JP6120116B2 - 無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、無線で電力を伝送する無線電力伝送システムに関する。

近年、携帯電話機や電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線（非接触）で電力を伝送する無線（非接触）電力伝送技術の開発が進められている。例えば特許文献１は、磁気共振を利用して電力伝送を行う非接触電力伝送システムを開示している。このシステムは、１つの電力送信装置（送電装置と呼ぶ。）と複数の電力受信装置（受電装置と呼ぶ）とを備える。複数の受電装置におけるコイル間の磁気共振を利用することにより、送電装置の電力の到達範囲にない受電装置にも電力を伝送できることが開示されている。特許文献１には、各受電装置が振幅変調などの方法で送電装置にデータを送信できることも開示されている。

特開２０１０−１５４５９２号公報

しかしながら、係る従来技術には、電力伝送中のデータ通信に関し、改善の余地があった。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る送電装置は、
送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置された中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
を有し、
前記中継装置は、
前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する中継側受電アンテナと、
受電された前記送電側交流電力を中継側直流電力に変換する中継側整流器と、
前記中継側直流電力を中継側交流電力に変換する中継側インバータ回路と、
変換された前記中継側交流電力を無線で送電する中継側送電アンテナと、
を有し、
前記受電装置は、
前記中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナを有し、
前記中継装置は、
２値の中継側送信データを、前記中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記送電装置に送信する際、前記中継側受電アンテナが受電した前記送電側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させる中継側振幅変調器と、
前記中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う中継側制御回路と、を有する。

これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、又は、記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一態様によれば、電力伝送中のデータ通信の影響を他の装置に及ぼしにくい無線電力伝送システムを実現できる。

図１は、複数の負荷を備える無線電力伝送システムの一例を示す図である。 図２Ａは、無線電力伝送システムの一例を模式的に示すブロック図である。 図２Ｂは、無線電力伝送システムの他の例を模式的に示すブロック図である。 図３は、振幅変調によるデータの送受信の機能を備えた中継装置２００の構成例（比較例）を示すブロック図である。 図４は、データ送信時の課題を説明するための図である。 図５は、データ受信時の課題を説明するための図である。 図６は、実施形態１における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図７は、直列共振回路の構成を有するアンテナの等価回路の一例を示す図である。 図８Ａは、負荷変調回路２７５の構成例を示す図である。 図８Ｂは、負荷変調回路２７５の他の構成例を示す図である。 図９Ａは、周波数に対する中継側送電アンテナ２４０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示している。 図９Ｂは、位相ずれ量に対する中継側送電アンテナ２４０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示している。 図９Ｃは、デューティ比に対する中継側送電アンテナ２４０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示している。 図９Ｄは、中継側インバータ回路２３０への供給電圧に対する中継側送電アンテナ２４０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示している。 図１０は、中継側インバータ回路２３０の構成例を示す図である。 図１１Ａは、パルス信号の位相差に基づく振幅制御を説明するための図である。 図１１Ｂは、パルス信号の位相差に基づく振幅制御を説明するための図である。 図１２は、中継側インバータ回路２３０の他の構成例を示す図である。 図１３Ａは、デューティ制御を説明するための図である。 図１３Ｂは、デューティ制御を説明するための図である。 図１４は、中継装置２００が送電装置１００に２値のデータを送信する際に行われる動作の一例を示すフローチャートである。 図１５Ａは、送信されるデータ（例えばパケット信号）の一例を示す図である。 図１５Ｂは、図１５Ａに示す２つの破線の間の期間における送信データ、送電アンテナのコイル端電圧の振幅、および位相ずれ量の時間変化を示す図である。 図１６は、実施形態１における各種波形の時間変化の一例を示す図である。 図１７は、実施形態１の変形例を示す図である。 図１８は、実施形態２における無線電力伝送システムの構成を示す図である。 図１９は、実施形態２における動作を模式的に示す図である。 図２０Ａは、実施形態２における負荷変調回路２７５の構成例を示す図である。 図２０Ｂは、負荷変調回路２７５の他の構成例を示す図である。 図２１は、負荷変調回路２７５における容量値と負荷の大きさとの関係を模式的に示すグラフと、負荷の大きさと送電側送電アンテナ１４０に入力される交流電圧の振幅との関係を模式的に示すグラフとを示す図である。 図２２は、実施形態２の変形例を示す図である。 図２３は、実施形態３における複数の中継装置２００を示す図である。 図２４は、データ送信時の制御と、データ受信時の制御との両方を同じタイミングで行うことができないことを説明するための図である。 図２５は、実施形態３における動作の一例を示すフローチャートである。

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

本発明者らは、送電装置と受電装置との間に１つ以上の中継装置を配置して複数の負荷を駆動する多段接続（「カスケード接続」ともいう）の無線電力伝送システムを検討している。そのような無線電力伝送システムは、例えば図１に示すような、複数の負荷（例えばモータ）を備えるロボットアーム等の機器に好適に利用され得る。図１に示されるロボットアームでは、複数の箇所がモータによって回転または移動する。このため、各モータに個別に電力を供給して制御する必要がある。

このような複数の可動部を備える機器では、従来は多数のケーブルによって電源から各負荷に電力が供給されていた。しかし、そのような構成では、ケーブルの引っ掛かりによる事故が発生し易い、可動域が制限される、および部品交換が容易にできない、といった課題があった。そこで、本発明者らは、無線電力伝送を利用して電源から各負荷に給電し、電源からのケーブルを排することを検討した。

図２Ａは、そのような無線電力伝送システムの一例を模式的に示すブロック図である。このシステムでは、電源５０に接続された送電装置１００から、複数の中継装置２００を介して、受電装置３００まで無線で電力が伝送される。複数の中継装置２００および受電装置３００の各々は、負荷４００に接続されており、受け取った電力の一部を負荷４００に供給する。各中継装置２００は、接続された負荷４００に電力を供給するとともに、後段の装置（近接する他の中継装置２００または受電装置３００）に非接触で電力を伝送する。なお、本明細書では、着目する中継装置に対して、送電装置に近い側を「前段」と表現し、受電装置に近い側を「後段」と表現する。

装置間の電力伝送は、送電アンテナと受電アンテナとによって行われる。送電装置１００は送電アンテナを備え、受電装置３００は受電アンテナを備える。各中継装置２００は、受電アンテナおよび送電アンテナの両方を備える。各アンテナは、例えばコイルおよびキャパシタを含む共振回路、または一対の電極を含む回路によって実現され得る。前者は磁界結合による電力伝送に用いられ、後者は電界結合による電力伝送に用いられる。

負荷４００は、モータに限られず、例えばカメラや照明装置などの任意の負荷であり得る。負荷４００は、接続された中継装置２００または受電装置３００からの電力によって駆動される。

図２Ａに示すシステムは、複数の中継装置２００を備えているが、中継装置２００の数は１つであってもよい。図２Ｂは、１つの中継装置２００が送電装置１００と受電装置３００との間に配置された無線電力伝送システムの一例を示している。

以上のような構成により、送電装置１００から、少なくとも１つの中継装置２００を介して、受電装置３００に電力が無線で伝送される。電源５０と複数の負荷４００とを繋ぐケーブルを用いることなく、各負荷４００に個別に電力を供給することができる。

このような無線電力伝送システムにおいて、安全かつ安定した動作を行うためには、送電装置１００、中継装置２００、および受電装置３００の間で情報の伝達を行うことが好ましい。例えば、各負荷４００に供給される電圧または電力の変動を示す情報、または、各負荷４００に異常が発生したときに送電の停止を指示する情報などが、各中継装置２００または受電装置３００から前段の装置に向けて送信され得る。前段の装置は、その情報を受けて、送電する電力の大きさを調整したり送電を停止したりすることができる。そのような情報の送信は、例えば、スイッチデバイスを用いて回路内の負荷の大きさを変動させる負荷変調方式によって行われ得る。負荷を変動させて前段の装置の回路内の電圧の振幅を変化させることにより、情報（データ）を伝達することができる。このような振幅変調によるデータの送信の一例は、例えば特許文献１に開示されている。

しかしながら、本発明者らは、中継装置２００を備える無線電力伝送システムに従来の振幅変調によるデータ通信を適用した場合には、以下の課題が生じることを見出した。この課題を説明するために、まず、中継装置２００の構成および動作の例を説明する。

図３は、振幅変調によるデータの送受信の機能を備えた中継装置２００の構成例（比較例）を示すブロック図である。ここでは、図２Ａに示すように、複数の中継装置２００を備えた無線電力伝送システムを想定する。中継装置２００の数をＮ個（Ｎは２以上の整数）とし、送電装置１００から近い順番に１番目からＮ番目まで順序付けられたＮ個の中継装置２００を考える。図３は、Ｎ個の中継装置２００のうちの、ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置と、ｉ番目の中継装置とを示している。図示されていない他の中継装置についても、これらと同様の構成を有する。

各中継装置２００は、受電アンテナ２１０と、整流器（整流回路）２２０と、インバータ回路２３０と、送電アンテナ２４０とを備えている。受電アンテナ２１０は、前段の装置（送電装置１００または他の中継装置２００）における送電アンテナから送電された交流電力を受電する。整流器２２０は、受電アンテナ２１０によって受電された交流電力を直流電力に変換して出力する。整流器２２０から出力された直流電力の一部は負荷４００に供給され、他の一部はインバータ回路２３０に供給される。インバータ回路２３０は、整流器２２０から出力された直流電力を交流電力に変換して送電アンテナ２４０に供給する。送電アンテナ２４０はその交流電力を後段の装置（近接する他の中継装置２００または受電装置３００）に送電する。インバータ回路２３０は、制御回路２５０と、パルス出力回路２６０とによって制御される。

