(57)【要約】【課題】簡易な手段によって、出力電圧の低下を抑えて、高調波を抑制できる電圧調整装置を提供する。【解決手段】高周波電力を出力するインバータ１１と、インバータ１１からの高周波電力で発生した磁界により、非接触の受電コイル２０ａに高周波電力を発生させる送電コイル１２ａと、送電コイル１２ａと受電コイルと２０ａの結合の程度に関する情報である結合係数を検出する検出装置１３と、検出装置１３により検出された結合係数に基づいて、インバータ１１の出力の位相を制御する制御装置１４を有する。【選択図】図１
2016063551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の電力を出力するインバータと、
前記インバータからの電力で発生した磁界により、非接触の受電コイルに電力を発生させる送電コイルと、
前記送電コイルと前記受電コイルとの結合の程度に関する情報を検出する検出装置と、
前記結合の程度に関する情報に基づいて、前記インバータの出力の位相を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする無線電力伝送装置。
【請求項２】
前記結合の程度に関する情報は、結合係数を含むことを特徴とする請求項１記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記結合の程度に関する情報は、前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
前記結合の程度に関する情報は、前記送電コイルと前記受電コイルとの位置のずれ量を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
前記結合の程度に関する情報は、インバータ電流を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記受電コイルには、発生する磁界をシールドするシールド部が可動に設けられ、
前記結合の程度に関する情報に基づいて、前記シールド部を変位させるシールド制御部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
前記インバータと前記送電コイルとの間には、高調波を抑制するフィルタ部と、
前記フィルタの全部又は一部をバイパスするバイパス部と、
前記結合の程度に関する情報に基づいて、バイパス部により全部又は一部をバイパスするか否かを制御するバイパス制御装置と、
を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項８】
前記結合の程度に関する情報と所定の閾値との比較を行う比較部と、
前記比較部による比較結果に応じて、インバータに高調波の出力を許可するか否かを決定する許可部と、
を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項９】
前記結合の程度に関する情報に基づいて、特定の次数の高調波を抑制するように、インバータの位相が設定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の無線電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線で電力を伝送する無線電力伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線電力伝送装置は、送電コイルと受電コイルとを使用し、無線により非接触で電力を伝送することができる。この無線電力伝送装置は、電極の露出がなく摩耗による性能劣化がないこと、水分の多い環境でも安全に伝送できることなど、多くの利便性を有する。そのため、近年では、ＩＣカード、携帯電話、電動歯ブラシ、電気シェーバーなど多くの機器に採用されている。
【０００３】
特に、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに応用して、数ｋＷオーダーの電力を伝送することで、コネクタを接続せずに充電できるシステムの実現を目指して、開発が行われている。
【０００４】
このような充電用の無線電力伝送装置においては、電力を伝送する側の送電コイルと充電する側の受電コイルとが、対向して配置される。送電コイルには、インバータによる高周波電源が接続され、高周波電力が送電コイルに入力される。送電コイルは、入力された高周波電力により高周波磁界を発生させる。発生した高周波磁界は受電側コイルに鎖交して、受電コイルに高周波の電圧を発生させる。
【０００５】
受電コイルで発生した高周波は、受電コイルに接続された受電回路により直流に変換され、バッテリの充電などに用いられる。このように、送電コイル及び受電コイルを介して、非接触で電力を伝送することが可能となる。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような無線電力伝送装置に用いられているインバータの出力波形は、矩形波電圧であり、正弦波ではない。したがって、インバータの出力には、電力伝送に必要となる基本波だけでなく、高調波成分も含まれている。特に、基本周波数に対して奇数倍の周波数である３次、５次、７次などの高調波電流が、送電側コイルに流れてしまう。
