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WO2014118895A1 - 無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法 - Google Patents

無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法 Download PDF

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WO2014118895A1
WO2014118895A1 PCT/JP2013/051916 JP2013051916W WO2014118895A1 WO 2014118895 A1 WO2014118895 A1 WO 2014118895A1 JP 2013051916 W JP2013051916 W JP 2013051916W WO 2014118895 A1 WO2014118895 A1 WO 2014118895A1
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WO
WIPO (PCT)
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power
power transmission
resonance
coil
control unit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2013/051916
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
聡 下川
昭嘉 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Priority to JP2014559394A priority patent/JP6137201B2/ja
Priority to KR1020157020207A priority patent/KR101746318B1/ko
Priority to EP13873369.6A priority patent/EP2953235B1/en
Priority to PCT/JP2013/051916 priority patent/WO2014118895A1/ja
Publication of WO2014118895A1 publication Critical patent/WO2014118895A1/ja
Priority to US14/800,241 priority patent/US20150318900A1/en
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    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • H04B5/266—One coil at each side, e.g. with primary and secondary coils

Definitions

  • the embodiments referred to in this application relate to a wireless power transmission system, a power receiver, and a wireless power transmission method.
  • wireless power transmission (Wireless Power Transfer)
  • a technique using electromagnetic induction and a technique using radio waves are generally known.
  • magnetic resonance and electric fields have been considered as being capable of power transmission to a plurality of power receivers and three-dimensional various positions of the power receivers while keeping the distance between the power transmitter and the power receiver to some extent.
  • Expectations for power transmission technology using resonance are increasing.
  • wireless power transmission technology for transmitting power wirelessly for power supply and charging has been attracting attention.
  • the transmission efficiency is lowered. Therefore, it is considered to perform real-time phase control to prevent the transmission efficiency from being lowered.
  • the resonance frequency in the wireless power transmission system is, for example, several hundred KHz to several tens of MHz
  • a dedicated communication circuit is provided for a power transmitter and a power receiver in order to perform real-time phase control. It will be.
  • the hardware load of the power transmitter and the power receiver increases and the cost increases.
  • a power receiver includes a power receiving resonance coil that wirelessly receives power from a power transmitter using magnetic field resonance or electric field resonance, a power receiving side communication unit, and a power receiving side control unit.
  • the power receiving side phase adjustment oscillating unit outputs a voltage oscillating at a predetermined frequency, and the power receiving side communication unit communicates with the power transmitter.
  • the power receiving side control unit receives an output from the power receiving side communication unit, and adjusts a resonance frequency of the power receiving resonance coil using an output voltage from the power receiving side phase adjustment oscillation unit.
  • the disclosed wireless power transmission system, power receiver, and wireless power transmission method have an effect of improving the efficiency of power transmission while suppressing an increase in hardware load and cost.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a wireless power transmission system.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a wireless power transmission system.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the wireless power transmission system shown in FIG. 2 while paying attention to the control system.
  • FIG. 4A is a diagram (No. 1) for explaining control of the resonance frequency in the wireless power transmission system shown in FIG. 2 and FIG. 3.
  • FIG. 4B is a diagram (No. 2) for explaining control of the resonant frequency in the wireless power transmission system shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 5A is a diagram (part 1) illustrating a simulation condition in the wireless power transmission system illustrated in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 5B is a diagram (No.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams (part 1) illustrating a simulation result of the wireless power transmission system illustrated in FIGS. 2 and 3 performed under the simulation conditions illustrated in FIGS. 5A and 5B.
  • 6B is a diagram (part 2) illustrating a simulation result of the wireless power transmission system illustrated in FIGS. 2 and 3 performed under the simulation conditions illustrated in FIGS. 5A and 5B.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the wireless power transmission system of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a wireless power transmission system according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram (part 1) for explaining the operation of the wireless power transmission system illustrated in FIG.
  • FIG. 10 is a diagram (No.
  • FIG. 11 is a diagram (No. 3) for explaining the operation of the wireless power transmission system depicted in FIG. 12 is a diagram (No. 4) for explaining the operation of the wireless power transmission system depicted in FIG.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a wireless power transmission system according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram (part 1) for explaining an operation in the wireless power transmission system depicted in FIG. 13.
  • FIG. 15 is a diagram (No. 2) for explaining the operation in the wireless power transmission system depicted in FIG. 13.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a wireless power transmission system.
  • the wireless power transmission system has a primary side (power transmission side: power transmitter) 1 and a secondary side (power reception side: power receiver) 2.
  • the power transmitter 1 and the power receiver 2 may be plural.
  • the power transmitter 1 has an AC power source 11 and a power transmission system coil SC including a power supply coil 12 and a power transmission resonance coil 13.
  • the power receiver 2 includes a power reception system coil JC including a power reception resonance coil 22 and a power extraction coil 23. And a load device 21.
  • the power transmitter 1 and the power receiver 2 are configured to transmit power to the power transmitter 1 by magnetic field resonance (magnetic field resonance) between a power transmission resonance coil (LC resonator) 13 and a power reception resonance coil (LC resonator) 22.
  • Energy (electric power) is transmitted from the power receiver 2 to the power receiver 2.
  • the power transmission from the LC resonators 13 to 22 can be performed not only by magnetic field resonance but also by electric field resonance (electric field resonance).
  • magnetic field resonance will be mainly described as an example.
  • power transmission from the power supply coil 12 to the power transmission resonance coil 13 is performed using electromagnetic induction.
  • power reception system coil JC power from the power reception resonance coil 22 to the power extraction coil 23 is transmitted. Transmission is also performed using electromagnetic induction.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the wireless power transmission system, and shows the wireless power transmission system shown in FIG. 1 in more detail.
  • the power transmission system includes a power transmission coil SC, a power reception coil JC, an AC power supply 11, a power transmission side control circuit 14, a device 21 serving as a load, and a power reception side control circuit 24.
  • the power transmission coil SC includes the power supply coil 12 and the power transmission resonance coil 13.
  • the power supply coil 12 is formed by winding a metal wire such as a copper wire or an aluminum wire a plurality of times circumferentially, and an AC voltage (high-frequency voltage) from the AC power source 11 is applied to both ends thereof.
  • the power transmission resonance coil 13 includes, for example, a coil 131 in which a metal wire such as a copper wire or an aluminum wire is wound in a circumferential shape, and a capacitor 132 connected to both ends of the coil 131, thereby forming a resonance circuit.
  • the resonance frequency f 0 is expressed by the following equation (1).
  • L is the inductance of the coil 131
  • C is the capacitance of the capacitor 132.
  • the coil 131 of the power transmission resonance coil 13 is, for example, a one-turn coil, and various types of capacitors can be used as the capacitor 132, but it is preferable that the loss is as small as possible and that has a sufficient withstand voltage.
  • variable capacitor is used as the capacitor 132 in order to vary the resonance frequency.
  • a variable capacitor for example, a variable capacitance device manufactured using MEMS technology or a variable capacitance device (varactor) using a semiconductor can be applied.
  • the power supply coil 12 and the power transmission resonance coil 13 are, for example, arranged concentrically on the same plane so as to be electromagnetically closely coupled to each other. That is, the power supply coil 12 is disposed inside the power transmission resonance coil 13. Alternatively, the power transmission resonance coil 13 and the power supply coil 12 may be arranged at an appropriate distance on the same axis.
  • the power receiving coil JC includes a power receiving resonance coil 22 and a power extraction coil 23.
  • the power receiving resonance coil 22 includes, for example, a coil 221 around which a metal wire such as a copper wire or an aluminum wire is wound, and a capacitor 222 connected to both ends of the coil 221.
  • the resonance frequency f 0 of the power receiving resonance coil 22 is expressed by the above-described equation (1) according to the inductance of the coil 221 and the capacitance of the capacitor 222.
  • the coil 221 of the power receiving resonance coil 22 is, for example, a one-turn coil, and various types of capacitors can be applied to the capacitor 222 as described above.
  • a variable capacitor is used as the capacitor 222 in order to vary the resonance frequency.
  • variable capacitor similarly to the capacitor 132, for example, a variable capacitance device manufactured using the MEMS technology or a varactor using a semiconductor can be applied.
  • the power extraction coil 23 is, for example, a metal wire such as a copper wire or an aluminum wire wound around a plurality of circumferences, and a device 21 as a load is connected to both ends thereof.
  • the load device 21 is, for example, a battery used as a power source for the power receiver 2 or a circuit for charging the battery.
  • the power receiving resonance coil 22 and the power extraction coil 23 are, for example, arranged concentrically on the same plane so as to be electromagnetically closely coupled to each other. That is, the power extraction coil 23 is disposed inside the power reception resonance coil 22. Alternatively, the power receiving resonance coil 22 and the power extraction coil 23 may be arranged at an appropriate distance on the same axis.
  • the coil surfaces are parallel to each other and the coil axes coincide with each other. In order not to deviate so much, they are arranged within a suitable distance range.
  • the direction along the coil axis KS is the main radiation direction of the magnetic field KK
  • the direction from the power transmission system coil SC toward the power reception system coil JC is the power transmission direction SH.
  • the phase ⁇ vs of the AC power supply 11 and the phases ⁇ is and ⁇ ij of the current flowing through the power transmission resonance coil 13 and the power reception resonance coil 22 are transmitted by the power transmission side control circuit 14 and the power reception side control circuit 24. Is used to control the resonance frequency.
  • the power transmission side control circuit 14 detects the phase ⁇ vs of the voltage Vs applied to the power transmission coil SC and the phase ⁇ is of the current Is flowing through the power transmission coil SC, and the phase difference ⁇ s becomes a predetermined target value ⁇ ms.
  • the resonance frequency fs of the power transmission coil SC is variably controlled.
  • the power transmission side control circuit 14 includes a current detection sensor SE1, phase detection units 141 and 142, a target value setting unit 143, a power transmission side feedback control unit 144, and a phase transmission unit 145.
  • the current detection sensor SE1 detects the current Is flowing through the power transmission resonance coil 13.
  • the current detection sensor SE1 for example, a Hall element, a magnetoresistive element, a detection coil, or the like can be used.
  • the current detection sensor SE1 outputs a voltage signal corresponding to the waveform of the current Is, for example.
  • the phase detection unit 141 detects the phase ⁇ vs of the voltage Vs applied to the power supply coil 12, and outputs a voltage signal corresponding to the waveform of the voltage Vs, for example.
  • the phase detector 141 may output the voltage Vs as it is, or may divide and output the voltage Vs with an appropriate resistor. Therefore, the phase detection unit 141 can be a simple conductor or one or a plurality of resistance elements.
  • the phase detection unit 142 detects the phase ⁇ is of the current Is flowing through the power transmission resonance coil 13 based on the output from the current detection sensor SE1, and outputs a voltage signal corresponding to the waveform of the current Is, for example.
  • the phase detector 142 may output the output of the current detection sensor SE1 as it is. Therefore, the current detection sensor SE1 can also serve as the phase detection unit 142.
  • the target value setting unit 143 sets and stores the target value ⁇ ms of the phase difference ⁇ s. Therefore, the target value setting unit 143 is provided with a memory for storing the target value ⁇ ms.
  • the target value ⁇ ms for example, “ ⁇ 180 ° ( ⁇ radian)” or “a value obtained by adding an appropriate correction value a to ⁇ 180 °” is set.
  • the target value ⁇ ms may be set by selecting from one or a plurality of data stored in advance, or may be performed by a command from a CPU or a keyboard.
  • the power transmission side feedback control unit 144 is configured so that a phase difference ⁇ s between the phase ⁇ vs of the voltage Vs of the AC power supply 11 and the phase ⁇ is of the current Is of the power transmission resonance coil 13 becomes the set target value ⁇ ms.
  • the resonance frequency fs is variably controlled.
  • the phase transmitter 145 wirelessly transmits information about the phase ⁇ vs of the voltage Vs supplied to the power supply coil 12 to the power receiving side control circuit 24 as an analog signal or a digital signal.
  • a voltage signal corresponding to the waveform of the voltage Vs can be multiplied by an integral multiple and transmitted.
  • the power receiving side control circuit 24 detects the phase ⁇ vs of the voltage VS supplied to the power transmission coil SC and the phase ⁇ ij of the current IJ flowing through the power receiving coil JC so that the phase difference ⁇ j becomes a predetermined target value ⁇ mj.
  • the resonance frequency fj of the power receiving coil JC is variably controlled.
  • the power reception side control circuit 24 includes a current detection sensor SE2, a phase reception unit 241, a phase detection unit 242, a target value setting unit 243, and a power reception side feedback control unit 244.
  • the current detection sensor SE2 detects a current Ij flowing through the power receiving resonance coil 22.
  • a Hall element for example, a magnetoresistive element, a detection coil, or the like can be used.
  • the current detection sensor SE2 outputs a voltage signal corresponding to the waveform of the current Ij, for example.
  • the phase receiver 241 receives and outputs information about the phase ⁇ vs transmitted from the phase transmitter 145.
  • the phase reception unit 241 performs frequency division to restore the original.
  • the phase receiving unit 241 outputs a voltage signal corresponding to the voltage Vs.
  • the phase detector 242 detects the phase ⁇ ij of the current Ij flowing through the power receiving resonance coil 22 based on the output from the current detection sensor SE2, and outputs a voltage signal corresponding to the waveform of the current Ij, for example.
  • the phase detector 242 may output the output of the current detection sensor SE2 as it is. Therefore, the current detection sensor SE2 can also serve as the phase detection unit 242.
