JP2010051137A

JP2010051137A - 電力送信装置、及び電力受信装置

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Publication number: JP2010051137A
Application number: JP2008214806A
Authority: JP
Inventors: Ryo Kadoi; 涼門井; Taku Takagi; 高木　　卓; Katsuhide Ichikawa; 勝英市川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-25
Also published as: JP5518221B2; JP2013138599A; JP5241381B2

Abstract

【課題】非接触による電力の伝送において、共振周波数の帯域幅が狭い場合でも共振周波数最適化が行え、大電力を送信する場合であっても安全に電力伝送を行え、電力受信装置が複数存在する場合でも選択的に電力伝送を可能とする非接触電力伝送を提供する。
【解決手段】電力を伝送する装置において、電力受信装置に、電力受信装置の共振特性を変更するために電力受信用コイルのＱを変更するためのＱ制御回路と、電力受信装置の共振周波数を制御するための共振周波数制御回路と、受信された電力を測定するための受信電力検出回路と、受信電力検出回路によって測定された値からＱ制御回路と共振周波数制御回路を制御する制御部を備えている。制御部はＱ制御回路を制御し、共振周波数の帯域を変化させ、また、制御部は受信電力が最大となるよう共振周波数制御回路を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気共振現象を利用した非接触で電力を伝送する装置を提供する技術に関するものである。

現在、非接触ＩＣカードや据置型電話機の子機などで非接触電力伝送技術が盛んに用いられている。これらの非接触電力伝送には電磁誘導が用いられているため、送信される電力および受信される電力は交流信号である。

このため、効率的な電力伝送を行うためには、電力送信側の共振周波数と電力受信側の共振周波数が一致していることが重要である。

これらを含め、非接触電力伝送について、特許文献１〜３、及び非特許文献１に開示のあるものである。

特開平１１−１８８１１３公報特開平８−３４０２８５公報特開２０００−９９６５５公報 Andre Kurs, et al. "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances," SCIENCE, VOL 317, pp.83-85, 6 JULY 2007

先ず、特許文献１では、受信コイルにおける電圧レベルを検出し、該検出電圧レベルが常に最高値をとるように送信コイルおよび受信コイルの共振状態を制御するようにしている。

非接触電力伝送では、電力受信側が常に理想的な位置や状態にあるとは限らない。電力受信側の位置が不適切であったり、状態に不具合があったりする場合、機器の加熱など危険性が生じる。

特許文献２では、送電電力の回り込み成分の値が規定値を超えたとき、あるいはデータ検知回路によって電力受信側からのデータ受信を検知できなかったときに、電源回路２５の出力電圧を下げることにより送電電力を制御している。

また、特許文献３のように、異なるアンテナコイルをもつ複数のＩＣカードでも同時に非接触通信を行えるようにする技術が存在する。しかし、電磁誘導を用いた非接触電力伝送では、電力の伝送距離が数ｍｍから数ｃｍの範囲に限られているため、あまり複数の電力受信側に対し同時に電力を伝送するような状況は考えられていない。

以上の技術は電磁誘導により非接触電力伝送を行っている一方で、非特許文献１のように磁気共振現象を用いて非接触電力伝送を行う技術が実証されている。磁気共振現象を用いた非接触電力伝送では電力受信側と電力送信側との間の距離が数ｍであっても電力伝送が可能である。

本発明で扱う非接触の電力伝送では磁気共振現象を用いたものであり、従来技術で扱われている電磁誘導を用いたものとは状況が異なる。まず、磁気共振現象では電力送信装置の共振周波数と電力受信装置における周波数が一致したとき効率の良い電力伝送ができるという点においては電磁誘導と同じである。

しかし、磁気共振現象による電力伝送の共振周波数の帯域は狭く、共振系素子の値が少しずれただけで電力が伝送できなくなってしまう。このため、電力送信装置と電力受信装置における共振周波数を正確に合わせなくてはならない。

しかし、共振周波数の帯域が狭いため、共振周波数変化させ共振周波数を合わせる方法の場合、少し周波数がずれると電圧が検出できなくなるため正確に共振周波数を合わせるのは困難である。

次に、磁気共振現象において受信用コイルと同等の共振特性をもつ物体が付近にあった場合、その物体にも電力が送信されてしまい、物体が過熱されてしまうことや、電力の無駄な消費が発生してしまう不具合が生じる可能性を考慮する必要が有る。

