JP5114372B2 - 非接触電力伝送装置における電力伝送方法及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触電力伝送装置における電力伝送方法及び非接触電力伝送装置に係り、詳しくは共鳴型の非接触電力伝送装置における電力伝送方法及び非接触電力伝送装置に関する。

非接触電力伝送装置として、例えば非特許文献１及び特許文献１に記載されたものが知られている。この非接触電力伝送装置は、図５に示すように、二つの銅線コイル５１，５２を離れた状態で配置し、一方の銅線コイル５１から他方の銅線コイル５２に電磁場の共鳴によって電力を伝送することが紹介されている。具体的には、交流電源５３に接続された１次コイル５４で発生した磁場を銅線コイル５１，５２による磁場共鳴により増強し、２次コイル５５により増強された銅線コイル５２付近の磁場から電磁誘導を利用して電力を取り出し、負荷５６に供給する。そして、半径３０ｃｍの銅線コイル５１，５２を２ｍ離して配置した場合に、負荷５６としての６０Ｗの電灯を点灯できることが確認されている。
ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００７．１２．３ １１７頁〜１２８頁 国際公開特許ＷＯ／２００７／００８６４６ Ａ２

この共鳴型非接触電力伝送装置において交流電源の電力を負荷に効率良く供給するには、交流電源から電力を効率良く共鳴系に供給することが必要になる。ところが、非特許文献１及び特許文献１にはこの非接触電力伝送装置を設計（製造）する際における、送信側（送電側）の銅線コイル５１、受信側（受電側）の銅線コイル５２の共鳴周波数と交流電源の出力交流の周波数との関係が明記されていない。

送電側と受電側との距離が一定で、かつ受電側に接続される負荷の抵抗が一定の状態で使用される非接触電力伝送装置の場合は、最初に共鳴系の共鳴周波数となる交流電源５３の出力周波数を実験により求めて、その周波数で交流電源５３から１次コイル５４に交流電圧を出力すればよい。しかし、共鳴コイル間の距離、即ち２つの銅線コイル５１，５２間の距離や負荷５６の抵抗値が変化すると、共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスが変化する。そのため、交流電源５３と共鳴系の入力インピーダンスとのマッチングが取れなくなり、交流電源５３への反射電力が増えるため、電力を効率良く負荷５６に供給することができない。ここで、「共鳴系の共鳴周波数」とは、電力伝送効率ηが最大になる周波数を意味する。

本発明の目的は、２つの共鳴コイル間の距離や負荷の少なくとも一方が変化しても、交流電源の交流出力電圧の周波数を変更せずに、交流電源から電力を効率良く負荷に供給することができる非接触電力伝送装置における電力伝送方法及び非接触電力伝送装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明の非接触電力伝送装置の電力伝送方法は、交流電源と、前記交流電源に接続された１次コイルと、１次側共鳴コイルと、２次側共鳴コイルと、２次コイルと、前記２次コイルに接続された負荷とを備え、前記１次コイル、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル及び前記負荷は共鳴系を構成する非接触電力伝送装置における電力伝送方法である。そして、前記２次コイルと前記負荷との間にインピーダンス可変回路を設け、前記共鳴系のパラメータ変化に対して、前記交流電源から出力される交流電圧の周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスの変化を抑制するように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する。

ここで、「交流電源」とは、交流電圧を出力する電源を意味し、直流電源から入力された直流を交流に変換して出力するものも含む。また、「共鳴系の入力インピーダンス」とは、１次コイルの両端で測定した共鳴系全体のインピーダンスを指す。また、「共鳴系のパラメータ変化」には、例えば、２つの共鳴コイル間の距離の変化や負荷の変化がある。

この発明によれば、共鳴系のパラメータ変化に対して、交流電源から出力される交流電圧の周波数における共鳴系の入力インピーダンスの変化を抑制するようにインピーダンス可変回路のインピーダンスが調整される。そのため、２つの共鳴コイル間の距離や負荷の少なくとも一方が変化しても、交流電源の交流出力電圧の周波数を変更せずに、交流電源への反射電力を低減して、交流電源から電力を効率良く負荷に供給することができる。

