JP6569861B2 - 無線電力伝送システム - Google Patents

無線電力伝送システム Download PDF

Info

Publication number
JP6569861B2
JP6569861B2 JP2015233600A JP2015233600A JP6569861B2 JP 6569861 B2 JP6569861 B2 JP 6569861B2 JP 2015233600 A JP2015233600 A JP 2015233600A JP 2015233600 A JP2015233600 A JP 2015233600A JP 6569861 B2 JP6569861 B2 JP 6569861B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
power transmission
voltage
control
inverter circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015233600A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017070178A (ja
Inventor
英治 高橋
英治 高橋
菅野　浩
浩 菅野
坂田　勉
勉 坂田
悟 菊池
悟 菊池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to CN201610227773.2A priority Critical patent/CN106560978B/zh
Priority to US15/259,222 priority patent/US10418891B2/en
Priority to EP16189412.6A priority patent/EP3157136B1/en
Publication of JP2017070178A publication Critical patent/JP2017070178A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6569861B2 publication Critical patent/JP6569861B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

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、非接触伝送される電力の整流後の電圧を一定に制御することができる非接触電力伝送システムを開示している。
特開２００７−３３６７１７号公報
従来の技術では、１つの送電装置に対して２つ以上の受電装置を交換して使用する場合に、負荷が起動するまでの時間が長いという課題があった。
上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、
電源から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナから送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、受電された前記交流電力を第２の直流電力に変換する整流回路と、を有する受電装置と、
変換された前記第２の直流電力が入力される負荷と、
を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能であり、
前記受電装置は、さらに、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する受電側送信器を有し、
前記送電装置は、さらに、前記受電装置の前記制御情報を前記受電側送信器から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
前記送電制御回路は、
前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置を起動させるための予備交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置を起動させ、
起動した前記受電装置から前記受電装置の前記制御情報を前記送電側受信器に受信させ、
前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する。
上記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、１つの送電装置に対して２つ以上の受電装置を交換して使用する場合における負荷の起動時間を短縮することができる。
無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 フィードバック制御を行う無線電力伝送システム（比較例）の起動時の動作の一例を示す図である。 比較例における動作をより詳細に示すシーケンス図である。 実施形態１における無線電力伝送システムを模式的に示す図である。 送電装置１００と、受電装置２００との結合の例を示す図である。 受電アンテナ２１０の位置が図５Ａの例とは異なる受電装置２００の例を示す図である。 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。 直列共振回路の構成を有するアンテナ１１０、２１０の等価回路の一例を示す図である。 周波数に対する送電アンテナ１１０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示す図である。 位相シフト量に対する送電アンテナ１１０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示す図である。 デューティ比に対する送電アンテナ１１０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示す図である。 インバータ回路１７０への供給電圧に対する送電アンテナ１１０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性を模式的に示す図である。 インバータ回路１７０の構成例を示す図である。 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第１の図である。 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第２の図である。 インバータ回路１７０の他の構成例を示す図である。 デューティ制御を説明するための第１の図である。 デューティ制御を説明するための第２の図である。 実施形態１における負荷に供給される電圧の時間変化の一例を示す図である。 実施形態１における動作をより詳細に示すシーケンス図である。 各負荷インピーダンスにおける、周波数-出力電圧特性の例を示す図である。 送電側メモリ１５２に格納されたテーブルの一例を示す図である。 実施形態１における送電装置１００および受電装置２００の動作を示すフローチャートである。 実施形態２の無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 実施形態２における立ち上がり制御の一例を示す図である。 実施形態２における起動時の動作を示すシーケンス図である。 図２０に示す動作をより詳細に示すフローチャートである。 図１８に示す受電装置２００ｂに送電する場合の起動時の動作を示すシーケンス図である。 図２２に示す動作をより詳細に示すフローチャートである。 図２２におけるステップＳ２２２の動作の詳細を示すフローチャートである。 ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２の構成例を示すブロック図である。 コンバータブロック２９４の回路構成例を示す図である。 実施形態３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。 実施形態３における起動時の動作を示すシーケンス図である。 実施形態３の変形例を示す図である。
（本開示の基礎となった知見）
本発明者らは、１つの送電装置に対して、用途に応じて複数の受電装置を交換して使用できる無線電力伝送システムの開発を行っている。
図１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図である。図１は、例えば工場で使用される運搬用のロボットアームに無線伝送システムを適用した例を示している。この無線電力伝送システムは、送電装置１０と、受電装置２０ａとを備えている。受電装置２０ａは、他の受電装置２０ｂと交換可能である。この例における受電装置２０ａ、２０ｂは、モータ等の負荷を搭載したロボットハンドである。送電装置１０は、送電コイルを含む送電アンテナを有し、受電装置２０ａは、受電コイルを含む受電アンテナを有する。送電アンテナから受電アンテナに非接触で電力が伝送される。受電装置２０ａは、送電装置１０から受け取った電力を、モータ等の負荷に供給する。
この無線電力伝送システムは、作業に応じてハンドを付け替えることが可能である。受電装置２０ａの代わりに他の受電装置２０ｂを送電装置１０に取り付けることにより、受電装置２０ａとは異なる作業を行うことができる。
このような受電装置の交換が可能な無線電力伝送システムにおいては、作業効率を高めるために、受電装置を交換した後も速やかに動作を開始できることが求められる。しかし、本発明者らの検討によれば、従来の制御を適用した場合には、受電装置を付け替えた後の負荷の起動時間が長くなることが判明した。以下、この課題を具体的に説明する。
従来の無線電力伝送システムには、例えば特許文献１に開示されているように、フィードバック制御を行うことにより、負荷に供給される直流電圧を一定に保つシステムがある。このようなシステムでは、受電装置は、送電装置から受け取った交流電力を整流し、整流後の直流電圧の検出値に基づいて、フィードバック信号を生成して送電装置に送る。送電装置は、フィードバック信号に応じて、送電コイルに供給する交流電力を増減させる。これにより、受電装置から負荷に供給される直流電力の電圧値がほぼ一定に制御される。
図２は、このようなフィードバック制御を行う無線電力伝送システム（比較例）の起動時の動作の一例を示す図である。図２は、仕様の異なる２つの受電装置Ａ、Ｂについて、送電を開始してから負荷が起動するまでの負荷に与えられる電圧（負荷電圧）の時間変化の例を示している。
電源が投入されると、送電装置は、送電コイルと受電コイルとの位置合わせ等の動作を行った後、送電電圧を初期電圧から段階的に上昇させる。送電電圧がある一定の値を超えると、受電装置における制御回路（例えば、マイクロコントローラ（マイコン））が起動する。すると、受電装置は、制御回路が起動したことを示す起動確認信号を送電装置に送信する。送電装置は、起動確認信号を受信すると、送電電圧を一定の電圧に保持する。この初期電圧から一定の電圧になるまでの送電を、「予備送電」と呼ぶ。
その後、受電装置は送電装置に各種の信号を送信する。これらの信号は、受電装置に設定された最大電力（電力クラス）や受電装置のメーカＩＤまたはメーカ型番などの機器を特定する情報を示す機器情報信号を含む。これらの信号を受信した後、送電装置は本送電を開始する。
本送電では、まず、送電装置は、受電装置から、制御誤差値を示す信号である制御誤差信号を受信する。「制御誤差値」とは、受電装置の負荷が要求する要求電圧値と、現在の負荷の電圧値との差分値である。送電装置は、制御誤差信号を受信すると、負荷電圧の値が要求電圧値に達しているかを判断する。負荷電圧の値が要求電圧値に達していない（即ち、制御誤差値が０よりも大きい）場合、送電装置は、負荷電圧が要求電圧値に近づくように、送電電圧を増加させる。制御誤差信号の送受信は、例えば一定の時間間隔で繰り返し実行される。
送電電圧が要求電圧値に達すると、受電装置における負荷が起動し、負荷の動作が開始される。以後、送電装置は、負荷電圧がそのときの値で一定になるように、送電装置内のインバータ回路を制御する。インバータ回路の制御は、後に詳しく説明するように、例えばインバータ回路内の複数のスイッチング素子に供給する制御信号（例えばパルス信号）の周波数、デューティ比、または位相シフト量等の制御パラメータを変更することによって行われる。位相シフト量とは、フルブリッジインバータにおいて同時にターンオンされる２つのスイッチング素子に入力される２つのパルス信号の位相差を意味する。このように、送電装置は、誤差がなくなるまでフィードバックを繰り返して負荷電圧を要求電圧値に近づけるフィードバック制御を行う。
