JP7211486B2 - ワイヤレス給電システム - Google Patents

Description

本発明は、送電装置から受電装置に電磁界結合によってワイヤレスで電力を給電するワイヤレス給電システムに関する。

特許文献１に記載の無接点電力伝送システムは、送電装置、および、受電装置を備える。送電装置は、送電制御回路を備え、受電装置は、受電制御回路を備える。

受電制御回路は、バッテリの満充電状態を検出すると、満充電コマンドを送電制御回路に送信する。送電制御回路は、満充電コマンドを受信すると、通常送電を停止して、間欠送電を行う。

また、受電制御回路は、バッテリの再充電必要状態を検出すると、再充電コマンドを送電制御回路に送信する。送電制御回路は、再充電コマンドを受信すると、間欠送電を停止して、通常送電を行う。

特開２００８－１７８１９５号公報

特許文献１に記載のワイヤレス給電システムでは、受電制御回路は、コマンドを送信制御回路に送信するための無線送信回路が必要である。送電制御回路は、コマンドを受信するための無線受信回路が必要である。送電装置や受電装置において、無線送信回路や無線受信回路を備えると、システムは複雑になり、大型化する。また、送電や受電での高周波電力と、無線送信や無線受信での無線信号が干渉して、電力変換制御が誤動作し、システムが破壊してしまう場合がある。

このため、送電装置や受電装置において、無線送信回路や無線受信回路を備える必要が無く、シンプルで小型、また、信頼性が高く、消費電力の少ないワイヤレス給電システムが必要となっている。

したがって、本発明の目的は、送電装置や受電装置において、シンプルで小型、また、信頼性が高く、消費電力の少ないワイヤレス給電システムを提供することにある。

本発明のワイヤレス給電システムは、送電装置、および、受電装置を備える。送電装置は、送電電力変換回路、送電共振回路、および、送電制御回路を備える。送電電力変換回路は、送電直流電源を高周波電力に変換する。送電共振回路は、送電電力変換回路を構成する送電コイルを含む。送電制御回路は、送電電力変換回路を制御する。受電装置は、受電共振回路、受電電力変換回路、および、バッテリを備える。受電共振回路は、受電コイルを含み送電共振回路に対して電磁界結合可能な構成である。受電電力変換回路は、受電共振回路で受電した高周波電力を受電直流電源に変換する。バッテリは、受電直流電源によって充電される。

受電装置は、さらに、充電状態検出回路、受電制御回路、および、共鳴変調回路を備える。充電状態検出回路は、バッテリの充電状態を検出する。受電制御回路は、充電状態検出回路を備え、充電状態検出回路で検出したバッテリの充電状態に応じて、送電停止信号を生成する。共鳴変調回路は、送電停止信号によって送電共振回路から受電共振回路をみた入力インピーダンスを変えることで共振条件を変化させる。

送電装置は、電気変量検出回路を備える。電気変量検出回路は、共振条件の変化による送電直流電源から供給される電気変量を検出する。送電制御回路は、電気変量検出回路で検出した電気変量から、送電停止信号を復調し、送電電力変換回路における高周波電力の供給する動作を所定時間停止する。

この構成では、受電装置は、バッテリの充電が必要なくなると、給電経路を介して、共振条件を変化させることで、送電停止を通知する。送電装置は、共振条件の変化から送電停止を検出し、送電を停止する。これにより、送電装置は、バッテリの充電が必要なくなれば、動作を停止し、消費電力は低減する。また、送電装置および受電装置は、ともに送電停止用の回路を別途必要としないので、送電装置および受電装置の回路構成の簡素化、および、省電力化が実現される。

この発明によれば、シンプルで小型、また、信頼性が高く、消費電力が少ないワイヤレス給電システムを提供することが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電装置２０の構成を示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの受電装置３０の構成を示す図である。 図３は、共振条件の変化による送電直流電流の変化の一例を示すグラフである。 図４は、バッテリ電圧の遷移の位置例を示すグラフである。 図５は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第１態様を示すタイムチャートである。 図６は、送電装置２０で実行する制御の第１態様を示すフローチャートである。 図７は、受電装置３０で実行する制御の第１態様を示すフローチャートである。 図８は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第２態様を示すタイムチャートである。 図９は、送電装置２０で実行する制御の第２態様を示すフローチャートである。 図１０は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第３態様を示すタイムチャートである。 図１１は、受電装置３０で実行する制御の第３態様を示すフローチャートである。 図１２は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第４態様を示すタイムチャートである。 図１３は、受電装置３０で実行する制御の第４態様を示すフローチャートである。 図１４は、第５態様における送電開始時の制御の一例を示す。 図１５は、第５態様における送電停止の制御の一例を示す。 図１６は、第５態様における送電停止から送電開始までの制御の一例を示す。 図１７は、送電装置２０で実行する制御の第５態様を示すフローチャートである。 図１８は、受電装置３０で実行する制御の第５態様を示すフローチャートである。 図１９（Ａ）は、受電装置３０Ａの他の実施態様を示す図であり、図１９（Ｂ）は、受電装置３０Ｂの他の実施態様を示す図である。

