JP2021164293A - 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

Abstract

【課題】意図しない特性の共振点が動作点となるのを防止して高信頼性を実現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】ワイヤレス送電装置１０Ａは、電力伝送を行う送電コイルＬ_Ｔと、送電コイルＬ_Ｔに接続され、送電コイルＬ_Ｔと送電側共振回路を構成する送電側共振コンデンサＣ_ｐ１と、直流電圧を交流電圧に変換して送電コイルＬ_Ｔに供給する自励発振回路１１とを備える。ワイヤレス送電装置１０Ａは、電力伝送時に、送電側共振回路と、受電コイルＬ_Ｒ、受電側共振コンデンサＣ_２で構成される受電側共振回路とが磁気結合して形成される合成共振回路の共振点が複数存在する状態Ｍを有する。そして自励発振回路１１は、当該状態Ｍにおいて、複数の共振点のうちの最も高い周波数で動作する。
【選択図】図１

Description

本開示は、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。

従来、電源ケーブルを用いることなく電力を伝送するワイヤレス給電技術が知られている。ワイヤレス給電技術は、送電側と受電側とがワイヤレスとなること等、高い利便性が期待できる技術であることから、近年、携帯電話をはじめとする小型機器などの製品分野への応用が進められている。ワイヤレス給電としては、電磁誘導方式、磁界共振方式、電界共振方式、マイクロ波方式、レーザ方式、超音波方式などが挙げられる。

従来のワイヤレス送電装置としては、例えば、ワイヤレス送電装置と、該ワイヤレス送電装置から送られてくる電力を受電する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が提案されている。このシステムでは、ワイヤレス送電装置は、電力伝送を行う送電コイルを含み、一対の直流入力端子間に印加される直流電圧を交流電圧に変換して上記送電コイルに供給する自励発振回路を備え、送電コイルが単一のコイルで構成されている。この構成によれば、帰還巻線や中間タップを介して接続される２つのコイルからなる送電コイルを使用しなくてよいので、高品質且つ高効率な自励発振回路を備えたワイヤレス送電装置を低コストで実現できるとされている。

特開２０１８−１７０８１９号公報

上述の特許文献１の自励発振回路では、高出力及び高効率を狙って１次共振点と２次共振点が近づくようにすると、送電コイルに並列接続されたコンデンサの電流と当該送電コイルの無効電流とがそれぞれ打ち消しあう周波数、すなわち入力電源側から見た共振点が３つ現れることになる。しかしながら、３つの共振点が現れる場合、動作点となる共振点によって特性が変化するため、動作点によっては意図しない特性となってしまう虞があることから信頼性が低く、未だ改善の余地がある。

本開示に係る技術は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、意図しない特性の共振点が動作点となるのを防止して高信頼性を実現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目的とする。

本開示の一態様は、電力伝送を行う送電コイルと、上記送電コイルと送電側共振回路を構成する送電側共振コンデンサと、直流電圧を交流電圧に変換して上記送電コイルに供給する自励発振回路と、を備え、電力伝送時に、上記送電側共振回路と、受電コイル、受電側共振コンデンサで構成される受電側共振回路とが磁気結合して形成される合成共振回路の共振点が複数存在する状態を有し、上記自励発振回路は、上記状態において、複数の上記共振点のうちの最も高い周波数で動作する、ワイヤレス送電装置である。

本開示に係る技術によれば、意図しない特性の共振点が動作点となるのを防止して高信頼性を実現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できる。

図１は、本開示の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成の一例を示す回路図である。 図２は、合成共振回路の共振点が複数存在する状態の一例として、合成共振回路の共振点が３つ存在する状態を示すグラフである。 図３は、３つの共振点のうちの周波数の最も高い最大共振点での共振周波数と周波数の最も低い最小共振点での共振周波数とのそれぞれでワイヤレス送電装置を、負荷の抵抗値を変化させて動作させた場合の損失を示すグラフである。 図４は、図１のワイヤレス電力伝送システムの変形例を示す回路図である。 図５は、図４のワイヤレス送電装置で実行される異常報知処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、図１のワイヤレス電力伝送システムの他の変形例を示す回路図である。 図７は、図６のワイヤレス送電装置で実行される制御処理の一例を示すフローチャートである。 図８は、図１のワイヤレス電力伝送システムの他の変形例を示す回路図である。

以下、本開示に係る技術の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本開示に係る技術の実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成の一例を示す回路図である。
図１に示すように、ワイヤレス電力伝送システム１Ａは、ワイヤレス送電装置１０Ａと、ワイヤレス送電装置１０Ａから送られる電力を受電するワイヤレス受電装置２０とを備える。このワイヤレス電力伝送システム１Ａでは、ワイヤレス送電装置１０Ａからワイヤレス受電装置２０に電力がワイヤレスで伝送される。

