JP6741144B2 - ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムに関する。

ワイヤレス電力伝送技術による電力伝送を行えるように構成されたワイヤレス電力伝送システムが知られている。ワイヤレス電力伝送システムは、電力を送電する側のワイヤレス送電装置と、ワイヤレス送電装置によって送電された電力を受電するワイヤレス受電装置とを含んで構成される。

ワイヤレス電力伝送技術は、例えば、スマートフォンや電気自動車などに搭載される負荷（例えば、二次電池）の充電を行うために使用される。この場合、ワイヤレス送電装置は充電器であり、ワイヤレス受電装置はスマートフォンや電気自動車などに搭載される。ワイヤレス電力伝送技術により充電すべき負荷としては、リチウムイオンバッテリが主流である。

特許文献１には、ワイヤレス電力伝送システムの一例が開示されている。この例では、ワイヤレス受電装置内において、整流回路の後段にフィルタ回路が設けられる。このフィルタ回路は、ワイヤレス送電装置内のスイッチング電源の動作により発生するリップル電圧を軽減する役割を果たしている。

特開２０１４−７２９６６号公報

ところで、本願の発明者は、ワイヤレス電力伝送システムにおいて、負荷に印加する電圧のフィードバック制御を行うことを検討している。具体的には、負荷に印加する電圧がその目標電圧に等しくなるよう、ワイヤレス送電装置の出力を制御することを検討している。

しかしながら、検討を進めるうちに、特許文献１に記載されるようなフィルタ回路がワイヤレス受電装置内に存在すると、フィードバック制御が好適に行えなくなる場合があることが判明した。以下、詳しく説明する。

特許文献１に記載されるようなフィルタ回路をワイヤレス受電装置内に設ける場合、負荷にはフィルタ回路の出力電圧が印加されることになる。したがって、フィルタ回路の出力電圧をワイヤレス送電装置側に送れば一応はフィードバック制御が可能になるが、フィルタ回路では一般に遅延が発生するため、フィードバック速度が遅くなり、電力制御の安定性の確保が困難になる。そこで、フィルタ回路の入力電圧をワイヤレス送電装置側に送ることも考えられるが、そうすると今度は、負荷に印加される電圧が小さくなるという問題が発生する。すなわち、入力電圧は一般に、フィルタ回路での降下電圧分だけ出力電圧より大きくなる。したがって、入力電圧が目標電圧に等しくなるということは、フィルタ回路での降下電圧分だけ負荷に印加される電圧が小さくなる、ということを意味する。

したがって、本発明の目的の一つは、負荷の前段にフィルタ回路を設ける場合のフィードバック制御を好適に行えるワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することにある。

本発明によるワイヤレス受電装置は、ワイヤレス送電装置から伝送される電力をワイヤレスにて受電するワイヤレス受電装置であって、交流磁界を介して交流電力を取り込む受電コイルと、前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する整流回路と、前記整流回路と前記負荷との間に設けられるフィルタ回路と、前記フィルタ回路の入力電圧を検出する入力電圧検知回路と、前記フィルタ回路の出力電圧を検出する出力電圧検知回路と、前記出力電圧及び該出力電圧の目標値である第１の目標電圧に基づいて、前記入力電圧の目標値である第２の目標電圧を生成する目標電圧生成回路と、前記入力電圧と前記第２の目標電圧の差分を示す差分情報を前記ワイヤレス送電装置に伝達する受電側伝送器と、を備える、ワイヤレス受電装置である。

本発明によれば、出力電圧が第１の目標電圧より小さい場合には入力電圧を上げる方向に第２の目標電圧を生成し、出力電圧が第１の目標電圧より大きい場合には入力電圧を下げる方向に第２の目標電圧を生成することが可能になり、その結果として、入力電圧をフィードバック制御の対象としつつ、出力電圧を第１の目標電圧に収束させることが可能になる。したがって、負荷の前段にフィルタ回路を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

上記ワイヤレス受電装置において、前記目標電圧生成回路は、前記入力電圧と前記出力電圧の差分電圧を算出する減算回路と、前記第１の目標電圧に前記差分電圧を加算することにより前記第２の目標電圧を生成する加算回路と、を有する、こととしてもよい。これによれば、目標電圧生成回路により、第２の目標電圧を好適に生成することが可能になる。

上記ワイヤレス受電装置において、前記目標電圧生成回路は、前記出力電圧と前記第１の目標電圧の差分電圧を算出する減算回路と、前記入力電圧に前記差分電圧を加算することにより前記第２の目標電圧を生成する加算回路と、を有する、こととしてもよい。これによっても、目標電圧生成回路により、第２の目標電圧を好適に生成することが可能になる。

