(57)【要約】【課題】電力の効率的且つ安定的な取得、並びに、長距離の電力伝送を可能にする非接触式の電力伝送技術を提供する。【解決手段】本出願は、交番磁界の存在下で共振する共振回路を用いて電力を非接触式に伝送する電力伝送システムを開示する。電力伝送システムは、前記交番磁界を生じさせる送電装置と、前記送電装置に磁気的に結合し、電力が誘起される受電装置と、を備える。前記受電装置は、前記共振回路の共振に応じて誘起電力が生ずる受電コイルと、前記送電装置からの距離を検出するための検出コイルと、を含む。前記検出コイルは、前記受電コイルよりも大きな巻数を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番磁界の存在下で共振する共振回路を用いて電力を非接触式に伝送する電力伝送システムであって、
前記交番磁界を生じさせる送電装置と、
前記送電装置に磁気的に結合し、電力が誘起される受電装置と、を備え、
前記受電装置は、前記共振回路の共振に応じて誘起電力が生ずる受電コイルと、前記送電装置からの距離を検出するための検出コイルと、を含み、
前記検出コイルは、前記受電コイルよりも大きな巻数を有することを特徴とする電力伝送システム。
【請求項２】
前記受電装置は、前記共振回路を収容する筐体を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記受電装置は、前記受電コイルに生じた前記誘起電力を受けて出力電力を出力する出力部と、前記出力部を制御する出力制御部と、を含み、
前記距離の変動は、前記検出コイルに誘起される検出電力を変化させ、
前記出力制御部は、前記検出電力に応じて、前記出力部を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
前記出力制御部は、前記出力電力を前記誘起電力で除して得られる比率を、前記検出電力に応じて変化させることを特徴とする請求項３に記載の電力伝送システム。
【請求項５】
前記距離が、第１距離であるとき、前記出力制御部は、前記比率を第１比率に設定し、
前記距離が、前記第１距離よりも長い第２距離であるとき、前記出力制御部は、前記比率を前記第１比率よりも大きな第２比率に設定することを特徴とする請求項４に記載の電力伝送システム。
【請求項６】
前記受電装置は、前記距離を通知するための通知信号を生成する信号生成部と、前記通知信号を送信する送信部と、を含み、
前記送電装置は、前記通知信号を受信する受信部と、前記通知信号に応じて前記交番磁界を制御する磁界制御部と、を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
【請求項７】
前記送電装置は、前記交番磁界を発生させる送電コイルを含み、
前記磁界制御部は、前記通知信号に応じて、前記送電コイルへ供給される供給電力の大きさを調整することを特徴とする請求項６に記載の電力伝送システム。
【請求項８】
前記送電装置は、前記交番磁界を発生させる送電コイルを含み、
前記磁界制御部は、前記通知信号に応じて、前記送電コイルへ供給される供給電力の周波数を調整することを特徴とする請求項６に記載の電力伝送システム。
【請求項９】
前記共振回路は、前記受電コイルから電気的に分離されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【請求項１０】
送電装置が発生させた交番磁界の存在下で共振する共振回路を用いて電力を取得する受電装置であって、
前記共振回路の共振に応じて誘起電力が生ずる受電コイルと、
前記送電装置からの距離を検出するための検出コイルと、を備え、
前記検出コイルは、前記受電コイルよりも大きな巻数を有することを特徴とする受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触式に電力伝送を行うことができる電力伝送技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触式の電力伝送は、様々な装置に利用可能である。非接触式の電力伝送技術として、電磁誘導を利用する技術、電磁波を利用する技術及び共振回路の共振を利用する技術が例示される。共振回路の共振を利用する技術は、他の電力伝送技術と較べて、送電装置と受電装置との間の長い距離を許容しつつ、大電力を伝送することができる（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５２４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、共振回路の共振を利用する電力伝送技術は、高い発振周波数を利用するので、回路損失が大きくなる。この結果、電力伝送効率が低下することもある。上述の如く、送電装置と受電装置との間に長い距離が存在しても、共振回路の共振を利用する電力伝送技術は、電力を送電装置から受電装置へ伝送することを可能にする一方で、送電装置と受電装置との間の距離の変化に応じた誘起電力の変動も大きくなる。
