JP5900508B2 - 非接触型充電装置および非接触型充電方法 - Google Patents

非接触型充電装置および非接触型充電方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5900508B2
JP5900508B2 JP2013546867A JP2013546867A JP5900508B2 JP 5900508 B2 JP5900508 B2 JP 5900508B2 JP 2013546867 A JP2013546867 A JP 2013546867A JP 2013546867 A JP2013546867 A JP 2013546867A JP 5900508 B2 JP5900508 B2 JP 5900508B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
distance
power transmission
resonance coil
information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013546867A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013080285A1 (ja
Inventor
昭嘉 内田
昭嘉 内田
田口　雅一
雅一 田口
清人 松井
清人 松井
川野　浩康
浩康 川野
聡 下川
聡 下川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of JPWO2013080285A1 publication Critical patent/JPWO2013080285A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5900508B2 publication Critical patent/JP5900508B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/12—Recording operating variables ; Monitoring of operating variables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/122—Circuits or methods for driving the primary coil, e.g. supplying electric power to the coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/126—Methods for pairing a vehicle and a charging station, e.g. establishing a one-to-one relation between a wireless power transmitter and a wireless power receiver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/305—Communication interfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
    • H02J7/00034—Charger exchanging data with an electronic device, i.e. telephone, whose internal battery is under charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/10—Emission reduction
    • B60L2270/14—Emission reduction of noise
    • B60L2270/147—Emission reduction of noise electro magnetic [EMI]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/38—Impedance-matching networks
    • H03H7/40—Automatic matching of load impedance to source impedance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

本発明は、非接触型の充電に用いる非接触型充電装置および非接触型充電方法に関する。
従来、交流を用いた強結合系の非接触型充電技術として、例えば、電磁誘導、電界結合、磁界共鳴、電界共鳴などを用いた方式が知られている。そして、交流を用いた強結合系の上記非接触型充電技術で用いる非接触型充電装置おいては、交流電力を供給する電力供給系のインピーダンスと、送電部と受電装置（送受電系）により決まるインピーダンスと、の整合が不可欠である。つまり、インピーダンスの整合がされていない場合には、電力供給部と送電部の間に反射電力が発生し、電力供給系に影響を与える。また、反射電力の影響により、周辺機器へのElectromagnetic Interference（ＥＭＩ）につながる。さらには、非接触型充電装置における効率の低下にもつながる。特に、大電力を送電する場合に大きく影響する。例えば、電気自動車やハイブリッド車が搭載するバッテリーへの充電が考えられる。
関連する技術として、交流電源と、交流電源に接続された１次コイルと、１次側共鳴コイルと、２次側共鳴コイルと、負荷が接続された２次コイルと、２次コイルと負荷との間に設けられたインピーダンス可変回路とを備える、非接触型電力伝送装置が知られている。１次コイル、１次側共鳴コイル、２次側共鳴コイル、２次コイル、負荷およびインピーダンス可変回路は、共鳴系を構成する。交流電源は共鳴系の共鳴周波数に等しい周波数で交流電圧を出力する。インピーダンス可変回路のインピーダンスは、共鳴系の入力インピーダンスの変化を抑制するように調整される。その結果、２つの共鳴コイル間の距離や負荷の少なくとも一方が変化しても、交流電源の交流出力電圧の周波数を変更せずに、交流電源から電力を効率良く負荷に供給することができる。
特開２０１０−１４１９７７号公報
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、電力供給系と送受電系の反射電力を抑える非接触型充電装置および非接触型充電方法を提供することを目的とする。
実施の態様のひとつである非接触型充電装置は、整合部、計測部、制御部を有している。整合部は、交流電力を供給する電力供給系のインピーダンスと、送電部と受電装置を有する送受電系のインピーダンスとを整合する。
計測部と、上記送電部の軸対称形状の送電共振コイルの中心点の位置と、上記受電装置の軸対称形状の受電共振コイルの中心点の位置と、を結ぶ線分の長さを示す第１の距離を計測する。
