(57)【要約】【課題】受電アンテナの共振周波数を調整するときに、送電パワーを適切に制御すること。【解決手段】送電装置からパワーを受ける受電アンテナと、受電アンテナから受電パワーを受ける受電部と、送電装置の送電部から受電アンテナと磁気結合する送電アンテナに供給された送電パワーに関する情報を送電装置から受信する受信部と、受電部が前記受電アンテナから受けた受電パワーと送電アンテナに供給された送電パワーとに基づき受電アンテナの共振周波数を調整する制御部と、共振周波数を調整する期間において、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーに対する目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、送電アンテナに供給される送電パワーを算出された送電パワーより小さくし、損失が前記所定値以下のとき、送電アンテナに供給される送電パワーを算出された送電パワーとするための情報を送電装置に送信する送信部と、を具備する受電装置。【選択図】図８
2019054672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置からパワーを受ける受電アンテナと、
前記受電アンテナから受電パワーを受ける受電部と、
前記送電装置の送電部から前記受電アンテナと磁気結合する送電アンテナに供給された送電パワーに関する情報を前記送電装置から受信する受信部と、
前記受電部が前記受電アンテナから受けた受電パワーと前記送電アンテナに供給された送電パワーとに基づき前記受電アンテナの共振周波数を調整する制御部と、
前記共振周波数を調整する期間において、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとするための情報を前記送電装置に送信する送信部と、
を具備する受電装置。
【請求項２】
前記受信部は、前記送電アンテナに供給された送電パワーに関する情報を第１送電パワーに関する情報として受信し、
前記制御部は、前記受電アンテナの共振周波数を第１共振周波数に設定し前記受電アンテナから受けた第１受電パワーを取得し、
前記送信部は、
前記第１受電パワーを取得した後、前記受電アンテナの共振周波数を第１共振周波数とした状態で前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーが前記所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給する第２送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記算出された送電パワーが前記所定値以下のとき、前記第２送電パワーを前記算出された送電パワーとするための情報を前記送電装置に送信する請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記送電アンテナに前記第２送電パワーが供給された後、前記受電アンテナの共振周波数を前記第１共振周波と異なる第２共振周波数に設定し、前記受電アンテナから受けた第２受電パワーを取得する請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記送電アンテナに供給された送電パワーに対する前記受電アンテナから受けた受電パワーの効率に基づき前記共振周波数を調整する請求項１から３のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項５】
前記送電装置は前記送電アンテナに供給された送電パワーに異常を検出したとき、前記送電アンテナに供給する送電パワーを停止する請求項１から４のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項６】
前記受電アンテナは、コイルと可変容量コンデンサを有し、前記制御部は前記可変容量コンデンサの容量値を設定することで前記受電アンテナの共振周波数を設定する請求項１から５のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項７】
受電装置にパワーを送る送電アンテナと、
前記送電アンテナに送電パワーを供給する送電部と、
前記送電部から送電アンテナに供給された送電パワーと、前記受電装置の受電部が前記送電アンテナと磁気結合する受電アンテナから受けた受電パワーと、に基づき前記受電アンテナの共振周波数を調整するための情報を前記受電装置に送信する送信部と、
前記送電アンテナに供給される送電パワーを供給するための情報を受電装置から受信する受信部と、
前記共振周波数を調整する期間において、前記供給するための情報に基づき、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとする制御部と、
を具備する送電装置。
【請求項８】
送電部から送電アンテナに供給された送電パワーに関する情報と、受電部が前記送電アンテナに磁気結合する受電アンテナから受けた受電パワーに関する情報と、を取得する取得部と、
前記送電アンテナに供給された送電パワーおよび前記受電アンテナから受けた受電パワーに基づき前記受電アンテナの共振周波数を調整する期間において、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため送電パワーを算出し、算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとする設定部と、
を具備する制御装置。
【請求項９】
送電アンテナと、前記送電アンテナに送電パワーを供給する送電部と、を備える送電装置と、
前記送電アンテナと磁気結合し前記送電アンテナからパワーを受ける受電アンテナと前記受電アンテナから受電パワーを受ける受電部と、を備えた受電装置と、
前記送電部から前記送電アンテナに供給された送電パワーと前記受電部が前記受電アンテナから受けた受電パワーとに基づき共振周波数を調整する期間において、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとする制御装置と、
を具備するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電装置、送電装置、制御装置およびシステムに関し、例えば非接触にパワーを伝送する受電装置、送電装置、制御装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源コードなしでパワーを供給するワイヤレス給電技術としては、電磁誘導を利用する電磁誘導型、電波を利用する電波型、磁場の共振現象を利用する磁界共鳴型、および電場共鳴現象を利用する電界共鳴型がある、電磁誘導型、磁界共鳴型および電界共鳴型では、送電アンテナの共振周波数と受電アンテナの共振周波数を合わせることでパワーの伝送効率を向上できる。アンテナの共振周波数は様々な要因で変化する。そこで、受電アンテナの共振周波数を調整することが知られている（例えば特許文献１から４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９９９６８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６６１０１号公報
【特許文献３】特開２００９−１１１４８３号公報
【特許文献４】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】
【０００４】
