特許第6540927号(P6540927)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6540927
(24)【登録日】2019年6月21日
(45)【発行日】2019年7月10日
(54)【発明の名称】無線給電装置
(51)【国際特許分類】
   H02J 50/12 20160101AFI20190628BHJP
   H02J 50/80 20160101ALI20190628BHJP
   H02J 50/90 20160101ALI20190628BHJP
【FI】
   H02J50/12
   H02J50/80
   H02J50/90
【請求項の数】9
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2019-501746(P2019-501746)
(86)(22)【出願日】2017年6月12日
(86)【国際出願番号】JP2017021696
(87)【国際公開番号】WO2018229841
(87)【国際公開日】20181220
【審査請求日】2019年1月11日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000211307
【氏名又は名称】中国電力株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】一色国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】沖段 和磨
【審査官】 大濱 伸也
(56)【参考文献】
【文献】 特開2002−272134(JP,A)
【文献】 特開2012−143117(JP,A)
【文献】 特開2013−162609(JP,A)
【文献】 特許第6108040(JP,B1)
【文献】 特開2010−141976(JP,A)
【文献】 国際公開第2015/189997(WO,A1)
【文献】 特開2011−187559(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 50/00−50/90
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁場の共鳴を利用して電力が伝送される第1コイルと、
前記第1コイルに接続される第1コンデンサと、
前記第1コイルに接続される負荷に係る負荷情報を取得する負荷検出部と、
前記負荷情報を送信する第1通信部と、
を有する受電共鳴回路と、
磁場の共鳴を利用して前記第1コイルに電力を伝送する第2コイルと、
前記第2コイルに接続される第2コンデンサと、
前記第1通信部から送信される前記負荷情報を受信する第2通信部と、
前記負荷情報に基づいて、前記受電共鳴回路との送電効率が最も高くなるように、前記第1コンデンサまたは前記第2コンデンサのうち少なくとも一方の静電容量を決定する決定部と、
前記受電共鳴回路と前記送電共鳴回路との間の送電効率を最も高くする、前記第1コンデンサの静電容量を示す第1静電容量情報または前記第2コンデンサの静電容量を示す第2静電容量情報の少なくとも一方を、前記負荷情報に対応付けて予め記憶している記憶部と、
を有する送電共鳴回路と、
を備え
前記記憶部は、前記送電共鳴回路から給電可能な上限の負荷情報を予め記憶し、
前記決定部は、前記受電共鳴回路から受信する前記負荷情報を、前記記憶部に記憶されている前記上限の負荷情報と比較し、給電が可能であるか否かを判定する
ことを特徴とする無線給電装置。
【請求項2】
前記送電共鳴回路は、前記第1静電容量情報または前記第2静電容量情報に基づいて、前記受電共鳴回路と前記送電共鳴回路との間の前記送電効率が最も高くなるように、前記第1コンデンサの静電容量または前記第2コンデンサの静電容量の少なくとも一方を調整する調整部
をさらに有することを特徴とする請求項に記載の無線給電装置。
【請求項3】
前記送電共鳴回路は、
前記送電共鳴回路に流れる電流を検出する電流検出部
をさらに有し、
前記記憶部は、前記送電効率が最も高くなるような、前記第1静電容量情報または前記第2静電容量情報の少なくとも一方と、前記電流検出部で検出される電流を示す電流情報とを、前記負荷情報に対応付けて記憶し、
前記調整部は、前記負荷情報と、前記電流情報と、に基づいて、前記送電効率が最も高くなるように、前記第1コンデンサの静電容量または前記第2コンデンサの静電容量の少なくとも一方を調整する
ことを特徴とする請求項に記載の無線給電装置。
【請求項4】
前記送電共鳴回路は、
前記第1コイルと前記第2コイルとの間の距離を計測する距離センサー をさらに有し、
前記記憶部は、前記送電効率が最も高くなるような、前記第1静電容量情報または前記第2静電容量情報の少なくとも一方と、前記距離センサーで計測される距離を示す距離情報とを、前記負荷情報に対応付けて記憶し、
前記調整部は、前記負荷情報と、前記距離情報と、に基づいて、前記送電効率が最も高くなるように、前記第1コンデンサの静電容量または前記第2コンデンサの静電容量の少なくとも一方を調整する
ことを特徴とする請求項に記載の無線給電装置。
【請求項5】
前記送電共鳴回路は、
前記送電共鳴回路に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記第1コイルと前記第2コイルとの間の距離を計測する距離センサーと、
をさらに有し、
前記記憶部は、前記送電効率が最も高くなるような、前記第1静電容量情報または前記第2静電容量情報の少なくとも一方と、前記電流検出部で検出される電流を示す電流情報と、前記距離を示す距離情報と、を前記負荷情報に対応付けて記憶し、
前記調整部は、前記負荷情報と、前記電流情報と、前記距離情報と、に基づいて、前記送電効率が最も高くなるように、前記第1コンデンサの静電容量または前記第2コンデンサの静電容量の少なくとも一方を調整する
ことを特徴とする請求項に記載の無線給電装置。
【請求項6】
前記第2コイルは、インダクタンスを可変でき、
前記記憶部は、前記送電効率が最も高くなるような、前記第1静電容量情報または前記第2静電容量情報の少なくとも一方と、前記インダクタンスを示すインダクタンス情報と、を前記負荷情報に対応付けて記憶し、
前記調整部は、前記負荷情報に基づいて、前記第1コンデンサの静電容量、前記第2コンデンサの静電容量または前記第2コイルのインダクタンスのうち少なくとも一つを調整する
