JP2019176592A

JP2019176592A - 無線給電装置及びそのインピーダンス調整方法

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Publication number: JP2019176592A
Application number: JP2018061236A
Authority: JP
Inventors: 満増田; Mitsuru Masuda
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: JP6858151B2

Abstract

【課題】電力伝送の状態に応じて、送電用ＬＣ回路及び／または受電用ＬＣ回路のインダクタンスを変化させることが可能な無線給電装置を提供する。【解決手段】無線給電装置は、送電用ＬＣ回路を有する送電用カプラと受電用ＬＣ回路を有する受電用カプラとを備え、前記送電用ＬＣ回路と前記受電用ＬＣ回路とが電界または磁界によって、前記送電用カプラから前記受電用カプラにワイヤレスで電力伝送する無線給電装置であって、送電用ＬＣ回路および受電用ＬＣ回路の少なくとも一方に電気的に接続される調整コイルと、前記調整コイルを含み、該調整コイルのインダクタンスを変更可能な可変インダクタンス部と、前記電力伝送の状態に応じて、前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更させるインピーダンス調整部と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電界結合（電界共鳴を含む）または磁界結合（磁界共鳴を含む）を利用してワイヤレス（無線、非接触）で電力伝送を行う無線給電装置に関するものである。

ワイヤレスでエネルギーを給電する技術が盛んに研究されている。無線給電の方式としては、主に電磁誘導方式、電磁界共鳴方式（電界共鳴、磁界共鳴の総称）、電界結合方式等がある。

例えば、電磁界共鳴方式は、交流電力を供給する電源部、ワイヤレスで電力伝送を行うカプラ部、及びカプラ部を介して受電した電力が供給される負荷を備えている。また、カプラ部は、電源部から給電された交流電力を受電側に送電する送電用カプラと、送電用カプラから送電された交流電力を受電する受電用カプラを備えている。

送電用カプラは、給電された交流電力の周波数で共振する送電用ＬＣ回路を備え、受電用カプラは、送電用ＬＣ回路から交流電力を受電する受電用ＬＣ回路を備えており、この送電用、受電用ＬＣ回路が電界共鳴または電界共鳴することによって、ＬＣ共振する周波数成分の交流電力をワイヤレスで伝送することができる。ここで、送受電用ＬＣ回路のキャパシタ（電極等）間の電界共鳴を用いるのが電界共鳴方式であり、インダクタ（コイル等）間の磁界共鳴を用いるのが磁界共鳴方式である。

電磁界共鳴方式の無線給電では、電源部、カプラ部及び負荷の各入出力インピーダンスの整合がとれていると、給電効率の高い電力送電が行われる。しかし、現状の電磁界共鳴方式の無線給電では、送電用カプラと受電用カプラの間のカプラ間距離によってカプラ部のインピーダンスが変わる。例えば、送電用カプラと受電用カプラの間のカプラ間距離が設計値からずれるため、インピーダンスの不整合が生じていた。また、負荷の変動によりインピーダンスの不整合が生じることもあった。例えば、負荷がバッテリである場合、充電が進むにつれて回路を電流が流れにくくなる。バッテリが空の状態では低インピーダンスで、満充電に近い状態では高インピーダンスになる。このように、現状ではインピーダンスの不整合が様々な原因でおきていた。

そこで、無線給電装置におけるインピーダンスの整合方法が様々提案されている。ＬＣ回路の共振条件は、周波数、インダクタンス及び容量によって決まる。そのため、例えば、ＬＣ回路の容量を変化させて、インピーダンス整合させる方法が提案されている。特許文献１では、送電側共振器の共振容量を可変コンデンサにより構成し、電力伝送に際して、送電側共振器と受電側共振器で構成される伝送共振系の共振周波数特性を、可変コンデンサの容量を変化させることにより調整して、共振周波数特性のピークを給電される電力の周波数に一致させるように制御する磁界共鳴方式の無線給電装置が提案されている。また、低い周波数帯で利用される電磁誘導方式の無線給電装置においては、スイッチング電源の位相を制御して整合をとる方法も提案されている。

特開２０１３−８５３５０号公報

しかし、特許文献１に記載の無線給電装置では、送電側共振器の共振用容量としてバリコンと呼ばれる可変コンデンサが用いられている。バリコンは、電極間を機械的に変化させるため、応答が遅いという問題がある。また、寿命が短く信頼性が悪いという問題もあった。また、ＭＨｚ以上の高周波数を利用する電磁界共鳴方式の無線給電では、短時間に位相を制御することは非常に難しい。

