給電装置、及び非接触給電システム
【課題】発振周波数を給電装置と受電装置との距離に応じて動的に制御することなく、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得ることのできる共鳴方式による給電システムを提供する。
【解決手段】受電装置及び給電装置の双方において整合条件の調整をする構成を追加することで、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得るものである。特に受電装置及び給電装置の双方に送受信回路及び整合回路を設け、共鳴用コイルを介して整合回路の調整のための無線信号の送受信を行うものである。これにより給電装置は発振周波数を調整することなく、受電装置へ電力を効率よく供給することができる。
【解決手段】受電装置及び給電装置の双方において整合条件の調整をする構成を追加することで、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得るものである。特に受電装置及び給電装置の双方に送受信回路及び整合回路を設け、共鳴用コイルを介して整合回路の調整のための無線信号の送受信を行うものである。これにより給電装置は発振周波数を調整することなく、受電装置へ電力を効率よく供給することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は給電装置、及び当該給電装置を具備する非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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ーが内蔵されている。当該バッテリーの充電は、殆どが給電手段である家庭用交流電源より直接接続させて行われているのが現状である。またバッテリーを具備しない構成またはバッテリーに充電された電力を用いない構成では、家庭用交流電源から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。
【０００４】
一方、非接触でバッテリー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、電磁誘導方式（電磁結合方式ともいう）、電波方式（マイクロ波方式ともいう）、共鳴方式が挙げられる。電磁誘導方式については、小型家電機器等、普及が進んでいる電子機器もある。
【０００５】
共鳴方式の非接触給電システムは、中長距離間での高い伝送効率が得られるため、注目されている。しかしながら共鳴方式の非接触給電システムは、電力を受ける側の装置（以下、受電装置）が有する共鳴用コイルと、電力を供給する側の装置（以下、給電装置）が有する共鳴用コイルとの距離により電力の伝送効率（送電効率）が極端に変化することが知られている。そのため、受電装置と給電装置との距離が変化しても高い伝送効率を維持できるようにする構成について、研究開発も活発である（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５２４６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで共鳴方式の非接触給電システムについて模式図を用いて説明する。図８（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）は、高周波電源９００と負荷９１０との間にある、給電装置における第１のコイル９０１と第１の共鳴用コイル９０２、及び受電装置における第２のコイル９０３と第２の共鳴用コイル９０４の模式図について示している。なお図８（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）では、給電装置における第１の共鳴用コイル９０２と、受電装置における第２の共鳴用コイル９０４との距離を模式的に表しており、図８（Ａ１）が共鳴に最適な距離より近い距離にある様子、図８（Ｂ１）が共鳴に最適な距離にある様子、図８（Ｃ１）が共鳴に最適な距離より遠い距離にある様子、を表している。
【０００８】
また図８（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）は、図８（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）に対応して、高周波電源９００の発振周波数と、給電装置と受電装置との間の伝送効率の関係を示している。なおグラフ中で周波数ｆ０は共鳴用コイルの共振周波数である。
【０００９】
図８（Ｂ１）に示すように、第１の共鳴用コイル９０２と第２の共鳴用コイル９０４とが共鳴に最適な距離に設置された場合、図８（Ｂ２）に示すように周波数ｆ０で電力の伝送効率は最大となる。図８（Ａ１）に示すように、第１の共鳴用コイル９０２と第２の共鳴用コイル９０４との距離が共鳴に最適な距離より近い場合、図８（Ａ２）に示すように、電力の伝送効率のピークにスプリットが発生し、ピークは周波数ｆ０’のときである。なお図８（Ａ２）での周波数ｆ０においてはピークの谷となってしまうため、電力の伝送効率が低下してしまう。また、図８（Ｃ１）に示すように、第１の共鳴用コイル９０２と第２の共鳴用コイル９０４との距離が共鳴に最適な距離より離れている場合、図８（Ｃ２）においてピークスプリットは発生しないが共振周波数ｆ０において、図８（Ｂ２）と比較して電力の伝送効率が低くなってしまう。
【００１０】
従って図８（Ａ１）乃至（Ｃ２）からわかるように、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得るためには、給電装置と受電装置間の距離に依存する、伝送効率が最大となる周波数に給電装置の高周波電源の発振周波数を合わせることが重要となってくる。しかしながら発振周波数を給電装置と受電装置との距離に応じて動的に制御するためには、高周波電源への追加の制御手段を要するものとなり、装置の大型化及びコストの増大を招いてしまう。
【００１１】
そこで、本発明の一態様は、給電装置と受電装置との距離に応じて発振周波数を動的に制御することなく、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得ることのできる共鳴方式による給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、受電装置及び給電装置の双方において整合条件の調整をする構成を追加することで、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得るものである。特に本発明の一態様は、受電装置及び給電装置の双方に送受信回路及び整合回路を設け、共鳴用コイルを介して整合回路の調整のための無線信号の送受信を行うものである。これにより給電装置は発振周波数を調整することなく、受電装置へ電力を効率よく供給することができる。
【００１３】
本発明の一態様は、受電装置における第２のコイルと電磁結合をする第２の共鳴用コイルと共鳴をする第１の共鳴用コイルと、第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、高周波電源から出力される交流信号にデータ信号を重畳するために変調をかけて第１の無線信号を生成するための変調回路、及び第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する送受信回路と、高周波電源側と第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための整合回路と、第１のコイルで受信した第２の無線信号における受電装置で検出された電力値に応じて整合回路の制御及び交流信号に重畳する第１の無線信号のデータ信号を生成するための制御回路と、を有する給電装置である。
【００１４】
本発明の一態様は、第１の共鳴用コイルと、第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、高周波電源が出力する交流信号にデータ信号を重畳するために変調をかけて第１の無線信号を生成するための変調回路、及び第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する第１の送受信回路と、高周波電源側と第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第１の整合回路と、第１のコイルで受信した第２の無線信号における受電装置で検出された電力値に応じて第１の整合回路の制御及び交流信号に重畳する第１の無線信号のデータ信号を生成するための第１の制御回路と、を有する給電装置と、第１の共鳴用コイルと共鳴をすることで給電装置より第１の無線信号を受信する第２の共鳴用コイルと、第２の共鳴用コイルと電磁結合をする第２のコイルと、第２の共鳴用コイルで受信した第１の無線信号を復調するための復調回路、及び第１の共鳴用コイルに送信する第２の無線信号を生成する変調回路を有する第２の送受信回路と、整流回路側と第２のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第２の整合回路と、第２のコイルで受信した第１の無線信号より得られる電力を検出するための受電電力検出回路と、第２のコイルで受信した第１の無線信号に重畳したデータ信号に応じて第２の整合回路の制御をし、且つ受電電力検出回路で検出される電力値に応じて第２の無線信号を生成するよう第２の送受信回路を制御するための第２の制御回路と、を有する受電装置と、を有する非接触給電システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様は、発振周波数を給電装置と受電装置との距離に応じて動的に制御することなく、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得ることのできる共鳴方式による給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図２】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図３】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図４】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図５】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図６】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図７】実施の形態２の構成を説明するための図。
【図８】課題を説明するための図。
【図９】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図１０】実施の形態１の構成を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本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、以下に説明する発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
【００１８】
なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の大きさ、層の厚さ、信号波形は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００１９】
なお本明細書にて用いる第１乃至第ｎ（ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００２０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様における共鳴方式による非接触給電を行う非接触給電システムについて説明する。
【００２１】
図１は、給電装置及び受電装置のブロック図を示している。図１では、給電装置における第１の共鳴用コイルと受電装置における第２の共鳴用コイルとが共鳴することで電磁界による電力の伝送を行う様子を表している。なお、図１に示すブロック図では、給電装置及び受電装置内の回路を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示している。ただし、実際の給電装置及び受電装置の回路は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの回路が共通して複数の機能を有することもあり得る。また複数の回路で１つのブロックに対応した機能を実現する構成とすることもあり得る。
【００２２】
給電装置１１０は、高周波電源１１１と、第１の整合回路１１２と、第１の送受信回路１１３と、第１のコイル１１４と、第１の制御回路１１５と、第１の共鳴用コイル１１６と、第１の共鳴用容量素子１１７と、を有する。
【００２３】
また、受電装置１２０は、第２の共鳴用コイル１２１と、第２の共鳴用容量素子１２２と、第２のコイル１２３と、第２の送受信回路１２４と、第２の整合回路１２５と、整流回路１２６と、負荷１２７と、第２の制御回路１２８と、受電電力検出回路１２９と、を有する。
【００２４】
高周波電源１１１は、給電装置と受電装置との間で共鳴方式によって給電を行うための周波数（第１の共鳴用コイルと第２の共鳴用コイルの共振周波数）による交流信号を出力するための電源回路である。
【００２５】
