(57)【要約】【課題】回路規模を抑えつつ、電力の伝送効率を向上させる。【解決手段】本送電装置（１、４、５）は、送電アンテナとしての共鳴コイル（１０６）及び共振容量（１０７）を含む共振回路（１１０）と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された第１コイル（１０８、１０８＿１〜１０８＿ｎ、１５１＿１〜１５１＿ｍ、１１４、１１５、２０１〜２０４）とを含み、前記共振回路の共振結合によって非接触で電力を送電する。本送電装置は、電力の送電を行うとき、前記共振回路の共振周波数が送電電力として出力される送電信号の周波数に近づくように、前記第１コイルの両端を短絡又は開放する制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電アンテナとしての共鳴コイル及び共振容量を含む共振回路と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された第１コイルとを含み、前記共振回路の共振結合によって非接触で電力を送電する送電装置であって、
電力の送電を行うとき、前記共振回路の共振周波数が送電電力として出力される送電信号の周波数に近づくように、前記第１コイルの両端を短絡又は開放する制御を行う、送電装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１コイルを複数含み、
夫々の前記第１コイルは、その両端の短絡又は開放の接続状態が別個に制御可能にされる、送電装置。
【請求項３】
請求項２において、
夫々の前記第１コイルは、夫々の長さが互いに相異し、前記共鳴コイルを囲むように同心円状に配置される、送電装置。
【請求項４】
請求項２において、
夫々の前記第１コイルは、前記共鳴コイルの一部と高さ方向に重なりを有するように、同一平面上に離間して配置される、送電装置。
【請求項５】
請求項４において、
夫々の前記第１コイルは、前記共鳴コイルとの重なりが均等になるように配置される、送電装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１コイルの何れか一つをアンテナとした無線によるデータ通信が可能にされる、送電装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記無線によるデータ通信のためのアンテナとして、前記第１コイルの何れか一つが選択可能にされる、送電装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記データ通信は、ＮＦＣ規格に準拠した通信である、送電装置。
【請求項９】
請求項２において、
前記送電電力に応じた交流信号を生成し、前記共振回路に供給する電源部と、
前記電源部から前記共振回路に供給される交流信号の反射量を検出するための検出部と、
制御部と、を更に含み、
前記制御部は、前記反射量が最も小さくなるように、前記第１コイルの前記接続状態を切り替える、送電装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記検出部は、前記電源部から前記一次共振回路側に供給される交流信号の入射電力量に対応した第１電圧と、当該交流信号の反射電力量に対応した第２電圧とを生成し、
前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧とに基づいて電圧定在波比を算出し、その算出結果に基づいて前記反射量の大きさを判断する、送電装置。
【請求項１１】
請求項２において、
前記第１コイルの巻数が１ターンとされる、送電装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記第１コイルは、前記共鳴コイルと同一平面上に、前記共鳴コイルを囲むように配置される、送電装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記第１コイルの両端を短絡した状態で電力の送電を行い、前記共振周波数がずれたことを検出したら、前記第１コイルの両端を開放して電力の送電を行う、送電装置。
【請求項１４】
請求項１の送電装置と、
前記送電装置から供給された電力を、共振回路を利用した電磁界の共振結合によって非接触で受電する受電装置と、を含む非接触給電システム。
【請求項１５】
送電アンテナとしての共鳴コイル及び共振容量を含む共振回路と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された第１中継コイル及び第１容量を含む第１中継回路と、前記共鳴コイルと前記中継コイルの双方に磁気的に結合可能に配置された第１コイルと、を含み、前記共振回路及び前記第１中継回路による共振結合によって非接触で電力を送電する送電装置であって、
前記共鳴コイルと前記第１中継コイルは、同一平面上に配置され、
前記第１コイルは、前記共鳴コイルと前記第１中継コイルの双方と高さ方向に重なりを有するように配置され、その両端の短絡又は開放が切り替え可能にされる、送電装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記第１中継コイルと磁気的に結合可能に配置された第２中継コイル及び第２容量を含む第２中継回路と、
前記第１中継コイルと前記第２中継コイルの双方に磁気的に結合可能に配置された第２コイルと、を更に含み、
前記第１中継コイルと前記第２中継コイルは、同一平面上に配置され、
前記第２コイルは、前記第１中継コイルと前記第２中継コイルの双方と高さ方向に重なりを有するように配置され、その両端の短絡又は開放が切り替え可能にされる送電装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記送電電力に応じた交流信号を生成し、前記共振回路に供給する電源部と、
前記電源部から前記共振回路に供給される交流信号の反射量を検出するための検出部と、
制御部と、を更に含み、
前記制御部は、前記反射量が最も小さくなるように、前記第１コイル及び前記第２コイルの両端の短絡又は開放を夫々切り替える、送電装置。
【請求項１８】
送電アンテナとしての共鳴コイル及び共振容量を含む共振回路と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された複数の第１コイルとを含み、前記共振回路の共振結合によって非接触で電力を送電するための送電装置において、電力の送電を制御するための制御方法であって、
夫々の前記第１コイルは、その両端の短絡又は開放の接続状態が別個に制御可能にされ、
送電装置が、前記共振回路に供給される交流信号の反射量が最も小さくなるような夫々の前記第１コイルの接続状態の組み合わせを探索する第１ステップと、
送電装置が前記第１ステップで探索された前記第１コイルの接続状態で電力の送電を行う第２ステップと、を含む、を含む制御方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記送電装置が、夫々の前記第１コイルの両端を短絡させた状態で、第１電力よりも低い第２電力で送電を開始する第３ステップと、
前記送電装置が、夫々の前記第１コイルの両端を短絡した状態において前記第２電力で送電したときの前記反射量を推定する第４ステップと、
前記送電装置が、前記第４ステップで推定した前記反射量が所定の基準値からずれているか否かを判断する第５ステップと、
前記送電装置が、前記第５ステップにおいて前記反射量が前記所定の基準値からずれていると判断した場合に、当該反射量が所定の範囲内であるか否かを判定する第６ステップと、
前記送電装置が、前記第６ステップにおいて前記反射量が所定の範囲内であると判定した場合に前記第２電力から前記第１電力に変更して送電を行う第７ステップと、
前記送電装置が、前記第６ステップにおいて前記反射量が所定の範囲内でないと判定した場合に送電を停止する第８ステップとを含み、
前記第１ステップは、前記第７ステップの後に実行される、制御方法。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記反射量は、前記共振回路に供給される交流信号の入射電力量に応じた第１電圧と当該交流信号の反射電力量に応じた第２電圧とから算出された電圧定在波比の値に基づいて推定される、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で電力を送電する送電装置、当該送電装置を含む非接触給電システム、及び非接触給電システムの制御方法に係り、例えば、電磁界の共振結合（磁気共鳴）を利用した送電装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源コード等を介さずに非接触で電気機器に電力を供給する非接触電力伝送を用いたシステム（以下、「非接触給電システム」と称する。）の実用化が進みつつある。例えば、離間して配置されたアンテナ（コイル）間の電磁誘導を利用した電磁誘導方式や、電磁界の共振結合を利用した磁気共鳴方式の非接触給電システムが知られている。また、無線により情報の伝送を行う非接触通信技術に関する標準規格としてＮＦＣ（Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）が知られており、ＮＦＣ規格に準拠したＩＣカードや小型携帯端末装置も普及し始めている。
【０００３】
磁気共鳴方式の非接触給電システムは、コイルとコンデンサを含む共振回路を用いて実現される。磁気共鳴方式の非接触給電システムは、コイルのＱ値を高くすることで従来の電磁誘導方式に比べて、送電用のコイルと受電用のコイルとの間の伝送距離が大きくとれるとともに、送電用のコイルと受電用のコイルの位置ずれに強いといった特長を有する。
【０００４】
効率の良い非接触電力伝送を実現するためには、送電装置から送電電力として出力される送電信号の周波数（以下、「送電周波数」と称する。）と共振回路の共振周波数を一致させて送電を行うことが望ましい。しかしながら、磁気共鳴方式はコイルの周波数特性の狭帯域領域での伝送となるため、例えば送電用のコイルと受電用のコイルのコイル間距離の変動によるコイルの巻き線間の寄生容量の変化や、受電装置の筐体の金属部分の影響等により、共振回路の共振周波数がずれて伝送特性が変動するという問題がある。磁気共鳴方式を用いた非接触給電システムにおいて効率の良い非接触電力伝送を実現するための従来技術として、例えば下記特許文献１、２に開示がある。
【０００５】
特許文献１には、受電側の負荷変動によって共振回路の共振周波数がずれた場合に、高周波電源の送電周波数を変化させることで送電周波数と共振周波数を一致させるとともに、送電側の高周波電源のインピーダンスと高周波電源に接続される送電アンテナの入力インピーダンスとをインピーダンス可変回路により整合させることで共振周波数のずれに対応する技術が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、送電アンテナから近い範囲に限られていた送電範囲を変更あるいは拡大するために、ワイヤレス給電装置（送電側装置）において、送電アンテナと、送電アンテナから送電された電力を磁界共鳴関係によって受電して送電可能な複数の中継コイルとをシート状に形成し、それらをシート状の本体に所定の間隔で配置する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１４３１１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の構成では、インピーダンス可変回路によりインピーダンスの整合を図っているが、インピーダンス可変回路を挿入することにより、回路規模の増大や伝送効率の低下等の問題がある。例えば、インピーダンス可変回路を構成する可変容量として、機械的に電極間面積を調整することで容量値の調整が可能なバリアブルコンデンサを用いた場合、機械式のため形状も大きいことから回路規模が大きくなるという問題がある。また、インピーダンス可変回路を構成する可変容量として可変容量ダイオードなどの半導体デバイスを用いた場合、半導体デバイスの損失によって伝送効率が低下する虞があり、また、送電電力量によっては半導体デバイスの耐圧が不足するなどの課題もある。
