(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷変動時や異常に十分な速度で対応し、コイルの共振状態を利用した高効率の非接触電力伝送を、常に安定して行う。【解決手段】送電コイルと送電回路からなる送電部４及び送電通信部５を有する送電装置１と、受電コイルと受電回路からなる受電部７及び受電通信部８を有する受電装置２とを備えた非接触電力伝送システム。送電コイルと受電コイルの間の作用により隔壁３を介して送電装置から受電装置へ非接触で電力伝送を行い外部負荷に電力を供給するとともに、送電通信部と受電通信部の間の通信による情報に基づき非接触電力伝送を制御する。受電装置は、電池９またはキャパシタからなる第１蓄電部を備え、送電装置から伝送される電力により第１蓄電部を所定の範囲の充電率に充電して、第１蓄電部の電力を外部負荷に供給可能とする制御を行い、電力供給の制御に伴う送電装置に対する電力伝送の実行または停止を通信により指令する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振容量に相当するコンデンサが付加された送電コイルと送電回路からなる送電部及び送電通信部を有する送電装置と、
共振容量に相当するコンデンサが付加された受電コイルと受電回路からなる受電部及び受電通信部を有する受電装置とを備え、
前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用により隔壁を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力伝送を行い外部負荷に電力を供給するともに、前記送電通信部と前記受電通信部の間の通信による情報に基づき前記電力伝送を制御するように構成された非接触電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は、電池またはキャパシタからなる第１蓄電部を備え、前記送電装置から伝送される電力により前記第１蓄電部を所定の範囲の充電率に充電して、前記第１蓄電部の電力を前記外部負荷に供給可能とする制御を行い、当該制御に伴う前記送電装置に対する前記電力伝送の実行または停止を前記通信により指令することを特徴とする非接触電力伝送システム。
【請求項２】
前記受電装置から電力を供給する対象の外部負荷が、電源ＯＦＦからＯＮに変化したときに、電源立ち上げ時の電力を前記第１蓄電部から供給し、その後、前記通信により指令した前記送電装置からの送電による電力を前記外部負荷に対して供給する請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項３】
前記受電装置からの前記通信に基づき前記送電装置からの電力伝送を停止するときに、停止するまでの送電電力を前記第１蓄電部に蓄積するように制御する請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項４】
前記受電装置は、前記第１蓄電部の充放電状態を充電率が２０〜９０％の範囲内に制御する請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項５】
前記送電装置は、前記受電装置の存在の有無を検出する機能を有し、前記受電装置の喪失が検出された場合には、送電を停止するとともにその通報信号を出力する機能を有する請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項６】
前記受電装置は、前記第１蓄電部の充放電状態の情報として、充電回数、温度の情報を記憶し、それらの情報を、予め前記受電装置に保存されたリストと比較し、当該リストの規定から外れた場合には、通報信号を出力する機能を有する請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項７】
前記送電通信部は、前記通報信号を、前記送電装置に備えた装置により電気信号、音、または光により出力するとともに、他の通信装置への通信を介して前記送電装置以外の装置によるユーザーへの通報を行う機能を有する請求項５または６に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項８】
前記受電部に相当する機能を有する中継受電部と、前記送電部に相当する機能を有する中継送電部とを備えた電力中継装置を備え、
前記送電装置から伝送される電力を、前記中継受電部により非接触で受け取り、受け取った電力を前記中継送電部により前記受電装置に非接触で伝送する請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項９】
