JP2019176707A - ワイヤレス送電装置、及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

ワイヤレス送電装置、及びワイヤレス電力伝送システム Download PDF

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Abstract

【課題】製造コストの増大を抑制しつつ、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができるワイヤレス送電装置を提供する。【解決手段】ワイヤレス受電装置が備える受電コイルに交流電力を送電するワイヤレス送電装置であって、前記受電コイルと磁気的に結合される送電コイルと、前記送電コイルに交流電圧を供給する送電回路と、前記ワイヤレス受電装置と無線通信を行う送電側通信部と、前記無線通信の特性値を測定する測定部と、前記測定部が測定した前記特性値に応じて、前記送電回路が前記送電コイルに供給する交流電圧を制御する制御回路と、を備えるワイヤレス送電装置。【選択図】図２

Description

本発明は、ワイヤレス送電装置、及びワイヤレス電力伝送システムに関する。
送電コイルを備えたワイヤレス送電装置と受電コイルを備えたワイヤレス受電装置との間でワイヤレス電力伝送を行うワイヤレス電力伝送システムに関する技術の研究や開発が行われている。ここで、ワイヤレス電力伝送は、ワイヤレスによる電力の伝送のことである。
ワイヤレス電力伝送では、ワイヤレス受電装置が受電する電力を安定化させる方法として、ワイヤレス受電装置が受電した電力を示す情報をワイヤレス送電装置に伝送し、当該情報に基づいてワイヤレス送電装置がワイヤレス受電装置に送電する電力を制御する方法が知られている。このようなワイヤレス受電装置からワイヤレス送電装置への情報の伝送は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）による無線通信によって行われることが少なくない。ここで、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）による無線通信は、工業施設のみならず、商業施設、在宅施設等の多種多様な施設において利用されている。このため、ワイヤレス送電装置とワイヤレス受電装置との間において行われる無線通信の品質は、電波の干渉等によって低下してしまう場合がある。当該品質が低下した場合、ワイヤレス受電装置が受電する電力が不安定になってしまう。
上記のような無線通信の品質が低下してしまうことを抑制する通信制御システムとして、１つの主経路と複数の副経路により多重化された通信経路に接続された複数の通信局間で行う通信を制御する通信制御システムであって、主経路と副経路のそれぞれに対応して多重化されていて、ＯＳＩ階層モデルの所定の階層にある通信機能を実現する通信機能実現手段と、多重化された通信経路のいずれかに対応する通信機能実現手段を介して高優先度通信を行う高優先度通信手段と、副経路に対応する通信機能実現手段を介して低優先度通信を行う低優先度通信手段と、有し、高優先度通信手段と低優先度通信手段は、１通信局内に並存する通信制御システムが知られている（特許文献１参照）。
また、上記のような無線通信の品質が低下してしまうことを抑制する送電装置として、第１アンテナと、第１アンテナを用いて受電装置と通信を行う第１通信手段と、電力を生成する電源部と、電源部により生成された電力を受電装置に伝送する第２アンテナと、第２アンテナを用いて受電装置と通信を行う第２通信手段と、第１通信手段の第１通信品質と、第２通信手段の第２通信品質を測定する測定手段と、受電装置への電力伝送が行われている間、第１通信手段または第２通信手段を用いて、受電装置と伝送制御情報を通信し、伝送制御情報に基づいて受電装置への電力伝送を制御する制御手段とを備え、制御手段は、第１通信品質及び第２通信品質に応じて、第１通信手段及び第２通信手段のいずれかを選択して伝送制御情報を通信する送電装置が知られている（特許文献２参照）。
特開２００５−１７６１６１号公報 特開２０１４−０５０２７１号公報
ここで、特許文献１に記載された通信制御システムには、前述した通り、無線通信の品質が低下してしまうことを抑制するために副経路が設けられている。このため、このような副経路が設けられた通信制御システムは、副経路を設けられていない通信制御システムと比較して、製造コストが増大してしまう場合があった。
一方、特許文献２に記載された送電装置には、前述した通り、無線通信の品質が低下してしまうことを抑制するために第２通信手段が設けられている。このため、このような第２通信手段が設けられた送電装置は、第２通信手段が設けられていない送電装置と比較して、製造コストが増大してしまう場合があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、製造コストの増大を抑制しつつ、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができるワイヤレス送電装置、及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを課題とする。
本発明の一態様は、ワイヤレス受電装置が備える受電コイルに交流電力を送電するワイヤレス送電装置であって、前記受電コイルと磁気的に結合される送電コイルと、前記送電コイルに交流電圧を供給する送電回路と、前記ワイヤレス受電装置と無線通信を行う送電側通信部と、前記無線通信の特性値を測定する測定部と、前記測定部が測定した前記特性値に応じて、前記送電回路が前記送電コイルに供給する交流電圧を制御する制御回路と、を備えるワイヤレス送電装置である。
