JP6310145B2 - 送電装置および無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、送電装置、受電装置および無線電力伝送システムに関する。

送電側と受電側にそれぞれ共振子を配置し、送電側の共振子から受電側の共振子へ無線で電力を供給する無線電力伝送装置が知られている。無線でエネルギーを供給できるため、利便性が向上し、有線の場合に問題となる接触不良がなくなる利点がある。その他、人がケーブルでつまずかなくなるといった安全性が向上するなどの利点もある。送電側および受電側に用いる共振子をそれぞれ複数とし、送電側の複数の共振子から、受電側の複数の共振子へ無線電力伝送を行う方法も知られている。

ここで、無線電力伝送の際には、磁界の一部が周囲に漏洩する。送受電側それぞれに複数の共振子を用いた無線電力伝送装置の場合、送電側の複数の共振子に流れる電流振幅、および、電流位相の一方、または、両方を制御することで、周囲に漏洩する磁界強度を低減させる方法が知られている。しかしながら、複数の共振子に流れる電流の振幅と漏洩磁界強度との対応関係が、送受の共振子の位置関係によって変わる場合があり、このとき、漏洩磁界の低減効果が低下する問題がある。つまり、無線電力伝送の際、各共振子からは直交する２方向の磁界成分がそれぞれ放射されるが、各共振子の電流振幅と電流位相を制御したとしても、直交する２方向の１方向の磁界成分しか抑圧できず、残りの１方向の磁界成分は、複数の共振子からの放射磁界が打消し合う関係にできない。

S. Kim, Et. al," Design and Analysis of a Resonant Reactive Shield for a Wireless Power Electric Vehicle," IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, vol. 62, no. 4, pp. 1057-1066, April 2014.

本発明の実施形態は、複数の共振子を用いて無線電力伝送を行うときの漏洩磁界を低減することを目的とする。

本発明の実施形態としての送電装置は、無線で電力を受電装置に送電する送電装置であって、第１および第２の共振子と、第１および第２の送電回路と、巻線部とを備える。

前記第１および第２の送電回路は、前記第１および第２の共振子へ交流電流を供給する。

前記巻線部は、前記第１および第２の共振子の周囲において、前記第１の共振子との距離と前記第２の共振子との距離が異なる位置に配置される。

本発明の実施形態に係る送電装置の一例を示すブロック図。 送電側の共振子と、受電側の共振子との配置例を示す図。 磁界強度制御コイルの例を示す図。 磁界強度制御コイルと、各共振子の仮想線との関係を説明するための図。 共振子と観測点と磁界強度制御コイルとの位置関係の例を示す図。 共振子と観測点と磁界強度制御コイルとの位置関係の他の例を示す図。 ソレノイド巻コイルの最大放射方向を説明するための図。 各共振子の仮想線が平行でない場合を示す図。 複数の観測点がある場合を説明するための図。 複数の観測点がある場合の他の例を説明するための図。 各共振子の配置位置の例を示すブロック図。 磁界モニタ回路を備えた送電装置の例を示すブロック図。 複数の磁界モニタ回路を備えた送電装置の例を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る受電装置の一例を示すブロック図。 送電装置と、車両に搭載された受電装置とを備えた無線電力伝送システムの例を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る送電側の無線電力伝送装置（送電装置）を示す。送電装置は、制御回路１０１と、送電回路１（１０２Ａ）および送電回路２（１０２Ｂ）と、共振子１（１０３Ａ）および共振子２（１０３Ｂ）と、少なくとも１つの磁界強度制御コイル１０４とを備える。この送電装置は、送電回路１、２から共振子１、２に高周波電流を供給し、共振子１、２で発生する磁界を、送電装置に対向配置された受電装置の共振子に結合させることで、無線で電力を伝送する。図１の例では、送電回路の個数および共振子の個数はそれぞれ２つであるが、３つ以上でもかまわない。

図１の送電装置から受電装置に無線電力伝送する際、一部の磁界が周囲に漏洩する。本実施形態において特に漏洩磁界を低減させたい箇所、または漏洩磁界を低減させたい領域内の箇所として着目する箇所を、観測点（図１において図示せず）と呼ぶ。また、各共振子と観測点を結ぶ線を仮想線と呼ぶ。図１の例では、共振子１と観測点を結ぶ第１の仮想線１０５Ａ、共振子２と当該観測点を結ぶ第２の仮想線１０５Ｂがある。なお、観測点は、共振子１と共振子２とで共通である。第１および第２の仮想線は、共振子１０３Ａ、１０３Ｂから放射状に延び、観測点が送電装置から遠方にある場合、第１および第２の仮想線は、互いに平行または略平行とみなすことができる。なお、仮想線１０５Ａ、１０５Ｂは、実際に空間に存在する物ではなく、説明用の線である。

送電回路１０２Ａ、１０２Ｂは、それぞれ交流電流を生成し、共振子１０３Ａ、１０３Ｂへ、交流電流を供給する。本実施形態では、交流電流は、高周波電流であるが、交流電流であれば、高周波電流と呼ばれるものでなくてもかまわない。

制御回路１０１は、送電回路１０２Ａ、１０２Ｂを制御する。送電回路１０２Ａ、１０２Ｂは、制御回路により指示された振幅、位相および周波数で、交流電流を生成する。本実施形態では、送電回路１０２Ａ、１０２Ｂは、それぞれ同一もしくは略同一の周波数の交流電流を生成する。

共振子１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれコイルを含む巻回部である。巻回部は、コイルそのものものでもよいし、１つまたは複数のコイルを磁性体コアに巻き付けたものでもよい。また、コイルに、容量を直列、または並列、または直並列に接続してもよい。コイル形状としては、スパイラル巻、ソレノイド巻など、任意の巻き方のコイルを用いてよい。

