KR20150099854A - 무선 전력 전송 시스템, 수전기 및 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 시스템, 수전기 및 무선 전력 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 송전기로부터의 전력을 자계 공명 또는 전계 공명을 이용하여 무선에 의하여 수취하는 수전 공진 코일과, 소정의 주파수로 발진하는 전압을 출력하는 수전측 위상 조정용 발진부와, 상기 송전기와의 사이에서 통신을 행하는 수전측 통신부와, 상기 수전측 통신부로부터의 출력을 수취하고, 상기 수전측 위상 조정용 발진부로부터의 출력 전압을 사용하여 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행하는 수전측 제어부를 갖고, 하드적 부하 및 비용의 증가를 억제하면서 전력 전송의 효율을 향상시킨다.

Description

무선 전력 전송 시스템, 수전기 및 무선 전력 전송 방법{WIRELESS POWER TRANSFER SYSTEM, POWER RECEIVER, AND WIRELESS POWER TRANSFER METHOD}
본 출원에서 언급하는 실시예는 무선 전력 전송 시스템, 수전기 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전원 공급이나 충전을 행하기 위하여 무선으로 전력을 전송하는 기술이 주목받고 있다. 예를 들어 휴대 단말기나 노트북 컴퓨터를 비롯한 다양한 전자 기기나 가전 기기, 또는 전력 인프라 기기에 대하여 무선으로 전력 전송을 행하는 무선 전력 전송 시스템이 연구·개발되고 있다.
이러한 무선 전력 전송(와이어리스 전력 전송: Wireless Power Transfer)으로서는, 일반적으로 전자기 유도를 이용한 기술이나 전파를 이용한 기술이 알려져 있다. 이에 비하여 최근 들어, 송전기와 수전기의 거리를 어느 정도 이격하면서 복수의 수전기에 대한 전력 전송 및 수전기의 3차원적인 다양한 자세에 대한 전력 전송이 가능한 것으로서, 자계 공명이나 전계 공진을 이용한 전력 전송 기술에 대한 기대가 높아지고 있다.
종래, 자계 공명을 이용한 무선 전력 전송 기술로서는 다양한 제안이 이루어져 있다.
국제 공개 제2011/099071호 팸플릿 일본 특허 공개 제2010-148174호 공보
상술한 바와 같이 종래, 전원 공급이나 충전을 행하기 위하여 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 기술이 주목받고 있다. 그러나, 예를 들어 전력 전송에 사용하는 송전기와 수전기의 공진 주파수에 어긋남이 존재하면 전송 효율이 저하되기 때문에, 실시간 위상 제어를 행하여 전송 효율의 저하를 방지하는 것이 고려되고 있다.
그러나 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수는, 예를 들어 수백 ㎑ 내지 수십 ㎒이기 때문에 실시간 위상 제어를 행하기 위해서는, 예를 들어 송전기 및 수전기에 대하여 전용 통신 회로를 설치하게 된다. 그 결과, 송전기 및 수전기의 하드적 부하가 증대되고 비용도 늘어나게 된다.
일 실시 형태에 의하면, 송전기로부터의 전력을 자계 공명 또는 전계 공명을 이용하여 무선에 의하여 수취하는 수전 공진 코일과, 수전측 통신부와, 수전측 제어부를 갖는 수전기가 제공된다.
상기 수전측 위상 조정용 발진부는 소정의 주파수로 발진하는 전압을 출력하고, 상기 수전측 통신부는 상기 송전기와의 사이에서 통신을 행한다. 상기 수전측 제어부는 상기 수전측 통신부로부터의 출력을 수취하고, 상기 수전측 위상 조정용 발진부로부터의 출력 전압을 사용하여 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행한다.
개시된 무선 전력 전송 시스템, 수전기 및 무선 전력 전송 방법은, 하드적 부하 및 비용의 증가를 억제하면서 전력 전송의 효율을 향상시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 무선 전력 전송 시스템의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 무선 전력 전송 시스템을 제어계에 주목하여 도시하는 블록도이다.
도 4a는 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수의 제어를 설명하기 위한 도면(그의 1)이다.
도 4b는 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수의 제어를 설명하기 위한 도면(그의 2)이다.
도 5a는 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 시뮬레이션 조건을 설명하기 위한 도면(그의 1)이다.
도 5b는 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 시뮬레이션 조건을 설명하기 위한 도면(그의 2)이다.
도 6a는 도 5a 및 도 5b에 나타내는 시뮬레이션 조건에서 행한, 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면(그의 1)이다.
도 6b는 도 5a 및 도 5b에 나타내는 시뮬레이션 조건에서 행한, 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면(그의 2)이다.
도 7은 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 8은 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면(그의 1)이다.
도 10은 도 8에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면(그의 2)이다.
도 11은 도 8에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면(그의 3)이다.
도 12는 도 8에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면(그의 4)이다.
도 13은 제3 실시예의 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 14는 도 13에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면(그의 1)이다.
도 15는 도 13에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면(그의 2)이다.
먼저, 무선 전력 전송(와이어리스 전력 전송) 시스템, 수전기 및 무선 전력 전송 방법의 실시예를 상세히 설명하기 전에, 무선 전력 전송 시스템의 일례 및 그 과제를 도 1 내지 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 1은 무선 전력 전송 시스템을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 무선 전력 전송 시스템은 1차측(송전측: 송전기)(1) 및 2차측(수전측: 수전기)(2)을 갖는다. 또한 송전기(1) 및 수전기(2)는 각각 복수여도 된다.
송전기(1)는, 교류 전원(11)과, 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)을 포함하는 송전계 코일 SC를 갖고, 수전기(2)는, 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)을 포함하는 수전계 코일 JC와, 부하 디바이스(21)를 갖는다.
도 1에 도시된 바와 같이 송전기(1) 및 수전기(2)는, 송전 공진 코일(LC 공진기)(13)과 수전 공진 코일(LC 공진기)(22) 사이의 자계 공명(자계 공진)에 의하여 송전기(1)로부터 수전기(2)에 에너지(전력)의 전송을 행한다. 여기서, LC 공진기(13)로부터 LC 공진기(22)에의 전력 전송은 자계 공명뿐만 아니라 전계 공명(전계 공진) 등도 가능하지만, 이하의 설명에서는 주로 자계 공명을 예로 들어 설명한다.
또한 송전계 코일 SC에 있어서, 전력 공급 코일(12)로부터 송전 공진 코일(13)에의 전력 전송은 전자기 유도를 이용하여 행하고, 또한 수전계 코일 JC에 있어서, 수전 공진 코일(22)로부터 전력 취출 코일(23)에의 전력 전송도 전자기 유도를 이용하여 행하도록 되어 있다.
도 2는 무선 전력 전송 시스템의 일례를 도시하는 블록도이며, 도 1에 도시하는 무선 전력 전송 시스템을 보다 상세히 도시하는 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이 전력 전송 시스템은, 송전계 코일 SC, 수전계 코일 JC, 교류 전원(11), 송전측 제어 회로(14), 부하로 되는 디바이스(21), 및 수전측 제어 회로(24)를 구비한다.
상술한 바와 같이 송전계 코일 SC는 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)을 포함한다. 전력 공급 코일(12)은, 예를 들어 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주 형상으로 복수 회 감긴 것이며, 그 양단부에 교류 전원(11)에 의한 교류 전압(고주파 전압)이 인가된다.
송전 공진 코일(13)은, 예를 들어 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주 형상으로 감긴 코일(131), 및 코일(131)의 양단부에 접속된 콘덴서(132)를 포함하며, 그들에 의한 공진 회로를 형성한다. 또한 공진 주파수 f0은 다음의 식 (1)로 표현된다.
f0=1/{2π(LC)1/2} …… (1)
여기서 L은 코일(131)의 인덕턴스, C는 콘덴서(132)의 정전 용량이다.
송전 공진 코일(13)의 코일(131)은, 예를 들어 원턴 코일이며, 또한 콘덴서(132)는 다양한 형식의 콘덴서가 적용 가능하지만, 가능한 한 손실이 적고 충분한 내압을 갖는 것이 바람직하다.
도 2에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에서는, 공진 주파수를 가변하기 위하여 콘덴서(132)로서 가변 콘덴서가 사용되고 있다. 가변 콘덴서로서는, 예를 들어 MEMS 기술을 사용하여 제작된 가변 용량 디바이스나 반도체를 사용한 가변 용량 디바이스(버랙터)를 적용할 수 있다.
전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)은 전자적으로 서로 밀하게 결합되도록, 예를 들어 동일한 평면 상에서 동심 형상으로 배치된다. 즉, 송전 공진 코일(13)의 내측에 전력 공급 코일(12)이 설치된 상태로 배치된다. 또는 송전 공진 코일(13) 및 전력 공급 코일(12)은 동일한 축 상에서 적당한 거리를 두고 배치해도 된다.
