JP2021013242A - 電力伝送装置及び電力伝送制御方法、送電装置及び受電装置並びに電力伝送システム及び電力伝送制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤレス電力伝送用のコイルの対向における位置関係の変化により伝送効率が変化した場合でも、当該変化を補償することが可能な電力伝送装置等を提供する。【解決手段】非接触型電力伝送用の送電コイルＴＣにおいて、それぞれが複数回巻回された二つのコイルを備える送電オープンコイルＴＯと、送電すべき電力が供給され且つ送電オープンコイルに対して積層される送電ループコイルＴＬと、を備える。更に、送電コイルとしての伝送効率を検出する検出部ＤＴと、検出された伝送効率に基づいて、送電コイルＴＣとしての共振周波数を最適化する容量制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電力伝送装置及び電力伝送制御方法、送電装置及び受電装置並びに電力伝送システム及び電力伝送制御プログラムの技術分野に属し、より詳細には、非接触型電力伝送用の電力伝送装置及び電力伝送制御方法並びに当該電力伝送装置を用いた非接触型の送電装置及び受電装置並びに電力伝送システム及び当該電力伝送装置用のプログラムの技術分野に属する。

近年、例えばリチウムイオン電池等からなる蓄電池を搭載した電気自動車が普及しつつある。このような電気自動車では、蓄電池に蓄えた電力を使ってモータを駆動して移動することとなるため、蓄電池への効率のよい充電が求められる。そこで、電気自動車に対して充電用プラグ等を物理的に接続することなくそれに搭載されている蓄電池を充電する方法として、互いに離隔して対向された受電コイルと送電コイルを用いる、いわゆるワイヤレス電力伝送に関する研究が行われている。ワイヤレス電力伝送の方式としては、一般には、電界結合方式、電磁誘導方式及び磁界共鳴方式等がある。これらの方式を、例えば使用周波数、水平及び垂直それぞれの方向の位置自由度並びに伝送効率等の観点から比較した場合、電気自動車に搭載されている蓄電池を充電するためのワイヤレス電力伝送の方式としては、コンデンサを使った電界結合方式又はコイルを使った磁界共鳴方式が有望視されており、これらに対する研究開発も活発に行われている。このような背景技術を開示した先行技術文献としては、例えば下記特許文献１が挙げられる。この特許文献１には、一回巻き（１ターン）のループコイルと、五回半巻き（５．５ターン）のオープンコイルと、を結合させた電力伝送用コイルを送電コイル及び受電コイルとしてそれぞれ用いた電力伝送システムが開示されている。そして特許文献１に開示されている電力伝送システムでは、上記送電コイル及び上記受電コイルをそれぞれ用いて、予め設定された所定の周波数において、最低伝送効率以上の位置関係に各コイルを配置して電力伝送を行う構成とされている。

特表２０１０−５３３４７２号公報

しかしながら、上記電気自動車に備えられた蓄電池を非接触で充電する場合、当該電気自動車の車種や、通常地面に設置される送電コイルの設置状態によって、送電コイルと受電コイルと間の距離が変化する。また、実際の当該充電においては、送電コイルと受電コイルを完全に正対させる用に電気自動車を駐車させることは難しく、送電コイルの中心の位置と受電コイルの中心の位置とは、ある程度の範囲でずれてしまうことが多い。そして、上記距離の変化や上記位置ずれは、電力伝送システムにおける伝送効率の低下に直接的に悪影響を及ぼし、その低下を招来するという問題点があった。

そこで本発明は、上記の要請及び問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、上記送電コイル及び上記受電コイルの対向における位置関係の変化により伝送効率が変化した場合でも、当該変化を補償することが可能な電力伝送装置及び電力伝送制御方法並びに当該電力伝送装置を用いた非接触型の送電装置及び受電装置並びに電力伝送システム及び当該電力伝送装置用のプログラムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電力の送電又は受電を非接触で行う電力伝送装置において、前記送電又は前記受電用の第１コイルであって、複数回巻回された第１巻回線と、複数回巻回された第２巻回線と、を備える第１コイルと、前記送電時には当該送電すべき電力が供給され、前記受電時には当該受電された電力が出力される第２コイルであって、前記第１コイルに対して積層される第２コイルと、を備えるコイル対と、前記コイル対としての伝送効率を検出する検出手段と、前記検出された伝送効率に基づいて、前記コイル対としての共振周波数を最適化する最適化手段と、を備える。

上記の課題を解決するために、請求項１１に記載の発明は、電力の送電又は受電を非接触で行う電力伝送装置であって、前記送電又は前記受電用の第１コイルであって、複数回巻回された第１巻回線と、複数回巻回された第２巻回線と、を備える第１コイルと、前記送電時には当該送電すべき電力が供給され、前記受電時には当該受電された電力が出力される第２コイルであって、前記第１コイルに対して積層される第２コイルと、を備えるコイル対と、検出手段と、最適化手段と、を備える電力伝送装置において実行される電力伝送制御方法であって、前記コイル対としての伝送効率を前記検出手段により検出する検出工程と、前記検出された伝送効率に基づいて、前記最適化手段により前記コイル対としての共振周波数を最適化する最適化工程と、を含む。

上記の課題を解決するために、請求項１２に記載の発明は、電力の送電又は受電を非接触で行う電力伝送装置であって、前記送電又は前記受電用の第１コイルであって、複数回巻回された第１巻回線と、複数回巻回された第２巻回線と、を備える第１コイルと、前記送電時には当該送電すべき電力が供給され、前記受電時には当該受電された電力が出力される第２コイルであって、前記第１コイルに対して積層される第２コイルと、を備えるコイル対と、を備える電力伝送装置に含まれるコンピュータを、前記コイル対としての伝送効率を検出する検出手段、及び、前記検出された伝送効率に基づいて、前記コイル対としての共振周波数を最適化する最適化手段、として機能させる。

請求項１、請求項１１又は請求項１２のいずれか一項に記載の発明によれば、第１コイル及び第２コイルからなるコイル対としての伝送効率に基づいて、当該コイル対としての共振周波数を最適化するので、例えば電力伝送の際のコイル対同士の対向における位置関係の変化により伝送効率が変化した場合でも、共振周波数の最適化により当該変化を補償することができる。

上記の課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力伝送装置において、前記共振周波数を調整するための容量部材であって、前記第１コイル又は前記第２コイルの少なくともいずれか一方に接続される容量部材を更に備え、前記最適化手段は、前記検出された伝送効率に基づき、前記容量部材の容量を変更して前記共振周波数を最適化するように構成される。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、コイル対としての伝送効率に基づいて、第１コイル又は第２コイルの少なくともいずれか一方に接続される容量部材の容量を変更して共振周波数を最適化するので、上記伝送効率の変化を効率的に補償することができる。

上記の課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電力伝送装置において、前記容量部材は前記第２コイルに並列に接続されており、前記最適化手段は、前記検出された伝送効率に基づき、前記並列に接続されている前記容量部材の前記容量を変更することにより前記共振周波数を最適化するように構成される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、容量部材が第２コイルに並列に接続されており、コイル対としての伝送効率に基づき、当該容量部材の容量を変更することにより共振周波数を最適化するので、伝送効率の変化を効率的に補償することができる。

上記の課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の電力伝送装置において、前記第１巻回線の巻回数が前記第２巻回線の巻回数より大きく、前記第１コイルにおいて、前記第１巻回線の巻回と、前記第２巻回線の巻回と、が重なるように、当該第１巻回線と当該第２巻回線とが絶縁部を挟んで積層されており、前記容量部材は前記第２巻回線に並列に接続されており、前記最適化手段は、前記検出された伝送効率に基づき、前記並列に接続されている前記容量部材の前記容量を変更することにより前記共振周波数を最適化するように構成される。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は請求項３に記載の発明の作用に加えて、第１巻回線の巻回と第２巻回線の巻回とが重なるように当該第１巻回線と当該第２巻回線とが積層されており、巻回数の少ない第２巻回線に並列に容量部材が接続され、コイル対としての伝送効率に基づき、当該容量部材の容量を変更することにより共振周波数を最適化するので、伝送効率の変化の補償と、共振周波数の低周波数化と、を両立させることができる。

