WO2015189997A1

WO2015189997A1 - 制御装置、無線電力伝送装置および伝送効率推定方法

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Publication number: WO2015189997A1
Application number: PCT/JP2014/065783
Authority: WO
Inventors: 寛明石原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2016-12-13

Abstract

［課題］送電側および受電側の一方の特性値のみしか利用できない場合でも、伝送効率に関する指標を推定できるようにする。［解決手段］本発明の一態様としての制御装置は、第１コイルと第１容量とを含む送電ユニットと、第２コイルと第２容量とを含み、送電ユニットから受電した電力を負荷に供給する受電ユニットと、の間での電力の伝送効率に関する指標を推定する制御装置であって、送電ユニットにおける第１箇所の電圧を表す第１情報と、第２箇所の電流を表す第２情報と、受電ユニットにおける第３箇所の電圧を表す第３情報と、第４箇所の電流を表す第４情報とを取得し、送電ユニットに存在する抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値と、受電ユニットに存在する抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値とのうちいずれか一方と、第１情報、第２情報、第３情報および第４情報に基づき、電力の伝送効率に関する指標を推定する推定部を備える。

Description

制御装置、無線電力伝送装置および伝送効率推定方法

　本発明の実施形態は、制御装置、無線電力伝送装置および伝送効率推定方法に関する。

　無線電力伝送において、伝送距離や負荷インピーダンスに依存して、電力の伝送効率が変化することが知られている。伝送効率は、例えば送電側の電源から供給される電力と、受電側で受電される電力の比として定義することができる。電力エネルギーの有効利用の観点から、無線電力伝送においては、送電側に供給される電力を、できるだけ少ない損失で、受電側に供給する、すなわち効率を高めることが望ましい。従来、送電側の第１端子と受電側の第２端子において、電圧、または電流を検出し、その比（電圧比または電流比）を所定値と比較することで、効率を推定する手法が提案されている。また、同手法で推定される効率が高くなるよう、送電側または受電側の動作を制御する手法が提案されている。

　しかしながら、上記の従来技術では、電圧比または電流比を比較するための所定値を決定するためには、送電側と受電側の双方の装置における特性値を把握する必要がある。よって、送受どちらか一方の装置の特性値のみしか利用できないシステムにおいては、所定値を適切に決められず、適切な制御を行うことができない。この場合、十分な性能が得られない。

特開２０１３－１６２７０９号公報

　本発明の実施形態は、送電側および受電側のどちらか一方の特性値のみしか利用できない場合でも、伝送効率に関する指標を推定できるようにする。

　本発明の一態様としての制御装置は、電力が供給される第１コイルと、前記第１コイルに直列または並列に接続された第１容量とを含む送電ユニットと、第２コイルと、前記第２コイルに直列または並列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび第２コイル間の結合を介して前記送電ユニットから受電した電力を負荷に供給する受電ユニットと、の間での電力の伝送効率に関する指標を推定する制御装置であって、推定部を備える。前記推定部は、前記送電ユニットにおける第１箇所の電圧を表す第１情報と、前記送電ユニットにおける第２箇所の電流を表す第２情報と、前記受電ユニットにおける第３箇所の電圧を表す第３情報と、前記受電ユニットにおける第４箇所の電流を表す第４情報とを取得し、前記送電ユニットに存在する抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値と、前記受電ユニットに存在する前記負荷以外の抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値とのうちいずれか一方の特性値と、前記第１情報、前記第２情報、前記第３情報および第４情報に基づき、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力の伝送効率に関する指標を推定する。

第１の実施形態に係る無線電力電送装置の第１の例を示す図。第１の実施形態に係る送電部の構成例を示す図。第１の実施形態に係る無線電力伝送装置の第２の例を示す図。第１の実施形態に係る伝送状態の推定動作のフローチャート。第１の実施形態に係る無線電力伝送装置の第３の例を示す図。第１の実施形態に係る無線電力伝送装置の第４の例を示す図。第１の実施形態に係る無線電力伝送装置の第５の例を示す図。第２の実施形態に係る無線電力電送装置を示す図。制御装置の動作フローの一例を示す図。制御装置の動作フローの他の例を示す図。負荷抵抗を変更可能な負荷の構成例を示す図。制御装置の制御部の具体的な構成例を示す図。第３の実施形態に係る無線電力電送装置を示す図。第３の実施形態に係る無線電力電送装置の他の例を示す図。第３の実施形態に係る動作の一例を示すフローチャート。第３の実施形態に係る無線電力伝送装置のさらに他の構成例を示す図。第３の実施形態に係る無線電力伝送装置のさらに他の構成例を示す図。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

　図１に、第１の実施形態に係る無線電力電送装置の第１の例を示す。

　この無線電力電送装置は、電力を伝送する送電ユニット２１、電力を受電する受電ユニット３１、制御装置１１、電圧検出器１、電流検出器１，電圧検出器２，および電流検出器２を備える。

　送電ユニット２１は、送電側の無線電力伝送装置に設けられ、受電ユニット３１は、受電側の無線電力伝送装置に設けられる。制御装置１１は、送電側の無線電力伝送装置または受電側の無線電力伝送装置に組み込まれてもよいし、送電側および受電側の各無線電力伝送装置から分離して設けられてもよい。電圧検出器１および電流検出器１は、送電側の無線電力伝送装置、または制御装置１１内に設けられる。電圧検出器２および電流検出器２は、受電側の無線電力伝送装置、または制御装置１１内に設けられる。

　送電ユニット２１は、交流電力（交流電圧、または交流電流）を生成する交流電源２２と、交流電源２２に接続され、交流電源２により生成された電力を供給される送電部２９を備える。送電部２９は、直列に接続されたコイル１と容量１とを含む。容量１の一端は、交流電源２２の出力端子１に接続され、容量１の他端は、コイル１の一端に接続されている。コイル１の他端は、交流電源２２の出力端子２に接続されている。なお、接続とは導電線等を介して電気的に接続されることを意味しており、直接接続される他、他の素子または回路等を介して接続される場合も含んでよい。交流電源２２が送電ユニット２１内でなく、送電ユニット２１外に配置され、配線等で送電ユニット２１と接続されてもよい。

　受電ユニット３１は、送電ユニット２１から電力を受電する受電部３１と、受電部３１が受電した電力が供給される負荷３２とを備える。負荷３２は、電力を消費または蓄積する任意の装置でよい。受電部３１は、直列に接続されたコイル２および容量２を含む。容量２の一端は、負荷３２の入力端子１に接続され、容量２の他端は、コイル２の一端に接続されている。コイル２の他端は、負荷３２の入力端子２に接続されている。負荷３２が受電ユニット３１内でなく、受電ユニット３１外に配置され、配線等で受電ユニット３１と接続されてもよい。

　送電部２９のコイル１と、受電部３０のコイル２間で、磁気結合を介した電力伝送が行われる。コイル１では、交流電源２２から供給される電力に応じた磁界が発生させられ、この磁界がコイル２に結合されることで、電力が受電部３０のコイル２に伝達される。コイル２０に伝達された電力は、負荷３２に供給され、負荷３２で消費または蓄積される。

　送電ユニット２１には、電圧検出器１、および電流検出器１が接続されている。電圧検出器１は２つの入力を有し、一方は交流電源２２の出力端子１、または送電部２９の入力端子１（容量１の一端）に接続され、他方は交流電源２２の出力端子２、または送電部２１の入力端子２に接続される。電圧検出器１は、交流電源２２の出力端子２を基準としたときの、出力端子１の電圧（交流電源２２の出力電圧）、または送電部２９の入力端子２を基準とした場合の入力端子１の電圧（送電部２９の入力電圧）を検出する。電圧検出器１の出力は制御装置１１に接続されており、電圧検出器１は、検出した電圧を表す情報を、制御装置１１に出力する。電流検出器１は、交流電源２２の出力端子１、または送電部２１の入力端子（容量１の一端）に接続される。電流検出器１は、送電部２９への入力電流（交流電源２２の出力電流）を検出する。電流検出器１は、制御装置１１に接続されており、検出した電流を表す情報を制御装置１１に出力する。

