WO2010095281A1

WO2010095281A1 - 非接触給電設備および非接触給電システム

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Publication number: WO2010095281A1
Application number: PCT/JP2009/057733
Authority: WO
Inventors: 匠井上; 榊原　啓之; 真士市川
Original assignee: 株式会社日本自動車部品総合研究所; トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2010-08-26
Also published as: JP2010193598A; CN102197567A; US20120032521A1; EP2400631A1

Abstract

　給電設備（１）の一次自己共振コイル（３０）と受電装置（２）の二次自己共振コイル（６０）とが電磁場を介して共鳴することにより給電設備（１）から受電装置（２）へ非接触で給電が行なわれる。制御装置（４０）は、給電設備（１）の一次コイル（２０）および一次自己共振コイル（３０）ならびに受電装置（２）の二次自己共振コイル（６０）および二次コイル（７０）から成る回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その設定された周波数範囲を有する高周波電力を受電装置（２）へ供給するように高周波電源装置（１０）を制御する。

Description

非接触給電設備および非接触給電システム

　この発明は、非接触給電設備および非接触給電システムに関し、特に、給電設備と給電設備から受電する受電装置との各々に設けられる共鳴器を電磁場を介して共鳴させることにより受電装置へ非接触で給電を行なう非接触給電設備および非接触給電システムに関する。

　環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド自動車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した自動車や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した自動車である。

　ハイブリッド自動車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。

　一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。

　このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の自己共振コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することも可能である（たとえば、特許文献１や非特許文献１参照）。

国際公開第２００７／００８６４６号パンフレット

Andre　Kurs　et　al.,　"Wireless　Power　Transfer　via　Strongly　Coupled　Magnetic　Resonances"、［online］、２００７年７月６日、Science、第３１７巻、ｐ．８３－８６、［２００７年９月１２日検索］、インターネット＜URL：http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf＞

　送電時に発生する電磁界の強度は、周囲への影響を考慮して上限値がＥＭＣ関連規格で定められている。ここで、上記の共鳴法を用いた非接触給電をたとえば大電力の給電を要求される電動車両に適用する場合、単一の周波数（たとえば共振周波数）を用いて給電を行なうと、その周波数において電磁界強度の大きなピークが発生し、規格を満たすことができなくなる可能性がある。しかしながら、規格を満たすために給電電力を抑えることは、給電時間の長時間化を招き、ユーザの利便性を阻害する。そこで給電電力を大きく低下させることなく電磁界強度のピークを抑制することが望まれるところ、上記文献では、そのような課題については特に検討されていない。

　それゆえに、この発明の目的は、給電電力を大きく低下させることなく電磁界強度のピークを抑制可能な非接触給電設備および非接触給電システムを提供することである。

　この発明によれば、非接触給電設備は、送電用共鳴器と、電源装置と、制御装置とを備える。送電用共鳴器は、受電装置の受電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより受電装置へ非接触で送電する。電源装置は、送電用共鳴器に接続され、所定の高周波電力を送電用共鳴器へ供給する。制御装置は、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって形成される回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その周波数範囲を有する高周波電力を送電用共鳴器へ供給するように電源装置を制御する。

　好ましくは、制御装置は、Ｓ２１パラメータの振幅特性が相対的に増大する周波数帯に基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定する。

　好ましくは、制御装置は、Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる２つの共振周波数を交互に切替えることによって周波数拡散を行なう。

　また、好ましくは、制御装置は、Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる２つの共振周波数の少なくとも一方を含む周波数帯を周波数拡散の周波数範囲とする。

　また、好ましくは、制御装置は、Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる２つの共振周波数の間であって、かつ、その２つの共振周波数を含まない周波数帯を周波数拡散の周波数範囲とする。

　また、好ましくは、制御装置は、Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる共振周波数に基づき算出されるＱ値に基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定する。

　好ましくは、送電用共鳴器は、一次コイルと、一次自己共振コイルとを含む。一次コイルは、電源装置に接続される。一次自己共振コイルは、一次コイルから電磁誘導により給電され、電磁場を発生する。

