JP2020092514A - 給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 給電可能範囲の広い給電装置を提供する。【解決手段】 一実施形態に係る給電装置は、第１の給電コイル配列、第２の給電コイル配列、電源回路、給電回路群、及び制御回路を具備する。第１の給電コイル配列は、受電コイルと電磁結合する複数の給電コイルが二次元状に配列される。第２の給電コイル配列は、前記受電コイルと電磁結合する複数の給電コイルが前記第１の給電コイル配列を構成する複数の給電コイルの縁部に重なる位置に配置される。電源回路は、直流電圧を出力する。給電回路群は、前記各給電コイルごとに設けられ、前記電源回路から出力された直流電圧により、前記給電コイルにそれぞれ交流電流を供給する。制御回路は、前記給電コイルに交流電流を流した際の電流値に基づいて、給電に用いる給電コイルを選択し、選択した給電コイルに交流電流を流すように、前記給電回路群を制御する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、給電装置に関する。

給電コイルを備える給電装置から、受電コイルを備える受電装置に、電磁結合により電力を供給する給電システムが実用化されている。即ち、給電システムは、給電装置と受電装置とが電気的に接続されていない状態で、給電装置から受電装置に電力を供給する。

給電コイルを平面状に作製し、これを大きくすることにより、給電可能な面積（給電可能範囲）を広げることができる。しかし、給電コイルと受電コイルとの結合係数は、給電コイルと受電コイルとの面積差に応じて小さくなる。給電コイルと受電コイルとの面積差が大きくなり結合係数が小さくなると、十分な電力を給電することができないという課題がある。そこで、例えば、複数の給電コイルを備え、１つまたは複数の給電コイルにより、受電装置に給電する給電装置がある。

給電コイルにより生じる磁束は、コイル配線の中心から離れるほど、磁束密度が低くなる。この為、給電コイルの外側の配線の近傍（給電コイルの縁部近傍）と受電コイルとが重なるように受電装置が置かれた場合、給電装置から受電装置に十分な電力が供給されない可能性があるという課題がある。

特開２０１３−７０６０６号公報

本発明が解決しようとする課題は、給電可能範囲の広い給電装置及を提供することである。

一実施形態に係る給電装置は、第１の給電コイル配列、第２の給電コイル配列、電源回路、給電回路群、及び制御回路を具備する。第１の給電コイル配列は、受電コイルと電磁結合する複数の給電コイルが二次元状に配列される。第２の給電コイル配列は、前記受電コイルと電磁結合する複数の給電コイルが前記第１の給電コイル配列を構成する複数の給電コイルの縁部に重なる位置に配置される。電源回路は、直流電圧を出力する。給電回路群は、前記各給電コイルごとに設けられ、前記電源回路から出力された直流電圧により、前記給電コイルにそれぞれ交流電流を供給する。制御回路は、前記給電コイルに交流電流を流した際の電流値に基づいて、給電に用いる給電コイルを選択し、選択した給電コイルに交流電流を流すように、前記給電回路群を制御する。

図１は、一実施形態に係る給電システムの構成例について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係る給電装置の構成例について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係る給電装置の給電コイルの構成例について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係る給電装置の給電コイルの構成例について説明する為の図である。 図５は、一実施形態に係る給電装置の給電コイルの構成例について説明する為の図である。 図６は、一実施形態に係る給電装置の給電コイルの構成例について説明する為の図である。 図７は、一実施形態に係る受電装置の構成例について説明する為の図である。 図８は、一実施形態に係る受電装置の動作の例について説明する為の図である。 図９は、一実施形態に係る給電装置の動作の例について説明する為の図である。 図１０は、一実施形態に係る給電装置の給電コイルの他の構成例について説明する為の図である。

以下、一実施形態に係る給電装置について図面を参照して説明する。
給電システム１の概要について説明する。
図１は、給電システム１の構成例について説明する為の図である。図２は、給電装置２の構成例について説明する為の図である。

給電システム１は、電力を供給（給電）する給電装置２と、給電装置２から供給された電力を受け取る受電装置３とを備える。

給電装置２は、電磁誘導または磁界共振（共鳴）などの電磁結合を利用して、受電装置３に電力を供給する。即ち、給電装置２は、受電装置３と電気的に接続されていない状態（非接触状態）で、受電装置３に電力を供給する。給電装置２には、商用電源からＡＣアダプタ４などの直流電源を介して直流電力が供給される。給電装置２は、直流電力をスイッチングによって交流電力に変換し、給電コイルに交流電力を供給することによって、給電コイルから磁束を発生させる。

受電装置３は、磁誘導または磁界共振（共鳴）などの電磁結合を利用して、給電装置２から給電された電力を受電する。受電装置３は、給電コイルと電磁結合された受電コイル１１を有する。受電装置３は、給電コイルにより発生した磁束の変化によって受電コイル１１に生じた電力を整流及び平滑することにより、受電装置３を駆動するための電力を得る。受電装置３は、例えばスマートフォン、タブレットＰＣなどの携帯情報端末として構成される。また、受電装置３は、スマートフォン、タブレットＰＣなどの携帯情報端末の端子に接続され、給電装置２から給電された電力を携帯情報端末に供給する構成であってもよい。

まず、給電装置２について説明する。
図１及び図２に示されるように、給電装置２は、筐体２１、電源回路２２、通信回路２３、クロック回路２４、給電コイル群２５、給電回路群２６、スイッチ群２７、及び制御回路２８を備える。

