JP6510455B2 - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

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Description

本発明は、非接触電力伝送装置に関する。
従来、非接触で電力を伝送する非接触電力伝送装置がある。非接触電力伝送装置は、例えば、電源に接続された送電コイル部から受電コイル部へ磁気共鳴により電力を伝送し、受電コイル部に整流器を介して接続された負荷に電力を供給する（例えば、特許文献１）。非接触電力伝送装置は、負荷のインピーダンスの変化などに応じて、送電コイル部に接続される電源側の回路の出力インピーダンスと、送電コイル部の入力インピーダンスとを整合回路により整合させる。
特開２０１２−３４４９４号公報
しかしながら、非接触電力伝送装置は、出力インピーダンスと入力インピーダンスとを整合させる点で、更なる改善の余地がある。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力インピーダンスと入力インピーダンスとを適正に整合させることができる非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る非接触電力伝送装置は、電力を供給する電源と、前記電源に接続され、非接触で電力を送電する送電コイル部と、電力を消費する負荷と接続され、前記送電コイル部から送電される電力を非接触で受電し、受電した電力を前記負荷に供給する受電コイル部と、前記送電コイル部及び前記受電コイル部を制御する制御部と、を備え、前記送電コイル部又は前記受電コイル部の少なくとも一方は、インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変回路を有し、前記インピーダンス可変回路は、当該インピーダンス可変回路のインダクタンス値を可変できる共鳴コイル、及び、当該インピーダンス可変回路の静電容量を可変できる共鳴コンデンサを含み、一対の前記共鳴コイル及び前記共鳴コンデンサから成るＬＣ回路を複数有し、前記制御部は、前記負荷に流れる電流に基づき、複数の前記ＬＣ回路を直列接続又は並列接続に切り替えて前記インダクタンス値及び前記静電容量を変更することで前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更し、前記送電コイル部より前記電源側の出力インピーダンスと、前記送電コイル部から前記負荷側の入力インピーダンスとを整合させることを特徴とする。
本発明に係る非接触電力伝送装置は、電力を供給する電源と、前記電源に接続され、非接触で電力を送電する送電コイル部と、電力を消費する負荷と接続され、前記送電コイル部から送電される電力を非接触で受電し、受電した電力を前記負荷に供給する受電コイル部と、前記送電コイル部及び前記受電コイル部を制御する制御部と、を備え、前記送電コイル部又は前記受電コイル部の少なくとも一方は、インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変回路を有し、前記インピーダンス可変回路は、当該インピーダンス可変回路のインダクタンス値を可変できる複数の共鳴コイル、及び、当該インピーダンス可変回路の静電容量を可変できる一の共鳴コンデンサを含み、前記制御部は、前記負荷に流れる電流に基づき、前記複数の共鳴コイルを直列接続又は並列接続に切り替えて前記インダクタンス値を変更することで前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更し、前記送電コイル部より前記電源側の出力インピーダンスと、前記送電コイル部から前記負荷側の入力インピーダンスとを整合させることを特徴とする。
また、上記非接触電力伝送装置において、前記共鳴コイルは、順次直列に接続され、後段の前記共鳴コイルの導体断面積が、前段の前記共鳴コイルの導体断面積よりも小さいことが好ましい。
また、上記非接触電力伝送装置において、前記負荷は、オンされることにより電流を流し、オフされることにより前記電流を停止する操作スイッチによって操作され、前記制御部は、前記操作スイッチのオン・オフ操作に基づいて、前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更することが好ましい。
また、上記非接触電力伝送装置において、前記制御部は、さらに、前記操作スイッチがオンされて経過した時間に基づいて、前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更することが好ましい。
また、上記非接触電力伝送装置において、前記制御部は、前記負荷に実際に供給された電流の電流値が、予め定められた電流の閾値を満たさない場合、異常を報知することが好ましい。
また、上記非接触電力伝送装置において、前記共鳴コイルとは異なる可変コイルと前記共鳴コンデンサとは異なる可変コンデンサとを有する整合回路を備え、前記制御部は、前記インピーダンス可変回路と前記整合回路とを協調させて前記出力インピーダンスと前記入力インピーダンスとを整合させることが好ましい。
本発明に係る非接触電力伝送装置は、共鳴コイル及び共鳴コンデンサを含むインピーダンス可変回路のインピーダンスを変更し、送電コイル部より電源側の出力インピーダンスと、送電コイル部から負荷側の入力インピーダンスとを整合させる。これにより、非接触電力伝送装置は、出力インピーダンスと入力インピーダンスとを適正に整合させることができる。
図１は、実施形態１に係る非接触電力伝送装置の構成例を示す概略図である。 図２は、実施形態１に係る非接触電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。 図３は、実施形態１に係る共鳴コイルの構成例を示す斜視図である。 図４は、実施形態１に係るＬＣ回路の切替例（並列）を示す回路図である。 図５は、実施形態１に係るＬＣ回路の切替例（直列）を示す回路図である。 図６は、実施形態１に係る負荷のインピーダンスと伝送効率との関係を示す図である。 図７は、実施形態１に係る負荷電流テーブルの構成例を示す図である。 図８は、実施形態１に係る共鳴ＬＣ回路選択テーブルの構成例を示す図である。 図９は、実施形態１に係る送電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図１０は、実施形態１に係る受電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図１１は、実施形態１に係る負荷の電流値の異常判定の一例を示す図である。 図１２は、実施形態１に係る負荷の電流値の異常判定の一例を示す図である。 図１３は、実施形態１の変形例に係る負荷電流テーブルの構成例を示す図である。 図１４は、実施形態１の変形例に係る負荷の想定電流値と共鳴コイルとの関係を示す図である。 図１５は、実施形態１の変形例に係る送電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図１６は、実施形態１の変形例に係る受電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図１７は、実施形態１の変形例に係るインピーダンス可変回路の構成例を示す図である。 図１８は、実施形態１の変形例に係る共鳴コイルの構成例を示す斜視図である。 図１９は、実施形態１の変形例に係る共鳴コイルの構成例を示す斜視図である。 図２０は、実施形態１の変形例に係る共鳴コイルの構成例を示す斜視図である。 図２１は、実施形態１の変形例に係る共鳴コイルの構成例を示す斜視図である。 図２２は、実施形態１の変形例に係る共鳴コイルの構成例を示す斜視図である。 図２３は、実施形態２に係る非接触電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。 図２４は、実施形態２に係る共鳴コイルの切替例（直列）を示す回路図である。 図２５は、実施形態２に係る共鳴コイルの切替例（並列）を示す回路図である。 図２６は、実施形態２に係る負荷のインピーダンスと共振周波数との関係を示す図である。 図２７は、実施形態２に係る共鳴コイルの高周波抵抗を示す図である。 図２８は、実施形態２に係る負荷電流テーブルの構成例を示す図である。 図２９は、実施形態２に係る共鳴Ｌ回路選択テーブルの構成例を示す図である。 図３０は、実施形態２に係る送電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図３１は、実施形態２に係る受電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図３２は、実施形態２の変形例に係る負荷電流テーブルの構成例を示す図である。 図３３は、実施形態２の変形例に係る負荷の想定電流値と共鳴コイルとの関係を示す図である。 図３４は、実施形態２の変形例に係る送電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図３５は、実施形態２の変形例に係る受電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図３６は、実施形態３に係る非接触電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。 図３７は、実施形態３に係る共鳴コンデンサの接続例（静電容量が大）を示す回路図である。 図３８は、実施形態３に係る共鳴コンデンサの接続例（静電容量が小）を示す回路図である。 図３９は、実施形態３に係る負荷電流テーブルの構成例を示す図である。 図４０は、実施形態３に係る共鳴Ｃ回路選択テーブルの構成例を示す図である。 図４１は、実施形態３に係る送電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図４２は、実施形態３に係る受電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図４３は、実施形態３の変形例に係る負荷電流テーブルの構成例を示す図である。 図４４は、実施形態３の変形例に係る共鳴Ｃ回路選択テーブルの構成例を示す図である。 図４５は、実施形態３の変形例に係る負荷の想定電流値と出力周波数との関係を示す図である。 図４６は、実施形態３の変形例に係る送電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図４７は、実施形態３の変形例に係る受電側制御部の動作例を示すフローチャートである。 図４８は、実施形態３の変形例に係る非接触電力伝送装置の構成例を示すブロック図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態１〕
実施形態１に係る非接触電力伝送装置１は、非接触で電力を伝送するものである。非接触電力伝送装置１は、図１に示すように、送電ユニット１０と、受電ユニット２０と、電力分配部３０とを備える。非接触電力伝送装置１は、例えば、図示しない車両のドアヒンジ部や、ステアリングコラム部、シート部等に設置される。非接触電力伝送装置１は、送電ユニット１０が車両の電源２に接続され、受電ユニット２０が電力分配部３０に接続され、電力分配部３０が車両の負荷３に接続される。非接触電力伝送装置１は、磁気共鳴により電源２の電力を送電ユニット１０から受電ユニット２０に送電し、受電ユニット２０により受電した電力を電力分配部３０により負荷３に分配する。以下、非接触電力伝送装置１について詳細に説明する。
送電ユニット１０について説明する。送電ユニット１０は、磁気共鳴により非接触で電力を受電ユニット２０に送電するものである。送電ユニット１０は、送電コイル部１１と、インバータ（ＤＣ／ＡＣ）１２と、切替機構１３と、Ｔｘアンテナ１４と、送電側制御部１５とを備え、一つのユニットとして構成される。なお、送電ユニット１０は、送電コイル部１１を含めて一つのユニットとしてもよいし、送電コイル部１１を除いて一つのユニットとしてもよいし、インバータ（ＤＣ／ＡＣ）１２やＴｘアンテナ１４を除いて一つのユニットとしてもよい。また、送電ユニット１０は、システムの動作に制約がかからなければ、各回路の搭載場所に制約はかけない。
送電コイル部１１は、非接触で電力を送電するものである。送電コイル部１１は、図２に示すように、インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変回路１６を有する。インピーダンス可変回路１６は、当該インピーダンス可変回路１６のインダクタンス値を可変できる共鳴コイルＬ（Ｌ１、Ｌ２）、及び、当該インピーダンス可変回路１６の静電容量を可変できる共鳴コンデンサＣ（Ｃ１、Ｃ２）を含んで構成される。例えば、インピーダンス可変回路１６は、一対の共鳴コイルＬ及び共鳴コンデンサＣから成る複数のＬＣ回路１９を複数含んで構成される。インピーダンス可変回路１６は、各ＬＣ回路１９が切替機構１３により並列又は直列に接続されたり、各ＬＣ回路１９が選択的に接続されたりする。これにより、インピーダンス可変回路１６は、共鳴コイルＬのインダクタンス値及び共鳴コンデンサＣの静電容量が変更され、インピーダンス可変回路１６のインピーダンスが変更される。
インバータ１２は、電源２に接続され、電源２から供給される直流を交流に変換するものである。例えば、インバータ１２は、インバータ１２の図示しないスイッチング素子がオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）制御され、直流を交流に変換する。インバータ１２は、変換した交流電力を切替機構１３に出力する。
切替機構１３は、インバータ１２に接続され、インバータ１２から出力された交流電流が流れる経路を切り替えるものである。例えば、切替機構１３は、複数の共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ（Ｐｒ_ＳＷ１〜Ｐｒ_ＳＷ３）を備え、当該共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷがオン・オフ制御されることにより、送電コイル部１１の各ＬＣ回路１９の接続を切り替える。具体的に、切替機構１３は、各ＬＣ回路１９を並列又は直列に接続したり、選択的にＬＣ回路１９を接続したりする。例えば、切替機構１３は、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ２がオンされ、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１、Ｐｒ_ＳＷ３がオフされることにより、各ＬＣ回路１９を直列に接続する。また、切替機構１３は、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１、Ｐｒ_ＳＷ３がオンされ、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ２がオフされることにより、各ＬＣ回路１９を並列に接続する。切替機構１３の共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷには、半導体スイッチやメカニカルスイッチ等が用いられる。
