KR20170066525A - 수전기 및 전력 전송 시스템 - Google Patents

수전기 및 전력 전송 시스템 Download PDF

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KR20170066525A
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사또시 시모까와
아끼요시 우찌다
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후지쯔 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 수전기 또는 전력 전송 시스템에 있어서, 수전 효율을 조정할 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 수전기(100)는 자계 공명에 의해 수전하는 2차측 공진 코일(110)과, 상기 2차측 공진 코일(110)의 공진 코일부(111)에 직렬로 삽입되는 캐패시터(115)와, 상기 캐패시터에 병렬로 접속되는, 제1 스위치(131X) 및 제2 스위치(131Y)의 직렬 회로와, 상기 제1 스위치에 병렬로 접속되는 제1 정류 소자(132X)와, 상기 제2 스위치에 병렬로 접속되며 상기 제1 정류 소자와는 반대의 방향을 갖는 제2 정류 소자(132Y)와, 송전 주파수에 관한 파형을 검출하는 검출부(116)와, 상기 검출부에 의해 검출된 파형과, 상기 제1 스위치의 온/오프를 전환하는 제1 신호 및 상기 제2 스위치의 온/오프를 전환하는 제2 신호의 위상차를 조정함으로써 수전 전력량을 조정하는 제어부(150)를 포함한다.

Description

수전기 및 전력 전송 시스템{POWER RECEIVER AND POWER TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 수전기 및 전력 전송 시스템에 관한 것이다.
종래부터, 급전원의 공명 소자로부터 공명에 의해 비접촉으로 교류 전력의 공급을 받는 공명 소자와, 상기 공명 소자부터 전자 유도에 의해 교류 전력의 공급을 받는 여진 소자와, 상기 여진 소자로부터의 교류 전력으로부터 직류 전력을 생성하여 출력하는 정류 회로와, 상기 정류 회로에의 교류 전력의 공급/비공급을 전환하는 전환 회로를 구비하는 비접촉 수전 장치가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2011-019291호 공보
그런데, 종래의 비접촉 수전 장치(수전기)는 수전기에 송전되는 전력을 공명 소자가 전력할 때의 수전 효율을 고려하고 있지 않다. 수전 효율을 조정할 수 있으면, 송전기와 수전기 사이에서 효율적으로 전력을 전송할 수 있다.
따라서, 수전 효율을 조정할 수 있는 수전기 및 전력 전송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 형태의 수전기는, 공진 코일부를 갖고, 1차측 공진 코일과의 사이에서 발생하는 자계 공명에 의해 상기 1차측 공진 코일로부터 전력을 수전하는 2차측 공진 코일과, 상기 2차측 공진 코일의 상기 공진 코일부에 직렬로 삽입되는 캐패시터와, 상기 캐패시터에 병렬로 접속되는, 제1 스위치 및 제2 스위치의 직렬 회로와, 상기 제1 스위치에 병렬로 접속되며, 제1 정류 방향을 갖는 제1 정류 소자와, 상기 제2 스위치에 병렬로 접속되며, 상기 제1 정류 방향과는 반대의 제2 정류 방향을 갖는 제2 정류 소자와, 상기 2차측 공진 코일에 공급되는 전원의 전압 파형 또는 전류 파형을 검출하는 검출부와, 상기 검출부가 검출한 전압 파형 또는 전류 파형과, 상기 제1 스위치의 온/오프를 전환하는 제1 신호 및 상기 제2 스위치의 온/오프를 전환하는 제2 신호의 위상차를 조정함으로써, 상기 2차측 공진 코일이 수전하는 전력량을 조정하는 제어부를 포함한다.
수전 효율을 조정할 수 있는 수전기 및 전력 전송 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 전력 전송 시스템(50)을 도시하는 도면이다.
도 2는 송전기(10)로부터 전자 기기(40A, 40B)에 자계 공명에 의해 전력을 전송하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 송전기(10)로부터 전자 기기(40B1, 40B2)에 자계 공명에 의해 전력을 전송하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 4는 실시 형태 1의 수전기(100)와 송전 장치(80)를 도시하는 도면이다.
도 5는 제어부(150)의 내부 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 캐패시터(115) 및 조정부(130)에 있어서의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 7은 2차측 공진 코일(110)에 발생하는 교류 전압과, 구동 신호에 포함되는 2개의 클럭을 도시하는 도면이다.
도 8은 위상차에 대한 수전 효율의 특성을 나타내는 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태 1의 전력 전송 시스템(500)을 사용한 송전 장치(80)와 전자 기기(200A 및 200B)를 도시하는 도면이다.
도 10은 구동 신호의 위상차와, 수전기(100A 및 100B)의 수전 전력량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 11은 송전기(10)와 수전기(100A 및 100B)가 위상차를 설정하기 위해 실행하는 처리를 나타내는 태스크도이다.
도 12는 송전 장치(80)와 전자 기기(200A 및 200B)의 등가 회로를 도시하는 도면이다.
도 13은 상호 인덕턴스 MTA와 상호 인덕턴스 MTB의 관계에 대하여, 위상차를 관련지은 테이블 데이터를 도시하는 도면이다.
도 14는 상호 인덕턴스 MTA, MTB와, 수전 효율을 관련지은 테이블 데이터이다.
도 15는 실시 형태 1의 송전기(10)가 수전기(100A 또는 100B)의 위상차를 설정하는 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 16은 실시 형태 1의 변형예의 조정부(130V)를 도시하는 도면이다.
도 17은 캐패시터(115) 및 조정부(130V)에 있어서의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 18은 실시 형태 2의 수전기(101)와 송전 장치(80)를 도시하는 도면이다.
도 19는 실시 형태 2의 수전기(101A, 101B)와 송전기(10)가 위상차를 설정하기 위해 실행하는 처리를 나타내는 태스크도이다.
도 20은 실시 형태 2의 수전기(101A, 101B)와 송전기(10)가 위상차를 설정하기 위해 실행하는 처리를 나타내는 태스크도이다.
도 21은 실시 형태 2의 수전기(101A, 101B)와 송전기(10)가 위상차를 설정하기 위해 실행하는 처리를 나타내는 태스크도이다.
도 22는 실시 형태 3에 있어서의 송전기(10)와 N개의 수전기(101-1, 101-2, …, 101-N)를 도시하는 도면이다.
도 23은 실시 형태 3에 의한 위상차와 송전 출력 P의 결정 처리를 나타내는 플로우차트이다.
도 24는 실시 형태 3에서 사용하는 테이블 형식의 데이터를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 수전기 및 전력 전송 시스템을 적용한 실시 형태에 대하여 설명한다.
<실시 형태 1>
본 발명의 수전기 및 전력 전송 시스템을 적용한 실시 형태 1에 대하여 설명하기 전에, 도 1 내지 도 3을 사용하여, 실시 형태 1의 수전기 및 전력 전송 시스템의 전제 기술에 대하여 설명한다.
도 1은 전력 전송 시스템(50)을 도시하는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 전력 전송 시스템(50)은 교류 전원(1), 1차측(송전측)의 송전기(10) 및 2차측(수전측)의 수전기(20)를 포함한다. 전력 전송 시스템(50)은 송전기(10) 및 수전기(20)를 복수 포함해도 된다.
송전기(10)는 1차측 코일(11)과 1차측 공진 코일(12)을 갖는다. 수전기(20)는 2차측 공진 코일(21)과 2차측 코일(22)을 갖는다. 2차측 코일(22)에는 부하 장치(30)가 접속된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 송전기(10) 및 수전기(20)는 1차측 공진 코일(LC 공진기)(12)과 수전 공진 코일(LC 공진기)(21) 사이의 자계 공명(자계 공진)에 의해, 송전기(10)로부터 수전기(20)에 에너지(전력)의 전송을 행한다. 여기서, 1차측 공진 코일(12)로부터 2차측 공진 코일(21)에의 전력 전송은, 자계 공명뿐만 아니라 전계 공명(전계 공진) 등도 가능하지만, 이하의 설명에서는, 주로 자계 공명을 예로 들어 설명한다.
또한, 실시 형태 1에서는, 일례로서, 교류 전원(1)이 출력하는 교류 전압의 주파수가 6.78㎒이고, 1차측 공진 코일(12)과 2차측 공진 코일(21)의 공진 주파수가 6.78㎒인 경우에 대하여 설명한다.
또한, 1차측 코일(11)로부터 1차측 공진 코일(12)에의 전력 전송은 전자 유도를 이용하여 행해지고, 또한, 2차측 공진 코일(21)로부터 2차측 코일(22)에의 전력 전송도 전자 유도를 이용하여 행해진다.
또한, 도 1에는, 전력 전송 시스템(50)이 2차측 코일(22)을 포함하는 형태를 도시하지만, 전력 전송 시스템(50)은 2차측 코일(22)을 포함하지 않아도 되고, 이 경우에는, 2차측 공진 코일(21)에 부하 장치(30)를 직접적으로 접속하면 된다.
도 2는 송전기(10)로부터 전자 기기(40A, 40B)에 자계 공명에 의해 전력을 전송하는 상태를 도시하는 도면이다.
전자 기기(40A 및 40B)는, 각각, 태블릿 컴퓨터 및 스마트폰이며, 각각, 수전기(20A, 20B)를 내장하고 있다. 수전기(20A 및 20B)는, 도 1에 도시한 수전기(20)(도 1 참조)로부터 2차측 코일(22)을 제거한 구성을 갖는다. 즉, 수전기(20A 및 20B)는, 2차측 공진 코일(21)을 갖는다. 또한, 도 2에서는 송전기(10)를 간략화하여 도시하지만, 송전기(10)는 교류 전원(1)(도 1 참조)에 접속되어 있다.
도 2에서는, 전자 기기(40A, 40B)는, 송전기(10)로부터 서로 동일한 거리의 위치에 배치되어 있고, 각각이 내장하는 수전기(20A 및 20B)가 자계 공명에 의해 송전기(10)로부터 비접촉의 상태에서 동시에 전력을 수전하고 있다.
여기서 일례로서, 도 2에 도시한 상태에 있어서, 전자 기기(40A)에 내장되는 수전기(20A)의 수전 효율이 40％, 전자 기기(40B)에 내장되는 수전기(20B)의 수전 효율이 40％인 것으로 한다.
수전기(20A 및 20B)의 수전 효율은, 교류 전원(1)에 접속되는 1차측 코일(11)로부터 전송되는 전력에 대한, 수전기(20A 및 20B)의 2차측 코일(22)이 수전하는 전력의 비율로 나타내어진다. 또한, 송전기(10)가 1차측 코일(11)을 포함하지 않고 교류 전원(1)에 1차측 공진 코일(12)이 직접적으로 접속되어 있는 경우에는, 1차측 코일(11)로부터 전송되는 전력 대신에, 1차측 공진 코일(12)로부터 전송되는 전력을 사용하여 수전 전력을 구하면 된다. 또한, 수전기(20A 및 20B)가 2차측 코일(22)을 포함하지 않는 경우에는, 2차측 코일(22)이 수전하는 전력 대신에 2차측 공진 코일(21)이 수전하는 전력을 사용하여 수전 전력을 구하면 된다.
수전기(20A 및 20B)의 수전 효율은, 송전기(10)와 수전기(20A 및 20B)의 코일 사양이나 각각과의 사이의 거리ㆍ자세에 의해 정해진다. 도 2에서는, 수전기(20A 및 20B)의 구성은 동일하며, 송전기(10)로부터 서로 동일한 거리ㆍ자세의 위치에 배치되어 있기 때문에, 수전기(20A 및 20B)의 수전 효율은 서로 동일하고, 일례로서, 40％이다.
또한, 전자 기기(40A)의 정격 출력은 10W, 전자 기기(40B)의 정격 출력은 5W인 것으로 한다.
이와 같은 경우에는, 송전기(10)의 1차측 공진 코일(12)(도 1 참조)로부터 전송되는 전력은 18.75W로 된다. 18.75W는 (10W+5W)/(40％+40％)에 의해 구해진다.
그런데, 송전기(10)로부터 18.75W의 전력을 전자 기기(40A 및 40B)를 향하여 전송하면, 수전기(20A 및 20B)는, 합계 15W의 전력을 수신하게 되고, 수전기(20A 및 20B)는 균등하게 전력을 수전하기 때문에, 각각이 7.5W의 전력을 수전하게 된다.
이 결과, 전자 기기(40A)는 전력이 2.5W 부족하고, 전자 기기(40B)는 전력이 2.5W 남게 된다.
즉, 송전기(10)로부터 18.75W의 전력을 전자 기기(40A 및 40B)에 전송해도, 전자 기기(40A 및 40B)가 밸런스 좋게 수전할 수는 없다. 바꾸어 말하면, 전자 기기(40A 및 40B)가 동시에 수전할 때에 있어서의 전력의 공급 밸런스가 좋지 않다.
도 3은 송전기(10)로부터 전자 기기(40B1, 40B2)에 자계 공명에 의해 전력을 전송하는 상태를 도시하는 도면이다.
전자 기기(40B1, 40B2)는, 동일한 타입의 스마트폰이며, 각각, 수전기(20B1, 20B2)를 내장하고 있다. 수전기(20B1 및 20B2)는, 도 2에 도시한 수전기(20B)와 동일하다. 즉, 수전기(20B1 및 20B2)는, 2차측 공진 코일(21)을 갖는다. 또한, 도 3에서는 송전기(10)를 간략화하여 도시하지만, 송전기(10)는 교류 전원(1)(도 1 참조)에 접속되어 있다.
도 3에서는, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 송전기(10)에 대한 각도(자세)는 동일하지만, 전자 기기(40B1)는, 전자 기기(40B2)보다도 송전기(10)로부터 먼 위치에 배치되어 있다. 전자 기기(40B1, 40B2)가 각각 내장한 수전기(20B1 및 20B2)는, 자계 공명에 의해 송전기(10)로부터 비접촉의 상태에서 전력을 동시에 수전하고 있다.
여기서 일례로서, 도 3에 도시한 상태에 있어서, 전자 기기(40B1)에 내장되는 수전기(20B1)의 수전 효율이 35％, 전자 기기(40B2)에 내장되는 수전기(20B2)의 수전 효율이 45％인 것으로 한다.
여기에서는, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 송전기(10)에 대한 각도(자세)는 동일하기 때문에, 수전기(20B1 및 20B2)의 수전 효율은, 수전기(20B1 및 20B2)의 각각과 송전기(10) 사이의 거리에 의해 정해진다. 이 때문에, 도 3에서는, 수전기(20B1)의 수전 효율은, 수전기(20B2)의 수전 효율보다도 낮다. 또한, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 정격 출력은 모두 5W이다.
이와 같은 경우에는, 송전기(10)의 1차측 공진 코일(12)(도 1 참조)로부터 전송되는 전력은 12.5W로 된다. 12.5W는 (5W+5W)/(35％+45％)에 의해 구해진다.
그런데, 송전기(10)로부터 12.5W의 전력을 전자 기기(40B1 및 40B2)를 향하여 전송하면, 수전기(20B1 및 20B2)는 합계 10W의 전력을 수신하게 된다. 또한, 도 3에서는, 수전기(20B1)의 수전 효율이 35％이고, 수전기(20B2)의 수전 효율이 45％이므로, 수전기(20B1)는 약 4.4W의 전력을 수전하고, 수전기(20B2)는 약 5.6％의 전력을 수전하게 된다.
이 결과, 전자 기기(40B1)는 전력이 약 0.6W 부족하고, 전자 기기(40B2)는 전력이 0.6W 남게 된다.
즉, 송전기(10)로부터 12.5W의 전력을 전자 기기(40B1 및 40B2)에 전송해도, 전자 기기(40B1 및 40B2)가 밸런스 좋게 수전할 수는 없다. 바꾸어 말하면, 전자 기기(40B1 및 40B2)가 동시에 수전할 때에 있어서의 전력의 공급 밸런스가 좋지 않다(개선의 여지가 있음).
또한, 여기에서는, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 송전기(10)에 대한 각도(자세)가 동일하고, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 송전기(10)로부터의 거리가 상이한 경우의 전력 공급 밸런스에 대하여 설명하였다.