制御部は、上記受電装置を有する装置を識別する情報を用いて、距離情報を参照し、第２の距離を選択する。距離情報は、上記受電装置を有する複数の装置を識別する識別情報と、上記識別情報各々に関連付けられる上記装置の種類各々により決定される上記送電共振コイルを有する面と上記受電共振コイルを有する面との距離である第２の距離と、を有し、記憶部に記憶されている。また、制御部は、上記第１の距離と上記第２の距離とを用いて、整合情報を参照して可変情報を選択する。整合情報は、上記第１の距離と上記第２の距離の組合せと、上記第１の距離と上記第２の距離の組合せに関連付けられる可変情報とを有し、記憶部に記憶されている。可変情報は、上記電力供給系のインピーダンスと上記送電共振コイルと上記受電共振コイルの相対位置により変化する上記送受電系のインピーダンスを整合させるための上記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変するための情報である。また、制御部は上記可変情報に応じて上記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変する。
また、非接触型充電装置の上記計測部は、上記送電部の軸対称形状の送電共振コイルの中心点の位置と、上記受電装置の軸対称形状の送電共振コイルの中心点の位置とを結ぶ線分と、上記送電共振コイルの中心点から上記軸対称の軸となる線分とがなす角度を計測してもよい。
角度を用いる場合、制御部は上記角度と上記第２の距離とを用いて、整合情報を参照し、可変情報を選択してもよい。整合情報は、上記角度と上記第２の距離の組合せと、上記角度と上記第２の距離の組合せに関連付けられる可変情報とを有し、記憶部に記憶されている。可変情報は、上記電力供給系のインピーダンスと上記送電共振コイルと上記受電共振コイルの相対位置により変化する上記送受電系のインピーダンスを整合させるための上記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変する情報である。
本実施形態によれば、電力供給系と送受電系の反射電力を抑えるという効果を奏する。
実施形態１の非接触型充電装置と受電装置の一実施例を示す図である。 強結合系の非接触型充電装置と受電装置の一実施例を示す図である。 整合部のインピーダンス整合の一実施例を示す図である。 非接触型充電装置の動作の一実施例を示す図である。 車両または電子機器に搭載された受電装置に送電する非接触型充電装置の一実施例を示す図である。 距離Ｄ１の計測の一実施例を示す図である。 角度θ１の計測の一実施例を示す図である。 距離情報のデータ構造の一実施例を示す図である。 整合情報のデータ構造の一実施例を示す図である。 磁界共鳴と電界共鳴の非接触型充電システムの等価回路の一実施例を示す図である。 受電共振コイルがＸ方向に移動した場合のインピーダンスと反射電力と効率を示す図である。 受電共振コイルがＺ方向に移動した場合のインピーダンスと反射電力と効率を示す図である。 実施形態２の非接触型充電装置の動作の一実施例を示す図である。
強結合系の非接触型充電装置と受電装置について説明する。例えば、磁界共鳴の非接触型充電装置が電力を非接触で受電装置に送電する場合、送電に用いる送電系に含まれる送電共振コイルと受電系に含まれる受電共振コイルの相対位置関係に応じて、送電系と受電系を含む送受電系のインピーダンスが変化する。すなわち、上記相対位置が固定されている場合には送受電系のインピーダンスは一定であるので、送電系に電力を供給する電力供給系のインピーダンスと送受電系のインピーダンスの整合は一意的に決定することができる。しかし、実際に非接触型充電装置から受電装置に非接触で送電する場合、相対位置は必ずしも固定されるものではないことが想定される。また、相対位置が固定されず自由に変化する場合、送電共振コイルと受電共振コイルとの間には相対位置を決定するための自由度として、平面を示すＸ軸およびＹ軸と高さを示すＺ軸、３軸それぞれの周りの回転を示す角度θｘ、θｙ、θｚを有している。
そこで、本実施形態では送電共振コイルと受電共振コイルとの相対位置に関する自由度の６つのパラメータのうち５つを制約する。
・送電共振コイルと受電共振コイルを軸対称な形状にする
・送電共振コイルと受電共振コイルを平行に配置する
・送電共振コイルと受電共振コイルのＺ軸方向の距離（高さ）を固定する
すなわち、上記の制約をすることにより、軸対称な形状の送電共振コイルと受電共振コイルを平行に配置されるため、角度θｘ、θｙ、θｚの３つのパラメータを計測しなくてよくなる。さらに、Ｚ軸方向の距離（高さ）についても、受電共振コイルを有する受電装置の形状などにより決定することができるため、受電装置の種類によりＺ軸方向の距離を決定できる。従って、Ｚ軸方向の距離も計測する必要がなくなる。また、送電共振コイルの中心を原点と考えるとＸ軸とＹ軸は等価であると考えられるため、自由度の６つのパラメータのうち５つが既知であると考えられる。その結果、１軸のみを計測することにより自由度の６つのパラメータを取得することができる。つまり、相対位置は、計測した１軸と予め決定されているＺ軸方向の距離により表すことができる。
ここで、軸対称な形状にするとは、例えば、正方形のコイルが送電共振コイルまたは受電共振コイルとして用いられている場合、コイルの一辺をＬとすると正方形の面積Ｌ×Ｌと同じ面積になる軸対称な形状である円形のコイルに近似すればよい。すなわち、直径が２Ｌ／（π＾０．５）の円形のコイルとして、正方形のコイルを扱う。
また、正八角形のコイルの一辺をＬとすると正八角形の面積２（Ｌ×Ｌ）／ｔａｎ２２．５と同じ面積になる軸対称な形状である円形のコイルに近似すればよい。すなわち、直径が２Ｌ×（２／πｔａｎ２２．５）＾０．５）の円形のコイルとして、正八角形のコイルを扱う。
このように、送電及び受電共振コイルについて、軸対称な形状は完全な円ではなくても、精度低下の可能性はあるが、円に近似して計算することができる形状を含んでいる。
次に、電力供給系のインピーダンスと送受電系のインピーダンスの整合を行う回路の定数を、求めた相対位置を用いて決定する。例えば、インピーダンスの整合をコイルとコンデンサによりおこなう整合回路の場合、求めた相対位置に応じてインダクタンスとキャパシタンスを可変する定数を決定する。
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態１の非接触型充電装置と受電装置の一実施例を示す図である。非接触型充電装置１は、電力供給部３、整合部４、送電部５、第１の計測部６、第２の計測部７、制御部８、記憶部９を有している。受電装置２は、受電部１０、充電部１１、バッテリー１２を有している。
電力供給部３は、外部電力源から供給された電力を用いて、受電装置２へ電力を送電するための送電周波数の送電電力を生成し、整合部４に出力する。送電周波数は、後述する送電部５の有する共振回路および受電部１０の有する共振回路の共振周波数と同じ周波数である。ただし、実際には共振周波数と送電周波数が同一であることはないため、予め設定した範囲内に共振周波数と送電周波数が入っていれば同じとみなす。また、電力供給部３は、例えば、発振回路と送電アンプを備える。発振回路は共振周波数を生成する。送電アンプは、外部電源から供給される電力を、発振回路で生成した送電周波数の送電電力にし、整合部４に送信する。
整合部４は、電力供給部３（電力供給系）のインピーダンスと、送電部５と受電装置２（送受電系）のインピーダンスとを、整合する。整合部４は、例えば、可変コイルや可変コンデンサなどを有する回路を用いて、インダクタンスまたはキャパシタンスを可変させてインピーダンスの整合を行う。または、複数のコイルまたは複数のコンデンサに接続された複数のスイッチなどを切り替えて、インダクタンスまたはキャパシタンスを変化させてインピーダンスの整合を行ってもよい。インピーダンスの整合は、後述する制御部８からの制御信号によりインダクタンスまたはキャパシタンスを可変させて行うことが考える。
送電部５は、図２に示す電力供給コイル２１と送電共振コイル２２を有し、整合部４から供給される送電電力を受電装置２の受電部１０に送電する。また、電力供給コイル２１を用いない場合には、送電共振コイル２２に整合部４から送電電力を供給する。
