JP2012039692A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次側回路を共振状態にして電力伝送効率を高めることができる非接触電力伝送装置を提供する。
【解決手段】非接触電力伝送装置１は、交流電源１１の電力を電磁誘導作用によって送信する送電コイル１２を有する一次側回路ユニット１０と、送電コイル１２から送信された電力を受信する受電コイル２２と該受電コイル２２に直列接続された負荷２４とを有する二次側回路ユニット２０と、を有している。そして、二次側回路ユニット２０が、受電コイル２２に並列に存在する静電容量Ｃ_P2を有し、この静電容量Ｃ_P2が、以下の式を満たしている。
Ｃ_P2＝（Ｚ₀±√（Ｚ₀ ²−４ω²Ｌ₂ ²））／２ω²Ｚ₀Ｌ₂
但し、Ｚ₀≧２ωＬ₂、ω＝２πｆ、Ｚ₀は負荷２４のインピーダンス［Ω］、ωは角速度［ｒａｄ／秒］、Ｌ₂は受電コイル２２の自己インダクタンス［Ｈ］、ｆは交流電源１１の周波数［Ｈｚ］である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁誘導作用によって一次側回路から二次側回路に電力を伝送する非接触電力伝送装置に関するものである。

従来の非接触電力伝送装置として、例えば、特許文献１に開示された、図８に示すワイヤレス伝送装置（図中、符号９０１で示す）がある。このワイヤレス伝送装置９０１は、一次側回路装置９３０と、二次側回路装置９５０と、で構成されている。一次側回路装置９３０は、電力誘導コイル９０３の一端と電力電源９０２の一方の出力端とに接続された共振キャパシタ９５１を備えている。二次側回路装置９５０は、電力受信コイル９０４に並列に接続された共振キャパシタ９５２を備えている。

そして、一次側回路装置９３０において、以下の式（ｉ）を満たし、二次側回路装置９５０において、以下の式（ｉｉ）を満たすように各回路構成部材のパラメータを設定することにより、各回路装置において共振状態を生じさせて、電力を二次側回路装置９５０に供給していた。
ωＬ₁−１／（ωＣ₁）＝０（即ち、ｆ＝１／（２π√（Ｌ₁Ｃ₁））・・・（ｉ）
ωＬ₂−１／（ωＣ₂）＝０（即ち、ｆ＝１／（２π√（Ｌ₂Ｃ₂））・・・（ｉｉ）
但し、ω＝２πｆ、Ｌ₁は電力誘導コイル９０３の自己インダクタンス、Ｃ₁は共振キャパシタ９５１の静電容量、Ｌ₂は電力受信コイル９０４の自己インダクタンス、Ｃ₂は共振キャパシタ９５２の静電容量、ｆは電源周波数である。

特開平１０−３２２２４７号公報

しかしながら、二次側回路装置９５０においては、整流回路９０５、平滑キャパシタ９１３及び二次側負荷９０６などから構成される負荷が電力受信コイル９０４に直列に接続されているところ、上記式（ｉｉ）では、これら負荷のインピーダンスが考慮されていないので、この式（ｉｉ）を満たすように、電力受信コイル９０４の自己インダクタンスＬ₂及び共振キャパシタ９５２の静電容量Ｃ₂を設定しても、二次側回路装置９５０全体として共振状態にはならず、つまり、電力受信コイル９０４のリアクタンス等が残存してしまい、そのため、インピーダンスを整合できず、電力伝送効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、二次側回路を共振状態にして電力伝送効率を高めることができる非接触電力伝送装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、交流電源による電力を電磁誘導作用によって送信する送電コイルを有する一次側回路ユニットと、前記送電コイルから送信された前記電力を受信する受電コイルと該受電コイルに直列接続された負荷とを有する二次側回路ユニットと、を有する非接触電力伝送装置において、前記二次側回路ユニットが、前記受電コイルに並列に存在する静電容量Ｃ_P2を有し、そして、前記静電容量Ｃ_P2が、以下の式（Ａ）を満たすことを特徴とする非接触電力伝送装置である。
Ｃ_P2＝（Ｚ₀±√（Ｚ₀ ²−４ω²Ｌ₂ ²））／２ω²Ｚ₀Ｌ₂ ・・・（Ａ）
但し、Ｚ₀≧２ωＬ₂、ω＝２πｆ、Ｚ₀は前記負荷のインピーダンス［Ω］、ωは角速度［ｒａｄ／秒］、Ｌ₂は前記受電コイルの自己インダクタンス［Ｈ］、ｆは前記交流電源の周波数［Ｈｚ］である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記静電容量Ｃ_P2が、前記受電コイルに並列接続されたキャパシタによるものであることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記静電容量Ｃ_P2が、前記受電コイルの寄生静電容量によるものであることを特徴とするものである。