　受電ユニット３１には、電圧検出器２、および電流検出器２が接続されている。電圧検出器２は、２つの入力を有し、一方は、受電部３０の出力端子１（容量２の一端）、または負荷３２の入力端子１に接続され、他方は、受電部３０の出力端子１（コイル２の一端）、または負荷３２の入力端子２に接続されている。電圧検出器２は、負荷３２の入力端子２の電圧を基準としたときの、入力端子１の電圧（負荷３２の入力電圧）、または受電部３０の出力端子２を基準としたときの出力端子１の電圧（受電部３０の出力電圧）を検出する。電圧検出器２は、制御装置１１に接続されており、検出した電圧を表す情報を制御装置１１に出力する。電流検出器２は、受電部３０の出力端子１（容量２の一端）、または負荷３２の入力端子１に接続され、負荷３２への入力電流（受電部３０の出力電流）を検出する。電流検出器２は、制御装置１１に接続されており、検出した電流を表す情報を、制御装置１１に出力する。

　ここでは、送電ユニット２１における交流電源２２の出力電圧および出力電流、受電ユニット３１における受電部３０の出力電圧および出力電流（負荷３２の入力電圧および入力電流）を検出したが、電圧および電流の検出箇所はこれに限定されない。例えば送電側で容量１またはコイル１にかかる電圧を検出し、またコイル１を流れる電流を検出してもよい。これに応じて受電側で容量２またはコイル２にかかる電圧を検出し、またコイル２に流れる電流を検出してもよい。

　制御装置１１には、電圧検出器１で検出した電圧を表す情報と、電流検出器１で検出した電流を表す情報と、電圧検出器２で検出した電圧を表す情報と、電流検出器２で検出した電流を表す情報とが入力される。制御装置１１の推定部１２は、これらの情報と、送電ユニット２１に存在する抵抗成分に関する少なくとも１つの特性値、および受電ユニット３１に存在する抵抗成分に関する少なくとも１つの特性値のいずれか一方とに基づき、送電ユニット２１から受電ユニット３１への電力の伝送状態を推定する。ここで、伝送状態とは、伝送効率に関する指標（パラメータ）のことであり、以下の説明で、電力の伝送状態を推定するとは、電力の伝送効率に関する指標を推定することを意味する。

　推定部１２の推定に用いる上記の特性値は、制御装置１１に外部から入力してもよいし、制御装置１１内のメモリにあらかじめ保持しておき、これを用いてもよい。外部からの入力は、メモリまたはハードディスクドライブまたはＳＳＤなどの記憶装置から読み出すことで行ってもよいし、ユーザがＰＣ等の操作で入力することで行ってもよい。制御装置１１は、一例として、プロセッサまたはＦＰＧＡやＡＳＩＣなどのハードウェアにより構成されることができる。プロセッサの場合、制御装置１１の動作を規定したプログラムをメモリまたはＳＳＤ、ハードディスク等から読み出して実行することにより制御装置１１の動作が実現される。

　図２（Ａ）、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に、送電部２９の他の構成例を示す。図２（Ａ）は、容量１とコイル１の接続順を、図１と入れ替えたものである。図１に示した送電部２９は、交流電源２２の出力端子１から、容量１およびコイル１の順で接続したが、図２（Ａ）では、コイル１および容量１の順に接続される。すなわち、コイル１の一端を交流電源２２の出力端子１に接続し、コイル１の他端を容量１の一端に接続し、容量１の他端を交流電源２２の出力端子２に接続する。受電側も同様に容量２とコイル２の接続順を逆にしてもよい。

　図２（Ｂ）では、容量を２つ設け、コイル１の両側に１つずつ配置している。すなわち、コイル１の両側にそれぞれ容量１ａおよび容量１ｂを接続している。受電側も同様に、容量を２つ設け、コイル２の両側に接続してもよい。

　図２（Ｃ）では、コイルを２つ設け、容量１の片側（交流電源２２と反対側）に、コイル１ａおよびコイル１ｂを直列に接続している。その他、容量１の両側に、それぞれコイルを接続する構成も可能である。受電側も同様に、容量２の片側（負荷３２と反対側）に、コイルを２つ設けた構成、あるいは容量２の両側に、それぞれコイルを接続する構成も可能である。

　また、図２（Ｂ）と図２（Ｃ）を組み合わせて、２つの容量の間に、２つのコイルを直接に接続する構成も可能である。なお、コイルを複数設ける場合、当該複数のコイルにより電力伝送が行われる。なお、送電側のコイル数と、受電側のコイル数は同じであっても、異なってもよい。

　図２（Ｂ）および図２（Ｃ）の説明では、容量またはコイルまたはこれらの両方を、２つ設ける例を示したが、３以上でもよい。また、送信側と受信側とで異なる構成を採用してもよい。例えば送信側では図２（Ｂ）の構成、受信側では図２（Ｃ）に相当する構成を採用してもよい。

　以下、本無線電力伝送装置の具体的な動作を説明する。

　容量１とコイル１のＬＣ共振回路の共振周波数（１／（√Ｌ_１Ｃ_１））、および容量２とコイル２のＬＣ共振回路の共振周波数（１／（√Ｌ_２Ｃ_２））が、交流電源２２から出力される電力の周波数（送電周波数）に十分に近い場合、コイル間で伝送される電力の伝送効率（以下、効率と呼ぶ）は、次式で表される。

　ここで、ωは交流電源２２の出力電力の周波数、Ｌ_１はコイル１のインダクタンス、Ｌ_２はコイル２のインダクタンス、ｋはコイル間の結合係数、Ｒ_１は送電ユニット２１の特性抵抗、Ｒ_２は受電ユニット３１の特性抵抗、Ｒ_Ｌは負荷３２の抵抗値である。なお、式（１）は、一般的な回路理論の知識を有する専門家ならば、一般的な方法で導出可能であり、例えば、文献（A Voltage Ratio-based Efficiency Control Method for 3kW Wireless Power Transmission: http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumber=6803476&tag=1）などを参照されたい。電圧および電流の検出箇所が図１と異なる場合も、同様にして、効率を表す式を導出可能である。

　ここで、特性抵抗Ｒ_１は、送電ユニット２１に存在する抵抗成分である。主には、コイルの寄生抵抗、容量の寄生抵抗、その他、電力回路が存在する場合はその寄生抵抗、などが含まれる。電力回路としては、商用電源から直流電圧を生成するＡＣ－ＤＣコンバータ、直流電圧を調整するＤＣ－ＤＣコンバータ、直流電圧から電力伝送周波数の交流電圧を生成するインバータ（後述する図５のＤＣ－ＡＣ変換器がこれに相当）などがある。

　特性抵抗Ｒ_２は、受電ユニット３１内に存在する負荷３２以外の抵抗成分である。主には、コイルの寄生抵抗、容量の寄生抵抗、その他、電力回路が存在する場合はその寄生抵抗などが含まれる。電力回路としては、交流電力を直流電力に変換する整流器（図５のＡＣ－ＤＣ変換器がこれに相当）、負荷に合わせて直流電圧を調整するＤＣ－ＤＣコンバータ（後述する図１１のＤＣ－ＤＣ変換器がこれに相当）などがある。

