WO2015125263A1 - 送電装置、無線電力伝送システム - Google Patents

送電装置、無線電力伝送システム Download PDF

Info

Publication number
WO2015125263A1
WO2015125263A1 PCT/JP2014/054108 JP2014054108W WO2015125263A1 WO 2015125263 A1 WO2015125263 A1 WO 2015125263A1 JP 2014054108 W JP2014054108 W JP 2014054108W WO 2015125263 A1 WO2015125263 A1 WO 2015125263A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
power transmission
antenna
capacitor
impedance
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/054108
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
須賀　卓
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Priority to PCT/JP2014/054108 priority Critical patent/WO2015125263A1/ja
Publication of WO2015125263A1 publication Critical patent/WO2015125263A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Definitions

  • the present invention relates to a technique for wirelessly transmitting power.
  • Patent Document 1 states that “a receiver having a receiving antenna is coupled to near-field radiation in a coupled mode region. The receiver generates an RF signal at a resonance frequency in response to near-field radiation. Generates a variable impedance in response to the control signal to modify the RF signal to a smaller amplitude or a different resonant frequency, a rectifier converts the modified RF signal to a DC signal, and a comparator compares the DC signal to a reference A feedback loop is formed by generating a control signal in response to a comparison with the voltage, and the detuning circuit can operate in digital or linear mode with feedback. A voltage proportional to the current through the detuning circuit can be generated, and the received signal having information transmitted from the transmitter can be rectified to rectify the proportional voltage. It has been described as. "To. (See summary)
  • Patent Document 1 can be used to improve transmission efficiency when the environment on the power receiving side changes variously.
  • the transmission efficiency on the power transmission side may change depending on the external environment.
  • the power transmission efficiency may be affected by the influence.
  • Patent Document 1 Although the technique described in Patent Document 1 is effective in optimizing power transmission for any wireless charging device, the power transmission efficiency on the power transmission side is affected by the severe environment as described above. In some cases, it is considered difficult to deal with.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a wireless power transmission technique capable of suppressing a decrease in transmission efficiency even in an external environment that may decrease the transmission efficiency on the power transmission side.
  • the purpose is to provide.
  • the transmission antenna When the power transmission device according to the present invention detects that the reactance component of the transmission antenna has increased, the transmission antenna is brought close to a resonance state by increasing the capacitance of the capacitor connected to the transmission antenna.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating configurations of a power transmission device 100 and a power reception device 200.
  • FIG. It is a schematic diagram which shows the virtual circuit structure formed when the power transmission apparatus 100 is set
  • 4 is a schematic diagram showing a virtual circuit configuration formed by a substance 400.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an operation when a metal 500 is present in the vicinity of the power transmission device 100 or the power reception device 200.
  • FIG. It is a schematic diagram of the wireless power transmission system 1000 according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic view of a wireless power transmission system 1000 according to Embodiment 1 of the present invention as viewed from the side.
  • the wireless power transmission system 1000 includes a vehicle (for example, an automobile, a railroad, etc.) 300 on which the power transmission device 100 is mounted, and a power receiving device 200 that is fixedly installed on a route on which the vehicle 300 travels.
  • the power receiving device 200 does not include a specific power source, and is configured to operate by receiving a non-contact power supply from the power transmitting device 100 when the vehicle 300 travels on the power receiving device 200.
  • the power receiving apparatus 200 can transmit information such as coordinates of an installation location to the power transmitting apparatus 100 by receiving power supply.
  • the power transmitting apparatus 100 wirelessly transmits power to the power receiving apparatus 200 and receives a wireless signal transmitted by the power receiving apparatus 200.
  • the vehicle 300 is, for example, a vehicle such as an automobile or a railway vehicle, but is not limited thereto, and the power transmission device 100 can be mounted on other mobile objects in general.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the power transmission device 100 and the power reception device 200.
  • the power transmission device 100 includes a transmission antenna 110, a capacitor 111, a power source 120, and an impedance monitor 130.
  • the power receiving device 200 includes a receiving antenna 210, a capacitor 211, and a processing circuit 220.
  • the transmitting antenna 110 is configured as a loop antenna that wirelessly transmits power to the power receiving device 200 by radiating electromagnetic waves.
  • the capacitor 111 is connected in parallel with the transmission antenna 110 with respect to the power source 120, and forms a parallel resonance circuit with the transmission antenna 110.
  • the capacitance of the capacitor 111 is configured to be adjusted by an instruction from the impedance monitor 130. In order to obtain high power transmission efficiency, it is necessary to match the resonant frequency of the transmission antenna with the frequency of the power transmission wave.
