(57)【要約】  無線電力伝送装置１は、交流電流を出力する第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂと、第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂが流す交流電流の位相を制御する第１移相器１０２ａと第２移相器１０２ｂと、第１移相器１０２aにより位相が制御された第１交流電流が流れることにより磁場を発生する第１送電コイル１０３ａと、第１送電コイル１０３ａの中心軸と中心軸が異なる位置に配置され、第２移相器１０２ｂにより位相が制御された第２交流電流が流れることにより磁場を発生する第２送電コイル１０３ｂと、第１交流電流の第１の位相と第２交流電流の第２の位相とが同相又は逆相になるように第１移相器１０２a、第２移相器１０２ｂを制御する位相制御部１０４とを備える。無線電力伝送装置１によれば、受電装置２との位置や向きの関係によらず、高い電力伝送効率を達成することができる。
2011077488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流を出力する駆動部と、
前記交流電流の位相を制御する移相器と、
前記移相器により位相が制御された第１交流電流が流れることにより磁場を発生する第１送電コイルと、
前記第１送電コイルの中心軸と中心軸が異なる位置に配置され、前記移相器により位相が制御された第２交流電流が流れることにより磁場を発生する第２送電コイルと、
前記第１交流電流の第１の位相と前記第２交流電流の第２の位相とが同相又は逆相になるように前記移相器を制御する位相制御部とを備えることを特徴とする
無線電力伝送装置。
【請求項２】
前記駆動部が前記第１送電コイルに対して交流電流を出力するか否かと、前記駆動部が前記第２送電コイルに対して交流電流を出力するか否かとを制御する駆動制御部を備えることを特徴とする請求項１記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記第１送電コイルのみに交流電流を流して磁場を発生する第１の方法と、前記第２送電コイルのみに交流電流を流して磁場を発生する第２の方法と、前記第１送電コイルと前記第２送電コイル両方に第１の位相と第２の位相とが同相である交流電流を流して磁場を発生する第３の方法と、前記第１送電コイルと前記第２送電コイル両方に第１の位相と第２の位相とが逆相である交流電流を流して磁場を発生する第４の方法とを含む４つの方法を試行することにより磁場を発生し、外部の受電装置の受電コイルに電流を流させて電力を伝送し、
前記４つの方法それぞれの場合の前記受電装置の受電量を求め、当該４つの受電量に基づき前記４つの方法のうち１つの方法を選択して磁場を発生することを特徴とする
請求項２記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
電流が流れることにより磁場を発生する第３送電コイルとを更に備え、
前記移相制御部は、更に前記第３送電コイルに流れる交流電流の第３の位相が第１の位相及び第２の位相の一方と同相又は逆相になるように前記移相器を制御し、
前記駆動制御部は、更に、前記駆動部が前記第３送電コイルに対して交流電流を出力するか否かを制御し、
前記第１送電コイルのみに電流を流して磁場を発生する第１の方法と、前記第２送電コイルのみに電流を流して磁場を発生する第２の方法と、前記第３送電コイルのみに電流を流して磁場を発生する第３の方法を試行することにより磁場を発生し、外部の受電装置の受電コイルに電流を流させて電力を伝送し、
前記３つの方法それぞれの場合の前記受電装置の受電量を求め、前記３つの方法のうち受電量が閾値より低い方法に用いた送電コイルが第１送電コイルである場合、前記第２送電コイルと前記第３送電コイル両方に前記第２の位相と前記第３の位相とが同相である交流電流を流して磁場を発生する第４の方法と、前記第２送電コイルと前記第３送電コイル両方に前記第２の位相と前記第３の位相とが逆相となる交流電流を流して磁場を発生する第５の方法とを含む２つの方法を試行することにより磁場を発生し、外部の受電装置の受電コイルに電流を流させて電力を伝送し、それぞれの場合の前記受電装置の受電量を求め、
前記第２の方法と、前記第３の方法と、前記第４の方法と、前記第５の方法の４つの方法の受電量に基づき、前記４つの方法のうち１つの方法を選択して磁場を発生することを特徴とする
請求項２記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
交流電流を出力する駆動部と、
前記交流電流の振幅を制御する振幅制御部と
前記交流電流の位相を制御する移相器と、
前記移相器により位相が制御され、前記振幅制御部により振幅が制御された第１交流電流が流れることにより磁場を発生する第１送電コイルと、
前記第１送電コイルの中心軸と中心軸が異なる位置に配置され前記移相器により位相が制御され、前記振幅制御部により振幅が制御された第２交流電流が流れることにより磁場を発生する第２送電コイルと、
前記第１交流電流の第１の位相と前記第２交流電流の第２の位相との位相差が第１の位相差となるように前記移相器を制御する位相制御部とを備えることを特徴とする
無線電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、送電コイルと受電コイルを使用し非接触で無線により電力を伝送する無線電力伝送技術が、ICカード、携帯電話、電動歯ブラシ、シェーバーなど多くの機器に採用されている。【０００３】