受電アンテナの共振周波数を調整するときに受電アンテナから受ける受電パワーをほぼ一定とすることで、受電しながら共振周波数を調整できる。しかしながら、共振周波数の調整のときに受電アンテナの共振周波数が送電アンテナの共振周波数と大きく異なると、送電パワーに対する受電パワーの効率が低下する。このため、受電パワーを一定とするため送電パワーを大きくする。送電パワーが大きくなりすぎると、送電装置において異常と判断してしまうこと、または送電装置が異常となってしまうことがある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、受電アンテナの共振周波数を調整するときに、送電パワーを適切に制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、送電装置からパワーを受ける受電アンテナと、前記受電アンテナから受電パワーを受ける受電部と、前記送電装置の送電部から前記受電アンテナと磁気結合する送電アンテナに供給された送電パワーに関する情報を前記送電装置から受信する受信部と、前記受電部が前記受電アンテナから受けた受電パワーと前記送電アンテナに供給された送電パワーとに基づき前記受電アンテナの共振周波数を調整する制御部と、前記共振周波数を調整する期間において、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとするための情報を前記送電装置に送信する送信部と、を具備する受電装置であることを特徴とする。
【０００７】
また、受電装置にパワーを送る送電アンテナと、前記送電アンテナに送電パワーを供給する送電部と、前記送電部から送電アンテナに供給された送電パワーと、前記受電装置の受電部が前記送電アンテナと磁気結合する受電アンテナから受けた受電パワーと、に基づき前記受電アンテナの共振周波数を調整するための情報を前記受電装置に送信する送信部と、前記送電アンテナに供給される送電パワーを供給するための情報を受電装置から受信する受信部と、前記共振周波数を調整する期間において、前記供給するための情報に基づき、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとする制御部と、を具備する送電装置であることを特徴とする。
【０００８】
さらに、送電部から送電アンテナに供給された送電パワーに関する情報と、受電部が前記送電アンテナに磁気結合する受電アンテナから受けた受電パワーに関する情報と、を取得する取得部と、前記送電アンテナに供給された送電パワーおよび前記受電アンテナから受けた受電パワーに基づき前記受電アンテナの共振周波数を調整する期間において、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため送電パワーを算出し、算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとする設定部と、を具備する制御装置であることを特徴とする。
【０００９】
さらに、送電アンテナと、前記送電アンテナに送電パワーを供給する送電部と、を備える送電装置と、前記送電アンテナと磁気結合し前記送電アンテナからパワーを受ける受電アンテナと前記受電アンテナから受電パワーを受ける受電部と、を備えた受電装置と、前記送電部から前記送電アンテナに供給された送電パワーと前記受電部が前記受電アンテナから受けた受電パワーとに基づき共振周波数を調整する期間において、前記受電アンテナから受ける受電パワーを目標となる受電パワーとするため算出された送電パワーに対する前記目標となる受電パワーの損失が所定値より大きいとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーより小さくし、前記損失が前記所定値以下のとき、前記送電アンテナに供給される送電パワーを前記算出された送電パワーとする制御装置と、を具備するシステムであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受電アンテナの共振周波数を調整するときに、送電パワーを適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１に係るワイヤレス電力伝送システムのブロック図である。
【図２】図２は、実施例１に係る送電装置のブロック図である。
【図３】図３は、実施例１に係る受電装置のブロック図である。
【図４】図４は、ワイヤレス電力伝送システムにおけるキャパシタンスＣ２に対するパワーおよび効率を示す図（その１）である。
【図５】図５は、ワイヤレス電力伝送システムにおけるキャパシタンスＣ２に対するパワーおよび効率を示す図（その２）である。
【図６】図６は、実施例１に係るワイヤレス電力伝送システムのシーケンス図である。
【図７】図７は、実施例１に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。
【図８】図８は、図７のステップＳ１０における制御部の処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、図７のステップＳ２４における制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、図７のステップＳ２１における制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、比較例１における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒ、効率ηおよび制御電圧Ｖｃｏｎｔのステップごとの値を示す図である。
【図１２】図１２は、実施例１における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒ、効率ηおよび制御電圧Ｖｃｏｎｔのステップごとの値を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例１および比較例１における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒおよび損失Ｌｏｓｓを示す図である。
【図１４】図１４は、実施例１の変形例１に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。
【図１５】図１５は、図１４のステップＳ１１における制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図１４のステップＳ２８における制御部の処理を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、実施例１の変形例２に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。
【図１８】図１８は、実施例１の変形例３に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。
【図１９】図１９（ａ）および図１９（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る制御装置のブロック図および機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、実施例１に係るワイヤレス電力伝送システムのブロック図である。図１に示すように、ワイヤレス電力伝送システムは送電装置１０および受電装置２０を備えている。送電装置１０は、送電アンテナ１１および送電部１２を備えている。受電装置２０は、受電アンテナ２１および受電部２２を備えている。
【００１５】
送電アンテナ１１はキャパシタＣ１およびコイルＬ１を有している。キャパシタＣ１およびコイルＬ１は、電力が供給されるノードＮ１とグランドとの間に直列に接続されており、共振周波数ｆｒｔを有する直列共振回路を形成する。受電アンテナ２１は可変容量キャパシタＣ２およびコイルＬ２を備えている。可変容量キャパシタＣ２およびコイルＬ２は、電力を供給するノードＮ２とグランドとの間に直列に接続されており、共振周波数ｆｒを有する。直列共振回路を形成する。コイルＬ１とＬ２とは磁気結合している。
【００１６】
