JP6525775B2

JP6525775B2 - 送電装置及びその制御方法

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Description

本発明は、無線電力伝送技術に関する。

従来、無線で電力を送信する送電装置と、送電装置から供給された電力を受電する受電装置とを含む無線電力伝送システムが知られている。無線電力伝送方式においては送電装置の電源から供給される電源電圧と、受電装置が接続される負荷で必要とされる電源電圧に応じてＤＣ／ＤＣ変換器等の低損失の電圧変換器が用いられる。

特許文献１には、受電装置において整流された電圧から負荷に必要な電圧に変更するためにＤＣ／ＤＣ変換器が配置された構成が開示されている。また、送電装置においてはＡＣ電源から整流された直流電圧をスイッチング電源に供給している。この場合、スイッチング電源の電圧源として必要な直流電圧がＡＣ電源から整流された電圧と異なる場合、スイッチング電源内にＤＣ／ＤＣ変換器に代表される電圧変換器が必要である。

ここで、受電装置に接続された負荷が消費する電力が変化すると、受電側のＤＣ／ＤＣ変換器の入力インピーダンスが変化する。これにより、受電装置の整流器の入力インピーダンスも変化する。無線電力伝送方式が磁界や電界の共鳴方式である場合、高い伝送効率を維持するためには受電側の入力インピーダンスが変化した場合、送電側の出力インピーダンスも変更しなければならない。送電装置の出力インピーダンスを変更するためには簡易的には入力側のスイッチング電源に供給される直流電圧を変更すればよく、例えば出力電圧可変のＤＣ／ＤＣ変換器を用いて変更すればよい。

特開２００９−２２８３９６号公報

従来、出力電圧可変のＤＣ／ＤＣ変換器を用いた送電装置において、例えば受電装置の負荷が変化した場合に、ＤＣ／ＤＣ変換器の変換効率が低下し、システム全体としての効率が低下する、という問題がある。

そこで、本発明は、例えば、受電装置の負荷が変化する場合における、無線電力伝送の効率低下を低減することを目的とする。

本発明の一側面によれば、直流電圧を別の直流電圧に変換する変換器と、前記変換器から出力される出力電圧に基づいて、受電装置に無線で電力を伝送する送電アンテナと、前記受電装置の消費電力の情報を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づき、前記変換器を制御する制御手段と、を有し、前記変換器は、前記変換器に入力される入力電圧と前記出力電圧の差が所定の値以内である場合の変換効率が、前記入力電圧と前記出力電圧の差が前記所定の値より大きい場合の変換効率よりも小さくなる変換器であり、前記制御手段は、前記取得手段により取得された前記受電装置の消費電力の情報と、前記入力電圧と等しい電圧を含む所定範囲の情報とに基づいて、前記出力電圧が前記所定範囲に含まれない電圧となるように、前記変換器を制御することを特徴とする送電装置が提供される。

本発明によれば、例えば、受電装置の負荷が変化する場合における、無線電力伝送の効率低下を低減できる。

実施形態における無線電力伝送システムの構成図。実施形態における送電装置の制御処理を説明するフローチャート。実施形態における送電装置の制御処理を説明するフローチャート。電圧Ｖａに対する最高効率の例を示すグラフ。図４の無線電力伝送部のみの効率と図８のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の効率を合成した図。図４の無線電力伝送部のみの効率と図７の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の効率を合成した図。昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器の固定された出力電圧に対する入力電圧と変換効率を示す図。昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器の固定された入力電圧に対する出力電圧と変換効率を示す図。送電装置と受電装置とで損失増大範囲が重複しない場合の実施形態を説明する図。第３実施形態における送電装置の制御処理を説明するフローチャート。第３実施形態における送電装置の制御処理を説明するフローチャート。第３実施形態における送電装置の制御処理を説明するフローチャート。送電装置と受電装置とで損失増大範囲が一部重複する場合の実施形態を説明する図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

（第１実施形態）
本実施形態に係る無線電力伝送を行う無線電力伝送システムを図１に示す。なお、本実施形態に係る無線電力伝送システムは、磁界共鳴方式を用いて無線電力伝送を行うものとする。磁界共鳴方式は送電装置の共振器（共鳴素子）と、受電装置の共振器（共鳴素子）との間の磁場の共鳴（共振）による結合によって電力を無線伝送する方式である。なお、本実施形態において、磁界共鳴方式を用いた無線電力伝送システムを例にして説明するが、無線電力伝送方式（非接触電力伝送方法）はこれに限るものではなく、電磁誘導、電界共鳴を利用した電力伝送方式を用いてもよい。

