JP5767469B2 - Power supply system - Google Patents

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JP5767469B2 JP2010284478A JP2010284478A JP5767469B2 JP 5767469 B2 JP5767469 B2 JP 5767469B2 JP 2010284478 A JP2010284478 A JP 2010284478A JP 2010284478 A JP2010284478 A JP 2010284478A JP 5767469 B2 JP5767469 B2 JP 5767469B2
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Description

本発明は、給電システムに係り、特に、給電コイルから受電コイルに非接触で電力を供給する給電システムに関するものである。   The present invention relates to a power feeding system, and more particularly to a power feeding system that supplies power from a power feeding coil to a power receiving coil in a contactless manner.

上述した給電システムとして、例えば図10に示すものが知られている(特許文献1、2)。同図に示すように、給電システム1は、給電手段としての給電部3と、受電手段としての受電部5と、を備えている。上記給電部3は、電力が供給される給電側ループアンテナ6と、給電側ループアンテナ6に電磁結合された給電側コイルとしての給電側ヘリカルコイル7と、が設けられている。上記給電側ループアンテナ6に電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル7に送られる。   As the power feeding system described above, for example, the one shown in FIG. 10 is known (Patent Documents 1 and 2). As shown in the figure, the power feeding system 1 includes a power feeding unit 3 as a power feeding unit and a power receiving unit 5 as a power receiving unit. The power feeding unit 3 includes a power feeding side loop antenna 6 to which power is supplied and a power feeding side helical coil 7 as a power feeding side coil electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna 6. When power is supplied to the power feeding side loop antenna 6, the power is sent to the power feeding side helical coil 7 by electromagnetic induction.

上記受電部5は、給電側ヘリカルコイル7と電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル9と、この受電側ヘリカルコイル9に電磁結合された受電側ループアンテナ10と、が設けられている。給電側ヘリカルコイル7に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル9にワイヤレスで送られる。   The power reception unit 5 includes a power reception side helical coil 9 that electromagnetically resonates with the power supply side helical coil 7, and a power reception side loop antenna 10 that is electromagnetically coupled to the power reception side helical coil 9. When power is sent to the power supply side helical coil 7, the power is wirelessly sent to the power receiving side helical coil 9 by magnetic field resonance.

さらに、受電側ヘリカルコイル9に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ10に送られて、この受電側ループアンテナ10に接続された負荷に供給される。上述した給電システム1によれば、給電側ヘリカルコイル7と受電側ヘリカルコイル9との電磁共鳴により非接触で給電側からの電力を受電側に供給することができる。   Further, when power is sent to the power receiving side helical coil 9, the power is sent to the power receiving side loop antenna 10 by electromagnetic induction and supplied to a load connected to the power receiving side loop antenna 10. According to the power feeding system 1 described above, power from the power feeding side can be supplied to the power receiving side in a non-contact manner by electromagnetic resonance between the power feeding side helical coil 7 and the power receiving side helical coil 9.

そして、上述した受電部5を自動車に設け、給電部3を道路などに設けることにより、上述した給電システム1を利用してワイヤレスで自動車に搭載された負荷に電力を供給することが考えられている。   Then, it is conceivable that the power receiving unit 5 described above is provided in the automobile and the power supply unit 3 is provided on the road or the like, thereby supplying power to the load mounted on the automobile wirelessly using the power supply system 1 described above. Yes.

ところで、上述した自動車に設けられた受電部5と道路に設けられた給電部3との距離は、自動車の車種によって異なる。即ち、受電部5の受電側ヘリカルコイル9と給電部3の給電側ヘリカルコイル7とのコイル間距離L1も、自動車の車種によって異なる。例えば、スポーツカーなどの車高の低い車に受電部5を設けると、上記コイル間距離L1は短くなり、RV車などの車高の高い車に受電部5を設けると、上記コイル間距離L1が長くなる。 By the way, the distance between the power receiving unit 5 provided in the automobile described above and the power feeding unit 3 provided on the road varies depending on the type of automobile. That is, the inter-coil distance L 1 between the power reception side helical coil 9 of the power reception unit 5 and the power supply side helical coil 7 of the power supply unit 3 also varies depending on the vehicle type. For example, when the power receiving unit 5 is provided in a vehicle with a low vehicle height such as a sports car, the inter-coil distance L 1 is shortened. When the power receiving unit 5 is provided in a vehicle with a high vehicle height such as an RV vehicle, the inter-coil distance is provided. L 1 becomes longer.

次に、本発明者らは、上述した図10に示す給電システム1の給電側、受電側ループアンテナ6、10のアンテナ径R11、R12を206mmに固定した状態でコイル間距離L1を100mm〜400mmの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナ10の通過特性S21及び反射特性S11を測定した。結果を図11〜図13に示す。 Next, the inventors set the inter-coil distance L 1 with the antenna diameters R 11 and R 12 of the power feeding side and power receiving side loop antennas 6 and 10 of the power feeding system 1 shown in FIG. The passage characteristic S21 and the reflection characteristic S11 of the power receiving side loop antenna 10 when it was changed in the range of 100 mm to 400 mm were measured. The results are shown in FIGS.

図11からも分かるように、上述した給電システム1ではコイル間距離L1が変化すると、通過特性S21が変動してしまう。その主な原因は、図12及び図13に示されるように、給電側ヘリカルコイル7と受電側ヘリカルコイル9との整合のずれである。 As can be seen from FIG. 11, in the power supply system 1 described above, when the inter-coil distance L 1 changes, the pass characteristic S21 changes. As shown in FIGS. 12 and 13, the main cause is misalignment between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9.

