(57)【要約】【課題】低廉な構成で従来よりも高い送受電効率を実現する。【解決手段】外部からエネルギーを入力される入力部３１０と、エネルギーに基づいて電力を生成する電力生成部３２０とを備える受電端末３００であって、電力の電力値を検出する電力値検出部３４０と、入力部３１０の姿勢を変化させるための第１方向制御部３５０とを備えており、第１方向制御部３５０は、電力値検出部３４０により検出された電力値に応じて、入力部３１０の姿勢を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からエネルギーを入力される入力部と、
上記エネルギーに基づいて電力を生成する電力生成部とを備える受電端末であって、
上記電力の電力値を検出する電力値検出部と、上記入力部の姿勢を変化させるための第１方向制御部とを備えており、
上記第１方向制御部は、上記電力値検出部により検出された電力値に応じて、上記入力部の姿勢を変化させることを特徴とする受電端末。
【請求項２】
上記第１方向制御部は、上記入力部の姿勢を変化させることのできる範囲である可動域において、
上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、上記入力部の姿勢を変化させることを特徴とする請求項１に記載の受電端末。
【請求項３】
上記エネルギーは磁場エネルギーであり、
上記入力部は受信コイルを備えており、
上記第１方向制御部は、上記受信コイルの姿勢を変化させることのできる範囲である可動域において、
上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、上記受信コイルの軸の延伸方向を変化させることを特徴とする請求項２に記載の受電端末。
【請求項４】
上記第１方向制御部は、上記受信コイルの中心を移動させることを特徴とする請求項３に記載の受電端末。
【請求項５】
エネルギーを出力する出力部を備える送電端末から、エネルギーを入力される入力部を備える受電端末へ、非接触で電力を伝送する電力伝送装置であって、
上記受電端末は、上記エネルギーに基づいて電力を生成する電力生成部と、上記電力の電力値を検出する電力値検出部とを備えており、
上記電力値検出部により検出された電力値に応じて、上記出力部および上記入力部のうち少なくとも何れか一方の姿勢を変化させることを特徴とする電力伝送装置。
【請求項６】
上記出力部および上記入力部のぞれぞれの姿勢を変化させることのできる範囲である可動域において、
上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、上記出力部および上記入力部のうち少なくとも何れか一方の姿勢を変化させることを特徴とする請求項５に記載の電力伝送装置。
【請求項７】
上記受電端末は、上記入力部の姿勢を変化させるための第１方向制御部を備えていることを特徴とする請求項５または６に記載の電力伝送装置。
【請求項８】
上記送電端末は、上記出力部の姿勢を変化させるための第２方向制御部を備えていることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の電力伝送装置。
【請求項９】
上記受電端末は、上記電力値の情報を外部に送信する信号送信部を備えており、
上記送電端末は、上記電力値の情報を受信する信号受信部を備えていることを特徴とする請求項５〜８の何れか１項に記載の電力伝送装置。
【請求項１０】
上記エネルギーは磁場エネルギーであり、
上記入力部は受信コイルを備えており、
上記出力部は送信コイルを備えており、
上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、
上記送信コイルの軸の延伸方向と、上記受信コイルの軸の延伸方向とを互いに平行な状態に近づけるように、上記送信コイルおよび上記受信コイルの少なくとも何れか一方の姿勢を変化させることを特徴とする請求項５〜９の何れか１項に記載の電力伝送装置。
【請求項１１】
上記送信コイルの軸の延伸方向と、上記受信コイルの軸の延伸方向とが同一直線上にある状態に近づけるように、上記送信コイルおよび上記受信コイルの少なくとも何れか一方の姿勢を変化させることを特徴とする請求項１０に記載の電力伝送装置。
【請求項１２】
上記送信コイルと上記受信コイルとは、同等の共振周波数を有していることを特徴とする請求項１０または１１に記載の電力伝送装置。
【請求項１３】
エネルギーを入力部に入力し、上記エネルギーに基づいた電力を受け取る受電方法であって、
上記電力の電力値を検出し、
上記電力値に応じて、上記入力部の姿勢を変化させることを特徴とする受電方法。
【請求項１４】
送電端末の出力部から受電端末の入力部へ、エネルギーを介して非接触で電力を伝送する電力伝送方法であって、
上記受電端末において、上記エネルギーに基づいて電力を生成し、
上記電力の電力値を検出し、
上記電力値の情報を外部に送信し、
上記送電端末において、上記電力値の情報を受信し、
上記電力値に応じて、上記出力部および上記入力部の何れか一方の姿勢を変化させることを特徴とする電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非接触で電力を受電する受電端末、受電方法、非接触で電力を伝送する電力伝送装置、電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を非接触で伝送する技術は、携帯電話の充電機など、身近な生活の中でも実用されており、現在も開発が進められている。