【０００９】
また、特許文献１の構成では、高周波電源の送電周波数を変えることで送電周波数と共振周波数を一致させているが、送電周波数が変わると非接触給電システム以外の他の機器との干渉が生ずる可能性が高くなるため、送電周波数はできるだけ固定の周波数とすることが望ましい。
【００１０】
特許文献２の構成は、中継コイルを介して受電側に電力を送電するものであり、送電アンテナから受電側に直接電力を送電する場合の伝送効率を改善することについて、特に考慮されていない。
【００１１】
このような課題を解決するための手段等を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１３】
本送電装置は、送電アンテナとしての共鳴コイル及び共振容量を含む共振回路と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された第１コイルとを含み、前記共振回路の共振結合によって非接触で電力を送電する。本送電装置は、電力の送電を行うとき、前記共振回路の共振周波数が送電電力として出力される送電信号の周波数に近づくように、前記第１コイルの両端を短絡又は開放する制御を行う。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００１５】
すなわち、本送電装置によれば、回路規模を抑えつつ、電力の伝送効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１に係る送電装置を含む非接触給電システムを例示する図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る送電装置における各コイルの位置関係を例示する図である。
【図３】図３は、切替コイルによって共振周波数のずれを補正したときの伝送特性を例示する図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る非接触給電システムにおける送電制御の流れの一例を示すフロー図である。
【図５】図５は、実施の形態２に係る送電装置を例示する図である
【図６】図６は、実施の形態２に係る送電装置における各コイルの位置関係を例示する図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る送電装置を含む非接触給電システムにおける送電制御の流れの一例を示すフロー図である。
【図８】図８は、実施の形態３に係る切替コイルの構成例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３に係る切替コイルの他のコイルとの位置関係を例示する図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４に係る切替コイルの構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４に係る切替コイルの他のコイルとの位置関係を例示する図である。
【図１２】図１２は、実施の形態５に係る送電装置を含む非接触給電システムを例示する。
【図１３】図１３は、実施の形態５に係る送電装置内の平面視における切替コイル１１４、１１５の配置例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態５に係る非接触給電システムにおける無線通信及び送電の処理の流れを示すフロー図である。
【図１５】図１５は、実施の形態６に係る送電装置を含む非接触給電システムを例示する図である。
【図１６】図１６は、切替コイルの短絡・開放の切替制御を行ったときの伝送特性を例示する図である。
【図１７】図１７は、実施の形態６に係る非接触給電システムにおける送電制御の流れの一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【００１８】
〔１〕（共振周波数が送電周波数に近づくように、共鳴コイルに磁気結合された切替コイルの短絡・開放を制御する送電装置）
本願の代表的な実施の形態に係る送電装置（１、４、５）は、送電アンテナとしての共鳴コイル（１０６）及び共振容量（１０７）を含む共振回路（１１０）と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された第１コイル（１０８、１０８＿１〜１０８＿ｎ、１１４、１１５、１５０＿１〜１５０＿ｍ、２０１〜２０４）とを含み、前記共振回路の共振結合によって非接触で電力を送電する。本送電装置は、電力の送電を行うとき、前記共振回路の共振周波数が送電電力として出力される送電信号の周波数（ｆＴｘ）に近づくように、前記第１コイルの両端を短絡又は開放する制御を行う。
【００１９】
例えば、第１コイルの両端を開放した場合、第１コイルには電流が流れないため、第１コイルの共鳴コイルに対する影響を無視することができる。他方、第１コイルの両端を短絡した場合、第１コイルは共鳴コイルの磁束と結合するため、第１コイルに電流が流れる。この電流によって第１コイルから磁束が発生し、その磁束は共鳴コイルの磁束を減らす方向に働く。その結果、共鳴コイルの自己インダクタンスが減少し、共振回路の共振周波数が高くなる方向に変化する。すなわち、本送電装置によれば、第１コイルの両端を短絡又は開放することにより、共鳴コイルから成る共振回路の共振周波数を変化させることができる。また、前述した特許文献１に記載の構成のように、共鳴コイルと直列にインピーダンス可変回路を接続する構成に比べて、損失の発生を抑えることができるので伝送効率の向上に資する。更に、上記のようにインピーダンス可変回路を設ける場合に比べて回路規模を小さくすることができる。
【００２０】
〔２〕（複数の切替コイル）
項１の送電装置は、前記第１コイルを複数（ｎ）含む。本送電装置において、夫々の前記第１コイル（１０８＿１〜１０８＿ｎ、１１４、１１５、１５０＿１〜１５０＿ｍ、２０１〜２０４）は、その両端の短絡又は開放の接続状態が別個に制御可能にされる。
【００２１】
これによれば、共振周波数の調整幅を細かくすることができ、且つ、共振周波数の調整範囲を広げることができるので、共振周波数の調整精度を更に向上させることができる。
【００２２】
〔３〕（同心円状に配置された長さの異なる複数の切替コイル）
項２の送電装置において、夫々の前記第１コイル（１０８＿１〜１０８＿ｎ）は、夫々の長さが互いに相異し、前記共鳴コイルを囲むように同心円状に配置される。
【００２３】
これによれば、夫々の第１コイルを共鳴コイルと磁気的に結合するように形成することが容易となる。また、夫々の第１コイルは共鳴コイルまでの距離が夫々相異されるので、個々の第１コイルの接続状態を切り替えることによる共振周波数の調整幅が夫々異なるように構成することができる。更に、第１コイルと前記共鳴コイルが同一平面上に配置されるので、送電装置の筺体内にそれらのコイルを形成することが容易となる。
【００２４】
〔４〕（共鳴コイルの少なくとも一部と重なるように配置された複数の切替コイル）
項２の送電装置（４）において、夫々の前記第１コイル（１１４、１１５、２０１〜２０４）は、前記共鳴コイルの一部と高さ方向に重なりを有するように、同一平面上に離間して配置される。
【００２５】
これによれば、夫々の第１コイルを共鳴コイルと磁気的に結合するように形成することが容易となる。
【００２６】
〔５〕（共鳴コイルと均等に重なるように配置された複数の切替コイル）
項４の送電装置において、夫々の前記第１コイル（２０１〜２０４）は、前記共鳴コイルとの重なりが均等になるように配置される。
【００２７】
これによれば、例えば受電側の装置が置かれた位置による共振周波数のずれに対して、より適切に共振周波数を調整することが可能となる。
【００２８】
〔６〕（複数の第１コイルの何れか一つを用いた無線通信）
項４又は５の送電装置において、前記第１コイルの何れか一つをアンテナとした無線によるデータ通信が可能にされる。
【００２９】
これによれば、共振周波数を調整するための第１コイルを無線通信に用いることができるので、無線通信のためのアンテナを別途設ける必要がなく、送電装置の小規模化に資する。
【００３０】
〔７〕（無線通信用のアンテナが選択可能）
項６の送電装置において、前記無線によるデータ通信のためのアンテナとして、前記第１コイルの何れか一つが選択可能にされる。
【００３１】
これによれば、例えば受電側の装置の配置等に応じて、最も通信状態が良好となる第１コイルを用いて無線通信を行うことが可能となる。
【００３２】
〔８〕（ＮＦＣ通信）
項６又は７の送電装置において、前記データ通信は、ＮＦＣ規格に準拠した通信である。
【００３３】
〔９〕（反射量が小さくなるように切替コイルの接続状態を選択）
項１乃至８の何れかの送電装置（１、４）は、前記送電電力に応じた交流信号を生成し、前記共振回路に供給する電源部（１０１、１０２）と、前記電源部から前記共振回路に供給される交流信号の反射量を検出するための検出部（１０４）と、制御部（１０３）と、を更に含む。前記制御部は、前記反射量が最も小さくなるように、前記第１コイルの前記接続状態を切り替える。
【００３４】
これによれば、送電装置において、送電側の共振回路の共振周波数を送電周波数に近づけるように制御することが容易となる。
【００３５】
〔１０〕（ＶＳＷＲ）
項９の送電装置において、前記検出部は、前記電源部から前記一次共振回路側に供給される交流信号の入射電力量に対応した第１電圧（Ｖｉ）と、当該交流信号の反射電力量に対応した第２電圧（Ｖｒ）とを生成する。前記制御部は、前記第１電圧と前記第２電圧とに基づいて電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を算出し、その算出結果に基づいて前記反射量の大きさを判断する。
【００３６】
これによれば、交流信号の反射量を推定することが容易となる。
【００３７】
〔１１〕（１ターンの巻数の切替コイル）
項２乃至１０の何れかの送電装置において、前記第１コイルの巻数が１ターンとされる。
【００３８】
これによれば、共振回路による送電に与える悪影響を抑えることができる。
【００３９】
〔１２〕（共鳴コイルと同一平面上に、共鳴コイルを囲むように配置された一個の切替コイル）
項１の送電装置において、前記第１コイルは、前記共鳴コイルと同一平面上に前記共鳴コイルを囲むように配置される。
【００４０】
これによれば、第１コイルを共鳴コイルと磁気的に結合するように形成することが容易となる。また、第１コイルと共鳴コイルが同一平面上に配置されるので、送電装置の筺体内にそれらのコイルを形成することが容易となる。
【００４１】
〔１３〕（切替コイルを短絡して送電を行い、その後共振周波数がずれたら切替コイルを開放する）
項１２の送電装置は、前記第１コイルの両端を短絡した状態で電力の送電を行い、前記共振周波数がずれたことを検出したら、前記第１コイルの両端を開放して電力の送電を行う。
【００４２】
本送電装置によれば、第１コイルの両端を短絡した状態から開放した状態に変化させることで、共振周波数を低い方にずらすことができる。これにより、例えば、受電装置が送電装置に近づくことによって送電装置の共振周波数が高い方にずれた場合に、より簡単な制御によって、共振周波数のずれを補正することができ、電力の伝送効率を向上させることができる。
【００４３】
〔１４〕（非接触給電システム）
本願の代表的な実施の形態に係る非接触給電システム（３）は、項１乃至１３の何れかの送電装置（１）と、前記送電装置から供給された電力を、共振回路（１２０）を利用した電磁界の共振結合によって非接触で受電する受電装置（２）と、を含む。
【００４４】
これによれば、信頼性の高い非接触給電システムを実現することができる。
【００４５】
〔１５〕（同一平面上に並べて配置した共鳴コイルと中継コイルの間に切替コイルを配置した送電装置）