ことを特徴とする請求項に記載の無線給電装置。
【請求項7】
前記第1通信部および前記第2通信部は、Wi−Fiで通信する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項の何れか一項に記載の無線給電装置。
【請求項8】
前記第1通信部および前記第2通信部は、Bluetooth(登録商標)で通信する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項の何れか一項に記載の無線給電装置。
【請求項9】
前記負荷検出部は、LCRメーターである
ことを特徴とする請求項1乃至請求項の何れか一項に記載の無線給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線給電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、受電コイルに接続されている可変コンデンサの容量を調整して、磁界エネルギーの伝達効率を一定値に保つ技術が知られている(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2013−70454
【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には、送電コイルから受電コイルに磁界エネルギーを伝送する伝送効率を一定に保つために、受電コイル側で発生する直流電流に応じて可変コンデンサの容量を調整する無線給電装置が開示されている。しかし、該無線給電装置においては、接続される負荷によって、コイル間における送電効率が低下する虞があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前述した課題を解決する主たる本発明は、磁場の共鳴を利用して電力が伝送される第1コイルと、前記第1コイルに接続される第1コンデンサと、前記第1コイルに接続される負荷に係る負荷情報を取得する負荷検出部と、前記負荷情報を送信する第1通信部と、を有する受電共鳴回路と、磁場の共鳴を利用して前記第1コイルに電力を伝送する第2コイルと、前記第2コイルに接続される第2コンデンサと、前記第1通信部から送信される前記負荷情報を受信する第2通信部と、前記負荷情報に基づいて、前記受電共鳴回路との送電効率が最も高くなるように、前記第1コンデンサまたは前記第2コンデンサのうち少なくとも一方の静電容量を決定する決定部と、前記受電共鳴回路と前記送電共鳴回路との間の送電効率を最も高くする、前記第1コンデンサの静電容量を示す第1静電容量情報または前記第2コンデンサの静電容量を示す第2静電容量情報の少なくとも一方を、前記負荷情報に対応付けて予め記憶している記憶部と、を有する送電共鳴回路と、を備え、前記記憶部は、前記送電共鳴回路から給電可能な上限の負荷情報を予め記憶し、前記決定部は、前記受電共鳴回路から受信する前記負荷情報を、前記記憶部に記憶されている前記上限の負荷情報と比較し、給電が可能であるか否かを判定する
【0006】
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】
【0007】
本発明によれば、受電共鳴回路に接続される負荷に係る情報を送電共鳴回路に送信することで、負荷に係る情報に基づいて送電共鳴回路の諸条件を調整し、送電共鳴回路と受電共鳴回路の間の送電効率を最も良くできる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】第1実施形態にかかる無線給電装置の構成の一例を示すブロック図である。
図2】第1実施形態にかかる制御部の構成の一例を示す図である。
図3】第1実施形態にかかる共鳴情報テーブルの一例を示す図である。
図4】第1実施形態にかかる無線給電装置の処理フローの一例を示す図である。
図5】第2実施形態にかかる無線給電装置の構成の一例を示すブロック図である。
図6】第2実施形態にかかる共鳴情報テーブルの一例を示す図である。
図7】第3実施形態にかかる無線給電装置の構成の一例を示すブロック図である。
図8】第3実施形態にかかる共鳴情報テーブルの一例を示す図である。
図9】第4実施形態にかかる無線給電装置の構成の一例を示すブロック図である。
図10】第4実施形態にかかる共鳴情報テーブルの一例を示す図である。
図11】第5実施形態にかかる無線給電装置の構成の一例を示すブロック図である。
図12】第5実施形態にかかる共鳴情報テーブルの一例を示す図である。
図13】その他の実施形態にかかる無線給電装置の構成の一例を示すブロック図である。
図14】その他の実施形態にかかる無線給電装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。以下の説明において、同一符号を付した部分は同一の要素を表し、その基本的な構成および動作は同様であるものとする。
【0010】
===第1実施形態===
==構成==
図1図2図3を参照しつつ、第1実施形態に係る無線給電装置100の構成について、以下の通り説明する。図1は、第1実施形態にかかる無線給電装置100の構成の一例を示すブロック図である。図2は、第1実施形態にかかる制御部370の構成の一例を示す図である。図3は、第1実施形態にかかる共鳴情報テーブル372aの一例を示す図である。
【0011】
無線給電装置100は、対向する一方のコイルから発せられる磁界が他方のコイルに共鳴するという原理を利用して、電力をワイヤレスで伝送する装置である。このような機能を有する無線給電装置100は、図1に示すように、受電共鳴回路200と、送電共鳴回路300と、を含んで構成されている。
【0012】
無線給電装置100は、受電共鳴回路200における受電共鳴周波数と、送電共鳴回路300における送電共鳴周波数と、が等しくなるときに送電効率が最も高くなる。ここで、送電効率とは、送電共鳴回路300で発生する電力と、受電共鳴回路200に伝送される電力と、の比率をいう。また、送電共鳴周波数および受電共鳴周波数は、それぞれの共鳴回路における静電容量およびインダクタンスに依存する。つまり、受電共鳴回路200に接続される負荷により、受電共鳴回路200の受電共鳴周波数が変動する。そのため、無線給電装置100では、変動する受電共鳴周波数に応じて送電共鳴周波数を調整する送電共鳴回路300を有する。さらに、無線給電装置100は、受電共鳴回路200側に接続される負荷の情報(以下、「負荷情報」と称する。)を送電共鳴回路300側に送信する機能を有する。これにより、負荷情報に応じて、送電共鳴回路300の送電共鳴周波数を調整することにより、送電効率を高めることができる。以下、受電共鳴回路200および送電共鳴回路300の構成について、詳細に説明する。