上記の課題を解決するために、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力伝送装置において、前記検出された伝送効率に基づいて、前記第１巻回線、前記第２巻回線及び前記第２コイルの全て又はいずれか同士の接続態様を変更する接続変更手段を更に備える。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、コイル対としての伝送効率に基づいて、第１巻回線、第２巻回線及び第２コイルの全て又はいずれか同士の接続態様を変更するので、より効率的に伝送効率の変化を補償することができる。

上記の課題を解決するために、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力伝送装置において、前記第１巻回線、前記第２巻回線及び前記第２コイルのそれぞれが、前記第１コイル及び当該第２コイルの径方向に平たい薄膜線であるように構成される。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、第１巻回線、第２巻回線及び第２コイルのそれぞれが、第１コイル及び第２コイルの径方向に平たい薄膜線であるので、第１巻回線と、第２巻回線と、第２コイルと、の間の寄生容量を有効に活用してコイル対全体としての共振周波数を最適化することができる。

上記の課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、送電装置と、当該送電装置から離隔した受電装置と、により構成され、前記送電装置から非接触で前記受電装置に電力を伝送する電力伝送システムに含まれる前記送電装置において、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記電力伝送装置である送電電力伝送装置と、伝送すべき電力を前記送電電力伝送装置の前記第２コイルに出力する出力手段と、を備える。

上記の課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、送電装置と、当該送電装置から離隔した受電装置と、により構成され、前記送電装置から非接触で前記受電装置に電力を伝送する電力伝送システムに含まれる前記受電装置において、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記電力伝送装置であって、前記送電装置に対向して配置される受電電力伝送装置と、当該受電電力伝送装置の前記第２コイルに接続された入力手段と、を備える。

上記の課題を解決するために、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の送電装置と、当該送電装置から離隔し、且つ前記送電電力伝送装置に対向して配置される受電装置であって、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、を備える。

上記の課題を解決するために、請求項１０に記載の発明は、送電装置と、請求項８に記載の受電装置であって、前記送電装置から離隔し且つ前記受電電力伝送装置が当該送電装置に対向して配置され、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、を備える。

請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の発明によれば、電力伝送システムを構成する送電装置に備えられた送電電力伝送装置又は受電装置に備えられた受電電力伝送装置の少なくともいずれか一方が請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電力伝送装置であるので、当該電力伝送システムによる電力伝送の際のコイル対同士の対向における位置関係の変化により伝送効率が変化した場合でも、共振周波数の最適化により当該変化を補償することができる。

本発明によれば、第１コイル及び第２コイルからなるコイル対としての伝送効率に基づいて、当該コイル対としての共振周波数を最適化する。

従って、例えば電力伝送の際のコイル対同士の対向における位置関係の変化により伝送効率が変化した場合でも、共振周波数の最適化により当該変化を補償することができる。

実施形態の電力伝送システムの概要構成を示すブロック図である。 実施形態のコイルの構造を示す平面図（ｉ）である。 実施形態のコイルの構造を示す平面図（ii）である。 実施形態のコイルの構造を示す平面図（iii）である。 実施形態のコイルの構造を示す平面図（iv）である。 実施形態のコイルの構造を示す平面図（ｖ）である。 実施形態のコイルの構造を示す部分断面図である。 実施形態の充電制御処理を示すフローチャートである。 （ａ）は実施例のコイル間距離と伝送効率との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）は実施例の容量と伝送効率との関係を示すグラフ図（ｉ）である。 （ａ）は実施例のコイル間の位置ずれ距離と伝送効率との関係を示すグラフ図であり、（ｂ）は実施例の容量と伝送効率との関係を示すグラフ図（ii）である。 第１変形形態のコンデンサの接続態様を概念的に示す平面図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態及び変形形態は、電気自動車に搭載されている充電池を充電するための電力を、当該充電池を備えた電気自動車に対して磁界共鳴方式により非接触で伝送する電力伝送システムに対して、本発明を適用した場合の実施形態及び変形形態である。

ここで、実施形態及び変形形態の磁界共鳴方式による電力伝送システムは、電力を送る送電コイルと、当該送電コイルから離隔して向き合うように（即ち対向するように）配置され且つ送電コイルから送られた電力を受電する受電コイルと、を備える。そして上記送電コイルは、後述する送電ループコイルと、後述する送電オープンコイルと、が、積層されて構成されている。また上記受電コイルは、後述する受電オープンコイルと、後述する受電ループコイルと、が、積層されて構成されている。

（Ｉ）実施形態の電力伝送システムの全体構成及び動作について
初めに、実施形態の電力伝送システムの全体構成及び動作について、図１を用いて説明する。なお図１は、実施形態の電力伝送システムの概要構成を示すブロック図である。

図１に示すように、実施形態の電力伝送システムＳは、受電部ＲＶ、検出部ＤＲ及び上記受電コイルＲＣを備えた受電装置Ｒと、送電部ＴＲ、検出部ＤＴ及び上記送電コイルＴＣを備えた送電装置Ｔと、により構成されている。このとき受電装置Ｒは上記電気自動車に搭載され、且つ当該電気自動車に搭載されている図示しない蓄電池に接続されている。一方送電装置Ｔは、当該電気自動車が移動又は停車する位置の地面に設置されている。そして、当該蓄電池を充電する場合、受電装置Ｒの受電コイルＲＣと送電装置Ｔの送電コイルＴＣとが対向するように電気自動車が運転又は停車される。なお、実施形態の電力伝送システムＳによる上記蓄電池の充電に際しては、停車している電気自動車に搭載されている受電装置Ｒに対して、その停車位置の下方の地面に設置された送電装置Ｔの送電コイルＴＣを介して、当該送電装置Ｔから電力を伝送するように構成することができる。またこの他、移動中の電気自動車に搭載されている受電装置Ｒに対して、その電気自動車が移動している道路の一定距離の区間に設置された複数の送電装置Ｔの送電コイルＴＣを介して、当該送電装置Ｔから連続的に電力を伝送するように構成してもよい。このとき、送電部ＴＲが本発明の「出力手段」の一例に相当し、受電部ＲＶが本発明の「入力手段」の一例に相当し、検出部ＤＲ又は検出部ＤＴが本発明の「検出手段」の一例にそれぞれ相当する。また、受電コイルＲＣ及び検出部ＤＲが本発明の「受電電力伝送装置」の一例に相当し、送電コイルＴＣ及び検出部ＤＴが本発明の「送電電力伝送装置」の一例に相当する。

一方上記送電コイルＴＣは、送電ループコイルＴＬと、送電オープンコイルＴＯと、を備えている。また上記受電コイルＲＣは、受電オープンコイルＲＯと、受電ループコイルＲＬと、を備えている。このとき送電ループコイルＴＬには、送電すべき電力が送電部ＴＲから入力される。そして送電オープンコイルＴＯは、送電ループコイルＴＬに対して同心に積層され且つその両端が開放されている。他方受電オープンコイルＲＯは、送電オープンコイルＴＯに対向するように配置され且つその両端が開放されている。そして受電ループコイルＲＬは、受電オープンコイルＲＯに対して同心に積層され、且つ受電オープンコイルＲＯを介して磁界共鳴方式により送電コイルＴＣから受電した電力を受電部ＲＶに出力する。このとき、送電コイルＴＣ又は受電コイルＲＣが本発明の「コイル対」の一例にそれぞれ相当し、送電ループコイルＴＬ又は受電ループコイルＲＬが本発明の「第２コイル」の一例にそれぞれ相当し、送電オープンコイルＴＯ又は受電オープンコイルＲＯが本発明の「第１コイル」の一例にそれぞれ相当する。