送電部１２は送電アンテナ１１に送電パワーＰｔを供給する。以下では、送電パワーＰｔとして、既に送電部１２が送電アンテナ１１に供給した送電パワーＰｔａと、送電部１２が送電アンテナ１１に供給する（供給すべき）送電パワーＰｔｂと、を区別することもある。送電アンテナ１１は受電アンテナ２１にパワー５０を送電する。受電部２２は受電アンテナ２１から受電パワーＰｒを受ける。以下では、受電パワーＰｒとして、既に受電部２２が受電アンテナ２１から受けた受電パワーＰｒａと、受電部２２が受電アンテナ２１から受ける（受けるべき）受電パワーＰｒｂと、を区別することもある。
【００１７】
受電アンテナ２１の可変容量キャパシタＣ２の容量値を調整することで、受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを調整できる。可変容量キャパシタＣ２は、例えば強誘電体を有するキャパシタである。強誘電体は、例えばペロブスカイト構造化合物（好ましくはペロブスカイト構造酸化物）であり、例えばＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３）またはＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ３）である。
【００１８】
図２は、実施例１に係る送電装置のブロック図である。図２に示すように、送電装置１０は、送電アンテナ１１、送電部１２、制御部１３、送信部１４、受信部１５および検出器１６を備えている。送電アンテナ１１は、コイルＬ１に直列接続された抵抗Ｒ１を有する。抵抗Ｒ１はコイルＬ１およびキャパシタＣ１の等価直列抵抗である。送電部１２は、ブリッジ回路３０、パワー制御部３２、ドライバ３４および発振器３６を有する。
【００１９】
制御部１３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。送信部１４および受信部１５は、例えば受電装置２０と通信する通信ユニットである。受電装置２０との通信には、例えばBluetooth（登録商標）等の近距離無線通信方式を用いる。送信部１４は、受電装置２０に送電部１２が送電アンテナ１１に供給した送電パワーＰｔａ等の情報５２を送信する。受信部１５は、受電装置２０から受電部２２が受電アンテナ２１から受けた受電パワーＰｒａおよび／または伝送効率η等の情報５４を受信する。検出器１６は、送電部１２が送電アンテナ１１に供給した送電パワーＰｔｄを検出する。
【００２０】
ブリッジ回路３０は、トランジスタＭ１およびＭ２を有する。トランジスタＭ１およびＭ２は、例えばＮ型ＦＥＴ（Field Effect Transistor）であり、ノードＮ３とグランドとの間に直列に接続されている。トランジスタＭ１とＭ２との間のノードＮ４からパワーが検出器１６を介し送電アンテナ１１に供給される。ブリッジ回路３０としてハーフブリッジ回路を図示しているがフルブリッジ回路でもよい。パワー制御部３２は、直流（ＤＣ：Direct Current）の電圧を制御しノードＮ３に供給する。ドライバ３４は発振器３６が出力する発振信号に同期しトランジスタＭ１およびＭ２のゲートに制御信号を出力する。発振信号は例えば周波数が６．７８ＭＨｚのパルス波である。以上により、ブリッジ回路３０は、直流電力を６．７８ＭＨｚの交流電力に変換する。
【００２１】
制御部１３は、送電アンテナ１１に供給された送電パワーＰｔａ（例えば検出器１６が検出した送電パワーＰｔｄ）、受信部１５が受信した受電パワーＰｒａおよび伝送効率ηに基づき、送電部１２が送電アンテナ１１に供給すべき送電パワーとして送電パワーＰｔｃを算出する。制御部１３は算出された送電パワーＰｔｃに基づき送電アンテナ１１に送電パワーＰｔｂを供給する。例えば、制御部１３は、送電アンテナ１１に送電パワーＰｔｂが供給されるように、パワー制御部３２にパワー制御部３２のノードＮ３に供給するＤＣ電圧を設定させる。
【００２２】
図３は、実施例１に係る受電装置のブロック図である。図３に示すように、受電装置２０は、受電アンテナ２１、受電部２２、制御部２３、送信部２４、受信部２５、検出器２６、整流回路２８およびデジタルアナログ変換回路（ＤＡＣ）２９を備えている。受電アンテナ２１は、コイルＬ２に直列接続された抵抗Ｒ２を有する。抵抗Ｒ２はコイルＬ２および可変容量キャパシタＣ２の等価直列抵抗である。受電部２２は、レギュレータ４０および負荷４２を有する。
【００２３】
制御部２３は、例えばＣＰＵ等のプロセッサである。送信部２４および受信部２５は、例えば送電装置１０と通信する通信ユニットである。送信部２４は、送電装置１０に受電パワーＰｒａおよび／または伝送効率η等の情報５４を送信する。受信部２５は、送電装置１０から送電パワーＰｔａ等の情報５２を受信する。検出器２６は、受電アンテナ２１が受電部２２に供給する受電パワーＰｒｄを検出する。整流回路２８は、ダイオードＤ１および平滑コンデンサＣ３を有する。ダイオードＤ１はノードＮ２とＮ５との間に接続され、平滑コンデンサＣ３はノードＮ５とグランドとに間に接続されている。整流回路２８は受電アンテナ２１がノードＮ２に出力する交流電力を直流電力に変換しノードＮ５に出力する。ＤＡＣ２９は制御部２３が出力したデジタル信号を制御電圧に変換し可変容量キャパシタＣ２に出力する。可変容量キャパシタＣ２は制御電圧に応じ容量値が変化する。
【００２４】
レギュレータ４０は、整流回路２８が出力したＤＣ電圧を調整する。負荷４２は、レギュレータ４０とグランドとの間に接続されている。負荷４２は、受電装置２０の電子機器である。負荷４２のインピーダンス等は電子機器の動作に応じ変化する。
【００２５】
制御部２３は、受電部２２が受けた受電パワーＰｒａ（例えば検出器２６が検出した受電パワーＰｒｄ）、受信部２５が受信した送電パワーＰｔａに基づき伝送効率ηを算出する。また、ＤＡＣ２９にデジタル信号を出力することで可変容量キャパシタＣ２の容量値を設定する。これにより共振周波数ｆｒが設定される。
【００２６】
［ワイヤレス電力伝送システムにおける損失］
ワイヤレス電力伝送システムにおける損失について説明する。図２を参照し、送電装置１０における損失としては、ブリッジ回路３０における損失がある。ブリッジ回路３０の損失は、ノードＮ３におけるパワーＰｔ´とノードＮ４における送電パワーＰｔとの差である。ブリッジ回路３０の損失としては、トランジスタＭ１およびＭ２のオン抵抗による導通損と、トランジスタＭ１およびＭ２がオンオフするときの過度電流と電圧との積に相当するスイッチ損がある。送電アンテナ１１のインピーダンスが変わるとトランジスタＭ１およびＭ２のオンオフの位相が変化するため、ブリッジ回路３０の損失が変化する。しかしながら、受電アンテナ２１のインピーダンス変化よるブリッジ回路３０の損失の変化は小さい。よって、実施例１では、ブリッジ回路３０の損失は受電アンテナ２１の共振周波数によらずほぼ一定と考える。
【００２７】
図３を参照し、受電装置２０における損失としては、整流回路２８のダイオードＤ１の電圧降下による損失と、レギュレータ４０の損失がある。ノードＮ２のパワーＰｒ´とノードＮ５の受電パワーＰｒとの差が整流回路２８の損失である。ノードＮ５の受電パワーＰｒと負荷４２でのパワーＰｒ´´との差がレギュレータ４０の損失である。受電アンテナ２１からの受電パワーが変わらなければ整流回路２８およびレギュレータ４０の損失は大きくは変わらない。よって、実施例１では、整流回路２８およびレギュレータ４０の損失は受電アンテナ２１の共振周波数によらずほぼ一定と考える。受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒが最も影響する損失は、送電アンテナ１１と受電アンテナ２１との間の損失である。
【００２８】
［送電アンテナと受電アンテナとの間の損失］
