JP5798474B2

JP5798474B2 - 給電装置の駆動方法

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Publication number: JP5798474B2
Application number: JP2011279329A
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Inventors: 康一郎鎌田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2015-10-21
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Description

本発明は給電装置および給電装置を備えた非接触給電システムに関する。

近年、様々な電子機器の普及が進み、様々な製品が市場に出荷されている。近年では、携帯電話及びデジタルビデオカメラ等の携帯型の電子機器の普及が顕著であるが、電力を基に動力を得る電気自動車やハイブリッド車等の電動車両も製品として市場に登場しつつある。

このような電子機器や電動車両には、通常、蓄電手段であるバッテリーが内蔵されており、バッテリーを充電するための給電方法としては、家庭用交流電源とバッテリーとを直接的に接触させて行うというのが現状である。

一方、バッテリーへの充電を非接触で行う給電方法についての研究開発も進んでおり、代表的な方式として、電磁結合方式（電磁誘導方式ともいう）、電波方式（マイクロ波方式ともいう）、電磁共鳴方式（電磁共鳴結合方式ともいう）等が挙げられる。

なお、上記電磁共鳴方式を利用した非接触の給電方法においては、特許文献１乃至３にあるように電力の伝送効率（送電効率）の向上を図るべく、様々な開発が進んでいる。電磁共鳴方式の非接触給電方法の場合には、電力を受ける装置（以下、受電装置）と電力を供給する装置（以下、給電装置）との共振周波数が一致していても、最大の電力の伝送効率が得られるとは限らない。伝送効率を高める上で重要となるのは、給電装置と受電装置との間の電磁共鳴結合における結合係数であり、この値が大きすぎても伝送効率が低下してしまう。しかし、電磁共鳴結合における結合係数は、給電装置と受電装置との配置（距離）に応じて変化する。そのため、給電装置と受電装置との配置（電磁共鳴結合における結合係数）がどのような場合でも、伝送効率が最大になるように制御することが、共鳴型非接触給電技術において安定的に電力を伝送する上で重要となる。

特開２０１０−１９３５９８号公報特開２０１０−２３９６９０号公報特開２０１０−２５２４６８号公報

そこで、本発明の一態様では、電磁共鳴結合方式の非接触給電において、給電装置と受電装置との配置（電磁共鳴結合における結合係数）がどのような場合であっても、給電装置内部または受電装置内部における電磁誘導結合の結合係数を最適値とし、共振周波数に対する電力の伝送効率を高めることができる電磁共鳴結合方式による給電装置、及び給電装置を備えた非接触給電システムを提供する。

本発明の一態様は、給電装置と受電装置との配置（電磁共鳴結合における結合係数）がどのような場合であっても、給電装置における高周波電源から出力される電力に対する反射成分であるＳ１１パラメータをモニターして、給電装置内における送電コイルと第１の共鳴コイルとの位置（距離）と、受電装置内における受電コイルと第２の共鳴コイルとの位置（距離）とのいずれか一方、または両方を変えることにより、電磁誘導結合における結合係数を調整し、Ｓ１１パラメータを最小とすることができ、電力の伝送効率の向上を図ることができる給電装置、または非接触給電システムである。

本発明の一態様は、高周波電源に電気的に接続された送電コイルと、送電コイルとの間で電磁誘導結合をする共鳴コイルを含む共鳴回路と、高周波電源から出力される電力に対する反射成分を検出する検出器と、検出器と電気的に接続された制御回路と、制御回路と電気的に接続された移動手段とを有し、反射成分に基づいて制御回路から送られる信号により、移動手段が共鳴回路の位置を制御することを特徴とする給電装置である。

なお、上記構成において、移動手段が送電コイルの位置を制御する構成としてもよい。

本発明の一態様は、電磁共鳴結合に基づく電力伝送を行う給電装置と受電装置であって、給電装置は、高周波電源に電気的に接続された送電コイルと、送電コイルとの間で電磁誘導結合をする共鳴コイルを含む共鳴回路と、高周波電源から出力される電力に対する反射成分を検出する検出器と、検出器と電気的に接続された制御回路と、制御回路と電気的に接続された移動手段とを有し反射成分に基づいて制御回路から送られる信号により、移動手段が共鳴回路の位置を制御することを特徴とする非接触給電システムである。