【０００５】
例えば、受電装置が送電装置の近くに配置されるならば、受電装置の受電コイルに発生する誘起電力は、受電装置が送電装置から離れているときよりも大きくなる。したがって、受電装置が送電装置の近くに配置されるときの大きな誘起電力に耐え得るように、受電装置は、設計される必要がある。このことは、受電装置の設計の複雑化や大型化を招来する。
【０００６】
上述の特許文献１は、距離に応じて、インピーダンスを変化させ、受電コイルに過度に大きな誘起電力を発生させない設計技術を提案する。しかしながら、非接触式の電力伝送技術を利用する多くの装置のインピーダンスは、電力の効率的且つ安定的な取得の観点から略一定の最適値に設定される。したがって、特許文献１の開示技術は、電力の効率的且つ安定的な取得といった目的には整合しない。
【０００７】
本発明は、電力の効率的且つ安定的な取得、並びに、長距離の電力伝送を可能にする非接触式の電力伝送技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一局面に係る非接触式の電力伝送システムは、交番磁界の存在下で共振する共振回路を用いて電力を非接触式に伝送する。電力伝送システムは、前記交番磁界を生じさせる送電装置と、前記送電装置に磁気的に結合し、電力が誘起される受電装置と、を備える。前記受電装置は、前記共振回路の共振に応じて誘起電力が生ずる受電コイルと、前記送電装置からの距離を検出するための検出コイルと、を含む。前記検出コイルは、前記受電コイルよりも大きな巻数を有する。
【０００９】
上記構成によれば、電力伝送システムは、交番磁界の存在下で共振する共振回路を用いて電力を非接触式に伝送するので、送電装置と受電装置との間の距離が長くとも、電力は、送電装置から受電装置へ適切に伝送される。検出コイルは、受電コイルよりも大きな巻数を有するので、検出コイルに生ずる誘起電力は、受電コイルに生ずる誘起電力よりも、距離に対して高い感受性を有することになる。したがって、受電コイルは、電力の効率的且つ安定的な取得が達成されるように設計され得る一方で、検出コイルは、送電装置と受電装置との間の距離の変動を鋭敏に検出できるように設計され得る。
【００１０】
上記構成において、前記受電装置は、前記共振回路を収容する筐体を含んでもよい。
【００１１】
上記構成によれば、共振回路は、受電装置の筐体内に収容されるので、共振回路は、検出コイルに近接される。検出コイルは、共振回路の共振によって増幅されたエネルギを効率的に受け取ることができるので、検出コイルは、送電装置と受電装置との間の距離の変動を鋭敏に検出できる。
【００１２】
上記構成において、前記受電装置は、前記受電コイルに生じた前記誘起電力を受けて出力電力を出力する出力部と、前記出力部を制御する出力制御部と、を含んでもよい。前記距離の変動は、前記検出コイルに誘起される検出電力を変化させてもよい。前記出力制御部は、前記検出電力に応じて、前記出力部を制御してもよい。
【００１３】
上記構成によれば、出力制御部は、検出電力に応じて、出力部を制御するので、出力電力は安定化される。
【００１４】
上記構成において、前記出力制御部は、前記出力電力を前記誘起電力で除して得られる比率を、前記検出電力に応じて変化させてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、出力制御部は、出力電力を誘起電力で除して得られる比率を、検出電力に応じて変化させるので、送電装置と受電装置との距離変動の下でも、出力電力は安定化され得る。
【００１６】
上記構成において、前記距離が、第１距離であるとき、前記出力制御部は、前記比率を第１比率に設定してもよい。前記距離が、前記第１距離よりも長い第２距離であるとき、前記出力制御部は、前記比率を前記第１比率よりも大きな第２比率に設定してもよい。
【００１７】
上記構成によれば、距離が、第１距離よりも長い第２距離であるとき、出力制御部は、比率を第１比率よりも大きな第２比率に設定するので、第１距離だけ送電装置から離れた受電装置が取得する電力と第２距離だけ送電装置から離れた受電装置が取得する電力との差異は小さくなる。
【００１８】