【０００３】
非接触で電力を伝送する方法の一つとして、磁界共鳴方式が挙げられる。磁界共鳴方式による送電効率（送受電効率）は、電力を送電する側の端末である電力送電端末が有する送電コイルと、電力を受電する側の端末である電力受電端末が有する受電コイルとの姿勢に影響される。
【０００４】
例えば数ｍの距離をワイヤレスで電力伝送する磁界共鳴方式の電力伝送装置において、送電コイルと受電コイルが対向せずに傾いて設置された場合、送受電効率が低下する。
【０００５】
特許文献１には、専用の測定器が不要で、高い給電効率をもって給電することが可能なワイヤレス給電システムが記載されている。
【０００６】
図１１は、特許文献１に記載されるワイヤレス給電システムの構成例を示すブロック図である。
【０００７】
図１１に示すように、特許文献１に記載されるワイヤレス給電システム５００は、中継デバイス（レピータデバイス）５２０を有している。中継デバイス５２０は、共振コイル５２１、駆動部５２２、制御部５２３を有している。
【０００８】
そして、送電側の共振コイル５１１と受電側の共振コイル５３１との間に、同じ自己共振周波数を持った共振コイル５２１を配置している。
【０００９】
制御部５２３は、送電デバイス５１０側の制御部５１２および受電デバイス５３０側の制御５３２と無線通信により伝送効率に関する制御情報や通過反射電力の検出結果情報の授受が可能である。
【００１０】
制御部５２３は、制御部５１２・５３２の情報を受けて、送電デバイス５１０の可変整合回路５１３および受電デバイス５３０の可変整合回路５３３におけるインピーダンス整合により高効率な電力伝送が可能なように制御信号を駆動部５２２に出力する。
【００１１】
駆動部５２２によって共振コイル５２１の角度または位置を調整することで、高い給電効率をもって給電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−１４７２８０号公報（２０１１年７月２８日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載される技術では、中継デバイス５２０の共振コイル５２１の角度または位置を調整するのみである。送電側の共振コイル５１１と受電側の共振コイル５３１とが対向せずに傾いて設置された場合、中継デバイス５２０の共振コイル５２１の角度または位置を調整するだけでは、送電側の共振コイル５１１と受電側の共振コイル５３１とが対向することにはならず、送電効率の向上は最大にはならない。
【００１４】
また、特許文献１のワイヤレス給電システム５００では、制御部５１２・５３２への信号の供給源として、方向性結合器（過反射電力検出回路）を用いている。方向性結合器は高周波信号の透過／反射を計測するものであり、回路が高価になるという問題を有している。
【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、低廉な構成で従来よりも高い送受電効率を実現することのできる、受電端末、電力伝送装置、受電方法、および電力送電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明の受電端末は、外部からエネルギーを入力される入力部と、上記エネルギーに基づいて電力を生成する電力生成部とを備える受電端末であって、上記電力の電力値を検出する電力値検出部と、上記入力部の姿勢を変化させるための第１方向制御部とを備えており、上記第１方向制御部は、上記電力値検出部により検出された電力値に応じて、上記入力部の姿勢を変化させることを特徴とする。
【００１７】
上記の構成により、入力部を介して入力されたエネルギーに基づいて生成される電力の値に応じて、入力部の姿勢を変化させることができる。
【００１８】
これにより、低廉な構成で、従来よりも高い受電効率を実現する受電端末を提供することができる。
【００１９】
上記第１方向制御部は、上記入力部の姿勢を変化させることのできる範囲である可動域において、上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、上記入力部の姿勢を変化させてもよい。
【００２０】
上記の構成により、入力部の可動域において最大の受電効率を実現する受電端末を提供することができる。
【００２１】
上記エネルギーは磁場エネルギーであり、上記入力部は受信コイルを備えており、上記第１方向制御部は、上記受信コイルの姿勢を変化させることのできる範囲である可動域において、上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、上記受信コイルの軸の延伸方向を変化させてもよい。
【００２２】
上記の構成により、受信コイルを介して入力された磁場エネルギーに基づいて生成された電力の値に応じて、受信コイルの軸の延伸方向を変化させることができる。これにより、入力部に入力される磁場エネルギーの大きさを変化させ、受電効率を高めることができる。
【００２３】
上記第１方向制御部は、上記受信コイルの中心を移動させてもよい。
【００２４】
上記の構成により、入力部に入力される磁場エネルギーの大きさをさらに変化させ、受電効率を高めることができる。
【００２５】
