KR20140097372A

KR20140097372A - 무선 전력 공급 장치, 무선 전력 공급 시스템 및 무선 전력 공급 방법

Info

Publication number: KR20140097372A
Application number: KR1020147016297A
Authority: KR
Inventors: 사또시 시모까와
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2014-08-06
Also published as: US20140300202A1; WO2013098975A1; EP2800239A1; CN104011968A

Abstract

무선 전력 공급 시스템은, 무선 전력 공급 장치 및 송전 코일(6, 31, 32)을 구비하고 있다. 무선 전력 공급 시스템은, 수전 코일(7, 41, 42)을 더 구비하고 있어도 된다. 무선 전력 공급 장치는, 전력 공급부(3, 13), 검출부(4, 14) 및 제어부(5, 15)를 구비하고 있다. 전력 공급부(3, 13)는 송전 코일(6, 31, 32)에, 송전 코일(6, 31, 32)과 수전 코일(7, 41, 42) 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급한다. 송전 코일(6, 31, 32)은 자계 공명을 사용하여 전력을 자계 에너지로서 송출한다. 검출부(4, 14)는 송전 코일(6, 31, 32)에 인가되는 전압에 대한 송전 코일(6, 31, 32)에 흐르는 전류의 위상차를 검출한다. 제어부(5, 15)는 위상차에 기초하여 전력 공급부(3, 13)가 공급하는 전력의 크기를 절환한다.

Description

무선 전력 공급 장치, 무선 전력 공급 시스템 및 무선 전력 공급 방법{WIRELESS POWER SUPPLY APPARATUS, WIRELESS POWER SUPPLY SYSTEM, AND WIRELESS POWER SUPPLY METHOD}

본 발명은 무선 전력 공급 장치, 무선 전력 공급 시스템 및 무선 전력 공급 방법에 관한 것이다.

종래, 무선으로 전력을 공급하는 방법의 하나로, 자계 공명을 사용하여 송전 코일로부터 전력을 자계 에너지로서 송출하고, 송전 코일과 수전 코일 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급하는 방법이 있다. 이러한 방법에 있어서, 송전 코일에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류의 주파수 특성에 의해, 송전 코일과 수전 코일의 결합 강도를 판정함으로써, 송전 코일과 수전 코일의 상대 위치를 최적화하고, 전력 전송 효율을 향상시키는 방법이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 특허 출원 공개 제2010-239690호 공보

그러나, 종래의 방법에서는, 송전 코일에 공급하는 전력의 주파수를 반복하여 소인하고, 그때마다, 송전 코일과 수전 코일의 결합 강도를 판정하므로, 송전 코일과 수전 코일의 상대 위치가 전력 전송 효율이 좋은 상태에 있는 것을 검출하는 데 시간이 든다. 그로 인해, 예를 들어 수전 코일을 갖는 차량 등의 이동체에, 예를 들어 도로에 매립된 송전 코일로부터 이동체의 이동 중에 전력을 전송하는 경우, 전력 전송 효율이 좋은 상태를 검출한 시점에서, 실제로는 이미 전력 전송 효율이 좋은 상태가 끝나 있는 경우가 있다. 즉, 송전 코일로부터 수전 코일에 효율적으로 전력을 전송할 수 없다고 하는 문제점이 있다.

본 명세서에 개시되는 무선 전력 공급 장치, 무선 전력 공급 시스템 및 무선 전력 공급 방법은, 송전 코일로부터 수전 코일에 효율적으로 전력을 전송하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 무선 전력 공급 장치는, 전력 공급부, 검출부 및 제어부를 구비하고 있다. 전력 공급부는, 송전 코일에, 송전 코일과 수전 코일 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급한다. 송전 코일은, 자계 공명을 사용하여 전력을 자계 에너지로서 송출한다. 검출부는, 송전 코일에 인가되는 전압에 대한 송전 코일에 흐르는 전류의 위상차를 검출한다. 제어부는, 위상차에 기초하여 전력 공급부가 공급하는 전력의 크기를 절환한다.

본 명세서에 개시되는 무선 전력 공급 장치, 무선 전력 공급 시스템 및 무선 전력 공급 방법에 따르면, 송전 코일로부터 수전 코일에 효율적으로 전력을 전송할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 실시예 1에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 무선 전력 공급 장치에 있어서의 신호의 흐름을 나타내는 블록도이다.
도 3은 실시예 1에 따른 무선 전력 공급 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제1 예를 나타내는 블록도이다.
도 5는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치의 제1 예에 있어서의 신호의 흐름을 나타내는 블록도이다.
도 6은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 시스템에 있어서의 코일 전류의 특성을 설명하는 특성도이다.
도 7은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 시스템에 있어서의 코일 전압의 파형과 코일 전류의 파형의 일례를 나타내는 파형도이다.
도 8은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 시스템에 있어서의 위상차의 기준값과 전력 전송 효율의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 9는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 방법의 제1 예를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 방법의 제2 예를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 적용예를 나타내는 모식도이다.
도 12는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제2 예를 나타내는 블록도이다.
도 13은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제3 예를 나타내는 블록도이다.
도 14는 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 15는 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 장치에 있어서의 신호의 흐름을 나타내는 블록도이다.
도 16은 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 장치에 있어서의 정합 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 17은 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 방법의 제1 예를 나타내는 흐름도이다.
도 18은 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 방법의 제2 예를 나타내는 흐름도이다.
도 19는 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 방법의 제2 예를 나타내는 흐름도이다.

이하에, 본 발명에 따른 무선 전력 공급 장치, 무선 전력 공급 시스템 및 무선 전력 공급 방법의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 이하의 각 실시예의 설명에 있어서는, 마찬가지의 구성에는 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

·무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 설명

도 1은 실시예 1에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2는 실시예 1에 따른 무선 전력 공급 장치에 있어서의 신호의 흐름을 나타내는 블록도이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 무선 전력 공급 시스템(1)은 무선 전력 공급 장치(2) 및 송전 코일(6)을 구비하고 있다. 무선 전력 공급 장치(2)는 전력 공급부(3), 검출부(4) 및 제어부(5)를 구비하고 있다. 또한, 무선 전력 공급 시스템(1)은 수전 코일(7)을 구비하고 있어도 된다. 수전 코일(7)에는, 부하(8)가 접속되어 있어도 된다.

