WO2014142072A1 - ワイヤレス電力供給システム、およびワイヤレス電力供給装置 - Google Patents

ワイヤレス電力供給システム、およびワイヤレス電力供給装置 Download PDF

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frequency
power supply
mixed wave
receiving device
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泰秋 民野
孝二 時田
竜一 光本
小沼　博
西岡　綾子
光博 今泉
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昭和電工株式会社
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    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves

Definitions

  • the present invention relates to a wireless power supply system that wirelessly supplies power to a power receiving apparatus, and a wireless power supply apparatus.
  • an electromagnetic induction method, a magnetic field resonance method, and the like are known as non-contact power feeding methods.
  • Wireless power supply using a higher frequency band has an advantage that high power can be transmitted even if the dielectric constant of the medium between the tuning coil and the electrode is small.
  • the loss in the rectifying unit increases as the high-frequency output increases, so the power efficiency is not improved. Further, the smoothing capacitor may be damaged due to an increase in the high frequency output.
  • An object of the present application is to provide a wireless power supply system and a power supply apparatus that can improve power efficiency with a simple configuration.
  • a power supply system that supplies power from a power feeding device to a power receiving device in a contactless manner, The power supply device simultaneously supplies a plurality of AC powers having different frequencies, and The power receiving device includes a rectifier circuit that converts the supplied AC powers into DC power.
  • the first frequency is 0.5 MHz to 10 GHz
  • the second frequency is 10 Hz to 300 kHz lower than the first frequency.
  • a mixed wave is generated by mixing the AC power of the first frequency and the second frequency in the power feeding device, and the mixed wave is supplied to the power receiving device as electric power.
  • high-frequency AC power can be efficiently transmitted during non-contact power supply via a dielectric, and AC power can be efficiently rectified on the power receiving side. it can.
  • the power supply efficiency as a whole is improved by mixing the alternating-current power of different frequencies and supplying it as a mixed wave.
  • It is the modification 2 of the wireless power supply system of embodiment and is a schematic block diagram when the structure of embodiment is applied to an electromagnetic induction and a magnetic field resonance system.
  • the mixed wave generator 21 is used as an AC power source in order to increase the power efficiency of high-frequency power feeding with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a wireless power supply system 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power supply system 10 includes a power feeding device 20 and a power receiving device 30.
  • the wireless power supply system 10 employs an electric field coupling method as an example.
  • the power feeding device 20 has power feeding electrodes 29a and 29b, and the power receiving device 30 has power receiving electrodes 31a and 31b.
  • the power feeding electrodes 29a and 29b and the power receiving electrodes 31a and 31b are flat electrodes, for example, and can be formed with any thickness using any material such as metal, metal oxide, and carbon.
  • the power feeding electrodes 29a and 29b function as non-contact power transmission means.
  • the power feeding electrode 29a and the power receiving electrode 31a face each other
  • the power feeding electrode 29b and the power receiving electrode 31b face each other, and power is supplied to the power receiving device 30 by electrolytic coupling between the electrodes.
  • the power feeding device 20 is a fixed device
  • the power receiving device 30 is a moving body.
  • the power receiving electrodes 31a and 31b of the power receiving device 30 By causing the power receiving electrodes 31a and 31b of the power receiving device 30 to face the power feeding electrodes 29a and 29b of the power feeding device 30 via an arbitrary medium (air, resin sheet, resin panel, or the like), the power feeding device 20 moves to the power receiving device 30.
  • Power can be supplied in a contactless (wireless) manner.
  • the power feeding device 20 includes a mixed wave generator 21 as an AC source, a first coil L21, and a second coil L22 in addition to the power feeding electrodes 29a and 29b.
  • the power receiving device 30 includes a rectifying device D31 and a load R31.
  • a rectifier D31 a bridge rectifier circuit using a diode, a synchronous rectifier circuit using a MOSFET, or the like can be used.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the wireless power supply system 10A according to the embodiment of the present invention. Description of the parts common to FIG. 1 is omitted.
  • the mixed wave generation unit 21 ⁇ / b> A includes a first frequency power generation unit 22, a second frequency power generation unit 25, and a mixer 23.
  • the first frequency power generation unit 22 generates AC power having a first frequency of 0.5 MHz to 10 GHz, preferably 1 MHz to 30 MHz, more preferably 2 MHz to 15 MHz.
