WO2012086625A1 - 給電システム - Google Patents

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power receiving
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田中　信吾
堀内　学
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矢崎総業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power feeding system, and more particularly to a power feeding system that supplies power from a power feeding coil to a power receiving coil in a contactless manner.
  • the power feeding system shown in FIG. 29 is known (Patent Documents 1 and 2).
  • the power feeding system 1 includes a power feeding unit 3 as a power feeding unit and a power receiving unit 5 as a power receiving unit.
  • the power feeding unit 3 includes a power feeding side loop antenna 6 to which power is supplied and a power feeding side helical coil 7 as a power feeding side coil electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna 6.
  • the power is sent to the power feeding side helical coil 7 by electromagnetic induction.
  • the power receiving unit 5 is provided with a power receiving side helical coil 9 that electromagnetically resonates with the power feeding side helical coil 7 and a power receiving side loop antenna 10 that is electromagnetically coupled to the power receiving side helical coil 9.
  • a power receiving side helical coil 9 that electromagnetically resonates with the power feeding side helical coil 7
  • a power receiving side loop antenna 10 that is electromagnetically coupled to the power receiving side helical coil 9.
  • the electric power is sent to the power receiving side helical coil 9 by electromagnetic induction and supplied to a load connected to the power receiving side loop antenna 10.
  • power from the power feeding side can be supplied to the power receiving side in a non-contact manner by electromagnetic resonance between the power feeding side helical coil 7 and the power receiving side helical coil 9.
  • the power receiving unit 5 described above is provided in the automobile and the power supply unit 3 is provided on the road or the like, thereby supplying power to the load mounted on the automobile wirelessly using the power supply system 1 described above. Yes.
  • the distance between the power receiving unit 5 provided in the automobile described above and the power feeding unit 3 provided on the road varies depending on the type of automobile. That is, the inter-coil distance L 1 between the power reception side helical coil 9 of the power reception unit 5 and the power supply side helical coil 7 of the power supply unit 3 also varies depending on the vehicle type. For example, when the power receiving unit 5 is provided in a vehicle with a low vehicle height such as a sports car, the inter-coil distance L 1 is shortened. When the power receiving unit 5 is provided in a vehicle with a high vehicle height such as an RV vehicle, the inter-coil distance is provided. L 1 becomes longer.
  • the inventors set the inter-coil distance L 1 in a state where the antenna diameters R 11 and R 12 of the power feeding side and power receiving side loop antennas 6 and 10 of the power feeding system 1 shown in FIG. 29 are fixed to 206 mm.
  • the pass characteristic S21 and the reflection characteristic S11 of the power receiving side loop antenna 10 were measured when varied in the range of 100 mm to 400 mm. The results are shown in FIGS.
  • the pass characteristic S21 changes.
  • the main cause is the misalignment between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9 as shown in FIGS. 31 and 32.
  • the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side loop antenna 6 and the power reception side loop antenna 10 are 206 mm
  • the state is close to critical coupling.
  • the coupling between the power feeding unit 3 and the power receiving unit 5 becomes dense, and exhibits a bi-resonance characteristic. Therefore, the frequency at which the pass characteristic S21 becomes 1 changes.
  • the pass characteristic S21 is almost 1 and high efficiency, but when the inter-coil distance L 1 varies to 100 mm, the pass characteristic is obtained. S21 falls to 0.65 and the loss increases.
  • the present invention provides a power feeding system that can supply power with high efficiency from the power feeding unit to the power receiving unit even if a variation in the distance between the power feeding side helical coil and the power receiving side helical coil or a lateral shift occurs. This is the issue.
  • the invention according to claim 1 for solving the above-described problem includes a power feeding side loop antenna to which power is supplied, power feeding means provided with a power feeding side coil electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna, and the power feeding side.
  • a power receiving system including a power receiving side coil that electromagnetically resonates with the coil and a power receiving side loop antenna that is electromagnetically coupled to the power receiving side coil; and at least one of the power feeding side coil and the power receiving side coil
  • the power supply system further includes a capacitor having a variable capacitance provided in parallel.
  • distance measuring means for measuring a distance between the power supply side coil and the power receiving side coil, and adjustment means for adjusting the capacitance of the capacitor according to the distance measured by the distance measuring means. It exists in the electric power feeding system of Claim 1 provided.
  • the apparatus includes a reflection measurement unit that measures the amount of reflection at the power receiving side coil, and an adjustment unit that adjusts the capacitance of the capacitor according to the amount of reflection measured by the reflection measurement unit. It exists in the electric power feeding system of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
  • a power feeding means provided with a power feeding side loop antenna to which power is supplied, a power feeding side coil electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna, and a power receiving side coil that electromagnetically resonates with the power feeding side coil.
  • a power receiving means provided with a power receiving side loop antenna electromagnetically coupled to the power receiving side coil, wherein at least one of the power feeding side loop antenna and the power receiving side loop antenna is divided into a plurality of members.
  • the power supply system is characterized in that the size of the loop is variably provided by moving the plurality of members and changing the contact positions thereof.
  • the invention according to claim 5 resides in the power feeding system according to claim 4, wherein the plurality of members are overlapped with each other so as to form a loop.
  • At least one end portion of the plurality of members is provided with a concave portion that is concave toward the center, and an end portion of a member adjacent to the member provided with the concave portion is the concave portion.
  • the driving means for driving the plurality of members the distance measuring means for measuring the distance between the power feeding side loop antenna and the power receiving side loop antenna, and the distance measured by the distance measuring means
  • the power supply system according to any one of claims 4 to 6, further comprising: a drive control unit that controls the driving unit to drive the plurality of members so as to have a size of a loop. Exist.
  • the invention according to claim 8 is a driving means for driving the plurality of members, a reflection measuring means for measuring a reflection amount at the power receiving side coil, and the driving means according to the reflection amount measured by the reflection measuring means.
  • a capacitor having a variable capacitance is connected in parallel to at least one of the power supply side coil and the power reception side coil. Since the efficiency varies when the capacitance of the capacitor is changed, the distance between the power supply side coil and the power reception side coil is changed or changed by changing the capacitance of the capacitor according to the distance and the horizontal displacement of the power supply side coil and the power reception side coil. Even if it occurs, power can be supplied with high efficiency.
  • the distance measuring unit measures the distance between the power feeding side coil and the power receiving side coil
  • the adjusting unit adjusts the capacitance of the capacitor according to the distance measured by the distance measuring unit.
  • the capacity can be automatically adjusted to supply power with high efficiency even if the distance between the power feeding coil and the power receiving coil varies.
  • the reflection measuring unit measures the reflection amount of the power receiving side coil
  • the adjusting unit adjusts the capacitance of the capacitor according to the reflection amount measured by the reflection measuring unit. It is possible to adjust the capacity so that power can be automatically supplied with high efficiency even when the distance between the coil and the power receiving coil changes and lateral deviation occurs.
  • At least one of the feeding-side loop antenna and the power-receiving-side loop antenna is divided into a plurality of members, and the plurality of members are moved to change the contact position with each other.
  • the size of was variably provided. Since the efficiency varies when the size of the loop is changed, the distance between the power supply side loop antenna and the power reception side loop antenna can be changed by changing the size of the loop in accordance with the distance between the power supply side loop antenna and the power reception side loop antenna and the lateral displacement. Even if fluctuations or lateral deviations occur, power can be supplied with high efficiency.
  • the contact positions of the plurality of members can be changed with a simple configuration.
  • the recessed part which becomes concave toward the center is provided in the at least one edge part among several members, and the edge part of the member adjacent to the member provided with the recessed part is a recessed part. Since it is slidably inserted, the contact positions of a plurality of members can be changed with a simple configuration.
  • the distance measuring unit measures the distance between the feeding side loop antenna and the power receiving side loop antenna
  • the drive control unit has a loop size corresponding to the distance measured by the distance measuring unit.
  • the driving means is controlled to drive a plurality of members, so that the size of the loop can automatically supply power with high efficiency even if the distance between the feeding loop antenna and the receiving loop antenna varies. be able to.
  • the reflection measuring unit measures the reflection amount of the power receiving side coil
  • the drive control unit controls the driving unit according to the reflection amount measured by the reflection measuring unit, and the plurality of members. Therefore, even when a variation in the distance between the feeding-side loop antenna and the receiving-side loop antenna and a lateral deviation occur, the loop can be sized to automatically supply power with high efficiency.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the electric power feeding system of this invention in 1st Embodiment. It is a perspective view which shows the structure of the electric power feeding system shown in FIG.
  • the resonance frequency of the power supply side and power reception side helical coils of the power supply system shown in FIG. 1 is fixed at 8.1 MHz, and the power supply side and power reception side varactors are adjusted according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side and power reception side helical coils.
  • the resonance frequency of the power supply side and power reception side helical coils of the power supply system shown in FIG. 1 is fixed at 17 MHz, and the capacities of the power supply side and power reception side varactors are set according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side and power reception side helical coils. It is a graph which shows the result of having measured the passage characteristic S21 of the receiving side loop antenna when changing it.
  • the resonance frequency of the power supply side and power reception side helical coils of the power supply system shown in FIG. 1 is fixed at 17 MHz, and the capacities of the power supply side and power reception side varactors are set according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side and power reception side helical coils.
  • FIG. 10 shows the electric power feeding system of this invention in 3rd Embodiment.
  • FIG. 10 is fixed to 300 mm, and the antenna diameters R 11 and R 12 of the power feeding side and power receiving side loop antennas are changed to 103 mm, 85 mm, and 75 mm.
  • the distance L 1 between the coils of the power feeding system shown in FIG. 10 is fixed to 300 mm, and the antenna diameters R 11 and R 12 of the power feeding side and power receiving side loop antennas are changed to 103 mm, 85 mm, and 75 mm.
  • the power receiving side resonance frequency of the helical coil is fixed to 13.3MHz, the power feeding side, the power feeding side and power receiving side loop antenna in accordance with a variation in distance between the coils L 1 of the power receiving helical coil It is a graph which shows the result of having measured the passage characteristic S21 of the power receiving side loop antenna when the antenna diameters R 11 and R 12 are varied. Feeding side of the power supply system shown in FIG.
