JP2012147632A - 電力伝送装置及び電力伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に適切な電力を受電装置に給電する。
【解決手段】送電部１１は受電装置２０，２１に対して非接触で送電し、電源部１２は送電部１１が送電する電力を生成し、検出部１３は受電装置２０，２１の台数を検出し、整合部１４は、受電装置２０，２１の台数に対応したコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組を複数有し、検出された受電装置２０，２１の台数に応じて、選択するコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組を変更することで送電部１１と電源部１２との間のインピーダンス整合を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力伝送装置及び電力伝送方法に関する。

非接触で電力を伝送する技術として、電磁誘導方式と電波収穫方式が知られているが、これらに代わる新たな方式として、近年、近傍磁界中の共鳴現象を利用した方式（以下磁界共鳴方式と呼ぶ）が提唱された。

磁界共鳴方式は、送受電側双方に、高いＱ値を持つ略同一共振周波数のコイルを配置し、磁界を媒介とする共鳴状態にすることで、高効率の電力伝送を可能とするものである。この方式によれば、従来から知られている電磁誘導方式よりも、長距離の電力伝送が可能であり、且つ受電装置の位置ずれにも強く、携帯電話などのモバイル機器をはじめ、家電製品、電気自動車など様々な電子機器への適用が期待されている。

ところで、効率よく受電装置に電力伝送を行うため、送電側の装置の送電アンプとその接続先のインピーダンスを整合することが求められる。すなわち、送電アンプと、その接続先のインピーダンス不整合によって電力反射が生じることを抑えることが求められる。

従来、磁界共鳴方式を利用した電力伝送システムにおいて、送電装置の送電アンプと送電コイルの間にインダクタ素子と可変コンデンサを有した整合回路を挿入し、送電装置と受電装置間の距離や負荷の変化に応じてインピーダンス整合を行う手法が知られている。

特開２０１０−１４１９７６号公報 特表２００９−５０１５１０号公報

ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００７．１２．３ １１７頁〜１２８頁

しかし、従来の技術では、受電装置の台数が変化する場合、送電部の負荷が大きく変化するためインピーダンス調整に時間がかかり、効率的に適切な電力を受電装置に給電することが困難であるという問題があった。

発明の一観点によれば、受電装置に対して非接触で送電する送電部と、前記送電部が送電する電力を生成する電源部と、前記受電装置の台数を検出する検出部と、前記受電装置の台数に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の組を複数有し、検出された前記受電装置の台数に応じて、選択する前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組を変更することで前記送電部と前記電源部との間のインピーダンス整合を行う整合部と、を備えた電力伝送装置が提供される。

開示の電力伝送装置及び電力伝送方法によれば、効率的に適切な電力を受電装置に給電することができる。

第１の実施の形態の電力伝送装置の一例を示す図である。 受電装置が２台から３台に変化した場合の整合部の一例の様子を示す図である。 第２の実施の形態の電力伝送装置の一例を示す図である。 送電時の電力伝送装置と受電装置における通信シーケンスの一例を示す図である。 送電時の電力伝送装置の一例の処理の流れを示すフローチャートである。 ３台の受電装置に送電を行う電力伝送装置の一例を示す図である。 受電装置の台数を１台に変更した場合の例を示す図である。 受電装置の位置が変化した様子を示した図である。 受電装置の位置の変化に対する反射係数の変動例を示す図である。 受電装置の台数を２台に変更した場合の例を示す図である。 受電装置の位置が変化した様子を示した図である。 受電装置の位置の変化に対する反射係数の変動例を示す図である。 電力伝送装置による、送電距離に応じたインピーダンス整合の一例を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の電力伝送装置の一例を示す図である。

電力伝送装置１０は、送電部１１、電源部１２、検出部１３、整合部１４を有している。図１の例では、２台の受電装置２０，２１が示されている。受電装置２０，２１は、たとえば、携帯電話やラップトップコンピュータなどのモバイル機器、またはその他の電子機器である。

送電部１１は、受電装置２０，２１に対して非接触で送電する。電源部１２は、受電装置２０，２１に送電する電力を生成する。検出部１３は、たとえば、センサや通信モジュールなどによって受電装置２０，２１の台数を検出する。

整合部１４は、送電部１１と電源部１２との間の伝送線路１５に設けられている。
磁界共鳴方式のような非接触で送電する方式では、電波による放送受信などと異なり、近傍界領域でエネルギーの伝送が行われるため、受電装置の台数によって送電部１１の入力インピーダンス（負荷）が変化する。送電部１１の入力インピーダンスと電源部１２の出力インピーダンスが異なると電力反射が起こり、反射損失（リターンロス）が発生して電力伝送効率が低下する。