なお、予備送電が行われる時間は、例えば数ミリ秒（ｍｓ）から数十ｍｓ程度であり得る。予備送電後、送電電圧が一定値に保たれる時間は、例えば数十ｍｓから数百ｍｓ程度であり得る。最初の制御誤差信号を受信してから定常状態に移行するまでの時間は、例えば数百ｍｓから数秒（ｓ）程度であり得る。制御誤差信号は、例えば数ｍｓから数十ｍｓ程度の時間間隔で定期的に送信され得る。これらの時間は一例であり、例えば通信速度に依存して変動し得る。
図２に示されるように、電力仕様の異なる受電装置Ａと受電装置Ｂとでは、最初の制御誤差信号を送信してから負荷が起動するまでの時間（「負荷起動期間」と称する。）が異なる。このため、受電装置を交換する度に、交換後の受電装置の要求電圧を満足するようにフィードバック制御を行う必要がある。特に、要求電圧が高い受電装置を取り付けた場合に、負荷起動期間が長くなる。
図３は、比較例における上記の動作をより詳細に示すシーケンス図である。図３では、制御パラメータとして位相シフト量を用いる場合の例が示されている。
送電装置は、まず、送電装置と受電装置との位置合わせを行う。「位置合わせ」とは、送電装置における送電アンテナ（送電コイルを含む）と受電装置における受電アンテナ（受電コイルを含む）とが、電力伝送に適した配置関係にあることを検出する動作を意味する。位置合わせは、例えば、送電アンテナからの交流電力を受電アンテナが受電することによって送電アンテナに流れる電流が所定値を超えたことを検出することによって行われ得る。電流に代えて電圧または電力の変化を検出してもよい。
位置合わせが完了すると、予備送電が開始される。予備送電において、送電装置における制御回路は、位相シフト量を初期値φ1から所定量ずつ段階的に減少させる。この動作は、受電装置における制御回路および通信回路が起動するまで、例えば一定時間ごとに行われる。図３に示す例では、位相シフト量がφNになった時点で、受電装置の制御回路および通信回路が起動し、受電強度値を示す起動確認信号が送電装置に送信される。送電装置は、これを受けて受電装置の起動を確認する。その後、受電装置は、前述の機器情報信号、および制御誤差信号を送電装置に送信する。制御誤差信号は、前述のように、受電装置の要求電圧（即ち、負荷の起動電圧）と現在の電圧との差分値である制御誤差値を示す。これを受けて送電装置は本送電を開始する。
本送電において、送電装置は、前述のように、制御誤差値に基づくフィードバック制御を行う。図３に示す例では、送電装置の制御回路が位相シフト量をφN+1（＜φN）に変更し、送電電圧を増加させる。受電装置は、位相シフト量φN+1に対応する負荷電圧ＶN+1を検出し、制御誤差値を計算して制御誤差信号を送電装置に送信する。送電装置はこれを受けて、位相シフト量をφN+2に減少させる。以後、同様に、受電装置からフィードバックされる制御誤差値がゼロになるまで、送電装置は位相シフト量を所定量ずつ減少させる。図３の例では、位相シフト量がφN+Mになったときの負荷電圧ＶN+Mで、受電側の負荷が起動している。これによって起動シーケンスは完了し、負荷が動作を開始する。
負荷の動作中、駆動状態に応じて電圧の変動が発生し得る。このため、受電装置は負荷動作開始後も制御誤差信号を定期的に送電装置に送信する。送電装置は、これを受けて、位相シフト量を変更する。これにより、負荷電圧が一定に保たれる。
図３に示す比較例の起動シーケンスでは、前述のように、本送電が開始してから、負荷の動作が開始するまでのフィードバック制御の時間が長いという課題がある。このため、１つの送電装置に対して電力仕様の異なる複数の受電装置を交換して使用する形態において、交換の都度、フィードバック制御による待機時間が発生してしまう。
本発明者らは、比較例における上記の課題を見出し、この課題を解決するための構成を検討した。その結果、送電装置が受電装置の起動を確認した後、受電装置の電力仕様に関する制御情報を取得し、その電力仕様に応じた適切な送電パラメータを設定してインバータ回路を駆動することにより、起動時間を短縮できることに想到した。ここで、「電力仕様」とは、受電装置の要求電圧（Ｖ）、負荷のインピーダンス（Ｚ）、および送電アンテナ（送電コイル）と受電アンテナ（受電コイル）との結合係数（ｋ）等の、電力伝送に関する仕様を意味する。受電装置の電力仕様に関する情報を、「受電装置の制御情報」と称する。「受電装置の要求電圧」は、受電装置における整流回路に接続された負荷の起動に要する電圧を指す。受電装置によって受電アンテナの構造および位置、ならびに負荷の機能および性能等が異なるため、受電装置によって電力仕様が異なる。よって、その情報を事前に取得することにより、個々の受電装置の電力仕様に応じた適切な電圧で送電を行うことができる。
以上の考察により、本発明者らは、以下に開示する各態様を想到するに至った。
（本開示の実施形態の概要）
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、
電源から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナから送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、受電された前記交流電力を第２の直流電力に変換する整流回路と、を有する受電装置と、
変換された前記第２の直流電力が入力される負荷と、
を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能であり、
前記受電装置は、さらに、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する受電側送信器を有し、
前記送電装置は、さらに、前記受電装置の前記制御情報を前記受電側送信器から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
前記送電制御回路は、
前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置を起動させるための予備交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置を起動させ、
起動した前記受電装置から前記受電装置の前記制御情報を前記送電側受信器に受信させ、
前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する。
上記態様によれば、
前記受電装置は、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する受電側送信器を有し、
前記送電装置は、前記受電装置の前記制御情報を前記受電側送信器から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
前記送電制御回路は、
前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置を起動させるための予備交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置を起動させ、
起動した前記受電装置から前記受電装置の前記制御情報を前記送電側受信器に受信させ、
前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する。
これにより、フィードバック制御を行った場合に必要な、負荷の起動に要する時間を短縮することができる。このため、受電装置を交換した場合の起動時間を短縮でき、作業効率を上げることができる。
送電装置と受電装置とは、結合および分離可能である。例えば、送電装置は、送電装置の表面（例えば筐体の表面）に凸部または凹部を有し、受電装置は、受電装置の表面（例えば筐体の表面）に凸部または凹部を有し得る。送電装置が凸部を有する場合、受電装置は凹部を有し得る。送電装置が凹部を有する場合、受電装置は凸部を有し得る。送電装置の凸部と受電装置の凹部とが嵌合し、または、送電装置の凹部と前記受電装置の凸部とが嵌合することにより、送電装置と前記受電装置とは結合および分離可能である。ここで「結合」とは、送電アンテナと受電アンテナとの結合係数が変化しない程度に両者の相対位置が固定される状態を意味する。
結合係数、要求電圧、および負荷インピーダンスに対応付けられた「制御パラメータ」とは、送電アンテナから送電される交流電力の振幅に影響を及ぼすパラメータを意味する。制御パラメータは、例えば、周波数、または、インバータ回路を駆動するパルス信号の位相シフト量もしくはデューティ比等であり得る。「制御パラメータを含むテーブル」とは、制御パラメータの値をデータとして含むテーブル構造を意味する。本明細書では、そのようなテーブルのデータを格納するメモリ等の記録媒体を有することを、「テーブルを有する」と表現する。「受電装置を起動させる」とは、受電装置における受電側送信器などの回路（例えば、マイコンを含む）を起動させることを意味する。
本開示の他の態様に係る無線電力伝送システムは、
電源から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナから送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、受電された前記交流電力を第２の直流電力に変換する整流回路と、を有する受電装置と、
変換された前記第２の直流電力が入力される負荷と、
前記電源を備えたコントロール装置と、
を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能であり、
前記コントロール装置は、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信し、
前記送電装置は、さらに、前記受電装置の前記制御情報を前記コントロール装置から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
前記送電制御回路は、
前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置及び前記負荷を起動させるための交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置及び前記負荷を起動させる。
上記態様によれば、
送電装置および受電装置の外部に設けられたコントロール装置が、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する。
これにより、送電装置は、受電装置の起動の有無によらずに受電装置の制御情報を取得することができる。このため、負荷の起動に要する時間をさらに短縮することができる。
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〜」、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」、「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４は、実施形態１における無線電力伝送システムを模式的に示す図である。この無線電力伝送システムは、図１に示す比較例のシステムと同様の外観を有するが、起動時の制御方法が異なる。この無線電力伝送システムは、受電装置２００ａ、２００ｂの付け替え時の起動時間を短縮することにより、作業効率を向上させることができる。なお、この無線電力伝送システムは、受電装置２００ａ、２００ｂ以外にも複数の可動部を有しており、各可動部にモータが設けられている。以下の説明において、受電装置２００ａ、２００ｂを区別しない場合には、「受電装置２００」と記載する。
図５Ａは、送電装置１００と、受電装置２００との結合の例を示す図である。この例では、送電装置１００は、送電コイルを含む送電アンテナ１１０と、送電側通信コイル１２０とを有する。受電装置２００は、受電コイルを含む受電アンテナ２１０と、受電側通信コイル２２０とを有する。送電装置１００は、凸部１３０を有し、受電装置２００は凹部２３０を有する。凸部１３０と凹部２３０とが嵌合することにより、送電装置１００および受電装置２００は、結合および分離可能である。送電装置１００と受電装置２００とが結合した状態では、送電アンテナ１１０と、受電アンテナ２１０とが対向した状態になる。この状態で、送電アンテナ１１０から受電アンテナ２１０へ電力が伝送される。この状態における結合係数をｋ１とする。
図５Ａの例とは逆に、送電装置１００が凹部を有し、受電装置２００が凸部を有していてもよい。その場合には、送電装置１００の凹部と受電装置２００の凸部とが嵌合することにより、送電装置１００と受電装置２００とが結合及び分離可能になる。なお、凹部と凸部との嵌合によらずに、例えばネジまたは留め具その他の方法で送電装置１００と受電装置２００とが互いに結合及び分離可能に構成されていてもよい。
