(57)【要約】  電力供給バランスを改善できる受電器と電力伝送システムを提供する。  受電器は、磁界共鳴で一次側共振コイルから電力を受電する第１の二次側共振コイルと、第１の二次側共振コイルから入力される交流電力を全波整流する整流回路と、整流回路の出力側に接続される平滑回路と、平滑回路の出力側に接続される一対の出力端子と、整流回路と平滑回路との間の線路に直列に挿入され、接続状態を切り替えるスイッチと、第１の二次側共振コイルの第１の受電効率、一対の出力端子に接続される第１負荷の第１定格出力、一次側共振コイルとの間で生じる磁界共鳴によって一次側共振コイルから電力を受電する他の受電器の第２の二次側共振コイルの第２の受電効率、及び、他の受電器から電力が供給される第２負荷の第２定格出力に基づいて設定されるデューティ比と、磁界共鳴の周波数以下の周波数とで決定されるＰＷＭ駆動パターンでスイッチを駆動する駆動制御部とを含む。
2016046933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子及び第２端子を有し、一次側共振コイルとの間で生じる磁界共鳴によって前記一次側共振コイルから電力を受電する第１の二次側共振コイルと、
前記第１端子及び前記第２端子に接続され、前記第１の二次側共振コイルから入力される交流電力を整流する整流回路と、
前記整流回路の出力側に接続される平滑回路と、
前記平滑回路の出力側に接続される一対の出力端子と、
前記整流回路と前記平滑回路との間の線路に直列に挿入され、前記線路の接続状態を切り替えるスイッチと、
前記第１の二次側共振コイルの第１の受電効率、前記一対の出力端子に接続される第１負荷の第１定格出力、前記一次側共振コイルとの間で生じる磁界共鳴によって前記一次側共振コイルから電力を受電する他の受電器の第２の二次側共振コイルの第２の受電効率、及び、前記他の受電器から電力が供給される第２負荷の第２定格出力に基づいて設定される第１デューティ比と、前記磁界共鳴の周波数以下の第１周波数とで決定される第１ＰＷＭ駆動パターンで前記スイッチを駆動する駆動制御部と
を含む、受電器。
【請求項２】
前記第１デューティ比は、前記第１定格出力を前記第１の受電効率で除算して得る第１の値が、前記第２定格出力を前記第２の受電効率で除算して得る第２の値よりも小さい場合に、前記第１デューティ比の第１初期値よりも小さい所定のデューティ比に設定され、
前記所定のデューティ比は、前記第１デューティ比が前記第１初期値である場合よりも、前記第１負荷及び前記第２負荷が受電する電力のバランスが改善されるデューティ比である、請求項１記載の受電器。
【請求項３】
前記第１デューティ比は、前記第１定格出力を前記第１の受電効率で除算して得る第１の値が、前記第２定格出力を前記第２の受電効率で除算して得る第２の値よりも大きい場合には、前記第１初期値に設定される、請求項１又は２記載の受電器。
【請求項４】
前記第１初期値は、１００％である、請求項３記載の受電器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の受電器と、
前記他の受電器と、
前記一次側共振コイルを有する送電器と
を含む、電力伝送システム。
【請求項６】
前記他の受電器は、前記受電器と同一の回路構成を有する、請求項５記載の電力伝送システム。
【請求項７】
前記他の受電器では、前記第２の受電効率、前記第２定格出力、前記第１の受電効率、及び、前記第１定格出力に基づいて設定される第２デューティ比と、前記磁界共鳴の周波数以下の第２周波数とで決定される第２ＰＷＭ駆動パターンでスイッチが駆動され、
前記第２デューティ比は、前記第２定格出力を前記第２の受電効率で除算して得る第２の値が、前記第１定格出力を前記第１の受電効率で除算して得る第１の値よりも小さい場合に、前記第２デューティ比の第２初期値よりも小さい所定のデューティ比に設定され、
前記所定のデューティ比は、前記第２デューティ比が前記第２初期値である場合よりも、前記第１負荷及び前記第２負荷が受電する電力のバランスが改善されるデューティ比である、請求項６記載の電力伝送システム。
【請求項８】
前記第２デューティ比は、前記第２定格出力を前記第２の受電効率で除算して得る第２の値が、前記第１定格出力を前記第１の受電効率で除算して得る第１の値よりも大きい場合には、前記第２初期値に設定される、請求項６又は７記載の電力伝送システム。
【請求項９】
前記第２初期値は、１００％である、請求項８記載の電力伝送システム。
【請求項１０】
前記受電器、前記他の受電器、及び前記送電器は、それぞれ、第１通信部、第２通信部、及び第３通信部を有し、
前記送電器の前記第３通信部は、前記受電器の前記第１通信部から前記第１の受電効率及び前記第１定格出力を表す第１データを受信するとともに、前記他の受電器の前記第２通信部から前記第２の受電効率及び前記第２定格出力を表す第２データを受信し、
前記送電器は、前記第３通信部が受信する第１データが表す第１の受電効率及び前記第１定格出力に基づいて前記第１の値を演算するとともに、前記第３通信部が受信する第２データが表す第２の受電効率及び前記第２定格出力に基づいて前記第２の値を演算し、
前記送電器の前記第３通信部は、前記受電器の前記第１通信部に前記第１の値を表すデータを送信するとともに、前記他の受電器の前記第２通信部に前記第２の値を表すデータを送信する、請求項７乃至９のいずれか一項記載の電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電器、及び、電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、給電元の共鳴素子から共鳴により非接触で交流電力の供給を受ける共鳴素子と、前記共鳴素子から電磁誘導により交流電力の供給を受ける励振素子と、前記励振素子からの交流電力から直流電力を生成して出力する整流回路と、前記整流回路への交流電力の供給／非供給を切り替える切替回路とを備える非接触受電装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０１９２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の非接触受電装置（受電器）は、受電器に送電される電力を共鳴素子が電力する際の受電効率を考慮していない。受電効率は、送電器に対する受電器の位置又は姿勢等によって変化するため、特に受電器が複数ある場合に、受電効率を考慮せずに電力を伝送すると、複数の受電器にバランスよく電力を供給できなくなるおそれがある。【０００５】
そこで、電力の供給バランスを改善できる受電器、及び、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】
【０００６】
本発明の実施の形態の受電器は、第１端子及び第２端子を有し、一次側共振コイルとの間で生じる磁界共鳴によって前記一次側共振コイルから電力を受電する第１の二次側共振コイルと、前記第１端子及び前記第２端子に接続され、前記第１の二次側共振コイルから入力される交流電力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力側に接続される平滑回路と、前記平滑回路の出力側に接続される一対の出力端子と、前記整流回路と前記平滑回路との間の線路に直列に挿入され、前記線路の接続状態を切り替えるスイッチと、前記第１の二次側共振コイルの第１の受電効率、前記一対の出力端子に接続される第１負荷の第１定格出力、前記一次側共振コイルとの間で生じる磁界共鳴によって前記一次側共振コイルから電力を受電する他の受電器の第２の二次側共振コイルの第２の受電効率、及び、前記他の受電器から電力が供給される第２負荷の第２定格出力に基づいて設定される第１デューティ比と、前記磁界共鳴の周波数以下の第１周波数とで決定される第１ＰＷＭ駆動パターンで前記スイッチを駆動する駆動制御部とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
電力の供給バランスを改善できる受電器、及び、電力伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電力伝送システム５０を示す図である。
【図２】送電器１０から電子機器４０Ａ、４０Ｂに磁界共鳴によって電力を伝送する状態を示す図である。
【図３】送電器１０から電子機器４０Ｂ１、４０Ｂ２に磁界共鳴によって電力を伝送する状態を示す図である。
【図４】実施の形態の受電器１００と送電装置８０を示す図である。
【図５】実施の形態の電力伝送システム５００を用いた送電装置８０と電子機器２００Ａ及び２００Ｂを示す図である。
【図６】受電器１００Ａ及び１００Ｂのデューティ比と受電効率の関係を表す図である。
【図７】受電器１００におけるＰＷＭ駆動パターンのデューティ比と受電電力との関係を示す図である。
【図８】送電器１０と受電器１００Ａ及び１００Ｂとがデューティ比を設定するために実行する処理を示すタスク図である。