ワイヤレス送電装置１０Ａは、電力伝送を行う送電コイルＬ_Ｔと、送電コイルＬ_Ｔに並列接続され、送電コイルＬ_Ｔと送電側共振回路を構成する送電側共振コンデンサＣ_ｐ１と、一対の直流入力端子間に印加される直流電圧を交流電圧に変換して送電コイルＬ_Ｔに供給する自励発振回路１１とを備える。

送電コイルＬ_Ｔは、ワイヤレス電力伝送用のアンテナとして機能するコイルである。送電コイルＬ_Ｔは、例えば、銅やアルミニウムなどのリッツ線からなる導線が巻回されて構成される。なお、送電コイルＬ_Ｔは、基板上に銅などの導体箔によってコイルパターンが形成されたコイルであってもよい。

自励発振回路１１は、送電コイルＬ_Ｔの一端と一対の直流入力端子のうちのプラス側端子１１ａとの間に接続される第１インダクタＬ_１と、送電コイルＬ_Ｔの他端とプラス側端子１１ａとの間に接続される第２インダクタＬ_２と、送電コイルＬ_Ｔの一端に接続される第１スイッチ素子Ｑ_１と、送電コイルＬ_Ｔの他端に接続される第２スイッチ素子Ｑ_２と、第１スイッチ素子Ｑ_１のゲートと送電コイルＬ_Ｔの他端との間に接続される第１インピーダンス素子Ｚ_１と、第２スイッチ素子Ｑ_２のゲートと送電コイルＬ_Ｔの一端との間に接続される第２インピーダンス素子Ｚ_２とを含んでいる。

送電側共振コンデンサＣ_ｐ１は、送電コイルＬ_Ｔ並びに第１インダクタＬ_１及び第２インダクタＬ_２と共に送電側共振回路を構成している。本実施形態では、送電側共振コンデンサＣ_ｐ１は、送電コイルＬ_Ｔに並列接続されているが、送電コイルＬ_Ｔに直列接続されてもよいし、また、２つ以上の送電側共振コンデンサが送電コイルＬ_Ｔに直列接続或いは並列接続されてもよい。

第１スイッチ素子Ｑ_１及び第２スイッチ素子Ｑ_２は、特に限定されないが、例えばＮＭＯＳトランジスタである。第１スイッチ素子Ｑ_１のドレインは、第１インダクタＬ_１を介して一対の直流入力端子のうちのプラス側端子１１ａに接続されており、第２スイッチ素子Ｑ_２のドレインは、第２インダクタＬ_２を介してプラス側端子１１ａに接続されている。また、第１スイッチ素子Ｑ_１のソース及び第２スイッチ素子Ｑ_２のソースは、一対の直流入力端子のうちのマイナス側端子１１ｂに接続されている。更に第１スイッチ素子Ｑ_１のゲート（制御電極）は、第２インダクタＬ_２を介して一対の直流入力端子のうちのプラス側端子１１ａに接続されており、第２スイッチ素子Ｑ_２のゲートは、第１インダクタＬ_１を介してプラス側端子１１ａに接続されている。

第１インピーダンス素子Ｚ_１及び第２インピーダンス素子Ｚ_２の構成は、特に限定されないが、例えばダイオード、キャパシター（コンデンサ）及び抵抗の並列回路で構成されている。このように、第１インピーダンス素子Ｚ_１は、抵抗又はコンデンサを有することが好ましく、また、送電コイルＬ_Ｔの他端にカソードが接続され且つ第１スイッチ素子Ｑ_１のゲートにアノードが接続されるダイオードを有することが更に好ましい。第２インピーダンス素子Ｚ_２も、第１インピーダンス素子Ｚ_１と同様、抵抗又はコンデンサを有することが好ましく、また、送電コイルＬ_Ｔの一端にカソードが接続され且つ第２スイッチ素子Ｑ_２のゲートにアノードが接続されるダイオードを有することが更に好ましい。

ワイヤレス受電装置２０の構成は、特に限定されないが、例えば電力伝送時に送電コイルＬ_Ｔと磁気結合する受電コイルＬ_Ｒと、受電コイルＬ_Ｒに並列接続される受電側共振コンデンサＣ_２と、受電コイルＬ_Ｒに発生した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路２２とを備えている。受電側共振コンデンサＣ_２は、受電コイルＬ_Ｒと共に受電側共振回路を構成している。本実施形態では、受電側共振コンデンサＣ_２は、受電コイルＬ_Ｒに並列接続されているが、受電コイルＬ_Ｒに直列接続されてもよいし、また、２つ以上の受電側共振コンデンサが直列接続或いは並列接続されてもよい。