이 상태에서 교류 전원(11)으로부터 전력 공급 코일(12)에 교류 전압이 인가되면, 전력 공급 코일(12)에 발생한 교번 자계에 의한 전자기 유도에 의하여 송전 공진 코일(13)에 공진 전류가 흐른다. 즉, 전자기 유도에 의하여 전력 공급 코일(12)로부터 송전 공진 코일(13)에 전력이 전송된다.
또한 수전계 코일 JC는 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)을 포함한다. 수전 공진 코일(22)은, 예를 들어 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주 형상으로 감긴 코일(221), 및 코일(221)의 양단부에 접속된 콘덴서(222)를 포함한다. 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 f0은 코일(221)의 인덕턴스 및 콘덴서(222)의 정전 용량에 따라, 상술한 식 (1)로 표현된다.
수전 공진 코일(22)의 코일(221)은, 예를 들어 원턴 코일이며, 또한 콘덴서(222)는 상술한 바와 같이 다양한 형식의 콘덴서가 적용 가능하다. 도 2에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에서는, 공진 주파수를 가변하기 위하여 콘덴서(222)로서 가변 콘덴서가 사용된다.
가변 콘덴서로서는, 콘덴서(132)와 마찬가지로, 예를 들어 MEMS 기술을 사용하여 제작된 가변 용량 디바이스나 반도체를 사용한 버랙터를 적용할 수 있다.
전력 취출 코일(23)은, 예를 들어 구리선 또는 알루미늄선 등의 금속선이 원주 형상으로 복수 회 감긴 것이며, 그 양단부에 부하인 디바이스(21)가 접속된다. 또한 부하 디바이스(21)로서는, 예를 들어 수전기(2)의 전원으로서 사용하는 배터리나 그 배터리를 충전하기 위한 회로이다.
수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)은 전자적으로 서로 밀하게 결합되도록, 예를 들어 동일한 평면 상에서 동심 형상으로 배치된다. 즉, 수전 공진 코일(22)의 내측에 전력 취출 코일(23)이 설치된 상태로 배치된다. 또는 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)은 동일한 축 상에서 적당한 거리를 두고 배치해도 된다.
이 상태에서 수전 공진 코일(22)에 공진 전류가 흐르면, 그것에 의하여 발생한 교번 자계에 의한 전자기 유도에 의하여 전력 취출 코일(23)에 전류가 흐른다. 즉, 전자기 유도에 의하여 수전 공진 코일(22)로부터 전력 취출 코일(23)에 전력이 전송된다.
여기서, 송전계 코일 SC로부터 수전계 코일 JC에는 자계 공명에 의하여 무선으로 전력을 전송하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 코일면이 서로 평행하고 코일 축심이 서로 일치하거나 또는 그다지 어긋나지 않도록 서로 적당한 거리의 범위 내에 배치된다.
도 2에 도시된 바와 같이 전력 전송 시스템에 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 fs 및 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fj가 양쪽 모두 교류 전원(11)의 주파수 fd와 일치하고 있을 때, 최대의 전력이 전송된다.
그러나 그들 공진 주파수 fs 및 fj가 서로 어긋나거나, 공진 주파수 fs 및 fj와 교류 전원(11)의 주파수 fd가 어긋나거나 하면, 전송되는 전력은 저하되어 전력 전송의 효율이 저하되게 된다.
따라서 도 2에 도시하는 전력 전송 시스템에서는, 송전측 제어 회로(14) 및 수전측 제어 회로(24)에 의하여, 교류 전원(11)의 위상 φvs, 그리고 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)에 흐르는 전류의 위상 φis 및 φij를 사용하여 공진 주파수의 제어를 행한다.
여기서, 송전측 제어 회로(14)는 송전계 코일 SC에 인가되는 전압 Vs의 위상 φvs 및 송전계 코일 SC에 흐르는 전류 Is의 위상 φis를 검출하고, 위상차 Δφs가 소정의 목표값 φms로 되도록 송전계 코일 SC의 공진 주파수 fs를 가변 제어한다.
즉, 송전측 제어 회로(14)는, 전류 검출 센서 SE1, 위상 검출부(141, 142), 목표값 설정부(143), 송전측 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 SE1로서는, 예를 들어 홀 소자, 자기 저항 소자 또는 검출 코일 등을 사용할 수 있다. 이 전류 검출 센서 SE1은, 예를 들어 전류 Is의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다.
위상 검출부(141)는 전력 공급 코일(12)에 인가되는 전압 Vs의 위상 φvs를 검출하고, 예를 들어 전압 Vs의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다. 여기서, 위상 검출부(141)는 전압 Vs를 그대로 출력해도 되고, 또한 적당한 저항에 의하여 분압하여 출력해도 된다. 그 때문에 위상 검출부(141)는 단순한 도선, 또는 하나 또는 복수의 저항 소자로 할 수도 있다.
위상 검출부(142)는 전류 검출 센서 SE1로부터의 출력에 기초하여, 송전 공진 코일(13)에 흐르는 전류 Is의 위상 φis를 검출하고, 예를 들어 전류 Is의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다. 여기서, 위상 검출부(142)는 전류 검출 센서 SE1의 출력을 그대로 출력해도 된다. 그 때문에 전류 검출 센서 SE1은 위상 검출부(142)를 겸하도록 할 수도 있다.
목표값 설정부(143)는 위상차 Δφs의 목표값 φms를 설정하여 기억한다. 그 때문에 목표값 설정부(143)에는, 목표값 φms를 기억하기 위한 메모리가 설치되어 있다. 목표값 φms로서는, 예를 들어 「-180°(-π radian)」 또는 「-180°에 적당한 보정값 a를 가산한 값」 등이 설정된다.
또한 목표값 φms의 설정은, 미리 기억된 하나 또는 복수의 데이터 중에서 선택함으로써 행해도 되고, 또한 CPU나 키보드 등으로부터의 명령에 의하여 행해지도록 해도 된다.
송전측 피드백 제어부(144)는, 교류 전원(11)의 전압 Vs의 위상 φvs와, 송전 공진 코일(13)의 전류 Is의 위상 φis의 위상차 Δφs가, 설정된 목표값 φms로 되도록 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수 fs를 가변 제어한다.
위상 송신부(145)는 전력 공급 코일(12)에 공급되는 전압 Vs의 위상 φvs에 관한 정보를, 수전측 제어 회로(24)에 대하여 아날로그 신호 또는 디지털 신호로 하여 무선으로 송신한다. 여기서, 예를 들어 S/N비를 향상시키기 위하여, 전압 Vs의 파형에 따른 전압 신호를 정수 배로 체배하여 송신할 수도 있다.
수전측 제어 회로(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 φmj로 되도록 수전계 코일 JC의 공진 주파수 fj를 가변 제어한다.
즉, 수전측 제어 회로(24)는, 전류 검출 센서 SE2, 위상 수신부(241), 위상 검출부(242), 목표값 설정부(243) 및 수전측 피드백 제어부(244)를 갖는다.
전류 검출 센서 SE2는 수전 공진 코일(22)에 흐르는 전류 Ij를 검출한다. 전류 검출 센서 SE2로서는, 예를 들어 홀 소자, 자기 저항 소자 또는 검출 코일 등을 사용할 수 있다. 이 전류 검출 센서 SE2는, 예를 들어 전류 Ij의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다.
위상 수신부(241)는, 위상 송신부(145)로부터 송신된 위상 φvs에 관한 정보를 수취하여 출력한다. 여기서, 위상 송신부(145)에서 전압 신호를 체배했을 경우에는, 위상 수신부(241)에서 원래대로 되돌리기 위하여 분주를 행한다. 위상 수신부(241)는, 예를 들어 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 검출하고, 예를 들어 전류 Ij의 파형에 따른 전압 신호를 출력한다. 여기서, 위상 검출부(242)는 전류 검출 센서 SE2의 출력을 그대로 출력해도 된다. 그 때문에 전류 검출 센서 SE2는 위상 검출부(242)를 겸하도록 할 수도 있다.
목표값 설정부(243)는 위상차 Δφj의 목표값 φmj를 설정하여 기억한다. 그 때문에 목표값 설정부(243)에는, 목표값 φmj를 기억하기 위한 메모리가 설치되어 있다. 목표값 φmj로서, 예를 들어 송전측 제어 회로(14)에 있어서의 목표값 φms에 「-90°(-π/2 radian)」를 가산한 값이 설정된다.
즉, 목표값 φmj로서는, 예를 들어 「-270°(-3π/2 radian)」 또는 「-270°에 적당한 보정값 a를 가산한 값」 등이 설정된다. 또한 목표값 φmj의 설정 방법 등에 대해서는 목표값 φms의 경우와 마찬가지이다.
