JP6609021B1

JP6609021B1 - インピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システム

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Publication number: JP6609021B1
Application number: JP2018212536A
Authority: JP
Inventors: 信吾奥田; 巧微袁; 佐藤　拓; 拓佐藤
Original assignee: 株式会社ジーエスエレテック
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: JP2020080601A

Abstract

【課題】インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスと整合量の算定速度及び整合の精度を飛躍的に向上させるインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムを提供することを目的とする。【解決手段】負荷側の反射係数を変更可能な変更素子によって得られる第１反射係数と第２反射係数から、振幅成分のみを特定し、２つの振幅成分の算出式から生成される二次方程式により負荷インピーダンスを算出し、算出された前記負荷インピーダンスから出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために必要な可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス整合回路を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムに関するものである。

近年、充電等のための電力伝送の利便性向上を目的として、非接触で電力を出力するための送電素子を持つ送電側装置と、該送電側装置から供給される電力を非接触で受け付けるための受電素子を有する受電側装置とを含む非接触給電システムが注目されている。

非接触給電において、電力の損失がなく最大の伝達効率で前記電力伝送を行うためには、前記送電側装置側の出力インピーダンスと受電側装置の負荷インピーダンスとの整合をとる必要がある。特に、高周波回路の場合、前記出力インピーダンスと前記負荷インピーダンス、すなわち、両インピーダンスの不整合により、反射が発生し、前記伝達効率を低下させるため、前記両インピーダンスを整合させることが必要となる。

例えば、インピーダンス整合回路は、集中定数ＬとＣとで構成される回路または分布定数マイクロストリップから構成されており、集中定数ＬとＣで構成される回路はアンテナと増幅回路との間に接続されている。これにより、送電に戻ってくる反射電力ロスを抑制するとともに、システム全体の送電効率の改善に役にたっている（例えば、特許文献１参照。）。

また、π整合回路としてインピーダンス整合回路が記載されており、高周波の信号源を有する駆動源と負荷との間に接続され、電源からの電源電圧の印加により、インピーダンスを自動的に整合させる手法がある（例えば、特許文献２参照。）。

この整合回路では、方向性結合器により検出された進行波成分の信号と反射波成分の信号とに基づいて、位相検出回路が進行波成分の信号を基準として反射波成分の信号の位相差を検出する。この位相差は、修正方向判定回路により、所定角度の進み又は遅れ成分を有するか否かを判定する。可変容量制御回路は、判定結果に基づいてコンデンサの可変容量を増減調整して、駆動源の出力インピーダンスと出力端子側の負荷のインピーダンスとを整合させる。

また、他の非接触電力伝送システムでは、整合回路が設けられており、送電共振器に入力された交流信号を検出部が検出する。検出部が検出した交流信号の変動に基づいて、インピーダンス制御部により、送電共振器のインピーダンスと電源の出力インピーダンスとを整合させている（例えば、特許文献３参照。）。

さらに、別の無線電力伝送システムによれば、可変リアクタンス素子を有する整合回路と、進行波電圧及び反射波電圧を取り出す進行波・反射波抽出部と、前記進行波・反射波抽出部により取り出された前記進行波電圧と前記反射波電圧とから反射係数を算出するとともに、前記反射係数と整合目標のインピーダンスと入力インピーダンスとの関係から前記入力インピーダンスを算出する反射係数算出部と、前記入力インピーダンスから前記整合回路の前記可変リアクタンス素子に振り分けられる容量値を算出して前記リアクタンス素子のリアクタンス値を設定する位置決定部及び制御値出力部と、を具備し、反射係数絶対値が所定の閾値よりも大きい場合には、整合補正量テーブルで使用する行を変更して整合回路の構成を変更するようにし、前記インピーダンスを自動的に整合させるための構成を介する前記送電アンテナと前記受電アンテナとによる電磁界結合時に、前記電源からの電力により前記負荷が給電される電気自動走行時の無線電力伝送システムが開示されている（例えば、特許文献４参照。）。

