電圧比を目標条件に基づき制御することで、周波数掃引を行っても、受電側でリップル電圧の発生を抑制することを可能にする。この詳細については後述する。
【００３５】
電圧制御回路１０２Ｂは、高周波電源装置１１１内の１つまたは複数の所定箇所の電圧または電流またはこれらの両方（以下、電圧／電流）を取得し、取得した電圧／電流から、整流器２２１の入力電圧を予測する。高周波電源装置１１１、所定箇所の電圧または電流またはこれらの両方を検出する検出回路を備えている。電圧制御回路１０２Ｂは、予測した入力電圧を用いて、電圧比を計算する。このために事前に、高周波電源装置１１１内の１つまたは複数の所定箇所の電圧／電流と、整流器２２１の入力電圧との関係を、回路シミュレーションや出荷時の試験により把握する。これらの関係を表すデータを、テーブルまたは計算式により取得し、このデータと、インバータ１２４の出力電圧とに基づき、整流器２２１の入力電圧を予測する。
【００３６】
整流器２２１の入力電圧を予測するための電圧／電流を検出する箇所は、整流器２２１の入力電圧と依存関係のある箇所であれば、どこでもかまわない。一例として、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２の出力電圧、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３の入力電圧、インバータ１２４の入力電圧、または、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３の出力電圧などがある。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２３、インバータ１２４内の任意の素子の端子の電圧または電流でもよい。
【００３７】
ここで、電圧比を、目標条件を満たすように適切に制御することで、周波数掃引を行っても、受電側でリップル電圧の発生を抑制できることについて、詳細に説明する。
【００３８】
図６および図７に、本発明者らによるシミュレーション結果を示す。図６は、整流器２２１の入力電流（受電共振器の電流）の変動、図６はインバータ１２４の出力電流（送電共振器の電流）の変動について、所定の設定条件の下で行ったシミュレーション結果である。シミュレーションにはSPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）を用いた。
【００３９】
シミュレーションの設定条件として、送電共振器および受電共振器の共振周波数が８２ｋＨｚであり、送電周波数を７０〜９４ｋＨｚの範囲で変化させる。変化させる範囲の中心周波数は、８２ｋＨｚであり、これは共振周波数に一致する。
【００４０】
この場合において、周波数偏差（中心周波数からの周波数の変化幅）による受電共振器の電流の変動量を、中心周波数での受電共振器の電流で正規化したもの（変動比）を計算する。この結果が、図６に示される。また、周波数偏差による送電共振器の電流の変動量を、中心周波数の送電共振器の電流で正規化したものを計算する。この結果が図７に示される。図６および図７において、横軸が周波数、縦軸は変動比である。
【００４１】
ここでシミュレーションでは、βを、０．２，０．４，０．６，０．８，１．０．１．２，１．４，１．６，１．８の８通りに設定した。βは、電圧比、すなわち、整流器２２１の入力電圧とインバータ１２４の出力電圧との比（整流器入力電圧／インバータ出力電圧）を表す。一例として、インバータ１２４の出力電圧は、当該出力電圧の実効値、整流器２２１の入力電圧は、当該入力電圧の実効値である。シミュレーションの間は、上述した７０〜９４ｋＨｚの範囲で、周波数掃引を行う。
【００４２】
