JP5947534B2

JP5947534B2 - 非接触給電システム

Info

Publication number: JP5947534B2
Application number: JP2011277792A
Authority: JP
Inventors: 康一郎鎌田; 真也岡野
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: KR101871148B1; TWI539709B; KR20120073112A; TW201236302A; US20120161536A1; US9065302B2; JP2012147657A

Description

本発明は給電装置、及び当該給電装置を具備する非接触給電システムに関する。

様々な電子機器の普及が進み、多種多様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。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も製品として市場に登場しつつある。

携帯電話、デジタルビデオカメラまたは電気推進移動体には、蓄電手段であるバッテリーが内蔵されている。当該バッテリーの充電は、殆どが給電手段である家庭用交流電源より直接接触させて行われているのが現状である。またバッテリーを具備しない構成またはバッテリーに充電された電力を用いない構成では、家庭用交流電源より配線等を介して直接給電し動作させているのが現状である。

一方で非接触によりバッテリーの充電または負荷への給電を行う方式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）、共鳴方式が挙げられる。電磁結合方式については、小型家電機器等、普及が進んでいる電子機器もある。

また、共鳴方式の非接触給電システムとしては、特許文献１又は２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、開発が進んでいる。

特開２０１０−１９３５９８号公報特開２０１０−２３９６９０号公報

共鳴方式による非接触給電システムでは、電力を受ける側の装置（以下、受電装置）が有する共鳴用コイルと、電力を供給する側の装置（以下、給電装置）が有する共鳴用コイルとの距離によって、効率が高い送電が可能な条件が異なってしまい、安定して効率の高い送電を行うことが困難である。

また、給電時に受電装置と給電装置の配置が変化すると、送電の効率が低下してしまうおそれがある。

そこで、本発明の一態様は、電力の伝送効率を高めることができる共鳴方式による給電システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、高周波電源に第１の整合回路を介して接続された第１の共鳴用コイルと、第１の整合回路及び第１の送受信回路にそれぞれ接続された第１の制御回路と、を有する給電装置と、第１の共鳴用コイルと電磁共鳴をする第２の共鳴用コイルと、負荷、第２の整合回路、及び第２の送受信回路にそれぞれ接続された第２の制御回路と、を有する受電装置と、を有する非接触給電システムである。

上記構成において、第１の整合回路及び第２の整合回路は、回路構成が同じである、非接触給電システムである。

上記構成において、第１の整合回路は、高周波電源と直列に接続された第１の素子と、高周波電源と並列に接続された第２の素子とを有し、第２の整合回路は、負荷と直列に接続された第３の素子と、負荷と並列に接続された第４の素子と、を有する、非接触給電システムである。

上記構成において、第１の素子と第３の素子とは、同じ構成を有する素子であり、第２の素子と第４の素子とは、同じ構成を有する素子である、非接触給電システムである。

上記構成において、第１の素子及び第３の素子は、可変容量素子であり、第２の素子及び第４の素子は、可変コイルである、非接触給電システムである。

本発明の一態様は、高周波電源に接続された第１のコイルと、第１のコイルと電磁結合をする第１の共鳴用コイルと、第１の共鳴用コイルに接続された第１の整合回路と、第１の整合回路と第１の送受信回路にそれぞれ接続された第１の制御回路と、を有する給電装置と、第１の共鳴用コイルと電磁共鳴をする第２の共鳴用コイルと、第２の共鳴用コイルに接続された第２の整合回路と、第２の共鳴用コイルと電磁結合をし、第２の整流回路を介して負荷に接続された第２のコイルと、負荷、第２の整合回路、及び第２の送受信回路にそれぞれ接続された第２の制御回路と、を有する受電装置と、を有する非接触給電システムである。

本発明の一態様は、高周波電源に第１の整合回路を介して接続された第１のコイルと、第１のコイルと電磁結合する第１の共鳴用コイルと、第１の整合回路及び第１の送受信回路にそれぞれ接続された第１の制御回路と、を有する給電装置と、第１の共鳴用コイルと電磁共鳴をする第２の共鳴用コイルと、第２の共鳴用コイルと電磁結合をし、第２の整合回路及び整流回路を介して負荷に接続された第２のコイルと、負荷、第２の整合回路、及び第２の送受信回路にそれぞれ接続された第２の制御回路と、を有する受電装置と、を有する非接触給電システムである。

