JP2021061698A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、非接触給電装置から受電装置に安定した電力を供給することを目的とする。【解決手段】非接触給電装置２は、送電コイル１６、送電結合コンデンサ１８、センサコイル２８、可変容量コンデンサ３０、送電部１０、センサ受電部２２および制御部５０を備えている。可変容量コンデンサ３０はセンサコイル２８に直列接続されている。送電結合コンデンサ１８は送電コイル１６に直列接続されている。送電部１０は送電コイル１６に送信電力を出力する。センサ受電部２２は、センサコイル２８からセンサ電力を取得する。制御部５０は、センサ受電部２２が取得したセンサ電力に基づいて、可変容量コンデンサ３０を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置に関し、特に、送電コイルから電力が送信される状態を制御する装置に関する。

非接触給電装置につき広く研究開発が行われている。非接触給電装置は、受電装置に配線接続されない状態で受電装置に電力を供給する。非接触給電装置には、共振回路の共鳴によって受電装置に電力を供給する磁気共鳴方式のものがある。非接触給電装置は送電コイルを備え、受電装置は受電コイルを備えている。この方式では、送電コイル側に形成された共振回路と、受電コイル側に形成された共振回路との共鳴によって、非接触給電装置から受電装置に電力が供給される。

受電装置としては、携帯情報端末、電気自動車等、非接触給電装置から離れた位置に配置される装置がある。一般にこれらの装置は、繰り返し充放電が可能なバッテリ（二次電池）を備えており、バッテリが非接触給電装置によって充電される。充電の際には受電装置が非接触給電装置の所定の位置に配置され、非接触給電装置から受電装置のバッテリに充電電力が供給される。以下の特許文献１には、磁気共鳴方式による非接触給電装置に関する記載がある。

特開２０１８−１１０４７１号公報

非接触給電装置では、非接触給電装置と受電装置との間の距離や、非接触給電装置から見た受電装置の方向または姿勢等の位置関係によって受電装置に供給される電力が異なることがある。例えば、磁気共鳴方式の非接触給電装置では、非接触給電装置と受電装置との位置関係によって共振周波数が変化し、受電装置に供給される電力が変化してしまう場合がある。

本発明は、非接触給電装置から受電装置に安定した電力を供給することを目的とする。

本発明は、送電コイルと、センサコイルと、前記センサコイルに接続された同調回路と、前記送電コイルに送信電力を出力する送電部と、前記センサコイルからセンサ電力を取得するセンサ受電部と、前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、前記同調回路を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記同調回路は、可変容量コンデンサを備え、前記制御部は、前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、前記可変容量コンデンサの容量を制御する。

望ましくは、前記送電コイルおよび前記センサコイルは、平坦に周回する導線によって形成されており、前記送電コイルは、前記センサコイルの開口面に、自らの開口面が対向する姿勢で配置されている。

望ましくは、複数の前記センサコイルと、複数の前記センサコイルのそれぞれに接続された前記同調回路と、を備え、前記センサ受電部は、各前記センサコイルからセンサ電力を取得し、前記制御部は、各前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、各前記同調回路を制御する。

望ましくは、前記送電コイルおよび複数の前記センサコイルのそれぞれは、平坦に周回する導線によって形成されており、前記送電コイルは、複数の前記センサコイルのうちの２つであって、開口面が対向するように配置された２つに挟まれる位置に、それら２つの前記センサコイルのそれぞれの開口面に、自らの開口面が対向する姿勢で配置されている。

望ましくは、２つの前記センサコイルと、２つの前記センサコイルのそれぞれに接続された前記同調回路と、を備え、前記送電コイルおよび２つの前記センサコイルのそれぞれは、平坦に周回する導線によって形成され、それぞれの開口面が対向するように配置されており、前記送電コイルは、これら２つの前記センサコイルに挟まれる位置に、２つの前記センサコイルのそれぞれの開口面に自らの開口面が対向する姿勢で配置されており、 前記センサ受電部は、各前記センサコイルからセンサ電力を取得し、前記制御部は、各前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、各前記同調回路を制御する。

望ましくは、前記送電部は、前記送電コイルに間欠的に送信電力を出力する間欠送電、または、前記送電コイルに連続的に送信電力を出力する連続送電のいずれかの送電を行い、前記センサ受電部が取得したセンサ電力に応じて、前記間欠送電を行う状態から前記連続送電を行う状態に動作状態が切り換わり、あるいは、前記連続送信を行う状態から前記間欠送電を行う状態に動作状態が切り換わる。