【0013】
<<受電共鳴回路200>>
受電共鳴回路200は、図1に示すように、整流回路210と、第1コイル220と、コンデンサ230と、負荷検出部240、第1通信部250と、を含んで構成されている。そして、受電共鳴回路200には、負荷が接続されている。
【0014】
受電共鳴回路200では、後述する第2コイル340で発生した磁界に第1コイル220が磁気共鳴することにより、第1コイル220に電流が発生する。受電共鳴回路200は、第1コイル220、コンデンサ230、負荷で定まる受電共鳴周波数を有する。受電共鳴周波数(f1)は、以下の式(1)で表される。
【0015】
【数1】
式(1)において、Lは、第1コイル220のインダクタンス値を示し、第1コイル220の固有の値である。Cは、コンデンサ230の静電容量値を示し、コンデンサ230の固有の値である。尚、負荷は、抵抗(R)、誘導性リアクタンス、容量性リアクタンスから算出されるインピーダンスを有する。つまり、受電共鳴周波数は、第1コイル220、コンデンサ230および負荷の諸条件によって定まる。この受電共鳴周波数を生じる受電共鳴回路200の各構成要素について、以下のとおり詳述する。
【0016】
整流回路210は、例えば、第1コイル220で受電される交流電流を直流電流に変換する回路である。整流回路210は、例えば、第1コイル220及びコンデンサ230の両端に並列に接続されている。
【0017】
第1コイル220は、第2コイル340から発する磁界に共鳴して交流電力を発生させるコイルである。第1コイル220は、固定されたインダクタンス値を有する。第1コイル220は、例えば、リッツ線で形成されて表皮効果の影響を軽減し、アルファ巻きコイルである。第1コイル220は、例えば、導電線を介してコンデンサ230と並列に接続され、整流回路210を介して負荷に並列に接続されている。第1コイル220は、磁界に共鳴するとリッツ線に電流が流れる。
【0018】
コンデンサ230は、負荷及び第1コイル220とともに受電共鳴回路200を形成するコンデンサである。コンデンサ230は、固定された静電容量値を有する。コンデンサ230は、導電線を介して第1コイル220に接続され、導電線を介して第1コイル220とは反対側で整流回路210を介して負荷に接続されている。なお、コンデンサ230は、可変できるコンデンサであってもよい。この場合については、その他の実施形態で詳細に説明する。
【0019】
負荷検出部240は、負荷における、静電容量、インダクタンスおよび抵抗(以下、「負荷諸量」と称する。)を検出する部分である。負荷検出部240は、例えばLCRメーターである。ただし、負荷検出部240は、少なくとも負荷の静電容量およびインダクタンスを検出できるものであればよい。負荷検出部240は、検出した負荷諸量を示す情報を第1通信部250に出力する。
【0020】
第1通信部250は、負荷情報を第2通信部360に送信する機能を有する。第1通信部250は、例えばBluetooth(登録商標)、IrDAまたはWi−Fiを用いて第2通信部360と通信する。なお、第1通信部250の通信方式は、特に限定されるものではなく、少なくとも負荷情報を送信できる通信方式であればよい。
【0021】
負荷は、例えば、送電共鳴回路300から供給される電力で動作する電気機器等の電力負荷である。負荷は、導電線を介してコンデンサ230に接続され、導電線を介してコンデンサ230とは反対側で第1コイル220に接続されている。
【0022】
<<送電共鳴回路300>>
送電共鳴回路300は、図1に示すように、電源310と、コンバータ320と、高調波電源330と、第2コイル340と、可変コンデンサ350と、第2通信部360と、制御部370と、を含んで構成されている。
【0023】
送電共鳴回路300は、電源310から給電される交流電力を、コンバータ320を介して直流電力に変換し、さらに、高調波電源330を介して直流電力を所望の周波数の交流電力に変換し、可変コンデンサ350を介して第2コイル340に交流電流を供給する装置である。送電共鳴回路300は、交流電流に基づいて第2コイル340で磁界を発生させる。送電共鳴回路300は、第2コイル340および可変コンデンサ350で定まる送電共鳴周波数を有する。送電共鳴周波数(f2)は、以下の式(2)で表される。
【0024】
【数2】
式(2)において、f0は、周波数を示し、第2コイル340のインダクタンスの値と可変コンデンサ350の静電容量の値とに依存する。又、kは、結合係数を示す。結合係数は、送電共鳴回路300の第2コイル340で発生する磁界が受電共鳴回路200の第1コイル220に影響を及ぼす度合いを示す係数である。結合係数は、例えば、第2コイル340と第1コイル220との間の距離などに依存する。ここで、送信共鳴周波数と受電共鳴周波数とが同周波数で共振する場合、受電共鳴回路200において、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスが打消し合い、誘導性リアクタンスが出力電流を抑制しなくなるため、送電効率が向上する。そこで、送電共鳴回路300は、受電共鳴回路200に接続される負荷に応じて、可変コンデンサ350を可変して静電容量を調整することにより送電共鳴周波数を調整する。この送電共鳴周波数を生じる送電共鳴回路300の各構成要素について、以下のとおり詳述する。
【0025】
電源310は、例えば、送電共鳴回路300に電力を供給する装置である。電源310は、コンバータ320と電気的に接続され、交流電力を供給する装置である。電源310の容量は、受電共鳴回路200に接続される負荷の想定される容量よりも大きい容量であることが好ましい。これにより、送電効率を考慮して送電することができる。
【0026】
コンバータ320は、例えば交流電力を直流電力に変換する装置である。コンバータ320は、例えば、電源310と電気的に接続され、電源310とは反対側で高調波電源330と電気的に接続されている。