第１の計測部６（計測部）は、送電部５と受電部１０との距離Ｄ１または角度θ１を計測する。例えば、送電部５と受電部１０の距離Ｄ１は、送電共振コイル２２の中心と受電共振コイル２３の中心との距離を計測することが考えられる。計測方法として、例えば、Ultra Wide Band通信を用いる方法、レーザ測長器などを用いる方法が考えられる。なお、距離Ｄ１の計測は上記方法に限定されるものではない。Ultra Wide Band通信を用いる方法については、水垣健一、外１３名、「１ｃｃ超小型ノードを用いた２２ｃｍ高精度測位システムの開発（２）：ＵＷＢ測位システムの実証実験」、２００６年電子情報通信学会基礎・境界ソサイエティ大会、ｐｐ.Ｓ−５５（http://www.ekouhou.net/設置誤差推定装置および設置誤差推定方法/disp-A,2010-127755.html）を参照されたい。
送電部５と受電部１０との角度θ１は、例えば、送電共振コイル２２の中心と受電共振コイル２３の中心とのなす角度を計測することが考えられる。計測方法として、例えば、カメラを用いる方法などを用いる方法が考えられる。なお、角度θ１の計測は上記方法に限定されるものでなく、角度θ１が計測できればよい。
第２の計測部７は送電部５と受電部１０との距離Ｄ２（または高さ）を計測する。例えば、送電共振コイル２２の面（平面）と受電共振コイル２３の面（平面）との距離を計測することが考えられる。なお、予め非接触型充電装置と受電装置が分かっている場合には、距離Ｄ２を記憶部９に記憶しておいてもよい。
制御部８は、非接触型充電装置１の各部を制御する。制御部８は、受電装置２を有する装置を識別する情報を用いて、距離情報を参照して第２の距離を選択する。距離情報は、受電装置２を有する複数の装置を識別する識別情報と、識別情報各々に関連付けられる装置の種類各々により決定される送電共振コイル２２を有する面と受電共振コイル２３を有する面との距離である第２の距離と、を有し、記憶部に記憶されている。また、制御部８は、第１の距離と第２の距離とを用いて、整合情報を参照し、可変情報を選択し、可変情報に応じて整合部４のインダクタンスとキャパシタンスを可変する。整合情報は、第１の距離と第２の距離の組合せと、第１の距離と第２の距離の組合せに関連付けられる整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変するための可変情報と、を有し、記憶部９に記憶されている。可変情報は、電力供給系のインピーダンスと、送電共振コイルと受電共振コイルの相対位置により変化する送受電系のインピーダンスと、を整合させるために用いる情報である。
また、制御部８はCentral Processing Unit（ＣＰＵ）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（Field Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）、Programmable Logic Device（ＰＬＤ）など）を用いることが考えられる。
記憶部９は、距離情報、整合情報などを記憶している。記憶部９は、例えばRead Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）などのメモリやハードディスクなどが考えられる。なお、記憶部９にはパラメータ値、変数値などのデータを記録してもよいし、実行時のワークエリアとして用いてもよい。
受電部１０は、図２に示す受電共振コイル２３と電力取出コイル２４を有している。受電部１０は、送電部５から電力を受電して充電部１１に出力する。
充電部１１は、受電部１０に接続される整流回路を備え、受電した交流の送電電力を充電する。また、電力取出コイル２４を用いない場合、充電部１１は受電部１０の受電共振コイルに直接接続される。なお、本例では充電部１１のバッテリー１２を充電する回路として整流回路を用いたが、他の充電回路を用いてバッテリーを充電してもよい。
バッテリー１２は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次充電池などが考えられる。
送受電について説明する。
図２は、強結合系の非接触型充電装置と受電装置の一実施例を示す図である。図２に示す非接触型充電装置１と受電装置２を有するシステムは、磁界共鳴または電界共鳴を利用して非接触型充電装置１から受電装置２に電力を供給するシステムである。図２に示す非接触型充電装置１には、電力供給部３、整合部４、電力供給コイル２１、送電共振コイル２２が示されている。また、受電装置２には、受電共振コイル２３、電力取出コイル２４、負荷ＺＬが示されている。非接触型充電装置１の電力供給部３は、整合部４と電力供給コイル２１を介して送電共振コイル２２に電力を供給する。電力供給部３は、例えば、発振回路を有し、送電共振コイル２２と受電共振コイル２３との間に共鳴を発生させる共振周波数で、不図示の外部電源から供給される電力を、整合部４を介して電力供給コイル２１に供給する。整合部４については後述する。
電力供給コイル２１は、電力供給部３から供給される電力を電磁誘導により送電共振コイル２２に供給する回路が考えられる。なお、電力供給コイル２１と送電共振コイル２２とは電磁誘導により電力が供給できる程度の位置に配置されている。
送電共振コイル２２は、例えば、ヘリカル型のコイルなどを有する回路が考えられる。また、送電共振コイル２２はＬＣ共振回路により表すことができ、送電共振コイル２２の共振周波数（送電周波数ｆ０）は式１によって示すことができる。
Figure 0005900508
 ｆ０：送電共振コイルの共振周波数
Ｌａ：送電共振コイルのインダクタンス
Ｃａ：送電共振コイルのキャパシタンス
受電共振コイル２３は、例えば、ヘリカル型のコイルなどを有する回路が考えられる。また、受電共振コイル２３はＬＣ共振回路により表すことができる。また、受電共振コイル２３各々はＬＣ共振回路により表すことができ、受電共振コイルの共振周波数ｆ１は式２によって示すことができる。
Figure 0005900508
 ｆ１：受電共振コイルの共振周波数
Ｌｂ：受電共振コイルのインダクタンス
Ｃｂ：受電共振コイルのキャパシタンス
電力取出コイル２４は、対応する受電共振コイル２３から電磁誘導により電力を取り出す回路が考えられる。なお、受電共振コイル２３と対応する電力取出コイル２４は電磁誘導により電力が供給できる程度の位置に配置されている。
負荷ＺＬは、電力取出コイル２４に接続されている。負荷ＺＬは、例えば、バッテリーなどである。実際には負荷ＺＬの前段に交流を直流に変換するための整流回路やＡＣ−ＤＣコンバータなどが接続されている。また、電圧を所定の電圧値に変換する電圧変換器、トランスや充電量を監視する検出回路などが接続されていてもよい。
整合部４について説明する。
図３は、整合部のインピーダンス整合の一実施例を示す図である。図３のＡには、電力供給系３１、整合部４ａ、送受電系３２、制御部８が示されている。整合部４ａからみた入力インピーダンスＺｓｏｕｒｃｅは、電力供給系３１の有する電力供給部３と配線抵抗などにより決まる。整合部４ａからみた出力インピーダンスＺｌｏａｄは、図１の送電部５と受電装置２などを有する送受電系３２により決まる。出力インピーダンスＺｌｏａｄは、送電共振コイル２２と受電共振コイル２３の相対位置などにより変化する。