図１において、電源１００は、送電装置１１０に対して、交流又は直流の電力を供給する。送電装置１１０は、出力電圧可変のＤＣ／ＤＣ変換器１１３を含む。ＤＣ／ＤＣ変換器１１３はその出力電圧をスイッチング回路１１４に供給する。通信部１１５は、受電装置１２０から、受電装置１２０に接続された負荷１３０の消費電力の情報を受信する。制御部であるＣＰＵ１１２は、受信した消費電力の情報に基づき、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の目標出力電圧を決定し、決定した目標出力電圧の値を、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３に指示する。記憶部であるメモリ１１６は、例えば、負荷１３０の消費電力と目標出力電圧との対応関係を記憶する。ＣＰＵ１１２は、その対応関係を参照して目標出力電圧を決定することができる。なお、電源１００から供給される電力が交流である場合には、直流を得るために整流器が必要になるが、ここでは図示を省略している。

受電装置１２０に対して無線電力伝送を行うための送電アンテナ１１１は、駆動部であるスイッチング回路１１４によって駆動される。スイッチング回路１１４で交流変換された電力は、送電アンテナ１１１から受電アンテナ１２１に無線伝送される。送電アンテナ１１１、受電アンテナ１２１においては、共振コンデンサや整合回路、フィルタ回路等が必要な場合があるが、ここでは図示を省略している。

受電装置１２０において、整流器１２２は、受電アンテナ１２１で受電された交流電力（受電電力）を整流し、直流に変換する。整流器１２２から出力された電力の直流電圧は、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３により負荷１３０に必要な電圧に変換される。受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の出力には電流検出器１２４が接続されている。電流検出器１２４は、負荷１３０に流入する電流量を検出する。ＣＰＵ１２６は、検出した電流量に基づき、負荷１３０で消費される電力を算出する。ＣＰＵ１２６は、算出された負荷１３０の消費電力の情報を通信フォーマットに変換し、通信部１２５を介して送電装置１１０へフィードバックする。

通信部１１５と通信部１２５の通信方式に特に限定はない。無線電波による方法や、光通信、誘導電磁波による方法等を用いることができる。また、送電アンテナ１１１、受電アンテナ１２１を介して行う通信でもよい。さらに、送電装置１１０が負荷１３０で消費される電力を別の信号等から検出してもよい。例えば、負荷１３０がモータ等のアクチュエータであり、その制御信号から負荷１３０で消費される電力を予測してもよい。

受電装置の負荷１３０の消費電力が変化した場合、高い伝送効率を維持するためには、その消費電力の変化に応じて送電装置１１０のスイッチング回路１１４に供給される直流電圧（即ち、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の出力電圧Ｖａ）を変更する必要がある。これにより、送電装置１１０の出力インピーダンス（以下「出力Ｚ」という。）が変更され、送受電アンテナのインピーダンスＺ_ＡＴ、Ｚ_ＡＲの影響を受け、受電装置の入力インピーダンス（以下「入力Ｚ」という。）が変化し、受電装置１２０の整流電圧（即ち、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の入力電圧Ｖｂ）が変化する。このように、送電装置１１０のスイッチング回路１１４の直流電圧を変更することで送電装置の出力Ｚと受電装置の入力Ｚを調整する。これにより、アンテナのインピーダンスとの整合条件を合わせることが可能となり、無線電力伝送の伝送効率を維持することができる。

送電装置１１０においては、出力Ｚを調整するため、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の出力電圧Ｖａを変更する。ＤＣ／ＤＣ変換器１１３には、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器が使用されうる。昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器は、目標出力電圧が入力電圧より高い場合は昇圧変換を、目標出力電圧が入力電圧以下の場合は降圧変換を行うように構成される。同じく、受電装置においても、整流器によって整流された直流電圧が負荷に必要な電圧より大きい時と小さい時がある場合、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器が使用される。

図７に、一般的な昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器の固定された出力電圧に対する入力電圧と変換効率を示す。また、図８に、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器の固定された入力電圧に対する出力電圧と変換効率を示す。図７，図８に示されるように、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器においては、入力電圧と出力電圧とが近い場合に変換効率が低下する。これは、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器内において入力が出力より小さい場合に動作する昇圧変換部と、入力が出力より大きい場合に動作する降圧変換部の両方が動作し、両方の変換損失が加算されるためである。以後、この変換損失が大きい電圧範囲を「損失増大範囲」という。無線電力伝送システムの伝送効率をなるべく高くしようとする場合、送電装置や受電装置に含まれるＤＣ／ＤＣ変換器の効率も重要になる。

