JP7823486B2 - 送電装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触にて受電装置に電力を伝送するための送電装置に関する。

従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電（ワイヤレス給電とも呼ばれる）技術が研究されている。

このような非接触給電技術の一つとして、送電側のコイル及び受電側のコイルを介して、送電側の装置（以下、単に送電装置と呼ぶ）から受電側の装置（以下、単に受電装置と呼ぶ）へ電力を伝送する技術が提案されている。特に、送電装置に送電用の複数のコイルを設けることで、電力伝送が行われる際の受電装置の位置の自由度を高めることが可能な技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特表２０１０－５２７２２６号公報

送電装置に複数のコイルが設けられる場合、それら複数のコイルに対する受電装置の相対的な位置関係、及び、受電装置への電力供給に実際に使用されるコイルによって電力伝送の効率が変化する。

そこで、本発明は、送電用の複数のコイルを用いて、電力伝送効率を向上することが可能な送電装置を提供することを目的とする。

本発明の一つの形態として、受電コイルを有する受電装置に非接触にて電力伝送可能な送電装置が提供される。この送電装置は、受電コイルを介して受電装置へ電力を伝送する複数の送電コイルと、複数の送電コイルのそれぞれに交流電力を供給する少なくとも一つの電力供給回路と、受電装置における受電状況を表す信号を受電装置から受信する通信器と、受電状況に応じて、複数の送電コイルのうち、受電装置への電力伝送効率が最も高い送電コイルを、受電装置への電力伝送に利用する送電コイルとして選択し、複数の送電コイルのうち、選択した送電コイルに対して交流電力を供給し、複数の送電コイルのうち、選択されなかった送電コイルに対して交流電力を供給しないように少なくとも一つの電力供給回路を制御する制御回路とを有する。

係る構成を有することにより、この送電装置は、電力伝送効率が高い送電コイルを用いて電力を伝送し、それ以外の送電コイルには電力を供給しないようにするので、不要な電力消費を抑制することができる。その結果として、この送電装置は、電力伝送効率を向上することができる。

この送電装置において、受電状況を表す信号は、受電装置から出力される電圧を表す値を含むことが好ましい。そして送電装置の制御回路は、受電装置から受電状況を表す信号を受信していない間、複数の送電コイルのそれぞれに対して、所定の周期かつ互いに異なるタイミングで少なくとも一つの電力供給回路のうちの対応する電力供給回路から交流電力を供給させ、複数の送電コイルのうち、受電装置から受電状況を表す信号を受信したときに交流電力が供給されていた送電コイル及びその送電コイルの周囲に位置する少なくとも一つの送電コイルのなかから、受電装置から出力される電圧が最も高くなる送電コイルを、受電装置への電力伝送に利用する送電コイルとして選択することが好ましい。

係る構成を有することで、この送電装置は、受電装置への電力伝送効率が高い送電コイルを適切に選択することができる。

この送電装置において、複数の送電コイルは基板上に設けられ、かつ、その基板は、その基板の位置を調整可能な支持部材により支持されることが好ましい。そして送電装置の制御回路は、受電装置の受電状況に応じて、選択した送電コイルから受電装置へ電力を伝送する場合における電力伝送効率が高くなるように支持部材を制御して基板の位置を調整することが好ましい。

係る構成を有することで、この送電装置は、電力伝送に利用される送電コイルの位置を受電装置に対して最適化できるので、電力伝送効率をより向上することができる。

本実施形態による送電装置を含む、非接触給電システムの概略構成図である。 送電装置の概略構成図である。 各送電コイルの配置の一例を示す図である。 各送電コイルが設けられた基板の配置の一例を示す図である。 受電装置の概略構成図である。 変形例による、送電装置の各部が設けられた基板と支持部材の配置の一例を示す図である。

以下、本発明の一つの実施形態による送電装置を、図を参照しつつ説明する。この送電装置は、非接触にて受電装置へ電力を伝送するために使用される複数のコイル（以下、送電コイルと呼ぶ）を有し、受電装置が送電装置から受電可能な位置に配置されると、複数の送電コイルの何れかを介して受電装置へ電力を伝送する。複数の送電コイルの中から、電力伝送に利用する送電コイルを選択するために、この送電装置は、受電装置から受電状況を表す信号を受信し、その受電状況に応じて、電力伝送効率が最も高くなる送電コイルを選択する。