また、上記の課題を解決するために、本発明の電力伝送装置は、エネルギーを出力する出力部を備える送電端末から、エネルギーを入力される入力部を備える受電端末へ、非接触で電力を伝送する電力伝送装置であって、上記受電端末は、上記エネルギーに基づいて電力を生成する電力生成部と、上記電力の電力値を検出する電力値検出部とを備えており、上記電力値検出部により検出された電力値に応じて、上記出力部および上記入力部のうち少なくとも何れか一方の姿勢を変化させることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成により、入力部を介して入力されたエネルギーに基づいて生成される電力値に応じて、出力部または入力部の姿勢を変化させることができる。
【００２７】
これにより、低廉な構成で、従来よりも高い送受電効率を実現する電力伝送装置を提供することができる。
【００２８】
上記出力部および上記入力部のぞれぞれの姿勢を変化させることのできる範囲である可動域において、上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、上記出力部および上記入力部のうち少なくとも何れか一方の姿勢を変化させてもよい。
【００２９】
上記の構成により、入力部または出力部の可動域において最大の送受電効率を実現する電力伝送装置を提供することができる。
【００３０】
上記受電端末は、上記入力部の姿勢を変化させるための第１方向制御部を備えていてもよい。
【００３１】
上記の構成により、入力部の姿勢を変化させることができる。
【００３２】
上記送電端末は、上記出力部の姿勢を変化させるための第２方向制御部を備えていてもよい。
【００３３】
上記の構成により、出部の姿勢を変化させることができる。
【００３４】
上記受電端末は、上記電力値の情報を外部に送信する信号送信部を備えており、上記送電端末は、上記電力値の情報を受信する信号受信部を備えていてもよい。
【００３５】
上記の構成により、非接触の受電端末と送電端末の間で、電力値の情報を送受信することができる。
【００３６】
これにより、送電端末側においても、入力部を介して入力されたエネルギーに基づいて生成される電力値に応じて、出力部の姿勢を変化させることができる。
【００３７】
上記エネルギーは磁場エネルギーであり、上記入力部は受信コイルを備えており、
上記出力部は送信コイルを備えており、上記電力値検出部により検出される電力値が最大となるように、上記送信コイルの軸の延伸方向と、上記受信コイルの軸の延伸方向とを互いに平行な状態に近づけるように、上記送信コイルおよび上記受信コイルの少なくとも何れか一方の姿勢を変化させてもよい。
【００３８】
上記の構成により、送信コイルと受信コイルの軸の延伸方向を平行に近づけることができる。これにより、効率よく送信コイルから受信コイルに磁場エネルギーを伝送することができ、送受電効率を高めることができる。
【００３９】
上記送信コイルの軸の延伸方向と、上記受信コイルの軸の延伸方向とが同一直線上にある状態に近づけるように、上記送信コイルおよび上記受信コイルの少なくとも何れか一方の姿勢を変化させてもよい。
【００４０】
上記の構成により、さらに、効率よく送信コイルから受信コイルに磁場エネルギーを伝送することができ、送受電効率を高めることができる。
【００４１】
上記送信コイルと上記受信コイルとは、同等の共振周波数を有していてもよい。
【００４２】
上記の構成により、効率よく送信コイルから受信コイルに磁場エネルギーを伝送することができ、送受電効率を高めることができる。
【００４３】
また、上記の課題を解決するために、本発明の受電方法は、エネルギーを入力部に入力し、上記エネルギーに基づいた電力を受け取る受電方法であって、上記電力の電力値を検出し、上記電力値に応じて、上記入力部の姿勢を変化させることを特徴とする。
【００４４】
上記の構成により、入力部を介して入力されたエネルギーに基づいて生成される電力の値に応じて、入力部の姿勢を変化させることができる。
【００４５】
これにより、低廉な構成で、従来よりも高い受電効率の受電方法を実現することができる。
【００４６】
また、上記の課題を解決するために、本発明の電力伝送方法は、送電端末の出力部から受電端末の入力部へ、エネルギーを介して非接触で電力を伝送する電力伝送方法であって、上記受電端末において、上記エネルギーに基づいて電力を生成し、上記電力の電力値を検出し、上記電力値の情報を外部に送信し、上記送電端末において、上記電力値の情報を受信し、上記電力値に応じて、上記出力部および上記入力部の何れか一方の姿勢を変化させることを特徴とする。
【００４７】
上記の構成により、入力部を介して入力されたエネルギーに基づいて生成される電力値に応じて、出力部または入力部の姿勢を変化させることができる。
【００４８】
これにより、低廉な構成で、従来よりも高い送受電効率の電力伝送方法を実現することができる。
【発明の効果】
【００４９】
以上のように、本発明の受電端末は、電力の電力値を検出する電力値検出部と、入力部の姿勢を変化させるための第１方向制御部とを備えており、第１方向制御部は、電力値検出部により検出された電力値に応じて、入力部の姿勢を変化させるものである。
【００５０】
また、本発明の電力伝送装置は、受電端末は、エネルギーに基づいて電力を生成する電力生成部と、電力の電力値を検出する電力値検出部とを備えており、電力値検出部により検出された電力値に応じて、出力部および入力部のうち少なくとも何れか一方の姿勢を変化させるものである。