共振子１０３Ａ、１０３Ｂは、送電回路１０２Ａ、１０２Ｂから高周波電流を受ける。共振子１０３Ａ、１０３Ｂは、供給された高周波電流のエネルギー（高周波エネルギー）を、受電側の無線電力伝送装置（受電装置）へ無線（ワイヤレス）で伝送する。より詳細には、受電装置には、共振子１０３Ａ、１０３Ｂにそれぞれ対応する共振子が配置され、送電側および受電側間で、共振子の磁界結合または磁気共鳴により、高周波エネルギーが伝送される。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に、送電側の共振子と、受電側の共振子との配置例を示す。ここでは、送電側および受電側の共振子として、磁性体コアにコイルを巻き付けたものを用いている。図２（Ａ）のように、送電側の共振子の開口面を、受電側の共振子の開口面と対向させるように配置してもよい。または、図２（Ｂ）のように、送電側の共振子の側面と、受電側の共振子の側面が互いに対向するように配置してもよい。いずれの場合も、図示の破線で示すように、送受電共振子間で磁界結合することにより、無線で電力が伝送される。

磁界強度制御コイル１０４は、共振子１および共振子２の周囲において、共振子１との距離と共振子２との距離が異なる位置に配置される。つまり、磁界強度制御コイル１０４は、共振子１および共振子２に対して非対称な位置に配置されている。図１では、磁界強度制御コイル１０４は、共振子１と観測点間に配置されている。より詳細には、磁界強度制御コイル１０４は、その巻線の内側を仮想線１０５Ａが通過し、かつ、仮想線１０５Ｂが通過しないように配置されている。磁界強度制御コイルの巻方向に直交する方向（巻軸方向）が、仮想線１０５Ａと平行または略平行である。これにより、磁界強度制御コイル１０４は、共振子１で発生した磁界を受け、受けた磁界の強度と、磁界強度制御コイル１０４のインピーダンスとに応じた強度の磁界を発生させる。この発生した磁界を、共振子１で発生した磁界に合成することで、共振子１の磁界の強度を調整することができる。なお、配置位置に応じて、磁界強度制御コイル１０４は、共振子２で発生した磁界も受けうるが、共振子１から受ける磁界が支配的となるため、共振子１で発生した磁界の調整が支配的となる。

図３に磁界強度制御コイル１０４の具体例を示す。磁界強度制御コイル１０４は、コイル２０１と、可変容量素子２０２とを備える。図示の例では、コイル２０１の巻数は１回であるが、２回以上でもよい。可変容量素子２０２は、コイル２０１の巻線の途中に直列に接続されている。図中、破線によって、コイルの巻軸２０３が示されている。可変容量素子２０２の値を調整することで、磁界強度制御コイル１０４のインピーダンスの値が変わり、それに応じて、その共振周波数も変わる。これにより、共振子１からの磁界に結合した磁界強度制御コイル１０４に流れる電流の振幅が変わり、磁界強度制御コイル１０４から放射される磁界強度も変更される。この磁界が、共振子１からの磁界と合成されることで、共振子１の磁界強度が調整される。この際、共振子１の磁界強度を高く調整することも、低く調整することも可能である。磁界強度制御コイル１０４の共振周波数が、高周波電源の周波数よりも高い場合と低い場合で、磁界強度制御コイル１０４に流れる電流の向きが変わる。このため、磁界強度制御コイル１０４の共振周波数を変えることで、磁界強度制御コイル１０４からの磁界が、共振子１からの磁界と強めあう合成と、弱めあう合成の２通りが可能である。

図３に示した磁界強度制御コイル１０４を図１の構成に用いた場合、図４に示すように、コイルの内側を第１の仮想線３０２が通過し、コイルの巻軸３０１と、第１の仮想線３０２が、平行または略平行となる。第２の仮想線３０３はコイルの内側を通過しない。

以下、図１の送電装置から受電装置に無線電力伝送する際に漏洩する磁界強度を、磁界強度制御コイル１０４により抑圧できることについて詳細に説明する。

共振子１および共振子２へ高周波電流が流れると、この高周波電流を波源とした磁界が観測点で生じる。観測点が送電装置から遠い場合、共振子１および共振子２と、観測点とを結ぶ第１および第２の仮想線１０５Ａ、１０５Ｂは、平行または略平行とみなせる。

共振子から放射される磁界は、一般に進行方向の成分と、進行方向に直交する成分に分解することができる。第１および第２の仮想線１０５Ａ、１０５Ｂが、共振子１および共振子２の巻軸に平行または略平行であるとすると、これら２つの共振子からの磁界の進行方向成分は互いに平行または略平行であり、進行方向に直交する成分の方向も互いに平行または略平行である。

図１に示すように、進行方向成分のベクトルをｒ、直交成分のベクトルをφで表すと、共振子１から放射される磁界は、H_r1exp(jθ₁)r＋H_φ1exp(jθ₁)φと表すことができる。同様に、共振子２から放射される磁界は、H_r2exp(jθ₂)r＋H_φ2exp(jθ₂)φと表すことができる。H_r1、H_r2は、各磁界の進行方向成分の大きさである。H_φ1、H_φ2は、各磁界の直交成分の大きさである。θ₁、θ₂は各磁界の位相（すなわち共振子１、２の高周波電流の位相）を表す。

各共振子からの磁界のφ成分が互いに打ち消し合うように、共振子１と共振子２へそれぞれ流す高周波電流の振幅と位相を調整する。具体的には、H_φ1=H_φ2とし、θ₁=θ₂＋180°となるように制御する。ただし、位相差は正確に１８０°である必要はなく、所望の打ち消し効果が得られる範囲内で１８０°からずれてもかまわない。振幅も正確に一致している必要はなく、所望の打ち消し効果が得られる範囲内で差があってもかまわない。このような制御により、各共振子からの磁界のφ成分は打ち消し合い、観測点におけるφ成分の合成磁界はゼロもしくは小さな値となる。