  • the power receiving side resonance frequency of the helical coil is fixed to 13.3MHz, the power feeding side, the power feeding side and power receiving side loop antenna in accordance with a variation in distance between the coils L 1 of the power receiving helical coil it is a graph showing the results of measurement of the reflection characteristic S11 in the power receiving side loop antenna when varying the antenna diameter R 11, R 12. Feeding side of the power supply system shown in FIG.
  • the power receiving side resonance frequency of the helical coil is fixed to 26 MHz
  • the power feeding side, the antenna of the power feeding side and power receiving side loop antenna in accordance with a variation in distance between the coils L 1 of the power receiving helical coil is a graph showing the results of a pass characteristic S21 was measured of the power receiving side loop antenna when changing the diameter R 11, R 12. Feeding side of the power supply system shown in FIG.
  • the power receiving side resonance frequency of the helical coil is fixed to 26 MHz
  • the power feeding side, the antenna of the power feeding side and power receiving side loop antenna in accordance with a variation in distance between the coils L 1 of the power receiving helical coil is a graph showing the results of measurement of the reflection characteristic S11 in the power receiving side loop antenna when changing the diameter R 11, R 12.
  • Passage characteristics when the antenna diameter R 11 of the power feeding loop antenna of the power feeding system shown in FIG. 10 is fixed to 250 mm and only the antenna diameter R 12 of the power receiving loop antenna is changed according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1. It is a graph which shows the result of having measured S21.
  • the diameter of the power feeding side loop antenna is fixed to 250 mm, is a graph showing the results of a reflection characteristic S11 was measured in the case of changing the antenna size R 12 only the power-receiving-side loop antenna in accordance with a variation in distance between the coils L 1 . It is a detailed top view of the power receiving side loop antenna in 3rd Embodiment.
  • FIG. 22 is a graph showing a result of measuring the pass characteristic S21 when the length L 3 of the power receiving loop antenna shown in FIG. 21 is changed in accordance with the fluctuation of the inter-coil distance L 1 in the power feeding system shown in FIG.
  • (A) is a top view of the power receiving side loop antenna in the fourth embodiment
  • (B) is a sectional view taken along the line II of (A). It is a top view of the power receiving side loop antenna in 5th Embodiment. It is a figure which shows the electric power feeding system in 6th Embodiment. It is a figure which shows the electric power feeding system in 7th Embodiment. It is a flowchart for demonstrating the process sequence of the control part which comprises the electric power feeding system shown in FIG. When the length L 3 of the power receiving side loop antenna 10 shown in FIG. 21 is changed corresponding to the fluctuation of the lateral deviation x with the distance L 1 between the coils fixed to 200 mm, the result of measuring the reflection characteristic S 21 is shown.
  • FIG. 1 is a diagram showing a power feeding system of the present invention in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the power feeding system shown in FIG.
  • the power supply system 1 includes a power supply unit 3 as a power supply unit provided on a road 2 and the like, and a power reception unit 5 as a power reception unit provided in an abdomen of an automobile 4 or the like. ing.
  • the power feeding unit 3 includes a power feeding side loop antenna 6 to which power is supplied, a power feeding side helical coil 7 as a power feeding side coil electromagnetically coupled to the power feeding side loop antenna 6, and A power supply side varactor 8 as a capacitor connected in parallel to the power supply side helical coil 7 is provided.
  • the feeding-side loop antenna 6 is provided in a circular loop shape, and is arranged so that its axis is along the direction from the road 2 toward the abdomen of the automobile 4, that is, the vertical direction.
  • the power feeding side loop antenna 6 is supplied with AC power from an AC power source V.
  • the power supply side helical coil 7 is configured, for example, by winding a winding in a coil shape having a diameter larger than the diameter of the power supply side loop antenna 6.
  • the feeding-side helical coil 7 is arranged coaxially with the feeding-side loop antenna 6 on the automobile 4 side of the feeding-side loop antenna 6.
  • the feeding-side loop antenna 6 is arranged on the same plane as the winding of the feeding-side helical coil 7 that is farthest from the automobile 4.
  • the feeding-side loop antenna 6 and the feeding-side helical coil 7 are within a range where they are electromagnetically coupled to each other, that is, when AC power is supplied to the feeding-side loop antenna 6 and an alternating current flows, They are separated from each other within a range where an induced current is generated.
  • the power supply side varactor 8 is a diode whose capacitance changes according to the voltage applied to both ends.
  • the power receiving unit 5 is connected in parallel to a power receiving side helical coil 9 that electromagnetically resonates with the power feeding side helical coil 7, a power receiving side loop antenna 10 that is electromagnetically coupled to the power receiving side helical coil 9, and a power receiving side loop antenna 10.
  • a power receiving side varactor 11 is provided.
  • the power receiving side loop antenna 10 is connected to a load such as an in-vehicle battery (not shown).
  • the power receiving side loop antenna 10 is provided in a loop shape, and its axis is arranged along the direction from the belly portion of the automobile 4 toward the road 2, that is, along the vertical direction.
  • the power reception side helical coil 9 is provided in the same manner as the power supply side helical coil 7 and is composed of a coil having a diameter larger than the diameter of the power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10.
  • the power receiving side helical coil 9 is disposed on the road 2 side of the power receiving side loop antenna 10 and coaxially with the power receiving side loop antenna 10.
  • the power receiving side loop antenna 10 is arranged on the same plane as the winding on the side farthest from the road 2 of the power receiving side helical coil 9.
  • the power receiving side loop antenna 10 and the power receiving side helical coil 9 are within a range where they are electromagnetically coupled to each other, that is, within a range where an induction current is generated in the power receiving side loop antenna 10 when an alternating current flows through the power receiving side helical coil 9. Are spaced apart from each other.
  • the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9 face each other with an interval in the axial direction, the power supply side helical coil 7 and the power reception system receive power.
  • the side helical coil 9 can electromagnetically resonate to supply power from the power feeding unit 3 to the power receiving unit 5 in a contactless manner.
  • the power when AC power is supplied to the feeding-side loop antenna 6, the power is sent to the feeding-side helical coil 7 by electromagnetic induction.
  • the power When power is sent to the power supply side helical coil 7, the power is wirelessly sent to the power receiving side helical coil 9 by magnetic field resonance.
  • the power is sent to the power receiving side loop antenna 10 by electromagnetic induction and supplied to a load connected to the power receiving side loop antenna 10.
  • the inventors change the capacities of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 according to the fluctuation of the inter-coil distance L 1 between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9.
  • the transmission characteristic S21 and the reflection characteristic S11 were measured.
  • the results are shown in FIGS.
  • the inter-coil distance L 1 and the capacities C of the feeding side and receiving side varactors 8 and 11 are set as shown in Table 1 below.
  • the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10 are 150 mm, and the power reception side and power supply side helical coils 7 and 9 are 7 turns. Yes.
  • the frequency of the efficiency can be kept constant by changing the capacities of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11. That is, even if the inter-coil distance L 1 varies, high efficiency can be obtained in the vicinity of the frequency of 8.1 MHz.
  • the inventors set the number of turns of the helical coils 7 and 9 on the power supply side and the power reception side to 3 and sets the resonance frequency to around 17 MHz, and the distance between the coils.
  • feeding side in accordance with a variation in L 1, were measured pass characteristic S21 and reflection characteristic S11 in a case of varying the power receiving side varactor 8,11.
  • the results are shown in FIGS. 5 and 9, the inter-coil distance L 1 and the capacities of the power feeding side and power receiving side varactors 8 and 11 are set as shown in Table 2 below.
  • the efficiency and frequency are kept constant by changing the capacities of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 even if the inter-coil distance L 1 varies. be able to. That is, even if the inter-coil distance L 1 varies, high efficiency can be obtained in the vicinity of a frequency of 17 MHz.
  • the power feeding system 1 is further installed on the road 2 side with a variable voltage source 12 that applies a voltage to both ends of the power feeding varactor 8.
  • the distance measuring unit 13 for measuring the inter-coil distance L 1 and the variable voltage source 12 so that a voltage corresponding to the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13 is applied to the power supply varactor 8.
  • a control unit 14 as adjusting means for controlling.
  • the variable voltage source 12 is provided with a variable applied voltage.
  • the distance measuring unit 13 for example, infrared rays or UWB radio is considered, by measuring the distance from the road 2 to the ventral portion of the car 4, determine the distance between the coils L 1 from the measured distance.
  • the control unit 14 is constituted by a CPU, for example.
  • the power supply system 1 further includes a variable voltage source 15 that applies a voltage to both ends of the power receiving side varactor 11, and a voltage corresponding to the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13. And a control unit 16 as adjustment means for controlling the variable voltage source 12 so as to be applied to the power supply varactor 8.
  • the variable voltage source 15 is provided with a variable applied voltage.
  • the control unit 16 is constituted by a CPU, for example.
  • the control unit 14 takes in the inter-coil distance L 1 obtained by the distance measurement unit 13.
  • the control unit 14 stores a table indicating the relationship between the inter-coil distance L 1 and the capacitance C of the power supply varactor 8 as shown in Tables 1 and 2 in a memory (not shown).
  • the control unit 14 reads the capacitance C of the power supply side varactor 8 corresponding to the inter-coil distance L 1 taken from the table, and controls the variable voltage source 12 so as to become the read capacitance C.
  • control unit 14 controls the AC power source V to multiplex a modulation signal such as AM, FM, PM or ASK, FSK, PSK or the like in the magnetic field during power transmission, and the coil obtained by the distance measurement unit 13 is transmitted to the signal.
  • the inter-coil distance L 1 is incorporated, and the inter-coil distance L 1 is transmitted to the automobile 4 side.
  • the control unit 16 takes in the inter-coil distance L 1 from the power transmitted to the power receiving side loop antenna 10.
  • a table indicating the relationship between the inter-coil distance L1 and the capacity C of the power receiving varactor 11 as shown in Tables 1 and 2 is described in a memory (not shown).
  • the control unit 16 reads the capacitance C of the power receiving varactor 11 corresponding to the inter-coil distance L 1 taken from the table, and controls the variable voltage source 15 so as to be the read capacitance C.
  • the power feeding side and the power receiving side varactors 8 and 11 in which the capacitance C is variably provided in both the power feeding side helical coil 7 and the power receiving side helical coil 9 are connected in parallel. Since the efficiency fluctuates when the capacity of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 is changed, the capacity of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 depends on the inter-coil distance L 1 between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9. Thus, even if the inter-coil distance L 1 between the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9 varies, it is possible to supply power with high efficiency.