筐体２１は、電源回路２２、通信回路２３、クロック回路２４、給電コイル群２５、給電回路群２６、スイッチ群２７、及び制御回路２８を収容する容器である。また、筐体２１の一部は、受電装置３が置かれる給電台２９として構成されている。給電台２９は、筐体２１の一部が平板状に形成された部分である。

電源回路２２は、ＡＣアダプタ４などの外部の直流電源の電圧を各回路の動作に適した電圧に変換する。これにより、電源回路２２は、給電回路群２６の各給電回路に給電を行わせる為の電力（直流電圧）を生成し、各給電回路に供給する。また、電源回路２２は、制御回路２８、クロック回路２４、及び通信回路２３を動作させる為の電力（直流電圧）を生成し、制御回路２８、クロック回路２４、通信回路２３に供給する。

通信回路２３は、受電装置３と無線通信を行う為のインターフェースである。通信回路２３は、電力伝送の周波数とは異なる周波数で無線通信を行う回路である。通信回路２３は、例えば、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮ、９２０ＭＨｚ帯を使用する近距離無線通信装置、赤外線を利用した通信装置などである。具体的には、通信回路２３は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの規格に従って受電装置３と無線通信を行う。なお、通信回路２３は、電力伝送の搬送波を負荷変調して受電装置３と通信を行う為の信号処理を行う回路であってもよい。

クロック回路２４は、給電回路群２６の各給電回路に組み込まれている半導体スイッチの、オンとオフとを切り替えるタイミングを示す信号（クロック信号）を、生成する回路である。すなわち、クロック回路２４は、電力伝送の周波数のクロックを生成する回路である。クロック回路２４は、生成したクロック信号を、給電回路群２６の各給電回路に供給する。

例えば、電力伝送に電磁誘導方式を利用する場合、クロック回路２４は、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度のクロック信号を生成する。また、例えば、クロック回路２４は、６．７８ＭＨｚまたは１３．５６ＭＨｚ等のＭＨｚ帯のクロック信号を生成する。なお、クロック信号の周波数は、上記のものに限定されず、給電装置２及び受電装置３の仕様に応じて変更されてもよい。

給電コイル群２５は、第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、第４の給電コイル３４、第５の給電コイル３５、第６の給電コイル３６、及び第７の給電コイル３７を備える。なお、第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、第４の給電コイル３４、第５の給電コイル３５、第６の給電コイル３６、及び第７の給電コイル３７は、同様の構成であるため、第１の給電コイル３１を例に挙げて説明する。また、各給電コイルの配置については後述する。

第１の給電コイル３１は、電流が流れた場合に磁束を発生させる素子である。第１の給電コイル３１は、交流電流が流れた場合に、周期的に変化する磁束を発生させる。第１の給電コイル３１は、筐体２１の給電台２９の面と平行に導線が配設されて構成される。例えば、第１の給電コイル３１は、筐体２１の給電台２９の面と平行に配設されたプリント板上に形成される。また、例えば、第１の給電コイル３１は、撚り線が平面状に作製されて構成されてもよい。第１の給電コイル３１は、例えば、図示されない共振用のコンデンサと直列接続されることにより、共振回路を構成する。なお、共振用のコンデンサは必須ではない。

給電回路群２６は、第１の給電回路４１、第２の給電回路４２、第３の給電回路４３、第４の給電回路４４、第５の給電回路４５、第６の給電回路４６、及び第７の給電回路４７を備える。第１の給電回路４１には、第１の給電コイル３１が接続されている。第２の給電回路４２には、第２の給電コイル３２が接続されている。第３の給電回路４３には、第３の給電コイル３３が接続されている。第４の給電回路４４には、第４の給電コイル３４が接続されている。第５の給電回路４５には、第５の給電コイル３５が接続されている。第６の給電回路４６には、第６の給電コイル３６が接続されている。第７の給電回路４７には、第７の給電コイル３７が接続されている。なお、第１の給電回路４１、第２の給電回路４２、第３の給電回路４３、第４の給電回路４４、第５の給電回路４５、第６の給電回路４６、及び第７の給電回路４７は、同様の構成であるため、第１の給電回路４１を例に挙げて説明する。

第１の給電回路４１は、電源回路２２から供給される直流電力を用いて、第１の給電コイル３１に交流電流を流す。第１の給電回路４１は、制御回路２８の制御に基づいてスイッチングを行うことにより、電源回路２２から供給される直流電力を用いて、第１の給電コイル３１に交流電流を流す駆動回路５１を備える。駆動回路５１は、制御回路２８から供給される制御信号と、クロック回路２４から供給されるクロック信号とに基づいて、半導体スイッチをオンオフ制御することにより、電源回路２２から供給される直流電力を交流電流に変換する。また、第１の給電回路４１は、第１の給電コイル３１に流れる電流の値（電流値）を検出し、検出した電流値を制御回路２８に出力する電流検出回路５２を備える。

スイッチ群２７は、第１のスイッチ６１、第２のスイッチ６２、第３のスイッチ６３、第４のスイッチ６４、第５のスイッチ６５、第６のスイッチ６６、及び第７のスイッチ６７を備える。第１のスイッチ６１は、電源回路２２と、第１の給電回路４１との間に接続されている。第２のスイッチ６２は、電源回路２２と、第２の給電回路４２との間に接続されている。第３のスイッチ６３は、電源回路２２と、第３の給電回路４３との間に接続されている。第４のスイッチ６４は、電源回路２２と、第４の給電回路４４との間に接続されている。第５のスイッチ６５は、電源回路２２と、第５の給電回路４５との間に接続されている。第６のスイッチ６６は、電源回路２２と、第６の給電回路４６との間に接続されている。第７のスイッチ６７は、電源回路２２と、第７の給電回路４７との間に接続されている。なお、第１のスイッチ６１、第２のスイッチ６２、第３のスイッチ６３、第４のスイッチ６４、第５のスイッチ６５、第６のスイッチ６６、及び第７のスイッチ６７は、同様の構成であるため、第１のスイッチ６１を例に挙げて説明する。