そこで、本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、電力伝送の状態に応じて、送電用ＬＣ回路及び／または受電用ＬＣ回路のインダクタンスを変化させることが可能な無線給電装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の無線給電装置の第１の態様は、送電用ＬＣ回路を有する送電用カプラと受電用ＬＣ回路を有する受電用カプラとを備え、前記送電用ＬＣ回路と前記受電用ＬＣ回路とが電界または磁界によって、前記送電用カプラから前記受電用カプラにワイヤレスで電力伝送する無線給電装置であって、送電用ＬＣ回路および受電用ＬＣ回路の少なくとも一方に電気的に接続される調整コイルと、前記調整コイルを含み、当該調整コイルのインダクタンスを変更可能な可変インダクタンス部と、前記電力伝送の状態に応じて、前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更させるインピーダンス調整部と、を有することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記可変インダクタンス部は、入力される直流電流に基づいて前記調整コイルのインダクタンスが変化するインダクタンス可変回路と、前記インダクタンス可変回路に直流電流を出力して当該インダクタンス可変回路を作動させる作動回路と、を備え、前記インピーダンス調整部は、前記インダクタンス可変回路へ出力する直流電流を制御することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記インダクタンス可変回路は、磁気飽和する磁性体によって形成された磁性体コアと、前記磁性体コアにメイン巻線を巻き回す様に形成された前記調整コイルと、前記磁性体コアに制御巻線を巻き回す様に形成された制御コイルと、を備え、直流電流を前記制御巻線から入力したときに、入力した直流電流に応じて前記磁性体コアの透磁率を変化させることを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記磁性体コアは、磁路が閉回路に形成されていることを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記磁性体コアは、第１の磁性体コア部および第２の磁性体コア部と、前記第１の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部の間に配置される第３の磁性体コア部と、前記第１の磁性体コア部、第３の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部をそれぞれ一方および他方から接続する第１磁性体コア接続部および第２磁性体コア接続部と、を有し、前記制御コイルは、前記第３の磁性体コア部に前記制御巻線を巻き回す様に形成され、前記調整コイルは、前記第１の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部にそれぞれ第１メイン巻き線および第２メイン巻き線を巻き回す様に形成されるとともに、前記第１メイン巻き線および前記第２メイン巻き線において励磁される磁場が互いに逆向きになるように形成された第１メインコイルおよび第２メインコイルを有し、前記第１磁性体コア接続部および前記第２磁性体コア接続部は、互いの間に、前記第１メインコイル、前記第２メインコイルおよび前記制御コイルが配置され、前記第１の磁性体コア部、前記第３の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部を接続していることを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記磁性体コアが環状のコアであることを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記磁性体コアが円柱状コアであることを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記作動回路は、交流の反射電力が伝送される伝送路に配される方向性結合器と、前記方向性結合器と前記インダクタンス可変回路の間に配される整流部と、を備え、前記方向性結合器は、前記反射電力を分岐して前記整流部に出力し、前記整流部は、前記方向性結合器から入力した前記反射電力を直流電流に整流して前記インダクタンス可変回路に出力することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記作動回路は、定電流源から直流電流を前記インダクタンス可変回路に出力することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記作動回路は、電源部から入力した交流電力を直流電力に整流して前記インダクタンス可変回路に出力することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記可変インダクタンス部は、巻線を巻き回す様に形成された前記調整コイルと、前記調整コイルに挿入される、磁気飽和する磁性体によって形成された円柱状の磁性体コアと、前記調整コイルと前記磁性体コアとの相対位置を変更させることより、前記調整コイルのインダクタンスを変化させる位置調整部と、を備えていることを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記送電用カプラによって送電される交流の送電電力の電圧を検出する第１電圧検出回路と、前記送電電力の電流を検出する第１電流検出回路と、前記受電用カプラによって受電された交流の受電電力の電圧を検出する第２電圧検出回路と、前記受電電力の電流を検出する第２電流検出回路と、を備え、前記インピーダンス調整部は、前記第１電圧検出回路、前記第１電流検出回路、前記第２電圧検出回路及び前記第２電流検出回路によって検出された前記送電電力の電圧及び電流並びに前記受電電力の電圧及び電流を入力し、入力した前記送電電力の電圧及び電流と前記受電電力の電圧及び電流との位相差に基づいて、前記インダクタンス可変回路へ出力する直流電流を制御することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記インピーダンス調整部は、前記第１電圧検出回路、前記第１電流検出回路、前記第２電圧検出回路及び前記第２電流検出回路によって検出された前記送電電力の電圧及び電流並びに前記受電電力の電圧及び電流を入力し、入力した前記送電電力の電圧及び電流と前記受電電力の電圧及び電流との位相差が所定の範囲内か否かを判定し、前記位相差が前記所定の範囲外のときに、前記作動回路から前記インダクタンス可変回路に出力される直流電流を変更することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記送電用カプラと前記受電用カプラの間のカプラ間距離を検出する位置センサを備え、前記インピーダンス調整部は、前記位置センサによって検出した前記距離を入力し、入力した前記距離に基づいて前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、前記送電用カプラおよび受電用カプラの少なくとも一方に接続されたケーブルの外導体を流れる電流を検出する検出部を備え、前記インピーダンス調整部は、前記検出部によって検出した前記外導体を流れる電流を入力し、入力した前記電流に基づいて前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更することを特徴とする。

本発明の無線給電装置の他の態様は、容量を変更可能な可変容量部を、さらに備え、前記インピーダンス調整部は、前記電力伝送の状態に応じて前記調整コイルのインダクタンスと前記可変容量部の容量を変更することを特徴とする。

本発明の無線給電装置のインピーダンス調整方法の態様は、送電用ＬＣ回路を有する送電用カプラと受電用ＬＣ回路を有する受電用カプラとを備え、前記送電用ＬＣ回路と前記受電用ＬＣ回路とが電界または磁界によって、前記送電用カプラから前記受電用カプラにワイヤレスで電力伝送する無線給電装置に用いられるインピーダンス調整方法であって、送電用ＬＣ回路および受電用ＬＣ回路の少なくとも一方に電気的に接続される調整コイルと、前記調整コイルを含んで、当該調整コイルのインダクタンスを変更可能な可変インダクタンス部と、を有して、前記電力伝送の状態に応じて、前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更することを特徴とする。

本発明によれば、電力伝送の状態に応じて、送電用ＬＣ回路及び／または受電用ＬＣ回路のインダクタンスを変化させることができる。例えば、電磁界共鳴方式の無線給電装置では、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数がずれた場合に、送電用ＬＣ回路及び／または受電用ＬＣ回路のインダクタンスを変化させることによって、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数を、短時間で略一致させることができる。その結果、本発明の無線給電装置を使用したとき、高い給電効率で電力伝送を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る電界共鳴方式による無線給電装置の一構成例を模式的に表した回路図である。従来技術の電界共鳴方式による無線給電装置９００の構成を模式的に表した回路図である。本発明の一実施形態に係る電界共鳴方式の無線給電装置の別の構成を模式的に表した回路図である。フェライトのＢ−Ｈ曲線を示す図である。基本的な構造のインダクタンス可変回路６０の斜視図である。環状のフェライトコアを利用したインダクタンス可変回路８０の斜視図である。インダクタンス可変回路７０を説明するための図であり、（ａ）はインダクタンス可変回路７０の斜視図であり、（ｂ）は、インダクタンス可変回路７０を回路記号で表した図であり、（ｃ）は、インダクタンス可変回路７０のフェライトコア７３の正面図である。インダクタンス可変回路７０のインダクタンス可変特性を示すグラフである。インダクタンス測定の回路図である。円柱状のフェライトコアを利用したインダクタンス可変回路９０である。その他の可変インダクタンス部の構成を示す図である。作動回路５０を説明するための回路図である。フィードバック制御を説明するためのブロック図である。フィードバック制御による共振周波数調整処理のフローチャートである。本発明の一実施形態に係る磁界共鳴方式の無線給電装置３００の構成の一例を模式的に表した回路図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態における無線給電装置について、図面を参照して詳細に説明する。尚、本実施の形態における記述は、本発明に係る無線給電装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における無線給電装置の細部構成等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

本発明に係る無線給電装置は、送電用ＬＣ回路を有する送電用カプラと受電用ＬＣ回路を有する受電用カプラとを備え、送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路とが電界結合（電界共鳴を含む）または磁界結合（磁界共鳴を含む）を利用して送電用カプラから受電用カプラにワイヤレスで電力伝送を行う無線給電装置である。まず、図２に示す従来技術の電界共鳴方式による無線給電装置９００を用いて、従来技術の無線給電装置の問題点を説明する。

無線給電装置９００は、所定の共振周波数の交流電力を供給する電源部１０、電界共鳴方式によってワイヤレスで電力伝送を行う電界共鳴型カプラ９３０、及び電界共鳴型カプラ９３０を介して受電した電力が供給される負荷２０を備えている。電界共鳴型カプラ９３０は、送電用カプラ９３１と受電用カプラ９３２を備え、送電用カプラ９３１が電源部１０に接続され、受電用カプラ９３２が負荷２０に接続されている。

電界共鳴型カプラ９３０の送電用カプラ９３１は、２つの送電用電極（第１電極９１１と第２電極９１２）と２つの共振コイル（第１共振コイル９１３と第２共振コイル９１４）とを備えており、第１電極９１１、第２電極９１２がキャパシタを形成している。第１共振コイル９１３、第２共振コイル９１４は、それぞれの一端が第１電極９１１、第２電極９１２の端部にそれぞれ接続されている。これらの二つの送電用電極９１１、９１２と２つの共振コイル９１３、９１４が共振回路（送電用ＬＣ回路）を形成している。また、送電用ＬＣ回路の共振周波数は、給電される交流電力の周波数と略一致するように設計されている。

