(57)【要約】【解決手段】電源と、２次側コイル及び前記２次側コイルと並列に接続されるコンデンサを含む受電装置が負荷に負荷電流を供給することができるように、前記電源から供給される電力を磁気共鳴によって前記２次側コイルに出力する１次側コイルと、前記電源と前記１次側コイルとの間に直列に接続される可変コンデンサと、前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する制御装置と、を備えた送電装置である。
2017042962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
２次側コイルと、前記２次側コイルと並列に接続されるコンデンサと、を含む受電装置が負荷に負荷電流を供給することができるように、前記電源から供給される電力を磁気共鳴によって前記２次側コイルに出力する１次側コイルと、
前記電源と前記１次側コイルとの間に直列に接続される可変コンデンサと、
前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する制御装置と、
を備えたことを特徴とする送電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流の大きさに応じて、前記電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流の大きさに応じて、前記電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を段階的に増加又は減少させる
ことを特徴とする請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流の大きさに応じて、前記電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を段階的に一定量ずつ増加又は減少させる
ことを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、段階的に変化する前記電流の値のうち、現在の前記電流の値が直前の前記電流の値より小さくなるまで、前記可変コンデンサの容量値を増加させる
ことを特徴とする請求項４に記載の送電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間の伝送距離が変化した場合、前記可変コンデンサの容量値を第１容量値と第２容量値との間で連続的に変化させたときに、前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流が最大となるときの前記可変コンデンサの容量値に調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
【請求項７】
前記電源と前記可変コンデンサとの間に接続され、前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換する第１変換装置を更に備え、
前記制御装置は、前記電源と前記第１変換装置との間を流れる直流電流の大きさに応じて、前記直流電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の送電装置。
【請求項８】
前記受電装置は、前記コンデンサと前記負荷との間に接続され、前記２次側コイルから供給される交流電力を直流電力に変換する第２変換装置
を有することを特徴とする請求項７に記載の送電装置。
【請求項９】
前記受電装置は、前記負荷に一定の電流を供給する定電流回路を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の送電装置。
【請求項１０】
電源と、前記電源から供給される電力を出力する１次側コイルと、前記電源と前記１次側コイルとの間に直列に接続される可変コンデンサと、前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する制御装置と、を含む送電装置と、
負荷に負荷電流が供給されるように、磁気共鳴によって前記１次側コイルからの電力が供給される２次側コイルと、前記２次側コイルと並列に接続されるコンデンサと、を含む受電装置と、
を備えたことを特徴とする給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置、給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、磁気共鳴によって送電装置から受電装置へ電力を非接触で伝送するシステムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−７０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１では、送電コイルと受電コイルとの間の伝送距離（結合係数）が変化した場合、送電装置における交流電力の電圧位相と電流位相との位相差が小さくなるように、換言すると、送電装置における予め定められた駆動周波数での力率が１に近づくように、送電コイルに直列に接続された可変コンデンサの容量値を調整している。しかし、可変コンデンサの容量値の調整に際して送電装置を流れる電流が当該調整のための根拠になっていないため、送電装置と受電装置との間の電力の伝送効率を高めるには限界がある。【０００５】
そこで、本発明は、受電装置との間の電力の伝送効率を高めることができる送電装置、当該送電装置を含む給電システム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】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、電源と、２次側コイル及び当該２次側コイルと並列に接続されるコンデンサを含む受電装置が負荷に負荷電流を供給することができるように、前記電源から供給される電力を磁気共鳴によって前記２次側コイルに出力する１次側コイルと、前記電源と前記１次側コイルとの間に直列に接続される可変コンデンサと、前記電源と前記１次側コイルとの間を流れる電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する制御装置と、を備えた送電装置である。【０００７】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、送電装置及び受電装置の配置位置の自由度と、送電装置及び受電装置の間の電力の伝送効率と、を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る送電装置を含む給電システムを示す回路ブロック図である。
