JP2013017256A - 電力伝送システム、その制御方法、及び電力供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送距離が変化する場合や受電装置の電力使用量が変化する場合において、電力の伝送効率を改善する。
【解決手段】電力伝送システムは電力供給装置と受電装置とを具備する。電力供給装置は、インダクタンス及びキャパシタンスを有し、該インダクタンス及び該キャパシタンスのうち少なくともいずれかが可変である第１共鳴素子と、第１共鳴素子に高周波信号を出力する高周波発振器と、受電装置が備える第２共鳴素子と第１共鳴素子とを磁界共鳴させた際に、第１共鳴素子における有効電流を増加させる、高周波信号の周波数及び第１共鳴素子の共振周波数を検出し、高周波信号の周波数を検出した周波数に変更させる制御を高周波発振器に対して行うとともに、第１共鳴素子の共振周波数を検出した共振周波数に変更させる制御を第１共鳴素子に対して行う第１制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力伝送システム、その制御方法、及び電力供給装置に関する。

有線接続を行わずに、無線による電力送電技術として、磁界共鳴を利用する技術が検討されている（特許文献１）。この技術によれば、電力を供給する電力供給装置から、電力を受ける受電装置に、両装置を接触させることなく電力を伝送することができる。

特開２０１０−２１９８３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、電力供給装置と受電装置との間の距離が変化する場合や、受電装置における電力使用量が変化する場合において、電力の伝送効率が低下することについて考慮されていないため、電力を効率よく伝送できないことがあるという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、電力供給装置と受電装置との間の距離が変化する場合や、受電装置における電力使用量が変化する場合において、電力の伝送効率を改善することができる電力伝送システム、その制御方法、及び電力供給装置を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明は、電力供給装置から電力の供給を受ける受電装置と、前記電力供給装置とを具備する電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、インダクタンス及びキャパシタンスを有する第２共鳴素子と、前記第２共鳴素子に接続された負荷回路とを備え、前記電力供給装置は、インダクタンス及びキャパシタンスを有し、該インダクタンス及び該キャパシタンスのうち少なくともいずれかが可変である第１共鳴素子と、前記第１共鳴素子に高周波信号を出力する高周波発振器と、前記第２共鳴素子と前記第１共鳴素子とを磁界共鳴させた際に、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、前記高周波信号の周波数を前記検出した周波数に変更させる制御を前記高周波発振器に対して行うとともに、前記第１共鳴素子の共振周波数を前記検出した共振周波数に変更させる制御を前記第１共鳴素子に対して行う第１制御部とを備えることを特徴とする電力伝送システムである。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記電力供給装置は、更に、前記第１共鳴素子に流れる電流値を測定する電流測定部を備え、前記第１制御部は、前記電流測定部が測定する電流値に基づいて、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記電力供給装置は、更に、前記第１共鳴素子に印加される電圧値を測定する電圧測定部を備え、前記第１制御部は、前記電流測定部が測定する電流と、前記電圧測定部が測定する電圧との位相差に基づいて、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出することを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第１制御部は、山登り法を用いて、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に流れる電流が増加する、前記高周波信号の周波数及び前記第1共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とすることを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第１制御部は、前記第１共鳴素子の共振周波数が取り得る周波数範囲に亘って、前記第１共鳴素子の共振周波数を変化させる制御を前記第１共鳴素子に対して行うとともに、前記高周波信号が取り得る周波数範囲に亘って、前記高周波信号の周波数を変化させる制御を前記高周波発振器に対して行い、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子における有効電力が最大になる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とすることを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第１制御部は、山登り法を用いて、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に流れる電流と、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に印加される電圧との位相差が減少する、前記高周波信号の周波数及び前記第1共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とすることを特徴とする。

また、本発明は、上記に記載の発明において、前記第１制御部は、前記第１共鳴素子の共振周波数が取り得る周波数範囲に亘って、前記第１共鳴素子の共振周波数を変化させる制御を前記第１共鳴素子に対して行うとともに、前記高周波信号が取り得る周波数範囲に亘って、前記高周波信号の周波数を変化させる制御を前記高周波発振器に対して行い、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に流れる電流と、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に印加される電圧との位相差が最小になる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とすることを特徴とする。