請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載された発明において、前記送電コイルの巻き数と前記受電コイルの巻き数との巻き数比ｎが、以下の式（Ｂ）を満たすことを特徴とするものである。
ｎ＝Ｎ₁／Ｎ₂≧１ ・・・（Ｂ）
但し、Ｎ₁が前記送電コイルの巻き数［回］、Ｎ₂が前記受電コイルの巻き数比［回］である。

請求項１に記載された発明によれば、二次側回路ユニットが、受電コイルに並列に存在する静電容量Ｃ_P2を有し、そして、この静電容量Ｃ_P2が、上記式（Ａ）を満たすので、受電コイルに直列に接続された負荷を含めた二次側回路ユニット全体で共振状態にすることができ、そのため、受電コイルのリアクタンス等を打ち消すことができ、インピーダンスを整合させて電力伝送効率を高めることができる。

請求項２に記載された発明によれば、静電容量Ｃ_P2が、受電コイルに並列に接続されたキャパシタによるものであるので、上記式を満たす静電容量Ｃ_P2を容易に設定することができる。

請求項３に記載された発明によれば、静電容量Ｃ_P2が、受電コイルの寄生静電容量によるものであるので、部品を追加することなく、簡素な構成で電力伝送効率を高めることができる。

請求項４に記載された発明によれば、送電コイルの巻き数と受電コイルの巻き数との巻き数比が、上記式（Ｂ）を満たすので、巻き数比を調整することによりインピーダンス整合を容易に行うことができるとともに、受電コイルの巻き数を小さくして二次側回路ユニットを軽量化することができる。

本発明に係る非接触電力伝送装置の一実施形態の回路図である。 図１の非接触電力伝送装置に用いられる受電コイルにおける巻き数と自己インダクタンスとの関係を示すグラフである。 図１の非接触電力伝送装置の変形例の構成を示す回路図である。 図１の非接触電力伝送装置において、二次側回路ユニットが備える共振キャパシタを、受電コイルと負荷との間に直列に接続した構成を示す回路図である。 図１の非接触電力伝送装置において、一次側回路ユニットが備える共振キャパシタを、交流電源と並列に接続し、且つ、二次側回路ユニットが備える共振キャパシタを、受電コイルと負荷との間に直列に接続した構成を示す回路図である。 共振キャパシタの接続形態が異なる複数の非接触電力伝送装置における、送電コイル及び受電コイルの間隔と電力伝送効率との関係を示すグラフである。 コイルの巻き数が異なる複数の非接触電力伝送装置における、送電コイル及び受電コイルの間隔と電力伝送効率との関係を示すグラフである。 従来の非接触電力伝送装置の回路図である。

以下、本発明の非接触電力伝送装置の一実施形態を、を図１〜図７を参照して説明する。

本発明の非接触電力伝送装置１は、図１に示すように、一次側回路ユニット１０と、二次側回路ユニット２０と、を有している。

一次側回路ユニット１０は、周波数ｆ［Ｈｚ］の交流電圧Ｖ₁［Ｖ］（即ち、交流電力）を出力する交流電源１１と、交流電源１１に直列に接続された送電コイル１２と、交流電源１１と送電コイル１２との間に直列に挿入された一次側共振キャパシタ１３と、を備えている。