同様に受電用カプラ９３２も、２つの受電用電極９２１、９２２（第３電極と第４電極）と２つの共振コイル（第３共振コイルと第４共振コイル）９２３、９２４を備えており、第３電極９２１、第４電極９２２はキャパシタを形成している。そして、第３共振コイル９２３、第４共振コイル９２４のそれぞれの一端が第３電極９２１、第４電極９２２の端部にそれぞれ接続されて共振回路（受電用ＬＣ回路）を形成している。受電用ＬＣ回路の共振周波数は、受電する交流電力の周波数と略一致するように設計されている。すなわち、受電用ＬＣ回路の共振周波数は、上記した送電用ＬＣ回路の共振周波数と略一致するように設計されている。

電界共鳴型カプラ９３０は、送電用電極９１１、９１２と、受電用電極９２１、９２２とを対向配置することによって、送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路との間で電界共鳴させる。すなわち、送電用電極９１１と９１２、受電用電極９２１と９２２とをそれぞれ所定の間隔Ｄを設けて対向配置させ、送電用ＬＣ回路に所定周波数の交流電力を供給すると、送電用電極９１１、９１２と受電用電極９２１、９２２との間で電界共鳴が生じて、送電用カプラ９３１から受電用カプラ９３２に電力が供給されるように設計されている。

しかし、例えば、電気自動車等の車両の無線給電に無線給電装置９００を利用する場合、車両の停車位置によって、送電用カプラ９３１を有する送電装置と受電用カプラ９３２を有する車両との間が変化する。そのため、送電用カプラ９３１と受電用カプラ９３２の間の距離Ｄ（カプラ間距離）が使用設計時のカプラ間距離からずれる場合がある。電界共鳴方式の無線給電装置では、カプラ間距離Ｄが変わると電界共鳴型カプラ９３０の容量も変化する。

ここで、ＬＣ回路の共振周波数ｆは、式（１）で表される。ＬはＬＣ回路のインダクタンスであり、ＣはＬＣ回路の容量である。
ｆ＝１／｛２π（Ｌ・Ｃ）^1/2｝・・・・・（１）
従って、カプラ間距離Ｄが使用設計時のカプラ間距離からずれると電界共鳴型カプラ９３０の容量が変化し、ＬＣ回路の共振周波数も変化する。その結果、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とがずれてしまい、従来技術の無線給電装置９００では、給電効率が低くなってしまうという課題があった。

上記課題は、従来技術の電界共鳴方式による無線給電装置９００だけの課題ではなく、従来技術の磁界共鳴方式による無線給電装置においても、同様の課題があった。従来技術の磁界共鳴方式による無線給電装置は、電界共鳴型カプラ９３０の代わりに、磁界共鳴型カプラが備えた点が電界共鳴方式の無線給電装置９００と異なるが、カプラ間距離Ｄが変化すると送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数がずれることは同じである。なお、ずれる要因は、電界共鳴方式の無線給電装置では、電界共鳴型カプラの容量が変わるためであるが、磁界共鳴方式の無線給電装置では、磁界共鳴型カプラのインダクタンスが変わるためである。

そこで、上記課題を解決するため、本発明に係る無線給電装置は、送電用ＬＣ回路および受電用ＬＣ回路の少なくとも一方に電気的に接続される調整コイルと、該調整コイルを含み、該調整コイルのインダクタンスを変更可能な可変インダクタンス部を備える。さらに、電力伝送に応じて、可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更させるインピーダンス調整部を備える。例えば、電界共鳴方式による無線給電装置では、インピーダンス調整部は、可変インダクタンス部の調整コイルのインダクタンスを変更させることによって、調整コイルに接続したＬＣ回路の共振周波数を調整して、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とを、短時間で略一致させることができる。

まず、図１を用いて、本発明の一実施形態に係る電界共鳴方式による無線給電装置を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電界共鳴方式による無線給電装置の一構成例を模式的に表した回路図である。

本実施形態の無線給電装置１００は、所定の共振周波数の交流電力を供給する電源部１０、可変インダクタンス部１５０、電界共鳴方式によってワイヤレスで電力伝送を行う電界共鳴型カプラ３０、電界共鳴型カプラ３０を介して受電した電力が供給される負荷２０、及びインピーダンス調整部１３０を備えている。電界共鳴型カプラ３０は、送電用カプラ３１と受電用カプラ３２を備え、送電用カプラ３１は電源部１０接続された可変インダクタンス部１５０に接続され、受電用カプラ３２は負荷２０に接続されている。可変インダクタンス部１５０は、調整コイル１４０を備え、調整コイル１４０のインダクタンスを変更する。

電界共鳴型カプラ３０の送電用カプラ３１は、２つの送電用電極（第１電極１１１と第２電極１１２）、２つの共振コイル（第１共振コイル１１３と第２共振コイル１１４）を備えている。送電用電極１１１、１１２は、一例として矩形状の平板電極としているが、これに限定されるものではない。第１電極１１１の第２電極１１２に近接する側の長辺とこれに対向する第２電極１１２の長辺とを所定の間隔を設けて略平行に配置することで、第１電極１１１、第２電極１１２はキャパシタを形成している。第１共振コイル１１３、第２共振コイル１１４は、それぞれの一端が第１電極１１１、第１電極１１２の端部にそれぞれ接続されている。

可変インダクタンス部１５０は、調整コイル１４０が送電用カプラ３１に直列接続するように配置されている。例えば、図１３では、調整コイルが調整コイル７１である。なお、図１、図１３では、調整コイル１４０が共振コイル１１３に直列に接続されているが、調整コイル１４０が共振コイル１１３に並列に接続される構成でもよい。

二つの送電用電極１１１、１１２と二つの共振コイル１１３、１１４と調整コイル１４０とによって共振回路（送電用ＬＣ回路）を形成している。送電用ＬＣ回路の共振周波数は、可変インダクタンス部１５０が作動していない初期状態のときの調整コイル１４０のインダクタンスを用いて、給電される交流電力の周波数と略一致するように設計されている。

受電用カプラ３２は、２つの受電用電極１２１、１２２（第３電極と第４電極）と２つの共振コイル（第３共振コイルと第４共振コイル）１２３、１２４を備えており、第３電極１２１と第４電極１２２の対向する２つの長辺を所定の間隔を設けて略平行に配置することで、第３電極１２１、第４電極１２２はキャパシタを形成している。そして、第３共振コイル１２３、第４共振コイル１２４のそれぞれの一端が第３電極１２１、第４電極１２２の端部にそれぞれ接続されて共振回路（受電用ＬＣ回路）を形成している。受電用ＬＣ回路の共振周波数は、受電する交流電力の周波数と略一致するように設計されている。すなわち、受電用ＬＣ回路の共振周波数は、上記した送電用ＬＣ回路の共振周波数と略一致するように設計されている。