整合部４ａは、可変コンデンサＣｍａと可変コイルＬｍａを有する整合回路である。制御部８は、相対位置に関連付けられている可変コンデンサＣｍａのキャパシタンスと可変コイルＬｍａのインダクタンスを可変させる可変情報を用いて、電力供給系３１と送受電系３２のインピーダンスの整合を行う。本例では、可変コンデンサＣｍａと可変コイルＬｍａを用いているが、インピーダンスの整合が行える回路であれば限定されるものではない。
図３のＢは、電力供給系３１、整合部４ｂ、送受電系３２、制御部８が示されている。整合部４ｂは、可変コンデンサＣｍｂと可変コイルＬｍｂを有する整合回路である。制御部８は、相対位置に関連付けられている可変コンデンサＣｍｂのキャパシタンスと可変コイルＬｍｂのインダクタンスを可変させる可変情報を用いて、電力供給系３１と送受電系３２のインピーダンスの整合を行う。本例では、可変コンデンサＣｍａと可変コイルＬｍｂを用いているが、インピーダンスの整合が行える回路であれば限定されるものではない。
制御部の動作について説明する。
図４は、非接触型充電装置の動作の一実施例を示す図である。ステップＳ１では、制御部８が受電装置２の受電部１０が所定の位置にあることを検出し、充電開始の指示を検出した場合にはステップＳ２（Ｙｅｓ）移行し、検出しない場合（Ｎｏ）には待機する。例えば、非接触型充電装置が車両に搭載された受電装置に充電をする場合について説明する。図５は、車両または電子機器に搭載された受電装置に送電する非接触型充電装置の一実施例を示す図である。
車両の充電について説明する。図５のＡに示す車両５１には受電装置５３が搭載され、非接触型充電装置５２から送電された電力を充電する。車両５１の受電装置５３のバッテリーへ充電する場合、所定の位置に駐車完了後、充電を開始する。所定の位置に車両が駐車できたか否かは、例えば、駐車場に配置されているセンサを用いて、車両５１が所定範囲に駐車されたかを検出する。充電開始の指示は、例えば、車両５１のイグニションスイッチがオフになり、充電開始の指示が利用者によりされたことを車両５１の不図示のElectronic Control Unit（ＥＣＵ）が検知する。そして、ＥＣＵは充電開始に関する情報を生成して車両５１の不図示の通信部に送信し、該通信部を介して非接触型充電装置５２を備える不図示の充電スタンドの通信部に通知される。
電子機器の充電について説明する。図５のＢに示す電子機器５４には受電装置５６が搭載され、非接触型充電装置５５から送電された電力を充電する。電子機器５４の受電装置５６のバッテリーへ充電する場合、非接触型充電装置５５の充電台の所定の位置に配置された後、充電を開始する。所定の位置に電子機器５４が配置できたか否かは、例えば、充電台に配置されているセンサを用いて、電子機器５４が所定範囲に配置されたかを検出する。充電開始の指示は、例えば、充電開始の指示が利用者によりされたことを非接触型充電装置５５が検知する。
ステップＳ２では、制御部８が充電開始に関する情報を取得すると、第１の計測部６に距離Ｄ１または角度θ１の計測を指示し、第１の計測部６が距離Ｄ１または角度θ１を計測する。その後、制御部８が計測した距離Ｄ１または角度θ１に関する情報を第１の計測部６から受信する。第１の計測部６は、例えば、Ultra Wide Band通信またはレーザ測長器などを用いて距離Ｄ１を計測する。図６は、距離Ｄ１の計測の一実施例を示す図である。図６は円形の送電共振コイル２２の中心点を原点に配置し、受電共振コイル２３がＸ方向にずれて配置されている。そして、送電共振コイル２２の中心点６１と受電共振コイル２３の中心点６２とを結ぶ線分を距離Ｄ１としている。Ultra Wide Band通信を用いて距離Ｄ１を計測する場合、送電共振コイル２２の中心点６１と受電共振コイル２３の中心点６２それぞれにＵＷＢアンテナを配置し、ＵＷＢアンテナの受信した信号を第１の計測部６が取得し、受信した信号を用いて距離Ｄ１を求める。なお、ＵＷＢアンテナの配置は必ずしも中心点でなくてもよく、距離Ｄ１を求めることができればよい。
レーザ測長器を用いる場合、レーザ測長器は送電共振コイル２２の中心点６１に投光部と受光部を備えた投受光部と、受電共振コイル２３の中心点６２を検知して投受光部を中心点６２の方向に向かせる可動部とを備える。レーザ測長器の測定した結果を用いて距離Ｄ１を求める。なお、投受光部の配置は必ずしも中心点でなくてもよく、距離Ｄ１を求めることができればよい。
第１の計測部６が角度θ１を計測する場合について図７を用いて説明する。図７は、角度θ１の計測の一実施例を示す図である。図７では撮像装置（カメラやビデオ）を用いた方式により角度θ１を計測する。例えば、非接触型充電装置にカメラを取り付け、図７のＡに示すように撮像装置が受電装置の受電共振コイル２３の中心点６２の位置に付けた印などを撮影する。続いて、撮像装置が撮影した画像を画像処理により解析し印を検出する。次に、図７のＢに示す撮像装置が撮影した画像に印の位置（中心点６２）を用いて、角度θ１を既知の画像処理により求める。また、角度θ１だけでなく距離Ｄ１を求めることもできる。なお、撮像装置には魚眼レンズなどを用いてもよい。魚眼レンズのようなレンズによる歪みがある像でも歪みを画像処理により補正することで角度θ１あるいは距離Ｄ１の測定が可能となる。また、印は点滅するＬＥＤなどとすることで、夜間でも認識が可能となる。
ステップＳ３では、制御部８がＺ方向の距離Ｄ２を計測または記憶部９に記憶した距離情報から距離Ｄ２の情報を取得する。距離Ｄ２の計測する場合は、例えば、第２の計測部７を用いて、実際に送電共振コイル２２の面（平面）と受電共振コイル２３の面（平面）との距離を計測する。また、予め非接触型充電装置と受電装置が分かっている場合には、Ｚ軸方向の距離（高さ）について受電共振コイルを有する受電装置の形状などにより決定することができるため、受電装置の種類を識別することによりＺ軸方向の距離を決定できる。その場合第２の計測部７はなくてもよい。車両の場合、車種を識別して車種各々に関連付けて非接触型充電装置と受電装置とのＺ軸方向の距離Ｄ２を記憶部９に記憶しておく。車両の識別は、例えば、撮像装置（カメラやビデオ）で車両を撮影し、既知の画像処理により車種を識別する方法が考えられる。また、車両と通信をして車両から車両を識別する情報を取得することが考えられる。また、電子機器の場合にも通信をして電子機器から電子機器を識別する情報を取得することが考えられる。
図８は、距離情報のデータ構造の一実施例を示す図である。距離情報８１は、「識別情報」「距離Ｄ２」に記憶する情報を有している。「識別情報」には、受電装置を有する車両や電子機器などの装置を識別するための情報が記憶されている。本例では、「識別情報」として「ＩＤ１」「ＩＤ２」「ＩＤ３」「ＩＤ４」・・・・などが記憶されている。「距離Ｄ２」には、識別情報各々に関連付けられて非接触型充電装置と受電装置とのＺ軸方向の距離Ｄ２が記憶されている。本例では、「距離Ｄ２」として「ｋｙｏｒｉ１ｚ」「ｋｙｏｒｉ２ｚ」「ｋｙｏｒｉ３ｚ」「ｋｙｏｒｉ４ｚ」・・・・などが記憶されている。
なお、ステップＳ２とステップＳ３の処理はどちらの処理を先にしてもよい。