以上の構成において、送電装置Ｔの送電部ＴＲは、例えば電力伝送システムＳが用いられる国における電波法等の法規等に対応しつつ、受電装置Ｒに伝送すべき電力を送電コイルＴＣに出力する。また、送電装置Ｔの検出部ＤＴは、後述する実施形態の充電制御処理において、当該充電制御処理中の電力伝送システムＳにおける伝送効率を、例えば従来と同様の手法により検出する。そして検出部ＤＴは、当該検出結果を送電コイルＴＣ内の後述する容量制御部ＣＣに出力する。このとき上記法規等は、例えば人体への影響を考慮して漏洩磁界が予め決められた所定のレベル以下になるように規制している。また、全ての送電装置Ｔと上記受電装置Ｒとの間における相互接続利用が可能となるためには、結果的に、両者が予め決められた所定範囲の周波数を利用する必要があり、このため上記所定範囲の周波数又は周波数帯域は、上記法規等としてのＩＳＯ（International Organization for Standardization）又はＩＥＣ（International Electrotechnical Commission）等の国際機関の推奨に従う必要がある。また、送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとの間の所定の位置ずれも考慮した伝送効率の下限値も上記国際機関により規定されているため、高い電力伝送効率が要求される。

一方、上記磁界共鳴方式により送電コイルＴＣからの電力を受電した受電装置Ｒの受電コイルＲＣは、当該受電した電力を受電部ＲＶに出力する。これにより受電部ＲＶは、当該電力に対応した出力（例えば、８５キロヘルツの高周波電力となる）を、例えば図示しない電力変換ユニットによりＤＣ（直流）電流に変換し、電気自動車の蓄電池に出力する。これにより当該蓄電池には、必要量の電力が充電される。このとき、受電装置Ｒの検出部ＤＲは、後述する実施形態の充電制御処理において、上記電力伝送システムＳにおける伝送効率を、例えば従来と同様の手法により検出する。そして検出部ＤＲは、当該検出結果を受電コイルＲＣ内の後述する容量制御部ＣＣに出力する。

（II）送電コイルＴＣ（受電コイルＲＣ）の構成について
次に、上述した実施形態の電力伝送システムＳに用いられる、実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの構成について、図２乃至図７を用いて説明する。なお、実施形態の送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとは、基本的に同じ構成を備える。即ち、上記送電ループコイルＴＬの構成と上記受電ループコイルＲＬの構成とは基本的に同一である。また、上記送電オープンコイルＴＯの構成と上記受電オープンコイルＲＯの構成とは基本的に同一である。更に、上記送電ループコイルＴＬと上記送電オープンコイルＴＯとの送電コイルＴＣ内における位置関係と、上記受電ループコイルＲＬと上記受電オープンコイルＲＯとの受電コイルＲＣ内における位置関係と、は基本的に同一である。よって以下の説明では、送電コイルＴＣについて、その構造を説明する。

また、図２及乃至図６は実施形態の送電コイルＴＣの構造を示す平面図であり、図７は実施形態の送電コイルＴＣの構造を示す部分断面図である。なお図２乃至図６は、送電装置Ｔにおいて、送電部ＴＲ側から送電コイルＴＣを見た場合の平面図である。このとき、実施形態の容量制御部ＣＣによる後述する実施形態のコンデンサの容量の制御の方法は、複数考えられる。よって以下の図２では、当該容量制御部ＣＣによる当該コンデンサの制御に関する部分は、実際の平面図ではなく、ブロック図として概念的に示している。

図２にその平面図等を示すように、実施形態の送電コイルＴＣは、送電ループコイルＴＬと、図２において図示されない送電オープンコイルＴＯと、が、絶縁性のフィルムＢＦ１（詳細は後述する）を挟んで図２の紙面方向に積層されて構成される。また送電オープンコイルＴＯは、後述する二つのコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２が、それぞれに絶縁性のフィルムＢＦ２（図２において図示を省略し、詳細は後述する。）を挟んで図２の紙面方向に積層されて構成される。この構成において、コイルＣＬ１が本発明の「第１巻回線」の一例に相当し、コイルＣＬ２が本発明の「第２巻回線」の一例に相当する。

なお実施形態では、送電ループコイルＴＬと送電オープンコイルＴＯとの間の絶縁のためにフィルムＢＦ１を用い、コイルＣＬ１とコイルＣＬ２との間の絶縁のためにフィルムＢＦ２を用いているが、これらの他に、ガラスエポキシ材料等の絶縁性の材料を用いることもできる。また、送電コイルＴＣとして発生した熱を効率良く放熱するため、例えばセラミック粒子等を分散した薄膜化材料を用いることもできる。更に適切な空隙保持材を用いて、必要な空隙を介して積層するように構成してもよい。更にまた、送電ループコイルＴＬ、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２をそれぞれ構成する後述の銅薄膜線の巻回の中心は、相互に同一又は略同一とされている。

そして図２に示すように、送電ループコイルＴＬは、その最外周部の一辺に、送電部ＴＲに接続される接続用端子Ｏ１及び接続用端子Ｏ２を有している。そして送電ループコイルＴＬは、例えば銅薄膜線が三回転（３ターン）巻回されて構成されており、その両端部（図２に示す場合は右辺部の中央）が上記接続用端子Ｏ１及び上記接続用端子Ｏ２とされている。なお送電ループコイルＴＬを構成する上記銅薄膜線は、送電ループコイルＴＬの全周に渡って同一幅及び同一厚さとされている。更に送電ループコイルＴＬでは、図２におけるその上辺部、下辺部、左辺部及び右辺部それぞれに直線部が設けられており、それぞれの直線部が曲線部により接続されている。なお、図２において重なっている送電ループコイルＴＬの部分では、例えばジャンパ線等を用いることで、送電ループコイルＴＬを構成する上記銅薄膜線同士の絶縁が維持されている。

一方図２に示すように、送電装置Ｔ内に設けられた容量制御部ＣＣによりその容量が制御される実施形態のコンデンサＣは、可変容量型のコンデンサであり、例えば送電ループコイルＴＬと同じ送電コイルＴＣの層内に形成され、接続用端子Ｏ１及び接続用端子Ｏ２の部分で送電ループコイルＴＬに並列に接続されている。そして容量制御部ＣＣは、実施形態の充電制御処理において、上記検出部ＤＴ（図１参照）により検出された上記伝送効率に基づいて、コンデンサＣの容量を制御する。この容量制御部ＣＣは、図２に例示するように送電ループコイルＴＬと同じ送電コイルＴＣの層内に形成されていてもよいし、送電コイルＴＣとは別の構成部材として送電装置Ｔ内に形成されていてもよい。この構成において、容量制御部ＣＣが本発明の「最適化手段」の一例に相当し、コンデンサＣが本発明の「容量部材」の一例に相当する。

次に、上記フィルムＢＦ１を挟んで上記送電ループコイルＴＬの直下に積層されている、送電オープンコイルＴＯを構成する上記コイルＣＬ１の構成について、図３を用いて説明する。なお図３は、当該コイルＣＬ１のみを取り出して示す平面図である。

図３に示すように、送電オープンコイルＴＯを構成するコイルＣＬ１は、その最外周部が開放端Ｔ１とされている。そしてコイルＣＬ１は、当該開放端Ｔ１から始まる反時計回りに、その最外周部から最内周部に向けて、例えば銅薄膜線が渦巻き状に五回転半（５．５ターン）巻回されて構成されている。またその最内周部には、図３の紙面方向においてその直下に積層されているコイルＣＬ２との間の電気的接続を構成するためのビアＶが接続されている。また、コイルＣＬ１を構成する上記銅薄膜線は、コイルＣＬ１の全周に渡って同一の厚さとされている。一方当該銅薄膜線の幅は、図３に示すように、コイルＣＬ１の最外周端部にある開放端Ｔ１から最内周端部においてビアＶが接続されている部分にかけて広くなっている。このようなコイルＣＬ１を構成する銅薄膜線の幅の変化は、コイルＣＬ１における電流密度が、コイルＣＬ１の外周から内周に向かって高くなる傾向にあることが、本発明の発明者による実験結果（シミュレーション結果。以下、同様。）により判明したことによる。

またコイルＣＬ１では、図３におけるその上辺部、下辺部、左辺部及び右辺部それぞれに、互いに平行な直線部が設けられており、各直線部が、略同心円弧状の曲線部によりそれぞれ接続されている。そして、コイルＣＬ１を構成する銅薄膜線の幅としては、各直線部では一定となっている一方、それらを接続する各曲線部において上述したような変化となるように調整されている。このとき、コイルＣＬ１を構成する銅薄膜線の幅は、コイルＣＬ１全体としてその最外周端部から最内周端部に向けて広くなっていればよく、当該最外周端部から当該最内周端部にかけて例えば一時的に（部分的に）狭くなっていても、実施形態の電力伝送システムＳを用いた電力伝送による効果に対する影響はない。

