特開 2024-155239 ワイヤレス給電システム、および、ワイヤレス給電システムの給電側で実行されるインバータの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155239

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】ワイヤレス給電システム、および、ワイヤレス給電システムの給電側で実行されるインバータの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20241024BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023069823

(22)【出願日】2023-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】522355547

【氏名又は名称】Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ 株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100167276

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 秀樹

(74)【代理人】

【識別番号】100165331

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 智昭

(72)【発明者】

【氏名】大矢根 蒼

(72)【発明者】

【氏名】石本 誠人

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770DA01

5H770DA11

5H770DA18

5H770DA41

5H770HA05Y

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ワイヤレス給電システムにおいて、高効率な大電力の伝送を可能とし、かつ、給電側のインバータでの電力損失を低減するワイヤレス給電システム及びワイヤレス給電システムの給電側で実行するインバータの制御方法を提供する。
【解決手段】ワイヤレス給電システム１００は、ＰＴ（Ｐａｒｉｔｙ－Ｔｉｍｅ）対称性を保存する給電部２０と受電部１０と、を備える。給電部は、入力される駆動信号に応じて複数のスイッチング素子の開閉状態を切り替えることにより、給電部の共振周波数を制御するインバータ２３と、インバータから給電側共振回路に入力される入力電流を表す検出信号を出力する電流検出部２９と、現周期より所定の周期だけ遅延させたときの検出信号に現れている入力電流が負から正に切り替わるタイミングに合わせて、スイッチング素子の開閉状態が切り替わるように生成された駆動信号をインバータに出力する位相検出部３０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワイヤレス給電システムであって、
受電側コイルを含む受電側共振回路を有し、負荷に接続される受電部と、
給電側コイルを含む給電側共振回路を有し、前記受電部との間の磁気共鳴により前記受電部に給電する給電部と、
を備え、
前記給電部と前記受電部とはＰＴ対称性が保存されるように構成されており、
前記給電部は、
スイッチング素子を有し、入力される駆動信号に応じて前記複数のスイッチング素子の開閉状態を切り替えることにより、前記給電部の共振周波数を制御するインバータと、
前記インバータから前記給電側共振回路に入力される入力電流を検出し、前記入力電流を表す検出信号を出力する電流検出部と、
現周期より所定の周期だけ遅延させたときの前記検出信号に現れている前記入力電流が負から正に切り替わるタイミングに合わせて、前記スイッチング素子の開閉状態が切り替わるように生成された前記駆動信号を前記インバータに出力する位相検出部と、
を備える、ワイヤレス給電システム。

【請求項2】

請求項１記載のワイヤレス給電システムであって、
前記位相検出部は、入力された信号の位相を前記所定の周期だけ遅延させる位相遅延部を有し、前記位相検出部を用いて、現周期よりも前記所定の周期だけ前の前記入力電流の位相を基準にした前記駆動信号を生成する、ワイヤレス給電システム。

【請求項3】

請求項２記載のワイヤレス給電システムであって、
前記位相遅延部は、入力された信号の位相を３／４周期以上遅延させる、ワイヤレス給電システム。

【請求項4】

請求項３記載のワイヤレス給電システムであって、
前記位相遅延部は、複数の位相遅延回路が直列に接続された構成を有する、ワイヤレス給電システム。

【請求項5】

請求項４記載のワイヤレス給電システムであって、
前記位相遅延回路は、ＣＲ回路によって構成されている、ワイヤレス給電システム。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システムであって、
前記電流検出部は、前記入力電流とは正負が反転している前記検出信号を出力する、ワイヤレス給電システム。

【請求項7】

受電側コイルを含む受電側共振回路を有し、負荷に接続された受電部と、給電側コイルを含む給電側共振回路を有し、前記受電部との間の磁気共鳴により前記受電部に給電する給電部と、を備え、前記給電部が、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の開閉状態を切り替えることによって前記給電部の共振周波数を制御するインバータを有し、前記給電部と前記受電部とがＰＴ対称性が保存されるように構成されているワイヤレス給電システムにおいて前記給電部が実行する、前記インバータの制御方法であって、
前記インバータから前記給電側コイルに入力される入力電流を表す検出信号を取得する工程と、
現周期より所定の周期だけ遅延させたときの前記検出信号に現れている前記入力電流が負から正に切り替わるタイミングに合わせて前記スイッチング素子の開閉状態が切り替わるように前記インバータを駆動する工程と、
を備える、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、ワイヤレス給電システム、および、ワイヤレス給電システムの給電側で実行されるインバータの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ワイヤレス給電の一例としては、電磁気の作用を利用して、受電側のコイルと給電側のコイルとの間で無線での電力の伝送を可能にする結合型（非放射型）がある。結合型のワイヤレス給電の中でも、磁気共鳴方式によれば、電磁誘導方式に比較して、受電側のコイルと給電側のコイルとの間の距離や位置ずれが大きくなっても電力の高い伝送効率が得られることが知られている。

