JP5114364B2 - 非接触電力伝送装置及びその設計方法 - Google Patents

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Description

本発明は、非接触電力伝送装置及びその設計方法に関する。
図６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（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）。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
ところが、非特許文献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。特に、高効率で電力を伝送するための交流電源の出力交流周波数を決める指針がなく、広範囲の周波数において電力伝送効率を調べて最適な交流周波数を定める必要があり、手間がかかるという問題があった。
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、設計（製造）が容易な非接触電力伝送装置及びその設計方法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に記載の発明は、交流電源と、当該交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、前記２次コイルに接続される負荷とを備えている。そして、前記共鳴系の入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に前記交流電源の交流周波数が設定されている。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、本明細書において「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。この場合、２次コイルに接続される負荷の有無は問わない。
この発明では、共鳴系の入力インピーダンスを測定するだけで、電力伝送効率を高くするために設定すべき交流電源の交流周波数の範囲を、入力インピーダンスが極大となる周波数とその周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に限定できる。そのため、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみのインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数が設定されている。ここで、インピーダンスが「同じ値となる」とは、完全に一致する場合だけではなく、一致はしないが、差が発明の目的を達成する範囲内にある場合も含む。従って、交流電源の交流周波数も一意に定まるわけではなく、ある範囲内で設定されることになる。
この発明では、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記１次コイル、１次側共鳴コイル、２次側共鳴コイル、２次コイルが同じ径に形成されている。
この発明では、１次コイル及び１次側共鳴コイルを一つの筒に巻くことで入力側の両コイルを容易に製作することができ、２次側共鳴コイル及び２次コイルを一つの筒に巻くことで出力側の両コイルを容易に製作することができる。また、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルの巻数等設計パラメータを同じにすることにより、両者の共鳴周波数を簡単に同じにすることができる。
請求項４に記載の発明は、交流電源と、交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、２次コイルに接続される負荷とを備える非接触電力伝送装置である。そして、前記共鳴系の入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内に前記交流電源の交流周波数を設定する。
この発明では、共鳴系の入力インピーダンスを測定するだけで、電力伝送効率を高くするために設定すべき交流電源の交流周波数の範囲を、共鳴系の入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲に限定できる。そのため、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の非接触電力伝送装置であって、前記入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみで測定したインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数を設定する。ここで、インピーダンスが「同じ値となる」とは、完全に一致する場合だけではなく、一致はしないが差が発明の目的を達成する範囲内にある場合も含む。従って、交流電源の交流周波数も一意に定まるわけではなく、ある範囲内で設定されることになる。
この発明では、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の非接触電力伝送装置において、前記１次コイル、１次側共鳴コイル、２次側共鳴コイル、２次コイルが同じ径に形成されている。
この発明では、１次コイル及び１次側共鳴コイルを一つの筒に巻くことで入力側の両コイルを容易に製作することができ、２次側共鳴コイル及び２次コイルを一つの筒に巻くことで出力側の両コイルを容易に製作することができる。また、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルの巻数等設計パラメータを同じにすることにより、両者の共鳴周波数を簡単に同じにすることができる。
請求項７に記載の発明は、交流電源と、当該交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、前記２次コイルに接続される負荷とを備えた非接触電力伝送装置の設計方法である。この装置において、前記共鳴系の入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に前記交流電源の交流周波数を設定する。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。
