JP2015154553A - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各コイルの相対位置が変動する場合であっても、好適に対応できる送電機器及び非接触電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】送電機器１１は、交流電力を出力する交流電源１２と、交流電力が入力される送電器１３とを備えている。ここで、送電機器１１は、交流電源１２と送電器１３との間に設けられ、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎをインピーダンス変換するインピーダンス変換器３０を備えており、当該インピーダンス変換器３０の定数は、結合係数の上限値と下限値とに基づいて設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、送電機器及び非接触電力伝送装置に関する。

非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送装置として、例えば、交流電力を出力する交流電源及び当該交流電力が入力される１次側コイルを有する送電機器と、１次側コイルから非接触で交流電力を受電可能な２次側コイルを有する受電機器とを備えているものが知られている（例えば特許文献１参照）。かかる非接触電力伝送装置では、例えば１次側コイルと２次側コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に向けて非接触で電力伝送が行われる。

特開２００９−１０６１３６号公報

ここで、例えば受電機器が車両等の移動体に搭載されている場合、１次側コイルと２次側コイルとの相対位置が変動する。当該相対位置が変動すると、１次側コイルの入力インピーダンスが変動する。すると、交流電源の出力端から１次側コイル側を見た場合のインピーダンスである電源負荷インピーダンスが変動する。このため、交流電源から出力される交流電力の電力値が変動してしまい、所望の電力値の交流電力を出力することができない場合が生じ得る。

これに対して、上記相対位置が変動しないようにすることも考えられるが、当該相対位置が変動しないようにすることは利便性の観点から好ましくない。また、各コイルの相対位置が変動する場合であっても、所望の電力値の交流電力を出力できるように交流電源の定格（最大出力電圧値又は最大出力電流値等）を大きくすることも考えられるが、この場合交流電源のコストが高くなる等といった不都合が生じ得る。

本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、各コイルの相対位置が変動する場合であっても、好適に対応できる送電機器及び非接触電力伝送装置を提供することである。

上記目的を達成する送電機器は、交流電力を出力する交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、を備え、２次側コイルを有する受電機器の当該２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能なものであって、前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられ、前記１次側コイルの入力インピーダンスをインピーダンス変換する１又は複数のインピーダンス変換部を備え、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの相対位置が予め定められた許容範囲内で変動する場合における前記１次側コイルと前記２次側コイルとの結合係数の変動範囲の下限値及び上限値に基づいて設定されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、インピーダンス変換部のインピーダンスは、各コイルの相対位置が許容範囲内にて変動する場合の結合係数の変動範囲の下限値及び上限値に基づいて設定される。当該結合係数は、１次側コイルの入力インピーダンスに影響を与えるパラメータである。これにより、例えばインピーダンス変換部のインピーダンスを、結合係数が下限値と上限値との間の値である場合の１次側コイルの入力インピーダンスに対応させて設定することにより、結合係数が下限値よりも低い場合又は結合係数が上限値よりも高い場合の１次側コイルの入力インピーダンスに対応させて設定する構成と比較して、各コイルの相対位置の変動に対して好適に対応できる。

上記送電機器について、前記インピーダンス変換部は１つであり、前記下限値をｋｍｉｎとし、前記上限値をｋｍａｘとし、前記結合係数が√（ｋｍｉｎ×ｋｍａｘ）となっている状況における前記１次側コイルの入力インピーダンスを基準入力インピーダンスとすると、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルの入力インピーダンスが前記基準入力インピーダンスである場合に、前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが予め定められた特定インピーダンスとなるように設定されているとよい。かかる構成によれば、インピーダンス変換部のインピーダンスは、基準入力インピーダンスに対応させて設定されている。当該基準入力インピーダンスは、結合係数の上限値と下限値との相乗平均である。これにより、各コイルの相対位置が、結合係数が上限値又は下限値に近づくような位置である場合であっても、好適に対応できる。

