特許 7503001 送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システム

(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】

(24)【登録日】2024-06-11

(45)【発行日】2024-06-19

(54)【発明の名称】送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/90 20160101AFI20240612BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20240612BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20240612BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240612BHJP

   H01F 38/14 20060101ALI20240612BHJP

【ＦＩ】

H02J50/90

H02J50/10

H02J50/80

H02J7/00 301D

H01F38/14

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021002591

(22)【出願日】2021-01-12

(65)【公開番号】P2022107903

(43)【公開日】2022-07-25

【審査請求日】2023-04-10

(73)【特許権者】

【識別番号】501009849

【氏名又は名称】株式会社日立エルジーデータストレージ

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】増田 浩三

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２２３２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０９２５６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０６１９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８２７３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／９０

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

Ｈ０２Ｊ ５０／８０

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｆ ３８／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電コイルを有し、受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送電装置であって、
前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に、前記受電コイルは前記載置面と略平行になるように配置されており、前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記位置決め手段は平面を有する窪みであって、該窪みの形状は前記受電装置の外形と一致していることを特徴とする送電装置。

【請求項2】

送電コイルを有し、受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送電装置であって、
前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に、前記受電コイルは前記載置面と略平行になるように配置されており、前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記送電コイルの設置可能位置が複数である送電コイル収納スペースを前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置して設け、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に前記送電コイルの中心と前記受電コイルの中心との相対距離が選択可能であることを特徴とする送電装置。

【請求項3】

送電コイルを有し、受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送電装置であって、
前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に、前記受電コイルは前記載置面と略平行になるように配置されており、前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に、前記送電コイルと受電コイルは、前記載置面を介して所定のギャップ長で配置されており、
前記送電コイルの中心と前記受電コイルの中心とのスライド量は、結合係数と伝送可能な電力との関係を示した特性から、スライド量が０の状態で前記ギャップ長を調整して目標電力ｐが得られる範囲内の結合係数ｍを求め、スライド量と結合係数の関係を示した特性から、前記所定のギャップ長の条件で結合係数が前記求めたｍとなるスライド量として求めることを特徴とする送電装置。

【請求項4】

送電コイルを有し、受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送電装置であって、
前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に、前記受電コイルは前記載置面と略平行になるように配置されており、前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記送電コイルを移動可能な機構を設け、
前記送電コイルの中心と前記受電コイルの中心との距離を調整可能としたことを特徴とする送電装置。

【請求項5】

請求項４に記載の送電装置において、
前記移動可能な機構は、前記送電コイルをレールに沿って移動可能な台に設置し、該台の位置を外部から調整可能なツマミを設けた構成であることを特徴とする送電装置。

【請求項6】

送電コイルを有し、受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送電装置であって、
前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に、前記受電コイルは前記載置面と略平行になるように配置されており、前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記受電装置を載置する前記位置決め手段の位置が異なる複数の構成を有し、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に前記送電コイルの中心と前記受電コイルの中心との相対距離が前記位置決め手段の位置を変えることで選択可能であることを特徴とする送電装置。

【請求項7】

請求項６に記載の送電装置において、
前記位置決め手段の位置が異なる複数の構成は、前記位置決め手段の位置を移動できる構成であることを特徴とする送電装置。

【請求項8】

請求項６に記載の送電装置において、
前記位置決め手段は平面を有する窪みであって、前記位置決め手段の位置が異なる複数の構成は、前記窪みの位置が異なる複数のフェイスプレートであることを特徴とする送電装置。

【請求項9】

送電コイルを有し、受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送電装置であって、
前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記位置決め手段の載置面に載置した際に、前記受電コイルは前記載置面と略平行になるように配置されており、前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記受電装置からのデータを受信する通信部と、
送電制御部を有し、
前記送電制御部は、前記通信部を介して前記受電装置から送信された送電要求に応じて前記受電装置へ送電を開始し、前記通信部を介して前記受電装置から送信された満充電の通知または送電終了要求に応じて前記受電装置への送電を停止することを特徴とする送電装置。

【請求項10】

送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送受電システムであって、
前記送電装置は、前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置は、電力伝送を行う場合には筐体の下面を前記送電装置の前記位置決め手段の載置面に対向させて載置するように構成され、前記受電コイルは、前記筐体の下面と略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記送電装置の前記位置決め手段の載置面に載置した際に前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記送電装置は、前記送電コイルを移動可能な機構を設け、
前記送電コイルの中心と前記受電コイルの中心との距離を調整可能としたことを特徴とする送受電システム。