次に、上記フィルムＢＦ２を挟んで上記コイルＣＬ１の直下に積層されているコイルＣＬ２の構成について、図４を用いて説明する。なお図４は、当該コイルＣＬ２のみを取り出して示す平面図である。

図４に示すように、上記コイルＣＬ１と共に送電オープンコイルＴＯを構成するコイルＣＬ２は、その最内周部に、上記コイルＣＬ１との電気的接続を構成するための上記ビアＶが接続されている。この場合にコイルＣＬ１とコイルＣＬ２との接続は、直列接続とされている。そしてコイルＣＬ２は、当該ビアＶから始まる時計回りに（即ち、コイルＣＬ１に対して反対方向に）、その最内周部から最外周部に向けて、例えば銅薄膜線が渦巻き状に二回転半（２．５ターン）巻回されて構成されている。またその最外周部が開放端Ｔ２とされている。なおコイルＣＬ２を構成する上記銅薄膜線は、コイルＣＬ２の全周に渡って同一の厚さとされている。一方当該銅薄膜線の幅は、図４に示すように、コイルＣＬ２の最外周端部にある開放端Ｔ２から最内周端部においてビアＶが接続されている部分にかけて広くなっている。このようなコイルＣＬ２を構成する銅薄膜線の幅の変化は、コイルＣＬ２における電流密度についても、コイルＣＬ２の外周から内周に向かって高くなる傾向にあることが、本発明の発明者による実験結果により判明したことによる。

またコイルＣＬ２では、コイルＣＬ１と同様に、図４におけるその上辺部、下辺部、左辺部及び右辺部それぞれに互いに平行な直線部が設けられており、各直線部が、略同心円弧状の曲線部によりそれぞれ接続されている。そして、コイルＣＬ２を構成する銅薄膜線の幅は、各直線部では一定となっている一方、それらを接続する各曲線部において、その最内周端部に向けて広くなっている。このとき、コイルＣＬ２を構成する銅薄膜線の幅も、上記コイルＣＬ１を構成する銅薄膜線の幅と同様に、コイルＣＬ２を全体としてその最外周端部から最内周端部に向けて広くなっていればよく、当該最外周端部から当該最内周端部にかけて例えば一時的に（部分的に）狭くなっていてもよい。

ここで、上記コイルＣＬ１及び上記コイルＣＬ２をそれぞれ構成する銅薄膜線同士の位置関係としては、上記反時計方向に巻回されているコイルＣＬ１及び上記時計方向に巻回されているコイルＣＬ２それぞれの銅薄膜線の位置が、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２それぞれの巻回の中心から見て略一致するように、それぞれの銅薄膜線が巻回されている。そして、それぞれの最内周部に接続されているビアＶにより、コイルＣＬ１とコイルＣＬ２とが直列に接続されている。これにより、コイルＣＬ１の最外周部から最内周部への巻回に対して、反対の巻回方向となるように当該最内周部でコイルＣＬ２が接続され、その巻回方向を維持したまま、コイルＣＬ２が最内周部から最外周部へ巻回されていることになる。この構造により、実施形態の送電オープンコイルＴＯとしては、コイルＣＬ１において最外周部から最内周部に向けて反時計方向に電流が流れ、その電流が、コイルＣＬ２において最内周部から最外周部に向けて反対の時計方向に流れることになる。

次に、上記送電ループコイルＴＬ並びに上記送電オープンコイルＴＯ（即ち上記コイルＣＬ１及び上記コイルＣＬ２）をそれぞれ構成する銅薄膜線同士の位置関係について、図５及び図６を用いて説明する。なお図５は、送電ループコイルＴＬと、コイルＣＬ１と、の重なり状況を示す平面図であり、送電ループコイルＴＬを実線で、その直下にフィルムＢＦ１（図５において図示を省略している）を挟んで積層されている送電オープンコイルＴＯのコイルＣＬ１を破線で、それぞれ示している。このとき図５では、上記容量制御部ＣＣの記載を省略している。また図６は、送電オープンコイルＴＯのコイルＣＬ１と、コイルＣＬ２と、の重なり状況を示す平面図であり、コイルＣＬ１を実線で、その直下にフィルムＢＦ２（図６において図示を省略している）を挟んで積層されているコイルＣＬ２を破線で、それぞれ示している。

図５に破線で示すように、外周から内周に向けて巻回され、且つその最内周部でビアＶによりコイルＣＬ２と接続されるコイルＣＬ１では、その四分の一周ごとに、銅薄膜線の巻回におけるピッチ（即ち、各辺において隣り合う銅薄膜線の中心線の、巻回における径方向の距離。以下、同様。）の四分の一ずつその直線部の位置が内周側にずれるように、各曲線部が形成されて銅薄膜線が巻回されている。一方図５に実線で示すように、送電ループコイルＴＬはコイルＣＬ１と略同じ位置となるように積層されており、接続用端子Ｏ１及び接続用端子Ｏ２並びにコンデンサＣが、それぞれ巻回の外側に突出する形状とされている。

次に図６に破線で示すように、内周から外周に向けて巻回され、且つその最内周部でビアＶによりコイルＣＬ１と接続されるコイルＣＬ２では、その四分の一周ごとに、銅薄膜線の巻回におけるピッチの四分の一ずつその直線部の位置が外周側にずれるように、各曲線部が形成されて銅薄膜線が巻回されている。一方図６に実線で示すように、コイルＣＬ１はコイルＣＬ２と略同じ位置となるように積層されており、開放端Ｔ１及び開放端Ｔ２がそれぞれ巻回の外側に形成され、更に、それぞれの最内周部にあるビアＶにより、フィルムＢＦ２を貫通するようにコイルＣＬ２に接続されている。

以上の図５及び図６に示した通り、送電ループコイルＴＬと送電オープンコイルＴＯのコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２とが積層されている送電コイルＴＣでは、上下左右それぞれの辺では、送電ループコイルＴＬと送電オープンコイルＴＯ（コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２）を構成する各銅薄膜線がそれぞれ略重なるように積層されている。

次に、上記送電ループコイルＴＬとコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２との積層状態、及びコイルＣＬ１とコイルＣＬ２との接続状態について、図５及び図６に示すａ−ａ’部分の断面図として、図７を用いて説明する。

図７に示すように、図２乃至図６における左辺部では、送電ループコイルＴＬとコイルＣＬ１とがフィルムＢＦ１（図２参照）を挟んで積層されており、更にコイルＣＬ１とコイルＣＬ２とがフィルムＢＦ２を挟んで積層されており、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２が、ビアＶにより電気的に接続されている。このビアＶの位置から、コイルＣＬ１の上記反時計方向の巻回に対して反対の巻回方向となるようにコイルＣＬ２の上記時計方向の巻回が形成されている。

（III）送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの製造方法について
次に、実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣの製造方法について説明する。

当該製造方法としては、基本的には従来と同様の、下記（ａ）−１乃至（ａ）−１３の各工程を含む第１製造方法、又は下記（ｂ）−１乃至（ｂ）−１２の各工程を含む第２製造方法等を用いることができる。