  • the distance measuring unit 13 measures the inter-coil distance L 1 between the power feeding side helical coil 7 and the power receiving side helical coil 9, and the control units 14 and 16 measure the distance measuring unit 13.
  • the power receiving side in accordance with the distance between the coils L 1, since adjusting the capacitance C of the power feeding side varactor 8 and 11 automatically high inter-coil distance L 1 of the power feeding side Herukarukoiru 7 and the power receiving side Herukarukoiru 9 be varied
  • the capacity C can be adjusted so that power can be supplied with efficiency.
  • variations in the distance between the coils L 1 by the upper and lower suspension of a motor vehicle 4, luggage can supply power with high efficiency coil distance L 1 is varied by amount of the occupant.
  • the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13 is transmitted to the automobile 4 side, but the present invention is not limited to this.
  • the feeding side and receiving side varactors 8 and 11 are connected in parallel to both the feeding side helical coil 7 and the receiving side helical coil 9, but the present invention is limited to this. It is not a thing.
  • the power receiving side varactor 11 may be omitted, the power feeding side varactor 8 may be provided in parallel only to the power feeding side helical coil 7, and the capacity of the power feeding side varactor 8 may be adjusted.
  • the power receiving side varactor 8 may be eliminated, the power receiving side varactor 11 may be provided in parallel only to the power receiving side helical coil 9, and the capacity of the power receiving side varactor 11 may be adjusted.
  • the distance measuring section 13 power feeding side based on the distance between the coils L 1 measured by, had been adjusted power receiving side varactor 8,11
  • the present invention is limited to this It is not a thing.
  • the control units 14 and 16, the distance measurement unit 13, the power supply side varactor 8, and the variable voltage source 12 are eliminated from FIG. 1.
  • the variable voltage source 15 is adjusted so that the power receiving side varactor 11 has a value corresponding to the vehicle type, that is, the inter-coil distance L 1 , and thereafter the power receiving side varactor 11 is not adjusted without adjusting the variable power supply pressure 15.
  • the capacity C may be fixed. In this case as well, even if the inter-coil distance L 1 differs depending on the vehicle type, power can be fed with high efficiency using the common loop antennas 6 and 10 and the helical coils 7 and 9.
  • the capacities C of the power supply side and the power reception side varactors 8 and 11 are adjusted according to the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 13, but in the second embodiment, FIG.
  • a reflection measuring unit 18 for measuring the amount of reflection of the power receiving side helical coil 9 is provided on the vehicle 4 side, and the power feeding side varactor 8 is eliminated and only the power receiving side varactor 11 is provided.
  • the control unit 16 may adjust the capacitance C of the power receiving varactor 11 so that the reflection characteristic S21 measured by the reflection measurement unit 18 is improved.
  • the reflection measuring unit 18 described above is a device that measures the power sent to the power-receiving-side helical coil 9 and obtains the amount of reflection from the measured power. For example, a directional coupler or a circulator may be used. .
  • control unit 16 when the control unit 16 detects that the power supply from the power supply unit 3 is started from the power supplied to the power receiving side helical coil 9 measured by the reflection measurement unit 18, the control unit 16 starts capacity adjustment processing.
  • the control unit 16 takes in the reflection amount obtained by the reflection measurement unit 18 (step S1), and determines whether or not the reflection amount is equal to or less than a certain amount (step S2). If the amount of reflection is below a certain amount (Y in step S2), the control unit 16 returns to step S1 again. On the other hand, if the amount of reflection exceeds a certain amount (N in step S2), the control unit 16 controls the variable voltage source 15 to increase the capacitance C of the power receiving varactor 11 (step S3).
  • step S4 the control unit 16 takes in the reflection amount again (step S4), and determines whether or not the reflection amount has decreased as a result of moving in step S3 (step S5). If the amount of reflection has decreased (Y in Step S5), the control unit 16 determines whether or not the amount of reflection has become a certain amount or less as a result of the decrease in the amount of reflection (Step S6). If the amount of reflection is below a certain amount (Y in step S6), the control unit 16 returns to step S1 again.
  • step S6 if the amount of reflection exceeds a certain amount (N in step S6), the control unit 16 increases the capacity C of the power receiving side varactor 11 again (step S7). Thereafter, the control unit 16 captures the reflection amount again (step S8), and repeats the operation of step S7 until the captured reflection amount becomes a predetermined amount or less.
  • step S8 When the amount of reflection captured in step S8 is less than or equal to a certain amount (Y in step S9), the control unit 16 returns to step S1 again.
  • step S5 the control unit 16 conversely decreases the capacitance C of the power receiving side varactor 11 (step S10). Thereafter, the control unit 16 captures the reflection amount again (step S11), and repeats the operation of step S10 until the captured reflection amount becomes equal to or less than a predetermined amount.
  • step S11 the amount of reflection captured in step S11 becomes a certain amount or less (Y in step S12)
  • the control unit 16 returns to step S1 again. According to 2nd Embodiment mentioned above, it can be set as the magnitude
  • the electric power feeding side varactor 8 was lose
  • this invention is not limited to this.
  • the control unit 16 transmits an adjustment command by communication to the road 2 side without losing the power supply side varactor 8, and the power supply side varactor 8.
  • the capacity C of the power receiving side varactor 11 may be adjusted.
  • the varactor is used as the capacitor, but the present invention is not limited to this.
  • a variable condenser that adjusts the capacity by a mechanical operation may be used.
  • FIG. 10 is a diagram showing a power feeding system of the present invention in the third embodiment.
  • 11A and 11B are a schematic perspective view and a side view, respectively, showing the configuration of the power feeding system shown in FIG.
  • the difference between the first embodiment and the third embodiment is that the variable capacitors 8 and 11, the variable voltage sources 12 and 15, the distance measuring unit 13 and the control units 14 and 16 are different in the third embodiment.
  • the power receiving side loop antenna 10 is shown as a circular loop in FIG. 11 for ease of explanation, but in actuality, it is as shown in FIGS. 12, 14, and 15.
  • the configuration of the power receiving side loop antenna 10 shown in FIGS. 12, 14, and 15 will be described later.
  • the inventors of the present invention are the coil of the power supply side helical coil 7 and the power reception side helical coil 9. between the distance L 1 is fixed to 300 mm, the feed side, pass characteristic S21 and reflection when the antenna diameter R 11, R 12 of the power receiving side loop antenna 6, 10 (see FIG. 11) 103 mm, 85 mm, is changed from 75mm Characteristic S11 was measured. The results are shown in FIGS.
  • the coupling between the power supply unit 3 and the power reception unit 5 is changed in a sparse direction to increase loss and decrease. It has been found that the coupling changes in the dense direction and exhibits a bi-resonant characteristic. Therefore, when the inter-coil distance L 1 becomes short and the coupling becomes dense, the coupling is made sparse by increasing the antenna diameters R 11 and R 12 of the loop antennas 6 and 10 on the power feeding side and the power receiving side.
  • the coupling is made dense by reducing the antenna diameters R 11 and R 12 of the power-feeding side and power-receiving side loop antennas 6 and 10. It has been found that it is sufficient to control the operation in the vicinity of the boundary coupling.
  • the inventors of the present invention have a passage characteristic S21 and a reflection characteristic S11 when the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10 are changed according to the change in the inter-coil distance L 1.
  • the results are shown in FIGS. 15 and 16, the inter-coil distance L 1 and the antenna diameters R 11 and R 12 are set as shown in Table 3 below.
  • the power supply side and power reception side helical coils 7 and 9 have diameters R 21 and R 22 (see FIG. 11) of 294 mm, the number of turns is 6.5, The lengths L 21 and L 22 are 52 mm.
  • the efficiency and frequency can be kept constant by changing the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10. Can do. That is, even if the inter-coil distance L 1 varies, high efficiency can be obtained in the vicinity of the frequency of 13.3 MHz.
  • the inter-coil distance L 1 increases, the high-efficiency band tends to be narrowed. Therefore, when the inter-coil distance L 1 increases beyond a certain level, the efficiency decreases.
  • a certain frequency e.g., 13.3MHz
  • the use of the power-receiving-side helical coil 7 and 9, also the distance between the coils L 1 is varied, It was found that high efficiency can be maintained by changing the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10.
  • the inventors set the number of turns of the helical coils 7 and 9 on the power supply side and the power reception side to 3 and sets the resonance frequency to around 26 MHz, and the distance between the coils.
  • the passage characteristic S21 and the reflection characteristic S11 when the antenna diameters R 11 and R 12 of the power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10 were changed in accordance with the change of L 1 were measured.
  • the results are shown in FIGS. 17 and 18, the inter-coil distance L 1 and the antenna diameters R 11 and R 12 are set as shown in Table 4 below.
  • the efficiency and the frequency are kept constant by changing the diameters of the feeding side and receiving side loop antennas 6 and 10 even if the inter-coil distance L 1 varies. Can be kept in. That is, even if the inter-coil distance L 1 fluctuates, high efficiency can be obtained near the frequency of 26 MHz.
  • the inter-coil distance L 1 varies depending on the vehicle type (sports car Is low and RV is high). In general, therefore, it is conceivable to provide power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10 having different sizes for each vehicle type, but this increases the types of power supply side and power reception side loop antennas 6 and 10. There is a problem with cost.
  • power can be supplied with high efficiency using the common power receiving side loop antenna 10 regardless of the vehicle type, and therefore the number of types of power receiving side loop antennas 10 can be increased and cost reduction can be achieved.
  • a structure in which the size of the power receiving side loop antenna 10 is variable will be described later.
  • the distance between the coils L 1 is the differ depending on the model, provided in an automobile 4 It is desirable to change only the size of the power receiving side loop antenna 10 and to keep the size of the power feeding side loop antenna 6 provided on the road 2 side constant. Therefore, the inventors fixed the antenna diameter R 11 of the power supply side loop antenna 6 to 250 mm and changed the coil radius R 12 of the power reception side loop antenna 10 in accordance with the fluctuation of the inter-coil distance L 1.
  • the transmission characteristic S21 and the reflection characteristic S11 were measured. The results are shown in FIGS.
  • the antenna diameter R 11 of the power feeding side loop antenna 6 is fixed, the antenna diameter R 12 of the power receiving side loop antenna 10 is changed, so that even if the inter-coil distance L 1 varies, high efficiency is achieved. It turned out that power can be supplied with. In this case, it is necessary to increase the fluctuation values of the antenna diameters R 11 and R 12 compared to the case where the antenna diameters R 11 and R 12 of both the power supply side and the power reception side loop antennas 6 and 10 are changed. It is considered that the fluctuation range of the inter-coil distance L 1 becomes narrow. In addition, compared to the case where the antenna diameters R 11 and R 12 of both the power feeding side and power receiving side loop antennas 6 and 10 are changed, the bandwidth with high efficiency tends to be slightly narrowed.
  • the power receiving side loop antenna 10 includes L-shaped members 101 and 102 that divide a square loop into two.
  • the L-shaped members 101 and 102 are provided in the shape of a band plate having the same shape and the same size.
  • the L-shaped members 101 and 102 are in contact with each other so as to form a square loop.
  • the length L 3 that is, the size of the loop is made variable by moving the L-shaped members 101 and 102 on the diagonal line of the square loop as indicated by the arrow Y1. Can do.
  • the L-shaped members 101 and 102 are adjusted in length L 3 according to the vehicle type by moving the L-shaped members 101 and 102 along the arrow Y1 in the manufacturing stage. And in order to keep the electrical characteristics of the contact portion good, it is desirable to hold the portion where the L-shaped members 101 and 102 overlap each other with fingers or the like.
  • the efficiency and frequency can be kept constant even when the inter-coil distance L 1 varies, and it has been found that no adverse effect is exerted by the portion protruding from the loop.
  • the power receiving side loop antenna 10 is composed of two L-shaped members 101 and 102 provided in a band plate shape and an L shape, and is overlapped with each other so that a loop is formed.
  • the size of the power receiving side loop antenna 10 is variably provided, the present invention is not limited to this.
  • any member may be used as long as it is provided with a plurality of members that divide the loop and the size of the power receiving side loop antenna 10 can be changed by moving each member. May be provided, and these four members may be overlapped with each other so as to form a square loop, and the size of the power receiving side loop antenna 10 may be variably provided.
  • the power receiving side loop antenna 10 is composed of two L-shaped members 101 and 102, but in the fourth embodiment described above, as shown in FIG. It consists of members 103-106.
  • both ends of the L-shaped members 103 and 105 are provided thicker than the central portion, and further, a concave portion 10A that is concave toward the central portion is provided. Further, both ends of the L-shaped members 104 and 106 adjacent to the L-shaped members 104 and 106 are slidably inserted into the concave portion 10A. Thus, when both ends of the L-shaped members 104 and 106 are inserted into the recesses 10A provided at both ends of the L-shaped members 103 and 105, a square loop is formed.
  • the length L 3 of the square loop can be made variable by sliding both ends of the L-shaped portions 104 and 106 in the recess 10A. Also in this case, in order to keep the electrical characteristics of the contact portion good, it is desirable to hold both ends of the L-shaped members 103 and 105 into which both ends of the L-shaped members 104 and 106 are inserted by fingers or the like.
  • the power receiving side loop antenna 10 is composed of two L-shaped members 101 and 102, but in the fifth embodiment, as shown in FIG. And 108 constitute the power receiving loop antenna 10.
  • one ends of the semicircular arc members 107 and 108 are overlapped with each other and further connected by a hinge 10b in that state. That is, the semicircular arc members 107 and 108 are provided to be rotatable around the hinge 10b. Further, the other ends of the semicircular arc members 107 and 108 are simply overlapped as in the first embodiment described above.
  • a driving unit 17 as a driving unit such as a motor for driving the cylindrical members 101 to 106 and semicircular arc members 107 and 108
  • a distance measuring unit 18 as a distance measuring unit for measuring the inter-coil distance L 1.
  • the control unit 19 serving as drive control means such as a CPU controls the drive unit 17 so as to have a loop size corresponding to the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 18 to control these L-shaped members 101 ⁇ . It is also conceivable to drive 106 and semicircular arc members 107 and 108.
  • the L-shaped members 101 to 106 and the semicircular arc members 107 and 108 are driven in accordance with the inter-coil distance L 1 measured by the distance measuring unit 18, but in the fifth embodiment, 26, a reflection measurement unit 20 that measures the reflection amount of the power-receiving-side helical coil 9 is provided instead of the distance measurement unit 18, and the reflection characteristic S21 measured by the reflection measurement unit 20 by the control unit 19 is good. It is also conceivable to drive the L-shaped members 101 to 106 and the semicircular arc members 107 and 108 by controlling the drive unit 17 so as to be.
  • the above-described reflection measuring unit 20 is a device that measures the power sent to the power-receiving-side helical coil 9 and obtains the amount of reflection from the measured power.
  • a directional coupler or a circulator may be used. .
  • control unit 19 when the control unit 19 detects that the power supply from the power supply unit 3 is started from the power supplied to the power receiving side helical coil 9 measured by the reflection measurement unit 20, the control unit 19 starts a loop control process.
  • the control unit 19 takes in the reflection amount obtained by the reflection measurement unit 20 (step S13), and determines whether or not the reflection amount is equal to or less than a certain amount (step S14). If the amount of reflection is below a certain amount (Y in step S14), the control unit 19 returns to step S13 again.
  • control unit 19 controls the drive unit 17 to increase the loop in the direction of increasing the L-shaped members 101 to 106, semicircle.
  • the arcuate members 107 and 108 are moved (step S15).
  • control unit 19 takes in the reflection amount again (step S6), and determines whether or not the reflection amount has decreased as a result of moving in step S15 (step S17). If the amount of reflection has decreased (Y in step S17), the control unit 19 determines whether or not the amount of reflection has become a certain amount or less as a result of the decrease in the amount of reflection (step S18). If the amount of reflection is below a certain amount (Y in step S18), the control unit 19 returns to step S13 again.
  • step S18 the control unit 19 determines that the bond is too short coil distance L 1 is still tight
  • the drive unit 17 is controlled to move the L-shaped members 101 to 106 and the semicircular arc members 107 and 108 in the direction of increasing the loop (step S19).
  • the control unit 19 captures the reflection amount again (step S20), and repeats the operation of step S7 until the captured reflection amount becomes equal to or less than a predetermined amount.
  • the control unit 19 returns to step S13 again.
  • step S17 determines that the coupling coil distance L 1 is too long is the state of the sparse, conversely driver 17 is controlled to move the L-shaped members 101 to 106 and the semicircular arc members 107 and 108 in the direction of decreasing the loop (step S22). Thereafter, the control unit 19 captures the reflection amount again (step S23), and repeats the operation of step S10 until the captured reflection amount becomes a predetermined amount or less.
  • the control unit 19 returns to step S13 again.
  • the size can be automatically set so that power can be supplied with high efficiency.
  • the efficiency reduction due to the distance change is prevented, but the present invention is not limited to this.
  • the characteristic change due to the variation in the positional deviation x between the axis of the power supply side loop antenna 6 and the power supply side helical coil 7 and the axis of the power reception side loop antenna 10 and the power supply side helical coil 7 is also caused. Can respond.
  • the present inventors fixed the distance L 1 between the coils to 200 mm and corresponded to the variation of the lateral deviation x (FIG. 9), so that the length of the power receiving side loop antenna 10 shown in FIG. when the L 3 is varied to measure the reflection characteristic S21.
  • the results are shown in FIG.
  • the lateral deviation x and the length L 3 are set as shown in Table 6 below.
  • the efficiency and frequency can be kept constant by changing the sizes of the power-feeding and power-receiving-side loop antennas 6 and 10 even when a lateral shift x occurs. Therefore, according to the fifth embodiment described above, it is possible to cope with both fluctuations in the inter-coil distance L 1 and fluctuations in the lateral deviation by controlling the size of the loop so that the reflection amount becomes a certain amount or less. I understood.
  • the present invention is not limited thereto.
  • only the antenna diameter R 11 of the power supply side loop antenna 6 may be changed, or the antenna diameter R 12 of both the power reception side loop antenna 10 and the power supply side loop antenna 6 may be changed.
  • the above-described power supply system 1 is applied as a system for supplying power to the automobile 4, the present invention is not limited to this. You may make it apply to another system.