  • the first frequency is less than 0.5 MHz, the efficiency of the rectifier, for example, the rectifier diode, is not originally bad, so there is little need for a mixed wave.
  • the first frequency is higher than 10 GHz, the effect of improving the power efficiency is small even if a mixed wave is used.
  • the second frequency power generator 25 generates AC power of the second frequency that is 10 Hz to 300 kHz, preferably 20 Hz to 150 kHz, more preferably 40 Hz to 100 kHz lower than the first frequency. If the difference between the first frequency and the second frequency is less than 10 Hz, the power efficiency is remarkably inferior in the process of non-contact power feeding through the dielectric. When the frequency difference is 300 kHz or more, the effect of the mixed wave hardly appears. In the embodiment, the mixed wave is used to increase power efficiency when power is supplied in a contactless manner.
  • the first frequency power and the second frequency power are as much as possible. When both are different, the effect of increasing the power efficiency can be obtained up to twice the power of the smaller one.
  • the mixer 23 performs a mixing process on the first frequency power C generated by the first frequency power generation unit 22 and the second frequency power S generated by the second frequency power generation unit 25 to generate a mixed wave D. Output.
  • a wave having a frequency swell (amplitude modulation) of the difference between the two is generated and output from the mixer 23 as a mixed wave D. .
  • This mixed wave D becomes the output of the mixed wave generator 21.
  • the power of the mixed wave D is supplied as an alternating current from the first coil L21 to the power supply electrodes 29a and 29b via the second coil L22.
  • the power receiving device 30 includes a coil L31, a rectifier (for example, a rectifier diode) D31, and a load R31 in addition to the electrodes 31a and 31b.
  • a rectifier for example, a rectifier diode
  • a load R31 in addition to the electrodes 31a and 31b.
  • the coil L31 functions as an antireflection filter that prevents the power supplied to the power receiving device 30 from being reflected to the power feeding device 20 side.
  • This antireflection filter is not limited to the coil L31, and may be realized by a capacitor.
  • AC power that has passed through the coil L31 is rectified by a rectifier (for example, a rectifier diode) D31.
  • a rectifier for example, a rectifier diode
  • rectification using a rectifier diode tends to reduce efficiency, particularly at high frequencies. Even in such a case, the power efficiency can be improved by using the mixed wave in the embodiment.
  • the current converted into direct current by the rectifier D31 is supplied to the load R31.
  • FIG. 3 is a graph showing the power efficiency improvement effect by the wireless power supply system 10A of the embodiment. Plotting the efficiency when supplying the AC power of the mixed wave of the first frequency and the second frequency lower than that by 20 kHz or 100 kHz and the efficiency when supplying only the AC power of the first frequency as a comparative example Yes. The change in efficiency when the frequency is increased is shown with the efficiency when the first frequency is 1 MHz being 100%. The efficiency was obtained by measuring the received power at each first frequency and dividing the received power at each first frequency by the received power when the first frequency was 1 MHz.
  • the efficiency maintenance effect in the case of the mixed wave is superior, and the efficiency maintenance effect is further clarified when the frequency becomes 2 MHz or higher, and becomes particularly remarkable when the frequency is 4 MHz or higher. This effect persists even at higher frequencies.
  • the mixed wave generator 21 of the embodiment on the power supply side of the wireless power supply system, it is possible to prevent the power supply efficiency from being lowered over a wide frequency band.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of a wireless power supply system 10B as a first modification of the embodiment.
  • the wireless power supply system 10 ⁇ / b> B includes a power feeding device 20 and a power receiving device 50.
  • the wireless power supply system 10 ⁇ / b> B employs an electric field coupling method similarly to the wireless power supply system 10 ⁇ / b> A of FIG. 2, but a parallel resonant circuit 55 is inserted in the power receiving device 50.
  • the parallel resonance circuit 55 includes a coil L52 and a capacitor C51 connected in parallel.
  • the power feeding device 20 uses a mixed wave generator 21 as an AC power source.
  • the mixed wave generator 21 is the same as the mixed wave generator 21A of FIG.
  • the mixed wave is fed as an alternating current on the feeding electrodes 29a and 29b via the first coil L21 and the second coil L22.
  • AC power is supplied to the power receiving device 50 using electric field coupling between the power feeding electrode 29a and the power receiving electrode 51a and between the power feeding electrode 29b and the power receiving electrode 51b.
