JP2010233442A - 非接触電力供給装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】給電側と受電側と間の結合状態が変わっても電力の送電効率の低下を抑制できる非接触電力供給装置を提供する。
【解決手段】受電用共振器２１と、受電用共振器２１と同じ共振周波数を有する給電用共振器１２と、給電用共振器１２に交流電力を入力する発振器１１と、所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスを検出するインピーダンス検出装置４と、交流電力の周波数を設定する周波数可変装置３とを備え、周波数可変装置３はインピーダンスの絶対値又は位相に応じて交流電力の周波数を設定する。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、非接触電力供給装置及び方法に関する。

電力を非接触で伝送する技術に関し、電力の給電側と受電側を同じ共振周波数で電磁的に共振させる手法を用いて、非接触で電力を伝送するものが知られている（非特許文献１）。

Ｋａｒａｌｉｓ Ａ．ｅｔ ａl （Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｖｉａ Ｓｔｒｏｌｎｇｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ） Ｓｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．３１７，ｎｏ．５８３４，ｐｐ．８３−８６，２００７．

しかしながら、従来の非接触電力供給装置において、給電側の発振器の入力周波数が固定されていたため、給電側と受電側の間の結合状態によっては送電効率が低下するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、給電側と受電側と間の結合状態が変化しても送電効率の低下を抑制できる非接触電力供給装置及び方法を提供することである。

本発明は、所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスの値に応じて交流電力の周波数を設定することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、受電用共振手段と給電用共振手段の結合状態が変化しても送電効率がより高い周波数に設定できる。その結果、送電効率の低下を抑制することができる。

本発明の一実施の形態を適用した非接触電力供給装置を示すブロック図である。 図１Ａの給電用共振器と受電用共振器の一例を示すブロック図である。 図１Ａの周波数可変装置の一例を示すブロック図である。 図２Ａの電流制御部の一例を示すブロック図である。 図２Ａのスイッチング信号生成部の一例を示すブロック図である。 図１Ａの非接触電力供給装置の動作を示すフローチャートである。 （ａ）は図１Ａのインピーダンス検出装置により検出される周波数−インピーダンスを示すグラフ、（ｂ）は（ａ）に対して送電用共振器と受電用共振器の間の距離を変えた場合の周波数−インピーダンスを示すグラフである。 図１Ａの非接触電力供給装置の送電用共振器と受電用共振器の間の距離−送電効率を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態を適用した非接触電力供給装置を示すブロック図である。 図６の非接触電力供給装置の動作を示すフローチャートである。 （ａ）は図６の位相差検出装置により検出される給電電力の周波数−位相差を示すグラフ、（ｂ）は（ａ）に対して送電用共振器と受電用共振器の間の距離を変えた場合の周波数−位相差を示すグラフである。

《第１実施形態》
図１Ａに示す本例の非接触電力供給装置は、給電装置１と受電装置２とを有し、給電装置１と受電装置２はワイヤレスで電力を送受信する。

給電装置１は、交流電力を出力する発振器１１と、発振器１１により入力される交流電力から磁場を発生する給電用共振器１２とを備える一方、受電装置２は、給電用共振器１２から送電される電力を受電する受電用共振器２１を備える。

給電用共振器１２と受電用共振器２１は同じ自己共振周波数ｆ０に設定され、図１Ｂに示すように電力を送受信するための、両端がオープンのＬＣ共振コイル１２１，２１１をそれぞれ含む。これら給電用ＬＣ共振コイル１２１と受電用ＬＣ共振コイル２１１とは、自己共振周波数を等しく設定すればよく、コイル１２１，２１１の巻数、太さ、巻きピッチ等のコイル形状やサイズを同一にする必要はない。また、自己共振周波数を等しく設定すればよいので、送電用ＬＣ共振コイル１２１及び／又は受電用ＬＣ共振コイル２１１にコンデンサを外付けしてもよい。すなわち、自己共振周波数の設定はコイル形状やサイズのほか、コンデンサ容量を適宜の値に設定することによっても行うことができる。