電界共鳴型カプラ３０は、送電用電極１１１、１１２と、受電用電極１２１、１２２とを対向配置することによって、送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路との間で電界共鳴させる。すなわち、送電用電極１１１と１１２、受電用電極１２１と１２２とをそれぞれ所定の間隔Ｄを設けて対向配置させ、送電用ＬＣ回路に所定周波数の交流電力を供給すると、送電用電極１１１、１１２と受電用電極１２１、１２２との間で電界共鳴が生じて、送電用カプラ３１から受電用カプラ３２に電力が供給されるように設計されている。

インピーダンス調整部１３０は、可変インダクタンス部１５０の調整コイル１４０のインダクタンスを変更することによって、可変インダクタンス部１５０を備えた送電用ＬＣ回路の共振周波数を調整して、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とを略一致させる。例えば、カプラ間距離Ｄが使用設計上のカプラ間距離から変化すると、電界共鳴型カプラ３０の容量が変化する。式（１）に示したように、ＬＣ回路の共振周波数ｆは、インダクタンスＬと容量Ｃによって決まる。そのため、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とがずれる。このように共振周波数のずれが起きたときに、インピーダンス調整部１３０は、可変インダクタンス部１５０の調整コイル１４０のインダクタンスを変化させることによって、送電用ＬＣ回路の共振周波数を調整して、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数を略一致させる。これにより、本実施形態の無線給電装置１００は、高い給電効率で送電用カプラ３１から受電用カプラ３２に電力伝送することができる。

本実施形態の無線給電装置１００は、送電用ＬＣ回路および受電用ＬＣ回路の少なくとも一方に電気的に接続される調整コイルを備えた可変インダクタンス部１５０を送電用ＬＣ回路に備えた構成の無線給電装置であって、従来技術の送電用カプラ９３１（図２）に可変インダクタンス部１５０を接続して送電用ＬＣ回路を形成した構成であるが、この構成に限定されることはない。図３は、本実施形態の電界共鳴方式による無線給電装置の別の構成を模式的に表した回路図である。例えば、図３（ａ）に示すように、送電用電極１１１に接続する第１共振コイル１１３の替わりに可変インダクタンス部１５０を配置して送電用ＬＣ回路を形成する構成の無線給電装置でも良い。また、可変インダクタンス部１５０を受電用ＬＣ回路に備えた構成の無線給電装置でも良い。例えば、図３（ｂ）に示すように、従来技術の受電用ＬＣ回路に可変インダクタンス部１５０を追加して受電用ＬＣ回路を形成する構成の無線給電装置でも良い。

また、可変インダクタンス部１５０を送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路の両方に備えた構成の無線給電装置でも良い。例えば、図３（ｃ）に示すように、従来技術の送電用ＬＣ回路に可変インダクタンス部１５０を追加して送電用ＬＣ回路を形成し、従来技術の受電用ＬＣ回路に可変インダクタンス部１５０を追加して受電用ＬＣ回路を形成する構成の無線給電装置でも良い。また、図１及び図３に示した例では、送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路には、可変インダクタンス部１５０を１つしか設けていないが、これに限定せず複数設けた構成の無線給電装置であっても良い。また、送電用ＬＣ回路に配置される可変インダクタンス部１５０と受電用ＬＣ回路に配置される可変インダクタンス部１５０は、個数、位置がアンバランスな状態で配置されていても良い。

（可変インダクタンス部）
次に、可変インダクタンス部について説明する。本実施形態の無線給電装置に備える可変インダクタンス部は、調整コイルのインダクタンスを変更可能な回路、機構等であれば、どのような構成であっても良い。以下に、本実施形態の無線給電装置において、好ましい可変インダクタンス部の構成例を説明する。

可変インダクタンス部は、入力する直流電流に基づいて調整コイルのインダクタンスが変化するインダクタンス可変回路と、インダクタンス可変回路に直流電流を出力して当該インダクタンス可変回路を作動させる作動回路を備えていることが好ましい。

可変インダクタンス部に備えるインダクタンス可変回路の例を挙げて説明する。
まず、磁性体の磁気特性を利用したインダクタンス可変回路について説明する。以下、本明細書では、磁性体としてフェライトを例に挙げて説明するが、磁気飽和の状態になる磁性体であれば、いかなる磁性体であっても良い。例えば、鉄、ニッケル等でも良い。

単純なフェライトにある一定時間以上電流を流し続けると磁束が飽和して、見かけ上の透磁率μ（以下、単に「透磁率」と呼ぶ）が非常に小さくなるという現象がある。
図４は、フェライトのＢ−Ｈ曲線を示す図である。図４からわかるように、フェライトを磁界の中に置き、磁界Ｈを変化させていくと磁束密度Ｂも変化する。そして、磁気飽和の状態になると、磁界Ｈを大きくしても磁束密度Ｂが略変化しなくなる。
ここで、透磁率μは式（２）で表される。Ｂは磁束密度、Ｈは磁界である。
μ＝Ｂ／Ｈ・・・・・（２）
従って、式（２）より、磁界Ｈが変化すると透磁率μは変化し、磁気飽和の状態で磁界Ｈを大きくしていくと透磁率μが小さくなっていく。

磁性体の磁気特性を利用したインダクタンス可変回路は、磁性体コアの透磁率μを変化させることにより、当該磁性体コアに巻かれた調整コイルのインダクタンスを変化させる回路である。図５は、磁性体の磁気特性を利用した基本的な構造のインダクタンス可変回路６０の斜視図である。

インダクタンス可変回路６０は、環状コアの一部が切断された構造のフェライトコア６３と、フェライトコア６３にメイン巻線６６を巻き回すように形成された調整コイル６１と、フェライトコア６３に制御巻線６７を巻き回すように形成された制御コイル６２を備えている。

制御コイル６２は、磁性体の磁気飽和特性を利用して、フェライトコア６３の透磁率μを変化させるためのコイルである。例えば、直流電圧を印加する補助電源に制御巻線６７の端部６６ａ，６６ｂに接続して、インピーダンス調整部１３０によって制御コイル６２に流す直流電流を変化させると、フェライトコア６３の透磁率μは変化する。

調整コイル６１は、フェライトコア６３の透磁率μの変化によって、自身のインダクタンスＬが変化するコイルで、メイン巻線６６の端部６６ａ，６６ｂを送電用ＬＣ回路および／または受電用ＬＣ回路に電気的に接続して使用する。例えば、図１に示す無線給電装置１００では、メイン巻線６６の端部６６ａを電源部１０に、端部６６ｂを受電用カプラ３２（第１共振コイル１１３）に接続する。
ここで、調整コイル６１のインダクタンスＬは、式（３）で表される。
Ｌ＝（μ・Ｓ・Ｎ²）／ｌ・・・・・（３）
μ：コアの透磁率
Ｓ：コアの断面積
Ｎ：メイン巻線の巻き数
ｌ：磁路長
式（３）から、フェライトコア６３の透磁率μを変化させると、調整コイル６１のインダクタンスＬが変化する。

従って、インダクタンス可変回路６０は、制御コイル６２に流れる直流電流を変化させることによってフェライトコア６３の透磁率μを変化させ、さらにフェライトコア６３の透磁率μを変化さることによって調整コイル６１のインダクタンスＬを変化させることができる回路である。すなわち、制御コイル６２に流れる直流電流を変化させることによって、調整コイル６１のインダクタンスＬを変化させることができる回路である。