また、本発明は、インダクタンス及びキャパシタンスを有する第２共鳴素子と、前記第２共鳴素子に接続された負荷回路とを備える受電装置、及び、インダクタンス及びキャパシタンスを有し、該インダクタンス及び該キャパシタンスのうち少なくともいずれかが可変である第１共鳴素子と、前記第１共鳴素子に高周波信号を出力する高周波発振器とを備える電力供給装置を具備する電力伝送システムにおける制御方法であって、前記第２共鳴素子と前記第１共鳴素子とを磁界共鳴させた際に、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、前記高周波信号の周波数を前記検出した周波数に変更させる制御を前記高周波発振器に対して行うとともに、前記第１共鳴素子の共振周波数を前記検出した共振周波数に変更させる制御を前記第１共鳴素子に対して行うステップを有することを特徴とする制御方法である。

また、本発明は、インダクタンス及びキャパシタンスを有する第２共鳴素子と前記第２共鳴素子に接続された負荷回路とを備える受電装置に電力を伝送する電力供給装置であって、インダクタンス及びキャパシタンスを有し、該インダクタンス及び該キャパシタンスのうち少なくともいずれかが可変である第１共鳴素子と、前記第１共鳴素子に高周波信号を出力する高周波発振器と、前記第２共鳴素子と前記第１共鳴素子とを磁界共鳴させた際に、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、前記高周波信号の周波数を前記検出した周波数に変更させる制御を前記高周波発振器に対して行うとともに、前記第１共鳴素子の共振周波数を前記検出した共振周波数に変更させる制御を前記第１共鳴素子に対して行う第１制御部とを備えることを特徴とする電力供給装置である。

この発明によれば、第１共鳴素子が生じさせる磁界を強くすることができ、第１共鳴素子と磁界共振結合している第２共鳴素子に流れる電流を増加させることができる。その結果、電力供給装置と受電装置との間の距離が変化する場合や、受電装置における電力使用量が変化する場合においても、電力供給装置から受電装置に伝送する電力を増加させて、伝送効率を改善することができる。

第１実施形態における電力伝送システム１の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における電力伝送システム１の伝送効率を改善させる処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における電力伝送システム２の構成を示す概略ブロック図である。 第３実施形態における電力伝送システム３の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における電力伝送システム３の送電効率を改善させる処理を示すフローチャートである。 第４実施形態における電力伝送システム４の構成を示す概略ブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における電力伝送システム、その制御方法、及び電力供給装置を説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における電力伝送システム１の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、電力伝送システム１は、電力供給装置１１と、少なくとも１つの受電装置１２とを具備している。なお、同図には、受電装置１２が１つの場合が示されている。
電力供給装置１１は、高周波発振器１１１と、第１共鳴素子１１２と、電流測定部１１３と、制御部１１４とを備えている。
高周波発振器１１１は、周波数Ｆ１を有する高周波信号を出力する。周波数Ｆ１は、可変であり、制御部１１４の制御に基づいて、予め定められた範囲の周波数帯から選択される。

第１共鳴素子１１２には、高周波発振器１１１から高周波信号が入力される。第１共鳴素子１１２は、インダクタンス及びキャパシタンスを有し、当該インダクタンス及び当該キャパシタンスのうち少なくともいずれか一方が可変であり、入力される高周波信号に応じて磁界を発生させる。

第１共鳴素子１１２は、例えば、自己共振周波数Ｆ２を有するインダクタを用いて構成してもよい。インダクタには、高周波発振器１１１が出力する高周波信号が入力される。インダクタは、螺旋形状に巻回された導体により構成され、その物理的形状（螺旋形状の長さ、径、及び導体間の間隔）に応じて、自己共振周波数Ｆ２が変化する。
また、第１共鳴素子１１２は、可変インダクタ及び固定コンデンサ、あるいは、固定インダクタ及び可変コンデンサのいずれかを直列に接続した、共振周波数Ｆ２を有する直列共振回路として構成してもよい。可変インダクタのインダクタンスを変化させる際には、複数のインダクタの直列又は並列接続をスイッチにより切り替えて行うようにしてもよい。このとき、接続を切り替えるスイッチは、機械式スイッチ、あるいは電子式スイッチのいずれを用いてもよい。