上記構成において、第１の整合回路は、第１の共鳴用コイルと接続された第５の素子を有し、第２の整合回路は、第２の共鳴用コイルと接続された第６の素子を有する、非接触給電システムである。

上記構成において、第５の素子及び第６の素子は、可変容量素子である、非接触給電システムである。

本発明の一態様は、給電時に受電装置と給電装置の配置に応じて、電力の伝送効率を高めることができる共鳴方式による非接触給電システムを提供することができる。これにより、給電装置は、受電装置へ電力を効率よく供給することができる。このため、給電利用者にとって、より利便性が高い給電システムを提供することができる。

実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態１の構成を説明するための図。実施の形態２の構成を説明するための図。

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。

なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の大きさ、層の厚さ、信号波形は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。

なお本明細書にて用いる第１乃至第ｎ（ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様における共鳴方式による非接触給電を行う非接触給電システムについて説明する。

〈非接触給電システムの構成〉
図１に、本発明の一態様に係る非接触給電システムの構成について示す。図１に示す非接触給電システムでは、共鳴方式が適用されている。図１に示す非接触給電システムは、給電装置１１０及び受電装置１２０を含むように構成される。図１では、給電装置１１０における第１の共鳴用コイル１１２と、受電装置１２０における第２の共鳴用コイル１２２とが共鳴することで、電磁波による送電を行うことができる。

給電装置１１０は、高周波電源１１１と、第１の共鳴用コイル１１２と、第１の整合回路１１３と、第１の制御回路１１４と、第１の送受信回路１１５と、第１のアンテナ１１６とを有する。給電装置１１０において、高周波電源１１１は、第１の整合回路１１３を介して第１の共鳴用コイル１１２と接続され、第１の整合回路１１３は、第１の制御回路１１４を介して第１の送受信回路１１５と接続されている。

また、受電装置１２０は、負荷１２１と、第２の共鳴用コイル１２２と、第２の整合回路１２３と、第２の制御回路１２４と、第２の送受信回路１２５と、第２のアンテナ１２６と、整流回路１２７と、ＤＣＤＣコンバータ１２８とを有する。受電装置１２０において、第２の共鳴用コイル１２２は、第２の整合回路１２３、整流回路１２７、及びＤＣＤＣコンバータ１２８を介して負荷１２１と接続されており、負荷１２１は、第２の制御回路１２４を介して第２の整合回路１２３、第２の送受信回路１２５にそれぞれ接続されている。なお、ＤＣＤＣコンバータは、負荷１２１の中に組み込まれていてもよい。

なお、図示しないが、受電装置１２０において、負荷１２１と第２の制御回路１２４との間に、Ａ／Ｄ変換回路を設けてもよいし、第２の制御回路１２４と第２の整合回路１２３との間にＤ／Ａ変換回路を設けてもよい。また、給電装置１１０において、第１の制御回路１１４と第１の整合回路１１３との間にＤ／Ａ変換回路を設けてもよい。また、第２の制御回路１２４は、Ａ／Ｄ変換回路を含む構成としてもよい。

給電装置１１０が有する第１の整合回路１１３は、高周波電源１１１と直列に接続された少なくとも一つの素子と、高周波電源１１１と並列に接続された少なくとも一つの素子とを有する。また、受電装置１２０が有する第２の整合回路１２３は、負荷１２１と直列に接続された少なくとも一つの素子と、負荷１２１に並列に接続された少なくとも一つの素子とを有する。なお、本明細書等において素子とは、容量素子、可変容量素子、コイル、可変コイルを指す。

また、第１の整合回路１１３において、高周波電源１１１と直列に接続された素子と、並列に接続された素子の少なくとも一方は、可変素子（可変容量素子又は可変コイル）であることが好ましい。同様に、第２の整合回路１２３において、負荷１２１に直列に接続された素子と、並列に接続された素子の少なくとも一方は、可変素子（可変容量素子又は可変コイル）であることが好ましい。第１の整合回路１１３の可変素子は、第１の制御回路１１４からの信号によってインピーダンスを制御することができる。第２の整合回路１２３の可変素子は、第２の制御回路１２４からの信号によってインピーダンスを制御することができる。また、第１の整合回路１１３において、高周波電源１１１と直列に接続された素子と、第２の整合回路１２３において、負荷１２１と直列に接続された素子とは、同じ構成を有する素子であることが好ましく、第１の整合回路１１３において、高周波電源１１１と並列に接続された素子と、第２の整合回路１２３において、負荷１２１と並列に接続された素子とは、同じ構成を有する素子であることが好ましい。