本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの送電装置２０の構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムの受電装置３０の構成を示す図である。

（回路構成）
本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムは、送電装置２０および受電装置３０を備える。

（送電装置２０の回路構成）
図１に示すように、送電装置２０は、送電制御回路２１、および、送電電力変換回路２２を備える。送電制御回路２１は、ＭＰＵ２１１、検出用素子２１２、および、差動アンプ２１３を備える。検出用素子２１２と差動アンプ２１３とによって、電気変量検出回路が構成される。

ＭＰＵ２１１には、直流電源２００が接続されている。ＭＰＵ２１１は、直流電源２００によって電力供給されている。なお、ＭＰＵ２１１は、図示していないＬＤＯを介して、直流電源２００から電力供給されている。

検出用素子２１２は、抵抗素子である。検出用素子２１２の一方端は、直流電源２００に接続する。検出用素子２１２の他方端は、送電電力変換回路２２におけるスイッチ素子Ｑ１のドレインに接続する。

差動アンプ２１３の非反転入力端子は、検出用素子２１２の一方端に接続し、差動アンプ２１３の反転入力端子は、検出用素子２１２の他方端に接続する。差動アンプ２１３の出力端子は、ＭＰＵ２１１に接続する。

送電電力変換回路２２は、スイッチ制御部２２１、スイッチ素子Ｑ１、スイッチ素子Ｑ２、および、送電共振回路２３を備える。送電共振回路２３は、送電コイル２３１、および、共振用キャパシタ２３２を備える。

スイッチ制御部２２１は、直流電源２００によって電力供給されている。スイッチ制御部２２１は、ＭＰＵ２１１に接続する。スイッチ制御部２２１は、スイッチ素子Ｑ１のゲートおよびスイッチ素子Ｑ２のゲートに接続する。

スイッチ素子Ｑ１のドレインは、検出用素子２１２を介して、直流電源２００の正極に接続する。スイッチ素子Ｑ１のソースは、スイッチ素子Ｑ２のドレインに接続する。スイッチ素子Ｑ２のソースは、直流電源２００の負極に接続する。

送電コイル２３１と共振用キャパシタ２３２とは、直列に接続する。この直列回路は、スイッチ素子Ｑ２に並列に接続する。より具体的には、送電コイル２３１は、スイッチ素子Ｑ２のドレインとスイッチ素子Ｑ１のソースとの接続点に接続する。共振用キャパシタ２３２は、スイッチ素子Ｑ２のソースに接続する。

（受電装置３０の回路構成）
図２に示すように、受電装置３０は、受電共振回路３１、受電電力変換回路３２、共鳴変調回路３３、断続受電検出回路３４、受電制御部３５、充電回路３６、および、バッテリ３７を備える。なお、断続受電検出回路３４は、必要に応じて省略することも可能である。

受電共振回路３１は、受電コイル３１１および共振用キャパシタ３１２を備える。共振用キャパシタ３１２は、受電コイル３１１に対して並列に接続する。

受電電力変換回路３２は、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、ダイオードＤ３、および、ダイオードＤ４を備える。ダイオードＤ１とダイオードＤ２とは、直列に接続する。ダイオードＤ３とダイオードＤ４とは、直列に接続する。ダイオードＤ１およびダイオードＤ２の直列回路と、ダイオードＤ３およびダイオードＤ４の直列回路とは、並列に接続する。より具体的には、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードは接続し、この接続点は、受電コイル３１１の一方端に接続する。ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードは接続し、この接続点は、受電コイル３１１の他方端に接続する。ダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ３のカソードは接続し、この接続点は、受電制御部３５および充電回路３６に接続する。ダイオードＤ２のアノードおよびダイオードＤ４のアノードは、基準電位に接続する。

共鳴変調回路３３は、スイッチ素子Ｑｒ２およびスイッチ素子Ｑｒ４を備える。スイッチ素子Ｑｒ２は、ダイオードＤ２に並列に接続する。スイッチ素子Ｑｒ４は、ダイオードＤ４に並列に接続する。スイッチ素子Ｑｒ２のゲートおよびスイッチ素子Ｑｒ４のゲートは、受電制御部３５に接続する。共鳴変調回路３３が、本発明の「受電共鳴変調回路」に対応する。

断続受電検出回路３４は、ダイオードＤ５、キャパシタ３４２、および、抵抗３４３を備える。ダイオードＤ５のアノードは、ダイオードＤ３とダイオードＤ４との接続点に接続する。ダイオードＤ５のカソードは、受電制御部３５に接続する。キャパシタ３４２は、ダイオードＤ５のカソードと基準電位との間に接続する。抵抗３４３は、キャパシタ３４２に並列に接続する。

