(57)【要約】【課題】コイルの大きさにより最大効率となるコイル間距離は決定されるが、従来技術はコイルの大きさは一定であり、複数のコイルの電力制御のみで受電電力量を最大化しようとしているため、受電される携帯端末や小物の位置でのコイル間距離における最大効率での非接触給電ができない。【解決手段】隣接するコイルの隣接し対向する一辺が発生する磁界を打ち消す電流を流すことで等価的にコイルの大きさを可変し隣接するコイルをあわせた大きさのコイルとし、受電部の位置を特定する。特定した位置に対して等価的に最良の大きさのコイルとなるコイル選択及び出力とする。【選択図】図１７
2018102041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に少なくとも２つの送電コイルを有し、該送電コイルから受電コイルを介して非接触受電装置に給電する非接触送電装置であって、
第１の送電コイルと、
前記第１の送電コイルと隣接し対向する辺を持つ第２の送電コイルと、
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルのそれぞれに流す電流を独立に調整する出力調整部と、
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルのそれぞれの隣接し対向する辺が発生する磁界を打ち消す、または、前記それぞれの隣接し対向する辺が発生する磁界による受電コイル内の起電力によって生じる電流が互いにキャンセルする調整処理を行うように前記出力調整部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする非接触送電装置。
【請求項２】
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルを同一形状多角形とし、
前記調整処理は、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルのそれぞれに流す電流を同一位相、同一の大きさとすることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項３】
前記非接触受電装置から受電電力量情報を入手する情報入手部を有し、
前記第１の送電コイルのみに電流を流し該第１の送電コイルの出力に切り替える第1の状態と、前記第２の送電コイルのみ電流を流し該第２の送電コイルの出力に切り替える第２の状態とを有し、
前記制御部は、前記第1の状態と前記第２の状態での前記情報入手部から入手した前記受電電力量情報から、前記受電コイルの前記同一平面上の位置関係を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の非接触送電装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記受電コイルの前記同一平面上の位置関係から、前記第１の送電コイルのみの出力、前記第２の送電コイルのみの出力、または前記調整処理を行なった前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルの出力の何れかを選択することを特徴とする請求項３に記載の非接触送電装置。
【請求項５】
送電コイルを有する非接触送電装置から給電され、同一平面上に少なくとも２つの受電コイルを有する非接触受電装置であって、
第１の受電コイルと、
前記第１の受電コイルと隣接し前記第１の受電コイルと対向する辺を持つ第２の受電コイルと、
前記第１の受電コイルと前記第２の受電コイルのそれぞれに流れる電流を独立に調整する調整部と、
前記第１の受電コイルと前記第２の受電コイルのそれぞれの隣接し対向する辺が発生する磁界を打ち消す、または、前記それぞれの隣接し対向する辺に生じる電流が互いにキャンセルする調整処理を行うように前記調整部を制御する制御部と、
を有することを特徴とする非接触受電装置。
【請求項６】
前記第１の受電コイルと前記第２の受電コイルを同一形状多角形とし、
前記調整処理は、前記第１の受電コイルと前記第２の受電コイルのそれぞれに流す電流を同一位相、同一の大きさとすることを特徴とする請求項５に記載の非接触受電装置。
【請求項７】
前記非接触受電装置は前記第１の受電コイルと前記第２の受電コイルの受電電力量情報を検出する検出部を有し、
前記第１の受電コイルのみに電流を流し該第１の受電コイルの入力に切り替える第1の状態と、前記第２の受電コイルのみに電流を流し該第２の受電コイルの入力に切り替える第２の状態とを有し、
前記制御部は、前記第1の状態と前記第２の状態での前記検出部で検出した前記受電電力量情報から前記送電コイルの前記同一平面上の位置関係を求めることを特徴とする請求項５または６に記載の非接触受電装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記送電コイルの前記同一平面上の位置関係から、前記第１の受電コイルのみの入力、前記第２の受電コイルのみの入力、または前記調整処理を行なった前記第１の受電コイルと前記第２の受電コイルの入力の何れかを選択することを特徴とする請求項７に記載の非接触受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線給電技術に関し、例えば、携帯端末などの小型携帯機器や電気自動車などのバッテリに非接触により充電を行う無線充電において、効率よく送電、受電できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末などでは小型、薄型化が進んだ反面、充電時のコネクタ接続が煩わしい状況にあり、携帯機器からヘッドホンなどの端子が廃止される傾向である。そのためヘッドホンは無線接続となりヘッドホン内に電源が必要になる。ヘッドホンのような小物は充電用端子を設けることが困難なため無線給電による充電が望まれる。また小物は充電台の平面上に密着させて置けないため、ある程度の距離があっても充電可能な共鳴方式が有利である。一方、携帯端末も充電用端子がなくなると無線給電による充電が必須になる。また、電気自動車においては、有線方式の充電の場合、雨天時などはコネクタに水が浸入し、接点が劣化する恐れがあること等から無線による充電が望ましい。
【０００３】