望ましくは、前記制御部は、受電装置から送信された給電要求情報を受信する制御受信器を備え、前記送電部は、前記間欠送電を行う状態から前記連続送電を行う状態に動作状態が切り換わった後、所定時間が経過するまでの間に前記給電要求情報が受信されなかったときに、前記連続送電を行う状態から前記間欠送電を行う状態に動作状態が切り換わる。

本発明によれば、非接触給電装置から受電装置に安定した電力を供給することができる。

非接触給電システムを示す図である。 制御部が実行する充電制御のフローチャートである。 同調給電処理のフローチャートである。 コイル配置構造を模式的に示す図である。 非接触給電システムを示す図である。 コイル配置構造を模式的に示す図である。 可変容量コンデンサの回路構成例を示す図である。

各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示されている同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。図１には、本発明の実施形態に係る非接触給電システム１が示されている。非接触給電システム１は、非接触給電装置２および受電装置３４から構成されている。非接触給電システム１では、配線によらない非接触給電によって、非接触給電装置２から受電装置３４に電力が伝送される。

非接触給電システム１の構成および動作の概要について説明する。非接触給電装置２は、送電部１０、送電コイル１６、送電結合コンデンサ１８、センサ受電部２２、センサコイル２８、可変容量コンデンサ３０および制御部５０を備えている。受電装置３４は、受電コイル３８、受電結合コンデンサ４０、受電回路３６、受電通信器４８およびバッテリ４６を備えている。

受電装置３４は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、ゲーム機等のバッテリ４６を用いる機器に搭載されており、バッテリ４６が充電されるときに、受電コイル３８が送電コイル１６に接近するように配置される。バッテリ４６が充電されないときは、受電装置３４は、非接触給電装置２から離されてよい。

非接触給電装置２における送電結合コンデンサ１８と送電コイル１６は送電共振回路２０を形成する。非接触給電装置２における可変容量コンデンサ３０とセンサコイル２８はセンサ共振回路３２を形成する。可変容量コンデンサ３０は、センサコイル２８に対する同調回路を構成し、静電容量が調整されることでセンサ共振回路３２の共振状態が変化する。受電装置３４における受電結合コンデンサ４０と受電コイル３８は受電共振回路４２を形成する。

送電コイル１６および受電コイル３８は電磁界的に結合し、受電コイル３８およびセンサコイル２８もまた電磁界的に結合する。さらに、センサコイル２８および送電コイル１６も電磁界的に結合する。これによって、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２は相互に結合し、共鳴し得る。

送電部１０は、送電共振回路２０に電力を供給する。送電共振回路２０および受電共振回路４２の共鳴によって、非接触給電装置２から受電装置３４に電力が供給される。受電共振回路４２は、直列接続された受電コイル３８および受電結合コンデンサ４０によって構成されており、受電回路３６に接続されている。受電装置３４に供給された電力によって受電回路３６がバッテリ４６を充電する。

送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２は相互に結合する。そこで、非接触給電システム１では、センサ共振回路３２を構成する可変容量コンデンサ３０の静電容量を調整することで、これらの共振回路の共鳴状態が調整され、非接触給電装置２から受電装置３４に伝送される電力が調整される。

非接触給電システム１の具体的な構成および動作について説明する。非接触給電装置２における送電部１０は、送電回路１２および送信電力モニタ１４を備えている。送電結合コンデンサ１８および送電コイル１６は直列に接続されており、送電共振回路２０を構成する。送電共振回路２０の両端は、送電回路１２に接続されている。送信電力モニタ１４は、送電回路１２が送電共振回路２０を介して送信する電力（送信電力）を測定し、その測定値である送信電力測定値を制御部５０に出力する。

非接触給電装置２におけるセンサ受電部２２は、センサ回路２４およびセンサ電力モニタ２６を備えている。可変容量コンデンサ３０およびセンサコイル２８は直列に接続されており、センサ共振回路３２を構成する。センサ共振回路３２の両端は、センサ回路２４に接続されている。センサ電力モニタ２６は、センサ回路２４がセンサ共振回路３２を介して受信している電力を測定し、その測定値であるセンサ電力測定値を制御部５０に出力する。