Ｔｘアンテナ１４は、送電側制御部１５に接続され、送電側制御部１５から送信される情報を受電ユニット２０に送信するものである。例えば、Ｔｘアンテナ１４は、オンされることにより電流を流し、オフされることにより電流を停止する操作スイッチＳＷ（ＳＷ１〜ＳＷ３）のオン・オフ操作を示すスイッチ情報を受電ユニット２０に送信する。
送電側制御部１５は、制御部であり、インバータ１２に接続され、インバータ１２のスイッチング素子をオン・オフ制御して直流を交流に変換させる。また、送電側制御部１５は、操作スイッチＳＷに接続され、操作スイッチＳＷがユーザによりオン・オフ操作されると、操作スイッチＳＷからスイッチ情報を受信する。また、送電側制御部１５は、切替機構１３に接続され、受信したスイッチ情報等に基づいて切替機構１３の共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷをオン・オフ制御し、インピーダンス可変回路１６における各ＬＣ回路１９の接続を切り替える。これにより、送電側制御部１５は、電力を消費する負荷３のインピーダンスが変化しても、インピーダンス可変回路１６のインダクタンス値及び静電容量を変更することでインピーダンス可変回路１６のインピーダンスを変更し、後述する受電側制御部２５によるインピーダンス制御と協調して、送電コイル部１１より電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１から負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合させる。ここで、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１との整合とは、高効率で電力伝送が行えるようにインピーダンス整合を行うことである。典型的には、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とが完全に一致する場合や、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とが多少の差異を含む場合等である。入力インピーダンスＺ１は、例えば、共鳴コンデンサＣを考慮せずに共鳴コイルＬだけを考慮した場合、インダクタンス値をＬｘ、共振周波数をｆとすると、以下の（１）式で求められる。式（１）によれば、インダクタンス値Ｌｘや共振周波数ｆを変更することにより、入力インピーダンスＺ１が変化する。
Ｚ１＝２πｆＬｘ・・・（１）
次に、受電ユニット２０について説明する。受電ユニット２０は、送電ユニット１０から送電された電力を磁気共鳴により受電し、受電した電力を負荷３（第１負荷３ａ〜第３負荷３ｃ）に供給するものである。受電ユニット２０は、受電コイル部２１と、整流器２２と、切替機構２３と、Ｒｘアンテナ２４と、受電側制御部２５とを備え、一つのユニットとして構成される。なお、受電ユニット２０は、受電コイル部２１を含めて一つのユニットとしてもよいし、受電コイル部２１を除いて一つのユニットとしてもよいし、整流器２２やＲｘアンテナ２４を除いて一つのユニットとしてもよい。また、受電ユニット２０は、システムの動作に制約がかからなければ、各回路の搭載場所に制約はかけない。
受電コイル部２１は、非接触で電力を受電するものである。受電コイル部２１は、送電コイル部１１と同じ構成であり、インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変回路２６を有する。インピーダンス可変回路２６は、当該インピーダンス可変回路２６のインダクタンス値を可変できる共鳴コイルＬ（Ｌ１、Ｌ２）、及び、当該インピーダンス可変回路２６の静電容量を可変できる共鳴コンデンサＣ（Ｃ１、Ｃ２）を含んで構成される。例えば、インピーダンス可変回路２６は、一対の共鳴コイルＬ及び共鳴コンデンサＣから成るＬＣ回路２９を複数含む。インピーダンス可変回路２６は、各ＬＣ回路２９が切替機構２３により並列又は直列に接続されたり、各ＬＣ回路２９が選択的に接続されたりする。これにより、インピーダンス可変回路２６は、共鳴コイルＬのインダクタンス値及び共鳴コンデンサＣの静電容量が変更され、インピーダンス可変回路２６のインピーダンスが変更される。
切替機構２３は、受電コイル部２１に接続され、受電コイル部２１から出力された電流が流れる経路を切り替えるものである。例えば、切替機構２３は、送信ユニット１０の切替機構１３と同様に、複数の共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷ（Ｓｅ_ＳＷ１〜Ｓｅ_ＳＷ３）を備え、当該共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷがオン・オフ制御されることにより、受電コイル部２１の各ＬＣ回路２９の接続を切り替える。具体的に、切替機構２３は、各ＬＣ回路２９を並列又は直列に接続したり、選択的にＬＣ回路２９を接続したりする。切替機構２３の共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷには、半導体スイッチやメカニカルスイッチ等が用いられる。
整流器２２は、切替機構２３を介して受電コイル部２１に接続され、交流を直流に変換するものである。例えば、整流器２２は、図示しない整流素子により全波整流する。整流器２２は、整流した直流電力を電力分配部３０に出力する。
電力分配部３０は、整流器２２及び負荷３に接続され、整流器２２により整流された直流電力を負荷３に分配するものである。例えば、電力分配部３０は、ウィンドウモータや、サイドミラー部、ルームランプ、シートヒーター等の負荷３に直流電力を分配する。
Ｒｘアンテナ２４は、受電側制御部２５に接続され、Ｔｘアンテナ１４から受信した情報を受電側制御部２５に出力するものである。例えば、Ｒｘアンテナ２４は、スイッチ情報をＴｘアンテナ１４から受信して受電側制御部２５に送信する。なお、非接触電力伝送装置１は、Ｔｘアンテナ１４とＲｘアンテナ２４とを用いた無線通信により、送電ユニット１０と受電ユニット２０との間で情報を伝送する例について説明したが、これに限定されない。例えば、非接触電力伝送装置１は、ＣＡＮ等の通信系統についてはアンテナを用いた無線通信ではなく、有線の通信回線を用いた有線通信により、送電ユニット１０と受電ユニット２０との間で情報を伝送してもよい。
受電側制御部２５は、制御部であり、Ｒｘアンテナ２４で受信したスイッチ情報に基づいて電源分配部３０の分配スイッチをオン・オフ制御し、負荷３に流れる電流を分配させる。また、受電側制御部２５は、スイッチ情報に基づいて切替機構２３の共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷをオン・オフ制御し、インピーダンス可変回路２６における各ＬＣ回路２９の接続を切り替える。これにより、受電側制御部２５は、負荷３のインピーダンスが変化しても、インピーダンス可変回路２６のインダクタンス値及び静電容量を変更することでインピーダンス可変回路２６のインピーダンスを変更し、上述した送電側制御部１５によるインピーダンス制御と協調して、送電コイル部１１より電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１から負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合させる。
次に、共鳴コイルＬの構成例について説明する。共鳴コイルＬは、図３に示すように、例えば渦巻き状の形状である。共鳴コイルＬは、複数（例えば、２本）のコイル線１７ａ、１７ｂが共鳴コイルＬの軸線方向に直行する方向に並んで並走し渦巻き状に形成される。共鳴コイルＬは、例えば、コイル線１７ａ、１７ｂが渦巻き状に６周巻き回されている。共鳴コイルＬは、複数のコイル線１７ａ、１７ｂを用いることで、サイズを小さくすることができる。また、共鳴コイルＬは、複数のコイル線１７ａ、１７ｂを並列又は直列に接続することにより、一つの共鳴コイルＬで複数のインダクタンス値に調整することができる。共鳴コイルＬには、例えば、軸線方向に対向してフェライト等の磁性体１７ｃが設けられる。磁性体１７ｃは、共鳴コイルＬのサイズと略同じサイズの一枚の板状の磁性部材を共鳴コイルＬに対向して設けてもよいし、分割された磁性部材を共鳴コイルＬに沿って並べて設けてもよい。なお、共鳴コイルＬは、所望のインダクタンス値や結合係数が得られるのであれば、他形状でもよいし、磁性体１７ｃを用いなくてもよい。
次に、送電コイル部１１のインピーダンス可変回路１６のＬＣ回路１９の切替制御について説明する。なお、受電コイル部２１のインピーダンス可変回路２６は、送電コイル部１１のインピーダンス可変回路１６と同じ切替制御であるため、説明を省略する。
送電側制御部１５は、スイッチ情報から、負荷３に流れる電流の電流値が相対的に大きく、負荷３のインピーダンスが相対的に小さいと判定した場合、図４に示すように、切替機構１３の共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１、Ｐｒ_ＳＷ３をオンに設定し共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ２をオフに設定して各ＬＣ回路１９を並列に接続する。この場合、送電側制御部１５は、図６に示すように、負荷３のインピーダンスが例えば２Ω程度に到達するまで、共鳴コイルＬのインダクタンス値が４μＨとなるように各ＬＣ回路１９を並列に接続する。このように、送電側制御部１５は、負荷３のインピーダンスが小さい場合、共鳴コイルＬのインダクタンス値が直列接続の場合と比較して小さくなるので、伝送効率を向上させることができる。また、インピーダンス可変回路１６は、共鳴コイルＬが並列に接続されるので、複数の共鳴コイルＬを一つの共鳴コイルＬとみなすことができ、単位電流当たりの共鳴コイルＬの導体断面積を大きくすることができる。これにより、インピーダンス可変回路１６は、共鳴コイルＬの抵抗値を小さくすることができ、共鳴コイルＬによる電力伝送の損失を抑制できる。これにより、インピーダンス可変回路１６は、発熱を抑制することができ、放熱構造を簡素化できると共に小型化できる。また、インピーダンス可変回路１６は、導体断面積が小さい共鳴コイルＬを用いることができるので、共鳴コイルＬのサイズを小さくすることができる。
また、送電側制御部１５は、スイッチ情報から、負荷３に流れる電流の電流値が相対的に小さく、負荷３のインピーダンスが相対的に大きいと判定した場合、図５に示すように、切替機構１３の共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ２をオンに設定し共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１、Ｐｒ_ＳＷ３をオフに設定して各ＬＣ回路１９を直列に接続する。この場合、送電側制御部１５は、図６に示すように、負荷３のインピーダンスが例えば２Ω程度から７Ω程度まで、共鳴コイルＬのインダクタンス値が１２μＨとなるように各ＬＣ回路１９を直列に接続する。また、送電側制御部１５は、負荷３のインピーダンスが例えば７Ω程度から１０Ω程度まで、共鳴コイルＬのインダクタンス値が２０μＨとなるように各ＬＣ回路１９を直列に接続する。なお、図５では、二つの共鳴コイルＬを直列に接続することで共鳴コイルＬのインダクタンス値が１２μＨとなる例について図示しているが、三つの共鳴コイルＬを直列に接続することで共鳴コイルＬのインダクタンス値を２０μＨとしてもよい。また、共鳴コイルＬのインダクタンス値が４μＨの共鳴コイルＬと共鳴コイルＬのインダクタンス値が１２μＨの共鳴コイルＬとを直列に接続することで、共鳴コイルＬのインダクタンス値が２０μＨとしてもよい。送電側制御部１５は、負荷３のインピーダンスが相対的に大きい場合に、共鳴コイルＬのインダクタンス値が並列接続の場合と比較して大きくなるので、伝送効率を向上させることができる。また、インピーダンス可変回路１６は、負荷３に流れる電流の電流値が小さいので、共鳴コイルＬの導体断面積を小さくしても共鳴コイルＬによる電力伝送の損失を抑制できる。また、インピーダンス可変回路１６は、導体断面積が小さい共鳴コイルＬを用いることができるので、共鳴コイルＬのサイズを小さくすることができる。なお、インピーダンス可変回路１６は、インダクタンス値が大きくなるが静電容量が小さくなるため、共振周波数が変化しない。この例では、共振周波数は、１００ｋＨｚである。
次に、負荷電流テーブルＴＢ１及び共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２について説明する。非接触電力伝送装置１は、図７及び図８に示すように、負荷電流テーブルＴＢ１と、共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２とを有する。負荷電流テーブルＴＢ１及び共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２は、送電ユニット１０及び受電ユニット２０にそれぞれ設けられる。