【図９】送電装置８０と電子機器２００Ａ及び２００Ｂの等価回路を示す図である。
【図１０】相互インダクタンスをＭＴＡと相互インダクタンスをＭＴＢとの関係に対して、デューティ比を関連付けたテーブルデータを示す図である。
【図１１】相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢと、受電効率とを関連付けたテーブルデータである。
【図１２】実施の形態の送電器１０が受電器１００Ａ又は１００Ｂのデューティ比を設定する方法を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態の変形例の受電器１０１を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の受電器、及び、電力伝送システムを適用した実施の形態について説明する。
【００１０】
＜実施の形態＞
本発明の受電器、及び、電力伝送システムを適用した実施の形態について説明する前に、図１乃至図３を用いて、実施の形態の受電器、及び、電力伝送システムの前提技術について説明する。
【００１１】
図１は、電力伝送システム５０を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、電力伝送システム５０は、交流電源１、一次側(送電側)の送電器１０、及び二次側(受電側)の受電器２０を含む。電力伝送システム５０は、送電器１０及び受電器２０を複数含んでもよい。
【００１３】
送電器１０は、一次側コイル１１と一次側共振コイル１２を有する。受電器２０は、二次側共振コイル２１と二次側コイル２２を有する。二次側コイル２２には負荷装置３０が接続される。
【００１４】
図１に示すように、送電器１０及び受電器２０は、一次側共振コイル(ＬＣ共振器)１２と受電共振コイル(ＬＣ共振器)２１の間の磁界共鳴(磁界共振)により、送電器１０から受電器２０へエネルギー(電力)の伝送を行う。ここで、一次側共振コイル１２から二次側共振コイル２１への電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴(電界共振)等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
【００１５】
また、実施の形態１では、一例として、交流電源１が出力する交流電圧の周波数が６．７８ＭＨｚであり、一次側共振コイル１２と二次側共振コイル２１の共振周波数が６．７８ＭＨｚである場合について説明する。
【００１６】
なお、一次側コイル１１から一次側共振コイル１２への電力伝送は電磁誘導を利用して行われ、また、二次側共振コイル２１から二次側コイル２２への電力伝送も電磁誘導を利用して行われる。
【００１７】
また、図１には、電力伝送システム５０が二次側コイル２２を含む形態を示すが、電力伝送システム５０は二次側コイル２２を含まなくてもよく、この場合には、二次側共振コイル２１に負荷装置３０を直接的に接続すればよい。
【００１８】
図２は、送電器１０から電子機器４０Ａ、４０Ｂに磁界共鳴によって電力を伝送する状態を示す図である。
【００１９】
電子機器４０Ａ及び４０Ｂは、それぞれ、タブレットコンピュータ及びスマートフォンであり、それぞれ、受電器２０Ａ、２０Ｂを内蔵している。受電器２０Ａ及び２０Ｂは、図１に示す受電器２０（図１参照）から二次側コイル２２を取り除いた構成を有する。すなわち、受電器２０Ａ及び２０Ｂは、二次側共振コイル２１を有する。なお、図２では送電器１０を簡略化して示すが、送電器１０は交流電源１（図１参照）に接続されている。
【００２０】
図２では、電子機器４０Ａ、４０Ｂは、送電器１０から互いに等しい距離の位置に配置されており、それぞれが内蔵する受電器２０Ａ及び２０Ｂが磁界共鳴によって送電器１０から非接触の状態で電力を受電している。
【００２１】
ここで一例として、図２に示す状態において、電子機器４０Ａに内蔵される受電器２０Ａの受電効率が４０％、電子機器４０Ｂに内蔵される受電器２０Ｂの受電効率が４０％であることとする。
【００２２】
受電器２０Ａ及び２０Ｂの受電効率とは、交流電源１に接続される一次側コイル１１から伝送される電力に対する、受電器２０Ａ及び２０Ｂの二次側コイル２２が受電する電力の比率で表される。なお、送電器１０が一次側コイル１１を含まずに交流電源１に一次側共振コイル１２が直接的に接続されている場合は、一次側コイル１１から伝送される電力の代わりに、一次側共振コイル１２から伝送される電力を用いて受電電力を求めればよい。また、受電器２０Ａ及び２０Ｂが二次側コイル２２を含まない場合は、二次側コイル２２が受電する電力の代わりに二次側共振コイル２１が受電する電力を用いて受電電力を求めればよい。
【００２３】
受電器２０Ａ及び２０Ｂの受電効率は、送電器１０と受電器２０Ａ及び２０Ｂのコイル仕様や各々との間の距離・姿勢によって決まる。図２では、受電器２０Ａ及び２０Ｂの構成は同一であり、送電器１０から互いに等しい距離・姿勢の位置に配置されているため、受電器２０Ａ及び２０Ｂの受電効率は互いに等しく、一例として、４０％である。
【００２４】
また、電子機器４０Ａの定格出力は１０Ｗ、電子機器４０Ｂの定格出力は５Ｗであることとする。
【００２５】
このような場合には、送電器１０の一次側共振コイル１２（図１参照）から伝送される電力は、１８．７５Ｗになる。１８．７５Ｗは、（１０Ｗ＋５Ｗ）／（４０％＋４０％）で求まる。
【００２６】
ところで、送電器１０から１８．７５Ｗの電力を電子機器４０Ａ及び４０Ｂに向けて伝送すると、受電器２０Ａ及び２０Ｂは、合計で１５Ｗの電力を受信することになり、受電器２０Ａ及び２０Ｂは、均等に電力を受電するため、それぞれが７．５Ｗの電力を受電することになる。
【００２７】
この結果、電子機器４０Ａは、電力が２．５Ｗ不足し、電子機器４０Ｂは、電力が２．５Ｗ余ることになる。
【００２８】
すなわち、送電器１０から１８．７５Ｗの電力を電子機器４０Ａ及び４０Ｂに伝送しても、電子機器４０Ａ及び４０Ｂをバランスよく充電することはできない。換言すれば、電子機器４０Ａ及び４０Ｂを同時に充電する際における電力の供給バランスがよくない。
【００２９】
図３は、送電器１０から電子機器４０Ｂ１、４０Ｂ２に磁界共鳴によって電力を伝送する状態を示す図である。
【００３０】
電子機器４０Ｂ１、４０Ｂ２は、同じタイプのスマートフォンであり、それぞれ、受電器２０Ｂ１、２０Ｂ２を内蔵している。受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２は、図２に示す受電器２０Ｂと等しい。すなわち、受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２は、二次側共振コイル２１を有する。なお、図３では送電器１０を簡略化して示すが、送電器１０は交流電源１（図１参照）に接続されている。
【００３１】
図３では、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の送電器１０に対する角度（姿勢）は等しいが、電子機器４０Ｂ１は、電子機器４０Ｂ２よりも送電器１０から遠い位置に配置されている。電子機器４０Ｂ１、４０Ｂ２がそれぞれ内蔵する受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２は、磁界共鳴によって送電器１０から非接触の状態で電力を受電している。
【００３２】
ここで一例として、図３に示す状態において、電子機器４０Ｂ１に内蔵される受電器２０Ｂ１の受電効率が３５％、電子機器４０Ｂ２に内蔵される受電器２０Ｂ２の受電効率が４５％であることとする。
【００３３】
ここでは、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の送電器１０に対する角度（姿勢）は等しいため、受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２の受電効率は、受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２の各々と送電器１０との間の距離によって決まる。このため、図３では、受電器２０Ｂ１の受電効率は、受電器２０Ｂ２の受電効率よりも低い。なお、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の定格出力は、ともに５Ｗである。
【００３４】
このような場合には、送電器１０の一次側共振コイル１２（図１参照）から伝送される電力は、１２．５Ｗになる。１２．５Ｗは、（５Ｗ＋５Ｗ）／（３５％＋４５％）で求まる。
【００３５】
ところで、送電器１０から１２．５Ｗの電力を電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２に向けて伝送すると、受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２は、合計で１０Ｗの電力を受信することになる。また、図３では、受電器２０Ｂ１の受電効率が３５％であり、受電器２０Ｂ２の受電効率が４５％であるため、受電器２０Ｂ１は、約４．４Ｗの電力を受電し、受電器２０Ｂ２は、約５．６％の電力を受電することになる。