図５Ｂは、受電アンテナ２１０の位置が図５Ａの例とは異なる受電装置２００の例を示す図である。この例では、送電装置１００と受電装置２００とが結合した状態において、送電アンテナ１１０と受電アンテナ２１０との距離が、図５Ａの例における距離よりも長い。このため、結合時の結合係数ｋ２は、図５Ａの例における結合係数ｋ１よりも小さい。このように、受電装置２００によって結合係数が異なり得る。他に、受電装置２００の要求電圧および受電装置２００に接続された負荷のインピーダンスも受電装置２００によって異なり得る。したがって、受電装置２００を付け替えた場合には、送電装置１００が送電する交流電力の電圧の振幅を変えるなどの制御が必要になる。
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６は、送電装置１００および受電装置２００ａ、２００ｂのそれぞれの構成を示している。本実施形態における無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００（受電装置２００ａまたは２００ｂ）と、負荷４００（負荷４００ａまたは負荷４００ｂ）と、を備える。図６に示す例では、負荷４００が受電装置２００の外部に位置しているが、負荷４００は受電装置２００に内蔵されていてもよい。
送電装置１００は、送電回路１４０と、送電アンテナ１１０と、送電側受信器１８０とを有する。送電回路１４０は、インバータ回路１７０と、パルス出力回路１６０と、送電制御回路１５０とを含む。インバータ回路１７０は、外部の電源に接続され、電源から供給される第１の直流（ＤＣ）電力を交流（ＡＣ）電力に変換して出力する。送電アンテナ１１０は、インバータ回路１７０に接続され、出力された交流電力を無線で送電する。送電制御回路１５０は、パルス出力回路１６０を駆動して、インバータ回路１７０から出力される交流電力を調整する。送電制御回路１５０は、後述するテーブルを格納する送電側メモリ１５２を有している。送電側メモリ１５２は、送電制御回路１５０の外部に設けられていてもよい。パルス出力回路１６０は、例えばゲートドライバであり、送電制御回路１５０からの指令に応じて、インバータ回路１７０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。インバータ回路１７０は、そのパルス信号に応答して、各スイッチング素子の導通（オン）／非導通（オフ）の状態を切替える。送電側受信器１８０は、受電装置２００から送信される制御情報（データ）を受信する通信回路（通信器）である。
受電装置２００ａは、受電アンテナ２１０と、受電回路２４０と、受電側送信器２８０とを有する。受電回路２４０は、整流回路２７０と、受電制御回路２５０とを含む。受電アンテナ２１０は、送電アンテナから送電された交流電力を受電して出力する。整流回路２７０は、受電アンテナ２１０、負荷４００ａ、および受電制御回路２５０に接続されている。整流回路２７０は、受電アンテナ２１０によって受電された交流電力を第２の直流電力に変換して負荷４００ａに出力する。受電制御回路２５０は、受電装置２００ａの要求電圧、結合係数、および負荷インピーダンス等の制御情報を格納する受電側メモリ２５２を有する。受電制御回路２５０は、起動時に、この制御情報を送電装置１００に送信するように受電側送信器２８０に指示する。負荷４００ａは、受電装置２００ａにおける整流回路２７０に接続されている。負荷４００ａには、整流回路２７０によって変換された第２の直流電力が入力される。
受電装置２００ｂは、受電装置２００ａと同様の構成要素を備える。なお、図６に示す例では、受電装置２００ｂにおける受電側メモリ２５２が受電制御回路２５０の外部に位置している。このように、受電側メモリ２５２は、受電制御回路２５０に含まれている必要はない。受電装置２００ｂは、負荷４００ｂに接続されている。負荷４００ｂは、負荷４００ａとは異なる機能および性能を有し得る。言い換えれば、負荷４００ｂは、負荷４００ａとは異なるインピーダンスを有し、異なる電圧で駆動され得る。
本実施形態における受電装置２００ａ、２００ｂは、ロボットアームの先端に接続されるハンドであるが、他の装置であってもよい。例えば、監視カメラの回転部等であってもよい。本実施形態における負荷４００ａ、４００ｂは、ロボットアームの先端のハンドに搭載されたアクチュエータなどのモータを含む機器である。負荷は、例えば監視カメラの回転部に搭載されたＣＣＤカメラや照明装置等の撮像装置であってもよい。
送電アンテナ１１０および受電アンテナ２１０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１１０、２１０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１１０におけるコイルを送電コイルと呼び、受電アンテナ２１０におけるコイルを受電コイルと呼ぶ。このようなアンテナ１１０、２１０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。
送電制御回路１５０および受電制御回路２５０は、例えばマイクロコントーラ（マイコン）等の、プロセッサとメモリとを含む集積回路であり得る。メモリには後述する動作を実現するための制御プログラム（ソフトウェア）が格納され得る。プロセッサが制御プログラムを実行することにより、後述する機能が実現される。送電制御回路１５０および受電制御回路２５０は、ソフトウェアによらず、ハードウェアのみによって実現されていてもよい。送電制御回路１５０および送電側受信器１８０は、一体化された１つの回路要素であってもよい。同様に、受電制御回路２５０および受電側受信器２８０は、一体化された１つの回路要素であってもよい。
送電側受信器１８０および受電側送信器２８０による無線情報通信の方式は特定の方式に限定されず、任意の方法でよい。例えば、振幅変調方式、周波数変調方式、無線ＬＡＮ、またはＺｉｇｂｅｅ（登録商標）等の無線方式を用いることができる。
本実施形態における受電側送信器２８０は、起動時に、(i)送電アンテナ１１０と受電アンテナ２１０との間の結合係数、(ii)要求電圧、及び(iii)負荷インピーダンスを含む制御情報を送電装置１００に送信する。制御情報は、受電側メモリ２５２に予め保存されている。この制御情報は、受電装置２００の回路構成および接続される負荷の特性によって異なる。よって、受電装置の制御情報を「回路仕様」と称することがある。
送電側メモリ１５２には、(i)結合係数、(ii)要求電圧、及び(iii)負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルが予め保存されている。このテーブルは、結合係数（ｋ）、要求電圧（Ｖ）、負荷インピーダンス（Ｚ）の組み合わせと、制御パラメータとの対応関係を規定する。
制御パラメータとは、インバータ回路１７０から出力される電圧のレベルを決定するパラメータを意味する。制御パラメータには、例えば、インバータ回路が有する複数のスイッチング素子に供給するパルス信号の周波数（ｆ）、同時にオンにされる２つのスイッチング素子に供給される２つのパルス信号の位相差（「位相シフト量」または「位相ずれ量」とも称する。）、または複数のスイッチング素子の各々に供給されるＰＷＭパルス信号のデューティ比であり得る。なお、図６には示されていないが、インバータ回路１７０の前段にＤＣ−ＤＣコンバータを設け、インバータ回路１７０に入力される第１の直流電力の電圧の大きさを送電制御回路１５０が変化させる形態でもよい。そのような形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の値を制御パラメータとしてもよい。送電制御回路１５０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。以上のような制御パラメータを変化させることにより、インバータ回路から出力される交流電力のレベルを変化させ、受電装置が受け取る交流電力の振幅を変化させることができる。
図８Ａから図８Ｄは、それぞれ、周波数、位相シフト量、デューティ比、およびインバータ回路１７０への供給電圧に対する送電アンテナ１１０のコイルの両端の電圧の振幅の依存性の一例を模式的に示している。図８Ａに示すように、周波数を大きくすると、コイルの両端の電圧の振幅は減少する傾向がある。ただし、低い周波数の領域では、逆に、周波数を小さくするほど電圧の振幅が減少する傾向もある。図８Ｂに示すように、位相シフト量を０°から１８０°の範囲内で大きくすると、コイルの両端の電圧振幅の時間平均は減少する。図８Ｃ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、コイルの両端の電圧振幅の時間平均は増加する。図８Ｄに示すように、インバータ回路１７０に供給する電圧を増加させると、コイルの両端の電圧の振幅は増加する。したがって、送電制御回路１５０は、周波数、位相シフト量、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、送電アンテナ１１０のコイルの両端電圧の振幅を制御できる。
図９は、インバータ回路１７０の構成例を示す図である。インバータ回路１７０は、パルス出力回路１６０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９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９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１６０は、制御回路１５０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１０Ａおよび図１０Ｂ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１０Ａ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シフト量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シフト量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１７０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１０Ｂは、位相シフト量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、位相シフト量φが調整される。位相シフト量φを変化させると、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）が変化する。位相シフト量φが０度に近いほど電圧Ｖの出力時間比が大きくなり、位相シフト量φが１８０度に近いほど電圧Ｖの出力時間比が小さくなる。インバータ回路１７０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１１０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、位相シフト量φを変化させることにより、送電アンテナ１１０に入力される交流電圧の振幅の時間平均値を変化させることができる。
図１１は、インバータ回路１７０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１７０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の時間平均値を制御できる。
図１１に示すインバータ回路１７０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１１０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１５０およびパルス出力回路１６０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１１０に入力される交流電力を調整することができる。
図１２Ａおよび図１２Ｂは、デューティ制御を説明するための図である。図１２Ａ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１２Ｂ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、受電アンテナ２１０によって受電される交流電力の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１６０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９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。