上記送電機器について、前記インピーダンス変換部は、複数設けられており、前記交流電源から出力された前記交流電力が、前記複数のインピーダンス変換部のうちいずれかを介して前記１次側コイルに入力されるように前記交流電力の伝送先を切り替える切替部を備え、前記インピーダンス変換部の数をｎとし、前記下限値をｋ_０とし、前記上限値をｋ_ｎとし、第ｐ結合係数（但し、ｐ＝１，２，…，ｎ）を√（ｋ_ｐ×ｋ_ｐ−１）（但し、ｋ_ｐ＝√（ｋ_ｐ＋１×ｋ_ｐ−１））とし、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの前記結合係数が前記第ｐ結合係数である場合の前記１次側コイルの入力インピーダンスを第ｐ基準入力インピーダンスとすると、前記複数のインピーダンス変換部のうち第ｐインピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルの入力インピーダンスが前記第ｐ基準入力インピーダンスである場合に、前記第ｐインピーダンス変換部の入力インピーダンスが予め定められた特定インピーダンスとなるように設定されているとよい。かかる構成によれば、複数のインピーダンス変換部がある構成において、第ｐインピーダンス変換部のインピーダンスが、第ｐ基準入力インピーダンスに対応させて設定されている。よって、各コイルの相対位置の許容範囲が広いことに起因して結合係数の変動範囲が広くなっている場合であっても好適に対応できる。

なお、上記構成の一例について説明すると、例えば結合係数が第２結合係数ｋ’_２（√（ｋ_２×ｋ_１））である場合の１次側コイルの入力インピーダンスを第２基準入力インピーダンスとすると、第２インピーダンス変換部のインピーダンスは、１次側コイルの入力インピーダンスが第２基準入力インピーダンスである場合に、第２インピーダンス変換部の入力インピーダンス（電源負荷インピーダンス）が特定インピーダンスとなるように設定されている。

上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、交流電力を出力する交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、前記１次側コイルに入力される前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、前記２次側コイルによって受電された交流電力が入力される負荷と、前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられ、前記１次側コイルの入力インピーダンスをインピーダンス変換する１又は複数のインピーダンス変換部と、を備え、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの相対位置が予め定められた許容範囲内で変動する場合における前記１次側コイルと前記２次側コイルとの結合係数の変動範囲の下限値及び上限値に基づいて設定されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、インピーダンス変換部のインピーダンスは、各コイルの相対位置が許容範囲内にて変動する場合の結合係数の変動範囲の下限値及び上限値に基づいて設定される。当該結合係数は、１次側コイルの入力インピーダンスに影響を与えるパラメータである。これにより、例えばインピーダンス変換部のインピーダンスを、結合係数が下限値と上限値との間の値である場合の１次側コイルの入力インピーダンスに対応させて設定することにより、結合係数が下限値よりも低い場合又は結合係数が上限値よりも高い場合の１次側コイルの入力インピーダンスに対応させて設定する構成と比較して、各コイルの相対位置の変動に対して好適に対応できる。

この発明によれば、各コイルの相対位置が変動する場合であっても好適に対応できる。

第１実施形態の送電機器及び非接触電力伝送装置のブロック回路図。 許容範囲の一例を示す概念図。 第２実施形態の送電機器及び非接触電力伝送装置のブロック回路図。 結合係数を説明するための概念図。

（第１実施形態）
以下、送電機器（送電装置）及び非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）を車両に適用した第１実施形態について説明する。

図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、非接触で電力伝送が可能な送電機器１１（送電装置、１次側機器）及び受電機器２１（受電装置、２次側機器）を備えている。送電機器１１は地上に設けられており、受電機器２１は車両に搭載されている。

送電機器１１は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能な交流電源１２を備えている。交流電源１２は、インフラとしての系統電源から系統電力が入力された場合に、当該系統電力を交流電力に変換し、その変換された交流電力を出力可能に構成されている。なお、交流電源１２は、出力電圧値及び出力電流値の双方を変更可能に構成されている。

交流電源１２から出力された交流電力は、非接触で受電機器２１に伝送され、受電機器２１に設けられた負荷２２に入力される。詳細には、非接触電力伝送装置１０は、送電機器１１及び受電機器２１間の電力伝送を行うものとして、送電機器１１に設けられた送電器（送電部）１３と、受電機器２１に設けられた受電器（受電部）２３とを備えている。

送電器１３及び受電器２３は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、送電器１３は、並列に接続された１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路を有している。受電器２３は、並列に接続された２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路を有している。両共振回路の共振周波数は同一に設定されている。

