KR20140097375A - 비접촉형 충전 장치 및 비접촉형 충전 방법 - Google Patents

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Abstract

송전 공진 코일의 중심점 위치와, 송전 공진 코일의 중심점 위치를 연결하는 선분의 길이를 나타내는 제1 거리와, 송전 공진 코일을 갖는 면과 수전 공진 코일을 갖는 면의 거리인 제2 거리의 조합에 관련지어지는 전력 공급계의 임피던스와 송전 공진 코일과 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위한 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하기 위한 가변 정보를 사용하여, 가변 정보에 따라서 교류 전력을 공급하는 전력 공급계의 임피던스와, 송전부와 수전 장치를 갖는 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위해 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변시키는 비접촉형 충전 장치이다.

Description

비접촉형 충전 장치 및 비접촉형 충전 방법{NON-CONTACT CHARGING DEVICE AND NON-CONTACT CHARGING METHOD}
본 발명은 비접촉형의 충전에 사용하는 비접촉형 충전 장치 및 비접촉형 충전 방법에 관한 것이다.
종래, 교류를 사용한 강결합계의 비접촉형 충전 기술로서, 예를 들어 전자기 유도, 전계 결합, 자계 공명, 전계 공명 등을 사용한 방식이 알려져 있다. 그리고, 교류를 사용한 강결합계의 상기 비접촉형 충전 기술에서 사용하는 비접촉형 충전 장치에 있어서는, 교류 전력을 공급하는 전력 공급계의 임피던스와, 송전부와 수전 장치(송수전계)에 의해 결정되는 임피던스의 정합이 불가결하다. 즉, 임피던스의 정합이 되어 있지 않은 경우에는, 전력 공급부와 송전부의 사이에 반사 전력이 발생하여, 전력 공급계에 영향을 준다. 또한, 반사 전력의 영향에 의해, 주변기기에의 Electromagnetic Interference(EMI)에 연결된다. 나아가, 비접촉형 충전 장치에 있어서의 효율의 저하에도 연결된다. 특히, 대전력을 송전하는 경우에 크게 영향을 미친다. 예를 들어, 전기 자동차나 하이브리드 차가 탑재하는 배터리에의 충전을 생각할 수 있다.
관련하는 기술로서, 교류 전원과, 교류 전원에 접속된 1차 코일과, 1차측 공명 코일과, 2차측 공명 코일과, 부하가 접속된 2차 코일과, 2차 코일과 부하의 사이에 설치된 임피던스 가변 회로를 구비하는, 비접촉형 전력 전송 장치가 알려져 있다. 1차 코일, 1차측 공명 코일, 2차측 공명 코일, 2차 코일, 부하 및 임피던스 가변 회로는, 공명계를 구성한다. 교류 전원은 공명계의 공명 주파수와 동등한 주파수로 교류 전압을 출력한다. 임피던스 가변 회로의 임피던스는, 공명계의 입력 임피던스의 변화를 억제하도록 조정된다. 그 결과, 2개의 공명 코일간의 거리나 부하 중 적어도 한쪽이 변화해도, 교류 전원의 교류 출력 전압의 주파수를 변경하지 않고, 교류 전원으로부터 전력을 효율적으로 부하에 공급할 수 있다.
일본 특허 공개 제2010-141977호 공보
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 전력 공급계와 송수전계의 반사 전력을 억제하는 비접촉형 충전 장치 및 비접촉형 충전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 형태 하나인 비접촉형 충전 장치는, 정합부, 계측부, 제어부를 갖고 있다. 정합부는, 교류 전력을 공급하는 전력 공급계의 임피던스와, 송전부와 수전 장치를 갖는 송수전계의 임피던스를 정합한다.
계측부와, 상기 송전부의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치와, 상기 수전 장치의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치를 연결하는 선분의 길이를 나타내는 제1 거리를 계측한다.
제어부는, 상기 수전 장치를 갖는 장치를 식별하는 정보를 사용하여, 거리 정보를 참조하여, 제2 거리를 선택한다. 거리 정보는, 상기 수전 장치를 갖는 복수의 장치를 식별하는 식별 정보와, 상기 식별 정보 각각에 관련지어지는 상기 장치의 종류 각각에 의해 결정되는 상기 송전 공진 코일을 갖는 면과 상기 수전 공진 코일을 갖는 면과의 거리인 제2 거리를 갖고, 기억부에 기억되어 있다. 또한, 제어부는, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리를 사용하여, 정합 정보를 참조하여 가변 정보를 선택한다. 정합 정보는, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 조합과, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 조합에 관련지어지는 가변 정보를 갖고, 기억부에 기억되어 있다. 가변 정보는, 상기 전력 공급계의 임피던스와 상기 송전 공진 코일과 상기 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 상기 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위한 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하기 위한 정보이다. 또한, 제어부는 상기 가변 정보에 따라서 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변한다.
또한, 비접촉형 충전 장치의 상기 계측부는, 상기 송전부의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치와, 상기 수전 장치의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치를 연결하는 선분과, 상기 송전 공진 코일의 중심점으로부터 상기 축 대칭의 축이 되는 선분이 이루는 각도를 계측해도 된다.
각도를 사용하는 경우, 제어부는 상기 각도와 상기 제2 거리를 사용하여, 정합 정보를 참조하여, 가변 정보를 선택해도 된다. 정합 정보는, 상기 각도와 상기 제2 거리의 조합과, 상기 각도와 상기 제2 거리의 조합에 관련지어지는 가변 정보를 갖고, 기억부에 기억되어 있다. 가변 정보는, 상기 전력 공급계의 임피던스와 상기 송전 공진 코일과 상기 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 상기 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위한 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하는 정보이다.
본 실시 형태에 따르면, 전력 공급계와 송수전계의 반사 전력을 억제한다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 실시 형태 1의 비접촉형 충전 장치와 수전 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 2는 강결합계의 비접촉형 충전 장치와 수전 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 정합부의 임피던스 정합의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 비접촉형 충전 장치의 동작의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5는 차량 또는 전자 기기에 탑재된 수전 장치에 송전하는 비접촉형 충전 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 거리 D1의 계측의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 7은 각도 θ1의 계측의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8은 거리 정보의 데이터 구조의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 9는 정합 정보의 데이터 구조의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 10은 자계 공명과 전계 공명의 비접촉형 충전 시스템의 등가 회로의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 11은 수전 공진 코일이 X 방향으로 이동했을 경우의 임피던스와 반사 전력과 효율을 도시하는 도면이다.
