JP5867592B2 - 電力伝送システム及びそれに用いる送電装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレスで電力を伝送する電力伝送システム及びそれに用いる送電装置に関する。

近年、例えばスマートフォン、ラップトップパソコンなどのポータブル機器に対して、ワイヤレスで電力を供給するワイヤレス電力伝送システムが実用化されている。このようなワイヤレス電力伝送システムとして、例えば特許文献１に記載のものがある。

特許文献１は、電磁誘導型のワイヤレス電力伝送システムを開示している。電磁誘導型のワイヤレス電力伝送システムは、送電装置と受電装置を有している。送電装置は送電コイルを備え、受電装置は受電コイルを備え、これらのコイル間で電磁誘導により電力が伝送される。

特許文献２は、電界結合型のワイヤレス電力伝送システムを開示している。電界結合型のワイヤレス電力伝送システムは、送電装置と受電装置を有している。送電装置は送電電極を備え、受電装置は受電電極を備え、これらの電極間で静電誘導により電力が伝送される。

上記のようなシステムにおいては、受電装置の動作電圧や耐電圧等を考慮して、送電装置から送電する電力を受電装置に適した値に制御する必要がある。特許文献１の電力伝送システムでは、送電する電力を受電装置に適した値に制御するため、送電装置及び受電装置にそれぞれ無線通信回路を設け、相互に制御信号を送受信する。

特許第３３４４５９３号公報 ＷＯ２０１１／１４８８０３号公報

このように特許文献１の電力伝送システムでは、送電する電力を受電装置の状態に適した値に制御するために、送電装置及び受電装置において、相互に通信を行うための通信回路が必要となるため、送電装置及び受電装置の構成が複雑となる。

本発明は、送電装置及び受電装置に通信回路を設けることなく、受電装置に対して、負荷状態に応じた適切な電力を供給可能な電力伝送システム及びそれに用いる送電装置を提供することを目的とする。

本発明の送電装置は、受電部で受電した電圧を整流回路で整流して負荷回路に供給する受電装置に対してワイヤレスで電力を送電する。送電装置は、受電装置の受電部との間で容量結合もしくは電磁結合し、受電部に電力を送電する送電部と、受電装置に送電するための電力を生成し、送電部に供給する電力供給部と、当該送電装置内で検出される電気信号に基づいて受電装置の負荷インピーダンスを検出する負荷インピーダンス検出部と、負荷インピーダンス検出部の検出結果に基づいて、受電装置の整流回路の出力電圧が所定電圧以下となるように、電力供給部で生成する電力を制御する制御部とを、備える。

本発明の電力伝送システムは、受電部及び負荷回路を有する受電装置と、上記の送電装置とを含む。

本発明の送電方法は、受電部で受電した電圧を整流して負荷回路に供給する受電装置に対してワイヤレスで電力を送電する送電装置における送電方法である。この送電方法は、受電装置に送電するための電力を生成し、送電部に供給するステップと、送電装置内で検出される電気信号に基づいて受電装置の負荷インピーダンスを検出するステップと、負荷インピーダンスの検出結果に基づいて、受電装置の整流回路の出力電圧が所定電圧以下となるように、送電部に供給する電力を制御するステップとを、含む。

本発明によれば、送電装置側において受電装置の負荷の状態が検出される。そして、検出結果に基づいて、受電装置の整流回路の出力電圧が所定電圧以下になるように受電装置に供給する電力が制御される。したがって、送電装置及び受電装置に通信回路を設けることなく、受電装置に対して適切に電力を供給することができる。

第１の実施形態に係る送電装置と受電装置の斜視図である。 ワイヤレス電力伝送システムの等価回路図である。 送電装置及び受電装置のブロック構成図である。 スイッチング回路の構成を示す図である 二次電池の充電中における充電経過時間に対するＩＤＣ、負荷インピーダンス及び受電モジュールの出力電圧の特性を示す図である。 制御回路による制御動作に関するフローチャートである。 ＩＤＣに対するデューティ比の設定テーブルの具体例を示す図である。 図７のテーブルに対応する、ＩＤＣに対するデューティ比の特性を示す図である。 図７のテーブルに対応する、ＩＤＣに対する受電モジュール出力電圧の特性を示す図である 受電モジュール出力電圧の特性を、負荷インピーダンスとの関係で示した図である。 ＩＤＣに対するデューティ比の特性を示す図である。 ＩＤＣに対する受電モジュール出力電圧の特性を示す図である。 負荷回路の他の例のブロック構成図である。 負荷回路のさらに他の例のブロック構成図である。