　また、この発明によれば、非接触給電システムは、所定の高周波電力を出力可能な給電設備と、給電設備から非接触で受電可能な受電装置とを備える。受電装置は、受電用共鳴器を含む。受電用共鳴器は、給電設備との間に生成される電磁場を介して給電設備から非接触で受電する。給電設備は、送電用共鳴器と、電源装置と、制御装置とを含む。送電用共鳴器は、受電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより受電用共鳴器へ非接触で送電する。電源装置は、送電用共鳴器に接続され、所定の高周波電力を送電用共鳴器へ供給する。制御装置は、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって形成される回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その周波数範囲を有する高周波電力を送電用共鳴器へ供給するように電源装置を制御する。

　好ましくは、送電用共鳴器は、一次コイルと、一次自己共振コイルとを含む。一次コイルは、電源装置に接続される。一次自己共振コイルは、一次コイルから電磁誘導により給電され、電磁場を発生する。受電用共鳴器は、二次自己共振コイルと、二次コイルとを含む。二次自己共振コイルは、電磁場を介して一次自己共振コイルと共鳴することにより一次自己共振コイルから受電する。二次コイルは、二次自己共振コイルによって受電された電力を電磁誘導により取出す。

　この発明においては、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって形成される回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その周波数範囲で周波数拡散を行なって送電するようにしたので、伝達効率（送電効率）の高い周波数帯を使用しつつ、特定の周波数における電磁界スペクトルのピークを低減できる。したがって、この発明によれば、給電電力を大きく低下させることなく電磁界強度のピークを抑制することができる。

この発明の実施の形態による非接触給電システムの全体構成図である。共鳴法による送電に関する部分の等価回路図である。給電設備から受電装置への給電時の電磁界強度を示した図である。図２に示す回路のＳ２１パラメータの振幅特性を示した図である。図１に示す制御装置の機能ブロック図である。図１に示す受電装置を搭載した電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成図である。Ｑ値を説明するための図である。一次自己共振コイルに流れる電流と二次自己共振コイルに流れる電流との位相差を示した図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　図１は、この発明の実施の形態による非接触給電システムの全体構成図である。図１を参照して、非接触給電システムは、給電設備１と、受電装置２とを備える。給電設備１は、高周波電源装置１０と、一次コイル２０と、一次自己共振コイル３０と、制御装置４０とを含む。

　高周波電源装置１０は、一次コイル２０に接続され、制御装置４０から受ける駆動信号に基づいて所定の高周波電圧（たとえば数ＭＨｚ～１０数ＭＨｚ程度）を発生することができる。高周波電源装置１０は、たとえば正弦波インバータ回路から成り、制御装置４０によって制御される。

　一次コイル２０は、一次自己共振コイル３０と概ね同軸上に配設され、電磁誘導により一次自己共振コイル３０と磁気的に結合可能に構成される。そして、一次コイル２０は、高周波電源装置１０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル３０へ給電する。

　一次自己共振コイル３０は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、受電装置２の二次自己共振コイル６０（後述）と電磁場を介して共鳴することにより受電装置２へ非接触で電力を送電する。なお、Ｃ１は、一次自己共振コイル３０の浮遊容量を示すが、コンデンサを実際に設けてもよい。

　制御装置４０は、高周波電源装置１０を制御するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号を高周波電源装置１０へ出力する。そして、制御装置４０は、高周波電源装置１０を制御することによって一次自己共振コイル３０から受電装置２の二次自己共振コイル６０への給電を制御する。

　ここで、制御装置４０は、共鳴法による送電を実現する、一次コイル２０、一次自己共振コイル３０、ならびに受電装置２の二次自己共振コイル６０および二次コイル７０（後述）から成る回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その周波数範囲を有する高周波電力を出力するように高周波電源装置１０を制御する。