【図２】本実施形態に係る送電装置を含む給電システムを示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係る送電装置を含む給電システムを示す側面図である。
【図４】本実施形態に係る給電システムにおいて、共鳴周波数と伝送電力との関係を示す特性図である。
【図５】本実施形態に係る給電システムにおいて、伝送距離Ｄと負荷電流との関係を示す特性図である。
【図６】本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置のハードウエアの一例を示すブロック図である。
【図７】本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置の機能の一例を示すブロック図である。
【図８】本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態に係る送電装置において、可変コンデンサの容量値と、直流電源と送電コイルとの間を流れる直流電流と、の関係の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置の動作の他の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態に係る送電装置の他の一例を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１は、本実施形態に係る送電装置を含む給電システムを示す回路ブロック図である。図２は、本実施形態に係る送電装置を含む給電システムを示す斜視図である。図３は、本実施形態に係る送電装置を含む給電システムを示す側面図である。尚、図２及び図３において、Ｘ軸及びＹ軸で形成されるＸＹ平面は送電装置及び受電装置を形成する筐体の断面に沿う平面であり、Ｚ軸は送電装置及び受電装置を形成する筐体の中心軸に沿う軸である。図４は、本実施形態に係る給電システムにおいて、共鳴周波数と伝送電力との関係を示す特性図である。図５は、本実施形態に係る給電システムにおいて、伝送距離Ｄと負荷電流との関係を示す特性図である。
【００１１】
以下、図１〜図３を参照しつつ、給電システム、送電装置、受電装置について説明する。
＜給電システム＞
給電システム１は、送電装置２と受電装置３を含んで構成される。給電システム１は、電磁界の共鳴現象を用いて送電装置２と受電装置３との間において電力を非接触で伝送するシステムである。送電装置２は、受電装置３に対して所定の距離だけ離れた状態で配置され、受電装置３に対して電力を非接触で送電する装置である。受電装置３は、負荷４に電力が供給されるように、送電装置２から供給される電力を非接触で受電する装置である。本実施形態において、負荷４は、電気機器を含む電力負荷であることとする。
【００１２】
＜送電装置＞
送電装置２は、直流電源２１、インバータ２２、可変コンデンサ２３、送電コイル２４（１次側コイル）、電流検出装置２５、制御装置２６、サーボモータ２７を有し、これらの要素を筐体２８内に適切に配置して構成されている。尚、筐体２８の外形は例えば円柱形状を呈し、筐体２８は例えば樹脂等の絶縁性材料を用いて形成されている。又、送電コイル２４は、筐体２８の中心軸２９（一点鎖線）を取り囲むように巻回された円筒状のコイルであって、筐体２８内の一方側の領域（＋Ｚ方向側の領域）に配置されている。
【００１３】
直流電源２１の正極及び負極は、インバータ２２の入力側に接続されている。送電コイル２４の両端は、インバータ２２の出力側に接続されている。可変コンデンサ２３は、インバータ２２の出力側の一端と送電コイル２４の一端との間に直列に接続されている。電流検出装置２５は、直流電源２１の負極とインバータ２２の入力側の一端との間に接続されている。このようにして、送電装置２には、磁気共鳴によって交流電力を非接触で送電するための回路が形成される。
【００１４】
直流電源２１は、直流電力を発生する。インバータ２２は、直流電源２１から供給される直流電力を交流電力に変換する。送電コイル２４は、後述する受電装置の受電コイルに対して交流電力を非接触で供給する１次側コイルである。可変コンデンサ２３は、送電装置２を形成する回路に流れる電流が最大となるように容量値を変更可能なコンデンサである。本実施形態において、例えば、可変コンデンサ２３の容量値を変更するための回動ツマミ（不図示）を備え、回動ツマミの回転量に応じて可変コンデンサ２３の容量値を連続的に変化させることとする。電流検出装置２５は、送電装置２を形成する回路に流れる直流電流の大きさを検出する。電流検出装置２５は、例えば、直流電源２１とインバータ２２との間の導電線を流れる直流電流を、当該導電線に対して電気的に絶縁された状態で測定するクランプ式の電流計であることとする。電流検出装置２５としてクランプ式の電流計を採用することによって、送電装置２に対して電気的な影響を与えずに直流電流を確実に検出することが可能になる。サーボモータ２７は、可変コンデンサ２３の容量値を変更する際に、回動ツマミに対して回動力を与える。制御装置２６は、電流検出装置２５の検出結果に従って、送電装置２を形成する回路を流れる電流が最大となるように、サーボモータ２７の回動方向及び回動量の情報を含む制御信号をサーボモータ２７に供給する。サーボモータ２７は、制御信号に含まれる情報に従って、所定の回動方向に所定の回動量だけ回動する。これによって、可変コンデンサ２３の容量値を変更することが可能になる。尚、電流検出装置２５がインバータ２２の出力側を流れる交流電流の大きさを検出し、制御装置２６が交流電流の検出結果に応じた制御信号をサーボモータ２７に供給するように構成してもよい。
【００１５】
＜受電装置＞
