JP5828994B1 - 共振型電力伝送システム及び送信装置 - Google Patents

Abstract

各送信アンテナ（１０５）のうちの少なくとも一つのアンテナに対向配置され、送信アンテナ（１０５）の共振周波数と同一周波数で共振する共振アンテナ（１０６）と、共振アンテナ（１０６）の供給線路に接続されたダミー負荷（１０７）と、供給線路を接続又は切断するよう切替え可能なスイッチ（１０８）と、スイッチ（１０８）により供給線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチ（１０８）の切替え状態と紐付けて記憶する記憶部と、送信アンテナ（１０５）に近づいた受信アンテナ（２０１）の位置を取得するアンテナ位置取得部と、アンテナ位置取得部により取得された受信アンテナ（２０１）の位置から、記憶部に記憶された情報に基づいて、スイッチ（１０８）の切替えを行うスイッチ制御部とを有する。

Description

この発明は、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システム及び送信装置に関するものである。

従来、無線電力伝送において、複数の送信アンテナをアレイ化すると、送信アンテナ間の相互インダクタンスによって各送信アンテナの共振周波数が変化して伝送効率が低下するという課題がある。それに対し、相互インダクタンスも考慮して送信アンテナの共振周波数を一致させたものが知られている（例えば特許文献１参照）。これにより、アレイ化した送信アンテナの伝送効率を改善することができる。

特開２０１４−９０６４２号公報

特許文献１に開示された従来構成では、高効率に水平方向の電力伝送範囲を拡大することができる。しかしながら、受信アンテナが送信アンテナのサイズと異なる場合、電力が伝送できない位置（ヌル点）が発生し、伝送効率が低下するという課題がある。また、受信装置に接続される負荷が変動した場合にも、ヌル点が発生し、伝送効率が低下する。
また、受信アンテナが２個以上の場合には、各送信アンテナの結合が変化する。そのため、これによってもヌル点が発生し、伝送効率が低下する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システムにおいて、送信アンテナに近づく受信アンテナのサイズ、数及び位置に依らず、ヌル点の発生を解消し、伝送効率の低下を防ぐことができる共振型電力伝送システム及び送信装置を提供することを目的としている。

この発明に係る共振型電力伝送システムは、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システムであって、送信装置は、入力電力から送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する送信電源と、各々の送信アンテナのうちの少なくとも一つのアンテナに対向配置され、送信アンテナの共振周波数と同一周波数で共振する共振アンテナと、共振アンテナの供給線路に接続されたダミー負荷と、供給線路を接続又は切断するよう切替え可能なスイッチと、スイッチにより供給線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチの切替え状態と紐付けて記憶する記憶部と、送信アンテナに近づいた受信アンテナの位置を取得するアンテナ位置取得部と、アンテナ位置取得部により取得された受信アンテナの位置から、記憶部に記憶された情報に基づいて、スイッチの切替えを行うスイッチ制御部とを有するものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システムにおいて、送信アンテナに近づく受信アンテナのサイズ、数及び位置に依らず、ヌル点の発生を解消し、伝送効率の低下を防ぐことができる。

この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す模式図である。 この発明の実施の形態１における送信電源の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの動作原理を説明する模式図であり、（ａ）従来構成の場合を示す図であり、（ｂ）本発明の構成の場合を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムによるスイッチ切替え動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムによる効果の一例を示す図であり、（ａ）共振型電力伝送システムの構成例を示す模式図であり、（ｂ）（ａ）の構成での伝送効率を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムによる位置推定動作例を示すフローチャートである（全ての送信アンテナを同時にＯＮ状態にする場合）。 図７に示す位置推定動作において、受信アンテナが送信アンテナに接近した場合の信号の変化例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムによる位置推定動作例を示すフローチャートである（送信アンテナを順にＯＮ状態にする場合）。 図９に示す位置推定動作において、受信アンテナが送信アンテナに接近した場合の信号の変化例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムにおいて、検出するパラメータに適用可能な位置推定方法を示す一覧表である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの別の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの別の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態６に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態７に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１，２はこの発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。
共振型電力伝送システムは、図１，２に示すように、複数の送信アンテナ１０５を有する送信装置１と、受信アンテナ２０１を有する受信装置２とを備えている。この共振型電力伝送システムは、受信アンテナ２０１が送信アンテナ１０５に近づくことで、その送信アンテナ１０５と受信アンテナ２０１との間で電力伝送を行うものである。