그러나, 수전 효율은, 송전기(10)와 수전기(20B1 및 20B2) 사이의 거리와 각도(자세)에 의해 정해지기 때문에, 도 3에 도시한 위치 관계에 있어서 전자 기기(40B1 및 40B2)의 각도(자세)가 상이하면, 수전기(20B1 및 20B2)의 수전 효율은 상술한 35％ 및 45％와는 상이한 값으로 된다.
또한, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 송전기(10)로부터의 거리가 동일해도, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 송전기(10)에 대한 각도(자세)가 상이하면, 수전기(20B1 및 20B2)의 수전 효율은 서로 다른 값으로 된다.
이상, 도 2에 도시한 바와 같이, 정격 출력이 서로 다른 전자 기기(40A, 40B)에, 송전기(10)로부터 자계 공명에 의해 전력을 동시에 전송할 때에는, 전자 기기(40A 및 40B)가 밸런스 좋게 수전하는 것은 곤란하다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 정격 출력이 서로 동일해도, 전자 기기(40B1 및 40B2)의 송전기(10)에 대한 각도(자세)가 상이하면, 수전기(20B1 및 20B2)의 수전 효율은 서로 다르기 때문에, 전자 기기(40B1 및 40B2)가 밸런스 좋게 수전하는 것은 곤란하다.
또한, 도 2 및 도 3에서는, 전자 기기(40A 및 40B)와, 전자 기기(40B1 및 40B2)가 각각 동시에 수전하는 경우에 대하여 설명하였지만, 전자 기기(40A, 40B), 또는, 전자 기기(40B1, 40B2)와 같은 복수의 전자 기기가 시분할적으로 따로따로 수전하는 것도 생각된다.
그러나, 복수의 전자 기기가 시분할적으로 따로따로 수전하는 경우에는, 각각의 전자 기기가 수전하고 있는 동안에는, 다른 전자 기기는 수전할 수 없기 때문에, 모든 전자 기기의 수전이 완료되는 데 시간이 걸린다고 하는 문제가 발생한다.
다음에, 도 4 내지 도 9를 사용하여, 실시 형태 1의 수전기 및 전력 전송 시스템에 대하여 설명한다.
도 4는 실시 형태 1의 수전기(100)와 송전 장치(80)를 도시하는 도면이다. 송전 장치(80)는 교류 전원(1)과 송전기(10)를 포함한다. 교류 전원(1)과 송전기(10)는 도 1에 도시한 것과 마찬가지이지만, 도 4에서는 보다 구체적인 구성을 도시한다.
송전 장치(80)는 교류 전원(1)과 송전기(10)를 포함한다.
송전기(10)는 1차측 코일(11), 1차측 공진 코일(12), 정합 회로(13), 캐패시터(14), 제어부(15) 및 안테나(16)를 갖는다.
수전기(100)는 2차측 공진 코일(110), 캐패시터(115), 전압계(116), 정류 회로(120), 조정부(130), 평활 캐패시터(140), 제어부(150), 전압계(155), 출력 단자(160X, 160Y) 및 안테나(170)를 포함한다. 출력 단자(160X, 160Y)에는, DC-DC 컨버터(210)가 접속되어 있고, DC-DC 컨버터(210)의 출력측에는 배터리(220)가 접속되어 있다.
먼저, 송전기(10)에 대하여 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 1차측 코일(11)은 루프 형상의 코일이며, 양단간에 정합 회로(13)를 통해 교류 전원(1)에 접속되어 있다. 1차측 코일(11)은 1차측 공진 코일(12)과 비접촉으로 근접하여 배치되어 있고, 1차측 공진 코일(12)과 전자계 결합된다. 1차측 코일(11)은 자기의 중심축이 1차측 공진 코일(12)의 중심축과 일치하도록 배설된다. 중심축을 일치시키는 것은, 1차측 코일(11)과 1차측 공진 코일(12)의 결합 강도를 향상시킴과 함께, 자속의 누설을 억제하여, 불필요한 전자계가 1차측 코일(11) 및 1차측 공진 코일(12)의 주위에 발생하는 것을 억제하기 위해서이다.
1차측 코일(11)은 교류 전원(1)으로부터 정합 회로(13)를 거쳐 공급되는 교류 전력에 의해 자계를 발생시키고, 전자 유도(상호 유도)에 의해 전력을 1차측 공진 코일(12)에 송전한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 1차측 공진 코일(12)은 1차측 코일(11)과 비접촉으로 근접하여 배치되어 1차측 코일(11)과 전자계 결합되어 있다. 또한, 1차측 공진 코일(12)은 소정의 공진 주파수를 갖고, 높은 Q값을 갖도록 설계되어 있다. 1차측 공진 코일(12)의 공진 주파수는, 2차측 공진 코일(110)의 공진 주파수와 동일하게 되도록 설정되어 있다. 1차측 공진 코일(12)의 양단의 사이에, 공진 주파수를 조정하기 위한 캐패시터(14)가 직렬로 접속된다.
1차측 공진 코일(12)의 공진 주파수는, 교류 전원(1)이 출력하는 교류 전력의 주파수와 동일한 주파수로 되도록 설정되어 있다. 1차측 공진 코일(12)의 공진 주파수는, 1차측 공진 코일(12)의 인덕턴스와, 캐패시터(14)의 정전 용량에 의해 정해진다. 이 때문에, 1차측 공진 코일(12)의 인덕턴스와, 캐패시터(14)의 정전 용량은, 1차측 공진 코일(12)의 공진 주파수가, 교류 전원(1)으로부터 출력되는 교류 전력의 주파수와 동일한 주파수로 되도록 설정되어 있다.
정합 회로(13)는 1차측 코일(11)과 교류 전원(1)의 임피던스 정합을 취하기 위해 삽입되어 있고, 인덕터 L과 캐패시터 C를 포함한다.
교류 전원(1)은 자계 공명에 필요한 주파수의 교류 전력을 출력하는 전원이며, 출력 전력을 증폭하는 앰프를 내장한다. 교류 전원(1)은, 예를 들어 수백㎑ 내지 수십㎒ 정도의 고주파의 교류 전력을 출력한다.
캐패시터(14)는 1차측 공진 코일(12)의 양단의 사이에, 직렬로 삽입되는 가변 용량형의 캐패시터이다. 캐패시터(14)는 1차측 공진 코일(12)의 공진 주파수를 조정하기 위해 설치되어 있고, 정전 용량은 제어부(15)에 의해 설정된다.
제어부(15)는 교류 전원(1)의 출력 전압 및 출력 주파수의 제어, 캐패시터(14)의 정전 용량의 제어 등을 행한다. 또한, 제어부(15)는 안테나(16)를 통해, 수전기(100)와 데이터 통신을 행한다.
이상과 같은 송전 장치(80)는 교류 전원(1)으로부터 1차측 코일(11)에 공급되는 교류 전력을 자기 유도에 의해 1차측 공진 코일(12)에 송전하고, 1차측 공진 코일(12)로부터 자계 공명에 의해 전력을 수전기(100)의 2차측 공진 코일(110)에 송전한다.
다음에, 수전기(100)에 포함되는 2차측 공진 코일(110)에 대하여 설명한다. 여기에서는, 일례로서, 공진 주파수가 6.78㎒인 형태에 대하여 설명한다.
2차측 공진 코일(110)은 1차측 공진 코일(12)과 동일한 공진 주파수를 갖고, 높은 Q값을 갖도록 설계되어 있다. 2차측 공진 코일(110)은 공진 코일부(111)와, 단자(112X, 112Y)를 갖는다. 여기서, 공진 코일부(111)는 실체적으로는 2차측 공진 코일(110) 그 자체이지만, 여기에서는, 공진 코일부(111)의 양단에 단자(112X, 112Y)를 설치한 것을 2차측 공진 코일(110)로서 취급한다.
공진 코일부(111)에는, 공진 주파수를 조정하기 위한 캐패시터(115)가 직렬로 삽입되어 있다. 또한, 캐패시터(115)에는, 조정부(130)가 병렬로 접속되어 있다. 또한, 공진 코일부(111)의 양단에는, 단자(112X, 112Y)가 설치되어 있다. 단자(112X, 112Y)는, 정류 회로(120)에 접속되어 있다. 단자(112X, 112Y)는, 각각, 제1 단자 및 제2 단자의 일례이다.
2차측 공진 코일(110)은 2차측 코일을 통하지 않고 정류 회로(120)에 접속되어 있다. 2차측 공진 코일(110)은 조정부(130)에 의해 공진이 발생할 수 있는 상태로 되어 있을 때에는, 송전기(10)의 1차측 공진 코일(12)로부터 자계 공명에 의해 송전되는 교류 전력을 정류 회로(120)에 출력한다.
캐패시터(115)는 2차측 공진 코일(110)의 공진 주파수를 조정하기 위해, 공진 코일부(111)에 직렬로 삽입되어 있다. 캐패시터(115)는 단자(115X 및 115Y)를 갖는다. 캐패시터(115)에는 조정부(130)가 병렬로 접속되어 있다.
전압계(116)는 캐패시터(115)에 병렬로 접속되어 있고, 캐패시터(115)의 양 단자간 전압을 측정한다. 전압계(116)는 2차측 공진 코일(110)이 수전하는 교류 전력의 전압을 검출하고, 전압을 나타내는 신호를 제어부(150)에 전송한다. 전압계(116)에서 측정하는 교류 전압은, 스위치(131X 및 131Y)를 구동하는 구동 신호의 동기를 취하기 위해 사용된다.
정류 회로(120)는 4개의 다이오드(121∼124)를 갖는다. 다이오드(121∼124)는 브리지 형상으로 접속되어 있고, 2차측 공진 코일(110)로부터 입력되는 전력을 전파 정류하여 출력한다.
조정부(130)는 2차측 공진 코일(110)의 공진 코일부(111)에 있어서, 캐패시터(115)에 병렬로 접속되어 있다.
조정부(130)는 스위치(131X, 131Y), 다이오드(132X, 132Y), 캐패시터(133X, 133Y) 및 단자(134X, 134Y)를 갖는다.
스위치(131X 및 131Y)는, 단자(134X 및 134Y)의 사이에서 서로 직렬로 접속되어 있다. 스위치(131X 및 131Y)는, 각각, 제1 스위치 및 제2 스위치의 일례이다. 단자(134X, 134Y)는, 각각, 캐패시터(115)의 단자(115X, 115Y)에 접속되어 있다. 이 때문에, 스위치(131X 및 131Y)의 직렬 회로는, 캐패시터(115)에 병렬로 접속되어 있다.
다이오드(132X)와 캐패시터(133X)는, 스위치(131X)에 병렬로 접속되어 있다. 다이오드(13Y)와 캐패시터(133Y)는, 스위치(131Y)에 병렬로 접속되어 있다. 다이오드(132X 및 132Y)는, 서로의 애노드끼리가 접속됨과 함께, 서로의 캐소드가 캐패시터(115)에 접속되어 있다. 즉, 다이오드(132X 및 132Y)는, 서로의 정류 방향이 반대 방향으로 되도록 접속되어 있다.
또한, 다이오드(132X 및 132Y)는, 각각, 제1 정류 소자 및 제2 정류 소자의 일례이다. 또한, 조정부(130)는 캐패시터(133X 및 133Y)를 포함하지 않아도 된다.
스위치(131X), 다이오드(132X) 및 캐패시터(133X)로서는, 예를 들어 FET(Field Effect Transistor)를 사용할 수 있다. P채널형 또는 N채널형의 FET의 드레인-소스간의 보디 다이오드가, 다이오드(132X)와 같은 정류 방향을 갖도록 접속하면 된다. N채널형의 FET를 사용하는 경우에는, 소스가 다이오드(132X)의 애노드이며, 드레인이 다이오드(132X)의 캐소드이다.
또한, 스위치(131X)는, 제어부(150)로부터 출력되는 구동 신호가 게이트에 입력됨으로써, 드레인-소스간의 접속 상태를 전환함으로써 실현된다. 또한, 캐패시터(133X)는, 드레인-소스간의 기생 용량에 의해 실현할 수 있다.
마찬가지로, 스위치(131Y), 다이오드(132Y) 및 캐패시터(133Y)로서는, 예를 들어 FET를 사용할 수 있다. P채널형 또는 N채널형의 FET의 드레인-소스간의 보디 다이오드가, 다이오드(132B)와 같은 정류 방향을 갖도록 접속하면 된다. N채널형의 FET를 사용하는 경우에는, 소스가 다이오드(132Y)의 애노드이며, 드레인이 다이오드(132Y)의 캐소드이다.
또한, 스위치(131Y)는, 제어부(150)로부터 출력되는 구동 신호가 게이트에 입력됨으로써, 드레인-소스간의 접속 상태를 전환함으로써 실현된다. 또한, 캐패시터(133Y)는, 드레인-소스간의 기생 용량에 의해 실현할 수 있다.
또한, 스위치(131X), 다이오드(132X) 및 캐패시터(133X)는, FET에 의해 실현하는 것에 한하지 않고, 스위치, 다이오드 및 캐패시터를 병렬로 접속함으로써 실현해도 된다. 이것은, 스위치(131Y), 다이오드(132Y) 및 캐패시터(133Y)에 대해서도 마찬가지이다.
스위치(131X, 131Y)는, 서로 역위상에서 온/오프가 전환된다. 스위치(131X)가 오프이며 스위치(131Y)가 온일 때에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134X)로부터 캐패시터(133X) 및 스위치(131Y)를 거쳐 단자(134Y)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115X)로부터 단자(115Y)에 공진 전류가 흐를 수 있는 상태로 된다. 즉, 도 4에 있어서, 2차측 공진 코일(110)에는 시계 방향으로 공진 전류가 흐를 수 있는 상태로 된다.
또한, 스위치(131X)가 온이며 스위치(131Y)가 오프일 때에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134X)로부터 스위치(131X) 및 다이오드(132Y)를 거쳐 단자(134Y)를 향하는 전류 경로가 발생한다. 이 전류 경로는, 캐패시터(115)에 병렬이기 때문에, 캐패시터(115)에는 전류가 흐르지 않게 된다.
따라서, 스위치(131X)가 오프이며 스위치(131Y)가 온으로 되어 있어, 2차측 공진 코일(110)에 시계 방향으로 공진 전류가 흐르고 있는 상태로부터, 스위치(131X)가 온이며 스위치(131Y)가 오프인 상태로 전환되면, 공진 전류가 발생하지 않게 된다. 전류 경로에 캐패시터가 포함되지 않게 되기 때문이다.
또한, 스위치(131X)가 온이며 스위치(131Y)가 오프일 때에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134Y)로부터 캐패시터(133Y) 및 스위치(131X)를 거쳐 단자(134X)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115Y)로부터 단자(115X)에 공진 전류가 흐를 수 있는 상태로 된다. 즉, 도 4에 있어서, 2차측 공진 코일(110)에는 반시계 방향으로 공진 전류가 흐를 수 있는 상태로 된다.
또한, 스위치(131X)가 오프이며 스위치(131Y)가 온일 때에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134Y)로부터 스위치(131Y) 및 다이오드(132X)를 거쳐 단자(134X)를 향하는 전류 경로가 발생한다. 이 전류 경로는, 캐패시터(115)에 병렬이기 때문에, 캐패시터(115)에는 전류가 흐르지 않게 된다.
따라서, 스위치(131X)가 온이며 스위치(131Y)가 오프로 되어 있어, 2차측 공진 코일(110)에 반시계 방향으로 공진 전류가 흐르고 있는 상태로부터, 스위치(131X)가 오프이며 스위치(131Y)가 온인 상태로 전환되면, 공진 전류가 발생하지 않게 된다. 전류 경로에 캐패시터가 포함되지 않게 되기 때문이다.
조정부(130)는 상술한 바와 같이 스위치(131X 및 131Y)를 전환함으로써, 공진 전류가 발생할 수 있는 상태와, 공진 전류가 발생하지 않는 상태를 전환한다. 스위치(131X 및 131Y)의 전환은, 제어부(150)로부터 출력되는 구동 신호에 의해 행해진다.
