(57)【要約】  高周波電力を出力するインバータ回路（１０２）と、上記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力するインバータ回路（１０３）と、インバータ回路（１０３）における出力電力の大きさを制御する電力制御部（１０４１）と、インバータ回路（１０２）の出力端に接続された送信コイル（１０５１）を有し、当該インバータ回路（１０２）により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナ（１０５）と、インバータ回路（１０３）の出力端に接続され且つ送信コイル（１０５１）に対して外周又は内周に配置された抑制コイル（１０６１）を有し、当該インバータ回路（１０３）により出力される高周波電力と同一周波数で共振する抑制アンテナ（１０６）とを備え、送信コイル（１０５１）に流れる電流の方向と抑制コイル（１０６１）に流れる電流の方向は逆方向である。
2017187610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を出力する第１のインバータ回路と、
前記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力する第２のインバータ回路と、
前記第２のインバータ回路における出力電力の大きさを制御する電力制御部と、
前記第１のインバータ回路の出力端に接続された送信コイルを有し、当該第１のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと、
前記第２のインバータ回路の出力端に接続され且つ前記送信コイルに対して外周又は内周に配置された抑制コイルを有し、当該第２のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する抑制アンテナとを備え、
前記送信コイルに流れる電流の方向と前記抑制コイルに流れる電流の方向は逆方向である
ことを特徴とする共振型電力送信装置。
【請求項２】
前記送信コイルの巻線方向と前記抑制コイルの巻線方向は同一方向であり、
前記第１のインバータ回路における出力電力の位相と前記第２のインバータ回路における出力電力の位相とを逆位相とする位相制御部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力送信装置。
【請求項３】
前記送信コイルの巻線方向と前記抑制コイルの巻線方向は逆方向である
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力送信装置。
【請求項４】
前記送信コイルは、外周の巻線方向が内周に対して逆方向である
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力送信装置。
【請求項５】
前記送信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力送信装置。
【請求項６】
高周波電力を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力端に接続された送信コイルを有し、前記高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと、
前記送信コイルに並列接続され且つ当該送信コイルに対して外周又は内周に配置された抑制コイルを有し、前記高周波電力に含まれる高調波に基づく周波数で共振する抑制アンテナとを備え、
前記送信コイルの巻線方向と前記抑制コイルの巻線方向は逆方向である
ことを特徴とする共振型電力送信装置。
【請求項７】
前記送信コイルは、外周の巻線方向が内周に対して逆方向である
ことを特徴とする請求項６記載の共振型電力送信装置。
【請求項８】
前記送信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項６記載の共振型電力送信装置。
【請求項９】
高周波電力を出力する第１のインバータ回路と、
前記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力する第２のインバータ回路と、
前記第２のインバータ回路における出力電力の大きさを制御する電力制御部と、
前記第１のインバータ回路における出力電力の位相と前記第２のインバータ回路における出力電力の位相を逆位相とする位相制御部と、
前記第１のインバータ回路により出力された高周波電力と前記第２のインバータ回路により出力された高周波電力とを合成して出力する電力合成部と、
前記電力合成部の出力端に接続され、前記第１のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと
を備えた共振型電力送信装置。
【請求項１０】