  • Power Supply System 3 Power Supply Unit (Power Supply Means) 5 Power receiving unit (power receiving means) 6 Feed-side loop antenna 7 Feed-side helical coil 8 Feed-side varactor (capacitor) 10 Power-receiving-side loop antenna 11 Power-receiving-side varactor (capacitor) 13 Distance measuring unit (distance measuring means) 14 Control unit (adjustment means) 16 Control unit (adjustment means) 18 Reflection measurement unit (reflection measurement means) 17 Drive unit (drive means) 18 Distance measuring unit (distance measuring means) 19 Control unit (drive control means) 101-106 L-shaped member (member) 107, 108 Semi-arc-shaped member (member)

Landscapes

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Abstract

本発明は、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９との間に距離の変動や横ズレが発生しても給電部３から受電部５へ高効率で電力を供給することができるようにした給電システムである。距離測定部１３が、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９のコイル間距離Ｌ1 を測定し、制御部１４、１６が、距離測定部１３により測定されたコイル間距離Ｌ1 に応じて給電側バラクタ８、受電側バラクタ１１の容量を調整する。

Description

給電システム
　本発明は、給電システムに係り、特に、給電コイルから受電コイルに非接触で電力を供給する給電システムに関するものである。
　上述した給電システムとして、例えば図２９に示すものが知られている（特許文献１、２）。同図に示すように、給電システム１は、給電手段としての給電部３と、受電手段としての受電部５と、を備えている。上記給電部３は、電力が供給される給電側ループアンテナ６と、給電側ループアンテナ６に電磁結合された給電側コイルとしての給電側ヘリカルコイル７と、が設けられている。上記給電側ループアンテナ６に電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル７に送られる。
　上記受電部５は、給電側ヘリカルコイル７と電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル９と、この受電側ヘリカルコイル９に電磁結合された受電側ループアンテナ１０と、が設けられている。給電側ヘリカルコイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル９にワイヤレスで送られる。
　さらに、受電側ヘリカルコイル９に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ１０に送られて、この受電側ループアンテナ１０に接続された負荷に供給される。上述した給電システム１によれば、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９との電磁共鳴により非接触で給電側からの電力を受電側に供給することができる。
　そして、上述した受電部５を自動車に設け、給電部３を道路などに設けることにより、上述した給電システム１を利用してワイヤレスで自動車に搭載された負荷に電力を供給することが考えられている。
　ところで、上述した自動車に設けられた受電部５と道路に設けられた給電部３との距離は、自動車の車種によって異なる。即ち、受電部５の受電側ヘリカルコイル９と給電部３の給電側ヘリカルコイル７とのコイル間距離Ｌ1も、自動車の車種によって異なる。例えば、スポーツカーなどの車高の低い車に受電部５を設けると、上記コイル間距離Ｌ1は短くなり、ＲＶ車などの車高の高い車に受電部５を設けると、上記コイル間距離Ｌ1が長くなる。
　次に、本発明者らは、上述した図２９に示す給電システム１の給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ1を１００ｍｍ～４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナ１０の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図３０～図３２に示す。
　図３０からも分かるように、上述した給電システム１ではコイル間距離Ｌ1が変化すると、通過特性Ｓ２１が変動してしまう。その主な原因は、図３１及び図３２に示されるように、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９との整合のずれである。
　詳しく説明すると、給電側ループアンテナ６、受電側ループアンテナ１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を２０６ｍｍとすると、上記コイル間距離Ｌ1が２００ｍｍのときは臨界結合に近い状態であるが、それよりもコイル間距離Ｌ1が短くなると給電部３と受電部５との結合が密となり、双共振特性を示すため、通過特性Ｓ２１が１となる周波数が変化する。
　従って、動作周波数を１３．５ＭＨｚ付近で固定した場合、コイル間距離Ｌ1が２００ｍｍのときは通過特性Ｓ２１がほぼ１であり高効率であるが、コイル間距離Ｌ1が１００ｍｍに変動すると通過特性Ｓ２１が０．６５に低下して損失が増加してしまう。
　これに対して、コイル間距離Ｌ1が長くなると給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９との結合が疎となり、互いのインピーダンス整合が取れず、通過特性Ｓ２１が低下して損失が増加してしまう。
　以上のことから明らかなように、コイル間距離Ｌ1が変動すると給電部３から受電部５への給電効率が変動して損失が増大してしまう、という問題があった。また、図９に示すように、給電側ループアンテナ６、給電側ヘリカルコイル７と、受電側ループアンテナ１０、受電側ヘリカルコイル９と、の軸がずれる横ズレｘが発生したときも、給電部３から受電部５への給電効率が変動して損失が増大してしまう、という問題があった。
特開２０１０－１２４５２２号公報 特開２０１０－６８６５７号公報
　そこで、本発明は、給電側ヘリカルコイルと受電側ヘリカルコイルとの距離の変動や横ズレが発生しても給電部から受電部への高効率で電力を供給することができる給電システムを提供することを課題とする。
　上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続された容量が可変に設けられたキャパシタをさらに備えたことを特徴とする給電システムに存する。
　請求項２記載の発明は、前記給電側コイル及び前記受電側コイルの距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段により測定した距離に応じて前記キャパシタの容量を調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の給電システムに存する。
　請求項３記載の発明は、前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記キャパシタの容量を調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の給電システムに存する。
　請求項４記載の発明は、電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら前記複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設けたことを特徴とする給電システムに存する。
　請求項５記載の発明は、前記複数の部材が、ループを形成するように互いに重ねられて接触されていることを特徴とする請求項４に記載の給電システムに存する。
　請求項６記載の発明は、前記複数の部材のうち少なくとも一つの端部に中央に向かって凹となる凹部が設けられ、前記凹部が設けられた部材に隣接する部材の端部が、前記凹部にスライド自在に挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の給電システムに存する。
　請求項７記載の発明は、前記複数の部材を駆動する駆動手段と、前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段により測定した距離に応じたループの大きさとなるように前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項４～６何れか１項に記載の給電システムに存する。
　請求項８記載の発明は、前記複数の部材を駆動する駆動手段と、前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項４～６何れか１項に記載の給電システムに存する。
　以上説明したように請求項１記載の発明によれば、給電側コイル及び受電側コイルの少なくとも一方に容量が可変に設けたキャパシタを並列に接続した。キャパシタの容量を変えると効率が変動するため、給電側コイル及び受電側コイルの距離や横ズレに応じてキャパシタの容量を変えることにより、給電側コイル及び受電側コイルの距離が変動や横ズレが発生しても高効率で電力を供給することができる。
　請求項２記載の発明によれば、距離測定手段が、給電側コイル及び受電側コイルの距離を測定し、調整手段が、距離測定手段により測定した距離に応じて前記キャパシタの容量を調整するので、給電側コイル及び受電側コイルの距離が変動しても自動的に高効率で電力を供給できるような容量に調整することができる。
　請求項３記載の発明によれば、反射測定手段が、受電側コイルの反射量を測定し、調整手段が、反射測定手段により測定した反射量に応じてキャパシタの容量を調整するので、給電側コイル及び受電側コイルの距離の変動及び横ズレの発生しても自動的に高効率で電力を供給できるような容量に調整することができる。
　請求項４記載の発明によれば、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設けた。ループの大きさを変えると効率が変動するため、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離や横ズレに応じてループの大きさを変えることにより、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離が変動や横ズレが発生しても高効率で電力を供給することができる。
　請求項５記載の発明によれば、複数の部材の両端部が、互いに重ねられて接触されているので、簡単な構成で複数の部材の接触位置を変えることができる。
　請求項６記載の発明によれば、複数の部材のうち少なくとも一つの端部に中央に向かって凹となる凹部が設けられ、凹部が設けられた部材に隣接する部材の端部が、凹部にスライド自在に挿入されているので、簡単な構成で複数の部材の接触位置を変えることができる。
　請求項７記載の発明によれば、距離測定手段が、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離を測定し、駆動制御手段が、距離測定手段により測定した距離に応じたループの大きさとなるように駆動手段を制御して複数の部材を駆動するので、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離が変動しても自動的に高効率で電力を供給できるようなループの大きさにすることができる。
　請求項８記載の発明によれば、反射測定手段が、受電側コイルの反射量を測定し、駆動制御手段が、反射測定手段により測定した反射量に応じて駆動手段を制御して複数の部材を駆動するので、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離の変動及び横ズレの発生しても自動的に高効率で電力を供給できるようなループの大きさにすることができる。
