双向无线电力输送系统的制作方法

本发明涉及在第1电力输送装置与第2电力输送装置之间双向地以无线的方式输送电力的双向无线电力输送系统。

背景技术：

在专利文献1中，公开了一种采用了电场耦合方式的无线电力输送系统。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：jp专利第5741778号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

一直以来，无线供电用于从电源向供电对象的单向的电力输送，但近年来，电池间的能量交换等应用到双向的电力输送备受期待。

但是，上述专利文献1实现了从送电电路(左)向受电电路(右)的单向的电力输送。在单向的电力输送系统中，送电电路由开关电路构成，受电电路由整流电路构成，所以非对称地设计的情况较多。进而，在单向的电力输送系统中，由送电变压器、送电电极、受电电极以及受电变压器构成的电路网在从送电侧向受电侧的电力输送中被最佳化且非对称地设计，因此在原理上实现反向的电力输送非常困难。

本发明提供一种能够在第1电力输送装置与第2电力输送装置之间双向地以无线的方式输送电力的双向无线电力输送系统。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式涉及的双向无线电力输送系统是在第1电力输送装置与第2电力输送装置之间通过电场耦合方式双向地以无线的方式输送电力的双向无线电力输送系统。

第1电力输送装置具备第1电力输送电路，该第1电力输送电路包含：第1开关电路，一端与第1二次电池连接；第1变压器，一端与第1开关电路的另一端连接；以及第1电力输送电极，与第1变压器的另一端连接。

第2电力输送装置具备第2电力输送电路，该第2电力输送电路包含：第2开关电路，一端与第2二次电池连接；第2变压器，一端与第2开关电路的另一端连接；以及第2电力输送电极，与第2变压器的另一端连接。

第1电力输送电路和第2电力输送电路构成为电对称，并且，经由第1电力输送电极与第2电力输送电极之间的电容耦合，构成包含第1变压器和第2变压器的复合谐振电路。

具备：控制电路，检测输送电力，并驱动第1开关电路以及第2开关电路当中的至少送电电力的一侧。

控制电路在从第1电力输送装置以及第2电力输送装置的一方朝另一方输送电力时，将复合谐振电路的并联谐振频率作为动作频率的基准频率来驱动第1开关电路以及第2开关电路当中的至少送电电力的一侧，在以基准频率驱动过程中输送电力变得小于控制目标的情况下，在送电电力的一侧的占空比为最大的情况下，将动作频率变更为比基准频率高的频率或低的频率。

本发明的一个方式涉及的双向无线电力输送系统是在第1电力输送装置与第2电力输送装置之间通过磁场耦合方式双向地以无线的方式输送电力的双向无线电力输送系统。

第1电力输送装置具备第1电力输送电路，该第1电力输送电路包含：第1开关电路，一端与第1二次电池连接；第1电容电路，一端与第1开关电路的另一端连接；以及第1电力输送线圈，与第1电容电路的另一端连接。

第2电力输送装置具备第2电力输送电路，该第2电力输送电路包含：第2开关电路，一端与第2二次电池连接；第2电容电路，一端与第2开关电路的另一端连接；以及第2电力输送线圈，与第2电容电路的另一端连接。

第1电力输送电路和第2电力输送电路构成为电对称，并且，经由第1电力输送线圈与第2电力输送线圈之间的电感耦合，构成了包含第1电容电路和第2电容电路的复合谐振电路。

具备：控制电路，检测输送电力，并驱动第1开关电路以及第2开关电路当中的至少送电电力的一侧。

控制电路在从第1电力输送装置以及第2电力输送装置的一方朝另一方输送电力时，将复合谐振电路的并联谐振频率作为动作频率的基准频率来驱动第1开关电路以及第2开关电路当中的至少送电电力的一侧，在以基准频率驱动过程中输送电力变得小于控制目标的情况下，在送电电力的一侧的占空比为最大的情况下，将动作频率变更为比基准频率高的频率或低的频率。

发明效果

根据本发明，由于第1电力输送装置以及第2电力输送装置的电路构成为电对称，因此能够进行双向电力输送的动作。此外，通过控制驱动频率以及占空比，从而能够控制输送电力。

附图说明

图1是实施方式1涉及的双向无线电力输送系统的电路图。

图2是示出复合谐振电路的等效电路的图。

图3是示出复合谐振电路的输入阻抗的频率特性的图。

图4是示出复合谐振电路的输出电力的频率特性的图。

图5是作为送电装置发挥功能的电力输送装置的控制器的电力控制的流程图。

图6是实施方式2涉及的双向无线电力输送系统的电路图。

图7是示出复合谐振电路的等效电路的图。

图8是示出复合谐振电路的输入阻抗的频率特性的图。

图9是示出复合谐振电路的输出电力的频率特性的图。

图10是实施方式2的第1变形例涉及的双向无线电力输送系统的电路图。

图11是实施方式2的第2变形例涉及的双向无线电力输送系统的电路图。

图12是说明了实施方式1涉及的双向无线电力输送系统中的第1电力输送电极与第2电力输送电极的接近状态的图。

图13是说明了实施方式2涉及的双向无线电力输送系统中的第1电力输送线圈与第2电力输送线圈的接近状态的图。

具体实施方式

对本发明的实施方式进行说明。

图1是本实施方式涉及的双向无线电力输送系统的电路图。双向无线电力输送系统具备第1电力输送装置10和第2电力输送装置20。

第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20分别能够作为通过电场耦合方式输送电力的送电装置以及受电装置而动作。第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20例如进行电池间的双向电力输送。该电池例如内置于工业设备、便携式电子设备。作为便携式电子设备，可举出便携式电话机、pda、便携式音乐播放器、笔记本型pc、数码照相机等。

