JP2012130237A

JP2012130237A - 給電装置及び当該給電装置を具備する非接触給電システム

Info

Publication number: JP2012130237A
Application number: JP2011253836A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Kamata; 康一郎鎌田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: KR20140002674A; DE112011103929T5; US9461476B2; WO2012070634A1; US20170093221A1; JP5798455B2; US20120133212A1; KR101854420B1

Abstract

【課題】給電装置側の構成のみによる設計変更だけで、給電装置側と受電装置側との共振用コイル間の共振周波数のマッチングを行うことができ、電力の伝送効率を高める。
【解決手段】受電装置側の共振周波数を直接測定した上で給電装置側の共振周波数を設定する構成とするのではなく、給電装置側において受電装置側に電力を伝達するための電磁場の反射をモニターして受電装置及び給電装置の双方の共振周波数を見積もる構成とする。受信装置側の共振用コイルにおける可変容量素子の容量値を一度ゼロにした上で電磁波の周波数を変化させながら、Ｓ１１パラメータを検出し、当該Ｓ１１パラメータを元に給電装置側の共振周波数を見積もる。
【選択図】図１

Description

本発明は給電装置、及び当該給電装置を具備する非接触給電システムに関する。

様々な電子機器の普及が進み、多種多様な製品が市場に出荷されている。近年では、携帯電話及びデジタルビデオカメラ等の携帯型の電子機器の普及が顕著である。また電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体も製品として市場に登場しつつある。

携帯電話、デジタルビデオカメラまたは電気推進移動体には、蓄電手段であるバッテリーが内蔵されている。当該バッテリーの充電は、殆どが給電手段である家庭用交流電源より直接的に接触させて行われているのが現状である。またバッテリーを具備しない構成またはバッテリーに充電された電力を用いない構成では、家庭用交流電源より配線等を介して直接給電し動作させているのが現状である。

一方で非接触によりバッテリーの充電または負荷への給電を行う方式についての研究開発も進んでおり、代表的な方式として、電磁結合方式（電磁誘導方式ともいう）、電波方式（マイクロ波方式ともいう）、共振方式（共鳴方式ともいう）が挙げられる。小型家電機器等の電子機器では、電磁結合方式を用いる機器の普及が進んでいる。

また共振方式の非接触給電システムとしては、特許文献１乃至３にあるように電力の伝送効率（送電効率）の向上を図るべく、開発が進んでいる。

特開２０１０−１９３５９８号公報特開２０１０−２３９６９０号公報特開２０１０−２５２４６８号公報

共振方式の非接触給電システムでは、特許文献１に記載のように、電力を受ける側の装置（以下、受電装置）側と電力を供給する側の装置（以下、給電装置）側との共振周波数を一致させることが、電力の伝送効率を高めるために重要である。

特に受電装置側の共振周波数は、受電装置の配置等の要因に応じて変化する。そのため、受電装置側の共振周波数の変化を給電装置の側でモニターする構成とすることが重要である。

しかしながら受電装置側の共振周波数を測定して、当該共振周波数の測定値を給電装置側にフィードバックし、給電装置側の共振周波数を変化させる場合、構成が複雑になる。構成が複雑になる具体的な例としては、特許文献３に一例がある。特許文献３は、受電装置毎に共振周波数の変化をモニターする回路を設ける構成について記載されており、当該構成は受電装置毎に回路が増えることによるコストの増加の点から好ましくない。特に共振方式における、給電装置側の第１のコイル（送電用コイルともいう）と受電装置側の第２のコイル（受電用コイルともいう）の間で、第１の共振用コイル及び第２の共振用コイルを介して非接触給電を行う４素子伝送では、受電装置側に共振周波数の測定手段を設けることが、さらなる受電装置の大型化を招く等の理由で好ましくない。