송전 코일(6)은 전력 공급부(3)에 접속되어 있다. 전력 공급부(3)는 송전 코일(6)에, 송전 코일(6)과 수전 코일(7) 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급한다. 송전 코일(6)은 전력 공급부(3)로부터 공급된 전력을, 자계 공명을 사용하여 자계 에너지로서 송출한다.

검출부(4)는 송전 코일(6), 및 전력 공급부(3)와 송전 코일(6) 사이의 노드에 접속되어 있다. 검출부(4)에는, 송전 코일(6)에 인가되는 전압에 기초하는 신호가 입력된다. 검출부(4)에는, 송전 코일(6)에 흐르는 전류에 기초하는 신호가 입력된다. 검출부(4)는 송전 코일(6)에 인가되는 전압에 대한 송전 코일(6)에 흐르는 전류의 위상차를 검출한다. 송전 코일(6)에 인가되는 전압에 대한 송전 코일(6)에 흐르는 전류의 위상차는, 송전 코일(6)에 대한 수전 코일(7)의 상대 위치에 따라 변화한다.

제어부(5)는 검출부(4)에 접속되어 있다. 제어부(5)에는, 검출부(4)에 의해 검출된 위상차에 기초하는 신호가 입력된다. 전력 공급부(3)에는, 제어부(5)가 접속되어 있다. 제어부(5)는 입력된 위상차에 기초하여, 전력 공급부(3)가 송전 코일(6)에 공급하는 전력의 크기를 절환한다.

수전 코일(7)에는, 송전 코일(6)과의 사이의 자계 공명에 의해 전류가 흐른다. 부하(8)는 수전 코일(7)에 전류가 흐름으로써 수전 코일(7)에 발생한 전력을 소비한다. 즉, 부하(8)는 송전 코일(6)로부터 수전 코일(7)에 전송된 전력을 소비하게 된다.

·무선 전력 공급 방법의 설명

도 3은 실시예 1에 따른 무선 전력 공급 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 무선 전력 공급 시스템(1)에 있어서, 무선 전력 공급 장치(2)에 의한 무선으로의 전력 공급이 개시되면, 먼저, 전력 공급부(3)는 송전 코일(6)에, 송전 코일(6)과 수전 코일(7) 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급한다(스텝 S1).

이어서, 검출부(4)는 송전 코일(6)에 인가되는 전압에 대한 송전 코일(6)에 흐르는 전류의 위상차를 검출한다(스텝 S2). 이어서, 제어부(5)는 스텝 S2에서 검출된 위상차에 기초하여, 전력 공급부(3)가 송전 코일(6)에 공급하는 전력의 크기를 절환한다(스텝 S3). 그리고, 무선 전력 공급 장치(2)는 일련의 처리를 종료한다.

실시예 1에 따르면, 송전 코일(6)에 인가되는 전압에 대한 송전 코일(6)에 흐르는 전류의 위상차를 검출함으로써, 송전 코일(6)과 수전 코일(7)의 상대 위치가 전력 전송 효율이 좋은 상태에 있는 것을 즉시 검출할 수 있다. 따라서, 전력 공급부(3)로부터 송전 코일(6)에 소전력을 공급하여 검출부(4)에서 위상차를 계속해서 검출하고, 전력 전송 효율이 좋은 상태에 있을 때의 위상차를 검출하면, 송전 코일(6)에 대전력을 공급함으로써, 송전 코일(6)로부터 수전 코일(7)에 효율적으로 전력을 전송할 수 있다.

(실시예 2)

·무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제1 예의 설명

도 4는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제1 예를 나타내는 블록도이다. 도 5는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치의 제1 예에 있어서의 신호의 흐름을 나타내는 블록도이다.

도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 무선 전력 공급 시스템(11)은 무선 전력 공급 장치(12), 및 송전 코일로서 예를 들어 제1 코일(31) 및 제2 코일(32)을 구비하고 있다. 또한, 무선 전력 공급 시스템(11)은 수전 코일로서 예를 들어 제3 코일(41) 및 제4 코일(42)을 구비하고 있어도 된다. 제4 코일(42)에는, 부하(43)가 접속되어 있어도 된다.

무선 전력 공급 장치(12)는 제1 코일(31)에 전력을 공급한다. 무선 전력 공급 장치(12)는 전력 공급부로서 예를 들어 전원 앰프(13), 검출부로서 예를 들어 위상 비교기(14) 및 제어부로서 컨트롤러(15)를 구비하고 있다. 또한, 무선 전력 공급 장치(12)는 제1 및 제2 전류 검출 회로(16, 17), 제1 내지 제3 밴드패스 필터(BPF:Band-Pass Filter)(18, 19, 20) 및 제1 내지 제3 자동 이득 제어(AGC:Automatic Gain Control) 회로(21, 22, 23)를 구비하고 있어도 된다.

제1 코일(31)은 전원 앰프(13)에 접속되어 있다. 전원 앰프(13)는 제1 코일(31)에, 제2 코일(32)과 제3 코일(41) 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급한다. 전원 앰프(13)는 컨트롤러(15)에 의해 출력 전력을 변경할 수 있는 구성의 것이다. 제1 코일(31)로부터 제2 코일(32)에는, 전자 유도 방식으로 에너지가 전달되어도 된다.

제2 코일(32)에는 콘덴서(33)가 접속되어 있다. 콘덴서(33)는 제2 코일(32)에 기생하는 소자여도 된다. 제2 코일(32) 및 콘덴서(33)를 포함하는 LC 공진 코일의 공진 주파수는, 전송하는 전력의 주파수와 대략 동일해도 된다. 제2 코일(32)은 예를 들어 제1 코일(31)과의 사이의 전자 유도에 의해 발생한 전력을, 자계 공명을 사용하여 자계 에너지로서 송출한다.