負荷電流テーブルＴＢ１は、負荷３（第１負荷３ａ〜第３負荷３ｃ）と、当該負荷３に流れる電流の電流値との対応関係を示すテーブルである。負荷電流テーブルＴＢ１は、スイッチ情報に基づいて操作スイッチＳＷがオンされた負荷３が特定され、特定された負荷３の電流値が特定される。負荷電流テーブルＴＢ１は、負荷３の電流値が時間の経過と共に変化せずに一定である。共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２は、全ての負荷３の電流値の合計である合計電流値と、各ＬＣ回路１９を切り替える共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ（Ｐｒ_ＳＷ１〜Ｐｒ_ＳＷ３）との対応関係を示すテーブルである。共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２の合計電流値と共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷとの対応関係は、負荷３の合計電流値に基づいて共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷを切り替えれば、送電コイル部１１より電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１から負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合できるように定められている。共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２は、負荷３の合計電流値が定まると、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷが特定される。インピーダンス可変回路１６は、特定された共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷに基づいて、各ＬＣ回路１９が直列又は並列に接続されたり、各ＬＣ回路１９が選択的に接続されたりしてインピーダンス可変回路１６のインピーダンスが変更される。これにより、インピーダンス可変回路１６は、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。なお、図８に示す共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２は、送電ユニット１０に設けられる例を示すテーブルであり、受電ユニット２０に設ける場合、図示は省略するが、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷの項目に受電ユニット２０に対応する共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷ１〜Ｓｅ_ＳＷ３が設定される。なお、合計電流値を用いずに、操作スイッチＳＷのオン・オフから共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷを切り替えてもよい。この場合、操作スイッチＳＷのオン・オフ情報と共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷとの対応関係を示すテーブルを用いる。
次に、実施形態１に係る非接触電力伝送装置１の動作例について説明する。送電側制御部１５は、図９に示すように、操作スイッチＳＷから負荷３のオン又はオフを示すスイッチ情報を取得する（ステップＳ１）。次に、送電側制御部１５は、Ｔｘアンテナ１４を介してスイッチ情報を受電ユニット２０に送信する（ステップＳ２）。次に、送電側制御部１５は、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＳ３）。送電側制御部１５は、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、インバータ１２を停止し（ステップＳ４）、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷを全てＯＦＦに設定し（ステップＳ５）、処理を終了する。
また、送電側制御部１５は、上述のステップＳ３で、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、駆動する負荷３の合計電流値をスイッチ情報から算出する（ステップＳ６）。例えば、送電側制御部１５は、負荷電流テーブルＴＢ１を参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（１．２Ａ）と第３負荷３ｃの電流値（５．０Ａ）とを合計した合計電流値（６．２Ａ）を算出する。次に、送電側制御部１５は、合計電流値からＯＮする共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷを選択し（ステップＳ７）、選択した共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷをＯＮにする（ステップＳ８）。例えば、送電側制御部１５は、共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２を参照し、合計電流値（６．２Ａ）に対応する共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１をＯＮに設定し、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ２、Ｐｒ_ＳＷ３をＯＦＦに設定する。これにより、送電側制御部１５は、負荷３の合計電流値が大きく負荷３のインピーダンスが小さい場合に、インピーダンス可変回路１６の６巻の共鳴コイルＬ１から成るＬＣ回路１９で電力伝送を行うように設定することができる。従って、送電側制御部１５は、インピーダンス可変回路１６のインダクタンス値及び静電容量を変更し、インピーダンス可変回路１６のインピーダンスを変更することができる。これにより、送電側制御部１５は、後述する受電側制御部２５によるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、送電側制御部１５は、インバータ１２を駆動して磁気共鳴により受電ユニット２０に電力伝送を行い（ステップＳ９）、処理を終了する。
次に、受電側制御部２５の動作例について説明する。受電側制御部２５は、図１０に示すように、送電ユニット１０から送信されたスイッチ情報を受信する（ステップＴ１）。次に、受電側制御部２５は、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＴ２）。受電側制御部２５は、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＴ２；Ｙｅｓ）、負荷３を全てＯＦＦに設定し（ステップＴ３）、共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷを全てＯＦＦに設定して（ステップＴ４）、処理を終了する。
また、受電側制御部２５は、上述のステップＴ２で、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＴ２；Ｎｏ）、駆動する負荷３の合計電流値をスイッチ情報から算出する（ステップＴ５）。例えば、受電側制御部２５は、負荷電流テーブルＴＢ１を参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（１．２Ａ）と第３負荷３ｃの電流値（５．０Ａ）とを合計した合計電流値（６．２Ａ）を算出する。次に、受電側制御部２５は、合計電流値からＯＮする共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷを選択し（ステップＴ６）、選択した共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷをＯＮにする（ステップＴ７）。例えば、送電側制御部１５は、図示しない共鳴ＬＣ回路選択テーブルを参照し、合計電流値（６．２Ａ）に対応する共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷ１をＯＮに設定し、共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷ２、Ｓｅ_ＳＷ３をＯＦＦに設定する。これにより、受電側制御部２５は、負荷３の合計電流値が大きく負荷３のインピーダンスが小さい場合に、６巻の共鳴コイルＬ１から成るＬＣ回路２９で電力伝送を行うように設定することができる。従って、受電側制御部２５は、インピーダンス可変回路２６のインダクタンス値及び静電容量を変更し、インピーダンス可変回路２６のインピーダンスを変更することができる。これにより、受電側制御部２５は、送電側制御部１５によるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、受電側制御部２５は、スイッチ情報に合わせて負荷３をＯＮに設定する（ステップＴ８）。例えば、受電側制御部２５は、スイッチ情報が第１負荷３ａ及び第３負荷３ｃをＯＮにすることを示す場合、第１負荷３ａ及び第３負荷３ｃをＯＮにするように電源分配部３０に指示する。電源分配部３０は、第１負荷３ａ及び第３負荷３ｃをＯＮに設定し、第１負荷３ａ及び第３負荷３ｃに電流を分配する。
次に、負荷３に流れる電流の電流値の異常検知について説明する。送電側制御部１５又は受電側制御部２５の少なくとも一方は、負荷３に実際に供給された電流の電流値が、予め定められた電流の閾値を満たさない場合、異常を報知する。例えば、送電側制御部１５は、図１１及び図１２に示すように、閾値として異常を判定するための判定域を予め有している。判定域は、電流の電流値が一定幅を持つ領域であり、判定域の上限である上限値Ｋ１と判定域の下限である下限値Ｋ２との範囲から成る。判定域は、受電ユニット２０に接続される負荷３が特定されているため、負荷３に供給される電流の電流値を予想することができるので、予め一定幅を持つ領域が設定される。判定域は、負荷３に対して定められる電流値に、製造誤差や取り付け誤差等による電流値の振れ幅を加味して定められる。
送電側制御部１５は、負荷３に実際に供給された電流の電流値が判定域内の場合には正常と判定し、負荷３に実際に供給された電流の電流値が判定域外の場合には異常と判定する。例えば、送電側制御部１５は、送電コイル部１１の共鳴コイルＬと受電コイル部２１の共鳴コイルＬとの間に異物が混入したり、伝送路が短絡したりして、図１２に示すように、負荷３に流れる電流の電流値Ｉが判定域の上限値Ｋ１を超過する場合、異常と判定する。また、送電側制御部１５は、スイッチ情報から負荷３に電流が流れているにも関わらず、送電コイル部１１の共鳴コイルＬと受電コイル部２１の共鳴コイルＬとの距離が大きく離れたり、伝送路が断線したりして、負荷３に流れる電流の電流値Ｉが判定域の下限値Ｋ２を下回る場合、異常と判定する。送電側制御部１５は、異常と判定した場合、車両内に設けられた図示しない警報ランプや警報ブザー等により異常を報知し、インバータ１２を停止したり、インバータ１２の出力を下げたりする。
以上のように、実施形態１に係る非接触電力伝送装置１は、送電側制御部１５がインピーダンス可変回路１６のインピーダンスを変更し、受電側制御部２５がインピーダンス可変回路２６のインピーダンスを変更し、送電コイル部１１より電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１から負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合させる。これにより、非接触電力伝送装置１は、送電コイル部１１と受電コイル部２１との位置ずれや負荷３のインピーダンスの変動等に応じて、インピーダンス整合を行うことができる。また、非接触電力伝送装置１は、後述する整合回路４０を用いなくてもインピーダンス整合を行うことができるので、回路規模を小さくすることができる。従って、非接触電力伝送装置１は、小規模な回路で高効率な電力伝送を行うことができる。また、非接触電力伝送装置１は、高効率な電力伝送を行うことができるので、電磁波が漏洩することを抑制できる。
また、非接触電力伝送装置１は、送電側制御部１５が、複数のＬＣ回路１９を直列接続又は並列接続に切り替えてインダクタンス値及び静電容量を変更し、受電側制御部２５が、複数のＬＣ回路２９を直列接続又は並列接続に切り替えてインダクタンス値及び静電容量を変更し、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。これにより、非接触電力伝送装置１は、負荷３のインピーダンスが小さい場合にＬＣ回路１９、２９を並列接続に切り替えることで、共鳴コイルＬのインダクタンス値が直列接続の場合と比較して小さくなるので、伝送効率を向上させることができる。また、非接触電力伝送装置１は、負荷３のインピーダンスが大きい場合にＬＣ回路１９、２９を直列接続に切り替えることで、共鳴コイルＬのインダクタンス値が並列接続の場合と比較して大きくなるので、伝送効率を向上させることができる。
また、非接触電力伝送装置１は、送電側制御部１５が、操作スイッチＳＷのオン・オフ操作に基づいて、インピーダンス可変回路１６のインピーダンスを変更し、受電側制御部２５が、操作スイッチＳＷのオン・オフ操作に基づいて、インピーダンス可変回路２６のインダクタンス値及び静電容量を変更する。これにより、非接触電力伝送装置１は、簡易な制御でインピーダンス可変回路１６、２６のインピーダンスを変更するので、演算量を抑制することができる。
また、非接触電力伝送装置１は、送電側制御部１５が、負荷３に実際に供給された電流の電流値が、予め定められた電流の閾値を満たさない場合、異常を報知する。これにより、非接触電力伝送装置１は、過電流が流れた場合等に回路が損傷を受けることを回避することができる。また、非接触電力伝送装置１は、サーミスタ等のセンサ類を追加せずに異常を検知できるため、装置の大型化を抑制できる。
〔実施形態１の変形例〕
次に、実施形態１の変形例について説明する。負荷電流テーブルＴＢ１は、負荷３に流れる電流の電流値が一定である例について説明したが、負荷３に流れる電流の電流値が時間の経過と共に変動する場合もある。負荷電流テーブルＴＢ１ａは、図１３に示すように、例えば負荷３がランプ等であり、負荷３に流れる電流の電流値が時間の経過と共に変動することを予め想定したテーブルである。例えば、負荷電流テーブルＴＢ１ａは、第３負荷３ｃがランプであり、当該第３負荷３ｃがスイッチＯＮされた直後から当該第３負荷３ｃの電流値が上昇し、スイッチＯＮされてから５ｍｓで電流値がピークに到達し、スイッチＯＮされてから５ｍｓを過ぎると徐々に第３負荷３ｃの電流値が下降することを予め想定したテーブルである。なお、負荷３の電流値を予め想定する以外に、負荷３の変動する電流値をリアルタイムで測定してもよい。負荷電流テーブルＴＢ１ａは、第１負荷３ａに流れる電流の電流値が一定である。この場合、負荷電流テーブルＴＢ１ａによれば、例えば、第１負荷３ａがスイッチＯＮされた状態で、第３負荷３ｃがスイッチＯＮされてから３０ｍｓ経過後、第１負荷３ａ及び第３負荷３ｃに流れる電流の想定合計電流値は、第１負荷３ａの電流値（１．２Ａ）と第３負荷３ｃの電流値（６．５Ａ）とを加算した７．７Ａとなる。