電流測定部１１３は、高周波発振器１１１から第１共鳴素子１１２に流れる電流値を測定し、測定した電流値を示す信号を制御部１１４に出力する。
制御部１１４は、電流測定部１１３が測定した電流値に基づいて、高周波発振器１１１が出力する高周波信号の周波数Ｆ１を変更させる制御を、高周波発振器１１１に対して行う。また、制御部１１４は、電流測定部１１３が測定した電流値に基づいて、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を変化させる。

受電装置１２は、第２共鳴素子１２１と、負荷回路１２２とを備えている。
第２共鳴素子１２１は、インダクタを有しており、電力供給装置１１が備える第１共鳴素子１１２と磁界共振結合（磁界共鳴）して、電力の供給を受ける。また、第２共鳴素子１２１は、第１共鳴素子１１２と同じ構成を有している。
負荷回路１２２は、第２共鳴素子１２１が第１共鳴素子１１２から受けた電力を消費する。

図２は、本実施形態における電力伝送システム１の伝送効率を改善させる処理を示すフローチャートである。
電力供給装置１１において、制御部１１４は、受電装置１２への電力供給を指示する信号が外部より入力されると、高周波発振器１１１が出力する高周波信号の現在の周波数Ｆ１を周波数Ｆとして記憶し（ステップＳ１０１）、高周波信号の周波数Ｆ１を周波数（Ｆ＋Δｆ１）に変更させる制御を高周波発振器１１１に対して行う（ステップＳ１０２）。
ここで、周波数ステップΔｆ１は、高周波発振器１１１の精度などに応じて、予め定められた周波数である。

制御部１１４は、周波数Ｆ１を周波数（Ｆ＋Δｆ１）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が増加したか否かを判定し（ステップＳ１０３）、電流値が増加した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０１に戻す。
一方、制御部１１４は、電流値が増加していない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、周波数Ｆ１を周波数（Ｆ−Δｆ１）に変更させる制御を高周波発振器１１１に対して行う（ステップＳ１０４）。

制御部１１４は、周波数Ｆ１を周波数（Ｆ−Δｆ１）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が増加したか否かを判定し（ステップＳ１０５）、電流値が増加した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０１に戻す。
一方、制御部１１４は、電流値が増加していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、周波数Ｆ１を周波数Ｆに変更させる制御を高周波発振器１１１に対して行う（ステップＳ１０６）。

制御部１１４は、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を周波数Ｆとして記憶し（ステップＳ１１１）、共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ＋Δｆ２）に変更させる制御を第１共鳴素子１１２に対して行う（ステップＳ１１２）。ここで、周波数ステップΔｆ２は、第１共鳴素子１１２の精度などに応じて、予め定められた周波数である。

制御部１１４は、共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ＋Δｆ２）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が増加したか否かを判定し（ステップＳ１１３）、電流値が増加した場合（ステップＳ１１３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１１１に戻す。
一方、制御部１１４は、電流値が増加していない場合（ステップＳ１１３：ＮＯ）、共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ−Δｆ２）に変更させる制御を第１共鳴素子１１２に対して行う（ステップＳ１１４）。

制御部１１４は、共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ−Δｆ２）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が増加したか否かを判定し（ステップＳ１１５）、電流値が増加した場合（ステップＳ１１５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１１１に戻す。
一方、制御部１１４は、電流値が増加していない場合（ステップＳ１１５：ＮＯ）、共振周波数Ｆ２を周波数Ｆに変更させる制御を第１共鳴素子１１２に対して行い（ステップＳ１１６）、処理を終了する。

上述のように、本実施形態における電力伝送システム１では、制御部１１４が、高周波信号の周波数Ｆ１をΔｆ１ずらしながら第１共鳴素子１１２の電流値を測定し、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が増加する周波数を検出する。更に、制御部１１４が、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２をΔｆ２ずらしながら第１共鳴素子１１２の電流値を測定し、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が増加する共振周波数を検出する。
すなわち、制御部１１４は、山登り法を用いて、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が増加する、高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２とを検出する。そして、制御部１１４は、検出した周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２とを選択して、第１共鳴素子１１２に流れる電流を増加させ、第１共鳴素子１１２が生じさせる磁界を強くする。これにより、第１共鳴素子１１２と磁界共鳴する第２共鳴素子１２１に伝送する電力を増加させることができる。