本発明によれば、製造コストの増大を抑制しつつ、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成の一例を示す図である。 送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御回路１４が制御する処理の流れの一例を示す図である。 応答速度とＰＩＤ制御における３つのゲインとを対応付けたテーブルの一例を示す図である。 従来のワイヤレス送電装置１０Ｘが従来のワイヤレス受電装置２０Ｘに電力の送電を開始してからの経過時間と従来のワイヤレス受電装置２０Ｘが受電した電力との関係の一例を示す図である。 ワイヤレス送電装置１０がワイヤレス受電装置２０に電力の送電を開始してからの経過時間とワイヤレス受電装置２０が受電した電力との関係の一例を示す図である。
＜実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、本実施形態では、説明の便宜上、ワイヤレスによる電力の伝送をワイヤレス電力伝送と称して説明する。また、本実施形態では、直流電力に応じた電気信号、又は交流電力に応じた電気信号を伝送する導体のことを、伝送路と称して説明する。伝送路は、例えば、基板上にプリントされた導体である。なお、伝送路は、当該導体に代えて、線状に形成された導体である導線等であってもよい。
＜ワイヤレス電力伝送システムの概要＞
まず、実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の概要について説明する。図１は、実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１の構成の一例を示す図である。
ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス送電装置１０と、ワイヤレス受電装置２０を備える。
ワイヤレス電力伝送システム１では、ワイヤレス電力伝送によって電力がワイヤレス送電装置１０からワイヤレス受電装置２０に伝送される。より具体的には、ワイヤレス電力伝送システム１では、ワイヤレス電力伝送によって電力がワイヤレス送電装置１０が備える送電コイルＬ１からワイヤレス受電装置２０が備える受電コイルＬ２に伝送される。ワイヤレス電力伝送システム１は、例えば、磁界共鳴方式を用いてワイヤレス電力伝送を行う。なお、ワイヤレス電力伝送システム１は、磁界共鳴方式に代えて、他の方式を用いてワイヤレス電力伝送を行う構成であってもよい。
以下では、一例として、ワイヤレス電力伝送システム１が、図１に示したように、電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリー（二次電池）に対してワイヤレス電力伝送による充電を行うシステムに適用された場合について説明する。電気自動車ＥＶは、バッテリーに充電された電力によりモーターを駆動して走行する電動車両（移動体）である。図１に示した例では、ワイヤレス電力伝送システム１は、充電設備側の地面Ｇに設置されたワイヤレス送電装置１０と、電気自動車ＥＶに搭載されたワイヤレス受電装置２０とを備える。なお、ワイヤレス電力伝送システム１は、当該システムに適用される構成に代えて、他の装置、他のシステム等に適用される構成であってもよい。
ここで、磁界共鳴方式によるワイヤレス電力伝送では、ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス送電装置１０が備える図示しない送電側共振回路（図１に示した例では、後述する送電コイルユニット１３に備えられている）とワイヤレス受電装置２０が備える図示しない受電側共振回路（図１に示した例では、後述する受電コイルユニット２１に備えられている）との間の共振周波数を近づけ（又は当該共振周波数を一致させ）、共振周波数付近の高周波電流及び電圧を送電コイルユニット１３に印加し、電磁的に共振（共鳴）させた受電コイルユニット２１に電力をワイヤレスで伝送（供給）する。
このため、本実施形態のワイヤレス電力伝送システム１は、充電ケーブルとの接続を行わずに、充電設備側から供給される電力をワイヤレスで電気自動車ＥＶに伝送しながら、電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリーに対してワイヤレス電力伝送による充電を行うことができる。
ここで、ワイヤレス電力伝送システム１と異なるワイヤレス電力伝送システム１Ｘとワイヤレス電力伝送システム１とを比較し、ワイヤレス電力伝送システム１について説明する。ワイヤレス電力伝送システム１Ｘは、例えば、従来のワイヤレス電力伝送システムのことである。ワイヤレス電力伝送システム１Ｘは、ワイヤレス送電装置１０Ｘと、ワイヤレス受電装置２０Ｘを備える。ワイヤレス送電装置１０Ｘは、例えば、従来のワイヤレス送電装置のことである。ワイヤレス受電装置２０Ｘは、例えば、従来のワイヤレス受電装置２０のことである。
ワイヤレス電力伝送システム１Ｘでは、ワイヤレス受電装置２０Ｘが受電する電力を安定化させる方法として、ワイヤレス受電装置２０Ｘが受電した電力を示す情報をワイヤレス送電装置１０Ｘに伝送し、当該情報に基づいてワイヤレス送電装置１０Ｘがワイヤレス受電装置２０Ｘに送電する電力を制御する方法が知られている。このようなワイヤレス受電装置２０Ｘからワイヤレス送電装置１０Ｘへの情報の伝送は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）による無線通信によって行われることが少なくない。ここで、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）による無線通信は、工業施設のみならず、商業施設、在宅施設等の多種多様な施設において利用されている。このため、ワイヤレス送電装置１０Ｘとワイヤレス受電装置２０Ｘとの間において行われる無線通信の品質は、電波の干渉等によって低下してしまう場合がある。当該品質が低下した場合、ワイヤレス受電装置２０Ｘが受電する電力が不安定になってしまう。