（第１の実施形態）
１．構成
１．１ 全体構成
図１は実施形態１における、電界結合型のワイヤレス電力伝送システムを構成する送電装置１００と受電装置２００の斜視図である。

送電装置１００は送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２を備え、受電装置２００は受電装置側パッシブ電極４１と受電装置側アクティブ電極４２を備えている。

送電装置１００上に受電装置２００を載置することによって、送電装置側パッシブ電極３１及び送電装置側アクティブ電極３２と、受電装置側パッシブ電極４１及び受電装置側アクティブ電極４２との間に結合容量が生じる。この状態で、送電装置１００は受電装置２００へ電界結合により電力を伝送する。

図２は、ワイヤレス電力伝送システムの等価回路図である。図２において、送電装置１００の高周波電圧発生回路ＯＳＣは例えば１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波電圧を発生する。昇圧トランスＴＧおよびインダクタＬＧによる昇圧回路３７は、高周波電圧発生回路ＯＳＣの発生する電圧を昇圧して送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２との間に印加する。キャパシタＣＧは送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２との間に生じる寄生容量である。インダクタＬＧとキャパシタＣＧは送電装置側共振回路を構成する。受電装置２００の受電装置側パッシブ電極４１と受電装置側アクティブ電極４２との間には、降圧トランスＴＬおよびインダクタＬＬによる降圧回路４５が接続されている。降圧回路４５は、受電装置側パッシブ電極４１と受電装置側アクティブ電極４２が受電した電圧を降圧し負荷回路に給電する。キャパシタＣＬは受電装置側パッシブ電極４１と受電装置側アクティブ電極４２との間に生じる寄生容量である。インダクタＬＬとキャパシタＣＬは受電装置側共振回路を構成する。降圧トランスＴＬの二次側には負荷回路ＲＬが接続されている。この負荷回路ＲＬは、ＤＣ／ＤＣコンバータおよび二次電池で構成されている。キャパシタＣｍは送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２と、受電装置側パッシブ電極４１と受電装置側アクティブ電極４２との間の容量結合の状態を示している。

図３は、送電装置１００及び受電装置２００の具体的な構成を示したブロック図である。以下、送電装置１００及び受電装置２００のそれぞれの具体的な構成について説明する。

１．２ 送電装置
送電装置１００は、送電部３０、電力供給部５４、制御部５２、ＶＤＣ，ＩＤＣ検出回路５３及びＶＡＣ検出回路５８を有する。

送電部３０は、送電装置側パッシブ電極３１及び送電装置側アクティブ電極３２を有する。

電力供給部５４は、送電部３０（送電装置側パッシブ電極３１及び送電装置側アクティブ電極３２）に電力を供給するためのもので、直流電源５１、電力変換部５７及び昇圧回路３７を有する。

直流電源５１は、ＤＣ１２Ｖの直流電圧を入力してＤＣ５Ｖの直流電圧を生成し、制御部５２に供給する。また、直流電源５１は、入力したＤＣ１２Ｖの直流電圧を、ＶＤＣ，ＩＤＣ検出回路５３及び電力変換部５７に供給する。

ＶＤＣ，ＩＤＣ検出回路５３は、直流電源５１からスイッチング回路５６に供給される直流電圧の電圧値ＶＤＣ及びスイッチング回路５６に流れる電流の電流値ＩＤＣを検出し、直流電圧値ＶＤＣに関するＶＤＣ信号及び直流電流値ＩＤＣに関するＩＤＣ信号を出力する。

電力変換部５７は、スイッチング回路５６及び駆動制御回路５５を有する。電力変換部５７は図２に示す高周波電圧発生回路ＯＳＣに対応する。

スイッチング回路５６は、直流電源５１から供給されたＤＣ１２Ｖの直流電圧を、駆動制御回路５５からの駆動信号に基づいてスイッチングすることにより、交流電圧に変換して出力する。図４に、スイッチング回路５６の具体的構成を示す。スイッチング回路５６は、ハイサイドのスイッチ素子５６ａとローサイドのスイッチ素子５６ｂを有しており、これらのスイッチ素子５６ａ、５６ｂのＯＮ／ＯＦＦによってプッシュプル動作を行い、昇圧回路３７を交番駆動する。

駆動制御回路５５は、制御部５２から出力される信号に従ってスイッチング回路５６のスイッチ素子５６ａ、５６ｂを駆動する。

図３に戻り、昇圧回路３７は、スイッチング回路５６から出力された交流電圧を昇圧して、送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２との間に印加する。昇圧回路３７は、送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２との間に二次巻線が接続され、スイッチング回路５６の出力に一次巻線が接続される昇圧トランスＴＧと、インダクタＬＧを備える（図２参照）。昇圧回路３７による昇圧後の電圧は例えば１００Ｖ〜１０ｋＶの範囲内の電圧である。この電圧が送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２との間に印加されることにより周囲の媒質に静電場が生成される。