【００３６】
この結果、電子機器４０Ｂ１は、電力が約０．６Ｗ不足し、電子機器４０Ｂ２は、電力が０．６Ｗ余ることになる。
【００３７】
すなわち、送電器１０から１２．５Ｗの電力を電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２に伝送しても、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２をバランスよく充電することはできない。換言すれば、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２を同時に充電する際における電力の供給バランスがよくない（改善の余地がある）。
【００３８】
なお、ここでは、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の送電器１０に対する角度（姿勢）が等しく、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の送電器１０からの距離が異なる場合の電力の供給バランスについて説明した。
【００３９】
しかしながら、受電効率は、送電器１０と受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２との間の距離と角度（姿勢）によって決まるため、図３に示す位置関係において電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の角度（姿勢）が異なれば、受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２の受電効率は、上述した３５％及び４５％とは異なる値になる。
【００４０】
また、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の送電器１０からの距離が等しくでも、電子機器４０Ｂ１及び４０Ｂ２の送電器１０に対する角度（姿勢）が異なれば、受電器２０Ｂ１及び２０Ｂ２の受電効率は互いに異なる値になる。
【００４１】
次に、図４及び図５を用いて、実施の形態の受電器、及び、電力伝送システムについて説明する。
【００４２】
図４は、実施の形態の受電器１００と送電装置８０を示す図である。送電装置８０は、交流電源１と送電器１０を含む。交流電源１と送電器１０は、図１に示すものと同様であるが、図４では、より具体的な構成を示す。
【００４３】
送電装置８０は、交流電源１と送電器１０を含む。
【００４４】
送電器１０は、一次側コイル１１、一次側共振コイル１２、整合回路１３、キャパシタ１４、制御部１５を有する。
【００４５】
受電器１００は、二次側共振コイル１１０、整流回路１２０、スイッチ１３０、平滑キャパシタ１４０、制御部１５０、及び出力端子１６０Ａ、１６０Ｂを含む。出力端子１６０Ａ、１６０Ｂには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０が接続されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０の出力側にはバッテリ２２０が接続されている。
【００４６】
まず、送電器１０について説明する。図４に示すように、一次側コイル１１は、ループ状のコイルであり、両端間に整合回路１３を介して交流電源１に接続されている。一次側コイル１１は、一次側共振コイル１２と非接触で近接して配置されており、一次側共振コイル１２と電磁界結合される。一次側コイル１１は、自己の中心軸が一次側共振コイル１２の中心軸と一致するように配設される。中心軸を一致させるのは、一次側コイル１１と一次側共振コイル１２との結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が一次側コイル１１及び一次側共振コイル１２の周囲に発生することを抑制するためである。
【００４７】
一次側コイル１１は、交流電源１から整合回路１３を経て供給される交流電力によって磁界を発生し、電磁誘導（相互誘導）により電力を一次側共振コイル１２に送電する。
【００４８】
図４に示すように、一次側共振コイル１２は、一次側コイル１１と非接触で近接して配置されて一次側コイル１１と電磁界結合されている。また、一次側共振コイル１２は、所定の共振周波数を有し、高いＱ値を有するように設計されている。一次側共振コイル１２の共振周波数は、二次側共振コイル１１０の共振周波数と等しくなるように設定されている。一次側共振コイル１２の両端の間に、共振周波数を調整するためのキャパシタ１４が直列に接続される。
【００４９】
一次側共振コイル１２の共振周波数は、交流電源１が出力する交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。一次側共振コイル１２の共振周波数は、一次側共振コイル１２のインダクタンスと、キャパシタ１４の静電容量によって決まる。このため、一次側共振コイル１２のインダクタンスと、キャパシタ１４の静電容量は、一次側共振コイル１２の共振周波数が、交流電源１から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
【００５０】
整合回路１３は、一次側コイル１１と交流電源１とのインピーダンス整合を取るために挿入されており、インダクタＬとキャパシタＣを含む。
【００５１】
交流電源１は、磁界共鳴に必要な周波数の交流電力を出力する電源であり、出力電力を増幅するアンプを内蔵する。交流電源１は、例えば、数百kHzから数十ＭＨｚ程度の高周波の交流電力を出力する。
【００５２】
キャパシタ１４は、一次側共振コイル１２の両端の間に、直列に挿入される可変容量型のキャパシタである。キャパシタ１４は、一次側共振コイル１２の共振周波数を調整するために設けられており、静電容量は制御部１５によって設定される。
【００５３】
制御部１５は、交流電源１の出力電圧及び出力周波数の制御、キャパシタ１４の静電容量の制御等を行う。
【００５４】
以上のような送電装置８０は、交流電源１から一次側コイル１１に供給される交流電力を磁気誘導により一次側共振コイル１２に送電し、一次側共振コイル１２から磁界共鳴により電力を受電器１００の二次側共振コイル１１０に送電する。
【００５５】
次に、受電器１００に含まれる二次側共振コイル１１０について説明する。
【００５６】
二次側共振コイル１１０は、一次側共振コイル１２と同一の共振周波数を有し、高いＱ値を有するように設計されている。二次側共振コイル１１０の一対の端子は、整流回路１２０に接続されている。
【００５７】
二次側共振コイル１１０は、送電器１０の一次側共振コイル１２から磁界共鳴によって送電される交流電力を整流回路１２０に出力する。
【００５８】
整流回路１２０は、４つのダイオード１２１Ａ〜１２１Ｄを有する。ダイオード１２１Ａ〜１２１Ｄは、ブリッジ状に接続されており、二次側共振コイル１１０から入力される電力を全波整流して出力する。
【００５９】
スイッチ１３０は、整流回路１２０と平滑キャパシタ１４０との間を接続する一対の線路のうちの高電圧側の線路（図４中の上側の線路）に直列に挿入されている。スイッチ１３０は、例えば、ＦＥＴのように直流電圧の伝送と遮断を高速に行えるスイッチであればよい。
【００６０】
スイッチ１３０には、整流回路１２０で全波整流された電力が入力される。全波整流された電力は、直流電力として取り扱えるので、スイッチ１３０は、直流用のスイッチでよい。直流用のスイッチ１３０は、ＦＥＴのような簡単な構造のスイッチを用いることができるので、小型化が可能である。ここで、交流用のスイッチには、リレー、トライアック、及び、ＦＥＴを用いるスイッチ等がある。リレーは機械的なスイッチであるため、サイズが大きく、高速のスイッチングを行うには耐久性の問題が生じるおそれがあります。また、トライアックは、６．７８ＭＨｚというような高速スイッチングには不向きです。また、ＦＥＴを用いた交流用のスイッチは、ＦＥＴを複数含むため直流用のＦＥＴに比べて大きく、また、寄生容量が交流に与える影響が生じます。このような理由から、スイッチ１３０として交流用のＦＥＴを用いることは、小型化及び寄生容量の影響が生じないため、有利です。
【００６１】
また、スイッチ１３０の駆動パターンの詳細については後述するが、スイッチ１３０は、制御部１５０によってＰＷＭ(Pulse Width Modulation)駆動される。スイッチ１３０のＰＷＭ駆動パターンのデューティ比は、受電器１００の二次側共振コイル１１０の受電効率と、受電器１００から電力供給を受ける負荷回路の定格出力とに基づいて決定される。図４では、負荷回路はバッテリ２２０である。
【００６２】
また、ＰＷＭ駆動パターンの周波数は、二次側共振コイル１１０が受電する交流周波数の周波数以下に設定される。