도 12는 수전 공진 코일이 Z 방향으로 이동했을 경우의 임피던스와 반사 전력과 효율을 도시하는 도면이다.
도 13은 실시 형태 2의 비접촉형 충전 장치의 동작의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
강결합계의 비접촉형 충전 장치와 수전 장치에 대하여 설명한다. 예를 들어, 자계 공명의 비접촉형 충전 장치가 전력을 비접촉으로 수전 장치에 송전하는 경우, 송전에 사용하는 송전계에 포함되는 송전 공진 코일과 수전계에 포함되는 수전 공진 코일의 상대 위치 관계에 따라, 송전계와 수전계를 포함하는 송수전계의 임피던스가 변화한다. 즉, 상기 상대 위치가 고정되어 있는 경우에는 송수전계의 임피던스는 일정하므로, 송전계에 전력을 공급하는 전력 공급계의 임피던스와 송수전계의 임피던스의 정합은 일의적으로 결정할 수 있다. 그러나, 실제로 비접촉형 충전 장치로부터 수전 장치에 비접촉으로 송전하는 경우, 상대 위치는 반드시 고정되는 것은 아닌 것이 상정된다. 또한, 상대 위치가 고정되지 않고 자유롭게 변화하는 경우, 송전 공진 코일과 수전 공진 코일과의 사이에는 상대 위치를 결정하기 위한 자유도로서, 평면을 나타내는 X축 및 Y축과 높이를 나타내는 Z축, 3축 각각의 주위의 회전을 나타내는 각도 θx, θy, θz를 갖고 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는 송전 공진 코일과 수전 공진 코일과의 상대 위치에 관한 자유도의 6개의 파라미터 가운데 5개를 제약한다.
·송전 공진 코일과 수전 공진 코일을 축 대칭인 형상으로 한다
·송전 공진 코일과 수전 공진 코일을 평행하게 배치한다
·송전 공진 코일과 수전 공진 코일의 Z축 방향의 거리(높이)를 고정한다
즉, 상기의 제약을 함으로써, 축 대칭인 형상의 송전 공진 코일과 수전 공진 코일이 평행하게 배치되기 때문에, 각도 θx, θy, θz의 3개의 파라미터를 계측하지 않아도 된다. 또한, Z축 방향의 거리(높이)에 대해서도, 수전 공진 코일을 갖는 수전 장치의 형상 등에 의해 결정할 수 있기 때문에, 수전 장치의 종류에 의해 Z축 방향의 거리를 결정할 수 있다. 따라서, Z축 방향의 거리도 계측할 필요가 없어진다. 또한, 송전 공진 코일의 중심을 원점으로 생각하면 X축과 Y축은 등가라고 생각할 수 있기 때문에, 자유도의 6개의 파라미터 가운데 5개가 기지(이미 알려져 있음)라고 생각할 수 있다. 그 결과, 1축만을 계측함으로써 자유도의 6개의 파라미터를 취득할 수 있다. 즉, 상대 위치는, 계측한 1축과 미리 결정되어 있는 Z축 방향의 거리에 의해 나타낼 수 있다.
여기서, 축 대칭인 형상으로 하는 것이란, 예를 들어 정사각형의 코일이 송전 공진 코일 또는 수전 공진 코일로서 사용되고 있는 경우, 코일의 1변을 L로 하면 정사각형의 면적L×L과 동일한 면적으로 되는 축 대칭인 형상인 원형의 코일에 근사하면 된다. 즉, 직경이 2L/(π^0.5)의 원형의 코일로서, 정사각형의 코일을 취급한다.
또한, 정팔각형의 코일의 1변을 L로 하면 정팔각형의 면적 2(L×L)/tan 22.5와 동일한 면적으로 되는 축 대칭인 형상인 원형의 코일에 근사하면 된다. 즉, 직경이 2L×(2/πtan22.5)^0.5)의 원형의 코일로서, 정팔각형의 코일을 취급한다.
이와 같이, 송전 및 수전 공진 코일에 대해서, 축 대칭인 형상은 완전한 원이 아니어도, 정밀도 저하의 가능성은 있지만, 원에 근사하여 계산할 수 있는 형상을 포함하고 있다.
이어서, 전력 공급계의 임피던스와 송수전계의 임피던스의 정합을 행하는 회로의 상수를, 구한 상대 위치를 사용하여 결정한다. 예를 들어, 임피던스의 정합을 코일과 콘덴서에 의해 행하는 정합 회로의 경우, 구한 상대 위치에 따라서 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하는 상수를 결정한다.
이하 도면에 기초하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세를 설명한다.
도 1은 실시 형태 1의 비접촉형 충전 장치와 수전 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 비접촉형 충전 장치(1)는 전력 공급부(3), 정합부(4), 송전부(5), 제1 계측부(6), 제2 계측부(7), 제어부(8), 기억부(9)를 갖고 있다. 수전 장치(2)는 수전부(10), 충전부(11), 배터리(12)를 갖고 있다.
전력 공급부(3)는 외부 전력원으로부터 공급된 전력을 사용하여, 수전 장치(2)에 전력을 송전하기 위한 송전 주파수의 송전 전력을 생성하고, 정합부(4)에 출력한다. 송전 주파수는, 후술하는 송전부(5)가 갖는 공진 회로 및 수전부(10)가 갖는 공진 회로의 공진 주파수와 동일한 주파수이다. 단, 실제로는 공진 주파수와 송전 주파수가 동일한 경우는 없기 때문에, 미리 설정한 범위 내에 공진 주파수와 송전 주파수가 들어 있으면 동일하다고 간주한다. 또한, 전력 공급부(3)는 예를 들어 발진 회로와 송전 증폭기를 구비한다. 발진 회로는 공진 주파수를 생성한다. 송전 증폭기는, 외부 전원으로부터 공급되는 전력을, 발진 회로에서 생성한 송전 주파수의 송전 전력으로 하고, 정합부(4)에 송신한다.
정합부(4)는 전력 공급부(3)(전력 공급계)의 임피던스와, 송전부(5)와 수전 장치(2)(송수전계)의 임피던스를 정합한다. 정합부(4)는 예를 들어 가변 코일이나 가변 콘덴서 등을 갖는 회로를 사용하여, 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 가변시켜서 임피던스의 정합을 행한다. 또는, 복수의 코일 또는 복수의 콘덴서에 접속된 복수의 스위치 등을 절환하여, 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 변화시켜서 임피던스의 정합을 행해도 된다. 임피던스의 정합은, 후술하는 제어부(8)로부터의 제어 신호에 의해 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 가변시켜서 행하는 것을 생각할 수 있다.