このような無線電力伝送技術として、共振コイルによる共振現象を利用した電力伝送技術が知られている（例えば非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「Kurs, A. et al., “Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances, “ Science, vol. 317, no. 5834, pp. 83-86, 2007. 」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１記載のような電力伝送では、送電コイルに対する受電コイルの向きによっては、伝送効率が大幅に劣化する。その結果、これらのコイルを内蔵する機器、特に受電コイルを内蔵する受電装置の移動範囲が制約されてしまうという問題があった。【０００６】
本発明の一側面は、無線電力伝送装置に対して受電装置がどのような位置にあっても安定して高い電力伝送効率が得られる無線電力伝送装置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】
【０００７】
本発明の一観点による無線電力伝送装置は、交流電流を出力する駆動部と、前記交流電流の位相を制御する移相器と、前記移相器により位相が制御された第１交流電流が流れることにより磁場を発生する第１送電コイルと、前記第１送電コイルの中心軸と中心軸が異なる位置に配置され、前記移相器により位相が制御された第２交流電流が流れることにより磁場を発生する第２送電コイルと、前記第１交流電流の第１の位相と前記第２交流電流の第２の位相とが同相又は逆相になるように前記移相器を制御する位相制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面の無線電力伝送装置によれば、無線電力伝送装置に対して受電装置がどのような位置にあっても安定して高い電力伝送効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】無線電力伝送装置と受電装置の構成を示す図。
【図２】図１の無線電力伝送装置の位相制御部の構成を示す図。
【図３】同相制御と逆相制御のそれぞれの場合に発生する磁束の例を示す図。
【図４】電流の位相を変化させた場合の磁界ベクトルの例を示す図。
【図５】送電コイルと受電コイルの位置関係の例を示す図。
【図６】図６の位置関係における受電コイルの回転角度と電力伝送効率の関係を示す図。
【図７】図１の無線電力伝送装置の送電コイルの位置関係の例を示す図。
【図８】変形例１の無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図９】図８の無線電力伝送装置の送電コイルの位置関係の例を示す図。
【図１０】実施例２の無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図１１】図１０の無線電力伝送装置の駆動制御部の構成を示す図。
【図１２】図１０の無線電力伝送装置における受電コイルの回転角度と電力伝送効率の関係を示す図。
【図１３】実施例３の無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図１４】図１３の無線電力伝送装置の選択部の記憶部の例を示す図。
【図１５】実施例３の無線電力装置の状態遷移図
【図１６】実施例３の無線電力装置の送電方法の決定手順。
【図１７】実施例３の無線電力装置の送電方法の決定手順。
【図１８】実施例４の無線電力伝送装置の構成を示す図。
【図１９】実施例４の無線電力伝送装置を用いた場合の本発明の受電装置に発生する合成磁束の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る無線電力伝送装置は、互いに一定の関係にある少なくとも２つの送電コイルを有する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例１に係る無線電力伝送装置１と、この無線電力伝送装置１から電力（エネルギー）を供給される受電装置２を図１に示す。【００１２】
応用例としては例えば、パーソナルコンピュータ（PC）の電源をコンセントに差し込まずに給電できるシステムある。具体的には、無線電力伝送装置１を机に設置し、この無線電力伝送装置１から電力の供給を受ける受電装置２は、一時的に机上に置かれるPCに設けることにより、電源のコンセントに差し込むことなくPCに電力の供給を行うことが可能となる。このような場合、受電装置２に内蔵する受電コイル１０６は、第１送電コイル１０３ａ，第２送電コイル１０３ｂに対してさまざまの向き（位置関係）になることがありうる。【００１３】
無線電力伝送装置１は、第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂと、第１移相器１０２ａと、第２移相器１０２ｂと、第１送電コイル１０３ａと、第２送電コイル１０３ｂと、位相制御部１０４とを備える。また、受電装置２は、受電コイル１０６を備える。受電装置２の外部には、負荷１０７が設けられる。【００１４】
ここで、第１送電コイル１０３ａ、第２送電コイル１０３ｂ、受電コイル１０６は、コンデンサを付加することによりＬＣ共振器として動作し、固有の共振周波数により磁界を発生する。第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂそれぞれの共振周波数は同一であることが好ましい。尚、受電コイルは、コイルに浮遊容量などのキャパシタ成分を有してＬＣ共振器として動作するものであっても良い。【００１５】
第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂは、それぞれ第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂに流す交流電流を出力する。交流電流の周波数は、各送電コイル１０３ａ，１０３ｂにおける共振周波数であることが望ましい。尚、第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂは、１つの駆動部であってもよい。【００１６】
第１移相器１０２ａ、第２移相器１０２ｂは、それぞれ第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂが出力した交流電流の位相を制御する。第１移相器１０２ａ、第２移相器１０２ｂは、後述する位相制御部１０４の制御により交流電流の位相を制御する。【００１７】