【請求項11】

送電コイルを有する送電装置から受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送受電システムであって、
前記送電装置は、前記受電装置を載置する位置決め手段を有し、前記送電コイルは、前記位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、
前記受電装置は、電力伝送を行う場合には筐体の下面を前記送電装置の前記位置決め手段の載置面に対向させて載置するように構成され、前記受電コイルは、前記筐体の下面と略平行になるように配置されており、
前記受電装置を前記送電装置の前記位置決め手段の載置面に載置した際に前記送電コイルの中心が前記受電コイルの中心から所定距離スライドして配置しており、
前記送電装置は、
前記受電装置からのデータを受信する送電装置通信部と、
送電制御部を有し、
前記送電制御部は、前記送電装置通信部を介して前記受電装置から送信された送電要求に応じて前記受電装置へ送電を開始し、前記送電装置通信部を介して前記受電装置から送信された満充電の通知または送電終了要求に応じて前記受電装置への送電を停止し、
前記受電装置は、
前記電力伝送された電力によって充電される二次電池と、
前記送電装置からのデータを受信する受電装置通信部と、
表示部と、
充電制御部を有し、
前記充電制御部は、前記電力伝送された電力である受電電力と前記二次電池の電池容量から前記二次電池の充電時間を算出し、前記受電装置通信部を介して前記送電装置から送信された投入電力の情報を用いて前記受電電力と前記投入電力の比から電力伝送効率を算出し、前記表示部に前記受電電力と前記充電時間と前記電力伝送効率を表示することを特徴とする送受電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワイヤレス電力伝送の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、携帯端末やゲーム機などの携帯型の小型の電子機器では、機器に内蔵された二次電池等への充電は、ＡＣコンセントや補助用電源から有線で充電端子を介して行うのが一般的である。しかしながら、近年では、これらの電子機器の普及に伴って、使い勝手を考慮した簡便な充電方式として充電端子を介さずに非接触で行うワイヤレス電力伝送方式を用いる機種が増えている。

【0003】

本技術分野におけるワイヤレス電力伝送装置に関し、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１では、電磁誘導型ワイヤレス電力伝送において、送電コイルから受電コイルに対する電力伝送効率を向上するためには、送電コイルに対する受電コイルの位置を正確に合わせる必要があり、簡素な構成で送電コイルと受電コイルの相対位置を検出する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１７９８２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、検出した送電コイルと受電コイルの相対位置に基づき送電コイルと受電コイルの中心軸を一致させる。

【0006】

しかしながら、送電装置や受電する電子機器の薄型化のため送電コイルと受電コイルの距離が近づくと両コイルの結合係数が高くなり過ぎて伝送可能な電力が低下するという現象がある。そのため、電力伝送効率優先での送電コイルと受電コイルの相対位置は、最大電力を得る位置と必ずしも一致しない。そのため、特許文献１では、電力伝送効率についてのみ考慮しており、伝送可能な電力については考慮していない。

【0007】

本発明の目的は、上記課題に鑑み、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を調整可能な送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、その一例を挙げるならば、送電コイルを有し、受電コイルを有する受電装置にワイヤレス電力伝送によって電力伝送を行う送電装置であって、受電装置を載置する位置決め手段を有し、送電コイルは、位置決め手段の載置面の下部に略平行になるように配置されており、受電装置を位置決め手段の載置面に載置した際に、受電コイルは載置面と略平行になるように配置されており、送電コイルの中心が受電コイルの中心から所定距離スライドして配置している構成とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を調整可能な送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１における送受電システムの概略構成ブロック図である。

【図2】実施例１における受電装置主機能部の概略機能構成図である。

【図3】実施例１における送電装置の平面図および側面図である。

【図4】実施例１における受電装置の平面図および側面図である。

【図5】実施例１における受電装置を送電装置に載置した状態の平面図および側面図である。

【図6】実施例１における送電装置の変形例の平面図および側面図である。

【図7】実施例１における送電装置の他の変形例の平面図である。

【図8】実施例１における伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離を決定する手法の説明図である。

【図9】実施例１における伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を決定する処理フロー図である。