このため、配線を廃して無線で電力を供給する背景技術として、例えば、特許第５７５９３８８号公報（特許文献１）がある。特許文献１は、充電ボックスを設け、その中に携帯端末や小物を入れて充電する。そして、充電ボックスには複数の送電コイルがそれぞれ各壁面に取り付けられ、携帯端末や小物が受信する総電力量を判定し、送電電力レベルを変更して受信する総電力を増やすように制御される点が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７５９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線給電はコイルの大きさにより最大効率となるコイル間距離は決定されるが、特許文献1はコイルの大きさは一定であり、複数のコイルの電力制御のみで受電電力量を最大化しようとしている。このため、受電される携帯端末や小物の位置でのコイル間距離における最大効率での非接触給電ができないという課題があった。
【０００６】
本発明は、携帯端末やヘッドホンなどのアクセサリーに効率よく送電、受電できる非接触送電装置および非接触受電装置を構築することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記背景技術に鑑み、その一例を挙げるならば、同一平面上に少なくとも２つの送電コイルを有し、送電コイルから受電コイルを介して非接触受電装置に給電する非接触送電装置であって、第１の送電コイルと、第１の送電コイルと隣接し対向する辺を持つ第２の送電コイルと、第１の送電コイルと第２の送電コイルのそれぞれに流す電流を独立に調整する出力調整部と、第１の送電コイルと第２の送電コイルのそれぞれの隣接し対向する辺が発生する磁界を打ち消す、または、それぞれの隣接し対向する辺が発生する磁界による受電コイル内の起電力によって生じる電流が互いにキャンセルする調整処理を行うように出力調整部を制御する制御部とを有する構成とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、適当に置かれた受電部の位置を検出し、その位置に最適なコイルサイズとすることができるので、その位置に対して効率の良い状態で送電および受電できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図である。
【図２】実施例１における非接触送電装置からの無線電力を受電する非接触受電装置の構成ブロック図である。
【図３】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの構成図である。
【図４】実施例１における非接触受電装置の受電コイルの構成図である。
【図５】実施例１における非接触送電装置の送電コイルと非接触受電装置の受電コイルの配置説明図である。
【図６】実施例１における非接触送電装置の送電コイルと非接触受電装置の受電コイルを用いた無線給電の特性説明図である。
【図７】実施例１における非接触送電装置の送電コイルと非接触受電装置の受電コイルを用いた無線給電の特性図である。
【図８】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの動作説明図と非接触受電装置の受電コイルを用いた無線給電の原理図である。
【図９】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの説明図である。
【図１０】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの構成図である。
【図１１】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの動作説明図である。
【図１２】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの他の動作説明図である。
【図１３】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの他の動作説明図である。
【図１４】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの他の構成図である。
【図１５】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの他の構成図である。
【図１６】実施例１における非接触送電装置の出力切替調整部の構成図である。
【図１７】実施例１における非接触送電装置と非接触受電装置の動作フロー図である。
【図１８】実施例１における非接触送電装置の送電コイルの他の構成図と動作説明図である。
【図１９】実施例１における非接触送電装置と非接触受電装置の動作フロー図である。
【図２０】実施例２における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図である。
【図２１】実施例２における非接触送電装置と非接触受電装置の動作フロー図である。
【図２２】実施例３における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図である。
【図２３】実施例３における非接触送電装置からの無線電力を受電する非接触受電装置の構成ブロック図である。
【図２４】実施例３における非接触送電装置の検波部の構成ブロック図である。
【図２５】実施例３における非接触送電装置からの無線電力を受電する非接触受電装置の負荷変調部の構成図である。
【図２６】実施例３における非接触送電装置の検波部の構成図である。
【図２７】実施例４における非接触送電装置からの無線電力を受電する非接触受電装置の他の構成ブロック図である。
【図２８】実施例４における非接触送電装置と図２７の非接触受電装置の動作フロー図である。
【図２９】実施例５における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図である。
【図３０】実施例５における非接触送電装置の動作フロー図である。
【図３１】実施例６における非接触送電装置の使用例である。
【図３２】実施例６における非接触受電装置に無線電力を送電する非接触送電装置の構成ブロック図である。
【図３３】実施例７における無線給電システムの非接触受電装置の構成ブロック図である。
【図３４】実施例７における非接触受電装置の詳細な構成ブロック図である。
