(57)【要約】【課題】送電効率を改善する。【解決手段】非接触送電装置１は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路１０と、このＮ個の送電回路１０を制御する制御回路１１とを備える。送電回路１０は、直列に接続されたキャパシタ１０２と送電コイル１０１とからなる送電側ＬＣタンク回路と、この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路１００とを有する。Ｎ個の送電回路１０の送電コイル１０１は、マトリクス状に配置される。制御回路１１は、Ｎ個の送電回路１０の送電コイル１０１のうち少なくとも２個の送電コイル１０１から到達する磁場の変化の位相が受電回路２０の受電コイル２００において揃うように、Ｎ個の送電回路１０の各発振回路１００が発生する信号の位相を制御する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路と、このＮ個の送電回路を制御する制御手段とを備え、
前記送電回路は、
直列に接続されたキャパシタと送電コイルとからなる送電側ＬＣタンク回路と、
この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路とを有し、
前記Ｎ個の送電回路の送電コイルは、マトリクス状に配置され、
前記制御手段は、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が受電回路の受電コイルにおいて揃うように、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【請求項２】
請求項１記載の非接触送電装置において、
前記制御手段は、さらに、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路のオン／オフ、発振周波数、発振信号の振幅のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする非接触送電装置。
【請求項３】
請求項２記載の非接触送電装置において、
前記制御手段は、前記Ｎ個の送電回路のうちＭ（ＭはＮ以下の整数）個の送電回路の発振回路を同じ周波数で発振させ、このＭ個の送電回路に含まれる第１の送電回路の発振回路が発生する信号と前記Ｍ個の送電回路に含まれる第２の送電回路の発振回路が発生する信号との位相差が、前記第１の送電回路の送電コイルと前記受電回路の受電コイルとの間の距離と、前記第２の送電回路の送電コイルと前記受電コイルとの間の距離との差に比例するように、前記Ｍ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【請求項４】
請求項２記載の非接触送電装置において、
前記制御手段は、Ｒ（ＲはＮ以下の整数）個の前記受電回路の各々に対応して少なくとも２個の送電回路を受電回路ごとに動作させ、各送電回路が備える発振回路を、対応する受電回路ごとに異なる周波数で発振させることを特徴とする非接触送電装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触送電装置において、
さらに、基準クロック信号を生成する基準クロック信号発生回路と、
前記送電回路ごとに設けられ、クロック入力端子に入力された前記基準クロック信号を遅延させ、遅延させたクロック信号を対応する送電回路が備える発振回路の同期制御入力端子に入力するＮ個の可変遅延回路とを備え、
前記制御手段は、Ｎ個の位相制御信号を前記Ｎ個の可変遅延回路の制御入力端子に入力し、前記Ｎ個の可変遅延回路の遅延量を制御することにより、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の非接触送電装置において、
さらに、基準クロック信号を前記Ｎ個の送電回路が備える発振回路の同期制御入力端子に入力する基準クロック信号発生回路を備え、
前記Ｎ個の送電回路は、前記発振回路の出力端子と前記送電側ＬＣタンク回路の入力端子との間に、前記発振回路からクロック入力端子に入力された信号を遅延させ、遅延させた信号を後段の送電側ＬＣタンク回路に入力する可変遅延回路をそれぞれ備え、
前記制御手段は、Ｎ個の位相制御信号をＮ個の前記可変遅延回路の制御入力端子に入力し、前記Ｎ個の可変遅延回路の遅延量を制御することにより、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の非接触送電装置において、
前記Ｎ個の送電回路は、前記発振回路から前記送電側ＬＣタンク回路に流れる電流と前記発振回路から前記送電側ＬＣタンク回路に印加される電圧のうち少なくとも一方を検出する検出回路をそれぞれ備え、
前記制御手段は、前記検出回路の検出結果に基づいて、少なくとも前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【請求項８】
請求項７記載の非接触送電装置と、
この非接触送電装置から電力供給を受ける受電回路とを備え、
前記受電回路は、
直列に接続されたキャパシタと受電コイルとからなる受電側ＬＣタンク回路と、
この受電側ＬＣタンク回路に接続される負荷インピーダンスを変化させる負荷インピーダンス可変回路と、
前記受電側ＬＣタンク回路の出力に基づいて受信電力の強度を検出し、受信電力が最大になるように前記負荷インピーダンスを変化させる受信電力強度検出手段とを備えることを特徴とする非接触送電システム。
【請求項９】
請求項７記載の非接触送電装置と、
この非接触送電装置から電力供給を受ける受電回路とを備え、
前記受電回路は、
直列に接続されたキャパシタと受電コイルとからなる受電側ＬＣタンク回路と、
この受電側ＬＣタンク回路の出力に基づいて受信電力の強度を検出し、検出した受信電力の強度の情報を前記非接触送電装置に無線送信する受信電力強度検出手段とを備え、
前記送電回路は、前記受電回路から送信された情報を受信する受信手段を備え、
前記制御手段は、前記受電回路から送信された情報に基づいて、前記受電回路の受信電力が最大になるように、少なくとも前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電システム。
【請求項１０】
直列に接続されたキャパシタと送電コイルとからなる送電側ＬＣタンク回路と、この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路とをそれぞれ備えたＮ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路を用いて、受電回路への電力供給を行う非接触送電方法において、
前記Ｎ個の送電回路の送電コイルは、マトリクス状に配置され、
前記Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が前記受電回路の受電コイルにおいて揃うように、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電回路への電力供給を電磁共鳴を用いて非接触で行う技術に係り、特にフェイズドアレイコイルを用いて受電回路への電力供給を行う非接触送電装置、非接触送電システムおよび非接触送電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、受電回路への電力供給を電磁共鳴を用いて非接触で行う技術が知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
特許文献１に開示された技術は、平面状コイルとコンデンサとからなる共振ユニットを非接触ＩＣカードに複数設け、複数の共振ユニットの各共振周波数を、読み書き装置との間で、電力の伝達を行うのに必要な周波数よりも多少上下にシフトさせて、非接触ＩＣカードの共振周波数を広帯域化したものである。
【０００３】
特許文献２に開示された技術は、送電コイルと受電コイルとの距離に応じて、送電コイルから送信する電力のデューティ比を変化させることにより、受電部の出力電圧の変動を低減するようにしたものである。
【０００４】
特許文献３に開示された技術は、走行レール上を移動する移動体に対して給電を行うものである。
【０００５】