送信装置１は、図１，２に示すように、一次電源１０１、送信電源１０２、送信アンテナ部１０３及び制御部１０４を有している。また、送信アンテナ部１０３は、複数の送信アンテナ１０５、共振アンテナ１０６、ダミー負荷１０７及びスイッチ１０８を有している。なお図２では、送信アンテナ１０５及び共振アンテナ１０６のみを図示している。

一次電源１０１は、直流又は交流の電力を出力するものである。
送信電源１０２は、一次電源１０１からの直流又は交流の電力（入力電力）を、送信アンテナ１０５の共振周波数に合わせた電力（高周波電力）に変換して出力するものである。また、送信電源１０２は、自身の保護機能により、受信アンテナ２０１が送信アンテナ１０５に近づくことにより変化する送信電源１０２に関するパラメータを検出する機能（パラメータ検出部）を有している。この送信電源１０２の詳細については後述する。なお図１の例では、複数の送信アンテナ１０５に対して１つの送信電源１０２を設け、送信電源１０２からの出力を並列に各送信アンテナ１０５に出力する場合を示しているが、送信電源１０２を複数設けてもよい。

送信アンテナ１０５は、送信電源１０２からの高周波電力の周波数と同一周波数で共振するものである。この送信アンテナ１０５のサイズ、形状、数及び配置位置は任意に設定可能である。図１，２の例では、３つの送信アンテナ１０５をアレイ状に配置した場合を示している。

共振アンテナ１０６は、各送信アンテナ１０５のうち少なくとも一つのアンテナに対向配置され、送信アンテナ１０５の共振周波数と同一周波数で共振するアンテナである。この共振アンテナ１０６の形状は任意に設定可能である。また、共振アンテナ１０６の配置位置は、受信アンテナ２０１のサイズに応じて設定される。図１，２の例では、右端の送信アンテナ１０５に１つの共振アンテナ１０６を対向配置した場合を示している。

ダミー負荷１０７は、共振アンテナ１０６の供給線路に接続されたものである。このダミー負荷１０７は、何らかのインピーダンスをもった素子であり、インダクタ、キャパシタ、抵抗等が挙げられる。なお、ダミー負荷１０７は、負荷が固定のものでもよいし、離散的又は連続的に可変可能なものでもよい。

スイッチ１０８は、共振アンテナ１０６の供給線路を接続又は切断するよう切替え可能なものである。このスイッチ１０８により供給線路が接続された場合には、共振アンテナ１０６はＯＮ状態となり伝送モードとなる。一方、スイッチ１０８により供給線路が切断された場合には、共振アンテナ１０６はＯＦＦ状態となり非伝送モードとなる。よって、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とで共振アンテナ１０６の共振周波数が大きく異なるため、周囲の送信アンテナ１０５に影響を及ぼさない。このスイッチ１０８としては、例えば、リレー、フォトカプラ、トランジスタ等を用いることができる。

制御部１０４は、スイッチ１０８の切替え制御を行うものである。この制御部１０４は、スイッチ１０８により供給線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチ１０８の切替え状態と紐付けて記憶する機能（記憶部）を有している。また、制御部１０４は、送信アンテナ１０５に近づいた受信アンテナ２０１の位置を取得する機能（アンテナ位置取得部）を有している。以下では、送信電源１０２によりで検出されたパラメータに基づいて受信アンテナ２０１の位置を推定するものとする。さらに、制御部１０４は、上記取得した受信アンテナ２０１の位置から、上記記憶した情報に基づいて、スイッチ１０８の切替えを行う機能（スイッチ制御部）を有している。この制御部１０４は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。

一方、受信装置２は、図１，２に示すように、受信アンテナ２０１及び整流回路２０２を有している。なお図２では、受信アンテナ２０１のみを図示している。

受信アンテナ２０１は、送信アンテナ１０５の共振周波数と同一周波数で共振するものである。これにより、送信アンテナ１０５から高周波電力を受信する。この受信アンテナ２０１のサイズ及び形状は任意に設定可能である。
整流回路２０２は、受信アンテナ２０１により受信された高周波電力（交流電力）を直流電力に変換するものである。