本発明の一態様は、電磁共鳴結合に基づく電力伝送を行う給電装置と受電装置であって、給電装置は、高周波電源に電気的に接続された送電コイルと、送電コイルとの間で電磁誘導結合をする第１の共鳴コイルを含む第１の共鳴回路と、高周波電源から出力される電力に対する反射成分を検出する検出器と、検出器と電気的に接続された第１の制御回路と、第１の制御回路と電気的に接続された第１の送受信回路とを有し、受電装置は、負荷に電気的に接続された受電コイルと、受電コイルとの間で電磁誘導結合をする第２の共鳴コイルを含む第２の共鳴回路と、第２の送受信回路と、第２の送受信回路と電気的に接続された第２の制御回路と、第２の制御回路と電気的に接続された移動手段とを有し、反射成分に基づいて第１の制御回路から送られる信号を第１の送受信回路から第２の送受信回路へ送信して第２の制御回路に送り、第２の制御回路から送られる信号により、移動手段が第２の共鳴回路の位置を制御することを特徴とする非接触給電システムである。

なお、上記構成において、移動手段が送電コイルの位置を制御する構成としてもよい。さらに上記構成において、第１の共鳴回路と第２の共鳴回路の両方、または送電コイルと受電コイルの両方の位置を制御する構成としてもよい。

また、上記各構成において、反射成分の指標としてＳ１１パラメータを用いる構成としてもよい。

本発明の一態様により、給電装置と受電装置との配置（距離）がどのような場合であっても、給電装置内部または受電装置内部における電磁誘導結合の結合係数を最適値とすることができるので、共振周波数に対する電力の伝送効率を高めることができる電磁共鳴結合方式による給電装置、及び給電装置を備えた非接触給電システムを提供することができる。

実施の形態１を説明する図。実施の形態１を説明するフローチャート。実施の形態１を説明する図。実施の形態１を説明する図。実施の形態１を説明する図。実施の形態２を説明する図。実施の形態２を説明するフローチャート。実施の形態２を説明する図。実施の形態２を説明する図。実施の形態２を説明する図。実施の形態３を説明する図。実施例１を説明する図。実施例１における伝送効率の測定結果を示す図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である電磁共鳴方式における非接触給電を行う給電装置、および電磁共鳴方式による非接触給電システムについて説明する。具体的には、給電装置における高周波電源から出力される電力に対する反射成分を最小にするために、反射成分を示すＳ１１パラメータに基づいて給電装置１０１における第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）を移動させる構成である。なお、反射成分を示すＳ１１パラメータを最小にすることは、伝送効率を示すＳ２１パラメータを最大にすることと同義であるとする。

図１には、給電装置１０１及び受電装置１０２のブロック図を示す。なお、給電装置１０１と受電装置１０２は、それぞれの共鳴コイルが共鳴結合（電磁共鳴結合ともいう）をすることにより、非接触で電力の伝送をすることができる。

給電装置１０１は、高周波電源１０３、カプラ（方向性結合器ともいう）１０４、送電コイル１０５、第１の共鳴コイル１０６、容量素子１０７、検出器１０８、制御回路１０９、移動手段１１０、第１の共鳴回路１１１を有する。なお、容量素子１０７は、浮遊容量であってもよい。

受電装置１０２は、第２の共鳴コイル１１２、容量素子１１３、受電コイル１１４、負荷１１５を有する。なお、容量素子１１３は、浮遊容量であってもよい。

給電装置１０１において、送電コイル１０５は、カプラ１０４を介して高周波電源１０３と電気的に接続されている。なお、送電コイル１０５は、電線を巻いて形成したもの等を用いればよく、通常は１巻きのループコイルで形成される。

高周波電源１０３は、所定の高周波電圧（例えば、数ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚ程度）を出力することができる電源回路である。本実施の形態における給電装置１０１の高周波電源１０３より出力される交流信号で発振される周波数（発振周波数）に特に限定はなく、電磁共鳴方式により電力が伝送できる発振周波数であればよい。給電用の電磁波の発振周波数は、例えば、数ｋＨｚの周波数帯から数ＧＨｚの周波数帯において利用可能である。特に本実施の形態における場合には、数ＭＨｚの周波数帯であると簡易なＬＣ共振に基づく電磁共鳴現象が図れるため、電力伝送効率と設計容易性の点から好ましい。