송전부(5)는 도 2에 도시하는 전력 공급 코일(21)과 송전 공진 코일(22)을 갖고, 정합부(4)로부터 공급되는 송전 전력을 수전 장치(2)의 수전부(10)에 송전한다. 또한, 전력 공급 코일(21)을 사용하지 않는 경우에는, 송전 공진 코일(22)에 정합부(4)로부터 송전 전력을 공급한다.
제1 계측부(6)(계측부)는 송전부(5)와 수전부(10)의 거리 D1 또는 각도 θ1을 계측한다. 예를 들어, 송전부(5)와 수전부(10)의 거리 D1은, 송전 공진 코일(22)의 중심과 수전 공진 코일(23)의 중심과의 거리를 계측하는 것을 생각할 수 있다. 계측 방법으로서, 예를 들어 Ultra Wide Band 통신을 사용하는 방법, 레이저 측장기(測長器) 등을 사용하는 방법을 생각할 수 있다. 또한, 거리 D1의 계측은 상기 방법에 한정되는 것은 아니다. Ultra Wide Band 통신을 사용하는 방법에 대해서는, 미즈가키켄이치 외 13명, 「1cc 초소형 노드를 사용한 22㎝ 고정밀도 측위 시스템의 개발(2): UWB측위 시스템의 실증 실험」, 2006년 전자 정보 통신 학회 기초·경계 society 대회, pp.S-55(http://www.ekouhou.net/설치 오차 추정 장치 및 설치 오차 추정 방법/disp-A, 2010-127755.html)을 참조 바란다.
송전부(5)와 수전부(10)와의 각도 θ는, 예를 들어 송전 공진 코일(22)의 중심과 수전 공진 코일(23)의 중심이 이루는 각도를 계측하는 것을 생각할 수 있다. 계측 방법으로서, 예를 들어 카메라를 사용하는 방법 등을 사용하는 방법을 생각할 수 있다. 또한, 각도 θ의 계측은 상기 방법에 한정되는 것은 아니고, 각도 θ을 계측할 수 있으면 된다.
제2 계측부(7)는 송전부(5)와 수전부(10)와의 거리 D2(또는 높이)를 계측한다. 예를 들어, 송전 공진 코일(22)의 면(평면)과 수전 공진 코일(23)의 면(평면)과의 거리를 계측하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 미리 비접촉형 충전 장치와 수전 장치를 알고 있을 경우에는, 거리 D2를 기억부(9)에 기억해 두어도 된다.
제어부(8)는 비접촉형 충전 장치(1)의 각 부를 제어한다. 제어부(8)는 수전 장치(2)를 갖는 장치를 식별하는 정보를 사용하여, 거리 정보를 참조하여 제2 거리를 선택한다. 거리 정보는, 수전 장치(2)를 갖는 복수의 장치를 식별하는 식별 정보와, 식별 정보 각각에 관련지어지는 장치의 종류 각각에 의해 결정되는 송전 공진 코일(23)을 갖는 면과 수전 공진 코일(24)을 갖는 면과의 거리인 제2 거리를 갖고, 기억부에 기억되어 있다. 또한, 제어부(8)는 제1 거리와 제2 거리를 사용하여, 정합 정보를 참조하여, 가변 정보를 선택하고, 가변 정보에 따라서 정합부(4)의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변한다. 정합 정보는, 제1 거리와 제2 거리의 조합과, 제1 거리와 제2 거리의 조합에 관련지어지는 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하기 위한 가변 정보를 갖고, 기억부(9)에 기억되어 있다. 가변 정보는, 전력 공급계의 임피던스와, 송전 공진 코일과 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위하여 사용하는 정보이다.
또한, 제어부(8)는 Central Processing Unit(CPU), 멀티 코어 CPU, 프로그래머블한 디바이스(Field Programmable Gate Array(FPGA), Programmable Logic Device(PLD) 등)를 사용하는 것을 생각할 수 있다.
기억부(9)는 거리 정보, 정합 정보 등을 기억하고 있다. 기억부(9)는 예를 들어 Read Only Memory(ROM), Random Access Memory(RAM) 등의 메모리나 하드 디스크 등을 생각할 수 있다. 또한, 기억부(9)에는 파라미터값, 변수 값 등의 데이터를 기록해도 되고, 실행시의 워크에리어로서 사용해도 된다.
수전부(10)는 도 2에 도시하는 수전 공진 코일(23)과 전력 취출 코일(24)을 갖고 있다. 수전부(10)는 송전부(5)로부터 전력을 수전하여 충전부(11)에 출력한다.
충전부(11)는 수전부(10)에 접속되는 정류 회로를 구비하고, 수전한 교류의 송전 전력을 충전한다. 또한, 전력 취출 코일(24)을 사용하지 않는 경우, 충전부(11)는 수전부(10)의 수전 공진 코일에 직접 접속된다. 또한, 본 예에서는 충전부(11)의 배터리(12)를 충전하는 회로로서 정류 회로를 사용했지만, 다른 충전 회로를 사용하여 배터리를 충전해도 된다.
배터리(12)는 예를 들어 리튬 이온 이차 전지나 니켈 수소 2차 충전지 등을 생각할 수 있다.
송수전에 대하여 설명한다.
도 2는 강결합계의 비접촉형 충전 장치와 수전 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 비접촉형 충전 장치(1)와 수전 장치(2)를 갖는 시스템은, 자계 공명 또는 전계 공명을 이용하여 비접촉형 충전 장치(1)로부터 수전 장치(2)에 전력을 공급하는 시스템이다. 도 2에 도시하는 비접촉형 충전 장치(1)에는, 전력 공급부(3), 정합부(4), 전력 공급 코일(21), 송전 공진 코일(22)이 나타나 있다. 또한, 수전 장치(2)에는, 수전 공진 코일(23), 전력 취출 코일(24), 부하ZL이 나타나 있다. 비접촉형 충전 장치(1)의 전력 공급부(3)는 정합부(4)와 전력 공급 코일(21)을 개재하여 송전 공진 코일(22)에 전력을 공급한다. 전력 공급부(3)는 예를 들어 발진 회로를 갖고, 송전 공진 코일(22)과 수전 공진 코일(23)과의 사이에 공명을 발생시키는 공진 주파수로, 도시하지 않은 외부 전원으로부터 공급되는 전력을, 정합부(4)를 개재하여 전력 공급 코일(21)에 공급한다. 정합부(4)에 대해서는 후술한다.