次に、本実施形態における動作を説明する。以下の説明では、送電装置１００は、送電する交流電力の周波数を制御パラメータとして、交流電力の振幅を調整する場合を想定する。以下の説明は、周波数以外にも前述の位相シフト量、デューティ比、またはＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を制御パラメータとする場合も同様に成立する。
図１３は、本実施形態における負荷に供給される電圧の時間変化の一例を示している。本実施形態では、予備送電によって受電装置２００における受電制御回路２５０が起動すると、受電装置２００の回路仕様（結合係数ｋ、要求電圧Ｖ、および負荷インピーダンスＺ）を示す制御情報を送電装置１００に送信する。送電装置１００は、制御情報を受信すると、テーブルを参照して、受電装置２００の要求電圧を満たす周波数に変更して送電する。その結果、フィードバック制御を行うことなく、すぐに負荷４００を起動して動作を開始させることができる。
図１４は、本実施形態における動作をより詳細に示すシーケンス図である。図示されるように、送電装置１００は、まず、送電装置１００と受電装置２００との位置合わせを行う。この位置合わせは、図３を参照しながら説明した比較例における動作と同じである。
位置合わせが完了すると、予備送電が開始される。予備送電において、送電制御回路１５０は、周波数を初期値ｆ0から所定量ずつ段階的に変化させる。この動作は、受電装置２００における制御回路２５０および送信器２８０が起動するまで、例えば一定時間ごとに行われる。図１４に示す例では、周波数がｆNになった時点で、受電装置２００における制御回路２５０および送信器２８０が起動する。送信器２８０は、(i)結合係数、(ii)要求電圧、(iii)負荷インピーダンスの情報を含む制御情報を送電装置１００に送信する。なお、図３に示す比較例と同様に、起動確認信号および機器情報信号を送信してもよい。送電装置１００は、制御情報を受信して受電装置２００の起動を確認する。送電制御回路１５０は、受信した制御情報が示す(i)結合係数、(ii)要求電圧、(iii)負荷インピーダンスの組み合わせに対応する周波数ｆIを、メモリ１５２に格納されたテーブルを参照して決定する。送電制御回路１５０は、その周波数ｆIで、インバータ回路１７０を駆動して本送電を開始する。
本実施形態では、周波数ｆIに対応する負荷電圧ＶIが、負荷４００の起動電圧に一致している。このため、負荷４００は直ちに起動し、動作を開始する。動作中、負荷４００の駆動状態に応じて負荷電圧が変化することがある。このため、受電制御回路２５０および受電側送信器２８０は、負荷動作開始後、要求電圧と現在の電圧との差分値である制御誤差値を示す制御誤差信号を送電装置１００に送信する。送電制御回路１５０は、制御誤差値に基づいて、周波数を変更して、誤差をゼロに近づける。このように、負荷が動作を開始した後は、フィードバック制御が行われ得る。
図１５は、各負荷インピーダンスにおける、周波数-出力電圧特性の例を示す図である。ここで、結合係数は一定の値としている。図示されるように、周波数-出力電圧特性は、負荷インピーダンスによって異なる。周波数-出力電圧特性はまた、結合係数によっても異なる。このため、受電装置２００の要求電圧を満たす周波数を決定するためには、負荷インピーダンスおよび結合係数の情報が必要である。
図１６は、送電側メモリ１５２に格納されたテーブルの一例を示す図である。図示されるテーブルは、結合係数の値ごとに用意され、各テーブルは、負荷インピーダンスと要求電圧との組み合わせに対応する周波数の値のデータを有している。送電制御回路１５０は、受電装置２００から送信された制御情報に含まれる結合係数の値に基づき、対応するテーブルを選択する。次に、制御情報に含まれる負荷インピーダンスおよび要求電圧の情報に基づき、テーブルから本送電時に使用する初期周波数の値を決定する。図１６は、結合係数が０．７、負荷インピーダンスが３０Ω、要求電圧が１５Ｖの場合に、周波数９５ｋＨｚが選択される例を示している。制御パラメータが周波数以外の場合（例えば、位相シフト量、デューティ比、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧の場合等）も、同様のテーブルが使用され得る。なお、実施形態２において説明するように、要求電圧が範囲で指定される場合は、テーブルに格納される制御パラメータの情報も範囲であり得る。例えば、「９５±５（ｋＨｚ）」または「９０〜１００（ｋＨｚ）」といった情報がテーブルに格納され得る。
次に、図１７に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態の動作をより詳細に説明する。
図１７は、本実施形態における送電装置１００および受電装置２００の動作を示すフローチャートである。
まず、送電装置１００が、予備送電を開始する。受電装置２００は、送電電力を受電する（ステップＳ１１１）。すると、やがて受電制御回路２５０が起動する（ステップＳ１１２）。受電制御回路２５０は、受電装置２００の回路仕様（結合係数ｋ、要求電圧Ｖ、負荷インピーダンスＺを含む制御情報）をメモリ２５２から読み出す（ステップＳ１１３）。受電側送信器２８０は、制御情報を送電装置１００に送信する（ステップＳ１１４）。
送電制御回路１５０は、送電側受信器１８０を介して、制御情報を受信する（ステップＳ１２１）。そして、制御情報に含まれる結合係数の情報から、制御パラメータ（本実施形態では周波数）を決定するためのテーブルを決定する（ステップＳ１２２）。続いて、そのテーブルを参照し、負荷インピーダンスおよび要求電圧の情報から、インバータ１７０を駆動するための周波数を検索する（ステップＳ１２３）。送電制御回路１５０は、テーブル内に、適合する周波数があるかを判断する（ステップＳ１２４）。適合する周波数がない場合は、周波数制御の範囲外であることを示すアラートを発生させる（ステップＳ１２８）。アラートは、例えば不図示のディスプレイまたはスピーカーから映像または音声の情報として出力され得る。適合する周波数がある場合は、送電制御回路１５０は、パルス出力回路１６０に、該当する周波数の制御パルスを生成させる（ステップＳ１２５）。この制御パルスを受けて、インバータ回路１７０が駆動される（ステップＳ１２６）。これにより、負荷の起動電圧に適合した電圧の電力が送電される（ステップＳ１２７）。その結果、負荷が起動し、負荷の動作が開始される。
以上のように、本実施形態における送電制御回路１５０は、以下の動作を行う。
（１）送電装置１００と受電装置２００とが結合した状態において、受電装置２００を起動させるための予備交流電力をインバータ回路１７０に出力させて受電装置２００を起動させる。
（２）起動した受電装置２００から受電装置２００の制御情報を送電側受信器１８０に受信させる。
（３）制御情報に基づいてテーブルを参照して制御パラメータを決定する。
（４）制御パラメータを用いてインバータ回路１７０から出力される交流電力の電圧を調整する。
本実施形態における送電制御回路１５０は、特に、制御パラメータを用いた交流電力の電圧の調整によって、交流電力の電圧を受電装置２００の要求電圧に一致させる調整を行う。このため、比較例において必要であった起動時のフィードバック制御を省略でき、起動時間を短縮することができる。
なお、送電制御回路１５０は、受電装置２００または外部のコントロール装置（コントローラ）から受信した情報（例えば故障通知）に基づき、インバータ回路１７０の駆動を停止するなどの制御を行ってもよい。また、送電制御回路１５０は、受電装置２００または外部のコントロール装置から受信した情報に基づき、外部のコントロール装置に信号（例えば送電を停止したことを示す信号）を送信してもよい。これにより、無線電力伝送の安全性を向上させることができる。
（実施形態２）
図１８は、実施形態２の無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の無線電力伝送システムは、実施形態１による起動制御と、比較例におけるフィードバック制御とを併用する点で、実施形態１とは異なる。また、受電装置２００ｂにおいては、変圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）２９２を用いて、受電電圧について広い範囲の変動に対応できる。ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２は、例えば、整流回路２７０から出力される第２のＤＣ電力の電圧が負荷の要求電圧（例えば５Ｖ）から外れていても、負荷の要求電圧に一致するように調整する。
図１９は、本実施形態における立ち上がり制御の一例を示す図である。図示されるように、本実施形態では、送電制御回路１５０は、制御情報受信後、受電装置２００の要求電圧に一致はしていないものの、要求電圧に近い電圧を発生する周波数で電力を送信する。そして、少ない回数のフィードバック制御を行い、ターゲットの電圧に近づける。これにより、受電装置２００の制御情報に基づいて決定した制御パラメータに誤差がある場合でも、短時間で要求電圧を満たすことができる。
図２０は、本実施形態における起動時の動作を示すシーケンス図である。本送電開始までの動作は、実施形態１における動作と同じである。本実施形態では、本送電開始後も、制御誤差値に基づくフィードバック制御が行われる。これにより、テーブルを参照して決定した制御パラメータの値が、理想的な値から若干ずれている場合であっても、フィードバック制御により、そのずれを補償することができる。図２０は、受電装置２００の要求電圧に近い電圧を発生させる周波数ｆIで本送電が開始される例を示している。初期周波数ｆIに設定した後、フィードバック制御が１回または複数回行われ、周波数がｆI+Nになった時点で負荷が起動している。負荷起動後の動作は、実施形態１と同じである。
図２１は、図２０に示す動作をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ２１１〜Ｓ２２１までの動作は、図１７におけるステップＳ１１１〜１２１の動作とそれぞれ同じである。ステップＳ２２２は、図１７におけるステップＳ１２１〜Ｓ１２５の動作と同じである。ステップＳ２２３〜Ｓ２２４は、図１７におけるステップＳ１２６〜Ｓ１２７と同じである。しかし、本実施形態では、受電装置２００の要求電圧からずれた電圧を発生させる周波数ｆIで本送電が開始される。このため、ステップＳ２３１において、受電制御回路２５０は、電流電圧検出回路２９０を用いて受電電圧（整流後の直流電圧）を検出する（ステップＳ２３１）。そして、要求電圧と受電電圧との差分値である制御誤差値を算出して送信する（ステップＳ２３２）。送電制御回路１５０は、制御誤差値の情報を受信すると、制御誤差値が０であるかを判断する（ステップＳ２４１）。制御誤差値が０でない場合、インバータ回路１７０を駆動する制御パルスの周波数を所定量だけ変化させる（ステップＳ２４２）。以後、制御誤差値が０になるまで、ステップＳ２２３〜Ｓ２４２の動作が繰り返される。制御誤差値が０になると、負荷が起動する。
図２２は、図１８に示す受電装置２００ｂに送電する場合の起動時の動作を示すシーケンス図である。受電装置２００ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２を有しているため、要求電圧は所定の値ではなく、所定の範囲（以下、「要求電圧範囲」と称する。）である。このため、受電制御回路２５０および受電側送信回路２８０は、起動後、(i)結合係数、(ii)要求電圧範囲、(iii)負荷インピーダンスの情報を送電装置１００に送信する。要求電圧範囲の情報は、例えば、「５Ｖ±１Ｖ」または「４Ｖ〜６Ｖ」といった情報であり得る。この例では、テーブルに格納されている周波数の情報も、値ではなく範囲で管理されている。送電制御回路１５０は、受信した結合係数、要求電圧範囲、および負荷インピーダンスに対応する周波数範囲の情報をテーブルから取得し、その周波数範囲から、例えば中心周波数を初期周波数ｆIとして決定する。図２２の例でも、本送電開始後、制御誤差値に基づくフィードバック制御が行われる。制御誤差値は、例えば以下の何れかであり得る。
（１）制御誤差値＝要求電圧範囲の中心値−現在の電圧値
（２）制御誤差値＝要求電圧範囲の上限値−現在の電圧値