【0003】

磁気共鳴方式では、通常、伝送電力は、受電側と給電側のコイル間の距離である伝送距離に大きく影響される。これは、共振周波数が伝送距離によって変化するためである。そのため、磁気共鳴方式を採用している従来のワイヤレス給電システムでは、伝送距離が変化しても伝送電力が一定に維持されるように、受電側と給電側とが互いに通信して、協同して共振状態を維持するための制御を行なう構成が採用される場合があった。しかしながら、そのような構成は、ワイヤレス給電を行うシステムや装置の大型化や複雑化の原因となっていた。

【0004】

このような課題に対して、ＰＴ（Ｐａｒｉｔｙ－Ｔｉｍｅ）対称性を利用した、磁気共鳴方式のワイヤレス給電の技術が提案されている。ＰＴ対称性は、パリティ対称性（Ｐａｒｉｔｙ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）と時間反転対称性（Ｔｉｍｅ－ｒｅｖｅｒｓａｌ ｓｙｍｍｅｔｒｙ）とが組み合わされた対称性を意味する。ＰＴ対称性を利用したワイヤレス給電の技術の一例は、例えば、下記の特許文献１に開示されている。

【0005】

ＰＴ対称性を利用したワイヤレス給電の技術によれば、受電側のコイルと給電側のコイルの間の距離が変動しても、ＰＴ対称性の原理に従って、伝送電力およびシステム全体での電力の伝送効率が一定に維持されるように受電側と給電側の共振状態が自然に調整される。そのため、上述したような共振状態を維持するための制御を行なう装置構成を省略することも可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２２－１２１３２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

磁気共鳴方式のワイヤレス給電システムでは、通常、給電側の共振周波数が、インバータのスイッチング周波数によって制御される。上記の特許文献１等の従来のＰＴ対称性を利用したワイヤレス給電システムでは、インバータによる高周波域での周波数の制御の精度が十分ではなく、例えば、１ｋＷ以上の大電力の伝送効率が十分に確保されていなかった。また、大電力の伝送の際には、ハードスイッチングの発生により、インバータのスイッチング動作の際の電力損失が無視できないほど大きくなり、発熱量の増大やシステム全体での電力の伝送効率の低下が発生するという課題もあった。

【0008】

本願は、ワイヤレス給電システムにおいて、高効率な大電力の伝送を可能とし、かつ、給電側のインバータでの電力損失を低減できる技術を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願発明は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

【0010】

本願発明の一形態は、ワイヤレス給電システムとして提供される。この形態のワイヤレス給電システムは、受電側コイルを含む受電側共振回路を有し、負荷に接続される受電部と、給電側コイルを含む給電側共振回路を有し、前記受電部との間の磁気共鳴により前記受電部に給電する給電部と、を備え、前記給電部と前記受電部とはＰＴ対称性が保存されるように構成されており、前記給電部は、スイッチング素子を有し、入力される駆動信号に応じて前記複数のスイッチング素子の開閉状態を切り替えることにより、前記給電部の共振周波数を制御するインバータと、前記インバータから前記給電側共振回路に入力される入力電流を検出し、前記入力電流を表す検出信号を出力する電流検出部と、前記検出信号の現周期より所定の周期だけ遅延させたときの前記入力電流が負から正に切り替わるタイミングに合わせて前記スイッチング素子の開閉状態が切り替わるように生成された前記駆動信号を前記インバータに出力する位相検出部と、を備える。
この形態のワイヤレス給電システムによれば、受電側コイルと給電側コイルの間の距離が変動した場合でも、ＰＴ対称性の原理によって、受電側と給電側の共振状態が維持され、伝送電力およびシステム全体での電力の伝送効率が変動することが抑制される。また、インバータのスイッチング素子の開閉周期を給電部での共振の周期に精度よく一致させることができる。そのため、大電力を伝送する場合でも、インバータの駆動制御の精度不足に起因して電力の伝送効率が低下してしまうことを抑制できる。また、給電部でのインバータの駆動において、ソフトスイッチングであるゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）を実現することができ、インバータのスイッチング動作に起因する電力損失を大幅に低減することができる。