そこで本発明の一態様は、給電装置側の構成のみによる設計変更だけで、給電装置側と受電装置側との共振用コイル間の共振周波数のマッチングを行うことができ、電力の伝送効率を高めることのできる共振方式による給電装置、及び当該給電装置を具備する非接触給電システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、受電装置側の共振周波数を直接測定した上で給電装置側の共振周波数を設定する構成とするのではなく、給電装置側において受電装置側に電力を伝達するための電磁場の反射をモニターして受電装置及び給電装置の双方の共振周波数を見積もる構成とする。特に本発明の一態様では、電磁波の反射をモニターする際に、給電装置側の共振用コイルにおける容量成分を電磁波の反射のモニターに影響のないようにして、給電装置側の共振周波数を見積もることを特徴とするものである。具体的には受信装置側の共振用コイルにおける可変容量素子の容量値を一度０にした上で、電磁波の周波数を変化させながら、散乱行列（以下、Ｓパラメータという）における、電力を伝達するための電磁波の反射をモニターする際の指標となるＳ１１パラメータを検出し、当該Ｓ１１パラメータを元に給電装置側の共振周波数を見積もるものである。

本発明の一態様は、カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、可変容量素子に接続されて第１のコイルと電磁結合をし、受電装置において第２のコイルと電磁結合する第２の共振用コイルとの間で電磁共鳴をする第１の共振用コイルと、カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、可変容量素子の静電容量値及び高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、可変容量素子の静電容量値を０に設定し、可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際のＳ１１パラメータの強度が変化する周波数を第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、第２の共振用コイルの共振周波数に応じて可変容量素子の静電容量値を設定して第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、高周波電源より出力される信号の発振周波数を第１の共振用コイル及び第２の共振用コイルの共振周波数に設定する制御装置と、を有する給電装置である。

本発明の一態様は、カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、可変容量素子に接続されて第１のコイルと電磁結合をし、受電装置において第２のコイルと電磁結合する第２の共振用コイルとの間で電磁共鳴をする第１の共振用コイルと、カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、可変容量素子の静電容量値及び高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、可変容量素子の静電容量値を０に設定し、可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際のＳ１１パラメータの強度が変化する周波数を第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、第２の共振用コイルの共振周波数に応じて可変容量素子の静電容量値を設定して第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、可変容量素子の静電容量値を第２の共振用コイルの共振周波数に応じた静電容量値に設定した状態で高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際のＳ１１パラメータの強度が変化する周波数を高周波電源より出力される信号の発振周波数に設定する制御装置と、を有する給電装置である。

本発明の一態様において、第２の共振用コイルの共振周波数に応じた第１の共振用コイルの共振周波数とするための可変容量素子の静電容量値が記憶された記憶回路を有し、記憶回路は、制御装置に接続されている給電装置でもよい。

本発明の一態様は、カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、第１のコイルと電磁結合をし、可変容量素子に接続された第１の共振用コイルと、カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、可変容量素子の静電容量値及び高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、可変容量素子の静電容量値を０に設定し、可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際のＳ１１パラメータの強度が変化する周波数を第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、第２の共振用コイルの共振周波数に応じて可変容量素子の静電容量値を設定して第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、高周波電源より出力される信号の発振周波数を第１の共振用コイル及び第２の共振用コイルの共振周波数に設定する制御装置と、を有する給電装置と、第１の共振用コイルと電磁共鳴をし、容量素子に接続された第２の共振用コイルと、第２の共振用コイルと電磁結合をし、負荷に接続された第２のコイルと、を有する受電装置と、を有する非接触給電システムである。

本発明の一態様は、カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、第１のコイルと電磁結合をし、可変容量素子に接続された第１の共振用コイルと、カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、可変容量素子の静電容量値及び高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、可変容量素子の静電容量値を０に設定し、可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際のＳ１１パラメータの強度が変化する周波数を第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、第２の共振用コイルの共振周波数に応じて可変容量素子の静電容量値を設定して第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、可変容量素子の静電容量値を第２の共振用コイルの共振周波数に応じた静電容量値に設定した状態で高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際のＳ１１パラメータの強度が変化する周波数を高周波電源より出力される信号の発振周波数に設定する制御装置と、を有する給電装置と、第１の共振用コイルと電磁共鳴をし、容量素子に接続された第２の共振用コイルと、第２の共振用コイルと電磁結合をし、負荷に接続された第２のコイルと、を有する受電装置と、を有する非接触給電システムである。

