JPWO2015001672A1 - 制御装置およびその方法、ならびに無線電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

［課題］無線電力伝送において高速な制御動作を可能にする。［解決手段］本発明の実施形態としての制御装置は、情報取得部と、制御部とを備える。前記情報取得部は、送電ユニットからの送電電力情報の取得処理と、前記送電ユニットから伝送される電力を受電する受電ユニットからの受電電力情報の取得処理の少なくとも一方を実行する。前記制御部は、前記送電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記送電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理のうち複数の処理を実行可能であり、予め定められた条件に基づいて前記複数の処理の１つを切り換えて選択し、選択した処理を実行する。

Description

本発明の実施形態は、制御装置およびその方法、ならびに無線電力伝送装置に関する。

無線電力伝送において、伝送距離や負荷インピーダンスに依存して、電力や伝送効率が変動することが知られている。例えば、負荷の状態に合わせて電力を調整するために、2次電池からの通知に応じて、送電側で電力の制御を行う手法がある。

しかし、2次電池からの通知は無線通信を介して行われるため、通信遅延が発生する。この遅延により、2次電池からの通知を介した電力制御の速度が律速される。このため、高速な結合状態の変動、もしくは負荷変動が発生した場合には電力制御が適切に行われない問題がある。この際に充電電力が過小、もしくは過大となった場合には、送電の停止や装置の破壊につながる恐れがある。

特開2012−210112号公報

本発明の実施形態は、無線電力伝送において高速な制御動作を可能にすることを目的とする。

本発明の実施形態としての制御装置は、情報取得部と、制御部とを備える。

前記情報取得部は、送電ユニットからの送電電力情報の取得処理と、前記送電ユニットから伝送される電力を受電する受電ユニットからの受電電力情報の取得処理の少なくとも一方を実行する。

前記制御部は、前記送電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記送電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理のうち複数の処理を実行可能であり、予め定められた条件に基づいて前記複数の処理の１つを切り換えて選択し、選択した処理を実行する。

第1の実施の形態に係る無線電力電送装置の構成を示す図。 コイルと容量の接続形態の例を示す図。 図1に示す制御装置の動作フローを示す図。 第2の実施の形態に係る無線電力電送装置の構成を示す図。 図4に示す制御装置の動作フローを示す図。 負荷の例1を示す図。 負荷の例2を示す図。 第3の実施の形態に係る無線電力電送装置の構成を示す図。 図8に示す制御装置の動作フローを示す図。 第4の実施の形態に係る無線電力電送装置の構成を示す図。 図10に示す制御装置の動作フローを示す図。 第5の実施の形態に係る無線電力電送装置の構成を示す図。 図12に示す制御装置の動作フローを示す図。 第6の実施の形態に係る無線電力電送装置の構成を示す図。 図14に示す制御装置の動作フローを示す図。 第7の実施の形態に係る無線電力電送装置の構成を示す図。 第8の実施の形態に係る制御フローを示す図。 第9の実施の形態に係る構成図。 図18に示す構成における制御フローを示す図。 第9の実施の形態に係る他の構成例を示す図。 図20の動作フローを示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。

第１の実施の形態

図1に、第1の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。

この無線電力電送装置は、電力を無線伝送する送電ユニット21、電力を受電する受電ユニット31、および制御装置11を備える。制御装置11は、送電ユニット21または受電ユニット31内に組み込まれていてもよいし、送電ユニット21および受電ユニット31から分離して設けられてもよい。

送電ユニット21は、交流電力を生成する交流電源22と、交流電源22に接続された送電部を含む。送電部は、コイル1および容量1を含む。コイル1と容量1は直列に接続されている。交流電源22には、交流電源の出力を調整する送電調整信号が制御装置11から入力される。

受電ユニット31は、負荷32と、負荷32に接続された受電部を含む。受電部は、コイル2および容量2を含む。コイル2と容量2は直列に接続されている。負荷32は、電力を消費または蓄積する任意の装置でよい。また、受電ユニット31は、無線通信機33を含み、無線通信機33は制御装置11と無線通信を行う。

送電側のコイル1および容量1と、受電側のコイル2および容量2とで、送受電部41が形成される。送受電部41において、コイル1、2間で磁気結合を介した電力伝送が行われる。すなわち、コイル1では、交流電源22からの電力信号に応じた磁界が発生させられ、この磁界がコイル2に結合されることで、電力信号が受電側に伝達される。伝達された電力は、負荷32に供給され、負荷32で消費または蓄積される。

図1の構成において、コイル1と容量1、コイル2と容量2による共振周波数がそれぞれ交流電源22から供給される電力の周波数と一致している場合、負荷に供給される電力は負荷のインピーダンスをR_Lとすると、次式のように表される。

P_Lは負荷電力、V₁は送電電圧振幅(rms)、Q₁、Q₂はコイル1、およびコイル2のQ値、L₁、L₂はコイル1、およびコイル2のインダクタンスkはコイル1とコイル2の結合係数である。式(1)から、送電電圧振幅V₁を調整することにより、負荷電力を変更できる。なお、ここでは交流電源が電圧源である場合を示したが、電流源が接続された場合でも同様に電流振幅により電力を変更できる。