【０００８】
すると、高周波の磁界が送電側コイル近傍に発生し、周辺の機器が誤動作などを起こすなど、外部に影響を与える可能性がある。これに対処するため、インバータの出力波形のパルス幅、つまり位相を制御することにより、高調波を抑制する手法がある。しかし、この手法はパルス幅を抑制することになるため、インバータの出力電圧が小さくなり、充電等のために十分な電圧が得られない可能性がある。
【０００９】
本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、簡易な手段によって、出力電圧の低下を抑えて、高調波を抑制できる無線電力伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態の無線電力伝送装置は、所定の周波数の電力を出力するインバータと、前記インバータからの電力で発生した磁界により、非接触の受電コイルに電力を発生させる送電コイルと、前記送電コイルと前記受電コイルとの結合の程度に関する情報を検出する検出装置と、前記結合の程度に関する情報に基づいて、前記インバータの出力の位相を制御する制御装置と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の構成図
【図２】第１の実施形態の処理手順を示すフローチャート
【図３】インバータのパルス幅と高調波との関係を示すグラフ
【図４】第２の実施形態の構成図
【図５】第３の実施形態の構成図
【図６】第４の実施形態の構成図
【図７】第５の実施形態の構成図
【図８】第６の実施形態の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
［構成］
第１の実施形態を、図１を参照して説明する。本実施形態は、電源からの電力を無線で伝送する無線電力伝送装置１と、無線電力伝送装置１から伝送される電力により、バッテリへの充電等を行う受電装置２を有する。例えば、ＥＶの場合、無線電力伝送装置１は駐車スペース等に設置され、受電装置２は車体側に設置される。そして、駐車スペースの所定位置に車両が停車することにより、無線電力伝送装置１に対して受電装置２が位置決めされる。
【００１３】
（無線電力伝送装置）
無線電力伝送装置１は、離隔配置された受電装置２に無線で電力を伝送する装置である。ここで、離隔配置とは、後述する送電コイル１２ａと受電コイル２０ａが非接触で電力を伝送可能な距離に接近した状態を意味し、筐体等の外装が接触しているか否かは問わない。
【００１４】
無線電力伝送装置１は、直流電源１０、インバータ１１、送電用共振子１２、検出装置１３、制御装置１４を有する。直流電源１０は、直流電力の供給源である。インバータ１１は、所定の周波数により電力を出力する回路である。つまり、インバータ１１は、複数のスイッチング素子１１ａのオンオフを切り換えることにより、直流電源からの直流を交流に変換する。特に、本実施形態のインバータ１１は、基本波として８５ｋＨ程度の高周波電力を出力することができる。但し、周波数はこの値には限定されない。
【００１５】
インバータ１１は、例えば、電圧形の単相交流用のインバータ回路である。その具体的な構成例は、図１に示すように、一対のスイッチング素子１１ａを直列に接続したものを１組のアームとして、２組のアームを並列に接続したＨブリッジ回路である。スイッチング素子１１ａとしては、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯなどを用いることができる。
【００１６】
各スイッチング素子１１ａには、ダイオード１１ｂが並列に接続されている。このダイオード１１ｂは、各スイッチング素子１１ａのオンオフの切り換え時に印加電圧と逆方向の電流を流す還流ダイオードである。なお、インバータ１１は、交流により電力を出力するものであればよく、このような構成には限定されない。
【００１７】
送電用共振子１２は、送電コイル１２ａとコンデンサ１２ｂを有する共振子である。送電コイル１２ａは、インバータ１１からの電力により磁界を発生させるコイルである。送電コイル１２ａは、この磁界により、後述する受電コイル２０ａに電力を発生させる。
【００１８】
送電コイル１２ａの両端は、それぞれコンデンサ１２ｂを介して、インバータ１１のアームにおける一対のスイッチング素子１１ａの間に接続されている。これらのコンデンサ１２ｂは、送電コイル１２ａとの共振用に挿入される。
【００１９】