本実施の形態における給電装置１１０の高周波電源１１１から出力される交流信号の周波数（発振周波数）に特に限定はなく、共鳴方式で給電装置１１０から受電装置１２０に電力が伝送できる発振周波数であればよい。共鳴方式の発振周波数は、例えば、数ｋＨｚの周波数帯から数ＧＨｚの周波数帯において利用可能である。
【００２６】
第１の整合回路１１２は、第１の送受信回路１１３を介して高周波電源１１１に、及び第１のコイル１１４に接続されている。第１の整合回路１１２は、高周波電源１１１と直列及び／または並列に接続された少なくとも一つのインピーダンスの調整可能な素子を有する。なおインピーダンスの調整可能な素子とは、可変容量素子、可変コイルを指す。また第１の整合回路１１２は、入力側となる高周波電源１１１側と出力側となる第１のコイル１１４側とのインピーダンスの整合をとるように、動作を第１の制御回路１１５によって制御される。
【００２７】
第１の送受信回路１１３は、高周波電源１１１及び第１のコイル１１４に接続されている。第１の送受信回路１１３は、高周波電源１１１から出力される交流信号を変調することで第１のコイル１１４から送信する第１の無線信号を生成する機能、第１のコイル１１４で受信する第２の無線信号を復調する機能を有する。変調する機能としては、ミキサー回路を高周波電源１１１側に設ける構成とすればよい。なおミキサー回路は、高周波電源から出力される交流信号に対し、当該交流信号の振幅、位相、周波数等をインベントリ信号、データ信号または受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号等に応じて変調させる回路である。復調する機能としては、検波回路、増幅回路及び整流回路を第１のコイル１１４側に設ける構成とすればよい。
【００２８】
図１における第１の送受信回路１１３のブロックを具体的に示した図を図１０（Ａ）に示す。図１０（Ａ）において第１の送受信回路１１３は、高周波電源１１１側に変調回路となるミキサー回路５０１が設けられる。また図１０（Ａ）において第１の送受信回路１１３は、第１のコイル１１４側に復調回路となる検波回路５０２、増幅回路５０３及び整流回路５０４が設けられる。
【００２９】
なお第１の無線信号は、給電装置１１０から受電装置１２０に送信される無線信号であり、給電のための交流信号を変調することで得られるものである。第１の無線信号は、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、を重畳できる無線信号である。また第２の無線信号は、受電装置１２０から給電装置１１０に送信される無線信号であり、給電の交流信号に負荷変調をかけることで得られるものである。第２の無線信号は、給電装置１１０から送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことへの応答をするための信号等、を重畳できる無線信号である。なおインベントリ信号とは、給電装置１１０が受電装置１２０の存在を確認するための信号である。
【００３０】
第１のコイル１１４は、第１の整合回路１１２及び第１の送受信回路１１３を介して高周波電源１１１に接続される。第１のコイル１１４は、第１の共鳴用コイル１１６と電磁結合をする構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。給電装置１１０における第１のコイル１１４は、給電装置１１０が受電装置１２０に比べて設置箇所に特に制約がない点を考えると、受電装置１２０における第２のコイル１２３より設計の自由度が高い。
【００３１】
第１の制御回路１１５は、第１の送受信回路１１３で受信した第２の無線信号に重畳されている受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号に応じた第１の整合回路１１２の制御、及び第１の送受信回路１１３から第１の無線信号に重畳して受電装置１２０に送信するデータ信号を出力するための回路である。なお第１の制御回路１１５は、図１０（Ａ）に示すように、受電装置１２０で受け取る電力値に応じた複数のデータ信号を記憶した記憶回路５０５に信号の入出力を行う構成とすればよい。
【００３２】
第１の共鳴用コイル１１６は、第１の共鳴用容量素子１１７に接続される。第１の共鳴用コイル１１６は、第１のコイル１１４と電磁結合をし、且つ第２の共鳴用コイル１２１と共鳴する構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、給電装置１１０における第１の共鳴用コイル１１６は、給電装置１１０が受電装置１２０に比べて設置箇所に特に制約がない点を考えると、受電装置１２０における第２の共鳴用コイル１２１より設計の自由度が高い。また第１の共鳴用コイル１１６では特にＱ値が高いことが望ましく、１００以上あることが望ましい。なお第１のコイル１１４と第１の共鳴用コイル１１６との間では、一例としては、第１の無線信号として、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、第２の無線信号として、給電装置１１０より送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことの応答をするための信号等、の送受信が電磁結合による非接触で行われることとなる。また第１の共鳴用コイル１１６と第２の共鳴用コイル１２１との間では、一例としては、第１の無線信号として、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、第２の無線信号として、給電装置１１０から送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことの応答をするための信号等、の送受信が磁界共鳴による非接触で行われることとなる。磁界共鳴方式は、非接触給電のうち共鳴方式によるものであり、同じコイル径の電磁誘導方式よりも遠距離に電力を伝送できる。
【００３３】
第１の共鳴用容量素子１１７は、第１の共鳴用コイル１１６と対にして、所望の共振周波数となるよう設けられた容量素子である。なお第１の共鳴用容量素子１１７は第１の共鳴用コイル１１６と別に設ける必要はなく、第１の共鳴用コイル１１６における浮遊容量によって容量をまかなうことができれば必ずしも設ける必要はない。
【００３４】
また第２の共鳴用コイル１２１は、第２の共鳴用容量素子１２２に接続される。第２の共鳴用コイル１２１は、第２のコイル１２３と電磁結合をし、且つ第１の共鳴用コイル１１６と共鳴する構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、受電装置１２０における第２の共鳴用コイル１２１は、受電装置１２０が給電装置１１０に比べて小型化が求められる点を考えると、給電装置１１０における第１の共鳴用コイル１１６よりも小型化して設計することが好ましい。また第２の共鳴用コイル１２１では特にＱ値が高いことが望ましく、１００以上あることが望ましい。なお第２のコイル１２３と第２の共鳴用コイル１２１との間では、一例としては、第１の無線信号として、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、第２の無線信号として、給電装置１１０より送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことの応答をするための信号等、の送受信が電磁結合による非接触で行われることとなる。
【００３５】
第２のコイル１２３は、第２の送受信回路１２４、第２の整合回路１２５、整流回路１２６を介して負荷１２７に接続される。第２のコイル１２３は、第２の共鳴用コイル１２１と電磁結合をする構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、受電装置１２０における第２のコイル１２３は、受電装置１２０が給電装置１１０に比べて小型化が求められる点を考えると、給電装置１１０における第１のコイル１１４よりも小型化して設計することが好ましい。
【００３６】
第２の送受信回路１２４は、第２の整合回路１２５及び整流回路１２６を介して、負荷１２７及び第２のコイル１２３に接続されている。第２の送受信回路１２４は、給電装置１１０から送信される給電のための交流信号に負荷変調をかけることで、給電装置１１０から受け取る電力値に関する信号を重畳した第２の無線信号を生成する機能、給電装置１１０から受信する第１の無線信号を復調する機能を有する。変調する機能としては、負荷変調素子及び変調トランジスタを直列に接続した回路を第２のコイル１２３側に並列に設ける構成とすればよい。復調する機能としては、検波回路、増幅回路及び整流回路を第２のコイル１２３側に設ける構成とすればよい。
【００３７】
図１における第２の送受信回路１２４のブロックを具体的に示した図を図１０（Ｂ）に示す。図１０（Ｂ）において第２の送受信回路１２４は、第２のコイル１２３側に変調回路となる負荷変調素子５１１及び変調トランジスタ５１２が設けられる。また図１０（Ｂ）において第２の送受信回路１２４は、第２のコイル１２３側に復調回路となる検波回路５１３、増幅回路５１４及び整流回路５１５が設けられる。
【００３８】
第２の整合回路１２５は整流回路１２６に、及び第２の送受信回路１２４を介して第２のコイル１２３に接続されている。第２の整合回路１２５は、負荷１２７と直列及び／または並列に接続された少なくとも一つのインピーダンスの調整可能な素子を有する。また第２の整合回路１２５は、入力側となる第２のコイル１２３側と出力側となる整流回路１２６側とのインピーダンスの整合をとるように、動作を第２の制御回路１２８によって制御される。
【００３９】
なお第２の整合回路１２５は、第１の整合回路１１２と同じ構成を有する回路であることが好ましい。例えば、第１の整合回路１１２において、高周波電源１１１と直列に接続された素子が可変容量素子である場合には、第２の整合回路１２５において、可変容量素子であることが好ましい。可変容量素子に限らず、可変コイルの場合にも同様である。
【００４０】
整流回路１２６は、第２のコイル１２３で受信した交流信号を直流信号に整流化するための回路である。整流回路１２６は、例えばダイオード素子を用いて構成すればよい。またダイオード素子を用いて構成される整流回路は、全波整流回路であっても半波整流回路であってもよく、ダイオードブリッジを用いた回路、トランスを用いた全波整流回路等で構成されればよい。
【００４１】
負荷１２７は、非接触による給電を受けることで作用するものであればよい。一例としてはバッテリーや電動モータ等があり、具体的には携帯電話等のバッテリーで動作する電子機器、及び電気推進移動体が挙げられる。なお受電装置１２０において負荷１２７と整流回路１２６との間には、図１０（Ｂ）に示すように、第２のコイル１２３で第１の無線信号を受信して得られる直流電圧を負荷１２７で用いる電圧値に変換するためのＤＣＤＣコンバータ５１６を有する構成であってもよい。
【００４２】
第２の制御回路１２８は、第２の送受信回路１２４で受信した第１の無線信号に含まれているデータに応じて第２の整合回路１２５を制御するための回路である。また第２の制御回路１２８は、受電電力検出回路１２９で検出される給電装置１１０からの交流信号による電圧値と電流値との積、すなわち電力値に応じて第２の無線信号として送信する給電装置１１０から受け取る電力値に関する信号を、第２の送受信回路１２４から出力するための回路である。
【００４３】
受電電力検出回路１２９は、給電装置１１０から受電装置１２０への電力の伝送効率について検出するための回路である。例えば、受電電力検出回路１２９は、Ａ／Ｄ変換回路で構成し、受電装置１２０で受信した交流信号の電圧値及び電流値をモニターすることで給電装置１１０からの電力値を見積もる構成とすればよい。受電電力検出回路１２９で得られる電圧値は、アナログ信号からデジタル信号へ変換されて、第２の制御回路１２８で取得することができる。
【００４４】
図２（Ａ）乃至（Ｄ）には第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５の回路構成の一例について示したものである。図２（Ａ）乃至（Ｄ）では第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に適用可能な整合回路の構成について説明する。なお図２（Ａ）乃至（Ｄ）では、第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５を整合回路２００で表し、高周波電源１１１等の入力側の回路を入力側回路２４１で表し、第１のコイル１１４等の出力側の回路を出力側回路２４２として表している。また、第１の制御回路１１５及び第２の制御回路１２８を制御回路２０３で表している。
【００４５】
図２（Ａ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変容量素子２０１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続された容量素子２０２を示している。可変容量素子２０１は、制御回路２０３によって容量値が制御される。図２（Ｂ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変容量素子２０１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続された可変容量素子２１２を示している。可変容量素子２０１及び可変容量素子２１２は、制御回路２０３によって容量値が制御される。
【００４６】
