JP5911449B2 - 無線電力伝送による伝送システム及び送信側伝送装置 - Google Patents

Description

この発明は、非接触で電力を伝送する無線電力伝送による伝送システム及び送信側伝送装置に関するものである。

従来の無線電力伝送において、伝送電力を効率的に制御することを目的とした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示された方法では、磁場共振型のワイヤレス給電において、送電部に供給される電力の反射電力を検知する検知装置を備え、当該反射電力が減少するように受電部内の電圧制御及び送電部の送信周波数制御を行っている。この際、検知装置では、送電部に供給される電力の電圧と電流との位相差に基づいて反射電力を算出している。

国際公開ＷＯ２０１０／０３５３２１

しかしながら、特許文献１に開示される方法では、送電部の送信周波数を可変制御するため、使用する周波数帯域を広くとる必要がある。したがって、電波法の規制を満足する設計を行うためには、送信電力の小電力化や漏洩電磁界のシールド構造などが必要であり、製品化が困難であるという課題があった。また、送電部の電流と電圧との位相差に基づいて反射電力を算出しているが、受電部の入力インピーダンスによっては必ずしも適切な反射電力を算出することができない。そのため、伝送効率についても常に最適な状態を維持することは難しいという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、固定した一つの送信周波数により負荷変動に対しても高効率な電力伝送を可能とする無線電力伝送による伝送システム及び送信側伝送装置を提供することを目的としている。

この発明に係る無線電力伝送による伝送システムは、一端に電圧が印加される第１のインダクタ、及び、第１のインダクタの他端に接続され、スイッチング動作を行うスイッチング素子を有し、単一周波数の電力を供給する送信電源と、送信電源に接続されて当該送信電源からの電力を無線伝送する送信アンテナ、及び、送信アンテナからの電力を受信する受信アンテナからなる送受信部と、受信アンテナにより受信された電力を受信する受信電源と、送信アンテナにおける反射電力を送信電源へ回生する機能を有した反射電力回生回路とを備え、反射電力回生回路は、一端が第１のインダクタの他端に接続され、スイッチング素子で発生した電圧により流れた電流をチャージ・ディスチャージするコンデンサと、一端がコンデンサの他端に接続され、他端が第１のインダクタの一端に接続された第１の素子、及び、コンデンサの他端に当該コンデンサに対して直列に配置された第２のインダクタ及び第２の素子を有し、第１の素子は当該第１の素子の一端から他端への方向のみに電流を流し、第２の素子は第２のインダクタにおいて第１の素子及びコンデンサへの方向のみに電流を流すコンデンサ電荷回生回路とを備え、直列に配置されたコンデンサ、第２のインダクタ及び第２の素子は、スイッチング素子に並列接続されたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、固定した一つの送信周波数により負荷変動に対しても高効率な電力伝送を可能とすることができ、電波法の規制を満足した設計を行うことが容易に可能となる。その結果、送信電力の大電力化や電磁シールド構造の簡易化などが可能となり、複雑な設計を必要としない低コストの製品化を実現できる。また、反射電力を送信電源へ回生することにより、受信アンテナの入力インピーダンスの変動に対して、常に高効率な電力伝送となるよう最適な制御を行うことが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態１における反射電力回生回路が組み込まれた送信電源において、反射電力回生回路の機能ブロックを示す図である。 この発明の実施の形態１における反射電力回生回路が組み込まれた送信電源において、反射電力回生回路の回路構成例を示す図である。 従来の送信電源の構成例を示す回路図である。 この発明の実施の形態２に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態２における送信アンテナの電圧及び電流の波形の例を示す模式図である。 この発明の実施の形態３に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態４に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態４に係る無線電力伝送による伝送システムの別の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態５に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態６に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。
無線電力伝送による伝送システムは、電気信号を含む電力を無線伝送する装置である。この無線電力伝送による伝送システムは、図１に示すように、送信電源１、送受信部２、受信電源３及び反射電力回生回路４から構成されている。また、送受信部２は、送信アンテナ５及び受信アンテナ６を有している。