本発明の一態様において、給電装置は、第２の共振用コイルの共振周波数に応じた第１の共振用コイルの共振周波数とするための可変容量素子の静電容量値が記憶された記憶回路を有し、記憶回路は、制御装置に接続されている非接触給電システムでもよい。

本発明の一態様により、給電装置側の構成のみによる設計変更だけで、給電装置側と受電装置側との共振用コイル間の共振周波数のマッチング（整合）を行うことができ、電力の伝送効率を高めることのできる共振方式による給電装置及び当該給電装置を具備する非接触給電システムを提供することができる。

実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態２の構成を説明するための図。実施の形態３の構成を説明するための図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。

なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の大きさ、層の厚さ、信号波形は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。

なお本明細書にて用いる第１、第２、第３、乃至第ｎ（ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一形態における共振方式による非接触給電を行う給電装置、及び共振方式による非接触給電システムについて説明する。

図１は、給電装置及び受電装置のブロック図を示している。図１では、給電装置における第１の共振用コイルと受電装置における第２の共振用コイルとが共振することで電磁波による電力の伝送を行う様子を表している。

図１では、給電装置１０１及び受電装置１０２を示している。給電装置１０１は、第１のコイル１０３（送電用コイルともいう）、高周波電源１０４、カプラ１０５（方向性結合器ともいう）、第１の共振用コイル１０７、可変容量素子１０６、検出器１０８、制御装置１０９、記憶回路１１０を有する。

受電装置１０２は、第２の共振用コイル１１１、容量素子１１２、第２のコイル１１３（受電用コイルともいう）、負荷１１４を有する。

図１において第１のコイル１０３は、カプラ１０５を介して高周波電源１０４に接続される。第１のコイル１０３は、電線を巻いて形成したものを用いればよい。給電装置１０１における第１のコイル１０３は、給電装置１０１が受電装置１０２に比べて設置箇所に特に制約がない点を考えると、受電装置１０２における第２のコイル１１３より設計の自由度が高い。

なお、ＡとＢとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。

図１において高周波電源１０４は、制御装置１０９による制御に応じて連続的に変化する周波数の信号を出力するための電源回路である。

なお高周波電源１０４は、内部に電圧制御型発振器（ＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ））等を具備し、制御装置１０９より入力される電圧に応じて出力される信号の周波数を変える構成とすればよい。

本実施の形態における給電装置１０１の高周波電源１０４より出力される交流信号で発振される周波数（発振周波数）に特に限定はなく、共振方式により電力が伝送できる発振周波数であればよい。給電用の電磁波の発振周波数は、例えば、数ｋＨｚの周波数帯から数ＧＨｚの周波数帯において利用可能である。特に本実施の形態における場合には、数ＭＨｚの周波数帯であると磁界共振による共振が図れるため、伝送効率の点から好ましいと言える。

図１においてカプラ１０５（方向性結合器ともいう）は、高周波電源を有する回路におけるＳパラメータを検出する回路である。本実施の形態においてカプラ１０５は第１のコイル１０３の２端子によるポートと第２の共振用コイル１１１の２端子によるポート間での反射による損失の指標となるＳ１１パラメータを検出するものである。