例えば、第１の整合回路１１３において、高周波電源１１１と直列に接続された素子が容量素子である場合には、第２の整合回路１２３において、負荷１２１と直列に接続された素子も容量素子であることが好ましい。また、第１の整合回路１１３において、高周波電源１１１と並列に接続された素子がコイルである場合には、第２の整合回路１２３において、負荷１２１と並列に接続された素子はコイルであることが好ましい。

本実施の形態では、第１の整合回路１１３は、高周波電源１１１と直列に接続された可変容量素子Ｃｓ０と、高周波電源１１１と並列に接続された可変コイルＬｐ０とを有し、第２の整合回路１２３は、負荷１２１と直列に接続された可変容量素子Ｃｓ１と、負荷１２１と並列に接続された可変コイルＬｐ１とを有する場合について説明する。

共鳴方式による非接触給電システムでは、給電装置１１０が有する第１の共鳴用コイル１１２と、受電装置１２０が有する第２の共鳴用コイル１２２との距離によって、電力の伝送効率が最大となる条件が異なる。したがって、第１の整合回路１１３のパラメータ及び第２の整合回路１２３のパラメータは、給電装置１１０と受電装置１２０との距離毎に、電力の伝送効率が最大となるように設定されることが好ましい。ここで、第１の整合回路１１３のパラメータとは、第１の整合回路１１３が有する（可変）容量素子または（可変）コイルのそれぞれのインピーダンスを指し、第２の整合回路１２３のパラメータとは、第２の整合回路１２３が有する（可変）容量素子または（可変）コイルのそれぞれのインピーダンスを指す。なお、本明細書等において、給電装置１１０と受電装置１２０との距離とは、第１の共鳴用コイル１１２と、第２の共鳴用コイル１２２との距離を指すものとする。

図２（Ａ）に、給電装置１１０と受電装置１２０との距離毎に、電力の伝送効率が最大となる第１の整合回路１１３のパラメータ及び第２の整合回路１２３のパラメータが設定された表を示す。図２（Ａ）では、第１の整合回路１１３のパラメータと、第２の整合回路１２３のパラメータと、給電装置１１０と受電装置１２０の距離と、を一つのパラメータセットとし、パラメータセットに番号が付与されている。なお、Ｎｏ．０は、第１の整合回路１１３及び第２の整合回路１２３の初期状態を表す。

図２（Ｂ）に、給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、受電電力との関係を示す。図２（Ｂ）に示す太い実線は、パラメータセットがＮｏ．ｊのときの給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、受電電力との関係を示すグラフである。また、図２（Ｂ）に示す点線は、パラメータセットがＮｏ．ｊ＋１のときの給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、受電電力との関係を示すグラフである。なお、受電電力とは、受電装置１２０の負荷１２１に供給される電力を指す。

例えば、図２（Ａ）に示すように、パラメータセットＮｏ．ｊにおいて、第１の整合回路１１３のパラメータがＣｓ０_ｊ、Ｌｐ０_ｊ及び第２の整合回路１２３のパラメータがＣｓ１_ｊ、Ｌｐ１_ｊと設定されている場合、電力の伝送効率が最大となるのは、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＡ_ｊ［ｃｍ］のときである。給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＡ_ｊ［ｃｍ］のとき電力の伝送効率が最大となるため受電電力の値も最大となる（図２（Ｂ）実線を参照）。

例えば、第１の整合回路１１３のパラメータ及び第２の整合回路１２３のパラメータが、Ｃｓ０_ｊ、Ｌｐ０_ｊ、Ｃｓ１_ｊ、Ｌｐ１_ｊに設定されている場合、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＡ_ｊ＋１［ｃｍ］であると、電力の伝送効率は最大にならない（図２（Ｂ）実線を参照）。給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＡ_ｊ＋１［ｃｍ］において、第１の整合回路１１３のパラメータ及び第２の整合回路１２３のパラメータを、Ｃｓ０_ｊ＋１、Ｌｐ０_ｊ＋１、Ｃｓ１_ｊ＋１、Ｌｐ１_ｊ＋１に設定することにより、電力の伝送効率が最大となるとなるため受電電力の値も最大となる（図２（Ｂ）点線を参照）。