また、送信電源１０２は、図３に示すように、インバータ回路１０２１、入力検出部１０２２、電源パラメータ検出部１０２３、出力検出部１０２４及び整合回路１０２５を有している。

インバータ回路１０２１は、一次電源１０１からの入力電力を、各送信アンテナ１０５に出力するための高周波電力に変換するものである。
入力検出部１０２２は、一次電源１０１から送信電源１０２に入力される電力に関するパラメータを検出するものである。この際、入力検出部１０２２は、送信電源１０２の入力電流、入力電圧のうち少なくとも１つ以上を検出する。

電源パラメータ検出部１０２３は、送信電源１０２内部のインバータ回路１０２１に関するパラメータを検出するものである。この際、電源パラメータ検出部１０２３は、例えば、インバータ回路１０２１の共振電圧、共振電流、共振電圧と共振電流の位相、反射電力、インバータ回路１０２１内のスイッチング素子のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓ又は電流Ｉｄｓ、インバータ回路１０２１内の素子（ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、キャパシタ、インダクタ等）の発熱等のうち少なくとも１つ以上を検出する。

出力検出部１０２４は、送信電源１０２から出力された電力（インバータ回路１０２１により変換された高周波電力）に関するパラメータを検出するものである。この際、出力検出部１０２４は、例えば、インバータ回路１０２１からの出力電圧又は出力電流（位相、振幅、実効値、周波数）、透過電力、反射電力等のうち少なくとも１つ以上を検出する。

なお、入力検出部１０２２、電源パラメータ検出部１０２３及び出力検出部１０２４は、受信アンテナ２０１が送信アンテナ１０５に近づくことにより変化する送信電源１０２に関するパラメータを検出するパラメータ検出部を構成する。そして、このパラメータ検出部の機能は、送信電源１０２が通常に有している保護機能（電源の破壊を防止するための機能）を兼用することで実現可能であり、専用回路は不要である。また図３では、パラメータ検出部として、入力検出部１０２２、電源パラメータ検出部１０２３及び出力検出部１０２４を全て有している場合を示しているが、これらの検出部１０２２〜１０２４のうち少なくとも１つ以上有していればよい。なお、複数のパラメータを検出することで、位置推定精度を向上させることができる。

整合回路１０２５は、送信電源１０２と送信アンテナ１０５とのインピーダンスを整合するものである。

次に、本発明に係る共振型電力伝送システムの動作原理について、図４を参照しながら説明する。図４では、２つの送信アンテナ１０５ａ，１０５ｂを設けてそれぞれに電力を供給している。そして、送信アンテナ１０５ａ，１０５ｂよりサイズが小さい受信アンテナ２０１を、送信アンテナ１０５ａのコイル線上に近づけている。また図４に示す矢印は、磁束の流れを示している。

ここで、図４（ａ）に示すように、従来構成の場合には、送信アンテナ１０５ａ，１０５ｂ間で磁束の打消しが生じる。その結果、サイズの小さい受信アンテナ２０１には磁束が鎖交せず、この受信アンテナ２０１に電力伝送を行うことができない。すなわち、ヌル点が発生することになる。
それに対し、図４（ｂ）に示すように、共振アンテナ１０６を設けることで、この共振アンテナ１０６に磁束を引き寄せることができ、送信アンテナ１０５ａ，１０５ｂ間での磁束の打消しを低減させることができる。その結果、サイズの小さい受信アンテナ２０１であっても磁束が鎖交するため、この受信アンテナ２０１に電力伝送を行うことができる。すなわち、ヌル点を解消することができる。

次に、上記のように構成された共振型電力伝送システムのスイッチ切替え動作について、図５を参照しながら説明する。なお、制御部１０４では、事前に、スイッチ１０８により共振アンテナ１０６の供給線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチ１０８の切替え状態と紐付けて記憶している。

共振型電力伝送システムのスイッチ切替え動作では、受信アンテナ２０１が送信アンテナ１０５に近づくと、図５に示すように、制御部１０４は、この受信アンテナ２０１の位置を取得する（ステップＳＴ５０１）。この受信アンテナ２０１の位置取得動作については後述する。

次いで、制御部１０４は、推定した受信アンテナ２０１の位置に基づいて、記憶している磁束のパターンの中から最適なパターンを選択する（ステップＳＴ５０２）。この際、推定した受信アンテナ２０１の位置がヌル点とならない磁束のパターンを選択する。