詳しく説明すると、給電側ループアンテナ6、受電側ループアンテナ10のアンテナ径R11、R12を206mmとすると、上記コイル間距離L1が200mmのときは臨界結合に近い状態であるが、それよりもコイル間距離L1が短くなると給電部3と受電部5との結合が密となり、双共振特性を示すため、通過特性S21が1となる周波数が変化する。 More specifically, assuming that the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side loop antenna 6 and the power reception side loop antenna 10 are 206 mm, when the distance L 1 between the coils is 200 mm, the state is close to critical coupling. However, when the inter-coil distance L 1 is shortened, the coupling between the power feeding unit 3 and the power receiving unit 5 becomes dense, and exhibits a bi-resonance characteristic. Therefore, the frequency at which the pass characteristic S21 becomes 1 changes.

従って、動作周波数を13.5MHz付近で固定した場合、コイル間距離L1が200mmのときは通過特性S21がほぼ1であり高効率であるが、コイル間距離L1が100mmに変動すると通過特性S21が0.65に低下して損失が増加してしまう。 Accordingly, when the operating frequency is fixed at around 13.5 MHz, when the inter-coil distance L 1 is 200 mm, the pass characteristic S21 is almost 1 and high efficiency, but when the inter-coil distance L 1 varies to 100 mm, the pass characteristic is obtained. S21 falls to 0.65 and the loss increases.

これに対して、コイル間距離L1が長くなると給電側ヘリカルコイル7と受電側ヘリカルコイル9との結合が疎となり、互いのインピーダンス整合が取れず、通過特性S21が低下して損失が増加してしまう。 On the other hand, when the inter-coil distance L 1 is increased, the coupling between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9 becomes sparse, the impedance matching between them cannot be achieved, the pass characteristic S21 is lowered, and the loss is increased. End up.

以上のことから明らかなように、コイル間距離L1が変動すると給電部3から受電部5への給電効率が変動して損失が増大してしまう、という問題があった。また、図8に示すように、給電側ループアンテナ6、給電側ヘリカルコイル7と、受電側ループアンテナ10、受電側ヘリカルコイル9と、の軸がずれる横ズレxが発生したときも、給電部3から受電部5への給電効率が変動して損失が増大してしまう、という問題があった。 As is apparent from the above, when the inter-coil distance L 1 fluctuates, there is a problem that the power feeding efficiency from the power feeding unit 3 to the power receiving unit 5 fluctuates and the loss increases. Further, as shown in FIG. 8, even when a lateral deviation x in which the axes of the power feeding side loop antenna 6, the power feeding side helical coil 7, the power receiving side loop antenna 10, and the power receiving side helical coil 9 are displaced occurs, There is a problem that the power supply efficiency from 3 to the power receiving unit 5 fluctuates and the loss increases.

特開2010−124522号公報JP 2010-124522 A 特開2010−68657号公報JP 2010-68657 A

そこで、本発明は、給電側ヘリカルコイルと受電側ヘリカルコイルとの距離の変動や横ズレが発生しても給電部から受電部への高効率で電力を供給することができる給電システムを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention provides a power feeding system that can supply power with high efficiency from the power feeding unit to the power receiving unit even if a variation in the distance between the power feeding side helical coil and the power receiving side helical coil or a lateral shift occurs. This is the issue.

上述した課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続された容量が可変に設けられたキャパシタと、前記受電手段において、前記給電側コイルから前記受電側コイルへ送られる電力から前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記キャパシタの容量を調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする給電システムに存する。 The invention according to claim 1, which has been made in order to solve the above-described problem, includes a power feeding loop antenna to which power is supplied, a power feeding means provided with a power feeding coil that is electromagnetically coupled to the power feeding loop antenna, A power receiving system provided with a power receiving side coil that electromagnetically resonates with the power feeding side coil and a power receiving side loop antenna that is electromagnetically coupled to the power receiving side coil; and at least one of the power feeding side coil and the power receiving side coil A capacitor connected in parallel on one side and a capacitor variably provided , and in the power receiving means, a reflection measuring means for measuring the amount of reflection at the power receiving side coil from the power sent from the power feeding side coil to the power receiving side coil And adjusting means for adjusting the capacitance of the capacitor according to the amount of reflection measured by the reflection measuring means. It resides in the power system.

以上説明したように請求項1記載の発明によれば、給電側コイル及び受電側コイルの少なくとも一方に容量が可変に設けたキャパシタを並列に接続した。キャパシタの容量を変えると効率が変動するため、給電側コイル及び受電側コイルの距離や横ズレに応じてキャパシタの容量を変えることにより、給電側コイル及び受電側コイルの距離が変動や横ズレが発生しても高効率で電力を供給することができる。   As described above, according to the first aspect of the present invention, the capacitor having a variable capacitance is connected in parallel to at least one of the power feeding side coil and the power receiving side coil. Since the efficiency varies when the capacitance of the capacitor is changed, the distance between the power supply side coil and the power reception side coil is changed or changed by changing the capacitance of the capacitor according to the distance and the horizontal displacement of the power supply side coil and the power reception side coil. Even if it occurs, power can be supplied with high efficiency.

請求項記載の発明によれば、反射測定手段が、受電側コイルの反射量を測定し、調整手段が、反射測定手段により測定した反射量に応じてキャパシタの容量を調整するので、給電側コイル及び受電側コイルの距離の変動及び横ズレ発生しても自動的に高効率で電力を供給できるような容量に調整することができる。 According to the first aspect of the present invention, the reflection measurement unit measures the reflection amount of the power receiving coil, and the adjustment unit adjusts the capacitance of the capacitor according to the reflection amount measured by the reflection measurement unit. it can vary and lateral displacement of the coil and the distance of the power receiving coil is adjusted to a volume that can supply the power at automatic high efficiency even if it occurs.