かかる構成によれば、送電器１３及び受電器２３の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、交流電力が送電器１３（１次側コイル１３ａ）に入力された場合、送電器１３と受電器２３（２次側コイル２３ａ）とが磁場共鳴する。これにより、受電器２３は送電器１３からのエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器２３は、送電器１３から交流電力を受電する。

ちなみに、交流電源１２から出力される交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３間にて電力伝送が可能となるよう、送電器１３及び受電器２３の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器１３及び受電器２３の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、送電器１３及び受電器２３の共振周波数とがずれていてもよい。

また、送電器１３は例えば地上に配置されており、受電器２３は当該送電器１３と対向配置可能な位置、詳細には車両の底部に配置されている。
受電器２３によって受電された交流電力が入力される負荷２２は、例えば当該交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、当該ＡＣ／ＤＣ変換部によって変換された直流電力が入力される車両用バッテリとを有する。これにより、受電器２３によって受電された交流電力を用いて車両用バッテリが充電される。

送電機器１１は、交流電源１２等の制御を行う送電側コントローラ１４を備えている。送電側コントローラ１４は、交流電源１２のオンオフ制御を行うとともに、交流電源１２の出力電圧値及び出力電流値を制御する。

また、受電機器２１は、送電側コントローラ１４と無線通信可能な受電側コントローラ２４を備えている。各コントローラ１４，２４は、互いに情報のやり取りを通じて、電力伝送の開始又は終了等を行う。

次に、送電器１３（１次側コイル１３ａ）及び受電器２３（２次側コイル２３ａ）の相対位置と、１次側コイル１３ａと２次側コイル２３ａとの結合係数ｋ及びインピーダンス変換器３０の定数（インピーダンス）等との関係について説明する。

既に説明した通り、受電器２３を有する受電機器２１が車両に搭載されている関係上、送電器１３及び受電器２３の相対位置は変動する。この場合、送電器１３と受電器２３との相対位置に応じて、各コイル１３ａ，２３ａの結合係数ｋが変動する。結合係数ｋは、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎに影響を与えるパラメータである。このため、結合係数ｋが変動すると、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎは変動する。すると、交流電源１２の出力端から送電器１３（１次側コイル１３ａ）側を見たインピーダンス（以降電源負荷インピーダンスＺｐという）が変動する。この場合、交流電源１２から所望の電力値（予め定められた特定電力値）の交流電力を出力できない事態が生じ得る。

例えば、結合係数ｋが低くなると、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎ及び電源負荷インピーダンスＺｐが低くなり、交流電源１２の出力電流値が最大値（定格）に近づく場合がある。すると、交流電源１２の出力電流値が最大値になっているにも関わらず交流電源１２から所望の電力値より低い電力値の交流電力しか出力できない事態が生じ得る。

また、例えば結合係数ｋが高くなると、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎ及び電源負荷インピーダンスＺｐが高くなり、交流電源１２の出力電圧値が最大値（定格）に近づく場合がある。すると、交流電源１２の出力電圧値が最大値になっているにも関わらず、交流電源１２から所望の電力値より低い電力値の交流電力しか出力できない事態が生じ得る。

これに対して、本実施形態の非接触電力伝送装置１０（送電機器１１）は、送電器１３及び受電器２３の相対位置の変動に対応するための構成を備えている。当該構成について以下に説明する。

図１に示すように、非接触電力伝送装置１０の送電機器１１は、交流電源１２と送電器１３との間に設けられ、送電器１３（１次側コイル１３ａ）の入力インピーダンスＺｉｎをインピーダンス変換するインピーダンス変換器３０を備えている。インピーダンス変換器３０は、例えばＬＣ回路で構成されている。詳細には、インピーダンス変換器３０は、交流電源１２と送電器１３（１次側コイル１３ａ）とを接続する２つの電力線上に設けられたインダクタ３０ａ，３０ｂと、各インダクタ３０ａ，３０ｂに対して後段に設けられ、各インダクタ３０ａ，３０ｂに対して並列に接続されたキャパシタ３０ｃと、を有するＬＣ回路である。