  • the impedance monitor 130 measures the impedance of the transmission antenna 110, and adjusts the capacitance of the capacitor 111 so as to match the frequency of the power transmission wave based on the measurement result.
  • the power source 120 supplies power for wireless power transmission to the transmission antenna 110.
  • the impedance monitor 130 measures the self impedance of the resonance circuit formed by the transmission antenna 110 and the capacitor 111.
  • the impedance monitor 130 applies high frequency power from the built-in oscillator to the transmission antenna 110, and calculates the impedance of the transmission antenna 110 from the ratio of the current flowing through the transmission antenna 110 and the voltage between the transmission antenna terminals. As another method, the impedance may be calculated from the ratio of the reflected power to the applied power. The operation according to the measurement result will be described again in FIG.
  • the reception antenna 210 is configured as a loop antenna that wirelessly receives power from the transmission antenna 110 via electromagnetic waves.
  • the capacitor 211 forms a parallel resonant circuit together with the receiving antenna.
  • the capacity of the capacitor 211 is not necessarily variable.
  • the processing circuit 220 is a circuit that operates upon receiving power from the power transmission device 100.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a virtual circuit configuration formed when the power transmission device 100 is placed in a harsh environment.
  • a substance 400 having a dielectric constant or conductivity different from air may intervene around the power transmission device 100.
  • the substance 400 may affect the resonance circuit formed by the transmission antenna 110 and the capacitor 111 of the power transmission device 100. The influence is shown by the capacitance component 112 and the resistance component 113. These are described in detail below.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a virtual circuit configuration formed by the substance 400.
  • the substance 400 is a substance having a dielectric constant higher than that of air (for example, water: relative dielectric constant ⁇ 80)
  • the capacitance component 112 is formed by the substance 400.
  • air itself forms a capacitance component 112 as well.
  • the substance 400 is a conductive substance (for example, salt water)
  • an electric field is induced in the substance 400, which causes current loss.
  • a conductive loss proportional to the square of the electric field is additionally generated.
  • the virtual resistance component 113 is added to the substance 400. This resistance component 113 becomes a factor of reducing the transmission output (magnetic flux density) of the transmission antenna 110.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation when the metal 500 is present in the vicinity of the power transmission device 100 or the power reception device 200.
  • an electromagnetic wave transmitted from the transmission antenna 110 is incident on the metal 500, an eddy current 510 is generated on the surface of the metal 500 according to the intensity of the electromagnetic wave, the type of the metal 500, or the like.
  • the reactance component of the transmission antenna 110 increases, the resonance circuit becomes inductive, and the resonance frequency shifts to the induction side.
  • FIG. 6 is a diagram showing the influence of the substance 400 or the metal 500 on the transmitting antenna 110.
  • the vertical axis represents the transmission output (magnetic flux density) of the transmission antenna 110
  • the horizontal axis represents the resonance frequency of the resonance circuit formed by the transmission antenna 110 and the capacitor 111.
  • the metal 500 has a function of shifting the resonance frequency to the induction side
  • the substance 400 having a high dielectric constant such as water shifts the resonance frequency to the capacity side
  • the conductive substance 400 has a function of reducing the transmission output.
  • the resonance frequency shift or the output decrease described with reference to FIGS. 3 to 6 causes a decrease in the power transmission efficiency of the power transmission apparatus 100.
  • These factors can be detected as changes in the capacitance component, reactance component, or resistance component of the resonance circuit formed by the transmission antenna 110 and the capacitor 111. Therefore, in the first embodiment, the impedance monitor 130 measures the impedance of the resonance circuit, and adjusts the capacitance of the capacitor 111 or the output voltage of the power source 120 according to the change of each component. Specifically, the following operation is performed.
  • the impedance monitor 130 indicates that the impedance of the resonance circuit becomes inductive due to the influence of the metal 500 (that is, the resonance frequency has shifted to the induction side). To detect. This can be detected by the following procedure. First, the output frequency of the built-in oscillator is changed, and the frequency characteristic of the impedance calculated from the ratio of the current flowing through the antenna and the applied voltage is obtained. That is, it can be determined from the property that when the antenna is a parallel resonance type, the impedance becomes the maximum value at the resonance frequency, and the frequency is below the resonance frequency is an inductive region.
  • the impedance becomes a minimum value at the resonance frequency, becomes capacitive at a frequency below the resonance frequency, and becomes capacitive at a frequency above the resonance frequency.
  • the impedance monitor 130 increases the capacitance of the capacitor 111 in order to suppress the influence of the metal 500 and bring the resonance circuit closer to the resonance state.
  • an element such as a varicap whose capacitance can be changed by a DC applied voltage is used as the resonance capacitance.