送電側制御部１５は、各負荷３の想定合計電流値に基づいて共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷを切り替える。例えば、送電側制御部１５は、図１４に示すように、第１負荷３ａのみ操作スイッチＳＷがＯＮされ、第１負荷３ａと第３負荷３ｃとの想定合計電流値が１．５Ａまでの場合、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ２をＯＮに設定し、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１、Ｐｒ_ＳＷ３をＯＦＦに設定してＬＣ回路１９の共鳴コイルＬ１（６巻）、Ｌ２（１２巻）を接続する。また、送電側制御部１５は、第１負荷３ａ及び第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷがＯＮされ、時間の経過と共に電流値が変動する第１負荷３ａと第３負荷３ｃとの想定合計電流値が上昇して１．５Ａから６．０Ａまでの場合、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ３をＯＮに設定し、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１、Ｐｒ_ＳＷ２をＯＦＦに設定してＬＣ回路１９の共鳴コイルＬ２（１２巻）を接続する。また、送電側制御部１５は、第１負荷３ａ及び第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷがＯＮされ、時間の経過と共に電流値が変動する第１負荷３ａと第３負荷３ｃとの想定合計電流値がさらに上昇ｈして６．０Ａを超える場合、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１をＯＮに設定し、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ２、Ｐｒ_ＳＷ３をＯＦＦに設定してＬＣ回路１９の共鳴コイルＬ１（６巻）を接続する。このように、送電側制御部１５は、時間の経過と共に電流値が変動する第３負荷３ｃに流れる電流の電流値を監視しながら想定合計電流値を算出して共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１〜Ｐｒ_ＳＷ３を切り替える。
次に、フローチャートを参照し、時間経過に応じて負荷３の電流の電流値が変動する例について説明する。なお、実施形態１に係る非接触電力伝送装置１の動作例と同様の内容は、説明を適宜省略する。送電側制御部１５は、図１５に示すように、操作スイッチＳＷから負荷３のオン又はオフを示すスイッチ情報を取得し（ステップＳ１ａ）、Ｔｘアンテナ１４を介してスイッチ情報を受電ユニット２０に送信する（ステップＳ２ａ）。次に、送電側制御部１５は、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＳ３ａ）。送電側制御部１５は、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＳ３ａ；Ｙｅｓ）、インバータ１２を停止し（ステップＳ４ａ）、共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷを全てＯＦＦに設定し（ステップＳ５ａ）、処理を終了する。
また、送電側制御部１５は、上述のステップＳ３ａで、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＳ３ａ；Ｎｏ）、駆動する負荷３の想定合計電流値を受電ユニット２０から受信する（ステップＳ６ａ）。例えば、送電側制御部１５は、負荷電流テーブルＴＢ１を参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（１．２Ａ）と時間の経過と共に電流値が変動する第３負荷３ｃの電流値（６．５Ａ）とを合計した想定合計電流値（７．７Ａ）を受信する。次に、送電側制御部１５は、共鳴ＬＣ回路選択テーブルＴＢ２を参照し、想定合計電流値からＯＮする共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１を選択し（ステップＳ７ａ）、選択した共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ１をＯＮにする（ステップＳ８ａ）。これにより、送電側制御部１５は、受電側制御部２５によるインピーダンス制御と協調し、時間の経過と共に負荷３の電流値が変動しても、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、送電側制御部１５は、インバータ１２を駆動して磁気共鳴により受電ユニット２０に電力伝送を行い（ステップＳ９ａ）、処理を終了する。
次に、受電側制御部２５の動作例について説明する。受電側制御部２５は、図１６に示すように、送電ユニット１０から送信されたスイッチ情報を受信する（ステップＴ１ａ）。次に、受電側制御部２５は、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＴ２ａ）。送電側制御部１５は、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＴ２ａ；Ｙｅｓ）、各負荷３の操作スイッチＳＷのＯＮ時間をリセットする（ステップＴ２０ａ）。次に、受電側制御部２５は、負荷３を全てＯＦＦに設定し（ステップＴ３ａ）、共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷを全てＯＦＦに設定し（ステップＴ４ａ）、処理を終了する。
また、受電側制御部２５は、上述のステップＴ２ａで、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＴ２ａ；Ｎｏ）、操作スイッチＳＷ１がＯＮか否かを判定する（ステップＴ２１ａ）。受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ１がＯＮであると判定した場合（ステップＴ２１ａ；Ｙｅｓ）、第１負荷３ａの操作スイッチＳＷ１のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＴ２２ａ）、第１負荷３ａの想定電流値を取得する（ステップＴ２３ａ）。また、受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ１がＯＮでないと判定した場合（ステップＴ２１ａ；Ｎｏ）、第１負荷３ａの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＴ２４ａ）、第１負荷３ａの操作スイッチＳＷ１のＯＮ時間をリセットする（ステップＴ２５ａ）。
次に、受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ２がＯＮか否かを判定する（ステップＴ２６ａ）。受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ２がＯＮであると判定した場合（ステップＴ２６ａ；Ｙｅｓ）、第２負荷３ｂの操作スイッチＳＷ２のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＴ２７ａ）、第２負荷３ｂの想定電流値を取得する（ステップＴ２８ａ）。また、受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ２がＯＮでないと判定した場合（ステップＴ２６ａ；Ｎｏ）、第２負荷３ｂの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＴ２９ａ）、第２負荷３ｂの操作スイッチＳＷ２のＯＮ時間をリセットする（ステップＴ３０ａ）。
次に、受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ３がＯＮか否かを判定する（ステップＴ３１ａ）。受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ３がＯＮであると判定した場合（ステップＴ３１ａ；Ｙｅｓ）、第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷ３のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＴ３２ａ）、第３負荷３ｃの想定電流値を取得する（ステップＴ３３ａ）。また、受電側制御部２５は、操作スイッチＳＷ３がＯＮでないと判定した場合（ステップＴ３１ａ；Ｎｏ）、第３負荷３ｃの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＴ３４ａ）、第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷ３のＯＮ時間をリセットする（ステップＴ３５ａ）。
次に、受電側制御部２５は、各負荷３の想定電流値を合計して想定合計電流値を求め（ステップＴ３６ａ）、想定合計電流値を送電ユニット１０に送信する（ステップＴ５ａ）。次に、受電側制御部２５は、想定合計電流値からＯＮする共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷを選択し（ステップＴ６ａ）、選択した共鳴ＬＣ切替スイッチＳｅ_ＳＷをＯＮにする（ステップＴ７ａ）。これにより、受電側制御部２５は、送電側制御部１５によるインピーダンス制御と協調し、時間の経過と共に負荷３の電流値が変動しても、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、受電側制御部２５は、スイッチ情報に合わせて負荷３をＯＮに設定し（ステップＴ８ａ）、処理を終了する。
以上のように、実施形態１の変形例に係る非接触電力伝送装置１は、送電側制御部１５及び受電側制御部２５が、操作スイッチＳＷがオンされて経過した時間に基づいて、インピーダンス可変回路１６、２６のインダクタンス値及び静電容量を変更する。これにより、非接触電力伝送装置１は、負荷３のインピーダンスが時間の経過と共に変動しても、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。
また、非接触電力伝送装置１は、インピーダンス可変回路１６を送電ユニット１０に設置し、インピーダンス可変回路２６を受電ユニット２０に設置したが、これに限定されない。非接触電力伝送装置１は、インピーダンス可変回路２６を受電ユニット２０に設置せずに、インピーダンス可変回路１６を送電ユニット１０に設置するのみでもよい。また、非接触電力伝送装置１は、インピーダンス可変回路１６を送電ユニット１０に設置せずに、インピーダンス可変回路２６を受電ユニット２０に設置するのみでもよい。
また、非接触電力伝送装置１は、整合回路４０（図１参照）を備えてもよい。例えば、非接触電力伝送装置１は、整合回路４０をインバータ１２と送電コイル部１１との間に設置する。なお、非接触電力伝送装置１は、整合回路４０をインバータ１２に搭載してもよいし、電源２に搭載してもよい。整合回路４０は、共鳴コイルＬとは異なる可変コイルと共鳴コンデンサＣとは異なる可変コンデンサとを有する。非接触電力伝送装置１は、インピーダンス可変回路１６、２６と整合回路４０とを協調させて、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。このように、非接触電力伝送装置１は、整合回路４０とインピーダンス可変回路１６、２６とによりインピーダンス整合を行うので、整合回路４０の調整幅が小さいままでも幅広いインピーダンス変動に対応することができ、整合回路４０の回路規模を小型化できる。なお、非接触電力伝送装置１は、整合回路４０を備えずに、インピーダンス可変回路１６、２６によりインピーダンス整合をしてもよい。
また、インピーダンス可変回路１６は、図１７に示すように、直列に配列された複数のＬＣ回路１９（共鳴コイルＬ（Ｌ１〜Ｌ３））と、直列に接続するＬＣ回路１９の個数を順次切り替える共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ（Ｐｒ_ＳＷ１〜Ｐｒ_ＳＷ３）とを備えるインピーダンス可変回路１６Ｃでもよい。この例では、インピーダンス可変回路１６Ｃは、ＬＣ回路１９の共鳴コンデンサＣの図示を省略しているが、例えば、共鳴コンデンサＣが、共鳴コイルＬ毎に直列に並んで配置される。この場合、インピーダンス可変回路１６Ｃは、直列に接続するＬＣ回路１９が順次増加又は減少されることで、インピーダンス可変回路１６Ｃのインピーダンスが変更され、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。
順次直列に接続される各ＬＣ回路１９の共鳴コイルＬは、後段の共鳴コイルＬの導体断面積が、前段の共鳴コイルＬの導体断面積よりも小さい。例えば、インピーダンス可変回路１６Ｃは、三つのＬＣ回路１９が直列に配列され、最初に接続されるＬＣ回路１９の共鳴コイルＬ１が最も導体断面積が大きく、次に接続されるＬＣ回路１９の共鳴コイルＬ２が２番目に導体断面積が大きく、最後に接続されるＬＣ回路１９の共鳴コイルＬ３が最も導体断面積が小さい。これは、負荷３のインピーダンスが大きくなるに従って負荷３のインピーダンスに対応する共鳴コイルＬのコイル線をより細くすることができるからである。例えば、インピーダンス可変回路１６Ｃは、負荷３のインピーダンスが最も小さい場合に、最も導体断面積が大きい共鳴コイルＬ１のＬＣ回路１９のみが接続され、負荷３のインピーダンスが２番目に小さい場合に、最も導体断面積が大きい共鳴コイルＬ１のＬＣ回路１９と２番目に導体断面積が大きい共鳴コイルＬ２のＬＣ回路１９とが接続され、負荷３のインピーダンスが最も大きい場合に、全てのＬＣ回路１９が接続される。これにより、インピーダンス可変回路１６Ｃは、共鳴コイルＬの導体断面積を小さくすることができ、共鳴コイルＬのサイズを小さくすることができると共に軽量化することができる。また、インピーダンス可変回路１６Ｃは、共鳴コイルＬのコイル線の使用量を減少させることができ、製造コストを低減させることができる。
次に、共鳴コイルＬの変形例について説明する。例えば、共鳴コイルＬａは、図１８に示すように、複数（例えば、２本）のコイル線１７ｄ、１７ｅが共鳴コイルＬａの軸線方向に並んで並走し渦巻き状に形成される。共鳴コイルＬａには、軸線方向に対向してフェライト等の磁性体１７ｃが設けられる。このように、共鳴コイルＬａは、複数のコイル線１７ｄ、１７ｅが共鳴コイルＬａの軸線方向に並んで形成されてもよい。共鳴コイルＬａは、共鳴コイルＬと同様の効果を有する。
また、共鳴コイルＬｂは、図１９に示すように、板状の部材に螺旋状に巻き回された形状である。共鳴コイルＬｂは、複数（例えば、２本）のコイル線１７ｆ、１７ｇが共鳴コイルＬｂの軸線方向に並んで並走し螺旋状に形成される。共鳴コイルＬｂは、複数のコイル線１７ｆ、１７ｇを用いることで、サイズを小さくすることができる。また、共鳴コイルＬｂは、複数のコイル線１７ｆ、１７ｇを並列又は直列に接続することにより、一つの共鳴コイルＬｂで複数のインダクタンス値に調整することができる。共鳴コイルＬｂは、例えば、フェライト等の磁性体１７ｃに螺旋状に沿って巻き回される。磁性体１７ｃは、一枚の板状の磁性部材を用いてもよいし、分割された磁性部材を用いてもよい。なお、共鳴コイルＬｂは、所望のインダクタンス値や結合係数が得られるのであれば、他形状でもよいし、磁性体１７ｃを用いなくてもよい。
また、共鳴コイルＬｃは、図２０に示すように、板状の部材に螺旋状に巻き回された形状であり、複数（例えば、２本）のコイル線１７ｈ、１７ｉが共鳴コイルＬｃの軸線方向に個々に並んで螺旋状に形成される。共鳴コイルＬｃは、複数のコイル線１７ｈ、１７ｉを並列又は直列に接続することにより、一つの共鳴コイルＬｃで複数のインダクタンス値に調整することができる。共鳴コイルＬｃは、例えば、フェライト等の磁性体１７ｃに沿って螺旋状に巻き回される。なお、共鳴コイルＬｃは、所望のインダクタンス値や結合係数が得られるのであれば、他形状でもよいし、磁性体１７ｃを用いなくてもよい。
