(57)【要約】  ２ＭＨｚ以上の高周波数でスイッチング動作を行う２系統のパワー素子と、パワー素子のスイッチング動作を共振スイッチングさせる２系統の共振回路素子と、各パワー素子に２ＭＨｚ以上の高周波数のパルス状の電圧信号を送る高周波パルスドライブ回路２１と、２系統の電圧信号の位相差を固定して高周波パルスドライブ回路２１に送る位相差発生回路２２と、パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力を入力し、共振動作を行うことで送信電力を発生する共振型送信アンテナ３と、共振型送信アンテナ３の共振条件を設定する共振条件設定回路と、パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力と共振型送信アンテナ３との間で共振条件を合わせるインピーダンス整合回路とを備えた。
2015097813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２ＭＨｚ以上の高周波数でスイッチング動作を行う２系統のパワー素子と、
対応する前記パワー素子のスイッチング動作を共振スイッチングさせる２系統の共振回路素子と、
前記各パワー素子に２ＭＨｚ以上の高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該各パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路と、
２系統の前記電圧信号の位相差を固定して前記高周波パルスドライブ回路に送り、当該高周波パルスドライブ回路を駆動させる位相差発生回路と、
前記パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力を入力し、共振動作を行うことで送信電力を発生する共振型送信アンテナと、
前記共振型送信アンテナの共振条件を設定する共振条件設定回路と、
前記パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力と前記共振型送信アンテナとの間で共振条件を合わせるインピーダンス整合回路と
を備えた共振型電力伝送装置。
【請求項２】
２ＭＨｚ以上の高周波数でスイッチング動作を行う２系統のパワー素子と、
対応する前記パワー素子のスイッチング動作を共振スイッチングさせる２系統の共振回路素子と、
前記各パワー素子に２ＭＨｚ以上の高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該各パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路と、
２系統の前記電圧信号の位相差を固定して前記高周波パルスドライブ回路に送り、当該高周波パルスドライブ回路を駆動させる位相差発生回路と、
前記パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力を、１系統の電力に合成するトランスと、
前記トランスにより合成された１系統の電力を入力し、共振動作を行うことで送信電力を発生する共振型送信アンテナと、
前記共振型送信アンテナの共振条件を設定する共振条件設定回路と、
前記パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力と前記トランスとの間で共振条件を合わせるインピーダンス整合回路と
を備えた共振型電力伝送装置。
【請求項３】
前記共振回路素子は、インダクタンス値を可変とする可変型のインダクタを有する
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送装置。
【請求項４】
前記共振回路素子は、インダクタンス値を可変とする可変型のインダクタを有する
ことを特徴とする請求項２記載の共振型電力伝送装置。
【請求項５】
前記パワー素子は、ＲＦ用の電界効果トランジスタ以外の電界効果トランジスタである
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送装置。
【請求項６】
前記パワー素子は、ＲＦ用の電界効果トランジスタ以外の電界効果トランジスタである
ことを特徴とする請求項２記載の共振型電力伝送装置。
【請求項７】
前記共振型送信アンテナは、磁界共鳴により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送装置。
【請求項８】
前記共振型送信アンテナは、磁界共鳴により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項２記載の共振型電力伝送装置。