제3 코일(41)에는 콘덴서(44)가 접속되어 있다. 콘덴서(44)는 제3 코일(41)에 기생하는 소자여도 된다. 제3 코일(41) 및 콘덴서(44)를 포함하는 LC 공진 코일의 공진 주파수는, 전송하는 전력의 주파수와 대략 동일해도 된다. 제3 코일(41)에는, 제2 코일(32)로부터 송출된 자계 에너지에 의해 자계 공명이 일어나고, 전류가 흐른다. 즉, 자계 공명에 의해 제2 코일(32)로부터 제3 코일(41)에 에너지가 전달된다.

제3 코일(41)로부터 제4 코일(42)에는, 전자 유도 방식으로 에너지가 전달되어도 된다. 부하(43)는 제4 코일(42)에 전달된 에너지, 즉 전력을 소비한다.

제1 밴드패스 필터(18)는 전원 앰프(13)에 접속된 제1 코일(31)의 입력 단부에 접속되어 있다. 제1 밴드패스 필터(18)의 중심 주파수는, 전송하는 전력의 주파수에 일치 또는 대략 일치하고 있어도 된다. 제1 밴드패스 필터(18)는 전송하는 전력의 주파수보다도 높은 주파수 및 낮은 주파수의 성분을 제거한다.

제1 자동 이득 제어 회로(21)는 제1 밴드패스 필터(18)에 접속되어 있다. 제1 자동 이득 제어 회로(21)는 제1 밴드패스 필터(18)를 통과한 신호의 이득을, 위상 비교기(14)에서의 위상 비교에 적합한 이득으로 조정한다.

제1 전류 검출 회로(16)는 제1 코일(31)에 접속되어 있다. 제1 전류 검출 회로(16)는 예를 들어 홀 센서 등의 전류를 검출할 수 있는 소자를 포함하고 있다. 제1 전류 검출 회로(16)는 제1 코일(31)을 흐르는 전류를 검출하고, 전류량에 따른 전압 신호를 출력한다.

제2 밴드패스 필터(19)는 제1 전류 검출 회로(16)의 출력 단부에 접속되어 있다. 제2 밴드패스 필터(19)의 중심 주파수는, 전송하는 전력의 주파수에 일치 또는 대략 일치하고 있어도 된다. 제2 밴드패스 필터(19)는 제1 전류 검출 회로(16)의 출력 신호 중, 전송하는 전력의 주파수보다도 높은 주파수 및 낮은 주파수의 성분을 제거한다.

제2 자동 이득 제어 회로(22)는 제2 밴드패스 필터(19)에 접속되어 있다. 제2 자동 이득 제어 회로(22)는 제2 밴드패스 필터(19)를 통과한 신호의 이득을, 위상 비교기(14)에서의 위상 비교에 적합한 이득으로 조정한다.

제2 전류 검출 회로(17)는 제2 코일(32)에 접속되어 있다. 제2 전류 검출 회로(17)는 예를 들어 홀 센서 등의 전류를 검출할 수 있는 소자를 포함하고 있다. 제2 전류 검출 회로(17)는 제2 코일(32)을 흐르는 전류를 검출하고, 전류량에 따른 전압 신호를 출력한다.

제3 밴드패스 필터(20)는 제2 전류 검출 회로(17)의 출력 단부에 접속되어 있다. 제3 밴드패스 필터(20)의 중심 주파수는, 전송하는 전력의 주파수에 일치 또는 대략 일치하고 있어도 된다. 제3 밴드패스 필터(20)는 제2 전류 검출 회로(17)의 출력 신호 중, 전송하는 전력의 주파수보다도 높은 주파수 및 낮은 주파수의 성분을 제거한다.

제3 자동 이득 제어 회로(23)는 제3 밴드패스 필터(20)에 접속되어 있다. 제3 자동 이득 제어 회로(23)는 제3 밴드패스 필터(20)를 통과한 신호의 이득을, 위상 비교기(14)에서의 위상 비교에 적합한 이득으로 조정한다.

위상 비교기(14)는, 제1 내지 제3 자동 이득 제어 회로(21, 22, 23)에 접속되어 있다. 위상 비교기(14)에는, 제1 내지 제3 자동 이득 제어 회로(21, 22, 23)의 출력 신호가 입력된다. 위상 비교기(14)는, 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 코일(31)에 흐르는 전류의 위상차를 검출한다. 위상 비교기(14)는, 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제2 코일(32)에 흐르는 전류의 위상차를 검출한다.

제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 코일(31) 또는 제2 코일(32)에 각각 흐르는 전류의 위상차는, 제2 코일(32)에 대한 제3 코일(41)의 상대 위치에 따라 변화한다. 위상 비교기(14)는, 예를 들어 2개의 신호 위상차를, 2개의 신호가 각각 제로점과 교차하는 제로 크로스점의 시간차에 기초하여 검출해도 된다.

컨트롤러(15)는 위상 비교기(14)에 접속되어 있다. 컨트롤러(15)는 예를 들어 프로세서가 후술하는 무선 전력 공급 방법을 실현하는 프로그램을 실행함으로써 실현되어도 되고, 하드웨어로 구성되어 있어도 된다. 여기에서는, 컨트롤러(15)는 프로세서와 무선 전력 공급 방법을 실현하는 프로그램에 의해 실현되는 것으로 하여 설명한다.

컨트롤러(15)에는, 위상 비교기(14)에 의해 검출된 위상차에 기초하는 신호가 입력된다. 컨트롤러(15)는 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 코일(31)에 흐르는 전류의 위상차에 기초하는 신호를, 미리 설정되어 있는 제1 코일(31)용 기준값과 비교한다. 컨트롤러(15)는 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제2 코일(32)에 흐르는 전류의 위상차에 기초하는 신호를, 미리 설정되어 있는 제2 코일(32)용 기준값과 비교한다. 컨트롤러(15)는 그들의 비교 결과에 기초하여, 전원 앰프(13)가 제1 코일(31)에 공급하는 전력의 크기를 절환한다.

비교 시에 사용되는 위상차의 기준값은, 예를 들어 전력 전송 효율에 기초하여 설정되어 있어도 된다. 위상차의 기준값과 전력 전송 효율의 관계에 대해서는 후술한다. 비교 시에 사용되는 위상차의 기준값은, 컨트롤러(15)에 내장되어 있는 메모리(도시 생략)나 외부의 메모리(도시 생략)에 기억되어 있어도 된다. 또한, 무선 전력 공급 방법을 실현하는 프로그램도, 컨트롤러 내장의 메모리나 외부 메모리에 기억되어 있어도 된다.