第1実施形態における本発明の給電システムを示す図である。It is a figure which shows the electric power feeding system of this invention in 1st Embodiment. 図1に示す給電システムの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the electric power feeding system shown in FIG. 図1に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を8.1MHzに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離L1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性S21を測定した結果を示すグラフである。The resonance frequency of the power supply side and power reception side helical coils of the power supply system shown in FIG. 1 is fixed at 8.1 MHz, and the power supply side and power reception side varactors are adjusted according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side and power reception side helical coils. It is a graph which shows the result of having measured the passage characteristic S21 of the receiving side loop antenna when changing a capacity | capacitance. 図1に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を8.1MHzに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離L1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性S11を測定した結果を示すグラフである。The resonance frequency of the power supply side and power reception side helical coils of the power supply system shown in FIG. 1 is fixed at 8.1 MHz, and the power supply side and power reception side varactors are adjusted according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side and power reception side helical coils. It is a graph which shows the result of having measured the reflective characteristic S11 of the receiving side loop antenna when changing a capacity | capacitance. 図1に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を17MHzに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離L1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性S21を測定した結果を示すグラフである。The resonance frequency of the power supply side and power reception side helical coils of the power supply system shown in FIG. 1 is fixed at 17 MHz, and the capacities of the power supply side and power reception side varactors are set according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side and power reception side helical coils. It is a graph which shows the result of having measured the passage characteristic S21 of the receiving side loop antenna when changing it. 図1に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を17MHzに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離L1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性S11を測定した結果を示すグラフである。The resonance frequency of the power supply side and power reception side helical coils of the power supply system shown in FIG. 1 is fixed at 17 MHz, and the capacities of the power supply side and power reception side varactors are set according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side and power reception side helical coils. It is a graph which shows the result of having measured the reflection characteristic S11 of the receiving side loop antenna when changing. 第2実施形態における本発明の給電システムを示す図である。It is a figure which shows the electric power feeding system of this invention in 2nd Embodiment. 図1に示す給電システムを構成する制御部の処理手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process sequence of the control part which comprises the electric power feeding system shown in FIG. 横ズレxを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the horizontal shift x. 従来の給電システムの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the conventional electric power feeding system. 図1に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径R11、R12を206mmに固定した状態でコイル間距離L1を100mm〜400mmの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性S21を測定した結果を示すグラフである。The power receiving side loop antenna when the inter-coil distance L 1 is changed in the range of 100 mm to 400 mm with the antenna diameters R 11 and R 12 of the power feeding side and power receiving side loop antennas shown in FIG. It is a graph which shows the result of having measured the passage characteristic S21. 図1に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径R11、R12を206mmに固定した状態でコイル間距離L1を100mm〜400mmの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性S11を測定した結果を示すグラフである。The power receiving side loop antenna when the inter-coil distance L 1 is changed in the range of 100 mm to 400 mm with the antenna diameters R 11 and R 12 of the power feeding side and power receiving side loop antennas shown in FIG. It is a graph which shows the result of having measured the reflection characteristic S11. 図1に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径R11、R12を206mmに固定した状態でコイル間距離L1を100mm〜400mmの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性S11を測定した結果を示すスミスチャートである。The power receiving side loop antenna when the inter-coil distance L 1 is changed in the range of 100 mm to 400 mm with the antenna diameters R 11 and R 12 of the power feeding side and power receiving side loop antennas shown in FIG. It is a Smith chart which shows the result of having measured the reflection characteristic S11.

第1実施形態
以下、本発明の給電システムを図面に基づいて説明する。図1は、第1実施形態における本発明の給電システムを示す図である。図2は、図1に示す給電システムの構成を示す斜視図である。同図に示すように、給電システム1は、道路2上などに設けられた給電手段としての給電部3と、自動車4の腹部分などに設けられた受電手段としての受電部5と、を備えている。
The first embodiment will be described below with reference power supply system of the present invention with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a power feeding system of the present invention in the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the power feeding system shown in FIG. As shown in the figure, the power supply system 1 includes a power supply unit 3 as a power supply unit provided on a road 2 and the like, and a power reception unit 5 as a power reception unit provided in an abdomen of an automobile 4 or the like. ing.

上記給電部3は、図1及び図2に示すように、電力が供給される給電側ループアンテナ6と、給電側ループアンテナ6に電磁結合された給電側コイルとしての給電側ヘリカルコイル7と、給電側ヘリカルコイル7に並列接続されたキャパシタとしての給電側バラクタ8と、が設けられている。この給電側ループアンテナ6は、円ループ状に設けられていて、その軸が道路2から自動車4の腹部分に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。上述した給電側ループアンテナ6には、交流電源Vから交流電力が供給されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the power feeding unit 3 includes a power feeding side loop antenna 6 to which power is supplied, a power feeding side helical coil 7 as a power feeding side coil electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna 6, and A power supply side varactor 8 as a capacitor connected in parallel to the power supply side helical coil 7 is provided. The feeding-side loop antenna 6 is provided in a circular loop shape, and is arranged so that its axis is along the direction from the road 2 toward the abdomen of the automobile 4, that is, the vertical direction. The power feeding side loop antenna 6 is supplied with AC power from an AC power source V.

上記給電側ヘリカルコイル7は、例えば巻線を給電側ループアンテナ6の径よりも大きな径のコイル状に巻いて構成されている。給電側ヘリカルコイル7は、上記給電側ループアンテナ6の自動車4側に、給電側ループアンテナ6と同軸上に配置されている。本実施形態では、給電側ループアンテナ6は、給電側ヘリカルコイル7の最も自動車4から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。   The power supply side helical coil 7 is configured, for example, by winding a winding in a coil shape having a diameter larger than the diameter of the power supply side loop antenna 6. The feeding-side helical coil 7 is arranged coaxially with the feeding-side loop antenna 6 on the automobile 4 side of the feeding-side loop antenna 6. In the present embodiment, the feeding-side loop antenna 6 is arranged on the same plane as the winding of the feeding-side helical coil 7 that is farthest from the automobile 4.