次いで、制御部１０４は、選択した磁束のパターンとなるように、記憶している該当パターンに紐付けたスイッチ１０８の切替え状態に従い、スイッチ１０８の切替え制御を行う（ステップＳＴ５０３）。

図６は本発明の効果の一例を示す図である。図６（ａ）では、３つの送信アンテナ１０５ａ〜１０５ｃを設けてそれぞれに電力を供給し、送信アンテナ１０５ｂ，１０５ｃに共振アンテナ１０６をそれぞれ対向配置している。そして、送信アンテナ１０５ａ〜１０５ｃよりサイズが小さい受信アンテナ２０１を、送信アンテナ１０５ａのコイル線上に近づけている。

ここで、共振アンテナ１０６をＯＦＦ状態とした場合（従来構成と同様の状態）では、図６（ｂ）に破線で示すように、共振周波数ｆ_０において、電力伝送することができないヌル点Ｎが発生している。
一方、共振アンテナ１０６をＯＮ状態とした場合には、図６（ｂ）に実線で示すように、共振周波数ｆ_０での伝送効率が向上しており、ヌル点Ｎが解消されていることがわかる。

このように、送信アンテナ１０５に近づいた受信アンテナ２０１の位置に応じて磁束のパターンを切替えることで、受信アンテナ２０１が送信アンテナ１０５のサイズと異なる場合であっても、ヌル点をなくし、伝送効率の低下を防ぐことができる。

また上記では、単一の受信アンテナ２０１が送信アンテナ１０５に近づいた場合について示したが、これに限るものではなく、複数の受信アンテナ２０１が送信アンテナ１０５に近づいた場合であっても同様である。すなわち、従来構成では、複数の受信アンテナ２０１が近づいた場合、その位置がコイル線上ではない場合であっても、ヌル点が発生する場合がある。それに対し、本発明では、共振アンテナ１０６を用いて磁界のパターンを適切に切替えることで、複数の受信アンテナ２０１が近づいた場合であっても、ヌル点の発生を解消し、伝送効率の低下を防ぐことができる。

次に、受信アンテナ２０１の位置取得動作の一例として、送信電源１０２のパラメータ検出部による検出結果を用いて、受信アンテナ２０１の位置を推定する動作について説明する。
パラメータ検出部による検出結果を用いた位置推定動作には、全ての送信アンテナ１０５を同時にＯＮ状態にして受信アンテナ２０１の位置推定を行う方法（第１の位置推定方法）と、送信アンテナ１０５を順にＯＮ状態にして受信アンテナ２０１の位置推定を行う方法（第２の位置推定方法）とがある。

まず、全ての送信アンテナ１０５を同時にＯＮ状態にして受信アンテナ２０１の位置推定を行う方法について、図７，８を参照しながら説明する。なお図８では、１０個の送信アンテナ１０５を設けた場合について示している。
この場合、図７に示すように、まず、送信装置１は、全ての送信アンテナ１０５を同時にＯＮ状態にする（ステップＳＴ７０１）。なおこの際、全ての送信アンテナ１０５を定常的にＯＮ状態としてもよいし、任意の周期でパルス状にＯＮ状態としてもよい。

次いで、出力検出部１０２４は送信電源１０２に関するパラメータを検出し、制御部１０４は当該パラメータに変化があるか（反応があるか）を判断する（ステップＳＴ７０２）。図８（ａ）では１番目の送信アンテナ１０５に対し、図８（ｂ）では１０番目の送信アンテナ１０５に対し、それぞれ出力検出部１０２４で反射電力を検出した場合を示している。この図８（ａ），（ｂ）に示すように、時刻ｔ１では、反射電力に変化はなく、反射電力が検出閾値α１より大きいため、１番目と１０番目の送信アンテナ１０５には受信アンテナ２０１が近づいていないと判断できる。このステップＳＴ７０２において、送信電源１０２に関するパラメータの変化がないと判断した場合には、シーケンスは再びステップＳＴ７０２に戻り待機状態となる。