また、共鳴コイルＬｄは、図２１に示すように、筒状又は円柱状の部材に螺旋状に巻き回された形状である。共鳴コイルＬｄは、複数（例えば、２本）のコイル線１７ｊ、１７ｋが共鳴コイルＬｄの軸線方向に並んで並走し螺旋状に形成される。共鳴コイルＬｄは、複数のコイル線１７ｊ、１７ｋを用いることで、サイズを小さくすることができる。また、共鳴コイルＬｄは、複数のコイル線１７ｊ、１７ｋを並列又は直列に接続することにより、一つの共鳴コイルＬｄで複数のインダクタンス値に調整することができる。共鳴コイルＬｄは、例えば、フェライト等の磁性体１７ｍに沿って螺旋状に巻き回される。磁性体１７ｍは、一つの筒状又は円柱状の磁性部材を用いてもよいし、分割された磁性部材が筒状又は円柱状に形成されたものを用いてもよい。なお、共鳴コイルＬｄは、所望のインダクタンス値や結合係数が得られるのであれば、他形状でもよいし、磁性体１７ｍを用いなくてもよい。
また、共鳴コイルＬｅは、図２２に示すように、筒状又は円柱状の部材に螺旋状に巻き回された形状であり、複数（例えば、２本）のコイル線１７ｐ、１７ｑが共鳴コイルＬｅの軸線方向に個々に並んで螺旋状に形成される。共鳴コイルＬｅは、複数のコイル線１７ｐ、１７ｑを並列又は直列に接続することにより、一つの共鳴コイルＬｅで複数のインダクタンス値に調整することができる。共鳴コイルＬｅは、例えば、フェライト等の磁性体１７ｎに沿って螺旋状に巻き回される。磁性体１７ｎは、一つの筒状又は円柱状の磁性部材を用いてもよいし、分割された磁性部材が筒状又は円柱状に形成されたものを用いてもよい。なお、共鳴コイルＬｅは、所望のインダクタンス値や結合係数が得られるのであれば、他形状でもよいし、磁性体１７ｎを用いなくてもよい。
また、非接触電力伝送装置１は、インダクタンス値を調整することができる可変共鳴コイルＬ及び静電容量を調整することができる可変共鳴コンデンサＣを用いてインピーダンス可変回路１６、２６を構成してもよい。この場合、非接触電力伝送装置１は、可変共鳴コイルＬのインダクタンス値又は可変共鳴コンデンサＣの静電容量の少なくとも一方を変更することでインピーダンス可変回路１６、２６のインピーダンスを変更し、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。また、非接触電力伝送装置１は、ＬＣ回路１９を二つより多く有し、インピーダンス可変回路１６のインピーダンスを多段階で変更できるようにしてもよい。このように、非接触電力伝送装置１は、インピーダンス可変回路１６のインピーダンスが変更できれば、手段は特に限定されない。
また、非接触電力伝送装置１は、送電コイル部１１と受電コイル部２１との位置ずれに応じてインピーダンス整合を行う場合、送電コイル部１１と受電コイル部２１との間隔を図示しないセンサにより検出し、検出した間隔に応じて共鳴ＬＣ切替スイッチＰｒ_ＳＷ、Ｓｅ_ＳＷを切り替え、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させてもよい。
〔実施形態２〕
次に、実施形態２に係る非接触電力伝送装置１Ａについて説明する。実施形態２に係る非接触電力伝送装置１Ａは、インピーダンス可変回路１６Ａ、２６Ａの共鳴コイルＬ（Ｌ１〜Ｌ３）のみの接続を切り替えてインピーダンス整合を行う点で実施形態１に係る非接触電力伝送装置１と異なる。なお、実施形態２では、実施形態１に係る非接触電力伝送装置１と同様の構成には、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
送電コイル部１１Ａのインピーダンス可変回路１６Ａは、図２３に示すように、複数の共鳴コイルＬ（Ｌ１〜Ｌ３）と一の共鳴コンデンサＣとを含んで構成される。インピーダンス可変回路１６Ａは、各共鳴コイルＬが切替機構１３Ａにより並列又は直列に接続されたり、各共鳴コイルＬが選択的に接続されたりする。これにより、インピーダンス可変回路１６Ａは、共鳴コイルＬのインダクタンス値が変更され、インピーダンス可変回路１６Ａのインピーダンスが変更される。なお、インピーダンス可変回路１６Ａの共鳴コイルＬは、図１７で説明したように、後段の共鳴コイルＬの導体断面積が、前段の共鳴コイルＬの導体断面積よりも小さくしてもよい。例えば、インピーダンス可変回路１６Ａは、最初に接続される共鳴コイルＬ１が最も導体断面積が大きく、次に接続される共鳴コイルＬ２が２番目に導体断面積が大きく、最後に接続される共鳴コイルＬ３が最も導体断面積が小さい。
送電コイル部１１Ａの切替機構１３Ａは、複数の共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ（Ｌ１_ＳＷ１〜Ｌ１_ＳＷ３）を備え、当該共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷがオン・オフ制御されることにより、送電コイル部１１Ａの各共鳴コイルＬの接続を切り替える。具体的に、切替機構１３Ａは、各共鳴コイルＬを並列又は直列に接続したり、接続される共鳴コイルＬの個数を順次切り替えたりする。切替機構１３Ａは、例えば、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ１がオンされ、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２、Ｌ１_ＳＷ３がオフされることにより、共鳴コイルＬ１を電源２に接続する。また、切替機構１３Ａは、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２がオンされ、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ１、Ｌ１_ＳＷ３がオフされることにより、各共鳴コイルＬ１、Ｌ２を直列に接続する。また、切替機構１３Ａは、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ３がオンされ、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ１、Ｌ１_ＳＷ２がオフされることにより、各共鳴コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を直列に接続する。切替機構１３Ａの共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷには、半導体スイッチやメカニカルスイッチ等が用いられる。
送電側制御部１５Ａは、受信したスイッチ情報に基づいて切替機構１３Ａの共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷをオン・オフ制御し、インピーダンス可変回路１６Ａにおける各共鳴コイルＬの接続を切り替える。これにより、送電側制御部１５Ａは、負荷３のインピーダンスが変化しても、インピーダンス可変回路１６Ａのインダクタンス値を変更することでインピーダンス可変回路１６Ａのインピーダンスを変更し、後述する受電側制御部２５Ａによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。
次に、受電コイル部２１Ａのインピーダンス可変回路２６Ａについて説明する。受電コイル部２１Ａのインピーダンス可変回路２６Ａは、送電ユニット１０Ａのインピーダンス可変回路１６Ａと同様に、複数の共鳴コイルＬ（Ｌ１〜Ｌ３）と一の共鳴コンデンサＣとを含んで構成される。インピーダンス可変回路２６Ａは、各共鳴コイルＬが切替機構２３Ａにより並列又は直列に接続されたり、各共鳴コイルＬが選択的に接続されたりする。これにより、インピーダンス可変回路２６Ａは、共鳴コイルＬのインダクタンス値が変更され、インピーダンス可変回路２６Ａのインピーダンスが変更される。
受電コイル部２１Ａの切替機構２３Ａは、送信ユニット１０Ａの切替機構１３Ａと同様に、複数の共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ（Ｌ２_ＳＷ１〜Ｌ２_ＳＷ３）を備え、当該共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷがオン・オフ制御されることにより、受電コイル部２１Ａの各共鳴コイルＬの接続を切り替える。具体的に、切替機構２３Ａは、各共鳴コイルＬを並列又は直列に接続したり、接続される共鳴コイルＬの個数を順次切り替えたりする。切替機構２３Ａは、例えば、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ１がオンされ、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ２、Ｌ２_ＳＷ３がオフされることにより、共鳴コイルＬ１を整流器２２及び電源分配部３０を介して負荷３に接続する。また、切替機構２３Ａは、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ２がオンされ、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ１、Ｌ１_ＳＷ３がオフされることにより、各共鳴コイルＬ１、Ｌ２を直列に接続する。また、切替機構２３Ａは、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ３がオンされ、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ１、Ｌ２_ＳＷ２がオフされることにより、各共鳴コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を直列に接続する。切替機構２３Ａの共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷには、半導体スイッチやメカニカルスイッチ等が用いられる。
受電側制御部２５Ａは、受信したスイッチ情報に基づいて切替機構２３Ａの共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷをオン・オフ制御し、インピーダンス可変回路２６Ａにおける各共鳴コイルＬの接続を切り替える。これにより、受電側制御部２５Ａは、負荷３のインピーダンスが変化しても、インピーダンス可変回路２６Ａのインダクタンス値を変更することでインピーダンス可変回路２６Ａのインピーダンスを変更し、上述した送電側制御部１５Ａによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。
次に、インピーダンス可変回路１６Ａ、２６Ａの共鳴コイルＬの切替制御について説明する。なお、送電コイル部１１Ａのインピーダンス可変回路１６Ａと受電コイル部２１Ａのインピーダンス可変回路２６Ａとは同じ制御なので、送電コイル部１１Ａのインピーダンス可変回路１６Ａについてのみ説明する。この例では、インピーダンス可変回路１６Ａの共鳴コイルＬが、直列又は並列に接続される例について説明する。
送電コイル部１１Ａの送電側制御部１５Ａは、スイッチ情報から、負荷３に流れる電流の電流値が大きく、負荷３のインピーダンスが小さいと判定した場合、図２４に示すように、切替機構１３Ａの共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２をオンに設定し共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ１、Ｌ１_ＳＷ３をオフに設定して共鳴コイルＬ１、Ｌ２を直列に接続する。送電側制御部１５Ａは、共鳴コイルＬのインダクタンス値が並列接続の場合と比較して大きくなるので共振周波数が低くなり、電流の電流値が大きくなるが共鳴コイルＬの表皮効果の影響を抑制でき、伝送効率を向上させることができる（図２６参照）。例えば、インピーダンス可変回路１６Ａは、電流の共振周波数が２５ｋＨｚ程度であり、図２７に示すように、共鳴コイルＬの表皮効果による影響を抑制することができる。また、インピーダンス可変回路１６Ａは、表皮効果による影響を抑制することができるので、単位電流当たりの共鳴コイルＬの導体断面積を小さくしても共鳴コイルＬによる電力伝送の損失を抑制できる。また、インピーダンス可変回路１６Ａは、導体断面積が小さい共鳴コイルＬを用いることができるので、共鳴コイルＬのサイズを小さくすることができる。
一方、送電側制御部１５Ａは、スイッチ情報から、負荷３に流れる電流の電流値が小さく、負荷３のインピーダンスが大きいと判定した場合、図２５に示すように、切替機構１３Ａの共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ１、Ｌ１_ＳＷ３をオンに設定し共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２をオフに設定して共鳴コイルＬを並列に接続する。受電側制御部２５Ａは、共鳴コイルＬのインダクタンス値が直列接続の場合と比較して小さくなるので共振周波数が高くなり、共鳴コイルＬの表皮効果の影響が大きくなるが、負荷３のインピーダンスが高いので電流の電流値が小さくなり、伝送効率は低下しない（図２６参照）。また、インピーダンス可変回路１６Ａは、表皮効果による影響が大きくなるが電流の電流値が小さくなるので、単位電流当たりの共鳴コイルＬの導体断面積を小さくしても共鳴コイルＬによる電力伝送の損失を抑制できる。これにより、インピーダンス可変回路１６Ａは、発熱を抑制することができ、放熱構造を簡素化できると共に小型化できる。また、インピーダンス可変回路１６Ａは、導体断面積が小さい共鳴コイルＬを用いることができるので、共鳴コイルＬのサイズを小さくすることができる。
次に、実施形態２に係る非接触電力伝送装置１Ａの動作例について説明する。送電側制御部１５Ａは、図３０に示すように、操作スイッチＳＷから負荷３のオン又はオフを示すスイッチ情報を取得する（ステップＵ１）。次に、送電側制御部１５Ａは、Ｔｘアンテナ１４を介してスイッチ情報を受電ユニット２０Ａに送信する（ステップＵ２）。次に、送電側制御部１５Ａは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＵ３）。送電側制御部１５Ａは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＵ３；Ｙｅｓ）、インバータ１２を停止し（ステップＵ４）、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷを全てＯＦＦに設定し（ステップＵ５）、処理を終了する。
