JP2016039773A - 送電装置および無線電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
送電装置は、面上に一列に配列された複数の送電コイルと、複数の送電コイルに接続され、複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路とを備える。複数の送電コイルの配列方向における各送電コイルの長さは、受電コイルの同方向における長さよりも小さく、前記面上において前記配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、受電コイルの同方向の長さよりも大きく、前記制御回路は、前記複数の送電コイルに対する受電コイルの相対位置に応じて、複数の送電コイルから2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力が供給されるように、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える。
【選択図】図4
Description
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給する。
特許文献1〜3のような従来のコイルアレイ方式の無線電力伝送システムの
送電装置は、薄型化または小型化が困難であることが分かった。
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給する。
送電装置は、面上に一列に配列された複数の送電コイルを備え、このうちの特定の数の送電コイルにだけ給電するように構成される。また、電力伝送のために受電コイルが複数の送電コイルの少なくとも一部に対向しているときに、複数の送電コイルの配列方向における各送電コイルの長さが、同方向における受電コイルの長さよりも小さくなるように各コイルの大きさが設定される。逆に、上記面上で配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、同方向における受電コイルの長さよりも長く設定される。例えば、図3(a)、(b)に示すように、複数の送電コイル110と受電コイル210の相対配置によって、複数の送電コイル110の配列方向における受電コイル210の長さDwrは異なる。配列方向における各送電コイルの幅Dwtは、電力伝送時に想定される受電コイル210の向きによって決まる受電コイル210の幅Dwrよりも小さくなるように設定される。複数の送電コイル110の配列方向における受電コイル210の長さDwrが例えば24mmの場合、配列方向における各送電コイルの長さは、24mm未満に設定され、配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、24mmよりも大きく設定される。
[1.全体構成]
図5Aは、本開示の実施形態1に係る無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。無線電力伝送システムは、送電装置100と、受電装置200とを備える。送電装置100における複数の送電コイル110から受電装置200における受電コイル210に非接触で電力が伝送される。
この範囲外の値に設定されてもよい。
次に、本実施形態における複数の送電コイル110の詳細な構成を説明する。
続いて、図17のフローチャートを参照しながら、本実施形態の送電装置100の動作の例を説明する。
受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給する、
送電装置。
上記態様によれば、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給する。
このことにより、前記受電コイルが前記配列方向に移動しても、送電コイルと前記受電コイルとの結合係数を高い値で維持できる。そして、送電コイルと前記受電コイルとの送電効率も高い値で維持できる。従って、各送電コイルの巻き数または積層数を増加させず、また、各送電コイルにキャパシタを多数設けることが不要となるので、送電装置を薄型化または小型化ができる。
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、0.2≦Dwt/Dwr≦0.7を満足する、項目1に記載の送電装置。
上記態様によれば、
0.2≦Dwt/Dwr≦0.7を満足させることで、前記受電コイルが前記配列方向に移動しても、送電コイルと前記受電コイルとの結合係数を高い値で維持できる。そして、送電コイルと前記受電コイルとの送電効率も高い値で維持できる。
前記2つ以上の一定数の送電コイルは2つの送電コイルである、項目1〜2に記載の送電装置。
上記態様によれば、
同時に給電される送電コイルの数を2のような小さい数にすれば、各送電コイルのインダクタンスを過度に大きくする必要がないため、装置の小型化につながる。
前記選択された2つ以上の一定数の送電コイルは同位相の磁界を発生させ、前記送電回路に接続されている、項目1〜3のいずれかに記載の送電装置。
前記面上における前記配列方向に垂直な方向において、前記各送電コイルの長さ(Dlt)と前記受電コイルの長さ(Dlr)の比(Dlt/Dlr)が、1.0以上2.0以下である、項目1〜4のいずれかに記載の送電装置。
上記態様によれば、
各送電コイルの長さ(Dlt)と前記受電コイル(Dlr)の長さの比(Dlt/Dlr)が1.0以上2.0以下の範囲で、結合係数が良好な結果が得られる。Dlt/Dlrが2.0を超えると結合係数が急激に低下するので良くない。
また、Dlt/Dlrが1.0以上2.0以下の範囲において、最大伝送効率が75%以上となり、高い値に維持することができる。Dlt/Dlrが2.0を超えると最大伝送効率が急激に低下するので良くない。
よって、結合係数及び伝送効率の観点から、Dlt/Dlrが1.0以上2.0以下の範囲内であることが好ましい。
前記配列方向における各送電コイルの長さは、24mmよりも小さく、前記面上において前記配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、24mmよりも大きい、項目1〜5のいずれかに記載の送電装置。
前記複数の送電コイルは、前記送電回路に対して互いに並列に接続され、
前記送電装置は、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの間にそれぞれ配置された複数のスイッチをさらに備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチの導通状態を切り替えることにより、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、項目1〜6のいずれかに記載の送電装置。
上記態様によれば、
前記複数の送電コイルから放射される磁界が、前記送電回路に遮られることがないので、伝送効率を低下させずに、電力を伝送できる。
前記複数の送電コイルの各々の一端は、互いに接続され、
前記複数の送電コイルの各々の他端は、前記複数のスイッチの1つに接続され、
前記送電装置は、前記複数の送電コイルの前記一端と前記送電回路との間に接続された共振キャパシタをさらに備えている、項目1〜7のいずれか1項に記載の送電装置。
上記態様によれば、
キャパシタを用いることで、各コイルに印加される電圧を低減することができる。これにより、耐圧の低いスイッチを使用することができる。
送電装置と、
受電コイルを有する受電装置と、を備える無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する少なくとも2つの送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給する、
無線電力伝送システム。
受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給し、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、0.2≦Dwt/Dwr≦0.7を満足する、送電装置。
受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも小さく、
前記面上における前記配列方向に垂直な方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも大きく、
前記制御回路は、前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置に応じて、前記複数の送電コイルから選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力が供給されるように、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、送電装置。
前記制御回路は、送電を行う際、前記複数の送電コイルから選択した一定数の送電コイルを前記送電回路に接続する、項目11に記載の送電装置。
前記制御回路は、送電を行う際、前記複数の送電コイルから選択した2つの送電コイルを前記送電回路に接続する、項目12に記載の送電装置。
前記複数の送電コイルは、選択された前記少なくとも2つの送電コイルが同位相の磁界を発生させるように前記送電回路に接続されている、項目11〜13のいずれかに記載の送電装置。
前記配列方向における各送電コイルの長さをDwtとし、前記受電コイルの最大径Dwrとするとき、0.2≦Dwt/Dwr≦0.7を満足する、項目11〜14のいずれかに記載の送電装置。
前記配列方向における各送電コイルの長さは、24mmよりも小さく、前記面上において前記配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、24mmよりも大きい、項目11〜15のいずれかに記載の送電装置。
前記複数の送電コイルは、前記送電回路に対して互いに並列に接続され、
前記送電装置は、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの間にそれぞれ配置された複数のスイッチをさらに備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチの導通状態を切り替えることにより、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えるように構成されている、
項目11〜16のいずれかに記載の送電装置。
前記複数の送電コイルの各々の一端は、互いに接続され、
前記複数の送電コイルの各々の他端は、前記複数のスイッチの1つに接続され、
前記送電装置は、前記複数の送電コイルの前記一端と前記送電回路との間に接続された共振キャパシタをさらに備えている、
項目17に記載の送電装置。
送電装置と、
受電コイルを有する受電装置と、
を備える無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも小さく、
前記面上における前記配列方向に垂直な方向において、各送電コイルの長さは、前記受電コイルの長さよりも大きく、
前記制御回路は、前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置に応じて、前記複数の送電コイルから選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力が供給されるように、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、無線電力伝送システム。
110 送電コイル
120、121 キャパシタ
130 スイッチ
140 送電回路
150 制御回路
200 受電装置
210 受電コイル
220 キャパシタ
230 二次電池
300 DC電源
Claims (10)
- 受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
前記送電コイルの各々の主面が前記送電装置の表面に平行になるように一列に配列され、受電装置の受電コイルに非接触で電力を伝送する複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給する、
送電装置。 - 前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、0.2≦Dwt/Dwr≦0.7を満足する、請求項1に記載の送電装置。
- 前記2つ以上の一定数の送電コイルは2つの送電コイルである、請求項2に記載の送電装置。
- 前記選択された2つ以上の一定数の送電コイルは同位相の磁界を発生させ、前記送電回路に接続されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の送電装置。
- 前記面上における前記配列方向に垂直な方向において、前記各送電コイルの長さ(Dlt)と前記受電コイルの長さ(Dlr)の比(Dlt/Dlr)が、1.0以上2.0以下である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の送電装置。 - 前記配列方向における各送電コイルの長さは、24mmよりも小さく、前記面上において前記配列方向に垂直な方向における各送電コイルの長さは、24mmよりも大きい、請求項1〜5のいずれか1項に記載の送電装置。
- 前記複数の送電コイルは、前記送電回路に対して互いに並列に接続され、
前記送電装置は、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの間にそれぞれ配置された複数のスイッチをさらに備え、
前記制御回路は、前記複数のスイッチの導通状態を切り替えることにより、前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の送電装置。 - 前記複数の送電コイルの各々の一端は、互いに接続され、
前記複数の送電コイルの各々の他端は、前記複数のスイッチの1つに接続され、
前記送電装置は、前記複数の送電コイルの前記一端と前記送電回路との間に接続された共振キャパシタをさらに備えている、請求項7に記載の送電装置。 - 送電装置と、
受電コイルを有する受電装置と、を備える無線電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する少なくとも2つの送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給し、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さい、
無線電力伝送システム。 - 受電コイルを備える受電装置に非接触で電力を伝送する送電装置であって、
面上に一列に配列された複数の送電コイルと、
前記複数の送電コイルに接続され、前記複数の送電コイルに交流電力を供給する送電回路と、
前記送電回路と各送電コイルとの間の接続状態を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記複数の送電コイルに対する前記受電コイルの相対位置を検出し、
前記送電回路と前記複数の送電コイルとの接続状態を切り替えて前記検出された前記受電コイルの相対位置に対応する隣接する2つ以上の一定数の送電コイルを選択し、
前記選択した隣接する少なくとも2つの送電コイルに前記交流電力を供給し、
前記複数の送電コイルの配列方向において、各送電コイルの長さDwtは、前記受電コイルの最大径Dwrよりも小さく、0.2≦Dwt/Dwr≦0.7を満足する、送電装置。
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