上記構成において、前記受電装置は、前記距離を通知するための通知信号を生成する信号生成部と、前記通知信号を送信する送信部と、を含んでもよい。前記送電装置は、前記通知信号を受信する受信部と、前記通知信号に応じて前記交番磁界を制御する磁界制御部と、を含んでもよい。
【００１９】
上記構成によれば、磁界制御部は、通知信号に応じて交番磁界を制御するので、受電装置が取得する電力は、送電装置と受電装置との間の距離に応じて、適切に制御され得る。
【００２０】
上記構成において、前記送電装置は、前記交番磁界を発生させる送電コイルを含んでもよい。前記磁界制御部は、前記通知信号に応じて、前記送電コイルへ供給される供給電力の大きさを調整してもよい。
【００２１】
上記構成によれば、磁界制御部は、通知信号に応じて、送電コイルへ供給される供給電力の大きさを調整するので、受電装置が取得する電力は、送電装置と受電装置との間の距離に応じて、適切に制御され得る。
【００２２】
上記構成において、前記送電装置は、前記交番磁界を発生させる送電コイルを含んでもよい。前記磁界制御部は、前記通知信号に応じて、前記送電コイルへ供給される供給電力の周波数を調整してもよい。
【００２３】
上記構成によれば、磁界制御部は、通知信号に応じて、送電コイルへ供給される供給電力の周波数を調整するので、受電装置が取得する電力は、送電装置と受電装置との間の距離に応じて、適切に制御され得る。
【００２４】
上記構成において、前記共振回路は、前記受電コイルから電気的に分離されていてもよい。
【００２５】
上記構成によれば、共振回路は、受電コイルから電気的に分離されているので、共振回路は、交番磁界から得られたエネルギを適切に増幅することができる。
【００２６】
本発明の他の局面に係る受電装置は、交番磁界の存在下で共振する共振回路を用いて電力を取得する。受電装置は、前記共振回路の共振に応じて誘起電力が生ずる受電コイルと、前記送電装置からの距離を検出するための検出コイルと、を備える。前記検出コイルは、前記受電コイルよりも大きな巻数を有する。
【００２７】
上記構成によれば、受電装置は、送電装置が発生させた交番磁界の存在下で共振する共振回路を用いて電力を取得するので、送電装置と受電装置との間の距離が長くとも、電力は、送電装置から受電装置へ適切に伝送される。検出コイルは、受電コイルよりも大きな巻数を有するので、検出コイルに生ずる誘起電力は、受電コイルに生ずる誘起電力よりも、距離に対して高い感受性を有することになる。したがって、受電コイルは、電力の効率的且つ安定的な取得が達成されるように設計され得る一方で、検出コイルは、送電装置と受電装置との間の距離の変動を鋭敏に検出できるように設計され得る。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る電力伝送技術は、電力の効率的且つ安定的な取得、並びに、長距離の電力伝送を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に従う非接触式の電力伝送システムの概略的な断面図である。
【図２】第２実施形態に従う非接触式の電力伝送システムの概略的な断面図である。
【図３】第３実施形態に従う非接触式の電力伝送システムの概略図である。
【図４】図３に示される電力伝送システムの送電装置の概略的な回路図である。
【図５】図３に示される電力伝送システムの整流部の概略的な回路図である。
【図６】第４実施形態に従う非接触式の電力伝送システムの概略図である。
【図７】図６に示される電力伝送システムの整流部の概略的な回路図である。
【図８】図６に示される電力伝送システムの送電装置の概略的な回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しつつ、例示的な非接触式の電力伝送システムが説明される。尚、以下の説明で用いられる「上」、「下」、「左」や「右」といった方向を表す用語は、単に、説明の明瞭化を目的とする。したがって、これらの用語は、電力伝送システムの原理を何ら限定しない。
【００３１】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に従う非接触式の電力伝送システム１００の概略的な断面図である。図１を参照して、電力伝送システム１００が説明される。
【００３２】
電力伝送システム１００は、送電装置２００と、受電装置３００と、を備える。送電装置２００は、交番磁界を発生させる。送電装置２００に磁気的に結合した受電装置３００には、交番磁界の存在下で、誘起電力が発生する。
【００３３】
送電装置２００は、入力部２１０と、制御基板２２０と、送電コイル２３０と、筐体２４０と、を備える。筐体２４０は、入力部２１０、制御基板２２０及び送電コイル２３０を収容する。入力部２１０は、外部電源（図示せず）に電気的に接続される。電力は、外部電源から入力部２１０に入力される。制御基板２２０は、入力部２１０を通じて入力された電力を用いて、交流電圧を発生させる。制御基板２２０は、交流電圧を送電コイル２３０に印加する。この結果、送電コイル２３０から交番磁界が発生する。
【００３４】
受電装置３００は、検出コイル３１０と、共振コイル３２０と、受電コイル３３０と、制御基板３４０と、筐体３５０と、を備える。筐体３５０は、検出コイル３１０、共振コイル３２０、受電コイル３３０及び制御基板３４０を収容する。共振コイル３２０は、送電コイル２３０から発生した交番磁界に応じて共振し、エネルギを増幅する共振回路の一部として利用される。受電コイル３３０及び検出コイル３１０は、共振コイル３２０によって増幅されたエネルギを受ける。この結果、受電コイル３３０及び検出コイル３１０には、誘起電力が発生する。制御基板３４０は、検出コイル３１０に発生した誘起電力に応じて、送電装置２００から受電装置３００へ伝送される電力量を調整するための制御を行う。加えて、制御基板３４０は、受電コイル３３０に発生した誘起電力を利用するための電気的な処理を実行してもよい。
【００３５】
以下の説明において、検出コイル３１０に発生する誘起電力は、「検出電力」と称される。検出電力は、送電装置２００と受電装置３００との距離に応じて変動する。したがって、検出コイル３１０は、受電装置３００と送電装置２００との間の距離を検出するために利用可能である。受電装置３００が、送電装置２００の近くに配置されるならば、大きな検出電力が、検出コイル３１０から制御基板３４０に出力される。この場合、制御基板３４０は、受電コイル３３０に発生する誘起電力を低減するための制御及び／又は受電コイル３３０から出力された出力電力を低減するための制御を行ってもよい。受電装置３００が、送電装置２００から離れて配置されるならば、小さな検出電力が、検出コイル３１０から制御基板３４０に出力される。この場合、制御基板３４０は、受電装置３００と送電装置２００との間の距離が短いときよりも大きな誘起電力が受電コイル３３０に発生させるための制御及び／又は受電装置３００と送電装置２００との間の距離が短いときの低減率よりも小さな低減率で低減された出力電力を出力するための制御を行ってもよい。検出コイル３１０からの検出電力を用いた制御は、受電装置３００の制御基板３４０と送電装置２００の制御基板２２０とによって行われてもよい。
【００３６】
検出コイル３１０からの検出電力を用いた制御がなされないならば、受電コイル３３０に発生する誘起電力も、送電装置２００と受電装置３００との距離に応じて大きく変動する。検出コイル３１０は、受電コイル３３０よりも大きな巻数を有するので、受電コイル３３０に発生する誘起電力は、検出電力よりも、送電装置２００と受電装置３００との間の距離に影響されにくくなる。本実施形態の設計原理によれば、受電コイル３３０の誘起電力は、送電装置２００と受電装置３００との間の距離に対して低い感受性を有する一方で、検出コイル３１０の検出電力は、送電装置２００と受電装置３００との間の距離に対して高い感受性を有することになる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
共振回路は、送電装置の一部として利用されてもよい。本実施形態において、共振回路を有する送電装置を備える電力伝送システムが説明される。
【００３８】
図２は、第２実施形態に従う非接触式の電力伝送システム１００Ａの概略的な断面図である。図１及び図２を参照して、電力伝送システム１００Ａが説明される。尚、第１実施形態と同一の要素に対して、同一の符号が付されている。第１実施形態に関連する説明は、同一の符号が付された要素に対して適用される。
【００３９】
電力伝送システム１００Ａは、送電装置２００Ａと、受電装置３００Ａと、を備える。送電装置２００Ａは、交番磁界を発生させる。送電装置２００Ａに磁気的に結合した受電装置３００Ａには、交番磁界の存在下で、誘起電力が発生する。
【００４０】
第１実施形態と同様に、送電装置２００Ａは、入力部２１０と、制御基板２２０と、送電コイル２３０と、筐体２４０と、を備える。送電装置２００Ａは、共振コイル２５０を更に備える。共振コイル２５０は、送電コイル２３０から発生した交番磁界に応じて共振し、エネルギを増幅する共振回路の一部として利用される。
【００４１】
第１実施形態と同様に、受電装置３００Ａは、検出コイル３１０と、受電コイル３３０と、制御基板３４０と、筐体３５０と、を備える。検出コイル３１０及び受電コイル３３０は、共振コイル２５０によって増幅されたエネルギの交番磁界に曝される。この結果、受電コイル３３０及び検出コイル３１０には、誘起電力が発生する。
【００４２】
第１実施形態と同様に、受電装置３００Ａの制御基板３４０は、検出コイル３１０に誘起された検出電力を用いた制御を行う。必要に応じて、検出電力を用いた制御は、受電装置３００Ａの制御基板３４０と送電装置２００Ａの制御基板２２０とによって実行されてもよい。
【００４３】
本実施形態の送電装置２００Ａは、第１実施形態の受電装置３００と組み合わせて利用されてもよい。この場合、送電コイル２３０によって発生された交番磁界のエネルギは、共振コイル２５０，３２０によって増幅されることになる。
【００４４】
＜第３実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態に関連して説明された如く、検出コイルに誘起された検出電力は、送電装置と受電装置との距離に応じた制御に利用される。本実施形態において、検出コイルに誘起された検出電力を用いた制御を行うための技術が説明される。本実施形態の技術は、第１実施形態の原理に基づいて構築される。代替的に、本実施形態において説明される原理は、第２実施形態とともに利用されてもよい。
【００４５】
図３は、第３実施形態に従う非接触式の電力伝送システム１００Ｂの概略図である。図３を参照して、電力伝送システム１００Ｂが説明される。尚、第１実施形態と同一の要素に対して、同一の符号が付されている。第１実施形態に関連する説明は、同一の符号が付された要素に対して適用される。
【００４６】
電力伝送システム１００Ｂは、送電装置２００Ｂと、受電装置３００Ｂと、を備える。送電装置２００Ｂは、交番磁界を発生させる。送電装置２００Ｂに磁気的に結合した受電装置３００Ｂには、交番磁界の存在下で、誘起電力が発生する。
【００４７】
第１実施形態と同様に、送電装置２００Ｂは、送電コイル２３０を備える。送電装置２００Ｂは、発振制御部２６０と、発振部２７０と、を更に備える。
【００４８】
第１実施形態と同様に、受電装置３００Ｂは、検出コイル３１０と、受電コイル３３０と、を備える。受電装置３００Ｂは、共振回路３６０と、出力制御部３７０と、整流部３８０と、負荷要素３９０と、を更に備える。共振回路３６０は、第１実施形態に関連して説明された共振コイル３２０を備える。共振回路３６０は、共振コンデンサ３２１を更に備える。共振回路３６０は、検出コイル３１０、出力制御部３７０、受電コイル３３０、整流部３８０及び負荷要素３９０を含む回路から電気的に分離されている。この結果、共振回路３６０は、送電装置２００Ｂから生じた交番磁界のエネルギを適切に増幅することができる。したがって、受電装置３００Ｂは、送電装置２００Ｂから離れた位置でも適切に電力を取得することができる。
【００４９】
検出コイル３１０は、接地された第１端部３１１と、出力制御部３７０に接続される第２端部３１２とを含む。出力制御部３７０は、第１端部３１１と第２端部３１２との間の電位差を検出する。出力制御部３７０は、第１端部３１１と第２端部３１２との間の電位差に応じて整流部３８０を制御する。整流部３８０は、出力制御部３７０の制御下で、負荷要素３９０へ出力される出力電力の大きさを調整する。
【００５０】
図４は、送電装置２００Ｂの概略的な回路図である。図３及び図４を参照して、送電装置２００Ｂが説明される。
【００５１】
送電装置２００Ｂは、制御ＩＣ２６１と、フルブリッジ回路２７１と、共振コンデンサ２７２と、を備える。制御ＩＣ２６１は、図３を参照して説明された発振制御部２６０として例示される。フルブリッジ回路２７１及び共振コンデンサ２７２を含む回路は、図３を参照して説明された発振部２７０として例示される。
【００５２】
フルブリッジ回路２７１は、４つの電界効果トランジスタ（図４において、記号「ＦＥＴ１」、「ＦＥＴ２」、「ＦＥＴ３」及び「ＦＥＴ４」を用いて示されている）を備える。フルブリッジ回路２７１には、所定の大きさの直流電圧が印加される。制御ＩＣ２６１は、ＦＥＴ１とＦＥＴ４とからなる組及びＦＥＴ２とＦＥＴ３とからなる組を交互にオン・オフする。オン・オフの切り替え周波数（即ち、駆動周波数）は、受電装置３００Ｂの共振回路３６０の設計に応じて設定される。共振コンデンサ２７２は、送電コイル２３０と協働して、共振回路を形成する。制御ＩＣ２６１によるオン・オフ制御の結果、共振コンデンサ２７２と送電コイル２３０とに高い周波数の交流電流が流れる。
【００５３】
図５は、整流部３８０の概略的な回路図である。図３及び図５を参照して、整流部３８０が説明される。
【００５４】
整流部３８０は、整流ブリッジ回路３８１と、平滑コンデンサ３８２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８３と、を備える。整流ブリッジ回路３８１は、受電コイル３３０に電気的に接続される。送電コイル２３０からの交番磁界によって、受電コイル３３０には誘起電流が流れる。誘起電流は、整流ブリッジ回路３８１によって整流化される。整流化された電流は、平滑コンデンサ３８２に流入する。この結果、平滑コンデンサ３８２から直流電流が出力される。
【００５５】
出力制御部３７０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８３を、第１端部３１１と第２端部３１２との間の電位差に応じて制御する。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータからの出力電圧は適切に調整される。図５に示される２次電池３９１は、図３を参照して説明された負荷要素３９０として例示される。２次電池３９１は、適切に調整された電圧の印加下で、充電動作を行うことができる。
【００５６】
上述の如く、整流ブリッジ回路３８１及び平滑コンデンサ３８２は、受電コイル３３０に生じた誘起電力を受けて直流電流を出力する。整流ブリッジ回路３８１及び平滑コンデンサ３８２を通じて出力される直流電流の大きさは、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離に依存する。受電装置３００Ｂが送電装置２００Ｂに近づけられるならば、平滑コンデンサ３８２から大きな直流電流が出力される。受電装置３００Ｂが送電装置２００Ｂから離されるならば、平滑コンデンサ３８２から小さな直流電流が出力される。本実施形態において、整流部３８０は、出力部として例示される。
【００５７】
整流ブリッジ回路３８１及び平滑コンデンサ３８２を通じて出力される直流電流と同様に、検出コイル３１０に誘起される検出電力の大きさも、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離に依存する。受電装置３００Ｂが送電装置２００Ｂに近づけられるならば、出力制御部３７０は、第１端部３１１と第２端部３１２との間での大きな電位差を検出する。受電装置３００Ｂが送電装置２００Ｂから離されるならば、出力制御部３７０は、第１端部３１１と第２端部３１２との間での小さな電位差を検出する。出力制御部３７０は、整流ブリッジ回路３８１及び平滑コンデンサ３８２を通じて出力される直流電流の変動と、検出コイル３１０に誘起される検出電力の変動と、の間での共通性を利用して、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８３を適切に制御することができる。
【００５８】
整流部３８０から負荷要素３９０へ出力される出力電力を表す関数ＦＯＥは、以下の数式で表されてもよい。
【００５９】
【数１】
2014233172.tif 000003
【００６０】
上述の数式の関数ＣＯＦは、出力制御部３７０が、検出コイル３１０からの検出電力に応じて設定する係数を表す。上述の如く、検出コイル３１０からの検出電力は、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離「Ｌ」に依存するので、関数ＣＯＦは、距離「Ｌ」の関数として表されている。上述の数式の関数ＩＤＥは、受電コイル３３０に発生する誘起電力を表す。検出電力と同様に、受電コイル３３０に発生する誘起電力は、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離「Ｌ」に依存するので、関数ＩＤＥは、距離「Ｌ」の関数として表されている。本実施形態において、関数ＣＯＦによって表される値は、出力電力を誘起電力で除して得られる比率として例示される。
【００６１】
出力制御部３７０は、以下の数式で表される関係が満たされるように、関数ＣＯＦの値を設定する。
【００６２】
【数２】
2014233172.tif 000004
【００６３】
上述の数式の記号「Ｌ１」、「Ｌ２」は、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離を表す。送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離が、「Ｌ１」で表されるとき、出力制御部３７０は、関数ＣＯＦの値を、「ＣＯＦ（Ｌ１）」に設定する。送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離が、距離「Ｌ１」より長い「Ｌ２」で表されるとき、出力制御部３７０は、関数ＣＯＦの値を、「ＣＯＦ（Ｌ１）」よりも大きな「ＣＯＦ（Ｌ２）」に設定する。本実施形態において、距離「Ｌ１」は、第１距離として例示される。距離「Ｌ２」は、第２距離として例示される。関数ＣＯＦの値「ＣＯＦ（Ｌ１）」は、第１比率として例示される。関数ＣＯＦの値「ＣＯＦ（Ｌ２）」は、第２比率として例示される。