また、カプラ１０４は、高周波電源１０３から出力される電力が送電コイル１０５において反射される損失成分（以下、反射成分という）を示すＳ１１パラメータを分離して取り出すことができる回路である。

第１の共鳴コイル１０６は、容量素子１０７を備えている。第１の共鳴コイル１０６は、電線を巻いて形成したもの等を用いればよく、材質や断面積、配線長、コイル径等によって、第１の共鳴コイル１０６のインピーダンス（共振周波数、Ｑ値）を制御することができる。第１の共鳴コイル１０６はＱ値を高く（例えば１００以上に）設定するのが好ましい。また、容量素子１０７は、第１の共鳴コイル１０６の寄生容量であってもよいし、第１の共鳴コイル１０６とは独立して設けてもよい。なお、ここでは、第１の共鳴コイル１０６と容量素子１０７を含めて第１の共鳴回路とする。

なお、送電コイル１０５から第１の共鳴コイル１０６へは、電磁誘導結合（誘導結合ともいう）により非接触で電力を供給するための信号の送信が行われることとなる。

検出器１０８は、カプラ１０４で得られるＳ１１パラメータの強度を検出するためのものである。具体的にはアナログ値であるＳ１１パラメータの強度をデジタル値に変換して、当該デジタル値のＳ１１パラメータの強度について制御回路１０９に送信する回路である。カプラ１０４と検出器１０８の間には、増幅器（アンプ）や整流回路が設けられていても良い。

制御回路１０９は、検出器１０８より出力されるＳ１１パラメータの強度に基づき、第１の共鳴回路１１１または、第１の共鳴回路１１１に含まれる第１の共鳴コイル１０６の位置を変化させることができる移動手段１１０へ移動に関する信号を送信し、移動手段１１０による操作を制御する機能を有する。なお、移動手段１１０としては、制御回路１０９から送られる信号に基づいて作用するものであればよい。一例としては、電動モータなどが挙げられる。

受電装置１０２において、第２の共鳴コイル１１２は、容量素子１１３を備えている。第２の共鳴コイル１１２は、電線を巻いて形成したもの等を用いればよく、その材質や断面積、配線長、コイル径等によって、第２の共鳴コイル１１２のインピーダンス（共振周波数、Ｑ値）を制御することができる。第２の共鳴コイル１１２はＱ値を高く（例えば１００以上に）設定され、さらに、巻き数、形状、大きさなどは給電装置１０１における第１の共鳴コイル１０６と同等のものであることが望ましい。また、容量素子１１３は、第２の共鳴コイル１１２の寄生容量であってもよいし、第２の共鳴コイル１１２とは独立して設けてもよい。

また、給電装置１０１における受電コイル１１４は、負荷１１５と電気的に接続されている。なお、受電コイル１１４は、電線を巻いて形成したもの等を用いればよく、通常は１巻きのループコイルで形成される。

負荷１１５については、非接触による給電を受けることで作用するものであればよい。一例としてはバッテリーや電動モータ等があり、具体的には携帯電話等のバッテリーで動作する電子機器、及び電動車両が挙げられる。なお受電装置１０２において負荷１１５と受電コイル１１４との間には、受電コイル１１４に伝送された交流電圧を負荷１１５で用いる直流電圧に変換するための整流回路及びＤＣＤＣコンバータ等の回路を有する構成であってもよい。

給電装置１０１の第１の共鳴コイル１０６と、受電装置１０２の第２の共鳴コイル１１２との間では、電磁共鳴結合により非接触で電力を供給するための信号の送受信が行われることとなる。非接触給電のうち電磁共鳴結合は、電場または磁場により１ｍ以内の距離であれば、高効率で電力を送電できるものであり、同じ非接触給電である電磁誘導結合による電力よりも大きな電力を送電できるものである。