図１は、本実施形態による送電装置を含む、非接触給電システムの概略構成図である。

図１に示されるように、非接触給電システム１は、送電装置２と、送電装置２から空間を介して非接触で電力伝送される受電装置３とを有する。送電装置２は、例えば、所定の建物内に配置される。より具体的に、送電装置２は、所定の建物の何れかの部屋の壁の裏側、天井の裏側あるいは床面の下側、もしくは、所定の建物の何れかの外壁の裏側に設置される。そして送電装置２は、商用電源あるいはその所定の建物に設けられた電源装置から供給される電力を、建物内または建物外の電力伝送可能な範囲内に位置する受電装置３へ、壁面などを越えて非接触にて伝送する。受電装置３は、いわゆるスマートフォンといった携帯機器あるいは他の移動可能な機器に搭載され、送電装置２から伝送された電力を受電する。そして受電装置３により受電された電力は、受電装置３が搭載された機器に設けられるバッテリの充電、あるいは、受電装置３が搭載された機器の動作に利用される。

本実施形態では、送電装置２と受電装置３とは、送電側の共振を利用せず、受電側において受電装置３の共振回路が有するコイルと共振コンデンサとが直列共振する方式（ＮＳ方式）の非接触給電システムとして構成される。しかし、この例に限られず、送電装置２と受電装置３とは、例えば、いわゆる一次直列二次直列共振コンデンサ方式（ＳＳ方式）、または一次直列二次並列共振コンデンサ方式（ＳＰ方式）の非接触給電システムであってもよい。あるいは、送電装置２と受電装置３とは、給電側の共振を利用せず、受電側において受電装置３の共振回路が有するコイルと共振コンデンサとが並列共振する方式（ＮＰ方式）といった他の非接触給電方式に従った非接触給電システムであってもよい。

図２は、送電装置２の概略構成図である。送電装置２は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の電力供給回路１１－１～１１－ｎと、ｎ個の送電コイル１２－１～１２－ｎと、通信器１３と、制御回路１４とを有する。そして送電装置２が有するこれらの各回路は、１枚または複数の基板上に配置される。

電力供給回路１１－１～１１－ｎは、所定の駆動周波数及び所定の電圧を持つ交流電力を、送電コイル１２－１～１２－ｎのうちの対応する送電コイルへ供給する。なお、電力供給回路１１－１～１１－ｎは、対応する送電コイルへ供給する交流電力の電圧及び駆動周波数の少なくとも一方を変更可能であることが好ましい。各電力供給回路１１－１～１１－ｎは、同一の構成及び同一の機能を有するものとすることができるので、以下では、一つの電力供給回路１１－ｊ（j=1,...,n）について説明する。

電力供給回路１１－ｊは、例えば、全波整流回路と、力率改善回路と、インバータとを有する。

全波整流回路は、例えば、ブリッジ型に接続された４個のダイオードを有し、商用電源１０と接続される。そして全波整流回路は、商用電源１０から供給された交流電力を整流して脈流電圧を持つ電力に変換し、その電力を力率改善回路へ出力する。

力率改善回路は、全波整流回路から出力された電力の電圧を、制御回路１４からの制御に応じた電圧を持つ直流電力に変換してインバータへ出力する。力率改善回路の構成は、制御回路１４からの制御によって、入力される電圧に対する出力される電圧の増幅率を調整可能な様々な力率改善回路の何れかと同様の構成とすることができる。

なお、電力供給回路１１－ｊは、直流電力を供給する電源装置と接続される場合、力率改善回路の代わりに、ＤＣ－ＤＣコンバータを有していてもよい。さらに、ＤＣ－ＤＣコンバータは、制御回路１４からの制御に応じて出力する電圧を変更可能な可変ＤＣ－ＤＣコンバータであってもよい。

インバータは、４個のスイッチング素子がフルブリッジ状に接続されたフルブリッジ回路として構成され、力率改善回路から出力された直流電力を、各スイッチング素子のオン／オフの切替周期に相当する駆動周波数を持つ交流電力に変換する。そしてインバータは、その交流電力を送電コイル１２－ｊへ出力する。

各スイッチング素子は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。そして各スイッチング素子のオン／オフは、制御回路１４により制御される。したがって、制御回路１４が各スイッチング素子のオン／オフの周期を調整することで、送電コイル１２－ｊに供給される交流電力の駆動周波数が制御される。

なお、インバータは、上記の実施形態に限られない。例えば、インバータは、２個のスイッチング素子がハーフブリッジ状に接続されたハーフブリッジ回路として構成されてもよい。

送電コイル１２－１～１２－ｎは、それぞれ、電力供給回路１１―１～１１－ｎのうちの対応する電力供給回路と接続され、その対応する電力供給回路から供給された交流電力に応じた磁界を発生させることで受電装置３へ電力を伝送する。なお、各送電コイルと対応する電力供給回路との間に、直流遮断用のコンデンサが設けられてもよい。また、非接触給電システム１が、送電側の共振を利用する場合には、送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれについて、その送電コイルとともに共振回路を構成するコンデンサが設けられてもよい。