送信電源１は、送信アンテナ５に対し、単一周波数の電力を供給するものである。
送信アンテナ５は、送信電源１から供給された電力を、受信アンテナ６に無線伝送するものである。
受信アンテナ６は、送信アンテナ５からの電力を受信するものである。
受信電源３は、受信アンテナ６により受信された電力を負荷機器など（不図示）に供給するものである。
なお、送受信部２の無線伝送方式は特に限定されるものではなく、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、電磁誘導による方式のいずれであってもよい。

反射電力回生回路４は、送信電源１と送信アンテナ５との間に配置され、送信アンテナ５における反射電力を送信電源１へ回生するものである。この反射電力回生回路４は送信電源１に組み込まれている。ここで、反射電力としては、送信アンテナ５から送出された電力のうち、近傍磁界で発生した磁束が受信アンテナ６へ電力伝送できないまま空間などを経由して、送信アンテナ５へ戻ることにより発生する無効電力などがある。そして、反射電力回生回路４は、例えば、上記無効電力のエネルギーをコンデンサなどに一時的に蓄え、送信電源１の出力電流と逆位相のタイミングで送信電源１の入力電源ラインへエネルギーを回生する機能を有した回路により実現される。

以下に、反射電力回生回路４の構成について説明する。図２はこの発明の実施の形態１における反射電力回生回路４が組み込まれた送信電源１において、反射電力回生回路４の機能ブロックを示す図であり、図３はその具体的な回路構成例を示す図である。
図２に示すように、反射電力回生回路４は、コンデンサＣ１、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１、電圧検出回路４２及びコンデンサ電荷回生回路（Ｃ１電荷回生回路）４３から構成されている。

コンデンサＣ１は、送信電源１のスイッチング素子Ｑ１に並列接続され、当該スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース端子間で発生したＶｄｓ電圧により流れた電流をチャージ・ディスチャージするものである。

ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１は、電圧検出回路４２による制御に従い、コンデンサＣ１と送信電源１のリターン（ＲＴＮ）ラインとの接続を切替えるものである。ここで、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１は、電圧検出回路４２によりＯＮ状態に設定された場合には、コンデンサＣ１とリターンラインとを接続する。一方、電圧検出回路４２によりＯＦＦ状態に設定された場合には、コンデンサＣ１とリターンラインとの接続を解除する。このＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１は、図３に示すように、例えばスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３から構成される。

電圧検出回路４２は、スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース端子間で発生したＶｄｓ電圧を検出し、その検出結果に応じてＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１を制御するものである。ここで、電圧検出回路４２は、検出したＶｄｓ電圧が所定の閾値（送信電源の入力Ｖｉｎの４倍程度）以下である場合には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１をＯＮ状態に設定する。一方、検出したＶｄｓ電圧が上記閾値より大きい場合には、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１をＯＦＦ状態に設定する。なお、電圧検出回路４２は、図２に示す電圧検出点にてＶｄｓ電圧を検出する。この電圧検出回路４２は、図３に示すように、例えば定電圧源Ｖｒｅｆ及びコンパレータＵ１から構成される。

コンデンサ電荷回生回路４３は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１によりコンデンサＣ１とリターンラインとの接続が解除された状態でコンデンサＣ１から流れた電流を、送信電源１の入力Ｖｉｎ側に流すものである。このコンデンサ電荷回生回路４３は、図３に示すように、例えばコイルＬ３及びダイオードＤ１，Ｄ２から構成される。

次に、上記のように構成された反射電力回生回路４の動作について説明する。
図２において、送信電源１のスイッチング素子Ｑ１は、ＯＮ／ＯＦＦ動作によるスイッチング動作を行っている。これにより、スイッチング素子Ｑ１のドレイン−ソース端子間には、Ｖｄｓ電圧が発生する。そして、このＶｄｓ電圧によりコンデンサＣ１に電流が流れ、コンデンサＣ１は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング動作に応じて、チャージ・ディスチャージを繰り返す。