フェライトコア６３は、図５に示すように、磁束の通路（磁路）が開回路に形成されている開磁路構造であるが、磁路が閉回路に形成されている閉磁路構造のフェライトコアの方が好ましい。これは、閉磁路構造のフェライトコアは、磁気飽和の状態にして透磁率μを略１まで変化させることができるためである。例えば、環状のフェライトコアである。図６は、環状のフェライトコアを利用したインダクタンス可変回路８０の斜視図である。インダクタンス可変回路８０は、環状のフェライトコア８３と、フェライトコア８３にメイン巻線を巻き回すように形成された調整コイル８１と、フェライトコア８３に制御巻線を巻き回すように形成された制御コイル８２を備えている。インダクタンス可変回路８０は、制御コイルに流す制御電流を変化させることよって、フェライトコア８３の透磁率μを変化させ、調整コイルのインダクタンスＬを調整する。このとき、磁気飽和の状態の透磁率μは略１まで変化可能である。すなわち、フェライトコア８３の透磁率μの可変幅を、１０００〜１００００のオーダーから略１まで広く変化させることができるため、調整コイル８１のインダクタンスＬの可変幅も広くなる。

次に、インダクタンス可変回路８０よりも好ましいインダクタンス可変回路について説明する。インダクタンス可変回路８０は、図６に示すように、調整コイル８1と制御コイル８２がトランス結合する構成である。そのため、単純に送電用ＬＣ回路および／または受電用ＬＣ回路に配置すると、トランス結合により制御コイル８２に流した直流電流によって発生する磁界が、調整コイル８１に影響を及ぼしてしまう恐れがある。そこで、本発明者は、調整コイルと制御コイルの巻線の巻き回し方とフェライトコアの形状を工夫することによって、制御コイルに直流電流を流しても、調整コイルへの影響が少ない構成にしたインダクタンス可変回路７０を新たに考案した。

インダクタンス可変回路７０について説明する。図７は、インダクタンス可変回路７０を説明するための図であり、（ａ）はインダクタンス可変回路７０の斜視図であり、（ｂ）はインダクタンス可変回路７０を回路記号で表した図であり、（ｃ）はインダクタンス可変回路７０のフェライトコア７３の正面図である。

インダクタンス可変回路７０は、閉磁路構造のフェライトコア７３と、閉磁路構造のフェライトコア７３にメイン巻線７６を巻き回すように形成された調整コイル７１と、フェライトコア７３に制御巻線７７を巻き回すように形成された制御コイル７２を備えている。フェライトコア７３は、同じ材料のＥ型コアと平板とを一体化させた形状であって、正面及び裏面が「日」の字を横にした形状で、かつ、上面及び下面並びに左右の側面が矩形のコアである。ここで、フェライトコア７３を正面からみて、上板部と下板部とを接続する３つの縦板部を、一方の側面側から順に第１縦板部７３ａ、第２縦板部７３ｂ、第３縦板部７３ｃとする。

メイン巻線７６は、第１メイン巻線７６ａと第２メイン巻線７６ｂを備え、調整コイル７１は、第１メインコイル７１ａと第２メインコイル７１ｂを備えて、第１メインコイル７１ａと第２メインコイル７１ｂが並列接続して形成されている。第１メインコイル７１ａは、ファライトコア７３の第１縦板部７３ａに第１メイン巻線７６ａを巻き回すように形成されたコイルであり、第２メインコイル７１ｂは、ファライトコア７３の第３縦板部７３ｃに第２メイン巻線７６ｂを巻き回すように形成されたコイルである。さらに、第１メインコイル７１ａおよび第２メインコイル７１ｂは、第１メイン巻き線７６ａおよび第２メイン巻線７６ｂの巻き回し方向が互いに逆方向になるように形成されて並列接続されている。制御コイル７２は、ファライトコア７３の第２縦板部７３ｂに制御巻線７７を巻き回すように形成されたコイルである。

インダクタンス可変回路７０では、例えば、補助電源にメイン巻線７６の端部７５ａ、７５ｂを接続して調整コイル７１（第１メインコイル７１ａ、第２メインコイル７１ｂ）に直流電圧を印加すると、第１メイン巻線７１ａには実線矢印８１ａの方向に電流が流れ、第２メイン巻線７１ｂには実線矢印８１ｂの方向に電流が流れる。このとき、第１メイン巻線７６ａに流れる電流によってできる磁界は、フェライトコア７３の中の閉磁路を点線矢印８２ａで示す方向に流れる。また、第２メイン巻線７６ｂに流れる電流によってできる磁界は、フェライトコア７３の中の閉磁路を点線矢印８２ｂで示す方向に流れる。その結果、第２縦板部７３ｂにおける磁路では、第１メイン巻線７６ａに流れる電流によってできた磁界と第２メイン巻線７６ｂに流れる電流によってできた磁界とが、互いに打ち消し合う。

そこで、本実施形態のインダクタンス可変回路７０では、磁界が互いに打ち消し合う磁路（ファライトコア７３の第２縦板部７３ｂ）に、制御巻線７７を巻き回すようにして制御コイル７２を形成して、調整コイル７１と制御コイル７２がトランス結合しないような構成にした。そのため、制御コイル７２に直流電流を流しても調整コイル７１（７１ａ、７１ｂ）の影響を低減できる。

上述の実施形態では、第１メイン巻線７６ａに流れる電流によってできた磁界と第２メイン巻線７６ｂに流れる電流によってできた磁界とが互いに打ち消し合う様に、第１メイン巻き線７６ａおよび第２メイン巻線７６ｂの巻き回し方向が互いに逆方向になるように形成されて並列接続されているが、この他、第１メイン巻き線７６ａおよび第２メイン巻線７６ｂによって励磁される磁場が互いに逆向きになるように形成するようにすればよく、例えば、第１メイン巻き線７６ａおよび第２メイン巻線７６ｂを直列に接続する場合には、第１メイン巻き線７６ａの一方の端（図１５中７５ａに接続される端）と、第２メイン巻き線７６ｂの他方の端（図１５中７５ｂに接続される端）とを接続することで、第１メイン巻線７６ａに流れる電流によってできた磁界と第２メイン巻線７６ｂに流れる電流によってできた磁界とを上述の実施形態と同様に互いに打ち消し合う様に構成することができる。この他、第１メイン巻き線７６ａおよび第２メイン巻線７６ｂの巻き回し方向が同じ方向になるように形成した場合には、第１メイン巻き線７６ａの一方の端（図１５中７５ａに接続される端）と、第２メイン巻き線７６ｂの他方の端（図１５中７５ｂに接続される端）とを並列に接続しても良いし、第１メイン巻き線７６ａおよび第２メイン巻き線７６ｂの一方の端同士を直列に接続するようにしてもよい。