図３は、送電コイル１２－１～１２－ｎの配置の一例を示す図である。図３に示されるように、送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれは、同じサイズを有し、かつ、その外形が円形状となるように形成される。さらに、送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれは、その巻き軸が基板１５の法線方向と一致するように、基板１５上に格子状に並べて配置される。この例では、送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれは、基板１５上の配線により形成されるが、この例に限られず、送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれは、基板１５上において送電コイルごとに設けられたコアに導線を巻き付けることで形成されてもよい。なお、送電コイル１２－１～１２－ｎの形状は円形状に限られず、楕円形状、六角形状、あるいは四角形状に形成されてもよい。また、送電コイル１２－１～１２－ｎの全てが同じ形状を有する必要はなく、送電コイル１２－１～１２－ｎのうちの幾つかは、他の送電コイルと異なる形状を有していてもよい。さらに、送電コイル１２－１～１２－ｎの全てが同じサイズを有する必要はなく、送電コイル１２－１～１２－ｎのうちの幾つかは、他の送電コイルと異なるサイズを有していてもよい。さらまた、送電コイル１２－１～１２－ｎは、格子状以外の配列に従って配置されてもよい。例えば、送電コイル１２－１～１２－ｎは、隣接する列ごとに互い違いとなるよう、千鳥足状に配置されてもよい。あるいは、送電コイル１２－１～１２－ｎは、所定の直線または曲線に沿って一列に配置されてもよい。

図４は、各送電コイルが設けられた基板１５の配置の一例を示す図である。この例では、電力伝送される受電装置３が位置する部屋４００の壁４０１の裏側において、壁４０１に沿って基板１５は配置される。また、送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれは、壁４０１に面する方の基板１５の面に設けられる。すなわち、送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれの巻き軸が、壁４０１の法線方向と略一致するように基板１５は配置される。そのため、受電装置３が有する受信コイルと送電コイル１２－１～１２－ｎの何れかが、壁４０１を挟んで対向するように受電装置３が配置されることで、送電装置２から受電装置３への電力伝送が可能となる。なお、基板１５は、ネジといった固定部材を用いて壁４０１の裏側の面に取り付けられてもよく、あるいは、壁４０１の近くに設置された支持部材（図示せず）により、壁４０１の裏側の面近くに設置されてもよい。

また、基板１５は、部屋４００の床４０２の下側の面に沿って、かつ、床４０２の下側の面と送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれが面するように配置されてもよい。あるいは、基板１５は、部屋４００の天井４０３の裏側の面に沿って、かつ、天井４０３の裏側の面と送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれが面するように配置されてもよい。

通信器１３は、受電装置３の通信器から無線信号を受信する度に、その無線信号から、受電装置３の受電状況を表す信号を取り出して、制御回路１４へ出力する。そのために、通信器１３は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を受信するアンテナと、その無線信号を復調する通信回路とを有する。なお、所定の無線通信規格は、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee（登録商標）、あるいはBluetooth（登録商標）とすることができる。

制御回路１４は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路とを有する。そして制御回路１４は、通信器１３を介して受電装置３から受信した、受電装置３の受電状況を表す信号に基づいて、電力供給回路１１－１～１１－ｎを制御する。なお、制御回路１４による電力供給回路１１－１～１１－ｎの制御の詳細については後述する。

次に、受電装置３の詳細について説明する。

図５は、受電装置３の概略構成図である。受電装置３は、受電コイル２１と、共振コンデンサ２２と、受電回路２３と、制御回路２４と、通信器２５とを有する。

受電コイル２１は、共振コンデンサ２２とともに共振回路を構成し、送電装置２の送電コイル１２－１～１２－ｎに流れる交流電流と共振することで、送電コイル１２－１～１２－ｎから電力を受け取る。そのために、共振コンデンサ２２は、受電コイル２１と直列に接続される。なお、共振コンデンサ２２は、受電コイル２１と並列に接続されてもよい。そして受電コイル２１と共振コンデンサ２２とにより形成される共振回路から出力される交流電力は、受電回路２３へ出力される。なお、受電コイル２１の巻き数と、送電装置２の送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれの巻き数は同じでもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。また、受電コイル２１の形状及びサイズと、送電装置２の送電コイル１２－１～１２－ｎのそれぞれの形状及びサイズは同じでもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。