一方、各共振子からの磁界の進行方向成分（r成分）については、上記のように振幅および位相を制御しても、互いに打ち消し合わず、観測点で所望の打ち消し効果が得られない場合がある。例えば、共振子１と共振子２が互いに同一構成で、受電側の共振子も互いに同一構成で、送電側と受電側間で共振子ペアの位置関係が同じであれば、φ成分が互いに打ち消し合う関係であれば、r成分も互いに打ち消し合うと考えられる。しかしながら、送電側および受電側間で共振子の位置ずれが生じたりすると、ｒ成分の振幅の比例係数が、送電側および受電側間の共振子ペアで変わるため、ｒ成分が打ち消し合わなくなる。よって、観測点で所望の打ち消し効果が得られなくなる。ただし、位相については、φ成分と同じように、１８０°の差、つまり、逆位相がｒ成分でも維持される。以上から、磁界のｒ成分の振幅を制御することができれば、ｒ成分を打ち消すことが可能となる。なお、φ成分に関しては、上記の位置ずれが生じても、逆位相の関係は維持され、また振幅の同一も維持されるため、上述の問題は生じない。

ここで、上述したように、磁界強度制御コイル１０４は、その内側を第１の仮想線１０５Ａのみが通過し、かつ、他の仮想線は通過しないような位置に配置されている。このため、磁界強度制御コイル１０４は、共振子１からの磁界との結合が、共振子２からの磁界との結合に比べて支配的となる。つまり、共振子２の磁界との結合により発生する磁界は、共振子１の磁界との結合により発生する磁界と比べて、十分に小さいものとなる。よって、磁界強度制御コイル１０４で発生する磁界により、共振子１から磁界の強度を調整できるといえる。さらに、磁界強度制御コイル１０４の巻軸が、仮想線１０５Ａと平行または略平行となっていため、磁界強度制御コイル１０４から放射される磁界は、観測点に対してｒ成分のみとみなすことができる。よって、観測点では、共振子１から放射された磁界のｒ成分と、磁界強度制御コイルから放射された磁界のｒ成分と、共振子２から放射された磁界のｒ成分の合成になる。ここで、磁界強度制御コイル１０４の可変容量素子の値の調整により磁界強度制御コイルに流れる電流振幅を調整することで、磁界強度制御コイルから放射される磁界のｒ成分を調整できる。よって、共振子１から放射された磁界のｒ成分と磁界強度制御コイルから放射された磁界のｒ成分の合成振幅を、共振子２から放射された磁界のｒ成分振幅と同一となるように、磁界強度制御コイル１０４の可変容量素子の値を調整することで、観測点においてｒ成分を打ち消すことができる。

なお、磁界強度制御コイルを、共振子１と共振子２に対して対称な位置に配置した場合、共振子１と共振子２からの磁界のｒ成分の振幅が同程度に制御される。例えば、磁界強度制御コイルの径を大きくし、その内側を仮想線１０５Ａ、１０５Ｂの両方が通過するように中央に配置した場合がこれに相当する。この場合、共振子１と共振子２から生じる磁界のｒ成分が、現状の大きさの関係に従属したまま調整されるのみで、観測点で所望の打消し効果が十分得られない。

以上、磁界強度制御コイルにより、一方の共振子からの磁界のｒ成分の振幅を、他方の共振子からの磁界のｒ成分に対して相対的に大きく、あるいは、小さく、調整することにより、共振子１から生じる磁界のｒ成分の振幅を、共振子２から生じる磁界のｒ成分の振幅と同程度になるように調整できる。これにより、ｒ成分を観測点で打ち消すことが可能となる。よって、観測点における漏洩磁界強度を抑制できる。

（第１の変形例）
上述した実施形態では、共振子１、２と、観測点とについて、地面からの高さの関係については特に言及しなかったが、本実施形態は、当該関係に制約を受けることなく、実施可能である。例えば、図５は、共振子１（５０１Ａ）、共振子２（５０１Ｂ）、観測点５０２の高さが違う場合を示す。地面５０５に対し、波源である共振子１、２と、観測点５０２の高さが異なる。また、共振子１、２の高さも互いに異なる。磁界強度制御コイル５０３を第１の仮想線５０４Ａが通過するが、第２の仮想線５０４Ｂは通過していない。このような場合も、本実施形態により、観測点における磁界強度を低減できる。なお、観測点５０２の位置は、任意に決めればよく、例えば、受電装置の送電装置と反対側でもよいし、これとは別の方向の位置に決めても良い。

（第２の変形例）
上述した実施形態では、磁界強度制御コイル１０４の内側を第１の仮想線が通過し、第２の仮想線は磁界強度制御コイル１０４の内側を通過しないように配置することで、非対称な配置を行った。別の形態として、非対称な配置であれば、第１および第２の仮想線のいずれも、磁界強度制御コイル１０４の内側を通過しないように、磁界強度制御コイル１０４を配置する形態も可能である。

例えば磁界強度制御コイルの中心軸（巻軸）が、第１および第２の仮想線の中心線からオフセットした位置になるように、磁界強度制御コイルを配置することも可能である。この配置の具体例を、図６に示す。磁界強度制御コイル６０３の内側を第１および第２の仮想線６０４Ａ、６０４Ｂが通過せず、かつ、磁界強度制御コル６０３の中心軸が、２つの仮想線の中心線からオフセットした位置になっている。なお、図６において、送電回路、制御部等の他の要素の図示は省略している。

ここで、磁界強度制御コイルの中心軸とは、磁界強度制御コイルの巻軸と平行であり、かつ磁界強度制御コイルの巻いた面の中心を通過する軸のことである。コイルの巻いた面の中心は、円形コイルであれば、円の中心、楕円コイルであれば楕円の中心、長方形コイルであれば、対角線の交点である。