【図10】実施例２における送受電システムの概略構成ブロック図である。

【図11】実施例２における送電装置に受電装置を載置した状態の平面図および側面図である。

【図12】実施例２における受電装置での表示画面例を説明する図である。

【図13】実施例３における送電装置の平面図および側面図である。

【図14】実施例４における送受電システムの概略構成ブロック図である。

【図15】実施例４におけるデータ伝送を用いたワイヤレス電力伝送の処理フロー図である。

【図16】実施例４における受電装置での表示画面例を説明する図である。

【図17】従来におけるワイヤレス電力伝送の問題点を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0012】

まず、従来のワイヤレス電力伝送における問題点について説明する。図１７は従来におけるワイヤレス電力伝送の問題点を説明する図である。図１７において、（ａ）は、送電装置１０上に受電装置２０を載置した状態を横から見た断面の概略図であり、送電コイル１６および受電コイル２１は、載置面に対して略平行になるように配置されており、さらに、それぞれの筐体の厚さの距離を隔てて配置される。

【0013】

受電装置２０を充電する場合、受電装置２０の筐体の背面（下面）を送電装置１０の筐体の上面に対向させて送電装置１０上に載置するとともに、送電装置１０の送電スイッチをＯＮにする。すると、送電コイル１６に流れた高周波の電流により交流磁束が発生し、トランスの原理と同様の電磁誘電作用により、対向する受電コイル２１に交流電圧が誘起され、受電装置２０の二次電池に給電されることで、受電装置２の０の充電を行うことが出来る。

【0014】

ここで、（ｂ）に示すように、送電コイル１６と受電コイル２１の中心軸の差であるスライド量と結合係数との関係は、スライド量がゼロのとき結合係数が最大となるので、従来のワイヤレス電力伝送においては、送電時の電力伝送効率を確保するために、送電コイル１６と受電コイル２１の中心軸を一致させるようにしている。すなわち、（ａ）に示す送電コイル１６と受電コイル２１の中心軸の差ｎをゼロにするように位置合わせを行う。

【0015】

しかしながら、（ｃ）に示すように、送電装置や受電する電子機器の薄型化のため送電コイルと受電コイルの距離が近づくと両コイルの結合係数が高くなり過ぎて相互インダクタンスが大きくなり、伝送可能な電力が低下するという現象がある。すなわち、電力伝送効率優先での送電コイルと受電コイルの相対位置は、最大電力を得る位置と必ずしも一致しない。

【0016】

そこで、本実施例では、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を調整可能な送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供する。以下、具体的に説明する。

【0017】

図１は、本実施例における送受電システムの概略構成ブロック図である。図１において、送受電システムは、ワイヤレスで電力（高周波電流）を送る送電コイル１６を備えた送電装置１０と、送電装置１０から送られる電力を受信する受電コイル２１を備えた受電装置２０で構成される。

【0018】

送電装置１０は、汎用的なＡＣ１００～１２０Ｖの電源を使用する据え置き型の充電台でもよいし、机やテーブルの上に載置される、あるいはこれら家具の上面の凹部に埋め込まれて固定的に使用される形態でもよい。

【0019】

図１において、送電装置１０は、送電コイル１６、送電スイッチ（送電ＳＷ）１７、電源１１、整流平滑回路１２、ＤＣ／ＤＣ変換器１３、送電制御部１４、送電コイル励振回路１５を有する。

【0020】

電源１１は、例えば電源コンセントから交流電圧（ＡＣ１００Ｖ）を入力する電源ケーブルや電源供給のオン／オフを切り替えるためのスイッチＩＣなどを有し、電源ケーブルを通じて送電される交流電圧を整流平滑回路１２に供給する。

【0021】

整流平滑回路１２は、例えば半導体ダイオードおよびコンデンサーを用いた回路であって、交流電圧の整流（直流）化および平滑化の処理を行うことにより、入力した交流電圧を一定電圧の直流電圧に変換し、変換後の電力をＤＣ／ＤＣ変換器１３に供給する。

【0022】

ＤＣ／ＤＣ変換器１３は、入力した直流電圧を、送電コイル１６の励起に必要となる電圧に変換（降圧）し、降圧後の電力を送電制御部１４に供給する。

【0023】

送電制御部１４は、送電ＳＷ１７の状態（ＯＮ又はＯＦＦ）に応じて、ＤＣ／ＤＣ変換器１３から入力される直流電圧を、送電コイル励振回路１５に供給し又は供給停止する。なお、送電制御部１４は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサーであって、記憶装置に格納された基本プログラムをプロセッサーが実行するソフトウェア処理により、送電装置１０の全体を統括的に制御する。