この発明では、共鳴系の入力インピーダンスを測定するだけで、電力伝送効率を高くするために設定すべき交流電源の交流周波数の範囲を、共鳴系の入力インピーダンスが極大となる周波数とその周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に限定できる。そのため、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記共鳴系の入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみのインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数が設定されている。ここで、インピーダンスが「同じ値となる」とは、完全に一致する場合だけではなく、一致はしないが差が発明の目的を達成する範囲内にある場合も含む。従って、交流電源の交流周波数も一意に定まるわけではなく、ある範囲内で設定されることになる。
この発明では、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
請求項９に記載の発明は、交流電源と、交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、２次コイルに接続される負荷とを備える非接触電力伝送装置の設計方法である。この装置において、前記共鳴系の入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内に前記交流電源の交流周波数を設定する。
この発明では、共鳴系の入力インピーダンスを測定するだけで、電力伝送効率を高くするために設定すべき交流電源の交流周波数の範囲を、共鳴系の入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲に限定できる。そのため、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の非接触電力伝送装置であって、前記入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみで測定したインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数を設定する。ここで、インピーダンスが「同じ値となる」とは、完全に一致する場合だけではなく、一致はしないが差が発明の目的を達成する範囲内にある場合も含む。従って、交流電源の交流周波数も一意に定まるわけではなく、ある範囲内で設定されることになる。
この発明では、非接触電力伝送装置を容易に設計することができる。
本発明によれば、設計（製造）が容易な非接触電力伝送装置及びその設計方法を提供することができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１から供給される電力を非接触で伝送する共鳴系１２を備える。共鳴系１２は、交流電源１１に接続される１次コイル１３と、１次側共鳴コイル１４と、２次側共鳴コイル１５と、２次コイル１６とを有する。２次コイル１６は負荷１７に接続されている。
非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１から１次コイル１３に交流電圧を印加することにより１次コイル１３に磁場を発生させる。この磁場を１次側共鳴コイル１４と２次側共鳴コイル１５とによる磁場共鳴により増強し、増強された２次側共鳴コイル１５付近の磁場から２次コイル１６で電磁誘導を利用して電力を取り出し負荷１７に供給する。
１次コイル１３、１次側共鳴コイル１４、２次側共鳴コイル１５及び２次コイル１６は電線により形成されている。コイルの径や巻数は、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１３、１次側共鳴コイル１４、２次側共鳴コイル１５及び２次コイル１６は、同じ径に形成されている。
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、即ち、交流電源１１の交流周波数は自由に変えられるようになっている。したがって、共鳴系１２に印加される交流電圧の周波数は自由に変えることができる。
次に前記のように構成された非接触電力伝送装置１０の設計方法を説明する。
この設計方法は、先ず、共鳴系１２を構成する１次側共鳴コイル１４及び２次側共鳴コイル１５の仕様を設定する。仕様としては、例えば、１次側共鳴コイル１４及び２次側共鳴コイル１５を構成する電線の材質の他に電線の太さ、コイルの径、巻数、両共鳴コイル間距離等の両共鳴コイルを製作、設置するのに必要な値がある。次に、１次コイル１３及び２次コイル１６の仕様を設定する。仕様としては、両コイル１３，１６を構成する電線の材質の他に電線の太さ、コイルの径、巻数がある。通常は電線として銅線が使用される。
次に設定された仕様で１次コイル１３、１次側共鳴コイル１４、２次側共鳴コイル１５及び２次コイル１６を形成するとともに、共鳴系１２を組み立てる。そして、負荷１７を２次コイル１６に接続した後、１次コイル１３に印加される交流電圧の周波数を変更しながら、その共鳴系１２の入力インピーダンス（１次コイル１３の両端で測定した共鳴系１２全体のインピーダンス）を測定する。そして、測定結果に基づいて入力インピーダンスを縦軸、周波数を横軸にしたグラフを作成し、入力インピーダンスが極大となる周波数及びその極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に交流電源１１の交流周波数を設定する。共鳴系１２によっては、入力インピーダンスを縦軸、周波数を横軸にしたグラフを作成した場合、入力インピーダンスの極大及び極小がそれぞれ２箇所現れる場合がある（図２参照）。そのような場合は、大きい側の極大と小さい側の極小との間（図２中のＰｍａｘ及びＰｍｉｎの間）に対応する周波数に交流電源１１の交流周波数を設定する。また、入力インピーダンスの極大及び極小となる組が複数現れる場合もある（例えば図２におけるＰｍａｘ及びＰｍｉｎの組が複数現れる場合）。そのような場合には、最も低い周波数範囲に現れる極大及び極小となる組の間の周波数に交流電源１１の交流周波数を設定する。