給電用ＬＣ共振コイル１２１を含む給電用共振器１２は、当該ＬＣ共振コイル１２１の自己共振周波数を変化させないために、両端が接続されたワンターンコイル（一次コイル）１２２を含んでもよい。このワンターンコイル１２２は好ましくは給電用ＬＣ共振コイル１２１と同軸上に設けられ、電磁誘導によって給電用ＬＣ共振コイル１２１に給電可能に構成されている。同様に、受電用ＬＣ共振コイル２１１を含む受電用共振器２１は、当該ＬＣ共振コイル２１１の自己共振周波数を変化させないために、両端が接続されたワンターンコイル（二次コイル）２１２を含んでもよい。このワンターンコイル２１２は好ましくは受電用ＬＣ共振コイル２１１と同軸上に設けられ、電磁誘導によって受電用ＬＣ共振コイル２１１から受電可能に構成されている。

共鳴法による送電の原理を説明すると、共鳴法は２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ自己共振周波数（固有振動数）を有する２つのＬＣ共振コイル１２１，２１１が磁場を介して共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへワイヤレスで電力が伝送される。

すなわち、図１Ｂに示す発振器１１によって給電用共振器１２の一次コイル１２２に高周波交流電力が入力されると、当該一次コイル１２２に磁界が発生し、電磁誘導により給電用ＬＣ共振コイル１２１に高周波交流電力が発生する。給電用ＬＣ共振コイル１２１は、コイル自身のインダクタンスと導線間の浮遊容量とによるＬＣ共振器として機能し、かつ給電用ＬＣ共振コイル１２１と同じ自己共振周波数を有する受電用共振器２１の受電用ＬＣコイル２１１と磁場共鳴により磁気的に結合することによって、受電用ＬＣ共振コイル２１１へ電力を伝送する。そして、給電用ＬＣ共振コイル１２１からの受電により受電用ＬＣ共振コイル２１１に発生する磁界によって二次コイル２１２に電磁誘導による高周波交流電力が発生し、負荷５に電力が供給される。なお、負荷５に供給する電力を直流電力とする場合は、受電用共振器２１と負荷５との間に整流器等のＡＣコンバータを設ければよい。

本例の非接触電力供給装置は、この共振現象を利用して電力をワイヤレスで送受信することができる。また本例の非接触電力供給装置は、この共振現象を利用するため、電波を発する外部機器と干渉することなく電力を送信することができる。

なお、受電用共振器２１で受電された電力は負荷５に送電されるが、負荷５には電動モータなどの電動機器のほか、二次電池なども含まれる。

ところで、従来の非接触電力供給装置において、給電側の共振器であるＬＣ共振コイル１２１に入力される交流電力の周波数は、給電側及び受電側の有する共振周波数と同じ周波数で、かつ一定値に設定されていた。そのため、給電側のＬＣ共振コイル１２１と受電側のＬＣ共振コイル２１１との間の結合状態が変化すると、受電側の共振器２１で得られる受電電力の送電効率が低下することがあった。

ここで言う結合状態の変化とは、給電側の共振器１２と受電側の共振器２１との距離が変化した状態や、製造上の理由により給電側の共振器１２又は受電側の共振器２１が本来設定されるべき自己共振周波数とは異なる共振周波数を有する場合等をいう。

そこで本例の非接触電力供給装置は、給電用共振器１２と受電用共振器２１との結合状態が変化しても送電効率を維持すべく、発振器１１の交流電力の周波数を給電側から見たインピーダンスの値に応じて設定するように構成している。

すなわち、図１Ａに示すように、インピーダンス検出装置４は、周波数可変装置３からの制御信号に基づいて、給電用共振器１２及び受電用共振器２１の自己共振周波数ｆ０を含む所定の周波数範囲における給電側からみた電力供給経路のインピーダンスを検出し、この検出されたインピーダンスを周波数可変装置３へ出力する。このインピーダンスが走査される所定範囲の周波数をスイープ周波数ともいう。

周波数可変装置３は、インピーダンス検出装置４により検出されたスイープ周波数における給電側からみたインピーダンスを読み込み、検出されたインピーダンスの絶対値が極小となる周波数を検出する。そして、このインピーダンスの絶対値が極小となる周波数の値を発振器１１に出力し、発振器１１は、周波数可変装置３から出力された周波数を交流電力の周波数として設定し、給電用共振器１２に当該周波数の交流電力を出力する。すなわち、給電側から見たインピーダンスは、給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の接合状態に応じて異なるため、本例の非接触電力供給装置は、当該インピーダンスを検出し、送電効率のよい周波数を交流電力に設定する。