〈非接触給電システムにおける給電方法〉
次に、本発明の一態様に係る非接触給電システムにおける給電方法について図１乃至図３を参照して説明する。図３は、非接触給電システムにおける給電方法の一例を示すフローチャートである。

まず、給電装置１１０に対して、受電装置１２０が任意の位置に設置されると、給電装置１１０は受電装置１２０へ送電を開始する。給電装置１１０の高周波電源１１１をオンとすることにより送電が開始される（図３に示すステップ２０１参照）。このとき、給電装置１１０の第１の整合回路１１３のパラメータ及び受電装置１２０の第２の整合回路１２３のパラメータは初期状態（例えば、図２（Ａ）に示すＮｏ．０のパラメータセット）であるため、この段階では効率の良い送電が行われているとは限らない。つまり、伝送効率が最大であるとは限らない。なお、本実施の形態では、パラメータセットに付与した番号のＮｏ．１からプラス方向にシフトさせる場合について説明する。

給電装置１１０から受電装置１２０へ送電が開始されると、給電装置１１０の第１の共鳴用コイル１１２から受電装置１２０の第２の共鳴用コイル１２２へ、磁気共鳴結合を介して送電され、さらに、整流回路１２７及びＤＣＤＣコンバータ１２８によって、直流電圧及び直流電流に変換され、負荷１２１（例えば、二次電池、ＬＥＤ、ＩＣチップのいずれかを少なくとも含む）へ印加される。このとき、受電装置１２０の第２の制御回路１２４は、負荷１２１に印加される直流電圧値及び直流電流値を取得する（図３に示すステップ２０２参照）。例えば、第２の制御回路１２４がＡ／Ｄ変換回路を有している場合には、直流電圧値及び直流電流値は、アナログ信号からデジタル信号へ変換されて、第２の制御回路１２４で取得される。このときの直流電圧値及び直流電流値の積を電力値Ｐ０とする。取得した直流電圧値及び直流電流値の積（電力値Ｐ０）のデータは、第２の制御回路１２４に接続された記憶装置（図示せず）に格納してもよい。

次に、一定期間（例えば、３００ｍｓｅｃ）、負荷１２１に充電（又は給電とも記す）を行う（図３に示すステップ２０３参照）。

次に、第２の制御回路１２４は、負荷１２１の充電を継続するか否かを判定する（図３に示すステップ２０４参照）。負荷１２１の充電を継続しないと判定された場合は、高周波電源１１１をオフすることで、充電を完了させる（図３に示すステップ２０５参照）。負荷１２１の充電を継続すると判定された場合は、次のステップに進む。

次に、第２の制御回路１２４は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせるか否かを判定する（図３に示すステップ２０６参照）。プラス方向にシフトさせないと判定された場合は、パラメータセットをマイナス方向にシフトさせる命令を第２の整合回路１２３及び第１の整合回路１１３に出力する（図３に示すステップ２０８）。プラス方向にシフトさせると判定された場合は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせる命令を第２の整合回路１２３及び第１の整合回路１１３に出力する（図３に示すステップ２０７参照）。なお、第２の整合回路１２３から第１の整合回路１１３に命令を出力する場合は、第２の制御回路は第２の送受信回路１２５に命令を出力し、第２の送受信回路１２５からアンテナ１２６及びアンテナ１１６を介して第１の送受信回路１１５へ送信し、第１の送受信回路１１５から第１の制御回路１１４を介して第１の整合回路１１３へ出力すればよい。

次に、第２の制御回路１２４は、パラメータセットをプラス方向又はマイナス方向にシフトした後の直流電圧値及び直流電流値を取得する（図３に示すステップ２０９参照）。このときの直流電圧値及び直流電流値の積を電力値Ｐ１とする。取得した直流電圧値及び直流電流値の積（電力値Ｐ１）のデータは、第２の制御回路１２４に接続された記憶装置（図示せず）に格納してもよい。

次に、第２の制御回路１２４は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定する（図３に示すステップ２１０参照）。第２の制御回路１２４が、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも小さいと判定した場合は、パラメータセットのシフトの方向を反転させる命令を第２の整合回路１２３及び第１の整合回路１１３に出力する（図３に示すステップ２１２参照）。第２の制御回路１２４が、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいと判定した場合は、パラメータセットのシフトの方向を維持する命令を第２の整合回路１２３及び第１の整合回路１１３に出力する（図３に示すステップ２１１参照）。