一方、ステップＳＴ７０２において、制御部１０４は、パラメータに変化があると判断した場合には、受信アンテナ２０１の位置を推定する（ステップＳＴ７０３）。すなわち、図８（ｂ）では、時刻ｔ２において反射電力が検出閾値α１以下となっているため、１０番目の送信アンテナ１０５に受信アンテナ２０１が近づいていると判断できる。なお、出力検出部１０２４に加えて、入力検出部１０２２、電源パラメータ検出部１０２３のうち少なくとも１つ以上を組み合わせて、複数のパラメータを検出することで、位置推定精度を向上させることができる。

次に、送信アンテナ１０５を順にＯＮ状態にして受信アンテナ２０１の位置推定を行う方法について、図９，１０を参照しながら説明する。なお図１０では、１０個の送信アンテナ１０５を設けた場合について示している。
この場合、図９に示すように、まず、送信装置１は、送信アンテナ１０５を１つずつ順にＯＮ状態にする（ステップＳＴ９０１）。なおこの際の切替え順序は適宜設定可能である。

次いで、パラメータ検出部（入力検出部１０２２、電源パラメータ検出部１０２３、出力検出部１０２４）は送信電源１０２に関するパラメータを検出し、制御部１０４は当該パラメータに変化があるか（反応があるか）を判断する（ステップＳＴ９０２）。図１０は入力検出部１０２２により入力電流を検出した場合を示す図である。図１０では、時刻ｔ１のときに１番目の送信アンテナ１０５をＯＮ状態とし、時刻ｔ２のときに２番目の送信アンテナ１０５をＯＮ状態にし、以降、番号順に送信アンテナ１０５をＯＮ状態とする場合を示している。この図１０に示すように、時刻ｔ１〜ｔ９では入力電流に変化はなく、入力電流が検出閾値α２より低いため、１〜９番目の送信アンテナ１０５には受信アンテナ２０１が近づいていないと判断できる。このステップＳＴ９０２において、送信電源１０２に関するパラメータの変化がないと判断した場合には、シーケンスは再びステップＳＴ９０２に戻り待機状態となる。

一方、ステップＳＴ９０２において、制御部１０４は、パラメータに変化があると判断した場合には、受信アンテナ２０１の位置を推定する（ステップＳＴ９０３）。すなわち、図１０では、時刻ｔ１０において入力電流が検出閾値α２以上となっているため、１０番目の送信アンテナ１０５に受信アンテナ２０１が近づいていると判断できる。なお、電流値が増加する方に変化するか、減少する方に変化するかは回路構成で決定される。

図１１は検出するパラメータに適用可能な位置推定方法を示す一覧表である。
この図１１に示すように、入力検出部１０２２により検出されるパラメータ、電源パラメータ検出部１０２３により検出されるパラメータを用いる場合には、第２の位置推定方法のみ適用可能である。出力検出部１０２４により検出されるパラメータについては、第１，２の位置推定方法のいずれも適用可能である。

なお上記では、送信電源１０２のパラメータ検出部による検出結果を用いて、受信アンテナ２０１の位置を推定する場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば、受信装置２に位置センサ（ジャイロセンサ等）が搭載されている場合には、制御部１０４（アンテナ位置取得部）は、この受信装置２と通信することで、受信アンテナ２０１の位置を取得してもよい。

また、共振アンテナ１０６に接続されているダミー負荷１０７が可変式のものである場合には、その負荷を可変することで、磁束の調整範囲を広げることができる。よって、受信装置２に接続されている負荷が変動する場合であっても、ダミー負荷１０７の負荷を可変することで、ヌル点をなくし、伝送効率の低下を防ぐことが可能となる。

また図１，２では、各送信アンテナ１０５のうち一つのアンテナに対して共振アンテナ１０６、ダミー負荷１０７及びスイッチ１０８を設けた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば図１２に示すように、複数の送信アンテナ１０５に、共振アンテナ１０６、ダミー負荷１０７及びスイッチ１０８をそれぞれ設けてもよい。これにより、磁束のパターンを増やすことができる。

また図１，２では、一つの送信アンテナ１０５に対して一つの共振アンテナ１０６を設けた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば図１３に示すように、共振アンテナ１０６を、複数の送信アンテナ１０５に跨って対向配置して作用させるようにしてもよく、同様の効果を得ることができる。図１３の例では、全ての送信アンテナ１０５に対して単一の共振アンテナ１０６を対向配置させた場合を示している。
なお、図１３に示す構成では、図１に示す構成とは異なる磁束のパターンが得られる。よって、用いる受信アンテナ２０１のサイズに応じて、共振アンテナ１０６の構成を適宜選択する。