また、送電側制御部１５Ａは、上述のステップＵ３で、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＵ３；Ｎｏ）、駆動する負荷３の合計電流値をスイッチ情報から算出する（ステップＵ６）。例えば、送電側制御部１５Ａは、図２８に示す負荷電流テーブルＴＢ１ｂを参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（０．５Ａ）と第２負荷３ｂの電流値（２．０Ａ）とを合計した合計電流値（２．５Ａ）を算出する。次に、送電側制御部１５Ａは、合計電流値からＯＮする共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２を選択し（ステップＵ７）、合計電流値からインバータ１２の出力周波数（共振周波数）を選択する（ステップＵ７０）。例えば、送電側制御部１５Ａは、図２９に示す共鳴Ｌ回路選択テーブルＴＢ２ａを参照し、合計電流値（２．５Ａ）からインバータ１２の出力周波数（２５ｋＨｚ）を選択する。次に、送電側制御部１５Ａは、選択した共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷをＯＮにする（ステップＵ８）。例えば、送電側制御部１５Ａは、共鳴Ｌ回路選択テーブルＴＢ２ａを参照し、合計電流値（２．５Ａ）に対応する共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２をＯＮに設定し、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ１、Ｌ１_ＳＷ３をＯＦＦに設定する。これにより、送電側制御部１５Ａは、例えば、インピーダンス可変回路１６Ａの二つの共鳴コイルＬ１、Ｌ２により電力伝送を行うように設定することができる。従って、送電側制御部１５Ａは、インピーダンス可変回路１６Ａのインダクタンス値を変更し、インピーダンス可変回路１６Ａのインピーダンスを変更することができる。これにより、送電側制御部１５Ａは、受電側制御部２５Ａによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、送電側制御部１５Ａは、インバータ１２を駆動して磁気共鳴により受電ユニット２０Ａに電力伝送を行い（ステップＵ９）、処理を終了する。
次に、受電側制御部２５Ａの動作例について説明する。受電側制御部２５Ａは、図３１に示すように、送電ユニット１０Ａから送信されたスイッチ情報を受信する（ステップＶ１）。次に、受電側制御部２５Ａは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＶ２）。受電側制御部２５Ａは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＶ２；Ｙｅｓ）、負荷３を全てＯＦＦに設定し（ステップＶ３）、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷを全てＯＦＦに設定して（ステップＶ４）、処理を終了する。
また、受電側制御部２５Ａは、上述のステップＶ２で、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＶ２；Ｎｏ）、駆動する負荷３の合計電流値をスイッチ情報から算出する（ステップＶ５）。例えば、受電側制御部２５Ａは、図２８に示す負荷電流テーブルＴＢ１ｂを参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（０．５Ａ）と第２負荷３ｂの電流値（２．０Ａ）とを合計した合計電流値（２．５Ａ）を算出する。次に、受電側制御部２５Ａは、合計電流値からＯＮする共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷを選択し（ステップＶ６）、選択した共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷをＯＮにする（ステップＶ７）。例えば、受電側制御部２５Ａは、図示しない共鳴Ｌ回路選択テーブルを参照し、合計電流値（２．５Ａ）に対応する共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ２をＯＮに設定し、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷ１、Ｌ２_ＳＷ３をＯＦＦに設定する。これにより、受電側制御部２５Ａは、例えば、二つの共鳴コイルＬ１、Ｌ２により電力伝送を行うように設定することができる。従って、受電側制御部２５Ａは、インピーダンス可変回路２６Ａのインダクタンス値を変更し、インピーダンス可変回路２６Ａのインピーダンスを変更することができる。これにより、受電側制御部２５Ａは、送電側制御部１５Ａによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、受電側制御部２５Ａは、スイッチ情報に合わせて負荷３をＯＮに設定し（ステップＶ８）、処理を終了する。
以上のように、実施形態２に係る非接触電力伝送装置１Ａは、送電側制御部１５Ａ及び受電側制御部２５Ａが、複数の共鳴コイルＬを直列接続又は並列接続に切り替えたり、共鳴コイルＬを選択的に切り替えたりしてインダクタンス値を変更し、送電コイル部１１Ａより電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１Ａから負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合させる。これにより、非接触電力伝送装置１Ａは、整合回路を用いなくても共鳴コイルＬのインダクタンス値を変更することでインピーダンス整合を行うことができ、回路規模を小さくすることができる。
〔実施形態２の変形例〕
次に、実施形態２の変形例に係る非接触電力伝送装置１Ａの動作例について説明する。負荷電流テーブルＴＢ１ｃは、図３２に示すように、負荷３に流れる電流の電流値が時間の経過と共に変動することを予め想定したテーブルである。
送電側制御部１５Ａは、図３４に示すように、操作スイッチＳＷから負荷３のオン又はオフを示すスイッチ情報を取得し（ステップＵ１ａ）、Ｔｘアンテナ１４を介してスイッチ情報を受電ユニット２０Ａに送信する（ステップＵ２ａ）。次に、送電側制御部１５Ａは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＵ３ａ）。送電側制御部１５Ａは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＵ３ａ；Ｙｅｓ）、インバータ１２を停止し（ステップＵ４ａ）、共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷを全てＯＦＦに設定し（ステップＵ５ａ）、処理を終了する。
また、送電側制御部１５Ａは、上述のステップＵ３ａで、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＵ３ａ；Ｎｏ）、駆動する負荷３の想定合計電流値を受電ユニット２０Ａから受信する（ステップＵ６ａ）。例えば、送電側制御部１５Ａは、図３２に示す負荷電流テーブルＴＢ１ｃを参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（０．５Ａ）と時間の経過と共に電流値が変動する第２負荷３ｂの電流値（４．０Ａ）とを合計した想定合計電流値（４．５Ａ）を算出する。次に、送電側制御部１５Ａは、共鳴Ｌ回路選択テーブルＴＢ２ａを参照し、想定合計電流値からＯＮする共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２を選択し（ステップＵ７ａ）、想定合計電流値からインバータ１２の出力周波数を選択する（ステップＵ７０ａ）。次に、送電側制御部１５Ａは、選択した共鳴Ｌ切替スイッチＬ１_ＳＷ２をＯＮにする（ステップＵ８ａ）。これにより、送電側制御部１５Ａは、受電側制御部２５Ａによるインピーダンス制御と協調し、時間の経過と共に負荷３の電流値が変動しても、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、送電側制御部１５Ａは、インバータ１２を駆動して磁気共鳴により受電ユニット２０Ａに電力伝送を行い（ステップＵ９ａ）、処理を終了する。
次に、受電ユニット２０Ａの受電側制御部２５Ａの動作例について説明する。受電ユニット２０Ａの受電側制御部２５Ａは、図３５に示すように、送電ユニット１０Ａから送信されたスイッチ情報を受信する（ステップＶ１ａ）。次に、受電側制御部２５Ａは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＶ２ａ）。受電側制御部２５Ａは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＶ２ａ；Ｙｅｓ）、各負荷３の操作スイッチＳＷのＯＮ時間をリセットする（ステップＶ２０ａ）。次に、受電側制御部２５Ａは、負荷３を全てＯＦＦに設定し（ステップＶ３ａ）、共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷを全てＯＦＦに設定し（ステップＶ４ａ）、処理を終了する。
また、受電側制御部２５Ａは、上述のステップＶ２ａで、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＶ２ａ；Ｎｏ）、操作スイッチＳＷ１がＯＮか否かを判定する（ステップＶ２１ａ）。受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ１がＯＮであると判定した場合（ステップＶ２１ａ；Ｙｅｓ）、第１負荷３ａの操作スイッチＳＷ１のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＶ２２ａ）、第１負荷３ａの想定電流値を取得する（ステップＶ２３ａ）。また、受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ１がＯＮでないと判定した場合（ステップＶ２１ａ；Ｎｏ）、第１負荷３ａの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＶ２４ａ）、第１負荷３ａの操作スイッチＳＷ１のＯＮ時間をリセットする（ステップＶ２５ａ）。
次に、受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ２がＯＮか否かを判定する（ステップＶ２６ａ）。受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ２がＯＮであると判定した場合（ステップＶ２６ａ；Ｙｅｓ）、第２負荷３ｂの操作スイッチＳＷ２のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＶ２７ａ）、第２負荷３ｂの想定電流値を取得する（ステップＶ２８ａ）。また、受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ２がＯＮでないと判定した場合（ステップＶ２６ａ；Ｎｏ）、第２負荷３ｂの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＶ２９ａ）、第２負荷３ｂの操作スイッチＳＷ２のＯＮ時間をリセットする（ステップＶ３０ａ）。
次に、受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ３がＯＮか否かを判定する（ステップＶ３１ａ）。受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ３がＯＮであると判定した場合（ステップＶ３１ａ；Ｙｅｓ）、第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷ３のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＶ３２ａ）、第３負荷３ｃの想定電流値を取得する（ステップＶ３３ａ）。また、受電側制御部２５Ａは、操作スイッチＳＷ３がＯＮでないと判定した場合（ステップＶ３１ａ；Ｎｏ）、第３負荷３ｃの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＶ３４ａ）、第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷ３のＯＮ時間をリセットする（ステップＶ３５ａ）。
次に、受電側制御部２５Ａは、各負荷３の想定電流値を合計して想定合計電流値を求め（ステップＶ３６ａ）、想定合計電流値を送電ユニット１０Ａに送信する（ステップＶ５ａ）。次に、受電側制御部２５Ａは、図３３に示すように、想定合計電流値からＯＮする共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷを選択し（ステップＶ６ａ）、選択した共鳴Ｌ切替スイッチＬ２_ＳＷをＯＮにする（ステップＶ７ａ）。これにより、受電側制御部２５Ａは、送電側制御部１５Ａによるインピーダンス制御と協調し、時間の経過と共に負荷３の電流値が変動しても、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、受電側制御部２５Ａは、スイッチ情報に合わせて負荷３をＯＮに設定し（ステップＶ８ａ）、処理を終了する。
以上のように、実施形態２の変形例に係る非接触電力伝送装置１Ａは、送電側制御部１５Ａ及び受電側制御部２５Ａが、操作スイッチＳＷがオンされて経過した時間に基づいて、インピーダンス可変回路１６Ａのインピーダンスを変更する。これにより、非接触電力伝送装置１Ａは、負荷３のインピーダンスが時間の経過と共に変動しても、送電コイル部１１Ａより電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１Ａから負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。
なお、非接触電力伝送装置１Ａは、インピーダンス可変回路１６Ａを送電ユニット１０Ａに設置し、インピーダンス可変回路２６Ａを受電ユニット２０Ａに設置したが、これに限定されない。非接触電力伝送装置１Ａは、インピーダンス可変回路２６Ａを受電ユニット２０Ａに設置せずに、インピーダンス可変回路１６Ａを送電ユニット１０Ａに設置するのみでもよい。また、非接触電力伝送装置１Ａは、インピーダンス可変回路１６Ａを送電ユニット１０Ａに設置せずに、インピーダンス可変回路２６Ａを受電ユニット２０Ａに設置するのみでもよい。
また、非接触電力伝送装置１Ａは、実施形態１と同様に整合回路４０を備えてもよい。また、非接触電力伝送装置１Ａは、インダクタンス値が可変とされる可変共鳴コイルＬを用いてインピーダンス可変回路１６Ａ、２６Ａを構成してもよい。
〔実施形態３〕
次に、実施形態３に係る非接触電力伝送装置１Ｂについて説明する。実施形態３に係る非接触電力伝送装置１Ｂは、インピーダンス可変回路１６Ｂの共鳴コンデンサＣのみの接続を切り替えてインピーダンス整合を行う点で実施形態１に係る非接触電力伝送装置１と異なる。なお、実施形態３では、実施形態１に係る非接触電力伝送装置１と同様の構成には、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