請求項２に記載の発明の非接触電力伝送装置は、交流電源と、前記交流電源に接続された１次コイルと、１次側共鳴コイルと、２次側共鳴コイルと、２次コイルと、前記２次コイルに接続された負荷と、前記２次コイルと前記負荷との間に設けられるとともに可変リアクタンス素子を有するインピーダンス可変回路と、前記インピーダンス可変回路を制御する制御装置とを備え、前記１次コイル、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル、前記インピーダンス可変回路及び前記負荷は共鳴系を構成する。前記共鳴系のパラメータ変化に対して、前記制御装置は前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを制御して、前記交流電源から出力される交流電圧の周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスの変化を抑制するように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する。

この発明では、例えば、２つの共鳴コイル間の距離や負荷の少なくとも一方が共鳴周波数を設定する際に基準とした値から変化すると、即ち、共鳴系のパラメータ変化に対して、その変化に伴って共鳴系の共鳴周波数における入力インピーダンスが変化するのを抑制するように、制御装置によりインピーダンス可変回路のインピーダンスが調整される。インピーダンス可変回路は、インピーダンス可変回路を構成する可変リアクタンス素子のリアクタンスが調整されることにより、共鳴系の共鳴周波数における入力インピーダンスが元の値に合うように調整される。そのため、２つの共鳴コイル間の距離や負荷の少なくとも一方が変化した場合、交流電源の交流出力電圧の周波数を変更しなくても、交流電源への反射電力を低減して、交流電源から電力を効率良く負荷に供給することができる。「入力インピーダンスが元の値に合うように」とは、元の値に完全に一致することだけでなく、例えば、非接触電力伝送装置の電力伝送効率８０％以上、または、交流電源への反射電力が５％以下等、所望の性能を達成する範囲内での差異は許容される。以下、この明細書では同じ意味で記載する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記負荷を検出する負荷検出手段を備え、前記制御装置は、前記負荷検出手段の検出結果に基づいて前記インピーダンス可変回路のインピーダンスの調整を行う。この発明では、負荷検出手段の検出結果に基づいて負荷の値が共鳴周波数を設定する際に基準とした値から変化したことが確認されると、制御装置によりインピーダンス可変回路のインピーダンスが、共鳴系の入力インピーダンスが元の値に合うように調整される。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの距離を測定する距離測定手段を備え、前記制御装置は、前記距離測定手段の測定結果に基づいて前記インピーダンス可変回路のインピーダンスの調整を行う。この発明では、距離測定手段の測定結果に基づいて２つの共鳴コイルの距離が変化したことが確認されると、制御装置によりインピーダンス可変回路のインピーダンスが、共鳴系の入力インピーダンスが元の値に合うように調整される。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記負荷を検出する負荷検出手段と、前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの距離を測定する距離測定手段とを備え、前記制御装置は、前記距離測定手段の測定結果と、前記負荷検出手段の検出結果とに基づいて前記インピーダンス可変回路のインピーダンスの調整を行う。この発明では、２つの共鳴コイル間の距離及び負荷の両方が変化しても、交流電源の交流出力電圧の周波数を変更せずに、交流電源から電力を効率良く負荷に供給することができる。

本発明によれば、２つの共鳴コイル間の距離や負荷の少なくとも一方が変化しても、交流電源の交流出力電圧の周波数を変更せずに、交流電源から電力を効率良く負荷に供給することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、非接触電力伝送装置１０の構成を模式的に示す。図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１と、交流電源１１に接続された１次コイル１２と、１次側共鳴コイル１３と、２次側共鳴コイル１４と、２次コイル１５と、２次コイル１５に接続された負荷１６と、２次コイル１５と負荷１６との間に設けられたインピーダンス可変回路１７とを備えている。１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４にはそれぞれコンデンサ１８，１９が並列に接続されている。１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４、２次コイル１５、負荷１６、インピーダンス可変回路１７及びコンデンサ１８，１９は共鳴系２０を構成する。また、非接触電力伝送装置１０はインピーダンス可変回路１７を制御する制御装置２１を備えている。