수전측 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 φmj로 되도록 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fj를 가변 제어한다.
또한 송전측 제어 회로(14)에 있어서의 목표값 설정부(143)와 송전측 피드백 제어부(144), 및 수전측 제어 회로(24)에 있어서의 목표값 설정부(243)와 수전측 피드백 제어부(244)는 각각 공진 주파수 제어부의 단순한 예이다.
도 3은, 도 2에 도시하는 무선 전력 전송 시스템을 제어계에 주목하여 도시하는 블록도이며, 송전기(1)의 송전측 피드백 제어부(144), 및 수전기(2)의 수전측 피드백 제어부(244)를 상세히 도시하는 것이다.
여기서 도 3의 블록도에서는, 간략화를 위하여 도 2에 있어서의 위상 검출부(141, 142, 241, 242)는 생략되어 있다. 즉, 도 3에서는, 전류 검출 센서 SE1로부터 송전 공진 코일(13)에 흐르는 전류 Is의 위상 φis가 직접 출력되고 있는데, 이 위상 φis는, 예를 들어 송전측 피드백 제어부(144)에 설치한 위상 검출부(142)를 통하여 출력되어도 된다.
도 3에 도시된 바와 같이 송전측 피드백 제어부(144)는, 위상 비교부(151), 가산부(152), 게인 조정부(153, 154), 보상부(155), 드라이버(156) 및 극성 반전부(157) 등을 구비한다.
위상 비교부(151)는, 전류 검출 센서 SE1에 의해 검출된 전류 Is의 위상 φis와 교류 전원(11)의 전압 Vs의 위상 φvs를 비교하여, 그들의 차인 위상차 Δφs를 출력한다.
가산부(152)는, 위상 비교(151)가 출력하는 위상차 Δφs로부터, 목표값 설정부(143)에서 설정된 목표값 φms를 감산(반전하여 가산)한다. 따라서 위상차 Δφs와 목표값 φms가 일치했을 때, 가산부(152)의 출력은 0으로 된다.
가산부(152)의 출력은 극성 반전부(157)에 의하여 극성이 반전되어 게인 조정부(154)에 입력되고, 또한 보상부(155)에 입력된다. 여기서 게인 조정부(153 및 154)는, 제어가 올바르게 행해지도록 각각 입력되는 값 또는 데이터에 대한 게인(이득)을 조정하거나, 또는 데이터 등의 환산을 행한다.
보상부(155)는, 예를 들어 저주파 성분에 대한 게인을 결정한다. 즉, 송전측 피드백 제어부(144)는, 예를 들어 콘덴서(132)인 MEMS 가변 용량 디바이스에 대한 피드백 제어를 행하는 서보계로 볼 수 있다.
따라서 보상부(155)에는 서보계의 안정화, 고속화, 고정밀화를 도모하기 위한 적당한 서보 필터가 사용된다. 또한 이러한 서보계에 있어서 PID(Proportional Integral Derivative Controller) 동작을 행하게 하기 위한 필터 회로 또는 미분 적분 회로 등이 적절히 사용된다.
드라이버(156)는, 예를 들어 콘덴서(132)인 MEMS 가변 용량 디바이스에 대하여 제어 신호 KSs를 출력하고, 그 MEMS 가변 용량 디바이스의 정전 용량을 가변 제어한다.
여기서 MEMS 가변 용량 디바이스(MEMS 가변 캐패시터)는, 예를 들어 유리 기판 상에 하부 전극 및 상부 전극을 설치하고 그들 전극 간에 인가되는 전압에 의한 정전 흡인력에 의하여 발생하는 휨에 기인한 간극의 변화를 이용하여, 정전 용량을 변화시키도록 되어 있다.
또한 MEMS 가변 용량 디바이스(콘덴서(132))는, 캐패시터를 위한 전극과 구동을 위한 전극이 별개로 설치되는 경우도 있다. 또한 구동을 위한 전극에 인가되는 전압과 정전 용량의 변화량의 관계가 선형은 아니기 때문에, 예를 들어 드라이버(156)에 있어서, 그 변환을 위한 연산 또는 테이블 환산 등을 적절히 행하도록 되어 있다.
수전측 피드백 제어부(244)는, 위상 비교부(251), 가산부(252), 게인 조정부(253, 254), 보상부(255), 드라이버(256) 및 극성 반전부(257) 등을 구비한다.
또한 수전측 피드백 제어부(244)에 있어서의 각 부의 동작은 실질적으로, 상술한 송전측 피드백 제어부(144)에 있어서의 각 부의 동작과 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.
또한 도 2에 있어서의 송전측 제어 회로(14) 및 수전측 제어 회로(24), 그리고 도 3에 있어서의 송전측 피드백 제어부(144) 및 수전측 피드백 제어부(244) 등은 소프트웨어 또는 하드웨어, 또는 그들의 조합으로 실현 가능하다.
예를 들어 CPU, ROM 및 RAM 등의 메모리, 그 외의 주변 소자 등을 포함하는 컴퓨터를 사용하여, 적당한 컴퓨터 프로그램을 CPU에 실행시킴으로써 실현할 수 있다. 그 경우, 적당한 하드웨어 회로를 병용하게 된다.
도 4a 및 도 4b는, 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수의 제어를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도 4a에 있어서, 횡축은 교류 전원(11)의 주파수 f[㎒]를 나타내고, 종축은 각 코일에 흐르는 전류 I의 크기[㏈]를 나타낸다. 또한 도 4b에 있어서, 횡축은 교류 전원(11)의 주파수 f[㎒]를 나타내고, 종축은 각 코일에 흐르는 전류 I의 위상 φ[radian]를 나타낸다.
또한 위상 φ은, 교류 전원(11)의 전압 Vs의 위상 φvs, 즉 전력 공급 코일(12)에 공급되는 전압 Vs의 위상 φvs를 기준으로 하여, 그 위상차 Δφ를 나타낸다. 즉, 위상 φvs와 일치했을 경우에는 위상 φ가 0으로 된다.
각 곡선에 붙인 참조 부호 CBA1 내지 CBA4 및 CBB1 내지 CBB4에 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.
또한 도 4a 및 도 4b는, 공진 주파수 제어에 있어서, 송전 공진 코일(13) 또는 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)을, 그 공진 주파수 fs, fj가 10㎒로 되도록 제어하는 경우를 나타낸다.
이때, 목표값 설정부(143)의 목표값 φms는 「-π radian(-180°)」으로 설정되고, 목표값 설정부(143)의 목표값 φmj는 「-3π/2 radian(-270°)」으로 설정된다.
즉, 목표값 φmj는, 목표값 φms에 -π/2를 가산한 값 「φms-π/2」, 즉, 목표값 φms보다도 π/2 지연된 위상이 설정된다.
곡선 CBA2로 나타난 바와 같이 송전 공진 코일(13)의 전류 Is는, 교류 전원(11)의 주파수 fd와 일치하는 10㎒에 있어서 최대로 되어 있다. 또한 곡선 CBB2로 나타난 바와 같이 송전 공진 코일(13)의 전류 Is의 위상 φis는, 공진 주파수 fs인 10㎒에 있어서 -π로 되어 있다. 즉, 목표값 φms와 일치하고 있다.
여기서, 송전 공진 코일(13)은 전력 공급 코일(12)에서 보아 직렬 공진 회로로 볼 수 있으며, 공진 주파수 fs보다도 낮은 주파수 fd에 있어서는 용량성으로 되어 -π/2에 근접하고, 높은 주파수 fd에 있어서는 유도성으로 되어 -3π/2에 근접한다.
이와 같이, 송전 공진 코일(13)에 흐르는 전류 Is의 위상 φis는 공진 주파수 fs 부근에 있어서 크게 변화된다. 위상 φis, 즉, 위상차 Δφs가 -π로 되도록 제어함으로써, 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수 fs를 전압 Vs의 주파수 fd에 고정밀도로 일치시킬 수 있다.
또한 곡선 CBA1로 나타난 바와 같이 전력 공급 코일(12)에 흐르는 전류 I도 공진 주파수 fs에 있어서 최대로 된다. 곡선 CBB1로 나타난 바와 같이 전력 공급 코일(12)에 흐르는 전류 I의 위상 φi는 공진 주파수 fs 부근에 있어서 0 또는 선행 위상으로 되고, 공진 주파수 fs로부터 벗어나면 -π/2로 된다.
곡선 CBA3으로 나타난 바와 같이 수전 공진 코일(22)의 전류 Ij는, 교류 전원(11)의 주파수 fd와 일치하는 10㎒에 있어서 최대로 되어 있다.