また、２つの仮想線の中心仮想線とは、２つの仮想線に共に平行であり、かつ、２つの仮想線からの距離が等しい線のことである。

このように磁界強度制御コイルを配置することで、一方の共振子からの磁界強度のr成分の振幅を、他方の共振子よりも大きく、あるいは、小さく調整できる。図６の例では、磁界強度制御コイル６０３の中心軸は、共振子１を通る第１の仮想線に近い側に位置し、かつ、磁界強度制御コイル６０３内を第１の仮想線は通過していない。より詳細には、地面６０５の真上方向から、第１の仮想線と磁界強度制御コイル６０３を見た時に、地面６０５に投影される第１の仮想線が、磁界強度制御コイル６０３の投影を横切っている。磁界は、波源と観測点を結ぶ直線上のみに存在するのではなく、広がりを持って放射されている。したがって、磁界強度制御コイル６０３を第１の仮想線が通過しなくても、第１の仮想線の近くに磁界強度制御コイル６０３を配置することで、共振子１からの磁界のｒ成分の振幅を調整できる。一方、共振子２を通る第２の仮想線は、第１の仮想線と比べて、磁界強度制御コイル６０３の中心軸から遠くに位置するため、磁界強度制御コイル６０３による共振子２の磁界への寄与は小さくなる。

（第４の変形例）
上述した実施形態では、観測点を任意に定めたが、一例として、各共振子からの放射磁界が最大となる方向に応じて観測点を設定してもよい。例えば、共振子が、図７に示すようなソレノイド巻コイル７０１の場合、巻軸７０２に沿った方向が、最大放射方向７０３に一致する。この場合、各共振子と観測点とを結ぶ仮想線が概ね各最大放射方向に平行になるように観測点を設定し、これまでと同様の考えで、磁界強度制御コイルを配置すればよい。

（第５の変形例）
上述した実施形態では、観測点が送電装置から遠方に存在し、各共振子と観測点を結ぶ仮想線が互いに平行または略平行とみなせる場合を説明したが、複数の仮想線は互いに平行または略平行である必要はなく、複数の仮想線が互いに接近する方向であればよい。例えば、図８に示すように、共振子１（８０１Ａ）、共振子２（８０１Ｂ）間の距離８０７が１ｍ、送電装置と観測点との間の距離８０２が１０ｍと仮定する。共振子１、２と観測点間を結ぶ仮想線は、それぞれ第１の仮想線８０３Ａおよび第２の仮想線８０３Ｂである。第１の仮想線８０３Ａおよび第２の仮想線８０３Ｂは共振子１、２から、観測点に対して、互いに接近する方向に延びている。複数の仮想線が互いに略平行な場合も、複数の仮想線が互いに近接する方向に延びている場合の一形態に相当する。第１の仮想線８０３Ａおよび第２の仮想線８０３Ｂの長さが同一または略同一である場合、距離８０２の送電装置側の起点は、観測点から送電装置を見たときに、共振子１、２間の中心８０８である。中心８０８は、送電装置の筐体面上の位置でもよいし、送電装置を搭載した車体面上の位置でもよいし、共振子１、２間を結ぶ線分の中心でもよい。

上述した数値例等の場合、第１および第２の仮想線８０３Ａ、８０３Ｂのなす角８０４は、５．７度となる。別の例として、共振子１、２間の距離が１ｍで、距離８０２が３０ｍの場合は、第１および第２の仮想線８０３Ａ、８０３Ｂのなす角８０４は、１．９度となる。同様にして、共振子１、２間の距離が１ｍで、距離８０２が１００ｍの場合は、第１および第２の仮想線８０３Ａ、８０３Ｂのなす角８０４が０．５７度となる。さらに、共振子１、２間の距離が１ｍで、距離８０４が３００ｍの場合には、第１および第２の仮想線８０３Ａ、８０３Ｂのなす角が０．１９度となる。

このように第１および第２の仮想線が平行とみなせない場合でも、これまでと同様に、磁界強度制御コイルを第１および第２の仮想線に対して非対称な位置に配置すればよい。例えば一方の仮想線が通り、他方の仮想線が通らない位置に、磁界強度制御コイルを配置すればよい。これにより、観測点での磁界打ち消しにより、磁界低減効果を得ることができる。別の配置例として、磁界強度制御コイルを、第１および第２の仮想線のいずれも通過しないが、一方の仮想線側に、磁界強度制御コイルの中心軸がオフセットするように配置してもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では観測点が１つの場合を示したが、本実施形態では、複数の観測点が存在する場合に、各観測点における漏洩磁界強度を低減する形態を示す。

図９に、第２の実施形態に係る送電装置の構成を示す。ただし、制御部および送電回路等、その他の要素の図示は省略している。

送電装置から異なる方向に離れた位置に、２つの観測点Ｖ１、Ｖ２（図示せず）が想定されている。観測点Ｖ１と共振子１および共振子２との間には、第１の仮想線９０３Ａ、第２の仮想線９０３Ｂが設定されている。また、観測点Ｖ２と共振子１および共振子２との間に、第１の仮想線９０４Ａ、第２の仮想線９０４Ｂが設定されている。第１の仮想線９０３Ａと第２の仮想線９０３Ｂは平行または略平行であり、第１の仮想線９０４Ａと第２の仮想線９０４Ｂは平行または略平行とする。

共振子１、２と観測点Ｖ１との間に、共振子１、２との距離が異なる位置に、すなわち、共振子１、２に対して非対称な位置に、第１の磁界強度制御コイル９０２Ａが配置されている。第１の磁界強度制御コイル９０２Ａは、その内側を第１の仮想線９０３Ａが通過し、第２の仮想線９０３Ｂが通過しない位置に配置されている。第１の磁界強度制御コイル９０２Ａの巻軸と、第１の仮想線９０３Ａは、平行または略平行である。

共振子１、２と観測点Ｖ２との間に、共振子１、２との距離が異なる位置に、共振子１、２に対して非対称な位置に、第２の磁界強度制御コイル９０２Ｂが配置されている。第２の磁界強度制御コイル９０２Ｂは、その内側を第１の仮想線９０４Ａが通過し、第２の仮想線９０４Ｂが通過しない位置に配置されている。第２の磁界強度制御コイル９０２Ｂの巻軸と、第１の仮想線９０４Ａは、平行または略平行である。