【0024】

送電コイル励振回路１５は、送電コイル１６を励振させるために、直流電圧を交流電圧に変換するインバーター回路を備える。また、送電コイル励振回路１５は、送電制御部１４から供給される直流電圧を所定の電圧および周波数の交流電圧に変換し、その交流電圧を送電コイル１６に出力する。

【0025】

送電コイル１６は、例えばリッツ線などの電線が平面略リング状となるように巻かれたスパイラル型のサーキュラーコイルである。

【0026】

次に、受電装置２０は、例えば、スマートフォン等の携帯型の端末装置であって、筐体内に、受電部をなす受電コイル２１が配置されている。図１において、受電装置２０は、受電部として、受電コイル２１と整流平滑回路２２と充電制御部２３と二次電池２４を備え、それ以外に、受電装置主機能部２５を有する。例えば、受電装置２０がスマートフォンであれば、操作入力機能と画像表示機能とを兼ね備えたタッチパネル式の操作入力部や、画像処理部、音声処理部、センサ部、通信部等が主機能部となる。詳細は後述する。

【0027】

図１において、受電コイル２１は、上述した送電コイル１６と同等の構成によるスパイラル型のサーキュラーコイルである。整流平滑回路２２は、例えばダイオードやコンデンサーを備えた回路であり、受電コイル２１に生じた誘起電流（交流）を、整流（脈流）化及び平滑化して、安定した電圧の直流電圧を生成する。充電制御部２３は、整流平滑回路２２から入力される直流電圧を、二次電池２４に供給する。二次電池２４は、繰り返し充放電が可能な電池であり、例えばリチウムイオン電池である。

【0028】

図２は、受電装置２０がスマートフォンである場合の、受電装置主機能部２５の概略機能構成図である。図２に示すように、受電装置主機能部２５は、主制御部２５１、記憶部２５３、操作入力部２５４、画像処理部２５５、音声処理部２５６、センサ部２５７、通信部２５８、拡張インタフェース（Ｉ／Ｆ）２５９等で構成され、これらがシステムバス２５２を介して電気的に接続されている。

【0029】

主制御部２５１は、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサーであって、記憶部２５３に格納された基本プログラムをプロセッサーが実行するソフトウェア処理により、受電装置主機能部２５の全体の各機能部を制御する。なお、主制御部２５１は、充電制御部２３の機能を兼用し受電装置主機能部２５だけでなく受電部を含めた受電装置２０の全体を制御してもよい。

【0030】

なお、図２の受電装置主機能部２５の各機能は、一般的に知られるスマートフォンの機能と同様であり、その詳細は省略し、簡単に下記する。

【0031】

操作入力部２５４は、受電装置２０に対するユーザの操作入力を受け付けるユーザ操作インタフェースである。具体的には、操作入力部２２０は、電源キー、音量キー、ホームキー等の操作キーや、タッチパネル等を有する。タッチパネルは、表示部に重ねて一体的に配置されたタッチスクリーンである。

【0032】

画像処理部２５５は、表示部と画像信号処理部と撮像部とを備え、撮像部で撮像された電気信号をデジタルの画像データとして生成し、生成された画像データを表示させる。また記憶部２５３から読み出された画像データを表示部に表示する。

【0033】

音声処理部２５６は、音声出力部と音声信号処理部と音声入力部とを備え、音声信号処理部で処理した音声を出力し、音声入力部からユーザの声などを入力する。

【0034】

センサ部２５７は、動き・振動・衝撃などを検出する加速度センサや、回転方向の角速度を検出し、縦・横・斜めの姿勢の状態を捉えるジャイロセンサ等を有する。

【0035】

通信部２５８は、ワイヤレス通信方式によりネットワークと接続して、ネットワーク上の管理サーバーとデータの送受信を行ない、また、近距離無線通信等を行う。

【0036】

拡張Ｉ／Ｆ２５９は、受電装置２０の機能を検出する張するためのインタフェース群である。

【0037】

図３は、本実施例における送電装置１０の平面図および側面図である。（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。図３において、送電装置１０は、受電装置２０を載置する平面な載置面を有する窪み１０ａを有し、窪み１０ａは、受電装置２０の外形と一致しており、載置する受電装置２０の位置を固定する位置決め用として機能する。また、送電コイル１６は、窪み１０ａの載置面の下部に略平行になるように配置されており、送電コイル１６の中心を送電装置１０の筐体中心からｙ軸方向にｎだけスライドして配置している。また、送電ＳＷ１７は、スライド式の手動スイッチであり送電装置１０の筐体側面に配置している。なお、送電ＳＷ１７は、例えばプッシュ式など、他の任意の形式のスイッチでもよい。