전원 앰프(13)에는, 컨트롤러(15)가 접속되어 있다. 전원 앰프(13)에는, 컨트롤러(15)로부터, 출력 전력을 절환하는 제어 신호가 입력된다. 전원 앰프(13)는 제어 신호에 기초하여, 제1 코일(31)에 공급하는 전력의 크기를 절환한다.

·각 코일에 흐르는 전류의 특성

자계 공명 방식으로 2개의 코일이 결합하는 경우, 2개의 코일의 결합 강도에 의해, 코일에 흐르는 전류의 주파수 특성에 차이가 나타나는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 2개의 코일의 결합 강도가 강한 상태(강결합 상태)일 때에는, 쌍봉 특성(피크 스플릿)이 나타난다. 2개의 코일의 결합 강도가 약한 상태(약결합 상태)일 때에는, 단봉 특성이 나타난다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

강결합 상태 및 약결합 상태에 대해서는, 특허문헌 1에 있어서 정의되어 있다. 그것에 의하면, 예를 들어 제2 코일(32)의 단위 시간당 에너지 손실을 G1로 하고, 제3 코일(41)의 단위 시간당 에너지 손실을 G2로 하고, 간편하게 하기 위해 양 코일의 에너지 손실 특성이 동일한 것으로 하여, [G＝G1＝G2]로 한다. 단위 시간당 에너지 흐름의 크기[제2 코일(32)과 제3 코일(41) 사이의 결합 강도]를 κ로 하면, [κ/G]가 1보다도 큰 경우를 「강결합 상태」라고 정의하고, [κ/G]가 1 이하인 경우를 「약결합 상태」라고 정의하고 있다. 여기에서는, 일례로서 이 정의를 사용한다.

제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 결합 상태는, 제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 상대 위치에 따라 변화한다. 예를 들어 제2 코일(32)의 축과 제3 코일(41)의 축의 위치 어긋남량이 커질수록 결합 상태는 약해지고, 제2 코일(32)의 축과 제3 코일(41)의 축의 위치 어긋남량이 작아질수록 결합 상태가 강해진다.

도 6은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 시스템에 있어서의 코일 전류의 특성을 설명하는 특성도이다. 도 6에 있어서, 부호 51로 나타내는 특성도에는, 강결합 상태에 있어서 제1 내지 제4의 각 코일(31, 32, 41, 42)에 흐르는 전류의 진폭의 주파수 특성이 나타내어져 있다. 이 특성도 51에 나타내는 바와 같이, 강결합 상태에서는, 제1 내지 제4의 각 코일(31, 32, 41, 42)에 대해 쌍봉 특성이 나타나고 있다.

도 6에 있어서, 부호 52로 나타내는 특성도에는, 약결합 상태에 있어서 제1 내지 제4의 각 코일(31, 32, 41, 42)에 흐르는 전류의 진폭의 주파수 특성이 나타내어져 있다. 이 특성도 52에 나타내는 바와 같이, 약결합 상태에서는, 제1 내지 제4의 각 코일(31, 32, 41, 42)에 대해 단봉 특성이 나타나고 있다.

도 6에 있어서, 부호 53으로 나타내는 특성도에는, 강결합 상태에 있어서 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 내지 제4의 각 코일(31, 32, 41, 42)에 흐르는 전류의 위상차의 주파수 특성이 나타내어져 있다. 도 6에 있어서, 부호 54로 나타내는 특성도에는, 약결합 상태에 있어서 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 내지 제4의 각 코일(31, 32, 41, 42)에 흐르는 전류의 위상차의 주파수 특성이 나타내어져 있다.

이 특성도 53, 54에 있어서, ○ 표시 및 파선의 화살표로 대응 관계를 나타내는 바와 같이, 전송하는 전력의 주파수 fa에서의 위상차는, 제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 결합 상태의 강도와 함께 연속적으로 변화한다. 따라서, 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 및 제2 코일(31, 32)의 한쪽 또는 양쪽에 흐르는 전류의 위상차를 검출함으로써, 제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 결합 상태의 강도를 판단할 수 있다.

도 7은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 시스템에 있어서의 코일 전압의 파형과 코일 전류의 파형의 일례를 나타내는 파형도이다. 단, 파형의 진폭은 규격화하여 표시하고 있다. 도 7에 있어서, 부호 55로 나타내는 파형도에는, 제1 코일(31)에 인가되는 전압(제1 코일 전압)의 파형과 제1 코일(31)에 흐르는 전류(제1 코일 전류)의 파형이 나타내어져 있다. 제1 코일 전류의 파형은, 제1 코일 전압의 파형에 대해 위상차 φ1만큼 어긋난 파형으로 된다.

도 7에 있어서, 부호 56으로 나타내는 파형도에는, 제1 코일(31)에 인가되는 전압(제1 코일 전압)의 파형과 제2 코일(32)에 흐르는 전류(제2 코일 전류)의 파형이 나타내어져 있다. 제2 코일 전류의 파형은, 제1 코일 전압의 파형에 대해 위상차 φ2만큼 어긋난 파형으로 된다. 상술한 바와 같이, 위상차 φ1 및 위상차 φ2는, 제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 결합 상태의 강도와 함께 연속적으로 변화한다.

·위상차의 기준값과 전력 전송 효율의 관계

도 8은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 시스템에 있어서의 위상차의 기준값과 전력 전송 효율의 관계를 나타내는 특성도이다. 도 8에 있어서, 부호 57로 나타내는 특성도에는, 제2 코일(32)의 축과 제3 코일(41)의 축의 위치 어긋남량에 대한 전력 전송 효율의 시뮬레이션 결과가 나타내어져 있다. 전력 전송 효율은, 제1 코일(31)에 입력된 전력과 부하(43)에서 소비된 전력의 비율이다.