【００６３】
平滑キャパシタ１４０は、整流回路１２０の出力側に接続されており、整流回路１２０で全波整流された電力を平滑化して直流電力として出力する。平滑キャパシタ１４０の出力側には、出力端子１６０Ａ、１６０Ｂが接続される。整流回路１２０で全波整流された電力は、交流電力の負成分を正成分に反転させてあるため、略交流電力として取り扱うことができるが、平滑キャパシタ１４０を用いることにより、全波整流された電力にリップルが含まれるような場合でも、安定した直流電力を得ることができる。
【００６４】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０は、出力端子１６０Ａ、１６０Ｂに接続されており、受電器１００から出力される直流電力の電圧をバッテリ２２０の定格電圧に変換して出力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０は、整流回路１２０の出力電圧の方がバッテリ２２０の定格電圧よりも高い場合は、整流回路１２０の出力電圧をバッテリ２２０の定格電圧まで降圧する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０は、整流回路１２０の出力電圧の方がバッテリ２２０の定格電圧よりも低い場合は、整流回路１２０の出力電圧をバッテリ２２０の定格電圧まで昇圧する。
【００６５】
バッテリ２２０は、繰り返し充電が可能な二次電池であればよく、例えば、リチウムイオン電池を用いることができる。例えば、受電器１００がタブレットコンピュータ又はスマートフォン等の電子機器に内蔵される場合は、バッテリ２２０は、このような電子機器のメインのバッテリである。
【００６６】
なお、一次側コイル１１、一次側共振コイル１２、二次側共振コイル１１０は、例えば、銅線を巻回することによって作製される。しかしながら、一次側コイル１１、一次側共振コイル１２、二次側共振コイル１１０の材質は、銅以外の金属（例えば、金、アルミニウム等）であってもよい。また、一次側コイル１１、一次側共振コイル１２、二次側共振コイル１１０の材質は異なっていてもよい。
【００６７】
このような構成において、一次側コイル１１及び一次側共振コイル１２が電力の送電側であり、二次側共振コイル１１０が電力の受電側である。
【００６８】
磁界共鳴方式によって、一次側共振コイル１２と二次側共振コイル１１０との間で生じる磁界共鳴を利用して送電側から受電側に電力を伝送するため、送電側から受電側に電磁誘導で電力を伝送する電磁誘導方式よりも長距離での電力の伝送が可能である。
【００６９】
磁界共鳴方式は、共振コイル同士の間の距離又は位置ずれについて、電磁誘導方式よりも自由度が高く、ポジションフリーというメリットがある。
【００７０】
図５は、実施の形態の電力伝送システム５００を用いた送電装置８０と電子機器２００Ａ及び２００Ｂを示す図である。
【００７１】
送電装置８０は、図４に示す送電装置８０と同一のものであるが、図５では、図４における一次側コイル１１及び制御部１５以外の構成要素を電源部１０Ａとして表してある。電源部１０Ａは、一次側共振コイル１２、整合回路１３、キャパシタ１４をまとめて表したものである。なお、交流電源１、一次側共振コイル１２、整合回路１３、キャパシタ１４をまとめて電源部として捉えてもよい。
【００７２】
送電装置８０は、さらに、アンテナ１６を含む。アンテナ１６は、例えば、Bluetooth（登録商標）のような近距離での無線通信を行うことができるアンテナであればよい。アンテナ１６は、電子機器２００Ａ及び２００Ｂに含まれる受電器１００Ａ及び１００Ｂから、受電効率及び定格出力を表すデータを受信するために設けられており、受信したデータは制御部１５に入力される。制御部１５は、制御部の一例であるとともに第３通信部の一例である。
【００７３】
電子機器２００Ａ及び２００Ｂは、例えば、それぞれ、タブレットコンピュータ又はスマートフォン等の端末機である。電子機器２００Ａ及び２００Ｂは、それぞれ、受電器１００Ａ及び１００Ｂ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０Ａ及び２１０Ｂ、及び、バッテリ２２０Ａ及び２２０Ｂを内蔵する。
【００７４】
受電器１００Ａ及び１００Ｂは、図４に示す受電器１００に、それぞれ、アンテナ１７０Ａ及び１７０Ｂを追加した構成を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０Ａ及び２１０Ｂは、
それぞれ、図４に示すＤＣ−ＤＣコンバータ２１０と同様である。また、バッテリ２２０Ａ及び２２０Ｂは、それぞれ、図４に示すバッテリ２２０と同様である。
【００７５】
受電器１００Ａは、二次側共振コイル１１０Ａ、整流回路１２０Ａ、スイッチ１３０Ａ、平滑キャパシタ１４０Ａ、制御部１５０Ａ、及びアンテナ１７０Ａを有する。二次側共振コイル１１０Ａ、整流回路１２０Ａ、スイッチ１３０Ａ、平滑キャパシタ１４０Ａ、制御部１５０Ａは、それぞれ、図４に示す二次側共振コイル１１０、整流回路１２０、スイッチ１３０、平滑キャパシタ１４０、制御部１５０に対応する。なお、図５では、二次側共振コイル１１０Ａ、整流回路１２０Ａ、スイッチ１３０Ａ、平滑キャパシタ１４０Ａを簡略化して示し、出力端子１６０Ａ、１６０Ｂは省略する。
【００７６】
受電器１００Ｂは、二次側共振コイル１１０Ｂ、整流回路１２０Ｂ、スイッチ１３０Ｂ、平滑キャパシタ１４０Ｂ、制御部１５０Ｂ、及びアンテナ１７０Ｂを有する。二次側共振コイル１１０Ｂ、整流回路１２０Ｂ、スイッチ１３０Ｂ、平滑キャパシタ１４０Ｂ、制御部１５０Ｂは、それぞれ、図４に示す二次側共振コイル１１０、整流回路１２０、スイッチ１３０、平滑キャパシタ１４０、制御部１５０に対応する。なお、図５では、二次側共振コイル１１０Ｂ、整流回路１２０Ｂ、スイッチ１３０Ｂ、平滑キャパシタ１４０Ｂを簡略化して示し、出力端子１６０Ａ、１６０Ｂは省略する。
【００７７】
アンテナ１７０Ａ及び１７０Ｂは、例えば、Bluetooth（登録商標）のような近距離での無線通信を行うことができるアンテナであればよい。アンテナ１７０Ａ及び１７０Ｂは、送電器１０のアンテナ１６とデータ通信を行うために設けられており、それぞれ、受電器１００Ａ及び１００Ｂの制御部１５０Ａ及び１５０Ｂに接続されている。制御部１５０Ａ及び１５０Ｂは、駆動制御部の一例であるとともに、それぞれ、第１通信部及び第２通信部の一例である。
【００７８】
受電器１００Ａの制御部１５０Ａは、二次側共振コイル１１０Ａの受電効率と、バッテリ２２０Ａの定格出力を表すデータをアンテナ１７０Ａを介して送電器１０に送信する。同様に、受電器１００Ｂの制御部１５０Ｂは、二次側共振コイル１１０Ｂの受電効率と、バッテリ２２０Ｂの定格出力を表すデータをアンテナ１７０Ｂを介して送電器１０に送信する。
【００７９】
電子機器２００Ａ及び２００Ｂは、それぞれ、送電装置８０の近くに配置した状態で、送電装置８０に接触せずにバッテリ２２０Ａ及び２２０Ｂを充電することができる。バッテリ２２０Ａ及び２２０Ｂの充電は、同時に行うことが可能である。
【００８０】
電力伝送システム５００は、図５に示す構成要素のうち、送電器１０と、受電器１００Ａ及び１００Ｂとによって構築される。すなわち、送電装置８０と、電子機器２００Ａ及び２００Ｂとは、磁界共鳴による非接触状態での電力伝送を可能にする電力伝送システム５００を採用している。
【００８１】
ここで、バッテリ２２０Ａ及び２２０Ｂの充電を同時に行うと、図２及び図３を用いて説明したように、電子機器２００Ａ及び２００Ｂへの電力の供給バランスがよくない状態が生じうる。
【００８２】
そこで、受電器１００Ａ及び１００Ｂは、電力供給のバランスを改善するために、二次側共振コイル１１０Ａの受電効率、バッテリ２２０Ａの定格出力、二次側共振コイル１１０Ｂの受電効率、及びバッテリ２２０Ｂの定格出力に基づいて、スイッチ１３０Ａ及び１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を設定する。
【００８３】
図６は、ＰＷＭ駆動パターンのデューティ比と、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電電力量との関係を示す図である。
【００８４】
ここでは、受電器１００Ａのスイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に固定した状態において、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％から低下させる場合について説明する。
【００８５】
図６において、横軸は、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を表す。また、左側の縦軸は、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の比率を示す。また、右側の縦軸は、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の和を百分率で示す。