また、電力送信装置や電力受信装置で不具合が生じた場合、電力が伝わらず機器の過熱が起こる可能性も考慮する必要がある。大電力で電力を送信することを想定した場合、これらの不具合に対し、より安全性の高い機構を持たなくてはならない。

さらに、磁気共振現象を用いると数ｍ離れての電力伝送が可能であるので、故意に対象とする電力受信側と同じ特性の受信共振系をもった別の電力受信側を用いることで、電力の盗難を行えるという問題がある。

前述の通り、磁気共振現象を用いると数ｍの電力伝送が可能であるので、複数の電力受信側に対し、同時に電力を伝送するという利用方法が考えられる。

電力受信側の共振周波数を等しくして、複数の電力受信側へ電力を伝送する場合においては、共振周波数が等しいために、各々の電力受信側に対して、個別に送信の制御を行うことができないという問題がある。

本発明の電力を伝送する装置では、電力受信装置に、電力受信装置の共振特性を変更するために、電力受信用コイルのＱを変更するためのＱ制御回路と、電力受信装置の共振周波数を制御するための共振周波数制御回路と、受信された電力を測定するための受信電力検出回路と、受信電力検出回路によって測定された値からＱ制御回路と共振周波数制御回路を制御する制御部を備えている。

制御部はＱ制御回路を制御し、共振周波数の帯域を変化させ、また、制御部は受信電力が最大となるよう共振周波数制御回路を制御する。

本発明の電力を伝送する装置では、電力受信装置に、受信電力検出回路と、受信電力検出回路による測定値を電力送信装置に送信するデータ送信回路を備え、電力送信装置に、受信電力検出回路によって測定された受信電力値のデータを受信するためのデータ受信回路と、送信電力を測定するための送信電力検出回路と、データ受信回路から出力される受信電力値と送信電力検出回路で測定された送信電力値とを比較するための送受信電力比較回路と、送受信比較回路における比較結果により送信する電力を制御する電力制御回路と、少なくとも二つの送信電力設定値を記憶する記憶部と、送受信比較回路における比較結果により、ユーザーに警告を知らせる警報用ＬＥＤを備えている。

送受信電力比較回路は、受信電力検出回路によって測定された受信電力と送信電力測定回路によって測定された送信電力の差を出力する。

送信電力制御回路はあらかじめ定められた値や記憶部に記憶されている値を域値とし、送受信電力比較回路の出力した値によって送信する電力の制御を行う。

本発明の電力を伝送する装置は、複数の電力受信装置が存在する場合、それぞれの共振周波数が異なり、電力受信装置それぞれに電源スイッチと、電源スイッチの状態を電力送信装置にデータとして送るデータ送信回路を備え、電力送信装置に各電力受信装置の電源スイッチの状態をデータとして受信するためのデータ受信回路と、電力送信装置の共振周波数を制御するための共振周波数制御回路と、発振周波数を制御するための発振周波数制御回路と、各電力受信装置の電源スイッチ状態のデータから電力送信のために設定すべき発振周波数と共振周波数とを判断し、スイッチが入っている電力受信装置に対応する発振周波数と共振周波数とを時分割で共振周波数制御回路と発振周波数制御回路によって制御する周波数切替回路を備える。

また、以下に、上記構成について、別の表現にて、説明する。

電力送信装置から送信された電力を伝送する電力伝送信号を受信する電力受信用コイルと、該電力受信用コイルのＱの値であるＱ値を変更するＱ制御部と、該電力受信用コイルでの受信処理における共振周波数を制御する受信共振周波数制御部と、受信された電力伝送信号の電力である受信電力値を検出する受信電力検出部と、上記Ｑ制御部、上記受信共振周波数制御部を制御する制御部と
を備えた電力受信装置において、上記制御部は、所定のＱ値で上記受信電力検出部が検出する受信電力値が最大に近づく共振周波数となるように、上記受信共振周波数制御部を制御した後、上記Ｑ値を大きくするように上記Ｑ制御回路を制御するようにする。