ちなみに、電源負荷インピーダンスＺｐは、インピーダンス変換器３０の入力インピーダンス（インピーダンス変換器３０の入力端から負荷２２までのインピーダンス）である。換言すれば、電源負荷インピーダンスＺｐは、交流電源１２の出力端から負荷２２までのインピーダンスであるとも言え、交流電源１２に接続された全体負荷（インピーダンス変換器３０から負荷２２までを含む）のインピーダンスであるとも言える。また、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎとは、送電器１３の入力端から負荷２２までのインピーダンスとも言える。

ここで、図２に示すように、送電器１３と受電器２３との位置ずれを許容する許容範囲Ｓを予め定めた場合、各コイル１３ａ，２３ａの結合係数ｋの変動範囲（上限値ｋｍａｘ及び下限値ｋｍｉｎ）が定まる。各コイル１３ａ，２３ａの結合係数ｋの変動範囲は、許容範囲Ｓ内において送電器１３と受電器２３とが任意に配置された場合に取り得る結合係数ｋの範囲である。

なお、図２においては、一例として許容範囲Ｓは円柱状としたが、これに限られず、予め定められた範囲であれば任意である。例えば、許容範囲Ｓは、車両が駐車する際の駐車態様の自由度（駐車ばらつき）に対応させて設定されてもよいし、受電器２３が車両の底部に配置されている構成においては、車高のばらつきに対応させて設定されてもよい。また、許容範囲Ｓは、送電器１３及び受電器２３間の伝送効率が予め定められた閾値効率以上となる範囲であってもよい。さらに、許容範囲Ｓは、送電器１３からの距離が予め定められた閾値距離以下となる範囲であってもよい。

かかる構成において、インピーダンス変換器３０の定数（インピーダンス）は、結合係数ｋの上限値ｋｍａｘ及び下限値ｋｍｉｎに基づいて設定されている。詳細には、結合係数ｋが上限値ｋｍａｘと下限値ｋｍｉｎとの相乗平均（√（ｋｍｉｎ×ｋｍａｘ））となっている状況における送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎを基準入力インピーダンスＺｓｔとする。この場合、インピーダンス変換器３０の定数は、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎが基準入力インピーダンスＺｓｔとなっている場合に、電源負荷インピーダンスＺｐが予め定められた特定インピーダンスＺｔとなるように設定されている。すなわち、インピーダンス変換器３０の定数は、結合係数ｋが上限値ｋｍａｘと下限値ｋｍｉｎとの間の値である場合の送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎに対応させて設定されている。

特定インピーダンスＺｔとは、例えば交流電源１２が所望の電力値の交流電力を出力するのに適したインピーダンスである。例えば、特定インピーダンスＺｔは、交流電源１２が所望の電力値の交流電力を出力するのに要する出力電圧値及び出力電流値の双方が定格（最大値）よりも十分に低くなるように設定されている。なお、定数は、変換比ともインダクタンスやキャパシタンスとも言える。

また、結合係数ｋの変動に伴い送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎが変動することに着目すれば、インピーダンス変換器３０の定数は、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎの変動範囲の上限値と下限値とに基づいて設定されているとも言える。

以上詳述した本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
（１）送電機器１１は、交流電源１２と送電器１３（１次側コイル１３ａ）との間に設けられ、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎをインピーダンス変換するインピーダンス変換器３０を備えている。当該インピーダンス変換器３０の定数は、送電器１３と受電器２３との相対位置が予め定められた許容範囲Ｓ内で変動する場合における各コイル１３ａ，２３ａの結合係数ｋの変動範囲の上限値ｋｍａｘ及び下限値ｋｍｉｎに基づいて設定されている。詳細には、インピーダンス変換器３０の定数は、結合係数ｋが上限値ｋｍａｘと下限値ｋｍｉｎとの間の値である場合の送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎに対応させて設定されている。これにより、結合係数ｋが上限値ｋｍａｘよりも高い値又は下限値ｋｍｉｎよりも低い値に対応させてインピーダンス変換器３０の定数を設定する構成と比較して、送電器１３と受電器２３との相対位置が許容範囲Ｓ内で変動した場合において電源負荷インピーダンスＺｐを所望の値（例えば特定インピーダンスＺｔ）に近づけることができる。よって、好適に交流電源１２から出力電力値を所望の値に近づけることができる。したがって、送電器１３と受電器２３との相対位置の変動に好適に対応できる。