そのため、整合部１４は、送電部１１と電源部１２との間のインピーダンス整合を行う。たとえば、整合部１４は、送電部１１の入力インピーダンスと自身のインピーダンスの合成インピーダンスが、電源部１２の出力インピーダンスと等しくなるように調整を行う。送電部１１の入力インピーダンスが受電装置の台数によって異なるため、整合部１４は、コンデンサ素子Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の組を台数に対応して複数備えている。

図１に示す例の場合、たとえば、コンデンサ素子Ｃ１とインダクタ素子Ｌ１の組が、受電装置が１台の場合に用いられる組とする。また、コンデンサ素子Ｃ２とインダクタ素子Ｌ２の組が、受電装置が２台の場合に用いられる組、コンデンサ素子Ｃ３とインダクタ素子Ｌ３の組が、受電装置が３台の場合に用いられる組などとする。また、たとえば、コンデンサ素子Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１の組が、受電装置が４台の場合に用いられる組などと対応づけてもよい。

受電装置の台数に対応したコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組は、受電装置がその台数の場合に、送電部１１と電源部１２との間でインピーダンス整合されるようにキャパシタンス及びインダクタンスが設定されている。

たとえば、コンデンサ素子Ｃ２とインダクタ素子Ｌ２の組が、受電装置が２台の場合に用いられる組とする。この場合、コンデンサ素子Ｃ２とインダクタ素子Ｌ２は、受電装置が２台の場合の送電部１１の入力インピーダンスと電源部１２の出力インピーダンスが整合するように、キャパシタンス及びインダクタンスが予め設定されているものとする。

なお、本明細書中で、インピーダンスが整合するとは、入力インピーダンスと出力インピーダンスの整合が完全にとれている、という意味に限定されない。たとえば、電源部１２の出力端の反射係数が０．２以下、すなわち、反射による損失が４％以下であることが望ましい。

各コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の一方の端子は、送電部１１と電源部１２の間の伝送線路１５にスイッチ１４ｂを介して接続されており、他方の端子は接地されている。
インダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３は、伝送線路１５に接続されており、一方の端子は送電部１１に接続され、他方の端子はスイッチ１４ａを介して電源部１２に接続されている。

整合部１４は、検出された受電装置の台数に応じて、スイッチ１４ａ，１４ｂにて、選択するコンデンサ素子とインダクタ素子の組を切り替える。たとえば、図１に示す例の場合、２台の受電装置２０，２１があるので、整合部１４は、２台のときに用いるコンデンサ素子Ｃ２とインダクタ素子Ｌ２の組を選択する。

図２は、受電装置が２台から３台に変化した場合の整合部の一例の様子を示す図である。
給電対象の受電装置が、図２に示すように３台（受電装置２０，２１，２２）となった場合、検出部１３はこの台数の変化を検出する。そして、検出部１３は、整合部１４に対して３台に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の組（たとえば、コンデンサ素子Ｃ３とインダクタ素子Ｌ３）を選択するように指示する。

指示を受けた整合部１４は、スイッチ１４ａ，１４ｂで、使用するコンデンサ素子とインダクタ素子の組を、たとえば、図１の状態から、受電装置が３台の場合に用いるコンデンサ素子Ｃ３とインダクタ素子Ｌ３の組に切り替える。

これにより、検出された受電装置の台数に対して適切なインピーダンスを迅速に選択できるようになるので、インピーダンス整合が容易になり、効率的に適切な電力を受電装置に給電することができるようになる。

また、空気を誘電体とする高耐圧の可変コンデンサではなく、複数のコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組の切り替えにより受電装置の台数に応じたインピーダンス整合を行うので、電力伝送装置１０の小型化が期待できる。可変コンデンサのみでインピーダンス整合を行うようにすると、受電装置の台数の変化などによる入力インピーダンスの大きな変化に対応できるように調整範囲が広がり、容積が大きくなるからである。

以下第２の実施の形態として、電力伝送装置をより詳細に説明する。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態の電力伝送装置の一例を示す図である。

電力伝送装置３０は、磁界共鳴方式で電力伝送を行うものであり、制御回路３１、送電コイル３２、送電アンプ３３、検出センサ３４−１，３４−２，３４−３，３４−４、整合回路３５、記憶部３６を有している。

図３の例では、２台の受電装置４０，４１が示されている。受電装置４０，４１は、たとえば、携帯電話やラップトップコンピュータなどのモバイル機器、またはその他の電子機器である。

制御回路３１は、電力伝送装置３０の各部を制御する。たとえば、制御回路３１は、検出センサ３４−１〜３４−４からの信号をもとに、給電対象の受電装置の台数を検出する機能（図１に示した検出部１３の機能）を有している。また、制御回路３１は、送電アンプ３３の出力端のノードＮ１において、送電アンプ３３と整合回路３５間の電力反射状態（反射係数）を計測する。