検出装置１３は、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａとの結合の程度に関する情報を検出する装置である。結合の程度は、磁束が送電側から受電側に伝達される程度を意味する。結合の程度に関する情報は、典型的にはコイル間の結合係数である。結合係数は、自己インダクタンスと漏れインダクタンスの実測値から求めることができる。但し、コイル間の距離、位置ずれ量、インバータ電流等から公知の手法により求めることもできる。例えば、距離が近いほど結合係数は大きく、位置ずれ量が小さいほど結合係数は大きくなる。結合の程度に関する情報は、結合係数そのものでなくとも、コイル間の距離、位置ずれ量、インバータ電流等の結合係数を間接的に示すパラメータも含む。
【００２０】
制御装置１４は、検出装置１３及びインバータ１１に接続され、検出装置１３が検出した結合の程度に関する情報に基づいて、インバータ１１の出力の位相を制御する装置である。制御装置１４は、比較部１４ａと、許可部１４ｂを有する。
【００２１】
比較部１４ａは、検出装置１３が検出した結合係数と、あらかじめ設定した閾値とを比較する処理部である。許可部１４ｂは、比較部１４ａの比較結果に応じて、インバータ１１に高調波の出力を許可するか否かを決定する処理部である。つまり、許可部１４ｂは、結合係数が閾値よりも大きい場合に、インバータ１１に高調波の出力を許可する。また、許可部１４ｂは、結合係数が閾値以下の場合には、インバータ１１に高調波の出力を許可しない。
【００２２】
インバータ１１は、許可部１４ｂによる許可、不許可に応じて、高調波の出力の程度の異なる位相による運転を行うように設定されている。つまり、高調波の出力を許可しないとは、高調波の出力を完全に抑える場合も、高調波の出力の程度を弱める場合も、特定の次数の高調波を抑える場合も含まれる。
【００２３】
このような検出装置１３、制御装置１４は、ＣＰＵ等を含むコンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような処理を実現するものである。
【００２４】
上記の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、本実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。例えば、上記の処理を実現するように構成された回路も、実施形態の一態様である。
【００２５】
また、制御装置１４は、図示はしないが、記憶部、入出力部等を備えている。記憶部は、無線電力伝送装置１の処理に必要な各種の情報を記憶する処理部である。例えば、上記の結合係数、コイル間の距離、位置ずれ量、インバータ電流、閾値、インバータ位相等を記憶することができる。入出力部は、例えば、操作パネル、キーボード、マウス、ディスプレイ、入出力用端末等により構成できる。この入出力部は、運転開始、運転停止、その他上記の処理に必要な情報の入力を行うことができるとともに、記憶部に記憶された情報、各部の処理結果等を表示等させることができる。
【００２６】
（受電装置）
受電装置２は、離隔配置された無線電力伝送装置１から伝送された電力を受電する装置である。この受電装置２は、受電用共振子２０、整流回路２１、充電回路２２、バッテリ２３を有する。
【００２７】
受電用共振子２０は、受電コイル２０ａとコンデンサ２０ｂを有する共振子である。受電コイル２０ａは、非接触の送電コイル１２ａに発生した磁界により、電力を発生するコイルである。本実施形態では、受電コイル２０ａには高周波電流が発生する。受電コイル２０ａの両端は、それぞれコンデンサ２０ｂを介して、後述する整流回路２１に接続されている。コンデンサ２０ｂは、受電コイル２０ａとの共振用に挿入される。
【００２８】
整流回路２１は、受電用共振子２０からの交流電力を、直流電力に変換する回路である。本実施形態では、整流回路２１は、受電コイル２０ａに発生した高周波電流を直流に変換する。この整流回路２１は、一対のダイオード２１ａを直列に接続したものを１組として、並列に２組接続した回路であり、各組の一対のダイオード２１ａの間に、受電用共振子２０の両端がそれぞれ接続されている。なお、整流回路２１に並列に挿入されたコンデンサ２１ｂは、リプル抑制用の平滑コンデンサである。
【００２９】
充電回路２２は、整流回路２１とバッテリ２３との間に接続され、整流回路２１から入力される直流電流によるバッテリ２３への充電を制御する回路である。なお、充電回路２２は、バッテリ２３への満充電を検知して、充電を停止する機能を有している。バッテリ２３は、充電回路２２に接続され、充電回路２２からの充電電流により充電される２次電池である。
【００３０】
［作用］
以上のような構成を有する本実施形態の作用を、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は、本実施形態の処理の手順を示すフローチャート、図３は、インバータの位相と、基本波と高調波の比率を示すグラフである。
【００３１】
まず、検出装置１３は、制御装置１４に入力された運転開始指令に応じて（ステップ０１）、送電用共振子１２の送電コイル１２ａと受電用共振子２０の受電コイル２０ａとの結合の程度を検出する。本実施形態においては、検出装置１３は結合係数を検出する（ステップ０２）。
