特許 7496532 無線電力伝送システム、送電装置、受電装置、および移動体

(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】

(24)【登録日】2024-05-30

(45)【発行日】2024-06-07

(54)【発明の名称】無線電力伝送システム、送電装置、受電装置、および移動体

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/05 20160101AFI20240531BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20240531BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240531BHJP

   B60L 53/122 20190101ALI20240531BHJP

   B60M 7/00 20060101ALI20240531BHJP

   B60L 5/00 20060101ALI20240531BHJP

【ＦＩ】

H02J50/05

H02J50/80

H02J7/00 301D

H02J7/00 P

H02J7/00 B

B60L53/122

B60M7/00 X

B60L5/00 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021502342

(86)(22)【出願日】2020-02-26

(86)【国際出願番号】 JP2020007863

(87)【国際公開番号】W WO2020175584

(87)【国際公開日】2020-09-03

【審査請求日】2022-10-12

(31)【優先権主張番号】P 2019036691

(32)【優先日】2019-02-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100155000

【弁理士】

【氏名又は名称】喜多 修市

(74)【代理人】

【識別番号】100180529

【弁理士】

【氏名又は名称】梶谷 美道

(74)【代理人】

【識別番号】100125922

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 章子

(74)【代理人】

【識別番号】100188813

【弁理士】

【氏名又は名称】川喜田 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100184985

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 悠

(74)【代理人】

【識別番号】100202197

【弁理士】

【氏名又は名称】村瀬 成康

(74)【代理人】

【識別番号】100218981

【弁理士】

【氏名又は名称】武田 寛之

(72)【発明者】

【氏名】細井 浩行

(72)【発明者】

【氏名】山本 浩司

【審査官】清水 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２０８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０８０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０１５８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３６１６３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００ － ５０／９０

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｂ６０Ｌ ５３／１２２

Ｂ６０Ｍ ７／００

Ｂ６０Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
２つの送電電極と、
前記２つの送電電極に交流電力を供給する送電回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記２つの送電電極にそれぞれ対向して前記２つの送電電極から前記交流電力を受け取る２つの受電電極と、
前記２つの受電電極が受け取った前記交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路と、
前記直流電力によって充電される蓄電装置と前記受電回路との間に配置され、前記蓄電装置の充電および放電を制御する充放電制御回路と、
前記２つの受電電極と前記蓄電装置との間の伝送路に配置され、前記充放電制御回路によって検知された前記蓄電装置の充電状態に応じて入力インピーダンスを変化させるインピーダンス調整回路と、
を備え、
前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた電圧および電流の少なくとも一方の変化に応答して、前記交流電力の供給を停止し、
前記インピーダンス調整回路は、前記蓄電装置の充電状態に応じて、前記入力インピーダンスを異なる３つ以上の値に設定する、
無線電力伝送システム。

【請求項2】

送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
２つの送電電極と、
前記２つの送電電極に交流電力を供給する送電回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記２つの送電電極にそれぞれ対向して前記２つの送電電極から前記交流電力を受け取る２つの受電電極と、
前記２つの受電電極が受け取った前記交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路と、
前記直流電力によって充電される蓄電装置と前記受電回路との間に配置され、前記蓄電装置の充電および放電を制御する充放電制御回路と、
前記２つの受電電極と前記蓄電装置との間の伝送路に配置され、前記充放電制御回路によって検知された前記蓄電装置の充電状態に応じて入力インピーダンスを変化させるインピーダンス調整回路と、
を備え、
前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた電圧および電流の少なくとも一方の変化に応答して、前記交流電力の供給を停止し、
前記インピーダンス調整回路は、前記入力インピーダンスを変化させた後、所定時間経過後、変化前の前記入力インピーダンスの値に戻す、
無線電力伝送システム。

【請求項3】

前記送電回路は、前記交流電力を出力するインバータ回路を含み、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた前記インバータ回路の出力電圧および出力電流の変化に応答して、前記インバータ回路を停止させる、請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。

【請求項4】

前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた前記出力電圧と前記出力電流との位相差の変化に応答して、前記インバータ回路を停止させる、請求項３に記載の無線電力伝送システム。

【請求項5】

前記インピーダンス調整回路は、前記蓄電装置の蓄電量が予め設定された閾値に達したとき、前記入力インピーダンスを変化させる、請求項１から４のいずれかに記載の無線電力伝送システム。

【請求項6】

前記インピーダンス調整回路は、前記蓄電装置の蓄電量が第１の閾値に達したとき、前記入力インピーダンスを第１の値に設定し、前記蓄電量が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値に達したとき、前記入力インピーダンスを前記第１の値とは異なる第２の値に設定する、請求項１から５のいずれかに記載の無線電力伝送システム。

【請求項7】

前記インピーダンス調整回路は、前記入力インピーダンスを変化させた後、所定時間経過後、変化前の前記入力インピーダンスの値に戻す、請求項１に記載の無線電力伝送システム。

【請求項8】

前記受電回路は、前記２つの受電電極が受け取った前記交流電力を直流電力に変換する整流回路を含み、
前記インピーダンス調整回路は、前記整流回路と前記蓄電装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含み、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に含まれるスイッチング素子のオン時間比率を変化させることにより、前記入力インピーダンスを変化させる、請求項１から７のいずれかに記載の無線電力伝送システム。