（３）制御誤差値＝要求電圧範囲の下限値−現在の電圧値
図２３は、図２２に示す動作をより詳細に示すフローチャートである。ステップＳ２２２およびステップＳ２３２の動作のみが、図２１に示す動作と異なる。
図２４は、ステップＳ２２２の動作の詳細を示すフローチャートである。送電制御回路１５０は、送電側受信器１８０が受信した受電装置の回路仕様（結合係数、負荷インピーダンス、要求電圧範囲）の情報を取得する（ステップＳ３０１）。続いて、結合係数の情報に基づき、その結合係数に対応する周波数を決定するためのテーブルの番号を決定する（ステップＳ３０２）。決定したテーブルを参照し、負荷インピーダンスおよび要求電圧範囲の組み合わせに対応する制御パラメータ（本実施形態では周波数）の範囲を特定する（ステップＳ３０３）。次に、特定した周波数の範囲から、例えば中心周波数を算出し、周波数ｆIを決定する（ステップＳ３０４）。決定した周波数ｆIの制御パルスを生成するようにパルス出力回路１６０に指示する（ステップＳ３０５）。
図２３に示すステップＳ２３２では、前述のように、制御誤差値として、要求電圧範囲の代表値と第２ＤＣ電圧との差分値が算出される。代表値は、例えば中心値、上限値、下限値の何れかであり得る。
本実施形態では、受電装置２００ｂがＤＣ−ＤＣコンバータ２９２を備えているので、送電装置１００に要求する要求電圧の範囲を、負荷４００が要求する電圧の範囲よりも拡大することができる。例えば、負荷４００が要求する電圧の範囲が４Ｖ〜６Ｖのときであっても、送電装置１００に要求する要求電圧の範囲を、例えば４Ｖ〜１２Ｖに拡大することができる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２は、第２ＤＣ電圧が４Ｖ〜１２Ｖのとき、電圧変換を行い、第２ＤＣ電圧を、４Ｖ〜６Ｖの範囲内にすることができる。この場合、制御パラメータについても、所定の値ではなく、所定の範囲を示す情報として管理され得る。
図２５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２の構成例を示すブロック図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２は、コンバータブロック２９４と、制御ブロック２９６と、出力電圧検出ブロック２９８とを有する。
図２６は、コンバータブロック２９４の回路構成例を示す図である。図示されるＤＣ−ＤＣコンバータ２９２は、一石降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータであるが、他の回路構成を有していてもよい。図示される例では、入力電圧は出力電圧よりも大きい。設定した電圧が出力されるように、制御ブロック２９６が、出力電圧検出ブロック２９８によって検出された出力電力をモニタしながら、コンバータブロック２９４のスイッチングのデューティ比を変更するフィードバック制御が行われる。
以上のように、本実施形態では、送電制御回路１５０は、制御パラメータを用いた交流電力の電圧の調整によって、受電される交流電力の電圧の振幅（または整流後の電圧）を、要求電圧の例えば８０％から１２０％の範囲に近づける調整を行う。その後、受電制御回路２５０および受電側送信器２８０は、誤差情報を送電装置１００に送信する。送電制御回路１５０は、この誤差情報を受けて、制御パラメータを更新し、誤差を小さくする。この動作を繰り返すことにより、誤差を略ゼロにする（収束させる）。このように、送電制御回路１５０は、まず、制御パラメータを、要求電圧を満たす値に近づけた後、制御パラメータの更新を繰り返してインバータ回路１７０から出力される交流電力の電圧の振幅を所望の値または範囲に調整する。これにより、受電装置２００からの制御情報に基づいて決定した制御パラメータに誤差がある場合でも、短時間で要求電圧を満たすことができる。
（実施形態３）
図２７は、実施形態３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。実施形態３における無線電力伝送システムは、電源を備えたコントロール装置３００を備えている点で、実施形態１、２とは異なる。
本実施形態では、受電装置２００ではなく、コントロール装置３００が、(i)送電アンテナ１１０と受電アンテナ２１０との間の結合係数、(ii)受電装置２００の要求電圧、及び(iii)負荷４００のインピーダンスを含む受電装置２００の制御情報を管理し、送電装置１００に送信する。受電装置２００ａが送電装置１００に取り付けられている場合には、受電装置２００ａの制御情報が送電装置１００に送信される。受電装置２００ｂが送電装置１００に取り付けられている場合には、受電装置２００ｂの制御情報が送電装置１００に送信される。図示されていない他の受電装置が送電装置１００に取り付けられている場合には、その受電装置の制御情報が送電装置１００に送信される。コントローラ３００内の記録媒体には、各受電装置２００の制御情報が予め記録されている。コントロール装置３００が送電装置１００の外部信号送受信器１８５に制御情報を入力することにより、送電装置１００は受電装置２００が起動する前に制御情報を取得できる。このため、より早い起動が可能である。なお、送電装置１００における外部信号送受信器１８５は、無線通信を行う回路であってもよいし、有線でコントロール装置３００から情報を取得する回路であってもよい。
コントロール装置３００は、直流電源、制御回路、および通信回路を備える。コントロール装置３００における制御回路は、例えばＣＰＵ等のプロセッサとメモリとを有する。メモリに格納されたコンピュータプログラムをプロセッサが実行することにより、本実施形態の動作を実行することができる。コントロール装置３００は、送電装置１００および受電装置２００とは遠く離れて位置していてもよい。
本実施形態でも、実施形態２と同様、フィードバック制御による電圧調整が実施され得る。また、受電装置２００ｂについては、ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２を用いた電圧調整も可能である。なお、本実施形態における変圧回路（ＤＣ−ＤＣコンバータ）２９２は、受電装置２００ｂの外部に設けられている。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２を用いる場合、受電装置２００ｂの内部にＤＣ−ＤＣコンバータ２９２を設ける必要はない。受電装置２００ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２９２を備えることにより、電圧の急激な変化に対応できる。
図２８は、本実施形態における起動時の動作を示すシーケンス図である。本実施形態では、送電装置１００と受電装置２００との位置合わせが完了すると、コントロール装置３００における制御回路および通信回路が、受電装置２００の制御情報を送電装置１００に送信する。送電制御回路１５０は、これを受けて、実施形態１、２と同じ処理により、制御情報が示す結合係数、負荷インピーダンス、および要求電圧の組み合わせに対応する制御パラメータ（この例では周波数）の値を決定し、その制御パラメータでインバータ回路１７０を駆動する。これにより、受電装置２００の制御回路２５０と通信回路２８０とが起動するとともに、負荷も起動する。以後、負荷の駆動状態に応じた変動に対応するため、制御誤差値に基づくフィードバック制御が行われる。
図２８に示す動作では、周波数ｆIを決定した後、負荷が起動するまでのフィードバック制御は行われていないが、実施形態２と同様、そのようなフィードバック制御を行ってもよい。
本実施形態では、送電装置１００はコントロール装置３００から受電装置２００の情報を得るため、受電装置２００を起動するための予備送電が不要である。受電装置２００の要求電圧を満たす制御パラメータを用いて送電することにより、すぐに負荷の動作を開始できる。
図２９は、本実施形態の変形例を示す図である。この変形例では、送電装置１００がインピーダンス調整回路１９２と電流電圧検出回路１９０とをさらに備えている。インピーダンス調整回路１９２は、インバータ回路１７０と送電アンテナ１１０との間に接続されている。電流電圧検出回路１９０は、電源とインバータ回路１７０との間に接続されている。インピーダンス調整回路１９２は、送電アンテナ１１０に接続されるインダクタンスまたはキャパシタンスを変化させることによってインピーダンスを調整する。送電制御回路１５０は、コントロール装置３００から送信される制御情報と、電流電圧検出回路１９０が検出した電流および電圧の検出値とに基づいて、インピーダンス調整回路１９２を制御する。これにより、送電回路１４０のインピーダンスを調整し、インピーダンス整合を実現することができる。
なお、同様のインピーダンス調整を実施形態１または実施形態２の構成において行う場合には、送電制御回路１５０は、受電装置２００から取得した制御情報に基づいて、インピーダンス調整回路１９２を制御する。
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及び送電装置を含む。
［項目１］
電源から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナから送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、受電された前記交流電力を第２の直流電力に変換する整流回路と、を有する受電装置と、
変換された前記第２の直流電力が入力される負荷と、
を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能であり、
前記受電装置は、さらに、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する受電側送信器を有し、
前記送電装置は、さらに、前記受電装置の前記制御情報を前記受電側送信器から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
前記送電制御回路は、
前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置を起動させるための予備交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置を起動させ、
起動した前記受電装置から前記受電装置の前記制御情報を前記送電側受信器に受信させ、
前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
無線電力伝送システム。
上記態様によれば、
前記受電装置は、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する受電側送信器を有し、
前記送電装置は、前記受電装置の前記制御情報を前記受電側送信器から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
前記送電制御回路は、
前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置を起動させるための予備交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置を起動させ、
起動した前記受電装置から前記受電装置の前記制御情報を前記送電側受信器に受信させ、
前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する。
これにより、フィードバック制御を行った場合に必要な、負荷の起動に要する時間を短縮することができる。このため、受電装置を交換した場合の起動時間を短縮でき、作業効率を上げることができる。
［項目２］
前記送電制御回路は、
前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧に一致させる調整を行う、
項目１に記載の無線電力伝送システム。
これにより、フィードバック制御を行うことなく、負荷を起動させることができる。
［項目３］
前記送電制御回路は、
前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧の80％から120％の範囲に近づける調整を行う、
項目１に記載の無線電力伝送システム。
これにより、少ない回数のフィードバック制御により、要求電圧を満たすことができる。
［項目４］
前記送電側受信器は、前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整後、前記第２の直流電力の電圧と前記要求電圧との誤差を示す誤差情報を前記受電側送信器から受信し、