【００３２】
制御装置１４の比較部１４ａは、検出装置１３により検出された結合係数と、あらかじめ設定された閾値との比較を行う（ステップ０３）。許可部１４ｂは、結合係数が閾値より大きい場合には（ステップ０３のＹＥＳ）、高調波の出力を許可する（ステップ０４）。インバータ１１は、高調波の出力を許容する位相での送電を開始する（ステップ０５）。
【００３３】
一方、結合係数が閾値以下の場合には（ステップ０３のＮＯ）、許可部１４ｂは高調波の出力を許可しない（ステップ０６）。インバータ１１は、高調波の出力を許容しない位相での送電を開始する（ステップ０７）。
【００３４】
ここで、インバータ１１のパルス幅と出力値の比率との関係を、図３に示す。インバータ１１はＵ相とＶ相の位相差、つまりパルス幅で出力電圧の調整が可能である。図３は、出力するパルス幅を横軸に、各高調波の出力値の比率を描いている。インバータ１１のパルス幅は１８０°を最大とする。各高調波の出力値の比率は、１８０°における基本波を１とし、｜１／ｎ ｓｉｎ（ｎθ／２）｜により求めることができる。ｎは次数を示す。
【００３５】
例えば、図３において、パルス幅が１２０°である時、基本波の比率は０．８７であるが、３次高調波の比率は０となっている。また、パルス幅が１８０°の場合、基本波の比率は１で、３次高調波の比率は０．３となっている。つまり、インバータ１１のパルス幅が１２０°であれば、３次高調波を出力しない運転が可能となる。但し、この場合、インバータ１１の基本波も小さくなる。本実施形態では、結合係数が閾値以下の場合、つまり高調波の出力が許可されない場合、例えば、インバータ１１のパルス幅を１２０°とすることにより、３次高調波を抑制する運転を行うことができる。
【００３６】
一方、結合係数が閾値より大きい場合、送受電間の距離が近く、位置ずれも小さい。したがって、送電用共振子１２から出力された高調波による磁界は、受電用共振子２０を設置しているフレームなどでシールドされやすくなる。また、結合係数が大きい場合、出力に必要な電圧は高くなる。このため、結合係数が閾値より大きい場合、つまり高調波の出力が許可される場合は、例えば、インバータ１１のパルス幅を１８０°へ近づけることで出力電圧を上げて、所定の電力を受電側へ送電することが可能となる。
【００３７】
このようなインバータ１１からの出力は、送電用共振子１２及び受電用共振子２０を介して伝送され、整流回路２１により直流に変換された電力により、充電回路２２がバッテリ２３への充電を開始する（ステップ０８のＮＯ）。そして、充電回路２２がバッテリ２３の満充電を検知すると（ステップ０８のＹＥＳ）、充電を停止する（ステップ０９）。
【００３８】
［効果］
以上のような本実施形態によれば、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａの結合の程度に関する情報に基づいて、インバータ１１の位相を制御することで、出力電圧の低下を抑えつつ、許容できない高調波を抑制して、電力を伝送することが可能となる。
【００３９】
特に、結合係数と閾値との比較に基づいてインバータ１１の位相を制御するので、簡易な判断処理で、高調波を効率的に抑制できる。また、パルス幅の適切な選択により、比率の大きい次数の高調波をほぼ０にすることができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
［構成］
次に、第２の実施形態を、図４を参照して説明する。図４は本実施形態の構成図である。本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、検出装置として、距離計測装置１５が接続されている。距離計測装置１５は、図示しないセンサーからの信号に基づいて、結合の程度を示す送電コイル１２ａと受電コイル２０ａとの間の距離を計測する装置である。センサーとしては、例えば、赤外線やレーザーによる距離センサーを用いることができる。但し、距離の計測については、どのような手法の装置を用いてもよい。
【００４１】
このセンサーによる距離の計測は、送電用共振子１２及び受電用共振子２０の筐体等の外装の距離を計測する場合のように、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａとの間の距離を間接的に計測する場合も含む。
【００４２】
また、距離計測装置１５は、計測した距離に基づいて、公知の手法により結合係数を算出する。制御装置１４の比較部１４ａ、許可部１４ｂは、距離計測装置１５が算出した結合係数に基づいて、上記の第１の実施形態と同様の処理を行うことができる。
【００４３】
［作用効果］