これにより、給電側ループアンテナ6と給電側ヘリカルコイル7とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、給電側ループアンテナ6に交流電力が供給されて、交流電流が流れると給電側ヘリカルコイル7に誘導電流が発生するような範囲内で、互いに離間して設けられている。上記給電側バラクタ8は、両端に印加される電圧に応じて容量が変化するダイオードである。   As a result, the feeding-side loop antenna 6 and the feeding-side helical coil 7 are within a range where they are electromagnetically coupled to each other, that is, when AC power is supplied to the feeding-side loop antenna 6 and an alternating current flows, They are separated from each other within a range where an induced current is generated. The power supply side varactor 8 is a diode whose capacitance changes according to the voltage applied to both ends.

上記受電部5は、給電側ヘリカルコイル7と電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル9と、この受電側ヘリカルコイル9に電磁結合された受電側ループアンテナ10と、受電側ループアンテナ10に並列接続された受電側バラクタ11と、が設けられている。上記受電側ループアンテナ10には、図示しない車載バッテリなどの負荷が接続されている。また、受電側ループアンテナ10は、ループ状に設けられていて、その軸が自動車4の腹部分から道路2に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。   The power receiving unit 5 is connected in parallel to a power receiving side helical coil 9 that electromagnetically resonates with the power feeding side helical coil 7, a power receiving side loop antenna 10 that is electromagnetically coupled to the power receiving side helical coil 9, and a power receiving side loop antenna 10. A power receiving side varactor 11 is provided. The power receiving side loop antenna 10 is connected to a load such as an in-vehicle battery (not shown). The power receiving side loop antenna 10 is provided in a loop shape, and its axis is arranged along the direction from the belly portion of the automobile 4 toward the road 2, that is, along the vertical direction.

上記受電側ヘリカルコイル9は、給電側ヘリカルコイル7と同一に設けられていて、給電側、受電側ループアンテナ6、10の径よりも大きな径のコイルから成る。また、受電側ヘリカルコイル9は、上記受電側ループアンテナ10の道路2側に、受電側ループアンテナ10と同軸上に配置されている。本実施形態では、受電側ループアンテナ10は、受電側ヘリカルコイル9の最も道路2から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。   The power reception side helical coil 9 is provided in the same manner as the power supply side helical coil 7, and is composed of a coil having a diameter larger than that of the power supply side and the power reception side loop antennas 6 and 10. The power receiving side helical coil 9 is disposed on the road 2 side of the power receiving side loop antenna 10 and coaxially with the power receiving side loop antenna 10. In the present embodiment, the power receiving side loop antenna 10 is arranged on the same plane as the winding on the side farthest from the road 2 of the power receiving side helical coil 9.

これにより、受電側ループアンテナ10と受電側ヘリカルコイル9とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、受電側ヘリカルコイル9に交流電流が流れると受電側ループアンテナ10に誘導電流が発生する範囲内に、互いに離間して設けられている。   As a result, the power receiving side loop antenna 10 and the power receiving side helical coil 9 are within a range where they are electromagnetically coupled to each other, that is, within a range where an induction current is generated in the power receiving side loop antenna 10 when an alternating current flows through the power receiving side helical coil 9. Are spaced apart from each other.

上述した給電システム1によれば、自動車4が給電部3に近づいて給電側ヘリカルコイル7と受電側ヘリカルコイル9とが軸方向に間隔を空けて対向したときに、給電側ヘリカルコイル7と受電側ヘリカルコイル9とが電磁共鳴して給電部3から受電部5に非接触で電力を供給できる。   According to the power supply system 1 described above, when the automobile 4 approaches the power supply unit 3 and the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9 face each other with an interval in the axial direction, the power supply side helical coil 7 and the power reception system receive power. The side helical coil 9 can electromagnetically resonate to supply power from the power feeding unit 3 to the power receiving unit 5 in a contactless manner.

詳しく説明すると、上記給電側ループアンテナ6に交流電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル7に送られる。給電側ヘリカルコイル7に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル9にワイヤレスで送られる。さらに、受電側ヘリカルコイル9に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ10に送られて、この受電側ループアンテナ10に接続された負荷に供給される。   More specifically, when AC power is supplied to the power supply side loop antenna 6, the power is sent to the power supply side helical coil 7 by electromagnetic induction. When power is sent to the power supply side helical coil 7, the power is wirelessly sent to the power receiving side helical coil 9 by magnetic field resonance. Further, when power is sent to the power receiving side helical coil 9, the power is sent to the power receiving side loop antenna 10 by electromagnetic induction and supplied to a load connected to the power receiving side loop antenna 10.

次に、給電システム1の詳細な構成を説明する前に、本発明の原理について説明する。まず、本発明者らは、上記給電側ヘリカルコイル7と受電側ヘリカルコイル9との間のコイル間距離L1の変動に応じて給電側、受電側バラクタ8、11の容量を変化させた場合の通過特性S21及び反射特性S11を測定した。結果を図3及び図4に示す。図3及び図4の測定において、コイル間距離L1と給電側、受電側バラクタ8、11の容量Cとは下記に示す表1のように設定されている。

Figure 0005767469
Next, the principle of the present invention will be described before the detailed configuration of the power feeding system 1 is described. First, the inventors change the capacities of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9. The transmission characteristic S21 and the reflection characteristic S11 were measured. The results are shown in FIGS. In the measurement of FIGS. 3 and 4, the inter-coil distance L 1 and the capacities C of the feeding side and receiving side varactors 8 and 11 are set as shown in Table 1 below.
Figure 0005767469

なお、図3及び図4に示す測定においては、給電側、受電側ループアンテナ6、10のアンテナ径R11、R12を150mm、受電側、給電側ヘリカルコイル7、9の巻数を7巻きとしている。 In the measurements shown in FIGS. 3 and 4, the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10 are 150 mm, and the power reception side and power supply side helical coils 7 and 9 are 7 turns. Yes.