前記送電装置は、電池またはキャパシタからなる第２蓄電部を備え、
前記送電回路が発生した電力の少なくとも一部を前記第２蓄電部に蓄積可能である請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１０】
前記送電装置は、前記第２蓄電部の充放電状態を充電率が２０〜９０％の範囲内に制御する請求項９に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１１】
前記第２蓄電部から前記受電装置へ電力供給することが可能であり、当該電力供給を前記通信により制御する請求項９に記載の非接触電力伝送システム。
【請求項１２】
前記受電装置からの前記通信に基づき前記送電装置からの電力伝送を停止するときに、前記送電装置への外部電源からの電力供給が停止するまでに前記送電回路内に残る電力を前記第２蓄電部に蓄積するように制御する請求項９に記載の非接触電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置と受電装置の間の電力伝送を非接触（ワイヤレス）で行う非接触電力伝送システムに関し、特に、送電装置の送電共振器を構成する送電コイルと、受電装置の受電共振器を構成する受電コイルを隔壁を介して配置して、コイルの共振状態を利用した電力伝送を安定して行うための非接触電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触で電力を伝送する方法として、電磁誘導による電磁誘導方式、電界または磁界共鳴を介した共鳴給電方式、電波によるマイクロ波送電方式、あるいは可視光領域の電磁波（光）によるレーザ送電方式が知られている。この中で既に実用化されているのは、電磁誘導方式である。これは簡易な回路（トランス方式）で実現可能であるなどの優位性はあるが、送電距離が短いという課題もある。そこで、共振を利用して電力を数ｍ先まで伝送する共鳴給電方式が提案され、この技術を利用した製品開発が、電機メーカー、自動車メーカーを中心に進められている。
【０００３】
一方、携帯電話やＰＤＡなどのモバイル機器の無線による大容量のデータ通信は、必然的に大容量の電力を必要とし、それは電池容量の拡大要求となる。しかし、現在のリチウムイオン電池では十分な電池容量を確保することが困難である。非接触電力伝送はそれを補うものとして注目されている。このような観点からすると今後は、大容量の情報通信と無線電力伝送が一体となった開発、製品化が進むものと予想される。
【０００４】
ここで、共鳴給電方式による電力伝送に特化して考えてみると、以下のような課題がある。ＡＣコンセント或いは系統電力から電力を受け取る送電装置の送電コイルと、負荷が繋がれる受電装置の受電コイル電磁結合により電力伝送が行われるが、両コイル間の結合係数ｋ値は小さく、一方Ｑ値を高めることを特徴とする。Ｑ値が高いコイルを用いた場合、高い電圧がコイル両端部で発生し、更には、Ｑが高いことに起因するピーキーなシステムになると、各種調整機構を追従させることが困難となる。
【０００５】
特に、温度上下動などに伴う送電装置と受電装置間のミスマッチが発生した時や、送電装置と受電装置に金属異物が近づいた時には、共振調整機構を素早く動作させる必要がある。最適化しないと、不要輻射が増大したり、最悪の場合、反射電力により装置自体が破損する可能性もあるからである。このため共鳴給電の最大のメリットである長距離電力伝送性能を生かしながら、共振調整機構に関わる上記課題を何らかの手段を用いて解決する必要が有る。
【０００６】
例えば特許文献１に開示されたシステムの送電装置は、非接触で電力を送信する送電部に加えて、通信部を有し、あるタイムフレームで通信部が受信した外部送電装置における電力伝送の開始を示す情報に基づいて、電力伝送が可能であるか否かを判定する。判定結果に基づいて、選択的に電力伝送を行うように構成される。この方法によれば、複数の送電装置が存在する場合においても、他の送電装置からの干渉を受けずに、１つの受電装置に対して１つの送電装置から電力を伝送することが可能なシステムを提供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許０４５５７０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された構成の場合、通信部が電力伝送の必要な状態或いは停止の状態を検知、判断し、調整機構を動作させるまでにはある程度の時間を要する。そのため、装置の電源オン・オフ時や、その他の負荷変動、あるいは突然の異常には十分早い速度では対応できないという問題が有る。