【図３５】実施例７における非接触受電装置と非接触送電装置の動作フロー図である。
【図３６】実施例８における非接触受電装置の使用例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本実施例における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図、図２は実施例における非接触受電装置の構成ブロック図である。非接触送電装置１００は箱状になっており、箱の中に非接触受電装置を入れて無線給電するものである。図１では非接触受電装置２００ａと非接触受電装置２００ｂの２つが入っている場合を示している。制御部１０２で制御される出力切替調整部１０３からの電力を受け、送電コイル１０１は電力を放射する。非接触受電装置２００ａ、２００ｂは基本的に同一構造であり、図２のブロック構造をしている。受電コイル２０１で受電し、整流部２０２で整流して直流とし、コンバータ２０３で直流を安定化してバッテリ２０４に充電する。レベル検出部２０５は整流部２０２の出力から受電レベルを検出し、制御部２０６を介して無線部２０７を用い通信アンテナ２０８から受電レベルを送信する。非接触送電装置１００はこの送信された受電レベルを通信アンテナ１０４で受信し無線部１０５で復調して制御部１０２にその情報を送る。制御部１０２は受電レベル情報を用いて出力切替調整部１０３を制御する。
【００１２】
図３は、図１に示したＸＹＺ座標におけＸＹ平面上にあり、最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４で構成される送電コイル１０１を示している。図３において、最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４は、同一の形状で同一のサイズであり、四角形で渦巻状のフラットコイルである。
【００１３】
図４に受電コイルの構成を示す。図４（ａ）が非接触受電装置２００ａの受電コイル２０１ａ、図４（ｂ）が非接触受電装置２００ｂの受電コイル２０１ｂである。図４の例では受電コイル２０１ａは四角形で最小コイル３０１とほぼ同一の面積でほぼ同一の辺の長さ、受電コイル２０１ｂは受電コイル２０１ａのほぼ２倍の面積で１辺がほぼ同じ、他辺がほぼ２倍の大きさである。ただし、この形状、面積、辺の長さはどのようなものでもよい。なお、送電コイルと受電コイルの関係としては、送電コイルの大きさ（面積）は受電コイルの大きさ（面積）以下の関係を有する。言い換えれば、送電コイルと受電コイルが共に矩形形状である場合、送電コイルの最小セルの最長の辺が受電コイルの最短の辺の長さ以下で構成される関係を有する。これは、後で説明するが、送電コイルの組合せによる制御が可能となるからである。  次に、一般的な磁界共鳴結合型無線給電の受電特性について説明する。図５は送電コイルと受電コイルの距離を変えたときの配置を示し、まず送電コイル５０１と受電コイル５０２の関係で説明する。図５ではＸＹ平面にフラットコイルの送電コイル５０１と受電コイル５０２があり、それらの距離をＺ軸としてみている。ここでは送電コイル５０１と受電コイル５０２は同一形状、同一面積で送電受電で中心がずれていないとしている。
【００１４】
図６は受電特性を示し、横軸は周波数、縦軸は受電レベルを示す。受電コイルと送電コイルの距離により、（ａ）密結合（双峰特性）、（ｂ）臨界結合（単峰特性）、（ｃ）疎結合（単峰特性）を示す。（ｂ）の臨界結合のときがいちばん効率よく受電でき受電レベルが大きくとれる。
【００１５】
今、送電コイル５０１と受電コイル５０２が図５（ｂ）に示すＺ＝Ｚ０の距離で図６（ｂ）に示す臨界結合となるとすると、図５（ａ）のＺ＜Ｚ０で図６（ａ）の密結合、図５（ｃ）のＺ＝Ｚ１＞Ｚ０で図６（ｃ）の疎結合になる。
【００１６】
また、コイルを別の送電コイル５０３と受電コイル５０４とした場合、特性が変わり、Ｚ＝Ｚ１のときに図６（ｂ）の臨界結合になる場合がある。このように磁界共鳴結合型無線給電の受電特性は送電コイルや受電コイルの形状や面積、または、送電コイルと受電コイルの距離で変化する。
【００１７】
送電コイルと受電コイルを用いた無線給電の特性図を図７に示す。図７の横軸は送受コイルと受電コイルとの距離、縦軸は受電コイルの受電レベルである。図７に示すように、送受コイル間の距離によって最大効率となるコイルの形状や面積が異なることがわかる。
【００１８】
図８に等価的にコイルの大きさを変える動作説明図を示す。図８（ａ）に示すように、２つの四角形のコイルを同一ＸＹ平面状に辺８０１と辺８０２を対向して平行となるように配置する。辺８０１には電流Ｉ１が辺８０２には電流Ｉ２が流れている。この状態を白抜きの矢印の方向から見たものを図８（ｂ）に示す。このとき、任意の点Ｐに生じる磁界の強さを求めると、下記式となる。
【００１９】
Ｈｘ＝（Ｉ１／２π）×（ｓｉｎθ１／ｒ１）
＋（Ｉ２／２π）×（ｓｉｎθ２／ｒ２）
Ｈｚ＝（Ｉ１／２π）×（ｃｏｓθ１／ｒ１）
＋（Ｉ２／２π）×（ｃｏｓθ２／ｒ２）
点Ｐでの受電コイルの向きがＸＹ平面と平行であれば、磁界が受電コイルと直交しないためＨｘは受電には寄与しない。そのため、Ｈｚだけ考えればよく、どのようなｒ１、ｒ２でもＩ１、Ｉ２を調整すればＨｚ＝０とすることができる。ｒ１＝ｒ２のときはＩ１とＩ２の大きさが同じで逆位相になっていればＨｚ＝０である。
【００２０】
点Ｐでの受電コイルが図８（ｂ）に示すαだけ傾いていたときは、
Ｈｘ・ｃｏｓα＝Ｈｚ・ｓｉｎα
となるようにＩ１とＩ２を調整すればよい。このようにＩ１とＩ２を調整する調整処理により任意の点の受電コイルで受電に寄与する磁界を０にすることができる。すなわち、辺８０１と辺８０２は存在しないように見える。または、辺８０１と辺８０２の磁界による受電コイル内の起電力によって生じる電流が逆向きなので互いにキャンセルされて、受電に寄与する送電コイルの辺が存在しないように見える。
【００２１】
図９は図３の送電コイルに図８の考えを適用する場合を示す。図８ではコイルの辺が１本の線であったが渦巻状のフラットコイルの場合は実際には何本かの平行する線が存在する。しかし、それらをまとめて、図９に示すように、辺１００１、１００２、１００３、１００４のように考えれば、図８と同様に考えることができる。
【００２２】