【0038】

図４は、本実施例における受電装置２０の平面図および側面図である。図４において、（ａ）が、スマートフォンをイメージして表示パネル２８の面がｘ、ｙ平面となる平面図であり、（ｂ）がｘ軸正方向から見た側面図である。受電コイル２１は、表示パネル２８の下部に筐体の下面と略平行になるように配置されており、受電コイル２１の中心を受電装置２０の中心に配置している。

【0039】

図５は、本実施例における図４に示した受電装置２０を図３に示した送電装置１０に載置した状態の平面図および側面図である。（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が側面図（ｂ）の拡大図である。図５に示すように、受電装置２０は、送電装置１０の窪み１０ａに格納され、送電装置１０において載置する受電装置２０の位置は固定される。すなわち、送電コイル１６の中心と受電コイル２１との中心はｙ軸方向にｎだけスライドして配置される。なお、図５においては、それぞれのコイルのｘ方向は筐体の中心であるが、２つのコイルの中心がｎだけ離れていればよいので、例えば、その距離を保った状態で２つのコイルをｘ方向、ｙ方向またはその両方にずらして配置してもよい。また、（ｃ）に示すように、送電コイル１６および受電コイル２１は、窪み１０ａの載置面を介して、それぞれの筐体の厚さの距離であるギャップ長ｌを隔てて配置される。

【0040】

そのため、送電装置１０における送電コイル１６の中心からのスライド量ｎを、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離となるように設計すれば、伝送可能な電力を最大化できる送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供できる。

【0041】

なお、図３から図５の説明では、スライド量ｎを送電装置１０側で確保しているが、送電コイルと受電コイルの相対距離がスライド量ｎとなればよいので、受電装置２０側で受電コイル２１の中心を受電装置２０の筐体中心からｙ軸方向にｎだけスライドして配置し送電装置１０側のスライド量をゼロとするように構成してもよい。また、送電装置１０と受電装置２０でスライド量ｎを分担するようにしてもよい。

【0042】

また、送電装置１０の窪み１０ａは、受電装置２０の外形と一致しており、載置する受電装置２０の位置を固定する位置決め用として機能すると説明したが、窪み１０ａは受電装置２０の位置を固定する位置決め用として機能すればよいので、受電装置２０の外形と一致している必要はなく、例えば、受電装置２０の位置を固定する突起を有していてもよい。

【0043】

図６は、図３の変形例であり、本実施例における送電装置の平面図および側面図である。図６において、図３と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図６において、図３と異なる点は、受電装置２０を載置する窪み１０ａに代えて、位置決め用の突起である位置決め手段を有する点である。すなわち、図６において、（ａ）は、送電装置１０の外形の４辺に位置決め手段１０ｂ、１０ｃ、１０d、１０eを有し、受電装置２０を載置した際に、送電装置１０と受電装置２０の位置を固定できる。また、（ｂ）は、送電装置１０の外形の４隅にＬ字状の位置決め手段１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ、１０iを有し、受電装置２０を載置した際に、送電装置１０と受電装置２０の位置を固定できる。これにより、図５と同様に、送電装置１０における送電コイル１６と受電装置２０における受電コイル２１との位置を特定できるので、送電コイルと受電コイルの相対距離であるスライド量ｎを、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離となるように設計すれば、伝送可能な電力を最大化できる送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供できる。

【0044】

図７は、図３の他の変形例であり、本実施例における送電装置の平面図である。図７において、図３と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図７において、図３と異なる点は、送電コイル１６の設置可能位置が複数である送電コイル収納スペース１０ｓを窪み１０ａの載置面の下部に略平行になるように配置して設け、送電コイル１６を送電コイル収納スペース１０ｓ内のどこに配置するかで所望の送電コイルの位置に固定する点である。すなわち、（ａ）では、送電コイル１６の設置可能位置が３つである送電コイル収納スペース１０ｓを設け、送電コイル１６を送電装置１０の筐体中心からｙ軸方向に最も離れた位置に配置した場合を示している。（ｂ）では、送電コイル１６を送電装置１０の筐体中心からｙ軸方向に中間距離離れた位置に配置した場合を示している。また、（ｃ）では、送電コイル１６の中心を送電装置１０の筐体中心の位置に配置した場合を示している。