同図に示すようにコイル間距離L1が変動しても給電側、受電側バラクタ8、11の容量を変化させることで、効率を周波数を一定に保つことができる。即ち、コイル間距離L1が変動しても周波数8.1MHz付近で高効率を得ることができる。 As shown in the figure, even if the inter-coil distance L 1 varies, the frequency of the efficiency can be kept constant by changing the capacities of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11. That is, even if the inter-coil distance L 1 varies, high efficiency can be obtained in the vicinity of the frequency of 8.1 MHz.

また、本発明者らは、共振周波数が変わっても上記特性が得られるか調べるべく、給電側、受電側ヘリカルコイル7、9の巻数を3にして共振周波数を17MHz付近にして、コイル間距離L1の変動に応じて給電側、受電側バラクタ8、11を変動させた場合の通過特性S21及び反射特性S11を測定した。結果を図5及び図6に示す。図5及び図9の測定において、コイル間距離L1と給電側、受電側バラクタ8、11の容量とは下記に示す表2のように設定されている。

Figure 0005767469
In order to investigate whether or not the above characteristics can be obtained even if the resonance frequency changes, the inventors set the number of turns of the helical coils 7 and 9 on the power supply side and the power reception side to 3 and sets the resonance frequency to around 17 MHz, and the distance between the coils. feeding side in accordance with a variation in L 1, were measured pass characteristic S21 and reflection characteristic S11 in a case of varying the power receiving side varactor 8,11. The results are shown in FIGS. 5 and 9, the inter-coil distance L 1 and the capacities of the power feeding side and power receiving side varactors 8 and 11 are set as shown in Table 2 below.
Figure 0005767469

なお、図5及び図6に示す測定において、給電側、受電側ヘリカルコイル7、9の巻線以外のパラメータは図3及び図4と同じである。   In the measurements shown in FIGS. 5 and 6, parameters other than the windings of the power supply side and power reception side helical coils 7 and 9 are the same as those in FIGS. 3 and 4.

同図に示すように共振周波数を17MHzにした場合も、コイル間距離L1が変動しても給電側、受電側バラクタ8、11の容量を変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができる。即ち、コイル間距離L1が変動しても周波数17MHz付近で高効率を得ることができる。 As shown in the figure, even when the resonance frequency is 17 MHz, the efficiency and frequency are kept constant by changing the capacities of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 even if the inter-coil distance L 1 varies. be able to. That is, even if the inter-coil distance L 1 varies, high efficiency can be obtained in the vicinity of a frequency of 17 MHz.

次に、再び給電システム1の構成について話を戻すと、給電システム1はさらに、図1に示すように、給電側バラクタ8の両端に電圧を印加する可変電圧源12と、道路2側に設置された上記コイル間距離L1を測定する距離測定部13と、距離測定部13により測定されたコイル間距離L1に応じた電圧が給電側バラクタ8に印加されるように可変電圧源12を制御する調整手段としての制御部14と、を備えている。 Next, returning to the configuration of the power feeding system 1 again, as shown in FIG. 1, the power feeding system 1 is further installed on the road 2 side with a variable voltage source 12 that applies a voltage to both ends of the power feeding varactor 8. The distance measuring unit 13 for measuring the inter-coil distance L 1 and the variable voltage source 12 so that a voltage corresponding to the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13 is applied to the power supply varactor 8. And a control unit 14 as adjusting means for controlling.

上記可変電圧源12は、印加電圧が可変に設けられている。上記距離測定部13としては、例えば、赤外線やUWB無線などが考えられ、道路2から自動車4の腹部分までの距離を測定して、測定した距離からコイル間距離L1を求める。上記制御部14は例えばCPUから構成されている。 The variable voltage source 12 is provided with a variable applied voltage. As the distance measuring unit 13, for example, infrared rays or UWB radio is considered, by measuring the distance from the road 2 to the ventral portion of the car 4, determine the distance between the coils L 1 from the measured distance. The control unit 14 is constituted by a CPU, for example.

また、給電システム1はさらに、図1に示すように、受電側バラクタ11の両端に電圧を印加する可変電圧源15と、距離測定部13により測定されたコイル間距離L1に応じた電圧が給電側バラクタ8に印加されるように可変電圧源12を制御する調整手段としての制御部16と、を備えている。上記可変電圧源15は、印加電圧が可変に設けられている。上記制御部16は例えばCPUから構成されている。 In addition, as shown in FIG. 1, the power supply system 1 further includes a variable voltage source 15 that applies a voltage to both ends of the power receiving side varactor 11, and a voltage corresponding to the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13. And a control unit 16 as adjustment means for controlling the variable voltage source 12 so as to be applied to the power supply varactor 8. The variable voltage source 15 is provided with a variable applied voltage. The control unit 16 is constituted by a CPU, for example.