特許文献４に開示された技術は、複数の送電コイルを給電装置に設け、被給電装置の置かれた位置に応じて、特定の送電コイルのみを選択的に駆動することにより、複数台の被給電装置に対して同時に給電を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１０９８６１号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９５０８号公報
【特許文献３】特開２００６−１２１７９１号公報
【特許文献４】特開２００６−１４９１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１〜特許文献４に開示された技術では、伝送距離（送電コイルと受電コイル間の距離）の３乗に反比例してコイル間の磁気結合係数が低下するため、送電コイルおよび受電コイルの直径を大幅に超えるような長距離では送電効率が下がるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来と比較して送電効率を改善することができる非接触送電装置、非接触送電システムおよび非接触送電方法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】
【０００９】
本発明の非接触送電装置は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路と、このＮ個の送電回路を制御する制御手段とを備え、前記送電回路は、直列に接続されたキャパシタと送電コイルとからなる送電側ＬＣタンク回路と、この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路とを有し、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルは、マトリクス状に配置され、前記制御手段は、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が受電回路の受電コイルにおいて揃うように、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の非接触送電システムは、非接触送電装置と、この非接触送電装置から電力供給を受ける受電回路とを備え、前記受電回路は、直列に接続されたキャパシタと受電コイルとからなる受電側ＬＣタンク回路と、この受電側ＬＣタンク回路に接続される負荷インピーダンスを変化させる負荷インピーダンス可変回路と、前記受電側ＬＣタンク回路の出力に基づいて受信電力の強度を検出し、受信電力が最大になるように前記負荷インピーダンスを変化させる受信電力強度検出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の非接触送電システムは、非接触送電装置と、この非接触送電装置から電力供給を受ける受電回路とを備え、前記受電回路は、直列に接続されたキャパシタと受電コイルとからなる受電側ＬＣタンク回路と、この受電側ＬＣタンク回路の出力に基づいて受信電力の強度を検出し、検出した受信電力の強度の情報を前記非接触送電装置に無線送信する受信電力強度検出手段とを備え、前記送電回路は、前記受電回路から送信された情報を受信する受信手段を備え、前記制御手段は、前記受電回路から送信された情報に基づいて、前記受電回路の受信電力が最大になるように、少なくとも前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は、直列に接続されたキャパシタと送電コイルとからなる送電側ＬＣタンク回路と、この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路とをそれぞれ備えたＮ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路を用いて、受電回路への電力供給を行う非接触送電方法において、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルは、マトリクス状に配置され、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が前記受電回路の受電コイルにおいて揃うように、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ｎ個の送電回路の送電コイルをマトリクス状に配置し、制御手段が、Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が受電回路の受電コイルにおいて揃うように、Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することにより、磁場のビームフォーミングを行い、距離の離れた受電コイル近辺で磁場の強い変化を作ることができる。その結果、本発明では、電磁共鳴を用いた非接触送電システムにおいて、特に送電回路と受電回路との間の距離が遠い場合に、従来方式に比べて送電効率を改善することができる。また、本発明では、複数の受電回路に同時に送電することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る非接触送電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る非接触送電システムにおいて複数の送電回路を用いて１つの受電回路に電力を送電する場合の例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態において受電回路への送電に用いる送電回路を複数ある中から選択する場合の送電回路の優先順位について説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る非接触送電システムを用いて複数の受電回路に対して同時に送電する場合の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る非接触送電システムを用いて距離の離れた複数の受電回路に対して同時に送電する場合の例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態において送電回路の発振回路が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態において送電回路の発振回路が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の別の例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態において送電回路の発振回路が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の別の例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態において送電回路の発振回路が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の別の例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る送電回路の発振回路としてインジェクションロック発振器を用いた場合の構成例を示す回路図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る送電回路の発振回路としてインジェクションロック発振器を用いた場合の別の構成例を示す回路図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態において送電回路の発振回路が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の別の例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態において送電回路に電流検出回路と電圧検出回路を付加した構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における送電回路と受電回路の等価回路図である。