送電コイル３２は、図１に示した送電部１１の機能を有し、受電装置４０，４１に対して送電を行う。送電コイル３２は、送電周波数に対応した共振周波数を持つ共振コイル３２ａと、共振コイル３２ａに対して非接触で電力を供給する誘導コイル３２ｂを有している。また、共振コイル３２ａには、コンデンサ素子Ｃｒが並列に接続されている。誘導コイル３２ｂの一端は整合回路３５に接続されており、他端は接地されている。

送電アンプ３３は、図１に示した電源部１２の機能を有し、交流電源３３ａにより所定の送電周波数で電力を生成する。また、送電アンプ３３は、制御回路３１の制御により、検出された受電装置の台数に応じて、生成する電力の大きさを調整する。

検出センサ３４−１〜３４−４は、受電装置４０，４１を検出する。検出センサ３４−１〜３４−４は、たとえば、赤外線または、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などで通信を行う通信モジュールであり、たとえば、それぞれ１台の受電装置と無線通信を行う。したがって、図３に示す電力伝送装置３０の例では、４台の受電装置と同時に通信が可能となっている。たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの場合、障害物がない状態では約１０ｍ程度の距離で受電装置の検出が可能である。

なお、検出センサ３４−１〜３４−４の数は特に限定されるものではない。また、検出センサ３４−１〜３４−４は、通信モジュールに限定されず、受電装置４０，４１が電力伝送装置３０の充電用治具などに搭載されたことを検出する重量センサでもよい。

整合回路３５は、送電コイル３２と送電アンプ３３との間の伝送線路３７に設けられており、図１に示した整合部１４の機能を有している。
整合回路３５は、制御回路３１の制御のもと、送電コイル３２と送電アンプ３３との間のインピーダンス整合を行う。たとえば、整合回路３５は、送電コイル３２の入力インピーダンスと自身のインピーダンスの合成インピーダンスが、送電アンプ３３の出力インピーダンスと等しくなるように調整を行う。送電コイル３２の入力インピーダンスが受電装置の台数によって異なるため、整合回路３５は、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組を台数に対応して複数備えている。

図３に示した整合回路３５の例では、図１に示した例と同様に、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３、インダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３、スイッチ３５ａ，３５ｂを有している。コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３は、省スペース化の観点から高誘電率（かつ低損失）のものを使用することが望ましい。

ここで、たとえば、コンデンサ素子Ｃ１とインダクタ素子Ｌ１の組が、受電装置が１台の場合に用いられる組とする。また、コンデンサ素子Ｃ２とインダクタ素子Ｌ２の組が、受電装置が２台の場合に用いられる組、コンデンサ素子Ｃ３とインダクタ素子Ｌ３の組が、受電装置が３台の場合に用いられる組などとする。また、たとえば、コンデンサ素子Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１の組が、受電装置が４台の場合に用いられる組などと対応づけてもよい。

各コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の一方の端子は、誘導コイル３２ｂと送電アンプ３３の間の伝送線路３７にスイッチ３５ｂを介して接続されており、他方の端子は接地されている。

インダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３は、伝送線路３７に接続されており、一方の端子は送電コイル３２における誘導コイル３２ｂに接続され、他方の端子はスイッチ３５ａを介して送電アンプ３３に接続されている。

スイッチ３５ａ，３５ｂの切り替えは、制御回路３１からの制御信号により行われ、検出された受電装置の台数に応じて、選択されるコンデンサ素子とインダクタ素子の組が切り替えられる。たとえば、図３に示す例の場合、２台の受電装置４０，４１があるので、整合回路３５において、２台のときに用いるコンデンサ素子Ｃ２とインダクタ素子Ｌ２の組が選択される。

さらに、本実施の形態において整合回路３５は、可変コンデンサＣｖを有している。可変コンデンサＣｖの一端は伝送線路３７に接続されており、他端は接地されている。可変コンデンサＣｖは、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組の切り替えにより、離散的に変化するインピーダンスを補償し、精度よくインピーダンス整合が行われるよう微調整を行うものであるので、小容量のもので済む。可変コンデンサＣｖは、制御回路３１からの制御信号により、容量値が制御される。

記憶部３６は、たとえば、給電可能な受電装置の情報（たとえば、磁界共鳴方式に対応している型、品名など）や、給電を許可するユーザの登録情報などを記憶する。
受電装置４０，４１は、バッテリ４０ａ，４１ａ、誘導コイル４０ｂ，４１ｂ、共振コイル４０ｃ，４１ｃ、検出センサ４０ｄ，４１ｄを有している。共振コイル４０ｃ，４１ｃにはコンデンサ素子Ｃｒ１，Ｃｒ２が並列に接続されている。