次に、本発明の一態様である非接触給電システムのフローチャートを図２に示す。なお、図２のフローチャートの説明の際には図１のブロック図を参照することとする。

図２に示すステップ２０１では、高周波電源１０３をＯＮする。これにより、所望の発振周波数（ｆ_０）の交流電圧が連続的に出力される。

次にステップ２０２では、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）の初期値（ｄ＝０）の設定を行う。

次にステップ２０３では、検出器１０８から出力される送電コイル１０５における反射成分を示すＳ１１パラメータを取得する。

次にステップ２０４では、ステップ２０３で得られたＳ１１パラメータに基づき、制御回路１０９から送られる信号により、移動手段１１０が第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）をΔｄ移動させる（→＋Δｄ）。

次にステップ２０５により、再度、検出器１０８から出力される送電コイル１０５における反射成分を示すＳ１１パラメータを取得する。

次にステップ２０６において、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）の移動が最大値（ｄ→ｍａｘ）となっていなければ、ステップ２０４に戻り、移動手段１１０が、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）を移動させ、Ｓ１１パラメータを取得することを繰り返す。一方、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）の移動が最大値（ｄ→ｍａｘ）となっていれば、ステップ２０７に進み、移動手段１１０が第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）を移動させた中で、Ｓ１１パラメータが最小となる位置へ再び第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）を移動させて終了とする。

なお、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）の移動は、図３に示すように行われる。すなわち、第１の共鳴コイル１０６の位置（ｄ）は、移動手段１１０によって、位置（ｄ）の初期値（ｄ＝０）から最大値（ｄ＝ｍａｘ）まで移動させる。なお、図３では、第１の共鳴コイル１０６のみが示されているが、図４（Ａ）に示すように容量素子を含む第１の共鳴回路１１１の場合も同様に移動するものとする。また、図４（Ｂ）に示すように移動方向を図４（Ａ）とは異なる方向に移動させてもよい。すなわち、いずれの方向に移動させた場合においても、Ｓ１１パラメータが最小となる位置が得られればよい。

また、本実施の形態で示す構成において、図５で示すように、Ｓ１１パラメータに基づき制御回路１０９から送られる信号により、移動手段１１０が送電コイル１０５の位置を移動させる構成としてもよい。なお、この場合においても移動手段１１０が送電コイル１０５を移動させる構成以外は、先に説明した第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１を移動させる構成と同様であるので、説明は省略する。

本実施の形態で示す本発明の一態様は、給電装置と受電装置との配置（電磁共鳴結合における結合係数）がどのような場合であっても、給電装置内部の送電コイルと共鳴コイルの位置を変えることにより、電磁誘導結合における結合係数を調整し、高周波電源から出力される電力に対する反射成分（Ｓ１１パラメータ）を最小とすることができるので、電力の伝送効率を高めることができる電磁共鳴結合方式による給電装置、及び給電装置を備えた非接触給電システムを提供することができる。

なお、本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である電磁共鳴方式における非接触給電を行う給電装置、および電磁共鳴方式による非接触給電システムについて説明する。具体的には、給電装置における高周波電源から出力される電力に対する反射成分を最小にするために反射成分を示すＳ１１パラメータに基づいて給電装置１０１における第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ）、および受電装置１０２における第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ）を移動させる構成である。なお、反射成分を示すＳ１１パラメータを最小にすることは、伝送効率を示すＳ２１パラメータを最大にすることと同義であるとする。

図６には、給電装置１０１及び受電装置１０２のブロック図を示す。なお、給電装置１０１と受電装置１０２は、それぞれの共鳴コイルが共鳴結合（電磁共鳴結合ともいう）をすることにより、非接触で電力の伝送をすることができる。

給電装置１０１は、高周波電源１０３、カプラ（方向性結合器ともいう）１０４、送電コイル１０５、第１の共鳴コイル１０６、容量素子１０７、検出器１０８、第１の制御回路１１７、第１の移動手段１１８、第１の共鳴回路１１１、第１の送受信回路１２０を有する。

受電装置１０２は、第２の共鳴コイル１１２、容量素子１１３、受電コイル１１４、負荷１１５、第２の共鳴回路１１６、第２の送受信回路１２１、第２の制御回路１２２、第２の移動手段１２３を有する。

給電装置１０１における高周波電源１０３、カプラ１０４、送電コイル１０５、第１の共鳴コイル１０６、容量素子１０７、検出器１０８の構成は、実施の形態１と同様であるので、説明は省略する。

第１の制御回路１１７は、検出器１０８より出力されるＳ１１パラメータの強度に基づき、第１の共鳴回路１１１または、第１の共鳴回路１１１に含まれる第１の共鳴コイル１０６の位置を変化させることができる第１の移動手段１１８へ移動に関する信号を送信し、第１の移動手段１１８による操作を制御する機能を有する。さらに、第１の制御回路１１７は、検出器１０８より出力されるＳ１１パラメータの強度に基づく信号を第１の送受信回路１２０から第２の送受信回路１２１へ送信して第２の制御回路１２２に送る機能を有する。ここで、Ｓ１１パラメータの強度に基づく信号を受信した第２の制御回路１２２は、Ｓ１１パラメータの強度に基づき、第２の共鳴回路１１６または、第２の共鳴回路１１６に含まれる第２の共鳴コイル１１２の位置を変化させることができる第２の移動手段１２３へ移動に関する信号を送信し、第２の移動手段１２３による操作を制御する機能を有する。

次に、本発明の一態様である非接触給電システムのフローチャートを図７に示す。なお、図７のフローチャートの説明の際には図６のブロック図を参照することとする。

図７に示すステップ７０１では、高周波電源１０３をＯＮする。これにより、所望の発振周波数（ｆ_０）の交流電圧が連続的に出力される。

次にステップ７０２では、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）の初期値（ｄ１＝０）の設定、第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）の初期値（ｄ２＝０）の設定を行う。

次にステップ７０３では、検出器１０８から出力される送電コイル１０５における反射成分を示すＳ１１パラメータを取得する。ステップ７０３は、図６に示すブロック図において、第１の制御回路１１７が、検出器１０８より出力されるＳ１１パラメータの強度に基づく信号を受信した状態を示す。

次にステップ７０４では、ステップ７０３で得られたＳ１１パラメータに基づき、第１の制御回路１１７から送られる信号により、第１の移動手段１１８が第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）をΔｄ移動させる（→＋Δｄ）。

次にステップ７０５では、再度、検出器１０８から出力される送電コイル１０５における反射成分を示すＳ１１パラメータを取得する。ステップ７０５は、図６に示すブロック図において、第１の制御回路１１７が、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）の移動に伴い変化するＳ１１パラメータの強度に基づく信号を検出器１０８より受信した状態を示す。

次にステップ７０６では、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）の移動が最大（ｄ１→ｍａｘ）となっていなければ、ステップ７０４に戻り、第１の移動手段１１８が、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）を移動させ、Ｓ１１パラメータを取得することを繰り返す。一方、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）の移動が最大（ｄ１→ｍａｘ）となっていれば、ステップ７０７に進む。ステップ７０６は、図６に示すブロック図において、第１の制御回路１１７が、第１の移動手段１１８に第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）を移動させる信号を送信し、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）の移動に伴い変化するＳ１１パラメータの強度に基づく信号を検出器１０８より受信した状態を示す。

次にステップ７０７では、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）を再び初期値（ｄ１＝０）へ戻し、第１の制御回路１１７から第２の制御回路１２２へ送られる信号により、第２の移動手段１２３が第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）をΔｄ移動させる（→＋Δｄ）。ステップ７０７は、図６に示すブロック図において、第１の制御回路１１７からの信号を第１の送受信回路１２０から第２の送受信回路１２１へ送信して、さらに第２の制御回路１２２へ送り、第２の制御回路１２２から送られる信号により、第２の移動手段１２３が第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）をΔｄ移動させる（→＋Δｄ）状態を示す。

次にステップ７０８では、再度、検出器１０８から出力される送電コイル１０５における反射成分を示すＳ１１パラメータを取得する。ステップ７０８は、図６に示すブロック図において、第２の制御回路１２２が、第２の移動手段１２３による第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）の移動に伴い変化するＳ１１パラメータの強度に基づく信号を検出器１０８より受信した状態を示す。

次にステップ７０９では、第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）の移動が最大（ｄ２→ｍａｘ）となっていなければ、ステップ７０６に戻り、第２の移動手段１２３が、第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）を移動させ、Ｓ１１パラメータを取得することを繰り返す。一方、第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）の移動が最大（ｄ２→ｍａｘ）となっていれば、ステップ７１０に進む。

ステップ７１０では、第１の移動手段１１８が第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）を移動させ、さらに、第２の移動手段１２３が第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）を移動させたその組み合わせの中で、最もＳ１１パラメータが最小となる位置へ再び第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）と第２の共鳴コイル１１２または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）を移動させて終了とする。

なお、第１の共鳴コイル１０６、または第１の共鳴回路１１１の位置（ｄ１）の移動、および第２の共鳴コイル１１２、または第２の共鳴回路１１６の位置（ｄ２）の移動は、図８に示すように行われる。すなわち、第１の共鳴コイル１０６の位置（ｄ１）は、第１の移動手段１１８によって、位置（ｄ１）の初期値（ｄ１＝０）から最大値（ｄ１＝ｍａｘ）まで移動させる。また、第２の共鳴コイル１１２の位置（ｄ２）は、第２の移動手段１２３によって、位置（ｄ２）の初期値（ｄ２＝０）から最大値（ｄ２＝ｍａｘ）まで移動させる。なお、図８では、第１の共鳴コイル１０６および第２の共鳴コイル１１２のみが示されているが、容量素子を含む共鳴回路（第１の共鳴回路１１１、第２の共鳴回路１１６）の場合も同様に移動するものとする。

また、本実施の形態で示す構成において、図９（Ａ）に示すようにＳ１１パラメータに基づき第１の制御回路１１７から送られる信号により、第１の移動手段１１８が送電コイル１０５の位置を移動させ、第２の制御回路１２２から送られる信号により、第２の移動手段１２３が第２の共鳴コイル１１２または第２の共鳴回路１１６の位置を移動させる構成としてもよい。また、図９（Ｂ）で示すようにＳ１１パラメータに基づき第１の制御回路１１７から送られる信号により、第１の移動手段１１８が第１の共鳴コイル１０６または第１の共鳴回路１１１の位置を移動させ、第２の制御回路１２２から送られる信号により、第２の移動手段１２３が受電コイル１１４の位置を移動させる構成としてもよい。

さらに、本実施の形態で示す構成において、図１０（Ａ）に示すようにＳ１１パラメータに基づく信号を第１の制御回路１１７が第１の送受信回路１２０から第２の送受信回路１２１へ送信して第２の制御回路１２２に送り、第２の制御回路１２２からの信号に基づき第２の移動手段１２３が第２の共鳴コイル１１２または第２の共鳴回路１１６の位置を移動させる構成としてもよい。また、図１０（Ｂ）で示すようにＳ１１パラメータに基づく信号を第１の制御回路１１７が第１の送受信回路１２０から第２の送受信回路１２１へ送信して第２の制御回路１２２に送り、第２の制御回路１２２からの信号に基づき第２の移動手段１２３が受電コイル１１４の位置を移動させる構成としてもよい。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した非接触給電システムを適用できる用途について説明する。なお本発明の非接触給電システムを適用できる用途としては、例えば携帯型の電子機器である、携帯電話、デジタルビデオカメラ、コンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）が挙げられる。また、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ（ＤＶＤ）などが挙げられる。また、炊飯器、テレビ、冷蔵庫などの家電に適用することができる。また電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体が挙げられる。以下、一例について図面を用いて説明する。

図１１（Ａ）は携帯電話及び携帯情報端末を非接触給電システムの用途とする一例であり、給電装置１１０１、受電装置１１０２を有する携帯電話１１０３、受電装置１１０４を有する携帯電話１１０５によって構成されている。上記実施の形態で説明した非接触給電システムは、給電装置１１０１と受電装置１１０２との間、及び給電装置１１０１と受電装置１１０４との間で適用することができる。従って電力の伝送効率を高めることができる携帯電話及び携帯情報端末を提供することができる。

図１１（Ｂ）は電動車両である電気自動車を非接触給電システムの用途とする一例であり、給電装置１２０１、受電装置１２０２を有する電気自動車１２０３によって構成されている。上記実施の形態で説明した非接触給電システムは、給電装置１２０１と受電装置１２０２との間で適用することができる。従って電力の伝送効率を高めることができる電気自動車を提供することができる。

以上、上記実施の形態で説明した非接触給電システムは電力をもって駆動させる物品であればどのようなものにでも設けて使用することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

本実施例では、給電装置１０１と受電装置１０２とで構成される非接触給電システムにおける伝送効率について、図１２に示すように給電装置１０１および受電装置１０２を配置し、これらに含まれるコイル（送電コイル１０５、第１の共鳴コイル１０６、第２の共鳴コイル１１２、受電コイル１１４）の位置を変え、Ｓ２１パラメータの測定を行って、評価した。なお、Ｓ２１パラメータは、伝送効率を示す指標であり、入射波電力に対する伝送波電力の比（（伝送波電力）／（入射波電力））を示す。

送電コイル１０５および受電コイル１１４には、直径（φ）１５０ｍｍのコイル１ターン、第１の共鳴コイル１０６および第２の共鳴コイル１１２には、直径（φ）１５０ｍｍのコイル５ターンを用いた。また、高周波電源１０３から出力される共振周波数（ｆ_０）は、１３．５６ＭＨｚ（〜１５０ｐＦエアバリコン付加）とした。また、Ｓ２１パラメータの測定には、ネットワークアナライザ（Ｅ４０７１Ｂ）（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）を用いた。

なお、本実施例では、図１２に示すように第１の共鳴コイル１０６と送電コイル１０５との間の距離、および第２の共鳴コイル１１２と受電コイル１１４との間の距離をいずれもＡ（ｃｍ）とし、第１の共鳴コイル１０６と第２の共鳴コイル１１２との間の距離をＢ（ｃｍ）とした。そして、Ｂがある一定の距離（Ｂ＝１０ｃｍ、１７ｃｍ、２５ｃｍ）であるとき、Ａの変化に伴う伝送効率について測定した結果を図１３に示す。

図１３に示す結果から、第１の共鳴コイル１０６と第２の共鳴コイル１１２との間の距離（Ｂ）が大きくなる（離れる）ほど、第１の共鳴コイル１０６と送電コイル１０５との間の距離、および第２の共鳴コイル１１２と受電コイル１１４との間の距離（Ａ）を大きくする（離す）ことにより、高い伝送効率が得られることがわかった。

１０１給電装置
１０２受電装置
１０３高周波電源
１０４カプラ（方向性結合器）
１０５送電コイル
１０６第１の共鳴コイル
１０７容量素子
１０８検出器
１０９制御回路
１１０移動手段
１１１第１の共鳴回路
１１２第２の共鳴コイル
１１３容量素子
１１４受電コイル
１１５負荷
１１６第２の共鳴回路
１１７第１の制御回路
１１８第１の移動手段
１２０第１の送受信回路
１２１第２の送受信回路
１２２第２の制御回路
１２３第２の移動手段
１１０１給電装置
１１０２受電装置
１１０３携帯電話
１１０４受電装置
１１０５携帯電話
１２０１給電装置
１２０２受電装置
１２０３電気自動車

