JP6001355B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は共鳴結合を利用した非接触給電装置に関する。

電源コードなどを介さずにワイヤレスで電力を電子機器に供給する非接触給電装置の実用化が図られている。離れた場所に存在する電子機器に給電を行うワイヤレス給電技術には、様々な方式があり、電磁誘導方式や電磁波送信方式が広く普及している。また、近年注目を集めている方式として、電磁共鳴方式や電界結合方式等がある。

電磁誘導方式では、送電側コイルと受電側コイルとの間に生じる電磁誘導結合を利用して、給電を行うため、コイル間の距離を極近接させる必要がある。

磁場共鳴方式では、送電側コイルに電力を供給して発生する磁界を、共鳴結合を利用して受電側コイルが受け取り、電力に変換して電子機器に給電を行う。該方式は、比較的コイル間の位置ずれに強いため、電力の伝送距離を長くすることができる。

１個の非接触給電装置から、１個の被給電装置に対して給電を行う場合、送電側コイルの共振周波数と受電側コイルの共振周波数は一致していることが好ましい。従って、複数の被給電装置に対して給電を行う場合、それぞれ異なる固有の共振周波数を有する送電側コイルを複数用いることで、高効率な電力伝送が可能になる。

また、１個の送電側コイルの共振周波数を離散的又は連続的に変化させることで、それぞれ異なる固有の共振周波数を有する複数の被給電装置に対して、選択的に給電を行う非接触給電装置が、特許文献１に記載されている。

特開２０１０−０６３２４５号公報

固有の共振周波数を有する１個の送電側コイルを用いてそれぞれ異なる固有の共振周波数を有する複数の被給電装置に対して同時に給電を行ってしまうと、電力の伝送効率が低下してしまう。従って、電力の伝送効率の低下を抑えるためには、送電側コイルが有する固有の共振周波数を変化させなければならない。しかしながら、送電側コイルのインダクタンスや共振容量を精密に制御して、複数の被給電装置に対して最適化された新たな共振周波数を得る事は非常に困難である。

上述した問題を鑑みて、複数の被給電装置に対して、非接触で同時に適切な給電を行うことができる非接触給電装置を提供することを課題の一つとする。

また、複数の被給電装置の位置的自由度を高めても非接触給電が可能な非接触給電装置を提供することを課題の一つとする。

被給電装置の個数を増やした際に生じる電力の伝送効率の低下を抑えるために、非接触給電装置が有する送電側共鳴用コイルの共振容量及び高周波電源の発振周波数を制御し、短時間で該コイルの共振周波数を最適化する事により非接触で同時に適切な給電を行う。

本明細書で開示する本発明の一態様は、高周波電源から、交流電流を供給される送電側励振用コイルと、送電側励振用コイルと電磁誘導結合する送電側共鳴用コイルと、送電側共鳴用コイルの共振容量を可変とする可変容量と、共振容量及び高周波電源の発振周波数を変更し、且つ送電側共鳴用コイルより複数の被給電装置に供給された電力の和を保持する制御回路と、複数の電力の和に基づき、共振容量及び発振周波数を決定する検出回路と、を有することを特徴とする非接触給電装置である。

上記において、可変容量は、バリアブルコンデンサであってもよい。

上記において、可変容量は、可変容量ダイオードであってもよい。

また、上記非接触給電装置は、制御回路を用いて共振容量及び高周波電源の発振周波数を変更して送電側共鳴用コイルの共振周波数を複数回変更し、且つ送電側共鳴用コイルより複数の被給電装置に供給された電力の和を変更回数分保持し、検出回路を用いて変更回数分の電力の和を比較して、送電側共鳴用コイルの共振周波数を最適化するための送電側共鳴用コイルの共振容量及び高周波電源の発振周波数を決定することができる。なお、共振周波数の変更に要する時間は、数秒程度で良い。

また、上記において複数の被給電装置は、それぞれ異なる固有の共振周波数を有していてもよい。

また、上記において高周波電源は、複数であってもよい。

また、上記において決定した送電側共鳴用コイルの共振周波数での共鳴結合により複数の被給電装置に対して給電を行う場合、複数の被給電装置に対して同時に給電を行う期間があってもよい。

また、上記非接触給電装置において、高周波電源の発振周波数の個数は、被給電装置の個数と一致させてもよいし、又はそれ以上であってもよい。複数の被給電装置に対して最適化された共振周波数を利用することで、それぞれ異なる固有の共振周波数を有する複数の被給電装置に対しても非接触で同時に適切な給電を行うことが可能になる。

また、上記において共鳴結合は、磁気共鳴結合であってもよい。

上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。

なお、本明細書における、「固有の共振周波数」とは、非接触給電装置の個数と、被給電装置の個数の比が１：１の場合において、最も高効率な給電が行われる際の周波数を表すものとする。

なお、本明細書中において、「同時」とは、必ずしも完全同時を意味するものではない。多少の時間差は誤差範囲内に含み、「同時」と表すものとする。即ち複数の被給電装置に対する給電開始時間が完全に一致しない場合であっても「同時」と表すことがある。従って、本明細書中における「同時に給電」とは、複数の被給電装置に対して少なくとも完全同時に給電が行われている期間が含まれていれば良いものとする。

また、本明細書中において、「位置的自由度」とは、非接触給電装置上での平面的（２次元方向）な配置自由度を表すものとし、空間的（３次元方向）な配置自由度を表すものではない。

本発明の一態様によれば、送電側共鳴用コイルの共振容量及び高周波電源の発振周波数を制御することにより、該コイルの共振周波数を最適化する。それにより、複数の被給電装置に対して、非接触で同時に適切な給電を行える非接触給電装置を得る事ができる。また、非接触給電装置から適切な距離に存在する複数の被給電装置に対する同時給電が可能であるため、非接触給電装置に対する被給電装置の、位置的な自由度を高めることが可能になる。