（ａ）第１製造方法
（ａ）−１：フィルムＢＦ２の両面全体に銅薄膜を形成
（ａ）−２：上記（ａ）−１で形成された銅薄膜（両面）の上にそれぞれレジストを塗布
（ａ）−３：上記（ａ）−２で塗布したレジストを、それぞれの面についてコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２の銅薄膜線にパターニング（このとき、実施形態のコイルＣＬ１（コイルＣＬ２）を構成する銅薄膜線の幅が、上述したように、コイルＣＬ１（コイルＣＬ２）の最外周端部にある開放端Ｔ１（開放端Ｔ２）から最内周端部においてビアＶが接続されている部分にかけて広くなるようにパターニングする）
（ａ）−４：上記（ａ）−３のパターニング後にエッチング処理を施し、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２としての銅薄膜線を形成
（ａ）−５：コイルＣＬ１とコイルＣＬ２とを接続するビアＶを形成して送電オープンコイルＴＯとする。
（ａ）−６：フィルムＢＦ１の片面全体に銅薄膜を形成
（ａ）−７：上記（ａ）−６で形成された銅薄膜の上にレジストを塗布
（ａ）−８：上記（ａ）−７で塗布したレジストを送電ループコイルＴＬの銅薄膜線及びコンデンサＣとの接続線にパターニング
（ａ）−９：上記（ａ）−８のパターニング後にエッチング処理を施し、送電ループコイルＴＬとしての銅薄膜線（上記ジャンパ線等による絶縁の維持を含む）及び上記接続線を形成
（ａ）−１０：上記（ａ）−９で形成された接続線に接続するようにコンデンサＣを形成
（ａ）−１１：上記（ａ）−５の送電オープンコイルＴＯと、上記（ａ）−１０の送電ループコイルＴＬと、を貼り合わせて、送電コイルＴＣを形成
（ａ）―１２：容量制御部ＣＣとコンデンサＣとを接続
（ａ）−１３：接続用端子Ｏ１及び接続用端子Ｏ２と、送電部ＴＲ（送電装置Ｔの場合）又は受電部ＲＶ（受電装置Ｒの場合）とを接続

（ｂ）第２製造方法
（ｂ）−１：フィルムＢＦ２の両面全体に銅薄膜を形成
（ｂ）−２：コイルＣＬ１とコイルＣＬ２とを接続するビアＶに相当する位置にレーザ等により貫通穴形成
（ｂ）−３：貫通穴を含む全体に対して無電解銅めっき法及び電解銅めっき法による銅めっき処理を施し上記ビアＶを形成
（ｂ）−４：上記（ｂ）−３で形成された銅めっき（両面）の上にそれぞれレジストを塗布
（ｂ）−５：上記（ｂ）−４で塗布したレジストをコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２の銅薄膜線にパターニング（このとき、実施形態のコイルＣＬ１（コイルＣＬ２）を構成する銅薄膜線の幅が、上述したように、コイルＣＬ１（コイルＣＬ２）の最外周端部にある開放端Ｔ１（開放端Ｔ２）から最内周端部においてビアＶが接続されている部分にかけて広くなるようにパターニングする）
（ｂ）−６：上記（ｂ）−５のパターニング後にエッチング処理を施し、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２としての銅薄膜線を形成して送電オープンコイルＴＯとする。
（ｂ）−７：フィルムＢＦ１の片面全体に銅薄膜を形成
（ｂ）−８：上記（ｂ）−７で形成された銅薄膜の上にレジストを塗布
（ｂ）−９：上記（ｂ）−８で塗布したレジストを送電ループコイルＴＬの銅薄膜線及びコンデンサＣとの接続線にパターニング
（ｂ）−１０：上記（ｂ）−９のパターニング後にエッチング処理を施し、送電ループコイルＴＬとしての銅薄膜線（上記ジャンパ線等による絶縁の維持を含む）及び上記接続線を形成
（ｂ）−１１：上記（ｂ）−１０で形成された接続線に接続するようにコンデンサＣを形成
（ｂ）−１２：上記（ｂ）−５の送電オープンコイルＴＯと、上記（ｂ）−１１の送電ループコイルＴＬと、を貼り合わせて、送電コイルＴＣを形成
（ｂ）―１３：容量制御部ＣＣとコンデンサＣとを接続
（ｂ）−１４：接続用端子Ｏ１及び接続用端子Ｏ２と送電部ＴＲ（送電装置Ｔの場合）又は受電部ＲＶ（受電装置Ｒの場合）とを接続

（IV）実施形態の充電制御処理について
次に、図２乃至図７を用いて説明した構成をそれぞれ備える送電コイルＴＣを含む送電装置Ｔ及び受電コイルＲＣを含む受電装置Ｒを用いて実施される、実施形態の充電制御処理について図８を用いて説明する。なお、図８は実施形態の充電制御処理を示すフローチャートである。ここで、図８に示すフローチャートに対応する実施形態の充電制御処理は、送電装置Ｔ及び受電装置Ｒにそれぞれ含まれる容量制御部ＣＣを中心として、送電装置Ｔ及び受電装置Ｒにおいて別個独立して実行される。そして、送電装置Ｔとしての当該充電制御処理は、例えば送電装置Ｔに対する電源電力の供給が開始されたタイミングで開始される。一方受電装置Ｒとしての当該充電制御処理は、例えば、当該受電装置Ｒが搭載された電気自動車のＡＣＣ（Accessory）スイッチがオンとされたタイミングから開始される。

即ち図８に示すように、実施形態の充電制御処理において容量制御部ＣＣは、当該充電制御処理が開始された後、実際の充電処理を開始するか否かを監視する（ステップＳ１）。このとき、送電装置Ｔの容量制御部ＣＣは、例えば、当該送電装置Ｔから送電した電力を受電可能な受電装置Ｒが、送電装置Ｔから見て当該送電が可能な範囲に存在するか否かを例えば従来と同様の手法により検出し、当該受電装置Ｒが送電可能範囲に存在した場合に充電処理を開始すると判定する（ステップＳ１：ＹＥＳ）。これに対して、受電装置Ｒの容量制御部ＣＣは、例えば、当該受電装置Ｒが搭載されている電気自動車の搭乗者により受電処理の開始操作が行われたか否かを判定し、当該開始操作が行われた場合に充電処理を開始すると判定する（ステップＳ１：ＹＥＳ）。

そして容量制御部ＣＣは、ステップＳ１の監視において充電処理を開始しない場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、当該監視を継続する。一方ステップＳ１の監視において、充電処理を開始する場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、次に容量制御部ＣＣは、電力の送受電の相手方となる送電装置Ｔの送電コイルＴＣの諸元を示すコイルデータ（受電装置Ｒに備えられた容量制御部ＣＣの場合）又は受電装置Ｒの受電コイルＲＣの諸元を示すコイルデータ（送電装置Ｔに備えられた容量制御部ＣＣの場合）を、例えば従来と同様の手法により取得する（ステップＳ２）。

次に容量制御部ＣＣは、検出部ＤＴ（送電装置Ｔの容量制御部ＣＣの場合）又は検出部ＤＲ（受電装置Ｒの容量制御部ＣＣの場合）を用いて、電力伝送に用いられる周波数（即ち、送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣとしての共振周波数を含む周波数）を予め設定された低い電力により走査し、その時点での伝送効率を検出する（ステップＳ３）。そして容量制御部ＣＣは、ステップＳ３で検出された伝送効率が、ステップＳ２で取得しているコイルデータに対して予め設定された最適値であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４の判定において、当該検出された伝送効率が最適値である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、容量制御部ＣＣは、その時点で走査された共振周波数を用いて送電装置Ｔ及び受電装置Ｒ間での電力伝送を行い（ステップＳ７）、受電装置Ｒが搭載されている電気自動車の蓄電的の充電を行う。その後容量制御部ＣＣは、例えば当該蓄電池が満充電された等の理由により、実施形態の充電制御処理を終了するか否かを判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８の判定において、実施形態の充電制御処理を継続する場合（ステップＳ８：ＮＯ）、容量制御部ＣＣは再度ステップＳ７に戻り、実施形態の充電制御処理を継続する。一方ステップＳ８の判定において、実施形態の充電制御処理を終了する場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、容量制御部ＣＣは、予め設定された終了表示を行い（ステップＳ９）、実施形態の充電制御処理を終了する。このとき、ステップＳ９の終了表示としては、送電装置Ｔに備えられた容量制御部ＣＣの場合は、例えば予め設定されたインジケータの表示により当該終了表示を行う。一方受電装置Ｒに備えられた容量制御部ＣＣの場合は、例えば当該受電装置Ｒが備えられた電気自動車のコンソールパネル上において、当該終了表示を行う。

他方、上記ステップＳ４の判定において、当該検出された伝送効率が最適値でない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、容量制御部ＣＣは、ステップＳ２で取得した上記コイルデータを再度取得する（ステップＳ５）。次に容量制御部ＣＣは、ステップＳ５で再取得したコイルデータに基づいてコンデンサＣの容量を変更することで、送電コイルＴＣ又は受電コイルＲＣそれぞれの共振周波数を最適化する（ステップＳ６）。なおステップＳ６の最適化の手法については、後ほど実施形態に対応した実施例に基づいて詳説する。その後容量制御部ＣＣは、ステップＳ５の最適化後のコンデンサＣに対して上記ステップＳ３以降の処理を繰り返す。

