JP5351499B2

JP5351499B2 - 非接触型電力伝送システム

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Publication number: JP5351499B2
Application number: JP2008303338A
Authority: JP
Inventors: 雅城堀内
Original assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Nagano Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010130800A

Description

本発明は、電磁誘導を利用して送電装置から受電装置へ電力を伝送する非接触型電力伝送システムに関するものである。

この種の非接触型電力伝送システムとして、下記特許文献１に開示されたデータキャリアシステムで利用されている非接触型電力伝送システムが知られている。このデータキャリアシステムは、応答器と、応答器へ電力を供給するために高周波の搬送波を送信すると共に応答器との間でデータを送受信する質問器とを備えている。また、質問器には、質問器を制御するための制御手段と、質問器のアンテナから送信された電力の強さをモニタするためのモニタ手段と、質問器のアンテナと送信回路とのインピーダンス整合を行うための整合手段と、整合手段に配置された複数のコンデンサを連続的な合成容量として指示させるための変換テーブル手段とが設けられている。この非接触型電力伝送システムによれば、アンテナから送信された電力の強度をモニタ手段によってモニタしつつ、これを基にして制御手段が整合手段のコンデンサ合成容量を加減して最も大きな電力が得られる点に整合させることができるため、アンテナの製造上のバラツキ、経年変化および湿度温度の変化などに対しても自動的に最適な整合状態に移行させることが可能となっている。
特開平１０−３０３７９０号公報（第２−４頁、第１図）

ところが、上記したデータキャリアシステムで利用されている従来の非接触型電力伝送システムには、以下の改善すべき課題が存在している。すなわち、この非接触型電力伝送システムでは、質問器と応答器との間の距離や、応答器に対する質問器のアンテナの向きによってさまざまに変化する質問器側でのアンテナのインピーダンスに対しては、質問器に設けた整合手段のコンデンサ合成容量を加減することにより、送信回路のインピーダンスと整合させて、効率のよい電力の送信を可能としている。

しかしながら、本願発明者が上記した従来の非接触型電力伝送システムについて鋭意研究を行ったところ、応答器側にはインピーダンス整合を任意に実行可能な整合手段が設けられていないため、応答器側ではアンテナと整流平滑回路との整合状態を変更できないことに起因して、良好に電力伝送できる質問器と応答器との間の距離の範囲に制限があるという解決すべき課題が存在していることを見出した。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる距離の範囲を広げ得る非接触型電力伝送システムを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の非接触型電力伝送システムは、交流信号を発生する信号発生部、および前記交流信号の供給を受けて電磁場を発生させる送信アンテナを有する送電装置と、前記電磁場によって誘導電圧を発生する受信アンテナ、および当該誘導電圧に基づいて負荷に供給する電圧を生成する電圧生成部を有する受電装置とを備えた非接触型電力伝送システムであって、前記送電装置は、前記信号発生部と前記送信アンテナとの間に配設された第１整合部を備え、前記受電装置は、前記受信アンテナと前記電圧生成部との間に配設された第２整合部と、前記電圧生成部から前記負荷に供給される電力値を計測する電力計測部とを備え、前記第１整合部を制御して前記信号発生部と前記送信アンテナとを整合させる第１処理と、前記第２整合部を制御して前記受信アンテナと前記電圧生成部とを整合させる第２処理とを実行する処理部を備え、前記信号発生部は、前記交流信号の出力電力値を制御可能に構成され、前記処理部は、前記信号発生部での前記出力電力値を規定電力値未満に規定した状態において前記第１処理および前記第２処理を実行し、当該各処理の完了後において、前記出力電力値に対する前記電力計測部によって計測される前記電力値の比率が所定値以上のときに、当該信号発生部での当該出力電力値を当該規定電力値に規定する電力制御処理を実行する。

また、請求項２記載の非接触型電力伝送システムは、請求項１記載の非接触型電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記送信アンテナからの反射波電力値を計測する反射電力計測部を備え、前記処理部は、前記第１処理において、前記反射波電力値が予め規定されたしきい値以下または最小となるように前記第１整合部を制御する。

