JP6652432B2 - 電磁界模擬装置および電磁界模擬方法 - Google Patents

Description

本開示は、ワイヤレス電力伝送システムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置および電磁界模擬方法に関する。

近年、携帯型情報端末や家電機器に充電用の電力をワイヤレス電力伝送により供給する中電力（数百Ｗ）のワイヤレス電力伝送システム（以下、適宜に「ＷＰＴシステム」と呼称する）が普及しつつあり、また、電気自動車に充電用の電力を供給する大電力（数ｋＷ）のＷＰＴシステムも、今後の実用化に向けて開発が進められており、このようなＷＰＴシステムにより、利用者が充電を行う際の利便性を格段に向上させることができる。

近時、ＷＰＴシステムから漏えいする電磁界が電子機器に及ぼす影響を評価することが必要とされている。このとき、ＷＰＴシステムには様々な方式や構成のものがあるため、ＷＰＴシステムの実機が設置された実環境で影響評価を行うことは、期間およびコストの面で現実的ではない。そこで、ＷＰＴシステムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置が求められる。

このような電磁界模擬装置に関連する技術として、従来、制御部によって高周波信号の周波数、振幅、位相、および波形を変化させることで、任意の電磁界分布を発生させ、任意の空間放射特性を実現する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、波長に比べて充分に微小なサイズの複数の電磁界放射部を配置し、制御部の動的な制御に応じて各電磁界放射部が放射する電磁界の重ね合わせの結果として、任意形状の電磁界分布を有する電磁界を発生させることができるとされている。

特許５７２１２３６号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたような従来の電磁界模擬装置では、その設置環境の温度変化により、電磁界模擬装置を構成するコイルのインピーダンスが変化し、その整合状態にずれが生じる場合がある。そのような場合には、インピーダンスの不整合損により、電磁界模擬装置で発生する磁界の強度が低下するため、安定した電磁界の発生が阻害される可能性がある。

本開示は、設置環境の温度変化に応じたインピーダンス整合を行うことにより、コイルのインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下を抑制する電磁界模擬装置および電磁界模擬方法を提供することを主目的とする。

本開示の電磁界模擬装置は、ワイヤレス電力伝送システムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置であって、交流信号を発生する信号発生器と、この信号発生器の出力信号を増幅する増幅器と、この増幅器の出力信号を電磁界として空間に放射するコイルと、このコイルおよび前記増幅器の間に設けられた整合部と、前記コイルまたは外気の温度を検出する温度センサと、前記整合部のパラメータの前記温度センサで検出した前記温度に基づく調整を許容された自動調整モード、および、前記整合部のパラメータの調整を禁止された固定モードのいずれかを、ユーザの操作に基づいて選択するモード選択部と、前記選択に応じて、前記自動調整モードと前記固定モードとを選択的に実行する制御部とを備えたことを特徴とする。

本開示によれば、設置環境の温度変化に応じたインピーダンス整合を行うことにより、コイルのインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下を抑制することが可能となる。

第１実施形態に係る電磁界模擬装置の斜視図 第１実施形態に係る電磁界模擬装置の概略構成図 第２実施形態に係る電磁界模擬装置の斜視図 第２実施形態に係る電磁界模擬装置の概略構成図 第３実施形態に係る電磁界模擬装置の概略構成図 第３実施形態に係るパラメータテーブルの一例を示す説明図

上記課題を解決するためになされた第１の発明は、ワイヤレス電力伝送システムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置であって、交流信号を発生する信号発生器と、この信号発生器の出力信号を増幅する増幅器と、この増幅器の出力信号を電磁界として空間に放射するコイルと、このコイルおよび前記増幅器の間に設けられた整合部と、前記コイルまたは外気の温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出した前記温度に基づき前記整合部のパラメータを調整する制御部とを備えたことを特徴とする。

この第１の発明に係る電磁界模擬装置によれば、コイルにおけるインピーダンスの変化の指標となるコイルまたは外気の温度に基づき整合部のパラメータを調整する（すなわち、設置環境の温度変化に応じたインピーダンス整合を行う）ことにより、コイルのインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下を抑制することが可能となる。

また、第２の発明では、上記第１の発明において、前記整合部は、１以上の可変コンデンサを含み、前記制御部は、前記パラメータとして前記可変コンデンサの静電容量を調整することを特徴とする。