  • the resonance capacitance By increasing the capacitance of the capacitor 111, the influence of the increase in the reactance component of the transmitting antenna 110 can be mitigated, and the resonance circuit can be brought close to the resonance state.
  • a method of adjustment for example, a method of searching for a capacitance value that becomes the maximum value (or minimum value) of the impedance from the change in impedance when the capacitance is gradually changed is used.
  • the impedance monitor 130 makes the impedance of the resonance circuit capacitive due to the influence of the substance 400 (that is, the resonance frequency is on the capacity side) Is detected). This can be detected by the following procedure. First, the output frequency of the built-in oscillator is changed, and the frequency characteristic of the impedance calculated from the ratio of the current flowing through the antenna and the applied voltage is obtained. That is, when the antenna is a parallel resonance type, it can be determined from the property that the impedance becomes the maximum value at the resonance frequency and becomes capacitive at the frequency higher than the resonance frequency.
  • the impedance becomes a minimum value at the resonance frequency, and becomes capacitive at a frequency below the resonance frequency.
  • the impedance monitor 130 reduces the capacitance of the capacitor 111 in order to suppress the influence of the substance 400 and bring the resonance circuit closer to the resonance state.
  • the means for changing the capacitance uses an element such as a varicap as a resonance capacitor. By reducing the capacitance of the capacitor 111, the influence of the increase in the capacitance component of the transmission antenna 110 can be mitigated, and the resonance circuit can be brought close to the resonance state.
  • a method of adjustment for example, a method of searching for a capacitance value that becomes the maximum value (or minimum value) of the impedance from the change in impedance when the capacitance is gradually changed is used.
  • the impedance monitor 130 increases the output voltage of the power source 120 in order to improve the power transmission efficiency that is reduced due to the influence of the substance 400.
  • the power supply 120 has a function of electronically controlling the output voltage, and increases the output voltage when the measurement result of the resistance component increases. The increase amount of the output voltage is adjusted so that the current flowing through the antenna becomes a desired value.
  • operation 1 to 3 can be combined according to the impedance change of the transmitting antenna 110 measured by the impedance monitor 130. For example, when salt water exists in the vicinity of the transmission antenna 110, operation 2 and operation 3 can be combined to reduce the capacitance of the capacitor 111 and increase the output voltage of the power supply 120.
  • the power transmission device 100 increases the capacitance of the capacitor 111 when detecting that the resonance frequency of the resonance circuit formed by the transmission antenna 110 and the capacitor 111 is shifted to the induction side. As a result, even when the resonance circuit of the power transmission device 100 changes inductively due to the influence of the external environment, the power transmission efficiency can be optimally controlled while maintaining the resonance state.
  • the power transmission device 100 when the power transmission device 100 according to the first embodiment detects that the resonance frequency of the resonance circuit formed by the transmission antenna 110 and the capacitor 111 has shifted to the capacitance side, the capacitance of the capacitor 111 is decreased. Thereby, even when the resonance circuit of the power transmission device 100 changes to capacitive due to the influence of the external environment, the power transmission efficiency can be optimally controlled while maintaining the resonance state.
  • the power transmission device 100 increases the output voltage of the power source 120 when the power transmission loss increases due to the presence of the substance 400 having high conductivity around the transmission antenna 110. Thereby, it is possible to make up for the conduction loss of the substance 400, maintain the transmission output, and not reduce the reception voltage.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a wireless power transmission system 1000 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the wireless power transmission system 1000 includes an IC (Integrated Circuit) card reader 600 and a mobile terminal 700.
  • the IC card reader 600 is a device that reads data stored in an IC card mounted on the mobile terminal 700, and is fixedly installed in a commercial facility, for example.
  • the mobile terminal 700 is a mobile terminal possessed by a user, for example.
  • the IC card reader 600 includes the power transmission device 100 described in the first embodiment, and wirelessly transmits power to the power reception device 200 mounted on the mobile terminal 700.
  • the power receiving device 200 is configured as a part of an IC card, for example, and receives power from the power transmitting device 100 and supplies the power to the circuit unit of the IC card.
  • the IC card reader 600 Since the IC card reader 600 is used by an unspecified number of users, there may be an external factor that changes the resonance frequency or transmission output of the power transmission device 100 depending on the installation environment. Therefore, the IC card reader 600 can stably and efficiently wirelessly transmit power to the mobile terminal 700 by compensating for these factors using the power transmission device 100 described in the first embodiment.
  • the IC card reader 600 which is a fixed terminal, is equipped with the power transmission device 100, and the mobile terminal 700 is equipped with the power reception device 200.
  • the mobile terminal 700 is equipped with the power transmission device 100.
  • the fixed terminal may be equipped with the power receiving device 200.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

　本発明は、送電側の伝送効率を低下させる可能性がある外的環境においても、高い伝送効率を発揮することができる無線電力伝送技術を提供することを目的とする。　本発明に係る送電装置は、送信アンテナのリアクタンス成分が上昇したことを検出すると、送信アンテナに接続されたコンデンサの容量を増加させることにより、送信アンテナを共振状態に近づける（図６参照）。

Description

送電装置、無線電力伝送システム
　本発明は、電力を無線送信する技術に関するものである。
　本技術分野の背景技術として、特表２０１３－５０４２９８号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、「受信アンテナを有する受信機は、結合モード領域において近距離場放射に結合する。受信機は、近距離場放射に応じて共振周波数でＲＦ信号を発生する。離調回路は制御信号に応じて可変インピーダンスを発生して、ＲＦ信号をより小さい振幅または異なる共振周波数に修正する。整流器は、修正されたＲＦ信号をＤＣ信号に変換する。比較器は、ＤＣ信号と基準電圧との比較に応じて制御信号を発生することにより、フィードバックループを形成する。離調回路は、フィードバックによりデジタルモードまたは線形モードで動作することができる。インピーダンス要素を離調回路に結合して、離調回路を通る電流に比例する電圧を発生することができる。比例電圧を整流して、送信機から送信された情報を有する受信信号にする。」と記載されている。（要約参照）
特表２０１３－５０４２９８号公報
　上記特許文献１は、受電側の環境が様々に変化する場合において、伝送効率を向上させるために用いることができると考えられる。他方、例えば屋外などのように、外的環境の影響（雨や雪など）の影響を受ける環境においては、送電側の伝送効率が外的環境によって変化する可能性が考えられる。例えば送信コイルと受信コイルとの間に空気とは異なる誘電率／導電率を有する物質が挿入されると、その影響を受けて電力伝送効率が低下する可能性がある。
　上記特許文献１記載の技術においては、いずれかの無線充電デバイスに対して電力伝送を最適化する場合には有効であるものの、上記のように過酷環境により送電側の電力伝送効率が影響を受ける場合には対処することが困難であると考えられる。
　本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、送電側の伝送効率を低下させる可能性がある外的環境においても、伝送効率の低下を抑制することができる無線電力伝送技術を提供することを目的とする。
　本発明に係る送電装置は、送信アンテナのリアクタンス成分が上昇したことを検出すると、送信アンテナに接続されたコンデンサの容量を増加させることにより、送信アンテナを共振状態に近づける。
　本発明によれば、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
実施形態１に係る無線電力伝送システム１０００を側面から見た模式図である。 送電装置１００と受電装置２００の構成を示す模式図である。 送電装置１００が過酷環境に置かれた場合において形成される仮想的な回路構成を示す模式図である。 物質４００によって形成される仮想的な回路構成を示す模式図である。 送電装置１００または受電装置２００の近傍に金属５００が存在する場合における動作を説明する図である。 物質４００または金属５００が送信アンテナ１１０に対して与える影響を示す図である。 実施形態２に係る無線電力伝送システム１０００の模式図である。
＜実施の形態１＞
　図１は、本発明の実施形態１に係る無線電力伝送システム１０００を側面から見た模式図である。無線電力伝送システム１０００は、送電装置１００を搭載した車両（例えば自動車・鉄道他）３００と、車両３００が走行する路線上に固定的に設置された受電装置２００とを有する。
　受電装置２００は、固有の電源を備えておらず、車両３００が受電装置２００の上を走行するときに送電装置１００から非接触で電力の供給を受けて動作するように構成されている。受電装置２００は、電力の供給を受けることにより、例えば設置場所の座標などの情報を送電装置１００に対して送信することができる。
　送電装置１００は、受電装置２００に対して電力を無線送信し、受電装置２００が送信する無線信号を受信する。車両３００は、例えば自動車・鉄道車両などの車両であるが、これに限られるものではなく、その他移動体一般に送電装置１００を搭載することができる。
　図２は、送電装置１００と受電装置２００の構成を示す模式図である。送電装置１００は、送信アンテナ１１０、コンデンサ１１１、電源１２０、インピーダンスモニタ１３０を備える。受電装置２００は、受信アンテナ２１０、コンデンサ２１１、処理回路２２０を備える。