図８は、インダクタンス可変回路７０のインダクタンス可変特性を示すグラフである。グラフは、横軸が制御コイル７２の制御電流Ｉであり、縦軸が調整コイル７１のインダクタンスＬである。また、図９は、インダクタンス測定の回路図である。図７および図９に示すように、インダクタンス可変回路７０の制御コイル７２の制御電流を変えながら、インダクタンス可変回路７０の調整コイル７１のインダクタンスをＬＣＲメータで測定した。式（３）からわかるように、インダクタンスＬは、透磁率μ、コアの断面積Ｓ，調整コイルの巻線の巻き数Ｎ、磁路長ｌによって変わる値である。そのため、これらのパラメータの違いによって、インダクタンス可変特性は異なる。実際に利用する場合には、利用するインダクタンス可変回路７０のインダクタンス可変特性を予め測定して、測定したインダクタンス可変特性に基づいて、制御コイル７２の制御電流を制御することで、調整コイル７１のインダクタンスＬを所望の値に調整することができる。

磁性体の磁気特性を利用したインダクタンス可変回路の他の構造として、例えば、単純構造の円柱状のフェライトコアを利用しても良い。図１０は、円柱状のフェライトコアを用いたインダクタンス可変回路９０である。インダクタンス可変回路９０は、円柱状のフェライトコア９３と、フェライトコア９３にメイン巻線を巻き回すように形成された調整コイル９１と、フェライトコア９３に制御巻線を巻き回すように形成された制御コイル９２を備えている。インダクタンス可変回路９０も、制御コイル９２に流す制御電流を変化させることよって開磁路構造のフェライトコアの透磁率μを変化させ、調整コイル９１のインダクタンスＬを調整することができる。

次に、インダクタンス可変回路に直流電流を出力して、当該インダクタンス可変回路を作動させる作動回路について説明する。作動回路は、直流電流が出力できればどのような回路でも良いが、反射電力を利用する作動回路が好ましい。なお、反射電力は、送電用カプラ３１から受電用カプラ３２に送電されずに反射された反射波として伝送される電力である。図１２を用いて、反射電力を利用する作動回路を説明する。図１２は、作動回路５０を説明するための回路図である。ここでは、インダクタンス可変回路として、インダクタンス可変回路７０を挙げて説明する。図１２に示すように、作動回路５０は、方向性結合器５１と整流部５２を備えている。方向性結合器５１は、送電用カプラ３１から受電用カプラ３２に送電されずに反射された反射波が反射電力として伝送される伝送路に配置されて、反射電力を分岐して整流部５２に出力する。方向性結合器５１としてサーキュレータを用いても良い。整流部５２は、方向性結合器５１とインダクタンス可変回路７０の間に配置されてそれぞれに接続されている。整流部５２では、方向性結合器５１から入力した交流の反射電力を整流及び平滑化して直流電力にした後、接続されるインダクタンス可変回路７０の制御コイル７２に直流電流（制御電流）を出力する。これにより、インダクタンス可変回路７０は、制御コイル７２に入力された直流電流に基づいて調整コイル７１のインダクタンスを変更することができる。尚、反射された反射電力に応じて直流電力を出力するように直流電源を設けるようにしてもよい。

作動回路は、作動回路５０の他にも、図９に示したような、定電流源からインダクタンス可変回路に直流電流を出力する回路であってもよい。また、電源部１０から入力した交流電力を整流及び平滑化して直流電力にした後、インダクタンス可変回路に直流電流を出力する回路であっても良い。

これまで説明した可変インダクタンス部は、制御コイル（６２、７２、８２，９２）を備えた構成の可変インダクタンス部であったが、そのほかの構成であっても良い。例えば、図１１に示すような、巻線を巻き回すように形成された調整コイル９６と、調整コイル９６に挿入される円柱状のフェライトコア９７と、調整コイル９６とフェライトコア９７との相対位置を変更することより調整コイル９６のインダクタンスを変化させる位置調整部（図示せず）を備えた可変インダクタンス部９５であっても良い。可変インダクタンス部９５は、フェライトコア９７と調整コイル９６との相対位置を変えることで（例えば、フェライトコア９７をスライドさせて相対位置を変える）調整コイル９６のインダクタンスＬを調整する。

（インピーダンス調整部）
次に、本実施形態の無線給電装置に備えたインピーダンス調整部について説明する。インピーダンス調整部は、電力伝送の状態に応じて、可変インダクタンス部の調整コイルのインダクタンスを変更する。すなわち、本実施形態の無線給電装置１００のインピーダンス調整部１３０は、可変インダクタンス部の調整コイルのインダクタンスを変更することにより（例えば、上述した作動回路５０からインダクタンス可変回路７０に出力される直流電流を制御することで調整コイルのインダクタンスを変更することにより）、調整コイルに接続した送電用ＬＣ回路及び／または受電用ＬＣ回路の共振周波数を調整して、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とを略一致させる。以下に、インピーダンス調整部で行なう共振周波数調整処理の好ましい処理について説明する。

まず、フィードバック制御による共振周波数調整処理を説明する。図１３は、フィードバック制御を説明するためのブロック図である。また、図１４は、フィードバック制御による共振周波数調整処理のフローチャートである。図１３に示すように、本実施形態の無線給電装置１００に、送電用カプラ３１によって送電される交流の送電電力の電圧を検出する第１電圧検出回路２１１と、送電電力の電流を検出する第１電流検出回路２１２と、受電用カプラ３２によって受電された交流の受電電力の電圧を検出する第２電圧検出回路２１３と、受電電力の電流を検出する第２電流検出回路２１４とを備えて、送電電力の電圧及び電流並びに受電電力の電圧及び電流を検出できる構成にする。そして、インピーダンス調整部１３０は、検出した送電電力の電圧及び電流と受電電力の電圧及び電流との位相差に基づいて、インダクタンス可変回路７０に出力する制御電流（直流電流）を制御する。例えば、図１４に示すフィードバック制御方法による共振周波数調整処理を行うことによって、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とを略一致させる。

フィードバック制御による共振周波数調整処理は、まず、直流電流源２１５からインダクタンス可変回路７０に出力する制御電流の値を初期値であるＩ０にして直流電流源２１５から出力させる（Ｓ１０１）。尚、Ｉ０＝０として電流を出力しないとしてもよい。ここで、直流電流源２１５は、例えば、作動回路５０によって直流電流が出力される反射電力としてもよい。次に、交流電源から電力を出力させる（Ｓ１０２）。次に、第１電圧検出回路２１１、第１電流検出回路２１２、第２電圧検出回路２１３及び第２電流検出回路２１４によって検出した送電電力の電圧及び電流と受電電力の電圧及び電流を入力する。そして、送電電力の電圧と受電電力の電圧、及び送電電力の電流と受電電力の電流から、交流電源から出力される進行波と電源にむかって流れる反射波との位相差を求める（Ｓ１０３）。次に、求めた位相差が所定の範囲内（例えば、±５度以下）であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。位相差が所定の範囲内である場合（Ｙｅｓ）は、処理を終了する。また、位相差が所定の範囲内でない場合（Ｎｏ）は、直流電流源２１５からインダクタンス可変回路７０に出力する制御電流Ｉの値を所定の値ΔＩ（例えば、ΔIを１Ａとする）だけ増やして（Ｉ＝Ｉ＋ΔＩ）、直流電流源２１５から出力させる（Ｓ１０５）。その後、ステップＳ１０３に戻り、所定の周期で、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を、位相差が所定の範囲内になるまで繰り返す。この処理により、調整コイル７１のインダクタンスが順次変更されて、最後には送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とが略一致する。