なお、ステップＳ３乃至ステップＳ６の処理を予め設定された回数だけ繰り返してもステップＳ４の判定が「ＹＥＳ」とならない場合、受電装置Ｒの容量制御部ＣＣは、受電装置Ｒが備えられた電気自動車の例えばコンソールパネル上において、受電装置Ｒが搭載されている電気自動車の位置（駐車位置又は移動中の位置）が、実施形態の充電制御処理を行うには不適切である旨の例えば表示を行い、電気自動車の位置を変更させる。そして、当該位置の変更が終了したら、容量制御部ＣＣは、改めて実施形態の充電制御処理を行う。

次に、実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣを含む実施形態の電力伝送システムＳを用いた上記実施形態の充電制御処理のうち、特に上記ステップＳ６におけるコンデンサＣの容量制御による共振周波数の最適化の手法に関連して本発明の発明者が行った実験の結果について、実施例として図９及び図１０を用いて説明する。なお、図９は実施例のコイル間距離と伝送効率との関係を示すグラフ図等であり、図１０は実施例のコイル間の位置ずれ距離と伝送効率との関係を示すグラフ図等である。

上記実験においては、第１の実験として、図２乃至図７を用いて説明した構造を備え、且つその平面形状（図２参照）が一辺の長さが８０ミリメートルの正方形である送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣを用い、送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとの間の距離を、２０ミリメートル、３０ミリメートル及び４０ミリメートルとしたそれぞれの場合において、電力伝送システムＳとしての伝送効率に係る二種類のＳパラメータ、即ち、反射率を示すＳパラメータＳ１１及び伝送効率を示すＳパラメータＳ２１をそれぞれ計測した。なお以下の説明において、上記送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとの間の距離を、単に「コイル間距離」と称し、図９において単に「距離」と示す。

また第２の実験として、上記送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣを用い、送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣそれぞれの中心軸（図２の紙面に垂直な方向の送電コイルＴＣ及び受電コイＲＣそれぞれの中心軸）が一致するように当該送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとを正対させた状態から、当該中心軸に垂直な面内において相互に直交するＸ方向及びＹ方向に、各中心軸が相互に平行となるように且つコイル間距離を変えないように送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣを移動させた場合において、上記二種類のＳパラメータをそれぞれ計測した。この第２の実験において、上記移動の量（送電コイルＴＣの上記中心軸と受電コイルＲＣの上記中心軸との間の距離をいい、以下、当該移動の量を「位置ずれ量」と称する）は、最大で２０ミリメートルとした。

（Ｉ）第１の実験について
初めに、上記第１の実験の結果として、コンデンサＣの容量を２．０ナノファラッド（２．０×１０^−９ファラッド）として、上記正対させた状態で、コイル間距離を変えた場合の実験結果を図９（ａ）に示す。

図９（ａ）に示すように、コイル間距離が近いとき（コイル間距離が２０ミリメートル又は３０ミリメートルの場合）には、共振周波数が二つ存在し、コイル間距離が近づくにつれて共振周波数の間隔は狭くなることが判った。そして、コイル間距離が４０ミリメートルの場合には共振周波数が一つとなることが判った。そして、電力伝送システムＳとしての伝送効率を示すＳパラメータＳ２１は、それぞれの共振周波数の時に最も高くなり、共振周波数からずれるに従って低下する。これにより、容量制御部ＣＣを用いてコンデンサＣの容量を制御することにより、コイル間距離に応じてそれぞれ最適な共振周波数を設定することができれば、電力伝送システムＳとして高い伝送効率が得られることが判る。ここで、実施形態の電気自動車の場合、使用可能な周波数の範囲は上記法規等により限定されており、よって共振周波数がこの範囲から外れると、最適な伝送効率で伝送することができないことになる。

次に、上記第１の実験の他の結果として、コンデンサＣの容量を２．７ナノファラッドに変え、上記正対させた状態で、コイル間距離を２０ミリメートとした場合の実験結果を、図９（ａ）に示す実験結果におけるコイル間距離２０ミリメートルの場合の結果と共に、図９（ｂ）に示す。

図９（ｂ）に示すように、コンデンサＣの容量を２．０ナノファラッドとした場合（図９（ａ）も合わせて参照）には、電力伝送システムＳとしては３．１メガヘルツ付近と４．０メガヘルツ付近でそれぞれ共振しているといえる。これに対し、コンデンサＣの容量を２．７ナノファラッドとした場合には、共振周波数が２．７メガヘルツ付近と３．４メガヘルツ付近となり、電力伝送システムＳとして望ましい低周波側にシフト（遷移）させることが可能となった。この実験結果により、コンデンサＣの容量を２．７ナノファラッドとしてコイル間距離を２０ミリメートルとした場合でも、コンデンサＣの容量を２．０ナノファラッドとしてコイル間距離を４０ミリメートルとした場合と似た周波数特性に近づけられることが判った。

以上の第１の実験によれば、異なるコイル間距離（図９に実験結果を示す実験の場合は２０ミリメートルと４０ミリメートル）のそれぞれにおいて、狭い周波数範囲の共振周波数で最大の伝送効率を得ることができることが判った。

（II）第２の実験について
次に、上記第２の実験の結果として、コイル間距離を２０ミリメートルで固定し、コンデンサＣの容量を２．０ナノファラッドとして、上記Ｘ方向又は上記Ｙ方向、並びに上記Ｘ方向及び上記Ｙ方向に移動させた場合の実験結果を図１０（ａ）に示す。

図１０（ａ）に示すように、送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとを正対させた状態の場合、共振周波数は３．２メガヘルツ付近と３．７メガヘルツ付近となることが判るが、Ｘ方向について上記位置ずれ量を１０ミリメートルとした場合では、共振周波数の間隔が狭くなり、更にＸ方向について上記位置ずれ量を２０ミリメートルとした場合に共振周波数が一つとなることが判った。一方、Ｘ方向及びＹ方向それぞれに上記位置ずれ量を２０ミリメートルとした場合も、共振周波数が一つとなることが判った。これにより、位置ずれ量が大きくなるほど共振周波数の間隔は狭くなり、一定以上の位置ずれ量では共振周波数が一つになることが判った。

次に、上記第２の実験の他の結果として、Ｘ方向及びＹ方向それぞれに上記位置ずれ量を２０ミリメートルとすると共に、コンデンサＣの容量を２．０ナノファラッドから２．１ナノファラッドに変えた場合の実験結果を、当該位置ずれ量が「０」である場合の実験結果と共に、図１０（ｂ）に示す。

図１０（ｂ）に示すように、容量制御部ＣＣによりコンデンサＣの容量を変化させることで、電力伝送システムＳとしての共振周波数を３．７メガヘルツ付近に揃えることができることが判った。

以上の第２の実験の結果を上記第１の実験結果と合わせて考察すると、上述した実施形態の充電制御処理のように、実際に検出された伝送効率に基づいてコンデンサＣの容量を容量制御部ＣＣにより制御（変更）することで（図８参照）、実際の充電の場において、送電コイルＴＣと受電コイルＲＣとの相対的な位置（即ち、上記コイル間距離又は上記位置ずれ量）が変わっても、共振周波数及び伝送効率を最適化して当該伝送効率の低下を補償することが可能となる。この考察により、実施形態の充電制御処理では、上述した態様（図８参照）により、共振周波数及び伝送効率の最適化による当該伝送効率の低下の補償を図っている。

以上それぞれ説明したように、実施形態の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣを含む実施形態の電力伝送システムＳを用いた電力伝送における充電制御処理によれば、送電オープンコイルＴＯ（又は受電オープンコイルＲＯ）及び送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）からなる送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）としての伝送効率（図８ステップＳ３参照）に基づいて、送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）としての共振周波数を最適化するので、例えば電力伝送の際の送電コイルＴＣ及び受電コイルＲＣ同士の対向における位置関係の変化により伝送効率が変化した場合でも、共振周波数の最適化により当該変化を補償することができる。