以上のように、この実施の形態１によれば、送信装置１に、各送信アンテナ１０５のうちの少なくとも一つのアンテナに対向配置され、送信アンテナ１０５の共振周波数と同一周波数で共振する共振アンテナ１０６と、共振アンテナ１０６の供給線路に接続されたダミー負荷１０７と、供給線路を接続又は切断するよう切替え可能なスイッチ１０８と、スイッチ１０８により供給線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチ１０８の切替え状態と紐付けて記憶する記憶部と、送信アンテナ１０５に近づいた受信アンテナ２０１の位置を取得するアンテナ位置取得部と、取得された受信アンテナ２０１の位置から、記憶された情報に基づいて、スイッチ１０８の切替えを行うスイッチ制御部とを設けたので、複数の送信アンテナ１０５を有する送信装置１と、受信アンテナ２０１を有する受信装置２との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システムにおいて、送信アンテナ１０５に近づく受信アンテナ２０１のサイズ、数及び位置に依らず、ヌル点の発生を解消し、伝送効率の低下を防ぐことができる。

実施の形態２．
図１４はこの発明の実施の形態２に係る共振型電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。この図１４に示す実施の形態２に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムからダミー負荷１０７を取除いたものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

このように、ダミー負荷１０７を設けない場合であっても、共振アンテナ１０６をＯＮ状態又はＯＦＦ状態に切替えることで、磁界のパターンを変えることができる。よって、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。ただし、その磁束の変化は、ダミー負荷１０７を設けた場合に対して小さくなる。

実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。この図１５に示す実施の形態３に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムのダミー負荷１０７として整流回路１０７１及びチャージコンデンサ１０７２を用い、電力回生回路１０９を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

整流回路１０７１は、共振アンテナ１０６の供給線路に接続され、当該共振アンテナ１０６により受信された電力（高周波電力）を直流電力に変換するものである。
チャージコンデンサ１０７２は、整流回路１０７１により変換された直流電力を充電するものである。このチャージコンデンサ１０７２は、インダクタ、キャパシタ、抵抗等の負荷、又はバッテリ１０７３等から構成される。
電力回生回路１０９は、チャージコンデンサ１０７２に充電された直流電力を、送信電源１０２へ回生するものである。

実施の形態１では、ダミー負荷１０７の構成によっては電力損失となる場合がある。そこで、図１５に示すように、共振アンテナ１０６により受信された電力を整流回路１０７１で整流してチャージコンデンサ１０７２で充電し、電力回生回路１０９で送信電源１０２に回生する。これにより、電力効率を高めることができる。
また、図１２，１３に示す実施の形態１の変形例についても同様に、図１５に示す構成を適用可能である。

実施の形態４．
図１６はこの発明の実施の形態４に係る共振型電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。この図１６に示す実施の形態４に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムのダミー負荷１０７として整流回路１０７１及びバッテリ１０７３を用い、放電用送信電源１１０を追加し、スイッチ１０８をスイッチ１１１に変更したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

整流回路１０７１は、共振アンテナ１０６の供給線路に接続され、当該共振アンテナ１０６により受信された電力（高周波電力）を直流電力に変換するものである。
バッテリ１０７３は、整流回路１０７１により変換された直流電力を充電するものである。
放電用送信電源１１０は、バッテリ１０７３に充電された直流電力を共振アンテナ１０６に放電するものである。放電用送信電源１１０は、送信電源１０２と同様の構成である。

スイッチ１１１は、共振アンテナ１０６の供給線路をダミー負荷１０７又は放電用送信電源１１０に接続又は切断を切替え可能なものである。すなわち、スイッチ１１１により、共振アンテナ１０６により受信された電力をバッテリ１０７３に充電するか、バッテリ１０７３に充電された電力を放電用送信電源１１０を介して共振アンテナ１０６に出力するか、回路を切り離して共振アンテナ１０６をＯＦＦ状態とするかを切替える。

図１６に示すように、共振アンテナ１０６により受信された電力を整流回路１０７１で整流してバッテリ１０７３で充電し、放電用送信電源１１０を介して放電することでも、磁束を変化させることができる。よって、図１６に示す構成の場合、スイッチ１１１によって３種類の磁束のパターンに切替えることができる。
また、図１２，１３に示す実施の形態１の変形例についても同様に、図１６に示す構成を適用可能である。