第１実施形態における本発明の給電システムを示す図である。 図１に示す給電システムの構成を示す斜視図である。 図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を８．１ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を８．１ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。 図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を１７ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を１７ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側バラクタの容量を変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。 第２実施形態における本発明の給電システムを示す図である。 図７に示す給電システムを構成する制御部の処理手順を説明するためのフローチャートである。 横ズレｘを説明するための説明図である。 第３実施形態における本発明の給電システムを示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１０に示す給電システムの構成を示す概略斜視図及び側面図である。 図１０に示す給電システムのコイル間距離Ｌ1を３００ｍｍに固定し、給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 図１０に示す給電システムのコイル間距離Ｌ1を３００ｍｍに固定し、給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。 図１０に示す給電システムのコイル間距離Ｌ1を３００ｍｍに固定し、給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すスミスチャートである。 図１０に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を１３．３ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変動させた場合の受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 図１０に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を１３．３ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変動させた場合の受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。 図１０に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を２６ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 図１０に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を２６ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。 図１０に示す給電システムの給電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11を２５０ｍｍに固定し、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ12のみを変化させた場合の通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 給電側ループアンテナの径を２５０ｍｍに固定し、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ12みを変化させた場合の反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。 第３実施形態における受電側ループアンテナの詳細上面図である。 図１０に示す給電システムにおいて、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて図２１に示す受電側ループアンテナの長さＬ3を変化させた場合の通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 （Ａ）は、第４実施形態における受電側ループアンテナの上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩ－Ｉ線断面図である。 第５実施形態における受電側ループアンテナの上面図である。 第６実施形態における給電システムを示す図である。 第７実施形態における給電システムを示す図である。 図２６に示す給電システムを構成する制御部の処理手順を説明するためのフローチャートである。 コイル間距離Ｌ1を２００ｍｍに固定して横ズレｘの変動に対応して、図２１に示す受電側ループアンテナ１０の長さＬ3を変動させた場合に、反射特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 従来の給電システムの一例を示す斜視図である。 図２９に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ1を１００ｍｍ～４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。 図２９に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ1を１００ｍｍ～４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。 図２９に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ1を１００ｍｍ～４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すスミスチャートである。
第１実施形態
　以下、本発明の給電システムを図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態における本発明の給電システムを示す図である。図２は、図１に示す給電システムの構成を示す斜視図である。同図に示すように、給電システム１は、道路２上などに設けられた給電手段としての給電部３と、自動車４の腹部分などに設けられた受電手段としての受電部５と、を備えている。
　上記給電部３は、図１及び図２に示すように、電力が供給される給電側ループアンテナ６と、給電側ループアンテナ６に電磁結合された給電側コイルとしての給電側ヘリカルコイル７と、給電側ヘリカルコイル７に並列接続されたキャパシタとしての給電側バラクタ８と、が設けられている。この給電側ループアンテナ６は、円ループ状に設けられていて、その軸が道路２から自動車４の腹部分に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。上述した給電側ループアンテナ６には、交流電源Ｖから交流電力が供給されている。
　上記給電側ヘリカルコイル７は、例えば巻線を給電側ループアンテナ６の径よりも大きな径のコイル状に巻いて構成されている。給電側ヘリカルコイル７は、上記給電側ループアンテナ６の自動車４側に、給電側ループアンテナ６と同軸上に配置されている。本実施形態では、給電側ループアンテナ６は、給電側ヘリカルコイル７の最も自動車４から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。
　これにより、給電側ループアンテナ６と給電側ヘリカルコイル７とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、給電側ループアンテナ６に交流電力が供給されて、交流電流が流れると給電側ヘリカルコイル７に誘導電流が発生するような範囲内で、互いに離間して設けられている。上記給電側バラクタ８は、両端に印加される電圧に応じて容量が変化するダイオードである。
　上記受電部５は、給電側ヘリカルコイル７と電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル９と、この受電側ヘリカルコイル９に電磁結合された受電側ループアンテナ１０と、受電側ループアンテナ１０に並列接続された受電側バラクタ１１と、が設けられている。上記受電側ループアンテナ１０には、図示しない車載バッテリなどの負荷が接続されている。また、受電側ループアンテナ１０は、ループ状に設けられていて、その軸が自動車４の腹部分から道路２に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。
　上記受電側ヘリカルコイル９は、給電側ヘリカルコイル７と同一に設けられていて、給電側、受電側ループアンテナ６、１０の径よりも大きな径のコイルから成る。また、受電側ヘリカルコイル９は、上記受電側ループアンテナ１０の道路２側に、受電側ループアンテナ１０と同軸上に配置されている。本実施形態では、受電側ループアンテナ１０は、受電側ヘリカルコイル９の最も道路２から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。
　これにより、受電側ループアンテナ１０と受電側ヘリカルコイル９とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、受電側ヘリカルコイル９に交流電流が流れると受電側ループアンテナ１０に誘導電流が発生する範囲内に、互いに離間して設けられている。
　上述した給電システム１によれば、自動車４が給電部３に近づいて給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９とが軸方向に間隔を空けて対向したときに、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９とが電磁共鳴して給電部３から受電部５に非接触で電力を供給できる。
　詳しく説明すると、上記給電側ループアンテナ６に交流電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル７に送られる。給電側ヘリカルコイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル９にワイヤレスで送られる。さらに、受電側ヘリカルコイル９に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ１０に送られて、この受電側ループアンテナ１０に接続された負荷に供給される。
　次に、給電システム１の詳細な構成を説明する前に、本発明の原理について説明する。まず、本発明者らは、上記給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９との間のコイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側、受電側バラクタ８、１１の容量を変化させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図３及び図４に示す。図３及び図４の測定において、コイル間距離Ｌ1と給電側、受電側バラクタ８、１１の容量Ｃとは下記に示す表１のように設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、図３及び図４に示す測定においては、給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を１５０ｍｍ、受電側、給電側ヘリカルコイル７、９の巻数を７巻きとしている。
　同図に示すようにコイル間距離Ｌ1が変動しても給電側、受電側バラクタ８、１１の容量を変化させることで、効率を周波数を一定に保つことができる。即ち、コイル間距離Ｌ1が変動しても周波数８．１ＭＨｚ付近で高効率を得ることができる。
　また、本発明者らは、共振周波数が変わっても上記特性が得られるか調べるべく、給電側、受電側ヘリカルコイル７、９の巻数を３にして共振周波数を１７ＭＨｚ付近にして、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側、受電側バラクタ８、１１を変動させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図５及び図６に示す。図５及び図９の測定において、コイル間距離Ｌ1と給電側、受電側バラクタ８、１１の容量とは下記に示す表２のように設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、図５及び図６に示す測定において、給電側、受電側ヘリカルコイル７、９の巻線以外のパラメータは図３及び図４と同じである。
　同図に示すように共振周波数を１７ＭＨｚにした場合も、コイル間距離Ｌ1が変動しても給電側、受電側バラクタ８、１１の容量を変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができる。即ち、コイル間距離Ｌ1が変動しても周波数１７ＭＨｚ付近で高効率を得ることができる。
　次に、再び給電システム１の構成について話を戻すと、給電システム１はさらに、図１に示すように、給電側バラクタ８の両端に電圧を印加する可変電圧源１２と、道路２側に設置された上記コイル間距離Ｌ1を測定する距離測定部１３と、距離測定部１３により測定されたコイル間距離Ｌ1に応じた電圧が給電側バラクタ８に印加されるように可変電圧源１２を制御する調整手段としての制御部１４と、を備えている。
　上記可変電圧源１２は、印加電圧が可変に設けられている。上記距離測定部１３としては、例えば、赤外線やＵＷＢ無線などが考えられ、道路２から自動車４の腹部分までの距離を測定して、測定した距離からコイル間距離Ｌ1を求める。上記制御部１４は例えばＣＰＵから構成されている。
　また、給電システム１はさらに、図１に示すように、受電側バラクタ１１の両端に電圧を印加する可変電圧源１５と、距離測定部１３により測定されたコイル間距離Ｌ1に応じた電圧が給電側バラクタ８に印加されるように可変電圧源１２を制御する調整手段としての制御部１６と、を備えている。上記可変電圧源１５は、印加電圧が可変に設けられている。上記制御部１６は例えばＣＰＵから構成されている。
　次に、上述した給電システム１の動作について説明する。まず、制御部１４は、距離測定部１３により求められたコイル間距離Ｌ1を取り込む。例えば、制御部１４には、図示しないメモリ内に表１、表２に示すようなコイル間距離Ｌ1と給電側バラクタ８の容量Ｃとの関係を示すテーブルが記録されている。制御部１４は、そのテーブルから取り込んだコイル間距離Ｌ1に対応する給電側バラクタ８の容量Ｃを読み込んで、その読み込んだ容量Ｃになるように可変電圧源１２を制御する。
　さらに、制御部１４は、交流電源Ｖを制御して電力伝送時に磁界にＡＭ、ＦＭ、ＰＭあるいはＡＳＫ、ＦＳＫ、ＰＳＫ等の変調信号を多重し、その信号に距離測定部１３によって求められたコイル間距離Ｌ1を組み入れて、自動車４側にコイル間距離Ｌ1を送信する。制御部１６は、受電側ループアンテナ１０に伝送された電力からコイル間距離Ｌ1を取り込む。制御部１６には、図示しないメモリ内に表１、表２に示すようなコイル間距離Ｌ１と受電側バラクタ１１の容量Ｃとの関係を示すテーブルが記載されている。制御部１６は、そのテーブルから取り込んだコイル間距離Ｌ1に対応する受電側バラクタ１１の容量Ｃを読み込んだ、その読み込んだ容量Ｃとなるように可変電圧源１５を制御する。
　上述した給電システム１によれば、給電側ヘリカルコイル７及び受電側ヘリカルコイル９の両者に容量Ｃが可変に設けた給電側、受電側バラクタ８、１１をそれぞれ並列に接続した。給電側、受電側バラクタ８、１１の容量を変えると効率が変動するため、給電側ヘリカルコイル７及び受電側ヘルカルコイル９のコイル間距離Ｌ1に応じて給電側、受電側バラクタ８、１１の容量を変えることにより、給電側ヘリカルコイル７及び受電側ヘルカルコイル９のコイル間距離Ｌ1が変動しても高効率で電力を供給することができる。
　また、上述した給電システム１によれば、距離測定部１３が、給電側ヘルカルコイル７及び受電側ヘリカルコイル９のコイル間距離Ｌ1を測定し、制御部１４、１６が、距離測定部１３により測定したコイル間距離Ｌ1に応じて受電側、給電側バラクタ８、１１の容量Ｃを調整するので、給電側ヘルカルコイル７及び受電側ヘルカルコイル９のコイル間距離Ｌ1が変動しても自動的に高効率で電力を供給できるような容量Ｃに調整することができる。これにより、自動車４のサスペンションの上下によるコイル間距離Ｌ1の変動、荷物、乗員の多寡によってコイル間距離Ｌ1が変動しても高効率で電力が供給できる。