第１のスイッチ６１は、制御回路２８の制御に基づいて、電源回路２２と、第１の給電回路４１との接続を切り替える。即ち、第１のスイッチ６１は、制御回路２８の制御に基づいて、電源回路２２と第１の給電回路４１とを接続する状態と、接続しない状態とを切り替える。なお、第１のスイッチ６１は、第１の給電回路４１内に設けられていてもよい。

制御回路２８は、プロセッサとメモリとを備える。プロセッサは、演算処理を実行する演算素子である。プロセッサは、例えば、メモリに記憶されているプログラム及びプログラムで用いられるデータに基づいて種々の処理を行う。メモリは、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する。なお、制御回路２８は、マイコンなどにより構成されていてもよい。また、制御回路２８は、クロック回路２４に相当する構成を備え、各給電回路にクロック信号を供給する構成であってもよい。

制御回路２８は、スイッチ群２７及び給電回路群２６の動作をそれぞれ制御する。また、制御回路２８は、クロック回路２４を制御することにより、クロック信号の周波数を制御する。また、制御回路２８は、通信回路２３により、受電装置３と通信を行う。

制御回路２８は、スイッチ群２７の各スイッチのオンオフを制御することにより、電流を流す（給電に用いられる）給電コイルを切り替える。制御回路２８は、受電装置３への給電に用いる給電コイルに応じて、スイッチ群２７の各スイッチのオンオフを制御する。即ち、制御回路２８は、受電装置３への給電に用いる給電コイルに電流を流す給電回路に、電源回路２２から直流電力が供給されるように、スイッチ群２７の各スイッチのオンオフを制御する。

例えば、制御回路２８は、受電装置３への給電に第１の給電コイル３１を用いる場合、第１のスイッチ６１をオンし、第２のスイッチ６２乃至第７のスイッチ６７をオフする。これにより、第１の給電コイル３１に電流を流す第１の給電回路４１と電源回路２２とが接続される。

また、例えば、制御回路２８は、受電装置３への給電に第１の給電コイル３１及び第５の給電コイル３５を用いる場合、第１のスイッチ６１及び第５のスイッチ６５をオンし、第２のスイッチ６２乃至第４のスイッチ６４及び第６のスイッチ６６乃至第７のスイッチ６７をオフする。これにより、第１の給電コイル３１に電流を流す第１の給電回路４１と電源回路２２とが接続され、且つ第５の給電コイル３５に電流を流す第５の給電回路４５と電源回路２２とが接続される。

次に、給電装置２の給電コイル群２５の各給電コイルの配置について説明する。
複数の給電コイルは、配置される位置によって、異なる群に分類される。本例では、第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、及び第４の給電コイル３４を第１の給電コイル配列７１と称し、第５の給電コイル３５及び第６の給電コイル３６を第２の給電コイル配列７２と称し、第７の給電コイル３７を第３の給電コイル配列７３と称する。なお、給電コイルの数及び分類は、この例に限定されるものではなく、給電台２９の形状、及び受電装置３の受電コイル１１の形状に応じて適宜変更されてもよい。

上記したように、第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、第４の給電コイル３４、第５の給電コイル３５、第６の給電コイル３６、及び第７の給電コイル３７は、それぞれ同じサイズで構成される。第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、第４の給電コイル３４、第５の給電コイル３５、第６の給電コイル３６、及び第７の給電コイル３７は、それぞれ長手方向（longer direction）と、短手方向（short direction）とを有する。例えば、長手方向は、短手方向に対して２倍の長さでコイルが形成される。

第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、第４の給電コイル３４、第５の給電コイル３５、第６の給電コイル３６、及び第７の給電コイル３７のそれぞれの、コイルを形成する配線の、最も外周に位置する配線の内側を、各コイルの面積として説明する。第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、第４の給電コイル３４、第５の給電コイル３５、第６の給電コイル３６、及び第７の給電コイル３７は、それぞれ受電コイル１１よりも大きいサイズ（大きい面積）で形成されている。具体的には、第１の給電コイル３１、第２の給電コイル３２、第３の給電コイル３３、第４の給電コイル３４、第５の給電コイル３５、第６の給電コイル３６、及び第７の給電コイル３７と、受電コイル１１との面積の比率は、「１：０．３乃至０．４」の範囲である。

図３は、第１の給電コイル配列７１における各給電コイルの配列について説明する為の図である。

第１の給電コイル配列７１は、給電台２９の面と平行な第１の方向に配列された２つ以上のコイル列が、給電台２９の面と平行である且つ第１の方向に直交する第２の方向に２つ以上配列されて構成される。なお、第１の方向は、第１の給電コイル配列７１の各給電コイルの長手方向と平行な方向であり、第２の方向は、第１の給電コイル配列７１の各給電コイルの短手方向と平行な方向であるとする。即ち、第１の給電コイル配列７１のコイル列は、給電コイルの長手方向における縁部、即ち、給電コイルの短辺同士が隣接するように配列されて構成される。また、２つのコイル列は、給電コイルの短手方向における縁部、即ち、給電コイルの長辺同士が隣接するように配列される。言い換えると、第１の給電コイル配列７１は、４つ以上の給電コイルが、第１の方向及び第２の方向に配列されて構成される。