전력 공급 코일(21)은 전력 공급부(3)로부터 공급되는 전력을 전자기 유도에 의해 송전 공진 코일(22)에 공급하는 회로를 생각할 수 있다. 또한, 전력 공급 코일(21)과 송전 공진 코일(22)과는 전자기 유도에 의해 전력을 공급할 수 있는 정도의 위치에 배치되어 있다.
송전 공진 코일(22)은 예를 들어 헬리컬형의 코일 등을 갖는 회로를 생각할 수 있다. 또한, 송전 공진 코일(22)은 LC 공진 회로에 의해 나타낼 수 있고, 송전 공진 코일(22)의 공진 주파수(송전 주파수 f0)은 수학식 1에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
f0: 송전 공진 코일의 공진 주파수
La: 송전 공진 코일의 인덕턴스
Ca: 송전 공진 코일의 캐패시턴스
수전 공진 코일(23)은 예를 들어 헬리컬형의 코일 등을 갖는 회로를 생각할 수 있다. 또한, 수전 공진 코일(23)은 LC 공진 회로에 의해 나타낼 수 있다. 또한, 수전 공진 코일(23) 각각은 LC 공진 회로에 의해 나타낼 수 있고, 수전 공진 코일의 공진 주파수 f1은 수학식 2에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pct00002
f1: 수전 공진 코일의 공진 주파수
Lb: 수전 공진 코일의 인덕턴스
Cb: 수전 공진 코일의 캐패시턴스
전력 취출 코일(24)은 대응하는 수전 공진 코일(23)부터 전자기 유도에 의해 전력을 취출하는 회로를 생각할 수 있다. 또한, 수전 공진 코일(23)과 대응하는 전력 취출 코일(24)은 전자기 유도에 의해 전력을 공급할 수 있는 정도의 위치에 배치되어 있다.
부하ZL은, 전력 취출 코일(24)에 접속되어 있다. 부하ZL은, 예를 들어 배터리 등이다. 실제로는 부하ZL의 전단에 교류를 직류로 변환하기 위한 정류 회로나 AC-DC 컨버터 등이 접속되어 있다. 또한, 전압을 소정의 전압 값으로 변환하는 전압 변환기, 트랜스나 충전량을 감시하는 검출 회로 등이 접속되어 있어도 된다.
정합부(4)에 대하여 설명한다.
도 3은 정합부의 임피던스 정합의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 3의 A에는, 전력 공급계(31), 정합부(4a), 송수전계(32), 제어부(8)가 나타나 있다. 정합부(4a)로부터 본 입력 임피던스Zsource는, 전력 공급계(31)가 갖는 전력 공급부(3)와 배선 저항 등에 의해 결정된다. 정합부(4a)로부터 본 출력 임피던스Zload는, 도 1의 송전부(5)와 수전 장치(2) 등을 갖는 송수전계(32)에 의해 결정된다. 출력 임피던스Zload는, 송전 공진 코일(22)과 수전 공진 코일(23)의 상대 위치 등에 의해 변화한다.
정합부(4a)는 가변 콘덴서(Cma)와 가변 코일(Lma)을 갖는 정합 회로이다. 제어부(8)는 상대 위치에 관련지어져 있는 가변 콘덴서(Cma)의 캐패시턴스와 가변 코일(Lma)의 인덕턴스를 가변시키는 가변 정보를 사용하여, 전력 공급계(31)와 송수전계(32)의 임피던스 정합을 행한다. 본 예에서는, 가변 콘덴서(Cma)와 가변 코일(Lma)을 사용하고 있지만, 임피던스의 정합을 행할 수 있는 회로이면 한정되는 것은 아니다.
도 3의 B는, 전력 공급계(31), 정합부(4b), 송수전계(32), 제어부(8)가 나타나 있다. 정합부(4b)는 가변 콘덴서(Cmb)와 가변 코일(Lmb)을 갖는 정합 회로이다. 제어부(8)는 상대 위치에 관련지어져 있는 가변 콘덴서(Cmb)의 캐패시턴스와 가변 코일(Lmb)의 인덕턴스를 가변시키는 가변 정보를 사용하여, 전력 공급계(31)와 송수전계(32)의 임피던스 정합을 행한다. 본 예에서는, 가변 콘덴서(Cma)와 가변 코일(Lmb)을 사용하고 있지만, 임피던스의 정합을 행할 수 있는 회로이면 한정되는 것은 아니다.
제어부의 동작에 대하여 설명한다.
도 4는 비접촉형 충전 장치의 동작의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 스텝 S1에서는, 제어부(8)가 수전 장치(2)의 수전부(10)가 소정의 위치에 있는 것을 검출하고, 충전 개시의 지시를 검출한 경우에는 스텝 S2("예")으로 이행하고, 검출하지 못한 경우("아니오")에는 대기한다. 예를 들어, 비접촉형 충전 장치가 차량에 탑재된 수전 장치에 충전을 하는 경우에 대하여 설명한다. 도 5는 차량 또는 전자 기기에 탑재된 수전 장치에 송전하는 비접촉형 충전 장치의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
차량의 충전에 대하여 설명한다. 도 5의 A에 나타내는 차량(51)에는 수전 장치(53)가 탑재되어, 비접촉형 충전 장치(52)로부터 송전된 전력을 충전한다. 차량(51)의 수전 장치(53)의 배터리에 충전하는 경우, 소정의 위치에 주차 완료 후, 충전을 개시한다. 소정의 위치에 차량이 주차되었는지의 여부는, 예를 들어 주차장에 배치되어 있는 센서를 사용하여, 차량(51)이 소정 범위에 주차되었는지를 검출한다. 충전 개시의 지시는, 예를 들어 차량(51)의 점화(ignition) 스위치가 오프가 되고, 충전 개시의 지시가 이용자에 의해 이루어진 것을 차량(51)의 도시하지 않은 Electronic Control Unit(ECU)이 검지한다. 그리고, ECU는 충전 개시에 관한 정보를 생성하여 차량(51)의 도시하지 않은 통신부에 송신하고, 해당 통신부를 개재하여 비접촉형 충전 장치(52)를 구비하는 도시하지 않은 충전 스탠드의 통신부에 통지된다.