  • the target value setting unit 243 sets and stores the target value ⁇ mj of the phase difference ⁇ j. Therefore, the target value setting unit 243 is provided with a memory for storing the target value ⁇ mj. For example, a value obtained by adding “ ⁇ 90 ° ( ⁇ / 2 radian)” to the target value ⁇ ms in the power transmission side control circuit 14 is set as the target value ⁇ mj.
  • the target value ⁇ mj for example, “ ⁇ 270 ° ( ⁇ 3 ⁇ / 2 radian)” or “a value obtained by adding an appropriate correction value a to ⁇ 270 °” is set.
  • the method for setting the target value ⁇ mj is the same as that for the target value ⁇ ms.
  • the power receiving side feedback control unit 244 receives the power receiving resonance coil 22 such that the phase difference ⁇ j between the phase ⁇ vs of the voltage Vs of the AC power supply 11 and the phase ⁇ ij of the current Ij of the power receiving resonance coil 22 becomes the set target value ⁇ mj.
  • the resonance frequency fj is variably controlled.
  • the target value setting unit 143 and the power transmission side feedback control unit 144 in the power transmission side control circuit 14 and the target value setting unit 243 and the power reception side feedback control unit 244 in the power reception side control circuit 24 are simply resonance frequency control units, respectively. It is an example.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the wireless power transmission system shown in FIG. 2 with attention paid to the control system.
  • the power transmission side feedback control unit 144 of the power transmitter 1 and the power reception side feedback control unit 244 of the power receiver 2 are shown in detail. It is shown in
  • phase detectors 141, 142, 241, and 242 in FIG. 2 are omitted for simplification.
  • the phase ⁇ is of the current Is flowing through the power transmission resonance coil 13 is directly output from the current detection sensor SE1, and this phase ⁇ is is, for example, the phase detection unit 142 provided in the power transmission feedback control unit 144. May be output via.
  • the power transmission side feedback control unit 144 includes a phase comparison unit 151, an addition unit 152, gain adjustment units 153 and 154, a compensation unit 155, a driver 156, a polarity inversion unit 157, and the like.
  • the phase comparison unit 151 compares the phase Is of the current Is detected by the current detection sensor SE1 with the phase ⁇ vs of the voltage Vs of the AC power supply 11, and outputs a phase difference ⁇ s that is the difference between them.
  • the addition unit 152 subtracts (inverts and adds) the target value ⁇ ms set in the target value setting unit 143 from the phase difference ⁇ s output from the phase comparison 151. Therefore, when the phase difference ⁇ s matches the target value ⁇ ms, the output of the adder 152 becomes zero.
  • the output of the addition unit 152 is inverted in polarity by the polarity inversion unit 157, input to the gain adjustment unit 154, and further input to the compensation unit 155.
  • the gain adjusting units 153 and 154 adjust the gain (gain) for each input value or data, or perform conversion of data or the like so that the control is correctly performed.
  • the compensation unit 155 determines the gain for the low frequency component, for example. That is, the power transmission side feedback control unit 144 can be regarded as a servo system that performs feedback control on the MEMS variable capacitance device that is the capacitor 132, for example.
  • an appropriate servo filter is used for the compensation unit 155 in order to stabilize, increase the speed and increase the accuracy of the servo system. Further, a filter circuit or a differential integration circuit for performing a PID (Proportional Integral Derivative Controller) operation in such a servo system is appropriately used.
  • PID Proportional Integral Derivative Controller
  • the driver 156 for example, outputs a control signal KSs to the MEMS variable capacitance device that is the capacitor 132, and variably controls the capacitance of the MEMS variable capacitance device.
  • the MEMS variable capacitance device includes, for example, a lower electrode and an upper electrode provided on a glass substrate, and a change in gap due to bending caused by electrostatic attraction force due to a voltage applied between the electrodes. Is used to change the capacitance.
  • an electrode for a capacitor and an electrode for driving may be provided separately. Further, since the relationship between the voltage applied to the electrode for driving and the amount of change in capacitance is not linear, for example, the driver 156 appropriately performs calculations for conversion or table conversion. Yes.
  • the power receiving side feedback control unit 244 includes a phase comparison unit 251, an addition unit 252, gain adjustment units 253 and 254, a compensation unit 255, a driver 256, a polarity inversion unit 257, and the like.
  • each unit in the power receiving side feedback control unit 244 is substantially the same as the operation of each unit in the power transmission side feedback control unit 144 described above, and a description thereof will be omitted.
  • the power transmission side control circuit 14 and the power reception side control circuit 24 in FIG. 2 and the power transmission side feedback control unit 144 and the power reception side feedback control unit 244 in FIG. 3 are software, hardware, or a combination thereof. It is feasible.
  • a computer including a CPU, a memory such as a ROM and a RAM, and other peripheral elements and causing the CPU to execute an appropriate computer program.
  • a computer including a CPU, a memory such as a ROM and a RAM, and other peripheral elements and causing the CPU to execute an appropriate computer program.
  • an appropriate hardware circuit is used together.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining control of the resonance frequency in the wireless power transmission system shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 4A the horizontal axis indicates the frequency f [MHz] of the AC power supply 11, and the vertical axis indicates the magnitude [dB] of the current I flowing through each coil.
  • 4B the horizontal axis indicates the frequency f [MHz] of the AC power supply 11, and the vertical axis indicates the phase ⁇ [radian] of the current I flowing through each coil.
  • the phase ⁇ indicates the phase difference ⁇ with reference to the phase ⁇ vs of the voltage Vs of the AC power supply 11, that is, the phase ⁇ vs of the voltage Vs supplied to the power supply coil 12. That is, when it coincides with the phase ⁇ vs, the phase ⁇ becomes zero.
  • numerals 1, 2, 3, and 4 at the end denote the power supply coil 12, the power transmission resonance coil 13, the power reception resonance coil 22, and the power extraction coil 23, respectively. Indicates correspondence.
  • FIGS. 4A and 4B show a case where the resonance frequency control controls the power transmission resonance coil 13 or the power transmission resonance coil 13 and the power reception resonance coil 22 so that the resonance frequencies fs and fj are 10 MHz.
  • the target value ⁇ ms of the target value setting unit 143 is set to “ ⁇ radian ( ⁇ 180 °)”, and the target value ⁇ mj of the target value setting unit 143 is set to “ ⁇ 3 ⁇ / 2 radian ( ⁇ 270 °)”. Is set.
  • the target value ⁇ mj is set to a value “ ⁇ ms ⁇ / 2” obtained by adding ⁇ / 2 to the target value ⁇ ms, that is, a phase delayed by ⁇ / 2 from the target value ⁇ ms.
  • the current Is of the power transmission resonance coil 13 is maximum at 10 MHz that matches the frequency fd of the AC power supply 11. Further, as indicated by the curve CBB2, the phase ⁇ is of the current Is of the power transmission resonance coil 13 is ⁇ at the resonance frequency fs of 10 MHz. That is, it matches the target value ⁇ ms.
  • the power transmission resonance coil 13 can be viewed as a series resonance circuit when viewed from the power supply coil 12, and becomes capacitive at a frequency fd lower than the resonance frequency fs and approaches - ⁇ / 2, and at a high frequency fd. Becomes inductive and approaches -3 ⁇ / 2.
  • the phase ⁇ is of the current Is flowing through the power transmission resonance coil 13 changes greatly in the vicinity of the resonance frequency fs.
  • the resonance frequency fs of the power transmission resonance coil 13 can be matched with the frequency fd of the voltage Vs with high accuracy.
  • the current I flowing through the power supply coil 12 is also maximum at the resonance frequency fs.
  • the phase ⁇ i of the current I flowing through the power supply coil 12 becomes zero or a leading phase in the vicinity of the resonance frequency fs, and becomes ⁇ / 2 when it deviates from the resonance frequency fs.
  • the current Ij of the power receiving resonance coil 22 is maximum at 10 MHz that matches the frequency fd of the AC power supply 11.
  • the phase ⁇ ij of the current Ij of the power receiving resonance coil 22 is ⁇ 3 ⁇ / 2 at the resonance frequency fs of 10 MHz. That is, it matches the target value ⁇ mj. Further, when the frequency fd becomes lower than the resonance frequency fs, the phase difference ⁇ decreases to approach ⁇ / 2, and when the frequency fd becomes higher than the resonance frequency fs, the phase difference ⁇ increases to ⁇ 5 ⁇ . / 2, that is, approaches - ⁇ / 2.
  • the phases ⁇ is and ⁇ ij of the currents Is and Ij flowing in the power transmission resonance coil 13 and the power reception resonance coil 22 change greatly in the vicinity of the resonance frequencies fs and fj.
  • the phases ⁇ is and ⁇ ij that is, the phase differences ⁇ s and ⁇ j to be ⁇ or ⁇ 3 ⁇ / 2
  • the resonance frequencies fs and fj of the power transmission resonance coil 13 and the power reception resonance coil 22 are increased to the frequency fd of the voltage Vs. Can be matched with accuracy.
  • the resonance frequencies of the power transmission coil SC and the power reception coil JC can be made to exactly match the frequency fd of the AC power supply 11, and the power transmission device 3 can receive power from the power reception device 4.
  • the resonance frequencies of the power transmission coil SC and the power reception coil JC can be made to exactly match the frequency fd of the AC power supply 11, and the power transmission device 3 can receive power from the power reception device 4.
  • control is performed based on the phase difference ⁇ of the coil current with respect to the voltage Vs of the AC power supply, accurate control is performed without being affected by fluctuations in current amplitude as in the case of the sweep search method, for example. be able to.
  • FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining simulation conditions in the wireless power transmission system shown in FIG. 2 and FIG.
  • the simulation condition is that the power supply coil 12 and the power transmission resonance coil 13 are arranged concentrically on the same plane, and the power reception resonance coil 22 and the power extraction coil 23 are also concentric on the same plane. Arranged.
  • the distance dd between the power transmission coil SC (the power supply coil 12 and the power transmission resonance coil 13) and the power reception system coil JC (the power reception resonance coil 22 and the power extraction coil 23) is set to 25 mm, and the drive frequency (of the AC power supply 11) is set.
  • the frequency fd) was set to 7 MHz.
  • the load resistance value of the load device 21
  • the winding thickness of each coil was set to ⁇ 0.5 mm.
  • the outer diameter of the power supply coil 12 was set to 30 mm and the number of turns was set to 1, and the outer diameter of the power transmission resonance coil 13 was set to 40 mm and the number of turns was set to 5 times.
  • the outer diameter of the power receiving resonance coil 22 was set to ⁇ 30 mm and the number of turns was set to five, and the outer diameter of the power extraction coil 23 was set to ⁇ 20 mm and the number of turns was set to one.
  • the distance (pitch) between the centers of adjacent windings in the power transmission resonance coil 13 and the power reception resonance coil 22 was set to 0.8 mm.
  • 6A and 6B are diagrams showing simulation results of the wireless power transmission system shown in FIGS. 2 and 3 performed under the simulation conditions shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the vertical axis indicates the drive voltage amplitude normalized (maximum amplitude is “1”), and the horizontal axis indicates time normalized (1/7 MHz is “1”).
  • Reference symbol ⁇ d indicates the phase lag between the drive voltage LL1 on the power transmission side and the drive voltage LL2 on the power reception side.
  • the vertical axis represents power transmission efficiency (maximum is “1”), and the horizontal axis represents phase delay ⁇ d (deg: °).
  • the power transmission efficiency decreases as the phase delay ⁇ d of the power transmission side drive voltage LL1 and the power reception side drive voltage LL2 increases.
  • the phase delay ⁇ d exceeds 40 °, it can be seen that the power transmission efficiency is significantly reduced.
  • the control on the power receiving side is premised on accurately recognizing the phase of the voltage waveform of the AC power supply 11 without delay.
  • the power transmitter 1 and the power receiver 2 have communication circuits that transmit and receive information on each other's position, transmitted power, and the like.
  • these communication circuits for example, 7 MHz (generally, several hundred KHz) It is difficult to process data for performing phase control of driving voltage (up to several tens of MHz).
  • the power transmitter 1 is provided with a dedicated phase transmitter 145
  • the power receiver 2 is provided with a dedicated phase receiver 241.
  • the phase of the voltage waveform is accurately transmitted to the power receiver 2 without delay.
  • the dedicated phase transmitter 145 and phase receiver 241 capable of high-speed data transmission are provided in the power transmitter 1 and the power receiver 2, respectively.
  • the burden increases and the cost increases.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the wireless power transmission system of the first embodiment.
  • the power transmission side control unit 16 and the power transmission side A communication unit 17 is provided.
  • the power receiver 2 is provided with a power receiving side control unit 26, a power receiving side communication unit 27, and a power receiving side phase adjusting oscillation unit 28 instead of the dedicated phase receiving unit 241. ing.
  • the wireless power transmission side communication unit 17 and the power reception side communication unit 27 are mutually connected.
  • a communication circuit that transmits / receives information such as the position and the transmitted power may also be used.
  • a resonance frequency of several hundred KHz to several tens of MHz does not need to be phase-controlled in real time, and thus a generally provided communication circuit is used as it is. be able to.
  • the configuration and operation of the power receiving resonance coil 22, the power extraction coil 23, the capacitor 222, the current detection sensor SE2, the power receiving side feedback control unit 244, and the like in the power receiver 2 have been substantially described with reference to FIG. It is the same as that.
