JP2012147654A - 給電装置、受電装置、及び非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力の伝送効率が高い非接触給電システムを提供する。
【解決手段】方向性結合器を介して交流電源に接続された第１の電磁結合コイルと、第１の電磁結合コイルと電磁結合する第１の共鳴コイルと、第１の共鳴コイルの両端の端子に接続されたスイッチと、方向性結合器が検知した反射波の強度大きさを示すパラメータが入力され、パラメータに基づいてスイッチのオン及びオフを切り替える制御回路と、第１の電磁結合コイルと制御回路との間に設けられたアナログ／デジタルコンバータとを有する給電装置と、第１の共鳴コイルと電磁共鳴をする第２の共鳴コイルと、第２の共鳴コイルと電磁結合をする第２の電磁結合コイルとを有する受電装置と、を有する非接触給電システムであり、第１の電磁結合コイルは、第１の共鳴コイル及び第２の共鳴コイルとの間に配置される非接触給電システムに関する。
【選択図】図１

Description

開示される発明の一態様は、給電装置、受電装置、及び非接触給電システムに関する。

様々な電子機器の普及が進み、多種多様な製品が市場に出荷されている。近年では、携帯電話及びデジタルビデオカメラ等の携帯型の電子機器の普及が顕著である。また電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体も製品として市場に登場しつつある。

携帯電話、デジタルビデオカメラまたは電気推進移動体には、蓄電手段であるバッテリ（蓄電池ともいう）が内蔵されている。当該バッテリの充電は、殆どが給電手段である家庭用交流電源に直接的に接触させて行われているのが現状である。またバッテリを具備しない構成またはバッテリに充電された電力を用いない構成では、家庭用交流電源より配線等を介して直接給電し動作させているのが現状である。

一方で非接触によりバッテリの充電または負荷への給電を行う方式についての研究開発も進んでおり、代表的な方式として、電磁結合方式（電磁誘導方式ともいう）（特許文献１参照）、電波方式（マイクロ波方式ともいう）、共鳴方式（共振方式ともいう）（特許文献２乃至特許文献４参照）が挙げられる。

特許文献２乃至特許文献４に示されるように、共鳴方式の非接触給電技術においては、電力を受ける側の装置（以下、受電装置という）及び電力を供給する側の装置（以下、給電装置という）それぞれが、共鳴コイルを有している。また受電装置及び給電装置には、それぞれ電磁結合コイルが設けられている。給電装置における電源から共鳴コイルへの給電、並びに、受電装置における共鳴コイルから負荷への給電は、電磁結合コイルを介して行われる。

給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルは、同一の周波数で共鳴（ＬＣ共振）現象が発現するよう調整されている。

これら給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルが対向し、共鳴（共振）現象を起こすことにより、当該共鳴コイル間距離が離れている状態でも、効率の良い電力伝送が実現できる（非特許文献１参照）。

特開２００２−１０１５７８号公報 特開２０１０−１９３５９８号公報 特開２０１０−２３９６９０号公報 特開２０１０−２５２４６８号公報

「ワイヤレス給電２０１０ 非接触充電と無線電力伝送のすべて」日経エレクトロニクス、２０１０年３月、ｐｐ．６６−８１

しかしながら共鳴方式の非接触給電技術では、当該給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルが適切な位置関係を維持していない場合には、電力伝送の効率が低減してしまう。

つまり給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルが遠すぎる場合には、電力伝送の効率が低減してしまう。また、給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルが近すぎる場合にも、電力伝送の効率が低減する現象が生じる。

共鳴方式の非接触給電システムの斜視図、及び給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルの距離と電力の伝送効率との関係を、それぞれ図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す。

図３（Ａ）に示す共鳴方式の非接触給電システムは、給電装置１１００及び受電装置１１１０を有している。給電装置１１００は、交流電源１１０１、電磁結合コイル１１０３、共鳴コイル１１０４を有している。また受電装置１１１０は、負荷１１１１、電磁結合コイル１１１２、共鳴コイル１１１３を有している。ただし図３（Ａ）及び図３（Ｂ）において、給電装置１１００の共鳴コイル１１０４及び受電装置１１１０の共鳴コイル１１１３の距離Ｄを、給電装置１１００及び受電装置１１１０の距離とする。

給電装置１１００の交流電源１１０１から共鳴コイル１１０４への給電は、電磁結合コイル１１０３を介して電磁結合方式にて行われる。給電装置１１００から受電装置１１１０への給電は、共鳴コイル１１０４及び共鳴コイル１１１３が電磁共鳴をすることにより行われる。また共鳴コイル１１１３から負荷１１１１への給電は、電磁結合コイル１１１２を介して電磁結合方式にて行われる。