図２および図３を参照し、送電アンテナ１１と受電アンテナ２１との伝送効率の低下にともなう損失がある。コイルＬ１に高周波電流Ｉ１が流れると磁気結合したコイルＬ２に高周波電流Ｉ２が誘導される。コイルＬ１とＬ２との距離が大きくなると磁気結合が弱くなり伝送効率が低下する。送電アンテナ１１および受電アンテナ２１に共振回路を形成し、共振現象を利用することで、高周波電流Ｉ２を大きくし伝送効率を向上させている。このとき、高周波電流Ｉ１の周波数と、送電アンテナ１１の共振周波数ｆｒｔと、受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒと、を略一致させることで伝送効率がより向上する。共振周波数ｆｒｔとｆｒとが異なると、位相がシフトし力率が低下する。これにより無効電力が増加し伝送効率が低下する。実施例１では、直列共振回路を用いているが、受電電圧を向上させるため、送電アンテナ１１および受電アンテナ２１は並列共振回路を有してもよい。
【００２９】
送電アンテナ１１および受電アンテナ２１における損失について説明する。送電アンテナ１１および受電アンテナ２１では、等価直列抵抗Ｒ１およびＲ２と電流Ｉ１およびＩ２とにより損失が生じる。キャパシタＣ１および可変容量キャパシタＣ２の等価直列抵抗は小さいため、送電アンテナ１１および受電アンテナ２１における損失は主にコイルＬ１およびＬ２の等価直列抵抗に起因する。共振回路の損失の逆数がＱ値（Quality Factor）であり、Ｑ値を向上させることにより、送電アンテナ１１および受電アンテナ２１における損失を抑制できる。
【００３０】
コイルＬ１とＬ２との磁気結合の大きさをｋ（０≦ｋ≦１）、送電アンテナ１１および受電アンテナ２１の共振回路のＱ値をそれぞれＱ１およびＱ２とすると、伝送効率ηはｋ・√（Ｑ１・Ｑ２）が指標となる。この値を１０以上、可能であれば２０以上とすることで伝送効率ηを向上できる。例えば磁界共鳴型および電界共鳴型の電力伝送方式ではアンテナ間の距離が長いためｋ＝０．１程度である。このため、共振回路のＱ値は１００以上であることが好ましい。電磁誘導型の電力伝送方式ではアンテナ間の距離が短いためｋ＝０．５程度である。このため、共振回路のＱ値は４０程度であることが好ましい。
【００３１】
送電アンテナ１１および受電アンテナ２１ともに直列共振回路とし、コイルＬ２のインダクタンスをＬ２、可変容量キャパシタＣ２のキャパシタンスをＣ２、等価直列抵抗Ｒ１およびＲ２の抵抗値をｒ１、ｒ２、コイルＬ１とＬ２の相互インダクタンスをＬｍ、負荷抵抗をＲＬおよび高周波電流Ｉ１の角速度をωとする。Ｌｍ＝ｋ・√（Ｌ１・Ｌ２）であり、ω＝２π・ｆ０である。負荷抵抗ＲＬはノードＮ２からみた整流回路２８以降の抵抗である。このとき、伝送効率ηは数式１となる。
【数１】
2019054672.tif 000003
【００３２】
数式１には、コイルＬ１のインダクタンスおよびキャパシタＣ１のキャパシタンスが含まれない。このことから伝送効率ηには送電アンテナ１１の共振は寄与せず、送電アンテナ１１の等価直列抵抗Ｒ１（つまり共振回路のＱ値）が寄与することがわかる。また、数式１には、送電パワーは含まれない。このように、伝送効率ηに送電アンテナ１１の共振周波数ｆｒｔおよび送電パワーＰｔはほとんど影響しない。したがって、伝送効率ηを向上させるためには受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを調整すればよい。数式１において、Ｌ２・ω−１／（Ｃ２・ω）を０とすると、伝送効率ηが大きくなる。Ｌ２・ω−１／（Ｃ２・ω）＝０では、高周波電流Ｉ１の周波数が受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒに一致する。
【００３３】
伝送効率ηが最大となる負荷抵抗ＲＬｅｆｆは数式２となる。
【数２】
2019054672.tif 000004
【００３４】
数式１の負荷抵抗ＲＬを数式２のＲＬｅｆｆと等しくすると、伝送効率ηは大きくなる。しかし、負荷抵抗ＲＬは電子機器の使用によって決まるため、負荷抵抗ＲＬをＲＬｅｆｆと一致させることは難しい。よって、実施例１では、受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを調整することで伝送効率ηを向上させる。
【００３５】
送電アンテナ１１と受電アンテナ２１との間に金属異物が挟まると効率が低下する。これは、金属異物により、コイルＬ１およびＬ２のインダクタンスが変化して共振周波数が変化してしまうこと、および／または金属異物に渦電流が流れてしまうことに起因する。過電流により、渦電流損および／または発熱による温度上昇に起因した損失が生じる。そこで、伝送効率が低下した場合、金属異物が挟まったと判定し電力伝送を停止する等を行う。
【００３６】
［効率のシミュレーション］
ｋ＝０．１のときキャパシタンスＣ２を変化させ、送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒおよび効率ηをシミュレーションした。ブリッジ回路３０はトランジスタを４個用いたフルブリッジ回路とし、整流回路２８はダイオードＤ１を４個用いた。送電パワーＰｔは図２のパワーＰｔ´とし、受電パワーは図３のＰｒとした。効率η＝Ｐｒ／Ｐｔ（すなわちＰｔ´）とした。
【００３７】
図４は、ワイヤレス電力伝送システムにおけるキャパシタンスＣ２に対するパワーおよび効率を示す図である。横軸は、周波数ｆ０と共振周波数ｆｒが一致する可変容量キャパシタＣ２のキャパシタンスＣ２をＣ０としたときのＣ２／Ｃ０である。すなわち、Ｃ２／Ｃ０＝１のとき、受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒが高周波電流Ｉ１の周波数ｆ０と一致している。Ｃ２／Ｃ０が小さくなると共振周波数ｆｒが高くなり、Ｃ２／Ｃ０が大きくなると共振周波数ｆｒが低くなる。図４中の数字は送電パワーＰｔおよび受電パワーＰｒの値を示す。
【００３８】
図４に示すように、効率ηは、Ｃ２／Ｃ０＝１が最大であり、Ｃ２／Ｃ０が１から離れると小さくなる。送電パワーＰｔはＣ２／Ｃ０＝１が最小であり、Ｃ２／Ｃ０が１から離れると大きくなる。Ｃ２／Ｃ０のときは、受電アンテナ２１のインピーダンスはほぼ抵抗成分に見える。Ｃ２／Ｃ０から離れると受電アンテナ２１のインピーダンスのうちリアクタンス成分が見えてくる。
【００３９】
ブリッジ回路３０から受電部２２をみたインピーダンスｚは数式３となる。
【数３】
2019054672.tif 000005
ここで、ｚ１は、送電アンテナ１１のインピーダンス、ｚ２は、受電アンテナ２１から負荷抵抗ＲＬまでのインピーダンスである。
【００４０】
数式３より、ｚ２にリアクタンス成分が生じるとｚは小さくなる。このため、送電アンテナ１１に加わる電圧が一定とすると電流Ｉ１が増えてしまう。ｚ２の位相のずれにより、送電パワーＰｔ内の無効電力が増えてしまう。よって、電圧一定でも送電パワーＰｔが増加する。共振周波数ｆｒに対する送電パワーＰｔの変化量は小さい（例えばＣ２／Ｃ０＝０．９５と１とのＰｔの差は０．３％程度）ため、送電パワーＰｔが最小になるように共振周波数ｆｒを調整する方法は感度が悪い。
【００４１】
受電パワーＰｒは、Ｃ２／Ｃ０が大きくなると大きくなる。Ｃ２／Ｃ０＝１．１５において受電パワーＰｒは最も大きい。このように、受電パワーＰｒが最大となるＣ２／Ｃ０はＣ２／Ｃ０＝１とは異なる。これは、Ｃ２／Ｃ０＞１では、送電パワーＰｔが大きくなった分の一部が受電パワーＰｒとなるためと考えられる。受電パワーＰｒが最大となるように共振周波数ｆｒを調整すると、効率ηは低くなってしまう。このように、効率ηを用いて共振周波数ｆｒを調整することにより感度を高めることができる。
【００４２】
受電パワーＰｒが一定になるように制御した状態における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒおよび効率ηをシミュレーションした。図５は、ワイヤレス電力伝送システムにおけるキャパシタンスＣ２に対するパワーおよび効率を示す図である。図５に示すように、受電パワーＰｒは５．０６Ｗでほぼ一定である。送電パワーＰｔはＣ２／Ｃ０＝１で最小値となり、効率ηはＣ２／Ｃ０＝１で最大となる。
【００４３】
