(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体ラインがループ状に形成されて構成されると共に当該導体ラインの少なくとも一部の部位同士が平行に形成されたアンテナ素子、当該導体ラインに介装されたコンデンサ、当該平行な各部位にそれぞれ接触する一対の接触子、および当該一対の接触子を当該平行な各部位に沿って同時にスライドさせることにより、当該一対の接触子の当該平行な各部位に対する接触位置を変化させるスライド機構を備えている送信アンテナと、
前記一対の接触子を介して前記アンテナ素子に交流信号を供給する信号発生部とを備えている送電装置。
【請求項２】
請求項１記載の送電装置と、
導体ラインがループ状に形成されて構成されると共に当該導体ラインの少なくとも一部の部位同士が平行に形成されたアンテナ素子、当該導体ラインに介装されたコンデンサ、当該平行な各部位にそれぞれ接触する一対の接触子、および当該一対の接触子を当該平行な各部位に沿って同時にスライドさせることにより、当該一対の接触子の当該平行な各部位に対する接触位置を変化させるスライド機構を備えている受信アンテナ、並びに当該受信アンテナの前記一対の接触子間に発生する交流信号を直流電圧に変換して出力する直流電圧生成部を備えている受電装置とを備えている非接触型電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力伝送用に使用される送信アンテナを備えた送電装置、およびこの送電装置を備えた非接触型電力伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の非接触型電力伝送システムとして、下記特許文献１に開示されたデータキャリアシステムで利用されている非接触型電力伝送システムが知られている。このデータキャリアシステムは、受電装置（応答器）と、受電装置へ電力を送電するために高周波の搬送波を送信すると共に受電装置との間でデータを送受信する送電装置（質問器）とを備えている。また、送電装置には、アンテナ（具体的には、アンテナとして機能するコイル）から送電された電力の強さをモニタするためのモニタ手段と、アンテナと送信回路とのインピーダンス整合を行うための整合手段と、整合手段に配置された複数のコンデンサを連続的な合成容量として指示させるための変換テーブル手段とが設けられている。したがって、この非接触型電力伝送システムによれば、アンテナから送電された電力の強度をモニタ手段によってモニタしつつ、これを基にして整合手段のコンデンサ合成容量を加減して最も大きな電力が得られる点に整合させることができるため、アンテナの製造上のバラツキ、経年変化および湿度温度の変化などに対して、最適な整合状態に移行させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０３７９０号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したデータキャリアシステムで利用されている従来の非接触型電力伝送システムでは、アンテナを構成するコイルのインダクタンスは固定の状態で、整合手段に配置された複数のコンデンサの合成容量を加減して最適な整合状態に移行させているが、アンテナを構成するコイルのインダクタンスを変更することで、整合状態を変更させる構成も望まれている。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、コイルのインダクタンスが変更可能な送信アンテナを備えた送電装置、およびこの送電装置を備えた非接触型電力伝送システムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載の送電装置は、導体ラインがループ状に形成されて構成されると共に当該導体ラインの少なくとも一部の部位同士が平行に形成されたアンテナ素子、当該導体ラインに介装されたコンデンサ、当該平行な各部位にそれぞれ接触する一対の接触子、および当該一対の接触子を当該平行な各部位に沿って同時にスライドさせることにより、当該一対の接触子の当該平行な各部位に対する接触位置を変化させるスライド機構を備えている送信アンテナと、前記一対の接触子を介して前記アンテナ素子に交流信号を供給する信号発生部とを備えている。
【０００９】
上記目的を達成すべく請求項２記載の非接触型電力伝送システムは、請求項１記載の送電装置と、導体ラインがループ状に形成されて構成されると共に当該導体ラインの少なくとも一部の部位同士が平行に形成されたアンテナ素子、当該導体ラインに介装されたコンデンサ、当該平行な各部位にそれぞれ接触する一対の接触子、および当該一対の接触子を当該平行な各部位に沿って同時にスライドさせることにより、当該一対の接触子の当該平行な各部位に対する接触位置を変化させるスライド機構を備えている受信アンテナ、並びに当該受信アンテナの前記一対の接触子間に発生する交流信号を直流電圧に変換して出力する直流電圧生成部を備えている受電装置とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の送電装置によれば、スライド機構によって一対の接触子をスライドさせることにより、アンテナ素子における平行な各部位に対する各接触子の位置を同時に微調整することができるため、信号発生部と送信アンテナとの整合状態を確実かつ容易に微調整することができる。
【００１３】
請求項２記載の非接触型電力伝送システムによれば、送電装置に対して受電装置が様々な距離に配置されたとしても、送電装置および受電装置の双方において、それぞれのスライド機構によって各アンテナ素子における平行な各部位に対する各接触子の位置を微調整して、常に各装置間の距離の長短に応じた整合状態にピンポイントで移行させることができるため、常に高い効率で電力伝送を行うことができる。また、この電力伝送システムによれば、良好に電力伝送できる送電装置と受電装置との間の距離の範囲を十分に広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電力伝送システム１の構成を示す構成図である。
【図２】送信アンテナ１２および受信アンテナ４１の構成を示す斜視図である。
【図３】スライド機構２５，５５の構成を示す斜視図である。
【図４】送信アンテナ１２の他の構成を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、非接触型電力伝送システムの実施の形態について説明する。
【００１６】
図１に示す非接触型電力伝送システム（以下、単に「電力伝送システム」ともいう）１は、一例として送電装置２および受電装置３を備え、受電装置３が送電装置２から非接触で電力を受電すると共に、受電した電力を負荷（本例では、一例としてバッテリ）４に対して出力可能に構成されている。
【００１７】
送電装置２は、図１に示すように、信号発生部１１および送信用のアンテナ（以下、「送信アンテナ」ともいう）１２を備えて構成されている。信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を発生して、一対の配線材１３，１４を介して接続された後述する一対の接触子２３，２４間に出力する。
【００１８】
送信アンテナ１２は、図１，２，３に示すように、アンテナ素子２１、コンデンサ２２、一対の接触子２３，２４、およびスライド機構２５を備えている。アンテナ素子２１は、一例として、図２に示すように、回路基板２６の表面に形成されたループ状の導体パターン（導体ラインの一例）２７で構成されている。この場合、導体パターン２７は、同図に示すように、少なくとも一部の部位２７ａ，２７ｂ同士が平行に形成されている。本例では、一例として、導体パターン２７が、平面視方形（正方形または長方形）に形成されることにより、対向する一対の辺を構成する部位２７ａ，２７ｂ同士が平行に形成されている。以下、各部位２７ａ，２７ｂを平行部位２７ａ，２７ｂともいう。なお、導体パターン２７の平面形状は、方形に限定されるものではなく、少なくとも一部の部位同士が平行に形成されている限り、残りの部位の形状は、円弧状、く字状など任意の形状とすることができる。
【００１９】
コンデンサ２２は、図１に示すように、導体パターン２７に介装されている。具体的には、コンデンサ２２は、図２に示すように、導体パターン２７の一部が開放端に形成されて、この開放端間に掛け渡して接続されている。なお、同図では、コンデンサ２２としてチップコンデンサを使用しているが、リード端子を備えたコンデンサでもよいのは勿論である。一対の接触子２３，２４は、導電性材料を用いて、一例として弾性舌片状に形成されている。また、接触子２３は、後述するように、導体パターン２７の一方の平行部位２７ａに接触し、接触子２４は、導体パターン２７の他方の平行部位２７ｂに接触する。
【００２０】