ステップＳ４では、制御部８がステップＳ２およびステップＳ３で取得した距離Ｄ１と距離Ｄ２を用いて、整合情報を参照して可変情報を選択する。または、角度θ１と距離Ｄ２を用いて、整合情報を参照して可変情報を選択する。図９は、整合情報のデータ構造の一実施例を示す図である。整合情報９１は、「距離Ｄ１」「距離Ｄ２」「可変情報」に記憶する情報を有している。「距離Ｄ１」は、送電共振コイル２２の中心点と所定の範囲内の受電共振コイル２３の中心点との距離が記憶されている。本例では、距離Ｄ１として「ｋｙｏｒｉ１」「ｋｙｏｒｉ２」・・・「ｋｙｏｒｉ６」「ｋｙｏｒｉ７」・・・・などが記憶されている。「距離Ｄ２」は、送電共振コイル２２を有する面と受電共振コイル２３を有する面の距離が、「距離Ｄ１」の情報各々に関連付けられて記憶されている。本例では、距離Ｄ２として「ｋｙｏｒｉ１ｚ」「ｋｙｏｒｉ２ｚ」・・・・などが、「距離Ｄ１」の情報各々に関連付けられて記憶されている。「可変情報」は、電力供給系のインピーダンスと送受電系のインピーダンスを整合させる整合部４の素子の定数を可変する情報が記憶されている。ここで、素子とは図３に示した可変コイルＬｍａ、可変コンデンサＣｍａ、可変コイルＬｍｂ、可変コンデンサＣｍｂなどである。本例では、「可変情報」は「キャパシタンス」「インダクタンス」に記憶される情報を有している。「キャパシタンス」には、「距離Ｄ１」と「距離Ｄ２」に関連付けられた整合部４のキャパシタンスを可変する情報が記憶されている。本例では、キャパシタンスを可変する情報として「Ｃ１１」「Ｃ１２」・・・「Ｃ２１」「Ｃ２２」・・・「Ｃ６１」「Ｃ６２」・・・「Ｃ７１」「Ｃ７２」・・・・が記憶されている。「インダクタンス」には、「距離Ｄ１」と「距離Ｄ２」に関連付けられた整合部４のインダクタンスを可変する情報が記憶されている。本例では、キャパシタンスを可変する情報として「Ｌ１１」「Ｌ１２」・・・「Ｌ２１」「Ｌ２２」・・・「Ｌ６１」「Ｌ６２」・・・「Ｌ７１」「Ｌ７２」・・・・が記憶されている。
整合情報９２は、「角度θ１」「距離Ｄ２」「可変情報」に記憶する情報を有している。整合情報９１との違いは、距離Ｄ１の代わりに角度θ１と距離Ｄ２を用いて可変情報を選択する。「角度θ１」は、送電共振コイル２２の中心点と所定の範囲内の受電共振コイル２３の中心点とを結ぶ線分がＺ軸とのなす角度が記憶されている。本例では、角度θ１として「ｋａｋｕｄｏ１」「ｋａｋｕｄｏ２」・・・「ｋａｋｕｄｏ６」「ｋａｋｕｄｏ７」・・・・などが記憶されている。「距離Ｄ２」は、送電共振コイル２２を有する面と受電共振コイル２３を有する面の距離が、「距離Ｄ１」の情報各々に関連付けられて記憶されている。本例では、距離Ｄ２として「ｋｙｏｒｉ１ｚ」「ｋｙｏｒｉ２ｚ」・・・・などが、「角度θ１」の情報各々に関連付けられて記憶されている。「可変情報」は、電力供給系のインピーダンスと送受電系のインピーダンスを整合させる整合部４の素子の定数を可変する情報が記憶されている。ここで、素子とは図３に示した可変コイルＬｍａ、可変コンデンサＣｍａ、可変コイルＬｍｂ、可変コンデンサＣｍｂなどである。本例では、「可変情報」は「キャパシタンス」「インダクタンス」に記憶される情報を有している。「キャパシタンス」には、「角度θ１」と「距離Ｄ２」に関連付けられた整合部４のキャパシタンスを可変する情報が記憶されている。本例では、キャパシタンスを可変する情報として「Ｃ１１」「Ｃ１２」・・・「Ｃ２１」「Ｃ２２」・・・「Ｃ６１」「Ｃ６２」・・・「Ｃ７１」「Ｃ７２」・・・・が記憶されている。
可変情報の求め方について説明する。
図１０に示す等価回路１０１、１０２などを、電磁界シミュレータなどを用いて解析することにより、可変情報を求める。例えば、送受電系で用いられている回路の仕様（形状・材質など）、シールド、送受電系の相対位置関係（距離Ｄ１、距離Ｄ２、角度θ１）などの各種パラメータを、電磁界シミュレータに入力する。距離Ｄ１または角度θ１と距離Ｄ２以外は既知の値となっているため、距離Ｄ１または角度θ１と距離Ｄ２をそれぞれ所定の範囲で可変し、電力供給系のインピーダンスと送受電系のインピーダンスとが整合する、キャパシタンスとインダクタンスを個別に計算する。
図１０は、磁界共鳴と電界共鳴の非接触型充電システムの等価回路の一実施例を示す図である。図１０の等価回路１０１は、図２で説明した４コイルを用いた磁界共鳴の非接触型充電システムを示している。等価回路１０２は、４コイルを用いた電界共鳴を用いた非接触型充電システムを示している。
等価回路１０１について説明する。可変コイルＬｍａと可変コンデンサＣｍａから構成される回路は整合部４ａの回路を示している。コイルＬ１と抵抗Ｒ１から構成される回路は図２で説明した電力供給コイル２１などを有する。コイルＬ２とコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２から構成される回路は図２で説明した送電共振コイル２２などを有する回路である。コイルＬ３とコンデンサＣ３と抵抗Ｒ３から構成される回路は図２で説明した受電共振コイル２３を有する回路である。コイルＬ４と抵抗Ｒ４と負荷ＺＬから構成される回路は図２で説明した電力取出コイル２４と負荷ＺＬを有する回路である。抵抗Ｚｓｏｕｒｃｅは、電力供給系のインピーダンスを示している。また、等価回路１０１にはコイルＬ１とコイルＬ２の相互インダクタンスＭ１２、コイルＬ２とコイルＬ３の相互インダクタンスＭ２３、コイルＬ３とコイルＬ４の相互インダクタンスＭ３４が示されている。また、電流Ｉ１〜Ｉ４が示されている。
等価回路１０２について説明する。可変コイルＬｍｂと可変コンデンサＣｍｂから構成される回路は整合部４ｂの回路を示している。コイルＬ１と抵抗Ｒ１から構成される回路は図２で説明した電力供給コイル２１を有する回路である。コイルＬ２とコンデンサＣ２と抵抗Ｒ２から構成される回路は図２で説明した送電共振コイル２２を有する回路である。コイルＬ３とコンデンサＣ３と抵抗Ｒ３から構成される回路は図２で説明した受電共振コイル２３を有する回路である。コイルＬ４と抵抗Ｒ４と負荷ＺＬから構成される回路は図２で説明した電力取出コイル２４と負荷ＺＬを有する回路である。Ｚｓｏｕｒｃｅは、電力供給系のインピーダンスを示している。また、等価回路１０２にはコンデンサＣ２とコンデンサＣ３の相互キャパシタンスＣ２３と、電流Ｉ１〜Ｉ４が示されている。
上記のようにシミュレータを用いて求めたキャパシタンスとインダクタンスに対応する情報を可変情報として記憶する。
なお、磁界共鳴または電界共鳴のシステムにおいて、コイルＬ１と抵抗Ｒ１から構成される回路を使用しない場合またはコイルＬ４と抵抗Ｒ４から構成される回路を使用しない場合についても、等価回路を作成する。そして、作成した等価回路についてシミュレータなどを用いて可変情報を決定することが考えられる。
また、ステップＳ４で制御部８は、ステップＳ２およびステップＳ３で取得した距離Ｄ１と距離Ｄ２を用いて、整合情報９１を参照して距離Ｄ１と距離Ｄ２に関連付けられている可変情報を選択する。または、角度θ１と距離Ｄ２を用いて、整合情報９２を参照して角度θ１と距離Ｄ２に関連付けられている可変情報を選択する。
ステップＳ５では、制御部８が整合部４にインピーダンス整合をさせるための制御信号を送信する。図３の整合部４ａを制御する場合、可変コイルＬｍａのインダクタンスと可変コンデンサＣｍａのキャパシタンスを可変させる情報を生成して、該情報を有する制御信号を可変コイルＬｍａと可変コンデンサＣｍａに送信する。
ステップＳ６では、制御部８がインピーダンス整合されたことを検出すると送電を開始の指示を電力供給部３に送信する。その後、電力供給部３は予め決められた電力を出力する。
効果について説明する。
本実施形態によれば、送受電系の６つの自由度が既知となるために、高精度な整合調整が可能となる。さらに、実測するパラメータを１つに限定することで、実測による誤差要因を減らすことができるため、高精度な整合調整が可能となる。その結果、電力供給系と送受電系の反射電力を抑えられるという効果を奏する。
また、効率を高め、ＥＭＩを回避することが可能となる。そのため、大電力系において電源供給系が壊れる問題を回避することも可能となる。
図１１は、受電共振コイルがＸ方向に移動した場合のインピーダンスと反射電力と効率を示す図である。図１２は、受電共振コイル２３がＺ方向に移動した場合のインピーダンスと反射電力と効率を示す図である。
