特許 5715613 ワイヤレス送電システムの中継器およびそれを用いたワイヤレス送電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5715613

(24)【登録日】2015年3月20日

(45)【発行日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】ワイヤレス送電システムの中継器およびそれを用いたワイヤレス送電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 17/00 20060101AFI20150416BHJP

【ＦＩ】

   H02J17/00 B

【請求項の数】37

【全頁数】32

(21)【出願番号】特願2012-265655(P2012-265655)

(22)【出願日】2012年12月4日

(65)【公開番号】特開2014-110742(P2014-110742A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2014年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】390005175

【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】圓道 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】古川 靖夫

【審査官】 関口 明紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１６０６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１４７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０１６００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされる自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助キャパシタの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を備え、
前記複数のスイッチは、第１スイッチおよび第２スイッチを含み、
前記Ｎ個の補助キャパシタは、第１補助キャパシタを含み、
前記第１スイッチおよび前記第１補助キャパシタは、前記第１端子と前記第２端子の間に直列に設けられ、
前記第２スイッチは、前記第１端子と前記第２端子の間に、前記第１スイッチおよび前記第１補助キャパシタに対して並列に設けられることを特徴とする中継器。

【請求項2】

前記Ｎ個の補助キャパシタは、第２補助キャパシタをさらに含み、
前記第２補助キャパシタは、前記第１端子と前記第２端子の間に、前記第２スイッチと直列に設けられることを特徴とする請求項１に記載の中継器。

【請求項3】

前記第１スイッチ、前記第２スイッチは、片方向スイッチで構成され、
前記コントローラは、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを、それぞれの逆導通素子に電流が流れない位相でスイッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載の中継器。

【請求項4】

前記第１スイッチ、前記第２スイッチは、双方向スイッチで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の中継器。

【請求項5】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされる自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助キャパシタの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を備え、
前記複数のスイッチは、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第４スイッチを含み、
前記Ｎ個の補助キャパシタは、第１補助キャパシタを含み、
前記第１スイッチおよび第２スイッチは、前記第１端子と前記第２端子の間に直列に設けられ、
前記第３スイッチおよび前記第４スイッチは、前記第１端子と前記第２端子の間に、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチに対して並列な経路上に順に直列に設けられ、
前記第１補助キャパシタは、前記第１スイッチと前記第２スイッチの接続点と、前記第３スイッチと前記第４スイッチの接続点との間の設けられることを特徴とする中継器。

【請求項6】

前記第１スイッチから前記第４スイッチは、片方向スイッチで構成され、
前記コントローラは、前記第１スイッチから前記第４スイッチを、それぞれの逆導通素子に電流が流れない位相でスイッチングすることを特徴とする請求項５に記載の中継器。

【請求項7】

前記第１スイッチから前記第４スイッチは、双方向スイッチで構成されることを特徴とする請求項５に記載の中継器。

【請求項8】

前記コントローラは、前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同じ周波数、その奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングすることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の中継器。

【請求項9】

前記自動チューニング補助回路は、トランスを介して前記中継アンテナと直列にカップリングされることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の中継器。

【請求項10】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされる自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助キャパシタの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、トランスを介して前記中継アンテナと直列にカップリングされることを特徴とする中継器。

【請求項11】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされる自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタと、
前記中継アンテナに流れる電流によって前記Ｎ個の補助キャパシタそれぞれを充電および放電するために設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチをスイッチングすることにより、前記Ｎ個の補助キャパシタそれぞれの両端間にキャパシタ電圧を発生させるとともに、前記Ｎ個の補助キャパシタそれぞれのキャパシタ電圧に応じた補正電圧を、前記中継アンテナに印加せしめるコントローラと、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、トランスを介して前記中継アンテナと直列にカップリングされることを特徴とする中継器。

【請求項12】

前記中継アンテナは、前記中継コイルと直列に設けられた共振用キャパシタをさらに含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の中継器。

【請求項13】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
前記複数のスイッチは、第１スイッチおよび第２スイッチを含み、
前記Ｎ個の補助コイルは、第１補助コイルを含み、
第１スイッチおよび第１補助コイルは、前記第１端子と前記第２端子の間に直列に設けられ、
前記第２スイッチは、前記第１補助コイルに対して並列に設けられることを特徴とする中継器。

【請求項14】

前記第１スイッチおよび前記第２スイッチはそれぞれ、
片方向スイッチと、
前記片方向スイッチと直列に設けられ、かつ前記片方向スイッチの逆導通素子と逆向きに設けられた整流ダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項１３に記載の中継器。

【請求項15】

前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、双方向スイッチで構成されることを特徴とする請求項１３に記載の中継器。

【請求項16】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
前記複数のスイッチは、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第４スイッチを含み、
前記Ｎ個の補助コイルは、第１補助コイルおよび第２補助コイルを含み、
前記第１スイッチおよび前記第１補助コイルは、前記第１端子と前記第２端子の間に直列に設けられ、
前記第２スイッチは、前記第１補助コイルに対して並列に設けら、
前記第３スイッチおよび前記第２補助コイルは、前記第１端子と前記第２端子の間に直列に設けられ、
前記第４スイッチは、前記第２補助コイルに対して並列に設けられることを特徴とする中継器。

【請求項17】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
前記複数のスイッチは、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第４スイッチを含み、
前記Ｎ個の補助コイルは、第１補助コイルを含み、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、前記第１端子と前記第２端子の間に直列に設けられ、
前記第３スイッチおよび前記第４スイッチは、前記第１端子と前記第２端子の間に直列に、かつ前記第１スイッチおよび前記第２スイッチに対して並列に設けられ、
前記第１補助コイルは、前記第１スイッチと前記第２スイッチの接続点と、前記第３スイッチと前記第４スイッチの接続点と、の間に設けられることを特徴とする中継器。

【請求項18】

前記第１スイッチから前記第４スイッチはそれぞれ、
片方向スイッチと、
前記片方向スイッチと直列に設けられ、かつ前記片方向スイッチの逆導通素子と逆向きに設けられた整流ダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項１７に記載の中継器。

【請求項19】

前記第１スイッチから前記第４スイッチは、双方向スイッチで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の中継器。

【請求項20】

前記コントローラは、前記複数のスイッチを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同じ周波数、もしくはその奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングすることを特徴とする請求項１３から１９のいずれかに記載の中継器。

【請求項21】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、補助コイルを含み、（１）前記補助コイルが前記中継アンテナにカップリングされて、前記補助コイルに流れる電流に応じた補正電流を、前記中継アンテナに注入しもしくは前記中継アンテナから引き抜く第１状態と、（２）前記補助コイルが前記中継アンテナから切り離され、前記補助コイルに流れる電流が、前記中継アンテナとは独立した電流経路に流れる第２状態と、を交互に繰り返すよう構成されることを特徴とする中継器。

【請求項22】

前記第１状態と前記第２状態は、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同じ周波数、その奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングされることを特徴とする請求項２１に記載の中継器。

【請求項23】

前記自動チューニング補助回路は、前記中継アンテナと直接カップリングされることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項24】

前記自動チューニング補助回路は、前記中継アンテナとトランスを介してカップリングされることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項25】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
前記自動チューニング補助回路は、前記中継アンテナとトランスを介してカップリングされることを特徴とする中継器。

【請求項26】

前記第１端子は、前記中継コイルの一端に接続され、前記第２端子は、前記中継コイルの他端に接続されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項27】

前記中継アンテナは、前記中継コイルと直列に設けられた共振用キャパシタをさらに含み、
前記第１端子は、前記共振用キャパシタの一端に接続され、前記第２端子は、前記共振用キャパシタの他端に接続されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項28】

前記中継コイルにはタップが設けられており、
前記第１端子は、前記タップと接続され、
前記第２端子は、前記中継コイルの一端と接続されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項29】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
前記中継コイルにはタップが設けられており、
前記第１端子は、前記タップと接続され、
前記第２端子は、前記中継コイルの一端と接続されることを特徴とする中継器。

【請求項30】

前記中継アンテナは、前記中継コイルと直列に設けられた２つの共振用キャパシタをさらに含み、
前記第１端子は、一方の共振用キャパシタの一端に接続され、前記第２端子は、前記一方の共振用キャパシタの他端に接続されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項31】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
前記中継アンテナは、前記中継コイルと直列に設けられた２つの共振用キャパシタをさらに含み、
前記第１端子は、一方の共振用キャパシタの一端に接続され、前記第２端子は、前記一方の共振用キャパシタの他端に接続されることを特徴とする中継器。

【請求項32】

前記中継コイルと磁気的に結合された第１コイルをさらに備え、
前記第１端子は、前記第１コイルの一端と接続され、前記第２端子は、前記第１コイルの他端と接続されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項33】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
前記中継コイルと磁気的に結合された第１コイルをさらに備え、
前記第１端子は、前記第１コイルの一端と接続され、前記第２端子は、前記第１コイルの他端と接続されることを特徴とする中継器。