【0011】

本願発明は、ワイヤレス給電システムや、ワイヤレス給電システムの給電側で実行されるインバータの制御方法以外の種々の形態で実現することが可能である。本願発明は、例えば、ワイヤレス給電システムを構成する給電部や受電部を構成する装置や、ワイヤレス給電システムで実行されるワイヤレス給電の方法、給電側のインバータの駆動を制御する制御回路等の形態で実現することができる。本願発明は、その他に、例えば、ワイヤレス給電システムの給電方法や、インバータの駆動制御をコンピュータに実行させるためのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することもできる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態のワイヤレス給電システムの構成を示す概略図。

【図2】位相遅延回路の一例を示す概略図。

【図3】インバータの出力電圧の位相と駆動信号の位相との関係を示す説明図。

【図4】第２実施形態の位相検出部が出力する駆動信号を説明するための説明図。

【図5】第３実施形態のワイヤレス給電システムの構成を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図を参照しながら、ワイヤレス給電システム、および、ワイヤレス給電システムの給電側で実行されるインバータの制御方法の実施形態の一例を説明する。

【0014】

１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態のワイヤレス給電システム１００の構成を示す概略図である。本実施形態のワイヤレス給電システム１００は、ＰＴ対称性の原理を利用した磁気共鳴方式のワイヤレス給電を実行する。以下、ワイヤレス給電システム１００を単に、「給電システム１００」とも呼ぶ。

【0015】

給電システム１００は、外部の負荷ＬＤに接続された受電部１０と、外部の直流電源に接続された給電部２０と、を備える。給電システム１００では、給電部２０と受電部１０のそれぞれが備える共振回路が磁界共鳴することにより、給電部２０から受電部１０へと無線で電力が伝送される。

【0016】

受電部１０は、受電側共振回路１０ｃを構成する、受電側コイル１１と、受電側コンデンサ１２と、を備える。本実施形態では、受電側コイル１１と受電側コンデンサ１２とは負荷ＬＤに対して直列に接続されている。受電側コイル１１は、給電部２０からのワイヤレス給電を受けるときには、給電部２０の給電側コイル２１と互いに電気的導通を伴う直接的な接触をしない状態で隣り合う位置に配置される。

【0017】

給電部２０は、給電側共振回路２０ｃを構成する、給電側コイル２１と、給電側コンデンサ２２と、を備える。本実施形態では、給電側コイル２１と給電側コンデンサ２２とは直列に接続されている。給電部２０は、さらに、インバータ２３と、電流検出部２９と、位相検出部３０と、を備える。

【0018】

インバータ２３は、スイッチング素子２５を有し、位相検出部３０から入力される駆動信号Ｓｄ，ｒＳｄに応じてスイッチング素子２５の開閉状態を切り替えることにより、給電部２０の共振周波数を制御する。スイッチング素子２５は、例えば、ＭＯＳＦＥＴによって構成される。本実施形態のインバータ２３は、複数のスイッチング素子２５によって構成された、第１スイッチ回路２４ａと第２スイッチ回路２４ｂとを有する。

【0019】

第１スイッチ回路２４ａは、一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓと、ゲート駆動回路２６と、を備える。一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓは、電圧ＶＰＰの直流電源に対して直列に接続されている。また、一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓのそれぞれは、給電側共振回路２０ｃの一方の端子に対して並列に接続されている。本実施形態では、第１スイッチ回路２４ａの一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓは、給電側コンデンサ２２を介して給電側コイル２１に接続されている。

【0020】

ゲート駆動回路２６の入力端子は、位相検出部３０に接続されている。ゲート駆動回路２６には、入力端子を通じて位相検出部３０から駆動信号Ｓｄが入力される。ゲート駆動回路２６は、２つの出力端子を有しており、それぞれの出力端子に、一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓのうちの対応する１つが接続されている。ゲート駆動回路２６は、一対のスイッチング素子２５のそれぞれに、位相が互いに反転している信号を並列に出力する。ゲート駆動回路２６は、第１スイッチング素子２５ｆに第１駆動信号Ｓｄｆを出力し、第２スイッチング素子２５ｓに第２駆動信号Ｓｄｓを出力する。後述するように、第１駆動信号Ｓｄｆと第２駆動信号Ｓｄｓの間には、適切なデッドタイムが設けられている。