곡선 CBB3으로 나타난 바와 같이 수전 공진 코일(22)의 전류 Ij의 위상 φij는, 공진 주파수 fs인 10㎒에 있어서 -3π/2로 되어 있다. 즉, 목표값 φmj와 일치하고 있다. 또한 주파수 fd가 공진 주파수 fs보다도 낮아졌을 경우에 위상차 Δφ가 감소하여 -π/2에 근접하고, 공진 주파수 fs보다도 높아졌을 경우에 위상차 Δφ가 증대되어 -5π/2, 즉, -π/2에 근접한다.
이와 같이, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)에 흐르는 전류 Is, Ij의 위상 φis, φij는 공진 주파수 fs, fj 부근에 있어서 크게 변화된다. 위상 φis, φij, 즉, 위상차 Δφs, Δφj가 -π 또는 -3π/2로 되도록 제어함으로써, 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수 fs, fj를 전압 Vs의 주파수 fd에 고정밀도로 일치시킬 수 있다.
이것에 의하여, 환경 요인 등의 변화가 있더라도 송전계 코일 SC 및 수전계 코일 JC의 공진 주파수를 교류 전원(11)의 주파수 fd에 정확히 일치시킬 수 있어, 송전 장치(3)로부터 수전 장치(4)에 대하여 항상 최대의 효율로 전력을 전송하는 것이 가능해진다.
또한 교류 전원의 전압 Vs에 대한 코일 전류의 위상차 Δφ를 기초로 하여 제어를 행하기 때문에, 예를 들어 스윕 서치법에 의한 경우와 같이 전류의 진폭의 변동에 의한 영향을 받는 일이 없어, 정확한 제어를 행할 수 있다.
또한 스윕 서치법에서는, 예를 들어 송전계 코일 SC 또는 수전계 코일 JC에 있어서의 L 또는 C를 스윕시켜, 코일의 전류값이 최대(피크)로 되는 위치를 시행 착오적으로 서치한다.
도 5a 및 도 5b는, 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 시뮬레이션 조건을 설명하기 위한 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이 시뮬레이션 조건으로서는, 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)을 동일한 평면 상에서 동심 형상으로 배치하고, 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)도 동일한 평면 상에서 동심 형상으로 배치하였다.
또한 송전계 코일 SC(전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13))와 수전계 코일 JC(수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23))의 거리 dd를 25㎜로 설정하고, 구동 주파수(교류 전원(11)의 주파수 fd)를 7㎒로 설정하였다. 또한 부하(부하 디바이스(21)의 저항값)를 10Ω으로 설정하고, 각 코일의 권선의 굵기를 φ0.5㎜로 설정하였다.
또한 도 5b에 나타난 바와 같이 전력 공급 코일(12)의 외경을 φ30㎜로 하고 권취 수를 1회로 설정하며, 송전 공진 코일(13)의 외경을 φ40㎜로 하고 권취 수를 5회로 설정하였다. 또한 수전 공진 코일(22)의 외경을 φ30㎜로 하고 권취 수를 5회로 설정하며, 전력 취출 코일(23)의 외경을 φ20㎜로 하고 권취 수를 1회로 설정하였다. 또한 송전 공진 코일(13) 및 수전 공진 코일(22)에 있어서의 인접하는 권선의 중심 간의 거리(피치)를 0.8㎜로 설정하였다.
도 6a 및 도 6b는, 도 5a 및 도 5b에 나타내는 시뮬레이션 조건에서 행한, 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
여기서, 도 6a에 있어서, 종축은 구동 전압의 진폭을 정규화(최대 진폭이 『1』)하여 나타내고, 횡축은 시간을 정규화(1/7㎒가 『1』)하여 나타낸다. 또한 참조 부호 φd는 송전측의 구동 전압 LL1 및 수전측의 구동 전압 LL2의 위상 지연을 나타낸다. 또한 도 6b에 있어서, 종축은 송전 효율(최대가 『1』)을 나타내고, 횡축은 위상 지연 φd(deg: °)를 나타낸다.
도 6b에 나타난 바와 같이 송전 효율은, 송전측의 구동 전압 LL1 및 수전측의 구동 전압 LL2의 위상 지연 φd가 커짐에 따라 저하된다. 특히 위상 지연 φd가 40°를 초과하면, 송전 효율이 대폭 저하되는 것을 알 수 있다.
또한 구동 주파수가 7㎒일 때, 1°의 위상 지연에 대한 지연 시간 td는, td=1÷(7×106×360)=3.97×10-10[sec]에 대응한다. 따라서, 예를 들어 30°의 위상 지연에 대응하는 지연 시간 Td는, Td=3.97×10-10×30=1.19×10-8[sec], 즉, 11.9nsec가 된다.
상술한 바와 같이, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 의하여 전력의 전송을 행하는 경우, 매우 짧은 지연 시간 td에 대해서도 송전 효율이 저하되게 된다. 그 때문에 수전측의 제어에는, 교류 전원(11)의 전압 파형의 위상을 지체 없이 정확히 인식하는 것이 전제로 된다.
여기서, 송전기(1) 및 수전기(2)는 서로의 위치나 송전 전력 등에 관한 정보를 송수신하는 통신 회로를 갖고 있지만, 이들 통신 회로에서는, 예를 들어 7㎒(일반적으로 수백 ㎑ 내지 수십 ㎒)의 구동 전압의 위상 제어를 행하는 데이터를 처리하는 것은 곤란하다.
그 때문에, 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에서는, 송전기(1)에 전용 위상 송신부(145)를 설치함과 함께, 수전기(2)에 전용 위상 수신부(241)를 설치하여, 송전기(1)에 있어서의 교류 전원(11)의 전압 파형의 위상을 지체 없이 정확히 수전기(2)에 전달하도록 되어 있다.
이와 같이, 도 2 및 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에서는, 고속 데이터 전송이 가능한 전용 위상 송신부(145) 및 위상 수신부(241)를 각각 송전기(1) 및 수전기(2)에 설치하기 때문에, 하드적 부담이 커지고 비용도 늘어나게 된다.
이하, 무선 전력 전송(와이어리스 전력 전송) 시스템 및 무선 전력 전송 방법의 실시예를, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 7은 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 7과, 상술한 도 3의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템에서는, 송전기(1)에 있어서 전용 위상 송신부(145) 대신 송전측 제어부(16) 및 송전측 통신부(17)를 설치하고 있다.
또한 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템은, 수전기(2)에 있어서 전용 위상 수신부(241) 대신 수전측 제어부(26), 수전측 통신부(27) 및 수전측 위상 조정용 발진부(28)를 설치하고 있다.
여기서, 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템에서는, 예를 들어 도 3에 도시하는 무선 전력 전송 시스템과 같은 고속 데이터 전송이 불필요하기 때문에, 송전측 통신부(17) 및 수전측 통신부(27)는 서로의 위치나 송전 전력 등의 정보를 송수신하는 통신 회로를 겸용해도 된다.
즉, 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템에서는, 예를 들어 수백 ㎑ 내지 수십 ㎒의 공진 주파수를 실시간으로 위상 제어하지 않아도 되기 때문에, 일반적으로 설치되어 있는 통신 회로를 그대로 이용할 수 있다.
또한 송전기(1)에 있어서의 교류 전원(11), 전력 공급 코일(12), 송전 공진 코일(13), 콘덴서(132), 전류 검출 센서 SE1 및 송전측 피드백 제어부(144) 등의 구성 및 동작은 실질적으로 도 3을 참조하여 설명한 것과 마찬가지이다.
또한 수전기(2)에 있어서의 수전 공진 코일(22), 전력 취출 코일(23), 콘덴서(222), 전류 검출 센서 SE2 및 수전측 피드백 제어부(244) 등의 구성 및 동작은 실질적으로 도 3을 참조하여 설명한 것과 마찬가지이다.
여기서, 도 7에 도시하는 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템에서는, 송전기(1)에 있어서의 목표값 φms는 목표값 설정부(143)로부터 출력되고, 또한 수전기(2)에 있어서의 목표값 φmj는 목표값 설정부(243)로부터 출력되고 있다.
도 8은 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 블록도이며, 도 9 내지 도 12는, 도 8에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
여기서 도 8 내지 도 10은, 송전기(1)에 있어서, 송전측 제어부(16), 송전측 통신부(17), 교류 전원(11), 전력 공급 코일(12), 송전 공진 코일(13), 콘덴서(가변 용량 디바이스)(132) 및 송전측 피드백 제어부(144)에 주목하여 도시한 것이다.
또한 상술한 도 7에서는, 송전기(1)의 위상 비교부(제2 위상 비교부)(151)가 송전측 피드백 제어부(144)의 내부에 설치되어 있지만, 도 8 내지 도 10에서는, 위상 비교부(151)와 송전측 피드백 제어부(144)(위상 비교부(151)을 제외함)가 별도로 도시되어 있다.