図１１のＡに示すようにＸ方向に受電共振コイル２３がずれると、図１１のＢに示すように電力供給系からみた送受電系のインピーダンスが変化する。するとインピーダンス整合されていない場合には送受電系から電力供給系に戻ってくる反射電力は曲線１１１に示すように変動をする。また、インピーダンス整合されていない場合には、電力供給系へ入力される電力と送受電系のバッテリーに入力される電力とにより表される効率を示す曲線１１３も変動をする。しかし、本実施形態によりインピーダンスが整合された場合、反射電力も曲線１１２に示すように一定となり、また効率も曲線１１４に示すように一定となる。
また、図１２のＡに示すようにＺ方向に受電共振コイル２３がずれると、図１２のＢに示すように電力供給系からみた送受電系のインピーダンスが変化する。するとインピーダンス整合されていない場合には送受電系から電力供給系に戻ってくる反射電力は曲線１２１に示すように変動をする。また、インピーダンス整合されていない場合には、電力供給系へ入力される電力と送受電系のバッテリーに入力される電力とにより表される効率を示す曲線１２３も変動をする。しかし、本実施形態によりインピーダンスが整合された場合、反射電力も曲線１２２に示すように一定となり、また効率も曲線１２４に示すように一定となる。
実施形態２について説明する。
実施形態２は、実施形態１と異なり整合情報を記憶部９に記憶しないで、計算により可変情報を求める。
図１３は、実施形態２の非接触型充電装置の動作の一実施例を示す図である。ステップＳ１３１〜ステップＳ１３３、ステップＳ１３６、Ｓ１３７は、実施形態１で説明したステップＳ１〜ステップＳ３、ステップＳ６、Ｓ７と同じ処理なので説明を省略する。
ステップＳ１３４では、制御部８がシミュレーションをするためのパラメータを確定する。例えば、送受電系で用いられている等価回路の仕様（形状・材質など）、シールド、送受電系の相対位置関係（距離Ｄ１、距離Ｄ２、角度θ１）などの各種パラメータを、電磁界シミュレータに入力する。
ステップＳ１３５では、制御部８が電磁界シミュレータなどを用いてシミュレーション実行して、距離Ｄ１または角度θ１と距離Ｄ２をそれぞれ所定の範囲で可変し、インピーダンスを整合するキャパシタンスとインダクタンスを求める。求めたキャパシタンスとインダクタンスを用いて可変情報を生成する。
本実施形態によれば、送受電系の６つの自由度が既知となるために、高精度な整合調整が可能となる。さらに、実測するパラメータを１つに限定することで、実測による誤差要因を減らすことができるため、高精度な整合調整が可能となる。その結果、電力供給系と送受電系の反射電力を抑えられるという効果を奏する。 また、効率を高め、ＥＭＩを回避することが可能となる。そのため、大電力系において電源供給系が壊れる問題を回避することも可能となる。
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
１ 非接触型充電装置
２ 受電装置
３ 電力供給部
４、４ａ、４ｂ 整合部
５ 送電部
６ 第１の計測部
７ 第２の計測部
８ 制御部
９ 記憶部
１０ 受電部
１１ 充電部
１２ バッテリー
２１ 電力供給コイル
２２ 送電共振コイル
２３ 受電共振コイル
２４ 電力取出コイル
３１ 電力供給系
３２ 送受電系
５１ 車両
５２ 非接触型充電装置
５３ 受電装置
５４ 電子機器
５５ 非接触型充電装置
５６ 受電装置
８１ 距離情報
９１、９２ 整合情報
Ｃ２、Ｃ３ コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ コイル
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 抵抗
ＺＬ 負荷
１０１、１０２ 等価回路
Ｃｍａ、Ｃｍｂ 可変コンデンサ
Ｌｍａ、Ｌｍｂ 可変コイル

Claims (5)

  1. 交流電力を供給する電力供給系のインピーダンスと、送電部と受電装置を有する送受電系のインピーダンスとを整合する整合部と、
    前記送電部の軸対称形状の送電共振コイルの中心点の位置と、前記受電装置の軸対称形状の受電共振コイルの中心点の位置と、を結ぶ線分の長さを示す第１の距離を計測する計測部と、
    前記受電装置を有する装置を識別する情報を用いて、記憶部に記憶されている前記受電装置を有する複数の装置を識別する識別情報と、前記識別情報各々に関連付けられる前記装置の種類各々により決定される前記送電共振コイルを有する面と前記受電共振コイルを有する面との距離である第２の距離と、を有する距離情報を参照し、前記第２の距離を選択し、
    前記第１の距離と前記第２の距離とを用いて、記憶部に記憶されている前記第１の距離と前記第２の距離の組合せと、前記第１の距離と前記第２の距離の組合せに関連付けられる前記電力供給系のインピーダンスと前記送電共振コイルと前記受電共振コイルの相対位置により変化する前記送受電系のインピーダンスを整合させるための前記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変するための可変情報と、を有する整合情報を参照し、可変情報を選択し、
    前記可変情報に応じて前記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変する、制御部と、
    を備えることを特徴とする非接触型充電装置。
  2. 前記計測部は、
    前記送電部の軸対称形状の送電共振コイルの中心点の位置と、前記受電装置の軸対称形状の受電共振コイルの中心点の位置とを結ぶ線分と、前記送電共振コイルの中心点から前記軸対称の軸となる線分とがなす角度を計測し、
    前記制御部は、
    前記角度と前記第２の距離とを用いて、記憶部に記憶されている前記角度と前記第２の距離の組合せと、前記角度と前記第２の距離の組合せに関連付けられる前記電力供給系のインピーダンスと前記送電共振コイルと前記受電共振コイルの相対位置により変化する前記送受電系のインピーダンスを整合させるための前記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変する可変情報と、を有する整合情報を参照し、可変情報を選択する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の非接触型充電装置。
  3. 前記整合部は、
    可変インダクタまたは可変キャパシタを有する整合回路であることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触型充電装置。
  4. 送受電系が有する送電部の軸対称形状の送電共振コイルの中心点の位置と、前記送受電系が有する受電装置の軸対称形状の受電共振コイルの中心点の位置と、を結ぶ線分の長さを示す第１の距離を取得し、
    前記受電装置を有する装置を識別する情報を用いて、記憶部に記憶されている前記受電装置を有する複数の装置を識別する識別情報と、前記識別情報各々に関連付けられる前記装置の種類各々により決定される前記送電共振コイルを有する面と前記受電共振コイルを有する面との距離である第２の距離と、を有する距離情報を参照し、前記第２の距離を選択し、
    前記第１の距離と前記第２の距離とを用いて、記憶部に記憶されている前記第１の距離と前記第２の距離の組合せと、前記第１の距離と前記第２の距離の組合せに関連付けられる、交流電力を供給する電力供給系のインピーダンスと前記送電共振コイルと前記受電共振コイルの相対位置により変化する前記送受電系のインピーダンスを整合させるための整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変するための可変情報と、を有する整合情報を参照し、可変情報を選択し、