スライド機構２５は、一例として、図２，３に示すように、スライド部材３１および一対のガイドレール３２，３３を備えている。この場合、スライド部材３１は、一例として、両端部が平面視Ｔ字状に形成された棒状体で構成されている。一対のガイドレール３２，３３は、回路基板２６における導体パターン２７が形成された表面側に、平行部位２７ａ，２７ｂと平行で、かつこの表面から同じ距離だけ離間した状態で配設されている。また、一対のガイドレール３２，３３は、平行部位２７ａ側に配設されたガイドレール３２の凹溝３２ａ内にスライド部材３１の一方の端部が収容され、かつ平行部位２７ｂ側に配設されたガイドレール３３の凹溝３３ａ内にスライド部材３１の他方の端部が収容されることにより、スライド部材３１を、導体パターン２７の平行部位２７ａ，２７ｂに対して直角な状態でスライド自在に保持している。また、スライド部材３１における各端部の内側には、一対の接触子２３，２４が、平行部位２７ａ，２７ｂと同じ間隔で、かつ平行部位２７ａ，２７ｂの方向に延出して、接触子２３の先端が平行部位２７ａと接触し、接触子２４の先端が平行部位２７ｂと接触する状態で取り付けられている。この構成により、スライド機構２５は、スライド部材３１が矢印方向（平行部位２７ａ，２７ｂに沿った方向）にスライドさせられることにより、各接触子２３，２４の平行部位２７ａ，２７ｂに対する接触位置を変化させる。
【００２１】
受電装置３は、図１に示すように、受信用のアンテナ（以下、「受信アンテナ」ともいう）４１および直流電圧生成部４２を備え、負荷４に対して直流電圧Ｖ１を出力可能に構成されている。
【００２２】
受信アンテナ４１は、図１，２，３に示すように、アンテナ素子５１、コンデンサ５２、一対の接触子５３，５４、およびスライド機構５５を備え、基本構成は送信アンテナ１２と同一に構成されている。アンテナ素子５１は、一例として、図２に示すように、回路基板５６の表面に形成されたループ状の導体パターン（導体ラインの一例）５７で構成されている。この場合、導体パターン５７は、同図に示すように、少なくとも一部の部位５７ａ，５７ｂ同士が平行に形成されている。本例では、送信アンテナ１２と同様にして、導体パターン５７が、平面視方形に形成されることにより、対向する一対の辺を構成する部位５７ａ，５７ｂ同士が平行に形成されている。以下、各部位５７ａ，５７ｂを平行部位５７ａ，５７ｂともいう。なお、導体パターン５７の平面形状についても、導体パターン２７と同様にして、方形に限定されるものではなく、少なくとも一部の部位同士が平行に形成されている限り、残りの部位の形状は、円弧状、く字状など任意の形状とすることができる。
【００２３】
コンデンサ５２は、図１に示すように、導体パターン２７に介装されている。具体的には、コンデンサ５２は、図２に示すように、導体パターン５７の一部が開放端に形成されて、この開放端間に掛け渡して接続されている。一対の接触子５３，５４は、導電性材料を用いて、一例として弾性舌片状に形成されている。また、接触子５３は、後述するように、導体パターン５７の一方の平行部位５７ａに接触し、接触子５４は、導体パターン５７の他方の平行部位５７ｂに接触する。
【００２４】
スライド機構５５は、一例として、図２，３に示すように、スライド部材６１および一対のガイドレール６２，６３を備えている。この場合、スライド部材６１は、一例として、両端部が平面視Ｔ字状に形成された棒状体で構成されている。一対のガイドレール６２，６３は、回路基板５６における導体パターン５７が形成された表面側に、平行部位５７ａ，５７ｂと平行で、かつこの表面から同じ距離だけ離間した状態で配設されている。また、一対のガイドレール６２，６３は、平行部位５７ａ側に配設されたガイドレール６２の凹溝６２ａ内にスライド部材６１の一方の端部が収容され、かつ平行部位５７ｂ側に配設されたガイドレール６３の凹溝６３ａ内にスライド部材６１の他方の端部が収容されることにより、スライド部材６１を、導体パターン５７の平行部位５７ａ，５７ｂに対して直角な状態でスライド自在に保持している。また、スライド部材６１における各端部の内側には、一対の接触子５３，５４が、平行部位５７ａ，５７ｂと同じ間隔で、かつ平行部位５７ａ，５７ｂの方向に延出して、接触子５３の先端が平行部位５７ａと接触し、接触子５４の先端が平行部位５７ｂと接触する状態で取り付けられている。この構成により、スライド機構５５は、スライド部材６１が矢印方向（平行部位５７ａ，５７ｂに沿った方向）にスライドさせられることにより、各接触子５３，５４の平行部位５７ａ，５７ｂに対する接触位置を変化させる。