図３（Ｂ）に示すように、共鳴方式の非接触給電システムにおいて、給電装置１１００の共鳴コイル１１０４及び受電装置１１１０の共鳴コイル１１１３の距離が、最適の距離Ｄ１のときに伝送効率は最大となる。つまり共鳴方式の非接触給電技術における伝送効率は、給電装置１１００の共鳴コイル１１０４及び受電装置１１１０の共鳴コイル１１１３の距離が、距離Ｄ１より小さい場合においても大きい場合においても低減してしまう。

以上を鑑みて、開示される発明の一態様では、電力の伝送効率が高い非接触給電システムを提供することを課題の一とする。

開示される発明の一態様では、給電装置と受電装置の距離が遠い場合は、共鳴方式の給電を行い、給電装置と受電装置の距離が近すぎる場合は、電磁結合方式の給電を行う非接触給電システムを提供する。

開示される発明の一態様の非接触給電システムにおいて、給電装置または受電装置いずれか一方において、電磁結合コイルと共鳴用コイルの配置を入れ替える。つまり、給電装置の共鳴コイルと受電装置の共鳴コイルとの間に、給電装置の電磁結合コイル又は受電装置の電磁結合コイルを設ける。より具体的には、給電装置の共鳴コイル、給電装置の電磁結合コイル、受電装置の共鳴コイル、受電装置の電磁結合コイルという順の配置、或いは、給電装置の電磁結合コイル、給電装置の共鳴コイル、受電装置の電磁結合コイル、受電装置の共鳴コイルという順の配置の非接触給電システムを作製する。

給電装置の電磁結合コイルと共鳴コイルの配置を入れ替えた非接触給電システムでは、給電装置の共鳴コイル、給電装置の電磁結合コイル、受電装置の共鳴コイル、受電装置の電磁結合コイルが並んで配置される。

開示される発明の一態様における給電装置の共鳴コイルには、両端にスイッチが設けられている。給電装置と受電装置の距離が遠い場合及び距離が最適な場合は、給電装置の共鳴コイルのスイッチをオフにする。これにより、給電装置及び受電装置それぞれの共鳴コイルにて共鳴方式の給電を行うことができる。

共鳴方式の給電において、上述のように給電装置及び受電装置の共鳴コイル間の距離が最適な距離のときに伝送効率は最大となる。しかしながら、当該共鳴コイルの距離が最適な距離よりも近づくと、伝送効率は減少してしまう。

給電装置と受電装置の距離が近すぎる場合は、給電装置の共鳴コイルのスイッチをオンにし、当該給電装置の共鳴コイルを短絡させてしまう。これにより、当該給電装置の共鳴コイルは、電気的に存在しないものとみなせる。

給電装置の共鳴コイルを短絡した場合、給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルとの間では電磁共鳴は起こらない。ここで、上記のように給電装置の電磁結合コイルと共鳴コイルの配置を入れ替えたことにより、給電装置の電磁結合コイルと受電装置の共鳴コイルは隣接している。ここで隣接する給電装置の電磁結合コイルと受電装置の共鳴コイルとの間で、電磁結合方式の給電を行う。これにより、給電装置及び受電装置との距離が近い場合でも、高い伝送効率を維持したまま給電を行うことができる。

また、給電装置の電磁結合コイル、給電装置の共鳴コイル、受電装置の電磁結合コイル、受電装置の共鳴コイルを並べて配置した非接触給電システムにおいては、受電装置の共鳴コイルの両端にスイッチを設ける。給電装置と受電装置の距離が遠い場合及び距離が最適な場合は、受電装置の共鳴コイルのスイッチをオフにし、共鳴方式の給電を行う。給電装置と受電装置の距離が近い場合は、受電装置の共鳴コイルのスイッチをオンにし、電磁結合方式の給電を行う。これにより、高い伝送効率を維持したまま給電を行うことができる。

以上により、給電装置と受電装置の距離が変化した場合においても、電力の伝送効率が高い非接触給電システムを提供することができる。

開示される発明の一様態は、方向性結合器を介して交流電源に接続された電磁結合コイルと、当該電磁結合コイルと電磁結合する共鳴コイルと、当該共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、当該共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、当該方向性結合器が検知した反射波の大きさを示すパラメータが入力され、当該パラメータに基づいて当該スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路と、当該電磁結合コイルと当該制御回路との間に設けられたアナログ／デジタルコンバータとを有することを特徴とする給電装置に関する。