電力伝送システム１は、制御部１１４が上述の処理を行うことにより、電力供給装置１１と受電装置１２との間の距離の変化や、近接する金属等の影響を受けて第１共鳴素子１１２と第２共鳴素子１２１との相互インダクタンスなどが変化した場合や、受電装置１２における電力使用量が変化して第２共鳴素子１２１の共振周波数が変化した場合においても、電力供給装置１１から受電装置１２に伝送する電力を増加させることができる。その結果、電力伝送システム１における電力の伝送効率を改善することができる。

なお、図２に示した処理において、高周波信号の周波数Ｆ１を周波数（Ｆ＋Δｆ１）に変更した後に、周波数（Ｆ−Δｆ１）に変更する手順について説明したが、高周波信号の周波数Ｆ１を周波数（Ｆ−Δｆ１）に変更した後に、周波数（Ｆ＋Δｆ１）に変更するようにしてもよい。また、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ＋Δｆ２）に変更した後に、周波数（Ｆ−Δｆ２）に変更する手順について説明したが、共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ−Δｆ２）に変更した後に、周波数（Ｆ＋Δｆ２）に変更するようにしてもよい。

また、図２に示した処理において、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を決定したのちに、高周波信号の周波数Ｆ１を決定するようにしてもよい。
また、図２に示した処理を複数回繰り返して行うようにしてもよい。これにより、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２の変更を受けて、第１共鳴素子１１２に流れる電流値を増加させる周波数Ｆ１がする場合においても対応することができる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態における電力伝送システム２の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、電力伝送システム２は、電力供給装置２１と、少なくとも１つの受電装置１２とを具備している。同図には、受電装置１２が１つの場合が示されている。
本実施形態の電力伝送システム２において、第１実施形態の電力伝送システム１（図１）と同じ構成には同じ符号を付して、その説明を省略する。電力伝送システム２では、電力供給装置２１において、制御部１１４に替えて制御部２１４を備えるとともに、記憶部２１５を備えている点が電力伝送システム１と異なる。

記憶部２１５には、高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２との組合せごとに、第１共鳴素子１１２に流れる電流の電流値が対応付けて記憶される。
制御部２１４は、電流測定部１１３が測定した電流値に基づいて、高周波発振器１１１が出力する高周波信号の周波数Ｆ１を変更させる。また、制御部２１４は、電流測定部１１３が測定した電流値に基づいて、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を変更させる。

電力伝送システム２の伝送効率を改善させる処理について説明する。
電力供給装置２１において、制御部２１４は、受電装置１２への電力供給を指示する信号が外部より入力されると、高周波発振器１１１の周波数Ｆ１が取り得る周波数範囲（ｆ０≦ｆ≦ｆ１）の全周波数範囲に亘って周波数を挿引するとともに、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２が取り得る周波数範囲（ｆ２≦ｆ’≦ｆ３）の全周波数範囲に亘って周波数を挿引する。このとき、制御部２１４は、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が最大となる、周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２との組合せを検出し、検出した組合せを用いて電力の伝送を行わせる。

例えば、制御部２１４は、高周波発振器１１１の周波数Ｆ１を、周波数ｆ０から周波数ｆ１まで予め定められた周波数ステップΔｆ１ずつ増加させる。このとき、制御部２１４は、周波数Ｆ１を増加させるごとに、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を、周波数ｆ２から周波数ｆ３まで予め定められた周波数ステップΔｆ２ずつ増加させ、第１共鳴素子１１２に流れる電流値と、そのときの周波数Ｆ１及び共振周波数Ｆ２の組合せと対応付けて記憶部２１５に記憶させる。

制御部２１４は、高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２とが取り得る周波数範囲に亘る周波数の挿引を終えると、記憶部２１５に記憶されている電流値のうち、最大の電流値に対応する周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２との組合せを検出する。そして、制御部２１４は、高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２とを検出した周波数の組合せに変更させる制御を、高周波発振器１１１及び第１共鳴素子１１２に対して行う。

制御部２１４は、上述のように、高周波信号の取り得る周波数範囲、及び第１共鳴素子１１２が取り得る共振周波数を挿引し、第１共鳴素子１１２に流れる電流値が最大になる、周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２とを検出する。そして、制御部２１４は、検出した周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２とを選択して、第１共鳴素子１１２に流れる電流を最大にすることができ、第１共鳴素子１１２が生じさせる磁界を強くすることができる。その結果、第１共鳴素子１１２と磁界共鳴する第２共鳴素子１２１に伝送する電力を増加させることができる。

