JP7486074B2 - 送電装置および無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、送電装置および無線電力伝送システムに関する。

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、磁界結合方式および電界結合方式などの種々の方式がある。

磁界結合方式による無線電力伝送システムでは、送電コイルと受電コイルとが対向した状態で、送電コイルから受電コイルに無線で電力が伝送される。例えば特許文献１および２は、磁界結合方式による無線電力伝送システムの例を開示している。

これに対し、電界結合方式による無線電力伝送システムでは、２つ以上の送電電極と２つ以上の受電電極とが対向した状態で、送電電極から受電電極に無線で電力が伝送される。電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば床面に設けられた複数の送電電極から、バッテリなどの負荷を備えた移動体に電力を供給する用途で用いられ得る。例えば特許文献３は、電界結合方式の無線電力伝送システムの例を開示している。

国際公開第２０１１／０９９０７１号 特開２０１１－２２３８６０号公報 国際公開第２０２０／２４１６７７号

本開示は、受電装置における受電電極が送電電極に対向した状態をより高い精度で検知し、受電装置への送電開始のタイミングを適切に決定するための新規な技術を提供する。

本開示の実施形態における送電装置は、複数の受電電極を備える受電装置に無線で電力を伝送する。前記送電装置は、第１直流電圧、および前記第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を切り替えて出力することが可能な電圧切替回路と、前記電圧切替回路から出力された前記第１直流電圧または前記第２直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される前記交流電圧および交流電流を計測する計測器と、前記計測器の計測値に基づいて前記電圧切替回路を制御する制御回路と、前記インバータ回路から出力された前記交流電圧に基づく電力を前記受電装置の前記複数の受電電極に伝送する複数の送電電極と、を備える。前記制御回路は、前記受電装置の接近を検知する検知モード、および前記受電装置に前記第１直流電圧に基づく電力を伝送する伝送モードで動作する。前記制御回路は、前記検知モードにおいて、前記電圧切替回路に前記第２直流電圧を出力させ、（ａ）前記計測器によって計測された前記交流電圧と前記交流電流との位相差が第１範囲内にあること、を含む所定の条件を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替える。

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。

本開示の実施形態によれば、受電装置における受電電極が送電電極に対向した状態をより高い精度で検知し、受電装置への送電開始のタイミングを適切に決定することができる。

図１は、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。 図３は、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は、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は、無線電力伝送システムの利用例を模式的に示す図である。 図６は、無線電力伝送システムの回路構成の一例を示す図である。 図７Ａは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための第１の図である。 図７Ｂは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための第２の図である。 図７Ｃは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための第３の図である。 図８は、移動体における受電電極と送電電極との相対位置の例を示す図である。 図９Ａは、電極重なり割合と、インバータ回路の入力電流Ｉｉｎとの関係の例を示すグラフである。 図９Ｂは、電極重なり割合と、インバータ回路の入力電流Ｉｉｎとの関係の他の例を示すグラフである。 図１０は、インバータ回路の出力電圧Ｖｏｕｔおよび出力電流Ｉｏｕｔの時間変化の例を示すグラフである。 図１１は、実証機における出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとの位相差と、電極重なり割合との関係の例を示すグラフである。 図１２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図である。 図１３は、電圧切替回路の構成例を示すブロック図である。 図１４は、インバータ回路の構成例を模式的に示す図である。 図１５は、整流回路の構成例を模式的に示す図である。 図１６は、送電制御回路による検知モードにおける動作の例を示すフローチャートである。 図１７は、位相差のみに基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定する動作の例を示すフローチャートである。 図１８は、インバータ回路の出力電圧または出力電流の波形に含まれるノイズ量に基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定する処理の例を示すフローチャートである。 図１９は、インバータ回路の入力電流に基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定するシステムの構成例を示すブロック図である。 図２０は、図１９の例における送電制御回路の動作を示すフローチャートである。 図２１は、負荷インピーダンスを調整することが可能な移動体の構成例を示す図である。 図２２は、受電制御回路による抵抗回路の制御方法の一例を示す図である。 図２３は、受電制御回路による抵抗回路の制御方法の他の例を示す図である。 図２４は、受電制御回路による抵抗回路の制御方法のさらに他の例を示す図である。 図２５は、受電制御回路による抵抗回路の制御方法のさらに他の例を示す図である。 図２６Ａは、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２６Ｂは、送電電極が天井に敷設された例を示す図である。 電界結合方式による無線電力伝送システムの別の一例を模式的に示す図である。 図２７に示す例における受電装置および送電装置の構成を模式的に示す図である。 受電装置のさらに他の例を示す図である。

（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。

図１は、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。「電界結合方式」とは、複数の送電電極を含む送電電極群と複数の受電電極を含む受電電極群との間の電界結合（「容量結合」とも称する。）により、送電電極群から受電電極群に、無線（すなわち非接触）で電力が伝送される伝送方式をいう。簡単のため、送電電極群および受電電極群の各々が、２つの電極の対によって構成される例をまず説明する。

図１に示す無線電力伝送システムは、移動体２００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２００は、無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）である。移動体２００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得る。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、第１の方向（図１におけるＹ方向）に延びた形状を有する。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂには、送電回路から交流電力が供給される。

移動体２００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する一対の受電電極を備える。移動体２００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。受け取った電力は、移動体２００が備えるモータ、二次電池（バッテリ）、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２００の充電または駆動が行われる。

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。Ｘ方向は、送電電極１２０ａ、１２０ｂが並ぶ方向である。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。

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、受電装置である移動体２００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、電源４００から供給された電力を、電力伝送用の交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。電源４００は、例えば、周波数が５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ、電圧が１００Ｖ、１２０Ｖ、２００Ｖ、または２４０Ｖの交流電力を出力する商用交流電源であり得る。送電回路１１０は、電源４００から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路と、コンバータ回路から出力される直流電力を送電用の交流電力に変換するインバータ回路とを含み得る。送電回路１１０は、送電電極１２０ａ、１２０ｂとインバータ回路との間に、インピーダンス整合のための整合回路を備えていてもよい。

移動体２００は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電回路２１０と、負荷２３０とを備える。受電回路２１０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を負荷２３０が要求する他の形態の電力に変換して負荷２３０に供給する。受電回路２１０は、負荷２３０が要求する所定の電圧の直流電力または所定の周波数および電圧の交流電力を出力する。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。負荷２３０は、例えばモータ、蓄電用のキャパシタ、または二次電池などの、電力を消費または蓄積する機器、およびそれらの機器を制御する回路を含み得る。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。

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。

図３および図４は、送電電極群および受電電極群の各々が４つの電極を含む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送電電極１２０ａと、２つの第２送電電極１２０ｂとを備える。２つの第１送電電極１２０ａおよび２つの第２送電電極１２０ｂは、第２の方向（図３におけるＸ方向）に沿って交互に並んでいる。移動体２００も同様に、２つの第１受電電極２２０ａと、２つの第２受電電極２２０ｂとを備える。２つの第１受電電極２２０ａおよび２つの第２受電電極２２０ｂも、交互に並んでいる。電力伝送時には、２つの第１受電電極２２０ａは、２つの第１送電電極１２０ａにそれぞれ対向し、２つの第２受電電極２２０ｂは、２つの第２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送電電極１２０ａに接続され、他方の端子は、２つの第２送電電極１２０ｂに接続される。電力が伝送されるとき、送電回路１１０は、２つの第１送電電極１２０ａに第１の電圧を印加し、２つの第２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と４つの受電電極を含む受電電極群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および移動体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。

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、移動体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、送電電極群および受電電極群の各々は、図３および図４に例示されるように、２つよりも多くの電極を含んでいてもよい。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。以下の説明において、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、移動体２００が備える複数の受電電極を区別せずに「受電電極２２０」と称することがある。

上記のような無線電力伝送システムによれば、移動体２００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２００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２００は、例えばバッテリまたはキャパシタ等の蓄電デバイスを充電しながら移動することができる。