共鳴方式の無線電力伝送システムにおいて、高い伝送効率を維持するためには、送電装置の出力Ｚと受電装置の入力Ｚが密接に関連し、受電装置に接続される負荷に応じて、送電装置のＤＣ／ＤＣ変換器等の直流電源による電圧調整が必要となる。受電装置においては送電装置の送電電圧や負荷電力によって決定される整流電圧を負荷に必要な電圧に変更するためのＤＣ／ＤＣ変換器が必要となる。送電装置又は受電装置の少なくとも一方のＤＣ／ＤＣ変換器が昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器であり、送電装置のＤＣ／ＤＣ変換器で出力電圧を調整した場合を考える。この場合、送電装置の出力電圧又は受電装置の入力電圧、またはその両方が損失増大範囲に入ってしまう場合がある。このような場合、送受電装置のアンテナ間の伝送効率を維持するため、アンテナの整合条件に合わせるように、送電装置もしくは受電装置、又はその両方のＤＣ／ＤＣ変換器の変換効率が低下し、システム全体としての効率が低下する。本実施形態では、このようなシステム全体としての効率の低下を防止する構成を提示する。

電源１００の出力が２４Ｖの直流であり、スイッチング回路１１４の電源可変範囲が５〜５０Ｖであり、ＣＰＵ１１２が可変ＤＣ／ＤＣ変換器１１３を制御する場合、図８に示されるように、出力電圧が２４Ｖ付近（図では２１〜２６Ｖ）で効率が低下する。一方、図４は、送電装置１１０と受電装置１２０との間の無線電力伝送部のみの電圧Ｖａに対する最高効率の例を示すグラフである。ここでの効率は送電装置１１０のスイッチング回路１１４、送電アンテナ１１１と受電アンテナ１２１との間の伝送効率、受電装置１２０の整流器１２２の効率を含み、その他の制御のための電力による損失も含むものとする。無線電力伝送部のみの最高効率となる場合のインピーダンスは送受電のＤＣ／ＤＣ変換器の効率が安定した範囲であればほぼ一定になる。また、最高効率になるインピーダンス付近ではインピーダンスのずれによる効率の変化は小さい。ＣＰＵ１１２はメモリ１１６内にＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲を記憶している。負荷１３０の消費電力に基づいた電圧ｖａの設定値（目標出力電圧）が損失増大範囲になると予測される場合、目標出力電圧を２１Ｖ未満又は２６Ｖより大きい値に設定する。例えば電圧Ｖａの設定値が２２Ｖになると予測される場合、２０．９Ｖに設定する。ここで最高効率になるインピーダンスが４０Ωとすると、２２Ｖに設定すべき電圧を２０．９Ｖに設定することで４０×（２２／２０．９）^２＝４４．３Ωになる。このときの無線電力伝送部のみの効率低下がＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲の効率低下より小さければ、２０．９Ｖに設定する。さらに電圧Ｖａの設定値が２３Ｖになると予測される場合に２０．９Ｖに設定するとインピーダンスは４０×（２３／２０．９）^２＝４８．４Ωになり、インピーダンスのずれが大きくなる分、無線電力伝送部の効率は低下する。この場合でも無線電力伝送部のみの効率低下がＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲の効率低下より小さければ、２０．９Ｖに設定する。電圧Ｖａの設定値が２４Ｖになると予測される場合には、２０．９ＶではなくＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲を超えた２６．１Ｖに設定する。これにより、インピーダンスは４０×（２４／２６．１）^２＝３６．７Ωになり、インピーダンスのずれを小さくすることが可能となる。

ここで、出力電圧を２０．９Ｖか２６．１Ｖに設定するかを決定する情報は予めメモリ１１６に記憶させておいてもよい。また、出力電圧を２０．９Ｖに設定した場合の送電電力と２６．１Ｖに設定した場合の送電電力を比較し、小さい方、すなわち伝送効率が高い方に設定してもよい。

図５は、図４の無線電力伝送部のみの効率と図８のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の効率を合成した図であり、点線は従来例の最高効率、実線は本発明の最高効率を示している。図示のように、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲において効率が改善される。

図２に本実施形態における送電装置の制御処理のフローチャートを示す。このフローチャートに対応するプログラムは例えばメモリ１１６に格納され、ＣＰＵ１１２によって実行される。本実施形態においては無線電力伝送の送電の前に予め負荷１３０の消費電力と最高効率になる時の電圧Ｖａ、すなわちＤＣ／ＤＣ変換器１１３の出力電圧の関係を測定し、メモリ１１６に記憶しておく必要がある（Ｓ２０１）。さらに送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲もメモリ１１６に記憶しておく（Ｓ２０２）。送電開始後（Ｓ２０３）、負荷１３０の消費電力の情報を取得する（Ｓ２０４）。具体的には、例えば、受電装置１２０の電流検出器１２４が負荷１３０の消費電力を検出し、ＣＰＵ１２６が、検出された負荷１３０の消費電力の情報を、通信部１２５を介して送信する。送電装置１１０は通信部１１５を介してこの情報を受信する。こうしてＣＰＵ１１２は負荷の消費電力の情報を取得することができる。負荷１３０の消費電力が０でなければ（Ｓ２０９でＮｏ）、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の目標出力電圧が決定される（S２０５）。