位相制御部１０４は、第１送電コイル１０３ａに流れる交流電流の第１の位相と第２送電コイル１０３ｂに流れる交流電流の第２の位相とが、同相又は逆相のいずれかになるように、第１移相器１０２ａと第２移相器１０２ｂとを制御する。以下では、各送電コイル間に流れる交流電流の位相を同相となるように制御する場合を「同相制御」と呼ぶ。また、各送電コイル間に流れる交流電流の位相が逆相となるように制御する場合を「逆相制御」と呼ぶ。【００１８】
図２に、位相制御部１０４の詳細な構成の一例を示す。位相制御部１０４は、同相制御を行う同相制御部１０４ｂと逆相制御を行う逆相制御部１０４ｃと、同相制御部１０４ｂ、逆相制御部１０４ｃいずれが制御を行うかを選択する選択部１０４ａとを備える。【００１９】
第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂとには、互いに位相が同相または逆相の交流電流が流れる。第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂとの合成磁場は交番磁界となる。ここで、「交番磁界」とは、交流電流を流した場合に、交流電流の１周期の間に、磁界ベクトルの極性のみが変化する磁界である。一方、交流電流の１周期の間に、磁界ベクトルの極性のみならず方向も変化する磁場を「回転磁界」と呼ぶ。なお、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂとは、中心軸が異なる配置とする。【００２０】
受電装置２の受電コイル１０６は、第１送電コイル１０３ａ、第２送電コイル１０３ｂそれぞれが発生した磁場の和の磁場による共振する。受電コイル１０６は、共振することにより磁場及び誘導電流が発生する。受電コイル１０６に生じた誘導電流を直接受電装置２の負荷１０７へ流すか、受電コイル１０６が生じた磁場から電磁的に結合したループ等に生じる誘導電流を受電装置２の負荷１０７へ流すことにより、負荷１０７で消費される電力の供給を行うことができる。【００２１】
以上のように、無線伝送装置１は、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂとは互いに位相が同相または逆相の交流電流が流れる。同相または逆相の交流電流が流れる場合、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂとが発生する磁場の和は交番磁界となる。そして、交番磁界を発生した場合に、送電コイルに対する受電コイルの向きにかかわらず無線伝送装置１から受電装置２への高い電力伝送効率を達成することができる。【００２２】
以下では、交番磁界を発生する原理的説明と、交番磁界を発生した場合に送電コイルに対する受電コイルの向きにかかわらず高い電力伝送効率を達成することができる理由を説明する。【００２３】
図３に、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂに同相制御を行った場合と逆相制御を行った場合の、発生する磁束の例を示す。図３では、２つの送電コイルの中心軸１Ｓ、２Ｓが平行となるように配置した場合を例として示す。尚、図３には、送電コイルが１つの場合に発生する磁束の例を示す。【００２４】
図３（ａ）に示すように、同相制御した場合、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂの中心間を結ぶ線３Ｓと直交する線４Ｓの方向の磁束が密になる。一方、図３（ｂ）に示すように、逆相制御した場合、線３Ｓと平行な方向の線５Ｓの方向の磁束が密になる。【００２５】
同相制御した場合と、逆相制御した場合とでは、磁束の蜜な方向が垂直となることがわかる。【００２６】
図４は、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂとに流れる交流電流の位相差が０度（同相）、４５度、９０度、１３５度、１８０度（逆相）の場合の、図３の点ｘにおける磁界ベクトルの例を示す図である。【００２７】
図４の縦軸は経過時間を示す。経過時間は、ｔ＝０、Ｔ／４、Ｔ／２、Ｔを示す。ここで、Ｔは交流電流の１周期である。横軸は、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂとに流れる交流電流の位相差を示す。０度（同相）、４５度、９０度、１３５度、１８０度（逆相）の場合を示す。また、横軸は、各位相差ごと、第１送電コイル１０３ａが発生する磁場の磁界ベクトルと第２送電コイル１０３ｂが発生する磁場の磁界ベクトルと第１送電コイル１０３ａが発生する磁場の磁界ベクトルと第２送電コイル１０３ｂが発生する磁場の合成磁場の合成磁界ベクトルを示す。【００２８】
図４の合成磁界ベクトルに着目すると、位相が同相及び逆相の場合は、合成磁界ベクトルは、経過時間に対して極性のみ変化している、すなわち交番磁界であることが理解される。一方、位相が同相及び逆相以外である場合、合成磁界ベクトルは極性のみならず方向が変化する、すなわち回転磁界であることが理解される。【００２９】
以上より、同相制御と逆相制御を行った場合には交番磁界を発生し、同相制御を行った場合の磁界ベクトルと逆相制御を行った場合の磁界ベクトルの方向が異なることが理解される。【００３０】
以下では、このように交番磁界を発生することにより、なぜ電力伝送効率が向上するかを説明する。【００３１】
磁気共鳴もしくは磁気共鳴現象を利用した無線電力伝送において電力伝送効率を向上させるためには、受電コイルを鎖交する磁束数を増加させる必要がある。受電コイルの向きに合わせて交番磁界を発生させた場合、回転磁界を発生させた場合と比べて、受電コイルに鎖交する磁束数を増加させることができる。その結果、交番磁束を発生させることにより、送電コイルに対する受電コイルの向きにかかわらず高い電力伝送効率を達成することができる。【００３２】