【００８６】
ここで、受電効率の比率とは、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の和を１００％としたときに、受電器１００Ａ及び１００Ｂのそれぞれの受電効率が受電効率の和に対して占める比率である。例えば、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率がともに４０％で等しい（受電効率の和は８０％）場合には、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の比率は、ともに５０％である。
【００８７】
受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率がともに４０％で等しい場合とは、送電器１０から２つの受電器１００Ａ及び１００Ｂが同時に受電する場合に、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率がともに４０％で等しい状態をいう。なお、受電器１００Ａ及び１００Ｂは、単独では、８５％程度の受電効率を有するものとする。
【００８８】
ここでは、一例として、受電器１００Ａ及び１００Ｂのスイッチ１３０Ａ及び１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比がともに１００％である状態において、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の比率が、ともに５０％であることとする。
【００８９】
受電器１００Ａのスイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に固定した状態で、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％から低下させて行くと、図６に示すように、受電器１００Ｂの受電効率の比率は低下する。また、これに伴い受電器１００Ａの受電効率の比率は増大する。
【００９０】
このように受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を低下させると、受電器１００Ｂの受電量が減少するため、受電器１００Ｂに流れる電流も減少する。すなわち、デューティ比の変化により、受電器１００Ｂのインピーダンスが変化していることになる。
【００９１】
磁界共鳴を用いた電力伝送では、磁界共鳴によって送電器１０から受電器１００Ａ及び１００Ｂに送電される電力を受電器１００Ａと１００Ｂとで分配している。このため、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％から低下させて行くと、受電器１００Ｂの受電量が減る分だけ、受電器１００Ａの受電量が増えることになる。
【００９２】
このため、図６に示すように、受電器１００Ｂの受電効率の比率は低下する。また、これに伴い受電器１００Ａの受電効率の比率は増大する。
【００９３】
受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比が約１０％まで低下すると、受電器１００Ｂの受電効率の比率は、約１３％まで低下し、受電器１００Ａの受電効率の比率は、約７０％まで増大する。
【００９４】
そして、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の和は、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比が１００％のときに約８５％であり、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比が約１０％まで低下すると、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の和は、約８７％になる。
【００９５】
このように、受電器１００Ａのスイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に固定した状態で、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％から低下させて行くと、受電器１００Ｂの受電効率の比率が低下し、受電器１００Ａの受電効率の比率が増大する。そして、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の和は、８０％前後の値で大きく変動しない。
【００９６】
磁界共鳴を用いた電力伝送では、磁界共鳴によって送電器１０から受電器１００Ａ及び１００Ｂに送電される電力を受電器１００Ａと１００Ｂとで分配しているため、デューティ比が変化しても、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の和が大きく変動しない。
【００９７】
同様に、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に固定した状態で、受電器１００Ａのスイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％から低下させれば、受電器１００Ａの受電効率の比率が低下し、受電器１００Ｂの受電効率の比率が増大することになる。そして、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の和は、８０％前後の値で大きく変動しない。
【００９８】
従って、受電器１００Ａ又は１００Ｂのスイッチ１３０Ａ又は１３０Ｂのいずれか一方を駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を調整すれば、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率の比率を調整することができる。
【００９９】
以上のように、スイッチ１３０Ａ又は１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を変化させると、受電器１００Ａ及び１００Ｂの二次側共振コイル１１０Ａ及び１１０Ｂの受電効率の比率が変わる。
【０１００】
このため、実施の形態では、受電器１００Ａ及び１００Ｂのスイッチ１３０Ａ及び１３０ＢのＰＷＭ駆動パターンのうちのいずれか一方のＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を基準のデューティ比から変更する。基準のデューティ比は、例えば、１００％であり、この場合には、いずれかのデューティ比を１００％未満の適切な値に設定する。
【０１０１】
この際に、スイッチ１３０Ａ及び１３０ＢのどちらのＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を基準のデューティ比から変更するかは、次のように判定する。
【０１０２】
まず、バッテリ２２０Ａの定格出力を二次側共振コイル１１０Ａの受電効率で除算して得る第１の値と、バッテリ２２０Ｂの定格出力を二次側共振コイル１１０Ｂの受電効率で除算して得る第２の値とを求める。
【０１０３】
そして、第１の値と第２の値とのうち、いずれか小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）に対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比をデューティ比を１００％未満の適切な値に設定する。
【０１０４】
定格出力を受電効率で除算して得る値は、送電器１０が受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）に送電する電力量（必要送電量）を表す。必要送電量とは、受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）が余剰電力も不足電力も生じることなく受電できるように、送電器１０から送電する電力量である。
【０１０５】
従って、必要送電量が小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）への電力供給量を絞れば、必要送電量が大きい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）への電力供給量を増やすことができる。この結果、受電器１００Ａ及び１００Ｂへの電力供給量のバランスを改善することができる。
【０１０６】
図６から分かるように、いずれか一方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）のデューティ比を低減すると、その受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）の受電電力量が低下する。また、いずれか他方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）は、デューティ比が固定された状態で、受電電力量が増大する。