実施の形態に係わる非接触給電装置を説明する図。 実施の形態に係わるバリアブルコンデンサを説明する図。 実施の形態に係わる非接触給電装置を説明する図。 実施の形態に係わる給電方法を説明する図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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、本発明は以下に示す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、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態では、本発明の一態様における磁気共鳴結合を利用した非接触給電装置の一例について図１乃至図４を用いて説明する。

本発明の一態様における非接触給電装置は、複数の被給電装置に対して非接触で同時に適切な給電を行うことができる。図１では、本発明の一態様における非接触給電装置１００が有する高周波電源の個数と、被給電装置の個数が一致している。即ち非接触給電装置１００が、給電が必要な３個の被給電装置（被給電装置１２０、被給電装置１３０、被給電装置１４０）に対して給電を行う様子を示している。非接触給電装置１００において、１個の高周波電源から生成される高周波電力が有する周波数（発振周波数）の値は、１個である。なお、図１に示す非接触給電装置及び被給電装置（共鳴用コイル、励振用コイル等を含む。）は模式的に示されている。

なお、図１では、被給電装置が３個の場合について説明を行うが、被給電装置の個数は限定されない。被給電装置がｎ（ｎは２以上の自然数）個の場合についても同様に考えることができる。被給電装置は、非接触給電により動作するものであれば、特にその形状や構成は限定されない。また、非接触給電される複数の被給電装置は、概略同一の形状、構成を有する方が好ましい。例えば、スマートフォン等の電子機器が挙げられる。

非接触給電装置１００は、送電側共鳴用コイル１０１、送電側励振用コイル１０２、スイッチ１０３、スイッチ１０４、スイッチ１０５、スイッチ１０６、スイッチ１０７、スイッチ１０８、制御回路１０９、検出回路１１０、第１の高周波電源１１１、第２の高周波電源１１２、第３の高周波電源１１３、可変容量としてバリアブルコンデンサ１１４、を有する。第１、第２、第３高周波電源１１１、１１２、１１３は送電側励振用コイル１０２の両端子と電気的に接続している。

第１の高周波電源１１１は、周波数ｆ_１の高周波電力を生成する。第２の高周波電源１１２は、周波数ｆ_２の高周波電力を生成する。第３の高周波電源１１３は、周波数ｆ_３の高周波電力を生成する。

また高周波電源に用いられる周波数帯としては、数十ｋＨｚの周波数帯から数百ＭＨｚの周波数帯が好ましい。

バリアブルコンデンサ１１４は、送電側共鳴用コイル１０１の両端子と電気的に接続されている。バリアブルコンデンサ１１４は、制御回路１０９より出力される可変容量制御信号の変化に応じて、バリアブルコンデンサ１１４のキャパシタンスを変化させる。従って、バリアブルコンデンサ１１４は、共振回路である送電側共鳴用コイル１０１の共振容量を変化させ、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数を変化させることができる。

ここで、一例として送電側共鳴用コイルの共振周波数を変化させるパラメータについて説明する。送電側共鳴用コイルは、共振回路となっている。従って送電側共鳴用コイルの共振周波数は、送電側共鳴用コイルのインダクタンスと送電側共鳴用コイルの共振容量（本発明の一態様ではバリアブルコンデンサのキャパシタンス）に依存する。

Ｌは送電側共鳴用コイルのインダクタンス、Ｃは送電側共鳴用コイルの共振容量、ｆ_０は送電側共鳴用コイルの共振周波数である。従って、共振周波数を変化させるためには、インダクタンスと共振容量の両方、あるいは一方を変化させればよい。

図２に、バリアブルコンデンサ１１４の構成例を示す。図２に示すバリアブルコンデンサ１１４は、固定極板１１４ａと、可変極板１１４ｂと、モーター１１４ｃ、軸１１４ｄとを有する。なお、固定極板１１４ａとは、軸１１４ｄが回転しても軸１１４ｄに対する位置が変わらない極板を指し、可変極板１１４ｂとは、軸１１４ｄの回転に伴って軸１１４ｄに対する位置が変わる極板を指す。極板は、金属により構成されることが好ましい。金属で構成される可変極板１１４ｂと固定極板１１４ａとの間に電位差を与えることで、これらの極板には正負の電荷が蓄えられ、コンデンサとして機能する。キャパシタンスが大きいほど、金属極板に蓄えられる電荷は多い。

バリアブルコンデンサ１１４は、制御回路１０９により出力される可変容量制御信号（本実施の形態では可変極板１１４ｂと固定極板１１４ａとの間に生じる電位差を示す。）の変化に応じて、モーター１１４ｃを利用して、軸１１４ｄを回転させる。この際、固定極板１１４ａと、可変極板１１４ｂとの重なり合う面積や、距離を変化させて、バリアブルコンデンサ１１４のキャパシタンスを変化させる。即ち送電側共鳴用コイル１０１の共振容量を制御し、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数を変化させることが可能である。なお、バリアブルコンデンサ１１４の構成は限定されない。また、可変容量としては、バリアブルコンデンサの他に、可変容量ダイオード等を用いることもできる。送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数（送電側共鳴用コイル１０１の共振容量）を変化させる機能を有する可変容量であれば良い。