また、送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）としての伝送効率に基づいて、送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）に接続されるコンデンサＣ（図２参照）の容量を変更して共振周波数を最適化するので、上記伝送効率の変化を効率的に補償することができる。

更に、コンデンサＣが送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）に並列に接続されており、送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）としての伝送効率に基づき、当該コンデンサＣの容量を変更することにより共振周波数を最適化するので、上記伝送効率の変化を効率的に補償することができる。

更にまた、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２並びに送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）のそれぞれが、送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）の径方向に平たい薄膜線であるので（図２乃至図７参照）、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２並びに送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）の間の寄生容量を有効に活用して送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）全体としての共振周波数を最適化することができる。
[変形形態]

次に、本発明の変形形態について説明する。上述した実施形態の電力伝送システムＳの構成については、以下の（Ａ）乃至（Ｎ）に示すような変形を加えてもよい。本発明の発明者は、当該各変形を加えても、上記電力伝送システムＳと同等の効果を奏し得ることを確認している。なお以下の説明では、上述した実施形態の電力伝送システムＳの構成部材に相当する構成部材については、当該実施形態の電力伝送システムＳと同一の部材番号を用いて説明する。

（Ａ）第１変形形態
先ず第１変形形態について、図１１を用いて説明する。なお図１１は、第１変形形態のコンデンサの接続態様を概念的に示す平面図である。

上述した実施形態及び実施例においては、送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）に並列に接続したコンデンサＣの容量を変えることで共振周波数の最適化を図る構成とした。しかしながらこれ以外に、図１１に概念的に示すように、コイルＣＬ１に対して巻回の中心が一致しており且つ巻回数が少ないコイルＣＬ２に並列に（即ち、コイルＣＬ２の両端部（コイルＣＬ２のビアＶが接続されている位置と開放端Ｔ２）に）コンデンサＣ１を接続し、このコンデンサＣ１の容量を、送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）としての上記伝送効率に基づいて制御することで、電力伝送システムＳとしての共振周波数を最適化するように構成してもよい。この場合には、上記伝送効率の変化の補償と、共振周波数の低周波数化と、を両立させることができる。なお第１変形形態において、実施形態及び実施例のコンデンサＣを合わせて用いてもよい。

（Ｂ）第２変形形態
次に第２変形形態として、実施形態及び実施例においては、送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）に並行に接続されたコンデンサＣの容量を制御することで電力伝送システムＳとしての共振周波数を最適化したが、これ以外に、送電コイルＴＣ（又は受電コイルＲＣ）としての上記伝送効率に基づき、コイルＣＬ１とコイルＣＬ２との接続態様（即ち、両者を接続するか否か、及び、接続する場合における接続位置）、又は送電オープンコイルＴＯ（又は受電オープンコイルＲＯ）と送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）との接続態様（即ち、両者を接続するか否か、及び、接続する場合における接続位置）を図示しない切換部により変更することで、電力伝送システムＳとしての共振周波数を最適化するように構成してもよい。この場合には、より効率的に上記伝送効率の変化を補償することができる。この切換部が、本発明の「接続変更手段」の一例に相当する。なお第２変形形態において、実施形態及び実施例のコンデンサＣ及び／又は第１変形形態のコンデンサＣ１を合わせて用いてもよい。

（Ｃ）第３変形形態
次に第３変形形態として、上述した実施形態及び実施例では、一の可変型のコンデンサＣの容量を制御することで共振周波数の最適化を図ったが、これ以外に、容量の異なる複数のコンデンサを予め送電コイル又は受電コイル内に形成して（又は造り込んで）おき、送電ループコイルＴＬ（又は受電オープンコイルＲＯ）或いは送電オープンコイルＴＯ（又は受電オープンコイルＲＯ）と、当該複数のコンデンサのいずれかと、の間の接続を送電コイル（又は受電コイル）としての上記伝送効率に基づいて切り換えることにより、電力伝送システムＳとしての共振周波数を最適化するように構成してもよい。

（Ｄ）第４変形形態
次に第４変形形態として、上述した実施形態及び実施例においては、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２それぞれを構成する銅薄膜線の厚さを一定としつつその幅を最外周端部から最内周端部にかけて漸増させる構成としたが、これ以外に、当該銅薄膜線の幅を一定としつつその厚さを第４変形形態のコイルの最外周端部から最内周端部にかけて漸増させるように構成してもよい。この場合には、例えば電気めっき法により、銅薄膜線の膜厚を変化させる製造方法を用いることができる。

この第４変形形態によれば、実施形態及び実施例の電力伝送システムＳの構成による効果に加えて、銅薄膜線の厚さが厚い部分ほど、コイルＣＬ１及びコイルＣＬ２の巻回において隣り合う銅薄膜線の間隔も狭くなるので、寄生容量の増大による共振周波数の更なる低周波数化も可能となる。

なお第４変形形態の構成と実施形態及び実施例の構成を合わせて、各コイルの厚さ及び幅の双方を変化させることで、当該コイルとしての断面積を変化させるように構成することもできる。

（Ｅ）第５変形形態
次に第５変形形態として、例えば実施形態の送電オープンコイルＴＯ（又は受電オープンコイルＲＯ）では、それぞれを構成するコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２それぞれの巻回数を五回転半（５．５ターン）及び二回転半（２．５ターン）としたが、これら以外に、コイルＣＬ１とコイルＣＬ２が上記と異なる巻回数であってもよいし、コイルＣＬ１の巻回数とコイルＣＬ２の巻回数とが同じであってもよい。

（Ｆ）第６変形形態
次に第６変形形態として、実施形態の送電オープンコイルＴＯ（又は受電オープンコイルＲＯ）では、例えば送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）とコイルＣＬ１とを異なる層内に形成したが、これらを同じ層内に形成して送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）と接続し、且つ送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）とコイルＣＬ１とを同心に積層してもよい。

（Ｇ）第７変形形態
次に第７変形形態として、実施形態の送電ループコイルＴＬ（又は受電ループコイルＲＬ）の側から見た実施形態のコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２の順番を入れ換えてもよい。

（Ｈ）第８変形形態
次に第８変形形態として、実施形態の送電コイルＴＣにおける送電ループコイルＴＬの位置と送電オープンコイルＴＯの位置とを入れ換え、また、実施形態の受電コイルＲＣにおける受電ループコイルＲＬの位置と受電オープンコイルＲＯの位置とを入れ換えてもよい。この第８変形形態の場合、第８変形形態の電力伝送システム全体としては、送電コイルの送電ループコイルＴＬと受電コイルの受電ループコイルＲＬとが相互に対向して配置されることになる。

（Ｉ）第９変形形態
次に第９変形形態として、実施形態のコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２では、それらを構成する銅薄膜線の幅を、全体的に見てその外周から内周にかけて広くする構成としたが、これら以外に、コイルＣＬ１を構成する銅薄膜線の幅及び／又は厚さが全周に渡って同じであり、更にコイルＣＬ２の幅及び／又は厚さが全周に渡って同じであってもよい。

（Ｊ）第１０変形形態
次に第１０変形形態として、実施形態の送電オープンコイルＴＯ（受電オープンコイルＲＯ）がコイルＣＬ１及びコイルＣＬ２の二層積層構造とされていたところ、巻回方向が同じ四つのコイルを積層することにより送電オープンコイル（受電オープンコイル）を構成してもよい。この場合、第１のコイルについては最外周部から最内周部に反時計方向に銅薄膜線を巻回させ、当該最内周部で第２のコイルに接続し、第２のコイルについては第１のコイルと接続された最内周部から最外周部に時計方向に銅薄膜線を巻回させ、当該最外周部で第３のコイルに接続する。更に、第３のコイルについては最外周部から最内周部に反時計方向に銅薄膜線を巻回させ、当該最内周部で第４のコイルに接続し、第４のコイルについては第３のコイルと接続された最内周部から最外周部に時計方向に銅薄膜線を巻回させる。また、第１のコイルの最外周端部と第４のコイルの最外周端部はそれぞれ開放端として構成するのが好ましい。そして、コンデンサとしては、上記実施形態と上記四つのコイルとの組み合わせによる接続点に接続するのが好ましい。