また、請求項３記載の非接触型電力伝送システムは、請求項１または２記載の非接触型電力伝送システムにおいて、前記処理部は、前記送電装置に配設されて前記第１処理を実行すると共に前記第１整合部の整合状態に関する第１情報を出力する第１処理部と、前記受電装置に配設されて前記第１情報を入力すると共に当該入力した第１情報に基づいて前記第２処理を実行する第２処理部とを備えている。

請求項１記載の非接触型電力伝送システムでは、送電装置の信号発生部と送信アンテナとの間に第１整合部が配設されると共に、受電装置の受信アンテナと電圧生成部との間に第２整合部が配設され、処理部が、例えば受電装置の存在を検出したときに、第１整合部を制御して信号発生部と送信アンテナとを整合状態に移行させると共に、第２整合部を制御して受信アンテナと電圧生成部との整合状態に移行させる。したがって、この電力伝送システムによれば、送電装置に対して受電装置が様々な距離に配置されたとしても、送電装置だけでなく、受電装置についても、常に送電装置および受電装置間の距離の長短に応じた整合状態に移行させることができ、この結果、電力伝送を伝送効率のよい状態で行うことができる。このため、この電力伝送システムによれば、電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる送電装置と受電装置との間の距離の範囲を広げることができる。
また、この非接触型電力伝送システムでは、信号発生部が交流信号の出力電力値を制御可能に構成され、処理部が、交流信号の出力電力値を規定電力値未満の電力値にした状態で送電装置および受電装置の双方を不整合状態から整合状態に移行させ、整合状態に移行させた後に、交流信号の出力電力値を規定電力値に規定する電力制御処理を実行して、規定電力値での電力伝送を開始する。したがって、この電力伝送システムによれば、電力の伝達効率が低下する不整合状態において、交流信号の出力電力を小さく規定しているため、交流信号の出力電力値を規定電力値とした状態で整合状態に移行させる構成とは異なり、電力伝送システムでの消費電力を大幅に低減することができる。
また、この非接触型電力伝送システムでは、受電装置が負荷に供給される電力値を計測する電力計測部を備え、処理部が、信号発生部から出力される交流信号の電力値に対する負荷への電力値の比率が所定値以上のときに、規定電力値での交流信号の電力伝送を実行する。したがって、この電力伝送システムによれば、送電装置および受電装置が整合状態に移行した場合であっても、何らかの原因で実際の電力の上記比率が低下しているときには、規定電力値での電力伝送の実行を回避することができ、電力伝送システムでの電力ロスの発生を防止することができる。

請求項２記載の非接触型電力伝送システムによれば、送電装置が送信アンテナからの反射波電力値を計測する反射電力計測部を備え、処理部が、この反射波電力値がしきい値以下または最小となるように第１整合部を制御するため、信号発生部と送信アンテナとを確実かつ短時間で整合状態に移行させることができる。また、処理部が反射電力計測部で計測された反射波電力値が最小となるように第１整合部を整合させる構成では、整合状態への移行に要する時間が長くなるものの、最も良好な整合状態に移行させることができる。

請求項３記載の非接触型電力伝送システムでは、第１整合部に対する制御を実行すると共に、第１整合部における整合状態に関する第１情報を受電装置に出力させる第１処理部を送電装置に配設すると共に、送電装置からの第１情報を受信して、この第１情報に基づいて受電装置内の第２整合部に対する制御を実行する第２処理部を受電装置に配設したことにより、送電装置と受電装置とが物理的に切り離される構成においても、電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる送電装置と受電装置との間の距離の範囲を広げることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る非接触型電力伝送システムの最良の形態について説明する。

図１に示す非接触型電力伝送システム（以下、単に「電力伝送システム」ともいう）１は、一例として送電装置２および受電装置３を備え、受電装置３が送電装置２から非接触で電力を受電すると共に、受電した電力を負荷（本例では、一例としてバッテリ）４に対して出力可能に構成されている。

送電装置２は、信号発生部１１、送信アンテナ１２、第１整合部１３、反射電力計測部１４、第１処理部１５および第１通信部１６を備えて構成されている。信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を発生して出力する。また、信号発生部１１は、第１処理部１５によって制御されて、交流信号Ｓ１の出力電力値を変更可能に構成されている。具体的には、信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａで出力する状態、および交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａ未満の電力値Ｗ１ｂで出力する状態のうちの任意の一方の状態で動作可能となっている。また、信号発生部１１は、出力している交流信号Ｓ１の出力電力値Ｗ１（規定電力値Ｗ１ａと電力値Ｗ１ｂとを特に区別しないときには「電力値Ｗ１」ともいう）を出力電力情報として第１処理部１５に出力する機能を備えている。