前記送信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項９記載の共振型電力送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波電力を伝送する共振型電力送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送では、人体防護指針及びＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）規格を満たすため、漏洩電磁界及び高調波ノイズを低減する必要がある。そこで、送信アンテナに送る矩形波の時比率（Ｄｕｔｙ）を制御することで、高調波ノイズを低減する送電装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この送電装置では、電源部で矩形波である交流電圧を生成した後、当該交流電圧を一周期に一定時間だけ零にすることで、階段状の波形（通常の矩形波よりも三角波に近い波形）に変換し、送信コイルに供給している。これにより、矩形波に含まれる高調波のうちの３次高調波を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３３１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来構成では、矩形波の時比率を制御しているため、その時比率の変化により伝送電力も変化してしまうという課題がある。また、従来構成は、電源部から出力される交流電圧が矩形波である場合には有効であるが、正弦波である場合には高調波に対する低減効果が無いという課題がある。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、必要な伝送電力へは影響させずに、高調波を低減できる共振型電力送信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る共振型電力送信装置は、高周波電力を出力する第１のインバータ回路と、高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力する第２のインバータ回路と、第２のインバータ回路における出力電力の大きさを制御する電力制御部と、第１のインバータ回路の出力端に接続された送信コイルを有し、当該第１のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと、第２のインバータ回路の出力端に接続され且つ送信コイルに対して外周又は内周に配置された抑制コイルを有し、当該第２のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する抑制アンテナとを備え、送信コイルに流れる電流の方向と抑制コイルに流れる電流の方向は逆方向であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のように構成したので、必要な伝送電力へは影響させずに、高調波を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る共振型電力送信装置の構成例を示す図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂは、この発明の実施の形態１における送信アンテナ及び抑制アンテナの構成例を示す図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂは、この発明の実施の形態１に係る共振型電力送信装置による効果の一例を示す図であって、通常の送信アンテナからの電磁放射を示す図と、２倍波の逆位相電磁波を重畳した場合を示す図である。
【図４】図４Ａは理想的な矩形波の一例を示し、図４Ｂは矩形波の時比率を調整した場合を示す図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂは、この発明の実施の形態１に係る共振型電力送信装置による効果の別の一例を示す図であって、通常の送信アンテナからの電磁放射を示す図と、矩形波の逆位相電磁波を重畳した場合を示す図である。
【図６】図６Ａ、図６Ｂは、この発明の実施の形態１における送信アンテナ及び抑制アンテナの別の構成例を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１における送信アンテナ及び抑制アンテナの別の構成例を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る共振型電力送信装置の別の構成例を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る共振型電力送信装置の構成例を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における抑制アンテナの共振周波数の設定例を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態２における送信アンテナ及び抑制アンテナの構成例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３における送信アンテナ及び抑制アンテナの構成例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に係る共振型電力送信装置の構成例を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に係る共振型電力送信装置の別の構成例を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態１，３，４における制御部のハードウェア構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る共振型電力送信装置１の構成例を示す図である。