【0021】

第２スイッチ回路２４ｂは、第１スイッチ回路２４と同様に、一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓと、ゲート駆動回路２６と、を備えている。第２スイッチ回路２４ｂの回路構成は、第１スイッチ回路２４と同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、第２スイッチ回路２４ｂの一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓはそれぞれ、第１スイッチ回路２４ａの一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓが接続されているのとは反対の、給電側共振回路２０ｃの他方の端子に並列に接続されている。また、第２スイッチ回路２４ｂの各スイッチング素子２５ｆ，２５ｓには、ゲート駆動回路２６から、第１スイッチ回路２４ａの各スイッチング素子２５ｆ，２５ｓに入力される駆動信号Ｓｄｆ，Ｓｄｓを反転させた駆動信号ｒＳｄｆ，ｒＳｄｓが入力される。

【0022】

第１スイッチ回路２４ａと第２スイッチ回路２４ｂのいずれにおいても、一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓのそれぞれの開閉状態は、ゲート駆動回路２６から出力される駆動信号Ｓｄｆ，Ｓｄｓの位相に応じて切り替わる。一対のスイッチング素子２５ｆ，２５ｓのそれぞれの開閉状態は、基本的には、一方が開状態のときには他方が閉状態となるように制御される。

【0023】

電流検出部２９は、インバータ２３から給電側共振回路２０ｃに入力される入力電流Ｉｔを検出し、その入力電流Ｉｔを表す検出信号ＤＳを位相検出部３０に出力する。電流検出部２９は、例えば、電流センサによって構成される。本実施形態では、電流検出部２９は、インバータ２３の第１スイッチ回路２４ａと給電側コンデンサ２２との間に設置されている。また、本実施形態では、電流検出部２９は、入力電流Ｉｔと正負の方向が一致する検出信号ＤＳを出力するように構成されている。

【0024】

位相検出部３０は、位相遅延部３１と、コンパレータ３３と、信号反転素子３４と、を備えている。位相遅延部３１は、入力された信号の位相を所定の周期だけ遅延させる。本実施形態では、位相遅延部３１は、電流検出部２９が出力した検出信号ＤＳの位相を遅延させる。位相遅延部３１の入力側は、電流検出部２９に接続されており、出力側がコンパレータ３３に接続されている。位相遅延部３１の構成や動作、検出信号ＤＳの位相を遅延させる理由などの詳細については後述する。

【0025】

コンパレータ３３の非反転入力端子は、位相遅延部３１に接続されている。また、図示は省略されているが、コンパレータ３３の反転入力端子はアース、または、固定電位に接続されている。コンパレータ３３の出力端子は、インバータ２３の第１スイッチ回路２４ａが有するゲート駆動回路２６の入力端子と、信号反転素子３４と、に接続されている。コンパレータ３３は、位相遅延部３１から入力される周期波形を矩形波に変換した駆動信号Ｓｄをインバータ２３の第１スイッチ回路２４に入力するとともに、同じ駆動信号Ｓｄを信号反転素子３４に出力する。

【0026】

信号反転素子３４の入力端子は、コンパレータ３３の出力端子に接続されている。信号反転素子３４の出力端子は、インバータ２３の第２スイッチ回路２４ｂが有するゲート駆動回路２６の入力端子に接続されている。信号反転素子３４は、コンパレータ３３が出力した矩形波の位相を反転させてインバータ２３の第２スイッチ回路２４ｂのゲート駆動回路２６に入力する。これにより、インバータ２３の第２スイッチ回路２４には、位相検出部３０から、駆動信号Ｓｄが反転された駆動信号ｒＳｄが入力される。

【0027】

ワイヤレス給電システム１００では、受電部１０と給電部２０とはＰＴ対称性が保存されるように構成されている。給電部２０の電流検出部２９と位相検出部３０とインバータ２３とで構成される回路は、受電部１０に接続された負荷ＬＤに対応する負性抵抗として振る舞う負性抵抗回路として機能するように構成されている。これにより、受電側コイル１１と給電側コイル２１との間の距離が変動した場合であっても、ＰＴ対称性の原理に従って、受電部１０と給電部２０の共振周波数が自然と調整され、伝送電力が一定に維持される。

【0028】

図２および図３を参照して、位相遅延部３１の詳細を説明する。

【0029】

図２は、位相遅延部３１を構成する位相遅延回路３１ｃの一例を示す概略図である。本実施形態では、位相遅延部３１は、複数の位相遅延回路３１ｃによって構成されている。位相遅延回路３１ｃは、コンデンサ３２ｃと抵抗３２ｒとを備えるＣＲ回路によって構成されている。本実施形態では、位相遅延部３１は、複数の位相遅延回路３１ｃが直列に接続された構成を有している。位相遅延部３１は、例えば、それぞれが位相をπ／２以上遅延させる２つの位相遅延回路３１ｃを直列に接続することにより構成されてもよい。