또한 도 8 내지 도 10은, 수전기(2)에 있어서, 수전측 제어부(26), 수전측 통신부(27), 수전측 위상 조정용 발진부(28), 수전 공진 코일(22), 전력 취출 코일(23), 콘덴서(222) 및 수전측 피드백 제어부(244)에 주목하여 도시한 것이기도 하다.
또한 상술한 도 7에서는, 수전기(2)의 위상 비교부(제1 위상 비교부)(251)가 수전측 피드백 제어부(244)의 내부에 설치되어 있지만, 도 8 내지 도 10에서는, 위상 비교부(251)와 수전측 피드백 제어부(244)(위상 비교부(251)를 제외함)가 별도로 도시되어 있다.
또한 도 8 내지 도 10에 있어서, 정류 회로(211) 및 부하(예를 들어 배터리: 저항값 RL)(212)를 갖는 부하 디바이스(21), 및 부하(212)의 저항값 RL과 거의 같은 저항값 RL'의 더미 부하(29)도 스위치 SW1 내지 SW4와 함께 도시되어 있다.
또한 도 8 내지 도 10에 있어서, 전력 공급 코일(12), 송전 공진 코일(13), 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)의 각 코일은, 각각 저항 R1, R2, R13 및 R4, 그리고 인덕터 L1, L2, L3 및 L4에 의하여 등가 회로적으로 도시되어 있다. 또한 전력 공급 코일(12), 송전 공진 코일(13), 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)에 흐르는 전류는 I1, I2, I3 및 I4로서 도시되어 있다.
그리고 도 8에 도시하는 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템에서는, 송전기(1)에 있어서의 목표값 φms는 송전측 제어부(16)로부터 출력되고, 또한 수전기(2)에 있어서의 목표값 φmj는 수전측 제어부(26)로부터 출력되도록 되어 있다.
즉, 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템은, 송전기(1)가 목표값 설정부(143)를 갖고 있지 않고, 수전기(2)가 목표값 설정부(243)를 갖고 있지 않은 점을 제외하면, 실질적으로 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템과 마찬가지의 구성으로 되어 있다.
따라서 제1 실시예의 무선 전력 전송 시스템의 동작은 목표값 φms 및 φmj의 출력 개소가 상이할 뿐, 이하에 상세히 설명하는 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템의 동작과 마찬가지이다.
이와 같이 목표값 φms 및 φmj를 송전측 제어부(16) 및 수전측 제어부(26)로부터 출력함으로써, 각 목표값을, 이용하는 무선 전력 전송 시스템에 최적인 값으로 하여 제어하거나, 또는 다른 기능을 실현하기 위하여 변화시켜 제어하는 것이 가능해진다.
도 8에 도시된 바와 같이 송전기(1)에 있어서, 송전측 피드백 제어부(144)에 대한 목표값(위상차 Δφs의 목표값) φms는 송전측 제어부(16)로부터 출력되고, 또한 교류 전원(11)은 송전측 제어부(16)로부터의 제어 신호 Sps에 의하여 제어된다.
또한 수전기(2)에 있어서, 수전측 피드백 제어부(244)에 대한 목표값(위상차 Δφj의 목표값) φmj는 수전측 제어부(26)로부터 출력되고, 또한 수전측 위상 조정용 발진부(28)는 수전측 제어부(26)로부터의 제어 신호 Spj에 의하여 제어된다.
여기서, 수전기(2)에 있어서의 수전측 위상 조정용 발진부(28)는, 전력 전송에 사용하는 주파수, 즉, 송전기(1)에 있어서의 교류 전원(11)과 동일한, 고정된 발진 주파수의 신호(전압 VB)를 출력한다. 또한 교류 전원(11) 및 수전측 위상 조정용 발진부(28)는, 예를 들어 수정 진동자를 이용하여 그 발진 주파수가 정확히 동일한 주파수로 제어되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 수전기(2)에 있어서, 수전 공진 코일(22)에는 스위치 SW1이 설치되고, 수전측 위상 조정용 발진부(28)와 수전 공진 코일(22) 사이에는 스위치 SW2가 설치되어 있다.
또한 수전기(2)에 있어서, 전력 취출 코일(23)과 부하 디바이스(21) 사이에는 스위치 SW3이 설치되고, 전력 취출 코일(23)의 양단부에는 스위치 SW4를 개재하여 더미 부하(29)가 설치되어 있다.
스위치 SW1 내지 SW4는, 예를 들어 게이트에 제어 신호가 인가된 n채널형 MOS 트랜지스터(nMOS 트랜지스터)로 되어, 각 제어 신호의 레벨이 고레벨 『H』일 때 온되고, 저레벨 『L』일 때 오프된다.
또한 스위치 SW1 및 SW3의 제어 단자(nMOS 트랜지스터의 게이트)에는 수전측 제어부(26)로부터의 제어 신호 CSj가 인가되고, 스위치 SW2 및 SW4의 제어 단자에는 제어 신호 CSj를 인버터에 의해 반전시킨 제어 신호/CSj가 인가된다.
먼저, 수전측 제어부(26)로부터의 제어 신호 CSj가 『L』(제어 신호/CSj가 『H』)일 때, 스위치 SW1 및 SW3이 오프되고 스위치 SW2 및 SW4가 온된다. 이 상태는, 도 9에 도시하는 공진 주파수의 조정 시에 대응한다.
즉, 도 9에 도시된 바와 같이 공진 주파수의 조정 시에 있어서, 수전기(2)의 수전측 위상 조정용 발진부(28)는 수전측 제어부(26)로부터의 제어 신호 Spj에 의하여 동작 상태(온)로 된다.
또한 스위치 SW1이 오프이고 스위치 SW2가 온됨으로써, 수전측 위상 조정용 발진부(28)의 출력 전압 VB는 수전 공진 코일(22)의 양단부에 인가된다. 이때, 전력 취출 코일(23)은 스위치 SW3이 오프됨으로써 부하 디바이스(21)와 분리되고, 그 대신 온 상태의 스위치 SW4를 통하여 더미 부하(29)에 접속된다.
여기서, 더미 부하(29)의 저항값 RL'은 부하 디바이스(21)의 부하(212)의 저항값 RL과 거의 같게 설정되고, 또한 수전측 제어부(26)로부터 수전측 피드백 제어부(244)에 부여되는 목표값 φmj는, 예를 들어 0°로 설정되어 있다.
또한 수전측 위상 조정용 발진부(28)로부터의 출력 전압 VB는, 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수를 조정하기 위하여 사용되므로, 그 전력 용량은 미소해도 된다. 그 때문에 미소 전력 용량의 전압 VB로는, 예를 들어 부하 디바이스(21)의 정류 회로(정류용 IC)(211)가 동작하지 않거나, 또는 비선형 특성에 의하여 부하 저항(212)의 저항값 RL이 정확히 반영되지 않게 된다.
따라서 전력 취출 코일(23)에 대하여 실제의 부하 디바이스(21) 대신, 부하 저항(212)에 상당하는 더미 부하(29)를 접속하여, 미소 전력 용량의 전압 VB로 수전기(2)의 공진 주파수의 조정을 행하도록 되어 있다.
이상에 의하여 수전기(2)에 있어서, 수전측 위상 조정용 발진부(28)의 출력 전압 VB의 위상 φvs'과, 그 전압 VB에 의하여 수전 공진 코일(22)을 흐르는 전류 I3의 위상 φij의 위상차 Δφj가 목표값 φmj(=0°)로 되도록 피드백 제어가 행해진다. 즉, 수전측 피드백 제어부(244)는, 위상차 Δφj가 목표값 φmj로 되도록 제어 신호 KSj를 통하여 콘덴서(222)의 정전 용량을 소정의 값으로 제어한다.
또한 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템에서는, 도 11의 타이밍 차트에 나타난 바와 같이 공진 주파수의 조정 시(공진 조정)에 있어서, 먼저, 기간 Tcs에 송전기(1)의 공진 주파수를 조정하고, 그 후, 기간 Tcj에 수전기(2)의 공진 주파수를 조정한다.
따라서 도 11에 나타난 바와 같이, 상술한 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정은, 공진 조정의 처리를 행하는 기간의 후반 기간 Tcj에 행하고, 전반 기간인 기간 Tcs에는 송전기(1)에 있어서의 공진 주파수의 조정을 행하도록 되어 있다.
즉, 공진 조정의 처리를 행하는 기간의 전반 기간인 기간 Tcs에 있어서, 송전기(1)의 교류 전원(11)은 송전측 제어부(16)로부터의 제어 신호 Sps에 의하여 저출력 상태(조정용 출력 상태)로 된다.