共振型電力送信装置１は、図１に示すように、一次電源１０１、インバータ回路（第１のインバータ回路）１０２、インバータ回路（第２のインバータ回路）１０３、制御部１０４、送信アンテナ１０５及び抑制アンテナ１０６を備えている。
【００１０】
一次電源１０１は、電力を出力する。なお、一次電源１０１が出力する電力は、直流電力又は交流電力のいずれであってもよい。
【００１１】
インバータ回路１０２は、一次電源１０１からの電力を高周波電力に変換して出力する。このインバータ回路１０２は、Ｅ級インバータ回路等の共振型スイッチング方式のインバータ回路である。
【００１２】
インバータ回路１０３は、一次電源１０１からの電力を、インバータ回路１０２により出力される高周波電力に含まれる高調波と同一（略同一の意味を含む）周波数である高周波電力に変換して出力する。ここで、インバータ回路１０３は、通常、低減対象である高調波のうちの最も低い周波数と同一周波数である高周波電力を出力する。このインバータ回路１０３は、Ｅ級インバータ回路等の共振型スイッチング方式のインバータ回路である。
【００１３】
制御部１０４は、インバータ回路１０２，１０３を制御する。この制御部１０４は、例えば図１に示すように、電力制御部１０４１及び位相制御部１０４２を備えている。
【００１４】
電力制御部１０４１は、インバータ回路１０３における出力電力の大きさを制御する。例えば、低減対象である高調波は基本波と比較して十分小さく、その電力比率は装置の構成時点で大凡決まるため、電力制御部１０４１は、予め、インバータ回路１０３における出力電力の大きさを、インバータ回路１０２における出力電力の１％以下に設定する。
【００１５】
位相制御部１０４２は、インバータ回路１０２，１０３間の相対位相を制御する。具体的には、位相制御部１０４２は、インバータ回路１０２における出力電力の位相とインバータ回路１０３における出力電力の位相とを逆位相とする。
【００１６】
送信アンテナ１０５は、インバータ回路１０２の出力端に接続された送信コイル１０５１を有し、当該インバータ回路１０２により出力される高周波電力と同一（略同一の意味を含む）周波数で共振する。なお、送信アンテナ１０５による電力伝送方式は特に限定されず、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、電磁誘導による方式のいずれであってもよい。
【００１７】
抑制アンテナ１０６は、インバータ回路１０３の出力端に接続され且つ送信コイル１０５１に対して外周又は内周に配置された抑制コイル１０６１を有し、当該インバータ回路１０３により出力される高周波電力と同一（略同一の意味を含む）周波数で共振する。
【００１８】
次に、送信アンテナ１０５及び抑制アンテナ１０６の構成例について、図２を参照しながら説明する。
図２に示す送信アンテナ１０５では、送信コイル１０５１に加え、当該送信コイル１０５１の共振条件を調整する共振キャパシタ１０５２，１０５３が設けられている。同様に、図２に示す抑制アンテナ１０６では、抑制コイル１０６１に加え、当該抑制コイル１０６１の共振条件を調整する共振キャパシタ１０６２，１０６３が設けられている。また図２では、抑制コイル１０６１は、送信コイル１０５１に対して外周に配置され、且つ、巻線方向が送信コイル１０５１の巻線方向と同一方向となっている。なお、送信コイル１０５１と抑制コイル１０６１との間の距離は任意に設定可能である。
【００１９】
そして、図２に示す送信アンテナ１０５及び抑制アンテナ１０６に対し、図１に示す位相制御部１０４２では、インバータ回路１０２における出力電力の位相とインバータ回路１０３における出力電力の位相を逆位相としている。よって、図２に矢印で示すように、送信コイル１０５１に流れる電流の方向と抑制コイル１０６１に流れる電流の方向は逆方向となり、送信アンテナ１０５から放射された高調波を、抑制アンテナ１０６から放射した電磁波により打ち消して低減できる。
【００２０】
ここで、送信アンテナに交流電力が入力される場合において、当該交流電力が理想的な正弦波である場合には、当該交流電力に高調波は含まれない。しかしながら、実際には、交流電力には歪が生じているため、当該交流電力に高調波が含まれている。
また、例えば送信アンテナの後段に共振型電力受信装置が接続される場合、その共振型電力受信装置内にブリッジ整流回路が設けられている場合がある。このブリッジ整流回路はシリコンダイオード等の半導体材料で構成されており、半導体材料は非線形な特性を有している。このように、送信アンテナの後段に、非線形な特性を有する半導体材料から成る回路が接続される場合、送信アンテナから出力された正弦波が当該回路により矩形状の波形に変換され、高調波が生じてしまう。
そこで、実施の形態１に係る共振型電力送信装置１では、上記のようにして発生する高調波の低減を目的としている。
【００２１】
例えば、共振周波数がｆである送信アンテナ１０５のみに対し、基準周波数がｆである正弦波状の電力が入力されると、図３Ａ、図５Ａに示すように、基準周波数ｆの２倍、３倍、４倍、・・・の高調波が電磁放射される。
それに対し、例えば、共振周波数が２ｆである抑制アンテナ１０６に対し、上記正弦波状の２倍波である電力を入力すると、２倍波の逆位相電磁波が放射される。その結果、図３Ｂに示すように、基準周波数ｆの２倍、４倍、６倍、・・・の高調波が打ち消されて低減する。