【0045】

これにより、図３では、スライド量ｎが１つに固定されるが、図７では、送電コイル１６の位置を複数の位置から選択できる。そのため、送電装置１０における送電コイル１６の中心からのスライド量ｎを選択できるように複数の送電コイル１６を収納するスペースを設計しておき、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離となる位置になるように製造時に選択すれば、伝送可能な電力を最大化できる送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供できる。

【0046】

なお、図７の説明においても、スライド量ｎを送電装置１０側で確保しているが、受電装置２０側で受電コイル２１の位置を複数の位置から選択できるように構成してもよい。また、送電装置１０と受電装置２０でスライド量ｎを分担するようにしてもよい。

【0047】

図８は、本実施例における伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離を決定する手法の説明図である。図８において、（ａ）は、送電コイルと受電コイルの所定のスライド量におけるギャップ長と結合係数の関係を示した図であり、所定のスライド量においてギャップ長の増加に伴い結合係数は減少する。また、（ｂ）は、結合係数と伝送可能な電力との関係を示した図であり、所定のスライド量（例えばスライド量＝０）の状態でギャップ長を調整して目標電力ｐが得られる範囲の中央部の結合係数ｍを求める。なお、所望の電力が得られる範囲内であれば中央部でなくてもよい。次に、（ｃ）は、送電コイルと受電コイルとのスライド量と結合係数の関係を示した図であり、所望のギャップ長の条件でスライド量を変化させて結合係数がｍとなるスライド量ｎを求める。

【0048】

図９は、本実施例における伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を決定する処理フロー図である。図９においては、図８で説明した伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離を決定する手法に従い、送電コイルと受電コイルの相対距離が求めたスライド量ｎになるように、送電装置１０または受電装置２０のコイル位置を設計段階で実行する。具体的には、ステップＳ８１において、スライド量＝０の状態でギャップ長を調整して所望の電力が得られる結合係数ｍを求める。次に、ステップＳ８２において、所望のギャップ長に固定した状態でスライド量を変化させて求めた結合係数ｍが得られるスライド量ｎを求める。そして、ステップＳ８３において、送電コイル中心と受電コイル中心のスライド量がｎとなるように送電装置及び受電装置の機構を設計する。

【0049】

このように、本実施例によれば、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を備えた送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供できる。

【実施例2】

【0050】

実施例１では、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を備えた送電装置、受電装置を提供できるが、送電コイルと受電コイルの形状や大きさ、ギャップ長ごとに、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置は変化するため、異なる相対位置に対応した製品をそれぞれ作製、製造する必要があり、それぞれに製番が変わり、それぞれに製品の認証を取る必要があるという課題がある。そこで、本実施例では、異なる相対位置に調整可能な構成を有し、１つの製品で異なる相対位置に対応可能な構成について説明する。

【0051】

図１０は、本実施例における送受電システムの概略構成ブロック図である。図１０において、図１と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図１０において、図１と異なる点は、送電装置１０に、送電コイルを移動可能な機構を設けた点である。すなわち、送電コイル１６をレール１９ａ、１９ｂに沿って移動可能な台１８に設置し、この台１８の位置を外部から調整可能なツマミ１８ａを設けた点である。なお、レールに限らず、送電コイル１６と台１８を平行移動できる機構であればよい。移動はｘ方向、ｙ方向どちらでもよいし、両方組み合わせてもよい。

【0052】

図１１は、本実施例における送電装置１０に受電装置２０を載置した状態の平面図および側面図である。図１１において、図５と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図１１において、図５と異なる点は、送電コイル１６をレール１９ａ、１９ｂに沿って移動可能な台１８に設置し、この台１８の位置を外部から調整可能なツマミ１８ａを設けた点である。

【0053】

図１１において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が、送電コイルと受電コイルのギャップ長が第１の長さであるのに対し、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、受電装置２０が大型化して、ギャップ長が第１の長さよりも長い場合を示している。なお、（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が側面図（ｂ）の拡大図である。また、同様に、（ｄ）が平面図、（ｅ）が側面図、（ｆ）が側面図（ｅ）の拡大図である。