交流電源１１は、交流電圧を出力する電源である。交流電源１１の出力交流電圧の周波数は、共鳴系２０の予め設定された共鳴周波数に等しい周波数に設定されている。
１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５は電線により形成されている。コイルを構成する電線には、例えば、絶縁ビニル被覆線が使用される。コイルの巻径や巻数は、伝送しようとする電力の大きさ等に対応して適宜設定される。この実施形態では１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５は、同じ巻径に形成されている。１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４は同じに形成され、各コンデンサ１８，１９として同じコンデンサが使用されている。

インピーダンス可変回路１７は、可変リアクタンスとしての２つの可変コンデンサ２２，２３とインダクタ２４とから構成されている。一方の可変コンデンサ２２は２次コイル１５に並列に接続され、他方の可変コンデンサ２３は負荷１６に並列に接続されている。インダクタ２４は両可変コンデンサ２２，２３間に接続されている。インピーダンス可変回路１７は、可変コンデンサ２２，２３の容量が変更されることでそのインピーダンスが変更される。可変コンデンサ２２，２３は、例えば、図示しない回転軸がモータにより駆動される公知の構成で、モータが制御装置２１からの駆動信号により駆動されるようになっている。

制御装置２１は共鳴系２０のパラメータ変化に対して、交流電源１１から出力される交流電圧の周波数における共鳴系２０の入力インピーダンスの変化を抑制するようにインピーダンス可変回路１７のインピーダンスを調整する。制御装置２１は可変コンデンサ２２，２３の容量（リアクタンス）を制御して、共鳴系２０の入力インピーダンスの変化を抑制するようにインピーダンス可変回路１７のインピーダンスを調整する。

図２は、非接触電力伝送装置１０を移動体（例えば、車両）３０に搭載された２次電池３１に対して非接触充電を行うシステムに適用した場合の充電装置３５と移動体３０とを模式的に示す。移動体３０には２次側共鳴コイル１４、２次コイル１５、負荷１６としての２次電池３１、インピーダンス可変回路１７、制御装置２１及び負荷検出手段としての充電量センサ３２が搭載されている。充電量センサ３２は２次電池３１の充電量を検出する。

制御装置２１はＣＰＵ３３及びメモリ３４を備えている。メモリ３４には、２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスを、共鳴周波数を設定する際に基準とした値にするための、２次電池３１の充電量と、可変コンデンサ２２，２３の容量との関係を示すデータがマップ又は関係式として記憶されている。これらのデータは予め試験により求められる。制御装置２１は、充電量センサ３２の検出結果に基づいて、２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスの変化を抑制する値に可変コンデンサ２２，２３の容量を変更してインピーダンス可変回路１７のインピーダンスの調整を行う。

充電装置３５は充電ステーションに設けられている。充電装置３５には、交流電源１１、１次コイル１２及び１次側共鳴コイル１３が設けられている。
次に前記のように構成された非接触電力伝送装置１０の作用を説明する。

２次電池３１への充電時には、移動体３０が充電装置３５との距離が一定となる所定の充電位置に停止した状態で充電が行われる。移動体３０が充電位置に停止すると、充電量センサ３２が２次電池３１の充電量の検出を開始する。検出された充電量のデータは制御装置２１に送られる。制御装置２１は、充電量のデータを入力して、充電量に対応する可変コンデンサ２２，２３の容量をメモリ３４に記憶されたデータから決定する。次に制御装置２１は、可変コンデンサ２２，２３の容量を決定された容量に変更するように可変コンデンサ２２，２３に駆動信号を出力する。そして、可変コンデンサ２２，２３の容量が充電量に適した値、即ち充電量が変化しても２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスが変化しないようにする容量に変更される。

次に交流電源１１から１次コイル１２に共鳴系２０の共鳴周波数で交流電圧が出力され、１次コイル１２に磁場が発生する。この磁場が１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４とによる磁場共鳴により増強される。増強された２次側共鳴コイル１４付近の磁場から２次コイル１５により電磁誘導を利用して電力が取り出されて２次電池３１に供給される。