구동 신호의 주파수는, 2차측 공진 코일(110)이 수전하는 교류 주파수로 설정된다.
스위치(131X 및 131Y)는, 상술한 바와 같은 높은 주파수에서 교류 전류의 차단을 행한다. 예를 들어, 2개의 FET를 조합한 조정부(130)는 고속으로 교류 전류의 차단을 행할 수 있다.
또한, 구동 신호와 조정부(130)의 동작에 대해서는, 도 6을 사용하여 후술한다.
평활 캐패시터(140)는 정류 회로(120)의 출력측에 접속되어 있고, 정류 회로(120)에서 전파 정류된 전력을 평활화하여 직류 전력으로서 출력한다. 평활 캐패시터(140)의 출력측에는, 출력 단자(160X, 160Y)가 접속된다. 정류 회로(120)에서 전파 정류된 전력은, 교류 전력의 부성분을 정성분으로 반전시키고 있기 때문에, 대략 교류 전력으로서 취급할 수 있지만, 평활 캐패시터(140)를 사용함으로써, 전파 정류된 전력에 리플이 포함되는 경우라도, 안정된 직류 전력을 얻을 수 있다.
또한, 평활 캐패시터(140)의 상측의 단자와 출력 단자(160X)를 연결하는 선로는 고전압측의 선로이며, 평활 캐패시터(140)의 하측의 단자와 출력 단자(160Y)를 연결하는 선로는 저전압측의 선로이다.
제어부(150)는 내부 메모리에 배터리(220)의 정격 출력을 나타내는 데이터를 유지한다. 또한, 송전기(10)의 제어부(15)로부터의 리퀘스트에 따라서, 송전기(10)로부터 수전기(100)가 수전하는 전력(수전 전력)을 측정하고, 수전 전력을 나타내는 데이터를 안테나(170)를 통해 송전기(10)에 송신한다.
또한, 제어부(150)는 송전기(10)로부터 위상차를 나타내는 데이터를 수신하면, 수신한 위상차를 사용하여 구동 신호를 생성하여, 스위치(131X 및 131Y)를 구동한다. 또한, 수전 전력은, 제어부(150)가 전압계(155)에 의해 측정되는 전압 V와, 배터리(220)의 내부 저항값 R에 기초하여 구하면 된다. 수전 전력 P는 P=V2/R에 의해 구해진다.
여기서, 도 5를 사용하여 제어부(150)에 대하여 설명한다. 도 5는 제어부(150)의 내부 구성을 도시하는 도면이다.
제어부(150)는 컴퍼레이터(151), PLL(Phase Locked Loop : 위상 동기 회로)(152), 위상 시프트 회로(153), 위상 제어부(154), 인버터(155) 및 기준 위상 검출부(156)를 갖는다.
컴퍼레이터(151)는 전압계(116)에 의해 검출되는 교류 전압을 소정의 기준 전압 Vref와 비교하고, 클럭을 PLL(152)에 출력한다.
PLL(152)은, 위상 비교기(152A), 보상기(152B) 및 VCO(Voltage Controlled Oscillator)(152C)를 갖는다. 위상 비교기(152A), 보상기(152B) 및 VCO(152C)는, 직렬로 접속됨과 함께, VCO(152C)의 출력이 위상 비교기(152A)에 피드백되도록 접속되어 있다. 이와 같은 구성에 의해 PLL(152)는, 컴퍼레이터(151)로부터 입력되는 신호와 동기한 클럭을 출력한다.
위상 시프트 회로(153)는 PLL(152)의 출력측에 접속되어 있고, 위상 제어부(154)로부터 입력되는 위상차를 나타내는 신호에 기초하여, PLL(152)로부터 출력되는 클럭의 위상을 기준의 위상에 대하여 위상차분 시프트하여 출력한다. 위상 시프트 회로(153)로서는, 예를 들어 Phase Shifter를 사용하면 된다.
위상 제어부(154)는 송전기(10)로부터 송신되는 위상차를 나타내는 신호가 입력되면, 위상차를 나타내는 신호를 위상 시프트 회로(153)용의 신호로 변환하여 출력한다.
위상 제어부(154)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 기준의 위상에 대하여 위상차분만큼 위상이 시프트된 클럭은 2개로 분기되어, 한쪽은 그대로 클럭 CLK1로서 출력되고, 다른 쪽은 인버터(155)에서 반전되어 클럭 CLK2로서 출력된다. 클럭 CLK1과 CLK2는, 제어부(150)가 출력하는 제어 신호이다.
기준 위상 검출부(156)는, 위상 시프트 회로(153)가 클럭의 위상을 시프트하는 시프트량을 제어함으로써, PLL(152)이 출력하는 클럭에 대한 위상 시프트 회로(153)가 출력하는 클럭의 위상을 조정하여, 최대의 수전 효율이 얻어지는 위상을 검출한다.
그리고, 기준 위상 검출부(156)는, 검출한 위상을 기준의 위상으로서 내부 메모리에 유지한다. 수전 효율이 최대로 되는 동작점은, 전압계(116)에 의해 검출되는 전압값이 최대로 되는 점이기 때문에, 기준 위상 검출부(156)는 위상 시프트 회로(153)에서 부여하는 위상의 시프트량을 조정하면서, 전압계에 의해 검출되는 전압값이 최대로 되는 동작점을 검출하고, 그 동작점에 있어서의 위상을 기준의 위상으로서 내부 메모리에 유지한다.
여기서, PLL(152)이 출력하는 클럭은, 전압계(116)에 의해 검출되는 자계 공명에 의한 교류 전압의 위상에 대응하고 있다. 이 때문에, PLL(152)이 출력하는 클럭에 위상 시프트 회로(153)가 부여하는 위상의 시프트량을 조정하는 것은, 전압계(116)에 의해 검출되는 전압 파형에 대한 클럭의 위상의 시프트량을 위상 시프트 회로(153)에서 제어하는 것이다.
기준의 위상은, 최대의 수전 효율이 얻어지는 클럭 CLK1과 CLK2의 교류 전압에 대한 위상이다. 이 기준의 위상을 0도로서 취급하고, 수전 전력을 조정하기 위해, 기준의 위상(0도)에 대한 클럭 CLK1과 CLK2의 위상의 위상차를 위상 시프트 회로(153)에서 조정한다.
여기에서는, 교류 전압의 위상을 검출하지 않기 때문에, 최대의 수전 효율이 얻어질 때의 클럭 CLK1과 CLK2에 위상 시프트 회로(153)가 부여하는 위상의 시프트량을 기준의 위상으로서 취급한다.
또한, 여기에서는, 전압계(116)에 의해 검출되는 교류 전압에 대하여, PLL(152)로부터 출력되는 클럭의 위상을 위상 시프트 회로(153)에서 조정하는 형태에 대하여 설명하지만, 전압계(116) 대신에 전류계를 사용하여, 교류 전류에 대한 클럭의 위상을 위상 시프트 회로(153)에서 조정해도 된다.
전압계(155)는 출력 단자(160X, 160Y)의 사이에 접속된다. 전압계(155)는 수전기(100)의 수전 전력을 계산하기 위해 사용된다. 전압계(155)에 의해 측정되는 전압 V와, 배터리(220)의 내부 저항값 R에 기초하여 상술한 바와 같이 수전 전력을 구하면, 전류를 측정하여 수전 전력을 측정하는 경우에 비해 손실이 적기 때문에, 바람직한 측정 방법이다. 그러나, 수전기(100)의 수전 전력은, 전류와 전압을 측정하여 구해도 된다. 전류를 측정하는 경우에는, 홀 소자, 자기 저항 소자, 검출 코일, 또는 저항기 등을 사용하여 측정하면 된다.
DC-DC 컨버터(210)는 출력 단자(160X, 160Y)에 접속되어 있고, 수전기(100)로부터 출력되는 직류 전력의 전압을 배터리(220)의 정격 전압으로 변환하여 출력한다. DC-DC 컨버터(210)는 정류 회로(120)의 출력 전압쪽이 배터리(220)의 정격 전압보다도 높은 경우에는, 정류 회로(120)의 출력 전압을 배터리(220)의 정격 전압까지 강압한다. 또한, DC-DC 컨버터(210)는 정류 회로(120)의 출력 전압쪽이 배터리(220)의 정격 전압보다도 낮은 경우에는, 정류 회로(120)의 출력 전압을 배터리(220)의 정격 전압까지 승압한다.
배터리(220)는 반복 충전이 가능한 이차 전지이면 되고, 예를 들어 리튬 이온 전지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수전기(100)가 태블릿 컴퓨터 또는 스마트폰 등의 전자 기기에 내장되는 경우에는, 배터리(220)는 이와 같은 전자 기기의 메인 배터리이다.
또한, 1차측 코일(11), 1차측 공진 코일(12), 2차측 공진 코일(110)은, 예를 들어 동선을 권회함으로써 제작된다. 그러나, 1차측 코일(11), 1차측 공진 코일(12), 2차측 공진 코일(110)의 재질은, 구리 이외의 금속(예를 들어, 금, 알루미늄 등)이어도 된다. 또한, 1차측 코일(11), 1차측 공진 코일(12), 2차측 공진 코일(110)의 재질은 상이해도 된다.
이와 같은 구성에 있어서, 1차측 코일(11) 및 1차측 공진 코일(12)이 전력의 송전측이며, 2차측 공진 코일(110)이 전력의 수전측이다.
자계 공명 방식에 의해, 1차측 공진 코일(12)과 2차측 공진 코일(110) 사이에서 발생하는 자계 공명을 이용하여 송전측으로부터 수전측에 전력을 전송하기 때문에, 송전측으로부터 수전측에 전자 유도로 전력을 전송하는 전자 유도 방식보다도 장거리에서의 전력의 전송이 가능하다.
자계 공명 방식은, 공진 코일끼리의 사이의 거리 또는 위치 어긋남에 대하여, 전자 유도 방식보다도 자유도가 높아, 포지션 프리라는 장점이 있다.
다음에, 도 6 및 도 7을 사용하여, 구동 신호로 스위치(131X 및 131Y)를 구동하였을 때의 전류 경로에 대하여 설명한다.
도 6은 캐패시터(115) 및 조정부(130)에 있어서의 전류 경로를 도시하는 도면이다. 도 6은 도 4와 마찬가지로, 단자(134X)로부터 캐패시터(115) 또는 조정부(130)의 내부를 통과하여 단자(134Y)에 흐르는 전류의 방향을 시계 방향(CW(Clockwise))이라 칭한다. 또한, 단자(134Y)로부터 캐패시터(115) 또는 조정부(130)의 내부를 통과하여 단자(134X)에 흐르는 전류의 방향을 반시계 방향(CCW(Counterclockwise))이라 칭한다.
먼저, 스위치(131X, 131Y)가 모두 오프이고 전류가 시계 방향(CW)인 경우에는, 단자(134X)로부터 캐패시터(133X) 및 다이오드(132Y)를 거쳐 단자(134Y)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115X)로부터 단자(115Y)에 공진 전류가 흐른다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 시계 방향으로 공진 전류가 흐른다.
스위치(131X, 131Y)가 모두 오프이고 전류가 반시계 방향(CCW)인 경우에는, 단자(134Y)로부터 캐패시터(133Y) 및 다이오드(132X)를 거쳐 단자(134X)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115Y)로부터 단자(115X)에 공진 전류가 흐른다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 반시계 방향으로 공진 전류가 흐른다.
스위치(131X)가 온이고 스위치(131Y)가 오프이며, 전류가 시계 방향(CW)인 경우에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134X)로부터 스위치(131X) 및 다이오드(132Y)를 거쳐 단자(134Y)를 향하는 전류 경로가 발생한다. 이 전류 경로는, 캐패시터(115)에 병렬이기 때문에, 캐패시터(115)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 공진 전류는 흐르지 않는다. 또한, 이 경우에는, 스위치(131Y)를 온으로 해도, 2차측 공진 코일(110)에는 공진 전류는 흐르지 않는다.
스위치(131X)가 온이고 스위치(131Y)가 오프이며, 전류가 반시계 방향(CCW)인 경우에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134Y)로부터 캐패시터(133Y) 및 스위치(131X)를 거쳐 단자(134X)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115Y)로부터 단자(115X)에 공진 전류가 흐른다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 반시계 방향으로 공진 전류가 흐른다. 또한, 스위치(131X)와 병렬인 다이오드(132X)에도 전류가 흐른다.
스위치(131X)가 오프이고 스위치(131Y)가 온이며, 전류가 시계 방향(CW)인 경우에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134X)로부터 캐패시터(133X) 및 스위치(131Y)를 거쳐 단자(134Y)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115X)로부터 단자(115Y)에 공진 전류가 흐른다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 시계 방향으로 공진 전류가 흐른다. 또한, 스위치(131Y)와 병렬인 다이오드(132Y)에도 전류가 흐른다.
스위치(131X)가 오프이고 스위치(131Y)가 온이며, 전류가 반시계 방향(CCW)인 경우에는, 조정부(130) 내에서는 단자(134Y)로부터 스위치(131Y) 및 다이오드(132X)를 거쳐 단자(134X)를 향하는 전류 경로가 발생한다. 이 전류 경로는, 캐패시터(115)에 병렬이기 때문에, 캐패시터(115)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 공진 전류는 흐르지 않는다. 또한, 이 경우에는, 스위치(131X)를 온으로 해도, 2차측 공진 코일(110)에는 공진 전류는 흐르지 않는다.
또한, 공진 전류의 공진 주파수에 기여하는 정전 용량은, 캐패시터(115)와, 캐패시터(132X 또는 132Y)에 의해 정해진다. 이 때문에, 캐패시터(132X, 132Y)의 정전 용량은 동일한 것이 바람직하다.
도 7은 2차측 공진 코일(110)에 발생하는 교류 전압과, 구동 신호에 포함되는 2개의 클럭을 도시하는 도면이다.
도 7의 (A) 및 (B)에 도시하는 교류 전압 V0은, 송전 주파수와 동일 주파수의 파형이며, 예를 들어 2차측 공진 코일(110)에 발생하는 교류 전압이며, 전압계(116)(도 4 참조)에 의해 검출된다. 또한, 클럭 CLK1, CLK2는, 구동 신호에 포함되는 2개의 클럭이다. 예를 들어, 클럭 CLK1은 스위치(131X)의 구동용으로 사용되고, 클럭 CLK2는 스위치(131Y)의 구동용으로 사용된다. 클럭 CLK1 및 CLK2는, 각각, 제1 신호 및 제2 신호의 일례이다.
도 7의 (A)에서는, 클럭 CLK1, CLK2는, 교류 전압 V0에 동기하고 있다. 즉, 클럭 CLK1, CLK2의 주파수는, 교류 전압 V0의 주파수와 동일하고, 클럭 CLK1의 위상은, 교류 전압 V0의 위상과 동일하다. 또한, 클럭 CLK2는, 클럭 CLK1과는 180도 위상이 상이하며, 역위상이다.
도 7의 (A)에 있어서, 교류 전압 V0의 주기 T는 주파수 f의 역수이며, 주파수는 6.78㎒이다.
도 7의 (A)와 같이, 교류 전압 V0에 동기한 클럭 CLK1, CLK2는, 스위치(131X 및 131Y)를 오프로 한 상태에서, 수전기(100)가 송전기(10)로부터 수전하여 2차측 공진 코일(110)에 공진 전류를 발생시킨 상태에서, 제어부(150)가 PLL(152)를 사용하여 생성하면 된다.
도 7의 (B)에서는, 클럭 CLK1, CLK2의 위상은, 교류 전압 V0에 대하여 θ도 지연되어 있다. 이와 같이 교류 전압 V0에 대하여 위상차 θ도를 갖는 클럭 CLK1, CLK2는, 제어부(150)가 위상 시프트 회로(153)를 사용하여 생성하면 된다.