【００２２】
また、図４Ａに示す周期２π且つ時比率５０％である理想的な矩形波をフーリエ級数展開すると、下式（１）のようになる。なお式（１）において、ωは交流電力の角周波数である。
2017187610.tif 000003
このように、理想的な矩形波は、奇数次の高調波が足し合わされて構成されている。
更に、図４Ｂに示すように矩形波の時比率を制御したり、歪ませたりすることで、偶数次の高調波を含めることや、特定の高調波を含めたり除かせたりすることもできる。
よって、抑制アンテナ１０６に対し上記のような矩形波を入力することでも、高調波を低減できる。
【００２３】
すなわち、例えば、共振周波数がｆである抑制アンテナ１０６に対し、基準周波数がｆである矩形波の電力を入力すると、矩形波の逆位相電磁波が放射される。なお、この矩形波には、基準周波数ｆの３倍、５倍、７倍、・・・の高調波に加え、２倍、４倍の高調波も僅かに含まれるものとする。その結果、図５Ｂに示すように、基準周波数ｆの３倍、５倍、７倍、・・・の高調波が打ち消されて低減し、また、２倍、４倍の高調波も僅かに低減する。
このように、低減効果のある高調波スペクトラムの特性は、抑制アンテナ１０６に入力される電力の周波数成分により決まる。
【００２４】
なお、送信コイル１０５１は、いかなる巻き数であってもよいし、形状も図２に示す円形状に限らず、四角形状又は三角形状等、任意の形状でよい。
同様に、抑制コイル１０６１は、いかなる巻き数であってもよいし、形状も図２に示す円形状に限らず、四角形状又は三角形状等、任意の形状でよい。なお、図２Ａでは抑制コイル１０６１の巻き数を１巻きとした場合を示し、図２Ｂでは抑制コイル１０６１の巻き数を２巻きとした場合を示している。抑制コイル１０６１の巻き数を増やすことで、同一の出力で打ち消せる高調波の電磁界強度を大きくすることができる。
【００２５】
また、送信コイル１０５１は、図２に示すショート型に限らず、図６に示すオープン型としてもよい。また、送信コイル１０５１は、図２に示すスパイラル巻きに限らず、図６に示すヘリカル巻きとしてもよい。また、図２に示す共振キャパシタ１０５２，１０５３は必須の構成ではなく、図６に示すように、送信アンテナ１０５を送信コイル１０５１のみから構成してもよい。
【００２６】
同様に、抑制コイル１０６１は、図２及び図６Ａに示すショート型に限らず、図６Ｂに示すオープン型としてもよい。また、抑制コイル１０６１は、図２及び図６Ａに示すスパイラル巻きに限らず、図６Ｂに示すヘリカル巻きとしてもよい。また、図２に示す共振キャパシタ１０６２，１０６３は必須の構成ではなく、図６に示すように、抑制アンテナ１０６を抑制コイル１０６１のみから構成してもよい。
【００２７】
また図２，６では抑制コイル１０６１は送信コイル１０５１に対して外周に配置されているが、抑制コイル１０６１は送信コイル１０５１に対して内周に配置されてもよいし、また、互いの中心軸がずれていてもよい。
【００２８】
また図１，２では、位相制御部１０４２によりインバータ回路１０２における出力電力の位相とインバータ回路１０３における出力電力の位相を逆位相とし、送信コイル１０５１と抑制コイル１０６１の巻線方向を同一方向とした場合を示した。しかしながら、これに限らず、図７に示すように、送信コイル１０５１と抑制コイル１０６１の巻線方向を逆方向としてもよい。この場合には、位相制御部１０４２は不要となる。
【００２９】
また図１では、電力制御部１０４１は、インバータ回路１０３における出力電力の大きさを、固定値で制御することを想定している。それに対し、電力制御部１０４１は、上記出力電力の大きさを自動で制御してもよい。この場合、例えば図８に示すように、共振型電力送信装置１の出力付近に、当該共振型電力送信装置１から不要放射されている電磁界の強度を検出する電磁界強度検出部１０７を配置する。そして、電力制御部１０４１は、電磁界強度検出部１０７による検出結果に基づき、共振型電力送信装置１から不要放射されている電磁界の強度が低減するように、上記出力電力の大きさを制御する。
【００３０】
以上のように、この実施の形態１によれば、高周波電力を出力するインバータ回路１０２と、上記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力するインバータ回路１０３と、インバータ回路１０３における出力電力の大きさを制御する電力制御部１０４１と、インバータ回路１０２の出力端に接続された送信コイル１０５１を有し、当該インバータ回路１０２により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナ１０５と、インバータ回路１０３の出力端に接続され且つ送信コイル１０５１に対して外周又は内周に配置された抑制コイル１０６１を有し、当該インバータ回路１０３により出力される高周波電力と同一周波数で共振する抑制アンテナ１０６とを備え、送信コイル１０５１に流れる電流の方向と抑制コイル１０６１に流れる電流の方向は逆方向であるように構成したので、必要な伝送電力へは影響させずに、高調波を低減できる。
【００３１】
また、共振型電力送信装置１では、従来構成と異なり、送信アンテナ１０５に正弦波状の電力が入力された場合であっても高調波を低減できる。
また、共振型電力送信装置１では、偶数次及び奇数次の高調波成分を選択して低減可能なため、受信側に設けられた非線形な特性を持つ回路から発生する高調波成分に応じて、低減対策を取ることができる。
また、従来の送信装置では、送信アンテナの後段に何も接続されていない場合であっても、送信装置がアクティブ状態となっている場合には高調波が放射される。一方、共振型電力送信装置１では、そのような状況であっても、高調波を低減できる。
【００３２】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２に係る共振型電力送信装置１の構成例を示す図である。この図９に示す実施の形態２に係る共振型電力送信装置１では、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力送信装置１からインバータ回路１０３及び制御部１０４を取除き、抑制アンテナ１０６を抑制アンテナ１０６ｂに変更している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
抑制アンテナ１０６ｂは、送信コイル１０５１に並列接続され且つ当該送信コイル１０５１に対して外周又は内周に配置された抑制コイル１０６１ｂを有し、インバータ回路１０２により出力された高周波電力に含まれる高調波に基づく周波数で共振する。ここで、図１０に示すように、抑制アンテナ１０６ｂでは、通常、低減対象である高調波のうちの最も低い周波数を基準の周波数ｆとし、共振周波数をその周波数ｆからずらすことで、低減対象である高調波の電磁界強度に応じて電磁界放射レベル（放射電力）を調整する。
【００３４】
次に、抑制アンテナ１０６ｂの構成例について、図１１を参照しながら説明する。なお送信アンテナ１０５については実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。
図１１に示す抑制アンテナ１０６ｂでは、抑制コイル１０６１ｂに加え、当該抑制コイル１０６１ｂの共振条件を調整する共振キャパシタ１０６２ｂ，１０６３ｂが設けられている。また図１１では、抑制コイル１０６１ｂは、送信コイル１０５１に対して外周に配置されている。また、送信コイル１０５１の巻線方向と抑制コイル１０６１ｂの巻線方向は逆方向となっている。なお、送信コイル１０５１と抑制コイル１０６１ｂとの間の距離は任意に設定可能である。
【００３５】
図１１に示す構成により、送信コイル１０５１に流れる電流の方向と抑制コイル１０６１ｂに流れる電流の方向は逆方向となり、送信アンテナ１０５から放射された高調波を、抑制アンテナ１０６ｂから放射した電磁波により打ち消して低減できる。
【００３６】
例えば、共振周波数がｆである送信アンテナ１０５に対し、基準周波数がｆである正弦波状の電力が入力されると、図３Ａ、図５Ａと同様に、基準周波数ｆの２倍、３倍、４倍、・・・の高調波が電磁放射される。
それに対し、抑制アンテナ１０６ｂの共振周波数が２ｆである場合、抑制アンテナ１０６ｂから２倍波の逆位相電磁波が放射される。その結果、基準周波数ｆの２倍、４倍、６倍、・・・の高調波が打ち消され低減する。
なお、低減効果のある高調波スペクトラムの特性は、抑制アンテナ１０６ｂの共振周波数により決まる。
【００３７】
なお、抑制コイル１０６１ｂは、いかなる巻き数であってもよいし、形状も図１１に示す円形状に限らず、四角形状又は三角形状等、任意の形状でよい。また、抑制コイル１０６１ｂの巻き数を増やすことで、同一の出力で打ち消せる高調波の電磁界強度を大きくすることができる。
また、抑制コイル１０６１ｂは、図１１に示すショート型に限らず、オープン型としてもよい。また、抑制コイル１０６１ｂは、図１１に示すスパイラル巻きに限らず、ヘリカル巻きとしてもよい。また、図１１に示す共振キャパシタ１０６２ｂ，１０６３ｂは必須の構成ではなく、抑制アンテナ１０６ｂを抑制コイル１０６１ｂのみから構成してもよい。
【００３８】
また図１１では抑制コイル１０６１ｂは送信コイル１０５１に対して外周に配置されているが、抑制コイル１０６１ｂは送信コイル１０５１に対して内周に配置されてもよいし、また、互いの中心軸がずれていてもよい。
【００３９】
また、共振キャパシタ１０６２ｂ，１０６３ｂは、図１１に示す固定型に限らず、可変型としてもよい。これにより、共振型電力送信装置１の製造後に、共振周波数の微調整を行うことが可能となる。
【００４０】
以上のように、この実施の形態２によれば、高周波電力を出力するインバータ回路１０２と、インバータ回路１０２の出力端に接続された送信コイル１０５１を有し、上記高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナ１０５と、送信コイル１０５１に並列接続され且つ当該送信コイル１０５１に対して外周又は内周に配置された抑制コイル１０６１ｂを有し、上記高周波電力に含まれる高調波に基づく周波数で共振する抑制アンテナ１０６ｂとを備え、送信コイル１０５１の巻線方向と抑制コイル１０６１ｂの巻線方向は逆方向であるように構成しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態２に係る共振型電力送信装置１は、実施の形態１に係る共振型電力送信装置１に対し、簡易に構成可能である。また、実施の形態２に係る共振型電力送信装置１は、小電力を用いるシステムに適用する際に有効である。
【００４１】
実施の形態３．