また、同相制御もしくは逆相制御により、方向の異なる交番磁束を発生させることが可能となる。したがって、同相制御と逆相制御とを切り替えることにより、少なくとも二次元の方向に磁束方向を制御することが可能となる。したがって、送電コイルに対する受電コイルの二次元方向の向き依存性を改善できる。【００３３】
なお、以上では、送電コイルが２つの場合について説明したが、３つ以上であっても良い。３つの送電コイルがある場合であって、かつ各送電コイルの中心点を同一直線上に配置しない場合、三次元の方向に磁束方向を制御することが可能となる。その結果、三次元方向の向き依存性を改善できる。【００３４】
次に、無線電力伝送装置１の第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂとを同相制御及び逆相制御した場合であって、受電装置２の受電コイル１０６の第１及び第２送電コイル１０３a、１０３ｂに対する角度を変えた場合の、電力伝送効率のシミュレーション結果を示す。図５にそのシミュレーションの第１送電コイル１０３a、１０３b、受電コイル１０６の位置関係を示す。図６には、シミュレーション結果を示す。図６の横軸は、受電コイルの回転角度である。受電コイルの回転角度[deg]は、図５におけるＺ軸を中心に反時計回りに回転させた場合における回転角度である。電力伝送効率は負荷１０７において消費される電力と送信電力との商により求めている。【００３５】
なお、シミュレーションの条件の更なる詳細は以下のとおりである。図６の横軸の図６に示すとおり、シミュレーションにおいて、第１送電コイル１０３a、第２送電コイル１０３ｂと第１駆動部１０１a、第２駆動部１０２ｂとの間には、一巻きループ（コイル）が設けられている。また、受電コイル１０６と負荷１０７の間には、一巻きループ（第２コイル）が設けられている。送受電コイル１０３a、１０３b、１０６と、一回巻きループとは電磁結合により電磁的に接続されている。【００３６】
シミュレーション条件
○        送受電コイル直径                ３０ｃｍ
○        送受電コイル長                  ２０ｃｍ
○        銅線半径                        ３ｍｍ
○        共振コイル巻き数                ５．２５回巻き
○        給電ループ直径                  ２０ｃｍ
○        コイル−ループ間距離            １ｃｍ
○        送電コイル−受電コイル間距離    ６０ｃｍ
○        送電コイル間距離                １ｍ
○        共振周波数                      ２４．９ＭＨｚ
○        受電コイル回転角度              ０〜１８０度
○        受電コイル負荷                  ５０Ω
図６から、同相制御及び逆相制御を行った場合、電力伝送効率は、受電コイル１０６の回転角度によらず高い電力伝送効率を示すことがわかる。すなわち、図６から、受電コイルの回転角度が４０度〜１４０度においては逆相制御をし、それ以外の角度においては同相制御することで、電力伝送効率の増減を約２０％程度に抑えることができる。すなわち、受電コイル１０６の送電コイル１０３a、１０３ｂに対する向きによる依存度を低下させることが可能となる。したがって、以上の結果より受電コイル１０６の回転角度に応じて、同相制御もしくは逆相制御に切り替えることで、高い電力伝送効率を維持することが可能となる。【００３７】
なお、受電コイル１０６と第１及び第２の送電コイル１０３a、１０３ｂの位置関係は図５の配置に限られない。第１及び第２送電コイル１０３a、１０３ｂが互いに対向しない位置関係にあればよい。【００３８】
図７に、無線電力伝送装置１の第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂの好ましい位置関係を示す。図７に示すように、第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂとは、中心軸が同一にならないことが好ましい。また、図７に示すように、第１、第２送電コイル１０３a、１０３ｂそれぞれの中心軸が線対称になる配置とすることが好ましい。線対称とすることにより、第１、第２送電コイル１０３a、１０３ｂ間の中心線１０S上において、磁束方向を制御することが可能となる。特に、図７（a）に示すように、第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂの中心軸を平行とする配置が好ましい。この場合、同相制御することで、第１、第２送電コイル１０３a、１０３ｂ間の中心線１０S上の磁束が密となり、逆相制御することで、第１、第２送電コイル１０３a、１０３ｂ間の中心線１０Sと直交する方向の磁束が密になる。【００３９】
また、図７（ｂ）のように、第１、第２送電コイル１０３aと１０３ｂそれぞれの中心軸１S、２Sを中心線１０Sに対して外向きに傾けた場合には、中心軸１S、２Sが中心線１０Sと平行である場合である図７（a）の配置の場合と比べて、中心線から離れた位置で磁束が密となる。【００４０】
一方、図７（ｃ）のように、第１、第２送電コイル１０３aと１０３ｂそれぞれの中心軸１S、２Sを中心線１０Sに対して内向きに傾けた場合は、中心軸１S、２Sが中心線１０Sと平行である場合である図７（a）の配置の場合と比べて、中心線により近傍で同相制御又は逆相制御の効果が表れる。このように、中心線１０Sに対して内側に傾けるか、外側に傾けるかにより、磁束が密になる位置（中心線１０Sからの距離）を変えることができる。すなわち、磁束が密になる中心線１０Sから距離を変える場合、中心線１０Sと中心軸１S、２Sの傾きを変えればよい。【００４１】
