JP6553188B2 - 無線電力伝送装置および制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、無線電力伝送装置および制御装置に関する。

送電側のコイルから受電側のコイルへ、高周波エネルギーを無線で伝送する無線電力伝送装置が知られている。送電側から受電側へ無線でエネルギーを供給できるため、利便性が向上し、有線の場合に問題となる接触不良がなくなる利点がある。また、人の往来のある通路付近で用いる場合には、ケーブルで人がつまずくことがなくなるため、安全性も向上する。

従来の無線電力伝送装置において、複数のコイルを逆位相で励振することで、周囲に漏洩する磁界強度を低減する方法が知られている。この方法は、複数のコイルからの放射磁界が観測点で打ち消し合う関係とすることで、観測点における漏洩磁界強度を小さくするものである。漏洩磁界の低減は、他機器への電磁干渉低減のために必要な場合がある。

特許登録第５１３９４６９号

しかしながら、複数のコイルに別々の送電回路で電力を供給した場合、製造ばらつきや、送受のコイルの位置関係に応じて、複数のコイルに流れる電流振幅および電流位相が変化する。その結果、複数のコイルに流れる電流振幅および電流位相が、それぞれの所望値からずれてしまい、観測点における漏洩磁界の低減効果が低くなってしまう場合がある。

この場合、複数のコイルに流れる電流振幅および電流位相を調整することが考えられる。このためには、各コイルに流れる電流を観測する必要があるが、この場合、コイル毎に電流を計測する電流プローブが必要になり、多数の電流プローブが必要となる問題がある。

本発明の実施形態は、簡易な構成で漏洩磁界を低減することを目的とする。

本発明の実施形態に従った無線電力伝送装置は、それぞれが少なくとも１つのコイルを含む複数のコイル部と、前記複数のコイル部に電力を供給する複数の送電回路と、前記複数のコイル部を流れる電流の和に応じた物理量を測定する測定部と、前記測定部で測定された前記物理量に応じて、前記複数の送電回路の少なくとも１つを制御する制御回路とを備える。

本発明の実施形態に係る無線電力伝送装置における送電装置のブロック図。 コイル部の具体例を示す図。 送電側のコイル部と、受電側のコイル部との配置例を示す図。 電流プローブの構成例を示す図。 ４つの電流の電流和の例を説明するための図。 ４つの電流の電流和の別の例を説明するための図。 送電回路の構成例を示す図。 第２の実施形態に係る無線電力伝送装置における送電装置のブロック図。 第３の実施形態に係る無線電力伝送装置における送電装置のブロック図。 第４の実施形態に係る無線電力伝送装置における受電装置のブロック図。 受電回路の構成例を示す図。 第５の実施形態に係る誘導加熱調理装置のブロック図。

以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る無線電力伝送装置を示す。この無線電力伝送装置は、受電装置に無線で電力を送電する送電装置を備える。送電装置は交流電源装置に接続されている。

送電装置は、Ｎ（Ｎは、２以上の任意の正数である）個の送電回路１〜Ｎ（１０１−１、１０１−２、・・・、１０１−Ｎ）と、Ｎ個のコイル部１〜Ｎ（１０２−１、１０２−２、・・１０２−Ｎ）と、Ｎ本の第１の電線１〜Ｎ（１０３−１、１０３−２、・・・１０３−Ｎ）と、Ｎ本の第２の電線１〜Ｎ（１０４−１、１０４−２、・・・、１０４−Ｎ）と、測定部である電流プローブ１０５と、制御回路１０６とを備えている。この送電装置は、送電回路１０１−１〜１０１−Ｎからコイル部１０２−１〜１０２−Ｎに高周波電流を供給し、コイル部１０２−１〜１０２−Ｎで発生する磁界を、対向配置された受電装置の複数のコイル部に結合させることで、無線で電力を伝送する。

送電回路１０１−１〜１０１−Ｎは、商用電源等の交流電源装置１１１から供給される一定の交流電圧に基づき交流電流を生成し、コイル部１０２−１〜１０２−Ｎへ、交流電流を供給する。送電回路１〜Ｎはそれぞれ別個の交流電源から交流電圧を供給されてもよいし、共通の同じ交流電源から交流電圧を供給されてもよい。図の交流電源装置１１１は、これらのいずれの形態も含む。送電回路１０１−１〜１０１−Ｎは、高周波電流出力のプラス側端子とマイナス側端子とを備える。本実施形態では、交流電流は、高周波電流であるが、交流電流である限り、高周波電流と呼ばれるものでなくてもかまわない。各送電回路から出力される高周波電流の周波数は同一または略同一である。各送電回路が生成する高周波電流の振幅および位相の少なくとも一方は、制御回路１０６により制御される。

コイル部１０２−１〜１０２−Ｎは、それぞれ少なくとも１つのコイルを含む。コイル部は、共振子と呼ばれることもある。コイル部は、コイルそのものものでもよいし、コイル以外の要素を含んでもよい。例えば、図２（Ａ）に示すように、コイル２９２の一端側に容量２８２を直列に接続してもよい。容量２８２を、図２（Ａ）とは反対側、すなわち、コイル２９２の他端側に直列接続してもよい。図２（Ｂ）に示すように、コイル２９２の両側に容量２８２ａ、２８２ｂを接続してもよいし、図２（Ｃ）に示すように、複数のコイル２９２ａ、２９２ｂを直列に接続し、さらに容量２８２ａを直列に接続してもよい。また、コイル２９２、２９２ａ、２９２ｂは、磁性体コアに巻き付けてもよい。ここで説明した以外の構成でもよい。コイル形状としては、スパイラル巻、ソレノイド巻など、磁界結合が可能な任意の巻き方のコイルを用いてよい。以下では説明のためコイル部は、１つのコイルを含むことを想定するが、これに限定されるものではない。