【0030】

図３には、給電側共振回路２０ｃの入力電流Ｉｔと駆動信号Ｓｄ，Ｓｄｆ，Ｓｄｓと第１スイッチ回路２４ａの第１スイッチ素子２５ｆの電圧Ｖｆと給電側共振回路２０ｃの入力電圧Ｖｔのタイミングチャートが図示されている。また、図３には、入力電流Ｉｔと駆動信号Ｓｄの間に、理想的駆動信号Ｓｄｉと、比較例としての駆動信号Ｓｄｃとが図示されている。比較例の駆動信号Ｓｄｃは、位相遅延部３１で検出信号ＤＳの位相が遅延されなかった場合に生成される信号に相当する。なお、図３において、駆動信号Ｓｄｆは、第１スイッチ回路２４ａにおける第１スイッチング素子２５ｆの開閉状態を示しており、駆動信号Ｓｄｓは、第１スイッチ回路２４ａにおける第２スイッチング素子２５ｓの開閉状態を示している。

【0031】

給電部２０では、位相検出部３０が出力する駆動信号Ｓｄは、理想的駆動信号Ｓｄｉが示すように、入力電流Ｉｔに対する位相差がゼロであることが好ましい。しかしながら、位相検出部３０に位相遅延部３１が設けられていなかった場合には、比較例の駆動信号Ｓｄｃに示すように、入力電流Ｉｔと駆動信号Ｓｄｃとの間には位相の遅れＤＬが生じる。この位相の遅れＤＬが生じると、スイッチング素子２５が閉状態になる前にスイッチング素子２５に電流が流入する状態となり、ハードスイッチングが発生する。ハードスイッチングの発生は、ワイヤレス給電における大きな電力損失や伝送効率の低下の原因となる。この位相の遅れＤＬは、現実の電子回路では不可避的に生じるものである。

【0032】

そこで、給電部２０では、位相検出部３０は、入力電流Ｉｔの現周期での位相を基準とした駆動信号ではなく、入力電流Ｉｔの現周期より前の位相を基準とした駆動信号Ｓｄを生成して、インバータ２３に出力する。位相検出部３０は、現周期より所定の周期だけ遅延させたときの検出信号ＤＳに現れている入力電流Ｉｔが負から正に切り替わるタイミングに合わせてスイッチング素子２５の開閉状態が切り替わるように駆動信号Ｓｄを生成する。この駆動信号Ｓｄによれば、現周期において入力電流Ｉｔが負から正に切り替わるタイミングの直前にスイッチング素子２５の開閉状態が切り替わるようにすることができる。

【0033】

そのような駆動信号Ｓｄを生成するために、本実施形態では、位相検出部３０は、位相遅延部３１によって、検出信号ＤＳの位相を位相の遅れＤＬより大きく遅延させ、検出信号ＤＳの現周期より前の周期の位相を用いて駆動信号Ｓｄを生成する。位相遅延部３１は、実験等により予め定められた周期だけ、検出信号ＤＳの位相を遅延させる。位相遅延部３１が遅延させる周期は、スイッチング素子２５の開閉状態が切り替わるタイミングが、検出信号ＤＳが表す入力電流Ｉｔが負から正に切り替わるタイミングの直前となるように設定される。具体的な数値範囲で表せば、位相遅延部３１は、検出信号ＤＳの位相を３／４周期以上、１周期未満の範囲で遅延させるように構成されているとしてよい。位相遅延部３１は、検出信号ＤＳの位相を５／６周期以上、１周期未満の範囲で遅延させるように構成されているとしてもよい。この結果、位相検出部３１は、スイッチング素子２５の開閉状態が切り替わるタイミングが、入力電流Ｉｔが負から正に切り替わるタイミングの直前となる駆動信号Ｓｄを生成する。

【0034】

上述したように、位相遅延部３１では、ゲート駆動回路２６は、第１スイッチング素子２５ｆに入力される駆動信号Ｓｄｆ，ｒＳｄｆと第２スイッチング素子２５ｓに入力される駆動信号Ｓｄｓ，ｒＳｄｓとの間に所定のデッドタイムＤＴを形成する。デッドタイムＤＴは、第１スイッチング素子２５ｆを閉じるタイミングと第２スイッチング素子２５ｓを開くタイミングとの間における微小なタイムラグである。デッドタイムＤＴは、インバータ２３の入力電圧Ｖｔが上限値から下限値、または、下限値から上限値へと変化する過渡期に相当する。