【請求項34】

その１次巻線が前記中継アンテナと直列に設けられたトランスをさらに備え、
前記第１端子は、前記トランスの２次巻線の一端と接続され、前記第２端子は、前記トランスの２次巻線の他端と接続されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれかに記載の中継器。

【請求項35】

共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器であって、
中継コイルを含む中継アンテナと、
前記中継アンテナとカップリングされ、前記中継アンテナに補正電流を注入し、または前記中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、
を備え、
前記自動チューニング補助回路は、
前記中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、
Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、
それぞれが、前記第１端子、前記第２端子、前記Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、
前記複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、
を含み、
その１次巻線が前記中継アンテナと直列に設けられたトランスをさらに備え、
前記第１端子は、前記トランスの２次巻線の一端と接続され、前記第２端子は、前記トランスの２次巻線の他端と接続されることを特徴とする中継器。

【請求項36】

電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置と、
前記ワイヤレス給電装置からの電力信号を受信するワイヤレス受電装置と、
前記ワイヤレス給電装置と前記ワイヤレス受電装置の間に配置される請求項１から３５のいずれかに記載の中継器と、
を備えることを特徴とするワイヤレス送電システム。

【請求項37】

前記中継器は、複数設けられることを特徴とする請求項３６に記載のワイヤレス送電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯電話端末やノート型コンピュータなどの電子機器、あるいは電気自動車に対する給電技術として、ワイヤレス（非接触）電力伝送が着目されている。ワイヤレス送電は、主に電磁誘導型、電波受信型、電場・磁場共鳴型、の３つに分類される。

【0003】

電磁誘導型は短距離（数ｃｍ以内）において利用され、数百ｋＨｚ以下の帯域で数百Ｗの電力を伝送することができ、電力の利用効率は６０〜９８％程度となっている。
数ｍ以上の比較的長い距離に給電する場合、電波受信型が利用される。電波受信型では、中波〜マイクロ波の帯域で数Ｗ以下の電力を伝送することができるが、電力の利用効率は低い。数ｍ程度の中距離を、比較的高い効率で給電する手法として、電場・磁場共鳴型が着目されている（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】A. Karalis, J.D. Joannopoulos, M. Soljacic、「Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer」、ANNALS of PHYSICS Vol. 323, pp.34-48, 2008, Jan.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図１は、比較技術に係るワイヤレス送電システムを示す図である。ワイヤレス送電システム１ｒは、ワイヤレス給電装置２ｒおよびワイヤレス受電装置４ｒを備える。ワイヤレス給電装置２ｒは、送信コイルＬ_ＴＸ、共振用キャパシタＣ_ＴＸ、交流電源１０ｒを備える。ワイヤレス受電装置４ｒは、受信コイルＬ_ＲＸ、共振用キャパシタＣ_ＲＸ、負荷７０を備える。

【0006】

ワイヤレス送電システム１ｒにおいて、高効率な電力伝送を実現するためには、ワイヤレス給電装置２ｒおよびワイヤレス受電装置４ｒを含む系全体において、共振条件を満たす必要がある。ワイヤレス受電装置４ｒは移動するため、アンテナ間の結合係数は時々刻々と変化し、その結果、共振条件も時々刻々と変動する。

【0007】

広範囲な給電を行うために、給電装置と受電装置の間に、共振回路を含む中継器を配置することが提案されている。中継器が配置される場合、系全体の共振条件はより複雑となる。時々刻々と変化する共振条件を満たすためには、ワイヤレス給電装置２ｒ、ワイヤレス受電装置４ｒあるいは中継器それぞれに、可変キャパシタ（バリコン）を設け、その容量値を共振条件を満たすように変化させる必要がある。しかしながら現実的には共振条件を満たす容量値を検出、推定することはきわめて困難である。

【0008】

特に中継器を複数個設ける場合、ワイヤレス給電装置２ｒ、ワイヤレス受電装置４ｒと複数の中継器の相互作用によって、ある可変キャパシタの容量値を変化させると、それによって共振条件がさらに変化するため、最適解を見つけることは現実的に不可能に近い。

【0009】

また、大電力を伝送する際には、共振回路に生ずる電圧の振幅が大きくなるため、耐圧の観点から、可変キャパシタに使用可能な素子が著しく制約される。

【0010】

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、ワイヤレス給電システムに使用可能な中継器の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明のある態様は、共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器に関する。中継器は、中継コイルを含む中継アンテナと、中継アンテナとカップリングされる自動チューニング補助回路と、を備える。自動チューニング補助回路は、中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタと、それぞれが、第１端子、第２端子、Ｎ個の補助キャパシタの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、を備える。

【0012】

ワイヤレス給電装置からの電力信号の周波数が、中継アンテナを含む共振回路の共振周波数と一致しない場合、共振回路は容量性または誘導性となるため、共振回路に流れる共振電流と共振回路に生ずる共振電圧の間には、位相遅れあるいは位相進みが生ずる。この状態で、複数のスイッチを、電力信号と同期してスイッチングすると、Ｎ個の補助キャパシタがそれぞれ、共振電流によって充電もしくは放電される。そして補助キャパシタに生ずる補正電圧が、中継アンテナに印加されることにより、中継アンテナに流れる電流の位相を、複数のスイッチのスイッチングの位相に応じて制御することができる。

【0013】

コントローラは、複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同じ周波数、その奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングしてもよい。

【0014】

複数のスイッチは、第１スイッチおよび第２スイッチを含んでもよい。Ｎ個の補助キャパシタは、第１補助キャパシタを含んでもよい。第１スイッチおよび第１補助キャパシタは、第１端子と第２端子の間に直列に設けられ、第２スイッチは、第１端子と第２端子の間に、第１スイッチおよび第１補助キャパシタに対して並列に設けられてもよい。
この場合、第１補助キャパシタが、共振電流と共振電圧が同位相となるように充電もしくは放電され、擬似的な共振状態を実現できる。

【0015】

Ｎ個の補助キャパシタは、第２補助キャパシタをさらに含んでもよい。第２補助キャパシタは、第１端子と第２端子の間に、第２スイッチと直列に設けられてもよい。
この場合、第１補助キャパシタに加えて第２補助キャパシタが、共振電流と共振電圧が同位相となるように充電もしくは放電されることになり、擬似的な共振状態を実現できる。

【0016】

第１スイッチ、第２スイッチは、片方向スイッチで構成されてもよい。コントローラは、第１スイッチおよび第２スイッチを、それぞれの逆導通素子に電流が流れない位相でスイッチングしてもよい。

【0017】

第１スイッチ、第２スイッチは、双方向スイッチで構成されてもよい。この場合、スイッチングの位相の制約を緩和できる。

【0018】

自動チューニング補助回路は、複数のスイッチは、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第４スイッチを含んでもよい。Ｎ個の補助キャパシタは、第１補助キャパシタを含んでもよい。第１スイッチおよび第２スイッチは、第１端子と第２端子の間に直列に設けられ、第３スイッチおよび第４スイッチは、第１端子と第２端子の間に、第１スイッチおよび第２スイッチに対して並列な経路上に順に直列に設けられ、第１補助キャパシタは、第１スイッチと第２スイッチの接続点と、第３スイッチと第４スイッチの接続点との間の設けられてもよい。

【0019】

第１スイッチから第４スイッチは、片方向スイッチで構成され、コントローラは、第１スイッチから第４スイッチを、それぞれの逆導通素子に電流が流れない位相でスイッチングしてもよい。

【0020】

第１スイッチから第４スイッチは、双方向スイッチで構成されてもよい。この場合、スイッチングの位相の制約を緩和できる。

【0021】

本発明の別の態様もまた、共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器に関する。この中継器は、中継コイルを含む中継アンテナと、中継アンテナとカップリングされる自動チューニング補助回路と、を備える。自動チューニング補助回路は、Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタと、中継アンテナに流れる電流によってＮ個の補助キャパシタそれぞれを充電および放電するために設けられた複数のスイッチと、複数のスイッチをスイッチングすることにより、Ｎ個の補助キャパシタそれぞれの両端間にキャパシタ電圧を発生させるとともに、Ｎ個の補助キャパシタそれぞれのキャパシタ電圧に応じた補正電圧を、中継アンテナに印加せしめるコントローラと、を備える。

【0022】

ワイヤレス給電装置からの電力信号の周波数が、中継アンテナを含む共振回路の共振周波数と一致しない場合、共振回路は容量性または誘導性となるため、共振回路に流れる共振電流と共振回路に生ずる共振電圧の間には、位相遅れあるいは位相進みが生ずる。この状態で、複数のスイッチを、電力信号と同期してスイッチングすると、Ｎ個の補助キャパシタがそれぞれ、共振電流によって充電もしくは放電される。そして補助キャパシタに生ずる補正電圧が、中継アンテナに印加されることにより、中継アンテナに流れる電流の位相を、複数のスイッチのスイッチングの位相に応じて制御することができる。