【０１０７】
このため、必要送電量が小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）に対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を低減すれば、必要送電量が小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）への電力供給量が絞られ、必要送電量が大きい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）への電力供給量を増やすことができる。
【０１０８】
このようにして、受電器１００Ａ及び１００Ｂへの電力供給量のバランスを改善すればよい。なお、具体的なデューティ比の設定方法については後述する。
【０１０９】
また、この際に、ＰＷＭ駆動パターンの周波数は、磁界共鳴で伝送される交流電力の周波数以下の周波数に設定する。より好ましくは、ＰＷＭ駆動パターンの周波数は、磁界共鳴で伝送される交流電力の周波数未満の周波数に設定する。例えば、磁界共鳴で伝送される交流電力の周波数よりも１桁又は２桁程度低い周波数にＰＷＭ駆動パターンの周波数を設定すればよい。
【０１１０】
これは、ＰＷＭ駆動パターンの周波数が磁界共鳴で伝送される交流電力の周波数よりも高いと、全波整流された電力の１周期の途中でスイッチ１３０Ａ又は１３０Ｂのオン／オフが切り替えられることになり、電力量の調整を適切に行うことができなくなるおそれがあるからである。
【０１１１】
従って、ＰＷＭ駆動パターンの周波数は、磁界共鳴で伝送される交流電力の周波数以下の周波数に設定することが必要である。また、その際に、ＰＷＭ駆動パターンの周波数を磁界共鳴で伝送される交流電力の周波数よりも１桁又は２桁程度低い周波数に設定すれば、電力量の調整をより適切に行うことができる。
【０１１２】
例えば、磁界共鳴で伝送される交流電力の周波数が６．７８ＭＨｚである場合に、ＰＷＭ駆動パターンの周波数を数百ｋＨｚ程度に設定すればよい。
【０１１３】
ここで、図７を用いて、ＰＷＭ駆動パターンのデューティ比と受電電力との関係について説明する。
【０１１４】
図７は、受電器１００におけるＰＷＭ駆動パターンのデューティ比と受電電力との関係を示す図である。
【０１１５】
図７には、受電器１００の二次側共振コイル１１０、整流回路１２０、スイッチ１３０、平滑キャパシタ１４０を簡略化して示すとともに、電力波形（１）、（２）、（３）を示す。
【０１１６】
電力波形（１）は、二次側共振コイル１１０と整流回路１２０との間で得られる電力の波形を示す。電力波形（２）は、整流回路１２０とスイッチ１３０との間で得られる電力の波形を示す。電力波形（３）は、スイッチ１３０と平滑キャパシタ１４０との間で得られる電力の波形を示す。
【０１１７】
ここで、スイッチ１３０の入力側と出力側とにおける電力波形は略等しいため、電力波形（２）は、スイッチ１３０と平滑キャパシタ１４０との間で得られる電力波形でもある。
【０１１８】
なお、ここでは、交流電源１が出力する交流電圧の周波数が６．７８ＭＨｚであり、一次側共振コイル１２と二次側共振コイル２１の共振周波数が６．７８ＭＨｚであることとする。また、ＰＷＭ駆動パターンのＰＷＭパルスの周波数が３００ｋＨｚであり、デューティ比が５０％であることとする。
【０１１９】
受電器１００は、実際には図４に示すように、二次側共振コイル１１０とバッテリ２２０との間でループを形成する回路構成を有する。
【０１２０】
このため、スイッチ１３０がオンの間はループ回路に電流が流れるが、スイッチ１３０がオフの間はループ回路に電流は流れない。
【０１２１】
電力波形（１）は、二次側共振コイル１１０から整流回路１２０に供給される交流電力が、スイッチ１３０のオン／オフに合わせて断続的に流れる波形になる。
【０１２２】
電力波形（２）は、整流回路１２０で全波整流された電力が、スイッチ１３０のオン／オフに合わせて断続的に流れる波形になる。
【０１２３】
電力波形（３）は、整流回路１２０で全波整流され、スイッチ１３０を経て平滑キャパシタ１４０に供給される電力が平滑化された直流電力になる。電力波形（３）の電圧値は、デューティ比が増大すると高くなり、デューティ比が減少すると低くなる。
【０１２４】
以上のように、駆動パターンのデューティ比を調整することにより、平滑キャパシタ１４０から出力される直流電力の電圧値を調整することができる。
【０１２５】
次に、ディーティの設定方法について説明する。
【０１２６】
磁界共鳴型の電力伝送を行う場合に、ＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を変更すると、デューティ比の変更度合に対して受電効率の変更度合は線形的には変化しない。
【０１２７】
例えば、受電器１００Ａ及び１００Ｂに対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比が１００％の場合に、二次側共振コイル１１０Ａ及び１１０Ｂの受電効率が、それぞれ４０％であるとする。
【０１２８】
この場合に、受電器１００Ａに対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に保持した状態で、受電器１００Ｂに対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を７１％に低減すると、二次側共振コイル１１０Ａ及び１１０Ｂの受電効率は、それぞれ、５０％及び２５％になる。
【０１２９】
このように、ＰＷＭ駆動パターンのデューティ比の変化度合と、受電効率の変更度合とは非線形的な関係にあるため、デューティ比と受電効率とを対応させたテーブルデータを作成しておき、所望の受電効率を得るためのデューティ比を選択するようにすればよい。
【０１３０】
次に、図８を用いて、送電器１０が受電器１００Ａ及び１００Ｂから受電効率と定格出力を表すデータを入手する方法について説明する。
【０１３１】
図８は、送電器１０と受電器１００Ａ及び１００Ｂとがデューティ比を設定するために実行する処理を示すタスク図である。このタスクは、制御部１５、１５０Ａ、及び１５０Ｂ（図５参照）によって実行される。
【０１３２】
まず、受電器１００Ａは、受電電力を表すデータを送電器１０に送信する（ステップＳ１Ａ）。同様に、受電器１００Ｂは、受電電力を表すデータを送電器１０に送信する（ステップＳ１Ｂ）。これにより、送電器１０は、受電器１００Ａ及び１００Ｂから受電電力を表すデータを受信する（ステップＳ１）。
【０１３３】
受電電力を表すデータの送信は、例えば、送電器１０からのリクエストに応じて、制御部１５０Ａ及び１５０Ｂがアンテナ１７０Ａ及び１７０Ｂを介して行うようにすればよい。また、受電電力を表すデータには、受電器１００Ａ及び１００Ｂを識別する識別子を含ませればよい。
【０１３４】
受電電力を表すデータは、次のようにして取得すればよい。まず、送電器１０から受電器１００Ｂにデューティ比を０％に設定する信号を無線通信で送信するとともに、送電器１０から受電器１００Ａにデューティ比を１００％に設定する信号を無線通信で送信する。
【０１３５】
そして、送電器１０から磁界共鳴で所定の電力を受電器１００Ａに送電し、受電器１００Ａで電力を受電する。このとき、受電器１００Ａで受信した電力量を表す信号を送電器１０に送電すれば、送電器１０で受電器１００Ａの受電効率を測定することができる。なお、このとき、受電器１００Ａは、デューティ比が０％であることによってオフの状態（非動作状態）になる。
【０１３６】
また、受電器１００Ｂの受電効率を測定するには、送電器１０から受電器１００Ａにデューティ比を０％に設定する信号を無線通信で送信するとともに、送電器１０から受電器１００Ｂにデューティ比を１００％に設定する信号を無線通信で送信する。送電器１０から磁界共鳴で所定の電力を受電器１００Ｂに送電し、受電器１００Ｂで受信した電力量を表す信号を送電器１０に送電すれば、送電器１０で受電器１００Ｂの受電効率を測定することができる。
【０１３７】
次に、受電器１００Ａは、定格出力を表すデータを送電器１０に送信する（ステップＳ２Ａ）。同様に、受電器１００Ｂは、定格出力を表すデータを送電器１０に送信する（ステップＳ２Ｂ）。これにより、送電器１０は、受電器１００Ａ及び１００Ｂから定格出力を表すデータを受信する（ステップＳ２）。
【０１３８】
電子機器２００Ａ及び２００Ｂの定格出力を表すデータは、例えば、制御部１５０Ａ及び１５０Ｂの内部メモリに予め格納しておき、受電効率を表すデータを送った後に、制御部１５０Ａ及び１５０Ｂがアンテナ１７０Ａ及び１７０Ｂを介して送電器１０に送信するようにしておけばよい。
【０１３９】