도 8에 있어서, 부호 58로 나타내는 특성도에는, 제2 코일(32)의 축과 제3 코일(41)의 축의 위치 어긋남량에 대한 제1 코일 전류의 위상차 φ1 및 제2 코일 전류의 위상차 φ2의 시뮬레이션 결과가 나타내어져 있다. 이들 특성도 57, 58에 있어서, 제2 코일(32)의 축과 제3 코일(41)의 축이 일치하는 상태일 때가, 위치 어긋남량이 0일 때이다.

특별히 한정하지 않지만, 특성도 57에 나타내는 예와 같이, 전력 전송 효율이 예를 들어 0.8에 도달할 때까지는 검출 구간으로 하고, 전력 전송 효율이 예를 들어 0.8 이상일 때를 급전 구간으로 하고, 전력 전송 효율이 예를 들어 0.8보다도 낮아져 가는 구간을 다음 급전 대상 대기의 구간으로 해도 된다. 또한, 검출 구간으로부터 급전 구간으로 이행할 때의 전력 전송 효율의 값과, 급전 구간으로부터 다음 급전 대상 대기의 구간으로 이행할 때의 전력 전송 효율의 값은, 동일해도 되고, 달라도 된다. 여기에서는, 동일한 것으로 하여 설명한다.

검출 구간에서는, 전원 앰프(13)의 출력이 소전력으로 제어되어도 된다. 검출 구간에 있어서의 소전력은, 제1 코일 전류의 위상차 φ1 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2를 검출할 수 있는 정도의 미약한 전력이어도 된다. 급전 구간에서는, 전원 앰프(13)의 출력은 본 출력이며, 검출 구간보다도 큰 전력으로 제어되어도 된다. 본 출력의 전력은, 부하(43)에 공급하는 데 충분한 전력이어도 된다.

다음 급전 대상 대기의 구간은, 다음 급전 대상의 물체가 근접해 오는 것을 대기하는 구간이다. 다음 급전 대상 대기의 구간에서는, 전원 앰프(13)의 출력이 소전력으로 제어되거나, 정지되어도 된다. 다음 급전 대상 대기의 구간에 있어서 소전력으로 제어되는 경우에는, 제1 코일 전류의 위상차 φ1 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2를 검출할 수 있는 정도의 미약한 전력으로 제어되어도 된다.

특성도 57로부터, 검출 구간으로부터 급전 구간으로 이행할 때의 제2 코일(32)의 축과 제3 코일(41)의 축의 위치 어긋남량 Xa가 구해진다. 또한, 특성도 57로부터, 급전 구간으로부터 다음 급전 대상 대기의 구간으로 이행할 때의 제2 코일(32)의 축과 제3 코일(41)의 축의 위치 어긋남량 Xb가 구해진다.

특성도 58로부터, 위치 어긋남량 Xa에 대응하는 제1 코일 전류의 위상차 φ1의 값 φa가 제1 코일 전류에 대한 제1 기준값으로서 구해지고, 위치 어긋남량 Xb에 대응하는 제1 코일 전류의 위상차 φ1의 값 φb가 제1 코일 전류에 대한 제2 기준값으로서 구해진다. 또한, 특성도 58로부터, 위치 어긋남량 Xa에 대응하는 제2 코일 전류의 위상차 φ2의 값 φc가 제2 코일 전류에 대한 제1 기준값으로서 구해지고, 위치 어긋남량 Xb에 대응하는 제2 코일 전류의 위상차 φ2의 값 φd가 제2 코일 전류에 대한 제2 기준값으로서 구해진다.

또한, 제1 코일 전류에 대한 제1 기준값 φa와 제2 기준값 φb는, 동일해도 되고, 달라도 된다. 여기에서는, 동일한 것으로 하여 설명한다. 제2 코일 전류에 대한 제1 기준값 φc와 제2 기준값 φd는, 동일해도 되고, 달라도 된다. 여기에서는, 동일하다고 하여 설명한다.

·무선 전력 공급 방법의 제1 예의 설명

도 9는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 방법의 제1 예를 나타내는 흐름도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 무선 전력 공급 장치(12)에 있어서 무선 전력 공급 처리가 개시되면, 컨트롤러(15)는 전원 앰프(13)에 대해 소전력 출력을 지시한다(스텝 S11). 그에 의해, 전원 앰프(13)는 제1 코일(31)에 소전력을 출력한다. 무선 전력 공급 장치(12)는 제1 코일 전류의 위상차 φ1 및 제2 코일 전류의 위상차 φ2의 검출을 개시한다.

그리고, 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제1 기준값 φa를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제1 기준값 φc를 크로스할 때까지, 대기한다(스텝 S12:아니오). 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제1 기준값 φa를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제1 기준값 φc를 크로스하면(스텝 S12:예), 컨트롤러(15)는 전원 앰프(13)에 대해 본 출력을 지시한다(스텝 S13). 그에 의해, 전원 앰프(13)는 제1 코일(31)에 본 출력의 전력, 즉 대전력을 출력한다.

그리고, 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제2 기준값 φb를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제2 기준값 φd를 크로스할 때까지, 대기한다(스텝 S14:아니오). 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제2 기준값 φb를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제2 기준값 φd를 크로스하면(스텝 S14:예), 컨트롤러(15)는 일련의 처리를 종료한다.

·무선 전력 공급 방법의 제2 예의 설명

제2 예에서는, 무선 전력 공급 처리의 개시 직후에는, 전원 앰프(13)의 출력이 정지하고 있고, 이동체가, 제2 코일(32)에 위상차 검출을 행할 수 있는 정도에 접근한 것을 검지하여 전원 앰프(13)의 소전력 출력이 개시된다. 따라서, 특히 도시하지 않지만, 이동체가 제2 코일(32)에 접근한 것을 검지하는 외부 센서나, 검지한 것을 컨트롤러(15)에 통지하는 통신 시스템이 무선 전력 공급 시스템(11)에 설치된다.

도 10은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 방법의 제2 예를 나타내는 흐름도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 무선 전력 공급 장치(12)에 있어서 무선 전력 공급 처리가 개시된 후, 외부 센서에 의해 이동체가 접근한 것을 검지할 때까지 대기한다(스텝 S21:아니오). 이동체가 접근한 것을 검지하면(스텝 S21:예), 컨트롤러(15)는 상술한 스텝 S11 내지 스텝 S14의 처리를 행한다(스텝 S22 내지 스텝 S25).