제어부(150)는 교류 전압 V0에 대한 2개의 클럭 CLK1, CLK2의 위상차를 조정하여 최대의 수전 효율이 얻어지는 위상을 검출한다. 최대의 수전 효율이 얻어지는 위상은, 수전기(100)가 수전하는 전력이 최대로 되는 위상이며, 교류 전압 V0에 대한 2개의 클럭 CLK1, CLK2의 위상차에 의해, 1주기의 전체 기간에 걸쳐 공진 상태로 될 때에 수전 전력이 최대로 된다. 이 때문에, 제어부(150)는 교류 전압 V0에 대한 2개의 클럭 CLK1, CLK2의 위상차를 증대 및 감소시키면서 수전 전력이 최대로 되는 위상차를 검출하고, 검출한 위상차를 0도로서 취급한다.
그리고, 제어부(150)는 수전 전력이 최대로 되는 위상차(0도)와, 송전기(10)로부터 수신하는 위상차를 나타내는 데이터에 기초하여, 교류 전압 V0에 대한 2개의 클럭의 위상차를 위상 시프트 회로(153)에서 설정한다.
다음에, 도 8을 사용하여, 구동 신호의 위상차를 조정한 경우에, 수전기(100)가 송전기(10)로부터 수전하는 전력의 수전 효율에 대하여 설명한다.
도 8은 구동 신호의 위상차에 대한 수전 효율의 특성을 나타내는 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다. 횡축의 위상차는, 수전 전력이 최대로 되는 위상차를 0도로 하였을 때의 교류 전압 V0에 대한 2개의 클럭의 위상차이며, 종축의 수전 효율은, 교류 전원(1)(도 1 참조)이 송전기(10)에 입력하는 전력(Pin)에 대한, 수전기(100)가 출력하는 전력(Pout)의 비이다. 수전 효율은, 송전기(10)와 수전기(100) 사이에 있어서의 전력의 전송 효율과 동일하다.
또한, 송전기(10)가 송전하는 전력의 주파수는 6.78㎒이며, 구동 신호의 주파수도 이것과 동일하게 설정하였다. 또한, 위상차가 0도인 상태는, 공진 전류의 1주기의 전체 기간에 걸쳐 자계 공명에 의한 공진이 2차측 공진 코일(110)에 발생하고 있어, 공진 전류가 2차측 공진 코일(110)에 흐르고 있는 상태이다. 위상차가 커지는 것은, 공진 전류의 1주기 중에서 2차측 공진 코일(110)에 공진이 발생하지 않는 기간이 늘어나는 것을 의미한다. 따라서, 위상차가 180도인 상태는, 이론적으로는 2차측 공진 코일(110)에 공진 전류가 완전히 흐르지 않는 상태로 된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 위상차를 0도로부터 증대시켜 가면, 수전 효율이 저하된다. 위상차가 약 60도 이상으로 되면, 수전 효율은 약 0.1 미만이다. 이와 같이, 교류 전압 V0에 대한 2개의 클럭의 위상차를 변화시키면, 2차측 공진 코일(110)에 흐르는 공진 전류의 전력량이 변화됨으로써, 수전 효율이 변화된다.
도 9는 실시 형태 1의 전력 전송 시스템(500)을 사용한 송전 장치(80)와 전자 기기(200A 및 200B)를 도시하는 도면이다.
송전 장치(80)는 도 4에 도시한 송전 장치(80)와 동일한 것이지만, 도 9에서는, 도 4에 있어서의 1차측 코일(11), 제어부(15) 및 안테나(16) 이외의 구성 요소를 전원부(10A)로서 나타내고 있다. 전원부(10A)는, 1차측 공진 코일(12), 정합 회로(13), 캐패시터(14)를 통합하여 나타낸 것이다. 또한, 교류 전원(1), 1차측 공진 코일(12), 정합 회로(13), 캐패시터(14)를 통합하여 전원부로서 파악해도 된다.
안테나(16)는, 예를 들어 Bluetooth(등록 상표)와 같은 근거리에서의 무선 통신을 행할 수 있는 안테나이면 된다. 안테나(16)는 전자 기기(200A 및 200B)에 포함되는 수전기(100A 및 100B)로부터, 수전 전력 및 정격 출력을 나타내는 데이터를 수신하기 위해 설치되어 있고, 수신한 데이터는 제어부(15)에 입력된다. 제어부(15)는 제어부의 일례임과 함께 제3 통신부의 일례이다.
전자 기기(200A 및 200B)는, 예를 들어 각각, 태블릿 컴퓨터 또는 스마트폰 등의 단말기이다. 전자 기기(200A 및 200B)는, 각각, 수전기(100A 및 100B), DC-DC 컨버터(210A 및 210B) 및 배터리(220A 및 220B)를 내장한다.
수전기(100A 및 100B)는, 도 4에 도시한 수전기(100)와 마찬가지의 구성을 갖는다. DC-DC 컨버터(210A 및 210B)는, 각각, 도 4에 도시한 DC-DC 컨버터(210)와 마찬가지이다. 또한, 배터리(220A 및 220B)는, 각각, 도 4에 도시한 배터리(220)와 마찬가지이다.
수전기(100A)는, 2차측 공진 코일(110A), 캐패시터(115A), 정류 회로(120A), 조정부(130A), 평활 캐패시터(140A), 제어부(150A) 및 안테나(170A)를 갖는다. 2차측 공진 코일(110A)은 제1 2차측 공진 코일의 일례이다.
2차측 공진 코일(110A), 캐패시터(115A), 정류 회로(120A), 조정부(130A), 평활 캐패시터(140A), 제어부(150A)는, 각각, 도 4에 도시한 2차측 공진 코일(110), 캐패시터(115), 정류 회로(120), 조정부(130), 평활 캐패시터(140), 제어부(150)에 대응한다. 또한, 도 9에서는, 2차측 공진 코일(110A), 정류 회로(120A), 평활 캐패시터(140A)를 간략화하여 도시하고, 전압계(155) 및 출력 단자(160X, 160Y)는 생략한다.
수전기(100B)는, 2차측 공진 코일(110B), 캐패시터(115B), 정류 회로(120B), 조정부(130B), 평활 캐패시터(140B), 제어부(150B) 및 안테나(170B)를 갖는다. 수전기(100B)는, 수전기(100A)로부터 보아, 다른 수전기의 일례이다. 또한, 2차측 공진 코일(110B)은 제2 2차측 공진 코일의 일례이다.
2차측 공진 코일(110B), 캐패시터(115B), 정류 회로(120B), 조정부(130B), 평활 캐패시터(140B), 제어부(150B)는, 각각, 도 4에 도시한 2차측 공진 코일(110), 캐패시터(115), 정류 회로(120), 조정부(130), 평활 캐패시터(140), 제어부(150)에 대응한다. 또한, 도 9에서는, 2차측 공진 코일(110B), 정류 회로(120B), 평활 캐패시터(140B)를 간략화하여 도시하고, 전압계(155) 및 출력 단자(160X, 160Y)는 생략한다.
안테나(170A 및 170B)는, 예를 들어 Bluetooth(등록 상표)와 같은 근거리에서의 무선 통신을 행할 수 있는 안테나이면 된다. 안테나(170A 및 170B)는, 송전기(10)의 안테나(16)와 데이터 통신을 행하기 위해 설치되어 있고, 각각, 수전기(100A 및 100B)의 제어부(150A 및 150B)에 접속되어 있다. 제어부(150A 및 150B)는, 구동 제어부의 일례임과 함께, 각각, 제1 통신부 및 제2 통신부의 일례이다.
수전기(100A)의 제어부(150A)는, 2차측 공진 코일(110A)의 수전 전력과, 배터리(220A)의 정격 출력을 나타내는 데이터를 안테나(170A)를 통해 송전기(10)에 송신한다. 마찬가지로, 수전기(100B)의 제어부(150B)는, 2차측 공진 코일(110B)의 수전 전력과, 배터리(220B)의 정격 출력을 나타내는 데이터를 안테나(170B)를 통해 송전기(10)에 송신한다.
전자 기기(200A 및 200B)는, 각각, 송전 장치(80)의 근처에 배치한 상태에서, 송전 장치(80)에 접촉하지 않고 배터리(220A 및 220B)를 충전할 수 있다. 배터리(220A 및 220B)의 충전은 동시에 행하는 것이 가능하다.
전력 전송 시스템(500)은, 도 9에 도시한 구성 요소 중, 송전기(10)와, 수전기(100A 및 100B)에 의해 구축된다. 즉, 송전 장치(80)와, 전자 기기(200A 및 200B)는, 자계 공명에 의한 비접촉 상태에서의 전력 전송을 가능하게 하는 전력 전송 시스템(500)을 채용하고 있다.
여기서, 배터리(220A 및 220B)의 충전을 동시에 행하면, 도 2 및 도 3을 사용하여 설명한 바와 같이, 전자 기기(200A 및 200B)에의 전력의 공급 밸런스가 좋지 않은 상태가 발생할 수 있다.
따라서, 송전기(10)는 전력 공급의 밸런스를 개선하기 위해, 2차측 공진 코일(110A)의 수전 효율, 배터리(220A)의 정격 출력, 2차측 공진 코일(110B)의 수전 효율 및 배터리(220B)의 정격 출력에 기초하여, 교류 전압 V0에 대한 조정부(130A 및 130B)를 구동하는 구동 신호(클럭 CLK1과 CLK2)의 위상차를 설정한다.
도 10은 구동 신호의 위상차와, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 관계를 도시하는 도면이다.
여기에서는, 수전기(100B)의 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 수전 효율이 최대로 되는 위상차(0도)로 고정한 상태에 있어서, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 수전 효율이 최대로 되는 위상차(0도)로부터 변화시키는 경우에 대하여 설명한다.
도 10에 있어서, 횡축은 수전기(100A, 100B)의 조정부(130A, 130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차(θA, θB)를 나타낸다. 또한, 좌측의 종축은, 수전기(100A 및 100B)의 각각의 수전 효율과, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 합계값을 나타낸다.
수전기(100B)의 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로 고정한 상태에서, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로부터 증대 또는 저하시켜 가면, 도 10에 도시한 바와 같이, 수전기(100A)의 수전 효율의 비율은 저하된다. 수전기(100A)의 수전 효율은, 위상차가 0도일 때에 최대이다. 또한, 수전기(100A)의 수전 효율의 저하에 수반하여, 수전기(100A)의 수전 효율의 비율은 증대된다.
이와 같이 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 변화시키면, 수전기(100A)의 수전량이 감소하기 때문에, 수전기(100A)에 흐르는 전류도 감소한다. 즉, 위상차의 변화에 의해, 수전기(100A)의 임피던스가 변화되게 된다.
자계 공명을 사용한 동시 전력 전송에서는, 자계 공명에 의해 송전기(10)로부터 수전기(100A 및 100B)에 송전되는 전력을 수전기(100A, 100B)에서 분배하고 있다. 이 때문에, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로부터 변화시켜 가면, 수전기(100A)의 수전량이 줄어드는 분만큼, 수전기(100B)의 수전량이 늘어나게 된다.
이 때문에, 도 10에 도시한 바와 같이, 수전기(100A)의 수전 효율의 비율은 저하된다. 또한, 이에 수반하여 수전기(100B)의 수전 효율의 비율은 증대된다.
수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차가 약 ±90도까지 변화되면, 수전기(100A)의 수전 효율의 비율은 대략 0까지 저하되고, 수전기(100B)의 수전 효율의 비율은 약 0.8까지 증대된다.
그리고, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 합은, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차가 0도일 때에 약 0.85이고, 수전기(100B)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차가 약 ±90도까지 저하되면, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 합은 약 0.8로 된다.
이와 같이, 수전기(100A)의 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로 고정한 상태에서, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로부터 변화시켜 가면, 수전기(100A)의 수전 효율의 비율이 저하되고, 수전기(100B)의 수전 효율의 비율이 증대된다. 그리고, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 합은, 약 0.8 전후의 값에서 크게 변동되지 않는다.
자계 공명을 사용한 전력 전송에서는, 자계 공명에 의해 송전기(10)로부터 수전기(100A 및 100B)에 송전되는 전력을 수전기(100A, 100B)에서 분배하고 있기 때문에, 위상차가 변화되어도, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 합이 크게 변동되지 않는다.
마찬가지로, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로 고정한 상태에서, 수전기(100B)의 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로부터 저하시키면, 수전기(100B)의 수전 효율의 비율이 저하되고, 수전기(100A)의 수전 효율의 비율이 증대되게 된다. 그리고, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 합은, 약 0.8 전후의 값에서 크게 변동되지 않는다.
따라서, 수전기(100A 또는 100B)의 조정부(130A 또는 130B) 중 어느 한쪽을 구동하는 구동 신호의 위상차를 조정하면, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율의 비율을 조정할 수 있다.
이상과 같이, 조정부(130A 또는 130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 변화시키면, 수전기(100A 및 100B)의 2차측 공진 코일(110A 및 110B)의 수전 효율의 비율이 변화된다.
이 때문에, 실시 형태 1에서는, 수전기(100A 및 100B)의 조정부(130A 및 130B)의 구동 신호 중 어느 한쪽의 위상차를 기준의 위상차로부터 변경한다. 기준의 위상차는, 예를 들어 수전 효율이 최대로 되는 위상차를 기준의 위상차(0도)로 정의하고, 이 경우에는, 다른 쪽의 위상차를 0도로부터 변화시킨다.
이때에, 조정부(130A 및 130B) 중 어느 쪽의 구동 신호의 위상차를 기준의 위상차로부터 변경할지는, 다음과 같이 판정한다.
먼저, 배터리(220A)의 정격 출력을 2차측 공진 코일(110A)의 수전 효율로 제산하여 얻는 제1 값과, 배터리(220B)의 정격 출력을 2차측 공진 코일(110B)의 수전 효율로 제산하여 얻는 제2 값을 구한다.
그리고, 제1 값과 제2 값 중, 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에 대응하는 구동 신호의 위상차를 0도로부터 변화시켜 적절한 위상차로 설정한다.
정격 출력을 수전 효율로 제산하여 얻는 값은, 송전기(10)가 수전기(100A 또는 100B)에 송전하는 전력량(필요 송전량)을 나타낸다. 필요 송전량이란, 수전기(100A 또는 100B)가 잉여 전력도 부족 전력도 발생시키지 않고 수전할 수 있도록, 송전기(10)로부터 송전하는 전력량이다.
따라서, 필요 송전량이 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에의 전력 공급량을 줄이면, 필요 송전량이 큰 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에의 전력 공급량을 늘릴 수 있다. 이 결과, 수전기(100A 및 100B)에의 전력 공급량의 밸런스를 개선할 수 있다.
도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 한쪽의 수전기(100A 또는 100B)의 위상차를 변화시키면, 그 수전기(100A 또는 100B)의 수전 전력량이 저하된다. 또한, 다른 쪽의 수전기(100A 또는 100B)는 위상차가 0도로 고정된 상태에서, 수전 전력량이 증대된다.
이 때문에, 필요 송전량이 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에 대응하는 구동 신호의 위상차를 기준의 위상차(0도)로부터 변화시키면, 필요 송전량이 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에의 전력 공급량이 줄어들어, 필요 송전량이 큰 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에의 전력 공급량을 늘릴 수 있다.
이와 같이 하여, 수전기(100A 및 100B)에의 전력 공급량의 밸런스를 개선하면 된다. 또한, 구체적인 위상차의 설정 방법에 대해서는 후술한다.
다음에, 도 11을 사용하여, 송전기(10)가 수전기(100A 및 100B)로부터 수전 효율과 정격 출력을 나타내는 데이터를 입수하는 방법에 대하여 설명한다.
도 11은 송전기(10)와 수전기(100A 및 100B)가 위상차를 설정하기 위해 실행하는 처리를 나타내는 태스크도이다. 이 태스크는, 제어부(15, 150A 및 150B)(도 9 참조)에 의해 실행된다.
먼저, 수전기(100A)는, 수전 전력을 나타내는 데이터를 송전기(10)에 송신한다(스텝 S1A). 마찬가지로, 수전기(100B)는, 수전 전력을 나타내는 데이터를 송전기(10)에 송신한다(스텝 S1B). 이에 의해, 송전기(10)는 수전기(100A 및 100B)로부터 수전 전력을 나타내는 데이터를 수신한다(스텝 S1).