開示される発明の一様態は、共鳴コイルと、当該共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、当該共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、当該共鳴コイルと電磁結合をする電磁結合コイルと、当該電磁結合コイルと電気的に接続されている整流器と、当該整流器により整流された電力が送られることにより、両端に直流電圧が印加される負荷と、当該直流電圧、及び当該負荷に印加された直流電圧により発生する直流電流を検知するアナログ／デジタルコンバータと、当該アナログ／デジタルコンバータが検知した直流電圧及び直流電流の大きさを示すパラメータが入力され、当該パラメータに基づいて当該スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路とを有することを特徴とする受電装置に関する。

開示される発明の一様態において、当該共鳴コイルには、コンデンサが接続されていることを特徴とする。

開示される発明の一様態において、当該コンデンサは、浮遊容量であることを特徴とする。

開示される発明の一様態は、方向性結合器を介して交流電源に接続された第１の電磁結合コイルと、当該第１の電磁結合コイルと電磁結合する第１の共鳴コイルと、当該第１の共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、当該第１の共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、当該方向性結合器が検知した反射波の大きさを示すパラメータが入力され、当該パラメータに基づいて当該スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路と、当該第１の電磁結合コイルと当該制御回路との間に設けられたアナログ／デジタルコンバータとを有する給電装置と、当該第１の共鳴コイルと電磁共鳴をする第２の共鳴コイルと、当該第２の共鳴コイルと電磁結合をする第２の電磁結合コイルとを有する受電装置と、を有する非接触給電システムであり、当該第１の電磁結合コイルは、当該第１の共鳴コイル及び第２の共鳴コイルとの間に配置されることを特徴とする非接触給電システムに関する。

開示される発明の一様態は、交流電源に接続された第１の電磁結合コイルと、当該第１の電磁結合コイルと電磁結合をする第１の共鳴コイルとを有する給電装置と、当該第１の共鳴コイルと電磁共鳴する第２の共鳴コイルと、当該第２の共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、当該第２の共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、当該第２の共鳴コイルと電磁結合をする第２の電磁結合コイルと、当該第２の電磁結合コイルと電気的に接続されている整流器と、当該整流器により整流された電力が送られことにより、両端に直流電圧が印加される負荷と、当該直流電圧、及び当該負荷に印加された直流電圧により発生する直流電流を検知するアナログ／デジタルコンバータと、当該アナログ／デジタルコンバータが検知した直流電圧及び直流電流の大きさを示すパラメータが入力され、当該パラメータに基づいて当該スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路とを有する受電装置と、を有する非接触給電システムであり、当該第２の電磁結合コイルは、当該第１の共鳴コイル及び第２の共鳴コイルとの間に配置されることを特徴とする非接触給電システムに関する。

開示される発明の一様態において、当該スイッチをオフにすることにより、当該第１の共鳴コイルと当該第２の共鳴コイルを電磁共鳴させ、当該スイッチをオンにすることにより、当該第２の電磁結合コイル及び当該第１の共鳴コイルを電磁結合させることを特徴とする。

開示される発明の一様態において、当該第１の共鳴コイル及び当該第２の共鳴コイルのそれぞれには、コンデンサが接続されていることを特徴とする。

開示される発明の一様態において、当該コンデンサは、浮遊容量であることを特徴とする。

開示される発明の一態様において、当該方向性結合器及び当該制御回路との間に、アナログ／デジタルコンバータが設けられていることを特徴とする。

開示される発明の一態様において、当該第１の共鳴コイル及び当該第２の共鳴コイルのそれぞれには、コンデンサが接続されていることを特徴とする。

開示される発明の一態様において、当該コンデンサは、浮遊容量であることを特徴とする。

なお、第１、第２、又は第３として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。

開示される発明の一態様により、電力の伝送効率が高い非接触給電システムを提供することができる。

非接触給電システムの回路図及び斜視図。 非接触給電システムの処理手段を示すフローチャート。 非接触給電システムの斜視図、及び共鳴コイル間距離と伝送効率との関係を示す図。 給電装置及び受電装置の距離と伝送効率との関係を示す図。 非接触給電システムを有する電子機器の例を示す図。 非接触給電システムの回路図及び斜視図。

以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

［実施の形態１］
本実施の形態の非接触給電システムを、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す。図１（Ａ）は当該非接触給電システムの回路図、図１（Ｂ）は当該非接触給電システムの一部を抜き出した斜視図である。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す非接触給電システムは、給電装置１００及び受電装置１１０を有している。なお本実施の形態において、給電装置１００及び受電装置１１０との距離を距離Ｗとする。