本願の代表的な実施の形態に係る別の送電装置（８）は、送電アンテナとしての共鳴コイル（１０６）及び共振容量（１０７）を含む共振回路（１１０）と、共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された第１中継コイル（３０１）及び第１容量（３０２）を含む第１中継回路（４０１）と、共鳴コイルと前記中継コイルの双方に磁気的に結合可能に配置された第１コイル（３０３）を備える。本送電装置は、前記共振回路及び前記第１中継回路の共振結合によって非接触で電力を送電する。本送電装置において、前記共鳴コイルと前記第１中継コイルは、同一平面上に配置される。前記第１コイルは、前記共鳴コイルと前記第１中継コイルの双方と高さ方向（Ｈ）に重なりを有するように配置され、その両端の短絡又は開放が切り替え可能にされる。
【００４６】
本願発明者の検討によれば、第１中継コイルと共鳴コイルとの境界付近には、第１中継コイルの磁束と共鳴コイルの磁束とが打ち消し合って送電電力が極端に低下してしまう場所（所謂ヌル点）が存在する。そのため、その境界付近に受電装置が置かれたとすると、受電装置に十分な電力が送電されない虞がある。本送電装置によれば、第１コイルの両端の接続状態（短絡／開放）を切り替えることによってヌル点の位置をずらすことができるので、上記境界付近に受電装置が置かれた場合であっても、受電装置に十分な電力を送電することが可能となり、電力の伝送効率を向上させることができる。
【００４７】
〔１６〕（中継コイル間に配置された切替コイル）
項１５の送電装置は、前記第１中継コイルと磁気的に結合可能に配置された第２中継コイル（３０５）及び第２容量（３０６）を含む第２中継回路（４０２）と、前記第１中継コイルと前記第２中継コイルの双方に磁気的に結合可能に配置された第２コイル（３０７）と、を更に含む。本送電装置において、前記第１中継コイルと前記第２中継コイルは、同一平面上に配置される。前記第２コイルは、前記第１中継コイルと前記第２中継コイルの双方と高さ方向（Ｈ）に重なりを有するように配置され、その両端の短絡又は開放が切り替え可能にされる。
【００４８】
これによれば、第２コイルの両端の接続状態（短絡／開放）を切り替えることによって第１中継コイルと第２中継コイルの境界付近に存在するヌル点の位置をずらすことができるので、当該境界付近に受電装置が置かれた場合であっても、受電装置に十分な電力を送電することが可能となり、電力の伝送効率を向上させることができる。
【００４９】
〔１７〕（反射量が最も小さくなるように切替コイルの接続状態を制御）
項１６の送電装置は、前記送電電力に応じた交流信号を生成し、前記共振回路に供給する電源部（１０１、１０２）と、前記電源部から前記共振回路に供給される交流信号の反射量を検出するための検出部（１０４）と、制御部（１０３）と、を更に含む。前記制御部は、前記反射量が最も小さくなるように、前記第１コイル及び前記第２コイルの両端の短絡又は開放を夫々切り替える。
【００５０】
これによれば、ヌル点の位置をずらして、電力の伝送効率を上げることが容易となる。
【００５１】
〔１８〕（制御方法；共振周波数が送電周波数に近づくように複数の切替コイルの短絡・開放を制御）
本願の代表的な実施の形態に係る制御方法は、送電アンテナとしての共鳴コイル（１０６）及び共振容量（１０７）を含む共振回路（１１０）と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された複数の第１コイル（２０１〜２０４）とを含み、前記共振回路の共振結合によって非接触で電力を送電するための送電装置（４）において、電力の送電を制御するための方法である。夫々の前記第１コイルは、その両端の短絡又は開放の接続状態が別個に制御可能にされる。本制御方法は、送電装置が前記共振回路に供給される交流信号の反射量が最も小さくなるような夫々の前記第１コイルの接続状態の組み合わせを探索する第１ステップ（Ｓ２１０、Ｓ２１１）と、送電装置が前記第１ステップで探索された前記第１コイルの接続状態で電力の送電を行う第２ステップ（Ｓ２１２）と、を含む。
【００５２】
これによれば、送電周波数に対する送電側の共振周波数のずれが最も小さくなる状態を選択して送電を行うことができるので、電力の伝送効率の更に向上させることができる。
【００５３】
〔１９〕（低い電力で送電し、その後高い電力で送電する）
項１８の制御方法は、前記送電装置が、夫々の前記第１コイルの両端を短絡させた状態で、第１電力よりも低い第２電力で送電を開始する第３ステップ（Ｓ２０２、Ｓ１０３）と、前記送電装置が、夫々の前記第１コイルの両端を短絡した状態において前記第２電力で送電したときの前記反射量を推定する第４ステップ（Ｓ１０４）と、を含む。更に、前記送電装置が、前記第４ステップで推定した前記反射量が所定の基準値からずれているか否かを判断する第５ステップ（Ｓ１０５）と、前記送電装置が、前記第５ステップにおいて前記反射量が前記所定の基準値からずれていると判断した場合に、当該反射量が所定の範囲内であるか否かを判定する第６ステップ（Ｓ１０６）と、を含む。更に、前記送電装置が、前記第６ステップにおいて前記反射量が所定の範囲内であると判定した場合に前記第２電力から前記第１電力に変更して送電を行う第７ステップ（Ｓ２０９）と、前記送電装置が、前記第６ステップにおいて前記反射量が所定の範囲内でないと判定した場合に送電を停止する第８ステップ（Ｓ１０７、Ｓ１０８）とを含む。前記第１ステップは、前記第７ステップの後に実行される。
【００５４】
これによれば、初めに低い電力で送電を開始し、その後電力を大きくして送電を行うことで、送電開始時において既に異物が存在する場合であっても、その異物に与える影響を小さくすることができるから、非接触電力伝送システムにおける送電制御の信頼性を高めることができる。また、推定した反射量の変化の有無の判定と、その変化量を大きさの判定を行うことにより、送電装置の送電範囲に受電装置が置かれたのか否か（送電範囲に異物が侵入したのか否か）を精度良くことを判定することができる。
【００５５】
〔２０〕（ＶＳＷＲ）
項１８又は１９の制御方法において、前記反射量は、前記共振回路に供給される交流信号の入射電力量に応じた第１電圧（Ｖｉ）と当該交流信号の反射電力量に応じた第２電圧（Ｖｒ）とから算出された電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の値に基づいて推定される。
【００５６】
これによれば、送電側の共振回路に供給された交流信号の反射量を、精度良く把握することができる。
【００５７】
〔２１〕（一つの切替コイルを用いて無線通信）
項１８乃至２０の何れかの制御方法において、前記送電装置が、前記複数の第１コイルの何れか一つを用いて無線によるデータ通信を開始する第９ステップを更に含む。
【００５８】
これによれば、無線通信のためのアンテナを別途設けることなく、通信を実現することができる。
【００５９】
〔２２〕（無線通信が確立できない場合に、短絡する第１コイルを変更して再試行）
項２１の制御方法において、前記第９ステップで無線通信が確立できない場合に、前記送電装置が、両端を短絡させる前記第１コイルを変更して、無線によるデータ通信を開始する第１０ステップを、更に含む。
【００６０】
これによれば、より通信状態が良好な無線通信を確立することができる。
【００６１】
〔２３〕（高さ方向に重なるように配置された複数の切替コイル）
項２の送電装置（４）において、一つの前記第１コイル（１５０＿１）は、前記共鳴コイルを囲むように前記共鳴コイルと同一平面上に配置され、残りの前記第１コイル（１５０＿２〜１５０＿ｍ）は、前記一つの前記第１コイルと重なりを有するように、高さ方向（Ｈ）に夫々離間して配置される。
【００６２】
これによれば、夫々の第１コイルを共鳴コイルと磁気的に結合するように形成することが容易となる。
【００６３】
〔２４〕（制御方法；一つの切替コイルの短絡・開放を制御することによって共振周波数を送電周波数に近づくように制御）
本願の代表的な実施の形態に係る別の制御方法は、送電アンテナとしての共鳴コイル（１０６）及び共振容量（１０７）を含む共振回路（１１０）と、前記共鳴コイルと磁気的に結合可能に配置された第１コイル（１０８）とを含み、前記共振回路の共振結合によって非接触で電力を送電するための送電装置（１）において、電力の送電を制御するための方法である。当該制御方法は、前記送電装置が、前記第１コイルの両端を短絡した状態で電力を送電したときの前記共振回路に供給された交流信号の反射量を推定する第１ステップ（Ｓ１０２〜Ｓ１１０）と、前記送電装置が、前記第１コイルの両端を開放した状態で電力の送電したときの前記共振回路に供給された交流信号の反射量を推定する第２ステップ（Ｓ１１１、Ｓ１１２）と、を含む。当該制御方法は、前記送電装置が、前記第１ステップで推定した前記第１コイルの両端を短絡した状態での前記反射量と、前記第２ステップで推定した前記第１コイルの両端を開放した状態での前記反射量とを比較する第３ステップ（Ｓ１１３）を更に含む。当該制御方法は、前記第１コイルの両端を短絡した状態での前記反射量よりも前記第１コイルの両端を開放した状態での前記反射量の方が小さい場合に、前記送電装置が前記第１コイルの両端を開放した状態での電力の送電を継続する第４ステップと（Ｓ１１５）を更に含む。当該制御方法は、前記第１コイルの両端を短絡した状態での前記反射量よりも前記第１コイルの両端を開放した状態での前記反射量の方が大きい場合に、前記送電装置が前記第１コイルの両端を短絡した状態での電力の送電を継続する第５ステップ（Ｓ１１４、Ｓ１１５）を更に含む。
【００６４】
これによれば、送電周波数に対する送電側の共振周波数のずれがより小さくなる状態を選択して送電を行うことができるので、電力の伝送効率の向上させることができる。
【００６５】
〔２５〕（低い電力で送電し、異常がなければ高い電力で送電開始）
項２４の制御方法において、前記第１ステップは、前記送電装置が、前記第１コイルの両端を短絡させた状態で、第１電力よりも低い第２電力で送電を開始する第６ステップ（Ｓ１０３）と、前記送電装置が、前記第１コイルの両端を短絡した状態において前記第２電力で送電したときの前記反射量を推定する第７ステップ（Ｓ１０４）と、を含む。前記第１ステップは、更に、前記送電装置が、前記第７ステップで推定した前記反射量が所定の基準値からずれているか否かを判断する第８ステップ（Ｓ１０５）と、前記送電装置が、前記第８ステップにおいて前記反射量が前記所定の基準値からずれていると判断した場合に、当該反射量が所定の範囲内であるか否かを判定する第９ステップ（Ｓ１０６）と、を含む。前記第１ステップは、前記送電装置が、前記第９ステップにおいて前記反射量が所定の範囲内であると判定した場合に前記第２電力から前記第１電力に変更して送電を行う第１０ステップ（Ｓ１０９）と、前記送電装置が、前記第９ステップにおいて前記反射量が所定の範囲内でないと判定した場合に送電を停止する第１１ステップ（Ｓ１０７、Ｓ１０８）とを更に含む。前記第１ステップは、前記第１０ステップの後に、前記送電装置が、前記第１コイルの両端を短絡した状態において前記第１電力で送電したときの前記反射量を推定する第１１ステップ（Ｓ１１０）と、を含む。前記第２ステップは、前記第１１ステップの後に実行される。
【００６６】
これによれば、初めに低い電力で送電を開始し、その後電力を大きくして送電を行うことで、送電開始時において既に異物が存在する場合であっても、その異物に与える影響を小さくすることができるから、非接触電力伝送システムにおける送電制御の信頼性を高めることができる。また、推定した反射量の変化の有無の判定と、その変化量を大きさの判定を行うことにより、送電装置の送電範囲に受電装置が置かれたのか否か（送電範囲に異物が侵入したのか否か）を精度良くことを判定することができる。
【００６７】
〔２６〕（ＶＳＷＲ）
項２４又は２５の制御方法において、前記反射量は、前記共振回路に供給される交流信号の入射電力量に応じた第１電圧（Ｖｉ）当該交流信号の反射量に応じた第２電圧（Ｖｒ）とから算出された電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の値に基づいて推定される。