第１の電線１０３−１、１０３−２、・・・１０３−Ｎ、および第２の電線１０４−１、１０４−２、・・・１０４−Ｎは、送電回路１０１−１〜１０１−Ｎとコイル部１０２−１〜１０２−Ｎ間を接続する電線である。第１の電線は、送電回路の高周波電流出力のプラス側端子と、コイル部におけるコイルの巻はじめ側の端子とに接続されている。第２の電線は、送電回路側の高周波電流出力のマイナス側端子と、コイル部におけるコイルの巻終わり側の端子に接続されている。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）に、送電側のコイル部と、受電側のコイル部との配置例を示す。ここでは、送電側および受電側ともコイル部を２つ配置している。送電側のコイル部および受電側のコイル部として、磁性体コアにコイルを巻き付けたものを用いている。図３（Ａ）のように、送電側のコイル部の開口面を、受電側のコイル部の開口面と対向させるように配置してもよい。または、図３（Ｂ）のように、送電側のコイル部の側面と、受電側のコイル部の側面が互いに対向するように配置してもよい。図３（Ｃ）には、平面状に巻いた２つのコイル（スパイラルコイル）を送電側および受電側にそれぞれ配置し、開口面が対向するようにこれらのコイルを配置した場合の例を示す。いずれの場合も、図示の破線で示すように、送受電コイル部間で磁界結合することにより、無線で電力が伝送される。

図１の電流プローブ１０５は、コイル部１０２−１〜１０２−Ｎを流れる電流の和に応じた物理量を測定する測定部である。第１の電線１０４−１〜１０４−Ｎに流れる電流は、コイル部１０２−１〜１０２−Ｎへ流れるので、第１の電線１０４−１〜１０４−Ｎに流れる電流の和を測定することは、コイル部１０２−１〜１０２−Ｎに流れる電流和を測定することに等しい。電流プローブ１０５は、コイル部１０２−１〜１０２−Ｎを流れる電流の和に応じた物理量として、コイル部１０２−１〜１０２−Ｎを流れる電流に応じて導電性ループに発生する誘導電流の合計を測定する。

図４に電流プローブの構成例を示す。電流プローブは導電性のループと、導電性の配線とを含む。導電性の配線は、導電性のループと制御回路とを接続する。一例として、電流プローブは、ロゴスキーコイルで構成されていてもよい。ロゴスキーコイルを用いた場合、外乱に強い電流プローブを構成できる。
第１の電線１〜Ｎ（１０４−１〜１０４−Ｎ）は、ループ内に束ねられ、第１の電線１〜Ｎ（１０４−１〜１０４−Ｎ）を流れる電流に応じてループに電磁誘導で電流が流れる。すなわち、ループを貫通する磁束の変化の速さに比例する誘導起電力が発生し、当該誘導起電力とループの抵抗とに応じた電流が誘導電流として流れる。この誘導電流の合計を上記物理量として測定することで、第１の電線１０４−１〜１０４−Ｎに流れる電流の和、すなわち、コイル部１〜Ｎ（１０２−１〜１０２−Ｎ）に流れる電流和を測定できる。つまり、誘導電流の値と、第１の電線１〜Ｎ（１０４−１〜１０４−Ｎ）に流れる電流の和の値は、ファラデーの法則等の電磁誘導の関係式に応じて一定の関係にあるため、誘導電流の値を測定することは、第１の電線１〜Ｎ（１０４−１〜１０４−Ｎ）に流れる電流の和を測定することと等価であるといえる。

制御回路１０６は、電流プローブ１０５により測定された電流の振幅に基づき、送電回路１〜Ｎ（１０１−１〜１０１−Ｎ）を制御する。本例では、送電回路１〜Ｎ（１０１−１〜１０１−Ｎ）のすべてを制御対象とするが、これらの送電回路のうちの少なくとも１つ、または、複数を制御対象とする構成も可能である。制御回路１０６は、当該出力電流の電流振幅を利用して制御を行い、ここでは、出力電流の位相の情報は必要ない。具体的に、制御回路１０６は、出力電流の振幅を最小化するように、または、閾値以下にするように、または一定の範囲に収めるように、送電回路１〜Ｎ（１０１−１〜１０１−Ｎ）を制御する。制御回路１０６は、各送電回路が出力する高周波電流の振幅または位相またはこれらの両方を決定し、決定した振幅または位相またはこれらの両方の指示を各送電回路に出力する。各送電回路は、制御回路１０６からの指示に応じた振幅または位相またはこれらの両方で高周波電流を生成および出力する。これにより、各コイル部を流れる電流の和の値を最小、または所望値以下、または所望の範囲に収めることができ、漏洩磁界の強度を低減できる。