ここで、７０〜９４ｋＨｚの範囲から選択した任意の幅帯域で、周波数掃引を行う場合を考える。例えば６ｋＨｚ幅で掃引を行うとすると、図６より、受電共振器の変動比が小さくなるのは、β＝１．２のときである。送電共振器の変動比が、小さくなるのは、β＝１．８のときである。両方に共通して変動比が小さくなる値を選択すると、一例として、β＝１．２が選ばれる。掃引周波数の範囲を７８〜９４ｋＨｚ、またはこの範囲から選択すると、さらに電流の変動を抑えることが可能である。７８〜９４ｋＨｚが掃引範囲の場合、この範囲の中心周波数（９１ｋＨｚ）は、送電共振器および受電共振器の共振周波数８２ｋＨｚより大きい。
【００４３】
周波数制御回路１０２Ａの周波数掃引は、一例として、電圧制御回路１０２Ｂによるインバータ１２４の出力電圧の調整が完了した後で行い、掃引範囲の１回分の掃引（一周期分の掃引）を行っている間は、電圧調整を行わないようにしてもよい。掃引の途中で、周波数掃引に追従した電圧調整を行わないことで、構成を簡単にできる。この場合、掃引範囲の１回分の掃引が終わり、開始周波数に戻ったら、再度、インバータ出力電圧の調整を行う。あるいは、掃引範囲で掃引を行っている間も、適宜、電圧調整を行ってもよい。例えば、掃引範囲より短い周波数幅Δｆの掃引を行うごとに、電圧調整を行ってもよい。これにより、周波数掃引に追従した電圧調整が発生するものの、本実施形態の電圧調整は、電圧比を所定の値に近づけるまたは所定の範囲内に収める簡単なものであるため、大きな負荷は生じない。
【００４４】
図８は、本実施形態に係る制御回路１０２の動作のフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ１１において、制御回路１０２の電圧制御回路１０２Ｂは、外部の装置から充電制御命令を受信すると、インバータ１２４の出力電圧を目標電圧まで上昇させるように、立ち上げ動作を行う。外部の装置は、ユーザの入力インタフェース（タッチパネル等）でもよいし、無線電力伝送システムの制御装置でもよいし、その他の装置でもよい。立ち上げ動作時の送電周波数は、送電共振器または受電共振器の共振周波数またはこれに近い周波数でもよいし、掃引周波数範囲内の任意の周波数でもよい。目標電圧の代わりに、目標電流を用いて、インバータ１２４の出力電流を目標電流まで上昇させてもよい。
【００４６】
ステップＳ１２において、インバータ１２４の出力電圧が目標電圧まで達すると、送電が開始され、電圧制御回路１０２Ｂは、高周波電源装置１１１内の１つまたは複数の所定箇所の電圧または電流またはこれらの両方（以下、電圧／電流）を取得する。
【００４７】
ステップＳ１３において、電圧制御回路１０２Ｂは、取得した電圧／電流から、予め取得した関係式またはテーブル等のデータを利用して、受電側の整流器２２１の入力電圧を予測する。
【００４８】
ステップＳ１４において、電圧制御回路１０２Ｂは、整流器２２１の入力電圧とインバータ１２４の出力電圧との電圧比が、所定の範囲内かどうか、すなわち目標条件を満たすかを判断する。所定の範囲は、例えば、所定値（以下、所定比と記載する場合がある）を１．２とすると、１．１５以上１．２５以下の範囲である。所定値は、掃引範囲内で周波数を掃引しても、受電共振器の電流および送電共振器の電流の少なくとも一方の変動量が少なくなる値であることが望ましい。電圧制御回路１０２Ｂは、所定値または所定の範囲を、周波数の掃引範囲に基づいて、決定してもよい（図６、図７の説明を参照）。例えば当該掃引範囲内で上記変動比の変化幅が最小の電圧比を所定値としてもよい。または、当該電圧比を中心とする一定幅の範囲を所定の範囲としてもよい。ここで述べた以外の方法で決定してもよい。
【００４９】
当該電圧比が所定の範囲内であれば（Ｓ１４のＹＥＳ）、ステップＳ１５において、周波数掃引が開始済みか判断する。フローチャートの処理の開始後、１回目のステップＳ１５では、まだ周波数掃引は開始されていない（Ｓ１５のＮＯ）。このため、ステップＳ１６に進み、周波数制御回路１０２Ａが、周波数掃引を開始する。この後、ステップＳ１７に進む。
【００５０】