（Ｋ）第１１変形形態
次に第１１変形形態として、実施形態の送電オープンコイルＴＯ（受電オープンコイルＲＯ）においては、コイルＣＬ１の巻回方向（反時計方向）とコイルＣＬ２の巻回方向（時計方向）とを反対としたが、これらが同じ方向であってもよい。この点は、上記第１０変形形態の四層構造においても同様である。

（Ｌ）第１２変形形態
次に第１２変形形態として、上述した実施形態では、送電オープンコイルＴＯ（受電オープンコイルＲＯ）において、コイルＣＬ１の各巻回の径方向の位置と、コイルＣＬ２の各巻回の径方向の位置と、が、一致するように構成したが（図６参照）、これに限らず、当該各巻回の径方向の位置が異なっていても、コイルＣＬ１とコイルＣＬ２とが積層されていれば、所望される寄生容量の調整が可能となり、上記電力伝送システムＳと同等の効果を奏し得る。

（Ｍ）第１３変形形態
次に第１３変形形態として、実施形態において、開放端とされている送電オープンコイルＴＯ又は受電オープンコイルＴＯの端部に対して直列に、或いは送電ループコイルＴＬ又は受電ループコイルＲＬに対して直列に、それぞれコンデンサを更に接続して、送電ループコイルＴＯ又は受電ループコイルＲＯ、或いは送電オープンコイルＴＬ又は受電オープンコイルＲＬとしての寄生容量を調整することで、共振周波数の低周波数化を図るように構成してもよい。このとき、送電オープンコイルＴＯ又は受電オープンコイルＲＯにおけるいずれかの開放端に対して直列にコンデンサを接続する場合は、当該開放端のいずれかに接続されていないコンデンサの端子を開放端とすればよい。

（Ｎ）第１４変形形態
最後に第１４変形形態として、図８に示すフローチャートに対応するプログラムを、光ディスク又はハードディスク等の記録媒体に記録しておき、或いはインターネット等のネットワークを介して取得しておき、これを汎用のマイクロコンピュータ等に読み出して実行することにより、当該マイクロコンピュータ等を実施形態の容量制御部ＣＣとして機能させることも可能である。

以上それぞれ説明したように、本発明は非接触の電力伝送の分野に利用することが可能であり、特に電気自動車に搭載された蓄電池を充電するための電力伝送の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。

Ｓ 電力伝送システム
Ｒ 受電装置
Ｔ 送電装置
Ｖ ビア
ＲＶ 受電部
ＲＣ 受電コイル
ＴＲ 送電部
ＴＣ 送電コイル
ＴＯ 送電オープンコイル
ＴＬ 送電ループコイル
ＲＯ 受電オープンコイル
ＲＬ 受電ループコイル
ＣＬ１、ＣＬ２ コイル
ＢＦ１、ＢＦ２ フィルム
Ｏ１、Ｏ２ 接続用端子
Ｔ１、Ｔ２ 開放端
Ｃ、Ｃ１ コンデンサ
ＣＣ 容量制御部
ＤＴ、ＤＲ 検出部

Claims (12)

1. 電力の送電又は受電を非接触で行う電力伝送装置において、
   前記送電又は前記受電用の第１コイルであって、複数回巻回された第１巻回線と、複数回巻回された第２巻回線と、を備える第１コイルと、
   前記送電時には当該送電すべき電力が供給され、前記受電時には当該受電された電力が出力される第２コイルであって、前記第１コイルに対して積層される第２コイルと、
   を備えるコイル対と、
   前記コイル対としての伝送効率を検出する検出手段と、
   前記検出された伝送効率に基づいて、前記コイル対としての共振周波数を最適化する最適化手段と、
   を備えることを特徴とする電力伝送装置。
2. 請求項１に記載の電力伝送装置において、
   前記共振周波数を調整するための容量部材であって、前記第１コイル又は前記第２コイルの少なくともいずれか一方に接続される容量部材を更に備え、
   前記最適化手段は、前記検出された伝送効率に基づき、前記容量部材の容量を変更して前記共振周波数を最適化することを特徴とする電力伝送装置。
3. 請求項２に記載の電力伝送装置において、
   前記容量部材は前記第２コイルに並列に接続されており、
   前記最適化手段は、前記検出された伝送効率に基づき、前記並列に接続されている前記容量部材の前記容量を変更することにより前記共振周波数を最適化することを特徴とする電力伝送装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の電力伝送装置において、
   前記第１巻回線の巻回数が前記第２巻回線の巻回数より大きく、
   前記第１コイルにおいて、前記第１巻回線の巻回と、前記第２巻回線の巻回と、が重なるように、当該第１巻回線と当該第２巻回線とが絶縁部を挟んで積層されており、
   前記容量部材は前記第２巻回線に並列に接続されており、
   前記最適化手段は、前記検出された伝送効率に基づき、前記並列に接続されている前記容量部材の前記容量を変更することにより前記共振周波数を最適化することを特徴とする電力伝送装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力伝送装置において、
   前記検出された伝送効率に基づいて、前記第１巻回線、前記第２巻回線及び前記第２コイルの全て又はいずれか同士の接続態様を変更する接続変更手段を更に備えることを特徴とする電力伝送装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力伝送装置において、
   前記第１巻回線、前記第２巻回線及び前記第２コイルのそれぞれが、前記第１コイル及び当該第２コイルの径方向に平たい薄膜線であることを特徴とする電力伝送装置。
7. 送電装置と、当該送電装置から離隔した受電装置と、により構成され、前記送電装置から非接触で前記受電装置に電力を伝送する電力伝送システムに含まれる前記送電装置において、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記電力伝送装置である送電電力伝送装置と、
   伝送すべき電力を前記送電電力伝送装置の前記第２コイルに出力する出力手段と、
   を備えることを特徴とする送電装置。
8. 送電装置と、当該送電装置から離隔した受電装置と、により構成され、前記送電装置から非接触で前記受電装置に電力を伝送する電力伝送システムに含まれる前記受電装置において、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の前記電力伝送装置であって、前記送電装置に対向して配置される受電電力伝送装置と、
   当該受電電力伝送装置の前記第２コイルに接続された入力手段と、
   を備えることを特徴とする受電装置。
9. 請求項７に記載の送電装置と、
   当該送電装置から離隔し、且つ前記送電電力伝送装置に対向して配置される受電装置であって、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、
   を備えることを特徴とする非接触型の電力伝送システム。
10. 送電装置と、
    請求項８に記載の受電装置であって、前記送電装置から離隔し且つ前記受電電力伝送装置が当該送電装置に対向して配置され、前記送電装置から送信された電力を受電する受電装置と、
    を備えることを特徴とする非接触型の電力伝送システム。
11. 電力の送電又は受電を非接触で行う電力伝送装置であって、前記送電又は前記受電用の第１コイルであって、複数回巻回された第１巻回線と、複数回巻回された第２巻回線と、を備える第１コイルと、前記送電時には当該送電すべき電力が供給され、前記受電時には当該受電された電力が出力される第２コイルであって、前記第１コイルに対して積層される第２コイルと、を備えるコイル対と、検出手段と、最適化手段と、を備える電力伝送装置において実行される電力伝送制御方法であって、
    前記コイル対としての伝送効率を前記検出手段により検出する検出工程と、
    前記検出された伝送効率に基づいて、前記最適化手段により前記コイル対としての共振周波数を最適化する最適化工程と、
    を含むことを特徴とする電力伝送制御方法。
12. 電力の送電又は受電を非接触で行う電力伝送装置であって、前記送電又は前記受電用の第１コイルであって、複数回巻回された第１巻回線と、複数回巻回された第２巻回線と、を備える第１コイルと、前記送電時には当該送電すべき電力が供給され、前記受電時には当該受電された電力が出力される第２コイルであって、前記第１コイルに対して積層される第２コイルと、を備えるコイル対と、を備える電力伝送装置に含まれるコンピュータを、
    前記コイル対としての伝送効率を検出する検出手段、及び、
    前記検出された伝送効率に基づいて、前記コイル対としての共振周波数を最適化する最適化手段、
    として機能させることを特徴とする電力伝送制御プログラム。

Images