【００５１】
また、本発明の受電方法は、電力の電力値を検出し、電力値に応じて、入力部の姿勢を変化させるものである。
【００５２】
また、本発明の電力伝送方法は、受電端末において、エネルギーに基づいて電力を生成し、電力の電力値を検出し、電力値の情報を外部に送信し、送電端末において、電力値の情報を受信し、電力値に応じて、出力部および入力部の何れか一方の姿勢を変化させるものである。
【００５３】
それゆえ、低廉な構成で従来よりも高い送電効率を実現することのできる、受電端末、電力伝送装置、受電方法、および電力送電方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施の形態の電力伝送装置のブロック図である。
【図２】受電コイルの姿勢と送電コイルから発生する磁束との関係を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施の形態の電力伝送装置における送電コイルと受電コイルの位置関係を示す図であり、（ａ）は受電コイルの姿勢の第１の例であり、（ｂ）は受電コイルの第２の例である。
【図４】可動な中継コイルを用いた従来の電力伝送装置を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施の形態の電力伝送装置の要部構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の電力伝送装置のブロック図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の電力伝送装置における送電コイルと受電コイルの位置関係を示す図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態の電力伝送装置のブロック図である。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態の電力伝送装置のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図である。
【図１０】本発明の電力受電端末の使用例を示す図である。
【図１１】特許文献１に記載されるワイヤレス給電システムの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００５６】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態に係る受電端末、受電方法、電力伝送装置、および電力伝送方法について、図１〜５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５７】
＜電力伝送装置＞
図１は、本実施の形態の電力伝送装置１００のブロック図である。
【００５８】
本実施の形態の電力伝送装置１００は、電力の供給元である電力送電端末（送信端末）２００と、電力の受給先である電力受電端末（受電端末）３００とを備えている。
【００５９】
本実施の形態の電力伝送装置１００は、電力送電端末２００から電力受電端末３００へ非接触で電力を伝送することができるものである。
【００６０】
＜電力送電端末＞
電力送電端末２００は、送電コイル（送信コイル）２１０、外部電源２２０、コンバーター２３０、発信回路２４０、送電アンプ２５０を備えている。
【００６１】
送電コイル２１０は、電力送電端末２００の外部へエネルギーを出力する出力部として機能する。
【００６２】
外部電源２２０は、電力発生源であって、電力送電端末２００から電力受電端末３００へ伝送する電力を供給するものである。
【００６３】
コンバーター２３０は、外部電源２２０に接続されており、電力の周波数を変換し、変換された電力を送電アンプ２５０へ出力するものである。
【００６４】
発信回路２４０は、送電アンプ２５０に接続されており、電力の周波数を調整するものである。
【００６５】
送電アンプ２５０は、送電コイル２１０に接続されており、送電コイル２１０に電力を印加する。
【００６６】
送電アンプ２５０から送電コイル２１０に電力を印加することで、送電コイル２１０からエネルギー（磁場エネルギー）を送信する高周波磁場が発生する。
【００６７】
＜電力受電端末＞
電力受電端末３００は、受電コイル（受信コイル）３１０、電力生成部３２０、負荷機器３３０、電力計（パワーモニタ、電力値検出部）３４０、方向制御部（第１方向制御部）３５０を備えている。
【００６８】
受電コイル３１０は、電力送電端末２００などの外部機器からエネルギーを入力される入力部として機能する。
【００６９】
受電コイル３１０は、外部から入力されるエネルギーとして、送電コイル２１０から発生する高周波磁場を受けて、電磁誘導現象により起電力を発生する。
【００７０】
電力生成部３２０は、受電コイル３１０に接続されており、受電コイル３１０に発生した電流からＤＣ電力を生成する。より詳しくは、電力生成部３２０は、負荷機器３３０に用いるためのＤＣ電力を生成する。
【００７１】
負荷機器３３０は、電力生成部３２０に接続されている。負荷機器３３０は、電力生成部３２０が生成したＤＣ電力を供給され、ＤＣ電力を消費する。電力受電端末３００は、負荷機器３３０の他に、または負荷機器３３０に代えて、電力を蓄えることのできるバッテリーを有していてもよい。