なお、図３や以降の送電コイルや受電コイルの説明では便宜上コイルしか図示していないが、磁界共鳴結合型無線給電の場合は、実際には図１０（ａ）に示す直列共振タイプ、図１０（ｂ）に示す並列共振タイプのようにコンデンサが接続されており、コイルのインダクタとコンデンサの容量で共振させている。
【００２３】
以上のように、図３に示す最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４を同一の四角形状で同一のサイズとした場合、各コイルに同じ大きさで同位相の電流を流すと、対抗する辺で磁界を打ち消すことができる。
【００２４】
次に図３のコイルで作ることができる送電コイルの大きさや位置について説明する。
【００２５】
図１１は最小コイルのサイズで、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の４つの位置を取ることができることを示している。
【００２６】
図１２は、最小コイルを２つ組み合わせた構成で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の４つの位置を取ることができ、それぞれ辺１３０１、１３０２、１３０３、１３０４で磁界が打ち消される。
【００２７】
図１２（ｅ）は最小コイルを４つ組み合わせた構成で最大のコイルサイズであり、辺１４０１、１４０２、１４０３、１４０４で磁界が打ち消される。なお図示していないが最小コイルを３つ組み合わせた構成も考えられ、その場合は、最小コイル３０１、３０２、３０３、または、最小コイル３０１、３０２、３０４、または、最小コイル３０３、３０４、３０１、または、最小コイル３０３、３０４、３０２の組み合わせとなる。
【００２８】
なお、コイルの組み合わせとしては図１３（ａ）、（ｂ）に示す対角線上の２つのコイルを組み合わせることもできる。
【００２９】
また、図１３（ｃ）に示すコイルの構成は図３のコイルの構成に中心部分にコイル１６０１を追加したものである。コイル１６０１を加えることで、図１３（ｃ）に示すコイルの中心部分に受電コイルがきたときにコイル１６０１を選択することで受電効率のよいコイル選択ができる効果がある。
【００３０】
図１３（ｄ）は、図３のコイルが２×２の偶数の組み合わせであったものを３×３の奇数にしたものである。奇数にすると図１３（ｃ）のような構成にしなくとも中心１７０５のコイルを選択することで受電効率のよいコイル選択ができる効果がある。なお、奇数×偶数の構成とすることも可能である。
【００３１】
図１４はサイズの異なるコイルで構成した送電コイルの構成図である。コイル１８０９および１８１０は一辺の長さがコイル１８０１から１８０８の辺の長さの２倍になっている。例えばコイル１８０５とコイル１８０６とコイル１８０９でこの３つをあわせた大きさのコイルとすることができる。一般的に最小のコイルの辺の整数倍ｎの辺の大きさのコイルの場合、ｎ個の並んだ最小のコイルの辺で磁界を打ち消すことが可能である。図１４の構成は、置く場所で受電コイルのサイズが決まっている場合に最適なコイルの組み合わせを選ぶことができる効果がある。
【００３２】
図１５はコイルの形状を四角ではなく六角にした場合を示す。六角ではなくさらに多角形にすることも可能である。多角形にした場合、全体の送電コイルが円形の場合に配置しやすい、さらに受電コイルが円形の場合、受電効率を向上させることができる効果がある。
【００３３】
図１６は図１の出力切替調整部１０３の詳細な説明図である。図１６において、出力切替調整部１０３は、最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４用のそれぞれの出力部２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃ、２０００ｄを有しており、出力部は同一構成であるので出力部２０００ａで説明する。出力部２０００ａは抵抗２００２、ＦＥＴ２００３、電源２００４、コイル２００５、コンデンサ２００６、コイル２００７、コンデンサ２００８で構成されるＥ級アンプと整合部２００９で構成される。Ｅ級アンプはＦＥＴ２００３のゲートに磁界共鳴結合型無線給電の共振周波数であるクロック２０１０ａの入力で共振周波数の電力増幅が可能である。このクロック２０１０ａをアンドゲート２００１により制御信号２０１１ａでＯＮ、ＯＦＦさせることで出力部２０００ａの出力ＯＮ、ＯＦＦを制御できる。すなわち、制御信号２０１１ａ、２０１１ｂ、２０１１ｃ、２０１１ｄで出力の選択ができる。また、電源２００４の調整で出力レベルの調整が、クロック２０１０ａ、２０１０ｂ、２０１０ｃ、２０１０ｄの位相の調整で出力位相の調整が可能である。
【００３４】
図１６の構成によれば切り替えとアンプのＦＥＴを共用することができるので簡単で安価な出力切替調整ができ、また、整合部２００９の微調整で整合部２００９前段のＥ級アンプ部の性能ばらつきを吸収できる効果がある。
【００３５】
図１７は等価的に送電コイルのサイズを変えて最大受電効率とする制御フローを示す。図１７は図１の非接触送電装置１００、図２の非接触受電装置２００、図３の送電コイル構成の場合を示している。図１７において、
Ｓ２１０１：開始
Ｓ２１０２：最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４、すなわち、図１１に示した（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、の一つで最適ＸＹ位置確認用の送電を行う。
Ｓ２１１４：非接触受電装置２００が、そのとき送電している最小コイルにより起動するＸＹ位置にいた場合、起動しレベル検出部２０５により受電レベルを検出する。
Ｓ２１１５：検出した受電レベルと非接触受電装置の識別情報、すなわち、図１の例では非接触受電装置２００ａか２００ｂかを識別する信号を受電情報として制御部２０６で無線部２０７を制御し通信アンテナ２０８より送信する。
Ｓ２１０３：非接触受電装置２００からの受電情報を確認する。または、そのとき送電している最小コイルにより起動するＸＹ位置に非接触受電装置２００がない場合は受信情報が来ないので、ある一定時間でタイムアウトし次の処理Ｓ２１０４に移る。
Ｓ２１０４：最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４、すなわち、図１１に示した（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）全てで確認したかどうか判断する。