次に、上述した給電システム1の動作について説明する。まず、制御部14は、距離測定部13により求められたコイル間距離L1を取り込む。例えば、制御部14には、図示しないメモリ内に表1、表2に示すようなコイル間距離L1と給電側バラクタ8の容量Cとの関係を示すテーブルが記録されている。制御部14は、そのテーブルから取り込んだコイル間距離L1に対応する給電側バラクタ8の容量Cを読み込んで、その読み込んだ容量Cになるように可変電圧源12を制御する。 Next, the operation of the above-described power feeding system 1 will be described. First, the control unit 14 takes in the inter-coil distance L 1 obtained by the distance measurement unit 13. For example, the control unit 14 stores a table indicating the relationship between the inter-coil distance L 1 and the capacitance C of the power supply varactor 8 as shown in Tables 1 and 2 in a memory (not shown). The control unit 14 reads the capacitance C of the power supply side varactor 8 corresponding to the inter-coil distance L 1 taken from the table, and controls the variable voltage source 12 so as to become the read capacitance C.

さらに、制御部14は、交流電源Vを制御して電力伝送時に磁界にAM、FM、PMあるいはASK、FSK、PSK等の変調信号を多重し、その信号に距離測定部13によって求められたコイル間距離L1を組み入れて、自動車4側にコイル間距離L1を送信する。制御部16は、受電側ループアンテナ10に伝送された電力からコイル間距離L1を取り込む。制御部16には、図示しないメモリ内に表1、表2に示すようなコイル間距離L1と受電側バラクタ11の容量Cとの関係を示すテーブルが記載されている。制御部16は、そのテーブルから取り込んだコイル間距離L1に対応する受電側バラクタ11の容量Cを読み込んだ、その読み込んだ容量Cとなるように可変電圧源15を制御する。 Further, the control unit 14 controls the AC power source V to multiplex a modulation signal such as AM, FM, PM or ASK, FSK, PSK or the like in the magnetic field during power transmission, and the coil obtained by the distance measurement unit 13 is transmitted to the signal. The inter-coil distance L 1 is incorporated, and the inter-coil distance L 1 is transmitted to the automobile 4 side. The control unit 16 takes in the inter-coil distance L 1 from the power transmitted to the power receiving side loop antenna 10. In the control unit 16, a table indicating the relationship between the inter-coil distance L1 and the capacity C of the power receiving varactor 11 as shown in Tables 1 and 2 is described in a memory (not shown). The control unit 16 reads the capacitance C of the power receiving varactor 11 corresponding to the inter-coil distance L 1 taken from the table, and controls the variable voltage source 15 so as to be the read capacitance C.

上述した給電システム1によれば、給電側ヘリカルコイル7及び受電側ヘリカルコイル9の両者に容量Cが可変に設けた給電側、受電側バラクタ8、11をそれぞれ並列に接続した。給電側、受電側バラクタ8、11の容量を変えると効率が変動するため、給電側ヘリカルコイル7及び受電側ヘルカルコイル9のコイル間距離L1に応じて給電側、受電側バラクタ8、11の容量を変えることにより、給電側ヘリカルコイル7及び受電側ヘルカルコイル9のコイル間距離L1が変動しても高効率で電力を供給することができる。 According to the power feeding system 1 described above, the power feeding side and the power receiving side varactors 8 and 11 in which the capacitance C is variably provided in both the power feeding side helical coil 7 and the power receiving side helical coil 9 are connected in parallel. Since the efficiency fluctuates when the capacity of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 is changed, the capacity of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 depends on the inter-coil distance L 1 between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9. Thus, even if the inter-coil distance L 1 between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9 varies, it is possible to supply power with high efficiency.

また、上述した給電システム1によれば、距離測定部13が、給電側ヘルカルコイル7及び受電側ヘリカルコイル9のコイル間距離L1を測定し、制御部14、16が、距離測定部13により測定したコイル間距離L1に応じて受電側、給電側バラクタ8、11の容量Cを調整するので、給電側ヘルカルコイル7及び受電側ヘルカルコイル9のコイル間距離L1が変動しても自動的に高効率で電力を供給できるような容量Cに調整することができる。これにより、自動車4のサスペンションの上下によるコイル間距離L1の変動、荷物、乗員の多寡によってコイル間距離L1が変動しても高効率で電力が供給できる。 Further, according to the power feeding system 1 described above, the distance measuring unit 13 measures the inter-coil distance L 1 between the power feeding side helical coil 7 and the power receiving side helical coil 9, and the control units 14 and 16 measure the distance measuring unit 13. the power receiving side in accordance with the distance between the coils L 1, since adjusting the capacitance C of the power feeding side varactor 8 and 11 automatically high inter-coil distance L 1 of the power feeding side Herukarukoiru 7 and the power receiving side Herukarukoiru 9 be varied The capacity C can be adjusted so that power can be supplied with efficiency. Thus, variations in the distance between the coils L 1 by the upper and lower suspension of a motor vehicle 4, luggage, can supply power with high efficiency coil distance L 1 is varied by amount of the occupant.

なお、上述した第1実施形態では、自動車4側に距離測定部13が測定したコイル間距離L1を送信していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、上記コイル間距離L1に応じた受電側バラクタ11の容量Cを送信するようにしてもよい。 In the first embodiment described above, the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13 is transmitted to the automobile 4 side, but the present invention is not limited to this. For example, it is also possible to transmit the capacitance C of the power receiving side varactor 11 according to the distance between the coils L 1.