【0023】

自動チューニング補助回路は、トランスを介して中継アンテナと直列にカップリングされてもよい。

【0024】

中継アンテナは、中継コイルと直列に設けられた共振用キャパシタをさらに含んでもよい。

【0025】

本発明のさらに別の態様も、共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器に関する。この中継器は、中継コイルを含む中継アンテナと、中継アンテナとカップリングされ、中継アンテナに補正電流を注入し、または中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、を備える。自動チューニング補助回路は、中継アンテナとカップリングされる第１端子および第２端子と、Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルと、それぞれが、第１端子、第２端子、Ｎ個の補助コイルの端子のうち２つの間に設けられた複数のスイッチと、複数のスイッチそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同期してスイッチングするコントローラと、を含む。

【0026】

中継アンテナを含む共振システムの共振周波数が電力信号の周波数と一致する場合、補助コイルに流れる電流はゼロとなり、補正電流もゼロとなる。中継アンテナの共振周波数が電力信号の周波数と一致しない場合、中継アンテナを含む共振回路のインピーダンスは容量性または誘導性となるため、中継アンテナには、電力信号に対して遅れたあるいは進んだ位相の電流が発生する。このとき、自動チューニング補助回路のスイッチを電力信号と同期してスイッチングすると、補助コイルに電流が流れる。このとき生成される補助電流を、中継アンテナに流れる電流に足し込み、あるいはそれから引き抜くことにより、中継アンテナに流れる電流の位相を、複数のスイッチのスイッチングの位相に応じて制御することができる。

【0027】

コントローラは、複数のスイッチを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同じ周波数、もしくはその奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングしてもよい。

【0028】

複数のスイッチは、第１スイッチおよび第２スイッチを含んでもよい。Ｎ個の補助コイルは、第１補助コイルを含んでもよい。第１スイッチおよび第１補助コイルは、第１端子と第２端子の間に直列に設けられ、第２スイッチは、第１補助コイルに対して並列に設けられてもよい。

【0029】

第１スイッチおよび第２スイッチはそれぞれ、片方向スイッチと、片方向スイッチと直列に設けられ、かつ片方向スイッチの逆導通素子と逆向きに設けられた整流ダイオードと、を含んでもよい。

【0030】

第１スイッチおよび第２スイッチは、双方向スイッチで構成されてもよい。この場合、スイッチングの位相の制約を緩和できる。

【0031】

複数のスイッチは、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第４スイッチを含んでもよい。Ｎ個の補助コイルは、第１補助コイルおよび第２補助コイルを含んでもよい。第１スイッチおよび第１補助コイルは、第１端子と第２端子の間に直列に設けられ、第２スイッチは、第１補助コイルに対して並列に設けら、第３スイッチおよび第２補助コイルは、第１端子と第２端子の間に直列に設けられ、第４スイッチは、第２補助コイルに対して並列に設けられてもよい。

【0032】

複数のスイッチは、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第４スイッチを含んでもよい。Ｎ個の補助コイルは、第１補助コイルを含んでもよい。第１スイッチおよび第２スイッチは、第１端子と第２端子の間に直列に設けられてもよい。第３スイッチおよび第４スイッチは、第１端子と第２端子の間に直列に、かつ第１スイッチおよび第２スイッチに対して並列に設けられてもよい。第１補助コイルは、第１スイッチと第２スイッチの接続点と、第３スイッチと第４スイッチの接続点と、の間に設けられてもよい。

【0033】

第１から第４スイッチはそれぞれ、片方向スイッチと、片方向スイッチと直列に設けられ、かつ片方向スイッチの逆導通素子と逆向きに設けられた整流ダイオードと、を含んでもよい。

【0034】

第１から第４スイッチは、双方向スイッチで構成されてもよい。

【0035】

本発明のさらに別の態様もまた、共鳴型のワイヤレス送電システムに使用される中継器に関する。この中継器は、中継コイルを含む中継アンテナと、中継アンテナとカップリングされ、中継アンテナに補正電流を注入し、または中継アンテナから補正電流を引き抜く自動チューニング補助回路と、を備える。自動チューニング補助回路は、補助コイルを含み、（１）補助コイルが中継アンテナにカップリングされて、補助コイルに流れる電流に応じた補正電流を、中継アンテナに注入しもしくは中継アンテナから引き抜く第１状態と、（２）補助コイルが中継アンテナから切り離され、補助コイルに流れる電流が、中継アンテナとは独立した電流経路に流れる第２状態と、を交互に繰り返すよう構成される。

【0036】

中継アンテナを含む共振システムの共振周波数が電力信号の周波数と一致する場合、補助コイルに流れる電流はゼロとなり、補正電流もゼロとなる。中継アンテナの共振周波数が電力信号の周波数と一致しない場合、中継アンテナを含む共振回路のインピーダンスは容量性または誘導性となるため、中継アンテナには、電力信号に対して遅れたあるいは進んだ位相の電流が発生する。このとき、自動チューニング補助回路のスイッチを電力信号と同期してスイッチングすると、補助コイルに電流が流れる。このとき生成される補助電流を、中継アンテナに流れる電流に足し込み、あるいはそれから引き抜くことにより、中継アンテナに流れる電流の位相を、複数のスイッチのスイッチングの位相に応じて制御することができる。

【0037】

第１状態と第２状態は、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号と同じ周波数、その奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングされてもよい。

【0038】

自動チューニング補助回路は、中継アンテナと直接カップリングされてもよい。

【0039】

自動チューニング補助回路は、中継アンテナとトランスを介してカップリングされてもよい。

【0040】

第１端子は、中継コイルの一端に接続され、第２端子は、中継コイルの他端に接続されてもよい。

【0041】

中継アンテナは、中継コイルと直列に設けられた共振用キャパシタをさらに含んでもよい。第１端子は、共振用キャパシタの一端に接続され、第２端子は、共振用キャパシタの他端に接続されてもよい。

【0042】

中継コイルにはタップが設けられており、第１端子は、タップと接続され、第２端子は、中継コイルの一端と接続されてもよい。

【0043】

中継アンテナは、中継コイルと直列に設けられた２つの共振用キャパシタをさらに含んでもよい。第１端子は、一方の共振用キャパシタの一端に接続され、第２端子は、一方の共振用キャパシタの他端に接続されてもよい。

【0044】

中継コイルと磁気的に結合された第１コイルをさらに備えてもよい。第１端子は、第１コイルの一端と接続され、第２端子は、第１コイルの他端と接続されてもよい。

【0045】

その１次巻線が中継アンテナと直列に設けられたトランスをさらに備えてもよい。第１端子は、トランスの２次巻線の一端と接続され、第２端子は、トランスの２次巻線の他端と接続されてもよい。

【0046】

本発明の別の態様は、ワイヤレス送電システムに関する。ワイヤレス送電システムは、電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス給電装置と、ワイヤレス給電装置からの電力信号を受信するワイヤレス受電装置と、ワイヤレス給電装置からの電力信号を、ワイヤレス受電装置に中継する上述のいずれかの中継器と、を備えてもよい。

【0047】

中継器は、複数設けられてもよい。

【0048】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0049】

本発明のある態様によれば、共振周波数を自動的にチューニングできる。

【図面の簡単な説明】

【0050】

【図1】比較技術に係るワイヤレス送電システムを示す図である。

【図2】実施の形態に係るワイヤレス送電システムの構成を示すブロック図である。

【図3】第１の実施例に係る自動チューニング補助回路を示す回路図である。

【図4】図４（ａ）〜（ｆ）は、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチの実施例を示す図である。

【図5】自動チューニング補助回路の動作波形図である。

【図6】図２のワイヤレス送電システム全体の電流、電圧波形図である。

【図7】図３の中継器の等価回路図である。

【図8】非共振状態および共振状態における共振電流ＩＰＸを示す図である。

【図9】第２の実施例に係る自動チューニング補助回路を示す回路図である。

【図10】第３の実施例に係る自動チューニング補助回路を示す回路図である。

【図11】図１０の中継器の動作波形図である。

【図12】変形例に係る中継器を示すブロック図である。

【図13】第４の実施例に係る自動チューニング補助回路を備える中継器を示す回路図である。

【図14】図１３の中継器の動作波形図である。

【図15】図１３の中継器の等価回路図である。

【図16】図１６（ａ）、（ｂ）は、図１３の自動チューニング補助回路の変形例を示す回路図である。

【図17】第５の実施例に係る自動チューニング補助回路を備える中継器を示す回路図である。

【図18】図１７の中継器の動作波形図である。

【図19】図１７の自動チューニング補助回路の変形例を示す回路図である。

【図20】第６の実施例に係る自動チューニング補助回路を備える中継器を示す回路図である。

【図21】図２１（ａ）〜（ｆ）は、自動チューニング補助回路と中継アンテナのカップリングの変形例を示す回路図である。

【図22】変形例に係るワイヤレス送電システムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0051】

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0052】

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」、あるいは「部材Ａが、部材Ｂとカップリングされた状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0053】

図２は、実施の形態に係るワイヤレス送電システム１の構成を示すブロック図である。ワイヤレス送電システム１は、ワイヤレス給電装置２、ワイヤレス受電装置４および中継器６を備える。

【0054】

ワイヤレス給電装置２は、ワイヤレス受電装置４に対して電力信号Ｓ１を送出する。電力信号Ｓ１は、電波になっていない電磁波の近傍界（電界、磁界、あるいは電磁界）が利用される。