前記送電制御回路は、前記制御パラメータを更新して前記誤差情報が示す誤差を収束させ、前記更新された制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
項目３に記載の無線電力伝送システム。
これにより、前記交流電力の電圧を要求電圧の80％から120％の範囲に近づけた後、要求電圧に一致させることができる。
［項目５］
前記受電装置の要求電圧は所定の範囲を示す値である、
項目１〜４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、前記交流電力の電圧を特定の値ではなく所定の範囲に調整すればよくなるため、制御が容易になる。
［項目６］
前記制御パラメータは所定の範囲を示す値である、
項目１〜４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
［項目７］
前記送電制御回路は、
前記所定の範囲によって示される前記制御パラメータの中心値を用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
項目６に記載の無線電力伝送システム。
［項目８］
前記送電装置は、前記送電装置の表面に凸部または凹部を有し、
前記受電装置は、前記受電装置の表面に凸部または凹部を有し、
前記送電装置の凸部と前記受電装置の凹部とが嵌合し、または、前記送電装置の凹部と前記受電装置の凸部とが嵌合することにより、前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能である、
項目１〜７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、送電装置と受電装置とを容易に結合及び分離することができる。
［項目９］
前記負荷は前記受電装置に含まれる、
項目１〜８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、前記電源から供給された前記第１の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の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、
前記送電制御回路は、
前記４つのスイッチング素子の各々に、導通及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、及び前記第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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
前記制御パラメータは、前記位相差を表す値である、
項目１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、フルブリッジ型インバータ回路を用いる場合に、前記位相差の調整によって前記交流電力の電圧を調整できる。
［項目１１］
前記送電制御回路は、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を変化させることにより、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、前記制御パラメータは、前記周波数を表す値である、
項目１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、周波数の調整によって前記交流電力の電圧を調整できる。
［項目１２］
前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
前記送電制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通及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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
前記制御パラメータは、前記デューティ比を表す値である、
項目１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、デューティ比の調整によって前記交流電力の電圧を調整できる。
［項目１３］
電源から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する送電制御回路と、を有する送電装置と、
前記送電アンテナから送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、受電された前記交流電力を第２の直流電力に変換する整流回路と、を有する受電装置と、
変換された前記第２の直流電力が入力される負荷と、
前記電源を備えたコントロール装置と、
を備えた無線電力伝送システムであって、
前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能であり、
前記コントロール装置は、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信し、
前記送電装置は、さらに、前記受電装置の前記制御情報を前記コントロール装置から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
前記送電制御回路は、
前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置及び前記負荷を起動させるための交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置及び前記負荷を起動させる、
無線電力伝送システム。
上記態様によれば、
送電装置および受電装置の外部に設けられたコントロール装置が、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する。
これにより、送電装置は、受電装置の起動の有無によらずに受電装置の制御情報を取得することができる。このため、負荷の起動に要する時間をさらに短縮することができる。
［項目１４］
前記送電制御回路は、
前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧に一致させる調整を行う、
項目１３に記載の無線電力伝送システム。
これにより、フィードバック制御を行うことなく、負荷を起動させることができる。
［項目１５］
前記送電制御回路は、
前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧の80％から120％の範囲に近づける調整を行う、
項目１３に記載の無線電力伝送システム。
これにより、少ない回数のフィードバック制御により、要求電圧を満たすことができる。
［項目１６］
前記送電側受信器は、前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整後、前記第２の直流電力の電圧と前記要求電圧との誤差を示す誤差情報を前記受電側送信器から受信し、
前記送電制御回路は、前記制御パラメータを更新して前記誤差情報が示す誤差を収束させ、前記更新された制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
項目１５に記載の無線電力伝送システム。
これにより、前記交流電力の電圧を要求電圧の80％から120％の範囲に近づけた後、要求電圧に一致させることができる。
［項目１７］
前記受電装置の要求電圧は所定の範囲を示す値である、
項目１３〜１６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、前記交流電力の電圧を特定の値ではなく所定の範囲に調整すればよくなるため、制御が容易になる。
［項目１８］
前記制御パラメータは所定の範囲を示す値である、
項目１３〜１６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
［項目１９］
前記送電制御回路は、
前記所定の範囲によって示される前記制御パラメータの中心値を用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
項目１８に記載の無線電力伝送システム。
［項目２０］
前記送電装置は、前記送電装置の表面に凸部または凹部を有し、
前記受電装置は、前記受電装置の表面に凸部または凹部を有し、
前記送電装置の凸部と前記受電装置の凹部とが嵌合し、または、前記送電装置の凹部と前記受電装置の凸部とが嵌合することにより、前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能である、
項目１３〜１９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、送電装置と受電装置とを容易に結合及び分離することができる。
［項目２１］
前記負荷は前記受電装置に含まれる、
項目１３〜２０のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
［項目２２］
前記インバータ回路は、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、前記電源から供給された前記第１の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の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、
前記送電制御回路は、
前記４つのスイッチング素子の各々に、導通及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、及び前記第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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
前記制御パラメータは、前記位相差を表す値である、
項目１３〜２１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、フルブリッジ型インバータ回路を用いる場合に、前記位相差の調整により、前記交流電力の電圧を調整できる。
［項目２３］
前記送電制御回路は、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を変化させることにより、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、前記制御パラメータは、前記周波数を表す値である、
項目１３〜２１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
これにより、周波数の調整により、前記交流電力の電圧を調整できる。
［項目２４］
前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
前記送電制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通及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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
前記制御パラメータは、前記デューティ比を表す値である、
項目１３〜２１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。
１００ 送電装置
１１０ 送電アンテナ（送電コイル）
１２０ 送電側通信コイル
１３０ 凸部
１４０ 送電回路
１５０ 送電制御回路
１５２ 送電側メモリ（テーブル）
１６０ パルス出力回路
１７０ インバータ回路
１８０ 送電側受信器
１８５ 外部信号送受信器
１９０ 電流電圧検出回路
１９２ インピーダンス調整回路
２００、２００ａ、２００ｂ 受電装置
２１０ 受電アンテナ（受電コイル）
２２０ 受電側通信コイル）
２３０ 凹部
２４０ 受電回路
２５０ 受電制御回路
２５２ 受電側メモリ
２７０ 整流回路
２８０ 受電側送信器
２９０ 電流電圧検出回路
２９２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２９４ コンバータブロック
２９６ 制御ブロック
２９８ 出力電圧検出ブロック
３００ コントロール装置
４００ 負荷