実施の形態５．
図１７はこの発明の実施の形態５に係る共振型電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。この図１７に示す実施の形態５に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムに位相制御部１１２を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

位相制御部１１２は、送信電源１０２から送信アンテナ１０５への電流位相を制御するものである。この際、位相制御部１１２は、例えば、送信電源１０２のパラメータ検出部による検出結果に基づいて送信装置１から受信装置２への電力の伝送状態を検出し、その伝送状態から電流位相の制御を行う。このように、送信アンテナ１０５への電流位相を制御することでも磁束を変化させることができ、実施の形態１の効果を補完することができる。

なお、電力の伝送状態を検出しながら位相制御する構成に限らず、電力の伝送状態の検出は行わず、単に電流位相を任意の値（９０度、１８０度等）に切替え可能としてもよい。これにより、磁束のパターンを増やすことができる。

実施の形態６．
図１８はこの発明の実施の形態６に係る共振型電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。この図１８に示す実施の形態６に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムに出力電流制御部１１３を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

出力電流制御部１１３は、送信電源１０２から送信アンテナ１０５への電流量を制御するものである。この際、出力電流制御部１１３は、例えば、送信電源１０２のパラメータ検出部による検出結果に基づいて送信装置１から受信装置２への電力の伝送状態を検出し、その伝送状態から電流位相の制御を行う。このように、送信アンテナ１０５への電流量を制御することでも磁束を変化させることができ、実施の形態１の効果を補完することができる。

なお、電力の伝送状態を検出しながら電流量制御する構成に限らず、電力の伝送状態の検出は行わず、単に電流量を任意の値に切替え可能としてもよい。これにより、磁束のパターンを増やすことができる。

実施の形態７．
図１９はこの発明の実施の形態７に係る共振型電力伝送システムの構成例を示すブロック図である。この図１９に示す実施の形態７に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムにアンテナ切替え制御部１１４を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

アンテナ切替え制御部１１４は、送信電源１０２から各送信アンテナ１０５への電力の供給を接続又は切断に切替えるものである。すなわち、送信アンテナ１０５を、送信電源１０２からの電力を伝送する電力伝送用アンテナとして用いるか、送信電源１０２から切り離して共振アンテナとして用いるかを切替える。これにより、磁束のパターンを増やすことができる。

なお上記の実施の形態５〜７では、実施の形態１の構成を元にした場合について示したが、これに限るものではなく、実施の形態２〜４の構成と組み合わせることも可能である。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る共振型電力伝送システムは、送信アンテナに近づく受信アンテナのサイズ、数及び位置に依らず、ヌル点の発生を解消し、伝送効率の低下を防ぐことができ、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システム等に用いるのに適している。

１ 送信装置、２ 受信装置、１０１ 一次電源、１０２ 送信電源、１０３ 送信アンテナ部、１０４ 制御部、１０５ 送信アンテナ、１０６ 共振アンテナ、１０７ ダミー負荷、１０８ スイッチ、１０９ 電力回生回路、１１０ 放電用送信電源、１１１ スイッチ、１１２ 位相制御部、１１３ 出力電流制御部、１１４ アンテナ切替え制御部、２０１ 受信アンテナ、２０２ 整流回路、１０２１ インバータ回路、１０２２ 入力検出部、１０２３ 電源パラメータ検出部、１０２４ 出力検出部、１０２５ 整合回路、１０７１ 整流回路、１０７２ チャージコンデンサ、１０７３ バッテリ。

Claims (15)