受電制御部３５は、充電回路３６に接続する。充電回路３６は、バッテリ３７に接続する。

（給電制御の概略）
送電装置２０および受電装置３０は、概略的には、次に示すように送電制御を行う。なお、送電装置２０で行う送電制御の詳細は、後述する。

（通常（初期）の充電制御）
ＭＰＵ２１１は、送電装置２０の電源がオンされると、スイッチ制御部２２１に駆動信号を出力する。

スイッチ制御部２２１は、ＭＰＵ２１１からの駆動信号を受けて、例えばＰＷＭ制御等によって、スイッチ素子Ｑ１、および、スイッチ素子Ｑ２のオン／オフを制御する。これにより、送電電力変換回路２２は、直流電源２００から供給される送電直流電源を高周波電力に変換し、送電共振回路２３に供給される。なお、この高周波電力の周波数は、送電共振回路２３の共振周波数と関係する。

送電コイル２３１と受電コイル３１１とは、高周波電力（高周波電流）によって電磁界共鳴現象を発生させる。これにより、受電コイル３１１は、高周波電流を生成する。

受電電力変換回路３２は、高周波電流を整流して、受電直流電源を生じ、受電制御部３５および充電回路３６に出力する。充電回路３６は、受電直流電源によって、バッテリ３７を充電する。

（送電停止制御）
受電制御部３５は、バッテリ３７の充電電圧（バッテリ電圧）を取得する。受電制御部３５は、バッテリ電圧（充電状態）に応じて、送電停止信号を生成する。より具体的には、受電制御部３５は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが満充電電圧ＶＦ以上であれば、送電停止信号を生成する。送電停止信号は、スイッチ素子Ｑｒ２およびスイッチ素子Ｑｒ４のオン／オフの制御を行う信号である。受電制御部３５は、送電停止信号をスイッチ素子Ｑｒ２およびスイッチ素子Ｑｒ４に出力する。

スイッチ素子Ｑｒ２およびスイッチ素子Ｑｒ４は、送電停止信号に応じて、オン／オフ制御される。これにより、送電共振回路２３から受電共振回路３１をみた入力インピーダンスは変化し、共振条件が変化する。

図３は、共振条件の変化による送電直流電流の変化の一例を示すグラフである。図３に示すように、共振条件の変化によって、送電装置２０の直流電流（送電直流電流）は急激に変化する。共振条件の変化は、上述のように、送電停止信号に基づいている。したがって、送電直流電流の急激な変化を検出することによって、送電停止信号は、復調される。

送電直流電流が変化すると、検出用素子２１２の両端電圧は変化する。これにより、差動アンプ２１３の出力は、変化する。したがって、ＭＰＵ２１１は、差動アンプ２１３の出力の変化を検出することで、送電直流電流の変化を検出し、送電停止信号を検出する。例えば、ＭＰＵ２１１は、図３に示すように、送電直流電流（差動アンプ２１３の出力）を離散的にサンプリングし、隣り合う送電直流電流の差（差動アンプ２１３の出力電圧の差）ΔＩを検出する。ＭＰＵ２１１は、送電直流電流の差ΔＩが閾値を超えない場合にデータ「０」を検出し、送電直流電流の差ΔＩが閾値を超える場合にデータ「１」を検出する。そして、ＭＰＵ２１１は、例えば、データ「０」とデータ「１」との組合せによって、送電停止信号を復調する。なお、実際には、ＭＰＵ２１１は、差動アンプ２１３の出力によって、送電停止信号を検出する。

ＭＰＵ２１１は、送電停止信号を復調し、送電停止を検出すると、スイッチ制御部２２１への駆動信号の出力を停止する。これにより、送電電力変換回路２２は、送電共振回路２３への高周波電力の供給を停止する。この結果、送電装置２０は、受電装置３０への給電を停止する。また、この際、ＭＰＵ２１１は、省電力モードになり、例えば、後述の送電開始信号の検出のみを行う。

（送電開始制御）
受電制御部３５は、バッテリ３７の充電電圧（バッテリ電圧）を取得する。受電制御部３５は、バッテリ電圧（充電状態）に応じて、送電開始信号を生成する。より具体的には、受電制御部３５は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電開始電圧ＶＲよりも低ければ、送電開始信号を生成する。充電開始電圧ＶＲは、詳細は後述するが、状況に応じて適宜設定される。送電開始信号は、スイッチ素子Ｑｒ２およびスイッチ素子Ｑｒ４のオン／オフの制御を行う信号である。送電開始信号は、送電停止信号と異なるパターンの信号である。受電制御部３５は、送電開始信号をスイッチ素子Ｑｒ２およびスイッチ素子Ｑｒ４に出力する。

スイッチ素子Ｑｒ２およびスイッチ素子Ｑｒ４は、送電開始信号に応じて、オン／オフ制御される。これにより、送電共振回路２３から受電共振回路３１をみた入力インピーダンスは変化し、共振条件が変化する。

上述のように、共振条件の変化によって、送電装置２０の直流電流（送電直流電流）は急激に変化する。そして、ＭＰＵ２１１は、差動アンプ２１３の出力の変化を検出することで、送電直流電流の変化を検出し、送電開始信号を検出する。

ＭＰＵ２１１は、送電開始信号を復調し、送電開始を検出すると、スイッチ制御部２２１への駆動信号の出力を開始する。これにより、送電電力変換回路２２は、送電共振回路２３への高周波電力の供給を開始する。この結果、送電装置２０は、受電装置３０への給電を開始する。

このように、本実施形態の構成を用いることによって、送電装置２０および受電装置３０は、無線送信回路や無線受信回路を備える必要がなく、バッテリ３７の充電および充電の停止を行うことができる。したがって、本発明のワイヤレス給電システムは、シンプルな構成で小型であり、信頼性が高く、消費電力を少なくできる。

以上の説明では、通常送電、送電停止、送電開始の概略的な一態様を示した。以下では、本発明のワイヤレス給電システムによって実現される各種の制御について、一態様毎に詳細に説明する。なお、図４は、バッテリ電圧の遷移の位置例を示すグラフである。図４は、以下の各態様の説明において適宜引用する。

（給電制御の第１態様）
図５は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第１態様を示すタイムチャートである。図５に示す第１態様は、受電装置３０のバッテリ３７への満充電が完了するまでの制御の一例を示す。

送電装置２０は電源オン状態にあり、送電装置２０と受電装置３０とは、送電コイル２３１と受電コイル３１１とが磁気共鳴可能な状態に配置されている。この状態において、送電装置２０は、送電を開始する。受電装置３０は、受電直流電源によって、受電制御部３５に電力を供給する。これとともに、受電制御部３５は、充電回路３６を介して、バッテリ３７への充電を開始する。

バッテリ３７が満充電状態になると、受電制御部３５は、満充電を検出し、送電停止信号を生成する。すなわち、受電制御部３５は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが満充電電圧ＶＦ以上になったことを検出すると、送電停止信号を生成する。受電装置３０と送電装置２０とは、共鳴変調を用いて、受電装置３０から送電装置２０に送電停止信号を伝搬する。

送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調すると、受電装置３０への送電を停止する。この後、送電装置２０と受電装置３０とは、スリープ状態となる。例えば、送電装置２０は、送電停止の復調機能のみを行い、受電装置３０は、充電に関する全ての機能を停止する。

このような構成および制御を行うことで、送電装置２０および受電装置３０の消費電力は、さらに低減される。

この給電制御の第１態様では、送電装置２０は、例えば、次に示すフローを実行すればよい。図６は、送電装置２０で実行する制御の第１態様を示すフローチャートである。

送電装置２０は、送電を開始する（Ｓ１０１）。送電装置２０は、送電停止を復調しなければ（Ｓ１０２：ＮＯ）、所定時間の経過後（Ｓ１０３）、再度、送電停止の復調の有無を確認する。送電装置２０は、送電停止の復調が行われるまで、この制御を繰り返す。

送電装置２０は、送電停止を復調すると（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、送電を停止する（Ｓ１０４）。

また、この給電制御の第１態様では、受電装置３０は、例えば、次に示すフローを実行すればよい。図７は、受電装置３０で実行する制御の第１態様を示すフローチャートである。

受電装置３０は、満充電を検出しなければ（Ｓ２０１：ＮＯ）、所定時間の経過後（Ｓ２０２）、再度、満充電を確認する。

受電装置３０は、満充電を検出すれば（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、送電停止信号を生成し、送電停止を示す共鳴変調を実現させる（Ｓ２０３）。

（給電制御の第２態様）
図８は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第２態様を示すタイムチャートである。図８に示す第２態様は、送電装置２０による送電の再開時の制御の一例を示す。

送電装置２０は、例えば満充電の検出後、所定の時間間隔Ｔ２で、短期間送電を行う。受電装置３０の受電制御部３５は、短期間送電によって起動する。受電制御部３５は、バッテリ３７の満充電を検出すると送電停止信号を生成する。具体的には、受電制御部３５は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電再開用の閾値未満になっていなければ（充電再開用の閾値以上を維持していれば）、送電停止信号を生成する。充電再開用の閾値は、例えば、満充電電圧ＶＦであってもよく、充電開始電圧ＶＲであってもよい。充電開始電圧ＶＲは、満充電電圧ＶＦよりも低電圧であり、適宜設定可能である。

送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調する毎に、受電装置３０への継続的な送電の停止を継続する。言い換えれば、送電装置２０は、間欠的に、短期間送電を繰り返す。

受電装置３０の受電制御部３５は、バッテリ３７の充電が必要であることを検出すると、送電停止信号の生成を停止する。具体的には、受電制御部３５は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電再開用の閾値未満になったことを検出すると、送電停止信号の生成を停止する。

送電装置２０のＭＰＵ２１１は、送電停止を復調できなくなると、受電装置３０への継続的な送電を開始する。

このような構成および制御を行うことによって、ワイヤレス給電システムは、バッテリ３７の満充電状態を検出し続けることができ、バッテリ３７が満充電状態でなくなると、満充電状態になるように、バッテリ３７を自動で充電できる。この際、送電装置２０は、バッテリ３７への充電が必要な時にのみ、継続的な送電を行うことできる。したがって、送電装置２０の消費電力は、抑えられる。また、受電装置３０も、満充電の検出のための最小限の時間だけ動作すればよい。したがって、受電装置３０の消費電力は、抑えられる。

また、充電再開用の閾値を満充電電圧ＶＦに設定すれば、ワイヤレス給電システムは、受電装置３０のバッテリ電圧ＶＢＡＴを満充電状態に維持し続けることができる。また、充電再開用の閾値を充電開始電圧ＶＲに設定すれば、ワイヤレス給電システムは、受電装置３０のバッテリ電圧ＶＢＡＴを所望の電圧以上で維持できる。そして、充電再開用の閾値を充電開始電圧ＶＲに設定すれば、充電再開用の閾値を満充電電圧ＶＦに設定する場合よりも、ワイヤレス給電システムは、充電の頻度を少なくできる。

この給電制御の第２態様では、送電装置２０は、例えば、次に示すフローを実行すればよい。図９は、送電装置２０で実行する制御の第２態様を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、ステップＳ１０４までは図６と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、受電装置３０は、上述の図７に示す制御を実行すればよい。

送電装置２０は、送電停止を行って（Ｓ１０４）、時間間隔Ｔ２で設定される所定時間の経過を待ち（Ｓ１１１）、短期間送電を実行する（Ｓ１１２）。短期間送電とは、受電制御部３５によるバッテリ３７の充電電圧の検出および送電停止信号の生成が可能な電力を供給する送電である。

送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調できれば（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、再度時間間隔Ｔ２で設定される所定時間の経過を待ち（Ｓ１１１）、短期間送電を実行する（Ｓ１１２）。送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調できなくなるまで、この制御を繰り返す。

送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調できなくなると（Ｓ１１３：ＮＯ）、送電を再開（開始）する（Ｓ１１４）。すなわち、送電装置２０は、受電装置３０に対して、バッテリ３７を充電するための継続的な送電を再開（開始）する。

（給電制御の第３態様）
図１０は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第３態様を示すタイムチャートである。図１０に示す第３態様は、受電装置３０による送電停止信号の生成の繰り返し制御の一例を示す。

送電装置２０からの継続的な送電によってバッテリ３７が満充電になると、受電制御部３５は、満充電を検出して送電停止信号を生成する。受電装置３０と送電装置２０とは、共鳴変調を用いて、受電装置３０から送電装置２０に送電停止信号を伝搬する。この際、送電装置２０は、共鳴変調による送電停止の検出が可能な時間長（短時間）だけ送電を行う。送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調すると、受電装置３０への送電を停止する。

受電装置３０の受電制御部３５は、満充電の検出後、所定の時間間隔Ｔ３毎に、送電停止信号を生成する。送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調する毎に、受電装置３０への継続的な送電の停止を継続する。

この構成によって、受電装置３０は、バッテリ３７の満充電後に、バッテリ３７の充電の必要が無いことを、周期的に送電装置２０に通知できる。そして、この際、受電装置３０および送電装置２０は、送信停止信号の伝搬に必要な電力のみで動作することが可能である。したがって、受電装置３０および送電装置２０の不要な電力消費は、抑えられる。

この給電制御の第３態様では、受電装置３０は、例えば、次に示すフローを実行すればよい。図１１は、受電装置で実行する制御の第３態様を示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートは、ステップＳ２０３までは図７と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、送電装置２０は、図９に示す制御を実行すればよい。

受電装置３０は、バッテリ３７の満充電の検出によって、送電停止を示す共鳴変調を実現させると（Ｓ２０３）、所定時間の経過を待つ（Ｓ２１１）。そして、受電装置３０は、所定時間の経過後に（Ｓ２１１）、送電停止を示す共鳴変調を実現させる（Ｓ２０３）。以降、受電装置３０は、これらの制御を繰り返す。

（給電制御の第４態様）
図１２は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第４態様を示すタイムチャートである。図１２に示す第４態様は、受電装置３０による送電停止信号の生成の繰り返し制御の一例を示す。

上述の給電制御の第３態様と同様に、受電装置３０の受電制御部３５は、満充電の検出後、所定の時間間隔Ｔ４毎に、送電停止信号を生成する。送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止を復調する毎に、受電装置３０への継続的な送電の停止を継続する。

受電装置３０の受電制御部３５は、満充電の検出による最初の送電停止信号の生成から閾値時間Ｔ４０が経過すると、送電停止信号の生成を停止する。送電装置２０は、ＭＰＵ２１１によって送電停止の復調ができなくなると、受電装置３０への継続的な送電を開始（再開）する。

このような構成および制御によって、ワイヤレス給電システムは、バッテリ３７の満充電後であって閾値時間Ｔ４０後に、自動でバッテリ３７への充電を再開できる。そして、バッテリ３７への充電が再開されるまでの期間は、受電装置３０および送電装置２０は、送信停止信号の伝搬に必要な電力のみで動作することが可能である。したがって、受電装置３０および送電装置２０の不要な電力消費は、抑えられる。

この給電制御の第４態様では、受電装置３０は、例えば、次に示すフローを実行すればよい。図１３は、受電装置で実行する制御の第４態様を示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートは、ステップＳ２０３までは図７と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。なお、送電装置２０は、図９に示す制御を実行すればよい。

受電装置３０は、バッテリ３７の満充電の検出によって、送電停止を示す共鳴変調を実現させると（Ｓ２０３）、所定時間の経過を待つ（Ｓ２１１）。そして、受電装置３０は、所定時間の経過後（Ｓ２１１）であって、閾値時間の経過前であれば（Ｓ２１２：ＮＯ）、送電停止を示す共鳴変調を実現させる（Ｓ２０３）。受電装置３０は、閾値時間が経過するまでは、これらの制御を繰り返す。

受電装置３０は、閾値時間が経過すると（Ｓ２１２；ＹＥＳ）、送信停止の変調を停止する（Ｓ２１３）。これにより、送電装置２０によるバッテリ３７の充電のための送電が再開するので、受電装置３０は、満充電の検出に戻る（Ｓ２０１）。

（給電制御の第５態様）
図１４、図１５、図１６は、ワイヤレス給電システムで実行する給電制御の第５態様を示すタイムチャートである。

（第５態様における充電開始の制御）
図１４は、第５態様における送電開始時の制御の一例を示す。この制御は、例えば、未充電状態とバッテリ３７の充電の初期状態における制御である。この制御は、例えば、図４の最初の満充電までの期間における制御である。

図１４に示すように、送電装置２０は電源オン状態にあり、送電装置２０と受電装置３０とは、送電コイル２３１と受電コイル３１１とが磁気共鳴可能な状態に配置されている。この状態において、送電装置２０は、送電を開始する。受電装置３０は、受電直流電源によって、受電制御部３５に電力を供給する。受電制御部３５は、送電開始信号を生成する。これとともに、受電制御部３５は、充電回路３６を介して、バッテリ３７への充電を開始する。

送電装置２０のＭＰＵ２１１は、送電開始を復調すると、送電を継続的に行う。

受電制御部３５は、充電中に、所定の時間間隔Ｔ５１毎に、送電開始信号を生成する。送電装置２０のＭＰＵ２１１は、送電開始を復調し続ける間、送電を継続的に行う。

（第５態様における充電停止の制御）
図１５は、第５態様における送電停止の制御の一例を示す。この制御は、例えば、バッテリ３７が既に満充電状態にあり、一度、送電停止を行った後に行われる制御である。この制御は、例えば、図４の期間ＴＭＲにおける制御である。

図１５に示すように、バッテリ３７の満充電後であって送電停止後、送電装置２０のＭＰＵ２１１は、断続制御付きの短期間送電を行う。断続制御とは、短期間送電における途中に、送電を一時的に停止する制御である。

受電装置３０の受電制御部３５は、短期間送電に断続部分が含まれることを検出する。受電制御部３５は、断続受電検出回路３４の出力電圧の変化によって、短期間送電における断続部分を検出する。

受電制御部３５は、バッテリ電圧ＶＢＡＴと充電開始電圧ＶＲとを比較する。受電制御部３５は、短期間送電における断続部分を検出し、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電開始電圧ＶＲ以上であれば、送電停止信号を生成する。

送電装置２０のＭＰＵ２１１は、送電停止を復調すると、短期間送電を停止する。

この後、ＭＰＵ２１１は、所定の時間間隔Ｔ５２毎に、断続制御付きの短期間送電を行う。そして、ＭＰＵ２１１は、送電停止を復調する間、断続制御付きの短期間送電を繰り返し行う。

（第５態様における受電装置３０の取り去りから再配置における制御）
図１６は、第５態様における送電停止から送電開始までの制御の一例を示す。この制御は、例えば、受電装置３０のバッテリ３７の満充電後で、受電装置３０を受電位置から取り去り、再度、受電位置に配置した時に行われる制御である。

図１６に示すように、上述の図１５に示した場合と同様に、バッテリ３７の満充電後であって送電停止後、送電装置２０のＭＰＵ２１１は、断続制御付きの短期間送電を行う（期間ＴＭＲの制御）。

受電装置３０の受電制御部３５は、短期間送電における断続部分を検出し、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電開始電圧ＶＲ以上であれば、送電停止信号を生成する。送電装置２０のＭＰＵ２１１は、送電停止を復調すると、短期間送電を停止する。

受電装置３０が取り去られても、送電装置のＭＰＵ２１１は、所定の時間間隔Ｔ５２で、断続制御付きの短期間送電を行う。受電装置３０が取り去れている場合、送電停止信号は生成されない。したがって、ＭＰＵ２１１は、送電停止を復調できない。ＭＰＵ２１１は、送電停止を復調できないと、断続制御付きの短時間送信を停止する。そして、ＭＰＵ２１１は、断続制御を行わない短時間送信に切り替える。

受電装置３０が再配置されると、受電装置３０の受電制御部３５は、送電装置２０からの電力供給を受け、上述の図１４に示した場合と同様に、送信開始信号を生成する。送電装置２０のＭＰＵ２１１は、送電開始を復調すると、継続的な送電を行う。そして、受電装置３０の充電回路３６は、バッテリ３７の充電を開始する。以降、受電制御部３５は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが満充電電圧ＶＦ以上になることを検出するまで、受電と充電を継続する（期間ＴＭＦの制御）。

このような構成および制御によって、ワイヤレス給電システムは、受電装置３０が満充電後に受電位置に配置されたままの状態であるのか、受電装置３０がいったん取り去られ再配置された状態であるのかを、確実に検出できる。そして、送電装置２０は、それぞれの状態に応じた送電制御を行うことができる。したがって、送電装置２０の不要な電力消費は、抑えられる。

この給電制御の第５態様では、送電装置２０は、例えば、次に示すフローを実行すればよい。図１７は、送電装置２０で実行する制御の第５態様を示すフローチャートである。

送電装置２０は、短期間送電を行う（Ｓ１２１）。送電装置２０は、送電開始を復調しなければ（Ｓ１２２：ＮＯ）、短期間送電を繰り返す。

送電装置２０は、送電開始を復調すれば（Ｓ１２２：ＹＥＳ）、継続的な送電を開始する（Ｓ１０１）。送電装置２０は、継続的な送電中に、送電停止を復調しなければ（Ｓ１０２：ＮＯ）、所定時間の経過後（Ｓ１０３）、送電停止の復調を確認する。ここで、送電停止が復調できなければ、送電を継続する。

送電装置２０は、送電停止の復調後（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、所定時間の経過を待って（Ｓ１３１）、断続制御付きの短期間送電（短期間（断続）送電）を行う（Ｓ１３２）。送電装置２０は、送電停止を復調すれば（Ｓ１３３：ＹＥＳ）、所定時間の経過を待って（Ｓ１３１）、再度、断続制御付きの短期間送電を行う（Ｓ１３２）。送電装置２０は、送電停止を復調できなければ（Ｓ１３３：ＮＯ）、断続制御付きの短期間送電を停止する。そして、送電装置２０は、所定時間の経過後に（Ｓ１３４）、短期間送電を行う（Ｓ１２１）。

この給電制御の第５態様では、受電装置３０は、例えば、次に示すフローを実行すればよい。図１８は、受電装置３０で実行する制御の第５態様を示すフローチャートである。

受電装置３０は、断続制御付きの短期間送電を検出すると（Ｓ２２１：ＹＥＳ）、バッテリ電圧ＶＢＡＴが満充電電圧ＶＦ以上であるかどうかを検出する。受電装置３０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが満充電電圧ＶＦ以上であれば（Ｓ２２２：ＹＥＳ）、送電停止の変調を行う（Ｓ２２３）。受電装置３０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが満充電電圧ＶＦ未満であれば（Ｓ２２２：ＮＯ）、所定時間の経過後（Ｓ２２４）、断続制御付きの短期間送電の検出を行う（Ｓ２２１）。

受電装置３０は、断続制御付きの短期間送電を検出しなければ（Ｓ２２１：ＮＯ）、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電開始電圧ＶＲ以上であるかどうかを検出する。受電装置３０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電開始電圧ＶＲ以上であれば（Ｓ２２５：ＹＥＳ）、送電停止の変調を行う（Ｓ２２３）。受電装置３０は、バッテリ電圧ＶＢＡＴが充電開始電圧ＶＲ未満であれば（Ｓ２２５：ＮＯ）、所定時間の経過後（Ｓ２２６）、断続制御付きの短期間送電の検出を行う（Ｓ２２１）。

（受電装置の他の実施態様）
上述の受電装置３０は、回路的に、共鳴変調回路３３を、受電電力変換回路３２内に配置している。しかしながら、受電装置は、共鳴変調回路を、受電共振回路内に配置することもできる。図１９（Ａ）は、受電装置３０Ａの他の実施態様を示す図であり、図１９（Ｂ）は、受電装置３０Ｂの他の実施態様を示す図である。

図１９（Ａ）に示すように、受電装置３０Ａは、受電共振回路３１Ａ、整流回路３２Ａ、共鳴変調回路３３Ａ、受電制御部３５、充電回路３６、および、バッテリ３７を備える。

受電共振回路３１Ａは、受電コイル３１１、共振用キャパシタ３１２、および、共振用キャパシタ３１３を備える。共振用キャパシタ３１２および共振用キャパシタ３１３は、それぞれに、受電コイル３１１に並列に接続している。共鳴変調回路３３Ａは、スイッチ素子Ｑｒ３を備える。スイッチ素子Ｑｒ３は、共振用キャパシタ３１２に直列に接続している。

この構成では、スイッチ素子Ｑｒ３のオン／オフによって、共振用キャパシタ３１２の受電コイル３１１に対する接続態様が変化する。これにより、受電装置３０Ａは、共鳴変調を実現できる。

図１９（Ｂ）に示すように、受電装置３０Ｂは、受電共振回路３１Ｂ、整流回路３２Ｂ、共鳴変調回路３３Ｂ、受電制御部３５、充電回路３６、および、バッテリ３７を備える。

受電共振回路３１Ｂは、受電コイル３１１、共振用キャパシタ３１２、および、共振用キャパシタ３１４を備える。共振用キャパシタ３１２は、受電コイル３１１に並列に接続している。共振用キャパシタ３１４は、受電コイル３１１の一方端に直列に接続している。共鳴変調回路３３Ｂは、スイッチ素子Ｑｒ３を備える。スイッチ素子Ｑｒ３は、共振用キャパシタ３１２に直列に接続している。

この構成では、スイッチ素子Ｑｒ３のオン／オフによって、共振用キャパシタ３１２の受電コイル３１１に対する接続態様が変化する。これにより、受電装置３０Ｂは、共鳴変調を実現できる。

なお、図１９（Ａ）に示す整流回路３２Ａ、図１９（Ｂ）に示す整流回路３２Ｂは、受電電力変換回路に相当し、例えば、半波整流回路、倍電圧整流回路、および、全波整流回路のいずれかによって実現できる。

２０：送電装置
２１：送電制御回路
２２：送電電力変換回路
２３：送電共振回路
３０、３０Ａ、３０Ｂ：受電装置
３１、３１Ａ、３１Ｂ：受電共振回路
３２：受電電力変換回路
３２Ａ、３２Ｂ：整流回路
３３、３３Ａ、３３Ｂ：共鳴変調回路
３４：断続受電検出回路
３５：受電制御部
３６：充電回路
３７：バッテリ
２００：直流電源
２１１：ＭＰＵ
２１２：検出用素子
２１３：差動アンプ
２２１：スイッチ制御部
２３１：送電コイル
２３２：共振用キャパシタ
３１１：受電コイル
３１２、３１３、３１４：共振用キャパシタ
３４２：キャパシタ
３４３：抵抗
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５：ダイオード
Ｑ１、Ｑ２、Ｑｒ２、Ｑｒ３、Ｑｒ４：スイッチ素子
ＶＢＡＴ：バッテリ電圧
ＶＦ：満充電電圧
ＶＲ：充電開始電圧

Claims (6)

1. 送電直流電源を高周波電力に変換する送電電力変換回路、前記送電電力変換回路を構成する送電コイルを含む送電共振回路、および、前記送電電力変換回路を制御する送電制御回路を備える送電装置と、
   受電コイルを含み前記送電共振回路に対して電磁界結合可能な受電共振回路、前記受電共振回路で受電した前記高周波電力を受電直流電源に変換する受電電力変換回路、および、前記受電直流電源によって充電されるバッテリを備える受電装置と、
   を備えるワイヤレス給電システムであって、
   前記受電装置は、
   前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出回路を備え、前記充電状態検出回路で検出した前記バッテリの充電状態に応じて、送電停止信号を生成する受電制御回路と、
   前記送電停止信号に応じて前記送電共振回路から前記受電共振回路をみた入力インピーダンスを変えることで共振条件を変化させる受電共鳴変調回路と、
   を備え、
   前記送電装置は、
   前記共振条件の変化による前記送電直流電源から供給される電気変量を検出する電気変量検出回路を備え、
   前記送電制御回路は、前記電気変量検出回路で検出した前記電気変量から、前記送電停止信号を復調し、前記送電電力変換回路における前記高周波電力を供給する動作を所定時間停止し、
   前記受電制御回路は、前記送電停止信号の生成開始後であって、前記バッテリの充電が必要であると検出するまでの期間は、前記高周波電力を受けた際に、前記送電停止信号の生成を継続する、
   ワイヤレス給電システム。
2. 前記受電装置の受電制御回路は、
   前記バッテリの満充電状態の検出中には、前記送電停止信号の生成に基づく前記受電共鳴変調回路の動作を所定時間間隔で実行し、
   前記送電装置の前記送電制御回路は、
   前記送電停止信号の復調を継続する期間において、前記高周波電力を供給する動作の停止を継続する、
   請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
3. 前記充電が必要であると検出するまでの期間は、前記送電停止信号の生成開始後であって、前記受電直流電源の電圧が充電再開を判断する閾値以上となる期間である、
   請求項１または請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
4. 前記受電装置の受電制御回路は、前記送電停止信号の生成開始後であって、前記受電直流電源の電圧が充電再開を判断する閾値未満になったことを検出すると、前記高周波電力を受けた際に、前記送電停止信号の生成を停止する、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のワイヤレス給電システム。
5. 前記送電装置は、
   前記送電停止信号の復調後、前記高周波電力を間欠的に供給し、
   前記受電装置は、
   前記間欠的に供給された前記高周波電力を受けて、前記送電停止信号を生成する、
   請求項３に記載のワイヤレス給電システム。
6. 前記送電装置は、
   前記高周波電力の間欠的な供給動作の継続中に、前記送電停止信号を所定回数復調できなければ、前記高周波電力を継続的に供給する、
   請求項５に記載のワイヤレス給電システム。

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