共振周波数調整処理としては、フィードバック制御による上記処理の他にも、位置センサを利用する調整処理もある。例えば、本実施形態の無線給電装置１００に位置センサを備えて、位置センサによってカプラ間距離Ｄを検出する。インピーダンス調整部１３０は、位置センサによって検出したカプラ間距離Ｄを入力し、入力したカプラ間距離Ｄに基づいて可変インダクタンス部１５０の調整コイル１４０のインダクタンスを変更する。これにより、可変インダクタンス部１５０を備えた送電用ＬＣ回路及び受電用ＬＣ回路のいずれか一方または両方の共振周波数が変更され、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とが略一致する。

また、送電用カプラまたは受電用カプラに接続されたケーブルの外導体を流れるコモンモード電流を利用する調整処理もある。例えば、本実施形態の無線給電装置１００にコモンモード電流を検出する検出部を備えて、検出部によってコモンモード電流を検出する。インピーダンス調整部１３０は、検出部によって検出したコモンモード電流を入力し、入力した前記コモンモード電流に基づいて可変インダクタンス部１５０の調整コイル１４０のインダクタンスを変更する。これにより、可変インダクタンス部１５０を備えた送電用ＬＣ回路及び受電用ＬＣ回路のいずれか一方または両方の共振周波数が変更され、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とが略一致する。

以上説明したように、本実施形態の無線給電装置は、インピーダンス不整合の状態のときに、例えば、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数がずれた場合に、送電用ＬＣ回路及び／または受電用ＬＣ回路のインダクタンスを変化させることによって、送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路の共振周波数を、容易に略一致させることができる。その結果、本実施形態の無線給電装置を使用したとき、高い給電効率で電力伝送を行うことができる。また、ＩＳＭ周波数帯の高周波では比帯域が狭いため、高周波における共振周波数の調整は、精度良く細かく共振周波数を調整する必要がある。そのため、調整パラメータの可変幅は大きい方が良い。本実施形態の無線給電装置では、誘電率εに比較して可変幅の大きい透磁率μを利用している。従って、インダクタンスを用いて共振周波数を調整する方が、容量Ｃを用いて共振周波数を調整するよりも、精度良く細かく調整することができる。

上述した本実施形態の無線給電装置は、調整コイルのインダクタンスを変更して送電用ＬＣ回路及び／または受電用ＬＣ回路のインダクタンスを変更する構成であるが、容量を変更可能な可変容量部をさらに備える構成にして、インピーダンス調整部が電力伝送の状態に応じて調整コイルのインダクタンスと可変容量部の容量を変更するようにしても良い。

次に、本発明の一実施形態に係る磁界共鳴方式の無線給電装置を説明する。これまでは、電界共鳴方式の無線給電装置を説明したが、磁界共鳴方式の無線給電装置についても、電界共鳴方式の無線給電装置と同様である。図１５は、本発明の一実施形態に係る磁界共鳴方式の無線給電装置３００の一構成例を模式的に表した回路図である。本実施形態の無線給電装置３００は、所定の共振周波数の交流電力を供給する電源部１０、可変インダクタンス部１５０、磁界共鳴方式によってワイヤレスで電力伝送を行う磁界共鳴型カプラ３３０、磁界共鳴型カプラ３３０を介して受電した電力が供給される負荷２０、及びインピーダンス調整部１３０を備えている。磁界共鳴型カプラ３３０は、送電用カプラ３３１と受電用カプラ３３２を備え、送電用カプラ３３１が電源部１０に接続され、受電用カプラ３３２が負荷２０に接続されている。可変インダクタンス部１５０は、電界共鳴方式の無線給電装置で説明したものと同様のものあり、調整コイル１４０を備え、調整コイル１４０のインダクタンスを変更することができる。

送電用カプラ３３１は、第１共振コイル３４１、第１コンデンサ３４２及び可変インダクタンス部１５０を備えている。また、共振コイル３４１、第１コンデンサ３４２及び調整コイル１４０は直列接続されて共振回路（送電用ＬＣ回路）を形成している。受電用カプラ３３２は、第２共振コイル３５１と第２コンデンサ３５２を備え、これら第２共振コイル３５１及び第２コンデンサ３５２が接続されて共振回路（受電用ＬＣ回路）を形成している。なお、送電用ＬＣ回路の共振周波数は、可変インダクタンス部１５０が作動していない初期状態のときの調整コイル１４０のインダクタンスをもとに、給電される交流電力の周波数と略一致するように設計されている。また、受電用ＬＣ回路の共振周波数は、受電する交流電力の周波数と略一致するように設計されている。すなわち、受電用ＬＣ回路の共振周波数は、上記した送電用ＬＣ回路の共振周波数と略一致するように設計されている。そして、磁界共鳴型カプラ３３０は、送電用カプラ３３１と受電用カプラ３３２を所定の間隔で対向配置させ、送電用ＬＣ回路に所定周波数の交流電力を供給すると、送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路との間で磁界共鳴が生じて、送電用カプラ３３１から受電用カプラ３３２に電力が供給されるように設計されている。

インピーダンス調整部１３０は、電界共鳴方式の無線給電装置で説明したもの同じ機能で、調整コイル１４０のインダクタンスを変更することによって、送電用ＬＣ回路の共振周波数を調整して、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とを略一致させる。例えば、カプラ間距離Ｄが使用設計上のカプラ間距離Ｄ０から変化すると、磁界共鳴型カプラ３００のインダクタンスが変化する。式（１）に示したように、ＬＣ回路の共振周波数ｆは、インダクタンスＬと容量Ｃによって決まるため、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とがずれてしまう。そこで、インピーダンス調整部１３０は、送電用ＬＣ回路の共振周波数と受電用ＬＣ回路の共振周波数とが略一致するように、可変インダクタンス部１５０の調整コイル１４０のインダクタンスを変化させて、送電用ＬＣ回路の共振周波数を調整する。これにより、本実施形態の無線給電装置３００は、高い給電効率で送電用カプラ３３１から受電用カプラ３３２に電力伝送することができる。

本実施形態の無線給電装置３００に備えた可変インダクタンス部１５０は、電界共鳴方式の無線給電装置と同様に、送電用ＬＣ回路と受電用ＬＣ回路のいずれか一方または両方に備えられていればよい。
以上のことから、本実施形態の磁界共鳴方式による無線給電装置についても、本実施形態の電界共鳴方式による無線給電装置と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明に記載のインピーダンス調整部、可変インダクタンス部（インダクタンス可変回路および作業回路）および調整コイル等は、電界共鳴または磁界共鳴での電力伝送だけでなく、電力の伝送状態に応じてインダクタンスの変更を要する他の電気回路に適用するようにしてもよい。たとえば、電界共鳴や磁界共鳴でない電界結合や磁界結合を利用した無線給電装置において、給電状態に応じて送電側および受電側の少なくとも一方のインダクタンスを変更する場合においても本発明を適用する事ができる。