このように磁界強度制御コイル９０２Ａ、９０２Ｂを配置することにより、複数の観測点Ｖ１、Ｖ２における漏洩磁界強度を抑圧することができる。すなわち、送電装置から見て複数の方向に対する漏洩磁界強度を低減できる。

図９の例では、観測点が２つの場合を示したが、３つ以上の場合でも同様にして、各観測点に対応して磁界強度制御コイルを配置することで、各観測点での漏洩磁界強度を抑制できる。

図１０に、観測点が４つの場合に各観測点の漏洩磁界強度を低減する場合の例を示す。なお、制御部および送電回路等、その他の要素の図示は省略している。

送電装置から互いに直交する４つの方向に遠方に離れた位置に、観測点Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３、Ｖ２４（図示せず）が設定されている。観測点Ｖ２１と共振子１（１００１Ａ）および共振子２（１００１Ｂ）間には、第１の仮想線１００２Ａ、第２の仮想線１００３Ａが設定されている。第１の仮想線１００２Ａ、第２の仮想線１００３Ａは平行または略平行である。

観測点Ｖ２２と共振子１および共振子２間に、第１の仮想線１００２Ｂ、第２の仮想線１００３Ｂが設定されている。第１の仮想線１００２Ｂ、第２の仮想線１００３Ｂは平行または略平行である。

観測点Ｖ２３と共振子１および共振子２間に、第１の仮想線１００２Ｃ、第２の仮想線１００３Ｃが設定されている。第１の仮想線１００２Ｃ、第２の仮想線１００３Ｃは平行または略平行である。

観測点Ｖ２４と共振子１および共振子２間に、第１の仮想線１００２Ｄ、第２の仮想線１００３Ｄが設定されている。第１の仮想線１００２Ｄ、第２の仮想線１００３Ｄは平行または略平行である。

各観測点に対応して、共振子１、２との距離が異なる位置に、すなわち、共振子１、２に対して非対称な位置に、第１の磁界強度制御コイル１００４Ａ、第２の磁界強度制御コイル１００４Ｂ、第３の磁界強度制御コイル１００４Ｃ、第４の磁界強度制御コイル１００４Ｄが配置されている。

第１の磁界強度制御コイル１００４Ａは、その内側を第１の仮想線１００２Ａが通過し、第２の仮想線１００３Ａが通過しない位置に配置されている。第１の磁界強度制御コイル１００４Ａの巻軸と、第１の仮想線１００２Ａは、平行または略平行である。

第２の磁界強度制御コイル１００４Ｂは、その内側を第１の仮想線１００２Ｂが通過し、第２の仮想線１００３Ｂが通過しない位置に配置されている。第２の磁界強度制御コイル１００４Ｂの巻軸と、第１の仮想線１００２Ｂは、平行または略平行である。

第３の磁界強度制御コイル１００４Ｃは、その内側を第１の仮想線１００２Ｃが通過し、第２の仮想線１００３Ｃが通過しない位置に配置されている。第３の磁界強度制御コイル１００４Ｃの巻軸と、第１の仮想線１００２Ｃは、平行または略平行である。

第４の磁界強度制御コイル１００４Ｄは、その内側を第１の仮想線１００２Ｄが通過し、第２の仮想線１００３Ｄが通過しない位置に配置されている。第４の磁界強度制御コイル１００４Ｄの巻軸と、第１の仮想線１００２Ｄは、平行または略平行である。

図１０の構成によれば、図９の構成に比べて、磁界強度を抑圧できる観測点数（方向数）増やすことができる。

なお、図９または図１０に示したような観測点が複数の場合、各観測点の方向についてｒ成分の磁界強度を抑制できるが、φ成分については、各方向のすべてについて所望の抑圧効果が得られるとは限らない。この理由は、磁界のφ成分は、各送電回路から各共振子に供給する高周波電流の振幅と位相で制御するため、１つの方向に対して、φ成分の振幅を共振子間で揃えると、それ以外の方向では、φ成分の振幅が揃わない可能性があるためである。ただし、位相については、φ成分についても、逆位相の関係は保たれる。よって、少なくとも、φ成分についても、一部の磁界は打ち消されるため、それなりの磁界抑制効果は得ることができる。

図１１は、本実施形態に係る送電装置の他の構成例を示す。制御部および送電回路の図示は省略している。

図１１の構成は、２つの共振子の配置を工夫することで、特定の方向について、磁界強度抑制コイルを配置することなく、漏洩磁界を低減するようにしたことを特徴としている。

共振子１（１１０１Ａ）および共振子２（１１０１Ｂ）が配置されている。共振子１の巻軸１１０３Ａと、共振子２の巻軸１１０３Ｂが平行または略平行である。つまり、共振子１の巻線の巻回方向に直交する第１方向と、共振子２の巻線の巻回方向に直交する第２方向とが平行または略平行である。

共振子１と共振子２を横切る仮想的な線として、第３の仮想線１１０２Ｃを考える。第３の仮想線１１０２Ｃは、共振子１の巻軸１１０３Ａに対して垂直であり、共振子２の巻軸１１０３Ｂに対しても垂直である。共振子１、２は、第３の仮想線１１０２Ｃに沿って並ぶように配置されている。すなわち、共振子１、２は、上述の第１または第２の方向に直交する方向に沿って並ぶように、配置されている。

共振子１と観測点（図示せず）の間に第１の仮想線１１０２Ａが設定され、共振子２と当該観測点の間に第２の仮想線１１０２Ｂが設定されている。また、磁界強度制御コイル１１０４の内側を第１の仮想線１１０２Ａが通過するように、磁界強度制御コイル１１０４が配置されている。