受電装置４０，４１は、共振コイル４０ｃ，４１ｃにより、電力伝送装置３０から電力を受け、誘導コイル４０ｂ，４１ｂに電力を伝えて、誘導コイル４０ｂ，４１ｂに接続されたバッテリ４０ａ，４１ａを充電する。検出センサ４０ｄ，４１ｄは、電力伝送装置３０の検出センサ３４−１〜３４−４の何れかと通信を行う。

検出センサ４０ｄ，４１ｄは、電力伝送装置３０の検出センサ３４−１〜３４−４と同様に、たとえば、赤外線または、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどで通信を行う通信モジュールである。

図４は、送電時の電力伝送装置と受電装置における通信シーケンスの一例を示す図である。
以下では一例として、図３に示したような受電装置４０，４１が存在する場合の送電時の電力伝送装置３０の動作を説明する。

電力伝送装置３０は、検出センサ３４−１〜３４−４により、受電装置４０，４１の検知を行い、受電装置４０，４１の台数（図３の場合は２台）を検出する（処理Ｔ１）。たとえば、検出センサ３４−１〜３４−４が通信モジュールである場合、受電装置４０，４１の検出センサ４０ｄ，４１ｄとの間で通信が確立した場合に、受電装置４０，４１が検知される。その後、電力伝送装置３０と検知された受電装置４０，４１との間でデータ通信処理が行われる（処理Ｔ２）。データ通信処理では、受電装置４０，４１の認証やワイヤレスで充電するためのデータについてのやり取りなどが行われる。データの例としては、受電装置４０，４１の型式や、受電装置４０，４１を所持するユーザの契約情報、バッテリ４０ａ，４１ａが対応している電圧やワット数などのバッテリ情報、送電アンプ３３の周波数などである。

その後、電力伝送装置３０の制御回路３１は、検出された受電装置４０，４１の台数に基づき、整合回路３５のコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組の選択を行う（処理Ｔ３）。

続いて、電力伝送装置３０は、受電装置４０，４１に対して、試行用の送電を開始する（処理Ｔ４）。試行用の送電は、本送電時よりも小さい電力で行われ、たとえば、バッテリ情報をもとに、本送電時のワット数の１／１０程度で行われる。たとえば、本送電が５Ｗで行われる場合、試行用の送電は５００ｍＷで行われる。

その後、電力伝送装置３０と受電装置４０，４１間で、バッテリ４０ａ，４１ａの充電状態などの送受電状態情報の交換が行われる（処理Ｔ５）。試行用の送電時において、電力伝送装置３０の制御回路３１は、図３のノードＮ１における反射係数を検出し（処理Ｔ６）、反射係数の値に応じて整合回路３５の可変コンデンサＣｖの調整を行う（処理Ｔ７）。そして、電力伝送装置３０の制御回路３１の制御のもと、送電アンプ３３は生成する電力レベルを、検出された受電装置の台数に応じて変更し（処理Ｔ８）、本送電を開始させる（処理Ｔ９）。

本送電時においても、試行用の送電時と同様に、送受電状態情報の交換が行われる（処理Ｔ１０）。送受電状態情報は定期的に確認され（処理Ｔ１１）、受電装置４０，４１が送電可能な範囲から外れたり、バッテリ４０ａ，４１ａの充電が完了するなどした場合に、電力伝送装置３０は送電を停止する（処理Ｔ１２）。その後、電力伝送装置３０と受電装置４０，４１は、検出センサ３４−１〜３４−４の何れか２つと、受電装置４０，４１の検出センサ４０ｄ，４１ｄとの間の通信処理を終了する（処理Ｔ１３）。

以下、電力伝送装置３０の処理をより詳細に説明する。
図５は、送電時の電力伝送装置の一例の処理の流れを示すフローチャートである。
制御回路３１は、検出センサ３４−１〜３４−４により、受電装置の検知処理を行い、受電装置の台数を検出する（ステップＳ１）。たとえば、検出センサ３４−１〜３４−４の少なくとも１つによって、受電装置の検出センサ（たとえば、図３の検出センサ４０ｄ，４１ｄ）との間で通信が発生した場合、制御回路３１は存在する受電装置の台数を検出する。

そして、制御回路３１は、検知処理の結果から受電装置があるか否かを判定する（ステップＳ２）。受電装置がある場合には、ステップＳ３の処理が行われ、受電装置がない場合には、ステップＳ１の処理が継続される。

ステップＳ３の処理では、検出センサ３４−１〜３４−４は、検知された受電装置から、その受電装置が正当な送電先か否かを認証するための認証用データを受信する（ステップＳ３）。認証用データとしては、たとえば、受信した受電装置の型式や、受電装置を所持するユーザの契約情報などがある。

ステップＳ４の処理において、制御回路３１は、検出センサ３４−１〜３４−４が受信した認証用データをもとに、送電先が正当なものか否かを判定する。ここでは、制御回路３１は、たとえば、検出センサ３４−１〜３４−４が受信した認証用データと、記憶部３６に格納されている情報との照合を行い、受電装置が正当な送電先であるか否かを判定する。

