WO2013145488A1 - 電力伝送システム - Google Patents

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WO2013145488A1
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power
power transmission
antenna
voltage
frequency
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山川　博幸
泰雄 伊藤
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株式会社エクォス・リサーチ
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Definitions

  • the present invention relates to a wireless power transmission system in which a magnetic resonance type magnetic resonance antenna is used.
  • a magnetic resonance wireless power transmission system efficiently transmits energy from a power transmission side antenna to a power reception side antenna by making the resonance frequency of the power transmission side antenna and the resonance frequency of the power reception side antenna the same.
  • the power transmission distance can be several tens of centimeters to several meters.
  • AC power output means for outputting AC power of a predetermined frequency
  • a first resonance coil for transmits the AC power to the second resonance coil in a non-contact manner due to a resonance phenomenon
  • Frequency setting means for measuring the resonance frequency of the first resonance coil and the resonance frequency of the second resonance coil, respectively, and setting the frequency of the AC power output from the AC power output means as an intermediate frequency of the resonance frequencies.
  • the power transmission system described in Patent Document 2 is assumed to be used in a system for charging a vehicle such as an electric vehicle (EV).
  • a power transmission system is provided in a stop space where the vehicle can be stopped, and a user of the vehicle stops the vehicle in a stop space where the power transmission system is provided, and receives power received in the vehicle.
  • the antenna receives power from the power transmission system.
  • the power receiving antenna mounted on the vehicle has the best transmission efficiency with respect to the power transmitting antenna on the stop space side (the position where the coupling coefficient between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is the maximum). That is, for example, when the power transmitting antenna and the power receiving antenna are the same shape and the same size, the relationship is not necessarily the relationship in which the amount of deviation between the front, rear, left and right is zero. That is, in the power transmission system according to the related art, since the frequency is simply set to the intermediate frequency, the frequency is based on the current coupling coefficient between the power transmitting antenna and the power receiving antenna (the amount of positional deviation between the antennas). There is a problem that it is not always the frequency that gives the maximum efficiency, and efficient power transmission cannot be performed.
  • the invention according to claim 1 is an inverter unit that converts a DC voltage into an AC voltage having a predetermined frequency and outputs the AC voltage, a power transmission antenna that receives the AC voltage from the inverter unit,
  • the control unit that controls the voltage value of the DC voltage input to the inverter unit, the frequency of the AC voltage output by the inverter unit, and the electric power transmitted from the electric power transmission antenna via the electromagnetic field, facing the electric power transmission antenna
  • a power transmission system having a power receiving antenna that derives a coupling coefficient between the power transmitting antenna and the power receiving antenna based on a current flowing through the inverter unit.
  • the invention which concerns on Claim 2 WHEREIN In the electric power transmission system of Claim 1, the table which memorize
  • the control unit inputs a DC voltage of a specific voltage value to the inverter unit, drives the inverter unit at a specific frequency, measures the current flowing in the inverter unit, and the measured current and the A coupling coefficient between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is derived from the table.
  • the invention according to claim 3 is the power transmission system according to claim 2, wherein the specific frequency includes a frequency at which transmission efficiency between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is maximized, and a minimum. A frequency between selected frequencies is selected.
  • an inverter unit that converts a DC voltage into an AC voltage having a predetermined frequency and outputs the power
  • a power transmission antenna that receives the AC voltage from the inverter unit, and an input to the inverter unit.
  • a control unit that controls the current value of the DC voltage, the frequency of the AC voltage output by the inverter unit, and a power receiving antenna that transmits electrical energy from the power transmitting antenna via an electromagnetic field, facing the power transmitting antenna.
  • a power transmission system having a coupling coefficient between the power transmission antenna and the power reception antenna is derived based on a voltage of a current flowing through the inverter unit.
  • the invention according to claim 5 is the power transmission system according to claim 4, wherein the voltage value of the DC voltage input to the inverter unit and the coupling coefficient between the power transmission antenna and the power reception antenna are calculated. It has a table for storing relationships, and the control unit inputs a DC voltage having a specific current value to the inverter unit, drives the inverter unit at a specific frequency, and measures the voltage of the current flowing through the inverter unit. In addition, a coupling coefficient between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is derived from the measured voltage and the table.
  • an inverter unit that converts a DC voltage into an AC voltage having a predetermined frequency and outputs the power
  • a power transmission antenna that receives the AC voltage from the inverter unit, and an input to the inverter unit.
  • a control unit that controls the voltage value and current value of the DC voltage, and the frequency of the AC voltage output by the inverter unit, and a power receiving antenna that faces the power transmitting antenna and transmits electrical energy from the power transmitting antenna via an electromagnetic field.
  • a table for storing a relationship between a driving frequency in the inverter unit and a coupling coefficient between the power transmission antenna and the power receiving antenna, and based on the driving frequency of the inverter unit A coupling coefficient between the power transmission antenna and the power reception antenna is derived.
  • the control unit drives the inverter unit at a specific frequency and measures the current flowing through the inverter unit.
  • the power transmission antenna and the power receiving unit are measured from the measured current and the table.
  • the coupling coefficient between the antenna and the antenna is derived, and according to the power transmission system according to the present invention, the positional deviation between the power transmission antenna and the power receiving antenna can be appropriately grasped from the coupling coefficient. And efficient power transmission can be performed.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power transmission system according to an embodiment of the present invention. It is a figure explaining the definition of the positional relationship of the power transmission antenna and power receiving antenna in the electric power transmission system which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the inverter part of the electric power transmission system which concerns on embodiment of this invention. It is a disassembled perspective view of the power receiving antenna 210 used for the electric power transmission system which concerns on embodiment of this invention. It is a schematic diagram of the cross section which shows the mode of the electric power transmission between the antennas in the electric power transmission which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the relationship between a frequency and electric power transmission efficiency.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the data table which memorize
  • FIG. It is a figure which shows an example of the data table which memorize
  • FIG. 1 is a block diagram of a power transmission system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example in which a power transmission system 100 according to an embodiment of the present invention is mounted on a vehicle.
  • the power transmission system 100 of the present invention is suitable for use in a system for charging a vehicle-mounted battery such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV).
  • a power receiving antenna 210 that enables power reception is arranged on the bottom surface of the vehicle.
  • the power transmission system 100 according to the present embodiment is provided in a stop space where the vehicle can be stopped in order to transmit power to the vehicle as described above in a non-contact manner.
  • the stop space which is a vehicle charging space, is configured such that the power transmission antenna 140 of the power transmission system 100 according to the present embodiment is embedded in the underground.
  • the user of the vehicle stops the vehicle in the stop space where the power transmission system according to the present embodiment is provided, and the electric energy (power) is transmitted from the power transmission antenna 140 to the power receiving antenna 210 mounted on the vehicle via an electromagnetic field. ).
  • the power receiving antenna 210 mounted on the vehicle has the highest transmission efficiency with respect to the power transmitting antenna 140 (the position where the coupling coefficient between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is maximum, that is, For example, when the power transmitting antenna and the power receiving antenna have the same shape and the same size, the relationship is not necessarily the relationship in which the amount of deviation between the front and rear and the left and right is zero. Therefore, the power transmission system 100 according to the present embodiment is optimal for performing the power transmission system 100 so that the power transmission efficiency is maximized after grasping the positional relationship between the power receiving antenna 210 and the power transmitting antenna 140. It is configured to select an appropriate frequency.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the definition of the positional relationship between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 in the power transmission system according to the embodiment of the present invention.
  • the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 are both substantially rectangular coils wound in a spiral shape. Under the constraint that the power receiving antenna 210 is mounted on a vehicle, the relative position between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 that maximizes the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 is determined as the optimum relative position. , The amount of positional deviation between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 can be defined as a difference from this optimal relative position. The coupling coefficient decreases as the amount of positional deviation between the antennas from the optimal relative position increases.
  • the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 are antennas having the same size and the same shape, by obtaining the positional deviation amount between the antennas from the optimum relative position without deriving the coupling coefficient as an actual numerical value, This is the same as finding the coupling coefficient indirectly. Further, even if the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 have different sizes and shapes, the relationship between the amount of displacement from the optimum relative position and the coupling coefficient corresponding to the size and shape is stored in advance. Thus, even if the coupling coefficient is not derived as an actual numerical value, it is the same as obtaining the coupling coefficient indirectly by obtaining the positional deviation amount.
  • the rectification booster 120 in the vehicle charging facility is a converter that converts an AC voltage from the AC power supply 110 such as a commercial power source into a constant DC, and boosts the output from the converter to a predetermined voltage. is there. Setting of the voltage generated by the rectifying booster 120 can be controlled from the power transmission controller 150.
  • the inverter unit 130 generates a predetermined AC voltage from the DC voltage supplied from the rectifying and boosting unit 120 and inputs the generated AC voltage to the power transmission antenna 140.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an inverter unit of the power transmission system according to the embodiment of the present invention.
  • the inverter unit 130 includes four field effect transistors (FETs) composed of Q A to Q D connected in a full bridge system.
  • FETs field effect transistors
  • connection portion T1 between the switching elements Q A and Q B connected in series and the connection portion T2 between the switching elements Q C and Q D connected in series When the switching element Q A and the switching element Q D are on, the switching element Q B and the switching element Q C are turned off, and the switching element Q B and the switching element Q D are connected to each other. When C is on, the switching element Q A and the switching element Q D are turned off, thereby generating a rectangular AC voltage between the connection portion T1 and the connection portion T2.
  • Drive signals for the switching elements Q A to Q D constituting the inverter unit 130 as described above are input from the power transmission control unit 150.
  • the frequency for driving the inverter unit 130 can be controlled from the power transmission control unit 150.