【0027】
高調波電源330は、例えば、コンバータ320から供給される直流電流を、送電共鳴回路300の所望の周波数の交流電流に変換する電源である。高調波電源330は、例えば、ハーフブリッジ出力回路を含んで構成されている。
【0028】
第2コイル340は、交流電流が印加されて磁界を発生させるコイルである。第2コイル340は、例えばリッツ線で形成されて表皮効果の影響を軽減し、例えばアルファ巻きコイルである。第2コイル340は、導電線を介して可変コンデンサ350に接続され、導電線を介して可変コンデンサ350とは反対側で高調波電源330に接続されている。第2コイル340から発する磁界(磁束)が、受電共鳴回路200の第1コイル220に到達すると磁界の共鳴が起こり、第1コイル220に電流が流れる。
【0029】
可変コンデンサ350は、例えば、送電共鳴周波数を調整するために、静電容量を任意に調整できるコンデンサである。可変コンデンサ350は、例えば、回動する電極と固定された電極とに挟まれるように誘電体が設けられて構成されている。可変コンデンサ350は、例えば、回動する電極と固定された電極との対向する面積によって静電容量を調整することができる。可変コンデンサ350は、導電線を介して高調波電源330に接続され、導電線を介して高調波電源330とは反対側で第2コイル340に接続されている。つまり、可変コンデンサ350は、高調波電源330と第2コイル340との間にあって、夫々と直列接続されるように配置されている。可変コンデンサ350は、例えば、回動する電極の回動軸とサーボモータ(不図示)の回転軸とが同軸で連結されている。つまり、サーボモータの回転軸を回転させることによって静電容量を調整することができる。
【0030】
第2通信部360は、第1通信部250から負荷情報を受信する機能を有する。第2通信部360は、第1通信部250と通信可能であればよい。つまり、第2通信部360の通信方式は、第1通信部250の通信方式に適応する通信方式であればよい。
【0031】
制御部370は、負荷情報に基づいて可変コンデンサ350の静電容量を調整する部分である。制御部370は、図2に示すように、演算処理部371と、記憶部372と、入力部373と、出力部374と、メモリ375と、を含んで構成されている。
【0032】
演算処理部371は、例えばCPUあるいはMPUなどで構成されている。演算処理部371は、メモリ375に格納されているプログラムを読み込むことにより、各種機能を実現する。演算処理部371は、図2に示すように、負荷取得部371aと、決定部371bと、調整部371cと、を有している。演算処理部371は、記憶部372から各種情報を読み出して、上述した各構成要素の処理を実行する。
【0033】
負荷取得部371aは、第2通信部360から入力される負荷情報を取得する機能を有する。負荷取得部371aは、取得した負荷情報を記憶部372に出力する。
【0034】
決定部371bは、負荷取得部371aが取得した負荷情報に基づいて、可変コンデンサ350の静電容量を決定する機能を有する。決定部371bは、記憶部372の共鳴情報テーブル372aを参照して、負荷情報(負荷静電容量、負荷インダクタンス、負荷抵抗)に対応する可変コンデンサ350の静電容量を特定する。決定部371bは、特定した静電容量を示す情報(以下、「可変静電容量情報」と称する。)を調整部371cに出力する。
【0035】
また、決定部371bは、例えば、負荷情報に基づいて、送電共鳴回路300の電源310から給電可能な、受電共鳴回路200に接続される負荷であるか否かを判定する機能を有していることが好ましい。例えば、電源310が給電可能な上限の負荷情報を予め記憶部372に記憶させ、決定部371bは、受電共鳴回路200から受信する負荷情報を記憶部372の上限の負荷情報と比較することにより、給電可能か否かを判定する。給電可能でないと判定した場合、表示部(不図示)に給電不可であることを表示させる。これにより、給電が十分に行われない状況を回避できる。
【0036】
また、決定部371bは、例えば、可変コンデンサ350の静電容量の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機能を有していることが好ましい。例えば、決定部371bは、回動軸の回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ350の静電容量の値が上限値、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。なお、可変コンデンサ350の上限値及び下限値は、可変コンデンサ350の仕様に応じて定められる値であって、予め記憶部372に記憶されているものとする。決定部371bは、調整部371cに判定結果を示す情報を出力する。これにより、可変コンデンサ350の静電容量の値は、調整部371cによ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。
【0037】
調整部371cは、決定部371bが特定した可変静電容量情報に基づいて、可変コンデンサ350の静電容量を制御する機能を有する。調整部371cは、可変静電容量情報に対応する制御信号を可変コンデンサ350に出力する。可変コンデンサ350は、該制御信号に基づいて、サーボモータの回転軸を回転させる。これにより、可変コンデンサ350の静電容量が、送電共鳴回路300の送電効率が最も良くなうように設定される。
【0038】
記憶部372は、プログラムや各種情報を記憶する装置である。記憶部372は、例えば、ROM、RAMあるいはフラッシュメモリなどで構成されている。記憶部372は、共鳴情報テーブル372aを格納している。共鳴情報テーブル372aは、図3に示すように、負荷諸量と、送電効率が最も高くなる可変コンデンサ350の静電容量と、を対応付けるテーブルである。
【0039】
共鳴情報テーブル372aは、データを読み出すための整列番号が入力される“ID”項目と、負荷の静電容量の値を示す“静電容量”項目と、負荷のインダクタンスの値を示す“インダクタンス”項目と、負荷の抵抗の値を示す“抵抗”項目と、負荷諸量において送電効率が最も高くなる可変コンデンサ350の静電容量の値を示す“可変静電容量”項目と、を対応付けて格納している。なお、共鳴情報テーブル372aのデータベース形式は、一例を示すものであり、演算処理部371が参照可能なデータベース形式であればよい。また、共鳴情報テーブル372aに格納される項目は限定されるものではなく、該項目には少なくとも負荷の静電容量および負荷のインダクタンスの項目が含まれていればよい。