周波数可変装置３による周波数の変更方法の一例を挙げると下記のとおりである。図３Ａは図１Ａに示す周波数可変装置３の一例を示すブロック図であり、キャリア周波数可変部３１と、キャリア信号生成部３２と、スイッチング信号生成部３３と、電流制御部３４と、電流指令生成部３５と、電流検出部３６とを備える。

キャリア周波数可変部３１に対して、設定すべき発振器１１の周波数指令が入力される。本例では給電側からみたインピーダンスの絶対値が極小となる周波数がキャリア周波数可変部３１へ入力される。

電流制御部３４は、図２Ｂに示すように比例積分制御部３４１と加算器（演算部）３４２とを備え、電流指令生成部３５からの電流指令値と、電流検出部３６からの電流検出値を読み込んで加算器３４２で演算し、この演算結果を比例積分制御部３４１にてＰＩ制御することで、電圧指令をスイッチング信号生成部３３へ出力する。なお、ＰＩ制御に代えて比例制御（Ｐ制御）や比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）を行うこともできる。

スイッチング信号生成部３３は、電流制御部３４からの電圧指令に基づいてＰＷＭ比較を行い、発振器１１の内部にあるスイッチング素子へＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。すなわちスイッチング信号生成部３３は、図２Ｃに示すように電流制御部３４から出力された電圧指令値を作成する電圧振幅指令部３３１と、この作成された電圧指令値とキャリア信号の大小関係を比較する比較器３３２，３３３とを備える。そして、電圧指令値と、キャリア信号生成部３２からの三角波状のキャリア信号とを比較器３３２，３３３で比較し、その大小関係に応じて発振器１１へＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。

キャリア周波数可変部３１は入力された設定周波数に基づいてキャリア周波数を変化させるべくキャリア信号生成部３２を制御し、キャリア信号生成部３２はこれによりキャリア信号を生成してスイッチング信号生成部３３へ出力する。

次に動作を説明する。
図３のステップ３０にて周波数可変装置３は、最適の交流電力の周波数を探索するための処理を開始する。ここで給電用共振器１２と受電用共振器２１の自己共振周波数は同じｆ０とする。また、スイープ周波数の範囲を、自己共振周波数ｆ０を含むｆ１〜ｆ２とする。なおスイープ周波数の範囲は、たとえば共振周波数ｆ０の±２０％以内とすることができるが、適宜変更することができ、±１０、±３０％でもよい。

ステップ３１にて、周波数可変装置３はスイープ周波数の初期化を行い、このときの周波数をｆ１とする。ステップＳ３２にて、周波数可変装置３は、発振器１１の交流電力の周波数を設定する。ここでは、ステップ３１を経た後の処理であるため、交流電力の周波数はｆ１である。周波数ｆ１の交流電流が入力された給電用共振器１２は、ｆ１に応じた磁場を発生させ、受電用共振器２１は、当該ｆ１に応じた磁場により電力を受電する。

次に、ステップＳ３３にて、インピーダンス検出装置４は、給電側からみたインピーダンスを検出する。そして、当該インピーダンス検出装置４が検出したインピーダンスは周波数可変装置３へ送信される。

ステップＳ３４にて、周波数可変装置３は、所定の範囲内の周波数を全て設定し終えたか否か、つまりスイープ周波数がｆ２に達したか否かを判断する。

スイープ周波数がｆ２に達してない場合は、次の値の周波数にスイープ周波数を更新し（ステップＳ３５）、再びステップ３２へ戻り、当該次の値の周波数を用いてインピーダンスが検出される。

ステップ３４にて、スイープ周波数がｆ２に達した場合はステップ３６へ移り、周波数可変装置３は、給電電力の電圧と電流とのインピーダンスの絶対値が極小値となる周波数ｆｘを、発振器１１の交流電力の入力周波数として設定する（ステップＳ３６）。

インピーダンスの絶対値が極小値をとる時に給電側から見た給電電力の効率は高くなるため、インピーダンスが極小値になる周波数を発振器１１の交流電力の周波数に設定すれば、給電側から見た給電電力の効率が高められる。