【0055】

ワイヤレス給電装置２は、送信アンテナ２０および電源２２を備える。送信アンテナ２０は、その一端と他端の間に設けられた送信コイルＬ_ＴＸを含む。共振用キャパシタＣ_ＴＸは、送信コイルＬ_ＴＸと直列に設けられる。共振用キャパシタＣ_ＴＸと送信コイルＬ_ＴＸは入れかえてもよい。

【0056】

電源２２は、送信アンテナ２０の両端間に、所定の送信周波数ｆ_ＴＸを有する交流の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶを印加する。駆動電圧Ｖ_ＤＲＶは、矩形波、台形波、正弦波をはじめとする任意の交流波形であって構わない。電源２２は、送信アンテナ２０に所定の送信周波数ｆ_ＴＸを有する交流電流を供給する電流源であってもよい。送信アンテナ２０の送信コイルＬ_ＴＸは、送信コイルＬ_ＴＸに流れる電流に応じて、電力信号Ｓ１を発生する。

【0057】

ワイヤレス受電装置４は、ワイヤレス給電装置２から送信される電力信号Ｓ１を、直接、あるいは中継器６を経由して受ける。

【0058】

ワイヤレス受電装置４は、受信アンテナ４０、整流回路４２、平滑コンデンサ４４、負荷４６を備える。

【0059】

受信アンテナ４０は、その一端と他端の間に直列に設けられた受信コイルＬ_ＲＸおよび共振用キャパシタＣ_ＲＸを含む。

【0060】

整流回路４２および平滑コンデンサ４４は、受信コイルＬ_ＲＸに流れる電流を整流、平滑化する。平滑コンデンサ４４に生ずる電圧は負荷４６に供給される。

【0061】

実施の形態に係る中継器６は、ワイヤレス給電装置２からの電力信号Ｓ１をワイヤレス受電装置４に中継する。

【0062】

中継器６は、中継アンテナ６０および自動チューニング補助回路１００を備える。中継アンテナ６０は、直列に接続された中継コイルＬ_ＰＸおよび共振用キャパシタＣ_ＰＸを含む。なお共振用キャパシタＣ_ＰＸは省略してもよい。自動チューニング補助回路（ＡＴＡＣ：Automatic Tuning Assist Circuit）１００は、中継アンテナ６０とカップリングされる。

【0063】

以下、自動チューニング補助回路１００の構成について説明する。

【0064】

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、キャパシタを用いた自動チューニング補助回路１００について説明する。

【0065】

（第１の実施例）
図３は、第１の実施例に係る自動チューニング補助回路を示す回路図である。
図３の自動チューニング補助回路１００は、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第１補助キャパシタＣ_Ａ１、コントローラ１０２を備える。第１端子Ｐ１および第２端子Ｐ２の一方は、その電位が固定される。本実施の形態では、第２端子Ｐ２が接地されて、その電位が接地電圧Ｖ_ＧＮＤに固定されるものとする。なお、電位を固定すべきノードは、第１端子Ｐ１または第２端子Ｐ２には限定されず、その他のノードの電位を固定してもよい。

【0066】

第１スイッチＳＷ１および第１補助キャパシタＣ_Ａ１は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に直列に設けられる。第１スイッチＳＷ１と第１補助キャパシタＣ_Ａ１は入れ替えてもよい。
第２スイッチＳＷ２は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に、第１スイッチＳＷ１および第１補助キャパシタＣ_Ａ１に対して並列に設けられる。第１補助キャパシタＣ_Ａ１の容量値は、共振用キャパシタＣ_ＰＸに比べて十分に大きいことが望ましい。

【0067】

コントローラ１０２は、複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２それぞれを、ワイヤレス給電装置２から放射される電力信号Ｓ１と同じ周波数、その奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングする。本実施の形態では、理解の容易化と説明の簡潔化のため、スイッチング周波数と電力信号Ｓ１の周波数が等しい場合を説明する。

【0068】

本実施の形態において、コントローラ１０２は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を、電力信号Ｓ１と同じ周波数で、かつワイヤレス給電装置２において送信アンテナに印加される駆動電圧（Ｖ_ＤＲＶ）に対してある位相差θ_ＰＸで相補的にスイッチングする。θ_ＰＸの最適値は、送電コイルＬ_ＴＸ、受電コイルＬ_ＲＸおよび中継コイルＬ_ＰＸの位置関係、具体的には、それらの距離、向き、コイルの結合度等に応じて変化する。また、給電効率を優先させるか、給電電力を優先させるかによっても、θ_ＰＸの最適値は異なる。

【0069】

第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ等を用いて構成できる。図４（ａ）〜（ｆ）は、ＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチの実施例を示す図である。

【0070】

図４（ａ）は、Ｎチャンネル、図４（ｂ）は、ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴを用いた構成を示す。ＭＯＳＦＥＴのバックゲートをソースと接続すると、バックゲートとドレイン間のボディダイオードがゲート電圧によらずに導通状態となる。したがって、ＭＯＳＦＥＴを単体で用いたスイッチでは、片方向に対する電流を阻止することができない。本明細書においてこのようなスイッチを片方向スイッチという。

【0071】

図４（ｃ）〜（ｆ）のスイッチは、２つのＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、もしくは２つのＰチャンネルＭＯＳＦＥＴが、それらのボディダイオードが逆向きとなるように接続される（バックトゥバック接続）。図４（ｃ）〜（ｆ）では、オフ状態において、いずれの方向にも電流が流れない。本明細書においてこのようなスイッチを、双方向スイッチという。

【0072】

本実施の形態において、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、片方向スイッチ、両方向スイッチのいずれでも構成することができる。なお、片方向スイッチを用いる場合、それらのスイッチングの位相に注意を払う必要がある。これについては後述する。

【0073】

以上が自動チューニング補助回路１００の第１の実施例である。続いて自動チューニング補助回路１００を備えるワイヤレス送電システム１の動作を説明する。ここでは例として、図２のワイヤレス送電システム１において、中継アンテナ６０の共振周波数が、電力信号Ｓ１の周波数ｆ_ＴＸに対して、１．３％ずれている状況を想定する。

【0074】

図５は、自動チューニング補助回路１００の動作波形図である。図５は上から順に、ワイヤレス給電装置２の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶ、送信電流Ｉ_ＴＸ、中継コイルＬ_ＰＸと共振用キャパシタＣ_ＰＸの両端間の共振電圧Ｖ_ＰＸ、中継アンテナ６０に流れる共振電流Ｉ_ＰＸ、補正電圧Ｖ_Ａ、第１スイッチＳＷ２、第２スイッチＳＷ２、ワイヤレス受電装置４の受信電流Ｉ_ＲＸを示す。このシミュレーションでは、自動チューニング補助回路１００のスイッチングの位相θ_ＰＸは、ワイヤレス給電装置２の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶの位相に対して８０°進んでいる。

【0075】

図６は、図２のワイヤレス送電システム１全体の電流、電圧波形図である。図６は上から順に、ワイヤレス給電装置２の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶ、ワイヤレス給電装置２のコイル電流Ｉ_ＴＸ、中継器６のコイル電流Ｉ_ＰＸ、ワイヤレス受電装置４のコイル電流Ｉ_ＲＸを示す。実線は、図５に示すように自動チューニング補助回路１００を動作させてから十分な時間が経過した後の定常状態（疑似共振状態）における波形を、破線は、自動チューニング補助回路１００を動作させない、あるいは省略したときの非共振状態における波形を示す。

【0076】

なお、本明細書における波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。

【0077】

コントローラ１０２は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を、ワイヤレス給電装置側の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶと同じ周波数で、かつ駆動電圧Ｖ_ＤＲＶに対してある最適な位相差θ_ＰＸ、この例ではθ_ＰＸ＝−８０°にて相補的にスイッチングする。

【0078】

共振電流Ｉ_ＰＸは、第１スイッチＳＷ１のオン時間Ｔ_ＯＮ１において第１補助キャパシタＣ_Ａ１に流れ、第２スイッチＳＷ２のオン時間Ｔ_ＯＮ２において、第２スイッチＳＷ２を介して接地に流れる。つまり、第１補助キャパシタＣ_Ａ１は、共振電流Ｉ_ＰＸによって充放電され、その結果、第１補助キャパシタＣ_Ａ１には、キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１が発生する。

【0079】

自動チューニング補助回路１００は、中継アンテナ６０の一方の端子に補正電圧Ｖ_Ａを印加する。補正電圧Ｖ_Ａは、第１スイッチＳＷ１がオンの期間Ｔ_ＯＮ１において、第１補助キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１をとり、第２スイッチＳＷ２がオンの期間Ｔ_ＯＮ２において、接地電圧Ｖ_ＧＮＤをとる。自動チューニング補助回路１００は、補正電圧Ｖ_Ａを中継アンテナ６０に印加する補正電源と把握することができる。図７は、図３の中継器６の等価回路図である。