より具体的には、第１の給電コイル３１の短辺と第２の給電コイル３２の短辺とが隣接するように、第１の給電コイル３１及び第２の給電コイル３２が配列され、１つのコイル列が形成される。また、第３の給電コイル３３の短辺と第４の給電コイル３４の短辺とが隣接するように、第３の給電コイル３３及び第４の給電コイル３４が配列され、もう１つのコイル列が形成される。第１の給電コイル３１の長辺と第３の給電コイル３３の長辺とが隣接し、且つ第２の給電コイル３２の長辺と第３の給電コイル３３の長辺とが隣接するように、２つのコイル列が配列され、第１の給電コイル配列７１が形成される。

図４は、第２の給電コイル配列７２における各給電コイルの配列について説明する為の図である。

第２の給電コイル配列７２は、第１の方向に配列された２つ以上のコイル列により構成される。第２の給電コイル配列７２のコイル列は、給電コイルの長手方向における縁部、即ち、給電コイルの短辺同士が隣接するように配列されて構成される。

より具体的には、第５の給電コイル３５の短辺と第６の給電コイル３６の短辺とが隣接するように、第５の給電コイル３５及び第６の給電コイル３６が配列されて、第２の給電コイル配列７２が形成される。

第２の給電コイル配列７２は、第１の方向及び第２の方向に直交する第３の方向、即ち給電台２９の面に直交する方向において、第１の給電コイル配列７１を構成する給電コイルの縁部と重なる位置に配置される。即ち、第２の給電コイル配列７２は、第２の給電コイル配列７２を構成する給電コイルが、第１の給電コイル配列７１を構成する給電コイルの縁部同士が隣接する位置に重なるように配置される。より具体的には、第５の給電コイル３５は、第１の給電コイル３１及び第３の給電コイル３３の長辺同士が隣接する位置に配置される。また、第６の給電コイル３６は、第２の給電コイル３２及び第４の給電コイル３４の長辺同士が隣接する位置に配置される。

図５は、第３の給電コイル配列７３における給電コイルの配列について説明する為の図である。

第３の給電コイル配列７３は、第７の給電コイル３７により構成される。第３の給電コイル配列７３は、第１の方向及び第２の方向に直交する第３の方向、即ち給電台２９の面に直交する方向において、第２の給電コイル配列７２を構成する給電コイルの縁部と重なる位置に配置される。即ち、第３の給電コイル配列７３は、第３の給電コイル配列７３を構成する給電コイルが、第２の給電コイル配列７２を構成する給電コイルの縁部同士が隣接する位置に重なるように配置される。より具体的には、第７の給電コイル３７は、第５の給電コイル３５及び第６の給電コイル３６の短辺同士が隣接する位置に配置される。また、第７の給電コイル３７は、第１の給電コイル配列７１の第１の給電コイル３１と第２の給電コイル３２の短辺同士が隣接する位置、及び第３の給電コイル３３と第４の給電コイル３４の短辺同士が隣接する位置に亘って配置される。

図６は、図１、及び図３乃至図５の線ＡＡで給電装置２及び受電装置３の受電コイル１１を切断した断面図を示す。

第１の給電コイル配列７１は、筐体２１内の最も給電台２９から離れた位置に配置されている。第２の給電コイル配列７２は、第１の給電コイル配列７１と給電台２９との間に配置されている。第３の給電コイル配列７３は、第２の給電コイル配列７２と給電台２９との間に配置されている。即ち、第１の給電コイル配列７１、第２の給電コイル配列７２、第３の給電コイル配列７３の順に、第３の方向に給電コイルが重ねられている。なお、第３の方向における第１の給電コイル配列７１、第２の給電コイル配列７２、及び第３の給電コイル配列７３の順番は、如何なる順番であってもよい。

次に、受電装置３について説明する。
図７は、受電装置３の構成例について説明する為の図である。受電装置３は、受電コイル１１、受電回路８１、充電回路８２、二次電池８３、抵抗回路８４、通信回路８５、制御回路８６、及び負荷８７を備える。

受電コイル１１は、磁束の変化に基づいて電流を発生させる素子である。受電コイル１１は、受電装置３の筐体のいずれかの面と平行に導線が配設されて構成される。例えば、受電コイル１１は、受電装置３のいずれかの面と平行に配設されたプリント板上に形成される。また、例えば、受電コイル１１は、撚り線が平面状に作製されて構成されてもよい。受電コイル１１は、図示されないコンデンサと直列あるいは並列接続されることにより、共振回路を構成する。受電コイル１１は、受電装置３が給電装置２の給電台２９に設置された場合、給電装置２の給電コイル群２５の給電コイルと電磁結合する。受電コイル１１は、給電装置２の給電コイルから発生させた磁束によって、誘導電流を発生する。即ち、受電コイル１１と図示されないコンデンサとから構成される共振回路は、共振回路に接続された受電回路８１に交流電力を供給する交流電源として機能する。

例えば、電力伝送に磁界共振方式を利用する場合、受電コイル１１を含む共振回路の自己共振周波数が、給電装置２の給電コイルを含む共振回路の自己共振周波数と同一、或いはほぼ同一となるように構成されることが望ましい。これにより、給電コイルと受電コイルとが電磁結合した場合の電力の伝送効率が向上する。