以上のシミュレーション結果から、実施例１では、効率ηが最大となるように共振周波数ｆｒを調整する。受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを調整するときに受電アンテナ２１から受ける受電パワーＰｒをほぼ一定とすることで、受電しながら共振周波数ｆｒを調整できる。しかしながら、共振周波数ｆｒの調整のときに受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒが高周波電流Ｉ１の周波数と大きく異なると、効率ηが低下する。このため、受電パワーＰｒを一定とするため送電パワーＰｔが大きくなる。送電パワーＰｔが大きくなりすぎると、送電装置１０において異常と判断してしまうこと、または送電装置１０が異常となってしまうことがある。以下、このような課題を解決するシステムについて説明する。
【００４４】
［システムのシーケンス］
図６は、実施例１に係るワイヤレス電力伝送システムのシーケンス図である。図６に示すように、受電装置２０が受電し負荷４２が通常の動作状態において、受電装置２０は、受電部２２が受電アンテナ２１から受けた受電パワーＰｒａの値を取得する（ステップＳ８６）。例えば検出器２６が検出した受電パワーＰｒｄの値が受電パワーＰｒａの値である。送信部２４は送電装置１０に受電パワーＰｒａに関連した情報を送信する（ステップＳ８８）。
【００４５】
送電装置１０の受信部１５は受電装置２０から受電パワーＰｒａに関連した情報を受信する（ステップＳ８０）。制御部１３は、受電パワーＰｒａに基づき、受電部２２が受電アンテナ２１から受けるべき受電パワーＰｒｂが目標となる受電パワーＰｒｏとなるように送電アンテナ１１に送電パワーＰｔｂを供給する（ステップＳ８２）。送電装置１０は、送電部１２が送電アンテナ１１に供給した送電パワーＰｔａを検出する（ステップＳ８１）。例えば検出器１６が検出した送電パワーＰｔｄが送電パワーＰｔａである。制御部１３は、送電パワーＰｔａの値に基づき異常検出制御を行う（ステップＳ８４）。例えば、制御部１３は、送電パワーＰｔａの値に基づき、送電パワーＰｔａの異常を判定する。制御部１３は、送電パワーＰｔａが異常と判定すると、送電パワーＰｔｂの供給を停止する。例えば、制御部１３は、送電パワーＰｔａの値が閾値以上の場合、送電パワーＰｔａが異常と判定する。送電パワーＰｔａが大きい場合、送電アンテナ１１と受電アンテナ２１との間に金属異物が挟まっている可能性がある。異常検出制御により、このような場合に送電を停止できる。
【００４６】
通常動作モードにおいては、共振周波数ｆｒを一定の値にした状態で、ステップＳ８０からＳ８４を繰り返す。定期的また不定期に共振周波数ｆｒの調整を行う（ステップＳ９０）。
【００４７】
［共振周波数の調整のシーケンス］
図７は、実施例１に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。図７に示すように、送電装置１０の制御部１３は送電アンテナ１１に送電パワーＰｔｂを供給する（ステップＳ１０）。例えば制御部１３は、パワー制御部３２にノードＮ４から送電パワーＰｔｂが出力されるようにノードＮ３にパワーＰｔ´を供給させる。検出器１６は送電パワーＰｔｄを検出する（ステップＳ１２）。送信部１４は情報５２として送電部１２が送電アンテナ１１に供給した送電パワーＰｔａに関連した情報を受電装置２０に送信する（ステップＳ１４）。送電パワーＰｔａは例えば検出器１６が検出した送電パワーＰｔｄである。検出器１６はパワーＰｔ´を検出してもよい。
【００４８】
伝送効率ηを精度よく算出するためには、受電装置２０に送信する送電パワーＰｔａに関連した情報は検出器１６が検出した送電パワーＰｔｄであることが好ましい。しかしながら、ノードＮ４から出力される送電パワーＰｔは高周波のパワーのため検出器１６の価格が高い。そこで、検出器１６を設けず、パワー制御部３２が設定したパワーＰｔ´の値を送電パワーＰｔａに関連した情報として受電装置２０に送信してもよい。また、制御部１３はパワーＰｔ´から送電パワーＰｔａを算出し、算出した送電パワーＰｔａの値を受電装置２０に送信してもよい。
【００４９】
受電装置２０の受信部２５は情報５２として送電パワーＰｔａに関連した情報を受信する（ステップＳ２０）。受電装置２０の制御部２３は、共振周波数ｆｒを設定する（ステップＳ２１）。検出器２６は受電パワーＰｒｄを検出する（ステップＳ２２）。制御部２３は、受信部２５が受信した送電パワーＰｔａに関する情報、検出器２６が検出した受電パワーＰｒｄに基づき伝送効率ηを算出する（ステップＳ２４）。検出器２６はパワーＰｒ´またはＰｒ´´を検出してもよい。
【００５０】
伝送効率ηを精度よく算出するためには、伝送効率ηを算出するための受電パワーはパワーＰｒ´であることが好ましい。しかしながら、パワーＰｒ´は高周波のパワーのため検出器の価格が高い。そこで、検出器２６は直流の受電パワーであるＰｒまたはＰｒ´´を検出することが好ましい。検出の容易性からはより電圧が一定なＰｒ´´を検出することが好ましい。しかし、Ｐｒ´´は負荷４２の影響を受ける。よって、検出器２６はノードＮ５から出力される受電パワーＰｒを検出することが好ましい。制御部２３は、検出された受電パワーＰｒｄをそのまま用い伝送効率ηを算出してもよいし、検出された受電パワーＰｒｄからパワーＰｒ´を算出し、パワーＰｒ´を用い伝送効率ηを算出してもよい。
【００５１】
受電装置２０の送信部２４は情報５４として効率ηに関連する情報を送電装置１０に送信する（ステップＳ２６）。送電装置１０の受信部２５は情報５４として効率ηに関連した情報を受信する（ステップＳ１６）。以降のフローはステップＳ１０以降と同じであり説明を省略する。
【００５２】
図７では、ステップＳ２１において、共振周波数ｆｒを設定しても送電パワーＰｔａはほとんど変わらない。または、共振周波数ｆｒを設定したときに、受電装置２０の受電アンテナ２１のインピーダンスが変化し、ノードＮ３の電圧が変化しなくとも送電パワーＰｔａが変化することがある。このような場合においても送電パワーＰｔａが一定になるようにフィードバック制御されている。
【００５３】
図８は、図７のステップＳ１０における制御部の処理を示すフローチャートである。図８に示すように、制御部１３は、目標となる受電パワーＰｒｏを取得する（ステップＳ３０）。目標となる受電パワーＰｒｏは、毎回受電装置２０から受信してもよいし、送電装置１０が予め記憶していてもよい。制御部１３は、受電装置２０から効率ηの値を取得する（ステップＳ３１）。制御部１３は、受電部２２が受ける受電パワーＰｒｂが目標となる受電パワーＰｒｏとなる送電パワーＰｔｃを算出する（ステップＳ３２）。例えば、制御部１３は取得した効率ηと目標となる受電パワーＰｒｏに基づき送電パワーＰｔｃを算出する。例えば制御部１３は、Ｐｔｃ＝Ｐｒｏ／ηとする。
【００５４】
制御部１３は、算出された送電パワーＰｔｃのときの損失Ｌｏｓｓを算出する（ステップＳ３４）。損失ＬｏｓｓはＰｔｃ−Ｐｒｏである。制御部１３は、算出した損失Ｌｏｓｓが閾値Ｌｔｈより大きいか判定する（ステップＳ３６）。Ｎｏのとき、制御部１３は送電アンテナ１１に供給すべき送電パワーＰｔｂを算出した送電パワーＰｔｃとする（ステップＳ４０）。Ｙｅｓのとき、送電アンテナ１１に供給すべき送電パワーＰｔｂを算出した送電パワーＰｔｃより小さくする（ステップＳ３８）。例えばＰｔｂ＝Ｐｔｃ×Ａ（０＜Ａ＜１）とする。Ａは例えば０．９である。制御部１３は、送電アンテナ１１に送電パワーＰｔｂを供給する（ステップＳ４２）。例えば制御部１３は、送電部１２から送電アンテナ１１に供給される送電パワーがＰｔｂとなるように、パワーＰｔ´を算出しパワー制御部３２にパワーＰｔ´を供給させる。以上によりステップＳ１０を終了する。
【００５５】
ステップＳ３４において、制御部１３は、効率ηｃを算出してもよい。ηｃ＝Ｐｒｏ／Ｐｔｃである。ステップＳ３６において、制御部１３は、効率ηｃが閾値ηｔｈより大きいか判定してもよい。ステップＳ３１において、制御部１３は、受電装置２０から受電パワーＰｒａを受信し、ステップＳ３２において、送電パワーＰｔａ、受電パワーＰｒａおよび目標となる受電パワーＰｒｏに基づき送電パワーＰｔｃを算出してもよい。