特開２０１５−５６７６０号公報特開２０１０−８７８４５号公報特開２０１２−１３５１１７号公報特開２０１５−１２２９５５号公報

しかしながら、前記特許文献１乃至３については、いくつかの整合回路をあらかじめ用意し、最適回路をスイッチング回路で切り替える必要がある。電圧のフィードバックから最適アルゴリズムを用いて最適整合回路を組み合わせる手間がかかることがある。整合させる負荷インピーダンスを未知の状態で行うことになり、回路の肥大化が生じるとともに、最適アルゴリズムを確保できない場合が生じる。送信側インピーダンスと受信側インピーダンスとを正確に測定していないため、整合精度や調整範囲に限界があり、インピーダンス整合が取れない場合がある。

また、特許文献４については、整合回路の構成を変更する場合に、予め定められた整合補正量テーブルから変更量に対応するデータを読み出さなければならず、処理のスループットに時間を要するという問題があった。特に、移動体の移動中に電力伝送を行う場合等、短時間での処理が必要な環境では、かかる処理の所要時間が重要な課題となる。特に、整合に必要な補正量は、受電側装置の負荷によって相違するが、予め定めた整合補正量テーブルの値は、離散的な値をリスト化したものであるから、該当する補正量が存在しない場合に、いわゆる無限ループに陥るおそれもあった。

ところで、インピーダンスは、交流信号に対するパラメータであるため、信号電圧と電流の商で、振幅と位相の２つの成分を持つ。すなわち、複素数である。そして、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの推定について、前記いずれの先行技術も、複素数の反射係数の測定に基づいて行うため、反射係数の位相成分について、位相の同期やケーブル長さなどの影響で推定誤差が生じやすく、インピーダンス整合の精度に対する信頼性が低くなるという問題があった。

本発明は、上記課題を解消させるためのものであり、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスと整合量の算定速度及び整合の精度を飛躍的に向上させるインピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成させるために、第１の発明にかかるインピーダンス整合回路は、負荷側の負荷インピーダンスを変更可能な変更素子によって得られる第１反射係数と第２反射係数から、振幅成分のみを特定し、２つの振幅成分の算出式から生成される方程式により負荷インピーダンスを正確に算出し、算出された前記負荷インピーダンスから目標インピーダンスを整合させるために必要な可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整する整合回路を提供することを最も主要な特徴とする。

すなわち、送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
前記負荷側の負荷インピーダンスを、所定の変更量を有する変更素子によって変更するインピーダンス変更部と、
前記インピーダンスと前記受電素子との接続の開閉を行う開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する開閉制御部と、
前記開閉の両時における前記送電電源からの進行波の電圧と前記負荷からの反射波の電圧とを検出する検出部と、
前記インピーダンス変更部は、前記開閉部によって前記受電素子との接続を開状態とされときに、前記検出された進行波と反射波から第１反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記開閉部によって前記受電素子との接続を閉状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第２反射係数を計算して振幅成分のみを特定し、前記２つの振幅成分の計算式から生成される二次方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有することを特徴とする。

この構成によれば、前記負荷側の負荷インピーダンスを変更する素子を設け、前記受電素子との接続を開閉制御することにより、二つの異なる反射係数を得ることが可能になり、さらに、当該二つの反射係数の位相成分を排除した振幅のみ、すなわち、スカラ量のみの二次方程式によって負荷インピーダンスを推定し、前記目標インピーダンスを整合させるために必要なリアクタンス量を計算することが可能になる。

なお、前記発明にかかる整合回路を有する非接触給電システムを提供するようにしてもよい。

本発明の整合回路及び非接触給電システムは、インピーダンス整合に必要な負荷インピーダンスの計算と計算された負荷インピーダンスによる整合量の特定を予めデータテーブルで定めて読み出す必要がなく、簡単な方程式で直ちに算定できるため、インピーダンス整合の処理速度が飛躍的に向上し、迅速な電力伝送及び給電を実現できるという効果を奏する。

また、前記方程式は、位相成分を排除し、振幅成分のみで生成するものであるため、負荷インピーダンスの算定精度が飛躍的に向上し、効率的で実効性の高い電力伝送及び給電用整合回路を実現できるという効果を奏する。