【請求項9】

請求項１から８のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける送電装置。

【請求項10】

請求項１から８のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける受電装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の受電装置と、
前記蓄電装置と、
駆動用電気モータと、
を備える移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無線電力伝送システム、送電装置、受電装置、および移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯電話機および電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線すなわち非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術の開発が進められている。無線電力伝送技術には、電磁誘導方式および電界結合方式などの方式がある。このうち、電界結合方式による無線電力伝送システムは、一対の送電電極と一対の受電電極とが対向した状態で、一対の送電電極から一対の受電電極に無線で交流電力が伝送される。このような電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば路面または床面に設けられた一対の送電電極から負荷に電力を伝送する用途で用いられ得る。負荷は、例えば可動ロボット等の移動体が有するモータまたはバッテリであり得る。特許文献１は、そのような電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１５／０３７５２６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、蓄電装置が満充電になる前に送電を適切に停止することを可能にする無線電力伝送技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、送電装置と、受電装置と、を備える。前記送電装置は、２つの送電電極と、前記２つの送電電極に交流電力を供給する送電回路と、を備える。前記受電装置は、前記２つの送電電極にそれぞれ対向して前記２つの送電電極から前記交流電力を受け取る２つの受電電極と、前記２つの受電電極が受け取った前記交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路と、前記直流電力によって充電される蓄電装置と前記受電回路との間に配置され、前記蓄電装置の充電および放電を制御する充放電制御回路と、前記２つの受電電極と前記蓄電装置との間の伝送路に配置され、前記充放電制御回路によって検知された前記蓄電装置の充電状態に応じて入力インピーダンスを変化させるインピーダンス調整回路と、を備える。前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた電圧および電流の少なくとも一方の変化に応答して、前記交流電力の供給を停止する。

【0006】

本開示の包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

【発明の効果】

【0007】

本開示の技術により、蓄電装置が満充電になる前に送電を適切に停止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。

【図2】無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。

【図3】電界結合方式による無線電力伝送システムの他の例を模式的に示す図である。

【図4】図３に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。

【図5】本開示の例示的な実施形態による無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

【図6】送電回路および受電回路のより具体的な構成例を示す図である。

【図7A】インバータ回路の構成例を模式的に示す図である。

【図7B】整流回路の構成例を模式的に示す図である。

【図8】充放電制御回路およびインピーダンス調整回路の構成例を示す図である。

【図9】ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成の一例を示す図である。

【図10A】スイッチング素子が回路に直列に接続されたスイッチデバイスを示す図である。

【図10B】スイッチング素子が回路に並列に接続されたスイッチデバイスを示す図である。

【図11】インバータ回路の出力電圧Ｖｓｗと出力電流Ｉｒｅｓの波形の一例を示す図である。

【図12】検出器および送電制御回路の構成例を示す図である。

【図13】充放電制御回路の動作の例を示すフローチャートである。

【図14】インピーダンス調整回路の動作の例を示すフローチャートである。

【図15】送電制御回路の動作の例を示すフローチャートである。

【図16】充放電制御回路の動作の変形例を示すフローチャートである。

【図17A】インピーダンス調整回路が受電電極と受電回路との間に配置されている例を示す図である。

【図17B】インピーダンス調整回路が整合回路と整流回路との間に配置されている例を示す図である。

【図17C】インピーダンス調整回路が整流回路と充放電制御回路との間に配置されている例を示す図である。

【図17D】インピーダンス調整回路が充放電制御回路と電池との間に配置されている例を示す図である。

【図18A】送電電極が壁などの側面に敷設された例を示す図である。

【図18B】送電電極が天井に敷設された例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

【0010】

図１は、本発明者らが開発を進めている電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。図示されている無線電力伝送システムは、例えば工場または倉庫において物品の搬送に用いられる移動体１０に無線で電力を伝送するシステムである。この例における移動体１０は、無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）である。このシステムでは、床面３０に平板状の一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂが配置されている。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂは、一方向に延びた形状を有する。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂには、不図示の送電回路から交流電力が供給される。

【0011】

移動体１０は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する不図示の一対の受電電極を備えている。移動体１０は、送電電極１２０ａ、１２０ｂから伝送された交流電力を、一対の受電電極によって受け取る。受け取られた電力は、移動体１０が備えるモータ、二次電池、または蓄電用のキャパシタなどの負荷に供給される。これにより、移動体１０の駆動または充電が行われる。

【0012】

図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下の説明では、図示されているＸＹＺ座標を用いる。送電電極１２０ａ、１２０ｂが延びる方向をＹ方向、送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

【0013】

図２は、図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。無線電力伝送システムは、送電装置１００と、移動体１０とを備える。送電装置１００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を供給する送電回路１１０とを備える。送電回路１１０は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路である。送電回路１１０は、不図示の電源から供給された直流電力を、交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。移動体１０は、受電装置２００と、蓄電装置３１０とを備えている。受電装置２００は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電回路２１０と、充放電制御回路２９０とを備えている。蓄電装置３１０は、例えば二次電池または蓄電用のキャパシタなどの、電力を蓄えるデバイスである。受電回路２１０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を、蓄電装置３１０が要求する電圧、例えば所定の電圧の直流電圧に変換して出力する。受電回路２１０は、例えば整流回路およびインピーダンス整合回路などの、各種の回路を含み得る。充放電制御回路２９０は、蓄電装置３１０の充電および放電を制御する回路である。図２には示されていないが、移動体１０は、駆動用の電気モータなどの他の負荷も備える。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。

【0014】

送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの各々は、２つ以上の部分に分割されていてもよい。例えば、図３および図４に示すような構成を採用してもよい。

【0015】

図３および図４は、送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの各々が２つの部分に分割された無線電力伝送システムの例を示す図である。この例では、送電装置１００は、２つの第１の送電電極１２０ａと、２つの第２の送電電極１２０ｂとを備える。第１の送電電極１２０ａおよび第２の送電電極１２０ｂは、交互に並んでいる。受電装置２００も同様に、２つの第１の受電電極２２０ａと、２つの第２の受電電極２２０ｂとを備える。２つの第１の受電電極２２０ａおよび２つの第２の受電電極２２０ｂは、交互に並んでいる。電力伝送時には、２つの第１の受電電極２２０ａは、２つの第１の送電電極１２０ａに対向し、２つの第２の受電電極２２０ｂは、２つの第２の送電電極１２０ｂにそれぞれ対向する。送電回路１１０は、交流電力を出力する２つの端子を備えている。一方の端子は、２つの第１の送電電極１２０ａに接続され、他方の端子は、２つの第２の送電電極１２０ｂに接続される。電力伝送の際、送電回路１１０は、２つの第１の送電電極１２０ａに第１の電圧を印加し、２つの第２の送電電極１２０ｂに、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧を印加する。これにより、４つの送電電極を含む送電電極群１２０と４つの受電電極を含む受電電極群２２０との間の電界結合によって電力が無線で伝送される。このような構成によれば、隣り合う任意の２つの送電電極の境界上の漏洩電界を抑制する効果を得ることができる。このように、送電装置１００および受電装置２００の各々において、送電または受電を行う電極の数は２個に限定されない。