この第２の発明に係る電磁界模擬装置によれば、コイルにおけるインピーダンスの変化の指標となるコイルまたは外気の温度に基づき可変コンデンサを制御することにより、コイルのインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下を簡易に抑制することが可能となる。

また、第３の発明では、上記第１または第２の発明において、前記温度センサは、少なくとも前記コイルの巻回部の内側以外に配置されたことを特徴とする。

この第３の発明に係る電磁界模擬装置によれば、コイルが発生する磁界が温度センサに与える影響を抑制することが可能となり、整合部のパラメータをより安定的に調整することが可能となる。

また、第４の発明では、上記第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記コイルまたは外気の温度に対応づけられた前記パラメータの調整用データを記憶するメモリを更に備え、前記制御部は、前記調整用データにより、前記整合部のパラメータを調整することを特徴とする。

この第４の発明に係る電磁界模擬装置によれば、コイルまたは外気の温度に対応づけられた前記パラメータの調整用データにより、整合部のパラメータを容易に調整することが可能となる。

また、第５の発明では、上記第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記制御部は、前記整合部のパラメータの調整を許容された自動調整モードと、前前記整合部のパラメータの調整を禁止された固定モードとを選択的に実行し、ユーザの操作に基づき前記自動調整モードおよび前記固定モードのいずれかを選択するモード選択部を更に備えたことを特徴とする。

この第５の発明に係る電磁界模擬装置によれば、ユーザの操作（意図）に基づき固定モードを選択することにより、コイルまたは外気の温度変化（すなわち、コイルのインピーダンスの変化）のないことが明らかな場合における整合部のパラメータの不必要な調整を回避することができる。

また、第６の発明は、ワイヤレス電力伝送システムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置による電磁界模擬方法であって、交流信号を信号発生器により発生し、前記信号発生器の出力信号を増幅器により増幅し、前記増幅器の出力信号をコイルにより電磁界として空間に放射し、前記コイルまたは外気の温度を検出し、前記コイルおよび前記増幅器の間に設けられた整合部のパラメータを前記温度に基づき調整することを特徴とする。

この第６の発明に係る電磁界模擬方法によれば、コイルにおけるインピーダンスの変化の指標となるコイルまたは外気の温度に基づき整合部のパラメータを調整することにより、コイルのインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下を抑制することが可能となる。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１および図２は、それぞれ本開示の第１実施形態に係る電磁界模擬装置１の斜視図および概略構成図である。なお、図１では、筐体１５を透視して内部に収容された部品を示している（図３についても同様）。

電磁界模擬装置１において、信号発生器２は、所定の周波数の高周波信号（交流信号）を発生するものであり、アナログ式またはディジタル式の発振回路を備えた発振器である。本実施形態では、信号発生器２は、模擬対象となるＷＰＴシステムの駆動周波数と略同一の周波数の高周波信号を発生し、その高周波信号が増幅器３に入力される。増幅器３は、信号発生器２の出力信号を増幅するものであり、例えば、入力した信号をトランジスタ等のスイッチング動作を用いて増幅するものである。

なお、電磁界模擬装置１では、模擬対象となるＷＰＴシステムで利用される周波数帯に応じて、信号出力部（ここでは、信号発生器２および増幅器３）を交換して使用するようにするとよい。

また、信号発生器２を、任意の周波数の高周波信号を発生する周波数可変型のもので構成することにより、制御部１３からの制御信号によって信号発生器２の周波数を制御することもできる。さらに、増幅器３を、利得を調整可能なもので構成することにより、制御部１３からの制御信号によって増幅器３の利得を制御することもできる。

整合部４は、コイル８のインピーダンスを増幅器３の出力に整合させるものである。この整合部４により増幅器３とコイル８との間のインピーダンス整合を行うことで、増幅器３の出力における反射による損失を小さくすることができ、増幅器３の出力信号が効率よくコイル８に入力される。この整合部４は、コイル８の両端および増幅器３に接続される回路構成を有し、インピーダンス整合を行うためのコンデンサ５、６を実装している（図２参照）。