送電側励振用コイル１０２の共振周波数（第１の高周波電源１１１の発振周波数）がｆ_１、バリアブルコンデンサ１１４のキャパシタンスがＣ_１の時、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数がｆ_１となる。送電側励振用コイル１０２の共振周波数（第２の高周波電源１１２の発振周波数）がｆ_２、バリアブルコンデンサ１１４のキャパシタンスがＣ_２の時、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数がｆ_２となる。送電側励振用コイル１０２の共振周波数（第３の高周波電源１１３の発振周波数）がｆ_３、バリアブルコンデンサ１１４のキャパシタンスがＣ_３の時、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数がｆ_３となる。

送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数がｆ_１の時、３個の被給電装置の中で非接触給電装置から適切な距離にある１個の被給電装置に対して、非接触で適切な給電を行うことができるものとする。共振周波数ｆ_１を１個の被給電装置に対する最適周波数とする。送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数がｆ_２の時、３個の被給電装置の中で非接触給電装置から適切な距離にある２個の被給電装置に対して、非接触で同時に適切な給電を行うことができるものとする。共振周波数ｆ_２を２個の被給電装置に対する最適周波数とする。送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数がｆ_３の時、３個の被給電装置全てに対して、非接触で同時に適切な給電を行うことができるものとする。共振周波数ｆ_３を３個の被給電装置に対する最適周波数とする。なお、磁気共鳴結合に利用される共振周波数としては、１０ｋＨｚの周波数帯から１００ＭＨｚの周波数帯が好ましい。共振周波数は、被給電装置の用途に合わせて適宜変更することが好ましい。

なお、最適周波数とは、複数の被給電装置に対して非接触で同時に適切な給電を行うことができる送電側共鳴用コイル１０１及び送電側励振用コイル１０２の共振周波数を指すものとする。最適周波数と固有の共振周波数とは、異なる場合もある。

なお、本実施の形態において、適切な給電とは、電力の伝送効率の高い給電が行われ、且つ非接触で同時に給電される複数の被給電装置それぞれにおいて、該複数の被給電装置が必要とする電力を満たす給電が行われる事を意味するものとする。適切な給電が行われる際、送電側共鳴用コイル１０１及び送電側励振用コイル１０２の共振周波数は、最適化されている。

ここで、磁気共鳴結合を生じさせる２つのコイル（送電側共鳴用コイルと受電側共鳴用コイル）間における、電力の伝送効率を決定する２つの指標について説明する。１つは、送電側共鳴用コイルと受電側共鳴用コイルとの結合強度の指標（ｋ）であり、次式で表される。

Ｌ_１は、送電側共鳴用コイルのインダクタンス、Ｌ_２は、受電側共鳴用コイルのインダクタンス、Ｍは、相互インダクタンスである。なお、ｋは、コイル間の距離に依存する。もう１つは、送電側共鳴用コイルの共振の鋭さの指標（Ｑ）であり、次式で表される。

Ｌ_１は送電側共鳴用コイルのインダクタンス、Ｃは送電側共鳴用コイルの共振容量、Ｒは送電側共鳴用コイルの抵抗、ｆ_０は送電側共鳴用コイルの共振周波数である。なお、Ｑは、コイルの質の良さを表す目安となる。Ｑが高いほど、送電側共鳴用コイルの電力損失は低減化されるため、送電側共鳴用コイルから受電側共鳴用コイルへ伝送可能な電力の効率を高められる。Ｑは１００以上であることが好ましい。即ち、電力の伝送効率は、伝送距離（送電側共鳴用コイルと受電側共鳴用コイルとの距離）及び送電側共鳴用コイルの共振周波数に依存する。

制御回路１０９は、スイッチ１０３、スイッチ１０４、スイッチ１０５、スイッチ１０６、スイッチ１０７、スイッチ１０８、バリアブルコンデンサ１１４を制御し、送電側共鳴用コイル１０１の共振容量、第１の高周波電源１１１の発振周波数、第２の高周波電源１１２の発振周波数、及び第３の高周波電源１１３の発振周波数を変更する機能を有する。また、適切な情報（給電が必要な被給電装置の個数、複数の被給電装置が供給された受電電力、及びその他、被給電装置毎の個別認証ＩＤ等の情報）を保持する機能を有する。例えば、スイッチ１０３、スイッチ１０４をオン、スイッチ１０５、スイッチ１０６、スイッチ１０７、スイッチ１０８をオフにした場合、第１の高周波電源１１１よりｆ_１の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル１０２に供給され、且つ送電側共鳴用コイル１０１の共振容量がＣ_１に設定される。また、スイッチ１０５、スイッチ１０６をオン、スイッチ１０３、スイッチ１０４、スイッチ１０７、スイッチ１０８をオフにした場合、第２の高周波電源１１２よりｆ_２の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル１０２に供給され、且つ送電側共鳴用コイル１０１の共振容量がＣ_２に設定される。また、スイッチ１０７、スイッチ１０８、スイッチ１０３、スイッチ１０４をオン、スイッチ１０５、スイッチ１０６をオフにした場合、第３の高周波電源１１３よりｆ_３の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル１０２に供給され、且つ送電側共鳴用コイル１０１の共振容量がＣ_３に設定される。

検出回路１１０は、適切な情報（給電が必要な被給電装置の個数、複数の被給電装置が供給された受電電力、及びその他、被給電装置毎の個別認証ＩＤ等の情報）に基づき最適給電条件を決定する機能を有する。検出回路１１０は制御回路１０９と電気的に接続している。なお、本明細書における最適給電条件とは、複数の被給電装置に対して非接触で同時に適切な給電を行うことができる送電側共鳴用コイルの共振容量及び高周波電源の発振周波数を指すものとする。