送信アンテナ１２は、一例としてコイル形状（つるまきバネ形状や平面コイル形状）に形成されている。また、送信アンテナ１２は、受電装置３に配設された後述の受信アンテナ２１と電磁結合する。第１整合部１３は、信号発生部１１と送信アンテナ１２との間に配設されて（具体的には、信号発生部１１と送信アンテナ１２とを接続する伝送路に介装されて）、受信アンテナ２１との間の距離に応じて変化する送信アンテナ１２のインピーダンス（入力インピーダンス）に信号発生部１１側のインピーダンスを整合させる（信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合状態に移行させる）。本例では、一例として、第１整合部１３は、図３に示すように、送信アンテナ１２に対して並列に接続された可変コンデンサ１３ａと、送信アンテナ１２に対して直列（具体的には、送信アンテナ１２および可変コンデンサ１３ａからなる並列回路に対して直列）に接続された可変コンデンサ１３ｂとを備えて構成されている。また、第１整合部１３は、可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量が第１処理部１５から出力される制御信号Ｓ２によって別個独立して制御されることにより、送信アンテナ１２（詳しくは、信号発生部１１側から見た送信アンテナ１２の入力インピーダンス）と信号発生部１１（詳しくは、送信アンテナ１２側から見た信号発生部１１側の出力インピーダンス）とを整合可能となっている。反射電力計測部１４は、信号発生部１１と第１整合部１３との間に配設されて（具体的には、信号発生部１１と第１整合部１３とを接続する伝送路に介装されて）、信号発生部１１から送信アンテナ１２に出力された交流信号Ｓ１のうちの送信アンテナ１２で反射されて信号発生部１１側に戻る交流信号Ｓ１の電力値（反射波電力値）Ｗ２を計測して反射電力情報として第１処理部１５に出力する。

第１処理部１５は、一例としてＣＰＵおよび内部メモリ（いずれも図示せず）を含んで構成されて、信号発生部１１に対する制御処理、第１整合部１３を制御して信号発生部１１（具体的には反射電力計測部１４および信号発生器１１）と送信アンテナ１２との間を上記の整合状態に移行させる制御処理（本発明における第１処理）、この整合状態における第１整合部１３のパラメータ情報（本発明における第１情報であって、本例では、各可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの静電容量値に関する情報）Ｄ１を第１通信部１６を経由して受電装置３に送信する送信処理、および受電装置３の電力計測部２４で計測された後述の電力値Ｗ３を第１通信部１６を経由して受信する受信処理を実行する。第１通信部１６は、一例として無線送受信器で構成されて、受電装置３の後述する第２通信部２６と通信可能に構成されている。また、第１通信部１６は、受電装置３の無線信号についての受信強度Ｄ２を検出して受信強度情報として第１処理部に出力する機能を備えている。

受電装置３は、受信アンテナ２１、第２整合部２２、整流部２３、電力計測部２４、第２処理部２５および第２通信部２６を備えて構成されている。受信アンテナ２１は、一例として送信アンテナ１２と同一のコイル形状に形成されて、送信アンテナ１２と同一のインダクタンスを有している。また、受信アンテナ２１は、送電装置２の送信アンテナ１２と電磁結合して（つまり、送信アンテナ１２によって発生させられた電磁場により）、その両端間に誘導電圧Ｖ１を発生させる。第２整合部２２は、受信アンテナ２１と整流部２３との間に配設されて（具体的には、受信アンテナ２１と整流部２３とを接続する伝送路に介装されて）、送信アンテナ１２との間の距離に応じて変化する受信アンテナ２１のインピーダンス（出力インピーダンス）と整流部２３側のインピーダンスとを整合させる（受信アンテナ２１と整流部２３とを整合状態に移行させる）。本例では、一例として、第２整合部２２は、図４に示すように、受信アンテナ２１に対して並列に接続された可変コンデンサ２２ａと、受信アンテナ２１に対して直列（すなわち、受信アンテナ２１および可変コンデンサ２２ａからなる並列回路に対して直列）に接続された可変コンデンサ２２ｂとを備え、第１整合部１３と同一の回路に構成されている。また、第２整合部２２は、可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量が第２処理部２５から出力される制御信号Ｓ３によって別個独立して制御されることにより、受信アンテナ２１（詳しくは、整流部２３側から見た受信アンテナ２１の出力インピーダンス）と整流部２３（詳しくは、受信アンテナ２１側から見た整流部２３の入力インピーダンス）とを整合可能となっている。

整流部２３は、本発明における電圧生成部の一例であって、受信アンテナ２１に生じる誘導電圧Ｖ１を第２整合部２２を介して入力すると共に、この誘導電圧Ｖ１に基づいて、バッテリ４に供給する電圧（本例では直流電圧）Ｖｏを生成する。具体的には、整流部２３は、整流回路および平滑回路で構成されて、第２整合部２２から出力される誘導電圧（交流電圧）Ｖ１を整流・平滑して電圧Ｖｏを生成すると共に、生成した電圧Ｖｏをバッテリ４に出力する。また、本例では、一例として、受電装置３内の各構成要素は、この電圧Ｖｏを整流部２３から供給されて作動する。なお、整流部２３から供給された電圧Ｖｏを充電するバッテリを備え（図示せず）、このバッテリの電圧で受電装置３内の各構成要素を作動させてもよい。また、整流部２３に代えて、電圧生成部を、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ、またはＡＣ−ＡＣコンバータで構成することもできる。

電力計測部２４は、整流部２３とバッテリ４とを接続する伝送路に介装されて、受電装置３からバッテリ４に供給されている電圧Ｖｏの電力値Ｗ３を計測して供給電力情報として第２処理部に出力する。第２処理部２５は、一例としてＣＰＵおよび内部メモリ（いずれも図示せず）を含んで構成されて、送電装置２からパラメータ情報Ｄ１を受信する受信処理、このパラメータ情報Ｄ１に基づいて第２整合部２２を制御して受信アンテナ２１とバッテリ４（具体的には整流部２３およびバッテリ４）とを上記の整合状態に移行させる制御処理（本発明における第２処理）、および電力計測部２４で計測された電力値Ｗ３を第２通信部２６を経由して送電装置２に送信する送信処理を実行する。第２通信部２６は、一例として無線送受信器で構成されて、送電装置２の第１通信部１６と通信可能に構成されている。また、第２通信部２６は、送電装置２に受電装置３の存在を検出させるために、無線信号を定期的に出力する。

次に、電力伝送システム１の動作について説明する。一例として、送電装置２が所定位置に予め配設された状態において、バッテリ４に接続された受電装置３をバッテリ４と共に送電装置２の近傍に移動させて、バッテリ４を充電する例を挙げて説明する。

電力伝送システム１は、図２に示す電力伝送処理５０を繰り返し実行する。この電力伝送処理５０では、送電装置２の第１処理部１５が、まず、受電装置３を検出する処理を実行する（ステップ５１）。具体的には、送電装置２では、第１通信部１６が、受電装置３の第２通信部２６から出力される無線信号による受信強度Ｄ２を繰り返し検出して出力する。このため、この処理では、第１処理部１５は、この受信強度Ｄ２が予め規定された基準強度に達したか否かを判別することにより、受電装置３の存在を検出する。

上記処理において受電装置３の存在を検出したとき（つまり、受信強度Ｄ２が基準強度に達したとき）には、第１処理部１５は、小電力での送電を開始する（ステップ５２）。具体的には、第１処理部１５は、信号発生部１１に対する制御を実行して、交流信号Ｓ１を電力値Ｗ１ｂで出力させる。これにより、信号発生部１１から出力された交流信号Ｓ１が、反射電力計測部１４および第１整合部１３を経由して送信アンテナ１２に供給されて、小電力での送電が開始される。また、反射電力計測部１４は、反射波電力値Ｗ２を計測して出力する。

一方、受電装置３では、送信アンテナ１２と電磁結合する受信アンテナ２１に誘導電圧Ｖ１が発生し、整流部２３が、第２整合部２２を介して出力されるこの誘導電圧Ｖ１を整流して電圧Ｖｏを生成する。これにより、バッテリ４に対する電圧Ｖｏの供給が開始されると共に、受電装置３内の電力計測部２４、第２処理部２５および第２通信部２６がこの電圧Ｖｏの供給を受けて作動を開始する。具体的には、電力計測部２４は、整流部２３からバッテリ４に供給される電圧Ｖｏについての電力値Ｗ３の計測および第２処理部２５への出力を開始する。また、第２通信部２６は、送電装置２の第１通信部１６との通信を開始する。