正当な送電先と判定された場合には、ステップＳ５の処理が行われ、正当な送電先ではないと判定された場合には、送電アンプ３３は電力を生成せず、ステップＳ１の処理が行われる。

ステップＳ５の処理において、制御回路３１の制御のもと、検出センサ３４−１〜３４−４は、正当な送電先と判定された受電装置との間で送受電条件情報の交換を行う。送受電条件情報としては、受電装置のバッテリが対応している電圧やワット数などのバッテリ情報、電力伝送装置３０の送電アンプ３３の周波数などである。

その後、制御回路３１は、検出された受電装置の台数に基づき、整合回路３５のコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組の選択を行う（ステップＳ６）。
たとえば、図３に示すように２台の受電装置４０，４１が検出された場合には、台数が２台のときに用いられるコンデンサ素子とインダクタ素子の組が選択されるように、制御回路３１は、整合回路３５のスイッチ３５ａ，３５ｂを切り替える。

その後、制御回路３１の制御のもと送電アンプ３３は、試行用の送電を開始する（ステップＳ７）。試行用の送電は、前述したように、本送電時よりも小さい電力で行う。
その後、検出センサ３４−１〜３４−４は、受電装置と通信を行い、受電装置のバッテリの充電状態や、受電装置が送電可能な範囲内から外れていないかなどの送受電状態情報の交換を行う（ステップＳ８）。

試行用の送電時において、電力伝送装置３０の制御回路３１は、図３のノードＮ１における反射係数を検出し（ステップＳ９）、反射係数が規定値以上（たとえば、０．２以上（＝定在波比が１．５以上））か、否かを判定する（ステップＳ１０）。

反射係数が規定値以上の場合、制御回路３１は、反射係数が減少してインピーダンス整合するように、整合回路３５の可変コンデンサＣｖを調整し（ステップＳ１１）、ステップＳ９からの処理を繰り返す。

反射係数が規定値以上ではない場合、制御回路３１は、受電装置の台数に応じて、送電アンプ３３が生成する電力レベルを変更し（ステップＳ１２）、本送電を開始させる（ステップＳ１３）。ここで制御回路３１は、電力伝送装置３０の各部を検査し不具合が発生していないか判定する（ステップＳ１４）。制御回路３１は、不具合がなければ、送電を継続させる（ステップＳ１５）。不具合がある場合には、ステップＳ２０の処理が行われ、送電が停止される。

本送電中においても、試行用の送電時と同様に、送受電状態情報の交換が定期的に行われる（ステップＳ１６）。制御回路３１は、送受電状態情報をもとに、検出された受電装置が送電可能な範囲に存在するか否かを判定する（ステップＳ１７）。受電装置がある場合には、ステップＳ１８の処理が行われ、受電装置がない場合には、ステップＳ２０の処理が行われ、送電が停止される。

ステップＳ１８の処理において、制御回路３１は、送受電状態情報をもとに、受電装置のバッテリに空き容量があるか否かを判定する（ステップＳ１８）。たとえば、検出センサ３４−１〜３４−４の何れかが、受電装置からバッテリが満充電である旨の送受電状態情報を受信すると、制御回路３１は、受電装置のバッテリに空き容量がないと判定し、ステップＳ２０の処理を行う。満充電である旨の送受電状態情報が受信されていない状態では、制御回路３１は、受電装置のバッテリは空き容量があると判定し、ステップＳ１９の処理を行う。

ステップＳ１９の処理において、制御回路３１は、送受電状態情報として、受電装置から充電を休止する旨の休止信号が送られてきていないか判定する。休止信号がある場合には、制御回路３１は、ステップＳ２０の処理を行う。休止信号がない場合には、制御回路３１は、ステップＳ１５の処理を行い、送電を継続させる。

ステップ２０の処理では、制御回路３１は、送電アンプ３３による送電を停止させる。その後、制御回路３１は、検出センサ３４−１〜３４−４による通信処理を終了させる（ステップＳ２１）。

なお、上記の各ステップの順番は、特に限定されているわけではない。たとえば、ステップＳ１７〜Ｓ１８の判定処理などは適宜順番を入れ替えてもよい。
以上のように、検出された受電装置の台数に応じて、台数に対応して設けられたコンデンサ素子とインダクタ素子の組を選択することで、適切なインピーダンスを迅速に選択できるようになる。これにより、インピーダンス整合が容易になり、効率的に適切な電力を受電装置に給電することができるようになる。

また、複数のコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組の切り替えにより受電装置の台数に応じたインピーダンス整合を行うので、電力伝送装置３０の小型化が期待できる。