漏洩磁界の強度を低減できることについてさらに詳細に説明する。コイルから発生する磁界強度は、コイルに流れる電流の振幅に比例する。したがって、複数のコイルに流れる電流和が最小となれば、これらのコイルからの発生する磁界の合成強度も最小化される。上述したように、本実施形態では、コイル部１〜Ｎ（１０２−１〜１０２−Ｎ）に流れる電流和に応じた物理量（導電性ループで発生する誘導電流の合計）を測定する。この測定される電流を最小化、閾値以下、または所定の範囲に制御するので、コイル部１〜Ｎ（１０２−１〜１０２−Ｎ）から発生する磁界強度の和も最小化、所望値以下、または所望の範囲内に制御される。

ここで、各コイル部におけるコイルの巻方向が異なると、上述した関係、すなわち、電流強度の和が小さくなるほど、磁界強度の和が小さくなる関係は成立しない。このため、本実施形態では、各コイル部におけるコイルは同一の配置構成を有するとする。同一の配置構成とは、例えば巻方向、巻き数、巻はじめおよび巻終わりの相対位置が等しいことを意味する。

図５を用いて、Ｎ＝４の場合の電流和の例を説明する。図５は、第１の電線１〜Ｎに流れる電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４の振幅と位相を示す。４つの第１の電線１〜Ｎに流れる電流の振幅がそれぞれ等しく、位相差が９０度ずつ異なっている。この場合、第１の電線１〜Ｎに流れる電流の合成電流は０となる。したがって、コイル部１〜４から発生する合成磁界強度も０になると言える。

図６は、図５と同様にＮ＝４の場合であるが、図５の例と異なり、４つの第１の電線１〜Ｎに流れる電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４の振幅が異なっている。また、位相差のずれが９０度ずつではない。この場合、電流プローブ１０５で測定される電流の振幅は０ではなく、ある有限の値となる。本実施形態では、このような場合に、制御回路で電流プローブの測定電流を最小化するように、送電回路１〜Ｎを制御する。これにより、第１の電線１〜Ｎに流れる電流の振幅および位相またはこれらの両方を調整でき、この結果、合成電流を最小化できる。

ここで、コイル部１〜Ｎを流れる電流和を最小化する場合の制御回路１０６の動作例を示す。Ｎ＝２の場合と、Ｎ＝４の場合とで説明する。

まず、Ｎ＝２の場合の動作例を説明する。初めに、制御回路１０６は、初期状態で電流プローブ１０５の電流を測定（すなわちコイル部１〜Ｎの合成電流を測定）する。次に２つの送電回路の電流振幅をそれぞれ固定にしたまま、２番目の送電回路の電流位相のみを変え、電流プローブ１０５の電流が最小となるような位相を決定する。Ｎ＝２のため、電流位相差は１８０度または略１８０度に設定されることになる。

次に、２つの送電回路の電流位相差を固定したまま、２番目の送電回路からの電流振幅のみを変え、電流プローブ１０５の測定電流値が最小になるようにする。２番目の送電回路からの電流振幅が、１番目の送電回路からの電流振幅に一致または略一致すると、電流プローブ１０５の測定電流値が最小化（２つのコイル部の電流和が最小化）される。

以上のように、制御回路１０６が、２つの送電回路を制御することで、２つのコイル部の電流和が最小化される。その結果、２つのコイル部から漏洩する合成磁界強度も最小化される。

次にＮ＝４の場合で、複数のコイル部の電流和を最小化するときの制御回路１０６の動作例を説明する。なお、当然ながら、当該電流和を最小化する場合に、各送電回路の電流振幅が全て０とならない条件で制御する必要がある。これは、各送電回路の電流振幅がすべて０となると、無線電力伝送が行われないためである。本動作例では、設定する電流振幅の下限閾値と上限閾値を予め与える。上限閾値として、定格電流の振幅値を用いてもよい。

制御回路１０６は、各送電回路に設定する電流振幅を、下限閾値と上限閾値の範囲内で複数設定する。例えば、送電回路ごとに、下限閾値と上限閾値との間で、５つの電流振幅を設定する。これにより、Ｎ＝４の場合は、５^４＝６２５通りの電流振幅の組み合わせが得られる。また、位相については、図５の例のように、各送電回路で９０度ずつ位相差がずれることを目標とする。この場合には、９０度ずつ位相差がずれる位相設定値の前後に例えば、−１０度、−５度、＋５度、＋１０度の４つの位相値を設定する。つまり、送電回路ごとに、−１０度、−５度、０度、＋５度、＋１０度の５つの位相が設定される。Ｎ＝４のため、５^４＝６２５通りの電流位相の組み合わせが得られる。

電流振幅の組み合わせ６２５通り、電流位相の組み合わせ６２５通りなので、４つの送電回路間で、６２５×６２５＝３９０６２５通りの、電流振幅と電流位相の組み合わせが設定できる。この組み合わせの中から、電流プローブの測定電流値が最小（４つのコイル部の電流和が最小）となる組み合わせを、制御回路１０６が選択すればよい。