  • the output from the inverter unit 130 as described above is supplied to the power transmission antenna 140.
  • the power transmission antenna 140 is composed of a coil having an inductance component, which will be described later, and the electric energy output from the power transmission antenna 140 by resonating with the vehicle-mounted power reception antenna 210 disposed so as to face each other. Can be sent to the power receiving antenna 210.
  • the impedance may be once matched by a matching unit (not shown).
  • the matching unit can be composed of passive elements having a predetermined circuit constant.
  • the resonance frequency of the power transmission antenna 140 and the power reception By making the resonance frequency of the antenna 210 the same, energy is efficiently transmitted from the power transmission side antenna to the power reception side antenna.
  • the power transmission control unit 150 includes a general-purpose information processing unit including a CPU, a ROM that stores a program that operates on the CPU, and a RAM that is a work area of the CPU.
  • the power transmission control unit 150 includes the acquired input power (W 1 )
  • the efficiency (W 1 / W 2 ) of the inverter unit 130 can be calculated from the output power (W 2 ).
  • the data table 151 in the power transmission control unit 150 stores the relationship between the current flowing through the inverter unit 130 and the coupling coefficient between the power transmission antenna 140 and the power receiving antenna 210 (inversely proportional to the amount of positional deviation between antennas). And a second table that stores a relationship between a positional deviation between the power transmission antenna 140 and the power reception antenna 210 and a transmission frequency.
  • the power transmission control unit 150 refers to the input measurement values and these tables, and performs control during power transmission.
  • the power transmission control unit 150 controls the frequency of the DC voltage output from the rectification booster unit 120 and the frequency of the AC voltage output from the inverter unit 130, and executes actual charging power transmission.
  • the communication unit 157 is configured to perform wireless communication with the vehicle-side communication unit 257 and to transmit and receive data to and from the vehicle. Data received by the communication unit 157 is transferred to the power transmission control unit 150, and the power transmission control unit 150 can transmit predetermined information to the vehicle side via the communication unit 157.
  • the power receiving antenna 210 receives electrical energy output from the power transmitting antenna 140 by resonating with the power transmitting antenna 140.
  • the AC power received by the power receiving antenna 210 is rectified by the rectifier 220, and the rectified power is stored in the battery 240 through the charger 230.
  • the charger 230 controls the storage of the battery 240 based on a command from the charge control unit 250.
  • the battery 240 is used as a load on the power receiving side system and charging is performed on the battery 240, but other loads may be used as the load on the power receiving side system. .
  • the voltage V 3 and the current I 3 input from the charger 230 to the battery 240 are measured by the charge control unit 250. Based on the measured voltage V 3 and current I 3 , the charging control unit 250 is configured to control the charger 230 to control the charging of the battery 240 so as to follow an appropriate charging profile of the battery 240. Has been.
  • the charger 230 can select whether the battery 240 is charged with a constant current, a constant output, or a constant voltage.
  • the charge control unit 250 has a general-purpose information processing unit including a CPU, a ROM that holds a program that runs on the CPU, and a RAM that is a work area of the CPU, and is connected to the illustrated charge control unit 250. Operate in cooperation with each component.
  • the charging control unit 250 stores a charging profile of the battery 240 and also stores an algorithm for operating the charging control unit 250 along the profile.
  • the communication unit 257 is configured to perform wireless communication with the power transmission side communication unit 157 to enable data transmission / reception with the power transmission side system.
  • the data received by the communication unit 257 is transferred to the charge control unit 250, and the charge control unit 250 sends predetermined data (for example, data such as voltage V 3 and current I 3 ) to the power transmission side via the communication unit 257. It can be sent.
  • the interface unit 230 is provided in the driver's seat of the vehicle and provides predetermined information to the user (driver) or accepts operation / input from the user.
  • a predetermined operation by the user is executed, it is sent as operation data from the interface unit 230 to the charge control unit 250 and processed. Further, when providing predetermined information to the user, display instruction data for displaying the predetermined information is transmitted from the charging control unit 250 to the interface unit 230.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the power receiving antenna 210 used in the power transmission system according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state of power transmission between the antennas in the power transmission according to the embodiment of the present invention.
  • It is a schematic diagram.
  • a rectangular flat plate is described as an example of the coil body 270, but the antenna of the present invention is not limited to such a coil.
  • a circular flat plate or the like can be used as the coil body 270.
  • Such a coil body 270 functions as a magnetic resonance antenna part in the power receiving antenna 210.
  • This “magnetic resonance antenna section” includes not only the inductance component of the coil body 270 but also a capacitance component based on its floating capacity, or a capacitance component based on an intentionally added capacitor.
  • the coil case 260 is used to accommodate the coil body 270 having the inductance component of the power receiving antenna 210.
  • the coil case 260 has a box shape having an opening made of a resin such as polycarbonate. From each side of the rectangular bottom plate portion 261 of the coil case 260, a side plate portion 262 is provided so as to extend in a direction perpendicular to the bottom plate portion 261. An upper opening 263 is formed above the coil case 260 so as to be surrounded by the side plate 262.
  • the power receiving antenna 210 packaged in the coil case 260 is attached to the vehicle main body on the upper opening 263 side.
  • any conventionally known method can be used.
  • a flange member or the like may be provided around the upper opening 263 in order to improve attachment to the vehicle main body.
  • the coil body 270 includes a rectangular flat plate-like base material 271 made of glass epoxy and a spiral conductive portion 272 formed on the base material 271.
  • a conductive line (not shown) is electrically connected to the first end portion 273 on the inner peripheral side and the second end portion 274 on the outer peripheral side of the conductive portion 272 having a spiral shape.
  • the power received by the power receiving antenna 210 can be guided to the rectifying unit 202.
  • Such a coil body 270 is placed on the rectangular bottom plate portion 261 of the coil case 260 and fixed on the bottom plate portion 261 by an appropriate fixing means.
  • the magnetic shield body 280 is a flat magnetic member having a hollow portion 285.
  • the specific resistance is large, the magnetic permeability is large, and the magnetic hysteresis is small.
  • a magnetic material such as ferrite can be used.
  • the magnetic shield body 280 is arranged with a certain amount of space above the coil body 270 by being fixed to the coil case 260 by an appropriate means. With such a layout, the lines of magnetic force generated on the power transmission antenna 140 side have a high rate of transmission through the magnetic shield body 280, and in power transmission from the power transmission antenna 140 to the power reception antenna 210, the metal lines constituting the vehicle main body portion are used. The effect on the magnetic field lines is minimal.
  • a rectangular plate-shaped metal body lid 290 that covers the upper opening 263 is arranged above the shield body 280 at a predetermined distance. ing. Any material can be used as the metal material used for the metal body lid 290. In this embodiment, for example, aluminum is used.
  • the vehicle main body is configured. It is possible to efficiently transmit power while suppressing the influence of metal objects.
  • the structure of the power receiving antenna 210 as described above is also applied to a power transmission side antenna constituting the power transmission system 100.
  • the power transmission antenna 140 is configured to be plane symmetric (mirror image symmetric) with respect to the power receiving antenna 210 and the horizontal plane.
  • the coil body 370 is arranged in the coil case 360, the magnetic shield body 380 is provided at a predetermined distance from the coil body 360, and the coil case 160 is sealed by the metal body lid 390, similarly to the power receiving side. It is a structure that is made.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the frequency and the power transmission efficiency in the power transmission system according to the present embodiment.
  • FIG. 6A shows frequency characteristics of power transmission efficiency corresponding to a state (the position displacement amount is zero and the coupling coefficient is the highest state) when the power receiving antenna 210 and the power transmitting antenna 140 are most appropriately arranged. Show. As shown in FIG. 6A, there are two frequencies that give two maximum values, and there is one frequency that gives a minimum value between them. An extreme frequency that gives a maximum value having a lower frequency is defined as a first extreme value frequency, and an extreme frequency that gives a maximum value having a higher frequency is defined as a second extreme value frequency.
  • FIG. 6B, FIG. 6C, and FIG. 6D show a state in which the amount of positional deviation between the power receiving antenna 210 and the power transmitting antenna 140 becomes larger as the process proceeds from FIG. 6A to FIG.
  • the frequency characteristic of the power transmission efficiency corresponding to is shown.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the current and electric field at the first extreme frequency.
  • the current flowing through the power transmitting antenna 140 and the current flowing through the power receiving antenna 210 have substantially the same phase, and the position where the magnetic field vectors are aligned is near the center of the power transmitting antenna 140 or the power receiving antenna 210.
  • This state is considered as a magnetic wall in which the direction of the magnetic field is perpendicular to the symmetry plane between the power transmission antenna 140 and the power reception antenna 210.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the state of current and electric field at the second extreme frequency.
  • the phases of the current flowing through the power transmission antenna 140 and the current flowing through the power reception antenna 210 are almost opposite, and the position where the magnetic field vectors are aligned is near the symmetry plane of the power transmission antenna 140 and the power reception antenna 210.
  • This state is considered as an electrical wall in which the direction of the magnetic field is horizontal with respect to the plane of symmetry between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210.
  • FIG. 9 is a diagram showing characteristics at an extreme frequency (first extreme frequency) at which a magnetic wall is generated, among extreme frequency giving two extreme values.
  • FIG. 9A is a diagram showing how the voltage (V 1 ) and current (I 1 ) on the power transmission side vary with the load change fluctuation of the battery 240 (load)
  • FIG. 9B shows the battery 240 ( receiving side of the voltage due to load change variation of the load) (V 3), it is a diagram showing a state of variation of the current (I 3).
  • V 1 voltage
  • I 1 current
  • the power receiving antenna 210 can be seen as a constant current source when viewed from the battery 240 side.