充電中も、充電量センサ３２は２次電池３１の充電量を検出し、その検出データを制御装置２１に送る。また、制御装置２１は、充電量のデータから充電量に適した可変コンデンサ２２，２３の容量を決定し、可変コンデンサ２２，２３の容量がその値になるように可変コンデンサ２２，２３の容量を調整する。そのため、充電中に２次電池３１の充電量が変化しても、２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスが変化しないようにインピーダンス可変回路１７のインピーダンスが調整され、共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎの変化が抑制される。即ち、共鳴系２０のパラメータ変化（この実施形態では負荷としての２次電池３１の充電量の変化）に対して、交流電源１１から出力される交流電圧の周波数における共鳴系２０の入力インピーダンスの変化を抑制するようにインピーダンス可変回路１７のインピーダンスが調整される。

図３は、負荷を変えて測定した場合における周波数と共鳴系の入力インピーダンスＺｉｎとの関係を示す。図３に示すように、負荷が変わっても共鳴周波数（図３では２．６ＭＨｚ）は変化しないが、共鳴周波数における入力インピーダンスＺｉｎの値は変化する。交流電源１１からは予め設定された共鳴系の入力インピーダンスＺｉｎと合うように、共鳴周波数と等しい一定の周波数で交流電圧が出力される。そのため、充電中に負荷としての２次電池３１の充電量が変化して、共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎの値が小さくなると、交流電源１１の出力インピーダンスと共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎとのマッチングが取れずに、交流電源１１への反射電力が生じる。

しかし、この実施形態の非接触電力伝送装置１０では、充電時に充電量センサ３２により２次電池３１の充電量が検出される。そして、２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスの変化を抑制するように、検出された充電量に適した可変コンデンサ２２，２３の容量が制御装置２１により決定され、可変コンデンサ２２，２３の容量がその値に変更される。そのため、共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎが一定に維持される。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１と、交流電源１１に接続された１次コイル１２と、１次側共鳴コイル１３と、２次側共鳴コイル１４と、２次コイル１５と、２次コイル１５に接続された負荷１６と、２次コイル１５と負荷１６との間に設けられたインピーダンス可変回路１７とを備える。１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４、２次コイル１５、負荷１６及びインピーダンス可変回路１７は共鳴系２０を構成する。そして、共鳴系２０のパラメータ変化に対して、交流電源１１から出力される交流電圧の周波数における共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎの変化を抑制するように制御装置２１がインピーダンス可変回路１７のインピーダンスを調整する。したがって、共鳴コイル間の距離や負荷の少なくとも一方が共鳴周波数を設定する際に基準とした値から変化した場合、交流電源１１の交流出力電圧の周波数を変更しなくても、交流電源１１への反射電力を低減して、交流電源１１から電力を効率良く負荷１６に供給することができる。

（２）非接触電力伝送装置１０は、負荷１６の大きさを検出する負荷検出手段（充電量センサ３２）を備え、インピーダンス可変回路１７は、負荷検出手段の検出結果に基づいてインピーダンスが調整される。したがって、非接触で電力伝送中に負荷１６の変化によって共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎが変化した場合でも、交流電源１１の交流出力電圧の周波数を変更しなくても、交流電源１１への反射電力を低減して、交流電源１１から電力を効率良く負荷１６に供給することができる。

（３）非接触電力伝送装置１０は、移動体３０に搭載された２次電池３１に対して非接触充電を行うシステムに適用され、移動体３０は充電時に充電装置３５から一定の距離となる停止位置に停止し、移動体３０に２次電池３１の充電量を検出する充電量センサ３２が設けられている。制御装置２１は、充電量が変化しても２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスの変化を抑制するようにインピーダンス可変回路１７のインピーダンスを調整する。したがって、２次電池３１への充電を効率良く行うことができる。

（４）１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４にコンデンサ１８，１９が接続されている。そのため、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４のコイルの巻数を増やすことなく共鳴系２０の共鳴周波数を下げることができる。また、共鳴周波数が同じであれば、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４を、コンデンサ１８，１９を接続しない場合に比べて小型化することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図４にしたがって説明する。この実施形態では、充電時における移動体３０の停止位置は充電装置３５との距離が決められた位置ではなく、停止位置によって１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４との距離が異なり、距離の違いによっても共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎが変化する場合に対応するように構成されている点が前記第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と基本的に同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

移動体３０は、充電量センサ３２に加えて、距離測定手段としての距離センサ３６を備えている。距離センサ３６は、移動体３０が充電位置に停止した状態において充電装置３５との距離を測定し、間接的に１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４との距離を測定する。