図１は、本明細書で開示する実施形態にかかるインピーダンス整合回路のブロック構成図を示した図である。図２は、本明細書で開示する非接触給電システムのブロック構成図を示した図である。図３は、受電側装置を備えた搬送車と送電側装置との遭遇状態を示す模式図である。図４は、受電側装置を備えた自動車と送電側装置との遭遇状態を示す模式図である。図５は、受電側装置を備えた移動体と軌道内に設けた送電側装置とを示した図であり、（ａ）は、前記移動体と前記送電側装置の対応関係を示す側面図、（ｂ）は、軌道内に配置した送電側装置の平面図である。

以下、本実施の形態では、送電素子として一次コイル及び受電素子として二次コイルから構成される整合回路を例に説明するが、本発明にかかる整合回路は、磁界結合、電界結合、さらには放射型の給電方式のいずれであっても適用可能であり、送電素子、受電素子の形状もコイルに限定されるものではない。

＜インピーダンス整合回路の実施形態＞
図１を参照して、１００は、第１実施形態にかかるインピーダンス整合回路である。インピーダンス整合回路１００は、後述するように、給電側（送電電源）の出力インピーダンスと、受電側（負荷）の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うために、設けられる回路である。給電側の出力インピーダンスと受電側の負荷インピーダンスとの間で整合がとれていないと、受電側で消費できない電力によって発生する反射波と給電側の入射波とが干渉し、定在波が発生する。そして、かかる定在波によって発生する電力の損失が生じる。

インピーダンス整合回路１００は、後述するように、負荷となる受電対象物の負荷インピーダンスＺ_Lに対して、整合部１０７によって整合インピーダンス（すなわち、目標とするインピーダンス）が決定される。

前記負荷と整合部１０７との間には、インピーダンス変更部１０１が接続されている。本実施の形態では、前記負荷に対して並列に接続されているが、直列であってもよい。インピーダンス変更部１０１は、インピーダンス整合回路１００に接続されることにより、負荷インピーダンスを変更する素子を接続すればよく、例えば、コンデンサ、コイルであればよい。なお、インピーダンス変更部１０１に接続される素子自体のインピーダンスは既知のものである。

インピーダンス変更部１０１は、開閉部１０２の開閉によって負荷インピーダンスを変更する。例えば、開閉部１０２は、スイッチによって二次コイル１９ａ（インピーダンス整合回路１００）との接続を開閉すればよい。開閉部１０２の開閉は、所定の条件によって前記スイッチの開閉をマイコン制御する開閉制御部１０３によって制御される。なお、前記所定の条件とは、例えば、開閉部１０２を初期状態でインピーダンス変更部１０１に対して開状態（オフ状態）とし、後述する信号処理部１０５で前記初期状態のデータを取得すると、インピーダンス変更部１０１に対して閉状態（オン状態）とすればよい。

検出部１０４は、給電側からの前記入射波の電圧と負荷側からの前記反射波の電圧とをリアルタイムで検出する。すなわち、入射波電圧ｖｉは、第１検波部１０４ａで検出され、反射波電圧ｖｒは、第２検波部１０４ｂによって検出される。反射係数は反射波電圧ｖｒと入射波電圧ｖｉの比から求められる。従って、検出部１０４では、開閉部１０２の開閉によってインピーダンス変更部１０１が介在しない場合と介在する場合の２つ反射係数の検出をする。

検出部１０４で検出された前記入射波電圧ｖｉ、反射波電圧ｖｒは、信号処理部１０５のＡＤ変換部１０５ａにより、アナログ−ディジタル変換処理後、計算部１０５ｂで負荷インピーダンスの推定のための計算を実行する。ここで、インピーダンス変更部１０１がオフの場合の反射係数をΓ_１、負荷インピーダンスをＺ_Ｌ、目標インピーダンスＺ_０とすると、以下の式が成り立つ。