図５は、無線電力伝送システムの利用例を模式的に示す図である。この例における無線電力伝送システムは、倉庫内で利用される。このシステムは、複数の送電装置１００と、複数の移動体２００とを含む。各送電装置１００は、２つの送電電極１２０を含む送電電極シート１２０Ｓと、図２に示す送電回路１１０とを備える。倉庫には、複数の列を構成する複数の棚４０が設けられている。棚４０の列の間に複数の送電電極シート１２０Ｓが配置されている。各送電電極シート１２０Ｓにおける２つの送電電極１２０には、送電回路１１０から交流電力が供給される。各移動体２００は、倉庫内を所定の経路に沿って自動で走行し、棚４０に収納された物品をピックアップし、所定の場所に搬送する作業を行う。各移動体２００は、例えば二次電池および駆動用の電気モータを備える。各移動体２００は、二次電池に蓄積された電気エネルギーで駆動用電気モータを駆動することによって走行する。各移動体２００は、送電電極シート１２０Ｓが配置されたエリア（以下、「送電エリア」と称する。）を走行するとき、二次電池の充電を行う。すなわち、各移動体２００は、送電電極１２０から送出される電力を受電電極２２０で受け取り、その電力で二次電池を充電しながら走行する。これにより、蓄電量の不足によって走行不能になることなく、搬送作業を継続することができる。

このようなシステムにおいて、移動体２００は、送電電極シート１２０Ｓが配置された送電エリアへの進入と送電エリアからの離脱とを繰り返す。このため、各送電装置１００は、検知モードと伝送モードの２つのモードを切り替えて動作する。送電装置１００は、移動体２００が送電エリアに存在しないときには、微弱な電力を送電電極１２０から出力し、移動体２００の接近を検知する検知モードで動作する。送電装置１００は、送電回路１１０内を流れる電流などの計測値に基づいて、移動体２００の接近を検知することができる。送電装置１００は、移動体２００の接近を検知すると、送電電極１２０から出力する電力を増加させ、移動体２００への電力伝送を行う伝送モードに移行する。移動体２００が送電電極シート１２０Ｓ上を走行している間、送電装置１００は伝送モードで動作する。移動体２００が送電エリアから離脱すると、送電装置１００は、伝送モードから検知モードに切り替え、次の移動体２００の到来を待機する。

図６は、検知モードと伝送モードとを切り替えることができる無線電力伝送システムの回路構成の一例を示す図である。図６に示す送電回路１１０は、電圧切替回路１３０と、インバータ回路１６０と、整合回路１８０とを備える。受電回路２１０は、整合回路２８０と、整流回路２６０とを備える。

電圧切替回路１３０は、第１直流電源１３１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路１３５と、スイッチ１３２とを含む。ＤＣ－ＤＣコンバータ回路１３５は、第１直流電源１３１から出力された比較的高い電圧（例えば２００Ｖ）の直流電圧を、より低い電圧（例えば３．３Ｖから１２Ｖ）の直流電圧に変換する。ＤＣ－ＤＣコンバータ回路１３５を第２直流電源とも称する。スイッチ１３２は、検知モードと伝送モードとを切り替えるためのスイッチであり、第１直流電源１３１およびＤＣ－ＤＣコンバータ回路１３５に接続されている。スイッチ１３２は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの半導体スイッチであり、ゲートドライバを含む制御回路によって制御される。検知モードにおいて、スイッチ１３２は、開状態（オフ）にされ、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路１３５から出力される比較的低い電圧の直流電圧がインバータ回路１６０に印加される。一方、伝送モードにおいて、スイッチ１３２は、閉状態（オン）にされ、第１直流電源１３１から出力される比較的高い電圧の直流電圧がインバータ回路１６０に印加される。

インバータ回路１６０は、電圧切替回路１３０から出力された直流電圧を交流電圧に変換して出力する。整合回路１８０は、インバータ回路１６０と送電電極１２０との間のインピーダンスを整合させる。整合回路１８０は、必要に応じて配置され、その回路構成には多様な変形が可能である。

受電回路２１０における整合回路２８０は、受電電極２２０と整流回路２６０との間のインピーダンスを整合させる。整合回路２８０も、必要に応じて配置され、その回路構成には多様な変形が可能である。整流回路２６０は、整合回路２８０から出力された交流電圧を直流電圧に変換して負荷２３０に出力する。

図７Ａから図７Ｃは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに沿って走行するときの送電制御の例を説明するための図である。図７Ａは、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓが配置された送電エリアに向かって走行している状況を示している。図７Ｂは、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めた状況を示している。図７Ｃは、移動体２００が送電エリアを通過した後の状況を示している。

図７Ａに示すように、移動体２００が送電電極シート１２０Ｓに向かって走行しているとき、送電装置１００は検知モードで動作する。検知モードにおいて、送電回路１１０は、微弱な電力を送電電極１２０に供給する。例えば、送電回路１１０は、図６に示すスイッチ１３２を開状態（オフ）にすることにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路１３５から出力される比較的低い電圧（例えば１２Ｖ）を送電電極１２０に印加する。その状態で、送電回路１１０は、例えばインバータ回路１６０への入力電流Ｉｉｎを計測し、その計測値の変動に基づき、移動体２００の接近を検知することができる。

図７Ｂに示すように、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めると、送電電極１２０と受電電極２２０との間の結合容量の増加に伴い、インバータ回路１６０への入力電流Ｉｉｎが増加する。送電回路１１０は、入力電流Ｉｉｎの変化に基づき、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向したことを検知する。例えば、入力電流Ｉｉｎの計測値が所定の閾値を超えた場合に、移動体２００の受電電極２２０が送電電極１２０に対向したと判断することができる。送電回路１１０は、受電電極２２０が送電電極１２０に対向したことを検知すると、検知モードから伝送モードに切り替える。伝送モードにおいて、送電回路１１０は、比較的高い電圧（例えば、２００Ｖ）の交流電力（例えば１．５ｋＷ）を送電電極１２０に出力する。検知モードから伝送モードへの切り替えは、例えば図６に示すスイッチ１３２をオフ（非導通状態）からオン（導通状態）に切り替えることによって行われ得る。以後、移動体２００が送電エリアを通過するまで、伝送モードによる送電が行われる。移動体２００が送電エリアを走行している間、送電回路１１０は、入力電流Ｉｉｎの計測値に基づいて、移動体２００が送電エリアを通過したか否かを判断する。例えば、入力電流Ｉｉｎの計測値が、所定の閾値を下回った場合に、移動体２００が送電エリアを通過したと判断することができる。

図７Ｃに示すように、移動体２００が送電エリアを通過すると、送電回路１１０は、伝送モードから検知モードに切り替える。送電回路１１０は、送電回路１１０内のスイッチ１３２をオンからオフに切り替え、出力電圧を、例えば２００Ｖから１２Ｖに低下させることにより、伝送モードから検知モードに切り替える。以後、次の移動体２００が送電エリアに接近するまで、送電回路１１０は検知モードで動作し、移動体２００の到来を待機する。

上記のようなシステムにおいて、送電回路１１０は、移動体２００における受電電極２２０が送電電極１２０に十分に対向した状態、言い替えれば、送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量が十分に高い状態でスイッチ１３２をオンにすることが重要である。これは、伝送モードにおいて高い効率で電力が伝送されるように、結合容量が十分に高い状態でインピーダンス整合が実現されるように整合回路１８０および２８０が設計されるからである。

図８は、移動体２００における受電電極２２０と送電電極１２０との相対位置の例を示す図である。図８において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に、移動体２００が送電電極１２０上を走行する様子が示されている。図８の（ａ）は、受電電極２２０が送電電極１２０に全く対向していない状態を示している。図８の（ｂ）は、受電電極２２０が送電電極１２０にわずかに対向している状態を示している。図８の（ｃ）は、受電電極２２０が送電電極１２０に完全に対向している状態を示している。図８の（ａ）または（ｂ）に示す状態において検知モードから伝送モードに移行した場合、送電電極１２０と受電電極２２０との間の結合容量が低いことに起因するインピーダンスの不整合のため、送電装置１００内で伝送電力の反射が大きくなる。その結果、送電回路１１０内の回路素子の破壊などの問題が生じ得る。そのような問題を回避するために、検知モードから伝送モードへの切り替えは、図８の（ｃ）に示すように、受電電極２２０と送電電極１２０とが十分に対向した状態で行われることが望ましい。

しかし、受電電極２２０と送電電極１２０とが十分に対向した状態を高い精度で検知することは容易ではない。図７Ａから図７Ｃに示す例では、送電回路１１０は、インバータ回路１６０の入力電流Ｉｉｎに基づいて、受電電極２２０と送電電極１２０との重なりの程度を推定する。しかし、本発明者らが検証したところ、受電電極２２０が送電電極１２０に十分に対向していないにもかかわらず、入力電流Ｉｉｎが著しく大きくなり、閾値を超える場合があることが判明した。