以上のような本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。但し、本実施形態では、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａとの間の距離に基づいて、インバータ１１の位相を制御する。つまり、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａの距離が近い条件では、結合係数が大きくなり、距離が遠い条件では、結合係数が小さくなる。
【００４４】
このため、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａの距離が近い条件では、インバータ出力の高調波を許容することで、インバータ電圧を大きくすることが可能となる。送電コイル１２ａと受電コイル２０ａの距離が遠い条件では、インバータ出力の高調波を抑制して、外部への影響を抑えることができる。
【００４５】
より具体的には、第１の実施形態のステップ０３と同様に、結合係数が閾値より大きい場合には、高調波を許容し、結合係数が閾値以下の場合には、高調波を許容しない制御を行う。このように、本実施形態では、距離計測装置１５を備えればよいため、比較的安価で小型の装置を構成できる。
【００４６】
なお、制御装置１４は、距離計測装置１５が計測した距離に基づいて、高調波を許容するか否かを決定することもできる。より具体的には、第１の実施形態のステップ０３において、比較部１４ａが計測された距離をあらかじめ設定された閾値と比較して、閾値より長い場合には、許可部１４ｂが高調波を許容せず、閾値以下の場合には、許可部１４ｂが高調波を許容する。これにより、結合係数を算出する処理を省くことができる。
【００４７】
［第３の実施形態］
［構成］
次に、第３の実施形態を、図５を参照して説明する。図５は本実施形態の構成図である。本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、検出装置１３に画像センサー１６が接続されている。画像センサー１６としては、ＣＣＤ等の撮像装置を用いることができる。なお、本実施形態の画像センサー１６は、送電用共振子１２側に設けられているが、受電用共振子２０側に設けられていてもよい。また、設置個所も別の個所や複数であっても構わない。
【００４８】
検出装置１３は、画像センサー１６が撮像した画像に基づいて、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａの間の距離、位置ずれ量、シールド効果等を検出する。例えば、受電用共振子２０の筐体等の外装における所定のポイントやラインの位置や大きさから距離を検出できる。また、所定のポイントやラインの位置が、あらかじめ設定された基準位置と比較して、水平なＸ軸方向、Ｙ軸方向、垂直のＺ軸方向、回転角度のθ方向の相違がある場合に、これを位置ずれ量として検出することができる。
【００４９】
基準位置としては、例えば、送電コイル１２ａ側が固定されている場合、その既知の位置座標とすることもできる。そして、車体に対する受電コイル２０ａの位置が、既知であれば、画像センサー１６により車体の位置を検出できれば、送電コイル１２ａと受電コイル２０ａの距離、位置ずれ量等を検出することができる。
【００５０】
さらに、これらの距離、位置ずれ量に加えて、受電用共振子２０の筐体等、シールドとなる部材の有無、角度等により、受電用共振子２０の筐体等の磁界のシールド特性が推定可能となる。シールド特性については、受電コイル２０ａと車体等の筐体によって固定的に定まる値を用いてもよい。
【００５１】
また、検出装置１３は、検出した距離、位置ずれ量、シールド特性に基づいて、公知の手法により結合係数を算出する。制御装置１４の比較部１４ａ、許可部１４ｂは、検出装置１３が求めた結合係数に基づいて、上記の第１の実施形態と同様の処理を行うことができる。
【００５２】
［作用効果］
以上のような本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。但し、本実施形態では、画像センサー１６を設けることで、送電コイル１２ａ及び受電コイル２０ａの間の距離だけでなく、位置ずれ量も計測が可能となり、受電側の筐体等の磁界のシールド特性が推定可能となる。
【００５３】
このため、距離が近い条件、位置ずれ量が少ない条件又はシールド特性が大きい条件では、インバータ出力の高調波を許容することで、インバータ電圧を大きくすることが可能となる。距離が遠い条件、位置ずれ量が大きい条件又はシールド特性が低い条件では、インバータ出力の高調波を抑制して、外部への影響を抑えることができる。
【００５４】
より具体的には、第１の実施形態のステップ０３と同様に、結合係数が閾値より大きい場合には、高調波を許容し、結合係数が閾値以下の場合には、高調波を許容しない制御を行う。このように、本実施形態では、画像センサー１６により実際の位置関係を正確に把握することができるので、高調波を許容するか否かを、より適格に判定できる。
【００５５】