（２）結合係数ｋが√（ｋｍｉｎ×ｋｍａｘ）となっている状況における送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎを基準入力インピーダンスＺｓｔとする。インピーダンス変換器３０の定数は、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎが基準入力インピーダンスＺｓｔである場合に、電源負荷インピーダンスＺｐ（インピーダンス変換器３０の入力インピーダンス）が予め定められた特定インピーダンスＺｔとなるように設定されている。これにより、送電器１３と受電器２３との相対位置が、結合係数ｋが上限値ｋｍａｘ又は下限値ｋｍｉｎに近づくような位置である場合であっても、電源負荷インピーダンスＺｐを、特定インピーダンスＺｔにある程度近づけることができる。

（第２実施形態）
図３に示すように、本実施形態の送電機器１１は、複数（例えば２つ）のインピーダンス変換器３１，３２を備えている。なお、各インピーダンス変換器３１，３２の具体的な構成は、第１実施形態のインピーダンス変換器３０と同様であるため、詳細な説明を省略する。

送電機器１１は、交流電源１２から出力された交流電力が、各インピーダンス変換器３１，３２のうちいずれかを介して送電器１３に入力されるように交流電力の伝送先を切り替える切替部としての第１リレー４１及び第２リレー４２を備えている。第１リレー４１は、各インピーダンス変換器３１，３２の入力側に設けられており、交流電源１２の接続先を各インピーダンス変換器３１，３２のいずれかに切り替える。第２リレー４２は、各インピーダンス変換器３１，３２の出力側に設けられており、送電器１３の接続先を各インピーダンス変換器３１，３２のいずれかに切り替える。

かかる構成によれば、第１リレー４１によって交流電源１２と第１インピーダンス変換器３１とが接続され、且つ、第２リレー４２によって第１インピーダンス変換器３１と送電器１３とが接続された場合には、交流電源１２から出力された交流電力は、第１インピーダンス変換器３１を介して送電器１３に入力される。

一方、第１リレー４１によって交流電源１２と第２インピーダンス変換器３２とが接続され、且つ、第２リレー４２によって第２インピーダンス変換器３２と送電器１３とが接続された場合には、交流電源１２から出力された交流電力は、第２インピーダンス変換器３２を介して送電器１３に入力される。

次に各インピーダンス変換器３１，３２の定数について説明する。
２つのインピーダンス変換器３１，３２が存在する場合、図４に示すように、結合係数ｋの下限値ｋｍｉｎをｋ_０とし、上限値ｋｍａｘをｋ_２とし、√（ｋ_２×ｋ_０）をｋ_１とする。また、√（ｋ_１×ｋ_０）を第１結合係数ｋ’_１とし、√（ｋ_２×ｋ_１）を第２結合係数ｋ’_２とする。そして、各コイル１３ａ，２３ａの結合係数ｋが第１結合係数ｋ’_１となっている場合の送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎを第１基準入力インピーダンスＺｓｔ１とし、各コイル１３ａ，２３ａの結合係数ｋが第２結合係数ｋ’_２となっている場合の送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎを第２基準入力インピーダンスＺｓｔ２とする。

かかる構成において、第１インピーダンス変換器３１の定数は、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎが第１基準入力インピーダンスＺｓｔ１である場合に、電源負荷インピーダンスＺｐ（第１インピーダンス変換器３１の入力インピーダンス）が特定インピーダンスＺｔとなるように設定されている。

同様に、第２インピーダンス変換器３２の定数は、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎが第２基準入力インピーダンスＺｓｔ２である場合に、電源負荷インピーダンスＺｐ（第２インピーダンス変換器３２の入力インピーダンス）が特定インピーダンスＺｔとなるように設定されている。

すなわち、インピーダンス変換器の数を一般化してインピーダンス変換器の数をｎとした場合、結合係数ｋの下限値ｋｍｉｎをｋ_０とし、上限値ｋｍａｘをｋ_ｎとし、第ｐ結合係数ｋ’_ｐ（但し、ｐ＝１，２，…，ｎ）を√（ｋ_ｐ×ｋ_ｐ−１）（但し、ｋ_ｐ＝√（ｋ_ｐ＋１×ｋ_ｐ−１））とする。そして、各コイル１３ａ，２３ａの結合係数ｋが第ｐ結合係数ｋ’_ｐである場合の送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎを第ｐ基準入力インピーダンスＺｓｔｐとする。この場合、第ｐインピーダンス変換器（第ｐインピーダンス変換部）の定数は、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎが第ｐ基準入力インピーダンスＺｓｔｐである場合に、電源負荷インピーダンスＺｐ（第ｐインピーダンス変換器の入力インピーダンス）が特定インピーダンスＺｔとなるように設定されている。