メモリ３４には、２次電池３１の充電量と、その充電量における共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎとの関係を示すデータがマップ又は関係式として記憶されている。このデータは、１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４間の距離が異なる場合に対してそれぞれ記憶されている。これらのデータは予め試験により求められる。また、メモリ３４には、２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスを、共鳴周波数を設定する際に基準とした値にするための、１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４との距離と、２次電池３１の充電量との組み合わせに対する可変コンデンサ２２，２３の容量との関係を示すデータが記憶されている。

２次電池３１への充電時には、移動体３０が充電装置３５の近くの充電位置に停止した状態で充電が行われる。移動体３０が充電位置に停止すると、距離センサ３６が充電装置３５との距離を測定する。また、充電量センサ３２が２次電池３１の充電量の検出を開始する。距離センサ３６の測定データ及び充電量センサ３２の検出データは制御装置２１に送られる。制御装置２１は、距離センサ３６の測定データから１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４との距離をメモリ３４に記憶されているデータから求める。また、制御装置２１は、充電量のデータを入力して、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４間の距離における充電量に対応する可変コンデンサ２２，２３の適切容量をメモリ３４に記憶されているデータから決定する。次に制御装置２１は、可変コンデンサ２２，２３の容量を決定された容量に変更するように可変コンデンサ２２，２３に駆動信号を出力する。そして、可変コンデンサ２２，２３の容量が充電量に適した値に変更される。

次に交流電源１１から１次コイル１２に共鳴系２０の共鳴周波数で交流電圧が出力されて充電が開始される。充電中、充電量センサ３２は２次電池３１の充電量を検出し、制御装置２１は、充電量のデータから充電量に適した可変コンデンサ２２，２３の容量を決定し、可変コンデンサ２２，２３の容量がその値になるように可変コンデンサ２２，２３の容量を調整する。そのため、充電中に２次電池３１の充電量が変化しても、２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンス変化しないように、即ち共鳴系２０の入力インピーダンスＺｉｎが変化しないようにインピーダンス可変回路１７のインピーダンスが調整される。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１），（４）の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（５）非接触電力伝送装置１０は、負荷を検出する負荷検出手段（充電量センサ３２）と、１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４との距離を測定する距離測定手段（距離センサ３６）とを備え、制御装置２１は、距離測定手段の測定結果と、負荷検出手段の検出結果とに基づいてインピーダンス可変回路１７のインピーダンスの調整を行う。したがって、２つの共鳴コイル間の距離及び負荷の両方が変化しても、交流電源１１の交流出力電圧の周波数を変更せずに、交流電源１１から電力を効率良く負荷に供給することができる。

（６）非接触電力伝送装置１０は、移動体３０に搭載された２次電池３１に対して非接触充電を行うシステムに適用され、移動体３０が距離センサ３６を備えている。そのため、充電時に移動体３０が停止した状態において、移動体３０と充電装置３５との距離が充電時毎に異なっても、交流電源１１の交流出力電圧の周波数を変更せずに、２次電池３１に効率良く充電することができる。また、移動体３０を充電装置３５との距離が決められた値となる所定位置に停止させなくてよいため、充電位置への停止時に、ハンドル操作やアクセル及びブレーキ操作が容易になる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 非接触電力伝送装置１０は、共鳴系２０の共鳴周波数における入力インピーダンスＺｉｎの変化の要因として、１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４との距離のみを考慮し、負荷検出手段を備えずに、距離測定手段（距離センサ３６）のみを備える構成としてもよい。例えば、第２の実施形態において、移動体３０に設けた充電量センサ３２を省略し、メモリ３４には充電量に関するデータの記憶を省略する。この場合、制御装置２１は、距離測定手段（距離センサ３６）の測定結果に基づいてインピーダンス可変回路１７のインピーダンスの調整を行う。したがって、２つの共鳴コイル間の距離が変化しても、交流電源１１の交流出力電圧の周波数を変更せずに、交流電源１１から電力を効率良く負荷に供給することができる。また、移動体３０を充電装置３５との距離が決められ値となる所定位置に停止させなくてよいため、充電位置への停止操作が容易になる。