Claims (24)

  1. 電源から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する送電制御回路と、を有する送電装置と、
    前記送電アンテナから送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、受電された前記交流電力を第２の直流電力に変換する整流回路と、を有する受電装置と、
    変換された前記第２の直流電力が入力される負荷と、
    を備えた無線電力伝送システムであって、
    前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能であり、
    前記受電装置は、さらに、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信する受電側送信器を有し、
    前記送電装置は、さらに、前記受電装置の前記制御情報を前記受電側送信器から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
    前記送電制御回路は、
    前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置を起動させるための予備交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置を起動させ、
    起動した前記受電装置から前記受電装置の前記制御情報を前記送電側受信器に受信させ、
    前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
    前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
    無線電力伝送システム。
  2. 前記送電制御回路は、
    前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧に一致させる調整を行う、
    請求項１に記載の無線電力伝送システム。
  3. 前記送電制御回路は、
    前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧の80％から120％の範囲に近づける調整を行う、
    請求項１に記載の無線電力伝送システム。
  4. 前記送電側受信器は、前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整後、前記第２の直流電力の電圧と前記要求電圧との誤差を示す誤差情報を前記受電側送信器から受信し、
    前記送電制御回路は、前記制御パラメータを更新して前記誤差情報が示す誤差を収束させ、前記更新された制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
    請求項３に記載の無線電力伝送システム。
  5. 前記受電装置の要求電圧は所定の範囲を示す値である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  6. 前記制御パラメータは所定の範囲を示す値である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  7. 前記送電制御回路は、
    前記所定の範囲によって示される前記制御パラメータの中心値を用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
    請求項６に記載の無線電力伝送システム。
  8. 前記送電装置は、前記送電装置の表面に凸部または凹部を有し、
    前記受電装置は、前記受電装置の表面に凸部または凹部を有し、
    前記送電装置の凸部と前記受電装置の凹部とが嵌合し、または、前記送電装置の凹部と前記受電装置の凸部とが嵌合することにより、前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能である、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  9. 前記負荷は前記受電装置に含まれる、
    請求項１〜８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、前記電源から供給された前記第１の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の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、
    前記送電制御回路は、
    前記４つのスイッチング素子の各々に、導通及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、及び前記第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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
    前記制御パラメータは、前記位相差を表す値である、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  11. 前記送電制御回路は、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を変化させることにより、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、前記制御パラメータは、前記周波数を表す値である、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  12. 前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
    前記送電制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通及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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
    前記制御パラメータは、前記デューティ比を表す値である、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  13. 電源から供給される第１の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ回路と、出力された前記交流電力を無線で送電する送電アンテナと、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する送電制御回路と、を有する送電装置と、
    前記送電アンテナから送電された前記交流電力を受電する受電アンテナと、受電された前記交流電力を第２の直流電力に変換する整流回路と、を有する受電装置と、
    変換された前記第２の直流電力が入力される負荷と、
    前記電源を備えたコントロール装置と、
    を備えた無線電力伝送システムであって、
    前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能であり、
    前記コントロール装置は、(i)前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数、(ii)前記受電装置の要求電圧、及び(iii)前記負荷の負荷インピーダンスを含む前記受電装置の制御情報を前記送電装置に送信し、
    前記送電装置は、さらに、前記受電装置の前記制御情報を前記コントロール装置から受信する送電側受信器と、(i)前記結合係数、(ii)前記要求電圧、及び(iii)前記負荷インピーダンスに対応づけられた制御パラメータを含むテーブルと、を有し、
    前記送電制御回路は、
    前記制御情報に基づいて前記テーブルを参照して前記制御パラメータを決定し、
    前記制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
    前記送電装置と前記受電装置とが結合した状態において、前記受電装置及び前記負荷を起動させるための交流電力を前記インバータ回路に出力させて前記受電装置及び前記負荷を起動させる、
    無線電力伝送システム。
  14. 前記送電制御回路は、
    前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧に一致させる調整を行う、
    請求項１３に記載の無線電力伝送システム。
  15. 前記送電制御回路は、
    前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整によって、前記交流電力の電圧を前記要求電圧の80％から120％の範囲に近づける調整を行う、
    請求項１３に記載の無線電力伝送システム。
  16. 前記送電側受信器は、前記制御パラメータを用いた前記交流電力の電圧の調整後、前記第２の直流電力の電圧と前記要求電圧との誤差を示す誤差情報を前記受電装置から受信し、
    前記送電制御回路は、前記制御パラメータを更新して前記誤差情報が示す誤差を収束させ、前記更新された制御パラメータを用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
    請求項１５に記載の無線電力伝送システム。
  17. 前記受電装置の要求電圧は所定の範囲を示す値である、
    請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  18. 前記制御パラメータは所定の範囲を示す値である、
    請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  19. 前記送電制御回路は、
    前記所定の範囲によって示される前記制御パラメータの中心値を用いて前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整する、
    請求項１８に記載の無線電力伝送システム。
  20. 前記送電装置は、前記送電装置の表面に凸部または凹部を有し、
    前記受電装置は、前記受電装置の表面に凸部または凹部を有し、
    前記送電装置の凸部と前記受電装置の凹部とが嵌合し、または、前記送電装置の凹部と前記受電装置の凸部とが嵌合することにより、前記送電装置と前記受電装置とは結合及び分離可能である、
    請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  21. 前記負荷は前記受電装置に含まれる、
    請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  22. 前記インバータ回路は、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、前記電源から供給された前記第１の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の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、
    前記送電制御回路は、
    前記４つのスイッチング素子の各々に、導通及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、及び前記第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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
    前記制御パラメータは、前記位相差を表す値である、
    請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  23. 前記送電制御回路は、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の周波数を変化させることにより、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、前記制御パラメータは、前記周波数を表す値である、
    請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  24. 前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、
    前記送電制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に、導通及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、前記インバータ回路から出力される前記交流電力の電圧を調整し、
    前記制御パラメータは、前記デューティ比を表す値である、
    請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
JP2015233600A 2015-10-02 2015-11-30 無線電力伝送システム Active JP6569861B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610227773.2A CN106560978B (zh) 2015-10-02 2016-04-13 无线电力传输系统
US15/259,222 US10418891B2 (en) 2015-10-02 2016-09-08 Wireless power transmission system
EP16189412.6A EP3157136B1 (en) 2015-10-02 2016-09-19 Wireless power transmission system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562236306P 2015-10-02 2015-10-02
US62/236,306 2015-10-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017070178A JP2017070178A (ja) 2017-04-06
JP6569861B2 true JP6569861B2 (ja) 2019-09-04