電力を伝送する電力伝送信号を送信する電力送信用コイルと、該電力送信用コイルから送信される電力伝送信号の電力を制御する電力制御部と、送信される電力伝送信号の電力の値である送信電力値を検出する送信電力検出部と、電力受信装置で受信された電力伝送信号の電力の値である受信電力値を示すデータを受信するデータ受信部と、前記送信電力検出部が検出した送信電力値と前記データ受信部が受信した受信電力値とを比較した比較結果を出力する電力比較部と、送信電力値を設定する送信電力設定値を記憶する記憶部と、を備えた電力送信装置において、上記電力制御部は、上記電力比較部から出力された比較結果から、送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも小さい場合には、電力伝送信号の送信を停止するように制御し、上記電力比較部から出力された比較結果から、送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも大きい場合には、送信電力を上記記憶部に記憶された異なる送信電力設定値に変更して上記電力伝送信号を送信するようにする
また、上記電力比較部から出力された比較結果から、送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも大きい場合には、段階的に大きな値となる送信電力設定値に変更して上記電力伝送信号を送信する制御を上記電力制御部が行うようにする
また、異常を表示する表示部を設け、上記電力比較部から出力された比較結果から、送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも小さい場合には、異常を表示するように前記電力制御部が前記表示部を制御するようにする。

また、電力を伝送する電力伝送信号を送信する電力送信用コイルと、該電力送信用コイルから送信される電力伝送信号の電力を制御する電力制御部と、電力受信装置での電力伝送信号の受信の動作状態を示す電力受信状態データを受信するデータ受信部と、前記電力伝送信号の共振周波数を制御する送信共振周波数制御部と、前記送信共振周波数制御部に周波数の切替え制御を行い、前記電力伝送信号の共振周波数を切り替える周波数切替部とを備えた電力送信装置において、上記データ受信部が受信した電力受信状態データに基づき、電力を受信している電力受信装置に対応する共振周波数で時分割で送信するように、上記送信共振周波数制御部を上記周波数切替部が制御するようにする。

本発明により、共振周波数の帯域が狭い送受信系であっても、従来よりも安定的に共振周波数の最適化が行え、また、大電力を伝送する際でも、低電力送信段階で不具合を検知し、電力送信を停止させることが可能となる。

また、電力送信中に不具合や電力の盗難が起きた場合に、電力送信を停止させることが可能となり、また、複数の電力受信装置に対して、個々に送信電力量や発振周波数、共振周波数の制御を行うことができる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

本発明の第一の実施例である非接触による電力を伝送する装置を図面によって説明する。

図１は、磁気共振現象を用いた非接触による電力を伝送する装置の全体構成の一実施例を示した図である。

１は電力送信装置であり、交流電源Ａ、交流電源から各回路を駆動するための電源を生成する電源回路１０、電力を伝送する電力伝送信号を所望の周波数で発振させる例えばコルビッツ発振器を用いた発振回路１１、電力伝送信号を送信するための電力送信用コイル１３、電力送信用コイル１３を励振するためのコイル１２、送信共振周波数を制御するための共振周波数制御回路１４、送信用コイルのＱを制御するＱ制御回路１５、発振回路の周波数を制御する発振周波数制御回路１６、制御データを受信するデータ受信回路１７からなる。

２は電力受信装置であり、電力伝送信号を受信するための電力受信用コイル２１、電力受信用コイル２１との結合コイル２３、電力受信用コイルのＱを変更するためのＱ制御回路２２、受信共振周波数を制御するための共振周波数制御回路２４、受信電力を測定、検出するための電力検出回路２５、電力検出回路２５で測定、検出された値に応じて、受信共振周波数および受信用コイルのＱ値および電力送信装置の発振周波数および送信共振周波数および送信用コイルのＱ値を制御する制御部２６、受信された電力を消費する負荷２７、電力送信装置への制御情報を例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈといった通信方式を用いて送信するデータ送信回路２８、電力受信側の各回路を駆動するための電力を供給する２次電池２１０、２次電池２１０の充電を行う充電回路２９からなる。

本発明の実施例である非接触による電力を伝送する装置において、電力受信装置の受信用コイルのＱ、および、受信共振周波数を制御し、電力伝送信号の送信周波数と受信共振周波数とを一致させる場合の動作を図２のフローチャートに示す。

まず、電力受信装置２では、初期状態として制御部２６においてＱ制御回路２２を制御して、電力受信用コイルのＱを高い値としておき、電力受信用コイルのＱを低く設定しておく（Ｓ１１）。Ｑを低くしておくことで、受信側の共振周波数の帯域が広くなる。

次に発振回路１１からあらかじめ定められた周波数で電力が発振される。発振された電力は、励振用コイル１２を通じ、電力送信用コイル１３から送信される。送信された電力は、電力受信用コイル２１を通じ、結合コイル２３によって電力受信装置に受信される（Ｓ１２）。