給電装置１００は、交流電源１０１、方向性結合器１０２、電磁結合コイル１０３、共鳴コイル１０４、コンデンサ１０５、スイッチ１０６、アナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）１０７、制御回路１０８を有している。また受電装置１１０は、負荷１１１、電磁結合コイル１１２、共鳴コイル１１３、及びコンデンサ１１４を有している。

交流電源１０１は高周波電力を出力する電源である。交流電源１０１の一方の端子は、方向性結合器１０２の第１の端子に電気的に接続されている。交流電源１０１の他方の端子は、電磁結合コイル１０３の一方の端子に電気的に接続され、かつ接地されている。

方向性結合器１０２の第１の端子は、交流電源１０１の一方の端子に電気的に接続されている。方向性結合器１０２の第２の端子は、Ａ／Ｄコンバータ１０７の一方の端子に接続されている。方向性結合器１０２の第３の端子は、電磁結合コイル１０３の他方の端子に電気的に接続されている。

方向性結合器１０２（「カプラ」ともいう）は、順方向に伝搬する電力（進行波）又は逆方向に伝搬する電力（反射波）、或いはその両方に対応する信号を取り出すことができる。

電力の伝送効率は反射波の大小を表す係数である反射係数（反射波の大きさ／入射波の大きさ）と密接な関わりがあり、伝送効率が大きい周波数の電力信号程、その反射係数は他の周波数の電力信号と比べて小さく、伝送効率が最大となる共鳴周波数の電力信号は、その反射係数が他の周波数の電力と比べて最小となる。方向性結合器１０２により反射波の大きさを検知することで、電力の伝送効率が最大となる、給電装置１００及び受電装置１１０の距離（図３（Ｂ）の距離Ｄ１に相当）を検知することができる。

電磁結合コイル１０３の一方の端子は、交流電源１０１の他方の端子に電気的に接続されており、かつ接地されている。電磁結合コイル１０３の他方の端子は、方向性結合器１０２の第３の端子に電気的に接続されている。

共鳴コイル１０４の一方の端子は、コンデンサ１０５の一方の端子及びスイッチ１０６の一方の端子に電気的に接続されている。共鳴コイル１０４の他方の端子は、コンデンサ１０５の他方の端子及びスイッチ１０６の他方の端子に電気的に接続されている。

交流電源１０１から共鳴コイル１０４への給電は、電磁結合コイル１０３を介して電磁結合方式を用いて行われる。

本実施の形態の非接触給電システムにおいて、給電装置１００の共鳴コイル１０４と受電装置１１０の共鳴コイル１１３との間に、給電装置１００の電磁結合コイル１０３が設けられている。なお本実施の形態の非接触給電システムでは、給電装置１００の共鳴コイル１０４と受電装置１１０の共鳴コイル１１３との間に、電磁結合コイルが設けられていればよいので、給電装置１００の電磁結合コイル１０３に代えて、受電装置１１０の電磁結合コイル１１２を設けてもよい。この構成については、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を用いて後述する。

給電装置１００の電磁結合コイル１０３及び受電装置１１０の電磁結合コイル１１２は、例えば１ループ程度に巻かれたコイルであり、給電装置１００の共鳴コイル１０４と受電装置１１０の共鳴コイル１１３は、例えば数ループ程度に巻かれたコイルである。

給電装置１００の共鳴コイル１０４と受電装置１１０の共鳴コイル１１３は、両端が開放されたコイルである。当該共鳴コイル１０４及び共鳴コイル１１３は、浮遊容量によるコンデンサ（図１（Ａ）及び図１（Ｂ）のコンデンサ１０５及びコンデンサ１１４に相当）を有する。これによって、当該共鳴コイル１０４及び共鳴コイル１１３は、ＬＣ共振回路となる。なお、コンデンサは浮遊容量方式に限らず、コイルの両端にコンデンサを接続してＬＣ共振回路を実現してもよい。

なおコイルを用いた電力伝送技術において、高い伝送効率を示す指標となるパラメータとしてｋ×Ｑがある（ｋは結合係数、Ｑは共鳴コイルのＱ値）。結合係数ｋは、給電側の共鳴コイルと受電側の共鳴コイルとの結合の度合いを示す係数である。またＱ値は、共振回路の共振のピークの鋭さを表す値である。共鳴型非接触給電技術では、高い伝送効率を実現するため、当該共鳴コイル１０４及び共鳴コイル１１３として、Ｑ値が非常に高く設定された共鳴コイル（例えば、Ｑは１００より大きい（ｋ×Ｑが１より大きい））を用いることが好ましい。