各中継装置２００は、さらに、前段の装置へのデータ送信のための要素として、２値の送信データに応じて受電アンテナ２１０が受電した交流電力の電圧の振幅を変調させる振幅変調器２７０と、２値の送信データを格納する送信データメモリ２９０とを備える。振幅変調器２７０は、例えば整流器２２０に接続された負荷変調回路２７５内のスイッチデバイスを制御することによって受電アンテナ２１０から出力される交流電力の電圧の振幅を変調させる。この変調の影響が、前段の装置に伝わることで、データが伝達される。

一方、各中継装置２００は、上記のような振幅変調によって後段の装置から伝達されるデータを受信するための要素として、復調器２８０をさらに備える。復調器２８０は、インバータ回路２３０から出力される交流電力の電圧の振幅の変化を検出することによって後段の装置から送信されたデータを読み取る。読み取ったデータは、受信データとして、受信データメモリ２９５に格納される。

このような構成により、各中継装置２００は、前段の装置へのデータの送信と、後段の装置からのデータの受信とを行うことができる。しかし、前段の装置にデータを送信するためにインバータ回路２３０に入力される交流電圧の振幅を変動させると、その影響がインバータ回路２３０から送電アンテナ２４０に出力される交流電力にも及び、復調器２８０が誤ってデータを受信する場合があるという問題が生じる。

図４は、この問題を説明するための図である。図４は、中継装置（例えば、ｉ番目の中継装置）２００から前段へ送信される２値の送信データ、インバータ回路２３０への入力電圧、送電アンテナ２４０への入力電圧、および復調器２８０から出力される受信データの時間変化の一例を示している。ここでは、着目する１つの中継装置２００だけが前段の装置にデータを送信しており、後段の装置からのデータ送信および後段の装置へのデータ送信は行われていない。

送信データの値が０のときは、後述する図８ＡのスイッチをＯＮにした場合であり、送信データの値が１のときは、後述する図８ＡのスイッチをＯＦＦにした場合である。送信データの値が１のときは、送信データの値が０のときと比べて、整流器２２０に入力される交流電力の電圧の振幅が大きくなる。そのため、整流器２２０からインバータ回路２３０に入力される直流電圧の大きさも、送信データの値が１のときの方が０のときよりも大きい。同様に、インバータ回路２３０から送電アンテナ２４０に入力される交流電圧についても、送信データの値が１のときの振幅Ｖａは、送信データの値が０のときの振幅Ｖｂよりも大きい。その結果、復調器２８０は、後段からデータが送信されていないにも関わらず、振幅の変化を検出し、誤ってデータを受信してしまう。

振幅変調器２７０による振幅変調の影響は、後段の中継装置２００および受電装置３００にも伝播する。したがって、上記の混信の問題は、データを送信した中継装置２００だけでなく、後段の他の中継装置２００または受電装置３００でも同様に発生し得る。すなわち、ある中継装置２００が前段の装置にデータを送信している間は、その中継装置２００だけでなく、後段の装置のデータ通信にも影響を及ぼす。

同様の問題は、データ送信時だけでなく、データ受信時にも生じ得る。

図５は、データ受信時における問題を説明するための図である。図５は、ある中継装置（例えば、ｉ番目の中継装置）２００に後段から送られてきた受信データ、当該中継装置２００のインバータ回路２３０への入力電圧、前段の装置における送電アンテナへの入力電圧、および前段の装置における復調器から出力される受信データの時間変化の一例を示している。ここでは、当該中継装置２００はデータの受信のみを行っており、前段の装置へのデータの送信は行っていないものとする。受信データが１のときは、受信データが０のときと比べて、中継装置２００およびその前段の装置の回路内の電圧が総じて大きくなる。したがって、インバータ回路２３０に入力される直流電圧は、受信データが１のときの方が０のときよりも大きい。同様に、前段の装置における送電アンテナに入力される交流電圧についても、受信データが１のときの振幅Ｖｄの方が、受信データが０のときの振幅Ｖｃよりも大きい。

その結果、前段の装置における復調器は、振幅Ｖｄおよび振幅Ｖｃの変動を検出し、同じデータを受信することになる。このような同じデータの受信は、さらに前段の装置でも同様に生じ、結果として前段の他の装置のデータ通信を阻害する。

本発明者らは、データの送信時と受信時に発生する上記２つの課題を見出し、これらの課題を解決するための構成を検討した。その結果、中継装置内において、データ通信に伴う交流電圧の振幅の変動を打ち消す制御を導入することにより、上記２つの課題の少なくとも一方を解決できることを見出した。以下、本開示の各態様を説明する。

本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、
送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置された中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
を有し、
前記中継装置は、
前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する中継側受電アンテナと、
受電された前記送電側交流電力を中継側直流電力に変換する中継側整流器と、
前記中継側直流電力を中継側交流電力に変換する中継側インバータ回路と、
変換された前記中継側交流電力を無線で送電する中継側送電アンテナと、
を有し、
前記受電装置は、
前記中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナを有し、
前記中継装置は、
２値の中継側送信データを、前記中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記送電装置に送信する際、前記中継側受電アンテナが受電した前記送電側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させる中継側振幅変調器と、
前記中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う中継側制御回路と、を有する。

上記態様によれば、
前記中継装置は、
２値の中継側送信データを、前記中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記送電装置に送信する際、前記中継側受電アンテナが受電した前記送電側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させる中継側振幅変調器と、
前記中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う中継側制御回路と、を有する。

これにより、中継側振幅変調器が２値の中継側送信データを送信しているときでも、中継側インバータ回路から出力される中継側交流電力の振幅の変動が殆ど無くなる。このため、図４を参照しながら説明した混信の問題を解決することができる。なお、「差分を無くす」とは、差分を完全にゼロ（０）にすることを意味するのではなく、微差があってもよい。

本開示の他の態様に係る無線電力伝送システムは、
送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置され、前記送電装置から近い順番に１番目からＮ番目まで順序付けられたＮ個（Ｎは２以上の整数）の中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
を有し、
前記Ｎ個の中継装置中の１番目の中継装置は、
前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する１番目の中継側受電アンテナと、
受電された前記送電側交流電力を１番目の中継側直流電力に変換する１番目の中継側整流器と、
前記１番目の中継側直流電力を１番目の中継側交流電力に変換する１番目の中継側インバータ回路と、
変換された前記１番目の中継側交流電力を無線で送電する１番目の中継側送電アンテナと、を有し、
前記Ｎ個の中継装置中のｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
ｉ−１番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記ｉ−１番目の中継側交流電力を受電するｉ番目の中継側受電アンテナと、
受電された前記ｉ−１番目の中継側交流電力をｉ番目の中継側直流電力に変換するｉ番目の中継側整流器と、
前記ｉ番目の中継側直流電力をｉ番目の中継側交流電力に変換するｉ番目の中継側インバータ回路と、
変換された前記ｉ番目の中継側交流電力を無線で送電するｉ番目の中継側送電アンテナと、
を有し、
前記受電装置は、
前記Ｎ番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記Ｎ番目の中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナを有し、
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
２値のｉ番目の中継側送信データを、前記ｉ番目の中継側受電アンテナと前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記ｉ−１番目の中継装置に送信する際、前記ｉ番目の中継側受電アンテナが受電した前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させるｉ番目の中継側振幅変調器と、
前記ｉ番目の中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行うｉ番目の中継側制御回路と、を有する。

上記態様によれば、
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
２値のｉ番目の中継側送信データを、前記ｉ番目の中継側受電アンテナと前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記ｉ−１番目の中継装置に送信する際、前記ｉ番目の中継側受電アンテナが受電した前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させるｉ番目の中継側振幅変調器と、
前記ｉ番目の中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行うｉ番目の中継側制御回路と、を有する。

これにより、複数の中継装置を備える無線電力伝送システムにおいて、ｉ番目の中継側振幅変調器が２値のｉ番目の中継側送信データを送信しているときでも、ｉ番目の中継側インバータ回路から出力される中継側交流電力の振幅の変動が殆ど無くなる。このため、図４を参照しながら説明した混信の問題を解決することができる。

本開示のさらに他の態様に係る無線電力伝送システムは、
送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置された中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、 を有し、
前記中継装置は、
前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する中継側受電アンテナと、
受電された前記送電側交流電力を中継側直流電力に変換する中継側整流器と、
前記中継側直流電力を中継側交流電力に変換する中継側インバータ回路と、
変換された前記中継側交流電力を無線で送電する中継側送電アンテナと、
を有し、
前記受電装置は、
前記中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナと、
前記受電側受電アンテナが受電した前記中継側交流電力を受電側直流電力に変換する受電側整流器と、
前記受電側受電アンテナが受電した前記中継側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させて、前記受電側受電アンテナと前記中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して２値の受電側送信データを前記中継装置に送信する受電側振幅変調器と、を有し、
前記中継装置は、さらに、
前記中継側送電アンテナと接続され、前記中継側送電アンテナに入力された前記中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値の受電側送信データを復調して２値の中継側受信データを受信する中継側復調器と、
前記中継側復調器が受信した前記２値の中継側受信データの符号を反転させ、前記反転された２値の中継側受信データに基づいて、前記中継側振幅変調器を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記中継側直流電力の第２電圧値（ＤＣ２）との差分を無くす制御を行う中継側反転制御回路と、を有する。