  • An alternating current flows through the resonance circuit 55 by electromagnetic induction between the coil L51 and the coil L52 of the parallel resonance circuit 55. In this configuration, even if the junction capacitance between the electrodes changes, the influence on the frequency of the resonance circuit 55 is small. Further, by inserting the resonance circuit 55, the resonance peak with respect to the power supplied to the power receiving device 50 becomes sharp. Therefore, the AC power fed from the power feeding device 20 can be efficiently sent to the rectifier (rectifier diode or the like) D51.
  • FIG. 5 shows a configuration example of a wireless power supply system 10C as a second modification of the embodiment.
  • the wireless power supply system 10 ⁇ / b> C employs an electromagnetic induction method or a magnetic field resonance method, and includes a power feeding device 60 and a power receiving device 70.
  • the power feeding device 60 includes a mixed wave generator 21, a first coil L61, a second coil L62, and a third coil L63.
  • the third coil L63 functions as a non-contact power transmission means.
  • the AC power of the mixed wave generated by the mixed wave generating unit 21 propagates to the third coil L63 via the first coil L61 and the second coil L62, and an AC current flows through the third coil L63.
  • the magnetic flux generated in the third coil L63 passes through the coil L71 of the power receiving device 70 to generate an electromotive force (electromagnetic induction).
  • the magnetic field resonance method is used.
  • the energy of the mixed wave (magnetic field vibration) generated by the mixed wave generating unit 21 propagates to the coil L71 of the power receiving device 70 by magnetic field resonance.
  • the magnetic field resonance method is employed, there is an advantage that there is little deterioration in power efficiency with respect to the positional deviation between the power feeding device 60 and the power receiving device 70.
  • the power receiving device 70 has an LC resonance circuit 75, and the alternating current flowing through the LC resonance circuit 75 via the coil L72 is rectified by a rectifier (such as a rectifier diode) D71 and consumed by a load R71. Even in this configuration, the mixed wave is efficiently rectified by the rectifier.
  • a rectifier such as a rectifier diode
  • FIG. 6 shows a configuration example of a wireless power supply system 10D as a third modification of the embodiment.
  • the wireless power supply system 10 ⁇ / b> D employs an electric field coupling method, and includes a power feeding device 80 and a power receiving device 90.
  • the power feeding device 80 has an LC resonance circuit 87, and the power receiving device 90 does not have a resonance circuit.
  • the power feeding device 80 includes a mixed wave generator 21, a coil L81, an LC resonance circuit 87, and power feeding electrodes 89a and 89b.
  • the LC resonance circuit 87 includes a coil L82 and a capacitor C81 connected in parallel.
  • the AC power of the mixed wave generated by the mixed wave generator 21 is transmitted to the LC resonance circuit 87 via the coil L81 and is supplied as an AC current to the power supply electrodes 89a and 89b.
  • AC electric power of mixed waves is supplied to the power receiving device 90 by electric field coupling between the power feeding electrodes 89a and 89b and the power receiving electrodes 91a and 91b.
  • the AC power of the mixed wave is rectified by a rectifier (such as a rectifier diode) D91 via a coil L91 and consumed by a load R91.
  • the coil L91 functions as an antireflection filter, but is not limited to the coil L91 and may be realized by a capacitor.
  • the LC resonance circuit 87 By arranging the LC resonance circuit 87 only in the power feeding device 80, the tuning becomes simple and the number of parts of the entire system can be reduced. Further, the entire power receiving side can be reduced in size.
  • FIG. 7 shows a configuration example of a wireless power supply system 10E as a fourth modification of the embodiment.
  • the wireless power supply system 10 ⁇ / b> E employs an electric field coupling method, and includes a power feeding device 120 and a power receiving device 130.
  • both the power feeding device 120 and the power receiving device 130 have parallel resonant circuits.
  • the power feeding device 120 includes a mixed wave generator 21, a coil L21, an LC resonance circuit 127, and power feeding electrodes 29a and 29b.
  • the power receiving apparatus 130 includes received power 131a and 131b, an LC resonance circuit 137, a coil L132, a rectifier (such as a rectifier diode) D131, and a load R131.
  • the mixed wave generator 21 is the same as that in the embodiment of FIG.