【００５６】
図９は、図７のステップＳ２４における制御部の処理を示すフローチャートである。図９に示すように、受電装置２０の制御部２３は、送電装置１０から送電パワーＰｔａ（例えば検出器１６が検出した送電パワーＰｔｄ）を取得する（ステップＳ５０）。制御部２３は、受電パワーＰｒａ（例えば検出器２６が検出したＰｒｄ）を取得する（ステップＳ５２）。制御部２３は、送電パワーＰｔａおよび受電パワーＰｒａに基づき効率ηを算出する（ステップＳ５４）。例えば制御部２３は、η＝Ｐｒａ／Ｐｔａ（例えばｐｒｄ／ｐｔｄ）とする。以上によりステップＳ２４を終了する。
【００５７】
図１０は、図７のステップＳ２１における制御部の処理を示すフローチャートである。図１０に示すように、受電装置２０の制御部２３は、効率ηおよび共振周波数ｆｒを取得する（ステップＳ６０）。効率ηおよび共振周波数ｆｒは例えばメモリに記憶されている。共振周波数ｆｒの調整を開始する最初には共振周波数ｆｒは初期共振周波数に設定されている。初期共振周波数は例えば共振周波数ｆｒを走査するときの最小の共振周波数である。
【００５８】
制御部２３は、効率ηがこれまでの最大の効率ηｍａｘより大きいか判定する（ステップＳ６２）。ＮｏのときステップＳ６６に進む。Ｙｅｓのとき、制御部２３は、ηｍａｘ＝ηとする（ステップＳ６４）。制御部２３は、ηｍａｘおよびこのときの共振周波数ｆｒｍをメモリに記憶する（ステップＳ６５）。
【００５９】
制御部２３は、共振周波数ｆｒが最後の共振周波数が判定する（ステップＳ６６）。最後の共振周波数は例えば共振周波数ｆｒを走査するときの最大の共振周波数である。Ｙｅｓのとき、調整後の共振周波数ｆｒａを効率ηが最大となった共振周波数ｆｒｍとする（ステップＳ６８）。制御部２３は、ＤＡＣ２９に可変容量キャパシタＣ２に印加する制御電圧を共振周波数がｆｒａとなるように設定させる。共振周波数ｆｒの調整を終了する（ステップＳ７０）。
【００６０】
ステップＳ６６においてＮｏのとき、制御部２３は、共振周波数ｆｒをインクリメントする（ステップＳ７２）。制御部２３は、ＤＡＣ２９に可変容量キャパシタＣ２に印加する制御電圧を共振周波数がインクリメントしたｆｒとなるように設定させる。その後終了し、共振周波数の調整を継続する。
【００６１】
［比較例１の共振周波数調整のシミュレーション］
比較例１として、図８のステップＳ３４からＳ４０を行わない場合の共振周波数調整における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒおよび効率ηをシミュレーションした。図１１は、比較例１における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒ、効率ηおよび制御電圧Ｖｃｏｎｔのステップごとの値を示す図である。実際のシステムでは、検出器１６および２６が検出した送電パワーＰｔｄおよび受電パワーＰｒｄが把握できるパワーである。本シミュレーションでは、検出器１６および２６の検出タイミングに関係なく、送電パワーＰｔは送電部１２から送電アンテナ１１に供給される送電パワーであり、受電パワーＰｒは受電部２２が送電アンテナ１１から受ける受電パワーであるとした。シミュレーションでは、送電パワーＰｔとしてＰｔａとＰｔｂを区別する意味があまりなく、および受電パワーＰｒとしてＰｒａとＰｒｂとを区別する意味があまりない。このため、送電パワーＰｔａおよびＰｔｂ並びに受電パワーＰｒａおよびＰｒｂを用いず送電パワーＰｔおよび受電パワーＰｒを用いた。
【００６２】
制御電圧Ｖｃｏｎｔは可変容量キャパシタＣ２に印加される制御電圧である。可変容量キャパシタＣ２を強誘電体キャパシタとした。制御電圧Ｖｃｏｎｔが０Ｖのとき可変容量キャパシタＣ２の容量値は最も大きく、制御電圧Ｖｃｏｎｔが５Ｖのとき可変容量キャパシタＣ２の容量値は最も小さくなる。制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖから５Ｖまで走査することにより、共振周波数ｆｒを走査できる。
【００６３】
図１１において、ステップＮｏ０は通常動作状態である。制御電圧Ｖｃｏｎｔは２．５Ｖである。送電パワーＰｔは７Ｗ、受電パワーＰｒは５Ｗであり、効率ηは０．７１である。ステップＮｏ１において共振周波数ｆｒの調整を開始する。送電パワーＰｔは７Ｗのままである。図７のステップＳ２１において、制御部２３は制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖとする。ステップＳ２２において検出器２６は受電パワーＰｒｄを検出する。共振周波数が最小値となったため、受電パワーＰｒは低下して４．３４Ｗとなる。ステップＳ２４において制御部２３は効率ηを算出する。効率ηは低下し、０．６２である。
【００６４】
ステップＮｏ２では、ステップＳ１０において制御部１３は、受電パワーＰｒが５Ｗとなるように送電パワーＰｔを供給する。ステップＳ１２において検出器１６は送電パワーＰｔｄを検出する。送電パワーＰｔは８．０６Ｗおよび受電パワーＰｒは５Ｗとなる。効率ηは送電パワーＰｔが変わってもほとんど変化せず０．６２のままである。
【００６５】
ステップＮｏ３では、ステップＳ２１において制御部２３は制御電圧を０．５Ｖとする。これにより、共振周波数ｆｒが大きくなる。受電パワーＰｒは上昇し５．３２Ｗとなる。ステップＳ２４において制御部２３は効率ηを算出する。効率ηは上昇し、０．６６である。
【００６６】
ステップＮｏ４では、ステップＳ１０において制御部１３は、受電パワーＰｒが５Ｗとなるように送電パワーＰｔを供給する。これにより、送電パワーＰｔは７．５８Ｗおよび受電パワーＰｒは５Ｗとなる。効率ηは０．６６のままである。
【００６７】
このように、ステップＮｏが奇数のとき図７のステップＳ２１からＳ２４を実行し、ステップが偶数のとき図７のステップＳ１０からＳ１２を実行する。
【００６８】
ステップＮｏ２０およびＮｏ２２において、制御電圧Ｖｃｏｎｔのステップが終了すると、共振周波数の走査が終了する。図１０のステップＳ６８において、制御部２３は、制御電圧Ｖｃｏｎｔを効率ηが最も大きい２．５Ｖに設定し共振周波数の調整が終了する。
【００６９】
比較例１では、ステップＮｏ２およびＮｏ３において、送電パワーＰｔが８．０６Ｗと大きくなる。これにより、送電装置１０において異常と判断してしまうことがある。例えばスッテプＳ８４の異常検出制御において金属異物が送電アンテナ１１と受電アンテナ２１との間の挟まったと判定し、送電を停止してしまうことがある。異常検出制御を行わない場合には、送電装置１０および／または２０の温度が上昇し破損等の異常となることがある。
【００７０】
［実施例１の共振周波数調整のシミュレーション］
実施例１として図８のステップＳ３４からＳ４０を行う場合の共振周波数調整における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒおよび効率ηをシミュレーションした。図１２は、実施例１における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒ、効率ηおよび制御電圧Ｖｃｏｎｔのステップごとの値を示す図である。図１３は、実施例１および比較例１における送電パワーＰｔ、受電パワーＰｒおよび損失Ｌｏｓｓを示す図である。図１３において、実施例１を実線で示し比較例１を破線で示した。
【００７１】
図１２および図１３に示すように、ステップＮｏ２では、図７のステップＳ１０において制御部１３は図８の動作を行う。図８のステップＳ３２においてＰｔｃは８．０６Ｗとなる。ステップＳ３４において、Ｌｏｓｓ=Ｐｔｃ−Ｐｒｏ＝３．０６Ｗ（図１３のステップＮｏ２参照）となる。ステップＳ３６において、Ｌｔｈ＝２．８Ｗとすると、Ｌｏｓｓ＞Ｌｔｈである。よって、ステップＳ３６においてＹｅｓと判定される。ステップＳ３８においてＰｔｂ＝０．９×Ｐｔｃ＝７．２６Ｗとする。ステップＳ４２において、制御部１３は、送電パワーＰｔｂとしてＰｔｏ＝７．２６Ｗを送電アンテナ１１に供給する。受電パワーＰｒは４．５Ｗとなる。