図１２はこの発明の実施の形態３における送信アンテナ１０５及び抑制アンテナ１０６の構成例を示す図である。この図１２に示す実施の形態３における送信アンテナ１０５では、図２に示す実施の形態１における送信コイル１０５１の形状を変更している。その他の構成については同様であり、その説明を省略する。
【００４２】
実施の形態３における送信コイル１０５１は、図１２に示すように、外周の巻線方向が内周に対して逆方向となっている。なお、外周の巻数は、内周よりも少なければ何巻きでもよい。例えば、内周を１０巻きとし、外周を３巻きとしてもよい。
このように、送信コイル１０５１の外周の巻線方向を内周に対して逆方向とすることで、送信コイル１０５１の外周部分によっても高調波成分を全体的に低減でき、実施の形態１に対し、高調波に対する低減効果が更に向上する。
【００４３】
なお上記では、図２に示す送信アンテナ１０５に対し、送信コイル１０５１の形状を変更した場合を示した。しかしながら、これに限らず、図６，７，１１等に示す他の送信アンテナ１０５に対し、送信コイル１０５１の形状を変更してもよい。
【００４４】
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４に係る共振型電力送信装置１の構成例を示す図である。この図１３に示す実施の形態４に係る共振型電力送信装置１では、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力送信装置１から抑制アンテナ１０６を取除き、電力合成部１０８を追加し、送信アンテナ１０５の接続関係を変更している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
電力合成部１０８は、インバータ回路１０２により出力された高周波電力とインバータ回路１０３により出力された高周波電力とを合成して出力する。
送信アンテナ１０５は、電力合成部１０８の出力端に接続され、インバータ回路１０２により出力される高周波電力の周波数と同一（略同一の意味を含む）周波数で共振する。なお、実施の形態４における送信アンテナ１０５は、接続関係以外は実施の形態１における送信アンテナ１０５と同様である。
【００４６】
また図１３では、電力制御部１０４１は、インバータ回路１０３における出力電力の大きさを、固定値で制御することを想定している。それに対し、電力制御部１０４１は、上記出力電力の大きさを自動で制御してもよい。この場合、例えば図１４に示すように、共振型電力送信装置１の出力付近に、当該共振型電力送信装置１から不要放射されている電磁界の強度を検出する電磁界強度検出部１０７を配置する。そして、電力制御部１０４１は、電磁界強度検出部１０７による検出結果に基づき、共振型電力送信装置１から不要放射されている電磁界の強度が低減するように、上記出力電力の大きさを制御する。
【００４７】
以上のように、この実施の形態４によれば、高周波電力を出力するインバータ回路１０２と、上記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力するインバータ回路１０３と、インバータ回路１０３における出力電力の大きさを制御する電力制御部１０４１と、インバータ回路１０２における出力電力の位相とインバータ回路１０３における出力電力の位相を逆位相とする位相制御部１０４２と、インバータ回路１０２により出力された高周波電力とインバータ回路１０３により出力された高周波電力とを合成して出力する電力合成部１０８と、電力合成部１０８の出力端に接続され、インバータ回路１０２により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナ１０５とを備えても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１〜４に係る共振型電力送信装置１の適用例について示す。図１５はこの発明の実施の形態５に係る共振型電力伝送システムの構成例を示す図である。
共振型電力伝送システムは、図１５に示すように、共振型電力送信装置１、受信アンテナ２及び受信回路３を備えている。なお、受信アンテナ２及び受信回路３は、共振型電力受信装置４を構成する。なお図１５では、図１に示す共振型電力送信装置１を用いた場合を示している。また図１５では、制御部１０４の内部構成の図示を省略している。また図１５では、受信回路３の後段に、受信回路３からの電力により機能する回路又は機器である負荷１０が接続されている。
【００４９】
共振型電力送信装置１は、高周波電力を出力する。図１５では、図１に示す共振型電力送信装置１を用いているが、図８，９，１３，１４等に示す他の共振型電力送信装置１を用いてもよい。
【００５０】
受信アンテナ２は、送信アンテナ１０５の共振周波数と同一（略同一の意味を含む）周波数で共振することで、送信アンテナ１０５からの高周波電力を受信する。この受信アンテナ２により受信された高周波電力（交流電力）は、受信回路３に出力される。
【００５１】
なお、送信アンテナ１０５と受信アンテナ２との間の電力伝送方式は特に限定されず、磁界共鳴による方式、電界共鳴による方式、又は、電磁誘導による方式のいずれであってもよい。また、送信アンテナ１０５と受信アンテナ２は、図１５に示すような非接触に限らない。
【００５２】