次いで、第１処理部１５は、反射電力計測部１４から出力される反射波電力値Ｗ２を取得し（ステップ５３）、反射波電力値Ｗ２が予め規定されたしきい値以下であるか否かを判別する（ステップ５４）。この比較の結果、反射波電力値Ｗ２がしきい値以下でないときには、第１処理部１５は、整合処理を実行する（ステップ５５）。また、第１処理部１５による送電装置２での整合処理と同時に、第２処理部２５も受電装置３において整合処理を実行する。

具体的には、この整合処理では、送電装置２において、第１処理部１５が、第１整合部１３に対して制御信号Ｓ２を出力して、反射波電力値Ｗ２が減少するように第１整合部１３の可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量を変更する処理を実行する。次いで、第１処理部１５は、パラメータ情報Ｄ１（可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量）を第１通信部１６を経由して受電装置３に送信する送信処理を実行する。一方、受電装置３では、第２通信部２６が、このパラメータ情報Ｄ１を受信して、第２処理部２５に出力する。また、第２処理部２５は、このパラメータ情報Ｄ１で示される可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量に基づいて、第２整合部２２内の対応する可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量を制御する処理を実行する。本例では、一例として、第２処理部２５は、可変コンデンサ２２ａの静電容量を可変コンデンサ１３ａの静電容量に一致させ、かつ可変コンデンサ２２ｂの静電容量を可変コンデンサ１３ｂの静電容量に一致させるように可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量を制御する。

第１処理部１５は、上記の各ステップ５３，５４，５５を反射波電力値Ｗ２がしきい値以下となるまで繰り返し実行する。また、受電装置３では、第２処理部２５が、送電装置２からの新たなパラメータ情報Ｄ１を取得する都度、可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量を上記したように繰り返し制御する。

この結果、ステップ５４において、反射波電力値Ｗ２がしきい値以下となったときには、第１処理部１５は、第１整合部１３による送信アンテナ１２と反射電力計測部１４との整合が完了したと判別して、送電・受電電力測定処理を実行する（ステップ５６）。この場合、第１整合部１３による送信アンテナ１２と反射電力計測部１４との整合が完了したときには、受信アンテナ２１が送信アンテナ１２と同一に構成されると共に、第２整合部２２が第１整合部１３と同一に構成され、かつ第２整合部２２の各可変コンデンサ２２ａ，２２ｂが第１整合部１３の対応する各可変コンデンサ１３ａ，１３ｂと同一の静電容量に制御されるため、受電装置３においても、受信アンテナ２１と整流部２３との整合が完了した状態となる。なお、本例では、一例として、反射波電力値Ｗ２がしきい値以下となったときに、第１処理部１５が第１整合部１３による送信アンテナ１２と信号発生部１１との整合が完了したと判別する構成を採用して、整合状態への移行時間の短縮を図っているが、反射波電力値Ｗ２が最小となったときに、第１処理部１５が第１整合部１３による送信アンテナ１２と信号発生部１１との整合が完了したと判別する構成を採用することもできる。

この送電・受電電力測定処理では、第１処理部１５は、まず、信号発生部１１から交流信号Ｓ１の電力値Ｗ１ｂを取得して、内部メモリに記憶する。次いで、第１処理部１５は、受電装置３の第２処理部２５に対して電力計測部２４で計測された電力値Ｗ３を第２通信部２６を介して送信させる。続いて、第１処理部１５は、第１通信部１６を介して電力値Ｗ３を取得して、内部メモリに記憶する。これにより、送電・受電電力測定処理が完了する。なお、受電装置３の第２処理部２５が、電力計測部２４からの電力値Ｗ３の取得と、第２通信部２６からの電力値Ｗ３の送信とを繰り返し実行する構成を採用してもよい。この構成では、第１処理部１５は、受電装置３から送信されてくる電力値Ｗ３を第１通信部１６を介して受信すればよいため、第１処理部１５が第２処理部２５に対して電力値Ｗ３を送信させる処理は不要となる。

続いて、第１処理部１５は、内部メモリに記憶されている各電力値Ｗ１ｂ，Ｗ３に基づいて、伝達効率（本発明における比率）Ａ（＝Ｗ３／Ｗ１ｂ）を算出して、予め決められた所定値以上であるか否かを判別する（ステップ５７）。この判別の結果、伝達効率Ａが所定値未満のときには、第１処理部１５は、送信アンテナ１２と受信アンテナ２１との電磁的な結合状態が電力伝送には適さない状態にあると判別して、信号発生部１１に対する制御を実行して、電力値Ｗ１ｂでの交流信号Ｓ１の出力を停止させて（ステップ５８）、電力伝送処理を終了させる。これにより、非効率な電力伝送が回避される。

一方、伝達効率Ａが所定値以上と判別したときには、第１処理部１５は、送信アンテナ１２と受信アンテナ２１との電磁的な結合状態が電力伝送に適した状態にあると判別して、大電力での送電を開始させる（ステップ５９）。これにより、効率の良い電力伝送が可能な状態において、大電力での送電が開始される。具体的には、第１処理部１５は、信号発生部１１に対する制御（本発明における電力制御処理）を実行して、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａで出力させる。これにより、送電装置２から受電装置３に対して、規定の電力が供給されて、受電装置３に接続されたバッテリ４が電圧Ｖｏで充電される。また、第１処理部１５は、この大電力での送電の実行中に、予め規定された停止条件が満たされたか否かを判別して（ステップ６０）、この停止条件が満たされたと判別したときには、信号発生部１１に対する制御を実行して、交流信号Ｓ１の出力を停止させる（ステップ６１）。これにより、電力伝送システム１での電力伝送処理が完了する。この場合、停止条件としては、例えば、第１処理部１５への電力伝送処理の強制停止信号の入力や、バッテリ４の充電が完了した旨の信号の入力などが挙げられる。

このように、この電力伝送システム１では、送電装置２の信号発生部１１と送信アンテナ１２との間に第１整合部１３が配設されると共に、受電装置３の受信アンテナ２１と整流部２３との間に第２整合部２２が配設され、受電装置３の存在を検出したときに、第１整合部１３を制御して信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合状態に移行させると共に、第２整合部２２を制御して受信アンテナ２１と整流部２３との整合状態に移行させる。したがって、この電力伝送システム１によれば、送電装置２に対して受電装置３が様々な距離に配置されたとしても、送電装置２だけでなく、受電装置３についても、常に各装置２，３間の距離の長短に応じた整合状態に移行させることができ、この結果、規定電力値Ｗ１ａでの電力伝送を伝送効率Ａのよい状態で行うことができる。このため、この電力伝送システム１によれば、電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる送電装置２と受電装置３との間の距離の範囲を広げることができる。

図５に、送電装置２と受電装置３との間の距離を変えて、送信アンテナ１２と受信アンテナ２１との結合係数ｋを変化させたときの、結合係数ｋ毎の（距離毎の）伝達効率Ａを測定した測定結果とシミュレーションで算出した算出結果とについて、本願発明（電力伝送システム１）と、２つの比較例１，２とを対比して示す。ここで、比較例１は、一例として、受電装置３側が結合係数ｋ＝０．２において整合状態となる構成とし、送電装置２および受電装置３間の距離を変えつつ、送電装置２の第１整合部１３のみを制御して、送電装置２側のみを整合状態に移行させる電力伝送システムである。また、比較例２は、一例として、受電装置３側が結合係数ｋ＝０．０２において整合状態となる構成とし、送電装置２および受電装置３間の距離を変えつつ、送電装置２の第１整合部１３のみを制御して、送電装置２側のみを整合状態に移行させる電力伝送システムである。

図５に示すシミュレーション結果によれば、比較例１，２共に、送電装置２および受電装置３の双方が整合状態となる結合係数ｋ（距離）のときには、本願発明と同じ伝達効率Ａを確保することが可能であるが、それ以外の結合係数ｋ（距離）では、いずれの場合においても、本願発明の伝達効率には及ばないことが理解される。一方、本願発明についての測定結果によれば、送電装置２に対して受電装置３を様々な距離に配置したとしても、送電装置２にだけ整合部を配置して送電装置２内でのみ整合状態に移行させる構成とは異なり、広い範囲の距離において高い伝達効率を確保できることが明らかである。