次に、第２の制御回路１２４は、電力値Ｐ１を電力値Ｐ０に代入する（図３に示すステップ２１３参照）。その後の処理は、ステップ２０３に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、負荷１２１の充電が完了するまで、ステップ２０３〜２１３のループ処理が繰り返し実行される。

例えば、ステップ２０３〜２１３のループ処理が繰り返し実行され、第２の制御回路１２４は、パラメータセットのＮｏ．ｊ−１の直流電圧値及び直流電流値の積（Ｐ０＝Ｗ_ｊ−１）を取得した後、パラメータセットをプラス方向にシフトさせ、パラメータセットのＮｏ．ｊの直流電圧値及び直流電流値の積（Ｐ１＝Ｗ_ｊ）を取得したとする（図３に示すステップ２０９参照）。

次に、第２の制御回路１２４は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定し、Ｐ１がＰ０よりも大きい（Ｗ_ｊ＞Ｗ_ｊ−１）と判定したとする（図３に示すステップ２１０参照）。この場合、パラメータセットのシフトの方向は維持されるという命令が、第２の制御回路１２４から第２の整合回路１２３及び第１の整合回路１１３に出力される（図３に示すステップ２１１参照）。

次に、第２の制御回路１２４において、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０に代入されるため、Ｐ０＝Ｗｊとなり（図３に示すステップ２１３参照）、一定期間、負荷１２１に充電が行われる（図３に示すステップ２０３参照）。

次に、第２の制御回路１２４は、負荷１２１に充電を継続するか否かを判定し、充電を継続すると判定したとする（図３に示すステップ２０４）と、ステップ２０６に進む。

次に、第２の制御回路１２４は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせるか否かを判定する（図３に示すステップ２０６参照）。ここで、パラメータセットをＮｏ．ｊ−１からｊにプラス方向にシフトすることで、Ｐ０＜Ｐ１となることが、ステップ２１０において判定されているため、第２の制御回路１２４は、パラメータセットをＮｏ．ｊからｊ＋１にプラス方向にシフトさせる命令を第２の整合回路１２３及び第１の整合回路１１３に出力する（図３に示すステップ２０７参照）。

次に、第２の制御回路１２４は、パラメータセットＮｏ．ｊ＋１の直流電圧値及び直流電流値を取得する（図３に示すステップ２０８参照）。このときの直流電圧値及び直流電流値の積を電力値Ｐ１＝Ｗ_ｊ＋１とする。

次に、第２の制御回路１２４は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定し、Ｐ１がＰ０よりも小さい（Ｗ_ｊ＜Ｗ_ｊ＋１）と判定したとする（図３に示すステップ２１０参照）。この場合は、パラメータセットのシフト方向を反転する命令が第２の整合回路１２３及び第１の整合回路１１３に出力される（図３に示すステップ２１２参照）。

次に、第２の制御回路１２４において、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０に代入されるため、Ｐ０＝Ｗ_ｊ＋１となり（図３に示すステップ２１３）、一定期間、負荷１２１に充電が行われる（図３に示すステップ２０３）。

ここで、上述のパラメータセットのＮｏ．と受電電力との関係を図４に示す。図４に示すように、パラメータセットがＮｏ．ｊのとき、受電電力は極大値をとるとすると、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＡ_ｊ［ｃｍ］であるときに、電力の伝送効率が最大となる。したがって、パラメータセットがＮｏ．ｊのときに、給電装置１１０から受電装置１２０へ効率よく給電を行うことができる。負荷１２１の充電が完了するまで、パラメータセットのＮｏ．ｊとｊ＋１とを繰り返すことにより、効率よく負荷１２１に充電を行うことができる。

また、負荷１２１に充電を行っている途中で、給電装置１１０と受電装置１２０との距離が変わった場合であっても、負荷１２１の充電が完了するまで、パラメータセットのＮｏ．を変更しつづければよいため、効率よく充電を行うことができる。

図１に示す非接触給電システムにおいて、図３に示す給電方法を適用することで、給電装置１１０と受電装置１２０の配置に応じて、電力の伝送効率を高めることができるため、効率よく、給電を行うことができる。このため、給電利用者にとって、より利便性が高い給電システムを提供することができる。

