KR101494144B1 - 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법, 송전 장치, 및 수전 장치 - Google Patents

Abstract

송전계 코일로부터 수전계 코일로 자계 공명을 이용하여 전력을 전송하는 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서, 코일의 공진 주파수를 고속으로 또한 정확하게 리얼타임으로 조정할 수 있게 한다. 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상 및 송전계 코일 또는 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하고, 그들의 위상차가 목표값이 되도록, 송전계 코일 또는 수전계 코일의 공진 주파수를 가변한다. 송전계 코일은, 교류 전원이 접속되는 전력 공급 코일, 및 전력 공급 코일과 전자적으로 밀하게 결합한 송전 공진 코일을 갖고, 수전계 코일은, 수전 공진 코일, 및 수전 공진 코일과 전자적으로 밀하게 결합한 전력 취출 코일을 갖는다. 교류 전원의 전압과 송전 공진 코일의 전류의 위상차가 목표값 β가 되도록, 교류 전원의 전압과 수전 공진 코일의 전류의 위상차가 목표값 (β-π/2)가 되도록 제어된다.

Description

자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법, 송전 장치, 및 수전 장치{RESONANCE FREQUENCY CONTROL METHOD, POWER TRANSMISSION DEVICE, AND POWER RECEPTION DEVICE FOR MAGNETIC-RESONANT-COUPLING TYPE POWER TRANSMISSION SYSTEM}

본 발명은 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법, 송전 장치, 및 수전 장치에 관한 것이다.

무선으로 전력을 전송하는, 소위 무선 전력 전송 또는 와이어리스 전력 공급(ＷPS; Wireless Power Supply)에 있어서는, 공간적으로 떨어진 2점 사이에 케이블을 이용하지 않고 전력(에너지)의 송수전을 행한다. 무선 전력 전송에는, 전자 유도를 이용하는 방식과 전파를 이용하는 방식의 2개의 방식이 있다. 또한, 자계 공명(자장 공명, 자기 공명, 자계 공명 모드라고도 함)을 이용하는 방식도 제안되고 있다(특허문헌 1).

특허문헌1 : 재공표 WO98/34319

본 발명은 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서, 코일의 공진 주파수를 고속으로 또한 정확하게 리얼타임으로 조정할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 적용되는 자계 공명형 전력 전송 시스템을 설명한다.

자계 공명을 이용한 방식(자계 공명형)에서는, 전파를 이용한 방식과 비교하여 대전력의 전송이 가능하며, 전자 유도 방식과 비교하여 전송 거리를 길게 할 수 있고 또는 송수전용 코일을 작게 할 수 있다고 하는 메리트가 있다.

자계 공명을 이용한 방식에서는, 송전계 코일 및 수전계 코일의 공진 주파수를 서로 동일한 값으로 설정해놓고, 그 근방의 주파수로 전력 전송을 행함으로써, 높은 효율로 에너지의 전송을 행하는 것이 가능해진다.

자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서 전력 전송의 효율을 높이기 위해서, 1차 코일측의 발진 신호의 주파수에 비해 높은 주파수를 2차 코일측의 공진 주파수로 한 것이 있다(특허문헌 1). 이에 의하면, 캐패시턴스를 작게 하고, 1차 코일과 2차 코일의 결합 계수를 외관 상 높게 할 수 있는 것이다.

코일끼리의 결합도를 높임으로써, 전력 전송의 효율을 어느 정도 높이는 것이 가능하다.

또한 전력 전송의 효율을 높이기 위해서, 각 코일의 공진 피크가 가능한 한 예리해지게 하는 것이 생각된다. 그를 위해서는, 예를 들면 각 코일의 Q값이 높아지도록 설계하면 된다.

그러나, Q값을 높게 한 경우에는, 양 코일의 공진 주파수의 어긋남에 대한 감도가 높아져 버린다고 하는 문제, 즉 양 코일의 공진 주파수의 어긋남에 의한 전력 전송의 효율의 저하로의 영향이 커져 버린다고 하는 문제가 있다.

예를 들면, 온도 등의 환경 요인의 변화, 사람이나 금속 등의 도체 또는 자성체가 가까워지는 것에 의한 인덕턴스나 용량의 변화 등에 의해, 코일의 공진 주파수가 변화해 버린다. 또한, 제조 시에 있어서의 변동에 의한 공진 주파수의 어긋남도 있다.

그 때문에, Q값이 높은 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서는, 그 최대한의 메리트를 살리기 위해서는, 코일의 공진 주파수를 환경 변동 등에 대응하여 조정하는 구조가 필요하다.

코일의 공진 주파수를 목표 주파수에 맞추기 위해서는, 코일의 Ｌ(인덕턴스) 또는 컨덴서의 C(용량)를 조정할 필요가 있다.

여기서 설명하는 하나의 형태의 방법에서는, 송전계 코일로부터 수전계 코일로 자계 공명을 이용하여 전력을 전송하는 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법에 있어서, 상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상 및 상기 송전계 코일 또는 상기 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하고, 그들의l위상차가 목표값이 되도록, 상기 송전계 코일 또는 상기 수전계 코일의 공진 주파수를 가변한다.

상기 송전계 코일과 상기 수전계 코일의 결합도가 커져서 쌍봉 특성이 나타났을 때에, 상기 교류 전원의 주파수에 있어서 전류의 피크가 나타나도록, 상기 송전계 코일 또는 상기 수전계 코일의 공진 주파수를 가변하는 것도 가능하다.

또한 여기에 설명하는 하나의 형태의 장치에서는, 송전계 코일로부터 수전계 코일로 자계 공명을 이용하여 전력을 전송하는 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서, 상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상 및 상기 송전계 코일 또는 상기 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하는 위상 검출부와, 검출된 그들 위상의 위상차가 목표값이 되도록, 상기 송전계 코일 또는 상기 수전계 코일의 공진 주파수를 가변하는 공진 주파수 제어부를 갖는다.

도 1은 자계 공명형 전력 전송 방법을 도시하는 도면.
도 2는 자계 공명형 전력 전송 시스템의 개요를 도시하는 도면.
도 3은 본 실시 형태의 전력 전송 시스템의 제어부의 구성의 예를 도시하는 도면.
도 4는 공진 주파수 제어에 있어서의 전류 및 위상의 상태를 도시하는 도면.
도 5는 공진 주파수 제어에 있어서의 전류 및 위상의 상태를 도시하는 도면.
도 6은 쌍봉 특성이 나타난 경우의 전류 및 위상의 상태를 도시하는 도면.
도 7은 쌍봉 특성이 나타난 경우의 공진 주파수 제어에 있어서의 전류 및 위상의 상태를 도시하는 도면.
도 8은 쌍봉 특성에 대응한 공진 주파수 제어를 행한 경우의 전송 전력의 변화의 예를 도시하는 도면.
도 9는 전력 전송 시스템의 주파수 의존성을 도시하는 도면.
도 10은 코일의 공진 주파수를 스위프하는 방법을 설명하는 도면.
도 11은 공진 주파수 제어와 쌍봉 공진 제어를 전환하는 구성의 예를 도시하는 도면.
도 12는 공진 주파수 제어의 개략의 처리 수순을 나타내는 플로우차트.
도 13은 공진 주파수 제어의 개략의 처리 수순을 나타내는 플로우차트.