上記態様によれば、
前記中継装置は、
前記中継側送電アンテナと接続され、前記中継側送電アンテナに入力された前記中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値の受電側送信データを復調して２値の中継側受信データを受信する中継側復調器と、
前記中継側復調器が受信した前記２値の中継側受信データの符号を反転させ、前記反転された２値の中継側受信データに基づいて、前記中継側振幅変調器を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記中継側直流電力の第２電圧値（ＤＣ２）との差分を無くす制御を行う中継側反転制御回路と、を有する。

これにより、受電側振幅変調器から受電側送信データが送信されているときの、前記中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と第２電圧値（ＤＣ２）との差分を殆ど無くすことができる。このため、図５を参照しながら説明した、前段の装置におけるデータの不要な受信を防ぐことができる。

本開示のさらに他の態様に係る無線電力伝送システムは、
送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置され、前記送電装置から近い順番に１番目からＮ番目まで順序付けられたＮ個（Ｎは２以上の整数）の中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
を有し、
前記Ｎ個の中継装置中の１番目の中継装置は、
前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する１番目の中継側受電アンテナと、
受電された前記送電側交流電力を１番目の中継側直流電力に変換する１番目の中継側整流器と、
前記１番目の中継側直流電力を１番目の中継側交流電力に変換する１番目の中継側インバータ回路と、
変換された前記第１番目の中継側交流電力を無線で送電する１番目の中継側送電アンテナと、を有し、
前記Ｎ個の中継装置中のｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
ｉ−１番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記ｉ−１番目の中継側交流電力を受電するｉ番目の中継側受電アンテナと、
受電された前記ｉ−１番目の中継側交流電力をｉ番目の中継側直流電力に変換するｉ番目の中継側整流器と、
前記ｉ番目の中継側直流電力をｉ番目の中継側交流電力に変換するｉ番目の中継側インバータ回路と、
変換された前記ｉ番目の中継側交流電力を無線で送電するｉ番目の中継側送電アンテナと、
を有し、
前記受電装置は、
前記Ｎ番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記Ｎ番目の中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナと、
前記受電側受電アンテナが受電した前記Ｎ番目の中継側交流電力を受電側直流電力に変換する受電側整流器と、
を有し、
前記１番目の中継装置は、さらに、
前記１番目の中継側受電アンテナが受電した前記送電側交流電力の電圧の振幅を、１番目の第１振幅（Ｖ１）と１番目の第２振幅（Ｖ２）とに変動させて、前記１番目の中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁的結合を介して２値の１番目の中継側送信データを前記送電装置に送信する１番目の中継側振幅変調器を有し、
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、さらに、
前記ｉ番目の中継側受電アンテナが受電した前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、ｉ番目の第１振幅（Ｖ１）とｉ番目の第２振幅（Ｖ２）とに変動させて、前記ｉ番目の中継側受電アンテナと前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナとの電磁的結合を介して２値のｉ番目の中継側送信データを前記ｉ−１番目の中継装置に送信するｉ番目の中継側振幅変調器を有し、
前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、さらに、
前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナと接続され、前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナに入力された前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値のｉ番目の中継側送信データを復調して２値のｉ−１番目の中継側受信データを受信するｉ−１番目の中継側復調器と、
前記ｉ−１番目の中継側復調器が受信した前記２値のｉ−１番目の中継側受信データの符号を反転させ、前記反転された２値のｉ−１番目の中継側受信データに基づいて、前記ｉ−１番目の中継側振幅変調器を用いて、前記ｉ番目の第１振幅（Ｖ１）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と前記ｉ番目の第２振幅（Ｖ２）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第２電圧値（ＤＣ２）との差分を無くす制御を行うｉ−１番目の中継側反転制御回路と、を有する。

上記態様によれば、
前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナと接続され、前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナに入力された前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値のｉ番目の中継側送信データを復調して２値のｉ−１番目の中継側受信データを受信するｉ−１番目の中継側復調器と、
前記ｉ−１番目の中継側復調器が受信した前記２値のｉ−１番目の中継側受信データの符号を反転させ、前記反転された２値のｉ−１番目の中継側受信データに基づいて、前記ｉ−１番目の中継側振幅変調器を用いて、前記ｉ番目の第１振幅（Ｖ１）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と前記ｉ番目の第２振幅（Ｖ２）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第２電圧値（ＤＣ２）との差分を無くす制御を行うｉ−１番目の中継側反転制御回路と、を有する。

これにより、複数の中継装置を備える無線電力伝送システムにおいて、ある中継装置がその後段の装置からデータを受信しているときの、中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と第２電圧値（ＤＣ２）との差分を殆ど無くすことができる。このため、図５を参照しながら説明した、前段の装置におけるデータの不要な受信を防ぐことができる。

以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する構成要素については、同じ参照符号を付している。

なお、本明細書においては、わかり易さのため、送電装置に関する用語については「送電側〜」、中継装置に関する用語については「中継側〜」、受電装置に関する用語については「受電側〜」という表現を用いることがある。「送電側」、「中継側」、「受電側」などの用語は、簡潔化のために省略することもある。

（実施形態１）
図６は、本開示の第１の実施形態における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、中継装置２００と、受電装置３００とを備える。本システムは、図２Ｂに示す構成に対応しており、１つの中継装置２００を備えている。

本実施形態における中継装置２００は、図３を参照して説明した中継装置２００と同様の構成を備えるが、中継側制御回路２５０の動作が前述したものとは異なる。本実施形態における中継側制御回路２５０は、中継側振幅変調器２７０が送電装置１００にデータを送信するとき、中継側インバータ回路２３０から出力される交流電力の電圧の振幅の変動を無くすように、インバータ回路２３０を制御する。これにより、データ送信中でも受電装置３００からデータを正しく受信することができる。

送電装置１００は、外部の直流（ＤＣ）電源５０から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する送電側インバータ回路１３０と、送電側インバータ回路１３０から出力された交流電力を送出する送電側送電アンテナ１４０とを備えている。送電装置１００は、さらに、送電側インバータ回路１３０を駆動するパルス出力回路１６０と、パルス出力回路１６０を制御する送電側制御回路１５０と、中継装置２００から送信されたデータを復調する送電側復調器１８０と、受信データメモリ１９５とを備えている。

中継装置２００は、送電側送電アンテナ１４０と電磁気的に結合し、送電された交流電力（送電側交流電力）を受電する中継側受電アンテナ２４０と、受電された送電側交流電力を直流電力（中継側直流電力）に変換する中継側整流器２２０と、中継側直流電力を交流電力（中継側交流電力）に変換する中継側インバータ回路２３０と、変換された中継側交流電力を無線で送電する中継側送電アンテナ２４０とを有する。中継装置２００は、さらに、受電アンテナ２１０と整流器２２０との間に接続された負荷変調回路２７５と、送信データの値に応じて負荷変調回路２７５の負荷の大きさを変化させる中継側振幅変調器２７０と、送信データを格納する送信データメモリ２９０とを有する。中継装置２００はまた、インバータ回路２３０に含まれる複数のスイッチング素子にパルス信号を供給するパルス出力回路２６０と、パルス出力回路２６０を制御する中継側制御回路２５０と、送電アンテナ２４０に印加される交流電圧の振幅の変化を検出してデータを受信する中継側復調器２８０と、受信データを格納する受信データメモリ２９５とを備えている。

受電装置３００は、中継側送電アンテナ２４０から送られた中継側交流電力を受け取る受電側受電アンテナ３１０と、受電アンテナ３１０が受け取った交流電力を直流電力（受電側直流電力）に変換して出力する受電側整流器３２０とを備えている。受電装置３００は、さらに、受電アンテナ３１０と整流器３２０との間に接続された負荷変調回路３７５と、負荷変調回路３７５を制御して受電アンテナ３１０が受け取った交流電力の振幅を変調させる受電側振幅変調器３７０と、中継装置２００に送るデータを格納する送信データメモリ３９０とを備えている。

送電側送電アンテナ１４０、中継側受電アンテナ２１０、中継側送電アンテナ２４０、および受電側受電アンテナ３１０の各々は、例えばコイルおよびコンデンサを含む共振回路によって実現され得る。図７は、直列共振回路の構成を有するアンテナ１４０、２４０、２１０、３１０の等価回路の一例を示している。図示される例に限らず、各アンテナは並列共振回路の構成を有していてもよい。本明細書において、送電アンテナにおけるコイルを送電コイルと呼び、受電アンテナにおけるコイルを受電コイルと呼ぶことがある。このようなアンテナによれば、送電コイルと受電コイルとの間の誘導結合（即ち磁界結合）によって電力が無線で伝送される。各アンテナは、磁界結合の代わりに電界結合を利用して電力を無線で伝送する構成を備えていてもよい。その場合には、各アンテナは、送電または受電のための２つの電極と、インダクタおよびキャパシタを含む共振回路とを備え得る。電界結合を利用した送電アンテナおよび受電アンテナは、例えば工場内の搬送ロボットのような移動する機器に電力を無線で伝送する場合に好適に利用され得る。

受電装置３００は、例えば、ロボットアームの先端部または監視カメラの回転部などであり得る。送電装置１００は、中継装置２００に無線で電力を供給する装置であり、例えば、ロボットアームの根元側の部分、または監視カメラの固定部に搭載され得る。中継装置２００は、例えば、ロボットアームの根元側の部分と先端部とを繋ぐ部分、または監視カメラの固定部と回転部とを繋ぐ部分であり得る。負荷４００は、例えば、ロボットアームの先端に搭載されたアクチュエータなどのモータを含む機器、または、監視カメラの回転部に搭載されたＣＣＤカメラ等の撮像装置であり得る。負荷４００は、中継側整流器２２０および負荷側整流器３２０に接続され、直流電力によって駆動される。