    前記可変情報に応じて前記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変する、
    ことを特徴とする非接触型充電方法。
  5. 前記送電部の軸対称形状の送電共振コイルの中心点の位置と、前記受電装置の軸対称形状の受電共振コイルの中心点の位置とを結ぶ線分と、前記送電共振コイルの中心点から前記軸対称の軸となる線分とがなす角度を取得し、
    前記角度と前記第２の距離とを用いて、記憶部に記憶されている前記角度と前記第２の距離の組合せと、前記角度と前記第２の距離の組合せに関連付けられる前記電力供給系のインピーダンスと前記送電共振コイルと前記受電共振コイルの相対位置により変化する前記送受電系のインピーダンスを整合させるための前記整合部のインダクタンスとキャパシタンスを可変する可変情報と、を有する整合情報を参照し、可変情報を選択する、
    ことを特徴とする請求項４に記載の非接触型充電方法。
JP2013546867A 2011-11-28 2011-11-28 非接触型充電装置および非接触型充電方法 Expired - Fee Related JP5900508B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/077411 WO2013080285A1 (ja) 2011-11-28 2011-11-28 非接触型充電装置および非接触型充電方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013080285A1 JPWO2013080285A1 (ja) 2015-04-27
JP5900508B2 true JP5900508B2 (ja) 2016-04-06

Family

ID=48534813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013546867A Expired - Fee Related JP5900508B2 (ja) 2011-11-28 2011-11-28 非接触型充電装置および非接触型充電方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9350196B2 (ja)
EP (1) EP2787600B1 (ja)
JP (1) JP5900508B2 (ja)
KR (1) KR101618485B1 (ja)
CN (1) CN103988389B (ja)
WO (1) WO2013080285A1 (ja)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014041655A1 (ja) * 2012-09-13 2014-03-20 トヨタ自動車株式会社 非接触給電システム、ならびにそれに用いられる送電装置および車両
DE112013007562T5 (de) * 2013-10-31 2016-07-21 Mitsubishi Electric Engineering Company, Limited Resonanztyp-Hochfrequenz-Stromversorgungsvorrichtung und Schaltkreis für eine Resonanztyp-Hochfrequenz-Stromversorgungsvorrichtung
WO2015063915A1 (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型高周波電源装置及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路
WO2015063920A1 (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型高周波電源装置
WO2015063919A1 (ja) * 2013-10-31 2015-05-07 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型高周波電源装置及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路
US20160241159A1 (en) * 2013-10-31 2016-08-18 Mitsubishi Electric Engineering Company, Limited Resonant type high frequency power supply device
JP6223471B2 (ja) * 2013-12-26 2017-11-01 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型送信電源装置及び共振型送信電源システム
US9941745B2 (en) 2013-12-26 2018-04-10 Mitsubishi Electric Engineering Company, Limited Resonant type power transmission system and resonance type power transmission device
JP6177351B2 (ja) * 2013-12-26 2017-08-09 三菱電機エンジニアリング株式会社 高周波電源用自動整合回路
JP6223470B2 (ja) * 2013-12-26 2017-11-01 三菱電機エンジニアリング株式会社 共振型電力伝送アンテナ装置
JP6196924B2 (ja) * 2014-03-21 2017-09-13 Ｉｈｉ運搬機械株式会社 非接触給電システム
KR20160017626A (ko) * 2014-08-05 2016-02-16 한국전기연구원 임피던스 정합을 이용한 무선전력전송 장치 및 시스템
WO2017056284A1 (ja) * 2015-10-01 2017-04-06 中国電力株式会社 無線給電装置、無線給電方法、プログラム
JP6510455B2 (ja) * 2016-03-30 2019-05-08 矢崎総業株式会社 非接触電力伝送装置
US20190190301A1 (en) * 2016-05-31 2019-06-20 Nidec Corporation Mobile body and mobile body system
JP6820513B2 (ja) * 2016-12-21 2021-01-27 清水建設株式会社 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
JP6565943B2 (ja) * 2017-01-23 2019-08-28 トヨタ自動車株式会社 送電装置及び電力伝送システム
JP7089882B2 (ja) * 2018-01-16 2022-06-23 清水建設株式会社 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
BR112020017299A2 (pt) * 2018-02-28 2020-12-15 Massachusetts Institute Of Technology Transformador de energia sem núcleo