　送信アンテナ１１０は、電磁波を放射することにより受電装置２００に対して電力を無線伝送するループアンテナとして構成されている。コンデンサ１１１は、電源１２０に対して送信アンテナ１１０と並列に接続され、送信アンテナ１１０とともに並列共振回路を形成している。コンデンサ１１１の容量は、インピーダンスモニタ１３０からの指示によって調整することができるように構成されている。高い電力伝送効率を得るためには、送信アンテナの共振周波数を、電力伝送波の周波数と一致させる必要がある。インピーダンスモニタ１３０は、送信アンテナ１１０のインピーダンスを測定し、この測定結果に基づき、電力伝送波の周波数と一致するように、コンデンサ１１１の容量を調整する。
　電源１２０は、送信アンテナ１１０に対して、無線電力伝送のための電力を供給する。インピーダンスモニタ１３０は、送信アンテナ１１０とコンデンサ１１１によって形成される共振回路の自己インピーダンスを測定する。インピーダンスモニタ１３０は、内蔵発振器から送信アンテナ１１０に対して高周波電力を印加し、送信アンテナ１１０に流れる電流および、送信アンテナ端子間の電圧の比から送信アンテナ１１０のインピーダンスを算出する。別の方法として、印加電力に対する反射電力の比からインピーダンスを算出しても良い。測定結果に応じた動作については後述の図２以降で改めて説明する。
　受信アンテナ２１０は、送信アンテナ１１０から電磁波を介して電力を無線受信するループアンテナとして構成されている。コンデンサ２１１は、受信アンテナとともに並列共振回路を形成している。コンデンサ２１１の容量は必ずしも可変でなくともよい。処理回路２２０は、送電装置１００から電力の供給を受けて動作する回路である。
　図３は、送電装置１００が過酷環境に置かれた場合において形成される仮想的な回路構成を示す模式図である。例えば車両３００が屋外を走行する場合、送電装置１００の周辺に空気とは異なる誘電率や導電率を有する物質４００が介入する可能性がある。例えば雨水や海水がこれに相当する。物質４００は、送電装置１００の送信アンテナ１１０とコンデンサ１１１が形成する共振回路に影響を与える可能性がある。その影響をキャパシタンス成分１１２と抵抗成分１１３によって示した。これらについて以下に詳述する。
　図４は、物質４００によって形成される仮想的な回路構成を示す模式図である。物質４００が空気よりも誘電率の高い物質（例えば水：比誘電率≒８０）である場合、物質４００によりキャパシタンス成分１１２が形成される。さらに空気自身も同様にキャパシタンス成分１１２を形成する。これらキャパシタンス成分１１２がコンデンサ１１１の容量に追加されることにより、送信アンテナ１１０のキャパシタンス成分が増加して共振回路は容量性となり、共振周波数が容量側にずれる。
　さらに、物質４００が導電性の物質（例えば塩水）である場合、物質４００内に電界が誘起され、これが電流損失を発生させる。具体的には、電界の２乗に比例する導電損失が追加的に発生する。これにより、物質４００内に仮想的な抵抗成分１１３が追加されることとなる。この抵抗成分１１３は、送信アンテナ１１０の送信出力（磁束密度）を低下させる要因となる。
　図５は、送電装置１００または受電装置２００の近傍に金属５００が存在する場合における動作を説明する図である。送信アンテナ１１０が送信する電磁波が金属５００に対して入射すると、電磁波の強度や金属５００の種類などに応じて、金属５００の表面に渦電流５１０が生成される。これにより、送信アンテナ１１０のリアクタンス成分が増加して共振回路は誘導性となり、共振周波数が誘導側にずれる。
　図６は、物質４００または金属５００が送信アンテナ１１０に対して与える影響を示す図である。縦軸は送信アンテナ１１０の送信出力（磁束密度）、横軸は送信アンテナ１１０とコンデンサ１１１によって形成される共振回路の共振周波数を示す。金属５００は共振周波数を誘導側にシフトさせ、水などの誘電率が高い物質４００は共振周波数を容量側にシフトさせ、さらに導電性の物質４００は送信出力を低下させる作用を有する。これらの影響は組み合わさる場合もある。例えば塩水は、共振周波数を容量側にシフトさせるとともに送信出力を低下させる作用を有する。
　図３～図６で説明した共振周波数のずれまたは出力低下は、送電装置１００の電力伝送効率を低下させる要因となる。これら要因は、送信アンテナ１１０とコンデンサ１１１によって形成される共振回路のキャパシタンス成分、リアクタンス成分、または抵抗成分の変化として検出することができる。そこで本実施形態１において、インピーダンスモニタ１３０は、同共振回路のインピーダンスを測定し、その各成分の変化に応じてコンデンサ１１１の容量または電源１２０の出力電圧を調整する。具体的には、以下のような動作を実施する。
（動作その１：共振回路が誘導性となった場合）
　送電装置１００または受電装置２００の近傍に金属５００が存在する場合、インピーダンスモニタ１３０は、共振回路のインピーダンスが金属５００の影響により誘導性となった（すなわち共振周波数が誘導側にずれた）ことを検出する。これは以下の手順で検出できる。まず、内蔵発振器の出力周波数を変化させ、アンテナに流れた電流および、印加電圧の比から算出したインピーダンスの周波数特性を求める。すなわち、アンテナが並列共振形であるときは、共振周波数でインピーダンスが最大値となり、共振周波数以下の周波数では誘導性の領域であるという性質から判定できる。アンテナが直列共振形である場合には、共振周波数でインピーダンスが最小値となり、共振周波数以下の周波数では容量性となり、共振周波数以上の周波数では容量性となる。インピーダンスモニタ１３０は、金属５００の影響を抑制して共振回路を共振状態に近づけるため、コンデンサ１１１の容量を増加させる。容量を変化させるには、バリキャップなど直流印加電圧によって静電容量を変化させることのできる素子を共振容量として用いる。コンデンサ１１１の容量を増やすことにより、送信アンテナ１１０のリアクタンス成分の増加による影響を緩和し、共振回路を共振状態に近づけることができる。調整の方法としては例えば、容量を徐々に変化させたときのインピーダンスの変化から、インピーダンスの最大値（あるいは最小値）となる容量値を探る方法を用いる。