이 교류 전원(11)의 저출력 상태에 있어서, 교류 전원(11)은, 수전기(2)에 대하여 전력을 전송하기 위한 전압을 출력하는 것이 아니라, 단순히 송전기(1)에 있어서의 공진 주파수를 조정하기 위한 낮은 전압을 출력한다.
이것에 의하여 송전기(1)에서는, 교류 전원(11)의 출력 전압 VA의 위상 φvs와, 그 전압 VA에 의하여 송전 공진 코일(13)을 흐르는 전류 Is의 위상 φis의 위상차 Δφj가 목표값 φmj(=180°)로 되도록 피드백 제어가 행해진다.
이 피드백 제어는, 예를 들어 도 2 내지 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이 송전측 피드백 제어부(144)가, 위상차 Δφs가 목표값 φms로 되도록 제어 신호 KSs를 통하여 콘덴서(132)의 정전 용량을 소정의 값으로 제어한다.
여기서, 송전기(1)에 있어서의 공진 주파수의 조정은, 반드시 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정의 직전에 행하지는 않아도 되며, 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정과 동시 또는 그 직후, 또는 다른 적절한 타이밍에서 행할 수도 있다.
다음으로, 수전측 제어부(26)로부터의 제어 신호 CSj가 『H』(제어 신호/CSj가 『L』)일 때, 스위치 SW1 및 SW3이 온되고 스위치 SW2 및 SW4가 오프된다. 이 상태는, 도 10에 도시하는 급전 시(통상의 송전기(1)로부터 수전기(2)에 무선에 의하여 전력을 전송하는 상태)에 대응한다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이 급전 시에 있어서, 수전기(2)의 수전측 위상 조정용 발진부(28)는 수전측 제어부(26)로부터의 제어 신호 Spj에 의하여 정지 상태(오프)로 되고, 또한 스위치 SW2가 오프로 되어 수전 공진 코일(22)로부터 분리된다.
또한 스위치 SW1이 온됨으로써, 수전 공진 코일(22)은 송전기(1)에 있어서의 송전 공진 코일(13)로부터의 전력을 자계 공명(자계 공진)에 의하여 수취한다. 이때, 전력 취출 코일(23)은, 스위치 SW3이 온되고 스위치 SW4가 오프됨으로써 부하 디바이스(21)에 접속된다.
또한 송전기(1)에서는, 송전측 제어부(16)로부터의 제어 신호 Sps에 의하여 교류 전원(11)은 동작 상태(저전력 동작 상태가 아니라 통상의 동작 상태)로 된다.
여기서, 송전기(1)에 있어서의 송전 공진 코일(13)의 공진 주파수는 기간 Tcs에 교류 전원(11)의 주파수와 일치하도록 제어되고, 수전기(2)에 있어서의 수전 공진 코일(22)의 공진 주파수는 수전측 위상 조정용 발진부(28)의 주파수와 일치하도록 제어되어 있다. 또한 교류 전원(11)의 주파수와 수전측 위상 조정용 발진부(28)의 주파수는, 예를 들어 수정 진동자를 이용하여 정확히 제어되어 있다.
따라서 양쪽에서 공진 주파수의 조정이 행해진 송전기(1)로부터 수전기(2)에의 자계 공명에 의한 전력 전송은 높은 송전 효율로 행하는 것이 가능해진다. 도 11에서는, 송전기(1) 및 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정 기간(Tcs, Tcj: 공진 조정)이 소정의 간격으로 반복되도록 되어 있다.
또한 이 공진 조정을 반복하는 소정의 간격으로서는, 송전기(1) 및 수전기(2)의 수나 전력 용량, 또는 주위 환경 등에 따라 다양하게 설정할 수 있으며, 예를 들어 수 분 간격으로 설정할 수 있다.
다음으로, 도 12의 흐름도를 참조하여 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템의 동작 흐름을 설명한다. 먼저, 무선 전력 전송 처리가 개시(스타트)되면 스텝 ST101 및 ST201에 있어서, 송전측(송전기(1))의 송전측 통신부(17) 및 수전측(수전기(2))의 수전측 통신부(27)에 의하여 통신 및 응답 확인을 행하고, 다음 스텝으로 나아간다.
즉, 스텝 ST101 및 ST201에서는, 예를 들어 수전기(2)가 송전기(1)에 의하여 송전 가능한 범위에 존재하는지, 그리고 수전기(2)의 위치나 경사 및 송전하는 전력 등의 정보의 수수, 또는 유료 전력 전송 시스템에 있어서의 수전기(2)의 인증 등을 행한다.
송전측에서는, 다음으로 스텝 ST102로 나아가, 도 9 및 도 11의 기간 Tcs를 참조하여 설명한, 송전기(1)에 있어서의 공진 주파수의 조정(공진 조정)을 개시한다. 즉, 스텝 ST103에 있어서, 교류 전원(11)의 출력 전압 VA를 조정용 출력 전압(저출력 전압)으로 하고, 스텝 ST104로 나아가 위상차의 제어를 행한다.
즉, 스텝 ST104에서는, 송전측 피드백 제어부(144)에 의한 위상차의 제어 처리를 행하고, 스텝 ST105에 있어서, 위상차 Δφs가 목표값 φms보다도 작아질 때까지 스텝 ST104의 위상차의 제어 처리를 반복한다.
그리고 스텝 ST105에 있어서, 위상차 Δφs가 목표값 φms에 의하여 규정된 범위 내로 되었다고 판정되면, 스텝 ST106로 나아가 송전기(1)에 있어서의 공진 조정 처리를 종료하고, 다음의 스텝 ST107로 나아간다.
여기서, 도 9 및 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이 기간 Tcs에 있어서 송전기(1)의 공진 주파수의 조정 처리가 종료되면, 수전측에서는 스텝 ST202에 있어서, 기간 Tcs에 이어지는 기간 Tcj에 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정(공진 조정)을 개시한다.
또한 수전기(2)는 송전측 통신부(17) 및 수전측 통신부(27)의 통신에 의하여 송전기(1)의 공진 주파수의 조정 처리의 종료를 인식하고, 스텝 ST202의 수전기(2)에 있어서의 공진 조정을 개시한다.
즉, 스텝 ST203에 있어서, 도 9를 참조하여 설명한 스위치 SW1 내지 SW4의 전환을 행하고, 또한 스텝 ST204로 나아가, 수전측 제어부(26)에 의하여 수전측 위상 조정용 발진부(28)를 동작 상태(전압 VB를 출력)로 한다.
구체적으로, 스위치 SW1 및 SW3을 오프하고 스위치 SW2 및 SW4를 온하고, 수전측 위상 조정용 발진부(28)의 출력 전압 VB를 수전 공진 코일(22)의 양단부에 인가한다. 또한 전력 취출 코일(23)에 대하여 부하 디바이스(21)를 분리하고, 그 대신 더미 부하(29)를 접속한다.
또한 스텝 ST205로 나아가, 수전측 피드백 제어부(244)에 의한 위상차의 제어 처리를 행하고, 스텝 ST206에 있어서, 위상차 Δφj가 목표값 φmj보다도 작아질 때까지 스텝 ST205의 위상차의 제어 처리를 반복한다.
그리고 스텝 ST206에 있어서, 위상차 Δφj가 목표값 φmj에 의하여 규정된 범위 내로 되었다고 판정되면, 스텝 ST207로 나아가, 도 10을 참조하여 설명한 스위치 SW1 내지 SW4의 전환을 행하고, 스텝 ST208로 나아간다.
스텝 ST208에서는, 수전측 제어부(26)에 의하여 수전측 위상 조정용 발진부(28)를 정지 상태(전압 VB를 정지)로 하고, 스텝 ST209로 나아가 수전기(2)에 있어서의 공진 조정 처리를 종료하고, 그 취지를 송전측에 통지한다.
즉, 송전기(1)는 송전측 통신부(17) 및 수전측 통신부(27)의 통신에 의하여 수전기(2)의 공진 주파수의 조정 처리의 종료를 인식하고, 스텝 ST107에 있어서의 송전을 개시한다.
즉, 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 송전측에서는 스텝 ST108에 있어서, 송전측 제어부(16)로부터의 제어 신호 Sps에 의하여 교류 전원(11)은 저전력 동작 상태가 아니라 통상의 동작 상태로 되어, 송전용 출력 전압 VB를 출력한다.
따라서 송전기(1) 및 수전기(2)는 양쪽 모두 공진 주파수의 조정이 행해진 상태로 되고, 이 상태에서 송전기(1)로부터 수전기(2)에 대하여 자계 공명에 의한 전력 전송이 행해지기 때문에, 높은 송전 효율에 의한 전력 전송이 가능해진다.