【０００９】
特に送電コイルと受電コイルの共振状態を利用する非接触電力伝送においては、調整に誤差が発生すると大きな共振電力が発生する場合もあるため、受電装置の破損を防ぐ対策も必要となる。
【００１０】
従って本発明は、負荷変動時や異常にも十分な速度で対応して、コイルの共振状態を利用した高効率の非接触電力伝送を、常に安定して行うことが可能な非接触電力伝送システム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】
【００１１】
本発明の非接触電力伝送システムは、共振容量に相当するコンデンサが付加された送電コイルと送電回路からなる送電部及び送電通信部を有する送電装置と、共振容量に相当するコンデンサが付加された受電コイルと受電回路からなる受電部及び受電通信部を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の作用により隔壁を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力伝送を行い外部負荷に電力を供給するともに、前記送電通信部と前記受電通信部の間の通信による情報に基づき前記電力伝送を制御するように構成される。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送システムは、前記受電装置が、電池またはキャパシタからなる第１蓄電部を備え、前記送電装置から伝送される電力により前記第１蓄電部を所定の範囲の充電率に充電して、前記第１蓄電部の電力を前記外部負荷に供給可能とする制御を行い、当該制御に伴う前記送電装置に対する前記電力伝送の実行または停止を前記通信により指令することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成の非接触電力伝送システムによれば、受電装置に搭載した電池による補助機能に基づき、負荷変動時や異常にも十分な速度で対応して、コイルの共振状態を利用した高効率の非接触電力伝送を、常に安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】実施の形態１における非接触電力伝送システムを模式的に示す斜視図
【図１Ｂ】同非接触電力伝送システムの側面図
【図２Ａ】同非接触電力伝送システムを構成する送電装置を示すブロック図
【図２Ｂ】同非接触電力伝送システムを構成する受電装置を示すブロック図
【図３Ａ】同非接触電力伝送システムの基本動作を示すフロー図
【図３Ｂ】同基本動作における非接触給電判定のステップの動作を示すフロー図
【図３Ｃ】同基本動作における他の非接触給電判定のステップの動作を示すフロー図
【図４】実施の形態２における非接触電力伝送システムを構成する送電装置を示すブロック図
【図５Ａ】本発明の実施の形態３における非接触電力伝送システムを模式的に示す斜視図
【図５Ｂ】同非接触電力伝送システムの側面図
【図６】同非接触電力伝送システムを構成する中継装置を示すブロック図
【図７】同非接触電力伝送システムの変形例を模式的に示す斜視図
【図８】同非接触電力伝送システムの他の変形例を模式的に示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の非接触電力伝送システムは、上記構成を基本として、以下のような形態をとることができる。
【００１６】
すなわち、前記受電装置から電力を供給する対象の外部負荷が、電源ＯＦＦからＯＮに変化したときに、電源立ち上げ時の電力を前記第１蓄電部から供給し、その後、前記通信により指令した前記送電装置からの送電による電力を前記外部負荷に対して供給する。負荷の電源が入る時には、突入電流等の原因で急に電力が必要となる。このため受電装置に搭載した第１蓄電部で電源立ち上げ時の瞬間的な電力を賄いつつ、通信部を通して送電装置から電力を供給することにより、円滑な電力供給が可能となる。
【００１７】
また、前記受電装置からの前記通信に基づき前記送電装置からの電力伝送を停止するときに、停止するまでの送電電力を前記第１蓄電部に蓄積するように制御する。これにより、電力が完全に停止するまでは第１蓄電部に電力を蓄えて、送電装置または受電装置の破損を防ぐことができる。負荷の電源がオン状態からオフ状態になった場合等に、通信により非接触電力伝送を停止する制御にはある程度の時間を要することに対処する構成である。急な異常が検出された場合も同様な電力停止を行うので、そのような事態にも対処できる。
【００１８】
また、前記受電装置は、前記送電装置から伝送される電力により前記第１蓄電部を所定の範囲の充電率に充電する制御を行い、それに伴い、前記送電装置に対する前記電力伝送の実行または停止を前記通信により指令する。この場合に、前記受電装置は、前記第１蓄電部の充放電状態を充電率が２０〜９０％の範囲内に制御する。