전자 기기의 충전에 대하여 설명한다. 도 5의 B에 나타내는 전자 기기(54)에는 수전 장치(56)가 탑재되어, 비접촉형 충전 장치(55)로부터 송전된 전력을 충전한다. 전자 기기(54)의 수전 장치(56)의 배터리에 충전하는 경우, 비접촉형 충전 장치(55)의 충전대의 소정의 위치에 배치된 후, 충전을 개시한다. 소정의 위치에 전자 기기(54)가 배치되었는지의 여부는, 예를 들어 충전대에 배치되어 있는 센서를 사용하여, 전자 기기(54)가 소정 범위에 배치되었는지를 검출한다. 충전 개시의 지시는, 예를 들어 충전 개시의 지시가 이용자에 의해 이루어진 것을 비접촉형 충전 장치(55)가 검지한다.
스텝 S2에서는, 제어부(8)가 충전 개시에 관한 정보를 취득하면, 제1 계측부(6)에 거리 D1 또는 각도 θ1의 계측을 지시하고, 제1 계측부(6)가 거리 D1 또는 각도 θ1을 계측한다. 그 후, 제어부(8)가 계측한 거리 D1 또는 각도 θ1에 관한 정보를 제1 계측부(6)로부터 수신한다. 제1 계측부(6)는 예를 들어 Ultra Wide Band 통신 또는 레이저 측장기 등을 사용하여 거리 D1을 계측한다. 도 6은 거리 D1의 계측의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 6은 원형의 송전 공진 코일(22)의 중심점을 원점에 배치하고, 수전 공진 코일(23)이 X 방향으로 어긋나서 배치되어 있다. 그리고, 송전 공진 코일(22)의 중심점(61)과 수전 공진 코일(23)의 중심점(62)을 연결하는 선분을 거리 D1으로 하고 있다. Ultra Wide Band 통신을 사용하여 거리 D1을 계측하는 경우, 송전 공진 코일(22)의 중심점(61)과 수전 공진 코일(23)의 중심점(62) 각각에 UWB 안테나를 배치하고, UWB 안테나가 수신한 신호를 제1 계측부(6)가 취득하고, 수신한 신호를 사용하여 거리 D1을 구한다. 또한, UWB 안테나의 배치는 반드시 중심점이 아니어도 되며, 거리 D1을 구할 수 있으면 된다.
레이저 측장기를 사용하는 경우, 레이저 측장기는 송전 공진 코일(22)의 중심점(61)에 투광부와 수광부를 구비한 투수광부와, 수전 공진 코일(23)의 중심점(62)을 검지하여 투수광부를 중심점(62)의 방향으로 향하게 하는 가동부를 구비한다. 레이저 측장기가 측정한 결과를 사용하여 거리 D1을 구한다. 또한, 투수광부의 배치는 반드시 중심점이 아니어도 되며, 거리 D1을 구할 수 있으면 된다.
제1 계측부(6)가 각도 θ1을 계측하는 경우에 대하여 도 7을 사용하여 설명한다. 도 7은 각도 θ1의 계측의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 7에서는 촬상 장치(카메라나 비디오)를 사용한 방식에 의해 각도 θ1을 계측한다. 예를 들어, 비접촉형 충전 장치에 카메라를 설치하고, 도 7의 A에 도시한 바와 같이 촬상 장치가 수전 장치의 수전 공진 코일(23)의 중심점(62)의 위치에 붙인 표시 등을 촬영한다. 계속해서, 촬상 장치가 촬영한 화상을 화상 처리에 의해 해석해 표시를 검출한다. 이어서, 도 7의 B에 나타내는 촬상 장치가 촬영한 화상에 표시의 위치(중심점(62))를 사용하여, 각도 θ1을 기지의 화상 처리에 의해 구한다. 또한, 각도 θ1뿐만 아니라 거리 D1을 구할 수도 있다. 또한, 촬상 장치에는 어안렌즈(fish-eye lens) 등을 사용해도 된다. 어안렌즈와 같은 렌즈에 의한 왜곡이 있는 상이어도 왜곡을 화상 처리에 의해 보정함으로써 각도 θ1 또는 거리 D1의 측정이 가능하게 된다. 또한, 표시는 점멸하는 LED 등으로 함으로써, 야간이라도 인식이 가능하게 된다.
스텝 S3에서는, 제어부(8)가 Z 방향의 거리 D2를 계측 또는 기억부(9)에 기억한 거리 정보로부터 거리 D2의 정보를 취득한다. 거리 D2를 계측하는 경우에는, 예를 들어 제2 계측부(7)를 사용하여, 실제로 송전 공진 코일(22)의 면(평면)과 수전 공진 코일(23)의 면(평면)과의 거리를 계측한다. 또한, 미리 비접촉형 충전 장치와 수전 장치를 알고 있을 경우에는, Z축 방향의 거리(높이)에 대하여 수전 공진 코일을 갖는 수전 장치의 형상 등에 의해 결정할 수 있기 때문에, 수전 장치의 종류를 식별함으로써 Z축 방향의 거리를 결정할 수 있다. 그 경우 제2 계측부(7)는 없어도 된다. 차량의 경우, 차종을 식별하여 차종 각각에 관련지어서 비접촉형 충전 장치와 수전 장치와의 Z축 방향의 거리 D2를 기억부(9)에 기억해 둔다. 차량의 식별은, 예를 들어 촬상 장치(카메라나 비디오)에 의해 차량을 촬영하고, 기지의 화상 처리에 의해 차종을 식별하는 방법을 생각할 수 있다. 또한, 차량과 통신을 하여 차량으로부터 차량을 식별하는 정보를 취득하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 전자 기기의 경우에도 통신을 하여 전자 기기로부터 전자 기기를 식별하는 정보를 취득하는 것을 생각할 수 있다.
도 8은 거리 정보의 데이터 구조의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 거리 정보(81)는 「식별 정보」 「거리 D2」에 기억하는 정보를 갖고 있다. 「식별 정보」에는, 수전 장치를 갖는 차량이나 전자 기기 등의 장치를 식별하기 위한 정보가 기억되어 있다. 본 예에서는, 「식별 정보」로서 「ID1」 「ID2」 「ID3」 「ID4」·… 등이 기억되어 있다. 「거리 D2」에는, 식별 정보 각각에 관련지어서 비접촉형 충전 장치와 수전 장치와의 Z축 방향의 거리 D2가 기억되어 있다. 본 예에서는, 「거리 D2」로서 「kyori1z」 「kyori2z」 「kyori3z」 「kyori4z」… · 등이 기억되어 있다.
또한, 스텝 S2와 스텝 S3의 처리는 어느 쪽의 처리를 우선으로 해도 된다.