図４は、上記一連のステップを経て周波数可変装置３及びインピーダンス検出装置４により得た、スイープ周波数に対する給電側から見たインピーダンスを示す。図４において（ａ）と（ｂ）は、給電用共振１２と受電用共振器２１との間の距離が相違する場合を示しているが、同図からも明らかなように、給電用共振１２と受電用共振器２１との間の距離が変わることで、交流電力の周波数に対するインピーダンス特性が変化し、給電電力の給電効率が低下する。

しかしながら、本例の非接触電力供給装置では、インピーダンスが極小となる周波数を発振器１１の周波数に設定するので、給電用共振器１２と受電用共振器２１との距離が変動しても、それに応じた給電効率が高くなる周波数を設定する。したがって、距離の変動に拘わらず給電効率を高めることができる。

なお、本例の非接触電力供給装置において、給電側から見たインピーダンスが極小となる周波数ｆｘが複数ある場合は、給電用共振１２と受電用共振器２１の共振周波数に近い周波数を、交流電力の周波数と設定してもよい。

本例の非接触電力供給装置は、インピーダンス検出装置４及び周波数可変装置３により給電側から見たインピーダンスを極小にする周波数ｆｘを設定し、発振器１１の交流電力の周波数を変更する。これにより、本例の非接触電力供給装置は、受電用共振手段１２と受電用共振器２１の接合状態に応じて、交流電力の周波数を変え、給電電力の給電効率を向上できる。また受電側の状況を検出しなくても、給電電力の効率をよくする周波数を設定できるため、受電装置２に給電効率を検出するための構成を設けなくてよい。

図５は、本例の非接触電力供給装置と、発振器の交流電力の周波数を固定する比較例の非接触電力供給装置において、給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の距離を変えた場合の送電効率を示す。実線のグラフ（ａ）は本例の非接触電力供給装置の送電効率を示し、点線のグラフ（ｂ）は比較例の非接触電力供給装置の送電効率を示す。

共振の初期条件として、発振器の交流電力の周波数を給電用共振器１２及び受電用共振器２１の共振周波数ｆ０とした場合において、インピーダンス検出装置４が検出する給電側から見たインピーダンスが最も小さくなるように、給電用共振器１２及び受電用共振器２１の距離Ｄ０を設定した。また初期条件の時のインピーダンス検出装置３で得られる電力を１００％とした。

この初期条件に対して、本例及び比較の給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の距離Ｄを徐々に大きくする。この時、本例の非接触電力供給装置は、受電効率の低下を抑制するために、給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の距離に応じて周波数可変装置３により発振器１１の交流電力の周波数が変更される。そのため、本例の非接触電力供給装置において、発振器１１の交流電力の周波数は、初期条件の周波数ｆ０とは異なる周波数となる。一方、比較例の非接触電力供給装置の交流電力の周波数は共振周波数ｆ０に固定される。

図４に示すように、比較例の非接触電力供給装置の送電効率は、距離Ｄ１を超えると急激に低下するが、本例の非接触電力供給装置の送電効率は、距離Ｄ１を超えても、比較例のように急激に低下せず高効率を維持する。

このように、本例の非接触電力供給装置は、比較例の非接触電力供給装置と比べ、給電用共振器１２及び受電用共振器２１の間の距離が変動しても送電効率の低下を抑制できる。また、給電用共振器１２及び受電用共振器２１の間の距離が変動しても、送電効率を最大化することができ、また送電距離を伸ばすことができる。

なお、送電用共振器１０２と受電用共振器２１との間の接合状態に応じて、発振器１１の交流電力の周波数を設定する方法は、上記に示すステップに限らず、所定の範囲内の周波数を全てスイープしてインピーダンスのピークをとる代わりに、例えばインピーダンスの傾き（微分値）からインピーダンスの極小値を検出してもよい。

すなわち、本例の非接触電力供給装置は、スイープ周波数うち最初の周波数であるｆ１を発振器の交流電力の周波数に設定し、その時のインピーダンスをインピーダンス検出装置４により検出する。周波数ｆ１の次に更新されたスイープ周波数を交流電力の周波数ｆｓとして設定し、その時のインピーダンスをインピーダンス検出装置４により検出する。この時、本例の非接触電力供給装置は、給電側から見たインピーダンスの極小値を算出するために、この周波数ｆｓの時に対応するインーダンスと周波数ｆｓの前に設定した周波数ｆ１に対応するインピーダンスとの傾きを算出する。