【0080】

図６に戻る。まず、図６の破線を参照し、自動チューニング補助回路１００を動作させない状態、すなわち第１スイッチＳＷ１をオフで固定し、第２スイッチＳＷ２をオンで固定した状態について説明する。これは、補正電圧Ｖ_Ａが接地電圧Ｖ_ＧＮＤに固定される状態と等価である。このとき、中継コイルＬ_ＰＸには、送信コイルＬ_ＴＸの電流Ｉ_ＴＸに対して遅れた位相で、コイル電流Ｉ_ＰＸが流れる。ワイヤレス受電装置４の受信コイルＬ_ＲＸは、コイル電流Ｉ_ＰＸに応じて中継コイルＬ_ＰＸ発生する磁界と、コイル電流Ｉ_ＴＸに応じて送信コイルＬ_ＴＸが発生する磁界の合成磁界を受信する。自動チューニング補助回路１００の破線の波形では、これらの２つの磁界が強め合うことはなく、したがって受信コイルＬ_ＲＸに流れるコイル電流Ｉ_ＲＸの振幅は小さくなる。

【0081】

続いて、図５の実線を参照し、自動チューニング補助回路１００を動作させたときの動作を説明する。自動チューニング補助回路１００を動作させると、中継アンテナ６０には、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶに対してθ_ＰＸ＝８０°進んだ位相の補正電圧Ｖ_Ａが印加され、コイル電流Ｉ_ＰＸの位相が進む。これにより中継コイルＬ_ＰＸには、送信コイルＬ_ＴＸの電流Ｉ_ＴＸと同じ位相で、コイル電流Ｉ_ＰＸが流れ、擬似的な共振状態となる。その結果、コイル電流Ｉ_ＰＸに応じて中継コイルＬ_ＰＸ発生する磁界と、コイル電流Ｉ_ＴＸに応じて送信コイルＬ_ＴＸが発生する磁界が、受信コイルＬ_ＲＸにおいて強め合い、受信コイルＬ_ＲＸに流れるコイル電流Ｉ_ＲＸの振幅、つまり負荷に供給する電力を増大させることができる。

【0082】

実施の形態に係る中継器６が備える自動チューニング補助回路１００の優れた利点のひとつは、疑似共振状態を満足する補正電圧Ｖ_Ａを自動的に生成できる点である。
図８は、非共振状態および共振状態における共振電流Ｉ_ＰＸを示す図である。波形（Ｉ）は、非共振状態における共振電流Ｉ_ＰＸを示す。スイッチＳＷ１がオンの期間Ｔ_ＯＮ１において、第１補助キャパシタＣ_Ａ１は、共振電流Ｉ_ＰＸによって充放電される。具体的には、第１補助キャパシタＣ_Ａ１は、共振電流Ｉ_ＰＸが正の期間に充電され、負の期間に放電される。その結果、正の期間が長ければキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１は増大し、負の期間が長ければキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１は低下する。

【0083】

あるサイクルのオン時間Ｔ_ＯＮ１において、キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１が増大する。そして、増大したキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１に応じた補正電圧Ｖ_Ａが中継アンテナ６０に印加される。そうすると、次のサイクルでは、共振電流Ｉ_ＰＸの位相が前のサイクルより進む。これを繰り返すと、キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１がサイクル毎に増加しながら、共振電流Ｉ_ＰＸの位相が徐々に進んでいき、共振点までシフトしていく。共振電流Ｉ_ＰＸの位相が進みすぎると、反対に第１補助キャパシタＣ_Ａ１の放電電流の方が大きくなり、キャパシタ電圧ＶＣ_Ａ１が低下する方向にフィードバックがかかり、共振点に引き戻される。共振点では１サイクルでの第１補助キャパシタＣ_Ａ１の充電電流と放電電流がバランスし、キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１が平衡状態となり、擬似的な共振状態が持続する。このように、図２の中継器６によれば、疑似共振状態を生ずるために必要な補正電圧Ｖ_Ａを自動的に生成できる。

【0084】

以上が中継器６の動作である。
中継器６によれば、中継アンテナ６０の共振周波数ｆ_ｃを調節することなく、疑似共振状態を実現するように回路の状態を自動的にチューニングすることができる。ワイヤレス送電では、ワイヤレス給電装置２とワイヤレス受電装置４の位置関係、より具体的には各コイルの結合係数ｋに応じて、共振周波数が時々刻々と変化するが、中継器６を配置することにより、その変化に高速に追従することができ、高効率な電力伝送が可能となる。

【0085】

またワイヤレス給電で大電力を伝送しようとすると、共振用キャパシタＣ_ＰＸの両端間の電圧は非常に大きくなるため、バリコン（バリキャップ）の利用は制約される。中継器６によれば共振用キャパシタＣ_ＰＸの容量値を調節する必要がないため、バリコン等を使用する必要がないという利点もある。

【0086】

ここでは、第１スイッチＳＷ１を、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶに対してθ_ＰＸ＝８０°進んだ位相でスイッチングさせる場合を説明したが、位相差θ_ＰＸの最適値は、各コイルの定数の大小関係、それらの位置関係、結合度等をパラメータとして変化する。

【0087】

このように、中継器６を用いたワイヤレス送電システム１において、疑似共振状態を実現するためには、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を適切な周波数ｆおよび位相θ_ＰＸでスイッチングさせる必要がある。そこでワイヤレス給電装置２から中継器６に対して、周波数ｆ_ＴＸおよび位相θ_ＲＸを示すデータを送信してもよい。あるいは中継器６は、位相θ_ＰＸをスイープし、最適な位相θ_ＰＸを検出してもよい。後述の実施例においても同様である。

【0088】

（第２の実施例）
続いて自動チューニング補助回路の第２の実施例について説明する。図９は、第２の実施例に係る自動チューニング補助回路を示す回路図である。図９の自動チューニング補助回路１００ａは、２個の補助キャパシタを備える。
自動チューニング補助回路１００ａは、図３の第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第１補助キャパシタＣ_Ａ１、コントローラ１０２に加えて、第２補助キャパシタＣ_Ａ２を備える。第２補助キャパシタＣ_Ａ２は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に、第２スイッチＳＷ２と直列に設けられる。第２スイッチＳＷ２と第２補助キャパシタＣ_Ａ２は入れ替えてもよい。

【0089】

図９の自動チューニング補助回路１００ａにおいて、補正電圧Ｖ_Ａは、第１スイッチＳＷ１のオン時間Ｔ_ＯＮ１においてキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１と等しくなり、第２スイッチＳＷ２のオン時間Ｔ_ＯＮ２においてキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ２と等しくなる。

【0090】

自動チューニング補助回路１００ａを備える中継器６ａによれば、キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１、Ｖ_ＣＡ２が自動的に最適化され、ｆ_ＴＸ＞ｆ_ｃ、ｆ_ＴＸ＜ｆ_ｃいずれの場合も疑似共振状態を実現できる。

【0091】

（第３の実施例）
続いて自動チューニング補助回路の第３の実施例について説明する。図１０は、第３の実施例に係る自動チューニング補助回路を示す回路図である。図１０の自動チューニング補助回路１００ｂは、１個の補助キャパシタを備える点で、第１の実施例と共通するが、複数のスイッチのトポロジーが第１の実施例と異なっている。

【0092】

自動チューニング補助回路１００ｂは、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４、第１補助キャパシタＣ_Ａ１、コントローラ１０２ｂを備える。

【0093】

第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４は、いわゆるＨブリッジ回路を構成している。具体的には、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に直列に設けられる。第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２に対して並列な経路上に順に直列に設けられる。

【0094】

第１補助キャパシタＣ_Ａ１は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の接続点Ｎ１と、第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４の接続点Ｎ２との間の設けられる。第１補助キャパシタＣ_Ａ１の容量値は、共振用キャパシタＣ_ＰＸに比べて十分に大きいことが望ましい。

【0095】

第１スイッチＳＷ１から第４スイッチＳＷ４は、片方向スイッチで構成してもよい。この場合、コントローラ１０２ｂは、第１スイッチＳＷ１から第４スイッチＳＷ２を、それぞれの逆導通素子に電流が流れない位相θ_ＰＸでスイッチングする。つまり、位相θ_ＰＸが制約を受ける。

【0096】

あるいは第１スイッチＳＷ１から第４スイッチＳＷ４は、双方向スイッチで構成してもよい。この場合、コントローラ１０２ｂスイッチングの位相θ_ＰＸの制約を緩和できる。

【0097】

以上が自動チューニング補助回路１００ｂの構成である。続いてその動作を説明する。
図１１は、図１０の中継器６ｂの動作波形図である。図１１は上から順に、第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４、補正電圧Ｖ_Ａ、中継アンテナ６０に流れる共振電流Ｉ_ＰＸ、中継コイルＬ_ＰＸと共振用キャパシタＣ_ＰＸの両端間の共振電圧Ｖ_ＰＸを示す。スイッチを示す波形は、ハイレベルがオン状態を、ローレベルがオフ状態を示す。また共振電流Ｉ_ＰＸおよび共振電圧Ｖ_ＰＸは、自動チューニング補助回路１００ｂを動作させてから十分な時間が経過した後の定常状態における波形を示す。