（動作その２：共振回路が容量性となった場合）
　送電装置１００または受電装置２００の近傍に、誘電率の高い物質４００が存在する場合、インピーダンスモニタ１３０は、共振回路のインピーダンスが物質４００の影響により容量性となった（すなわち共振周波数が容量側にずれた）ことを検出する。これは以下の手順で検出できる。まず、内蔵発振器の出力周波数を変化させ、アンテナに流れた電流および、印加電圧の比から算出したインピーダンスの周波数特性を求める。すなわち、アンテナが並列共振形であるときは、共振周波数でインピーダンスが最大値となり、共振周波数以上の周波数では容量性となる性質から判定できる。アンテナが直列共振形である場合には、共振周波数でインピーダンスが最小値となり、共振周波数以下の周波数では容量性となる。インピーダンスモニタ１３０は、物質４００の影響を抑制して共振回路を共振状態に近づけるため、コンデンサ１１１の容量を減少させる。容量を変化させる手段は、前記のとおりバリキャップなどの素子を共振用コンデンサとして用いる。コンデンサ１１１の容量を減らすことにより、送信アンテナ１１０のキャパシタンス成分の増加による影響を緩和し、共振回路を共振状態に近づけることができる。調整の方法としては例えば、容量を徐々に変化させたときのインピーダンスの変化から、インピーダンスの最大値（あるいは最小値）となる容量値を探る方法を用いる。
（動作その３：送信出力が低下した場合）
　送電装置１００または受電装置２００の近傍に、導電率の高い物質４００が存在する場合、インピーダンスモニタ１３０は、共振回路のインピーダンスの抵抗成分が増加した（すなわち送信アンテナ１１０の送信出力が低下した）ことを検出する。これは以下の手順で検出できる。まず、内蔵発振器の出力周波数を変化させ、アンテナに流れた電流および、印加電圧の比から算出したインピーダンスの周波数特性を求める。共振周波数におけるアンテナのインピーダンスは、アンテナの抵抗成分に等しい値となる性質を用いて、アンテナの抵抗成分を知ることができる。インピーダンスモニタ１３０は、物質４００の影響により低下した電力伝送効率を改善するため、電源１２０の出力電圧を増加させる。電源１２０には、出力電圧を電子的に制御する機能を備えておき、上記の抵抗成分の測定結果が増加した場合に出力電圧を増加させる。出力電圧の増加量は、アンテナに流れる電流が所望の値となるよう調整する。
　上記動作その１～その３は、インピーダンスモニタ１３０が測定した送信アンテナ１１０のインピーダンス変化に応じて、組み合わせることもできる。例えば塩水が送信アンテナ１１０近傍に存在する場合は、動作その２と動作その３を組み合わせ、コンデンサ１１１の容量を減らすとともに電源１２０の出力電圧を増加させることができる。
＜実施の形態１：まとめ＞
　以上のように、本実施形態１に係る送電装置１００は、送信アンテナ１１０とコンデンサ１１１によって形成される共振回路の共振周波数が誘導側にずれたことを検出すると、コンデンサ１１１の容量を増加させる。これにより、外的環境の影響で送電装置１００の共振回路が誘導性に変化した場合であっても、共振状態を保って電力伝送効率を最適に制御することができる。
　また、本実施形態１に係る送電装置１００は、送信アンテナ１１０とコンデンサ１１１によって形成される共振回路の共振周波数が容量側にずれたことを検出すると、コンデンサ１１１の容量を減少させる。これにより、外的環境の影響で送電装置１００の共振回路が容量性に変化した場合であっても、共振状態を保って電力伝送効率を最適に制御することができる。
　また、本実施形態１に係る送電装置１００は、送信アンテナ１１０周辺に導電率の高い物質４００が存在することにより送電損失が増加した場合は、電源１２０の出力電圧を増加させる。これにより、物質４００の導電損失を補って送信出力を維持し、受信電圧を低下させないようにすることができる。
＜実施の形態２＞
　図７は、本発明の実施形態２に係る無線電力伝送システム１０００の模式図である。本実施形態２において、無線電力伝送システム１０００はＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）カードリーダ６００と移動端末７００を有する。ＩＣカードリーダ６００は、移動端末７００が搭載しているＩＣカードが格納しているデータを読み取る装置であり、例えば商業施設などに固定的に設置されている。移動端末７００は、例えばユーザが所持する携帯端末である。
　パッシブ型のＩＣカードは電源を備えていないため、外部から電力の供給を受けて動作する必要がある。ＩＣカードリーダ６００は、実施形態１で説明した送電装置１００を備え、移動端末７００が搭載している受電装置２００に対して電力を無線伝送する。受電装置２００は、例えばＩＣカードの一部として構成されており、送電装置１００から電力を受け取ってＩＣカードの回路部に対してその電力を供給する。
　ＩＣカードリーダ６００は不特定多数のユーザが使用するため、設置環境によっては送電装置１００の共振周波数や送信出力を変化させる外的要因が存在する場合がある。そこでＩＣカードリーダ６００は、実施形態１で説明した送電装置１００を用いてこれら要因を補償することにより、安定的かつ効率的に電力を移動端末７００に対して無線伝送することができる。