送電コイル１２は、例えば、銅からなる細線が環状に密に巻回されてなる平面型一様らせんコイルである。送電コイル１２は、抵抗値Ｒ₁となる内部抵抗１５を含んでいる。送電コイル１２は、交流電源１１から交流電圧Ｖ₁が与えられると、電磁誘導作用により電力を後述する受電コイル２２に送信する。一次側共振キャパシタ１３は、例えば、プラスチックフィルム型やセラミック型のキャパシタ等が用いられる。なお、一次側共振キャパシタ１３は、交流電源１１に並列に接続されていてもよく、また、一次側共振キャパシタを設けない構成でもよい。

送電コイル１２の自己インダクタンスＬ₁、及び、一次側共振キャパシタ１３の静電容量Ｃ_S1は、次の式（１）を満たすように設定されている。

このように、送電コイル１２の自己インダクタンスＬ₁、及び、一次側共振キャパシタ１３の静電容量Ｃ_S1を設定することによって、一次側回路ユニット１０を共振状態にすることができる。

二次側回路ユニット２０は、受電コイル２２と、受電コイル２２に直列に接続された負荷２４と、受電コイル２２に並列に接続された二次側共振キャパシタ２３と、を備えている。

受電コイル２２は、例えば、銅からなる細線が環状に密に巻回されてなる、上述した送電コイル１２と同一構成の平面型一様らせんコイルである。勿論、受電コイル２２は、送電コイル１２と異なる構成（材料、形状、巻き数など）であってもよく、特に、受電コイル２２の巻き数Ｎ₂を、送電コイルの巻き数Ｎ₁以下（即ち、巻き数比ｎ＝Ｎ₁／Ｎ₂≧１）とすることが望ましい。受電コイル２２は、抵抗値Ｒ₂となる内部抵抗２５を含んでいる。受電コイル２２と送電コイル１２との間には相互インダクタンスＭが存在する。受電コイル２２は、送電コイル１２に対向して配置されることにより電磁誘導作用を受けて、送電コイル１２から送信された電力を受信する（即ち、誘導電圧及び誘導電流が誘起される）。なお、本実施形態において、送電コイル１２及び受電コイル２２は平面型一様らせんコイルを用いているが、これに限定されるものではなく、本発明の目的に反しない限り、送電コイル１２及び受電コイル２２の構成は任意である。

二次側共振キャパシタ２３は、上述した一次側共振キャパシタ１３と同様に、例えば、プラスチックフィルム型やセラミック型のキャパシタ等が用いられる。負荷２４は、そのインピーダンスＺ₀が、例えば、５０Ωに設定されている。

ここで、図１において、受電コイル２２から二次側共振キャパシタ２３及び負荷２４側を見たインピーダンスをＺとすると、このインピーダンスＺは、次の式（２）で示される。

式（２）に示すように、インピーダンスＺは、一般的に、実数項と虚数項との和で与えられ（Ｚ＝Ｒｅ［Ｚ］＋ｊＩｍ［Ｚ］）、インピーダンスＺに含まれる虚数項（Ｉｍ［Ｚ］）を０にして、インピーダンスＺを実数項（Ｒｅ［Ｚ］）のみにすることで、インピーダンス値を低下させて電力のロスを小さくできる。そして、この式（２）から、インピーダンスＺの虚数項Ｉｍ［Ｚ］は次の式（３）で示される。

そして、この虚数項Ｉｍ［Ｚ］と受電コイル２２のリアクタンスωＬ₂との和が０となる方程式を立てる。この方程式は次の式（４）で示される。

そして、この式（４）を、二次側共振キャパシタ２３の静電容量Ｃ_P2について解くと、次の式（５）になる。

但し、Ｚ₀≧２ωＬ₂、ω＝２πｆ、Ｚ₀は負荷２４のインピーダンス［Ω］、ωは角速度［ｒａｄ／秒］、Ｌ₂は受電コイル２２のインダクタンス［Ｈ］、ｆは交流電源１１の交流電圧Ｖ₁の周波数［Ｈｚ］である。

そして、この式（５）を満たすように受電コイル２２の自己インダクタンスＬ₂、二次側共振キャパシタ２３の静電容量Ｃ_P2、及び、負荷２４のインピーダンスＺ₀を設定することにより、二次側回路ユニット２０が共振状態となって、リアクタンスωＬ₂と虚数項Ｉｍ［Ｚ］とが互いに打ち消される。