  • the target value ⁇ ms in the power transmitter 1 is output from the target value setting unit 143, and the target value ⁇ mj in the power receiver 2 is the target value setting unit 243. It is output from.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a wireless power transmission system according to the second embodiment
  • FIGS. 9 to 12 are diagrams for explaining operations in the wireless power transmission system shown in FIG.
  • the phase comparison unit (second phase comparison unit) 151 of the power transmitter 1 is provided in the power transmission side feedback control unit 144.
  • the phase comparison unit 151 is provided.
  • the power transmission side feedback control unit 144 (excluding the phase comparison unit 151) are drawn separately.
  • the phase comparison unit (first phase comparison unit) 251 of the power receiver 2 is provided inside the power receiving side feedback control unit 244.
  • the phase comparison unit 251 is provided.
  • a power receiving side feedback control unit 244 (excluding the phase comparison unit 251) are drawn separately.
  • a load device 21 having a rectifier circuit 211 and a load (for example, battery: resistance value RL) 212, and a dummy load 29 having a resistance value RL ′ substantially equal to the resistance value RL of the load 212 are also provided. It is drawn together with the switches SW1 to SW4.
  • the power supply coil 12, the power transmission resonance coil 13, the power reception resonance coil 22, and the power extraction coil 23 are respectively composed of resistors R 1 , R 2 , R 13 and R 4 and an inductor L 1. , L 2 , L 3 and L 4 .
  • the currents flowing through the power supply coil 12, the power transmission resonance coil 13, the power reception resonance coil 22 and the power extraction coil 23 are indicated as I 1 , I 2 , I 3 and I 4 .
  • the target value ⁇ ms in the power transmitter 1 is output from the power transmission side control unit 16, and the target value ⁇ mj in the power receiver 2 is output from the power reception side control unit 26. It is output.
  • the wireless power transmission system of the second embodiment is substantially the same except that the power transmitter 1 does not have the target value setting unit 143 and the power receiver 2 does not have the target value setting unit 243.
  • the configuration is the same as that of the wireless power transmission system of the first embodiment.
  • the operation of the wireless power transmission system of the first embodiment is the same as the operation of the wireless power transmission system of the second embodiment, which will be described in detail below, except that the output locations of the target values ⁇ ms and ⁇ mj are different.
  • each target value is controlled as an optimum value for the wireless power transmission system to be used, or other It becomes possible to change and control in order to realize the function.
  • the target value (target value of the phase difference ⁇ s) ⁇ ms for the power transmission side feedback control unit 144 is output from the power transmission side control unit 16, and the AC power source 11 It is controlled by a control signal Sps from the side controller 16.
  • the target value (target value of the phase difference ⁇ j) ⁇ mj for the power receiving side feedback control unit 244 is output from the power receiving side control unit 26, and the power receiving side phase adjustment oscillation unit 28 is connected to the power receiving side. It is controlled by a control signal Spj from the control unit 26.
  • the power receiving side phase adjustment oscillating unit 28 in the power receiver 2 outputs a signal (voltage VB) having the same fixed oscillation frequency as that of the AC power source 11 in the power transmitter 1, that is, the frequency used for power transmission.
  • the AC power supply 11 and the power receiving side phase adjustment oscillating unit 28 are controlled to have exactly the same oscillation frequency by using, for example, a crystal resonator.
  • a switch SW ⁇ b> 1 is provided in the power receiving resonance coil 22, and a switch SW ⁇ b> 2 is provided between the power receiving side phase adjustment oscillation unit 28 and the power receiving resonance coil 22.
  • a switch SW3 is provided between the power extraction coil 23 and the load device 21, and dummy loads 29 are provided at both ends of the power extraction coil 23 via the switch SW4.
  • the switches SW1 to SW4 are, for example, n-channel MOS transistors (nMOS transistors) whose gates are applied with a control signal, and are turned on when the level of each control signal is a high level “H”, and the low level “L”. Turn off when.
  • nMOS transistors n-channel MOS transistors
  • the control signal CSj from the power receiving side control unit 26 is applied to the control terminals of the switches SW1 and SW3 (the gates of the nMOS transistors), and the control signal CSj is inverted by an inverter to the control terminals of the switches SW2 and SW4. Control signal / CSj is applied.
  • control signal CSj from the power receiving side control unit 26 is “L” (control signal / CSj is “H”)
  • the switches SW1 and SW3 are turned off and the switches SW2 and SW4 are turned on. This state corresponds to the adjustment of the resonance frequency shown in FIG.
  • the power receiving side phase adjusting oscillating unit 28 of the power receiver 2 is turned on by the control signal Spj from the power receiving side control unit 26. .
  • the switch SW1 when the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned on, the output voltage VB of the power receiving side phase adjusting oscillator 28 is applied to both ends of the power receiving resonance coil 22. At this time, the power extraction coil 23 is disconnected from the load device 21 when the switch SW3 is turned off, and is instead connected to the dummy load 29 via the switch SW4 in the on state.
  • the resistance value RL ′ of the dummy load 29 is set substantially equal to the resistance value RL of the load 212 of the load device 21, and the target value ⁇ mj given from the power receiving side control unit 26 to the power receiving side feedback control unit 244 is For example, it is set to 0 °.
  • the output voltage VB from the power receiving side phase adjusting oscillator 28 is used to adjust the resonance frequency in the power receiver 2, and therefore the power capacity thereof may be minute. For this reason, for example, the voltage VB of the minute power capacity does not operate the rectifier circuit (rectifier IC) 211 of the load device 21 or does not accurately reflect the resistance value RL of the load resistor 212 due to nonlinear characteristics.
  • a dummy load 29 corresponding to the load resistor 212 is connected to the power extraction coil 23, and the resonance frequency of the power receiver 2 is adjusted with the voltage VB having a very small power capacity. It has become.
  • the phase difference ⁇ j between the phase ⁇ vs ′ of the output voltage VB of the power receiving side phase adjustment oscillation unit 28 and the phase Iij of the current I 3 flowing through the power receiving resonance coil 22 by the voltage VB is the target value.
  • the resonance frequency of the power transmitter 1 is adjusted in the period Tcs, Thereafter, the resonance frequency of the power receiver 2 is adjusted in the period Tcj.
  • the resonance frequency adjustment in the power receiver 2 described above is performed in the latter half period Tcj of the period for performing the resonance adjustment process, and in the first half period Tcs, the resonance frequency in the power transmitter 1 is adjusted. Adjustments are made.
  • the AC power supply 11 of the power transmitter 1 is set to a low output state (adjustment output state) by the control signal Sps from the power transmission side control unit 16.
  • the AC power supply 11 In the low output state of the AC power supply 11, the AC power supply 11 does not output a voltage for transmitting power to the power receiver 2, but simply a low voltage for adjusting the resonance frequency in the power transmitter 1. Is output.
  • ⁇ mj 180 °
  • this feedback control is performed by the power transmission side feedback control unit 144 via the control signal KSs so that the phase difference ⁇ s becomes the target value ⁇ ms.
  • the capacitance is controlled to a predetermined value.
  • the adjustment of the resonance frequency in the power transmitter 1 does not necessarily have to be performed immediately before the adjustment of the resonance frequency in the power receiver 2, or at the same time or immediately after the adjustment of the resonance frequency in the power receiver 2, or any other appropriate It can be done at any time.
  • control signal CSj from the power receiving side control unit 26 is “H” (control signal / CSj is “L”), the switches SW1 and SW3 are turned on and the switches SW2 and SW4 are turned off.
  • This state corresponds to the time of power supply shown in FIG. 10 (a state in which power is transmitted wirelessly from the normal power transmitter 1 to the power receiver 2).
  • the power receiving side phase adjustment oscillating unit 28 of the power receiver 2 is stopped (turned off) by the control signal Spj from the power receiving side control unit 26, and the switch SW2 is turned off and disconnected from the power receiving resonance coil 22.
  • the power receiving resonance coil 22 receives the power from the power transmission resonance coil 13 in the power transmitter 1 by magnetic field resonance (magnetic field resonance). At this time, the power extraction coil 23 is connected to the load device 21 by turning on the switch SW3 and turning off the switch SW4.
  • the AC power supply 11 is brought into an operation state (not a low power operation state but a normal operation state) by the control signal Sps from the power transmission side control unit 16.
  • the resonance frequency of the power transmission resonance coil 13 in the power transmitter 1 is controlled so as to coincide with the frequency of the AC power source 11 in the period Tcs, and the resonance frequency of the power reception resonance coil 22 in the power receiver 2 is used for power reception side phase adjustment. Control is performed so as to match the frequency of the oscillator 28. Further, the frequency of the AC power supply 11 and the frequency of the power receiving side phase adjustment oscillator 28 are accurately controlled using, for example, a crystal resonator.
  • the resonance frequency adjustment periods (Tcs, Tcj: resonance adjustment) in the power transmitter 1 and the power receiver 2 are repeated at predetermined intervals.
  • the predetermined interval for repeating the resonance adjustment can be variously set according to the number and power capacity of the power transmitter 1 and the power receiver 2, or the surrounding environment, for example, set at intervals of several minutes. Can do.
  • steps ST101 and ST201 for example, whether the power receiver 2 exists in a range in which power can be transmitted by the power transmitter 1, and information such as the position and inclination of the power receiver 2 and the power to be transmitted, or paid
  • the power receiver 2 is authenticated in the power transmission system.
  • step ST102 the resonance frequency adjustment (resonance adjustment) in the power transmitter 1 described with reference to the period Tcs of FIGS. 9 and 11 is started. That is, in step ST103, the output voltage VA of the AC power supply 11 is set as an adjustment output voltage (low output voltage), and the process proceeds to step ST104 to control the phase difference.
  • step ST104 the phase difference control process is performed by the power transmission side feedback control unit 144.
  • step ST105 the phase difference control process in step ST104 is repeated until the phase difference ⁇ s becomes smaller than the target value ⁇ ms.
  • step ST105 If it is determined in step ST105 that the phase difference ⁇ s is within the range defined by the target value ⁇ ms, the process proceeds to step ST106, the resonance adjustment process in the power transmitter 1 is terminated, and the process proceeds to the next step ST107.
  • the power receiver 2 receives the power receiver 2 in the period Tcj following the period Tcs in step ST202.
  • the resonance frequency adjustment (resonance adjustment) at is started.
  • the power receiver 2 recognizes the end of the resonance frequency adjustment processing of the power transmitter 1 through communication between the power transmission side communication unit 17 and the power reception side communication unit 27, and starts resonance adjustment in the power receiver 2 in step ST202.
  • step ST203 the switches SW1 to SW4 described with reference to FIG. 9 are switched, and the process further proceeds to step ST204, where the power receiving side control unit 26 sets the power receiving side phase adjustment oscillating unit 28 in the operating state (voltage VB is output).
  • the switches SW1 and SW3 are turned off, the switches SW2 and SW4 are turned on, and the output voltage VB of the power receiving side phase adjustment oscillation unit 28 is applied to both ends of the power receiving resonance coil 22. Further, the load device 21 is disconnected from the power extraction coil 23 and a dummy load 29 is connected instead.
  • step ST205 a phase difference control process is performed by the power receiving side feedback control unit 244.
  • step ST206 the phase difference control process in step ST205 is repeated until the phase difference ⁇ j becomes smaller than the target value ⁇ mj.
  • step ST206 If it is determined in step ST206 that the phase difference ⁇ j is within the range defined by the target value ⁇ mj, the process proceeds to step ST207, where the switches SW1 to SW4 described with reference to FIG. 10 are switched, and step ST208 is performed. Proceed to
  • step ST208 the power receiving side control unit 26 stops the power receiving side phase adjustment oscillating unit 28 (voltage VB is stopped), the process proceeds to step ST209, the resonance adjustment processing in the power receiver 2 is terminated, and the fact is transmitted. To the side.
  • the power transmitter 1 recognizes the end of the resonance frequency adjustment process of the power receiver 2 through communication between the power transmission side communication unit 17 and the power reception side communication unit 27, and starts power transmission in step ST107.
  • step ST108 the AC power supply 11 is not in the low power operation state but in the normal operation state by the control signal Sps from the power transmission side control unit 16.
  • the output voltage VB for power transmission is output.
  • both the power transmitter 1 and the power receiver 2 are in a state in which the resonance frequency is adjusted, and in this state, power transmission from the power transmitter 1 to the power receiver 2 is performed by magnetic field resonance, and thus high power transmission is performed. Power transmission with efficiency becomes possible.
  • step ST109 the process proceeds to step ST109, and if it is determined that a predetermined time has elapsed, the process returns to step ST101 (ST201) and the same processing is repeated. That is, the adjustment of the resonance frequency in the power transmitter 1 and the power receiver 2 is repeated at a predetermined interval.
  • step ST103 since the output voltage VA of the AC power supply 11 is a low output voltage for adjustment, for example, after the adjustment of the resonance frequency of the power transmitter 1 is finished, the resonance frequency of the power receiver 2 is adjusted. Instead of starting, both can be done in parallel.
  • the adjustment of the resonance frequency in the power transmitter 1 does not necessarily have to be performed immediately before the adjustment of the resonance frequency in the power receiver 2, and is performed simultaneously with or immediately after the adjustment of the resonance frequency in the power receiver 2. It can also be done at other appropriate times.
  • the phase of the voltage waveform of the AC power source by the power transmitter does not have to be accurately transmitted to the power receiver without delay. This eliminates the need for a communication circuit, and reduces the hardware burden and costs. The same applies to the first embodiment described above and the third embodiment described later.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the wireless power transmission system of the third embodiment.