一方、インピーダンス変更部１０１がオンの場合の反射係数をΓ_２、負荷インピーダンスをＺ_Ｌ２、目標インピーダンスＺ_０、インピーダンス変更部１０１がオフのときからオンになったときのインピーダンスの変化量をｊΔＸ、負荷インピーダンスＺ_Ｌの実部をＲ、虚部をｊＸとすると、以下の式が成り立つ。

但し、

ところで、反射係数Γ_１、Γ_２は、いずれも、振幅値と位相角を含む値であるが、位相角を含むことにより、反射係数Γ_１、Γ_２が複素数となる。そして、位相推定の難しさから、負荷インピーダンスＺ_Ｌの推定の精度が低くなるおそれがある。そこで、反射係数の大きさのみを抽出するために、計算部１０５ｂでは、絶対値｜Γ_１｜、｜Γ_２｜を算出する。また、インピーダンス変更部１０１を構成する前記素子のインピーダンスは、既知の値である。したがって、計算部１０５ｂは、インピーダンス変更部１０１を備えたインピーダンス整合回路１００の構成により、数式１と数式２から、以下、数式３の通り、実部Ｒの二次方程式を導出することができる。なお、下記数式３の定数ａ、ｂ、ｃ及びｐ、ｑは、前記算出された絶対値｜Γ_１｜、｜Γ_２｜及び前記インピーダンスの変化量をｊΔＸから求めることができる。

負荷インピーダンスと反射係数とは、一対一に対応する関係にあるため、インピーダンス変更部１０１を設けてオン、オフ制御することにより、負荷インピーダンスＺ_Ｌを反射係数から前記３式を導き出せるため、このような簡易な算定が可能となる。

次いで、計算部１０５ｂで負荷インピーダンスＺ_Ｌの推定値が算出されると、目標インピーダンスＺ_０に整合する整合回路の要素を定めることができる。

算定された前記整合量は、調整部１０６で、まず、ＤＡ変換部１０６ａにより、アナログ信号に変換される。そこから、Ｔ型、Ｌ型またはπ型回路の各可変コンデンサＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚの各容量値を計算される。

調整部１０６は、前記整合量に応じた制御電圧値を設定し、前記各容量値に対応した該制御電圧値に基づき第１駆動部１０６ｂ、第２駆動部１０６ｃ、第３駆動部１０６ｄを介して整合部１０７の前記各可変コンデンサＣｘ、Ｃｙ、Ｃｚに接続されている第１モータ１０６ｅ、第２モータ１０６ｆ、第３モータ１０６ｇを通電し、インピーダンス整合処理を行う。

以上のような構成により、簡易な計算処理によってインピーダンス整合を行うことができるため、例えば、予め反射係数と前記のような制御値との関係を示すデータテーブルを設定し、インピーダンス整合処理の都度、前記データテーブルを読み出す等の処理は不要になる。また、インピーダンス変更部１０１を設けて、意図的に２つの異なる負荷インピーダンスを算出することにより、計算の精度を下げる位相角を排除することが可能になり、かつ、前記データテーブルを読み出す煩雑な処理を排除することができるため、インピーダンス整合を実行する計算処理精度が向上するとともに、スループットも向上する。

＜非接触給電システムの実施形態＞
本実施の形態は、非接触給電システムの一実施形態を例示的に示したものであり、本発明にかかる非接触給電システムは、この形態に限定する趣旨ではない。図２を参照して、１は、非接触給電システムである。非接触給電システム１は、充電回路部２、送電部３、送電ヘッド部４、受電ヘッド部５及び受電部６を備えている。充電回路部２、送電部３及び送電ヘッド部４は送電側装置Ａを構成し、受電ヘッド部５および受電部６は受電側装置Ｂを構成する。送電側装置Ａと受電側装置Ｂとは互いに分離された状態で別個に設けられている。

送電側装置Ａの充電回路部２は、例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの周波数でＡＣ１００／２００Ｖの規格電圧を有する電源７（送電電源）により、送電側整流回路８を介して充電される送電側キャパシタ９を送電側バッファ部として設けている。送電側キャパシタ９は、電源７から給電を受けるように接続され、電源７による通電時は、常に充電を受けている。送電側キャパシタ９は、送電部３を構成する電源回路１２に接続されている。この「給電」という文言は、以下の説明において、「充電」と同義で用いる。