そして、この傾きが負の時はスイープ周波数を更新してインピーダンスの検出を続け、傾きが正の時はインピーダンスが極小に達したと判断し、スイープ周波数の更新を終える。そして周波数可変装置３は、インピーダンスが極小に達した時の周波数を、発振器１１の交流電力の周波数として設定する。

これにより、上記の所定の周波数の範囲ｆ１〜ｆ２をスイープ周波数とする場合と比較して、周波数ｆ２に更新される前に、インピーダンスの極小値を検出できるため、より早く、送電効率の高い受電電力に対応する周波数を設定できる。

また、周波数可変装置３が設定する周波数は、必ずしもインピーダンスの極小値に対応する周波数にする必要はなく、インピーダンス検出装置４がある閾値以下のインピーダンスの値を検出する時に対応する周波数を交流電力の周波数と設定してもよい。

また、共振器１２，２１の接合状態に応じた周波数可変装置３による発振器１１の交流電力の周波数の設定は、常時行う必要はなく、例えば、本例の非接触電力供給装置が動作開始する時に行ってもよい。

あるいは、本例の非接触電力供給装置に、給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の距離を検出する赤外線検出器等の距離センサを設け、当該赤外線検出器が給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の距離の変更を検知した時に、上記の共振器１２，２１の接合状態に応じた周波数可変装置３による発振器１１の交流電力の周波数の設定を行ってもよい。

また、上記の周波数の設定は常時行わず、インピーダンス検出装置４が給電側から見たインピーダンスを検出して、当該インピーダンスが予め設定している閾値より低くなった時に、上記の共振器１２，２１の接合状態に応じた周波数可変装置３による発振器１１の交流電力の周波数の設定を行ってもよい。

また、インピーダンス検出装置４で検出するためのスイープ周波数を所定の範囲の周波数ｆ１〜ｆ２とすることは必須ではなく、周波数可変装置３は、離散的な値で発振器１１の交流電力の周波数を設定できるようにしてもよい。これにより、本例の非接触電力供給装置は、上記離散的な値で設定される周波数に対するインピーダンスの中で、低い値のインピーダンスに対応する周波数を、発振器１１の交流電力の周波数と設定することもできる。

また本例の非接触電力供給装置は、周波数可変装置３及び／又はインピーダンス検出装置４を給電装置１又は受電装置２のいずれに設置してもよい。特に受電装置２に周波数可変装置３及び／又はインピーダンス検出装置４を設置する場合は、給電装置１の発振器１１へ設定周波数を送信する無線通信手段と、給電側から見たインピーダンスを検出してこれをインピーダンス検出装置４へ送信する無線通信手段を設ければよい。

さらに、本例の非接触電力供給装置は、受電装置２が複数ある場合も特に有効である。例えば、本例の非接触電力供給装置を車両等に搭載し、受電装置２を電力を動力とする部分（ヘッドライトやリアスピーカ等）に備え付けることが考えられる。しかしながら、複数の受電装置２の中で一つの受電装置２に電力を供給する場合に、受電装置２によって給電装置１との距離が異なるため、共振器１２，２１の接合状態が異なることがある。

しかしながら本例の非接触電力供給装置は、共振器１２，２１の接合状態に応じて交流電力の周波数を設定できるため、ある受電装置２とは別の受電装置２に給電する際は、当該別の受電装置２と給電装置１の間で、受電電力に応じた交流信号の周波数の設定をすることにより、効率よく送電できる。

すなわち、本例の非接触電力供給装置は、各受電装置２に応じて最適の送電効率となる交流周波数を設定できる。また、給電装置１と受電装置２の間がワイヤレスのため、本例の非接触電力供給装置は、車両等に搭載する際の電気配線が不要になり、製造工程の短縮、歩留まりを低減できる。

また、本例の非接触電力供給装置は、給電装置１から距離の異なる複数の受電装置２に同時に電力を送電する際にも有効である。各受電装置２は、インピーダンス検出装置４により給電側から見たインピーダンスを検出し、給電装置１に対して検出結果を送信する。給電装置１は、検出されたインピーダンスに応じて送電効率を高くする交流電力の周波数を設定するために、給電している受電装置２に対する合計のインピーダンスを算出する。

そして、当該合計のインピーダンスが最も低い時の周波数が、全体の受電装置２に対して送電効率のよい周波数となるので当該周波数を交流電力の周波数に設定する。これにより、本例の非接触電力供給装置は、複数の受電装置２を有し、各受電装置に対して接合状態が異なる場合でも、効率よく電力を送電できる。