図９Ａおよび図９Ｂを参照して、この課題を説明する。図９Ａは、受電電極２２０の面積に対する送電電極１２０と受電電極２２０との重なり面積の割合（以下、「電極重なり割合」と称する。）と、インバータ回路１６０への入力電流Ｉｉｎとの関係の例を示すグラフである。送電電極１２０と受電電極２２０との重なり面積は、受電電極２２０の表面のうち、当該表面に垂直な方向から見た場合に送電電極１２０と重なる部分の面積を意味する。図９Ａは、電極重なり割合が増加するほど、入力電流Ｉｉｎが増加する理想的な例を示している。このような場合には、入力電流Ｉｉｎが閾値を超えた場合に受電電極２２０が送電電極１２０に十分に重なったと判定する上記の方法が有効である。閾値は、例えば受電電極２２０の７０％以上が送電電極１２０に重なった場合における入力電流Ｉｉｎの値に設定され得る。

しかし、実際には、図９Ａのような特性が必ずしも得られるとは限らない。図９Ｂは、ある実証機における電極重なり割合と入力電流Ｉｉｎとの関係の例を示すグラフである。図９Ｂの例では、電極重なり割合の増加に対して入力電流Ｉｉｎが単調に増加していない。この例では、電極重なり割合がおよそ０．５５から０．８の範囲において入力電流Ｉｉｎが突出して高くなっている。電極重なり割合がおよそ０．４から０．５の範囲において、入力電流Ｉｉｎは、電極重なり割合が１の場合における値と同程度の値になる。このような場合には、電極重なり割合がおよそ０．４の状態であっても、入力電流Ｉｉｎが閾値を超え、受電電極２２０が送電電極１２０に十分に重なったと誤判定され得る。図９Ｂに示す特性は一例であり、整合回路１８０などの構成に依存して、入力電流Ｉｉｎと電極重なり割合との関係は大きく異なり得る。

したがって、インバータ回路１６０の入力電流Ｉｉｎと閾値との比較に基づく方法では、送電電極１２０と受電電極２２０とが十分に対向した状態を検知することが難しい。より高い精度で検知するために、例えば、送電回路１１０が、移動体２００から送信されるフィードバック情報に基づいて、受電電極２２０が送電電極１２０に十分に対向したことを検知する方法も考えられる。しかし、移動体２００からのフィードバック情報を利用する方法では、通信に比較的長い時間を要するため、検知に時間を要し、伝送モードへの移行が遅くなり得る。移動体２００が走行中に充電するシステムでは、充電時間をできるだけ長く確保するために、充電開始までの時間を可能な限り短縮することが求められる。また通信手段を別途持つことはコストアップにもなる。このため、移動体２００からのフィードバック情報を用いずに、送電装置１００内の回路の挙動に基づいて、受電電極２２０と送電電極１２０とが十分に対向したことを検知できることが望ましい。

本発明者らは、上記の考察に基づき、受電電極２２０が送電電極１２０に十分に対向した状態にあることを検知するために、入力電流Ｉｉｎとは別の指標を導入することを検討した。本発明者らは、インバータ回路１６０の出力電圧Ｖｏｕｔおよび出力電流Ｉｏｕｔ（図６参照）の位相差、位相差の時間的なバラツキ、または出力電圧Ｖｏｕｔもしくは出力電流Ｉｏｕｔのノイズ量と、送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量とが相関を持つことを見出し、本開示の技術に想到した。

送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量の変動は、インバータ回路１６０の後段の回路の入力インピーダンスの変動をもたらす。当該入力インピーダンスの変動は、インバータ回路１６０の出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとの位相差の変動をもたらす。上記のような無線電力伝送システムでは、送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量が高い状態で、電流が電圧に対して遅れる遅相状態になり、回路損失が小さく、伝送効率が高くなる。反対に、送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量が低い状態では、電圧に対する電流の位相の遅れが小さく、電流が電圧に対して進む進相状態になる場合もある。

図１０は、インバータ回路１６０の出力電圧Ｖｏｕｔおよび出力電流Ｉｏｕｔの時間変化の例を示すグラフである。この例では、出力電流Ｉｏｕｔの位相が出力電圧Ｖｏｕｔの位相に対してΔθ＝２πΔｔ／Ｔだけ遅れている。ここで、Δｔは、出力電圧Ｖｏｕｔの波形と出力電流Ｉｏｕｔの波形との時間差であり、Ｔは、出力電圧Ｖｏｕｔおよび出力電流Ｉｏｕｔの周期である。本明細書では、出力電流Ｉｏｕｔが出力電圧Ｖｏｕｔに対して遅れる遅相状態において、位相差Δθおよび時間差Δｔが正の値をとるものとする。以下の説明において、ΔθだけでなくΔｔも「位相差」と称することがある。

図１１は、ある実証機における出力電圧Ｖｏｕｔと出力電流Ｉｏｕｔとの位相差と、電極重なり割合との関係の例を示すグラフである。図１１において、時間差Δｔが位相差として表されている。図１１には、比較のため、図９Ｂに示す入力電流Ｉｉｎの波形も示されている。電極重なり割合が１（１００％）に近付くほど、結合容量が大きくなる。このグラフからわかるように、電極重なり割合が増加するに従って、位相差Δｔが増加する。このため、位相差ΔｔまたはΔθに基づいて、受電電極２２０が送電電極１２０に十分に対向したと判定することができる。例えば、電極重なり割合が０．７を超える場合のΔｔまたはΔθの範囲を予め記録しておき、動作時のΔｔまたはΔθの値が記録された範囲内にあるか否かに基づいて、受電電極２２０が送電電極１２０に十分に対向しているか否かを判定することができる。

さらに、受電側の装置の状態変動が大きい場合（例えば、電極重なり割合が小さく、結合容量の時間変化が大きい場合）または入力電流Ｉｉｎが小さい場合には、出力電圧Ｖｏｕｔおよび出力電流Ｉｏｕｔの波形にノイズが多く発生し、検出される位相差のバラツキが大きくなることがわかった。そこで、出力電圧Ｖｏｕｔもしくは出力電流Ｉｏｕｔの波形のノイズ量、または位相差の時間的なバラツキ量に基づいて、受電電極２２０が送電電極１２０に十分に対向しているか否かを判定することも可能である。出力電圧Ｖｏｕｔもしくは出力電流Ｉｏｕｔの波形のノイズ量は、例えばそれぞれの波形をフーリエ変換し、高周波成分を抽出することによって評価することができる。また、位相差のバラツキ量は、例えば短い時間間隔で位相差を繰り返し計算し、得られた位相差の分散または標準偏差などの、バラツキの程度を示す指標値を計算することによって評価され得る。

以下、本開示の実施形態の概要を説明する。

本開示の例示的な実施形態による送電装置は、複数の受電電極を備える受電装置に無線で電力を伝送する。前記送電装置は、第１直流電圧、および前記第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を切り替えて出力することが可能な電圧切替回路と、前記電圧切替回路から出力された前記第１直流電圧または前記第２直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される前記交流電圧および交流電流を計測する計測器と、前記計測器の計測値に基づいて前記電圧切替回路を制御する制御回路と、前記インバータ回路から出力された前記交流電圧に基づく電力を前記受電装置の前記複数の受電電極に伝送する複数の送電電極と、を備える。前記制御回路は、前記受電装置の接近を検知する検知モード、および前記受電装置に前記第１直流電圧に基づく電力を伝送する伝送モードで動作し、前記検知モードにおいて、前記電圧切替回路に前記第２直流電圧を出力させ、（ａ）前記計測器によって計測された前記交流電圧と前記交流電流との位相差が第１範囲内にあること、を含む所定の条件を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替える。

ここで「位相差」は、前記交流電圧の位相から前記交流電流の位相を減じた値を指す。位相は、典型的にはラジアン（ｒａｄ）または度（°）の単位で表されるが、時間に換算された値を位相として扱ってもよい。「第１範囲」は、下限値θｍｉｎと上限値θｍａｘとによって規定される範囲であり得る。あるいは、上限値θｍａｘが定められず、下限値θｍｉｎのみによって第１範囲が規定されていてもよい。その場合、θｍｉｎを閾値として、位相差がθｍｉｎ以上である場合に、位相差が第１範囲内にあると判定される。

上記の構成によれば、インバータ回路から出力される交流電圧と交流電流との位相差に基づいて、適切なタイミングで検知モードから伝送モードに切り替えることができる。前述のように、インバータ回路から出力される交流電圧と交流電流との位相差は、送電電極と受電電極との重なり面積の割合と相関を持つ。位相差に基づいて伝送モードに切り替えることにより、受電電極が送電電極に対向する適切なタイミングで伝送モードに切り替えることができる。