共振子１と共振子２の最大磁界放射方向は、それぞれの巻軸の方向となる。一方、磁界放射量が最小の方向は、それぞれ巻軸に垂直な方向である。したがって、共振子１、２とも、第３の仮想線１１０２Ｃに沿った方向の磁界強度が最小となり、第３の仮想線１１０２Ｃの方向における観測点での磁界強度は小さな値になると考えられる。よって、図１１の配置は、特定の方向（第３の仮想線１１０２Ｃに沿った方向）について、磁界強度制御コイルを用いることなく、漏洩磁界強度を小さくできる。

なお、図１１において、仮に第３の仮想線１１０２Ｃの方向に磁界強度制御コイルを配置した場合（例えば、磁界強度制御コイルの内側を第３の仮想線が通過するように配置した場合）、両方の共振子からの磁界の振幅が磁界強度制御コイルにより元の振幅の関係に従属して調整されてしまい、漏洩磁界低減効果を得られない。そこで、本実施形態では、当該方向に対して各々巻軸が垂直になるように２つの共振子を配置することで、この問題を解決可能としている。

（第３の実施形態）
図１２に、第３の実施形態に係る送電装置の構成例を示す。図１に示した第１の実施形態の構成に対して、磁界を測定する磁界モニタ回路１２０５Ａ、１２０５Ｂが追加されている。制御回路１２０１が、磁界モニタ回路１２０５Ａ、１２０５Ｂの測定値を用いて、送電回路１２０２Ａ、１２０２Ｂと、磁界強度制御コイル１２０４のインピーダンスとを制御する。

磁界モニタ回路１２０５Ａは、磁界強度制御コイル１２０４の後段において、第１の仮想線１２０６に沿って配置されている。磁界モニタ回路１２０５Ａは、第１の仮想線１２０６Ａに平行な磁界成分と、第１の仮想線１２０６Ａに垂直な磁界成分を測定する。磁界モニタ回路１２０５Ａへは共振子１からの磁界と、磁界強度制御コイル１２０４からの磁界とが与えられるため、測定される値は、両者の合成磁界の値となる。磁界モニタ回路１２０５Ａは、計測した水平成分および垂直成分の値を制御回路１２０１に出力する。

磁界モニタ回路１２０５Ｂは、共振子１２０５Ｂの後段において、第２の仮想線１２０６Ｂに沿って配置されている。磁界モニタ回路１２０５Ｂは、第２の仮想線１２０６Ｂに平行な磁界成分と、第２の仮想線１２０６Ｂに垂直な磁界成分を測定する。磁界モニタ回路１２０５Ｂは、計測した水平成分および垂直成分の値を制御回路１２０１に出力する。

制御回路１２０１は、磁界モニタ回路１２０５Ａ、１２０５Ｂで測定された垂直磁界成分の値に基づき、共振子１、２からの放射磁界のφ成分の振幅が、同一または略同一となるように、送電回路１および送電回路２で生成する高周波電流の振幅を制御する。

また、制御回路１２０１は、磁界モニタ回路１２０５Ａ、１２０５Ｂで測定された平行な磁界成分の値に基づき、共振子１と共振子２からの放射磁界のｒ成分の振幅が同一または略同一となるように、磁界強度制御コイル１２０４の可変容量素子の値を制御する。

また、制御回路１２０１は、送電回路１および送電回路２で生成される高周波電流の位相が逆位相になるように制御する。これにより、共振子１と共振子２からの放射磁界のφ成分の位相を逆位相にされ、かつ、ｒ成分の位相が逆位相にされる。

制御回路１２０１の動作例としては、送電回路１および送電回路２で生成する高周波電流の振幅および位相を制御した後、一定の間隔で、磁界モニタ回路１２０５Ａ、１２０５で測定された平行な磁界成分の値を取得する。そして、両者の差分が、下限および上限により定まる所定の範囲内であれば何もせず、所定の範囲外であれば、下限より小さいか、上限より大きいかに応じて、可変容量素子の値を予め決められた方向（増加方向または減少方向）に一定値だけ変化させる。両者の差分が所定の範囲に収まるまで、これを繰り返し、所定の範囲に収まったら処理を終了する。一定時間ごとに、上記の動作フローを繰り返し行ってもよい。

以上の制御の結果、観測点において、共振子１と共振子２からの磁界は打ち消し合うことになり、漏洩磁界強度を抑制できる。

以上、本実施形態によれば、無線電力伝送システムを運用中に、共振子１および磁界強度制御コイルの合成磁界強度、および共振子２の磁界強度を測定し、両者のφ成分の振幅が同じになるように、送電回路１、２を制御することで、観測点で両者のφ成分の磁界を打ち消すことができる。さらに、両者のｒ成分の振幅が同じになるように、磁界強度制御コイルの可変容量素子の値を制御することで、観測点における両者のｒ成分の磁界を打ち消すことができる。よって、無線電力伝送システムを運用中に、送受間の共振子の位置ずれ等が発生した場合にも、これに動的に対応して、観測点における漏洩磁界強度を抑制できる。

図１２の構成の変形例として、図１３に示すように、共振子１および共振子２に対して磁界強度制御コイル１３０４Ａ、１３０４Ｂをそれぞれ配置し、磁界強度制御コイル１３０４Ａ、１３０４Ｂの後段に、磁界モニタ回路１３０５Ａ、１３０５Ｂをそれぞれ配置してもよい。第１の仮想線１３０５Ａが磁界強度制御コイル１３０４Ａを通過し、第１の仮想線１３０５Ａに沿って磁界モニタ回路１３０５Ａが配置されている。第２の仮想線１３０５Ｂが磁界強度制御コイル１３０４Ｂを通過し、第２の仮想線１３０５Ｂに沿って磁界モニタ回路１３０５Ｂが配置されている。

磁界モニタ回路１３０５Ａへは共振子１からの磁界と、磁界強度制御コイル１３０４Ａからの磁界とが支配的に与えられるため、測定される値は、両者の合成磁界の値とみなせる。磁界モニタ回路１２０５Ａは、計測した水平成分および垂直成分の値を制御回路１２０１に出力する。同様に、磁界モニタ回路１３０５Ｂへは共振子２からの磁界と、磁界強度制御コイル１３０４Ｂからの磁界とが支配的に与えられるため、測定される値は、両者の合成磁界の値とみなせる。