図１（Ｂ）に示されるように、給電装置１００の電磁結合コイル１０３を受電装置１１０の近傍に配置する。これにより、給電装置１００と受電装置１１０の距離が近い場合において、給電装置１００の電磁結合コイル１０３と受電装置１１０の共鳴コイル１１３を直接電磁結合させることができる。

ただしこの場合、給電装置１００の共鳴コイル１０４と受電装置１１０の共鳴コイル１１３も密結合となってしまい、電力の伝送効率が上がらない。

そこで、給電装置１００の共鳴コイル１０４に設けられたスイッチ１０６をオンにする。これにより共鳴コイル１０４の両端が短絡され、共鳴コイル１０４としての機能が消失する。

スイッチ１０６は、給電装置１００の共鳴コイル１０４の両端に設けられており、給電装置１００と受電装置１１０の位置が遠い場合か適切な位置にある場合にはオフとなり、近い場合はオンとなる。スイッチ１０６のオン及びオフの切り替えは、上述の方向性結合器１０２によって得られた反射波の大きさの情報を基に行われる。

Ａ／Ｄコンバータ１０７の一方の端子は、方向性結合器１０２の第２の端子に電気的に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ１０７の他方の端子は、制御回路１０８に電気的に接続されている。

Ａ／Ｄコンバータ１０７を介して、方向性結合器１０２によって得られた反射波の大きさの情報が制御回路１０８に入力される。入力された情報を基に、制御回路１０８がスイッチ１０６のオン及びオフの切り替えを行う。例えば当該制御回路１０８は、所定の時間毎（例えば１分毎）にスイッチ１０６のオン状態又はオフ状態における反射波の大きさを検出し、反射波の大きさが少ない状態の方を選択する。なお図１（Ａ）及び図１（Ｂ）ではＡ／Ｄコンバータ１０７のみ示しているが、Ａ／Ｄコンバータ１０７の出力を増幅するアンプや、Ａ／Ｄコンバータ１０７の出力を整流する整流器を設けてもよい。

また受電装置１１０においては、電磁結合コイル１１２の一方の端子は、負荷１１１の一方の端子に電気的に接続されている。電磁結合コイル１１２の他方の端子は、負荷１１１の他方の端子に電気的に接続されており、かつ接地されている。なお負荷１１１とは、受電装置１１０に接続される他の回路や装置等に相当する。負荷１１１として、例えば二次電池のような蓄電装置が挙げられる。

共鳴コイル１１３の一方の端子は、コンデンサ１１４の一方の端子に電気的に接続されている。共鳴コイル１１３の他方の端子は、コンデンサ１１４の他方の端子に電気的に接続されている。なお上述したように、コンデンサ１１４は、共鳴コイル１１３の両端が開放されることにより形成される浮遊容量を用いてもよいし、共鳴コイル１１３にコンデンサを接続してもよい。

共鳴コイル１１３から負荷１１１への給電は、電磁結合コイル１１２を介して電磁結合方式を用いて行われる。

以下に、制御回路１０８によって行われる具体的な処理手順とそのフローチャートの例を、図２を用いて説明する。

初期状態として、給電装置１００の共鳴コイル１０４の両端に設けられたスイッチ１０６はオフ（開放されている状態）である。

交流電源１０１は、認識手段（図示しない）にて受電装置１１０の存在を認識する（Ｓ１０１）と、周波数ｆ０にて高周波電力を出力し、給電を開始する（Ｓ１０２）。

なお、当該認識手段とは、給電装置１００及び受電装置１１０に設けられるものであり、給電装置１００及び受電装置１１０の情報を交換するための無線通信手段等である。当該無線通信手段の無線通信に用いるキャリア周波数およびエアインターフェイスは、給電用に設けられたインターフェイス（コイル）とは別に改めて設けるのが望ましいが、給電用インターフェイス（コイル）を介し、給電に用いる電磁波をキャリアとして用いて通信を行っても構わない。当該通信手段を利用して、給電装置１００は受電装置１１０の存在を確認することや、充電の経過を把握することが可能である。

給電が開始された直後は、当然充電は継続される（Ｓ１０３）。充電が継続されない場合とは、給電が完了した場合である（後述）。給電が開始されると、給電装置１００内に設置された方向性結合器１０２が反射波の大きさを検知し、検知された反射波の大きさがどの程度かを示すパラメータが、Ａ／Ｄコンバータ１０７を介して制御回路１０８に入力される。制御回路１０８は入力されたパラメータを記憶する（Ｓ１０４）。