ここで、送信アンテナ５からの反射電力が小さい場合、Ｖｄｓ電圧は送信電源１の入力Ｖｉｎの４倍程度以下の状態を維持している。そして、電圧検出回路４２は、このＶｄｓ電圧を検出し、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１をＯＮ状態に設定する。これにより、コンデンサＣ１と送信電源１のリターンラインとが接続され、図４に示す従来の送信電源と同様の動作状態となる。

一方、送信アンテナ５からの反射電力が大きい場合には、Ｖｄｓ電圧は送信電源１の入力Ｖｉｎの４倍程度より高い電圧となる。そして、電圧検出回路４２は、このＶｄｓ電圧を検出し、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路４１をＯＦＦ状態に設定する。これにより、コンデンサＣ１と送信電源１のリターンラインとの接続が解除され、コンデンサＣ１によりチャージされた電流がコンデンサ電荷回生回路４３に流れる（ディスチャージ）。そして、コンデンサ電荷回生回路４３は、コンデンサＣ１からの電流をチャージする。その後、コンデンサ電荷回生回路４３は、スイッチング素子（Ｑ１）のスイッチング動作に応じて、チャージした電流を送信電源１の入力Ｖｉｎ側へ流す（ディスチャージ）。

この反射電力回生回路４を設けることにより、従来であれば電力損失となっていた反射電力を送信電源１に回生することができるため、電力伝送の高効率化を図ることが可能となる。

以上のように、この実施の形態１によれば、送信アンテナ５における反射電力を送信電源１へ回生する反射電力回生回路４を備えるように構成したので、固定した一つの送信周波数により負荷変動に対しても高効率な電力伝送が可能となり、ＩＳＭ帯などを使用することにより電波法の規制を満足した設計を行うことが容易に可能となる。その結果、送信電力の大電力化や電磁シールド構造の簡易化などが可能となり、複雑な設計を必要としない低コストの製品化を実現できる。
また、反射電力を送信電源１へ回生することにより、受信アンテナ６の入力インピーダンスの変動に対して、常に高効率な電力伝送となるよう最適な制御を行うことが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１の構成に、送信アンテナ５の電圧及び電流を検出し、その位相差に基づいて送信電源１の送信電力を調整することで、反射電力自体を抑制する機能を追加した場合について示す。
図５はこの発明の実施の形態２に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。図５に示す実施の形態２に係る無線電力伝送による伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る無線電力伝送による伝送システムに位相差検出機能部７を追加したものである。その他の構成は同様であり、異なる部分についてのみ説明を行う。

位相差検出機能部７は、送信アンテナ５の電圧及び電流を検出し、当該検出した電圧と電流との位相差を検出するものである。この位相差検出機能部７は、電圧検出部７１、電流検出部７２および位相差検出部７３から構成されている。

電圧検出部７１は、送信アンテナ５の電圧を検出するものである。
電流検出部７２は、送信アンテナ５の電流を検出するものである。
位相差検出部７３は、電圧検出部７１により検出された電圧と、電流検出部７２により検出された電流との位相差（図６参照）を検出するものである。

なお、送信電源１は、位相差検出部７３により検出された位相差に基づいて、送信アンテナ５に供給する電力を制御する。ここで、位相差検出部７３により検出された位相差が所定の閾値以上である場合には供給する電力を大きくし、位相差が閾値未満である場合には供給する電力を小さくする。
これにより、例えば電圧と電流との位相差が大きい場合、電力の伝送効率が低いため、反射電力も増大する。そこで、このような場合には、送信電源１から送信アンテナ５に供給する電力自体を減少させることで、反射電力を減少させることができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、送信アンテナ５の電圧及び電流を検出し、その位相差に基づいて送信電源１からの送信電力を制御するように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、反射電力自体を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１の送信側に、受信アンテナ５の入力インピーダンスの変化に応じて、送受信部２の共振結合インピーダンスを調整する機能を追加した場合について示す。
図７はこの発明の実施の形態３に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。図７に示す実施の形態３に係る無線電力伝送による伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る無線電力伝送による伝送システムの送信側に共振結合インピーダンス調整部８を追加したものである。その他の構成は同様であり、異なる部分についてのみ説明を行う。