【請求項９】
前記共振型送信アンテナは、電界共鳴により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送装置。
【請求項１０】
前記共振型送信アンテナは、電界共鳴により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項２記載の共振型電力伝送装置。
【請求項１１】
前記共振型送信アンテナは、電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送装置。
【請求項１２】
前記共振型送信アンテナは、電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項２記載の共振型電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波数で電力伝送を行う共振型電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３に従来技術による共振型電力伝送装置を示す。この共振型電力伝送装置では、Ｅ級型電源回路１０１の出力に、インダクタＬ１１からなる共振型送信アンテナ１０２を接続して構成されている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】２０１３年電子情報通信学会総合大会ＢＣＳ−１−１６
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１３／０４６５３６
【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、従来技術では、受信側のインピーダンス変動に対して、追従した共振条件を維持することができない。よって、共振型送信アンテナ１０２と共振型受信アンテナ間の距離が変動すると、電力伝送効率が低下するという課題があった。また、共振型送信アンテナ１０２と共振型受信アンテナ間の距離が変動すると、又は受信側の負荷インピーダンスが変動すると、Ｅ級型電源回路１０１が共振動作条件を外れ、電力変換効率が低下するという課題があった。
また、上記課題の対策のためには、Ｅ級型電源回路１０１と共振型送信アンテナ１０２間に自動整合回路を必要とする。しかしながら、その場合、装置を小型、軽量化できないという課題があった。また、部品点数が多くなるため、コストを下げられないという課題があった。装置全体の電力変換効率が自動整合回路分下がってしまうという課題があった。【０００６】
一方、上記自動整合回路を不要とするため、Ｄ級型電源回路を用いた電力伝送システムにおいて、送信アンテナに駆動電圧に対して位相差を有する補正電流を注入する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この補正電流を注入することで、送信アンテナの共振周波数を調整することなく、共振状態を実現するよう自動チューニングを行うことができる。しかしながら、Ｄ級型電源回路は、ｋＨｚ帯の電力伝送を想定したものであり、ＭＨｚ帯には適用することができないという課題がある。【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、共振型送信アンテナの出力インピーダンスと共振型受信アンテナの入力インピーダンスとを自動的に整合させることができ、２ＭＨｚ以上の高周波数で電力伝送を行うことができる共振型電力伝送装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る共振型電力伝送装置は、２ＭＨｚ以上の高周波数でスイッチング動作を行う２系統のパワー素子と、対応するパワー素子のスイッチング動作を共振スイッチングさせる２系統の共振回路素子と、各パワー素子に２ＭＨｚ以上の高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該各パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路と、２系統の電圧信号の位相差を固定して高周波パルスドライブ回路に送り、当該高周波パルスドライブ回路を駆動させる位相差発生回路と、パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力を入力し、共振動作を行うことで送信電力を発生する共振型送信アンテナと、共振型送信アンテナの共振条件を設定する共振条件設定回路と、パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力と共振型送信アンテナとの間で共振条件を合わせるインピーダンス整合回路とを備えたものである。【０００９】