【0035】

この構成によれば、インバータ２３のスイッチング素子２５の開閉周期と給電部２０での共振の周期とを精度よく一致させることができる。そのため、受電部１０と給電部２０との間で、例えば、１ｋＷ以上の大電力を伝送する場合でも、インバータ２３の駆動制御の精度不足に起因して伝送電力やシステム全体での電力の伝送効率が低下してしまうことを抑制できる。

【0036】

また、上記のような位相遅延部３１によって検出信号ＤＳの位相を遅延させる構成によれば、入力電流Ｉｔが負から正に切り替わるタイミングに合わせて、インバータ２３のスイッチング素子２５の開閉状態が切り替わる。これによって、スイッチング素子２５を閉じる前の負の電流によってスイッチング素子２５の寄生容量に蓄積されていた電荷を排除することができ、ゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）を実現できる。よって、電圧と電流の過渡交差が発生することが抑制され、インバータ２３におけるスイッチング素子２５の駆動による電力損失が低減される。このインバータ２３での電力損失の低減効果は、インバータ２３が高周波の領域で駆動するほど高くなる。

【0037】

上述したように、本実施形態の位相遅延部３１を構成する位相遅延回路３１ｃは、複数の位相遅延回路３１ｃが直列に接続された構成を有する。複数の位相遅延回路３１ｃを組み合わせれば、図２に示すような簡素な回路構成によって、上述したような、検出信号の現周期より前の周期の位相を用いて駆動信号Ｓｄを生成できるほどの位相の遅延を実現することができる。

【0038】

また、上述したように、本実施形態の位相遅延回路３１ｃは、ＣＲ回路によって構成されている。これにより、位相遅延回路３１ｃでの信号の減衰やノイズの発生を、より一層、抑制することができる。

【0039】

以上のように、本実施形態の給電システム１００によれば、受電側コイル１１と給電側コイル２１の間の距離が変動した場合でも、ＰＴ対称性の原理により、伝送電力およびシステム全体での電力の伝送効率の変動が抑制される。また、本実施形態の給電システム１００によれば、給電部２０の構成により、ハードスイッチングの発生を抑制でき、ＺＶＳを実現することができる。よって、高効率な大電力の伝送が可能であり、かつ、インバータ２３のスイッチング素子２５の開閉駆動に起因する電力損失の低減が可能である。

【0040】

２．第２実施形態：
図４を参照して、第２実施形態の給電システムにおいて位相検出部３０が出力するインバータ２３の駆動信号Ｓｄを説明する。図４には、入力電流Ｉｔと検出信号ＤＳと駆動信号Ｓｄのタイミングチャートが図示されている。

【0041】

第２実施形態の給電システムの構成は、電流検出部２９の接続の仕方が異なっている点以外は、第１実施形態の給電システム１００の構成とほぼ同じである。第２実施形態の給電システムでは、電流検出部２９は、入力電流Ｉｔとは正負の方向が反転する検出信号ＤＳを出力するように、第１実施形態のときとは極性を反転させた状態で接続されている。

【0042】

第２実施形態の給電システムでは、電流検出部２９が出力する検出信号ＤＳは、位相を１／２周期だけ遅延させた入力電流Ｉｔを表す。この構成であれば、第１実施形態の場合より、１／２周期前の位相において検出信号ＤＳに現れる入力電流Ｉｔが正から負に切り替わるタイミングを基準として、駆動信号Ｓｄを生成することができる。よって、第１実施形態の場合よりも、位相遅延部３１によって遅延させる周期を短く設定することができる。例えば、第２実施形態では、位相遅延部３１は、位相を、３／８周期以上１／２周期未満遅延させるものとしてもよい。

【0043】

３．第３実施形態：
図５は、第３実施形態の給電システム１００Ｂの構成を示す概略図である。第３実施形態の給電システム１００Ｂは、位相検出部３０Ｂにおいて、コンパレータ３３と位相遅延部３１の配置が入れ替えられ、コンパレータ３３が位相遅延部３１の前段に設けられている点以外は、第１実施形態の給電システム１００の構成とほぼ同じである。