なお、図７のような配置をとらなくとも、第１、第２送電コイル１０３a、１０３ｂの中心軸が一致しない位置関係にあれば、同相制御もしくは逆相制御を行うことで、受電コイル１０６の第１、第２送電コイル１０３a、１０３ｂに対する向きの電力伝送効率依存性を改善することが可能である。【００４２】
（変形例１）  
図８は実施例１の変形例の無線電力伝送装置１´を示す。無線電力伝送装置１´は、実施例１の無線電力伝送装置の構成に加え、更に第３駆動部１０１C、第３移相器１０２C、第３送電コイル１０３Cを備える構成である。ここで、第３駆動部１０１C、第３移相器１０２C、第３送電コイル１０３Cは、それぞれ第１駆動部１０１A、第１移相器１０２A、第３送電コイル１０１Cと機能は同様であるため説明は省略する。【００４３】
なお、位相制御部１０４は、実施例１では第１移相器１０２aと第２移相器１０２ｂとにより第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂとを同相制御、または逆相制御を行っていたが、第３送電コイル１０３ｃも、第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂとの関係で同相制御または逆送制御を行う。すなわち、第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂと第３送電コイル１０３Cとの３者間すべてに流れる交流電流の位相が同相または逆送となるように制御する。【００４４】
無線電力伝送装置１´によれば、送電コイルを３つ配置することで、三次元方向に対して受電コイル１０６の相対的な向きの依存性を改善することができる。また、複数の受電コイルに対して同時に送電することも可能となる。【００４５】
図９に、無線電力伝送装置１´の送電コイルの好ましい位置関係を示す。図９に示すように、各送電コイル１０３a〜１０３ｃの中心軸が線対称になるように配置することが好ましい。この場合、各送電コイル１０３a〜１０３ｃに対して同相制御もしくは逆送制御を行うことにより、図９に示した対称線１S´上において磁束の方向を三次元方向に制御することが可能となる。そのため、対称線１S´上において受電コイル１０６の向きを任意方向に変化させても、高い電力伝送効率を維持することが可能となる。【００４６】
なお、送電コイルの位置関係はこれに限られない。例えば図７で示したように、各送電コイル１０３a〜１０３ｃの中心軸を対象線１S´に対して外向きにする配置や内向きにする配置をとってもよい。各送電コイル１０３a〜１０３ｃは、各々の中心軸が一致しない位置関係にあればよい。【００４７】
なお、上述の変形例では、送電コイルが３つの場合を示したが、４つ以上であってもよい。
【実施例２】
【００４８】
図１０は実施例２の無線電力伝送装置２００を示す。無線電力伝送装置２００は、実施例１の無線電力伝送装置の構成に加えて更に、駆動制御部２０１を備える。【００４９】
駆動制御部２０１は、図１１に示すように、制御部２０１aと、第１駆動制御部２０１ｂと、第２駆動制御部２０１ｃとを備える。制御部２０１aは、送電に使用する送電コイルと使用しない送電コイルとを決定し、第１駆動制御部２０１ｂ、第２駆動制御部２０１ｃに対して第１送電コイル１０３a、第２送電コイル１０３ｂに交流電流を流すか否かを指示する。第１駆動制御部２０１ｂ、第２駆動制御部２０１ｃは、交流電流を流す指示があった場合は、第１駆動部１０１a、第２駆動部１０１ｂそれぞれに電流を流させ、流さない指示があった場合は、電流を流させない。【００５０】
無線電力伝送装置２００は、以上より、送電を行う方法は以下の４つの方法がある。  
（１）    第１送電コイル１０３aのみにより送電を行う。  
（２）    第２送電コイル１０３ｂのみにより送電を行う。  
（３）    第１及び第２送電コイル１０３a、１０３ｂ両方に交流電流を流し、かつ同相制御する。  
（４）    第１及び第２送電コイル１０３a、１０３ｂ両方に交流電流を流し、かつ逆相制御する。【００５１】
上記４通りのいずれか１つの方法で交流電流を流し、送電を行う。なお、以下では上記４通りの方法を切り替えて使用する方法を、「送電コイル切り替え」と呼ぶ。また、（１）〜（４）の各方法のことを「送電コイル切り替え方式」と呼ぶ。【００５２】
次に、無線電力伝送装置１の第１送電コイル１０３aと第２送電コイル１０３ｂとを上記４つの方法を切り替えて制御した場合であって、受電装置２の受電コイル１０６の第１及び第２送電コイル１０３a、１０３ｂに対する角度を変えた場合の、電力伝送効率のシミュレーション結果を示す。なお、シミュレーション条件、その受電コイルの位置関係は実施例１で説明したシミュレーションの条件と同一であるものとする。図１２に、シミュレーション結果を示す。【００５３】
図６から、上記４つの方法を切り替えて制御した場合、実施例１のシミュレーションと比べて更に電力伝送効率を、受電コイル１０６の回転角度によらず高い電力伝送効率を示すことがわかる。すなわち、図６から、受電コイルの回転角度が０度〜１０度及び１７０〜１８０度の場合は、上記４つの方法のうち（３）の方式により制御し、１０〜５０度の場合は（２）の方式により制御し、５０〜１３０度の場合は（４）の方式により制御し、３０〜１７０度の場合は（１）の方式により制御する。【００５４】
このように制御することにより電力伝送効率の増減を１０％程度に抑えることができることが理解される。すなわち、受電コイル１０６の送電コイル１０３a、１０３ｂに対する向きによる依存度を低下させることが可能となる。したがって、以上の結果より受電コイル１０６の回転角度に応じて、４つの方法を切り替えることで、高い電力伝送効率を維持することが可能となることがわかる。【００５５】
なお、受電コイル１０６と第１及び第２の送電コイル１０３a、１０３ｂの位置関係は図５に限られない。【００５６】
また、送電コイルの数は２個でなく、３つ以上でもよい。その場合、送電コイル切り替え方式は、送電コイルの数をＮ個とすると、それぞれ単体の送電コイルを用いる場合のＮ通りと、複数の送電コイルを組み合わせて用いる場合の全通りを加算することで、
2011077488.tif 000003