　詳しく説明すると、上述のように、単一の周波数を用いて給電を行なうと、その周波数において電磁界強度の大きなピークが発生し、所定の規格を満たすことができなくなる可能性がある。そこで、この実施の形態では、給電時に発生する電磁界強度のピークを抑制するために、周波数拡散技術を用いて所定の周波数範囲に送電電力を拡散させる。

　ここで、給電電力を大きく低下させることなく電磁界強度のピークを抑制するために、この実施の形態では、共鳴法による送電を実現する回路のＳ２１パラメータの振幅特性が相対的に増大する周波数帯に基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定する。すなわち、Ｓ２１パラメータは、一次コイル２０、一次自己共振コイル３０、ならびに受電装置２の二次自己共振コイル６０および二次コイル７０から成る回路の入力ポート（一次コイル２０の入力）から出力ポート（二次コイル７０の出力）への伝達係数を示す。したがって、Ｓ２１パラメータの振幅特性が相対的に増大する周波数帯に基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定することにより、給電電力を大きく低下させることなく電磁界強度のピークを抑制することができる。

　なお、共鳴法による送電を実現する回路におけるＳ２１パラメータの特性、および制御装置４０の機能構成については、後ほど説明する。

　一方、受電装置２は、二次自己共振コイル６０と、二次コイル７０とを含む。二次自己共振コイル６０も、上述した一次自己共振コイル３０と同様に両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電設備１の一次自己共振コイル３０と電磁場を介して共鳴することにより給電設備１から非接触で受電する。なお、Ｃ２は、二次自己共振コイル６０の浮遊容量を示すが、コンデンサを実際に設けてもよい。

　二次コイル７０は、二次自己共振コイル６０と概ね同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル６０と磁気的に結合可能に構成される。そして、二次コイル７０は、二次自己共振コイル６０により受電された電力を電磁誘導により取出し、その取出された電力を負荷３へ出力する。

　図２は、共鳴法による送電に関する部分の等価回路図である。図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

　具体的には、一次コイル２０に高周波電源装置１０を接続し、電磁誘導により一次コイル２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３０へたとえば数ＭＨｚ～１０数ＭＨｚ程度の高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量Ｃ１とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル６０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３０から二次自己共振コイル６０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル６０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル６０と磁気的に結合される二次コイル７０によって取出され、負荷３へ供給される。

　なお、上記のＳ２１パラメータは、ポートＰ１，Ｐ２間に形成される、一次コイル２０、一次自己共振コイル３０、二次自己共振コイル６０および二次コイル７０から成る回路について、ポートＰ１への入力電力（高周波電源装置１０から出力される電力）がポートＰ２に到達する比率、すなわちポートＰ１からポートＰ２への伝達係数に対応する。

　図３は、給電設備１から受電装置２への給電時の電磁界強度を示した図である。図３を参照して、縦軸は給電時の電磁界強度を示し、横軸は給電設備１から受電装置２へ供給される高周波電力の周波数を示す。曲線ｋ１は、単一の周波数ｆで給電を行なった場合の電磁界強度を示し、曲線ｋ２は、周波数拡散を行なって給電した場合の電磁界強度を示す。

　図３に示されるように、単一の周波数ｆで給電を行なうと、その周波数ｆにおいて電磁界強度の大きなピークが立ち、発生する電磁界強度が規格値を超えてしまう。一方、周波数拡散が行なわれると電磁界強度のピークが抑えられ、発生する電磁界強度を規格値以下に抑えることができる。

　図４は、図２に示す回路のＳ２１パラメータの振幅特性を示した図である。図４を参照して、縦軸はＳ２１パラメータの振幅を示し、横軸は高周波電源装置１０から回路に供給される高周波電力の周波数を示す。

　図４に示されるように、共鳴法による送電を実現する図２に示した回路のＳ２１パラメータの振幅特性には、周波数ｆ１，ｆ２において２つのピークが存在することにより、振幅が相対的に増大する周波数帯が広いという特徴を有する。すなわち、周波数ｆ１，ｆ２間の周波数においても、Ｓ２１パラメータが増大する。そこで、この実施の形態においては、このＳ２１パラメータの振幅が増大する周波数帯を含むように、周波数拡散の周波数範囲を設定する。これにより、伝達効率（送電効率）の高い周波数帯を使用しつつ周波数拡散により電磁界強度のピークが抑制される。