このような構成により、本実施形態の無線電力伝送システムは、電力を無線で伝送しながら、データを隣接する装置間で通信できる。送信されるデータの種類は、例えば回路内の電力値もしくは電圧値を示す情報、または接続されている負荷からの制御信号もしくは異常を示す信号などがあり得る。送信データは、指令に対する応答信号や画像（映像）データであってもよい。

図８Ａは、負荷変調回路２７５の構成例を示す図である。図示される負荷変調回路２７５は、受電アンテナ２１０と整流器２２０との間に接続されている。負荷変調回路２７５は、受電アンテナ２１０に対して並列に接続された２つのスイッチおよび２つのキャパシタと、２つのキャパシタの間の点とグランドとの間に接続された抵抗器とを含む。負荷変調回路２７５は、振幅変調器２７０からの制御信号に基づき、２つのスイッチの開閉状態を切り替えることにより、負荷変調を行う。より具体的には、２つのスイッチのオンおよびオフの状態を切り替えることによって負荷４００に向かう経路とは別に電流が流れる経路を開いたり閉じたりすることにより、回路全体の負荷の大きさを変化させる。これにより、送電装置１００に情報を伝達することができる。

図６に示す構成例では、負荷変調回路２７５は整流器２２０の前段に配置されているが、整流器２２０の後段に配置されていてもよい。図８Ｂは、そのように配置された負荷変調回路２７５の例を示す図である。この負荷変調回路２７５は、整流器２２０と負荷４００との間に接続されている。負荷変調回路２７５は、整流器２２０に対して並列に接続された抵抗器とスイッチとを含む。振幅変調器２７０からの制御信号に基づき、スイッチのオンおよびオフの状態を切り替えることにより、受電装置全体の負荷を変化させることができる。

図８Ａおよび図８Ｂは中継側振幅変調器２７０および中継側負荷変調回路２７５の構成例を示しているが、受電側振幅変調器３７０および受電側負荷変調回路３７５についても、同様の構成を有する。

送電側インバータ回路１３０および中継側インバータ回路２３０は、供給された直流電力を複数のスイッチング素子を用いて交流電力に変換する。インバータ回路１３０、２３０を制御するために、パルス出力回路１６０、２６０と、制御回路１５０、１６０とがそれぞれ用いられる。送電側制御回路１５０および中継側制御回路２５０は、例えばマイクロコントローラ（マイコン）などの、プロセッサを備えた集積回路によって実現され得る。パルス出力回路１６０、２６０は、例えば公知のゲートドライバによって実現され得る。制御回路１５０、２５０は、他の回路要素と一体化されていてもよい。

送電側制御回路１５０および中継側制御回路２５０は、それぞれ、送電側復調器１８０および中継側復調器２８０が受信したデータの内容に基づき、送電パラメータを調整することにより、パルス出力回路１６０、２６０から各スイッチング素子に入力されるパルス信号を制御する。これにより、インバータ回路１３０、２３０から出力される交流電力の周波数および振幅が適切な値に制御される。

送電パラメータは、各インバータ回路に含まれる複数のスイッチング素子のオン（導通状態）およびオフ（非導通状態）のタイミングを制御するためのパラメータである。送電パラメータには、各スイッチング素子に入力されるパルス信号の周波数、複数のスイッチング素子のうち同時にオンにされる２つのスイッチング素子に入力される２つのパルス信号の間の位相差（位相ずれ量または位相シフト量とも呼ぶ）、または各スイッチング素子に入力されるパルス信号のデューティ比などであり得る。

図９Ａから図９Ｄは、それぞれ、周波数、位相ずれ量、デューティ比、および中継側インバータ回路２３０への供給電圧に対する中継側送電アンテナ２４０のコイルの両端の電圧（コイル端電圧と称することがある。）の振幅の依存性を模式的に示している。図９Ａに示すように、周波数を大きくすると、コイル端電圧の振幅は減少する傾向がある。図９Ｂに示すように、位相ずれ量を０°から１８０°の範囲内で大きくすると、コイル端電圧の振幅は減少する。図９Ｃに示すように、デューティ比を０％から５０％の範囲内で大きくすると、コイル端電圧の振幅は増加する。図９Ｄに示すように、インバータ回路２３０に供給する電圧を増加させると、コイル端電圧の振幅は増加する。したがって、中継側制御回路２５０は、周波数、位相ずれ量、デューティ比、および供給電圧の少なくとも１つを制御パラメータとして、コイル端電圧の振幅を制御できる。なお、インバータ回路２３０に供給する電圧は、中継側整流器２２０と中継側インバータ回路２３０との間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けた場合に制御できる。そのような構成では、中継側制御回路２５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ内のスイッチング素子のスイッチングの周波数を変化させることにより、ＤＣ−ＤＣコンバータから出力される電圧の大きさを調整することができる。

図１０は、中継側インバータ回路２３０の構成例を示す図である。インバータ回路２３０は、パルス出力回路２６０から供給されたパルス信号に応じて導通・非導通の状態を変化させる複数のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を有する。各スイッチング素子の導通・非導通の状態を変化させることにより、入力された直流電力を交流電力に変換することができる。図１０に示す例では、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を含むフルブリッジ型のインバータ回路が用いられている。この例では、各スイッチング素子はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ−ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であるが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの他の種類のスイッチング素子を用いてもよい。

図１０に示す例では、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のうち、スイッチング素子Ｓ１およびＳ４（第１スイッチング素子対）は、供給された直流電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する。一方、スイッチング素子Ｓ２およびＳ３（第２スイッチング素子対）は、供給された直流電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する。パルス出力回路２６０は、制御回路２５０からの指示に従い、４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のゲートにパルス信号を供給する。この際、第１スイッチング素子対（Ｓ１およびＳ４）に供給する２つのパルス信号の位相差、および第２スイッチング素子対（Ｓ２およびＳ３）に供給する２つのパルス信号の位相差を調整することにより、振幅制御を行うことができる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、パルス信号の位相差に基づく振幅制御を説明するための図である。図１１Ａは、スイッチング素子Ｓ１およびＳ４に供給される２つのパルス信号の位相ずれ量φ、およびスイッチング素子Ｓ２およびＳ３に供給される２つのパルス信号の位相ずれ量φが０度の場合の４つのパルス信号およびインバータ回路２３０から出力される電圧Ｖの時間変化を模式的に示している。図１１Ｂは、位相ずれ量φが９０度の場合の各パルス信号および電圧Ｖの時間変化を模式的に示している。スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２に入力されるパルス信号の立上がりおよび立下りのタイミングに対して、スイッチング素子Ｓ３、Ｓ４に入力されるパルス信号の立下がりおよび立上がりのタイミングを時間的にシフトさせることにより、位相ずれ量φが調整される。位相ずれ量φを変化させると、電圧Ｖの出力時間比（１周期のうち、ゼロではない値をとる期間の割合）が変化する。位相ずれ量φが０度に近いほど電圧Ｖａの出力時間比が大きくなり、位相ずれ量φが１８０度に近いほど電圧Ｖａの出力時間比が小さくなる。インバータ回路２３０から出力される電圧Ｖは、不図示の平滑回路を用いて正弦波電圧に変換されて送電アンテナ２４０に供給され得る。その正弦波電圧の振幅は、出力時間比に応じて変化する。よって、位相ずれ量φを変化させることにより、送電アンテナ２４０に入力される交流電圧の振幅を変化させることができる。
後述する図１２のハーフブリッジ型のインバータ回路は、デューティ比を制御する回路である。図１２に対して、図１０のフルブリッジ型のインバータ回路は、位相ずれ量φを制御する回路である。フルブリッジ型のインバータ回路は、ハーフブリッジ型のインバータ回路より、送電アンテナ２４０に入力する交流電力のノイズの発生を低減できる。

図１２は、中継側インバータ回路２３０の他の構成例を示す図である。この例におけるインバータ回路２３０は、ハーフブリッジ型のインバータ回路である。ハーフブリッジ型のインバータ回路を用いる場合には、前述の位相制御は適用できない。この場合には、各スイッチング素子に入力されるパルス信号のデューティ比を制御することによって電圧の振幅を制御できる。

図１２に示すインバータ回路２３０は、２つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と２つのキャパシタとを含むハーフブリッジ型のインバータ回路である。２つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、２つのキャパシタＣ１、Ｃ２とは、並列に接続されている。送電アンテナ２４０の一端は２つのスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２の間の点に接続され、他端は２つのキャパシタＣ１、Ｃ２の間の点に接続されている。

制御回路２５０およびパルス出力回路２６０は、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を交互にオンにするように、パルス信号を各スイッチング素子に供給する。これにより、直流電力が交流電力に変換される。

この例では、パルス信号のデューティ比（即ち、１周期のうち、オンにする期間の割合）を調整することにより、出力電圧Ｖの出力時間比を調整できる。これにより、送電アンテナ２４０に入力される交流電力の電圧の振幅を調整することができる。