이하에 설명하는 실시 형태의 전력 전송 시스템(전력 전송 장치)(1)에서는, 교류 전원의 전압(드라이브 전압)과 코일에 흐르는 전류의 위상차 Δφ에 기초하여, 코일(공진 회로)의 L 또는 C에 대하여 리얼타임의 공진 주파수 제어를 행한다.

또한, 송전계 코일과 수전계 코일의 결합이 커져서 쌍봉 특성(스플리트)이 나타났을 때에, 전력 전송의 효율의 저하를 억제하기 위해서, 피크(스플리트 피크)가 교류 전원의 주파수에 있어서 나타나도록, 송전계 코일 또는 수전계 코일의 공진 주파수를 시프트시킨다. 이 경우의 공진 주파수 제어를, 쌍봉 특성이 나타나지 않은 경우의 공진 주파수 제어와 구별하기 위해서, 「쌍봉 공진 제어」라 하는 경우가 있다.

또한 「쌍봉 공진 제어」를 포함하지 않은 경우의 공진 주파수 제어를 「통상적인 공진 주파수 제어」라 기재하는 경우가 있다. 단순히 「공진 주파수 제어」라고 기재할 때는 원칙적으로 「쌍봉 공진 제어」를 포함한다.

도 1 및 도 2에 있어서, 전력 전송 시스템(1)은, 송전계 코일 SC, 수전계 코일 JC, 교류 전원(11), 송전측 제어부(14), 부하가 되는 디바이스(21), 및 수전측 제어부(24)를 구비한다.

도 2에 있어서, 송전계 코일 SC는, 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)을 구비한다. 전력 공급 코일(12)은, 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주형상으로 복수회 감긴 것이며, 그 양단에 교류 전원(11)에 의한 교류 전압(고주파 전압)이 인가된다.

송전 공진 코일(13)은, 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주 형상으로 감긴 코일(131)과, 코일(131)의 양단에 접속된 컨덴서(132)로 이루어지고, 그들에 의한 공진 회로를 형성한다. 공진 주파수 f0은 다음 수학식 1로 나타내진다.

또한 L은 코일(131)의 인덕턴스, C는 컨덴서(132)의 정전 용량이다.

송전 공진 코일(13)의 코일(131)은, 예를 들면 원턴 코일이다. 컨덴서(132)로서, 여러 형식의 컨덴서가 이용되지만, 가능한 한 손실이 적고 충분한 내압을 갖는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 공진 주파수를 가변하기 위해서, 컨덴서(132)로서 가변 컨덴서가 이용된다. 가변 컨덴서로서, 예를 들면 MEMS 기술을 이용하여 제작된 가변 용량 디바이스가 이용된다. 반도체를 이용한 가변 용량 디바이스(바랙터)여도 된다.

전력 공급 코일(12)과 송전 공진 코일(13)은, 전자적으로 서로 밀하게 결합하도록 배치된다. 예를 들면, 동일 평면 상에 또한 동심 위에 배치된다. 즉, 예를 들면 송전 공진 코일(13)의 내주측에 전력 공급 코일(12)이 끼워 넣어진 상태에서 배치된다. 또는, 동축 상에서 적당한 거리를 두고 배치해도 된다.

이 상태에서, 교류 전원(11)으로부터 전력 공급 코일(12)에 교류 전압이 공급되었을 때에, 전력 공급 코일(12)에 생긴 교번 자계에 의한 전자 유도에 의해 송전 공진 코일(13)에 공진 전류가 흐른다. 즉, 전자 유도에 의해, 전력 공급 코일(12)로부터 송전 공진 코일(13)에 전력이 공급된다.

수전계 코일 JC는, 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)을 구비한다. 수전 공진 코일(22)은, 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주 형상으로 감긴 코일(221)과, 코일(221)의 양단에 접속된 컨덴서(222)로 이루어진다. 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 f0은, 코일(221)의 인덕턴스 및 컨덴서(222)의 정전 용량에 기초하여 상기 수학식 1로 나타내진다.

수전 공진 코일(22)의 코일(221)은, 예를 들면 원턴 코일이다. 컨덴서(222)로서, 상기에서 설명한 바와 같이 여러 형식의 컨덴서가 이용된다. 본 실시 형태에서는, 공진 주파수를 가변하기 위해서, 컨덴서(222)로서 가변 컨덴서가 이용된다. 가변 컨덴서로서, 예를 들면 MEMS 기술을 이용하여 제작된 가변 용량 디바이스가 이용된다. 반도체를 이용한 가변 용량 디바이스(바랙터)여도 된다.

전력 취출 코일(23)은, 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주형상으로 복수회 감긴 것이며, 그 양단에 부하인 디바이스(21)가 접속된다.

수전 공진 코일(22)과 전력 취출 코일(23)은, 전자적으로 서로 밀하게 결합하도록 배치된다. 예를 들면, 동일 평면 상에 또한 동심 위에 배치된다. 즉, 예를 들면 수전 공진 코일(22)의 내주측에 전력 취출 코일(23)이 끼워 넣어진 상태에서 배치된다. 또는, 동축 상에서 적당한 거리를 두고 배치해도 된다.

이 상태에서, 수전 공진 코일(22)에 공진 전류가 흐르면, 그에 의해 발생한 교번 자계에 의한 전자 유도에 의해 전력 취출 코일(23)에 전류가 흐른다. 즉, 전자 유도에 의해, 수전 공진 코일(22)로부터 전력 취출 코일(23)로 전력이 보내진다.

송전계 코일 SC와 수전계 코일 JC는, 자계 공명에 의해 무선으로 전력을 전송하기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 코일면이 서로 평행해지도록, 또한 코일 축심이 서로 일치하거나 또는 너무 어긋나지 않도록, 서로 적당한 거리의 범위 내에 배치된다. 예를 들면, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)의 직경이 100㎜ 정도인 경우에, 수백㎜ 정도의 거리의 범위 내에 배치된다.