次に、図１とは一部異なる非接触給電システムの構成について図５に示す。

給電装置１４０は、高周波電源１１１、第１のコイル１１７と、第１の共鳴用コイル１１２と、容量素子１１８と、第１の整合回路１１３と、第１の制御回路１１４と、第１の送受信回路１１５と、第１のアンテナ１１６と、を有する。給電装置１４０において、高周波電源１１１は、第１のコイル１１７と接続されており、第１のコイル１１７と電磁結合をする第１の共鳴用コイル１１２が第１の整合回路１１３と接続されている。また、第１の整合回路１１３は、第１の制御回路１１４を介して第１の送受信回路１１５と接続されている。

また、受電装置１５０は、負荷１２１と、第２のコイル１２９と、第２の共鳴用コイル１２２と、容量素子１３０と、第２の整合回路１２３と、第２の制御回路１２４と、第２の送受信回路１２５と、第２のアンテナ１２６と、を有する。受電装置１５０において、第１の共鳴用コイル１１２と電磁共鳴をする第２の共鳴用コイル１２２は、第２の整合回路１２３と接続されており、第２の共鳴用コイル１２２と電磁結合をする第２のコイル１２９が、整流回路１２７、ＤＣＤＣコンバータ１２８を介して負荷１２１に接続されている。負荷１２１は、第２の制御回路１２４と、第２の制御回路１２４を介して第２の送受信回路１２５とにそれぞれ接続されている。

なお、容量素子１１８及び容量素子１３０は、それぞれ第１の共鳴用コイル１１２及び第２の共鳴用コイル１２２の寄生容量であってもよいし、それぞれ独立に設けられていてもよい。

給電装置１４０が有する第１の整合回路１１３は、第１の共鳴用コイル１１２と接続された少なくとも一つの素子を有する。また、受電装置１５０が有する第２の整合回路１２３は、第２の共鳴用コイル１２２と接続された少なくとも一つの素子を有する。また、第１の共鳴用コイル１１２と接続された少なくとも一つの素子は、可変素子（可変容量素子又は可変コイル）であることが好ましい。また、第２の共鳴用コイル１２２と接続された少なくとも一つの素子は、可変素子（可変容量素子又は可変コイル）であることが好ましい。

また、第１の整合回路において、第１の共鳴用コイル１１２と接続された素子と、第２の整合回路において、第２の共鳴用コイル１２２と接続された素子とは、同じ構造を有する素子であることが好ましい。例えば、第１の整合回路１１３において、第１の共鳴用コイル１１２と接続された素子が、可変容量素子である場合には、第２の整合回路１２３において、第２の共鳴用コイル１２２と接続された素子は、可変容量素子であることが好ましい。

図５に示す非接触給電システムでは、第１の共鳴用コイル１１２は第１のコイル１１７と電磁結合をし、第２の共鳴用コイル１２２は第２のコイル１２９と電磁結合をし、第１の共鳴用コイル１１２と第２の共鳴用コイル１２２が電磁共鳴する方法で、電力の伝送を行う。図５に示す非接触給電システムにおいて、第１の共鳴用コイル１１２及び第２の共鳴用コイル１２２のＱ値を高めることができるので、図１に示す非接触給電システムと比較して、長距離の電力の伝送が可能であるという特徴を有している。

図５に示す非接触給電システムにおいても、第１の共鳴用コイル１１２と第２の共鳴用コイル１２２との距離毎に、電力の伝送効率が最大となる条件が異なる。

例えば、図６（Ｂ１）に示すように、第１の共鳴用コイル１１２と第２の共鳴用コイル１２２とが任意の位置に設置された場合、図６（Ｂ２）に示すように、周波数が共振周波数ｆ０のとき電力の伝送効率は最大となる。しかしながら、図６（Ａ１）に示すように、第１の共鳴用コイル１１２と第２の共鳴用コイル１２２との距離が近すぎる場合、図６（Ａ２）の細い実線に示すように、電力の伝送効率にピークのスプリットが発生し、ピークは周波数ｆ０’のときであり、共振周波数ｆ０においてはピークの谷となってしまうため、電力の伝送効率が低下してしまう。また、図６（Ｃ１）に示すように、第１の共鳴用コイル１１２と第２の共鳴用コイル１２２との距離が離れている場合、図６（Ｃ２）ピークスプリットは発生しないが共振周波数ｆ０において、図６（Ｂ２）と比較して電力の伝送効率が低くなってしまう。なお、図６では、理解を容易にするため、高周波電源１１１と、第１のコイル１１７、第１の共鳴用コイル１１２、負荷１２１、第２のコイル１２９、第２の共鳴用コイル１２２のみを示している。