図１３Ａおよび図１３Ｂは、デューティ制御を説明するための図である。図１３Ａは、各パルス信号のデューティ比が０．５（５０％）の場合の、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に入力されるパルス信号および出力電圧Ｖの波形の例を示している。図１３Ｂは、各パルス信号のデューティ比が０．２５（２５％）の場合の、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４に入力されるパルス信号および出力電圧Ｖの波形の例を示している。図示されるように、デューティ比を変化させることにより、電圧Ｖの出力時間比（即ち、１周期のうち、ゼロではない値をとる期間の割合）を変化させることができる。これにより、平滑化された送電電圧の振幅も変化させることができる。このようなデューティ比の異なるパルス信号は、例えばＰＷＭ制御回路を含むパルス出力回路２６０によって生成される。デューティ比は、０％から５０％の範囲で調整される。デューティ比が５０％のとき、送電電圧の振幅が最も大きくなり、デューティ比が０％のとき、送電電圧の振幅が最も小さくなる。このようなデューティ制御は、図１０に示すようなフルブリッジ型のインバータ回路を用いた場合も同様に適用できる。

なお、上記の例では、中継側インバータ回路２３０の制御方法を例示したが、同様の制御は、送電側インバータ回路１３０についても同様に適用できる。

次に、本実施形態における制御をより具体的に説明する。

本実施形態における中継側制御回路２５０は、中継側振幅変調器２７０がデータ送信のために振幅を変調させたとき、それに伴う中継側インバータ回路２３０の出力電圧の振幅の変動を抑える制御を行う。より具体的には、中継側制御回路２５０は、中継側振幅変調器２７０が電圧の振幅を２つの値（第１振幅Ｖ１および第２振幅Ｖ２）の間で変化させるタイミングに同期して、使用する制御パラメータの値を変化させる。制御パラメータの値は、第１振幅Ｖ１に対応する中継側交流電力の振幅（第３振幅Ｖ３）と、第２振幅Ｖ２に対応する中継側交流電力の振幅（第４振幅Ｖ４）との差分が０に近くなるように決定される。そのような制御パラメータは、例えば中継側復調器２８０によって検出された電圧値に基づいて決定され得る。

図１４は、中継装置２００が送電装置１００に２値のデータを送信する際に行われる動作の一例を示すフローチャートである。この例では、制御パラメータが位相ずれ量であるものするが、他の制御パラメータを用いる場合も以下の動作は同様である。

まず、中継側制御回路２５０は、データが送信中であるかを判断する（ステップＳ１０１）。データが送信中である場合には、送信データが０であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。送信データが０である場合には、送電コイル端電圧の振幅を測定し（ステップＳ１０３）、測定結果をメモリに保存する（ステップＳ１４）。この測定および保存は、復調器２８０に実行させてもよい。その後、再びステップＳ１０１に戻り、次のデータについて同様の処理を行う。

ステップＳ１０２において、送信データが０ではない、すなわち１である場合、中継側制御回路２５０は、位相ずれ量を所定量だけ変化させ（ステップＳ１０５）、送電コイル端電圧の振幅を測定する（ステップＳ１０６）。そして、測定した送電コイル端電圧の振幅が、送信データが０であったときの振幅に等しいか否かを判断する（ステップＳ１０７）。両者の振幅が等しくない場合、振幅が等しくなるまで位相ずれ量を所定量ずつ変化させる。両者の振幅が等しい場合、そのときの位相ずれ量を示す情報をメモリに保存する。その後、再びステップＳ１０１に戻り、次のデータについて同様の処理を行う。

このように、制御パラメータをメモリに保存することにより、次回以降のデータ送信時には、メモリに保存された値を用いて直ちに振幅が一定となる位相ずれ量の状態に移行することができる。

図１５Ａは、送信されるデータ（例えばパケット信号）の一例を示す図である。図１５Ｂは、図１５Ａに示す２つの破線の間の期間における送信データ、送電アンテナのコイル端電圧の振幅、および位相ずれ量の時間変化を示す図である。送信データが０から１に変化するとき、電圧の振幅が変化する。制御回路２５０は、この変化を小さくするように、図１４に示す動作によって位相ずれ量を調整する。これにより、送信データが１のときの振幅を、送信データが０のときの振幅に一致させる。そのときの位相ずれ量をメモリに保存することで、次回以降はメモリに格納された値を参照して位相ずれ量を変更できる。このような動作により、電圧の振幅を一定にする制御に必要な時間を短縮できる。

図１６は、本実施形態における各種波形の時間変化の一例を示す図である。図１６は、中継装置２００から前段へ送信される２値の送信データ、インバータ回路２３０への入力電圧、位相ずれ量、送電アンテナ２４０への入力電圧、および復調器２８０から出力される受信データの時間変化の一例を示している。ここでは、着目する１つの中継装置２００だけが前段の装置にデータを送信しており、後段の装置からのデータ送信および後段の装置へのデータ送信は行われていない。送信データの値が１のときは、送信データの値が０のときと比べて、整流器２２０に入力される交流電力の電圧の振幅が大きくなる。そのため、整流器２２０からインバータ回路２３０に入力される直流電圧の大きさも、送信データの値が１のときの方が０のときよりも大きい。そこで、本実施形態における中継側制御回路２５０は、位相ずれ量を送信データの変化に同期して変化させることにより、インバータ回路２３０から送電アンテナ２４０に入力される交流電圧の振幅の変化を打ち消す。これにより、復調器２８０がデータを誤って受信することを防ぐことができる。このように、本実施形態の制御によれば、図４を参照して説明した混信の問題を解決できる。

なお、本実施形態では、中継装置２００の数が１つであるが、送電装置１００と受電装置３００との間に複数の中継装置２００を配置してもよい。

図１７は、複数の中継装置２００を備える無線電力伝送システムの一例を示す図である。図１７には、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の中継装置のうちのｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置とｉ番目の中継装置とが例示されている。各中継装置２００は、図３に示す中継装置２００の構成と同じである。また、図１７には示されていない送電装置１００および受電装置３００は、図３に示すものと同じ構成を有する。

各中継装置２００における中継側制御回路２５０は、前述のように、データ送信時に電圧の振幅の変動を打ち消す制御を行う。これにより、ある中継装置２００からのデータ送信の影響が後段の他の中継装置または受電装置３００に伝播することを回避することができる。

（実施形態２）
図１８は、実施形態２における無線電力伝送システムの構成を示す図である。本実施形態における無線電力伝送システムは、図３に示す構成と同様、送電装置１００と、１つの中継装置２００と、受電装置３００とを備える。本実施形態では、中継装置２００が、受信データに基づいて中継側振幅変調器２７０を制御する反転制御回路２９８を備えている点で実施形態１とは異なる。反転制御回路２９８を設けることにより、図５を参照しながら説明したデータ受信時の課題を解決することができる。

本実施形態では、受電側振幅変調器３７０は、受電側受電アンテナ３１０が受電した交流電力（受電側交流電力）の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させる。これにより、受電側受電アンテナ３１０と中継側送電アンテナ２４０との電磁気的結合を介して２値の送信データ（受電側送信データ）を中継装置２００に送信する。中継側復調器２８０は、中継側送電アンテナ２４０に入力された中継側交流電力の電圧の変化に基づいて上記２値の受電側送信データを復調して２値の中継側受信データを受信する。ここで、受信データは、送信データを復調することによって生成されるデータであり、受信データメモリ２９５に保存される。

中継側反転制御回路２９８は、中継側復調器２８０が受信した２値の中継側受信データの符号を反転させ、反転された２値の中継側受信データに基づいて、中継側振幅変調器２７０に電圧の振幅を変調させる。より具体的には、上記第１振幅（Ｖ１）に対応する中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と第２振幅（Ｖ２）に対応する中継側直流電力の第２電圧値（ＤＣ２）との差分を無くす制御を行う。これにより、受電装置３００からのデータの受信に伴う電圧の変動が打ち消される。

図１９は、本実施形態における上記動作を模式的に示す図である。図１９は、中継装置２００に受電装置３００から送られてきた受信データ、反転制御回路２９８から振幅変調器２７０に送られる反転変調信号、中継装置２００のインバータ回路２３０への入力電圧、送電装置１００における送電アンテナ１４０への入力電圧、および送電装置１００における復調器１８０から出力される受信データの時間変化の一例を示している。ここでは、中継装置２００はデータの受信のみを行っており、データ送信を行っていない。受信データが１のときは、受信データが０のときと比べて、中継装置２００および送電装置１００の回路内の電圧が大きくなる。そこで、反転制御回路２９８は、中継側振幅変調器２７０に受信データを反転した反転変調信号を送る。中継側振幅変調器２７０は、反転変調信号を受けて、負荷変調回路２７５を制御する。これにより、インバータ回路２３０に入力される直流電圧の変動が打ち消される。その結果、送電装置１００における送電アンテナ１４０に入力される交流電圧の振幅の変動も打ち消される。したがって、送電側復調器１８０が中継側受信データと同様のデータを受信することを回避できる。

以下、振幅変調器２７０および負荷変調回路２７５による制御をより具体的に説明する。

図２０Ａは、本実施形態における負荷変調回路２７５の構成例を示す図である。この負荷変調回路２７５は、中継側受電アンテナ２１０と中継側整流器２２０との間に接続され、複数のコンデンサおよび複数のスイッチを含む。振幅変調器２７０は、反転変調信号に基づき、振幅を打ち消すために、適切な負荷変調レベルを実現するスイッチの組み合わせを決定する。反転変調信号は、これらのスイッチのオン、オフを指示する制御信号である。

図２０Ｂは、負荷変調回路２７５の他の構成例を示す図である。この負荷変調回路２７５は、可変容量を用いて負荷変調レベルを調整することができる。振幅変調器２７０は、反転変調信号に基づき、負荷を打ち消すために、可変容量の容量値を適切な値に制御する。この例では、反転変調信号は、可変容量の容量値と、どのスイッチをオンにするかを指示する信号である。