次に当該パラメータに基づいて、スイッチ１０６のオン及びオフを切り替える（オンであった場合はオフ、オフであった場合はオンに切り替える）（Ｓ１０５）。

切り替える前と比較して、反射波の大きさが小さくなった場合（Ｓ１０６）は切り替え後の状態を維持（Ｓ１０７）。また反射波の大きさが大きくなった場合（Ｓ１０６）は元の状態へ戻す（Ｓ１０９）。

切り替え後の状態を所定の時間維持、或いは、切り替える前の状態に戻して所定の時間（例えば１分）維持する（Ｓ１０８）。以降、給電が完了するまでは充電を継続し（Ｓ１０３）、これを一定時間毎（上述であれば１分毎）に繰り返す。給電を完了した時点で交流電源１０１からの高周波電力の出力を停止する（Ｓ１１１）。

上記の処理が行われる非接触給電システムにおける、給電装置１００及び受電装置１１０との距離Ｗと、電力の伝送効率との関係を図４に示す。

給電装置１００と受電装置１１０の距離Ｗが遠い場合及び適切な距離にある場合（ＷがＷ１以上の場合）は、スイッチがオフの状態のほうが伝送効率が高い（反射成分が小さい）ため、共鳴コイル１０４が有効な状態が維持される。共鳴コイル１０４が有効な状態とは、共鳴方式の給電が行われるということである。図４において、共鳴方式の給電における距離Ｗと伝送効率との関係は、曲線２０１で示される。

一方、給電装置１００と受電装置１１０の距離Ｗが近い場合（ＷがＷ１未満の場合）、スイッチがオンの状態であるほうが伝送効率が高いため、共鳴コイル１０４が無効となる状態が維持される。共鳴コイル１０４が無効となる状態とは、電磁結合方式の給電が用いられるということである。図４において、電磁結合方式の給電における距離Ｗと伝送効率との関係は、曲線２０２で示される。

すなわち、本実施の形態の非接触給電システムは、給電装置１００と受電装置１１０との距離Ｗに応じて、共鳴方式と電磁結合方式を切り替えることによって、電力の伝送効率を高い状態とすることができる。

なお、本実施の形態の非接触給電システムでは、一定期間（例えば１分）毎にスイッチ１０６のオン及びオフを見直し、必要であれば切り替えている。そのため充電中に受電装置１１０の位置が変化して、給電装置１００及び受電装置１１０との距離Ｗが変化した場合でも、その都度伝送効率が最適となる状態が選ばれる。

なお図１（Ａ）及び図１（Ｂ）では、給電装置１００の共鳴コイル１０４及び受電装置１１０の共鳴コイル１１３との間に、給電装置１００の電磁結合コイル１０３を配置した非接触給電システムについて説明したが、開示される発明の一態様はこれに限定されない。開示される発明の一態様では、給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルとの間に、受電装置の電磁結合コイルを配置してもよい。このような非接触給電システムでは、受電装置の共鳴コイルにスイッチを設ける。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に給電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルとの間に、受電装置の電磁結合コイルを配置した非接触給電システムを示す。

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す非接触給電システムは、給電装置１２０及び受電装置１３０を有している。給電装置１２０は、交流電源１０１、電磁結合コイル１０３、共鳴コイル１０４、コンデンサ１０５を有している。

また受電装置１３０は、負荷１１１、電磁結合コイル１１２、共鳴コイル１１３、コンデンサ１１４、整流器１３２、スイッチ１３６、Ａ／Ｄコンバータ１３７、制御回路１３８を有している。

電磁結合コイル１０３の一方の端子は、交流電源１０１の一方の端子に電気的に接続されている。電磁結合コイル１０３の他方の端子は、交流電源１０１の他方の端子に電気的に接続され、かつ接地されている。

共鳴コイル１０４の一方の端子は、コンデンサ１０５の一方の端子に電気的に接続されている。共鳴コイル１０４の他方の端子は、コンデンサ１０５の他方の端子に電気的に接続されている。

整流器１３２の第１の端子は、負荷１１１の一方の端子に電気的に接続されている。整流器１３２の第２の端子は、Ａ／Ｄコンバータ１３７の第１の端子に電気的に接続されている。整流器１３２の第３の端子は、電磁結合コイル１１２の一方の端子に電気的に接続されている。整流器１３２は、交流／直流変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ）であり、受け取った電力を整流する機能を有する。整流器１３２によって整流された電力は負荷１１１に送られる。