  • 14 and 15 are diagrams for explaining the operation in the wireless power transmission system shown in FIG.
  • the power transmitter 1 includes a temperature sensor (second temperature sensor) 100 and the power receiver 2 is a temperature sensor ( A first temperature sensor) 200.
  • the temperature sensor 100 measures (detects) the temperature of the power supply coil 12 and the power transmission resonance coil 13 in the power transmitter 1 and outputs the temperature signal (second temperature signal) Tss to the power transmission side control unit 16. Further, the temperature sensor 200 measures the temperatures of the power receiving resonance coil 22 and the power extraction coil 23 in the power receiver 2 and outputs the temperature signal (first temperature signal) Tsj to the power receiving side control unit 26.
  • the temperature sensor 100 may only measure the temperature of the power transmission resonance coil 13.
  • the temperature sensor 200 may only measure the temperature of the power reception resonance coil 22.
  • step ST209 on the power receiving side when the resonance adjustment processing in the power receiver 2 is finished, to that effect is notified to the power transmission side and power transmission is started in step ST107 on the power transmission side, on the power receiving side, It progresses to step ST210.
  • step ST210 on the power receiving side whether or not the temperature sensor 200 provided in the power receiver 2 has detected an abnormality, that is, the temperature signals Tsj of the power receiving resonance coil 22 and the power extraction coil 23 by the power receiving side temperature sensor 200 are abnormal. Determine if it is a value. If it is determined in step ST210 that the temperature sensor 200 does not malfunction, power transmission from the power transmitter 1 to the power receiver 2 is continued as it is.
  • step ST210 determines whether the temperature sensor 200 is abnormal, that is, if it is determined that the temperature signal Tsj exceeds the threshold temperature Tha indicating abnormality.
  • the process proceeds to step ST211 and abnormality detection by the temperature sensor 200 is detected to the receiving side. Send.
  • the detection of abnormality in step ST211 on the power receiving side is transmitted to the power receiving side and processed as power transmission / reception temperature monitoring in step ST110.
  • step ST212 determines whether or not the power receiving side temperature sensor 200 has detected a normal value. If it is determined in step ST212 that the power receiving side temperature sensor 200 does not detect a normal value, it waits for the power receiving side temperature sensor 200 to detect a normal value as it is.
  • step ST212 on the power receiving side if it is determined that the power receiving side temperature sensor 200 has detected a normal value, the process proceeds to step ST213, informing the power transmission side that the power receiving side temperature sensor 200 has detected a normal value, Returning to ST210, the same processing is performed.
  • step ST108 on the power transmission side when the AC power supply 11 outputs a power transmission output voltage VB for performing a normal power transmission operation, the process proceeds to step ST110 to monitor power transmission and reception temperatures.
  • the power transmission / reception temperature monitoring in step ST110 includes the temperature monitoring of the power supply coil 12 and the power transmission resonance coil 13 by the temperature sensor 100 of the power transmitter 1, and the power reception resonance coil 22 and the power extraction coil 23 by the temperature sensor 200 of the power receiver 2. Temperature monitoring.
  • the temperature signal Tss detected by the power transmission side temperature sensor 100 is input to the power transmission side control unit 16 as it is, but the temperature signal Tsj detected by the power reception side temperature sensor 200 is communicated (communication units 17, 27). Etc.) to the power transmission side control unit 16.
  • step ST111 it is determined whether or not the power transmission side temperature sensor 100 or the power reception side temperature sensor 200 has detected an abnormality. If it is determined that neither of them has detected an abnormality, the power transmitter 1 Power transmission from the power receiver 2 to the power receiver 2 is continued.
  • step ST111 if it is determined in step ST111 that at least one of the power transmission side temperature sensor 100 or the power reception side temperature sensor 200 has detected an abnormality, the process proceeds to step ST112, and the power transmission output voltage VA is stopped. That is, the power transmission side control unit 16 stops the operation of the AC power supply 11 by the control signal Sps.
  • This AC power supply 11 operation stop (voltage VB stop) period is normal operation after the temperature signals (Tss, Tsj) of the temperature sensors (100, 200) exceed the threshold temperature Tha indicating abnormality in FIG. This corresponds to a period (stop period) Tst until the temperature becomes lower than the upper limit temperature Thb.
  • step ST112 If the power transmission output voltage VB is stopped in step ST112, the process proceeds to step ST113, where the power transmission / reception temperature is monitored again. That is, in step ST114, it is determined whether both the power transmission side temperature sensor 100 and the power reception side temperature sensor 200 have detected normal values. If it is determined that at least one has detected an abnormality, power transmission / reception temperature monitoring is performed. The power transmission output voltage VB is stopped.
  • step ST114 if it is determined in step ST114 that both the power transmission side temperature sensor 100 and the power reception side temperature sensor 200 have detected normal values, the process returns to step ST101 (ST201).
  • target value setting units 143 and 243 are provided for the power transmitter 1 and the power receiver 2, respectively, as in the first embodiment of FIG.
  • the target values ⁇ ms and ⁇ mj may be output.
  • the power transmitter 1 and the power receiver 2 are described as one, but it goes without saying that there may be a plurality of them.
  • power transmission from the power transmission resonance coil (LC resonator) 13 to the power reception resonance coil (LC resonator) 22 is not limited to magnetic field resonance (magnetic field resonance). May be used.
  • the present invention should not be construed as being limited to the above-described examples and conditions specifically described, and the configurations of the examples in the present specification regarding the superiority and inferiority of the present invention. .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　送電器からの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により受け取る受電共振コイルと、所定の周波数で発振する電圧を出力する受電側位相調整用発振部と、前記送電器との間で通信を行う受電側通信部と、前記受電側通信部からの出力を受け取り、前記受電側位相調整用発振部からの出力電圧を使用して前記受電共振コイルの共振周波数の調整を行う受電側制御部と、を有し、ハード的負荷および費用の増加を抑えつつ電力伝送の効率を向上させる。