次に、送電器１０は、受電器１００Ａの受電効率を表すデータ及び定格出力を表すデータと、受電器１００Ｂの受電効率を表すデータ及び定格出力を表すデータとに基づき、受電器１００Ａ及び１００Ｂに対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を演算する（ステップＳ３）。いずれか一方のデューティ比は、基準のデューティ比（１００％）であり、他方のデューティ比は、１００％未満の最適化されたデューティ比である。ステップＳ３の詳細は、図１２を用いて後述する。
【０１４０】
次に、送電器１０は、デューティ比を表すデータを受電器１００Ａ及び１００Ｂに送信する（ステップＳ４）。そして、受電器１００Ａ及び１００Ｂは、デューティ比を受信する（ステップＳ４Ａ及びＳ４Ｂ）。
【０１４１】
ここで、送電器１０の制御部１５は、デューティ比を演算した後に、アンテナ１６を介してデューティ比を表すデータを受電器１００Ａ及び１００Ｂに送信するように設定されている。
【０１４２】
受電器１００Ａ及び１００Ｂの制御部１５０Ａ及び１５０Ｂは、デューティ比をＰＷＭ駆動パターンに設定する（ステップＳ５Ａ及びＳ５Ｂ）。
【０１４３】
送電器１０は、送電を開始する（ステップＳ６）。ステップＳ６の処理は、例えば、ＰＷＭ駆動パターンへのデューティ比の設定を制御部１５０Ａ及び１５０Ｂが完了したことを表す通知が送電器１０に対してなされたときに実行すればよい。
【０１４４】
ここで、図９及び図１０を用いて、受電器１００Ａ及び１００Ｂの受電効率を表すデータの取得方法について説明する。
【０１４５】
図９は、送電装置８０と電子機器２００Ａ及び２００Ｂの等価回路を示す図である。図９に示す等価回路は、図５に示す送電装置８０と電子機器２００Ａ及び２００Ｂに対応している。ただし、ここでは、送電装置８０は、一次側コイル１１を含まず、交流電源１に一次側共振コイル１２が直接接続されているものとして説明する。
【０１４６】
図９では、二次側共振コイル１１０Ａは、コイルＬＲＡと抵抗器ＲＲＡであり、平滑キャパシタ１４０ＡはキャパシタＣＳＡであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０Ａとバッテリ２２０Ａは、抵抗器ＲＬＡである。
【０１４７】
同様に、二次側共振コイル１１０Ｂは、コイルＬＲＢと抵抗器ＲＲＢであり、平滑キャパシタ１４０ＢはキャパシタＣＳＢであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１０Ｂとバッテリ２２０Ｂは、抵抗器ＲＬＢである。
【０１４８】
また、送電装置８０の共振コイル１２は、抵抗器ＲＴとコイルＬＴであり、交流電源１は、電源ＶＳと抵抗器ＲＳである。
【０１４９】
送電装置８０と電子機器２００Ａとの相互インダクタンスをＭＴＡ、送電装置８０と電子機器２００Ｂとの相互インダクタンスをＭＴＢ、電子機器２００Ａと２００Ｂとの相互インダクタンスをＭＡＢとする。
【０１５０】
ここで、相互インダクタンスをＭＴＡと相互インダクタンスをＭＴＢに比べると、相互インダクタンスをＭＡＢは無視できるほど小さいので、ここでは、相互インダクタンスをＭＴＡと相互インダクタンスをＭＴＢについて検討する。
【０１５１】
相互インダクタンスをＭＴＡは、送電装置８０と、電子機器２００Ａの受電器１００Ａとの受電効率によって決まる。受電効率は、送電装置８０に対する受電器１００Ａの位置（距離）と姿勢（角度）によって決まるからである。同様に、相互インダクタンスをＭＴＢは、送電装置８０と、電子機器２００Ｂの受電器１００Ｂとの受電効率によって決まる。
【０１５２】
受電器１００Ａの受電効率は、受電器１００Ｂをオフにした状態で、送電器１０から受電器１００Ａに電力を送電し、受電器１００Ａが受電した電力量を計測することによって求めることができる。同様に、受電器１００Ｂの受電効率は、受電器１００Ａをオフにした状態で、送電器１０から受電器１００Ｂに電力を送電し、受電器１００Ｂが受電した電力量を計測することによって求めることができる。
【０１５３】
従って、受電器１００Ａと１００Ｂの単独での受電効率を求めれば、相互インダクタンスをＭＴＡと、相互インダクタンスをＭＴＢを求めることができる。
【０１５４】
実施の形態では、受電器１００Ａ及び１００Ｂの二次側共振コイル１１０Ａ及び１１０Ｂの受電効率の比率を変えるために、スイッチ１３０Ａ又は１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を変化させる。
【０１５５】
このため、相互インダクタンスをＭＴＡと相互インダクタンスをＭＴＢとの関係に対して、デューティ比を関連付けたテーブルデータを予め用意しておき、このようなテーブルデータを用いて、ＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を調整する。
【０１５６】
図１０は、相互インダクタンスをＭＴＡと相互インダクタンスをＭＴＢとの関係に対して、デューティ比を関連付けたテーブルデータを示す図である。
【０１５７】
図１０の（Ａ）は、スイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に固定した状態で、スイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を調整するためのテーブルデータである。
【０１５８】
相互インダクタンスＭＴＡ１、ＭＴＡ２、ＭＴＡ３・・・は、実際には、具体的な相互インダクタンスＭＴＡの値をとる。同様に、相互インダクタンスＭＴＢ１、ＭＴＢ２、ＭＴＢ３・・・は、実際には、具体的な相互インダクタンスＭＴＢの値をとる。デューティ比ｄｕｔｙ１Ａ、ｄｕｔｙ２Ａ、ｄｕｔｙ３Ａ、・・・、ｄｕｔｙ１１Ａ、ｄｕｔｙ１２Ａ、ｄｕｔｙ１３Ａ、・・・は、具体的には、実験的に求められた具体的なデューティ比の値をとる。
【０１５９】
図１０の（Ｂ）は、スイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に固定した状態で、スイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を調整するためのテーブルデータである。
【０１６０】
相互インダクタンスＭＴＡ１、ＭＴＡ２、ＭＴＡ３・・・と、相互インダクタンスＭＴＢ１、ＭＴＢ２、ＭＴＢ３・・・は、図１０の（Ａ）と同様である。デューティ比ｄｕｔｙ１Ｂ、ｄｕｔｙ２Ｂ、ｄｕｔｙ３Ｂ、・・・、ｄｕｔｙ１１Ｂ、ｄｕｔｙ１２Ｂ、ｄｕｔｙ１３Ｂ、・・・は、具体的には、実験的に求められた具体的なデューティ比の値をとる。
【０１６１】
図１０の（Ａ）及び（Ｂ）に示すテーブルデータは、受電器１００Ａと１００Ｂの送電器１０に対する位置及び姿勢を様々に変えた状態で、相互インダクタンスをＭＴＡとＭＴＢを計測しつつ、デューティ比の最適化を図ることによって作成することができる。
【０１６２】
図１１は、相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢと、受電効率とを関連付けたテーブルデータである。図１１の（Ａ）は、相互インダクタンスをＭＴＡと、受電器１００Ａの受電効率とを関連付けたテーブルデータであり、図１１の（Ｂ）は、相互インダクタンスをＭＴＢと、受電器１００Ｂの受電効率とを関連付けたテーブルデータである。
【０１６３】
相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢは、それぞれ、送電装置８０と、受電器１００Ａ、１００Ｂとの受電効率ＥＡ、ＥＢによって決まる。
【０１６４】
図１１の（Ａ）では、相互インダクタンスをＭＴＡ１、ＭＴＡ２、・・・と、受電器１００Ａの受電効率ＥＡ１、ＥＡ２、・・・とが関連付けられている。また、図１１の（Ｂ）では、相互インダクタンスをＭＴＢ１、ＭＴＢ２、・・・と、受電器１００Ｂの受電効率ＥＢ１、ＥＢ２、・・・とが関連付けられている。
【０１６５】
予め実験等で受電器１００Ａ、１００Ｂの相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢと、受電効率とを測定しておき、図１１の（Ａ）、（Ｂ）に示すようなテーブルデータを作成しておけば、受電器１００Ａ、１００Ｂの受電効率から、受電器１００Ａ、１００Ｂの相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢを求めることができる。あるいはSimulationにより求めても良い。
【０１６６】
次に、図１２を用いて、デューティ比の設定方法について説明する。
【０１６７】
図１２は、実施の形態の送電器１０が受電器１００Ａ又は１００Ｂのデューティ比を設定する方法を示すフローチャートである。このフローは、送電器１０の制御部１５によって実行される処理を表し、図８のステップＳ３の処理内容の詳細を示すものである。
【０１６８】
制御部１５は、受電器１００Ａ及び１００Ｂから受電電力を表す信号を受信して受電効率を求め、受電器１００Ａ及び１００Ｂから定格出力を表す信号を受信してステップＳ３に進行すると、図１２に示す処理を開始する。