스텝 S4에서는, 제어부(8)가 스텝 S2 및 스텝 S3에서 취득한 거리 D1과 거리 D2를 사용하여, 정합 정보를 참조하여 가변 정보를 선택한다. 또는, 각도 θ1과 거리 D2를 사용하여, 정합 정보를 참조하여 가변 정보를 선택한다. 도 9는 정합 정보의 데이터 구조의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 정합 정보(91)는 「거리 D1」 「거리 D2」 「가변 정보」에 기억하는 정보를 갖고 있다. 「거리 D1」은, 송전 공진 코일(22)의 중심점과 소정의 범위 내의 수전 공진 코일(23)의 중심점과의 거리가 기억되어 있다. 본 예에서는, 거리 D1으로서 「kyori1」 「kyori2」… 「kyori6」 「kyori7」·… 등이 기억되어 있다. 「거리 D2」는, 송전 공진 코일(22)을 갖는 면과 수전 공진 코일(23)을 갖는 면의 거리가, 「거리 D1」의 정보 각각에 관련지어서 기억되어 있다. 본 예에서는, 거리 D2로서 「kyori1z」 「kyori2z」… · 등이, 「거리 D1」의 정보 각각에 관련지어서 기억되어 있다. 「가변 정보」는, 전력 공급계의 임피던스와 송수전계의 임피던스를 정합시키는 정합부(4)의 소자의 상수를 가변하는 정보가 기억되어 있다. 여기서, 소자란 도 3에 도시한 가변 코일(Lma), 가변 콘덴서(Cma), 가변 코일(Lmb), 가변 콘덴서(Cmb) 등이다. 본 예에서는, 「가변 정보」는 「캐패시턴스」 「인덕턴스」에 기억되는 정보를 갖고 있다. 「캐패시턴스」에는, 「거리 D1」과 「거리 D2」에 관련지어진 정합부(4)의 캐패시턴스를 가변하는 정보가 기억되어 있다. 본 예에서는, 캐패시턴스를 가변하는 정보로서 「C11」 「C12」… 「C21」 「C22」… 「C61」 「C62」… 「C71」 「C72」·…가 기억되어 있다. 「인덕턴스」에는, 「거리 D1」과 「거리 D2」에 관련지어진 정합부(4)의 인덕턴스를 가변하는 정보가 기억되어 있다. 본 예에서는, 캐패시턴스를 가변하는 정보로서 「L11」 「L12」… 「L21」 「L22」… 「L61」 「L62」… 「L71」 「L72」·…가 기억되어 있다.
정합 정보(92)는 「각도 θ1」 「거리 D2」 「가변 정보」에 기억하는 정보를 갖고 있다. 정합 정보(91)와의 차이는, 거리 D1 대신 각도 θ1과 거리 D2를 사용하여 가변 정보를 선택한다. 「각도 θ1」은, 송전 공진 코일(22)의 중심점과 소정의 범위 내의 수전 공진 코일(23)의 중심점을 연결하는 선분이 Z축과의 이루는 각도가 기억되어 있다. 본 예에서는, 각도 θ1으로서 「kakudo1」 「kakudo2」… 「kakudo6」 「kakudo7」·… 등이 기억되어 있다. 「거리 D2」는, 송전 공진 코일(22)을 갖는 면과 수전 공진 코일(23)을 갖는 면의 거리가, 「거리 D1」의 정보 각각에 관련지어서 기억되어 있다. 본 예에서는, 거리 D2로서 「kyori1z」 「kyori2z」… · 등이, 「각도 θ1」의 정보 각각에 관련지어서 기억되어 있다. 「가변 정보」는, 전력 공급계의 임피던스와 송수전계의 임피던스를 정합시키는 정합부(4)의 소자의 상수를 가변하는 정보가 기억되어 있다. 여기서, 소자란 도 3에 도시한 가변 코일(Lma), 가변 콘덴서(Cma), 가변 코일(Lmb), 가변 콘덴서(Cmb) 등이다. 본 예에서는, 「가변 정보」는 「캐패시턴스」 「인덕턴스」에 기억되는 정보를 갖고 있다. 「캐패시턴스」에는, 「각도 θ1」과 「거리 D2」에 관련지어진 정합부(4)의 캐패시턴스를 가변하는 정보가 기억되어 있다. 본 예에서는, 캐패시턴스를 가변하는 정보로서 「C11」 「C12」… 「C21」 「C22」… 「C61」 「C62」… 「C71」 「C72」·…가 기억되어 있다.
가변 정보를 구하는 방법에 대하여 설명한다.
도 10에 도시하는 등가 회로(101, 102) 등을, 전자계 시뮬레이터 등을 사용하여 해석함으로써, 가변 정보를 구한다. 예를 들어, 송수전계에서 사용되고 있는 회로의 사양(형상·재질 등), 실드, 송수전계의 상대 위치 관계(거리 D1, 거리 D2, 각도 θ1) 등의 각종 파라미터를, 전자계 시뮬레이터에 입력한다. 거리 D1 또는 각도 θ1과 거리 D2 이외는 기지의 값으로 되어 있기 때문에, 거리 D1 또는 각도 θ1과 거리 D2를 각각 소정의 범위에서 가변하고, 전력 공급계의 임피던스와 송수전계의 임피던스가 정합하는, 캐패시턴스와 인덕턴스를 개별로 계산한다.
도 10은, 자계 공명과 전계 공명의 비접촉형 충전 시스템의 등가 회로의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 도 10의 등가 회로(101)는 도 2에서 설명한 4개의 코일을 사용한 자계 공명의 비접촉형 충전 시스템을 나타내고 있다. 등가 회로(102)는 4개의 코일을 사용한 전계 공명을 사용한 비접촉형 충전 시스템을 나타내고 있다.
등가 회로(101)에 대하여 설명한다. 가변 코일(Lma)과 가변 콘덴서(Cma)를 포함하여 구성되는 회로는 정합부(4a)의 회로를 나타내고 있다. 코일L1과 저항R1을 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 전력 공급 코일(21) 등을 갖는다. 코일L2와 콘덴서C2와 저항R2를 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 송전 공진 코일(22) 등을 갖는 회로이다. 코일L3과 콘덴서C3과 저항R3를 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 수전 공진 코일(23)을 갖는 회로이다. 코일L4와 저항R4와 부하ZL을 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 전력 취출 코일(24)과 부하ZL을 갖는 회로이다. 저항Zsource는, 전력 공급계의 임피던스를 나타내고 있다. 또한, 등가 회로(101)에는 코일L1과 코일L2의 상호 인덕턴스M12, 코일L2와 코일L3의 상호 인덕턴스M23, 코일L3과 코일L4의 상호 인덕턴스M34가 나타나 있다. 또한, 전류I1 내지 I4가 나타나 있다.