【００６８】
これによれば、送電側の共振回路に供給された交流信号の反射量を、精度良く把握することができる。
【００６９】
２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。なお、発明を実施するための形態を説明するための全図において、同一の機能を有する要素には同一の符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
【００７０】
≪実施の形態１≫
〈非接触給電システムの概要〉
図１に、実施の形態１に係る送電装置を含む非接触給電システムを例示する。同図に示される非接触給電システム３は、送電装置１と受電装置２とを含む。非接触給電システム３では、送電装置１から受電装置２への非接触（ワイヤレス）による電力供給が可能とされる。特に制限されないが、非接触給電システム３は、電磁界の共振結合を利用した磁気共鳴方式によって非接触電力伝送が可能にされる。非接触電力伝送において、送電電力として出力される送電信号の周波数（送電周波数）は、例えば数ＭＨｚ帯の周波数とされる。
【００７１】
〈送電装置１の構成〉
送電装置１は、例えば、発振器１０１、送電アンプ１０２、制御回路（ＣＮＴ＿ＣＩＲ）１０３、検出部（ＰＷＲ＿ＳＥＮ）１０４、給電コイル１０５、共鳴コイル１０６、共振容量１０７、切替コイル１０８、切替スイッチ１０９、及び電源回路（ＲＥＧ＿ＣＩＲ）１１１を含んで構成される。
【００７２】
発振器１０１は、送電装置１から送信される電力を送電するための送電信号に応じた周波数の交流信号を生成する。特に制限されないが、発振器１０１から出力される交流信号の周波数は固定とされ、前記送電信号の周波数（送電周波数）ｆＴｘと等しくされる。送電アンプ１０２は、発振器１０１から出力された交流信号を増幅して、送電すべき電力の大きさに応じた駆動信号を生成する。送電アンプ１０２は、その増幅率が可変される可変増幅器である。送電アンプ１０２は、例えば、電源回路１１１によって生成された電圧を電源として動作し、送電アンプ１０２に供給されるバイアス電圧やバイアス電流が調整されることにより、その増幅率が可変される。電源回路１１１は、例えば電源アダプタやユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）等から供給された入力電圧ＶＩＮに基づいて、送電装置１の各機能部の動作電源となる複数の電圧を生成する。例えば、上述したように送電アンプ１０２の動作電源となる電圧や、制御回路１０３の動作電源となる電圧を生成する。
【００７３】
送電アンプ１０２から出力された駆動信号は、給電コイル１０５に給電される。給電コイル１０５と共鳴コイル１０６とは磁気的に結合され、給電コイル１０５に供給された駆動信号に係る交流電力が、電磁誘導によって共鳴コイル１０６に供給される。送電用アンテナとしての共鳴コイル１０６と、共振容量１０７とは、一次側の共振回路１１０を構成する。共振回路１１０は、例えば、共鳴コイル１０６と共振容量１０７とが並列に接続された並列共振回路である。共振回路１１０による共振によって磁界が発生することにより、送電装置１から電力が出力される。
【００７４】
共鳴コイル１０６と共振容量１０７によって強い磁界を発生させるためには、共鳴コイル１０６のＱ値を高くする必要がある。ここでコイルのＱ値について説明する。コイルのＱ値は、先鋭度、選択度などと呼ばれ、コイルのインダクタンスをＬ、コイルの巻き線抵抗成分をｒ、送電周波数ｆＴｘの角速度をωとすると、次式で表される。
【００７５】
【数１】
2015008578.tif 000003
【００７６】
式（１）から理解されるように、Ｑ値を高くするには、コイルの抵抗成分ｒを小さくして、低損失なコイルを用いればよい。このため、コイルに使う線材としては抵抗成分の小さい銅の線材を用いるとともに線径をなるべく太くすることで低損失化を図ることが好ましい。
【００７７】
共振回路１１０は、その共振周波数と送電周波数ｆＴｘとが等しくなるように、共鳴コイル１０６と共振容量１０７の定数が予め設定される。これにより、磁気的結合によって給電コイル１０５から共振回路１１０に効率よく給電されるとともに、共鳴コイル１０６からは効率よく磁界が発生し、受電装置２の共振回路１２０と強く結合する。
【００７８】
しかしながら、前述したように、送電側の共鳴コイル１０６と受電側の受電コイル１２１のコイル間距離の変動によるコイルの巻き線間の寄生容量の変化や、受電装置２の筐体の金属部分の影響等により、共振回路１１０の共振周波数がずれて電力の伝送効率が低下する虞がある。そこで、本実施の形態に係る送電装置１では、共鳴コイル１０６と磁気的に結合可能に配置された切替コイル１０８を設け、切替コイル１０８の両端の接続状態を切り替えることにより、共振回路１１０の共振周波数の調整が可能にされる。切替コイル１０８の詳細については後述する。
【００７９】
検出部１０４は、送電アンプ１０２から共振回路１１０側に供給される駆動信号の反射量を検出するための回路である。具体的に、検出部１０４は、送電アンプ１０２から共振回路１１０側に供給される駆動信号の入射電力量に対応した電圧Ｖｉと、駆動信号の反射電力量に対応した電圧Ｖｒとを生成する。検出部１０４としては、例えば、ＣＭ型方向性結合器を用いることができる。
【００８０】
制御回路１０３は、メモリ等に格納されたプログラムに従ってデータ処理を実行するプログラム処理装置を含んで構成される。制御回路１０３は、例えばマイクロコントローラであり、例えば公知のＣＭＯＳ集積回路の製造技術によって１個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成された半導体集積回路を含んで実現される。
【００８１】
制御回路１０３は、送電装置１の統括的な制御を行う。例えば、制御回路１０３は、非接触電力伝送を行う際に、送電アンプ１０２の増幅率を制御することにより送電すべき電力量を調整する。また、制御部１０３は、切替スイッチ１０９を制御することにより、切替コイル１０８の接続状態を切り替えて共振回路１１０の共振周波数を調整する。
【００８２】
制御回路１０３は、更に、非接触電力伝送時に送電アンプ１０２から共振回路１１０側に供給される駆動信号の反射量に基づいて共振回路１１０の共振周波数のずれを把握し、各種の送電に係る制御を行う。特に制限されないが、送電アンプ１０２から共振回路１１０側に供給される駆動信号の反射量は、電圧定在波比ＶＳＷＲよって推定することができる。電圧定在波比ＶＳＷＲは、例えば、下記（式２）によって算出される。
【００８３】
【数２】
2015008578.tif 000004
【００８４】
具体的に、制御部１０３は、検出部１０４によって生成された電圧Ｖｉ及びＶｒに基づいて電圧定在波比ＶＳＷＲを算出し、前記駆動信号の反射量を推定する。そして、推定した前記駆動信号の反射量（ＶＳＷＲの算出値）に基づいて、送電に係る各種の制御を行う。具体的な制御内容については後述する。
【００８５】
〈受電装置２の構成〉
受電装置２は、例えば、携帯端末などの小型携帯機器であり、非接触給電によるバッテリＶＡＴの充電等が可能にされる。受電装置２は、例えば、受電コイル１２１、共振容量１２２、整流回路（ＲＣＲ＿ＣＩＲ）１２３、電源回路（ＲＥＧ＿ＣＩＲ）１２４、充電制御回路（ＣＨＧＣＮＴ）１２５、制御回路（ＣＮＴ＿ＣＩＲ）１２６、内部回路（ＥＣ）１２７、バッテリＶＡＴを含んで構成される。
【００８６】
受電コイル１２１と共振容量１２２とは、二次側の共振回路１２０を構成し、送電装置１の一次側の共振回路１１０によって発生した磁界の共鳴作用によって、起電力（交流信号）を生ずる。共振回路１２０の共振周波数が送電周波数ｆＴｘと等しくなるように調整されることにより、送電装置１からの磁界を効率よく受信することができる。
【００８７】
整流回路１２３は、共振回路１２０によって受電した電力によって発生した交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路１２３は、例えば全波整流回路であって、例えばダイオードブリッジ回路を含んで構成される。電源回路１２４は、整流回路１２３によって直流に変換された電圧を、所望の大きさの一定電圧に変換する。電源回路１２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータであって、例えば降圧型のスイッチングレギュレータやシリーズレギュレータ（ＬＤＯ：Ｌｏｗ  ｄｒｏｐ  ｏｕｔ）等を含んで構成される。
【００８８】
電源回路１２４によって生成された電圧は、受電装置２の各機能部の電源電圧として供給される。例えば、図１には、電源回路１２４の出力端子に接続される負荷回路１２８として、内部回路１２７、充電制御回路１２５、及びバッテリＶＡＴが例示されている。
【００８９】
内部回路１２７は、受電装置２としての特有の機能（例えば受電装置２が携帯電話であれば、携帯電話として期待される機能）を実現するための電子回路である。バッテリＶＡＴは、電源回路１２４によって生成された直流電圧に基づいて充電が可能にされる二次電池である。特に制限されないが、バッテリＶＡＴは、例えば１セルの電池（４．０〜４．２Ｖ）とされ、例えばリチウムイオン電池とされる。充電制御回路１２５は、電源回路１２４の生成した直流電圧によるバッテリＶＡＴの充電を制御する。例えば、充電制御回路１２５は、バッテリＶＡＴの充電電流やバッテリＶＡＴの端子電圧を監視することにより、バッテリＶＡＴの状態（満充電容量、残量、及び充電状態等）を検知し、充電の実行や停止等を制御する。特に制限されないが、充電制御回路１２５は、公知のＣＭＯＳ集積回路の製造技術によって１個の単結晶シリコンのような半導体基板に形成された半導体集積回路から構成され、例えばマイクロコントローラである。
【００９０】
制御回路１２６は、受電装置２の統括的な制御を行う。例えば、電源回路１２４の動作制御（イネーブル制御）や充電制御回路１２５によるバッテリＶＡＴの充電制御の実行と停止を制御する。
【００９１】
上述した共振回路１２０は、２０Ω〜３０Ω程度の入力インピーダンスを持つ後段の整流回路１２３と直列に接続されるため、送電装置１の共振回路１１０よりもＱ値が小さくされる。これにより、異物等の侵入により受電装置２の共振回路１２０の共振周波数がずれた場合であっても、そのずれ幅が送電装置の共振周波数のずれ幅よりも小さくなるため、送電装置１に比べて共振周波数の調整が容易となる。また、図１に示されるように、共振回路１２０を受電コイル１２１と共振容量１２２を直列に接続した直列共振回路とすることにより、後段の回路とのインピーダンス整合を図ることが容易となり、共振回路１２０の後段に整合回路を別途設けなくても良くなる。仮に、特性を更に改善するために、共振回路１２０の後段に整合回路を設けたとしても、その整合回路を簡単な回路構成で実現することができる。これにより、受電装置２の小型化を図ることができる。
【００９２】
〈切替コイル１０８の詳細〉
ここで、送電装置１における切替コイル１０８について詳細に説明する。
【００９３】
前述したように、切替コイル１０８は、その両端の接続状態が切替え可能にされる。例えば、切替コイル１０８の一端と他端の間に切替スイッチ１０９が接続され、切替スイッチ１０９がオン・オフされることにより、切替コイル１０８の両端が短絡状態（Ｓｈｏｒｔ）又は開放状態（Ｏｐｅｎ）となる。特に制限されないが、切替コイル１０８は、例えば１ターンの巻数とされる。
【００９４】
図２は、実施の形態１に係る非接触給電システムにおける各コイルの位置関係を例示する図である。同図には、図１におけるＸ−Ｘ’間の断面が模式的に示されている。
【００９５】
同図に示されるように、送電装置１における共鳴コイル１０６と給電コイル１０５とは、送電装置１の高さ方向Ｈに重なりを有するように配置される。切替コイル１０８は、共鳴コイル１０６と同一平面上に（高さ方向Ｈと垂直の方向に）、共鳴コイル１０６を囲むように（共鳴コイル１０６の外側に）配置される。受電装置２の受電アンテナ１２１は、例えば、給電時に共鳴コイル１０６の上方に配置される。なお、同図では、共鳴コイル１０６の外側に切替コイル１０８を同一平面上に配置する場合を例示しているが、共鳴コイル１０６と切替コイル１０８が磁気的に結合されるのであれば、切り替えコイル１０８の配置は同図に限定されない。例えば、切替コイル１０８を共鳴コイル１０６に対してＨ方向（上方又は下方）に配置しても良い。