【0040】
出力部374は、例えば、調整部371cから入力される制御信号を可変コンデンサ350に出力するインターフェイスである。出力部374は、少なくとも調整部371cおよび可変コンデンサ350と電気的に接続されている。入力部373は、例えば、第2通信部360から負荷情報が入力されるインターフェイスである。入力部373は、少なくとも調整部371cと電気的に接続されている。メモリ375は、演算処理部371が処理するためのプログラムを格納する装置である。メモリ375は、例えば、ハードディスクドライブ、SSDあるいは光学式記憶装置などで構成されている。
【0041】
==動作手順==
図4を参照しつつ、第1実施形態に係る無線給電装置100の動作手順について、以下の通り説明する。図4は、第1実施形態にかかる無線給電装置100の処理フローの一例を示す図である。
【0042】
先ず、受電共鳴回路200の第1コイル220と送電共鳴回路300の第2コイル340とが対向するように配置される。受電共鳴回路200に負荷が接続されると、負荷検出部240は負荷情報を取得する。負荷検出部240は、第1通信部250に負荷情報を出力する(S100)。これにより、受電共鳴回路200に接続された負荷の負荷諸量を送電共鳴回路300に送信することができる。
【0043】
次に、第1通信部250は、所定の通信形式により負荷情報を第2通信部360に送信する(S101)。第2通信部360は、受信した負荷情報を制御部370に送信する(S102)。これにより、制御部370は、受電共鳴回路200に接続された負荷の負荷諸量を認識できる。制御部370は、以下の処理により、送電共鳴回路300と受電共鳴回路200との間の送電効率を最も高くする。
【0044】
次に、負荷取得部371aは、入力部373を介して、負荷情報を取得する(S103)。決定部371bは、負荷情報と、記憶部372の共鳴情報テーブル372aの“負荷諸量”項目の各項目の情報と、を比較して、可変コンデンサ350の静電容量を決定する(S104)。図3を参照しつつ、より具体的に述べると、負荷諸量における静電容量が“0.01”であり、インダクタンスが“0.02”であり、抵抗が“0.01”であるとき、決定部371bは可変コンデンサ350の静電容量を“0.02”として決定する。
【0045】
次に、調整部371cは、決定部371bで決定した静電容量に基づいて、静電容量を調整するための制御信号を可変コンデンサ350に出力する(S105)。これにより、制御部370は、該負荷において、送電効率が最も高くなるように送電共鳴回路300を調整できる。
【0046】
なお、S104およびS105において、可変コンデンサ350の静電容量が上限値または下限値を逸脱するような調整を回避するために、以下のような手順を行ってもよい。
【0047】
決定部371bは、例えば回動軸の回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ350の静電容量の値が上限値であるか否かを判定する。そして、可変コンデンサ350の静電容量の値が上限値ではない場合、調整部371cは、可変コンデンサ350の静電容量を所定の静電容量であるΔCだけ増加させるための制御信号を発生する。可変コンデンサ350のサーボモータは、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ350の静電容量がΔCだけ増加するように、回動軸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。
【0048】
また、決定部371bは、例えば回動軸の回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ350の静電容量の値が下限値であるか否かを判定する。可変コンデンサ350の静電容量が下限値ではない場合、調整部371cは、可変コンデンサ350の静電容量を所定の静電容量であるΔCだけ減少させるために、サーボモータに制御信号を出力する。サーボモータは、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ350の静電容量がΔCだけ減少するように、回動軸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。
【0049】
===第2実施形態===
図5図6を参照しつつ、第2実施形態に係る無線給電装置1100の構成について、以下の通り説明する。図5は、第2実施形態にかかる無線給電装置1100の構成の一例を示すブロック図である。図6は、第2実施形態にかかる共鳴情報テーブル1372aの一例を示す図である。
【0050】
第2実施形態に係る無線給電装置1100は、第1実施形態に係る無線給電装置100の送電共鳴回路300に電流検出部1380を追加したものである。したがって、以下において、第1実施形態に係る無線給電装置100に電流検出部1380を追加したことによる、第1実施形態に係る無線給電装置100との相違点のみを説明する。
【0051】
電流検出部1380は、例えば、コンバータ1320と高調波電源1330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。電流検出部1380としてクランプ式の電流計を採用することによって、送電共鳴回路1300に対して電気的な影響を与えずに直流電流を検出することが可能になる。電流検出部1380は、検出した電流を示す情報(以下、「電流情報」と称する。)を制御部1370に出力する。
【0052】
共鳴情報テーブル1372aは、第1実施形態に係る共鳴情報テーブル372aで説明した“ID”項目と、“静電容量”項目と、“インダクタンス”項目と、“抵抗”項目と、“可変静電容量”項目と、に対応付けて、送電共鳴回路1300に流れる電流を示す“電流”項目を含んで構成されている。なお、共鳴情報テーブル1372aのデータベース形式は、一例を示すものであり、演算処理部1371が参照可能なデータベース形式であればよい。
【0053】