도 2에 도시하는 전력 전송 시스템(1)에 있어서, 코일 축심 KS를 따른 방향이 자계 KK의 주된 방사 방향이며, 송전계 코일 SC로부터 수전계 코일 JC를 향하는 방향이 송전 방향 SH이다.

여기서, 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수 fs와 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fj가, 모두 교류 전원(11)의 주파수 fd와 일치하고 있을 때는, 최대의 전력이 전송된다. 그러나, 만일, 그들 공진 주파수 fs, fj가 서로 어긋나거나, 이들과 교류 전원(11)의 주파수 fd가 어긋나거나 하면, 전송되는 전력은 저하하고, 효율이 저하한다.

즉, 도 9에 있어서, 횡축은 교류 전원(11)의 주파수 fd[㎒]이며, 종축은 전송되는 전력의 크기[㏈]이다. 곡선 CV1은, 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수 fs와 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fj가 일치하고 있는 경우를 나타낸다. 이 경우에, 도 9에 의하면, 그 공진 주파수 fs, fj는 13.56㎒이다.

또한 곡선 CV2, CV3은, 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fj가 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수 fs에 대하여 5퍼센트, 10퍼센트, 각각 높은 경우를 나타낸다.

도 9에 있어서, 교류 전원(11)의 주파수 fd가 13.56㎒일 때에, 곡선 CV1에서는 최고의 전력이 전송되지만, 곡선 CV2, CV3에서는 차례로 저하하고 있다. 또한, 교류 전원(11)의 주파수 fd가 13.56㎒로부터 시프트했을 때, 상측으로 약간 시프트했을 때를 제외하고, 곡선 CV1 내지 CV3 중 어느 하나에 있어서도 전송되는 전력이 저하하고 있다.

따라서, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fs, fj를, 교류 전원(11)의 주파수 fd에 극력 일치시킬 필요가 있다.

도 10에 있어서, 횡축은 주파수[㎒]이며, 종축은 코일에 흐르는 전류의 크기 [㏈]이다. 곡선 CV4는, 코일의 공진 주파수가 교류 전원(11)의 주파수 fd에 일치하고 있는 경우를 나타낸다. 이 경우에, 도 10에 의하면, 그 공진 주파수는 10㎒이다.

또한 곡선 CV5, CV6은, 코일의 공진 주파수가, 교류 전원(11)의 주파수 fd에 비해 높아진 경우 또는 낮아진 경우를 나타낸다.

도 10에 있어서, 곡선 CV4에서는 최대의 전류가 흐르지만, 곡선 CV5, CV6에서는 모두 전류가 저하하고 있다. 또한, 코일의 Q값이 높은 경우에는, 공진 주파수의 어긋남에 의한 전류 또는 전송 전력의 저하로의 영향이 크다.

따라서, 본 실시 형태의 전력 전송 시스템(1)에서는, 송전측 제어부(14) 및 수전측 제어부(24)에 의해, 교류 전원(11)의 위상 φvs, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)에 흐르는 전류의 위상 φis, φij를 이용하여, 공진 주파수 제어를 행한다.

여기서, 송전측 제어부(14)는, 송전계 코일 SC에 공급되는 전압 Vs의 위상 φvs 및 송전계 코일 SC에 흐르는 전류 Is의 위상 φis를 검출하고, 그들의 위상차 Δφs가 소정의 목표값 φms가 되도록, 송전계 코일 SC의 공진 주파수 fs를 가변한다.

즉, 송전측 제어부(14)는, 전류 검출 센서 SE1, 위상 검출부(141, 142), 목표값 설정부(143), 피드백 제어부(144), 및 위상 송신부(145)를 갖는다.

전류 검출 센서 SE1은, 송전 공진 코일(13)에 흐르는 전류 Is를 검출한다. 전류 검출 센서 SE1로서, 홀 소자, 자기 저항 소자, 또는 검출 코일 등을 이용하는 것이 가능하다. 전류 검출 센서 SE1은, 예를 들면 전류 Is의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다.

위상 검출부(141)는, 전력 공급 코일(12)에 공급되는 전압 Vs의 위상 φvs를 검출한다. 위상 검출부(141)는, 예를 들면 전압 Vs의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다. 이 경우에, 전압 Vs를 그대로 출력해도 되고, 또는 적당한 저항에 의해 분압하여 출력해도 된다. 따라서, 위상 검출부(141)는, 단순한 전선에 의해, 또는 하나 또는 복수의 저항기에 의해 구성하는 것도 가능하다.

위상 검출부(142)는, 전류 검출 센서 SE1로부터의 출력에 기초하여, 송전 공진 코일(13)에 흐르는 전류 Is의 위상 φis를 검출한다. 위상 검출부(142)는, 예를 들면 전류 Is의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다. 이 경우에는, 위상 검출부(142)는, 전류 검출 센서 SE1의 출력을 그대로 출력해도 된다. 따라서, 전류 검출 센서 SE1이 위상 검출부(142)를 겸하도록 하는 것도 가능하다.

목표값 설정부(143)는, 위상차 Δφs의 목표값 φms를 설정하여 기억한다. 따라서, 목표값 설정부(143)에는 목표값 φms를 기억하기 위한 메모리가 설치된다. 목표값 φms로서, 후에 설명하는 바와 같이, 예를 들면 「-π」, 또는 「-π에 적당한 보정값 a를 더한 값」 등이 설정된다.

또한 목표값 φms의 설정은, 미리 기억된 1개 또는 복수의 데이터 중에서 선택함으로써 행해도 되고, 또한 CPU나 키보드 등으로부터의 명령에 의해 행해지도록 해도 된다.

피드백 제어부(144)는, 교류 전원(11)의 전압 Vs의 위상 φvs와 송전 공진 코일(13)의 전류 Is의 위상 φis와의 위상차 Δφs가, 설정된 목표값 φms가 되도록, 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수 fs를 가변한다.

위상 송신부(145)는 전력 공급 코일(12)에 공급되는 전압 Vs의 위상 φvs에 대한 정보를, 수전측 제어부(24)에 대하여 예를 들면 무선으로 송신한다. 위상 송신부(145)는, 예를 들면 전압 Vs의 파형에 따른 전압 신호를, 아날로그 신호로서 또는 디지털 신호로서 송신한다. 그 경우에, S/N비를 향상시키기 위해서, 전압 Vs의 파형에 따른 전압 신호를 정수배로 체배하여 송신해도 된다.

수전측 제어부(24)는, 송전계 코일 SC에 공급되는 전압 VS의 위상 φvs 및 수전계 코일 JC에 흐르는 전류 IJ의 위상 φij를 검출하고, 그들의 위상차 Δφj가 소정의 목표값 φmj가 되도록, 수전계 코일 JC의 공진 주파수 fj를 가변한다.

