WO2013012061A1

WO2013012061A1 - 給電側設備及び共鳴型非接触給電システム

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Publication number: WO2013012061A1
Application number: PCT/JP2012/068444
Authority: WO
Inventors: 勝永　浩史; 山本　幸宏; 中村　浩史; 真士市川; 達中村
Original assignee: 株式会社豊田自動織機; トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-01-24
Also published as: JP5826547B2; US9287719B2; JP2013027129A; US20150061579A1

Abstract

　給電側設備は、高周波電源と整合器と１次側共鳴コイルと出力インピーダンス可変部と整合状態検出部と制御部とを備える。１次側共鳴コイルは磁場共鳴により２次側共鳴コイルを介して負荷に対して非接触で電力を伝送する。少なくとも整合器、１次側共鳴コイル、２次側共鳴コイル及び負荷は、共鳴周波数を有する共鳴系を構成する。整合状態検出部は共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源の出力インピーダンスとの整合状態を検出する。制御部は、整合状態検出部の検出結果に基づいて、共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源の出力インピーダンスとが整合するように、出力インピーダンス可変部及び整合器の調整を行う。

Description

給電側設備及び共鳴型非接触給電システム

　本発明は、給電側設備及び共鳴型非接触給電システムに関する。

　従来、共鳴法によって車両外部の電源からワイヤレスで充電電力を供給する車両用給電装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の充電システムは、電動車両と給電装置とを備える。電動車両は、２次自己共振コイル（２次側共鳴コイル）と２次コイルと、整流器と蓄電装置とを備える。給電装置は、高周波電源と、１次コイルと、１次自己共振コイル（１次側共鳴コイル）とを備える。給電装置と車両との間の距離は、車両の状況（積載状況やタイヤの空気圧等）によって変化する。給電装置の一次自己共振コイルと車両の二次自己共振コイルとの間の距離の変化は、１次自己共振コイルおよび２次自己共振コイルの共鳴周波数に変化をもたらす。そこで、特許文献１には、１次自己共振コイルの容量およびインダクタンスの少なくとも一方を変更することによって１次自己共振コイルの共振周波数を調整可能に構成する調整装置を備えることが開示されている。具体的には、１次自己共振コイルは、導線間に接続される可変コンデンサを有し、可変コンデンサは、車両ＥＣＵからの制御信号に基づいて容量可変であり、その容量を変更することによって１次自己共振コイルの容量を可変にする。

　また、従来、高周波電源と１次コイルとの間に整合器を設け、負荷変動、共鳴コイル間距離変化、共鳴コイルの位置ずれ等で、共鳴系の入力インピーダンスが変化した際、整合器を調整して共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源の出力インピーダンスとの整合調整を行うことも提案されている。共鳴系の入力インピーダンスは、整合器、１次コイル、１次側共鳴コイル、２次側共鳴コイル、２次コイル及び負荷により決定される。

特開２００９－１０６１３６号公報

　一般に高周波電源の出力インピーダンスは５０Ωで固定されている。そのため、高周波電源、整合器、一次側コイル、二次側コイル、負荷で構成されている共鳴型非接触給電システムでは、共鳴系の入力インピーダンスが変化した場合に、整合器を調整して共鳴系の入力インピーダンスを高周波電源の出力インピーダンスに合わせる必要がある。ところが、共鳴系において入力インピーダンスを変化させるパラメータが多く存在し、入力インピーダンスの変化幅も大きいため、整合器の設計が困難という問題がある。また、高周波電源と一次側コイルとの間に設けられた整合器の調整で共鳴系の入力インピーダンス変化に対応する場合は、整合範囲を広くするのが難しいという問題もある。

　本発明の目的は、整合器の設計条件の緩和と、整合範囲の拡大を図ることができる給電側設備及び共鳴型非接触給電システムを提供することにある。

　前記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る給電側設備は、高周波電源と、整合器と、１次側共鳴コイルと、出力インピーダンス可変部と、整合状態検出部と、制御部とを備える。前記整合器は前記高周波電源の出力部に接続される。前記１次側共鳴コイルは前記整合器を介して前記高周波電源から電力の供給を受ける。前記１次側共鳴コイルは磁場共鳴により２次側共鳴コイルを介して負荷に対して非接触で電力を伝送する。少なくとも前記整合器、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル及び前記負荷は、共鳴周波数を有する共鳴系を構成する。前記出力インピーダンス可変部は前記高周波電源に設けられる。前記整合状態検出部は前記共鳴周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスと、前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合状態を検出する。前記制御部は、前記整合状態検出部の検出結果に基づいて、前記共鳴系の入力インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記出力インピーダンス可変部及び前記整合器の調整を行う。