【００１９】
また、前記送電装置は、前記受電装置の存在の有無を検出する機能を有し、前記受電装置の喪失が検出された場合には、送電を停止するとともにその通報信号を出力する機能を有する。あるいは、前記受電装置は、前記第１蓄電部の充放電状態の情報として、充電回数、温度の情報を記憶し、それらの情報を、予め前記受電装置に保存されたリストと比較し、当該リストの規定から外れた場合には、通報信号を出力する機能を有する。これらの場合に、前記送電通信部は、前記通報信号を、前記送電装置に備えた装置により電気信号、音、または光により出力するとともに、他の通信装置への通信を介して前記送電装置以外の装置によるユーザーへの通報を行う機能を有する。
【００２０】
また、前記受電部に相当する機能を有する中継受電部と、前記送電部に相当する機能を有する中継送電部とを備えた電力中継装置を備え、前記送電装置から伝送される電力を、前記中継受電部により非接触で受け取り、受け取った電力を前記中継送電部により前記受電装置に非接触で伝送する。
【００２１】
また、前記送電装置は、電池またはキャパシタからなる第２蓄電部を備え、前記送電回路が発生した電力の少なくとも一部を前記第２蓄電部に蓄積可能である。この場合に、前記送電装置は、前記第２蓄電部の充放電状態を充電率が２０〜９０％の範囲内に制御する。また、前記第２蓄電部から前記受電装置へ電力供給することが可能であり、当該電力供給を前記通信により制御する。また、前記受電装置からの前記通信に基づき前記送電装置からの電力伝送を停止するときに、前記送電装置への外部電源からの電力供給が停止するまでに前記送電回路内に残る電力を前記第２蓄電部に蓄積するように制御する。
【００２２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
＜実施の形態１＞
実施の形態１における非接触電力伝送システムを、図１Ａに斜視図で模式的に示す。図１Ｂは、その側面図である。このシステムは一つの送電装置１と一つの受電装置２の一対からなる。送電装置１と受電装置２は、隔壁３の両面に対向させて設置され、隔壁３を挟んだ電力伝送に適した構成を有する。
【００２４】
送電装置１は、送電部４と送電通信部５からなり、電池６（またはキャパシタ。以下同様。）の搭載が可能である。受電装置２は、受電部７と受電通信部８からなり、電池９（またはキャパシタ。以下同様。）が搭載されている。受電部７から出力される電力は、外部の負荷１０に供給される。
【００２５】
本発明の特徴は、受電装置２のみに蓄電部として電池９を備えるか、または送電装置１及び受電装置２の双方に蓄電部として電池６、９を備えた構成にある。電池の搭載を受電側のみにするか或いは両方にするかは、非接触給電の安定度、負荷状態、装置が設置される環境、あるいはニーズに応じて設定することができる。以下に示す具体構成には、受電装置２のみに電池９が設けられた例を示す。
【００２６】
図２Ａに送電装置１のブロック図を示す。送電部４は、送電コイル１１と送電回路１２からなる。送電コイル１１には共振容量としてコンデンサ（不図示）が付加されて、送電共振器を構成する。送電回路１２では、外部電源１３からの電力が、必要に応じて付加される力率改善回路（ＰＦＣ）１４によって安定化されて、ＤＤ（ＤＣ−ＤＣ）コンバーター１５、１６に供給される。
【００２７】
ＤＤコンバーター１５によって電圧レベルを適正化された直流電力は、インバーター１７により交流電力化され、正弦波に近づけるためのローパスフィルター１８を通した交流電力が送電コイル１１に印加される。この交流電力の周波数は、送電コイル１１のインダクタンスと共振容量（コンデンサの容量）とからなる送電共振器の共振周波数とほぼ一致するように設定される。また、インバーター１７が出力する交流電力は、ドバイラバー１９でパルス幅やパルスタイミングが調整される。これは、フィルター１８を通過後に上記共振周波数となるように、また、インバーター１７を構成するＦＥＴ（フィールドイフェクトトランジスター）のスイッチングロスが極力発生しないようにするためである。
【００２８】
一方、ＤＤコンバーター１６によって電圧レベルを適正化された直流電力は、送電通信部５に供給される。以上の要素の動作は、制御部２０によって制御される。
【００２９】
図２Ｂに、受電装置２のブロック図を示す。受電部７は、受電コイル２１と受電回路２２からなる。受電コイル２１には共振容量としてコンデンサ（不図示）が付加されて、受電共振器を構成する。受電共振器の共振周波数は、送電共振器の共振周波数とほぼ一致するように設定される。