かかる構成によれば、例えば送電器１３及び受電器２３の相対位置が、結合係数ｋが第２結合係数ｋ’_２と上限値ｋｍａｘとの間となるような位置である場合、交流電力の伝送先が、第１インピーダンス変換器３１ではなく第２インピーダンス変換器３２となる方が、電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔに近づく。

例えば、送電器１３及び受電器２３の相対位置が、結合係数ｋが下限値ｋｍｉｎと第１結合係数ｋ’_１との間となるような位置である場合、交流電力の伝送先が、第２インピーダンス変換器３２ではなく第１インピーダンス変換器３１となる方が、電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔに近づく。

ちなみに、図３に示すように、送電機器１１は、電源負荷インピーダンスＺｐを測定し、その測定結果を送電側コントローラ１４に送信する測定器５０を備えている。送電側コントローラ１４は、測定器５０の測定結果に基づいて、各リレー４１，４２の切替制御を行う。例えば、送電側コントローラ１４は、交流電力の伝送先が第１インピーダンス変換器３１となるように各リレー４１，４２を制御し、その状態の電源負荷インピーダンスＺｐを把握する。その後、送電側コントローラ１４は、交流電力の伝送先が第２インピーダンス変換器３２となるように各リレー４１，４２を制御し、その状態の電源負荷インピーダンスＺｐを把握する。そして、送電側コントローラ１４は、電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔに近づいた方のインピーダンス変換器を選択し、その選択されたインピーダンス変換器を介して交流電力が伝送されるように各リレー４１，４２を制御する。これにより、各結合係数ｋ’_１，ｋ’_２のうち現状の結合係数ｋに近い方の値に対応させて設定されたインピーダンス変換器を介して、交流電力が伝送される。

以上詳述した本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
（３）送電機器１１は、複数のインピーダンス変換器３１，３２と、交流電源１２から出力される交流電力が各インピーダンス変換器３１，３２のうちいずれかを介して送電器１３に入力されるように交流電力の伝送先を切り替えるリレー４１，４２とを備えている。かかる構成において、インピーダンス変換器３１，３２の数をｎとし、許容範囲Ｓ内にて各コイル１３ａ，２３ａの相対位置が変動する場合の結合係数ｋの下限値ｋｍｉｎをｋ_０とし、上記結合係数ｋの上限値ｋｍａｘをｋ_ｎとする。また、第ｐ結合係数ｋ’_ｐを√（ｋ_ｐ×ｋ_ｐ−１）（但し、ｋ_ｐ＝√（ｋ_ｐ＋１×ｋ_ｐ−１））とし、結合係数ｋが第ｐ結合係数ｋ’_ｐである場合の送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎを第ｐ基準入力インピーダンスＺｓｔｐとする。この場合、第ｐインピーダンス変換器の定数は、送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎが第ｐ基準入力インピーダンスＺｓｔｐである場合に、電源負荷インピーダンスＺｐ（第ｐインピーダンス変換器の入力インピーダンス）が特定インピーダンスＺｔとなるように設定されている。

かかる構成によれば、複数のインピーダンス変換器３１，３２が設けられており、且つ、各インピーダンス変換器３１，３２の定数が上記のように設定されているため、結合係数ｋの変動範囲が広い場合であっても好適に対応できる。また、電源負荷インピーダンスＺｐを、特定インピーダンスＺｔに、より近づけることが可能となる。

詳述すると、許容範囲Ｓの設定態様によっては、結合係数ｋの変動範囲、すなわち上限値ｋｍａｘから下限値ｋｍｉｎを差し引いた差が大きくなる場合がある。この場合、インピーダンス変換器が１つである場合には、結合係数ｋの変動範囲内において、電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔとなる値が１つのみ存在することとなる。この場合、送電器１３と受電器２３との相対位置によっては、電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔから大きく外れてしまい、交流電源１２が所望の電力値の交流電力を出力できない場合が生じ得る。