被給電装置１２０は、少なくとも受電側共鳴用コイル１２１と、受電側励振用コイル１２２と、を有する。被給電装置１２０内における受電側共鳴用コイル１２１と受電側励振用コイル１２２との間には、電磁誘導結合が生じる。被給電装置１３０は、少なくとも受電側共鳴用コイル１３１と、受電側励振用コイル１３２と、を有する。被給電装置１３０内における受電側共鳴用コイル１３１と受電側励振用コイル１３２との間には、電磁誘導結合が生じる。被給電装置１４０は、少なくとも受電側共鳴用コイル１４１と、受電側励振用コイル１４２と、を有する。被給電装置１４０内における受電側共鳴用コイル１４１と受電側励振用コイル１４２との間には、電磁誘導結合が生じる。

次に、非接触給電装置１００から、１個の被給電装置に対して給電が行われるしくみについて説明する。非接触給電装置１００内における送電側共鳴用コイル１０１と送電側励振用コイル１０２との間には、電磁誘導結合が生じる。従って、ｆ_１の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル１０２に供給されると、ｆ_１の周波数を有する交流電流（誘導電流）が送電側共鳴用コイル１０１にもまた流れる。送電側共鳴用コイル１０１に供給された電力は、送電側共鳴用コイル１０１を、共振周波数ｆ_１で振動させ、磁界を発生させる。この時、非接触給電装置から適切な距離に存在する１個の被給電装置内における受電側共鳴用コイルの共振周波数と、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数ｆ_１とが一致した場合、電力の伝送路が形成され、磁界を伝わり受電側共鳴用コイル（被給電装置１２０及び被給電装置１３０及び被給電装置１４０中の、ある１個の被給電装置内における受電側共鳴用コイル）に、電力が送られる（磁気共鳴結合）。

同様に、非接触給電装置１００から、２個の被給電装置に対して同時に給電が行われるしくみについて説明する。非接触給電装置１００内における送電側共鳴用コイル１０１と送電側励振用コイル１０２との間には、電磁誘導結合が生じる。従って、ｆ_２の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル１０２に供給されると、ｆ_２の周波数を有する交流電流（誘導電流）が送電側共鳴用コイル１０１にもまた流れる。送電側共鳴用コイル１０１に供給された電力は、送電側共鳴用コイル１０１を、共振周波数ｆ_２で振動させ、磁界を発生させる。この時、非接触給電装置から適切な距離に存在する２個の被給電装置内における受電側共鳴用コイルの共振周波数と、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数ｆ_２とが一致した場合、２個の電力の伝送路が形成され、磁界を伝わり２個の受電側共鳴用コイル（被給電装置１２０及び被給電装置１３０及び被給電装置１４０中の、ある２個の被給電装置内における受電側共鳴用コイル）に、同時に電力が送られる（磁気共鳴結合）。なお、周波数ｆ_２は、２個の被給電装置に対する最適周波数であるが、２個の受電側共鳴用コイルの有するそれぞれの固有の共振周波数であるとは限らない。

同様に、非接触給電装置１００から、３個（全て）の被給電装置に対して同時に給電が行われるしくみについて説明する。非接触給電装置１００内における送電側共鳴用コイル１０１と送電側励振用コイル１０２との間には、電磁誘導結合が生じる。従って、ｆ_３の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル１０２に供給されると、ｆ_３の周波数を有する交流電流（誘導電流）が送電側共鳴用コイル１０１にもまた流れる。送電側共鳴用コイル１０１に供給された電力は、送電側共鳴用コイル１０１を、共振周波数ｆ_３で振動させ、磁界を発生させる。この時、非接触給電装置から適切な距離に存在する３個の被給電装置内における受電側共鳴用コイルの共振周波数と、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数ｆ_３とが一致した場合、３個の電力の伝送路が形成され、磁界を伝わり３個（全て）の受電側共鳴用コイルに、同時に電力が送られる（磁気共鳴結合）。なお、周波数ｆ_３は、３個の被給電装置に対する最適周波数であるが、３個の受電側共鳴用コイルの有するそれぞれの固有の共振周波数であるとは限らない。

該構成によれば、送電側共鳴用コイル１０１の共振容量及び高周波電源の発振周波数を制御することにより、送電側共鳴用コイル１０１の共振周波数を最適化できる。従って、非接触給電装置１００を利用することで、複数の被給電装置に対して、非接触で同時に適切な給電を行うことができる。なお、該構成によれば、非接触給電装置から適切な距離に存在する複数の被給電装置に対して非接触で同時に適切な給電を行うことができるため、非接触給電装置に対する被給電装置の、位置的な自由度を高めることが可能になる。

なお、送電側共鳴用コイルの共振周波数の最適化とは、複数の被給電装置に対して適切な給電が行われるように送電側共鳴用コイルの共振周波数を変化させることを意味する。従って、送電側共鳴用コイルの共振周波数が最適周波数であっても、必ずしも複数の被給電装置それぞれに対して、同じ電力が供給されるわけではない。複数の被給電装置それぞれに対して高効率な給電が行われるように、また、最も早く充電を完了させたい被給電装置に対して重点的に給電が行われるように共振周波数を変化させても良い。更に、複数の被給電装置の充電残量や、充電容量を考慮して、共振周波数を変化させても良い。電力の伝送効率、充電時間、充電残量、充電容量等を考慮して、適宜共振周波数を変化させることが好ましい。共振容量及び高周波電源の発振周波数の制御は、送電側共鳴用コイルの共振周波数が最適周波数であるように行われることが好ましい。

次に、本発明の一態様に係る非接触給電装置がｎ（ｎは２以上の自然数）個の被給電装置に対して給電を行う方法の一例について図３及び図４を参照して説明する。図３には、本発明の一態様に係る非接触給電装置及びｎ個の被給電装置の一例を示す。図４には、本発明の一態様に係る非接触給電装置がｎ個の被給電装置対して給電を行う方法の一例を示すフローチャートを示す。なお、送電側共鳴用コイルの共振容量及び高周波電源の発振周波数を最適化する具体的な方法についても、説明する。