本実施形態では、ワイヤレス受電装置２０の整流回路２２は、負荷回路２１と接続されている。負荷回路２１は、整流回路２２から直流電圧が供給され電力を蓄えるバッテリーや該直流電圧が供給されて駆動するモーターなどが挙げられる。なお、負荷回路２１がバッテリーから構成される場合、整流回路２２と負荷回路２１との間に、整流回路２２から出力される直流電圧を所望の直流電圧に変換する電圧変換回路を備えていてもよい。以下、整流回路２２と負荷回路２１を含む構成を負荷２３として説明する。また、上述の電圧変換回路を備える場合、負荷２３は該電圧変換回路も含むものとする。

このワイヤレス電力伝送システム１Ａでは、先ず、一対の直流入力端子（プラス側端子１１ａ及びマイナス側端子１１ｂ）間に直流電圧が印加されると、第２インダクタＬ_２及び第１インピーダンス素子Ｚ_１を介して第１スイッチ素子Ｑ_１が先にオンになるか、或いは第１インダクタＬ_１及び第２インピーダンス素子Ｚ_２を介して第２スイッチ素子Ｑ_２が先にオンになる。通常、電子部品の特性のばらつきにより回路の対称性が崩れているため、スイッチ素子Ｑ_１及びスイッチ素子Ｑ_２のいずれかが先にオンになる。回路の非対称性を確保するため、意図的に第１インピーダンス素子Ｚ_１のインピーダンスを第２インピーダンス素子Ｚ_２よりも小さく設定し、スイッチ素子Ｑ_１を先にオンさせてもよい。あるいは、意図的に第２インピーダンス素子Ｚ_２のインピーダンスを第１インピーダンス素子Ｚ_１よりも小さく設定し、スイッチ素子Ｑ_２を先にオンさせてもよい。

そして、例えば第１スイッチ素子Ｑ_１が先にオンになると、第１インダクタＬ_１から第１スイッチ素子Ｑ_１に電流Ｉ_１が流れる。また、第２インダクタＬ_２から送電コイルＬ_Ｔ及び送電側共振コンデンサＣ_ｐ１の並列回路を通って第１スイッチ素子Ｑ_１に電流Ｉ_２が流れる。さらに第１スイッチ素子Ｑ_１がオンになると、第１スイッチ素子Ｑ_１のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓ１と共に第２スイッチ素子Ｑ_２のゲート−ソース間電圧Ｖ_ｇｓ２がほぼゼロになり、第２スイッチ素子Ｑ_２のオフ状態が維持される。

電流Ｉ_２が流れることによって第２スイッチ素子Ｑ_２のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓ２は上昇していくが、送電コイルＬ_Ｔおよび送電側共振コンデンサＣ_ｐ１を含む送電側共振回路の動作により、ある電圧レベルまで達すると、降下していく。そして第２スイッチ素子Ｑ_２のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓ２がゼロ付近まで降下すると、第１スイッチ素子Ｑ_１のゲート−ソース間電圧Ｖ_ｇｓ１もほぼゼロとなり、第１スイッチ素子Ｑ_１がオフになる。

上記のように第１スイッチ素子Ｑ_１及び第２スイッチ素子Ｑ_２は共にオフになるが、第１インダクタＬ１が電流Ｉ_１を流し続けようとし、また送電コイルＬ_Ｔも電流Ｉ_２を流し続けようとするため、第１スイッチ素子Ｑ_１のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓ１及び第２スイッチ素子Ｑ_２のゲート−ソース間電圧Ｖ_ｇｓ２が上昇し、これにより第２スイッチ素子Ｑ_２がオンになる。

一方、第２スイッチ素子Ｑ2が先にオンになると、第２インダクタＬ_２から第２スイッチ素子Ｑ_２に電流Ｉ_２が流れる。また、第１インダクタＬ_１から送電コイルＬ_Ｔ及び送電側共振コンデンサＣ_ｐ１の並列回路を通って第２スイッチ素子Ｑ_２に電流Ｉ_１が流れる。更に第２スイッチ素子Ｑ_２がオンになると、第２スイッチ素子Ｑ_２のドレイン電圧Ｖ_ｄｓ２と共に第１スイッチ素子Ｑ_１のゲート−ソース間電圧Ｖ_ｇｓ１がほぼゼロになるので、第１スイッチ素子Ｑ_１のオフ状態が維持される。