　本実施形態２においては、固定端末であるＩＣカードリーダ６００が送電装置１００を搭載し、移動端末７００が受電装置２００を搭載しているが、環境によっては移動端末７００が送電装置１００を搭載し、固定端末が受電装置２００を搭載してもよい。
　１００：送電装置、１１０：送信アンテナ、１１１：コンデンサ、１２０：電源、１３０：インピーダンスモニタ、２１０：受信アンテナ、２１１：コンデンサ、２２０：処理回路、２００：受電装置、３００：車両、４００：物質、５００：金属、６００：ＩＣカードリーダ、７００：移動端末、１０００：無線電力伝送システム。

Claims (7)

  1. 　電力を無線送信する送電装置であって、
    　電磁波を送信する送信アンテナ、
    　前記送信アンテナに対して電力を供給する電源、
    　前記電源に対して前記送信アンテナと並列に接続されることにより前記送信アンテナとともに共振回路を形成するコンデンサ、
    　前記共振回路のインピーダンスを測定するインピーダンスモニタ、
    　を備え、
    　前記コンデンサは、前記インピーダンスモニタからの指示にしたがって容量を増減することができるように構成されており、
    　前記インピーダンスモニタは、前記共振回路が共振状態であるときと比較して、前記送信アンテナのリアクタンス成分が上昇したことを検出すると、前記コンデンサの容量を増加させる
    　ことを特徴とする送電装置。
  2. 　前記インピーダンスモニタは、前記共振回路が共振状態であるときと比較して前記共振回路のキャパシタンス成分が上昇したことを検出すると、前記コンデンサの容量を減少させる
    　ことを特徴とする請求項１記載の送電装置。
  3. 　前記インピーダンスモニタは、前記共振回路の抵抗成分が上昇したことを検出すると、前記電源に対して出力電圧を上げるように指示し、
    　前記電源は、前記インピーダンスモニタからの前記指示にしたがって出力電圧を上げる
    　ことを特徴とする請求項２記載の送電装置。
  4. 　請求項１記載の送電装置、
    　前記送電装置から電力を受信する受電装置、
    　を有することを特徴とする無線電力伝送システム。
  5. 　前記送電装置を搭載した車両を有し、
    　前記受電装置は、前記車両が通過する路線上に設置されている
    　ことを特徴とする請求項４記載の無線電力伝送システム。
  6. 　前記送電装置を搭載した移動端末を有し、
    　前記受電装置は、前記移動端末から電力の供給を受けて動作する固定端末として構成されている
    　ことを特徴とする請求項４記載の無線電力伝送システム。
  7. 　前記送電装置を搭載した固定端末を有し、
    　前記受電装置は、前記固定端末から電力の供給を受けて動作する移動端末として構成されている
    　ことを特徴とする請求項４記載の無線電力伝送システム。
PCT/JP2014/054108 2014-02-21 2014-02-21 送電装置、無線電力伝送システム WO2015125263A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/054108 WO2015125263A1 (ja) 2014-02-21 2014-02-21 送電装置、無線電力伝送システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2014/054108 WO2015125263A1 (ja) 2014-02-21 2014-02-21 送電装置、無線電力伝送システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015125263A1 true WO2015125263A1 (ja) 2015-08-27

Family

ID=53877797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/054108 WO2015125263A1 (ja) 2014-02-21 2014-02-21 送電装置、無線電力伝送システム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015125263A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018003092A1 (ja) * 2016-06-30 2018-01-04 三菱電機株式会社 非接触電力伝送装置、非接触電力伝送システム、及び誘導加熱調理器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06325290A (ja) * 1993-03-31 1994-11-25 Preh Werke Gmbh & Co Kg 自動車交通の情報伝達装置
JPH11305848A (ja) * 1998-04-24 1999-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 励磁装置及び無線タグ給電装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06325290A (ja) * 1993-03-31 1994-11-25 Preh Werke Gmbh & Co Kg 自動車交通の情報伝達装置