  • the LC resonance circuit 127 on the power supply side and the LC resonance circuit 137 on the power reception side are coupled by an electric field between the electrodes 29a and 29b and the electrodes 131a and 131b. Since the junction capacitance between the electrodes is independent of the resonance circuits 127 and 137, if the junction capacitance is smaller than the capacitances C121 and C131 of the resonance circuits 127 and 137, even if the junction capacitance changes, the resonance circuits 127 and 137 The effect on frequency is small.
  • the AC power of the mixed wave supplied to the power receiving device 130 flows from the resonance circuit 137 into the rectifier D131 via the coil L132, is converted into rectified, and is supplied to the load R131.
  • the mixed wave it is possible to suppress a decrease in rectification efficiency and improve power supply efficiency.
  • the power supply system of the present invention can be applied to any of the electric field coupling method, the electromagnetic induction method, the magnetic field resonance method, and the radio wave method. Further, it is possible to apply a case where a resonance circuit is used or not, and it does not matter whether it is a series resonance or a parallel resonance. Power supply efficiency can be improved when wireless power supply adopts an arbitrary method and configuration.

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Abstract

　給電装置から受電装置へ非接触で電力を供給するシステムにおいて、給電装置は、少なくとも２つの異なる周波数の交流電力を同時に供給し、かつ、受電装置は、供給された前記交流電力を直流電流に整流する整流回路を有する。

Description

ワイヤレス電力供給システム、およびワイヤレス電力供給装置
　本発明は、受電装置にワイヤレスで電力を供給するワイヤレス電力供給システム、およびワイヤレス電力供給装置に関する。
　近年、配線ケーブルを用いずに電気自動車、携帯機器、薄型テレビなどに電力を供給するワイヤレス電力供給システムの研究が活発に行われている。特に、給電を行う送電側の電極と、給電を受ける受電側の電極とを接触させずに対象機器の電池を充電する電界結合方式が注目されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
　非接触での給電方式として、電界結合方式の他に電磁誘導方式、磁界共鳴方式などが知られている。より高い周波数帯を使用するワイヤレス電力供給では、同調コイルや電極間の媒質の誘電率が小さくても大電力の伝送が可能であるというメリットがある。