【００７２】
電力計３４０は、電力生成部３２０に接続されている。より詳しくは、電力計３４０は、電力生成部３２０と負荷機器３３０とを接続する配線から分岐した配線に接続されており、電力生成部３２０から負荷機器３３０に供給されるＤＣ電力を計測し、ＤＣ電力の電力値を検出する。
【００７３】
方向制御部３５０は、電力計３４０に接続されており、電力計３４０が検出した電力値の情報を受信する。方向制御部３５０は、受電コイル３１０に接続されており、受信した電力値の情報に応じて、受電コイル３１０の姿勢を変化させる。
【００７４】
＜コイル＞
送電コイル２１０および受電コイル３１０としては、様々な形状のものを用いることができる。例えば、円筒の側面に螺旋状に巻きつけたような形状の、いわゆるソレノイドコイル（空芯コイル）を用いることができる。また、２次元に円板状に巻きつけた形状の、いわゆるスパイラルコイル（渦巻きコイル）を用いることができる。スパイラルコイルを用いることで、コイルの厚みを薄くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００７５】
また、受電コイル３１０と送電コイル２１０とは、磁気共振結合素子であり、同等の共振周波数を有していることが好ましい。これにより、送受電効率を高めることができる。
【００７６】
＜電力生成部＞
電力生成部３２０は、整流回路３２１と、整流回路３２１に接続されたＤＣ／ＤＣコンバーター３２２とを備えている。
【００７７】
整流回路３２１は、受電コイル３１０に接続されており、受電コイル３１０に発生した電流を整流する。
【００７８】
ＤＣ／ＤＣコンバーター３２２は、整流回路３２１により整流された電流を安定したＤＣ電力波形に整形する。ＤＣ電力は、上述のとおり、負荷機器３３０に供給される。
【００７９】
＜方向制御部＞
方向制御部３５０は、受電側制御器３５１と、受電側制御器３５１に接続されたアクチュエーター（姿勢制御コントローラー）３５２とを備えている。
【００８０】
受電側制御器３５１は、電力計３４０が検出（モニタ）した電力値の情報（信号）を受信し、受信した電力値の情報をマイコン（マイクロコンピュータ）で演算処理し、アクチュエーター３５２の動作を制御するための制御信号を生成する。
【００８１】
アクチュエーター３５２は、受電コイル３１０に接続されている。アクチュエーター３５２は、上記制御信号を受けて動作することで、受電コイル３１０の姿勢を変化させることができる。
【００８２】
ここで、「受電コイル３１０の姿勢を変化させる」とは、受電コイル３１０の軸の延伸方向を変化させること、受電コイル３１０の中心を移動させること等が含まれる。
【００８３】
以上のように、本実施の形態の電力受電端末３００は、電力計３４０が検出した電力値に応じて、アクチュエーター３５２を介して受電コイル３１０の姿勢を変化させる（制御する）ことができる。
【００８４】
例えば、受電側制御器３５１は、所定の周期で電力計３４０が検出した電力値の情報を受信し、直前に受信した電力値の情報と比較演算することで、電力計３４０が検出する電力値が極大となるように制御信号を生成する。
【００８５】
言い換えると、電力計３４０が検出する電力値が、直前に検出した電力値よりも大きくなるように、制御信号を生成する。
【００８６】
電力計３４０が検出する電力値が極大となるようにアクチュエーター３５２を介して受電コイル３１０の姿勢を変化させることで、電力受電端末３００が受電する電力がより大きくなる。これにより、受電コイル３１０の可動領域において、負荷機器３３０に供給される電力を最大とすることができる。
【００８７】
＜コイルの相互作用＞
無線で電力を伝送するワイヤレス電力伝送の根幹を為す技術の特徴は、ファラデーの電磁誘導の法則として知られる通り、コイルを貫く磁場変化（磁力線の変化）により誘導起電力が生じる事である。
【００８８】
図２は、磁界共鳴方式の電力伝送において、受電コイルの姿勢と送電コイルから発生する磁束との関係を示す概略図である。なお、図２は、送電コイルおよび受電コイルのコイル面と垂直な方向から見た図である。
【００８９】
送電コイル２１０に電流を流すと、磁場（磁力線）が発生する。また、送電コイル２１０の両端電位を変化させることで、送電コイル２１０に印加する電圧を周期的に変化させると、磁場は周期的に変化する。
【００９０】
上記のように発生する磁場において、受電コイル３１０内を貫く磁束（磁力線）に応じて電磁誘導により受電コイル３１０に起電力（両端電位）が発生する。この受電コイル３１０を貫く磁束が周期的に変化すると、発生した起電力（両端電位）も周期的に変化する。
【００９１】
受電コイル３１０で励起される起電力は、送電コイル２１０から発生する磁束（磁力線）のうち、受電コイル３１０を貫く磁束の総量で決定される。
【００９２】
ここで、受電コイル３１０で励起される起電力をＶとし、送電コイル２１０が発する磁場において、受電コイル３１０内を貫く（通過する）磁束をΦとすると、以下の関係が成り立つ。
【００９３】
Ｖ＝ｄΦ／ｄｔ
また、送電コイル２１０から発生する磁束の磁束密度をＢとし、受電コイル３１０のコイル面の面積をＳとし、送電コイル２１０のコイル面と受電コイル３１０のコイル面とが為す角度をθとすると、以下の関係が成り立つ。
【００９４】
Φ＝ＢＳｃｏｓθ