また、本例の非接触電力供給装置は、複数の受電装置２の中で、ある受電装置２の消費電力が高い場合は、当該受電装置２に対して送電効率を高くするように周波数を設定することによって、より効率良く電力を送電できる。

なお本例の発振器１１が発振手段に相当し、給電用共振器１２が給電用共振手段に相当し、周波数可変装置３が周波数可変手段に相当し、受電用共振器２１が受電用共振手段に相当し、インピーダンス検出装置１０６が本発明のインピーダンス検出手段に相当する。

《第２実施形態》
図６は、本発明の他の実施の形態を適用した非接触電力供給装置を示すブロック図である。本例は上述した第１実施形態に対して、インピーダンス検出装置４に代えて位相差検出装置６を備える点が異なる。これ以外の構成で上述した第１実施形態と同じ構成は、その記載をここに援用する。

図６に示す本例の非接触電力供給装置は、給電装置１に位相差検出装置６を設け、給電側から見たインピーダンスの位相を検出する。位相差検出装置６は、発振器１１に接続され、給電用共振器１２に入力されるインピーダンスの位相を検出する。

給電用共振器１２に入力される給電電力は、周波数可変装置３により設定された周波数の交流電力が給電用共振器１２に入力され、当該給電用共振器１２より受電用共振器２１へ送電する際の電力である。この給電電力は給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の接合状態に応じて異なるため、本例の非接触電力供給装置は、給電側から見たインピーダンスの位相を検出し、送電効率のよい周波数を交流電力に設定する。

次に動作を説明する。
まずステップ２０にて周波数可変装置３は、最適の交流電力の周波数を探索するための処理を開始する。

ステップ２１にて、周波数可変装置３はスイープ周波数の初期化を行い、周波数をｆ１とする。ステップＳ２２にて、周波数可変装置３は、発振器１１の交流電力の周波数を設定する。ここでは、ステップ２１を経た後の処理であるため、交流電力の周波数はｆ１である。

次に、ステップＳ２３にて、位相差検出装置６は、給電装置１から受電装置２へ供給する給電電力の、給電側から見たインピーダンスの位相を検出する。そして、当該位相差検出装置６が検出した位相は周波数可変装置３へ送信される。

ステップＳ２４にて、周波数可変装置３は、所定の範囲内の周波数を全て設定し終えたか否か、つまりスイープ周波数がｆ２に達したか否かを判断する。

スイープ周波数がｆ２に達してない場合は、次の値の周波数にスイープ周波数を更新し（ステップＳ２５）、再びステップ２２へ戻り、当該次の値の周波数を用いて位相差が検出される。

ステップ２４にて、スイープ周波数がｆ２に達した場合はステップ２６へ移り、周波数可変装置３は、給電側から見たインピーダンスの位相がゼロとなる周波数を、発振器１１の交流電力の入力周波数として設定する（ステップＳ２６）。位相がゼロになる時に給電側から見た給電電力の効率が高くなるため、本例の非接触電力供給装置は、位相がゼロになる周波数を発振器１１の交流電力の周波数に設定でき、給電側から見た給電電力の効率を高めることができる。

図８は、上記の一連のステップを経て周波数可変装置３及び位相差検出装置６により得た、スイープ周波数に対する給電電力の位相差を示す。図８（ａ）と（ｂ）との違いは、給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の距離の違いである。

図７（ａ）において、位相がゼロである周波数は３個存在するが、図７（ｂ）では、位相がゼロである周波数は１個だけである。また図７（ａ）において位相がゼロである周波数（ｆｉｎ（ａ））は、図７（ｂ）では位相がゼロではない。同様に、図７（ｂ）において位相がゼロである周波数（ｆｉｎ（ｂ））は、図７（ａ）では位相がゼロではない。つまり、給電用共振器１２と受電用共振器２１との間の距離が変わることで、位相が変わってしまうため、給電電力の給電効率も低下する。

なお、本例の非接触電力供給装置において、位相がゼロとなる周波数が複数ある場合は、給電用共振器１２と受電用共振器２１の共振周波数に近い周波数を、交流電力の周波数と設定してもよい。