制御部２６において、例えばバリコンで構成される共振周波数制御回路２４を制御し受信共振周波数を高くしていき、最も電力検出回路２５で測定される電力が高い周波数を探索する（Ｓ１３、Ｓ１４）。

次に、共振周波数制御回路２４を制御し、逆に受信共振周波数を低くしていき最も電力検出回路２５で測定される電力が高い周波数を探索する（Ｓ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）。

これら一連の操作により送信されてきた電力の周波数と電力受信共振周波数とを一致させることができる。共振周波数を一致させた後、Ｑ制御回路２２が規定の値に達していない場合は制御部２６からＱ制御回路２２を操作し、電力受信コイルのＱを高くして、受信側の共振周波数特性を鋭くする（Ｓ１８、Ｓ１９）。

その後、再び送信電力周波数と電力受信共振周波数とを一致させる操作をＱ制御回路２２が規定の値になるまで繰り返す。なお、検出回路やデータ送信回路や各制御回路を駆動するために用いる電力は、受信された電力を用いても良いし、２次電池２１０を備えておきそこから得た電力を用いても良い。

２次電池を用いる場合は、受信された電力を使い充電回路２９により充電を行う。２次電池を用いるようにすれば、受信された電力量が回路を駆動するのに不十分な場合でも、安定して回路を駆動させることができる。

ここまでが本発明の実施例である非接触による電力を伝送する装置の動作の説明である。上述のように、最初に電力受信用コイルのＱを低くし、徐々にＱを高くしながら逐次電力受信側共振周波数の合わせこみを行う方法ではなくて、最初からＱを高くした状態で共振周波数の合わせこみを行うという方法が考えられる。

しかしながら、最初からＱが高い場合、共振周波数の帯域は狭くなり、電力送信周波数と少しでも共振周波数がずれると、電力が検出できなくなってしまう。少しの周波数のずれで電力が検出できなくなるということは、共振周波数の合わせこみを行う手がかりを得ることが困難になるということを意味し、共振周波数の合わせこみの操作をうまく行うことができなくなる。

よって、本発明の実施例では、受信用コイルのＱを低くした状態、つまり共振周波数の帯域を広くした状態から共振周波数の合わせこみを行っていくという操作は、安定的に共振周波数の合わせこみを行えるという点で有効である。

上記の実施例では、電力受信装置の受信用コイルのＱおよび、受信共振周波数を制御し、送信電力周波数と電力受信共振周波数とを一致させることで送受信共振周波数の合わせこみを行ったが、電力送信側のＱ制御回路１５や発振周波数制御回路１６や共振周波数制御回路１４を制御し、発振周波数および、送受信共振周波数の合わせ込みを行っても良い。

本発明の第二の実施例である非接触による電力を伝送する装置を図面によって説明する。

図３は、非接触による電力を伝送する装置の全体構成の一実施例を示した図である。３は、電力送信装置であり、送信する電力を所望の周波数で発生させる発振回路１１、電力を送信するための電力送信用コイル１３、電力送信用コイル１３を励振するための励振用コイル１２、送信される電力伝送信号の電力の値である送信電力値を測定する送信電力検出回路３１、電力受信装置から受信された電力伝送信号の電力の値である受信電力値を示すデータを通信により受け取るためのデータ受信回路３３、データとして受信された電力受信側の受信電力値と送信電力検出回路３１で測定された送信電力値の差分を出力する送受信電力比較回路３２、出力された差分の値から発振回路１１で発振させる電力伝送信号の周波数、電力の大きさなどを判断し制御するための電力制御回路３４、電力制御回路に設定される設定値を記憶しておく記憶部３５からなる。なお、電力送信装置の電源は実施例１と同様に交流電源から電源回路を通じて各回路に供給されるものとする。

４は、電力受信装置であり、電力を受信するための電力受信用コイル２１、電力受信用コイル２１との結合コイル２３、受信された電力を測定するための例えばダイオード検波方式を用いた電力検出回路２５、電力検出回路２５によって測定された受信電力をデータとして受信側に送信するデータ送信回路４１、受信された電力を消費する負荷２７からなる。

本発明の実施例である非接触による電力を伝送する装置の動作を図４のフローチャートに示す。

まず、電力制御回路３４から、記憶部３５に設定されている発振回路１１に最終的に送信しようとする電力よりも小さな値の低電力の発振をさせる（Ｓ２０１）。例えば、図９に示す記憶部３５の内容例のように、最終的に送信しようとする電力の１０％の電力を発振させる。発振された電力は励振用コイル１２により電力送信用コイル１３を励振することにより送信される。

電力受信用コイル２１によって電力を受信し、結合コイル２３を通じて受信側回路に電力が送られる（Ｓ２０２）。

電力受信側で受信された電力は、電力検出回路２５により測定され、その値はデータ送信回路４１により電力送信側へ送信される（Ｓ２１０、Ｓ２１１、Ｓ２１２）。

なお、検出回路やデータ送信回路を駆動するために用いる電力は、実施例１同様に受信された電力を用いても良いし、２次電池を備えておきそこから得た電力を用いても良い。

２次電池を用いるようにすれば、受信された電力量が回路を駆動するのに不十分な場合でも、安定して回路を駆動させることができる。電力送信側では、データ受信回路３３により、受信側から送られた受信電力値を受け取る（Ｓ２０３）。

その受け取った値と送信電力検出回路３１で測定された電力値とを送受信電力比較回路３２により差分を出力し、あらかじめ設定されている域値、例えば図９に示す値より差が大きい場合（送信側で送信した送信電力値よりも受信側で受信した受信電力値が小さい場合）には、電力制御回路３４は直ちに発振回路に電力の発振を停止する（Ｓ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６−NO、Ｓ２０８）。この場合には、電力送信装置から電力伝送信号によって、電力が送信されているのも関わらず、電力送信装置と電力受信装置との間に例えば何らかの物体が存在するなどによって、送信電力が十分に伝送されていないことが想定される。従って、受信電力値を大きくしようとして、送信電力値を大きくしていくと、上記何らかの物体などに電力が供給される可能性があり、場合によっては、異常な加熱などによって、危険なことがあり得る。従って、上述のように、送信電力値に対して、受信電力値が域値よりも小さい場合は、電力送信装置からの電力伝送信号の送信を停止するようにする。

受け取った値である受信電力値と送信電力値との差が域値以内であり、発振電力が最終的に送信しようとする電力に達していない場合は、電力制御回路３２は、記憶部に記憶されている現在送信させている電力より１段階大きな電力を送信させ、再び受信電力検出操作へ戻る（Ｓ２０６−ＹＥＳ、Ｓ２０７、Ｓ２０９）。

例えば、図９において送信電力が１段階目であった場合は２段階目の送信電力に切り替える。発振電力が記憶部に記憶されている最終的に送信しようとする電力に達している場合、例えば図９の４段階目の場合は、処理を終了する。

なお、送信電力の切り替えは、記憶部に記憶されている値を用いる他に、一定のステップ量で増加させていく方法を用いてもよい。

ここまでが本発明の実施例である装置の動作の説明である。上述のように受信側で受信された電力値を確認しつつ、段階的に送信電力を増大させていく方法を用いずに、はじめから規定の送信電力を送信する方法が考えられる。

本発明の実施例で扱う磁気共振現象を用いた非接触による電力を伝送する装置では、受信用コイルと同等の共振特性をもつ物体が付近にあった場合、その物体にも電力が送信されてしまい、物体が過熱されてしまうことや電力の無駄な消費が発生してしまう不具合が考えられる。

こういった不具合の発生を考えた場合、はじめから規定の電力を送信した場合、送信電力によっては甚大な被害をもたらすという危険性を考慮する必要がある。

一方、本発明の実施例で示す方法を用いれば、低電力送信段階時に、不具合を検知し電力送信を停止させることが可能となる。また、不具合の検知が遅れても、初期段階では低電力の送信を行っているので被害を最小限に抑えることができる。

本発明の第三の実施例である非接触による電力を伝送する装置を図面によって説明する。

図５は、非接触による電力を伝送する装置の全体構成の一実施例を示した図である。

５は電力送信装置であり、送信電力制御回路により制御される警報用ＬＥＤ５１を備え、他の構成は図３に示される電力送信装置３と同様である。

なお、電力送信装置の電源は実施例１と同様に交流電源から電源回路を通じて各回路に供給されるものとする。６は電力受信装置であり、構成は図３に示される電力受信装置４と同様である。

本発明の実施例である非接触による電力を伝送する装置の動作を図６のフローチャートに示す。

まず、発振回路１１からあらかじめ定められた周波数で電力が発振される（Ｓ３０１）。発振された電力は、励振用コイル１２を通じ、電力送信用コイル１３から送信される。

送信された電力は、電力受信用コイル２１を通じ、結合コイル２３によって電力受信装置に受信される（Ｓ３０７）。

電力受信装置で受信された電力値は、受信電力検出回路２５により測定され、その値はデータ送信回路４１により、電力送信装置へ送られる（Ｓ３０８、Ｓ３０９）。

２次電池を用いるようにすれば、受信された電力量が回路を駆動するのに不十分な場合でも、安定して回路を駆動させることができる。

送られたデータは電力送信装置のデータ受信回路３３で受信される（Ｓ３０２）。

電力送信装置が送信している電力値を送信電力検出回路３１で測定し、送受信電力比較回路３２は、送信された電力値と電力受信装置で実際に受信された電力値との比較を行う（Ｓ３０３、Ｓ３０４）。

比較された電力値の差があらかじめ定められた域値以上であった場合、電力制御回路３４は何かしらの不具合があると判断し、制御し電力の送信を停止し、かつ、警報用ＬＥＤ５１を点灯させユーザーに不具合を知らせる（Ｓ３０５、Ｓ３０６、Ｓ３０７）。

比較された電力値の差があらかじめ定められた域値以内であった場合は、そのまま電力送信を続ける。この一連の動作を一定時間周期で行い受信されている電力の監視を行う。

ここまでが本発明の実施例である装置の動作の説明である。上述のような動作を行わなかった場合、電力伝送中に受信用コイルと同等の共振特性をもつ物体が付近に現れた場合、その物体にも電力が送信されてしまい、物体が過熱されてしまうことや電力の無駄な消費が発生してしまう不具合が考えられる。

また、電力受信側の回路が故障し電力を受信できなくなった場合、電力送信用コイルや電力受信側の回路などが過熱されてしまう危険性がある。さらに、故意に対象とする電力受信側と同じ特性の受信共振系をもった別の電力受信側を用いることで、電力が盗難される可能性がある。以上から、本発明の実施例である装置が有効であると言える。

本発明の第四の実施例である非接触による電力を伝送する装置を図面によって説明する。

図７は、非接触による電力を伝送する装置の全体構成の一実施例を示した図である。

７は電力送信装置であり、送信電力を所望の周波数で発振させる発振回路１１、電力を送信するための電力送信用コイル１３、電力送信用コイル１３を励振するためのコイル１２、電力送信コイルの共振周波数を制御する共振周波数制御回路７１、発振回路１１の発振周波数を制御する発振周波数制御回路７４、電力受信側から送信されるデータを受信する受信回路７２、受信されたデータの情報を考慮して発信周波数制御回路および共振周波数制御回路の周波数を制御する周波数切替回路７３からなる。

なお、電力送信装置の電源は実施例１と同様に交流電源から電源回路を通じて各回路に供給されるものとする。

８１、８２、８３は複数の電力受信装置であり、それぞれ、電力を受信するための電力受信用コイル８１１、８２１、８３１、電力受信用コイル８１１、８２１、８３１、との結合コイル８１２、８２２、８３２、電力を消費する負荷８１５、８２５、８３５、負荷と結合コイルを電気的に結合させたり、切り離したりするための電源スイッチ８１３、８２３、８３３、電源スイッチの状態をデータとして送信する送信回路８１４、８２４、８３４、からなる。なお、図７では電力受信装置の数は３つとなっているが、特に規定せずいくつあっても良い。

本発明の実施例である非接触による電力を伝送する装置の動作を説明する。

電力受信用コイル８１１、８２１、８３１および結合コイル８１２、８２２、８３２の共振周波数は各電力受信装置固有の周波数となるように、特性を決定しておく。

また、共振周波数制御回路７１および発振周波数制御回路７４は、発振回路の周波数および送信共振周波数を各電力受信装置８１、８２、８３の共振周波数で発振または共振をさせられように制御できるものとする。

まず、各電力受信装置は電源スイッチ８１３、８２３、８３３の状態を、データ送信回路を通じて送信する。電力送信装置はそのデータを受信回路７２により取得する。

このとき、各電力受信装置の電源において、検出回路やデータ送信回路を駆動するために用いる電力は、実施例１同様に受信された電力を用いても良いし、２次電池を備えておきそこから得た電力を用いても良い。

２次電池を用いるようにすれば、受信された電力量が回路を駆動するのに不十分な場合でも、安定して回路を駆動させることができる。電力送信装置から送信された電力を用いる場合は、全電力受信装置に対し電力を定期的に送信するものとする。

２次電池を用いる場合はこのような電力送信は必要ない。電力送信装置は各電力受信装置の電源スイッチの状態８１３、８２３、８３３をデータ受信回路７２で受信した後、電源スイッチが入っている電力受信装置の受信共振周波数に対応する発振周波数および共振周波数を発振周波数制御回路７４および共振周波数制御回路７１を制御して時分割で切り替える。

発振回路の周波数および電力送信装置の共振周波数は発振周波数制御回路７４および共振周波数制御回路７１の制御に伴って変化し、電力は励振用コイル１２を通じて電力送信用コイル１３から送信される。

電源が入っている電力受信装置にはその受信装置の共振周波数に対応した周波数の電力が伝送されるので、受信用コイル８１１、８２１、８３１から結合コイル８１２、８２２、８３２を通じて電力が負荷８１５、８２５、８３５へと伝えられる。以上の動作から、電源スイッチ８１３、８２３、８３３が入っている電力受信装置のみ選択的に、かつ、複数の電力受信装置へ電力を伝送することができる。

ここまでが本発明の実施例である装置の動作の説明である。上述のように複数の電力受信装置に対し電力を伝送する場合、時分割で各電力受信装置に対応した周波数の電力を送信する方法以外に、すべての電力受信装置の共振周波数を同一の周波数にし、電力送信装置はその周波数の電力を送信することで複数の電力受信装置に対し電力を伝送する方法が考えられる。

しかし、同一の周波数で電力を送受信する場合、電源が入っていない電力受信装置にまで電力が伝送され無駄が生じる。また、各電力受信装置に対して、個々に送信電力量や発振周波数、共振周波数の制御を行うことができない。以上の点において、本発明の実施例で説明した時分割で各電力受信装置に対応した周波数の電力を送信する方法が有効である。

本発明の第五の実施例である非接触による電力を伝送する装置を図面によって説明する。

図８は、非接触による電力を伝送する装置をテレビに適用した一実施例を示した図である。このテレビは、チューナ部とモニタ部にわかれており、チューナ部とモニタ部間の映像や音声や制御データの通信は無線で行うものとする。

１０００は交流電源であり例えば家庭用交流電源であり、１００１は放送波受信用アンテナ、１００２は例えばＶＴＲやＤＶＤプレイヤーなどの映像音声信号源であり、１００３はチューナ部、１００４は電力送信装置であり例えば実施例１の電力送信装置１の構成に対応し、１００６は電力受信装置であり例えば実施例１の負荷２７を除いた電力受信装置２の構成に対応し、１００５は後述のモニタ部と放送は受信アンテナ１００３で受信された映像や音声、または映像音声信号源１００２の映像や音声の映像データや音声データとチューナ部モニタ部間の制御データを通信する映像、音声、制御データ通信部、１００７はチューナ部１００３と映像データや音声データや制御データを通信する映像、音声、制御データ通信部、１００８は映像および音声を出力するモニタ部である。

本発明の実施例である非接触による電力を伝送する装置の動作を説明する。電源１０００はチューナ部１００３を通じて電力送信装置１００４に供給される。電力送信装置１００４は例えば実施例１に記載された動作により電力受信装置１００６に非接触で電力を伝送する。モニタ部１００８は負荷として働き、例えば実施例１における負荷２７に対応する。

なお、実施例１では電力送信装置と電力受信装置にそれぞれデータ受信部とデータ送信部を備えていたが、映像、音声、制御データ通信部１００５と１００７が電力送信装置と電力受信装置におけるデータの送受信を扱ってもよい。このような構成にすれば、電力送信装置や電力受信装置の構成を簡略化することができる。

本発明の非接触による電力を伝送する装置をチューナ部とモニタ部間の映像や音声や制御データの通信は無線で行うテレビに用いれば、チューナ部とモニタ部間の完全な無線化を達成することができる。

なお、上記にて、本発明の実施例を説明したが、本発明の実施形態としては、上記の実施例の説明に限定されず、各々の実施例の構成を適宜組み合わせるものであっても良いものである。

本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第５実施形態の構成を示すブロック図である。本発明の第１実施形態における、送信電力量の段階ごとにおける送信電力値および電力送信停止の域値の例を示した表である。

符号の説明

１、３、５、７電力送信装置、２、４、６、８１〜８３電力受信装置、１０電源回路、１１発振回路、１２励振用コイル、１３電力送信用コイル、２１、８１１、８２１、８３１電力受信用コイル、１５、２２コイルのＱ変更用Ｑ制御回路、２３、８１２、８２２、８３２結合コイル、２４電力受信装置共振周波数制御回路、２５受信電力検出回路、２６共振周波数およびＱ変更制御部、２７、８１５、８２５、８３５負荷、３１送信電力検出回路、３２送受信電力比較回路、１７、３３、７２データ受信回路、３４電力制御回路、３５記憶部、２８、４１、８１４、８２４、８３４データ送信回路、５１警報用ＬＥＤ、１４、７１電力送信装置共振周波数制御回路、７３周波数切替回路、１６、７４発振周波数制御回路、２９充電回路、２１０２次電池、Ａ、１０００交流電源、１００１放送波受信用アンテナ、１００２映像音声信号源、１００３チューナ部、１００４電力送信装置、１００５、１００７映像、音声、制御データ通信部、１００６電力受信装置、１００８モニタ部

Claims

電力送信装置から送信された電力を伝送する電力伝送信号を受信する電力受信用コイルと、
該電力受信用コイルのＱの値であるＱ値を変更するＱ制御部と、
該電力受信用コイルでの受信処理における共振周波数を制御する受信共振周波数制御部と、
受信された電力伝送信号の電力である受信電力値を検出する受信電力検出部と、
上記Ｑ制御部、上記受信共振周波数制御部を制御する制御部と
を備えた電力受信装置において、
上記制御部は、所定のＱ値で上記受信電力検出部が検出する受信電力値が最大に近づく共振周波数となるように、上記受信共振周波数制御部を制御した後、上記Ｑ値を大きくするように上記Ｑ制御回路を制御する
ことを特徴とする電力受信装置。
電力を伝送する電力伝送信号を送信する電力送信用コイルと、
該電力送信用コイルから送信される電力伝送信号の電力を制御する電力制御部と、
送信される電力伝送信号の電力の値である送信電力値を検出する送信電力検出部と、
電力受信装置で受信された電力伝送信号の電力の値である受信電力値を示すデータを受信するデータ受信部と、
前記送信電力検出部が検出した送信電力値と前記データ受信部が受信した受信電力値とを比較した比較結果を出力する電力比較部と、
送信電力値を設定する送信電力設定値を記憶する記憶部と、
を備えた電力送信装置において、
上記電力制御部は、
上記電力比較部から出力された比較結果から、
送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも小さい場合には、電力伝送信号の送信を停止するように制御し、
上記電力比較部から出力された比較結果から、
送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも大きい場合には、送信電力を上記記憶部に記憶された異なる送信電力設定値に変更して上記電力伝送信号を送信する
ことを特徴とする電力送信装置。
請求項２記載の電力送信装置において、
上記電力比較部から出力された比較結果から、
送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも大きい場合には、
段階的に大きな値となる送信電力設定値に変更して上記電力伝送信号を送信する制御を上記電力制御部が行う
ことを特徴とする電力送信装置。
請求項２記載の電力送信装置において、
異常を表示する表示部を設け、
上記電力比較部から出力された比較結果から、
送信電力値に対して、受信電力値が予め定められた値よりも小さい場合には、異常を表示するように前記電力制御部が前記表示部を制御する
ことを特徴とする電力送信装置。
電力を伝送する電力伝送信号を送信する電力送信用コイルと、
該電力送信用コイルから送信される電力伝送信号の電力を制御する電力制御部と、
電力受信装置での電力伝送信号の受信の動作状態を示す電力受信状態データを受信するデータ受信部と、
前記電力伝送信号の共振周波数を制御する送信共振周波数制御部と、
前記送信共振周波数制御部に周波数の切替え制御を行い、前記電力伝送信号の共振周波数を切り替える周波数切替部と
を備えた電力送信装置において、
上記データ受信部が受信した電力受信状態データに基づき、電力を受信している電力受信装置に対応する共振周波数で時分割で送信するように、
上記送信共振周波数制御部を上記周波数切替部が制御する
ことを特徴とする電力送信装置。