前記制御回路は、前記検知モードにおいて、前記条件（ａ）かつ（ｂ）前記位相差の時間的なバラツキの程度を示すバラツキ量が第２範囲内にあること、を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替えてもよい。位相差に加えて、位相差の時間的なバラツキ量も考慮することにより、受電電極が送電電極に対向する状態をより高い精度で検出することができる。

「第２範囲」は、下限値σｍｉｎと上限値σｍａｘとによって規定される範囲であり得る。あるいは、下限値σｍｉｎが定められず、上限値σｍａｘのみによって第２範囲が規定されていてもよい。その場合、σｍａｘを閾値として、バラツキ量がσｍａｘ以下である場合に、バラツキ量が第２範囲内にあると判定される。

前記制御回路は、前記検知モードにおいて、前記条件（ａ）かつ（ｃ）前記交流電圧および／または前記交流電流の波形に含まれるノイズ量が第３範囲内にあること、を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替えてもよい。位相差に加えて、電圧または電流のノイズ量も考慮することにより、受電電極が送電電極に対向する状態をより高い精度で検出することができる。

「第３範囲」は、下限値ｎｍｉｎと上限値ｎｍａｘとによって規定される範囲であり得る。あるいは、下限値ｎｍｉｎが定められず、上限値ｎｍａｘのみによって第３範囲が規定されていてもよい。その場合、ｎｍａｘを閾値として、ノイズ量がｎｍａｘ以下である場合に、バラツキ量が第３範囲内にあると判定される。

前記制御回路は、前記検知モードにおいて、前記条件（ａ）かつ（ｂ）前記位相差の時間的なバラツキの程度を示すバラツキ量が第２範囲内にあること、かつ（ｃ）前記交流電圧および／または前記交流電流の波形に含まれるノイズ量が第３範囲内にあること、を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替えてもよい。位相差に加えて、位相差の時間的なバラツキ量および電圧または電流のノイズ量も考慮することにより、受電電極が送電電極に対向する状態をさらに高い精度で検出することができる。

前記制御回路は、前記計測器によって計測された前記交流電圧および前記交流電流の計測値に基づき、前記交流電圧と前記交流電流との位相差を繰り返し計算し、単位時間内に計算した前記位相差の値の分散に応じた量を前記バラツキ量として計算してもよい。そのようなバラツキ量に基づいて伝送モードへの切り替えタイミングを決定することにより、誤判定を防ぎやすくなる。

前記制御回路は、前記インバータ回路から出力される前記交流電圧の計測値がゼロになる時点である電圧ゼロ交差点、および／または、前記インバータ回路から出力される前記交流電流の計測値がゼロになる時刻である電流ゼロ交差点を検出し、前記インバータ回路の駆動周波数における半周期の間に検出される前記電圧ゼロ交差点、および／または前記電流ゼロ交差点の頻度に応じた量を、前記ノイズ量として計算してもよい。そのようなノイズ量を用いることにより、誤判定を防ぎやすくなる。

前記送電装置は、前記インバータ回路の入力電流を計測する電流計測器をさらに備えていてもよい。前記制御回路は、前記電流計測器によって計測された前記入力電流の値が第４範囲内にあり、かつ、少なくとも前記条件（ａ）を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替えてもよい。インバータ回路の入力電流をさらに考慮することにより、誤判定をさらに防ぎやすくなる。この場合、さらに、上記条件（ｂ）および（ｃ）の少なくとも一方が、モード切替の条件に含まれていてもよい。

「第４範囲」は、下限値Ｉｍｉｎと上限値Ｉｍａｘとによって規定される範囲であり得る。あるいは、上限値Ｉｍａｘが定められず、下限値Ｉｍｉｎのみによって第４範囲が規定されていてもよい。その場合、Ｉｍｉｎを閾値として、入力電流の計測値がＩｍｉｎ以上である場合に、入力電流の値が第４範囲内にあると判定される。

本開示の実施形態による無線電力伝送システムは、前述のいずれかに記載の送電装置と、前記受電装置とを備える。

前記受電装置は、前記複数の受電電極が受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路と、前記整流回路から出力された前記直流電力によって動作し、前記直流電力の電圧が所定の起動電圧を越えたときに起動する負荷と、前記整流回路と前記負荷との間に接続された抵抗回路であって、前記負荷に並列に接続された抵抗器を含む抵抗回路と、前記受電装置が前記送電装置に接近し、前記負荷が起動することによって生じる前記整流回路の負荷インピーダンスの変動を抑制するように、前記抵抗回路のインピーダンスを制御する受電制御回路と、を備えていてもよい。そのような構成によれば、検知モードから伝送モードへの移行の過程で、負荷インピーダンスの変動を抑制し、インバータ回路の出力電圧および出力電流の変動を抑制することができる。このため、位相差またはノイズ量に基づく判定の誤りを低減することができる。

本開示における「受電装置」は、移動体に限らず、移動または持ち運びが可能な任意の機器であり得る。受電装置は、例えば携帯電話機のような持ち運びが可能な電子機器、または移動可能なコンセント（充電ポール）に搭載されてもよい。

本開示における「移動体」は、前述の無人搬送車（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、搬送ロボット、電気自動車（ＥＶ）、電動カート、電動車椅子であり得る。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、およびエレベータも、「移動体」に含まれる。 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。

（実施形態）
図１２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図である。この無線電力伝送システムは、図１から図７Ｃに示す例と同様、移動体に無線で電力を伝送するシステムである。無線電力伝送システムは、１台以上の送電装置と、１台以上の移動体とを備える。

図１２に示す無線電力伝送システムは、送電装置１００と、移動体２００とを備える。図１２には、無線電力伝送システムの外部の要素である交流電源４００も示されている。

送電装置１００は、送電回路１１０と、２つの送電電極１２０と、電流および電圧を計測する計測器１４０と、送電制御回路１５０とを備える。送電回路１１０は、電圧切替回路１３０と、インバータ回路１６０と、整合回路１８０とを備える。

電圧切替回路１３０は、インバータ回路１６０に入力される電圧を切り替える回路である。図１３は、電圧切替回路１３０の構成例を示すブロック図である。図１３に示す電圧切替回路１３０は、伝送モード用の第１直流電源１３１と、スイッチ１３２と、検知モード用の第２直流電源１３６と、ダイオード１３７と、電解コンデンサ１３９とを含む。第１直流電源１３１、第２直流電源１３６、および電解コンデンサ１３９は、互いに並列に接続されている。ダイオード１３７は、第２直流電源１３６に直列に接続され、第２直流電源１３６への電流の逆流を防止する。スイッチ１３２は、半導体スイッチであり、第１直流電源１３１と第２直流電源１３６との間に接続されている。電解コンデンサ１３９は、第２直流電源１３６とインバータ回路１６０との間に並列に接続されている。電解コンデンサ１３９は、第１直流電源１３１または第２直流電源１３６から出力される直流電圧を平滑化し、一定の電圧の直流電圧をインバータ回路１６０に供給する。

第１直流電源１３１および第２直流電源１３６は、外部の交流電源４００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ＡＣ－ＤＣコンバータ回路であり得る。第１直流電源１３１および第２直流電源１３６は、例えば、交流電源４００に接続された整流回路と、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路とを含み得る。第２直流電源１３６は、図６に示すＤＣ－ＤＣコンバータ回路１３５のように、第１直流電源１３１から出力された電圧を降圧するＤＣ－ＤＣコンバータ回路であってもよい。第１直流電源１３１は、伝送モード用の比較的高い電圧Ｖ１（例えば２００Ｖ）の直流電力を出力する。第２直流電源１３６は、検知モード用の比較的低い電圧Ｖ２（例えば１２Ｖ）の直流電力を出力する。スイッチ１３２は、検知モードと伝送モードとを切り替えるためのスイッチである。図１３に示すスイッチ１３２は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。スイッチ１３２のソースは、ダイオード１３７、電解コンデンサ１３９、およびインバータ回路１６０に接続されている。スイッチ１３２のドレインは、第１直流電源１３１に接続されている。スイッチ１３２のゲートは、送電制御回路１５０に接続されている。送電制御回路１５０は、ゲートドライバを含む。スイッチ１３２は、ゲートドライバから入力されるゲート駆動信号によって制御される。なお、スイッチ１３２は、Ｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）などの他の種類の半導体スイッチであってもよい。

送電制御回路１５０におけるゲートドライバは、検知モードにおいて、スイッチ１３２を開状態（オフ）にし、伝送モードにおいて、スイッチ１３２を閉状態（オン）にするゲート駆動信号を出力する。これにより、検知モードにおいては、第２直流電源１３６から電解コンデンサ１３９およびインバータ回路１６０に、比較的小さい直流電流が流れる。一方、伝送モードにおいては、第１直流電源１３１から電解コンデンサ１３９およびインバータ回路１６０に比較的大きい直流電流が流れる。