　ワイヤレス電力供給では、受電側で交流電力を直流電力に変換する必要がある。しかし、現時点では高周波に対応する満足な整流機構が無いため、高い周波数になるほどエネルギーの一部が失われ、直流に変換する際の電力効率が低下するという問題がある。例えばダイオードを用いた場合、そのダイオードのアノードとカソード間の空乏層に形成される寄生静電容量（１０ｐＦ～１００ｐＦ）によって高周波の一部が整流されずに通過する。ダイオードを通過した交流電流（電力）は平滑用のコンデンサ等で消費され、給電される電力効率が低下する。大電力を供給するために給電側の高周波出力を高めることも考えられるが、高周波出力の増大につれて整流部での損失も増大するので、電力効率は改善されない。また、高周波出力の増大により、平滑コンデンサが破損するおそれもある。
特開２０１０－１４８２８７号公報 特開２０１２－０３４４４７号公報
　そこで、高周波でのワイヤレス電力供給において電力効率を向上することのできる構成と手法が望まれる。
　本願は、簡単な構成で電力効率を向上することのできるワイヤレス電力供給システム、および給電装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、少なくとも２つの異なる周波数の第一周波数と第二周波数を有する交流電力を同時に供給することにより、受電側で直流電力に変換した際の電力効率を向上させる。具体的には、給電装置から受電装置へ非接触で電力を供給する電力供給システムであって、
　前記給電装置は、異なる周波数の複数の交流電力を同時に供給し、かつ、
　前記受電装置は、供給された前記複数の交流電力を直流電力に変換する整流回路を有する。なお、前記第一周波数は、０．５ＭＨｚ～１０ＧＨｚであり、前記第二周波数は、前記第一周波数より１０Ｈｚ～３００ｋＨｚ低い。
　良好な構成例では、前記第一周波数と前記第二周波数の交流電力を前記給電装置内において混合することにより混合波が生成され、この混合波を電力として前記受電装置に供給する。
　少なくとも２つの異なる周波数の交流電力を同時に供給することにより、誘電体を介した非接触での給電の際に高周波の交流電力を効率よく伝送し、受電側で交流電力を効率よく整流することができる。異なる周波数の交流電力を混合処理して混合波として供給することにより、全体としての電力供給効率が向上する。
本願の実施形態によるワイヤレス電力供給システムの構成例を示すブロック図である。 本願の実施形態によるワイヤレス電力供給システムの一例を示す図である。 第一周波数のみの交流電力と、第一周波数と第二周波数との混合波の交流電力での給電効率を比較したグラフである。 実施形態のワイヤレス電力供給システムの変形例１であり、受電装置に共振回路を挿入したときの概略構成図である。 実施形態のワイヤレス電力供給システムの変形例２であり、実施形態の構成を電磁誘導、および磁界共鳴方式に適用したときの概略構成図である。 実施形態のワイヤレス電力供給システムの変形例３であり、電界結合方式の給電システムにおいて給電側に並列共振回路を挿入したときの概略構成図である。 実施形態のワイヤレス電力供給システムの変形例４であり、電界結合方式の給電システムにおいて、給電側と受電側に並列共振回路を挿入したときの概略構成図である。
　以下で、図面を参照して発明の実施形態を説明する。実施形態では簡単な構成で高周波給電の電力効率を高めるために、交流電力源として混合波発生部２１を用いる。
　図１は本発明の実施形態のワイヤレス電力供給システム１０の概略ブロック構成図である。ワイヤレス電力供給システム１０は、給電装置２０と受電装置３０を含む。ワイヤレス電力供給システム１０は、一例として電界結合方式を採用する。給電装置２０は給電電極２９ａ、２９ｂを有し、受電装置３０は受電電極３１ａ、３１ｂを有する。給電電極２９ａ、２９ｂおよび受電電極３１ａ、３１ｂは、たとえば平板電極であり、金属、金属酸化物、カーボンなど任意の材料を用いて任意の厚さで形成することができる。給電電極２９ａ、２９ｂは非接触送電手段として機能する。給電時には、給電電極２９ａと受電電極３１ａが対向し、給電電極２９ｂと受電電極３１ｂが対向して、電極間の電解結合により受電装置３０に電力を供給する。
　たとえば、給電装置２０は固定された装置であり、受電装置３０は移動体である。受電装置３０の受電電極３１ａ、３１ｂを、任意の媒質（空気、樹脂シート、樹脂パネル等）を介して給電装置３０の給電電極２９ａ、２９ｂと対向させることによって、給電装置２０から受電装置３０に非接触（ワイヤレス）で電力を供給することができる。
　給電装置２０は、給電電極２９ａ、２９ｂの他に、交流源としての混合波発生部２１と、第１コイルＬ２１、第２コイルＬ２２を有する。