受電装置３は、受電コイル３１（２次側コイル）、コンデンサ３２、整流回路３３、定電流回路３４を有し、これらの要素を筐体３５内に適切に配置して構成されている。尚、筐体３５の外形は例えば円柱形状を呈し、筐体３５は例えば樹脂等の絶縁性材料を用いて形成されている。又、受電コイル３１は、筐体３５の中心軸３６（一点鎖線）を取り囲むように巻回された円筒状のコイルであって、筐体３５内の一方側の領域（−Ｚ方向側の領域）に配置されている。そして、筐体２８における送電コイル２１が配置されている側の端面２８Ａと、筐体３５における受電コイル３１が配置されている側の端面３５Ａとは、電力の伝送が行われるように対向している。
【００１６】
受電コイル３１は、送電コイル２４から供給される交流電力を非接触で受電可能な距離だけ離れた位置において、送電コイル２４と対向するように配置される。コンデンサ３２は、受電コイル３１の両端に並列に接続されている。整流回路３３は、受電コイル３１及びコンデンサ３２の両端に並列に接続されている。負荷４は、受電コイル３１、コンデンサ３２、整流回路３３に対して並列に接続されている。定電流回路３４は、整流回路３３の出力側と負荷４との間に接続されている。このようにして、受電装置３には、負荷４に直流電力が供給されるように、送電装置２から供給される交流電力を非接触で受電する受電回路が形成される。
【００１７】
受電コイル３１は、送電コイル２４から供給される交流電力を非接触で受電する２次側コイルであって、受電装置３における共鳴周波数を定めるための一要素である。コンデンサ３２は、容量値が固定されており、受電装置３における共鳴周波数を定めるための他の一要素である。整流回路３３は、受電コイル３１で受電される交流電力を直流電力に変換する。定電流回路３４は、整流回路３３から供給される直流電流の値が予め定められた値を超えている場合、直流電流の値を一定の値に制限する回路である。
【００１８】
以下、図４及び図５を参照しつつ、送電装置２及び受電装置３の共鳴周波数について説明する。
【００１９】
＜共鳴周波数＞
図４は、送電コイル２４から受電コイル３１へ伝送される電力が共鳴周波数ｆ１において最大になることを示している。又、図５は、伝送距離Ｄが共鳴周波数ｆ１に対応する距離から離れるにつれて負荷電流が小さくなることを示している。
【００２０】
負荷４を流れる負荷電流の値は、受電装置３の共鳴周波数に基づいて定まる。換言すると、負荷電流の値は、送電コイル２４と受電コイル３１との間の伝送距離Ｄ、受電装置３のインピーダンス等に基づいて定まる。
【００２１】
送電装置２に形成される送電回路の固有共振周波数ｆ０は、式（１）で表される。
【００２２】
【数１】
2017042962.tif 000003
【００２３】
但し、Ｌ１は送電回路のインダクタンス値、Ｃ１は送電回路の容量値を示している。
【００２４】
送電装置２に形成される送電回路の共鳴周波数ｆ１は、式（２）で表される。
【００２５】
【数２】
2017042962.tif 000004
【００２６】
但し、ｋは送電コイル２４と受電コイル３１との間の結合係数を示している。
【００２７】
受電装置３に形成される受電回路の共鳴周波数ｆ２は、式（３）で表される。
【００２８】
【数３】
2017042962.tif 000005
【００２９】
但し、Ｌ２は受電回路のインダクタンス値、Ｃ２は受電回路の容量値を示している。
【００３０】
送電回路において、結合係数ｋは伝送距離Ｄに応じて変化し、固有共振周波数ｆ０は送電回路の容量値に応じて変化する。換言すると、共鳴周波数ｆ１は伝送距離Ｄ及び可変コンデンサ２３の容量値に応じて変化する。一方、受電回路において、コンデンサ３２が受電コイル３１に並列に接続されているため、共鳴周波数ｆ２は受電回路のインダクタンス値及び容量値に関わらず一定である。従って、伝送距離Ｄが変化した場合、送電回路を形成する可変コンデンサ２３の容量値を調整することによって、共鳴周波数ｆ１を一定の値に維持することが可能になる。
【００３１】
＜送電装置及び受電装置の設定＞
例えば、筐体２８の端面２８Ａと筐体３５の端面３５Ａとが接触しているときの送電コイル２４と受電コイル３１との間の伝送距離Ｄ１１に対応する負荷電流Ａ１１が最大になるように、換言すると、伝送距離Ｄ１１において共鳴周波数ｆ１で交流電力が伝送されるように、送電回路の可変コンデンサ２３の容量値は調整されていることとする。
【００３２】
＜負荷電流の値の維持＞
例えば、伝送距離ＤがＤ１１からＤ１２（＞Ｄ１１）に変化すると、共鳴周波数ｆ１の変化に伴って、負荷電流はＡ１１からＡ１２（＜Ａ１１）に変化する。この場合、可変コンデンサ２３の容量値を調整することによって、伝送距離ＤがＤ１１であるときの共鳴周波数ｆ１の値に戻し、負荷電流をＡ１１に維持することが可能になる。
【００３３】
＜制御装置＞
図６は、本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置のハードウエアの一例を示すブロック図である。図７は、本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置の機能の一例を示すブロック図である。図８は、本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。図９は、本実施形態に係る送電装置において、可変コンデンサの容量値と、直流電源と送電コイルとの間を流れる直流電流と、の関係の一例を示す図である。図１０は、本実施形態に係る送電装置を構成する制御装置の動作の他の一例を示すフローチャートである。尚、図８及び図１０の制御動作を実行する主体は、制御装置２６の機能を実現する容量判定部、電流比較部、制御部である。
【００３４】
以下、図６及び図７を参照しつつ、制御装置２６の構成について説明する。
【００３５】
制御装置２６は、ハードウエアとして、ＣＰＵ２６１、記憶装置２６２、入力装置２６３、表示装置２６４、通信装置２６５を含んで構成されている。ＣＰＵ２６１は、記憶装置２６２に予め記憶されているプログラムデータの解読結果に従って、入力装置２６３、表示装置２６４、通信装置２６５のための制御動作を実行する。記憶装置２６２には、ＣＰＵ２６１が制御動作を実行するためのプログラムデータ、ＣＰＵ２６１が制御動作を実行する際に必要となる各種情報等が予め記憶されている。入力装置２６３は、ＣＰＵ２６１が制御動作を実行するために必要となる情報を操作者が入力するための装置（キーボード、マウス等）である。表示装置２６４は、ＣＰＵ２６１の動作状況、入力装置２６３の入力情報等を視覚的に表示する装置（ディスプレイ）である。通信装置２６５は、電流検出装置２５とサーボモータ２７との間で通信を行う装置であって、電流検出装置２５で検出される直流電流の情報を受信し、当該直流電流の値に応じて算出されるサーボモータ２７の回動方向及び回動量の情報を含む制御信号を送信する。