なお、上述した第1実施形態では、給電側ヘリカルコイル7及び受電側ヘリカルコイル9の両コイルに並列に給電側、受電側バラクタ8、11を接続していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、受電側バラクタ11を無くして、給電側ヘリカルコイル7のみに並列に給電側バラクタ8を設けて、この給電側バラクタ8の容量を調整するようにしてもよい。また、給電側バラクタ8を無くして、受電側ヘリカルコイル9のみに並列に受電側バラクタ11を設けて、この受電側バラクタ11の容量を調整するようにしてもよい。   In the first embodiment described above, the feeding side and receiving side varactors 8 and 11 are connected in parallel to both the feeding side helical coil 7 and the receiving side helical coil 9, but the present invention is limited to this. It is not a thing. For example, the power receiving side varactor 11 may be omitted, the power feeding side varactor 8 may be provided in parallel only to the power feeding side helical coil 7, and the capacity of the power feeding side varactor 8 may be adjusted. Alternatively, the power receiving side varactor 8 may be eliminated, the power receiving side varactor 11 may be provided in parallel only to the power receiving side helical coil 9, and the capacity of the power receiving side varactor 11 may be adjusted.

また、上述した第1実施形態によれば、距離測定部13により測定したコイル間距離L1に基づいて給電側、受電側バラクタ8、11を調整していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図1から制御部14、16、距離測定部13、給電側バラクタ8、可変電圧源12を無くす。そして、製造段階で、受電側バラクタ11が車種、即ちコイル間距離L1に応じた値になるように可変電圧源15を調整して、その後は可変電源圧15を調整しないで受電側バラクタ11の容量Cを固定するようにしてもよい。この場合も車種によってコイル間距離L1が異なっても共通のループアンテナ6、10、ヘリカルコイル7、9を用いて高効率で給電を行うことができる。 Further, according to the first embodiment described above, the distance measuring section 13 power feeding side based on the distance between the coils L 1 measured by, had been adjusted power receiving side varactor 8,11, the present invention is limited to this It is not a thing. For example, the control units 14 and 16, the distance measurement unit 13, the power supply side varactor 8, and the variable voltage source 12 are eliminated from FIG. 1. Then, at the manufacturing stage, the variable voltage source 15 is adjusted so that the power receiving side varactor 11 has a value corresponding to the vehicle type, that is, the inter-coil distance L 1 , and thereafter the power receiving side varactor 11 is not adjusted without adjusting the variable power supply pressure 15. The capacity C may be fixed. In this case as well, even if the inter-coil distance L 1 differs depending on the vehicle type, power can be fed with high efficiency using the common loop antennas 6 and 10 and the helical coils 7 and 9.

第2実施形態
次に、第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態では、距離測定部13により測定したコイル間距離L1に応じて給電側、受電側バラクタ8、11の容量Cを調整していたが、第2実施形態では、図3に示すように、距離測定部11の代わりに自動車側に受電側ヘリカルコイル9の反射量を測定する反射測定部18を設けると共に、給電側バラクタ8を無くして受電側バラクタ11のみを設けて、制御部16により、反射測定部18で測定した反射特性S21が良くなるように受電側バラクタ11の容量Cを調整することも考えられる。なお、上述した反射測定部18は、受電側ヘリカルコイル9に送られる電力を測定して、測定した電力から反射量を求める装置であり、例えば、方向性結合器やサーキュレータを用いることが考えられる。
Second Embodiment Next, a second embodiment will be described. In the first embodiment described above, the capacities C of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 are adjusted according to the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13, but in the second embodiment, FIG. As shown in FIG. 5, instead of the distance measuring unit 11, a reflection measuring unit 18 for measuring the amount of reflection of the power receiving side helical coil 9 is provided on the vehicle side, and the power receiving side varactor 8 is eliminated, and only the power receiving side varactor 11 is provided. It can be considered that the control unit 16 adjusts the capacitance C of the power receiving varactor 11 so that the reflection characteristic S21 measured by the reflection measuring unit 18 is improved. The reflection measuring unit 18 described above is a device that measures the power sent to the power-receiving-side helical coil 9 and obtains the amount of reflection from the measured power. For example, a directional coupler or a circulator may be used. .

次に、上述した制御部16の詳細な動作について図8を参照して以下説明する。まず、制御部16は、反射測定部18で測定した受電側ヘリカルコイル9に供給される電力から給電部3からの給電が開始されたことを検出すると、容量調整処理を開始する。まず、制御部16は、反射測定部18が求めた反射量を取り込み(ステップS1)、反射量が一定量以下か否かを判定する(ステップS2)。反射量が一定量以下であれば(ステップS2でY)、制御部16は再びステップS1に戻る。これに対して、反射量が一定量を超えていれば(ステップS2でN)、制御部16は、可変電圧源15を制御して受電側バラクタ11の容量Cを大きくする(ステップS3)。   Next, detailed operation of the control unit 16 described above will be described with reference to FIG. First, when the control unit 16 detects that the power supply from the power supply unit 3 is started from the power supplied to the power receiving side helical coil 9 measured by the reflection measurement unit 18, the control unit 16 starts capacity adjustment processing. First, the control unit 16 takes in the reflection amount obtained by the reflection measurement unit 18 (step S1), and determines whether or not the reflection amount is equal to or less than a certain amount (step S2). If the amount of reflection is below a certain amount (Y in step S2), the control unit 16 returns to step S1 again. On the other hand, if the amount of reflection exceeds a certain amount (N in step S2), the control unit 16 controls the variable voltage source 15 to increase the capacitance C of the power receiving varactor 11 (step S3).

次に、制御部16は、再び反射量を取り込んで(ステップS4)、ステップS3で動かした結果、反射量が減少したか否かを判定する(ステップS5)。反射量が減少していれば(ステップS5でY)、制御部16は、反射量が減少した結果、反射量が一定量以下になったか否かを判定する(ステップS6)。反射量が一定量以下であれば(ステップS6でY)、制御部16は再びステップS1に戻る。   Next, the control unit 16 takes in the reflection amount again (step S4), and determines whether or not the reflection amount has decreased as a result of moving in step S3 (step S5). If the amount of reflection has decreased (Y in Step S5), the control unit 16 determines whether or not the amount of reflection has become a certain amount or less as a result of the decrease in the amount of reflection (Step S6). If the amount of reflection is below a certain amount (Y in step S6), the control unit 16 returns to step S1 again.