制御部５０は、予め読み込まれたプログラムによって動作するプロセッサを備えてもよい。制御部５０には、プロセッサに代えて、またはプロセッサと共にハードウエアとしての電子回路が組み込まれてもよい。制御部５０が実行する処理のうちの一部または全部は、制御部５０に組み込まれたハードウエアとしての電子回路によって実行されてよい。

受電装置３４に対して非接触給電を行うときに、制御部５０は、送電回路１２を制御して送電回路１２に電力を送信させる。制御部５０は、送信電力測定値およびセンサ電力測定値に基づいて、可変容量コンデンサ３０の静電容量を調整する。すなわち、制御部５０は、送信電力測定値およびセンサ電力測定値が、それぞれの測定値に定められた所定の範囲内の値となるように、可変容量コンデンサ３０の静電容量を調整する。

可変容量コンデンサ３０の静電容量が調整されることで、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２の共鳴状態が調整される。これによって、非接触給電装置２から受電装置３４に伝送される電力が制御される。

非接触給電システム１では、受電装置３４に対する一連の充電制御において、非接触給電装置２から受電装置３４に送信される電力を調整する他、受電装置３４が適切な位置に配置されているか否かの検出、受電装置３４が非接触給電装置２から離されたか否かの検出等が行われる。また、送電回路１２に過大な電流が流れていないか、過大な電圧が印加されていないか等、送電回路１２に電気的な負担が掛けられていないか否かの判定が行われる。

制御部５０は、受電通信器４８との間で無線通信を行う制御通信器５２を備えている。受電通信器４８と制御通信器５２との間では、非接触給電装置２から受電装置３４への非接触給電を行うための無線通信が行われる。非接触給電を開始するときに受電通信器４８は、非接触給電の実行を要求する給電要求情報を制御通信器５２に送信する。また、受電通信器４８は、受電装置３４で受信されている電力の測定値である給電電力測定値を制御通信器５２に送信する。さらに、受電通信器４８は、バッテリ４６の充電が完了したときは、その旨を示す充電完了情報を制御通信器５２に送信する。

図２には制御部５０が実行する充電制御のフローチャートが示されている。このフローチャートに基づく処理は、制御部５０が送電部１０およびセンサ受電部２２を制御することで実行される。通常時に、制御部５０は送電回路１２に間欠送電を行わせる（Ｓ１０１）。間欠送電とは、所定の送電周期Ｔａで、所定の時間ｔｂに亘って送電回路１２から送電共振回路２０に電力を出力する動作状態をいう。ある時刻ｔ１から時刻ｔ１＋ｔｂまでの間、送電回路１２は送電共振回路２０に電力を供給し、時刻ｔ１＋ｔｂから時刻ｔ１＋Ｔａまでの間、送電回路１２は送電共振回路２０への電力の供給を遮断する。これを１つの送電動作として、送電回路１２は送電周期Ｔａで送電動作を繰り返す。

送電回路１２が送電共振回路２０に電力を出力すると共に、制御部５０は、センサ受電部２２からセンサ電力測定値を取得する。制御部５０は、センサ回路２４がセンサ共振回路３２を介して受信している電力であるセンサ電力に変化があったか否かを判定する（Ｓ１０２）。制御部５０は、１つ前の送電周期に取得したセンサ電力測定値と、最新の送電周期に取得したセンサ電力測定値との差の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、センサ電力に変化があったと判定してよい。制御部５０は、１つ前の送電周期に取得したセンサ電力測定値と、最新の送電周期に取得したセンサ電力測定値との差の絶対値が、所定の閾値以下である場合に、センサ電力に変化がないと判定してよい。制御部５０は、センサ電力に変化がないときは、送電回路１２に間欠送電を引き続き実行させる（Ｓ１０１）。

制御部５０は、センサ電力に変化があったときは、自らが備える給電タイマを起動すると共に（Ｓ１０３）、送電回路１２に連続送電を行わせる（Ｓ１０４）。連続送電は、送電回路１２から送電共振回路２０に時間的に連続的に電力を出力する動作状態をいう。

送電回路１２が連続送電を行っているときに、制御部５０は、受電装置３４から送信された給電要求情報が制御通信器５２で受信されたか否かを判定する（Ｓ１０５）。制御部５０は、給電要求情報が受信されていないと判定したときは、給電タイマによってカウントされたタイマ時間が予め定められたタイムアウト時間を超えたか否かを判定する（Ｓ１０６）。制御部５０は、タイマ時間がタイムアウト時間を超えていないと判定したときは、引き続き送電回路１２に連続送電を実行させる（Ｓ１０４）。制御部５０は、タイマ時間がタイムアウト時間を超えたと判定したときは、送電回路１２に連続送電を停止させ、間欠送電を再開させる（Ｓ１０１）。

制御部５０は、ステップＳ１０５において、給電要求情報が受信されたと判定したときは、後述する同調給電処理（Ｓ２００）を実行する。同調給電処理は、可変容量コンデンサ３０の静電容量を調整することで、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２の共鳴状態を調整し、送電回路１２から送電共振回路２０および受電共振回路４２を介して受電装置３４に伝送される電力を調整する処理である。

このように、図２のフローチャートに従う処理によれば、センサ受電部２２が取得したセンサ電力測定値に応じて、送電部１０は、間欠送電を行う状態から連続送電を行う状態に動作状態が切り換わり、あるいは、連続送信を行う状態から間欠送電を行う状態に動作状態が切り換わる。送電部１０は、間欠送電を行う状態から連続送電を行う状態に動作状態が切り換わった後、タイムアウト時間が経過するまでの間に、制御通信器５２で給電要求情報が受信されなかったときには、連続送電を行う状態から間欠送電を行う状態に動作状態が切り換わる。

図２のフローチャートに基づく処理の効果について説明する。受電共振回路４２が、送電共振回路２０およびセンサ共振回路３２から離れた位置にあるときは、受電共振回路４２が送電共振回路２０およびセンサ共振回路３２に電磁界的な影響を与えることがない。したがって、送電回路１２から、送電共振回路２０およびセンサ共振回路３２を介してセンサ回路２４に電力が伝送される状態が一定に維持され、送電回路１２からセンサ回路２４に伝送される電力は一定に維持される。一方、受電共振回路４２が、送電共振回路２０およびセンサ共振回路３２に接近したときは、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２が相互に結合し、送電回路１２からセンサ回路２４に伝送される電力が変化する。

したがって、図２に示されるフローチャートに基づく処理によれば、間欠送電が行われているときに、受電装置３４が非接触給電装置２から離れた位置にあるときは、センサ電力に変化がなく間欠送電が続行される。一方、間欠送電が行われているときに、受電装置３４が非接触給電装置２に接近したときはセンサ電力が変化し、送電回路１２から送電共振回路２０に連続的に電力が出力され、給電要求情報が受信されることを条件に、後述する同調給電処理が開始される。また、送電回路１２から送電共振回路２０に連続的に電力が出力され、タイマ時間がタイムアウト時間を超えたときは、連続送電が停止され間欠送電が行われる。

これによって、受電装置３４が非接触給電装置２から離れているときは送電回路１２から連続的に電力が出力されることがなく、無駄な電力消費が回避される。また、受電装置３４が非接触給電装置２に接近して連続送電が開始されたものの、受電装置３４から給電要求情報が送信されていない場合には、タイマ時間がタイムアウト時間を超えることを条件に間欠送電が行われ、無駄な電力消費が回避される。

図３には、同調給電処理のフローチャートが示されている。制御部５０は、可変容量コンデンサ３０の静電容量を初期値に設定（制御）する（Ｓ２０１）。制御部５０は、送信電力測定値が制限値未満であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。制御部５０は、送信電力測定値が制限値未満であると判定したときは、送信電力測定値が要求電力以上であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。制御部５０は、送信電力測定値が要求電力以上であると判定したときは給電効率を求める。給電効率は、受電装置３４から取得した受信電力測定値を、送信電力モニタ１４から取得した送信電力測定値で割ることによって求められる。制御部５０は、給電効率が基準値以上であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。制御部５０は、給電効率が基準値以上であると判定したときは、可変容量コンデンサ３０の静電容量を固定する（Ｓ２０５）。

なお、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４を実行する順序は、ステップＳ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２０４の順に限られず任意である。また、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の総てが実行されなくてもよく、これらのステップのうちいずれかが実行されてもよい。

制御部５０は、送信電力測定値が制限値以上であると判定したとき、送信電力測定値が要求電力未満であると判定したとき、または給電効率が基準値未満であると判定したときは、可変容量コンデンサ３０の静電容量を変更（制御）し（Ｓ２０１）、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理に戻る。

ステップＳ２０５において可変容量コンデンサ３０の静電容量が固定された後、制御部５０は、センサ電力に変化があったか否かを判定する（Ｓ２０６）。制御部５０は、センサ電力に変化があったと判定した場合には、送信電力測定値が制限値未満であるか否かを判定する（Ｓ２０７）。送信電力測定値が制限値未満であった場合、制御部５０は、可変容量コンデンサ３０の静電容量を変更し（Ｓ２０１）、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理に戻る。

送信電力測定値が制限値以上であった場合、制御部５０は、送電回路１２を制御して、送電回路１２から送電共振回路２０に出力する電力を遮断させる（Ｓ２０９）。これによって、送電回路１２から受電装置３４への電力伝送が停止し、同調給電処理が終了する。

制御部５０は、ステップＳ２０６においてセンサ電力に変化がないと判定した場合、給電が完了したか否かを判定する（Ｓ２０８）。この判定は、受電装置３４から送信された充電完了情報が制御通信器５２で受信されたか否かの判定に基づいて行われる。

制御部５０は、給電が完了していないとの判定をしたときは、ステップＳ２０６の処理に戻り、センサ電力が変化したか否かを再び判定する（Ｓ２０６）。制御部５０は、給電が完了したとの判定をしたときは、送電回路１２を制御して、送電回路１２から送電共振回路２０に出力する電力を遮断させる（Ｓ２０９）。これによって、送電回路１２から受電装置３４への電力伝送が停止し、同調給電処理が終了する。

同調給電処理の効果について説明する。ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理によって、次の条件（ｉ）〜（ｉｉｉ）の少なくとも１つが満たされない場合には、可変容量コンデンサ３０の静電容量が変更される。これによって、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２の共鳴状態が調整され、非接触給電装置２から受電装置３４に伝送される電力が調整される。そのため、非接触給電装置２から受電装置３４に安定した電力が供給される。

（ｉ）送信電力測定値が制限値未満であること。（ｉｉ）送信電力測定値が要求電力以上であること。（ｉｉｉ）給電効率が基準値以上であること。

送信電力が制限値以上となった場合、送電回路１２の内部に印加される電圧や送電回路１２に流れる電流が過大となる等、送電回路１２の電気的負担が大きくなることがある。上記（ｉ）の条件が満たされない場合は、送信電力が制限値以上となる場合に相当する。上記（ｉ）の条件が満たされない場合に可変容量コンデンサ３０の静電容量が変更されることで、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２の共鳴状態、さらには送電回路１２の電気的な状態が変化し、送電回路１２の電気的負担が軽減される。

送信電力が要求電力未満である場合、非接触給電装置２から受電装置３４に伝送される電力が不十分となる。上記（ｉｉ）の条件が満たされない場合は、送信電力が要求電力未満である場合に相当する。上記（ｉｉ）の条件が満たされない場合に可変容量コンデンサ３０の静電容量が変更されることで、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２の共鳴状態、さらには送電回路１２の電気的な状態が変化し、非接触給電装置２から受電装置３４に伝送される電力が調整される。

給電効率が基準値未満である場合、非接触給電装置２から受電装置３４への電力伝送の効率が不十分となる。上記（ｉｉｉ）の条件が満たされない場合は、給電効率が基準値未満である場合に相当する。上記（ｉｉｉ）の条件が満たされない場合に可変容量コンデンサ３０の静電容量が変更されることで、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２の共鳴状態、さらには送電回路１２の電気的な状態が変化し、非接触給電装置２から受電装置３４への電力伝送の効率が調整される。

ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理によって、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の条件が総て満たされた場合には、可変容量コンデンサ３０の静電容量が固定される。これによって、非接触給電装置２から受電装置３４に非接触給電によって電力伝送が行われる。この状態で、センサ電力の変化があった第１の場合として、受電装置３４におけるバッテリ４６の充電が完了し、受電装置３４が非接触給電装置２から離された場合がある。この場合ステップＳ２０８およびＳ２０９によって送電が停止される。

また、この状態で、センサ電力測定値の変化があった第２の場合としては、何らかの理由で受電装置３４の位置が変化し、送電共振回路２０、受電共振回路４２およびセンサ共振回路３２の共鳴状態が変化し、センサ電力が変化した場合がある。この場合、送信電力測定値が制限値以上であるときは、ステップＳ２０８およびＳ２０９によって送電が停止される。一方、送信電力測定値が制限値未満であるときは、可変容量コンデンサ３０の静電容量が変更され（Ｓ２０１）、ステップＳ２０２の処理に戻る。これによって、受電装置３４の位置が変化してしまい、送電回路１２の電気的負担が大きくなってしまうことが回避される。

図４には、送電コイル１６およびセンサコイル２８が配置されるコイル配置構造３が模式的に示されている。コイル配置構造３は、筐体６０、送電コイル１６およびセンサコイル２８を備えている。筐体６０は、上方が開放された直方体の箱の形状を有している。筐体６０は、底板６２、底板６２における対向する２辺に立設した側壁６４および側壁６６を備えている。底板６２、側壁６４および側壁６６は、電磁波を透過させる材料で形成されてよい。

送電コイル１６およびセンサコイル２８は、平坦に周回する導線によって形成されている。送電コイル１６は、その開口面が側壁６４の壁面に沿った方向に広がる姿勢で、側壁６４に埋め込まれている。送電コイル１６は、側壁６４の内側の壁面または外側の壁面に固定されていてもよい。センサコイル２８は、その開口面が側壁６６の壁面に沿った方向に広がる姿勢で、側壁６６に埋め込まれている。センサコイル２８は、側壁６６の内側の壁面または外側の壁面に固定されていてもよい。このような構成によって、送電コイル１６およびセンサコイル２８は、開口面が対向するように配置される。

受電装置３４のバッテリ４６を充電する際には、受電装置３４は筐体６０の内部に配置される。すなわち、受電コイル３８が送電コイル１６とセンサコイル２８との間に挟まれ、受電コイル３８の開口面が、送電コイル１６およびセンサコイル２８のそれぞれの開口面と対向するように受電装置３４が配置される。

図５には、応用実施形態に係る非接触給電システム４が示されている。非接触給電システム４は、図１に示された非接触給電システム１におけるセンサ受電部２２およびセンサ共振回路３２から構成されるセンサ部を２つ備えたものである。一方のセンサ部Ａを構成する各構成要素の符号には「−１」を付し、他方のセンサ部Ｂを構成する各構成要素の符号には「−２」を付していずれのセンサ部に属する構成要素であるかを区別する。

センサコイル２８−１、送電コイル１６およびセンサコイル２８−２のそれぞれは、平坦に周回する導線によって形成されている。センサコイル２８−１および２８−２は、開口面が対向する姿勢で配置され、センサコイル２８−１および２８−２の間に送電コイル１６が配置される。すなわち、送電コイル１６は、２つのセンサコイル１８−１および１８−２に挟まれる位置に、２つのセンサコイル２８−１および２８−２のそれぞれの開口面に自らの開口面が対向する姿勢で配置されている。

送電コイル１６およびセンサコイル２８−１の間に受電コイル３８−１が挟まれ、受電コイル３８−１の開口面が、送電コイル１６およびセンサコイル２８−１のそれぞれの開口面と対向するように、受電コイル３８−１を備える受電装置が配置されてよい。また、送電コイル１６およびセンサコイル２８−２の間に受電コイル３８−２が挟まれ、受電コイル３８−２の開口面が、送電コイル１６およびセンサコイル２８−２のそれぞれの開口面と対向するように、受電コイル３８−２を備える受電装置が配置されてよい。ただし、図５には、各受電装置の構成要素のうち、受電コイル３８−１および３８−２のみが示されている。本実施形態では、送電コイル１６−１を備える受電装置および送電コイル１６−２を備える受電装置のうち、少なくとも一方に対する非接触給電が行われてよい。

非接触給電システム４における充電制御および同調給電処理では、図２および図３に示されるフローチャートに基づいて、次のような処理が実行される。すなわち、ステップＳ１０２およびステップＳ２０６では、センサＡによるセンサ電力およびセンサＢによるセンサ電力のうち、少なくとも一方のセンサ電力に変化があったか否かが判定される。また、ステップＳ２０１における静電容量の制御は、可変容量コンデンサ３０−１および３０−２のうち少なくとも一方に対して行われてよい。

ステップＳ１０４〜Ｓ１０６に基づく連続送電は、制御部５０が、非接触給電の対象として特定した１つの受電装置との間で行われる。すなわち、制御部５０は、制御通信器５２によって１つまたは複数の受信装置との間で無線通信を行い、非接触給電の対象として１つの受信装置を特定し、その特定された受電装置に対して、Ｓ１０４〜Ｓ１０６に基づく連続送電を実行する。同様に、同調給電処理におけるステップＳ２０２〜Ｓ２０４、およびステップＳ２０７〜Ｓ２０９は、制御部５０が、非接触給電の対象として特定した１つの受電装置との間で行われる。

図６には 送電コイル１６、センサコイル２８−１およびセンサコイル２８−２が配置されるコイル配置構造５が模式的に示されている。コイル配置構造５は、筐体７０、送電コイル１６、センサコイル２８−１およびセンサコイル２８−２を備えている。筐体７０は、上方が開放された直方体の箱の形状を有している。筐体７０は、底板７２、底板７２における対向する２辺に立設した側壁７４および側壁７６、並びに、側壁７４および側壁７６の間に立設し、側壁７４および側壁７６のそれぞれに対向する隔壁７８を備えている。底板７２、側壁７４、側壁７６および隔壁７８は、電磁波を透過させる材料で形成されてよい。

送電コイル１６は、その開口面が隔壁７８の壁面に沿った方向に広がる姿勢で、隔壁７８に埋め込まれている。送電コイル１６は、隔壁７８の両壁面のうちの一方に固定されてもよい。センサコイル２８−１は、その開口面が側壁７４の壁面に沿った方向に広がる姿勢で、側壁７４に埋め込まれている。センサコイル２８−１は、側壁７４の内側の壁面または外側の壁面に固定されてもよい。センサコイル２８−２は、その開口面が側壁７６の壁面に沿った方向に広がる姿勢で、側壁７６に埋め込まれている。センサコイル２８−２は、側壁７６の内側の壁面または外側の壁面に固定されてもよい。

このような構成によって、センサコイル２８−１および２８−２は、開口面が対向する姿勢で配置され、センサコイル２８−１および２８−２の間に送電コイル１６が配置される。すなわち、送電コイル１６は、２つのセンサコイル１８−１および１８−２に挟まれる位置に、２つのセンサコイル２８−１および２８−２のそれぞれの開口面に自らの開口面が対向する姿勢で配置される。

受電装置のバッテリ４６を充電する際には、受電装置は筐体７０の内部に配置される。すなわち、受電コイル３８−１が送電コイル１６とセンサコイル２８−１との間に挟まれ、受電コイル３８−１の開口面が、送電コイル１６およびセンサコイル２８−１のそれぞれの開口面と対向するように受電装置が配置される。あるいは、受電コイル３８−２が送電コイル１６とセンサコイル２８−２との間に挟まれ、受電コイル３８−２の開口面が、送電コイル１６およびセンサコイル２８−２のそれぞれの開口面と対向するように受電装置が配置される。

本実施形態に係る非接触給電システム４によれば、送電共振回路２０、各受電装置における受電共振回路、センサ共振回路３２−１およびセンサ共振回路３２−２の共鳴状態が調整され、非接触給電装置２から各受電装置３４に伝送される電力が調整される。これによって、非接触給電装置２から各受電装置に安定した電力が供給される。

図７には、センサ受電部２２に用いられる可変容量コンデンサ３０の構成例が示されている。可変容量コンデンサ３０は、Ｎ個のスイッチ付きコンデンサＳＣ１〜ＳＣＮを備えている。各スイッチ付きコンデンサＳＣｉは、直列接続されたスイッチＳｉおよびコンデンサＣｉを備えている。ただし、ｉは１〜Ｎのうちのいずれかの整数である。スイッチ付きコンデンサＳＣ１〜ＳＣＮは並列接続されている。

コンデンサＣ１〜ＣＮの各静電容量は、異なっていてもよいし同一であってもよい。制御部５０は、スイッチＳ１〜ＳＮのうちオンにするものを変更することで、スイッチ付きコンデンサＳＣ１〜ＳＣＮの合成容量、すなわち可変容量コンデンサ３０の静電容量を変化させる。

上記では、同調回路としての可変容量コンデンサ３０がセンサコイル２８に直列に接続された実施形態について説明した。可変容量コンデンサ３０は、センサコイル２８に対して並列に接続されてもよい。この場合センサコイル２８の両端は、センサ回路２４に接続される。また、上記では送電結合コンデンサ１８が送電コイル１６に直列に接続され、受電結合コンデンサ４０が受電コイル３８に直列に接続された実施形態について説明した。送電結合コンデンサ１８は、送電コイル１６に対して並列に接続されてもよい。この場合送電コイル１６の両端は、送電回路１２に接続される。同様に、受電結合コンデンサ４０は、受電コイル３８に対して並列に接続されてもよい。この場合受電コイル３８の両端は、受電回路３６に接続される。

１，４ 非接触給電システム、２ 非接触給電装置、３，５ コイル配置構造、１０ 送電部、１２ 送電回路、１４ 送信電力モニタ、１６ 送電コイル、１８ 送電結合コンデンサ、２０ 送電共振回路、２２ センサ受電部、２４ センサ回路、２６ センサ電力モニタ、２８，２８−１，２８−２ センサコイル、３０，３０−１，３０−２ 可変容量コンデンサ、３２，３２−１，３２−２ センサ共振回路、３４ 受電装置、３６ 受電回路、３８ 受電コイル、４０ 受電結合コンデンサ、４２ 受電共振回路、４６ バッテリ、４８ 受電通信器、５０ 制御部、５２ 制御通信器、６０，７０ 筐体、６２，７２ 底板、６４，６６，７４，７６ 側壁、７８ 隔壁、ＳＣ１〜ＳＣＮ スイッチ付きコンデンサ、Ｓ１〜ＳＮ スイッチ、Ｃ１〜ＣＮ コンデンサ。

Claims (8)

1. 送電コイルと、
   センサコイルと、
   前記センサコイルに接続された同調回路と、
   前記送電コイルに送信電力を出力する送電部と、
   前記センサコイルからセンサ電力を取得するセンサ受電部と、
   前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、前記同調回路を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置において、
   前記同調回路は、
   可変容量コンデンサを備え、
   前記制御部は、前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、前記可変容量コンデンサの容量を制御することを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置において、
   前記送電コイルおよび前記センサコイルは、平坦に周回する導線によって形成されており、
   前記送電コイルは、前記センサコイルの開口面に、自らの開口面が対向する姿勢で配置されていることを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置において、
   複数の前記センサコイルと、
   複数の前記センサコイルのそれぞれに接続された前記同調回路と、を備え、
   前記センサ受電部は、各前記センサコイルからセンサ電力を取得し、
   前記制御部は、
   各前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、各前記同調回路を制御することを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項４に記載の非接触給電装置において、
   前記送電コイルおよび複数の前記センサコイルのそれぞれは、平坦に周回する導線によって形成されており、
   前記送電コイルは、複数の前記センサコイルのうちの２つであって、開口面が対向するように配置された２つに挟まれる位置に、それら２つの前記センサコイルのそれぞれの開口面に、自らの開口面が対向する姿勢で配置されていることを特徴とする非接触給電装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の非接触給電装置において、
   ２つの前記センサコイルと、
   ２つの前記センサコイルのそれぞれに接続された前記同調回路と、を備え、
   前記送電コイルおよび２つの前記センサコイルのそれぞれは、平坦に周回する導線によって形成され、それぞれの開口面が対向するように配置されており、
   前記送電コイルは、これら２つの前記センサコイルに挟まれる位置に、２つの前記センサコイルのそれぞれの開口面に自らの開口面が対向する姿勢で配置されており、
   前記センサ受電部は、各前記センサコイルからセンサ電力を取得し、
   前記制御部は、
   各前記センサ受電部が取得したセンサ電力に基づいて、各前記同調回路を制御することを特徴とする非接触給電装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の非接触給電装置において、
   前記送電部は、前記送電コイルに間欠的に送信電力を出力する間欠送電、または、前記送電コイルに連続的に送信電力を出力する連続送電のいずれかの送電を行い、
   前記センサ受電部が取得したセンサ電力に応じて、前記間欠送電を行う状態から前記連続送電を行う状態に動作状態が切り換わり、あるいは、前記連続送信を行う状態から前記間欠送電を行う状態に動作状態が切り換わることを特徴とする非接触給電装置。
8. 請求項７に記載の非接触給電装置において、
   前記制御部は、
   受電装置から送信された給電要求情報を受信する制御受信器を備え、
   前記送電部は、
   前記間欠送電を行う状態から前記連続送電を行う状態に動作状態が切り換わった後、所定時間が経過するまでの間に前記給電要求情報が受信されなかったときに、前記連続送電を行う状態から前記間欠送電を行う状態に動作状態が切り換わることを特徴とする非接触給電装置。
   

Images