【００３６】
制御装置２６は、機能として、容量判定部２６６、電流比較部２６７、制御部２６８を含んで構成されている。容量判定部２６６は、可変コンデンサ２３の容量値が上限値又は下限値の何れか一方であるか否かを判定する。例えば、容量判定部２６６は、回動ツマミの回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ２３の容量値が上限値、下限値、上限値及び下限値の間の値の何れの値であるかを判定する。尚、可変コンデンサ２３の上限値及び下限値は、可変コンデンサ２３の仕様に応じて予め定められる値であって、入力装置２６３から入力されて記憶装置２６２に記憶される。そして、可変コンデンサ２３の容量値は、制御信号に従って上限値及び下限値の範囲内の何れかの値に調整される。電流比較部２６７は、第１時刻において電流検出装置２５で検出されている直流電源２１とインバータ２２との間の直流電流の値と、第１時刻の直前の第２時刻において電流検出装置２５で検出されている直流電源２１とインバータ２２との間の直流電流の値と、を比較する。制御部２６８は、容量判定部２６６の判定結果と、電流比較部２６７の比較結果と、に基づいて、サーボモータ２７の回動方向及び回動量を制御し、直流電源２１とインバータ２２との間を流れる直流電流の値が最大となるように可変コンデンサ２３の容量値を調整する。
【００３７】
以下、図８を参照しつつ、制御装置２６の動作の一例について説明する。
【００３８】
初期状態として、筐体２８の端面２８Ａと筐体３５の端面３５Ａとが接触し、送電コイル２４と受電コイル３１との間の伝送距離ＤはＤ１１に設定されている。又、説明の便宜上、筐体２８の端面２８Ａと筐体３５の端面３５Ａとが離間し、送電装置２と受電装置３との間の伝送距離ＤがＤ１１からＤ１２（＞Ｄ１１）へ変化した場合の制御装置２６の動作の一例について説明する。
【００３９】
制御装置２６は、例えば、電流検出装置２５で検出される直流電流の変化を伝送距離Ｄの変化と見なしてこの変化を契機として、可変コンデンサ２３の容量値を調整するための制御動作を開始する。又、制御装置２６は、入力装置２６３に対する制御動作開始信号の入力を契機として、可変コンデンサ２３の容量値を調整するための制御動作を開始してもよい。又、制御装置２６は、所定時間（数ｍｓ）を経過する度に、可変コンデンサ２３の容量値を調整するための制御動作を開始してもよい。
【００４０】
先ず、制御部２６８は、制御動作の開始に伴って、電流検出装置２５で検出されている直流電源２１とインバータ２２との間の最新の直流電流の値を、第２時刻の直流電流の値Ｉｎ−１として取得する（ステップＳ１１）。
【００４１】
次に、容量判定部２６６は、例えば回動ツマミの回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ２３の容量値が上限値であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。そして、可変コンデンサ２３の容量値が上限値ではない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御部２６８は、可変コンデンサ２３の容量値を所定の容量値であるΔＣだけ増加させるための制御信号を発生する。サーボモータ２７は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ２３の容量値がΔＣだけ増加するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる。尚、変数ｎ＋１は、可変コンデンサ２３の容量値をΔＣだけ増加させることを示している（ステップＳ１３）。
【００４２】
次に、制御部２６８は、電流検出装置２５で検出された直流電源２１とインバータ２２との間の最新の直流電流の値を、第１時刻の直流電流の値Ｉｎとして取得する。このようにして、制御部２６８は、最新（第１時刻）の直流電流の値Ｉｎと直前（第２時刻）の直流電流の値Ｉｎ−１とを取得した状態になる（ステップＳ１４）。
【００４３】
次に、電流比較部２６７は、最新の直流電流の値Ｉｎと直前の直流電流の値Ｉｎ−１とを比較する（ステップＳ１５）。最新の直流電流の値Ｉｎが直前の直流電流の値Ｉｎ−１より大きい場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、最新の直流電流の値Ｉｎが最大値であるか否かをその時点では判断できないため、最新の直流電流の値Ｉｎが直前の直流電流の値Ｉｎ−１より小さくなるまで、上記のステップＳ１２〜Ｓ１５を繰り返し実行する。
【００４４】
一方、可変コンデンサ２３の容量値が上限値であるか（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、又は、最新の直流電流の値Ｉｎが直前の直流電流の値Ｉｎ−１より小さくなった場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、可変コンデンサ２３の容量値が最大値を介して上昇から下降へ転じ、容量判定部２６６は、可変コンデンサ２３の容量値が下限値であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。そして、可変コンデンサ２３の容量値が下限値ではない場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、制御部２６８は、可変コンデンサ２３の容量値を所定の容量値であるΔＣだけ減少させるための制御信号を発生する。サーボモータ２７は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ２３の容量値がΔＣだけ減少するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる。尚、変数ｎ−１は、可変コンデンサ２３の容量値をΔＣだけ減少させることを示している（ステップＳ１７）。