このような無線通信の品質が低下してしまうことを抑制するため、ワイヤレス電力伝送システム１Ｘには、例えば、主として利用する通信手段と別の通信手段を実現する回路又は装置が設けられることがある。しかしながら、当該回路又は当該装置が設けられたワイヤレス電力伝送システム１Ｘは、当該回路又は当該装置が設けられていないワイヤレス電力伝送システム１Ｘと比較して、製造コストが増大してしまう場合があった。
このようなワイヤレス電力伝送システム１Ｘに対し、ワイヤレス電力伝送システム１では、ワイヤレス送電装置１０が、受電コイルＬ２と磁気的に結合される送電コイルＬ１と、送電コイルＬ１に交流電圧を供給する送電回路と、ワイヤレス受電装置２０と無線通信を行う送電側通信部と、無線通信の特性値を測定する測定部と、測定部が測定した当該特性値に応じて、送電回路が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御する制御回路と、を備える。これにより、ワイヤレス電力伝送システム１、及びワイヤレス送電装置１０は、製造コストの増大を抑制しつつ、ワイヤレス受電装置２０が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。以下では、このようなワイヤレス電力伝送システム１、及びワイヤレス送電装置１０の構成について詳しく説明する。また、以下では、説明の便宜上、ワイヤレス電力伝送システム１においてワイヤレス送電装置１０とワイヤレス受電装置２０との間で行われる無線通信のことを、単に無線通信と称して説明する。
＜ワイヤレス電力伝送システムの構成＞
以下、図１を参照し、ワイヤレス電力伝送システム１の構成について説明する。
ワイヤレス送電装置１０は、変換回路１１と、送電回路１２と、送電コイルユニット１３と、制御回路１４と、送電側通信部１５と、測定部１６を備える。一方、ワイヤレス受電装置２０は、受電コイルユニット２１と、整流平滑回路２２と、保護回路２３と、制御回路２４と、受電側通信部２５を備える。そして、ワイヤレス受電装置２０は、負荷Ｖｌｏａｄと接続可能である。図１に示した例では、ワイヤレス受電装置２０は、負荷Ｖｌｏａｄと接続されている。なお、ワイヤレス受電装置２０は、負荷Ｖｌｏａｄを備える構成であってもよい。
変換回路１１は、例えば、外部の商用電源Ｐと接続され、商用電源Ｐから入力される交流電圧を所望の直流電圧に変換するＡＣ（Alternating Current）／ＤＣ（Direct Current）コンバーターである。変換回路１１は、送電回路１２と接続されている。変換回路１１は、当該交流電圧を変換した直流電圧を送電回路１２に供給する。
なお、変換回路１１は、送電回路１２に対して直流電圧を出力するものであれば如何なるものであってもよい。例えば、変換回路１１は、交流電圧を整流して直流電圧に変換する整流平滑回路と力率改善を行うＰＦＣ（Power Factor Correction）回路とを組み合わせた変換回路であってもよく、当該整流平滑回路とスイッチングコンバーター等のスイッチング回路とを組み合わせた変換回路であってもよく、送電回路１２に対して直流電圧を出力する他の変換回路であってもよい。
送電回路１２は、変換回路１１から供給される直流電圧を交流電圧に変換するものである。例えば、送電回路１２は、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路により構成されたインバーターを備える。送電回路１２は、送電コイルユニット１３に接続されている。送電回路１２は、送電コイルユニット１３が備える送電側共振回路の共振周波数に基づいて駆動周波数が制御された交流電圧を送電コイルユニット１３に供給する。
送電コイルユニット１３は、送電側共振回路として、例えば、送電コイルＬ１とともに、図１において図示しないコンデンサーを備えたＬＣ共振回路を備える。この場合、送電コイルユニット１３は、当該コンデンサーの静電容量を調整することにより、送電側共振回路の共振周波数を調整可能である。ワイヤレス送電装置１０は、送電側共振回路の共振周波数を、受電コイルユニット２１が備える受電側共振回路の共振周波数に近づけ（又は一致させ）、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を行う。当該コンデンサーは、例えば、送電コイルＬ１に直列に接続されたコンデンサーにより構成されてもよく、送電コイルＬ１に対して直列に接続されたコンデンサーと、送電コイルＬ１に対して並列に接続されたコンデンサーとにより構成されてもよく、他の態様により構成されてもよい。以下では、一例として、当該コンデンサーが、送電コイルＬ１に対して直列に接続されたコンデンサーである場合について説明する。なお、送電コイルユニット１３は、当該ＬＣ共振回路に代えて、送電コイルＬ１を備えた他の共振回路を送電側共振回路として備える構成であってもよい。また、送電コイルユニット１３は、送電側共振回路に加えて、他の回路、他の回路素子等を備える構成であってもよい。また、送電コイルユニット１３は、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の磁気的結合を高める磁性体、送電コイルＬ１が発生させる磁界の外部への漏洩を抑制する電磁気遮蔽体等を備える構成であってもよい。
送電コイルＬ１は、例えば、銅、アルミニウム等からなるリッツ線をスパイラル状に巻き回したワイヤレス電力伝送用コイルである。本実施形態の送電コイルＬ１は、電気自動車ＥＶのフロアの下側と向かい合うように、地面Ｇの上に設置又は地面Ｇに埋設されている。以下では、一例として、送電コイルＬ１（すなわち、送電コイルユニット１３）が送電回路１２とともに地面Ｇの上に設置されている場合について説明する。