なお、制御装置１４は、検出装置１３が検出した距離、位置ずれ量又はシールド特性に基づいて、高調波を許容するか否かを決定することもできる。より具体的には、第１の実施形態のステップ０３において、比較部１４ａが距離、位置ずれ量又はシールド特性をあらかじめ設定された閾値と比較して、距離、位置ずれ量が閾値よりも大きい場合、シールド特性が低い場合には、許可部１４ｂが高調波を許容しない。距離、位置ずれ量が閾値以下の場合、シールド特性が高い場合には、許可部１４ｂが高調波を許容する。これにより、結合係数を算出する処理を省くことができる。
【００５６】
［第４の実施形態］
［構成］
次に、第４の実施形態を、図６を参照して説明する。図６は本実施形態の構成図である。本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、検出装置１３に電流センサー１７が接続されている。電流センサー１７は、送電用共振子１２に設けられている。この電流センサー１７は、インバータ出力電流を検出することができる。
【００５７】
検出装置１３は、電流センサー１７が検出したインバータ出力電流に基づいて、結合係数を算出する機能を有する。結合係数は、インバータ１１から見たインピーダンスに影響するため、インバータ出力電流を計測し、その周波数特性を取得することで、公知の手法により、結合係数を求めることが可能である。
【００５８】
また、制御装置１４の比較部１４ａ、許可部１４ｂは、検出装置１３が求めた結合係数に基づいて、上記の第１の実施形態と同様の処理を行うことができる。
【００５９】
［作用効果］
以上のような本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。但し、本実施形態では、電流センサー１７を設けてインバータ電流を計測し、これに基づいて、検出装置１３が結合係数を求めて、制御装置１４が高調波を許容するか否かを判定する。
【００６０】
つまり、第１の実施形態のステップ０３において、結合係数とあらかじめ設定された閾値との比較に基づいて、高調波を許容するか否かを判定する。このように、電流センサー１７という小型且つ安価な手段によって、高調波の抑制を行うことができる。
【００６１】
［第５の実施形態］
［構成］
次に、第５の実施形態を、図７を参照して説明する。図７は本実施形態の構成図である。本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、送電用共振子１２に、シールド装置１８が設けられている。このシールド装置１８は、高調波に対するシールド機能を有する金属材料等によるシールド部材１８ａを備えている。シールド部材１８ａは、送電用共振子１２の周囲の全部又は一部に設けられているとよい。
【００６２】
シールド部材１８ａは、図示しない駆動機構により、送電用共振子１２、受電用共振子２０との関係から、シールドが有効な位置とシールドを機能させない位置との間で、変位可能に設けられている。例えば、シールド部材１８ａが水平位置から垂直位置に角度を変位させる、シールド部材１８ａが送電用共振子１２を囲う位置と、送電用共振子１２を開放する位置とを変位させる等が考えられる。適用する駆動機構としては、シールド部材１８ａを変位させる態様に応じて、回転機構、スライド機構等、種々のものが考えられる。
【００６３】
また、シールド装置１８には、シールド制御装置１８ｂが接続されている。このシールド制御装置１８ｂは、駆動機構を制御することにより、シールド部材１８ａの変位量を制御することができる。例えば、シールド部材１８ａの角度、位置を制御できる。
【００６４】
シールド制御装置１８ｂは、制御装置１４に接続されている。これにより、制御装置１４がインバータ１１からの高調波の出力を許可したときのみ、シールド部材１８ａをシールドが有効な位置に変位させることが可能となる。
【００６５】
［作用効果］
以上のような本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。但し、本実施形態では、制御装置１４がインバータ１１からの高調波の出力を許可しない場合には、シールド部材１８ａによるシールドを有効にしない。制御装置１４がインバータ１１からの高調波の出力を許可した場合、シールド部材１８ａを変位させてシールドを有効にする。
【００６６】
これは、結合係数が小さいときは、距離や位置ずれ量が大きい場合などに相当し、広範囲をシールドする必要があるため、シールド装置１８ではシールドが難しい。この場合は、制御装置１４がインバータ１１の高調波の出力を許可しないことにより対処する。
【００６７】
一方、結合係数が大きいときは、距離や位置ずれ量が小さい場合などに相当し、シールドする範囲が限定できる。このため、高周波の出力を許可しつつ、シールド装置１８によるシールドを行う。これにより、いずれの場合にも高調波の外部への漏洩を防止して、電力伝送することが可能となる。さらに、結合係数が大きい時には、高調波がシールドできるので、パルス幅をより大きくしてインバータ出力電圧を高くすることが可能となり、インバータの利用率も向上する。
【００６８】
［第６の実施形態］
［構成］
次に、第６の実施形態を、図８を参照して説明する。図８は本実施形態の構成図である。本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、本実施形態は、インバータ１１の出力側と送電用共振子１２との間に、フィルタ部１９、バイパス部１９ａが設けられている。フィルタ部１９は、高調波をカットするフィルタであり、高調波を送電用共振子に流入させないようにすることが可能である。これは、例えば、コイルとコンデンサを含む回路により構成できる。
【００６９】
また、インバータ１１の出力側と送電用共振子１２との間には、フィルタ部１９と並列に、バイパス部１９ａが接続されている。このバイパス部１９ａは、検出装置１３により検出される結合係数に応じて、フィルタ部１９の全体又は一部をバイパスさせることを決定できる。
【００７０】
［作用効果］
以上のような本実施形態は、基本的には上記の第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。但し、本実施形態では、結合係数に応じて、フィルタ部１９を有効にするかどうかを変えることができる。例えば、結合係数が小さいときは、距離や位置ずれ量が大きい場合などに相当する。この場合は、制御装置１４がインバータ１１の高調波の出力を許可しないことにより対処できる。このため、バイパス部１９ａにより、フィルタ１９の全体又は一部をバイパスさせて、損失の低下を防止する。
【００７１】
一方、結合係数が大きいときは、距離や位置ずれ量が小さい場合などに相当する。この場合は、制御装置１４がインバータ１１の高調波の出力を許可するが、バイパスさせずにフィルタ部１９を有効として、高調波を抑制することができる。なお、受電側の筐体等のシールド特性が高い場合には、損失の低下を防ぐために、フィルタ部１９の一部をバイパスさせることも可能である。
【００７２】
［他の実施形態］
本発明の実施形態は、上記のような態様に限定されない。例えば、上記の実施形態では、閾値との比較によって、高調波の出力の許可、不許可を判定している。しかし、結合係数、距離、位置ずれ量、インバータ電流、シールド特性等に応じて、インバータ１１の位相の許容範囲を連続的又は段階的に変化させても構わない。例えば、高調波の出力が許可されない場合でも、即座にパルス幅を１２０°として３次高調波を０にするのではなく、より１８０°に近いが、高調波の抑制効果も得られるパルス幅を選択し、さらにパルス幅を連続的又は段階的に大きくしたり、小さくしたりすることも可能である。これにより、高調波の抑制と出力低下のバランスをより詳細に調整することができる。また、距離センサーを複数設けることにより、位置ずれ量について計測できるようにしてもよい。
【００７３】
上記の実施形態における電力の伝送のための構成は、高周波の電力を高効率で伝送するための電磁界結合又は磁気共鳴と呼ばれる伝送方式によるものの一例である。但し、本実施形態は、一般的に電磁誘導と呼ばれる伝送方式を広く含むものである。従って、非接触の送電コイル及び受電コイルにより電力を伝送できる構成であれば、公知のあらゆる装置を適用可能である。
【００７４】
実施形態に用いられる情報の具体的な内容、値は自由であり、特定の内容、数値には限定されない。実施形態において、情報が示す値に対する過不足、大小判断、一致不一致の判断等において、以上、以下、として値を含めるように判断するか、より大きい、より小さい、超える、超えない、上回る、下回る、足りない、未満として値を含めないように判断するかも自由である。従って、「大きい」を「以上」に、「以下」を「未満」に読み替えても、実質的には同じである。
【００７５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７６】
１…無線電力伝送装置
２…受電装置
１０…直流電源
１１…インバータ
１１ａ…スイッチング素子
１１ｂ…ダイオード
１２…送電用共振子
１２ａ…送電コイル
１２ｂ…コンデンサ
１３…検出装置
１４…制御装置
１４ａ…比較部
１４ｂ…許可部
１５…距離計測装置
１６…画像センサー
１７…電流センサー
１８…シールド装置
１８ａ…シールド部材
１８ｂ…シールド制御装置
１９…フィルタ部
１９ａ…バイパス部
２０…受電用共振子
２０ａ…受電コイル
２０ｂ…コンデンサ
２１…整流回路
２１ａ…ダイオード
２１ｂ…コンデンサ
２２…充電回路
２３…バッテリ
【図１】
2016063551.tif 000003
【図２】
2016063551.tif 000004
【図３】
2016063551.tif 000005
【図４】
2016063551.tif 000006
【図５】
2016063551.tif 000007
【図６】
2016063551.tif 000008
【図７】
2016063551.tif 000009
【図８】
2016063551.tif 000010