　受電装置３０は整流装置Ｄ３１と負荷Ｒ３１と、を有する。整流装置Ｄ３１にはダイオードによるブリッジ整流回路、ＭＯＳＦＥＴを使用した同期整流回路等を用いることができる。
　図２は本発明の実施形態のワイヤレス電力供給システム１０Ａの概略構成図である。図１と共通している部分の説明は省く。混合波発生部２１Ａは、第一周波数電力生成部２２、第二周波数電力生成部２５、および混合器２３を有する。
　第一周波数電力生成部２２は、０．５ＭＨｚ～１０ＧＨｚ、好ましくは１ＭＨｚ～３０ＭＨｚ、さらに好ましくは２ＭＨｚ～１５ＭＨｚの第一周波数の交流電力を生成する。第一周波数が０．５ＭＨｚ未満の場合は整流装置、例えば整流ダイオードの効率がもともと悪くないので混合波とする必要性が少ない。第一周波数が１０ＧＨｚより大きくなると、混合波を用いても電力効率の改善効果が少ない。
　第二周波数電力生成部２５は、第一周波数に比べ、１０Ｈｚ～３００ｋＨｚ、好ましくは２０Ｈｚ～１５０ｋＨ、さらに好ましくは４０Ｈｚ～１００ｋＨｚ低い周波数の第二周波数の交流電力を生成する。第一周波数と第二周波数との差が１０Ｈｚ未満では、誘電体を介した非接触での給電の過程で電力効率が著しく劣る。前記周波数の差が３００ｋＨｚ以上の場合は、混合波での効果は現れにくい。実施形態では、混合波を非接触で電力供給する際に電力効率を増大させるために利用する。
　第一周波数電力と第二周波数電力とはできるだけ同じ電力であることが好ましい。両者が異なる場合は、いずれか小さい方の電力の２倍の電力まで前記電力効率の増大の効果が得られる。
　混合器２３は、第一周波数電力生成部２２で生成された第一周波数電力Ｃと、第二周波数電力生成部２５で生成された第二周波数電力Ｓとを混合処理を施して混合波Ｄを出力する。混合器２３に第一周波数電力Ｃと第二周波数電力Ｓが入力されると、両者の差の周波数のうねり（振幅変調）を有する波が生成され、混合器２３から混合波Ｄとして出力される。この混合波Ｄが混合波発生部２１の出力となる。
　混合波Ｄの電力は第１コイルＬ２１から第２コイルＬ２２を介して給電電極２９ａ、２９ｂ上に交流電流として給電される。
　受電装置３０は、電極３１ａ、３１ｂの他に、コイルＬ３１と、整流装置（たとえば整流ダイオード）Ｄ３１と、負荷Ｒ３１と、を有する。電極３１ａ、３１ｂを給電装置２０の電極２９ａ、２９ｂと対向させることで、相対する電極２９ａ、３１ａ間（及び２９ｂ、３１ｂ間）で電界が結合し、交流電流が受電装置３０に誘導される。
　コイルＬ３１は、受電装置３０に供給された電力が給電装置２０側に反射されるのを防止する反射防止フィルタとして機能する。この反射防止フィルタはコイルＬ３１に限定されずコンデンサによって実現されてもよい。
　コイルＬ３１を通過した交流電力は、整流装置（例えば、整流ダイオード）Ｄ３１で整流される。一般に、整流ダイオードによる整流では、特に高周波で効率が低下しやすい。このような場合であっても、実施形態では混合波を用いることにより電力効率を改善することができる。
　整流装置Ｄ３１により直流に変換された電流は負荷Ｒ３１に供給される。
　図３は、実施形態のワイヤレス電力供給システム１０Ａによる電力効率改善効果を示すグラフである。第一周波数とそれより２０ｋＨｚまたは１００ｋＨｚ低い第二周波数との混合波の交流電力を供給したときの効率と、比較例として、第一周波数の交流電力のみで給電した場合の効率とをプロットしている。それぞれ第一周波数が１ＭＨｚのときの効率を１００％として、周波数を上げていったときの効率の変化を示している。なお、前記効率は、各第一周波数で受電電力を測定し、各第一周波数での受電電力を第一周波数が１ＭＨｚのときの受電電力で除して求めた。第一周波数を１ＭＨｚから上げていくと、混合波の場合の効率維持効果が優位であり、２ＭＨｚ以上となるあたりから効率維持効果がさらに明確になり、４ＭＨｚ以上となると特に顕著になる。この効果はさらに高い周波数においても持続している。
　このように、ワイヤレス電力供給システムの給電側に実施形態の混合波発生部２１を用いることによって、広い範囲の周波数帯域に対して給電効率の低下を防止することができる。
　なお、上記実施形態の第一周波数と第二周波数のそれぞれの交流電力の電力は等しくなるように調整をした。本発明の他の実施形態でも特に断りのない限り同様である。
　図４は、実施形態の変形例１として、ワイヤレス電力供給システム１０Ｂの構成を示す概略図である。ワイヤレス電力供給システム１０Ｂは、給電装置２０と受電装置５０を含む。ワイヤレス電力供給システム１０Ｂは、図２のワイヤレス電力供給システム１０Ａと同様に、電界結合方式を採用しているが、受電装置５０に並列共振回路５５が挿入されている。並列共振回路５５は、並列に接続されたコイルＬ５２とコンデンサＣ５１で構成される。