【0016】

以下の実施形態では、図１および図２に示すように、送電装置１００が２つの送電電極を備え、受電装置２００が２つの受電電極を備えた構成を主に説明する。以下の各実施形態において、各電極は、図３および図４に例示するように、複数の部分に分割されていてもよい。いずれの場合も、ある瞬間に第１の電圧が印加される電極と、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧が印加される電極とが交互に並ぶように配置される。ここで「逆の位相」とは、位相差が１８０度である場合に限らず、位相差が９０度から２７０度の範囲内である場合を含むものと定義する。以下の説明では、送電装置１００が備える複数の送電電極を区別せずに「送電電極１２０」と称し、受電装置２００が備える複数の受電電極を区別せずに「受電電極２２０」と称する。

【0017】

上記のような無線電力伝送システムによれば、移動体１０は、送電電極１２０に沿って移動しながら、無線で電力を受け取ることができる。移動体１０は、送電電極１２０と受電電極２２０とが近接して対向した状態を保ちながら、送電電極１２０に沿って移動することができる。これにより、移動体１０は、例えばバッテリまたはキャパシタ等の蓄電装置３１０を充電しながら移動することができる。

【0018】

このような無線電力伝送システムにおいては、充電動作中、移動体１０に搭載された蓄電装置３１０が満充電になった場合には、過充電を防止するために、充電動作を直ちに停止することが求められる。満充電になると、充放電制御回路２９０は、例えば内部のスイッチをオフにして蓄電装置３１０への給電を停止する。このとき、回路へのダメージを抑えるために、送電装置１００は直ちに送電を停止することが求められる。この動作を実現するために、例えば、満充電になる前に、受電装置２００から送電装置１００に、無線通信などの方法によって通知を送り、通知を受けた送電装置１００が送電を停止する、という仕組みを導入することが考えられる。

【0019】

しかし、無線通信を利用して受電装置２００から送電装置１００に通知を送る方法では、通信に時間を要することから、送電を直ちに停止することができないことがわかった。走行中に急速に充電することを要するシステムにおいては、例えば数秒で必要な充電を完了するために、非常に大きい電力が伝送され得る。送電停止のために通信を利用した場合、例えば数ミリ秒から数秒程度の遅延が発生するおそれがある。通信遅延が発生して送電の停止が遅れると、回路にダメージを及ぼす可能性がある。万が一、充電停止によって受電側が無負荷状態になると、伝送特性が大きく変動し、過電圧または過電流が生じるおそれがある。その結果、送電装置１００および受電装置２００内の回路素子が破壊される可能性がある。

【0020】

特許文献１は、送電側の電極の電圧を監視し、当該電圧の一定時間毎の変化量の絶対値が閾値を超えた場合に、電力伝送を停止する方法を開示している。しかし、この方法は、上記課題の対策にはならない。この方法では、受電装置が充電を停止して初めて送電装置がそのことを検知するので、送電停止までの間に過電圧または過電流が生じる可能性がある。さらに、この方法では、送電電極には数ｋＶの高電圧が印加され得るため、汎用的な機器を用いて監視することができない。

【0021】

本発明者らは、以上の考察に基づき、上記課題を解決するための新たな無線電力伝送システムを検討した。その結果、本発明者らは、満充電になる前に、受電装置が入力インピーダンスを変化させ、送電装置がその変化を検知する仕組みを導入することにより、上記課題を解決できることに想到した。以下、本開示の実施形態の概要を説明する。

【0022】

本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、送電装置と、受電装置とを備える。前記送電装置は、２つの送電電極と、前記２つの送電電極に交流電力を供給する送電回路とを備える。前記受電装置は、前記２つの送電電極にそれぞれ対向して前記２つの送電電極から前記交流電力を受け取る２つの受電電極と、前記２つの受電電極が受け取った前記交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路と、前記直流電力によって充電される蓄電装置と前記受電回路との間に配置され、前記蓄電装置の充電および放電を制御する充放電制御回路と、前記２つの受電電極と前記蓄電装置との間の伝送路に配置されたインピーダンス調整回路とを備える。前記インピーダンス調整回路は、前記充放電制御回路によって検知された前記蓄電装置の充電状態に応じて入力インピーダンスを変化させる。前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた電圧および電流の少なくとも一方の変化に応答して、前記交流電力の供給を停止する。

【0023】

上記の構成によれば、前記インピーダンス調整回路は、前記充放電制御回路によって検知された前記蓄電装置の充電状態に応じて入力インピーダンスを変化させる。そして、前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた電圧および電流の少なくとも一方の変化に応答して、前記交流電力の供給を停止する。ここで、「入力インピーダンス」は、送電装置から見た受電装置のインピーダンスを意味する。

【0024】

上記の構成により、蓄電装置が満充電の状態になる前に、送電を停止することができる。その結果、送電停止までの間に過電圧または過電流が生じることを防止でき、回路素子の破壊のリスクを低減することができる。

【0025】

前記送電回路は、前記交流電力を出力するインバータ回路を含み得る。前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた前記インバータ回路の出力電圧および出力電流の変化に応答して、前記インバータ回路を停止させるように構成され得る。例えば、前記送電回路は、送電中に前記入力インピーダンスの変化に起因して生じた前記出力電圧と前記出力電流との位相差の変化に応答して、前記インバータ回路を停止させるように構成され得る。

【0026】

上記構成では、送電回路は、送電中に、インバータ回路の出力電圧と出力電流との位相差を監視する。当該位相差の値に基づいて、インピーダンス調整回路の入力インピーダンスの変化をより高い精度で検知することができる。