図５に示すように、非接触給電システムに第１の整合回路１１３及び第２の整合回路１２３を用いることにより、第１の共鳴用コイル１１２と第２の共鳴用コイル１２２との距離毎に、電力の伝送効率が最大となる条件が設定することができるため、効率よく給電を行うことができる。

特に、第１の共鳴用コイル１１２と第２の共鳴用コイル１２２との距離が近すぎて、電力の伝送効率にピークのスプリットが発生したとしても、第１の整合回路１１３及び第２の整合回路１２３を用いることにより、図６（Ａ２）の太い実線に示すように、伝送効率のピークを共振周波数ｆ０にシフトすることができるため、電力の伝送効率を高めることができる。

次に、図５とは一部異なる非接触給電システムについて図７に示す。

給電装置１６０は、高周波電源１１１、第１のコイル１１７と、第１の共鳴用コイル１１２と、容量素子１１８と、第１の整合回路１１３と、第１の制御回路１１４と、第１の送受信回路１１５と、第１のアンテナ１１６と、を有する点においては、図５と同様である。図５と異なる部分は、給電装置１６０において、高周波電源１１１は、第１の整合回路１１３を介して第１のコイル１１７と接続されており、第１のコイル１１７と電磁結合をする第１の共鳴用コイル１１２と、容量素子１１８が接続されている点にある。

また、受電装置１７０は、負荷１２１と、第２のコイル１２９と、第２の共鳴用コイル１２２と、容量素子１３０と、第２の整合回路１２３と、第２の制御回路１２４と、第２の送受信回路１２５と、第２のアンテナ１２６と、を有する点においては、図５と同様である。図５と異なる部分は、受電装置１７０において、第１の共鳴用コイル１１２と電磁共鳴をする第２の共鳴用コイル１２２は、容量素子１３０と接続され、第２の共鳴用コイル１２２と電磁結合をする第２のコイル１２９が、第２の整合回路１２３、整流回路１２７、ＤＣＤＣコンバータ１２８を介して負荷１２１に接続されている。

なお、第１の共鳴用コイル１１２及び第２の共鳴用コイル１２２は、孤立したコイルを用い、容量素子１１８及び容量素子１３０は、それぞれ第１の共鳴用コイル１１２及び第２の共鳴用コイル１２２の寄生容量とすることが好ましい。このような構成とすることにより、共鳴用コイルに独立して容量素子を接続する場合と比較してＱ値をさらに高めることができる。

図５及び図７に示す第１の共鳴用コイル１１２と容量素子１１８とによって構成される共振回路、及び第２の共鳴用コイル１２２と容量素子１３０とによって構成される共振回路は、Ｑ値が非常に高い。したがって、これらの共振回路に接続された回路に起因して、Ｑ値が低下し、電力の伝送効率が低下してしまうおそれがある。そこで、図７に示すように、高周波電源１１１側に第１の整合回路を設け、負荷１２１側に第２の整合回路を設けることにより、Ｑ値の低下を抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

図５及び図７の非接触給電システムにおいても、図３に示す給電方法を適用することで、給電装置と受電装置の配置に応じて、電力の伝送効率を高めることができるため、効率よく、給電を行うことができる。このため、給電利用者にとって、より利便性が高い給電システムを提供することができる。

（実施の形態２）
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、本発明の一態様に係る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、デジタルビデオカメラ、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）、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、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８（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７０１、受電装置７０３Ａを有する携帯電話７０２Ａ、受電装置７０３Ｂを有する携帯電話７０２Ｂ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７０１と受電装置７０３Ａとの間、及び給電装置７０１と受電装置７０３Ｂとの間で適用することができる。

例えば、給電装置７０１には、実施の形態１に示す給電装置１１０、１４０、１６０の構成が適用でき、受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂには、実施の形態１に示す受電装置１２０、１５０、１７０の構成が適用できる。

本発明の一態様に係る非接触給電システムを適用することにより、給電装置７０１と受電装置７０３Ａとの配置、及び給電装置７０１と受電装置７０３Ｂとの配置に応じて、送電の効率を高めることができるため、給電装置７０１から受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂへ電力を効率よく供給することができる。

図８（Ｂ）は電気推進移動体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７１１、受電装置７１３を有する電気自動車７１２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７１１と受電装置７１３との間で適用することができる。