送電部３は、電源７に接続された電源回路１２を備えている。電源回路１２は、充電制御回路としての充電制御部１０およびインバータ回路を構成する発振回路１３および送電側制御回路部１６が設けられている。電源回路１２には、パイロットランプ１５を接続した送電側制御回路部１６が設けられている。送電側制御回路部１６は、後述する通信回路１７からの給電信号Ｓ１を受けたとき、パイロットランプ１５を点灯する。

送電ヘッド部４は、通信回路１７と一次コイル１８とを備え、通信回路１７は、後述する通信制御部２０からの通信媒体（電波、光、音波、紫外線、赤外線あるいは感熱波）として制御信号Ｓ１を受けるようになっている。一次コイル１８は駆動回路１４からの電流を受けて磁界を生じるように接続されている。

受電側装置Ｂの受電ヘッド部５は受電側整流回路１９と通信制御部２０とを備える。受電側整流回路１９は、電磁界結合部における電磁界結合により一次コイル１８からの電力伝送を、インピーダンス整合回路１００を介して受ける二次コイル１９ａを有する。通信制御部２０は制御信号Ｓ１を通信回路１７に送る発信部（図示せず）を有している。インピーダンス整合回路１００は、電源と一次コイル１８の回路側とのインピーダンスを後述する機構により自動整合させるために設けられている。インピーダンス整合回路１００のコイル、一次コイル１８および二次コイル１９ａは、いずれもリッツ線により形成してＱ値（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）を高めている。

受電部６は、制御検出回路２２および受電側制御回路部２３を備え、受電側整流回路１９からの電流を制御検出回路２２に送るようになっている。受電側制御回路部２３は制御検出回路２２からの検出信号Ｓ３を通信制御部２０に送るように接続されている。制御検出回路２２は、受電対象物としての受電側キャパシタ２４に接続されている。受電側キャパシタ２４は、蓄電部１１を構成し、合成電力により充電される。

そして、インピーダンス整合回路１００は、送電電源７と一次コイル１８との間に設けられている。なお、インピーダンス整合回路１００は、二次コイル１９ａと負荷側との間に設けてもよい。

図３は、非接触給電システム１を移動体（誘導式搬送車）２５に適用した図である。送電側装置Ａは、送電ケーシング２６に収納されて静止部材２７に固定され、受電側装置Ｂは、受電ケーシング２８に収納されて工場内外、倉庫内外の床面Ｗを走行する移動体２５に搭載される。

受電対象物である受電側キャパシタ２４は移動体２５に設けられており、後述する駆動輪の駆動モータ（いずれも図示せず）及び操舵輪３３の左右に設けた操舵モータ３４の駆動に用いられる。移動体２５は、床面Ｗの走行により工場や倉庫内などに置かれた各種の工具、部品あるいは製品（図示せず）などを運搬するための無人運転に用いられる。なお、送電側装置Ａは後述する静止部材２７に固定され、受電側装置Ｂも同様に、後付けにより移動体２５に搭載されてもよい。

移動体２５は、四隅に車輪２９を設けた矩形の車台３０を有し、車台３０には左右の電磁センサ３１ａ、３１ｂを接続する駆動制御部３２を取り付けている。駆動制御部３２は、出力制御部３２ａを介して受電側キャパシタ２４からの給電を受けるように構成されている。床面Ｗには、例えばアルミニウム製テープからなる誘導体３５が所定の軌道に沿って閉ループ状に貼着されている。移動体２５の走行時には、左右の電磁センサ３１ａ、３１ｂからの出力信号により、駆動制御部３２を介して駆動モータおよび操舵モータ３４の駆動が制御されている。

移動体２５の走行時に移動体２５を静止部材２７に接近させて停止し、送電ケーシング２６を僅少なギャップＧを余して受電ケーシング２８に接近させる。

これに伴い、受電ヘッド部５の二次コイル１９ａが送電ヘッド部４の一次コイル１８と対向するように位置決めされ、通信回路１７が通信制御部２０の発信部に対応するように位置する。この際、制御検出回路２２が受電側キャパシタ２４の電流値を検出し、この電流値の閾値レベルが所定未満の時、受電側制御回路部２３により通信制御部２０が作動し、通信制御部２０からの制御信号Ｓ１により通信回路１７を作動させ、電源回路１２の送電側制御回路部１６を介して充電制御部１０を作動させる。