  • the power receiving antenna 210 operates like a constant current source, if an emergency stop occurs due to a malfunction of the battery 240 on the load side, both ends of the power receiving antenna 210 are The voltage will increase.
  • FIG. 10 is a diagram showing a characteristic at an extreme frequency (second extreme frequency) at which an electric wall is generated, among extreme frequency giving two extreme values.
  • FIG. 10A is a diagram showing how the voltage (V 1 ) and current (I 1 ) on the power transmission side vary with the load change fluctuation of the battery 240 (load), and FIG. receiving side of the voltage due to load change variation of the load) (V 3), it is a diagram showing a state of variation of the current (I 3). According to the characteristics shown in FIG. 10, it can be seen that there is a characteristic that the current decreases as the load of the battery 240 (load) increases on the power receiving side.
  • the power receiving antenna 210 can be seen as a constant voltage source when viewed from the battery 240 side.
  • the power receiving antenna 210 operates as a constant voltage source, even if an emergency stop occurs due to a malfunction of the battery 240 on the load side, both ends of the power receiving antenna 210
  • the voltage of the part does not increase. Therefore, according to the power transmission system of the present invention, when the load is suddenly reduced, the voltage does not become high voltage, and it is possible to perform power transmission stably.
  • the charging circuit appears as a current source for the battery 240 (load) on the power receiving side, and in the characteristics of FIG. 10, the charging circuit is a voltage for the battery 240 (load) on the power receiving side. It will appear as a source.
  • the characteristic shown in FIG. 10 in which the current decreases as the load increases is preferable for the battery 240 (load).
  • the first extreme frequency and the second extreme frequency of 2 are used. In the case where there is one, an extreme frequency at which an electric wall is generated on the plane of symmetry between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 is selected.
  • the optimum frequency at the time of power transmission can be quickly determined, and the efficiency Power transmission can be performed in a short time.
  • the battery 240 (load) is charged. Since the circuit appears as a voltage source, there is an advantage that it is easy to handle because the output of the inverter unit 130 increases and decreases when the output to the battery 240 fluctuates due to charge control. Moreover, since the power supply is automatically minimized when the charger 230 is urgently stopped, no useless device is required.
  • the rectifier 220 is viewed from the charger 230. Since it appears as a voltage source, when the output to the battery 240 fluctuates due to charge control, there is an advantage that it is easy to handle because it increases and decreases with the output of the rectifying booster 120. Moreover, since the power supply is automatically minimized when the charger 230 is urgently stopped, no useless device is required.
  • the charger 230 when there are two frequencies that give two extreme values, the charger 230 outputs the extreme frequency when a magnetic wall is generated on the plane of symmetry between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210. Therefore, it is necessary to control the supply voltage as the value is reduced, and a communication means and a detection means for that purpose are required, which increases costs.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a flowchart of the coupling coefficient derivation / frequency determination process in the power transmission system according to the embodiment of the present invention.
  • step S101 the power transmission control unit 150 outputs a predetermined output value (for example, 1.5 kW) so as to output a predetermined output value.
  • the drive frequency in the inverter unit 130 is set to be the coupling coefficient detection frequency.
  • the coupling coefficient detection frequency will be described.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the coupling coefficient detection frequency in the power transmission system 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis indicates the drive frequency of the inverter unit 130
  • the vertical axis indicates the current I 1 input to the inverter unit 130.
  • 480 [kHz] is a frequency in the vicinity of the second extreme value frequency (see FIG. 6A)
  • 460 [kHz] is a frequency that gives the minimum value of efficiency and the second extreme value frequency.
  • the frequency is in the vicinity of the intermediate frequency (see FIG. 6A).
  • the latter frequency (460 [kHz]), that is, the transmission efficiency between the power transmission antenna 140 and the power reception antenna 210 is maximized as the coupling coefficient detection frequency.
  • a frequency between the frequency and the minimum frequency is selected.
  • the coupling coefficient detection frequency is that the value of the current I 1 in the inverter unit 130 is based on the amount of displacement between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 (proportional to the reciprocal of the coupling coefficient). On the other hand, it can be mentioned that it is sensitive.
  • step S103 the current I 1 in the inverter unit 130 is measured.
  • step S104 it is determined whether or not “measured current value (current I 1 ) ⁇ predetermined current value” is satisfied.
  • the predetermined current value is a current value for which the amount of displacement (proportional to the reciprocal of the coupling coefficient) cannot be determined.
  • the predetermined current value is set to about 0.2A. Is possible.
  • step S104 determines whether the amount of positional deviation (proportional to the reciprocal of the coupling coefficient) is too large and power transmission is impossible using the interface unit 230. To inform.
  • step S105 a coupling coefficient is derived by referring to the first table in the data table 151 based on the measured current value (current I 1 ).
  • the first table stores the relationship between the current flowing through the inverter unit 130 and the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210.
  • FIG. 13 shows an example of such a data table.
  • the second table in the data table 151 is referred to, and the frequency for executing the actual power transmission is determined from the derived coupling coefficient.
  • the second table stores the relationship between the coupling coefficient between the power transmission antenna 140 and the power reception antenna 210 and the transmission frequency.
  • FIG. 14 shows an example of such a data table.
  • the frequency determined in FIG. 14 is a frequency in the vicinity of the second extreme frequency and an electric wall is generated, and the power receiving antenna 210 can be seen as a constant voltage source when viewed from the battery 240 side.
  • step S108 the flow of the coupling coefficient derivation / frequency determination process ends.
  • the control unit drives the inverter unit 130 at a specific frequency, measures the current flowing through the inverter unit 130, and measures the measured current and the data table 151.
  • a coupling coefficient between the power transmission antenna 140 and the power receiving antenna 210 is calculated.
  • the power transmission antenna 140 and the power receiving antenna are calculated from the coupling coefficient. Therefore, it is possible to appropriately grasp the positional deviation with respect to 210, and it is possible to execute efficient power transmission.
  • the power transmission system according to the present invention includes a coupling coefficient between the power transmission antenna 140 and the power receiving antenna 210 calculated by the calculation unit by the control unit, and the data table 151.
  • 140 is used to determine a transmission frequency when electric energy is transmitted from an electromagnetic field via an electromagnetic field.
  • the power transmission antenna 140 and the power receiving antenna 210 are determined from a coupling coefficient. It is possible to appropriately grasp the positional deviation between them, and to select an appropriate frequency at the time of power transmission based on the positional deviation, so that efficient power transmission can be executed.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a flowchart of power transmission processing in the power transmission system according to the embodiment of the present invention. This flowchart is executed by the power transmission control unit 150.
  • FIG. 14 is a diagram showing a charging profile of the battery 240.
  • This charging profile shows an example of the charging profile of the battery 240, and other profiles may be used to charge the battery 240.
  • FIG. 14 shows a charging profile from a state in which the battery 240 has almost no charged amount.
  • CC control constant current charging
  • I const constant current I const
  • CV control constant voltage charging
  • the flowchart of the power transmission process shown in FIG. 15 is assembled in consideration of such a charging profile.
  • step S201 the power transmission control unit 150 sets the rectification boosting unit 120 so that the target output value is, for example, 1.5 kW.
  • step S202 the drive frequency of the inverter unit 130 is set to the optimum frequency determined in the previous frequency determination process, and power transmission is executed in step S203.
  • step S204 the output power is measured by the voltage V 2 and current I 2 output from the inverter unit 130.
  • step S205 it is determined whether or not the measured output power is smaller than a predetermined power.
  • step S205 the change on the power receiving side as described above is captured.
  • step S205 When the determination in step S205 is NO, the process returns to step S203 to loop, and when the determination in step S205 is YES, the process proceeds to step S206, and the rectification booster 120 is set so that the output voltage to the inverter unit 130 does not change. To do.
  • step S207 power transmission is executed, and in step S208, the current I 3 input to the battery 240 is measured by the charge control unit 250.
  • step S209 it is determined whether or not the measured current I 3 has reached the minimum current I min .
  • the process returns to step S207 and loops.
  • the determination in step S209 is YES, it is presumed that the battery 240 has been charged on the power receiving side, so the process proceeds to step S210. The power transmission is stopped, and the process ends in step S211.
  • the control unit drives the inverter unit at a specific frequency and measures the current flowing through the inverter unit. From the measured current and the table, the power transmission antenna and The coupling coefficient between the power receiving antenna and the power receiving antenna is calculated, and according to the power transmission system according to the present invention, the positional deviation between the power transmitting antenna and the power receiving antenna is appropriately grasped from the coupling coefficient. And efficient power transmission can be performed.
  • the power transmission system according to the present invention includes a coupling coefficient between the power transmission antenna and the power reception antenna calculated by the calculation unit by the control unit, and the table from the power transmission antenna via an electromagnetic field.
  • the positional deviation between the power transmission antenna and the power reception antenna is appropriately determined from the coupling coefficient.
  • FIG. 17 is an example of a second data table that stores the relationship between the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 and the transmission frequency, which is used in the power transmission system 100 according to another embodiment.
  • FIG. 17 is an example of a second data table that stores the relationship between the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 and the transmission frequency, which is used in the power transmission system 100 according to another embodiment.
  • a plurality of types of batteries 240 can be supported.
  • the positional deviation between the power transmission antenna 140 and the power reception antenna 210 (proportional to the reciprocal of the coupling coefficient), the transmission frequency, and the battery 240 (load). It is a data table in which the relationship with impedance is defined.
  • the frequency at the time of power transmission is determined by using the data table surrounded by the left dotted line, and the impedance of the battery 240 is also determined.