次に、二次側回路ユニット２０の各回路構成部材の値（パラメータ）の設定方法について説明する。

上述した非接触電力伝送装置１の二次側回路ユニット２０の負荷２４のインピーダンスＺ₀を５０Ωとし、交流電源１１の交流電圧Ｖ₁の周波数を１００ｋＨｚとする。このとき、上記式（５）の但し書きから、受電コイル２２の自己インダクタンスＬ₂は次の式
Ｌ₂≦Ｚ₀／２ω
を満足する必要があり、この式に上記値を代入すると、受電コイル２２の自己インダクタンスＬ₂は４０μＨ未満の値となる。この自己インダクタンスＬ₂は、伝送距離を伸ばすためには大きい値の方がよい。そして、この算出した自己インダクタンスＬ₂を、図２に示すコイルの巻き数と自己インダクタンスとの関係を示すグラフに当てはめると、受電コイル２２の巻き数は３回が適切であることが判る。そして、巻き数が３回の受電コイル２２の自己インダクタンスＬ₂を図２のグラフから求めて、これらｆ、Ｚ₀、Ｌ₂と上記式（５）とを用いて二次側共振キャパシタ２３の静電容量Ｃ_P2をさらに求めて、これら値を各回路構成部材に設定する。

以上より、本発明によれば、二次側回路ユニット２０が、受電コイル２２に並列に存在する静電容量Ｃ_P2を有し、そして、この静電容量Ｃ_P2が、上記式（５）を満たすので、受電コイル２２に直列に接続された負荷２４を含めた二次側回路ユニット２０全体で共振状態にすることができ、そのため、受電コイル２２のリアクタンスωＬ₂を打ち消すことができ、インピーダンスを整合させて電力伝送効率を高めることができる。

また、静電容量Ｃ_P2が、受電コイル２２に並列に接続された二次側共振キャパシタ２３によるものであるので、上記式（５）を満たす静電容量Ｃ_P2を容易に設定することができる。

また、送電コイル１２の巻き数Ｎ₁と受電コイル２２の巻き数Ｎ₂との巻き数比ｎが１以上（即ち、ｎ＝Ｎ₁／Ｎ₂≧１）であるので、巻き数比を調整することによりインピーダンス整合を容易に行うことができるとともに、受電コイル２２の巻き数を小さくして二次側回路ユニット２０を軽量化することができる。

上述した本実施形態によれば、静電容量Ｃ_P2が、受電コイル２２に並列に接続された二次側共振キャパシタ２３によるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記構成において二次側共振キャパシタ２３に代えて、上記静電容量Ｃ_P2を受電コイル２２の寄生静電容量によるものとしてもよく、このようにすることで、部品を追加することなく、簡素な構成で電力伝送効率を高めることができる。

また、本実施形態によれば、一次側回路ユニット１０の送電コイル１２と二次側回路ユニット２０の受電コイル２２とが直接対向して配置されることにより電力を伝送するものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図３に示す構成の非接触電力伝送装置２であってもよい。

非接触電力伝送装置２は、第１回路ユニット４０と中継回路ユニット６０とを有する第１回路装置３１と、第２回路ユニット５０を有する第２回路装置３２と、を備えている。

第１回路ユニット４０は、内部抵抗４５を含む平面型一様らせんコイルである第１コイル４２と、第１コイル４２に直列に接続された第１負荷４４と、第１コイル４２に並列に接続された第１共振キャパシタ４３と、第１コイル４２に交流電圧を印加する図示しない交流電源と、を備えている。第１回路ユニット４０において、第１コイル４２の自己インダクタンスＬ₁、第１共振キャパシタ４３の静電容量Ｃ_P1、第１負荷４４のインピーダンスＺ₁が、上記式（５）を満たす値に設定されている（但し、式（５）において、Ｌ₂をＬ₁、Ｃ_P2をＣ_P1、Ｚ₀をＺ₁に読み替えて適用）。つまり、第１回路ユニット４０は、交流電源の周波数ｆにおいて共振状態となる。