受信回路３は、受信アンテナ２からの交流電力に対し、負荷１０の仕様に合わせて整流、又は、整流及び電圧変換を行う。すなわち、受信回路３としては、整流回路から成る構成、又は、整流回路及び受信電源（ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣコンバータ等）から成る構成が挙げられる。この受信回路３により得られた電力は、負荷１０に出力される。
【００５３】
なお上記では、共振型電力送信装置１を共振型電力伝送システムに適用した場合を示したが、これに限らず、高周波電力を用いるその他のシステムに対しても同様に共振型電力送信装置１を適用可能である。
【００５４】
最後に、図１６を参照して、実施の形態１，３，４における制御部１０４のハードウェア構成例を説明する。なお以下では、図１に示す実施の形態１における制御部１０４のハードウェア構成例について説明を行うが、他の制御部１０４についても同様である。
制御部１０４における電力制御部１０４１及び位相制御部１０４２の各機能は、処理回路５１により実現される。処理回路５１は、図１６Ａに示すように、専用のハードウェアであっても、図１６Ｂに示すように、メモリ５３に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）５２であってもよい。
【００５５】
処理回路５１が専用のハードウェアである場合、処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。電力制御部１０４１及び位相制御部１０４２の各部の機能それぞれを処理回路５１で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路５１で実現してもよい。
【００５６】
処理回路５１がＣＰＵ５２の場合、電力制御部１０４１及び位相制御部１０４２の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ５３に格納される。処理回路５１は、メモリ５３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、制御部１０４は、処理回路５１により実行されるときに、インバータ回路１０３における出力電力の大きさを制御するステップ、インバータ回路１０２，１０３間の相対位相を制御するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ５３を備える。また、これらのプログラムは、電力制御部１０４１及び位相制御部１０４２の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ５３とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等が該当する。
【００５７】
なお、電力制御部１０４１及び位相制御部１０４２の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、電力制御部１０４１については専用のハードウェアとしての処理回路５１でその機能を実現し、位相制御部１０４２については処理回路５１がメモリ５３に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
【００５８】
このように、処理回路５１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
【００５９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
この発明に係る共振型電力送信装置は、必要な伝送電力へは影響させずに、高調波成分を低減することができ、高周波電力を伝送する共振型電力送信装置等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６１】
１  共振型電力送信装置、２  受信アンテナ、３  受信回路、４  共振型電力受信装置、１０  負荷、５１  処理回路、５２  ＣＰＵ、５３  メモリ、１０１  一次電源、１０２  インバータ回路、１０３  インバータ回路、１０４  制御部、１０５  送信アンテナ、１０６，１０６ｂ  抑制アンテナ、１０７  電磁界強度検出部、１０８  電力合成部、１０４１  電力制御部、１０４２  位相制御部、１０５１  送信コイル、１０５２，１０５３  共振キャパシタ、１０６１，１０６１ｂ  抑制コイル、１０６２，１０６２ｂ，１０６３，１０６３ｂ  共振キャパシタ。
【図１】
2017187610.tif 000004
【図２】
2017187610.tif 000005
【図３】
2017187610.tif 000006
【図４】
2017187610.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
2017187610.tif 000010
【図８】
2017187610.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2017187610.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月28日(2018.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を出力する第１のインバータ回路と、