図１において第１の共振用コイル１０７は、可変容量素子１０６に接続される。第１の共振用コイル１０７は、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、給電装置１０１における第１の共振用コイル１０７は、給電装置１０１が受電装置１０２に比べて設置箇所に特に制約がない点を考えると、受電装置１０２における第２の共振用コイル１１１より設計の自由度が高い。なお第１のコイル１０３と第１の共振用コイル１０７との間では、電磁結合により非接触による電力を供給するための信号の送受信が行われることとなる。また第１の共振用コイル１０７と第２の共振用コイル１１１との間では、電磁共鳴により非接触による電力を供給するための信号の送受信が行われることとなる。電磁共鳴は、非接触給電のうち共振方式によるものであり、電場または磁場により１ｍ以内の距離に、電磁結合による電力よりも大きな電力を送電できるものである。

図１において可変容量素子１０６は、一例としては半導体材料による空乏層の広がりを利用したバリキャップダイオードを用いて、外部からの電圧による静電容量の変化を実現する構成とすればよい。また可変容量素子１０６としては他にも、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）により外部からの電圧印加に基づいた静電容量の変化を実現する素子を用いる構成としてもよい。

図１において検出器１０８は、カプラ１０５で得られるＳ１１パラメータの強度を検出するためのものである。具体的にはアナログ値であるＳ１１パラメータの強度をデジタル値に変換して、当該デジタル値のＳ１１パラメータの強度について制御装置１０９に送信する回路である。

図１において制御装置１０９は、可変容量素子１０６の静電容量値及び高周波電源１０４より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有する。制御装置１０９は、複数の異なる動作をする。

具体的に制御装置１０９は、可変容量素子１０６の静電容量値を０となるよう調整する機能を有するものである。また制御装置１０９は、可変容量素子１０６の静電容量値を０にした状態で、高周波電源１０４の発振周波数が連続的に変化するよう高周波電源１０４に印加する電圧を調整する機能を有するものである。

なお本明細書において、可変容量素子１０６の静電容量値を０にするというのは、第１のコイル１０３と第２の共振用コイル１１１との間で送受信される信号に対し、第１の共振用コイル１０７が影響を与えないようにする可変容量素子１０６の静電容量値とすることをいう。

なお可変容量素子１０６の静電容量値を０にした状態で、高周波電源１０４の発振周波数を連続的に変化させる際、カプラ１０５により得られるＳ１１パラメータは、高周波電源１０４の発振周波数の変化に応じて変化する。以下の説明では、可変容量素子１０６の静電容量値を０にした状態で、高周波電源１０４の発振周波数を連続的に変化させて得られるＳ１１パラメータが変化するピークの周波数をｆ０という。なお制御装置１０９によって検出される周波数ｆ０は、第２の共振用コイル１１１の共振周波数として見積もることができる。

図２は、横軸を高周波電源１０４の発振周波数、縦軸を検出器１０８より得られるＳ１１パラメータの強度としたグラフについて示している。具体的には、周波数ｆは２．０ＭＨｚ乃至４．０ＭＨｚと条件を変えて行い、Ｓ１１パラメータの強度を表す磁界の強度（ｄＢ）を示したものである。

図２の場合、検出器１０８より得られるＳ１１パラメータの強度が変化する際のピークの周波数ｆ０は、３ＭＨｚだと見積もられる。すなわち発振周波数が３ＭＨｚのときＳ１１パラメータの強度が小さく、第１のコイル１０３と第２の共振用コイル１１１との間で反射による電力の損失が小さいことを示している。

なお本明細書において、「Ｓ１１パラメータの強度が変化する際のピークの周波数」とは、図２に示すように、発振周波数を連続的に変化させた際に、Ｓ１１パラメータの強度が急激に低下して、その後急激に元の強度に戻る際の周波数のことをいう。なおＳ１１パラメータの強度が変化する際のピークの周波数を、「Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数」ということもある。

なお図３には、第１の共振用コイル１０７と第２の共振用コイル１１１とが電磁共鳴する場合に、横軸を高周波電源１０４の発振周波数、縦軸をカプラ１０５で得られるＳ１１パラメータ及びＳ２１パラメータによる磁界の強度としたグラフについて示している。なおＳ２１パラメータは、Ｓパラメータにおける電力の伝送効率の指標となるものである。