즉, 수전측 제어부(24)는, 전류 검출 센서 SE2, 위상 수신부(241), 위상 검출부(242), 목표값 설정부(243), 및 피드백 제어부(244)를 갖는다.

전류 검출 센서 SE2는, 수전 공진 코일(22)에 흐르는 전류 Ij를 검출한다. 전류 검출 센서 SE2로서, 홀 소자, 자기 저항 소자, 또는 검출 코일 등을 이용하는 것이 가능하다. 전류 검출 센서 SE2는, 예를 들면 전류 Ij의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다.

위상 수신부(241)는, 위상 송신부(145)로부터 송신된 위상 φvs에 대한 정보를 수신하고, 그 정보를 출력한다. 위상 송신부(145)에 있어서 전압 신호를 체배한 경우에는, 위상 수신부(241)에 있어서 원래대로 되돌리기 위하여 분주를 행한다. 위상 수신부(241)는, 예를 들면 전압 Vs에 따른 전압 신호를 출력한다.

위상 검출부(242)는, 전류 검출 센서 SE2로부터의 출력에 기초하여, 수전 공진 코일(22)에 흐르는 전류 Ij의 위상 φij를 검출한다. 위상 검출부(242)는, 예를 들면 전류 Ij의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다. 이 경우에는, 위상 검출부(242)는, 전류 검출 센서 SE2의 출력을 그대로 출력해도 된다. 따라서, 전류 검출 센서 SE2가 위상 검출부(242)를 겸하도록 하는 것도 가능하다.

목표값 설정부(243)는, 위상차 Δφj의 목표값 φmj를 설정하여 기억한다. 목표값 φmj로서, 후에 설명하는 바와 같이, 예를 들면 송전측 제어부(14)에 있어서의 목표값 φms에 「-π/2」를 가산한 값이 설정된다. 즉 목표값 φmj로서, 「-3π/2」가 설정된다. 또는, 그에 적당한 보정값 b를 더한 값 등이 설정된다. 또한, 목표값 φmj의 설정 방법 등에 대해서는, 목표값 φms의 경우와 마찬가지이다.

피드백 제어부(244)는, 교류 전원(11)의 전압 Vs의 위상 φvs와 수전 공진 코일(22)의 전류 Ij의 위상 φij의 위상차 Δφj가, 설정된 목표값 φmj가 되도록, 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fj를 가변한다.

또한 송전측 제어부(14)에 있어서의 목표값 설정부(143)와 피드백 제어부(144), 수전측 제어부(24)에 있어서의 목표값 설정부(243)와 피드백 제어부(244)는, 각각 공진 주파수 제어부의 예이다.

이하에 있어서, 도 3을 이용하여 더 자세히 설명한다. 또한, 도 3에 있어서, 도 2에 도시한 요소와 동일한 기능을 갖는 요소에는, 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략하거나 또는 간략화하는 경우가 있다.

도 3에 있어서, 전력 전송 시스템(전력 전송 장치)(1B)은 송전 장치(3) 및 수전 장치(4)를 갖는다.

송전 장치(3)는 교류 전원(11), 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)로 이루어지는 송전계 코일 SC, 및 공진 주파수 제어부 CTs 등을 구비한다.

수전 장치(4)는 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)로 이루어지는 수전계 코일 JC, 및 공진 주파수 제어부 CTj 등을 구비한다.

송전측의 공진 주파수 제어부 CTs는, 목표값 설정부(143), 위상 비교부(151), 가산부(152), 게인 조정부(153, 154), 보상부(155), 및 드라이버(156) 등을 구비한다.

위상 비교부(151)는, 전류 검출 센서 SE1로 검출된 전류 Is의 위상 φis와, 교류 전원(11)의 전압 Vs의 위상 φvs를 비교하여, 그들 차인 위상차 Δφs를 출력한다.

가산부(152)는, 위상 비교부(151)가 출력하는 위상차 Δφs와, 목표값 설정부(143)에 설정된 목표값 φms를 가산한다. 본 실시 형태에서는, 목표값 φms는, 목표가 되는 위상차 Δφs에 대하여 플러스 마이너스가 반대가 되도록 설정되므로, 위상차 Δφs와 목표값 φms의 절대값이 일치했을 때에, 가산부(152)의 출력은 0이 된다.

게인 조정부(153, 154)는, 제어가 올바르게 행해지도록, 각각 입력되는 값 또는 데이터에 대한 게인(이득)을 조정하고, 또는 데이터 등의 환산을 행한다.

보상부(155)는, 예를 들면 저주파 성분에 대한 게인을 정한다. 본 실시 형태의 공진 주파수 제어부 CTs는, 컨덴서(132)인 MEMS 가변 용량 디바이스에 대한 피드백 제어를 행하는 서보계를 구성하는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 보상부(155)에는, 서보계의 안정화, 고속화, 고정밀도화를 도모하기 위한 적당한 서보 필터가 이용된다. 또한, 이러한 서보계에 있어서 PID 동작을 행하게 하기 위한 필터 회로 또는 미분적분 회로 등이, 필요에 따라서 이용된다.

드라이버(156)는, 컨덴서(132)인 MEMS 가변 용량 디바이스를 구동하고, 그 정전 용량을 가변 제어하기 위해서, 컨덴서(132)에 구동 KSs를 출력한다.

MEMS 가변 용량 디바이스(MEMS 가변 캐패시터)는, 예를 들면 글래스의 기판 위에 하부 전극 및 상부 전극이 설치되고, 이들 사이에 인가하는 전압에 의한 정전 흡인력에 의해 휘어서 간격이 변화하고, 이들 사이의 정전 용량이 가변된다. 캐패시터를 위한 전극과 구동을 위한 전극이 별개로 설치되는 경우도 있다. 구동을 위한 전극에 인가하는 전압과 정전 용량의 변화량의 관계가 선형이 아니므로, 드라이버(156)에 있어서 그 변환을 위한 연산 또는 테이블 환산 등도 필요에 따라서 행한다.

수전측의 공진 주파수 제어부 CTj는, 목표값 설정부(243), 위상 비교부(251), 가산부(252), 게인 조정부(253, 254), 보상부(255), 및 드라이버(256) 등을 구비한다. 수전측의 공진 주파수 제어부 CTj의 각 부의 구성 및 동작은, 상기에서 설명한 송전측의 공진 주파수 제어부 CTs의 각 부의 구성 및 동작과 마찬가지이다.