　なお、上述した第１実施形態では、自動車４側に距離測定部１３が測定したコイル間距離Ｌ1を送信していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、上記コイル間距離Ｌ1に応じた受電側バラクタ１１の容量Ｃを送信するようにしてもよい。
　なお、上述した第１実施形態では、給電側ヘリカルコイル７及び受電側ヘリカルコイル９の両コイルに並列に給電側、受電側バラクタ８、１１を接続していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、受電側バラクタ１１を無くして、給電側ヘリカルコイル７のみに並列に給電側バラクタ８を設けて、この給電側バラクタ８の容量を調整するようにしてもよい。また、給電側バラクタ８を無くして、受電側ヘリカルコイル９のみに並列に受電側バラクタ１１を設けて、この受電側バラクタ１１の容量を調整するようにしてもよい。
　また、上述した第１実施形態によれば、距離測定部１３により測定したコイル間距離Ｌ1に基づいて給電側、受電側バラクタ８、１１を調整していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図１から制御部１４、１６、距離測定部１３、給電側バラクタ８、可変電圧源１２を無くす。そして、製造段階で、受電側バラクタ１１が車種、即ちコイル間距離Ｌ1に応じた値になるように可変電圧源１５を調整して、その後は可変電源圧１５を調整しないで受電側バラクタ１１の容量Ｃを固定するようにしてもよい。この場合も車種によってコイル間距離Ｌ1が異なっても共通のループアンテナ６、１０、ヘリカルコイル７、９を用いて高効率で給電を行うことができる。
第２実施形態
　次に、第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、距離測定部１３により測定したコイル間距離Ｌ1に応じて給電側、受電側バラクタ８、１１の容量Ｃを調整していたが、第２実施形態では、図３に示すように、距離測定部１１の代わりに自動車４側に受電側ヘリカルコイル９の反射量を測定する反射測定部１８を設けると共に、給電側バラクタ８を無くして受電側バラクタ１１のみを設けて、制御部１６により、反射測定部１８で測定した反射特性Ｓ２１が良くなるように受電側バラクタ１１の容量Ｃを調整することも考えられる。なお、上述した反射測定部１８は、受電側ヘリカルコイル９に送られる電力を測定して、測定した電力から反射量を求める装置であり、例えば、方向性結合器やサーキュレータを用いることが考えられる。
　次に、上述した制御部１６の詳細な動作について図８を参照して以下説明する。まず、制御部１６は、反射測定部１８で測定した受電側ヘリカルコイル９に供給される電力から給電部３からの給電が開始されたことを検出すると、容量調整処理を開始する。まず、制御部１６は、反射測定部１８が求めた反射量を取り込み（ステップＳ１）、反射量が一定量以下か否かを判定する（ステップＳ２）。反射量が一定量以下であれば（ステップＳ２でＹ）、制御部１６は再びステップＳ１に戻る。これに対して、反射量が一定量を超えていれば（ステップＳ２でＮ）、制御部１６は、可変電圧源１５を制御して受電側バラクタ１１の容量Ｃを大きくする（ステップＳ３）。
　次に、制御部１６は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ４）、ステップＳ３で動かした結果、反射量が減少したか否かを判定する（ステップＳ５）。反射量が減少していれば（ステップＳ５でＹ）、制御部１６は、反射量が減少した結果、反射量が一定量以下になったか否かを判定する（ステップＳ６）。反射量が一定量以下であれば（ステップＳ６でＹ）、制御部１６は再びステップＳ１に戻る。
　これに対して、反射量が一定量を超えていれば（ステップＳ６でＮ）、制御部１６は、再び受電側バラクタ１１の容量Ｃを大きくする（ステップＳ７）。その後、制御部１６は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ８）、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップＳ７の動作を繰り返す。ステップＳ８で取り込んだ反射量が一定量以下になると（ステップＳ９でＹ）、制御部１６は再びステップＳ１に戻る。
　これに対して、反射量が減少していなければ（ステップＳ５でＮ）、制御部１６は、逆に受電側バラクタ１１の容量Ｃを小さくする（ステップＳ１０）。その後、制御部１６は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ１１）、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップＳ１０の動作を繰り返す。ステップＳ１１で取り込んだ反射量が一定量以下になると（ステップＳ１２でＹ）、制御部１６は再びステップＳ１に戻る。上述した第２実施形態によれば、自動的に高効率で電力を供給できるような大きさにすることができる。
　上述した第１実施形態では、距離変化による効率低下を防ぐようにしていたが、第２実施形態では、反射量に応じているため、図９に示すように、給電側ループアンテナ６及び給電側ヘリカルコイル７の軸と、受電側ループアンテナ１０及び給電側ヘリカルコイル７の軸と、の位置ズレｘの変動と距離変動の両者に対応することができる。
　なお、上述した第２実施形態によれば、給電側バラクタ８を無くしていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、自動車４と道路２とが互いに通信できるようなシステムにおいては、給電側バラクタ８をなくさずに、制御部１６が、道路２側に通信により調整命令を送信して、給電側バラクタ８、受電側バラクタ１１の両者の容量Ｃを調整できるようにしてもよい。
　また、上述した実施形態によれば、キャパシタとして、バラクタを用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、機械的な操作によって容量を調整するバリコンなどを用いてもよい。
第３実施形態
　次に、第３実施形態における本発明の給電システムを図面に基づいて説明する。図１０は、第３実施形態における本発明の給電システムを示す図である。図１１（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１０に示す給電システムの構成を示す概略斜視図及び側面図である。同図において、図１について上述した第１実施形態に示す給電システムと同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。同図に示すように、第１実施形態と第３実施形態とで異なる点は、第３実施形態では可変コンデンサ８、１１、可変電圧源１２、１５、距離測定部１３及び制御部１４、１６が設けられていない点と、受電側ループアンテナ１０の構成である。なお、受電側ループアンテナ１０は、図１１では説明を簡単にするために円ループで示しているが、実際には図１２、図１４及び図１５のようになっている。この図１２、図１４及び図１５に示す受電側ループアンテナ１０の構成については後述する。
　次に、上述した給電システム１の詳細な構成を説明する前に、本発明の給電システム１の原理について説明する。まず、本発明者らは、給電側、受電側ループアンテナ６、１０の径変動が通過特性Ｓ２１、反射特性Ｓ１１に与える影響を調べるべく、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル９とのコイル間距離Ｌ1を３００ｍｍに固定し、給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12（図１１参照）を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図１２～図１４に示す。同図に示すように、給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変化させると、コイル間距離Ｌ1は固定であっても通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１が変化することが分かった。
　詳しくは、給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を大きくすると、給電部３と受電部５との結合は疎の方向に変化して損失が増大し、小さくすると結合は密の方向に変化して、双共振特性を示すことが分かった。このことから、コイル間距離Ｌ1が短くなって結合が密になった場合には、給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を大きくすることで結合を疎の方向に、コイル間距離Ｌ1が長くなって結合が疎になった場合には、給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を小さくすることで結合を密の方向に制御し、境界結合付近で動作させればよいことが分かった。
　次に、本発明者らは、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変動させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図１５及び図１６に示す。図１５及び図１６に示す測定において、コイル間距離Ｌ1とアンテナ径Ｒ11、Ｒ12とは下記に示す表３のように設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　なお、上述した図１２～図１６に示す測定において、給電側、受電側ヘリカルコイル７、９としては、その径Ｒ21、Ｒ22（図１１参照）が２９４ｍｍ、巻数が６．５巻、長さＬ21、Ｌ22が５２ｍｍのものを用いている。
　同図に示すように、コイル間距離Ｌ1が変動しても給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができる。即ち、コイル間距離Ｌ1が変動しても周波数１３．３ＭＨｚ付近で高効率を得ることができる。
　ただし、コイル間距離Ｌ1が広がるに従って、高効率となる帯域は狭くなる傾向があるため、コイル間距離Ｌ1が一定以上広がると効率も低下する。このことにより、ある周波数（例えば１３．３ＭＨｚ）で高効率が得られるように最適に設計された給電側、受電側ヘリカルコイル７、９を用いれば、コイル間距離Ｌ1が変動しても、給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変化させることで、高効率を保てることが分かった。
　また、本発明者らは、共振周波数が変わっても上記特性が得られるか調べるべく、給電側、受電側ヘリカルコイル７、９の巻数を３にして共振周波数を２６ＭＨｚ付近にして、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて給電側、受電側ループアンテナ６、１０のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変動させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図１７及び図１８に示す。図１７及び図１８の測定において、コイル間距離Ｌ1とアンテナ径Ｒ11、Ｒ12とは下記に示す表４のように設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　なお、図１７及び図１８に示す測定において、給電側、受電側ヘリカルコイル７、９の巻数を３巻としたため、その長さＬ21、Ｌ22が２４ｍｍとなったが、その他のパラメータは図１２～図１６と同じである。
　同図に示すように、共振周波数を２６ＭＨｚにした場合も、コイル間距離Ｌ1が変動しても給電側、受電側ループアンテナ６、１０の径を変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができる。即ち、コイル間距離Ｌ1が変動しても周波数２６ＭＨｚ付近で高効率を得ることができる。
　従来でも説明したように、例えば、道路２に設置された給電部３から自動車４の腹部分に設置された受電部５に給電する場合に、そのコイル間距離Ｌ1は車種によって異なる（スポーツカーは低く、ＲＶ車は高い）。そこで、一般的には、車種毎に異なる大きさの給電側、受電側ループアンテナ６、１０を設けることが考えられるが、これは給電側、受電側ループアンテナ６、１０の種類が増えてしまい、コスト的に問題がある。
　本実施形態では、ループの大きさを可変に設けた受電側ループアンテナ１０を用いて、例えば製造段階で高効率が得られるような大きさに調整した受電側ループアンテナ１０を備えた受電部５を取り付ける。これにより、車種を問わず共通の受電側ループアンテナ１０を用いて高効率で給電を行うことができるので、受電側ループアンテナ１０の種類が増えることなく、コストダウンを図ることができる。この受電側ループアンテナ１０の大きさを可変とする構造については後述する。
　上述したように道路２に設置された給電部３から自動車４の腹部分に設置された受電部５に給電し、そのコイル間距離Ｌ1が車種によって異なる場合には、自動車４に設けられた受電側ループアンテナ１０の大きさだけを変化させて、道路２側に設けた給電側ループアンテナ６については大きさについては一定にしておくことが望ましい。そこで、本発明者らは、給電側ループアンテナ６のアンテナ径Ｒ11を２５０ｍｍに固定し、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて受電側ループアンテナ１０のコイル半径Ｒ12みを変化させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図１９及び図２０に示す。
　同図に示すように、給電側ループアンテナ６のアンテナ径Ｒ11を固定しても受電側ループアンテナ１０のアンテナ径Ｒ12を変化させることにより、コイル間距離Ｌ1が変動しても高効率で給電することができることが分かった。この場合、給電側、受電側ループアンテナ６、１０の両者のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変化させる場合に比べて、アンテナ径Ｒ11、Ｒ12の変動値が大きく必要となるため、対応可能なコイル間距離Ｌ1の変動幅は狭くなると考えられる。また、給電側、受電側ループアンテナ６、１０の両者のアンテナ径Ｒ11、Ｒ12を変化させる場合に比べて、高効率となる帯域幅もやや狭くなる傾向がある。
　次に、本発明の受電側ループアンテナ１０の詳細な構成について図２１を参照して説明する。図２１に示すように、受電側ループアンテナ１０は、四角ループを２つに分割するＬ字状部材１０１、１０２から構成されている。Ｌ字状部材１０１、１０２は、互いに同じ形、同じ大きさの帯板状に設けられている。これらＬ字状部材１０１、１０２は、四角ループが形成されるように互いに重ねて接触されている。この受電側ループアンテナ１０によれば、Ｌ字状部材１０１、１０２を矢印Ｙ１に示すように四角ループの対角線上に動かすことにより、その長さＬ3、即ちループの大きさを可変にすることができる。