３０電界共鳴型カプラ
３１送電用カプラ
３２受電用カプラ
５０作動回路
５１方向性結合器
５２整流部
６０、７０、８０、９０インダクタンス可変回路
６１，７１、８１、９１，１４０調整コイル
６２、７２、８２，９２制御コイル
６３、７３、８３，９３フェライトコア
１００、３００無線給電装置
１３０インピーダンス調整部
１５０可変インダクタンス部

Claims

送電用ＬＣ回路を有する送電用カプラと受電用ＬＣ回路を有する受電用カプラとを備え、前記送電用ＬＣ回路と前記受電用ＬＣ回路とが電界または磁界によって、前記送電用カプラから前記受電用カプラにワイヤレスで電力伝送する無線給電装置であって、
送電用ＬＣ回路および受電用ＬＣ回路の少なくとも一方に電気的に接続される調整コイルと、
前記調整コイルを含み、当該調整コイルのインダクタンスを変更可能な可変インダクタンス部と、
前記電力伝送の状態に応じて、前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更させるインピーダンス調整部と、を有する
ことを特徴とする無線給電装置。
前記可変インダクタンス部は、
入力される直流電流に基づいて前記調整コイルのインダクタンスが変化するインダクタンス可変回路と、
前記インダクタンス可変回路に直流電流を出力して当該インダクタンス可変回路を作動させる作動回路と、
を備え、
前記インピーダンス調整部は、前記インダクタンス可変回路へ出力する直流電流を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の無線給電装置。
前記インダクタンス可変回路は、
磁気飽和する磁性体によって形成された磁性体コアと、
前記磁性体コアにメイン巻線を巻き回す様に形成された前記調整コイルと、
前記磁性体コアに制御巻線を巻き回す様に形成された制御コイルと、
を備え、
直流電流を前記制御巻線から入力したときに、入力した直流電流に応じて前記磁性体コアの透磁率を変化させる
ことを特徴とする請求項２に記載の無線給電装置。
前記磁性体コアは、磁路が閉回路に形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の無線給電装置。
前記磁性体コアは、第１の磁性体コア部および第２の磁性体コア部と、
前記第１の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部の間に配置される第３の磁性体コア部と、
前記第１の磁性体コア部、第３の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部をそれぞれ一方および他方から接続する第１磁性体コア接続部および第２磁性体コア接続部と、を有し、
前記制御コイルは、前記第３の磁性体コア部に前記制御巻線を巻き回す様に形成され、
前記調整コイルは、前記第１の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部にそれぞれ第１メイン巻き線および第２メイン巻き線を巻き回す様に形成されるとともに、前記第１メイン巻き線および前記第２メイン巻き線において励磁される磁場が互いに逆向きになるように形成された第１メインコイルおよび第２メインコイルを有し、
前記第１磁性体コア接続部および前記第２磁性体コア接続部は、互いの間に、前記第１メインコイル、前記第２メインコイルおよび前記制御コイルが配置され、前記第１の磁性体コア部、前記第３の磁性体コア部および前記第２の磁性体コア部を接続している
ことを特徴とする請求項４に記載の無線給電装置。
前記磁性体コアが環状のコアである
ことを特徴とする請求項４に記載の無線給電装置。
前記磁性体コアが円柱状コアである
ことを特徴とする請求項３に記載の無線給電装置。
前記作動回路は、交流の反射電力が伝送される伝送路に配される方向性結合器と、前記方向性結合器と前記インダクタンス可変回路の間に配される整流部と、を備え、
前記方向性結合器は、前記反射電力を分岐して前記整流部に出力し、
前記整流部は、前記方向性結合器から入力した前記反射電力を直流電流に整流して前記インダクタンス可変回路に出力する
ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の無線給電装置。
前記作動回路は、定電流源から直流電流を前記インダクタンス可変回路に出力する
ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の無線給電装置。
前記作動回路は、電源部から入力した交流電力を直流電力に整流して前記インダクタンス可変回路に出力する
ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の無線給電装置。
前記可変インダクタンス部は、
巻線を巻き回す様に形成された前記調整コイルと、
前記調整コイルに挿入される、磁気飽和する磁性体によって形成された円柱状の磁性体コアと、
前記調整コイルと前記磁性体コアとの相対位置を変更させることより、前記調整コイルのインダクタンスを変化させる位置調整部と、
を備えている
ことを特徴とする請求項２に記載の無線給電装置。
前記送電用カプラによって送電される交流の送電電力の電圧を検出する第１電圧検出回路と、
前記送電電力の電流を検出する第１電流検出回路と、
前記受電用カプラによって受電された交流の受電電力の電圧を検出する第２電圧検出回路と、
前記受電電力の電流を検出する第２電流検出回路と、を備え、
前記インピーダンス調整部は、
前記第１電圧検出回路、前記第１電流検出回路、前記第２電圧検出回路及び前記第２電流検出回路によって検出された前記送電電力の電圧及び電流並びに前記受電電力の電圧及び電流を入力し、入力した前記送電電力の電圧及び電流と前記受電電力の電圧及び電流との位相差に基づいて、前記インダクタンス可変回路へ出力する直流電流を制御する
ことを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の無線給電装置。
前記インピーダンス調整部は、
前記第１電圧検出回路、前記第１電流検出回路、前記第２電圧検出回路及び前記第２電流検出回路によって検出された前記送電電力の電圧及び電流並びに前記受電電力の電圧及び電流を入力し、入力した前記送電電力の電圧及び電流と前記受電電力の電圧及び電流との位相差が所定の範囲内か否かを判定し、前記位相差が前記所定の範囲外のときに、前記作動回路から前記インダクタンス可変回路に出力される直流電流を変更する
ことを特徴とする請求項１２に記載の無線給電装置。
前記送電用カプラと前記受電用カプラの間のカプラ間距離を検出する位置センサを備え、
前記インピーダンス調整部は、前記位置センサによって検出した前記距離を入力し、入力した前記距離に基づいて前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更する
ことを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の無線給電装置。
前記送電用カプラおよび受電用カプラの少なくとも一方に接続されたケーブルの外導体を流れる電流を検出する検出部を備え、
前記インピーダンス調整部は、前記検出部によって検出した前記外導体を流れる電流を入力し、入力した前記電流に基づいて前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更する
ことを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の無線給電装置。
容量を変更可能な可変容量部を、さらに備え、
前記インピーダンス調整部は、前記電力伝送の状態に応じて前記調整コイルのインダクタンスと前記可変容量部の容量を変更する
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の無線給電装置。
送電用ＬＣ回路を有する送電用カプラと受電用ＬＣ回路を有する受電用カプラとを備え、前記送電用ＬＣ回路と前記受電用ＬＣ回路とが電界または磁界によって、前記送電用カプラから前記受電用カプラにワイヤレスで電力伝送する無線給電装置に用いられるインピーダンス調整方法であって、
送電用ＬＣ回路および受電用ＬＣ回路の少なくとも一方に電気的に接続される調整コイルと、
前記調整コイルを含んで、当該調整コイルのインダクタンスを変更可能な可変インダクタンス部と、を有して、
前記電力伝送の状態に応じて、前記可変インダクタンス部の前記調整コイルのインダクタンスを変更する
ことを特徴とする無線給電装置のインピーダンス調整方法。