ステップＳ１７で、充電の終了条件が満たされたか判断する。終了条件の例として、送電開始から一定時間経過した場合、バッテリ３０１の充電が完了した場合、バッテリのユーザから終了指示を、入力インタフェースを介して受信した場合などがある。終了条件が満たされた場合（ＹＥＳ）、本処理を終了する。終了条件が満たされない場合（ＮＯ）、ステップＳ１２に戻る。
【００５１】
ステップＳ１４で、電圧比が所定の範囲内でないと判断した場合は、ステップＳ１８で、一周期分の掃引が終わったかを判断する。すなわち、掃引範囲の開始周波数から終了周波数まで掃引が完了し、次の周期の掃引の開始周波数に戻ったかを判断する。一周期分の掃引が終わっていない場合は（ＮＯ）、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７で終了条件が満たされなければ（ＮＯ）、ステップＳ１２に戻る。
【００５２】
ステップＳ１８で、一周期分の掃引が終わったと判断された場合、ステップＳ１９において、現在計測されるインバータ１２４の出力電圧が、所定比（例えば１．２）から計算されるインバータ出力電圧より小さいかを判断する。例えば現在の整流器の入力電圧をＶ１、所定比をＨとすると、所定比Ｈから計算されるインバータ出力電圧は、Ｖ１／Ｈである。現在計測されるインバータ１２４の出力電圧をＶ２とすれば、Ｖ２がＶ１／Ｈより小さいかを判断する。
【００５３】
現在計測されるインバータ１２４の出力電圧が、所定比から計算されるインバータ出力電圧より小さい場合は（ステップＳ１９のＹＥＳ）、ステップＳ１１において、インバータ１２４の出力電圧を増加させる。例えば、現在の出力電圧と、計算された出力電圧と差分だけ出力電圧を増加させる。これにより、電圧比を所定値に近づける、または所定の範囲内に収めることができる。なお、上記の差分だけ出力電圧を増加させる代わりに、予め定めた増加幅Δα１だけ、インバータ１２４の出力電圧を増加させるようにしてもよい。
【００５４】
一方、現在計測されるインバータ１２４の出力電圧が、所定比から計算されるインバータ出力電圧以上の場合は（ステップＳ１９のＮＯ）、ステップＳ２０において、インバータ１２４の出力電圧を減少させる。例えば、現在の出力電圧と、計算された出力電圧と差分だけ出力電圧を減少させる。これにより、電圧比を所定値に近づける、または所定の範囲内に収めることができる。なお、上記の差分だけ出力電圧を減少させる代わりに、例えば予め定めた減少幅Δγ１だけ、インバータ１２４の出力電圧を減少させるようにしてもよい。
【００５５】
ステップＳ１１またはＳ２０を経た後、ステップＳ１４で電圧比が所定の範囲内でないと判断された場合（Ｓ１４のＮＯ）、ステップＳ１８でＮＯとなる。このため、電圧比が所定の範囲内でないと判断されたまま、今回の周期の掃引を終了周波数まで継続して行うこととなる。そして、今回の周期の掃引が完了したときに、電圧比が所定の範囲内でなければ、整流器入力電圧の増加または減少を行う（Ｓ１１またはＳ２０）。
【００５６】
本フローチャートの動作では、開始周波数に戻ったときにインバータ１２４の出力電圧の調整を行ったが、終了周波数での送電のときにインバータ１２４の出力電圧の調整を行ってもよい。また、前述したように、掃引の途中で１回もしくは複数回、インバータ１２４の出力電圧の調整を行ってもよい。ステップＳ１４の判断で電圧比が所定の範囲内でないと判断された場合、その時点で（現在の周期完了を待たずに）、電圧調整を行ってもよい。
【００５７】
本フローチャートの動作では、送電開始時に、電圧比が所定の範囲内に収まった後、周波数掃引を開始し、掃引開始後、電圧比が所定の範囲外にならなければ、インバータ１２４の出力電圧の調整は不要である。よって、処理負荷が大きく低減される。
【００５８】