【図１５】結合係数と周波数の変化に対する送電回路の電流・電圧の変化を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態において受電回路からのフィードバック情報を用いて送電回路を制御する場合の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る非接触送電システムの構成を示すブロック図である。非接触送電システムは、非接触送電装置１と、非接触送電装置１から電力供給を受ける受電回路２０とから構成される。
【００１６】
非接触送電装置１は、マトリクス状に配置されたＮ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路１０と、制御回路１１とから構成される。送電回路１０は、直列に接続された送電コイル１０１とキャパシタ１０２とを発振回路１００の出力に接続したものである。Ｎ個の送電回路１０をマトリクス状に配置することにより、Ｎ個の送電コイル１０１がマトリクス状に配置されることになる。制御回路１１は、各送電回路１０の発振回路１００の発振のオン／オフ、発振周波数、発振の位相、発振信号の振幅などを制御する。
【００１７】
受電回路２０は、受電コイル２００と、受電コイル２００と直列に接続されたキャパシタ２０１と、受電コイル２００およびキャパシタ２０１と接続され、送電コイル１０１との電磁共鳴によって受電コイル２００に生じた電力を整流する整流回路２０２と、整流回路２０２の出力に接続された負荷２０３とから構成される。
【００１８】
送電回路１０は、送電コイル１０１とキャパシタ１０２によって固有の共振周波数を有している。同様に、受電回路２０は、受電コイル２００とキャパシタ２０１によって固有の共振周波数を有している。送電時には、送電回路１０の共振周波数と受電回路２０の共振周波数とを一致させる。
【００１９】
送電コイル１０１および受電コイル２００のＱ値（Quality Factor）は、自己インダクタンスＬ、共振周波数ω、寄生抵抗ｒを用いて、Ｑ＝ωＬ／ｒで表される。送電回路１０の送電コイル１０１および受電回路２０の受電コイル２００のＱ値は、１００以上あることが望ましい。
【００２０】
また、少なくとも１つの送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との間の結合係数ｋに対して、ｋと送電回路１０の送電コイル１０１のＱ値との積（ｋＱ）が５以上あることが望ましい。その理由は、送電回路１０の送電コイル１０１とキャパシタ１０２とで構成されるＬＣタンク回路の内に蓄えられたエネルギーのうち、ｋに比例した大きさのエネルギーが受電回路２０の受電コイル２００に伝播され、一方でＬＣタンク回路内のエネルギーのうち１／Ｑに比例した大きさのエネルギーが、ジュール熱などによって発散するためである。
【００２１】
熱などで発散するエネルギー以外はＬＣタンク回路内に留まり、送電コイル１０１と受電コイル２００間のエネルギー伝送に寄与するので、系全体としてのエネルギー伝播効率はｋＱに比例する。したがって、ｋＱの値を高くすることが、非接触送電システムにおいては肝要である。送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００とが密接している場合にはｋ値は１に近い値（ただし１未満）になる。
【００２２】
送電コイル１０１と受電コイル２００間の距離が大きくなると徐々にｋ値は下がり、例えば、コイル１０１，２００の直径と、送電コイル１０１と受電コイル２００間の距離とが等しい場合に、ｋ値は０．０１から０．１の範囲の値となる。さらに送電コイル１０１と受電コイル２００間の距離が大きくなると、ｋ値は距離の−３乗に比例して小さくなる。
【００２３】
したがって、送電コイル１０１に必要なＱ値は受電コイル２００との距離によって異なるが、実用的なｋ値を０．００５〜０．０５程度（送電コイル１０１と受電コイル２００間の距離がコイル１０１，２００の直径の１〜２倍に相当）で、ｋＱの目安を５と仮定すると、送電コイル１０１に必要なＱ値は１００〜１０００程度となる。
【００２４】
図２は本実施の形態の非接触送電システムにおいて、複数の送電回路１０を用いて１つの受電回路２０に電力を送電する場合の例を示す図である。図１で説明したとおり、各送電回路１０（１０−１〜１０−３）は、発振回路１００（１００−１〜１００−３）と、送電コイル１０１（１０１−１〜１０１−３）と、キャパシタ１０２（１０２−１〜１０２−３）とからなる。送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との距離は、送電回路１０によって異なる。図２の例では、送電回路１０−１の送電コイル１０１−１と受電コイル２００間の距離がｌ1、送電回路１０−２の送電コイル１０１−２と受電コイル２００間の距離がｌ2、送電回路１０−３の送電コイル１０１−３と受電コイル２００間の距離がｌ3である。
【００２５】
受電回路２０で受け取る電力の大きさを最大にするには、受電コイル２００において、送電コイル１０１−１〜１０１−３から到達する磁場の変化の位相が揃っている必要がある。送電コイル１０１−１〜１０１−３の電流の変化が磁場の変化として受電コイル２００に到達するまでには、それぞれ距離ｌ1，ｌ2，ｌ3に比例した時間遅れが生じるので、発振回路１００−１〜１００−３が生成する信号の位相α，β，γを調整することで、この時間遅れを補償しなければならない。
【００２６】
したがって、発振回路１００−１〜１００−３は、それぞれに接続された送電コイル１０１−１〜１０１−３と受電コイル２００間の距離ｌ1，ｌ2，ｌ3に比例した位相α，β，γを保ちながら、同じ周波数ωで発振する。すなわち、発振回路１００−１は例えばｓｉｎ｛ω（ｔ＋α）｝で表される信号を生成し、発振回路１００−２はｓｉｎ｛ω（ｔ＋β）｝で表される信号を生成し、発振回路１００−３はｓｉｎ｛ω（ｔ＋γ）｝で表される信号を生成する。
【００２７】
また、送電コイル１０１−１〜１０１−３と受電コイル２００間の距離ｌ1，ｌ2，ｌ3が、送電コイル１０１−１〜１０１−３から生じる磁場の変化の波長λのｎ倍（ｎは１以上の整数）よりも長い場合には、距離ｌ1，ｌ2，ｌ3からｎλを引いた距離の差分によって、発振回路１００−１〜１００−３が生成する信号の位相α，β，γを決定する。このとき、距離ｌ1はｌ1＝ｎλ＋αｃ（ｃは電磁波の進行速度）で表され、距離ｌ2はｌ2＝ｎλ＋βｃで表され、距離ｌ3はｌ3＝ｎλ＋γｃで表される。
【００２８】
すなわち、制御回路１１は、Ｎ個の送電回路１０のうちＭ（ＭはＮ以下の整数）個の送電回路１０の発振回路１００を同じ周波数で発振させ、このＭ個の送電回路１０に含まれる第１の送電回路の発振回路１００が発生する信号とＭ個の送電回路に含まれる第２の送電回路の発振回路１００が発生する信号との位相差が、第１の送電回路の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との間の距離と、第２の送電回路の送電コイル１０１と受電コイル２００との間の距離との差に比例するように、Ｍ個の送電回路１０の各発振回路１００が発生する信号の位相を制御する。以上のような発振位相の制御は、制御回路１１から各送電回路１０に出力される位相制御信号によって行われる。なお、このような発振位相の制御は、少なくとも２個の送電コイルについて行うことが好ましい。
【００２９】
図３は受電回路２０への送電に用いる送電回路１０を複数ある中から選択する場合の送電回路１０の優先順位について説明する図である。送電コイル１０１と受電コイル２００との距離が近いほど結合係数ｋが高く、電力効率の良い電力伝送が可能なので、距離が近い送電回路１０を優先的に用いる。図３の例では、送電回路１０−１の送電コイル１０１−１と受電コイル２００間の距離をｌ1、送電回路１０−２の送電コイル１０１−２と受電コイル２００間の距離をｌ2、送電回路１０−３の送電コイル１０１−３と受電コイル２００間の距離をｌ3、送電回路１０−４の送電コイル１０１−４と受電コイル２００間の距離をｌ4、送電回路１０−５の送電コイル１０１−５と受電コイル２００間の距離をｌ5とする（ｌ3＜ｌ4＜ｌ2＜ｌ5＜ｌ1）。
【００３０】
送電コイル１０１−３が受電コイル２００に最も近いので、送電コイル１０１−３を有する送電回路１０−３の優先順位が最も高くなる。以降、受電コイル２００との距離が近い順に、送電コイル１０１−４、送電コイル１０１−２、送電コイル１０１−５、送電コイル１０１−１となるので、送電回路１０の優先順位は、これらの送電コイルを有する順番、すなわち送電回路１０−４、送電回路１０−２、送電回路１０−５、送電回路１０−１の順番となる。