　式（１）の効率は、負荷３２の抵抗値Ｒ_Ｌに依存し、負荷３２の抵抗値Ｒ_Ｌが、次式を満たすとき最大値を取る。式（２）は、式（１）をＲ_Ｌで微分した結果が０となるＲ_Ｌを計算することで、導出できる。

　上式（２）が満たされ、効率が最大値を取る場合、以下の式が成立する。

　Ｖ_１は、電圧検出器１で検出される電圧の値（電圧振幅）、Ｖ_２は電圧検出器２で検出される電圧の値（電圧振幅）を表す。Ｉ_１は電流検出器１で検出される電流の値（電流振幅）、Ｉ_２は電流検出器２で検出される電流の値（電流振幅）を表す。電圧振幅、および電流振幅を表す値は、ｒｍｓ（ｒｏｏｔ　ｍｅａｎ　ｓｑｕｒｅ）値、ピーク値など、交流波形の振幅により決まる値なら、いずれでもかまわない。

　式（３）の導出は、以下のように、行うことができる。まず入出力の電流Ｉ_１、Ｉ_２と、出力側の電圧Ｖ_２を計算すると、以下の式ようになる。

　これらの絶対値を取り、｜Ｖ_２｜／｜Ｖ_１｜、｜Ｉ_２｜／｜Ｉ_１｜を求め、これら求めた２つの式からＬ_１を消去する。
　これによって得られた式をｋについて解くと、次式が得られる。

　これを式（２）に代入すると

　となる。Ｒ_Ｌ＝Ｖ_２／Ｉ_２であるから、これを代入すると、式（３）が導出される。

　効率は、式（３）を満たす場合に、最大となる。言い換えれば、式（３）を用いて、電圧検出器１、電圧検出器２、電流検出器１、電流検出器２の出力、および特定抵抗Ｒ_２を比較することで、電力の伝送状態（伝送効率に関する指標）を推定できる。この指標により、例えば電力伝送が、最大値にどの程度近い効率で行われているか分かる。

　特性抵抗Ｒ_２は、抵抗成分の電力依存性や、温度依存性が無視できる場合には、定数となる。受電ユニットの製造時に、大きなばらつきが生じない場合には、特定抵抗Ｒ_２を事前の計算により、または本受電ユニット３１または他の受電ユニットの測定により取得しておき、これを受電ユニット３１内、または制御装置１１内のメモリに記憶しておいてもよい。また、少なくとも１つ特性値を用いて特性抵抗を算出する式（特性抵抗算出式）を記憶しておき、計算、測定またはデータシート等から、当該特性抵抗算出式で用いる特性値を事前に取得して、メモリに記憶しておいてもよい。この場合、動作時に当該特性値を式に代入して、特性抵抗を計算してもよい。なお、特定抵抗そのものも、特性値の一形態である。特性抵抗算出式を単独で記憶せずに、特性抵抗算出式を含む、式（３）のような最適条件の式を記憶しておいてもよい。

　また、受電ユニット３１の製造時に、テスト工程において、特性抵抗または特性値を測定してもよい。この場合、当該測定した特性抵抗、または、当該測定した特性値と特性抵抗算出式を、メモリに格納してもよい。あるいは、受電ユニット３１内に測定機能を組み込んでおき、無線電力伝送装置の動作時に、受電ユニット３１内の測定機能により特性抵抗または特性値を測定し、その値を利用してもよい。

　以下、特性抵抗または特性値を取得する例を、具体的に示す。

　コイルの寄生抵抗が支配的な場合、たとえばＬＣＲメーターなどの測定器で、コイルの寄生抵抗を特性値として測定し、これを特性抵抗Ｒ_２としてもよい。

　また、コイルに接続される容量の寄生抵抗まで含めた、より精度の高い特性抵抗Ｒ_２を用いる場合には、コイルと容量のそれぞれの寄生抵抗を特性値として、ＬＣＲメーターなどの測定器により計測し、それらの和を特性抵抗Ｒ_２としてもよい。

　また、コイルと容量を接続した状態で、ＬＣＲメーターなどの測定器により、全体の寄生抵抗を特性値として計測し、その値を特性抵抗Ｒ_２としてもよい。

　さらに、コイルの材料として使用される磁性体の鉄損など、電力依存性のある損失成分の影響を加味した、さらに精度の高い特性抵抗Ｒ_２を利用する場合には、データシートや実測結果を参照し、使用時の電力レベルにおける損失成分を近似的に抵抗値に換算し、これを加算してもよい。この換算の抵抗値も、特性値の一形態である。

　また、電力回路（ＡＣ－ＤＣコンバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータ、インバータ等）における抵抗成分をさらに加算してもよい。たとえば、電力回路内に存在するコイルや容量素子、半導体部品等による寄生抵抗値を加算してもよい。実際に使用する条件下における損失を、電流の二乗に比例するとして近似し、その比例係数を、当該電力回路部の寄生抵抗値として用いてもよい。スイッチング動作を含む電力回路を用いる場合には、スイッチング損失など動作時における損失の平均的な値を、抵抗値に換算し、これを加算してもよい。

　コイル２のＱ値Ｑ_２とコイル２のインダクタンスＬ_２を、それぞれ特性値として用いてもよい。コイルの寄生抵抗が支配的な場合は、特性抵抗Ｒ_２は、これらの値からωＬ_２／Ｑ_２として導出できる。ωＬ_２／Ｑ_２の式の形を記憶しておき、動作時にＱ_２とＬ_２の値を代入してもよい。より精度の高い特性抵抗を用いる場合には、上述したような他の寄生抵抗も、計算または測定等により求めて、加算すればよい。

　なお、特性抵抗Ｒ_２をωＬ_２／Ｑ_２とする場合（ωＬ_２／Ｑ_２以外の影響を無視する場合）は、式（３）は、以下のように書き換えられる。

　上述したように、効率は、式（３）を満たす場合に、最大となる。これを利用して、伝送状態の推定を行うことができる。伝送状態の推定は、制御装置１１の推定部１２が行う。具体的な推定方法として、種々の形態が可能である。

　例えば式（３）を変形すると、下記のようになる。

　式（４）の左辺を電圧検出器１、電圧検出器２、電流検出器１、電流検出器２の出力に従い計算し、計算した値を、閾値としてのＲ_２と比較してもよい。式（４）の左辺の数式から得られる計算値は、負荷抵抗Ｒ_Ｌに対して単調増加となる。よって、左辺がＲ_２よりも大きい場合には、現在接続されている負荷抵抗Ｒ_Ｌが、最適な伝送状態を与える値よりも大きく、左辺がＲ_２よりも小さい場合には、負荷抵抗Ｒ_Ｌが、最適な伝送状態を与える値よりも小さいと判定できる。

　または、式（４）の左辺を計算した値を、閾値（Ｒ_２）に対して設定した所定の範囲と比較してもよい。所定の範囲は、例えば、閾値が所定の範囲の中心、範囲端、あるいは範囲内の任意の位置に該当するように設定する。この場合、式（４）の左辺から計算した値が、所定の範囲内か否かに応じて、効率が最大値に近いかを判断できる。計算した値が、所定の範囲内であれば、効率が最大値に近いと判断でき、所定の範囲外であれば、そうでないと判断できる。

　また、式（４）の左辺が取り得る範囲を複数に分割し、分割した範囲毎に、Ｒ_２に応じて設定した、効率の良さを表すラベルを付与する。制御装置１１で計算した左辺の数式による計算値が、どの範囲に属するかを特定し、特定した範囲に付与されているラベルを、効率（伝送状態）として取得してもよい。

