(57)【要約】【課題】伝送距離が長く、高い伝送効率を実現し、位置ずれの影響が低減できる無線電力伝送装置を提供すること。【解決手段】導体からなる送電コイル１０２および受電コイル１０４と、受電コイル１０４に接続され、インピーダンス変換を行うインピーダンス制御回路１０６を備え、インピーダンス制御回路１０６は受電コイル１０４側からみたインピーダンス制御回路１０６のインピーダンスの実部を選択的に切り替えることを特徴とする無線電力伝送装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からなる送電コイルおよび受電コイルと、
前記受電コイルに接続され、インピーダンス変換を行うインピーダンス制御回路を備え、前記インピーダンス制御回路は前記受電コイル側からみた前記インピーダンス制御回路のインピーダンスの実部を選択的に切り替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、無線による電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器や電気自動車などへのワイヤレス充電装置が開発されている。非接触で高い伝送効率にて大電力を送電できることが求められる。
【０００３】
従来、送電側、受電側にコイルを設け、電磁誘導方式を用いることにより高効率の伝送効率を実現してきた（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０８７７３３号公報
【特許文献２】特開２００８−２８８８８９号公報
【特許文献３】特開２００６−３４５５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記従来特許文献１、２、３の方法では、伝送距離が短いため送電コイルと受電コイル間の位置ずれが生じると効率が劣化するという課題があり、位置ずれ検出手段を用いた位置合わせが必要であった。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、伝送距離が長く、高い伝送効率を実現し、位置ずれの影響が低減でき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】
上記課題を解決するために、本発明の無線電力伝送装置は、導体からなる送電コイルおよび受電コイルと、前記受電コイルに接続され、インピーダンス変換を行うインピーダンス制御回路を備え、前記インピーダンス制御回路は前記受電コイル側からみた前記インピーダンス制御回路のインピーダンスの実部を選択的に切り替えることを特徴とする無線電力伝送装置である。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明は伝送距離が長く、高い伝送効率を実現し、位置ずれの影響が低減できる無線電力伝送装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における無線電力伝送装置の構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における第１のインピーダンス制御回路１０３の構成例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における伝送効率の距離特性を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における第２のインピーダンス制御回路１０６の切り替え手順を示した図
【図５】本発明の実施の形態１における無線電力伝送装置の構成例を示す図
【図６】本発明の実施の形態１における無線電力伝送装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の発明は、導体からなる送電コイルおよび受電コイルと、前記受電コイルに接続され、インピーダンス変換を行うインピーダンス制御回路を備え、前記インピーダンス制御回路は前記受電コイル側からみた前記インピーダンス制御回路のインピーダンスの実部を選択的に切り替えることを特徴とする無線電力伝送装置である。
【００１１】
この構成により、伝送距離が長く、高い伝送効率を実現し、位置ずれの影響が低減できる無線電力伝送装置を実現できる。
【００１２】
以下、本発明の無線電力伝送装置を実施するための最良の形態について、図面に沿って説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１３】
（実施の形態１）
以下に、本発明の無線電力伝送装置の実施の形態１の詳細について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の無線電力伝送装置の構成を示す図である。図１において、高周波発振源１０１は高周波電力を生成し、出力する発振源である。送電コイル１０２は後述する第１のインピーダンス制御回路１０３を介して高周波発振源１０１に接続され、高周波の磁界を発生するコイルである。第１のインピーダンス制御回路１０３は高周波発振源１０１と送電コイル１０２の間で入力された切り替え信号に基づいて、入力電流と入力電圧の比および出力電流と出力電圧の比つまり入出力インピーダンスを切り替えるインピーダンス変換を制御する回路である。
【００１５】
受電コイル１０４は送電コイル１０２から発生する磁界をうけて電力を得るコイルである。負荷１０５は後述する第２のインピーダンス制御回路１０６を介して受電コイル１０４に接続され、受電コイル１０４から得られた電力を供給する負荷である。第２のインピーダンス制御回路１０６は負荷１０５と受電コイル１０４の間で入力された切り替え信号に基づいて、入力電流と入力電圧の比および出力電流と出力電圧の比つまり入出力インピーダンスを切り替えるインピーダンス変換を制御する回路である。
【００１６】
図２は、第１のインピーダンス制御回路１０３の構成例を示す図である。複数のインピーダンス変換回路を備え、切り替え信号により選択的に切り替える。第２のインピーダンス制御回路１０６も同様の構成である。
【００１７】
送電側制御装置２０１は無線通信手段である送電側無線通信手段２０２から得られる負荷１０５の電力量の情報に基づいて、高周波発振源１０１に高周波発振源１０１からの出力電力量を制御する電力量制御信号を出力する。また、第１のインピーダンス制御回路１０３にインピーダンス変換制御のための切り替え信号を出力する。
【００１８】
受電側制御装置２０３は負荷１０５に供給された電力量を検知する電力量検知手段２０５から得られた電力量に基づいて、第２のインピーダンス制御回路１０６にインピーダンス変換制御のための切り替え信号を出力する。また、無線通信手段である受電側無線通信手段２０４を介して送電制御装置２０１へ負荷１０５に供給された電力量を伝達する。伝達する情報は電力の代わりに電圧や電流などの情報であってもよい。
【００１９】
以上のように構成された無線電力伝送装置について、その動作を説明する。
【００２０】
高周波発振源１０１側から第１のインピーダンス制御回路１０３をみたインピーダンスをＺａ１（＝Ｒａ１＋ｊＸａ１）とする。送電コイル１０２側から第１のインピーダンス制御回路１０３をみたインピーダンスをＺｂ１（＝Ｒｂ１＋ｊＸｂ１）とする。送電側制御装置２０１は、Ｚａ１が高周波発振源１０１の内部インピーダンスＺｇ（＝Ｒｇ＋ｊＸ
ｇ）と複素共役整合となる値（Ｒａ１＝Ｒｇ、ｊＸａ１＝−ｊＸｇ）、Ｚｂ１が送電コイル１０２のインピーダンスＺｃ１（＝Ｒｃ１＋ｊＸｃ１）と複素共役整合となる値（Ｒｂ１＝Ｒｃ１、ｊＸｂ１＝−ｊＸｃ１）をとるように第１のインピーダンス制御回路１０３を切り替え信号により制御する。
【００２１】
負荷１０５側から第２のインピーダンス制御回路１０６をみたインピーダンスをＺａ２（＝Ｒａ２＋ｊＸａ２）とする。受電コイル１０４側から第２のインピーダンス制御回路１０６をみたインピーダンスをＺｂ２（＝Ｒｂ２＋ｊＸｂ２）とする。第２のインピーダンス制御回路１０６は、Ｚａ２が負荷１０５のインピーダンスＺｌ（＝Ｒｌ＋ｊＸｌ）と複素共役整合となる値（Ｒａ２＝Ｒｌ、ｊＸａ２＝−ｊＸｌ）、Ｚｂ２の虚部Ｘｂ２が受電コイル１０４のリアクタンス成分Ｘｃ２を打ち消す値（ｊＸｂ２＝−ｊＸｃ２）、Ｚｂ２の実部Ｒｂ２が切り替え信号により指定された値となるようにインピーダンス変換する。
【００２２】
図３は、Ｒｂ２の値を変化させたときの送電コイル１０２、受電コイル１０４間の伝送効率の距離特性である。ここでいう伝送効率とは送電コイル１０２に入力された電力に対する受電コイル１０４に出力される電力の割合を示す。コイルのリアクタンス成分は打ち消され、Ｘｂ１、Ｘｂ２が０のときの計算結果である。Ｒｂ１は一定値である。インピーダンスが高いほど近距離での効率が高いが、伝送距離が短い。インピーダンスが低いほど伝送距離が長いが、近距離での効率が低下する。伝送効率がもっとも大きくなるように受電コイル１０４から回路側をみたインピーダンスの実部Ｒｂ２を第２のインピーダンス制御回路１０６により切り替えることで距離に関わらず良好な伝送効率をえることができる。
【００２３】
図４は第２のインピーダンス制御回路１０６の切り替え手順を示した図である。
【００２４】
まずステップ１において、第２のインピーダンス制御回路１０６にてＲｂ２をＡに設定して一定時間電力伝送、電力量検知手段２０５にて受信電力測定する。
【００２５】
ステップ２において、第２のインピーダンス制御回路１０６にてＲｂ２をＢに設定して一定時間電力伝送、電力量検知手段２０５にて受信電力測定する。
【００２６】
ステップ３において、第２のインピーダンス制御回路１０６にてＲｂ２をＣに設定して一定時間電力伝送、電力量検知手段２０５にて受信電力測定する。
【００２７】
ステップ４において、受電側制御装置２０３が上記３つの受信電力測定データを比較、受信電力最大となるＲｂ２の設定値を抽出する。
【００２８】
ステップ５において、受電側制御装置２０３は、最大電力が得られるＲｂ２の値を第２のインピーダンス制御回路１０６に設定する。
【００２９】
Ｒｂ２に複数のインピーダンス値を設定して最大の受信電力が得られるようＲｂ２の値を設定する。３つの異なるインピーダンス値を切り替える場合を例にあげて述べたが、切り替えるパターンはいくつであってもよい。
【００３０】
また、送電、受電双方のコイル間の距離や位置を検知して、第２のインピーダンス制御回路１０６を制御してもよい。距離が短いときはＲｂ２を高く設定し、距離が長いときはＲｂ２を低く設定する。
【００３１】
図５は、本発明の無線電力伝送装置の構成例を示す図である。第１のインピーダンス制
御回路１０３、第２のインピーダンス制御回路１０６は、送電コイル１０２、受電コイル１０４のリアクタンス成分を打ち消す送電側共振コンデンサ１０７、受電側共振コンデンサ１０８を外部に設けて別構成としてもよい。また、第２のインピーダンス制御回路１０６は前段に整流回路１０９を設けて直流に整流してからインピーダンス変換してもよい。このとき、第２のインピーダンス制御回路１０６はスイッチング電源など電流や電圧のＯＮ、ＯＦＦを繰り返すことによる電圧変換、電流変換によりインピーダンス変換してもよい。
【００３２】
また、インピーダンス制御回路は受電側のみであってもよい。図６は、本発明の無線電力伝送装置の構成例を示す図である。送電側は第１のインピーダンス制御回路１０３の代わりに送電側共振コンデンサ１０７のみを設け、送電側制御装置２０１は高周波電源１０１が出力する電力の周波数を周波数切り替え信号により制御する。高周波発振源１０１と送電コイル１０２間のインピーダンス整合が取れる周波数に設定する。
【００３３】
以上により、伝送距離が長く、高い伝送効率を実現し、位置ずれの影響が低減できる無線電力伝送装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の無線電力伝送装置は、伝送距離が長く、高い伝送効率をえることができる。よって、本発明の無線電力伝送装置を、例えば、携帯機器、電気自動車などの非接触充電器として適用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１０１  高周波発振源
１０２  送電コイル
１０３  第１のインピーダンス制御回路
１０４  受電コイル
１０５  負荷
１０６  第２のインピーダンス制御回路
１０７  送電側共振コンデンサ
１０８  受電側共振コンデンサ
１０９  整流回路
２０１  送電側制御装置
２０２  送電側無線通信手段
２０３  受電側制御装置
２０４  受電側無線通信手段
２０５  電力量検知手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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