【００４５】
次に、制御部２６８は、電流検出装置２５で検出された直流電源２１とインバータ２２との間の最新の直流電流の値を、第１時刻の直流電流の値Ｉｎとして取得する。このようにして、制御部２６８は、最新（第１時刻）の直流電流の値Ｉｎと直前（第２時刻）の直流電流の値Ｉｎ−１とを取得した状態になる（ステップＳ１８）。
【００４６】
次に、電流比較部２６７は、最新の直流電流の値Ｉｎと直前の直流電流の値Ｉｎ−１とを比較する（ステップＳ１９）。最新の直流電流の値Ｉｎが直前の直流電流の値Ｉｎ−１より大きい場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、最新の直流電流の値Ｉｎが最大値であるか否かをその時点では判断できないため、最新の直流電流の値Ｉｎが直前の直流電流の値Ｉｎ−１より小さくなるまで、上記のステップＳ１６〜Ｓ１９を繰り返し実行する。そして、最新の直流電流の値Ｉｎが直前の直流電流の値Ｉｎ−１より小さくなった場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御部２６８は、可変コンデンサ２３の容量値を所定の容量値であるΔＣだけ増加させるための制御信号を発生する。サーボモータ２７は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ２３の容量値がΔＣだけ増加するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる（ステップＳ２０）。そして、容量判定部２６６、電流比較部２６７、制御部２６８は制御動作を終了する。
【００４７】
一方、可変コンデンサ２３の容量値が下限値である場合も（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、容量判定部２６６、電流比較部２６７、制御部２６８は制御動作を終了する。
【００４８】
以上より、可変コンデンサ２３の容量値は、電流検出装置２５で検出される直流電流の値が最大値Ｄｍａｘとなる共鳴条件を満足する値に調整されることとなる。
【００４９】
以下、図９を参照しつつ、図８に示す制御装置２６の動作を更に説明する。尚、説明の便宜上、可変コンデンサの容量値のうち下限値及び上限値をそれぞれＣｍｉｎ，Ｃｍａｘとし、制御装置２６が制御動作を開始したときの可変コンデンサ２３の容量値をＣ１とし、送電回路を流れる直流電流が最大値Ｄｍａｘとなるときの可変コンデンサ２３の容量値をＣ４とし、可変コンデンサ２３の容量値を上限値Ｃｍａｘに向かってＣ１→Ｃ２→Ｃ３→Ｃ４→Ｃ５の順にΔＣずつ増加させ、その後、可変コンデンサ２３の容量値を下限値Ｃｍｉｎに向かってＣ５→Ｃ４→Ｃ３の順にΔＣずつ減少させ、その後、可変コンデンサ２３の容量値を上限値Ｃｍａｘに向かってＣ３→Ｃ４の順にΔＣだけ増加させることとする。
【００５０】
図８のステップＳ１１〜Ｓ１５を実行すると、可変コンデンサ２３の容量値はＣ１からＣ５まで段階的に増加し、電流検出装置２５で検出される直流電流は、Ｐ１１からＰ１４まで段階的に増加した後、Ｐ１４からＰ１５まで減少する。つまり、可変コンデンサ２３の容量値がＣ４であるとき、電流検出装置２５で検出される直流電流が最大値Ｄｍａｘ（＝Ｐ１４）になることが分かる。次に、図８のステップＳ１６〜Ｓ１９を実行すると、可変コンデンサ２３の容量値はＣ５からＣ３まで段階的に減少し、電流検出装置２５で検出される直流電流は、Ｐ１５からＰ１４まで増加した後、Ｐ１４からＰ１３まで減少する。つまり、つまり、可変コンデンサ２３の容量値がＣ４であるとき、電流検出装置２５で検出される直流電流が最大値Ｄｍａｘ（＝Ｐ１４）になることを再確認できる。そこで、図８のステップＳ２０を実行すると、可変コンデンサ２３の容量値はＣ３からＣ４まで増加し、電流検出装置２５で検出される直流電流はＰ１３からＰ１４まで増加する。このようにして、電流検出装置２５で検出される直流電流は最大値Ｄｍａｘとなって送電回路の共鳴条件を満足することとなる。
【００５１】
以下、図１０を参照しつつ、制御装置２６の動作の他の一例について説明する。
【００５２】
初期状態として、筐体２８の端面２８Ａと筐体３５の端面３５Ａとが接触し、送電コイル２４と受電コイル３１との間の伝送距離ＤはＤ１１に設定されている。又、説明の便宜上、筐体２８の端面２８Ａと筐体３５の端面３５Ａとが離間し、送電装置２と受電装置３との間の伝送距離ＤがＤ１１からＤ１２（＞Ｄ１１）へ変化した場合の制御装置２６の動作の他の一例について説明する。尚、図１０において、制御装置２６の一機能として示される電流比較部２６７は、直流電源２１とインバータ２２との間を流れる直流電流の値と当該直流電流の最大値Ｄｍａｘとを比較する機能を有することとする。又、図１０のステップＳ２１〜Ｓ２３は図８のステップＳ１２〜Ｓ１４に相当し、図１０のステップＳ２５〜Ｓ２７は図８のステップＳ１６〜Ｓ１８に相当する。
【００５３】
制御装置２６は、例えば、電流検出装置２５で検出される直流電流の変化を伝送距離Ｄの変化と見なしてこの変化を契機として、可変コンデンサ２３の容量値を調整するための制御動作を開始する。又、制御装置２６は、入力装置２６３に対する制御動作開始信号の入力を契機として、可変コンデンサ２３の容量値を調整するための制御動作を開始してもよい。又、制御装置２６は、所定時間（数ｍｓ）を経過する度に、可変コンデンサ２３の容量値を調整するための制御動作を開始してもよい。
【００５４】
先ず、容量判定部２６６は、例えば回動ツマミの回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ２３の容量値が上限値であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。そして、可変コンデンサ２３の容量値が上限値ではない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、制御部２６８は、可変コンデンサ２３の容量値を所定の容量値であるΔＣだけ増加させるための制御信号を発生する。サーボモータ２７は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ２３の容量値がΔＣだけ増加するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる。尚、変数ｎ＋１は、可変コンデンサ２３の容量値をΔＣだけ増加させることを示している（ステップＳ２２）。