또한 전력 전송 시스템(1, 1B)에 있어서의 송전측 제어부(14), 수전측 제어부(24), 공진 주파수 제어부 CTs, CTj 등은, 소프트웨어 또는 하드웨어에 의해, 또는 그들 조합에 의해, 실현하는 것이 가능하다. 예를 들면, CPU, ROM 및 RAM 등의 메모리, 그 외 주변 소자 등으로 이루어지는 컴퓨터를 이용하여, 적당한 컴퓨터 프로그램을 CPU에 실행시켜도 된다. 그 경우에, 적당한 하드웨어 회로를 병용하면 된다.

다음으로, 도 4 내지 도 7을 참조하여, 전력 전송 시스템(1B)에 있어서의 공진 주파수 제어의 동작에 대하여 설명한다.

도 4 내지 도 7에 있어서, 각각의 각 도의 (A)에서는, 횡축은 교류 전원(11)의 주파수 f[㎒]이며, 종축은 각 코일에 흐르는 전류 I의 크기[㏈]이다. 각 도의 (B)에서는, 횡축은 교류 전원(11)의 주파수 f[㎒]이며, 종축은 각 코일에 흐르는 전류 I의 위상 φ[radian]이다. 도 4 내지 도 7의 각각에 있어서, 도의 (A)와 도의 (B)는 대응한다.

또한 위상 φ는, 교류 전원(11)의 전압 Vs의 위상 φvs, 즉 전력 공급 코일(12)에 공급되는 전압 Vs의 위상 φvs를 기준으로 하고, 그 위상차 Δφ를 나타내고 있다. 즉, 위상 φvs와 일치한 경우에 위상 φ가 0이 된다.

각 곡선에 붙인 부호 CAA1 ~ 4, CAB1 ~ 4, CBA1 ~ 4, CBB1 ~ 4, CCA1 ~ 4, CCB1 ~ 4, CDA1 ~ 4, CDB1 ~ 4에 있어서, 말미의 숫자 1, 2, 3, 4는, 각각 전력 공급 코일(12), 송전 공진 코일(13), 수전 공진 코일(22), 전력 취출 코일(23)에 대응하는 것을 나타낸다.

그리고, 공진 주파수 제어에 있어서, 송전 공진 코일(13), 또는 송전 공진 코일(13)과 수전 공진 코일(22)을, 그 공진 주파수 fs, fj가 10㎒가 되도록 제어한다.

이들 도 4 내지 도 7은 이러한 조건 하에서 컴퓨터에 의한 시뮬레이션을 행하고 그 결과를 도시한 것이다.

도 4는 송전측 제어부(14) 또는 송전 장치(3) 중 어느 하나에 의해서만 공진 주파수 제어를 행한 경우를 나타내고, 도 5는 송전측 제어부(14) 또는 송전 장치(3) 및 수전측 제어부(24) 또는 수전 장치(4)의 양 쪽에 의해 공진 주파수 제어를 행한 경우를 나타낸다.

도 4에 있어서, 송전 공진 코일(13)에 대해서, 그 공진 주파수 fs가 10㎒가 되도록, 공진 주파수 제어가 행해진다. 이 경우에, 교류 전원(11)의 주파수 fd를 10㎒로 하고, 목표값 설정부(143)에 있어서는 목표값 φms로서 「-π」가 설정된다.

곡선 CAA2로 나타낸 바와 같이, 송전 공진 코일(13)의 전류 Is는, 교류 전원(11)의 주파수 fd와 일치하는 10㎒에 있어서 최대가 되고 있다.

곡선 CAB2로 나타낸 바와 같이, 송전 공진 코일(13)의 전류 Is의 위상 φis는, 공진 주파수 fs인 10㎒에 있어서, -π가 되고 있다. 즉, 목표값 φms와 일치하고 있다.

또한 송전 공진 코일(13)은, 전력 공급 코일(12)로부터 보아 직렬 공진 회로로 볼 수 있다. 따라서, 공진 주파수 fs보다도 낮은 주파수 fd에 있어서는 용량성이 되어 -π/2에 가까워지고, 높은 주파수 fd에 있어서는 유도성이 되어 -3π/2에 가까워진다.

이와 같이, 송전 공진 코일(13)에 흐르는 전류 Is의 위상 φis는, 공진 주파수 fs의 근변에 있어서 크게 변화한다. 위상 φis 즉 위상차 Δφs가 -π가 되도록 제어함으로써, 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수 fs를 전압 Vs의 주파수 fd에 고정밀도로 일치시킬 수 있다.

또한, 곡선 CAA1로 나타낸 바와 같이, 전력 공급 코일(12)에 흐르는 전류 I도, 공진 주파수 fs에 있어서 최대가 된다. 곡선 CAB1로 나타낸 바와 같이, 전력 공급 코일(12)에 흐르는 전류 I의 위상 φi는, 공진 주파수 fs의 근변에 있어서 0 또는 앞선 위상이 되고, 공진 주파수 fs로부터 멀어지면 -π/2가 된다.

도 5에 있어서, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)에 대해서, 그 공진 주파수 fs, fj가 10㎒가 되도록, 공진 주파수 제어가 행해진다. 이 경우에, 목표값 설정부(143, 243)에 있어서, 목표값 φms로서 「-π」가, 목표값 φmj로서 「-3π/2」가, 각각 설정된다.

즉, 목표값 φmj에는, 목표값 φms에 -π/2를 가산한 값 「φms-π/2」, 즉 목표값 φms보다도 π/2 지연된 위상이 설정된다.

곡선 CBA2 및 곡선 CBB2에 대해서는, 도 4에 있어서의 곡선 CAA2 및 곡선 CAB2와 거의 마찬가지이다.

곡선 CBA3으로 나타낸 바와 같이, 수전 공진 코일(22)의 전류 Ij는, 교류 전원(11)의 주파수 fd와 일치하는 10㎒에 있어서 최대가 되고 있다.

곡선 CBB3으로 나타낸 바와 같이, 수전 공진 코일(22)의 전류 Ij의 위상 φij는, 공진 주파수 fs인 10㎒에 있어서, -3π/2가 되고 있다. 즉, 목표값 φmj와 일치하고 있다. 또한, 주파수 fd가 공진 주파수 fs보다도 낮아진 경우에, 위상차 Δφ가 감소하여 -π/2에 가까워지고, 공진 주파수 fs보다도 높아진 경우에, 위상차 Δφ가 증대하여 -5π/2 즉 -π/2에 가까워진다.