　給電装置２０では、交流電力源として混合波発生部２１を用いる。混合波発生部２１は図２の混合波発生部２１Ａと同様である。混合波は、第１コイルＬ２１および第２コイルＬ２２を介して給電電極２９ａ、２９ｂ上に交流電流として給電される。給電電極２９ａと受電電極５１ａの間、および給電電極２９ｂと受電電極５１ｂの間の電界結合を利用して、交流電力が受電装置５０に供給される。コイルＬ５１と並列共振回路５５のコイルＬ５２との間の電磁誘導によって、交流電流が共振回路５５に流れる。この構成では、電極間の接合容量が変化しても共振回路５５の周波数に与える影響は少ない。また、共振回路５５を挿入したことにより、受電装置５０に給電された電力に対する共振ピークが鋭くなる。したがって給電装置２０から給電された交流電力を効率よく整流装置（整流ダイオード等）Ｄ５１に送ることができる。
　図５は、実施形態の変形例２として、ワイヤレス電力供給システム１０Ｃの構成例を示す。ワイヤレス電力供給システム１０Ｃは電磁誘導方式または磁界共鳴方式を採用し、給電装置６０と受電装置７０を含む。
　給電装置６０は、混合波発生部２１と、第１コイルＬ６１、第２コイルＬ６２、および第３コイルＬ６３を有する。第３コイルＬ６３は非接触の送電手段として機能する。混合波発生部２１で生成された混合波の交流電力は、第１コイルＬ６１と第２コイルＬ６２を介して第３コイルＬ６３に伝搬し、第３コイルＬ６３に交流電流が流れる。第３コイルＬ６３に発生した磁束は、受電装置７０のコイルＬ７１を通り、起電力が発生する（電磁誘導）。
　給電装置６０の第３コイルＬ６３と受電装置７０のコイルＬ７１が同じ共振周波数を有する場合は磁界共鳴方式となる。この場合、混合波発生部２１で生成された混合波のエネルギー（磁場の振動）が磁界共鳴によって受電装置７０のコイルＬ７１に伝搬する。磁界共鳴方式を採用する場合は、給電装置６０と受電装置７０の位置ずれに対して電力効率の劣下が少ないという利点がある。
　受電装置７０はＬＣ共振回路７５を有し、コイルＬ７２を介してＬＣ共振回路７５に流れる交流電流は、整流装置（整流ダイオード等）Ｄ７１によって整流され、負荷Ｒ７１で消費される。この構成でも、混合波は整流装置で効率よく整流される。
　図６は、実施形態の変形例３として、ワイヤレス電力供給システム１０Ｄの構成例を示す。ワイヤレス電力供給システム１０Ｄは、電界結合方式を採用し、給電装置８０と受電装置９０を含む。ワイヤレス電力供給システム１０Ｄでは、給電装置８０がＬＣ共振回路８７を有し、受電装置９０は共振回路を有しない。
　給電装置８０は、混合波発生部２１と、コイルＬ８１と、ＬＣ共振回路８７と、給電電極８９ａ、８９ｂを有する。ＬＣ共振回路８７は、並列接続されたコイルＬ８２とコンデンサＣ８１を含む。混合波発生部２１で生成された混合波の交流電力は、コイルＬ８１を介してＬＣ共振回路８７に伝わり、給電電極８９ａ、８９ｂ上に交流電流として給電される。
　給電電極８９ａ、８９ｂと、受電電極９１ａ、９１ｂの間の電界結合により、混合波の交流電力が受電装置９０に供給される。混合波の交流電力はコイルＬ９１を介して整流装置（整流ダイオード等）Ｄ９１で整流され、負荷Ｒ９１で消費される。コイルＬ９１は反射防止フィルタとして機能するが、コイルＬ９１に限定されずコンデンサによって実現されてもよい。
　混合波で給電することにより、受電側の整流装置Ｄ９１での損失を抑制することができる。ＬＣ共振回路８７を給電装置８０にのみ配置することで、同調が簡便になりシステム全体の部品が少なくてすむ。また、受電側全体の小型化が可能となる。
　図７は、実施形態の変形例４として、ワイヤレス電力供給システム１０Ｅの構成例を示す。ワイヤレス電力供給システム１０Ｅは、電界結合方式を採用し、給電装置１２０と受電装置１３０を含む。ワイヤレス電力供給システム１０Ｅは、給電装置１２０と受電装置１３０の双方が並列共振回路を有する。
　給電装置１２０は、混合波発生部２１とコイルＬ２１と、ＬＣ共振回路１２７と給電電極２９ａ、２９ｂを有する。受電装置１３０は、受電電力１３１ａ、１３１ｂ、ＬＣ共振回路１３７、コイルＬ１３２、整流装置（整流ダイオード等）Ｄ１３１、負荷Ｒ１３１、を有する。