受電回路２３は、受電コイル２１と共振コンデンサ２２とにより形成される共振回路からの交流電力を直流電力に変換して、その直流電力を、受電回路２３と接続される負荷回路（図示せず）へ出力する。負荷回路は、例えば、受電装置３が組み込まれた機器のバッテリを充電するための充電器といった、受電装置３が組み込まれた機器に設けられる回路である。さらに、受電回路２３は、送電装置２からの受電状況、特に、受電回路２３からの出力電圧を検出する。そのために、受電回路２３は、整流平滑回路と、電圧検出回路とを有する。

整流平滑回路は、ブリッジ接続された４個のダイオードまたはMOSFETといったスイッチング素子を有する全波整流回路と平滑コンデンサとを有し、受電コイル２１を介して受け取った電力を整流し、かつ、平滑化して、直流電力に変換する。そして整流平滑回路は、その直流電力を負荷回路に出力する。

電圧検出回路は、整流平滑回路の出力側の両端子間の出力電圧（すなわち、受電回路２３の出力電圧、以下、単に出力電圧と呼ぶことがある）を所定の周期ごとに測定する。整流平滑回路の両端子間の出力電圧は、受電コイル２１及び共振コンデンサ２２からなる共振回路の出力電圧と１対１に対応するので、整流平滑回路の両端子間の出力電圧の測定値は、間接的にその共振回路の出力電圧の測定値となる。電圧検出回路は、例えば、直流電圧を検出できる公知の様々な電圧検出回路の何れかとすることができる。そして電圧検出回路は、その出力電圧の測定値を制御回路２４へ出力する。

制御回路２４は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路とを有する。そして制御回路２４は、所定の周期ごとに、受電回路２３からの出力電圧の測定値と所定の閾値とを比較する。制御回路２４は、出力電圧の測定値が所定の閾値を超えると、送電装置２から伝送された電力を検知したと判定する。そして制御回路２４は、受電状況を表す信号を生成し、その信号を通信器２５へ出力する。制御回路２４は、受電状況を表す信号に、受電装置３からの出力電圧を表す値、例えば、最新の出力電圧の測定値を含める。さらに、制御回路２４は、受電状況を表す信号に、最新の出力電圧の測定値とともに、出力電圧が満たすべき所定の許容範囲を表す情報を含めてもよい。あるいは、制御回路２４は、受電状況を表す信号に、最新の出力電圧の測定値が、所定の許容範囲に含まれるか、その許容範囲を下回っているか、あるいは、その許容範囲を上回っているかを表す信号値を含めてもよい。さらに、制御回路２４は、受電状況を表す信号に、負荷回路（図示せず）から受信した、充電完了を表す信号といった、電力伝送不要であることを表す信号値を含めてもよい。あるいはまた、制御回路２４は、受電状況を表す信号に、負荷回路（図示せず）から受信した、充電再開を表す信号といった、電力伝送の再開が必要であることを表す信号値を含めてもよい。

通信器２５は、制御回路２４から受電状況を表す信号を受信すると、その受電状況を表す信号を含む無線信号を生成し、その無線信号を送電装置２の通信器１３へ送信する。そのために、通信器２５は、例えば、所定の無線通信規格に準じて無線信号を生成する通信回路と、その無線信号を出力するアンテナとを有する。なお、所定の無線通信規格は、通信器１３と同様に、例えば、ISO/IEC 15693、ZigBee（登録商標）、あるいはBluetooth（登録商標）とすることができる。

以下、送電装置２の制御回路１４の動作の詳細について説明する。

制御回路１４は、通信器１３が受電装置３からの無線信号を受信していない間、電力供給回路１１－１～１１－ｎを待機モードで動作させる。待機モードでは、制御回路１４は、電力供給回路１１－１～１１－ｎのそれぞれに対して、所定の周期、かつ、互いに異なるタイミングでアクティブとなる動作期間を設定する。すなわち、制御回路１４は、電力供給回路１１－１～１１－ｎのうち、動作期間となった電力供給回路からのみ、対応する送電コイルへ交流電力を供給させる。すなわち、制御回路１４は、動作期間中、所定の駆動周波数に応じた切替周期で、動作期間となった電力供給回路のインバータの各スイッチング素子のオン／オフを切り替える。さらに、制御回路１４は、動作期間となった電力供給回路の力率改善回路、またはＤＣ－ＤＣコンバータを制御して、対応する送電コイルへ供給される交流電力の電圧を所定の待機電圧に設定する。待機電圧は、例えば、受電装置３が何れかの送電コイルから電力受電可能な範囲内に位置しているときに、受電装置３がその送電コイルから受電した電力を検知可能となる程度の相対的に低い電圧に設定される。また、制御回路１４は、動作期間以外の休止期間中である電力供給回路のインバータの各スイッチング素子をオフにして、その電力供給回路から対応する送電コイルへの電力供給を停止する。