등가 회로(102)에 대하여 설명한다. 가변 코일(Lmb)과 가변 콘덴서(Cmb)를 포함하여 구성되는 회로는 정합부(4b)의 회로를 나타내고 있다. 코일L1과 저항R1을 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 전력 공급 코일(21)을 갖는 회로이다. 코일L2와 콘덴서C2와 저항R2를 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 송전 공진 코일(22)을 갖는 회로이다. 코일L3과 콘덴서C3과 저항R3를 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 수전 공진 코일(23)을 갖는 회로이다. 코일L4와 저항R4와 부하ZL를 포함하여 구성되는 회로는 도 2에서 설명한 전력 취출 코일(24)과 부하ZL을 갖는 회로이다. Zsource는, 전력 공급계의 임피던스를 나타내고 있다. 또한, 등가 회로(102)에는 콘덴서C2와 콘덴서C3의 상호 캐패시턴스C23과, 전류I1 내지 I4가 나타나 있다.
상기와 같이 시뮬레이터를 사용하여 구한 캐패시턴스와 인덕턴스에 대응하는 정보를 가변 정보로서 기억한다.
또한, 자계 공명 또는 전계 공명의 시스템에 있어서, 코일L1과 저항R1을 포함하여 구성되는 회로를 사용하지 않는 경우 또는 코일L4와 저항R4를 포함하여 구성되는 회로를 사용하지 않는 경우에 대해서도, 등가 회로를 작성한다. 그리고, 작성한 등가 회로에 대하여 시뮬레이터 등을 사용하여 가변 정보를 결정하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 스텝 S4에서 제어부(8)는 스텝 S2 및 스텝 S3에서 취득한 거리 D1과 거리 D2를 사용하여, 정합 정보(91)를 참조하여 거리 D1과 거리 D2에 관련지어져 있는 가변 정보를 선택한다. 또는, 각도 θ1과 거리 D2를 사용하여, 정합 정보(92)를 참조하여 각도 θ1과 거리 D2에 관련지어져 있는 가변 정보를 선택한다.
스텝 S5에서는, 제어부(8)가 정합부(4)에 임피던스 정합을 시키기 위한 제어 신호를 송신한다. 도 3의 정합부(4a)를 제어하는 경우, 가변 코일(Lma)의 인덕턴스와 가변 콘덴서(Cma)의 캐패시턴스를 가변시키는 정보를 생성하고, 해당 정보를 갖는 제어 신호를 가변 코일(Lma)과 가변 콘덴서(Cma)에 송신한다.
스텝 S6에서는, 제어부(8)가 임피던스 정합된 것을 검출하면 송전 개시의 지시를 전력 공급부(3)에 송신한다. 그 후, 전력 공급부(3)는 미리 결정된 전력을 출력한다.
효과에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따르면, 송수전계의 6개의 자유도가 기지로 되므로, 고정밀도의 정합 조정이 가능하게 된다. 또한, 실측하는 파라미터를 1개로 한정함으로써, 실측에 의한 오차 요인을 저감시킬 수 있기 때문에, 고정밀도의 정합 조정이 가능하게 된다. 그 결과, 전력 공급계와 송수전계의 반사 전력을 억제할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 효율을 높이고, EMI를 회피하는 것이 가능하게 된다. 그로 인해, 대전력계에 있어서 전원 공급계가 깨지는(틀어지는) 문제를 회피하는 것도 가능하게 된다.
도 11은, 수전 공진 코일이 X 방향으로 이동했을 경우의 임피던스와 반사 전력과 효율을 도시하는 도면이다. 도 12는, 수전 공진 코일(23)이 Z 방향으로 이동했을 경우의 임피던스와 반사 전력과 효율을 도시하는 도면이다.
도 11의 A에 도시한 바와 같이 X 방향으로 수전 공진 코일(23)이 어긋나면, 도 11의 B에 도시한 바와 같이 전력 공급계로부터 본 송수전계의 임피던스가 변화한다. 그러면 임피던스 정합되어 있지 않은 경우에는 송수전계로부터 전력 공급계로 되돌아 오는 반사 전력은 곡선(111)에 도시한 바와 같이 변동을 한다. 또한, 임피던스 정합되어 있지 않은 경우에는, 전력 공급계에 입력되는 전력과 송수전계의 배터리에 입력되는 전력에 의해 표현되는 효율을 나타내는 곡선(113)도 변동을 한다. 그러나, 본 실시 형태에 의해 임피던스가 정합되었을 경우, 반사 전력도 곡선(112)에 도시한 바와 같이 일정해지고, 또한 효율도 곡선(114)에 도시한 바와 같이 일정해진다.
또한, 도 12의 A에 도시한 바와 같이 Z 방향으로 수전 공진 코일(23)이 어긋나면, 도 12의 B에 도시한 바와 같이 전력 공급계로부터 본 송수전계의 임피던스가 변화한다. 그러면 임피던스 정합되어 있지 않은 경우에는 송수전계로부터 전력 공급계로 되돌아 오는 반사 전력은 곡선(121)에 도시한 바와 같이 변동을 한다. 또한, 임피던스 정합되어 있지 않은 경우에는, 전력 공급계에 입력되는 전력과 송수전계의 배터리에 입력되는 전력에 의해 표현되는 효율을 나타내는 곡선(123)도 변동을 한다. 그러나, 본 실시 형태에 의해 임피던스가 정합되었을 경우, 반사 전력도 곡선(122)에 도시한 바와 같이 일정해지고, 또한 효율도 곡선(124)에 도시한 바와 같이 일정해진다.
실시 형태 2에 대하여 설명한다.
실시 형태 2는 실시 형태 1과 달리 정합 정보를 기억부(9)에 기억하지 않고, 계산에 의해 가변 정보를 구한다.
도 13은, 실시 형태 2의 비접촉형 충전 장치의 동작의 일 실시예를 도시하는 도면이다. 스텝 S131 내지 스텝 S133, 스텝 S136, S137은, 실시 형태 1에서 설명한 스텝 S1 내지 스텝 S3, 스텝 S6, S7과 동일한 처리이므로 설명을 생략한다.
스텝 S134에서는, 제어부(8)가 시뮬레이션을 하기 위한 파라미터를 확정한다. 예를 들어, 송수전계에서 사용되고 있는 등가 회로의 사양(형상·재질 등), 실드, 송수전계의 상대 위치 관계(거리 D1, 거리 D2, 각도 θ1) 등의 각종 파라미터를, 전자계 시뮬레이터에 입력한다.