また、可変コンデンサＣｖを用い、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３とインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の組の切り替えにより離散的に変化するインピーダンスを補償することで、より精度よくインピーダンス整合を行うことができる。この可変コンデンサＣｖは、インピーダンスの微調整を行うものであるので、小さな容積のもので済み、電力伝送装置３０の大型化を抑制できる。

（実施例）
図６は、３台の受電装置に送電を行う電力伝送装置の一例を示す図である。
図６では、図３に示した電力伝送装置３０の一例の上面図を示し、受電装置である３台の携帯電話５０，５１，５２に送電を行う場合を示している。図６では共振コイル３２ａ、誘導コイル３２ｂを示しているが、図３の電力伝送装置３０のその他の構成については、図示を省略している。

携帯電話５０〜５２は、それぞれ、共振コイル５０ａ，５１ａ，５２ａと、誘導コイル５０ｂ，５１ｂ，５２ｂを有している。図示を省略しているが、携帯電話５０〜５２は、図３に示した受電装置４０，４１のように、バッテリと検出センサを内蔵している。

このような、電力伝送装置３０において、送電アンプ３３（図３参照）のインピーダンスＺ_SをＺ_S＝５０Ωとした。３台の携帯電話５０〜５２に送電する際、共振コイル３２ａと誘導コイル３２ｂを含む送電コイル３２の入力インピーダンスＺ_LがＺ_L＝６７７．５＋２６２．５ｉΩであったとする。この場合、図３に示した整合回路３５においてインダクタ素子でのインダクタンスＬ_MをＬ_M＝１５．２０μＨ、コンデンサ素子でのキャパシタンスＣ_MをＣ_M＝４２９．６ｐＦとすれば、ノードＮ１での反射係数を０とすることができる。

したがって、図３の整合回路３５のインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の何れかを、インダクタンスが１５．２０μＨである素子とし、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の何れかを、キャパシタンスが４２９．６ｐＦである素子として、これらの素子の組を３台用の組とする。

なお、誤差は可変コンデンサＣｖで調整することができるため、必ずしも上記の値に完全に一致させたインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３またはコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３を用意しなくてもよい。

図７は、受電装置の台数を１台に変更した場合の例を示す図である。
図７では、送電対象の受電装置が、１台の携帯電話５１に変更された場合が示されている。

このとき、共振コイル３２ａと誘導コイル３２ｂを含む送電コイル３２の入力インピーダンスＺ_LがＺ_L＝１６８０．４＋４９６．４ｉΩに変化したとする。この場合、前述した３台用のインダクタ素子（Ｌ_M＝１５．２０μＨ）とコンデンサ素子（Ｃ_M＝４２９．６ｐＦ）の組を用いると、ノードＮ１での反射係数は０．４３５となる。

この反射係数を０にするには、整合回路３５においてインダクタ素子でのインダクタンスＬ_MをＬ_M＝２３．７２μＨ、コンデンサ素子でのキャパシタンスＣ_MをＣ_M＝２７２．５ｐＦとすればよい。

したがって、図３の整合回路３５のインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の何れかを、インダクタンスが２３．７２μＨである素子とし、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の何れかを、キャパシタンスが２７２．５ｐＦである素子として、これらの素子の組を１台用の組としておく。

そして、図３の検出センサ３４−１〜３４−４からの信号に基づいて、制御回路３１が携帯電話の台数が１台に変更されたことを検出すると、制御回路３１は、整合回路３５のスイッチ３５ａ，３５ｂを切り替えて、上記の１台用の組を選択する。これにより、反射係数を０に近づけ、インピーダンス整合を行うことができる。

なお、誤差は可変コンデンサＣｖで調整することができるため、必ずしも上記の値に完全に一致させたインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３またはコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３を用意しなくてもよい。

また、電力伝送装置３０と受電装置との位置ずれや送電時の環境などの影響で、予め決めておいたインダクタ素子とコンデンサ素子の組では、反射係数を０にすることができない場合も、可変コンデンサＣｖで調整して０に近づけることができる。

図８は、受電装置の位置が変化した様子を示した図である。
図８では、受電装置である携帯電話５１が、矢印Ａ方向に移動した様子が示されている。１台の携帯電話５１で、反射係数が０になるように整合回路３５でインダクタ素子とコンデンサ素子の組が選択されている場合、携帯電話５１を矢印Ａ方向に５０ｍｍ移動させたときの反射係数の変動は、たとえば、以下のようになる。

図９は、受電装置の位置の変化に対する反射係数の変動例を示す図である。
図９の横軸では、携帯電話５１の移動距離が、コイル（共振コイル５１ａ，誘導コイル５１ｂ）移動距離［ｍｍ］で表されている。また、左側の縦軸は、電力伝送装置３０の送電コイル３２での入力インピーダンスの絶対値［Ω］を示し、右側の縦軸は、反射係数の値を示している。