【0054】

図１１（ｃ）に示すように、ギャップ長が第１の長さである場合には、ツマミ１８ａをスライドさせて伝送可能な電力を最大化できる所定の位置に送電コイル１６の位置を調整する。それに対して、（ｆ）に示すように、ギャップ長が第１の長さよりも長い場合は、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離は（ｃ）の場合よりも小さくなるので、相対距離であるスライド量を（ｃ）よりも小さくするように、ツマミ１８ａをスライドさせて所望の位置に送電コイル１６の位置を調整する。

【0055】

図１２は、本実施例における受電装置２０での表示画面例を説明する図である。受電装置２０での電池容量をＱ［ｗｈ］、受電電力をＰ［ｗ］、充電時間をｈ［ｈ］としたとき、その関係は、Ｑ＝Ｐ＊ｈとなる。よって、電池容量と受電電力が決まれば充電時間が算出できる。従って、送電コイルと受電コイルの相対距離であるスライド量をツマミ１８ａによって調整可能であるので、充電制御部２３は、調整状態での受電電力から充電時間を算出し、それを表示することでユーザが所望の調整状態に設定できる。

【0056】

図１２において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、スライド量が異なる場合の、送電装置１０に受電装置２０を載置した状態の平面図と受電装置２０の表示画面を示している。（ａ）においては、スライド量が小さい場合であって、例えば、受電装置２０の表示画面に受電電力：５Ｗ、充電時間：８ｈ、と表示されている。（ｂ）においては、ツマミ１８ａによって（ａ）よりもスライド量を大きくする方向に調整した場合、受電装置２０の表示画面には、受電電力：８Ｗ、充電時間：３ｈ、と表示される。そして、（ｃ）においては、ツマミ１８ａによって（ｂ）よりもさらにスライド量を大きくする方向に調整した場合、受電装置２０の表示画面には、受電電力：１０Ｗ、充電時間：２ｈ、と表示される。よって、ユーザは、表示画面を見ながら、所望の充電時間となるように、ツマミ１８ａによってスライド量を調整できる。

【0057】

このように、本実施例では、送電コイルと受電コイルの相対距離であるスライド量を調整可能な機構を設けたので、１つの製品で伝送可能な電力を最大化できる異なる相対位置に対応でき、個別に製品の認証を取る必要がなくなるという効果がある。また、ユーザは、表示画面を見ながら、所望の充電時間となるようにスライド量を調整できる。

【実施例3】

【0058】

実施例１では、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離となるように送電コイルの位置を変えていた。これに対して、本実施例では、送電コイルの位置は変えないで、送電コイルと受電コイルの相対距離を変える例について説明する。

【0059】

図１３は、本実施例における送電装置１０の平面図および側面図である。図１３において、図３と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図１３において、図３と異なる点は、受電装置２０を載置する窪み１０ａの位置を変える点である。

【0060】

図１３において、（ａ）は、窪み１０ａの位置が送電装置１０のｙ軸方向上部に配置しているのに対して、（ｂ）は、窪み１０ａの位置が送電装置１０のｙ軸方向下部に配置している。窪み１０ａは受電装置２０の外形と一致しており、受電装置２０の位置決め用の窪みとなるので、（ａ）、（ｂ）に示すように送電装置１０での窪み１０ａの位置を変えることで、送電コイルと受電コイルの相対距離を変えることが出来る。

【0061】

なお、窪み１０ａの位置を移動できるようにしてもよいし、窪み１０ａの位置が異なるフェイスプレートを複数同梱してユーザが受電装置２０の機種に応じて交換しても良い。

【0062】

このように、本実施例によれば、送電コイルの位置を変えることなく、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対位置を備えた送電装置、受電装置、およびそれらを備えた送受電システムを提供できる。

【実施例4】

【0063】

本実施例では、送電装置と受電装置間でデータ伝送機能を備えた例について説明する。

【0064】

図１４は、本実施例における送受電システムの概略構成ブロック図である。図１４において、図１０と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図１４において、図１０と異なる点は、送電装置１０と受電装置２０にそれぞれ通信部３１、２７を設け、送電ＳＷを無くした点である。すなわち、通信部３１、２７は、送電装置１０と受電装置２０間でのデータ伝送を行う。なお、受電装置２０の通信部２７は、受電装置主機能部２５に通信部を有している場合は、それと兼用してもよい。また、通信部３１、２７で行うデータ伝送を電力伝送用コイルを用いて行ってもよい。