　また、式（４）に基づき、次式（５）で与えられる評価関数ｆを定義し、ｆを閾値（＝０）、または０に対して設定した所定の範囲と比較してもよい。

　また、評価関数ｆが取り得る範囲を複数に分割し、分割した範囲毎に、効率の良さを表すラベルを付与する。制御装置１１で計算した評価関数ｆが、どの範囲に属するかを特定し、特定した範囲に付与されているラベルを、効率（伝送状態）として取得してもよい。

　評価関数は、電圧検出器１、電圧検出器２、電流検出器１、電流検出器２の出力、および負荷抵抗Ｒ_２が、式（３）の関係、またはこれに近い関係にあるか否かを、判定できるものであればよい。よって、式（３）を任意の形に変形した数式を利用して、伝送状態を推定できる。

　式（４）および式（５）以外にも、式（３）を別の形に変換し、変換した式を利用してもよい。

　上述した説明では、受電ユニット３１の特性抵抗Ｒ_２を利用した場合の伝送状態の推定の例を示したが、送電ユニット２１の特性抵抗Ｒ_１を利用した場合も、同様にして実施可能である。この場合、効率が最大となる条件が成立するとき、式（３）と同様に、次式が成立する。

　特性抵抗Ｒ_１を利用した場合も、これまで説明してきた特性抵抗Ｒ_２を利用した場合と同様の話が成立する。すなわち、これまでの説明における特性抵抗Ｒ_２を特性抵抗Ｒ_１と読み替え、送電側の要素を、受電側の要素に必要に応じて置換して読み替えることで、特性抵抗Ｒ_１を利用した場合の説明が得られる。よって、特性抵抗Ｒ_１を利用した場合の詳細な説明は省略する。

　式（６）を用いる場合においても、式（３）の場合と同様に、種々の方法（式（４）または式（５）を用いて説明したのと同様の方法）で、伝送状態を推定できる。

　図１では、送電側および受電側のコイル１およびコイル２に対して、それぞれ容量１および容量２が直列に接続されていたが、図３に示すように、コイル１およびコイル２に対して、それぞれ容量１および容量２を並列に接続された構成の場合も、同様にして、伝送状態を推定できる。図３は、本実施形態に係る無線電力伝送装置の第２の例を示す。図３において、図１と同じ名称の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、図３では、交流電源２２の出力端子１、２、送電部２９の入力端子１、２、受電部３０の出力端子１、２、負荷３２の入力端子１、２の表記は省略している（以降の図も、これらの端子の表記は、特に説明に用いないため、省略する）。

　図３の構成では、送電周波数ωと、コイル１および容量１で決まる共振周波数（１／（√Ｌ_１Ｃ_１））と、コイル２および容量２で決まる共振周波数（１／（√Ｌ_２Ｃ_２））が十分に近い場合には、効率が最大になる条件が成立するとき、次式が成り立つ。

　ここでは、コイル２の寄生抵抗が支配的であるとして、受電ユニット３１のその他の抵抗成分を無視する場合の例を示している。受電ユニット３１の特性値として、コイル２のインダクタンスＬ_２、および受電ユニット３１のＱ値（Ｑ_２）の２つを用いることで、電圧検出器１、２の出力値と、電流検出器１、２の出力値に基づき、最大効率に近いか否かを判定できる。例えば、前述した関数ｆと同様にして、式（７）の右辺と左辺の差分をとる関数ｇを定義し、ｇを閾値（＝０）、または０に対して設定した所定の範囲と比較してもよい。式（７）も、式（３）の関係を用いる場合と同様に、種々の変形が可能である。

　式（７）を、式（３）のように、特性抵抗Ｒ_２を用いて書き換えると、以下のように、一般的に記述できる。なお、式（６）と同様に、本式を、特性抵抗Ｒ_１を用いるように書き換えることも可能である。

　図１および図３と異なる構成として、コイル１、およびコイル２のいずれか一方のみに直列に容量を配置し、もう一方に並列に容量を配置してもよい。これらのいずれの構成の場合も、電圧検出器１、電流検出器１、電圧検出器２および電流検出器２と、送電側の特性値および受電側の特性値うちの一方とを用いて、効率が最大になる時に成立する関係式を導出可能である。この関係式を用いることで、いずれの構成においても、伝送状態を推定可能である。

　図４は、制御装置１１の推定部１２が伝送状態を推定する動作のフローを示す。

　送電側から受電側に電力伝送が行われているとき、制御装置１１の推定部１２が、電圧検出器１、２、および電流検出器１、２から、それぞれの検出値を表す情報を収集する（ステップ４００１）。

　推定部１２は、これらの検出値と、送電ユニット２１の特性値および受電ユニット３１の特性値のいずれか一方とから、予め定めた方法で、計算値を算出する（ステップ４００２）。例えば、式（４）の左辺、または式（５）の関数のような計算式を計算する。

　推定部１２は、算出された計算値から、伝送状態を推定する（ステップ４００３）。例えば、式（４）の左辺から算出された計算値を、閾値（Ｒ_２）または、Ｒ_２に対して設定された所定の範囲と比較する。あるいは、式（５）の関数から算出された計算値を、閾値（０）、または０に対して設定された所定の範囲と、比較する。その他の方法を用いてもよい。

　計算値を算出するステップ４００２、および計算値から伝送状態を推定するステップ４００３における具体的な動作については、先に述べたように種々の方法が利用できる。

　ステップ４００１～４００３は、定期的に繰り返し行ってもよいし、外部から指示が与えられたときのみ行ってもよい。なお、推定した結果は、外部に出力してもよい。例えば記憶装置に書き込んでもよいし、表示装置に出力してもよいし、通信装置を介して他の装置に送信してもよい。また、複数取得した推定結果の平均や分散を計算するなど、任意の統計処理を行ってもよい。

　図５は、本実施形態に係る無線電力伝送装置の第３の例を示す。図１と同じ名称の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

　図１の交流電源２２が、ＤＣ電源４１に置き換わり、直流電源４１と送電部２９間に、ＤＣ－ＡＣ変換器５１が追加されている。受電側には、受電部３０と負荷３２間に、ＡＣ－ＤＣ変換器６１が追加されている。

　送電側において、電圧検出器１および電流検出器１は、ＤＣ－ＡＣ変換部５１の入力側に接続されている。受電側において、電圧検出器２および電流検出器２は、ＡＣ－ＤＣ変換部６１の出力側に接続されている。よって、図１と異なり、電圧検出器１、２が検出する電圧はＤＣ電圧、電流検出器１、２が検出する電流はＤＣ電流となる。ＤＣ－ＡＣ変換器５１は、例えばインバータにより構成できる。ＡＣ－ＤＣ変換器６１は、例えば整流器により構成できる。図５の構成においても、図１を用いて説明したのと同様にして、効率を推定できる。送電側および受電側で検出する電圧および電流が、ＤＣ電圧およびＤＣ電流となるため、より容易な実施が可能となる。

　以下、ＤＣ－ＡＣ変換器５１およびＡＣ－ＤＣ変換器６１を用いる場合に、ＤＣ電圧およびＤＣ電流を検出することで、効率が推定できることを、詳細に説明する。

　理想的にＡＣ入力をＤＣ出力に変換する全波整流型のＡＣ－ＤＣ変換器を仮定する。電荷の他からの流入、他への流出がなければ、半周期に入力から供給される電荷の総和（電流の積分）と出力の電荷の総和（電流の積分）が等しくなるため、入力交流電流（振幅実効値Ｉｉｎ［Ａｒｍｓ］）と、出力直流電流（電流値Ｉｏｕｔ［Ａｄｃ］）の関係は次のようになる。