コンデンサ５、６は、コイル８に対してそれぞれ直列および並列に接続されたバリアブルコンデンサ（可変コンデンサ）である。コンデンサ５、６は、それぞれ少なくともその静電容量（すなわち、整合部４のパラメータ）を制御部１３からの制御信号に基づき制御（調整）可能なものであればよい。例えば、コンデンサ５、６は、その容量を機械的な操作によって変化させるために、制御部１３からの制御信号に基づき動作する回転駆動機構（モータ、回転軸、制御回路等）を備えた構成とすることができる。或いは、コンデンサ５、６として、制御部１３からの制御信号（制御電圧）により容量が変化する素子を用いてもよい。

また、整合部４の構成は、図２に示したものに限らず、同様の機能を果たし得る他の公知の回路構成を採用することが可能である。例えば、それぞれリレー（開閉スイッチ）が付設された複数のコンデンサをコイル８に対して直列または並列に接続し、制御部１３からの制御信号に基づきそれらのリレーを選択的に開閉することにより、コイル８に接続されるコンデンサを決定する（すなわち、容量を調整する）構成も可能である。

コイル８は、整合部４を介して増幅器３から入力される高周波信号を電磁界として空間に放射するものである。本実施形態では、コイル８には、導線を平面上に渦巻き状に巻回した渦巻き型のものが用いられる。コイル８を構成する導線には、導電率の高い銅材などによる単線やリッツ線などの線材を用いればよい。コイル８の導線の両端は整合部４に接続されている（図２参照）。このコイル８は、周波数に応じて、線材、直径や巻き数が異なるものに交換することで、数ｋＨｚから数ＧＨｚの周波数に対応することができる。

電流検出部１０は、コイル８に接続され、コイル８の電流を検出する公知の電流計測器である。電流検出部１０による検出結果は制御部１３に送信される。

モード選択部１１は、ユーザの操作（指令）に基づき電磁界模擬装置１（制御部１３）の動作モードを選択するスイッチである。制御部１３は、その動作モードとして、コンデンサ５、６の静電容量の調整を許容された自動調整モードと、コンデンサ５、６の静電容量の調整を禁止された固定モードと選択的に実行可能である。制御部１３は、モード選択部１１から動作モードの選択情報（自動調整モードまたは固定モードの選択状態を示す信号）を取得し、この選択情報に応じて動作モードを実行する。なお、モード選択部１１としては、スイッチに限らず、少なくともユーザが動作モードを選択するための操作を実行可能な公知の構成（例えば、操作ボタンや、タッチパネルなど）を用いることもできる。

制御部１３は、電流検出部１０による電流値の検出結果に基づき、コンデンサ５、６の静電容量を適切な値に調整するための制御を実行する制御器である。この場合、制御部１３は、コイル８に流れる電流値が目標とする値となるようにコンデンサ５、６の静電容量を調整することができる。

筐体１５は、信号発生器２、増幅器３、整合部４、コイル８、モード選択部１１、電流検出部１０、制御部１３、バッテリ（図示せず）等を内部に保持収容するものであり、絶縁性で比誘電率が小さくかつ所要の強度を有する樹脂材などで構成されている。

このように構成された第１実施形態に係る電磁界模擬装置１では、信号発生器２が交流信号を発生し、増幅器３がその信号発生器２の出力信号を増幅し、コイル８がその増幅器３から出力された高周波信号を電磁界として空間に放射する。ここで、自動調整モードが選択されている場合、電流検出部１０は、コイル８を流れる電流を適宜検出し、制御部１３は、その検出結果（電流値）に基づきコイル８に流れる電流値が最大値（または、その近傍の値）となるようにコンデンサ５、６の静電容量を調整する。制御部１３がコイル８に流れる電流値が最大値（または、その近傍の値）となるようにコンデンサ５、６の静電容量を調整する方法の一例としては、制御部１３がコンデンサ５、６の静電容量を現在の値に対してプラスおよびマイナスに数段階に亘って変化させ、静電容量を変化させる都度コイル８に流れる電流値を観測する手法を採用することができる。制御部１３は観測した電流値のうちで最大の電流値をとる際のコンデンサ５、６の静電容量を調整後のコンデンサ５、６の静電容量とするように制御する。

これにより、電磁界模擬装置１の設置環境が変化した場合（例えば、ユーザが電磁界模擬装置１の設置場所を変更した場合）でも、整合部４によるインピーダンス整合が適切に実行され、発生させる電磁界の変動（コイル８のインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下等）を抑制することが可能となる。

一方、電磁界模擬装置１では、固定モードが選択されている場合、制御部１３は、コンデンサ５、６の静電容量の調整を実行せず、予め設定されたコンデンサ５、６の容量により、整合部４によるインピーダンス整合が実行される。

なお、固定モードでは、制御部１３による整合部４のパラメータ（ここでは、コンデンサ５、６の静電容量）の調整は禁止されるが、ユーザが手動で整合部４のパラメータを調整可能な構成としてもよい。

（第２実施形態）
図３および図４は、それぞれ本開示の第２実施形態に係る電磁界模擬装置１の斜視図および概略構成図である。ここで、図３および図４では、上述の第１実施形態に係る各要素と同様の要素については同一の符号が付されている。また、第２実施形態では、以下で特に言及しない事項については、第１実施形態の場合と同様とする。

第２実施形態に係る電磁界模擬装置１では、温度センサ２１を更に備えた点において第１実施形態の場合とは異なる。温度センサ２１は、コイル８の上面近傍に配置され、コイル８の温度（またはコイル８の周辺の外気温度）を検出することが可能である。温度センサ２１による検出結果は制御部１３に送信される。温度センサ２１としては、例えばサーミスタなど公知の温度センサを用いることができる。

なお、温度センサ２１をコイル８に当接させて配置してもよい。また、温度センサ２１の配置は、コイル８の上面側に限らず、コイル８の外周面側であってもよい。ただし、コイル８が発生する磁界の影響を抑制するために、温度センサ２１をコイル８の巻回部の内側のスペース８ａ以外に配置するとよい。

第２実施形態では、制御部１３は、自動調整モードにおいて、温度センサ２１によって検出された温度Ｔの値に基づきコンデンサ５、６の静電容量の調整を実行可能である。本実施形態では、温度センサ２１によって検出された温度Ｔが予め設定された温度範囲にある場合（例えば、温度Ｔが閾値３０℃を超えた場合）にのみ、上述の第１実施形態と同様に制御部１３がコンデンサ５、６の静電容量の調整を実行する。一方、制御部１３は、温度Ｔが予め設定された温度範囲にない場合（例えば、温度Ｔが閾値３０℃以下の場合）には、自動調整モードにおいても、コンデンサ５、６の静電容量を変化させない。

このように構成された第２実施形態に係る電磁界模擬装置１では、自動調整モードにおいて、温度センサ２１は、コイル８または外気の温度（少なくとも一方）を検出し、制御部１３は、その検出結果（温度）に基づきコンデンサ５、６の静電容量の調整を実行するか否かを決定する。

これにより、第２実施形態に係る電磁界模擬装置１では、自動調整モードにおいて、予め設定された温度範囲にない場合（すなわち、コイル８におけるインピーダンスの変化の主要因となり得るコイル８または外気の温度の変化のないことが明らかな場合）には、コンデンサ５、６の静電容量の不必要な調整を回避することができる。

（第３実施形態）
図５および図６は、それぞれ本開示の第３実施形態に係る電磁界模擬装置１の斜視図および概略構成図である。ここで、図５および図６では、上述の第１または第２実施形態に係る各要素と同様の要素については同一の符号が付されている。また、第３実施形態では、以下で特に言及しない事項については、第１または第２実施形態の場合と同様とする。

上述のように、電磁界模擬装置１のコイル８のインピーダンスは、コイル８または外気の温度変化によっても変化する。そのようなコイル８または外気の温度変化は、例えば、電磁界模擬装置１を配置した場所の気温の変化（例えば、屋内または屋外の温度差）、周辺に配置された機器の放熱（排気等）の有無、日光や照明等の照射の有無などに起因する。

第３実施形態に係る電磁界模擬装置１は、第２実施形態に係る電磁界模擬装置１において電流検出部１０が省略された構成を有している。制御部１３は、第１実施形態におけるコイル８の電流値の代わりに、温度センサ２１による温度の検出結果に基づき、コンデンサ５、６の静電容量を調整することができる。