【0027】

前記インピーダンス調整回路は、前記蓄電装置の蓄電量が予め設定された閾値に達したとき、前記入力インピーダンスを変化させるように構成され得る。蓄電量は、例えば充電率（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）、すなわち現在の残容量と満充電容量との比またはその百分率で表現され得る。蓄電量は、例えば、蓄電装置に印加される電圧（電圧の実効値を意味する、以下同じ。）または蓄電装置に流入する電流の積分から推定され得る。したがって、インピーダンス調整回路は、蓄電装置の電圧または電流の積分値が予め設定された閾値に達したとき、入力インピーダンスを変化させてもよい。

【0028】

前記インピーダンス調整回路は、前記蓄電装置の充電状態に応じて、前記入力インピーダンスを異なる３つ以上の値に設定してもよい。例えば、前記インピーダンス調整回路は、前記蓄電装置の蓄電量が第１の閾値に達したとき、前記入力インピーダンスを第１の値に設定し、前記蓄電量が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値に達したとき、前記入力インピーダンスを前記第１の値とは異なる第２の値に設定してもよい。例えば、蓄電装置の充電率が５０％に達したとき、入力インピーダンスを第１の値に変化させ、９０％に達したとき、入力インピーダンスを第２の値に変化させてもよい。このような多段階のインピーダンス変化を導入することで、送電制御をより柔軟に行うことができる。

【0029】

前記インピーダンス調整回路は、前記入力インピーダンスを変化させた後、所定時間経過後、変化前の前記入力インピーダンスの値に戻してもよい。このように予め設定されたパターンで入力インピーダンスを変化させることにより、異常によるインピーダンス変化とインピーダンス調整回路によって意図的に行われたインピーダンス変化とを区別することができる。

【0030】

インピーダンス調整回路による入力インピーダンスの変化量は、例えば無線電力伝送特性の変化が過大にならない程度の量に設定され得る。その上で、所定時間で元のインピーダンスに戻すようにすれば、回路へのダメージを抑制するとともに、異常によるインピーダンス変化と明確に区別することができる。

【0031】

前記受電回路は、前記２つの受電電極が受け取った前記交流電力を直流電力に変換する整流回路を含み得る。前記インピーダンス調整回路は、前記整流回路と前記蓄電装置との間に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含み得る。前記インピーダンス調整回路は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路に含まれるスイッチング素子のオン時間比率を変化させることにより、前記入力インピーダンスを変化させることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を用いることにより、入力インピーダンスを微小に変化させたり、多段階に変化させたりすることが容易になる。

【0032】

本開示は、上記の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置および受電装置を含む。送電装置および受電装置の各々は、単独で製造または販売され得る。

【0033】

本開示は、上記の受電装置を備える移動体も含む。移動体は、受電装置と、蓄電装置と、駆動用電気モータとを備える。移動体は、前述のＡＧＶのような車両に限定されず、電力によって駆動される任意の可動物体を意味する。移動体には、例えば、電気モータおよび１つ以上の車輪を備える電動車両が含まれる。そのような車両は、例えば、前述のＡＧＶ、電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＥＶ）、または電動カートであり得る。本開示における「移動体」には、車輪を有しない可動物体も含まれる。例えば、二足歩行ロボット、マルチコプターなどの無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ、所謂ドローン）、および有人の電動航空機も、「移動体」に含まれる。

【0034】

以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

【0035】

（実施形態）
図５は、本開示の例示的な実施形態による無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。無線電力伝送システムは、送電装置１００と、移動体１０とを備える。移動体１０は、受電装置２００と、蓄電装置である二次電池３２０と、駆動用電気モータ３３０と、モータ制御回路３４０とを備える。図５には、無線電力伝送システムの外部の要素である電源２０も示されている。以下、二次電池３２０を単に「電池３２０」と称し、駆動用電気モータ３３０を、単に「モータ３３０」と称することがある。

【0036】

送電装置１００は、２つの送電電極１２０と、２つの送電電極１２０に交流電力を供給する送電回路１１０とを備える。図５に示す送電装置１００は、さらに、検出器１９０と、送電制御回路１５０とを備える。検出器１９０は、送電回路１１０内の電圧および電流を検出する。送電制御回路１５０は、検出器１９０の出力に基づき、送電回路１１０を制御する。

【0037】

受電装置２００は、２つの受電電極２２０と、受電回路２１０と、インピーダンス調整回路２７０と、充放電制御回路２９０とを備える。２つの受電電極２２０は、２つの送電電極１２０にそれぞれ対向した状態で、送電電極１２０から電界結合によって交流電力を受け取る。受電回路２１０は、受電電極２２０が受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する。充放電制御回路２９０は、二次電池３２０の充電状態を監視し、充電および放電を制御する。充放電制御回路２９０は、バッテリーマネジメントユニット（ＢＭＵ）とも称される。充放電制御回路２９０は、過充電、過放電、過電流、高温、または低温などの状態から二次電池３２０のセルを保護する機能も有する。インピーダンス調整回路２７０は、受電回路２１０と充放電制御回路２９０との間に接続されている。インピーダンス調整回路２７０は、充放電制御回路２９０によって検知された電池３２０の充電状態に応じて入力インピーダンスを変化させる。

【0038】

送電回路１１０は、送電中にインピーダンス調整回路２７０の入力インピーダンスの変化に起因して生じた電圧および電流の変化に応答して、交流電力の供給を停止する。この動作は、送電制御回路１５０によって制御される。

【0039】

以下、各構成要素をより具体的に説明する。

【0040】

電源２０は、例えば商用の交流電源であり得る。電源２０は、例えば、電圧１００Ｖ、周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力を出力する。送電回路１１０は、電源２０から供給された交流電力を、より高電圧かつ高周波数の交流電力に変換して一対の送電電極１２０に供給する。

【0041】

二次電池３２０は、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの、充電可能な電池である。移動体１０は、二次電池３２０に蓄えられた電力によってモータ３３０を駆動して移動することができる。二次電池３２０に代えて、蓄電用のキャパシタを用いてもよい。例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタなどの、高容量かつ低抵抗のキャパシタを利用することができる。

【0042】

移動体１０が移動すると、二次電池３２０の蓄電量が低下する。このため、移動を継続するためには、再充電が必要になる。そこで、移動体１０は、移動中に充電量が所定の閾値を下回ると、送電装置１００まで移動し、充電を行う。