JPH11305848A (ja) * 1998-04-24 1999-11-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 励磁装置及び無線タグ給電装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018003092A1 (ja) * 2016-06-30 2018-01-04 三菱電機株式会社 非接触電力伝送装置、非接触電力伝送システム、及び誘導加熱調理器
JPWO2018003092A1 (ja) * 2016-06-30 2019-02-14 三菱電機株式会社 非接触電力伝送システム及び誘導加熱調理器
GB2565930A (en) * 2016-06-30 2019-02-27 Mitsubishi Electric Corp Noncontact power transmission apparatus, noncontact power transmission system, and induction heating cooking device
US10734845B2 (en) 2016-06-30 2020-08-04 Mitsubishi Electric Corporation Wireless power transmission system and induction heating cooker
GB2565930B (en) * 2016-06-30 2021-11-03 Mitsubishi Electric Corp Wireless power transmission system and induction heating cooker

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9190850B2 (en) Wireless power transmitter
US10050474B2 (en) Non-contact power transmission system, receiving apparatus and transmitting apparatus
KR101184503B1 (ko) 무선 전력 전송 장치 및 그 전송 방법
JP5640530B2 (ja) ワイヤレス給電システム
KR102044758B1 (ko) 비접촉 충전 장치 및 그것을 이용하는 비접촉 급전 시스템
US9450455B2 (en) Magnetic resonance power transmitter and magnetic resonance power receiver
KR100976231B1 (ko) 무선 전력 공급 제어 시스템
US8855559B2 (en) Forward link signaling within a wireless power system
US20140252875A1 (en) Wireless Power Transmitter, Wireless Power Repeater and Wireless Power Transmission Method
US20140125145A1 (en) Wireless Power Repeater and Method Thereof
US9711972B2 (en) Auxiliary receiver coil to adjust receiver voltage and reactance
JP5805576B2 (ja) 共鳴型無線電力伝送装置
JP6013442B2 (ja) 非接触給電システム、送電装置、および、異物検出方法
KR20130128130A (ko) 공진 결합 무선 전력 수신기 및 송신기
JP5523540B2 (ja) 無線電力伝送による伝送システム及び送信側伝送装置
JP6476096B2 (ja) 受信装置およびその制御方法
KR101795098B1 (ko) 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법
WO2015125263A1 (ja) 送電装置、無線電力伝送システム
JP2005063123A (ja) 非接触型ｉｃカードのリーダ／ライタ装置、そのアンテナ固有周波数の自動調整方法、プログラム
JP6535510B2 (ja) 非接触通信装置、信号生成回路、及び非接触通信方法
KR101360550B1 (ko) 무선전력 송신장치, 무선전력 수신장치, 무선전력 전송 시스템 및 무선전력 전송 방법
JP5599447B2 (ja) 無線電力伝送による伝送システム及び受信側伝送装置
KR20130117405A (ko) 무선 전력 전송 장치 및 방법, 무선 전력 수신 장치
KR102086859B1 (ko) 하이브리드형 무선 전력 수신 장치, 하이브리드형 무선 전력 수신 장치에서의 무선 전력 신호 제어 방법, 및 이와 관련된 자기 공명식 무선 전력 수신 장치
KR20120048314A (ko) 전자기장 공진 방식의 무선 전력전송장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14883517

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14883517

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP