JP5569182B2 - 非接触送電システム、非接触送電装置、およびインピーダンスの調整方法 - Google Patents
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Description
また、背景技術の特許文献1では実施形態2において、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係がずれた場合に対処する方法として、二次自己共振コイルの容量成分または誘導成分を調整し共振周波数を制御する技術が開示されている。
然しながら、二次自己共振コイルの容量成分または誘導成分を調整し共振周波数を変化させる方法では、二次自己共振コイル自体の固有共振周波数が変化する為、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルとの共振周波数が更に変化することになり、効率的に送電を行うことが極めて困難になる。
機器に搭載され、電磁気的結合により受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電磁気的結合により送電する送電側アンテナと、電源から受ける電力を送電側アンテナから受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、交流電力を送電する伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、伝送線路に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、検出回路により検出される反射特性に基づいて伝送線路のインピーダンスが整合するように整合回路のインピーダンスを調整する制御回路と、整合回路のインピーダンス調整の際、整合回路をバイパスする経路に伝送線路を切り替える切替回路とを備える。また、制御回路は、整合回路がバイパスされた伝送線路について検出回路により検出される反射特性に対する、伝送線路のインピーダンス候補、あるいは該インピーダンス候補の各々に付加して伝送線路をインピーダンス整合する整合回路のインピーダンス候補、を対応付ける対応付部を備える。
整合回路がバイパスされた伝送線路の反射特性に対する、伝送線路のインピーダンス候補、あるいは該インピーダンス候補の各々に付加して伝送線路をインピーダンス整合する整合回路のインピーダンス候補が、予め対応付けられている。給電指令に対して、伝送線路において整合回路をバイパスするステップと、給電時の電力に比して低電力を出力するステップと、低電力出力状態で伝送線路の反射特性を計測するステップと、電力出力を停止するステップと、計測のステップにより計測される反射特性に対応して、対応付けのステップにより対応付けられている伝送線路のインピーダンスを整合させるインピーダンス候補から予め定められた順序で整合回路のインピーダンスを選択するステップと、選択のステップによる選択の後、低電力出力を再開するステップと、再開された低電力出力状態で伝送線路の反射特性を再計測するステップと、再計測のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、改善されていないと判断される場合に、再度、出力停止のステップに戻ることにより行われる。
ここで、間隔とは、送電側アンテナ11の結合面11Aと送電側アンテナ21の結合面21Aとの距離であり、軸ずれとは送電側アンテナ11と送電側アンテナ21との中心軸のずれ量である。
但し、図2のスミスチャートは実測した系全体のインピーダンス値を正規化のインピーダンス(例えば、75Ω)で正規化した値をプロットしたものである。スミスチャートの中心(「1」と表記)が正規化されたインピーダンス値の点である。
切替回路22Aは、制御回路23から受信した信号により、受電側アンテナ21の(閉ループ:図11(a)の状態)にするか、受電側アンテナ21を整合装置22Bを介して充電回路22Cに接続するか(図11(b)の状態)、受電側アンテナ21の出力点を開放(開ループ:図11(c)の状態)にするかを切替える。
たとえば、電気エネルギーを動力源として利用する機器として、本願の実施形態では車両2を例にして説明したが、本願はこれに限定されるものではない。例えば、携帯電話機、デジタル・カメラ、およびノート・パソコンといった携帯型機器、ならびに、テレビ、ホームシアターおよびデジタル・フォト・フレームといった据え置き型機器でもよい。さらに、蓄電装置を使用せず、非接触送電だけで稼働させることも可能である。
2 車両
10 送電装置
11 送電側アンテナ
11A 結合面
12 送電部
13、23 制御回路
12A 高周波電源回路
12B 定在波比(VSWR)計
12C 切替回路
12D 整合回路
14 エリア内検出センサ
20 受電装置
21 受電側アンテナ
21A 結合面
22 受電部
22A 切替回路
22B 整合回路
22C 充電回路
24 パーキング信号検出センサ
25 給電信号検出センサ
30 アンテナ間の間隔が第1の距離である特性曲線
31 アンテナ間の間隔が第2の距離である特性曲線
32 VSWR円
33A 曲線31との交点
33B 曲線31との交点
33C 曲線30との接点
40 整合定数設定回路
41 比較器
42 系全体のインピーダンステーブル
43 整合定数設定器
Claims (9)
- 電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行う非接触送電システムであって、
前記受電装置は、電磁的結合により受電する受電側アンテナを備え、
前記送電装置は、
前記受電側アンテナに対して前記電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
電源から受ける電力を、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、
該交流電力ドライバと前記送電側アンテナを接続し、前記交流電力を送電する伝送線路と、
前記伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、
前記伝送線路上に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、
前記検出回路により検出される反射特性に基づいて前記送電装置と前記受電装置を含む系全体のインピーダンスを整合するように前記整合回路のインピーダンスを調整する制御回路と、
前記整合回路のインピーダンス調整の際、前記整合回路をバイパスする経路に前記伝送線路を切り替える切替回路とを備え、
前記制御回路は、
前記整合回路がバイパスされた前記伝送線路について前記検出回路により検出される反射特性に対する、前記伝送線路のインピーダンス候補、あるいは該インピーダンス候補の各々に付加して前記伝送線路をインピーダンス整合する前記整合回路のインピーダンス候補、を対応付ける対応付部を備えることを特徴とする非接触送電システム。 - 前記対応付部は、
前記反射特性と前記インピーダンス候補とを対応付けるテーブルと、
前記検出回路により検出される反射特性に対応するインピーダンス候補を取得するため、該反射特性と前記テーブルに格納されている反射特性とを比較する比較器とを備えることを特徴とする請求項1に記載の非接触送電システム。 - 前記テーブルは、前記送電側アンテナと前記受電側アンテナとの対向面の間隔ごとに備えられることを特徴とする請求項2に記載の非接触送電システム。
- 前記制御回路は、給電指令に対して、
給電時の電力に比して低電力の出力を前記交流電力ドライバに指令するステップと、
前記低電力出力指示のステップによる前記交流電力ドライバの低電力出力状態で、前記検出回路に反射特性の計測を指示するステップと、
前記計測指示のステップの後、前記交流電力ドライバからの電力出力の停止を指示するステップと、
前記出力停止指示のステップによる前記交流電力ドライバからの電力出力の停止状態で、前記インピーダンス候補から予め定められた順序で前記整合回路のインピーダンスを選択するステップと、
前記選択のステップによる前記整合回路のインピーダンスの選択後、再度、前記交流電力ドライバを低電力で出力指示するステップと、
前記低電力の再出力指示のステップによる前記交流電力ドライバの低電力出力状態で、再度、前記検出回路に反射特性の計測を指示するステップと、
前記計測の再指示のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、
前記改善判断のステップにより改善されていないと判断される場合に、再度、前記出力停止指示のステップに戻るステップとを含む制御を行うことを特徴とする請求項1乃至3の少なくとも何れか1項に記載の非接触送電システム。 - 前記整合回路は、
キャパシタンスの値を変更可能な可変キャパシタンス部と、
インダクタンスの値を変更可能な可変インダクタンス部とを備え、
前記可変キャパシタンス部は、
複数の容量素子と、
前記容量素子の各々を前記伝送線路に接続するか否かを切り替え可能な複数の第1スイッチとを備え、
前記可変インダクタンス部は、
複数の誘導素子と、
前記誘導素子の各々を前記伝送線路に接続するか否かを切り替え可能な複数の第2スイッチとを備え、
前記制御回路は、
前記複数の第1および第2スイッチのうち導通するスイッチを切り替えて、前記整合回路のリアクタンスを調整することを特徴とする請求項1乃至4の少なくとも何れか1項に記載の非接触送電システム。 - 前記可変キャパシタンス部は、互いに直列接続された前記容量素子および前記第1スイッチが、並列に複数組接続されていることを特徴とする請求項5に記載の非接触送電システム。
- 前記可変インダクタンス部は、前記誘導素子と該誘導素子の両端子に接続される2つの前記第2スイッチとが、並列に複数組接続されると共に、更に、前記第2スイッチが、互いに隣接する前記誘導素子のうち、一方の端子間と一方および他方の端子間とに接続されていることを特徴とする請求項5に記載の非接触送電システム。
- 電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行う非接触送電装置であって、
前記受電装置に搭載される受電側アンテナに対して電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
電源から受ける電力を、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、
該交流電力ドライバと前記送電側アンテナを接続し、前記交流電力を送電する伝送線路と、
前記伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、
前記伝送線路上に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、
前記検出回路により検出される反射特性に基づいて前記伝送線路のインピーダンスが整合するように前記整合回路のインピーダンスを調整する制御回路と、
前記整合回路のインピーダンス調整の際、前記整合回路をバイパスする経路に前記伝送線路を切り替える切替回路とを備え、
前記制御回路は、
前記整合回路がバイパスされた前記伝送線路について前記検出回路により検出される反射特性に対する、前記伝送線路のインピーダンス候補、あるいは該インピーダンス候補の各々に付加して前記伝送線路をインピーダンス整合する前記整合回路のインピーダンス候補、を対応付ける対応付部を備えることを特徴とする非接触送電装置。 - 電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行うに当り、前記送電装置における伝送線路に設けられ、前記送電装置と前記受電装置を含む系全体のインピーダンスを整合させる整合回路のインピーダンスの調整方法であって、
前記整合回路がバイパスされた前記伝送線路の反射特性に対する、前記伝送線路のインピーダンス候補、あるいは該インピーダンス候補の各々に付加して前記伝送線路をインピーダンス整合する前記整合回路のインピーダンス候補を、予め対応付けるステップを有し、
給電指令に対して、
前記伝送線路において前記整合回路をバイパスするステップと、
給電時の電力に比して低電力を出力するステップと、
低電力出力状態で前記伝送線路の反射特性を計測するステップと、
電力出力を停止するステップと、
前記計測のステップにより計測される反射特性に対応して、前記対応付けのステップにより対応付けられている前記インピーダンス候補から前記整合回路のインピーダンスを選択するステップと、
前記選択のステップによる選択の後、低電力出力を再開するステップと、
再開された低電力出力状態で前記伝送線路の反射特性を再計測するステップと、
前記再計測のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、
改善されていないと判断される場合に、再度、前記出力停止のステップに戻ることを特徴とするインピーダンスの調整方法。
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