　なお、周波数拡散の変調方式は、直接拡散方式であっても周波数ホッピング方式であってもよい。この実施の形態では、Ｓ２１パラメータの振幅特性における共振周波数ｆ１，ｆ２を使用する周波数ホッピング方式が採用される。

　図５は、図１に示した制御装置４０の機能ブロック図である。図５を参照して、制御装置４０は、発振回路１１０，１２０と、Ｍ系列乱数発生回路１３０と、選択スイッチ１４０と、電源制御部１５０と、駆動信号生成部１６０とを含む。

　発振回路１１０は、予め求められたＳ２１パラメータの振幅特性における共振周波数ｆ１を有する信号を発生する。発振回路１２０は、Ｓ２１パラメータの振幅特性における共振周波数ｆ２を有する信号を発生する。Ｍ系列乱数発生回路１３０は、０と１とから成る乱数信号を発生する。

　選択スイッチ１４０は、発振回路１１０から出力される周波数ｆ１の信号、および発振回路１２０から出力される周波数ｆ２の信号を受ける。そして、選択スイッチ１４０は、Ｍ系列乱数発生回路１３０から受ける乱数信号に従って、発振回路１１０から受ける周波数ｆ１の信号、および発振回路１２０から受ける周波数ｆ２の信号のいずれかを選択し、その選択された信号を電源制御部１５０へ出力する。

　電源制御部１５０は、選択スイッチ１４０から受ける信号の周波数を有する高周波電力を高周波電源装置１０（図１）から出力するための制御指令を生成し、その生成した制御指令を駆動信号生成部１６０へ出力する。そして、駆動信号生成部１６０は、電源制御部１５０から受ける制御指令に基づいて、高周波電源装置１０を駆動するための信号を生成し、その生成した信号を高周波電源装置１０へ出力する。

　この制御装置４０においては、周波数ｆ１を有する信号と周波数ｆ２を有する信号とが選択スイッチ１４０によりランダムに切換えられて電源制御部１５０に与えられる。そして、電源制御部１５０は、その与えられる信号の周波数を有する高周波電力を出力するように高周波電源装置１０を制御する。これにより、高周波電源装置１０からは、周波数ｆ１，ｆ２にランダムに周波数が切換わる（周波数ホッピング）、周波数拡散された高周波電力が出力される。

　なお、上記の制御を行なうにあたって、Ｓ２１パラメータを算出するために、ネットワークアナライザのように方向性結合器を用いた手法でも同様に実現できる。また、Ｓパラメータの代わりに、ＺパラメータやＹパラメータなどを用いても同様に実現できる。

　図６は、図１に示した受電装置２を搭載した電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成図である。図６を参照して、ハイブリッド自動車２００は、蓄電装置２１０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ２２０と、インバータ２３０，２３２と、モータジェネレータ２４０，２４２と、エンジン２５０と、動力分割装置２６０と、駆動輪２７０とを含む。また、ハイブリッド自動車２００は、二次自己共振コイル６０と、二次コイル７０と、整流器２８０と、システムメインリレーＳＭＲ２と、車両ＥＣＵ２９０とをさらに含む。

　ハイブリッド自動車２００は、エンジン２５０およびモータジェネレータ２４２を動力源として搭載する。エンジン２５０およびモータジェネレータ２４０，２４２は、動力分割装置２６０に連結される。そして、ハイブリッド自動車２００は、エンジン２５０およびモータジェネレータ２４２の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン２５０が発生する動力は、動力分割装置２６０によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪２７０へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ２４０へ伝達される経路である。

　モータジェネレータ２４０は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ２４０は、動力分割装置２６０を介してエンジン２５０の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置２１０の充電状態（「ＳＯＣ（State　Of　Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン２５０が始動してモータジェネレータ２４０により発電が行なわれ、蓄電装置２１０が充電される。