図２１は、これらの負荷変調回路２７５における容量値と負荷の大きさとの関係を模式的に示すグラフと、負荷の大きさと送電側送電アンテナ１４０に入力される交流電圧の振幅との関係を模式的に示すグラフとを示している。図示されるように、容量値が大きいほど負荷の大きさは大きくなり、負荷の大きさが大きいほど送電側送電アンテナ１４０に入力される交流電圧の振幅は小さくなる。そこで、反転制御回路２９８は、受電装置３００における負荷変調に伴う電圧の振幅の変化を相殺するように、振幅変調回路２７０に指示する。指示があると、受信データが１のときは負荷の値を相対的に大きくするか、受信データが０のときは負荷の値を相対的に小さくするかのいずれか、もしくは両方により、電圧の振幅の変化を相殺する。なお、図２１の下の図は指示する前の状態を示す図である。

以上の動作により、中継装置２００は、受電装置３００から振幅変調によってデータが送信された場合に、その影響を前段の送電装置１００に及ぼすことを回避できる。これにより、データ通信の独立性を保つことができる。

なお、本実施形態では反転制御回路２９８、振幅変調器２７０、および中継側制御回路２５０をそれぞれ別個の要素としているが、これらを１つの回路（例えばマイコン）によって実現してもよい。また、これらの少なくとも一部が中継装置２００の外部の装置に設けられていてもよい。

本実施形態においても、送電装置１００と受電装置３００との間に複数の中継装置２００を配置してもよい。図２２は、複数の中継装置２００を備える無線電力伝送システムの一例を示す図である。図２２には、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の中継装置のうちのｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置とｉ番目の中継装置とが例示されている。各中継装置２００は、図１８に示す中継装置２００の構成と同じである。また、図２２には示されていない送電装置１００および受電装置３００は、図１８に示すものと同じ構成を有する。

各中継装置２００における反転制御回路２９８は、前述のように、データ受信時に電圧の振幅の変動を打ち消す制御を行う。これにより、ある中継装置２００へのデータ送信の影響が前段の他の中継装置または送電装置１００に伝播することを回避することができる。

（実施形態３）
図２３は、実施形態３における複数の中継装置２００を示す図である。本実施形態における中継装置２００は、実施形態１におけるデータ送信時の制御と、実施形態２におけるデータ受信時の制御の両方を行う点で、実施形態１、２と異なっている。

図２３に示すように、本実施形態における中継装置２００は、反転制御回路２９８を備え、実施形態２において説明した受信データに基づく反転制御を行う。さらに、中継側制御回路２５０が、実施形態１において説明した送信データに基づくインバータ回路２３０の制御を併せて行う。両方の制御を行うことにより、データ送信時およびデータ受信時の双方において、他の装置への影響を抑えることができる。このため、図４、５を参照して説明した２つの課題の両方を解決することができる。

本実施形態における中継装置２００は、データ送信時の制御と、データ受信時の制御とを両方行うが、両方を同じタイミングで行うことはできない。図２４はこの課題を説明するための図である。図２４（Ａ）に示すように、受電装置３００から中継装置２００にデータＡが送信されると、中継装置２００は、実施形態２で説明した振幅変調器２７０を用いた制御を行うため、前段の中継装置にデータを送信することができない。また、中継装置２００がデータＢを前段の中継装置に送信すると、実施形態１で説明したインバータ回路２３０を用いた制御を行うため、受電装置から当該中継装置２００にデータを送信することができない。

そこで、本実施形態における中継側制御回路２５０は、中継側振幅変調器２７０に２値の送信データの送信開始を指示するタイミング制御信号を送信し、中継側振幅変調器２７０が送信データを送信する送信期間と、中継側復調器２８０が受信データを受信する受信期間とをオーバーラップさせない制御を行う。

本実施形態では、前段へのデータ送信よりも後段からのデータ受信を優先するタイミング制御を行う。これは、電力を安定的に伝送するために、受電側からの情報がより重要であるためである。例えば、図２４（Ｂ）に示すように、中継装置２００がデータＢを送信している最中に後段の装置（受電装置３００または他の中継装置２００）からのデータＡの送信が生じた場合には、データＢの送信を中断する。また、後段の装置からデータＡが送信されている最中にデータＢの送信を行う場合には、データＡの送信が完了するまでデータＢの送信を保留する。

図２５は、本実施形態における動作の一例を示すフローチャートである。まず中継側制御回路２５０は、前段の装置へのデータの送信を準備する（ステップＳ３０１）。このとき、後段の装置からデータを受信しているか否かを判断する（ステップＳ３０２）。データ受信中である場合は、受信が完了するまで待機する（ステップＳ３０３）。受信中でない場合は、前段の装置への送信を開始する（ステップＳ３０４）。中継側制御回路２５０は、送信中に後段の装置からデータを受信したか否かを逐次判断する（ステップＳ３０５）。データを受信した場合は、送信を中断し、受信が完了するまで待機する（ステップＳ３０６）。データを受信していない場合は、送信をそのまま継続し、完了する。

以上の動作により、データ送信とデータ受信との混信を防ぐとともに、後段からのデータ受信を優先した好適な通信を実現することができる。

以上のように、本開示は、以下の項目に記載の無線電力伝送システムおよび送電装置を含む。

［項目１］
送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置された中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
を有し、
前記中継装置は、
前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する中継側受電アンテナと、
受電された前記送電側交流電力を中継側直流電力に変換する中継側整流器と、
前記中継側直流電力を中継側交流電力に変換する中継側インバータ回路と、
変換された前記中継側交流電力を無線で送電する中継側送電アンテナと、
を有し、
前記受電装置は、
前記中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナを有し、
前記中継装置は、
２値の中継側送信データを、前記中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記送電装置に送信する際、前記中継側受電アンテナが受電した前記送電側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させる中継側振幅変調器と、
前記中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う中継側制御回路と、を有する、
無線電力伝送システム。

［項目２］
前記２値の中継側送信データは、前記中継側直流電力の電力値を表した送信データである、
項目１に記載の無線電力伝送システム。

［項目３］
前記受電装置は、
前記受電側受電アンテナが受電した前記中継側交流電力を受電側直流電力に変換する受電側整流器と、
２値の受電側送信データを前記受電側受電アンテナと前記中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記中継装置に送信する受電側振幅変調器と、を有し、
前記送電装置は、
前記送電側送電アンテナと接続され、前記送電側送電アンテナに入力された前記送電側交流電力の電圧の変化に基づき前記２値の中継側送信データを復調する送電側復調器を有する、
項目１または２に記載の無線電力伝送システム。

［項目４］
前記２値の受電側送信データは、前記受電側直流電力の電力値を表す送信データである、
項目３に記載の無線電力伝送システム。

［項目５］
送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置され、前記送電装置から近い順番に１番目からＮ番目まで順序付けられたＮ個（Ｎは２以上の整数）の中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
を有し、
前記Ｎ個の中継装置中の１番目の中継装置は、
前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する１番目の中継側受電アンテナと、
受電された前記送電側交流電力を１番目の中継側直流電力に変換する１番目の中継側整流器と、
前記１番目の中継側直流電力を１番目の中継側交流電力に変換する１番目の中継側インバータ回路と、
変換された前記１番目の中継側交流電力を無線で送電する１番目の中継側送電アンテナと、を有し、
前記Ｎ個の中継装置中のｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
ｉ−１番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記ｉ−１番目の中継側交流電力を受電するｉ番目の中継側受電アンテナと、
受電された前記ｉ−１番目の中継側交流電力をｉ番目の中継側直流電力に変換するｉ番目の中継側整流器と、
前記ｉ番目の中継側直流電力をｉ番目の中継側交流電力に変換するｉ番目の中継側インバータ回路と、
変換された前記ｉ番目の中継側交流電力を無線で送電するｉ番目の中継側送電アンテナと、
を有し、
前記受電装置は、
前記Ｎ番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記Ｎ番目の中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナを有し、
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
２値のｉ番目の中継側送信データを、前記ｉ番目の中継側受電アンテナと前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記ｉ−１番目の中継装置に送信する際、前記ｉ番目の中継側受電アンテナが受電した前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させるｉ番目の中継側振幅変調器と、
前記ｉ番目の中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行うｉ番目の中継側制御回路と、を有する、
無線電力伝送システム。

［項目６］
前記２値のｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側送信データは、前記ｉ番目の中継側直流電力の電力値を表した送信データである、
項目５に記載の無線電力伝送システム。

［項目７］
前記受電装置は、
前記受電側受電アンテナが受電したＮ番目の中継側交流電力を受電側直流電力に変換する受電側整流器と、
２値の受電側送信データを、前記受電側受電アンテナと前記Ｎ番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記Ｎ番目の中継装置に送信する受電側振幅変調器と、を有し、
前記Ｎ番目の中継装置は、
前記Ｎ番目の中継側送電アンテナと接続され、前記Ｎ番目の中継側送電アンテナに入力された前記Ｎ番目の中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値の受電側送信データを復調するＮ番目の中継側復調器を有し、
前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナと接続され、前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナに入力された前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値のｉ番目の中継側送信データを復調するｉ−１番目の中継側復調器を有する、
項目５または６に記載の無線電力伝送システム。