制御部５２は、ＶＤＣ，ＩＤＣ検出回路５３からのＶＤＣ信号及びＩＤＣ信号と、ＶＡＣ検出回路５８からのＶＡＣ信号等を入力する。

制御部５２は、ＶＤＣ信号及びＩＤＣ信号に基づいて、例えば、直流電源５１から出力されたＤＣ１２Ｖの直流電力の電圧及び電流が所定範囲内にあるかの判定を行う。

そして、ＤＣ１２Ｖの直流電力の電圧及び電流が規定範囲内にある場合、制御部５２は、ＩＤＣ信号に基づいて、スイッチング回路５６を構成するスイッチ素子５６ａ、５６ｂのＯＮ、ＯＦＦを制御する。具体的には、制御部５２は、ＩＤＣ信号に基づいて、スイッチング回路５６を構成するスイッチ素子５６ａ、５６ｂのＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を求め、この求めたデューティ比でＯＮ、ＯＦＦ信号を生成し、駆動制御回路５５に出力する。そして、駆動制御回路５５は、制御部５２から出力されたＯＮ／ＯＦＦ信号に従ってスイッチング回路５６を構成するスイッチ素子５６ａ、５６ｂをスイッチングさせる。

また、制御部５２は、ＶＡＣ検出回路５８からのＶＡＣ信号に基づいて、例えば、送電装置側パッシブ電極３１と送電装置側アクティブ電極３２との間の電圧が所定範囲内にあるかの判定を行う。異常に上昇していないか等の判定を行うものである。

１．３ 受電装置
受電装置２００は、受電モジュール２１０と、負荷回路２２０を有する。受電モジュール２１０は、受電部４０、降圧回路４５及び整流回路６１を有する。

受電部４０は、受電装置側パッシブ電極４１及び受電装置側アクティブ電極４２を有する。受電装置側パッシブ電極４１及び受電装置側アクティブ電極４２は、送電装置側パッシブ電極３１及び送電装置側アクティブ電極３２との間の容量結合により送電装置側から電力を受ける。

降圧回路４５は、受電装置側パッシブ電極４１と受電装置側アクティブ電極４２との間の電圧を降圧して、整流回路６１を介して負荷回路２２０に供給する。降圧回路４５は、受電装置側パッシブ電極４１と受電装置側アクティブ電極４２との間に一次巻線が接続され、負荷回路２２０の入力に二次巻線が接続される降圧トランスＴＬと、インダクタＬＬを備える（図２参照）。

整流回路６１は、降圧回路４５からの交流電力を整流して負荷回路２２０に出力する。負荷回路２２０は、電圧安定化回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ７１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の二次側に接続された二次電池７２を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ７１は、整流回路６１から出力された直流電圧を二次電池７２に適した電圧値の直流電圧に変換して出力する。二次電池７２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１から出力された電圧により充電される。二次電池７２は満充電状態に近づくとインピーダンスが増加する特性を有する。

２．送電装置の制御部の動作
本実施形態の送電装置１００は、送電装置１００内の物理量を用いて、受電装置２００の負荷インピーダンスを検出し（推定し）、検出結果に基づき負荷の状態に応じて適切に受電装置１００へ電力を供給できるよう送電電力を制御する。このように送電装置１００内の物理量を用いて受電装置２００の負荷インピーダンスを検出するため、受電装置２００から負荷の状態に関する情報を得る必要がなく、送電装置及び受電装置に通信回路を設ける必要がなくなる。

本実施形態では、受電装置２００の負荷インピーダンスの検出のために用いる送電装置１００内の物理量として、スイッチング回路５６に流れる電流の値ＩＤＣを用いる。ここで、図５を参照し、スイッチング回路５６に流れる電流の電流値ＩＤＣを用いる理由を説明する。