　損失がなければ、入出力の電力も等しくなるので、入力交流電圧（振幅実効値Ｖｉｎ［Ｖｒｍｓ］）と、出力直流電圧（Ｖｏｕｔ［Ｖｄｃ］）の関係は次のようになる。

　つまり、整流器の実効値から直流値への電圧変換比は、π／（２√２）となる。

　同様に、ＤＣ－ＡＣ変換器の場合については、この逆が成り立つため、理想的には入力直流電流Ｉｉｎ［Ａｄｃ］と、出力交流電流Ｉｏｕｔ［Ａｒｍｓ］の関係、および、入力直流電圧Ｖｉｎ［Ｖｄｃ］と、出力交流電圧Ｖｏｕｔ［Ｖｒｍｓ］の関係は、次のようになる。

　これらの関係を使って、（３）式を書き換える。Ｉ_１、Ｉ_２、Ｖ_１、Ｖ_２を、それぞれ電流振幅と電圧振幅の実効値とする。Ｉ_１、Ｖ_１を、入力側のＤＣ－ＡＣ変換器入力の直流電圧と直流電流に換算した値をＩ_１ｄｃ、Ｖ_１ｄｃとおく。Ｉ_２、Ｖ_２を、出力側のＡＣ－ＤＣ変換器出力の直流電圧と直流電流に換算した値をＩ_２ｄｃ，Ｖ_２ｄｃとおく。すると、（３）式は

のように書き換えられる。このように、ＡＣ－ＤＣ変換器およびＤＣ－ＡＣ変換器を用いた場合も、ＤＣ電圧およびＤＣ電流を検出することで、効率の推定が可能となる。ＤＣ－ＡＣ変換器としてマルチレベルインバータを用いる場合や位相制御を伴うインバータを用いる場合は、ＤＣ電圧、ＤＣ電流と、ＡＣ電圧、ＡＣ電流との変換比が上記の例とは異なるが、変換比が一定であると見なせる場合は、同様にＤＣ電圧、ＤＣ電流の検出で、効率の推定が可能となる。ＡＣ－ＤＣ変換器に半端整流器などを用いる場合も同様である。

　図６に、本実施形態に係る無線電力伝送装置の第４の例を示す。送電側の無線電力伝送装置内に、送電ユニット２１、電圧検出器１および電流検出器１に加え、制御装置１１、無線通信機７１およびアンテナ７２が配置されている。受電側の無線電力伝送装置内に、受電ユニット３１、電圧検出器２および電流検出器２に加え、無線通信機８１およびアンテナ８２が配置されている。

　送電側の無線通信機７１は、受電側の無線通信機８１と無線通信を行うことで、電圧検出器２により検出された電圧および電流検出器２により検出された電流を表す情報を取得する。無線通信は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど、一般的な無線通信規格でもよいし、独自の無線通信規格でもよい。さらには、コイル１およびコイル２の磁気的結合を利用したコイル間通信を用いてもよい。無線通信機７１は、無線通信機８１から情報を取得する情報取得部を含む。

　制御装置１１の推定部１２が、伝送状態の推定の際に用いる特性値としては、送電ユニット２１に関する特性値（９１）を用い、受電ユニット３１に関する特性値は用いない。ただし、送電ユニット２１に関する特性値（９１）の代わりに、受電ユニット３１に関する特性値を用いる構成を採用してもかまわない。この場合、受電ユニット３１に関する特性値も、無線通信で取得する。ここで、特性値（９１）は、あらかじめ制御装置１１内のメモリ等の記憶装置に書き込んでおき、これを利用してもよいし、外部から制御装置１１に入力するようにしてもよい。制御装置１１の動作は、電圧検出器２および電流検出器２の検出値を、無線通信機７１で無線通信により取得する以外は、これまでの説明と同様である。

　図７に、本実施形態に係る無線電力伝送装置の第５の例を示す。図６と異なり、制御装置１１が受電側の無線電力伝送装置に配置されている。送電側の無線電力伝送装置内には、送電ユニット２１、電圧検出器１、電流検出器１、無線通信機７１およびアンテナ７２が配置されている。受電側の無線電力伝送装置内には、受電ユニット３１、電圧検出器２、電流検出器２、制御装置１１、無線通信機８１およびアンテナ８２が配置されている。

　受電側の無線通信機８１は、送電側の無線通信機７１と無線通信を行うことで、電圧検出器１により検出された電圧、および電流検出器１により検出された電流を表す情報を取得する。無線通信は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなど、一般的な無線通信規格でもよいし、独自の無線通信規格でもよい。さらには、コイル１およびコイル２の磁気的結合を利用したコイル間通信を用いてもよい。無線通信機８１は、無線通信機７１から情報を取得する情報取得部を含む。

　制御装置１１の推定部１２が、伝送状態推定の際に用いる特性値としては、受電ユニット３１に関する特性値（１０１）を用いる。送電ユニット２１に関する特性値は用いない。ただし、受電ユニット３１に関する特性値（１０１）の代わりに、送電ユニット２１に関する特性値（９１）を用いる構成を採用してもかまわない。この場合、送電ユニット２１に関する特性値も、無線通信で取得する。なお、特性値（１０１）は、あらかじめ制御装置１１内のメモリ等の記憶装置に書き込んでおき、これを利用してもよいし、外部から制御装置１１に入力するようにしてもよい。制御装置１１の動作は、電圧検出器１および電流検出器１の検出値を、無線通信機８１で無線通信により取得する以外は、これまでの説明と同様である。

　以上、本実施形態によれば、送電側から検出した電圧および電流、受電側から検出した電圧および電流と、送電ユニットおよび受電ユニットのいずれか一方の特性値に基づいて、伝送状態を推定できる。よって、送電ユニットおよび受電ユニットのいずれか一方のみの特性値しか取得できない状況でも、簡易な構成で伝送状態を推定することが可能となる。

（第２の実施形態）
　図８に、第２の実施形態に係る無線電力電送装置を示す。図８における制御装置１１１は、図１の制御装置１１の機能を拡張したもので、推定部１３で推定した伝送状態に応じて、負荷３２の負荷抵抗を調整する制御部１３を備えている。

　制御装置１１１の推定部１２は、電圧検出器１および電圧検出器２で検出した電圧と、電流検出器１および電流検出器２で検出した電流と、送電ユニット２１および受電ユニット３１のいずれか一方に関する特性値に基づき、伝送状態を推定する。制御部１３は、この伝送状態が改善するように、すなわち、効率が最適になる、または最適に近づくように、負荷３２の負荷抵抗（インピーダンス）を制御する。負荷抵抗の制御は、制御部１３が、負荷調整信号を負荷３２に供給し、負荷３２が負荷調整信号に従って、負荷抵抗を変更することで行われる。例えば、効率が最大となる時に０となる関数ｆ（式（５）等）を用い、関数ｆが０に近づくよう、負荷３２の負荷抵抗を制御する。

　図９に、制御装置１１１の制御動作フローの一例を示す。

　ステップ９００１において、制御装置１１１の推定部１２は、第１の実施形態において説明した伝送状態の推定方法に基づき、伝送状態を推定し、その結果として得られる、伝送状態（伝送状態１とする）を、内部の記憶部、またはアクセス可能な外部の記憶部に保持する。

　次に、ステップ９００２において、制御装置１１１の制御部１３は、負荷調整信号を所定量だけ変化させる。負荷調整信号の初期値は、例えば、負荷抵抗の増減のいずれも行わない（現状の負荷抵抗の値を維持する）値に設定されている。また、負荷調整信号を変化させる方向、すなわち負荷抵抗を増加させるか、あるいは減少させるかは、負荷抵抗変更方向指示値によって決定する。ここで、負荷抵抗変更方向指示値は、負荷抵抗を増加させるか、または減少させるかを決定する変数であり、増加、または減少の２状態を持つ。負荷抵抗変更方向指示値には、任意の初期値（増加または減少）が与えられているものとする。