次に設定した周波数（交流電源１１の交流周波数）で共鳴系１２の入力インピーダンスと交流電源１１の出力インピーダンスとを整合させる。共鳴系１２の入力インピーダンスと交流電源１１の出力インピーダンスとの整合がとれない場合は、１次コイル１３と交流電源１１との間に整合器を入れて整合させる。
共鳴系１２の入力インピーダンスと交流電源１１の出力インピーダンスとが整合するとは、両インピーダンスが完全に一致することが最も望ましい。しかし、非接触電力伝送装置として所望の性能（電力伝送効率）を達成する範囲内で、例えば、共鳴系１２の入力インピーダンスと交流電源１１の出力インピーダンスとの差が、共鳴系１２の入力インピーダンスに対して±１０％の範囲内、好ましくは±５％の範囲内であればよい。
共鳴系１２を構成する各コイルの電線としてサイズが０．５ｓｑ（平方ｍｍ）の自動車用薄肉ビニル絶縁低圧電線（ＡＶＳ線）を使用して、１次コイル１３、１次側共鳴コイル１４、２次側共鳴コイル１５及び２次コイル１６を次の仕様で形成した。
１次コイル１３及び２次コイル１６：巻数…２巻、径…直径１５０ｍｍ、密巻
両共鳴コイル１４，１５：巻数…４５巻、径…直径１５０ｍｍ、密巻、巻線の両端を開放
共鳴コイル間距離：２００ｍｍ
そして、負荷１７として５０Ωの抵抗を接続して、入力電圧として１０Ｖｐｐ（振幅５Ｖ）の正弦波１ＭＨｚ〜７ＭＨｚを１次コイル１３に供給して、１次コイル１３のインピーダンスＺ１及び共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎ並びに電力伝送効率ηを測定した。また、１次コイル１３のインピーダンスＺ１の影響を調べるため、１次コイル１３以外のコイルの仕様は変更せずに、１次コイル１３の巻数を１巻及び４巻に変更した共鳴系１２に対しても同じ条件で同じ測定を行った。測定結果を、横軸が周波数、縦軸がインピーダンス又は電力伝送効率ηを表すグラフにしたものを図２、図３及び図４に示す。図２〜図４では電力伝送効率ηを単に効率ηとして示している。なお、入力インピーダンスＺｉｎの極大点をＰｍａｘ、極小点をＰｍｉｎとする。また、電力伝送効率ηは負荷での消費電力の１次コイルへの入力電力に対する割合を表し、％で示す場合は、次のようにして求められる。
電力伝送効率η＝（負荷での消費電力／１次コイルへの入力電力）×１００［％］
図２〜図４の結果から次のことが言える。
１．１次コイル１３のインピーダンスＺ１は、巻数に拘わらず周波数が１ＭＨｚから７ＭＨｚまで増加するに伴って単調増加し、増加率は周波数の低い方が大きいことを確認することができる。
２．１次コイル１３のインピーダンスＺ１は、巻数が増加するに従って同じ周波数における値が大きくなる。また、増加の割合は、巻数が１巻の２倍に増加した場合の増加割合より、巻数が１巻の４倍に増加した場合の増加割合の方が大きい。
３．電力伝送効率ηは、１次コイル１３の巻数に拘わらずほぼ同じ周波数で最大になる。ここで、電力伝送効率ηが最大になる周波数をその共鳴系１２における共鳴周波数と定義する。
４．共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎは、２ＭＨｚ以下及び６ＭＨｚ以上では１次コイル１３のインピーダンスとほぼ一致するように変化し、共鳴周波数付近においては並列共振、直列共振が順に生じて、極大点Ｐｍａｘ及び極小点Ｐｍｉｎが生じるように変化する。
５．共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎは、極大点Ｐｍａｘ及び極小点Ｐｍｉｎが生じる周波数の値が１次コイル１３のインピーダンスＺ１の値に拘わらず一定になる。
６．共鳴周波数は、極大点Ｐｍａｘの周波数とその周波数よりも高い極小点Ｐｍｉｎの周波数との間に存在する。逆に、極大点Ｐｍａｘの周波数とその周波数よりも高い極小点Ｐｍｉｎの周波数との間に交流電源１１の交流周波数を設定すると、電力伝送効率ηを高くすることができる。
７．共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎの極大点Ｐｍａｘの周波数とその周波数よりも高い極小点Ｐｍｉｎの周波数との間であって、入力インピーダンスＺｉｎと１次コイル１３のインピーダンスＺ１とが等しくなる周波数に交流電源１１の交流周波数を設定すると、電力伝送効率ηが最も高くなる。すなわち、当該周波数が共鳴周波数となる。
８．共鳴周波数は、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎが周波数の増加に伴い減少する範囲内に存在するとも言える。逆に、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎが周波数の増加に伴い減少する範囲内に交流電源１１の交流周波数を設定すると、電力伝送効率ηを高くすることができる。
９．共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎが周波数の増加に伴い減少する範囲で、入力インピーダンスＺｉｎと１次コイル１３のインピーダンスＺ１とが等しくなる周波数で、電力伝送効率ηが最も高くなる。すなわち、当該周波数が共鳴周波数となる。
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が接続される１次コイル１３と１次側共鳴コイル１４と２次側共鳴コイル１５と２次コイル１６とを有する共鳴系１２と、２次コイル１６に接続される負荷１７とを備えている。そして、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと周波数との関係をグラフにした場合の極大点Ｐｍａｘの周波数とその周波数よりも高い極小点Ｐｍｉｎの周波数との間に交流電源１１の交流周波数を設定する。したがって、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎを測定するだけで、電力伝送効率ηを高くするために設定すべき交流電源１１の交流周波数の範囲を、入力インピーダンスＺｉｎが極大となる周波数とその周波数よりも高くかつ入力インピーダンスＺｉｎが極小となる周波数との間に限定できる。そのため、非接触電力伝送装置１０を容易に設計することができる。