共振結合インピーダンス調整部８は、電力伝送の高効率化を図るため、受信アンテナ６の入力インピーダンスの変化に応じて、送受信部２の共振結合インピーダンスを調整するものである。なお、共振結合インピーダンスとは、送信アンテナ５と受信アンテナ６との間における結合係数を調整するインピーダンスである。また、共振結合インピーダンス調整部８では、共振結合インピーダンス制御により、送信周波数を共振周波数（図７に示すｆｏ１）に常に同調させている。
この共振結合インピーダンス調整部８は、電圧検出部８１、電流検出部８２、振幅制御部８３、位相制御部８４及び共振インピーダンス調整回路８５から構成されている。

電圧検出部８１は、送信アンテナ５の電圧を検出するものである。
電流検出部８２は、送信アンテナ５の電流を検出するものである。
振幅制御部８３は、電圧検出部８１により検出された電圧の振幅を制御するものである。
位相制御部８４は、電圧検出部８１により検出され振幅制御部８３を介して入力された電圧と、電流検出部８２により検出された電流との位相差を制御するものである。

共振インピーダンス調整回路８５は、振幅制御部８３及び位相制御部８４による制御結果に基づいて、送信アンテナ５の共振インピーダンスを調整するものである。ここで、共振インピーダンス調整回路８５は、振幅制御部８３により制御された電圧の振幅が最小となり、かつ、位相制御部８４により制御された電圧と電流との位相差が所定の範囲（およそ±９０度）内となるよう、共振インピーダンスを調整する。
ここで、電圧の振幅を最小とする理由は、例えば電力の受信側（受信アンテナ６及び受信電源３）が存在しない場合には、送信アンテナ５からは電力伝送が行われず、その際の電圧の振幅は送信電源１における電圧振幅の最大値となる。一方、受信側が存在する場合には、送信アンテナ５から電力伝送が行われるため、電圧の振幅は減少するためである。すなわち、電圧の振幅が最小となる条件において、最も効率よく電力伝送が行われることになる。

以上のように、この実施の形態３によれば、送信アンテナ５の電圧及び電流を検出し、電圧の振幅が最小となり、かつ、電圧と電流との位相差が所定の範囲内となるように送信アンテナ５の共振インピーダンスを調整するように構成したので、共振結合インピーダンス調整部８にて反射電力自体を抑制することができ、この調整部８にて抑制しきれなかった反射電力を反射電力回生回路４にて送信電源１側へ回生することで、電力伝送の高効率化を図ることができる。

さらに、単一系統の伝送システムを近距離に複数個設置する場合においても、各送信アンテナ５の共振インピーダンス制御を同様に行うことで、各伝送システム全体での共振条件に同調させることが可能となり、単一系統の場合と同様の伝送システムが構築できる。これにより、小電力の伝送システムを複数個用いることで大電力の伝送システムを容易に構成することが可能である。

実施の形態４．
実施の形態３では、送信アンテナ５の電圧の振幅が最小となるよう共振インピーダンスを調整する場合について示した。それに対して、実施の形態４では、送信アンテナ５の電流の振幅が最大となるよう共振インピーダンスを調整する場合について示す。
図８はこの発明の実施の形態４に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。図８に示す実施の形態４に係る無線電力伝送による伝送システムは、図７に示す実施の形態３に係る無線電力伝送による伝送システムの共振結合インピーダンス調整部８を共振結合インピーダンス調整部８ｂに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