となる。
【実施例３】
【００５７】
図１３は実施例３の無線電力伝送装置３００を示す。無線電力伝送装置３００は、実施例２の無線電力伝送装置の構成に加えて、アンテナ３０１、無線通信部３０２、選択部３０３を備える。選択部３０３は記憶部３０３aを備える。【００５８】
無線通信部３０２は、アンテナ３０１を介して、実施例２で説明した送電コイル切り替え方式（上述した１から４の方法）を決定する際のパラメータ情報を受電装置２から受信する。パラメータ情報は、例えば、受電装置２が受電した受電量の情報や受電装置２の受電コイルの位置及び向きである。以下では、受電量の情報を例として説明する。無線通信部３０２は、受電装置２から無線信号により報知された受電量の情報を受信する。ここで、受電量とは、例えば、受信装置２の外部にとりつけられた負荷１０７が消費する電力である。尚、本実施例において4つの方法それぞれの受電量を求める際、無線電力伝送装置３００の送信電力は各4つの方法で同じ電力とするものとする。【００５９】
選択部３０３は、受電量の情報から送電コイル切り替え方式の４つの方法から１つの方法を選択する。例えば、受電量がもっとも大きい方法を選択する。選択部３０３は、記憶部３０３aを備える。無線通信部３０２が受信した受電量の情報を記憶する。図１４に記憶部３０３aの内部構成を示す。記憶部３０３aは、送電方法（送電コイル切り替え方式）ごとに受電量の情報を記憶する。図１４では、例えば、受電量情報として、第1の方法では、１．０Ｗ、第2の方法では、１．５Ｗ、第3の方法では、２．０Ｗ、第4の方法では、０．１Ｗを記憶している。【００６０】
選択部３０３は、記憶部３０３aにすべての送電方法（送電コイル切り替え方式）の受電量の情報を記憶すると、その情報から送電コイル切り替え方式を選択する。  
以下では、無線電力伝送装置３００の具体的動作方法を説明する。【００６１】
図１５は、無線電力伝送装置４００の状態遷移図を示す。無線電力伝送装置４００は、送電停止状態、受電装置状態確認／最適送電方法判定状態、送電状態の３状態間を遷移する。送電状態は、前述した送電コイル切り替え方式（１）〜（４）の４状態を取りうる。【００６２】
図１６は、無線電力伝送装置３００の送電コイル切り替え方式を決定する手順の１例を示すフローチャートである。初期状態は送電停止状態である(S１６０１)。受電装置２から送電要求を受けた場合、無線電力伝送装置３００は、図１５で示した受電装置状態確認／最適送電方法判定状態に遷移する。この状態に遷移すると、まず、送電コイル切り替え方式（１）への送電コイル切り替えを行う（S1603）。すなわち、駆動制御部２０１の第１駆動制御部２０１ｂが駆動部１０１aに電流を流させることにより第１送電コイル１０３aに交流電流を流す。【００６３】
一方、第２駆動制御部２０１ｃは、第２駆動部１０１ｂに電流を流させない。したがって、第２送電コイル１０３ｂには交流電流を流さない。送電コイル切り替え方式（１）の方法で、受電装置２に電力を送信し、受電装置２は、確認充電を行う（S１６０４）。受電装置２は、確認充電によって受電装置２の現状態における受電量を測定し、受電量情報を送電装置にフィードバックする（１６０５）。無線電力伝送装置３００は、無線通信部３０２により受電量情報を受信すると、記憶部３０３aに記憶する。無線電力伝送装置３００は、駆動制御部２０１と位相制御部１０３の制御により４つの送電コイル切り替え方式すべての方式を試行する。【００６４】
４つすべての送電コイル切り替え方式の受電量情報を取得して記憶部３０２aに記憶すると（S１６０６  YES）、選択部３０３は、受電量情報を基に受電量を比較して（S1607）、受電量もしくは受電量より算出される電力伝送効率が最大となる送電コイル切り替え方式を選択する（S1608）。図１４の表では、第３の方法において受電量がもっとも大きい。また、前述したとおり、無線電力伝送装置３００の送信電力は4つの方法で一定とするとした。したがって、この場合、第3の方法の電力伝送効率が最大となる。したがって、この場合は、第3の方法を選択する。尚、本実施例では、4つの方法で無線電力伝送装置３００の送信電力を一定とする例を示した。しかしながら、送信電力は一定としなくても良い。この場合、4つの方法では、各方法での受電量を各方法での送信電力で割り算することにより、4つの方法の電力伝送効率を求める。【００６５】
選択部３０３が、送電コイル切り替え方式を選択すると、図１５において受電装置状態確認／最適送電方法判定状態から送電状態に遷移し、選択した送電コイル切り替え方式により、本送電が行われる（S１６０９）。【００６６】
なお、以上の例で説明した送電コイル切り替え方式を決定する手順は、送電コイルが２個の場合を説明した。しかしながら、この決定手順は、３つ以上の送電コイルを用いた場合も適用できる。送電コイル切り替え方式は、実施例２で説明した（式１）で示したように送電コイルの数に比例して増大する。３つ以上の場合、Ｓ１６０３で試す送電コイル切り替え方式の数が多くなる。したがって、送電コイルが３つ以上の場合、特に送電コイルの数が多い場合、送電コイル切り替え方式を選択する際に以下の方法を用いることが好ましい。【００６７】
その方法とは、まず、送電コイル切り替え方式のうち、送電コイル単体で駆動して確認充電を行うことにより、受電量情報を確認する。次に、選択部３０３は、各送電コイル単体で駆動した場合の受電量情報が閾値より大きいか否かを判定する。次に、受電情報が閾値より大きい送電コイルのみを用いて、同相制御もしくは逆相制御を試行して送電コイル切り替え方式を試行する。【００６８】
このように、閾値より大きい送電コイルを用いて送電コイル切り替え方式を試行し、閾値より小さい送電コイルを用いて送電コイル切り替え方式を試行しないことにより、送電コイル切り替え方式の決定に必要な試行回数を低減することが可能である。【００６９】
尚、前述した閾値は、例えば、各送電コイルを使用した場合の受電量情報の平均値や中央値を用いる。選択部３０３が、記憶部３０３ａに記憶した各送電コイルを使用した場合の受電量情報から受電量情報の平均値や中央値を求める。【００７０】
図１７は、無線電力伝送装置３００の送電コイル切り替え方式を決定する手順の他の例を示すフローチャートである。図１７のフローチャートは、初期状態が送電中である点が図１６のフローチャートが異なる。図１７の決定手順においては、送電状態中（Ｓ１７０１）に、受電装置状態の変化を検出した場合（Ｓ１７０２）、Ｓ１６０３からＳ１６０９の手順を実施する。受電装置状態の変化とは、例えば、受電装置２の無線電力伝送装置３００に対する位置や角度が変わった場合である。【００７１】
以上、無線電力伝送装置３００によれば、送電コイル切り替え方式を試行したうえで、受電量情報が大きい送電コイル切り替え方式を選択して送電を行うため、高い電力伝送効率を達成することができる。また、送電コイルが２つの場合、すべての送電コイル切り替え方式が４つであるため、無線電力伝送装置３００に対する負荷を少なく、高い電力伝送効率の送電コイル切り替え方式を選択することができる。【００７２】
また、送電コイルが３つ以上の場合、単体の送電コイルの送電コイル切り替え方式を試行した後、送電コイルの受電量が閾値より大きい送電コイルを用いて送電コイル切り替え方式を試行するため、試行する送電コイル切り替え方式を低減することができる。その結果、無線電力伝送装置３００に対する負荷を少なく、高い電力伝送効率の送電コイル切り替え方式を選択することができる。【００７３】
また、無線電力伝送装置３００によれば、実施例１の無線電力伝送装置と同様の効果を達成することができる。
【実施例４】
【００７４】
図１８は、実施例４の無線電力伝送装置４００を示す。無線電力伝送装置４００は、実施例１の無線電力伝送装置の構成に加えて更に、振幅制御部４０１を備える。振幅制御部４０１は、第１駆動部１０１ａ、第２駆動部１０１ｂが出力し、第１送電コイル１０３ａ、第２送電コイル１０３ｂに流れる交流電流の振幅を制御する。また、位相制御部４０２は、実施例１の位相制御部と異なり、同相制御と逆相制御だけでなく、第１送電コイル１０３ａの第１位相と第２送電コイルの第２位相との位相差を任意の位相差に制御する。【００７５】
無線電力伝送装置４００は、駆動制御部２０１により第１送電コイル１０３ａ、第２送電コイル１０３ｂに交流電流を流すか否かを決定し、第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂを制御する。また、交流電流の相対的な振幅を振幅制御部４０１により決定し、第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂを制御する。その後、位相制御部４０４が、第１駆動部１０１ａと第２駆動部１０１ｂが出力した交流電流の位相を制御する。位相制御部４０４は、決定した位相差となるように第１移相器１０２ａと第２移相器１０３ｂを制御する。【００７６】
このように、無線電力伝送装置４００は、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂに異なる振幅であってかつ異なる位相の交流電流が流れる。【００７７】
図１７は、無線電力伝送装置４００における第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂが発生し、受電コイル１０６の位置に発生する磁束を示す。【００７８】
高い電力伝送効率を達成するためには、受電コイル１０６の位置に受電コイル１０６の中心軸６Ｓと同一方向に磁束を発生させることが好ましい。【００７９】
無線電力伝送装置４００は、第１送電コイル１０３ａと第２送電コイル１０３ｂに流れる交流電流の相対的な位相差と振幅を制御することで、磁束の向きと大きさを制御できる。図１０９に示すように、第１送電コイル１３ａが発生した受電コイル１０６の位置に発生する磁束ベクトルは、第２送電コイル１０３ｂが発生した受電コイル１０６の位置に発生する磁束ベクトルと比べて大きい。その結果、発生する合成磁束ベクトルは、図１９のようになる。このように、位相差と振幅の制御により受電コイル１０６の位置に様々な合成磁束ベクトルを発生することができる。【００８０】
その結果、位相差と振幅を制御することにより、送受電コイルの相対的な位置関係と相対的なコイル向きに対して、最大の電力伝送効率となる磁束を発生することが可能となる。その結果、送受電コイル間の相対的な位置関係及び向きに対する依存を改善することが可能となる。【００８１】
以上、実施例１から実施例４においては、送電コイルが２つ又は３つの場合を例に説明したが、４つ以上であっても良い。【００８２】
また、実施例１から実施例４においては、第１駆動部、第２駆動部、第３駆動部が別途設けられた構成としたが、一体となって構成されてもよい。また、実施例１から実施例４においては、第１移相器と第２移相器と第３移相器とが別途設けられた構成としたが、一体となって構成されても良い。【００８３】
また、実施例１から実施例４の技術は、ループアンテナ等の磁界放射型アンテナを使用した無線通信において応用可能である。【００８４】
また、実施例１から実施例４の技術によっては、ある特定の方向の磁束もしくは磁界を強めるだけでなく、弱めることも可能となる。そのため、実施例１から４に記載の技術は、電磁干渉時に磁界・磁場干渉が問題となる機器等に対して磁束を弱めることが可能である。【００８５】
なお、本発明は上記実施例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化できる。また、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１、１´、２００、３００、４００・・・無線電力伝送装置、２・・・受電装置、１０１ａ・・・第１駆動部、１０１ｂ・・・第２駆動部、１０１ｃ、第３駆動部、１０２ａ・・・第１移相器、１０２ｂ・・・第２移相器、１０２ｃ・・・第３移相器、１０３ａ・・・第１送電コイル、１０３ｂ・・・第２送電コイル、１０３ｃ・・・第３送電コイル、１０４，４０２・・・位相制御部、１０６・・・受電コイル、１０７・・・負荷、１０４ａ、３０３・・・選択部、１０４ｂ・・・同相制御部、１０４ｃ・・・逆相制御部、２０１・・・駆動制御部、２０１ａ・・・制御部、２０１ｂ・・・第１駆動制御部、２０１ｃ・・・第２駆動制御部、３０１・・・アンテナ、３０２・・・無線通信部、３０３ａ・・・記憶部、４０１・・・振幅制御部
【図１】
2011077488.tif 000004
【図２】
2011077488.tif 000005
【図３】
2011077488.tif 000006
【図４】
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【図５】
2011077488.tif 000008
【図６】
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【図７】
2011077488.tif 000010
【図８】
2011077488.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2011077488.tif 000015
【図１３】
2011077488.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2011077488.tif 000018
【図１６】
2011077488.tif 000019
【図１７】
2011077488.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月4日(2010.6.4)
【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】
交流電流を出力する駆動部と、
前記交流電流の位相を制御する移相器と、
前記移相器により位相が制御された第１交流電流が流れることにより磁場を発生する第１送電コイルと、
前記第１送電コイルの中心軸と中心軸が異なる位置であって、かつ、前記第１送電コイルの中心軸と線対称な位置に配置され、前記移相器により位相が制御された第２交流電流が流れることにより磁場を発生する第２送電コイルと、
前記第１交流電流の第１の位相と前記第２交流電流の第２の位相とが同相又は逆相になるように前記移相器を制御する位相制御部とを備えることを特徴とする
無線電力伝送装置
【請求項２】
前記駆動部が前記第１送電コイルに対して交流電流を出力するか否かと、前記駆動部が前記第２送電コイルに対して交流電流を出力するか否かとを制御する駆動制御部を備えることを特徴とする請求項１記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記第１送電コイルのみに交流電流を流して磁場を発生する第１の方法と、前記第２送電コイルのみに交流電流を流して磁場を発生する第２の方法と、前記第１送電コイルと前記第２送電コイル両方に第１の位相と第２の位相とが同相である交流電流を流して磁場を発生する第３の方法と、前記第１送電コイルと前記第２送電コイル両方に第１の位相と第２の位相とが逆相である交流電流を流して磁場を発生する第４の方法とを含む４つの方法を試行することにより磁場を発生し、外部の受電装置の受電コイルに電流を流させて電力を伝送し、
前記４つの方法それぞれの場合の前記受電装置の受電量を求め、当該４つの受電量に基づき前記４つの方法のうち１つの方法を選択して磁場を発生することを特徴とする
請求項２記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
電流が流れることにより磁場を発生する第３送電コイルとを更に備え、
前記移相制御部は、更に前記第３送電コイルに流れる交流電流の第３の位相が第１の位相及び第２の位相の一方と同相又は逆相になるように前記移相器を制御し、
前記駆動制御部は、更に、前記駆動部が前記第３送電コイルに対して交流電流を出力するか否かを制御し、
前記第１送電コイルのみに電流を流して磁場を発生する第１の方法と、前記第２送電コイルのみに電流を流して磁場を発生する第２の方法と、前記第３送電コイルのみに電流を流して磁場を発生する第３の方法を試行することにより磁場を発生し、外部の受電装置の受電コイルに電流を流させて電力を伝送し、
前記３つの方法それぞれの場合の前記受電装置の受電量を求め、前記３つの方法のうち受電量が閾値より低い方法に用いた送電コイルが第１送電コイルである場合、前記第２送電コイルと前記第３送電コイル両方に前記第２の位相と前記第３の位相とが同相である交流電流を流して磁場を発生する第４の方法と、前記第２送電コイルと前記第３送電コイル両方に前記第２の位相と前記第３の位相とが逆相となる交流電流を流して磁場を発生する第５の方法とを含む２つの方法を試行することにより磁場を発生し、外部の受電装置の受電コイルに電流を流させて電力を伝送し、それぞれの場合の前記受電装置の受電量を求め、
前記第２の方法と、前記第３の方法と、前記第４の方法と、前記第５の方法の４つの方法の受電量に基づき、前記４つの方法のうち１つの方法を選択して磁場を発生することを特徴とする
請求項２記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
交流電流を出力する駆動部と、
前記交流電流の振幅を制御する振幅制御部と
前記交流電流の位相を制御する移相器と、
前記移相器により位相が制御され、前記振幅制御部により振幅が制御された第１交流電流が流れることにより磁場を発生する第１送電コイルと、
前記第１送電コイルの中心軸と中心軸が異なる位置に配置され、前記移相器により位相が制御され、かつ前記振幅制御部により振幅が制御された第２交流電流が流れることにより磁場を発生する第２送電コイルと、
前記第１交流電流の第１の位相と前記第２交流電流の第２の位相との位相差が第１の位相差となるように前記移相器を制御する位相制御部とを備えることを特徴とする
無線電力伝送装置。
【国際調査報告】
2011077488.tif 000023
2011077488.tif 000024