（２）共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと周波数との関係をグラフにした場合の、入力インピーダンスＺｉｎが極大となる周波数と、この周波数よりも高くかつ入力インピーダンスＺｉｎが極小となる周波数との間の周波数であって、入力インピーダンスＺｉｎと１次コイル１３のみのインピーダンスＺ１とが同じ値となる周波数に交流電源１１の交流周波数が設定されている。このため、非接触電力伝送装置１０を容易に設計することができる。特に、前記周波数の範囲内であって、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと１次コイル１３のインピーダンスＺ１とが等しくなる周波数の交流電圧を１次コイルに印加した場合、共鳴系１２の電力伝送効率ηは最大となる。
（３）１次コイル１３、１次側共鳴コイル１４、２次側共鳴コイル１５及び２次コイル１６は同じ径に形成されている。したがって、１次コイル１３及び１次側共鳴コイル１４を一つの筒に巻くことで１次側の両コイルを容易に製作することができ、２次側共鳴コイル１５及び２次コイル１６を一つの筒に巻くことで２次側の両コイルを容易に製作することができる。また、１次側共鳴コイル１４と２次側共鳴コイル１５との巻数等の設計パラメータを同じにすることにより、両者の共鳴周波数を簡単に同じにすることができる。
（４）非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１と、交流電源１１が接続される１次コイル１３と１次側共鳴コイル１４と２次側共鳴コイル１５と２次コイル１６とを有する共鳴系１２と、２次コイル１６に接続される負荷１７とを備えている。そして、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎが周波数の増加に伴い減少する範囲内に交流電源１１の交流周波数を設定する。したがって、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎを測定するだけで、電力伝送効率ηを高くするために設定すべき交流電源１１の交流周波数の範囲を、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎが周波数の増加に伴い減少する範囲に限定できる。そのため、非接触電力伝送装置１０を容易に設計することができる。
（５）共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎが周波数の増加に伴い減少する範囲内の周波数であって、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと１次コイル１３のみで測定したインピーダンスＺ１とが同じ値となる周波数に交流電源１１の交流周波数を設定する。このため、非接触電力伝送装置１０を容易に設計することができる。特に、前記周波数の範囲内であって、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと１次コイル１３のインピーダンスＺ１とが等しくなる周波数の交流電圧を１次コイルに印加した場合、共鳴系１２の電力伝送効率ηは最大となる。
（６）設定した周波数（交流電源１１の交流周波数）で共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと交流電源１１の出力インピーダンスとが整合するように、１次コイル１３のインピーダンスＺ１が設定される。したがって、交流電源１１から非接触電力伝送装置１０へ効率良く電力が供給される。また、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと交流電源１１の出力インピーダンスとを整合させる際に、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎに代えて１次コイル１３のインピーダンスＺ１のみを測定すればよい。したがって、容易に両インピーダンスを整合させることができる。
（７）前記非接触電力伝送装置１０の設計方法は、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎと周波数との関係をグラフにした場合の、入力インピーダンスＺｉｎが極大となる周波数と、入力インピーダンスＺｉｎが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスＺｉｎが極小となる周波数との間に交流電源１１の交流周波数を設定する。したがって、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎを測定するだけで、電力伝送効率ηを高くするために設定すべき交流電源１１の交流周波数の範囲を、共鳴系１２の入力インピーダンスＺｉｎが極大となる周波数とその周波数よりも高くかつ入力インピーダンスＺｉｎが極小となる周波数との間に限定できる。そのため、非接触電力伝送装置１０を容易に設計することができる。
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。
○ 電線を巻回してコイルを形成する場合、コイルは円筒状に限らない。例えば、三角筒状、四角筒状、六角筒状等の多角筒状や楕円筒状等の単純な形状の筒状としたり、対称図形ではなく他の異形断面の筒状としたりしてもよい。
○ １次側共鳴コイル１４及び２次側共鳴コイル１５は、電線が筒状に巻回されたコイルに限らず、例えば、図５に示すように、電線が一平面上に巻回された形状としてもよい。
○ コイルは、電線が密巻されて隣接する巻回部が接触する構成でも、巻回部が接触しないように巻回部の間隔を空けて電線が巻回された構成であってもよい。