中継回路ユニット６０は、内部抵抗６５を含む平面型一様らせんコイルである中継コイル６２と、中継コイル６２に直列に接続された共振キャパシタ６３と、を備えている。中継回路ユニット６０において、中継コイル６２の自己インダクタンスＬ₃、共振キャパシタ６３の静電容量Ｃ₃が、上記式（１）を満たす値に設定されている（但し、式（１）において、Ｌ₁をＬ₃、Ｃ_S1をＣ₃に読み替えて適用）。つまり、中継回路ユニット６０は、交流電源の周波数ｆにおいて共振状態となる。共振キャパシタ６３に代えて、中継コイル６２の寄生静電容量が上記静電容量Ｃ₃となるようにしてもよい。

第２回路ユニット５０は、第１回路ユニット４０と同様に、内部抵抗５５を含む平面型一様らせんコイルである第２コイル５２と、第２コイル５２に直列に接続された第２負荷５４と、第２コイル５２に並列に接続された第２共振キャパシタ５３と、第２コイル５２に交流電圧を印加する図示しない交流電源と、を備えている。第２回路ユニット５０において、第２コイル５２の自己インダクタンスＬ₂、第２共振キャパシタ５３の静電容量Ｃ_P2、第２負荷５４のインピーダンスＺ₀が、上記式（５）を満たす値に設定されている。つまり、第２回路ユニット５０は、交流電源の周波数ｆにおいて共振状態となる。

第１コイル４２と第２コイル５２と中継コイル６２とはそれぞれ同軸に重ねられて、且つ、第１コイル４２と第２コイル５２との間に中継コイル６２を挟むようにして配置されている。第１回路装置３１から第２回路装置３２に電力伝送を行うとき、第１コイル４２が送電コイルとして、第２コイル５２が受電コイルとして機能する。また、第２回路装置３２から第１回路装置３１に電力伝送を行うとき、第１コイル４２が受電コイルとして、第２コイル５２が送電コイルとして機能する。

このように、第１コイル４２と第２コイル５２との間に挟むように配置される中継コイル６２とこの中継コイル６２に直列に接続された共振キャパシタ６３とを備えた、交流電源の周波数ｆにおいて共振状態となる、中継回路ユニット６０を設けることにより、中継回路ユニット６０が備える中継コイル６２によって第１コイル４２と第２コイル５２との間で伝送される電力を中継して、第１コイル４２と第２コイル５２との伝送距離を伸ばすことができる。また、中継コイル６２の巻き数を増やすことで、各コイル間の相互インダクタンスＭ₁₃、Ｍ₂₃が増加し、伝送距離をさらに伸ばすことができる。また、第１回路ユニット４０及び第２回路ユニット５０共に交流電源を備えており、双方向の電力伝送ができる。また、第１負荷４４のインピーダンスＺ１及び第２負荷５４のインピーダンスＺ₀がそれぞれ５０Ωになるように調整することにより、一般的な５０Ω線路を使用することができ、インピーダンスの整合が容易にできる。

（検証１）
本発明者は、上述した非接触電力伝送装置１の一次側回路ユニット１０及び二次側回路ユニット２０に設けられる各共振キャパシタの接続形態と電力伝送効率との関係について検証を行った。

（実施例１）
図１の非接触電力伝送装置１において、一次側回路ユニット１０について、送電コイル１２として、直径０．５ｍｍの銅線からなる、巻き数１０回、平均一辺長さ（即ち、外縁の一辺長さＤｏｕｔと内縁の一辺長さＤｉｎとの平均一辺長さＤａｖｇ；Ｄａｖｇ＝（Ｄｏｕｔ＋Ｄｉｎ）／２）が５ｃｍの正方形環状密巻の平板型一様らせんコイルを用い、そして、交流電源１１の出力する交流電圧Ｖ１の周波数ｆを１００ｋＨｚとし、送電コイル１２の自己インダクタンスＬ₁と一次側共振キャパシタ１３の静電容量Ｃ_P1とが上記式（１）を満たすようにそれぞれの値を設定した。また、二次側回路ユニット２０について、受電コイル２２として、送電コイル１２と同一構成の平板型一様らせんコイルを用い、そして、受電コイル２２の自己インダクタンスＬ₂と二次側共振キャパシタ２３の静電容量Ｃ_P2と負荷２４のインピーダンスＺ₀とが、上記式（５）を満足するようにそれぞれの値を設定した。なお、図１の回路構成では、共振キャパシタを一次側に直列、二次側に並列に設けており、以下、「ＳＰ共振回路」という。