　次に、ステップ９００３において、制御装置１１１の推定部１２は、再度、伝送状態の推定を行う。この結果として得られる伝送状態（伝送状態２とする）を、内部の記憶部、またはアクセス可能な外部の記憶部に保持する。

　ステップ９００４において、制御装置１１１の制御部１３は、伝送状態１と伝送状態２を比較し、ステップ９００２での負荷抵抗の変更により、伝送状態が改善したか否かを判定する。伝送状態が改善したと判定された場合には（Ｙｅｓ）、負荷抵抗変更方向指示値を維持したまま、再度ステップ９００１に戻る。例えば、効率が最大となる時に０となる関数ｆ（式（５）等）を用いた場合、関数の絶対値が前回よりも小さくなったら改善、前回よりも大きくなったら悪化したと判定する。

　一方、伝送状態が悪化したと判定された場合には（Ｎｏ）、ステップ９００５において制御装置１１１が、負荷抵抗変更方向指示値を変更し、再度ステップ９００１に戻る。

　以上の動作を繰り返すことにより、伝送状態が改善されるように、負荷３２の負荷抵抗が制御される。

　上述した図９のフローの動作では、ステップ９００２での負荷調整信号の変更量（負荷抵抗の変更量）は一定であったが、伝送状態に応じて、負荷調整信号の変更量を変更してもよい。例えば、伝送状態が最適状態（効率が最適値をとる状態）の時に、０をとる関数ｆに対して閾値を設定し、｜ｆ｜が閾値以上の場合（最適状態からの乖離が大きい場合）には、負荷抵抗を変更する量を大きく、閾値未満の場合（最適状態からの乖離が小さい場合）には、小さく設定してもよい。これにより、伝送状態が悪い場合には、大きな変更幅で、伝送状態がよい場合には、小さな変更幅で調整が行われるため、調整時間の短縮が期待できる。

　また、ステップ９００４およびステップ９００５から、ステップ９００１に戻るのではなく、ステップ９００２に戻ってもよい。この場合、ステップ９００１で伝送状態１を取得する代わりに、ステップ９００３で取得した伝送状態２を、伝送状態１とみなす。これにより、推定動作の回数が削減できることから、調整時間の短縮が期待できる。

　図１０に、制御装置１１１の制御動作フローの他の例を示す。

　制御装置１１１は、ステップ１０００１において、第１の実施形態において説明した伝送状態の推定方法に基づき、負荷３２の負荷抵抗が、最適な伝送状態を与える負荷抵抗よりも大きいか、または小さいかを判定する。例えば、前述したように、式（４）の場合では、左辺がＲ_２よりも大きい場合には、負荷抵抗が、最適な伝送状態を与える値よりも、大きいと判定できる。また、左辺がＲ_２よりも小さい場合には、負荷抵抗が、最適な伝送状態を与える値よりも、小さいと判定できる。

　負荷３２の負荷抵抗が、最適な伝送状態を与える負荷抵抗よりも大きいと判定された場合には（Ｙｅｓ）、ステップ１０００２において、負荷抵抗を減少させるよう、負荷調整信号を変更する。一方、負荷３２の負荷抵抗が、最適な伝送状態を与える負荷抵抗よりも小さいと判定された場合には（Ｎｏ）、ステップ１０００３において、負荷３２の負荷抵抗を増加させるように、負荷調整信号を変更する。ステップ１０００２、およびステップ１０００３の後、再度ステップ１０００１に戻る。これにより、負荷抵抗が最適な伝送状態を与える値、もしくはその近傍に設定される。

　図９の動作フローと同様の考えで、負荷３２の負荷抵抗と、最適な伝送状態を与える負荷抵抗との差の大きさ（乖離）が大きいほど、ステップ１０００２、１０００３での負荷調整信号の変更量を大きくしてもよい。

　図１１に、負荷の構成例を示す。負荷３２は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１００１と、電力消費または蓄積を行う装置１１００２が直列に接続された構成を有する。この場合は、ＤＣ－ＤＣコンバータ１１００１の電圧変換比を負荷調整信号に応じて制御することで、負荷抵抗を変更できる。ただし、これはあくまで一例であり、本実施形態はこれに制限されるものではない。

　図１２に、制御装置１１１の制御部１３の具体的な構成例を示す。制御部１３は、増幅器１３１を備える。増幅器１３１は、推定部１２の伝送状態の推定結果と、閾値とを入力とし、これらの差分を増幅する。増幅器１３１は、増幅された信号を、負荷調整信号として、負荷３２に与える。例えば、増幅器１３１に入力する伝送状態の推定結果を、式（５）の関数の値とし、増幅器１３１に入力する閾値を０にする。これにより、関数の値が０になるように、フィードバック制御が行われる。よって、負荷３２の負荷抵抗は、伝送状態が最適となる負荷抵抗の値、またはそれに近い値に調整される。なお、負荷３２の負荷抵抗の制御は、図１１に示した例のように、ＤＣ－ＤＣコンバータの電圧変換比を変更することで行ってもよいし、その他の方法でもよい。

　本実施形態では、これまで、負荷３２の負荷抵抗を調整することで、伝送状態を最適状態に近づけるように制御したが、別の方法として、送電部および受電部に含まれるコイルの少なくとも一方のインダクタンスまたは、コイル間の結合係数を調整することによって、伝送状態を制御することも可能である。前述したように、最適な抵抗値の条件は、例えば（２）式で与えられる。左辺のＲ_Ｌを変えずに、右辺のＬ_１、Ｌ_２、ｋなどを変更することにより、（２）式を満たすよう調整することでも、負荷抵抗が最適となる条件に調整することができる。そのため、インダクタの調整、およびコイル間の結合係数の調整で、伝送状態を制御することが可能となる。

　例えば、コイル内やコイル周辺に磁性体が配置されている場合に、当該磁性体の位置を変更（磁性体の追加・除去も含む）することで、インダクタンスを変更することが可能である。磁性体の位置を変更する調整機構を、送電ユニットまたは受電ユニット内に配置し、制御部１３が当該調整機構を制御することで、磁性体の位置を変更する。コイルは、送電ユニットおよび受電ユニットの一方または両方に含まれるコイルが対象となる。

　また、送電ユニットおよび受電ユニットのコイル間の相対位置を変更することで、結合係数を変更することが可能である。コイルの位置・向き等を変更する調整機構を、送電ユニットまたは受電ユニット内に配置し、制御部１３が当該調整機構を制御することで、コイルの相対位置を変更する。インダクタンスの変更と同様に、コイル内やコイル周辺に磁性体を配置する場合に、当該磁性体の配置を変更（磁性体の追加・除去も含む）することで、結合係数を変更することも可能である。

　さらには、制御部１３は、送電側の交流電源２２を調整することで、伝送状態を最適状態に近づけるよう制御してもよい。交流電源２２の調整方法は、交流波形を変更することで可能である。波形の変更として、例えば電圧振幅の変更、デューティー比の変更、位相の変更（多相インバータの相間の位相関係を変更）などがある。制御部１３が、交流電源２２の出力を調整する調整信号である交流電源調整信号（後述する図１３参照）を、交流電源２２に供給することで、交流波形を変更する。第１の実施形態で用いた図５のように、ＤＣ電源とＤＣ－ＡＣ変換器を用いる場合には、ＤＣ電源の出力値を変更してもよい。バッテリのように、入力される電力によって負荷抵抗が変化する負荷が接続される場合には、交流電源２２の調整によって、負荷３２に入力される電力を変更することで、伝送状態を調整することが可能である。