これにより、パイロットランプ１５が点灯し、送電側整流回路８からの電力が電源回路１２の充電制御部１０に送られると同時に、電源７による送電側キャパシタ９に蓄えられていた電力が充電制御部１０に送られる。送電側整流回路８からの電力と送電側キャパシタ９に蓄えられていた電力とは、充電制御部１０で加算された合成電力の高周波電力として、発振回路１３および駆動回路１４を介して一次コイル１８に送られて二次コイル１９ａを励起する。

すなわち、電磁的な誘導現象により一次コイル１８と二次コイル１９ａとにより電磁界結合が生じ、一次コイル１８から二次コイル１９ａへと電力伝送が行われる。このとき、二次コイル１９ａによる電力が受電側整流回路１９を介して整流化された直流電流を生じ、制御検出回路２２からの受電側キャパシタ２４を流れて充電する。

受電側キャパシタ２４の充電量が満杯となって充電が終了すると、制御検出回路２２が電流値の閾値レベルを検出する。これに伴い、受電側制御回路部２３により通信制御部２０及び通信回路１７を介して送電側制御回路部１６を作動させ、パイロットランプ１５を消灯させるとともに、充電制御部１０に停止信号Ｓ４を送って発振回路１３に対する送電を停止する。

受電側キャパシタ２４の充電量が満杯となったことにより、移動体２５の駆動制御部３２の出力制御部３２ａを介して受電側キャパシタ２４から給電を受け、駆動輪の駆動モータ及び操舵輪３３が作動し、左右の電磁センサ３１ａ、３１ｂにより検出される誘導体３５に沿って誘導式搬送車２５が床面Ｗを走行して工具や部品などの運搬を行う。

図４は、非接触給電システム１を乗用車などの車両４７に適用した図である。車両４７への適用に伴い、受電側装置Ｂの受電側キャパシタ２４に代わって、例えば１２Ｖ／２３Ａｈ×２直列の規格を有する電気容量の受電側バッテリ４８を受電対象物として設けている。受電側バッテリ４８は、車両４７のボンネット４９内に設置する通常のものである。

この場合、送電側装置Ａは静止部材２７に固定され、受電側装置Ｂは車両４７に搭載され、受電側バッテリ４８は車両４７に搭載されたエンジン（図示せず）の始動や駆動に用いられる。

受電側バッテリ４８の充電時には、車両４７が静止部材２７に接近して停止し、位置決めにより送電ケーシング２６を受電ケーシング２８と対応させる。これにより、通信制御部２０が作動し、制御信号Ｓ１により通信回路１７を作動させ、受電側整流回路１９からの直流電流が制御検出回路２２を介して受電側バッテリ４８に給電する。

また、送電側装置Ａを静止部材２７に固定し、又は受電側装置Ｂを車両４７に搭載することが可能となるので、送電側装置Ａ及び受電側装置Ｂのそれぞれを単独で取引の対象として製造販売することができる。

なお、充電回路部２における送電側キャパシタ９に代わって、小型で小容量の送電側バッテリを送電側バッファ部として設けてもよい。この送電側バッテリは、大容量の大型ではなく小容量の小型のものでよいため、非接触給電システム１の軽量化及びコスト削減に寄与する。この観点を考慮して、送電側バッテリは、送電側キャパシタ９に代わって設けてもよい。送電側キャパシタ９に代わって送電側バッテリを設けた場合、受電側キャパシタ２４の代わりに受電側バッテリを設置してもよい。