図９に示すように、コイル移動距離の増加に伴い、電力伝送装置３０の送電コイル３２での入力インピーダンスの絶対値｜Ｚ_L｜の値が減少し、反射係数が増加していく。コイル移動距離が５０ｍｍの場合には、反射係数は０．０５程度となる。実用上、反射係数は０．２以下（＝定在波比１．５以下）が望ましいとされるので、この程度であれば、特に問題はないと考えられるが、可変コンデンサＣｖにより、０に近づけるように調整をおこなってもよい。

図１０は、受電装置の台数を２台に変更した場合の例を示す図である。
図１０では、送電対象の受電装置が、図６に示した３台の携帯電話５０〜５２から、２台の携帯電話５１，５２に変更された場合が示されている。

このとき、共振コイル３２ａと誘導コイル３２ｂを含む送電コイル３２の入力インピーダンスＺ_LがＺ_L＝９１１．９＋３６９．５ｉΩであったとする。この場合、前述した３台用のインダクタ素子（Ｌ_M＝１５．２０μＨ）とコンデンサ素子（Ｃ_M＝４２９．６ｐＦ）の組を用いると、ノードＮ１での反射係数は０．１６２となる。

この反射係数を０にするには、整合回路３５においてインダクタ素子でのインダクタンスＬ_MをＬ_M＝１７．９０μＨ、コンデンサ素子でのキャパシタンスＣ_MをＣ_M＝３６７．５ｐＦとすればよい。

したがって、図３の整合回路３５のインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３の何れかを、インダクタンスが１７．９０μＨである素子とし、コンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３の何れかを、キャパシタンスが３６７．５ｐＦである素子として、これらの素子の組を２台用の組としておく。

そして、図３の検出センサ３４−１〜３４−４からの信号に基づいて、制御回路３１が携帯電話の台数が２台に変更されたことを検出すると、制御回路３１は、整合回路３５のスイッチ３５ａ，３５ｂを切り替えて、上記の２台用の組を選択する。これにより、反射係数を０に近づけ、インピーダンス整合を行うことができる。

なお、誤差は可変コンデンサＣｖで調整することができるため、必ずしも上記の値に完全に一致させたインダクタ素子Ｌ１〜Ｌ３またはコンデンサ素子Ｃ１〜Ｃ３を用意しなくてもよい。

図１１は、受電装置の位置が変化した様子を示した図である。
図１１では、受電装置である携帯電話５１が、矢印Ｂ方向に移動した様子が示されている。２台の携帯電話５１，５２で、反射係数が０になるように整合回路３５でインダクタ素子とコンデンサ素子の組が選択されている場合、携帯電話５１を矢印Ｂ方向に５０ｍｍ移動させたときの反射係数の変動は、たとえば、以下のようになる。

図１２は、受電装置の位置の変化に対する反射係数の変動例を示す図である。
図１２の横軸では、携帯電話５１の移動距離が、コイル（共振コイル５１ａ，誘導コイル５１ｂ）移動距離［ｍｍ］で表されている。また、左側の縦軸は、電力伝送装置３０の送電コイル３２での入力インピーダンスの絶対値［Ω］を示し、右側の縦軸は、反射係数の値を示している。

図１２に示すように、コイル移動距離の増加に伴い、電力伝送装置３０の送電コイル３２での入力インピーダンスの絶対値｜Ｚ_L｜の値が増加し、反射係数も増加していくが反射係数は０．０５以下となる。この程度であれば、特に問題はないと考えられるが、可変コンデンサＣｖにより、０に近づけるように調整をおこなってもよい。

ところで、上記の説明では、整合回路３５は、受電装置の台数に対応してインダクタ素子とコンデンサ素子の組が設けられるとしたが、送電距離に応じたインダクタ素子とコンデンサの組を設けてもよい。

図１３は、電力伝送装置による、送電距離に応じたインピーダンス整合の一例を説明する図である。
受電装置４０と電力伝送装置３０との間の送電距離は、たとえば、赤外線センサである検出センサ３４−１により測定することができる。

送電コイル３２の入力インピーダンスは、送電距離に応じて変化する。送電距離が変わってもノードＮ１での反射係数を０に近づけるため、整合回路３５は、たとえば、送電距離に応じたインダクタ素子とコンデンサ素子の組を複数有してもよい。

たとえば、図１３に示すように、受電装置４０が１台の場合で、送電距離がＲ１の範囲のときに反射係数を０に近づけられるインダクタ素子Ｌ１とコンデンサ素子Ｃ１の組を整合回路３５に設けておく。また、受電装置４０が１台の場合で、送電距離がＲ２の範囲で反射係数を０に近づけられるインダクタ素子Ｌ２とコンデンサ素子Ｃ２の組を整合回路３５に予め設けておく。