【0044】

第３実施形態の給電システム１００Ｂでは、位相検出部３０Ｂは、位相遅延部３１によって検出信号ＤＳの位相を直接的には遅延させることなく、入力電流Ｉｔよりも位相が遅延された駆動信号Ｓｄを生成する。この駆動信号Ｓｄは、第１実施形態と同様に、現周期より所定の周期だけ遅延させたときの検出信号ＤＳに現れている入力電流Ｉｔの正負が切り替わるタイミングに合わせてスイッチング素子２５の開閉状態が切り替わるように生成されたものに相当する。よって、第３実施形態の給電システム１００Ｂによれば、第１実施形態で説明したのと同様な、インバータ２３の駆動におけるＺＶＳの実現を始めとする種々の効果を奏することができる。

【0045】

４．他の実施形態：
本願発明は、上述の実施形態の構成に限定されることはなく、例えば、以下のような形態で実現することもできる。以下において、他の実施形態として説明する構成はいずれも、上記の実施形態と同様に、本願発明を実施するための一形態例として位置づけられる。

【0046】

４－１．他の実施形態１：
上記の各実施形態において、受電部１０と給電部２０のそれぞれの共振回路１０ｃ，２０ｃは、コイルとコンデンサが並列に接続された構成であってもよい。

【0047】

４－２．他の実施形態２：
上記の各実施形態において、位相遅延部３１による信号の位相の遅延は、図２に例示したような多段構成の回路構成によって実現される代わりに、他の回路構成によって実現されていてもよい。また、位相遅延部３１を構成する位相遅延回路３１ｃは、ＣＲ回路によって実現される代わりに、例えば、ＲＣ回路によって実現されるものとしてもよい。

【0048】

４－３．他の実施形態３：
上記の第３実施形態の給電システムに、上記第２実施形態で説明した位相検出部３０Ｂの構成が適用されてもよい。つまり、第３実施形態の給電システムにおいて、電流検出部２９が、入力電流Ｉｔとは正負の方向が反転する検出信号ＤＳを出力するように接続されていてもよい。これによって、第２実施形態で説明したように、１／２周期前の位相において検出信号ＤＳに現れる入力電流Ｉｔが正から負に切り替わるタイミングを基準として、駆動信号Ｓｄを生成することが可能である。

【0049】

４－４．他の実施形態４：
上記の各実施形態の給電部２０では、電流検出部２９が、インバータ２３から給電側コイル２１に入力される入力電流の位相を表す検出信号ＤＳを取得する工程を実行し、位相検出部３０が、検出信号ＤＳの現周期より前の周期の位相に現れている検出信号ＤＳの正負が切り替わるタイミングに合わせてスイッチング素子２５の開閉状態が切り替わるようにインバータ２３を駆動する工程を実行する、インバータ２３の制御方法が実行されていると解釈することができる。これらの工程は、上記実施形態で説明したような回路構成によって実行される代わりに、例えば、コンピュータによって実行されるように構成されてもよい。

【0050】

５．形態例：
本願発明は、以下のような形態によって実現することが可能である。

【0051】

［第１形態］第１形態は、ワイヤレス給電システムとして提供される。第１形態のワイヤレス給電システムは、ワイヤレス給電システムとして提供される。この形態のワイヤレス給電システムは、受電側コイルを含む受電側共振回路を有し、負荷に接続される受電部と、給電側コイルを含む給電側共振回路を有し、前記受電部との間の磁気共鳴により前記受電部に給電する給電部と、を備え、前記給電部と前記受電部とはＰＴ対称性が保存されるように構成されており、前記給電部は、スイッチング素子を有し、入力される駆動信号に応じて前記複数のスイッチング素子の開閉状態を切り替えることにより、前記給電部の共振周波数を制御するインバータと、前記インバータから前記給電側コイルに入力される入力電流を検出し、前記入力電流を表す検出信号を出力する電流検出部と、現周期より所定の周期だけ遅延させたときの前記検出信号に現れている前記入力電流が負から正に切り替わるタイミングに合わせて、前記スイッチング素子の開閉状態が切り替わるように生成された前記駆動信号を前記インバータに出力する位相検出部と、を備える。
第１形態のワイヤレス給電システムによれば、受電側コイルと給電側コイルの間の距離が変動した場合でも、ＰＴ対称性の原理によって、受電側と給電側の共振状態が維持され、伝送電力およびシステム全体での電力伝送効率が変動することが抑制される。また、インバータのスイッチング素子の開閉周期を給電部での共振の周期に精度よく一致させることができる。そのため、大電力を伝送する場合でも、インバータの駆動制御の精度不足に起因して電力の伝送効率が低下してしまうことを抑制できる。また、給電部でのインバータの駆動において、ソフトスイッチングであるゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）を実現することができ、インバータのスイッチング動作に起因する電力損失を大幅に低減することができる。