이와 같이, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)에 흐르는 전류 Is, Ij의 위상 φis, φij는, 공진 주파수 fs, fj의 근변에 있어서 크게 변화한다. 위상 φis, φij 즉 위상차 Δφs, Δφj가 -π 또는 -3π/2가 되도록 제어함으로써, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fs, fj를 전압 Vs의 주파수 fd에 고정밀도로 일치시킬 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태의 전력 전송 시스템(1, 1B)에 의하면, 송전계 코일 SC 및 수전계 코일 JC의 공진 주파수를 고속으로 또한 정확하게 리얼타임으로 제어할 수 있다.

이에 의해, 송전계 코일 SC 및 수전계 코일 JC의 공진 주파수를 교류 전원(11)의 주파수 fd에 정확하게 일치시킬 수 있어, 송전 장치(3)로부터 수전 장치(4)에 대하여 항상 최대의 전력을 전송하는 것이 가능하다.

그 때문에, 환경 요인 등의 변화가 있어도, 항상 최대의 전력을 전송할 수 있어, 높은 효율로 에너지의 전송을 행할 수 있다.

또한 본 실시 형태의 공진 주파수 제어 방법에 의하면, 교류 전원의 전압 Vs에 대한 코일 전류의 위상차 Δφ에 기초하여 제어를 행하므로, 스위프 서치법에 의한 경우와 같이 전류의 진폭의 변동에 의한 영향을 받지 않아, 정확한 제어를 행할 수 있다.

또한 스위프 서치법에서는, 예를 들면 송전계 코일 SC 또는 수전계 코일 JC에 있어서의 L 또는 C를 스위프시켜, 코일의 전류값이 최대(피크)가 되는 위치를 시행 착오적으로 서치한다.

그러나, 이러한 스위프 서치법에 의한 경우에는 다음 문제가 생각된다. 즉,

(1) 사용 상태에 따라서는 코일의 전류값이 항상 변동하므로, 코일의 전류값의 변동(진폭 변동)에 의해 오검출이 생겨서, 정확한 조정을 행하는 것이 용이하지 않다.

(2) 조정을 위해 왕복 스위프 동작이 필요해져서, 조정에 시간을 요하여, 고속의 리얼타임 제어가 곤란하다. 또한, 한번 조정을 행하여도, 사용 환경이 바뀌면 다시 조정을 행할 필요가 있어, 그 때마다 사용을 일시 정지해야 한다.

그러나, 본 실시 형태의 공진 주파수 제어 방법에 의하면, 리얼타임으로 제어를 행하고 있으므로, 교류 전원(11)의 주파수 fd의 변동이나 환경 요인 등의 변동에 대하여 항상 보정이 행해져서, 스위프 서치법에 의한 경우와 같이 재조정이나 일시 정지 등의 필요가 없다.

또한, 본 실시 형태의 전력 전송 시스템(1, 1B)에서는, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)의 Q값이 높은 경우에, 양 코일의 공진 주파수의 어긋남에 대한 감도가 높아지게 된다.

그러나, 본 실시 형태의 공진 주파수 제어 방법에 의하면, Q값이 높아짐으로써, 위상 φis, φij의 공진 주파수의 근변에 있어서의 변화 비율이 커지므로, 이에 의해 제어의 감도도 높아진다. 그 결과, 위상차 Δφs, Δφj를 보다 높은 정밀도로 목표값 φms, φmj에 일치시킬 수 있으며, Q값이 높아짐으로써 한층 높은 효율의 전력 전송을 행할 수 있다.

다음으로, 송전계 코일 SC와 수전계 코일 JC의 결합이 커져서 쌍봉 특성이 나타났을 때의 공진 주파수 제어(쌍봉 공진 제어)에 대하여 설명한다.

도 6에는, 쌍봉 특성이 나타난 경우로서, 쌍봉 공진 제어를 행하고 있지 않은 경우의, 전류 Is, Ij 및 위상 φis, φij의 상태가 도시되어 있다.

즉, 도 6에 도시하는 상태는, 예를 들면 도 5에 도시하는 상태에서 동작하고 있을 때에, 수전계 코일 JC가 송전계 코일 SC에 가까워져서 결합이 커진 경우에 나타난다.

도 5에 있어서 곡선 CBA2, CBA3로 나타낸 바와 같이 단봉이었던 것이, 도 6에서는, 곡선 CCA2, CCA3로 나타낸 바와 같이 쌍봉이 되어 있다. 이에 의해, 공진 주파수인 10㎒에 있어서, 곡선 CCA4로 나타낸 바와 같이, 전력 취출 코일(23)로부터 취출되는 전류가 저하하고, 전송 전력이 감소한다.

따라서, 쌍봉 공진 제어에서는, 2개 있는 피크 중 하나의 피크가, 공진 주파수 fs인 10㎒에 있어서 나타나는 바와 같이, 송전계 코일 SC 및 수전계 코일 JC의 공진 주파수를 시프트시킨다.

그 때문에, 통상적인 공진 주파수 제어에서는 목표값 φmj로서 「-3π/2」가 설정되었지만, 쌍봉 공진 제어에서는 목표값 φmj로서 -π/2를 더 가산한 위상, 즉 π/2만큼 더 지연된 위상인 「-2π」를 설정한다. 즉, 목표값 φmj를, 「-3π/2」로부터 「-2π」로 전환한다.

이와 같이, 쌍봉 공진 제어에 있어서는, 목표값 설정부(243)의 목표값 φmj로서, 「-2π」가 설정된다.

목표값 설정부(143)의 목표값 φms는, 「-π」 그대로 바뀌지 않는다. 따라서, 목표값 φms와 목표값 φmj의 차가, 쌍봉 공진 제어가 됨으로써, -π/2로부터 -π로 전환된다.

도 7에 있어서, 곡선 CDB2로 나타낸 바와 같이, 송전 공진 코일(13)의 전류 Is의 위상 φis는, 공진 주파수 fs인 10㎒에 있어서, -π가 되고 있다. 또한, 곡선 CDB3로 나타낸 바와 같이, 수전 공진 코일(22)의 전류 Ij의 위상 φij는, 공진 주파수 fs인 10㎒에 있어서, -2π가 되어 있다.

곡선 CDA2, CDA3, CDA4로 나타낸 바와 같이, 어느 하나의 전류 I도 쌍봉 공진 제어에 의해 증대하고 있다. 예를 들면, 곡선 CDA4에 있어서, 통상적인 공진 주파수 제어에 있어서는 전류가 약 -30㏈이었던 것이, 쌍봉 공진 제어에 있어서는 약 -20㏈이 되어, 약 10㏈ 증대하고 있다.

도 8에는, 송전 공진 코일(13)과 수전 공진 코일(22)의 거리를, 200㎜ 내지 100㎜ 사이에서 변화시킨 경우의, 전력 취출 코일(23)로부터 취출되는 전력의 변화의 상태가 나타내어져 있다.