【００３０】
送電コイル１１から受電コイル２１に伝達された交流の受電電力は、受電回路２２の整流器２３により直流に変換され、ＤＤコンバーター２４、２５に供給される。ＤＤコンバーター２４によって、電池やキャパシタに対して適正な電圧レベルに調整された電力は、保護回路２６を介して負荷１０及び充電回路２７に供給される。保護回路２６及び充電回路２７により、電池９（またはキャパシタ。以下同様。）に対する充放電が適切に制御され、負荷１０に電力が供給される。
【００３１】
一方、ＤＤコンバーター２５によって電圧レベルを適正化された直流電力は、受電通信部８に供給される。以上の要素の動作は、制御部２８によって制御される。メモリ２９は、電池９の充放電状態の情報として、充電回数、温度の情報等を記憶するために設けられる。
【００３２】
送電通信部５と受電通信部８により、送電装置１と受電装置２のとの間の通信機能が与えられる。図示を省略するが、送電装置１と受電装置２には、電力伝送が適切に行われているか否か、電池の状態は適切に管理されているか否か、更にはその他の異常な状態の有無を検出する機能が設けられる。そして、相互の通信により、それらの検出機能が提供する状態をモニターする。モニターに応じた制御が、制御部２０、２８により行われる。また必要が生じればユーザーに通報する。
【００３３】
上記異常な状態を検出する機能には、送電装置１が、受電装置２の存在の有無を検出する機能も含まれる。受電装置２の存在の有無は、例えば、受電通信部８からの応答の有無或いは送電部に返ってくる反射電力により検出することができる。
【００３４】
次に、上記構成の非接触電力伝送システムの動作について説明する。図３Ａは、この非接触電力伝送システムの基本動作を示すフロー図、図３Ｂは、図３Ａに示した基本動作における非接触給電判定のステップの動作を示すフロー図である。
【００３５】
非接触電力伝送システムの電源がＯＮになると（ステップＳ１）、システム確認モードになり（ステップＳ２）、受電装置２において電池９の充電率が十分か否かを判定する（ステップＳ３）。十分でなければ、受電通信部８から送電通信部５への通信により電力供給を要求し、送電部４の制御部２０は非接触給電判定の制御を行う（ステップＳ４）。
【００３６】
ステップＳ４の非接触給電判定は、図３Ｂに示すように行う。先ず、ステップＳ３からの移行により、送電装置１は非接触電力伝送を開始し（ステップＳ１１０）、続いて非接触電力が十分か否かを判定する（ステップＳ１２０）。十分であれば、ステップＳ３に戻り、電池９の充電率が設定されたレベルに達するまで、非接触給電判定（ステップＳ４）を繰り返しながら非接触電力伝送が継続される。
【００３７】
ステップＳ１２０において、非接触電力が十分ではない場合は、非接触電力伝送調整機能の範囲内か否かを判定する（ステップＳ１３０）。範囲内であれば、調整を行ってステップＳ１１０に戻り、ステップＳ１２０の判定を繰り返す。範囲内でなければ、送電を停止し（ステップＳ１４０）、警報を出力する（ステップＳ１５０）。
【００３８】
図３ＡのステップＳ３で電池９の充電率が十分であった場合は、システム動作モードに移行し（ステップＳ５）、受電装置２に接続された外部負荷１０が動作ＯＮの状態（すなわち電流を消費する状態）にあるか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定は、受電装置２の制御部２８が行い、負荷１０が動作ＯＦＦの状態の場合（待機時）は、受電装置２において電池９の充電率が十分か否かを判定する（ステップＳ７）。
【００３９】
電池９の充電率が十分でなければ（ステップＳ７、Ｎｏ）、受電通信部８から送電通信部５へ電力供給を要請する通信を行い、送電部４の制御部２０は非接触給電判定の制御を行う（ステップＳ８）。ステップＳ８の非接触給電判定の動作はステップＳ４と同様である。但し、非接触電力が十分な場合には、ステップＳ６に戻り、負荷１０の動作のＯＮ・ＯＦＦの判定の動作を繰り返す。ステップＳ７で電池９の充電率が十分であった場合も、ステップＳ６に戻り、負荷１０の動作のＯＮ・ＯＦＦの判定の動作を繰り返す。
【００４０】
ステップＳ６で負荷１０が動作ＯＮの状態にある場合は、負荷１０に対して電池９から電力を供給して（ステップＳ９）、電源立ち上げ時の瞬間的な電力を電池９で賄う。次に、負荷１０が動作ＯＮである情報を通信部８、５を介し送電装置１に送信して、非接触電力伝送を開始する（ステップＳ１０）。更に、非接触電力が十分か否かを判定する（ステップＳ１１）。
【００４１】