制御回路１３０１は、磁界モニタ回路１３０５Ａおよび磁界モニタ回路１３０５Ｂの測定値に基づき、送電回路１、２、および磁界強度制御コイル１３０５Ａ、１３０５Ｂの双方の可変容量素子の値を制御する。その他は、図１２と同様である。

図１３の構成により、共振子１と共振子２双方からの磁界強度を独立に調整することで、双方の磁界の振幅を揃え、観測点で磁界を打ち消すことができる。特に、共振子１と共振子２からの磁界のｒ成分振幅の差または比が大きい場合、一方の磁界強度の調整のみでは、振幅を同じにできないこともある。そのような場合も、一方の磁界の振幅を大きくなるように調整し、他方の磁界の振幅を小さくなるように調整することで、両者の振幅を同程度にできる。

（第５の実施形態）
これまでの説明は、磁界強度制御コイルを送電側に配置したが、本実施形態では磁界強度制御コイルを受電側に配置する形態を示す。

図１４（Ａ）に、本実施形態に係る受電装置の例を示す。受電装置は、共振子１（１１２Ａ）および共振子２（１１２Ｂ）、受電回路１（１１３Ａ）および受電回路２（１１３Ｂ）、磁界強度制御コイル１１４を備える。受電装置は、外部の負荷装置１１６に接続されている。

共振子１および共振子２は、送電装置側の共振子１および共振子２と同様の構成を有する。受電回路１および受電回路２は、共振子１および共振子２で受電された高周波エネルギーの電流を負荷装置１１６に供給する。受電回路１および受電回路２は、高周波電流を直流に変換する整流器を含んでもよく、整流器で整流した直流電流を、負荷装置１１６に出力してもよい。負荷装置１１６は、電力を消費する装置でもよいし、電力を蓄積する蓄電装置でもよい。

磁界強度制御コイル１１４は、受電装置と観測点（例えば受電装置の送電装置と反対側に設定）との間で、共振子１（１１２Ａ）及び共振子２（１１２Ｂ）との距離が異なる位置に、すなわち、共振子１、２に対して非対称な位置に、配置されている。磁界強度制御コイル１１４は、受電装置と共振子１との間に配置されている。観測点は、受電装置から遠方にある場合、共振子１と観測点とを結ぶ第１の仮想線１１５Ａと、共振子２と当該観測点とを結ぶ第２の仮想線１１５Ｂは平行または略平行であるとみなせる。そして、磁界強度制御コイル１１４は、その内側を仮想線１１５Ａが通過し、磁界強度制御コイル１１４の中心軸が共振子１（１１２Ａ）の巻軸と平行または略平行となるような位置に配置されている。磁界強度制御コイル１１４の配置位置は、図１４（Ａ）の位置に限定されず、図１４（Ｂ）のように受電装置の送電装置の反対側に磁界強度制御コイル１２４を配置してもよいし、その他の場所でもよい。このように磁界強度制御コイルを受電装置側に配置しても、送電装置側に配置したのと同様に、漏洩磁界を低減できる。

（第６の実施形態）
図１５は、第６の実施形態に係る無線電力伝送システムを示す。無線電力伝送システムは、送電装置と、受電装置とを備える。受電装置は、ＥＶ自動車、ＥＶバス等の車両の底部外側面に搭載されている。受電装置の搭載先は車両に限定されず、送電側から無線で電力を受電する装置であれば、任意でかまわない。送電装置は、地上に設置されている。送電の対象が車両である場合、送電装置は、充電スタンド、家庭、パーキング等に設置されることができる。送電装置の制御回路および送電回路等の図示は省略している。また、受電装置の受電回路および負荷装置等の図示は、省略している。その他、仮想線や巻軸等の表記は省略している。

送電装置は、図１に示した送電装置と同様に、２つの送電側共振子（第１の送電側共振子１４０１Ａ、第２の送電側共振子１４０１Ｂ）を備え、第１の送電側共振子１４０１Ａと、車両との間に磁界強度制御コイル１４０２が配置されている。

受電装置は、２つの受電側共振子（第１の受電側共振子１４０３Ａおよび第２の受電側共振子１４０３Ｂ）を備える。第１の受電側共振子１４０３Ａの送電装置と反対側には、磁界強度制御コイル１４０４が設置されている。

このように、本実施形態では、送電装置および受電装置の双方に磁界強度制御コイルが配置されている。観測点は、例えば受電装置の送電装置の反対側に設けられ、第１の送電側共振子１４０１Ａからの磁界は、２つの磁界強度制御コイル１４０２、１４０４を介して調整される。送電装置から受電装置へ無線電力伝送を行うときに、受電装置より先に磁界が漏洩することを抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０１、１２０１、１３０１：制御回路
１０２Ａ、１２０２Ａ、１３０２Ａ：送電回路１
１０２Ｂ、１２０２Ｂ、１３０２Ｂ：送電回路２
１０３Ａ、１１２Ａ、５０１Ａ、６０１Ａ、８０１Ａ、９０１Ａ、１００１Ａ、１１０１Ａ、１２０３Ａ、１３０３Ａ、１４０１Ａ、１４０３Ａ：共振子１
１０３Ｂ、１１２Ｂ、５０２Ｂ、６０１Ｂ、８０１Ｂ、９０１Ｂ、１００１Ｂ、１１０１Ｂ、１２０３Ｂ、１３０３Ｂ、１４０１Ｂ、１４０３Ｂ：共振子２
１０４、１１４、１２４、５０３、６０３、９０２Ａ、９０２Ｂ、１００４Ａ〜１００４Ｄ、１２０５Ａ、１２０５Ｂ、１３０４Ａ、１３０４Ｂ、１４０２、１４０４：磁界強度制御コイル
１０５Ａ、３０２、５０４Ａ、６０４Ａ、８０３Ａ、９０３Ａ、９０４Ａ、１００２Ａ〜１００２Ｄ、１１０２Ａ：第１の仮想線
１０５Ｂ、３０３、５０４Ｂ、６０４Ｂ、８０３Ｂ、９０３Ｂ、９０４Ｂ、１００２Ｂ〜１００２Ｂ、１１０２Ｂ：第２の仮想線
１１０２Ｃ：第３の仮想線
２０１、７０１：コイル
２０２：可変容量素子
２０３、３０１、７０２、１１０３Ａ、１１０３Ｂ：巻軸
５０２、６０２：観測点
５０５、６０５：地面
７０３：最大放射方向
８０２、８０７：距離
８０４：角度
８０８：中心
１２０４、１３０５Ａ、１３０５Ｂ：磁界モニタ回路
１１３Ａ：受電回路１
１１３Ｂ：受電回路２
１１６：負荷装置