図５（ａ）は、負荷回路２２０における二次電池７２の充電時の負荷インピーダンスの特性を示した図である。図５（ｂ）は、二次電池７２の充電時の直流電流値ＩＤＣの特性、図５（ｃ）は二次電池７２の充電時の受電モジュール出力電圧の特性を示す。図５（ａ）に示すように、充電時間が経過して、二次電池７２の充電が進むと、負荷回路２２０のインピーダンス（負荷インピーダンス）が増加する。ここで、負荷インピーダンスは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１のインピーダンスと二次電池７２のインピーダンスとを合成したものである。二次電池７２は、充電が進むとインピーダンスが増加する特性を有する。二次電池７２の充電が進み、負荷インピーダンスが増加していくと、図５（ｂ）に示すように、直流電流値ＩＤＣは減少していく。このように、受電装置側の負荷インピーダンスの変化と、送電装置側の直流電流値ＩＤＣとは相関関係を有することから、本実施形態では、受電装置２００の負荷インピーダンスの検出のために、スイッチング回路５６に流れる電流の電流値ＩＤＣを用いる。なお、受電モジュール２１０の出力電圧（ＶＲＯ）は、図５（ｃ）に示すように、二次電池７２の充電が進むと、上昇する。

２．１ 制御フロー
図６を参照して、送電装置１００における制御部５２による制御動作を説明する。ここでは、送電装置１００上に受電装置２００が載置されて、二次電池７２の充電が行われる場合の例を説明する。

送電装置１００上に受電装置２００が載置されると、制御部５２は、送電を開始するための初期設定を行う（Ｓ１１）。初期設定では、送電周波数、デューティ比、送電電圧等が設定される。

制御部５２は、受電装置２００の負荷インピーダンスの検出信号として、ＶＤＣ，ＩＤＣ検出回路５３から出力されるＩＤＣ信号を入力する（Ｓ１２）。ＩＤＣ信号は、スイッチング回路５６を流れる直流電流の電流値を示す信号である。

次に、制御部５２は、入力されたＩＤＣ信号が示す直流電流値ＩＤＣが所定値以下か否か判定する（Ｓ１３）。直流電流値ＩＤＣが所定値以下であれば、制御部５２は、このフローチャートによる制御を終了する。ここで所定値は、二次電池７２が満充電状態にあると推定できる直流電流値ＩＤＣの値に設定する。直流電流値ＩＤＣが所定値以下でなければ、制御部５２は、直流電流値ＩＤＣに対応するデューティ比を設定する（Ｓ１４）。本実施形態では、直流電流値ＩＤＣに応じて（すなわち、負荷インピーダンスに応じて）、デューティ比を設定する。これにより、受電装置２００の負荷回路２２０の状態（負荷インピーダンス）に応じたデューティ比を設定でき、このデューティ比を用いて出力電力を制御することで、送電装置２００に対して適切な電力を供給することが可能となる。デューティ比の具体的な設定方法については後述する。

次に、制御部５２は、設定したデューティ比のＯＮ・ＯＦＦ信号を生成し、駆動制御回路５５に出力し（Ｓ１５）、ステップＳ１２に戻る。駆動制御回路５５は、このＯＮ・ＯＦＦ信号に基づいて、スイッチング回路５６のスイッチ素子５６ａ、５６ｂをＯＮ・ＯＦＦ制御する。

２．２ スイッチング回路に対するデューティ比の設定
前述のように、本実施形態では、スイッチング回路５６対するデューティ比は、直流電流値ＩＤＣ（すなわち、負荷インピーダンス）に応じて設定する。デューティ比は、受電装置２００の整流回路６１の出力電圧ＶＲＯが一定電圧を超えることがないように予め設定される。以下、直流電流値ＩＤＣに対するデューティ比の設定を説明する。

本実施形態では、直流電流値ＩＤＣに対するデューティ比は設定テーブルにより定義されている。制御部５２は、設定テーブルを参照して直流電流値ＩＤＣに基づきスイッチング回路５６のスイッチ素子５６ａ、５６ｂに対するデューティ比を決定する。図７に、直流電流値ＩＤＣに対するデューティ比の設定テーブルの一例を示す。この設定テーブルは、制御部５２内の記憶部５２Ａに記憶されている。設定テーブルは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の定格電圧が約２１Ｖの場合のものであり、例えば直流電流値ＩＤＣの０．１Ａ刻みで１４段階のデューティ比が設定されている。デューティ比は、受電モジュール２１０の整流回路６１から出力される直流電圧値ＶＲＯがほぼ一定となるように設定されている。

図８は、図７の設定テーブルにおける、直流電流値ＩＤＣに対するデューティ比の関係を示す図である。図８に示すように、図７の設定テーブルによれば、実線Ａで示すように、直流電流値ＩＤＣの変化に伴い、デューティ比は、０．１Ａ刻みで１％ずつ段階的に変化する。具体的には、デューティ比は、直流電流値ＩＤＣが０．１Ａ増加する毎に、１％ずつ段階的に増加する。なお、二次電池７２の充電中においては、直流電流値ＩＤＣは、充電初期に最も大きく、満充電状態に近づくにつれて小さくなる。したがって、二次電池７２の充電中においては、満充電状態に近づくにつれて、デューティ比は小さくされる。