Description

無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法
　この出願で言及する実施例は、無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法に関する。
　近年、電源供給や充電を行うために、無線で電力を伝送する技術が注目されている。例えば、携帯端末やノートパソコンを始めとした様々な電子機器や家電機器、或いは、電力インフラ機器に対して、無線で電力伝送を行う無線電力伝送システムが研究・開発されている。
　このような無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送：Wireless Power Transfer)としては、一般的に、電磁誘導を利用した技術や電波を利用した技術が知られている。これに対して、近年、送電器と受電器の距離をある程度離しつつ、複数の受電器に対する電力伝送および受電器の三次元的な様々な姿勢に対する電力伝送が可能なものとして、磁界共鳴や電界共振を利用した電力伝送技術に対する期待が高まっている。
　従来、磁界共鳴を利用した無線電力伝送技術としては、様々な提案がなされている。
国際公開第２０１１／０９９０７１号パンフレット 特開２０１０－１４８１７４号公報
　前述したように、従来、電源供給や充電を行うために無線で電力を伝送する無線電力伝送技術が注目されている。しかしながら、例えば、電力伝送に使用する送電器と受電器の共振周波数にずれが存在すると伝送効率が低下するため、リアルタイムの位相制御を行って伝送効率の低下を防ぐことが考えられている。
　しかしながら、無線電力伝送システムにおける共振周波数は、例えば、数百ＫＨｚ～数十ＭＨｚであるため、リアルタイムの位相制御を行うためには、例えば、送電器および受電器に対して専用の通信回路を設けることになる。その結果、送電器および受電器のハード的負荷が増大して費用も嵩むことになる。
　一実施形態によれば、送電器からの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により受け取る受電共振コイルと、受電側通信部と、受電側制御部と、を有する受電器が提供される。
　前記受電側位相調整用発振部は、所定の周波数で発振する電圧を出力し、前記受電側通信部は、前記送電器との間で通信を行う。前記受電側制御部は、前記受電側通信部からの出力を受け取り、前記受電側位相調整用発振部からの出力電圧を使用して前記受電共振コイルの共振周波数の調整を行う。
　開示の無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法は、ハード的負荷および費用の増加を抑えつつ電力伝送の効率を向上させることができるという効果を奏する。
図１は、無線電力伝送システムを模式的に示す図である。 図２は、無線電力伝送システムの一例を示すブロック図である。 図３は、図２に示す無線電力伝送システムを制御系に注目して示すブロック図である。 図４Ａは、図２および図３に示す無線電力伝送システムにおける共振周波数の制御を説明するための図(その１)である。 図４Ｂは、図２および図３に示す無線電力伝送システムにおける共振周波数の制御を説明するための図(その２)である。 図５Ａは、図２および図３に示す無線電力伝送システムにおけるシミュレーション条件を説明するための図(その１)である。 図５Ｂは、図２および図３に示す無線電力伝送システムにおけるシミュレーション条件を説明するための図(その２)である。 図６Ａは、図５Ａおよび図５Ｂに示すシミュレーション条件で行った図２および図３に示す無線電力伝送システムのシミュレーション結果を示す図(その１)である。 図６Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示すシミュレーション条件で行った図２および図３に示す無線電力伝送システムのシミュレーション結果を示す図(その２)である。 図７は、第１実施例の無線電力伝送システムを示すブロック図である。 図８は、第２実施例の無線電力伝送システムを示すブロック図である。 図９は、図８に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図(その１)である。 図１０は、図８に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図(その２)である。 図１１は、図８に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図(その３)である。 図１２は、図８に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図(その４)である。 図１３は、第３実施例の無線電力伝送システムを示すブロック図である。 図１４は、図１３に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図(その１)である。 図１５は、図１３に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図(その２)である。
　まず、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システム、受電器および無線電力伝送方法の実施例を詳述する前に、無線電力伝送システムの一例およびその課題を、図１～図６Ｂを参照して説明する。
　図１は、無線電力伝送システムを模式的に示す図である。図１に示されるように、無線電力伝送システムは、一次側(送電側：送電器)１および二次側(受電側：受電器)２を有する。なお、送電器１および受電器２は、それぞれ複数であってもよい。
　送電器１は、交流電源１１と、電力供給コイル１２および送電共振コイル１３を含む送電系コイルＳＣとを有し、受電器２は、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３を含む受電系コイルＪＣと、負荷デバイス２１とを有する。
　図１に示されるように、送電器１および受電器２は、送電共振コイル(ＬＣ共振器)１３と受電共振コイル(ＬＣ共振器)２２の間の磁界共鳴(磁界共振)により、送電器１から受電器２へエネルギー(電力)の伝送を行う。ここで、ＬＣ共振器１３から２２への電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴(電界共振)等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
　なお、送電系コイルＳＣにおいて、電力供給コイル１２から送電共振コイル１３への電力伝送は電磁誘導を利用して行い、また、受電系コイルＪＣにおいて、受電共振コイル２２から電力取出コイル２３への電力伝送も電磁誘導を利用して行うようになっている。
　図２は、無線電力伝送システムの一例を示すブロック図であり、図１に示す無線電力伝送システムをより詳細にしめすものである。図２に示されるように、電力伝送システムは、送電系コイルＳＣ、受電系コイルＪＣ、交流電源１１、送電側制御回路１４、負荷となるデバイス２１、および、受電側制御回路２４を備える。
　前述したように、送電系コイルＳＣは、電力供給コイル１２および送電共振コイル１３を含む。電力供給コイル１２は、例えば、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に複数回巻かれたものであり、その両端に交流電源１１による交流電圧(高周波電圧)が印加される。
　送電共振コイル１３は、例えば、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に巻かれたコイル１３１、および、コイル１３１の両端に接続されたコンデンサ１３２を含み、それらによる共振回路を形成する。なお、共振周波数ｆ0は、次の式(1)で示される。
　f0＝１／｛２π(ＬＣ)1/2｝　……　(１)
　ここで、Ｌはコイル１３１のインダクタンス、Ｃはコンデンサ１３２の静電容量である。
　送電共振コイル１３のコイル１３１は、例えば、ワンターンコイルであり、また、コンデンサ１３２は、種々の形式のコンデンサが適用可能であるが、できるだけ損失が少なく十分な耐圧を有するものが好ましい。
　図２に示す無線電力伝送システムでは、共振周波数を可変するために、コンデンサ１３２として可変コンデンサが用いられている。可変コンデンサとしては、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて製作された可変容量デバイスや半導体を用いた可変容量デバイス(バラクタ)を適用することができる。
　電力供給コイル１２および送電共振コイル１３は、電磁的に互いに密に結合するように、例えば、同一平面上で同心状に配置される。すなわち、送電共振コイル１３の内側に電力供給コイル１２が設けられた状態で配置される。或いは、送電共振コイル１３および電力供給コイル１２は、同軸上で適当な距離をあけて配置してもよい。
　この状態で、交流電源１１から電力供給コイル１２に交流電圧が印加されると、電力供給コイル１２に生じた交番磁界による電磁誘導によって送電共振コイル１３に共振電流が流れる。すなわち、電磁誘導によって、電力供給コイル１２から送電共振コイル１３に電力が伝送される。
　また、受電系コイルＪＣは、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３を含む。受電共振コイル２２は、例えば、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に巻かれたコイル２２１、および、コイル２２１の両端に接続されたコンデンサ２２２を含む。受電共振コイル２２の共振周波数ｆ0は、コイル２２１のインダクタンスおよびコンデンサ２２２の静電容量に従って、前述した式(1)で示される。
　受電共振コイル２２のコイル２２１は、例えば、ワンターンコイルであり、また、コンデンサ２２２は、前述したように、種々の形式のコンデンサが適用可能である。図２に示す無線電力伝送システムでは、共振周波数を可変するために、コンデンサ２２２として可変コンデンサが用いられる。
　可変コンデンサとしては、コンデンサ１３２と同様に、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて製作された可変容量デバイスや半導体を用いたバラクタを適用することができる。
　電力取出コイル２３は、例えば、銅線またはアルミニウム線などの金属線が円周状に複数回巻かれたものであり、その両端に負荷であるデバイス２１が接続される。なお、負荷デバイス２１としては、例えば、受電器２の電源として使用するバッテリやそのバッテリを充電するための回路である。
　受電共振コイル２２および電力取出コイル２３は、電磁的に互いに密に結合するように、例えば、同一平面上で同心状に配置される。すなわち、受電共振コイル２２の内側に電力取出コイル２３が設けられた状態で配置される。或いは、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３は、同軸上で適当な距離をあけて配置してもよい。
　この状態で、受電共振コイル２２に共振電流が流れると、それによって発生した交番磁界による電磁誘導によって電力取出コイル２３に電流が流れる。すなわち、電磁誘導によって、受電共振コイル２２から電力取出コイル２３に電力が送られる。
　ここで、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣへは、磁界共鳴によって無線で電力を伝送するため、図２に示されるように、コイル面が互いに平行で、コイル軸心が互いに一致するかまたは余りずれないように、互いに適当な距離の範囲内に配置される。
　図２に示されるように、電力伝送システムにおいて、コイル軸心ＫＳに沿う方向が磁界ＫＫの主な放射方向であり、送電系コイルＳＣから受電系コイルＪＣに向かう方向が送電方向ＳＨである。
　ここで、送電共振コイル１３の共振周波数ｆｓおよび受電共振コイル２２の共振周波数ｆｊが、両方とも交流電源１１の周波数ｆｄと一致しているとき、最大の電力が伝送される。
　しかしながら、それらの共振周波数ｆｓおよびｆｊが互いにずれたり、共振周波数ｆｓおよびｆｊと交流電源１１の周波数ｆｄとがずれたりすると、伝送される電力は低下し、電力伝送の効率が低下することになる。
　そこで、図２に示す電力伝送システムでは、送電側制御回路１４および受電側制御回路２４により、交流電源１１の位相φｖｓ、並びに、送電共振コイル１３および受電共振コイル２２に流れる電流の位相φｉｓおよびφｉｊを用いて、共振周波数の制御を行う。
　ここで、送電側制御回路１４は、送電系コイルＳＣに印加される電圧Ｖｓの位相φｖｓおよび送電系コイルＳＣに流れる電流Ｉｓの位相φｉｓを検出し、位相差Δφｓが所定の目標値φｍｓとなるように、送電系コイルＳＣの共振周波数ｆｓを可変制御する。
　すなわち、送電側制御回路１４は、電流検出センサＳＥ１、位相検出部１４１，１４２、目標値設定部１４３、送電側フィードバック制御部１４４、および、位相送信部１４５を有する。
　電流検出センサＳＥ１は、送電共振コイル１３に流れる電流Ｉｓを検出する。電流検出センサＳＥ１としては、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子または検出コイルなどを用いることができる。この電流検出センサＳＥ１は、例えば、電流Ｉｓの波形に応じた電圧信号を出力する。
　位相検出部１４１は、電力供給コイル１２に印加される電圧Ｖｓの位相φｖｓを検出し、例えば、電圧Ｖｓの波形に応じた電圧信号を出力する。ここで、位相検出部１４１は、電圧Ｖｓをそのまま出力してもよく、また、適当な抵抗によって分圧して出力してもよい。そのため、位相検出部１４１は、単なる導線、或いは、１つまたは複数の抵抗素子とすることもできる。
　位相検出部１４２は、電流検出センサＳＥ１からの出力に基づいて、送電共振コイル１３に流れる電流Ｉｓの位相φｉｓを検出し、例えば、電流Ｉｓの波形に応じた電圧信号を出力する。ここで、位相検出部１４２は、電流検出センサＳＥ１の出力をそのまま出力してもよい。そのため、電流検出センサＳＥ１は、位相検出部１４２を兼ねるようにすることもできる。
　目標値設定部１４３は、位相差Δφｓの目標値φｍｓを設定して記憶する。そのため、目標値設定部１４３には、目標値φｍｓを記憶するためのメモリが設けられている。目標値φｍｓとしては、例えば、「－１８０°(－π radian)」または「－１８０°に適当な補正値ａを加えた値」などが設定される。
　なお、目標値φｍｓの設定は、予め記憶された１つまたは複数のデータの中から選択することにより行ってもよく、また、ＣＰＵやキーボードなどからの指令によって行われるようにしてもよい。
　送電側フィードバック制御部１４４は、交流電源１１の電圧Ｖｓの位相φｖｓと送電共振コイル１３の電流Ｉｓの位相φｉｓとの位相差Δφｓが、設定された目標値φｍｓとなるように、送電共振コイル１３の共振周波数ｆｓを可変制御する。
　位相送信部１４５は、電力供給コイル１２に供給される電圧Ｖｓの位相φｖｓについての情報を、受電側制御回路２４に対してアナログ信号またはデジタル信号として無線で送信する。ここで、例えば、Ｓ／Ｎ比を向上させるために、電圧Ｖｓの波形に応じた電圧信号を整数倍に逓倍して送信することもできる。
　受電側制御回路２４は、送電系コイルＳＣに供給される電圧ＶＳの位相φｖｓおよび受電系コイルＪＣに流れる電流ＩＪの位相φｉｊを検出し、それらの位相差Δφｊが所定の目標値φｍｊとなるように、受電系コイルＪＣの共振周波数ｆｊを可変制御する。
　すなわち、受電側制御回路２４は、電流検出センサＳＥ２、位相受信部２４１、位相検出部２４２、目標値設定部２４３、および、受電側フィードバック制御部２４４を有する。