共振結合インピーダンス調整部８ｂは、電力伝送の高効率化を図るため、受信アンテナ６の入力インピーダンスの変化に応じて、送受信部２の共振結合インピーダンスを調整するものである。また、共振結合インピーダンス調整部８ｂでは、共振結合インピーダンス制御により、送信周波数を共振周波数（図８に示すｆｏ１）に常に同調させている。
この共振結合インピーダンス調整部８ｂは、電圧検出部８１ｂ、電流検出部８２ｂ、振幅制御部８３ｂ、位相制御部８４ｂ及び共振インピーダンス調整回路８５ｂから構成されている。

電圧検出部８１ｂは、送信アンテナ５の電圧を検出するものである。
電流検出部８２ｂは、送信アンテナ５の電流を検出するものである。
振幅制御部８３ｂは、電流検出部８２ｂにより検出された電流の振幅を制御するものである。
位相制御部８４ｂは、電圧検出部８１ｂにより検出された電圧と、電流検出部８２ｂにより検出され振幅制御部８３ｂを介して入力された電流との位相差を制御するものである。

共振インピーダンス調整回路８５ｂは、振幅制御部８３ｂ及び位相制御部８４ｂによる制御結果に基づいて、送信アンテナ５の共振インピーダンスを調整するものである。ここで、共振インピーダンス調整回路８５ｂは、振幅制御部８３ｂにより制御された電流の振幅が最大となり、かつ、位相制御部８４ｂにより制御された電圧と電流との位相差が所定の範囲（およそ±９０度）内となるよう、共振インピーダンスを調整する。
ここで、電流の振幅を最大とする理由は、例えば電力の受信側（受信アンテナ６及び受信電源３）が存在しない場合には、送信アンテナ５からは電力伝送が行われず、電流が流れないため、その際の電流の振幅も小さくなる。一方、受信側が存在する場合には、送信アンテナ５から電力伝送が行われて電流が流れるため、電流の振幅は増大するためである。すなわち、電流の振幅が最大となる条件において、最も効率よく電力伝送が行われることになる。

以上のように、この実施の形態４によれば、送信アンテナ５の電圧及び電流を検出し、電流の振幅が最大となり、かつ、電圧と電流との位相差が所定の範囲内となるように送信アンテナ５の共振インピーダンスを調整するように構成しても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態１の構成に、実施の形態２に示した機能と実施の形態３に示した機能を両方追加するようにしてもよい。なおこの場合には、図９に示すように、位相差検出機能部７の電圧検出部７１、電流検出部７２及び位相差検出部７３と、共振結合インピーダンス調整部８の電圧検出部８１、電流検出部８２及び位相制御部８４とを共有化することが可能である（図９では、電圧検出部８１、電流検出部８２及び位相制御部８４を用いた場合を示している）。また、実施の形態１の構成に、実施の形態２に示した機能と実施の形態４に示した機能を共に追加するようにしてもよい。

実施の形態５．
実施の形態３，４では送信側に共振結合インピーダンス調整部８，８ｂを設けた場合について示した。それに対して、実施の形態５では受信側に共振結合インピーダンス調整部８ｃを設けた場合について示す。
図１０はこの発明の実施の形態５に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。図１０に示す実施の形態５に係る無線電力伝送による伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る無線電力伝送による伝送システムの送信側に共振結合インピーダンス調整部８ｃを追加したものである。その他の構成は同様であり、異なる部分についてのみ説明を行う。

共振結合インピーダンス調整部８ｃは、電力伝送の高効率化を図るため、受信アンテナ６の入力インピーダンスの変化に応じて、送受信部２の共振結合インピーダンスを調整するものである。また、共振結合インピーダンス調整部８ｃでは、共振結合インピーダンス制御により、受信周波数を共振周波数（図１０に示すｆｏ１）に常に同調させている。
この共振結合インピーダンス調整部８ｃは、電圧検出部８１ｃ、電流検出部８２ｃ、振幅制御部８３ｃ、位相制御部８４ｃ及び共振インピーダンス調整回路８５ｃから構成されている。