図３をみるとわかるように、検出器１０８より得られるＳ１１パラメータが変化する周波数ｆ０は、２．６ＭＨｚ及び３．６ＭＨｚ付近だと見積もられる。すなわち発振周波数が２．６ＭＨｚ及び３．６ＭＨｚのとき反射による電力の損失が小さいことを示している。同様に、Ｓ２１パラメータが変化する周波数ｆ０は、２．６ＭＨｚ及び３．６ＭＨｚ付近だと見積もられる。図３より、Ｓ１１パラメータのピークが、Ｓ２１パラメータのピークと一致することがわかる。すなわち発振周波数が２．６ＭＨｚ及び３．６ＭＨｚのとき電力の伝送効率が高いことを示している。すなわち、Ｓ１１パラメータの発振周波数に対する変化をモニターして周波数ｆ０を得ることで、電力の伝送効率の高い周波数、すなわち第２の共振用コイル１１１での共振周波数を見積もることができる。

また制御装置１０９は、前述の周波数ｆ０を検出した後、可変容量素子１０６の静電容量値を周波数ｆ０に応じた値に変化させる機能を有する。また制御装置１０９は、周波数ｆ０に応じた可変容量素子１０６の静電容量値に設定した状態で、高周波電源１０４の発振周波数を周波数ｆ０に固定する機能を有する。

図１において記憶回路１１０は、前述の制御装置１０９が第２の共振用コイル１１１の共振周波数となる周波数ｆ０に応じて、第１の共振用コイル１０７での共振周波数を調整するために、制御装置１０９により可変容量素子１０６の静電容量を調整する電圧を予め見積もったルックアップテーブルが記憶されているものである。

図１において第２の共振用コイル１１１は、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、受電装置１０２における第２の共振用コイル１１１は、受電装置１０２が給電装置１０１に比べて小型化が求められる点を考えると、給電装置１０１における第１の共振用コイル１０７より小型化して設計することが好ましい。また第２の共振用コイル１１１では特にＱ値が高いことが望ましく、１０００以上あることが望ましい。なお第２の共振用コイル１１１と第１の共振用コイル１０７との間では、電磁共鳴により非接触による電力を供給するための信号の送受信が行われることとなる。

図１において容量素子１１２を図示したが、容量素子１１２は第２の共振用コイル１１１を形成する際の寄生容量であってもよい。また第２の共振用コイル１１１とは独立して予め容量素子を設けることで形成されるものであってもよい。

図１において第２のコイル１１３は、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、受電装置１０２における第２のコイル１１３は、受電装置１０２が給電装置１０１に比べて小型化が求められる点を考えると、給電装置１０１における第１のコイル１０３より小型化して設計することが好ましい。なお第２のコイル１１３と第２の共振用コイル１１１との間では、電磁結合により非接触による電力を供給するための信号の送受信が行われることとなる。

図１において負荷１１４は、非接触による給電を受けることで作用するものであればよい。一例としてはバッテリーや電動モータ等があり、具体的には携帯電話等のバッテリーで動作する電子機器、及び電気推進移動体が挙げられる。なお受電装置１０２において負荷１１４と第２のコイル１１３との間には、第２のコイル１１３に伝送された交流電圧を負荷１１４で用いる直流電圧に変換するための整流回路及びＤＣＤＣコンバータ等の回路を有する構成であってもよい。

図４に本発明の非接触給電システムのフローチャートを示す。また図５には図４で説明するフローチャートにおける模式図を併せて示している。

図４におけるステップ２０１では、給電装置１０１は制御装置１０９の制御により可変容量素子１０６の静電容量値を０になるように調整する。すなわち図４におけるステップ２０１では、図５（Ａ）に示す模式図のように、可変容量素子１０６及び第１の共振用コイル１０７（図中点線）が、第１のコイル１０３より出力される信号の影響を受けないようにする。

図４におけるステップ２０２では、給電装置１０１は制御装置１０９の制御により高周波電源１０４の発振周波数を連続的に変化させるように走査する。

図４におけるステップ２０３では、給電装置１０１は高周波電源１０４の発振周波数を連続的に変化させた際に、Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数ｆ０を制御装置１０９で検出したか否かの判断を行う。ステップ２０３における判断によって、周波数ｆ０が検出出来なければ、ユーザによる受電装置等の再設置を要求し、再びステップ２０１より行う。すなわち図４におけるステップ２０２及びステップ２０３では、図５（Ｂ）に示す模式図のように、可変容量素子１０６及び第１の共振用コイル１０７（図中点線）が、第１のコイル１０３より出力される信号の影響を受けないようにした状態で、第１のコイル１０３と第２の共振用コイル１１１との間で反射による電力の損失がどの周波数で小さくなるかを見るものであり、一連のステップにより周波数ｆ０を検出するものである。

図４におけるステップ２０４では、ステップ２０３で周波数ｆ０が検出できれば、周波数ｆ０に応じて可変容量素子の静電容量値の調整を行う。可変容量素子１０６の静電容量値の調整は、記憶回路１１０に記憶されたルックアップテーブルを参照して処理する構成とすればよい。ルックアップテーブルは、予め見積もられた共振周波数となる周波数ｆ０に応じて調整する可変容量素子１０６の静電容量値に応じた印加電圧が記憶されるものである。

図４におけるステップ２０５では、給電装置１０１は制御装置１０９の制御により周波数ｆ０が高周波電源１０４からの発振周波数となるよう、高周波電源１０４への印加電圧を調整する。すなわち図４におけるステップ２０４及びステップ２０５では、図５（Ｃ）に示す模式図のように、可変容量素子１０６に電圧が印加されることで第１の共振用コイル１０７と第２の共振用コイル１１１が共振するよう共振周波数のマッチングを行って、周波数ｆ０が発振周波数である高周波電源１０４からの出力を得るものである。

本発明の一態様により、給電装置側の構成のみによる設計変更だけで、給電装置側と受電装置側との共振用コイル間の共振周波数のマッチングを行うことができ、電力の伝送効率を高めることのできる共振方式による給電装置及び共振方式による非接触給電システムを提供することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態１の図４で説明したフローチャート図に追加の構成を加えた形態について説明する。

なお本実施の形態で説明する上記実施の形態１の図１で示した制御装置１０９は、可変容量素子の静電容量値及び高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有する。具体的に制御装置１０９は、可変容量素子１０６の静電容量値を０となるよう調整する機能を有するものである。また制御装置１０９は、可変容量素子１０６の静電容量値を０にした状態で、高周波電源１０４の発振周波数が連続的に変化するよう高周波電源１０４に印加する電圧を調整する機能を有するものである。また制御装置１０９は、前述の周波数ｆ０を検出した後、当該周波数ｆ０に応じて可変容量素子１０６の静電容量値を周波数ｆ０に応じた値に変化させる機能を有する。また制御装置１０９は、周波数ｆ０に応じた可変容量素子１０６の静電容量値に設定した状態で、高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際のＳ１１パラメータの強度が変化する周波数を高周波電源より出力される信号の発振周波数に設定する機能を有する。

なお図６に示すステップ２０１乃至ステップ２０４については、上記実施の形態１の図４で説明したフローチャートと同様である。

図６におけるステップ３０１では、給電装置１０１は、共振周波数となる周波数ｆ０に応じて調整された可変容量素子１０６の静電容量値に固定して、制御装置１０９の制御により高周波電源１０４の発振周波数を連続的に変化させるように走査する。

図６におけるステップ３０２では、給電装置１０１は高周波電源１０４の発振周波数を連続的に変化させた際に、Ｓ１１パラメータが変化する周波数のピークを制御装置１０９で検出したか否かの判断を行う。ステップ３０２における判断によって、周波数のピークが検出出来なければ、ユーザによる受電装置等の再設置を要求し、再びステップ２０１より行う。

図６におけるステップ３０３では、ステップ３０２で周波数のピークがステップ２０３で検出した周波数ｆ０に対して分離された、（ｆ０＋Δｆ、ｆ０−Δｆ）の２つのピークになるか否かの判断を行う。

図６におけるステップ３０４では、ステップ３０３での判断で周波数のピークが２つの場合、給電装置１０１は制御装置１０９の制御により周波数ｆ０＋Δｆまたは周波数ｆ０−Δｆを高周波電源１０４からの発振周波数となるよう、高周波電源１０４への印加電圧を調整する。なお発振周波数として周波数ｆ０＋Δｆまたは周波数ｆ０−Δｆのいずれかを用いるかについては、検出器で検出されるＳ１１パラメータの強度がより小さくなる方の周波数を用いることが好ましい。

図６におけるステップ３０５では、ステップ３０３での判断で周波数のピークがｆ０の場合、給電装置１０１は制御装置１０９の制御により周波数ｆ０を高周波電源１０４からの発振周波数となるよう、高周波電源１０４への印加電圧を調整する。

本発明の一態様により、給電装置側の構成のみによる設計変更だけで、給電装置側と受電装置側との共振用コイル間の共振周波数のマッチングを行うことができ、電力の伝送効率を高めることのできる共振方式による非接触給電を行う給電装置、及び共振方式による非接触給電システムを提供することができる。特に本実施の形態の構成では、共振用コイル間の共振周波数をマッチングした状態で、受信装置と給電装置との距離が近くなることで周波数のピークが分離することによる、電力の伝送効率の鈍化を低減することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した非接触給電システムを適用できる用途について説明する。なお本発明の非接触給電システムを適用できる用途としては、例えば携帯型の電子機器である、携帯電話、デジタルビデオカメラ、コンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ（ＤＶＤ）などが挙げられる。また電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体が挙げられる。以下、一例について図面を用いて説明する。

図７（Ａ）は携帯電話及び携帯情報端末を非接触給電システムの用途とする一例であり、給電装置７０１、受電装置７０３Ａを有する携帯電話７０２Ａ、受電装置７０３Ｂを有する携帯電話７０２Ｂによって構成されている。上記実施の形態で説明した非接触給電システムは、給電装置７０１と受電装置７０３Ａとの間、及び給電装置７０１と受電装置７０３Ｂとの間で適用することができる。従って給電装置側の構成のみによる設計変更だけで、給電装置側と受電装置側との共振用コイル間の共振周波数のマッチングを行うことができ、電力の伝送効率を高めることのできる共振方式による非接触給電を行う給電装置、及び共振方式による非接触給電システムを提供することができる。

図７（Ｂ）は電気推進移動体である電気自動車を非接触給電システムの用途とする一例であり、給電装置７１１、受電装置７１３を有する電気自動車７１２によって構成されている。上記実施の形態で説明した非接触給電システムは、給電装置７１１と受電装置７１３との間で適用することができる。従って給電装置側の構成のみによる設計変更だけで、給電装置側と受電装置側との共振用コイル間の共振周波数のマッチングを行うことができ、電力の伝送効率を高めることのできる共振方式による非接触給電を行う給電装置、及び共振方式による非接触給電システムを提供することができる。

以上、上記実施の形態で説明した非接触給電システムは電力をもって駆動させる物品であればどのようなものにでも設けて使用することができる。

１０１給電装置
１０２受電装置
１０３第１のコイル
１０４高周波電源
１０５カプラ
１０６可変容量素子
１０７第１の共振用コイル
１０８検出器
１０９制御装置
１１０記憶回路
１１１第２の共振用コイル
１１２容量素子
１１３第２のコイル
１１４負荷
２０１ステップ
２０２ステップ
２０３ステップ
２０４ステップ
２０５ステップ
３０１ステップ
３０２ステップ
３０３ステップ
３０４ステップ
３０５ステップ
７０１給電装置
７０２Ａ携帯電話
７０２Ｂ携帯電話
７０３Ａ受電装置
７０３Ｂ受電装置
７１１給電装置
７１２電気自動車
７１３受電装置

Claims

カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、
可変容量素子に接続されて前記第１のコイルと電磁結合をし、受電装置において第２のコイルと電磁結合する第２の共振用コイルとの間で電磁共鳴をする第１の共振用コイルと、
前記カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、
前記可変容量素子の静電容量値及び前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際の前記Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数を前記第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、前記第２の共振用コイルの共振周波数に応じて前記可変容量素子の静電容量値を設定して前記第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、高周波電源より出力される信号の発振周波数を前記第１の共振用コイル及び前記第２の共振用コイルの共振周波数に設定する制御装置と、
を有する給電装置。
カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、
可変容量素子に接続されて前記第１のコイルと電磁結合をし、受電装置において第２のコイルと電磁結合する第２の共振用コイルとの間で電磁共鳴をする第１の共振用コイルと、
前記カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、
前記可変容量素子の静電容量値及び前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際の前記Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数を前記第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、前記第２の共振用コイルの共振周波数に応じて前記可変容量素子の静電容量値を設定して前記第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、前記可変容量素子の静電容量値を前記第２の共振用コイルの共振周波数に応じた静電容量値に設定した状態で前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際の前記Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数を高周波電源より出力される信号の発振周波数に設定する制御装置と、
を有する給電装置。
請求項１または２において、
前記第２の共振用コイルの前記共振周波数に応じた前記第１の共振用コイルの共振周波数とするための前記可変容量素子の静電容量値が記憶された記憶回路を有し、
前記記憶回路は、前記制御装置に接続されている給電装置。
カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、
前記第１のコイルと電磁結合をし、可変容量素子に接続された第１の共振用コイルと、
前記カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、
前記可変容量素子の静電容量値及び前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際の前記Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数を第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、前記第２の共振用コイルの共振周波数に応じて前記可変容量素子の静電容量値を設定して前記第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、高周波電源より出力される信号の発振周波数を前記第１の共振用コイル及び前記第２の共振用コイルの共振周波数に設定する制御装置と、
を有する給電装置と、
前記第１の共振用コイルと電磁共鳴をし、容量素子に接続された前記第２の共振用コイルと、
第２の共振用コイルと電磁結合をし、負荷に接続された第２のコイルと、
を有する受電装置と、
を有する非接触給電システム。
カプラを介して高周波電源に接続された第１のコイルと、
前記第１のコイルと電磁結合をし、可変容量素子に接続された第１の共振用コイルと、
前記カプラより出力されるＳ１１パラメータの強度について検出するための検出器と、
前記可変容量素子の静電容量値及び前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させる機能を有し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定し、前記可変容量素子の静電容量値を０に設定した状態で前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際の前記Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数を第２の共振用コイルの共振周波数として設定し、前記第２の共振用コイルの共振周波数に応じて前記可変容量素子の静電容量値を設定して前記第１の共振用コイルの共振周波数を設定し、前記可変容量素子の静電容量値を前記第２の共振用コイルの共振周波数に応じた静電容量値に設定した状態で前記高周波電源より出力される信号の発振周波数を変化させた際の前記Ｓ１１パラメータの強度が変化する周波数を高周波電源より出力される信号の発振周波数に設定する制御装置と、
を有する給電装置と、
前記第１の共振用コイルと電磁共鳴をし、容量素子に接続された前記第２の共振用コイルと、
第２の共振用コイルと電磁結合をし、負荷に接続された第２のコイルと、
を有する受電装置と、
を有する非接触給電システム。
請求項４または５において、
前記給電装置は、前記第２の共振用コイルの前記共振周波数に応じた前記第１の共振用コイルの共振周波数とするための前記可変容量素子の静電容量値が記憶された記憶回路を有し、
前記記憶回路は、前記制御装置に接続されている非接触給電システム。