これに対して、複数のインピーダンス変換器３１，３２を設け、上記のように各インピーダンス変換器３１，３２の定数を設定することにより、結合係数ｋの変動範囲内において、電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔとなる値（第ｐ結合係数ｋ’_ｐ）が複数（インピーダンス変換器の数だけ）存在する。これにより、送電器１３と受電器２３との相対位置で決まる今回の結合係数ｋに対して比較的近い第ｐ結合係数ｋ’_ｐが存在し易い。そして、今回の結合係数ｋに対して比較的近い第ｐ結合係数ｋ’_ｐに対応する第ｐインピーダンス変換器を選択することにより、電源負荷インピーダンスＺｐを特定インピーダンスＺｔに近づけることができる。よって、許容範囲Ｓが広くなることに起因して結合係数ｋの変動範囲が広くなった場合であっても、交流電源１２の出力電力値を所望の値にできる。

また、仮に結合係数ｋの変動範囲が比較的狭い場合であっても、今回の結合係数ｋに近い第ｐ結合係数ｋ’_ｐに対応させて設定された第ｐインピーダンス変換器を選択することにより、電源負荷インピーダンスＺｐを、特定インピーダンスＺｔに、より近づけることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 各インピーダンス変換器３０〜３２の定数は可変値であってもよい。この場合、各インピーダンス変換器３０〜３２の可変範囲は、当該可変範囲の中心寄りの値である場合に電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔとなるように設定されているとよい。中心寄りの値とは、例えば可変範囲の中心値であってもよいし、可変範囲の上限値と下限値との相乗平均であってもよい。

なお、定数を可変にする構成は任意であり、例えば可変キャパシタや可変インダクタの少なくとも一方を用いる構成であってもよいし、キャパシタとスイッチング素子との直列接続体を複数並列に設け、当該スイッチング素子のオンオフ制御を行うことで合成キャパシタンスを可変にする構成であってもよい。

○ インピーダンス変換器３０の定数は、上限値ｋｍａｘと下限値ｋｍｉｎとの相乗平均に対応させて設定されていたが、これに限られず、上限値ｋｍａｘと下限値ｋｍｉｎとの中央値に対応させて設定されていてもよい。要は、インピーダンス変換器３０の定数は、結合係数ｋが上限値ｋｍａｘと下限値ｋｍｉｎとの間の値のある結合係数ｋ_ｘの時に電源負荷インピーダンスＺｐが特定インピーダンスＺｔとなるように、ある結合係数ｋ_ｘである場合の送電器１３の入力インピーダンスＺｉｎに対応させて設定されていればよい。

○ インピーダンス変換器３０〜３２の具体的な回路構成は任意であり、π型、Ｔ型などを用いてもよい。また、インピーダンス変換部としてトランスを用いてもよい。
○ 第２実施形態においてインピーダンス変換器の数は３以上であってもよい。

○ インピーダンス変換器３０〜３２は、力率を改善させるように構成されてもよい。
○ 負荷２２の具体的な構成は任意であり、整流器や車両用バッテリ以外の所定の駆動部であってもよい。

○ 送電器１３の共振周波数と受電器２３の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 送電器１３と受電器２３とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。

○ １次側コンデンサ１３ｂは、送電器１３内に含まれていたが、これに限られず、送電器１３外にあってもよい。この場合、送電器１３には１次側コイル１３ａのみが含まれていてもよい。つまり、１次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとがユニット化されている必要はない。２次側コイル２３ａと２次側コンデンサ２３ｂとも同様である。

○ １次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとは直列に接続されていてもよいし、２次側コイル２３ａと２次側コンデンサ２３ｂとは直列に接続されていてもよい。
○ 各コンデンサ１３ｂ，２３ｂを省略してもよい。この場合、各コイル１３ａ，２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させるとよい。

○ 各実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 受電機器２１の搭載対象は任意である。例えば携帯電話、ロボット、又は電動車いす等に搭載されてもよい。

○ 送電器１３は、１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する１次側結合コイルとを有してもよい。同様に、受電器２３は、２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する２次側結合コイルとを有してもよい。