また、この発明に係る共振型電力伝送装置は、２ＭＨｚ以上の高周波数でスイッチング動作を行う２系統のパワー素子と、対応するパワー素子のスイッチング動作を共振スイッチングさせる２系統の共振回路素子と、各パワー素子に２ＭＨｚ以上の高周波数のパルス状の電圧信号を送り、当該各パワー素子を駆動させる高周波パルスドライブ回路と、２系統の電圧信号の位相差を固定して高周波パルスドライブ回路に送り、当該高周波パルスドライブ回路を駆動させる位相差発生回路と、パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力を、１系統の電力に合成するトランスと、トランスにより合成された１系統の電力を入力し、共振動作を行うことで送信電力を発生する共振型送信アンテナと、共振型送信アンテナの共振条件を設定する共振条件設定回路と、パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力とトランスとの間で共振条件を合わせるインピーダンス整合回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のように構成したので、共振型送信アンテナの出力インピーダンスと共振型受信アンテナの入力インピーダンスとを自動的に整合させることができ、２ＭＨｚ以上の高周波数で電力伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送装置を備えた共振型電力伝送システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における共振型送信アンテナの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送装置の回路構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送装置の動作を示す図であり、（ａ）Ｅ級型電源回路からの２出力の波形を示す図であり、（ｂ）受信電力の波形を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送装置の動作原理を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送装置の別の回路構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る共振型電力伝送装置の回路構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送装置の回路構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送装置の動作を示す図であり、（ａ）Ｅ級型電源回路からの２出力の波形を示す図であり、（ｂ）受信電力の波形を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３における可変型インダクタの構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における可変型インダクタの別の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３における可変型インダクタの別の構成を示す図である。
【図１３】従来の共振型電力伝送装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送装置１を備えた共振型電力伝送システムの構成を示す図である。
共振型電力伝送システムは、図１に示すように、Ｅ級型電源回路（共振型電源回路）２、共振型送信アンテナ３、共振型受信アンテナ４及び受信回路５から構成されている。なお、Ｅ級型電源回路２及び共振型送信アンテナ３は、共振型電力伝送装置１を構成する。
【００１３】
Ｅ級型電源回路２は、共振型送信アンテナ３の前段に配置され、共振型送信アンテナ３への電力の供給を制御するものである。このＥ級型電源回路２は、直流又は交流を入力し、位相差を固定制御した２系統の交流（Ｖ１，Ｖ２）を出力するインバータ電源回路である。なお図１では、共振型電源回路として、Ｅ級方式の電源回路を示しているが、これに限るものではなく、ＭＨｚ帯の周波数で動作可能な共振型の電源回路であればよい。
【００１４】
共振型送信アンテナ３は、Ｅ級型電源回路２からの電力を共振型受信アンテナ４に伝送する共振型の電力送信アンテナである（非接触に限定されない）。この共振型送信アンテナ３は、Ｅ級型電源回路２から出力された２系統の交流（Ｖ１，Ｖ２）を入力して、共振動作を行うことで送信電力を発生し、共振型受信アンテナ４への電力伝送を実施している。
この共振型送信アンテナ３は、図２（ａ）に示すように、２つのコイル（形状はヘリカル状、スパイラル状など任意）３１，３２を横並びに直列配置して構成してもよいし、図２（ｂ）に示すように、一方のコイル３２を他方のコイル３１の内側に嵌合して構成してもよい。また、図１，２では、分離した２つのコイル３１，３２を用いて共振型送信アンテナ３を構成した場合を示しているが、これに限るものではなく、例えば図３などに示すように、１つのコイルを用い、当該コイルの中間点から共通のＲＴＮ端子を配置することで、共振型送信アンテナ３を構成するようにしてもよい。
【００１５】
共振型受信アンテナ４は、共振型送信アンテナ３からの電力を受信する共振型の電力受信アンテナである（非接触に限定されない）。この共振型受信アンテナ４により受信された電力は受信回路５を介して負荷機器など（不図示）に供給される。
この共振型受信アンテナ４は、１つのコイル（形状はヘリカル状、スパイラル状など任意）で構成してもよいし、給電コイルを別に設けて２つのコイルで構成してもよい。なお、共振型受信アンテナ４の共振周波数は、共振型送信アンテナ３と同じ周波数に設定される。
【００１６】
受信回路５は、共振型受信アンテナ４と負荷機器間に配置され、共振型受信アンテナ４により受信された電力（交流出力）を整流するものである。この受信回路５は、ＡＣ入力−ＤＣ出力型の電源回路である。
なお、無線電力伝送の場合における共振型電力伝送システムの伝送方式は特に限定されるものではなく、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、電磁誘導による方式のいずれであってもよい。
【００１７】
次に、図１に示すＥ級型電源回路２の具体的な回路構成例について、図３を参照しながら説明する。
Ｅ級型電源回路２は、図３に示すように、パワー素子Ｑ１，Ｑ２１、共振回路素子（コンデンサＣ１，Ｃ２１、インダクタＬ２，Ｌ２２及びコンデンサＣ２，Ｃ２２）、インダクタＬ１，Ｌ２１、高周波パルスドライブ回路２１、位相差発生回路２２、インピーダンス整合回路（コンデンサＣ３，Ｃ２３）及び共振条件設定回路（コンデンサＣ５，Ｃ２５）から構成されている。なお、コンデンサＣ５，Ｃ２５は、図１に示すＥ級型電源回路２に含まれていてもよいし、外部に設けられていてもよい。
【００１８】
パワー素子Ｑ１，Ｑ２１は、入力の直流電圧Ｖｉｎを交流に変換するために２ＭＨｚ以上の高周波数でスイッチング動作を行うスイッチング素子である。このパワー素子Ｑ１，Ｑ２１としては、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）用の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ；Ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に限らず、例えばＳｉ−ＭＯＳＦＥＴやＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＦＥＴなどの素子を用いることが可能である。
【００１９】
共振回路素子（コンデンサＣ１，Ｃ２１、インダクタＬ２，Ｌ２２及びコンデンサＣ２，Ｃ２２）は、対応するパワー素子Ｑ１，Ｑ２１のスイッチング動作を共振スイッチングさせるための素子である。このコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ２１，Ｃ２２としては、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサなどを用いることが可能である。また、インダクタＬ２，Ｌ２２としては、空芯コイルや磁性体インダクタなどを用いることが可能である。
【００２０】
インダクタＬ１，Ｌ２１は、入力の直流電圧Ｖｉｎのエネルギーを、対応するパワー素子Ｑ１，Ｑ２１のスイッチング動作ごとに一時的に保持する働きをするものである。このインダクタＬ１，Ｌ２１としては、磁性体インダクタなどを用いることが可能である。
【００２１】
高周波パルスドライブ回路２１は、パワー素子Ｑ１のＧ端子及びパワー素子Ｑ２１のＧ端子に２ＭＨｚ以上の高周波数のパルス状の電圧信号を送り、パワー素子Ｑ１，Ｑ２１を駆動させる回路である。この高周波パルスドライブ回路２１は、出力部をＦＥＴ素子などでトーテンポール回路構成にして高速のＯＮ／ＯＦＦ出力ができるように構成した回路である。
【００２２】