電流Ｉ_１が流れることによって第１スイッチ素子Ｑ_１のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓ１は上昇していくが、送電コイルＬ_Ｔ及び送電側共振コンデンサＣ_ｐ１を含む送電側共振回路の動作により、ある電圧レベルまで達すると、降下していく。そして第１スイッチ素子Ｑ_１のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓ１がゼロ付近まで降下すると、第２スイッチ素子Ｑ2のゲート−ソース間電圧Ｖ_ｇｓ２もほぼゼロとなり、第２スイッチ素子Ｑ_２がオフになる。

上記のように第１スイッチ素子Ｑ_１及び第２スイッチ素子Ｑ_２は共にオフになるが、第２インダクタＬ_２が電流Ｉ_２を流し続けようとし、また送電コイルＬ_Ｔが電流Ｉ_１を流し続けようとするため、第２スイッチ素子Ｑ_２のドレイン−ソース間電圧Ｖ_ｄｓ２及び第１スイッチ素子Ｑ_１のゲート−ソース間電圧Ｖ_ｇｓ１が上昇し、これにより第１スイッチ素子Ｑ_１が再びオンになる。

このように、第１スイッチ素子Ｑ_１及び第２スイッチ素子Ｑ_２は、上記のオンオフ動作を繰り返しながら定常状態となり、送電コイルＬ_Ｔには互いに逆向きで電流Ｉ_１、Ｉ_２が交互に流れ、送電コイルＬ_Ｔの両端に所定の発振周波数の交流電圧が発生する。

上記のように構成されるワイヤレス送電装置１０Ａは、電力伝送時に、送電側共振回路と、受電コイルＬ_Ｒ、受電側共振コンデンサＣ_２で構成される受電側共振回路とが磁気結合して形成される合成共振回路の共振点が複数存在する状態Ｍを有する。本実施形態では、上記送電側共振回路が上記受電側共振回路との磁気結合によって合成共振回路を構成する。そして自励発振回路１１は、当該状態Ｍにおいて、複数の共振点のうちの最も高い周波数を動作周波数として動作する。

図２は、合成共振回路の共振点が複数存在する状態Ｍの一例として、合成共振回路の共振点が３つ存在する状態ｍを示すグラフである。図２中、「ＩＣ１」は、送電側共振コンデンサＣ_ｐ１に流れる電流、「｜ＩＬ１＿ｉｍａｇ｜」は、送電コイルＬ_Ｔの無効電流の絶対値を示す。
例えば、電力伝送時に一次共振点と二次共振点が近づくように調整すると、図２に示すように、入力電源から見た共振点が３つ現れる。「入力電源から見た共振点」とは、送電側共振コンデンサＣ_ｐ１に流れる電流と送電コイルＬ_Ｔの無効電流とが打ち消し合う周波数を意味する。３つの共振点は、周波数の最も高い最大共振点と、周波数の最も低い最小共振点と、最大共振点と最小共振点の間に存在する中間共振点とで構成される。

このとき、送電側共振コンデンサＣ_ｐ１は、最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃと中間共振点での共振周波数ｆ＿ｂとの差が中間共振点での共振周波数ｆ＿ｂと最小共振点での共振周波数ｆ＿ａとの差よりも大きくなる容量値に設定されるのが好ましい。この場合、自励発振回路１１は、３つの共振点のうちの最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃを動作周波数として動作する。中間共振点での共振周波数ｆ＿ｂとの周波数差が大きい方の共振点が動作周波数となる現象が起きるため、最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃと中間共振点での共振周波数ｆ＿ｂの差が中間共振点での共振周波数ｆ＿ｂと最小共振点での共振周波数ｆ＿ａとの差よりも大きくなるように送電側共振コンデンサＣ_ｐ１の容量値を設定することで、最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃで確実に動作させることができる。

ここで、本実施形態に係る合成共振回路の共振点は、負荷２３の状態に応じて変化する。負荷２３が軽負荷のとき３つの共振点が現れ、負荷２３が重負荷のとき１つの共振点が現れる。すなわち、負荷２３の状態が変化すると、図２における送電コイルＬ_Ｔの無効電流の周波数特性が変化し、現れる共振点の数も変化する。図２は、負荷２３が軽負荷のときの送電側共振コンデンサＣ_ｐ１に流れる電流と送電コイルＬ_Ｔの無効電流の周波数特性を表したものである。本実施形態では、負荷２３の変動範囲内において、合成共振回路の共振点が複数存在する状態を有するものである。なお、受電側共振コンデンサＣ_２が受電コイルＬ_Ｒに直列接続される場合、合成共振回路の共振点は、負荷２３が軽負荷のとき１つの共振点が現れ、負荷２３が重負荷のとき３つの共振点が現れる。