したがって、受電コイル３１０で励起される起電力Ｖは、ｃｏｓθに比例し、送電コイル２１０のコイル面と受電コイル３１０のコイル面とが為す角度θが、０°〜９０°の範囲において大きいほど、送電効率は低下する。また、角度θが０°〜９０°の範囲において小さく、θ＝０°に近づくほど、電力伝送の効率（送受電効率）は高くなる。
【００９５】
具体例として、θ＝９０°では、ｃｏｓθ＝０となり、Φ＝０となる。そのため、送電コイル２１０のコイル面と受電コイル３１０のコイル面とが直交する場合、起電力Ｖは０となり、端末間で送受電をすることができない。
【００９６】
また、θ＝０°では、ｃｏｓθ＝１となる。そのため、送電コイル２１０のコイル面と受電コイル３１０のコイル面とが平行な場合、起電力Ｖを大きくすることができ、端末間の送受電効率を高めることができる。
【００９７】
＜本発明の送受電効率＞
図３は、本実施の形態の電力伝送装置１００における送電コイル２１０と受電コイル３１０の位置関係を示す図であり、（ａ）は受電コイル３１０の姿勢の第１の例であり、（ｂ）は受電コイル３１０の第２の例である。なお、図３は、送電コイル２１０および受電コイル３１０のコイル面と垂直な方向から見た図である。
【００９８】
上述したとおり、本実施の形態の電力受電端末３００は、アクチュエーター３５２を備えており、受電コイル３１０の姿勢を変化させることができる。
【００９９】
さらには、電力計３４０が検出する電力値が極大となるように、アクチュエーター３５２を介して受電コイル３１０の姿勢を変化させることができる。
【０１００】
その結果、図３（ａ）に示すように、受電コイルの姿勢を変化させ、受電コイル３１０ａと送電コイル２１０とを正対させることで、送電コイル２１０のコイル面と受電コイル３１０ａのコイル面とが為す角度θが０°となり、送受電効率が最大となる。
【０１０１】
なお、受電コイル３１０と送電コイル２１０とが正対する状態とは、受電コイル３１０のコイル面と送電コイル２１０のコイル面とが平行な状態、または、受電コイル３１０の軸の延伸方向と送電コイル２１０の軸の延伸方向が平行な状態ということができる。
【０１０２】
より好ましい状態は、互いのコイルの軸が同一直線上にある状態である。
【０１０３】
受電側制御器３５１は、所定の周期で電力計３４０が検出した電力値の情報を受信し、直前の情報と比較演算することで、電力計３４０が検出する電力値が極大となるように制御信号を生成する。
【０１０４】
これにより、受電コイル３１０の可動域において、最も送受電効率が高くなるように受電コイル３１０の姿勢を変化させる。
【０１０５】
その結果、上記の好ましい状態となるよう受電コイル３１０の姿勢を変化させることとなる。
【０１０６】
また、受電コイル３１０の可動域において、受電コイル３１０のコイル面と送電コイル２１０のコイル面とが平行な状態であり、かつ互いのコイルの軸が同一直線上にある状態となるよう受電コイル３１０の姿勢を変化させることができない場合も想定される。
【０１０７】
この場合であっても、受電コイル３１０の可動域の範囲内で最も送受電効率が高くなるよう、受電コイル３１０の姿勢を変化させることができる。
【０１０８】
図３（ｂ）は、受電コイル３１０の可動域の範囲内において、受電コイル３１０のコイル面と送電コイル２１０のコイル面とが平行な状態であり、かつ互いのコイルの軸が同一直線上にある状態となるよう受電コイル３１０の姿勢を変化させることができない場合を例示するものである。
【０１０９】
すなわち、送電コイル２１０と受電コイル３１０の中心軸がずれた位置にあり、互いのコイルの軸が同一直線上にある状態となるように受電コイル３１０の姿勢を変化させることができない場合である。
【０１１０】
送電コイル２１０から発生する磁場（磁力線）の向きは、送電コイル２１０の周辺部ほどドーナツ状に湾曲して広がる。そのため、磁力線の湾曲方向に正対するように、受電コイル３１０の姿勢を変化させることで、受電コイル３１０の可動域の範囲内で受電コイル３１０を貫く磁束を極大化させることができ、送受電効率を高めることができる。
【０１１１】
＜比較例＞
次に、本願発明との比較例として、中継コイルを用いて送受電効率を高める電力伝送方法について説明する。図４は、特許文献１に記載されているような、可動な中継コイルを用いた従来の電力伝送装置を示す概略図である。
【０１１２】
図４に示すように、従来は、送電コイルと受電コイルとの間に中継コイルを設け、中継コイルの角度を調整することで送受電効率を高める方法を採用していた。
【０１１３】
受電コイルのコイル面と中継コイルのコイル面とが為す角度をθ１とし、送電コイルのコイル面と中継コイルのコイル面とが為す角度をθ２とすると、受電コイルで励起される起電力Ｖは、ｃｏｓθ１×ｃｏｓθ２に比例する。
【０１１４】
中継コイルの角度を調整するのみでは、ｃｏｓθ１×ｃｏｓθ２の値は、１とはならないため、送受電効率を大きく高めることができない。
【０１１５】
図５は、本発明の実施の形態１の電力伝送装置１００の要部構成を示すブロック図である。電力伝送装置１００では、中継コイルを設けず、受電コイル３１０を直接駆動することで、受電電力が最大になるようにしている。即ち、送電コイル２１０からの磁場（磁力線）を受電コイル３１０が最大に受けるように制御する事で、送電効率を高める。
【０１１６】
そして、電力伝送装置１００は、方向性結合機を用いず、受電電力を簡易な電力検出器（パワーメーター）で検出するので、低廉なシステムを構成することができる。