　混合波発生部２１は、図２の実施形態と同様である。給電側のＬＣ共振回路１２７と受電側のＬＣ共振回路１３７は、電極２９ａ、２９ｂと電極１３１ａ、１３１ｂの間の電界によって結合される。電極間の接合容量は共振回路１２７、１３７から独立しているので、接合容量が共振回路１２７、１３７の容量Ｃ１２１，Ｃ１３１に比べて小さい場合は接合容量が変化しても共振回路１２７、１３７の周波数に与える影響が小さい。
　受電装置１３０に供給される混合波の交流電力は、共振回路１３７からコイルＬ１３２を介して整流装置Ｄ１３１に流れ込み、整流に変換され、負荷Ｒ１３１に供給される。混合波を用いることにより、整流効率の低下を抑制し、給電効率を向上することができる。
　以上説明したように、本発明の電力供給システムは、電界結合方式、電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電波方式のいずれにも適用可能である。また、共振回路を用いる場合も用いない場合も適用可能であり、直列共振、並列共振を問わない。任意の方式、構成を採用するワイヤレス電力供給の際に電力供給効率を向上することができる。
　本出願は、２０１３年３月１３日に出願された日本国特許出願第２０１３－０５０６１７号に基づきその優先権を主張するものであり、同日本国特許出願の全内容を参照することにより本願に援用する。
１０、１０Ａ～１０Ｅ　ワイヤレス電力供給システム
２０、６０、８０、１２０　給電装置
２１、２１Ａ　混合波発生部
２２　第一周波数電力生成部
２３　混合器
２５　第二周波数電力生成部
２９ａ、２９ｂ、８９ａ、８９ｂ　給電電極
３０、５０、７０、９０、１３０　受電装置
３１ａ、３１ｂ、５１ａ、５１ｂ、９１ａ、９１ｂ、１３１ａ、１３１ｂ　受電電極
５５、７５、８７、１２７、１３７　共振回路
Ｃ　第一周波数電力
Ｄ　混合波の交流電力
Ｓ　第二周波数電力
Ｄ３１、Ｄ５１、Ｄ７１、Ｄ９１、Ｄ１３１　整流装置
Ｌ６３　給電側コイル
Ｌ７１　受電側コイル

Claims (8)

  1. 　給電装置から受電装置へ非接触で電力を供給するシステムであって、
    　前記給電装置は、少なくとも２つの異なる周波数の第一周波数と第二周波数を有する交流電力を同時に供給し、かつ
    　前記受電装置は、供給された前記複数の交流電力を直流電力に変換する整流回路を有し、
    　前記第一周波数が、０．５ＭＨｚ～１０ＧＨｚであり、
    　前記第二周波数が、前記第一周波数より１０Ｈｚ～３００ｋＨｚ低い
    ことを特徴とするワイヤレス電力供給システム。
  2. 　前記第一周波数と第二周波数の交流電力を前記給電装置内において混合することにより混合波が生成され、
    　前記混合波を電力として前記受電装置に供給する請求項１に記載のワイヤレス電力供給システム。
  3. 　前記第一周波数と前記第二周波数の電力が等しい請求項１または２に記載のワイヤレス電力供給システム。
  4. 　前記給電装置は給電電極を有し、
    　前記受電装置は受電電極を有し、
    　前記給電電極と前記受電電極の間に誘電体を有し、
    　電界結合方式で電力を供給する請求項１～３のいずれか１項に記載のワイヤレス電力供給システム。
  5. 　前記給電装置は給電コイルを有し、
    　前記受電装置は受電コイルを有し、
    　電磁誘導または、磁界共鳴方式で電力を供給する請求項１～３のいずれか１項に記載のワイヤレス電力供給システム。
  6. 　前記給電装置と前記受電装置の少なくとも一方が共振回路を有する請求項１～５のいずれか１項に記載のワイヤレス電力供給システム。
  7. 　少なくとも２つの周波数の混合波の交流電力を生成する混合波発生部と、
    　前記混合波の交流電力を非接触で送電する非接触送電手段と
    を有し、
    　前記混合波発生部は、
    　第一周波数の交流電力を生成する第一周波数電力生成部と、
    　前記第一周波数と異なる第二周波数の交流電力を生成する第二周波数電力生成部と、
    　前記第一周波数の交流電力と、前記第二周波数の交流電力とを混合して混合波を生成する混合器と、
    　前記混合波を電界結合、電磁誘導、または磁界共鳴によって電力として受電装置に供給する供給手段と
    を含み、
    　前記第一周波数が、０．５ＭＨｚ～１０ＧＨｚであり、
    　前記第二周波数が、前記第一周波数より１０Ｈｚ～３００ｋＨｚ低い
    ことを特徴とするワイヤレス電力供給装置。
  8. 　請求項７に記載の受電装置より供給された前記混合波を整流して直流電力を得ることを特徴とするワイヤレス電力供給方法。
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