インピーダンス可変回路１６Ｂは、図３６に示すように、複数の共鳴コンデンサＣ（Ｃ１、Ｃ２）と一の共鳴コイルＬとを含んで構成される。インピーダンス可変回路１６Ｂは、各共鳴コンデンサＣが切替機構１３Ｂにより各共鳴コンデンサＣが選択的に接続される。これにより、インピーダンス可変回路１６Ｂは、共鳴コンデンサＣの静電容量が変更され、インピーダンス可変回路１６Ｂのインピーダンスが変更される。
切替機構１３Ｂは、複数の共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ（Ｃ１_ＳＷ１、Ｃ１_ＳＷ２）を備え、当該共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷがオン・オフ制御されることにより、送電コイル部１１Ｂの各共鳴コンデンサＣの接続を切り替える。具体的に、切替機構１３Ｂは、静電容量の異なる各共鳴コンデンサＣを切り替えたり、接続される共鳴コンデンサＣの個数を順次切り替えたりする。例えば、切替機構１３Ｂは、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ１がオンされ、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ２がオフされることにより、静電容量が大きい共鳴コンデンサＣ１を接続する。また、切替機構１３Ｂは、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ２がオンされ、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ１がオフされることにより、静電容量が小さい共鳴コンデンサＣ２を接続する。切替機構１３Ｂの共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷには、半導体スイッチやメカニカルスイッチ等が用いられる。
送電側制御部１５Ｂは、受信したスイッチ情報に基づいて切替機構１３Ｂの共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷをオン・オフ制御し、インピーダンス可変回路１６Ｂにおける各共鳴コンデンサＣの接続を切り替える。これにより、送電側制御部１５Ｂは、負荷３のインピーダンスが変化しても、インピーダンス可変回路１６Ｂの静電容量を変更することでインピーダンス可変回路１６Ｂのインピーダンスを変更し、後述する受電側制御部２５Ｂによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。
次に、受電ユニット２０Ｂのインピーダンス可変回路２６Ｂの構成例について説明する。受電ユニット２０Ｂのインピーダンス可変回路２６Ｂは、送電ユニット１０Ｂのインピーダンス可変回路１６Ｂと同様に、複数の共鳴コンデンサＣ（Ｃ１、Ｃ２）と一の共鳴コイルＬとを含んで構成される。インピーダンス可変回路２６Ｂは、切替機構２３Ｂにより各共鳴コンデンサＣが選択的に接続される。
切替機構２３Ｂは、送信ユニット１０Ｂの切替機構１３Ｂと同様に、複数の共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷ（Ｃ２_ＳＷ１、Ｃ２_ＳＷ２）を備え、当該共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷがオン・オフ制御されることにより、受電コイル部２１Ｂの各共鳴コンデンサＣの接続を切り替える。具体的に、切替機構２３Ｂは、静電容量の異なる各共鳴コンデンサＣを切り替えたり、接続される共鳴コンデンサＣの個数を順次切り替えたりする。例えば、切替機構２３Ｂは、共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷ２がオフされ、共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷ１がオンされることにより、静電容量が大きい共鳴コンデンサＣ１を接続する。また、切替機構２３Ｂは、共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷ１がオフされ、共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷ２がオンされることにより、静電容量が小さい共鳴コンデンサＣ２を接続する。切替機構２３Ｂの共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷには、半導体スイッチやメカニカルスイッチ等が用いられる。
受電側制御部２５Ｂは、受信したスイッチ情報に基づいて切替機構２３Ｂの共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷをオン・オフ制御し、インピーダンス可変回路２６Ｂにおける各共鳴コンデンサＣの接続を切り替える。これにより、受電側制御部２５Ｂは、負荷３のインピーダンスが変化しても、インピーダンス可変回路２６Ｂの静電容量を変更することでインピーダンス可変回路２６Ｂのインピーダンスを変更し、上述した送電側制御部１５Ｂによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させる。
次に、インピーダンス可変回路１６Ｂの共鳴コンデンサＣの切替制御について説明する。なお、受電コイル部２１Ｂのインピーダンス可変回路２６Ｂの共鳴コンデンサＣの切替制御は、送電コイル部１１Ｂのインピーダンス可変回路１６Ｂの共鳴コンデンサＣの切替制御と同じであるため、説明を省略する。
送電コイル部１１Ｂの送電側制御部１５Ｂは、スイッチ情報から、負荷３に流れる電流の電流値が大きく、負荷３のインピーダンスが小さいと判定した場合、図３７に示すように、切替機構１３Ｂの共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ１をオンに設定し共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ２をオフに設定して静電容量の大きい共鳴コンデンサＣ１を接続する。また、送電側制御部１５Ｂは、静電容量が大きい共鳴コンデンサＣ１に切り替えると共に、インバータ１２の出力周波数を低くする。これにより、送電側制御部１５Ｂは、負荷３のインピーダンスが小さい場合、静電容量を大きくすることで共振周波数が低くなり、伝送効率を向上させることができる（図２６参照）。また、送電側制御部１５Ｂは、電流の電流値が大きくなるが共鳴コイルＬの表皮効果の影響を抑制でき、伝送効率を向上させることができる。また、インピーダンス可変回路１６Ｂは、表皮効果による影響を抑制することができるので、単位電流当たりの共鳴コイルＬの導体断面積を小さくしても共鳴コイルＬによる電力伝送の損失を抑制できる。これにより、インピーダンス可変回路１６Ｂは、発熱を抑制することができ、放熱構造を簡素化できると共に小型化できる。また、インピーダンス可変回路１６Ｂは、導体断面積が小さい共鳴コイルＬを用いることができるので、共鳴コイルＬのサイズを小さくすることができる。
一方、送電側制御部１５Ｂは、スイッチ情報から、負荷３に流れる電流の電流値が小さく、負荷３のインピーダンスが大きいと判定した場合、図３８に示すように、切替機構１３Ｂの共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ２をオンに設定し共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ１をオフに設定して静電容量の小さい共鳴コンデンサＣ２を接続する。また、送電側制御部１５Ｂは、静電容量が小さい共鳴コンデンサＣに切り替えると共に、インバータ１２の出力周波数を高くする。これにより、送電側制御部１５Ｂは、負荷３のインピーダンスが大きい場合、静電容量を小さくすることで共振周波数が高くなり、伝送効率を向上させることができる（図２６参照）。また、送電側制御部１５Ｂは、電流の電流値が小さくなるが共鳴コイルＬの表皮効果の影響を抑制でき、伝送効率を向上させることができる。また、送電側制御部１５Ｂは、共振周波数が高くなり、共鳴コイルＬの表皮効果の影響が大きくなるが、負荷３のインピーダンスが大きいので電流の電流値が小さくなり、伝送効率は低下しない。また、インピーダンス可変回路１６Ｂは、表皮効果による影響が大きくなるが電流の電流値が小さくなるので、単位電流当たりの共鳴コイルＬの導体断面積を小さくしても共鳴コイルＬによる電力伝送の損失を抑制できる。また、インピーダンス可変回路１６Ｂは、導体断面積が小さい共鳴コイルＬを用いることができるので、共鳴コイルＬのサイズを小さくすることができる。
次に、実施形態３に係る非接触電力伝送装置１Ｂの動作例について説明する。送電側制御部１５Ｂは、図４１に示すように、操作スイッチＳＷから負荷３のオン又はオフを示すスイッチ情報を取得する（ステップＰ１）。次に、送電側制御部１５Ｂは、Ｔｘアンテナ１４を介してスイッチ情報を受電ユニット２０Ｂに送信する（ステップＰ２）。次に、送電側制御部１５Ｂは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＰ３）。送電側制御部１５Ｂは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＰ３；Ｙｅｓ）、インバータ１２を停止し（ステップＰ４）、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷを全てＯＦＦに設定する（ステップＰ５）。
また、送電側制御部１５Ｂは、上述のステップＰ３で、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＰ３；Ｎｏ）、駆動する負荷３の合計電流値をスイッチ情報から算出する（ステップＰ６）。例えば、送電側制御部１５Ｂは、図３９に示す負荷電流テーブルＴＢ１ｄを参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（１．５Ａ）と第２負荷３ｂの電流値（３．０Ａ）とを合計した合計電流値（４．５Ａ）を算出する。次に、送電側制御部１５Ｂは、合計電流値からＯＮする共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷを選択し（ステップＰ７）、合計電流値からインバータ１２の出力周波数（共振周波数）を選択する（ステップＰ７０）。例えば、送電側制御部１５Ｂは、図４０に示す共鳴Ｃ回路選択テーブルＴＢ２ｂを参照し、合計電流値（４．５Ａ）からインバータ１２の出力周波数（２５ｋＨｚ）を選択する。次に、送電側制御部１５Ｂは、選択した共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷをＯＮにする（ステップＰ８）。例えば、送電側制御部１５Ｂは、共鳴Ｃ回路選択テーブルＴＢ２ｂを参照し、合計電流値（４．５Ａ）に対応する共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ２をＯＦＦに設定し、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ１をＯＮに設定する。これにより、送電側制御部１５Ｂは、電流の合計電流値が大きく負荷３のインピーダンスが小さい場合に、インピーダンス可変回路１６Ｂの静電容量の大きい共鳴コンデンサＣ１により電力伝送を行うように設定することができる。従って、送電側制御部１５Ｂは、インピーダンス可変回路１６Ｂの静電容量を変更し、インピーダンス可変回路１６Ｂのインピーダンスを変更することができる。これにより、送電側制御部１５Ｂは、受電側制御部２５Ｂによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、送電側制御部１５Ｂは、インバータ１２を駆動して磁気共鳴により受電ユニット２０Ｂに電力伝送を行い（ステップＰ９）、処理を終了する。
次に、受電ユニット２０Ｂの受電側制御部２５Ｂの動作例について説明する。受電ユニット２０Ｂの受電側制御部２５Ｂは、図４２に示すように、送電ユニット１０Ｂから送信されたスイッチ情報を受信する（ステップＱ１）。次に、受電側制御部２５Ｂは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＱ２）。受電側制御部２５Ｂは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＱ２；Ｙｅｓ）、負荷３を全てＯＦＦに設定し（ステップＱ３）、共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷを全てＯＦＦに設定して（ステップＱ４）、処理を終了する。
また、受電側制御部２５Ｂは、上述のステップＱ２で、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＱ２；Ｎｏ）、駆動する負荷３の合計電流値をスイッチ情報から算出する（ステップＱ５）。例えば、受電側制御部２５Ｂは、図３９に示す負荷電流テーブルＴＢ１ｄを参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（１．５Ａ）と第２負荷３ｂの電流値（３．０Ａ）とを合計した合計電流値（４．５Ａ）を算出する。次に、受電側制御部２５Ｂは、合計電流値からＯＮする共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷを選択し（ステップＱ６）、選択した共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷをＯＮにする（ステップＱ７）。例えば、受電側制御部２５Ｂは、図示しない共鳴Ｃ回路選択テーブルを参照し、合計電流値（４．５Ａ）に対応する共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷ１をＯＮに設定し、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ２をＯＦＦに設定する。これにより、受電側制御部２５Ｂは、電流の合計電流値が大きく負荷３のインピーダンスが小さい場合に、インピーダンス可変回路１６Ｂの静電容量の大きい共鳴コンデンサＣ１により電力伝送を行うように設定することができる。従って、受電側制御部２５Ｂは、インピーダンス可変回路２６Ｂの静電容量を変更し、インピーダンス可変回路２６Ｂのインピーダンスを変更することができる。これにより、受電側制御部２５Ｂは、送電側制御部１５Ｂによるインピーダンス制御と協調して、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、受電側制御部２５Ｂは、スイッチ情報に合わせて負荷３をＯＮに設定し（ステップＱ８）、処理を終了する。