電力伝送システム２は、制御部２１４が上述の処理を行うことにより、電力供給装置２１と受電装置１２との間の距離の変化や、近接する金属等の影響を受けて第１共鳴素子１１２と第２共鳴素子１２１との相互インダクタンスなどが変化した場合や、受電装置１２における電力使用量が変化して第２共鳴素子１２１の共振周波数が変化した場合においても、電力供給装置２１から受電装置１２に伝送する電力を増加させることができる。その結果、電力伝送システム２における電力の伝送効率を改善することができる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態における電力伝送システム３の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、電力伝送システム３は、電力供給装置３１と、少なくとも１つの受電装置１２とを具備している。同図には、受電装置１２が１つの場合が示されている。
本実施形態の電力伝送システム３において、第１実施形態の電力伝送システム１（図１）と同じ構成には同じ符号を付して、その説明を省略する。電力伝送システム３では、電力供給装置３１が、制御部１１４に替えて制御部３１４を備えるとともに、電圧測定部３１６を備えている点が電力伝送システム１と異なる。

電圧測定部３１６は、高周波発振器１１１から第１共鳴素子１１２に印加される電圧値を測定し、測定した電圧値を示す信号を制御部３１４に出力する。
制御部３１４は、電流測定部１１３が測定した電流値、及び電圧測定部３１６が測定した電圧値に基づいて、高周波発振器１１１が出力する高周波信号の周波数Ｆ１を変更させる。また、制御部３１４は、電流測定部１１３が測定した電流値、及び電圧測定部３１６が測定した電圧値に基づいて、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を変更させる。

図５は、本実施形態における電力伝送システム３の送電効率を改善させる処理を示すフローチャートである。
電力供給装置３１において、制御部３１４は、受電装置１２への電力供給を指示する信号が外部より入力されると、高周波発振器１１１が出力する高周波信号の現在の周波数Ｆ１を周波数Ｆとして記憶し（ステップＳ３０１）、高周波信号の周波数Ｆ１を周波数（Ｆ＋Δｆ１）に変更させる制御を高周波発振器１１１に対して行う（ステップＳ３０２）。

制御部３１４は、周波数Ｆ１を周波数（Ｆ＋Δｆ１）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流の位相と、第１共鳴素子１１２に印加されている電圧の位相との位相差が減少したか否かを判定し（ステップＳ３０３）、位相差が減少した場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ３０１に戻す。ここで、制御部３１４は、例えば、電流測定部１１３が出力する電流値の周期的な変化と、電圧測定部３１６が出力する電圧値の周期的な変化とに基づいて、電流と電圧との位相差を算出する。
一方、制御部３１４は、位相差が減少していない場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、高周波信号の周波数Ｆ１を周波数（Ｆ−Δｆ１）に変更させる制御を高周波発振器１１１に対して行う（ステップＳ３０４）。

制御部３１４は、周波数Ｆ１を周波数（Ｆ−Δｆ１）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流の位相と、第１共鳴素子１１２に印加されている電圧の位相との位相差が減少したか否かを判定し（ステップＳ３０５）、位相差が減少した場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ３０１に戻す。
一方、制御部３１４は、位相差が減少していない場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、高周波信号の周波数Ｆ１を周波数Ｆに変更させる制御を高周波発振器１１１に対して行う（ステップＳ３０６）。

制御部３１４は、第１共鳴素子１１２の現在の共振周波数Ｆ２を周波数Ｆとして記憶し（ステップＳ３１１）、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ＋Δｆ２）に変更させる制御を第１共鳴素子１１２に対して行う（ステップＳ３１２）。

制御部３１４は、共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ＋Δｆ２）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流の位相と、第１共鳴素子１１２に印加されている電圧の位相との位相差が減少したか否かを判定し（ステップＳ３１３）、位相差が減少した場合（ステップＳ３１３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ３１１に戻す。
一方、制御部３１４は、位相差が減少していない場合（ステップＳ３１３：ＮＯ）、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ−Δｆ２）に変更させる制御を第１共鳴素子１１２に対して行う（ステップＳ３１４）。