　これらＬ字状部材１０１、１０２は、製造段階においてＬ字状部材１０１、１０２を矢印Ｙ１に沿って動かすことにより車種に応じて長さＬ3が調整される。そして、接触部分の電気特性を良好に保つために、フィンガなどによりＬ字状部材１０１、１０２が互いに重なっている部分を挟んで保持することが望ましい。
　上述した図２１に示す受電側ループアンテナ１０の場合、ループから飛び出した部分が特性に悪影響を与えることが懸念される。そこで、本発明者らは、その悪影響について調べるべく、コイル間距離Ｌ1の変動に応じて図２１に示す受電側ループアンテナ１０の長さＬ3を変動させた場合の通過特性Ｓ２１を測定した。結果を図２２に示す。図２２の測定において、コイル間距離Ｌ1と長さＬ3とは下記の表５に示すように設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　同図からも明らかなように、コイル間距離Ｌ1が変動しても効率、周波数を一定に保つことができ、ループから飛び出した部分によって何ら悪影響が与えられないことが分かった。
　なお、上述した実施形態では、受電側ループアンテナ１０を帯板状、かつ、Ｌ字状に設けた２つのＬ字状部材１０１、１０２から構成して、ループができるように互いに重ねることにより、受電側ループアンテナ１０の大きさを可変に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。受電側ループアンテナ１０としては、ループを分割する複数の部材から設けられていて、各部材を動かすことにより受電側ループアンテナ１０の大きさが変えられるものであればよく、例えば、直線状の部材を４つ設けて、これら４つの部材を四角ループができるように互いに重ねて、受電側ループアンテナ１０の大きさを可変に設けてもよい。
第４実施形態
　次に、第４実施形態について説明する。第３実施形態と第４実施形態とで大きく異なる点は、受電側ループアンテナ１０の構成である。上述した第３実施形態では、受電側ループアンテナ１０は２つのＬ字状部材１０１、１０２から構成されていたが、上述した第４実施形態では、図２３に示すように、４つのＬ字状部材１０３～１０６から構成されている。
　上記Ｌ字状部材１０３、１０５は、その両端が中央部分よりも厚く設けられ、さらに中央部分に向かって凹となる凹部１０Ａが設けられている。また、上記Ｌ字状部材１０４、１０６に隣接するＬ字状部材１０４、１０６の両端は、上記凹部１０Ａにスライド可能に挿入されている。このように、Ｌ字状部材１０４、１０６の両端をＬ字状部材１０３、１０５の両端に設けた凹部１０Ａ内に挿入すると、四角ループが形成される。
　また、凹部１０Ａ内でＬ字状部１０４、１０６の両端をスライドすることにより、四角ループの長さＬ3を可変にすることができる。この場合も、接触部分の電気特性を良好に保つために、フィンガなどによりＬ字状部材１０４、１０６の両端が挿入されたＬ字状部材１０３、１０５の両端を挟んで保持することが望ましい。
第５実施形態
　次に、第５実施形態について説明する。第３実施形態と第５実施形態とで大きく異なる点は、受電側ループアンテナ１０の構成である。上述した第４実施形態では、受電側ループアンテナ１０は２つのＬ字状部材１０１、１０２から構成されていたが、第５実施形態では、図２４に示すように、２つの半円弧状部材１０７及び１０８から受電ループアンテナ１０が構成されている。
　また、半円弧状部材１０７及び１０８の一端は、互いに重ねられ、さらにその状態で蝶番１０ｂにより連結されている。即ち、半円弧状部材１０７及び１０８は、蝶番１０ｂを中心に回転可能に設けられている。また、半円弧状部材１０７及び１０８の他端は、上述した第１実施形態と同様に単に重ねられている。
　以上の構成によれば、半円弧状部材１０７の他端を図面左側、半円弧状部材１０８の他端を図面右側に動かすと、円ループの大きさが小さくなり、逆に、半円弧状部材１０７の他端を図面右側、半円弧状部材１０８の他端を図面左側に動かすと、円ループの大きさが大きくなる。この場合も、接触部分の電気特性を良好に保つために、フィンガなどにより半円弧状部材１０４、１０６の互いに重ねられた両端を挟んで保持することが望ましい。
第６実施形態
　次に、第６実施形態について説明する。上述した実施形態では、製造段階で車種毎に受電側ループアンテナ１０の大きさを調整していたが、第６実施形態では、図２５に示すように、受電側ループアンテナ１０を構成するＬ字状部材１０１～１０６や半円弧状部材１０７、１０８をそれぞれ駆動するモータなどの駆動手段としての駆動部１７と、コイル間距離Ｌ1を測定する距離測定手段としての距離測定部１８と、を設け、ＣＰＵなどの駆動制御手段として働く制御部１９により、距離測定部１８で測定したコイル間距離Ｌ1に応じたループの大きさとなるように駆動部１７を制御してこれらＬ字状部材１０１～１０６、半円弧状部材１０７、１０８を駆動することも考えられる。
　これにより、給電側ループアンテ７及び受電側ループアンテナ１０のコイル間距離Ｌ1が変動しても自動的に高効率で電力を供給できるようなループの大きさにすることができる。なお、距離測定部１８としては、例えば、赤外線やＵＷＢ無線などを用いることが考えられる。これにより自動的に高効率で電力を供給できるような大きさにすることができる。
第７実施形態
　次に、第７実施形態について説明する。上述した第６実施形態では、距離測定部１８により測定したコイル間距離Ｌ1に応じてＬ字状部材１０１～１０６、半円弧状部材１０７、１０８を駆動していたが、第５実施形態では、図２６に示すように、距離測定部１８の代わりに受電側ヘリカルコイル９の反射量を測定する反射測定部２０を設け、制御部１９により、反射測定部２０で測定した反射特性Ｓ２１が良くなるように駆動部１７を制御してこれらＬ字状部材１０１～１０６、半円弧状部材１０７、１０８を駆動することも考えられる。なお、上述した反射測定部２０は、受電側ヘリカルコイル９に送られる電力を測定して、測定した電力から反射量を求める装置であり、例えば、方向性結合器やサーキュレータを用いることが考えられる。
　次に、上述した制御部１９の詳細な動作について図２７を参照して以下説明する。まず、制御部１９は、反射測定部２０で測定した受電側ヘリカルコイル９に供給される電力から給電部３からの給電が開始されたことを検出すると、ループ制御処理を開始する。まず、制御部１９は、反射測定部２０が求めた反射量を取り込み（ステップＳ１３）、反射量が一定量以下か否かを判定する（ステップＳ１４）。反射量が一定量以下であれば（ステップＳ１４でＹ）、制御部１９は再びステップＳ１３に戻る。これに対して、反射量が一定量を超えていれば（ステップＳ１４でＮ）、制御部１９は、駆動部１７を制御してループが大きくなる方向にＬ字状部材１０１～１０６、半円弧状部材１０７、１０８を動かす（ステップＳ１５）。
　次に、制御部１９は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ６）、ステップＳ１５で動かした結果、反射量が減少したか否かを判定する（ステップＳ１７）。反射量が減少していれば（ステップＳ１７でＹ）、制御部１９は、反射量が減少した結果、反射量が一定量以下になったか否かを判定する（ステップＳ１８）。反射量が一定量以下であれば（ステップＳ１８でＹ）、制御部１９は再びステップＳ１３に戻る。
　これに対して、反射量が一定量を超えていれば（ステップＳ１８でＮ）、制御部１９は、コイル間距離Ｌ1が短すぎて結合がまだ密の状態であると判定して、再び駆動部１７を制御してループが大きくなる方向にＬ字状部材１０１～１０６、半円弧状部材１０７、１０８を動かす（ステップＳ１９）。その後、制御部１９は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ２０）、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップＳ７の動作を繰り返す。ステップＳ８で取り込んだ反射量が一定量以下になると（ステップＳ２１でＹ）、制御部１９は再びステップＳ１３に戻る。
　これに対して、反射量が減少していなければ（ステップＳ１７でＮ）、制御部１９は、コイル間距離Ｌ1が長すぎて結合が疎の状態であると判定して、逆に駆動部１７を制御してループが小さくなる方向にＬ字状部材１０１～１０６、半円弧状部材１０７、１０８を動かす（ステップＳ２２）。その後、制御部１９は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ２３）、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップＳ１０の動作を繰り返す。ステップＳ２３で取り込んだ反射量が一定量以下になると（ステップＳ２４でＹ）、制御部１９は再びステップＳ１３に戻る。上述した第５実施形態によれば、自動的に高効率で電力を供給できるような大きさにすることができる。
　なお、上述した実施形態では、距離変化による効率低下を防ぐようにしていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図９に示すように、給電側ループアンテナ６及び給電側ヘリカルコイル７の軸と、受電側ループアンテナ１０及び給電側ヘリカルコイル７の軸と、の位置ズレｘの変動による特性変化にも対応することができる。
　上記効果を確認するために本発明者らは、コイル間距離Ｌ1を２００ｍｍに固定して横ズレｘ（図９）の変動に対応して、図２１に示す受電側ループアンテナ１０の長さＬ3を変動させた場合に、反射特性Ｓ２１を測定した。結果を図２８に示す。図２８の測定において、横ズレｘと長さＬ3とは下記の表６のように設定されている。同図からも明らかなように、横ズレｘが生じても給電側、受電側ループアンテナ６、１０の大きさを変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができることが分かった。従って、上述した第５実施形態によれば、反射量を一定量以下となるようにループの大きさを制御することにより、コイル間距離Ｌ1の変動及び横ズレの変動の両者に対応できることが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　また、上述した実施形態によれば、受電側ループアンテナ１０のみのアンテナ径Ｒ12を変化させてコイル間距離Ｌ1の変動に対応していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、給電側ループアンテナ６のアンテナ径Ｒ11のみを変化させてもよいし、受電側ループアンテナ１０及び給電側ループアンテナ６の両者のアンテナ径Ｒ12を変動させてもよい。
　また、上述した給電システム１は自動車４に電力を供給するシステムとして適用していたが、本発明はこれに限ったものではない。他のシステムに適用させてもよい。
　また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
　１　給電システム
　３　給電部（給電手段）
　５　受電部（受電手段）
　６　給電側ループアンテナ
　７　給電側ヘリカルコイル
　８　給電側バラクタ（キャパシタ）
　１０　受電側ループアンテナ
　１１　受電側バラクタ（キャパシタ）
　１３　距離測定部（距離測定手段）
　１４　制御部（調整手段）
　１６　制御部（調整手段）
　１８　反射測定部（反射測定手段）
　１７　駆動部（駆動手段）
　１８　距離測定部（距離測定手段）
　１９　制御部（駆動制御手段）
　１０１～１０６　Ｌ字状部材（部材）
　１０７、１０８　半円弧状部材（部材）

Claims (8)

  1. 　電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
    　前記給電側コイル及び前記受電側コイルの少なくとも一方に並列に接続された容量が可変に設けられたキャパシタをさらに備えた
    　ことを特徴とする給電システム。
  2. 　前記給電側コイル及び前記受電側コイルの距離を測定する距離測定手段と、
    　前記距離測定手段により測定した距離に応じて前記キャパシタの容量を調整する調整手段と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
  3. 　前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、
    　前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記キャパシタの容量を調整する調整手段と、
    　を備えたことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
  4. 　電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
    　前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら前記複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設けた
    　ことを特徴とする給電システム。
  5. 　前記複数の部材が、ループを形成するように互いに重ねられて接触されている
    　ことを特徴とする請求項４に記載の給電システム。
  6. 　前記複数の部材のうち少なくとも一つの端部に中央に向かって凹となる凹部が設けられ、
    　前記凹部が設けられた部材に隣接する部材の端部が、前記凹部にスライド自在に挿入されている
    　ことを特徴とする請求項４に記載の給電システム。
  7. 　前記複数の部材を駆動する駆動手段と、
    　前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの距離を測定する距離測定手段と、
    　前記距離測定手段により測定した距離に応じたループの大きさとなるように前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、
    　を備えたことを特徴とする請求項４～６何れか１項に記載の給電システム。
  8. 　前記複数の部材を駆動する駆動手段と、
    　前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、
    　前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、
    　を備えたことを特徴とする請求項４～６何れか１項に記載の給電システム。
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