　制御装置１１１は、負荷３２の負荷抵抗値、コイルのインダクタンス、コイル間の結合係数、交流電源２２の出力波形などの複数の項目のうち、２つ以上の項目を利用して、伝送状態を制御してもよい。具体的には、例えば、負荷抵抗値が設定可能な範囲の上限、または下限に達した場合には、交流電源２２の出力波形を変更する、という方法が考えられる。このような構成とすることで、１つの項目のみを使用する場合に比べ、広範囲の調整が可能となる。

　図８または図１２に示した無線電力伝送装置は、第１の実施形態における図３、図５、図６または図７に示した構成のように、送電部および受電部の構成を変形したり、ＤＡ変換およびＡＤ変換の回路等を追加したり、送電側の無線電力伝送装置または受電側の無線電力伝送装置内に制御装置を配置したりなど、各種の変形が可能である。

　以上、第２の実施形態により、伝送状態の推定結果を利用することで、伝送状態が最適状態に近づくよう、負荷抵抗、または送電側の交流電源を調整できる。もしくは、伝送状態が最適状態となるよう、インダクタンスまたは結合係数を調整できる。このように、伝送状態の推定結果を利用して、伝送状態を改善することが可能となる。

（第３の実施形態）
　図１３に、第３の実施形態に係る無線電力電送装置を示す。受電側の無線電力伝送装置に負荷電力制御部３３が追加されている。図８と同一名称の要素には同一の符号を付してあり、拡張または変更された箇所以外の説明は省略する。

　負荷電力制御部３３は、負荷３２からその電力情報が入力され、電力情報に基づき、負荷３２に供給される電力、電圧、または電流が、一定値となるよう、負荷３２の負荷抵抗を調整する負荷調整信号を出力する。電力情報は、負荷３２が消費、または蓄積する電力の情報であり、例えば電力そのものの値を示す情報でもよいし、電圧、または電流の情報でもよい。負荷３２は、例えば図１１に示したように、ＤＣ－ＤＣコンバータを含む構成でもよい。

　制御装置１１１の推定部１２は、第１の実施形態と同様にして、伝送状態を推定する。制御部１３は、伝送状態が最適となるよう、送電側の交流電源２２を調整する。第２の実施形態の説明において述べたとおり、バッテリのように、入力される電力に応じて負荷抵抗が変化する負荷（図１１の電力消費／蓄積装置１１００２等）を接続している場合には、送電側の交流電源２２の調整により、伝送状態を調整できる。制御部１３は、交流電源２２の出力を調整する交流電源調整信号を交流電源２２に出力することにより、交流電源２２を調整する。交流電源２２の調整方法としては、第２の実施形態の説明において述べたように、電圧振幅の変更、デューティー比の変更、位相の変更など、種々の方法が利用できる。

　以上の構成により、負荷３２に供給される電力、電圧または電流を一定値に維持するよう制御しながら、伝送状態のよい電力伝送を実現することが可能となる。

　図１４に、第３の実施形態に係る無線電力電送装置の他の例を示す。図１３では、負荷３２から負荷電力制御部３３へ負荷電力情報を供給し、負荷３２に供給される電力、電圧または電流を一定値に制御した。図１４の装置では、電圧検出器２により検出された電圧と、電流検出器２により検出された電流の値を、負荷電力制御部３３に入力し、負荷電力制御部３３が、これらの値を用いて、負荷３２の負荷抵抗を制御することで、受電部３０の出力電力を一定値に制御する。または、電圧検出器２により検出された電圧を用いて、受電部３０の出力電圧を一定値に調整してもよいし、電流検出器２により検出された電流を用いて、受電部３０の出力電流を一定値に調整してもよい。

　また、ここでは負荷３２に供給される電力、電圧、電流、または、受電部３０から出力される電力、電圧、電流を一定に制御する場合について示したが、同様の構成により、送電側の交流電源２２から出力される電力、電圧、電流などを、一定値に制御してもよい。

　負荷電力制御部３３と制御部１３は、それぞれ独立して動作してもよいし、もしくは同期して同時に動作してもよい。ただし、同時に複数の制御部が動作すると、制御動作が衝突し、正常な動作が得られない場合が考えられる。例えば、負荷電力制御部３３が負荷抵抗の変更を行ったのと近接した時刻に、制御部１３が送電電圧の変更を行った場合、負荷抵抗の変更を調整する負荷電力制御部３３が、制御装置１１１の動作による電力の変化に反応してしまうために、制御動作が安定しない場合が考えられる。このような事象の発生を避けるため、負荷電力制御部３３と制御部１３を、時分割で動作させてもよい。時分割を行う際には、動作する制御部を定期的に切り替えてもよい。また、電力の伝送状態に応じて、動作させる制御部を切り替えてもよい。この動作の一例を図１５のフローチャートに示す。

　図１５では、ステップ１５００１において、推定部１２が電力の伝送状態を推定し、推定結果が、所定の基準以上か否かを判定する。例えば式（５）の関数により伝送状態を推定する場合は、伝送状態の推定結果を、当該関数の計算値の絶対値とし、当該絶対値が、α（αは０より大きな値）以下であれば、所定の基準以上、αより大きければ、所定の基準未満と判定できる。

　推定された伝送状態が、所定の基準未満の場合には（Ｎｏ）、推定部１２は、ステップ１５００２において、制御装置１１１が制御部１３を起動し、負荷電力制御部３３の動作を停止させることで、伝送状態の改善を図る。一方、推定された伝送状態が、所定の基準以上の場合には（Ｙｅｓ）、ステップ１５００３において、制御装置１１１が、負荷電力制御部３３を起動し、制御部１３を停止させることで、負荷電力の安定化（電力等を一定値に維持）を図る。

　ステップ１５００２およびステップ１５００３の後、ステップ１５００４において、所定の時間だけ待機を行う。この待機の間に、制御部１３または負荷電力制御部３３のいずれかが動作し、伝送状態の改善、または負荷電力の安定化の動作が行われる。所定の時間待機した後、ステップ１５００１に戻る。

　本フローでは、ステップ１５０００１で所定の基準以上と判断された場合にステップ１５００３に進み、所定の基準未満と判断された場合にステップ１５００２に進んだが、所定の基準以上と判断された場合にステップ１５００２に進み、所定の基準未満と判断された場合にステップ１５００３に進んでもよい。また、ここでは、制御装置１１１に、制御部１３と負荷電力制御部３３の起動および停止の制御機能を持たせたが、これらの制御部の起動および停止を制御する処理装置を、別途、受電側に設け、伝送状態推定部１２の推定結果に応じて、当該処理装置が動作してもよい。

　図１６は、第３の実施形態に係る無線電力伝送装置のさらに他の構成例を示す。制御装置１１１と負荷電力制御部３３の機能が、図１３から一部変更されている。以下、図１３との差分のみ説明する。

　図１６の構成では、負荷電力制御部３３が、負荷３２の電力等が一定値となるように、交流電源２２を調整する。制御装置１１１の制御部１３は、推定部１２で推定される伝送状態が改善するよう、負荷３２の負荷抵抗を調整する。これによっても、負荷３２の電力等を一定値としながら、伝送状態のよい電力伝送を実現することが可能となる。

　図１７は、第３の実施形態に係る無線電力伝送装置のさらに他の構成例を示す。図１６の受電側から負荷電力制御部が除去され、送電側に送電電力制御部２３が追加されている。

　送電電力制御部２３は、交流電源２２の送電電力情報に基づき、送電電源２２の出力電力、電圧または電流が一定値となるよう制御する。交流電源２２の制御は、送電調整信号を供給することにより、交流電源２２の出力波形を調整することで行う。交流電源２２は、送電調整信号に従って交流電力を生成する。交流電源２２の制御方法としては、第１の実施形態の説明で述べたように、電圧振幅の変更、デューティー比の変更、位相の変更など、種々の方法が利用できる。