  • the frequency at the time of power transmission is determined by using the data table surrounded by the dotted line on the right side.
  • the power transmission control unit 150 is an inverter.
  • a DC voltage having a specific voltage value is input to the unit 130, the inverter unit 130 is driven at a specific frequency, a current flowing through the inverter unit 130 is measured, and the power transmission antenna 140 is calculated from the measured current and the first table.
  • the coupling coefficient between the power receiving antenna 210 and the power receiving antenna 210 is calculated.
  • the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 takes various values as parameters, the voltage value V 1 and the current value I 1 of the DC voltage input to the inverter unit 130 and the driving of the inverter unit 130
  • the frequency f As shown in the image diagram of FIG. That is, when various coupling coefficients between antennas are varied, a set of (V 1 , I 1 , f) forms a predetermined plane in the coordinate system shown in FIG.
  • the voltage value V 1 and the drive frequency f are set as specific values, and the current value I 1 is measured, thereby defining the relationship between the measured current value I 1 and the coupling coefficient between the antennas. From the table of 1, it can be seen that there are various methods other than the first embodiment for obtaining the coupling coefficient.
  • FIG. 19 is a diagram showing a table example that can be used in the power transmission system according to the embodiment of the present invention, and FIG. 19A shows a first table example used in the first embodiment.
  • FIG. 19B shows an example of a table (third table) used when calculating a coupling coefficient between antennas according to another embodiment.
  • the table shows the relationship between the voltage value V 1 of the DC voltage input to the inverter unit 130 and the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210.
  • the power transmission control unit 150 inputs a DC voltage having a specific current value to the inverter unit 130, drives the inverter unit 130 at a specific frequency, measures the voltage flowing through the inverter unit 130, and determines the measured voltage and FIG.
  • a coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 is calculated from the table (third table) shown in FIG.
  • FIG. 19C shows an example of a table (fourth table) used in calculating the coupling coefficient between antennas according to another embodiment.
  • the table stores the relationship between the drive frequency f in the inverter unit 130 and the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210.
  • the power transmission control part 150 acquires the drive frequency of the inverter part 130 at the time of inputting the DC voltage of a specific voltage value and a specific current value into the inverter part 130, and the acquired frequency and table (fourth)
  • the coupling coefficient between the power transmitting antenna 140 and the power receiving antenna 210 is calculated from the above table.
  • the power transmission system of the present invention is suitable for use in a system for charging a vehicle such as an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) that is rapidly spreading in recent years.
  • a power transmission system is provided in a stop space where the vehicle can be stopped, and a user of the vehicle stops the vehicle in a stop space where the power transmission system is provided, and receives power received in the vehicle.
  • the antenna receives power from the power transmission system.
  • the frequency at which power is transmitted is not necessarily the frequency that gives the maximum efficiency based on the coupling coefficient between the current transmitting antenna and the receiving antenna (the amount of positional deviation between the antennas). There was a problem that efficient power transmission could not be performed.
  • the control unit drives the inverter unit at a specific frequency, measures the current flowing through the inverter unit, and determines between the power transmission antenna and the power receiving antenna from the measured current and the table.
  • the coupling coefficient is derived, and according to such a power transmission system according to the present invention, the positional deviation between the power transmitting antenna and the power receiving antenna can be appropriately grasped from the coupling coefficient, which is efficient. It is possible to carry out efficient power transmission, and industrial applicability is very large.

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Abstract

【課題】結合係数から送電アンテナと受電アンテナとの間の位置ずれを適切に把握することができ、効率的な電力伝送を実行可能な電力伝送システムを提供する。 【解決手段】本発明の電力伝送システムは、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部１３０と、前記インバータ部１３０からの交流電圧が入力される送電アンテナ１４０と、前記インバータ部１３０に入力する直流電圧の電圧値と、前記インバータ部１３０によって出力される交流電圧の周波数を制御する送電制御部１５０と、前記送電アンテナ１４０に対向し、前記送電アンテナ１４０から電磁場を介して電気エネルギーを伝送する受電アンテナ２１０と、前記インバータ部１３０に流れる電流と、を有する電力伝送システムであって、前記インバータ部１３０に流れる電流に基づいて、前記送電アンテナ１４０と前記受電アンテナ２１０との間の結合係数を導出することを特徴とする。

Description

電力伝送システム
　本発明は、磁気共鳴方式の磁気共鳴アンテナが用いられるワイヤレス電力伝送システムに関する。
　近年、電源コードなどを用いることなく、ワイヤレスで電力（電気エネルギー）を伝送する技術の開発が盛んとなっている。ワイヤレスで電力を伝送する方式の中でも、特に注目されている技術として、磁気共鳴方式と呼ばれるものがある。この磁気共鳴方式は２００７年にマサチューセッツ工科大学の研究グループが提案したものであり、これに関連する技術は、例えば、特許文献１（特表２００９－５０１５１０号公報）に開示されている。
　磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムは、送電側アンテナの共振周波数と、受電側アンテナの共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うものであり、電力伝送距離を数十ｃｍ～数ｍとすることが可能であることが大きな特徴の一つである。
　上記のような磁気共鳴方式のワイヤレス電力伝送システムにおいて、例えば、一方のアンテナが電気自動車のような移動体に搭載される場合には、電力伝送を行うたびに、アンテナ間の配置が変化するので、最適な電力伝送効率を与える周波数がこれに伴い変化することとなる。そこで、電力伝送を行う前段に、周波数をスイープして、本番の電力伝送時の最適周波数を決定する技術が提案されている。例えば、特許文献２（特開２０１０－６８６５７号公報）に、所定周波数の交流電力を出力する交流電力出力手段と、第１共鳴コイル、及び該第１共鳴コイルと対向配置された第２共鳴コイルとを有し、前記交流電力出力手段より出力される交流電力を前記第１共鳴コイルに出力し、共鳴現象により非接触で前記交流電力を前記第２共鳴コイルに送信するワイヤレス電力送信装置において、前記第１共鳴コイルの共鳴周波数、及び前記第２共鳴コイルの共鳴周波数をそれぞれ測定し、前記交流電力出力手段より出力する交流電力の周波数を、前記各共鳴周波数の中間周波数に設定する周波数設定手段を備えることを特徴とするワイヤレス電力送信装置が開示されている。
特表２００９－５０１５１０号公報 特開２０１０－６８６５７号公報