수전 전력을 나타내는 데이터의 송신은, 예를 들어 송전기(10)로부터의 리퀘스트에 따라서, 제어부(150A 및 150B)가 안테나(170A 및 170B)를 통해 행하도록 하면 된다. 또한, 수전 전력을 나타내는 데이터에는, 수전기(100A 및 100B)를 식별하는 식별자를 포함시키면 된다.
수전 전력을 나타내는 데이터는, 다음과 같이 하여 취득하면 된다. 먼저, 송전기(10)로부터 수전기(100B)에 조정부(130B)의 양쪽 스위치(도 4의 참조 부호 131X 및 131Y)를 온으로 설정하는 신호를 무선 통신으로 송신함과 함께, 송전기(10)로부터 수전기(100A)에 조정부(130A)의 양쪽 스위치를 오프로 설정하는 신호를 무선 통신으로 송신한다.
여기서, 조정부(130B)의 양쪽 스위치를 온으로 하면, 조정부(130B)에는 공진이 발생하지 않게 되어, 수전기(100B)는 전력을 수전하지 않는 상태로 된다. 즉, 수전기(100B)는 오프로 된다. 또한, 조정부(130A)의 양쪽 스위치를 오프로 하면, 2차측 공진 코일(110A)에 공진 전류가 흐르는 상태로 된다.
그리고, 송전기(10)로부터 자계 공명에 의해 소정의 전력을 수전기(100A)에 송전하고, 수전기(100A)에서 전력을 수전한다. 이때, 수전기(100A)에서 수신한 전력량을 나타내는 신호를 송전기(10)에 송전하면, 송전기(10)에서 수전기(100A)의 수전 효율을 측정할 수 있다.
또한, 수전기(100B)의 수전 효율을 측정하기 위해서는, 송전기(10)로부터 수전기(100A)에 조정부(130A)의 양쪽 스위치를 온으로 설정하는 신호를 무선 통신으로 송신함과 함께, 송전기(10)로부터 수전기(100B)에 조정부(130B)의 양쪽 스위치를 오프로 설정하는 신호를 무선 통신으로 송신한다. 송전기(10)로부터 자계 공명에 의해 소정의 전력을 수전기(100B)에 송전하고, 수전기(100B)에서 수신한 전력량을 나타내는 신호를 송전기(10)에 송전하면, 송전기(10)에서 수전기(100B)의 수전 효율을 측정할 수 있다.
다음에, 수전기(100A)는, 정격 출력을 나타내는 데이터를 송전기(10)에 송신한다(스텝 S2A). 마찬가지로, 수전기(100B)는, 정격 출력을 나타내는 데이터를 송전기(10)에 송신한다(스텝 S2B). 이에 의해, 송전기(10)는 수전기(100A 및 100B)로부터 정격 출력을 나타내는 데이터를 수신한다(스텝 S2).
전자 기기(200A 및 200B)의 정격 출력을 나타내는 데이터는, 예를 들어 제어부(150A 및 150B)의 내부 메모리에 미리 저장해 두고, 수전 효율을 나타내는 데이터를 송신한 후에, 제어부(150A 및 150B)가 안테나(170A 및 170B)를 통해 송전기(10)에 송신하도록 해 두면 된다.
다음에, 송전기(10)는 수전기(100A)의 수전 효율을 나타내는 데이터 및 정격 출력을 나타내는 데이터와, 수전기(100B)의 수전 효율을 나타내는 데이터 및 정격 출력을 나타내는 데이터에 기초하여, 수전기(100A 및 100B)에 대응하는 구동 신호의 위상차를 연산한다(스텝 S3). 어느 한쪽의 위상차는, 수전 효율이 최대로 되는 기준의 위상차(0도)이고, 다른 쪽의 위상차는, 기준의 위상차(0도)로부터 변화되어 최적화된 위상차이다. 스텝 S3의 상세는 도 15를 사용하여 후술한다.
다음에, 송전기(10)는 위상차를 나타내는 데이터를 수전기(100A 및 100B)에 송신한다(스텝 S4). 그리고, 수전기(100A 및 100B)는 위상차를 수신한다(스텝 S4A 및 S4B).
여기서, 송전기(10)의 제어부(15)는 위상차를 연산한 후에, 안테나(16)를 통해 위상차를 나타내는 데이터를 수전기(100A 및 100B)에 송신하도록 설정되어 있다.
수전기(100A 및 100B)의 제어부(150A 및 150B)는, 위상차를 구동 신호에 설정한다(스텝 S5A 및 S5B).
송전기(10)는 송전을 개시한다(스텝 S6). 스텝 S6의 처리는, 예를 들어 구동 신호에의 위상차의 설정을 제어부(150A 및 150B)가 완료한 것을 나타내는 통지가 송전기(10)에 대하여 이루어졌을 때에 실행하면 된다.
여기서, 도 12 및 도 13을 사용하여, 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율을 나타내는 데이터의 취득 방법에 대하여 설명한다.
도 12는 송전 장치(80)와 전자 기기(200A 및 200B)의 등가 회로를 도시하는 도면이다. 도 12에 도시한 등가 회로는, 도 9에 도시한 송전 장치(80)와 전자 기기(200A 및 200B)에 대응하고 있다. 단, 여기서는, 송전 장치(80)는 1차측 코일(11)을 포함하지 않고, 교류 전원(1)에 1차측 공진 코일(12)이 직접 접속되어 있는 것으로서 설명한다. 또한, 수전기(100A 및 100B)는, 각각, 전압계(155A 및 155B)를 포함한다.
도 12에서는, 2차측 공진 코일(110A)은 코일 LRA와 저항기 RRA이고, 캐패시터(115A)는 캐패시터 CRA이다. 또한, 평활 캐패시터(140A)는 캐패시터 CSA이고, DC-DC 컨버터(210A)와 배터리(220A)는 저항기 RLA이다.
마찬가지로, 2차측 공진 코일(110B)은, 코일 LRB와 저항기 RRB이고, 캐패시터(115B)는 캐패시터 CRB이다. 또한, 평활 캐패시터(140B)는 캐패시터 CSB이고, DC-DC 컨버터(210B)와 배터리(220B)는 저항기 RLB이다.
또한, 송전 장치(80)의 공진 코일(12)은 저항기 RT와 코일 LT이고, 교류 전원(1)은 전원 VS와 저항기 RS이다. 또한, 캐패시터(14)는 캐패시터 CT이다.
송전 장치(80)와 전자 기기(200A)의 상호 인덕턴스를 MTA, 송전 장치(80)와 전자 기기(200B)의 상호 인덕턴스를 MTB, 전자 기기(200A와 200B)의 상호 인덕턴스를 MAB라 한다.
여기서, 상호 인덕턴스 MTA와 상호 인덕턴스 MTB에 비하면, 상호 인덕턴스 MAB는 무시할 수 있을 만큼 작으므로, 여기에서는, 상호 인덕턴스 MTA와 상호 인덕턴스 MTB에 대하여 검토한다.
상호 인덕턴스 MTA는, 송전 장치(80)와, 전자 기기(200A)의 수전기(100A)의 수전 효율에 의해 정해진다. 수전 효율은, 송전 장치(80)에 대한 수전기(100A)의 위치(거리)와 자세(각도)에 의해 정해지기 때문이다. 마찬가지로, 상호 인덕턴스 MTB는, 송전 장치(80)와, 전자 기기(200B)의 수전기(100B)의 수전 효율에 의해 정해진다.
수전기(100A)의 수전 효율은, 수전기(100B)를 오프로 한 상태에서, 송전기(10)로부터 수전기(100A)에 전력을 송전하고, 수전기(100A)가 수전한 전력량을 계측함으로써 구할 수 있다. 마찬가지로, 수전기(100B)의 수전 효율은, 수전기(100A)를 오프로 한 상태에서, 송전기(10)로부터 수전기(100B)에 전력을 송전하고, 수전기(100B)가 수전한 전력량을 계측함으로써 구할 수 있다.
따라서, 수전기(100A, 100B)의 단독으로의 수전 효율을 구하면, 상호 인덕턴스 MTA와, 상호 인덕턴스 MTB를 구할 수 있다.
실시 형태 1에서는, 수전기(100A 및 100B)의 2차측 공진 코일(110A 및 110B)의 수전 효율의 비율을 변화시키기 위해, 조정부(130A 또는 130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 변화시킨다.
이 때문에, 상호 인덕턴스 MTA와 상호 인덕턴스 MTB의 관계에 대하여, 위상차를 관련지은 테이블 데이터를 미리 준비해 두고, 이와 같은 테이블 데이터를 사용하여, 구동 신호의 위상차를 조정한다.
도 13은 상호 인덕턴스 MTA와 상호 인덕턴스 MTB의 관계에 대하여, 위상차를 관련지은 테이블 데이터를 도시하는 도면이다.
도 13의 (A)는 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로 고정한 상태에서, 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 조정하기 위한 테이블 데이터이다.
상호 인덕턴스 MTA1, MTA2, MTA3 …은, 실제로는, 구체적인 상호 인덕턴스 MTA의 값을 취한다. 마찬가지로, 상호 인덕턴스 MTB1, MTB2, MTB3 …은, 실제로는, 구체적인 상호 인덕턴스 MTB의 값을 취한다. 위상차 PD1A, PD2A, PD3A, …, PD11A, PD12A, PD13A, …는, 구체적으로는, 시뮬레이션 또는 실험적으로 구해진 구체적인 위상차의 값을 취한다.
도 13의 (B)는 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로 고정한 상태에서, 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 조정하기 위한 테이블 데이터이다.
상호 인덕턴스 MTA1, MTA2, MTA3 …과, 상호 인덕턴스 MTB1, MTB2, MTB3 …은, 도 13의 (A)와 마찬가지이다. 위상차 PD1B, PD2B, PD3B, …, PD11B, PD12B, PD13B, …는, 구체적으로는, 시뮬레이션 또는 실험적으로 구해진 구체적인 위상차의 값을 취한다.
도 13의 (A) 및 (B)에 도시한 테이블 데이터를 실험적으로 구하기 위해서는, 수전기(100A, 100B)의 송전기(10)에 대한 위치 및 자세를 다양하게 변화시킨 상태에서, 상호 인덕턴스 MTA와 MTB를 계측하면서, 위상차의 최적화를 도모함으로써 작성할 수 있다.
도 14는 상호 인덕턴스 MTA, MTB와, 수전 효율을 관련지은 테이블 데이터이다. 도 14의 (A)는 상호 인덕턴스 MTA와, 수전기(100A)의 수전 효율을 관련지은 테이블 데이터이고, 도 14의 (B)는 상호 인덕턴스 MTB와, 수전기(100B)의 수전 효율을 관련지은 테이블 데이터이다.
상호 인덕턴스 MTA, MTB는, 각각, 송전 장치(80)와, 수전기(100A, 100B)의 수전 효율 EA, EB에 의해 정해진다.
도 14의 (A)에서는, 상호 인덕턴스 MTA1, MTA2, …과, 수전기(100A)의 수전 효율 EA1, EA2, …이 관련지어져 있다. 또한, 도 14의 (B)에서는, 상호 인덕턴스 MTB1, MTB2, …과, 수전기(100B)의 수전 효율 EB1, EB2, …이 관련지어져 있다.
미리 실험 등에 의해 수전기(100A, 100B)의 상호 인덕턴스 MTA, MTB와, 수전 효율을 측정해 두고, 도 14의 (A), (B)에 도시한 바와 같은 테이블 데이터를 작성해 두면, 수전기(100A, 100B)의 수전 효율로부터, 수전기(100A, 100B)의 상호 인덕턴스 MTA, MTB를 구할 수 있다. 또는 시뮬레이션에 의해, 수전기(100A, 100B)의 수전 효율로부터, 수전기(100A, 100B)의 상호 인덕턴스 MTA, MTB를 구해도 된다.
다음에, 도 15를 사용하여, 위상차의 설정 방법에 대하여 설명한다.
도 15는 실시 형태 1의 송전기(10)가 수전기(100A 또는 100B)의 위상차를 설정하는 방법을 나타내는 플로우차트이다. 이 플로우는 송전기(10)의 제어부(15)에 의해 실행되는 처리를 나타내고, 도 11의 스텝 S3의 처리 내용의 상세를 나타내는 것이다.
제어부(15)는 수전기(100A 및 100B)로부터 수전 전력을 나타내는 신호를 수신하여 수전 효율을 구하고, 수전기(100A 및 100B)로부터 정격 출력을 나타내는 신호를 수신하여 스텝 S3으로 진행하면, 도 15에 도시하는 처리를 개시한다.
제어부(15)는 배터리(220A)의 정격 출력을 2차측 공진 코일(110A)의 수전 효율로 제산하여 얻는 제1 값과, 배터리(220B)의 정격 출력을 2차측 공진 코일(110B)의 수전 효율로 제산하여 얻는 제2 값을 구하고, 제1 값이 제2 값보다도 큰지 여부를 판정한다(스텝 S31).
제어부(15)는 제1 값이 제2 값보다도 크다(S31 : "예")고 판정하면, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로 설정한다(스텝 S31A).
계속해서, 제어부(15)는 수전기(100B)의 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 설정한다(스텝 S32A). 구체적으로는, 제어부(15)는 도 14의 (A) 및 (B)에 도시한 테이블 데이터에 기초하여, 각각, 수전기(100A, 100B)의 수전 효율 EA, EB로부터 수전기(100A, 100B)의 상호 인덕턴스 MTA, MTB를 구한다. 그리고, 제어부(15)는 도 13의 (B)에 도시한 테이블 데이터로부터, 수전기(100A, 100B)의 상호 인덕턴스 MTA, MTB에 기초하여, 수전기(100B)의 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 구한다.
스텝 S32A의 처리가 종료되면, 제어부(15)는 플로우를 스텝 S4(도 11 참조)로 진행한다.
또한, 제어부(15)는 제1 값이 제2 값보다도 작다(S31 : "아니오")고 판정하면, 수전기(100B)의 조정부(130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 0도로 설정한다(스텝 S31B).
계속해서, 제어부(15)는 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 설정한다(스텝 S32B). 구체적으로는, 제어부(15)는 도 14의 (A) 및 (B)에 도시한 테이블 데이터에 기초하여, 각각, 수전기(100A, 100B)의 수전 효율 EA, EB로부터 수전기(100A, 100B)의 상호 인덕턴스 MTA, MTB를 구한다. 그리고, 제어부(15)는 도 13의 (A)에 도시한 테이블 데이터로부터, 수전기(100A, 100B)의 상호 인덕턴스 MTA, MTB에 기초하여, 수전기(100A)의 조정부(130A)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 구한다.
스텝 S32B의 처리가 종료되면, 제어부(15)는 플로우를 스텝 S4(도 11 참조)로 진행한다.
이상과 같이 하여, 제어부(15)는 수전기(100A, 100B)의 조정부(130A, 130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 설정한다.
이상, 실시 형태 1에 의하면, 수전기(100A 및 100B)의 2차측 공진 코일(110A 및 110B)의 수전 효율과, 전자 기기(200A 및 200B)의 정격 출력에 의해, 수전기(100A 및 100B)에의 필요 송전량을 구한다.
그리고, 수전기(100A 및 100B) 중, 필요 송전량이 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에 대응하는 구동 신호의 위상차를 기준의 위상차로부터 변화시킨다.
이 결과, 필요 송전량이 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에의 전력 공급량이 줄어들어, 필요 송전량이 큰 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에의 전력 공급량을 늘릴 수 있다.
이와 같이 하여, 수전기(100A 및 100B)에의 전력 공급량의 밸런스를 개선한다.
따라서, 실시 형태 1에 의하면, 전력 공급량의 밸런스를 개선할 수 있는 수전기(100A 또는 100B)를 제공할 수 있다. 또한, 실시 형태 1에 의하면, 전력 공급량의 밸런스를 개선할 수 있는 전력 전송 시스템(500)을 제공할 수 있다.