上記各ワイヤレス受電装置においてさらに、前記受電側伝送器は、前記第２の目標電圧が基準値を超えたとき、前記ワイヤレス送電装置にエラー信号を伝達する、こととしてもよい。これによれば、フィルタ回路の故障を検知することが可能になる。

上記ワイヤレス受電装置においてさらに、前記差分電圧の変化に基づき、前記負荷の充電状況を判定する充電状態検出回路をさらに備える、こととしてもよい。これによれば、フィードバック制御用の回路の出力を利用して、二次電池である負荷の充電状況を把握することが可能になる。

上記各ワイヤレス受電装置においてさらに、前記入力電圧検知回路は前記入力電圧を実効値にて検出し、前記出力電圧検知回路は前記出力電圧を実効値にて検出する、こととしてもよい。これによれば、入力電圧及び出力電圧におけるリップル電圧の影響を軽減できるので、第２の目標電圧を精度よく生成することが可能になる。

本発明によるワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス送電装置からワイヤレス受電装置にワイヤレスにて電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、前記ワイヤレス送電装置は、入力直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路から前記交流電力を受けて交流磁界を発生する送電コイルと、前記ワイヤレス受電装置と情報の伝達を行う送電側伝送器と、を備え、前記ワイヤレス受電装置は、上記各ワイヤレス受電装置のいずれかであり、前記電力変換回路は、前記受電側伝送器が送信し前記送電側伝送器が受信した前記差分情報に基づいて、前記送電コイルに供給する交流電力を制御する、ワイヤレス電力伝送システムである。

本発明によれば、出力電圧が第１の目標電圧より小さい場合には入力電圧を上げる方向に第２の目標電圧を生成し、出力電圧が第１の目標電圧より大きい場合には入力電圧を下げる方向に第２の目標電圧を生成することが可能になる。そして、こうして生成された第２の目標電圧と入力電圧とが等しくなるよう電力変換回路が送電コイルの出力制御を行うことにより、出力電圧を第１の目標電圧に収束させることが可能になる。したがって、負荷の前段にフィルタ回路を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

本発明の他の一側面によるワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス送電装置からワイヤレス受電装置にワイヤレスにて電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、前記ワイヤレス送電装置は、入力直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、前記電力変換回路から前記交流電力を受けて交流磁界を発生する送電コイルと、前記ワイヤレス受電装置と情報の伝達を行う送電側伝送器と、を備え、前記ワイヤレス受電装置は、交流磁界を介して交流電力を取り込む受電コイルと、前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する整流回路と、前記整流回路と前記負荷との間に設けられるフィルタ回路と、前記フィルタ回路の入力電圧を検出する入力電圧検知回路と、前記フィルタ回路の出力電圧を検出する出力電圧検知回路と、前記入力電圧及び前記出力電圧を前記ワイヤレス送電装置に伝達する受電側伝送器と、を備え、前記ワイヤレス送電装置は、前記出力電圧及び該出力電圧の目標値である第１の目標電圧に基づいて、前記入力電圧の目標値である第２の目標電圧を生成する目標電圧生成回路、をさらに備え、前記電力変換回路は、前記入力電圧と前記第２の目標電圧の差分を示す差分情報に基づいて、前記送電コイルに供給する交流電力を制御する、ワイヤレス電力伝送システムである。

本発明によっても、出力電圧が第１の目標電圧より小さい場合には入力電圧を上げる方向に第２の目標電圧を生成し、出力電圧が第１の目標電圧より大きい場合には入力電圧を下げる方向に第２の目標電圧を生成することが可能になる。そして、こうして生成された第２の目標電圧と入力電圧とが等しくなるよう電力変換回路が送電コイルの出力制御を行うことにより、出力電圧を第１の目標電圧に収束させることが可能になる。したがって、負荷の前段にフィルタ回路を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

本発明によれば、負荷の前段にフィルタ回路を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

本発明の第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。 図１に示した受電側伝送器４３の内部構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。 本発明の第４の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。 本発明の第５の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。 本発明の第６の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス送電装置２と、ワイヤレス受電装置３とを備えて構成される。

ワイヤレス受電装置３は、図１に示すように負荷４に接続される。負荷４は、例えばリチウムイオンバッテリなどの二次電池であり、電気自動車やスマートフォンなどの充電式装置に駆動用電源として搭載される。ワイヤレス電力伝送システム１は、ワイヤレス送電装置２からワイヤレス受電装置３に対してワイヤレスで送電を行う機能を有しており、この機能を利用して負荷４の充電を行う。