位相差発生回路２２は、ロジック信号などの２ＭＨｚ以上の高周波のパルス状の２系統の電圧信号を高周波パルスドライブ回路２１に送り、高周波パルスドライブ回路２１を駆動させる回路である。またその際、２系統の電圧信号の位相差を任意に固定することで、パワー素子Ｑ１，Ｑ２１のドライブのタイミングを制御している。この位相差発生回路２２は、上記の他、周波数設定用のオシレータとフリップフロップやインバータなどで構成される。
【００２３】
インピーダンス整合回路（コンデンサＣ３，Ｃ２３）は、Ｅ級型電源回路２の出力（パワー素子Ｑ１，Ｑ２１によるスイッチング動作により得られた２系統の電力）と共振型送信アンテナ３との間のインピーダンス整合（共振条件のバランス整合）を行うものである。このコンデンサＣ３，Ｃ２３としては、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサなどを用いることが可能である。
【００２４】
共振条件設定回路（コンデンサＣ５，Ｃ２５）は、共振型送信アンテナ３の共振条件を設定するものである。このコンデンサＣ５，Ｃ２５としては、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサなどを用いることが可能である。
【００２５】
次に、上記のように構成された共振型電力伝送システムの動作について説明する。以下では、図３の上側のパワー素子Ｑ１で構成される回路の動作について説明する。また、Ｅ級型電源回路２には直流電圧Ｖｉｎが入力されるものとする。
まず、一次電源（不図示）の直流電圧Ｖｉｎが、Ｅ級型電源回路２へ入力され、ＭＨｚ帯の高周波交流に変換されて共振型送信アンテナ３へ２系統出力される。このＥ級型電源回路２の具体的な動作では、まず、入力の直流電圧ＶｉｎはインダクタＬ１を通してパワー素子Ｑ１のＤ端子に印加される。そして、パワー素子Ｑ１は、その電圧をＯＮ／ＯＦＦのスイッチング動作により正電圧の交流状電圧へ変換する。この変換動作のときに、インダクタＬ１は一時的にエネルギーを保持する働きをして、直流を交流へ電力変換する手助けを行う。
【００２６】
ここで、パワー素子Ｑ１のスイッチング動作は、Ｉｄｓ電流とＶｄｓ電圧積によるスイッチング損失が最も小さくなるように、ＺＶＳ（ゼロボルテージスイッチング）が成立するようコンデンサＣ１、インダクタＬ２及びコンデンサＣ２からなる共振回路素子で共振スイッチング条件が設定されている。この共振スイッチング動作により、出力電圧ＶｏｕｔにはＲＴＮ電位を軸にした交流電圧が出力される。
【００２７】
パワー素子Ｑ１の駆動は、位相差発生回路２２からの任意のパルス状の電圧信号を受けた高周波パルスドライブ回路２１が出力する、パルス状の電圧信号をパワー素子Ｑ１のＧ端子へ入力することで行っている。このとき、パワー素子Ｑ１の駆動周波数は共振型電力伝送装置１の動作周波数となり、位相差発生回路２２内部のオシレータ回路の設定により決まる。
【００２８】
一方、図３の下側のパワー素子Ｑ２１で構成される回路の動作についても上記と同様の動作となる。また、パワー素子Ｑ１，Ｑ２１のドライブのタイミングは、位相差発生回路２２により制御される。そして、Ｅ級型電源回路２出力Ｖ１，Ｖ２の位相差を任意に固定（例えば９０度）することで、図４に示すように、共振型送信アンテナ３からの伝送電力を受信する共振型受信アンテナ４の位置変化に伴うインピーダンス変動に対して、自動的に整合が図られる。例えば、共振型受信アンテナ４の位置が共振型送信アンテナ３に対して変化した場合、共振型受信アンテナ４内の電圧と電流の位相差が小さくなるように、自動整合動作が行われる。これにより、共振型受信アンテナ４から取り出せる有効電力を大きくすることができる。
【００２９】
ここで、本発明の動作原理について図５を参照しながら説明する。図５は、図４の出力Ｉ１，Ｉ２と受信入力Ｖｉｎ，Ｉｉｎをベクトル表記している。
図５において、出力Ｉ１，Ｉ２は受信入力Ｖｉｎに対してそれぞれ位相差を有する。一方、出力Ｉ１と出力Ｉ２との位相差は９０度である。そして、これらの出力Ｉ１，Ｉ２の合成電流が受信入力Ｉｉｎとなるため、受信入力Ｉｉｎの位相を受信入力Ｖｉｎの位相と一致するよう自動整合させることができる。
【００３０】
そして、共振型送信アンテナ３は、その２系統の高周波交流による共振動作を行い、共振型受信アンテナ４へ電力伝送を行う。その後、共振型受信アンテナ４は、共振型送信アンテナ３からの電力伝送により共振型送信アンテナ３と同様に共振動作を行う。そして、共振型受信アンテナ４は、受信回路５へ高周波交流を出力する。その後、受信回路５は、その高周波交流を整流して、直流出力を行う。
また、共振型受信アンテナ４の位置が共振型送信アンテナ３に対して変化した場合でも、共振型受信アンテナ４内の電圧と電流の位相差が小さくなるように、自動整合が行われる。これにより、共振型受信アンテナ４から取り出せる有効電力を大きくすることができる。