図５は、受電側装置Ｂを備えた移動体（車両）２５と軌道内に設けた送電側装置Ａとを示した図である。送電側装置Ａは、移動体２５が走行する地上の軌道１００Ａ内（例えば、舗装道路内）に埋設され、受電側装置Ｂは、移動体２５に取り付けられている。車両などの移動体２５の走行中に、一次コイルに対する電源７（図６では省略）からの通電時に、前記した通り、一次コイル１８の回路側から二次コイル１９ａとの遭遇時に電磁界結合により、一次コイル１８の回路側から二次コイル１９ａの回路側への電力伝送を行って受電対象物に給電する。

軌道１００Ａ内に埋設された送電側装置の一次コイル１８は、並列に配置された二本の線状部分と線状部分の両端部を連結する円弧状部分から横長の楕円状を成し、多数の一次コイル１８が所定の間隔で軌道１００Ａの走行方向Ｒｍに沿って配置されている。なお、軌道１００Ａにおける送電側装置の一次コイル１８の下方には、一次コイル１８と二次コイル１９ａとの間の磁気拡散を防いで結合係数を向上させる目的で、フェライトなどの硬磁性体から成る集磁板（図示せず）を一次コイル１８と近接平衡状態に配置している。

一次コイル１８が横長楕円状であるため、多数の一次コイル１８を軌道１００Ａの走行方向Ｒｍに沿って所定間隔で横長に敷設することで、単一の一次コイル１８当たりの敷設距離を確保することができ、少ない本数の一次コイル１８で長距離にわたって配置することができる。この場合、コイルを有するインピーダンス整合回路１００が一次コイル１８の範囲内に位置するので、一次コイル１８に対しるインピーダンス整合回路１００の磁束を外部に漏らすことなく効率的に送ることができる。

隣り合う一次コイル１８同士は、スイッチング素子１００Ｂ（切替部に該当）を介して、配線（連結部に該当）により接続されている。隣り合う一次コイル１８同士の離間寸法、すなわち、一方の一次コイル１８の先端と他方の一次コイル１８の後端との離間距離は、例えば、移動体２５の走行方向に沿う一次コイル１８の長円寸法の１／２から２倍に設定する。しかしながら、前記離間距離については、一次コイル１８の配置状況、軌道１００Ａの敷設状況ならびに使用環境などに応じで所望に設定可能である。

移動体２５の走行中に、一次コイル１８と二次コイル１９ａとの遭遇時に、両者の遭遇を近接センサ１００Ｃ（近接検知部に該当）が検知することにより、スイッチング素子１００Ｂが作動し、軌道１００Ａ内で進行方向Ｒｍに隣接する一次コイル１８のうち、一方から他方に切り替わるように設定されている。

このように、走行時の移動体２５が進行方向Ｒｍに移動するに伴って、隣接する多数の一次コイル１８に二次コイル１９ａが順次遭遇するたびに、二次コイル１９ａを持続的に共振させることができて、移動体２５の走行時の連続給電が可能となる。

具体的には、インピーダンス整合回路１００、二次コイル１９ａを含む受電側装置Ｂは、移動体２５の車体２５ａの裏面側に取付板を介して取り付けられる。

受電対象物である受電側キャパシタ２４は、例えば、自動車のボンネット内に配された充電用のバッテリセル２４Ａに接続され、自動車のスタータ用や空調コンプレッサ用の駆動モータあるいは種々の電装品（図示せず）などの作動に用いられるようになっている。