電圧検出部８１ｃは、受信アンテナ６の電圧を検出するものである。
電流検出部８２ｃは、受信アンテナ６の電流を検出するものである。
振幅制御部８３ｃは、電圧検出部８１ｃにより検出された電圧の振幅を制御するものである。
位相制御部８４ｃは、電圧検出部８１ｃにより検出され振幅制御部８３ｃを介して入力された電圧と、電流検出部８２ｃにより検出された電流との位相差を制御するものである。

共振インピーダンス調整回路８５ｃは、振幅制御部８３ｃ及び位相制御部８４ｃによる制御結果に基づいて、受信アンテナ６の共振インピーダンスを調整するものである。ここで、共振インピーダンス調整回路８５ｃは、振幅制御部８３ｃにより制御された電圧の振幅が最大となり、かつ、位相制御部８４ｃにより制御された電圧と電流との位相差が所定の範囲（およそ±９０度）内となるよう、共振インピーダンスを調整する。
ここで、電圧の振幅を最大とする理由は、例えば送信側からの伝送電力が少ない場合には、受信アンテナ６で受信する電力も少なく、その際の電圧の振幅も小さい。一方、伝送電力が増加した場合には、受信アンテナ６にて受信する電力も増加し、その際の電圧も増加するためである。すなわち、電圧の振幅が最大となる条件において、最も効率よく電力伝送が行われることになる。

以上のように、この実施の形態５によれば、受信アンテナ６の電圧及び電流を検出し、電圧の振幅が最大となり、かつ、電圧と電流との位相差が所定の範囲内となるように受信アンテナ６の共振インピーダンスを調整するように構成しても、実施の形態３，４と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
実施の形態５では、受信アンテナ６の電圧の振幅が最大となるよう共振インピーダンスを調整する場合について示した。それに対して、実施の形態６では、受信アンテナ６の電流の振幅が最大となるよう共振インピーダンスを調整する場合について示す。
図１１はこの発明の実施の形態６に係る無線電力伝送による伝送システムの構成を示す模式図である。図１１に示す実施の形態６に係る無線電力伝送による伝送システムは、図１０に示す実施の形態５に係る無線電力伝送による伝送システムの共振結合インピーダンス調整部８ｃを共振結合インピーダンス調整部８ｄに変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

共振結合インピーダンス調整部８ｄは、電力伝送の高効率化を図るため、受信アンテナ６の入力インピーダンスの変化に応じて、送受信部２の共振結合インピーダンスを調整するものである。また、共振結合インピーダンス調整部８ｄでは、共振結合インピーダンス制御により、受信周波数を共振周波数（図１１に示すｆｏ１）に常に同調させている。
この共振結合インピーダンス調整部８ｄは、電圧検出部８１ｄ、電流検出部８２ｄ、振幅制御部８３ｄ、位相制御部８４ｄ及び共振インピーダンス調整回路８５ｄから構成されている。

電圧検出部８１ｄは、受信アンテナ６の電圧を検出するものである。
電流検出部８２ｄは、受信アンテナ６の電流を検出するものである。
振幅制御部８３ｄは、電流検出部８２ｄにより検出された電流の振幅を制御するものである。
位相制御部８４ｄは、電圧検出部８１ｄにより検出された電圧と、電流検出部８２ｄにより検出され振幅制御部８３ｄを介して入力された電流との位相差を制御するものである。

共振インピーダンス調整回路８５ｄは、振幅制御部８３ｄ及び位相制御部８４ｄによる制御結果に基づいて、受信アンテナ６の共振インピーダンスを調整するものである。ここで、共振インピーダンス調整回路８５ｄは、振幅制御部８３ｄにより制御された電流の振幅が最大となり、かつ、位相制御部８４ｄにより制御された電圧と電流との位相差が所定の範囲（およそ±９０度）内となるよう、共振インピーダンスを調整する。
ここで、電流の振幅を最大とする理由は、例えば送信側からの伝送電力が少ない場合には、受信アンテナ６にて受信する電力も少なく、その際の電流の振幅も小さい。一方、伝送電力が増加した場合には、受信アンテナ６にて受信する電力も増加し、その際の電流も増加するためである。すなわち、電流の振幅が最大となる条件において、最も効率よく電力伝送が行われることになる。

以上のように、この実施の形態６によれば、受信アンテナ６の電圧及び電流を検出し、電流の振幅が最大となり、かつ、電圧と電流との位相差が所定の範囲内となるように受信アンテナ６の共振インピーダンスを調整するように構成しても、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。

なお、実施の形態３，４では送信側に共振結合インピーダンス調整部８，８ｂを設けた場合を示し、実施の形態５，６では受信側に共振結合インピーダンス調整部８ｃ，８ｄを設けた場合を示した。それに対して、送信側及び受信側の両方に共振結合インピーダンス調整部８〜８ｄを設けるようにしてもよい。

また、無線電力伝送による伝送システムでは、送信アンテナ５と受信アンテナ６との間の位置関係により電力の伝送状態が変化する。そこで、例えば実施の形態１の構成において、受信側又は送信側に電力の伝送状態を監視するインジケータを設けることで、送信アンテナ５と受信アンテナ６との間の位置関係を、高効率で大電力の伝送状態となるよう調整することができる。この位置関係の最適化機能を付加することで、送信アンテナ５や受信アンテナ６の共振インピーダンス調整機能をなくしてＱ値をより高く設定できるため、共振インピーダンスを制御するタイプの伝送システムに比べ、高効率な電力伝送が可能となる。

また、実施の形態１〜６では、送信アンテナ５及び受信アンテナ６を各々単一のコイルから構成する場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、各コイルを、各々例えば給電用コイル及び共鳴用コイルから構成してもよく、２個以上のコイルで構成するようにしてもよい。

また、実施の形態１〜４において、受信アンテナ６では、対となる送信アンテナ５間の距離や負荷電流・負荷インピーダンスなどによって共振条件が変化する。そこで、受信側に、このような伝送状況の変化に応じて、受信アンテナ６に対して成立させる共振条件を可変とする受信電源回路を追加してもよい。
同様に、実施の形態１，２，５，６において、送信アンテナ５では、対となる受信アンテナ６間の距離や負荷電流・負荷インピーダンスなどによって共振条件が変化する。そこで、送信側に、このような伝送状況の変化に応じて、送信アンテナ５に対して成立させる共振条件を可変とする送信電源回路を追加してもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 送信電源、２ 送受信部、３ 受信電源、４ 反射電力回生回路、５ 送信アンテナ、６ 受信アンテナ、７ 位相差検出機能部、８，８ｂ〜８ｄ 共振結合インピーダンス調整部、４１ ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路、４２ 電圧検出回路、４３ コンデンサ電荷回生回路、７１ 電圧検出部、７２ 電流検出部、７３ 位相差検出部、８１，８１ｂ〜８１ｄ 電圧検出部、８２，８２ｂ〜８２ｄ 電流検出部、８３，８３ｂ〜８３ｄ 振幅制御部、８４，８４ｂ〜８４ｄ 位相制御部、８５，８５ｂ〜８５ｄ 共振インピーダンス調整回路。

Claims (13)

1. 一端に電圧が印加される第１のインダクタ、及び、前記第１のインダクタの他端に接続され、スイッチング動作を行うスイッチング素子を有し、単一周波数の電力を供給する送信電源と、
   前記送信電源に接続されて当該送信電源からの電力を無線伝送する送信アンテナ、及び、前記送信アンテナからの電力を受信する受信アンテナからなる送受信部と、
   前記受信アンテナにより受信された電力を受信する受信電源と、
   前記送信アンテナにおける反射電力を前記送信電源へ回生する機能を有した反射電力回生回路とを備え、
   前記反射電力回生回路は、
   一端が前記第１のインダクタの前記他端に接続され、前記スイッチング素子で発生した電圧により流れた電流をチャージ・ディスチャージするコンデンサと、
   一端が前記コンデンサの他端に接続され、他端が前記第１のインダクタの前記一端に接続された第１の素子、及び、前記コンデンサの他端に当該コンデンサに対して直列に配置された第２のインダクタ及び第２の素子を有し、前記第１の素子は当該第１の素子の前記一端から前記他端への方向のみに電流を流し、前記第２の素子は前記第２のインダクタにおいて前記第１の素子及び前記コンデンサへの方向のみに電流を流すコンデンサ電荷回生回路とを備え、
   直列に配置された前記コンデンサ、前記第２のインダクタ及び前記第２の素子は、前記スイッチング素子に並列接続された
   ことを特徴とする無線電力伝送による伝送システム。
2. 前記反射電力回生回路は、
   前記コンデンサと前記送信電源の前記送信アンテナが接続されたリターンラインとの接続を切替えるＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路と、
   前記スイッチング素子で発生した電圧を検出し、その検出結果に応じて前記ＯＮ／ＯＦＦスイッチ回路を制御する電圧検出回路とを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の無線電力伝送による伝送システム。
3. 前記送信アンテナの電圧及び電流を検出し、当該検出した電圧と電流との位相差を検出する位相差検出機能部を備え、
   前記送信電源は、前記位相差検出機能部により検出された位相差に基づいて、供給する電力を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線電力伝送による伝送システム。
4. 前記送信電源は、前記位相差検出機能部により検出された位相差が閾値以上である場合には供給する電力を大きくし、前記位相差が前記閾値未満である場合には供給する電力を小さくすることを特徴とする請求項３記載の無線電力伝送による伝送システム。
5. 前記送信アンテナの電圧又は／及び電流を検出し、当該検出した電圧又は／及び電流の波形に基づいて前記送受信部の共振結合インピーダンスを調整する共振結合インピーダンス調整部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
6. 前記受信アンテナの伝送状況に応じて前記受信アンテナの共振条件を可変する受信電源回路を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
7. 前記受信アンテナの電圧又は／及び電流を検出し、当該検出した電圧又は／及び電流の波形に基づいて前記送受信部の共振結合インピーダンスを調整する共振結合インピーダンス調整部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
8. 前記送信アンテナの伝送状況に応じて前記送信アンテナの共振条件を可変する送信電源回路を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４または請求項７のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
9. 前記送受信部は、磁界共鳴により無線伝送を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
10. 前記送受信部は、電界共鳴により無線伝送を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
11. 前記送受信部は、電磁誘導により無線伝送を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
12. 前記送信アンテナ及び前記受信アンテナは、各々２個以上のコイルから構成されたことを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載の無線電力伝送による伝送システム。
13. 一端に電圧が印加される第１のインダクタ、及び、前記第１のインダクタの他端に接続され、スイッチング動作を行うスイッチング素子を有し、単一周波数の電力を供給する送信電源と、
    前記送信電源に接続されて当該送信電源からの電力を無線伝送する送信アンテナと、
    前記送信アンテナにおける反射電力を前記送信電源へ回生する機能を有した反射電力回生回路とを備え、
    前記反射電力回生回路は、
    一端が前記第１のインダクタの前記他端に接続され、前記スイッチング素子で発生した電圧により流れた電流をチャージ・ディスチャージするコンデンサと、
    一端が前記コンデンサの他端に接続され、他端が前記第１のインダクタの前記一端に接続された第１の素子、及び、前記コンデンサの他端に当該コンデンサに対して直列に配置された第２のインダクタ及び第２の素子を有し、前記第１の素子は当該第１の素子の前記一端から前記他端への方向のみに電流を流し、前記第２の素子は前記第２のインダクタにおいて前記第１の素子及び前記コンデンサへの方向のみに電流を流すコンデンサ電荷回生回路とを備え、
    直列に配置された前記コンデンサ、前記第２のインダクタ及び前記第２の素子は、前記スイッチング素子に並列接続された
    ことを特徴とする無線電力伝送による送信側伝送装置。

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