Ｓ２１０５：全て確認が終わっていない場合、次の最小コイルを選択し、Ｓ２１０２に戻る。
Ｓ２１０６：全て確認が終わった場合、それぞれの最小コイルの位置での受電識別情報と受電レベル、または、タイムアウトを確認し、非接触受電装置２００の識別情報ごとの受信レベルを比較し、受電レベルの大きい最小コイルの位置に識別情報の示す非接触受電装置２００があると判断する。なお、一つの識別情報の非接触受電装置２００に対して最小コイルが一つではなく複数の最小コイルが反応する可能性もある。例えば図１の例では非接触受電装置２００ｂでは図１１の（ａ）と（ｃ）の位置で受信レベルを確認できたとする。このときはコイルの大きさを決定する次のコイル形状確認処理のときに優先的に受信レベルが確認できた最小コイルを選択することで処理時間を早くすることができる。
Ｓ２１０７：それぞれの非接触受電装置２００のＸＹ位置の最小コイルに対し、調整処理により等価的にコイル形状を可変して送電する。具体的には図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、また、図１３（ａ）、（ｂ）を順次行う。また、前述したように最小コイルを３個選ぶ構成を行ってもよい。
Ｓ２１１６：非接触受電装置２００が、そのとき送電しているコイル形状で起動した場合、レベル検出部２０５により受電レベルを検出する。
Ｓ２１１７：検出した受電レベルと非接触受電装置の識別情報、すなわち、図１の例では非接触受電装置２００ａか２００ｂかを識別する信号を受電情報として制御部２０６の制御で無線部２０７により通信アンテナ２０８より送信する。
Ｓ２１０８：非接触受電装置２００からの受電情報を確認する。または、そのとき送電しているコイル形状で非接触受電装置が起動しない場合は受信情報が来ないので、ある一定時間でタイムアウトし次の処理Ｓ２１０９に移る。
Ｓ２１０９：前記した図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、また、図１３（ａ）、（ｂ）、また、前述したように最小コイルを３個選ぶ構成全て確認したかどうか判断する。
Ｓ２１１０：全て確認が終わっていない場合、次のコイル形状を選択し、Ｓ２１０７に戻る。
Ｓ２１１１：全て確認が終わった場合、それぞれのコイル形状での受電識別情報と受電レベル、または、タイムアウトを確認し、非接触受電装置２００の識別情報ごとの受信レベルを比較し、受電レベルの大きいコイル形状が識別情報の示す非接触受電装置２００があるＺ位置に対して最適なコイル形状と判断する。
Ｓ２１１２：それぞれの非接触受電装置２００のＸＹＺ位置に最適なコイルによるコイル形状を設定する。
Ｓ２１１３：非接触送電装置１００から送電を開始する。
Ｓ２１１８：非接触受電装置２００は受電を開始する。
【００３６】
以上の処理により、非接触受電装置２００は自分の存在するＸＹＺ位置に対して最大受電効率で受電できる。
【００３７】
図１８（ａ）は最小コイルの数を増やした例であり、４×４の例を示している。さらに数を増やしてもよい。最小コイルの数が増えてくると図１７の処理フローのＳ２１０２からＳ２１０６までのＸＹ位置を確認するまでの時間が長くなる。この問題を解決するために、最小コイルを何個か組み合わせたセルをＸＹ位置検出の一つの単位として用いる。図１８（ｂ）は、ＸＹ位置検出のための一つの単位として、調整処理を行った２×２の４個の最小コイルを基本セルとしたものを示している。
【００３８】
基本セルを用いれば図１８の例では、
［１，１］［２，１］［１，２］［２，２］
［２，１］［３，１］［２，２］［３，２］
［３，１］［４，１］［３，２］［４，２］
［１，２］［２，２］［１，３］［２，３］
［２，２］［３，２］［２，３］［３，３］
［３，２］［４，２］［３，３］［４，３］
［１，３］［２，３］［１，４］［２，４］
［２，３］［３，３］［２，４］［３，４］
［３，３］［４，３］［３，４］［４，４］
の９通りでまずＸＹ位置検出を行う。
【００３９】
図１９に、図１８（ｂ）で示した基本セルを用いた場合のＸＹ位置検出時間を短縮する制御フローを示す。図１９において、
Ｓ２４０１：開始
Ｓ２４０２：基本セルで最適ＸＹ位置確認用の送電を行う。
Ｓ２４１３：非接触受電装置２００がそのとき送電している基本セルにより起動するＸＹ位置にいた場合起動しレベル検出部２０５により受電レベルを検出する。
Ｓ２４１４：検出した受電レベルと非接触受電装置の識別情報、すなわち、図１の例では非接触受電装置２００ａか２００ｂかを識別する信号を受電情報として制御部２０６の制御で無線部２０７により通信アンテナ２０８より送信する。
Ｓ２４０３：非接触受電装置２００からの受電情報を確認する。または、そのとき送電している最小コイルにより起動するＸＹ位置に非接触受電装置２００がない場合は受信情報が来ないので、ある一定時間でタイムアウトし次の処理Ｓ２４０４に移る。
Ｓ２４０４：前記した基本セルの組み合わせ全て確認したかどうか判断する。Ｓ２４０５：全て確認が終わっていない場合、次の基本セルを選択し、Ｓ２４０２に戻る。
Ｓ２４０６：全て確認が終わった場合、それぞれの基本セルの位置での受電識別情報と受電レベル、または、タイムアウトを確認し、非接触受電装置２００の識別情報ごとの受信レベルを比較し、受電レベルの大きい基本セルの位置に識別情報の示す非接触受電装置２００があると判断する。
Ｓ２４０７：それぞれの非接触受電装置２００のＸＹ位置の基本セルに対し、最小コイルを選択して送電する。図１８（ｂ）の例では４個の最小コイルがある。
Ｓ２４１５：非接触受電装置２００がそのとき送電している最小コイルにより起動するＸＹ位置にいた場合起動しレベル検出部２０５により受電レベルを検出する。
Ｓ２４１６：検出した受電レベルと非接触受電装置の識別情報、すなわち、図１の例では非接触受電装置２００ａか２００ｂかを識別する信号を受電情報として制御部２０６の制御で無線部２０７により通信アンテナ２０８より送信する。
Ｓ２４０８：非接触受電装置２００からの受電情報を確認する。または、そのとき送電している最小コイルにより起動するＸＹ位置に非接触受電装置２００がない場合は受信情報が来ないので、ある一定時間でタイムアウトし次の処理Ｓ２４０９に移る。
Ｓ２４０９：最小コイル全て確認したかどうか判断する。図１８（ｂ）の例では４個の最小コイルがある。
Ｓ２４１０：全て確認が終わっていない場合、次の最小コイルを選択し、Ｓ２４０７に戻る。
Ｓ２４１１：全て確認が終わった場合、それぞれの最小コイルの位置での受電識別情報と受電レベル、または、タイムアウトを確認し、非接触受電装置２００の識別情報ごとの受信レベルを比較し、受電レベルの大きい最小コイルの位置に識別情報の示す非接触受電装置２００があると判断する。なお、一つの識別情報の非接触受電装置２００に対して最小コイルが一つではなく複数の最小コイルが反応する可能性もある。例えば図１の例では非接触受電装置２００ｂでは図１１の（ａ）と（ｃ）の位置で受信レベルを確認できたとする。このときはコイルの大きさを決定する次の処理のときに優先的に受信レベルが確認できた最小コイルを選択することで処理時間を早くすることができる。
Ｓ２４１２：図１７のＳ２１０７からＳ２１１１までの処理を行う。
【００４０】
以下、図１７と同じである。
【００４１】
図１９の制御フローでは最小コイルの数が増えた場合でもＸＹ位置検出時間を短縮できる効果がある。
【実施例２】
【００４２】
図２０は本実施例における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図である。
【００４３】
図１と異なるのは非接触受電装置２００のＸＹ位置を検出する位置センサを有しており（図示せず）、これからＸＹ位置検出部２５０１で非接触受電装置２００のＸＹ位置を検出し、そのＸＹ位置を制御部１０２に出力する機能を設けたものである。
【００４４】
図２０の場合の制御フローを図２１に示す。図１９と同じ機能については同じ符号を付し、その説明は省略する。図２１において、
Ｓ２６０１：開始
Ｓ２６０２：非接触受電装置２００のＸＹ位置をＸＹ位置検出部２５０１からの情報で確認。
以下、図１９と同じである。
【００４５】
本実施例によれば、制御フローが簡単になる効果がある。
【実施例３】
【００４６】
図２２は本実施例における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図、図２３は本実施例における非接触受電装置の構成ブロック図である。
【００４７】
図１、図２と異なる点は、非接触受電装置２００のレベル検出部２０５で検出された受電レベル情報を伝送するのに負荷変調部２８０１を使用し、非接触送電装置１００は検波部２７０１で受電レベル情報を受取ることである。
【００４８】
図２４に負荷変調部２８０１の回路の一例を示す。図２４において、受電コイル２０１とコンデンサ２９０１を介してＦＥＴ２９０２のドレインに接続し、ＦＥＴ２９０２のソースをグランドと接続する。ＦＥＴ２９０２のゲートを制御部２０６で制御しＦＥＴ２９０２を受信レベル情報によりＯＮ／ＯＦＦする。これにより、受電側の負荷が変化して整合が崩れ、送電電力の反射が起こる。この反射を非接触送電装置１００の送電コイル１０１を介し検波部２７０１が検出する。
【００４９】
図２５に検波部２７０１の詳細なブロック図を示す。図１６と同一符号は同一機能を示す。図２５において、出力部２０００ａと最小コイル３０１、出力部２０００ｂと最小コイル３０２、出力部２０００ｃと最小コイル３０３、出力部２０００ｄと最小コイル３０４の接続部分にそれぞれ検波回路３００１ａ、３００１ｂ、３００１ｃ、３００１ｄを設け、それぞれの検波出力を制御部１０２に出力する。
【００５０】
図２６は検波回路３００１の回路の一例を示す。図２６において、コンデンサ３１０１、３１０４、ダイオード３１０２、３１０３、抵抗３１０５でいわゆる倍電圧検波回路を構成する。これにより、負荷変調により生じた反射による送電電力の乱れを検出することができる。
【００５１】
図２２の非接触送電装置１００、図２３の非接触受電装置２００の制御フローは図１７、図１９と同じである。検波回路３００１の検波出力はそのとき選択している最小コイルに接続されているものを用い、調整処理で複数選択されているときはその複数の最小コイルに接続されている検波出力をアナログ加算して検波出力とする。
【００５２】
なお、複数の非接触受電装置２００があった場合でもそのそれぞれに対応した調整処理された最小コイルの組み合わせが選択されるので、それぞれにおいて負荷変調の反射を検出することが可能である。
【００５３】
本実施例によれば、無線部１０５、２０７、通信アンテナ１０４、２０８が必要ないので図１、図２の実施例１よりも安価とすることができる効果がある。
【実施例４】
【００５４】
図２７は図２２の非接触送電装置と組み合わせて使う本実施例における非接触受電装置の構成ブロック図である。図２３と異なるところはレベル検出部２０５を削除し、受電レベルを非接触送電装置１００に負荷変調で送信するのではなく、制御部３２０１で発生させるユニークワード、例えば"１０１００１１０"など"０"と"１"が反転したときに極性が判断できるようにしたもの、等を発生し、これを負荷変調部２８０１で負荷変調する点である。
【００５５】
図２２の非接触送電装置１００は検波部２７０１の検波出力を見てその極性や検波出力レベルを制御部１０２で確認する。検波出力レベルが最大のとき、図６（ｂ）に示した臨界結合であることがわかり、負荷変調の掛り具合をみて位置を特定することが可能となる。
【００５６】
図２８は図２２の非接触送電装置１００と図２７の非接触受電装置２００を用いたときの処理フローである。図１７と同一符号は同一処理である。
【００５７】
図２８において、図１７と異なる点は、ステップＳ２１１５やステップＳ２１１７で受電情報として送信するのが受電識別信号と受電レベルではなく受電識別信号とユニークワードになることである。これに対応して、ステップＳ３３０１やステップＳ３３０２で検波部２７０１の検波出力の検波出力レベルや検波出力極性をみてＸＹ位置やコイル形状を判断することである。
【００５８】
なお、図１９の制御フローにも適用できることは明らかである。
【００５９】
本実施例によれば、無線部１０５、２０７、通信アンテナ１０４、２０８に加えレベル検出部２０５が必要ないので、図１、図２の実施例１、図２３の実施例３よりも安価とすることができる効果がある。
【実施例５】
【００６０】
図２９は本実施例における無線給電システムの非接触送電装置の構成ブロック図である。図１と異なる点は、調整処理のできる送電コイルを箱状の非接触送電装置１００のＸＹ平面（送電コイル１０１）だけではなくＹＺ平面（送電コイル３４０１）やＺＸ平面（送電コイル３４０２）にも設け、それぞれに対しＸＹ平面の出力切替調整部１０３、ＹＺ平面の出力切替調整部３４０３、ＺＸ平面の出力切替調整部３４０４を設けたことである。ＸＹ平面の出力切替調整部１０３、ＹＺ平面の出力切替調整部３４０３、ＺＸ平面の出力切替調整部３４０４は同一構成である。
【００６１】
図２９の非接触送電装置１００の制御フローを図３０に示す。図３０において、
Ｓ３５０１：開始
Ｓ３５０２：ＸＹ平面で、それぞれの非接触受電装置２００のＸＹＺ位置に最適なＸＹ平面上コイルによるコイル形状を設定する。図１７または図１９の制御フローを用いる。
Ｓ３５０３：ＹＺ面で、それぞれの非接触受電装置２００のＸＹＺ位置に最適なＸＹ平面上コイルによるコイル形状を設定する。図１７または図１９の制御フローを用いる。
Ｓ３５０４：ＹＺ面で、それぞれの非接触受電装置２００のＸＹＺ位置に最適なＸＹ平面上コイルによるコイル形状を設定する。図１７または図１９の制御フローを用いる。
【００６２】
なお、ＸＹ平面処理、ＹＺ平面処理、ＺＸ平面処理の順番はどの面から行ってもよい。
Ｓ３５０５：コイル形状を設定したＸＹ平面上コイル、コイル形状を設定したＹＺ平面上コイル、コイル形状を設定したＺＸ平面上コイルの出力レベル、位相を変化させて、受電部受電レベルが最大となる値に設定する。
【００６３】
図１６で示したように電源２００４により出力レベルを、クロック２０１０ａ、２０１０ｂ、２０１０ｃ、２０１０ｄの位相を変えることで送電出力の位相を変化させることができる。
【００６４】
本実施例によれば、ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面からの送電電力をベクトル加算することができるので、非接触受電装置２００の受電コイルがどのような向きであっても最大受電効率で受電できる効果がある。
【実施例６】
【００６５】
図３１は本実施例における無線給電システムの非接触送電装置を建物の中などの空間３６００に使用した例である。このときは、ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面とも両面使い、ＸＹ平面上送電コイル１０１、３６０１、ＹＺ平面上送電コイル３４０１、３６０２、ＺＸ平面上送電コイル３４０２、３６０３を用いる。
【００６６】
制御フローは基本的に図３０と同じであるが、両面ある平面のどちらを使用するか、または両面使用してベクトル合成するかの処理が加わる。
【００６７】
本実施例によれば、ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面の両面を使用するので広い空間に対しても対応できる効果がある。また、広い空間であっても使用するのは最小コイルであるので銅損を低く感度の高いコイル設計とすることができ、また、送電の共振周波数設計も最小コイルの設計のみで行うことができ、高感度で送電周波数の設定の許容度の高いコイル設計とできる効果がある。
【実施例７】
【００６８】
図３３は調整処理のコイルを非接触受電装置側で使用した実施例の構成ブロック図、図３２は図３３の非接触受電装置に送電する非接触送電装置の構成ブロック図である。
【００６９】
図３２において、非接触送電装置３７００は、置き台３７０２に送電コイル３７０１が組み込まれ、出力部３７０３を用いて送電される。
【００７０】
図３３において、非接触受電装置３８００は、例えば図３の構成の調整処理可能な受電コイル３８０１を用いて受電し、整合部３８０４でそれぞれの最小コイルの整合をとり、整流部３８０２で整流して直流とし、コンバータ３８０３で直流を安定化してバッテリ２０４に充電する。レベル検出部３８０５は整流部３８０２の出力から受電レベルを検出し制御部３８０６に受信レベル情報を出力し、制御部３８０６は受信レベル情報を用いて整合部３８０４の整合を調整する。無線部２０７、通信アンテナ２０８からは非接触受電装置３８００の識別情報を送信する。
【００７１】
図３４に整合部３８０４、整流部３８０２の詳細構成を示す。図３４において、整合部３８０４、整流部３８０２は、それぞれ最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４と接続される整合回路３９１８ａ、３９１８ｂ、３９１８ｃ、３９１８ｄ、および、整流回路３９１９ａ、３９１９ｂ、３９１９ｃ、３９１９ｄで構成される。整合回路３９１８ａ、３９１８ｂ、３９１８ｃ、３９１８ｄは同一回路、整流回路３９１９ａ、３９１９ｂ、３９１９ｃ、３９１９ｄは同一回路であり、整合回路３９１８ａと整流回路３９１９ａで内部説明する。
【００７２】
整合回路３９１８ａは、インダクタ３９０５、３９０６、コンデンサ３９０７、３９０８で構成されるいわゆるπ型整合回路と、その前段に最小コイル３０１の一方とコンデンサ３９０１を介してＦＥＴ３９０２のドレインに接続し、ＦＥＴ３９０２のソースをグランドと接続し、また最小コイル３０１の他方とコンデンサ３９０３を介してＦＥＴ３９０４のドレインに接続し、ＦＥＴ３９０４のソースをグランドと接続する。ＦＥＴ３９０２、３９０４のゲートを制御部３８０６で制御し、ＦＥＴ３９０２、３９０４をＯＮ／ＯＦＦする。これにより最小コイル３０１を選択するときにはＦＥＴ３９０２、３９０４をＯＦＦし選択しないときにはＦＥＴ３９０２、３９０４をＯＮして整合状態からずらす。インダクタ３９０５、３９０６、コンデンサ３９０７、３９０８で構成されるπ型整合回路の定数を各整合回路３９１８ａ、３９１８ｂ、３９１８ｃ、３９１８ｄで調整しておき、素子ばらつきなどを吸収して最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４の電流を調整処理となるよう調整する。また、ＦＥＴ３９０２、３９０４を可変抵抗的に使用し、電流を微調整してもよい。
【００７３】
整流回路３９１９ａは、ダイオード３９０９、３９１０、３９１１、３９１２で全波整流回路を組み整流して、コンデンサ３９１３で平滑して直流とする。整流回路３９１９ａ、３９１９ｂ、３９１９ｃ、３９１９ｄの受電レベルをダイオード３９１４、３９１５、３９１６、３９１７で分離し、レベル検出部３８０５でそれぞれの受電レベルを検出し、制御部３８０６に出力する。ダイオード３９１４、３９１５、３９１６、３９１７の出力は合成されコンバータ３８０３で直流を安定化してバッテリ２０４に充電する。
【００７４】
図３５に図３２の非接触送電装置３７００、図３３の非接触受電装置３８００の制御フローを示す。図３５において、
Ｓ４００１：開始
Ｓ４００２：初期送電を行う。
Ｓ４００５：最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４の一つで最適ＸＹ位置確認用の受電を行い起動する。
Ｓ４００６：非接触受電装置３８００の受電コイル３８０１がそのとき受電している最小コイルの受電レベルをレベル検出部３８０５により検出する。
Ｓ４００７：最小コイル３０１、３０２、３０３、３０４全て確認したかどうか判断する。図１１に示した（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。
Ｓ４００８：全て確認が終わっていない場合、次の最小コイルを選択し、Ｓ４００５に戻る。
Ｓ４００９：全て確認が終わった場合、それぞれの最小コイルの位置での受電レベルを確認する。受電レベルの大きい最小コイルの位置に非接触送電装置３７００の送電コイル３７０１があると判断する。最小コイルが一つではなく複数の最小コイルの受電レベルが大きい可能性もある。このときはコイルの大きさを決定する次のコイル形状確認処理のときに優先的に受信レベルが確認できた最小コイルを選択することで処理時間を早くすることができる。
Ｓ４０１０：非接触送電装置３７００の送電コイル３７０１のＸＹ位置の最小コイルに対し、調整処理により等価的にコイル形状を可変して受電する。具体的には図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、また、図１３（ａ）、（ｂ）を順次行う。また、前述したように最小コイルを３個選ぶ構成を行ってもよい。
Ｓ４０１１：レベル検出部３８０５により受電レベルを検出する。
Ｓ４０１２：前記した図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、また、図１３（ａ）、（ｂ）、また、前述したように最小コイルを３個選ぶ構成全て確認したかどうか判断する。
Ｓ４０１３：全て確認が終わっていない場合、次のコイル形状を選択し、Ｓ４０１０に戻る。
Ｓ４０１４：全て確認が終わった場合、それぞれのコイル形状での受電レベルを比較し、受電レベルの大きいコイル形状が非接触送電装置３７００の送電コイル３７０１があるＺ位置に対して最適なコイル形状と判断する。
Ｓ４０１５：非接触送電装置３７００のＸＹＺ位置に最適なコイルによるコイル形状を設定する。
Ｓ４０１６：非接触受電装置３８００の識別情報を受電情報として制御部３８０６で無線部２０７を制御し通信アンテナ２０８より送信する。
Ｓ４００３：非接触受電装置３８００からの受電情報を確認する。
Ｓ４００４：非接触送電装置３７００から送電を開始する。
Ｓ４０１７：非接触受電装置３８００は受電を開始する。
【００７５】
以上の処理により、非接触受電装置３８００は非接触送電装置３７００の送電コイル３７０１が存在するＸＹＺ位置に対して最大受電効率で受電できる。
【実施例８】
【００７６】
図３６は本実施例における無線給電システムの非接触受電装置３８００を電気自動車４１００の無線給電に使用した例である。
【００７７】
非接触受電装置３８００の受電コイル３８０１を電気自動車４１００の底面の広い領域に配置する。電気自動車４１００の車高は車種によって異なるため、電気自動車の底面の受電コイル３８０１と非接触送電装置３７００の送電アンテナ３７０１の距離は一定ではない。
【００７８】
電気自動車４１００に非接触受電装置３８００を適用することで、電気自動車４１００の停止位置によるＸＹ平面状のずれだけではなくＺ軸方向への車高の差があった場合でも最高受電効率で受電できる効果がある。
【符号の説明】
【００７９】
１００…非接触送電装置、１０１…送電コイル、１０２…制御部、１０３…出力切替調整部、１０４…通信アンテナ、１０５…無線部、２００…非接触受電装置、２０１…受電コイル、２０２…整流部、２０３…コンバータ、２０４…バッテリ、２０５…レベル検出部、２０６…制御部、２０７…無線部、２０８…通信アンテナ、３０１、３０２、３０３、３０４…最小コイル、２０００ａ、２０００ｂ、２０００ｃ、２０００ｄ…出力部、２５０１…ＸＹ位置検出部、２７０１…検波部、２８０１…負荷変調部、３００１ａ、３００１ｂ、３００１ｃ、３００１ｄ…検波回路、３２０１…制御部、３４０１、３４０２…送電コイル、３４０３、３４０４…出力切替調整部、３６００…空間、３７００…非接触送電装置、３７０１…送電コイル、３７０２…置き台、３７０３…出力部、３８００…非接触受電装置、３８０１…受電コイル、３８０２…整流部、３８０３…コンバータ、３８０４…整合部、３８０５…レベル検出部、３８０６…制御部、３９１８ａ、３９１８ｂ、３９１８ｃ、３９１８ｄ…整合回路、３９１９ａ、３９１９ｂ、３９１９ｃ、３９１９ｄ…整流回路、４１００…電気自動車
【図１】
2018102041.tif 000003
【図２】
2018102041.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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018102041.tif 000012
【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2018102041.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2018102041.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
2018102041.tif 000032
【図３１】
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【図３２】
2018102041.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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