（実施例２）
実施例１において、送電コイル１２及び受電コイル２２の平均一辺長さを１０ｃｍに変更した以外は、実施例１と同一構成とした。

（比較例１）
図４に示す非接触電力伝送装置４は、図１の非接触電力伝送装置１の二次側回路ユニット２０が備える二次側共振キャパシタ２３に代えて、受電コイル２２と負荷２４との間に直列に挿入された二次側共振キャパシタ２７を備えている。これ以外は図１と同様の回路構成であり、同一部材には同一符号を付して示す。なお、図４の回路構成では、共振キャパシタを一次側に直列、二次側に直列に設けており、以下、「ＳＳ共振回路」という。そして、このＳＳ共振回路において、一次側回路ユニット１０について、実施例１と同一構成とし、二次側回路ユニット２０について、受電コイル２２及び負荷２４は実施例１と同一構成とし、受電コイル２２の自己インダクタンスＬ₂と二次側共振キャパシタ２７の静電容量Ｃ_S2とが、次の式（６）を満たすように、それぞれの値を設定した。

（比較例２）
比較例１において、送電コイル１２及び受電コイル２２の平均一辺長さを１０ｃｍに変更した以外は、比較例１と同一構成とした。

（比較例３）
図５に示す非接触電力伝送装置５は、図１の非接触電力伝送装置１の一次側回路ユニット１０が備える一次側共振キャパシタ１３に代えて、交流電源１１と並列に接続された一次側共振キャパシタ１７を備え、且つ、図１の非接触電力伝送装置１の二次側回路ユニット２０が備える二次側共振キャパシタ２３に代えて、受電コイル２２と負荷２４との間に直列に挿入された二次側共振キャパシタ２７を備えている。これ以外は図１と同様の回路構成であり、同一部材には同一符号を付して示す。なお、図５の回路構成では、共振キャパシタを一次側に並列、二次側に直列に設けており、以下、「ＰＳ共振回路」という。このＰＳ共振回路において、一次側回路ユニット１０について、交流電源１１及び送電コイル１２は実施例１と同一構成とし、送電コイル１２の自己インダクタンスＬ₂と一次側共振キャパシタ１７の静電容量Ｃ_P1とが、次の式（７）を満たすようにそれぞれの値を設定し、また、二次側回路ユニット２０について、受電コイル２２及び負荷２４は実施例１と同一構成とし、受電コイル２２の自己インダクタンスＬ₂と二次側共振キャパシタ２７の静電容量Ｃ_S2とが、上記式（６）を満たすようにそれぞれの値を設定した。

（比較例４）
比較例３において、送電コイル１２及び受電コイル２２の平均一辺長さを１０ｃｍに変更した以外は、比較例３と同一構成とした。

上述した実施例１、２、比較例１〜４について、一次側回路ユニット１０及び二次側回路ユニット２０のそれぞれに電力計を接続して、送電コイル１２と受電コイル２２とを同心で密に重ねた状態（つまり、間隔０）から徐々に間隔（即ち、伝送距離）を広げていったときの各回路ユニットにおける電力を測定し、これら測定した電力の比率から電力伝送効率を算出した。この結果を図６に示す。