［項目８］
前記２値の受電側送信データは、前記受電側直流電力の電力値を表す送信データである、
項目７に記載の無線電力伝送システム。

［項目９］
前記１番目の中継装置は、
２値の１番目の中継側送信データを前記１番目の中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記送電装置に送信する際、前記１番目の中継側受電アンテナが受電した前記１番目の中継側直流電力の電圧の振幅を、第５振幅（Ｖ５）と第６振幅（Ｖ６）とに変動させる１番目の中継側振幅変調器と、
前記１番目の中継側インバータ回路を用いて、前記第５振幅（Ｖ５）に対応する前記１番目の中継側交流電力の第７振幅（Ｖ７）と前記第６振幅（Ｖ６）に対応する前記１番目の中継側交流電力の第８振幅（Ｖ８）との差分を無くす制御を行う１番目の中継側制御回路と、をさらに有し、
前記送電装置は、
前記送電側送電アンテナに接続され、前記送電側送電アンテナに入力された前記送電側交流電力の電圧に基づいて前記２値の１番目の中継側送信データを復調する送電側復調器を有する、
項目５から８のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。

［項目１０］
前記２値の１番目の中継側送信データは、前記１番目の中継側直流電力の電力値を表す送信データである、
項目９に記載の無線電力伝送システム。

［項目１１］
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側振幅変調器は、
前記ｉ番目の中継側整流器から出力される前記ｉ番目の中継側直流電力の電力値を検知し、前記ｉ番目の中継側直流電力の電力値を表す２値のｉ番目の中継側送信データを、前記ｉ番目の中継側受電アンテナと前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記ｉ−１番目の中継装置に送信することによって、前記ｉ番目の中継側受電アンテナが受電した前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第９振幅（Ｗ９）と第１０振幅（Ｗ１０）とに変動させ、
前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側復調器は、前記ｉ番目の中継装置から送信された前記２値のｉ番目の中継側送信データを復調し、復調された前記２値のｉ番目の中継側送信データに基づいて２値のｉ−１番目の中継側受信データを受信し、
前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
前記ｉ−１番目の中継側復調器が受信した前記２値のｉ−１番目の中継側受信データの符号を反転させ、反転された前記２値のｉ−１番目の中継側受信データに基づいて、前記ｉ−１番目の中継側振幅変調器を用いて、前記第９振幅（Ｗ９）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と前記第１０振幅（Ｗ１０）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第２電圧値（ＤＣ２）との差分を無くす制御を行うｉ−１番目の中継側反転制御回路を有し、
前記受電側振幅変調器は、前記受電側整流器から出力される前記受電側直流電力の電力値を検知し、前記受電側直流電力の電力値を表す２値の受電側送信データを、前記受電側受電アンテナと前記Ｎ番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記Ｎ番目の中継装置に送信することによって、前記受電側受電アンテナが受電した前記Ｎ番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第１１振幅（Ｗ１１）と第１２振幅（Ｗ１２）とに変動させ、
前記Ｎ番目の中継側復調器は、前記受電装置から送信された前記２値の受電側送信データを復調し、復調された前記２値の受電側送信データに基づいて２値のＮ番目の中継側受信データを受信し、
前記Ｎ番目の中継装置は、
前記Ｎ番目の中継側復調器が受信した前記２値のＮ番目の中継側受信データの符号を反転させ、反転された前記２値のＮ番目の中継側受信データに基づいて、前記Ｎ番目の中継側振幅変調器を用いて、前記第１１振幅（Ｗ１１）に対応する前記Ｎ番目の中継側直流電力の第３電圧値（ＤＣ３）と前記第１２振幅（Ｗ１２）に対応する前記Ｎ番目の中継側直流電力の第４電圧値（ＤＣ４）との差分を無くす制御を行うＮ番目の中継側反転制御回路を有し、
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、前記ｉ番目の中継側振幅変調器に前記２値のｉ番目の中継側送信データの送信開始を指示する第１のタイミング制御信号を送信し、前記ｉ番目の中継側振幅変調器が前記ｉ番目の中継側送信データを送信する送信期間と前記ｉ番目の中継側復調器が前記２値のｉ番目の中継側受信データを受信する受信期間とをオーバーラップさせない制御を行う、
項目７または８に記載の無線電力伝送システム。

上記態様によれば、図４を参照して説明した、データ送信時の混信の問題と、図５を参照して説明した、データ受信時の混信の問題とを両方解決することができる。

［項目１２］
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、
前記ｉ番目の中継側振幅変調器が前記２値のｉ番目の中継側送信データを送信している最中に、前記ｉ番目の中継側復調器が前記ｉ番目の中継側受信データの受信を行う場合、前記ｉ番目の中継側振幅変調器による前記２値のｉ番目の中継側送信データの送信を中断させ、前記ｉ番目の中継側受信データの生成を優先させる、
項目１１に記載の無線電力伝送システム。

［項目１３］
前記ｉ番目の中継側制御回路は、
前記２値のｉ番目の中継側受信データの受信を終了すると、前記ｉ番目の受電側振幅変調器による前記ｉ番目の中継側送信データの送信を再開させる、
項目１２に記載の無線電力伝送システム。

［項目１４］
メモリを備え、
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、
前記ｉ番目の中継側インバータ回路を用いて、前記ｉ番目の中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記ｉ番目の中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行った場合に、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分に対応する制御パラメータを前記メモリに保存し、 次に前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行うときに、前記メモリに保存された前記制御パラメータを用いて、前記ｉ番目の中継側インバータ回路を制御する、
項目５から１３のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。

［項目１５］
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側インバータ回路は、４つのスイッチング素子を有し、
前記４つのスイッチング素子は、供給された前記ｉ番目の中継側直流電力の電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第１スイッチング素子対と、前記第１直流電力の電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第２スイッチング素子対とを含み、
前記ｉ番目の中継側制御回路は、前記４つのスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を供給し、
前記第１スイッチング素子対に供給される２つのパルス信号の位相差、および前記第２スイッチング素子対に供給される２つのパルス信号の位相差を調整することにより、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う、
項目５から１４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。

［項目１６］
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、前記ｉ番目の中継側インバータ回路から出力される前記ｉ番目の中継側交流電力の周波数を変化させることにより、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う、
項目５から１４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。

［項目１７］
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を供給し、
前記パルス信号のデューティ比を調整することにより、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う、
項目５から１４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。

本開示の技術は、例えば、監視カメラ、ロボットなど、電力供給とともにデータを伝送する必要がある機器に利用可能である。

５０ 直流（ＤＣ）電源
１００ 送電装置
１３０ 送電側インバータ回路
１４０ 送電側送電アンテナ
１５０ 送電側制御回路
１６０ パルス出力回路
１８０ 送電側復調器
１９５ 受信データメモリ
２００ 中継装置
２１０ 中継側受電アンテナ
２２０ 中継側整流器
２３０ 中継側インバータ回路
２４０ 中継側送電アンテナ
２５０ 中継側制御回路
２６０ パルス出力回路２６０
２７０ 中継側振幅変調器
２７５ 中継側負荷変調回路
２８０ 復調器
２９０ 送信データメモリ
２９５ 受信データメモリ
２９８ 反転制御回路
３００ 受電装置
３１０ 受電側受電アンテナ
３２０ 受電側整流器
３７０ 受電側振幅変調器
３７５ 受電側負荷変調回路
３９０ 送信データメモリ
４００ 負荷

Claims (17)