以上のように、実施形態３に係る非接触電力伝送装置１Ｂは、送電側制御部１５Ｂ及び受電側制御部２５Ｂが、複数の共鳴コンデンサＣの接続状態を切り替えて静電容量を変更し、送電コイル部１１Ｂより電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１Ｂから負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合させる。これにより、非接触電力伝送装置１Ｂは、整合回路を用いなくても共鳴コンデンサＣの静電容量を変更することでインピーダンス整合を行うことができ、回路規模を小さくすることができる。
〔実施形態３の変形例〕
次に、実施形態３の変形例に係る非接触電力伝送装置１Ｂの動作例について説明する。負荷電流テーブルＴＢ１ｅは、図４３に示すように、負荷３に流れる電流の電流値が時間の経過と共に変動することを予め想定したテーブルである。なお、実施形態３に係る非接触電力伝送装置１Ｂの動作例と同様の内容は、説明を適宜省略する。
送電側制御部１５Ｂは、図４６に示すように、操作スイッチＳＷから負荷３のオン又はオフを示すスイッチ情報を取得し（ステップＰ１ａ）、Ｔｘアンテナ１４を介してスイッチ情報を受電ユニット２０Ｂに送信する（ステップＰ２ａ）。次に、送電側制御部１５Ｂは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＰ３ａ）。送電側制御部１５Ｂは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＰ３ａ；Ｙｅｓ）、インバータ１２を停止し（ステップＰ４ａ）、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷを全てＯＦＦに設定する（ステップＰ５ａ）。
また、送電側制御部１５Ｂは、上述のステップＰ３ａで、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＰ３ａ；Ｎｏ）、駆動する負荷３の想定合計電流値を受電ユニット２０Ｂから受信する（ステップＰ６ａ）。例えば、送電側制御部１５Ｂは、図４３に示す負荷電流テーブルＴＢ１ｅを参照し、操作スイッチＳＷがＯＮされている第１負荷３ａの電流値（１．５Ａ）と時間の経過と共に電流値が変動する第２負荷３ｂの電流値（４．０Ａ）とを合計した想定合計電流値（５．５Ａ）を算出する。次に、送電側制御部１５Ｂは、図４４に示す共鳴Ｃ回路選択テーブルＴＢ２ｃを参照し、想定合計電流値からＯＮする共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ１を選択し（ステップＰ７ａ）、想定合計電流値からインバータ１２の出力周波数を選択する（ステップＰ７０ａ）。次に、送電側制御部１５Ｂは、選択した共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ１をＯＮにする（ステップＰ８ａ）。これにより、送電側制御部１５Ｂは、受電側制御部２５Ｂによるインピーダンス制御と協調し、時間の経過と共に負荷３の電流値が変動しても、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、送電側制御部１５Ｂは、インバータ１２を駆動して磁気共鳴により受電ユニット２０Ｂに電力伝送を行い（ステップＰ９ａ）、処理を終了する。
次に、受電ユニット２０Ｂの受電側制御部２５Ｂの動作例について説明する。受電ユニット２０Ｂの受電側制御部２５Ｂは、図４７に示すように、送電ユニット１０Ｂから送信されたスイッチ情報を受信する（ステップＱ１ａ）。次に、受電側制御部２５Ｂは、スイッチ情報から、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されているか否かを判定する（ステップＱ２ａ）。送電側制御部１５Ｂは、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されている場合（ステップＱ２ａ；Ｙｅｓ）、各負荷３の操作スイッチＳＷのＯＮ時間をリセットする（ステップＱ２０ａ）。次に、受電側制御部２５Ｂは、負荷３を全てＯＦＦに設定し（ステップＱ３ａ）、共鳴Ｃ切替スイッチＣ２_ＳＷを全てＯＦＦに設定する（ステップＱ４ａ）。
また、受電側制御部２５Ｂは、上述のステップＱ２ａで、全ての負荷３がスイッチＯＦＦに設定されていない場合（ステップＱ２ａ；Ｎｏ）、操作スイッチＳＷ１がＯＮか否かを判定する（ステップＱ２１ａ）。受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ１がＯＮであると判定した場合（ステップＷ２１ａ；Ｙｅｓ）、第１負荷３ａの操作スイッチＳＷ１のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＱ２２ａ）、第１負荷３ａの想定電流値を取得する（ステップＱ２３ａ）。また、受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ１がＯＮでないと判定した場合（ステップＱ２１ａ；Ｎｏ）、第１負荷３ａの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＱ２４ａ）、第１負荷３ａの操作スイッチＳＷ１のＯＮ時間をリセットする（ステップＱ２５ａ）。
次に、受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ２がＯＮか否かを判定する（ステップＱ２６ａ）。受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ２がＯＮであると判定した場合（ステップＱ２６ａ；Ｙｅｓ）、第２負荷３ｂの操作スイッチＳＷ２のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＱ２７ａ）、第２負荷３ｂの想定電流値を取得する（ステップＱ２８ａ）。また、受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ２がＯＮでないと判定した場合（ステップＱ２６ａ；Ｎｏ）、第２負荷３ｂの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＱ２９ａ）、第２負荷３ｂの操作スイッチＳＷ２のＯＮ時間をリセットする（ステップＱ３０ａ）。
次に、受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ３がＯＮか否かを判定する（ステップＱ３１ａ）。受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ３がＯＮであると判定した場合（ステップＱ３１ａ；Ｙｅｓ）、第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷ３のＯＮ時間をカウントアップし（ステップＱ３２ａ）、第３負荷３ｃの想定電流値を取得する（ステップＱ３３ａ）。また、受電側制御部２５Ｂは、操作スイッチＳＷ３がＯＮでないと判定した場合（ステップＱ３１ａ；Ｎｏ）、第３負荷３ｃの想定電流値をゼロ（０）に設定し（ステップＱ３４ａ）、第３負荷３ｃの操作スイッチＳＷ３のＯＮ時間をリセットする（ステップＱ３５ａ）。
次に、受電側制御部２５Ｂは、各負荷３の想定電流値を合計して想定合計電流値を求め（ステップＱ３６ａ）、想定合計電流値を送電ユニット１０Ｂに送信する（ステップＱ５ａ）。次に、受電側制御部２５Ｂは、想定合計電流値からＯＮする共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷを選択し（ステップＱ６ａ）、選択した共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷをＯＮにする（ステップＱ７ａ）。これにより、受電側制御部２５Ｂは、送電側制御部１５Ｂによるインピーダンス制御と協調し、時間の経過と共に負荷３の電流値が変動しても、出力インピーダンスＺ０と入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。次に、受電側制御部２５Ｂは、スイッチ情報に合わせて負荷３をＯＮに設定し（ステップＱ８ａ）、処理を終了する。
以上のように、実施形態３の変形例に係る非接触電力伝送装置１Ｂは、送電側制御部１５Ｂ及び受電側制御部２５Ｂが、操作スイッチＳＷがオンされて経過した時間に基づいて、インピーダンス可変回路１６Ｂの静電容量を変更する。これにより、非接触電力伝送装置１Ｂは、負荷３のインピーダンスが時間の経過と共に変動しても、送電コイル部１１Ｂより電源２側の出力インピーダンスＺ０と、送電コイル部１１Ｂから負荷３側の入力インピーダンスＺ１とを整合させることができる。
なお、非接触電力伝送装置１Ｂは、インピーダンス可変回路１６Ｂを送電ユニット１０Ｂに設置し、インピーダンス可変回路２６Ｂを受電ユニット２０Ｂに設置したが、これに限定されない。非接触電力伝送装置１Ｂは、インピーダンス可変回路２６Ｂを受電ユニット２０Ｂに設置せずに、インピーダンス可変回路１６Ｂを送電ユニット１０Ｂに設置するのみでもよい。また、非接触電力伝送装置１Ｂは、インピーダンス可変回路１６Ｂを送電ユニット１０Ｂに設置せずに、インピーダンス可変回路２６Ｂを受電ユニット２０Ｂに設置するのみでもよい。
また、非接触電力伝送装置１Ｂは、実施形態１と同様に整合回路４０を備えてもよい。また、非接触電力伝送装置１Ｂは、静電容量が可変とされる共鳴コンデンサＣを用いてインピーダンス可変回路１６Ｂ、２６Ｂを構成してもよい。
また、実施形態３に係る非接触電力伝送装置１Ｂは、図４８に示すように、共鳴Ｃ切替スイッチＣ１_ＳＷ、Ｃ２_ＳＷにより三つの共鳴コンデンサＣを一以上選択するようにしてもよいし、さらに複数の共鳴コンデンサＣを複数選択するようにしてもよい。
１、１Ａ、１Ｂ 非接触電力伝送装置
２ 電源
３ 負荷
１１、１１Ａ、１１Ｂ 送電コイル部
２１、２１Ａ、２１Ｂ 受電コイル部
１５、１５Ａ、１５Ｂ 送電側制御部（制御部）
２５、２５Ａ、２５Ｂ 受電側制御部（制御部）
２９ ＬＣ回路
４０ 整合回路
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 共鳴コイル
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ 共鳴コンデンサ
１６、１６Ａ、１６Ｂ、２６、２６Ａ、２６Ｂ インピーダンス可変回路
ＳＷ 操作スイッチ
Ｚ０ 出力インピーダンス
Ｚ１ 入力インピーダンス

Claims (7)

  1. 電力を供給する電源と、
    前記電源に接続され、非接触で電力を送電する送電コイル部と、
    電力を消費する負荷と接続され、前記送電コイル部から送電される電力を非接触で受電し、受電した電力を前記負荷に供給する受電コイル部と、
    前記送電コイル部及び前記受電コイル部を制御する制御部と、を備え、
    前記送電コイル部又は前記受電コイル部の少なくとも一方は、
    インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変回路を有し、
    前記インピーダンス可変回路は、
    当該インピーダンス可変回路のインダクタンス値を可変できる共鳴コイル、及び、当該インピーダンス可変回路の静電容量を可変できる共鳴コンデンサを含み、一対の前記共鳴コイル及び前記共鳴コンデンサから成るＬＣ回路を複数有し、
    前記制御部は、
    前記負荷に流れる電流に基づき、複数の前記ＬＣ回路を直列接続又は並列接続に切り替えて前記インダクタンス値及び前記静電容量を変更することで前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更し、前記送電コイル部より前記電源側の出力インピーダンスと、前記送電コイル部から前記負荷側の入力インピーダンスとを整合させることを特徴とする非接触電力伝送装置。
  2. 電力を供給する電源と、
    前記電源に接続され、非接触で電力を送電する送電コイル部と、
    電力を消費する負荷と接続され、前記送電コイル部から送電される電力を非接触で受電し、受電した電力を前記負荷に供給する受電コイル部と、
    前記送電コイル部及び前記受電コイル部を制御する制御部と、を備え、
    前記送電コイル部又は前記受電コイル部の少なくとも一方は、
    インピーダンスを変更可能なインピーダンス可変回路を有し、
    前記インピーダンス可変回路は、
    当該インピーダンス可変回路のインダクタンス値を可変できる複数の共鳴コイル、及び、当該インピーダンス可変回路の静電容量を可変できる一の共鳴コンデンサを含み、
    前記制御部は、
    前記負荷に流れる電流に基づき、前記複数の共鳴コイルを直列接続又は並列接続に切り替えて前記インダクタンス値を変更することで前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更し、前記送電コイル部より前記電源側の出力インピーダンスと、前記送電コイル部から前記負荷側の入力インピーダンスとを整合させることを特徴とする非接触電力伝送装置。
  3. 前記共鳴コイルは、
    順次直列に接続され、
    後段の前記共鳴コイルの導体断面積が、前段の前記共鳴コイルの導体断面積よりも小さい請求項１又は２に記載の非接触電力伝送装置。
  4. 前記負荷は、
    オンされることにより電流を流し、オフされることにより前記電流を停止する操作スイッチによって操作され、
    前記制御部は、
    前記操作スイッチのオン・オフ操作に基づいて、前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更する請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触電力伝送装置。
  5. 前記制御部は、
    さらに、前記操作スイッチがオンされて経過した時間に基づいて、前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを変更する請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
  6. 前記制御部は、
    前記負荷に実際に供給された電流の電流値が、予め定められた電流の閾値を満たさない場合、異常を報知する請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触電力伝送装置。
  7. 前記共鳴コイルとは異なる可変コイルと前記共鳴コンデンサとは異なる可変コンデンサとを有する整合回路を備え、
    前記制御部は、
    前記インピーダンス可変回路と前記整合回路とを協調させて前記出力インピーダンスと前記入力インピーダンスとを整合させる請求項１〜６のいずれか１項に記載の非接触電力伝送装置。
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