제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제2 기준값 φb를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제2 기준값 φd를 크로스하면(스텝 S25:예), 컨트롤러(15)는 전원 앰프(13)에 대해 소전력 출력을 지시한다(스텝 S26). 그에 의해, 전원 앰프(13)는 제1 코일(31)에 소전력을 출력한다. 무선 전력 공급 장치(12)는 제1 코일 전류의 위상차 φ1 및 제2 코일 전류의 위상차 φ2의 검출을 계속한다.

그리고, 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제4 기준값을 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제4 기준값을 크로스할 때까지, 대기한다(스텝 S27:아니오). 제4 기준값은, 전원 앰프(13)의 소전력 출력을 정지하기 위한 기준값이며, 예를 들어 검출 구간으로부터 급전 구간으로 이행할 때의 전력 전송 효율의 값보다도 낮은 값에 대응하는 위상차의 값이어도 된다. 이 제4 기준값은, 컨트롤러(15)에 내장되어 있는 메모리나 외부의 메모리에 기억되어 있어도 된다.

제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제4 기준값을 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제4 기준값을 크로스하면(스텝 S27:예), 컨트롤러(15)는 예를 들어 전원 앰프(13)에 대해 소전력 출력의 정지를 지시하고, 일련의 처리를 종료한다. 일련의 처리가 종료된 후에는, 다음 급전 대상의 이동체가 접근해 온 것을 외부 센서가 검지할 때까지, 전원 앰프(13)의 출력은 정지한 상태이다.

·무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 적용예

도 11은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 적용예를 나타내는 모식도이다. 도 11에 나타내는 예는, 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템을, 차량 등의 이동체의 전지를 충전하는 시스템에 적용한 것이다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 무선 전력 공급 장치(12), 제1 코일(31), 제2 코일(32) 및 콘덴서(33)는 도로(61)에 매립되어 있어도 된다. 제3 코일(41), 제4 코일(42), 부하(43) 및 콘덴서(44)는 이동체(62)에 적재되어 있어도 된다. 부하(43)는 예를 들어 이동체(62)를 움직이게 하는 모터(도시하지 않음) 등에 전력을 공급하는 전지여도 된다.

또한, 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템은, 차량 등의 이동체의 전지를 충전하는 적용예 이외에도, 휴대 전화기나 스마트폰 등의 휴대 단말기의 충전, 또는 휴대 단말기나 가전 제품에의 전력 공급에도 적용할 수 있다. 또한, 메이커의 공장에서의 검사 공정의 라인에 있어서, 검사 대상의 제품을 재치하여 라인을 흐르는 대차에 수전측의 시스템을 설치하고, 라인의 아래에 송전측의 시스템을 설치하도록 해도 된다. 이러한 구성의 라인에서는, 검사 시에, 송전측의 시스템으로부터 수전측의 시스템에 무선으로 전력을 공급하고, 수전측의 시스템으로부터 제품에 전력을 공급할 수 있다.

·무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제2 예의 설명

도 12는 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제2 예를 나타내는 블록도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 제2 예에서는, 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 코일(31)에 흐르는 전류의 위상차를 검출하고, 그 위상차에 기초하여 전원 앰프(13)의 출력을 절환하는 예이다. 따라서, 이 예에서는, 제2 전류 검출 회로(17), 제3 밴드패스 필터(20) 및 제3 자동 이득 제어 회로(23)(도 4 참조)는 설치되어 있지 않아도 된다.

·무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제3 예의 설명

도 13은 실시예 2에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 제3 예를 나타내는 블록도이다. 도 13에 나타내는 바와 같이, 제3 예에서는, 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제2 코일(32)에 흐르는 전류의 위상차를 검출하고, 그 위상차에 기초하여 전원 앰프(13)의 출력을 절환하는 예이다. 따라서, 이 예에서는, 제1 전류 검출 회로(16), 제2 밴드패스 필터(19) 및 제2 자동 이득 제어 회로(22)(도 4 참조)는 설치되어 있지 않아도 된다.

실시예 2에 따르면, 제1 코일(31)에 인가되는 전압에 대한 제1 및 제2 코일(31, 32)의 한쪽 또는 양쪽에 흐르는 전류의 위상차를 검출함으로써, 제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 상대 위치가 전력 전송 효율이 좋은 상태에 있는 것을 즉시 검출할 수 있다. 따라서, 전원 앰프(13)로부터 제1 코일(31)에 소전력을 공급하여 위상 비교기(14)에서 위상차를 계속해서 검출하고, 전력 전송 효율이 좋은 상태에 있을 때의 위상차를 검출하면, 제1 코일(31)에 대전력을 공급함으로써, 제2 코일(32)로부터 제3 코일(41)에 효율적으로 전력을 전송할 수 있다.

또한, 실시예 2에 따르면, 전력 전송 효율이 높은 상태일 때에 본 출력에 의해 전력을 전송하고, 전력 전송 효율이 낮은 상태일 때에는 소전력 출력으로 함으로써, 에너지 절약화를 도모할 수 있고, 또한 불필요한 전파 방사를 억제할 수 있다. 또한, 외부 센서 등을 사용하여 소전력 출력의 개시 타이밍을 검지함으로써, 한층 더, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 코일(31, 32)의 한쪽 또는 양쪽에 흐르는 전류의 진폭에 기초하여 제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 상대 위치가 전력 전송 효율이 좋은 상태에 있는 것을 검출하는 구성의 경우에는, 제1 코일(31)에 공급하는 전력의 크기가 절환되므로, 안정적으로 검출할 수 없다. 그에 반해, 실시예 2에 따르면, 위상차에 기초하여 제2 코일(32)과 제3 코일(41)의 상대 위치가 전력 전송 효율이 좋은 상태에 있는 것을 검출하므로, 제1 코일(31)에 공급하는 전력의 크기가 절환되어도, 안정적으로 검출할 수 있다.