決定された目標出力電圧がＤＣ／ＤＣ変換器１１３の入力電圧と等しい電圧を含む所定範囲外（即ち損失増大範囲内）にある場合（Ｓ２０６でＹｅｓ）、そのままその電圧を出力する（Ｓ２０８）。決定された目標出力電圧がＤＣ／ＤＣ変換器１１３の所定範囲内（即ち損失増大範囲外）の場合（Ｓ２０６でＮｏ）、目標出力電圧を、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３における電圧の変換効率を向上させるような上記所定範囲外の値に補正する（Ｓ２０７）。具体的には、例えば、目標出力電圧を損失増大範囲外で最高効率になる電圧（２０．９Ｖまたは２６．１Ｖ）に補正する。その後、目標出力電圧を出力する（Ｓ２０８）。以上の消費電力の検出（S２０４）から目標出力電圧の出力（Ｓ２０８）までを繰り返し行い、消費電力が０になったら（Ｓ２０９でＹｅｓ）、処理を終了する。

本実施形態では、説明のため電源１００の出力を２４Ｖ、スイッチング回路１１４の電源可変範囲を５〜５０Ｖと設定したが、本発明はＤＣ／ＤＣ変換器１１３の特定の入出力電圧に限定されるものではない。また、入力電力を直流に限定するものでもない。また、図８は一般的な昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器の変換効率を模式的に示したものである。このため、図８に示した変換効率や損失増大範囲はＤＣ／ＤＣ変換器の例示的な値にすぎず、その値に本発明が限定されるものではない。また、上述の例では、入力電圧を２４Ｖ、損失増大範囲外で最高効率になる電圧を２０．９Ｖ又は２６．１Ｖであるとしたが、これらの値も例示的な値にすぎず、これらの具体的な値に本発明が限定されるものではない。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る無線電力伝送システムの構成は第１実施形態と同様であり、図１を援用する。一般的に、電圧Ｖａと電圧Ｖｂは、スイッチング方式や送電アンテナ１１１，受電アンテナ１２１の巻数や伝送損失、整流回路の損失、負荷の消費電力等の影響があり、必ずしも等しくならない。ここで、送電アンテナと受電アンテナとの間が固定されている条件下で受電装置１２０の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の入力電圧である電圧Ｖｂが変化するのは、負荷の消費電力の変化と送電装置１１０の電圧Ｖａの変更のみである。

ここで、回路構成によるが、送電装置１１０の電圧ＶａのインピーダンスをＺ_Ａ、受電装置１２０の電圧ＶｂのインピーダンスをＺ_Ｂとし、これらが比例関係にある場合、以下の式（１）が成り立つ。

Ｚ_Ｂ＝αＺ_Ａ（αは定数）（１）

ここで、ある消費電力における最高伝送効率が電圧Ｖａによって変化しないとすれば、
Ｖｂ^２／Ｚ_Ｂ＝βＶａ^２／Ｚ_Ａ（βは定数）（２）
である。（２）式に（１）式を代入し、整理すると、次式が得られる。

Ｖｂ^２＝αβＶａ^２（３）

Ｖｂ，Ｖａとも正であるため、Ｖｂは次式で表される。
Ｖｂ＝√（αβ）Ｖａ（４）

受電装置１２０の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の入力電圧Ｖｂは送電装置１１０のスイッチング回路１１４の入力電圧Ｖａと比例関係になる。実際にはα，βは無線電力伝送の効率が影響し、Ｖａ，Ｖｂの値の関数となるが、影響が小さいものとして、ここでは無視している。

受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３が昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器であり、負荷１３０の消費電力の情報から電圧Ｖａの設定を行う場合、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３が損失増大範囲になってしまう場合の設定条件は、（４）式によって予め特定可能である。この場合においては、図７のような昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器の出力電圧における入力電圧の損失増大範囲が電圧Ｖａの設定によって起こる範囲を送電装置１１０のメモリ１１６に記憶する。ＣＰＵ１１２は、受電装置の電圧Ｖｂが損失増大範囲に入らないように設定する。例えば、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の出力電圧が２４Ｖであり、所定の割合√（αβ）＝０．８の場合を考える。この場合、電圧Ｖｂにおける損失増大範囲が２１〜２６Ｖであれば、移動した損失増大範囲（第２所定範囲）は、２１÷０．８＝２６．２５Ｖ〜２６÷０．８＝３２．５Ｖとなる。そこで、電圧Ｖａを２１÷０．８＝２６．２５Ｖ未満に設定するか、２６÷０．８＝３２．５Ｖより大きい電圧に設定する。ここで出力電圧を２６．２５Ｖ未満（ここでは２６．２Ｖ）か３２．５Ｖより大きい値（ここでは３２．６Ｖ）に設定するかは予めメモリ１１６に記憶させておいてもよい。あるいは、出力電圧を２６．２Ｖに設定した場合の送電電力と３２．６Ｖに設定した場合の送電電力を比較し、小さい方、すなわち効率が高い方に設定してもよい。