【００３１】
幾つの送電回路１０を動作させるかは、受電回路２０で必要とする電力の大きさによって決まる。例えば、送電コイル１０１−３から送電される電力だけでは不十分な場合、送電コイル１０１−４からも電力を送電する。送電コイル１０１−４から電力を送電しても不十分な場合には、さらに送電コイル１０１−２からも電力を送電する。送電コイル１０１−３，１０１−４，１０１−２からの送電で必要な電力量を賄えれば、送電コイル１０１−１と送電コイル１０１−５は動作させない。
【００３２】
送電コイル１０１−１と送電コイル１０１−５を動作させない理由は、一般に距離が遠い送電コイル１０１ほど送電効率が悪くなるので、これらの距離が遠い送電コイル１０１も動作させると、非接触送電装置全体としての電力効率が下がるからである。以上のような送電回路１０の送電コイル１０１のオン／オフ制御は、制御回路１１から各送電回路１０に出力される発振オン／オフ制御信号によって行われる。
【００３３】
図４は本実施の形態の非接触送電システムを用いて複数の受電回路２０に対して同時に送電する場合の例を示す図である。図１で説明したとおり、各受電回路２０（２０−１〜２０−３）は、受電コイル２００（２００−１〜２００−３）と、キャパシタ２０１（２０１−１〜２０１−３）と、整流回路２０２（２０２−１〜２０２−３）と、負荷２０３（２０３−１〜２０３−３）とからなる。
【００３４】
本実施の形態の非接触送電装置１は複数の送電回路１０を有しているので、複数の受電回路２０に同時に送電することが可能である。送電回路１０毎および受電回路２０毎に発振回路１００の発振周波数およびＬＣタンク回路の共振周波数を変えることで、送電回路１０と受電回路２０の対で固有の電力伝送チャネルを形成することが可能である。これにより、ある送電回路１０から特定の受電回路２０に対して選択的に電力を送電することが可能である。
【００３５】
例えば送電回路１０−１の発振回路１００−１の発振周波数ωおよび送電コイル１０１−１とキャパシタ１０２−１とからなるＬＣタンク回路の共振周波数ωと、受電コイル２００−１とキャパシタ２０１−１とからなるＬＣタンク回路の共振周波数ωとを一致させると、送電回路１０−１と受電回路２０−１の対で固有の電力伝送チャネルが形成されるので、送電回路１０−１から受電回路２０−１に対して選択的に送電することができる。発振周波数の制御は、制御回路１１から各送電回路１０に出力される周波数制御信号によって行われる。
【００３６】
また、送電コイル１０１と受電コイル２００間の距離が十分に近い場合には、この送電コイル１０１と受電コイル２００間の結合係数ｋが高くなり、距離が近い特定の受電コイル２００に対して送電コイル１０１から選択的に電力を送電できるので、複数の送電回路１０は同じ発振周波数を用いても良い。すなわち、距離の設定によって、送電回路１０と受電回路２０の対を形成することができる。
【００３７】
図５は本実施の形態の非接触送電システムを用いて、距離の離れた複数の受電回路２０に対して同時に送電する場合の例を示す図である。送電回路１０−１〜１０−３の送電コイル１０１−１〜１０１−３は、受電回路２０−１の受電コイル２００−１に電力を送電する。図２を用いて説明したように、各送電コイル１０１−１〜１０１−３と受電コイル２００−１間の距離ｌ1，ｌ2，ｌ3に応じて、発振回路１００−１〜１００−３が生成する信号の位相α，β，γを調整する。
【００３８】
また、送電回路１０−４〜１０−６の送電コイル１０１−４〜１０１−６は、受電回路２０−２の受電コイル２００−２に電力を送電する。発振回路１００−１〜１００−３の場合と同様に、各送電コイル１０１−４〜１０１−６と受電コイル２００−２間の距離ｌ4，ｌ5，ｌ6に応じて、発振回路１００−４〜１００−６が生成する信号の位相δ，ε，ζを調整する。
【００３９】
受電コイル２００−１と受電コイル２００−２に選択的に電力を送電するために、発振回路１００−１〜１００−３は周波数ω1で発振し、発振回路１００−４〜１００−６は周波数ω2で発振する。すなわち、発振回路１００−１はｓｉｎ｛ω1（ｔ＋α）｝で表される信号を生成し、発振回路１００−２はｓｉｎ｛ω1（ｔ＋β）｝で表される信号を生成し、発振回路１００−３はｓｉｎ｛ω1（ｔ＋γ）｝で表される信号を生成する。
【００４０】
また、発振回路１００−４はｓｉｎ｛ω2（ｔ＋δ）｝で表される信号を生成し、発振回路１００−５はｓｉｎ｛ω2（ｔ＋ε）｝で表される信号を生成し、発振回路１００−６はｓｉｎ｛ω2（ｔ＋ζ）｝で表される信号を生成する。受電コイル２００−１とキャパシタ２０１−１とからなるＬＣ回路は、共振周波数がω1になるように調整されている。また、受電コイル２００−２とキャパシタ２０１−２とからなるＬＣ回路は、共振周波数がω2になるように調整されている。
【００４１】
図６は、送電回路１０の発振回路１００が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の例を示すブロック図である。図６の構成では、基準クロック信号ＣＬＫを生成する基準クロック発生回路１０３と、送電回路１０ごとに設けられ、クロック入力端子に入力された基準クロック信号ＣＬＫを遅延させ、遅延させたクロック信号を対応する送電回路１０が備える発振回路１００の同期制御入力端子に入力する可変遅延回路１０４（１０４−１〜１０４−４）とを追加している。
【００４２】
各発振回路１００（１００−１〜１００−４）は、同期制御入力端子を備えており、この同期制御入力端子に入力されるクロック信号に同期した信号を、送電コイル１０１（１０１−１〜１０１−４）とキャパシタ１０２（１０２−１〜１０２−４）とからなるＬＣタンク回路に出力する。発振回路１００としては、バッファ、増幅回路、位相固定ループ（ＰＬＬ：Phase-Locked Loop）回路、遅延固定ループ（ＤＬＬ：Delay-Locked Loop）回路、インジェクションロック発振器（ＩＬＯ：Injection-Locked Oscillator）などを用いても良い。
【００４３】
発振回路１００としてバッファを用いる場合、バッファは、同期制御入力端子に入力されるクロック信号を増幅してＬＣタンク回路に出力する。同様に、発振回路１００として増幅回路を用いる場合、増幅回路は、同期制御入力端子に入力されるクロック信号を増幅してＬＣタンク回路に出力する。
【００４４】
発振回路１００としてＰＬＬ回路またはＤＬＬ回路を用いる場合は、ＰＬＬ回路またはＤＬＬ回路の参照クロック入力端子が発振回路１００の同期制御入力端子となる。ＰＬＬ回路またはＤＬＬ回路は、同期制御入力端子に入力されるクロック信号に同期した信号を生成してＬＣタンク回路に出力する。また、ＰＬＬ回路またはＤＬＬ回路を用いる場合は、同期制御入力端子に入力されるクロック信号の周波数を逓倍してＬＣタンク回路に出力することも可能である。
【００４５】
発振回路１００としてＩＬＯを用いる場合は、ＩＬＯのインジェクション入力端子が発振回路１００の同期制御入力端子となる。ＩＬＯは、同期制御入力端子に入力されるクロック信号に同期した信号を生成してＬＣタンク回路に出力する。ＰＬＬ回路またはＤＬＬ回路の場合と同様に、ＩＬＯを用いる場合も、同期制御入力端子に入力されるクロック信号の周波数を逓倍してＬＣタンク回路に出力することが可能である。
【００４６】
基準クロック発生回路１０３は、基準クロック信号ＣＬＫを生成する。この基準クロック信号ＣＬＫは、送電回路１０ごとに設けられた可変遅延回路１０４（１０４−１〜１０４−４）によって遅延され、各送電回路１０の発振回路１００の同期制御入力端子に入力される。各発振回路１００が送電コイル１０１とキャパシタ１０２とからなるＬＣタンク回路に出力する信号は、基準クロック発生回路１０３が発生した基準クロック信号ＣＬＫに同期したものとなる。
【００４７】
各発振回路１００がＬＣタンク回路に出力する信号の周波数の調整を行う場合には、基準クロック発生回路１０３から出力する基準クロック信号ＣＬＫの周波数を調整するか、発振回路１００の逓倍比を調整することで行う。また、周波数の調整を行う場合は、ＬＣタンク回路の共振周波数も発振回路１００の周波数と同じになるように調整することが望ましい。
【００４８】
各発振回路１００が出力する信号の位相は、可変遅延回路１０４（１０４−１〜１０４−４）の遅延量によって調整することができる。可変遅延回路１０４としては、電圧制御遅延ライン（ＶＣＤＬ：Voltage-Controlled Delay Line）、電流制御遅延ライン（ＣＣＤＬ：Current-Controlled Delay Line）、位相補間回路（ＰＩ：Phase Interpolator）、遅延段数選択回路、可変容量素子などを用いても良い。可変遅延回路１０４の遅延量の制御は、制御回路１１から各可変遅延回路１０４に出力される位相制御信号によって行われる。こうして、図６に示した構成では、各発振回路１００が出力する信号の位相を調整することができる。
【００４９】
図７は、送電回路１０の発振回路１００が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の別の例を示すブロック図である。図７の構成では、基準クロック発生回路１０３を設けている。さらに、各送電回路１０は、発振回路１００の出力端子とＬＣタンク回路の入力端子との間に、発振回路１００からクロック入力端子に入力された信号を遅延させ、遅延させた信号を後段のＬＣタンク回路に出力する可変遅延回路１０４（１０４−１〜１０４−４）を備えている。この図７に示す構成のように、発振回路１００が発生する信号の位相を調整するための構成は、発振回路１００と、送電コイル１０１とキャパシタ１０２とからなるＬＣタンク回路との間に可変遅延回路１０４を設け、発振回路１００の出力を可変遅延回路１０４によって位相調整した後にＬＣタンク回路に出力するような構成でも良い。
【００５０】
また、図８に示すように、送電回路１０ごとに可変遅延回路１０４（１０４−１〜１０４−４）を設け、１つの発振回路１００の出力端子と複数の可変遅延回路１０４のクロック入力端子とを接続し、１つの発振回路１００を複数の送電回路１０（１０−１〜１０−４）で共有するようにしてもよい。この場合は、発振回路１００の出力を送電回路１０ごとに設けた可変遅延回路１０４によって位相調整した後にＬＣタンク回路に出力することになる。
【００５１】
また、図９に示すように、発振回路１００を、複数のインバータ等のゲート回路１０５を縦続接続したリング発振器と、複数のゲート回路１０５の出力信号のうちいずれか１つの信号を選択的に出力する選択回路１０６とから構成しても良い。
【００５２】
選択回路１０６は、制御回路１１から出力される位相制御信号に応じて、複数のゲート回路１０５の出力信号のうちいずれか１つの信号を選択して、送電コイル１０１とキャパシタ１０２とからなるＬＣタンク回路に出力する。こうして、図９に示したように発振回路１００と可変遅延回路１０４とを一体化した構成で、発振回路１００が出力する信号の位相を調整することができる。
【００５３】
図１０は発振回路１００としてＩＬＯを用いた場合の構成例を示す回路図である。図１０の発振回路１００は、ゲートが可変キャパシタ１０２ａに接続され、ソースに電源電圧が供給され、ドレインが送電コイル１０１に接続されたＰＭＯＳトランジスタＱ１００と、ゲートが送電コイル１０１に接続され、ソースに電源電圧が供給され、ドレインが可変キャパシタ１０２ａに接続されたＰＭＯＳトランジスタＱ１０１と、ゲートが可変キャパシタ１０２ａに接続され、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＱ１００のドレインに接続されたＮＭＯＳトランジスタＱ１０２と、ゲートが送電コイル１０１に接続され、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＱ１０１のドレインに接続されたＮＭＯＳトランジスタＱ１０３と、同期制御入力端子となるゲートに基準クロック発生回路１０３から可変遅延回路１０４を経由して入力されるクロック信号ＣＬＫが供給され、ドレインがＮＭＯＳトランジスタＱ１０２，Ｑ１０３のソースに接続され、ソースが接地されたＮＭＯＳトランジスタＱ１０４と、ゲートに基準電圧Ｖｒｅｆが供給され、ドレインがＮＭＯＳトランジスタＱ１０２，Ｑ１０３のソースに接続され、ソースが接地されたＮＭＯＳトランジスタＱ１０５とから構成される。
【００５４】
図１０に示した回路では、送電回路１０のＬＣタンク回路が発振回路１００の一部を形成している。この発振回路１００の発振周波数は基本的に送電回路１０のＬＣタンク回路の共振周波数で決まる。そこで、図１０の回路では、送電コイル１０１と可変キャパシタ１０２ａとからＬＣタンク回路を構成する。この可変キャパシタ１０２ａによって発振回路１００の発振周波数の微調整を行うことができる。可変キャパシタ１０２ａの例としては、バラクタ素子がある。
【００５５】
また、発振回路１００の発振周波数の微調整および発振位相の制御は、可変遅延回路１０４から発振回路１００の同期制御入力端子（ＮＭＯＳトランジスタＱ１０４のゲート）に入力されるクロック信号ＣＬＫによっても行うことができる。発振回路１００は、この同期制御入力端子に入力されるクロック信号ＣＬＫに同期するように発振位相を補正する。
【００５６】
図１１は発振回路１００としてＩＬＯを用いた場合の別の構成例を示す回路図である。図１１の発振回路１００は、ゲートが可変キャパシタ１０２ａに接続され、ソースに電源電圧が供給され、ドレインが送電コイル１０１に接続されたＰＭＯＳトランジスタＱ１０６と、ゲートが送電コイル１０１に接続され、ソースに電源電圧が供給され、ドレインが可変キャパシタ１０２ａに接続されたＰＭＯＳトランジスタＱ１０７と、ゲートが可変キャパシタ１０２ａに接続され、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＱ１０６のドレインに接続され、ソースが接地されたＮＭＯＳトランジスタＱ１０８と、ゲートが送電コイル１０１に接続され、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＱ１０７のドレインに接続され、ソースが接地されたＮＭＯＳトランジスタＱ１０９と、同期制御入力端子となるゲートに基準クロック発生回路１０３から可変遅延回路１０４を経由して入力されるクロック信号ＣＬＫが供給され、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＱ１０６のドレインおよびＮＭＯＳトランジスタＱ１０８のドレインに接続され、ソースがＰＭＯＳトランジスタＱ１０７のドレインおよびＮＭＯＳトランジスタＱ１０９のドレインに接続されたＮＭＯＳトランジスタＱ１１０とから構成される。
【００５７】
図１２は送電回路１０の発振回路１００が発生する信号の周波数および位相を調整するための構成の別の例を示すブロック図であり、複数の基準クロックを用いる場合の構成例を示すブロック図である。図４、図５を用いて説明したように、特定の送電コイル１０１と受電コイル２００との間で電力伝送チャネルを形成して、他の受電コイル２００への電力伝送を遮断するために、発振周波数によるチャネル選択を行う場合がある。このような場合、図１２に示すように基準クロック発生回路から出力される複数の基準クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２，ＣＬＫ３を用いることで、周波数空間でのチャネル選択を行うことが可能になる。基準クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２，ＣＬＫ３は、それぞれ異なる周波数の信号である。
【００５８】
図１２の例では、発振周波数の選択を行うために、複数のスイッチ素子１０７をマトリクス状に配置したスイッチアレイ１０８を用いている。スイッチアレイ１０８のスイッチ素子１０７をオン／オフすることにより、各可変遅延回路１０４（１０４−１〜１０４−４）に基準クロック信号ＣＬＫ１，ＣＬＫ２，ＣＬＫ３のうちいずれか１つのクロック信号を任意に入力することができる。こうして、各発振回路１００（１００−１〜１００−４）の発振周波数を選択することができる。スイッチ素子１０７のオン／オフは、制御回路１１によって制御される。
【００５９】
なお、図７、図８において、発振回路１００の前段にスイッチアレイを設け、発振回路１００に入力する基準クロック信号をスイッチアレイで任意に切り替える構成としてもよい。
【００６０】
また、本実施の形態において、発振回路１００の発振周波数の調整は、図１２に示したような方式以外にも、前記のとおり、発振回路１００でクロック信号の周波数の逓倍比を変えることでも可能になる。基準クロック発生回路１０３および発振回路１００が生成する信号の周波数を微調整するには、分数分周（Fractional-N）方式のＰＬＬ回路を用いれば良い。分数分周方式のＰＬＬ回路を用いることで、精度良く細かなステップでの周波数調整が可能になる。
【００６１】
図１３は送電回路１０に電流検出回路と電圧検出回路を付加した構成を示すブロック図である。図１３におけるＶ1は発振回路１００が生成する電圧、ｒは寄生抵抗である。発振回路１００からＬＣタンク回路に流れる電流Ｉ1を検出する電流検出回路１０９と発振回路１００からＬＣタンク回路に印加される電圧Ｖ2を検出する電圧検出回路１１０を付加することにより、送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との間の結合係数ｋの変化や、受電回路２０の負荷インピーダンスＺの変化を検出することが可能になる。
【００６２】
図１４は図１３の送電回路１０と受電回路２０の等価回路図である。図１４では、図１３の送電回路１０の送電コイル１０１の一端と受電回路２０の受電コイル２００の一端とを接地と見なしている。ここでは、送電コイル１０１のインダクタンスをＬ1、受電コイル２００のインダクタンスをＬ2、キャパシタ１０２の値をＣ1、キャパシタ２０１の値をＣ2としている。インダクタＬ3，Ｌ5のインダクタンスはＬ1−ｋ（Ｌ1Ｌ2）1/2、インダクタＬ４のインダクタンスはｋ（Ｌ1Ｌ2）1/2である。
【００６３】
図１４に示した回路図から、結合係数ｋが変化した場合や、負荷インピーダンスＺが変化した場合に、インダクタＬ3より右側の回路のインピーダンスが変化し、その結果として送電回路１０内で電流Ｉ1が変化するか、またはＬＣタンク回路に印加される電圧Ｖ2が変化することが分かる。
【００６４】
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は図１４の回路において結合係数ｋを変化させた場合のスパイス（Spice）シミュレーションの結果を示す図であり、図１５（Ａ）は結合係数ｋと発振回路１００の周波数の変化に対する送電回路１０のＩ1／Ｖ1の変化を示す図、図１５（Ｂ）は結合係数ｋと発振回路１００の周波数の変化に対する送電回路１０のＶ2／Ｖ1の変化を示す図である。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示した結果から、送電回路１０内の発振回路１００からＬＣタンク回路に流れる電流Ｉ1または発振回路１００からＬＣタンク回路に印加される電圧Ｖ2を測定することで、結合係数ｋの変化や負荷インピーダンスＺの変化を読み取ることが可能であることが分かる。
【００６５】
複数ある送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との距離はそれぞれ異なるので、結合係数ｋも異なる。前述の送電回路１０内部での電流Ｉ1または電圧Ｖ2の測定結果を用いることで、受電コイル２００との結合係数ｋが高い送電コイル１０１を探索することが可能であり、結合係数ｋが最も高い送電コイル１０１が受電回路２０に最も近いと推測することができる。
【００６６】
例えば電流Ｉ1の場合、図１５（Ａ）に示すように、結合係数ｋによって極大値や極小値が現れる周波数が異なり、また極大値や極小値の大きさが異なるので、これら極大値や極小値の情報から結合係数ｋの値を推測することができる。また、電圧Ｖ2の場合、図１５（Ｂ）に示すように、結合係数ｋによって極小値が現れる周波数が異なり、また極小値の大きさが異なるので、極小値の情報から結合係数ｋの値を推測することができる。
【００６７】
このように、送電回路１０ごとに内部の電流Ｉ1または電圧Ｖ2を測定する。非接触送電装置１の制御回路１１は、各送電回路１０の測定結果を比較することで、受電コイル２００との結合係数ｋが最も高い送電コイル１０１を探索することができるので、受電回路２０に最も近い送電回路１０を探索することができ、結果として受電回路２０の位置を特定することが可能である。また、制御回路１１は、結合係数ｋの値から、送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との距離も推定することが可能である。
【００６８】
なお、送電コイル１０１と受電コイル２００との距離の推定のためには、結合係数ｋと距離とを対応付けて記憶するテーブルもしくは結合係数ｋから距離を算出する数式を、制御回路１１の内部にあらかじめ設定しておけばよい。制御回路１１は、内部に設定されたテーブルもしくは数式を用いることにより、推定した結合係数ｋから距離を求めることができる。
【００６９】
以上のような受電回路２０の位置の特定、距離の推定などの特徴は、従来のフェイズドアレイアンテナを用いた電波の送受信には無い特徴であり、インダクタ結合を用いた回路特有のものである。
【００７０】
非接触送電装置１の制御回路１１は、受電回路２０の位置の特定結果、送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との距離の推定結果を用いて、アレイ状に並べられた複数の送電回路１０の中からどの送電回路１０を送電に用いるかを選択したり、各送電回路１０の発振回路１００が生成する信号の位相を調整したりする。前述のとおり、送電回路１０のオン／オフ制御は、制御回路１１から各送電回路１０に出力される発振オン／オフ制御信号によって行われる。また、発振位相の制御は、制御回路１１から各送電回路１０に出力される位相制御信号によって行われる。
【００７１】
動作させる送電回路１０は、図３を用いて説明したように、受電回路２０の受電コイル２００に近いものから優先的に用いることが好ましい。各送電回路１０の発振回路１００が生成する信号間の位相差は、結合係数ｋから各送電回路１０と受電回路２０間の距離を概算して、これらの距離の差を各送電回路１０間について求めたときに、この距離の差を、電磁波の進行速度（空気中では大凡３×１０8ｍ／ｓ）で割った時間を位相に換算したものを用いることが好ましい。
【００７２】
また、図１５に示したように発振回路１００の周波数によって送電回路１０の電流Ｉ1、電圧Ｖ2の測定値が大きく変わるので、制御回路１１は、発振回路１００の発振周波数の調整を行う場合、発振回路１００の周波数を掃引して、送電回路１０内の電流Ｉ1が最大になる周波数、または電圧Ｖ2が最小になる周波数を選んでも良い。前述のとおり、発振周波数の制御は、制御回路１１から各送電回路１０に出力される周波数制御信号によって行われる。
【００７３】
各送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との間の結合係数ｋなどを測定する場合には、送電回路１０を１つずつ順番に動作さることで、他の送電回路１０の影響を排除した、特定の送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との関係の純粋な測定結果を得られ易い。
【００７４】
したがって、制御回路１１は、送電回路１０を１つずつシーケンシャルに動作させて結合係数ｋ、受電回路２０の位置、送電回路１０の送電コイル１０１と受電回路２０の受電コイル２００との距離などの情報を収集した後に、各送電回路１０の発振のオン／オフ、位相の調整、周波数の調整を行うことが望ましい。複数の送電回路１０の発振回路１００を同時に動作させると、このような情報を精度良く収集することが難しくなる。
【００７５】
受電回路２０への送電に用いる送電回路１０の選択や発振回路１００が発生する信号の位相の決定などのキャリブレーションは、受電回路２０からのフィードバック情報を用いて行っても良い。図１６は受電回路２０からのフィードバック情報を用いて送電回路１０を制御する場合の構成例を示すブロック図である。
【００７６】
受電回路２０の受信電力強度検出回路２０４は、受信電力の強度を検出する。そして、受信電力強度検出回路２０４は、受信電力の強度の検出結果を符号化してデジタル信号に変換するか、検出結果を振幅、周波数、パルス幅、位相などの物理量で示すアナログ信号に変換して、このデジタル信号またはアナログ信号で負荷インピーダンス可変回路２０５を制御し、受信電力が最大になるように受電回路２０の負荷インピーダンスＺを変化させる。このとき、非接触送電装置１側では、前述のとおり結合係数ｋの測定結果から、発振回路１００のオン／オフ、発振周波数、発振の位相、発振信号の振幅のうち少なくとも１つを制御すれば良い。受電回路２０の負荷インピーダンスＺを変化させる負荷インピーダンス可変回路２０５は、例えばトランジスタやバラクタ素子によって実現することができる。
【００７７】
また、受電回路２０の受信電力強度検出回路２０４は、検出した受信電力の強度の情報を非接触送電装置１に無線送信するようにしても良い。この場合、非接触送電装置１には、受電回路２０から送信された情報を受信する受信手段（不図示）を設ける。非接触送電装置１の制御回路１１は、受信電力強度検出回路２０４から受信した情報に基づいて、受電回路２０の受信電力が最大になるように、各送電回路１０の発振回路１００のオン／オフ、発振周波数、発振の位相、発振信号の振幅のうち少なくとも１つを制御すれば良い。このときの制御回路１１による制御の手法は、結合係数ｋの測定結果を用いて制御する場合と同様である。
【００７８】
また、送電回路１０内の電流検出回路１０９、または電圧検出回路１１０を用いれば、受電回路２０が非接触送電装置１から遠ざかったことを検出することも可能である。この場合、結合係数ｋは零になる。そこで、非接触送電装置１の制御回路１１は、結合係数ｋが零になったとき、もしくは結合係数ｋが所定の閾値より低下したときに、受電回路２０が所定の許容範囲外に移動したと判断して、各送電回路１０の発振回路１００の動作を停止させるか、あるいは発振回路１００の出力電力を低下させる。こうして、本実施の形態では、受電回路２０が非接触送電装置１から遠ざかったときに、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００７９】
ただし、発振回路１００を完全に停止させると、受電回路２０が送電回路１０の近傍に現われた場合でも受電回路２０の検出ができなくなる。そこで、制御回路１１は、各送電回路１０の発振回路１００から微弱な信号を、送電コイル１０１とキャパシタ１０２とからなるＬＣタンク回路に出力させるか、あるいは発振回路１００から間欠的に信号をＬＣタンク回路に出力させて、このときの電流検出回路１０９または電圧検出回路１１０の測定結果から、受電回路２０の接近を検出することが望ましい。例えば制御回路１１は、結合係数ｋが零より大きくなったとき、もしくは結合係数ｋが所定の閾値より大きくなったときに、受電回路２０が接近したと判断する。
【００８０】
制御回路１１は、受電回路２０の接近を検出した後に、前述のとおり、動作させる発振回路１００の選択、発振周波数の調整、発振位相の調整、発振信号の振幅の調整などのキャリブレーションや、受電回路２０との間で送信電力の大きさの調整などのネゴシエーションを行い、必要があれば受電回路２０に電力の送信を行う。
【００８１】
本実施の形態の非接触送電装置１の制御回路１１は、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【００８２】
上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００８３】
（付記１）Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路と、このＮ個の送電回路を制御する制御手段とを備え、前記送電回路は、直列に接続されたキャパシタと送電コイルとからなる送電側ＬＣタンク回路と、この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路とを有し、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルは、マトリクス状に配置され、前記制御手段は、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が受電回路の受電コイルにおいて揃うように、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【００８４】
（付記２）付記１記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、さらに、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路のオン／オフ、発振周波数、発振信号の振幅のうち少なくとも１つを制御することを特徴とする非接触送電装置。
【００８５】
（付記３）付記２記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、前記Ｎ個の送電回路のうちＭ（ＭはＮ以下の整数）個の送電回路の発振回路を同じ周波数で発振させ、このＭ個の送電回路に含まれる第１の送電回路の発振回路が発生する信号と前記Ｍ個の送電回路に含まれる第２の送電回路の発振回路が発生する信号との位相差が、前記第１の送電回路の送電コイルと前記受電回路の受電コイルとの間の距離と、前記第２の送電回路の送電コイルと前記受電コイルとの間の距離との差に比例するように、前記Ｍ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【００８６】
（付記４）付記２記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、Ｒ（ＲはＮ以下の整数）個の前記受電回路の各々に対応して少なくとも２個の送電回路を受電回路ごとに動作させ、各送電回路が備える発振回路を、対応する受電回路ごとに異なる周波数で発振させることを特徴とする非接触送電装置。
【００８７】
（付記５）付記１乃至付記４のいずれか１つに記載の非接触送電装置において、さらに、基準クロック信号を生成する基準クロック信号発生回路と、前記送電回路ごとに設けられ、クロック入力端子に入力された前記基準クロック信号を遅延させ、遅延させたクロック信号を対応する送電回路が備える発振回路の同期制御入力端子に入力するＮ個の可変遅延回路とを備え、前記制御手段は、Ｎ個の位相制御信号を前記Ｎ個の可変遅延回路の制御入力端子に入力し、前記Ｎ個の可変遅延回路の遅延量を制御することにより、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【００８８】
（付記６）付記１乃至付記４のいずれか１つに記載の非接触送電装置において、さらに、基準クロック信号を前記Ｎ個の送電回路が備える発振回路の同期制御入力端子に入力する基準クロック信号発生回路を備え、前記Ｎ個の送電回路は、前記発振回路の出力端子と前記送電側ＬＣタンク回路の入力端子との間に、前記発振回路からクロック入力端子に入力された信号を遅延させ、遅延させた信号を後段の送電側ＬＣタンク回路に入力する可変遅延回路をそれぞれ備え、前記制御手段は、Ｎ個の位相制御信号をＮ個の前記可変遅延回路の制御入力端子に入力し、前記Ｎ個の可変遅延回路の遅延量を制御することにより、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【００８９】
（付記７）付記１乃至付記６のいずれか１項に記載の非接触送電装置において、前記Ｎ個の送電回路は、前記発振回路から前記送電側ＬＣタンク回路に流れる電流と前記発振回路から前記送電側ＬＣタンク回路に印加される電圧のうち少なくとも一方を検出する検出回路をそれぞれ備え、前記制御手段は、前記検出回路の検出結果に基づいて、少なくとも前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電装置。
【００９０】
（付記８）付記７記載の非接触送電装置と、この非接触送電装置から電力供給を受ける受電回路とを備え、前記受電回路は、直列に接続されたキャパシタと受電コイルとからなる受電側ＬＣタンク回路と、この受電側ＬＣタンク回路に接続される負荷インピーダンスを変化させる負荷インピーダンス可変回路と、前記受電側ＬＣタンク回路の出力に基づいて受信電力の強度を検出し、受信電力が最大になるように前記負荷インピーダンスを変化させる受信電力強度検出手段とを備えることを特徴とする非接触送電システム。
【００９１】
（付記９）付記７記載の非接触送電装置と、この非接触送電装置から電力供給を受ける受電回路とを備え、前記受電回路は、直列に接続されたキャパシタと受電コイルとからなる受電側ＬＣタンク回路と、この受電側ＬＣタンク回路の出力に基づいて受信電力の強度を検出し、検出した受信電力の強度の情報を前記非接触送電装置に無線送信する受信電力強度検出手段とを備え、前記送電回路は、前記受電回路から送信された情報を受信する受信手段を備え、前記制御手段は、前記受電回路から送信された情報に基づいて、前記受電回路の受信電力が最大になるように、少なくとも前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電システム。
【００９２】
（付記１０）直列に接続されたキャパシタと送電コイルとからなる送電側ＬＣタンク回路と、この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路とをそれぞれ備えたＮ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路を用いて、受電回路への電力供給を行う非接触送電方法において、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルは、マトリクス状に配置され、前記Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が前記受電回路の受電コイルにおいて揃うように、前記Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御することを特徴とする非接触送電方法。
【００９３】
（付記１１）付記１記載の非接触送電装置において、各発振回路は、他の送電回路の発振回路と同期して発振することが可能であることを特徴とする非接触送電装置。
【００９４】
（付記１２）付記１記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、前記Ｎ個の送電回路のうち、前記受電回路の受電コイルとの距離が近い順にＭ番目（ＭはＮ以下の整数）までの送電回路を選択し、このＭ個の送電回路が備える発振回路を同じ周波数で発振させることを特徴とする非接触送電装置。
【００９５】
（付記１３）付記５または付記６記載の非接触送電装置において、前記可変遅延回路は、電圧制御型遅延素子、電流制御型遅延素子、位相補間回路、遅延素子の段数を切り替える遅延段数選択回路、可変容量素子、多相クロック信号から任意の位相を選択するセレクタ回路、の何れかからなることを特徴とする非接触送電装置。
【００９６】
（付記１４）付記１記載の非接触送電装置において、前記送電回路が備える発振回路は、同期制御入力端子に入力されたクロック信号を増幅するバッファ回路、同期制御入力端子に入力されたクロック信号を増幅する増幅回路、同期制御入力端子に入力されたクロック信号に同期した信号を生成する位相ロックループ回路、同期制御入力端子に入力されたクロック信号に同期した信号を生成する遅延ロックループ回路、同期制御入力端子に入力されたクロック信号に同期した信号を生成するインジェクションロック発振回路、の何れかからなることを特徴とする非接触送電装置。
【００９７】
（付記１５）付記１記載の非接触送電装置において、前記送電回路が備えるキャパシタは、その容量値が外部からの制御信号によって可変であるバラクタ素子であることを特徴とすることを特徴とする非接触送電装置。
【００９８】
（付記１６）付記１５記載の非接触送電装置において、前記送電回路が備える発振回路が生成する信号の周波数を変更するとき、または基準クロック信号の周波数を変更するときに、前記バラクタ素子によって前記送電回路のキャパシタの容量値を調整することを特徴とすることを特徴とする非接触送電装置。
【００９９】
（付記１７）付記１記載の非接触送電装置において、さらに、周波数が異なる複数のクロック信号のうち任意の基準クロック信号を、前記送電回路が備える発振回路の同期制御入力端子、または前記可変遅延回路のクロック入力端子に選択的に入力するスイッチ素子を備えることを特徴とする非接触送電装置。
【０１００】
（付記１８）付記１記載の非接触送電装置において、前記送電回路が備える発振回路は、同期制御入力端子に入力されたクロック信号の周波数を逓倍した周波数の信号を出力することを特徴とする非接触送電装置。
【０１０１】
（付記１９）付記７記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、前記検出回路の検出結果に基づいて前記受電回路の受電コイルに近い送電回路を検出し、受電コイルに近い少なくとも２個の送電回路の発振回路を動作させることを特徴とする非接触送電装置。
【０１０２】
（付記２０）付記１記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、前記送電回路の送電コイルと前記受電回路の受電コイルとの距離が近い場合には少数の前記送電回路を動作させ、前記送電回路の送電コイルと前記受電回路の受電コイルとの距離が遠くなるに従い動作させる前記送電回路の数を増やす制御を行うことを特徴とする非接触送電装置。
【０１０３】
（付記２１）付記１９記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、前記検出回路の検出結果から、前記送電回路の送電コイルと前記受電回路の受電コイルとの距離を求めることを特徴とする非接触送電装置。
【０１０４】
（付記２２）付記８記載の非接触送電システムにおいて、前記負荷インピーダンス可変回路は、トランジスタ、バラクタ素子の何れかを含むことを特徴とする非接触送電システム。
【０１０５】
（付記２３）付記７記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、前記検出回路の検出結果に基づいて、前記受電回路が許容範囲外に遠ざかったことを検出したときに、前記送電回路が備える発振回路の動作を停止させるか、前記送電回路が備える発振回路の出力電力を低下させることを特徴とする非接触送電装置。
【０１０６】
（付記２４）付記７記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、送電を行っていない送電回路または発振回路が停止している送電回路において、発振回路を間欠的に動作させ、その動作中に前記検出回路を用いて前記受電回路の接近を検出することを特徴とする非接触送電装置。
【０１０７】
（付記２５）付記２４記載の非接触送電装置において、前記制御手段は、前記発振回路を間欠的に動作させる際に、前記Ｎ個の送電回路が備える発振回路を１つずつ順次動作させることを特徴とする非接触送電装置。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本実施の形態は、受電回路への電力供給を電磁共鳴を用いて非接触で行う技術に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１…非接触送電装置、１０，１０−１〜１０−６…送電回路、１１…制御回路、２０，２０−１〜２０−３…受電回路、１００，１００−１〜１００−６…発振回路、１０１，１０１−１〜１０１−６…送電コイル、１０２，１０２−１〜１０２−６…キャパシタ、１０２ａ…可変キャパシタ、１０３…基準クロック発生回路、１０４−１〜１０４−４…可変遅延回路、１０５…ゲート回路、１０６…選択回路、１０７…スイッチ素子、１０８…スイッチアレイ、１０９…電流検出回路、１１０…電圧検出回路、２００，２００−１〜２００−３…受電コイル、２０１，２０１−１〜２０１−３…キャパシタ、２０２，２０２−１〜２０２−３…整流回路、２０３，２０３−１〜２０３−３…負荷、２０４…受信電力強度検出回路、２０５…負荷インピーダンス可変回路、Ｑ１００〜Ｑ１１０…トランジスタ。
【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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【図７】
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【図８】
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【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】
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