【００３１】
以上のように、この実施の形態１によれば、共振型電源回路を２出力構成にして各出力を共振型送信アンテナ３へ接続し、当該２出力の位相差を任意に固定するように構成したので、共振型送信アンテナ３の出力インピーダンスと共振型受信アンテナ４の入力インピーダンスとを自動的に整合させることができ、２ＭＨｚ以上の高周波数で電力伝送を行うことができる。
その結果、共振型送信アンテナ３と共振型受信アンテナ４間の距離が変動しても、高い電力伝送効率を維持できる。また、共振型送信アンテナ３と共振型受信アンテナ４間の距離が変動しても、又は受信側の負荷インピーダンスが変動しても、Ｅ級型電源回路２が共振動作条件を外れないため、高い電力変換効率を維持できる。また、従来必要とされていたＥ級型電源回路２と共振型送信アンテナ３間の自動整合回路が不要となるため、装置を小型、軽量化できる。また、従来構成に対して、部品点数を削減することができるため、コストを下げることができる。また、電力変換効率の高効率化を図ることができる。
【００３２】
なお上記では、共振型電力伝送装置１の構成例として、図３に示すような回路構成を示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば図６に示すような回路構成としてもよい。
図６に示す構成において、インダクタＬ３，Ｌ２３及びコンデンサＣ４，Ｃ２４は、コンデンサＣ３，Ｃ２３とともにインピーダンス整合回路を構成する素子である。このコンデンサＣ４，Ｃ２４としては、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサなどを用いることが可能である。また、インダクタＬ３，Ｌ２３としては、空芯コイル、磁性体インダクタなどを用いることが可能である。これらの追加素子により、インピーダンス整合範囲をより広範囲にさせることができる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態２では、共振型送信アンテナ３を１つのアンテナで構成したものについて示す。図７はこの発明の実施の形態２に係る共振型電力伝送装置１の構成例を示す回路図である。図７に示す実施の形態２に係る共振型電力伝送装置１は、図３に示す実施の形態２に係る共振型電力伝送装置１にトランスＴ１を追加し、共振条件設定回路（コンデンサＣ５，Ｃ２５）の配置を変更し、共振型送信アンテナ３を１つのアンテナから構成したものである。その他の構成は同様であり、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００３４】
トランスＴ１は、パワー素子によるスイッチング動作により得られた２系統の電力を、１系統の電力に合成するものである。すなわち、トランスＴ１は、位相差発生回路２２により一次側コイルＮ１に加わる電圧と一次側コイルＮ２に加わる電圧との位相差が任意に固定されることで、二次側コイルＮ３に発生する電圧振幅を制御する。このトランスＴ１は、フェライトコアなどの磁性体を使用したトランスで構成される。
【００３５】
また、共振型送信アンテナ３は、トランスＴ１により合成され二次側コイルＮ３に発生した１系統の電力を入力し、共振動作を行うことで送信電力を発生する。
また、インピーダンス整合回路（コンデンサＣ３，Ｃ２３）は、パワー素子Ｑ１，Ｑ２１によるスイッチング動作により得られた２系統の電力とトランスＴ１との間のインピーダンス整合（共振条件のバランス整合）を行う。
【００３６】
また図７では、共振条件設定回路としてコンデンサＣ５，Ｃ２５の２つの素子を使用しているが、１つの素子のみで構成してもよい。この場合、コンデンサＣ５，Ｃ２５の直列合成インピーダンスとなる値の素子を用いる。
【００３７】
以上のように、この実施の形態２によれば、トランスＴ１を用いて２系統の電力を１系等の電力に合成するように構成したので、実施の形態１における効果に加え、実施の形態１の構成に対して共振型送信アンテナ３のターン数を半分にすることができる。
【００３８】
なお、図７に示す構成に対して、図６と同様に、インダクタＬ３，Ｌ２３及びコンデンサＣ４，Ｃ２４を追加してもよい。これにより、インピーダンス整合範囲をより広範囲にさせることができる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態３では、共振型電源回路の２出力の位相差設定に加え、振幅差制御も行うものについて示す。図８はこの発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送装置１の構成例を示す回路図である。図８に示す実施の形態３に係る共振型電力伝送装置１は、図３に示す実施の形態２に係る共振型電力伝送装置１の共振回路素子を構成するインダクタＬ２，Ｌ２２を可変型インダクタに変更したものである。その他の構成は同様であり、異なる部分についてのみ説明を行う。