【００２５】
直流電圧生成部４２は、一例として整流回路および平滑回路（いずれも図示せず）で構成されている。また、直流電圧生成部４２は、一対の配線材４３，４４を介して接触子５３，５４に接続されて、各接触子５３，５４間に位置するアンテナ素子５１を構成するコイル部に発生した交流電圧を整流・平滑して、直流電圧Ｖ１を生成する。
【００２６】
次に、電力伝送システム１の動作について説明する。一例として、送電装置２が所定位置に予め配設された状態において、バッテリ４に接続された受電装置３をバッテリ４と共に送電装置２の近傍に移動させて、バッテリ４を充電する例を挙げて説明する。
【００２７】
この電力伝送システム１では、まず、信号発生部１１が、交流信号Ｓ１を低い電力で出力している状態において、送信アンテナ１２側のスライド機構２５を操作して、送電装置２側の送信アンテナ１２の整合状態を良好な状態に移行させると共に、受信アンテナ４１側のスライド機構５５を操作して、受電装置３側の受信アンテナ４１の整合状態を良好な状態に移行させる。
【００２８】
具体的には、直流電圧生成部４２から負荷４に出力される直流電圧Ｖ１の電圧値をモニタしつつ、スライド機構２５のスライド部材３１をスライドさせて、アンテナ素子２１における接触子２３の接触位置とコンデンサ２２が接続される一方の開放端との間のコイル部Ｌ１のインダクタンス、アンテナ素子２１における接触子２４の接触位置とコンデンサ２２が接続される他方の開放端との間のコイル部Ｌ２のインダクタンス、およびアンテナ素子２１における一対の接触子２３，２４間のコイル部Ｌ３のインダクタンスとを同時に変化させて、アンテナ素子２１のインピーダンスを変更すると共に、スライド機構５５のスライド部材６１をスライドさせて、アンテナ素子５１における接触子５３の接触位置とコンデンサ５２が接続される一方の開放端との間のコイル部Ｌ４のインダクタンス、アンテナ素子５１における接触子５４の接触位置とコンデンサ５２が接続される他方の開放端との間のコイル部Ｌ５のインダクタンス、およびアンテナ素子５１における一対の接触子５３，５４間のコイル部Ｌ６のインダクタンスとを同時に変化させて、アンテナ素子５１のインピーダンスを変更することにより、整合状態を良好な状態に移行させる。なお、本例の各アンテナ素子２１，５１では、各スライド部材３１，６１をコンデンサ２２，５２側にスライドさせることにより、インピーダンスが高められる。
【００２９】
この電力伝送システム１では、各スライド機構２５，５５により、アンテナ素子２１に対する各接触子２３，２４の位置と、アンテナ素子５１に対する各接触子５３，５４の位置を微調整することができるため、送電装置２および受電装置３をそれぞれ良好な整合状態にピンポイントで移行させられる。したがって、送電装置２に対して受電装置３が様々な距離に配置されたとしても、送電装置２だけでなく、受電装置３についても、常に各装置２，３間の距離の長短に応じた良好な整合状態に移行させることができる結果、高い効率で電力伝送できる送電装置２と受電装置３との間の距離の範囲が拡大される。
【００３０】
次いで、信号発生部１１が出力している交流信号Ｓ１の電力を規定の電力まで増加させる。これにより、送電装置２から受電装置３に対して高い効率で電力伝送が行われ、その結果として、負荷（バッテリ）４に対しても高い効率で直流電圧Ｖ１が出力される（バッテリが充電される）。
【００３１】
このように、この送信アンテナ１２では、ループ状の導体パターン２７で構成された送信アンテナ１２の少なくとも一部に平行部位２７ａ，２７ｂが形成され、スライド機構２５により、平行部位２７ａ，２７ｂにそれぞれ接触する一対の接触子２３，２４をこの平行部位２７ａ，２７ｂに沿ってスライド可能に構成されている。また、この受信アンテナ４１でも、ループ状の導体パターン５７で構成された受信アンテナ４１の少なくとも一部に平行部位５７ａ，５７ｂが形成され、スライド機構５５により、平行部位５７ａ，５７ｂにそれぞれ接触する一対の接触子５３，５４をこの平行部位５７ａ，５７ｂに沿ってスライド可能に構成されている。
【００３２】