【００６４】
以下の数式は、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離「Ｌ１」、「Ｌ２」にあるときの関数ＩＤＥの値の関係を示す。
【００６５】
【数３】
2014233172.tif 000005
【００６６】
送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離が、「Ｌ１」で表されるときの関数ＩＤＥの値は、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離が、「Ｌ２」で表されるときの関数ＩＤＥの値よりも大きくなる。したがって、関数ＦＯＥの値の変動は、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離の変動に影響を受けにくくなる。上述の数式において、関数ＦＯＥは、送電装置２００Ｂと受電装置３００Ｂとの間の距離「Ｌ」の関数で表されている。代替的に、出力制御部３７０は、関数ＦＯＥが一定の値となるように、関数ＣＯＦを設定してもよい。
【００６７】
＜第４実施形態＞
第３実施形態に関連して説明された制御技術は、受電装置に主に依存する。代替的に、検出コイルに誘起された検出電力を用いた制御は、送電装置と受電装置との間での通信を利用してもよい。本実施形態において、送電装置と受電装置との間での通信を利用した制御が説明される。
【００６８】
図６は、第４実施形態に従う非接触式の電力伝送システム１００Ｃの概略図である。図６を参照して、電力伝送システム１００Ｃが説明される。尚、第３実施形態と同一の要素に対して、同一の符号が付されている。第３実施形態に関連する説明は、同一の符号が付された要素に対して適用される。
【００６９】
電力伝送システム１００Ｃは、送電装置２００Ｃと、受電装置３００Ｃと、を備える。送電装置２００Ｃは、交番磁界を発生させる。送電装置２００Ｃに磁気的に結合した受電装置３００Ｃには、交番磁界の存在下で、誘起電力が発生する。
【００７０】
第３実施形態と同様に、受電装置３００Ｃは、検出コイル３１０と、受電コイル３３０と、共振回路３６０と、負荷要素３９０と、を備える。受電装置３００Ｃは、整流部３８０Ｃと、信号生成部４１０と、送信部４２０と、を更に備える。
【００７１】
信号生成部４１０は、検出コイル３１０の第２端部３１２に接続される。信号生成部４１０は、第１端部３１１と第２端部３１２との間の電位差を検出する。第３実施形態に関連して説明された如く、第１端部３１１と第２端部３１２との間の電位差は、送電装置２００Ｃと受電装置３００Ｃとの間の距離に依存する。したがって、信号生成部４１０は、第１端部３１１と第２端部３１２との間の電位差に基づいて、送電装置２００Ｃと受電装置３００Ｃとの間の距離を表す通知信号を生成することができる。通知信号は、信号生成部４１０から送信部４２０へ出力される。送信部４２０は、通知信号を、送電装置２００Ｃへ送信する。
【００７２】
第３実施形態と同様に、送電装置２００Ｃは、送電コイル２３０と、発振部２７０と、を備える。送電装置２００Ｃは、発振制御部２６０Ｃと、受信部２８０と、を更に備える。上述の通知信号は、送信部４２０から受信部２８０に送られる。受信部２８０は、その後、通知信号を、発振制御部２６０Ｃに出力する。発振制御部２６０Ｃは、通知信号に応じて、発振部２７０を制御し、送電コイル２３０から発生する交番磁界を調整する。発振制御部２６０Ｃは、発振部２７０及び送電コイル２３０へ供給される供給電力の周波数及び／又は大きさを、通知信号に応じて調整してもよい。本実施形態において、発振制御部２６０Ｃは、磁界制御部として例示される。
【００７３】
図７は、整流部３８０Ｃの概略的な回路図である。図６及び図７を参照して、整流部３８０Ｃが説明される。
【００７４】
第３実施形態と同様に、整流部３８０Ｃは、整流ブリッジ回路３８１と、平滑コンデンサ３８２と、を備える。第３実施形態とは異なり、受電コイル３３０に生ずる誘起電力の大きさは、発振制御部２６０Ｃの制御下で適切に調整されるので、ＤＣ−ＤＣコンバータといった調整素子は必要とされない。したがって、整流部３８０Ｃの設計は簡素化される。
【００７５】