図６は、図４の無線電力伝送部のみの効率と図７の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の効率を合成した図であり、点線は従来例の最高効率、実線は本発明の最高効率を示している。同図において、横軸は送電装置１１０の電圧Ｖａであるため、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲は２６．２５〜３２．５Ｖになっている。図示のとおり、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲において本発明によって効率が改善される。

図３に本実施形態における送電装置の制御処理のフローチャートを示す。このフローチャートに対応するプログラムは例えばメモリ１１６に格納され、ＣＰＵ１１２によって実行される。本実施形態においては無線電力伝送の送電の前に予め負荷１３０の消費電力と無線電力伝送部が最高効率になる時の電圧Ｖａ、電圧Ｖｂの関係を記憶しておく必要がある（Ｓ３０１）。さらに電圧Ｖｂが受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲になる時の送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の出力電圧（電圧Ｖａ）もメモリ１１６に記憶しておく（Ｓ３０２）。送電開始後（Ｓ３０３）、負荷１３０の消費電力の情報を取得する（Ｓ３０４）。具体的には、例えば、受電装置１２０の電流検出器１２４が負荷１３０の消費電力を検出し、ＣＰＵ１２６が、検出された負荷１３９の消費電力の情報を、通信部１２５を介して送信する。送電装置１１０は通信部１１５を介してこの情報を受信する。こうしてＣＰＵ１１２は負荷の消費電力の情報を取得することができる。負荷１３０の消費電力が０でなければ（Ｓ３０９でＮｏ）、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の目標出力電圧が決定される（Ｓ３０５）。上記のように電圧Ｖａによって決定される電圧Ｖｂが受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲内になるときの電圧Ｖａの範囲が、Ｓ３０２でメモリ１１６に記憶されている。目標出力電圧がこの記憶された損失増大範囲外であれば（Ｓ３０６でＹｅｓ）、そのままその電圧を出力する（Ｓ３０８）。目標出力電圧が当該損失増大範囲外であれば（Ｓ３０６でＮｏ）、目標出力電圧を、電圧Ｖｂが損失増大範囲外で最高効率になる電圧（例えば２６．２Ｖ又は３２．６Ｖ）に補正し（Ｓ３０７）、補正後の目標出力電圧を出力する（Ｓ３０８）。
以上の消費電力の検出（Ｓ３０４）から目標出力電圧の出力（Ｓ３０８）までを繰り返し行い、消費電力が０になったら（Ｓ３０９でＹｅｓ）、処理を終了する。

本実施形態では、説明のため負荷の電源電圧を２４Ｖとしたが、本発明は受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の特定の出力電圧に限定されるものではない。また、図７は一般的な昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器の変換効率を模式的に示したものである。このため、図７に示した変換効率や損失増大範囲はＤＣ／ＤＣ変換器の例示的な値であり、その値に本発明が限定されるものではない。また、上述の例では、出力電圧を２４Ｖ、損失増大範囲外で最高効率になる電圧を２６．２Ｖ又は３２．６Ｖとしたが、これらの値も例示的な値にすぎず、これらの具体的な値に本発明が限定されるものではない。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る無線電力伝送システムの構成も、第１実施形態と同様であり、図１を援用する。本実施形態においては、送電装置１１０と受電装置１２０の両方に昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器が用いられる。まず最初に、送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲と受電装置１２０の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲が重複しない例を示す。

図９に送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３と受電装置１２０のＤＣ／ＤＣ変換器１２３の効率と無線電力伝送部を含む全体の効率を示す。細実線は送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の効率、細点線は受電装置１２０の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の効率を示す。太点線は従来例の全体効率を示し、太実線は本発明を用いた場合の全体効率を示している。本実施形態で送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３と受電装置１２０の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲が電圧Ｖａに換算した電圧の範囲が重ならない場合においては、実施形態１と実施形態２を組み合わせる。これによってＤＣ／ＤＣ変換器の損失増大範囲における効率低下を低減できる。