【００４０】
インダクタＬ２，Ｌ２２は、インダクタンス値を可変とする可変型インダクタである。このインダクタＬ２又はインダクタＬ２２のインダクタンス値を可変制御することで、Ｅ級型電源回路２の出力Ｖ１，Ｖ２の振幅差制御を行う。そして、図９に示すように、出力Ｖ１，Ｖ２の位相差設定に加えて振幅差制御を行うことで、共振型送信アンテナ３から出力される送信電力の電圧波形の歪と位相を制御することができ、共振型受信アンテナ４とのインピーダンス自動整合を行わせることができる。
【００４１】
次に、可変型インダクタＬ２，Ｌ２２の構成例について、図１０〜１１を参照しながら説明する。
図１０は、電子部品としてモータ制御回路２３３を用い、このモータ制御回路２３３によりコイル２３２の磁路長を自動で可変させるタイプの可変型インダクタＬ２，Ｌ２２である。この構成では、可変制御回路２３１により、モータ制御回路２３３を駆動させてコイル２３２の磁路長を物理的に可変させることで、インダクタンス値を可変させる。なお図１０（ａ），（ｂ）において、コイル２３２のターン数は同じである。
【００４２】
また図１１は、電子部品としてＦＥＴ２３４を用い、このＦＥＴ２３４によりコイル２３２の巻き数を自動で調整するタイプの可変型インダクタＬ２，Ｌ２２である。この構成では、コイル２３２の各巻き数点にＦＥＴ２３４を接続し、可変制御回路２３１により各ＦＥＴ２３４のＯＮ／ＯＦＦを切替えて、又はパルス幅変調（ＰＷＭ）等を切替えて、コイル２３２の巻き数を可変させることで、インダクタンス値を可変させる。なおＦＥＴ２３４は、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＦＥＴ、ＲＦ用ＦＥＴなどの素子、又は、これらの素子を直列接続してボディダイオードをＯＦＦ型に構成したものである。
【００４３】
また図１２は、電子部品としてＦＥＴ２３４を用い、このＦＥＴ２３４によりコイル２３２の並列接続を自動で可変するタイプの可変型インダクタＬ２，Ｌ２２である。この構成では、並列接続された各コイル２３２にＦＥＴ２３４を接続し、可変制御回路２３１により各ＦＥＴ２３４のＯＮ／ＯＦＦを切替えて、又はパルス幅変調（ＰＷＭ）等を切替えて、コイル２３２の並列接続を可変させることで、インダクタンス値を可変させる。なおＦＥＴ２３４は、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＦＥＴ、ＲＦ用ＦＥＴなどの素子、又は、これらの素子を直列接続してボディダイオードをＯＦＦ型に構成したものである。
【００４４】
なお図８では、インダクタＬ２，Ｌ２２の両方を可変型インダクタとした場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、インダクタＬ２，Ｌ２２のうちの片側のみを可変型インダクタとしてもよい。ただし、その場合には、共振型受信アンテナ４とのインピーダンス自動整合の動作範囲が狭くなる。
また、図８に示す構成に対して、図６と同様に、インダクタＬ３，Ｌ２３及びコンデンサＣ４，Ｃ２４を追加してもよい。これにより、インピーダンス整合範囲をより広範囲にさせることができる。
【００４５】
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
この発明に係る共振型電力伝送装置は、共振型送信アンテナの出力インピーダンスと共振型受信アンテナの入力インピーダンスとを自動的に整合させることができ、２ＭＨｚ以上の高周波数で電力伝送を行うことができ、高周波数で電力伝送を行う共振型電力伝送装置等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００４７】
１  共振型電力伝送装置、２  Ｅ級型電源回路（共振型電源回路）、３  共振型送信アンテナ、４  共振型受信アンテナ、５  受信回路、３１，３２  コイル、２１  高周波パルスドライブ回路、２２  位相差発生回路、２３１  可変制御回路、２３２  コイル、２３３  モータ制御回路、２３４  ＦＥＴ。
【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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【国際調査報告】
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