ワイヤレス送電装置２は、電力変換回路２０と、送電コイル２１と、送電側伝送器２２とを有して構成される。また、ワイヤレス受電装置３は、受電コイル３０と、整流回路３１と、フィルタ回路３３と、入力電圧検知回路４０と、出力電圧検知回路４１と、目標電圧生成回路４２と、受電側伝送器４３とを有して構成される。

電力変換回路２０は、外部から供給される直流電力（図示せず）を交流電力に変換する機能を有し、変換によって得た交流電力を送電コイル２１に供給するよう構成される。直流電力を交流電力に変換する機能は、具体的にはスイッチング電源によって構成される。電力変換回路２０はまた、後述する差分情報に基づいて送電コイル２１に供給する交流電力を制御することにより、送電コイル２１の出力を制御する機能を有する。この点については、後ほど再度説明する。

送電コイル２１は、電力変換回路２０から交流電力を受けて交流磁界を発生するよう構成される。ワイヤレス送電装置２による電力の送電は、この交流磁界によって実現される。なお、送電コイル２１と共に共振回路を構成するコンデンサを設けても構わない。

送電側伝送器２２は、例えばブルートゥース（登録商標）、無線ＬＡＮ、光結合（フォトカプラ）、磁気結合（コイル）などによる通信機能を有する装置であり、ワイヤレス受電装置３から後述する差分情報を受信し、電力変換回路２０に供給する役割を果たす。

受電コイル３０は、送電コイル２１が生成した交流磁界を介して、交流電力を取り込むよう構成される。つまり、送電コイル２１が生成した交流磁界が受電コイル３０に鎖交すると、電磁誘導により受電コイル３０に交流電力が発生する。受電コイル３０は、こうして発生した交流電力を整流回路３１に出力する。なお、受電コイル３０と共に共振回路を構成するコンデンサを設けても構わない。

整流回路３１は、ブリッジダイオードと平滑コンデンサを有し、受電コイル３０が受電した交流電力を直流電力に変換して負荷４に出力する回路である。整流回路３１から負荷４への電力伝送は、高位側と低位側の２本の伝送路を用いて実現される。整流回路３１が出力する直流電力は完全な直流電力ではなく、ある程度のリップル電圧を含む。これは、電力変換回路２０がスイッチング電源により構成されることによるものである。

フィルタ回路３３は、整流回路３１が出力する直流電力に重畳されるリップル電圧を軽減するために設けられるローパスフィルタであり、整流回路３１と負荷４との間に設けられる。フィルタ回路３３においては、上述したように遅延と電圧降下が発生する。本実施の形態によるワイヤレス受電装置３は、このような性質を有するフィルタ回路３３を負荷４の前段に設けつつも、負荷４に印加する電圧のフィードバック制御を好適に行うことを可能にするものである。

入力電圧検知回路４０は、フィルタ回路３３の入力電圧Ｖｉを検出する回路であり、その入力端子はフィルタ回路３３のプラス側入力端子に接続される。また、出力電圧検知回路４１は、フィルタ回路３３の出力電圧Ｖｏを検出する回路であり、その入力端子はフィルタ回路３３のプラス側出力端子に接続される。入力電圧検知回路４０は入力電圧Ｖｉを実効値にて検出し、出力電圧検知回路４１は出力電圧Ｖｏを実効値にて検出するよう構成される。このように入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏのそれぞれを実効値とするのは、入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏにおけるリップル電圧の影響を軽減し、それによって、後述する第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を精度よく生成できるようにするためである。

目標電圧生成回路４２は、出力電圧Ｖｏ及び該出力電圧Ｖｏの目標値である第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に基づいて、入力電圧Ｖｉの目標値である第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を生成する回路であり、減算回路５０ａ及び加算回路５１を有して構成される。なお、第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１は、ワイヤレス受電装置３内に設けられる図示しない電源から供給される固定電位である。第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１の具体的な値は、任意の正の値に設定される。

減算回路５０ａは、２つの入力端子を有し、これらに供給される電圧の差分を算出する回路である。本実施の形態においては、２つの入力端子には入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏのそれぞれが供給されており、減算回路５０ａは、これらの差分を算出するよう構成される。より具体的に言えば、入力電圧Ｖｉから出力電圧Ｖｏを減じてなる差分電圧Ｖｉ−Ｖｏを算出するよう構成される。