非接触電力が十分ではない場合（ステップＳ１１、Ｎｏ）、非接触給電判定を行う（ステップＳ１２）。この非接触給電判定は、図３Ｃに示すように、ステップＳ４の非接触給電判定の一部を行うものである。従って、同一のステップに同一の参照符号を付して、説明を省略する。ステップＳ１１において非接触電力が十分であれば、負荷１０の動作のＯＮ・ＯＦＦの判定を行い（ステップＳ１３）、負荷１０が動作ＯＮであれば、ステップＳ１０に戻って非接触電力伝送を継続する。負荷１０が動作ＯＦＦであれば、ステップＳ７に戻り、上述の動作を繰り返す。
【００４２】
以上のフローに基づく、非接触電力伝送システムの各種の状態における動作について、以下に説明する。
【００４３】
［１．負荷１０が動作ＯＦＦの状態の場合］
例えば負荷１０である機器の電源が入っていない場合である。この場合は、待機電力以外に電力を消費しないため、受電装置２に組み込まれた電池９（或いはキャパシ、以下同様）が待機電力により消費された分のみの電力を供給する。すなわち、待機電力により、電池９の充電率が所望の値より低下した場合には、受電通信部８の通信機能が働き送電通信部５を介して、送電部４から電力を供給させるための信号を送信する。電池９の充電率が所望の状態になったら、同様にして通信を行い、停止制御を掛け電力伝送を停止させる。
【００４４】
［２．負荷１０が動作ＯＮの状態の場合］
負荷１０の電源がオン状態になった時には、突入電流等の原因で急激に電力が必要となる。このため、受電装置２に搭載した電池９で電源立ち上げ時の瞬間的な電力を賄いつつ、通信部を通して送電装置１から電力を供給するようにする。なお、電池９の充電率が十分で有れば、その充電率が設定された充電率より低下するまでは、電池９から電力を引続き継続することも可能である。
【００４５】
［３．負荷１０の電源がオン状態からオフ状態になった時］
受電通信部８を通して、送電装置１からの電力供給を停止するように制御する。但し、急速な停止動作は、装置に逆電圧などの負担をかける可能性がある。一方、電力供給が完全に停止するまでには、通信制御にある程度の時間を要する。そこで、電力供給が完全に停止するまでの間、電池９に電力を蓄える機能を設ける。また、電池９の充電率が設定された充電率より低下していた場合には、引続き電池９が十分な充電率となるまで、非接触電力伝送を継続する。
【００４６】
［４．急激な異常が検出された時］
上述の第３項と同様な電力停止を行う。但し受電装置２が何らかの原因で喪失された場合には、受電装置２に搭載の電池９による、上述のような電力補完が機能しなくなる。この場合には、非常に大きな電圧が送電コイル１１に発生するため、これをモニターし即座に送電装置１から警報信号を発信させる。また、非接触電力伝送システムとは別に用意するシステム管理者（或いはユーザー）の手元に有る通信機にも、当該警報信号が受信されるように構成し、システム管理者等が即座に異常を知ることができるようにする。
【００４７】
次に、上述の個々の要素の機能、設定に関して記載する。電池９の状態は、その充電率が２０〜９０％の範囲内に維持されるように、より好ましくは４０％〜６０％に維持されるように制御を行う。これは、充電率が９０％を超えると電池の特性が急激に劣化するため、これを防止し、一方、充電率が２０％より低下した状態だと、必要な時に必要な電力を電池から供給できなくなるため、これを防止することを目的としている。
【００４８】
なお、負荷１０の待機時（待機電力のみ消化時）には、充電率が下限に近くなるまで電池９から負荷へ電力を供給する。負荷１０がＯＮからＯＦＦ状態になった場合には、充電率が上限に近くなるまで電力を供給する。これにより電池或いはキャパシタへの充放電回数を必要最低限にできるため、電池或いはキャパシタの特性劣化を最小限にして製品寿命を延ばすことができる。特に電池充電時には温度が低い時に行われないように、装置に仕込む温度モニターやタイマーなどにより制御を掛けるようにする。
【００４９】
電池９の充放電状態の情報として、充電回数、温度の情報を受電装置２内のメモリ２９に記憶する。それらの情報を、予め送電通信部５及び受電通信部８に組込んだリストと比較し、当該リストの規定から外れた場合には、速やかにユーザーやシステム管理者への通報機能を起動させる構成とする。
【００５０】
特に送電通信部５には、自己の装置内に音、光による通報機能を持つと共に、非接触電力伝送システムとは別の通信装置への通信も可能なように構成することが望ましい。これにより、ユーザーへの通報が確実に行われるような機能を持たせる。更に、受電装置２が喪失された場合には、即座に送電停止命令を発信すると同時に、その通報信号が優先出力されるようにハードソフト上の設定をしておくことが望ましい。
【００５１】
＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２における非接触電力伝送システムを構成する送電装置１ａの構成例を示すブロック図である。この送電装置１ａは、実施の形態１における送電装置１が電池６（或いはキャパシタ）を搭載し、そのための構成が追加されたものである。他の構成は、実施の形態１と同様であり、同一の要素については同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを省略する。
【００５２】
送電装置１ａには電池６が搭載されるため、ＤＤコンバータ３０から電力供給される保護回路３１が付加される。保護回路３１を介した電力により充電回路３２は、電池６を充電する。また、保護回路３１からインバーター１７、フィルター１８、送電コイル１１を介して非接触電力伝送する機能を持つ。これらの動作は、制御部３３により制御される。また充電回数、温度の情報を記憶するメモリ３４が設けられ、制御部３３の動作に用いられる。
【００５３】
この送電装置１ａを用いた非接触電力伝送システムの基本的な動作は、実施の形態１の場合と同様であるが、各種の状態における本実施の形態に特有の動作について、以下に説明する。
【００５４】
［１．負荷１０が動作ＯＦＦの状態の場合］
受電装置２の電池９の充電率が、負荷１０の待機電力により設定レベルより減少したときには、受電通信部８から送電通信部５に通信して、送電装置１ａに搭載の電池６から電力を供給し、送電コイル１１と受電コイル２１を介して非接触で電力を受電装置２の電池９に供給することができる。
【００５５】
［２．負荷１０が動作ＯＮの状態の場合］
送電装置１ａから電力を供給する動作の時に、外部電源１３から電力を供給する代わりに、若しくは外部電源１３と同時に、送電装置１ａに搭載した電池６から電力を供給し、送電コイル１１と受電コイル２１を介して非接触で電力を受電装置２に供給することが出来る。
【００５６】
［３．負荷１０の電源がオン状態からオフ状態になった時］
外部電源１３からの電力供給が完全に停止するまでに送電回路１２ａ内に残る電力を、送電装置１ａ内に搭載した電池６に電力として蓄える。また受電回路２２内に残る電力を受電装置２内に搭載した電池９に電力として蓄える。
【００５７】
［４．急激な異常が検出された時］
上述の第３項と同様に、外部電源１３からの電力供給が完全に停止するまでに送電回路１２ａ内に残る電力を、送電装置１ａ内に搭載した電池６に電力として蓄える。あるいは、受電回路２２内に残る電力を受電装置２内に搭載した電池９に電力として蓄える。
【００５８】
各要素の機能、設定に関しては、実施の形態１に記載の受電装置２の電池管理機能を送電装置１ａにも持たせる。
【００５９】
なお、以上の実施の形態１及び２の非接触電力伝送システムを構成する送電装置１または１ａ、及び受電装置２のいずれか、あるいは双方を、複数台組合わせて非接触電力伝送システムを構成とすることができる。この場合も、受電装置は必ず電池又はキャパシタを搭載し、送電装置は、電池又はキャパシタが搭載される構成と、搭載されない構成を選択することができる。
【００６０】
但し、搭載する通信機能を高度化し、１対１通信ではなく、送電装置をホストとするスター型の通信、或いは受電装置も相互通信を行うメッシュ通信などを行う構成とする。これにより、送電装置に対する通信以外にも、受電装置が相互連携して非接触電力伝送、電池管理及びユーザーへの通報を行うことができる。
【００６１】
＜実施の形態３＞
実施の形態３における非接触電力伝送システムを模式的に、図５Ａに斜視図で示す。図５Ｂは、その側面図である。
【００６２】
このシステムは、送電装置１と受電装置２の対に対して、その中間位置に配置する電力中継装置４０を設けた構成を有する。送電装置１と受電装置２は、隔壁３ａの両面に対向させて設置され、隔壁３ａを挟んで電力の伝送を行う。電力中継装置４０は隔壁３ａ内に埋設され、送受電部４１、中継通信部４２、及び電池４３（またはキャパシタ。以下同様）により構成される。
【００６３】
電力中継装置４０は、送電機能と受電機能を一体として有する。すなわち、送受電部４１は、中継受電部と中継送電部を備え、送電装置１から伝送される電力を受け取り、その電力を、受電装置２に向けて非接触で伝送する。
【００６４】
電力中継装置４０の構成は、図６のブロック図で示すように、中継受電部４１ａ、中継送電部４１ｂ、通信部４２、及び電池４３を含む。中継受電部４１ａ及び中継送電部４１ｂが、図５Ａに示した送受電部４１を構成する。中継受電部４１ａの受電回路２２ａ及び中継送電部４１ｂの送電回路１２ａの構成は、図２Ｂ、図２Ａに示した実施の形態１おける受電回路２２及び送電回路１２ａと実質的に同様である。従って、中継受電部４１ａ及び中継送電部４１ｂの動作も受電部７及び送電部４の動作と基本的には同様であり、同一の要素については同一の参照番号を付して、説明を簡略化する。