非接触給電装置２００は、送電側共鳴用コイル２０１、送電側励振用コイル２０２、制御回路２０９、検出回路２１０、高周波電源２１１、バリアブルコンデンサ２１４、を有する。制御回路２０９は、Ｄ／Ａ変換回路２１２、Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（μＰ）２１３、を有する。検出回路２１０は、送受信器２１５、アンテナ２１６、を有する。

被給電装置２２０は、受電側共鳴用コイル２２１、受電側励振用コイル２２２、整流回路２２３、電力検出器２２４、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５、充電器２２６、制御回路２２７、検出回路２２８、を有する。制御回路２２７は、Ａ／Ｄ変換回路２２９、Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２３０、を有する。検出回路２２８は、送受信器２３１、アンテナ２３２、を有する。

なお、図３において、被給電装置はｎ個存在するため、例えば、１個目の被給電装置２２０＿１では、受電側共鳴用コイル２２１＿１、受電側励振用コイル２２２＿１、整流回路２２３＿１、電力検出器２２４＿１、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５＿１、充電器２２６＿１、制御回路２２７＿１、検出回路２２８＿１、Ａ／Ｄ変換回路２２９＿１、Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２３０＿１、送受信器２３１＿１、アンテナ２３２＿１と表す。

同様にして、２個目の被給電装置２２０＿２では、受電側共鳴用コイル２２１＿２、受電側励振用コイル２２２＿２、整流回路２２３＿２、電力検出器２２４＿２、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５＿２、充電器２２６＿２、制御回路２２７＿２、検出回路２２８＿２、Ａ／Ｄ変換回路２２９＿２、Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２３０＿２、送受信器２３１＿２、アンテナ２３２＿２と表す。

同様にして、ｎ個目の被給電装置２２０＿ｎでは、受電側共鳴用コイル２２１＿ｎ、受電側励振用コイル２２２＿ｎ、整流回路２２３＿ｎ、電力検出器２２４＿ｎ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２５＿ｎ、充電器２２６＿ｎ、制御回路２２７＿ｎ、検出回路２２８＿ｎ、Ａ／Ｄ変換回路２２９＿ｎ、Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２３０＿ｎ、送受信器２３１＿ｎ、アンテナ２３２＿ｎと表す。

以下に、図４を用いて、本発明の一態様に係る非接触給電装置２００がｎ（ｎは２以上の自然数）個の被給電装置２２０対して給電を行う方法の一例をステップ３０１〜ステップ３１４に分けて説明する。

第１のステップ３０１において、非接触給電装置２００は被給電装置の存在有無の検知処理を行う。非接触給電装置２００内の検出回路２１０と、被給電装置２２０内の検出回路２２８との無線通信により、非接触給電装置２００は、給電が必要な被給電装置が存在するか否かを検知する。

第２のステップ３０２において、非接触給電装置２００が被給電装置を検知しなかった場合（Ｎｏ）は第１５のステップ３１５又は再び「開始」ステップへと進む。また、非接触給電装置２００が被給電装置を検知した場合（Ｙｅｓ）は、第３のステップ３０３へと進む。なお、検知される被給電装置は、給電が必要な被給電装置に限られる。既に満充電の被給電装置、又は、給電が必要でない被給電装置は対象外とする。

第３のステップ３０３において、非接触給電装置２００は、給電が必要な被給電装置の個数、及び被給電装置毎の個別認証ＩＤ等の情報を取得する。（図３及び図４において、給電が必要な被給電装置の個数は、ｎ個とする。）なお、該情報は、検出回路２１０で検知された後、制御回路２０９内のＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２１３で保持される。

第４のステップ３０４において、給電条件を初期化する。なお、本発明の一態様における給電条件とは、非接触給電装置内における高周波電源の発振周波数及びバリアブルコンデンサのキャパシタンスをパラメータとして設定するものとする。例えば、給電条件ｍとは、非接触給電装置２００内における高周波電源２１１の発振周波数がｆ_ｍ、バリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンス（送電側共鳴用コイル２０１の共振容量）がＣ_ｍ、に設定されることを意味する。

なお、本実施の形態では給電条件をｉ回変更して、ｉ回の給電を行う。例えば、初期化された給電条件をｍ１、２回の変更後の給電条件をｍ２、３回の変更後の給電条件をｍ３、ｉ回の変更後の給電条件をｍｉと表す。また、初期化された給電条件ｍ１による給電（１回目の給電）から、ｉ回の変更後の給電条件ｍｉによる給電（ｉ回目の給電）までの、ｉ回の給電を比較して、ｉ回の給電の中で最も適切な給電が行われる給電条件を、最適給電条件とし、ｍａ（最適周波数ｆ_ｍａ、キャパシタンスＣ_ｍａ）と表す。

なお、最適給電条件で給電が行われる時、非接触給電装置２００は、１回目の給電からｉ回目の給電までの中で、最適化された給電条件をｉ個の給電条件の中から選出することによって、ｎ個の被給電装置それぞれに対して、最も適切な給電を行うことができる。

受電側共鳴用コイル２２１＿ｋの共振周波数がｆ_ｍａの時、１回目の給電からｉ回目の給電までのｉ回の給電の中で、ｎ個の被給電装置に対して、最も適切な給電が行われる。共振周波数ｆ_ｍａを、受電側共鳴用コイル２２１（２２１＿１〜２２１＿ｎ）の共振周波数の最適周波数とする。