【0098】

第１スイッチＳＷ１および第４スイッチＳＷ４を含む第１のペアは、ワイヤレス給電装置側の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶに対してある位相差θ_ＰＸで相補的にスイッチングされる。ここでは、一例としてθ_ＰＸ＝１８０°（または０°）の場合を示す。第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３を含む第２のペアは、第１のペアと相補的にスイッチングされる。共振電流Ｉ_ＰＸは、第１のペアのオン時間Ｔ_ＯＮ１において、第１スイッチＳＷ１、第１補助キャパシタＣ_Ａ１、第４スイッチＳＷ４を含む経路に流れ、第２のペアのオン時間Ｔ_ＯＮ２において、第２スイッチＳＷ２、第１補助キャパシタＣ_Ａ２、第３スイッチＳＷ３を含む経路に流れる。

【0099】

第１補助キャパシタＣ_Ａ１は、共振電流Ｉ_ＰＸによって充放電され、その結果、第１補助キャパシタＣ_Ａ１には、キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１が発生する。自動チューニング補助回路１００ｂは、中継アンテナ６０の一端に補正電圧Ｖ_Ａを印加する。補正電圧Ｖ_Ａは、第１のペアがオンの期間Ｔ_ＯＮ１において第１の極性をとり、第２のペアがオンの期間Ｔ_ＯＮ２において第２の極性をとる。自動チューニング補助回路１００ｂは、補正電圧Ｖ_Ａを中継アンテナ６０に印加する補正電源と把握することができる。すなわち、中継器６ｂの等価回路は、図７の等価回路と同等とみなすことができ、その動作原理も同様であることがわかる。

【0100】

そしてキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１に応じた補正電圧Ｖ_Ａが中継アンテナ６０に印加されることにより、共振電流Ｉ_ＰＸの位相が、送信側の駆動電圧Ｖ_ＤＲＶの位相と一致し、疑似共振状態が実現できる。また、第１、第２の実施例と同様に、キャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１は、疑似共振状態が成り立つように自動的に調節されていく。

【0101】

（第１の実施の形態のまとめ）
第１、第２の実施例では、補助キャパシタが１個、または２個の場合を説明したが、当業者であれば、任意の個数の補助キャパシタを用いて、同様の機能を奏する回路を構成しうることが理解されよう。
また、第１、第２の実施例では、スイッチが２個の場合、第３の実施例では、スイッチが４個の場合を説明したが、当業者によれば、複数のスイッチのトポロジーも、補助キャパシタの個数に応じて適宜配置しうる。

【0102】

つまり、第１から第３の実施例に具現化される第１の実施の形態に係る発明を一般化すると、以下の技術的思想が導かれる。
（第１の技術的思想）
自動チューニング補助回路１００は、中継アンテナ６０とカップリングされる第１端子Ｐ１および第２端子Ｐ２と、Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタＣ_Ａ１〜Ｃ_ＡＮと、複数Ｍ個（Ｍは自然数）のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭと、コントローラ１０２と、を備える。複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭはそれぞれ、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、Ｎ個の補助キャパシタＣ_Ａ１〜Ｃ_ＡＮの端子のうち２つの間に設けられる。コントローラ１０２は、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号Ｓ１と同期してスイッチングする。

【0103】

また、別の観点からみると、以下の技術的思想が導かれる。
（第２の技術的思想）
自動チューニング補助回路１００は、Ｎ個（Ｎは自然数）の補助キャパシタＣ_Ａ１〜Ｃ_ＡＮと、複数Ｍ個（Ｍは自然数）のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭと、コントローラ１０２と、を備える。複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭは、中継アンテナ６０に流れる電流Ｉ_ＰＸによってＮ個の補助キャパシタＣ_Ａ１〜Ｃ_ＡＮそれぞれを充電および放電できるように配置される。コントローラ１０２は、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭをスイッチングすることにより、Ｎ個の補助キャパシタＣ_Ａ１〜Ｃ_ＡＮそれぞれの両端間にキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１〜Ｖ_ＣＡＮを発生させるとともに、Ｎ個の補助キャパシタＣ_Ａ１〜Ｃ_ＡＮそれぞれのキャパシタ電圧Ｖ_ＣＡ１〜Ｖ_ＣＡＮに応じた補正電圧Ｖ_Ａを、中継アンテナ６０に印加せしめる。

【0104】

したがって、第１から第３の実施例で説明した構成のみでなく、第１または第２の技術的思想によって導かれるさまざまな形式の自動チューニング補助回路が、本発明の技術的範囲に含まれる。

【0105】

続いて、自動チューニング補助回路１００と、中継アンテナ６０のカップリングの変形例を説明する。

【0106】

（変形例１）
図１２は、変形例に係る中継器６ｃを示すブロック図である。中継器６ｃは、中継アンテナ６０と、自動チューニング補助回路１００と、トランスＴ１を備える。
中継器６ｃにおいて、自動チューニング補助回路１００は、トランスＴ１を介して中継アンテナ６０と直列にカップリングされる。具体的には、トランスＴ１の２次巻線Ｗ２は第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に設けられ、その１次巻線Ｗ１は、中継アンテナ６０と直列に設けられる。

【0107】

この中継器６ｃでは、トランスＴ１を介して中継アンテナ６０と自動チューニング補助回路１００の間のエネルギーの授受が行われる。この構成によっても、これまで説明した中継器６と同様の効果を得ることができる。

【0108】

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、キャパシタを用いた自動チューニング補助回路１００について説明したが、キャパシタに代えて、インダクタを用いた構成も可能である。

【0109】

（第４の実施例）
図１３は、第４の実施例に係る自動チューニング補助回路２００を備える中継器６ｄを示す回路図である。自動チューニング補助回路２００は、中継アンテナ６０とカップリングされ、中継アンテナ６０に第１補正電流Ｉ_Ａを注入（ソース）し、または中継アンテナ６０から補正電流Ｉ_Ａを引き抜く（シンク）ように構成される。図１３では、自動チューニング補助回路２００は、中継アンテナ６０に直接カップリングされる。本実施の形態では、中継アンテナ６０から自動チューニング補助回路３０に向かう向き（シンク）を、補正電流Ｉ_Ａの正とする。

【0110】

図１３の自動チューニング補助回路２００は、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第１補助コイルＬ_Ａ１、コントローラ２０２を備える。

【0111】

第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２は、中継アンテナ６０とカップリングされる。第１スイッチＳＷ１および第１補助コイルＬ_Ａ１は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に直列に設けられる。第１スイッチＳＷ１および第１補助コイルＬ_Ａ１は入れ替えてもよい。第２スイッチＳＷ２は、第１補助コイルＬ_Ａ１に対して並列に設けられる。

【0112】

コントローラ２０２は、複数のスイッチＳＷ１、ＳＷ２それぞれを、ワイヤレス給電装置２から放射される電力信号Ｓ１と同じ周波数、その奇数倍または奇数分の１倍の周波数でスイッチングする。本実施の形態では、理解の容易化と説明の簡潔化のため、スイッチング周波数と電力信号Ｓ１の周波数が等しい場合を説明する。

【0113】

自動チューニング補助回路２００は、第１状態φ１と第２状態φ２を、電力信号Ｓ１と同じ周波数、または奇数倍、奇数分の１倍の周波数で交互に繰り返す。本実施の形態では、スイッチング周波数と電力信号Ｓ１の周波数ｆ_ＴＸは等しい。

【0114】

第１状態φ１では、第１スイッチＳＷ１がオン、第２スイッチＳＷ２がオフし、第１補助コイルＬ_Ａ１が中継アンテナ６０にカップリングされて、第１補助コイルＬ_Ａ１に流れる電流Ｉ_ＬＡ１に応じた補正電流Ｉ_Ａが、中継アンテナ６０に注入され、もしくは中継アンテナ６０から引き抜かれる。第２状態φ２では、第２スイッチＳＷ２がオン、第１スイッチＳＷ１がオフし、第１補助コイルＬ_Ａ１が中継アンテナ６０から切り離され、第１補助コイルＬ_Ａ１に流れる電流Ｉ_ＬＡ１が、中継アンテナ６０とは独立した電流経路（ＳＷ２）に流れる。

【0115】

コントローラ２０２は、第１状態φ１と第２状態φ２を、ワイヤレス給電装置（不図示）において送信アンテナに印加される駆動電圧Ｖ_ＤＲＶと同じ周波数ｆ_ＴＸで、かつ駆動電圧Ｖ_ＤＲＶに対して所定の位相差θ_ＰＸで切りかえてもよい。

【0116】

第１の実施の形態と同様に、各スイッチは、片方向スイッチであってもよいし、双方向スイッチであってもよい。なお、片方向スイッチを使用する場合、コントローラ２０２は、各スイッチを、それぞれの逆導通素子に電流が流れない位相でスイッチングする。

【0117】

以上が中継器６ｄの構成である。続いてその動作を説明する。
スイッチＳＷ１、ＳＷ２はそれぞれ、オフ状態においていずれの方向にも電流を流さない双方向スイッチであるものとする。