Ａ／Ｄコンバータ１３７の第１の端子は、整流器１３２の第２の端子の電気的に接続されている。Ａ／Ｄコンバータの第２の端子は、電磁結合コイル１１２の他方の端子に電気的に接続されている。Ａ／Ｄコンバータの第３の端子は、制御回路１３８に電気的に接続されている。Ａ／Ｄコンバータ１３７は、負荷１１１の両端に印加される直流電圧、及び当該直流電圧が負荷１１１に流れることにより発生する直流電流をモニターする。Ａ／Ｄコンバータ１３７がモニターして得られた直流電圧の大きさ及び直流電流の大きさを示すパラメータが、制御回路１３８に入力される。当該パラメータに基づいて、共鳴コイル１１３に設けられたスイッチのオン及びオフが制御される。

電磁結合コイル１１２の一方の端子は、整流器１３２の第３の端子に電気的に接続されている。電磁結合コイル１１２の他方の端子は、負荷１１１の他方の端子に電気的に接続されており、かつ接地されている。

共鳴コイル１１３の一方の端子は、コンデンサ１１４の一方の端子及びスイッチ１３６の一方の端子に電気的に接続されている。共鳴コイル１１３の他方の端子は、コンデンサ１１４の他方の端子及びスイッチ１３６の他方の端子に電気的に接続されている。

上述したように図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す非接触給電システムでは、受け取った電力が整流器１３２により整流される。整流された電力は負荷１１１に送られ、これにより負荷１１１の両端に直流電圧が印加される。負荷１１１の両端に印加される直流電圧の情報及び負荷１１１に流れる直流電流の情報が、制御回路１３８に入力される。入力された情報を基に、制御回路１３８がスイッチ１３６のオン及びオフの切り替えを行う。

以上本実施の形態により、電力の伝送効率が高い非接触給電システムを提供することができる。

［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で説明した非接触給電システムを適用できる用途について説明する。なお開示される発明の一態様における非接触給電システムを適用できる用途としては、例えば携帯型の電子機器である、携帯電話、デジタルビデオカメラ、コンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）などが挙げられる。また電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体が挙げられる。以下、一例について図面を用いて説明する。

図５（Ａ）は携帯電話及び携帯情報端末を非接触給電システムの用途とする一例であり、給電装置７０１、受電装置７０３Ａを有する携帯電話７０２Ａ、受電装置７０３Ｂを有する携帯情報端末７０２Ｂによって構成されている。上記実施の形態で説明した非接触給電システムは、給電装置７０１と受電装置７０３Ａとの間、及び給電装置７０１と受電装置７０３Ｂとの間で適用することができる。

本実施の形態により、電力の伝送効率が高い非接触給電システムを有する携帯電話及び携帯情報端末を提供することができる。

図５（Ｂ）は電気推進移動体である電気自動車を非接触給電システムの用途とする一例であり、給電装置７１１、受電装置７１３を有する電気自動車７１２によって構成されている。上記実施の形態で説明した非接触給電システムは、給電装置７１１と受電装置７１３との間で適用することができる。

本実施の形態により、電力の伝送効率が高い非接触給電システムを有する電気推進移動体を提供することができる。

以上、上記実施の形態で説明した非接触給電システムは電力をもって駆動させる物品であればどのようなものにでも設けて使用することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

１００ 給電装置
１０１ 交流電源
１０２ 方向性結合器
１０３ 電磁結合コイル
１０４ 共鳴コイル
１０５ コンデンサ
１０６ スイッチ
１０７ Ａ／Ｄコンバータ
１０８ 制御回路
１１０ 受電装置
１１１ 負荷
１１２ 電磁結合コイル
１１３ 共鳴コイル
１１４ コンデンサ
１２０ 給電装置
１３０ 受電装置
１３２ 整流器
１３６ スイッチ
１３７ Ａ／Ｄコンバータ
１３８ 制御回路
２０１ 曲線
２０２ 曲線
７０１ 給電装置
７０２Ａ 携帯電話
７０２Ｂ 携帯情報端末
７０３Ａ 受電装置
７０３Ｂ 受電装置
７１１ 給電装置
７１２ 電気自動車
７１３ 受電装置
１１００ 給電装置
１１０１ 交流電源
１１０３ 電磁結合コイル
１１０４ 共鳴コイル
１１１０ 受電装置
１１１１ 負荷
１１１２ 電磁結合コイル
１１１３ 共鳴コイル

Claims (12)