したがって、この送信アンテナ１２および受信アンテナ４１によれば、スライド機構２５，５５の各スライド部材３１，６１をスライド操作することにより、アンテナ素子２１に対する各接触子２３，２４の位置を同時に微調整することができ、またアンテナ素子５１に対する各接触子５３，５４の位置を同時に微調整することができる。つまり、各アンテナ１２，４１のインピーダンスを確実かつ容易に微調整することができる。
【００３３】
また、送信アンテナ１２を備えた送電装置２によれば、上記したように、アンテナ素子２１に対する各接触子２３，２４の位置を同時に微調整することができるため、信号発生部１１と送信アンテナ１２との整合状態を確実かつ容易に微調整することができる。また、受信アンテナ４１を備えた受電装置３によれば、上記したように、アンテナ素子５１に対する各接触子５３，５４の位置を同時に微調整することができるため、受信アンテナ４１と直流電圧生成部４２との整合状態を確実かつ容易に微調整することができる。
【００３４】
また、この送電装置２およびこの受電装置３を備えた電力伝送システム１によれば、送電装置２に対して受電装置３が様々な距離に配置されたとしても、送電装置２および受電装置３の双方を、スライド機構２５，５５の各スライド部材３１，６１を操作することにより、アンテナ素子２１に対する各接触子２３，２４の位置と、アンテナ素子５１に対する各接触子５３，５４の位置を微調整して、常に各装置２，３間の距離の長短に応じた整合状態にピンポイントで移行させることができるため、常に高い効率で電力伝送を行うことができる。また、この電力伝送システム１によれば、良好に電力伝送できる送電装置２と受電装置３との間の距離の範囲を十分に広げることができる。
【００３５】
なお、上記した実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、各アンテナ素子２１，５１を１ターンに構成した例について上記したが、２ターン以上の複数ターンに構成してもよいのは勿論である。一例として、送信アンテナ１２のアンテナ素子２１を３ターンに構成した例についての模式図を図４に示す。この構成においても、アンテナ素子２１を構成する導体パターン２７における一対の平行部位２７ａ，２７ｂに接触子２３，２４を接触させて、両接触子２３，２４が取り付けられたスライド機構２５のスライド部材３１をスライドさせることにより、アンテナ素子２１のインピーダンスを微調整することができる。なお、図４において破線で示した導体パターン２７は、回路基板２６の裏面側に形成された導体パターン２７であり、スルーホール（白丸）を介して表面側の導体パターン２７と接続されている。また、ガイドレール３２，３３については、同図では図示を省略している。また、受信アンテナ４１についても、図示はしないが、同様の構成とすることにより、アンテナ素子５１を複数ターンに構成しつつ、スライド機構５５によって接触子５３，５４の接触位置をスライドして変更可能とすることができる。
【００３６】
また、アンテナ素子２１（５１）を回路基板２６（５６）の表面に導体パターン２７（５７）で構成する例について上記したが、配線材を用いて構成することもできる。この構成では、平行部位２７ａ，２７ｂ（５７ａ，５７ｂ）については、少なくともこの平行部位２７ａ，２７ｂ（５７ａ，５７ｂ）の導線を露出させ、この導線に接触子２３，２４（５３，５４）を接触させる構成を採用することができる。また、各スライド機構２５，５５は、上記した構成に限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。また、各接触子２３，２４，５３，５４についても、弾性舌片状に構成する以外に、種々の形状とすることができる。また、各コンデンサ２２，５２を、１つのコンデンサで構成した例について上記したが、複数のコンデンサを直列や並列に接続して構成することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１  電力伝送システム
２  送電装置
３  受電装置
１１  信号発生部
１２  送信アンテナ
２１，５１  アンテナ素子
２２，５２  コンデンサ
２３，２４，５３，５４  接触子
２５，５５  スライド機構
２７，５７  導体パターン
２７ａ，２７ｂ，５７ａ，５７ｂ  平行部位
４１  受信アンテナ
４２  直流電圧生成部
Ｓ１  交流信号
Ｖ１  直流電圧
【図１】
0005465484.tif 000002
【図２】
0005465484.tif 000003
【図３】
0005465484.tif 000004
【図４】
0005465484.tif 000005