アクティブにする電力供給回路の順序は、例えば、下記のように設定される。すなわち、送電コイル１２－１～１２－ｎが２次元状に配列されている場合、送電コイル１２－１～１２－ｎに対してラスタスキャン順に交流電力が供給されるように、アクティブにする電力供給回路の順序が設定される。例えば、図３（ａ）に示される例では、最初に、左上端に位置する送電コイル１２－１に交流電力を供給する電力供給回路１１－１がアクティブにされる。次に、送電コイル１２－１の右隣に位置する送電コイル１２－２に交流電力を供給する電力供給回路１１－２がアクティブにされる。そして一番上の行の右端の送電コイルに交流電力を供給する電力供給回路がアクティブにされると、その次には、上から２番目の行の左端に位置する送電コイルに交流電力を供給する電力供給回路がアクティブにされる。このような順序に従って一つずつ、順番に電力供給回路がアクティブにされ、最後に、右下端に位置する送電コイル１２－ｎに交流電力を供給する電力供給回路１１－ｎがアクティブにされる。そしてまた、電力供給回路１１－１から順にアクティブにされる。

なお、アクティブにする電力供給回路の順序は、上記の順序に限られない。例えば、各送電コイルの配列において奇数列または奇数行に位置する各送電コイルに対応する電力供給回路から順にアクティブにされ、その後に偶数列または偶数行に位置する各送電コイルに対応する電力供給回路が順にアクティブにされてもよい。また、何れかの縦方向の列において上端から下端へ順に各送電コイルに対応する電力供給回路がアクティブにされ、下端の送電コイルに対応する電力供給回路がアクティブにされると、隣接する縦方向の列について同様に順に各送電コイルに対応する電力供給回路がアクティブにされてもよい。さらに、送電コイル１２－１～１２－ｎが所定の直線または曲線に沿って一列に並んで配置される場合には、何れか一方の端に位置する送電コイルに対応する電力供給回路から、他方の端に位置する送電コイルに対応する電力供給回路まで、一つずつ順にアクティブにされてもよい。

制御回路１４は、通信器１３が受電装置３の通信器２５からの無線信号を受信するようになると、受電装置３が何れかの送電コイルから電力を受電可能な範囲内に位置すると想定される。そこで、制御回路１４は、電力供給回路１１－１～１１－ｎを探索モードで動作させる。探索モードでは、制御回路１４は、送電コイル１２－１～１２－ｎのうち、受電装置３への電力供給に利用する送電コイルを決定するよう、各電力供給回路を制御する。

そのために、制御回路１４は、通信器１３が無線信号を受信したときにアクティブとなっていた電力供給回路を、探索基準点となる電力供給回路として特定する。これは、受電装置３は、通信器１３が無線信号を受信したときにアクティブとなっていた電力供給回路から交流電力を供給された送電コイルから電力を受電したと推定されるためである。そして制御回路１４は、探索基準点となる電力供給回路から交流電力が供給される送電コイル、及び、その周囲に位置する少なくとも一つの送電コイルの中から、電力伝送に利用する送電コイルを選択する。具体的に、制御回路１４は、探索基準点となる電力供給回路から交流電力が供給される送電コイルを中心として、その送電コイルの周囲に位置する各送電コイルに対応する電力供給回路のそれぞれを、順番に一つずつアクティブにする。例えば、探索基準点となる電力供給回路から交流電力が供給される送電コイルの周囲に位置する各送電コイルに対して時計回りあるいは反時計回りに順番に、対応する電力供給回路をアクティブにする。その際、制御回路１４は、送電コイル１２－１～１２－ｎの配置及び各送電コイルへ交流電力を供給する電力供給回路を示す配置情報を参照して、特定した電力供給回路から交流電力が供給される送電コイル及びその周囲に位置する各送電コイルを特定する。なお、配置情報は、制御回路１４が有するメモリに記憶されていればよい。

制御回路１４は、受信した受電状況を表す信号に含まれる、受電装置３からの出力電圧の測定値を監視する。そして制御回路１４は、最も測定値が高くなったときにアクティブになっていた電力供給回路及びその電力供給回路から交流電力が供給される送電コイル（以下、対応する送電コイルと呼ぶことがある）を、次の探索基準点となる電力供給回路及び送電コイルとして特定する。そして制御回路１４は、上記の処理を繰り返すことで、受電装置３からの出力電圧の測定値が最も高くなったときにアクティブとなっていた電力供給回路及び対応する送電コイルを特定する。出力電圧の測定値が最大となった送電コイルを電力伝送に利用することで、電力伝送効率が最も高くなると推定される。そこで制御回路１４は、特定した電力供給回路及び対応する送電コイルを、受電装置３への電力伝送に利用する電力供給回路及び送電コイルとして選択する。制御回路１４は、このように受電装置３への電力伝送に利用する電力供給回路及び送電コイルを選択することで、電力伝送効率が高い送電コイルを適切に選択することができる。なお、制御回路１４は、上記の例に限られず、他の方法で出力電圧の測定値が最大となる送電コイルを特定してもよい。例えば、制御回路１４は、受電状況を表す信号を最初に受信してから、全ての送電コイルのそれぞれに対して、対応する電力供給回路から順番に交流電力を供給させる。そして制御回路１４は、交流電力が供給された送電コイルごとに、受信した受電状況を表す信号に含まれる出力電圧の測定値を記録することで、出力電圧の測定値が最も高くなったときに交流電力が供給されていた送電コイルを特定してもよい。

受電装置３への電力伝送に利用する電力供給回路及び送電コイルが選択されると、制御回路１４は、選択した電力供給回路を電力伝送モードで動作させ、他の電力供給回路を休止モードに設定する。電力伝送モードとなった電力供給回路に対して、制御回路１４は、受電装置３から無線信号を受信している間、あるいは、受電装置３から受信した無線信号に含まれる、受電状況を表す信号が、電力伝送不要であることを示すようになるまで、駆動周波数に応じた切替周期で、電力伝送モードとなった電力供給回路のインバータの各スイッチング素子のオン／オフを切り替える。さらに、制御回路１４は、出力電圧の測定値が所定の許容範囲内となるように、電力伝送モードとなった電力供給回路の力率改善回路またはＤＣ－ＤＣコンバータを制御して、その電力伝送回路から対応する送電コイルへ供給される交流電力の電圧を調整する。すなわち、出力電圧の測定値が所定の許容範囲よりも低ければ、制御回路１４は、送電コイルへ供給される交流電力の電圧が高くなるように、力率改善回路またはＤＣ－ＤＣコンバータを制御する。逆に、出力電圧の測定値が所定の許容範囲よりも高ければ、制御回路１４は、送電コイルへ供給される交流電力の電圧が低くなるように、力率改善回路またはＤＣ－ＤＣコンバータを制御する。

さらに、電力伝送に利用される送電コイルと受電装置３の受電コイル２１の位置関係に応じて、その送電コイルと受電コイル２１間の結合度が変化する。そして結合度に応じて、電力伝送効率が高くなる駆動周波数も変化する。そこで制御回路１４は、選択した電力供給回路のインバータの各スイッチング素子のオン／オフの切替周期を変更することで、電力伝送回路から対応する送電コイルへ供給される交流電力の駆動周波数を変更してもよい。そして制御回路１４は、受信した受電状況を表す信号に含まれる、出力電圧の測定値が最も高くなるように、駆動周波数を制御すればよい。

また、制御回路１４は、休止モードとなった電力供給回路からは送電コイルへ交流電力が供給されないように、その電力供給回路のインバータの各スイッチング素子をオフにする。このように、電力伝送に用いられない電力供給回路を休止モードに設定することで、制御回路１４は、電力伝送に利用されない無駄な電力の消費を抑制することができる。

なお、制御回路１４は、電力伝送モードとなった電力供給回路から供給される交流電力の電圧を制御しても、受電装置３から受信した無線信号に含まれる、受電装置３からの出力電圧の測定値が、所定の許容範囲に達しないことがある。このような場合、制御回路１４は、電力伝送モードとなった電力供給回路に対応する送電コイルに隣接する送電コイルに交流電力を供給する電力供給回路についても電力伝送モードで動作させてもよい。その際、制御回路１４は、受電装置３からの出力電圧の測定値が、所定の許容範囲に含まれるようになるまで、電力伝送モードで動作させる電力供給回路の数を増やしてもよい。これにより、複数の送電コイルから受電装置３へ電力が供給されるようになるので、受電装置３からの出力電圧が所定の許容範囲に含まれるようにすることが容易となる。

また、制御回路１４は、受電装置３からの出力電圧の測定値が一旦所定の許容範囲に含まれるようになった後に、その測定値が、所定の許容範囲を下回るようになると、受電装置３が移動したと想定される。そこで、制御回路１４は、電力伝送モードで動作させていた電力供給回路を探索基準点として、各電力供給回路に対して探索モードを最適用してもよい。