○ インピーダンス可変回路１７は２個の可変コンデンサ２２，２３と１個のインダクタ２４とで構成されるものに限らない。例えば、インピーダンス可変回路１７を構成する可変コンデンサ２２，２３のいずれか一方を省略して、インピーダンス可変回路１７を１個の可変コンデンサと１個のインダクタ２４とで構成してもよい。また、インピーダンス可変回路１７を、固定容量のコンデンサと可変リアクタンス素子としての可変インダクタとで構成してもよい。

○ 非接触電力伝送装置１０を移動体３０に搭載された２次電池３１の充電システムに適用する場合、定格容量が同じ２次電池３１にのみ充電を行う構成に代えて、定格容量が異なる２次電池３１を搭載した移動体３０の２次電池３１に対しても充電を行う構成としてもよい。例えば、制御装置２１のメモリ３４に、定格容量が異なる２次電池３１毎に、２次コイル１５より２次電池３１側のインピーダンスを、共鳴周波数を設定する際に基準とした値にするための、共鳴コイル間の距離及び２次電池３１の充電量と、可変コンデンサ２２，２３の容量との関係を示すデータがマップ又は関係式としてメモリ３４に記憶される。そして、制御装置２１は移動体３０に搭載されている２次電池３１の定格容量によって、充電時における適切な可変コンデンサ２２，２３の容量を演算して、インピーダンス可変回路１７のインピーダンスを調整する。

○ 充電時における２次電池３１の負荷の変化を充電量の変化から間接的に検出する代わりに、負荷検出手段として負荷を直接検出する構成のセンサを使用してもよい。例えば、２次電池３１に供給される電流量を検出する電流センサを負荷検出手段としてもよい。

○ 非接触電力伝送装置１０は充電装置３５に限らず、使用中に段階的に負荷が変化する電気機器を負荷として使用する場合や負荷の値が異なる複数の電気機器に対して電力を供給する装置に適用してもよい。

○ 非接触電力伝送装置１０が使用中に段階的に負荷が変化する電気機器を負荷１６として使用する場合、負荷の変化する時期が予め決まっている場合、負荷１６の駆動開始時（非接触電力伝送装置１０の電力伝送開始時）からの経過時間で、インピーダンス可変回路１７のインピーダンスを調整するようにしてもよい。

○ １次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４に接続されたコンデンサ１８，１９を省略してもよい。しかし、コンデンサ１８，１９を接続した構成の方が、コンデンサ１８，１９を省略した場合に比べて、共鳴周波数を下げることができる。また、共鳴周波数が同じであれば、コンデンサ１８，１９を省略した場合に比べて、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の小型化が可能になる。

○ 交流電源１１は、出力交流電圧の周波数が変更可能でも変更不能でもよい。
○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５の外形は、円形に限らず、例えば、四角形や六角形や三角形等の多角形にしたり、あるいは楕円形にしたりしてもよい。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５の外形は、ほぼ左右対称な形状に限らず、非対称な形状であってもよい。
○ 電線は断面円形の一般的な銅線に限らず、矩形断面の板状の銅線であってもよい。

○ 電線の材料は銅に限らず、例えば、アルミニウムや銀を用いてもよい。
○ １次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４は、電線が筒状に巻回されたコイルに限らず、例えば、電線が一平面上に巻回された形状としてもよい。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５が全て同じ径に形成されている必要はない。例えば、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４は同じ径で、１次コイル１２及び２次コイル１５は異なる径としてもよい。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５を電線で形成する代わりに、基板上に設けられた配線パターンで形成してもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

（１）請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記インピーダンス可変回路は可変コンデンサとインダクタとで構成され、前記制御装置は、メモリに記憶された前記２次コイルより負荷側のインピーダンスを、共鳴周波数を設定する際に基準とした値にするための、前記１次側共鳴コイル及び前記２次側共鳴コイル間の距離あるいは前記負荷と、前記可変コンデンサの容量との関係を示すデータとに基づいて前記可変コンデンサの容量を調整する。