　モータジェネレータ２４２も、交流回転電機であり、モータジェネレータ２４０と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ２４２は、蓄電装置２１０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ２４０により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ２４２の駆動力は、駆動輪２７０に伝達される。

　また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪２７０を介してモータジェネレータ２４２の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ２４２が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ２４２は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ２４２により発電された電力は、蓄電装置２１０に蓄えられる。

　動力分割装置２６０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン２５０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ２４０の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ２４２の回転軸および駆動輪２７０に連結される。

　システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置２１０と昇圧コンバータ２２０との間に配設され、車両ＥＣＵ２９０からの信号に応じて蓄電装置２１０を昇圧コンバータ２２０に電気的に接続する。昇圧コンバータ２２０は、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置２１０の出力電圧以上の電圧に昇圧する。なお、昇圧コンバータ２２０は、たとえば直流チョッパ回路から成る。インバータ２３０，２３２は、それぞれモータジェネレータ２４０，２４２を駆動する。なお、インバータ２３０，２３２は、たとえば三相ブリッジ回路から成る。

　二次自己共振コイル６０および二次コイル７０は、図１で説明したとおりである。整流器２８０は、二次コイル７０によって取出された交流電力を整流する。システムメインリレーＳＭＲ２は、整流器２８０と蓄電装置２１０との間に配設され、車両ＥＣＵ２９０からの信号に応じて整流器２８０を蓄電装置２１０に電気的に接続する。

　車両ＥＣＵ２９０は、走行モード時、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をそれぞれオン，オフにする。そして、車両ＥＣＵ２９０は、車両の走行時、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ２２０およびモータジェネレータ２４０，２４２を駆動するための信号を生成し、その生成した信号を昇圧コンバータ２２０およびインバータ２３０，２３２へ出力する。

　また、給電設備１（図１）からハイブリッド自動車２００への給電が行なわれるとき、車両ＥＣＵ２９０は、システムメインリレーＳＭＲ２をオンにする。これにより、二次自己共振コイル６０によって受電された電力が蓄電装置２１０へ供給される。なお、整流器２８０と蓄電装置２１０との間に、整流器２８０により整流された直流電力を蓄電装置２１０の電圧レベルに電圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。

　なお、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をともにオンさせることによって、車両の走行中に給電設備１から受電することも可能である。

　以上のように、この実施の形態においては、共鳴法による送電を実現する、一次コイル２０、一次自己共振コイル３０、二次自己共振コイル６０および二次コイル７０から成る回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その周波数範囲で周波数拡散を行なって送電するようにしたので、伝達効率（送電効率）の高い周波数帯を使用しつつ、特定の周波数における電磁界スペクトルのピークを低減できる。したがって、この実施の形態によれば、給電設備１から受電装置２への給電電力を大きく低下させることなく電磁界強度のピークを抑制することができる。

　なお、上記の実施の形態においては、周波数拡散の変調方式は、周波数ホッピング方式としたが、直接拡散方式であってもよい。直接拡散方式を採用する場合、周波数拡散の周波数範囲としては、図４に示した共振周波数ｆ１，ｆ２の双方を含む周波数帯に設定してもよいし、周波数ｆ１，ｆ２のいずれか一方を含む周波数帯に設定してもよいし、あるいは、周波数ｆ１，ｆ２の間の周波数帯に設定してもよい。

　ここで、周波数ｆ１，ｆ２のいずれか一方を含む周波数範囲で直接拡散方式により周波数拡散を行なう場合、その周波数範囲をＱ値に基づいて決定してもよい。

　図７は、Ｑ値を説明するための図である。図７を参照して、給電設備１から受電装置２へ周波数ｆの高周波電力を送電する場合、Ｑ値は次式にて表される。

　Ｑ値＝ｆ／Δｆ　…（１）
　ここで、Δｆは、負荷３（図１）に印加される電圧をＶｍとしたとき、電圧がＶｍ／√２となる周波数帯の幅である。そこで、たとえば、負荷に印加される電圧の周波数特性において、図４に示される共振周波数ｆ１におけるピークから求めたＱ値をＱ１として、周波数拡散の周波数範囲を次式のように設定する。