このように、電圧比を目標値（所定の値）、または目標範囲（所定の範囲）内に制御しつつ、周波数掃引を行うことで、放射磁界強度を低減させつつ、受電側の受電電流の変動（リップルの発生）を抑制できる。これにより、受電側の電気回路へ大きな負荷がかかることを防止し、またバッテリ寿命の低下を抑制できる。また、所定の値または所定の範囲を、受電側だけでなく、送電側での電流の変動を抑制するように選択することで、送電側の回路への負荷も低減できる。
【００５９】
また、本動作によれば、送電側は、高周波電源装置内の所定箇所の電圧／電流から整流器の入力電圧を予測する。すなわち、予め当該所定箇所の電圧／電流と、整流器の入力電圧との関係を取得しておき、この関係のデータを利用して、受電側の電圧を予測する。このため、受電装置の状態を送電装置にフィードバックする必要はなく、構成が簡単である。
【００６０】
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る無線電力伝送システムを示す。図１と同じまたは対応する要素には同一の符号を付し、説明は適宜省略する。図１のシステムに対して、送電側に通信回路１０３、受電側に通信回路２０３が追加されている。送電側の通信回路１０３は、制御回路１０２に接続されている。受電側の通信回路２０３は、受電回路２１２に接続されている。通信回路１０３、２０３は、予め定めた手順に従って、互いに通信を行う。通信は、無線通信でも、有線通信でもよい。無線通信の場合は、通信回路１０３、２０３にはそれぞれ１つ以上のアンテナが搭載される。
【００６１】
第１の実施形態では、送電側の電圧制御回路１０２Ｂが、高周波電源装置１１１内の所定箇所の電圧／電流から、受電側の整流器２２１の入力電圧（受電回路２１２の入力電圧）を予測した。本実施形態では、整流器２２１の入力電圧を予測するのではなく、電圧制御回路１０２Ｂは、受電側の通信回路２０３から、整流器２２１の入力電圧を表す情報を取得する。具体的には、通信回路１０３が通信回路２０３から当該情報を受信し、制御回路１０２の電圧制御回路１０２Ｂに渡す。
【００６２】
受電回路２１２または整流器２２１は、入力電圧を検出する検出回路を備えている。検出回路は、検出した入力電圧を表す情報を、通信回路２０３に通知する。通信回路２０３は当該情報を送電装置１に送信する。検出回路は、予め定めた間隔で入力電圧を検出してもよいし、送電装置から測定指示を受けたタイミングで入力電圧を検出してもよい。後者の場合、電圧制御回路１０２Ｂは、入力電圧の測定指示を、通信回路１０３を介して送信する。通信回路２０３は、測定指示を受信して、受電回路２１２または整流器２２１に通知する。
【００６３】
図１０は、本実施形態に係る制御回路１０２の動作のフローチャートである。図７のステップＳ１２がＳ２１に、ステップＳ１３がＳ２２に変更されている。ステップＳ２１では、インバータの出力電圧を取得する。ステップＳ２２では、受電装置から、受電側の整流器２２１の入力電圧（受電回路２１２の入力電圧）を表す情報を、通信により取得する。ステップＳ１４では、第１の実施形態と同様に、整流器２２１の入力電圧とインバータ１２４の出力電圧との比が所定の範囲内かを判断する。以降の処理は、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
本実施形態によれば、送電装置の制御回路１０２は、整流器２２１の入力電圧を予測する必要はないため、送電装置の制御回路１０２の構成を簡単にできる。
【００６５】
（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る無線電力伝送システムを示す。図９と同じまたは対応する要素には同一の符号を付して、説明を適宜省略する。
【００６６】
第１または第２の実施形態では、整流器２２１の入力電圧とインバータ１２４の出力電圧との比（以下、電圧比）が、目標値（所定の値）に近づく、または目標範囲（所定の範囲）に収まるように、インバータ１２４の出力電圧を制御したが、本実施形態では、インバータ１２４の出力電圧を制御するのではなく、整流器２２１の入力電圧を制御することを特徴とする。
【００６７】