制御部３１４は、共振周波数Ｆ２を周波数（Ｆ−Δｆ２）に変更させたことにより、第１共鳴素子１１２に流れる電流の位相と、第１共鳴素子１１２に印加されている電圧の位相との位相差が減少したか否かを判定し（ステップＳ３１５）、位相差が減少した場合（ステップＳ３１５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ３１１に戻す。
一方、制御部３１４は、位相差が減少していない場合（ステップＳ３１５：ＮＯ）、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を周波数Ｆに変更させる制御を第１共鳴素子１１２に対して行い（ステップＳ３１６）、処理を終了する。

上述のように、本実施形態における電力伝送システム３では、制御部３１４が、高周波信号の周波数Ｆ１をΔｆ１ずらしながら、第１共鳴素子１１２に流れる電流と、第１共鳴素子１１２に印加される電圧との位相差を減少させる周波数を検出する。更に、制御部３１４が、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２をΔｆ２ずらしながら、第１共鳴素子１１２に流れる電流と、第１共鳴素子１１２に印加される電圧との位相差を減少させる周波数を検出する。
すなわち、制御部３１４は、山登り法を用いて、第１共鳴素子１１２に流れる電流と、第１共鳴素子１１２に印加される電圧との位相差が減少する高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２とを検出する。そして、制御部３１４は、検出した周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２とを選択して、第１共鳴素子１１２における力率を減少させる。このときの位相差が０（零）である場合、第１共鳴素子１１２は高周波発振器１１１から純抵抗にみえ、電流値が最大となる。この場合、第１共鳴素子１１２が生じさせる磁界は最も強くなり、第１共鳴素子１１２と磁界共鳴する第２共鳴素子１２１に伝送する電力を最大にすることができる。
換言すると、制御部３１４は、山登り法を用いて、第１共鳴素子１１２における有効電力を増加させて、第１共鳴素子１１２から第２共鳴素子１２１に伝送する電力を増加させる。

電力伝送システム３は、制御部３１４が上述の処理を行うことにより、電力供給装置３１と受電装置１２との間の距離の変化や、近接する金属等の影響を受けて第１共鳴素子１１２と第２共鳴素子１２１との相互インダクタンスなどが変化した場合や、受電装置１２における電力使用量が変化して第２共鳴素子１２１の共振周波数が変化した場合においても、電力供給装置３１から受電装置１２に伝送する電力を増加させることができる。その結果、電力伝送システム３における電力の伝送効率を改善することができる。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態における電力伝送システム４の構成を示す概略ブロック図である。同図に示すように、電力伝送システム４は、電力供給装置４１と、少なくとも１つの受電装置１２とを具備している。同図には、受電装置１２が１つの場合が示されている。
本実施形態の電力伝送システム４において、第３実施形態の電力伝送システム３（図４）と同じ構成には同じ符号を付して、その説明を省略する。電力伝送システム４では、電力供給装置４１において、制御部３１４に替えて制御部４１４を備えるとともに、記憶部４１５を備えている点が電力伝送システム３と異なる。

記憶部４１５には、高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２との組合せごとに、第１共鳴素子１１２に流れる電流と第１共鳴素子１１２に印加される電圧との位相差が対応付けて記憶される。
制御部４１４は、電流測定部１１３が測定した電流値と、電圧測定部３１６が測定した電圧値に基づいて、高周波発振器１１１が出力する高周波信号の周波数Ｆ１を変更させる。また、制御部４１４は、電流測定部１１３が測定した電流値と、電圧測定部３１６が測定した電圧値に基づいて、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を変更させる。

電力伝送システム４の伝送効率を改善させる処理について説明する。
電力供給装置４１において、制御部４１４は、受電装置１２への電力供給を指示する信号が外部より入力されると、高周波発振器１１１の周波数Ｆ１が取り得る周波数範囲（ｆ０≦ｆ≦ｆ１）の全周波数範囲に亘って周波数を挿引するとともに、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２が取り得る周波数範囲（ｆ２≦ｆ’≦ｆ３）の全周波数範囲に亘って周波数を挿引する。このとき、制御部４１４は、第１共鳴素子１１２に流れる電流と、第１共鳴素子１１２に印加される電圧との位相が０（零）又は最小になる、周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２との組合せを検出し、検出した組合せを用いて電力の伝送を行わせる。