図６に示すグラフから、二次側回路ユニット２０において受電コイル２２に並列に二次側共振キャパシタ２３を接続したＳＰ共振回路の方が、受電コイル２２に直列に二次側共振キャパシタを接続したＳＳ共振回路及びＰＳ共振回路より電力伝送効率が高いことが判明した（実施例１、２、比較例１〜４）。また、比較例１と比較例３、及び、比較例２と比較例４、のグラフがそれぞれ重なっていることから、一次側回路ユニット１０については、一次側共振キャパシタを直列又は並列のいずれの接続で設けても、電力伝送効率に変化はなかった（比較例１〜４）。また、各コイルの一辺長さが大きい方が、各コイルの間隔が広がった場合でも、電力伝送効率を高く維持できることが判明した（実施例１、２）。これら結果から、本発明の効果を確認することができた。

（検証２）
また、本発明者は、送電コイル１２と受電コイル２２との巻き数と電力伝送効率との関係について検証を行った。

上述した非接触電力伝送装置１において送電コイル１２と受電コイル２２とのそれぞれの巻き数が異なる構成において、各コイル間の間隔（即ち、伝送距離）を変化させて電力伝送効率を測定した結果を図７に示す。

図７のグラフのＰ１は、送電コイル１２の巻き数Ｎ₁を１０回、受電コイル２２の巻き数Ｎ₂を３回、負荷２４のインピーダンスを５０Ωとしたときを示し、Ｐ２は、送電コイル１２の巻き数Ｎ₁を３回、受電コイル２２の巻き数Ｎ₂を３回、負荷２４のインピーダンスを５０Ωとしたときを示し、Ｐ３は、送電コイル１２の巻き数Ｎ₁を１５回、受電コイル２２の巻き数Ｎ₂を３回、負荷２４のインピーダンスを５０Ωとしたときを示し、Ｐ４は、送電コイル１２の巻き数Ｎ₁を１０回、受電コイル２２の巻き数Ｎ₂を１０回、負荷２４のインピーダンスを３５０Ωとしたときを示す。各構成において、送電コイル１２及び受電コイル２２の平均一辺長さは５０ｃｍとした。

図７のグラフより、受電コイル２２の巻き数Ｎ₂が同じであれば、送電コイル１２の巻き数Ｎ１が多いほど電力伝送効率を高めることができることが判明した（Ｐ１〜Ｐ３）。また、負荷２４のインピーダンスＺ₀が高い場合でも、送電コイル１２及び受電コイル２２のそれぞれの巻き数を多くすることで電力伝送効率を高めることができることが判明した（Ｐ２、Ｐ４）。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１、２ 非接触電力伝送装置
１０ 一次側回路ユニット
１１ 交流電源
１２ 送電コイル
１３ 一次側共振キャパシタ
２０ 二次側回路ユニット
２２ 受電コイル
２３ 二次側共振キャパシタ（キャパシタ）
２４ 負荷

Claims (4)

1. 交流電源による電力を電磁誘導作用によって送信する送電コイルを有する一次側回路ユニットと、前記送電コイルから送信された前記電力を受信する受電コイルと該受電コイルに直列接続された負荷とを有する二次側回路ユニットと、を有する非接触電力伝送装置において、
   前記二次側回路ユニットが、前記受電コイルに並列に存在する静電容量Ｃ_P2を有し、そして、
   前記静電容量Ｃ_P2が、以下の式を満たすことを特徴とする非接触電力伝送装置。
   Ｃ_P2＝（Ｚ₀±√（Ｚ₀ ²−４ω²Ｌ₂ ²））／２ω²Ｚ₀Ｌ₂
   但し、Ｚ₀≧２ωＬ₂、ω＝２πｆ、Ｚ₀は前記負荷のインピーダンス［Ω］、ωは角速度［ｒａｄ／秒］、Ｌ₂は前記受電コイルの自己インダクタンス［Ｈ］、ｆは前記交流電源の周波数［Ｈｚ］である。
2. 前記静電容量Ｃ_P2が、前記受電コイルに並列接続されたキャパシタによるものであることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記静電容量Ｃ_P2が、前記受電コイルの寄生静電容量によるものであることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記送電コイルの巻き数と前記受電コイルの巻き数との巻き数比ｎが、以下の式を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
   ｎ＝Ｎ₁／Ｎ₂≧１
   但し、Ｎ₁が前記送電コイルの巻き数［回］、Ｎ₂が前記受電コイルの巻き数比［回］である。

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