Claims

高周波電源に電気的に接続された送電コイルと、
前記送電コイルとの間で電磁誘導結合をする共鳴コイルを含む共鳴回路と、
前記高周波電源から出力される電力に対する反射成分を検出する検出器と、
前記検出器と電気的に接続された制御回路と、
前記制御回路と電気的に接続された移動手段とを有し、
前記反射成分に基づいて前記制御回路から送られる信号により、前記移動手段が前記共鳴回路の位置を制御する給電装置の駆動方法であって、
前記高周波電源により所望の発振周波数で交流電圧を連続的に出力する第１のステップと、
前記共鳴回路の位置の初期値の設定を行う第２のステップと、
前記検出器により前記反射成分を検出する第３のステップと、
前記反射成分に基づいて前記制御回路から送られる信号に基づいて前記移動手段が前記共鳴回路の位置を移動させる第４のステップと、
前記検出器により前記反射成分を検出する第５のステップと、
前記共鳴回路の位置の移動が最大値になるまで、前記第４のステップと前記第５のステップを繰り返す第６のステップと、
前記第２乃至第６のステップの中で、前記反射成分が最小となる位置へ前記共鳴回路を移動させる第７のステップと、
前記給電装置が給電を開始する第８のステップと、を有することを特徴とする給電装置の駆動方法。
高周波電源に電気的に接続された送電コイルと、
前記送電コイルとの間で電磁誘導結合をする共鳴コイルを含む共鳴回路と、
前記高周波電源から出力される電力に対する反射成分を検出する検出器と、
前記検出器と電気的に接続された制御回路と、
前記制御回路と電気的に接続された移動手段とを有し、
前記反射成分に基づいて前記制御回路から送られる信号により、前記移動手段が前記共鳴コイルの位置を制御する給電装置の駆動方法であって、
前記高周波電源により所望の発振周波数で交流電圧を連続的に出力する第１のステップと、
前記共鳴コイルの位置の初期値の設定を行う第２のステップと、
前記検出器により前記反射成分を検出する第３のステップと、
前記反射成分に基づいて前記制御回路から送られる信号に基づいて前記移動手段が前記共鳴コイルの位置を移動させる第４のステップと、
前記検出器により前記反射成分を検出する第５のステップと、
前記共鳴コイルの位置の移動が最大値になるまで、前記第４のステップと前記第５のステップを繰り返す第６のステップと、
前記第２乃至第６のステップの中で、前記反射成分が最小となる位置へ前記共鳴コイルを移動させる第７のステップと、
前記給電装置が給電を開始する第８のステップと、を有することを特徴とする給電装置の駆動方法。
高周波電源に電気的に接続された送電コイルと、
前記送電コイルとの間で電磁誘導結合をする共鳴コイルを含む共鳴回路と、
前記送電コイルにおけるＳ１１パラメータを検出する検出器と、
前記検出器と電気的に接続された制御回路と、
前記制御回路と電気的に接続された移動手段とを有し、
前記Ｓ１１パラメータに基づいて前記制御回路から送られる信号により、前記移動手段が前記共鳴回路の位置を制御する給電装置の駆動方法であって、
前記高周波電源により所望の発振周波数で交流電圧を連続的に出力する第１のステップと、
前記共鳴回路の位置の初期値の設定を行う第２のステップと、
前記検出器により前記Ｓ１１パラメータを検出する第３のステップと、
前記Ｓ１１パラメータに基づいて前記制御回路から送られる信号に基づいて前記移動手段が前記共鳴回路の位置を移動させる第４のステップと、
前記検出器により前記Ｓ１１パラメータを検出する第５のステップと、
前記共鳴回路の位置の移動が最大値になるまで、前記第４のステップと前記第５のステップを繰り返す第６のステップと、
前記第２乃至第６のステップの中で、前記Ｓ１１パラメータが最小となる位置へ前記共鳴回路を移動させる第７のステップと、
前記給電装置が給電を開始する第８のステップと、を有することを特徴とする給電装置の駆動方法。
高周波電源に電気的に接続された送電コイルと、
前記送電コイルとの間で電磁誘導結合をする共鳴コイルを含む共鳴回路と、
前記送電コイルにおけるＳ１１パラメータを検出する検出器と、
前記検出器と電気的に接続された制御回路と、
前記制御回路と電気的に接続された移動手段とを有し、
前記Ｓ１１パラメータに基づいて前記制御回路から送られる信号により、前記移動手段が前記共鳴コイルの位置を制御する給電装置の駆動方法であって、
前記高周波電源により所望の発振周波数で交流電圧を連続的に出力する第１のステップと、
前記共鳴コイルの位置の初期値の設定を行う第２のステップと、
前記検出器により前記Ｓ１１パラメータを検出する第３のステップと、
前記Ｓ１１パラメータに基づいて前記制御回路から送られる信号に基づいて前記移動手段が前記共鳴コイルの位置を移動させる第４のステップと、
前記検出器により前記Ｓ１１パラメータを検出する第５のステップと、
前記共鳴コイルの位置の移動が最大値になるまで、前記第４のステップと前記第５のステップを繰り返す第６のステップと、
前記第２乃至第６のステップの中で、前記Ｓ１１パラメータが最小となる位置へ前記共鳴コイルを移動させる第７のステップと、
前記給電装置が給電を開始する第８のステップと、を有することを特徴とする給電装置の駆動方法。