【００７２】
ステップＮｏ３、Ｎｏ２１およびＮｏ２２においても、図８のステップＳ３６においてＬｏｓｓ＞Ｌｔｈとなる。このため、図１３のように、実施例１では比較例１に比べ、ステップＮｏ２、Ｎｏ３、Ｎｏ２１、およびＮｏ２２において送電パワーＰｔの上昇が抑制されている。
【００７３】
このように、実施例１では、損失が大きくなると予想されるとき、送電パワーＰｔを抑制する。これにより、損失が大きい場合および／または送電パワーが大きい場合に異常検出され送電が停止することおよび／または送電装置１０および／または２０の温度が上昇し破損等の異常となることを抑制できる。このように、送電パワーを適切に制御できる。
【００７４】
［実施例１の変形例１］
図１４は、実施例１の変形例１に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。図１４に示すように、図７と比べ送電装置１０における送電パワーＰｔｂを供給するステップＳ１１が異なる。受電装置２０がステップＳ２４において効率ηを算出した後にステップＳ２８において目標となる受電パワーＰｒｏを算出している。ステップＳ２６において、送信部２４は、送電装置１０に効率ηに加えＰｒｏを送信する。その他のフローは図７と同じであり説明を省略する。
【００７５】
図１５は、図１４のステップＳ１１における制御部の処理を示すフローチャートである。図１５に示すように、制御部１３は、目標となる受電パワーＰｒｏを受電装置２０から取得する（ステップＳ３０）。制御部１３は、受電装置２０から効率ηの値を取得する（ステップＳ３１）。制御部１３は、受電部２２が受電アンテナ２１から受けるべき受電パワーＰｒｂが目標となる受電パワーＰｒｏとなる送電パワーＰｔｃを算出する（ステップＳ３２）。制御部１３は、送電パワーＰｔｂ＝Ｐｔｃを送電アンテナ１１に供給する（ステップＳ４２）。
【００７６】
図１６は、図１４のステップＳ２８における制御部の処理を示すフローチャートである。図１６に示すように、制御部２３は、目標となる受電パワーＰｒｏを取得する（ステップＳ１００）。制御部２３は、効率ηの値を取得する（ステップＳ１０１）。制御部２３は、受電パワーＰｒｂを目標となる受電パワーＰｒｏとなる送電パワーＰｔｃを算出する（ステップＳ１０２）。
【００７７】
制御部２３は、送電パワーＰｔｃとしたときの損失Ｌｏｓｓを算出する（ステップＳ１０４）。制御部２３は、算出した損失Ｌｏｓｓが閾値Ｌｔｈより大きいか判定する（ステップＳ１０６）。Ｎｏのとき、制御部２３は目標とする受電パワーＰｒｏを維持する（ステップＳ１１０）。Ｙｅｓのとき、Ｐｒｏを算出したＰｒｏより小さくする（ステップＳ１０８）。例えばＰｒｏ＝Ｐｒｏ×Ａ（０＜Ａ＜１）とする。
【００７８】
実施例１の変形例１では、受電装置２０が目標となる受電パワーＰｒｏを設定する。このとき、損失が閾値より大きい場合Ｐｒｏを小さくする。送電装置１０は目標となる受電パワーＰｒｏとなるように送電パワーＰｔｂを供給する。このように、損失に基づく送電パワーＰｔｂの制御は受電装置２０が行ってもよい。
【００７９】
［実施例１の変形例２］
図１７は、実施例１の変形例２に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。図１７に示すように、図７と比べ、受電装置２０はステップＳ２４の効率ηの算出を行わない。ステップＳ２６において、受電装置２０の送信部２４は、受電パワーＰｒａに関係した情報を送電装置１０に送信する。送電装置１０の制御部１３は、ステップＳ１８において効率ηを算出する。ステップＳ１８における制御部１３の動作は、図９における制御部２３の動作と同じであり説明を省略する。その他のフローは図７と同じであり説明を省略する。実施例１の変形例２のように、効率ηの算出は送電装置１０が行ってもよい。
【００８０】
［実施例１の変形例３］
【００８１】
実施例１の変形例３は、共振周波数ｆｒを設定したときに送信パワーＰｔａが変化し、かつ送電パワーＰｔａがフィードバック制御されていない場合の例である。図１８は、実施例１の変形例３に係るワイヤレス電力伝送システムにおける共振周波数の調整のシーケンス図である。図１８に示すように、ステップＳ２１において共振周波数ｆｒを設定した後に、受電装置２０の送信部２４は送電装置１０に共振周波数の設定が終了した旨の情報を送信する（ステップＳ２６）。送電装置１０の受信部１５が情報を受信する（ステップＳ１６）と、制御部１３は送電アンテナ１１に送電パワーＰｔｂを再度供給する（ステップＳ１０）。検出器１６は送電パワーＰｔｄを検出する（ステップＳ１２）。送信部１４は、送電部１２が送電アンテナ１１に供給した送電パワーＰｔａに関連した情報を受電装置２０に送信する（ステップＳ１４）。
【００８２】
受電装置２０の受信部２５は送電パワーＰｔａに関連した情報を受信する（ステップＳ２０）。検出器２６は受電パワーＰｒｄを検出する（ステップＳ２２）。制御部２３は、伝送効率ηを算出する（ステップＳ２４）。送信部２４は送電装置１０に効率ηおよび受電パワーＰｒａに関連した情報を送信する（ステップＳ２６）。受信部２５は効率ηおよび受電パワーＰｒａに関連した情報を受信する（ステップＳ１６）。以降のフローはステップＳ１０以降と同じである。その他のフローは実施例１と同じであり説明を省略する。
【００８３】
実施例１の変形例３では、ステップＳ２１において共振周波数ｆｒを設定した後に再度送電パワーＰｔｂを供給する。これにより、共振周波数ｆｒの設定により、送電パワーＰｔａが変化した場合に再度送電パワーＰｔｂを設定し効率ηを算出できる。実施例１の変形例１および２に実施例１の変形例３の制御を適用してもよい。
【００８４】
［実施例１の変形例４］
実施例１の変形例４は、実施例１およびその変形例２の制御部１３および実施例１の変形例１の制御部２３を制御装置とした例である。図１９（ａ）および図１９（ｂ）は、実施例１の変形例４に係る制御装置のブロック図および機能ブロック図である。図１９（ａ）に示すように、制御装置６０は、プロセッサ６２、メモリ６４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）６６および内部バス６８を備えている。プロセッサ６２は例えばＣＰＵである。メモリ６４は例えば揮発性メモリまたは不揮発性メモリであり、情報等を一時的に記憶する。Ｉ／Ｆ６６は、送信部１４、２４、受信部１５、２５、検出器１６、２６、パワー制御部３２およびＤＡＣ２９と信号を入出力する。内部バス６８は、プロセッサ６２とメモリ６４およびＩ／Ｆ６６とを接続し、情報等を伝送する。制御装置６０は、例えば集積回路により実現されている。
【００８５】
図１９（ｂ）に示すように、制御装置６０は、ソフトウエアとの協働により取得部７０および設定部７２として機能する。取得部７０は、送電部１２から送電アンテナ１１に供給された送電パワーＰｔａに関する情報と、受電部２２が受電アンテナ２１から受けた受電パワーＰｒａに関する情報と、を取得する。例えば実施例１およびその変形例２では、制御部１３は、検出器１６から送電パワーＰｔｄを取得し、受電装置２０から受信部１５を介し受電パワーＰｒａを取得する。実施例１の変形例１では、制御部２３は、送電装置１０から受信部２５を介して送電パワーＰｔａに関する情報を取得し、検出器２６から受電パワーＰｒｄを取得する。
【００８６】
設定部７２は、共振周波数を調整する期間において、図８のステップＳ３２および図１６のステップＳ１０２のように、受電部２２が受電アンテナ２１から受ける受電パワーＰｒｂを目標となる受電パワーＰｒｏとするため送電パワーＰｔｃを算出する。図８のステップＳ３６および図１６のステップＳ１０６のように、Ｐｔｃに対するＰｒｏの損失Ｌｏｓｓが閾値Ｌｔｈより大きいか否か判定する。図８のステップＳ３８および図１６のステップＳ１０８のように、損失ＬｏｓｓがＬｔｈより大きいとき、送電アンテナ１１に供給される送電パワーＰｔｂを算出された送電パワーＰｔｃより小さくする。図８のステップＳ４０および図１６のステップＳ１１０のように、損失Ｌｏｓｓが閾値Ｌｔｈ以下のとき、送電アンテナ１１に供給される送電パワーＰｔｂをＰｔｃとする。
【００８７】
実施例１では、図８のように、制御部１３が送電アンテナ１１に供給する送電パワーＰｔｂを直接設定しているのに対し、実施例１の変形例１では、図１６のように、制御部２３が目標とする受電パワーＰｒｏを設定することで、図１５において制御部１３に送電アンテナ１１に供給する送電パワーＰｔｂを設定させている。このように、設定部７２は、図８のように、制御部１３が送電アンテナ１１に供給する送電パワーＰｔｂを直接設定してもよいし、制御部１３を介し間接的に送電パワーＰｔｂを設定してもよい。
【００８８】
実施例１およびその変形例によれば、送電装置１０において、図７のステップＳ１４のように送信部１４は、受電装置２０に送電パワーＰｔａに関する情報５２を送信する。情報５２は、送電アンテナ１１に供給された送電パワーＰｔａと受電アンテナ２１から受けた受電パワーＰｒａとに基づき共振周波数ｆｒを調整するための情報である。
【００８９】
受電装置２０において、図７等のステップＳ２０のように受信部２５は、送電パワーＰｔａに関する情報を送電装置１０から受信する。ステップＳ２１および図１０のように、制御部２３は、送電パワーＰｔａおよび受電パワーＰｒａに基づき共振周波数ｆｒを調整する。ステップＳ２６において、送信部２４は情報５４を送電装置１０に送信する。
【００９０】
情報５４は、送電部１２が送電アンテナ１１に送電パワーＰｔｂを供給するための情報である。例えば実施例１では、情報５４は効率ηに関する情報（図７のステップＳ２６）である。実施例１では、情報５４は、算出された送電パワーＰｔｃ（図８のステップＳ３２）に対する目標となる受電パワーＰｒｏの損失Ｌｏｓｓが所定値より大きいとき、送電アンテナ１１に供給する送電パワーＰｔｂをＰｔｃより小さくし（ステップＳ３８）、損失Ｌｏｓｓが所定値以下のとき、送電アンテナ１１に供給する送電パワーＰｔｂをＰｔｃとする（ステップＳ４０）ための情報である。
【００９１】
例えば実施例１の変形例１では、情報５４は目標とする受電パワーＰｒｏおよび効率ηに関する情報（図１４のステップＳ２６）である。実施例１の変形例２では、情報５４は受電パワーＰｒａに関する情報（図１７のステップＳ２６）である。
【００９２】
送電装置１０において、図７のステップＳ１６のように受信部１５は、情報５４を受電装置２０から受信する。図７のステップＳ１０および図８において、制御部１３は、受電アンテナ２１から受ける受電パワーＰｒｂを目標となる受電パワーＰｒｏとするため算出された送電パワーＰｔｃに対する目標となる受電パワーＰｒｏの損失Ｌｏｓｓが所定値より大きいとき、送電パワーＰｔｂを算出された送電パワーＰｔｃより小さくし（ステップＳ３８）、Ｌｏｓｓが所定値以下のとき、送電パワーＰｔｂを算出された送電パワーＰｔｃとする（ステップＳ４０）。
【００９３】
損失Ｌｏｓｓが大きいと送電装置１０および受電装置２０の発熱が大きくなる可能性がある。そこで、損失Ｌｏｓｓが大きくなると予想できるときに、送電パワーＰｔｂを小さくする。よって、送電装置１０において送電が停止することおよび／または送電装置１０および／または受電装置２０が異常となることを抑制できる。このように、送電パワーを適切に制御できる。
【００９４】
損失Ｌｏｓｓが所定値より大きいか否かの判定は、算出された送電パワーＰｔｃと目標とする受電パワーＰｒｏとから算出される効率が所定値より小さいか否かで判定してもよい。損失Ｌｏｓｓの大小を判定する所定値は予め定まった値でなくてもよい。
【００９５】
また、図７のステップＳ２０において、受信部２５は送電アンテナ１１に供給された送電パワーＰｔａに関する情報を第１送電パワーに関する情報として受信する。ステップＳ２１において、制御部２３は、受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを第１共振周波数に設定する。制御部２３は受電アンテナ２１から受けた第１受電パワーを取得する（例えばステップＳ２２において受電パワーＰｒｄを検出する）。例えば図１２のステップＮｏ１において、第１送電パワーは７Ｗである。第１共振周波数に対する制御電圧Ｖｃｏｎｔとして制御電圧Ｖｃｏｎｔを０Ｖとする。第２受電パワーは４．３４Ｗとなる。
【００９６】
ステップＳ２６において、送信部２４は、受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを第１共振周波数とした状態で送電アンテナ１１に供給される第２送電パワーを設定するため情報５４を送電装置１０に送信する。情報５４は、実施例１では効率η、実施例１の変形例１では目標とする受電パワーＰｒｏ（図１４のステップＳ２６）、実施例１の変形例２では受電パワーＰｒａ（図１７のステップＳ２６）である。
【００９７】
例えば図１２のステップＮｏ２において、制御部１３は、制御電圧Ｖｃｏｎｔが０Ｖとした状態（すなわち第１共振周波数とした状態）で受電部２２が受ける受電パワーＰｒｂを目標となる受電パワー５Ｗとなるための送電パワーＰｔｃを算出する（図８のステップＳ３２）。送電パワーＰｔｃは８．０６Ｗとなる（図１１のステップＮｏ２参照）。損失Ｌｏｓｓ＝８．０６Ｗ−５Ｗ＝３．０６Ｗとなり、閾値Ｌｔｈ＝２．８Ｗより大きい（図８のステップＳ３４）。送電アンテナ１１に供給する第２送電パワーを算出した送電パワーＰｔｃより小さくなるように７．２６Ｗに設定する。
【００９８】
これにより、損失Ｌｏｓｓが大きく送電パワーＰｔが大きくなると予想できるときに、送電パワーＰｔを小さくできる。
【００９９】
さらに、図７のステップＳ１０において送電アンテナ１１に第２送電パワーが供給された後、ステップＳ２１のように、受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを第１共振周波と異なる第２共振周波数に設定する。例えば図１２のステップＮｏ３において、制御電圧Ｖｃｏｎｔを第２共振周波数に対応する０．５Ｖとする。制御部２３は受電アンテナ２１が受けた第２受電パワーを取得する（例えばステップＳ２２において受電パワーＰｒｄを検出する）。図１２のステップＮｏ３において受電パワーＰｒは４．７９Ｗとなる。
【０１００】
このように、共振周波数の設定と送電パワーの設定を交互に行うことにより、受電パワーＰｒは目標とする受電パワーＰｒｏである５Ｗから大きく離れない。よって、受電部２２が通常の動作を行いつつ周波数調整を行うことができる。
【０１０１】
図１０のように、制御部２３は、伝送効率ηに基づき共振周波数ｆｒを調整する。これにおり、精度よく共振周波数を制御できる。
【０１０２】
図６のステップＳ８４のように、送電装置１０は送電アンテナ１１に供給した送電パワーＰｔａに異常を検出したとき、送電アンテナ１１に供給する送電パワーを停止する。図８のステップＳ３６および図１６のステップＳ１０６の閾値Ｌｔｈを適切に選択することで、共振周波数の調整に起因し送電が停止されることを抑制できる。
【０１０３】
受電アンテナ２１は、コイルＬ２と可変容量コンデンサＣ２を有し、制御部２３は可変容量コンデンサＣ２の容量値を設定することで受電アンテナ２１の共振周波数ｆｒを設定する。これにより、簡単に共振周波数ｆｒを設定できる。
【０１０４】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  送電装置
１１  送電アンテナ
１２  送電部
１３、２３  制御部
１４、２４  送信部
１５、２５  受信部
１６、２６  検出器
２０  受電装置
２１  受電アンテナ
２２  受電部
６０  制御装置
７０  取得部
７２  設定部
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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