（２）請求項３に記載の発明の非接触電力伝送装置は移動体に搭載された２次電池への充電を行うシステムに適用され、前記移動体には前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル、前記インピーダンス可変回路、前記負荷としての２次電池、前記制御装置及び前記負荷検出手段が搭載され、充電ステーションに設けられた充電装置には前記交流電源、前記１次コイル、前記１次側共鳴コイルが設けられ、前記制御装置は前記負荷検出手段の検出結果と、メモリに記憶された前記２次コイルより負荷側のインピーダンスを、共鳴周波数を設定する際に基準とした値にするための、前記負荷と前記可変コンデンサの容量との関係を示すデータとに基づいて前記可変コンデンサの容量を調整する。

（３）請求項４に記載の発明の非接触電力伝送装置は移動体に搭載された２次電池への充電を行うシステムに適用され、前記移動体には前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル、前記インピーダンス可変回路、前記負荷としての２次電池、前記制御装置及び前記距離測定手段が搭載され、充電ステーションに設けられた充電装置には前記交流電源、前記１次コイル、前記１次側共鳴コイルが設けられ、前記制御装置は前記距離測定手段の測定結果と、メモリに記憶された前記２次コイルより負荷側のインピーダンスを、共鳴周波数を設定する際に基準とした値にするための、前記１次側共鳴コイル及び前記２次側共鳴コイル間の距離と前記可変コンデンサの容量との関係を示すデータとに基づいて前記可変コンデンサの容量を調整する。

第１の実施形態に係る非接触電力伝送装置の構成図。 充電装置と移動体とを示す模式図。 共鳴コイル間の距離を変えた場合における共鳴系の入力インピーダンスと周波数との関係を示すグラフ。 第２の実施形態の充電装置と移動体とを示す模式図。 従来技術の非接触電力伝送装置の構成図。

符号の説明

１０…非接触電力伝送装置、１１…交流電源、１２…１次コイル、１３…１次側共鳴コイル、１４…２次側共鳴コイル、１５…２次コイル、１６…負荷、１７…インピーダンス可変回路、２０…共鳴系、２１…制御装置、２２，２３…可変リアクタンス素子としての可変コンデンサ、３２…負荷検出手段としての充電量センサ、３６…距離測定手段としての距離センサ。

Claims (5)

1. 交流電源と、
   前記交流電源に接続された１次コイルと、
   １次側共鳴コイルと、
   ２次側共鳴コイルと、
   ２次コイルと、
   前記２次コイルに接続された負荷とを備え、
   前記１次コイル、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル及び前記負荷は共鳴系を構成する非接触電力伝送装置における電力伝送方法であって、
   前記２次コイルと前記負荷との間にインピーダンス可変回路を設け、前記共鳴系のパラメータ変化に対して、前記交流電源から出力される交流電圧の周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスの変化を抑制するように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整することを特徴とする非接触電力伝送装置における電力伝送方法。
2. 交流電源と、
   前記交流電源に接続された１次コイルと、
   １次側共鳴コイルと、
   ２次側共鳴コイルと、
   ２次コイルと、
   前記２次コイルに接続された負荷と、
   前記２次コイルと前記負荷との間に設けられるとともに可変リアクタンス素子を有するインピーダンス可変回路と、
   前記インピーダンス可変回路を制御する制御装置とを備え、
   前記１次コイル、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル、前記インピーダンス可変回路及び前記負荷は共鳴系を構成し、
   前記共鳴系のパラメータ変化に対して、前記制御装置は前記可変リアクタンス素子のリアクタンスを制御して、前記交流電源から出力される交流電圧の周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスの変化を抑制するように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整することを特徴とする非接触電力伝送装置。
3. 前記負荷を検出する負荷検出手段を備え、前記制御装置は、前記負荷検出手段の検出結果に基づいて前記インピーダンス可変回路のインピーダンスの調整を行う請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの距離を測定する距離測定手段を備え、前記制御装置は、前記距離測定手段の測定結果に基づいて前記インピーダンス可変回路のインピーダンスの調整を行う請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
5. 前記負荷を検出する負荷検出手段と、前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの距離を測定する距離測定手段とを備え、前記制御装置は、前記距離測定手段の測定結果と、前記負荷検出手段の検出結果とに基づいて前記インピーダンス可変回路のインピーダンスの調整を行う請求項２に記載の非接触電力伝送装置。

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