本例の非接触電力供給装置は、位相差検出装置６及び周波数可変装置３により給電電力の給電側から見たインピーダンスの位相をゼロにする周波数を設定し、発振器１１の交流電力の周波数を変更できる。これにより、本例の非接触電力供給装置は、受電用共振器１２と受電用共振器２１の接合状態に応じて、交流電力の周波数を可変し、給電電力の給電効率を向上できる。また受電側の状況を検出しなくても、給電電力の効率をよくする周波数を設定できるため、受電装置２に給電効率を検出ための構成を持たなくよい。

なお本例の位相差検出装置６が本発明の位相差検出手段に相当する。

１…給電装置
１１…発振器
１２…給電用共振器
２…受電装置
２１…送電用共振器
３…周波数可変装置
４…インピーダンス検出装置
５…負荷
６…位相差検出装置

Claims (8)

1. 所定の共振周波数に設定された受電用共振手段と、
   前記所定の共振周波数と同じ共振周波数に設定された給電用共振手段と、
   前記給電用共振手段に交流電力を入力する発振手段と、
   所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
   前記交流電力の周波数を設定する周波数可変手段と、を備え、
   前記受電用共振手段と前記給電用共振手段の間で共振させ、前記発振手段から前記受電用共振手段へ電力を供給する非接触電力供給装置において、
   前記周波数可変手段は、前記所定の周波数範囲内で前記インピーダンス検出手段により検出されたインピーダンスの値に応じて前記交流電力の周波数を設定することを特徴とする非接触電力供給装置。
2. 受電用共振手段の共振周波数と同じ共振周波数に設定された給電用共振手段と、
   前記給電用共振手段に交流電力を入力する発振手段と、
   所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
   前記交流電力の周波数を設定する周波数可変手段と、を備え、
   前記受電用共振手段と前記給電用共振手段の間で共振させ、前記発振手段から前記受電用共振手段へ電力を供給する非接触電力供給装置において、
   前記周波数可変手段は、前記所定の周波数範囲内で前記インピーダンス検出手段により検出されたインピーダンスの値に応じて前記交流電力の周波数を設定することを特徴とする非接触電力供給装置。
3. 給電用共振手段の共振周波数と同じ共振周波数に設定された受電用共振手段と、
   所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
   前記給電用共振手段に交流電力を入力する発振手段の当該交流電力の周波数を設定する周波数可変手段と、を備え、
   前記受電用共振手段と前記給電用共振手段の間で共振させ、前記発振手段からの電力を前記受電用共振手段にて受電する非接触電力供給装置において、
   前記周波数可変手段は、前記所定の周波数範囲内で前記インピーダンス検出手段により検出されたインピーダンスの値に応じて前記交流電力の周波数を設定することを特徴とする非接触電力供給装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触電力供給装置において、
   前記インピーダンス検出手段は、前記所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスの絶対値を検出し、
   前記周波数可変手段は、前記所定の周波数範囲内で前記インピーダンスの絶対値が極小となる周波数を前記交流電力の周波数として設定することを特徴とする非接触電力供給装置。
5. 請求項４記載の非接触電力供給装置において、
   前記周波数可変手段は、前記インピーダンスの絶対値が極小となる周波数が複数ある場合は、これら複数の周波数のうち前記所定の共振周波数に最も近似する周波数を前記交流電力の周波数として設定することを特徴とする非接触電力供給装置。
6. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触電力供給装置において、
   前記インピーダンス検出手段は、前記所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスの位相を検出し、
   前記周波数可変手段は、前記所定の周波数範囲内で前記インピーダンスの位相がゼロとなる周波数を前記交流電力の周波数として設定することを特徴とする非接触電力供給装置。
7. 請求項６記載の非接触電力供給装置において、
   前記周波数可変手段は、前記インピーダンスの位相がゼロとなる周波数が複数ある場合は、これら複数の周波数のうち前記所定の共振周波数に最も近似する周波数を前記交流電力の周波数として設定することを特徴とする非接触電力供給装置。
8. 交流電力を発振するステップと、
   前記交流電力に基づき磁場を発生させることで電力を送信するステップと、
   前記磁場における電磁共振を利用して前記電力を受信するステップと、
   所定の周波数範囲内で給電側から見たインピーダンスを検出するステップと、
   前記検出したインピーダンスの値に応じて前記交流電力の周波数を設定するステップと、を有する非接触電力供給方法。

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