加算回路５１は、２つの入力端子を有し、これらに供給される電圧を加算する回路である。本実施の形態においては、２つの入力端子には第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１及び減算回路５０ａから出力される差分電圧Ｖｉ−Ｖｏのそれぞれが供給されており、加算回路５１はこれらを加算し、その結果を出力するよう構成される。加算回路５１の出力電圧は、第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２として受電側伝送器４３に供給される。

以上のようにして目標電圧生成回路４２により生成される第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を数式を用いて表すと、次の式（１）となる。
Ｖｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆ１＋Ｖｉ−Ｖｏ
＝Ｖｉ−（Ｖｏ−Ｖｒｅｆ１） ・・・（１）

受電側伝送器４３は、例えばブルートゥース（登録商標）、無線ＬＡＮ、光結合（フォトカプラ）、磁気結合（コイル）などによる通信機能を有する装置であり、ワイヤレス送電装置２内の送電側伝送器２２と相互に通信可能に構成される。本実施の形態における受電側伝送器４３は、入力電圧検知回路４０から入力電圧Ｖｉの供給を受けるとともに、目標電圧生成回路４２から第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の供給を受け、これらの差分を示す差分情報をワイヤレス送電装置２に伝達する役割を担う。差分情報は、具体的には、入力電圧Ｖｉと第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２そのものであってもよいし、入力電圧Ｖｉと第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２であってもよい。

図２は、差分情報として差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２を送信する場合における受電側伝送器４３の内部構成を示す図である。同図（ａ）に示すように、受電側伝送器４３は、入力電圧Ｖｉ及び第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を受けて差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２を生成する比較回路４３ａと、生成された差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２をワイヤレス送電装置２に向けて送信する伝送部４３ｂとを有して構成される。

図２（ｂ）には、比較回路４３ａの詳細な回路構成を示している。同図に示すように、比較回路４３ａは、入力電圧Ｖｉと第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の差を検出し、増幅して出力するエラーアンプによって構成される。より具体的に言えば、比較回路４３ａは、入力電圧Ｖｉが入力される反転入力端子、第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２が入力される非反転入力端子、及び、差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２が出力される出力端子を有するオペアンプＯＰと、オペアンプの反転入力端子に接続される抵抗Ｒ１，Ｒ２及びキャパシタＣ１と、オペアンプの反転入力端子と出力端子の間に接続される抵抗Ｒ３及びキャパシタＣ２，Ｃ３とによって構成される。抵抗Ｒ１及びキャパシタＣ１は直列に接続され、抵抗Ｒ２は、この直列回路と並列に接続される。また、抵抗Ｒ３及びキャパシタＣ３は直列に接続され、キャパシタＣ２は、この直列回路と並列に接続される。抵抗Ｒ３及びキャパシタＣ２，Ｃ３は、オペアンプＯＰの負帰還回路を構成する。

このような比較回路４３ａの構成によれば、抵抗Ｒ１〜Ｒ３及びキャパシタＣ１〜Ｃ３それぞれの値によって、比較回路４３ａの出力が差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２に到達するまでに要する時間（目標到達時間）が変動する。つまり、抵抗Ｒ１，Ｒ２の合成抵抗値と抵抗Ｒ３との比率によりオペアンプＯＰによって構成される反転増幅回路の倍率が決まり、かつ、抵抗Ｒ３の値に依存する負帰還電流量によってキャパシタＣ３へのチャージ時間が決まることから、目標到達時間がなだらかに変動することになる。これにより、受電電力の急峻な変動が抑制される。したがって、倍率とチャージ時間の適切な設定によって、安定的な電力伝送が可能となる。

ワイヤレス送電装置２内の電力変換回路２０は、こうしてワイヤレス受電装置３から受信される差分情報に基づいて、送電コイル２１の出力を制御する。具体的には、入力電圧Ｖｉと第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２とが等しくなるように（すなわち、入力電圧Ｖｉと第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２がゼロとなるように）、送電コイル２１の出力を制御する。上掲した式（１）によれば、入力電圧Ｖｉと第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２とが等しいとき、出力電圧Ｖｏが第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に等しくなる。また、出力電圧Ｖｏが減少すると第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２が増加するので、電力変換回路２０が上記制御を行うと入力電圧Ｖｉが増加し、それに伴って出力電圧Ｖｏも増加する。逆に、出力電圧Ｖｏが増加すると第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２が減少するので、電力変換回路２０が上記制御を行うと入力電圧Ｖｉが減少し、それに伴って出力電圧Ｖｏも減少する。したがって、電力変換回路２０が上記制御を行うことにより、出力電圧Ｖｏを第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に収束させることが実現される。