受電装置２は、第２制御回路である制御回路２０２を備える。制御回路２０２は、電圧比が、目標条件を満たすように、具体的には、所定の値に近づく、または所定の範囲に収まるように、整流器２２１の入力電圧を制御する。電圧制御回路２０２は、第１の実施形態の電圧制御回路１０２Ｂと同様に、所定の値または所定の範囲を、周波数の掃引範囲に基づいて、決定してもよい。
【００６８】
送電側の制御回路（第１制御回路）１０２の電圧制御回路１０２Ｂは、インバータ１２４の出力電圧を表す情報を、高周波電源装置１１１から取得し、取得した情報を、通信回路１０３から送信する。受電側の通信回路２０３は、当該情報を受信し、受信した情報を制御回路２０２に渡す。これにより、制御回路２０２は、インバータ１２４の出力電圧を把握する。
【００６９】
図１２は、本実施形態に係る無線電力伝送システムの動作のフローチャートを示す。
ステップＳ３１において、送電装置１の電圧制御回路１０２Ｂは、外部の装置から充電制御命令を受信すると、インバータ１２４の出力電圧（送電電圧）を目標電圧まで上昇させる立ち上げ動作を行う。
【００７０】
ステップＳ３２において、受電装置２の制御回路２０２は、インバータ１２４の出力電圧を表す情報を、送電装置１から取得する。
【００７１】
ステップＳ３３において、受電装置２の制御回路２０２は、整流器２２１の入力電圧を表す情報を、受電回路２１２から取得する。
【００７２】
ステップＳ３４において、受電装置２の制御回路２０２は、電圧比（整流器２２１の入力電圧とインバータ１２４の出力電圧との比）が所定の範囲内かどうかを判断する。
【００７３】
所定の範囲内と判断した場合（ステップＳ３４のＹＥＳ）、ステップＳ３５において、受電装置２の制御回路２０２は、周波数掃引が開始済みかを判断する。まだ開始されていないため（Ｓ３５のＮＯ）、ステップＳ３６に進み、受電装置２の制御回路２０２は、通信回路２０３を介して、電圧調整が完了した旨の通知を送電装置１に送信する。当該通知を受信した送電装置１の制御回路１０２は、周波数掃引を開始する。この後、ステップＳ３７に進む。
【００７４】
ステップＳ３７において、充電の終了条件が満たされたか判断する。終了条件の例として、受電装置２の制御回路２０２が、送電装置から送電終了指示を受信した場合、バッテリのユーザから終了指示を、入力インタフェース（タッチパネル等）を介して受信した場合などがある。終了条件が満たされた場合（ステップＳ３７のＹＥＳ）、本処理を終了する。終了条件が満たされない場合（ステップＳ３７のＮＯ）、ステップＳ３２に戻る。
【００７５】
ステップＳ３４で、受電装置２の制御回路２０２が、電圧比が所定の範囲内でないと判断した場合は（ステップＳ３４のＮＯ）、ステップＳ３８で、一周期分の掃引が終わったか（すなわち、開始周波数に戻ったか）を判断する。例えば、一周期分の掃引が終わったかどうかは、送電装置から一周期分の掃引が終わったことの情報を受信したかどうかで判断してもよいし、掃引の開始から一定時間が経過したかで判断してもよい。あらかじめ掃引する周波数の順序を把握している場合、周波数の変化を監視し、終了周波数での送電が行われたか、あるいは、開始周波数に戻った場合は、一周期分の掃引が終わったと判断してもよい。ここで述べた以外の方法で判断してもよい。一周期分の掃引が終わってないと判断した場合は（ステップＳ３８のＮＯ）、ステップＳ３７に進み、一周期分の掃引が終わったと判断した場合は（ステップＳ３８のＹＥＳ）、ステップＳ３９に進む。本フローチャートの処理の開始後、まだ一度も掃引が開始されていない場合は、ステップＳ３９に進む。
【００７６】
ステップＳ３９では、現在計測される整流器２２１の入力電圧が、所定値（所定比）から計算される整流器入力電圧より小さいかを判断する。例えば現在のインバータ１２４の出力電圧をＶ２，所定比をＨとすると、所定比Ｈから計算される整流器入力電圧は、Ｖ２×Ｈである。現在計測される整流器２２１の入力電圧をＶ１とすれば、Ｖ１がＶ２×Ｈより小さいかを判断する。