또한, 실시예 2에 따르면, 밴드패스 필터(18, 19, 20)나 자동 이득 제어 회로(21, 22, 23)에 의해 파형 처리를 행하고 나서 위상 비교기(14)에서 위상차를 검출하므로, 위상차를 검출할 때의 S/N비(Signal to Noise ratio)가 향상된다. 또한, 밴드패스 필터(18, 19, 20)의 중심 주파수가, 전송하는 전력의 주파수에 일치 또는 대략 일치하고 있음으로써, 더욱 S/N이 향상된다.

(실시예 3)

·무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템의 설명

도 14는 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 장치 및 무선 전력 공급 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 15는 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 장치에 있어서의 신호의 흐름을 나타내는 블록도이다.

도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 실시예 3에서는, 전원 앰프(13)와 제1 코일(31) 사이에, 임피던스 매칭을 행하는 정합 회로(71)가 접속되어 있다. 정합 회로(71)는 컨트롤러(15)에 접속되어 있어, 컨트롤러(15)의 제어에 의해 임피던스의 정합을 취할 수 있는 구성의 것이다.

·정합 회로의 일례의 설명

도 16은 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 장치에 있어서의 정합 회로의 일례를 나타내는 회로도이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 정합 회로(71)는 인덕터 절환 스위치(72) 및 콘덴서 절환 스위치(73)를 구비하고 있다.

인덕터 절환 스위치(72)에는, 복수의 인덕터(74)가 설치되어 있고, 컨트롤러(15)로부터의 제어 신호에 의해 제1 코일(31)에 접속되는 인덕터가 절환된다. 콘덴서 절환 스위치(73)에는, 복수의 콘덴서(75)가 설치되어 있고, 컨트롤러(15)로부터의 제어 신호에 의해 제1 코일(31)에 접속되는 콘덴서가 절환된다.

컨트롤러(15)는 제1 코일 전류의 위상차 φ1 및 제2 코일 전류의 위상차 φ2에 기초하여, 정합 회로(71)의 인덕터(74) 및 콘덴서(75)의 조합을 변경한다. 정합 회로(71)는 인덕터(74) 및 콘덴서(75)의 조합이 변경됨으로써, 이산적으로 임피던스 매칭을 행한다. 또한, 정합 회로(71)는 예를 들어 콘덴서(75)의 용량을 선형적으로 변화시킴으로써, 임피던스 매칭을 연속적으로 행하도록 해도 된다.

·무선 전력 공급 방법의 제1 예의 설명

도 17은 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 방법의 제1 예를 나타내는 흐름도이다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 무선 전력 공급 장치(12)에 있어서 무선 전력 공급 처리가 개시되면, 컨트롤러(15)는 정합 회로(71)를 초기화한다(스텝 S31). 정합 회로(71)의 초기 상태에 있어서의 인덕터(74) 및 콘덴서(75)의 조합은, 미리 정해져 있다.

이어서, 컨트롤러(15)는 상술한 스텝 S11 내지 스텝 S13의 처리를 행한다(스텝 S32 내지 스텝 S34). 그리고, 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제3 기준값을 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제3 기준값을 크로스할 때까지, 대기한다(스텝 S35:아니오).

제3 기준값은, 정합 회로(71)의 절환을 행하여 임피던스 매칭을 취하기 위한 기준값이며, 예를 들어 상술한 제1 기준값과 제2 기준값 사이에, 정합 회로(71)의 절환을 행하는 횟수만큼, 설정되어 있다. 예를 들어, 정합 회로(71)에 있어서 인덕터(74)와 콘덴서(75)를 9가지의 조합으로 절환하는 경우에는, 제1 기준값과 제2 기준값 사이에 제3 기준값이 8개 설정되어 있어도 된다. 이 제3 기준값은, 컨트롤러(15)에 내장되어 있는 메모리나 외부의 메모리에 기억되어 있어도 된다.

제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제3 기준값을 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제3 기준값을 크로스하면(스텝 S35:예), 컨트롤러(15)는 정합 회로(71)에 절환을 지시한다(스텝 S36). 그에 의해, 정합 회로(71)는 인덕터(74)와 콘덴서(75)의 조합을 절환한다.

인덕터(74)와 콘덴서(75)의 조합에 대해서는, 제1번째의 조합, 제2번째의 조합, 제3번째의 조합과 같이 몇 번째의 조합에서는 어느 인덕터(74)와 어느 콘덴서(75)를 조합할 것인지라고 하는 것이 미리 결정되어 있어도 된다. 그리고, 컨트롤러(15)로부터 절환 지시가 있을 때마다, 제1번째의 조합으로부터 순서대로 조합이 절환되도록 해도 된다. 이 경우, 제1번째의 조합은, 스텝 S31에서 초기화되었을 때의 조합이어도 된다.

정합 회로(71)의 절환이 미리 설정되어 있는 횟수분 종료될 때까지(스텝 S37:아니오), 스텝 S35 내지 스텝 S37을 반복하고, 제1 코일 전류의 위상차 φ1 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2에 따라 임피던스 매칭을 취한다. 정합 회로(71)의 절환이 미리 설정되어 있는 횟수분 종료되면(스텝 S37:예), 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제2 기준값 φb를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제2 기준값 φd를 크로스할 때까지, 대기한다(스텝 S38:아니오). 제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제2 기준값 φb를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제2 기준값 φd를 크로스하면(스텝 S38:예), 컨트롤러(15)는 일련의 처리를 종료한다.

·무선 전력 공급 방법의 제2 예의 설명

제2 예는, 실시예 2에 있어서의 무선 전력 공급 방법의 제2 예와 마찬가지이다. 즉, 외부 센서에 의해, 이동체가, 제2 코일(32)에 위상차 검출을 행할 수 있는 정도로 접근한 것을 검지하면, 전원 앰프(13)의 소전력 출력이 개시된다.

도 18 및 도 19는 실시예 3에 따른 무선 전력 공급 방법의 제2 예를 나타내는 흐름도이며, 도 19는 도 18의 연속이다. 도 18 및 도 19에 나타내는 바와 같이, 무선 전력 공급 장치(12)에 있어서 무선 전력 공급 처리가 개시된 후, 외부 센서에 의해 이동체가 접근한 것을 검지할 때까지 대기한다(스텝 S41:아니오). 이동체가 접근한 것을 검지하면(스텝 S41:예), 컨트롤러(15)는 상술한 스텝 S31 내지 스텝 S38의 처리를 행한다(스텝 S42 내지 스텝 S49).