本実施形態では、ワイヤレス送電装置１０Ａが、合成共振回路の共振点が３つ存在する状態ｍを説明したが、これに限られず、合成共振回路の共振点が２つ或いは４つ以上存在する他の状態を有していてもよい。この場合にも、当該状態において、２つ或いは４つ以上の共振点のうちの最も高い周波数を動作周波数として動作する。

図３は、３つの共振点のうちの周波数の最も高い最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃと周波数の最も低い最小共振点での共振周波数ｆ＿ａとのそれぞれでワイヤレス送電装置１０Ａを、負荷２３の抵抗値を変化させて動作させた場合の損失を示すグラフである。図３の横軸は出力電力（Ｗ）、縦軸は損失（Ｗ）を示す。
同図において、最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃで動作させた場合、例えば、出力電力を１２Ｗ程度得ようとすると、損失は９．３Ｗ程度となる。一方、最小共振点での共振周波数ｆ＿ａで動作させた場合、例えば、出力電力を１２Ｗ程度得ようとすると、損失は１０．３Ｗ程度となる。よって、最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃで動作させることにより、最小共振点での共振周波数ｆ＿ａで動作させた場合と比較して低損失を実現できることが分かる。

上述したように、本実施形態によれば、自励発振回路１１が、送電側共振回路と受電側共振回路とが磁気結合して形成される合成共振回路の共振点が複数存在する状態Ｍにおいて、複数の共振点のうちの最も高い周波数を動作周波数として動作するので、意図しない特性の共振点が動作点となることを防止して高信頼性を実現することができる。また、最大共振点での共振周波数ｆ＿ｃを用いることによって高特性としての低損失を得ることができ、更には動作周波数が比較的高くなるためインダクタンスを大型化する必要が無く、装置の小型化を実現することができる。

また、送電側共振コンデンサＣ_ｐ１が、最大共振点と中間共振点との差が中間共振点と最小共振点との差よりも大きくなる容量値に設定されているので、中間共振点との差が大きい方の共振点が動作周波数となる現象を用いて、最大共振点で確実に動作させることができる。

図４は、図１のワイヤレス電力伝送システム１Ａの変形例を示す回路図である。図４のワイヤレス電力伝送システム１Ｂの構成は、図１のワイヤレス電力伝送システム１Ａと基本的に同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略し、以下に異なる部分を説明する。

同図に示すように、ワイヤレス送電装置１０Ｂは、状態Ｍにおける自励発振回路１１の動作周波数に応じてユーザー又は外部に異常を報知する異常報知回路３０を更に備える。異常報知回路３０は、動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、ユーザー又は外部に異常を報知する（異常報知処理）。

異常報知回路３０は、例えば、送電コイルＬ_Ｔに並列接続され、送電コイルＬ_Ｔに印加された電圧を検出する電圧検出回路３１と、電圧検出回路３１で検出された正弦波の電圧信号を所定の閾値と比較して矩形波の電圧信号に整形する波形整形回路３２と、マイコン３３内に設けられ、波形整形回路３２から出力された電圧に基づいて動作周波数を測定する周波数測定部３４と、マイコン３３内に設けられ、動作周波数の測定結果に基づいて異常を判定する異常判定部３５と、異常の判定結果に基づいてユーザー又は外部に異常を報知する報知部３６とを有する。周波数測定部３４は、波形整形回路３２から出力された電圧に基づいて周期を計測すると共に、計測された周期から動作周波数を測定してもよい。

図５は、図４のワイヤレス送電装置１０Ｂで実行される異常報知処理の一例を示すフローチャートである。この異常報知処理は、特に制限されないが、例えばワイヤレス送電装置１０Ｂのマイコン３３によって実行される。
図５に示すように、先ず、例えば分圧抵抗や増幅回路等を用いて送電コイルＬ_Ｔに印加された電圧を検出し、検出された正弦波の電圧信号を矩形波の電圧信号に整形して、検出電圧の周期（μｓ）を計測する（ステップＳ１１）。そして、計測周期から動作周波数ｆ_{（ｎ＋１）}（Ｈｚ）を計算する（ステップＳ１２）。