図８は、送電装置２００Ｃの概略的な回路図である。図６及び図８を参照して、送電装置２００Ｃが説明される。
【００７６】
第３実施形態と同様に、送電装置２００Ｃは、フルブリッジ回路２７１と、共振コンデンサ２７２と、を備える。送電装置２００Ｃは、制御ＩＣ２６１Ｃを更に備える。制御ＩＣ２６１Ｃは、図６を参照して説明された発振制御部２６０Ｃとして例示される。
【００７７】
フルブリッジ回路２７１は、４つの電界効果トランジスタ（図８において、記号「ＦＥＴ１」、「ＦＥＴ２」、「ＦＥＴ３」及び「ＦＥＴ４」を用いて示されている）を備える。フルブリッジ回路２７１には、所定の大きさの直流電圧が印加される。制御ＩＣ２６１Ｃは、ＦＥＴ１とＦＥＴ４とからなる組及びＦＥＴ２とＦＥＴ３とからなる組を交互にオン・オフする。制御ＩＣ２６１Ｃは、オン・オフの切り替え周波数（即ち、駆動周波数）を、送電装置２００Ｃと受電装置３００Ｃとの間の距離に応じて調整する。受電装置３００Ｃが送電装置２００Ｃの近くに配置されているならば、送電コイル２３０に流れる交流電流の周波数と、共振回路３６０の設計によって定められる共振周波数と、の差異が大きくなるように、制御ＩＣ２６１Ｃは、駆動周波数を設定してもよい。受電装置３００Ｃが送電装置２００Ｃから離れているならば、送電コイル２３０に流れる交流電流の周波数と、共振回路３６０の設計によって定められる共振周波数と、の差異が小さくなるように、制御ＩＣ２６１Ｃは、駆動周波数を設定してもよい。駆動周波数に対する制御によって、共振回路３６０の共振の強さが適切に調整される。この結果、受電装置３００Ｃが送電装置２００Ｃの近くに配置されているならば、受電コイル３３０に生ずる誘起電力は小さくなる一方で、受電装置３００Ｃが送電装置２００Ｃから離れているならば、受電コイル３３０に生ずる誘起電力は大きくなる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本実施形態の原理は、共振回路の共振を利用する電力伝送技術に利用される。特に、本実施形態の原理は、電動歯ブラシや他の小型電動装置といった装置に好適に利用される。
【符号の説明】
【００７９】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ・・・・・電力伝送システム
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ・・・・・送電装置
２３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・送電コイル
２６０Ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・発振制御部
２８０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・受信部
３００，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ・・・・・受電装置
３１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・検出コイル
３３０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・受電コイル
３５０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・筐体
３６０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・共振回路
３７０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・出力制御部
３８０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・整流部
４１０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・信号生成部
４２０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・送信部
【図１】
2014233172.tif 000006
【図２】
2014233172.tif 000007
【図３】
2014233172.tif 000008
【図４】
2014233172.tif 000009
【図５】
2014233172.tif 000010
【図６】
2014233172.tif 000011
【図７】
2014233172.tif 000012
【図８】
2014233172.tif 000013