また、この電力伝送システム１によれば、送電装置２が送信アンテナ１２からの反射波電力値Ｗ２を計測する反射電力計測部１４を備え、第１処理部１５がこの反射波電力値Ｗ２がしきい値以下となるように第１整合部１３を制御するため、信号発生部１１と送信アンテナ１２とを確実かつ短時間で整合状態に移行させることができる。また、第１処理部１５が反射電力計測部１４で計測された反射波電力値Ｗ２が最小となるように第１整合部１３を整合させる構成では、整合状態への移行に要する時間が長くなるものの、最も良好な整合状態に移行させることができる。

また、この電力伝送システム１では、信号発生部１１が交流信号Ｓ１の出力電力値を制御可能に構成され、第１処理部１５は、交流信号Ｓ１の出力電力値を規定電力値Ｗ１ａ未満の電力値Ｗ１ｂにした状態で送電装置２および受電装置３の双方を不整合状態から整合状態に移行させ、整合状態に移行させた後に、交流信号Ｓ１の出力電力値を規定電力値Ｗ１ａに規定する電力制御処理を実行して、規定電力値Ｗ１ａでの電力伝送を開始する。したがって、この電力伝送システム１によれば、電力の伝達効率が低下する不整合状態において、交流信号Ｓ１の出力電力を小さく規定しているため、交流信号Ｓ１の出力電力値を規定電力値Ｗ１ａとした状態で整合状態に移行させる構成とは異なり、電力伝送システム１での消費電力を大幅に低減することができる。

また、この電力伝送システム１では、受電装置３がバッテリ４に供給される電力値Ｗ３を計測する電力計測部２４を備え、送電装置２の第１処理部１５は、信号発生部１１から出力される交流信号Ｓ１の電力値Ｗ１に対する電力値Ｗ３の比率（伝送効率Ａ）が所定値以上のときに、規定電力値Ｗ１ａでの交流信号Ｓ１の電力伝送を実行する。したがって、この電力伝送システム１によれば、送電装置２および受電装置３が整合状態に移行した場合であっても、何らかの原因で実際の電力の伝達効率Ａが低下しているときには、規定電力値Ｗ１ａでの電力伝送の実行を回避することができ、電力伝送システム１での電力ロスの発生を防止することができる。

また、この電力伝送システム１では、第１整合部１３に対する制御を実行すると共に、第１整合部１３における整合状態に関する第１情報を受電装置３に出力させる第１処理部１５を送電装置２に配設すると共に、送電装置２からの第１情報を受信して、この第１情報に基づいて受電装置３内の第２整合部２２に対する制御を実行する第２処理部２５を受電装置３に配設したことにより、送電装置２と受電装置３とが物理的に切り離される構成においても、電力の伝送効率の低下を最小限に抑えつつ、良好に電力伝送できる送電装置２と受電装置３との間の距離の範囲を広げることができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、受電装置３とバッテリ４とが別体に構成された例を挙げて説明したが、受電装置３にバッテリ４が内蔵されている構成にも適用できるのは勿論である。また、各第１通信部１６，２６が無線で通信する構成を例に挙げて説明したが、無線以外の非接触型の通信方式（光などを利用した通信方式）を採用することもできる。

また、各整合部１３，２２については、アンテナに１つのコンデンサを直列に接続し、アンテナとこのコンデンサの直列回路に対してもう一つのコンデンサを並列に接続して構成することもできる。また、３つ以上のコンデンサで構成することもできる。さらには、コンデンサだけではなく、インダクタをコンデンサと併用することもできるなど、整合回路として公知となっている種々の回路を採用することができる。また、インダクタとコンデンサを併用して各整合部を構成する場合において、コイル状に形成されたアンテナにタップを複数設け、アンテナの一部をインダクタとして使用すると共に、このタップを切り替えることで、インダクタのインダクタンスを可変する構成を採用することもできる。