　Δｆ１＝α（ｆ１／Ｑ１）　…（２）
　ここで、αは調整係数である。

　あるいは、負荷に印加される電圧の周波数特性において、図４に示されるもう一つの共振周波数ｆ２におけるピークから求めたＱ値をＱ２として、周波数拡散の周波数範囲を次式のように設定してもよい。

　Δｆ２＝β（ｆ２／Ｑ２）　…（３）
　ここで、βは調整係数である。

　なお、αおよびβは、規格の上限値を超えないように設定される。
　こうすることで、周波数拡散の周波数範囲をＱ値に基づいて適切に設定することができる。

　また、給電設備１から受電装置２へ供給される高周波電力の周波数を変えることによって、給電設備１から受電装置２への給電時に周囲に発生する電磁界強度の分布を変えることができる。

　図８は、一次自己共振コイル３０に流れる電流と二次自己共振コイル６０に流れる電流との位相差を示した図である。図８を参照して、横軸は、給電設備１から受電装置２へ供給される高周波電力の周波数を示す。図８に示されるように、一次自己共振コイル３０に流れる電流と二次自己共振コイル６０に流れる電流との位相差は、給電電力の周波数によって変化する。

　ここで、各コイルの周囲に発生する電磁界の分布は、そのコイルに流れる電流に応じて変化する。そして、給電設備１から受電装置２への給電時に周囲に発生する電磁界強度の分布は、一次自己共振コイル３０に流れる電流によって一次自己共振コイル３０の周囲に発生する電磁界と、二次自己共振コイル６０に流れる電流によって二次自己共振コイル６０の周囲に発生する電磁界とを重ね合わせたものである。

　そこで、上述のように、一次自己共振コイル３０に流れる電流と二次自己共振コイル６０に流れる電流との位相差が給電電力の周波数により変化することを利用して、給電設備１から受電装置２へ供給される高周波電力の周波数を変えることによって、給電設備１から受電装置２への給電時に周囲に発生する電磁界強度の分布を変えることができる。これにより、給電電力の周波数を適切に選択することによって、所望の場所における電磁界強度を低減させることも可能である。

　なお、上記の実施の形態においては、一次コイル２０を用いて電磁誘導により一次自己共振コイル３０への給電を行ない、二次コイル７０を用いて電磁誘導により二次自己共振コイル６０から電力を取出すものとしたが、一次コイル２０を設けることなく高周波電源装置１０から一次自己共振コイル３０へ直接給電し、二次コイル７０を設けることなく二次自己共振コイル６０から電力を直接取出してもよい。

　また、上記においては、一対の自己共振コイルを共鳴させることによって送電するものとしたが、共鳴体として一対の自己共振コイルに代えて一対の高誘電体ディスクを用いてもよい。高誘電体ディスクは、高誘電率材から成り、たとえばＴｉＯ₂やＢａＴｉ₄Ｏ₉、ＬｉＴａＯ₃等が用いられる。

　また、上記においては、受電装置２を搭載した電動車両の一例として、動力分割装置２６０によりエンジン２５０の動力を分割して駆動輪２７０とモータジェネレータ２４０とに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド自動車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド自動車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータ２４０を駆動するためにのみエンジン２５０を用い、モータジェネレータ２４２でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車や、エンジン２５０が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド自動車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド自動車などにもこの発明は適用可能である。また、この発明は、エンジン２５０を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置２１０に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。

　なお、上記において、一次自己共振コイル３０および一次コイル２０は、この発明における「送電用共鳴器」の一実施例を形成し、二次自己共振コイル６０および二次コイル７０は、この発明における「受電用共鳴器」の一実施例を形成する。また、発振回路１１０，１２０、Ｍ系列乱数発生回路１３０および選択スイッチ１４０は、この発明における「周波数設定部」の一実施例を形成する。