또한, 이상에서는, 2개의 수전기(100A 및 100B) 중, 필요 송전량이 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)에 대응하는 구동 신호의 위상차를 저감함으로써 수전기(100A 및 100B)에의 전력 공급량의 밸런스를 개선하는 형태에 대하여 설명하였다.
그러나, 3개 이상의 수전기가 동시에 충전되는 경우도 있다. 이와 같은 경우에는, 필요 전력량, 요컨대 각 정격 전력을 각 수전 효율로 제산하여 얻는 전력량이 최대인 수전기 이외의 수전기의 구동 신호의 위상차를 저감하도록 하면 된다.
또한, 이상에서는, 전자 기기(200A 및 200B)가, 일례로서, 태블릿 컴퓨터 또는 스마트폰 등의 단말기인 형태에 대하여 설명하였지만, 전자 기기(200A 및 200B)는, 예를 들어 노트북형의 PC(Personal Computer), 휴대 전화 단말기, 휴대형의 게임기, 디지털 카메라, 비디오 카메라 등의 충전식의 배터리를 내장한 전자 기기이어도 된다.
또한, 이상에서는, 2개의 수전기(100A 및 100B)의 수전 효율과 정격 출력에 따라서 위상차를 구하고, 제어부(150A 또는 150B)가 스위치(131A 및 131B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 조정하는 형태에 대하여 설명하였다.
그러나, 1개의 송전기(10)와 1개의 수전기(100)(도 4 참조) 사이에서 전력을 전송하는 경우에는, 수전기(100)의 제어부(150)가 실험 등에 의해 미리 구해 둔 위상차를 사용하여 스위치(131A 및 131B)를 구동해도 된다. 이 경우에는, 제어부(150)의 내부 메모리에 배터리(220)의 정격 출력을 나타내는 데이터를 저장해 둘 필요는 없다.
또한, 1개의 송전기(10)와 1개의 수전기(100)(도 4 참조) 사이에서 전력을 전송하는 경우에는, 수전기(100)의 제어부(150)가 클럭 CLK1, CLK2의 위상차를 조정함으로써, 수전 전력을 조정할 수 있다. 이 경우에는, 수전기(100)가 수전하는 전력이 최대로 되는 위상차를 검출할 필요는 없다.
또한, 이상에서는, 수전기(100A 및 100B)가 배터리(220A 및 220B)를 동시에 충전하는 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 전자 기기(200A 및 200B)는, 배터리(220A 및 220B)를 포함하지 않고, 수전기(100A 및 100B)가 수전한 전력을 직접적으로 소비하여 동작해도 된다. 수전기(100A 및 100B)는, 동시에 효율적으로 수전할 수 있으므로, 전자 기기(200A 및 200B)가 배터리(220A 및 220B)를 포함하지 않는 경우라도, 전자 기기(200A 및 200B)가 동시에 구동되는 것이 가능해진다. 이것은, 시분할적으로 수전하는 경우에는 불가능하기 때문에, 동시에 수전하는 경우의 장점의 하나이다. 또한, 이와 같은 경우에는, 전자 기기(200A 및 200B)의 구동에 필요한 정격 출력을 사용하여, 위상차를 설정하면 된다.
또한, 이상에서는, 송전기(10)의 제어부(15)가 구동 신호를 생성하고, 수전기(100A 및 100B)에 송신하는 형태에 대하여 설명하였지만, 송전기(10)의 송전 전력을 나타내는 데이터를 수전기(100A, 100B)에 송신하고, 수전기(100A, 100B)측에서 구동 신호를 생성해도 된다. 이 경우에, 수전기(100A와 100B) 사이에서 데이터 통신을 행하고, 수전기(100A 또는 100B)에서, 어느 쪽의 수전 전력이 큰지를 판정하고, 수전 전력이 적은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)의 구동 신호의 위상차를 증대하도록, 적어도 어느 한쪽의 수전기(100A 또는 100B)가 구동 신호를 생성하도록 하면 된다.
또한, 송전기(10)가 수전기(100A, 100B)로부터 수전 전력과 정격 출력을 나타내는 데이터를 수신하여, 필요 송전량이 작은 쪽의 수전기(100A 또는 100B)의 제어부(150A 또는 150B)에 위상차를 조정시키도록 해도 된다. 이 경우에, 위상차를 조정하기 위해 필요한 데이터는, 제어부(150A 또는 150B)가 내부 메모리에 저장하면 된다.
또한, 조정부(130)의 다이오드(131X 및 131Y)의 방향은, 도 4에 도시한 방향과는 반대이어도 된다. 도 16은 실시 형태 1의 변형예의 조정부(130V)를 도시하는 도면이다.
조정부(130V)는, 스위치(131X, 131Y), 다이오드(132VX, 132VY), 캐패시터(133X, 133Y) 및 단자(134X, 134Y)를 갖는다. 다이오드(132VX, 132VY)의 정류 방향은, 각각, 도 4에 도시한 다이오드(132X, 132Y)와 반대이다. 그 이외는, 도 4에 도시한 조정부(130)와 마찬가지이기 때문에, 마찬가지의 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 17은 캐패시터(115) 및 조정부(130V)에 있어서의 전류 경로를 도시하는 도면이다. 도 17에서는, 단자(134X)로부터 캐패시터(115) 또는 조정부(130V)의 내부를 통과하여 단자(134Y)에 흐르는 전류의 방향을 시계 방향(CW(Clockwise))이라 부른다. 또한, 단자(134Y)로부터 캐패시터(115) 또는 조정부(130V)의 내부를 통과하여 단자(134X)에 흐르는 전류의 방향을 반시계 방향(CCW(Counterclockwise))이라 부른다.
스위치(131X)가 오프이고 스위치(131Y)가 온이며, 전류가 시계 방향(CW)인 경우에는, 조정부(130V) 내에서는 단자(134X)로부터 다이오드(132VX) 및 스위치(131Y)를 거쳐 단자(134Y)를 향하는 전류 경로가 발생한다. 이 전류 경로는, 캐패시터(115)에 병렬이기 때문에, 캐패시터(115)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 공진 전류는 흐르지 않는다.
스위치(131X)가 오프이고 스위치(131Y)가 온이며, 전류가 반시계 방향(CCW)인 경우에는, 조정부(130V) 내에서는 단자(134Y)로부터 스위치(131Y) 및 캐패시터(133X)를 거쳐 단자(134X)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115Y)로부터 단자(115X)에 공진 전류가 흐른다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 반시계 방향으로 공진 전류가 흐른다.
스위치(131X)가 온이고 스위치(131Y)가 오프이며, 전류가 시계 방향(CW)인 경우에는, 조정부(130V) 내에서는 단자(134X)로부터 스위치(131X) 및 캐패시터(133Y)를 거쳐 단자(134Y)를 향하는 방향으로 공진 전류가 흐름과 함께, 캐패시터(115)에는 단자(115X)로부터 단자(115Y)에 공진 전류가 흐른다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 시계 방향으로 공진 전류가 흐른다.
스위치(131X)가 온이고 스위치(131Y)가 오프이며, 전류가 반시계 방향(CCW)인 경우에는, 조정부(130V) 내에서는 단자(134Y)로부터 다이오드(132VY) 및 스위치(131X)를 거쳐 단자(134X)를 향하는 전류 경로가 발생한다. 이 전류 경로는, 캐패시터(115)에 병렬이기 때문에, 캐패시터(115)에는 전류가 흐르지 않게 된다. 따라서, 2차측 공진 코일(110)에는 공진 전류는 흐르지 않는다.
<실시 형태 2>
도 18은 실시 형태 2의 수전기(101)와 송전 장치(80)를 도시하는 도면이다. 송전 장치(80)는 도 4에 도시한 것과 마찬가지이다.
수전기(101)는 실시 형태 1의 수전기(100)(도 4 참조)에, 스위치(180)와 더미 저항기(190)를 추가한 구성을 갖는다. 그 밖의 구성은, 수전기(100)와 마찬가지이기 때문에, 마찬가지의 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
스위치(180)는 3개의 단자(181, 182, 183)를 갖는 스위치이다. 단자(181, 182, 183)는, 각각, 정류 회로(120)의 고전압측(도면 중 상측)의 출력 단자, 더미 저항기(190)의 상측의 단자 및 평활 캐패시터(140)의 상측의 단자에 접속되어 있다.
스위치(180)는 제어부(150)에 의해 구동되며, 단자(181)의 접속처를 단자(182 및 183) 중 어느 한쪽으로 전환한다. 즉, 스위치(180)는 정류 회로(120)의 고전압측(도면 중 상측)의 출력 단자의 접속처를, 더미 저항기(190)의 상측의 단자, 및, 평활 캐패시터(140)의 상측의 단자 중 어느 한쪽으로 전환한다.
더미 저항기(190)는 평활 캐패시터(140)의 하측의 단자와 출력 단자(160Y)를 연결하는 저전압측의 선로와, 스위치(180)의 단자(182) 사이에 접속되어 있다. 더미 저항기(190)는 배터리(220)의 임피던스와 동일한 임피던스를 갖는 저항기이다.
더미 저항기(190)는 수전기(101)의 수전 효율을 측정할 때에, 배터리(220) 대신에 사용하기 위해 설치되어 있다. 배터리(220)를 충전하여 수전 효율을 측정하는 것보다도, 배터리(220)와 동일한 임피던스(저항값)를 갖는 더미 저항기(190)에 전류를 흘려 수전 효율을 측정하는 쪽이, 적은 전력 소비로 실현 가능하기 때문이다.
실시 형태 2의 수전기(101)는 더미 저항기(190)를 사용하여 측정한 수전 효율을 사용하여, 수전기(101)의 조정부(130)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 결정한다.
또한, 스위치(180)는 정류 회로(120)와 평활 캐패시터(140) 사이에 있어서, 평활 캐패시터(140)의 하측의 단자와 출력 단자(160Y)를 연결하는 저전압측의 선로에 삽입되어 있어도 된다. 이 경우에는, 더미 저항기(190)가 평활 캐패시터(140)의 상측의 단자와 출력 단자(160X)를 연결하는 고전압측의 선로와, 스위치(180) 사이에 접속되어 있으면 된다.
이하에서는, 수전 전력, 정격 출력, 위상차 등을 나타내는 데이터는, 수전기(101A 및 101B)의 제어부(150A 및 150B)와, 수신기(10)의 제어부(15) 사이에서 통신된다. 제어부(150A 및 150B)와 제어부(15) 사이의 통신은, 안테나(170A 및 170B)와 안테나(16) 사이에서 행해진다(도 9 참조).
도 19 내지 도 21은 실시 형태 2의 수전기(101A, 101B)와 송전기(10)가 구동 신호의 위상차를 설정하기 위해 실행하는 처리를 나타내는 태스크도이다.
수전기(101A, 101B)는, 도 18에 도시한 수전기(101)와 마찬가지의 구성을 갖는다. 또한, 수전기(101A, 101B)는, 각각, 도 9에 도시한 실시 형태 1의 수전기(100A, 100B)와 마찬가지로, 1개의 송전기(10)로부터 송전되는 전력을 수전한다. 여기에서는, 2개의 수전기(101)를 구별하기 위해, 수전기(101A, 101B)라 부른다.
또한, 수전기(101A)는, 2차측 공진 코일(110A), 캐패시터(115A), 정류 회로(120A), 조정부(130A), 평활 캐패시터(140A), 제어부(150A), 스위치(180A), 더미 저항기(190A)를 포함하고, DC-DC 컨버터(210A) 및 배터리(220A)(도 9 참조)가 접속되는 것으로서 설명한다.
마찬가지로, 수전기(101B)는, 2차측 공진 코일(110B), 캐패시터(115B), 정류 회로(120B), 조정부(130B), 평활 캐패시터(140B), 제어부(150B), 스위치(180B), 더미 저항기(190B)를 포함하고, DC-DC 컨버터(210B) 및 배터리(220B)(도 9 참조)가 접속되는 것으로서 설명한다.
또한, 도 19 내지 도 21에 도시한 처리는, 송전기(10)의 제어부(15)(도 18 참조)와, 수전기(101A, 101B)의 제어부(150)(도 18 참조)가 실행하지만, 이하에서는, 송전기(10), 수전기(101A, 101B)가 처리를 행하는 것으로서 설명한다.
송전기(10)와 수전기(101A, 101B)는, 전력 전송의 준비를 개시한다(스타트). 전력 전송의 준비는, 예를 들어 송전기(10)와 수전기(101A, 101B)를 소정의 준비 모드로 설정하고, 수전기(101A, 101B)로부터 송전기(10)에 대하여 송전을 요구하는 통지를 행함으로써 개시된다.
여기서, 수전기(101A)의 조정부(130A)와, 수전기(101B)의 조정부(130B)는, 특별히 제어되지 않는 한, 오프[스위치(131X 및 131Y)가 온인 상태]로 된다. 조정부(130A 및 130B)가 오프인 상태에서는, 수전기(101A 및 101B)에는 자계 공명에 의한 공진은 발생하지 않는(공진이 오프인) 상태로 된다.
먼저, 송전기(10)는 수전기(101A)에 테스트 송전 통지를 송신한다(스텝 S111). 여기서, 수전기(101B)보다도 수전기(101A) 쪽이 빠르게 송전기(10)에 대하여 송전 요구의 통지를 행한 것으로 한다. 송전기(10)는 스텝 S111에 있어서, 가장 빨리 송전 요구의 통지를 행한 수전기(101A)에 대하여, 테스트 송전 통지를 송신한다. 또한, 송전기(10)는 수전기(101A, 101B)를 식별하는 식별자 등을 사용하여, 수전기(101A, 101B)를 식별한다.
수전기(101A)는, 테스트 송전 통지를 송전기(10)로부터 수신하였는지 여부를 판정한다(스텝 S112A). 또한, 수전기(101A)는, 테스트 송전 통지를 송전기(10)로부터 수신할 때까지 스텝 S112A의 처리를 반복하여 실행한다.
수전기(101A)는, 조정부(130A)의 스위치(131X 및 131Y)를 오프로 하고, 스위치(180A)의 접속처를 더미 저항기(190A)로 전환한다(스텝 S113A). 조정부(130A)의 스위치(131X 및 131Y)를 오프로 하면, 자계 공명에 의한 공진의 1주기의 기간에 걸쳐 2차측 공진 코일(110A)에 공진 전류가 흐르는 상태로 된다. 수전기(101A)는, 스텝 S113A의 처리가 종료되면, 종료되었다는 취지를 송전기(10)에 통지한다.
송전기(10)는 테스트 송전을 개시한다(스텝 S114). 이에 의해, 수전기(101A)의 수전이 개시된다.
수전기(101A)는, 제어부(150A)의 위상 시프트 회로(153)의 시프트량을 제어함으로써, 2개의 클럭 CLK1, CLK2의 위상을 조정하여, 최대의 수전 효율이 얻어지는 기준의 위상을 검출한다. 그리고, 수전기(101A)는, 기준의 위상에 있어서, 송전기(10)로부터 수전한 전력을 나타내는 수전 전력과 배터리(220A)의 정격 출력을 송전기(10)에 통지하고, 조정부(130A)의 스위치(131X 및 131Y)를 온으로 한다(스텝 S115A). 이와 같이 수전기(101A)가 송전기(10)에 통지하는 수전 전력은, 기준의 위상에 있어서 측정되기 때문에, 수전기(101A)가 수전할 수 있는 최대의 수전 전력이다.
조정부(130A)의 스위치(131X 및 131Y)가 온으로 되면, 수전기(101A)는, 수전해도 자계 공명에 의한 공진이 발생하지 않는 상태로 된다. 즉, 공진이 오프인 상태로 된다. 수전기(100A)의 공진을 오프로 한 상태는, 수전기(101B)가 송전기(10)로부터 수전하여 수전 효율을 측정할 때에 영향을 주지 않는 상태이다.
송전기(10)는 수전기(101A)로부터 송신되는 수전 전력과 배터리(220A)의 정격 출력을 나타내는 데이터를 수신하고, 수전기(101A)의 수전 전력과 정격 출력을 검지한다(스텝 S116).
다음에, 송전기(10)는 수전기(101B)에 테스트 송전 통지를 송신한다(스텝 S117).