前記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力する第２のインバータ回路と、
前記第２のインバータ回路から出力される出力電力の大きさを、前記第１のインバータ回路から出力される出力電力の１％以下に制御する電力制御部と、
前記第１のインバータ回路の出力端に接続された送信コイルを有し、当該第１のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと、
前記第２のインバータ回路の出力端に接続され且つ前記送信コイルに対して外周又は内周に配置された抑制コイルを有し、当該第２のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する抑制アンテナとを備え、
前記送信コイルに流れる電流の方向と前記抑制コイルに流れる電流の方向は逆方向である
ことを特徴とする共振型電力送信装置。
【請求項２】
前記送信コイルの巻線方向と前記抑制コイルの巻線方向は同一方向であり、
前記第１のインバータ回路における出力電力の位相と前記第２のインバータ回路における出力電力の位相とを逆位相とする位相制御部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力送信装置。
【請求項３】
前記送信コイルの巻線方向と前記抑制コイルの巻線方向は逆方向である
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力送信装置。
【請求項４】
高周波電力を出力する第１のインバータ回路と、
前記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力する第２のインバータ回路と、
前記第２のインバータ回路における出力電力の大きさを制御する電力制御部と、
前記第１のインバータ回路の出力端に接続され、外周の巻線方向が内周に対して逆方向である送信コイルを有し、当該第１のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと、
前記第２のインバータ回路の出力端に接続され且つ前記送信コイルに対して外周又は内周に配置された抑制コイルを有し、当該第２のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する抑制アンテナとを備え、
前記送信コイルの内周に流れる電流の方向と前記抑制コイルに流れる電流の方向は逆方向である
ことを特徴とする共振型電力送信装置。
【請求項５】
前記送信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力送信装置。
【請求項６】
高周波電力を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力端に接続された送信コイルを有し、前記高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと、
前記送信コイルに並列接続され且つ当該送信コイルに対して外周又は内周に配置された抑制コイルを有し、前記高周波電力に含まれる高調波に基づく周波数で共振する抑制アンテナとを備え、
前記送信コイルの巻線方向と前記抑制コイルの巻線方向は逆方向である
ことを特徴とする共振型電力送信装置。
【請求項７】
高周波電力を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力端に接続され、外周の巻線方向が内周に対して逆方向である送信コイルを有し、前記高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと、
前記送信コイルに並列接続され且つ当該送信コイルに対して外周又は内周に配置された抑制コイルを有し、前記高周波電力に含まれる高調波に基づく周波数で共振する抑制アンテナとを備え、
前記送信コイルの内周の巻線方向と前記抑制コイルの巻線方向は逆方向である
ことを特徴とする共振型電力送信装置。
【請求項８】
前記送信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項６記載の共振型電力送信装置。
【請求項９】
高周波電力を出力する第１のインバータ回路と、
前記高周波電力に含まれる高調波と同一周波数である高周波電力を出力する第２のインバータ回路と、
前記第２のインバータ回路から出力される出力電力の大きさを、前記第１のインバータ回路から出力される出力電力の１％以下に制御する電力制御部と、
前記第１のインバータ回路における出力電力の位相と前記第２のインバータ回路における出力電力の位相を逆位相とする位相制御部と、
前記第１のインバータ回路により出力された高周波電力と前記第２のインバータ回路により出力された高周波電力とを合成して出力する電力合成部と、
前記電力合成部の出力端に接続され、前記第１のインバータ回路により出力される高周波電力と同一周波数で共振する送信アンテナと
を備えた共振型電力送信装置。
【請求項１０】
前記送信アンテナは、磁界共鳴、電界共鳴又は電磁誘導により電力伝送を行う
ことを特徴とする請求項９記載の共振型電力送信装置。
【国際調査報告】
2017187610.tif 000020
2017187610.tif 000021
2017187610.tif 000022
2017187610.tif 000023