【００９６】
切替コイル１０８の両端の接続状態（短絡又は開放）を切り替えることにより、共振回路１１０の共振周波数を変化させることが可能となる。例えば、送電時に切替コイル１０８の両端を開放した場合、切替コイル１０８には電流が流れないため、切替コイル１０８の共鳴コイル１０６に対する影響を無視することができる。一方、送電時に切替コイル１０８の両端を短絡した場合、切替コイル１０８は共鳴コイル１０６の磁束と結合するため、切替コイル１０８に電流が流れる。この電流によって切替コイル１０８から磁束が発生し、その磁束は共鳴コイル１０６の磁束を減らす方向に働く。その結果、共鳴コイル１０６の自己インダクタンスが減少し、共振回路１１０の共振周波数が高くなる方向に変化する。
【００９７】
図３は、切替コイル１０８によって共振周波数のずれを補正したときの伝送特性を例示する図である。同図において、横軸は周波数〔ＭＨｚ〕を表し、縦軸は伝送特性Ｓ２１〔ｄＢ〕を表す。また、同図には、送電コイルの大きさを１２ｃｍ×８ｃｍとし、切り替えコイルの大きさもほぼ同じ大きさとし、切替コイル１０８の巻き数を１ターンとし、受電コイル１２１の大きさを６ｃｍ×４ｃｍとし、送電周波数ｆＴｘを６．７８ＭＨｚとした場合の伝送特性が例示される。なお、参照符号３００〜３０２に示される伝送特性のピーク点は、その特性における共振回路１１０の共振周波数を表す。
【００９８】
同図において、参照符号３００は、送電装置１の送電範囲に受電装置２が置かれていない状態（受電装置２の筺体の影響を受けない状態）で切替コイル１０８を短絡させて、共振回路１１０の共振周波数を送電周波数ｆＴｘ（６．７８ＭＨｚ）に合わせたときの伝送特性を示す。参照符号３０１は、送電装置１に受電装置２が近づいた状態（受電装置２の筺体の影響を受ける状態）で、切替コイル１０８を短絡したときの伝送特性を示す。参照符号３０２は、送電装置１に受電装置２が近づいた状態で、切替コイル１０８を開放したときの伝送特性を示す。
【００９９】
例えば、参照符号３００のように、受電装置２の筺体の影響を受けない状態において、切替スイッチ１０９をオンさせて切替コイル１０８を短絡させ、共振回路１１０の共振周波数を送電周波数ｆＴｘ（＝６．７８ＭＨｚ）に合わせたとする。その状態で、受電装置２が送電装置１に近づくと、受電装置２の筺体の金属部分の影響で共鳴コイル１０６の自己インダクタンスが減少し、参照符号３０１のように共振周波数が高域側に移動してしまう。そこで、切替スイッチ１０９をオフさせて、切替コイル１０８を開放する。これにより、共鳴コイル１０６の自己インダクタンスが増加するため、参照符号３０２のように共振周波数が低域側に移動する。このように、切替コイル１０８の接続状態を切り替えることにより、受電装置２が送電装置１に近づくことによってずれてしまった共振周波数を、再び送電周波数ｆＴｘに近づけることが可能となる。
【０１００】
〈非接触給電システム３における送電制御の処理フロー〉
実施の形態１に係る非接触給電システムにおける送電制御の処理の流れについて、図４を用いて詳細に説明する。
【０１０１】
図４は、非接触給電システム３における送電制御の流れの一例を示すフロー図である。なお、同図では、送電装置１が受電装置２の筺体の影響を受けない状態において、切替コイル１０８を短絡させたときに、共振回路１１０の共振周波数が送電周波数ｆＴｘに一致するように共鳴コイル１０６と共振容量１０７の定数を予め設定しているものとする。
【０１０２】
例えば送電装置１の電源が投入され、送電装置１が動作可能な状態となると、送電制御に係る処理が開始される（Ｓ１０１）。先ず、送電装置１において、制御部１０３が切替スイッチ１０９をオンさせて、切替コイル１０８を短絡させる（Ｓ１０２）。これにより、送電装置１の周辺に受電装置２や異物等がなければ、共振回路１１０の共振周波数が送電周波数ｆＴｘに一致した状態となる。
【０１０３】
次に、送電装置１は、通常よりも低い電力で送電を開始する（Ｓ１０３）。具体的には、制御部１０３が、通常の送電時の電力量よりも低い電力量となるように、送電アンプ１０２の増幅率を変化させる。これによれば、ステップＳ１０２の時点で送電装置１の送電範囲に異物が存在する場合であっても、その異物に与える影響を小さくすることができ、非接触電力伝送システムにおける送電制御の信頼性を高めることができる。
【０１０４】
送電装置１は、通常の送電時よりも低い電力量の送電を行いながら、入射電力量に対応する電圧Ｖｉ及び反射電力量に対応する電圧Ｖｒを計測し、制御部１０３によって電圧在波比ＶＳＷＲを算出する（Ｓ１０４）。そして、送電装置１は、ＶＳＷＲの値に変化があったか否かを判定する（Ｓ１０５）。具体的には、制御部１０３が、ステップＳ１０４で算出したＶＳＷＲの値が予め設定された基準値を下回っているか否かを判断する。あるいは、制御部１０３が、ステップＳ１０４で算出したＶＳＷＲの値が、過去に測定したＶＳＷＲの値と比較してずれがあるか否かを判断する。このように反射量の変化の有無を検出することで、送電装置１の周辺の電磁界条件が変化したこと、すなわち、受電装置２や異物等が送電装置１に近づいたことを容易に検出することができる。
【０１０５】
ＶＳＷＲの値に変化がなかった場合、制御部１０３は、通常よりも低い電力での送電を継続する（Ｓ１０２）。ＶＳＷＲの値に変化があった場合、受電装置２が送電装置１の送電範囲に置かれた可能性があるため、制御部１０３は、そのＶＳＷＲが予め設定した所定範囲内の値であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。例えば、受電装置２が送電装置１の送電範囲に置かれた場合にＶＳＷＲがどの程度変化するかを送電装置１の製造段階における実験等によって把握しておき、その実験結果に基づいて、判断基準となる上記所定範囲を送電装置１に設定しておく。
【０１０６】
送電装置１における制御部１０３は、ステップＳ１０６においてＶＳＷＲが上記所定範囲外の値であると判定した場合には、送電範囲に異物が侵入したと判断し、外部にエラー情報を通知する（Ｓ１０７）。そして、エラー情報の通知後、送電装置１は送電を停止し、送電処理を終了する（Ｓ１０８）。一方、ＶＳＷＲが上記所定範囲内の値である場合には、受電装置２が送電装置１の送電範囲に置かれたと判断し、制御部１０３は通常の電力で送電を開始させる（Ｓ１０９）。具体的には、制御部１０３が、ステップ１０５で設定した電力量よりも大きな電力量となるように、送電アンプ１０２の増幅率を変化させる。このように、ＶＳＷＲの変化量を判断することで、送電範囲に受電装置２が置かれたのか、送電範囲に異物が侵入したのかを判別することができる。
【０１０７】
送電装置１における制御部１０３は、通常の電力で送電を行いながら、切替コイル１０８を短絡した状態での電圧在波比ＶＳＷＲを算出する（Ｓ１１０）。その後、制御部１０３は、切替スイッチ１０９をオフさせて切替コイル１０８を開放する（Ｓ１１１）。次いで、制御部１０３は、切替コイル１０８を開放した状態での電圧在波比ＶＳＷＲを算出する（Ｓ１１２）。そして、制御部１０３は、切替コイル１０８を短絡した状態でのＶＳＷＲの値と、切替コイル１０８を開放した状態でのＶＳＷＲの値とを比較する（Ｓ１１３）。比較の結果、切替コイル１０８を開放した状態でのＶＳＷＲの値の方が小さい場合には、制御部１０３は、切替コイル１０８を開放した状態で電力の送電を継続する（Ｓ１１５）。一方、切替コイル１０８を開放した状態でのＶＳＷＲの値の方が大きい場合には、制御部１０３は、切替スイッチ１０９をオンさせて、切替コイル１０８を短絡させる（Ｓ１１４）。そして、制御部１０３は、切替コイル１０８を短絡した状態で電力の送電を継続する（Ｓ１１５）。
【０１０８】
その後、受電装置２におけるバッテリＶＡＴの充電が完了したこと等により、受電装置２に対する送電が不要になったら、送電装置１は送電を停止し、送電制御を終了する（Ｓ１１６）。
【０１０９】
以上の処理フローによれば、送電周波数ｆＴｘに対する送電側の共振周波数のずれがより小さくなる状態を選択して送電を行うことができるので、電力の伝送効率を向上させることができる。
【０１１０】
なお、図４の処理フローにおいて、切替コイル１０８の短絡時と開放時のＶＳＷＲを比較する処理（Ｓ１１３）等を行わずに、切替コイル１０８の接続状態を切り替えるような制御を行っても良い。例えば、初期状態として切替コイル１０８を予め短絡しておき、受電装置２が近づいたと判断したら、切替コイル１０８を開放して共振周波数を低い方にずらす。これによれば、受電装置２が近づくことによって共振周波数が高い方にずれた場合に、共振周波数のずれを容易に補正することができる。すなわち、より簡単な制御で共振周波数のずれを補正することが可能となる。
【０１１１】
以上、実施の形態１に係る送電装置１によれば、切替コイル１０８の両端を短絡又は開放することにより、送電周波数ｆＴｘに対する共振周波数のずれを補正することができる。また、本送電装置１によれば、特許文献１のように共鳴コイルと直列にインピーダンス可変回路を設ける場合に比べて、共振周波数の調整機能を付加することによる電力の損失を小さくすることができ、送電装置１の回路規模の増大を抑えることができる。すなわち、送電装置１によれば、回路規模を抑えつつ、電力の伝送効率を向上させることが可能となる。
【０１１２】
≪実施の形態２≫
図５に、実施の形態２に係る送電装置を例示する。
【０１１３】
同図に示される送電装置４は、共振回路１１０の共振周波数を調整するための切替コイルを複数備える点で、実施の形態１に係る送電装置１と相異する。同図に示される送電装置４において、送電装置１と同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１１４】
送電装置４は、複数の切替コイルを備える。同図では、送電装置４が４個の切替コイル２０１〜２０４を備える場合を例示するが、切替コイルの個数に特に制限はない。
【０１１５】
夫々の切替コイル２０１〜２０４は、その両端の短絡又は開放の接続状態が別個に制御可能にされる。具体的には、切替コイル２０１の一端と他端の間に切替スイッチ２０５が接続され、切替スイッチ２０５がオン・オフされることにより、切替コイル２０１の両端が短絡状態（Ｓｈｏｒｔ）又は開放状態（Ｏｐｅｎ）となる。同様に、切替コイル２０２の一端と他端の間に切替スイッチ２０６が接続され、切替コイル２０３の一端と他端の間に切替スイッチ２０７が接続され、切替コイル２０４の一端と他端の間に切替スイッチ２０８が接続される。夫々の切替スイッチ２０５〜２０８は、別個にオン・オフ制御可能にされる。特に制限されないが、切替コイル２０１〜２０４は、例えば１ターンの巻数とされる。
【０１１６】
図６は、実施の形態２に係る送電装置４における各コイルの位置関係を例示する図である。同図には、図５におけるＸ−Ｘ’間の断面が模式的に示されている。
【０１１７】
図５、６に示されるように、夫々の切替コイル２０１〜２０４は、共鳴コイル１０６の一部と高さ方向Ｈに重なりを有するように、同一平面上に離間して配置される。また、夫々の切替コイル２０１〜２０４は、共鳴コイル１０６との重なり部分が均等になるように配置される。例えば、図５に示されるように、共鳴コイル１０６を４つの領域に均等に分けるように、４つの切替コイル２０１〜２０４が配置される。
【０１１８】
図６に示されるように、送電装置４における共鳴コイル１０６と給電コイル１０５とは、送電装置１の高さ方向Ｈに重なりを有するように配置される。受電装置２の受電アンテナ１２１は、例えば、給電時に共鳴コイル１０６の上方に配置される。
【０１１９】
このように切替コイル２０１〜２０４を配置することで、切替コイル２０１〜２０４と共鳴コイル１０６を磁気的に結合させることができる。なお、図５、６では、共鳴コイル１０６との重なり部分が均等になるように切替コイル２０１〜２０４が配置される場合が例示されているが、共鳴コイル１０６と切替コイル２０１〜２０４が磁気的に結合されるのであれば、同図に示される配置に限定されない。例えば、切替コイル２０１〜２０４が高さＨ方向に相互に重なりを有するように配置されても良い。