ｋ個目の被給電装置２２０＿ｋにおける、受電側共鳴用コイル２２１＿ｋの共振周波数について説明する。受電側共鳴用コイル２２１＿ｋの共振周波数がｆ_ｋの時、非接触給電装置から適切な距離に存在するｋ個目の被給電装置に対して、最も高効率な給電が行われる。共振周波数ｆ_ｋは、受電側共鳴用コイル２２１＿ｋが有する固有の共振周波数である。

第４のステップ３０４では給電条件の初期化を行い、給電条件をｍ１（発振周波数ｆ_ｍ１、キャパシタンスＣ_ｍ１）に設定する。具体的には、非接触給電装置２００内の制御回路２０９が、高周波電源２１１の発振周波数をｆ_ｍ１に設定し、且つバリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンスをＣ_ｍ１に設定する。その結果、高周波電源２１１よりｆ_ｍ１の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル２０２に供給されるため、送電側励振用コイル２０２と送電側共鳴用コイル２０１との間には、電磁誘導結合が生じる。従ってｆ_ｍ１の周波数を有する交流電流（誘導電流）が、送電側共鳴用コイル２０１にもまた流れる。なお、第４のステップ３０４において、給電条件の初期化は、ｉ回行われる。

第５のステップ３０５において、非接触給電装置２００は、高周波電源２１１の出力をオンにして、給電が必要な被給電装置（本実施の形態ではｎ個）に対して給電を開始する。

第６のステップ３０６において、非接触給電装置２００は、第３のステップ３０３で取得した給電が必要な被給電装置の個数、及び被給電装置毎の個別認証ＩＤ等の情報を元に、給電が必要な被給電装置の中から、最初の給電を行う被給電装置２２０＿ｋを選択する。送電側共鳴用コイル２０１と、受電側共鳴用コイル２２１＿ｋとの間には、磁気共鳴結合が生じている。なお、最初の給電条件の初期化により設定された高周波電源２１１の発振周波数ｆ_ｍ１（送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数ｆ_ｍ１）が、最適周波数ｆ_ｍａ、又は受電側共鳴用コイル２２１＿ｋの有する固有の共振周波数ｆ_ｋであるとは限らない。

第７のステップ３０７において、非接触給電装置２００は、第６のステップ３０６で選択した最初の被給電装置２２０＿ｋが受電した電力を検出する。具体的には、被給電装置２２０＿ｋの受電側共鳴用コイル２２１＿ｋに、磁気共鳴結合を利用して電力が送られると、受電側共鳴用コイル２２１＿ｋには、周波数ｆ_ｍ１を有する交流電流が流れる。受電側共鳴用コイル２２１＿ｋと受電側励振用コイル２２２＿ｋとの間には、電磁誘導結合が生じるため、周波数ｆ_ｍ１を有する交流電流（誘導電流）が受電側励振用コイル２２２＿ｋにもまた流れる。交流電流及び交流電圧は、整流回路２２３＿ｋによって、直流電流及び直流電圧に変換される。

その後、電力検出器２２４＿ｋによって最初の被給電装置２２０＿ｋが受電した電力が検出される。制御回路２２７＿ｋは、電力検出器２２４＿ｋによって検出された、被給電装置２２０＿ｋの受電電力を把握する。検出回路２２８＿ｋは、制御回路２２７＿ｋより、該受電電力を検出する。検出回路２１０もまた、検出回路２２８＿ｋから無線通信により、該受電電力を検出する。こうして、非接触給電装置２００は、最初の被給電装置２２０＿ｋが受電した電力を検出することができる。なお、該受電電力は、次式で表される。

第８のステップ３０８において、非接触給電装置２００は、第３のステップ３０３で取得した給電が必要な被給電装置の個数、及び被給電装置毎の個別認証ＩＤ等の情報を元に、次の被給電装置２２０＿（ｋ＋１）を選択する。

第９のステップ３０９において、非接触給電装置は、給電が必要な被給電装置の存在有無の検知処理を行う。非接触給電装置２００内の検出回路２１０と、被給電装置内の検出回路２２８との無線通信により、非接触給電装置２００は、給電が必要な被給電装置が存在するか否かを検知する。非接触給電装置２００が、給電が必要な被給電装置を検知しなかった場合は第１０のステップ３１０へと進む。また、非接触給電装置２００が、給電が必要な被給電装置を検知した場合は、再び第７のステップ３０７へと進む。

第７のステップ３０７へと進んだ場合、被給電装置２２０＿ｋを選択した時と同様である。送電側共鳴用コイル２０１と、受電側共鳴用コイル２２１＿（ｋ＋１）との間には、電力の伝送路が形成され、磁気共鳴結合が生じている。なお、次の給電条件の初期化により設定された高周波電源２１１の発振周波数ｆ_ｍ１（送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数ｆ_ｍ１）が、最適周波数ｆ_ｍａ、又は受電側共鳴用コイル２２１＿（ｋ＋１）の有する固有の共振周波数ｆ_{（ｋ＋１）}であるとは限らない。

非接触給電装置２００は、第８のステップ３０８で選択した次の被給電装置２２０＿（ｋ＋１）が受電した電力を検出する。具体的には、被給電装置２２０＿（ｋ＋１）の受電側共鳴用コイル２２１（ｋ＋１）に、電力が送られると、受電側共鳴用コイル２２１（ｋ＋１）には、ｆ_{（ｋ＋１）}での周波数を有する交流電流が流れる。受電側共鳴用コイル２２１（ｋ＋１）と受電側励振用コイル２２２（ｋ＋１）との間には、電磁誘導結合が生じるため、ｆ_{（ｋ＋１）}の周波数を有する交流電流（誘導電流）が受電側励振用コイル２２２（ｋ＋１）にもまた流れる。交流電流及び交流電圧は、整流回路２２３＿（ｋ＋１）によって、直流電流及び直流電圧に変換される。