【0065】

図１５は、本実施例におけるデータ伝送を用いたワイヤレス電力伝送の処理フロー図である。図１５において、まずステップＳ１４１において、通信部２７、３１を介して、受電装置２０から送電装置１０へ送電要求を送信する。それを受けて、ステップＳ１４２において送電装置１０は受電装置２０へ送電を開始する。このように、本実施例では、データ伝送を行うことで、実施例１での手動による送電ＳＷ切り替えを不要としている。

【0066】

そして、ステップＳ１４３において送電装置１０は通信部３１、２７を介して受電装置２０へ投入電力のデータを送信する。ステップＳ１４４においては、受電装置２０は、二次電池２４に供給される受電電力と受信した送電装置１０の投入電力から、電力伝送効率＝受電電力／投入電力＊１００（％）を算出し、電池容量と受電電力から充電時間を算出し、受電電力、電力伝送効率、充電時間を表示する。

【0067】

ステップＳ１４５において、ユーザは送電装置１０のツマミ１８ａを調整して所望の充電位置を選択する。そして、ステップＳ１４６において、受電装置２０は、充電制御部２３によって満充電かを判断し、満充電でなければ、ステップＳ１４３に戻って充電を継続する。また、満充電であればステップＳ１４７に進み、受電装置２０は、通信部２７、３１を介して送電装置１０へ満充電である旨を通知する。そして、ステップＳ１４８で受電装置２０は、通信部２７、３１を介して送電装置１０へ送電終了要求を送信する。なお、ステップＳ１４７またはＳ１４８のいずれかは省略し、満充電の通知を送電終了要求と見做してもよい。

【0068】

図１６は、本実施例における受電装置２０での表示画面例を説明する図である。図１６において、図１２と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図１６において、図１２と異なる点は、表示画面において、電力伝送効率を追加表示した点である。すなわち、電力伝送効率を算出するためには送電装置１０の投入電力の情報が必要であるため、通信部３１、２７を介して送電装置１０から受電装置２０へ送信された投入電力の情報を用いて受電装置２０で算出し表示する。

【0069】

図１６において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、スライド量が大、小、中の場合の、送電装置１０に受電装置２０を載置した状態の平面図と受電装置２０の表示画面を示している。
（ａ）においては、ツマミ１８ａによってスライド量を大きくする方向に調整し、伝送可能な電力を最大化できる送電コイルと受電コイルの相対距離となるように送電コイルの位置を調整した場合であり、電力伝送モードとして伝送可能電力優先を選択した場合であって、最も早く充電できる場合の例である。受電装置２０の表示画面には、受電電力：１０Ｗ、効率：８０％、充電時間：２ｈ、と表示される。（ｂ）においては、ツマミ１８ａによってスライド量を小さくする方向に調整し、電力伝送モードとして電力伝送効率優先を選択した場合であって、最も電力伝送効率が良い場合の例である。例えば、受電装置２０の表示画面には、受電電力：５Ｗ、効率：９５％、充電時間：８ｈ、と表示される。（ｃ）においては、ツマミ１８ａによって（ｂ）よりもスライド量を大きく、かつ、（ａ）よりもスライド量を小さくするように調整した場合であり、充電時間と電力伝送効率効率の両者を考慮して、許容時間内に充電が終わり、かつ、電力伝送効率効率もそれほど悪くない状態を選択した場合（インテリジェントモード）の例である。例えば、受電装置２０の表示画面には、受電電力：８Ｗ、効率：９０％、充電時間：３ｈ、と表示される。

【0070】

以上のように、本実施例によれば、ユーザは、表示画面の受電電力、電力伝送効率、充電時間を確認しながら、所望の電力伝送モードとなるように、ツマミ１８ａによってスライド量を調整できる。

【0071】

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0072】

１０：送電装置、１０ａ：窪み、１０ｂ～１０i:位置決め手段、１０ｓ：送電コイル収納スペース、１１：電源、１２：整流平滑回路、１３：ＤＣ／ＤＣ変換器、１４：送電制御部、１５：送電コイル励振回路、１６：送電コイル、１７：送電スイッチ（送電ＳＷ）、１８：台、１８ａ：ツマミ、１９ａ、１９ｂ：レール、２０：受電装置、２１：受電コイル、２２：整流平滑回路、２３：充電制御部、２４：二次電池、２５：受電装置主機能部、２８：表示パネル、２７、３１：通信部、２５１：主制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】