【００５５】
次に、制御部２６８は、電流検出装置２５で検出された直流電源２１とインバータ２２との間の直流電流の値を取得する（ステップＳ２３）。
【００５６】
次に、電流比較部２６７は、ステップＳ２３において電流検出装置２５で検出された直流電流の値と直流電流の最大値Ｄｍａｘとを比較する。そして、制御部２６８は、電流比較部２６７の比較結果に基づいて、電流検出装置２５で検出された直流電流の値が最大値Ｄｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ２４）。電流検出装置２５で検出された直流電流の値が最大値Ｄｍａｘではない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、上記のステップＳ２１〜Ｓ２４を繰り返し実行する。
【００５７】
一方、ステップＳ２２の実行に伴って、可変コンデンサ２３の容量値が上限値になった場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、容量判定部２６６は、可変コンデンサ２３の容量値が下限値であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。そして、可変コンデンサ２３の容量値が下限値ではない場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御部２６８は、可変コンデンサ２３の容量値を所定の容量値であるΔＣだけ減少させるための制御信号を発生する。サーボモータ２７は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ２３の容量値がΔＣだけ減少するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる。尚、変数ｎ−１は、可変コンデンサ２３の容量値をΔＣだけ減少させることを示している（ステップＳ２６）。
【００５８】
次に、制御部２６８は、電流検出装置２５で検出された直流電源２１とインバータ２２との間の直流電流の値を取得する（ステップＳ２７）。
【００５９】
次に、電流比較部２６７は、ステップＳ２７において電流検出装置２５で検出された直流電流の値と直流電流の最大値Ｄｍａｘとを比較する。そして、制御部２６８は、電流比較部２６７の比較結果に基づいて、電流検出装置２５で検出された直流電流の値が最大値Ｄｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ２８）。電流検出装置２５で検出された直流電流の値が最大値Ｄｍａｘではない場合（ステップＳ２８：ＮＯ）、上記のステップＳ２５〜Ｓ２７を繰り返し実行する。
【００６０】
そして、電流検出装置２５で検出された直流電流の値が最大値Ｄｍａｘになった場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ，ステップＳ２８：ＹＥＳ）、容量判定部２６６、電流比較部２６７、制御部２６８は制御動作を終了する。
【００６１】
一方、可変コンデンサ２３の容量値が下限値である場合も（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、容量判定部２６６、電流比較部２６７、制御部２６８は制御動作を終了する。
【００６２】
以上より、可変コンデンサ２３の容量値は、電流検出装置２５で検出される直流電流の値が最大値Ｄｍａｘとなる共鳴条件を満足する値に調整されることとなる。
【００６３】
尚、図１０のステップＳ２４，Ｓ２８において、制御部２６８は、電流検出装置２５で検出される直流電流の値が最大値Ｄｍａｘと一致するか否かを判定しているが、この判定内容に限定されることなく、送電回路が共鳴条件を一定の範囲内で満足するように、電流検出装置２５で検出される直流電流の値と最大値Ｄｍａｘとの差が一定の範囲内に収まっているか否かを判定することとしてもよい。
【００６４】
又、制御装置２６は、図８〜図１０の制御動作とは別に、可変コンデンサ２３の容量値を上限値から下限値まで連続的に一度変化させることによって、直流電源２１とインバータ２２との間を流れる直流電流の最大値を特定し、送電回路の共鳴条件を満足するように、可変コンデンサ２３の容量値を当該直流電流の最大値に対応する値に調整することとしてもよい。このような可変コンデンサ２３の容量値の調整方法は、例えば、送電装置２と受電装置３との間の伝送距離Ｄが比較的変化しにくくなっている給電システムに対して採用することができる。
【００６５】
＜送電装置と受電装置の関係＞
制御装置２６の制御動作に従って、電流検出装置２５で検出される直流電源２１とインバータ２２との間を流れる直流電流の値が最大値Ｄｍａｘとなるように、送電コイル２４と受電コイル３１との間の伝送距離Ｄの変化に応じて可変コンデンサ２３の容量値が適宜調整された状態において、送電コイル２４からは交流電力が送電される。一方、受電コイル３１が送電コイル２４から送電される交流電力を受電すると、整流回路３３は交流電力を直流電力に変換する。そして、定電流回路３４は、整流回路３３から出力される直流電流の値が負荷４にとって過電流となる虞がある場合、直流電流の値を負荷４にとって過電流とならない値にまで制限する。
【００６６】
このように、受電装置３におけるコンデンサ３２の容量値は固定されているため、受電装置３にはコンデンサ３２の容量値を調整するための構成（送電装置２における電流検出装置２５、制御装置２６、サーボモータ２７等）は不要である。従って、送電装置２に設けられる可変コンデンサ２３の容量値を調整することによって、送電装置２と、簡素化された構成を有する複数の受電装置３と、のそれぞれの間において非接触で電力を伝送することが可能になる。又、複数の受電装置３のうち、整流回路３３から出力される直流電流の値が負荷４にとって過負荷となる虞がない受電装置３に対しては、定電流回路３４を設けずに更に簡素化することが可能になる。
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