図２（Ｃ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変コイル２２１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続されたコイル２２２を示している。可変コイル２２１は、制御回路２０３によってインダクタンス値が制御される。図２（Ｄ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変コイル２２１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続された可変コイル２３２を示している。可変コイル２２１及び可変コイル２３２は、制御回路２０３によってインダクタンス値が制御される。
【００４７】
なお第１の整合回路１１２と第２の整合回路１２５は、同じ構成を有することが好ましい。例えば、第１の整合回路１１２において、高周波電源１１１と直列に接続された素子が可変容量素子である場合には、第２の整合回路１２５において、可変容量素子であることが好ましい。可変容量素子に限らず、可変コイルの場合にも同様である。
【００４８】
なお図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す整合回路の構成は、可変容量素子を用いて静電容量を制御回路２０３で制御する構成について示している。ここで可変容量素子の具体的な構成について説明する。図９（Ａ）では、図２（Ａ）における可変容量素子２０１として可変容量ダイオード６０１Ａ（バリキャップダイオードともいう）及び容量素子６０１Ｂを有する構成について示している。また図９（Ｂ）では、図２（Ｂ）における可変容量素子２０１及び可変容量素子２１２として可変容量ダイオード６０１Ａ及び容量素子６０１Ｂ、並びに可変容量ダイオード６０２Ａ及び容量素子６０２Ｂを有する構成について示している。なお可変容量ダイオードを有する可変容量素子は、制御回路からＤ／Ａコンバータ６０３を介して制御されることとなる。なお可変容量素子としては、可変容量ダイオードを用いる構成の他にも、スイッチに接続された容量素子を複数並列に配置し、スイッチの開閉を制御することで静電容量値を制御する構成とすることも可能である。また可変容量素子としては、他にも電気モータ等を用いて回転式可変コンデンサを機械的に制御し、静電容量値を可変する構成としてもよい。
【００４９】
なお図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）に示す整合回路の構成において、可変容量素子と可変コイルとを切り替えて静電容量を制御回路２０３によって制御する構成とすることもできる。図９（Ｃ）にスイッチ６１１を用いて可変容量素子６１２と可変コイル６１３とを切り替える構成について示す。図９（Ｃ）に示すようにスイッチ６１１を制御回路２０３によって切り替えることで、可変容量素子６１２の容量値または可変コイル６１３のインダクタンス値を切り替えて制御することも可能である。
【００５０】
以下の本実施の形態の説明では、第１の整合回路１１２は高周波電源１１１と直列に接続された可変容量素子（Ｃｓ）と、高周波電源１１１と並列に接続された可変容量素子（Ｃｐ）とを有し、第２の整合回路１２５は負荷１２７と直列に接続された可変容量素子（Ｃｓ）と、負荷１２７と並列に接続された可変容量素子（Ｃｐ）とを有する場合について説明する。
【００５１】
共鳴方式による非接触給電システムでは、給電装置１１０が有する第１の共鳴用コイル１１６と、受電装置１２０が有する第２の共鳴用コイル１２１との距離によって、電力の伝送効率が最大となる条件が異なる。したがって本実施の形態の構成では、第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータは、給電装置１１０と受電装置１２０との距離に応じて、電力の伝送効率が最大となるように変更する必要がある。なお電力の伝送効率が最大となる第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータのパラメータセットに関する信号が図１で説明したデータ信号に相当する。
【００５２】
なお、第１の整合回路１１２のパラメータとは、第１の整合回路１１２が有する可変容量素子または可変コイルのそれぞれのインピーダンスを指し、第２の整合回路１２５のパラメータとは、第２の整合回路１２５が有する可変容量素子または可変コイルのそれぞれのインピーダンスを指す。なお、給電装置１１０と受電装置１２０との距離とは、第１の共鳴用コイル１１６と、第２の共鳴用コイル１２１との距離を指すものとする。
【００５３】
給電装置１１０と受電装置１２０との距離毎に、電力の伝送効率が最大となる第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータが設定された表を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
なお表１に示すデータは、第１の制御回路１１５または第２の制御回路１２８によってデータ読み出し可能となるよう設ければよい。本明細書では、給電装置１１０における第１の制御回路１１５側に表１に関するデータを具備する構成として以下説明を行う。
【００５６】
表１では、第１の整合回路１１２のパラメータと、第２の整合回路１２５のパラメータと、給電装置１１０と受電装置１２０の距離と、を一つのパラメータセットとし、パラメータセットに番号が付与されている。なお、Ｎｏ．０は、第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５の初期状態を表す。
【００５７】
図３に、給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、受電電力との関係を示す。図３に示す実線曲線３０１は、パラメータセットがＮｏ．ｊのときの給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、伝送効率との関係を示すグラフである。また、図３に示す点線曲線３０２は、パラメータセットがＮｏ．ｊ＋１のときの給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、伝送効率との関係を示すグラフである。なお、伝送効率は給電装置と受電装置との間の電力の伝送効率であり、Ｓ２１パラメータで表すことができる。
【００５８】
例えば、表１に示すように、パラメータセットＮｏ．ｊにおいて、第１の整合回路１１２のパラメータがＣｓ０ｊ、Ｃｐ０ｊ及び第２の整合回路１２５のパラメータがＣｓ１ｊ、Ｃｐ１ｊと設定されている場合、電力の伝送効率が最大となるのは、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＤｊのときである（図３中、実線曲線３０１を参照）。つまり、給電装置１１０と受電装置１２０の距離がＤｊの場合、第１の整合回路１１２のパラメータがＣｓ０ｊ、Ｃｐ０ｊ及び第２の整合回路１２５のパラメータがＣｓ１ｊ、Ｃｐ１ｊに設定されていないと、電力の伝送効率が最大とはならないともいえる。
【００５９】
例えば、第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータが、Ｃｓ０ｊ、Ｃｐ０ｊ、Ｃｓ１ｊ、Ｃｐ１ｊに設定されている場合、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＤｊ＋１であると、電力の伝送効率は最大にならない（図３中、点線曲線３０２を参照）。第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータを、Ｃｓ０ｊ＋１、Ｃｐ０ｊ＋１、Ｃｓ１ｊ＋１、Ｃｐ１ｊ＋１に設定することで、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＤｊ＋１において、電力の伝送効率も最大となる（図３中、点線曲線３０２を参照）。
【００６０】
図６では、実際に第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータを、Ｃｓで０乃至１０００ｐＦ、Ｃｐで０乃至１５０ｐＦとした際の給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、伝送効率との関係を示す。また図６に対応して表２に、第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータと、電力の伝送効率が最大となる給電装置１１０と受電装置１２０との距離とが設定された表を示す。なお図６での各データは表２に対応するものである。
【００６１】
【表２】
【００６２】
図６及び表２に示すように、パラメータセットを設定することで給電装置と受電装置との距離に応じた伝送効率の最大化を図ることができる。特に近距離では、電力の伝送効率のピークにスプリットが生じたことに伴う伝送効率の低下を抑制することができる。
【００６３】
次に、本発明の一態様に係る非接触給電システムにおける給電方法について説明する。図４は、非接触給電システムにおける給電方法の一例を示すフローチャートである。
【００６４】
給電装置１１０は、高周波電源による交流信号に重畳して、間欠的に第１の無線信号としてインベントリ信号を送信する（図４に示すステップ４０１参照）。給電装置１１０は、受電装置１２０が任意の位置に設置されて第２の無線信号によるインベントリ信号に応答するための信号の受信があるまでインベントリ信号の送信を繰り返すこととなる（図４に示すステップ４０２参照）。受電装置１２０が送電可能な位置に設置されると判定された場合は、次のステップに進む。
【００６５】
次いで、受電装置１２０が任意の位置に設置されると、高周波電源による交流信号によって連続的に、給電装置１１０は受電装置１２０へ無線での送電を開始する（図４に示すステップ４０３参照）。このとき、給電装置１１０の第１の整合回路１１２のパラメータ及び受電装置１２０の第２の整合回路１２５のパラメータは初期状態（例えば表１に示すＮｏ．０のパラメータセット）であるため、この段階では伝送効率の高い送電が行われているとは限らない。なお、本実施の形態では、パラメータセットに付与した番号のＮｏ．１からプラス方向にシフトさせる場合について説明する。
【００６６】
給電装置１１０から受電装置１２０への送電が開始されると、給電装置１１０の第１の共鳴用コイル１１６から受電装置１２０の第２の共鳴用コイル１２１に、磁界共鳴によって交流信号が送信され、さらに、整流回路１２６によって直流信号に変換され、負荷１２７に印加される。このとき、受電装置１２０の第２の制御回路１２８は、給電装置１１０からの第１の無線信号である受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号に応じて、受電電力検出回路１２９によって受電装置１２０で受信した交流信号を整流した直流信号の電圧値及び電流値を取得する（図４に示すステップ４０４参照）。このときの電圧値及び電流値の積を電力値Ｐ０とする。取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ０）のデータは、給電装置１１０側の命令に応じて、受電装置１２０で給電装置１１０より受け取る電力値に関する信号として第２の無線信号により第１の制御回路１１５に送信される。なお取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ０）のデータは、一度、第２の制御回路１２８に接続された記憶装置（図示せず）に格納してもよい。
【００６７】
次に、一定期間（例えば、３００ｍｓｅｃ）のウェイト状態として、受電装置１２０の負荷１２７に充電（又は給電）を行う（図４に示すステップ４０５参照）。
【００６８】
次に、第１の制御回路１１５は、負荷１２７の充電状態を元に、負荷１２７の充電を継続するか否かを判定する（図４に示すステップ４０６参照）。負荷１２７の充電を継続しないと判定された場合は、高周波電源１１１をオフすることで、充電を完了させる（図４に示すステップ４０７参照）。負荷１２７の充電を継続すると判定された場合は、次のステップに進む。
【００６９】
次に、第１の制御回路１１５は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせるか否かを判定する（図４に示すステップ４０８参照）。プラス方向にシフトさせないと判定された場合は、パラメータセットをマイナス方向にシフトさせる命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４１０参照）。プラス方向にシフトさせると判定された場合は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせる命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４０９参照）。なお、第１の制御回路１１５から第２の整合回路１２５に命令を出力する場合は、第１の送受信回路１１３にデータ信号を出力し、第１の送受信回路１１３から第１の無線信号を受電装置１２０の第２の送受信回路１２４に送信し、第２の送受信回路１２４から第２の制御回路１２８を介して第２の整合回路１２５へ出力すればよい。なお受電装置１２０は第１の無線信号を受信した後、受電装置１２０側でデータ信号を受信したことの応答をするための信号を給電装置側に第２の無線信号として返信する。
【００７０】