또한 도 8은, 코일의 직경을 100㎜로 하고, 전력 공급 코일(12)과 송전 공진 코일(13)의 간격을 50㎜, 수전 공진 코일(22)과 전력 취출 코일(23)의 간격을 40㎜로 하여 시뮬레이션을 행한 결과이다. 전력 취출 코일(23)의 부하인 디바이스(21)로서, 10Ω의 저항기를 접속하였다.

도 8에 있어서, 곡선 CU1은 통상적인 공진 주파수 제어와 쌍봉 공진 제어를 전환한 경우, 곡선 CU2는 쌍봉 공진 제어를 행하지 않은 경우를, 각각 나타낸다.

쌍봉 공진 제어를 행하지 않은 경우에는, 곡선 CU2로 나타낸 바와 같이, 코일 간의 거리가 가까워짐에 따라서 전력이 저하한다. 이에 반해, 곡선 CU1으로 나타낸 바와 같이, 코일 간의 거리가 140㎜ 정도로 가까워졌을 때에 쌍봉 공진 제어로 전환하면, 전력은 저하하지 않고, 도리어 증대한다.

또한 통상적인 공진 주파수 제어와 쌍봉 공진 제어를 자동적으로 전환하는 방법으로서, 여러 방법이 생각된다.

예를 들면 도 11에 도시한 바와 같이, 목표값 설정부(243C)에, 통상적인 공진 주파수 제어를 위한 목표값 φmj1과, 쌍봉 공진 제어를 위한 목표값 φmj2를 기억해 둔다. 그리고, 쌍봉 특성이 나타난 것을 검출하기 위한 쌍봉 검출부(245)를 설치한다.

목표값 설정부(243C)는, 통상적인 공진 주파수 제어에 있어서는 목표값 φmj1을 목표값 φmj로서 출력하지만, 쌍봉 검출부(245)가 검출 신호 S1을 출력했을 때에는, 목표값 φmj2를 목표값 φmj로서 출력한다. 이에 의해, 통상적인 공진 주파수 제어와 쌍봉 공진 제어가 자동적으로 전환된다.

또한 쌍봉 검출부(245)는, 예를 들면 전송 전력이 소정량보다도 저하한 것, 또는 수전계 코일 JC의 거리가 소정보다도 가까워진 것 등을 검출하는 것이어도 된다. 또는, 적당한 타이밍에, 2개의 목표값 φmj1, φmj2를 전환하여 출력하고, 전력이 큰 쪽의 목표값 φm을 선택하도록 해도 된다.

다음으로, 본 실시 형태의 전력 전송 시스템(1, 1B)에 있어서의 공진 주파수 제어에 대해서, 플로우차트를 참조하여 설명한다.

도 12에 있어서, 교류 전원(11)의 위상 φvs를 검출하고(#11), 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)의 위상 φis, φij를 검출하고(#12), 위상차 Δφs, Δφj를 구한다(#13).

그리고, 위상차 Δφs, Δφj가 목표값 φms, φmj와 일치하도록, 피드백 제어를 행한다(#14).

도 13에 있어서, 피드백 제어에서는, 쌍봉 특성이 나타났는지의 여부에 따라(#21), 목표값 φmj2, φmj1을 전환한다(#22, 23).

이와 같이, 쌍봉 특성이 나타났을 때에 쌍봉 공진 제어를 행함으로써, 전송 전력의 저하를 억제할 수 있어, 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다.

따라서, 통상적인 공진 주파수 제어와, 쌍봉 특성이 나타난 경우의 쌍봉 공진 제어를, 전환하여 행함으로써, 송전 장치(3)로부터 수전 장치(4)에 대해 항상 최대의 전력을 전송할 수 있어, 높은 효율로 에너지의 전송을 행할 수 있다.

상기에서 설명한 각 실시 형태에서는, 목표값 φms로서 -π를, 목표값 φmj로서 -3π/2 또는 -2π를 설정하였다. 목표값 φms로서 설정된 「-π」는 목표값 「β」의 예이다. 또한, 목표값 φmj로서 설정된 「-3π/2」 및 「-2π」는, 각각 목표값 「β-π/2」 「β-π」의 예이다.

이들 목표값 φms, φmj는, 송전측 제어부(14), 수전측 제어부(24), 피드백 제어부(144, 244), 공진 주파수 제어부 CTs, CTj의 구성에 따라서, 다양하게 변경하는 것이 가능하다.

또한 본 실시 형태에서는, 위상 및 위상차를 라디안(radian)으로 나타냈다. 위상 또는 위상차를 α[radian]으로 했을 때, 이는 (α+2nπ)[radian]과 등가이다. n은 임의의 정수이다. 또한, 위상 및 위상차를 라디안이 아닌, 도로 나타내도 된다.

또한, 목표값 φms, φms의 설정 시에 있어서, 이들 값에 보정값 a, b를 더해도 되는 것을 설명하였다. 그러한 보정값 a, b는, 예를 들면 실제로 최대 전력이 얻어지도록 결정하면 된다.

상기에서 설명한 실시 형태에 있어서, 위상 검출부(141, 142)의 구성은 다양하게 변경하는 것이 가능하다. 즉, 전압 파형 또는 전류 파형이어도 되고, 위상을 나타내는 값 또는 데이터 등이어도 된다. 즉 전압 Vs 또는 전류 Is에 대한 위상 정보를 포함한 신호 또는 데이터이면 된다.

상기에서 설명한 실시 형태에 있어서, 가산부(152)와 게인 조정부(153), 및 가산부(252)와 게인 조정부(253)는, 각각 연산부의 예이다. 드라이버(156, 256)에 의해 컨덴서(132, 222)인 MEMS 가변 용량 디바이스를 구동했지만, 다른 형태의 컨덴서를 구동하도록 해도 된다. 또한, 드라이버(156)에 의해, 컨덴서가 아니고, 코일의 인덕턴스를 가변하도록 구동해도 된다.

상기에서 설명한 실시 형태에 있어서, 송전계 코일 SC, 수전계 코일 JC, 송전측 제어부(14), 수전측 제어부(24), 피드백 제어부(144, 244), 공진 주파수 제어부 CTs, CTj, 송전 장치(3), 수전 장치(4), 전력 전송 시스템(1, 1B)의 각부 또는 전체의 구성, 구조, 회로, 형상, 개수, 배치 등은 본 발명의 주지를 따라 적절히 변경할 수 있다.