第1电力输送装置10具备二次电池b1。

在二次电池b1，连接有开关电路s1。开关电路s1构成为具有开关元件q11、q12、q13、q14的全桥电路。开关元件q11、q12、q13、q14分别由mosfet构成并且在栅极连接有驱动器(driver)。各驱动器与控制器15(controller)连接。控制器15经由驱动器来控制开关元件q11、q12、q13、q14的接通(on)、断开(off)。具体地，控制器15使开关元件q11、q14和开关元件q12、q13交替地接通、断开。此外，控制器15能够控制接通、断开的频率(开关频率)以及占空比。在控制器15，连接有检测在二次电池b1输入输出的电流的电流传感器16。

在开关元件q11、q12的连接点与开关元件q13、q14的连接点，连接有变压器t1的初级线圈l11。

在变压器t1的次级线圈l12，连接有主动电极11以及被动电极12。次级线圈l12的匝数设定为比初级线圈l11的匝数大。与变压器t1的次级线圈l12并联连接的电容器c1是主动电极11与被动电极12之间的杂散电容。

开关电路s1、变压器t1、主动电极11以及被动电极12为本发明的第1电力输送装置中的第1电力输送电路的一例。

第2电力输送装置20具备二次电池b2。

在二次电池b2，连接有开关电路s2。开关电路s2构成为具有开关元件q21、q22、q23、q24的全桥电路。开关元件q21、q22、q23、q24分别由mosfet构成并且在栅极连接有驱动器(driver)。各驱动器与控制器25(controller)连接。控制器25经由驱动器来控制开关元件q21、q22、q23、q24的接通、断开。具体地，控制器25使开关元件q21、q24和开关元件q22、q23交替地接通、断开。此外，控制器25能够控制接通、断开的频率(开关频率)以及占空比。在控制器25，连接有检测在二次电池b2输入输出的电流的电流传感器26。

在开关元件q21、q22的连接点与开关元件q23、q24的连接点，连接有变压器t2的初级线圈l11。

在变压器t2的次级线圈l12，连接有主动电极11以及被动电极12。次级线圈l12的匝数设定为比初级线圈l11的匝数大。与变压器t2的次级线圈l22并联连接的电容器c2是主动电极21与被动电极22之间的杂散电容。

开关电路s2、变压器t2、主动电极21以及被动电极22为本发明的第2电力输送装置中的第2电力输送电路的一例。

在此，在第1电力输送装置10的主动电极11与第2电力输送装置20的主动电极21之间构成电容器caa，在第1电力输送装置10的被动电极12与第2电力输送装置20的被动电极22之间构成电容器cpp。电容器caa、电容器cpp、电容器c1以及电容器c2构成电容耦合电路cx。

另外，在将第1电力输送装置10的主动电极11以及被动电极12、和第2电力输送装置20的主动电极21以及被动电极22如图1那样设为了给定的对置状态时，能够进一步提高电容耦合。

如图1那样的给定的对置状态也可以是如图12那样的接近状态。所谓接近状态，是指如下状态：处于对置状态的第1电力输送电极(第1电力输送装置10的主动电极11以及被动电极12)与第2电力输送电极(第2电力输送装置20的主动电极21以及被动电极22)之间的距离短于第1电力输送电极(第1电力输送装置10的主动电极11、被动电极12)以及第2电力输送电极(第2电力输送装置20的主动电极21、被动电极22)的平面方向的最长长度。所谓平面方向的最长长度，在第1电力输送电极以及第2电力输送电极的平面形状为如图12所示那样的例如矩形、正方形的情况下，是对角线的长度。此外，在第1电力输送电极以及第2电力输送电极的平面形状为椭圆的情况下，是长径。此外，在第1电力输送电极以及第2电力输送电极的平面形状为梯形、菱形的情况下，是两条对角线中的较长一方的对角线的长度。另外，在图12中，例示了处于对置状态的第1电力输送电极的平面形状以及平面方向的最长长度与第2电力输送电极的平面形状以及平面方向的最长长度相同的情况，但是并不限于此。即，只要第1电力输送装置10的第1电力输送电路与第2电力输送装置20的第2电力输送电路如后述那样成为电对称，则两者的平面形状、平面方向的最长长度也可以不同。并且，在两者的平面方向的最长长度不同的情况下，所谓接近状态，是指处于对置状态的第1电力输送电极与第2电力输送电极之间的距离比第1电力输送电极的平面方向的最长长度和第2电力输送电极的平面方向的最长长度当中的较短一方的最长长度短的状态。

此外，第1电力输送装置10的第1电力输送电路和第2电力输送装置20的第2电力输送电路构成为电对称。更具体而言，构成为在从第1电力输送装置10的第1电力输送电路和第2电力输送装置20的第2电力输送电路当中的任一侧观察另一方的情况下，输入阻抗以及谐振频率均成为相同或者大致相同。另外，即使在各电路的构成要素各自的特性、配置、构造存在差异时，在从第1电力输送电路和第2电力输送电路中的任一侧观察另一方的情况下，输入阻抗以及谐振频率均相同或大致相同时，两者的电路也是电对称的。

另外，在上述的给定的对置状态下，第1电力输送装置10的第1电力输送电路和第2电力输送装置20的第2电力输送电路构成为更加电对称。

如前所述，第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20能够作为送电装置以及受电装置的任一者而动作。在下文中，对第1电力输送装置10作为送电装置而动作、第2电力输送装置20作为受电装置而动作的情况进行说明。

在作为送电装置的第1电力输送装置10中，开关电路s1利用全桥电路将二次电池的直流电压变换为交流电压并输出到变压器t1。也就是说，开关电路s1作为dc-ac变换电路(逆变器)发挥功能。由开关电路s1生成的交流电压被变压器t1升压，并施加到主动电极11与被动电极12之间。也就是说，变压器t1作为升压变压器发挥功能。

此时，通过形成在主动电极11、21之间的电容器caa和形成在被动电极12、22之间的电容器cpp所引起的电场耦合，在第2电力输送装置20的主动电极21与被动电极22之间感应出交流电压。所感应出的交流电压经由变压器t2被降压，并输出到开关电路s2。在此，电力输送时，控制第1电力输送装置10的开关电路s1的开关元件q11、q12、q13、q14与第2电力输送装置20的开关电路s2的开关元件q21、q22、q23、q24，使得同步地接通、断开。由此，在第2电力输送装置20中，开关电路s2作为ac-dc变换电路(整流电路)发挥功能。因此，从变压器t2输出到开关电路s2的交流电压被开关电路s2整流而变换为直流电压，并施加到二次电池b2。此时施加到二次电池b2的电压通过作为送电装置发挥功能的第1电力输送装置10的控制器15进行控制，使得成为比非充电状态的二次电池b2的电压高的给定的电压。因此，第1电力输送装置10的二次电池b1的电力被输送到第2电力输送装置20，其二次电池b2被充电。另外，作为取得开关电路s1与开关电路s2的同步的手段，既可以在控制器15与控制器25之间进行同步信号的通信，也可以由控制器25检测从变压器t2输出的交流信号的定时来自动地同步。第1电力输送装置10的控制器15与第2电力输送装置20的控制器25之间的通信，既可以通过在输送电力中包含信号来进行，也可以利用第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20分别具有的无线通信手段、有线通信手段等来进行。此外，控制器25也可以将开关电路s2的开关元件q21、q22、q23、q24设为断开。在该情况下，寄生于开关元件q21、q22、q23、q24的体二极管作为整流电路发挥功能。根据需要，也能够在开关元件q21、q22、q23、q24分别并联安装二极管。进而，也可以同时使用控制器25对开关电路s2的同步控制以及基于二极管的整流。

以上对第1电力输送装置10作为送电装置而动作、第2电力输送装置20作为受电装置而动作的情况进行了说明，但是在第2电力输送装置20作为送电装置而动作、第1电力输送装置10作为受电装置而动作的情况下，与上述相反，第2电力输送装置20的二次电池b2的电力被输送到第1电力输送装置10，其二次电池b1被充电。

在该情况下，第1电力输送装置10和第2电力输送装置20如前所述，构成为具有大致相同的电路结构并且具有大致相同的电气特性，两者的电路为大致对称，因此在从第1电力输送装置10向第2电力输送装置20送电电力的情况和从第2电力输送装置20向第1电力输送装置10送电电力的情况下，能够以大致相同的条件输送电力。

在本实施方式中，为了能够在第1电力输送装置10与第2电力输送装置20之间进行高效率的电力输送，构成为在上述给定的对置状态下形成复合谐振电路。以下，关于这一点进行说明。

图2是示出复合谐振电路的等效电路的图。为了说明原理，省略了表示变压比的理想变压器。图2的(a)所示的输入端子in1、in2相当于图1的连接点p11、p12，连接开关电路s1。图2的(a)所示的输出端子out1、out2相当于图1的连接点p21、p22，连接开关电路s2。在图2的(a)中，将变压器t1以及变压器t2分别用t型等效电路进行了表示。此外，将电容耦合电路cx用由3个电容器c1、c2、cc构成的π型等效电路进行了表示。l1是图1的变压器t1的次级线圈l12的自感，l2是变压器t2的次级线圈l22的自感。k1是变压器t1的耦合系数，k2是变压器t2的耦合系数。ωl1/qx1是变压器t1的电阻成分，ωl2/qx2是变压器t2的初级线圈l21的电阻成分。

虽然变压器t1单体以及变压器t2单体分别示出电感性，电容耦合电路cx示出电容性，但是在本实施方式中，设定了各要素的电容、电感，使得在从输入端子in1、in2观察复合谐振电路时，组合了变压器t1与电容耦合电路cx的部分呈电容性。由此，从输入端子in1、in2观察的复合谐振电路形成电容性和电感性并联设置的并联谐振电路，并以给定的频率产生并联谐振。

另外，在本实施方式中，如上所述，第1电力输送装置10和第2电力输送装置20构成为对称电路，所以如图2的(b)所示，即使在将输入端子in1、in2和输出端子out1、out2与图2的(a)进行了调换的情况下，在从输入端子in1、in2观察复合谐振电路时，组合了变压器t2与电容耦合电路cx的部分也呈电容性，由此，从调换后的输入端子in1、in2观察的复合谐振电路形成电容性和电感性并联设置的并联谐振电路。因此，会以给定的频率产生并联谐振。

图3是示出由图2的等效电路所示的复合谐振电路的输入阻抗(inputimpedance)的频率(frequency)特性的图。图3示出了从复合谐振电路的输入端子in1、in2观察输出端子out1、out2侧的输入阻抗。f0是复合谐振电路的并联谐振频率。f0例如为500khz。输入阻抗在并联谐振频率f0处变高。特别是，在输出端子out1、out2为开路(open)时，输入阻抗成为最高。另外，负载(二次电池b2的消耗电力)最小且在输出端子out1、out2不流动电流的状态等效地视为负载侧开路。当在复合谐振电路的输出端子out1、out2连接targetload(目标负载(设计上的最大负载))时，即在受电侧的消耗电力最大的情况下，谐振特性变得不陡峭，输入阻抗下降。这是因为，在受电侧的变压器t2的输出侧附加了负载的电阻成分的缘故。

根据该特性，当使无线电力输送系统以并联谐振频率f0动作时，在负载变小的情况下，复合谐振电路的输入阻抗变大，其结果，无线电力输送系统的输送电力(电路中流动的电流)变小。另一方面，在负载变大的情况下，复合谐振电路的输入阻抗变小，其结果，无线电力输送系统的可输送电力变大。此外，若负载变大，则并联谐振频率f0下的输入阻抗变小，所以输送电力(电路中流动的电流)变大。根据该特性，在某个负载范围内，即使将动作频率保持为并联谐振频率f0、且将占空比保持为最大值(50％)不变(即使不对它们进行控制)，也能够进行与负载相应的电力输送。

图4是示出复合谐振电路的输出电力的频率特性的图。如图4所示，复合谐振电路的输出电力在并联谐振频率f0处取得极小值，在其前后变大。因此，通过控制动作频率，从而能够控制输送电力。例如，当负载(二次电池b2的消耗电力)变大而在谐振频率的动作中输送电力变得不足的情况下，通过使动作频率向比并联谐振频率f0高的一侧或低的一侧移动，从而能够减小输入阻抗，增大输送电力。另一方面，在负载变小的情况下，通过使动作频率接近并联谐振频率f0，从而能够提高输入阻抗，减小输送电力。另外，在图4的例子中，特别是在比并联谐振频率f0高的一侧的一定范围内，动作频率变得越高，输出电力越显著增加。因此，本实施方式的控制器15、25通过在比并联谐振频率f0高的给定的范围(到f1为止的范围)内控制动作频率，来控制送电电力。以下，对基于控制器15、25的控制进行说明。

图5是作为送电装置发挥功能的一方的电力输送装置的控制器的电力控制的流程图。另外，在以下的说明中，适当将第1电力输送装置10和第2电力输送装置20当中的作为送电装置发挥功能的一方的电力输送装置称为送电侧电力输送装置，将作为受电装置发挥功能的一方的电力输送装置称为受电侧电力输送装置，省略符号来进行说明。此外，关于它们中包含的构成要素也适当省略符号来进行说明。

送电侧电力输送装置的控制器对驱动器进行控制，使得其开关电路的开关元件以默认的驱动频率以及默认的占空比进行动作(s11)。默认的驱动频率为复合谐振电路的并联谐振频率f0。默认的占空比为50％。另外，并联谐振频率f0虽然由于变压器t1、t2、主动电极11、21、被动电极12、22等的电路构成部件存在质量偏差，导致存在相对于基准的动作频率在给定范围内偏离的情况，但是这样的偏离包含在本发明的范围内。

送电侧电力输送装置的控制器通过电流传感器来计测输入到其开关电路的输入电流的电流值(以下称为“输入电流值”)(s12)。受电侧电力输送装置的负载(消耗电力)由于与上述输入电流值大致成比例，因此基于输入电流值来计测(估计)电力。

送电侧电力输送装置的控制器判断输入电流的电流值是否处于容许范围内，即判断输送电力的大小是否合适(s13)。容许范围被预先设定。

在处于容许范围内的情况下(s13中“是”)，即在输送电力的大小合适的情况下，送电侧电力输送装置的控制器对驱动器进行控制，使得该电力输送装置的开关电路的开关元件以当前的驱动频率以及占空比继续动作(s14)。

在步骤s13中低于容许范围的下限的情况下，即在输送电力不足的情况下，控制器判断当前的占空比是否为50％(s15)。

在当前的占空比为50％的情况下(s15中“是”)，送电侧电力输送装置的控制器使驱动频率上升给定频率宽度或下降给定频率宽度(s16)。由此，驱动频率从并联谐振频率f0离开，如图4中所说明的那样，可发送电力会增加。因此，输入电流会朝向容许范围内增加。也就是说，可发送电力会增加。给定频率宽度为预先设定的值，在并联谐振频率f0为500khz的情况下，例如为1khz。

在当前的占空比不是50％的情况下(s15中“否”)，送电侧电力输送装置的控制器使占空比上升给定量。由此，可发送电力增加，输入电流会朝向容许范围内增加。给定量为预先设定的值，例如为1％。

在步骤s13中超过容许范围的上限的情况下，控制器判断当前的驱动频率是否为默认频率f0(s18)。

在当前的驱动频率为默认频率f0的情况下(s18中“是”)，送电侧电力输送装置的控制器使占空比下降给定量(s19)。在当前的驱动频率为默认频率f0(并联谐振频率)的情况下，由于输入阻抗成为极大，因而即便使驱动频率变化也不能使输送电力下降。因此，使占空比下降，从而使输送电力下降，并接近于作为控制目标的目标电力。通过该控制，输入电流(可发送电力)会朝向容许范围内减少。

在当前的驱动频率不是默认频率f0的情况下(s18中“否”)，送电侧电力输送装置的控制器使驱动频率下降给定频率宽度或上升给定频率宽度(s20)。由此，驱动频率接近于并联谐振频率f0，如图4所示那样，可发送电力会下降。因此，输入电流(可发送电力)会朝向容许范围内减少。

(实施方式1的第1变形例)

在实施方式1中，送电侧电力输送装置的控制器基于由该送电侧电力输送装置的电流传感器检测出的电流值来进行图5的流程图的控制。但是，送电侧电力输送装置的控制器也可以基于由受电侧电力输送装置的电流传感器检测出的电流值来进行图5的流程图的控制。在该情况下，通过控制器间的通信来获取输出电流值即可。

(实施方式1的第2变形例)

在实施方式1中，在第1电力输送装置10和第2电力输送装置20这两者设置有电流传感器。但是，电流传感器也可以仅设置于任意一者。在该情况下，未设置电流传感器的一侧的电力输送装置的控制器也可以从设置有电流传感器的一侧的电力输送装置的控制器获取电流值的信息，并基于所获取到的电流值来进行图5的流程图的控制。在该情况下，电流值通过通信来获取即可。

(实施方式1的第3变形例)

在实施方式1中，第1电力输送装置10和第2电力输送装置20这两者具备控制器。但是，也可以在第1电力输送装置10和第2电力输送装置20的外部仅设置一个控制器，第1电力输送装置10和第2电力输送装置20分别具备通信部，从外部的控制器接受控制信号来进行开关电路的控制。

(实施方式2)

在实施方式1及其变形例中，对采用了电场耦合方式的双向无线电力输送系统进行了说明。但是，本发明还能够应用于采用了磁场耦合方式的双向无线电力输送系统。以下，关于采用了磁场耦合方式的双向无线电力输送系统，以与采用了电场耦合方式的双向无线电力输送系统的不同点为中心来进行说明。

图6是实施方式2涉及的双向无线电力输送系统的电路图。双向无线电力输送系统具备第1电力输送装置10和第2电力输送装置20。

第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20分别能够作为通过磁场耦合方式输送电力的送电装置以及受电装置而动作。第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20例如进行电池间的双向电力输送。该电池例如内置于工业设备、便携式电子设备。作为便携式电子设备，可举出便携式电话机、pda、便携式音乐播放器、笔记本型pc、数码照相机等。

第1电力输送装置10具备二次电池b1。在二次电池b1，连接有开关电路s1。二次电池b1以及开关电路s1具有与实施方式1相同的结构。在开关元件q11、q12的连接点与开关元件q13、q14的连接点，连接有电容电路cx1。电容电路cx1由差动型电路构成，具有被串联或并联地连接的4个电容器cs11、cp11、cp12。在电容电路cx1连接有送受电线圈l1。

第2电力输送装置20具备二次电池b2。在二次电池b2，连接有开关电路s2。二次电池b2以及开关电路s2具有与实施方式1相同的结构。在开关元件q21、q22的连接点与开关元件q23、q24的连接点，连接有电容电路cx2。电容电路cx2由差动型电路构成，具有被串联或并联地连接的4个电容器cs21、cp21、cp22。在电容电路cx2连接有送受电线圈l2。

在此，第1电力输送装置10的送受电线圈l1和第2电力输送装置20的送受电线圈l2构成后述的电感耦合电路lx。

另外，在将第1电力输送装置10的送受电线圈l1和第2电力输送装置20的送受电线圈l2如图6那样设为了给定的对置状态时，能够进一步提高电感耦合。

如图6那样的给定的对置状态也可以是如图13所示那样的接近状态。所谓接近状态，是指如下状态：处于对置状态的第1电力输送线圈(第1电力输送装置10的送受电线圈l1)与第2电力输送线圈(第2电力输送装置20的送受电线圈l2)之间的距离短于送受电线圈l1以及送受电线圈l2的线圈中心轴方向的最长长度。另外，在图13中，例示了处于对置状态的第1电力输送线圈的线圈中心轴方向的最长长度与第2电力输送线圈的线圈中心轴方向的最长长度相同的情况，但是并不限于此。即，只要第1电力输送装置10的第1电力输送电路与第2电力输送装置20的第2电力输送电路如后述那样成为电对称，则两者的线圈中心轴方向的最长长度也可以不同。并且，在线圈中心轴方向的最长长度不同的情况下，所谓接近状态，是指处于对置状态的第1电力输送线圈与第2电力输送线圈之间的距离比第1电力输送线圈的线圈中心轴方向的最长长度和第2电力输送线圈的线圈中心轴方向的最长长度当中的较短一方的最长长度短的状态。

此外，第1电力输送装置10的第1电力输送电路和第2电力输送装置20的第2电力输送电路如后述那样构成为电对称。

另外，在上述的对置状态下，第1电力输送装置10的第1电力输送电路和第2电力输送装置20的第2电力输送电路构成为更加电对称。

如前所述，第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20能够作为送电装置以及受电装置的任一者而动作。在下文中，对第1电力输送装置10作为送电装置而动作、第2电力输送装置20作为受电装置而动作的情况进行说明。

在作为送电装置的第1电力输送装置10中，开关电路s1利用全桥电路将二次电池的直流电压变换为交流电压并输出到电容电路cx1。也就是说，开关电路s1作为dc-ac变换电路(逆变器)发挥功能。由开关电路s1生成的交流电压经由电容电路cx1施加到送受电线圈l1。

此时，通过在第1电力输送装置10的送受电线圈l1与第2电力输送装置20的送受电线圈l2之间形成的互感所引起的磁场耦合，在第2电力输送装置20的送受电线圈l2感应出交流电压。所感应出的交流电压经由电容电路cx2输出到开关电路s2。在第2电力输送装置20中，与实施方式1同样地，开关电路s2作为ac-dc变换电路(整流电路)发挥功能。因此，从电容电路cx2输出到开关电路s2的交流电压被开关电路s2整流而变换为直流电压，并施加到二次电池b2。此时施加到二次电池b2的电压通过作为送电装置发挥功能的第1电力输送装置10的控制器15进行控制，使得成为比非充电状态时的二次电池b2的电压高的给定电压。因此，第1电力输送装置10的二次电池b1的电力被输送到第2电力输送装置20，其二次电池b2被充电。

以上对第1电力输送装置10作为送电装置而动作、第2电力输送装置20作为受电装置而动作的情况进行了说明，但是在第2电力输送装置20作为送电装置而动作、第1电力输送装置10作为受电装置而动作的情况下，与上述相反，第2电力输送装置20的二次电池b2的电力被输送到第1电力输送装置10，其二次电池b1被充电。

在该情况下，第1电力输送装置10和第2电力输送装置20如前所述，构成为具有大致相同的电路结构并且具有大致相同的电气特性，两者的电路为大致对称，因此在从第1电力输送装置10向第2电力输送装置20送电电力的情况和从第2电力输送装置20向第1电力输送装置10送电电力的情况下，能够以大致相同的条件输送电力。

在本实施方式中，为了能够在第1电力输送装置10与第2电力输送装置20之间进行高效率的电力输送，构成为在上述给定的对置状态下形成复合谐振电路。以下，关于这一点进行说明。

图7是示出复合谐振电路的等效电路的图。图7的(a)所示的输入端子in1、in2相当于图6的连接点p11、p12，在输入端子in1、in2连接开关电路s1。图7的(a)所示的输出端子out1、out2相当于图6的连接点p21、p22，在输出端子out1、out2连接开关电路s2。在图7的(a)中，将电容电路cx1、cx2分别用由3个电容器cs11、cp11、cp12构成的π型等效电路进行了表示。此外，将包含送受电线圈l1以及送受电线圈l2的电感耦合电路lx分别用t型等效电路进行了表示。l11+lm为送受电线圈l1的自感，l21+lm为送受电线圈l2的自感，lm为送受电线圈l1与送受电线圈l2的互感。

虽然电容电路cx1、cx2分别示出电容性，电感耦合电路lx示出电感性，但是在本实施方式中，设定了各要素的电容、电感，使得在从输入端子in1、in2观察复合谐振电路时，组合了电容电路cx1与电感耦合电路lx的部分呈电感性。由此，从输入端子in1、in2观察的复合谐振电路形成电容性和电感性并联设置的并联谐振电路，并以给定的频率产生并联谐振。

另外，在本实施方式中，如上所述，第1电力输送装置10和第2电力输送装置20构成为对称电路，所以如图7的(b)所示，即使在将输入端子in1、in2和输出端子out1、out2与图7的(a)进行了调换的情况下，在从输入端子in1、in2观察复合谐振电路时，组合了电容电路cx2与电感耦合电路lx的部分也呈电感性，由此，从调换后的输入端子in1、in2观察的复合谐振电路形成电容性和电感性并联设置的并联谐振电路。因此，会以给定的频率产生并联谐振。

图8是示出由图8的等效电路所示的复合谐振电路的输入阻抗的频率特性的图。图8示出了从复合谐振电路的输入端子in1、in2观察输出端子out1、out2侧的输入阻抗。f0是复合谐振电路的并联谐振频率。f0例如为500khz。输入阻抗在并联谐振频率f0处变高。特别是，在输出端子out1、out2为开路时，输入阻抗成为最高。另外，负载(二次电池b2的消耗电力)最小且在输出端子out1、out2不流动电流的状态等效地视为负载侧开路。当在复合谐振电路的输出端子out1、out2连接目标负载(设计上的最大负载)时，即在受电侧的消耗电力最大的情况下，谐振特性变得不陡峭，输入阻抗下降。这是因为，在受电侧的电容电路cx2的次级侧附加了负载的电阻成分的缘故。

根据该特性，与实施方式1中说明的同样，当使无线电力输送系统以并联谐振频率f0动作时，在负载变小的情况下，复合谐振电路的输入阻抗变大，其结果，无线电力输送系统的输送电力(电路中流动的电流)变小。另一方面，在负载变大的情况下，复合谐振电路的输入阻抗变小，其结果，无线电力输送系统的可输送电力变大。此外，若负载变大，则并联谐振频率f0下的输入阻抗变小，所以输送电力(电路中流动的电流)变大。根据该特性，在某个负载范围内，即使将动作频率保持为并联谐振频率f0、且将占空比保持为最大值(50％)不变(即使不对它们进行控制)，也能够进行与负载相应的电力输送。

图9是示出复合谐振电路的输出电力的频率特性的图。如图9所示，复合谐振电路的输出电力在并联谐振频率f0处最小，在其前后变大。因此，通过控制动作频率，从而能够控制输送电力。例如，当负载(二次电池b2的消耗电力)变大而在谐振频率的动作中输送电力变得不足的情况下，通过使动作频率向比并联谐振频率f0高的一侧或低的一侧移动，从而能够减小输入阻抗，增大输送电力。另一方面，在负载变小的情况下，通过使动作频率接近并联谐振频率f0，从而能够提高输入阻抗，减小输送电力。另外，在图9的例子中，特别是在比并联谐振频率f0低的一侧的一定范围内，动作频率变得越低，输出电力越增加。因此，本实施方式的控制器15、25通过在比并联谐振频率f0低的给定的范围(到f1为止的范围)内控制动作频率，来控制送电电力。以下，对基于控制器15、25的控制进行说明。

第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20的控制器15、25的电力控制能够按照实施方式1的图5的流程图大致同样地进行，但是仅步骤s16以及s20处理略有不同。即，在步骤s16中，使驱动频率下降，在步骤s20中，使驱动频率上升。由此，能够进行与图9的特性相应的输送电力的控制。

(实施方式2的第1变形例)

图10是实施方式2的第1变形例涉及的双向无线电力输送系统的电路图。在图10的双向无线电力输送系统中，第1电力输送装置10的电容电路cx1构成为具有6个电容器cs11、cp11、cp12。此外，第2电力输送装置20的电容电路cx2构成为具有6个电容器cs21、cp21、cp22。除此以外的结构与实施方式2相同。此外，虽未特别图示，但等效电路成为与图7相同的电路。即使根据这样的结构，也能够得到与实施方式2同样的效果。

(实施方式2的第2变形例)

图11是实施方式2的第2变形例涉及的双向无线电力输送系统的电路图。在图11的双向无线电力输送系统中，第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20分别由单端型的电路构成。并且，第1电力输送装置10的电容电路cx1构成为具有3个电容器cs11、cp11、cp12。此外，第2电力输送装置20的电容电路cx2构成为具有3个电容器cs21、cp21、cp22。此外，开关电路s1、s2分别由半桥型的电路构成。

开关电路s1的开关元件q11、q12分别由mosfet构成，并且在栅极连接有驱动器(driver)。各驱动器与控制器15(controller)连接。控制器15经由驱动器来控制开关元件q11、q12的接通、断开。具体地，控制器15使开关元件q11和开关元件q12交替地接通、断开。此外，控制器15能够控制接通、断开的频率(开关频率)以及占空比。

开关电路s2由半桥型的电路构成。开关电路s2的开关元件q21、q22分别由mosfet构成，并且在栅极连接有驱动器(driver)。各驱动器与控制器25(controller)连接。控制器25经由驱动器来控制开关元件q21、q22的接通、断开。具体地，控制器25使开关元件q21和开关元件q22交替地接通、断开。此外，控制器25能够控制接通、断开的频率(开关频率)以及占空比。

上述以外的结构与实施方式2相同。此外，虽未特别图示，但等效电路成为与图7相同的电路。即使根据这样的结构，也能够得到与实施方式2同样的效果。

(实施方式2的其他变形例)

在实施方式2及其第1、第2变形例中，电容电路cx1、cx2具有3～6个电容器，但是并不限定于此。电容电路cx1、cx2只要具有至少一个串联连接的电容器和至少一个并联连接的电容器即可。

(实施方式1、2以及它们的变形例的汇总)

实施方式1涉及的双向无线电力输送系统是在第1电力输送装置10与第2电力输送装置20之间通过电场耦合方式双向地以无线的方式输送电力的双向无线电力输送系统。

第1电力输送装置10具备第1电力输送电路，该第1电力输送电路包含：第1开关电路s1，一端与第1二次电池b1连接；第1变压器t1，一端与第1开关电路s1的另一端连接；以及主动电极11以及被动电极12(第1电力输送电极)，与第1变压器t1的另一端连接。

第2电力输送装置20具备第2电力输送电路，该第2电力输送电路包含：第2开关电路s2，一端与第2二次电池b2连接；第2变压器t2，一端与第2开关电路s2的另一端连接；以及主动电极21以及被动电极22(第2电力输送电极)，与第2变压器t2的另一端连接。

第1电力输送电路和第2电力输送电路构成为电对称，并且，经由主动电极11以及被动电极12(第1电力输送电极)与主动电极21以及被动电极22(第2电力输送电极)之间的电容耦合而构成包含第1变压器t1和第2变压器t2的复合谐振电路。

具备：控制器15、25(控制电路)，检测输送电力，并驱动第1开关电路s1以及第2开关电路s2当中的至少送电电力的一侧。

控制器15、25(控制电路)在从第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20的一方朝另一方输送电力时，将复合谐振电路的并联谐振频率f0作为动作频率的基准频率来驱动第1开关电路s1以及第2开关电路s2当中的至少送电电力的一侧，在以基准频率驱动过程中输送电力变得小于作为控制目标的目标电力的情况下，在送电电力的一侧的占空比为最大的情况下，将动作频率变更为比基准频率高的频率或低的频率。

据此，由于第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20的电路构成为电对称，因此能够进行双向电力输送的动作。此外，通过控制驱动频率以及占空比，从而能够控制输送电力。

在实施方式1涉及的双向无线电力输送系统中，第1电力输送电路和第2电力输送电路在处于主动电极11以及被动电极12(第1电力输送电极)与主动电极21以及被动电极22(第2电力输送电极)之间的距离比主动电极11以及被动电极12(第1电力输送电极)和主动电极21以及被动电极22(第2电力输送电极)的平面方向的最长长度短的接近状态时，构成为电对称，并且，在所述接近状态下，经由主动电极11以及被动电极12(第1电力输送电极)与主动电极21以及被动电极22(第2电力输送电极)之间的电容耦合，构成包含第1变压器t1和第2变压器t2的复合谐振电路。

据此，第1电力输送电路和第2电力输送电路更加电对称。

实施方式2涉及的双向无线电力输送系统是在第1电力输送装置10与第2电力输送装置20之间通过磁场耦合方式双向地以无线的方式输送电力的双向无线电力输送系统。

第1电力输送装置10具备第1电力输送电路，该第1电力输送电路包含：第1开关电路s1，一端与第1二次电池b1连接；第1电容电路cx1，一端与第1开关电路s1的另一端连接；以及送受电线圈l1(第1电力输送线圈)，与第1电容电路cx1的另一端连接。

第2电力输送装置20具备第2电力输送电路，该第2电力输送电路包含：第2开关电路s2，一端与第2二次电池b2连接；第2电容电路cx2，一端与第2开关电路s2的另一端连接；以及送受电线圈l2(第2电力输送线圈)，与第2电容电路cx2的另一端连接。

第1电力输送电路和第2电力输送电路构成为电对称，并且，经由送受电线圈l1(第1电力输送线圈)与送受电线圈l2(第2电力输送线圈)之间的电感耦合而构成了包含第1电容电路cx1和第2电容电路cx2的复合谐振电路。

具备：控制器15、25(控制电路)，检测输送电力，并驱动第1开关电路s1以及第2开关电路s2当中的至少送电电力的一侧。

控制器15、25(控制电路)在从第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20的一方朝另一方输送电力时，将复合谐振电路的并联谐振频率f0作为动作频率的基准频率来驱动第1开关电路s1以及第2开关电路s2当中的至少送电电力的一侧，在以基准频率驱动过程中输送电力变得小于作为控制目标的目标电力的情况下，在送电电力的一侧的占空比为最大的情况下，将动作频率变更为比基准频率高的频率或低的频率。

据此，通过第1电力输送装置10以及第2电力输送装置20的电路构成为电对称，从而能够进行双向电力输送。此外，通过控制驱动频率，从而能够控制输送电力。

在实施方式2涉及的双向无线电力输送系统中，第1电力输送电路和第2电力输送电路在处于送受电线圈l1(第1电力输送线圈)与送受电线圈l2(第2电力输送线圈)之间的距离短于送受电线圈l1(第1电力输送线圈)以及送受电线圈l2(第2电力输送线圈)的最长长度的接近状态时，构成为电对称，并且，在所述接近状态下，经由送受电线圈l1(第1电力输送线圈)与送受电线圈l2(第2电力输送线圈)之间的电感耦合，构成包含第1变压器t1和第2变压器t2的复合谐振电路。

据此，第1电力输送电路和第2电力输送电路成为更加电对称。

此外，在实施方式1、2中，控制器15、25(控制电路)在基准频率下的动作中，输送电力大于作为控制目标的目标电力的情况下，使占空比下降。

在驱动频率为默认频率f0(并联谐振频率f0)的情况下，输入阻抗成为极大，即便使驱动频率变化也不能使输送电力下降。因此，减小占空比，从而使输送电力下降，接近于作为控制目标的目标电力。

此外，在实施方式1、2中，控制器15、25(控制电路)以同一动作频率同步地驱动第1开关电路s1以及第2开关电路s2，进行同步整流。

此外，在实施方式1、2中，第1开关电路s1和第2开关电路s2均为全桥电路。

由此，在送电侧，能够控制动作频率和接通占空比来调整送电电力，并且在受电侧，能够进行与送电侧对应的同步整流。

此外，在实施方式1、2中，控制器15、25(控制电路)基于一方的电力输送装置的开关电路的输入电流和另一方的电力输送装置的开关电路的输出电流当中的至少一者，来检测输送电力。

由此，能够基于开关电路的输入电流、输出电流来适当地控制输送电力的大小。

此外，在实施方式1、2中，复合谐振电路构成为，另一方的电力输送装置的二次电池所引起的负载变得越大则并联谐振频率f0下的输入阻抗变得越小。

由此，即使不控制驱动频率、占空比，也在一方的电力输送装置的二次电池所引起的负载变大时并联谐振频率f0下的输入阻抗变小，能够输送较大的电力。

(其他的实施方式)

实施方式1、2以及它们的变形例对本发明的一例进行了说明。在本发明中，也能够将各实施方式的特征部分进行组合。此外，在权利要求书或其均等的范围内，能够对上述实施方式进行各种变更、置换、追加、省略等。

符号说明

10第1电力输送装置；

11主动电极；

12被动电极；

15控制器；

16电流传感器；

20第2电力输送装置；

21主动电极；

22被动电极；

25控制器；

26电流传感器；

b1二次电池；

b2二次电池；

cx电容耦合电路；

cx1电容电路；

cx2电容电路；

l1送受电线圈；

l2送受电线圈；

l11初级线圈；

l12次级线圈；

l21初级线圈；

l22次级线圈；

lx电感耦合电路；

q11、q12、q13、q14开关元件；

q21、q22、q23、q24开关元件；

s1开关电路；

s2开关电路；

t1变压器；

t2变压器。