また、送電装置２における送信アンテナ１２および第１整合部１３の構成と、受電装置３における受信アンテナ２１および第２整合部２２の構成とを同一とし、かつ第１整合部１３の可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量に、第２整合部２２の可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量を一致させるという簡単かつ迅速に送電装置２および受電装置３の双方を整合状態に同時に移行させ得る好適な構成を採用した例について上記したが、送電装置２における送信アンテナ１２および第１整合部１３の構成と、受電装置３における受信アンテナ２１および第２整合部２２の構成とを相違させる構成を採用することもできる。この構成においては、一例として、送電装置２および受電装置３のいずれか一方の処理部（例えば、第２処理部２５）の内部メモリに、送電装置２および受電装置３の他方内での整合状態としたときの整合部（この例では第１整合部１３）での整合条件（信号発生部１１と送信アンテナ１２とを整合状態としたときの第１整合部１３のパラメータ情報Ｄ１）に基づいて整合部（この例では第２整合部２２）を制御するための整合条件をデータテーブルとして記憶させることで、双方に対する整合処理を同時に実行させることが可能となる。

また、本発明に係る電力伝送システム１は、非接触で充電を行う様々な電気機器（電気カミソリ、電動歯ブラシ、バッテリ駆動方式の自動車）に適用することができると共に、送電装置２から電力が供給されているときにのみ作動して、この電力の供給が停止したときに作動を停止するバッテリ４を有さない電気機器（例えば、ＲＦＩＤなどのＩＣカード）にも適用できるのは勿論である。このようにバッテリ４を有さない電気機器に電力伝送システム１を適用したときには、これらの電気機器を構成する電気回路が電力伝送システム１の負荷となる。

電力伝送システム１のブロック図である。電力伝送システム１における電力伝送処理の動作を説明するためのフローチャートである。送電装置２における第１整合部１３の回路図である。受電装置３における第２整合部２２の回路図である。送電装置２と受電装置３との間の距離を変えて結合係数ｋを変えたときの各結合係数ｋでの本願発明（電力伝送システム１）の伝達効率の測定結果および各比較例１，２の伝達効率のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１電力伝送システム
２送電装置
３受電装置
４バッテリ
１１信号発生部
１２送信アンテナ
１３第１整合部
１４反射電力計測部
１５第１処理部
２１受信アンテナ
２２第２整合部
２３整流部
２４電力計測部
２５第２処理部
Ｓ１交流信号
Ｖ１誘導電圧
Ｖｏ電圧（負荷に供給する電圧）

Claims

交流信号を発生する信号発生部、および前記交流信号の供給を受けて電磁場を発生させる送信アンテナを有する送電装置と、
前記電磁場によって誘導電圧を発生する受信アンテナ、および当該誘導電圧に基づいて負荷に供給する電圧を生成する電圧生成部を有する受電装置とを備えた非接触型電力伝送システムであって、
前記送電装置は、前記信号発生部と前記送信アンテナとの間に配設された第１整合部を備え、
前記受電装置は、前記受信アンテナと前記電圧生成部との間に配設された第２整合部と、前記電圧生成部から前記負荷に供給される電力値を計測する電力計測部とを備え、
前記第１整合部を制御して前記信号発生部と前記送信アンテナとを整合させる第１処理と、前記第２整合部を制御して前記受信アンテナと前記電圧生成部とを整合させる第２処理とを実行する処理部を備え、
前記信号発生部は、前記交流信号の出力電力値を制御可能に構成され、
前記処理部は、前記信号発生部での前記出力電力値を規定電力値未満に規定した状態において前記第１処理および前記第２処理を実行し、当該各処理の完了後において、前記出力電力値に対する前記電力計測部によって計測される前記電力値の比率が所定値以上のときに、当該信号発生部での当該出力電力値を当該規定電力値に規定する電力制御処理を実行する非接触型電力伝送システム。
前記送電装置は、前記送信アンテナからの反射波電力値を計測する反射電力計測部を備え、
前記処理部は、前記第１処理において、前記反射波電力値が予め規定されたしきい値以下または最小となるように前記第１整合部を制御する請求項１記載の非接触型電力伝送システム。
前記処理部は、前記送電装置に配設されて前記第１処理を実行すると共に前記第１整合部の整合状態に関する第１情報を出力する第１処理部と、前記受電装置に配設されて前記第１情報を入力すると共に当該入力した第１情報に基づいて前記第２処理を実行する第２処理部とを備えている請求項１または２記載の非接触型電力伝送システム。