送電共鳴回路1300の動作手順は、第1実施形態における動作手順のS104のみ異なるため、S104について以下説明をする。制御部1370(決定部1371b)は、負荷情報および電流情報と、共鳴情報テーブル1372aの“負荷諸量”項目の各項目の情報および“電流”項目の情報と、を比較して、可変コンデンサ1350の静電容量を決定する。図6を参照しつつ、より具体的に述べると、負荷諸量における静電容量が“0.01”であり、インダクタンスが“0.02”であり、抵抗が“0.01”であり、電流検出部1380で検出される電流が“9.9”であるとき、制御部1370は可変コンデンサ1350の静電容量を“0.02”として決定する。
【0054】
===第3実施形態===
図7図8を参照しつつ、第3実施形態に係る無線給電装置2100の構成について、以下の通り説明する。図7は、第3実施形態にかかる無線給電装置2100の構成の一例を示すブロック図である。図8は、第3実施形態にかかる共鳴情報テーブル2372aの一例を示す図である。
【0055】
第3実施形態に係る無線給電装置2100は、第1実施形態に係る無線給電装置100の送電共鳴回路300に距離センサー2380を追加したものである。したがって、以下において、第1実施形態に係る無線給電装置100に距離センサー2380を追加したことによる、第1実施形態に係る無線給電装置100との相違点のみを説明する。
【0056】
距離センサー2380は、第1コイル2220と第2コイル2340との対向する距離を測定できる機能を有する。距離センサー2380の仕様は、特に限定されるものではない。距離センサー2380は、測定した距離を示す情報(以下、「距離情報」と称する。)を制御部2370に出力する。
【0057】
共鳴情報テーブル2372aは、第1実施形態に係る共鳴情報テーブル372aで説明した“ID”項目と、“静電容量”項目と、“インダクタンス”項目と、“抵抗”項目と、“可変静電容量”項目と、に対応付けて、第1コイル2220と第2コイル2340との間の距離を示す“距離”項目を含んで構成されている。なお、共鳴情報テーブル2372aのデータベース形式は、一例を示すものであり、演算処理部2371が参照可能なデータベース形式であればよい。
【0058】
送電共鳴回路2300の動作手順は、第1実施形態における動作手順のS104のみ異なるため、S104について以下説明をする。制御部2370(決定部2371b)は、負荷情報および距離情報と、共鳴情報テーブル2372aの“負荷諸量”項目の各項目の情報および“距離”項目の情報と、を比較して、可変コンデンサ2350の静電容量を決定する。図8を参照しつつ、より具体的に述べると、負荷諸量における静電容量が“0.01”であり、インダクタンスが“0.02”であり、抵抗が“0.01”であり、距離センサー2380で測定される距離が“1”であるとき、制御部2370は可変コンデンサ2350の静電容量を“0.02”として決定する。
【0059】
===第4実施形態===
図9図10を参照しつつ、第4実施形態に係る無線給電装置3100の構成について、以下の通り説明する。図9は、第4実施形態にかかる無線給電装置3100の構成の一例を示すブロック図である。図10は、第4実施形態にかかる共鳴情報テーブル3372aの一例を示す図である。
【0060】
第4実施形態に係る無線給電装置3100は、第1実施形態に係る無線給電装置100の送電共鳴回路300に電流検出部3380および距離センサー3390を追加したものである。したがって、以下において、第1実施形態に係る無線給電装置100に電流検出部3380および距離センサー3390を追加したことによる、第1実施形態に係る無線給電装置100との相違点のみを説明する。ただし、電流検出部3380および距離センサー3390は、第2実施形態および第3実施形態において説明した電流検出部1380および距離センサー2380と同じものであるため、その説明についても省略する。
【0061】
共鳴情報テーブル3372aは、第1実施形態に係る共鳴情報テーブル372aで説明した“ID”項目と、“静電容量”項目と、“インダクタンス”項目と、“抵抗”項目と、“可変静電容量”項目と、に対応付けて、送電共鳴回路3300に流れる電流を示す“電流”項目と、第1コイル3220と第2コイル3340との間の距離を示す“距離”項目と、を含んで構成されている。なお、共鳴情報テーブル3372aのデータベース形式は、一例を示すものであり、演算処理部3371が参照可能なデータベース形式であればよい。
【0062】
送電共鳴回路3300の動作手順は、第1実施形態における動作手順のS104のみ異なるため、S104について以下説明をする。制御部3370(決定部3371b)は、負荷情報、距離情報および電流情報と、共鳴情報テーブル3372aの“負荷諸量”項目の各項目の情報、“距離”項目の情報および“電流”項目の情報と、を比較して、可変コンデンサ3350の静電容量を決定する。図10を参照しつつ、より具体的に述べると、負荷諸量における静電容量が“0.01”であり、インダクタンスが“0.02”であり、抵抗が“0.01”であり、距離センサー3390で測定される距離が“1”であり、電流検出部3380で検出される電流が“9.9”であるとき、制御部3370は可変コンデンサ3350の静電容量を“0.02”として決定する。
【0063】
===第5実施形態===
図11図12を参照しつつ、第5実施形態に係る無線給電装置4100の構成について、以下の通り説明する。図11は、第5実施形態にかかる無線給電装置4100の構成の一例を示すブロック図である。図12は、第5実施形態にかかる共鳴情報テーブル4372aの一例を示す図である。
【0064】
第5実施形態に係る無線給電装置4100は、第1実施形態に係る無線給電装置100の送電共鳴回路300の第2コイル340を、インダクタンスを調整できる可変コイル4340にしたものである。したがって、以下において、第1実施形態に係る無線給電装置100の第2コイル340を可変コイル4340に変更したことによる、第1実施形態に係る無線給電装置100との相違点のみを説明する。
【0065】