　電流検出センサＳＥ２は、受電共振コイル２２に流れる電流Ｉｊを検出する。電流検出センサＳＥ２としては、例えば、ホール素子、磁気抵抗素子または検出コイルなどを用いることができる。この電流検出センサＳＥ２は、例えば、電流Ｉｊの波形に応じた電圧信号を出力する。
　位相受信部２４１は、位相送信部１４５から送信された位相φｖｓについての情報を受け取って出力する。ここで、位相送信部１４５で電圧信号を逓倍した場合には、位相受信部２４１で元に戻すために分周を行う。位相受信部２４１は、例えば、電圧Ｖｓに応じた電圧信号を出力する。
　位相検出部２４２は、電流検出センサＳＥ２からの出力に基づいて、受電共振コイル２２に流れる電流Ｉｊの位相φｉｊを検出し、例えば、電流Ｉｊの波形に応じた電圧信号を出力する。ここで、位相検出部２４２は、電流検出センサＳＥ２の出力をそのまま出力してもよい。そのため、電流検出センサＳＥ２は、位相検出部２４２を兼ねるようにすることもできる。
　目標値設定部２４３は、位相差Δφｊの目標値φｍｊを設定して記憶する。そのため、目標値設定部２４３には、目標値φｍｊを記憶するためのメモリが設けられている。目標値φｍｊとして、例えば、送電側制御回路１４における目標値φｍｓに「－９０°(－π／２ radian)」を加算した値が設定される。
　すなわち、目標値φｍｊとしては、例えば、「－２７０°(－３π／２ radian)」または「－２７０°に適当な補正値ａを加えた値」などが設定される。なお、目標値φｍｊの設定方法などについては、目標値φｍｓの場合と同様である。
　受電側フィードバック制御部２４４は、交流電源１１の電圧Ｖｓの位相φｖｓと受電共振コイル２２の電流Ｉｊの位相φｉｊとの位相差Δφｊが、設定された目標値φｍｊとなるように、受電共振コイル２２の共振周波数ｆｊを可変制御する。
　なお、送電側制御回路１４における目標値設定部１４３と送電側フィードバック制御部１４４、並びに、受電側制御回路２４における目標値設定部２４３と受電側フィードバック制御部２４４は、それぞれ共振周波数制御部の単なる例である。
　図３は、図２に示す無線電力伝送システムを制御系に注目して示すブロック図であり、送電器１の送電側フィードバック制御部１４４、および、受電器２の受電側フィードバック制御部２４４を詳細に示すものである。
　ここで、図３のブロック図では、簡略化のために、図２における位相検出部１４１，１４２，２４１，２４２は省略されている。すなわち、図３では、電流検出センサＳＥ１から送電共振コイル１３に流れる電流Ｉｓの位相φｉｓが直接出力されているが、この位相φｉｓは、例えば、送電側フィードバック制御部１４４に設けた位相検出部１４２を介して出力されてもよい。
　図３に示されるように、送電側フィードバック制御部１４４は、位相比較部１５１、加算部１５２、ゲイン調整部１５３，１５４、補償部１５５、ドライバ１５６、および、極性反転部１５７などを備える。
　位相比較部１５１は、電流検出センサＳＥ１で検出された電流Ｉｓの位相φｉｓと、交流電源１１の電圧Ｖｓの位相φｖｓとを比較し、それらの差である位相差Δφｓを出力する。
　加算部１５２は、位相比較１５１の出力する位相差Δφｓから、目標値設定部１４３に設定された目標値φｍｓを減算(反転して加算)する。従って、位相差Δφｓと目標値φｍｓが一致したときに、加算部１５２の出力は零となる。
　加算部１５２の出力は、極性反転部１５７により極性が反転されて、ゲイン調整部１５４に入力され、さらに、補償部１５５に入力される。ここで、ゲイン調整部１５３および１５４は、制御が正しく行われるように、それぞれ入力される値またはデータに対するゲイン(利得)を調整し、或いは、データなどの換算を行う。
　補償部１５５は、例えば、低周波成分に対するゲインを定める。すなわち、送電側フィードバック制御部１４４は、例えば、コンデンサ１３２であるＭＥＭＳ可変容量デバイスに対するフィードバック制御を行うサーボ系とみることができる。
　従って、補償部１５５には、サーボ系の安定化、高速化、高精度化を図るための適当なサーボフィルタが用いられる。また、このようなサーボ系においてＰＩＤ(Proportional Integral Derivative Controller)動作を行わせるためのフィルタ回路または微分積分回路などが、適宜使用される。
　ドライバ１５６は、例えば、コンデンサ１３２であるＭＥＭＳ可変容量デバイスに対して制御信号ＫＳｓを出力し、そのＭＥＭＳ可変容量デバイスの静電容量を可変制御する。
　ここで、ＭＥＭＳ可変容量デバイス(ＭＥＭＳ可変キャパシタ)は、例えば、ガラスの基板上に下部電極および上部電極を設け、それら電極間に印加する電圧による静電吸引力で生じる撓みに起因した間隙の変化を利用して、静電容量を変化させるようになっている。
　なお、ＭＥＭＳ可変容量デバイス(コンデンサ１３２)は、キャパシタのための電極と駆動のための電極とが別個に設けられることもある。また、駆動のための電極に印加する電圧と静電容量の変化量との関係が線形ではないため、例えば、ドライバ１５６において、その変換のための演算またはテーブル換算などを適宜行うようになっている。
　受電側フィードバック制御部２４４は、位相比較部２５１、加算部２５２、ゲイン調整部２５３，２５４、補償部２５５、ドライバ２５６、および、極性反転部２５７などを備える。
　なお、受電側フィードバック制御部２４４における各部の動作は、実質的に、上述した送電側フィードバック制御部１４４における各部の動作と同様なので、その説明は省略する。
　なお、図２における送電側制御回路１４および受電側制御回路２４、並びに、図３における送電側フィードバック制御部１４４および受電側フィードバック制御部２４４などは、ソフトウエアまたはハードウエア、或いは、それらの組み合わせで実現可能である。
　例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのメモリ、その他の周辺素子などを含むコンピュータを用い、適当なコンピュータプログラムをＣＰＵに実行させることで実現することができる。その場合、適当なハードウエア回路を併用することになる。
　図４Ａおよび図４Ｂは、図２および図３に示す無線電力伝送システムにおける共振周波数の制御を説明するための図である。ここで、図４Ａにおいて、横軸は交流電源１１の周波数ｆ[ＭＨｚ]を示し、縦軸は各コイルに流れる電流Ｉの大きさ[ｄＢ]を示す。また、図４Ｂにおいて、横軸は交流電源１１の周波数ｆ[ＭＨｚ]を示し、縦軸は各コイルに流れる電流Ｉの位相φ[radian]を示す。
　なお、位相φは、交流電源１１の電圧Ｖｓの位相φｖｓ、つまり電力供給コイル１２に供給される電圧Ｖｓの位相φｖｓを基準とし、その位相差Δφを示す。すなわち、位相φｖｓと一致した場合には、位相φが０となる。
　各曲線に付した参照符号ＣＢＡ１～ＣＢＡ４およびＣＢＢ１～ＣＢＢ４において、末尾の数字１、２、３、４は、それぞれ、電力供給コイル１２、送電共振コイル１３、受電共振コイル２２、電力取出コイル２３に対応することを示す。
　さらに、図４Ａおよび図４Ｂは、共振周波数制御において、送電共振コイル１３、または、送電共振コイル１３および受電共振コイル２２を、その共振周波数ｆｓ，ｆｊが１０ＭＨｚとなるように制御する場合を示す。
　このとき、目標値設定部１４３の目標値φｍｓは「－π radian (－１８０°)」に設定され、目標値設定部１４３の目標値φｍｊは「－３π／２ radian (－２７０°)」に設定される。
　すなわち、目標値φｍｊは、目標値φｍｓに－π／２を加算した値「φｍｓ－π／２」、つまり目標値φｍｓよりもπ／２遅れた位相が設定される。
　曲線ＣＢＡ２に示されるように、送電共振コイル１３の電流Ｉｓは、交流電源１１の周波数ｆｄと一致する１０ＭＨｚにおいて最大となっている。また、曲線ＣＢＢ２に示されるように、送電共振コイル１３の電流Ｉｓの位相φｉｓは、共振周波数ｆｓである１０ＭＨｚにおいて、－πとなっている。つまり、目標値φｍｓと一致している。
　ここで、送電共振コイル１３は、電力供給コイル１２からみて直列共振回路と見ることができ、共振周波数ｆｓよりも低い周波数ｆｄにおいては容量性となって－π／２に近づき、高い周波数ｆｄにおいては誘導性となって－３π／２に近づく。
　このように、送電共振コイル１３に流れる電流Ｉｓの位相φｉｓは、共振周波数ｆｓの近辺において大きく変化する。位相φｉｓつまり位相差Δφｓが－πとなるように制御することによって、送電共振コイル１３の共振周波数ｆｓを電圧Ｖｓの周波数ｆｄに高精度で一致させることができる。
　なお、曲線ＣＢＡ１に示されるように、電力供給コイル１２に流れる電流Ｉも、共振周波数ｆｓにおいて最大となる。曲線ＣＢＢ１に示されるように、電力供給コイル１２に流れる電流Ｉの位相φｉは、共振周波数ｆｓの近辺において零または進み位相となり、共振周波数ｆｓから外れると－π／２となる。
　曲線ＣＢＡ３に示されるように、受電共振コイル２２の電流Ｉｊは、交流電源１１の周波数ｆｄと一致する１０ＭＨｚにおいて最大となっている。
　曲線ＣＢＢ３に示されるように、受電共振コイル２２の電流Ｉｊの位相φｉｊは、共振周波数ｆｓである１０ＭＨｚにおいて、－３π／２となっている。つまり、目標値φｍｊと一致している。また、周波数ｆｄが共振周波数ｆｓよりも低くなった場合に、位相差Δφが減少して－π／２に近づき、共振周波数ｆｓよりも高くなった場合に、位相差Δφが増大して－５π／２つまり－π／２に近づく。
　このように、送電共振コイル１３および受電共振コイル２２に流れる電流Ｉｓ，Ｉｊの位相φｉｓ，φｉｊは、共振周波数ｆｓ，ｆｊの近辺において大きく変化する。位相φｉｓ，φｉｊつまり位相差Δφｓ，Δφｊが－πまたは－３π／２となるように制御することによって、送電共振コイル１３および受電共振コイル２２の共振周波数ｆｓ，ｆｊを電圧Ｖｓの周波数ｆｄに高精度で一致させることができる。
　これにより、環境要因などの変化があっても、送電系コイルＳＣおよび受電系コイルＪＣの共振周波数を交流電源１１の周波数ｆｄに正確に一致させることができ、送電装置３から受電装置４に対して、常に最大の効率で電力を伝送することが可能になる。
　さらに、交流電源の電圧Ｖｓに対するコイル電流の位相差Δφを基に制御を行うため、例えば、スイープサーチ法による場合のように電流の振幅の変動による影響を受けることがなく、正確な制御を行うことができる。
　なお、スイープサーチ法では、例えば、送電系コイルＳＣまたは受電系コイルＪＣにおけるＬまたはＣをスイープさせ、コイルの電流値が最大(ピーク)となる位置を試行錯誤的にサーチする。
　図５Ａおよび図５Ｂは、図２および図３に示す無線電力伝送システムにおけるシミュレーション条件を説明するための図である。図５Ａに示されるように、シミュレーション条件としては、電力供給コイル１２および送電共振コイル１３を同一平面上で同心状に配置し、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３も同一平面上で同心状に配置した。
　また、送電系コイルＳＣ(電力供給コイル１２および送電共振コイル１３)と受電系コイルＪＣ(受電共振コイル２２および電力取出コイル２３)との距離ｄｄを２５ｍｍに設定し、駆動周波数(交流電源１１の周波数ｆｄ)を７ＭＨｚに設定した。さらに、負荷(負荷デバイス２１の抵抗値)を１０Ωに設定し、各コイルの巻線の太さをφ０．５ｍｍに設定した。
　さらに、図５Ｂに示されるように、電力供給コイル１２の外径をφ３０ｍｍとし巻数を１回に設定し、送電共振コイル１３の外径をφ４０ｍｍとし巻数を５回に設定した。また、受電共振コイル２２の外径をφ３０ｍｍとし巻数を５回に設定し、電力取出コイル２３の外径をφ２０ｍｍとし巻数を１回に設定した。なお、送電共振コイル１３および受電共振コイル２２における隣接する巻線の中心間の距離(ピッチ)を、０．８ｍｍに設定した。
　図６Ａおよび図６Ｂは、図５Ａおよび図５Ｂに示すシミュレーション条件で行った図２および図３に示す無線電力伝送システムのシミュレーション結果を示す図である。
　ここで、図６Ａにおいて、縦軸は駆動電圧の振幅を正規化(最大振幅が『１』)して示し、横軸は時間を正規化(１／７ＭＨｚが『１』)して示す。また、参照符号φdは、送電側の駆動電圧ＬＬ１および受電側の駆動電圧ＬＬ２の位相遅れを示す。さらに、図６Ｂにおいて、縦軸は送電効率(最大が『１』)を示し、横軸は位相遅れφd(deg：°)を示す。
　図６Ｂに示されるように、送電効率は、送電側の駆動電圧ＬＬ１および受電側の駆動電圧ＬＬ２の位相遅れφdが大きくなるに従って低下する。特に、位相遅れφdが４０°を超えると、送電効率が大幅に低下するのが分かる。
　なお、駆動周波数が７ＭＨｚのとき、１°の位相遅れに対する遅延時間ｔｄは、ｔｄ＝１÷(７×１０6×３６０)＝３．９７×１０-10 [sec] に対応する。従って、例えば、３０°の位相遅れに対応する遅延時間Ｔｄは、Ｔｄ＝３．９７×１０-10×３０＝１．１９×１０-8 [sec]、すなわち、１１．９ｎsec になる。
　上述したように、例えば、図２および図３に示す無線電力伝送システムにより電力の伝送を行う場合、非常に短い遅延時間ｔｄに対しても送電効率が低下することになる。そのため、受電側の制御には、交流電源１１の電圧波形の位相を遅滞なく正確に認識することが前提となる。
　ここで、送電器１および受電器２は、互いの位置や送電電力等に関する情報を送受信する通信回路を有しているが、これらの通信回路では、例えば、７ＭＨｚ(一般的に、数百ＫＨｚ～数十ＭＨｚ)の駆動電圧の位相制御を行うデータを処理するのは困難である。
　そのため、図２および図３に示す無線電力伝送システムでは、送電器１に専用の位相送信部１４５を設けると共に、受電器２に専用の位相受信部２４１を設け、送電器１における交流電源１１の電圧波形の位相を遅滞なく正確に受電器２へ伝えるようになっている。
　このように、図２および図３に示す無線電力伝送システムでは、高速なデータ伝送が可能な専用の位相送信部１４５および位相受信部２４１をそれぞれ送電器１および受電器２に設けるため、ハード的負担が大きくなって費用も嵩むことになる。
　以下、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システムおよび無線電力伝送方法の実施例を、添付図面を参照して詳述する。図７は、第１実施例の無線電力伝送システムを示すブロック図である。
　図７と前述した図３との比較から明らかなように、第１実施例の無線電力伝送システムでは、送電器１において、専用の位相送信部１４５の代わりに、送電側制御部１６および送電側通信部１７を設けている。
　さらに、第１実施例の無線電力伝送システムは、受電器２において、専用の位相受信部２４１の代わりに、受電側制御部２６，受電側通信部２７および受電側位相調整用発振部２８を設けている。
　ここで、第１実施例の無線電力伝送システムでは、例えば、図３に示す無線電力伝送システムのような高速なデータ伝送が不要なため、送電側通信部１７および受電側通信部２７は、互いの位置や送電電力等の情報を送受信する通信回路を兼用してもよい。
　すなわち、第１実施例の無線電力伝送システムでは、例えば、数百ＫＨｚ～数十ＭＨｚの共振周波数をリアルタイムで位相制御しなくてもよいため、一般的に設けられている通信回路をそのまま利用することができる。
　なお、送電器１における交流電源１１、電力供給コイル１２、送電共振コイル１３、コンデンサ１３２、電流検出センサＳＥ１、および、送電側フィードバック制御部１４４等の構成および動作は、実質的に図３を参照して説明したのと同様である。
　また、受電器２における受電共振コイル２２、電力取出コイル２３、コンデンサ２２２、電流検出センサＳＥ２、および、受電側フィードバック制御部２４４等の構成および動作は、実質的に図３を参照して説明したのと同様である。
　ここで、図７に示す第１実施例の無線電力伝送システムでは、送電器１における目標値φｍｓは目標値設定部１４３から出力され、また、受電器２における目標値φｍｊは目標値設定部２４３から出力されている。
　図８は、第２実施例の無線電力伝送システムを示すブロック図であり、図９～図１２は、図８に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図である。