스텝 S135에서는, 제어부(8)가 전자계 시뮬레이터 등을 사용하여 시뮬레이션 을 실행하여, 거리 D1 또는 각도 θ1과 거리 D2를 각각 소정의 범위에서 가변하고, 임피던스를 정합하는 캐패시턴스와 인덕턴스를 구한다. 구한 캐패시턴스와 인덕턴스를 사용하여 가변 정보를 생성한다.
본 실시 형태에 따르면, 송수전계의 6개의 자유도가 기지(이미 알고 있음)로 되기 때문에, 고정밀도의 정합 조정이 가능하게 된다. 또한, 실측하는 파라미터를 1개로 한정함으로써, 실측에 의한 오차 요인을 저감시킬 수 있기 때문에, 고정밀도의 정합 조정이 가능하게 된다. 그 결과, 전력 공급계와 송수전계의 반사 전력을 억제할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다. 또한, 효율을 높이고, EMI를 회피하는 것이 가능하게 된다. 그로 인해, 대전력계에 있어서 전원 공급계가 깨지는(틀어지는) 문제를 회피하는 것도 가능하게 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변경이 가능하다.
1 : 비접촉형 충전 장치
2 : 수전 장치
3 : 전력 공급부
4, 4a, 4b : 정합부
5 : 송전부
6 : 제1 계측부
7 : 제2 계측부
8 : 제어부
9 : 기억부
10 : 수전부
11 : 충전부
12 : 배터리
21 : 전력 공급 코일
22 : 송전 공진 코일
23 : 수전 공진 코일
24 : 전력 취출 코일
31 : 전력 공급계
32 : 송수전계
51 : 차량
52 : 비접촉형 충전 장치
53 : 수전 장치
54 : 전자 기기
55 : 비접촉형 충전 장치
56 : 수전 장치
81 : 거리 정보
91, 92 : 정합 정보
C2, C3 : 콘덴서
L1, L2, L3, L4 : 코일
R1, R2, R3, R4 : 저항
ZL : 부하
101, 102 : 등가 회로
Cma, Cmb : 가변 콘덴서
Lma, Lmb : 가변 코일

Claims (5)

  1. 교류 전력을 공급하는 전력 공급계의 임피던스와, 송전부와 수전 장치를 갖는 송수전계의 임피던스를 정합하는 정합부와,
    상기 송전부의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치와, 상기 수전 장치의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치를 연결하는 선분의 길이를 나타내는 제1 거리를 계측하는 계측부와,
    상기 수전 장치를 갖는 장치를 식별하는 정보를 사용하여, 기억부에 기억되어 있는 상기 수전 장치를 갖는 복수의 장치를 식별하는 식별 정보와, 상기 식별 정보 각각에 관련지어지는 상기 장치의 종류 각각에 의해 결정되는 상기 송전 공진 코일을 갖는 면과 상기 수전 공진 코일을 갖는 면과의 거리인 제2 거리를 갖는 거리 정보를 참조하여, 상기 제2 거리를 선택하고,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리를 사용하여, 기억부에 기억되어 있는 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 조합과, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 조합에 관련지어지는 상기 전력 공급계의 임피던스와 상기 송전 공진 코일과 상기 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 상기 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위한 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하기 위한 가변 정보를 갖는 정합 정보를 참조하여, 가변 정보를 선택하고,
    상기 가변 정보에 따라서 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계측부는,
    상기 송전부의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치와, 상기 수전 장치의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치를 연결하는 선분과, 상기 송전 공진 코일의 중심점으로부터 상기 축 대칭의 축이 되는 선분이 이루는 각도를 계측하고,
    상기 제어부는,
    상기 각도와 상기 제2 거리를 사용하여, 기억부에 기억되어 있는 상기 각도와 상기 제2 거리의 조합과, 상기 각도와 상기 제2 거리의 조합에 관련지어지는 상기 전력 공급계의 임피던스와 상기 송전 공진 코일과 상기 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 상기 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위한 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하는 가변 정보를 갖는 정합 정보를 참조하여, 가변 정보를 선택하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 충전 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 정합부는,
    가변 인덕터 또는 가변 캐패시터를 갖는 정합 회로인 것을 특징으로 하는 비접촉형 충전 장치.
  4. 송전부의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치와, 수전 장치의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치를 연결하는 선분의 길이를 나타내는 제1 거리를 취득하고,
    상기 수전 장치를 갖는 장치를 식별하는 정보를 사용하여, 기억부에 기억되어 있는 상기 수전 장치를 갖는 복수의 장치를 식별하는 식별 정보와, 상기 식별 정보 각각에 관련지어지는 상기 장치의 종류 각각에 의해 결정되는 상기 송전 공진 코일을 갖는 면과 상기 수전 공진 코일을 갖는 면과의 거리인 제2 거리를 갖는 거리 정보를 참조하여, 상기 제2 거리를 선택하고,
    상기 제1 거리와 상기 제2 거리를 사용하여, 기억부에 기억되어 있는 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 조합과, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리의 조합에 관련지어지는 상기 전력 공급계의 임피던스와 상기 송전 공진 코일과 상기 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 상기 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위한 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하기 위한 가변 정보를 갖는 정합 정보를 참조하여, 가변 정보를 선택하고,
    상기 가변 정보에 따라서, 교류 전력을 공급하는 전력 공급계의 임피던스와, 상기 송전부와 상기 수전 장치를 갖는 송수전계의 임피던스를 정합하는 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 충전 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 송전부의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치와, 상기 수전 장치의 축 대칭 형상의 송전 공진 코일의 중심점 위치를 연결하는 선분과, 상기 송전 공진 코일의 중심점으로부터 상기 축 대칭의 축이 되는 선분이 이루는 각도를 취득하고,
    상기 각도와 상기 제2 거리를 사용하여, 기억부에 기억되어 있는 상기 각도와 상기 제2 거리의 조합과, 상기 각도와 상기 제2 거리의 조합에 관련지어지는 상기 전력 공급계의 임피던스와 상기 송전 공진 코일과 상기 수전 공진 코일의 상대 위치에 의해 변화하는 상기 송수전계의 임피던스를 정합시키기 위한 상기 정합부의 인덕턴스와 캐패시턴스를 가변하는 가변 정보를 갖는 정합 정보를 참조하여, 가변 정보를 선택하는 것을 특징으로 하는 비접촉형 충전 방법.
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