受電回路８１は、受電コイル１１に発生する交流電力を整流し、直流に変換し、且つ平滑する。受電回路８１は、例えば複数のダイオードにより構成された整流ブリッジと、整流ブリッジの出力端子に接続されたコンデンサとを備える。整流ブリッジの一対の入力端子は、受電コイル１１に接続されている。整流ブリッジは、受電コイル１１に生じた交流電流を全波整流することにより、直流電流（脈動電流）を一対の出力端子から出力する。受電回路８１のコンデンサは、整流ブリッジの一対の出力端子から出力される直流電流により電荷を蓄積し、並列に接続された後段の回路に直流電力を供給する。これにより、受電回路８１は、充電回路８２に直流電力を供給する。

充電回路８２は、受電回路８１から供給される直流電力を、充電処理に用いられる直流電力（例えば定電流定電圧充電）に変換し、二次電池８３に供給する。これにより、充電回路８２は、二次電池８３を充電する。

二次電池８３は、充電回路８２から供給される直流電力により充電される。また、二次電池８３は、受電装置３の種々の構成、例えば負荷８７に電力を供給する。例えば、二次電池８３は、リチウムイオン電池である。

抵抗回路８４は、受電コイル１１が受電した電力を短時間の間消費する抵抗Ｒを備える回路である。例えば、抵抗回路８４は、抵抗Ｒと、抵抗Ｒに直列接続されたスイッチＳとを備える。抵抗Ｒは、給電装置２の給電回路において、電流に変化が生じる程度の抵抗値であることが望ましい。例えば、抵抗Ｒは、０．３Ｗ程度の負荷の抵抗である。スイッチＳの他方の端子はＧＮＤに接続されている。スイッチＳは、制御回路８６により制御される。スイッチＳは、オンされた場合に抵抗ＲをＧＮＤに接続する。

通信回路８５は、給電装置２と無線通信を行う為のインターフェースである。通信回路８５は、電力伝送の周波数とは異なる周波数で無線通信を行う回路である。通信回路８５は、例えば、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮ、９２０ＭＨｚ帯を使用する近距離無線通信装置、赤外線を利用した通信装置などである。具体的には、通信回路８５は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）またはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの規格に従って給電装置２と無線通信を行う。なお、通信回路８５は、電力伝送の搬送波を負荷変調して給電装置２と通信を行う為の信号処理を行う抵抗回路８４で兼用してもよい。

制御回路８６は、プロセッサとメモリとを備える。プロセッサは、演算処理を実行する演算素子である。プロセッサは、例えば、メモリに記憶されているプログラム及びプログラムで用いられるデータに基づいて種々の処理を行う。メモリは、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する。なお、制御回路８６は、マイコンなどにより構成されていてもよい。

制御回路８６は、受電回路８１、充電回路８２、抵抗回路８４のスイッチＳ、及び通信回路８５などの動作をそれぞれ制御する。制御回路８６は、受電回路８１及び充電回路８２を制御することにより、二次電池８３への充電処理を制御する。また、制御回路８６は、抵抗回路８４のスイッチＳを制御することにより、抵抗Ｒを介して受電コイル１１を接地させる状態と、接地させない状態とを切り替える。また、制御回路８６は、通信回路８５により、給電装置２と通信を行う。

次に、動作について説明する。
まず受電装置３の動作について説明する。
図８は、受電装置３の動作の例について説明する為の説明図である。

受電装置３の制御回路８６は、抵抗をオンする（ＡＣＴ１１）。制御回路８６は、給電装置２から電力を受電したか否か判断する。制御回路８６は、給電装置２から電力を受電したと判断した場合、抵抗回路８４のスイッチＳをオンする。これにより、受電コイル１１をＧＮＤに接続する。例えば、制御回路８６は、受電コイル１１に流れる図示されない電流検出器により、給電装置２から電力を受電したか否か判断する。

制御回路８６は、抵抗をオンしてからの経過時間が、０．２秒に達したか否か判断する（ＡＣＴ１２）。なお、判断基準の時間は、０．２秒に限定されず、任意で設定されてもよい。即ち、制御回路８６は、抵抗オン状態を維持できたか否か判断する。制御回路８６は、抵抗をオンしてからの経過時間が、０．２秒に達しておらずオン状態を維持できていないと判断した場合（ＡＣＴ１２、ＮＯ）、処理を終了する。なお、制御回路８６は、抵抗をオンしてから所定時間が経過せずに、給電装置２からの電力の供給が途絶えた場合に、処理を終了する構成であってもよい。

制御回路８６は、抵抗をオンしてからの経過時間が０．２秒に達しオン状態を維持していると判断した場合（ＡＣＴ１２、ＹＥＳ）、通信回路８５を介して給電装置２と情報を送受信することにより、認証処理を行う（ＡＣＴ１３）。認証処理は、給電装置２と受電装置３との間において、電力の伝送を行う相手の機器が正しい機器であるか否かを判断する処理である。給電装置２と受電装置３とは、互いに所定の情報を送受信することにより、認証処理を行う。

制御回路８６は、認証処理を完了すると、充電処理を開始する（ＡＣＴ１４）。即ち、制御回路８６は、抵抗回路８４のスイッチＳをオフし、受電コイル１１に生じた電力により二次電池８３を充電するように、受電回路８１及び充電回路８２を制御する。

制御回路８６は、充電処理を終了するか否か判断する（ＡＣＴ１５）。制御回路８６は、二次電池８３の充電状態を監視し、二次電池８３が十分に充電されたか否か判断する。制御回路８６は、二次電池８３が十分に充電されたと判断した場合、充電処理を終了すると判断する。

制御回路８６は、充電処理を終了すると判断した場合（ＡＣＴ１５、ＹＥＳ）、充電処理を終了し（ＡＣＴ１６）、図８の処理を終了する。

次に、給電装置２の動作について説明する。
図９は、給電装置２の動作の例について説明する為の説明図である。

給電装置２の制御回路２８は、起動されると待機状態になる。制御回路２８は、所定のタイミングで、図９の処理を実行する。例えば、制御回路２８は、給電コイル群２５の各給電コイルに交流電流を流し、電流値を検出することにより、給電台２９に受電装置３が置かれたか否か判断する。制御回路２８は、給電台２９に受電装置３が置かれたと判断した場合、図９の処理を実行する。

制御回路２８は、まずカウンタｎの値を初期値である「１」に設定する。（ＡＣＴ２１）。制御回路２８は、例えば、メモリの所定の記憶領域を、カウンタｎとして使用する。即ち、制御回路２８は、メモリの所定の記憶領域の値を初期値に設定する。

制御回路２８は、給電コイル群２５の複数の給電コイルのうち、カウンタｎの値に相当する給電コイルに交流電流を流すように、スイッチ群２７及び給電回路群２６を制御する（ＡＣＴ２２）。例えば、制御回路２８は、カウンタｎの値が「１」である場合、第１の給電コイル３１を通電する。また、例えば、制御回路２８は、カウンタｎの値が「２」である場合、第２の給電コイル３２を通電する。また、制御回路２８は、給電コイルに交流電流を流している間の電流値を電流検出回路５２から取得する。

制御回路２８は、電流検出回路５２から取得した電流値Ｉが、予め設定された電流Ｉｔｈより大きいか否か判断する（ＡＣＴ２３）。制御回路２８は、電流検出回路５２から取得した電流値Ｉが、予め設定された電流Ｉｔｈより大きいと判断した場合（ＡＣＴ２３、ＹＥＳ）、通電した給電コイルを給電に用いる（通電する）と判断する（ＡＣＴ２４）。また、制御回路２８は、電流検出回路５２から取得した電流値Ｉが、予め設定された電流Ｉｔｈ以下であると判断した場合（ＡＣＴ２３、ＮＯ）、通電した給電コイルを給電に用いない（通電しない）と判断する（ＡＣＴ２５）。

制御回路２８は、給電コイルへの通電を開始してからの経過時間が、０．２秒に達したか否か判断する（ＡＣＴ２６）。なお、判断基準の時間は、０．２秒に限定されず、任意で設定されてもよい。即ち、制御回路２８は、通電を開始してから所定時間が経過したか否か判断する。制御回路２８は、通電を開始してからの経過時間が、０．２秒に達していないと判断した場合（ＡＣＴ２６、ＮＯ）、ＡＣＴ２２の処理に移行する。

また、制御回路２８は、通電を開始してからの経過時間が、０．２秒に達したと判断した場合（ＡＣＴ２６、ＹＥＳ）、通電するか否かの判断結果を保存する（ＡＣＴ２７）。例えば、制御回路２８は、ＡＣＴ２４及びＡＣＴ２５における通電するか否かの判断結果を、メモリの所定の記憶領域に記憶する。

制御回路２８は、カウンタｎの値が、予め設定されたｍと同じ値であるか否か判断する（ＡＣＴ２８）。制御回路２８は、カウンタｎの値が、予め設定されたｍと同じ値ではないと判断した場合（ＡＣＴ２８、ＮＯ）、カウンタｎの値を加算（例えば＋１）し（ＡＣＴ２９）、ＡＣＴ２２の処理に移行する。

制御回路２８は、カウンタｎの値が、予め設定されたｍと同じ値であると判断した場合（ＡＣＴ２８、ＹＥＳ）、通電する給電コイルがあるか否か判断する（ＡＣＴ２９）。即ち、制御回路２８は、判断結果が「通電する」である給電コイルが存在するかを、メモリを参照することにより判断する。制御回路２８は、通電する給電コイルが存在しないと判断した場合（ＡＣＴ２９、ＮＯ）、ＡＣＴ２１の処理に移行する。これにより、制御回路２８は、カウンタｎの値を再度初期値に設定し、通電可能な給電コイルを判断する処理を繰り返し行う。なお、制御回路２８は、通電する給電コイルが存在しないと判断した場合（ＡＣＴ２９、ＮＯ）、図９の処理を終了してもよい。

制御回路２８は、通電する給電コイルが存在すると判断した場合（ＡＣＴ２９、ＹＥＳ）、制御回路２８は、通信回路２３を介して受電装置３と情報を送受信することにより、認証処理を行う（ＡＣＴ３０）。

制御回路２８は、認証処理を完了すると、通常給電を開始する（ＡＣＴ３１）。通常給電は、判断結果が「通電する」である給電コイルを用いて、受電装置３に給電を行う処理である。

例えば、図１に示されるように、給電台２９に置かれた受電装置３の受電コイル１１の位置が、第３の給電コイル３３及び第５の給電コイル３５に重なる位置である場合、第３の給電コイル３３及び第５の給電コイル３５に交流電流を流した場合の電流値は、他の給電コイルに交流電流を流した場合の電流値に比べて大きくなることが推測される。この為、ＡＣＴ２２乃至ＡＣＴ２９の処理で、第３の給電コイル３３及び第５の給電コイル３５に対して「通電する」の判断結果が付与される。即ち、制御回路２８は、各給電コイルに交流電流を所定時間流した場合の電流値に基づいて、受電装置３への給電に用いる給電コイルを決定する。この状態で、ＡＣＴ３１の処理に移行した場合、制御回路２８は、第３の給電コイル３３及び第５の給電コイル３５により受電装置３に給電を行うように、第３のスイッチ６３及び第５のスイッチ６５をオンし、第３の給電回路４３及び第５の給電回路４５を動作させる。これにより、制御回路２８は、第３の給電コイル３３及び第５の給電コイル３５に交流電流を流すことにより、受電装置３に給電を行う。

なお、上記のように、複数の給電コイルにより給電を行う場合、複数の給電コイルに流れる交流電流が、同位相になるように、給電回路群２６を制御する。即ち、制御回路２８は、複数の給電回路の半導体スイッチを同じタイミングでオンオフ制御することにより、複数の給電コイルにより生じる磁束が互いに打ち消さないように制御する。

制御回路２８は、通常給電中に、給電を終了するか否か判断する（ＡＣＴ３２）。例えば、制御回路２８は、給電台２９から受電装置３が取り除かれた場合、または受電装置３において満充電となった場合、給電を終了すると判断する。例えば、制御回路２８は、給電コイルに流れる電流値の変化を監視することにより、給電台２９から受電装置３が取り除かれたか否か判断する。また、制御回路２８は、受電装置３から所定の情報を通信回路２３を介して取得した場合、受電装置３の二次電池８３が満充電の為、給電を終了すると判断する。

制御回路２８は、給電を停止すると判断した場合（ＡＣＴ３２、ＹＥＳ）、スイッチ群２７のすべてのスイッチをオフし、給電回路を停止させ、図９の処理を終了する。制御回路２８は、給電を停止しないと判断した場合（ＡＣＴ３２、ＮＯ）、給電処理を継続しつつ、ＡＣＴ３２の判断を定期的に実行する。

上記したように、給電装置２は、電源回路２２、給電コイル群２５、給電回路群２６、スイッチ群２７、及び制御回路２８を備える。

給電コイル群２５は、複数の給電コイルにより構成される第１の給電コイル配列７１と、複数の給電コイルにより構成される第２の給電コイル配列７２とを備える。第１の給電コイル配列７１の複数の給電コイルは、二次元状に配列されている。第２の給電コイル配列７２の複数の給電コイルは、第１の給電コイル配列７１を構成する複数のコイルの縁部に重なる位置に配置されている。電源回路２２は、直流電圧を出力する。給電回路群２６は、給電コイル群２５の給電コイルごとに設けられ、電源回路２２から出力された直流電圧により、給電コイルにそれぞれ交流電流を供給する。スイッチ群２７は、電源回路２２と給電回路群２６の各給電回路との接続を切り替える。制御回路２８は、スイッチ群２７により、交流電流を流す給電コイルを切り替えつつ、電流値を取得する。制御回路２８は、電流値に基づいて、給電に用いる給電コイルを選択する。
制御回路２８は、選択した給電コイルに交流電流を流すように、スイッチ群２７及び給電コイル群２５を制御する。これにより、制御回路２８は、選択した給電コイルによる受電装置３への給電を行う。

上記の構成によると、第１の給電コイル配列７１の給電コイルの磁束密度が低い位置（縁部）に、第２の給電コイル配列７２の給電コイルが重なるように配置されている。この為、給電装置２は、給電台２９上の受電装置３の置かれた位置に因らず、十分な電力を給電することができる。この結果、給電可能範囲の広い給電装置を提供することができる。

また、給電装置２は、複数の給電コイルに個別に交流電流を短時間流し、その時の電流値に基づいて、給電に用いる給電コイルを選択する。これにより、給電装置２は、受電装置３と通信することなく、給電に適したコイルを選択することができる。

また、給電装置２の制御回路２８は、複数の給電コイルにより給電を行う場合、複数の給電コイルに流れる交流電流が、同位相になるように、給電回路群２６を制御する。これにより、給電装置２は、複数の給電コイルにより生じる磁束が互いに打ち消すことを防ぐことができる。

また、第２の給電コイル配列７２の複数の給電コイルは、第１の給電コイル配列７１を構成する複数のコイルの縁部と縁部とが隣接する位置に重なるように配置されている。これにより、給電装置２は、第１の給電コイル配列７１の給電コイルにより生じる磁束密度が低い領域を、第２の給電コイル配列７２の給電コイルにより生じる磁束によって補うことができる。

また、給電コイル群２５は、第２の給電コイル配列７２の複数の給電コイルの縁部と縁部とが隣接する位置に重なるように配置された給電コイルを備える第３の給電コイル配列７３をさらに備える。これにより、給電装置２は、第２の給電コイル配列７２の給電コイルにより生じる磁束密度が低い領域を、第３の給電コイル配列７３の給電コイルにより生じる磁束によって補うことができる。

また、第１の給電コイル配列７１の複数の給電コイルは、受電装置３が置かれる給電台２９と平行な第１の方向及び第２の方向にそれぞれ配列されている。

また、第２の給電コイル配列７２の複数の給電コイルは、第１の方向及び第２の方向に配列されている。第２の給電コイル配列７２の複数の給電コイルは、第２の方向において、第１の給電コイル配列７１の給電コイルの縁部と縁部とが隣接する位置に重なる位置に配列されている。