次に、第２の制御回路１２８は受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号に応じて、パラメータセットをプラス方向又はマイナス方向にシフトした後の電圧値及び電流値を受電電力検出回路１２９で取得する（図４に示すステップ４１１参照）。このときの電圧値及び電流値の積を電力値Ｐ１とする。取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ１）のデータは、給電装置１１０側の命令に応じて、受電装置１２０で給電装置１１０から受け取る電力値に関する信号として第２の無線信号によって第１の制御回路１１５に送信される。取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ１）のデータは、一度、第２の制御回路１２８に接続された記憶装置（図示せず）に格納してもよい。
【００７１】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定する（図４に示すステップ４１２参照）。第１の制御回路１１５が、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも小さいと判定した場合は、パラメータセットのシフトの方向を反転させる命令を第１の制御回路１１５から第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４１４参照）。第１の制御回路１１５が、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいと判定した場合は、パラメータセットのシフトの方向を維持する命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４１３参照）。なお、第１の制御回路１１５から第２の整合回路１２５に命令を出力する場合は、第１の送受信回路１１３にデータ信号を出力し、第１の送受信回路１１３から第１の無線信号を受電装置１２０の第２の送受信回路１２４に送信し、第２の送受信回路１２４から第２の制御回路１２８を介して第２の整合回路１２５へ出力すればよい。なお受電装置１２０は第１の無線信号を受信した後、受電装置１２０側でデータ信号を受信したことの応答をするための信号を給電装置側に第２の無線信号として返信する。
【００７２】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１を電力値Ｐ０に代入する（図４に示すステップ４１５参照）。その後の処理は、ステップ４０５に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、負荷１２７の充電が完了するまで、ステップ４０５乃至４１５のループ処理が繰り返し実行される。
【００７３】
例えば、ステップ４０５乃至４１５のループ処理が繰り返し実行され、第１の制御回路１１５は、パラメータセットのＮｏ．ｊ−１の電圧値及び電流値の積（Ｐ０＝Ｗｊ−１）を取得した後、パラメータセットをプラス方向にシフトさせ、パラメータセットのＮｏ．ｊの電圧値及び電流値の積（Ｐ１＝Ｗｊ）を取得したとする（図４に示すステップ４１１参照）。
【００７４】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定し、Ｐ１がＰ０よりも大きい（Ｗｊ＞Ｗｊ−１）と判定したとする（図４に示すステップ４１２参照）。この場合、パラメータセットのシフトの方向は維持されるという命令が、第１の制御回路１１５から第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力される（図４に示すステップ４１３参照）。
【００７５】
次に、第１の制御回路１１５において、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０に代入されるため（図４に示すステップ４１５参照）、Ｐ０＝Ｗｊとなり、一定期間、負荷１２７に充電が行われる（図４に示すステップ４０５参照）。
【００７６】
次に、第１の制御回路１１５は、負荷１２７に充電を継続するか否かを判定し、充電を継続すると判定したとする（図４に示すステップ４０６）と、ステップ４０８に進む。
【００７７】
次に、第１の制御回路１１５は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせるか否かを判定する（図４に示すステップ４０８参照）。ここで、パラメータセットをＮｏ．ｊ−１からＮｏ．ｊにプラス方向にシフトすることで、Ｐ０＜Ｐ１となることが、ステップ４１１において判定されているため、第１の制御回路１１５は、パラメータセットをＮｏ．ｊからＮｏ．ｊ＋１にプラス方向にシフトさせる命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４０９参照）。
【００７８】
次に、第２の制御回路１２８は、パラメータセットＮｏ．ｊ＋１の電圧値及び電流値を取得する（図４に示すステップ４１１参照）。このときの電圧値及び電流値の積を電力値Ｐ１＝Ｗｊ＋１とする。
【００７９】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定し、Ｐ１がＰ０よりも小さい（Ｗｊ＜Ｗｊ＋１）と判定したとする（図４に示すステップ４１２参照）。この場合は、パラメータセットのシフト方向を反転する命令が第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力される（図４に示すステップ４１４参照）。
【００８０】
次に、第１の制御回路１１５において、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０に代入されるため、Ｐ０＝Ｗｊ＋１となり（図４に示すステップ４１５）、一定期間、負荷１２７に充電が行われる（図４に示すステップ４０５）。
【００８１】
ここで、上述のパラメータセットのＮｏ．と伝送効率との関係を図５に示す。図５に示すように、パラメータセットがＮｏ．ｊのとき、伝送効率は極大値となり、給電装置１１０から受電装置１２０へ効率よく給電を行うことができる。負荷１２７の充電が完了するまで、パラメータセットのＮｏ．ｊ−１乃至Ｎｏ．ｊ＋１と、を繰り返すことにより、効率よく負荷１２７に充電を行うことができる。
【００８２】
また、負荷１２７に充電を行っている途中で、給電装置１１０と受電装置１２０との距離が変わった場合であっても、負荷１２７の充電が完了するまで、パラメータセットのＮｏ．を変更しつづければよいため、効率よく充電を行うことができる。
【００８３】
図１に示す非接触給電システムにおいて、図４に示す給電方法を適用することで、給電装置１１０と受電装置１２０の配置に応じて、発振周波数を動的に制御することなく、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得ることができる。
【００８４】
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。
【００８５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態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、本発明の一態様に係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、デジタルビデオカメラ、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。
【００８６】
図７（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を有する携帯電話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。
【００８７】
例えば、給電装置７０１には、実施の形態１に示す給電装置１１０の構成が適用でき、受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂには、実施の形態１に示す受電装置１２０の構成が適用できる。
【００８８】
本発明の一態様に係る非接触給電システムを適用することにより、給電装置７０１と受電装置７０３Ａとの配置、及び給電装置７０１と受電装置７０３Ｂとの配置に応じて、送電の効率を高めることができるため、給電装置７０１から受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂへ電力を効率よく供給することができる。
【００８９】
図７（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。
【００９０】
例えば、給電装置７１１には、実施の形態１に示す給電装置１１０の構成が適用でき、受電装置７１３には、実施の形態１に示す受電装置１２０の構成が適用できる。
【００９１】
本発明の一態様に係る非接触給電システムを適用することにより、給電装置７１１と受電装置７１３との配置に応じて、送電の効率を高めることができるため、給電装置７１１から受電装置７１３へ電力を効率よく供給することができる。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【符号の説明】
【００９４】
１１０ 給電装置
１１１ 高周波電源
１１２ 整合回路
１１３ 第１の送受信回路
１１４ 第１のコイル
１１５ 第１の制御回路
１１６ 第１の共鳴用コイル
１１７ 第１の共鳴用容量素子
１２０ 受電装置
１２１ 第２の共鳴用コイル
１２２ 第２の共鳴用容量素子
１２３ 第２のコイル
１２４ 第２の送受信回路
１２５ 第２の整合回路
１２６ 整流回路
１２７ 負荷
１２８ 第２の制御回路
１２９ 受電電力検出回路
２００ 整合回路
２０１ 可変容量素子
２０２ 容量素子
２０３ 制御回路
２１２ 可変容量素子
２２１ 可変コイル
２２２ コイル
２３２ 可変コイル
２４１ 入力側回路
２４２ 出力側回路
３０１ 実線曲線
３０２ 点線曲線
４０１ ステップ
４０２ ステップ
４０３ ステップ
４０４ ステップ
４０５ ステップ
４０６ ステップ
４０７ ステップ
４０８ ステップ
４０９ ステップ
４１０ ステップ
４１１ ステップ
４１２ ステップ
４１３ ステップ
４１４ ステップ
４１５ ステップ
７０１ 給電装置
７１１ 給電装置
７１２ 電気自動車
７１３ 受電装置
９００ 高周波電源
９０１ 第１のコイル
９０２ 第１の共鳴用コイル
９０３ 第２のコイル
９０４ 第２の共鳴用コイル
９１０ 負荷
６０１Ａ 可変容量ダイオード
６０２Ａ 可変容量ダイオード
６０１Ｂ 容量素子
６０２Ｂ 容量素子
６０３ Ｄ／Ａコンバータ
６１１ スイッチ
６１２ 可変容量素子
６１３ 可変コイル
７０２Ａ 携帯電話
７０２Ｂ 携帯電話
７０３Ａ 受電装置
７０３Ｂ 受電装置
５０１ ミキサー回路
５０２ 検波回路
５０３ 増幅回路
５０４ 整流回路
５０５ 記憶回路
５１１ 負荷変調素子
５１２ 変調トランジスタ
５１３ 検波回路
５１４ 増幅回路
５１５ 整流回路
５１６ ＤＣＤＣコンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は給電装置、及び当該給電装置を具備する非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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ーが内蔵されている。当該バッテリーの充電は、殆どが給電手段である家庭用交流電源より直接接続させて行われているのが現状である。またバッテリーを具備しない構成またはバッテリーに充電された電力を用いない構成では、家庭用交流電源から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。
【０００４】
一方、非接触でバッテリー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、電磁誘導方式（電磁結合方式ともいう）、電波方式（マイクロ波方式ともいう）、共鳴方式が挙げられる。電磁誘導方式については、小型家電機器等、普及が進んでいる電子機器もある。
【０００５】
共鳴方式の非接触給電システムは、中長距離間での高い伝送効率が得られるため、注目されている。しかしながら共鳴方式の非接触給電システムは、電力を受ける側の装置（以下、受電装置）が有する共鳴用コイルと、電力を供給する側の装置（以下、給電装置）が有する共鳴用コイルとの距離により電力の伝送効率（送電効率）が極端に変化することが知られている。そのため、受電装置と給電装置との距離が変化しても高い伝送効率を維持できるようにする構成について、研究開発も活発である（例えば特許文献１及び特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５２４６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで共鳴方式の非接触給電システムについて模式図を用いて説明する。図８（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）は、高周波電源９００と負荷９１０との間にある、給電装置における第１のコイル９０１と第１の共鳴用コイル９０２、及び受電装置における第２のコイル９０３と第２の共鳴用コイル９０４の模式図について示している。なお図８（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）では、給電装置における第１の共鳴用コイル９０２と、受電装置における第２の共鳴用コイル９０４との距離を模式的に表しており、図８（Ａ１）が共鳴に最適な距離より近い距離にある様子、図８（Ｂ１）が共鳴に最適な距離にある様子、図８（Ｃ１）が共鳴に最適な距離より遠い距離にある様子、を表している。
【０００８】
また図８（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）は、図８（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）に対応して、高周波電源９００の発振周波数と、給電装置と受電装置との間の伝送効率の関係を示している。なおグラフ中で周波数ｆ０は共鳴用コイルの共振周波数である。
【０００９】
図８（Ｂ１）に示すように、第１の共鳴用コイル９０２と第２の共鳴用コイル９０４とが共鳴に最適な距離に設置された場合、図８（Ｂ２）に示すように周波数ｆ０で電力の伝送効率は最大となる。図８（Ａ１）に示すように、第１の共鳴用コイル９０２と第２の共鳴用コイル９０４との距離が共鳴に最適な距離より近い場合、図８（Ａ２）に示すように、電力の伝送効率のピークにスプリットが発生し、ピークは周波数ｆ０’のときである。なお図８（Ａ２）での周波数ｆ０においてはピークの谷となってしまうため、電力の伝送効率が低下してしまう。また、図８（Ｃ１）に示すように、第１の共鳴用コイル９０２と第２の共鳴用コイル９０４との距離が共鳴に最適な距離より離れている場合、図８（Ｃ２）においてピークスプリットは発生しないが共振周波数ｆ０において、図８（Ｂ２）と比較して電力の伝送効率が低くなってしまう。
【００１０】
従って図８（Ａ１）乃至（Ｃ２）からわかるように、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得るためには、給電装置と受電装置間の距離に依存する、伝送効率が最大となる周波数に給電装置の高周波電源の発振周波数を合わせることが重要となってくる。しかしながら発振周波数を給電装置と受電装置との距離に応じて動的に制御するためには、高周波電源への追加の制御手段を要するものとなり、装置の大型化及びコストの増大を招いてしまう。
【００１１】
そこで、本発明の一態様は、給電装置と受電装置との距離に応じて発振周波数を動的に制御することなく、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得ることのできる共鳴方式による給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、受電装置及び給電装置の双方において整合条件の調整をする構成を追加することで、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得るものである。特に本発明の一態様は、受電装置及び給電装置の双方に送受信回路及び整合回路を設け、共鳴用コイルを介して整合回路の調整のための無線信号の送受信を行うものである。これにより給電装置は発振周波数を調整することなく、受電装置へ電力を効率よく供給することができる。
【００１３】
本発明の一態様は、受電装置における第２のコイルと電磁結合をする第２の共鳴用コイルと共鳴をする第１の共鳴用コイルと、第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、高周波電源から出力される交流信号にデータ信号を重畳するために変調をかけて第１の無線信号を生成するための変調回路、及び第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する送受信回路と、高周波電源側と第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための整合回路と、第１のコイルで受信した第２の無線信号における受電装置で検出された電力値に応じて整合回路の制御及び交流信号に重畳する第１の無線信号のデータ信号を生成するための制御回路と、を有する給電装置である。
【００１４】
本発明の一態様は、第１の共鳴用コイルと、第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、高周波電源が出力する交流信号にデータ信号を重畳するために変調をかけて第１の無線信号を生成するための変調回路、及び第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する第１の送受信回路と、高周波電源側と第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第１の整合回路と、第１のコイルで受信した第２の無線信号における受電装置で検出された電力値に応じて第１の整合回路の制御及び交流信号に重畳する第１の無線信号のデータ信号を生成するための第１の制御回路と、を有する給電装置と、第１の共鳴用コイルと共鳴をすることで給電装置より第１の無線信号を受信する第２の共鳴用コイルと、第２の共鳴用コイルと電磁結合をする第２のコイルと、第２の共鳴用コイルで受信した第１の無線信号を復調するための復調回路、及び第１の共鳴用コイルに送信する第２の無線信号を生成する変調回路を有する第２の送受信回路と、整流回路側と第２のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第２の整合回路と、第２のコイルで受信した第１の無線信号より得られる電力を検出するための受電電力検出回路と、第２のコイルで受信した第１の無線信号に重畳したデータ信号に応じて第２の整合回路の制御をし、且つ受電電力検出回路で検出される電力値に応じて第２の無線信号を生成するよう第２の送受信回路を制御するための第２の制御回路と、を有する受電装置と、を有する非接触給電システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様は、発振周波数を給電装置と受電装置との距離に応じて動的に制御することなく、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得ることのできる共鳴方式による給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図２】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図３】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図４】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図５】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図６】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図７】実施の形態２の構成を説明するための図。
【図８】課題を説明するための図。
【図９】実施の形態１の構成を説明するための図。
【図１０】実施の形態１の構成を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本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、以下に説明する発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
【００１８】
なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の大きさ、層の厚さ、信号波形は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００１９】
なお本明細書にて用いる第１乃至第ｎ（ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００２０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様における共鳴方式による非接触給電を行う非接触給電システムについて説明する。
【００２１】
図１は、給電装置及び受電装置のブロック図を示している。図１では、給電装置における第１の共鳴用コイルと受電装置における第２の共鳴用コイルとが共鳴することで電磁界による電力の伝送を行う様子を表している。なお、図１に示すブロック図では、給電装置及び受電装置内の回路を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示している。ただし、実際の給電装置及び受電装置の回路は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの回路が共通して複数の機能を有することもあり得る。また複数の回路で１つのブロックに対応した機能を実現する構成とすることもあり得る。
【００２２】
給電装置１１０は、高周波電源１１１と、第１の整合回路１１２と、第１の送受信回路１１３と、第１のコイル１１４と、第１の制御回路１１５と、第１の共鳴用コイル１１６と、第１の共鳴用容量素子１１７と、を有する。
【００２３】
また、受電装置１２０は、第２の共鳴用コイル１２１と、第２の共鳴用容量素子１２２と、第２のコイル１２３と、第２の送受信回路１２４と、第２の整合回路１２５と、整流回路１２６と、負荷１２７と、第２の制御回路１２８と、受電電力検出回路１２９と、を有する。
【００２４】
高周波電源１１１は、給電装置と受電装置との間で共鳴方式によって給電を行うための周波数（第１の共鳴用コイルと第２の共鳴用コイルの共振周波数）による交流信号を出力するための電源回路である。
【００２５】
本実施の形態における給電装置１１０の高周波電源１１１から出力される交流信号の周波数（発振周波数）に特に限定はなく、共鳴方式で給電装置１１０から受電装置１２０に電力が伝送できる発振周波数であればよい。共鳴方式の発振周波数は、例えば、数ｋＨｚの周波数帯から数ＧＨｚの周波数帯において利用可能である。
【００２６】
第１の整合回路１１２は、第１の送受信回路１１３を介して高周波電源１１１に、及び第１のコイル１１４に接続されている。第１の整合回路１１２は、高周波電源１１１と直列及び／または並列に接続された少なくとも一つのインピーダンスの調整可能な素子を有する。なおインピーダンスの調整可能な素子とは、可変容量素子、可変コイルを指す。また第１の整合回路１１２は、入力側となる高周波電源１１１側と出力側となる第１のコイル１１４側とのインピーダンスの整合をとるように、動作を第１の制御回路１１５によって制御される。
【００２７】
第１の送受信回路１１３は、高周波電源１１１及び第１のコイル１１４に接続されている。第１の送受信回路１１３は、高周波電源１１１から出力される交流信号を変調することで第１のコイル１１４から送信する第１の無線信号を生成する機能、第１のコイル１１４で受信する第２の無線信号を復調する機能を有する。変調する機能としては、ミキサー回路を高周波電源１１１側に設ける構成とすればよい。なおミキサー回路は、高周波電源から出力される交流信号に対し、当該交流信号の振幅、位相、周波数等をインベントリ信号、データ信号または受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号等に応じて変調させる回路である。復調する機能としては、検波回路、増幅回路及び整流回路を第１のコイル１１４側に設ける構成とすればよい。
【００２８】
図１における第１の送受信回路１１３のブロックを具体的に示した図を図１０（Ａ）に示す。図１０（Ａ）において第１の送受信回路１１３は、高周波電源１１１側に変調回路となるミキサー回路５０１が設けられる。また図１０（Ａ）において第１の送受信回路１１３は、第１のコイル１１４側に復調回路となる検波回路５０２、増幅回路５０３及び整流回路５０４が設けられる。
【００２９】
なお第１の無線信号は、給電装置１１０から受電装置１２０に送信される無線信号であり、給電のための交流信号を変調することで得られるものである。第１の無線信号は、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、を重畳できる無線信号である。また第２の無線信号は、受電装置１２０から給電装置１１０に送信される無線信号であり、給電の交流信号に負荷変調をかけることで得られるものである。第２の無線信号は、給電装置１１０から送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことへの応答をするための信号等、を重畳できる無線信号である。なおインベントリ信号とは、給電装置１１０が受電装置１２０の存在を確認するための信号である。
【００３０】
第１のコイル１１４は、第１の整合回路１１２及び第１の送受信回路１１３を介して高周波電源１１１に接続される。第１のコイル１１４は、第１の共鳴用コイル１１６と電磁結合をする構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。給電装置１１０における第１のコイル１１４は、給電装置１１０が受電装置１２０に比べて設置箇所に特に制約がない点を考えると、受電装置１２０における第２のコイル１２３より設計の自由度が高い。
【００３１】
第１の制御回路１１５は、第１の送受信回路１１３で受信した第２の無線信号に重畳されている受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号に応じた第１の整合回路１１２の制御、及び第１の送受信回路１１３から第１の無線信号に重畳して受電装置１２０に送信するデータ信号を出力するための回路である。なお第１の制御回路１１５は、図１０（Ａ）に示すように、受電装置１２０で受け取る電力値に応じた複数のデータ信号を記憶した記憶回路５０５に信号の入出力を行う構成とすればよい。
【００３２】
第１の共鳴用コイル１１６は、第１の共鳴用容量素子１１７に接続される。第１の共鳴用コイル１１６は、第１のコイル１１４と電磁結合をし、且つ第２の共鳴用コイル１２１と共鳴する構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、給電装置１１０における第１の共鳴用コイル１１６は、給電装置１１０が受電装置１２０に比べて設置箇所に特に制約がない点を考えると、受電装置１２０における第２の共鳴用コイル１２１より設計の自由度が高い。また第１の共鳴用コイル１１６では特にＱ値が高いことが望ましく、１００以上あることが望ましい。なお第１のコイル１１４と第１の共鳴用コイル１１６との間では、一例としては、第１の無線信号として、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、第２の無線信号として、給電装置１１０より送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことの応答をするための信号等、の送受信が電磁結合による非接触で行われることとなる。また第１の共鳴用コイル１１６と第２の共鳴用コイル１２１との間では、一例としては、第１の無線信号として、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、第２の無線信号として、給電装置１１０から送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことの応答をするための信号等、の送受信が磁界共鳴による非接触で行われることとなる。磁界共鳴方式は、非接触給電のうち共鳴方式によるものであり、同じコイル径の電磁誘導方式よりも遠距離に電力を伝送できる。
【００３３】
第１の共鳴用容量素子１１７は、第１の共鳴用コイル１１６と対にして、所望の共振周波数となるよう設けられた容量素子である。なお第１の共鳴用容量素子１１７は第１の共鳴用コイル１１６と別に設ける必要はなく、第１の共鳴用コイル１１６における浮遊容量によって容量をまかなうことができれば必ずしも設ける必要はない。
【００３４】
また第２の共鳴用コイル１２１は、第２の共鳴用容量素子１２２に接続される。第２の共鳴用コイル１２１は、第２のコイル１２３と電磁結合をし、且つ第１の共鳴用コイル１１６と共鳴する構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、受電装置１２０における第２の共鳴用コイル１２１は、受電装置１２０が給電装置１１０に比べて小型化が求められる点を考えると、給電装置１１０における第１の共鳴用コイル１１６よりも小型化して設計することが好ましい。また第２の共鳴用コイル１２１では特にＱ値が高いことが望ましく、１００以上あることが望ましい。なお第２のコイル１２３と第２の共鳴用コイル１２１との間では、一例としては、第１の無線信号として、受電装置１２０に応答を要求するインベントリ信号、受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号、またはデータ信号等、第２の無線信号として、給電装置１１０より送信されるインベントリ信号に応答するための信号、受電装置１２０で受け取る電力値に関する信号、または受電装置１２０でデータ信号を受信したことの応答をするための信号等、の送受信が電磁結合による非接触で行われることとなる。
【００３５】
第２のコイル１２３は、第２の送受信回路１２４、第２の整合回路１２５、整流回路１２６を介して負荷１２７に接続される。第２のコイル１２３は、第２の共鳴用コイル１２１と電磁結合をする構成とすることが好ましく、電線を巻いて形成したものを用いればよい。特に形状は限定されないが、受電装置１２０における第２のコイル１２３は、受電装置１２０が給電装置１１０に比べて小型化が求められる点を考えると、給電装置１１０における第１のコイル１１４よりも小型化して設計することが好ましい。
【００３６】
第２の送受信回路１２４は、第２の整合回路１２５及び整流回路１２６を介して、負荷１２７及び第２のコイル１２３に接続されている。第２の送受信回路１２４は、給電装置１１０から送信される給電のための交流信号に負荷変調をかけることで、給電装置１１０から受け取る電力値に関する信号を重畳した第２の無線信号を生成する機能、給電装置１１０から受信する第１の無線信号を復調する機能を有する。変調する機能としては、負荷変調素子及び変調トランジスタを直列に接続した回路を第２のコイル１２３側に並列に設ける構成とすればよい。復調する機能としては、検波回路、増幅回路及び整流回路を第２のコイル１２３側に設ける構成とすればよい。
【００３７】
図１における第２の送受信回路１２４のブロックを具体的に示した図を図１０（Ｂ）に示す。図１０（Ｂ）において第２の送受信回路１２４は、第２のコイル１２３側に変調回路となる負荷変調素子５１１及び変調トランジスタ５１２が設けられる。また図１０（Ｂ）において第２の送受信回路１２４は、第２のコイル１２３側に復調回路となる検波回路５１３、増幅回路５１４及び整流回路５１５が設けられる。
【００３８】
第２の整合回路１２５は整流回路１２６に、及び第２の送受信回路１２４を介して第２のコイル１２３に接続されている。第２の整合回路１２５は、負荷１２７と直列及び／または並列に接続された少なくとも一つのインピーダンスの調整可能な素子を有する。また第２の整合回路１２５は、入力側となる第２のコイル１２３側と出力側となる整流回路１２６側とのインピーダンスの整合をとるように、動作を第２の制御回路１２８によって制御される。
【００３９】
なお第２の整合回路１２５は、第１の整合回路１１２と同じ構成を有する回路であることが好ましい。例えば、第１の整合回路１１２において、高周波電源１１１と直列に接続された素子が可変容量素子である場合には、第２の整合回路１２５において、可変容量素子であることが好ましい。可変容量素子に限らず、可変コイルの場合にも同様である。
【００４０】
整流回路１２６は、第２のコイル１２３で受信した交流信号を直流信号に整流化するための回路である。整流回路１２６は、例えばダイオード素子を用いて構成すればよい。またダイオード素子を用いて構成される整流回路は、全波整流回路であっても半波整流回路であってもよく、ダイオードブリッジを用いた回路、トランスを用いた全波整流回路等で構成されればよい。
【００４１】
負荷１２７は、非接触による給電を受けることで作用するものであればよい。一例としてはバッテリーや電動モータ等があり、具体的には携帯電話等のバッテリーで動作する電子機器、及び電気推進移動体が挙げられる。なお受電装置１２０において負荷１２７と整流回路１２６との間には、図１０（Ｂ）に示すように、第２のコイル１２３で第１の無線信号を受信して得られる直流電圧を負荷１２７で用いる電圧値に変換するためのＤＣＤＣコンバータ５１６を有する構成であってもよい。
【００４２】
第２の制御回路１２８は、第２の送受信回路１２４で受信した第１の無線信号に含まれているデータに応じて第２の整合回路１２５を制御するための回路である。また第２の制御回路１２８は、受電電力検出回路１２９で検出される給電装置１１０からの交流信号による電圧値と電流値との積、すなわち電力値に応じて第２の無線信号として送信する給電装置１１０から受け取る電力値に関する信号を、第２の送受信回路１２４から出力するための回路である。
【００４３】
受電電力検出回路１２９は、給電装置１１０から受電装置１２０への電力の伝送効率について検出するための回路である。例えば、受電電力検出回路１２９は、Ａ／Ｄ変換回路で構成し、受電装置１２０で受信した交流信号の電圧値及び電流値をモニターすることで給電装置１１０からの電力値を見積もる構成とすればよい。受電電力検出回路１２９で得られる電圧値は、アナログ信号からデジタル信号へ変換されて、第２の制御回路１２８で取得することができる。
【００４４】
図２（Ａ）乃至（Ｄ）には第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５の回路構成の一例について示したものである。図２（Ａ）乃至（Ｄ）では第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に適用可能な整合回路の構成について説明する。なお図２（Ａ）乃至（Ｄ）では、第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５を整合回路２００で表し、高周波電源１１１等の入力側の回路を入力側回路２４１で表し、第１のコイル１１４等の出力側の回路を出力側回路２４２として表している。また、第１の制御回路１１５及び第２の制御回路１２８を制御回路２０３で表している。
【００４５】
図２（Ａ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変容量素子２０１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続された容量素子２０２を示している。可変容量素子２０１は、制御回路２０３によって容量値が制御される。図２（Ｂ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変容量素子２０１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続された可変容量素子２１２を示している。可変容量素子２０１及び可変容量素子２１２は、制御回路２０３によって容量値が制御される。
【００４６】
図２（Ｃ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変コイル２２１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続されたコイル２２２を示している。可変コイル２２１は、制御回路２０３によってインダクタンス値が制御される。図２（Ｄ）は、整合回路２００において、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に並列に接続された可変コイル２２１と、入力側回路２４１及び出力側回路２４２に直列に接続された可変コイル２３２を示している。可変コイル２２１及び可変コイル２３２は、制御回路２０３によってインダクタンス値が制御される。
【００４７】
なお第１の整合回路１１２と第２の整合回路１２５は、同じ構成を有することが好ましい。例えば、第１の整合回路１１２において、高周波電源１１１と直列に接続された素子が可変容量素子である場合には、第２の整合回路１２５において、可変容量素子であることが好ましい。可変容量素子に限らず、可変コイルの場合にも同様である。
【００４８】
なお図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す整合回路の構成は、可変容量素子を用いて静電容量を制御回路２０３で制御する構成について示している。ここで可変容量素子の具体的な構成について説明する。図９（Ａ）では、図２（Ａ）における可変容量素子２０１として可変容量ダイオード６０１Ａ（バリキャップダイオードともいう）及び容量素子６０１Ｂを有する構成について示している。また図９（Ｂ）では、図２（Ｂ）における可変容量素子２０１及び可変容量素子２１２として可変容量ダイオード６０１Ａ及び容量素子６０１Ｂ、並びに可変容量ダイオード６０２Ａ及び容量素子６０２Ｂを有する構成について示している。なお可変容量ダイオードを有する可変容量素子は、制御回路からＤ／Ａコンバータ６０３を介して制御されることとなる。なお可変容量素子としては、可変容量ダイオードを用いる構成の他にも、スイッチに接続された容量素子を複数並列に配置し、スイッチの開閉を制御することで静電容量値を制御する構成とすることも可能である。また可変容量素子としては、他にも電気モータ等を用いて回転式可変コンデンサを機械的に制御し、静電容量値を可変する構成としてもよい。
【００４９】
なお図２（Ａ）乃至図２（Ｄ）に示す整合回路の構成において、可変容量素子と可変コイルとを切り替えて静電容量を制御回路２０３によって制御する構成とすることもできる。図９（Ｃ）にスイッチ６１１を用いて可変容量素子６１２と可変コイル６１３とを切り替える構成について示す。図９（Ｃ）に示すようにスイッチ６１１を制御回路２０３によって切り替えることで、可変容量素子６１２の容量値または可変コイル６１３のインダクタンス値を切り替えて制御することも可能である。
【００５０】
以下の本実施の形態の説明では、第１の整合回路１１２は高周波電源１１１と直列に接続された可変容量素子（Ｃｓ）と、高周波電源１１１と並列に接続された可変容量素子（Ｃｐ）とを有し、第２の整合回路１２５は負荷１２７と直列に接続された可変容量素子（Ｃｓ）と、負荷１２７と並列に接続された可変容量素子（Ｃｐ）とを有する場合について説明する。
【００５１】
共鳴方式による非接触給電システムでは、給電装置１１０が有する第１の共鳴用コイル１１６と、受電装置１２０が有する第２の共鳴用コイル１２１との距離によって、電力の伝送効率が最大となる条件が異なる。したがって本実施の形態の構成では、第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータは、給電装置１１０と受電装置１２０との距離に応じて、電力の伝送効率が最大となるように変更する必要がある。なお電力の伝送効率が最大となる第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータのパラメータセットに関する信号が図１で説明したデータ信号に相当する。
【００５２】
なお、第１の整合回路１１２のパラメータとは、第１の整合回路１１２が有する可変容量素子または可変コイルのそれぞれのインピーダンスを指し、第２の整合回路１２５のパラメータとは、第２の整合回路１２５が有する可変容量素子または可変コイルのそれぞれのインピーダンスを指す。なお、給電装置１１０と受電装置１２０との距離とは、第１の共鳴用コイル１１６と、第２の共鳴用コイル１２１との距離を指すものとする。
【００５３】
給電装置１１０と受電装置１２０との距離毎に、電力の伝送効率が最大となる第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータが設定された表を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】
なお表１に示すデータは、第１の制御回路１１５または第２の制御回路１２８によってデータ読み出し可能となるよう設ければよい。本明細書では、給電装置１１０における第１の制御回路１１５側に表１に関するデータを具備する構成として以下説明を行う。
【００５６】
表１では、第１の整合回路１１２のパラメータと、第２の整合回路１２５のパラメータと、給電装置１１０と受電装置１２０の距離と、を一つのパラメータセットとし、パラメータセットに番号が付与されている。なお、Ｎｏ．０は、第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５の初期状態を表す。
【００５７】
図３に、給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、受電電力との関係を示す。図３に示す実線曲線３０１は、パラメータセットがＮｏ．ｊのときの給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、伝送効率との関係を示すグラフである。また、図３に示す点線曲線３０２は、パラメータセットがＮｏ．ｊ＋１のときの給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、伝送効率との関係を示すグラフである。なお、伝送効率は給電装置と受電装置との間の電力の伝送効率であり、Ｓ２１パラメータで表すことができる。
【００５８】
例えば、表１に示すように、パラメータセットＮｏ．ｊにおいて、第１の整合回路１１２のパラメータがＣｓ０ｊ、Ｃｐ０ｊ及び第２の整合回路１２５のパラメータがＣｓ１ｊ、Ｃｐ１ｊと設定されている場合、電力の伝送効率が最大となるのは、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＤｊのときである（図３中、実線曲線３０１を参照）。つまり、給電装置１１０と受電装置１２０の距離がＤｊの場合、第１の整合回路１１２のパラメータがＣｓ０ｊ、Ｃｐ０ｊ及び第２の整合回路１２５のパラメータがＣｓ１ｊ、Ｃｐ１ｊに設定されていないと、電力の伝送効率が最大とはならないともいえる。
【００５９】
例えば、第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータが、Ｃｓ０ｊ、Ｃｐ０ｊ、Ｃｓ１ｊ、Ｃｐ１ｊに設定されている場合、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＤｊ＋１であると、電力の伝送効率は最大にならない（図３中、点線曲線３０２を参照）。第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータを、Ｃｓ０ｊ＋１、Ｃｐ０ｊ＋１、Ｃｓ１ｊ＋１、Ｃｐ１ｊ＋１に設定することで、給電装置１１０と受電装置１２０との距離がＤｊ＋１において、電力の伝送効率も最大となる（図３中、点線曲線３０２を参照）。
【００６０】
図６では、実際に第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータを、Ｃｓで０乃至１０００ｐＦ、Ｃｐで０乃至１５０ｐＦとした際の給電装置１１０と受電装置１２０との距離と、伝送効率との関係を示す。また図６に対応して表２に、第１の整合回路１１２のパラメータ及び第２の整合回路１２５のパラメータと、電力の伝送効率が最大となる給電装置１１０と受電装置１２０との距離とが設定された表を示す。なお図６での各データは表２に対応するものである。
【００６１】
【表２】
【００６２】
図６及び表２に示すように、パラメータセットを設定することで給電装置と受電装置との距離に応じた伝送効率の最大化を図ることができる。特に近距離では、電力の伝送効率のピークにスプリットが生じたことに伴う伝送効率の低下を抑制することができる。
【００６３】
次に、本発明の一態様に係る非接触給電システムにおける給電方法について説明する。図４は、非接触給電システムにおける給電方法の一例を示すフローチャートである。
【００６４】
給電装置１１０は、高周波電源による交流信号に重畳して、間欠的に第１の無線信号としてインベントリ信号を送信する（図４に示すステップ４０１参照）。給電装置１１０は、受電装置１２０が任意の位置に設置されて第２の無線信号によるインベントリ信号に応答するための信号の受信があるまでインベントリ信号の送信を繰り返すこととなる（図４に示すステップ４０２参照）。受電装置１２０が送電可能な位置に設置されると判定された場合は、次のステップに進む。
【００６５】
次いで、受電装置１２０が任意の位置に設置されると、高周波電源による交流信号によって連続的に、給電装置１１０は受電装置１２０へ無線での送電を開始する（図４に示すステップ４０３参照）。このとき、給電装置１１０の第１の整合回路１１２のパラメータ及び受電装置１２０の第２の整合回路１２５のパラメータは初期状態（例えば表１に示すＮｏ．０のパラメータセット）であるため、この段階では伝送効率の高い送電が行われているとは限らない。なお、本実施の形態では、パラメータセットに付与した番号のＮｏ．１からプラス方向にシフトさせる場合について説明する。
【００６６】
給電装置１１０から受電装置１２０への送電が開始されると、給電装置１１０の第１の共鳴用コイル１１６から受電装置１２０の第２の共鳴用コイル１２１に、磁界共鳴によって交流信号が送信され、さらに、整流回路１２６によって直流信号に変換され、負荷１２７に印加される。このとき、受電装置１２０の第２の制御回路１２８は、給電装置１１０からの第１の無線信号である受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号に応じて、受電電力検出回路１２９によって受電装置１２０で受信した交流信号を整流した直流信号の電圧値及び電流値を取得する（図４に示すステップ４０４参照）。このときの電圧値及び電流値の積を電力値Ｐ０とする。取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ０）のデータは、給電装置１１０側の命令に応じて、受電装置１２０で給電装置１１０より受け取る電力値に関する信号として第２の無線信号により第１の制御回路１１５に送信される。なお取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ０）のデータは、一度、第２の制御回路１２８に接続された記憶装置（図示せず）に格納してもよい。
【００６７】
次に、一定期間（例えば、３００ｍｓｅｃ）のウェイト状態として、受電装置１２０の負荷１２７に充電（又は給電）を行う（図４に示すステップ４０５参照）。
【００６８】
次に、第１の制御回路１１５は、負荷１２７の充電状態を元に、負荷１２７の充電を継続するか否かを判定する（図４に示すステップ４０６参照）。負荷１２７の充電を継続しないと判定された場合は、高周波電源１１１をオフすることで、充電を完了させる（図４に示すステップ４０７参照）。負荷１２７の充電を継続すると判定された場合は、次のステップに進む。
【００６９】
次に、第１の制御回路１１５は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせるか否かを判定する（図４に示すステップ４０８参照）。プラス方向にシフトさせないと判定された場合は、パラメータセットをマイナス方向にシフトさせる命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４１０参照）。プラス方向にシフトさせると判定された場合は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせる命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４０９参照）。なお、第１の制御回路１１５から第２の整合回路１２５に命令を出力する場合は、第１の送受信回路１１３にデータ信号を出力し、第１の送受信回路１１３から第１の無線信号を受電装置１２０の第２の送受信回路１２４に送信し、第２の送受信回路１２４から第２の制御回路１２８を介して第２の整合回路１２５へ出力すればよい。なお受電装置１２０は第１の無線信号を受信した後、受電装置１２０側でデータ信号を受信したことの応答をするための信号を給電装置側に第２の無線信号として返信する。
【００７０】
次に、第２の制御回路１２８は受電装置１２０が受け取る電力値を給電装置１１０に返信するよう受電装置１２０に要求する信号に応じて、パラメータセットをプラス方向又はマイナス方向にシフトした後の電圧値及び電流値を受電電力検出回路１２９で取得する（図４に示すステップ４１１参照）。このときの電圧値及び電流値の積を電力値Ｐ１とする。取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ１）のデータは、給電装置１１０側の命令に応じて、受電装置１２０で給電装置１１０から受け取る電力値に関する信号として第２の無線信号によって第１の制御回路１１５に送信される。取得した電圧値及び電流値の積（電力値Ｐ１）のデータは、一度、第２の制御回路１２８に接続された記憶装置（図示せず）に格納してもよい。
【００７１】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定する（図４に示すステップ４１２参照）。第１の制御回路１１５が、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも小さいと判定した場合は、パラメータセットのシフトの方向を反転させる命令を第１の制御回路１１５から第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４１４参照）。第１の制御回路１１５が、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいと判定した場合は、パラメータセットのシフトの方向を維持する命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４１３参照）。なお、第１の制御回路１１５から第２の整合回路１２５に命令を出力する場合は、第１の送受信回路１１３にデータ信号を出力し、第１の送受信回路１１３から第１の無線信号を受電装置１２０の第２の送受信回路１２４に送信し、第２の送受信回路１２４から第２の制御回路１２８を介して第２の整合回路１２５へ出力すればよい。なお受電装置１２０は第１の無線信号を受信した後、受電装置１２０側でデータ信号を受信したことの応答をするための信号を給電装置側に第２の無線信号として返信する。
【００７２】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１を電力値Ｐ０に代入する（図４に示すステップ４１５参照）。その後の処理は、ステップ４０５に戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、負荷１２７の充電が完了するまで、ステップ４０５乃至４１５のループ処理が繰り返し実行される。
【００７３】
例えば、ステップ４０５乃至４１５のループ処理が繰り返し実行され、第１の制御回路１１５は、パラメータセットのＮｏ．ｊ−１の電圧値及び電流値の積（Ｐ０＝Ｗｊ−１）を取得した後、パラメータセットをプラス方向にシフトさせ、パラメータセットのＮｏ．ｊの電圧値及び電流値の積（Ｐ１＝Ｗｊ）を取得したとする（図４に示すステップ４１１参照）。
【００７４】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定し、Ｐ１がＰ０よりも大きい（Ｗｊ＞Ｗｊ−１）と判定したとする（図４に示すステップ４１２参照）。この場合、パラメータセットのシフトの方向は維持されるという命令が、第１の制御回路１１５から第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力される（図４に示すステップ４１３参照）。
【００７５】
次に、第１の制御回路１１５において、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０に代入されるため（図４に示すステップ４１５参照）、Ｐ０＝Ｗｊとなり、一定期間、負荷１２７に充電が行われる（図４に示すステップ４０５参照）。
【００７６】
次に、第１の制御回路１１５は、負荷１２７に充電を継続するか否かを判定し、充電を継続すると判定したとする（図４に示すステップ４０６）と、ステップ４０８に進む。
【００７７】
次に、第１の制御回路１１５は、パラメータセットをプラス方向にシフトさせるか否かを判定する（図４に示すステップ４０８参照）。ここで、パラメータセットをＮｏ．ｊ−１からＮｏ．ｊにプラス方向にシフトすることで、Ｐ０＜Ｐ１となることが、ステップ４１１において判定されているため、第１の制御回路１１５は、パラメータセットをＮｏ．ｊからＮｏ．ｊ＋１にプラス方向にシフトさせる命令を第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力する（図４に示すステップ４０９参照）。
【００７８】
次に、第２の制御回路１２８は、パラメータセットＮｏ．ｊ＋１の電圧値及び電流値を取得する（図４に示すステップ４１１参照）。このときの電圧値及び電流値の積を電力値Ｐ１＝Ｗｊ＋１とする。
【００７９】
次に、第１の制御回路１１５は、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０よりも大きいか否かを判定し、Ｐ１がＰ０よりも小さい（Ｗｊ＜Ｗｊ＋１）と判定したとする（図４に示すステップ４１２参照）。この場合は、パラメータセットのシフト方向を反転する命令が第１の整合回路１１２及び第２の整合回路１２５に出力される（図４に示すステップ４１４参照）。
【００８０】
次に、第１の制御回路１１５において、電力値Ｐ１が電力値Ｐ０に代入されるため、Ｐ０＝Ｗｊ＋１となり（図４に示すステップ４１５）、一定期間、負荷１２７に充電が行われる（図４に示すステップ４０５）。
【００８１】
ここで、上述のパラメータセットのＮｏ．と伝送効率との関係を図５に示す。図５に示すように、パラメータセットがＮｏ．ｊのとき、伝送効率は極大値となり、給電装置１１０から受電装置１２０へ効率よく給電を行うことができる。負荷１２７の充電が完了するまで、パラメータセットのＮｏ．ｊ−１乃至Ｎｏ．ｊ＋１と、を繰り返すことにより、効率よく負荷１２７に充電を行うことができる。
【００８２】
また、負荷１２７に充電を行っている途中で、給電装置１１０と受電装置１２０との距離が変わった場合であっても、負荷１２７の充電が完了するまで、パラメータセットのＮｏ．を変更しつづければよいため、効率よく充電を行うことができる。
【００８３】
図１に示す非接触給電システムにおいて、図４に示す給電方法を適用することで、給電装置１１０と受電装置１２０の配置に応じて、発振周波数を動的に制御することなく、給電装置と受電装置との間で高い電力の伝送効率を得ることができる。
【００８４】
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。
【００８５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態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、本発明の一態様に係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、デジタルビデオカメラ、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。
【００８６】
図７（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を有する携帯電話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。
【００８７】
例えば、給電装置７０１には、実施の形態１に示す給電装置１１０の構成が適用でき、受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂには、実施の形態１に示す受電装置１２０の構成が適用できる。
【００８８】
本発明の一態様に係る非接触給電システムを適用することにより、給電装置７０１と受電装置７０３Ａとの配置、及び給電装置７０１と受電装置７０３Ｂとの配置に応じて、送電の効率を高めることができるため、給電装置７０１から受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂへ電力を効率よく供給することができる。
【００８９】
図７（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。
【００９０】
例えば、給電装置７１１には、実施の形態１に示す給電装置１１０の構成が適用でき、受電装置７１３には、実施の形態１に示す受電装置１２０の構成が適用できる。
【００９１】
本発明の一態様に係る非接触給電システムを適用することにより、給電装置７１１と受電装置７１３との配置に応じて、送電の効率を高めることができるため、給電装置７１１から受電装置７１３へ電力を効率よく供給することができる。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【符号の説明】
【００９４】
１１０ 給電装置
１１１ 高周波電源
１１２ 整合回路
１１３ 第１の送受信回路
１１４ 第１のコイル
１１５ 第１の制御回路
１１６ 第１の共鳴用コイル
１１７ 第１の共鳴用容量素子
１２０ 受電装置
１２１ 第２の共鳴用コイル
１２２ 第２の共鳴用容量素子
１２３ 第２のコイル
１２４ 第２の送受信回路
１２５ 第２の整合回路
１２６ 整流回路
１２７ 負荷
１２８ 第２の制御回路
１２９ 受電電力検出回路
２００ 整合回路
２０１ 可変容量素子
２０２ 容量素子
２０３ 制御回路
２１２ 可変容量素子
２２１ 可変コイル
２２２ コイル
２３２ 可変コイル
２４１ 入力側回路
２４２ 出力側回路
３０１ 実線曲線
３０２ 点線曲線
４０１ ステップ
４０２ ステップ
４０３ ステップ
４０４ ステップ
４０５ ステップ
４０６ ステップ
４０７ ステップ
４０８ ステップ
４０９ ステップ
４１０ ステップ
４１１ ステップ
４１２ ステップ
４１３ ステップ
４１４ ステップ
４１５ ステップ
７０１ 給電装置
７１１ 給電装置
７１２ 電気自動車
７１３ 受電装置
９００ 高周波電源
９０１ 第１のコイル
９０２ 第１の共鳴用コイル
９０３ 第２のコイル
９０４ 第２の共鳴用コイル
９１０ 負荷
６０１Ａ 可変容量ダイオード
６０２Ａ 可変容量ダイオード
６０１Ｂ 容量素子
６０２Ｂ 容量素子
６０３ Ｄ／Ａコンバータ
６１１ スイッチ
６１２ 可変容量素子
６１３ 可変コイル
７０２Ａ 携帯電話
７０２Ｂ 携帯電話
７０３Ａ 受電装置
７０３Ｂ 受電装置
５０１ ミキサー回路
５０２ 検波回路
５０３ 増幅回路
５０４ 整流回路
５０５ 記憶回路
５１１ 負荷変調素子
５１２ 変調トランジスタ
５１３ 検波回路
５１４ 増幅回路
５１５ 整流回路
５１６ ＤＣＤＣコンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置における第２のコイルと電磁結合をする第２の共鳴用コイルと共鳴をする第１の共鳴用コイルと、
前記第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、
高周波電源が出力する交流信号を変調してデータ信号を重畳し第１の無線信号を生成するための変調回路、及び前記第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する送受信回路と、
前記高周波電源側と前記第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための整合回路と、
前記第１のコイルで受信した前記第２の無線信号における前記受電装置で検出された電力値に応じて前記整合回路の制御及び前記交流信号に重畳するデータ信号を生成するための制御回路と、
を有する給電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記整合回路は、前記制御回路に容量値が制御される可変容量素子を有する給電装置。
【請求項３】
第１の共鳴用コイルと、
前記第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、
高周波電源が出力する交流信号を変調してデータ信号を重畳し第１の無線信号を生成するための変調回路、及び前記第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する第１の送受信回路と、
前記高周波電源側と前記第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第１の整合回路と、
前記第１のコイルで受信した前記第２の無線信号における前記受電装置で検出された電力値に応じて前記第１の整合回路の制御及び前記交流信号に重畳するデータ信号を生成するための第１の制御回路と、
を有する給電装置と、
前記第１の共鳴用コイルと共鳴をすることで前記給電装置より前記第１の無線信号を受信する第２の共鳴用コイルと、
前記第２の共鳴用コイルと電磁結合をする第２のコイルと、
前記第２の共鳴用コイルで受信した前記第１の無線信号を復調するための復調回路、及び前記第１の共鳴用コイルに送信する前記第２の無線信号を生成する変調回路を有する第２の送受信回路と、
前記整流回路側と前記第２のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第２の整合回路と、
前記第２のコイルで受信した前記第１の無線信号より得られる電力を検出するための受電電力検出回路と、
前記第２のコイルで受信した前記第１の無線信号に重畳した前記データ信号に応じて前記第２の整合回路の制御をし、且つ前記受電電力検出回路で検出される電力値に応じて前記第２の無線信号を生成するよう前記第２の送受信回路を制御するための第２の制御回路と、
を有する受電装置と、
を有する非接触給電システム。
【請求項４】
請求項３において、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路は、回路構成が同じである非接触給電システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路は、前記第１の制御回路及び前記第２の制御回路に容量値が制御される可変容量素子を有する非接触給電システム。
【請求項１】
受電装置における第２のコイルと電磁結合をする第２の共鳴用コイルと共鳴をする第１の共鳴用コイルと、
前記第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、
高周波電源が出力する交流信号を変調してデータ信号を重畳し第１の無線信号を生成するための変調回路、及び前記第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する送受信回路と、
前記高周波電源側と前記第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための整合回路と、
前記第１のコイルで受信した前記第２の無線信号における前記受電装置で検出された電力値に応じて前記整合回路の制御及び前記交流信号に重畳するデータ信号を生成するための制御回路と、
を有する給電装置。
【請求項２】
請求項１において、前記整合回路は、前記制御回路に容量値が制御される可変容量素子を有する給電装置。
【請求項３】
第１の共鳴用コイルと、
前記第１の共鳴用コイルと電磁結合をする第１のコイルと、
高周波電源が出力する交流信号を変調してデータ信号を重畳し第１の無線信号を生成するための変調回路、及び前記第１のコイルで受電装置より受信した第２の無線信号を復調するための復調回路を有する第１の送受信回路と、
前記高周波電源側と前記第１のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第１の整合回路と、
前記第１のコイルで受信した前記第２の無線信号における前記受電装置で検出された電力値に応じて前記第１の整合回路の制御及び前記交流信号に重畳するデータ信号を生成するための第１の制御回路と、
を有する給電装置と、
前記第１の共鳴用コイルと共鳴をすることで前記給電装置より前記第１の無線信号を受信する第２の共鳴用コイルと、
前記第２の共鳴用コイルと電磁結合をする第２のコイルと、
前記第２の共鳴用コイルで受信した前記第１の無線信号を復調するための復調回路、及び前記第１の共鳴用コイルに送信する前記第２の無線信号を生成する変調回路を有する第２の送受信回路と、
前記整流回路側と前記第２のコイル側とのインピーダンスの整合をとるための第２の整合回路と、
前記第２のコイルで受信した前記第１の無線信号より得られる電力を検出するための受電電力検出回路と、
前記第２のコイルで受信した前記第１の無線信号に重畳した前記データ信号に応じて前記第２の整合回路の制御をし、且つ前記受電電力検出回路で検出される電力値に応じて前記第２の無線信号を生成するよう前記第２の送受信回路を制御するための第２の制御回路と、
を有する受電装置と、
を有する非接触給電システム。
【請求項４】
請求項３において、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路は、回路構成が同じである非接触給電システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記第１の整合回路及び前記第２の整合回路は、前記第１の制御回路及び前記第２の制御回路に容量値が制御される可変容量素子を有する非接触給電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６５６３３（Ｐ２０１２−１６５６３３Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５９９２（Ｐ２０１２−５９９２）
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１６日（２０１２．１．１６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
[ Back to top ]