【0118】

図１４は、図１３の中継器６ｄの動作波形図である。上から順に、中継コイルＬ_ＰＸと共振用キャパシタＣ_ＰＸの両端間の共振電圧Ｖ_ＰＸ、中継アンテナ６０に流れる共振電流Ｉ_ＰＸ、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、補正電流Ｉ_Ａ、第１補助コイルＬ_Ａ１の電流Ｉ_ＬＡ１を示す。共振電流Ｉ_ＰＸおよび共振電圧Ｖ_ＰＸは、実線が自動チューニング補助回路２００を動作させてから十分な時間が経過した後の定常状態（疑似共振状態）における波形を、破線が自動チューニング補助回路２００を動作させない非共振状態における波形を示す。

【0119】

コントローラ２０２は、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶと同じ周波数で、かつ駆動電圧Ｖ_ＤＲＶに対して所定の位相差θ_ＰＸで、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を相補的にスイッチングする。

【0120】

疑似共振状態を実現するためには、第１スイッチＳＷ１および第１スイッチＳＷ１を適切な周波数ｆ_ＴＸおよび位相θ_ＰＸでスイッチングさせる必要がある。そこでワイヤレス給電装置２から中継器６ｄに対して、周波数ｆ_ＴＸおよび位相θ_ＰＸを示すデータを送信してもよい。あるいは中継器６ｄは、位相θ_ＰＸをスイープし、最適な位相θ_ＰＸを検出してもよい。

【0121】

そして第１状態φ１と第２状態φ２を繰り返すことにより、第１補助コイルＬ_Ａ１の電流Ｉ_ＬＡ１の大きさおよび向きは、駆動電圧Ｖ_ＤＲＶと共振電流Ｉ_ＰＸの位相差がゼロとなるように、すなわち共振状態が成り立つポイントに収束する。

【0122】

第２状態φ２では、電流Ｉ_ＬＡ１は第２スイッチＳＷ２を含むループに流れ、そのレベルは一定に保たれる。そして第１状態φ１では、電流Ｉ_ＬＡ１が、補正電流Ｉ_Ａとして中継アンテナ６０に供給される。つまり自動チューニング補助回路２００は、補正電流Ｉ_Ａを中継アンテナ６０に供給する補正電流源と把握することができる。

【0123】

図１５は、図１３の中継器６ｄの等価回路図である。第１の実施の形態で説明したキャパシタを用いた自動チューニング補助回路１００が補正電圧源と把握されるのに対して、コイルを用いた自動チューニング補助回路２００は、補正電流Ｉ_Ａを中継アンテナ６０に供給する補正電流源と把握することができる。

【0124】

以上が中継器６の動作である。
図１３の中継器６ｄによれば、共振用キャパシタＣ_ＰＸの容量値を調節することなく、自動的に共振状態を実現することができる。また、自動チューニング補助回路２００によれば、疑似共振状態を満足する補正電流Ｉ_Ａを自動的に生成できる。

【0125】

図１６（ａ）、（ｂ）は、図１３の自動チューニング補助回路２００の変形例を示す回路図である。これらの変形例では、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２は、片方向スイッチを用いて構成される。

【0126】

図１６（ａ）、（ｂ）において、第１スイッチＳＷ１は、片方向スイッチＳＷ１ａと、それと直列に設けられた整流ダイオードＤ１ｂを含む。整流ダイオードＤ１ｂは、片方向スイッチＳＷ１ａの逆導通素子である寄生ダイオード（ボディダイオード）Ｄ１ａと逆向きに配置される。スイッチＳＷ１ａと整流ダイオードＤ１ｂの順序は入れ替えてもよい。

【0127】

第２スイッチＳＷ２も第１スイッチＳＷ１と同様に構成され、片方向スイッチＳＷ２ａと、それと直列に設けられた整流ダイオードＤ２ｂを含む。整流ダイオードＤ２ｂは、片方向スイッチＳＷ２ａの寄生ダイオード（ボディダイオード）Ｄ２ａと逆向きに配置される。スイッチＳＷ２ａと整流ダイオードＤ２ｂの順序は入れ替えてもよい。

【0128】

整流ダイオードＤ１ｂ、Ｄ２ｂを、寄生ダイオードＤ１ａ、Ｄ２ａと逆向きに設けることにより、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２が意図せずにオンするのを防止することができる。

【0129】

なお、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を双方向スイッチで構成する場合、自動チューニング補助回路２００は、正、負両方の補正電流Ｉ_Ａを生成可能であった。これに対して、図１６（ａ）の自動チューニング補助回路２００ａは、正の補正電流Ｉ_Ａを生成できるが、負の補正電流Ｉ_Ａは生成できない。反対に図１６（ｂ）の自動チューニング補助回路２００ｂは、負の補正電流Ｉ_Ａを生成できるが、正の補正電流Ｉ_Ａは生成できない。したがって、図１６（ａ）、（ｂ）の自動チューニング補助回路２００ａ、２００ｂでは、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２のスイッチングの位相が制約される。

【0130】

（第５の実施例）
図１７は、第５の実施例に係る自動チューニング補助回路２００ｃを備える中継器６ｅを示す回路図である。
自動チューニング補助回路２００ｃは、図１３の自動チューニング補助回路２００に加えて、第３スイッチＳＷ３、第４スイッチＳＷ４、第２補助コイルＬ_Ａ２を備える。第３スイッチＳＷ３および第２補助コイルＬ_Ａ２は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に直列に設けられる。第３スイッチＳＷ３および第２補助コイルＬ_Ａ２は入れ替えてもよい。第４スイッチＳＷ４は、第２補助コイルＬ_Ａ２に対して並列に設けられる。コントローラ２０２は、第１状態φ１において第１スイッチＳＷ１および第４スイッチＳＷ４をオンし、第２状態φ２において第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３をオンする。

【0131】

以上が中継器６ｅの構成である。続いてその動作を説明する。

【0132】

図１８は、図１７の中継器６ｅの動作波形図である。
第１状態φ１では、第１補助コイルＬ_Ａ１が中継アンテナ６０にカップリングされて、第１補助コイルＬ_Ａ１に流れる電流Ｉ_ＬＡ１に応じた第１補正電流Ｉ_Ａが、中継アンテナ６０に注入され、もしくは中継アンテナ６０から引き抜かれる。このとき、第２補助コイルＬ_Ａ２は中継アンテナ６０から切り離され、第２補助コイルＬ_Ａ２に流れる電流Ｉ_ＬＡ２が、中継アンテナ６０とは独立した電流経路に流れる。

【0133】

第２状態φ２では、第１補助コイルＬ_Ａ１が中継アンテナ６０から切り離され、第１補助コイルＬ_Ａ１に流れる電流Ｉ_ＬＡ１が、中継アンテナ６０とは独立した電流経路に流れる。このとき、第２補助コイルＬ_Ａ２が中継アンテナ６０にカップリングされて、第２補助コイルＬ_Ａ２に流れる電流Ｉ_ＬＡ２に応じた第２補正電流Ｉ_Ａ２が、中継アンテナ６０に注入され、もしくは中継アンテナ６０から引き抜かれる。

【0134】

つまり、２つの補助コイルＬ_Ａ１、Ｌ_Ａ２が相補的に中継アンテナ６０にカップリングされ、補正電流Ｉ_Ａ１、Ｉ_Ａ２が交互に中継アンテナ６０に供給される。別の観点から見ると図１７の自動チューニング補助回路２００ａは、図１３の自動チューニング補助回路２００を２個備え、それらが逆相で動作するものと理解できる。そして、第１補助コイルＬ_Ａ１による補正電流Ｉ_Ａ１と、第２補助コイルＬ_Ａ２による補正電流Ｉ_Ａ２は逆極性となる。中継アンテナ６０に供給される補正電流Ｉ_Ａは、２つの補正電流Ｉ_Ａ１、Ｉ_Ａ２の合計となる。

【0135】

この中継器６ｅによれば、第４の実施例と同様の効果を得ることができる。

【0136】

図１９は、図１７の自動チューニング補助回路２００ｃの変形例を示す回路図である。この変形例では、第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４は、片方向スイッチを用いて構成される。図１９の自動チューニング補助回路２００ｄにおいて、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、図１６（ａ）と同様に構成され、第３スイッチＳＷ３および第４スイッチＳＷ４は、図１６（ｂ）と同様に構成される。この変形例によっても、図１７の自動チューニング補助回路２００ｃと同様の効果を得ることができる。

【0137】

（第６の実施例）
図２０は、第６の実施例に係る自動チューニング補助回路２００ｅを備える中継器６ｆを示す回路図である。

【0138】

自動チューニング補助回路２００ｅは、Ｈブリッジ回路を構成する第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４および第１補助コイルＬ_Ａ１を備える。具体的には、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２は、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に直列に設けられる。第３スイッチＳＷ３および第４スイッチは、第１端子Ｐ１と第２端子Ｐ２の間に直列に、かつ第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２に対して並列に設けられる。第１補助コイルＬ_Ａ１は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２の接続点Ｎ３と、第３スイッチＳＷ３と第４スイッチＳＷ４の接続点Ｎ４と、の間に設けられる。