또한 스텝 ST109로 나아가 일정 시간이 경과했다고 판정되면, 스텝 ST101(ST201)로 되돌아가 마찬가지의 처리를 반복한다. 즉, 송전기(1) 및 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정을 소정의 간격으로 반복하도록 되어 있다.
여기서, 스텝 ST103에 있어서, 교류 전원(11)의 출력 전압 VA는 조정용의 저출력 전압으로 되기 때문에, 예를 들어 송전기(1)의 공진 주파수의 조정을 종료한 후에 수전기(2)의 공진 주파수의 조정을 개시하는 것이 아니라, 양자를 병렬적으로 행할 수도 있다.
즉, 상술한 바와 같이 송전기(1)에 있어서의 공진 주파수의 조정은, 반드시 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정 직전에 행하지 않아도 되며, 수전기(2)에 있어서의 공진 주파수의 조정과 동시 또는 그 직후, 또는 다른 적절한 타이밍에서 행할 수도 있다.
이와 같이 제2 실시예의 무선 전력 전송 시스템에 의하면, 송전기에 의한 교류 전원의 전압 파형의 위상을 지체 없이 정확히 수전기에 전달하지 않아도 되기 때문에, 고속 데이터 전송이 가능한 전용 통신 회로가 불필요해져, 하드적 부담을 저감시키고 비용도 삭감할 수 있다. 이는, 상술한 제1 실시예 및 후술하는 제3 실시예에서도 마찬가지이다.
도 13은 제3 실시예의 무선 전력 전송 시스템을 도시하는 블록도이다. 도 14 및 도 15는, 도 13에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 13과, 상술한 도 8의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이 제3 실시예의 무선 전력 전송 시스템에서는, 송전기(1)가 온도 센서(제2 온도 센서)(100)를 포함하고, 수전기(2)가 온도 센서(제1 온도 센서)(200)를 포함한다.
여기서, 온도 센서(100)는 송전기(1)에 있어서의 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)의 온도를 측정(검지)하여, 그 온도 신호(제2 온도 신호) Tss를 송전측 제어부(16)에 출력한다. 또한 온도 센서(200)는 수전기(2)에 있어서의 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)의 온도를 측정하여, 그 온도 신호(제1 온도 신호) Tsj를 수전측 제어부(26)에 출력한다.
또한, 예를 들어 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)이 동일한 축 상에 배치되어 있지 않은 경우, 온도 센서(100)는 송전 공진 코일(13)의 온도를 측정하기만 해도 된다. 마찬가지로, 예를 들어 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)이 동일한 축 상에 배치되어 있지 않은 경우, 온도 센서(200)는 수전 공진 코일(22)의 온도를 측정하기만 해도 된다.
다음으로, 도 13에 도시하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서의 동작을, 도 14의 타이밍 차트 및 도 15의 흐름도를 참조하여 설명한다. 또한 도 14의 타이밍 차트에 있어서, 급전 시(기간 Tps) 및 공진 조정 시(기간 Tcs 및 Tcj)는 실질적으로 도 11과 마찬가지이며, 그 설명은 생략한다.
또한 도 15의 흐름도에 있어서, 송전측(송전기(1))의 스텝 ST101 내지 ST108의 처리, 및 수전측(수전기(2))의 스텝 ST201 내지 ST209의 처리는 실질적으로 도 12와 마찬가지이며, 그 설명은 생략한다.
도 15에 도시된 바와 같이 수전측의 스텝 ST209에 있어서, 수전기(2)에 있어서의 공진 조정 처리를 종료하고, 그 취지를 송전측에 통지하여 송전측의 스텝 ST107에서 송전을 개시하면, 수전측에서는 스텝 ST210으로 나아간다.
즉, 수전측의 스텝 ST210에서는, 수전기(2)에 설치된 온도 센서(200)가 이상을 검지했는지의 여부, 즉, 수전측 온도 센서(200)에 의한 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)의 온도 신호 Tsj가 이상값인지의 여부를 판정한다. 스텝 ST210에 있어서, 온도 센서(200)가 이상을 검지하지 않는다고 판정되면, 그대로의 상태에서 송전기(1)로부터 수전기(2)에의 전력 전송을 계속한다.
한편, 스텝 ST210에 있어서, 온도 센서(200)가 이상을 검지하였다고 판정되면, 즉, 온도 신호 Tsj가 이상을 나타내는 역치 온도 Tha를 초과했다고 판정되면, 스텝 ST211로 나아가 온도 센서(200)에 의한 이상 검지를 수신측에 송신한다. 이 수전측의 스텝 ST211에 있어서의 이상의 검지는 수전측에 송신되어, 스텝 ST110에 있어서의 송수전 온도 감시로서 처리된다.
또한 수전측에서는, 스텝 ST212로 나아가 수전측 온도 센서(200)가 정상값을 검지했는지의 여부를 판정한다. 스텝 ST212에 있어서, 수전측 온도 센서(200)가 정상값을 검지하지 않는다고 판정되면, 그대로의 상태에서 수전측 온도 센서(200)가 정상값을 검지하는 것을 기다린다.
또한 수전측의 스텝 ST212의 처리는, 후술하는 바와 같이 송전측에서는 스텝 ST112의 처리에 의하여 송전용 출력 전압 VA가 정지되기 때문에, 전력 전송도 정지됨으로써, 수전측 온도 센서(200)로부터의 온도 신호 Tsj는 시간과 함께 저하된다.
수전측의 스텝 ST212에 있어서, 수전측 온도 센서(200)가 정상값을 검지했다고 판정되면, 스텝 ST213로 나아가 송전측에 대하여 수전측 온도 센서(200)가 정상값을 검지한 것을 전달함과 함께, 스텝 ST210으로 되돌아가 마찬가지의 처리를 행한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 송전측의 스텝 ST108에 있어서, 교류 전원(11)이 통상의 송전 동작을 행하기 위한 송전용 출력 전압 VB를 출력하면, 스텝 ST110으로 나아가 송수전 온도 감시를 행한다.
이 스텝 ST110에 있어서의 송수전 온도 감시는, 송전기(1)의 온도 센서(100)에 의한 전력 공급 코일(12) 및 송전 공진 코일(13)의 온도 감시, 그리고 수전기(2)의 온도 센서(200)에 의한 수전 공진 코일(22) 및 전력 취출 코일(23)의 온도 감시이다.
여기서, 송전측 온도 센서(100)에 의하여 검출된 온도 신호 Tss는 그대로 송전측 제어부(16)에 입력되지만, 수전측 온도 센서(200)에 의하여 검출된 온도 신호 Tsj는 통신(통신부(17, 27) 등)을 통하여 송전측 제어부(16)에 송신된다.
즉, 스텝 ST111에 있어서, 송전측 온도 센서(100) 또는 수전측 온도 센서(200)가 이상을 검지했는지의 여부를 판정하여, 양쪽 모두 이상을 검지하지 않는다고 판정되면, 송수전 온도 감시를 행하면서 송전기(1)로부터 수전기(2)에의 전력 전송을 계속한다.
한편, 스텝 ST111에 있어서, 송전측 온도 센서(100) 또는 수전측 온도 센서(200) 중 적어도 한쪽이 이상을 검지했다고 판정되면, 스텝 ST112로 나아가 송전용 출력 전압 VA를 정지시킨다. 즉, 송전측 제어부(16)는 제어 신호 Sps에 의하여 교류 전원(11)의 동작을 정지시킨다.
이 교류 전원(11)의 동작 정지(전압 VB의 정지) 기간은, 도 14에 있어서, 온도 센서(100, 200)의 온도 신호(Tss, Tsj)가 이상을 나타내는 역치 온도 Tha를 초과하고 난 후, 통상 동작의 상한 온도 Thb보다도 낮아질 때까지의 기간(정지 기간) Tst에 대응한다.
스텝 ST112에서 송전용 출력 전압 VB를 정지시키면, 다음으로 스텝 ST113로 나아가 다시 송수전 온도 감시를 행한다. 즉, 스텝 ST114에 있어서, 송전측 온도 센서(100) 및 수전측 온도 센서(200)의 양쪽이 정상값을 검지했는지의 여부를 판정하여, 적어도 한쪽이 이상을 검지했다고 판정되면, 송수전 온도 감시를 행하면서 송전용 출력 전압 VB의 정지를 계속한다.
한편, 스텝 ST114에 있어서, 송전측 온도 센서(100) 및 수전측 온도 센서(200)의 양쪽이 정상값을 검지했다고 판정되면, 스텝 ST101(ST201)로 되돌아간다.
즉, 온도 센서(100 및 200)에 의하여 검출된 온도 신호 Tss 및 Tsj가 통상 동작의 상한 온도 Thb보다도 낮아져 정상값의 범위가 되었다고 판정되면, 스텝 ST101 및 ST201로 되돌아가 마찬가지의 처리를 반복한다.