図１１は、本実施形態に係る送電装置の他の一例を示す回路ブロック図である。図１１において、図１との相違点は、可変コンデンサ２３の代わりに可変コンデンサ装置２３０を備え、制御装置２６の代わりに制御装置２６０を備えた点である。又、図１１において、図１と同一の構成に対しては同一の番号を記してその説明を省略する。
【００６７】
以下、図１１を参照しつつ、送電装置２００について説明する。
【００６８】
可変コンデンサ装置２３０は、インバータ２２の出力側と送電コイル２４の一端との間に直列に接続されている。可変コンデンサ装置２３０は、コンデンサ２３１Ａ〜２３１Ｄと、リレースイッチ２３２Ａ〜２３２Ｄと、通電コイル２３３Ａ〜２３３Ｄと、を含んで構成されている。コンデンサ２３１Ａ〜２３１Ｄの容量値は、それぞれ異なる固定値に設定されている。コンデンサ２３１Ａ〜２３１Ｄの一端は、送電コイル２４の一端に対して共通に接続されている。リレースイッチ２３２Ａ〜２３２Ｄは、インバータ２２の出力側とコンデンサ２３１Ａ〜２３１Ｄの他端との間に直列に接続されている。通電コイル２３３Ａ〜２３３Ｄは、リレースイッチ２３２Ａ〜２３２Ｄに対向するように配置されている。制御装置２６０は、電流検出装置２５で検出される直流電源２１とインバータ２２の入力側との間を流れる直流電流が最大値Ｄｍａｘとなるように、通電コイル２３３Ａ〜２３３Ｄを選択的に通電してリレースイッチ２３２Ａ〜２３２Ｄを選択的にオンし、可変コンデンサ装置２３０の容量値を送電回路の共鳴条件を満足する値に段階的に調整する。
＝＝＝まとめ＝＝＝
以上説明したように、本実施形態に係る送電装置２（２００）は、直流電源２１と、受電コイル３１、及び、受電コイル３１と並列に接続されるコンデンサ３２を含む受電装置３が負荷４に負荷電流を供給することができるように、直流電源２１から供給される直流電力を磁気共鳴によって受電コイル３１に出力する送電コイル２４と、直流電源２１と送電コイル２４との間に直列に接続される可変コンデンサ２３（２３０）と、直流電源２１と送電コイル２４との間を流れる直流電流の値が最大値Ｄｍａｘとなるように可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を調整する制御装置２６（２６０）と、を備える。本実施形態によれば、受電装置３の構成を簡素化できるため、送電装置２及び受電装置３の配置位置の自由度と、送電装置２及び受電装置３の間の電力の伝送効率と、を向上させることが可能になる。
【００６９】
又、本実施形態に係る送電装置２（２００）において、制御装置２６（２６０）は、直流電源２１と送電コイル２４との間を流れる電流の大きさに応じて、電流が最大となるように可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を調整する。本実施形態によれば、送電装置２（２００）を流れる電流の値を用いて可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を調整することから、共鳴条件を満足することが可能になる。
【００７０】
又、本実施形態に係る送電装置２（２００）において、制御装置２６（２６０）は、直流電源２１と送電コイル２４との間を流れる電流の大きさに応じて、電流が最大となるように可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を段階的に増加又は減少させてもよい。
【００７１】
又、本実施形態に係る送電装置２（２００）において、制御装置２６（２６０）は、直流電源２１と送電コイル２４との間を流れる電流の大きさに応じて、電流が最大となるように可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を段階的に一定量（ΔＣ）ずつ増加又は減少させてもよい。
【００７２】
又、本実施形態に係る送電装置２（２００）において、制御装置２６（２６０）は、段階的に変化する電流の値のうち、現在の電流の値が直前の電流の値より小さくなるまで、可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を増加させてもよい。
【００７３】
又、本実施形態に係る送電装置２（２００）において、制御装置２６（２６０）は、送電コイル２と受電コイル３との間の伝送距離Ｄが変化した場合、可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を上限値Ｃｍａｘと下限値Ｃｍｉｎとの間で連続的に変化させたときに、直流電源２１と送電コイル２４との間を流れる電流が最大となるときの可変コンデンサ２３（２３０）の容量値に調整するようにしてもよい。
【００７４】
又、本実施形態に係る送電装置２（２００）において、可変コンデンサ２３（２３０）との間に接続され、直流電源２１から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ２２を更に備え、制御装置２６（２６０）は、直流電源２１とインバータ２２との間を流れる直流電流の大きさに応じて、直流電流の値が最大値Ｄｍａｘとなるように可変コンデンサ２３，２３０の容量値を調整するようにしてもよい。
【００７５】
又、本実施形態に係る受電装置３は、コンデンサ３２と負荷４との間に接続され、受電コイル３１から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路３３を有する。
【００７６】
又、本実施形態に係る受電装置３は、負荷４に一定の電流を供給する定電流回路３４を有する。
【００７７】
又、本実施形態に係る給電システム１は、直流電源２１と、直流電源２１から供給される電力を出力する送電コイル２４と、直流電源２１と送電コイル２４との間に直列に接続される可変コンデンサ２３（２３０）と、直流電源２１と送電コイル２４との間を流れる電流が最大となるように可変コンデンサ２３（２３０）の容量値を調整する制御装置２６（２６０）と、を含む送電装置２（２００）と、負荷４に負荷電流が供給されるように、磁気共鳴によって送電コイル２４からの電力が供給される受電コイル３１と、受電コイル３１と並列に接続されるコンデンサ３２と、を含む受電装置３と、を備える。
【００７８】
尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１  給電システム