次に、上記各実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記結合係数が前記下限値と前記上限値との間の値である場合に、前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが予め定められた特定インピーダンスとなるように、前記結合係数が前記下限値と前記上限値との間の値である場合の前記１次側コイルの入力インピーダンスに対応させて設定されている請求項１に記載の送電機器。

（ロ）前記インピーダンス変換部は、インダクタ及びキャパシタを有するＬＣ回路である請求項１〜３及び（イ）のうちいずれか一項に記載の送電機器。
（ハ）交流電力を出力する交流電源と、前記交流電力が入力される１次側コイルと、を備え、２次側コイルを有する受電機器の当該２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器において、前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられ、前記１次側コイルの入力インピーダンスをインピーダンス変換する１又は複数のインピーダンス変換部を備え、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの相対位置が予め定められた許容範囲内で変動する場合における前記１次側コイルの入力インピーダンスの変動範囲の下限値及び上限値に基づいて設定されていることを特徴とする送電機器。

１０…非接触電力伝送装置、１１…送電機器、１２…交流電源、１３ａ…１次側コイル、１４…送電側コントローラ、２１…受電機器、２２…負荷、２３ａ…２次側コイル、３０〜３２…インピーダンス変換器、ｋ…結合係数、Ｓ…許容範囲、Ｚｔ…特定インピーダンス、Ｚｉｎ…送電器（１次側コイル）の入力インピーダンス、Ｚｓｔ…基準入力インピーダンス。

Claims (4)

1. 交流電力を出力する交流電源と、
   前記交流電力が入力される１次側コイルと、
   を備え、２次側コイルを有する受電機器の当該２次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電可能な送電機器において、
   前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられ、前記１次側コイルの入力インピーダンスをインピーダンス変換する１又は複数のインピーダンス変換部を備え、
   前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの相対位置が予め定められた許容範囲内で変動する場合における前記１次側コイルと前記２次側コイルとの結合係数の変動範囲の下限値及び上限値に基づいて設定されていることを特徴とする送電機器。
2. 前記インピーダンス変換部は１つであり、
   前記下限値をｋｍｉｎとし、前記上限値をｋｍａｘとし、前記結合係数が√（ｋｍｉｎ×ｋｍａｘ）となっている状況における前記１次側コイルの入力インピーダンスを基準入力インピーダンスとすると、
   前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルの入力インピーダンスが前記基準入力インピーダンスである場合に、前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが予め定められた特定インピーダンスとなるように設定されている請求項１に記載の送電機器。
3. 前記インピーダンス変換部は、複数設けられており、
   前記交流電源から出力された前記交流電力が、前記複数のインピーダンス変換部のうちいずれかを介して前記１次側コイルに入力されるように前記交流電力の伝送先を切り替える切替部を備え、
   前記インピーダンス変換部の数をｎとし、前記下限値をｋ_０とし、前記上限値をｋ_ｎとし、第ｐ結合係数（但し、ｐ＝１，２，…，ｎ）を√（ｋ_ｐ×ｋ_ｐ−１）（但し、ｋ_ｐ＝√（ｋ_ｐ＋１×ｋ_ｐ−１））とし、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの前記結合係数が前記第ｐ結合係数である場合の前記１次側コイルの入力インピーダンスを第ｐ基準入力インピーダンスとすると、
   前記複数のインピーダンス変換部のうち第ｐインピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルの入力インピーダンスが前記第ｐ基準入力インピーダンスである場合に、前記第ｐインピーダンス変換部の入力インピーダンスが予め定められた特定インピーダンスとなるように設定されている請求項１に記載の送電機器。
4. 交流電力を出力する交流電源と、
   前記交流電力が入力される１次側コイルと、
   前記１次側コイルに入力される前記交流電力を受電可能な２次側コイルと、
   前記２次側コイルによって受電された交流電力が入力される負荷と、
   前記交流電源と前記１次側コイルとの間に設けられ、前記１次側コイルの入力インピーダンスをインピーダンス変換する１又は複数のインピーダンス変換部と、
   を備え、
   前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの相対位置が予め定められた許容範囲内で変動する場合における前記１次側コイルと前記２次側コイルとの結合係数の変動範囲の下限値及び上限値に基づいて設定されていることを特徴とする非接触電力伝送装置。