その後、電力検出器２２４＿（ｋ＋１）によって次の被給電装置２２０＿（ｋ＋１）が受電した電力が検出される。制御回路２２７＿（ｋ＋１）は、電力検出器２２４＿（ｋ＋１）によって検出された、被給電装置２２０＿（ｋ＋１）の受電電力を把握する。検出回路２２８＿（ｋ＋１）は、制御回路２２７＿（ｋ＋１）より、該受電電力を検出する。検出回路２１０もまた、検出回路２２８＿（ｋ＋１）から無線通信により、該受電電力を検出する。こうして、非接触給電装置２００は、次の被給電装置２２０＿（ｋ＋１）が受電した電力を検出することができる。なお、該受電電力は、次式で表される。

上述のように、給電が必要なｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）全てに対して、第７のステップ３０７及び第８のステップ３０８をくり返し、非接触給電装置２００は、ｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電したｎ個の電力（ｐ（１）、ｐ（２）、〜、ｐ（ｋ）、ｐ（ｋ＋１）、〜、ｐ（ｎ））を取得する。

第１０のステップ３１０において、非接触給電装置２００は、検出回路２１０を利用して、１回目の給電（給電条件ｍ１）において取得したｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電した電力の和を算出する。また、ｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電した電力及びその和を、制御回路２０９内のＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２１３に保持する。なお、１回目の給電によりｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電した電力の和は、次式で表される。

第１１のステップ３１１において、給電条件を変更する。即ち、初期化された給電条件ｍ１（発振周波数ｆ_ｍ１、キャパシタンスＣ_ｍ１）を変更する。具体的には、Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２１３に保持された、１回目の給電によりｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電した電力の和を利用して、高周波電源２１１の発振周波数及びバリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンス（送電側共鳴用コイル２０１の共振容量）を、給電条件ｍ２（発振周波数ｆ_ｍ２、キャパシタンスＣ_ｍ２）に変更する。

その結果、高周波電源２１１よりｆ_ｍ２の周波数を有する交流電流が送電側励振用コイル２０２に供給されるため、ｆ_ｍ２の周波数を有する交流電流（誘導電流）が電磁誘導結合により送電側共鳴用コイル２０１にもまた流れる。なお、１回の給電条件の変更により設定された高周波電源２１１の発振周波数ｆ_ｍ２（送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数ｆ_ｍ２）が、最適周波数ｆ_ｍａ、又は受電側共鳴用コイル２２１が有する固有の共振周波数（ｆ_１、ｆ_２、〜ｆ_ｋ、ｆ_ｋ＋１、〜ｆ_ｎ）であるとは限らない。同様にして、ｉ回の給電条件の変更により設定された高周波電源２１１の発振周波数ｆ_ｍｉ（送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数ｆ_ｍｉ）が、最適周波数ｆ_ｍａ、又は受電側共鳴用コイル２２１が有する固有の共振周波数（ｆ_１、ｆ_２、〜ｆ_ｋ、ｆ_ｋ＋１、〜ｆ_ｎ）であるとは限らない。

なお、バリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンスの制御には、制御回路２０９を利用する。バリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンス（送電側共鳴用コイル２０１の共振容量）をＣ_ｍ１からＣ_ｍ２へ変更することで、送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数もまたｆ_ｍ１からｆ_ｍ２へ変更することができる。同様に、バリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンス（送電側共鳴用コイル２０１の共振容量）をＣ_{ｍ（ｉ―１）}からＣ_ｍｉへ変更することで、送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数もまたｆ_{ｍ（ｉ―１）}からｆ_ｍｉへ変更することができる。給電条件の変更をｉ回繰り返す事で、送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数を最適化できる。

第１２のステップ３１２において、非接触給電装置２００は給電条件がｉ回の給電条件の変更が行われたか否かの検知処理を行う。非接触給電装置２００が、ｉ回の給電条件の変更が行われたと検知した場合は第１３のステップ３１３へと進む。また、非接触給電装置２００が、ｉ回の給電条件の変更が行われていないと検知した場合は、再び第６のステップ３０６へと進む。なお、給電条件ｍ１での給電開始（第５のステップ３０５）から、給電条件ｍｉでの給電終了（第１２のステップ３１２）までの時間間隔は数秒程度である。該時間間隔は、送電側共鳴用コイルの共振容量を変化させる機能（可変容量）の性能に依存する。

第６のステップ３０６へと進んだ場合、上述のように、第７のステップ３０７から第１１のステップ３１１を、ｉ回の給電条件の変更が行われるまで繰り返す。（給電条件を、ｍ１→ｍ２→〜→ｍｉと繰り返し変更する。）なお、第７のステップ３０７から第１１のステップ３１１をｉ回繰り返すことで、非接触給電装置２００内のＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２１３には、１回目の給電（給電条件ｍ１）によりｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電した電力の和から、ｉ回目の給電（給電条件ｍｉ）によりｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電した電力の和までの、ｉ個の受電電力の和が保持される。

第１３のステップ３１３において、非接触給電装置２００は、Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ２１３に保持された、ｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）が受電した電力の和を比較して、再び給電条件を変更する。具体的には、給電条件の初期化により設定された給電条件ｍ１（発振周波数ｆ_ｍ１、キャパシタンスＣ_ｍ１）から、ｉ回の給電条件の変更により設定された給電条件ｍｉ（発振周波数ｆ_ｍｉ、キャパシタンスＣ_ｍｉ）までの中のｉ個の給電条件を比較し、最も適切な給電が行われる給電条件ｍａ（発振周波数ｆ_ｍａ、キャパシタンスＣ_ｍａ）をｉ個の給電条件の中から選出して、給電条件ｍｉを、給電条件ｍａへと変更する。