複数のコイル部の電流和を最小化する方法は、上記の例に限定されず、どのような方法を用いても問題ない。またコイル部の個数も、３つ、あるいは５以上でも可能である。

以上、本実施形態によれば、１つの電流プローブを用いて、複数のコイル部の電流の和に応じた物理量を測定し、測定した値に応じて各送電回路の出力電流の振幅または位相またはこれらの両方を制御することにより、複数のコイル部からの漏洩磁界の合成強度を低減できる。コイル部ごと（第１の電線ごと）に電流プローブを配置する必要はないため、構成を簡単にでき、低コスト化も可能になる。またコイル部ごとに測定した電流プローブの出力値を比較する必要はないため、電流振幅の測定精度の低いプローブを用いることができる。また、１つの電流プローブの出力値の振幅のみを用いて制御し、各コイル部の電流の位相測定は不要である利点もある。

なお、上述した制御回路１０６の動作例の説明では、制御回路は各送電回路から出力される電流振幅と電流位相の両方を調整したが、いずれか一方のみを制御する構成も可能である。この場合には、送電回路の構成が簡単になる利点があるが、その一方、漏洩磁界強度を最小化できない場合も生じ得る。ただし、この場合も、漏洩磁界強度の低減目標値が小さい場合には、本実施形態は有効となる。

図７は、送電回路の構成例を示す。前述した送電回路１〜Ｎは、いずれも図７の構成を有することができる。送電回路は、コンバータ（ＡＣ−ＤＣ変換回路）５０１と、昇降圧回路５０２と、インバータ回路５０３とを備える。この構成により、送電回路の出力の電流振幅と電流位相を変えることができる。

コンバータ（ＡＣ−ＤＣ変換回路）５０１は、商用の交流電源５００から、例えば交流電圧１００Ｖあるいは交流電圧２００Ｖを入力として受ける。コンバータ５０１は、当該交流電圧を、一定値の直流電圧へ変換する。なお各送電回路のコンバータはそれぞれ別の交流電源から交流電圧が供給されてもよいし、共通の１つの交流電源から交流電圧をそれぞれ供給されてもよい。

昇降圧回路５０２は、一定の電圧値の直流電圧を入力とし、入力電圧よりも高い電圧、あるいは、同じ電圧、あるいは、低い電圧に変換して出力する、ＤＣ−ＤＣ変換回路である。

インバータ回路５０３は、昇降圧回路５０２の出力電圧を入力として、高周波電圧を出力する回路である。この高周波電圧はコイル部へ供給される。

なお、各回路の動作を、電圧を用いて説明したが、電流の場合も同様の説明となるので、説明を省略する。

昇降圧回路５０２の電圧の変換比は、図１の制御回路１０６によって制御可能である。つまり、コンバータ５０１の出力電圧は一定であるため、変換比を制御することで、昇降圧回路５０２の出力電圧は制御可能である。インバータ回路５０３の出力電圧は、インバータ回路５０３の入力電圧に比例するため、昇降圧回路５０２の電圧変換比を制御することで、インバータ回路５０３の入力電圧が変化し、その結果、インバータ回路５０３の出力電圧も変化する。インバータ回路５０３の出力電圧が変化すると、インバータ回路５０３の出力電流もオームの法則に従って変化する。よって、昇降圧回路５０２の電圧の変換比を制御することで、インバータ回路５０３の出力電流振幅を変えることが可能となっている。変換比を大きくまたは小さくすると、出力電流振幅が小さくなるか大きくなるかは、回路構成に応じていずれの構成も可能である。変換比は、一例として、昇降圧回路５０２の出力電圧／昇降圧回路５０２の入力電圧として定義されるが、これに限定されない。「／」は除算を意味する。

また、インバータ回路５０３は複数のスイッチを備えており、これらのスイッチを切り換えることで交流の電圧波形を出力している。これらのスイッチの切り替えタイミングを制御することで、出力する電圧波形の周波数を制御できる。よって、複数のインバータ回路間で、スイッチングのタイミングの時刻を異ならせることで、出力される交流電圧波形の位相を異ならせることができる。例えば、２つの送電回路の各々のインバータ回路で、このスイッチングタイミングが同じであれば、各々の出力の位相は同位相となる。スイッチングタイミングが交流周期の４分の１異なっていると、出力の位相差は９０度となる。同様にスイッチングタイミングが交流周期の２分の１異なっていると、出力の位相差は１８０度となる。なお、本実施形態では各送電回路のインバータ回路の出力周波数は同一または略同一であるとする。
このように、インバータ回路のスイッチングタイミングを制御することで、出力電圧の位相を変えることが可能となる。出力電圧を変えることで、インバータ回路の出力電流の位相も変化し、これにより、送電回路の出力電流位相を変えることが可能となる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る送電装置のブロック図である。ここでは、Ｎ＝２の場合の構成を示す。図１の構成では、電流プローブは、第１の電線１〜Ｎの電流の和に応じた物理量（導電性ループに発生する誘導電流の合計）を測定したが、図８の電流プローブ６５１は、第１の電線１（１０３−１）と、第２の電線２（１０４−１）の電流の和を上記物理量として測定する。制御回路６５２は、電流プローブ６５１で測定される電流振幅を最大化、または閾値以上、または一定の範囲に収めるように、送電回路１、２の出力電流の振幅および位相の少なくとも一方を制御する。これによりコイル部１、２からの漏洩磁界の合成強度を低減する。ここではＮ＝２の場合の構成を示したが、Ｎ＝４の場合など、Ｎが他の値の場合も同様に実施可能である。