【０１２０】
次に、送電装置４を含む非接触給電システムにおける送電制御の処理の流れについて、図７を用いて詳細に説明する。
【０１２１】
図７は、実施の形態２に係る送電装置４を含む非接触給電システムにおける送電制御の流れの一例を示すフロー図である。なお、同図では、送電装置４が受電装置２の筺体の影響を受けない状態において、切替コイル２０１〜２０４を短絡させたときに、共振回路１１０の共振周波数が送電周波数ｆＴｘに一致するように共鳴コイル１０６と共振容量１０７の定数を予め設定しているものとする。
【０１２２】
例えば送電装置４の電源が投入され、送電装置４が動作可能な状態となると、送電制御に係る処理が開始される（Ｓ１０１）。先ず、送電装置４において、制御部１０３が切替スイッチ２０５〜２０８の全てをオンさせて、切替コイル２０１〜２０４の夫々を短絡させる（Ｓ２０２）。これにより、送電装置４の周辺に受電装置２や異物等がなければ、共振回路１１０の共振周波数が送電周波数ｆＴｘに一致した状態となる。
【０１２３】
次に、送電装置４は、通常よりも低い電力で送電を開始する（Ｓ１０３）。そして、送電装置４は、実施の形態１に係る送電装置１と同様に、通常時よりも低い電力で送電を行いながら電圧在波比ＶＳＷＲを算出し、ＶＳＷＲの変化の有無及びＶＳＷＲの変化量に基づいて、送電装置４に対する受電装置２の接近の有無を判別する（Ｓ１０４〜Ｓ１０８）。
【０１２４】
送電装置４は、受電装置２が送電装置４に近づいたと判断したら、通常の電力で送電を開始する（Ｓ２０９）。そして、送電装置４は、通常の電力で送電を行いながら、切替コイル２０１〜２０４の接続状態の全ての組み合わせにおいてＶＳＷＲを算出する（Ｓ２１０）。具体的には、制御部１０３が、切替スイッチ２０５〜２０８のオン・オフを切り替えることにより、切替コイル２０１〜２０４の接続状態の組み合わせ（例えば、切替コイル２０１〜２０４を全て開放した場合、切替コイル２０１を短絡し、切替コイル２０２〜２０４を開放した場合等）を変更し、夫々の組み合わせにおけるＶＳＷＲを算出する。送電装置４における制御部１０３は、切替コイル２０１〜２０４の接続状態の全ての組み合わせのＶＳＷＲを算出したら、算出したＶＳＷＲのうち最も値の小さい、切替コイル２０１〜２０４の接続状態の組み合わせを選択する（Ｓ２１１）。そして、制御部１０３は、選択した接続状態となるように切替スイッチ２０５〜２０８のオン・オフを設定して、通常の電力での送電を継続する（Ｓ２１２）。その後は、受電装置２におけるバッテリＶＡＴの充電が完了したこと等により送電が不要になったら、送電装置１は送電を停止し、送電制御を終了する（Ｓ２１３）。
【０１２５】
以上、実施の形態２に係る送電装置４によれば、実施の形態１に係る送電装置１と同様に、切替コイル２０１〜２０４の夫々の両端を短絡又は開放することにより、送電側の共振周波数を調整することができるので、回路規模を抑えつつ、電力の伝送効率を向上させることが可能となる。更に、切替コイルを複数設けることで、共振周波数の調整幅を細かくすることができ、また、共振周波数の調整範囲を広くすることができるので、共振周波数の調整精度が更に向上する。特に、図５、６のように、共鳴コイル１０６との重なり部分が均等になるように切替コイル２０１〜２０４を配置することで、受電装置２が置かれた位置による共振周波数のずれに対して、より適切に共振周波数を調整することが可能となる。
【０１２６】
≪実施の形態３≫
送電側の共振周波数を調整するための切替コイルを複数設ける場合の別の構成例を以下に示す。
【０１２７】
図８は、実施の形態３に係る切替コイルの構成例を示す図である。
【０１２８】
同図に示されるように、複数の切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎ（ｎは２以上の整数）が、共鳴コイル１０６を囲むように配置される。
【０１２９】
夫々の切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎは、その両端の短絡又は開放の接続状態が別個に制御可能にされる。具体的には、切替コイル１０８＿１の一端と他端の間に切替スイッチ１０９＿１が接続され、切替スイッチ１０９＿１がオン・オフされることにより、切替コイル１０８＿１の両端が短絡状態（Ｓｈｏｒｔ）又は開放状態（Ｏｐｅｎ）となる。同様に、切替コイル１０８＿２の一端と他端の間に切替スイッチ１０９＿２が接続され、切替コイル１０８＿ｎの一端と他端の間に切替スイッチ１０９＿ｎが接続される。夫々の切替スイッチ１０９＿１〜１０９＿ｎは、別個にオン・オフ制御可能にされる。特に制限されないが、切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎは、例えば１ターンの巻数とされる。
【０１３０】
図９は、実施の形態３に係る切替コイルの他のコイルとの位置関係を例示する図である。同図には、図８におけるＸ−Ｘ’間の断面が模式的に示されている。
【０１３１】
同図に示されるように、共鳴コイル１０６と給電コイル１０５とは、実施の形態１に係る送電装置１と同様に、高さ方向Ｈに重なりを有するように配置される。切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎは、共鳴コイル１０６と同一平面上に（高さ方向Ｈと垂直の方向の平面上に）、共鳴コイル１０６を囲むように同心円状に配置される。また、受電装置２の受電アンテナ１２１は、給電時に、例えば共鳴コイル１０６の上方に配置される。
【０１３２】
図８、９に示されるように、夫々の切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎは、夫々の長さが互いに相異し、共鳴コイル１０６を囲むように同心円状に配置される。例えば、切替コイル１０８＿１は、共鳴コイル１０６の外側に配置され、共鳴コイル１０６と切替コイル１０８＿１との距離はｘ１とされる。また、切替コイル１０８＿２は、共鳴コイル１０６及び切替コイル１０８＿１の外側に配置され、共鳴コイル１０６と切替コイル１０８＿２との距離はｘ２（＞ｘ１）とされる。更に、切替コイル１０８＿ｎは、共鳴コイル１０６及び切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎ−１の外側に配置され、共鳴コイル１０６と切替コイル１０８＿ｎとの距離はｘｎ（＞ｘ２＞ｘ１）とされる。
【０１３３】
このように、共鳴コイル１０６からの距離を相異させて夫々の切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎを配置することにより、夫々の切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎと共鳴コイル１０６間の結合の強さを互いに相異させることができる。これにより、共振周波数の調整幅を可変することができる。例えば、共鳴コイル１０６に最も近い（共鳴コイル１０６との結合が最も強い）切替コイル１０８＿１の接続状態を切り替えることにより共振周波数の大きくずらしたり、共鳴コイル１０６から最も遠い（共鳴コイル１０６との結合が最も弱い）切替コイル１０８＿ｎの接続状態を切り替えることにより、共振周波数を小さくずらしたりするなどの制御が可能となる。また、切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎの接続状態の組み合わせを種々変更することにより、共振周波数をより細かく調整することが可能となる。
【０１３４】
例えば、実施の形態２に係る送電装置４において、切替コイル２０１〜２０４及び切替スイッチ２０５〜２０８の代わりに、切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎ及び切替スイッチ１０９＿１〜１０９＿ｎを設け、切替コイル２０１〜２０４及び切替スイッチ２０５〜２０８と同様に制御することが可能である。例えば、図７の処理フローにおいて、ステップＳ２０２、ステップＳ２１０、及びステップＳ２１１等における制御対象を切替コイル２０１〜２０４ではなく切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎとして、各処理を実行する。これによれば、実施の形態２に係る送電装置４と同様に、回路規模を抑えつつ、電力の伝送効率を更に向上させることができる。
【０１３５】
≪実施の形態４≫
送電側の共振周波数を調整するための切替コイルを複数設ける場合の更に別の構成例を以下に示す。
【０１３６】
図１０は、実施の形態４に係る切替コイルの構成例を示す図である。
【０１３７】
同図に示されるように、複数の切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍ（ｍは２以上の整数）が、高さ方向Ｈに夫々重なるように配置される。特に制限されないが、切替コイル１５０＿２〜１５０＿ｍは、夫々の長さが互いに等しくされる。また、切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍは、例えば１ターンの巻数とされる。
【０１３８】
夫々の切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍは、その両端の短絡又は開放の接続状態が別個に制御可能にされる。具体的には、切替コイル１５０＿１の一端と他端の間に切替スイッチ１５１＿１が接続され、切替スイッチ１５１＿１がオン・オフされることにより、切替コイル１５０＿１の両端が短絡状態（Ｓｈｏｒｔ）又は開放状態（Ｏｐｅｎ）となる。同様に、切替コイル１５０＿２の一端と他端の間に切替スイッチ１５１＿２が接続され、切替コイル１５０＿ｍの一端と他端の間に切替スイッチ１５１＿ｍが接続される。夫々の切替スイッチ１５１＿１〜１５１＿ｍは、別個にオン・オフ制御可能にされる。
【０１３９】
図１１は、実施の形態４に係る切替コイルと他のコイルとの位置関係を例示する図である。同図には、図１０におけるＸ−Ｘ’間の断面が模式的に示されている。
【０１４０】
同図に示されるように、共鳴コイル１０６と給電コイル１０５とは、実施の形態１に係る送電装置１と同様に、高さ方向Ｈに重なりを有するように配置される。切替コイル１５０＿１は、共鳴コイル１０６と同一平面上に（高さ方向Ｈと垂直の方向の平面上に）、共鳴コイル１０６を囲むように（共鳴コイル１０６の外側に）同心円状に配置される。切替コイル１５０＿２〜１５０＿ｍは、高さ方向Ｈに切替コイル１５０＿１と重なりを有するように夫々が離間して配置される。夫々の切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍ間の距離は、特に制限されない。例えば、夫々の切替コイル間の距離を等しくしても良い。
【０１４１】
このように切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍを配置することによって、実施の形態３に係る切替コイル１０８＿１〜１０８＿ｎと同様に、夫々の切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍと共鳴コイル１０６間の結合の強さを互いに相異させることができる。これにより、共振周波数の調整幅を可変することができる。また、切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍの接続状態の組み合わせを種々変更することにより、共振周波数をより細かく調整することが可能となる。
【０１４２】