Family

ID=58495505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015233600A Active JP6569861B2 (ja) 2015-10-02 2015-11-30 無線電力伝送システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6569861B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10958154B2 (en) * 2017-07-06 2021-03-23 Integrated Device Technology, Inc. Wireless receiver rectifier low side current limited operation
JP7239421B2 (ja) * 2019-08-02 2023-03-14 京セラ株式会社 光ファイバー給電システム及び光ファイバー給電システムの給電側データ通信装置
JP2023016438A (ja) * 2021-07-21 2023-02-02 キヤノン株式会社 受電装置、受電装置の制御方法およびプログラム

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4706036B2 (ja) * 2005-02-03 2011-06-22 学校法人東京理科大学 非接触電力供給システム及びそれを用いた医療システム
JP2012070463A (ja) * 2010-09-21 2012-04-05 Nissan Motor Co Ltd 非接触給電装置
US9225391B2 (en) * 2012-03-19 2015-12-29 Lg Innotek Co., Ltd. Wireless power transmitting apparatus and method thereof
JP5801268B2 (ja) * 2012-09-03 2015-10-28 株式会社東芝 送電装置、受電装置および無線電力伝送システム
JP6040899B2 (ja) * 2013-04-08 2016-12-07 ソニー株式会社 電子機器および給電システム
JPWO2015015771A1 (ja) * 2013-07-31 2017-03-02 パナソニック株式会社 無線電力伝送システムおよび送電装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017070178A (ja) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106560978B (zh) 无线电力传输系统
KR101853825B1 (ko) 비접촉 송전 장치 및 전력 전송 시스템
US10811912B2 (en) Wireless power transmission system
JP6497614B2 (ja) 送電装置及び無線電力伝送システム
CN106560981B (zh) 无线电力传输系统
JP5978905B2 (ja) 非接触受電装置および非接触電力伝送システム
JP6103445B2 (ja) 非接触充電装置の給電装置
US10181761B2 (en) Wireless power transmission system
JPWO2015015771A1 (ja) 無線電力伝送システムおよび送電装置
CN106560979B (zh) 无线电力传输系统
JP2018117511A (ja) 送電装置、および当該送電装置を備える無線電力伝送システム
US20170324280A1 (en) Wireless power supply device, wireless power receiving device and wireless power transmission system
JP6569861B2 (ja) 無線電力伝送システム
US20170288462A1 (en) Wireless Power Supply Device, Wireless Power Receiving Device and Wireless Power Transmission System
JP2017077058A (ja) ワイヤレス送電装置、その制御回路および制御方法、充電器
JP6176291B2 (ja) 非接触送電装置および電力伝送システム
WO2016190095A1 (ja) ワイヤレス給電システム
JP6142901B2 (ja) 非接触送電装置および電力伝送システム
CN107565705B (zh) 电能发射端的控制方法、电能发射端及非接触电能传输装置
JP2016226233A (ja) 給電装置
JP6593648B2 (ja) 受電装置および無線電力伝送システム
JP6583823B2 (ja) 無線電力伝送システム
JP6583824B2 (ja) 無線電力伝送システム
JP2017041921A (ja) 送電機器
JP6646840B2 (ja) 無線電力伝送システム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180705

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190320

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190416

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190529

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190702

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190723

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6569861

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151