例えば、給電装置７１１には、実施の形態１に示す給電装置１１０、１４０、１６０の構成が適用でき、受電装置７１３には、実施の形態１に示す受電装置１２０、１５０、１７０の構成が適用できる。

本発明の一態様に係る非接触給電システムを適用することにより、給電装置７１１と受電装置７１３との配置に応じて、送電の効率を高めることができるため、給電装置７１１から受電装置７１３へ電力を効率よく供給することができる。

また、受電装置７１３を有する電気自動車７１２と給電装置７１１との配置が変わったとしても、図２（Ａ）に示すようなパラメータセットの範囲内であれば、送電の効率を変化させることができるため、送電の効率を高めることができる。

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。

１１０給電装置
１１１高周波電源
１１２共鳴用コイル
１１３整合回路
１１４制御回路
１１５送受信回路
１１６アンテナ
１１７コイル
１１８容量素子
１２０受電装置
１２１負荷
１２２共鳴用コイル
１２３整合回路
１２４制御回路
１２５送受信回路
１２６アンテナ
１２７整流回路
１２８ＤＣＤＣコンバータ
１２９コイル
１３０容量素子
１４０給電装置
１５０受電装置
１６０給電装置
１７０受電装置
２０１ステップ
２０２ステップ
２０３ステップ
２０４ステップ
２０５ステップ
２０６ステップ
２０７ステップ
２０８ステップ
２０９ステップ
２１０ステップ
２１１ステップ
２１２ステップ
２１３ステップ
７０１給電装置
７０２Ａ携帯電話
７０２Ｂ携帯電話
７０３Ａ受電装置
７０３Ｂ受電装置
７１１給電装置
７１２電気自動車
７１３受電装置

Claims

給電装置と受電装置とを有し、
前記給電装置は、高周波電源、第１の整合回路、第１の共鳴用コイル、第１の送受信回路、第１の制御回路及び第１のアンテナを有し、
前記高周波電源は前記第１の整合回路を介して前記第１の共鳴用コイルと接続され、
前記第１の制御回路は、前記第１の整合回路及び第１の送受信回路とそれぞれ接続され、
前記第１の送受信回路は前記第１のアンテナと接続され、
前記受電装置は、第２の整合回路、第２の共鳴用コイル、第２の送受信回路、第２の制御回路、負荷及び第２のアンテナを有し、
前記第２の共鳴用コイルは、前記第１の共鳴用コイルと電磁共鳴をし、
前記第２の共鳴用コイルは前記第２の整合回路と接続され、
前記第２の制御回路は、前記負荷、前記第２の整合回路、及び前記第２の送受信回路とそれぞれ接続され、
前記第２の送受信回路は前記第２のアンテナと接続され、
前記第２の制御回路は、前記負荷に印加される直流電圧値及び直流電流値を取得する機能を有し、
前記第２の制御回路は、取得した前記直流電圧値及び前記直流電流値に基づき、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路に命令を出力する機能を有し、
前記第２の制御回路から前記第１の整合回路への命令の出力は、前記第２の送受信回路、前記第２のアンテナ及び前記第１のアンテナを介して行われ、
前記第１の整合回路のパラメータと前記第２の整合回路のパラメータとのパラメータセットは、前記給電装置と前記受電装置との距離に応じて設定されることを特徴とする非接触給電システム。
請求項１において、
前記給電装置と前記受電装置との距離に応じて、前記パラメータセットは０番からｎ番（ｎは整数）まで設定され、
前記負荷の充電が完了するまで、前記第１の整合回路と前記第２の整合回路とは、前記給電装置と前記受電装置との間の電力の伝送効率が最大となるｊ（ｊ≦ｎ−１）番目のパラメータセットと、ｊ＋１番目のパラメータセットとを繰り返すことを特徴とする非接触給電システム。
請求項１または請求項２において、
前記第１の整合回路は、前記高周波電源と直列に接続された第１の素子と、前記高周波電源と並列に接続された第２の素子とを有し、
前記第２の整合回路は、前記負荷と直列に接続された第３の素子と、前記負荷と並列に接続された第４の素子と、を有することを特徴とする非接触給電システム。
請求項３において、
前記第１の素子及び前記第３の素子は、可変容量素子であり、
前記第２の素子及び前記第４の素子は、可変コイルであることを特徴とする非接触給電システム。