　特許文献２に記載の電力伝送システムは、電気自動車（ＥＶ）などの車両への充電のためのシステムに用いられることが想定されている。このような電力伝送システムは、車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられ、車両のユーザーは電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナによって電力伝送システムからの電力を受電する。
　車両を停車スペースに停車させる際には、車両搭載の受電アンテナが、停車スペース側の送電アンテナに対して最も伝送効率が良い位置（送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数が最大である位置、すなわち、例えば、送電アンテナと受電アンテナが同じ形状、同じ大きさのアンテナの場合、前後左右のずれ量がゼロである位置）の関係になるとは限らない。すなわち、従来技術に係る電力伝送システムにおいては、単に中間周波数に設定するだけであるので、その周波数が現在の送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数（アンテナ間の位置ずれ量）に基づいた最大効率を与える周波数であるとは限らず、効率的な電力伝送を実行することができない、という問題があった。
　上記問題を解決するために、請求項１に係る発明は、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される送電アンテナと、前記インバータ部に入力する直流電圧の電圧値と、前記インバータ部によって出力される交流電圧の周波数を制御する制御部と、前記送電アンテナに対向し、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを伝送する受電アンテナと、を有する電力伝送システムであって、前記インバータ部に流れる電流に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする。
　また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電力伝送システムにおいて、前記インバータ部に流れる電流と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルを有し、前記制御部が前記インバータ部に特定の電圧値の直流電圧を入力し、特定の周波数で前記インバータ部を駆動し、前記インバータ部に流れる電流を測定すると共に、測定された電流と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする。
　また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の電力伝送システムにおいて、前記特定の周波数としては、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の伝送効率が極大となる周波数と、極小となる周波数の間の周波数が選定されることを特徴とする。
　また、請求項４に係る発明は、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される送電アンテナと、前記インバータ部に入力する直流電圧の電流値と、前記インバータ部によって出力される交流電圧の周波数を制御する制御部と、前記送電アンテナに対向し、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを伝送する受電アンテナと、を有する電力伝送システムであって、前記インバータ部に流れる電流の電圧に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする。
　また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の電力伝送システムにおいて、前記インバータ部に入力される直流電圧の電圧値と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルを有し、前記制御部が前記インバータ部に特定の電流値の直流電圧を入力し、特定の周波数で前記インバータ部を駆動し、前記インバータ部に流れる電流の電圧を測定すると共に、測定された電圧と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする。
　また、請求項６に係る発明は、直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、前記インバータ部からの交流電圧が入力される送電アンテナと、前記インバータ部に入力する直流電圧の電圧値と電流値と、前記インバータ部によって出力される交流電圧の周波数を制御する制御部と、前記送電アンテナに対向し、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを伝送する受電アンテナと、前記インバータ部における駆動周波数と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルと、を有する電力伝送システムであって、前記インバータ部の駆動周波数に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする
　また、請求項７に係る発明は、請求項６に記載の電力伝送システムにおいて、前記インバータ部における駆動周波数と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルを有し、前記制御部が前記インバータ部に特定の電圧値と特定の電流値の直流電圧を入力した際の、前記インバータ部の駆動周波数を取得すると共に、取得された周波数と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする。
　本発明に係る電力伝送システムは、制御部が特定の周波数で前記インバータ部を駆動し、前記インバータ部に流れる電流を測定すると共に、計測された電流と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出するものであり、このような本発明に係る電力伝送システムによれば、結合係数から前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の位置ずれを適切に把握することができ、効率的な電力伝送を実行することが可能となる。
本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける送電アンテナと受電アンテナの位置関係の定義を説明する図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムのインバータ部を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムに用いられる受電アンテナ２１０の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送におけるアンテナ間の電力伝送の様子を示す断面の模式図である。 周波数と電力伝送効率との関係を示す図である。 第１極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。 第２極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。 ２つの極値を与える極値周波数のうち磁気壁が生じる極値周波数（第１周波数）での特性を示す図である。 ２つの極値を与える極値周波数のうち電気壁が生じる極値周波数（第２周波数）での特性を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける結合係数導出・周波数決定処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける結合係数検出周波数を説明する図である。 インバータ部１３０に流れる電流と、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数との関係を記憶するデータテーブルの一例を示す図である。 送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数と、伝送周波数との関係を記憶するデータテーブルの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける電力伝送処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける電池の充電プロファイルを示す図である。 送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数と、伝送周波数との関係を記憶するデータテーブルの一例を示す図である。 アンテナ間の結合係数を変動させたときの（Ｖ1，Ｉ1，ｆ）の集合のイメージ図である。 本発明の実施形態に係る電力伝送システムで用い得るテーブル例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのブロック図であり、図２は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００を車両に搭載した例を模式的に示す図である。本発明の電力伝送システム１００は、例えば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両搭載電池への充電のためのシステムに用いるのに好適である。このために、車両の底面部においては、受電を行うことを可能にする受電アンテナ２１０が配されてなる。
　本実施形態に係る電力伝送システム１００では、上記のような車両に対して電力を非接触で伝送するため、当該車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられる。車両充電用のスペースである当該停車スペースには、本実施形態に係る電力伝送システム１００の送電アンテナ１４０などが地中部に埋設されるような構成となっている。車両のユーザーは本実施形態に係る電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、送電アンテナ１４０から車両に搭載されている受電アンテナ２１０に対して、電磁場を介し電気エネルギー（電力）を伝送する。
　車両を停車スペースに停車させる際には、車両搭載の受電アンテナ２１０が、送電アンテナ１４０対して最も伝送効率が良い位置（送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数が最大である位置、すなわち、例えば、送電アンテナと受電アンテナが同じ形状、同じ大きさのアンテナの場合、前後左右のずれ量がゼロである位置）の関係になるとは限らない。そこで、本実施形態に係る電力伝送システム１００においては、受電アンテナ２１０と送電アンテナ１４０との位置関係を把握した上で、電力伝送効率が最高となるように、電力伝送システム１００を行うために最適な周波数を選択するように構成されている。
　図２は本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０の位置関係の定義を説明する図である。送電アンテナ１４０、受電アンテナ２１０はいずれも渦巻き状に巻回された略矩形のコイルである。受電アンテナ２１０が車輌に搭載さているという制約の下、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数が最大となる、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との相対的位置を、最適相対的位置として定義すると、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ量は、この最適相対的位置からの相違として定義することができる。最適相対的位置からのアンテナ間の位置ずれ量が大きくなればなるほど、結合係数は小さくなる。
　送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０が同じ大きさ、同じ形状のアンテナである場合、結合係数を実際の数値として導出しなくても、最適相対的位置からのアンテナ間の位置ずれ量を求めることで、間接的に結合係数を求めていることと同じとなる。また、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０が異なる大きさ、異なる形状であっても、これら大きさ、形状に応じた最適相対的位置からの位置ずれ量と結合係数との関係を予め記憶しておく等によって、結合係数を実際の数値として導出しなくても、位置ずれ量を求めることで、間接的に結合係数を求めていることと同じとなる。
　車両充電設備（送電側）における整流昇圧部１２０は、商用電源などのＡＣ電源部１１０からの交流電圧を一定の直流に変換するコンバータと、このコンバータからの出力を所定の電圧に昇圧するものである。この整流昇圧部１２０で生成される電圧の設定は送電制御部１５０から制御可能となっている。
　インバータ部１３０は、整流昇圧部１２０から供給される直流電圧から所定の交流電圧を生成して、送電アンテナ１４０に入力する。図３は本発明の実施形態に係る電力伝送システムのインバータ部を示す図である。インバータ部１３０は、例えば図３に示すように、フルブリッジ方式で接続されたＱA乃至ＱDからなる４つの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって構成されている。
　本実施形態においては、直列接続されたスイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱBの間の接続部Ｔ１と、直列接続されたスイッチング素子ＱCとスイッチング素子ＱDとの間の接続部Ｔ２との間に送電アンテナ１４０が接続される構成となっており、スイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱDがオンのとき、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオフとされ、スイッチング素子ＱBとスイッチング素子ＱCがオンのとき、スイッチング素子ＱAとスイッチング素子ＱDがオフとされることで、接続部Ｔ１と接続部Ｔ２との間に矩形波の交流電圧を発生させる。
　上記のようなインバータ部１３０を構成するスイッチング素子ＱA乃至ＱDに対する駆動信号は送電制御部１５０から入力されるようになっている。また、インバータ部１３０を駆動させるための周波数は送電制御部１５０から制御することができるようになっている。
　上記のようなインバータ部１３０からの出力は送電アンテナ１４０に供給される。この送電アンテナ１４０は、インダクタンス成分を有する後述するようなコイルから構成されており、対向するようにして配置される車両搭載の受電アンテナ２１０と共鳴することで、送電アンテナ１４０から出力される電気エネルギーを受電アンテナ２１０に送ることができるようになっている。
　なお、インバータ部１３０からの出力を、送電アンテナ１４０に入力する際には、いったん、不図示の整合器によってインピーダンスを整合させるようにしてもよい。整合器は所定の回路定数を有する受動素子から構成することができる。
　本発明の実施形態に係る電力伝送システムでは、電力伝送システム１００の送電側の送電アンテナ１４０から、受電側の受電アンテナ２１０へ効率的に電力を伝送する際、送電アンテナ１４０の共振周波数と、受電アンテナ２１０の共振周波数とを同一とすることで、送電側アンテナから受電側アンテナに対し、効率的にエネルギー伝達を行うようにしている。
　インバータ部１３０に対する入力される電圧Ｖ1及び電流Ｉ1、インバータ部１３０から出力される電圧Ｖ2及び電流Ｉ2は送電制御部１５０によって計測されるようになっている。これにより、送電制御部１５０は、計測される電圧Ｖ1及び電流Ｉ1からインバータ部１３０に入力される入力電力（Ｗ1＝Ｖ1×Ｉ1）、及び、計測される電圧Ｖ2及び電流Ｉ2からインバータ部１３０から出力される出力電力（Ｗ2＝Ｖ2×Ｉ2）を取得することができるようになっている。また、これらの計測値は、送電制御部１５０がインバータ部１３０に入力する直流電圧の電圧値と電流値とを制御する際に用いられる。
　送電制御部１５０は、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部を有しており、取得された入力電力（Ｗ1）と出力電力（Ｗ2）とからインバータ部１３０の効率（Ｗ1／Ｗ2）などを演算することができるようになっている。
　送電制御部１５０におけるデータテーブル１５１は、インバータ部１３０に流れる電流と、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数（アンテナ間位置ずれ量と逆比例）との関係を記憶する第１のテーブルと、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれと、伝送周波数との関係を記憶する第２のテーブルと、からなる。送電制御部１５０は、入力される計測値とこれらのテーブルとを参照して、電力伝送時における制御を行う。
　送電制御部１５０は、整流昇圧部１２０によって出力される直流電圧の電圧と、インバータ部１３０で出力される交流電圧の周波数を制御して、実際の充電の電力伝送を実行する。
　また、通信部１５７は車両側の通信部２５７と無線通信を行い、車両との間でデータの送受を可能にする構成である。通信部１５７によって受信したデータは送電制御部１５０に転送され、また、送電制御部１５０は所定情報を通信部１５７を介して車両側に送信することができるようになっている。
　次に、車両側に設けられている電力伝送システム１００の構成について説明する。車両の受電側のシステムにおいて、受電アンテナ２１０は、送電アンテナ１４０と共鳴することによって、送電アンテナ１４０から出力される電気エネルギーを受電するものである。
　受電アンテナ２１０で受電された交流電力は、整流器２２０において整流され、整流された電力は充電器２3０を通して電池２４０に蓄電されるようになっている。充電器２３０は充電制御部２５０からの指令に基づいて電池２４０の蓄電を制御する。なお、本実施形態においては、受電側システムの負荷として電池２４０を用い、これに充電を行う例について説明しているが、受電側システムの負荷としては、その他の負荷を用いるようにしてもよい。
　充電器２３０から電池２４０に対して入力される電圧Ｖ3及び電流Ｉ3は充電制御部２５０によって計測されるようになっている。計測された電圧Ｖ3及び電流Ｉ3により、充電制御部２５０は、充電器２３０を制御して、電池２４０の適切な充電プロファイルに沿うように電池２４０の充電を制御することができるように構成されている。充電器２3０は、電池２４０を定電流、定出力、定電圧のいずれかで充電させるかを選択することができるようになっている。
　充電制御部２５０はＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを保持するＲＯＭとＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭなどからなる汎用の情報処理部を有しており、図示されている充電制御部２５０と接続される各構成と協働するように動作する。
　充電制御部２５０は電池２４０の充電プロファイルを記憶すると共に、充電制御部２５０をこのプロファイルに沿って動作させるためのアルゴリズムを記憶している。
　また、通信部２５７は送電側の通信部１５７と無線通信を行い、送電側システムとの間でデータの送受を可能にする構成である。通信部２５７によって受信したデータは充電制御部２５０に転送され、また、充電制御部２５０は所定データ（例えば、電圧Ｖ3及び電流Ｉ3などのデータ）を、通信部２５７を介して送電側に送信することができるようになっている。
　インターフェイス部２３０は、車両の運転席部に設けられ、ユーザー（運転者）に対し所定の情報などを提供したり、或いは、ユーザーからの操作・入力を受け付けたりするものであり、表示装置、ボタン類、タッチパネル、スピーカーなどで構成されるものである。ユーザーによる所定の操作が実行されると、インターフェイス部２３０から操作データとして充電制御部２５０に送られ処理される。また、ユーザーに所定の情報を提供する際には、充電制御部２５０からインターフェイス部２３０に対して、所定情報を表示するための表示指示データが送信される。
　図４は本発明の実施形態に係る電力伝送システムに用いられる受電アンテナ２１０の分解斜視図であり、図５は本発明の実施形態に係る電力伝送におけるアンテナ間の電力伝送の様子を示す断面の模式図である。なお、以下の実施形態では、コイル体２７０として矩形平板状のものを例に説明するが、本発明のアンテナはこのような形状のコイルに限定されるものではない。例えば、コイル体２７０として円形平板状のものなども利用し得る。このようなコイル体２７０は、受電アンテナ２１０における磁気共鳴アンテナ部として機能する。この「磁気共鳴アンテナ部」は、コイル体２７０のインダクタンス成分のみならず、その浮游容量に基づくキャパシタンス成分、或いは意図的に追加したコンデンサに基づくキャパシタンス成分をも含むものである。
　コイルケース２６０は、受電アンテナ２１０のインダクタンス成分を有するコイル体２７０を収容するために用いられるものである。このコイルケース２６０は、例えばポリカーボネートなどの樹脂により構成される開口を有する箱体の形状をなしている。コイルケース２６０の矩形状の底板部２６１の各辺からは側板部２６２が、前記底板部２６１に対して垂直方向に延在するようにして設けられている。そして、コイルケース２６０の上方においては、側板部２６２に囲まれるような上方開口部２６３が構成されている。コイルケース２６０にパッケージされた受電アンテナ２１０はこの上方開口部２６３側で車両本体部に取り付けられる。コイルケース２６０を車両本体部に取り付けるためには、従来周知の任意の方法を用いることができる。なお、上方開口部２６３の周囲には、車両本体部への取り付け性を向上するために、フランジ部材などを設けるようにしても良い。
　コイル体２７０は、ガラスエポキシ製の矩形平板状の基材２７１と、この基材２７１上に形成される渦巻き状の導電部２７２とから構成されている。渦巻き状をなす導電部２７２の内周側の第１端部２７３、及び外周側の第２端部２７４には導電線路（不図示）が電気接続される。これにより、受電アンテナ２１０によって受電した電力を整流部２０２へと導けるようになっている。このようなコイル体２７０はコイルケース２６０の矩形状の底板部２６１上に載置され、適当な固着手段によって底板部２６１上に固着される。
　磁性シールド体２８０は、中抜き部２８５を有する平板状の磁性部材である。この磁性シールド体２８０を構成するためには、比抵抗が大きく、透磁率が大きく、磁気ヒステリシスが小さいものが望ましく、例えばフェライトなどの磁性材料を用いることができる。磁性シールド体２８０は、コイルケース２６０に対して適当な手段により固着されることで、コイル体２７０の上方にある程度の空間を空けて配されるようになっている。このようなレイアウトにより、送電アンテナ１４０側で発生する磁力線は、磁性シールド体２８０を透過する率が高くなり、送電アンテナ１４０から受電アンテナ２１０への電力伝送において、車両本体部を構成する金属物による磁力線への影響が軽微となる。
　また、コイルケース２６０の上方開口部２６３においては、前記上方開口部２６３を覆うような矩形平板状の金属体蓋部２９０が、シールド体２８０の上方に所定距離をおいて配されるようになっている。このような金属体蓋部２９０に用いる金属材料として任意のものを用いることとができるが、本実施形態においては、例えばアルミニウムを用いている。
　以上のように、本発明の受電アンテナ２１０によれば、コイル体２７０の上方に磁性シールド体２８０が設けられているので、車両底面に受電アンテナ２１０を装着した場合でも、車両本体部を構成する金属物などの影響を抑制して、効率的に電力伝送を行うことが可能となる。
　また、上記のような受電アンテナ２１０の構造は、電力伝送システム１００を構成する送電側のアンテナにも適用されている。この場合、図５に示すように、送電アンテナ１４０は、受電アンテナ２１０と水平面に対して面対称（鏡像対称）となるような構造とされている。
　送電アンテナ１４０においても、受電側同様に、コイル体３７０がコイルケース３６０に配され、これと所定距離離されて磁性シールド体３８０が設けられると共に、金属体蓋部３９０によってコイルケース１６０が封止されてなる構造である。
　次に、以上のように構成される本実施形態に係る電力伝送システム１００における受電アンテナ２１０と送電アンテナ１４０との位置関係に基づく、電力伝送効率の周波数依存性について説明する。図６は本実施形態に係る電力伝送システムにおける周波数と電力伝送効率との関係を示す図である。
　図６（Ａ）は受電アンテナ２１０と送電アンテナ１４０とが最も適切に配置されているときの状態（位置ずれ量がゼロで、結合係数が最高の状態）に対応する電力伝送効率の周波数特性を示している。図６（Ａ）に示すように、２つの極大値を与える周波数が２つあり、さらにその間に極小値を与える周波数が１つある。周波数が低い方の極大値を与える極値周波数を第１極値周波数、周波数が高い方の極大値を与える極値周波数を第２極値周波数として定義する。
　図６（Ａ）から図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図６（Ｄ）と進むにつれて、受電アンテナ２１０と送電アンテナ１４０と間の位置のずれ量がより大きくなっているときの状態に対応する電力伝送効率の周波数特性を示している。
　図６（Ｃ）、図６（Ｄ）に示すように、伝送効率の極値を与える周波数が1つである場合には、この極値の周波数が選定すれば高い伝送効率で電力伝送を行うことができる。一方、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように極値を与える周波数として、第１極値周波数、第２極値周波数の２つがある場合については、本実施形態においては、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定するようにしている。
　以下、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に生じる電気壁、及び磁気壁の概念について説明する。
　図７は第１極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。第１極値周波数においては、送電アンテナ１４０に流れる電流と、受電アンテナ２１０に流れる電流とで位相が略等しくなり、磁界ベクトルが揃う位置が送電アンテナ１４０や受電アンテナ２１０の中央部付近となる。この状態を、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に対して磁界の向きが垂直となる磁気壁が生じているものとして考える。
　また、図８は第２極値周波数における電流と電界の様子を模式的に示す図である。第２極値周波数においては、送電アンテナ１４０に流れる電流と、受電アンテナ２１０に流れる電流とで位相がほぼ逆となり、磁界ベクトルが揃う位置が送電アンテナ１４０や受電アンテナ２１０の対称面付近となる。この状態を、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に対して磁界の向きが水平となる電気壁が生じているものとして考える。
　なお、以上のような電気壁や磁気壁などの概念に関しては、居村岳広、堀洋一「電磁界共振結合による伝送技術」ＩＥＥＪ　Ｊｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．１２９，Ｎｏ．７，２００９、或いは、居村岳広、岡部浩之、内田利之、堀洋一「等価回路から見た非接触電力伝送の磁界結合と電界結合に関する研究」ＩＥＥＪ　Ｔｒａｎｓ．ＩＡ，Ｖｏｌ．１３０，Ｎｏ．１，２０１０などに記載されているものを本明細書においては準用している。
　次に、本発明において、極値を与える周波数として、第１極値周波数、第２極値周波数の２つがある場合については、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定する理由について説明する。
　図９は２つの極値を与える極値周波数のうち磁気壁が生じる極値周波数（第１極値周波数）での特性を示す図である。図９（Ａ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う送電側の電圧（Ｖ1）、電流（Ｉ1）の変動の様子を示す図であり、図９（Ｂ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う受電側の電圧（Ｖ3）、電流（Ｉ3）の変動の様子を示す図である。図９に示すような特性によれば、受電側で電池２４０（負荷）の負荷増大と共に、電圧が増大する特性があることがわかる。
　以上のような磁気壁が生じる周波数においては、電池２４０側からみて受電アンテナ２１０が定電流源として見えるものである。このような受電アンテナ２１０が定電流源のように動作する周波数で、電力伝送を行った場合に、仮に負荷側である電池２４０などの不具合により緊急停止が起きたとすると、受電アンテナ２１０の両端部の電圧が上昇してしまうこととなる。
　一方、図１０は２つの極値を与える極値周波数のうち電気壁が生じる極値周波数（第２極値周波数）での特性を示す図である。図１０（Ａ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う送電側の電圧（Ｖ1）、電流（Ｉ1）の変動の様子を示す図であり、図１０（Ｂ）は電池２４０（負荷）の負荷変化変動に伴う受電側の電圧（Ｖ3）、電流（Ｉ3）の変動の様子を示す図である。図１０に示すような特性によれば、受電側で電池２４０（負荷）の負荷増大と共に、電流が減少する特性があることがわかる。
　以上のような電気壁が生じる周波数においては、電池２４０側からみて受電アンテナ２１０が定電圧源として見えるものである。このような受電アンテナ２１０が定電圧源のように動作する周波数で、電力伝送を行った場合に、仮に負荷側である電池２４０などの不具合により緊急停止が起きたとしても、受電アンテナ２１０の両端部の電圧が上昇することはない。したがって、本発明に係る電力伝送システムによれば、負荷が急激に低下した際に電圧が高圧になることがなく、安定して電力伝送を行うことが可能となるのである。
　図９の特性においては、受電側の電池２４０（負荷）にとっては、充電回路が電流源として見えることとなり、図１０の特性においては、受電側の電池２４０（負荷）にとっては、充電回路が電圧源として見えることとなる。負荷が増大することに伴い、電流が減少する図１０に示す特性の方が、電池２４０（負荷）にとっては好ましいので、本実施形態においては、第１極値周波数、第２極値周波数の２つがある場合については、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定するようにしている。
　このような本発明に係る電力伝送システムによれば、伝送効率の極値を与える周波数が２つ存在することがある場合でも、電力伝送時の最適な周波数を迅速に決定することができ、効率的な電力伝送を短時間で行うことが可能となる。
　また、２つの極値を与える周波数が２つある場合には、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定すると、電池２４０（負荷）にとって、充電回路が電圧源として見えるので、充電制御により電池２４０への出力が変動した際にインバータ部１３０の出力も伴って増減するために扱いやすい、というメリットがある。また、充電器２３０が緊急停止した際にも供給電力も自動的に最小化するため無駄な装置も必要ない。
　また、２つの極値を与える周波数が２つある場合には、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に電気壁が生じる極値周波数を選定すると、充電器２３０からみて整流器２２０が電圧源として見えるので、充電制御により電池２４０への出力が変動した際に整流昇圧部１２０の出力も伴って増減するために扱いやすい、というメリットがある。また、充電器２３０が緊急停止した際にも供給電力も自動的に最小化するため無駄な装置も必要ない。
　これに対して、２つの極値を与える周波数が２つある場合には、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の対称面に磁気壁が生じる極値周波数を選定すると、充電器２３０が出力を小さくした際に伴って供給電圧を制御する必要がありそのための通信手段や検知手段が必要となり、コストがかかることとなる。
　次に、以上のように構成される本実施形態に係る電力伝送システム１００における電力伝送時の周波数決定のプロセスについてより詳しく説明する。図１１は本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける結合係数導出・周波数決定処理のフローチャートを示す図である。
　ステップＳ１００で、結合係数導出・周波数決定処理が開始されると、続く、ステップＳ１０１においては、送電制御部１５０は所定の出力値（例、１．５ｋＷ）が出力されるように整流昇圧部１２０を設定する。
　次のステップＳ１０２では、インバータ部１３０での駆動周波数が、結合係数検出周波数となるように設定を行う。ここで、結合係数検出周波数について説明する。図１２は本発明の実施形態に係る電力伝送システム１００における結合係数検出周波数を説明する図である。
　図１２のグラフにおいて、横軸はインバータ部１３０の駆動周波数を示しており、縦軸はインバータ部１３０に対して入力される電流Ｉ1を示している。また、駆動周波数のうち、４８０［ｋＨｚ］は第２極値周波数近傍の周波数（図６（Ａ）参照）であり、４６０［ｋＨｚ］は効率の極小値を与える周波数と第２極値周波数の周波数との中間の周波数近傍（図６（Ａ）参照）である。ここで、本実施形態に係る電力伝送システム１００においては、結合係数検出周波数として、後者の周波数（４６０［ｋＨｚ］）、すなわち、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の伝送効率が極大となる周波数と、極小となる周波数の間の周波数が選定される。
　このような周波数が結合係数検出周波数として選定される理由は、インバータ部１３０における電流Ｉ1の値が、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ量（結合係数の逆数に比例）に対してセンシティブであることを挙げることができる。
　さて、続くステップＳ１０３では、インバータ部１３０における電流Ｉ1が計測される。ステップＳ１０４では、「計測電流値（電流Ｉ1）＜所定電流値」が成立するか否かが判定される。ここで、所定電流値とは、位置ずれ量（結合係数の逆数に比例）が判定不可能な電流値であり、例えば図１２に示す例では、所定電流値を０．２Ａ程度に設定することが可能である。
　ステップＳ１０４における判定の結果がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０７に進み、位置ずれ量（結合係数の逆数に比例）が大きすぎ、電力伝送が不可能であることを、インターフェイス部２３０を利用してユーザーに報知する。
　一方、ステップＳ１０４における判定の結果がＮＯであるときには、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、計測電流値（電流Ｉ1）に基づき、データテーブル１５１における第１のテーブルを参照して結合係数を導出する。これまでに説明したように、第１のテーブルは、インバータ部１３０に流れる電流と、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数との関係を記憶するものである。図１３はこのようなデータテーブルの一例を示す図である。図１３のデータテーブルを用いることによって、例えば、計測電流値（電流Ｉ1）が０．６Ａであるとすると、位置ずれ量は１２ｃｍであるものと算出することが可能となる。
　続く、ステップＳ１０６においては、データテーブル１５１における第２のテーブルが参照され、導出された結合係数から実際の電力伝送を実行する際の周波数を決定する。これまでに説明したように、第２のテーブルは、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数と、伝送周波数との関係を記憶するものである。図１４はこのようなデータテーブルの一例を示す図である。図１４のデータテーブルを用いることによって、例えば、位置ずれ量が１２ｃｍであるとすると、電力伝送を実行する際の周波数を４７７ｋＨｚと決定することが可能となる。なお、図１４で決定される周波数は、第２極値周波数の近傍であり、電気壁が生じる周波数であり、電池２４０側からみて受電アンテナ２１０が定電圧源として見えるものである。このような受電アンテナ２１０が定電圧源のように動作する周波数で、電力伝送を行った場合に、仮に負荷側である電池２４０などの不具合により緊急停止が起きたとしても、受電アンテナ２１０の両端部の電圧が上昇することはない。したがって、本発明に係る電力伝送システムによれば、負荷が急激に低下した際に電圧が高圧になることがなく、安定して電力伝送を行うことが可能となるのである。
　ステップＳ１０８では、結合係数導出・周波数決定処理のフローを終了する。
　以上のように、本発明に係る電力伝送システムは、制御部が特定の周波数で前記インバータ部１３０を駆動し、前記インバータ部１３０に流れる電流を測定すると共に、計測された電流と前記データテーブル１５１とから、前記送電アンテナ１４０と前記受電アンテナ２１０との間の結合係数を算出するものであり、このような本発明に係る電力伝送システムによれば、結合係数から前記送電アンテナ１４０と前記受電アンテナ２１０との間の位置ずれを適切に把握することができ、効率的な電力伝送を実行することが可能となる。
　また、本発明に係る電力伝送システムは、前記制御部が前記算出部で算出された前記送電アンテナ１４０と前記受電アンテナ２１０との間の結合係数と、前記前記データテーブル１５１とから、前記送電アンテナ１４０から電磁場を介して電気エネルギーを伝送する際の伝送周波数を決定するものであり、このような本発明に係る電力伝送システムによれば、結合係数から前記送電アンテナ１４０と前記受電アンテナ２１０との間の位置ずれを適切に把握することができ、位置ずれに基づいた、電力伝送時の適切な周波数を選定することができるようになり、効率的な電力伝送を実行することが可能となる。
　次に、以上のように決定された最適周波数によって行われる実際の充電の電力伝送の処理について説明する。図１５は本発明の実施形態に係る電力伝送システムにおける電力伝送処理のフローチャートを示す図である。このフローチャートは送電制御部１５０によって実行される。
　また、図１４は電池２４０の充電プロファイルを示す図である。この充電プロファイルは電池２４０の充電プロファイルの一例を示すものであり、電池２４０を充電するためには、その他のプロファイルを用いるようにしてもよい。
　また、図１４では電池２４０の蓄電量がほとんどない状態からの充電プロファイルを示すものである。この充電プロファイルにおいては、まず一定の電流Ｉconstで電池２４０の充電を行う定電流充電（ＣＣ制御）が行われる。次に、電池２４０の端部電圧がＶｆとなったら、一定の充電電圧を維持する定電圧充電（ＣＶ制御）が行われる。そして、定電圧充電時、電池２４０に流れこむ電流がＩminとなったら、充電を終了する。
　図１５に示す電力伝送処理のフローチャートはこのような充電プロファイルが考慮された上で組み立てられている。
　ステップＳ２００で電力伝送処理が開始されると、続く、ステップＳ２０１では、送電制御部１５０は目標出力値が例えば、１．５ｋＷとなるように整流昇圧部１２０を設定する。
　また、ステップＳ２０２では、インバータ部１３０の駆動周波数を、先の周波数決定処理で決定された最適周波数に設定して、ステップＳ２０３で電力伝送を実行する。
　ステップＳ２０４では、インバータ部１３０から出力される電圧Ｖ2及び電流Ｉ2によって、出力電力を計測する。
　ステップＳ２０５では、計測された出力電力が所定電力より小さくなったか否かが判定される。インバータ部１３０が所定電力を出力可能であるときは、受電側充電器２３０では定電流にて充電動作しており、送電側からみたインピーダンスはＺN＝ＺCCとなっているときである。これに対して、受電側で定出力充電から定電圧充電に移行すると、受電側充電器２３０では定電圧にて充電動作が開始され、送電側からみたインピーダンスはＺN＝ＺCVとなる。このようなインピーダンスの変化があると、インバータ部１３０から出力される電力は所定電力より小さくなってしまう。ステップＳ２０５では上記のような受電側の変化を捉えるものである。
　ステップＳ２０５の判定がＮＯであるときにはステップＳ２０３に戻りループし、ステップＳ２０５での判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２０６に進み、インバータ部１３０への出力電圧が変化しないように整流昇圧部１２０を設定する。
　ステップＳ２０７では、電力伝送が実行され、ステップＳ２０８では、電池２４０に対して入力される電流Ｉ3は充電制御部２５０によって計測される。
　ステップＳ２０９では、計測された電流Ｉ3はが最小電流Ｉminとなったか否かが判定される。　ステップＳ２０９の判定がＮＯであるときにはステップＳ２０７に戻りループし、ステップＳ２０９での判定がＹＥＳであるときには、受電側で電池２４０の充電が完了したものであると推定されるので、ステップＳ２１０に進み電力伝送を停止して、ステップＳ２１１で処理を終了する。
　以上、本発明に係る電力伝送システムは、制御部が特定の周波数で前記インバータ部を駆動し、前記インバータ部に流れる電流を測定すると共に、計測された電流と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を算出するものであり、このような本発明に係る電力伝送システムによれば、結合係数から前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の位置ずれを適切に把握することができ、効率的な電力伝送を実行することが可能となる。
　また、本発明に係る電力伝送システムは、前記制御部が前記算出部で算出された前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数と、前記前記テーブルとから、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを伝送する際の伝送周波数を決定するものであり、このような本発明に係る電力伝送システムによれば、結合係数から前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の位置ずれを適切に把握することができ、位置ずれに基づいた、電力伝送時の適切な周波数を選定することができるようになり、効率的な電力伝送を実行することが可能となる。
　次に本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態においては、第２のテーブルの構成が異なっているのみで、その他の構成についてはこれまで説明したものと同様である。図１７は、他の実施形態に係る電力伝送システム１００で利用される、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数と、伝送周波数との関係を記憶する第２のデータテーブルの一例を示す図である。
　このようなデータテーブルによれば、複数の種別の電池２４０に対応することが可能である。具体的には、他の実施形態における第２のデータテーブルでは、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれ（結合係数の逆数に比例）と、伝送周波数と、電池２４０（負荷）のインピーダンスとの関係が定められたデータテーブルとなっている。
　これによれば、例えば、電池２４０のインピーダンスが（ａ）である場合には、左側の点線の囲まれたデータテーブルを用いることで、電力伝送時の周波数を決定し、また、電池２４０のインピーダンスが（ｂ）である場合には、右側の点線の囲まれたデータテーブルを用いることで、電力伝送時の周波数を決定する。
　以上のような他の実施形態によれば、先の実施形態と同様の効果を享受することが可能であると共に、複数の種別の電池２４０に対応することが可能である、という新たな効果を奏するものである。
　次に本発明の他の実施形態について説明する。第１の実施形態においては、第１のテーブルとして、インバータ部１３０に流れる電流と、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数との関係を記憶しておき、送電制御部１５０がインバータ部１３０に特定の電圧値の直流電圧を入力し、特定の周波数でインバータ部１３０を駆動し、インバータ部１３０に流れる電流を測定し、測定された電流と第１のテーブルとから、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数を算出するようにしていた。
　一方、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数がパラメータとして種々の値を取るとき、インバータ部１３０に入力される直流電圧の電圧値Ｖ1、電流値Ｉ1とインバータ部１３０の駆動周波数ｆとの間には、例えば、図１８に示すイメージ図のような関係がある。すなわち、アンテナ間の結合係数を種々変動させた場合、（Ｖ1，Ｉ1，ｆ）の集合は、図１８に示す座標系において所定の面を形成する。
　このことから、電圧値Ｖ1と駆動周波数ｆとを特定の値としておき、電流値Ｉ1を測定することで、測定された電流値Ｉ1とアンテナ間の結合係数との関係を規定する第１のテーブルから、結合係数を求める第１の実施形態以外にも種々の方法があることがわかる。
　図１９は本発明の実施形態に係る電力伝送システムで用い得るテーブル例を示す図であり、図１９（Ａ）は、第１の実施形態で用いた第１のテーブル例を示している。
　一方、図１９（Ｂ）は他の実施形態に係る、アンテナ間の結合係数を算出する際に用いるテーブル（第３のテーブル）の例を示すものである。
　この実施形態では図１９（Ｂ）に示すように、テーブルには、インバータ部１３０に入力される直流電圧の電圧値Ｖ1と、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数との関係を記憶させておく。そして、送電制御部１５０がインバータ部１３０に特定の電流値の直流電圧を入力し、特定の周波数でインバータ部１３０を駆動し、インバータ部１３０に流れる電圧を測定し、測定された電圧と図１９（Ｂ）に示すテーブル（第３のテーブル）から、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数を算出する。
　さらに、図１９（Ｃ）は他の実施形態に係る、アンテナ間の結合係数を算出する際に用いるテーブル（第４のテーブル）の例を示すものである。
　この実施形態では図１９（Ｃ）に示すように、テーブルには、インバータ部１３０における駆動周波数ｆと、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数との関係を記憶させておく。そして、送電制御部１５０が、インバータ部１３０に特定の電圧値と特定の電流値の直流電圧を入力した際の、インバータ部１３０の駆動周波数を取得すると共に、取得された周波数とテーブル（第４のテーブル）とから、送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の結合係数を算出する。
　以上のような他の実施形態によっても、結合係数から送電アンテナ１４０と受電アンテナ２１０との間の位置ずれを適切に把握することができ、効率的な電力伝送を実行することが可能となる。
産業上の利用性
　本発明の電力伝送システムは、近年、急速に普及しつつある電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの車両への充電のためのシステムに用いるのに好適なものである。このような電力伝送システムは、車両を停車させることが可能な停車スペースに設けられ、車両のユーザーは電力伝送システムが設けられている停車スペースに車両を停車させて、車両に搭載されている受電アンテナによって電力伝送システムからの電力を受電する。これに対して、従来は、電力伝送を行う周波数が現在の送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数（アンテナ間の位置ずれ量）に基づいた最大効率を与える周波数であるとは限らず、効率的な電力伝送を実行することができない、という問題があった。
　本発明に係る電力伝送システムは、制御部が特定の周波数でインバータ部を駆動し、インバータ部に流れる電流を測定すると共に、計測された電流とテーブルとから、送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数を導出するものであり、このような本発明に係る電力伝送システムによれば、結合係数から前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の位置ずれを適切に把握することができ、効率的な電力伝送を実行することが可能となり、産業上の利用性が非常に大きい。
１００・・・電力伝送システム
１１０・・・ＡＣ電源部
１２０・・・整流昇圧部
１３０・・・インバータ部
１４０・・・送電アンテナ
１５０・・・送電制御部
１５１・・・データテーブル
１５７・・・通信部
２１０・・・受電アンテナ
２２０・・・整流器
２３０・・・充電器
２４０・・・電池
２５０・・・充電制御部
２５５・・・インターフェイス部
２５７・・・通信部
２６０・・・コイルケース
２６１・・・底板部
２６２・・・側板部
２６３・・・（上方）開口部
２７０・・・コイル体
２７１・・・基材
２７２・・・導電部
２７３・・・第１端部
２７４・・・第２端部
２８０・・・磁性シールド体
２８５・・・中抜き部
２９０・・・金属体蓋部
３６０・・・コイルケース
３７０・・・コイル体
３８０・・・磁性シールド体
３９０・・・金属体蓋部

Claims (7)

  1. 直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
    前記インバータ部からの交流電圧が入力される送電アンテナと、
    前記インバータ部に入力する直流電圧の電圧値と、前記インバータ部によって出力される交流電圧の周波数を制御する制御部と、
    前記送電アンテナに対向し、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを伝送する受電アンテナと、
    を有する電力伝送システムであって、
    前記インバータ部に流れる電流に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする電力伝送システム。
  2. 前記インバータ部に流れる電流と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルを有し、
    前記制御部が前記インバータ部に特定の電圧値の直流電圧を入力し、特定の周波数で前記インバータ部を駆動し、前記インバータ部に流れる電流を測定すると共に、測定された電流と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
  3. 前記特定の周波数としては、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の伝送効率が極大となる周波数と、極小となる周波数の間の周波数が選定されることを特徴とする請求項２に記載の電力伝送システム。
  4. 直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
    前記インバータ部からの交流電圧が入力される送電アンテナと、
    前記インバータ部に入力する直流電圧の電流値と、前記インバータ部によって出力される交流電圧の周波数を制御する制御部と、
    前記送電アンテナに対向し、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを伝送する受電アンテナと、
    を有する電力伝送システムであって、
    前記インバータ部に流れる電流の電圧に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする電力伝送システム。
  5. 前記インバータ部に入力される直流電圧の電圧値と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルを有し、
    前記制御部が前記インバータ部に特定の電流値の直流電圧を入力し、特定の周波数で前記インバータ部を駆動し、前記インバータ部に流れる電流の電圧を測定すると共に、測定された電圧と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする請求項４に記載の電力伝送システム。
  6. 直流電圧を所定の周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ部と、
    前記インバータ部からの交流電圧が入力される送電アンテナと、
    前記インバータ部に入力する直流電圧の電圧値と電流値と、前記インバータ部によって出力される交流電圧の周波数を制御する制御部と、
    前記送電アンテナに対向し、前記送電アンテナから電磁場を介して電気エネルギーを伝送する受電アンテナと、
    前記インバータ部における駆動周波数と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルと、
    を有する電力伝送システムであって、
    前記インバータ部の駆動周波数に基づいて、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする電力伝送システム。
  7. 前記インバータ部における駆動周波数と、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数との関係を記憶するテーブルを有し、
    前記制御部が前記インバータ部に特定の電圧値と特定の電流値の直流電圧を入力した際の、前記インバータ部の駆動周波数を取得すると共に、取得された周波数と前記テーブルとから、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を導出することを特徴とする請求項６に記載の電力伝送システム。
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