インバータ回路１６０は、電圧切替回路１３０から出力された直流電力を交流電力に変換して出力する。図１４は、インバータ回路１６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、インバータ回路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、ＭＯＳＦＥＴ、またはＧａＮ等のトランジスタによって実現され得る。各スイッチング素子は、送電制御回路１５０によって制御される。送電制御回路１５０は、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、ゲートドライバに駆動信号を出力させるマイクロコントローラ（ＭＣＵ）等のプロセッサとを備え得る。送電制御回路１５０は、各スイッチング素子のオンおよびオフの状態を制御することにより、インバータ回路１６０から所望の周波数および電圧を有する交流電力を出力させる。図示されるフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、Ｅ級などの他の種類の発振回路を用いてもよい。

電力伝送の周波数は、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。ただしこれらの周波数範囲に限定されない。

整合回路１８０は、インバータ回路１６０と送電電極１２０との間のインピーダンスを整合させる。整合回路１８０は、例えば図６に示す整合回路１８０と同様の構成を備え得る。整合回路１８０は、図６に示す構成とは異なる構成を備えていてもよい。

計測器１４０は、インバータ回路１６０から出力される電流および電圧を計測する。送電制御回路１５０は、計測器１４０によって計測された電流と電圧との位相差に基づいて、移動体２００の接近を検知し、前述の検知モードから伝送モードに移行することができる。

移動体２００は、複数の受電電極２２０と、受電回路２１０と、充放電制御回路３１０と、電気モータ３２０と、蓄電デバイス３３０とを備える。受電回路２１０は、整合回路２８０と、整流回路２６０とを備える。

整合回路２８０は、受電電極２２０と整流回路２６０との間のインピーダンスを整合させる。整合回路２８０は、例えば図６に示す整合回路２８０と同様の構成を備え得る。整合回路２８０は、図６に示す構成とは異なる構成を備えていてもよい。

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する。図１５は、整流回路２６０の構成例を模式的に示す図である。この例における整流回路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、例えば半波整流回路などの、他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ーを蓄電デバイス３３０およびモータ３２０などの負荷が利用可能な直流エネルギーに変換する。

充放電制御回路３１０は、受電回路２１０と蓄電デバイス３３０との間に接続され、蓄電デバイス３３０の充電および放電を制御する。

電気モータ３２０は、充放電制御回路３１０に接続され、蓄電デバイス３３０に蓄積されたエネルギーによって駆動される。モータ３２０は、例えば直流モータ、永久磁石同期モータ、誘導モータ、ステッピングモータ、またはリラクタンスモータなどの、任意のモータであり得る。モータ３２０は、シャフトおよびギア等を介して移動体の車輪を回転させ、移動体２００を移動させる。モータの種類に応じて、整流回路、インバータ回路、インバータ制御回路などの、各種の回路がモータ３２０の前段に設けられ得る。

蓄電デバイス３３０は、例えば二次電池または蓄電用のキャパシタであり得る。二次電池として、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池を用いることができる。蓄電用のキャパシタは、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であり得る。移動体２００は、キャパシタまたは二次電池に蓄えられた電力によってモータ３２０を駆動して移動する。

本実施形態における移動体２００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（すなわち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のそれぞれの幅（すなわち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２００の筐体の移動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。送電電極１２０から同時に２台以上の移動体２００に給電できるように、移動体２００の筐体の移動方向におけるサイズは、各送電電極１２０の長さの半分未満に設定されてもよい。受電電極２２０ａの長さ（すなわち移動方向におけるサイズ）は、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａの幅（すなわち横方向におけるサイズ）は、例えば２ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。送電電極１２０間のギャップ、および受電電極２２０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。

次に、検知モードにおいて送電装置１００が移動体２００の接近を検知し、伝送モードに切り替える動作をより詳細に説明する。

図１６は、送電制御回路１５０による検知モードにおける動作の例を示すフローチャートである。この例では、検知モードにおいて、送電制御回路１５０は、図１６に示すステップＳ１０１からＳ１０５の動作を実行する。

ステップＳ１０１において、送電制御回路１５０は、計測器１４０によって計測されたインバータ回路１６０の出力電圧および出力電流の計測値に基づいて、出力電圧と出力電流との位相差を取得する。計測器１４０は、出力電圧および出力電流の周期よりも十分に短い周期で出力電圧および出力電流を計測し、図１０に例示されるような電圧および電流の波形のデータを記録する。送電制御回路１５０は、それらの波形のデータから、位相差を計算する。ここで、現在の計測をｔ回目の計測とし、ｔ回目の計測で得られた位相差をΔθｔと表記する。位相差Δθｔは、例えば図１０に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔの計測値がゼロになる時点と出力電流Ｉｏｕｔの計測値がゼロになる時点との時間差Δｔから計算され得る。送電制御回路１５０は、出力電圧Ｖｏｕｔおよび出力電流Ｉｏｕｔのそれぞれの値がゼロになるゼロ交差点を検出し、それぞれのゼロ交差点が検出された時刻を記録することにより、時間差Δｔおよび位相差Δθｔを計算できる。なお、ゼロ交差点に限らず、ピーク点の時刻に基づいて位相差を計算してもよい。なお、位相差Δθｔに代えて時間差Δｔを位相差として用いてもよい。

ステップＳ１０２において、送電制御回路１５０は、位相差Δθｔが予め設定された第１範囲内にあるか否かを判定する。第１範囲は、下限値θｍｉｎおよび上限値θｍａｘによって定められる範囲である。下限値θｍｉｎおよび上限値θｍａｘは、例えばキャリブレーションによって事前に決定され、送電制御回路１５０内の記録媒体に記録され得る。送電制御回路１５０は、θｍｉｎ≦Δθｔ≦θｍａｘが成立するか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合は、ステップＳ１０３に進む。この判定がＮｏの場合は、ステップＳ１０１に戻る。なお、上限値θｍａｘが定められず、下限値θｍｉｎのみによって第１範囲が規定されていてもよい。その場合、θｍｉｎを閾値として、Δθｔがθｍｉｎ以上であるか否かが判定される。

ステップＳ１０３において、送電制御回路１５０は、位相差バラツキ量σｔを取得する。位相差バラツキ量σｔは、ｎ回前（ｎは、例えば５以上の整数）から今回までに取得された位相差（Δθｔ－ｎ，・・・，Δθｔ）のバラツキの程度を表す量である。位相差バラツキ量σｔは、所定の関数ｆ（Δθｔ－ｎ，・・・，Δθｔ）によって計算される。関数ｆとして、例えば分散または標準偏差が用いられ得るが、それらに限定されず、バラツキの程度を表す任意の関数が関数ｆとして用いられ得る。

ステップＳ１０４において、送電制御回路１５０は、位相差バラツキ量σｔが、予め定められた第２範囲内にあるか否かを判定する。第２範囲は、下限値σｍｉｎおよび上限値σｍａｘによって定められる範囲である。下限値σｍｉｎおよび上限値σｍａｘは、例えばキャリブレーションによって事前に決定され、送電制御回路１５０内の記録媒体に記録され得る。送電制御回路１５０は、σｍｉｎ≦σｔ≦σｍａｘが成立するか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合はステップＳ１０５に進む。この判定がＮｏの場合は、ステップＳ１０１に戻る。なお、下限値σｍｉｎが定められず、上限値σｍａｘのみによって第２範囲が規定されていてもよい。その場合、σｍａｘを閾値として、σｔがσｍａｘ以下であるか否かが判定される。

ステップＳ１０５において、送電制御回路１５０は、検知モードから伝送モードに移行する。具体的には、送電制御回路１５０は、電圧切替回路１３０におけるスイッチ１３２をオンにする信号を送る。これにより、スイッチ１３２がオンすなわち導通状態になる。以後、第１直流電源１３１から、相対的に大きい電圧Ｖ１がインバータ回路１６０に印加され、移動体２００への大電力の伝送が開始される。

以上の動作により、インバータ回路１６０の出力電圧と出力電流との位相差、および位相差のバラツキに基づいて、伝送モードへの移行タイミングを適切に決定することができる。上記の動作によれば、例えば、位相差Δθｔが小さすぎる場合、または位相差バラツキ量σｔが大きすぎる場合に、移動体２００がまだ送電電極１２０上に到達していないと推定され、検知モードが維持される。このため、送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量が低い状態で伝送モードに移行することが回避される。結果として、送電装置１００内の回路素子へのダメージを軽減することができる。