1. 方向性結合器を介して交流電源に接続された電磁結合コイルと、
   前記電磁結合コイルと電磁結合する共鳴コイルと、
   前記共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、前記共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、
   前記方向性結合器が検知した反射波の大きさを示すパラメータが入力され、前記パラメータに基づいて前記スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路と、
   前記電磁結合コイルと前記制御回路との間に設けられたアナログ／デジタルコンバータと、
   を有することを特徴とする給電装置。
2. 請求項１において、
   前記共鳴コイルには、コンデンサが接続されていることを特徴とする給電装置。
3. 請求項２において、
   前記コンデンサは、浮遊容量であることを特徴とする給電装置。
4. 共鳴コイルと、
   前記共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、前記共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、
   前記共鳴コイルと電磁結合をする電磁結合コイルと、
   前記電磁結合コイルと電気的に接続されている整流器と、
   前記整流器により整流された電力が送られることにより、両端に直流電圧が印加される負荷と、
   前記直流電圧、及び前記負荷に印加された直流電圧により発生する直流電流を検知するアナログ／デジタルコンバータと、
   前記アナログ／デジタルコンバータが検知した直流電圧及び直流電流の大きさを示すパラメータが入力され、前記パラメータに基づいて前記スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路と、
   を有することを特徴とする受電装置。
5. 請求項４において、
   前記共鳴コイルには、コンデンサが接続されていることを特徴とする受電装置。
6. 請求項５において、
   前記コンデンサは、浮遊容量であることを特徴とする受電装置。
7. 方向性結合器を介して交流電源に接続された第１の電磁結合コイルと、
   前記第１の電磁結合コイルと電磁結合する第１の共鳴コイルと、
   前記第１の共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、前記第１の共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、
   前記方向性結合器が検知した反射波の大きさを示すパラメータが入力され、前記パラメータに基づいて前記スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路と、
   前記第１の電磁結合コイルと前記制御回路との間に設けられたアナログ／デジタルコンバータと、
   を有する給電装置と、
   前記第１の共鳴コイルと電磁共鳴をする第２の共鳴コイルと、
   前記第２の共鳴コイルと電磁結合をする第２の電磁結合コイルと、
   を有する受電装置と、
   を有する非接触給電システムであり、
   前記第１の電磁結合コイルは、前記第１の共鳴コイル及び第２の共鳴コイルとの間に配置されることを特徴とする非接触給電システム。
8. 請求項７において、
   前記スイッチをオフにすることにより、前記第１の共鳴コイルと前記第２の共鳴コイルを電磁共鳴させ、
   前記スイッチをオンにすることにより、前記第１の電磁結合コイル及び前記第２の共鳴コイルを電磁結合させることを特徴とする非接触給電システム。
9. 交流電源に接続された第１の電磁結合コイルと、
   前記第１の電磁結合コイルと電磁結合をする第１の共鳴コイルと、
   を有する給電装置と、
   前記第１の共鳴コイルと電磁共鳴する第２の共鳴コイルと、
   前記第２の共鳴コイルの一方の端子に、一方の端子が電気的に接続され、前記第２の共鳴コイルの他方の端子に、他方の端子が電気的に接続されたスイッチと、
   前記第２の共鳴コイルと電磁結合をする第２の電磁結合コイルと、
   前記第２の電磁結合コイルと電気的に接続されている整流器と、
   前記整流器により整流された電力が送られことにより、両端に直流電圧が印加される負荷と、
   前記直流電圧、及び前記負荷に印加された直流電圧により発生する直流電流を検知するアナログ／デジタルコンバータと、
   前記アナログ／デジタルコンバータが検知した直流電圧及び直流電流の大きさを示すパラメータが入力され、前記パラメータに基づいて前記スイッチのオン及びオフを切り替える制御回路と、
   を有する受電装置と、
   を有する非接触給電システムであり、
   前記第２の電磁結合コイルは、前記第１の共鳴コイル及び第２の共鳴コイルとの間に配置されることを特徴とする非接触給電システム。
10. 請求項９において、
    前記スイッチをオフにすることにより、前記第１の共鳴コイルと前記第２の共鳴コイルを電磁共鳴させ、
    前記スイッチをオンにすることにより、前記第２の電磁結合コイル及び前記第１の共鳴コイルを電磁結合させることを特徴とする非接触給電システム。
11. 請求項７乃至請求項１０のいずれか一項において、
    前記第１の共鳴コイル及び前記第２の共鳴コイルのそれぞれには、コンデンサが接続されていることを特徴とする非接触給電システム。
12. 請求項１１において、
    前記コンデンサは、浮遊容量であることを特徴とする非接触給電システム。

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