例えば、制御部４１４は、高周波発振器１１１の周波数Ｆ１を、周波数ｆ０から周波数ｆ１まで予め定められた周波数ステップΔｆ１ずつ増加させる。このとき、制御部４１４は、周波数Ｆ１を増加させるごとに、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２を、周波数ｆ２から周波数ｆ３まで予め定められた周波数ステップΔｆ２ずつ増加させ、第１共鳴素子１１２に流れる電流値と第１共鳴素子１１２に印加される電圧との位相差と、そのときの周波数Ｆ１及び共振周波数Ｆ２の組合せとを対応付けて記憶部４１５に記憶させる。

制御部４１４は、高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共振周波数Ｆ２とが取り得る周波数範囲に亘る周波数の挿引を終えると、記憶部４１５に記憶されている位相差のうち、最小の位相差に対応する周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２との組合せを検出する。そして、制御部４１４は、高周波信号の周波数Ｆ１と、第１共鳴素子１１２の共鳴周波数Ｆ２とを検出した周波数の組合せに変更させる制御を、高周波発振器１１１及び第１共鳴素子１１２に対して行う。

制御部４１４は、上述のように、高周波信号の取り得る周波数範囲、及び第１共鳴素子１１２が取り得る周波数範囲を挿引し、第１共鳴素子１１２に流れる電流値と第１共鳴素子１１２に印加される電圧との位相差が最小になる、周波数Ｆ１と共振周波数Ｆ２との組合せを選択して、高周波発振器１１１からみて第１共鳴素子１１２が純抵抗となるようにする。このとき、第１共鳴素子１１２に流れる電流が最大になるので、第１共鳴素子１１２が生じさせる磁界は最も強くなり、第１共鳴素子１１２と磁界共鳴する第２共鳴素子１２１に伝送する電力を最大にすることができる。
換言すると、制御部４１４は、高周波信号の取り得る周波数範囲、及び第１共鳴素子１１２が取り得る周波数範囲を挿引して、第１共鳴素子１１２における有効電力が最大となる周波数Ｆ１及び共振周波数Ｆ２を検出する。そして、制御部４１４は、検出した周波数Ｆ１及び共振周波数Ｆ２を用いることで、第１共鳴素子１１２から第２共鳴素子１２１に伝送する電力を増加させる。

電力伝送システム４は、制御部４１４が上述の処理を行うことにより、電力供給装置４１と受電装置１２との間の距離の変化や近接する金属等の影響を受けて第１共鳴素子１１２と第２共鳴素子１２１との相互インダクタンスが変化した場合や、受電装置１２における電力使用量が変化して第２共鳴素子１２１の共振周波数が変化した場合などにおいても、電力供給装置４１から受電装置１２に伝送する電力を増加させることができる。その結果、電力伝送システム４における電力の伝送効率を改善することができる。

なお、第２実施形態及び第４実施形態において、高周波信号の周波数Ｆ１が取り得る周波数範囲に亘る挿引において、周波数Ｆ１を変化させるたびに、共振周波数Ｆ２が取り得る周波数範囲に亘り挿引を行う構成を説明した。しかし、これに限ることなく、共振周波数Ｆ２が取り得る周波数範囲に亘る挿引において、共振周波数Ｆ２を変化させるたびに、周波数Ｆ１が取り得る周波数範囲に亘り挿引を行うようにしてもよい。

１，２，３，４…電力伝送システム
１１，２１，３１，４１…電力供給装置
１２…受電装置
１１１…高周波発振器
１１２…第１共鳴素子
１１３…電流測定部
１１４，２１４，３１４，４１４…制御部
１２１…第２共鳴素子
１２２…負荷回路
２１５，４１５…記憶部
３１６…電圧測定部

Claims (9)