２  送電装置
３  受電装置
４  負荷
２１  直流電源
２２  インバータ
２３  可変コンデンサ
２４  送電コイル
２５  電流検出装置
２６  制御装置
２７  サーボモータ
２８  筐体
２８Ａ  端面
３１  受電コイル
３２  コンデンサ
３３  整流回路
３４  定電流回路
３５  筐体
３５Ａ  端面
２００  送電装置
２３０  可変コンデンサ装置
２３１Ａ〜２３１Ｄ  コンデンサ
２３２Ａ〜２３２Ｄ  リレースイッチ
２３３Ａ〜２３３Ｄ  通電コイル
２６０  制御装置
【図１】
2017042962.tif 000006
【図２】
2017042962.tif 000007
【図３】
2017042962.tif 000008
【図４】
2017042962.tif 000009
【図５】
2017042962.tif 000010
【図６】
2017042962.tif 000011
【図７】
2017042962.tif 000012
【図８】
2017042962.tif 000013
【図９】
2017042962.tif 000014
【図１０】
2017042962.tif 000015
【図１１】
2017042962.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月11日(2016.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
２次側コイルと、前記２次側コイルと並列に接続されるコンデンサと、を含む受電装置が負荷に負荷電流を供給することができるように、前記電源から供給される直流電力が交流電力に変換された後に当該交流電力を磁気共鳴によって前記２次側コイルに出力する１次側コイルと、
前記電源と前記１次側コイルとの間に直列に接続される可変コンデンサと、
前記電源と前記可変コンデンサとの間に接続され、前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換する第１変換装置と、
前記電源と前記第１変換装置との間を流れる直流電流の大きさに応じて、前記直流電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する制御装置と、
を備えたことを特徴とする送電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電源と前記第１変換装置との間を流れる直流電流の大きさに応じて、前記直流電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を段階的に増加又は減少させる
ことを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電源と前記第１変換装置との間を流れる直流電流の大きさに応じて、前記直流電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を段階的に一定量ずつ増加又は減少させる
ことを特徴とする請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記制御装置は、段階的に変化する前記直流電流の値のうち、現在の前記直流電流の値が直前の前記直流電流の値よりも小さくなるまで、前記可変コンデンサの容量値を増加させる
ことを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間の伝送距離が変化した場合、前記可変コンデンサの容量値を第１容量値と第２容量値との間で連続的に変化させたときに、前記電源と前記第１変換装置との間を流れる直流電流が最大となるときの前記可変コンデンサの容量値に調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
【請求項６】
前記受電装置は、前記コンデンサと前記負荷との間に接続され、前記２次側コイルから供給される交流電力を直流電力に変換する第２変換装置
を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の送電装置。
【請求項７】
前記受電装置は、前記負荷に一定の電流を供給する定電流回路を有する
ことを特徴とする請求項６に記載の送電装置。
【請求項８】
電源と、前記電源から供給される直流電力が交流電力に変換された後に当該交流電力を出力する１次側コイルと、前記電源と前記１次側コイルとの間に直列に接続される可変コンデンサと、前記電源と前記可変コンデンサとの間に接続され、前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換する第１変換装置と、前記電源と前記第１変換装置との間を流れる直流電流の大きさに応じて、前記直流電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する制御装置と、を含む送電装置と、
負荷に負荷電流が供給されるように、磁気共鳴によって前記１次側コイルからの交流電力が供給される２次側コイルと、前記２次側コイルと並列に接続されるコンデンサと、前記コンデンサと前記負荷との間に接続され、前記２次側コイルから供給される交流電力を直流電力に変換する第２変換装置と、を含む受電装置と、
を備えたことを特徴とする給電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、電源と、２次側コイルと、前記２次側コイルと並列に接続されるコンデンサと、を含む受電装置が負荷に負荷電流を供給することができるように、前記電源から供給される直流電力が交流電力に変換された後に当該交流電力を磁気共鳴によって前記２次側コイルに出力する１次側コイルと、前記電源と前記１次側コイルとの間に直列に接続される可変コンデンサと、前記電源と前記可変コンデンサとの間に接続され、前記電源から供給される直流電力を交流電力に変換する第１変換装置と、前記電源と前記第１変換装置との間を流れる直流電流の大きさに応じて、前記直流電流が最大となるように前記可変コンデンサの容量値を調整する制御装置と、を備えた送電装置である。
【国際調査報告】
2017042962.tif 000017
2017042962.tif 000018