수전기(101B)는, 테스트 송전 통지를 송전기(10)로부터 수신하였는지 여부를 판정한다(스텝 S112B). 또한, 수전기(101B)는, 테스트 송전 통지를 송전기(10)로부터 수신할 때까지 스텝 S112B의 처리를 반복하여 실행한다.
수전기(101B)는, 조정부(130B)의 스위치(131X 및 131Y)를 오프로 하고, 스위치(180B)의 접속처를 더미 저항기(190B)로 전환한다(스텝 S113B). 조정부(130B)의 스위치(131X 및 131Y)를 오프로 하면, 자계 공명에 의한 공진의 1주기의 기간에 걸쳐 2차측 공진 코일(110B)에 공진 전류가 흐르는 상태로 된다. 수전기(101B)는, 스텝 S113B의 처리가 종료되면, 종료되었다는 취지를 송전기(10)에 통지한다.
송전기(10)는 테스트 송전을 개시한다(스텝 S118). 이에 의해, 수전기(101B)의 수전이 개시된다.
수전기(101B)는, 제어부(150B)의 위상 시프트 회로(153)의 시프트량을 제어함으로써, 2개의 클럭 CLK1, CLK2의 위상을 조정하여, 최대의 수전 효율이 얻어지는 기준의 위상을 검출한다. 그리고, 수전기(101B)는, 기준의 위상에 있어서, 송전기(10)로부터 수전한 전력을 나타내는 수전 전력과 배터리(220B)의 정격 출력을 송전기(10)에 통지하고, 조정부(130B)의 스위치(131X 및 131Y)를 온으로 한다(스텝 S115B). 이와 같이 수전기(101A)가 송전기(10)에 통지하는 수전 전력은, 기준의 위상에 있어서 측정되기 때문에, 수전기(101A)가 수전할 수 있는 최대의 수전 전력이다.
조정부(130B)의 스위치(131X 및 131Y)가 온으로 되면, 수전기(101B)는, 수전해도 자계 공명에 의한 공진이 발생하지 않는 상태로 된다. 즉, 공진이 오프인 상태로 된다.
송전기(10)는 수전기(101B)로부터 송신되는 수전 전력과 배터리(220B)의 정격 출력을 나타내는 데이터를 수신하고, 수전기(101B)의 수전 전력과 정격 출력을 검지한다(스텝 S119).
이상으로 도 19에 도시한 처리가 종료된다. 또한, 도 19에 도시한 처리의 (1), (1A), (1B)는 각각, 도 20에 도시한 (1), (1A), (1B)로 이어진다.
송전기(10)는 수전기(101A 및 101B)로부터 수신한 수전 전력과 배터리(220A 및 220B)의 정격 출력을 나타내는 데이터를 사용하여, 수전기(101A, 101B)의 조정부(130A, 130B)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 결정하고, 위상차를 수전기(101A 및 101B)에 통지한다(스텝 S121). 위상차는, 실시 형태 1과 마찬가지의 방법에 의해 결정하면 된다.
수전기(101A)는, 송전기(10)로부터 수신한 위상차를 사용하여 조정부(130A)를 구동한다(스텝 S122A). 마찬가지로, 수전기(101B)는, 송전기(10)로부터 수신한 위상차를 사용하여 조정부(130B)를 구동한다(스텝 S122B).
수전기(100A)의 제어부(150A)는, 스텝 S122A에서 구동 신호의 위상차를 설정하기 전에, 스텝 S115A에 있어서, 기준의 위상을 검출하고 있다.
제어부(150A)는, 기준의 위상에, 송전기(10)로부터 수신한 위상차를 가산하여 얻는 위상을 2개의 클럭의 위상으로서 설정한다. 이것은, 스텝 S115B에 있어서, 수전기(100B)의 제어부(150B)가 위상을 설정하는 경우도 마찬가지이다.
송전기(10)는 테스트 송전을 개시한다(스텝 S123). 이 테스트 송전은, 스텝 S114 및 S118의 테스트 송전과는 달리, 수전기(101A 및 101B)의 양쪽에 대하여 동시에 송전을 행하는 테스트이다. 수전기(101A 및 101B)는, 동시에 수전하는 상태에서, 각각 수전 전력을 계측한다.
수전기(101A)는, 송전기(10)로부터 수전한 전력을 나타내는 수전 전력을 송전기(10)에 통지하고, 조정부(130A)의 스위치(131X 및 131Y)를 온으로 한다(스텝 S124A). 마찬가지로, 수전기(101B)는, 송전기(10)로부터 수전한 전력을 나타내는 수전 전력을 송전기(10)에 통지하고, 조정부(130B)의 스위치(131X 및 131Y)를 온으로 한다(스텝 S124B).
송전기(10)는 수전기(101A 및 101B)로부터 송신되는 수전 전력을 나타내는 데이터를 수신하고, 수전기(101A 및 101B)의 수전 전력을 검지한다(스텝 S125).
송전기(10)는 스텝 S125에서 수신한 수전기(101A 및 101B)의 수전 전력이 목표 범위 내인지 여부를 판정한다(스텝 S126).
여기서, 수전 전력의 목표 범위란, 예를 들어 수전기(101A 및 101B)의 정격 출력의 50％의 전력을 하한값으로 하고, 수전기(101A 및 101B)의 정격 출력의 130％를 상한으로 하는 범위로서 설정한다.
이와 같은 수전 전력의 목표 범위는, 송전기(10)의 제어부(15)가 스텝 S116 및 S119에서 수전기(101A 및 101B)로부터 수신하는 배터리(220A 및 220B)의 정격 출력에 기초하여 설정하면 된다. 이와 같은 수전 전력의 목표 범위는, 수전기(101A 및 101B)의 수전 밸런스를 좋게 하기 위해 사용하는 것이다.
송전기(10)는, 스텝 S126에 있어서, 수전 전력의 비율이 목표 범위 내가 아니라고 판정하면(S126 : "아니오"), 플로우를 스텝 S121로 리턴한다. 위상차를 다시 조정하여, 수전 효율이 목표 범위 내에 들어가는지 여부를 확인하기 위해서이다. 또한, 스텝 S121로 리턴하여 위상차를 재설정할 때에는, 송전기(10)는 수전기(101A 및 101B) 중, 수전 전력이 목표 범위의 하한 이하이었던 수전기의 위상차의 절댓값을 작게 하면 되고, 수전 전력이 목표 범위의 상한 이상이었던 수전기의 위상차의 절댓값을 크게 하면 된다.
이상으로 도 20에 도시한 처리가 종료된다. 또한, 도 20에 도시한 처리의 (2), (2A), (2B)는 각각, 도 21에 도시한 (2), (2A), (2B)로 이어진다.
송전기(10)는 수전 전력이 목표 범위 내에 있다고 판정하면(S126 : "예"), 본 송전을 행하는 것을 나타내는 본 송전 통지를 수전기(101A 및 101B)에 송신한다(스텝 S131). 본 송전이란, 테스트 송전과는 달리, 실제로 수전기(101A 및 101B)를 충전하기 위해 송전을 행하는 것을 말한다. 본 송전 통지란, 본 송전을 행하는 것을 송전기(10)가 수전기(101A 및 101B)에 알리기 위한 통지를 말한다.
수전기(101A)는, 송전기(10)로부터 본 송전 통지를 수신하였는지 여부를 판정한다(스텝 S132A). 마찬가지로, 수전기(101B)는, 송전기(10)로부터 본 송전 통지를 수신하였는지 여부를 판정한다(스텝 S132B).
또한, 수전기(101A 및 101B)는, 본 송전 통지를 수신하지 않은 경우에는, 각각, 플로우를 스텝 S122A 및 122B로 리턴한다. 스텝 S126에 있어서, 수전 전력이 목표 범위 내에 없다고 송전기(10)에 의해 판정된 경우에 상당하므로, 송전기(10)가 스텝 S121로 리턴하여 수전기(101A 및 101B)에 송신하는 위상차를 사용하여 조정부(130A 및 130B)를 구동하기 위해서이다.
수전기(101A)는, 송전기(10)로부터 본 송전 통지를 수신하였다고 판정하면(S132A : "예"), 위상차를 사용한 조정부(130A)의 구동을 재개함과 함께, 스위치(180A)의 접속처를 배터리(220A)로 전환하고, 전환한 것을 송전기(10)에 통지한다(스텝 S133A). 마찬가지로, 수전기(101B)는, 송전기(10)로부터 본 송전 통지를 수신하였다고 판정하면(S132B : "예"), 위상차를 사용한 조정부(130B)의 구동을 재개함과 함께, 스위치(180B)의 접속처를 배터리(220B)로 전환하고, 전환한 것을 송전기(10)에 통지한다(스텝 S133B).
송전기(10)는 본 송전을 개시한다(스텝 S134).
수전기(101A)는, 배터리(220A)가 만충전으로 되었는지, 또는, 이용자에 의한 충전의 정지 조작이 있었는지를 판정한다(스텝 S135A). 마찬가지로, 수전기(101B)는, 배터리(220B)가 만충전으로 되었는지, 또는, 이용자에 의한 충전의 정지 조작이 있었는지를 판정한다(스텝 S135B).
수전기(101A)는, 만충전, 또는, 충전의 정지 조작 모두 없다고 판정하면(S135A : "아니오"), 위상차의 재조정이 필요한지 여부를 판정한다(스텝 S136A).
예를 들어, 수전기(101B)가 만충전, 또는, 충전의 정지 조작에 의해 충전되지 않은 상태로 된 경우에는, 수전기(101A)의 위상차를 재조정할 필요가 발생한다. 따라서, 송전기(10)가 후술하는 스텝 S139에 있어서, 수전기(101B)의 충전이 완료되었거나, 또는, 충전이 정지되었다고 판정하고, 수전기(101A)가 송전기(10)로부터 수전기(101B)의 충전이 완료, 또는, 충전 정지에 대한 통지를 수신한 경우에, 수전기(101A)는 위상차의 재조정이 필요하다고 판정한다.
수전기(101B)는, 만충전, 또는, 충전의 정지 조작 모두 없다고 판정하면(S135B : "아니오"), 위상차의 재조정이 필요한지 여부를 판정한다(스텝 S136B).
예를 들어, 수전기(101A)가 만충전, 또는, 충전의 정지 조작에 의해 충전되지 않은 상태로 된 경우에는, 수전기(101B)의 위상차를 재조정할 필요가 발생한다. 따라서, 송전기(10)가 후술하는 스텝 S139에 있어서, 수전기(101A)의 충전이 완료되었거나, 또는, 충전이 정지되었다고 판정하고, 수전기(101B)가 송전기(10)로부터 수전기(101A)의 충전이 완료, 또는, 충전 정지에 대한 통지를 수신한 경우에, 수전기(101B)는 위상차의 재조정이 필요하다고 판정한다.
수전기(101A)는, 배터리(220A)의 만충전, 또는, 충전의 정지 조작이 있었다고 판정하면(S135A : "예"), 충전 완료, 또는, 정지 조작이 있었던 것을 송전기(10)에 통지한다. 이에 의해, 수전기(101A)는 처리를 종료한다.
마찬가지로, 수전기(101B)는, 배터리(220B)의 만충전, 또는, 충전의 정지 조작이 있었다고 판정하면(S135B : "예"), 충전 완료, 또는, 정지 조작이 있었던 것을 송전기(10)에 통지한다. 이에 의해, 수전기(101A)는 처리를 종료한다.
송전기(10)는 수전기(101A 또는 101B)에 있어서, 충전 완료, 또는, 정지 조작이 있었는지 여부를 판정한다(스텝 S137). 송전기(10)는 수전기(101A 또는 101B)로부터의 충전 완료, 또는, 정지 조작을 나타내는 통지의 유무에 기초하여, 스텝 S137의 판정을 행한다. 또한, 스텝 137의 판정은, 수전기(101A 또는 101B)로부터의 충전 완료, 또는, 정지 조작을 나타내는 통지가 있을 때까지 반복하여 실행된다.
수전기(101A)는, 배터리(220A)의 만충전, 또는, 충전의 정지 조작을 행한 것을 송전기(10)에 통지하면, 조정부(130A)의 스위치(131X 및 131Y)를 온으로 한다(스텝 S138A). 이에 의해 수전기(101A)는 수전하지 않는 상태로 된다. 마찬가지로, 수전기(101B)는, 배터리(220B)의 만충전, 또는, 충전의 정지 조작을 행한 것을 송전기(10)에 통지하면, 조정부(130B)의 스위치(131X 및 131Y)를 온으로 한다(스텝 S138B). 이에 의해 수전기(101B)는 수전하지 않는 상태로 된다.
송전기(10)는 수전기(101A 또는 101B)로부터의 충전 완료(만충전), 또는, 정지 조작을 나타내는 통지가 있었다(S137 : "예")고 판정하면, 수전기(101A 및 101B)의 양쪽의 충전이 완료되었는지, 또는, 충전이 정지되었는지 여부를 판정한다(스텝 S139). 수전기(101A 및 101B) 중 한쪽의 충전이 완료 또는 정지되지 않았으면, 계속해서 송전할 필요가 있기 때문이다.
송전기(10)는 수전기(101A 및 101B) 중 한쪽의 충전이 완료 또는 정지되지 않았다고 판정하면(S139 : "아니오"), 플로우를 스텝 S121로 리턴한다. 다시 위상차를 설정하여 송전을 행하기 위해서이다.
또한, 송전기(10)는 수전기(101A)의 충전이 완료되었거나, 또는, 충전이 정지되었다고 판정한 경우에는, 수전기(101A)의 충전이 완료, 또는, 충전이 정지된 것을 수전기(101B)에 통지한다. 마찬가지로, 송전기(10)는 수전기(101B)의 충전이 완료되었거나, 또는, 충전이 정지되었다고 판정한 경우에는, 수전기(101B)의 충전이 완료, 또는, 충전이 정지된 것을 수전기(101A)에 통지한다.
송전기(10)는 수전기(101A 및 101B)의 양쪽의 충전이 완료되었거나, 또는, 충전이 정지되었다고 판정하면(S139 : "예"), 처리를 종료한다.
이상에 의해, 송전기(10)에 의한 수전기(101A 및 101B)에의 송전 처리가 종료된다.
또한, 이상에서는, 2개의 수전기(101A 및 101B)가 송전기(10)로부터 수전하는 경우에 위상차를 결정하는 형태에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 수전기가 송전기(10)로부터 수전하는 경우도 마찬가지로 위상차를 정할 수 있다. 예를 들어, 수전기가 3개 있는 경우에는, 스텝 S115B가 종료된 후에, 스텝 111, S112A, S113A, S114, S115A 및 S116과 마찬가지의 스텝을 3번째의 수전기에 대하여 행함으로써, 송전기(10)가 3번째의 수전기의 수전 전력과 정격 출력을 입수하면 된다.
그리고, 3개의 수전기의 위상차를 결정하고, 수전 전력이 목표 범위 내인지 여부를 판정한 후에, 본 송전을 행하도록 하면 된다. 이것은, 수전기가 4개 이상 있는 경우도 마찬가지이다.
이상, 실시 형태 2에 의하면, 전력 공급량의 밸런스를 개선할 수 있는 수전기(101A 또는 101B)를 제공할 수 있다. 또한, 실시 형태 2에 의하면, 전력 공급량의 밸런스를 개선할 수 있는 전력 전송 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 실시 형태 2에서는, 수전기(101A 및 101B)의 위상차를 정할 때에, 스텝 S121∼S126에 의한 테스트 송전의 처리를 행한다. 그리고, 테스트 송전의 결과, 수전기(101A 및 101B)의 수전 전력이 목표 범위 내에 없는 경우에는, 위상차를 재조정하여, 수전 밸런스를 보다 개선할 수 있는 위상차를 구한다.
따라서, 실시 형태 2에 의하면, 전력 공급량의 밸런스를 보다 개선한 수전기(101A 또는 101B)를 제공할 수 있다.