【0139】

第１スイッチＳＷ１〜第４スイッチＳＷ４は、片方向スイッチで構成してもよいし、双方向スイッチで構成してもよい。双方向スイッチを用いる場合、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を、図１９のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のように構成すればよい。

【0140】

コントローラ２０２は、第１スイッチＳＷ１および第４スイッチＳＷ４のペアがオンとなる第１状態φ１と、第２スイッチＳＷ２および第３スイッチＳＷ３のペアがオンとなる第２状態φ２と、を電力信号Ｓ１と同じ周波数でスイッチングする。

【0141】

図２０の自動チューニング補助回路２００ｅによれば、正負両極性の補正電流を、単一の補正コイルを用いて生成することができる。

【0142】

（第２の実施の形態のまとめ）
第４、第５の実施例では、補助コイルが１個、または２個の場合を説明したが、当業者であれば、任意の個数の補助コイルを用いて、同様の機能を奏する回路を構成しうることが理解されよう。
また、第４の実施例ではスイッチが２個の場合、第５、第６の実施例では、スイッチが４個の場合を説明したが、当業者によれば、複数のスイッチのトポロジーも、補助コイルの個数に応じて適宜配置しうる。

【0143】

つまり、第４から第６の実施例に具現化される第２の実施の形態に係る発明を一般化すると、以下の技術的思想が導かれる。
（第３の技術的思想）
自動チューニング補助回路２００は、中継アンテナ６０とカップリングされる第１端子Ｐ１および第２端子Ｐ２と、Ｎ個（Ｎは自然数）の補助コイルＬ_Ａ１〜Ｌ_ＡＮと、複数Ｍ個（Ｍは自然数）のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭと、コントローラ２０２と、を備える。複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭはそれぞれ、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、Ｎ個の補助キャパシタＣ_Ａ１〜Ｃ_ＡＮの端子のうち２つの間に設けられる。コントローラ２０２は、複数のスイッチＳＷ１〜ＳＷＭそれぞれを、ワイヤレス給電装置から放射される電力信号Ｓ１と同期してスイッチングする。

【0144】

また、別の観点からみると、以下の技術的思想が導かれる。
（第４の技術的思想）
自動チューニング補助回路２００は、補助コイルＬ_Ａを含み、（１）補助コイルＬ_Ａが中継アンテナ６０にカップリングされて、補助コイルＬ_Ａに流れる電流Ｉ_ＬＡに応じた補正電流Ｉ_Ａを、中継アンテナ６０に注入しもしくは中継アンテナ６０から引き抜く第１状態φ１と、（２）補助コイルＬ_Ａが中継アンテナ６０から切り離され、補助コイルＬ_Ａに流れる電流Ｉ_ＬＡが、中継アンテナ６０とは独立した電流経路に流れる第２状態φ２と、を交互に繰り返すよう構成される。

【0145】

したがって、第４から第６の実施例で説明した構成のみでなく、第３または第４の技術的思想によって導かれるさまざまな形式の自動チューニング補助回路が、本発明の技術的範囲に含まれる。

【0146】

続いて、自動チューニング補助回路２００と、中継アンテナ６０のカップリングの変形例を説明する。

【0147】

図２１（ａ）〜（ｆ）は、自動チューニング補助回路２００と中継アンテナ６０のカップリングの変形例を示す回路図である。図２１（ａ）〜（ｄ）では、自動チューニング補助回路２００が中継アンテナ６０と直接カップリングされる。図２１（ｅ）、（ｆ）では、自動チューニング補助回路２００が中継アンテナ６０と磁気的に結合される。

【0148】

図２１（ａ）は、図１３、図１７、図２０と同様である。図２１（ｂ）では、自動チューニング補助回路２００は、共振用キャパシタＣ_ＰＸとカップリングされる。図２１（ｃ）の中継コイルＬ_ＰＸにはタップ６３が設けられる。自動チューニング補助回路２００の第１端子Ｐ１は、タップ６３と接続され、第２端子Ｐ２は、中継コイルＬ_ＰＸの一端と接続される。

【0149】

図２１（ｄ）の中継アンテナ６０は、中継コイルＬ_ＰＸと直列に設けられた２つの共振用キャパシタＣ_ＰＸ１、Ｃ_ＰＸ２含む。自動チューニング補助回路２００の第１端子Ｐ１は、一方の共振用キャパシタＣ_ＰＸ２の一端に接続され、第２端子Ｐ２は、同じ共振用キャパシタＣ_ＰＸ２の他端と接続される。

【0150】

図２１（ｅ）の中継器は、中継コイルＬ_ＰＸと磁気的に結合された第２コイルＬ２をさらに備える。自動チューニング補助回路２００の第１端子Ｐ１は、第２コイルＬ２の一端と接続され、第２端子Ｐ２は、第２コイルＬ２の他端と接続される。

【0151】

図２１（ｆ）の中継器は、トランスＴ２をさらに備える。トランスＴ２の１次巻線Ｗ１は、中継コイルＬ_ＰＸと直列に設けられる。自動チューニング補助回路２００の第１端子Ｐ１は、トランスＴ２の２次巻線Ｗ２の一端と接続され、第２端子Ｐ２は、２次巻線Ｗ２の他端と接続される。

【0152】

図２１（ａ）〜（ｆ）の変形例、あるいはこれらに類似する回路においても、擬似的な共振状態を実現できる。
また、図２１（ｃ）〜（ｆ）の構成では、図２１（ａ）、（ｂ）に比べて、自動チューニング補助回路２００の端子Ｐ１−Ｐ２間の電圧を下げることができる。したがって、自動チューニング補助回路２００を構成するスイッチに低耐圧素子を利用することができ、設計が容易となり、あるいは低コスト化できる。

【0153】

以上、本発明について、第１、第２の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

【0154】

実施の形態では図２に示すように、中継器６にのみ自動チューニング補助回路１００（２００）を設ける場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえば、中継器６に加えて、ワイヤレス給電装置２に、自動チューニング補助回路１００（２００）を実装してもよい。あるいは、中継器６に加えて、ワイヤレス受電装置４に自動チューニング補助回路１００（２００）を実装してもよい。

【0155】

実施の形態では図２に示すように、単一の中継器６を設ける場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。図２２は、変形例に係るワイヤレス送電システム１ａを示すブロック図である。図２２のワイヤレス送電システム１ａは、複数の中継器６を備える。複数の中継器６は、アレー状に配置してもよい。複数の中継器６はそれぞれ、自動チューニング補助回路１００（２００）を備える。

【0156】

複数の中継器６それぞれにおいて、自動チューニング補助回路１００（２００）を同期して動作させることにより、ワイヤレス給電装置２、ワイヤレス受電装置４、複数の中継器６の相互作用によって共振条件が変化しても、その変化に追従するように、各自動チューニング補助回路１００（２００）における補正電圧Ｖ_Ａあるいは補正電流Ｉ_Ａが最適化され、ワイヤレス送電システム１ａ全体で共振条件を満たすことができる。

【0157】

複数の自動チューニング補助回路１００（２００）におけるスイッチングの位相φ_ＰＸは同じであってもよい。

【0158】

あるいは、意図的に自動チューニング補助回路１００（２００）ごとに、位相φ_ＰＸを異ならしめてもよい。この場合、中継器６ごとに中継する電力信号Ｓ１（磁界）の量を制御することができる。この制御によって、ワイヤレス受電装置４が複数の存在する場合に、ワイヤレス受電装置４ごとに給電量を制御したり、電力信号Ｓ１の指向性を制御することができる。

【0159】

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0160】

１…ワイヤレス送電システム、２…ワイヤレス給電装置、４…ワイヤレス受電装置、６…中継器、２０…送信アンテナ、Ｌ_ＴＸ…送信コイル、Ｃ_ＴＸ…共振用キャパシタ、４０…受信アンテナ、４２…整流回路、４４…平滑コンデンサ、４６…負荷、Ｌ_ＲＸ…受信コイル、Ｃ_ＲＸ…共振用キャパシタ、６０…中継アンテナ、Ｌ_ＲＸ…中継コイル、Ｃ_ＲＸ…共振用キャパシタ、１００…自動チューニング補助回路、１０２…コントローラ、Ｐ１…第１端子、Ｐ２…第２端子、Ｃ_Ａ１…第１補助キャパシタ、Ｃ_Ａ２…第２補助キャパシタ、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ、ＳＷ４…第４スイッチ、２００…自動チューニング補助回路、２０２…コントローラ、Ｃ_Ａ１…第１補助キャパシタ、Ｃ_Ａ２…第２補助キャパシタ、Ｃ_Ａ３…第３補助キャパシタ、Ｃ_Ａ４…第４補助キャパシタ、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、ＳＷ３…第３スイッチ、ＳＷ４…第４スイッチ、Ｌ_Ａ１…第１補助コイル、Ｌ_Ａ２…第２補助コイル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】