可変コイル4340は、例えば、送電共鳴周波数を調整するために、インダクタンスを任意に調整できるコイルである。可変コイル4340は、例えば、インダクタンスを可変する機能を有する。可変コイル4340は、例えば、円筒形のポビンにコアが挿入されて、ボビンの外周にはリッツ線が巻かれて構成され、内部のコアを回転させて、コアがスライドする移動量に応じてインダクタンスを調整することができる。可変コイル4340は、例えば、コアの回転軸とサーボモータ(不図示)の回転軸とが同軸で連結されている。つまり、サーボモータの回転軸を回転させることによってインダクタンスを調整できるように構成されている。
【0066】
共鳴情報テーブル4372aは、第1実施形態に係る共鳴情報テーブル372aで説明した“ID”項目と、“静電容量”項目と、“インダクタンス”項目と、“抵抗”項目と、“可変静電容量”項目と、に対応付けて、可変コイル4340のインダクタンスを示す“可変インダクタンス”項目を含んで構成されている。なお、共鳴情報テーブル4372aのデータベース形式は、一例を示すものであり、演算処理部4371が参照可能なデータベース形式であればよい。
【0067】
送電共鳴回路4300の動作手順は、第1実施形態における動作手順のS104およびS105のみ異なるため、S104およびS105について以下説明をする。
【0068】
S104において、制御部4370(決定部4371b)は、負荷情報と、共鳴情報テーブル4372aの“負荷諸量”項目の各項目の情報と、を比較して、可変コンデンサ4350の静電容量および可変コイル4340のインダクタンスを決定する。図12を参照しつつ、より具体的に述べると、負荷諸量における静電容量が“0.01”であり、インダクタンスが“0.02”であり、抵抗が“0.01”であるとき、制御部4370は可変コンデンサ4350の静電容量を“0.02”とし、可変コイル4340のインダクタンスを“0.01”として決定する。
【0069】
S105において、制御部4370(調整部4371c)は、決定された静電容量およびインダクタンスに基づいて、静電容量およびインダクタンスを調整するための制御信号を可変コンデンサ4350および可変コイル4340に出力する。これにより、制御部4370は、該負荷において、送電効率が最も高くなるように送電共鳴回路4300を調整できる。
【0070】
===その他の実施形態===
図13図14を参照しつつ、その他の実施形態に係る無線給電装置5100,6100の構成について、以下の通り説明する。図13図14は、その他の実施形態にかかる無線給電装置5100,6100の構成の一例を示すブロック図である。
【0071】
図13に示すように、その他の実施形態に係る無線給電装置5100は、第1実施形態に係る受電共鳴回路200のコンデンサ230を可変コンデンサ5230に変更したものである。可変コンデンサ5230の仕様は、第1実施形態に係る送電共鳴回路300の可変コンデンサ350と同じ仕様である。この場合、制御部5370は、負荷情報に基づいて、送電共鳴回路5300の可変コンデンサ5250または受電共鳴回路の可変コンデンサ5220の少なくとも一方を調整する。言うまでもなく、記憶部5372は、受電共鳴回路の可変コンデンサ5220の静電容量および送電共鳴回路5300の可変コンデンサ5340の静電容量に関する情報を、負荷情報に対応付けて格納している(不図示)。
【0072】
さらに、図14に示すように、その他の実施形態に係る無線給電装置6100は、第1実施形態に係る送電共鳴回路300の第2コイル340を可変コイル6340に変更したものである。この場合、制御部6370は、負荷情報に基づいて、送電共鳴回路6300の可変コンデンサ6350、受電共鳴回路の可変コンデンサ6230または可変コイル6340のうち少なくとも一つを調整する。言うまでもなく、記憶部6372は、送電共鳴回路6300の可変コンデンサ6350の静電容量、受電共鳴回路の可変コンデンサ6230の静電容量および可変コイル6340のインダクタンスに関する情報を、負荷情報に対応付けて格納している(不図示)。
【0073】
===まとめ===
以上説明したように、本実施形態に係る無線給電装置(100,1100,2100,3100,4100,5100,6100)は、磁場の共鳴を利用して電力が伝送される第1コイル(220,1220,2220,3220,4220,5220,6220)と、第1コイル(220,1220,2220,3220,4220,5220,6220)に接続されるコンデンサ(230,1230,2230,3230,4230,5230,6230)と、第1コイル(220,1220,2220,3220,4220,5220,6220)に接続される負荷(400,1400,2400,3400,4400,5400,6400)に係る負荷情報を取得する負荷検出部(240,1240,2240,3240,4240,5240,6240)と、負荷情報を送信する第1通信部(250,1250,2250,3250,4250,5250,6250)と、を有する受電共鳴回路(200,1200,2200,3200,4200,5200,6200)と、磁場の共鳴を利用して第1コイル(220,1220,2220,3220,4220,5220,6220)に電力を伝送する第2コイル(340,1340,2340,3340,4340,5340,6340)と、第2コイル(340,1340,2340,3340,4340,5340,6340)に接続されるコンデンサ(350,1350,2350,3350,4350,5350,6350)と、第1通信部(250,1250,2250,3250,4250,5250,6250)から送信される負荷情報を受信する第2通信部(360,1360,2360,3360,4360,5360,6360)と、負荷情報に基づいて、受電共鳴回路(200,1200,2200,3200,4200,5200,6200)との送電効率が最も高くなるように、受電共鳴回路(200,1200,2200,3200,4200,5200,6200)の可変コンデンサ(350,1350,2350,3350,4350,5350,6350)または送電共鳴回路(300,1300,2300,3300,4300,5300,6300)のコンデンサ(5230,6230)のうち少なくとも一方の静電容量を決定する決定部(371b,1371b,2371b,3371b,4371b,5371b,6371b)と、を有する送電共鳴回路(300,1300,2300,3300,4300,5300,6300)と、を備える。本実施形態によれば、負荷に応じて可変コンデンサ(350,1350,2350,3350,4350,5230,5350,6230,6350)の静電容量を決定することにより、送電効率を最も高くすることができる。