次に、前回の異常報知処理で計算された動作周波数ｆ_（ｎ）を用い、今回計算された動作周波数ｆ_{（ｎ＋１）}と前回計算された動作周波数ｆ_（ｎ）の変化量Δｆを計算する（ステップＳ１３）。次いで、動作周波数の変化量Δｆの絶対値と所定の閾値Δｆ_ｔｈとを比較し、動作周波数の変化量Δｆの絶対値が所定の閾値Δｆ_ｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。所定の閾値Δｆ_ｔｈは、特に制限されないが、例えば、通常送電時における動作周波数の変化量の絶対値の１０倍以上の値である。上記動作周波数の変化量Δｆの絶対値が所定の閾値Δｆ_ｔｈ以上である場合、異常が生じていると判断し、例えば音、色、文字、光及び／又は振動等にて異常を報知する（ステップＳ１５）。動作周波数としての共振周波数ｆ＿ｃは、主にワイヤレス受電装置２０側の負荷２３によって変動する。例えば、ＣＣＣＶ充電（定電流定電圧充電）を行う場合、ＣＣ充電期間では負荷２３が重負荷になるに伴い共振周波数ｆ＿ｃが小さくなり、ＣＶ充電期間（定電圧充電）では負荷２３が軽負荷になるに伴い共振周波数ｆ＿ｃが大きくなる。すなわち、ＣＣ充電及びＣＶ充電のいずれの場合においても共振周波数ｆ＿ｃと負荷２３との間に相関があることから、当該相関から逸脱するような動作周波数が算出された場合、動作周波数の変化量Δｆの絶対値が所定の閾値Δｆ_ｔｈを超える。これによりワイヤレス受電装置２０側（例えば、負荷２３)に異常が生じていると判断することができる。上記動作周波数の変化量Δｆの絶対値が所定の閾値ｆ_ｔｈ未満である場合（ステップＳ１４でＮＯ）、今回計算された動作周波数ｆ_{（ｎ＋１）}を保存し、次回の処理で前回値として使用する（ステップＳ１６）。

本変形例によれば、異常報知回路３０は、動作周波数の変化量Δｆの絶対値が所定の閾値Δｆ_ｔｈ以上である場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ユーザー又は外部に異常を報知するので（ステップＳ１５）、動作周波数が負荷２３の変化によって変動することを利用することで、ワイヤレス送電装置１０Ｂとワイヤレス受電装置２０との通信無しに異常を検知することができる。また、当該異常の発生を報知部３６によってユーザー又は外部に報知することで、故障通知や異常停止の判断に利用することができる。

図６は、図１のワイヤレス電力伝送システム１Ａの他の変形例を示す回路図である。図６のワイヤレス電力伝送システム１Ｃの構成は、図１のワイヤレス電力伝送システム１Ａ及び図４のワイヤレス電力伝送システム１Ｂと基本的に同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略し、以下に異なる部分を説明する。

同図に示すように、ワイヤレス送電装置１０Ｃは、上記一対の直流入力端子のうちの少なくとも一方に直列接続されるスイッチ４１と、状態Ｍにおける自励発振回路１１の動作周波数に応じてスイッチ４１の開閉動作を制御する制御回路４０とを更に備える。本実施形態では、スイッチ４１は、上記一対の直流入力端子のうちのプラス側端子１１ａに接続される第１スイッチ４１ａと、上記一対の直流入力端子のうちのマイナス側端子１１ｂに接続される第２スイッチ４１ｂとで構成されており、異常判定部３５から送信された信号に基づいて開閉動作する。制御回路４０は、例えば電圧検出回路３１と、波形整形回路３２と、マイコン３３内に設けられた周波数測定部３４及び異常判定部３５と、を有する。この制御回路４０は、動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、スイッチ４１を開状態とする（制御処理）。なお、第１スイッチ４１ａ及び第２スイッチ４１ｂは、リレー等の機械式スイッチ、半導体スイッチから構成される。

図７は、図６のワイヤレス送電装置１０Ｃで実行される制御処理の一例を示すフローチャートである。この制御処理は、特に制限されないが、例えばワイヤレス送電装置１０Ｃのマイコン３３によって実行される。

図７において、ステップＳ１１〜ステップＳ１４及びステップＳ１６の処理は、図５の異常報知処理におけるステップＳ１１〜ステップＳ１４及びステップＳ１６までの処理と同じである。ステップＳ１４において、上記動作周波数としての共振周波数ｆ＿ｃの変化量Δｆの絶対値が所定の閾値Δｆ_ｔｈ以上である場合、異常が生じていると判断し、第１スイッチ４１ａ及び第２スイッチ４１ｂの双方を開状態とする（ステップＳ２１）。本実施形態では、異常が生じていると判断した場合、第１スイッチ４１ａ及び第２スイッチ４１ｂの双方を開状態とするが、これに限られず、第１スイッチ４１ａ及び第２スイッチ４１ｂのうちのいずれかを開状態としてもよい。また、本実施形態では、スイッチ４１は、第１スイッチ４１ａ及び第２スイッチ４１ｂで構成されているが、第１スイッチ４１ａのみであってもよく、第２スイッチ４１ｂのみであってもよい。

本変形例によれば、制御回路４０は、動作周波数の変化量Δｆの絶対値が所定の閾値Δｆ_ｔｈ以上である場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、スイッチ４１を閉状態から開状態とするので（ステップＳ２１）、一対の直流入力端子に直列接続されるスイッチ４１の開閉を制御することで、ステップＳ１４で判断された異常の発生を元に、異常時解列等の保護措置をとることができる。

図８は、図１のワイヤレス電力伝送システム１Ａの他の変形例を示す回路図である。図８のワイヤレス電力伝送システム１Ｄの構成は、図１のワイヤレス電力伝送システム１Ａ、図４のワイヤレス電力伝送システム１Ｂ及び図６のワイヤレス電力伝送システム１Ｃと基本的に同じであり、同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略し、以下に異なる部分を説明する。

同図に示すように、ワイヤレス送電装置１０Ｄは、上記一対の直流入力端子のうちの少なくとも一方に直列接続されるスイッチ４１と、状態Ｍにおける自励発振回路１１の動作周波数に応じて、ユーザー又は外部に異常を報知すると共にスイッチ４１の開閉動作を制御する制御回路５０とを更に備える。この制御回路５０は、動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、ユーザー又は外部に異常を報知すると共に（異常報知処理）、動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、スイッチ４１を開状態とする（制御処理）。例えば、上記動作周波数としての共振周波数ｆ＿ｃの変化量の絶対値が所定の閾値Δｆ_ｔｈ以上である場合、異常が生じていると判断し、例えば音、色、文字、光及び／又は振動等にて異常を報知し、更に、自励発振回路１１上の第１スイッチ４１ａ及び第２スイッチ４１ｂのいずれか又は双方を開状態とする。

本変形例によれば、異常の発生を報知部３６によってユーザー又は外部に報知することで、故障通知や異常停止の判断に利用することができると共に、当該異常の発生を元に、異常時解列等の保護措置をとることができ、保護機能を十分に確保したワイヤレス電力伝送を実現することができる。

＜構成例＞
一構成例として、ワイヤレス送電装置では、電力伝送を行う送電コイルと、上記送電コイルと送電側共振回路を構成する送電側共振コンデンサと、直流電圧を交流電圧に変換して上記送電コイルに供給する自励発振回路と、を備える。電力伝送時に、上記送電側共振回路と、受電コイル、受電側共振コンデンサで構成される受電側共振回路とが磁気結合して形成される合成共振回路の共振点が複数存在する状態を有する。上記自励発振回路は、上記状態において、複数の上記共振点のうちの最も高い周波数で動作する。

一構成例として、ワイヤレス送電装置では、上記複数の共振点は、３つの共振点であってもよい。

一構成例として、ワイヤレス送電装置では、上記３つの共振点は、周波数の最も高い最大共振点と、周波数の最も低い最小共振点と、上記最大共振点と上記最小共振点の間に存在する中間共振点とで構成され、上記送電側共振コンデンサは、上記最大共振点と上記中間共振点との差が上記中間共振点と上記最小共振点との差よりも大きくなる容量値に設定されていてもよい。

一構成例として、ワイヤレス送電装置では、ユーザー又は外部に異常を報知する異常報知回路を更に備えていてもよく、上記異常報知回路は、上記自励発振回路の動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、ユーザー又は外部に異常を報知してもよい。

一構成例として、ワイヤレス送電装置では、上記直流電圧が印加される上記自励発振回路の一対の直流入力端子のうちの少なくとも一方に直列接続されるスイッチと、上記スイッチの開閉動作を制御する制御回路と、を更に備えていてもよく、上記制御回路は、上記動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、上記スイッチを開状態としてもよい。

一構成例として、ワイヤレス電力伝送システムでは、ワイヤレス送電装置と、上記ワイヤレス送電装置から送られる電力を受電するワイヤレス受電装置とを備え、上記ワイヤレス送電装置は、上記に記載のワイヤレス送電装置であり、上記ワイヤレス受電装置は、電力伝送時に上記送電コイルと磁気結合する上記受電コイルと、上記受電コイルに接続される上記受電側共振コンデンサと、上記受電コイルに発生した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、を備えていてもよい。

なお、以上に説明したワイヤレス送電装置あるいはワイヤレス受電装置などの任意の装置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、オペレーティングシステム（ＯＳ：Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）あるいは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 Ｄｉｓｃ）−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あるいは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。当該揮発性メモリーは、例えば、ＲＡＭであってもよい。記録媒体は、例えば、非一時的記録媒体であってもよい。

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あるいは電話回線等の通信回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であってもよい。差分ファイルは、差分プログラムと呼ばれてもよい。

また、以上に説明したワイヤレス送電装置あるいはワイヤレス受電装置などの任意の装置における任意の構成部の機能は、プロセッサーにより実現されてもよい。例えば、本実施形態における各処理は、プログラム等の情報に基づき動作するプロセッサーと、プログラム等の情報を記憶するコンピューター読み取り可能な記録媒体により実現されてもよい。ここで、プロセッサーは、例えば、各部の機能が個別のハードウェアで実現されてもよく、あるいは、各部の機能が一体のハードウェアで実現されてもよい。例えば、プロセッサーはハードウェアを含み、当該ハードウェアは、デジタル信号を処理する回路及びアナログ信号を処理する回路のうちの少なくとも一方を含んでもよい。例えば、プロセッサーは、回路基板に実装された１又は複数の回路装置、あるいは、１又は複数の回路素子のうちの一方又は両方を用いて、構成されてもよい。回路装置としてはＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などが用いられてもよく、回路素子としては抵抗あるいはキャパシターなどが用いられてもよい。

ここで、プロセッサーは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。ただし、プロセッサーは、ＣＰＵに限定されるものではなく、例えば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のような、各種のプロセッサーが用いられてもよい。また、プロセッサーは、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）によるハードウェア回路であってもよい。また、プロセッサーは、例えば、複数のＣＰＵにより構成されていてもよく、あるいは、複数のＡＳＩＣによるハードウェア回路により構成されていてもよい。また、プロセッサーは、例えば、複数のＣＰＵと、複数のＡＳＩＣによるハードウェア回路と、の組み合わせにより構成されていてもよい。また、プロセッサーは、例えば、アナログ信号を処理するアンプ回路あるいはフィルター回路等のうちの１以上を含んでもよい。

以上、本開示に係る技術の好ましい実施形態について詳述したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。

１Ａ ワイヤレス電力伝送システム
１Ｂ ワイヤレス電力伝送システム
１Ｃ ワイヤレス電力伝送システム
１Ｄ ワイヤレス電力伝送システム
１０Ａ ワイヤレス送電装置
１０Ｂ ワイヤレス送電装置
１０Ｃ ワイヤレス送電装置
１０Ｄ ワイヤレス送電装置
１１ 自励発振回路
１１ａ プラス側端子
１１ｂ マイナス側端子
２０ ワイヤレス受電装置
２１ 負荷回路
２２ 整流回路
２３ 負荷
３０ 異常報知回路
３１ 電圧検出回路
３２ 波形整形回路
３３ マイコン
３４ 周波数測定部
３５ 異常判定部
３６ 報知部
４０ 制御回路
４１ スイッチ
４１ａ 第１スイッチ
４１ｂ 第２スイッチ
５０ 制御回路

Claims (6)

1. 電力伝送を行う送電コイルと、
   前記送電コイルと送電側共振回路を構成する送電側共振コンデンサと、
   直流電圧を交流電圧に変換して前記送電コイルに供給する自励発振回路と、
   を備え、
   電力伝送時に、前記送電側共振回路と、受電コイル、受電側共振コンデンサで構成される受電側共振回路とが磁気結合して形成される合成共振回路の共振点が複数存在する状態を有し、
   前記自励発振回路は、前記状態において、複数の前記共振点のうちの最も高い周波数で動作する、ワイヤレス送電装置。
2. 前記複数の共振点は、３つの共振点である、請求項１に記載のワイヤレス送電装置。
3. 前記３つの共振点は、周波数の最も高い最大共振点と、周波数の最も低い最小共振点と、前記最大共振点と前記最小共振点の間に存在する中間共振点とで構成され、
   前記送電側共振コンデンサは、前記最大共振点と前記中間共振点との差が前記中間共振点と前記最小共振点との差よりも大きくなる容量値に設定されている、請求項２に記載のワイヤレス送電装置。
4. ユーザー又は外部に異常を報知する異常報知回路を更に備え、
   前記異常報知回路は、前記自励発振回路の動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、ユーザー又は外部に異常を報知する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のワイヤレス送電装置。
5. 前記直流電圧が印加される前記自励発振回路の一対の直流入力端子のうちの少なくとも一方に直列接続されるスイッチと、
   前記スイッチの開閉動作を制御する制御回路と、を更に備え、
   前記制御回路は、前記自励発振回路の動作周波数の変化量の絶対値が所定の閾値以上である場合、前記スイッチを開状態とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のワイヤレス送電装置。
6. ワイヤレス送電装置と、
   前記ワイヤレス送電装置から送られる電力を受電するワイヤレス受電装置と、を備え、
   前記ワイヤレス送電装置は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のワイヤレス送電装置であり、
   前記ワイヤレス受電装置は、
   電力伝送時に前記送電コイルと磁気結合する前記受電コイルと、
   前記受電コイルに接続される前記受電側共振コンデンサと、
   前記受電コイルに発生した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、
   を備える、ワイヤレス電力伝送システム。

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