例えば、実施の形態２に係る送電装置４において、切替コイル２０１〜２０４及び切替スイッチ２０５〜２０８の代わりに、切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍ及び切替スイッチ１５１＿１〜１５１＿ｍを設け、切替コイル２０１〜２０４及び切替スイッチ２０５〜２０８と同様に制御することが可能である。例えば、図７の処理フローにおいて、ステップＳ２０２、ステップＳ２１０、及びステップＳ２１１等における制御対象を切替コイル２０１〜２０４ではなく切替コイル１５０＿１〜１５０＿ｍとして、各処理を実行する。これによれば、実施の形態２に係る送電装置４と同様に、回路規模を抑えつつ、電力の伝送効率を更に向上させることができる。
【０１４３】
≪実施の形態５≫
実施の形態５に係る送電装置は、無線通信時に送電側の共振周波数を調整するための切替コイルを通信用アンテナとして用いる点で、実施の形態１乃至４に係る送電装置と相異する。
【０１４４】
図１２に、実施の形態５に係る送電装置を含む非接触給電システムを例示する。
【０１４５】
同図に示される非接触給電システム７は、送電装置５と受電装置６とを含む。非接触給電システム７では、送電装置５から受電装置６への磁気共鳴方式での電力供給に加えて、送電装置５と受電装置６との間の無線通信が可能とされる。特に制限されないが、当該無線通信は、ＮＦＣ規格に準拠した無線通信（ＮＦＣ通信）である。なお、図１２に示される非接触給電システム７において、実施の形態１に係る非接触給電システム３等と同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１４６】
送電装置５は、送電装置１の構成要素に加えて、通信部（ＣＭＭ＿ＣＩＲ）１１２、無線通信スイッチ１１３を更に備える。また、送電装置５は、切替コイル１０８及び切替スイッチ１０９の代わりに、切替コイル１１４、１１５及び切替スイッチ１１６、１１７を備える。
【０１４７】
通信部１１２は、切替コイル１１４又は切替コイル１１５を介して、受電装置６と無線通信を行う。例えば、受電装置６が送電装置５の送電対象であるか否かを認証するための認証データのやり取りや、送電装置５から送電された電力を受電装置６が受信したか否かを通知する受電通知のやり取り等は、当該無線通信を利用して行われる。その他、非接触電力伝送の制御に必要な受信装置６とのデータのやり取りは、通信部１１２による無線通信によって実現される。
【０１４８】
無線通信スイッチ１１３は、通信部１１２の入出力端子とノードＮＤ１との間に接続される。無線通信スイッチ１１３は、例えば制御部１０３によってオン・オフ制御が可能にされる。例えば、無線通信スイッチ１１３は、送電装置５が切替コイル１１４又は１１５を介して通信を行う場合にオン状態にされ、送電装置５が送電を行う場合にオフ状態にされる。
【０１４９】
切替コイル１１４及び１１５は、無線通信を行うための通信用アンテナとしての機能と、実施の形態１の切替コイル１０８等と同様に共振周波数を調整するための機能と、を備える。切替コイル１１４及び１１５は、ノードＮＤ１とグラウンドノードとの間に直列に接続される。具体的には、切替コイル１１４の一端がノードＮＤ１に接続され、他端がノードＮＤ２に接続される。ノードＮＤ１とノードＮＤ２の間には、切替スイッチ１１６が接続される。また、切替コイル１１５の一端がノードＮＤ２に接続され、他端がグラウンドノードに接続される。ノードＮＤ２とグラウンドノードの間には、切替スイッチ１１７が接続される。
【０１５０】
図１３は、実施の形態５に係る送電装置内の平面視における切替コイル１１４、１１５の配置例を示す図である。
【０１５１】
同図に示されるように、送電装置５における共鳴コイル１０６と給電コイル１０５とは、送電装置１と同様に、高さ方向に重なりを有するように配置される。また、受電装置２の受電アンテナ１２１は、給電時に例えば共鳴コイル１０６の上方に配置される。
【０１５２】
切替コイル１１４、１１５は、共鳴コイル１０６の一部と高さ方向に重なりを有するように（共鳴コイル１０６の上方に）、同一平面上に離間して配置される。また、夫々の切替コイル１１４、１１５は、共鳴コイル１０６との重なり部分が均等になるように配置される。例えば、図１３に示されるように、共鳴コイル１０６を２つの領域に均等に分けるように、２つの切替コイル１１４、１１５が配置される。特に制限されないが、切替コイル１１４、１１５は、例えば１ターンの巻数とされる。
【０１５３】
このように切替コイル１１４、１１５を配置することで、切替コイル１１４、１１５と共鳴コイル１０６を磁気的に結合させることができる。なお、図１３では、共鳴コイル１０６との重なり部分が均等になるように切替コイル１１４、１１５が配置される場合が例示されているが、共鳴コイル１０６と切替コイル１１４、１１５が磁気的に結合されるのであれば、切替コイル１１４、１１５の配置は同図に限定されない。例えば、切替コイル１１４、１１５が、高さ方向に相互に重なりを有するように配置されても良い。
【０１５４】
受電装置６は、ＮＦＣ通信に用いるアンテナと磁気共鳴方式による給電に用いるアンテナとを共用し、電力の送電・受電と情報伝達のための通信とを切り替えて行うことが可能とされる。具体的に、受電装置６は、実施の形態１に係る受電装置２に対して、受電コイル１４２と共振容量１４３とからなる共振回路１４０と、共振回路１４０に接続される切替回路（ＳＥＬ）１４５と、通信部（ＣＭＭ＿ＣＩＲ）１４４とを更に備える。
【０１５５】
通信部１４４は、受電コイル１４２を通信用アンテナとして用いることで、送電装置６と無線通信を行う。具体的には、受電装置６の通信部１４４と送電装置５の通信部１１２との間で、通信用アンテナとしての切替コイル１１４、１１５と受電コイル１４２とを介した無線通信によるデータの送受信が可能にされる。
【０１５６】
切替回路１４５は、共振回路１４０によって受電した交流信号の信号レベルに応じて、受電した信号を通信部１４４と整流回路１２３の何れか一方に切り替えて出力する。例えば、初期状態として切替回路１４５の出力が通信部１４４側にセットされており、ＮＦＣ通信時よりも信号レベルの高い信号を受信したら、切替回路１４５の出力が整流回路１２３側に切り替わる。
【０１５７】
ここで、非接触給電システム７における無線通信と送電に係る処理の流れについて、図１４を用いて詳細に説明する。
【０１５８】
図１４は、実施の形態５に係る非接触給電システム７における無線通信及び送電の処理の流れを示すフロー図である。なお、同図では、送電装置５が受電装置６の筺体の影響を受けない状態において、切替コイル１１４、１１５を共に短絡させたときに、共振回路１１０の共振周波数が送電周波数ｆＴｘに一致するように共鳴コイル１０６と共振容量１０７の定数を予め設定しているものとする。
【０１５９】
例えば送電装置５の電源が投入され、送電装置５が動作可能な状態となると、送電制御に係る処理が開始される（Ｓ１０１）。先ず、送電装置５において、制御部１０３が無線通信スイッチ１１３をオンさせて、無線通信が可能な状態に設定する（Ｓ３０２）。次に、送電装置５は、通信用アンテナとして切替コイル１１４、１１５の何れか一方を選択する（Ｓ３０３）。例えば、送電装置５における制御部１０３は、切替スイッチ１１６、１１７の一方をオンさせるとともに他方をオフさせる。これにより、ノードＮＤ１とグラウンドノードとの間に切替コイル１１４、１１５の何れか一方が接続され、通信用アンテナとして機能することができる。これにより、通信部１１２の入出力端子と切替コイル１１４、１１５の何れか一方が接続され、通信部１１２による無線通信が可能にされる。
【０１６０】
次に、送電装置５は無線通信を開始する（Ｓ３０４）。無線通信を開始したにも関わらず通信が確立できない場合には、送電装置５は通信用アンテナを切り替える（Ｓ３０５）。例えば、ステップ３０３において、通信用アンテナとして切替コイル１１４を選択（切替スイッチ１１６をオフ、切替スイッチ１１７をオン）した場合には、改めて、切替コイル１１５を通信用アンテナとして選択（切替スイッチ１１６をオン、切替スイッチ１１７をオフ）する。そして、再度、無線通信を開始する（Ｓ３０４）。無線通信が確立した場合には、送電装置５は、受電装置６との間で無線通信を継続し、各種のデータのやり取りを行う（Ｓ３０６）。
【０１６１】
ステップＳ３０６の無線通信において、受電装置６が送電装置５の送電対象であることが確認されたら、送電装置５は電力の送電制御を開始する。先ず、送電装置５における制御部１０３は、無線通信スイッチ１１３をオフさせる（Ｓ３０７）。次に、制御部１０３は、切替スイッチ１１６、１１７の全てをオンさせて、切替コイル１１４、１１５の夫々を短絡させる（Ｓ３０８）。そして、制御部１０３は、通常よりも低い電力で送電を開始する（Ｓ１０３）。その後は、実施の形態２に係る送電装置４の処理フロー（図７）と同様に、送電装置５が、送電範囲に受電装置６が存在するか否かの判定処理（Ｓ１０４〜Ｓ１０８）を行った後に、ＶＳＷＲが最も小さくなる切替コイル１１４、１１５の接続状態を探索する処理（Ｓ２０９〜Ｓ２１３）を行うことで、効率の良い送電を実現する。
【０１６２】
以上、実施の形態５に係る送電装置５によれば、共振周波数の調整手段としての切替コイル１１４、１１５を無線通信のための通信用アンテナとしても用いることで、無線通信のためのアンテナを別途設けることなく、無線通信を実現することができる。また、上記のように、無線通信における通信状態の良否によって通信用アンテナとして用いる切替コイル１１４、１１５を切り替えることができるので、より通信状態が良好な無線通信を確立することができる。
【０１６３】
≪実施の形態６≫
実施の形態６に係る送電装置は、共鳴コイルによる送電に加えて、共振コイルと磁気的に結合された中継コイルによる送電が可能にされる点で、実施の形態１乃至５に係る送電装置と相異する。
【０１６４】
図１５に、実施の形態６に係る送電装置を含む非接触給電システムを例示する。
【０１６５】
同図に示される非接触給電システム９は、送電装置８と受電装置２とを含む。なお、図１５に示される非接触給電システム９において、実施の形態１に係る非接触給電システム３等と同様の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、説明の便宜上、同図における受電装置２として、受電コイル１２１のみを図示し、その他の回路ブロックは図示を省略している。
【０１６６】
送電装置８は、実施の形態１に係る送電装置１と同様に、発振器１０１、送電アンプ１０２、制御回路１０３、検出部１０４、給電コイル１０５、共鳴コイル１０６、及び共振容量１０７を含む。送電装置８は更に、中継コイル及び共振容量からなる複数の中継回路と、複数の切替コイル及び切替スイッチとを含む。図１５には、一例として、中継コイル３０１及び共振容量３０２を含む中継回路４０１と、中継コイル３０５及び共振容量３０６を含む中継回路４０２が例示されている。また、同図には、切替コイル３０３及び切替スイッチ３０４と、切替コイル３０７及び切替スイッチ３０８と、切替コイル３０９及び切替スイッチ３１０とが例示されている。
【０１６７】
中継コイル３０１は、共鳴コイル１０６と磁気的に結合可能に配置され、その両端には共振容量３０２が接続される。中継コイル３０５は、中継コイル３０１と磁気的に結合可能に配置され、その両端には共振容量３０６が接続される。共鳴コイル１０６と中継コイル３０１、３０５とは、送電装置内に、同一平面上に並んで配置される。同図には、一例として、ｘ方向に一列に並んで配置された場合が例示されているが、ｙ方向に並んで配置されても良いし、ｘ方向及びｙ方向の双方に並んで配置されても良い。これにより、隣接するコイル同士が磁気的に結合される。
【０１６８】
共振回路１１０の共振周波数が送電周波数ｆＴｘと等しくなるように、共鳴コイル１０６と共振容量１０７の定数が設定される。これにより、給電コイル１０５の電力が共鳴コイル１０６に効率良く送電される。また、中継回路４０１も、その共振周波数が送電周波数ｆＴｘと等しくなるように、中継コイル３０１及び共振容量３０２の定数が設定される。中継回路４０２についても同様である。これにより、給電コイル１０５の電力を、共鳴コイル１０６、中継コイル３０１、中継コイル３０５の順に効率良く伝えることができる。このような状態において、これらのコイルの上方（高さ方向Ｈ）に、共振周波数の等しい受電コイル１２１が近づくと、受電コイル１２１は電力を効率良く受電する。例えば、図１５において、参照符号Ａの位置に受電コイル１２１が配置された場合、受電コイル１２１は、共鳴コイル１０６から効率良く電力を受電することができる。