制御回路２０９により出力される可変容量制御信号を変化させることで、バリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンスを変化させることができる。バリアブルコンデンサ２１４のキャパシタンス（送電側共鳴用コイル２０１の共振容量）をＣ_ｍａ、高周波電源２１１の発振周波数をｆ_ｍａに設定することで、送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数を最適化（ｆ_ｍａ）できる。送電側共鳴用コイル２０１の共振周波数ｆ_ｍａは、ｎ個の被給電装置２２０（２２０＿１〜２２０＿ｎ）内の全ての受電側共鳴用コイル２２１（２２１＿１〜２２１＿ｎ）における最適周波数であるとみなせる。従って、非接触給電装置２００は、１回目の給電からｉ回目の給電までの中で、最適化された給電条件をｉ個の給電条件の中から選出することによって、ｎ個の被給電装置それぞれに対して、最も適切な給電を行うことができる。なお、この際、送電側共鳴用コイルの形状は、変化しないため、送電側共鳴用コイルのインダクタンスは、維持されている。

第１４のステップ３１４において、第１３のステップ３１３で変更された給電条件ｍａ（周波数ｆ_ｍａ、キャパシタンスＣ_ｍａ）にて一定時間給電を継続する。なお、該一定時間は、１０秒以下であることが好ましい。給電時間を一定の時間に設定する事で、被給電装置の位置や状態に依存することなく、安定した給電が可能になる。その後、再び第１のステップ３０１へと進み同様にして第２のステップから第１４のステップまで繰り返す。

該構成によれば、非接触給電装置は、給電が必要な複数の被給電装置に対して最も適切な給電が行える給電条件を短時間で決定することができる。非接触給電装置は、最適化された給電条件に基づき、送電側コイルの共振容量及び高周波電源の発振周波数を変更することにより、複数の被給電装置に対して、非接触で同時に適切な給電を行うことができる。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

１００ 非接触給電装置
１０１ 送電側共鳴用コイル
１０２ 送電側励振用コイル
１０３ スイッチ
１０４ スイッチ
１０５ スイッチ
１０６ スイッチ
１０７ スイッチ
１０８ スイッチ
１０９ 制御回路
１１０ 検出回路
１１１ 高周波電源
１１２ 高周波電源
１１３ 高周波電源
１１４ バリアブルコンデンサ
１１４ａ 固定極板
１１４ｂ 可変極板
１１４ｃ モーター
１１４ｄ 軸
１２０ 被給電装置
１２１ 受電側共鳴用コイル
１２２ 受電側励振用コイル
１３０ 被給電装置
１３１ 受電側共鳴用コイル
１３２ 受電側励振用コイル
１４０ 被給電装置
１４１ 受電側共鳴用コイル
１４２ 受電側励振用コイル
２００ 非接触給電装置
２０１ 送電側共鳴用コイル
２０２ 送電側励振用コイル
２０９ 制御回路
２１０ 検出回路
２１１ 高周波電源
２１２ Ｄ／Ａ変換回路
２１３ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
２１４ バリアブルコンデンサ
２１５ 送受信器
２１６ アンテナ
２２０ 被給電装置
２２１ 受電側共鳴用コイル
２２２ 受電側励振用コイル
２２３ 整流回路
２２４ 電力検出器
２２５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２６ 充電器
２２７ 制御回路
２２８ 検出回路
２２９ Ａ／Ｄ変換回路
２３０ Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
２３１ 送受信器
２３２ アンテナ
３０１ ステップ
３０２ ステップ
３０３ ステップ
３０４ ステップ
３０５ ステップ
３０６ ステップ
３０７ ステップ
３０８ ステップ
３０９ ステップ
３１０ ステップ
３１１ ステップ
３１２ ステップ
３１３ ステップ
３１４ ステップ
３１５ ステップ

Claims (4)

1. 第１の高周波電源、第２の高周波電源、及び第３の高周波電源と、
   前記第１乃至前記第３の高周波電源のそれぞれから、第１乃至前記第３のスイッチのいずれか一を介して交流電流が供給される送電側励振用コイルと、
   前記送電側励振用コイルと電磁誘導結合する送電側共鳴用コイルと、
   前記送電側共鳴用コイルと電気的に接続されるバリアブルコンデンサと、
   前記バリアブルコンデンサ及び前記第１乃至前記第３の高周波電源と電気的に接続される制御回路と、を有し、
   前記制御回路は、前記第１乃至前記第３のスイッチのオンオフを制御することで、前記高周波電源の発振周波数を制御し、
   前記制御回路は、前記バリアブルコンデンサのキャパシタンスを制御し、
   前記バリアブルコンデンサは、キャパシタンスを変化させることで、前記送電側共鳴用コイルの共振容量を変化させ、
   それぞれ異なる固有の共振周波数を有する複数の被給電装置に対して同時に給電を行う期間があることを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１において、
   前記同時に給電を行う期間における前記送電側共鳴用コイルの共振周波数は、前記被給電装置が有する受電側共鳴用コイルの共振周波数とは異なることを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１または２において、
   前記制御回路は、前記送電側共鳴用コイルから複数の被給電装置に供給された電力の和を保持する機能を有することを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
   前記制御回路と電気的に接続する検出回路を有し、
   前記検出回路は、前記送電側共鳴用コイルより複数の前記被給電装置に供給された電力の和に基づき、前記共振容量及び前記発振周波数を決定することを特徴とする非接触給電装置。

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