制御回路１４は、ワイヤレス送電装置１０を制御する。制御回路１４は、送電側通信部１５を制御し、各種の情報をワイヤレス受電装置２０との間で送受信させる。例えば、制御回路１４は、ワイヤレス受電装置２０が受電した電力を示す電力情報を、送電側通信部１５によってワイヤレス受電装置２０から受信する。
また、制御回路１４は、後述する測定部１６が測定した特定値を測定部１６から取得する。当該特性値は、無線通信の特性値のことである。より具体的には、無線通信の特性値は、無線通信の品質を示す値のことであり、外部の通信状況に応じて変化する値のことである。ここで、当該外部の通信状況は、ワイヤレス送電装置１０と異なる装置とワイヤレス受電装置２０との間で行われる無線通信に関する通信状況、ワイヤレス受電装置２０と異なる装置とワイヤレス送電装置１０との間で行われる無線通信に関する通信状況、ワイヤレス送電装置１０及びワイヤレス受電装置２０の両方と異なる複数の装置間で行われる無線通信に関する通信状況等のことである。また、本実施形態において、無線通信の特性値には、電力伝送による影響が含まれていない。従って、本実施形態における無線通信の特性値は、例えば、無線通信の応答速度である。なお、無線通信の特性値は、当該応答速度に代えて、無線通信のトラフィック量等の無線通信の品質を示す他の値であってもよい。
また、制御回路１４は、測定部１６から取得した特性値と、送電側通信部１５を介してワイヤレス受電装置２０から受信した電力情報とに基づいて、送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御する。具体的には、制御回路１４は、当該電力情報に応じて、ワイヤレス受電装置２０に送電する送電電力量を算出する。制御回路１４は、算出した送電電力量と、当該特性値とに応じて、送電回路１２が備えるインバーターの駆動周波数、当該インバーターのデューティ比等を制御する。これにより、制御回路１４は、送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御する。すなわち、制御回路１４は、電力情報に基づくフィードバック制御によって、送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を調整する。制御回路１４は、例えば、当該交流電圧を調整するためのフィードバック制御として、ＰＩＤ制御を行う。なお、制御回路１４は、当該交流電圧を調整するためのフィードバック制御として、ＰＩＤ制御以外の制御を行う構成であってもよい。
送電側通信部１５は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信規格による無線通信を行う通信回路（又は通信装置）である。送電側通信部１５は、制御回路１４からの信号に応じて、各種の情報をワイヤレス受電装置２０との間で送受信する。
測定部１６は、送電側通信部１５により行われる無線通信の品質を示す特性値を測定するセンサー（又は測定装置）である。この一例では、測定部１６は、当該特性値として、無線通信の応答速度を測定する。測定部１６は、測定した応答速度を制御回路１４に出力する。
受電コイルユニット２１は、受電側共振回路として、例えば、受電コイルＬ２とともに、図１において図示しないコンデンサーを備えたＬＣ共振回路を備える。この場合、受電コイルユニット２１は、当該コンデンサーの静電容量を調整することにより、受電側共振回路の共振周波数を調整可能である。ワイヤレス受電装置２０は、受電側共振回路の共振周波数を送電側共振回路の共振周波数に近づける（一致させる場合も含む）ことにより、磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を行う。当該コンデンサーは、例えば、受電コイルＬ２に直列に接続されたコンデンサーにより構成されてもよく、受電コイルＬ２に対して直列に接続されたコンデンサーと、受電コイルＬ２に対して並列に接続されたコンデンサーとにより構成されてもよく、他の態様により構成されてもよい。以下では、一例として、当該コンデンサーが、受電コイルＬ２に対して直列に接続されたコンデンサーである場合について説明する。なお、受電コイルユニット２１は、当該ＬＣ共振回路に代えて、受電コイルＬ２を備えた他の共振回路を受電側共振回路として備える構成であってもよい。また、受電コイルユニット２１は、受電側共振回路に加えて、他の回路、他の回路素子等を備える構成であってもよい。また、受電コイルユニット２１は、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の磁気的結合を高める磁性体、受電コイルＬ２が発生させる磁界の外部への漏洩を抑制する電磁気遮蔽体等を備える構成であってもよい。
整流平滑回路２２は、受電コイルユニット２１に接続され、受電コイルＬ２から供給される交流電圧を整流して直流電圧に変換する。整流平滑回路２２は、負荷Ｖｌｏａｄと接続可能である。図１に示した例では、整流平滑回路２２は、保護回路２３を介して負荷Ｖｌｏａｄと接続されている。整流平滑回路２２が負荷Ｖｌｏａｄと接続されている場合、整流平滑回路２２は、変換した直流電力を負荷Ｖｌｏａｄに供給する。なお、ワイヤレス受電装置２０では、整流平滑回路２２は、負荷Ｖｌｏａｄと接続される場合において、保護回路２３に代えて、充電回路を介して負荷Ｖｌｏａｄと接続される構成であってもよく、保護回路２３に加えて、充電回路を介して負荷Ｖｌｏａｄと接続される構成であってもよい。
ここで、負荷Ｖｌｏａｄは、整流平滑回路２２と接続されている場合、整流平滑回路２２から直流電圧が供給される。例えば、負荷Ｖｌｏａｄは、前述した電気自動車ＥＶに搭載されたバッテリー、電気自動車ＥＶに搭載されたモーター等である。負荷Ｖｌｏａｄは、電力の需要状態（貯蔵状態又は消費状態）によって、等価抵抗値が時間とともに変わる抵抗負荷である。なお、ワイヤレス受電装置２０において、負荷Ｖｌｏａｄは、当該バッテリー、当該モーター等に代えて、整流平滑回路２２から供給される直流電圧が供給される他の負荷であってもよい。
保護回路２３は、ワイヤレス受電装置２０の状態が、意図しない大きさの電圧又は電流が負荷Ｖｌｏａｄに供給されてしまう可能性がある状態（例えば、過電圧状態）になった場合において、負荷Ｖｌｏａｄに当該電圧又は当該電流が供給されることによって不具合が生じてしまうことを抑制し、負荷Ｖｌｏａｄを保護する。例えば、保護回路２３は、受電コイルＬ２の端子間を短絡させるスイッチング素子を備える。保護回路２３は、制御回路２４からの駆動信号に応じて当該スイッチング素子の状態をオンとオフとの間で切り替える。なお、ワイヤレス受電装置２０は、保護回路２３を備えない構成であってもよい。
制御回路２４は、ワイヤレス受電装置２０を制御する。制御回路２４は、受電側通信部２５を制御し、各種の情報をワイヤレス送電装置１０との間で送受信させる。例えば、制御回路２４は、前述の電力情報を、受電側通信部２５によってワイヤレス送電装置１０に送信する。
また、制御回路２４は、ワイヤレス受電装置２０の状態が、意図しない大きさの電圧又は電流が負荷Ｖｌｏａｄに供給されてしまう可能性がある状態になった場合において、保護回路２３に駆動信号を出力し、負荷Ｖｌｏａｄを保護する。
受電側通信部２５は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等の通信規格による無線通信を行う通信回路（又は通信装置）である。受電側通信部２５は、制御回路２４からの信号に応じて、各種の情報をワイヤレス送電装置１０との間で送受信する。
＜送電回路が送電コイルに供給する交流電圧を制御回路が制御する処理＞
以下、図２を参照し、送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御回路１４が制御する処理について説明する。図２は、送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御回路１４が制御する処理の流れの一例を示す図である。
制御回路１４は、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を開始するか否かを判定する（ステップＳ１１０）。例えば、制御回路１４は、ワイヤレス受電装置２０に送電を開始させる要求を示す情報を、送電側通信部１５を介してワイヤレス受電装置２０から受信した場合、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を開始すると判定する。一方、制御回路１４は、ワイヤレス受電装置２０に送電を開始させる要求を示す情報を、送電側通信部１５を介してワイヤレス受電装置２０から受信していない場合、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を開始しないと判定する。
ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を開始しないと判定した場合（ステップＳ１１０−ＮＯ）、制御回路１４は、ステップＳ１１０に遷移し、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を開始するか否かを再び判定する。一方、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を開始すると判定した場合（ステップＳ１１０−ＹＥＳ）、制御回路１４は、送電回路１２を制御し、送電コイルユニット１３への交流電圧の供給を送電回路１２に開始させる。これにより、ワイヤレス送電装置１０は、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を開始する。
ここで、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電が開始された後、制御回路１４は、予め決められた時間である所定時間が経過する毎に、ワイヤレス受電装置２０に前述の電力情報の送信を要求する情報である送信要求情報を周期的にワイヤレス受電装置２０に送信する。ワイヤレス受電装置２０は、送信要求情報を受信する毎に、受信した送信要求情報への応答として、電力情報をワイヤレス送電装置１０に送信する。そして、制御回路１４は、ワイヤレス受電装置２０から送信された電力情報を、送電側通信部１５を介して受信する。
また、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電が開始された後、制御回路１４は、測定部１６が測定した応答速度を測定部１６から取得する（ステップＳ１２０）。ここで、当該応答速度は、この一例において、制御回路１４が送電側通信部１５を介して送信要求情報をワイヤレス受電装置２０に送信してから、その応答としての電力情報が送電側通信部１５を介して受信されるまでの時間によって表される。従って、当該応答速度は、無線通信の遅延が発生した場合、無線通信の遅延が発生していない場合において測定部１６により測定される応答速度と比べて遅くなる（すなわち、長くなる）。なお、無線通信の遅延が発生した場合において測定部１６により測定される応答速度は、制御回路１４が送電側通信部１５を介して送信要求情報をワイヤレス受電装置２０に送信してから、その応答としての電力情報が送電側通信部１５を介して受信されるまでの時間に応じた他の値によって表される構成であってもよい。
そして、制御回路１４は、測定部１６から応答速度を取得した場合、図示しないメモリーに予め記憶された複数の互いに異なるアルゴリズムのうち測定部１６から取得した応答速度と最も近い応答速度に対応付けられたアルゴリズムを、送電回路１２をフィードバック制御するために用いるアルゴリズムとして選択する。すなわち、当該メモリーに予め記憶された互いに異なる複数のアルゴリズムは、送電回路１２をフィードバック制御するために制御回路１４が用いる複数の互いに異なるアルゴリズムのことである。制御回路１４は、選択したアルゴリズムを、送電回路１２をフィードバック制御するために用いるアルゴリズムとして設定する（ステップＳ１３０）。ここで、ステップＳ１３０の処理について説明する。
本実施形態では、前述のメモリーに予め記憶された複数のアルゴリズムが互いに異なることは、複数のアルゴリズムにおいて、それぞれのアルゴリズムによって行われるフィードバック制御に係る実行手順と、当該フィードバック制御において用いられる数式と、当該数式に含まれる定数と、当該数式に含まれる変数の種類との少なくとも１つが互いに異なることを意味する。以下では、一例として、制御回路１４によって行われる送電回路１２のフィードバック制御がＰＩＤ制御である場合について説明する。また、以下では、一例として、当該メモリーに予め記憶された複数のアルゴリズムが、ＰＩＤ制御において用いられる数式に含まれる定数、すなわちＰＩＤ制御におけるゲインのみが互いに異なる場合について説明する。
ＰＩＤ制御において用いられる数式は、例えば、以下に示した式（１）である。
Figure 2019176707
上記の式（１）に示したｕは、制御回路１４が行うＰＩＤ制御によって制御される制御量を示し、例えば、送電回路１２が備えるインバーターの駆動周波数、当該インバーターのデューティ比等を示す。また、式（１）に示したＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄのそれぞれは、当該ＰＩＤ制御における３種類のゲインを示す。また、式（１）に示したΔｔは、測定部１６により測定される応答時間を示す。また、式（１）に示したＰｄｅｔは、制御回路１４が取得した電力情報が示す電力を示す。また、式（１）に示したＰｔｇｔは、ワイヤレス受電装置２０に受電させたい目標となる電力を示す。
この一例では、前述した通り、図示しないメモリーに予め記憶された複数のアルゴリズムが、ＰＩＤ制御において用いられる数式に含まれる定数、すなわちＰＩＤ制御におけるゲインのみが互いに異なる。このため、ステップＳ１３０において、制御回路１４は、例えば、図示しないメモリーに予め記憶された複数の互いに異なるゲインであってＰＩＤ制御におけるゲインのうち、測定部１６から取得した応答速度と最も近い応答速度に対応付けられたゲインを選択することにより、図示しないメモリーに予め記憶された複数のアルゴリズムのうち測定部１６から取得した応答速度と最も近い応答速度に対応付けられたアルゴリズムを、送電回路１２をＰＩＤ制御するために用いるアルゴリズムとして選択する。
例えば、図示しないメモリーには、図３に示したテーブルとして、複数の応答速度のそれぞれに対応付けられたゲインが記憶される。図３は、応答速度とＰＩＤ制御における３つのゲインとを対応付けたテーブルの一例を示す図である。図３に示したように、当該テーブルでは、応答速度と、ＰＩＤ制御における３つのゲインであるＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄのそれぞれとが対応付けられている。なお、各応答速度に対応付けられた当該３つのゲインは、実験、シミュレーション等によって制御量であるｕが一定となるように決められてもよく、解析計算によって制御量であるｕが一定となるように決められてもよい。
ステップＳ１３０の処理が行われた後、制御回路１４は、ステップＳ１３０において設定されたアルゴリズムと、ワイヤレス受電装置２０から取得した最新の電力情報が示す電力とに基づいて、上記の式（１）に示した制御量、すなわちｕを算出する（ステップＳ１４０）。
次に、制御回路１４は、ステップＳ１４０において算出した制御量に基づいて送電回路１２を制御し、当該制御量に応じた電力をワイヤレス受電装置２０に送電する（ステップＳ１５０）。
次に、制御回路１４は、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を終了するか否かを判定する（ステップＳ１６０）。例えば、制御回路１４は、ワイヤレス受電装置２０に送電を終了させる要求を示す情報を、送電側通信部１５を介してワイヤレス受電装置２０から受信した場合、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を終了すると判定する。一方、制御回路１４は、ワイヤレス受電装置２０に送電を終了させる要求を示す情報を、送電側通信部１５を介してワイヤレス受電装置２０から受信していない場合、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を終了しないと判定する。
ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を終了しないと判定した場合（ステップＳ１６０−ＮＯ）、制御回路１４は、ステップＳ１２０に遷移し、測定部１６が測定した応答速度を測定部１６から再び取得する。一方、ワイヤレス送電装置１０によるワイヤレス受電装置２０への電力の送電を終了すると判定した場合（ステップＳ１２０−ＹＥＳ）、制御回路１４は、処理を終了する。
このように、ワイヤレス受電装置２０では、制御回路１４が、測定部１６が測定した特性値に応じて、送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御する。これにより、ワイヤレス受電装置２０は、製造コストの増大を抑制しつつ、ワイヤレス受電装置２０が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
なお、上記において説明したワイヤレス電力伝送システム１では、送電側通信部１５及び受電側通信部２５がＷｉ−Ｆｉ（登録商標）による無線通信を行う構成であった。Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）による無線通信では、通信内容衝突回避のための機能が存在するため、トラフィック量の増減に応じて応答速度が増減するとは限らない。このため、当該構成である場合、上記において説明した無線通信の特性値は、無線通信の応答速度であることが望ましい。一方、例えば、送電側通信部１５及び受電側通信部２５がＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による無線通信を行う構成である場合、上記において説明した無線通信の特性値は、無線通信のトラフィック量であることが望ましい。何故なら、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）による無線通信では、通信内容衝突回避のための機能が存在せず、トラフィック量が増加すると通信内容の衝突によるデータのロスが生じる場合があるためである。
また、上記において説明した無線通信の特性値は、無線通信の応答速度と、無線通信のトラフィック量との両方である構成であってもよい。この場合、制御回路１４は、測定部１６が測定した当該応答速度及び当該トラフィック量の両方に応じて、送電回路１２が送電コイルＬ１に供給する交流電圧を制御する。
また、上記において説明した制御回路１４は、図３に示したフローチャートの処理によって送電回路１２をフィードバック制御する構成に代えて、当該処理によって変換回路１１をフィードバック制御する構成であってもよい。この場合、上記の式（１）に示したｕは、例えば、変換回路１１から出力される直流電圧である。
＜制御回路による送電回路のフィードバック制御による効果＞
以下、図４及び図５を参照し、制御回路１４による送電回路１２のフィードバック制御による効果について説明する。図４は、従来のワイヤレス送電装置１０Ｘが従来のワイヤレス受電装置２０Ｘに電力の送電を開始してからの経過時間と従来のワイヤレス受電装置２０Ｘが受電した電力との関係の一例を示す図である。また、図４は、当該送電を開始してから５０秒後に無線通信の遅延が発生した場合における当該関係の一例を示す図である。当該場合、図４に示したように、ワイヤレス送電装置１０Ｘからワイヤレス受電装置２０Ｘが受電した電力の振れ幅の中央値は、無線通信の遅延の発生に応じて、無線通信の遅延が発生するよりも前のタイミングにおいてワイヤレス送電装置１０Ｘからワイヤレス受電装置２０Ｘが受電した電力の振れ幅の中央値よりも高くなっている。これは、ワイヤレス電力伝送システム１Ｘにおいて、無線通信の遅延が発生した場合、ワイヤレス受電装置２０Ｘが受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを意味している。
一方、図５は、ワイヤレス送電装置１０がワイヤレス受電装置２０に電力の送電を開始してからの経過時間とワイヤレス受電装置２０が受電した電力との関係の一例を示す図である。また、図５は、当該送電を開始してから５０秒後に無線通信の遅延が発生した場合における当該関係の一例を示す図である。当該場合、図５に示したように、ワイヤレス送電装置１０からワイヤレス受電装置２０が受電した電力の振れ幅の中央値は、無線通信の遅延の発生に応じて、無線通信の遅延が発生するよりも前のタイミングにおいてワイヤレス送電装置１０からワイヤレス受電装置２０が受電した電力の振れ幅の中央値とほぼ変わらない。これは、ワイヤレス電力伝送システム１において、無線通信の遅延が発生した場合であっても、ワイヤレス受電装置２０が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制できていることを意味している。
すなわち、ワイヤレス電力伝送システム１、及びワイヤレス送電装置１０は、付加的な回路、装置等を設けることによって発生してしまう製造コストの増大を抑制しつつ、ワイヤレス受電装置２０が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
以上のように、実施形態に係るワイヤレス送電装置（この一例において、ワイヤレス送電装置１０）は、ワイヤレス受電装置（この一例において、ワイヤレス受電装置２０）が備える受電コイル（この一例において、受電コイルＬ２）に交流電力を送電する。また、ワイヤレス送電装置は、受電コイルと磁気的に結合される送電コイル（この一例において、送電コイルＬ１）と、送電コイルに交流電圧を供給する送電回路（この一例において、送電回路１２）と、ワイヤレス受電装置と無線通信を行う送電側通信部（この一例において、送電側通信部１５）と、無線通信の特性値（この一例において、無線通信の応答速度と無線通信のトラフィック量との少なくとも一方）を測定する測定部（この一例において、測定部１６）と、測定部が測定した特性値に応じて、送電回路が送電コイルに供給する交流電圧を制御する制御回路（この一例において、制御回路１４）と、を備える。これにより、ワイヤレス送電装置は、製造コストの増大を抑制しつつ、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
また、ワイヤレス送電装置では、特性値は、無線通信の応答速度である。これにより、ワイヤレス送電装置は、無線通信の応答速度に基づいて、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
また、ワイヤレス送電装置では、制御回路は、送電回路をフィードバック制御するために用いる複数の互いに異なるアルゴリズムのうち測定部が測定した応答速度に対応付けられたアルゴリズムによるフィードバック制御によって送電回路を制御する。これにより、ワイヤレス送電装置は、無線通信の応答速度に対応付けられたアルゴリズムによるフィードバック制御によって、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
また、ワイヤレス送電装置では、フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、複数の互いに異なるアルゴリズムは、ＰＩＤ制御のゲインが互いに異なる。これにより、ワイヤレス送電装置は、無線通信の応答速度に対応付けられたアルゴリズムによるＰＩＤ制御によって、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
また、ワイヤレス送電装置では、特性値は、無線通信のトラフィック量である。これにより、ワイヤレス送電装置は、無線通信のトラフィック量に基づいて、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
また、ワイヤレス送電装置では、制御回路は、送電回路をフィードバック制御するために用いる複数の互いに異なるアルゴリズムのうち測定部が測定したトラフィック量に対応付けられたアルゴリズムによるフィードバック制御によって送電回路を制御する。これにより、ワイヤレス送電装置は、無線通信のトラフィック量に対応付けられたアルゴリズムによるフィードバック制御によって、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
また、ワイヤレス送電装置では、フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、複数の互いに異なるアルゴリズムは、ＰＩＤ制御のゲインが互いに異なる。これにより、ワイヤレス送電装置は、無線通信のトラフィック量に対応付けられたアルゴリズムによるＰＩＤ制御によって、ワイヤレス受電装置が受電する電力が無線通信の品質の低下に伴って不安定化してしまうことを抑制することができる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない限り、変更、置換、削除等されてもよい。
また、以上に説明した装置（例えば、ワイヤレス送電装置１０、ワイヤレス受電装置２０）における任意の構成部の機能を実現するためのプログラムを、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピューターシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳ（Operating System）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ（Compact Disk）−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリー（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記のプログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピューターシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピューターシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
１、１Ｘ…ワイヤレス電力伝送システム、１０、１０Ｘ…ワイヤレス送電装置、１１…変換回路、１２…送電回路、１３…送電コイルユニット、１４…制御回路、１５…送電側通信部、１６…測定部、２０、２０Ｘ…ワイヤレス受電装置、２１…受電コイルユニット、２２…整流平滑回路、２３…保護回路、２４…制御回路、２５…受電側通信部、ＥＶ…電気自動車、Ｇ…地面、Ｌ１…送電コイル、Ｌ２…受電コイル、Ｐ…商用電源、Ｖｌｏａｄ…負荷

Claims (8)

  1. ワイヤレス受電装置が備える受電コイルに交流電力を送電するワイヤレス送電装置であって、
    前記受電コイルと磁気的に結合される送電コイルと、
    前記送電コイルに交流電圧を供給する送電回路と、
    前記ワイヤレス受電装置と無線通信を行う送電側通信部と、
    前記無線通信の特性値を測定する測定部と、
    前記測定部が測定した前記特性値に応じて、前記送電回路が前記送電コイルに供給する交流電圧を制御する制御回路と、
    を備えるワイヤレス送電装置。
  2. 前記特性値は、前記無線通信の応答速度である、
    請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
  3. 前記制御回路は、
    前記送電回路をフィードバック制御するために用いる複数の互いに異なるアルゴリズムのうち前記測定部が測定した前記応答速度に対応付けられた前記アルゴリズムによるフィードバック制御によって前記送電回路を制御する、
    請求項２に記載のワイヤレス送電装置。
  4. 前記フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、
    前記複数の互いに異なる前記アルゴリズムは、ＰＩＤ制御のゲインが互いに異なる、
    請求項３に記載のワイヤレス送電装置。
  5. 前記特性値は、前記無線通信のトラフィック量である、
    請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
  6. 前記制御回路は、
    前記送電回路をフィードバック制御するために用いる複数の互いに異なるアルゴリズムのうち前記測定部が測定した前記トラフィック量に対応付けられた前記アルゴリズムによるフィードバック制御によって前記送電回路を制御する、
    請求項５に記載のワイヤレス送電装置。
  7. 前記フィードバック制御は、ＰＩＤ制御であり、
    前記複数の互いに異なる前記アルゴリズムは、ＰＩＤ制御のゲインが互いに異なる、
    請求項６に記載のワイヤレス送電装置。
  8. 請求項１から７のうちいずれか一項に記載のワイヤレス送電装置と、
    前記ワイヤレス受電装置と、
    を備えるワイヤレス電力伝送システム。
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