また、制御回路１４は、受電装置３から受信した無線信号に含まれる、受電状況を表す信号が、電力伝送不要であることを示すようになると、各電力供給回路を待機モードに戻すとともに、電力伝送に利用されていた電力供給回路の識別情報をメモリに記憶する。その後において、制御回路１４は、受電装置３から受信した無線信号に含まれる、受電状況を表す信号が、電力伝送の再開が必要であることを示すようになると、メモリに記憶されていた、直前に電力伝送に利用されていた電力供給回路を探索基準点として、各電力供給回路を探索モードで動作させればよい。

さらにまた、制御回路１４は、受電装置３から無線信号を受信できなくなると、各電力供給回路を待機モードに戻して、受電装置３への電力伝送を終了する。

以上に説明してきたように、この送電装置は、複数の送電コイルを有し、受電装置が送電装置から受電可能な位置に配置されると、複数の送電コイルの何れかを介して受電装置へ電力を伝送する。その際、この送電装置は、受電装置から受電状況を表す信号を受信し、その受電状況に応じて、複数の送電コイルの中から電力伝送効率が最も高くなる送電コイルを、電力伝送に利用する送電コイルとして選択する。そのため、この送電装置は、電力伝送中の受電装置の位置の自由度を高めることができるとともに、電力伝送効率を向上することができる。したがって、例えば、建物の改装工事が行われるといった理由により、受電装置が実装された機器を移動させる必要が生じたために受電装置の位置が変化しても、受電装置は送電装置から電力を受電することができる。このように、この送電装置により、受電装置が実装された機器の位置が変化しても、その機器へ電力を供給するための設備についての工事が不要となる。

変形例によれば、複数の送電コイル１２－１～１２－ｎが設けられる基板１５は、基板１５の位置または傾きを調整可能な支持部材によって支持されてもよい。そして制御回路１４は、その支持部材を制御して、基板１５の位置または傾きを調整することで、受電装置３への電力伝送効率がより向上するように、電力伝送に利用される送電コイルの位置または傾きを変化させてもよい。

図６は、この変形例による、複数の送電コイルといった送電装置２の各部が設けられた基板１５と支持部材の配置の一例を示す図である。この変形例では、送電装置２の各部が設けられる基板１５は、XYステージとして構成される支持部材１６により支持される。そして支持部材１６の二つの軸１６１、１６２のそれぞれを駆動するアクチュエータ１６３、１６４と、制御回路１４とが接続される。

制御回路１４は、探索モードにおいて、受電装置３からの出力電圧の測定値が最大となる送電コイル及びその送電コイルに交流電力を供給する電力供給回路を選択する。そして制御回路１４は、特定した電力供給回路からのみ、対応する送電コイルへ交流電力を供給させつつ、支持部材１６の各軸１６１、１６２のアクチュエータ１６３、１６４を制御して、交流電力が供給される送電コイルの位置を、上下左右それぞれに対して所定距離ずつ変化させる。そして制御回路１４は、受電装置３からの出力電圧の測定値が高くなる方向を特定し、特定した方向へ向けて、交流電力が供給される送電コイルの位置を変化させて、受電装置３からの出力電圧の測定値が最も高くなる位置を特定する。そして特定した位置で固定されるように、制御回路１４は、アクチュエータ１６３、１６４を停止させる。その後、制御回路１４は、上記の実施形態と同様に、特定した電力供給回路を、電力伝送モードで動作させればよい。

この変形例によれば、送電装置は、電力伝送に利用される送電コイルの位置を、受電装置との位置関係で最適化することができるので、電力伝送効率をより向上することができる。

なお、支持部材１６が、基板１５の傾きを変化させることができる傾斜ステージである場合には、制御回路１４は、探索モードで何れかの電力供給回路を動作させているときに、支持部材１６を制御して、受電装置３からの出力電圧の測定値が最も高くなるように、基板１５の傾きを調整してもよい。

また、複数の送電コイル１２－１～１２－ｎは、１個または数個ずつ、互いに異なる基板に設けられてもよい。この場合には、基板ごとに異なる支持部材により支持されてもよい。そしてこの場合、制御回路１４は、探索モードで動作させる電力供給回路から交流電力が供給される送電コイルが設けられた支持部材についてのみ、位置または傾きを制御してもよい。

他の変形例によれば、複数の送電コイル１２－１～１２－ｎのうち、電力伝送に利用される１以上の送電コイルが、他の機器を介して事前に設定されてもよい。この場合、通信器１３と通信可能な携帯端末といった機器から、電力伝送に利用される送電コイルを指定する事前設定情報を含む無線信号が送信される。制御回路１４は、通信器１３を介して受信した無線信号に含まれる事前設定情報を参照して、電力伝送に利用される送電コイル及びその送電コイルに交流電力を供給する電力供給回路を選択する。制御回路１４は、受電装置３から無線信号を受信できるようになるまで、特定した電力供給回路のみを待機モードで動作させ、それ以外の電力供給回路を休止モードに設定する。そして制御回路１４は、受電装置３から無線信号を受信すると、選択した電力供給回路を電力伝送モードで動作させる。

なお、事前設定情報では、二つ以上の送電コイルが指定されてもよい。この場合には、受電装置３から無線信号を受信すると、指定された各送電コイルのそれぞれに対応する電力供給回路のみを探索モードで動作させることで、最終的に電力伝送に利用される送電コイル及び電力供給回路を特定してもよい。

この変形例によれば、電力伝送に利用される送電コイル及び電力供給回路が事前に特定されるので、受電装置に対して電力伝送可能になるまでの時間が短縮される。さらに、送電装置は、待機モードで動作させる電力供給回路を限定することができるので、電力伝送が行われていないときの消費電力を削減することができる。

さらに他の変形例によれば、送電装置２は、一つの電力供給回路から、２以上の送電コイルに対して交流電力が供給されるように構成されてもよい。この場合、電力供給回路とその電力供給回路から交流電力が供給される送電コイルの間に、１入力ｍ出力（ｍは２以上の整数）のスイッチが設けられてもよい。そして制御回路１４がそのスイッチを制御することで、電力供給回路から交流電力が供給される送電コイルが切り替えられてもよい。

この変形例によれば、送電コイルの数よりも電力供給回路の数を少なくすることができるので、送電装置の回路規模を抑制することができる。

このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

１ 非接触給電システム
２ 送電装置
１０ 商用電源
１１－１～１１－ｎ 電力供給回路
１２－１～１２－ｎ 送電コイル
１３ 通信器
１４ 制御回路
１５ 基板
１６ 支持部材
１６１、１６２ 軸
１６３、１６４ アクチュエータ
３ 受電装置
２１ 受電コイル
２２ 共振コンデンサ
２３ 受電回路
２４ 制御回路
２５ 通信器

Claims (3)

1. 受電コイルを有する受電装置に非接触にて電力伝送可能な送電装置であって、
   前記受電コイルを介して前記受電装置へ電力を伝送する複数の送電コイルと、
   前記複数の送電コイルのそれぞれに交流電力を供給する少なくとも一つの電力供給回路と、
   前記受電装置における受電状況を表す信号を前記受電装置から受信する通信器と、
   前記受電状況に応じて、前記複数の送電コイルのうち、前記受電装置への電力伝送効率が最も高い送電コイルを、前記受電装置への電力伝送に利用する送電コイルとして選択し、前記複数の送電コイルのうち、選択した送電コイルに対して交流電力を供給し、前記複数の送電コイルのうち、選択されなかった送電コイルに対して交流電力を供給しないように前記少なくとも一つの電力供給回路を制御する制御回路と、
   を有し、
   前記複数の送電コイルは２次元状に配列され、
   前記受電状況を表す信号は、前記受電装置から出力される電圧の測定値と、前記出力される電圧が満たすべき所定の許容範囲を表す情報とを含み、
   前記制御回路は、前記受電装置から前記受電状況を表す信号を受信していない間、前記複数の送電コイルのそれぞれに対してラスタスキャン順に、所定の周期かつ互いに異なるタイミングで前記少なくとも一つの電力供給回路のうちの対応する電力供給回路から交流電力を供給させ、
   前記複数の送電コイルのうち、前記受電装置から前記受電状況を表す信号を受信したときに交流電力が供給されていた送電コイル及び当該送電コイルの周囲に位置する少なくとも一つの送電コイルのなかから、前記受電装置から出力される電圧が最も高くなる送電コイルを、前記受電装置への電力伝送に利用する送電コイルとして選択し、かつ、
   前記制御回路は、前記受電状況を表す信号を参照して、前記測定値が前記許容範囲内となるように前記電力供給回路を制御して前記複数の送電コイルのうちの前記選択した送電コイルに供給される交流電力の電圧を調整する、
   送電装置。
2. 前記複数の送電コイルは基板上に設けられ、かつ、前記基板は、前記基板の位置を調整可能な支持部材により支持され、
   前記制御回路は、前記受電状況に応じて、前記選択した送電コイルから前記受電装置へ電力を伝送する場合における電力伝送効率が高くなるように前記支持部材を制御して前記基板の位置を調整する、請求項１に記載の送電装置。
3. 前記制御回路は、前記選択した送電コイルに供給される交流電力の電圧を調整しても前記測定値が前記許容範囲に達しない場合、前記複数の送電コイルのうち、前記選択した送電コイルに隣接する送電コイルにも交流電力を供給するように前記電力供給回路を制御する、請求項１に記載の送電装置。