【0043】

モータ３３０は、例えば永久磁石同期モータ、誘導モータ、ステッピングモータ、リラクタンスモータ、直流モータなどの、任意のモータであり得る。モータ３３０は、シャフトおよびギア等の伝達機構を介して移動体１０の車輪を回転させ、移動体１０を移動させる。

【0044】

モータ制御回路３４０は、モータ３３０を制御して移動体１０に所望の動作を実行させる。モータ制御回路３４０は、モータ３３０の種類に応じて設計されたインバータ回路などの各種の回路を含み得る。

【0045】

本実施形態における各移動体１０の筐体、送電電極１２０、および受電電極２２０のそれぞれのサイズは、特に限定されないが、例えば以下のサイズに設定され得る。各送電電極１２０の長さ（図１におけるＹ方向のサイズ）は、例えば５０ｃｍ～２０ｍの範囲内に設定され得る。各送電電極１２０の幅（図１におけるＸ方向のサイズ）は、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。移動体１０の筐体の進行方向および横方向におけるそれぞれのサイズは、例えば、２０ｃｍ～５ｍの範囲内に設定され得る。各受電電極２２０の長さは、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。各受電電極２２０ａの幅は、例えば２ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。２つの送電電極間のギャップ、および２つの受電電極間のギャップは、例えば１ｍｍ～４０ｃｍの範囲内に設定され得る。但し、これらの数値範囲に限定されない。

【0046】

図６は、送電回路１１０および受電回路２１０のより具体的な構成例を示す図である。送電回路１１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１４０と、ＤＣ／ＡＣインバータ回路１６０と、整合回路１８０とを含む。以下の説明では、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１４０を単に「コンバータ１４０」と称し、ＤＣ／ＡＣインバータ回路１６０を単に「インバータ１６０」と称することがある。

【0047】

コンバータ１４０は、交流電源２０に接続される。コンバータ１４０は、交流電源２０から出力された交流電力を直流電力に変換して出力する。インバータ１６０は、コンバータ１４０に接続され、コンバータ１４０から出力された直流電力を、比較的高い周波数の交流電力に変換して出力する。整合回路１８０は、インバータ１６０と送電電極１２０との間に接続され、インバータ１６０と送電電極１２０とのインピーダンスを整合させる。送電電極１２０は、整合回路１８０から出力された交流電力を空間に送出する。受電電極２２０は、電界結合によって送電電極１２０から送出された交流電力の少なくとも一部を受け取る。整合回路２８０は、受電電極２２０と整流回路２６０との間に接続され、受電電極２２０と整流回路２６０とのインピーダンスを整合させる。整流回路２６０は、整合回路２８０から出力された交流電力を直流電力に変換して出力する。整流回路２６０から出力された直流電力は、インピーダンス調整回路２７０に送られる。

【0048】

図示される例では、送電装置１００における整合回路１８０は、インバータ１６０に接続された直列共振回路１３０ｓと、送電電極１２０に接続され、直列共振回路１３０ｓと誘導結合する並列共振回路１４０ｐとを含む。直列共振回路１３０ｓは、第１のコイルＬ１と第１のキャパシタＣ１とが直列に接続された構成を有する。並列共振回路１４０ｐは、第２のコイルＬ２と第２のキャパシタＣ２とが並列に接続された構成を有する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２との巻数比は、所望の昇圧比を実現する値に設定される。整合回路１８０は、インバータ１６０から出力される数十から数百Ｖ程度の電圧を、例えば数ｋＶ程度の電圧に昇圧する。

【0049】

受電装置２００における整合回路２８０は、受電電極２２０に接続された並列共振回路２３０ｐと、整流回路２６０に接続され、並列共振回路２３０ｐと誘導結合する直列共振回路２４０ｓとを有する。並列共振回路２３０ｐは、第３のコイルＬ３と第３のキャパシタＣ３とが並列に接続された構成を有する。受電装置２００における直列共振回路２４０ｓは、第４のコイルＬ４と第４のキャパシタＣ４とが直列に接続された構成を有する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４との巻数比は、所望の降圧比を実現する値に設定される。整合回路２８０は、受電電極２２０が受け取った数ｋＶ程度の電圧を、例えば数十から数百Ｖ程度の電圧に降圧する。

【0050】

共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓにおける各コイルは、例えば、回路基板上に形成された平面コイルもしくは積層コイル、または、銅線、リッツ線、もしくはツイスト線などを用いた巻き線コイルであり得る。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓにおける各キャパシタには、例えばチップ形状またはリード形状を有するあらゆるタイプのキャパシタを利用できる。空気を介した２配線間の容量を各キャパシタとして機能させることも可能である。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。

【0051】

共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの共振周波数ｆ０は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数ｆ１に一致するように設定される。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの各々の共振周波数ｆ０は、伝送周波数ｆ１に厳密に一致していなくてもよい。各々の共振周波数ｆ０は、例えば、伝送周波数ｆ１の５０～１５０％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数ｆ１は、例えば５０Ｈｚ～３００ＧＨｚ、ある例では２０ｋＨｚ～１０ＧＨｚ、他の例では２０ｋＨｚ～２０ＭＨｚ、さらに他の例では８０ｋＨｚ～１４ＭＨｚに設定され得る。

【0052】

本実施形態では、送電電極１２０と受電電極２２０との間は空隙であり、その距離は比較的長い（例えば、１０ｍｍ程度）。そのため、電極間のキャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２は非常に小さく、送電電極１２０および受電電極２２０のインピーダンスは、例えば数ｋΩ程度と非常に高い。これに対し、インバータ１６０および整流回路２６０のインピーダンスは、例えば数Ω程度と低い。本実施形態では、送電電極１２０および受電電極２２０に近い側に並列共振回路１４０ｐ、２３０ｐがそれぞれ配置され、インバータ１６０および整流回路２６０に近い側に直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓがそれぞれ配置される。このような構成により、インピーダンスの整合を容易に行うことができる。直列共振回路は、共振時にインピーダンスがゼロ（０）になるため、低いインピーダンスとの整合に適している。一方、並列共振回路は、共振時にインピーダンスが無限大になるため、高いインピーダンスとの整合に適している。よって、図６に示す構成のように、低いインピーダンスの回路側に直列共振回路を配置し、高いインピーダンスの電極側に並列共振回路を配置することにより、インピーダンス整合を容易に実現することができる。