1. 電力供給装置から電力の供給を受ける受電装置と、前記電力供給装置とを具備する電力伝送システムにおいて、
   前記受電装置は、
   インダクタンス及びキャパシタンスを有する第２共鳴素子と、
   前記第２共鳴素子に接続された負荷回路と
   を備え、
   前記電力供給装置は、
   インダクタンス及びキャパシタンスを有し、該インダクタンス及び該キャパシタンスのうち少なくともいずれかが可変である第１共鳴素子と、
   前記第１共鳴素子に高周波信号を出力する高周波発振器と、
   前記第２共鳴素子と前記第１共鳴素子とを磁界共鳴させた際に、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、前記高周波信号の周波数を前記検出した周波数に変更させる制御を前記高周波発振器に対して行うとともに、前記第１共鳴素子の共振周波数を前記検出した共振周波数に変更させる制御を前記第１共鳴素子に対して行う第１制御部と
   を備える
   ことを特徴とする電力伝送システム。
2. 前記電力供給装置は、更に、
   前記第１共鳴素子に流れる電流値を測定する電流測定部
   を備え、
   前記第１制御部は、
   前記電流測定部が測定する電流値に基づいて、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
3. 前記電力供給装置は、更に、
   前記第１共鳴素子に印加される電圧値を測定する電圧測定部
   を備え、
   前記第１制御部は、
   前記電流測定部が測定する電流と、前記電圧測定部が測定する電圧との位相差に基づいて、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力伝送システム。
4. 前記第１制御部は、
   山登り法を用いて、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に流れる電流が増加する、前記高周波信号の周波数及び前記第1共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とする
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力伝送システム。
5. 前記第１制御部は、
   前記第１共鳴素子の共振周波数が取り得る周波数範囲に亘って、前記第１共鳴素子の共振周波数を変化させる制御を前記第１共鳴素子に対して行うとともに、前記高周波信号が取り得る周波数範囲に亘って、前記高周波信号の周波数を変化させる制御を前記高周波発振器に対して行い、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子における有効電力が最大になる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とする
   ことを特徴とする請求項２に記載の電力伝送システム。
6. 前記第１制御部は、
   山登り法を用いて、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に流れる電流と、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に印加される電圧との位相差が減少する、前記高周波信号の周波数及び前記第1共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力伝送システム。
7. 前記第１制御部は、
   前記第１共鳴素子の共振周波数が取り得る周波数範囲に亘って、前記第１共鳴素子の共振周波数を変化させる制御を前記第１共鳴素子に対して行うとともに、前記高周波信号が取り得る周波数範囲に亘って、前記高周波信号の周波数を変化させる制御を前記高周波発振器に対して行い、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に流れる電流と、前記高周波発振器から前記第１共鳴素子に印加される電圧との位相差が最小になる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、検出した周波数及び共振周波数を、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力伝送システム。
8. インダクタンス及びキャパシタンスを有する第２共鳴素子と、前記第２共鳴素子に接続された負荷回路とを備える受電装置、及び、インダクタンス及びキャパシタンスを有し、該インダクタンス及び該キャパシタンスのうち少なくともいずれかが可変である第１共鳴素子と、前記第１共鳴素子に高周波信号を出力する高周波発振器とを備える電力供給装置を具備する電力伝送システムにおける制御方法であって、
   前記第２共鳴素子と前記第１共鳴素子とを磁界共鳴させた際に、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、前記高周波信号の周波数を前記検出した周波数に変更させる制御を前記高周波発振器に対して行うとともに、前記第１共鳴素子の共振周波数を前記検出した共振周波数に変更させる制御を前記第１共鳴素子に対して行うステップ
   を有することを特徴とする制御方法。
9. インダクタンス及びキャパシタンスを有する第２共鳴素子と前記第２共鳴素子に接続された負荷回路とを備える受電装置に電力を伝送する電力供給装置であって、
   インダクタンス及びキャパシタンスを有し、該インダクタンス及び該キャパシタンスのうち少なくともいずれかが可変である第１共鳴素子と、
   前記第１共鳴素子に高周波信号を出力する高周波発振器と、
   前記第２共鳴素子と前記第１共鳴素子とを磁界共鳴させた際に、前記第１共鳴素子における有効電力を増加させる、前記高周波信号の周波数及び前記第１共鳴素子の共振周波数を検出し、前記高周波信号の周波数を前記検出した周波数に変更させる制御を前記高周波発振器に対して行うとともに、前記第１共鳴素子の共振周波数を前記検出した共振周波数に変更させる制御を前記第１共鳴素子に対して行う第１制御部と
   を備えることを特徴とする電力供給装置。

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