○ １次コイル１３、１次側共鳴コイル１４、２次側共鳴コイル１５及び２次コイル１６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１４及び２次側共鳴コイル１５は同じ径で、１次コイル１３及び２次コイル１６は異なる径としてもよい。
○ コイルを構成する電線は、絶縁ビニル被覆線に限らず、エナメル線を使用したり、あるいは裸線を巻回した後に樹脂モールドしたりしてもよい。
○ 非接触電力伝送装置１０の設計方法は、共鳴系１２を構成する１次側共鳴コイル１４及び２次側共鳴コイル１５の仕様を設定した後、交流電源１１の仕様を設定し、その交流電源１１の出力インピーダンスと共鳴系１２の入力インピーダンスが整合するように１次コイル１３のインピーダンスを設定する方法に限らない。例えば、先ず、交流電源１１の仕様を設定し、その仕様に合わせて共鳴系１２を構成する１次側共鳴コイル１４及び２次側共鳴コイル１５の仕様及び１次コイル１３のインピーダンスを設定してもよい。交流電源１１の仕様を共鳴系１２の仕様より先に設定するということは、共鳴系１２の仕様を設定する際に、共鳴周波数が決められた状態で１次側共鳴コイル１４及び２次側共鳴コイル１５を構成する電線の材質、電線の太さ、コイルの径、巻数、両共鳴コイル間距離等の値を設定することになる。
実施形態の非接触電力伝送装置の構成図。 １次コイルの巻数１巻の場合における１次コイル単体のインピーダンス、共鳴系の入力インピーダンス及び電力伝送効率と周波数との関係を示すグラフ。 １次コイルの巻数２巻の場合における１次コイル単体のインピーダンス、共鳴系の入力インピーダンス及び電力伝送効率と周波数との関係を示すグラフ。 １次コイルの巻数４巻の場合における１次コイル単体のインピーダンス、共鳴系の入力インピーダンス及び電力伝送効率と周波数との関係を示すグラフ。 別の実施形態の入力側共鳴コイル及び出力側共鳴コイルの模式図。 従来技術の非接触電力伝送装置の構成図。
符号の説明
Ｐｍａｘ…極大点、Ｐｍｉｎ…極小点、１０…非接触電力伝送装置、１１…交流電源、１２…共鳴系、１３…１次コイル、１４…１次側共鳴コイル、１５…２次側共鳴コイル、１６…２次コイル、１７…負荷。

Claims (10)

  1. 交流電源と、当該交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、前記２次コイルに接続される負荷とを備える非接触電力伝送装置であって、
    前記共鳴系の入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に前記交流電源の交流周波数が設定されていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
  2. 前記入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみのインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数が設定されている請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
  3. 前記１次コイル、１次側共鳴コイル、２次側共鳴コイル及び２次コイルは同じ径に形成されている請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
  4. 交流電源と、当該交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、前記２次コイルに接続される負荷とを備える非接触電力伝送装置であって、
    前記共鳴系の入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内に前記交流電源の交流周波数が設定されていることを特徴とする非接触電力伝送装置。
  5. 前記入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみのインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数が設定されている請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
  6. 前記１次コイル、１次側共鳴コイル、２次側共鳴コイル及び２次コイルは同じ径に形成されている請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
  7. 交流電源と、当該交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、前記２次コイルに接続される負荷とを備える非接触電力伝送装置の設計方法であって、
    前記共鳴系の入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に前記交流電源の交流周波数を設定することを特徴とする非接触電力伝送装置の設計方法。
  8. 前記入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみのインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数を設定する請求項７に記載の非接触電力伝送装置の設計方法。
  9. 交流電源と、当該交流電源に接続される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次コイルとを有する共鳴系と、前記２次コイルに接続される負荷とを備える非接触電力伝送装置の設計方法であって、
    前記共鳴系の入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内に前記交流電源の交流周波数を設定することを特徴とする非接触電力伝送装置の設計方法。
  10. 前記入力インピーダンスが周波数の増加に伴い減少する範囲内の周波数であって、前記入力インピーダンスと前記１次コイルのみのインピーダンスとが同じ値となる周波数に前記交流電源の交流周波数を設定する請求項９に記載の非接触電力伝送装置の設計方法。
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