Claims (9)

1. 無線で電力を受電装置に送電する送電装置であって、
   第１および第２の共振子と、
   前記第１および第２の共振子へ交流電流を供給する第１および第２の送電回路と、
   前記第１および第２の共振子の周囲において、前記第１の共振子との距離と前記第２の共振子との距離が異なる位置に配置された巻線部と、
   前記第１および第２の送電回路を制御する制御回路と、
   第１磁界モニタ回路と、
   第２磁界モニタ回路と、を備え、
   前記巻線部は、前記第１および第２の共振子の一方と、観測点との間に配置され、
   前記第１磁界モニタ回路は、前記一方の共振子から出力される磁界の、前記一方の共振子から前記観測点への方向に平行な成分と、前記巻線部で発生した磁界の、前記一方の共振子から前記観測点への方向に平行な成分との合成強度を測定し、
   前記第２磁界モニタ回路は、前記第１および第２の共振子の他方の共振子から出力される磁界の、前記他方の共振子から前記観測点への方向に平行な成分の強度を測定し、
   前記制御回路は、前記第１磁界モニタ回路で測定された前記合成強度と、前記第２磁界モニタ回路で測定された前記強度との差分が所定の範囲に含まれるように、前記巻線部のインピーダンスを制御する
   送電装置。
2. 前記他方の共振子と、前記観測点との間に配置された他の巻線部を備え、
   前記第２磁界モニタ回路は、前記他方の共振子から出力される磁界の、前記他方の共振子から前記観測点への方向に平行な成分と、前記他の巻線部で発生した磁界の、前記他方の共振子から前記観測点への方向に平行な成分との合成強度を測定し、
   前記制御回路は、前記第１磁界モニタ回路で測定された前記合成強度と、前記第２磁界モニタ回路で測定された前記合成強度との差分が前記所定の範囲に含まれるように、前記巻線部のインピーダンスを制御する
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記巻線部は、前記第１の共振子から延びる第１の線、前記第２の共振子から前記第１の線と平行または接近する方向に延びる第２の線とのうちの一方が、前記巻線部の内側を通過し、他方は通過しないように配置されている、
   請求項１または２に記載の送電装置。
4. 前記第１の線は、前記第１の共振子と前記観測点とを結ぶ線、前記第２の線は、前記第２の共振子と前記観測点とを結ぶ線である、
   請求項３に記載の送電装置。
5. 前記巻線部の巻回方向に直交する方向は、前記巻線部の内側を通過する前記第１および第２の線のうちの１つと平行または略平行である
   請求項３または４に記載の送電装置。
6. 前記第１の共振子の巻線の巻回方向に直交する第１方向と、前記第２の共振子の巻線の巻回方向に直交する第２方向とが平行または略平行であり、
   前記第１方向または前記第２方向に直交する方向に沿って並ぶように、前記第１の共振子および前記第２の共振子が配置された
   請求項１ないし５のいずれか一項に記載の送電装置。
7. 前記巻線部は、コイルと、可変容量素子とを含み、
   前記制御回路は、前記巻線部の可変容量素子の値を制御する
   請求項１ないし２のいずれか一項に記載の送電装置。
8. 前記巻線部は、前記第１または第２の共振子で発生させられる磁界強度が最大となる方向に応じた巻軸の方向に配置される
   請求項１ないし７のいずれか一項に記載の送電装置。
9. 送電装置と、受電装置と、巻線部と、制御回路と、第１磁界モニタ回路と、第２磁界モニタ回路と、を備えた無線電力伝送システムであって、
   前記送電装置は、
   第１および第２の送電側共振子と、
   前記第１および第２の送電側共振子へ交流電流を供給する第１および第２の送電回路と、を備え、
   前記受電装置は、
   前記第１および第２の送電側共振子から磁界を介して交流エネルギーを受け、前記交流エネルギーに応じた交流電流を発生させる第１および第２の受電側共振子と、
   前記第１および第２の受電側共振子で発生した前記交流電流を外部の負荷装置に供給する第１および第２の受電回路と、を備え、
   前記巻線部は、前記第１および第２の送電側共振子の周囲において、前記第１の送電側共振子との距離と前記第２の送電側共振子との距離が異なる位置に配置され、
   前記巻線部は、前記第１および第２の送電側共振子の一方と、観測点との間に配置され、
   前記第１磁界モニタ回路は、前記第１および第２の送電側共振子の一方の送電側共振子から出力される磁界の、前記一方の送電側共振子から前記観測点への方向に平行な成分と、前記巻線部で発生した磁界の、前記一方の送電側共振子から前記観測点への方向に平行な成分との合成強度を測定し、
   前記第２磁界モニタ回路は、前記第１および第２の送電側共振子の他方の送電側共振子から出力される磁界の、前記他方の送電側共振子から前記観測点への方向に平行な成分の強度を測定し、
   前記制御回路は、前記第１磁界モニタ回路で測定された前記合成強度と、前記第２磁界モニタ回路で測定された前記強度との差分が所定の範囲に含まれるように、前記巻線部のインピーダンスを制御する
   無線電力伝送システム。

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