図９は、図７の設定テーブルにおける、直流電流値ＩＤＣに対する受電モジュール出力電圧の特性を示す図である。図７の設定テーブルを参照して、直流電流値ＩＤＣに基づいてデューティ比を制御することにより、実線Ｂで示すように、直流電流値ＩＤＣが変化（低下）しても、受電モジュール出力電圧は約２２Ｖにほぼ一定に制御されている。

図１０は、受電モジュール出力電圧の特性を、負荷インピーダンスとの関係で示した図である。本実施形態では、実線Ｃで示すように、負荷インピーダンスが上昇しても、受電モジュール出力電圧は約２２Ｖでほぼ一定となる。

なお、図８、図９、図１０における一点鎖線Ａ′、Ｂ′、Ｃ′は、従来における特性を示す。従来においては、図８に一点鎖線Ａ′で示すように、直流電流値ＩＤＣに関わらず、デューティ比は一定のままである。また、図９に一点鎖線Ｂ′で示すように、直流電流値ＩＤＣが減少すると、受電モジュール出力電圧は高くなる。また、図１０に一点鎖線Ｃ′で示すように、負荷インピーダンスが上昇すると、受電モジュール出力電圧は上昇する。この例では、受電モジュール出力電圧は約２１Ｖから約２９Ｖまで約８Ｖ上昇している。

なお、図７に示す設定テーブルでは、直流電流値ＩＤＣが０〜１．４Ａの間において、０．１Ａ刻みで１４段階のデューティ比が設定されているが、これに限らない。例えば、図８に破線Ａ″で示すように、０〜１．４Ａの間で、２段階のデューティ比を設定してもよい。この例では、デューティ比は、ＩＤＣが０．５Ａ未満のときは３７％、ＩＤＣが０．５Ａ以上のときは５０％に設定されている。図９、図１０における破線Ｂ″、Ｃ″は、このように２段階のデューティ比を設定した場合の特性を示す。この場合、図９に破線Ｂ″で示すように、受電モジュールの出力電圧は、上述の１４段階で制御する場合よりも、全体的に高くなり、変動幅も大きくなる。しかし、破線Ｂ′で示すデューティ比制御のない従来の場合と比較すると、変動幅が減少し、最大値（ＩＤＣが０Ａのとき）も低下する。また、図１０に破線Ｃ″で示すように、受電モジュール出力電圧は、負荷インピーダンスが約２００Ωまでは上昇し、また最大２６Ｖ程度まで約５Ｖ上昇するが、このときデューティ比が３７％に変更されることにより、その後もこの値を超えることはない。２段階のデューティ比制御は、図７のようなテーブル等を準備しなくてもよく、そのため、デューティ比の切り替え制御の構成が簡単となるという効果が得られる。受電モジュールの出力電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の耐電圧、動作特性において許容されるならば、適用可能である。

なお、上記例では、直流電流値ＩＤＣに応じてデューティ比を１４段階や２段階に制御する例について説明したが、これに限らない。例えば、図１１に示すように設定してもよい。図１１は、他の例における、ＩＤＣに対するデューティ比の設定テーブルＴを示す図である。本例においては、図１１に実線Ｄで示すように、直流電流値ＩＤＣに比例してデューティ比を連続的に（無段階で）変化させる。この場合、設定テーブルでなく、例えば関数等を用いて演算によりＩＤＣに応じたデューティ比を求めることもできる。図１２は、ＩＤＣに対する受電モジュール出力電圧の特性を示す図である。デューティ比は、ＩＤＣが減少しても、受電モジュール２１０の整流回路６１から出力される直流電圧が図１２に実線Ｅで示すようにほぼ一定となるように設定されている。なお、図１１の一点鎖線Ｄ′及び図１２の一点鎖線Ｅ′は、前述した従来の例を示す。

３、まとめ
本実施形態の送電装置１００は、受電部４０で受電した電圧を整流回路６１で整流して負荷回路２２０に供給する受電装置２００に対してワイヤレスで電力を送電する送電装置１００である。送電装置１００は、受電装置２００の受電部４０との間で容量結合もしくは電磁結合し、受電部４０に電力を送電する送電部３０と、受電装置２００に送電するための電力を生成し、送電部２００に供給する電力供給部５４と、当該送電装置１００内で検出される電気信号に基づいて受電装置２００の負荷インピーダンスを検出する負荷インピーダンス検出部と、負荷インピーダンス検出部の検出結果に基づいて、受電装置２００の整流回路６１の出力電圧が所定電圧以下となるように、電力供給部５４で生成する電力を制御する制御部５２とを、備える。