1. 送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置された中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
   前記送電装置は、
   外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
   変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
   を有し、
   前記中継装置は、
   前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する中継側受電アンテナと、
   受電された前記送電側交流電力を中継側直流電力に変換する中継側整流器と、
   前記中継側直流電力を中継側交流電力に変換する中継側インバータ回路と、
   変換された前記中継側交流電力を無線で送電する中継側送電アンテナと、
   を有し、
   前記受電装置は、
   前記中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナを有し、
   前記中継装置は、
   ２値の中継側送信データを、前記中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記送電装置に送信する際、前記中継側受電アンテナが受電した前記送電側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させる中継側振幅変調器と、
   前記中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う中継側制御回路と、を有する、
   無線電力伝送システム。
2. 前記２値の中継側送信データは、前記中継側直流電力の電力値を表した送信データである、
   請求項１に記載の無線電力伝送システム。
3. 前記受電装置は、
   前記受電側受電アンテナが受電した前記中継側交流電力を受電側直流電力に変換する受電側整流器と、
   ２値の受電側送信データを前記受電側受電アンテナと前記中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記中継装置に送信する受電側振幅変調器と、を有し、
   前記送電装置は、
   前記送電側送電アンテナと接続され、前記送電側送電アンテナに入力された前記送電側交流電力の電圧の変化に基づき前記２値の中継側送信データを復調する送電側復調器を有する、
   請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
4. 前記２値の受電側送信データは、前記受電側直流電力の電力値を表す送信データである、
   請求項３に記載の無線電力伝送システム。
5. 送電装置と、受電装置と、前記送電装置と前記受電装置の間に配置され、前記送電装置から近い順番に１番目からＮ番目まで順序付けられたＮ個（Ｎは２以上の整数）の中継装置と、を備えた無線電力伝送システムであって、
   前記送電装置は、
   外部電源から供給される送電側直流電力を送電側交流電力に変換する送電側インバータ回路と、
   変換された前記送電側交流電力を無線で送電する送電側送電アンテナと、
   を有し、
   前記Ｎ個の中継装置中の１番目の中継装置は、
   前記送電側送電アンテナと電磁気的に結合し、送電された前記送電側交流電力を受電する１番目の中継側受電アンテナと、
   受電された前記送電側交流電力を１番目の中継側直流電力に変換する１番目の中継側整流器と、
   前記１番目の中継側直流電力を１番目の中継側交流電力に変換する１番目の中継側インバータ回路と、
   変換された前記１番目の中継側交流電力を無線で送電する１番目の中継側送電アンテナと、を有し、
   前記Ｎ個の中継装置中のｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
   ｉ−１番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記ｉ−１番目の中継側交流電力を受電するｉ番目の中継側受電アンテナと、
   受電された前記ｉ−１番目の中継側交流電力をｉ番目の中継側直流電力に変換するｉ番目の中継側整流器と、
   前記ｉ番目の中継側直流電力をｉ番目の中継側交流電力に変換するｉ番目の中継側インバータ回路と、
   変換された前記ｉ番目の中継側交流電力を無線で送電するｉ番目の中継側送電アンテナと、
   を有し、
   前記受電装置は、
   前記Ｎ番目の中継側送電アンテナと電磁気的に結合し、前記Ｎ番目の中継側交流電力を受電する受電側受電アンテナを有し、
   前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
   ２値のｉ番目の中継側送信データを、前記ｉ番目の中継側受電アンテナと前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記ｉ−１番目の中継装置に送信する際、前記ｉ番目の中継側受電アンテナが受電した前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第１振幅（Ｖ１）と第２振幅（Ｖ２）とに変動させるｉ番目の中継側振幅変調器と、
   前記ｉ番目の中継側インバータ回路を用いて、前記第１振幅（Ｖ１）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記第２振幅（Ｖ２）に対応する前記ｉ番目の中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行うｉ番目の中継側制御回路と、を有する、
   無線電力伝送システム。
6. 前記２値のｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側送信データは、前記ｉ番目の中継側直流電力の電力値を表した送信データである、
   請求項５に記載の無線電力伝送システム。
7. 前記受電装置は、
   前記受電側受電アンテナが受電したＮ番目の中継側交流電力を受電側直流電力に変換する受電側整流器と、
   ２値の受電側送信データを、前記受電側受電アンテナと前記Ｎ番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記Ｎ番目の中継装置に送信する受電側振幅変調器と、を有し、
   前記Ｎ番目の中継装置は、
   前記Ｎ番目の中継側送電アンテナと接続され、前記Ｎ番目の中継側送電アンテナに入力された前記Ｎ番目の中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値の受電側送信データを復調するＮ番目の中継側復調器を有し、
   前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
   前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナと接続され、前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナに入力された前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の変化に基づいて前記２値のｉ番目の中継側送信データを復調するｉ−１番目の中継側復調器を有する、
   請求項５または６に記載の無線電力伝送システム。
8. 前記２値の受電側送信データは、前記受電側直流電力の電力値を表す送信データである、
   請求項７に記載の無線電力伝送システム。
9. 前記１番目の中継装置は、
   ２値の１番目の中継側送信データを前記１番目の中継側受電アンテナと前記送電側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記送電装置に送信する際、前記１番目の中継側受電アンテナが受電した前記１番目の中継側直流電力の電圧の振幅を、第５振幅（Ｖ５）と第６振幅（Ｖ６）とに変動させる１番目の中継側振幅変調器と、
   前記１番目の中継側インバータ回路を用いて、前記第５振幅（Ｖ５）に対応する前記１番目の中継側交流電力の第７振幅（Ｖ７）と前記第６振幅（Ｖ６）に対応する前記１番目の中継側交流電力の第８振幅（Ｖ８）との差分を無くす制御を行う１番目の中継側制御回路と、をさらに有し、
   前記送電装置は、
   前記送電側送電アンテナに接続され、前記送電側送電アンテナに入力された前記送電側交流電力の電圧に基づいて前記２値の１番目の中継側送信データを復調する送電側復調器を有する、
   請求項５から８のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
10. 前記２値の１番目の中継側送信データは、前記１番目の中継側直流電力の電力値を表す送信データである、
    請求項９に記載の無線電力伝送システム。
11. 前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側振幅変調器は、
    前記ｉ番目の中継側整流器から出力される前記ｉ番目の中継側直流電力の電力値を検知し、前記ｉ番目の中継側直流電力の電力値を表す２値のｉ番目の中継側送信データを、前記ｉ番目の中継側受電アンテナと前記ｉ−１番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記ｉ−１番目の中継装置に送信することによって、前記ｉ番目の中継側受電アンテナが受電した前記ｉ−１番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第９振幅（Ｗ９）と第１０振幅（Ｗ１０）とに変動させ、
    前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側復調器は、前記ｉ番目の中継装置から送信された前記２値のｉ番目の中継側送信データを復調し、復調された前記２値のｉ番目の中継側送信データに基づいて２値のｉ−１番目の中継側受信データを受信し、
    前記ｉ−１番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継装置は、
    前記ｉ−１番目の中継側復調器が受信した前記２値のｉ−１番目の中継側受信データの符号を反転させ、反転された前記２値のｉ−１番目の中継側受信データに基づいて、前記ｉ−１番目の中継側振幅変調器を用いて、前記第９振幅（Ｗ９）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第１電圧値（ＤＣ１）と前記第１０振幅（Ｗ１０）に対応する前記ｉ−１番目の中継側直流電力の第２電圧値（ＤＣ２）との差分を無くす制御を行うｉ−１番目の中継側反転制御回路を有し、
    前記受電側振幅変調器は、前記受電側整流器から出力される前記受電側直流電力の電力値を検知し、前記受電側直流電力の電力値を表す２値の受電側送信データを、前記受電側受電アンテナと前記Ｎ番目の中継側送電アンテナとの電磁気的結合を介して前記Ｎ番目の中継装置に送信することによって、前記受電側受電アンテナが受電した前記Ｎ番目の中継側交流電力の電圧の振幅を、第１１振幅（Ｗ１１）と第１２振幅（Ｗ１２）とに変動させ、
    前記Ｎ番目の中継側復調器は、前記受電装置から送信された前記２値の受電側送信データを復調し、復調された前記２値の受電側送信データに基づいて２値のＮ番目の中継側受信データを受信し、
    前記Ｎ番目の中継装置は、
    前記Ｎ番目の中継側復調器が受信した前記２値のＮ番目の中継側受信データの符号を反転させ、反転された前記２値のＮ番目の中継側受信データに基づいて、前記Ｎ番目の中継側振幅変調器を用いて、前記第１１振幅（Ｗ１１）に対応する前記Ｎ番目の中継側直流電力の第３電圧値（ＤＣ３）と前記第１２振幅（Ｗ１２）に対応する前記Ｎ番目の中継側直流電力の第４電圧値（ＤＣ４）との差分を無くす制御を行うＮ番目の中継側反転制御回路を有し、
    前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、前記ｉ番目の中継側振幅変調器に前記２値のｉ番目の中継側送信データの送信開始を指示する第１のタイミング制御信号を送信し、前記ｉ番目の中継側振幅変調器が前記ｉ番目の中継側送信データを送信する送信期間と前記ｉ番目の中継側復調器が前記２値のｉ番目の中継側受信データを受信する受信期間とをオーバーラップさせない制御を行う、
    請求項７または８に記載の無線電力伝送システム。
12. 前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、
    前記ｉ番目の中継側振幅変調器が前記２値のｉ番目の中継側送信データを送信している最中に、前記ｉ番目の中継側復調器が前記ｉ番目の中継側受信データの受信を行う場合、前記ｉ番目の中継側振幅変調器による前記２値のｉ番目の中継側送信データの送信を中断させ、前記ｉ番目の中継側受信データの生成を優先させる、
    請求項１１に記載の無線電力伝送システム。
13. 前記ｉ番目の中継側制御回路は、
    前記２値のｉ番目の中継側受信データの受信を終了すると、前記ｉ番目の受電側振幅変調器による前記ｉ番目の中継側送信データの送信を再開させる、
    請求項１２に記載の無線電力伝送システム。
14. メモリを備え、
    前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、
    前記ｉ番目の中継側インバータ回路を用いて、前記ｉ番目の中継側交流電力の第３振幅（Ｖ３）と前記ｉ番目の中継側交流電力の第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行った場合に、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分に対応する制御パラメータを前記メモリに保存し、
    次に前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行うときに、前記メモリに保存された前記制御パラメータを用いて、前記ｉ番目の中継側インバータ回路を制御する、
    請求項５から１３のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
15. 前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側インバータ回路は、４つのスイッチング素子を有し、
    前記４つのスイッチング素子は、供給された前記ｉ番目の中継側直流電力の電圧と同じ極性の電圧を導通時に出力する第１スイッチング素子対と、前記ｉ番目の中継側直流電力の電圧と逆の極性の電圧を導通時に出力する第２スイッチング素子対とを含み、
    前記ｉ番目の中継側制御回路は、前記４つのスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を供給し、
    前記第１スイッチング素子対に供給される２つのパルス信号の位相差、および前記第２スイッチング素子対に供給される２つのパルス信号の位相差を調整することにより、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う、
    請求項５から１４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
16. 前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、前記ｉ番目の中継側インバータ回路から出力される前記ｉ番目の中継側交流電力の周波数を変化させることにより、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う、
    請求項５から１４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
17. 前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
    前記ｉ番目（ｉ＝２〜Ｎ）の中継側制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通および非導通の状態を切り替えるパルス信号を供給し、
    前記パルス信号のデューティ比を調整することにより、前記第３振幅（Ｖ３）と前記第４振幅（Ｖ４）との差分を無くす制御を行う、
    請求項５から１４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。

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