制御部１３は、メモリ３０を有しており、このメモリ３０には、コイル８または外気の温度に対応づけられたコンデンサ５、６の静電容量に関する調整用データを含むパラメータテーブル（図６参照）が記憶されている。調整用データは、予め設定されたコンデンサ５、６の静電容量の基準値を温度に応じて補正するための係数であってもよいし、所定の温度に対して設定すべきコンデンサ５、６の静電容量の値自体であってもよい。制御部１３は、パラメータテーブルを参照することにより、温度センサ２１による検出温度に対応するコンデンサ５、６の静電容量の調整値を取得し、この調整値に基づきコンデンサ５、６の静電容量を調整する。なお、コンデンサ５、６の静電容量に関する調整用データについては、外部のメモリに記憶されたデータを制御部１３が適宜取得する構成であってもよい。

このように構成された第３実施形態に係る電磁界模擬装置１では、自動調整モードが選択されている場合、温度センサ２１はコイル８の温度（またはコイル８の周辺温度）を検出し、制御部１３は、その検出結果（温度）に基づきパラメータテーブルを参照することによりコンデンサ５、６の静電容量を調整する。

これにより、第３実施形態に係る電磁界模擬装置１では、自動調整モードにおいて、コイル８または外気の温度が変化した場合でも、整合部４によるインピーダンス整合が適切に実行され、発生させる電磁界の変動（コイル８のインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下等）を抑制することが可能となる。

以上、本開示を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本開示はこれらの実施形態によって限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本開示に係る電磁界模擬装置および電磁界模擬方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本開示の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

本開示に係る電磁界模擬装置および電磁界模擬方法は、設置環境の温度変化に応じたインピーダンス整合を行うことにより、コイルのインピーダンスの変化に起因する磁界強度の低下を抑制可能とし、ワイヤレス電力伝送システムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置および電磁界模擬方法などとして有用である。

１ 電磁界模擬装置
２ 信号発生器
３ 増幅器
４ 整合部
５ コンデンサ
６ コンデンサ
８ コイル
８ａ スペース
１０ 電流検出部
１１ モード選択部
１３ 制御部
１５ 筐体
２１ 温度センサ
３０ メモリ

Claims (5)

1. ワイヤレス電力伝送システムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置であって、
   交流信号を発生する信号発生器と、
   この信号発生器の出力信号を増幅する増幅器と、
   この増幅器の出力信号を電磁界として空間に放射するコイルと、
   このコイルおよび前記増幅器の間に設けられた整合部と、
   前記コイルまたは外気の温度を検出する温度センサと、
   前記整合部のパラメータの前記温度センサで検出した前記温度に基づく調整を許容された自動調整モード、および、前記整合部のパラメータの調整を禁止された固定モードのいずれかを、ユーザの操作に基づいて選択するモード選択部と、
   前記選択に応じて、前記自動調整モードと前記固定モードとを選択的に実行する制御部と
   を備えたことを特徴とする電磁界模擬装置。
2. 前記整合部は、１以上の可変コンデンサを含み、
   前記制御部は、前記パラメータとして前記可変コンデンサの静電容量を調整することを特徴とする請求項１に記載の電磁界模擬装置。
3. 前記温度センサは、少なくとも前記コイルの巻回部の内側以外に配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁界模擬装置。
4. 前記コイルまたは外気の温度に対応づけられた前記パラメータの調整用データを記憶するメモリを更に備え、
   前記制御部は、前記調整用データにより、前記整合部のパラメータを調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電磁界模擬装置。
5. ワイヤレス電力伝送システムから漏えいする電磁界を模擬して発生する電磁界模擬装置による電磁界模擬方法であって、
   交流信号を信号発生器により発生し、
   前記信号発生器の出力信号を増幅器により増幅し、
   前記増幅器の出力信号をコイルにより電磁界として空間に放射し、
   前記コイルまたは外気の温度を検出し、
   前記コイルおよび前記増幅器の間に設けられた整合部のパラメータの前記温度に基づく調整を許容された自動調整モード、および、前記整合部のパラメータの調整を禁止された固定モードのいずれかを、ユーザの操作に基づき選択し、
   前記選択に応じて、前記自動調整モードと前記固定モードとを選択的に実行することを特徴とする電磁界模擬方法。

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