【0074】
又、本実施形態に係る無線給電装置(100,1100,2100,3100,4100,5100,6100)は、送電効率を最も高くする、可変コンデンサ(350,1350,2350,3350,4350,5230,5350,6230,6350)の静電容量を負荷情報に対応付けて予め記憶している記憶部(372,1372,2372,3372,4372,5372,6372)をさらに備える。本実施形態によれば、演算処理を軽減することができるため、迅速に可変コンデンサ(350,1350,2350,3350,4350,5230,5350,6230,6350)の静電容量を調整できる。
【0075】
又、本実施形態に係る送電共鳴回路(300,1300,2300,3300,4300,5300,6300)は、送電効率が最も高くなるように、可変コンデンサ(350,1350,2350,3350,4350,5230,5350,6230,6350)の静電容量を調整する調整部をさらに有する。本実施形態によれば、自動で迅速に可変コンデンサ(350,1350,2350,3350,4350,5230,5350,6230,6350)の静電容量を調整できる。
【0076】
又、本実施形態に係る送電共鳴回路1300は、電流検出部1380をさらに有し、記憶部1372は、送電効率が最も高くなるような、静電容量情報と、電流情報とを、負荷情報に対応付けて記憶し、調整部1371cは、負荷情報と、電流情報と、に基づいて、送電効率が最も高くなるように、可変コンデンサ1350の静電容量を調整する。本実施形態によれば、負荷情報と、電流情報と、に基づいて送電効率を調整するため、より精度よく調整できる。
【0077】
又、本実施形態に係る送電共鳴回路2380は、第1コイル2340と第2コイル2220との間の距離を計測する距離センサー2380をさらに有し、記憶部2372は、送電効率が最も高くなるような、可変静電容量情報と、距離情報とを、負荷情報に対応付けて記憶し、調整部2371cは、負荷情報と、距離情報と、に基づいて、送電効率が最も高くなるように、可変コンデンサ2350の静電容量を調整する。本実施形態によれば、コイル間の距離を考慮して、言い換えると、コイル間の位置関係に応じて、送電効率を調整するため、より精度よく調整することができる。
【0078】
又、本実施形態に係る送電共鳴回路3300は、電流検出部3380と、距離センサー3390と、をさらに有し、記憶部3372は、送電効率が最も高くなるような、可変コンデンサ3350の静電容量情報と、電流情報と、距離情報と、を負荷情報に対応付けて記憶し、調整部3371cは、負荷情報と、電流情報と、距離情報と、に基づいて、送電効率が最も高くなるように、可変コンデンサ3350の静電容量を調整する。本実施形態によれば、送電共鳴回路3300に流れる電流と、コイル間の距離と、を考慮して送電効率を調整するため、より精度よく調整することができる。
【0079】
又、本実施形態に係る無線給電装置4100の第2(可変)コイル4340は、インダクタンスを可変でき、記憶部4372は、送電効率が最も高くなるような、可変コンデンサ4350の静電容量情報と、インダクタンス情報と、を負荷情報に対応付けて記憶し、調整部4371cは、負荷情報に基づいて、可変コンデンサ4350の静電容量または可変コイル4340のインダクタンスのうち少なくとも一つを調整する。本実施形態によれば、コンデンサ4350のみならず、可変コイル4340のインダクタンスを調整することにより送電効率を調整するため、より精度よく調整することができる。
【0080】
又、本実施形態に係る無線給電装置の第1通信部(250,1250,2250,3250,4250,5250,6250)および第2通信部(360,1360,2360,3360,4360,5360,6360)は、Wi−Fiで通信する。本実施形態によれば、汎用の通信手段を用いて負荷情報を送受信するため、製造コストの低減が図れる。
【0081】
又、本実施形態に係る無線給電装置の第1通信部(250,1250,2250,3250,4250,5250,6250)および第2通信部(360,1360,2360,3360,4360,5360,6360)は、Bluetooth(登録商標)で通信する。本実施形態によれば、汎用の通信手段を用いて負荷情報を送受信するため、製造コストの低減が図れる。
【0082】
又、本実施形態に係る無線給電装置の負荷検出部(240,1240,2240,3240,4240,5240,6240)は、LCRメーターである。本実施形態によれば、汎用機器を用いて負荷情報を取得できるため、製造コストの低減が図れる。
【0083】
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】
【0084】
100,1100,2100,3100,4100,5100,6100 無線給電装置
200,1200,2200,3200,4200,5200,6200 受電共鳴回路
220,1220,2220,3220,4220,5220,6220 第1コイル
230,1230,2230,3230,4230,5230,6230 コンデンサ
240,1240,2240,3240,4240,5240,6240 負荷検出部
250,1250,2250,3250,4250,5250,6250 第1通信部
300,1300,2300,3300,4300,5300,6300 送電共鳴回路
340,1340,2340,3340,4340,5340,6340 第2コイル
350,1350,2350,3350,4350,5350,6350 可変コンデンサ
360,1360,2360,3360,4360,5360,6360 第2通信部
371b,1371b,2371b,3371b,4371b,5371b,6371b 決定部
372,1372,2372,3372,4372,5372,6372 記憶部
400,1400,2400,3400,4400,5400,6400 負荷
1371c,3371c 調整部
1380,3380 電流検出部
2380,3390 距離センサー
図1
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