以上説明したように、本実施の形態によるワイヤレス受電装置３及びワイヤレス電力伝送システム１によれば、出力電圧Ｖｏが第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１より小さい場合には入力電圧Ｖｉを上げる方向に第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を生成し、出力電圧Ｖｏが第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１より大きい場合には入力電圧Ｖｉを下げる方向に第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を生成することが可能になる。そして、こうして生成された第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２と入力電圧Ｖｉとが等しくなるようワイヤレス送電装置２内の電力変換回路２０が送電コイル２１の出力制御を行うので、出力電圧Ｖｏを第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に収束させることが可能になる。

フィードバック制御の対象が入力電圧Ｖｉであることから、本実施の形態では、上述したフィードバック速度の低下という、出力電圧Ｖｏをフィードバック制御の対象とする場合の問題は発生しない。また、出力電圧Ｖｏが第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に収束するのであるから、本実施の形態では、フィードバック制御の対象が入力電圧Ｖｉであるにも関わらず、フィルタ回路３３での降下電圧分だけ負荷４に印加される電圧が小さくなるという問題も生じない。したがって、本実施の形態によるワイヤレス受電装置３及びワイヤレス電力伝送システム１によれば、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になると言える。

また、本実施の形態によれば、目標電圧生成回路４２内に減算回路５０ａ及び加算回路５１を設けているので、目標電圧生成回路４２により、第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を好適に生成することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏのそれぞれを実効値としているので、入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏにおけるリップル電圧の影響を軽減できる。したがって、第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を精度よく生成することが可能になる。

なお、受電側伝送器４３は、第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２が予め定められた基準値を超えたとき、ワイヤレス送電装置２にエラー信号を伝達することとしてもよい。これによれば、ワイヤレス送電装置２側において、フィルタ回路３３の故障を検知することが可能になる。

図３は、本発明の第２の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、入力電圧検知回路４０の入力端子がフィルタ回路３３のマイナス側入力端子に接続される点、出力電圧検知回路４１の入力端子がフィルタ回路３３のマイナス側出力端子に接続される点、及び、目標電圧生成回路４２が減算回路５０ａに代えて減算回路５０ｂを有する点で、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と異なる。以下、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

本実施の形態による入力電圧検知回路４０の入力端子は、上記したようにフィルタ回路３３のマイナス側入力端子に接続される。したがって、本実施の形態において入力電圧検知回路４０から出力される電圧は、第１の実施の形態とは逆の符号を有することになる。つまり、−Ｖｉとなる。

同様に、本実施の形態による出力電圧検知回路４１の入力端子は、上記したようにフィルタ回路３３のマイナス側出力端子に接続される。したがって、本実施の形態において出力電圧検知回路４１から出力される電圧は、第１の実施の形態とは逆の符号を有することになる。つまり、−Ｖｏとなる。

本実施の形態による減算回路５０ｂは、入力電圧検知回路４０の出力電圧（＝−Ｖｉ）から出力電圧検知回路４１の出力電圧（＝−Ｖｏ）を減じてなる差分電圧−Ｖｉ−（−Ｖｏ）の絶対値｜−Ｖｉ−（−Ｖｏ）｜を算出する回路である。ここで、フィルタ回路３３は電圧降下を発生させる回路であるので、Ｖｉ＞Ｖｏが常に成り立つ。したがって、減算回路５０ｂが出力する電圧｜−Ｖｉ−（−Ｖｏ）｜は、第１の実施の形態において減算回路５０ａが出力する差分電圧Ｖｉ−Ｖｏと常に同じ値になるので、上掲した式（１）は本実施の形態でも成立する。

本実施の形態における受電側伝送器４３は、入力電圧検知回路４０から電圧−Ｖｉの供給を受けるとともに、目標電圧生成回路４２から第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の供給を受け、これらに基づき、入力電圧Ｖｉ（入力電圧検知回路４０から供給を受けた電圧−Ｖｉの符号を反転させてなる電圧）と第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の差分を示す差分情報をワイヤレス送電装置２に伝達する役割を担う。この伝達を受けたワイヤレス送電装置２側の処理は、第１の実施の形態と同様である。上掲した式（１）が本実施の形態でも成立することから、ワイヤレス送電装置２が第１の実施の形態と同様の処理を行うことにより、本実施の形態においても、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態によるワイヤレス受電装置３及びワイヤレス電力伝送システム１によれば、入力電圧検知回路４０の入力端子をフィルタ回路３３のマイナス側入力端子に接続し、出力電圧検知回路４１の入力端子をフィルタ回路３３のマイナス側出力端子に接続しているにも関わらず、第１の実施の形態と同様に、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