【００６５】
この電力中継装置４０の動作は、次のとおりである。まず、送電装置１から伝送される電力を、中継受電部４１ａの受電コイル２１により非接触で受け取り、これを整流器２３、ＤＤコンバーター２４、保護回路２６、及び充電回路２７を通して電池４３に電力を蓄える。または、整流器２３、ＤＤコンバーター２４、及び保護回路２６を通した直流電力を、中継送電部４１ｂのインバーター１７に供給する。インバーター１７が出力する交流電力を、フィルター１８と送電コイル１１を介して受電装置２に向けて出力する。
【００６６】
この時、電力中継装置４０では電池４３をＤＣ電源として利用できるため、中継送電部４１ｂでは力率改善回路などは不要となる。更には、外部電源より安定した電源とすることができるため、それを直接インバーター１７を介してＡＣ電力とすることが可能となる。
【００６７】
図５Ａの構成とは異なり、電力中継装置４０は、送電装置が一つで受電装置が複数の場合に電力を中継することも可能である。送電装置が複数で受電装置が一つ、或いは送電装置も受電装置も複数の場合も、電力の中継ポイントとして機能することは可能である。送電装置、電力中継装置４０、及び受電装置も含めた相互通信を行うメッシュ通信などを行い、相互連携して非接触電力伝送、電池管理及びユーザーへの通報を行う構成とすることができる。
【００６８】
上記構成と同様の電力中継装置４０を用いた非接触電力伝送システム変形例を、図７に斜視図で模式的に示す。この例では、送電装置１及び電力中継装置４０を隔壁３の両面に設置し、受電装置２ａを隔壁３から離れて配置している。この構成の配置は、図５Ａと実質的に同様であり、同様の効果が得られる。受電装置２ａは、上述の受電装置２と同様の構成であるが、負荷１０（図示省略）を含んでいる。
【００６９】
また、図８には、非接触電力伝送システムの他の変形例を模式的に示す。この例では、図７と同様に、隔壁３の両面に設置された送電装置１及び電力中継装置４０、及び隔壁３から離れて配置された受電装置２ａ（負荷を含む）を有する。さらに、受電装置２ａを挟んで隔壁３の反対側に第２の隔壁３ｂが存在し、この第２の隔壁３ｂの面に、受電装置２ａと対向させて第２の電力中継装置４０ａが配置されている。第２の電力中継装置４０ａは、電力中継装置４０と同様の構成である。この非接触電力伝送システムは、基本的な機能は図５Ａと実質的に同様であり、同様の効果が得られるが、さらに、電力中継の効果を向上させることができる。
【００７０】
なお、以上の実施の形態に記載の非接触電力伝送システムは、隔壁を介した場合、主には見通しが利かない隔壁を介した場合でも、上記機能が適切に働くように構成する。このために、通信機能にはシステム管理者がその使用環境に応じてファームウエアのアップデートが可能なような機構を持たせることが望ましい。その他防水機構、防塵機構、電磁波漏えい対策を行いながらも、電池やキャパシタの寿命を通信部にて検出した場合に取り換えが容易に行われるような機構を具備することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の非接触電力伝送システムによれば、電池を搭載した受電装置を用いることにより、負荷変動時や異常にも十分な速度で対応して、コイルの共振状態を利用した高効率の非接触電力伝送を、常に安定して行うことが可能であり、大容量の情報通信と無線電力伝送が一体となった監視カメラ等に有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１、１ａ  送電装置
２、２ａ  受電装置
３、３ａ、３ｂ  隔壁
４、４１ｂ  送電部
５  送電通信部
６、９、４３  電池
７、４１ａ  受電部
８  受電通信部
１０  負荷
１１  送電コイル
１２、１２ａ  送電回路
１３  外部電源
１４  力率改善回路
１５、１６、２４、２５、３０  ＤＤコンバーター
１７  インバーター
１８  ローパスフィルター
１９  ドライバー
２０、２８、３３  制御部
２１  受電コイル
２２、２２ａ  受電回路
２３  整流器
２６、３１  保護回路
２７、３２  充電回路
２９、３４  メモリ
４０、４０ａ  電力中継装置
４１  送受電部
４１ａ  中継受電部
４１ｂ  中継送電部
４２  中継通信部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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