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公開番号2025169399
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-12
出願番号2025137120,2021083509
出願日2025-08-20,2021-05-17
発明の名称ワイヤレス給電システム及び方法並びにワイヤレス送電システム
出願人ローレルバンクマシン株式会社,ローレルプレシジョン株式会社,国立大学法人東京科学大学
代理人個人
主分類H02J 50/12 20160101AFI20251105BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】負荷側回路のインピーダンスが変動しても、送電効率の低下を軽減するワイヤレス給電システム及び方法並びにワイヤレス送電システムを提供する。
【解決手段】ワイヤレス給電システム1は、送電装置3と、受電装置4と、コイル移動機構9と、を備えている。送電装置3は、送電コイル32を含む送電側共振回路36と、送電コイル32と磁界結合可能に設けられ、DC-DCコンバータ7の作動状態に応じて、給電コイル31と送電コイル32との磁界結合における結合強さを変更することにより、送電装置3の入力端IEから負荷8側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと送電装置3の入力端から交流電源5側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行う。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を磁界共鳴方式により前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備えている送電装置と、
受電コイルを含む受電側共振回路と、前記受電コイルが受電した電力の出力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換回路と、を備え、前記電圧変換回路により変換された前記電力を負荷に供給する受電装置と、
前記電圧変換回路の作動状態に応じて、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構と、
を備えていることを特徴とするワイヤレス給電システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記負荷に供給される負荷電流又は前記負荷に印可される負荷電圧を測定する測定部をさらに備え、
前記インピーダンスマッチング機構は、前記測定部の測定結果に応じて、インピーダンスマッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項３】
前記送電コイルから前記受電コイルへの電力の供給は、磁界共鳴方式により行われることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項４】
送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を磁界共鳴方式により前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備えている送電装置から、
受電コイルを含む受電側共振回路と、前記受電コイルが受電した電力の出力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換回路と、を備え、前記電圧変換回路により変換された前記電力を負荷に供給する受電装置へ、磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電方法であって、
前記電圧変換回路の作動状態に応じて、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和することを特徴とするワイヤレス給電方法。
【請求項５】
受電装置に磁気を利用して電力を送電するワイヤレス送電システムであって、
送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を磁界共鳴方式により前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備え、前記電力を前記受電装置を介して負荷に送電する送電装置と、
前記受電装置の出力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換回路の作動状態に応じて、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構と、
を備えていることを特徴とするワイヤレス送電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス給電システム及び方法並びにワイヤレス送電システムに関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、磁界共振結合（磁界共鳴）を利用したワイヤレス給電システムの研究開発が進められている。磁界共振結合とは、送電装置の共振回路に交流電流が流れることにより発生した磁場の振動が、受電装置の共振回路に伝わって共振することで、各共振回路のコイルで生成された磁界が強固に結合した状態をいう。磁界共振結合を利用したワイヤレス給電は、従来の電磁誘導（磁界結合）を利用したワイヤレス給電と比較して、給電可能距離が長くなるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このようなワイヤレス給電システムでは、効率良く送電を行うために、送電装置から視て受電装置及び負荷等を含む負荷側回路のインピーダンスと、送電装置から視て電源側のインピーダンスとが等価に設定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－５０５３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した負荷側回路には、例えば、バッテリやモータなどの駆動部材が接続され、このバッテリやモータが負荷となる。そのため、バッテリやモータなどの駆動状態によって、負荷側回路に流れる電流に変動が生じることがある。ワイヤレス給電システムでは、負荷側回路に流れる電流の変動に応じて負荷側回路のインピーダンスが変動するため、送電装置から視て負荷側回路のインピーダンスと送電装置から視て電源側のインピーダンスとがマッチングしなくなり、送電効率が著しく低下して送電電力が低下し、その結果、システム障害を招く虞があるという問題があった。
【０００６】
そこで、負荷側回路のインピーダンスが変動しても、送電効率の低下を軽減するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を磁界共鳴方式により前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路と、前記受電コイルが受電した電力の出力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換回路と、を備え、前記電圧変換回路により変換された前記電力を負荷に供給する受電装置と、前記電圧変換回路の作動状態に応じて、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構と、を備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、インピーダンスマッチング処理により入力端における入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端における反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の一実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成を示す模式図である。
コイル移動機構が、給電コイルをコイル軸に対して垂直方向に移動させる様子を示す模式図である。
コイル移動機構が、給電コイルを揺動させる様子を示す模式図である。
負荷電圧と負荷電流との関係を示すグラフである。
負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係るワイヤレス給電システム１について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。
（【００１１】以降は省略されています）

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