図４は、本発明の第３の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、減算回路５０ａ及び加算回路５１それぞれの入力の点で、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と異なる。以下、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

本実施の形態による減算回路５０ａの２つの入力端子には、第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１及び出力電圧Ｖｏのそれぞれが供給される。減算回路５０ａは、これらに基づき、第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１から出力電圧Ｖｏを減じてなる差分電圧Ｖｒｅｆ１−Ｖｏを算出するよう構成される。

本実施の形態による加算回路５１の２つの入力端子には、入力電圧Ｖｉ及び減算回路５０ａから出力される差分電圧Ｖｒｅｆ１−Ｖｏのそれぞれが供給される。加算回路５１は、これらに基づき、入力電圧Ｖｉに差分電圧Ｖｒｅｆ１−Ｖｏを加算するよう構成される。加算の結果は、第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２として受電側伝送器４３に供給される。

こうして受電側伝送器４３に供給される第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２は、上掲した式（１）で表される。したがって、ワイヤレス送電装置２が第１の実施の形態と同様の処理を行うことにより、本実施の形態においても、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態によるワイヤレス受電装置３及びワイヤレス電力伝送システム１によっても、第１の実施の形態と同様に、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

図５は、本発明の第４の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、スイッチ制御回路４４を有する点、及び、受電側伝送器４３内に切替回路４３ｃを有する点で、第３の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と異なる。以下、第３の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、第３の実施の形態との相違点を中心に説明する。

本実施の形態による受電側伝送器４３は、比較回路４３ａと、伝送部４３ｂと、切替回路４３ｃとを有して構成される。このうち比較回路４３ａ及び伝送部４３ｂの詳細は、図２を参照して説明したとおりである。

切替回路４３ｃは、比較回路４３ａから供給される差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２と、第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３とのいずれか一方を選択し、伝送部４３ｂに供給する回路である。なお、第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３は、ワイヤレス受電装置３内に設けられる図示しない電源から供給される固定電位である。第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３の具体的な値は、任意の負の値に設定される。伝送部４３ｂは、こうして供給された一方の電圧のみをワイヤレス送電装置２に伝送する。

スイッチ制御回路４４は、第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１及び出力電圧Ｖｏに基づいて制御信号ＳＷＣを生成し、切替回路４３ｃに供給する回路である。切替回路４３ｃは、この制御信号ＳＷＣに従って、差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２と第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３とのいずれか一方を選択するよう構成される。

具体的に説明すると、スイッチ制御回路４４は、第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１が出力電圧Ｖｏより大きい場合（すなわち、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｏである場合）に、切替回路４３ｃが第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３を選択するよう制御信号ＳＷＣを生成し、それ以外の場合（すなわち、Ｖｒｅｆ１≦Ｖｏである場合）に、切替回路４３ｃが差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２を選択するよう制御信号ＳＷＣを生成する。これにより、ワイヤレス送電装置２に伝送されるのは、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｏである場合には第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３となり、Ｖｒｅｆ１≦Ｖｏである場合には差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２となる。

ワイヤレス送電装置２に差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２が伝送される場合のワイヤレス電力伝送システム１の動作は、第３の実施の形態と同様である。すなわち、差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２がゼロとなるように送電コイル２１の出力制御が実行され、その結果として、出力電圧Ｖｏの値が第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に収束する。この制御は、差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２の値（＝Ｖｏ−Ｖｒｅｆ１）が常に非負であることから、出力電圧Ｖｏを下げる方向での制御となる。

一方、ワイヤレス送電装置２に第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３が伝送される場合のワイヤレス電力伝送システム１は、負の値である第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３がゼロとなるように、送電コイル２１の出力制御を実行することになる。第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３は固定値であるので、この制御では送電コイル２１の出力が徐々に増加し、その結果として、出力電圧Ｖｏも徐々に増加する。こうして増加する出力電圧ＶｏがＶｒｅｆ１≦Ｖｏを満たしたとき、ワイヤレス送電装置２に差分電圧Ｖｉ−Ｖｒｅｆ２が伝送されるようになり、今度は出力電圧Ｖｏ下げる方向に制御が行われることになる。結果として、出力電圧Ｖｏの値は第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に収束する。

つまり、本実施の形態では、出力電圧Ｖｏが第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１より小さい場合にのみ、第３の実施の形態と異なる制御を行うようにしている。そして、その場合の制御は、ワイヤレス送電装置２の入力を第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３に固定するというものであるので、本実施の形態によれば、第３の目標電圧Ｖｒｅｆ３の値を適切に設定することにより、出力電圧Ｖｏの単位時間あたりの上昇率を適切に制御することが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態によるワイヤレス受電装置３及びワイヤレス電力伝送システム１によれば、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になるという第３の実施の形態と同様の効果に加え、出力電圧Ｖｏの単位時間あたりの上昇率を適切に制御できる、というさらなる効果を得ることが可能になる。

図６は、本発明の第５の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、目標電圧生成回路４２に代えて目標電圧生成回路２３を有する点で、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と異なる。以下、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

本実施の形態による受電側伝送器４３は、入力電圧Ｖｉと第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の差分を示す差分情報ではなく、入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏをワイヤレス送電装置２に対して送信するよう構成される。送電側伝送器２２は、こうして送信された入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏを受信し、目標電圧生成回路２３に供給する。

目標電圧生成回路２３は、第１の実施の形態で説明した目標電圧生成回路４２とは異なり、ワイヤレス送電装置２内に配置される。目標電圧生成回路２３の構成及び動作は第１の実施の形態で説明した目標電圧生成回路４２のものと同一であり、減算回路５０ａ及び加算回路５１を用いて第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２を生成するよう構成される。

すなわち、減算回路５０ａは、送電側伝送器２２から供給される入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏの差分電圧Ｖｉ−Ｖｏを算出するよう構成される。また、加算回路５１は、第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１及び減算回路５０ａから出力される差分電圧Ｖｉ−Ｖｏを加算し、第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２として出力するよう構成される。加算回路５１から出力された第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２は、電力変換回路２０に供給される。第２の目標電圧Ｖｒｅｆ２の供給を受けた電力変換回路２０が行う制御は第１の実施の形態で説明したとおりであり、これにより、出力電圧Ｖｏを第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１に収束させることが実現される。したがって、本実施の形態によっても、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

以上説明したように、本実施の形態によるワイヤレス受電装置３及びワイヤレス電力伝送システム１によっても、第１の実施の形態と同様に、負荷４の前段にフィルタ回路３３を設ける場合のフィードバック制御を好適に行うことが可能になる。

なお、本実施の形態では、第１の実施の形態による目標電圧生成回路４２をワイヤレス送電装置２内の目標電圧生成回路２３により置き換えた例を説明したが、第１〜第４の実施の形態による目標電圧生成回路４２を同様にワイヤレス送電装置２内の目標電圧生成回路２３に置き換えてもよいことは勿論である。なお、この場合において、図５に示した第４の実施の形態に関しては、スイッチ制御回路４４、比較回路４３ａ、及び切替回路４３ｃもワイヤレス送電装置２内の同様の回路に置き換えることが好ましい。

図７は、本発明の第６の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１の構成を示す図である。本実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１は、充電状態検出回路４５をさらに有する点で、第１の実施の形態によるワイヤレス電力伝送システム１と異なる。以下、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

充電状態検出回路４５は、減算回路５０ａが出力する差分電圧Ｖｉ−Ｖｏの変化に基づき、二次電池である負荷４の充電状況を判定する回路である。充電状態検出回路４５は、負荷４の充電が進行するにつれて値が小さくなるという差分電圧Ｖｉ−Ｖｏの性質を利用して、この判定を行う。

充電状態検出回路４５は、判定結果を示す情報を、受電側伝送器４３を介してワイヤレス送電装置２に伝達するよう構成される。ワイヤレス送電装置２は、こうして伝達された情報に基づき、ユーザに対して負荷４の充電状況を通知するよう構成される。なお、ワイヤレス受電装置３においても同様に、充電状態検出回路４５の判定結果に基づき、ユーザに対して負荷４の充電状況を通知することとしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によるワイヤレス受電装置３及びワイヤレス電力伝送システム１によれば、フィードバック制御用の回路（具体的には減算回路５０ａ）の出力を利用して、二次電池である負荷４の充電状況を把握することが可能になる。また、把握した充電状況をユーザに通知することが可能になる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、目標電圧生成回路は、減算回路と加算回路の機能を有するマイクロプロセッサ等から構成されていても構わない。この場合、第１の目標電圧Ｖｒｅｆ１は、図示しない記憶回路に予め記憶される固定値となる。

１ ワイヤレス電力伝送システム
２ ワイヤレス送電装置
３ ワイヤレス受電装置
４ 負荷
２０ 電力変換回路
２１ 送電コイル
２２ 送電側伝送器
２３，４２ 目標電圧生成回路
３０ 受電コイル
３１ 整流回路
３３ フィルタ回路
４０ 入力電圧検知回路
４１ 出力電圧検知回路
４３ 受電側伝送器
４３ａ 比較回路
４３ｂ 伝送部
４３ｃ 切替回路
４４ スイッチ制御回路
４５ 充電状態検出回路
５０ａ，５０ｂ 減算回路
５１ 加算回路
ＳＷＣ 制御信号
Ｖｉ フィルタ回路３３の入力電圧
Ｖｏ フィルタ回路３３の出力電圧
Ｖｒｅｆ１ 第１の目標電圧
Ｖｒｅｆ２ 第２の目標電圧
Ｖｒｅｆ３ 第３の目標電圧

Claims (8)

1. ワイヤレス送電装置から伝送される電力をワイヤレスにて受電するワイヤレス受電装置であって、
   交流磁界を介して交流電力を取り込む受電コイルと、
   前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する整流回路と、
   前記整流回路と前記負荷との間に設けられるフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路の入力電圧を検出する入力電圧検知回路と、
   前記フィルタ回路の出力電圧を検出する出力電圧検知回路と、
   前記出力電圧及び該出力電圧の目標値である第１の目標電圧に基づいて、前記入力電圧の目標値である第２の目標電圧を生成する目標電圧生成回路と、
   前記入力電圧と前記第２の目標電圧の差分を示す差分情報を前記ワイヤレス送電装置に伝達する受電側伝送器と、
   を備える、ワイヤレス受電装置。
2. 前記目標電圧生成回路は、
   前記入力電圧と前記出力電圧の差分電圧を算出する減算回路と、
   前記第１の目標電圧に前記差分電圧を加算することにより前記第２の目標電圧を生成する加算回路と、を有する、
   請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
3. 前記目標電圧生成回路は、
   前記出力電圧と前記第１の目標電圧の差分電圧を算出する減算回路と、
   前記入力電圧に前記差分電圧を加算することにより前記第２の目標電圧を生成する加算回路と、を有する、
   請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
4. 前記受電側伝送器は、前記第２の目標電圧が基準値を超えたとき、前記ワイヤレス送電装置にエラー信号を伝達する、
   請求項２又は３に記載のワイヤレス受電装置。
5. 前記差分電圧の変化に基づき、前記負荷の充電状況を判定する充電状態検出回路をさらに備える、
   請求項２に記載のワイヤレス受電装置。
6. 前記入力電圧検知回路は前記入力電圧を実効値にて検出し、
   前記出力電圧検知回路は前記出力電圧を実効値にて検出する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置。
7. ワイヤレス送電装置からワイヤレス受電装置にワイヤレスにて電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
   前記ワイヤレス送電装置は、
   入力直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
   前記電力変換回路から前記交流電力を受けて交流磁界を発生する送電コイルと、
   前記ワイヤレス受電装置と情報の伝達を行う送電側伝送器と、を備え、
   前記ワイヤレス受電装置は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置であり、
   前記電力変換回路は、前記受電側伝送器が送信し前記送電側伝送器が受信した前記差分情報に基づいて、前記送電コイルに供給する交流電力を制御する、
   ワイヤレス電力伝送システム。
8. ワイヤレス送電装置からワイヤレス受電装置にワイヤレスにて電力を伝送するワイヤレス電力伝送システムであって、
   前記ワイヤレス送電装置は、
   入力直流電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
   前記電力変換回路から前記交流電力を受けて交流磁界を発生する送電コイルと、
   前記ワイヤレス受電装置と情報の伝達を行う送電側伝送器と、を備え、
   前記ワイヤレス受電装置は、
   交流磁界を介して交流電力を取り込む受電コイルと、
   前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する整流回路と、
   前記整流回路と前記負荷との間に設けられるフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路の入力電圧を検出する入力電圧検知回路と、
   前記フィルタ回路の出力電圧を検出する出力電圧検知回路と、
   前記入力電圧及び前記出力電圧を前記ワイヤレス送電装置に伝達する受電側伝送器と、を備え、
   前記ワイヤレス送電装置は、前記出力電圧及び該出力電圧の目標値である第１の目標電圧に基づいて、前記入力電圧の目標値である第２の目標電圧を生成する目標電圧生成回路、をさらに備え、
   前記電力変換回路は、前記入力電圧と前記第２の目標電圧の差分を示す差分情報に基づいて、前記送電コイルに供給する交流電力を制御する、
   ワイヤレス電力伝送システム。

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