　なお、図１６の装置の変形例として、負荷電力制御部３３を除去し、制御部１３が、交流電源２２から送電電力情報を取得し、交流電源２２の出力電力等が一定となるよう、負荷３２を制御してもよい。

　なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１：制御装置
１２：推定部
１３：制御部
２１：送電ユニット
２２：交流電源
２３：送電電力制御部
２９：送電部
３０：受電部
３１：受電ユニット
３２：負荷
３３：負荷電力制御部
４１：直流電源
５１：ＤＣ－ＡＣ変換器（直流－交流変換器）
６１：ＡＣ－ＤＣ変換器（交流－直流変換器）
７１：無線通信機
７２：アンテナ
８１：無線通信機
８２：アンテナ
１１１：制御装置
１３１：増幅器

Claims

　電力が供給される第１コイルと、前記第１コイルに直列または並列に接続された第１容量とを含む送電ユニットと、
　第２コイルと、前記第２コイルに直列または並列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび前記第２コイル間の結合を介して前記送電ユニットから受電した電力を負荷に供給する受電ユニットと、の間での電力の伝送効率に関する指標を推定する制御装置であって、
　前記送電ユニットにおける第１箇所の電圧を表す第１情報と、前記送電ユニットにおける第２箇所の電流を表す第２情報と、前記受電ユニットにおける第３箇所の電圧を表す第３情報と、前記受電ユニットにおける第４箇所の電流を表す第４情報とを取得し、
　前記送電ユニットに存在する抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値と、前記受電ユニットに存在する抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値とのうちいずれか一方の特性値と、前記第１情報、前記第２情報、前記第３情報および第４情報に基づき、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力の伝送効率に関する指標を推定する推定部
　を備えた制御装置。
　前記推定部は、前記いずれか一方の特性値と、前記第１情報、前記第２情報、前記第３情報および第４情報に基づき、計算値を算出し、
　前記計算値を、閾値または所定の値範囲と比較することで、前記電力の伝送効率に関する指標を推定する
　請求項１に記載の制御装置。
　前記送電ユニットは、前記第１コイルに供給する電力を生成する交流電源を含み、
　前記第１情報は、前記交流電源の出力電圧を表し、
　前記第２情報は、前記交流電源の出力電流を表す、
　請求項１ないし２のいずれか一項に記載の制御装置。
　前記第３情報は、前記負荷の入力電圧を表し、
　前記第４情報は、前記負荷の入力電流を表す
　請求項１ないし３のいずれか一項に記載の制御装置。
　前記送電ユニットは、直流電力を生成する直流電源と、前記直流電源により生成された直流電力を、前記第１コイルに供給するための交流電力に変換する直流－交流変換部を有し、
　前記第１情報は、前記直流電源の出力電圧を表し、
　前記第２情報は、前記直流電源の出力電流を表す
　請求項１ないし２のいずれか一項に記載の制御装置。
　前記受電ユニットは、前記送電ユニットから受電した電力を直流電力に変換する交流－直流変換部を含み、
　前記第３情報は、前記交流―直流変換部の出力電圧を表し、
　前記第４情報は、前記交流―直流変換部の出力電流を表す
　請求項１、２ないし５のいずれか一項に記載の制御装置。
　前記受電ユニットは、前記送電ユニットから受電した電力を消費または蓄積する前記負荷を有し、
　前記受電ユニットに存在する抵抗成分に関する特性値は、前記受電ユニットにおいて前記負荷以外の抵抗成分の特性値である
　請求項１ないし６のいずれか一項に記載の制御装置。
　前記推定部で推定された前記指標に基づき、前記第１コイルへ供給する電力を生成する交流電源が生成する電力の波形、前記負荷の負荷抵抗、前記第１コイルおよび前記第２コイルの少なくとも一方のインダクタンス、または前記第１コイルおよび前記第２コイルの結合係数を制御する制御部
　を備えた請求項１ないし７のいずれか一項に記載の制御装置。
　請求項１ないし８のいずれか一項に記載の制御装置と、
　前記受電ユニットと、
　を備えた無線電力伝送装置。
　前記送電ユニットと無線通信する無線通信機を備え、
　前記無線通信機は、前記第１情報および前記第２情報を、前記送電ユニットから無線通信により取得し、
　前記制御装置の前記推定部は、前記いずれか一方の特性値として、前記受電ユニットに存在する抵抗成分に関連する特性値を用いる
　請求項９に記載の無線電力伝送装置。
　負荷電力制御部をさらに備え、
　前記送電ユニットは、前記第１コイルへ供給する電力を生成する交流電源を有し、
　前記制御装置は、前記推定部で推定された前記指標に基づき、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力の伝送効率が高くなるように、前記交流電源の前記電力の波形を制御する制御部を備え、
　前記負荷電力制御部は、前記負荷の電力、電流、電圧、前記交流電源の電力、電圧、電流のいずれか１つを一定値に維持するように、前記負荷の負荷抵抗を制御する
　請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
　負荷電力制御部をさらに備え、
　前記送電ユニットは、前記第１コイルへ供給する電力を生成する交流電源を有し、
　前記制御装置は、前記推定部で推定された前記指標に基づき、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力の伝送効率が高くなるように、前記負荷の負荷抵抗を制御する制御部を備え、
　前記負荷電力制御部は、前記負荷の電力、電流、電圧、前記交流電源の電力、電圧、電流のいずれか１つを一定値に維持するように、前記交流電源の前記電力の波形を制御する
　請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
　請求項１ないし８のいずれか一項に記載の制御装置と、
　前記送電ユニットと、
　を備えた無線電力伝送装置。
　前記受電ユニットと無線通信する無線通信機とを備え、
　前記無線通信機は、前記第３情報および前記第４情報を、前記受電ユニットから無線通信により取得し、
　前記制御装置の前記推定部は、前記いずれか一方の特性値として、前記送電ユニットに存在する抵抗成分に関連する特性値を用いる
　請求項１３に記載の無線電力伝送装置。
　送電電力制御部をさらに備え、
　前記制御装置は、前記推定部で推定された前記指標に基づき、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力の伝送効率が高くなるように、前記負荷の負荷抵抗を制御する制御部を備え、
　前記送電電力制御部は、前記交流電源の電力、電圧、電流のいずれか１つを一定値に維持するように、前記交流電源の前記電力の波形を制御する
　請求項１３または１４に記載の無線電力伝送装置。
　電力が供給される第１コイルと、前記第１コイルに直列または並列に接続された第１容量とを含む送電ユニットと、
　第２コイルと、前記第２コイルに直列または並列に接続された第２容量とを含み、前記第１コイルおよび第２コイル間の結合を介して前記送電ユニットから受電した電力を負荷に供給する受電ユニットと、の間での電力の伝送効率に関する指標を推定する伝送効率推定方法であって、
　前記送電ユニットにおける第１箇所の電圧を表す第１情報と、前記送電ユニットにおける第２箇所の電流を表す第２情報と、前記受電ユニットにおける第３箇所の電圧を表す第３情報と、前記受電ユニットにおける第４箇所の電流を表す第４情報とを取得するステップと、
　前記送電ユニットに存在する抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値と、前記受電ユニットに存在する抵抗成分に関連する少なくとも１つの特性値とのうちいずれか一方の特性値と、前記第１情報、前記第２情報、前記第３情報および第４情報に基づき、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの電力の伝送効率に関する指標を推定するステップと
　を備えた伝送効率推定方法。