また、第３の給電コイル配列７３の給電コイルは、第１の方向において第２の給電コイル配列７２の給電コイルの縁部と縁部とが隣接する位置に重なる位置に、配列されている。

また、各給電コイルは、それぞれ同じ形状で形成され、且つそれぞれ長手方向と短手方向を備える。また、第１の給電コイル配列７１及び第２の給電コイル配列７２の各給電コイルは、長手方向が第１の方向と一致し、且つ短手方向が第２の方向と一致するように配列される。また、第３の給電コイル配列７３の給電コイルは、長手方向が第２の方向と一致し、且つ短手方向が第１の方向と一致するように配列される。さらに、各給電コイルの長手方向の長さは、短手方向に対して２倍の長さで形成されている。このような構成によると、第１の給電コイル配列７１が４つの給電コイルにより構成されており、且つ第２の給電コイル配列７２が２つの給電コイルにより構成されている場合、第３の給電コイル配列７３を１つの給電コイルにより構成することができる。

なお、上記の実施形態では、第１の給電コイル配列７１は、複数の給電コイルが、長辺同士または短辺同士で隣接して配列されることにより構成されると説明したが、この構成に限定されない。第１の給電コイル配列７１は、複数の給電コイルは、長辺同士または短辺同士が、所定の間隔を隔てて配列されていてもよい。

図１０は、第１の給電コイル配列７１は、複数の給電コイルが、所定の間隔を隔てて配列された例を示す。

図１０に示されるように、第１の給電コイル配列７１は、複数の給電コイルの長辺同士が、第２の方向において、所定間隔隔てて配列されている。この場合、第２の給電コイル配列７２の給電コイルは、少なくとも第２の方向に並んだ第１の給電コイル配列７１の複数の給電コイルの長辺と重なるように設けられる。また、第３の給電コイル配列７３の給電コイルは、少なくとも第１の方向に並んだ第１の給電コイル配列７１及び第２の給電コイル配列７２の複数の給電コイルの短辺と重なるように設けられる。

このような構成によると、給電装置２は、給電コイル群２５の給電コイルの数を増やすことなく、給電コイル群２５により給電可能な領域を広げることができる。

また、上記の実施形態では、給電コイル群２５の各給電コイルは、長手方向と短手方向とを備えると説明したが、この構成に限定されない。給電コイル群２５の各給電コイルは、円形、正方形など如何なる形状であってもよい。

なお、上述の各実施の形態で説明した機能は、ハードウエアを用いて構成するに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムをコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…給電システム、２…給電装置、３…受電装置、４…ＡＣアダプタ、１１…受電コイル、２１…筐体、２２…電源回路、２３…通信回路、２４…クロック回路、２５…給電コイル群、２６…給電回路群、２７…スイッチ群、２８…制御回路、２９…給電台、３１…第１の給電コイル、３２…第２の給電コイル、３３…第３の給電コイル、３４…第４の給電コイル、３５…第５の給電コイル、３６…第６の給電コイル、３７…第７の給電コイル、４１…第１の給電回路、４２…第２の給電回路、４３…第３の給電回路、４４…第４の給電回路、４５…第５の給電回路、４６…第６の給電回路、４７…第７の給電回路、５１…駆動回路、５２…電流検出回路、６１…第１のスイッチ、６２…第２のスイッチ、６３…第３のスイッチ、６４…第４のスイッチ、６５…第５のスイッチ、６６…第６のスイッチ、６７…第７のスイッチ、７１…第１の給電コイル配列、７２…第２の給電コイル配列、７３…第３の給電コイル配列、８１…受電回路、８２…充電回路、８３…二次電池、８４…抵抗回路、８５…通信回路、８６…制御回路、８７…負荷。

Claims (5)

1. 受電コイルを備える受電装置に電力を給電する給電装置であって、
   前記受電コイルと電磁結合する複数の給電コイルが二次元状に配列された第１の給電コイル配列と、
   前記受電コイルと電磁結合する複数の給電コイルが前記第１の給電コイル配列を構成する複数の給電コイルの縁部に重なる位置に配置された第２の給電コイル配列と、
   直流電圧を出力する電源回路と、
   前記各給電コイルごとに設けられ、前記電源回路から出力された直流電圧により、前記給電コイルにそれぞれ交流電流を供給する給電回路群と、
   前記給電コイルに交流電流を流した際の電流値に基づいて、給電に用いる給電コイルを選択し、選択した給電コイルに交流電流を流すように、前記給電回路群を制御する制御回路と、
   を具備する給電装置。
2. 前記制御回路は、複数の給電コイルにより給電を行う場合、複数の給電コイルに流れる交流電流が、同位相になるように、前記給電回路群を制御する請求項１に記載の給電装置。
3. 前記第２の給電コイル配列の複数の給電コイルは、前記第１の給電コイル配列を構成する複数のコイルの縁部と縁部とが隣接する位置に重なるように配置されている請求項２に記載の給電装置。
4. 前記第２の給電コイル配列の複数の給電コイルの縁部と縁部とが隣接する位置に重なるように配置された給電コイルを備える第３の給電コイル配列をさらに具備する請求項３に記載の給電装置。
5. 前記各給電コイルは、それぞれ同じ形状で形成され、且つそれぞれ短手方向と、短手方向の二倍の長さの長手方向とを備え、
   受電装置が置かれる給電台と平行な第１の方向と長手方向とが一致し、前記給電台と平行且つ前記第１の方向に直交する第２の方向と短手方向とが一致するように前記第１の給電コイル配列及び前記第２の給電コイル配列の給電コイルが配列され、
   長手方向が第２の方向と一致し、且つ短手方向が第１の方向と一致するように、前記第３の給電コイル配列の給電コイルが配列される請求項４に記載の給電装置。