【０１１７】
〔実施の形態２〕
本発明の電力伝送装置に関する他の実施形態について、図６〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１１８】
図６は、本実施の形態の電力伝送装置１０１のブロック図である。
【０１１９】
電力伝送装置１０１は、実施の形態１の電力伝送装置１００と異なり、電力送電端末２０１が方向制御部２６０（第２方向制御部）を有している。方向制御部２６０は、送電側制御器２６１とアクチュエーター２６２とを有している。
【０１２０】
また、電力送電端末２０１と電力受電端末３０１とは、それぞれ送受信ユニット２７０・３６０を有している。送受信ユニット（信号受信部）２７０は、送電側制御器２６１に接続されており、送受信ユニット（信号送信部）３６０は、受電側制御器３５１に接続されている。
【０１２１】
送受信ユニット２７０・３６０は、互いに、それぞれに接続されたアクチュエーター２６２・３５１の動作を制御するための制御信号を送受信し合うことができる。
【０１２２】
また、送受信ユニット２７０・３６０は、電力計３４０が検出した電力値の情報を送受信するものであってもよい。
【０１２３】
互いの制御信号を送受信し合うことで、送電側制御器２６１と受電側制御器３５１とは、連携してそれぞれのアクチュエーター２６２・３５１の動作を制御し、送電コイル２１０の姿勢と受電コイル３１０の姿勢とを変化させることができる。
【０１２４】
そして、電力受電端末３０１の電力計３４０が検出する電力値が、直前に検出した電力値よりも大きくなるように、送電コイル２１０と受電コイル３１０との可動範囲内で送電コイル２１０と受電コイル３１０の姿勢を変化させ、送受電効率を高めることができる。
【０１２５】
実施の形態１の電力伝送装置１００では、受電コイル３１０の姿勢を変化させることができるのみである。
【０１２６】
そのため、例えば図３（ｂ）に示すように、送電コイル２１０と受電コイル３１０の中心軸がずれた位置にある場合、最も送受電効率が高いときの、受電コイル３１０と送電コイル２１０ａの為す角度θが０にならない場合がある。即ち、コイル同士が正対できない場合があり、送受電効率を最大とすることができない場合がある。
【０１２７】
図７は、本実施の形態の電力伝送装置における送電コイル２１０と受電コイル３１０の位置関係を示す図である。なお、図７は、送電コイル２１０および受電コイル３１０のコイル面と垂直な方向から見た図である。
【０１２８】
本実施の形態の電力伝送装置１０１では、受電コイル３１０と送電コイル２１０の両方の姿勢を変化させることができる。
【０１２９】
そのため、受電コイル３１０の可動域の範囲内で受電コイル３１０の姿勢を変化させるのみでは、受電コイル３１０と送電コイル２１０とが正対しない場合であっても、送電コイル２１０の姿勢を変化させることで、互いのコイルが正対する配置とすることができる。
【０１３０】
言い換えると、受電コイル３１０の姿勢とともに送電コイル２１０の姿勢も変化させる事で、受電コイル３１０と送電コイル２１０ｂの為す角度を０に近づける事が出来る。即ち、コイル同士を正対に近づける事が出来、送受電効率を最大化する事が可能となる。
【０１３１】
なお、以上の説明では、受電コイルと送電コイルの両方の姿勢を変化させることができるものとして説明したが、これに限ることはなく、送電コイルの姿勢のみを変化させるものであってもよい。
【０１３２】
〔実施の形態３〕
本発明の電力伝送装置に関する他の実施形態について、図８〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１３３】
図８は、本実施の形態の電力伝送装置１０２のブロック図である。なお、図８では、電力伝送装置１０２の電力受電端末３０２のみを図示し、電力伝送端末の図示を省略している。電力伝送装置１０２の電力送電端末として、実施の形態１または実施の形態２の電力送電端末と同様のものを採用することができる。
【０１３４】
図８に示すように、本実施の形態の電力受電端末３０２は、実施の形態１の電力受電端末３００とは異なり、電力計３４０を有していない。
【０１３５】
また、本実施の形態の電力受電端末３０２は、実施の形態１の電力受電端末３００とは異なり、電力生成部３７０のＤＣ／ＤＣコンバーター３７１が電力値の情報を出力するものである。
【０１３６】
すなわち、本実施の形態のＤＣ／ＤＣコンバーター３７１は、付加機能として、電力値検出部の機能を有している。
【０１３７】
さらに、図示は省略するが、本実施の形態の方向制御部３５０は、受電側制御器３５１を備えない構成としてもよい。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバーター３７１からアクチュエーター３５２へ、直接制御信号を送るものとしてもよい。
【０１３８】
以下の説明では、方向制御部３５０は、受電側制御器３５１を備えておらず、ＤＣ／ＤＣコンバーター３７１からアクチュエーター３５２へ、直接制御信号を送るものとする。
【０１３９】
ＤＣ／ＤＣコンバーター３７１が出力する電力値の情報は、電力値の絶対値でなくてもよく、電力値が極大（ピーク）であるか否かを判断するための、相対的な電力値の情報であってもよい。
【０１４０】