CN109552086B (zh) * 2018-12-18 2024-03-19 深圳市信维通信股份有限公司 一种电动汽车无线充电系统及其控制方法
US11619947B2 (en) * 2019-04-01 2023-04-04 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Wireless communication for aligning a vehicle to a wireless charger
JP2022046025A (ja) * 2020-09-10 2022-03-23 ミネベアミツミ株式会社 アンテナ装置、給電装置、及び給電方法
JP2022191880A (ja) * 2021-06-16 2022-12-28 ミネベアミツミ株式会社 アンテナ装置、給電システム、給電装置、及び給電方法
WO2023080373A1 (ko) * 2021-11-03 2023-05-11 삼성전자 주식회사 충전 장치와의 정렬을 가이드하는 정보를 표시하는 전자 장치
KR102690919B1 (ko) * 2022-03-03 2024-08-05 한텍 주식회사 무선 모니터링 장치 및 그 제어 방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1944581B1 (en) * 2007-01-15 2011-09-07 Sony Deutschland GmbH Distance, orientation and velocity measurement using multi-coil and multi-frequency arrangement
JP5339867B2 (ja) 2008-11-27 2013-11-13 パナソニック株式会社 設置誤差推定装置および設置誤差推定方法
US20110241440A1 (en) * 2008-12-09 2011-10-06 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Non-contact power transmission apparatus and power transmission method using a non-contact power transmission apparatus
JP5114371B2 (ja) * 2008-12-09 2013-01-09 株式会社豊田自動織機 非接触電力伝送装置
JP5114372B2 (ja) * 2008-12-09 2013-01-09 株式会社豊田自動織機 非接触電力伝送装置における電力伝送方法及び非接触電力伝送装置
JP5177433B2 (ja) 2009-03-30 2013-04-03 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 受電案内装置、受電案内方法、及び受電案内プログラム
CN102362408B (zh) 2009-03-30 2015-01-21 富士通株式会社 无线供电系统、无线送电装置及无线受电装置
JP5365306B2 (ja) * 2009-03-31 2013-12-11 富士通株式会社 無線電力供給システム
JP5481091B2 (ja) * 2009-04-14 2014-04-23 富士通テン株式会社 無線電力伝送装置および無線電力伝送方法
KR101438294B1 (ko) * 2010-02-10 2014-09-04 후지쯔 가부시끼가이샤 자계 공명형 전력 전송 시스템에 있어서의 공진 주파수 제어 방법, 송전 장치, 및 수전 장치
KR101688948B1 (ko) * 2011-05-27 2016-12-22 엘지전자 주식회사 무선 전력 전송을 이용한 데이터 통신 연결 수립
WO2013031025A1 (ja) * 2011-09-02 2013-03-07 富士通株式会社 電力中継器

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2013080285A1 (ja) 2015-04-27
EP2787600A4 (en) 2015-04-22
CN103988389B (zh) 2017-02-15
EP2787600A1 (en) 2014-10-08
WO2013080285A1 (ja) 2013-06-06
EP2787600B1 (en) 2018-04-11
US20140253029A1 (en) 2014-09-11
KR101618485B1 (ko) 2016-05-04
US9350196B2 (en) 2016-05-24
KR20140097375A (ko) 2014-08-06
CN103988389A (zh) 2014-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5900508B2 (ja) 非接触型充電装置および非接触型充電方法
JP6298509B2 (ja) 無線電力受信方法
TWI559340B (zh) 無線電力傳輸器及其傳輸電力之方法
JP7308310B2 (ja) 無線充電装置、自動整合方法及び充電ドック
JP5937631B2 (ja) 非接触電力伝送システムおよび充電ステーション
JP5524724B2 (ja) 車両用給電装置
JP6252638B2 (ja) 電力伝送装置、及び、受電装置
KR102230057B1 (ko) 송전 장치 및 전력 전송 시스템
US11031821B2 (en) Wireless power transmission device
CN104253491A (zh) 电力发送设备、非接触供电系统及控制方法
EP3249782A1 (en) Power reception device, and contactless power transmission device provided with same
JP6056778B2 (ja) 非接触電力伝送システム
WO2015151467A1 (en) Power reception device and vehicle including the same
JP5842901B2 (ja) 非接触電力伝送システム
JP6532357B2 (ja) 送電装置、制御方法及びプログラム
JP2012029418A (ja) 電力伝送システム
KR20140101488A (ko) 레이저를 이용한 전력 전달 시스템 및 방법
JP7061913B2 (ja) 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
JP2017127159A (ja) 送電装置、電力伝送システム及び送電装置の制御方法
JP2017121097A (ja) 給電機器
JP2019126164A (ja) 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
KR20140078909A (ko) 레이저를 이용한 전력 전달 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151013

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160222

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5900508

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees