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非接触給電システム

国内特許コード P200016616
整理番号 (S2016-1075-N0)
掲載日 2020年2月25日
出願番号 特願2018-568000
出願日 平成29年11月28日(2017.11.28)
国際出願番号 JP2017042525
国際公開番号 WO2018150678
国際出願日 平成29年11月28日(2017.11.28)
国際公開日 平成30年8月23日(2018.8.23)
優先権データ
  • 特願2017-027568 (2017.2.17) JP
発明者
  • 土方 亘
出願人
  • 国立大学法人東京工業大学
発明の名称 非接触給電システム
発明の概要 給電対象が不規則的に自在に変位しても、安定的に高効率な非接触給電を行う。送電装置110から受電装置120に磁界共振結合により非接触で給電する非接触給電システム100であって、送電装置に設けられる送電コイル112と、受電装置に設けられる受電コイル122と、受電コイルに対する送電コイルの位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構115と、受電コイルの送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知する検知手段125と、検知手段による検知結果に基づいて、送電コイル位置・角度調整機構を介して受電コイルに対する送電コイルの位置及び相対角度を調整して、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
従来技術、競合技術の概要

近年、給電装置から電源ケーブルを使用せずに電子機器等の負荷に対して電力を非接触で供給する非接触給電システム(ワイヤレス給電システム)の実用化が研究されている。非接触での電力供給を可能にする技術として、電磁誘導を用いた「電磁誘導方式」、電磁界の共振現象を利用した「電磁界共振方式」、及び電力をマイクロ波やレーザー等の電磁波に変換しアンテナを介して送受信する「電波方式」がある。

電磁誘導方式は、産業的にも最も実用化されている技術であり、数kWの電力を伝送可能であるが、伝送可能距離が数cmまでと短い上に、送電コイル・受電コイル間に位置ずれが生じると、コイル間の結合係数が低下し、伝送効率が著しく低下する。一方、電波方式による給電は、まだ依然として研究開発段階であり、数kWでの伝送が期待されているが、他方式と比較して伝送効率が低いこと、また、指向性が極めて高いため、受電側が僅かに動いた場合や、送電・受電装置間に障害物が介入した場合には、伝送不能となることが課題となっている。

これに対して、送電側のLC回路の共振周波数と、受電側のLC回路の共振周波数を電源周波数に一致させる電磁界共振方式(磁界共振結合方式)は、伝送効率がコイル間の結合係数と、共振回路の共振の鋭さを表すQ値の積で決定され、送電距離がメートルオーダーで可能な上、多少のコイルずれによって結合係数が低下しても、Q値が高ければ伝送可能であるという利点がある。このため、磁界共振結合方式による非接触給電システムは、実用化の研究が進められ、例えば、特許文献1及び2に記載されているように、受電コイルを搭載した電気自動車への電力供給等に適用されている。

産業上の利用分野

本発明は、送電装置から受電装置に磁界共振結合により非接触で電力を供給する非接触給電システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
送電装置から受電装置に磁界共振結合により非接触で給電する非接触給電システムであって、
前記送電装置に設けられる送電コイルと、
前記受電装置に設けられる受電コイルと、
前記受電コイルに対する前記送電コイルの位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構と、
前記受電コイルの前記送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知する検知手段と、
前記検知手段による検知結果に基づいて、前記送電コイル位置・角度調整機構を介して前記受電コイルに対する前記送電コイルの前記位置及び前記相対角度を調整して、前記送電装置から前記受電装置への電力伝送効率が最大値となるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする非接触給電システム。

【請求項2】
前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、及び前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の非接触給電システム。

【請求項3】
前記検知手段は、前記受電コイルの近傍に設けられるセンサであることを特徴とする請求項1又は2に記載の非接触給電システム。

【請求項4】
前記検知手段として、前記受電コイル又は前記送電コイルの少なくとも何れかを撮像可能な撮像装置が設けられることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の非接触給電システム。

【請求項5】
前記送電コイルと前記受電コイルとの間に設けられる中継コイルと、
前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度を調整する中継コイル角度調整機構と、
前記中継コイルを前記受電コイルに追従するように移動させる中継コイル移動手段と、を更に備え、
前記検知手段は、前記中継コイルを介して前記受電コイルの前記送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知し、
前記制御部は、前記検知手段による検知結果に基づいて、前記中継コイル角度調整機構を介して前記受電コイルに対する前記中継コイルの相対角度を調整して、前記中継コイル角度調整機構及び前記送電コイル位置・角度調整機構を介して前記送電コイルに対する前記中継コイルの相対角度を調整して、かつ、前記中継コイル移動手段を介して前記送電コイルから前記中継コイルまでの距離を調整することによって、前記送電装置から前記受電装置への伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の非接触給電システム。

【請求項6】
前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、及び前記送電コイルから前記中継コイルまでの前記距離に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項5に記載の非接触給電システム。

【請求項7】
前記中継コイルは、複数設けられ、
前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記送電コイルから前記中継コイルまでの前記距離、及び前記中継コイルの個数に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項5に記載の非接触給電システム。

【請求項8】
前記検知手段は、前記受電コイル又は前記中継コイルの少なくとも何れか一方の近傍に設けられるセンサであることを特徴とする請求項5乃至7の何れか1項に記載の非接触給電システム。

【請求項9】
前記検知手段として、前記受電コイル、前記送電コイル、又は前記中継コイルの少なくとも何れかを撮像可能な撮像装置が設けられることを特徴とする請求項5乃至8の何れか1項に記載の非接触給電システム。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2018568000thum.jpg
出願権利状態 公開
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