図１０〜１２は、本実施形態における送電装置の制御処理を説明するフローチャートである。本実施形態においては、無線電力伝送の送電の前に予め負荷１３０の消費電力と無線電力伝送部が最高効率になる時の電圧Ｖａ、電圧Ｖｂの関係を記憶しておく必要がある（Ｓ１００１）。また、送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲Ｒ１と、受電装置１２０の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の電圧Ｖｂが損失増大範囲内になるときの電圧Ｖａの範囲もメモリ１１６に記憶しておく（Ｓ１００３）。ここで送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３と受電装置１２０と受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲が分離しているかを判断し（Ｓ１００４）、その後、送電を開始する（Ｓ１００５）。

図１１において、Ｓ１００５〜Ｓ１００８の処理内容は実施形態１，２と同様であるので省略する（例えば、図２のＳ２０４，Ｓ２０９，Ｓ２０５）。ＤＣ／ＤＣ変換器１１３と受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲が分離可能か判断する（Ｓ１００９）。分離可能な場合、実施形態１又は２と同等の判断で、各ＤＣ／ＤＣ変換器の損失増大範囲を避けて電圧Ｖａを設定し、各ＤＣ／ＤＣ変換器での損失を低減する。

図１３に、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲と、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲が一部重複する場合の、各ＤＣ／ＤＣ変換器の効率と無線電力伝送部を含む全体の効率を示す。細実線は送電装置１１０のＤＣ／ＤＣ変換器１１３の効率、細点線は受電装置１２０の受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の効率を示す。太点線は従来例の全体効率を示し、太実線は本発明を用いた場合の全体効率を示している。本実施形態においては目標出力電圧がＤＣ／ＤＣ変換器１１３又は受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲内になったとき、少なくともいずれか一方の損失増大範囲外で最高効率となるように目標出力電圧を設定する。

図１３においては、２１〜２６ＶがＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲であり、２４．９５〜３２．６Ｖが受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲である。具体的には目標出力電圧を２０．９Ｖに設定した場合の伝送効率が、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲に電圧を設定した場合の伝送効率より大きい範囲、図では２１．０〜２４．０Ｖでは、２０．９Ｖに設定をする。２４．０〜２４．９５ＶではＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲ではあるが、目標出力電圧をそのまま設定する。２４．９５〜２６．１Ｖでは、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３，受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の両方の損失増大範囲が重なって全体としての効率が著しく低下する。目標出力電圧がこの範囲の前半２４．９５〜２５．５Ｖの場合には目標出力電圧２４．９５Ｖを２４．９５Ｖに設定する。後半２５．５〜２６．１Ｖにおいては、目標出力電圧２４．９５Ｖを２６．１Ｖに設定（補正）する。この間においては、目標出力電圧が実際に設定される電圧に近いため、インピーダンスのずれが小さく、無線電力伝送のインピーダンスのずれによる効率低下が小さい。２６．１〜２８．９Ｖにおいては、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲ではあるが、目標出力電圧をそのまま設定する。２８．９〜３２．６Ｖにおいては、目標出力電圧を３２．６Ｖに設定した場合の伝送効率が、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲に電圧を設定した場合の伝送効率より大きい範囲であり、目標出力電圧を３２．６Ｖに補正する。

図１２において、目標出力電圧が、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲Ｒ１と、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲を電圧Ｖａに換算した範囲Ｒ２のどちらか一方の範囲内の場合（Ｓ１０１７でＮｏ）、次のように選択する。

図１３で説明したように、２４．０〜２４．９５Ｖにおいては、ＤＣ／ＤＣ変換器１１３の損失増大範囲ではあるが、目標出力電圧をそのまま設定する。同様に、２６．１〜２８．９Ｖにおいては、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲ではあるが、目標出力電圧をそのまま設定する。この範囲においては、どちらか一方の損失増大範囲外であり、どちらか一方の損失増大範囲外で最大効率になる電圧を選択した結果、目標出力電圧をそのまま設定している。また、２４．９５〜２６．１Ｖにおいても、目標出力電圧２４．９５Ｖも２６．１Ｖも、各ＤＣ／ＤＣ変換器のどちらか一方の損失増大範囲外で選択された最大効率になる電圧である。さらに、２０．９〜２４．０Ｖで目標出力電圧に設定される２０．９Ｖや、２８．９〜３２．６Ｖにおいて目標出力電圧に設定される３２．６Ｖは、ともにＲ１，Ｒ２の範囲外である。よって、目標出力電圧を少なくともどちらか一方の損失増大範囲外で選択された最大効率になる電圧に設定していることになる（Ｓ１０１８）。以上のように設定された電圧を目標出力電圧として出力し（Ｓ１０１９）、再び負荷の消費電力を測定する（Ｓ１００６）。

以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態では、送電装置１１０のスイッチング回路の直流電圧をＤＣ／ＤＣ変換器で調整する例を示したが、かわりに、定電圧回路の切り換えや可変トランスを用いてもよい。この場合においても、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の損失増大範囲を避けて入力電圧を設定することは可能である。さらに、インピーダンス変換回路等の設定を変更し、受電側ＤＣ／ＤＣ変換器１２３の入力電圧が変化する場合も同様に、損失増大範囲を避けて入力電圧を設定することも可能である。

（他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１００：電源、１１０：送電装置、１１１：送電アンテナ、１１２：ＣＰＵ、１１３：ＤＣ／ＤＣ変換器、１１４：スイッチング回路、１１５：通信部、１１６：メモリ、１２０：受電装置、１２１：受電アンテナ、１２２：整流器、１２３：ＤＣ／ＤＣ変換器、１２４：電流検出器、１２５：通信部、１２６：ＣＰＵ、１３０：負荷

Claims

直流電圧を別の直流電圧に変換する変換器と、
前記変換器から出力される出力電圧に基づいて、受電装置に無線で電力を伝送する送電アンテナと、
前記受電装置の消費電力の情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づき、前記変換器を制御する制御手段と、を有し、
前記変換器は、前記変換器に入力される入力電圧と前記出力電圧の差が所定の値以内である場合の変換効率が、前記入力電圧と前記出力電圧の差が前記所定の値より大きい場合の変換効率よりも小さくなる変換器であり、
前記制御手段は、前記取得手段により取得された前記受電装置の消費電力の情報と、前記入力電圧と等しい電圧を含む所定範囲の情報とに基づいて、前記出力電圧が前記所定範囲に含まれない電圧となるように、前記変換器を制御することを特徴とする送電装置。
前記制御手段は、前記取得手段により取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づいて、前記変換器の目標出力電圧を決定し、決定した目標出力電圧が前記所定範囲に含まれる電圧である場合、決定した目標出力電圧を前記所定範囲に含まれない電圧に補正し、補正した目標出力電圧で出力するように前記変換器を制御することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
前記変換器は、前記制御手段が補正した前記目標出力電圧が前記入力電圧より高い場合は昇圧変換を行う昇圧変換手段と、前記制御手段が補正した前記目標出力電圧が前記入力電圧以下の場合は降圧変換を行う降圧変換手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の送電装置。
前記受電装置の消費電力と目標出力電圧との対応関係を記憶する記憶手段を更に有し、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された対応関係に基づいて、目標出力電圧を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の送電装置。
前記所定範囲に含まれる入力電圧における前記変換器の変換効率は、前記所定範囲に含まれない入力電圧における前記変換器の変換効率よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の送電装置。
直流電圧を別の直流電圧に変換する第１変換器と、
受電した電力に基づく直流電圧を別の直流電圧に変換する第２変換器を有する受電装置に対して、前記第１変換器から出力される出力電圧に基づいて無線で電力を送電する送電アンテナと、
前記受電装置の消費電力の情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づき、前記第１変換器を制御する制御手段と、を有し、
前記第２変換器は、前記第２変換器に入力される入力電圧と前記第２変換器から出力される出力電圧の差が所定の値以内である場合の変換効率が、前記第２変換器に入力される入力電圧と前記第２変換器から出力される出力電圧の差が所定の値より大きい場合の変換効率よりも小さくなる変換器であり、
前記制御手段は、前記取得手段により取得した前記受電装置の消費電力の情報と、前記第２変換器から出力される出力電圧と等しい電圧を含む第１所定範囲から所定の割合で変換した第２所定範囲の情報とに基づいて、前記第１変換器から出力される出力電圧が前記第２所定範囲に含まれない電圧となるように、前記第１変換器を制御することを特徴とする送電装置。
前記制御手段は、前記取得手段により取得した前記受電装置の消費電力の情報に基づいて、前記第１変換器の目標出力電圧を決定し、決定した目標出力電圧が前記第２所定範囲に含まれる電圧である場合、決定した目標出力電圧を前記第２所定範囲に含まれない電圧に補正し、補正した目標出力電圧で出力するように前記第１変換器を制御することを特徴とする請求項６に記載の送電装置。
前記受電装置の消費電力と目標出力電圧と前記第２変換器の前記入力電圧との対応関係を記憶する記憶手段をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の送電装置。
前記第１所定範囲に含まれる出力電圧における前記第２変換器の変換効率は、前記第１所定範囲に含まれない出力電圧における前記第２変換器の変換効率よりも小さいことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の送電装置。
前記第１変換器は、前記第１変換器に入力される入力電圧と前記第１変換器から出力される出力電圧の差が所定の値以内である場合の変換効率が、前記第１変換器に入力される入力電圧と前記第１変換器から出力される出力電圧の差が所定の値より大きい場合の変換効率よりも小さくなる変換器であり、
前記制御手段は、前記取得手段により取得した前記受電装置の消費電力の情報と、前記第２変換器から出力される出力電圧と等しい電圧を含む第１所定範囲から所定の割合で変換した第２所定範囲の情報と、前記第１変換器に入力される入力電圧と等しい電圧を含む第３所定範囲の情報に基づいて、前記第１変換器から出力される出力電圧が前記第２所定範囲及び前記第３所定範囲に含まれない電圧となるように、前記第１変換器を制御することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の送電装置。
前記制御手段は、前記取得手段により取得した前記受電装置の消費電力の情報に基づいて、前記第１変換器の目標出力電圧を決定し、決定した目標出力電圧が前記第２所定範囲内に含まれる電圧である場合、又は前記第３所定範囲内に含まれる電圧である場合、決定した目標出力電圧を前記第１所定範囲及び前記第３所定範囲に含まれない電圧に補正し、補正した目標出力電圧で出力するように前記第１変換器を制御することを特徴とする請求項１０に記載の送電装置。
直流電圧を別の直流電圧を変換する変換器と、前記変換器から出力される出力電圧に基づいて、受電装置に無線で電力を伝送する送電アンテナとを有する送電装置が行う制御方法であって、
前記受電装置の消費電力の情報を取得する取得工程と、
前記取得工程において前記取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づき、前記変換器を制御する制御工程と、
を有し、
前記変換器は、前記変換器に入力される入力電圧と前記出力電圧の差が所定の値以内である場合の変換効率が、前記入力電圧と前記出力電圧の差が所定の値より大きい場合の変換効率よりも小さくなる変換器であり、
前記制御工程において、前記取得工程において取得された前記受電装置の消費電力の情報と、前記入力電圧と等しい電圧を含む所定範囲の情報とに基づいて、前記出力電圧が前記所定範囲に含まれない電圧となるように、前記変換器が制御されることを特徴とする制御方法。
前記制御工程において、前記取得工程において取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づいて、前記変換器の目標出力電圧が決定され、決定された目標出力電圧が前記所定範囲に含まれる電圧である場合、決定された目標出力電圧が前記所定範囲に含まれない電圧に補正され、補正された目標出力電圧で出力されるように前記変換器が制御されることを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
前記制御工程において、前記受電装置の消費電力と目標出力電圧との対応関係に基づいて、目標出力電圧が決定されることを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
直流電圧を別の直流電圧に変換する第１変換器と、受電した電力に基づく直流電圧を別の直流電圧に変換する第２変換器を有する受電装置に対して、前記第１変換器から出力される出力電圧に基づいて無線で電力を送電する送電アンテナと、を有する送電装置が行う制御方法であって、
前記受電装置の消費電力の情報を取得する取得工程と、
前記取得工程において取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づき、前記第１変換器を制御する制御工程と、を有し、
前記第２変換器は、前記第２変換器に入力される入力電圧と前記第２変換器から出力される出力電圧の差が所定の値以内である場合の変換効率が、前記第２変換器に入力される入力電圧と前記第２変換器から出力される出力電圧の差が所定の値より大きい場合の変換効率よりも小さくなる変換器であり、
前記制御工程において、前記取得工程において取得された前記受電装置の消費電力の情報と、前記第２変換器から出力される出力電圧と等しい電圧を含む第１所定範囲から所定の割合で変換した第２所定範囲の情報とに基づいて、前記第１変換器から出力される出力電圧が前記第２所定範囲に含まれない電圧となるように、前記第１変換器が制御されることを特徴とする制御方法。
前記制御工程において、前記取得工程において取得された前記受電装置の消費電力の情報に基づいて、前記第１変換器の目標出力電圧が決定され、決定された目標出力電圧が前記第２所定範囲に含まれる電圧である場合、決定された目標出力電圧が前記第２所定範囲に含まれない電圧に補正され、補正された目標出力電圧が出力されるように前記第１変換器が制御されることを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
前記第１変換器は、前記第１変換器に入力される入力電圧と前記第１変換器から出力される出力電圧の差が所定の値以内である場合の変換効率が、前記第１変換器に入力される入力電圧と前記第１変換器から出力される出力電圧の差が所定の値より大きい場合の変換効率よりも小さくなる変換器であり、
前記制御工程において、前記取得工程において取得された前記受電装置の消費電力の情報と、前記第２変換器から出力される出力電圧と等しい電圧を含む第１所定範囲から所定の割合で変換した第２所定範囲の情報と、前記第１変換器に入力される入力電圧と等しい電圧を含む第３所定範囲の情報に基づいて、前記第１変換器から出力される出力電圧が前記第２所定範囲及び前記第３所定範囲に含まれない電圧となるように、前記第１変換器が制御されることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の制御方法。
コンピュータに、請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。