또한 도 13에 도시하는 제3 실시예의 무선 전력 전송 시스템에 있어서도, 예를 들어 도 7의 제1 실시예와 마찬가지로 송전기(1) 및 수전기(2)에 대하여 각각 목표값 설정부(143 및 243)를 설치하여, 목표값 φms 및 φmj를 출력하도록 해도 된다.
상술한 무선 전력 전송 시스템의 실시예에 있어서, 송전기(1) 및 수전기(2)는 하나로 하여 설명했지만, 각각 복수여도 됨은 물론이다. 또한 송전 공진 코일(LC 공진기)(13)로부터 수전 공진 코일(LC 공진기)(22)에의 전력 전송은 자계 공명(자계 공진)에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 전계 공명(전계 공진) 등을 이용하는 것이어도 된다.
여기에 기재되어 있는 모든 예 및 조건적인 용어는, 독자가, 본 발명과 기술의 진전을 위하여 발명자에 의하여 부여되는 개념을 이해할 때의 도움이 되도록 교육적인 목적을 의도한 것이다.
또한 구체적으로 기재되어 있는 상기 예 및 조건, 그리고 본 발명의 우위성 및 열등성을 나타내는 것에 관한, 본 명세서에 있어서의 예의 구성에 한정되지 않고 해석되어야 할 것이다.
또한 본 발명의 실시예는 상세히 설명되어 있지만, 본 발명의 정신 및 범위로부터 일탈하지 않고 다양한 변형, 치환 및 수정을 이에 가하는 것이 가능한 것으로 해석되어야 한다.
1: 송전기(1차측: 송전측)
2: 수전기(2차측: 수전측)
11: 교류 전원
12: 전력 공급 코일
13: 송전 공진 코일(LC 공진기)
14: 송전측 제어 회로
16: 송전측 제어부
17: 송전측 통신부
21: 부하 디바이스
22: 수전 공진 코일(LC 공진기)
23: 전력 취출 코일
24: 수전측 제어 회로
26: 수전측 제어부
27: 수전측 통신부
28: 수전측 위상 조정용 발진부
29: 더미 부하
100: 온도 센서(제2 온도 센서)
132, 222: 콘덴서(가변 콘덴서: 가변 용량 디바이스)
143, 243: 목표값 설정부
144: 송전측 피드백 제어부
145: 위상 송신부
151: 위상 비교부(제2 위상 비교부)
200: 온도 센서(제1 온도 센서)
211: 정류 회로(정류용 IC)
212: 부하 저항
241: 위상 수신부
244: 수전측 피드백 제어부
251: 위상 비교부(제1 위상 비교부)
SC: 송전계 코일
JC: 수전계 코일

Claims (20)

  1. 송전기로부터의 전력을, 자계 공명 또는 전계 공명을 이용하여 무선에 의하여 수취하는 수전 공진 코일과,
    소정의 주파수로 발진하는 전압을 출력하는 수전측 위상 조정용 발진부와,
    상기 송전기와의 사이에서 통신을 행하는 수전측 통신부와,
    상기 수전측 통신부로부터의 출력을 수취하고, 상기 수전측 위상 조정용 발진부로부터의 출력 전압을 사용하여 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행하는 수전측 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 수전기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수전 공진 코일로부터의 전력을 전자기 유도를 이용하여 수취하는 전력 취출 코일과,
    상기 전력 취출 코일로부터 취출된 전력을 수취하는 부하 디바이스와,
    상기 부하 디바이스에 상당하는 저항값을 갖는 더미 부하를 더 갖고,
    상기 수전측 제어부는,
    상기 수전 공진 코일에 대하여 상기 수전측 위상 조정용 발진부의 출력 전압을 인가함과 함께, 상기 전력 취출 코일의 부하를 상기 더미 부하로 하여 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 수전측 제어부는,
    상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행한 후, 상기 수전측 위상 조정용 발진부를 정지시켜 상기 수전 공진 코일이 상기 송전기로부터의 전력을 수취하도록 함과 함께, 상기 전력 취출 코일의 부하를 상기 부하 디바이스로 하여 상기 송전기로부터의 전력을 수취하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수전측 위상 조정용 발진부로부터의 출력 전압의 위상 및 상기 수전 공진 코일을 흐르는 전류의 위상을 비교하는 제1 위상 비교부와,
    상기 제1 위상 비교부로부터 출력되는 위상차를 목표값에 따라 제어하는 수전측 피드백 제어부를 더 갖고,
    상기 수전측 피드백 제어부는,
    상기 수전 공진 코일에 설치된 용량값이 가변인 콘덴서를 제어하여, 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 목표값을 설정하는 목표값 설정부를 더 갖고, 상기 수전측 피드백 제어부는 상기 목표값 설정부의 출력을 수취하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 목표값은 상기 수전측 제어부로부터 출력되고, 상기 수전측 피드백 제어부는 상기 수전측 제어부의 출력을 수취하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정은 소정의 간격으로 반복하여 행하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수전 공진 코일의 온도를 측정하는 제1 온도 센서를 더 갖고,
    상기 수전측 제어부는,
    상기 제1 온도 센서로부터의 제1 온도 신호를 수취하여 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수전측 제어부는,
    상기 제1 온도 센서로부터의 제1 온도 신호를 상기 수전측 통신부를 통하여 상기 송전기에 송신하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  10. 적어도 1개의 송전기 및 적어도 1개의 수전기를 포함하는 무선 전력 전송 시스템으로서,
    상기 수전기는, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 수전기인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 송전기는,
    소정의 주파수로 발진하는 전압을 출력하는 교류 전원과,
    상기 교류 전원의 출력 전압을 수취하는 전력 공급 코일과,
    상기 전력 공급 코일로부터의 전력을 전자기 유도를 이용하여 수취하고, 상기 수전 공진 코일에 대하여 자계 공명 또는 전계 공명을 이용하여 무선에 의하여 전력을 전송하는 송전 공진 코일과,
    상기 수전기와의 사이에서 통신을 행하는 송전측 통신부를 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 송전기는,
    상기 송전측 통신부로부터의 출력을 수취하고, 상기 교류 전원으로부터의 출력 전압을 사용하여 상기 송전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행하는 송전측 제어부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 송전측 제어부는,
    상기 교류 전원으로부터의 출력 전압을, 상기 송전기로부터 상기 수전기에 대하여 전력을 전송할 때의 전압보다도 낮은 전압으로 하여, 상기 송전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 송전측 제어부에 의한 상기 송전 공진 코일의 공진 주파수의 조정은, 상기 수전측 제어부에 의한 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수의 조정 직전에 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 송전측 제어부에 의한 상기 송전 공진 코일의 공진 주파수는, 상기 수전측 제어부에 의한 상기 수전 공진 코일의 공진 주파수와 동일한 주파수인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송전기는,
    상기 송전 공진 코일의 온도를 측정하는 제2 온도 센서를 더 갖고,
    상기 송전측 제어부는,
    상기 제2 온도 센서로부터의 제2 온도 신호를 수취하여 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 송전측 제어부는,
    상기 제2 온도 센서로부터의 제2 온도 신호와 함께, 상기 수전측 통신부 및 상기 송전측 통신부를 통하여 상기 수전기의 상기 제1 온도 센서로부터의 제1 온도 신호를 수취하여, 온도 이상 시의 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송전기는,
    상기 교류 전원으로부터의 출력 전압의 위상 및 상기 송전 공진 코일을 흐르는 전류의 위상을 비교하는 제2 위상 비교부와,
    상기 제2 위상 비교부로부터 출력되는 위상차를 목표값에 따라 제어하는 송전측 피드백 제어부를 더 갖고,
    상기 송전측 피드백 제어부는,
    상기 송전 공진 코일에 설치된 용량값이 가변인 콘덴서를 제어하여, 상기 송전 공진 코일의 공진 주파수의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 시스템.
  19. 송전기로부터의 전력을, 자계 공명 또는 전계 공명을 이용하여 무선에 의하여 수전기가 수취하는 무선 전력 전송 방법으로서,
    상기 수전기에 대하여 소정의 주파수로 발진하는 전압을 출력하는 수전측 위상 조정용 발진부를 설치하고,
    상기 수전측 위상 조정용 발진부로부터의 출력 전압을 사용하여 상기 수전기의 공진 주파수의 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 송전기에 있어서의 교류 전원으로부터의 출력 전압을, 상기 송전기로부터 상기 수전기에 대하여 전력을 전송할 때의 전압보다도 낮은 전압으로 하여, 상기 송전기의 공진 주파수의 조정을 행하고,
    상기 송전기의 공진 주파수는 상기 수전기의 공진 주파수와 동일한 주파수인 것을 특징으로 하는 무선 전력 전송 방법.
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