【０１６９】
しかしながら、送電装置において並んで配置された夫々のコイルの境界付近に受電装置２の受電コイル１２１が置かれた場合、受電装置２に十分な電力が送電されない虞があることを、本願発明者は見出した。これは、上記の境界付近に、隣接する２つのコイルの一方の磁束と他方の磁束とが打ち消し合う場所（ヌル点）が存在することが原因である。例えば、図１５に示されるように、中継コイル３０１と中継コイル３０５の境界付近（参照符号Ｂの位置）に受電コイル１２１が配置された場合、ヌル点の存在により、受電コイル１２１は十分な電力を受電できない虞がある。そこで、本実施の形態に係る送電装置８は、上記コイルの境界付近に切替コイル３０３、３０７、３０９を夫々配置する。
【０１７０】
切替コイル３０３は、共鳴コイル１０６と中継コイル３０１の双方に磁気的に結合可能に配置される。例えば、図１５に示されるように、切替コイル３０３は、共鳴コイル１０６と中継コイル３０１の境界付近に、共鳴コイル１０６と中継コイル３０１の双方と高さ方向Ｈに重なりを有するように配置される。同様に、切替コイル３０７は、中継コイル３０１と中継コイル３０５の境界付近に、双方のコイルと高さ方向Ｈに重なりを有するように配置される。また、切替コイル３０９は、中継コイル３０２とそれに隣接する中継コイル（図示せず）の境界付近に、双方のコイルと高さ方向Ｈに重なりを有するように配置される。特に制限されないが、切替コイル３０３、３０７、３０９は、例えば１ターンの巻数とされる。
【０１７１】
切替コイル３０３、３０７、３０９は、その両端の短絡又は開放が切り替え可能にされる。具体的には、切替コイル３０３の両端に切替スイッチ３０４が接続され、制御部１０３によって切替スイッチ３０４のオン・オフが制御されることにより、切替コイル３０３の短絡と開放が切替可能にされる。同様に、切替コイル３０７の両端に切替スイッチ３０８が接続され、切替コイル３０９の両端に切替スイッチ３１０が接続され、制御部１０３によって切替スイッチ３０８と切替スイッチ３１０のオン・オフが制御される。
【０１７２】
切替コイルの具体的な制御方法は以下である。先ず、初期状態として切替コイル３０３、３０７、３０９の両端を開放しておき、受電コイル１２１が共鳴コイル１０６や中継コイル３０１、３０５等の境界付近に配置された場合に、所望の切替コイルの両端を短絡する。例えば、図１５において、中継コイル３０１と中継コイル３０５の境界付近（参照符号Ｂの位置）に受電コイル１２１が配置された場合、切替コイル３０７の両端を短絡する。これにより、当該境界付近の電磁界条件が変わるので、ヌル点の発生する場所が変化し、受電コイル１２１が効率良く受電できる可能性が高くなる。
【０１７３】
図１６は、切替コイルの短絡・開放の切替制御を行ったときの伝送特性を例示する図である。同図において、横軸は周波数〔ＭＨｚ〕を表し、縦軸は伝送特性Ｓ２１〔ｄＢ〕を表す。参照符号４００は、図１５の参照符号Ａの位置に受電装置２（受電コイル１２１）が置かれた場合の伝送特性を示す。また、参照符号４０１は、全ての切替コイルを開放した状態において図１５の参照符号Ｂの位置に受電装置２が置かれた場合の伝送特性を示し、参照符号４０２は、切替コイル３０７を短絡し、且つ他の切替コイル３０３、３０９を開放した状態において、参照符号Ｂの位置に受電装置２が置かれた場合の伝送特性を示す。
【０１７４】
同図の参照符号４００に示されるように、参照符号Ａの位置に受電装置２が置かれた場合には、ヌル点が存在せず、比較的良好な特性となる。一方、参照符号４０１に示されるように、参照符号Ｂの位置に受電装置２が置かれた場合には、周波数ｆｘの付近にヌル点が存在し、伝送特性が急激に低下することが理解される。この場合に、中継コイル３０１と中継コイル３０５の境界の上方に配置された切替コイル３０７を短絡させる。これにより、参照符号４０２に示されるように、ヌル点の発生位置が移動し、伝送特性が向上することが理解される。
【０１７５】
次に、非接触給電システム９における送電制御の処理の流れについて、図１７を用いて詳細に説明する。
【０１７６】
図１７は、実施の形態６に係る非接触給電システム９における送電制御の流れの一例を示すフロー図である。
【０１７７】
例えば送電装置８の電源が投入され、送電装置８が動作可能な状態となると、送電制御に係る処理が開始される（Ｓ１０１）。先ず、送電装置８における制御部１０３が全ての切替スイッチ３０４、３０８、３１０をオフさせて、全ての切替コイル３０３、３０７、３０９を開放する（Ｓ４０２）。
【０１７８】
次に、送電装置８は、通常よりも低い電力で送電を開始する（Ｓ４０３）。具体的には、制御部１０３が、通常の送電時の電力量よりも低い電力量となるように、送電アンプ１０２の増幅率を変化させる。送電装置８は、通常よりも低い電力で送電を行いながら、切替コイル３０３、３０７、３０９の接続状態を順次変更してＶＳＷＲを算出する（Ｓ４０４）。具体的には、制御部１０３が、切替スイッチ３０４、３０８、３１０のオン・オフを切り替えることにより、切替コイル３０３、３０７、３０９の接続状態を順次変更する。例えば、切替コイル３０３、３０７、３０９を全て開放したときのＶＳＷＲを算出し、次に切替コイル３０３のみを短絡したときのＶＳＷＲを算出し、次に切替コイル３０７のみを短絡したときのＶＳＷＲを算出するというように、短絡する切替コイルを順次変化させたときのＶＳＷＲを順次算出する。
【０１７９】
制御部１０３は、全ての組み合わせのＶＳＷＲを算出したら、算出したＶＳＷＲのうち最も値の小さい、切替コイル３０３、３０７、３０９の接続状態の組み合わせを選択する（Ｓ４０５）。そして、制御部１０３は、選択した接続状態となるように切替スイッチ３０４、３０８、３１０のオン・オフを設定し、そのときのＶＳＷＲを算出する。制御部１０３は、算出したＶＳＷＲが予め設定した所定範囲内の値であるか否かを判定する（Ｓ４０７）。当該ステップにおける判定方法は、前述した図４のステップＳ１０６と同様である。
【０１８０】
ステップＳ４０７において、ＶＳＷＲが上記所定範囲外の値である場合、送電装置８における制御部１０３は、送電範囲に異物が侵入したと判断し、外部にエラー情報を通知する（Ｓ４０８）。そして、エラー情報の通知後、送電装置８は送電を停止し、送電処理を終了する（Ｓ４０９）。一方、ＶＳＷＲが上記所定範囲内の値である場合には、受電装置２が送電装置８の送電範囲に置かれたと判断し、送電装置８は通常の電力で送電を開始する（Ｓ４１０）。具体的には、制御部１０３が、ステップＳ４０３で設定した電力量よりも大きな電力量となるように、送電アンプ１０２の増幅率を変化させる。
【０１８１】
通常の電力で送電を行っている間、送電装置８における制御部１０３は、適宜、電圧在波比ＶＳＷＲを算出する（Ｓ４１１）。制御部１０３は、ステップＳ４０７と同様に、算出したＶＳＷＲが予め設定した所定範囲内の値であるか否かを判定する（Ｓ４１２）。ステップＳ４１２において、ＶＳＷＲが上記所定範囲外の値である場合、制御部１０３は、受電装置２が移動したと判断し、最適な切替コイルの接続状態を探索するための処理を再開する（Ｓ４０２〜Ｓ４１１）。一方、ステップＳ４１２において、ＶＳＷＲが上記所定範囲内の値である場合、送電装置８は、受電装置２に対する給電が不要になるまで、送電を継続する（Ｓ４１３）。そして、受電装置２におけるバッテリＶＡＴの充電が完了したこと等により送電が不要となったら、送電装置８は送電を停止し、送電制御を終了する（Ｓ４１４）。
【０１８２】
以上、実施の形態６に係る送電装置によれば、切替コイルの両端の接続状態（短絡／開放）を切り替えることにより、コイル間の境界付近の電磁界条件を変化させ、境界付近に発生するヌル点の位置をずらすことができる。これにより、コイル間の境界付近に受電装置が置かれた場合であっても、受電装置に十分な電力を送電することが可能となり、電力の伝送効率を向上させることができる。
【０１８３】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１８４】
例えば、実施の形態１乃至５において、切替コイルの巻数を１ターンとしたが、これに限定されるものではなく、共振周波数の調整幅等によって巻数を変更しても良い。同様に、実施の形態６に係る切替コイル３０３、３０７、３０９の巻数も、ヌル点の移動量に応じて種々変更可能である。
【０１８５】
実施の形態５に係る送電装置５において、２つの切替コイル１１４、１１５を設けた場合を例示したが、切替コイルの数を増やしても良い。例えば、実施の形態２に係る送電装置４のように、４つの切替コイルを設け、無線通信時に、そのうちの一つを通信用アンテナとして用いるようにしても良い。
【０１８６】
実施の形態６に係る送電装置８において、２つの中継回路４０１、４０２を例示したが、並べて配置される中継回路の個数は特に制限されない。また、図１５では共振回路１１０を基点として同図の右方向に一列に中継回路を配置する場合が例示されているが、共振回路１１０を基点として同図の左方向に一列に中継回路を配置しても良い。更に、図１５では、切替コイル及び切替スイッチのセットを３つ配置する場合が例示されるが、当該セットは、中継回路に対応して設ければ良く、その個数の特に制限はない。また、図１５には、コイル間の境界の一つに、一個の切替コイルを配置する場合が例示されているが、境界に配置される切替コイルの個数に特に制限はない。例えば、一つの境界付近に、Ｙ方向に２つの切替コイルを並べて配置させても良い。
【符号の説明】
【０１８７】
１  送電装置
２  受電装置
３  非接触給電システム
１０１  発振器
１０２  送電アンプ
１０３  制御回路
１０４  検出部
１０５  給電コイル
１０６  共鳴コイル
１０７  共振容量
１０８  切替コイル
１０９  切替スイッチ
１１０  共振回路
１１１  電源回路
１２１  受電コイル
１２２  共振容量
１２３  整流回路
１２４  電源回路
１２５  充電制御回路
１２６  制御回路
１２７  内部回路
ＶＡＴ  バッテリ
Ｘ，Ｙ、Ｘ  方向
３００〜３０２、４００〜４０２  伝送特性
４  送電装置
２０１〜２０４、１０８＿１〜１０８＿ｎ、１５０＿１〜１５０＿ｍ  切替コイル
２０５〜２０８、１０９＿１〜１０９＿ｎ、１５１＿１〜１５１＿ｍ  切替スイッチ
ｘ１〜ｘｎ  共鳴コイルと切替コイル間の距離
５  送電装置
６  受電装置
７  非接触給電システム
１１２、１４４  通信部
１１３  無線通信スイッチ
１１４、１１５  切替コイル
１１６、１１７  切替スイッチ
ＮＤ１、ＮＤ２  ノード
１４０  共振回路
１４２  受電コイル
１４３  共振容量
１４５  切替回路
８  送電装置
９  非接触給電システム
４０１、４０２  中継回路
３０１、３０５  中継コイル
３０２、３０６  共振容量
３０３、３０７、３０９  切替コイル
３０４、３０８、３１０  切替スイッチ
【図１】
2015008578.tif 000005
【図２】
2015008578.tif 000006
【図３】
2015008578.tif 000007
【図４】
2015008578.tif 000008
【図５】
2015008578.tif 000009
【図６】
2015008578.tif 000010
【図７】
2015008578.tif 000011
【図８】
2015008578.tif 000012
【図９】
2015008578.tif 000013
【図１０】
2015008578.tif 000014
【図１１】
2015008578.tif 000015
【図１２】
2015008578.tif 000016
【図１３】
2015008578.tif 000017
【図１４】
2015008578.tif 000018
【図１５】
2015008578.tif 000019
【図１６】
2015008578.tif 000020
【図１７】
2015008578.tif 000021