　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　給電設備、２　受電装置、３　負荷、１０　高周波電源装置、２０　一次コイル、３０　一次自己共振コイル、４０　制御装置、６０　二次自己共振コイル、７０　二次コイル、１１０，１２０　発振回路、１３０　Ｍ系例乱数発生回路、１４０　選択スイッチ、１５０　電源制御部、１６０　駆動信号生成部、２００　ハイブリッド自動車、２１０　蓄電装置、２２０　昇圧コンバータ、２３０，２３２　インバータ、２４０，２４２　モータジェネレータ、２５０　エンジン、２６０　動力分割装置、２７０　駆動輪、２８０　整流器、２９０　車両ＥＣＵ、Ｃ１，Ｃ２　浮遊容量、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２　システムメインリレー、ＰＬ１，ＰＬ２　正極線、ＮＬ　負極線。

Claims

　受電装置（２）の受電用共鳴器（６０，７０）と電磁場を介して共鳴することにより前記受電装置へ非接触で送電する送電用共鳴器（３０，２０）と、
　前記送電用共鳴器に接続され、所定の高周波電力を前記送電用共鳴器へ供給する電源装置（１０）と、
　前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器によって形成される回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その周波数範囲を有する高周波電力を前記送電用共鳴器へ供給するように前記電源装置を制御する制御装置（４０）とを備える非接触給電設備。
　前記制御装置は、前記Ｓ２１パラメータの振幅特性が相対的に増大する周波数帯に基づいて前記周波数拡散の周波数範囲を設定する、請求の範囲１に記載の非接触給電設備。
　前記制御装置は、前記Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる２つの共振周波数を交互に切替えることによって前記周波数拡散を行なう、請求の範囲１に記載の非接触給電設備。
　前記制御装置は、前記Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる２つの共振周波数の少なくとも一方を含む周波数帯を前記周波数拡散の周波数範囲とする、請求の範囲１に記載の非接触給電設備。
　前記制御装置は、前記Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる２つの共振周波数の間であって、かつ、その２つの共振周波数を含まない周波数帯を前記周波数拡散の周波数範囲とする、請求の範囲１に記載の非接触給電設備。
　前記制御装置は、前記Ｓ２１パラメータの振幅特性に表われる共振周波数に基づき算出されるＱ値に基づいて前記周波数拡散の周波数範囲を設定する、請求の範囲１に記載の非接触給電設備。
　前記送電用共鳴器は、
　前記電源装置に接続される一次コイル（２０）と、
　前記一次コイルから電磁誘導により給電され、前記電磁場を発生する一次自己共振コイル（３０）とを含む、請求の範囲１から６のいずれかに記載の非接触給電設備。
　所定の高周波電力を出力可能な給電設備（１）と、
　前記給電設備から非接触で受電可能な受電装置（２）とを備え、
　前記受電装置は、前記給電設備との間に生成される電磁場を介して前記給電設備から非接触で受電する受電用共鳴器（６０，７０）を含み、
　前記給電設備は、
　前記受電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記受電用共鳴器へ非接触で送電する送電用共鳴器（２０，３０）と、
　前記送電用共鳴器に接続され、所定の高周波電力を前記送電用共鳴器へ供給する電源装置（１０）と、
　前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器によって形成される回路のＳ２１パラメータに基づいて周波数拡散の周波数範囲を設定し、その周波数範囲を有する高周波電力を前記送電用共鳴器へ供給するように前記電源装置を制御する制御装置（４０）とを含む、非接触給電システム。
　前記送電用共鳴器は、
　前記電源装置に接続される一次コイル（２０）と、
　前記一次コイルから電磁誘導により給電され、前記電磁場を発生する一次自己共振コイル（３０）とを含み、
　前記受電用共鳴器は、
　前記電磁場を介して前記一次自己共振コイルと共鳴することにより前記一次自己共振コイルから受電する二次自己共振コイル（６０）と、
　前記二次自己共振コイルによって受電された電力を電磁誘導により取出す二次コイル（７０）とを含む、請求の範囲８に記載の非接触給電システム。