１００インピーダンス整合回路
１０１インピーダンス変更部
１０２開閉部
１０３開閉制御部
１０４検出部
１０５信号処理部
１０６調整部
１０７整合部

Claims

送電電源及び送電素子を含む回路の出力インピーダンスと、負荷及び前記送電素子に対向して非接触で配された受電素子を含む回路の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路であって、
前記負荷側の負荷インピーダンスを所定の変更量を有する変更素子によって変更するインピーダンス変更部と、
前記インピーダンス変更部と前記受電素子との接続の開閉を行う開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する開閉制御部と、
前記開閉の両時における前記送電電源からの進行波の電圧と前記負荷からの反射波の電圧とを検出する検出部と、
前記インピーダンス変更部は、前記開閉部によって前記受電素子との接続を開状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第１反射係数の絶対値を計算して振幅成分のみを特定し、前記開閉部によって前記受電素子との接続を閉状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第２反射係数の絶対値を計算して振幅成分のみを特定し、前記２つの振幅成分の計算式から生成される前記負荷インピーダンスの実部の二次方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記計算された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記計算された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、を有することを特徴とするインピーダンス整合回路。
少なくとも送電電源と送電素子を含む送電側装置と、少なくとも受電対象物を含む負荷と前記送電素子に非接触で対向して配される受電素子を含む受電側装置とを備え、前記送電側装置の出力インピーダンスと前記受電側装置の負荷インピーダンスとの間で電力伝送におけるインピーダンス整合を行うインピーダンス整合回路を有する非接触給電システムであって、
前記負荷側の負荷インピーダンスを所定の変更量を有する変更素子によって変更するインピーダンス変更部と、
前記インピーダンス変更部と前記受電素子との接続の開閉を行う開閉部と、
前記開閉部の開閉を制御する開閉制御部と、
前記開閉の両時における前記送電電源からの進行波の電圧と前記負荷からの反射波の電圧とを検出する検出部と、
前記インピーダンス変更部は、前記開閉部によって前記受電素子との接続を開状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第１反射係数の絶対値を算出して振幅成分のみを特定し、前記開閉部によって前記受電素子との接続を閉状態とされたときに、前記検出された進行波と反射波から第２反射係数の絶対値を算出して振幅成分のみを特定し、前記２つの振幅成分の算出式から生成される前記負荷インピーダンスの実部の二次方程式により、前記負荷インピーダンスの推定値を計算する計算部と、
前記算出された負荷インピーダンスに対して前記出力インピーダンスとの整合をとるための目標インピーダンスを整合させるために、可変リアクタンス素子を有する整合部と、
前記算出された負荷インピーダンスから、前記整合に必要な前記可変リアクタンス素子のリアクタンス量を算定し、算定されたリアクタンス量に基づいて前記可変リアクタンス素子のインピーダンスを調整するインピーダンス調整部と、
を有し、
前記送電側装置は、前記送電電源による通電時は常に充電されている送電側バッファ部が設けられ、前記電力伝送のときに、前記送電電源からの電力及び前記送電側バッファ部からの電力により前記受電側装置の受電対象物に給電されることを特徴とする非接触給電システム。
前記送電側バッファ部は、少なくとも送電側キャパシタ又は送電側バッテリのいずれか一つであり、前記受電対象物は、少なくとも受電側キャパシタ又は受電側バッテリのいずれか一つとして設けられていることを特徴とする請求項２記載の非接触給電システム。
前記送電側装置は、静止部材に固定され、前記受電側装置は、所定の床面を走行する誘導式搬送車に搭載され、前記受電対象物は前記誘導式搬送車の駆動用に設けられていることを特徴とする請求項２記載の非接触給電システム。
前記送電側装置は、静止部材に固定され、前記受電側装置は、車両に搭載され、前記受電対象物は前記車両の駆動に適用されることを特徴とする請求項２記載の非接触給電システム。
前記送電側装置は、移動体の走行する軌道内に設けられ、前記受電側装置は、前記移動体に取り付けられており、前記移動体の走行時に、前記電力伝送を行うように構成されたものであることを特徴とする請求項２記載の非接触給電システム。
前記軌道内に設けられた前記送電側装置の送電素子は、並列に配置された二本の線状部分と線状部分の両端部を連結する円弧状部分とを一体化した横長楕円状を成し、複数の前記送電素子が所定の間隔で前記軌道に配置されていることを特徴とする請求項６記載の非接触給電システム。
前記軌道には、前記送電素子が複数敷設され、前記複数の送電素子は、各々、前記移動体の近接を検知する近接検知部と、相互に隣接する送電素子を連結する連結部と、前記移動体が、前記送電素子と前記受電素子との前記対向して配される位置から、進行方向に隣接する送電素子側に移動し、前記隣接する送電素子の近接検知部で前記移動体の近接を検知すると、前記連結部に介在するスイッチング素子の作動により、通電する前記送電素子を前記隣接する送電素子に切り替える切替部と、を有していることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の非接触給電システム。