【0053】

なお、送電電極１２０と受電電極２２０との間の距離を短くしたり、間に誘電体を配置したりした構成では、電極のインピーダンスが低くなるため、上記のような非対称な共振回路の構成にする必要はない。また、インピーダンス整合の問題がない場合は、整合回路１８０、２８０の一方または両方を省略してもよい。整合回路１８０を省略する場合、インバータ１６０と送電電極１２０とが直接接続される。整合回路２８０を省略する場合、整流回路２６０と受電電極２２０とが直接接続される。本明細書においては、整合回路１８０を設けた構成であっても、インバータ１６０と送電電極１２０とが接続されているものと解釈する。同様に、整合回路２８０を設けた構成であっても、整流回路２６０と受電電極２２０とが接続されているものと解釈する。

【0054】

図７Ａは、インバータ１６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、インバータ１６０は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型のインバータ回路である。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタスイッチであり得る。送電制御回路１５０は、例えば、各スイッチング素子のオン（導通）およびオフ（非導通）の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに制御信号を出力させるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）とを含み得る。図示されるフルブリッジ型のインバータの代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ、または、Ｅ級などの発振回路を用いてもよい。

【0055】

図７Ａに示すように、インバータ１６０から出力される電流および電圧を、それぞれＩｒｅｓおよびＶｓｗとする。電流Ｉｒｅｓおよび電圧Ｖｓｗは、図５に示す検出器１９０によって検出される。検出器１９０は、送電動作が行われている間、電流Ｉｒｅｓおよび電圧Ｖｓｗを監視する。

【0056】

図７Ｂは、整流回路２６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、整流回路２６０は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。整流回路２６０は、他の整流器の構成を有していてもよい。整流回路２６０は、受け取った交流エネルギを電池３２０などの負荷が利用可能な直流エネルギに変換する。

【0057】

図８は、充放電制御回路２９０およびインピーダンス調整回路２７０の構成例を示す図である。この例における充放電制御回路２９０は、セルバランス制御器２９１と、アナログフロントエンドＩＣ（ＡＦＥ－ＩＣ）２９２と、サーミスタ２９３と、電流検出抵抗２９４と、ＭＣＵ２９５と、通信用ドライバＩＣ２９６と、保護ＦＥＴ２９７とを含む。セルバランス制御器２９１は、複数のセルを含む二次電池３２０のそれぞれのセルの蓄電エネルギーを均一化する回路である。ＡＦＥ－ＩＣ２９２は、サーミスタ２９３によって計測されたセル温度と、電流検出抵抗２９４が検出した電流とに基づいて、セルバランス制御器２９１および保護ＦＥＴ２９７を制御する回路である。ＭＣＵ２９５は、通信用ドライバＩＣ２９６を介した他の回路との通信を制御する回路である。

【0058】

この例におけるインピーダンス調整回路２７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２７２と、ＭＣＵ２７４とを含む。以下、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２７２を、単に「ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２」と称する。ＭＣＵ２７４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２を制御する回路である。ＭＣＵ２７４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２に含まれるスイッチング素子のオン時間比率を変化させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２のインピーダンスを変化させる。ここで、「オン時間比率」は、１周期あたりにオンに設定される時間、すなわちデューティ比を意味する。スイッチング素子のオン／オフを制御することにより、送電側から見たインピーダンス調整回路２７０の入力インピーダンスを変化させ、システムの電力伝送状態を変化させることができる。

【0059】

図９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２の回路構成の一例を示す図である。この例におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２７２は、２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、２つのコンデンサと、リアクトルとを含む降圧コンバータ（バックコンバータ）である。ハイサイドスイッチＳＷ１のデューティ制御により、入力インピーダンスを微調整することが可能である。伝送状態が大きく変動しない範囲でインピーダンスを調整することができるので、伝送状態の変動に伴う回路破壊を防止することができる。

【0060】

ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２に代えて、例えば図１０Ａまたは図１０Ｂに示す構成を採用してもよい。図１０Ａは、スイッチング素子が回路に直列に接続されたスイッチデバイス２７３Ａを示している。図１０Ｂは、スイッチング素子が回路に並列に接続されたスイッチデバイス２７３Ｂを示している。これらの構成によっても、スイッチング素子のオン／オフの制御により、ショートとオープンの２状態を切り替え、入力インピーダンスを変化させることができる。図１０Ａおよび図１０Ｂの構成では、伝送状態が大きく変動し易いという難点はあるものの、より簡単な構成でインピーダンスの調整が可能であるという利点がある。

【0061】

インピーダンス調整回路２７０が入力インピーダンスを変化させると、送電回路１１０内の電流および電圧の状態が変化する。送電装置１００は、その変化に基づいて、入力インピーダンスの変化を検知することができる。例えば図９に示すハイサイドスイッチＳＷ１がオンからオフに変化し、オープンの状態になると、無線電力伝送の状態が変化し、送電回路１１０内のインバータ１６０の出力電圧と出力電流の位相差が変化する。具体的には、オープンの状態では、有効電力と無効電力とが等しくなる位相差９０°になる。図９に示すような降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２を用いてインピーダンスを微小に調整すれば、９０°以下の範囲で位相差を自由に変化させることができる。

【0062】

図１１は、送電回路１１０内のインバータ１６０の出力電圧Ｖｓｗと出力電流Ｉｒｅｓの波形の一例を示す図である。インピーダンス調整回路２７０がインピーダンスを変化させると、図１１に示すように、電圧反転タイミングｔｖと、電流反転タイミングｔｉとの差Δｔが変化する。送電制御回路１５０は、この時間差Δｔすなわち位相差を一定時間毎に計算することにより、入力インピーダンスの変化を検知することができる。

【0063】

図１２は、検出器１９０および送電制御回路１５０の構成例を示す図である。この例における検出器１９０は、出力電圧Ｖｓｗを検出し小信号の電圧信号に変換する検出回路１９１と、電圧位相検出用のコンパレータ１９２と、出力電流Ｉｒｅｓを検出し小信号の電圧信号に変換する検出回路１９３と、電流位相検出用のコンパレータ１９４とを含む。送電制御回路１５０は、ＭＣＵ１５４を含む。コンパレータ１９２は、インバータ１６０の出力電圧Ｖｓｗを、分圧抵抗によって小さい信号の交流パルスに変換し、信号反転タイミングでＨｉｇｈとＬｏｗとを切り替えて出力する。その結果、小振幅の電圧パルスが出力される。コンパレータ１９４は、検出回路１９３から出力された電流波形の正負を検出し、負の状態をＨｉｇｈ状態にして小振幅の電流パルスとして出力する。電圧パルスおよび電流パルスは、ＭＣＵ１５４に入力される。ＭＣＵ１５４は、コンパレータ１９２から出力された電圧パルスと、コンパレータ１９４から出力された電流パルスのそれぞれのエッジを検出してそれぞれの位相を検出する。続いて、両者の位相差を計算する。位相差が所定の範囲内にある場合には、ゲートブロック指令を発信する。ゲートブロック指令により、インバータ１６０の各スイッチング素子がオフになり、送電が停止される。ＭＣＵ１５４は、送電停止後、送電再開の指示を受けたときには、再起動信号を発信してもよい。なお、上記の位相差の検出方法は一例に過ぎない。例えば、出力電流Ｉｒｅｓが小さい場合は、差動増幅回路を用いて出力電流Ｉｒｅｓを増幅してコンパレータ１９４に入力してもよい。

【0064】

次に、図１３から図１５を参照しながら、本実施形態による満充電前に送電を停止する動作の例を説明する。

【0065】

図１３は、充放電制御回路２９０の動作の例を示すフローチャートである。この例における充放電制御回路２９０は、充電中、電池３２０の充電率（ＳＯＣ）を常時監視している。充放電制御回路２９０は、ＳＯＣが閾値以上か否かを所定の時間間隔で判定する（ステップＳ１０１）。閾値は、例えば１００％よりもわずかに小さい値に設定され得る。ＳＯＣが閾値以上である場合、充放電制御回路２９０は、インピーダンス調整回路２７０に、インピーダンスを変更すべき旨の指令を発信する（ステップＳ１０２）。指令の発信は、例えば図８に示すＭＣＵ２９５が、通信用ドライバＩＣ２９６を介してインピーダンス調整回路２７０のＭＣＵ２７４に送信することによって行われ得る。

【0066】

図１４は、インピーダンス調整回路２７０の動作の例を示すフローチャートである。この例におけるインピーダンス調整回路２７０は、動作中、インピーダンス変更指令を受信したかを判定する（ステップＳ１１１）。この判定がＹｅｓである場合、インピーダンス調整回路２７０は、入力インピーダンスを予め設定された量だけ変化させる（ステップＳ１１２）。この動作は、例えば、図８に示すＭＣＵ２７４が、ＤＣ／ＤＣコンバータ２７２におけるスイッチング素子（例えば図９のハイサイドスイッチＳＷ１）のオン時間比を一定量変化させることによって行われ得る。インピーダンスの変化量は、任意の値に設定してよいが、例えば、変化前の値からの変化率が入力インピーダンスが大きくなる方向に２００％未満になるように設定され得る。インピーダンスの変化量をこのように比較的小さい値に設定することにより、電力伝送特性の変化が過大にならないようにすることができる。次に、インピーダンス調整回路２７０は、所定時間が経過するまでそのインピーダンス状態を維持する（ステップＳ１１３）。所定時間経過後、インピーダンス調整回路２７０は、入力インピーダンスを元の値に戻す（ステップＳ１１４）。

【0067】

図１５は、送電装置１００における送電制御回路１５０の動作の例を示すフローチャートである。この例における送電制御回路１５０は、動作中、インバータ１６０の出力電圧と出力電流とを検出器１９０から所定時間ごとに取得する（ステップＳ１２１）。次に、送電制御回路１５０は、取得した出力電圧と出力電流の位相差を算出する（ステップＳ１２２）。位相差は、例えば図１１および図１２を参照して説明した方法で行われ得る。続いて、送電制御回路１５０は、位相差が所定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ１２３）。この判定がＮｏの場合は、ステップＳ１２１に戻る。この判定がＹｅｓの場合は、送電制御回路１５０は、インバータ１６０の出力を停止する（ステップＳ１２４）。

【0068】

以上の動作により、電池３２０が満充電になる前に、送電を速やかに停止することができる。本実施形態の方法によれば、充放電制御回路２９０がインピーダンスの変更を決定してから、例えば数マイクロ秒程度の短時間で送電制御回路１５０がインピーダンスの変化を検知し、送電を停止することができる。このため、充電停止後に大電力の送電が継続されて回路素子を破壊するなどのリスクを大きく低減することができる。

【0069】

さらに、図１４の例のように、入力インピーダンスの変化量と、変化の持続時間を予め設定しておくことにより、異常によって生じたインピーダンス変化と、充電状態を通知するためのインピーダンス変化との区別が容易になる。入力インピーダンスの変化量と、変化の持続時間を、電力伝送特性の変化が過大にならない程度の量に設定すれば、回路へのダメージを最小限に抑えることができる。

【0070】

本実施形態では、送電回路１１０は、インバータ１６０の出力電圧と出力電流との位相差の変化に応答してインバータ１６０を停止させる。しかし、このような動作に限定されない。例えば、インバータ１６０の出力電圧および出力電流の少なくとも一方の変化そのものに基づいてインピーダンスの変化を検知してもよい。しかし、上記の位相差の変化に基づく方法によれば、出力電圧のみ、または出力電流のみに基づいてインピーダンスの変化を検知する方法と比較して、誤検知を低減することができる。

【0071】

インピーダンス調整回路２７０は、電池３２０の充電状態に応じて、入力インピーダンスを異なる３つ以上の値に設定してもよい。以下、その場合の動作の一例を説明する。

【0072】

図１６は、充放電制御回路２９０の動作の変形例を示すフローチャートである。充放電制御回路２９０は、図１３に示す動作に代えて、図１６に示す動作を実行してもよい。図１６の例では、充放電制御回路２９０は、充電を開始した後、電池３２０の充電状態を監視し、ＳＯＣが第１の閾値以上であるか否かを一定時間毎に判定する（ステップＳ２０１）。第１の閾値は、例えば５０％のように、１００％よりも大幅に小さい値であってもよい。ステップＳ２０１での判定がＹｅｓの場合、充放電制御回路２９０は、インピーダンス調整回路２７０に、入力インピーダンスを第１の値に変更すべき旨の指令を発信する（ステップＳ２０２）。インピーダンス調整回路２７０は、この指令を受けて、入力インピーダンスを第１の値に変更する。第１の値は任意の値に設定され得るが、例えば、入力インピーダンスの変化前の値からの変化率が入力インピーダンスが大きくなる方向に２００％未満になるように設定され得る。このように比較的小さい変化率に設定することにより、伝送特性の急変動に伴う回路素子へのダメージを小さくすることができる。次に、充放電制御回路２９０は、再び電池３２０の充電状態を監視し、ＳＯＣが第２の閾値以上であるかを一定時間毎に判定する（ステップＳ２０３）。第２の閾値は、第１の閾値よりも大きい値に設定される。第２の閾値は、例えば９０％などの、満充電に近い値に設定され得る。ステップＳ２０３での判定がＹｅｓの場合、充放電制御回路２９０は、入力インピーダンス調整回路２７０に、入力インピーダンスを第２の値に変更すべき旨の指令を発信する（ステップＳ２０４）。インピーダンス調整回路２７０は、この指令を受けて、入力インピーダンスを第２の値に変更する。第２の値は、第１の値とは異なる任意の値に設定され得る。伝送特性の急激な変動を避けるために、第２の値も、例えば、入力インピーダンスの変化前の値からの変化率が入力インピーダンスが大きくなる方向に３００％未満になるように設定され得る。

【0073】

図１６の例では、インピーダンス調整回路２７０は、電池３２０のＳＯＣが第１の閾値に達したとき、入力インピーダンスを、初期値とは異なる第１の値に設定する。送電制御回路１５０は、この変化を検知することにより、ＳＯＣが第１の閾値に達したことを検知できる。さらに、インピーダンス調整回路２７０は、ＳＯＣが第１の閾値よりも大きい第２の閾値に達したとき、入力インピーダンスを第１の値とは異なる第２の値に設定する。送電制御回路１５０は、この変化を検知することにより、ＳＯＣが第２の閾値に達したことを検知できる。この例によれば、送電回路１１０は、送電中に電池３２０の充電状態を２段階にわたって把握することができる。このため、より柔軟な送電制御が可能である。

【0074】

図１７Ａから図１７Ｄは、インピーダンス調整回路２７０の配置のバリエーションを示す図である。図１７Ａは、インピーダンス調整回路２７０が受電電極２２０と受電回路２１０との間に配置されている例を示している。図１７Ｂは、インピーダンス調整回路２７０が受電回路２１０内の整合回路２８０と整流回路２６０との間に配置されている例を示している。図１７Ｃは、インピーダンス調整回路２７０が受電回路２１０内の整流回路２６０と充放電制御回路２９０との間に配置されている例を示している。図１７Ｄは、インピーダンス調整回路２７０が充放電制御回路２９０と電池３２０との間に配置されている例を示している。このように、インピーダンス調整回路２７０は、２つの受電電極と電池３２０との間の伝送路の任意の箇所に配置され得る。しかし、上記の実施形態のように、図１７Ｃの配置にした場合には、以下の利点がある。
・比較的低電圧の直流電圧が印加される箇所のインピーダンスを調整するだけでよいため、インピーダンス調整回路２７０の構成および制御を簡単にすることができる。
・充放電制御回路２９０による充電制御に影響を及ぼさずにインピーダンスを調整できる。

【0075】

以上の実施形態では、送電電極１２０は、地面に敷設されているが、送電電極１２０は、壁などの側面、または天井などの上面に敷設されていてもよい。送電電極１２０が敷設される場所および向きに応じて、移動体１０の受電電極２２０の配置および向きが決定される。

【0076】

図１８Ａは、送電電極１２０が壁などの側面に敷設された例を示している。この例では、受電電極２２０は、移動体１０の側方に配置される。図１８Ｂは、送電電極１２０が天井に敷設された例を示している。この例では、受電電極２２０は、移動体１０の天板に配置される。これらの例のように、送電電極１２０および受電電極２２０の配置には様々な変形が可能である。

【0077】

本開示の実施形態における無線電力伝送システムは、前述のように、工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体１０は、物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。しかし、本開示における無線電力伝送システムおよび移動体は、このような用途に限らず、他の様々な用途に利用され得る。例えば、移動体は、ＡＧＶに限らず、他の産業機械、サービスロボット、電気自動車、マルチコプター（ドローン）等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場内に限らず、例えば、店舗、病院、家庭、道路、滑走路その他のあらゆる場所で利用され得る。

【産業上の利用可能性】

【0078】

本開示の技術は、電力によって駆動される任意の機器に利用できる。例えば、無人搬送車（ＡＧＶ）などの電動車両に好適に利用できる。

【符号の説明】

【0079】

１０ 移動体
２０ 電源
３０ 床面
１００ 送電装置
１１０ 送電回路
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 送電電極
１４０ ＡＣ／ＤＣコンバータ回路
１５０ 送電制御回路
１６０ インバータ回路
１８０ 整合回路
１８０ｓ 直列共振回路
１８０ｐ 並列共振回路
１９０ 検出器
２００ 受電装置
２１０ 受電回路
２２０、２２０ａ、２２０ｂ 受電電極
２５０ 受電制御回路
２６０ 整流回路
２７０ インピーダンス調整回路
２７２ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
２８０ 整合回路
２８０ｐ 並列共振回路
２８０ｓ 直列共振回路
２９０ 充放電制御回路
３２０ 二次電池
３３０ 電気モータ
３４０ モータ制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図17D】

【図18A】

【図18B】