【０１６９】
制御部１５は、バッテリ２２０Ａの定格出力を二次側共振コイル１１０Ａの受電効率で除算して得る第１の値と、バッテリ２２０Ｂの定格出力を二次側共振コイル１１０Ｂの受電効率で除算して得る第２の値とを求め、第１の値が第２の値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３１）。
【０１７０】
制御部１５は、第１の値が第２の値よりも大きい（Ｓ３１：ＹＥＳ）と判定すると、受電器１００Ａのスイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に設定する（ステップＳ３２Ａ）。
【０１７１】
次いで、制御部１５は、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を設定する（ステップＳ３２Ａ）。具体的には、制御部１５は、図１１の（Ａ）及び（Ｂ）に示すテーブルデータに基づき、それぞれ、受電器１００Ａ、１００Ｂの受電効率ＥＡ、ＥＢから受電器１００Ａ、１００Ｂの相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢを求める。そして、制御部１５は、図１０の（Ｂ）に示すテーブルデータから、受電器１００Ａ、１００Ｂの相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢに基づいて、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を求める。
【０１７２】
ステップＳ３２Ａの処理が終了すると、制御部１５はフローをステップＳ４（図８参照）に進行する。
【０１７３】
また、制御部１５は、第１の値が第２の値よりも小さい（Ｓ３１：ＮＯ）と判定すると、受電器１００Ｂのスイッチ１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を１００％に設定する（ステップＳ３２Ｂ）。
【０１７４】
次いで、制御部１５は、受電器１００Ａのスイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を設定する（ステップＳ３２Ｂ）。具体的には、制御部１５は、図１１の（Ａ）及び（Ｂ）に示すテーブルデータに基づき、それぞれ、受電器１００Ａ、１００Ｂの受電効率ＥＡ、ＥＢから受電器１００Ａ、１００Ｂの相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢを求める。そして、制御部１５は、図１０の（Ａ）に示すテーブルデータから、受電器１００Ａ、１００Ｂの相互インダクタンスをＭＴＡ、ＭＴＢに基づいて、受電器１００Ａのスイッチ１３０Ａを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を求める。
【０１７５】
ステップＳ３２Ｂの処理が終了すると、制御部１５はフローをステップＳ４（図８参照）に進行する。
【０１７６】
以上のようにして、制御部１５は、受電器１００Ａ、１００Ｂのスイッチ１３０Ａ、１３０Ｂを駆動するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を設定する。
【０１７７】
以上、実施の形態によれば、受電器１００Ａ及び１００Ｂの二次側共振コイル１１０Ａ及び１１０Ｂの受電効率と、電子機器２００Ａ及び２００Ｂの定格出力とにより、受電器１００Ａ及び１００Ｂへの必要送電量を求める。
【０１７８】
そして、受電器１００Ａ及び１００Ｂのうち、必要送電量が小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）に対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を減少させる。
【０１７９】
この結果、必要送電量が小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）に対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を低減すれば、必要送電量が小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）への電力供給量が絞られ、必要送電量が大きい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）への電力供給量を増やすことができる。
【０１８０】
このようにして、受電器１００Ａ及び１００Ｂへの電力供給量のバランスを改善する。
【０１８１】
従って、実施の形態によれば、電力供給量のバランスを改善することのできる受電器１００Ａ又は１００Ｂを提供することができる。また、実施の形態によれば、電力供給量のバランスを改善することができる電力伝送システム５００を提供することができる。
【０１８２】
なお、以上では、スイッチ１３０が整流回路１２０の出力側に直接的に接続される形態について説明した。しかしながら、図１３のような回路構成の受電器１０１であってもよい。
【０１８３】
図１３は、実施の形態の変形例の受電器１０１を示す図である。受電器１０１は、図４に示す受電器１００において、整流回路１２０とスイッチ１３０との間に平滑キャパシタ１７０を追加した構成を有する。このようにすれば、整流回路１２０で全波整流された電力を平滑化してからスイッチ１３０に入力することができるので、例えば、全波整流された電力に含まれるリップル等の影響が生じる場合に、リップルの影響を抑制するのに有効である。
【０１８４】
また、以上では、２つの受電器１００Ａ及び１００Ｂのうち、必要送電量が小さい方の受電器（１００Ａ又は１００Ｂ）に対応するＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を低減することによって受電器１００Ａ及び１００Ｂへの電力供給量のバランスを改善する形態について説明した。
【０１８５】
しかしながら、３つ以上の受電器が同時に充電される場合もある。このような場合には、必要電力量、つまりは各定格電力を各受電効率で除算して得る電力量が最大の受電器以外の受電器のＰＷＭ駆動パターンのデューティ比を低減するようにすればよい。
【０１８６】
また、以上では、電子機器２００Ａ及び２００Ｂが、一例として、タブレットコンピュータ又はスマートフォン等の端末機出歩け遺体について説明したが、電子機器２００Ａ及び２００Ｂは、例えば、ノード型のＰＣ(Personal Computer)、携帯電話端末機、携帯型のゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ等の充電式のバッテリを内蔵する電子機器であってもよい。
【０１８７】
以上、本発明の例示的な実施の形態の受電器、及び、電力伝送システムについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０１８８】
１０  送電器
１１  一次側コイル
１２  一次側共振コイル
１３  整合回路
１４  キャパシタ
１５  制御部
１００、１００Ａ、１００Ｂ  受電器
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ  二次側共振コイル
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ  整流回路
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ  スイッチ
１４０、１４０Ａ、１４０Ｂ  平滑キャパシタ
１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ  制御部
１６０Ａ、１６０Ｂ  出力端子
１７０Ａ、１７０Ｂ  アンテナ
２００Ａ、２００Ｂ  電子機器
５００  電力伝送システム
【図１】
2016046933.tif 000003
【図２】
2016046933.tif 000004
【図３】
2016046933.tif 000005
【図４】
2016046933.tif 000006
【図５】
2016046933.tif 000007
【図６】
2016046933.tif 000008
【図７】
2016046933.tif 000009
【図８】
2016046933.tif 000010
【図９】
2016046933.tif 000011
【図１０】
2016046933.tif 000012
【図１１】
2016046933.tif 000013
【図１２】
2016046933.tif 000014
【図１３】
2016046933.tif 000015
【国際調査報告】
2016046933.tif 000016
2016046933.tif 000017
2016046933.tif 000018
2016046933.tif 000019