1. 複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システムにおいて、
   前記送信装置は、
   入力電力から前記送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する送信電源と、
   各々の前記送信アンテナのうちの少なくとも一つのアンテナに対向配置され、前記送信アンテナの共振周波数と同一周波数で共振する共振アンテナと、
   前記共振アンテナの供給線路に接続されたダミー負荷と、
   前記供給線路を接続又は切断するよう切替え可能なスイッチと、
   前記スイッチにより前記供給線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチの切替え状態と紐付けて記憶する記憶部と、
   前記送信アンテナに近づいた前記受信アンテナの位置を取得するアンテナ位置取得部と、
   前記アンテナ位置取得部により取得された前記受信アンテナの位置から、前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記スイッチの切替えを行うスイッチ制御部とを有する
   ことを特徴とする共振型電力伝送システム。
2. 前記送信電源の保護機能を兼用し、前記受信アンテナが前記送信アンテナに近づくことにより変化する当該送信電源に関するパラメータを検出するパラメータ検出部を有し、
   前記アンテナ位置取得部は、前記パラメータ検出部による検出結果から前記受信アンテナの位置を推定する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
3. 前記共振アンテナは、各々の前記送信アンテナのうちの複数に跨って対向配置された
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
4. 前記ダミー負荷は、
   前記共振アンテナにより受信された電力を直流電力に変換する整流回路と、
   前記整流回路により変換された直流電力を充電するチャージコンデンサとを有し、
   前記チャージコンデンサに充電された直流電力を前記送信電源に回生する電力回生回路を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
5. 前記ダミー負荷は、
   前記共振アンテナにより受信された電力を直流電力に変換する整流回路と、
   前記整流回路により変換された直流電力を充電するバッテリとを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
6. 前記バッテリに充電された直流電力を前記共振アンテナに放電する放電用送信電源を有し、
   前記スイッチは、前記供給線路を前記バッテリ又は前記放電用送信電源に接続又は切断するよう切替え可能である
   ことを特徴とする請求項５記載の共振型電力伝送システム。
7. 前記送信電源から前記送信アンテナへの電流位相を制御する位相制御部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
8. 前記送信電源から前記送信アンテナへの電流量を制御する出力電流制御部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
9. 前記送信電源から前記送信アンテナへの電力の供給を接続又は切断するよう切替え可能なアンテナ切替え制御部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
10. 前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、磁界共鳴により電力伝送を行う
    ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
11. 前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、電界共鳴により電力伝送を行う
    ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
12. 前記送信アンテナと前記受信アンテナとは、電磁誘導により電力伝送を行う
    ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
13. 複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う共振型電力伝送システムにおいて、
    前記送信装置は、
    入力電力から前記送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する送信電源と、
    各々の前記送信アンテナのうちの少なくとも一つのアンテナに対向配置され、前記送信アンテナの共振周波数と同一周波数で共振する共振アンテナと、
    前記共振アンテナの線路を接続又は切断するよう切替え可能なスイッチと、
    前記スイッチにより前記線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチの切替え状態と紐付けて記憶する記憶部と、
    前記送信アンテナに近づいた前記受信アンテナの位置を取得するアンテナ位置取得部と、
    前記アンテナ位置取得部により取得された前記受信アンテナの位置から、前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記スイッチの切替えを行うスイッチ制御部とを有する
    ことを特徴とする共振型電力伝送システム。
14. 受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う複数の送信アンテナを有する送信装置において、
    入力電力から前記送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する送信電源と、
    各々の前記送信アンテナのうちの少なくとも一つのアンテナに対向配置され、前記送信アンテナの共振周波数と同一周波数で共振する共振アンテナと、
    前記共振アンテナの供給線路に接続されたダミー負荷と、
    前記供給線路を接続又は切断するよう切替え可能なスイッチと、
    前記スイッチにより前記供給線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチの切替え状態と紐付けて記憶する記憶部と、
    前記送信アンテナに近づいた前記受信アンテナの位置を取得するアンテナ位置取得部と、
    前記アンテナ位置取得部により取得された前記受信アンテナの位置から、前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記スイッチの切替えを行うスイッチ制御部とを有する
    ことを特徴とする送信装置。
15. 受信アンテナを有する受信装置との間で電力伝送を行う複数の送信アンテナを有する送信装置において、
    入力電力から前記送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する送信電源と、
    各々の前記送信アンテナのうちの少なくとも一つのアンテナに対向配置され、前記送信アンテナの共振周波数と同一周波数で共振する共振アンテナと、
    前記共振アンテナの線路を接続又は切断するよう切替え可能なスイッチと、
    前記スイッチにより前記線路を接続及び切断した場合での磁束のパターンを、当該スイッチの切替え状態と紐付けて記憶する記憶部と、
    前記送信アンテナに近づいた前記受信アンテナの位置を取得するアンテナ位置取得部と、
    前記アンテナ位置取得部により取得された前記受信アンテナの位置から、前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記スイッチの切替えを行うスイッチ制御部とを有する
    ことを特徴とする送信装置。

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