これに対して、反射量が一定量を超えていれば(ステップS6でN)、制御部16は、再び受電側バラクタ11の容量Cを大きくする(ステップS7)。その後、制御部16は、再び反射量を取り込んで(ステップS8)、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップS7の動作を繰り返す。ステップS8で取り込んだ反射量が一定量以下になると(ステップS9でY)、制御部16は再びステップS1に戻る。   On the other hand, if the amount of reflection exceeds a certain amount (N in step S6), the control unit 16 increases the capacity C of the power receiving side varactor 11 again (step S7). Thereafter, the control unit 16 captures the reflection amount again (step S8), and repeats the operation of step S7 until the captured reflection amount becomes a predetermined amount or less. When the amount of reflection captured in step S8 is less than or equal to a certain amount (Y in step S9), the control unit 16 returns to step S1 again.

これに対して、反射量が減少していなければ(ステップS5でN)、制御部16は、逆に受電側バラクタ11の容量Cを小さくする(ステップS10)。その後、制御部16は、再び反射量を取り込んで(ステップS11)、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップS10の動作を繰り返す。ステップS11で取り込んだ反射量が一定量以下になると(ステップS12でY)、制御部16は再びステップS1に戻る。上述した第2実施形態によれば、自動的に高効率で電力を供給できるような大きさにすることができる。   On the other hand, if the amount of reflection has not decreased (N in step S5), the control unit 16 conversely decreases the capacitance C of the power receiving side varactor 11 (step S10). Thereafter, the control unit 16 captures the reflection amount again (step S11), and repeats the operation of step S10 until the captured reflection amount becomes equal to or less than a predetermined amount. When the amount of reflection captured in step S11 becomes a certain amount or less (Y in step S12), the control unit 16 returns to step S1 again. According to 2nd Embodiment mentioned above, it can be set as the magnitude | size which can supply electric power with high efficiency automatically.

上述した第1実施形態では、距離変化による効率低下を防ぐようにしていたが、第2実施形態では、反射量に応じているため、図9に示すように、給電側ループアンテナ6及び給電側ヘリカルコイル7の軸と、受電側ループアンテナ10及び給電側ヘリカルコイル7の軸と、の位置ズレxの変動と距離変動の両者に対応することができる。   In the first embodiment described above, efficiency reduction due to a change in distance is prevented. However, in the second embodiment, since it depends on the amount of reflection, as shown in FIG. It is possible to deal with both fluctuations in the positional deviation x and distance fluctuations between the axis of the helical coil 7 and the axes of the power receiving side loop antenna 10 and the feeding side helical coil 7.

なお、上述した第2実施形態によれば、給電側バラクタ8を無くしていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、自動車4と道路2とが互いに通信できるようなシステムにおいては、給電側バラクタ8をなくさずに、制御部16が、道路2側に通信により調整命令を送信して、給電側バラクタ8、受電側バラクタ11の両者の容量Cを調整できるようにしてもよい。   In addition, according to 2nd Embodiment mentioned above, although the electric power feeding side varactor 8 was lose | eliminated, this invention is not limited to this. For example, in a system in which the automobile 4 and the road 2 can communicate with each other, the control unit 16 transmits an adjustment command by communication to the road 2 side without losing the power supply side varactor 8, and the power supply side varactor 8. The capacity C of the power receiving side varactor 11 may be adjusted.

また、上述した実施形態によれば、キャパシタとして、バラクタを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、機械的な操作によって容量を調整するバリコンなどを用いてもよい。   Further, according to the above-described embodiment, the varactor is used as the capacitor, but the present invention is not limited to this. For example, a variable condenser that adjusts the capacity by a mechanical operation may be used.

また、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。   Further, the above-described embodiments are merely representative forms of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiments. That is, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

1 給電システム
3 給電部(給電手段)
5 受電部(受電手段)
6 給電側ループアンテナ
7 給電側ヘリカルコイル
8 給電側バラクタ(キャパシタ)
11 受電側バラクタ(キャパシタ)
13 距離測定部(距離測定手段)
14 制御部(調整手段)
16 制御部(調整手段)
18 反射測定部(反射測定手段)
1 Power Supply System 3 Power Supply Unit (Power Supply Means)
5 Power receiving unit (power receiving means)
6 Feed-side loop antenna 7 Feed-side helical coil 8 Feed-side varactor (capacitor)
11 Power receiving varactor (capacitor)
13 Distance measuring unit (distance measuring means)
14 Control unit (adjustment means)
16 Control unit (adjustment means)
18 Reflection measurement unit (reflection measurement means)

Claims (1)

電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続された容量が可変に設けられたキャパシタと、
前記受電手段において、前記給電側コイルから前記受電側コイルへ送られる電力から前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、
前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記キャパシタの容量を調整する調整手段と、
を備えたことを特徴とする給電システム。
A power feeding means provided with a power feeding side loop antenna to which power is supplied, a power feeding side coil electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna, a power receiving side coil that electromagnetically resonates with the power feeding side coil, and an electromagnetic coupling to the power receiving side coil A power receiving system provided with a power receiving side loop antenna,
A capacitor variably provided in a capacitance connected in parallel to at least one of the power feeding coil and the power receiving coil;
In the power receiving means, reflection measurement means for measuring the amount of reflection at the power receiving side coil from the power sent from the power feeding side coil to the power receiving side coil;
Adjusting means for adjusting the capacitance of the capacitor according to the amount of reflection measured by the reflection measuring means;
A power supply system comprising:
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