本実施形態の送電装置１００は、送電装置１００内で検出される直流電流値ＩＤＣ（電気信号）を用いて受電装置２００における負荷インピーダンスを検出（推定）し、検出結果に基づいて、受電装置２００の整流回路６１の出力電圧が所定電圧以下になるように、受電装置２００に供給する電力を制御する。これにより、受電装置と送電装置の結合状態または負荷の状態によらず、出力電圧を一定に制御できる。したがって、送電装置１００及び受電装置２００に通信回路を設けることなく、受電装置２００に対して負荷状態に応じた適切な電力を供給することができる。

また、受電装置２００側において、負荷回路２２０の状態を検出するためのセンサ等も不要となる。受電装置２００は、例えばスマートフォンや携帯電話等であり、コストダウンや小型化が要求されるが、本実施形態によれば、送電装置１００との間の通信回路や、負荷状態の検出センサ等の部品が不要となる。そのため、受電モジュール２１０の基板及び受電装置２００の小型化やコストダウンが図れる。

また、本実施形態の送電装置１００では、電力供給部５４は、所定電圧の直流電力を供給する直流電源５１と、直流電源５１から供給された直流電力を交流電力に変換して送電部３０に供給する電力変換部５７と、を備える。負荷インピーダンス検出部は、直流電源５１から電力変換部５７に流れる直流電流の電流値ＩＤＣを検出する。制御部５２は、負荷インピーダンス検出部で検出された直流電流値ＩＤＣに基づいて、受電装置２００の負荷回路２２０に適した電力が供給されるように、電力変換部５７における電力変換態様を制御する。

この構成により、直流電源５１から電力変換部５７に供給される直流電力の電流値ＩＤＣに基づいて、受電装置２００の負荷回路２２０に適した電力が供給されるように、電力変換部５７における電力変換態様が制御される。ここで、直流電源５１から電力変換部５７に供給される直流電流の値ＩＤＣは、前述のように、二次電池７２のインピーダンスの変化を良好に反映する。したがって、受電装置２００の負荷回路２２０の状態が変化した場合でも、負荷回路２２０に適した電力を供給することができる。

また、本実施形態の送電装置１００では、受電装置２００の負荷回路２２０には直流電力が供給される。電力変換部５７は、直流電源５１から供給される直流電圧を周期的にＯＮ／ＯＦＦすることにより交流電力を生成する。制御部５２は、負荷インピーダンス検出部で検出された直流電流値ＩＤＣに基づいて、電力変換部５７におけるＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を制御する。

この構成によれば、負荷インピーダンス検出部で検出された直流電流値ＩＤＣに基づいて、電力変換部５７におけるＯＮ／ＯＦＦのデューティ比が制御される。したがって、負荷回路２２０に過電圧が印加されるのが防止される。また、デューティ比制御により容易にかつ確実に制御を行うことができる。

また、本実施形態の送電装置１００では、あらかじめ定められた直流電流の電流値ＩＤＣとデューティ比の関係に基づき、検出された電流値ＩＤＣに対するデューティ比を決定する。

この構成により、デューティ比制御を容易かつ簡易な構成で行うことができる。

また、本実施形態の送電装置１００では、負荷回路２２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の二次側に接続された二次電池７２とを含む。

この構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１及び二次電池７２に印加する電圧を一定の電圧とすることができる。

また、本実施形態の送電装置１００では、受電部４０が、受電装置側アクティブ電極４２（受電側第１電極）と受電装置側パッシブ電極４１（受電側第２電極）とを含み、送電部３０が、受電装置側アクティブ電極４２（受電側第１電極）と容量結合する送電装置側アクティブ電極３２（送電側第１電極）と、受電装置側パッシブ電極４１（受電側第２電極）と容量結合する送電装置側パッシブ電極３１（送電側第２電極）とを含む。

この構成により、電界結合型の電力伝送において、上述の各種効果が得られる。

また、本実施形態の送電装置１００では、電力の送電中において、送電装置側アクティブ電極３２（送電側第１電極）の電圧が送電装置側パッシブ電極３１（送電側第２電極）の電圧より大きい。

この構成により、送電装置側アクティブ電極３２（送電側第１電極）及び受電装置側アクティブ電極４２（受電側第１電極）の電圧を高電圧とすることができる。したがって、電力伝送効率を高めることができる。