　ここで、図８～図１０は、送電器１において、送電側制御部１６、送電側通信部１７、交流電源１１、電力供給コイル１２、送電共振コイル１３、コンデンサ(可変容量デバイス)１３２および送電側フィードバック制御部１４４に注目して示したものである。
　なお、前述した図７では、送電器１の位相比較部(第２位相比較部)１５１が送電側フィードバック制御部１４４の内部に設けられているが、図８～図１０では、位相比較部１５１と送電側フィードバック制御部１４４(位相比較部１５１を除く)が別に描かれている。
　また、図８～図１０は、受電器２において、受電側制御部２６、受電側通信部２７、受電側位相調整用発振部２８、受電共振コイル２２、電力取出コイル２３、コンデンサ２２２および受電側フィードバック制御部２４４に注目して示したものでもある。
　なお、前述した図７では、受電器２の位相比較部(第１位相比較部)２５１が受電側フィードバック制御部２４４の内部に設けられているが、図８～図１０では、位相比較部２５１と受電側フィードバック制御部２４４(位相比較部２５１を除く)が別に描かれている。
　さらに、図８～図１０において、整流回路２１１および負荷(例えば、バッテリ：抵抗値ＲＬ)２１２を有する負荷デバイス２１、並びに、負荷２１２の抵抗値ＲＬにほぼ等しい抵抗値ＲＬ’のダミー負荷２９もスイッチＳＷ１～ＳＷ４と共に描かれている。
　また、図８～図１０において、電力供給コイル１２、送電共振コイル１３、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３の各コイルは、それぞれ抵抗Ｒ1，Ｒ2，Ｒ13およびＲ4並びにインダクタＬ1，Ｌ2，Ｌ3およびＬ4により等価回路的に描かれている。なお、電力供給コイル１２、送電共振コイル１３、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３に流れる電流は、Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3およびＩ4として示されている。
　そして、図８に示す第２実施例の無線電力伝送システムでは、送電器１における目標値φｍｓは送電側制御部１６から出力され、また、受電器２における目標値φｍｊは受電側制御部２６から出力されるようになっている。
　すなわち、第２実施例の無線電力伝送システムは、送電器１が目標値設定部１４３を有しておらず、受電器２が目標値設定部２４３を有していない点を除いて、実質的に第１実施例の無線電力伝送システムと同様の構成とされている。
　従って、第１実施例の無線電力伝送システムの動作は、目標値φｍｓおよびφｍｊの出力個所が異なるだけで、以下に詳述する第２実施例の無線電力伝送システムの動作と同様である。
　このように、目標値φｍｓおよびφｍｊを送電側制御部１６および受電側制御部２６から出力することにより、各目標値を、利用する無線電力伝送システムに最適な値として制御し、或いは、他の機能を実現するためにて変化させて制御することが可能になる。
　図８に示されるように、送電器１において、送電側フィードバック制御部１４４に対する目標値(位相差Δφｓの目標値)φｍｓは、送電側制御部１６から出力され、また、交流電源１１は、送電側制御部１６からの制御信号Ｓｐｓにより制御される。
　さらに、受電器２において、受電側フィードバック制御部２４４に対する目標値(位相差Δφｊの目標値)φｍｊは、受電側制御部２６から出力され、また、受電側位相調整用発振部２８は、受電側制御部２６からの制御信号Ｓｐｊにより制御される。
　ここで、受電器２における受電側位相調整用発振部２８は、電力伝送に使用する周波数、すなわち、送電器１における交流電源１１と同じ固定の発振周波数の信号(電圧ＶＢ)を出力する。なお、交流電源１１および受電側位相調整用発振部２８は、例えば、水晶振動子を利用してその発振周波数が正確に同じ周波数に制御されている。
　図８に示されるように、受電器２において、受電共振コイル２２にはスイッチＳＷ１が設けられ、受電側位相調整用発振部２８と受電共振コイル２２の間にはスイッチＳＷ２が設けられている。
　また、受電器２において、電力取出コイル２３と負荷デバイス２１の間にはスイッチＳＷ３が設けられ、電力取出コイル２３の両端には、スイッチＳＷ４を介してダミー負荷２９が設けられている。
　スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、例えば、ゲートに制御信号が印加されたｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ(ｎＭＯＳトランジスタ)とされ、各制御信号のレベルが高レベル『Ｈ』のときにオンし、低レベル『Ｌ』のときにオフする。
　なお、スイッチＳＷ１およびＳＷ３の制御端子(ｎＭＯＳトランジスタのゲート)には、受電側制御部２６からの制御信号ＣＳｊが印加され、スイッチＳＷ２およびＳＷ４の制御端子には、制御信号ＣＳｊをインバータで反転した制御信号／ＣＳｊが印加される。
　まず、受電側制御部２６からの制御信号ＣＳｊが『Ｌ』(制御信号／ＣＳｊが『Ｈ』)のとき、スイッチＳＷ１およびＳＷ３がオフしてスイッチＳＷ２およびＳＷ４がオンする。この状態は、図９に示す共振周波数の調整時に対応する。
　すなわち、図９に示されるように、共振周波数の調整時において、受電器２の受電側位相調整用発振部２８は、受電側制御部２６からの制御信号Ｓｐｊにより動作状態(オン)とされる。
　さらに、スイッチＳＷ１がオフでスイッチＳＷ２がオンすることで、受電側位相調整用発振部２８の出力電圧ＶＢは、受電共振コイル２２の両端に印加される。このとき、電力取出コイル２３は、スイッチＳＷ３がオフすることで負荷デバイス２１と切り離され、代わりに、オン状態のスイッチＳＷ４を介してダミー負荷２９に接続される。
　ここで、ダミー負荷２９の抵抗値ＲＬ’は、負荷デバイス２１の負荷２１２の抵抗値ＲＬとほぼ等しく設定され、また、受電側制御部２６から受電側フィードバック制御部２４４に与えられる目標値φｍｊは、例えば、０°に設定されている。
　なお、受電側位相調整用発振部２８からの出力電圧ＶＢは、受電器２における共振周波数を調整するために使用されるので、その電力容量は微小でよい。そのため、微小電力容量の電圧ＶＢでは、例えば、負荷デバイス２１の整流回路(整流用ＩＣ)２１１が動作せず、或いは、非線形特性により負荷抵抗２１２の抵抗値ＲＬが正確に反映されないことになる。
　そこで、電力取出コイル２３に対して、実際の負荷デバイス２１の代わりに、負荷抵抗２１２に相当するダミー負荷２９を接続し、微小電力容量の電圧ＶＢで受電器２の共振周波数調整を行うようになっている。
　以上により、受電器２において、受電側位相調整用発振部２８の出力電圧ＶＢの位相φｖｓ’と、その電圧ＶＢにより受電共振コイル２２を流れる電流Ｉ3の位相φｉｊとの位相差Δφｊが目標値φｍｊ(＝０°)となるようにフィードバック制御が行われる。すなわち、受電側フィードバック制御部２４４は、位相差Δφｊが目標値φｍｊとなるように、制御信号ＫＳｊを介してコンデンサ２２２の静電容量を所定の値に制御する。
　なお、第２実施例の無線電力伝送システムでは、図１１のタイミングチャートに示されるように、共振周波数の調整時(共振調整)において、まず、期間Ｔｃｓで送電器１の共振周波数を調整し、その後、期間Ｔｃｊで受電器２の共振周波数を調整する。
　従って、図１１に示されるように、上述した受電器２における共振周波数の調整は、共振調整の処理を行う期間の後半の期間Ｔｃｊで行い、前半の期間期間Ｔｃｓでは、送電器１における共振周波数の調整を行うようになっている。
　すなわち、共振調整の処理を行う期間の前半の期間期間Ｔｃｓにおいて、送電器１の交流電源１１は、送電側制御部１６からの制御信号Ｓｐｓにより低出力状態(調整用出力状態)とされる。
　この交流電源１１の低出力状態において、交流電源１１は、受電器２に対して電力を伝送するための電圧を出力するのではなく、単に、送電器１における共振周波数を調整するための低い電圧を出力する。
　これにより、送電器１では、交流電源１１の出力電圧ＶＡの位相φｖｓと、その電圧ＶＡにより送電共振コイル１３を流れる電流Ｉｓの位相φｉｓとの位相差Δφｊが目標値φｍｊ(＝１８０°)となるようにフィードバック制御が行われる。
　このフィードバック制御は、例えば、図２～図４Ｂを参照して説明したように、送電側フィードバック制御部１４４が、位相差Δφｓが目標値φｍｓとなるように、制御信号ＫＳｓを介してコンデンサ１３２の静電容量を所定の値に制御する。
　ここで、送電器１における共振周波数の調整は、必ずしも受電器２における共振周波数の調整の直前に行わなくてもよく、受電器２における共振周波数の調整と同時またはその直後、或いは、他の適切なタイミングで行うこともできる。
　次に、受電側制御部２６からの制御信号ＣＳｊが『Ｈ』(制御信号／ＣＳｊが『Ｌ』)のとき、スイッチＳＷ１およびＳＷ３がオンしてスイッチＳＷ２およびＳＷ４がオフする。この状態は、図１０に示す給電時(通常の送電器１から受電器２へ無線により電力を伝送する状態)に対応する。
　すなわち、図１０に示されるように、給電時において、受電器２の受電側位相調整用発振部２８は、受電側制御部２６からの制御信号Ｓｐｊにより停止状態(オフ)とされ、また、スイッチＳＷ２がオフとなって受電共振コイル２２から切り離される。
　さらに、スイッチＳＷ１がオンすることで受電共振コイル２２は、送電器１における送電共振コイル１３からの電力を磁界共鳴(磁界共振)により受け取る。このとき、電力取出コイル２３は、スイッチＳＷ３がオンしてスイッチＳＷ４がオフすることで負荷デバイス２１に接続される。
　また、送電器１では、送電側制御部１６からの制御信号Ｓｐｓにより交流電源１１は、動作状態(低電力動作状態ではなく、通常の動作状態)とされる。
　ここで、送電器１における送電共振コイル１３の共振周波数は、期間Ｔｃｓで交流電源１１の周波数と一致するように制御され、受電器２における受電共振コイル２２の共振周波数は、受電側位相調整用発振部２８の周波数と一致するように制御されている。また、交流電源１１の周波数と受電側位相調整用発振部２８の周波数とは、例えば、水晶振動子を利用して正確に制御されている。
　従って、双方で共振周波数の調整が行われた送電器１から受電器２への磁界共鳴による電力伝送は、高い送電効率で行うことが可能になる。図１１では、送電器１および受電器２における共振周波数の調整期間(Ｔｃｓ，Ｔｃｊ：共振調整)が所定の間隔で繰り返されるようになっている。
　なお、この共振調整を繰り返す所定の間隔としては、送電器１および受電器２の数や電力容量、或いは、周囲の環境等により様々に設定することができ、例えば、数分間隔に設定することができる。
　次に、図１２のフローチャートを参照して、第２実施例の無線電力伝送システムの動作の流れを説明する。まず、無線電力伝送処理が開始(スタート)すると、ステップＳＴ１０１およびＳＴ２０１において、送電側(送電器１)の送電側通信部１７および受電側(受電器２)の受電側通信部２７により通信および応答確認を行って、次のステップに進む。
　すなわち、ステップＳＴ１０１およびＳＴ２０１では、例えば、受電器２が送電器１により送電可能な範囲に存在するか、並びに、受電器２の位置や傾きおよび送電する電力等の情報の受け渡し、或いは、有料の電力伝送システムにおける受電器２の認証等を行う。
　送電側では、次に、ステップＳＴ１０２に進んで、図９および図１１の期間Ｔｃｓを参照して説明した送電器１における共振周波数の調整(共振調整)を開始する。すなわち、ステップＳＴ１０３において、交流電源１１の出力電圧ＶＡを調整用出力電圧(低出力電圧)とし、ステップＳＴ１０４に進んで位相差の制御を行う。
　すなわち、ステップＳＴ１０４では、送電側フィードバック制御部１４４による位相差の制御処理を行い、ステップＳＴ１０５において、位相差Δφｓが目標値φｍｓよりも小さくなるまでステップＳＴ１０４の位相差の制御処理を繰り返す。
　そして、ステップＳＴ１０５において、位相差Δφｓが目標値φｍｓにより規定された範囲内になったと判定すると、ステップＳＴ１０６に進んで、送電器１における共振調整処理を終了し、次のステップＳＴ１０７に進む。
　ここで、図９および図１１を参照して説明したように、期間Ｔｃｓにおいて送電器１の共振周波数調整処理が終了すると、受電側では、ステップＳＴ２０２において、期間Ｔｃｓに続く期間Ｔｃｊで受電器２における共振周波数の調整(共振調整)を開始する。
　なお、受電器２は、送電側通信部１７および受電側通信部２７の通信により、送電器１の共振周波数調整処理の終了を認識し、ステップＳＴ２０２の受電器２における共振調整を開始する。
　すなわち、ステップＳＴ２０３において、図９を参照して説明したスイッチＳＷ１～ＳＷ４の切り替えを行い、さらに、ステップＳＴ２０４に進んで、受電側制御部２６により受電側位相調整用発振部２８を動作状態(電圧ＶＢを出力)とする。
　具体的に、スイッチＳＷ１およびＳＷ３をオフしてスイッチＳＷ２およびＳＷ４をオンし、受電側位相調整用発振部２８の出力電圧ＶＢを受電共振コイル２２の両端に印加する。さらに、電力取出コイル２３に対して、負荷デバイス２１を切り離し、代わりにダミー負荷２９を接続する。
　さらに、ステップＳＴ２０５に進んで、受電側フィードバック制御部２４４による位相差の制御処理を行い、ステップＳＴ２０６において、位相差Δφｊが目標値φｍｊよりも小さくなるまでステップＳＴ２０５の位相差の制御処理を繰り返す。
　そして、ステップＳＴ２０６において、位相差Δφｊが目標値φｍｊにより規定された範囲内になったと判定すると、ステップＳＴ２０７に進んで、図１０を参照して説明したスイッチＳＷ１～ＳＷ４の切り替えを行い、ステップＳＴ２０８に進む。
　ステップＳＴ２０８では、受電側制御部２６により受電側位相調整用発振部２８を停止状態(電圧ＶＢを停止)とし、ステップＳＴ２０９に進んで、受電器２における共振調整処理を終了し、その旨を送電側へ通知する。
　すなわち、送電器１は、送電側通信部１７および受電側通信部２７の通信により、受電器２の共振周波数調整処理の終了を認識し、ステップＳＴ１０７における送電を開始する。
　すなわち、図１０を参照して説明したように、送電側では、ステップＳＴ１０８において、送電側制御部１６からの制御信号Ｓｐｓにより交流電源１１は、低電力動作状態ではなく、通常の動作状態とされ、送電用の出力電圧ＶＢを出力する。
　従って、送電器１および受電器２は、両方とも共振周波数の調整が行われた状態とされ、この状態で送電器１から受電器２に対して磁界共鳴による電力伝送が行われるため、高い送電効率による電力伝送が可能となる。
　さらに、ステップＳＴ１０９に進んで、一定時間が経過したと判定すると、ステップＳＴ１０１(ＳＴ２０１)に戻って同様の処理を繰り返す。すなわち、送電器１および受電器２における共振周波数の調整を所定の間隔で繰り返すようになっている。
　ここで、ステップＳＴ１０３において、交流電源１１の出力電圧ＶＡは、調整用の低出力電圧とされるため、例えば、送電器１の共振周波数の調整を終了した後に受電器２の共振周波数の調整を開始するのではなく、両者を並列的に行うこともできる。
　すなわち、前述したように、送電器１における共振周波数の調整は、必ずしも受電器２における共振周波数の調整の直前に行わなくてもよく、受電器２における共振周波数の調整と同時またはその直後、或いは、他の適切なタイミングで行うこともできる。
　このように、第２実施例の無線電力伝送システムによれば、送電器による交流電源の電圧波形の位相を遅滞なく正確に受電器へ伝えなくてもよいため、高速なデータ伝送が可能な専用の通信回路が不要となり、ハード的負担を低減して費用も削減することができる。これは、前述した第１実施例および後述する第３実施例でも同様である。
　図１３は、第３実施例の無線電力伝送システムを示すブロック図である。り、図１４および図１５は、図１３に示す無線電力伝送システムにおける動作を説明するための図である。図１３と前述した図８との比較から明らかなように、第３実施例の無線電力伝送システムでは、送電器１が温度センサ(第２温度センサ)１００を含み、受電器２が温度センサ(第１温度センサ)２００を含む。
　ここで、温度センサ１００は、送電器１における電力供給コイル１２および送電共振コイル１３の温度を測定(検知)し、その温度信号(第２温度信号)Ｔｓｓを送電側制御部１６に出力する。また、温度センサ２００は、受電器２における受電共振コイル２２および電力取出コイル２３の温度を測定し、その温度信号(第１温度信号)Ｔｓｊを受電側制御部２６に出力する。