これにより、電力計などの計測器を必要とせず、電力受電端末３０２および電力伝送装置１０３を安価に構成することができる。また、回路の省スペース化も可能となり、ワイヤレス給電モジュールの実用性を高めることができる。
【０１４１】
＜ＤＣ／ＤＣコンバーター＞
図９は、本実施の形態のＤＣ／ＤＣコンバーター３７１の回路図である。
【０１４２】
図９に示すＤＣ／ＤＣコンバーター３７１の回路図において、入力端子ＰＶ＋・ＰＶ−に、整流回路３２１からの出力が入力される。
【０１４３】
また、出力端子ＯＵＴ１・ＯＵＴ２は、ＤＣ電力を出力する端子であり、負荷機器３３０に接続されている。
【０１４４】
トランスＴＲ１は、図中右側（二次側）のコイルで分岐されており、一方のコイルＴＲ１Ａが出力端子に接続されており、他方のコイルＴＲ１Ｂは検出用電圧生成部ＰＣ１の発光ダイオードＰＣ１Ａに接続されている。
【０１４５】
発光ダイオードＰＣ１Ａは、入力される電力量に応じた明るさの光を発生する。発光ダイオードＰＣ１Ａの近傍に設けられたフォトダイオードＰＣ１Ｂは、発光ダイオードＰＣ１Ａが発する光の明るさに応じた電圧を発生する。上記電圧は、マイコンＩＣ１・ＩＣ２に送られる。
【０１４６】
コイルＴＲ１ＡとコイルＴＲ１Ｂの巻線比を調整することで、電力検出用にＰＣ１へ入力するための小さな電力を取り出すことができる。例えば、コイルＴＲ１ＡとコイルＴＲ１Ｂの巻線比を１００：１にすることができる。
【０１４７】
マイコンＩＣ１・ＩＣ２は、順次受信する電圧を、直前に受信した電圧と比較演算する。
【０１４８】
ＤＣ／ＤＣコンバーター３７１は、コイルの姿勢が、マイコンＩＣ１・ＩＣ２が最も大きい電圧を受信したときの条件（状態）となるように、アクチュエーター３５２へ制御信号を送る。
【０１４９】
〔総括〕
図１０は、本発明の電力受電端末３００の使用例を示す図である。本発明の電力受電端末３００は、携帯電話やポータブルＴＶ等の携帯機器などに採用することができる。受電コイル３１０を斜めスタンド背面に設置し、受電コイルユニットに回転調整機構を設け、送受電状態が最適となるように、受電コイル３１０と送電コイル２１０とを対向させる。
【０１５０】
既に説明したように、本発明の電力受電端末３００は、受電コイル３１０の姿勢を制御できるアクチュエーター３５２を設け、受電側回路の受電電力（起電力）をモニタリングし、受電コイル３１０が受電する電力が最大になるように、アクチュエーター３５２を介して受電コイル３１０の姿勢を制御するものである。
【０１５１】
そのため、図１０に示すように、本発明の電力受電端末３００では、受電コイル３１０を可動とすることで、高い受電効率を実現することができ、負荷機器３３０としての電子機器に効率的に電力を供給することができる。
【０１５２】
また、本発明は、以下の態様を含む。
【０１５３】
特定の共振周波数を有する２つ以上の非接触で電力を伝送する磁気共振結合素子であり、その内、１つの素子は、外部からの供給電力を有し、他の１つは、負荷機器（電力消費機器）及び電力値検出手段（パワーモニタ）と接続され、この電力値が極大となるよう磁気共振結合素子の向きを変える駆動部を有する。
【０１５４】
また、特定の共振周波数を有する２つ以上の非接触で電力を伝送する磁気共振結合素子であり、この磁気共振結合素子は、それぞれ  駆動部を有し、独立して角度を変える事が出来、その内、１つの素子は、外部からの供給電力を有し、他の１つは、負荷機器（電力消費機器）及び電力値検出手段（パワーモニタ）と接続され、この電力値が最大となるよう相互の磁気共振結合素子の向きを変える駆動部、駆動制御部及び、信号伝達手段を有する。
【０１５５】
以上、本発明の具体的な実施形態として、磁界共鳴方式を利用した非接触の電力伝送装置について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明は、非接触で電力を伝送する電力伝送装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
１００・１０１                電力伝送装置
２００・２０１                電力送電端末（受電端末）
２１０・２１０ａ・２１０ｂ    送電コイル（送信コイル）
２６０                        方向制御部（第１方向制御部）
２７０                        送受信ユニット（信号受信部）
３００・３０１                電力受電端末
３１０・３１０ａ              受電コイル（受信コイル）
３４０                        電力計（電力値検出部）
３５０                        方向制御部（第２方向制御部）
３６０                        送受信ユニット（信号送信部）
【図１】
2014003767.tif 000003
【図２】
2014003767.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014003767.tif 000009
【図８】
2014003767.tif 000010
【図９】
2014003767.tif 000011
【図１０】
2014003767.tif 000012
【図１１】
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