交流電源の出力を調整する方法は、出力される電力を変更可能な手段ならば、任意の方法でよい。例えば、送電電圧振幅、または電流振幅を送電調整信号に応じた値に変更してもよい。または、送電電力が送電調整信号で指示される値で一定となるよう制御してもよい。または、交流波形が出力される時間の割合を送電調整信号に応じて変更してもよい。交流電源は例えば、DC電圧源とインバータの組み合わせで実現されてもよく、この場合、DC電圧源の出力電圧を調整することや、多相インバータにおける相間の位相差を変更することで等価的な交流出力の振幅を変化させてもよい。また、送電調整信号により、送電側のコイルの位置、フェライトの量、コイル形状などを調整することにより、送電インダクタンスまたは結合係数を変化させてもよい。これによっても、送電電力を変更できる。

送電ユニット21には、送電ユニットから送出される電力に関連する情報を送電電力情報として制御装置11に通知する機能が設けられている。送電電力情報は送電ユニット内の任意の個所の電力そのものを示す情報でもよいし、任意の箇所の電圧または電流の情報でもよい。

受電ユニット31には、受電ユニットに供給される電力に関連する情報を検出し、受電電力情報として制御装置11に通知する機能が設けられている。受電電力情報は受電ユニット内の任意の個所における電力そのものを示す情報でもよいし、任意の箇所における電圧または電流の情報でもよい。

受電ユニット31のインピーダンスを調整する受電調整信号（インピーダンス調整信号）が制御装置11から入力されてもよい（後述する実施形態を参照）。受電調整信号により負荷のインピーダンスを調整する方法は、例えば負荷が消費、または蓄積する電力を変更する方法がある。また、負荷が、電力の消費または蓄積する装置以外にインピーダンスを可変な装置を含む場合、当該装置の値を調整することで、負荷のインピーダンスを変更してもよい。負荷32により消費または蓄積する電力の情報は、制御装置11に出力される。電力の情報とは、例えば電力そのものを示す情報でもよいし、電圧、または電流の情報でもよい。この負荷による消費または蓄積する電力の情報は、前述した受電電力情報の一例に相当する。

制御装置11は、受電ユニット31における負荷への電力供給中（たとえば充電中）に負荷状態や、送電ユニットおよび受電ユニット間の結合状態が変動した場合においても、安定した制御動作を実現する。制御装置11は、制御装置11の全体動作を制御する演算部（制御部、情報取得部）12と、無線通信機（情報取得部）13とを備える。

無線通信機13は、無線通信を介して受電ユニット31の無線通信機32から受電電力情報を取得する。無線通信機13は受電電力情報を取得する情報取得部を含む。無線通信機13、および受電ユニット31の無線通信機33は任意の通信装置でよい。例えば、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど一般的な無線通信規格でもよく、独自の無線通信規格でもよい。さらには、送受電部41におけるコイル1、2の磁気的結合を利用したコイル間通信を用いてもよい。

制御装置11は、受電ユニット31との無線通信よりも遅延の小さい方法で通信が可能な形態で送電ユニット21と接続されている。制御装置11と送電ユニット21の通信は、有線通信でもよいし、受電ユニット31と同様に無線通信でもよい。制御装置11は、送電電力情報が入力される入力端子と、送電ユニットに送電調整信号を出力する出力端子を有する。入力端子および出力端子は、送電ユニット21に有線で接続されている。入力端子および出力端子は共通の1つの端子であってもよい。制御装置11は、入力端子を介して送電電力情報を取得する情報取得部を含む。

ここでは、送電調整信号と送電電力情報の通信は同じ有線通信であるとしたが、それぞれ異なる通信で送受信されてもよい。たとえば一方が無線で他方が有線でもよいし、両方とも有線であり方式のみが異なってもよい。両通信とも、受電電力情報の通信より遅延が小さいとする。

なお、図1では容量1を交流電源22の出力側に接続し、コイル1をグラウンド端子側に接続しているが、図2(A)に示すように、この接続順を入れ替えた構成としてもよい。受電側も同様の構成としてもよい。

さらに、容量1、コイル1のいずれか一方、または両方を複数に分割して接続してもよい。たとえば、容量1を2つに分割する場合、図2(B)に示すように、コイル1の両側にそれぞれ容量1a,1bが接続される。

または、コイル1を2つに分割する場合、図2(C)に示すように、容量1の両側にそれぞれコイル1a,1bが接続される。この場合、当該2つのコイル1a,1bにより受電側へ電力を伝送する。なお分割数は2に限定されず、3以上でもよい。受電側も同様の構成としてもよい。

図3(a)および図3(b)に、制御装置11の動作のフローチャートを示す。制御装置11が、送電調整信号を変更する際には、図3(a)または図3(b)の制御フローのいずれか一方を用いる。この動作は制御装置11の演算部12で実行される。いずれの制御動作を選択するかの判定方法については後述する。

まず図3(a)の制御フローについて説明する。制御装置11はまず、無線通信を介して受電ユニット31内にて検出される受電電力情報を取得する（ステップS11）。次に、受電電力が第1の所定の範囲内か否かを判定する（ステップS12）。換言すれば、受電電力が第1の所定の範囲の上限（閾値）および下限（閾値）をそれぞれ越えているかを判定する。第1の所定の範囲は、例えば負荷が要求する電力から決定される値、もしくは送電ユニットが規定する値、など任意の値をとりうる。第1の所定の範囲は、コイル間の結合状態や、負荷の状態、送電ユニットの状態に応じて一定間隔で更新される値であってもよい。

受電電力が第1の所定の範囲内にある場合、制御装置11は送電調整信号を変更せずに終了する。

受電電力が第1の所定の範囲外である場合、制御装置11は送電調整信号を、受電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように変更する（ステップS13）。例えば、受電電力が第1の所定の範囲の上限よりも大きい場合には、受電電力が低下するように、すなわち、受信電力が当該上限に近づく方向に補正されるように、送電調整信号を変更する。逆に、受電電力が所定の範囲の下限よりも小さい場合には、受電電力が増加するように、すなわち受信電力が当該下限に近づく方向に補正されるように、送電調整信号を変更すればよい。変更した送電調整信号を、有線通信を介して送電ユニット21に送信する。

なお、第1の所定の範囲は、ある幅を持った範囲に限らず、所定値のように一点の値の場合も含むこととする。この場合、受電電力が所定の範囲外か否かの判定は、受電電力が所定値と一致するか否かを判定するのと同義となる。

次に、図3(b)の制御フローについて説明する。

制御装置11はまず、送電電力情報を有線通信を介して取得する（ステップS21）。次に、送電電力が第2の所定の範囲以内か否かを判定する（ステップS22）。換言すれば、送電電力が第2の所定の範囲の上限（閾値）および下限（閾値）をそれぞれ越えているかを判定する。

送電電力が第2の所定の範囲内にある場合、制御装置11は送電調整信号を変更せずに終了する（ステップS23）。

送電電力が第2の所定の範囲外である場合、制御装置11は送電調整信号を、送電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように変更する。例えば、送電電力が第2の所定の範囲の上限よりも大きい場合には、送電電力が低下するように、すなわち、送電電力が当該上限に近づく方向に補正されるように、送電調整信号を変更する。逆に、送電電力が第2の所定の範囲の下限よりも小さい場合には、送電電力が増加するように、すなわち送電電力が当該下限に近づく方向に補正されるように、送電調整信号を変更する。変更した送電調整信号を送電ユニット21に送信する。本フローを必要に応じて繰り返すことで、送電電力が第2の所定の範囲に調整される。

図3(a)の制御フローにおいては、受電電力情報の収集が無線通信を介して行われる。このため、送電調整信号の更新の頻度は、無線通信機能の遅延により律速される。一方、図3(b)の制御フローにおいては情報の収集が、有線通信等、受電電力情報の収集より遅延の小さい方法で行われるため、送電調整信号の変更頻度は、図3(a)よりも高頻度にすることが可能である。例えば、電力回路の応答時間毎に、送電調整信号を更新するように構成できる。このため、図3(b)の制御フローの動作は高速な応答が要求される場合に好適である。

制御装置11は、図3(a)および図3(b)の制御フローのいずれか一方を選択して実行する動作を一定間隔で連続的に行ってもよい。または、当該動作を、送電電力情報、または受電電力情報が、前回当該動作を行ったときの値から一定量以上変化する毎に行ってもよい。または、その他のタイミングで動作を行っても良い。

ここで、図3(a)および図3(b)に示した制御フローの切り換えを判定する方法について説明する。

通常、制御装置11は、図3(a)に示す制御フローを基本動作フローとして事前に選択しておき、この制御フローで動作する。これにより、受電電力、電圧、または電流などを常時、目標範囲に制御する。これは、負荷32が一定の電力を要求する際などに好適である。

ただし、送受電電力に関わる要素が一定量以上、または一定速度以上で変化した場合、図3(a)の制御フローでは追従できない送電電力または受電電力の変動が生じる可能性がある。このとき、電力が過度に増大、または減少することにより、送電の停止や故障などが生じる可能性がある。このような場合に図3(b)に示した制御フローの動作に切り替えることで、高速な追従応答が可能となる。これにより、装置の停止や故障などが生じるのを避けることができる。

図3(b)の制御フローに切り替える基準は、例えば受電電力が第1の所定の範囲の上限から一定量以上増大した場合としてもよい。これは、図3(a)の制御フローにより第1の所定の範囲に近づくよう受電電力を制御しているにもかかわらず、受電電力がその上限値から一定量以上増大していることから、図3(a)の制御フローでは追従できない程度の速度で何らかの要素の状態が変化していると判断できるためである。

同様に、受電電力が第1の所定の範囲の下限から一定量以上下回った場合に切り替えてもよい。

また、受電電力の所定時間での変化量が、一定値以上になった場合に、図3(b)の制御フローに切り換えてもよい。

さらには、送電電力の大きさ、または変化幅が、一定値以上になった場合に、図3(b)の制御フローに切り換えてもよい。

さらには、無線通信が断絶した場合に、無線通信を使用しない図3(b)の制御フローに切り替える構成としてもよい。

制御フローの切り替えを判定する機能を受電ユニット内、もしくは受電ユニットと接続される別の装置として設け、制御フローの切り替えの指令を、無線通信機を介して制御装置11に通知してもよい。

図3(b)の制御フローを用いる状態から、図3(a)の制御フローを用いる状態に切り替える基準は、例えば図3(b)の制御フローを用いる状態に変更された後、一定時間が経過した場合としてもよい。または、受電電力、または送電電力の大きさを基準としてもよい。例えば、送電電力が第2の所定の範囲にある場合には、図3(a)の制御フローに切り替えてもよい。

または、図3(b)の制御フローを用いる場合にも、受電電力を一定間隔で監視し、受電電力が第1の所定の範囲に収まった場合などに、図3(a)の制御フローに切り替えてもよい。このとき、例えば、受電ユニット31内に設けた別の装置により受電電力を一定間隔で監視し、受電電力が第1の所定の範囲に収まった際に制御フローの切り替えを指示する信号を、無線通信を介して制御装置に通知してもよい。

これらの制御フローの切り替えの基準は、以上に述べたものを複数組み合わせて用いてもよい。

図3(b)の制御フローにおいて、送電電力の第2の所定の範囲は任意に設定できる。

例えば、受電電力が第1の所定の範囲の上限を超えないようにするために、第2の所定の範囲の上限は、第1の所定の範囲の上限において受電ユニット31に供給される最大電力以下の電力が送電側から供給されるよう定めてもよい。この場合、送電電力から伝送中の損失分だけ低い電力が受電側に供給されるため、第1の所定の範囲の上限を超えない電力を受電ユニットに供給できる。

また、制御フローを切り替える前に、受電電力が第1の所定の範囲内であった際の送電電力情報を保持しておき、その値に応じて、第2の所定の範囲を設定してもよい。この場合、効率の変化が微小であれば、第1の所定の範囲に近い電力を受電ユニットに供給できる。

さらには、安全のために第1の所定の範囲よりも十分低い電力が受電ユニットに供給されるよう第2の所定の範囲を定めてもよい。

もしくは、別途保護停止動作をONするための閾値を設けておき、その閾値よりも低い値となるよう、第2の所定の範囲の上限値を設定してもよい。

また、第2の所定の範囲の下限値は、送電が維持可能な範囲で十分低い値に設定してもよい。

第２の実施の形態

本発明に関する第2の実施の形態について、図4を用いて説明する。図4に第2の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。

第1の実施の形態では、受電ユニットと制御装置が無線で接続されていたが、第2の実施の形態では、図4に示すように、受電ユニットと制御装置は有線で接続され、送電ユニット22と制御装置41が無線で接続されている。送電ユニット22は、無線通信機22を備え、無線通信機22は、制御装置41の無線通信機43と無線通信する。

制御装置41は、演算部42と、無線通信機43とを備える。無線通信機43は、送電ユニット21の無線通信機22と通信する。演算部42は、負荷のインピーダンスを調整する信号である受電調整信号（インピーダンス調整信号）を生成して、受電ユニット31に出力する。前述した式(1)から分かる通り、負荷のインピーダンスを変更することにより、受電電力を変更できる。例えば受電電力を大きくする際には負荷抵抗が大きく、受電電力を小さくする際には負荷抵抗が小さくなるよう受電調整信号を変更すればよい。ただし、この関係は、コイルと容量の接続や結合の状態にも依存して逆にもなりうる。

第2の実施の形態における制御フローを図5に示す。図5(a)は第1の実施の形態における図3(a)、図5(b)は図3(b)に対応する。これらの制御フローの動作は、演算部42が実行する。

図5(a)の制御フローにおいて、制御装置41は、まず受電電力情報を取得する（ステップS31）。受電電力が第1の所定の範囲内の場合には（ステップS32のYES）、何もせずに終了する。一方、受電電力が第1の所定の範囲外の場合には（ステップS32のNO）、受電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、無線通信を介して送電調整信号を変更する。

一方、図5(b)の制御フローにおいては、制御装置41はまず受電電力情報（ステップS41）を取得する。受電電力が第2の所定の範囲内の場合には（ステップS42のYES）、何もせずに終了する。一方、受電電力が第2の所定の範囲外の場合には（ステップS42のNO）、受電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように受電調整信号を変更する（ステップS43）。図5(b)の動作においては無線通信を介さないため、高速な制御が可能となる。

なお、図5のフローで示した第1の所定の範囲および第2の所定の範囲は、第1の実施の形態で用いた第1の所定の範囲および第2の所定の範囲と特に関連性があるものではなく、各実施の形態でそれぞれ独立して範囲の値は定められる。このことは以降の他の実施形態においても同様である。

ここで、図6に、インピーダンスを変更可能な装置を含む負荷の例を示す。図6に示す構成は、電力を消費、または蓄積する装置102に加え、AC−DC変換器（整流器）104、およびDC-DC変換器103を備える。この場合、DC-DC変換器103の電圧変換比を受電調整信号により調整することで、インピーダンスの調整が可能である。

さらに、図7に示すように、AC-AC変換器106とAC-DC変換器（整流器）105を用い、AC-AC変換器106の電圧変換比を、受電調整信号に応じて変更してもよい。

そのほかにも、可変容量や可変インダクタンスを直列、または並列に接続し、それらの可変要素の値を、受電調整信号により調整してもよい。また、電力を消費、または蓄積する装置において受容する電力を変更することで、負荷のインピーダンスを変更してもよい。もしくは、コイル2の位置、フェライトの量などを変更することにより、コイル2のインダクタンス、結合係数などを変更することにより、送電側から見た等価的なインピーダンスを変化させてもよい。

第３の実施の形態

第3の実施の形態について図8を用いて説明する。図8に第3の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。

第2の実施の形態では、通常制御時および高速制御時のいずれも受電電力を一定範囲に制御していたが、第3の実施の形態では、通常制御時は送電電力を一定範囲に制御し、高速制御時は受電電力を一定範囲に制御する。本実施形態では、無線通信を介して送電電力情報が制御装61に入力される。

第3の実施の形態における制御フローを図9に示す。図5(a)は第1の実施の形態の場合の図3(a)、図5(b)は図3(b)に対応する。これらの制御フローは演算部42が実行する。

図9 (a)の制御フローにおいて、制御装置61は、まず送電電力情報を取得する（ステップS51）。送電電力が第1の所定の範囲内の場合には（ステップS52のYES）、何もせずに終了する。一方、送電電力が第1の所定の範囲外の場合には（ステップS52のNO）、送電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、無線通信を介して送電調整信号を変更する。

一方図9(b)の制御フローにおいては、制御装置61はまず受電電力情報（ステップS61）を取得する。受電電力が第2の所定の範囲内の場合には（ステップS62のYES）、何もせずに終了する。一方、受電電力が第2の所定の範囲外の場合には（ステップS62のNO）、受電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように受電調整信号を変更する（ステップS63）。図9(b)の動作においては無線通信を介さないため、高速な制御が可能となる。

第４の実施の形態

第4の実施の形態について図10を用いて説明する。図10に第4の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。

第3の実施形態では、通常制御時、送電電力を送電調整信号により制御したが（図9(a)参照）、第4の実施の形態では、送電電力を受電調整信号により調整する。高速制御時には、受電調整信号を用いて受電電力を所定の範囲に制御する。

第3の実施の形態における制御フローを図11に示す。図11(a)は第1の実施の形態の場合の図3(a)、図11(b)は図3(b)に対応する。これらの制御フローは演算部42が実行する。

図11 (a)の制御フローにおいて、制御装置51は、まず無線通信を介して送電電力情報を取得する（ステップS71）。送電電力が第1の所定の範囲内の場合には（ステップS72のYES）、何もせずに終了する。一方、送電電力が第1の所定の範囲外の場合には（ステップS72のNO）、送電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、受電調整信号を変更する。

一方図11(b)の制御フローにおいては、制御装置51はまず受電電力情報（ステップS81）を取得する。受電電力が第2の所定の範囲内の場合には（ステップS82のYES）、何もせずに終了する。一方、受電電力が第2の所定の範囲外の場合には（ステップS82のNO）、受電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように受電調整信号を変更する（ステップS83）。図11(b)の動作においては無線通信を介さないため、高速な制御が可能となる。

第５の実施の形態

第5の実施の形態について図12を用いて説明する。図12に第5の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。

第5の実施の形態では、第1の実施の形態と同様、制御装置71が受電ユニット31と無線通信を介して接続され、送電ユニット21と有線により接続される。通常制御時は、受電電力を受電調整信号により所定の範囲に調整する。高速制御時は、送電調整信号を用いて送電電力を所定の範囲に制御する。

第5の実施の形態における制御フローを図13に示す。図13(a)は第1の実施の形態の場合の図3(a)、図13(b)は図3(b)に対応する。これらの制御フローは演算部12が実行する。

図13(a)の制御フローにおいて、制御装置71は、まず無線通信を介して受電電力情報を取得する（ステップS91）。受電電力が第1の所定の範囲内の場合には（ステップS92のYES）、何もせずに終了する。一方、受電電力が第1の所定の範囲外の場合には（ステップS92のNO）、受電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、無線通信を介して受電調整信号を変更する。

一方図13(b)の制御フローにおいては、制御装置71はまず送電電力情報（ステップS101）を取得する。送電電力が第2の所定の範囲内の場合には（ステップS102のYES）、何もせずに終了する。一方、送電電力が第2の所定の範囲外の場合には（ステップS102のNO）、送電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように送電調整信号を変更する（ステップS103）。図13(b)の動作においては無線通信を介さないため、高速な制御が可能となる。

第６の実施の形態

第6の実施の形態について図14を用いて説明する。図14に第6の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。制御装置81は、送電ユニット21と有線により接続され、受電ユニット31と無線により接続される。

第5の実施の形態では、通常制御時、受電電力を所定の範囲に受電調整信号により制御したが、本実施形態では、送電電力を所定の範囲に受電調整信号により制御する。高速制御時は、送電電力を所定の範囲に送電調整信号により制御する。

第5の実施の形態における制御フローを図15に示す。図15(a)は第1の実施の形態の場合の図3(a)、図15(b)は図3(b)に対応する。これらの制御フローは演算部12が実行する。

図15(a)の制御フローにおいて、制御装置81は、まず送電電力情報を取得する（ステップS111）。送電電力が第1の所定の範囲内の場合には（ステップS112のYES）、何もせずに終了する。一方、送電電力が第1の所定の範囲外の場合には（ステップS112のNO）、送電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、無線通信を介して受電調整信号を変更する。

一方図15(b)の制御フローにおいては、制御装置71はまず送電電力情報（ステップS121）を取得する。送電電力が第2の所定の範囲内の場合には（ステップS122のYES）、何もせずに終了する。一方、送電電力が第2の所定の範囲外の場合には（ステップS122のNO）、送電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように送電調整信号を変更する（ステップS123）。図15(b)の動作においては無線通信を介さないため、高速な制御が可能となる。

第７の実施の形態

第7の実施の形態について図16を用いて説明する。図16に第7の実施の形態に係る制御装置を備えた無線電力電送装置を示す。制御装置11は、送電ユニット21と有線により接続され、受電ユニット31と無線により接続される。

第7の実施の形態は、第1の実施の形態に加え、コイル位置検出器17を備える。コイル位置検出器17は、送電ユニット21または受電ユニット31のいずれかに含まれてもよく、別の装置として備えてもよい。また、制御装置11とコイル位置検出器17の接続は任意の方法でよく、たとえば無線接続でもよいし、有線接続でもよい。

第7の実施の形態では、図3(a)と図3(b)の制御フローの切り替えを、コイル位置検出器17の出力に従って行う。

例えば、コイル1、2の少なくとも一方のコイル位置が、所定の相対位置から一定量以上動いた場合、または一定速度以上での変位が生じた場合などに、制御フローを図3(a)から図3(b)に切り替える。逆に、当該コイル位置の変位が一定量以下になった場合、速度が一定以下になった場合などに、図3(b)から図3(a)の制御フローに切り替える。この実施の形態により、コイルの位置の変動により電力が大きく変動する可能性がある際に、高速な制御動作に切り替えることができる。

第８の実施の形態

第8の実施の形態について説明する。第8の実施の形態では、第5の実施の形態における通常制御時の制御フロー動作に、伝送効率の調整動作が追加される。これにより、通常制御時の動作では、伝送効率と電力（送電電力、受電電力）の双方の調整が可能となる。一方、高速な制御動作が必要な場合には、送電電力のみを調整する制御フローとすることで高速な制御動作を実現する。

第8の実施の形態に係る装置の構成の一例は図12と同様であるため省略する。第8の実施の形態に係るフローチャートの一例を図17に示す。高速制御時の図17（ｂ）の制御フローは、図13（ｂ）と同じであるため、説明を省略し、ここでは図17（ａ）の制御フローのみ説明する。

通常制御時の制御フローを示す図17（ａ）において、送電電力情報を取得し（ステップS131）、受電電力情報を無線通信を介して取得し（ステップS132）、伝送効率を計算する（ステップS133）。

伝送効率が所定の値より大きいか否かを判定し（ステップS134）、伝送効率が所定の値以下の場合には、無線通信を介して伝送効率が向上するよう受電調整信号を変更する（ステップS137）。

伝送効率が所定の値よりも大きい場合には、受電電力が第1の所定の範囲か否かを判定する。受電電力が第1の所定の範囲でない場合には、受電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように受電調整信号を変更する。

なお、ここでは伝送効率そのものを指標として伝送効率を調整する手段について示したが、指標とするのは伝送効率そのものでなくてもよい。例えば損失を指標としてもよい。さらには、例えば伝送効率と相関のある送電側と受電側の任意の点の電圧の比、または差などを、伝送効率の推定値として求め、これを指標として用いてもよい。

伝送効率を調整する際の調整信号の増減方法としては、伝送効率が向上するよう調整するための調整信号の増減方向が既知の場合には、それにしたがって増減させればよい。伝送効率が向上する調整信号の変化方向が未知の場合には、例えば一定範囲を掃引して変化させるべき方向を決定してもよい。さらには、掃引して伝送効率が最大となる点を探索してもよい。

図17（ａ）の制御フローで、伝送効率の判定を行った後に受電電力の判定を行っているが、この順序を逆にしてもよい。また、第1の所定の範囲か否かの判定を分割して行ってもよい。たとえば電力の上限の判定を行った後に伝送効率の判定を行い、その後で電力の下限の判定を行ってもよい。伝送効率の判定も、所定の値以下か否かでなく、所定の範囲内か否かで行ってもよい。

第９の実施の形態

図18に、第9の実施の形態に関わる無線電力電送装置の構成を示す。これまでの実施の形態では制御装置は1つであったが、第9の実施の形態では2つの制御装置を備える。当該2つの制御装置は、受電ユニット31に接続された制御装置201と、送電ユニット21に接続された制御装置202とを含む。図18は、図1の構成を、2つの制御装置の構成に変形した例を示す。

受電側の制御装置201は、演算部211と無線通信機221とを含む。送電側の制御装置202は、演算部212と無線通信機222とを含む。送電側の制御装置201と受電側の制御装置202は、無線通信機221、222によって無線により接続されている。

この実施の形態における動作のフローを図19に示す。図19(a)は受電側の制御装置201の動作を示し、図19(b)は送電側の制御装置202の動作を示す。

図19(a)に示すように、通常制御時、受電側の制御装置201の演算部211は、受電電力情報を取得し（ステップS141）、受電電力が第1の所定の範囲内かを判定する（ステップS142）。受電電力が第1の所定の範囲内でない場合は、受電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、送電調整信号の変更指示を、無線通信を介して、送電側の制御装置202に通知する（ステップS143）。変更指示には、送電調整信号の調整量の指定を含めてもよい。送電側の制御装置202は、受電側から指定された調整量に従って、送電調整信号を変更し送信する。調整量の指定が含められない場合は、送電側は予め指定された量だけ変更してもよい。

一方、図19(b)に示すように、高速制御時では、送電側の制御装置202の演算部212が、送電電力情報を取得し（ステップS151）、送電電力が第2の所定の範囲内かを判定する（ステップS152）。送電電力が第2の所定の範囲内でない場合は、送電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように送電調整信号を変更する（ステップS153）。

このように、通常制御時では送電調整信号の変更の決定を受電側で行い、送電側に通知することで制御を行う。一方、高速制御時では、送電側で送電調整信号の変更を決定し、送電電力を変更することで、高速な制御を実現する。

同様に、第2〜第6の実施の形態の任意の構成においても、本実施の形態のように、2つの制御装置を用いる構成に変形することが可能である。

たとえば、図8に示した第3の実施の形態において2つの制御装置を用いて変形した例を図20に示す。受電側および送電側にそれぞれ制御装置231、232が配置されている。受電側の制御装置231は、演算部241および無線通信機251を含み、送電側の制御装置232は、演算部242と無線通信機252を含む。

図20に示した構成において、さらに第８の実施の形態を組み合わせた場合の制御フローを図21に示す。図21(a)は受電側の制御装置231の動作を示し、図21(b)は送電側の制御装置232の動作を示す。

図21(a)に示すように、通常制御時、受電側の制御装置231の演算部241は、送電電力情報を取得し（ステップS161）、また受電電力情報を取得し（ステップS162）、伝送効率を計算する（ステップS163）。伝送効率が所定の値以下かを判定し（ステップS164）、所定の値以下であれば、伝送効率が向上するように演算部241が受電調整信号を変更する（ステップS167）。一方、伝送効率が所定の値より大きければ、受電電力が第1の所定の範囲内かを判定し、第1の所定の範囲内でない場合は、受電電力が第1の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、送電調整信号の変更指示を、送電側の制御装置232に通知する（ステップS166）。変更指示には、送電調整信号の調整量の指定が含められてもよい。送電側の制御装置232は、受電側から指定された調整量に従って、送電調整信号を変更する。調整量の指定を含めない場合は、予め指定された量だけ送電調整信号を変更してもよい。

一方、図21(b)に示すように、高速制御時では、送電側の制御装置232の演算部242が、送電電力情報を取得し（ステップS171）、送電電力が第2の所定の範囲内かを判定する（ステップS172）。送電電力が第2の所定の範囲内でない場合は、送電電力が第2の所定の範囲に近づく方向に補正されるように、送電調整信号を変更する。

このように、通常制御時では送電調整信号の変更の決定を受電側で行い、送電側に通知することで制御を行う。一方、高速制御時では、送電側で送電調整信号の変更を決定して、送電電力を変更することで、高速な制御を実現する。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (15)

1. 送電ユニットからの送電電力情報の取得処理と、前記送電ユニットから伝送される電力を受電する受電ユニットからの受電電力情報の取得処理の少なくとも一方を実行する情報取得部と、
   前記送電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記送電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理のうち複数の処理を実行可能であり、予め定められた条件に基づいて前記複数の処理の１つを切り換えて選択し、選択した処理を実行する制御部と、
   を備えた制御装置。
2. 前記情報取得部は、前記送電電力情報を第１の通信を介して取得する動作と、前記受電電力情報を第２の通信を介して取得する動作、の少なくとも一方を実行可能であり、
   前記制御部は、第３の通信を介して前記送電ユニットの送電調整を行う動作と、第４の通信を介して前記受電ユニットのインピーダンス調整を行う動作、の少なくとも一方を実行可能であり、
   かつ、前記第１から第４の通信を介した動作のうち少なくとも３つの動作を実行可能であり、
   前記第１の通信を介した動作と前記第２の通信を介した動作の両方を実行可能な場合には、前記第１の通信は前記２の通信より遅延が小さく、かつ前記第３の通信を介した動作と前記第４の通信を介した動作の両方を実行可能な場合には、前記第３の通信は前記第４の通信より遅延が小さい、
   または、前記第１の通信を介した動作と前記第２の通信を介した動作の両方を実行可能な場合には、前記第２の通信は前記第１の通信より遅延が小さく、かつ前記第３の通信を介した動作と前記第４の通信を介した動作の両方を実行可能な場合には、前記第４の通信は前記第３の通信より遅延が小さい、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第１の通信を介した動作と前記第２の通信を介した動作の両方を実行可能な場合に、前記第１の通信は有線通信、前記第２の通信は無線通信であり、前記第３の通信を介した動作と前記第４の通信を介した動作の両方を実行可能な場合に、前記第３の通信は有線通信、前記第４の通信は無線通信である、
   または、
   前記第１の通信を介した動作と前記第２の通信を介した動作の両方を実行可能な場合に、前記第１の通信は無線通信、前記第２の通信は有線通信であり、前記第３の通信を介した動作と前記第４の通信を介した動作の両方を実行可能な場合に、前記第３の通信は無線通信、前記第４の通信は有線通信である
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記制御部は、前記実行可能な少なくとも３つの動作で用いる各通信の途絶の有無に応じて、前記複数の処理の１つを選択する
   請求項２に記載の制御装置。
5. 前記制御部は、前記送電電力情報および前記受電電力情報の少なくとも一方に応じて、前記複数の処理の１つを選択する
   請求項１に記載の制御装置。
6. 前記制御部は、前記送電電力情報および前記受電電力情報の少なくとも一方の単位時間当たりの変化量に応じて、前記複数の処理の１つを選択する
   請求項１に記載の制御装置。
7. 前記送電電力情報および前記受電電力情報に応じて、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力伝送効率を推定し、
   前記制御部は、推定した電力伝送効率を用いて、前記複数の処理の１つを選択する
   請求項１に記載の制御装置。
8. 前記制御部は、２つの前記インピーダンス調整処理のうちの１つを、２つの前記送電調整処理のうちの１つに切り換えた場合、切り替え前の送電電力以下の電力になるよう前記送電ユニットの送電電力を調整する
   請求項１に記載の制御装置。
9. 前記制御部は、前記送電電力情報が第１閾値を上回る場合に、前記送電電力情報が第１閾値に近づく方向に補正されるように、前記選択した処理を実行する
   または、
   前記送電電力情報が第２閾値を下回る場合に、前記送電電力情報が第２閾値に近づく方向に補正されるように、前記選択した処理を実行する
   請求項１に記載の制御装置。
10. 前記制御部は、前記受電電力情報が第３閾値を上回る場合に、前記受電電力情報が第３閾値に近づく方向に補正されるように、前記選択した処理を実行する、
    または、
    前記受電電力情報が第４閾値を下回る場合に、前記受電電力情報が第４閾値に近づく方向に補正されるように、前記選択した処理を実行する
    請求項１に記載の制御装置。
11. 送電ユニットの制御装置からの前記送電ユニットの送電電力情報の取得処理と、前記送電ユニットから伝送される電力を受電する受電ユニットからの受電電力情報の取得処理のうちの少なくとも一方を実行する情報取得部と、
    前記送電電力情報に応じて前記送電ユニットの送電調整を前記送電ユニットの制御装置に指示する指示処理と、前記送電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整を前記送電ユニットの制御装置に指示する指示処理と、前記受電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理のうち複数の処理を実行可能であり、予め定められた条件に基づいて前記複数の処理の１つを切り換えて選択し、選択した処理を実行する制御部と、
    を備えた制御装置。
12. 送電ユニットからの送電電力情報の取得処理と、前記送電ユニットから伝送される電力を受電する受電ユニットの制御装置からの前記受電ユニットの受電電力情報の取得処理のうちの一方を実行する情報取得部と、
    前記送電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記送電電力情報に応じて前記受電ユニットのインピーダンス調整を前記受電ユニットの制御装置に指示する指示処理と、前記受電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整を前記受電ユニットの制御装置に指示する指示処理のうち複数の処理を実行可能であり、予め定められた条件に基づいて前記複数の処理の１つを切り換えて選択し、選択した処理を実行する制御部と
    を備えた制御装置。
13. 受電ユニットに電力を無線伝送する送電ユニットと、
    請求項１に記載の制御装置と
    を備えた無線電力伝送装置。
14. 送電ユニットから無線伝送された電力を受電する受電ユニットと、
    請求項１に記載の制御装置と
    を備えた無線電力伝送装置。
15. 送電ユニットからの送電電力情報の取得処理と、受電ユニットからの受電電力情報の取得処理の少なくとも一方を実行する情報取得ステップと、
    前記送電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記送電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記送電ユニットの送電調整処理と、前記受電電力情報に応じた前記受電ユニットのインピーダンス調整処理のうち複数の処理を実行可能であり、予め定められた条件に基づいて前記複数の処理の１つを切り換えて選択し、選択した処理を実行する制御ステップと、
    を備えた制御方法。

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