【0052】

［第２形態］上記第１形態のワイヤレス給電システムの構成において、前記位相検出部は、入力された信号の位相を前記所定の周期だけ遅延させる位相遅延部を有し、前記位相遅延部を用いて、現周期よりも前記所定の周期だけ前の前記入力電流の位相を基準にした前記駆動信号を生成してよい。
第２形態のワイヤレス給電システムによれば、入力電流の現周期より前の周期の位相を基準とした駆動信号を容易に生成することができる。

【0053】

［第３形態］上記第２形態のワイヤレス給電システムの構成において、前記位相遅延部は、入力された信号の位相を３／４周期以上遅延させてもよい。
第３形態のワイヤレス給電システムによれば、インバータによる周波数制御の精度を、より一層高めることができる。

【0054】

［第４形態］上記第２形態または第３形態に記載のワイヤレス給電システムの構成において、前記位相遅延部は、複数の位相遅延回路が直列に接続された構成を有してよい。
第３形態のワイヤレス給電システムによれば、位相遅延部による検出信号の位相の遅延を簡易な回路構成で実現することができる。

【0055】

［第５形態］上記第２形態、第３形態、第４形態のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの構成において、前記位相遅延回路は、ＣＲ回路によって構成されていてもよい。
第５形態のワイヤレス給電システムによれば、位相遅延回路での信号の減衰やノイズの発生を、より抑制することができる。

【0056】

［第６形態］上記第１形態、第２形態、第３形態、第４形態、および、第５形態のいずれかに記載のワイヤレス給電システムの構成において、前記電流検出部は、前記入力電流とは正負が反転している前記検出信号を出力してよい。
第３形態のワイヤレス給電システムによれば、電流検出部が入力電流と正負が一致する検出信号を出力する場合よりも、入力電流が負から正に切り替わるタイミングを１／２周期だけ早い周期で検出することができる。

【0057】

［第７形態］第７形態は、ワイヤレス給電システムの給電側で実行されるインバータの制御方法として提供される。第５形態は、受電側コイルを含む受電側共振回路を有し、負荷に接続された受電部と、給電側コイルを含む給電側共振回路を有し、前記受電部との間の磁気共鳴により前記受電部に給電する給電部と、を備え、前記給電部が、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の開閉状態を切り替えることによって前記給電部の共振周波数を制御するインバータを有し、前記給電部と前記受電部とがＰＴ対称性が保存されるように構成されているワイヤレス給電システムの前記給電部が実行する、前記インバータの制御方法であって、前記インバータから前記給電側コイルに入力される入力電流を表す検出信号を取得する工程と、現周期より所定の周期だけ遅延させたときの前記駆動信号に現れている前記入力電流が負から正に切り替わるタイミングに合わせて前記スイッチング素子の開閉状態が切り替わるように前記インバータを駆動する工程と、を備える、制御方法として提供される。
第５形態のインバータの制御方法によれば、インバータのスイッチング素子の開閉周期を給電側での共振の周期に精度よく一致させることができる。そのため、大電力を伝送する場合でも、インバータの駆動制御の精度不足に起因して電力の伝送効率が低下してしまうことを抑制できる。また、給電部でのインバータの駆動において、ＺＶＳを実現することができ、インバータのスイッチング動作に起因する電力損失を大幅に低減することができる。

【符号の説明】

【0058】

１００…ワイヤレス給電システム、１０…受電部、１０ｃ…受電側共振回路、１１…受電側コイル、１２…受電側コンデンサ、２０…給電部、２０ｃ…給電側共振回路、２１…給電側コイル、２２…給電側コンデンサ、２３…インバータ、２４ａ…第１スイッチ回路、２４ｂ…第２スイッチ回路、２５ｆ…第１スイッチング素子、２５ｓ…第２スイッチング素子、２６…ゲート駆動回路、２９…電流検出部、３０…位相検出部、３１…位相遅延部、３１ｃ…位相遅延回路、３２ｃ…コンデンサ、３２ｒ…抵抗、３３…コンパレータ、３４…信号反転素子、ＤＬ…位相の遅れ、ＤＴ…デッドタイム、ＤＳ…検出信号、Ｉｔ…入力電流、ＬＤ…負荷、Ｓｄ，Ｓｄｆ，Ｓｄｓ，ｒＳｄ，ｒＳｄｆ，ｒＳｄｓ…駆動信号、Ｓｄｃ…比較例の駆動信号、Ｓｄｉ…理想的駆動信号、Ｖｆ…第１スイッチング素子の電圧、Ｖｔ…入力電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】