たとえば、図１３に示すように受電装置４０が、Ｒ２の範囲に存在する場合、制御回路３１は、整合回路３５のスイッチ３５ａ，３５ｂを制御して、インダクタ素子Ｌ２とコンデンサ素子Ｃ２の組を選択させる。これにより、送電距離に応じたインピーダンス整合を、迅速に行うことができる。

また、送電距離に応じたインダクタ素子とコンデンサ素子の切替だけでは、反射係数を十分０に近づけることができない場合には、可変コンデンサＣｖにより調整を行うようにしてもよい。

また、図１３に示した例では、受電装置４０が１台の場合について示したが、複数の場合にも同様に適用できる。たとえば、３台の受電装置が存在し、そのうち２台がＲ１の範囲に存在し、１台がＲ２の範囲に存在する場合に、反射係数を０に近づけることができるような、インダクタ素子とコンデンサ素子の組を予め設けるようにしてもよい。

また、上記では受電装置の種類に応じた整合回路３５の制御については説明しなかったが、受電装置の種類や型などに応じて、同じ台数でも異なるインダクタ素子とコンデンサ素子の組を選択するようにしてもよい。

以上、実施の形態に基づき、本発明の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
以上説明した複数の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１） 受電装置に対して非接触で送電する送電部と、
前記送電部が送電する電力を生成する電源部と、
前記受電装置の台数を検出する検出部と、
前記受電装置の台数に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の組を複数有し、検出された前記受電装置の台数に応じて、選択する前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組を変更することで前記送電部と前記電源部との間のインピーダンス整合を行う整合部と、
を有することを特徴とする電力伝送装置。

（付記２） 前記整合部において、前記受電装置の台数に対応した前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組は、当該台数の場合に、前記送電部と前記電源部との間でインピーダンス整合されるようにキャパシタンス及びインダクタンスが設定されていることを特徴とする付記１記載の電力伝送装置。

（付記３） 前記整合部は、前記受電装置の台数に応じた前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組の変更後、インピーダンスの調整を行う可変コンデンサをさらに有することを特徴とする付記１または２に記載の電力伝送装置。

（付記４） 前記整合部は、前記電源部の出力端の反射係数が規定値以上の場合に、前記可変コンデンサの調整を行うことを特徴とする付記３記載の電力伝送装置。
（付記５） 前記整合部は、前記受電装置に対する送電距離に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の組を複数有し、検出された前記受電装置に対する送電距離に応じて、選択する前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組を変更することで前記送電部と前記電源部との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする付記１乃至４の何れか一つに記載の電力伝送装置。

（付記６） 前記電源部は、検出された前記受電装置の台数に応じて生成する電力の大きさを変更することを特徴とする付記１乃至５の何れか一つに記載の電力伝送装置。
（付記７） 前記送電部は、磁界共鳴方式で前記受電装置に対して送電を行うことを特徴とする付記１乃至６の何れか一つに記載の電力伝送装置。

（付記８） 受電装置の台数を検出し、
それぞれ前記受電装置の台数に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の複数の組の何れかを、検出された前記受電装置の台数に応じて選択して、前記受電装置に対して非接触で送電する送電部と前記送電部が送電する電力を生成する電源部との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする電力伝送方法。

１０ 電力伝送装置
１１ 送電部
１２ 電源部
１３ 検出部
１４ 整合部
１４ａ，１４ｂ スイッチ
２０，２１ 受電装置
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ素子
Ｌ１〜Ｌ３ インダクタ素子

Claims (5)

1. 受電装置に対して非接触で送電する送電部と、
   前記送電部が送電する電力を生成する電源部と、
   前記受電装置の台数を検出する検出部と、
   前記受電装置の台数に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の組を複数有し、検出された前記受電装置の台数に応じて、選択する前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組を変更することで前記送電部と前記電源部との間のインピーダンス整合を行う整合部と、
   を有することを特徴とする電力伝送装置。
2. 前記整合部において、前記受電装置の台数に対応した前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組は、当該台数の場合に、前記送電部と前記電源部との間でインピーダンス整合されるようにキャパシタンス及びインダクタンスが設定されていることを特徴とする請求項１記載の電力伝送装置。
3. 前記整合部は、前記受電装置の台数に応じた前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組の変更後、インピーダンスの調整を行う可変コンデンサをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力伝送装置。
4. 前記整合部は、前記受電装置に対する送電距離に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の組を複数有し、検出された前記受電装置に対する送電距離に応じて、選択する前記コンデンサ素子と前記インダクタ素子の組を変更することで前記送電部と前記電源部との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電力伝送装置。
5. 受電装置の台数を検出し、
   それぞれ前記受電装置の台数に対応したコンデンサ素子とインダクタ素子の複数の組の何れかを、検出された前記受電装置の台数に応じて選択して、前記受電装置に対して非接触で送電する送電部と前記送電部が送電する電力を生成する電源部との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする電力伝送方法。

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