상기에서 설명한 실시 형태의 전력 전송 시스템(전력 전송 장치)(1, 1B)은, 예를 들면 휴대 전화, 모바일 컴퓨터, 및 휴대 음악 플레이어 등의 모바일 기기에 내장한 이차 전지의 충전, 또는 자동차 등의 수송 기기의 이차 전지의 충전 등에 적용하는 것이 가능하다.

Claims (16)

1. 교류 전원으로부터 전력을 공급받고, 수전계 코일로 자계 공명을 이용하여 전력을 전송하는 송전계 코일과,
   상기 교류 전원의 전압의 위상 및 상기 송전계 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하는 송전계 위상 검출부와,
   검출된 그들 위상의 위상차가 목표값이 되도록, 상기 송전계 코일의 공진 주파수를 가변하는 송전계 공진 주파수 제어부
   를 갖는 자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 송전 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 송전계 공진 주파수 제어부는,
   상기 목표값을 설정하여 기억하는 목표값 설정부와,
   상기 교류 전원의 전압과 상기 송전계 코일의 전류의 위상차가 설정된 상기 목표값이 되도록, 상기 송전계 코일의 공진 주파수를 가변하는 피드백 제어부를 갖는
   자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 송전 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 피드백 제어부는,
   상기 전압의 위상과 상기 전류의 위상을 비교하여, 그들의 차인 위상차를 출력하는 위상 비교부와,
   상기 위상 비교부가 출력하는 위상차와, 상기 목표값 설정부에 설정된 목표값을 연산하는 연산부와,
   상기 송전계 코일에 있어서의 인덕턴스 또는 정전 용량을 가변하기 위해 구동하는 드라이버를 포함하는
   자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 송전 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 목표값 설정부는, 상기 목표값으로서 -π를 설정하는
   자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 송전 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상에 관한 정보를 무선으로 송신하는 위상 정보 송신부를 갖는
   자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 송전 장치.
6. 송전계 코일로부터 자계 공명을 이용하여 전송된 전력을 수전하는 수전 장치로서,
   상기 송전계 코일로부터 전송된 전력을 수전하는 수전계 코일과,
   상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상에 관한 정보를 수신하는 위상 정보 수신부와,
   상기 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하는 수전계 위상 검출부와,
   상기 위상 정보 수신부에 의해 수신된 전압의 위상과 검출된 전류의 위상의 위상차가 목표값이 되도록, 상기 수전계 코일의 공진 주파수를 가변하는 수전계 공진 주파수 제어부
   를 갖는 자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 수전 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 수전계 코일은, 수전 공진 코일, 및 상기 수전 공진 코일과 전자적으로 결합한 전력 취출 코일을 갖고,
   상기 수전계 공진 주파수 제어부는,
   상기 목표값을 설정하여 기억하는 목표값 설정부와,
   상기 위상 정보 수신부에 의해 수신된 전압의 위상과 검출된 전류의 위상의 위상차가 상기 목표값이 되도록, 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수를 가변하는 피드백 제어부를 갖는
   자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 수전 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 피드백 제어부는,
   상기 전압의 위상과 상기 전류의 위상을 비교하여, 그들의 차인 위상차를 출력하는 위상 비교부와,
   상기 위상 비교부가 출력하는 위상차와, 상기 목표값 설정부에 설정된 목표값을 연산하는 연산부와,
   상기 수전 공진 코일에 있어서의 인덕턴스 또는 정전 용량을 가변하기 위하여 구동하는 드라이버를 포함하는
   자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 수전 장치.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 목표값 설정부는, 상기 목표값으로서 -3π/2를 설정하는
   자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 수전 장치.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 목표값 설정부는, 상기 송전계 코일과 상기 수전계 코일의 결합도가 커져서 쌍봉 특성이 나타났을 때에, 상기 목표값을 -2π로 설정하는
    자계 공명형 전력 전송 장치에 있어서의 수전 장치.
11. 송전계 코일로부터 수전계 코일로 자계 공명을 이용하여 전력을 전송하는 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법으로서,
    상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상, 상기 송전계 코일 및 상기 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하고, 상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상과 상기 송전계 코일에 흐르는 전류의 위상과의 차가 제1 목표값이 되도록, 상기 송전계 코일의 공진 주파수를 가변하고, 상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상과 상기 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상과의 차가 제2 목표값이 되도록, 상기 수전계 코일의 공진 주파수를 가변하는
    자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 송전계 코일은, 교류 전원이 접속되는 전력 공급 코일, 및 상기 전력 공급 코일과 전자적으로 결합한 송전 공진 코일을 갖고,
    상기 수전계 코일은, 상기 송전계 코일로부터 자계 공명을 이용하여 전송된 전력을 수전하는 수전 공진 코일, 및 상기 수전 공진 코일과 전자적으로 결합한 전력 취출 코일을 갖고 있으며,
    상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상은, 상기 교류 전원의 전압의 위상인
    자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 목표값은 β이고, 상기 제2 목표값은 (β-π/2)인
    자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법.
14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 목표값은 -π인
    자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법.
15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 송전계 코일은, 교류 전원이 접속되는 전력 공급 코일, 및 상기 전력 공급 코일과 전자적으로 결합한 송전 공진 코일을 갖고,
    상기 수전계 코일은, 상기 송전계 코일로부터 자계 공명을 이용하여 전송된 전력을 수전하는 수전 공진 코일, 및 상기 수전 공진 코일과 전자적으로 결합한 전력 취출 코일을 갖고 있으며,
    상기 송전 공진 코일과 상기 수전 공진 코일의 결합도가 커져서 쌍봉 특성이 나타났을 때에,
    상기 교류 전원의 전압과 상기 송전 공진 코일의 전류와의 위상차의 목표값이 α가 되도록, 상기 송전 공진 코일의 공진 주파수를 가변하고,
    상기 교류 전원의 전압과 상기 수전 공진 코일의 전류와의 위상차의 목표값이 (α-π)가 되도록, 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수를 가변하는
    자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법.
16. 송전계 코일과,
    상기 송전계 코일로부터 자계 공명을 이용하여 전송된 전력을 수전하는 수전계 코일과,
    상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상, 상기 송전계 코일 및 상기 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상을 검출하는 위상 검출부와,
    검출된 상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상과 상기 송전계 코일에 흐르는 전류의 위상과의 차가 제1 목표값이 되도록, 상기 송전계 코일의 공진 주파수를 가변하고, 상기 송전계 코일에 공급되는 전압의 위상과 상기 수전계 코일에 흐르는 전류의 위상과의 차가 제2 목표값이 되도록, 상기 수전계 코일의 공진 주파수를 가변하는 공진 주파수 제어부
    를 갖는 자계 공명형 전력 전송 장치.

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