電流プローブ６５１のループ内には第１の電線１と第２の電線２が通されている。第１の電線１と第２の電線２に流れる電流は逆向きである。したがって、第１の電線１に流れる電流と第２の電線２に流れる電流の和は最大になるとき、コイル部１、２からの漏洩磁界の合成強度が最小となる。電流の和を最大にする（すなわち電流プローブ６５１で測定される電流を最大にする）には、２つの送電回路１、２の少なくとも１つの出力電流位相を調整すればよい。なお、送電回路１、２の出力電流振幅を大きくすればするほど電流和は大きくなるため、送電回路１、２の出力電流振幅は事前に固定しておけばよい。

このように電流プローブの測定電流を最大化等することにより、感度の幅が小さい電流プローブを使用することも可能となる。例えば図１のように測定電流を最小化等する場合、電流プローブの電流は、ゼロまたはゼロに近い値を取り得るため、当該値を検出できることが要求される。また、測定電流を最小化等する目的のため、電流プローブでは、高々１つの送電回路が出力可能な最大の電流に応じた値Ｉｍａｘを検出できればよいと考えられる。よってＩｍａｘと上記のゼロに近い値との比は、非常に大きなものとなるため、感度の幅が大きい電流プローブが要求される。一方、第２の実施形態のように測定電流を最大化等する場合は、検出が要求される最大値としてＩｍａｘ×Ｎ（図８の例ではＮ＝２）を検出できる必要があり、最小値としては上記のＩｍａｘが検出できればよいと考えられる。Ｉｍａｘ×Ｎと、Ｉｍａｘの比はＮ（図３の例ではＮ＝２）である。よって、電流和を最大化するために用いる電流プローブとして、感度の幅が小さなものを用いることができる。

図８ではＮ＝２の場合を示したが、Ｎ＝４の場合は、例えば第１の電線３と第２の電線４（図１参照）を追加で電流プローブ６５１に通せばよい。ここで述べた以外の方法で、送電回路毎に電流ブローブ６５１を通す電線を選択することも可能である。

以上、本実施形態によれば、電流プローブで測定される電流を最大化するように各送電回路の電流位相を制御することで、漏洩磁界強度を低減できる。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る送電装置のブロック図である。第１の実施形態では電流プローブ（測定部）１０５が、複数のコイル部の電流和に応じた物理量として、導電性ループに発生する誘導電流の和を測定したが、本実施形態では測定部１０９が、当該物理量として、第１の電線１〜Ｎ間に渡る所定経路の電圧を測定する。制御回路１１０は、測定部１０９で測定される電圧が最小、閾値以下、または所定の範囲に収まるように、各送電回路１〜Ｎの出力電流の振幅、位相、または、これらの両方を制御する。

第１の電線１〜Ｎ上には、抵抗素子Ｒ１〜ＲＮが配置されている。抵抗素子Ｒ１の一方の端子（コイル部側の端子）と、抵抗素子Ｒ２の抵抗素子Ｒ１の当該一方の端子と反対側の端子（送電回路側の端子）とが配線Ｈ１で接続されている。抵抗素子Ｒ２の他方の端子（コイル部側の端子）と、抵抗素子Ｒ３（図示せず）の抵抗素子Ｒ２の当該他方の端子と反対側の端子（送電回路側の端子）とが配線Ｈ２で接続されている（Ｎが３以上の場合）。より一般的に、第１〜第Ｎの第１電線間で、第Ｘ（Ｘは１以上Ｎ未満の整数）の第１電線の抵抗素子の一方の端子と、第Ｘ＋１の第１電線の抵抗素子の当該一方の端子と反対側の端子とが配線Ｘで接続されている。

測定部１０９は、抵抗素子Ｒ１の他方の端子（上記配線が接続された側と反対側の端子）と、抵抗素子ＲＮの上記配線が接続された側と反対側の端子との間の電圧を測定する。これにより、複数の第１の電線１間で、各第１電線上の抵抗素子を介した所定の経路の電圧が測定される。

制御回路１１０は、測定部１０９で測定される電圧が最小、閾値以下、または所定の範囲に収まるように、各送電回路１〜Ｎの出力電流の振幅、位相、または、これらの両方を制御する。例えばＮ＝２の場合を考える。このとき、測定部１０９で測定される電圧が最小化されるとき、当該電圧は例えばゼロであり、このとき、第１の電線１と第１の電線２を流れる電流の位相差が１８０度で、電流の振幅は同じである。制御回路１１０の詳細な動作は、基本的に、電流の和を最小化する場合の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

（第４の実施形態）
図１０は第４の実施形態に係る無線電力伝送装置を示す。この無線電力伝送装置は、送電装置から無線で電力を受電する受電装置を備える。受電装置は、負荷装置６１１に接続されている。

受電装置は、Ｎ（Ｎは、２以上の任意の正数である）個の受電回路１、２、・・・Ｎ（６０１−１、６０１−２、・・・、６０１−Ｎ）と、Ｎ個のコイル部１、２、・・・Ｎ（６０２−１、６０２−２、・・６０２−Ｎ）と、Ｎ本の第１の電線１、２、・・・Ｎ（６０３−１、６０３−２、・・・６０３−Ｎ）と、Ｎ本の第２の電線１、２、・・・Ｎ（６０４−１、６０４−２、・・・、６０４−Ｎ）と、電流プローブ６０５と、制御回路６０６とを備えている。図１の送電回路が受電回路に変更された以外は、各要素間の接続関係は、図１の送電装置と同様である。

この受電装置は、コイル部１〜Ｎ（６０２−１、６０２−２、・・６０２−Ｎ）で、対向配置された送電装置のコイル部１〜Ｎ（１０２−１〜１０２−Ｎ）（図１参照）と磁界結合する。この磁界結合により、コイル部１〜Ｎ（６０２−１、６０２−２、・・６０２−Ｎ）に起電力（電圧）が発生し、起電力に応じた高周波電流が流れる。これにより送電装置から無線で電力を受電する。各コイル部で発生した高周波電流は、受電回路１〜Ｎ（６０１−１〜６０１−Ｎ）へ供給され、直流へ変換される。変換後の直流電流が、後段の負荷装置６１１へ供給される。負荷装置６１１は、電力を消費する抵抗体（電子機器等）でもよいし、電力を充電する蓄電池でもよい。本実施形態では、送電装置から伝送される電力を受電するコイル部１〜Ｎから漏洩する磁界の合成強度を低減する。なお図１０では、受電回路１〜Ｎが同じ負荷装置に接続されているが、受電回路ごとに異なる負荷装置に接続される構成でもよい。

電流プローブ６０５は、第１の実施形態と同様に、第１の電線１〜Ｎに流れる電流和に応じた物理量として、導電性ループに発生する誘導電流の和を測定する。電流プローブ６０５は、第１の実施形態と同様、例えば図４の構成を用いることができる。例えば、電流プローブ６０５として、ロゴスキーコイルを用いてもよい。ロゴスキーコイルを用いた場合、外乱に強い電流プローブを構成できる。

制御回路６０６は、電流プローブ６０５で測定される電流が最小、閾値以下、または所定の範囲内になるように、受電回路１〜Ｎを制御する。これにより、各コイル部から発生する漏洩磁界の合成強度を低減する。例えば電流プローブ６０５で測定される電流が最小となるとき、漏洩磁界の合成強度が最小になる。

図１１は、受電回路の構成例を示す。前述した受電回路１〜Ｎは、いずれも図１１の構成を有することができる。受電回路は、整流回路７０１と、昇降圧回路（ＤＣ−ＤＣ変換回路）７０２とを備える。整流回路７０１は、コイル部で発生した高周波電流を入力とし、高周波電流を直流電流に変換する。これにより整流回路７０１からは一定の直流電圧が出力される。昇降圧回路７０２は、整流回路７０１から出力される一定の直流電圧を入力として、入力電圧よりも高い、あるいは、同一、あるいは、低い電圧を出力する。昇降圧回路７０２の後段には、負荷装置が接続される。

昇降圧回路７０２の電圧の変換比は、図１０の制御回路６０６によって制御可能であり、電圧の変換比を変えることで、コイル部の電流振幅を制御できる。すなわち、当該変換比を変えると、負荷装置に供給される電圧と電流の比が変わる。これは、コイル部から見ると、負荷の値が変わったことと等価であり、コイル部から負荷側を見込んだインピーダンスが変わる。このため、コイル部に流れる電流の振幅を変えることができる（なお、これに応じて送電回路から出力される電流の振幅も変わる）。この構成により、制御回路６０６から、コイル部に流れる電流振幅を変えることができる。変換比を大きくまたは小さくすると、電流振幅が小さくなるか大きくなるかは、回路構成に応じていずれの構成も可能である。変換比は、一例として、昇降圧回路７０２の出力電圧／昇降圧回路７０２の入力電圧として定義されるが、これに限定されない。「／」は除算を意味する。

以上、本実施形態によれば、受電側の複数のコイル部から漏洩する磁界の合成強度を、受電側の制御で低減できる。

（第５の実施形態）
図１２は、第５の実施形態に係る誘導加熱調理装置を示す。図１と同様の要素には同一の符号を付して、説明は省略する。この装置は、図１の送電装置と同様の構成を有するが、受電側に電力を無線伝送するのではなく、各コイル部に対向するように、調理台８１１を介して金属製の調理鍋８０１−１、８０１−２、・・・８０１−Ｎを配置し、これらの調理鍋を誘導加熱するものである。各コイル部に流れる高周波電流に応じて発生する磁力線が、各調理鍋を通過し、調理鍋の金属材料の表面に渦電流が流れ、これにより調理鍋が発熱する。制御回路１０６は、図１の送電装置の制御回路と同様に動作する。これにより誘導加熱調理装置の周囲に漏洩する磁界の強度を低減できる。よって、本実施形態に係る制御装置は、無線電力伝送装置の制御回路としても、誘導加熱調理装置の制御回路としても適用できる。

（その他）
上述した各実施形態では、各コイル部のコイルは同一形状で、同一の方向に巻回される場合を想定していたが、各コイルの形状が互いに異なる場合にも、各実施形態は可能である。例えば、送電装置において、Ｎ＝２の場合を想定する。１つ目のコイルが巻き数１、２つ目のコイルが巻き数２とする。巻き数以外の条件は同一とする。磁界強度はコイルの巻き数に比例するため、同一の大きさの電流がコイル１とコイル２に流れた場合、コイル１とコイル２から発生する磁界強度は２倍異なる。したがって、この条件においては、電流プローブで、１つ目のコイルの測定感度を２倍とし、２つ目のコイルの測定感度を１倍として、これらのコイルの電流和を測定すればよい。

電流プローブを用いてコイルの電流の測定感度を増やす方法として、電線を電流プローブに巻く回数を増やす方法がある。例えば、電流プローブに当該電線を２回巻けば、２倍の測定感度となり、２倍の電流値が測定される。

よって、１つ目のコイルの電線を電流プローブに２回巻き、２つ目のコイルの電線を電流プローブに１回通しした状態で、これらのコイルの電流和に応じた物理量を電流プローブで測定し、これらのコイルの電流和を最小化等すればよい。これにより、各コイルの形状等が異なる場合にも、漏洩磁界強度を低減できる。

また、各実施形態において、送電回路から高周波電流（高周波エネルギ−）を発生させているが、高周波電流の周波数特性に関して、基本波周波数以外にも、高調波が発生する。各実施形態では、電流プローブの出力電流のうち基本波周波数の電流に着目して、基本波周波数の磁界強度を低減することを想定していた。これは電流プローブの測定電流から基本波周波数成分を抽出して、抽出した成分の振幅を測定することで行うことができる。別の例として、電流プローブの検出電流のうち高調波の電流に着目して、高調波の磁界強度を低減することも可能となる。この場合には、送電側の制御回路または受電側の制御回路が、電流プローブの出力電流のうち高調波電流の振幅を最小化等するように、送電回路または受電回路を制御すればよい。

また、各実施形態では１つの電流プローブで各コイル部の電流和に応じた物理量を測定していたが、コイル部の数が多い場合や、各電線の太さが太い場合には、電流プローブサイズが大きくなってしまう場合がある。そこで、例えば、Ｎ＝１０の場合には、５本の電線の２つのグループに分け、各グループを別個の電流プローブで測定し、２つの電流プローブの測定電流（出力電流）を合成してもよい。

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。

１０１−１、１０１−２、・・・、１０１−Ｎ：送電回路
１０２−１、１０２−２、・・１０２−Ｎ：コイル部
１０３−１、１０３−２、・・・１０３−Ｎ：第１の電線
１０４−１、１０４−２、・・・、１０４−Ｎ：第２の電線
１０５、６５１：電流プローブ（測定部）
１０６：制御回路（制御装置）
１０９：測定部
１１１：交流電源装置
２８２、２８２ａ、２８２ｂ：容量
２９２、２９２ａ、２９２ｂ：コイル
５００：交流電源
５０１：コンバータ
５０２：昇降圧回路
５０３：インバータ回路
Ｒ１〜ＲＮ：抵抗素子
Ｈ１〜ＨＮ：配線
６０１−１、６０１−２、・・・、６０１−Ｎ：受電回路
６０２−１、６０２−２、・・６０２−Ｎ：コイル部
６０３−１、６０３−２、・・・６０３−Ｎ：第１の電線
６０４−１、６０４−２、・・・、６０４−Ｎ：第２の電線
６０５：電流プローブ（測定部）
６０６：制御回路（制御装置）
７０１：整流回路
７０２：昇降圧回路
８１１：調理台
８０１−１、８０１−２、・・・８０１−Ｎ：調理鍋

Claims (16)

1. それぞれが少なくとも１つのコイルを含む複数のコイル部と、
   前記複数のコイル部に電力を供給する複数の送電回路と、
   前記複数のコイル部を流れる電流の和に応じた物理量を測定する測定部と、
   前記測定部で測定された前記物理量に応じて、前記複数の送電回路の少なくとも１つを制御する制御回路と、
   を備えた無線電力伝送装置。
2. 前記制御回路は、前記測定される物理量の値が最小になる、閾値以下になる、または所定の範囲内に入るように、前記複数の送電回路の少なくとも１つを制御する
   請求項１に記載の無線電力伝送装置。
3. 前記複数の送電回路は、複数の第１の電線を介して前記複数のコイル部の第１端に接続され、複数の第２の電線を介して前記複数のコイル部の第２端に接続され、
   前記測定部は、前記複数のコイル部ごとに選択された前記第１の電線および前記第２の電線のうちの一方を囲む導電性ループを含む電流プローブを有し、前記導電性ループによって囲まれる前記電線に流れる電流和である前記物理量を測定する
   請求項１に記載の無線電力伝送装置。
4. 前記制御回路は、前記複数の送電回路の少なくとも１つが生成する電流の振幅および位相の少なくとも一方を制御する
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
5. 前記複数の送電回路のそれぞれは、
   交流電圧を受電し、前記交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変換回路と、
   前記ＡＣ−ＤＣ変換回路により変換された電圧を昇圧、あるいは、降圧するＤＣ−ＤＣ変換回路と、
   前記ＤＣ−ＤＣ変換回路により変換された電圧に基づき、交流電圧を生成するインバータ回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記複数の送電回路の少なくとも１つの前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の電圧変換比を調整することによって、前記複数の送電回路の少なくとも１つが生成する前記電流の振幅を制御する
   請求項４に記載の無線電力伝送装置。
6. 前記複数の送電回路のそれぞれは、
   交流電圧を受電し、前記交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ−ＤＣ変換回路と、
   前記ＡＣ−ＤＣ変換回路により変換された電圧を昇圧、あるいは、降圧するＤＣ−ＤＣ変換回路と、
   前記ＤＣ−ＤＣ変換回路により変換された電圧に基づき、スイッチを切り換えることで交流電圧を出力するインバータ回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記複数の送電回路の少なくとも１つの前記インバータ回路における前記スイッチの切り替えタイミングを制御することによって、前記複数の送電回路の少なくとも１つが生成する前記電流の位相を制御する
   請求項４に記載の無線電力伝送装置。
7. Ｎ（Ｎは２以上の整数）個である前記複数の送電回路は、第１〜第Ｎの第１電線を介して前記複数のコイル部の第１端に接続され、第１〜第Ｎの第２電線を介して前記複数のコイル部の第２端に接続され、
   前記第１〜第Ｎの第１電線のそれぞれは抵抗素子を含み、
   第Ｘ（Ｘは１以上Ｎ未満の整数）の前記第１電線の前記抵抗素子の一方の端子と、第Ｘ＋１の前記第１電線の前記抵抗素子の一方の端子と反対側の端子とを接続する第１〜第Ｎ−１配線と、を備え、
   前記測定部は、前記第１の第１電線に含まれる前記抵抗素子の前記第１配線が接続された側と反対側の端子と、前記第Ｎの第１電線に含まれる前記抵抗素子の前記第Ｎ−１配線が接続された側と反対側の端子との間の電圧である前記物理量を測定する
   請求項１に記載の無線電力伝送装置。
8. 前記制御回路は、前記測定される物理量の値が最大になる、閾値以上になる、または所定の範囲内に入るように、前記複数の送電回路の少なくとも１つが生成する電流の位相を制御する
   請求項１、３、６のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
9. それぞれが少なくとも１つのコイルを含む複数のコイル部と、
   前記複数のコイル部で受電された電力を直流に変換する処理を含む処理を行う複数の受電回路と、
   前記複数のコイル部を流れる電流の和に応じた物理量を測定する測定部と、
   前記測定部で測定された前記物理量に応じて、前記複数の受電回路の少なくとも１つを制御する制御回路と、
   を備えた無線電力伝送装置。
10. 前記制御回路は、前記物理量の値が、最小になる、閾値以下になる、または所定の範囲内に入るように、前記複数の受電回路の少なくとも１つを制御する
    請求項９に記載の無線電力伝送装置。
11. 前記複数の受電回路は、複数の第１の電線を介して前記複数のコイル部の第１端に接続され、複数の第２の電線を介して前記複数のコイル部の第２端に接続され、
    前記測定部は、前記複数のコイル部毎に選択された前記第１の電線および前記第２の電線のうちの一方を囲む導電性ループを含む電流プローブを備え、前記導電性ループによって囲まれる前記電線に流れる電流和である前記物理量を測定する
    請求項９または１０に記載の無線電力伝送装置。
12. 前記制御回路は、前記複数の受電回路の少なくとも１つで受電される電力の電流振幅を制御する
    請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
13. 前記複数の受電回路のそれぞれは、
    前記受電された電力を交流から直流へ変換する整流回路と、
    前記整流回路により変換された直流電力の電圧を昇圧、あるいは、降圧するＤＣ−ＤＣ変換回路と、を備え、
    前記制御回路は、前記複数の受電回路の少なくとも１つの前記ＤＣ−ＤＣ変換回路の変換比を調整することによって、前記複数の受電回路の少なくとも１つで受電される前記電力の電流の振幅を制御する
    請求項１２に記載の無線電力伝送装置。
14. Ｎ（Ｎは２以上の整数）個である前記複数の受電回路は、第１〜第Ｎの第１電線を介して前記複数のコイル部の第１端に接続され、第１〜第Ｎの第２電線を介して前記複数のコイル部の第２端に接続され、
    前記第１〜第Ｎの第１電線のそれぞれは抵抗素子を含み、
    第Ｘ（Ｘは１以上Ｎ未満の整数）の前記第１電線の前記抵抗素子の一方の端子と、第Ｘ＋１の前記第１電線の前記抵抗素子の一方の端子と反対側の端子とを接続する第１〜第Ｎ−１配線と、を備え、
    前記測定部は、前記第１の第１電線に含まれる前記抵抗素子の前記第１配線が接続された側と反対側の端子と、前記第Ｎの第１電線に含まれる前記抵抗素子の前記第Ｎ−１配線が接続された側と反対側の端子との間の電圧である前記物理量を測定する
    請求項１１に記載の無線電力伝送装置。
15. それぞれが少なくとも１つのコイルを含む複数のコイル部と、前記複数のコイル部に電力を供給する複数の送電回路とを備えた、無線電力伝送用の送電装置の制御装置であって、
    前記複数のコイル部を流れる電流の和に応じた物理量を測定する測定部と、
    前記測定部で測定された前記物理量に応じて、前記複数の送電回路の少なくとも１つを制御する制御回路と、
    を備えた制御装置。
16. それぞれが少なくとも１つのコイルを含む複数のコイル部と、前記複数のコイル部で受電された電力を制御する複数の受電回路とを備えた、無線電力伝送用の受電装置の制御装置であって、
    前記複数のコイル部を流れる電流の和に応じた物理量を測定する測定部と、
    前記測定部で測定された前記物理量に応じて、前記複数の受電回路の少なくとも１つを制御する制御回路と、
    を備えた制御装置。

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