　この発明の給電側設備を共鳴型非接触給電システムに用いた場合、給電側設備の１次側共鳴コイルは、高周波電源から電力の供給を受け、磁場共鳴により２次側共鳴コイルを介して負荷に対して非接触で電力を伝送する。共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源の出力インピーダンスとの整合状態が整合状態検出部により検出される。共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源の出力インピーダンスとが不整合状態になったことが検出されると、高周波電源の出力インピーダンスが共鳴系の入力インピーダンスに近づくように、制御部により出力インピーダンス可変部が調整されて粗調整が行われる。次に制御部により整合器が調整されて共鳴系の入力インピーダンスの微調整が行われ、共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源の出力インピーダンスとが整合状態になる。整合器のみで高周波電源の出力インピーダンスと共鳴系の入力インピーダンスとの整合を行う場合は整合範囲を広くするのが難しい。しかし、出力インピーダンス可変部と整合器との両者で調整を行うことにより、整合範囲を広くすることができる。したがって、整合器の設計条件の緩和と、整合範囲の拡大を図ることができる。

　本発明の更なる態様に係る共鳴型非接触給電システムは給電側設備と移動体側設備と出力インピーダンス可変部と整合状態検出部と制御部とを備える。前記給電側設備は、高周波電源と、前記高周波電源の出力部に接続された整合器と、前記整合器を介して前記高周波電源から電力の供給を受ける１次側共鳴コイルとを備える。前記移動体側設備は、前記１次側共鳴コイルからの電力を磁場共鳴により受電する２次側共鳴コイルと、前記２次側共鳴コイルが受電した電力が供給される負荷とを備える。少なくとも前記整合器、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル及び前記負荷は、共鳴周波数を有する共鳴系を構成する。前記出力インピーダンス可変部は前記高周波電源に設けられる。前記整合状態検出部は、前記共鳴周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合状態を検出する。前記制御部は、前記整合状態検出部の検出結果に基づいて、前記共鳴系の入力インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記出力インピーダンス可変部及び前記整合器の調整を行う。

　この発明では、給電側設備の１次側共鳴コイルから非接触で供給される電力が移動体側設備の２次側共鳴コイルで受電され、２次側共鳴コイルが受電した電力が負荷に供給される。共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源の出力インピーダンスとの整合状態が整合状態検出部により検出される。共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源の出力インピーダンスとが不整合状態になったことが検出されると、高周波電源の出力インピーダンスが共鳴系の入力インピーダンスに近づくように、制御部により出力インピーダンス可変部が調整されて粗調整が行われる。次に制御部により整合器が調整されて共鳴系の入力インピーダンスの微調整が行われ、共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源の出力インピーダンスとが整合状態になる。整合器のみで高周波電源の出力インピーダンスと共鳴系の入力インピーダンスとの整合を行う場合は整合範囲を広くするのが難しい。しかし、出力インピーダンス可変部と整合器との両者で調整を行うことにより、整合範囲を広くすることができる。したがって、整合器の設計条件の緩和と、整合範囲の拡大とを図ることができる。

　好ましくは、前記高周波電源はＥ級増幅回路を備え、同Ｅ級増幅回路は出力インピーダンス可変部を含む。

　Ｅ級増幅回路を構成するコンデンサ及びインダクタの少なくとも一つを制御部からの指令により調整可能に構成することにより、出力インピーダンス可変部を構成することができる。したがって、出力インピーダンス可変部を全く新たに設ける場合に比べて、部品点数の増加を少なくでき、収容スペースを小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係る共鳴型非接触充電システムの構成図。図１の共鳴型非接触充電システムの一部省略回路図。（ａ），（ｂ）は別の実施形態のＥ級増幅回路を示す回路図。（ａ），（ｂ）は別の実施形態のＥ級増幅回路を示す回路図。

　以下、本発明を車載バッテリを充電するための共鳴型非接触充電システムに具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。

　図１に示すように、共鳴型非接触給電システムとしての共鳴型非接触充電システムは、地上側に設けられる給電側設備（送電側設備）１０と、移動体としての車両に搭載された移動体側設備（受電側設備）３０とを備えている。

　給電側設備１０は、高周波電源１１と、高周波電源１１の出力部に接続された整合器１２と、１次側コイル１３と、整合状態検出部１４と、制御部としての電源側コントローラ１５とを備えている。高周波電源１１は、出力インピーダンス可変部１６を備えている。

　移動体側設備３０は、２次側コイル３１と、整流器３２と、充電器３３と、充電器３３に接続されたバッテリ（２次電池）３４と、車両側コントローラ３５とを備えている。整流器３２、充電器３３、及びバッテリ３４は負荷を構成する。

　整合器１２、１次側コイル１３、２次側コイル３１及び負荷（整流器３２、充電器３３、及びバッテリ３４）により共鳴系が構成される。整合状態検出部１４は、共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合状態を検出する。

　車両側コントローラ３５は、バッテリ３４の充電状態（ＳＯＣ）を検出する図示しない検出部（ＳＯＣ検出部）からの検出信号が入力されて、バッテリ３４の充電状態を確認可能になっている。また、電源側コントローラ１５と、車両側コントローラ３５とは図示しない無線通信装置を介して通信可能になっており、電源側コントローラ１５は充電状態の情報を車両側コントローラ３５から入手する。電源側コントローラ１５のメモリには、１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル３１ｂ間の距離が予め設定された状態におけるバッテリ３４の充電状態（ＳＯＣ）と共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の適切な入力インピーダンスとの関係を示すデータが記憶されている。

　図２に示すように、１次側コイル１３は、１次コイル１３ａと１次側共鳴コイル１３ｂとを含む。１次コイル１３ａは、整合器１２を介して高周波電源１１に接続されている。１次コイル１３ａと１次側共鳴コイル１３ｂとは同軸上に位置するように配設され、１次側共鳴コイル１３ｂにはコンデンサＣが並列に接続されている。１次コイル１３ａは、１次側共鳴コイル１３ｂに電磁誘導で結合され、高周波電源１１から１次コイル１３ａに供給された交流電力が電磁誘導で１次側共鳴コイル１３ｂに供給される。

　２次側コイル３１は、２次コイル３１ａと２次側共鳴コイル３１ｂとを含む。２次コイル３１ａと２次側共鳴コイル３１ｂとは同軸上に位置するように配設され、２次側共鳴コイル３１ｂにはコンデンサＣが接続されている。２次コイル３１ａは、２次側共鳴コイル３１ｂに電磁誘導で結合され、共鳴により１次側共鳴コイル１３ｂから２次側共鳴コイル３１ｂに供給された交流電力が電磁誘導で２次コイル３１ａに供給される。２次コイル３１ａは、整流器３２に接続されている。この実施形態では１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次側共鳴コイル３１ｂ及び２次コイル３１ａは、同じ巻径を有している。また、１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル３１ｂは同じ構成を有しており、コンデンサＣとしてそれぞれ同じ構成のコンデンサが使用されている。なお、図２では充電器３３、バッテリ３４及び車両側コントローラ３５の図示を省略している。

　出力インピーダンス可変部１６は、高周波電源１１に装備されているＥ級増幅回路を利用して構成されている。詳述すると、図２に示すように、高周波電源１１は、交流商用電源１７、整流回路１８、フィルタ１９、ＤＣ－ＤＣコンバータ２０及びＥ級増幅回路２１を備えている。Ｅ級増幅回路２１は、スイッチング素子２２としてＭＯＳＦＥＴを備えており、ＭＯＳＦＥＴのドレインにインダクタＬ１を介してＤＣ－ＤＣコンバータ２０のプラス側出力端子が接続されている。ＭＯＳＦＥＴのソースはＤＣ－ＤＣコンバータ２０のマイナス側端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴのゲートは電源側コントローラ１５に接続されている。スイッチング素子２２と並列にコンデンサＣ１が接続されている。インダクタＬ１とＭＯＳＦＥＴのドレインとの接合点と、Ｅ級増幅回路２１の出力端子との間にインダクタＬ０とコンデンサＣ０ａとを含む直列回路が接続されている。インダクタＬ０とコンデンサＣ０ａとの接合点には可変コンデンサＣ０ｂｖが接続されている。可変コンデンサＣ０ｂｖの容量が変更されることでそのインピーダンスが変更され、結果として高周波電源１１の出力インピーダンスが変更される。この実施形態では可変コンデンサＣ０ｂｖが出力インピーダンス可変部１６を構成する。また、高周波電源１１の出力ラインにはインピーダンス測定器１４ａが接続されており、その検出信号が電源側コントローラ１５に入力される。電源側コントローラ１５は、インピーダンス測定器１４ａの検出信号に基づいて、共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源１１の出力インピーダンスとが整合しているか否かの判断を行う。インピーダンス測定器１４ａ及び電源側コントローラ１５は整合状態検出部１４として機能する。

　図２に示すように、整合器１２は、２つの可変コンデンサ２３，２４とインダクタ２５とを含む。一方の可変コンデンサ２３は高周波電源１１に接続され、他方の可変コンデンサ２４は１次コイル１３ａに並列に接続されている。インダクタ２５は両可変コンデンサ２３，２４間に接続されている。整合器１２のインピーダンスは、可変コンデンサ２３，２４の容量が変更されることで変更される。

　次に前記のように構成された共鳴型非接触充電システムの作用を説明する。

　車両に搭載されたバッテリ３４に充電を行う場合には、車両が給電側設備１０の近くの所定位置に停止した状態でバッテリ３４への充電が行われる。車両側コントローラ３５は、電源側コントローラ１５に充電要求信号を送信する。また、車両側コントローラ３５は、バッテリ３４の充電状態（ＳＯＣ）を確認し、その情報を電源側コントローラ１５に送信する。電源側コントローラ１５は、充電要求信号を確認すると、バッテリ３４の充電状態の情報に基づいてその充電状態に対応した共鳴系の共鳴周波数に等しい周波数で高周波電源１１から交流電力を出力するようにスイッチング素子２２を制御する。そして、その状態で共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合作業を行うとともに、高周波電源１１から１次コイル１３ａに共鳴系の共鳴周波数で高周波電力を出力させる。

　そして、高周波電源１１から１次コイル１３ａに共鳴系の共鳴周波数で高周波電力が出力され、電磁誘導により電力が供給された１次側共鳴コイル１３ｂに磁場が発生する。この磁場が１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル３１ｂとによる磁場共鳴により増強される。増強された２次側共鳴コイル３１ｂ付近の磁場から２次コイル３１ａにより電磁誘導を利用して交流電力が取り出される。交流電力は、整流器３２で整流された後、充電器３３によりバッテリ３４に充電される。

　電源側コントローラ１５は、整合状態検出部１４の検出信号を入力する。電源側コントローラ１５は、その検出信号に基づいて共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源１１の出力インピーダンスとが整合するように出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２に指令信号を出力する。詳述すると、電源側コントローラ１５は、先ず出力インピーダンス可変部１６に調整指令を出力し、高周波電源１１の出力インピーダンスと共鳴系の入力インピーダンスとの整合の粗調整を行い、次に整合器１２に調整指令を出力し、高周波電源１１の出力インピーダンスと共鳴系の入力インピーダンスとの整合の微調整を行う。

　バッテリ３４への充電時には、バッテリ３４の充電状態が変化することにより共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスが変化する。そのため、高周波電源１１の出力インピーダンスと共鳴系の入力インピーダンスとの整合が最適状態からずれて、給電側設備１０から移動体側設備３０へ電力を効率良く供給（給電）することができなくなる。充電時にバッテリ３４の充電状態が変化しても給電側設備１０から移動体側設備３０へ電力が効率良く供給され、充電が効率良く行われるように、車両側コントローラ３５は、充電中、バッテリ３４の充電状態の情報を電源側コントローラ１５に送信する。そして、電源側コントローラ１５はバッテリ３４の充電状態に対応して出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２を適切な値に調整して、共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源１１の出力インピーダンスとを整合させる。

　車両側コントローラ３５は、バッテリ３４が満充電になると、充電器３３による充電を停止するとともに、電源側コントローラ１５に充電終了信号を送信する。また、満充電に達する前であっても、例えば、運転者により充電停止指令が入力されると、車両側コントローラ３５は、充電器３３による充電を停止するとともに、電源側コントローラ１５に充電終了信号を送信する。電源側コントローラ１５は、充電終了信号を受信すると電力伝送（給電）を終了する。

　この実施形態によれば、以下に示す利点を得ることができる。

　（１）共鳴型非接触充電システムは、給電側設備１０と移動体側設備３０とを備える。給電側設備１０は、出力インピーダンス可変部１６を備えた高周波電源１１と、高周波電源１１の出力部に接続された整合器１２と、整合器１２を介して高周波電源１１から電力の供給を受ける１次側共鳴コイル１３ｂとを備えている。移動体側設備３０は、１次側共鳴コイル１３ｂからの電力を磁場共鳴して受電する２次側共鳴コイル３１ｂと、２次側共鳴コイル３１ｂが受電した電力が供給される負荷（整流器３２、充電器３３及びバッテリ３４）とを備えている。そして、整合器１２、１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次側共鳴コイル３１ｂ、２次コイル３１ａ及び負荷により共鳴系が構成される。共鳴型非接触充電システムは、共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合状態を検出する整合状態検出部１４と、整合状態検出部１４の検出結果に基づいて共鳴系の入力インピーダンスと、高周波電源１１の出力インピーダンスとが整合するように出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２の調整を行う電源側コントローラ１５とを備えている。したがって、整合器１２のみで共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合を行う構成に比べて、整合器１２の設計条件の緩和（整合調整範囲の緩和、整合器構成素子選定要件の緩和）と、整合範囲の拡大を図ることができる。

　（２）高周波電源１１の出力インピーダンスが共鳴系の入力インピーダンスに近づくように、出力インピーダンス可変部１６が調整されて粗調整が行われた後、整合器１２が調整されて共鳴系の入力インピーダンスの微調整が行われ、共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとが整合状態になる。したがって、整合器１２の調整を先に行う場合に比べて、共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合作業が容易になる。

　（３）出力インピーダンス可変部１６は、高周波電源１１に内蔵されたＥ級増幅回路２１の一部を構成している。すなわち、Ｅ級増幅回路２１は出力インピーダンス可変部１６を含む。したがって、出力インピーダンス可変部１６を全く新たに設ける場合に比べて、部品点数の増加を少なくでき、収容スペースを大きくする必要もない。

　（４）電源側コントローラ１５と車両側コントローラ３５とは無線通信装置を介して通信可能で、電源側コントローラ１５は車両側コントローラ３５から充電状態の情報を入手して、その充電状態に対応して共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合作業を行う。したがって、充電状態の情報なしに出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２の調整を行う場合に比べて、調整を短時間で行うことが可能になる。

　実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

　出力インピーダンス可変部１６がＥ級増幅回路２１の一部を構成する場合、例えば、図３（ａ）に示すように、可変コンデンサＣ０ｂｖに代えてコンデンサＣ０ｂを設け、コンデンサＣ１に代えて可変コンデンサＣ１ｖを設けてもよい。または、図３（ｂ）に示すように、インダクタＬ０に代えて可変インダクタＬ０ｖを設けてもよい。また、可変コンデンサＣ１ｖ，Ｃ０ｂｖ及び可変インダクタＬ０ｖの全てを設けたり、可変コンデンサＣ１ｖ，Ｃ０ｂｖのいずれか一方と可変インダクタＬ０ｖとを設けたりしてもよい。

　Ｅ級増幅回路２１の構成として、図４（ａ）に示すように、コンデンサＣ０ｂを設けずに、かつコンデンサＣ０ａに代えて可変コンデンサＣ０ａｖを設けてもよい。または、図４（ｂ）に示すように、コンデンサＣ０ｂを設けずに、かつインダクタＬ０に代えて可変インダクタＬ０ｖを設けもよい。また、可変インダクタＬ０ｖ及び可変コンデンサＣ０ａｖの両方を設けてもよい。

　インピーダンス測定器１４ａに代えてＶＳＷＲ測定器（電圧定在波比測定器）を設けてもよい。この場合、ＶＳＷＲ測定器の検出信号に基づいて電源側コントローラ１５が共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合状態を判断する。そして、電源側コントローラ１５は、ＶＳＷＲ測定器の検出信号に基づいて電圧定在波比が予め設定された値以下になるように出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２の調整を行う。この場合、ＶＳＷＲ測定器及び電源側コントローラ１５により整合状態検出部が構成される。

　高周波電源１１に１次側共鳴コイル１３ｂからの反射電力を検出する反射電力検出部を設けてもよい。この場合、反射電力検出部の検出信号に基づいて電源側コントローラ１５が共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合状態を判断する。そして、電源側コントローラ１５は、反射電力検出部の検出信号に基づいて反射電力が予め設定された値以下になるように出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２の調整を行う。この場合、反射電力検出部が整合状態検出部として機能する。また、この場合は、電源側コントローラ１５は車両側コントローラ３５からバッテリ３４の充電状態の情報を入手せずに、反射電力検出部の検出信号に基づいて出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２を適正な状態に調整することができる。

　共鳴型非接触給電システムが、給電側設備１０と移動体側設備３０との間で非接触給電を行うためには、１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次コイル３１ａ及び２次側共鳴コイル３１ｂの全てが必須ではない。共鳴型非接触給電システムは少なくとも１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル３１ｂを備えていればよい。即ち、１次側コイル１３を１次コイル１３ａ及び１次側共鳴コイル１３ｂで構成する代わりに、１次側共鳴コイル１３ｂを整合器１２を介して高周波電源１１に接続してもよい。また、２次側コイル３１を２次コイル３１ａ及び２次側共鳴コイル３１ｂで構成する代わりに、２次側共鳴コイル３１ｂを整流器３２に接続してもよい。しかし、１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次コイル３１ａ及び２次側共鳴コイル３１ｂの全てを備えた構成の方が、１次側コイル１３と２次側コイル３１とを共鳴状態に調整するのが容易で、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル３１ｂとの距離が大きくなった場合でも共鳴状態を維持し易い。

　移動体側設備３０にも整合器を設けてもよい。例えば、２次コイル３１ａと整流器３２との間に整合器を設け、車両側コントローラ３５がその整合器の調整を行ってもよい。この場合、充電時に車両の停車位置が所定位置から多少ずれた場合や、車両の積載重量の関係で１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル３１ｂとの距離が予め設定された値からずれた場合などに、先ず車両側コントローラ３５が移動体側設備３０の整合器の調整を行う。その後、電源側コントローラ１５が出力インピーダンス可変部１６及び整合器１２の調整を行うことにより、共鳴系の共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと高周波電源１１の出力インピーダンスとの整合をより適切に行うことができる。

　整流器３２は充電器３３に内蔵されていてもよい。

　整合器１２は、２つの可変コンデンサ２３，２４とインダクタ２５とを備えた構成に限らず、例えば、インダクタ２５として可変インダクタを備えた構成や、可変インダクタと２つの非可変コンデンサとを備える構成としてもよい。

　移動体としての車両は運転者を必要とする車両に限らず無人搬送車でもよい。

　共鳴型非接触充電システムは、車両に搭載されたバッテリ３４に対して非接触充電を行うシステムに限らない。例えば、船舶や自走式のロボット等の移動体に装備されたバッテリ、あるいは携帯電話機や携帯用パソコン等の携帯用の電子機器に装備されたバッテリに対して非接触充電を行うシステムであってもよい。

　共鳴型非接触給電システムは共鳴型非接触充電システムに限らず、ロボット等の移動体に装備され、使用中に段階的に負荷が変化する電気機器に対して電力を供給する装置に適用してもよい。

　高周波電源１１は、交流商用電源１７以外の交流電源を備えていてもよい。

　高周波電源１１は、Ｅ級増幅回路２１に所望の電圧の直流を供給する構成としてＤＣ－ＤＣコンバータ２０ではなく、他の昇圧回路や降圧回路を備えていてもよい。

　高周波電源１１は、出力周波数を予め設定された共鳴系の共鳴周波数に対応した一定の値で出力する構成としてもよい。しかし、周波数を変更可能な構成の方が、負荷の変動に対応して効率良く給電することができる。

　１次コイル１３ａ及び２次コイル３１ａの径は、１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル３１ｂの径と同じに形成されている構成に限らず、小さくても大きくてもよい。

　１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル３１ｂに接続されたコンデンサＣを省略してもよい。しかし、コンデンサＣを接続した構成の方が、コンデンサＣを省略した場合に比べて、共鳴周波数を下げることができる。また、共鳴周波数が同じであれば、コンデンサＣを省略した場合に比べて、１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル３１ｂの小型化が可能になる。

Claims

　高周波電源と、
　前記高周波電源の出力部に接続された整合器と、
　前記整合器を介して前記高周波電源から電力の供給を受ける１次側共鳴コイルであって、同１次側共鳴コイルは磁場共鳴により２次側共鳴コイルを介して負荷に対して非接触で電力を伝送し、少なくとも前記整合器、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル及び前記負荷は、共鳴周波数を有する共鳴系を構成する、前記１次側共鳴コイルと、
　前記高周波電源に設けられた出力インピーダンス可変部と、
　前記共鳴周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスと、前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合状態を検出する整合状態検出部と、
　前記整合状態検出部の検出結果に基づいて、前記共鳴系の入力インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記出力インピーダンス可変部及び前記整合器の調整を行う制御部と、
を備える給電側設備。
　前記高周波電源はＥ級増幅回路を備え、同Ｅ級増幅回路は前記出力インピーダンス可変部を含む請求項１に記載の給電側設備。
　前記制御部は前記出力インピーダンス可変部が整合状態の粗調整を行うよう同出力インピーダンス可変部を制御し、前記整合器が整合状態の微調整を行うよう同整合器を制御する請求項１または請求項２に記載の給電側設備。
　前記整合状態検出部は反射電力検出部である請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の給電側設備。
　高周波電源と、前記高周波電源の出力部に接続された整合器と、前記整合器を介して前記高周波電源から電力の供給を受ける１次側共鳴コイルとを備えた給電側設備と、
　前記１次側共鳴コイルからの電力を磁場共鳴により受電する２次側共鳴コイルと、前記２次側共鳴コイルが受電した電力が供給される負荷とを備えた移動体側設備であって、少なくとも前記整合器、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル及び前記負荷は、共鳴周波数を有する共鳴系を構成する、前記移動体側設備と、
　前記高周波電源に設けられた出力インピーダンス可変部と、
　前記共鳴周波数における前記共鳴系の入力インピーダンスと、前記高周波電源の出力インピーダンスとの整合状態を検出する整合状態検出部と、
　前記整合状態検出部の検出結果に基づいて、前記共鳴系の入力インピーダンスと前記高周波電源の出力インピーダンスとが整合するように、前記出力インピーダンス可変部及び前記整合器の調整を行う制御部と、
を備える共鳴型非接触給電システム。
　前記高周波電源はＥ級増幅回路を備え、Ｅ級増幅回路は前記出力インピーダンス可変部を含む請求項５に記載の共鳴型非接触給電システム。
　前記制御部は前記出力インピーダンス可変部が整合状態の粗調整を行うよう同出力インピーダンス可変部を制御し、前記整合器が整合状態の微調整を行うよう同整合器を制御する請求項５または請求項６に記載の共鳴型非接触給電システム。
　前記整合状態検出部は反射電力検出部である請求項５～請求項７のいずれか一項に記載の共鳴型非接触給電システム。
　前記移動体側設備は車両に装備され、前記負荷は整流器、充電器及びバッテリを含む請求項５～請求項８のいずれか一項に記載の共鳴型非接触給電システム。
　前記移動体側設備は車両側コントローラを備え、前記車両側コントローラは前記バッテリの充電状態を確認するように構成され、前記制御部は前記バッテリの充電状態の情報を前記車両側コントローラから入手するように構成される請求項９に記載の共鳴型非接触給電システム。