제1 코일 전류의 위상차 φ1이 제1 코일 전류에 대한 제2 기준값 φb를 크로스하거나, 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2가 제2 코일 전류에 대한 제2 기준값 φd를 크로스하면(스텝 S49:예), 컨트롤러(15)는 상술한 스텝 S26 내지 스텝 S27의 처리를 행한다(스텝 S50 내지 스텝 S51). 그리고, 컨트롤러(15)는 일련의 처리를 종료한다.

실시예 3에 따르면, 실시예 2와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 실시예 3에 따르면, 제1 코일 전류의 위상차 φ1 또는 제2 코일 전류의 위상차 φ2에 따라 정합 회로(71)의 절환을 행하여 임피던스 매칭을 취하므로, 불필요한 반사 전력을 억제할 수 있다.

1, 11 : 무선 전력 공급 시스템
2, 12 : 무선 전력 공급 장치
3, 13 : 전력 공급부
4, 14 : 검출부
5, 15 : 제어부
6, 31, 32 : 송전 코일
7, 41, 42 : 수전 코일

Claims

자계 공명을 사용하여 전력을 자계 에너지로서 송출하는 송전 코일에, 상기 송전 코일과 수전 코일 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급하는 전력 공급부와,
상기 송전 코일에 인가되는 전압에 대한 상기 송전 코일에 흐르는 전류의 위상차를 검출하는 검출부와,
상기 위상차에 기초하여 상기 전력 공급부가 공급하는 전력의 크기를 절환하는 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 위상차가 제1 기준값에 도달하면 상기 전력을, 상기 위상차가 상기 제1 기준값에 도달하기 전보다도 크게 하고, 상기 위상차가 제2 기준값에 도달하면 상기 전력을, 상기 위상차가 상기 제2 기준값에 도달하기 전보다도 작게 하거나, 또는 정지하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 기준값 및 상기 제2 기준값은, 상기 송전 코일로부터 상기 수전 코일에 전송되는 전력의 전송 효율에 기초하여 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전 코일에는, 상기 전력 공급부로부터 전력이 공급되는 제1 코일과, 상기 제1 코일과의 사이에서 발생하는 전자 유도에 의해 상기 제1 코일로부터 공급된 전력을 자계 공명에 의해 상기 수전 코일로 송출하는 제2 코일이 포함되어 있고,
상기 검출부는, 상기 제1 코일에 흐르는 전류 및 상기 제2 코일에 흐르는 전류의 한쪽 또는 양쪽에 대해, 상기 송전 코일에 인가되는 전압에 대한 위상차를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 장치.
자계 공명을 사용하여 전력을 자계 에너지로서 송출하는 송전 코일과,
상기 송전 코일에, 상기 송전 코일과 수전 코일 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급하는 전력 공급부와,
상기 송전 코일에 인가되는 전압에 대한 상기 송전 코일에 흐르는 전류의 위상차를 검출하는 검출부와,
상기 위상차에 기초하여 상기 전력 공급부가 공급하는 전력의 크기를 절환하는 제어부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 위상차가 제1 기준값에 도달하면 상기 전력을, 상기 위상차가 상기 제1 기준값에 도달하기 전보다도 크게 하고, 상기 위상차가 제2 기준값에 도달하면 상기 전력을, 상기 위상차가 상기 제2 기준값에 도달하기 전보다도 작게 하거나, 또는 정지하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 기준값 및 상기 제2 기준값은, 상기 송전 코일로부터 상기 수전 코일에 전송되는 전력의 전송 효율에 기초하여 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 시스템.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전 코일에는, 상기 전력 공급부로부터 전력이 공급되는 제1 코일과, 상기 제1 코일과의 사이에서 발생하는 전자 유도에 의해 상기 제1 코일로부터 공급된 전력을 자계 공명에 의해 상기 수전 코일로 송출하는 제2 코일이 포함되어 있고,
상기 검출부는, 상기 제1 코일에 흐르는 전류 및 상기 제2 코일에 흐르는 전류의 한쪽 또는 양쪽에 대해, 상기 송전 코일에 인가되는 전압에 대한 위상차를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 시스템.
제5항에 있어서,
상기 송전 코일과의 사이에서 발생하는 자계 공명에 의해 상기 송전 코일로부터 전력이 전송되는 상기 수전 코일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 시스템.
자계 공명을 사용하여 전력을 자계 에너지로서 송출하는 송전 코일에, 상기 송전 코일과 수전 코일 사이에서 자계 공명을 발생시키는 공진 주파수로 전력을 공급하고,
상기 송전 코일에 인가되는 전압에 대한 상기 송전 코일에 흐르는 전류의 위상차를 검출하고,
상기 위상차에 기초하여 상기 송전 코일에 공급하는 상기 전력의 크기를 절환하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 방법.
제10항에 있어서,
상기 위상차가 제1 기준값에 도달하면 상기 전력을, 상기 위상차가 상기 제1 기준값에 도달하기 전보다도 크게 하고, 상기 위상차가 제2 기준값에 도달하면 상기 전력을, 상기 위상차가 상기 제2 기준값에 도달하기 전보다도 작게 하거나, 또는 정지하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 기준값 및 상기 제2 기준값은, 상기 송전 코일로부터 상기 수전 코일에 전송되는 전력의 전송 효율에 기초하여 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 송전 코일에는, 전력이 공급되는 제1 코일과, 상기 제1 코일과의 사이에서 발생하는 전자 유도에 의해 상기 제1 코일로부터 공급된 전력을 자계 공명에 의해 상기 수전 코일로 송출하는 제2 코일이 포함되어 있고,
상기 제1 코일에 흐르는 전류 및 상기 제2 코일에 흐르는 전류의 한쪽 또는 양쪽에 대해, 상기 송전 코일에 인가되는 전압에 대한 위상차를 검출하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 공급 방법.