<실시 형태 3>
도 22는 실시 형태 3에 있어서의 송전기(10)와 N개의 수전기(101-1, 101-2, …, 101-N)를 도시하는 도면이다. 도 23은 실시 형태 3에 의한 위상차와 송전 출력 P의 결정 처리를 나타내는 플로우차트이다. 도 24는 실시 형태 3에서 사용하는 테이블 형식의 데이터를 도시하는 도면이다.
실시 형태 3에서는, 1개의 송전기(10)로부터 N개의 수전기(101-1, 101-2, …, 101-N)에 전력을 전송하는 경우에, 수전기(101-1∼101-N)의 조정부(130)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 결정하는 방법에 대하여 설명한다.
여기서, N은 임의의 정수이며, 2 이상의 정수이면 된다.
수전기(101-1∼101-N)의 각각은, 실시 형태 2의 수전기(101A 및 101B)와 마찬가지의 구성을 갖는다. 또한, 수전기(101-1∼101-N)에는, 각각, DC-DC 컨버터(210)와 배터리(220)가 접속되는 것으로서 설명한다.
이하에서는, 수전 전력, 위상차 등을 나타내는 데이터는, 수전기(101-1∼101-N)의 제어부(150)와, 수신기(10)의 제어부(15) 사이에서 통신된다. 제어부(150)와 제어부(15) 사이의 통신은, 안테나(170)와 안테나(16) 사이에서 행해진다(도 9 참조).
실시 형태 3에서는, 구체적으로는, 이하와 같은 수순으로 수전기(101-1∼101-N)의 각각에 포함되는 조정부(130)를 구동하는 구동 신호의 위상차를 결정한다.
먼저, 송전기(10)는 수전기(101-1∼101-N)의 각각에, 개별적으로 전력 P0을 송전한다(스텝 S201). 또한, 수전기(101-1∼101-N)는, 각각, 전력 P0을 수전하면, 수전 전력 PK(K=1∼N)와, 배터리(220)의 정격 출력 PBK(K=1∼N)를 나타내는 데이터를 송전기(10)에 송신한다.
다음에, 송전기(10)는 수전 전력 PK(K=1∼N)와, 배터리(220)의 정격 출력 PBK(K=1∼N)를 나타내는 데이터를 수신한다(스텝 S202).
수전 전력 PK는, 수전기(101-1∼101-N)의 내부에서, 스위치(180)를 더미 저항기(190)에 접속시켜 측정된다. 정격 출력 PBK는, 수전기(101-1∼101-N)의 각각에 접속되는 배터리(220)의 정격 출력이다. 배터리(220)의 정격 출력을 나타내는 데이터는, 수전기(101-1∼101-N)의 각각의 제어부(150)가 내부 메모리에 유지하고 있다.
전력의 송전은, 수전기(101-1∼101-N)의 각각에 대하여, 1 대 1로 행하기 때문에, 송전기(10)는 송전을 N회 행하게 된다. 또한, 송전기(10)가 수전기(101-1∼101-N)의 각각에 송전하는 전력 P0은, 수전기(101-1∼101-N)의 각각에 대하여 동일하다.
다음에, 송전기(10)는 수전기(101-1∼101-N)의 각각에 대하여, 수전 전력 PK(K=1∼N)에 대한, 정격 출력 PBK(K=1∼N)의 비 XK(K=1∼N)를 구한다(스텝 S203). XK=PBK/PK에 의해 구해진다.
다음에, 송전기(10)는 비 XK 중의 최댓값 XS를 구하고, 수전기(101-1∼101-N)의 각각에 대하여, 최댓값 XS에 대한 비 XK의 비 YK(K=1∼N)를 구한다(스텝 S204). YK=XK/XS에 의해 구해진다.
다음에, 송전기(10)는 수전기(101-1∼101-N)의 수전 전력이, Y1∼YN배로 되는 위상차 D1∼DN을 구한다(스텝 S205). Y1∼YN배로 되는 위상차 D1∼DN을 구하기 위해서는, 예를 들어 도 24에 도시한 바와 같은 테이블 형식의 데이터를 사용하면 된다.
도 24에 도시한 테이블 형식의 데이터는, 비 Y1∼YN의 조합과, 위상차 D1∼DN의 조합을 관련지은 데이터이다. 비 Y1∼YN의 조합에는, Ya1, Ya2, …, YaN, Yb1, Yb2, …, YbN 등이 있다. 위상차 D1∼DN의 값의 조합에는, Da1, Da2, …, DaN, Db1, Db2, …, DbN 등이 있다.
비 Y1∼YN의 조합 Ya1, Ya2, …은, 각각, 위상차 D1∼DN의 조합 Da1, Da2, …, DaN과 관련지어져 있다. 비 Y1∼YN의 조합 Yb1, Yb2, …은, 각각, 위상차 D1∼DN의 조합 Db1, Db2, …, DbN과 관련지어져 있다.
이와 같은 비 Y1∼YN의 조합과, 위상차 D1∼DN의 조합을 관련지은 데이터를 다수 준비해 두고, 스텝 S204에서 수전기(101-1∼101-N)에 대하여 구한 비 Y1∼YN에 대응하는 위상차 D1∼DN을 도 24에 도시한 테이블 형식의 데이터로부터 구하면 된다.
또한, 도 24에 도시한 테이블 형식의 데이터 중에, 스텝 S204에서 수전기(101-1∼101-N)에 대하여 구한 비 Y1∼YN의 조합이 존재하지 않는 경우에는, 스텝 S204에서 구한 비 Y1∼YN에 가까운 비 Y1∼YN에 관련지어진 위상차 D1∼DN을 사용하면 된다. 또한, 이와 같이 스텝 S204에서 구한 비 Y1∼YN의 조합이 도 24에 도시한 데이터에 존재하지 않는 경우에는, 스텝 S204에서 구한 비 Y1∼YN의 조합에 가까운 비 Y1∼YN을 보간 처리 등에 의해 구함으로써, 위상차 D1∼DN을 사용하면 된다.
또한, 여기서는, 도 24에 도시한 테이블 형식의 데이터를 사용하여 위상차 D1∼DN을 구하는 형태에 대하여 설명하였지만, 예를 들어 비 Y1∼YN의 값에 따라서, 위상차 D1∼DN을 연산해도 된다. 비 Y1∼YN의 값은, 비 XK가 최댓값 XS로 되는 경우가 1로 되고, 그 밖의 경우에는 1 미만의 값으로 된다. 이 때문에, 비 Y1∼YN의 값이 클수록, 필요한 수전 전력량이 많아지게 된다. 따라서, 비 Y1∼YN의 값이 클수록 위상차 D1∼DN을 크게 설정하고, 비 Y1∼YN의 값이 작을수록 위상차 D1∼DN을 작게 설정하면 된다.
다음에, 송전기(10)는 수전기(101-1∼101-N)에, 위상차 D1∼DN을 나타내는 데이터를 송신한다(스텝 S206).
마지막으로, 송전기(10)는 송전 출력 P를 다음 식에 의해 설정한다(스텝 S207).
Figure pct00001
이상으로, 위상차 D1∼DN과 송전 출력 P의 설정이 종료된다.
이상, 실시 형태 3에 의하면, 전력 공급량의 밸런스를 개선할 수 있는 수전기(101-1∼101-N)를 제공할 수 있다. 또한, 실시 형태 3에 의하면, 전력 공급량의 밸런스를 개선할 수 있는 전력 전송 시스템[수전기(101-1∼101-N) 및 송전기(10)]을 제공할 수 있다.
이상, 본 발명의 예시적인 실시 형태의 수전기, 및, 전력 전송 시스템에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 구체적으로 개시된 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위로부터 일탈하지 않고, 다양한 변형이나 변경이 가능하다.
10 : 송전기
11 : 1차측 코일
12 : 1차측 공진 코일
13 : 정합 회로
14 : 캐패시터
15 : 제어부
100, 100A, 100B, 101, 101-1∼101-N, 103 : 수전기
110, 110A, 110B : 2차측 공진 코일
120, 121, 122, 123, 124 : 정류 회로
130, 130A, 130B : 조정부
131X, 131Y : 스위치
132X, 132Y : 다이오드
133X, 133Y : 캐패시터
134X, 134Y : 단자
140, 140A, 140B : 평활 캐패시터
150, 150A, 150B : 제어부
160X, 160Y : 출력 단자
170A, 170B : 안테나
180 : 스위치
190 : 더미 저항기
200A, 200B : 전자 기기
210, 210A, 210B : DC-DC 컨버터
220, 220A, 220B : 배터리
500 : 전력 전송 시스템

Claims (11)

  1. 공진 코일부를 갖고, 1차측 공진 코일과의 사이에서 발생하는 자계 공명에 의해 상기 1차측 공진 코일로부터 전력을 수전하는 2차측 공진 코일과,
    상기 2차측 공진 코일의 상기 공진 코일부에 직렬로 삽입되는 캐패시터와,
    상기 캐패시터에 병렬로 접속되는, 제1 스위치 및 제2 스위치의 직렬 회로와,
    상기 제1 스위치에 병렬로 접속되며, 제1 정류 방향을 갖는 제1 정류 소자와,
    상기 제2 스위치에 병렬로 접속되며, 상기 제1 정류 방향과는 반대의 제2 정류 방향을 갖는 제2 정류 소자와,
    상기 2차측 공진 코일에 공급되는 전원의 전압 파형 또는 전류 파형을 검출하는 검출부와,
    상기 검출부가 검출한 전압 파형 또는 전류 파형과, 상기 제1 스위치의 온/오프를 전환하는 제1 신호 및 상기 제2 스위치의 온/오프를 전환하는 제2 신호의 위상차를 조정함으로써, 상기 2차측 공진 코일이 수전하는 전력량을 조정하는 제어부를 포함하는 수전기.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 위상차를 조정함으로써, 상기 공진 코일부에 상기 공진이 발생하는 상태에 대한, 상기 공진 코일부에 공진이 발생하지 않는 상태의 비율을 조정함으로써, 상기 2차측 공진 코일이 수전하는 전력량을 조정하는 수전기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2차측 공진 코일은, 상기 공진 코일부의 양단에 각각 설치되는 제1 단자 및 제2 단자를 더 갖고,
    상기 제1 정류 소자 및 상기 제2 정류 소자는, 각각, 제1 전류 입력 단자 및 제2 전류 입력 단자를 갖고, 상기 제1 정류 소자 및 상기 제2 정류 소자는, 상기 제1 전류 입력 단자 및 상기 제2 전류 입력 단자가 접속되는 상태에서, 각각, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 병렬로 접속되어 있고,
    상기 제어부는,
    상기 공진 코일부에 상기 제1 단자로부터 상기 제2 단자를 향하여 전류가 흐를 때에는, 상기 제1 스위치를 오프로 함과 함께 상기 제2 스위치를 온으로 하고, 또한, 상기 공진 코일부에 상기 제2 단자로부터 상기 제1 단자를 향하여 전류가 흐를 때에는, 상기 제1 스위치를 온으로 함과 함께 상기 제2 스위치를 오프로 함으로써, 상기 공진 코일부에 자계 공명에 의한 공진을 발생시키는 수전기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 공진 코일부에 상기 제1 단자로부터 상기 제2 단자를 향하여 전류가 흐를 때에, 상기 제1 스위치를 온으로 함과 함께 상기 제2 스위치를 오프 또는 온으로 하고, 또한, 상기 공진 코일부에 상기 제2 단자로부터 상기 제1 단자를 향하여 전류가 흐를 때에, 상기 제1 스위치를 오프 또는 온으로 함과 함께 상기 제2 스위치를 온으로 함으로써, 상기 공진 코일부에 자계 공명에 의한 공진이 발생하지 않는 상태를 발생시키는 수전기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차측 공진 코일에 전력을 공급하는 전원의 전압 파형 또는 전류 파형을 수신하는 통신부를 더 포함하고,
    상기 검출부는, 상기 통신부가 수신하는 상기 1차측 공진 코일에 전력을 공급하는 전원의 전압 파형 또는 전류 파형에 기초하여, 상기 2차측 공진 코일에 공급되는 전원의 전압 파형 또는 전류 파형을 검출하는 수전기.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 2차측 공진 코일에 공급되는 전력의 전압 파형 또는 전류 파형을 검출하는 것을 특징으로 하는 수전기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 정류 소자 및 상기 제2 정류 소자는, 각각, 제1 전류 출력 단자 및 제2 전류 출력 단자를 갖고, 상기 제1 정류 소자 및 상기 제2 정류 소자는, 상기 제1 전류 출력 단자 및 상기 제2 전류 출력 단자가 접속되는 상태에서, 각각, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에 병렬로 접속되어 있고,
    상기 제어부는,
    상기 공진 코일부에 상기 제1 단자로부터 상기 제2 단자를 향하여 전류가 흐를 때에는, 상기 제1 스위치를 온으로 함과 함께 상기 제2 스위치를 오프로 하고, 또한, 상기 공진 코일부에 상기 제2 단자로부터 상기 제1 단자를 향하여 전류가 흐를 때에는, 상기 제1 스위치를 오프로 함과 함께 상기 제2 스위치를 온으로 함으로써, 상기 공진 코일부에 자계 공명에 의한 공진을 발생시키는 수전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 공진 코일부에 상기 제1 단자로부터 상기 제2 단자를 향하여 전류가 흐를 때에, 상기 제1 스위치를 오프 또는 온으로 함과 함께 상기 제2 스위치를 온으로 하고, 또한, 상기 공진 코일부에 상기 제2 단자로부터 상기 제1 단자를 향하여 전류가 흐를 때에, 상기 제1 스위치를 온으로 함과 함께 상기 제2 스위치를 오프 또는 온으로 함으로써, 상기 공진 코일부에 자계 공명에 의한 공진이 발생하지 않는 상태를 발생시키는 수전기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 접속되며, 상기 2차측 공진 코일로부터 입력되는 교류 전력을 정류하는 정류 회로와,
    상기 정류 회로의 출력측에 접속되는 평활 회로와,
    상기 평활 회로의 출력측에 접속되는 한 쌍의 출력 단자를 더 포함하는 수전기.
  10. 1차측 공진 코일을 갖는 송전기와,
    상기 송전기로부터 전력을 수전하는 제1 수전기를 포함하는 전력 전송 시스템으로서,
    상기 제1 수전기는,
    공진 코일부를 갖고, 1차측 공진 코일과의 사이에서 발생하는 자계 공명에 의해 상기 1차측 공진 코일로부터 전력을 수전하는 제1 2차측 공진 코일과,
    상기 제1 2차측 공진 코일의 상기 공진 코일부에 직렬로 삽입되는 캐패시터와,
    상기 캐패시터에 병렬로 접속되는, 제1 스위치 및 제2 스위치의 직렬 회로와,
    상기 제1 스위치에 병렬로 접속되며, 제1 정류 방향을 갖는 제1 정류 소자와,
    상기 제2 스위치에 병렬로 접속되며, 상기 제1 정류 방향과는 반대의 제2 정류 방향을 갖는 제2 정류 소자와,
    상기 2차측 공진 코일에 공급되는 전원의 전압 파형 또는 전류 파형을 검출하는 검출부와,
    상기 검출부가 검출한 전압 파형 또는 전류 파형과, 상기 제1 스위치의 온/오프를 전환하는 제1 신호 및 상기 제2 스위치의 온/오프를 전환하는 제2 신호의 위상차를 조정함으로써, 상기 제1 2차측 공진 코일이 수전하는 전력량을 조정하는 제어부를 갖는 전력 전송 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    제2 2차측 공진 코일을 갖고, 상기 송전기로부터 전력을 수전하는 제2 수전기를 더 포함하고,
    상기 위상차는, 상기 제1 2차측 공진 코일의 제1 수전 효율, 상기 한 쌍의 출력 단자에 접속되는 제1 부하의 제1 정격 출력, 상기 제2 2차측 공진 코일의 제2 수전 효율, 및, 상기 제2 수전기로부터 전력이 공급되는 제2 부하의 제2 정격 출력에 기초하여 설정되고,
    상기 제어부는, 상기 제2 스위치의 온/오프를 전환하는 제2 신호와의 위상차를 상기 설정되는 위상차로 조정하는 전력 전송 시스템.
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