なお、上記の例において、ステップＳ１０１およびＳ１０２の動作と、ステップＳ１０３およびＳ１０４の動作の順序を入れ替えたり、並列して行ったりしてもよい。また、ステップＳ１０３およびＳ１０４を省略し、位相差のみに基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定してもよい。図１７は、位相差のみに基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定する動作の例を示すフローチャートである。図１７の例では、ステップＳ１０２でＹｅｓと判定された場合に、位相差バラツキ量を評価することなく伝送モードに移行する。

送電制御回路１５０は、図１６の例における位相差バラツキ量に代えて、または加えて、ゼロ交差点のバラツキに基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定してもよい。送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量が小さい場合、計測される出力電圧および出力電流の波形に含まれるノイズが大きくなり、それぞれのゼロ交差点が、インバータ回路１６０の駆動周波数における半周期の間に複数回検出される場合がある。したがって、出力電圧および出力電流の一方または両方のゼロ交差点のバラツキ量を、前述の位相差バラツキ量の代わりに用いることができる。例えば、出力電圧および出力電流の一方または両方について、半周期の間に検出されるゼロ交差点の数をバラツキ量またはノイズ量としてカウントし、バラツキ量が第３範囲内にある場合にのみ、伝送モードに移行し、バラツキ量が第３範囲内にない場合には検知モードを継続するようにしてもよい。また、計測された出力電圧または出力電流の波形のゼロ交差点のバラツキ量に限らず、任意の方法で出力電圧または出力電流の波形に含まれるノイズ量を評価してもよい。例えば、出力電圧または出力電流の波形に高速フーリエ変換を行うことによって抽出される所定次数以上の高周波成分の量をノイズ量としてもよい。

図１８は、図１６の例における位相差バラツキ量に代えて、インバータ回路１６０の出力電圧または出力電流の波形に含まれるノイズ量に基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定する処理の例を示すフローチャートである。このフローチャートは、図１６に示すフローチャートにおけるステップＳ１０３およびＳ１０４を、ステップＳ１１３およびＳ１１４にそれぞれ置換したものである。ステップＳ１０１およびＳ１０２の動作は図１６における動作と同様である。

ステップＳ１１３において、送電制御回路１５０は、計測器１４０によって計測されたインバータ回路１６０の出力電圧および出力電流の波形の少なくとも一方におけるノイズ量ｎを計算によって取得する。ノイズ量は、例えば、インバータ回路１６０の駆動周波数における半周期の間に検出されるゼロ交差点の数であり得る。あるいは、高速フーリエ変換によって得られる所定次数以上の高周波成分の量をノイズ量としてもよい。

ステップＳ１１４において、送電制御回路１５０は、ノイズ量ｎが、予め設定された第３範囲内にあるか否かを判定する。第３範囲は、下限値ｎｍｉｎおよび上限値ｎｍａｘによって定められる範囲である。下限値ｎｍｉｎおよび上限値ｎｍａｘは、例えばキャリブレーションによって事前に決定され、送電制御回路１５０内の記録媒体に記録され得る。送電制御回路１５０は、ｎｍｉｎ≦ｎ≦ｎｍａｘが成立するか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合はステップＳ１０５に進む。この判定がＮｏの場合は、ステップＳ１０１に戻る。なお、下限値ｎｍｉｎが定められず、上限値ｎｍａｘのみによって第３範囲が規定されていてもよい。その場合、ｎｍａｘを閾値として、ｎがσｍａｘ以下であるか否かが判定される。

なお、上記の例において、ステップＳ１０１およびＳ１０２の動作と、ステップＳ１１３およびＳ１１４の動作の順序を入れ替えたり、並列して行ったりしてもよい。また、ステップＳ１０１およびＳ１０２を省略し、ノイズ量のみに基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定してもよい。

以上の各例における送電制御回路１５０は、インバータ回路１６０の出力電圧および／または出力電流のみに基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定する。そのような動作に限らず、例えばインバータ回路１６０の入力電流の計測値も利用して伝送モードへの移行タイミングを決定してもよい。

図１９は、インバータ回路１６０の入力電流に基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定するシステムの構成例を示すブロック図である。図１９の例では、送電装置１００が、インバータ回路１６０の入力電流を計測する電流計測器１４２をさらに備える。この例における送電制御回路１５０は、検知モードにおいて、計測器１４０の計測値だけでなく、電流計測器１４２の計測値に基づいて、伝送モードへの移行タイミングを決定する。

図２０は、図１９の例における送電制御回路１５０の動作を示すフローチャートである。図２０に示すフローチャートは、図１６に示すフローチャートにおけるステップＳ１０１の前に、ステップＳ１２１およびＳ１２２が追加されたものである。

ステップＳ１２１において、送電制御回路１５０は、電流計測器１４２によって計測された、インバータ回路１６０の入力電流Ｉｉｎの計測値を取得する。

ステップＳ１２２において、送電制御回路１５０は、入力電流Ｉｉｎが予め設定された第４範囲内にあるか否かを判定する。第４範囲は、下限値Ｉｍｉｎおよび上限値Ｉｍａｘによって定められる範囲である。下限値Ｉｍｉｎおよび上限値Ｉｍａｘは、例えばキャリブレーションによって事前に決定され、送電制御回路１５０内の記録媒体に記録され得る。送電制御回路１５０は、Ｉｍｉｎ≦Ｉｉｎ≦Ｉｍａｘが成立するか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合は、ステップＳ１０１に進む。この判定がＮｏの場合は、ステップＳ１２１に戻る。なお、上限値Ｉｍａｘが定められず、下限値Ｉｍｉｎのみによって第４範囲が規定されていてもよい。その場合、Ｉｍｉｎを閾値として、ＩｉｎがＩｍｉｎ以上であるか否かが判定される。Ｉｍｉｎは、位相差Δθｔをある程度高い精度で取得できる程度の値に設定され得る。

以降のステップＳ１０１からＳ１０５の動作は、図１６に示す動作と同様である。ただし、ステップＳ１０２およびＳ１０４においてＮｏと判定された場合、ステップＳ１２１に戻る。

以上の動作により、インバータ回路１６０の出力電圧と出力電流との位相差、および位相差のバラツキに加えて、インバータ回路１６０の入力電流に基づいて、伝送モードへの移行タイミングを適切に決定することができる。上記の動作によれば、例えば、入力電流Ｉｉｎが小さすぎる場合、位相差Δθｔが小さすぎる場合、または位相差バラツキ量σｔが大きすぎる場合に、移動体２００がまだ送電電極１２０上に到達していないと推定され、検知モードが維持される。このため、送電電極１２０と受電電極２２０との結合容量が低い状態で伝送モードに移行することが回避される。結果として、送電装置１００内の回路素子へのダメージを軽減することができる。

なお、上記の例において、ステップＳ１２１およびＳ１２２の動作と、ステップＳ１０１およびＳ１０２の動作と、ステップＳ１０３およびＳ１０４の動作の順序を入れ替えたり、これらの動作を並列して行ったりしてもよい。また、ステップＳ１０３およびＳ１０４を省略し、インバータ回路１６０の入力電流および位相差のみに基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定してもよい。また、送電制御回路１５０は、位相差バラツキ量に代えて、または加えて、前述のようにゼロ交差点のバラツキ量または高周波成分の量などのノイズ量に基づいて伝送モードへの移行タイミングを決定してもよい。

図１６、図１７、図１８、および図２０に示す各例において、インバータ回路１６０の出力電圧と出力電流との位相差に基づいて、検知モードから伝送モードへの移行のタイミングが決定される。インバータ回路１６０の出力電圧と出力電流との位相差は、移動体２００における負荷インピーダンスの変動に伴って変動する。位相差を正確に検出するためには、負荷インピーダンスが一定に近いことが望ましい。しかし、負荷インピーダンスは、移動体２００の動作状態に応じて大きく変動する。例えば、移動体２００が送電電極１２０に接近し、移動体２００内の負荷に一定以上の電圧が印加されると、負荷に含まれる各種の電子回路が起動し、その前後で負荷インピーダンスが大きく変動する。その状態では、インバータ回路１６０の出力電圧と出力電流との位相差も大きく変動する。さらに、その状態では、送電回路１１０および受電回路２１０での損失が増え、受電回路２１０の出力電圧が上昇し、回路素子の発熱または損傷を招く可能性がある。

そこで、移動体２００は、負荷インピーダンスの変動を抑制する構成を備えていてもよい。以下、そのような移動体２００の構成例を説明する。以下の説明において、負荷に含まれる電子回路が起動することを「負荷が起動する」と表現する。

図２１は、負荷インピーダンスを調整することが可能な移動体２００の構成例を示す図である。この移動体２００は、複数の受電電極２２０と、受電回路２１０と、抵抗回路２７０と、受電制御回路２５０と、負荷２３０とを備える。受電回路２１０は、図１２に示す整合回路２８０および整流回路２６０を含み得る。負荷２３０は、図１２に示す充放電制御回路３１０、電気モータ３２０、および蓄電デバイス３３０を含み得る。図２１に示す移動体２００は、例えば図１２または図１９に示す送電装置１００と組合せて使用され得る。

抵抗回路２７０は、受電回路２１０と負荷２３０との間に接続されている。抵抗回路２７０は、互いに直列に接続された抵抗器２７２とスイッチ２７４とを含む。抵抗器２７２およびスイッチ２７４は、負荷２３０に並列に接続されている。図２１には１つの抵抗器２７２が示されているが、抵抗器２７２は、複数の抵抗器の集合体であってもよい。

移動体２００が送電装置１００から離れている状態では、送電装置１００から見た移動体２００のインピーダンスは、実質的に無限大である。この状態では、送電装置１００は、検知モードで動作し、伝送モードにおいて出力する電力よりも小さい電力を出力する。移動体２００が送電装置１００に接近すると、負荷２３０に供給される電力が徐々に増加する。負荷２３０の入力電圧が所定の起動電圧を超えると、負荷２３０に含まれる充放電制御回路３１０およびＤＣ－ＤＣコンバータなどの電子回路が起動を開始する。負荷の起動中は、負荷２３０のインピーダンスが変動しながら低下する。起動が完了すると、負荷２３０のインピーダンスは特定の値になる。このように、負荷２３０に含まれる電子回路の起動に伴い、受電回路２１０の負荷インピーダンスが低下する。受電制御回路２５０は、電子回路の起動によって生じる受電回路２１０の負荷インピーダンスの変動を抑制するように、抵抗回路２７０のインピーダンスを制御する。受電制御回路２５０は、負荷２３０の状態によらず、受電回路２１０の負荷インピーダンスが、予め設定された範囲内に維持されるように、抵抗回路２７０のインピーダンスを制御する。このような制御により、移動体２００内の電圧を適正な範囲に維持することができる。抵抗回路２７０のインピーダンスは、例えばスイッチ２７４を制御することによって制御され得る。

受電制御回路２５０は、負荷２３０が起動する前は、スイッチ２７４をオンにし、負荷２３０が起動した後、抵抗回路２７０のインピーダンスが増加するようにスイッチ２７４を制御し、送電装置１００から送電用の電力が供給された後、スイッチ２７４をオフにする。受電制御回路２５０は、送電装置１００から移動体２００への送電が終了した後、スイッチ２７４を再びオンにする。抵抗器２７２の抵抗値は、送電装置１００から移動体２００に送電用の電力が供給されているときの負荷２３０の抵抗値に実質的に等しい値に設定され得る。このような動作により、受電回路２１０の負荷インピーダンスを適正な範囲内に維持することができる。

次に、図２２から図２５を参照しながら、抵抗回路２７０の制御方法のいくつかの例を説明する。

図２２は、受電制御回路２５０による抵抗回路２７０の制御方法の一例を示す図である。この例では、スイッチ２７４はＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチであり、抵抗器２７２は固定の抵抗値を有する。受電制御回路２５０は、半導体スイッチのゲートに入力される電圧を調整することにより、抵抗回路２７０の抵抗値すなわちインピーダンスを制御する。

図２３は、受電制御回路２５０による抵抗回路２７０の制御方法の他の例を示す図である。この例では、受電制御回路２５０は、スイッチ２７４のオン／オフのデューティ比すなわちオン時間と周期との比率を調整することにより、抵抗回路２７０のインピーダンスを制御する。

図２４は、受電制御回路２５０による抵抗回路２７０の制御方法のさらに他の例を示す図である。この例では、抵抗回路２７０は、負荷３００に並列に接続された可変抵抗器２７３を含む。受電制御回路２５０は、可変抵抗器２７３の抵抗値を制御することにより、抵抗回路２７０のインピーダンスを制御する。この例においても、受電制御回路２５０は、負荷３００の起動前はスイッチ２７４をオンにし、本送電開始後、スイッチ２７４をオフにしてもよい。あるいは、スイッチ２７４を省略し、可変抵抗器２７３の抵抗値の調整のみで同様の機能を実現してもよい。

図２５は、受電制御回路２５０による抵抗回路２７０の制御方法のさらに他の例を示す図である。この例では、抵抗回路２７０は、各々が抵抗器２７２とスイッチ２７４とを含み、負荷３００に並列に接続された複数のモジュールを備える。受電制御回路２５０は、各モジュールにおけるスイッチ２７４に図２２または図２３の例と同様の制御を行うことにより、全モジュールの合成抵抗すなわち合成インピーダンスを調整する。これにより、抵抗回路２７０全体の合成インピーダンスを制御する。なお、図２４の例のように、抵抗器２７２に代えて可変抵抗器２７３を設け、各可変抵抗器２７３の抵抗値を調整することによって抵抗回路２７０の合成インピーダンスを制御してもよい。その場合、スイッチ２７４を省略してもよい。

上記の構成により、移動体２００の負荷インピーダンスの変動を抑制し、結果として、インバータ回路１６０の出力電圧および出力電流の計測値の変動を抑制することができる。

以上の実施形態では、送電電極１２０は、地面または床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２００の受電電極２２０の配置および向きが決定される。

図２６Ａ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２００の側方に配置される。図２６Ｂ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２００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の配置には様々なバリエーションがある。

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、例えば倉庫または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２００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、工場または倉庫に限らず、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。また、受電装置は、移動体に限定されず、例えば充電ポール、スマートフォン、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータなどの、持ち運びが可能な任意の機器であり得る。

以下、受電装置が移動のための動力装置を備えていない無線電力伝送システムの例を説明する。

図２７は、可搬型の受電装置５００に電力を供給する無線電力伝送システムの例を模式的に示す斜視図である。図２８は、このシステムの模式断面図である。

図２７に示すように、このシステムでは、移動体ではなく、可搬型の受電装置５００が送電装置１００から電力を受け取って動作する。図２７には、２つの受電装置５００が例示されているが、受電装置５００の個数は任意である。受電装置５００は、例えば持ち運びが可能な充電ポールであり得る。受電装置５００は、送電装置１００が備える送電電極シート１２０Ｓの上に配置されて使用される。送電電極シート１２０Ｓは、一方向に延びる一対の送電電極１２０を備える。受電装置５００は、使用時に送電電極シート１２０Ｓに対向する受電電極シート２２０Ｓを備える。受電電極シート２２０Ｓは、一対の受電電極２２０を備える。一対の受電電極２２０が一対の送電電極１２０にそれぞれ対向する状態で、電力が無線で伝送される。受電装置５００は、持ち運びが可能であり、送電電極１２０が延びる方向に沿ってスライドさせることもできる。送電電極１２０が延びる方向における受電装置５００の寸法は、送電電極１２０の長さの半分未満である。このため、同時に２台以上の受電装置５００を送電電極シート１２０Ｓの上に配置することができる。

図２８に示すように、一対の送電電極１２０は、送電回路１１０に接続されている。前述の実施形態と同様、送電回路１１０は、一対の送電電極１２０に交流電力を供給する。これにより、送電電極１２０から交流エネルギが空間に送出される。受電装置５００は、受電電極シート２２０Ｓに加えて、受電回路２１０と、蓄電デバイス３３０と、負荷３５０とを備える。受電回路２１０は、一対の受電電極２２０に接続され、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。蓄電デバイス３３０は、受電回路２１０から出力された直流電力を蓄える。負荷３５０は、蓄電デバイス３３０に接続され、蓄電デバイス３３０に蓄積された電力によって動作する。負荷３５０は、電力で動作する任意の機器であり、例えば、電気モータ、動力装置、または照明装置を含み得る。受電装置５００が充電ポールである場合、受電装置５００は、他の機器に電力を供給するための１つ以上のコンセント（outlet）を備えていてもよい。図２８には示されていないが、受電装置５００は、図２１から図２５などに示す例と同様に、インピーダンスを調整する機能を備えていてもよい。

図２９は、受電装置５００の他の例を示す図である。図２９に示すように、受電装置５００は、スマートフォン４００Ａ、タブレットコンピュータ４００Ｂ、またはラップトップコンピュータ４００Ｃであってもよい。これらの例に限らず、受電装置５００は、持ち運びが可能な任意の機器であり得る。受電装置５００の種類に関わらず、本開示の技術を適用することにより、受電装置５００への送電開始のタイミングを適切に決定することができる。

本開示の技術は、電力を無線で伝送する用途に利用できる。例えば、無人搬送車（ＡＧＶ）などの電動の移動体に無線で電力を伝送する送電装置に利用できる。

３０ 床面
４０ 棚
１００ 送電装置
１１０ 送電回路
１２０ 送電電極
１２０Ｓ 送電電極シート
１３０ 電圧切替回路
１３１ 第１直流電源
１３２ スイッチ
１３５ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１３６ 第２直流電源
１３７ ダイオード
１３９ 電解コンデンサ
１４０ 計測器
１５０ 送電制御回路
１６０ インバータ回路
１８０ 整合回路
２００ 移動体
２１０ 受電回路
２２０ 受電電極
２３０ 負荷
２６０ 整流回路
２７０ 抵抗回路
２８０ 整合回路
３１０ 充放電制御回路
３２０ 電気モータ
３３０ 蓄電デバイス
３５０ 負荷
４００ 電源
５００ 受電装置

Claims (8)

1. 複数の受電電極を備える受電装置に無線で電力を伝送する送電装置であって、
   第１直流電圧、および前記第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を切り替えて出力することが可能な電圧切替回路と、
   前記電圧切替回路から出力された前記第１直流電圧または前記第２直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から出力される前記交流電圧および交流電流を計測する計測器と、
   前記計測器の計測値に基づいて前記電圧切替回路を制御する制御回路と、
   前記インバータ回路から出力された前記交流電圧に基づく電力を前記受電装置の前記複数の受電電極に伝送する複数の送電電極と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記受電装置の接近を検知する検知モード、および前記受電装置に前記第１直流電圧に基づく電力を伝送する伝送モードで動作し、
   前記検知モードにおいて、
   前記電圧切替回路に前記第２直流電圧を出力させ、
   （ａ）前記計測器によって計測された前記交流電圧と前記交流電流との位相差が第１範囲内にあること、および
   （ｂ）前記位相差の時間的なバラツキの程度を示すバラツキ量が第２範囲内にあること、
   を含む所定の条件を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替える、
   送電装置。
2. 複数の受電電極を備える受電装置に無線で電力を伝送する送電装置であって、
   第１直流電圧、および前記第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を切り替えて出力することが可能な電圧切替回路と、
   前記電圧切替回路から出力された前記第１直流電圧または前記第２直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から出力される前記交流電圧および交流電流を計測する計測器と、
   前記計測器の計測値に基づいて前記電圧切替回路を制御する制御回路と、
   前記インバータ回路から出力された前記交流電圧に基づく電力を前記受電装置の前記複数の受電電極に伝送する複数の送電電極と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記受電装置の接近を検知する検知モード、および前記受電装置に前記第１直流電圧に基づく電力を伝送する伝送モードで動作し、
   前記検知モードにおいて、
   前記電圧切替回路に前記第２直流電圧を出力させ、
   （ａ）前記計測器によって計測された前記交流電圧と前記交流電流との位相差が第１範囲内にあること、および
   （ｃ）前記交流電圧および／または前記交流電流の波形に含まれるノイズ量が第３範囲内にあること、
   を含む所定の条件を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替える、
   送電装置。
3. 複数の受電電極を備える受電装置に無線で電力を伝送する送電装置であって、
   第１直流電圧、および前記第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を切り替えて出力することが可能な電圧切替回路と、
   前記電圧切替回路から出力された前記第１直流電圧または前記第２直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から出力される前記交流電圧および交流電流を計測する計測器と、
   前記計測器の計測値に基づいて前記電圧切替回路を制御する制御回路と、
   前記インバータ回路から出力された前記交流電圧に基づく電力を前記受電装置の前記複数の受電電極に伝送する複数の送電電極と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記受電装置の接近を検知する検知モード、および前記受電装置に前記第１直流電圧に基づく電力を伝送する伝送モードで動作し、
   前記検知モードにおいて、
   前記電圧切替回路に前記第２直流電圧を出力させ、
   （ａ）前記計測器によって計測された前記交流電圧と前記交流電流との位相差が第１範囲内にあること、
   （ｂ）前記位相差の時間的なバラツキの程度を示すバラツキ量が第２範囲内にあること、および
   （ｃ）前記交流電圧および／または前記交流電流の波形に含まれるノイズ量が第３範囲内にあること、
   を含む所定の条件を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替える、
   送電装置。
4. 前記制御回路は、
   前記計測器によって計測された前記交流電圧および前記交流電流の計測値に基づき、前記交流電圧と前記交流電流との位相差を繰り返し計算し、
   単位時間内に計算した前記位相差の値の分散に応じた量を前記バラツキ量として計算す
   る、
   請求項１または３に記載の送電装置。
5. 前記制御回路は、
   前記インバータ回路から出力される前記交流電圧の計測値がゼロになる時点である電圧ゼロ交差点、および／または、前記インバータ回路から出力される前記交流電流の計測値がゼロになる時刻である電流ゼロ交差点を検出し、
   前記インバータ回路の駆動周波数における半周期の間に検出される前記電圧ゼロ交差点、および／または前記電流ゼロ交差点の頻度に応じた量を、前記ノイズ量として計算する、
   請求項２または３に記載の送電装置。
6. 複数の受電電極を備える受電装置に無線で電力を伝送する送電装置であって、
   第１直流電圧、および前記第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を切り替えて出力することが可能な電圧切替回路と、
   前記電圧切替回路から出力された前記第１直流電圧または前記第２直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から出力される前記交流電圧および交流電流を計測する計測器と、
   前記計測器の計測値に基づいて前記電圧切替回路を制御する制御回路と、
   前記インバータ回路から出力された前記交流電圧に基づく電力を前記受電装置の前記複数の受電電極に伝送する複数の送電電極と、
   前記インバータ回路の入力電流を計測する電流計測器と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記受電装置の接近を検知する検知モード、および前記受電装置に前記第１直流電圧に基づく電力を伝送する伝送モードで動作し、
   前記検知モードにおいて、
   前記電圧切替回路に前記第２直流電圧を出力させ、
   （ａ）前記計測器によって計測された前記交流電圧と前記交流電流との位相差が第１範囲内にあること、および
   （ｄ）前記電流計測器によって計測された前記入力電流の値が第４範囲内にあること、
   を含む所定の条件を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替える、
   請求項１に記載の送電装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の送電装置と、
   前記受電装置と、
   を備える無線電力伝送システム。
8. 複数の受電電極を備える受電装置と、
   前記受電装置に無線で電力を伝送する送電装置と、
   を備え、
   前記送電装置は、
   第１直流電圧、および前記第１直流電圧よりも小さい第２直流電圧を切り替えて出力することが可能な電圧切替回路と、
   前記電圧切替回路から出力された前記第１直流電圧または前記第２直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ回路と、
   前記インバータ回路から出力される前記交流電圧および交流電流を計測する計測器と、
   前記計測器の計測値に基づいて前記電圧切替回路を制御する制御回路と、
   前記インバータ回路から出力された前記交流電圧に基づく電力を前記受電装置の前記複数の受電電極に伝送する複数の送電電極と、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記受電装置の接近を検知する検知モード、および前記受電装置に前記第１直流電圧に基づく電力を伝送する伝送モードで動作し、
   前記検知モードにおいて、
   前記電圧切替回路に前記第２直流電圧を出力させ、
   （ａ）前記計測器によって計測された前記交流電圧と前記交流電流との位相差が第１範囲内にあること、
   を含む所定の条件を満たす場合に、前記電圧切替回路から出力される電圧を前記第２直流電圧から前記第１直流電圧に切り替えることによって前記検知モードから前記伝送モードに切り替え、
   前記受電装置は、
   前記複数の受電電極が受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路と、
   前記整流回路から出力された前記直流電力によって動作し、前記直流電力の電圧が所定の起動電圧を越えたときに起動する負荷と、
   前記整流回路と前記負荷との間に接続された抵抗回路であって、前記負荷に並列に接続された抵抗器を含む抵抗回路と、
   前記受電装置が前記送電装置に接近し、前記負荷が起動することによって生じる前記整流回路の負荷インピーダンスの変動を抑制するように、前記抵抗回路のインピーダンスを制御する受電制御回路と、
   を備える、無線電力伝送システム。

Images