　なお、例えば、電力供給コイル１２および送電共振コイル１３が同軸状に配置されていない場合、温度センサ１００は、送電共振コイル１３の温度を測定するだけでもよい。同様に、例えば、受電共振コイル２２および電力取出コイル２３が同軸状に配置されていない場合、温度センサ２００は、受電共振コイル２２の温度を測定するだけでもよい。
　次に、図１３に示す無線電力伝送システムにおける動作を、図１４のタイミングチャートおよび図１５のフローチャートを参照して説明する。なお、図１４のタイミングチャートにおいて、給電時(期間Ｔｐｓ)および共振調整時(期間ＴｃｓおよびＴｃｊ)は、実質的に図１１と同様であり、その説明は省略する。
　また、図１５のフローチャートにおいて、送電側(送電器１)のステップＳＴ１０１～ＳＴ１０８の処理、並びに、受電側(受電器２)のステップＳＴ２０１～ＳＴ２０９の処理は、実質的に図１２と同様であり、その説明は省略する。
　図１５に示されるように、受電側のステップＳＴ２０９において、受電器２における共振調整処理を終了し、その旨を送電側へ通知して送電側のステップＳＴ１０７で送電を開始すると、受電側では、ステップＳＴ２１０に進む。
　すなわち、受電側のステップＳＴ２１０では、受電器２に設けられた温度センサ２００が異常を検知したかどうか、すなわち、受電側温度センサ２００による受電共振コイル２２および電力取出コイル２３の温度信号Ｔｓｊが異常値かどうかを判定する。ステップＳＴ２１０において、温度センサ２００が異常をしないと判定すれば、そのままの状態で、送電器１から受電器２への電力伝送を継続する。
　一方、ステップＳＴ２１０において、温度センサ２００が異常をしたと判定、すなわち、温度信号Ｔｓｊが異常を示す閾値温度Ｔｈａを超えたと判定すると、ステップＳＴ２１１に進んで、温度センサ２００による異常検知を受信側へ送信する。この受電側のステップＳＴ２１１における異常の検知は、受電側に送信され、ステップＳＴ１１０における送受電温度監視として処理される。
　さらに、受電側では、ステップＳＴ２１２に進んで、受電側温度センサ２００が正常値を検知したかどうかを判定する。ステップＳＴ２１２において、受電側温度センサ２００が正常値を検知しないと判定すると、そのままの状態で受電側温度センサ２００が正常値を検知するのを待つ。
　なお、受電側のステップＳＴ２１２の処理は、後述するように、送電側では、ステップＳＴ１１２の処理により送電用出力電圧ＶＡが停止されるため、電力伝送も停止されることになり、受電側温度センサ２００からの温度信号Ｔｓｊは時間と共に低下する。
　受電側のステップＳＴ２１２において、受電側温度センサ２００が正常値を検知したと判定すると、ステップＳＴ２１３に進んで、送電側に対して受電側温度センサ２００が正常値を検知したことを伝えると共に、ステップＳＴ２１０に戻って同様の処理を行う。
　図１５に示されるように、送電側のステップＳＴ１０８において、交流電源１１が通常の送電動作を行うための送電用出力電圧ＶＢを出力すると、ステップＳＴ１１０に進んで、送受電温度監視を行う。
　このステップＳＴ１１０における送受電温度監視は、送電器１の温度センサ１００による電力供給コイル１２および送電共振コイル１３の温度監視、並びに、受電器２の温度センサ２００による受電共振コイル２２および電力取出コイル２３の温度監視である。
　ここで、送電側温度センサ１００により検出された温度信号Ｔｓｓは、そのまま送電側制御部１６に入力されるが、受電側温度センサ２００により検出された温度信号Ｔｓｊは、通信(通信部１７，２７等)を介して送電側制御部１６に送信される。
　すなわち、ステップＳＴ１１１において、送電側温度センサ１００または受電側温度センサ２００が異常を検知したかどうかを判定し、両方とも異常を検知しないと判定すれば、送受電温度監視を行いながら、送電器１から受電器２への電力伝送を継続する。
　一方、ステップＳＴ１１１において、送電側温度センサ１００または受電側温度センサ２００の少なくとも一方が異常を検知したと判定すると、ステップＳＴ１１２に進んで、送電用出力電圧ＶＡを停止する。すなわち、送電側制御部１６は、制御信号Ｓｐｓにより交流電源１１の動作を停止させる。
　この交流電源１１の動作停止(電圧ＶＢの停止)期間は、図１４において、温度センサ(１００，２００)の温度信号(Ｔｓｓ，Ｔｓｊ)が異常を示す閾値温度Ｔｈａを超えてから、通常動作の上限温度Ｔｈｂよりも低くなるまでの期間(停止期間)Ｔｓｔに対応する。
　ステップＳＴ１１２で送電用出力電圧ＶＢを停止すると、次に、ステップＳＴ１１３に進んで、再び送受電温度監視を行う。すなわち、ステップＳＴ１１４において、送電側温度センサ１００および受電側温度センサ２００の両方が正常値を検知したかどうかを判定し、少なくとも一方が異常を検知したと判定すれば、送受電温度監視を行いながら、送電用出力電圧ＶＢの停止を継続する。
　一方、ステップＳＴ１１４において、送電側温度センサ１００および受電側温度センサ２００の両方が正常値を検知したと判定すると、ステップＳＴ１０１(ＳＴ２０１)に戻る。
　すなわち、温度センサ１００および２００により検出された温度信号ＴｓｓおよびＴｓｊが通常動作の上限温度Ｔｈｂよりも低くなり、正常値の範囲になったと判定すると、ステップＳＴ１０１およびＳＴ２０１に戻って同様の処理を繰り返す。
　なお、図１３に示す第３実施例の無線電力伝送システムにおいても、例えば、図７の第１実施例と同様に、送電器１および受電器２に対してそれぞれ目標値設定部１４３および２４３を設け、目標値φｍｓおよびφｍｊを出力するようにしてもよい。
　上述した無線電力伝送システムの実施例において、送電器１および受電器２は１つとして説明したが、それぞれ複数であってもよいのはいうまでもない。また、送電共振コイル(ＬＣ共振器)１３から受電共振コイル(ＬＣ共振器)２２への電力伝送は、磁界共鳴(磁界共振)に限定されるものではなく、例えば、電界共鳴(電界共振)等を利用するものであってもよい。
　ここに記載されている全ての例および条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものである。
　また、具体的に記載されている上記の例および条件、並びに、本発明の優位性および劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく、解釈されるべきものである。
　さらに、本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更、置換および修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。
　１　　送電器(一次側：送電側)
　２　　受電器(二次側：受電側)
　１１　　交流電源
　１２　　電力供給コイル
　１３　　送電共振コイル(ＬＣ共振器)
　１４　　送電側制御回路
　１６　　送電側制御部
　１７　　送電側通信部
　２１　　負荷デバイス
　２２　　受電共振コイル(ＬＣ共振器)
　２３　　電力取出コイル
　２４　　受電側制御回路
　２６　　受電側制御部
　２７　　受電側通信部
　２８　　受電側位相調整用発振部
　２９　　ダミー負荷
　１００　　温度センサ(第２温度センサ)
　１３２，２２２　　コンデンサ(可変コンデンサ：可変容量デバイス)
　１４３，２４３　　目標値設定部
　１４４　　送電側フィードバック制御部
　１４５　　位相送信部
　１５１　　位相比較部(第２位相比較部)
　２００　　温度センサ(第１温度センサ)
　２１１　　整流回路(整流用ＩＣ)
　２１２　　負荷抵抗
　２４１　　位相受信部
　２４４　　受電側フィードバック制御部
　２５１　　位相比較部(第１位相比較部)
　ＳＣ　　送電系コイル
　ＪＣ　　受電系コイル

Claims (20)

  1. 　送電器からの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により受け取る受電共振コイルと、
    　所定の周波数で発振する電圧を出力する受電側位相調整用発振部と、
    　前記送電器との間で通信を行う受電側通信部と、
    　前記受電側通信部からの出力を受け取り、前記受電側位相調整用発振部からの出力電圧を使用して前記受電共振コイルの共振周波数の調整を行う受電側制御部と、を有する、
    　ことを特徴とする受電器。
  2. 　さらに、
    　　前記受電共振コイルからの電力を、電磁誘導を利用して受け取る電力取出コイルと、
    　　前記電力取出コイルから取り出された電力を受け取る負荷デバイスと、
    　　前記負荷デバイスに相当する抵抗値を有するダミー負荷と、を有し、
    　前記受電側制御部は、
    　　前記受電共振コイルに対して前記受電側位相調整用発振部の出力電圧を印加すると共に、前記電力取出コイルの負荷を前記ダミー負荷として前記受電共振コイルの共振周波数の調整を行う、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の受電器。
  3. 　前記受電側制御部は、
    　　前記受電共振コイルの共振周波数の調整を行った後、前記受電側位相調整用発振部を停止して、前記受電共振コイルが前記送電器からの電力を受け取るようにすると共に、前記電力取出コイルの負荷を前記負荷デバイスとして前記送電器からの電力を受け取る、
    　ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受電器。
  4. 　さらに、
    　　前記受電側位相調整用発振部からの出力電圧の位相および前記受電共振コイルを流れる電流の位相を比較する第１位相比較部と、
    　　前記第１位相比較部から出力される位相差を目標値に従って制御する受電側フィードバック制御部と、を有し、
    　前記受電側フィードバック制御部は、
    　　前記受電共振コイルに設けられた容量値が可変のコンデンサを制御して、前記受電共振コイルの共振周波数の調整を行う、
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の受電器。
  5. 　さらに、
    　　前記目標値を設定する目標値設定部を有し、前記受電側フィードバック制御部は、前記目標値設定部の出力を受け取る、
    　ことを特徴とする請求項４に記載の受電器。
  6. 　前記目標値は、前記受電側制御部から出力され、前記受電側フィードバック制御部は、前記受電側制御部の出力を受け取る、
    　ことを特徴とする請求項４に記載の受電器。
  7. 　前記受電共振コイルの共振周波数の調整は、所定の間隔で繰り返して行う、
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の受電器。
  8. 　さらに、
    　　前記受電共振コイルの温度を測定する第１温度センサを有し、
    　前記受電側制御部は、
    　　前記第１温度センサからの第１温度信号を受け取って制御を行う、
    　ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の受電器。
  9. 　前記受電側制御部は、
    　　前記第１温度センサからの第１温度信号を、前記受電側通信部を介して前記送電器に送信する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の受電器。
  10. 　少なくとも１つの送電器、および、少なくとも１つの受電器を含む無線電力伝送システムであって、
    　前記受電器は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の受電器である、
    　ことを特徴とする無線電力伝送システム。
  11. 　前記送電器は、
    　　所定の周波数で発振する電圧を出力する交流電源と、
    　　前記交流電源の出力電圧を受け取る電力供給コイルと、
    　　前記電力供給コイルからの電力を、電磁誘導を利用して受け取り、前記受電共振コイルに対して、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により電力を伝送する送電共振コイルと、
    　　前記受電器との間で通信を行う送電側通信部と、を有する、
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の無線電力伝送システム。
  12. 　前記送電器は、さらに、
    　　前記送電側通信部からの出力を受け取り、前記交流電源からの出力電圧を使用して前記送電共振コイルの共振周波数の調整を行う送電側制御部を有する、
    　ことを特徴とする請求項１１に記載の無線電力伝送システム。
  13. 　前記送電側制御部は、
    　　前記交流電源からの出力電圧を、前記送電器から前記受電器に対して電力を伝送するときの電圧よりも低い電圧にして、前記送電共振コイルの共振周波数の調整を行う、
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の無線電力伝送システム。
  14. 　前記送電側制御部による前記送電共振コイルの共振周波数の調整は、前記受電側制御部による前記受電共振コイルの共振周波数の調整の直前に行う、
    　ことを特徴とする請求項１３に記載の無線電力伝送システム。
  15. 　前記送電側制御部による前記送電共振コイルの共振周波数は、前記受電側制御部による前記受電共振コイルの共振周波数と同じ周波数である、
    　ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の無線電力伝送システム。
  16. 　前記送電器は、さらに、
    　　前記送電共振コイルの温度を測定する第２温度センサを有し、
    　前記送電側制御部は、
    　　前記第２温度センサからの第２温度信号を受け取って制御を行う、
    　ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  17. 　前記送電側制御部は、
    　　前記第２温度センサからの第２温度信号と共に、前記受電側通信部および前記送電側通信部を介して前記受電器の前記第１温度センサからの第１温度信号を受け取って、温度異常時の処理を行う、
    　ことを特徴とする請求項１６に記載の無線電力伝送システム。
  18. 　前記送電器は、さらに、
    　　前記交流電源からの出力電圧の位相および前記送電共振コイルを流れる電流の位相を比較する第２位相比較部と、
    　　前記第２位相比較部から出力される位相差を目標値に従って制御する送電側フィードバック制御部と、を有し、
    　前記送電側フィードバック制御部は、
    　　前記送電共振コイルに設けられた容量値が可変のコンデンサを制御して、前記送電共振コイルの共振周波数の調整を行う、
    　ことを特徴とする請求項１０乃至請求項１７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  19. 　送電器からの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により受電器が受け取る無線電力伝送方法であって、
    　前記受電器に対して所定の周波数で発振する電圧を出力する受電側位相調整用発振部を設け、
    　前記受電側位相調整用発振部からの出力電圧を使用して前記受電器の共振周波数の調整を行う、
    　ことを特徴とする無線電力伝送方法。
  20. 　前記送電器における交流電源からの出力電圧を、前記送電器から前記受電器に対して電力を伝送するときの電圧よりも低い電圧にして、前記送電器の共振周波数の調整を行い、
    　前記送電器の共振周波数は、前記受電器の共振周波数と同じ周波数である、
    　ことを特徴とする請求項１９に記載の無線電力伝送方法。
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