また、本実施形態の送電装置１００では、送電装置側アクティブ電極３２（送電側第１電極）と送電装置側パッシブ電極３１（送電側第２電極）との間に二次巻線が接続され、電力変換部５７の出力に一次巻線が接続される昇圧トランスＴＧをさらに備える。

この構成により、送電装置側アクティブ電極３２（送電側第１電極）及び受電装置側アクティブ電極４２（受電側第１電極）の電圧をより高電圧とすることができる。これにより低電流で大きい電力を伝送できるため送電経路における導体損による電力損失を小さくできる。したがって、電力伝送効率をより高くすることができる。

また、本実施形態では、受電部４０及び負荷回路２２０を有する受電装置２００と、上述の送電装置１００とを含む電力伝送システムが提供される。

本実施形態の電力伝送システムによれば、送電装置１００において説明した効果と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、受電部４０で受電した電圧を整流して負荷回路６１に供給する受電装置２００に対してワイヤレスで電力を送電する送電装置１００における送電方法が提供される。この送電方法は、受電装置２００に送電するための電力を生成し、送電部３０に供給するステップと、送電装置１００内で検出される電気信号に基づいて受電装置２００の負荷インピーダンスを検出するステップと、負荷インピーダンスの検出結果に基づいて、受電装置２００の整流回路６１の出力電圧が所定電圧以下となるように、送電部１００に供給する電力を制御するステップとを、含む。

本実施形態の送電方法によれば、送電装置１００において説明した効果と同様の効果が得られる。

（その他の実施の形態）
本実施形態では、本発明を、電界結合型の電力伝送システムに適用した場合について説明したが、本発明は、磁界結合型の電力伝送システムにも適用可能である。

また、本実施形態では、受電装置側の負荷インピーダンスをＶＤＣ，ＩＤＣ検出回路５３により検出したが、ＶＡＣ検出回路５８により検出してもよい。ＶＡＣ検出回路５８で検出される交流電圧値ＶＡＣは、ＩＤＣ検出部５３により検出される直流電流値ＩＤＣ同様に、二次電池７２のインピーダンスに応じた電圧を示す。したがって、ＩＤＣ検出部５３の場合と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、送電装置１００の出力電力の制御において、負荷インピーダンスに応じて、スイッチング回路５６の各スイッチング素子のデューティ比を制御した（ＰＷＭ制御）。これに限らず、送電装置１００の出力電力の制御において、負荷インピーダンスに応じて、スイッチング回路５６へ入力する直流電圧ＶＤＣの大きさを制御するようにしてもよい（ＰＡＭ制御）。

また、本実施形態では、負荷回路２２０のＤＣ／ＤＣコンバータ７１の二次側に負荷として二次電池７２が接続されている場合について説明したが、本発明は二次電池７２以外の場合にも適用可能である。例えば、負荷のインピーダンスが動作状態に応じて変化するような電子装置等に対しても、負荷のインピーダンスが変化した場合でも一定の電圧を供給することができる。そのため、負荷インピーダンスの変動にかかわらず、電子装置の動作を安定させることができる。

また、本実施形態では、負荷回路２２０が、電圧安定化回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ７１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７１の二次側負荷としての二次電池７２を有する場合について説明したが、これに限らない。例えば、図１３のように、負荷回路２２０′が、電圧安定化回路としての電圧レギュレータ８１と、電圧レギュレータ８１の二次側負荷としての二次電池８２と、二次電池８２または電圧レギュレータ８１から供給される電力により動作するデバイス８４と、デバイス８４への電力の供給を制御する電力制御回路８３とを有する場合にも、本発明は適用可能である。なお、二次電池８２は、充電制御回路を内蔵している。この例においても、負荷のインピーダンスが変化した場合でも一定の電圧を供給することができる。そのため、負荷インピーダンスの変動にかかわらず、デバイス８４等を含む電子装置の動作を安定させることができる。

また、図１３の例では、二次電池８２が充電制御回路を内蔵している例について説明したが、これに限らない。例えば、図１４に示す負荷回路２２０″のように、充電制御回路８５が、電圧レギュレータ８１と二次電池８２′の間に分離して設けられてもよい。

また、本発明は、受電装置の負荷回路の電圧安定化回路が、ＤＣ／ＤＣコンバータと電圧レギュレータの両方を包含する場合にも適用できる。

３０ 送電部
３１ 送電装置側パッシブ電極（送電側第２電極）
３２ 送電装置側アクティブ電極（送電側第１電極）
３７ 昇圧回路
４０ 受電部
４１ 受電装置側パッシブ電極（受電側第２電極）
４２ 受電装置側アクティブ電極（受電側第１電極）
４５ 降圧回路
５１ 直流電源
５２ 制御部
５２Ａ 記憶部
５３ ＶＤＣ，ＩＤＣ検出回路
５４ 電力供給部
５５ 駆動制御回路
５６ スイッチング回路
５７ 電力変換部
５８ ＶＡＣ検出回路
６１ 整流回路
７１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
７２、８２、８２′ 二次電池
８１ 電圧レギュレータ
８３ 電力制御回路
８４ デバイス
８５ 充電制御回路
１００ 送電装置
２００ 受電装置
２１０ 受電モジュール
２２０、２２０′、２２０″ 負荷回路
ＣＧ，ＣＬ…キャパシタ
ＬＧ，ＬＬ…インダクタ
ＯＳＣ…高周波電圧発生回路
ＲＬ…負荷回路
ＴＧ…昇圧トランス
ＴＬ…降圧トランス

Claims (8)

1. 受電部で受電した電圧を整流回路で整流して負荷回路に供給する受電装置に対してワイヤレスで電力を送電する送電装置であって、
   前記受電装置の受電部との間で容量結合もしくは電磁結合し、前記受電部に電力を送電する送電部と、
   前記受電装置に送電するための電力を生成し、前記送電部に供給する電力供給部と、
   当該送電装置内で検出される電気信号に基づいて前記受電装置の負荷インピーダンスを検出する負荷インピーダンス検出部と、
   前記負荷インピーダンス検出部の検出結果に基づいて、前記受電装置の整流回路の出力電圧が所定電圧以下となるように、前記電力供給部で生成する電力を制御する制御部とを、備え、
   前記送電部は、共振回路を含み、
   前記電力供給部は、
   所定電圧の直流電力を供給する直流電源と、
   前記直流電源から供給された直流電力を交流電力に変換して前記送電部に供給する電力変換部と、を備え、
   前記負荷インピーダンス検出部は、前記電力変換部に流れる直流電流の電流値を検出し、
   前記制御部は、あらかじめ定められた、前記直流電流の電流値と前記電力変換部におけるＯＮ／ＯＦＦのデューティ比との関係に基づき、前記デューティ比を制御する、
   送電装置。
2. 前記制御部は、前記受電装置の負荷状態に適した電力が供給されるように、前記デューティ比を制御する、
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記負荷回路は、電圧安定化回路と、前記電圧安定化回路の二次側に接続された二次電池とを含む、
   請求項１または請求項２に記載の送電装置。
4. 前記受電部が、受電側第１電極と受電側第２電極とを含み、
   前記送電部が、前記受電側第１電極と容量結合する送電側第１電極と、前記受電側第２電極と容量結合する送電側第２電極とを含む、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の送電装置。
5. 電力の送電中において、前記送電側第１電極の電圧が前記送電側第２電極の電圧より大きい、
   請求項４に記載の送電装置。
6. 前記送電側第１電極と前記送電側第２電極との間に二次巻線が接続され、前記電力変換部の出力に一次巻線が接続される昇圧トランスをさらに備える、
   請求項４または請求項５に記載の送電装置。
7. 受電部及び負荷回路を有する受電装置と、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の送電装置とを含む、
   電力伝送システム。
8. 受電部で受電した電圧を整流して負荷回路に供給する受電装置に対してワイヤレスで電力を送電する送電装置における送電方法であって、
   共振回路を含み、かつ前記受電装置に送電するための電力を生成し、生成した電力を、前記受電装置の受電部との間で容量結合もしくは電磁結合し、前記受電部に電力を送電する送電部に供給する第１のステップと、
   前記送電装置内で検出される電気信号に基づいて前記受電装置の負荷インピーダンスを検出する第２のステップと、
   前記負荷インピーダンスの検出結果に基づいて、前記受電装置の整流回路の出力電圧が所定電圧以下となるように、前記送電部に供給する電力を制御する第３のステップとを、含み、
   前記第１のステップにおける、前記受電装置に送電するための電力の生成は、所定電圧の直流電力を供給する直流電源から供給された直流電力を電力変換部において交流電力に変換することにより行われ、
   前記第２のステップにおける前記負荷インピーダンスの検出は、前記電力変換部に流れる直流電流の電流値を検出することにより行われ、
   前記第３のステップにおける、前記送電部に供給する電力の制御は、あらかじめ定められた、前記直流電流の電流値と前記電力変換部におけるＯＮ／ＯＦＦのデューティ比との関係に基づき、前記デューティ比を制御することにより行われる、
   送電方法。

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