【００７７】
現在計測される整流器２２１の入力電圧が、所定比から計算される整流器入力電圧より小さい場合は（ステップＳ３９のＹＥＳ）、ステップＳ４０において、制御回路２０２は、整流器２２１の入力電圧を増加させる。例えば、現在の入力電圧と、計算された入力電圧と差分だけ入力電圧を増加させる。これにより、電圧比を所定値に近づける、または所定の範囲内に収めることができる。あるいは、予め定めた増加幅Δα２だけ、整流器２２１の入力電圧を増加させるようにしてもよい。
【００７８】
一方、受電装置２の制御回路２０２は、現在計測される整流器２２１の入力電圧が、所定比から計算される整流器入力電圧以上の場合は（ステップＳ４１のＮＯ）、整流器２２１の入力電圧を減少させる。例えば、現在の入力電圧と、計算された入力電圧と差分だけ入力電圧を減少させる。これにより、電圧比を所定値に近づける、または所定の範囲内に収めることができる。あるいは、予め定めた減少幅Δγ２だけ、整流器２２１の入力電圧を減少させるようにしてもよい。
【００７９】
整流器２２１の入力電圧の増加または減少は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ２２２の昇降圧比を変更することで行ってもよいし、受電回路２１２のインピーダンスを変更してもよい。所定の回路を整流器２２１と受電共振器２１１との間に配置し、当該所定の回路のインピーダンスを調整してもよい。
【００８０】
ステップＳ３２、３３を経た後、ステップＳ３４で電圧比が所定の範囲内でないと判断された場合（Ｓ３４のＮＯ）、ステップＳ３８のＮＯとなり、電圧比が所定の範囲内でないと判断されたまま、今回の周期の掃引を終了周波数まで継続して行う。そして、今回の周期の掃引が完了時に、電圧比が所定の範囲内でなければ、整流器入力電圧の増加または減少を行う（Ｓ４０またはＳ３８）。
【００８１】
本フローチャートの動作では、ステップＳ３１でインバータ１２４の出力電圧を立ち上げた後、電圧比が所定の範囲内になった場合に、周波数掃引を開始したが、インバータ１２４の出力電圧を立ち上げた時点で、周波数掃引を開始してもよい。この場合、ステップＳ３５、Ｓ３６は不要である。
【００８２】
本フローチャートの動作では、一周期分の掃引が行われるごとに整流器２２１の入力電圧の調整を行ったが、第１または第２の実施形態と同様に、掃引範囲において一定の周波数幅Δｆだけ変化するごとに、入力電圧の調整を行ってもよいし、その他の任意のタイミングで入力電圧の調整を行ってもよい。ステップＳ３４の判断で電圧比が所定の範囲内でないと判断された場合、その時点で（現在の周期完了を待たずに）、電圧調整を行ってもよい。
【００８３】
本実施形態では、インバータ１２４の出力電圧を、送電装置１からインバータ１２４の出力電圧を表す情報を受信することで把握したが、第１の実施形態と同様に、受電回路２１２内の１つ又は複数の所定箇所の電圧／電流から、インバータ１２４の出力電圧を推測するようにしてもよい。この場合、受電回路２１２内の１つ又は複数の所定箇所の電圧／電流と、インバータ１２４の出力電圧とを対応づけたデータを用意し、このデータを利用して推測すればよい。
【００８４】
本実施形態によれば、受電装置側で、電圧比を所定の値、または所定の範囲内に調整することで、送電側で周波数掃引を行っても、受電側の受電電流の変動を抑制することができる。
【００８５】
（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態に係る無線電力伝送システムを示す。図１、図２および図４と同じまたは対応する要素には同一の符号を付して、説明を適宜省略する。
【００８６】
第１の実施形態では、送電共振器および受電共振器はそれぞれ１つであったが、本実施形態ではそれぞれ２つの場合を示す。つまり、２系統で無線電力伝送を行う。
【００８７】
送電共振器１１２Ａと送電共振器１１２Ｂのそれぞれが、インバータ１２４の出力端子（プラス端子、マイナス端子）に接続されている。ただし、接続の極性は互いに逆になっている。すなわち、送電共振器１１２Ａのプラス端子はインバータ１２４のプラス端子に接続され、送電共振器１１２Ａのマイナス端子は、インバータ１２４のマイナス端子に接続されている。一方、送電共振器１１２Ｂのプラス端子はインバータ１２４のマイナス端子に接続され、送電共振器１１２Ｂのマイナス端子は、インバータ１２４のプラス端子に接続されている。これにより、インバータ１２４から出力された電流は、互いに１８０度または略１８０度だけ位相のずれた電流（逆相の電流）として、送電共振器１１２Ａと送電共振器１１２Ｂに入力される。このように逆相にすることで、送電共振器１１２Ａと送電共振器１１２Ｂから放射する磁界を遠方で互いに打ち消し、これにより漏洩磁界を低減する。なお、磁界の打ち消し効果を得るために、必ずしも１８０度の位相差である必要はなく、例えば１８０度に対しプラスマイナスαの範囲の位相差を持たせることで、所望の程度の低減効果を得るようにしてもよい。
【００８８】
送電共振器１１２Ａと送電共振器１１２Ｂで発生させられた磁界は、それぞれ受電共振器２１１Ａ、２１１Ｂで結合される。受電共振器２１１Ａと受電共振器２１１Ｂは、整流器２２１の入力端子（プラス端子、マイナス端子）に接続されている。ただし、接続の極性は互いに逆になっている。すなわち、受電共振器２１１Ａのプラス端子は整流器２２１のプラス端子に接続され、受電共振器２１１Ａのマイナス端子は、整流器２２１のマイナス端子に接続されている。一方、受電共振器２１１Ｂのプラス端子は整流器２２１のマイナス端子に接続され、受電共振器２１１Ｂのマイナス端子は、整流器２２１のプラス端子に接続されている。これにより、受電共振器２１１Ａと受電共振器２１１Ｂからは同相の電流が出力され、これらの電流の合計に応じた合計電力が整流器２２１に供給される。
【００８９】
本実施形態では、２系統で無線電力伝送を行ったが、３系統以上でもよい。この場合、系統数をＮとすると、３６０度／Ｎまたは略３６０度／Ｎだけずれた位相が、Ｎ個の送電共振器にそれぞれ入力されるように、インバータ１２４の出力電流の位相を制御すればよい。
【００９０】
他の構成は、第１の実施形態と同じである。制御回路１０２の電圧制御回路１０２Ｂは、整流器２２１の入力電圧とインバータ１２４の出力電圧との比が所定の値に近づくように、もしくは所定の範囲内になるように、インバータ１２４の出力電圧を制御すればよい。本実施形態のように、系統数を２以上にする形態は、第２および第３の実施形態にも同様に適用可能である。
【００９１】
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。  
【符号の説明】
【００９２】
１：送電装置
２：受電装置
１０１：送電ユニット
１０２：制御回路
１０２Ａ：周波数制御回路
１０２Ｂ：電圧制御回路
１０３：通信回路
１１１：高周波電源装置
１１２：送電共振器
１１２Ａ：送電共振器
１１２Ｂ：送電共振器
１２１：交流電源
１２２：ＡＣ／ＤＣコンバータ
１２３：ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２４：インバータ
２１１：受電共振器
２１１Ａ：受電共振器
２１１Ｂ：受電共振器
２０１：受電ユニット
２０２：制御回路
２０３：通信回路
２２１：整流器（整流回路）
２２２：ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０１：バッテリ
４０１、４０３、４０４、４０６：コンデンサ
４０２、４０５、４０７、４０８：コイル
【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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