WO2014178345A1 - 給電システム及び共振回路 - Google Patents

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和義 加々美
肇 寺山
加藤　聖
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Definitions

  • the present invention relates to a power feeding system, and more particularly, to a power feeding system and a resonance circuit including a pair of resonance coils that perform non-contact power feeding by magnetic field resonance, and a capacitor connected to at least one of the pair of resonance coils. It is.
  • Patent Documents 1 and 2 A resonance type is known as one of the wireless power feeding techniques.
  • the resonance-type power feeding system includes a power feeding side resonance circuit and a power receiving side resonance circuit that are arranged apart from each other.
  • Each of the power supply side resonance circuit and the power reception side resonance circuit is composed of a resonance coil and a capacitor connected to the resonance coil, a series resonance circuit in which the resonance coil and the capacitor are connected in series, and a parallel connection connected in parallel.
  • Two types of resonant circuits are known.
  • the conventional technology described above has a problem that the power transmission efficiency from the power feeding side to the power receiving side is not sufficient.
  • an object of the present invention is to provide a power supply system that improves power transmission efficiency and a resonance circuit used in the power supply system.
  • connection of the resonance coil and the capacitor (whether series connection or parallel connection) that increases power transmission efficiency changes according to the impedance of the power supply side and the power reception side. It came to.
  • the invention according to claim 1 is a power supply system that includes a pair of resonance circuits each composed of a resonance coil and a capacitor connected to the resonance coil, and performs non-contact power supply by electromagnetic resonance of the pair of resonance circuits.
  • the power supply system includes switching means for switching connection between the resonance coil and the capacitor between series connection and parallel connection.
  • the invention according to claim 2 includes a detecting unit that detects an impedance on a power feeding side or a power receiving side, and a switching control unit that controls switching of the switching unit according to the impedance detected by the detecting unit. It exists in the electric power feeding system of Claim 1 characterized by these.
  • the invention according to claim 3 is characterized in that the detection means detects the impedance of the power receiving side by detecting the state of charge of the battery that receives power from the power receiving side of the pair of resonance circuits. 2 in the power supply system.
  • the switching control means switches to the serial connection when the impedance detected by the detection means is lower than a predetermined value, and switches to the parallel connection when the impedance is equal to or higher than the predetermined value.
  • the invention according to claim 5 is a resonance circuit that is used in a power feeding system that performs non-contact power feeding by magnetic field resonance, and includes a resonance coil and a capacitor connected to the resonance coil, wherein the resonance coil, the capacitor,
  • the resonance circuit is provided with switching means for switching the connection between serial connection and parallel connection.
  • the switching means for switching the connection between the resonance coil and the capacitor between the series connection and the parallel connection is provided, the impedance on the power feeding side and the power receiving side can be adjusted. Accordingly, the connection can be switched to a connection with high power transmission efficiency, and the power transmission efficiency can be improved.
  • the switching control unit controls switching of the switching unit in accordance with the impedance detected by the detecting unit, even if the impedance on the power feeding side or the power receiving side varies, the variation has changed.
  • the connection can be switched to a connection with high power transmission efficiency according to the impedance, and the power transmission efficiency can be improved.
  • the third aspect of the present invention it is possible to detect a change in impedance on the power receiving side in accordance with a change in the state of charge of the battery.
  • a power supply system 1 is mounted on the ground of a power supply facility provided with an AC power supply V, and a primary (power-receiving-side) resonance circuit 2 that supplies power from the AC power supply V in a contactless manner.
  • a secondary resonance circuit 3 that is mounted on a vehicle and receives power from the primary resonance circuit 2 in a non-contact manner and supplies the load L.
  • the primary resonance circuit 2 includes a primary resonance coil Co1 and a primary capacitor Ca1 connected to the primary resonance coil Co1.
  • the primary resonance coil Co1 corresponds to the resonance coil in the claims, and the primary capacitor Ca1 corresponds to the capacitor in the claims.
  • the secondary resonance circuit 3 has a secondary resonance coil Co2 and a secondary capacitor Ca2 connected to the secondary resonance coil Co2.
  • the secondary resonance coil Co2 corresponds to the resonance coil in the claims
  • the secondary capacitor Ca2 corresponds to the capacitor in the claims.
  • the primary resonance circuit 2 and the secondary resonance circuit 3 are provided so as to have the same resonance frequency.
  • the primary resonance coil Co1 and the primary capacitor Ca1 resonate.
  • the primary resonant circuit 2 and the secondary resonant circuit 3 are magnetically resonated, and power is wirelessly transmitted from the primary resonant circuit 2 to the secondary resonant circuit 3, and the load connected to the secondary resonant circuit 3. Power is supplied to L.
  • the primary and secondary resonance circuits 2 and 3 described above are a series resonance circuit in which primary and secondary resonance coils Co1 and Co2 and primary and secondary capacitors Ca1 and Ca2 are connected in series, and parallel resonance in which they are connected in parallel. Two types of circuits are known.
  • both the primary and secondary resonance circuits 2 and 3 are in series resonance circuits, the S (Series) / S method, the primary resonance circuit 2 is the series resonance circuit, and the secondary resonance circuit.
  • 3 is a parallel resonant circuit, S / P (Parallel) system, primary resonant circuit 2 is a parallel resonant circuit, secondary resonant circuit 3 is a series resonant circuit, P / S system, primary, secondary A circuit in which both the resonance circuits 2 and 3 are parallel resonance circuits is referred to as a P / P system.
  • the inventors varied the impedances of both the primary side and the secondary side of the above-described S / S system, S / P system, P / S system, and P / P system power supply system 1.
  • the power transmission efficiency against the fluctuation of impedance was simulated.
  • the primary side and secondary side impedances are set to the same value. The results are shown in FIG.
  • the power transmission efficiency of the S / S method maintains a high value of about 95% in the low impedance region of 10 ⁇ to 25 ⁇ , and decreases as the impedance increases when the impedance is 25 ⁇ or more.
  • the power transmission efficiency of the S / P method maintains a high value of over 90% in the high impedance region of 60 ⁇ to 200 ⁇ , and decreases as the impedance decreases when the impedance is below 60 ⁇ .
  • the power transmission efficiency of the P / S system maintains a high value of about 95% in the low impedance region of 10 ⁇ to 25 ⁇ , and decreases as the impedance increases when it exceeds 25 ⁇ .
  • the power transmission efficiency of the P / P system maintains a high value of 90% or more in a high impedance region of 60 ⁇ to 200 ⁇ , and decreases as the impedance decreases when the value is 60 ⁇ or less.
  • the S / S method or the P / S method can be obtained at a low impedance, and the P / P method or the S / P method can be obtained at a high impedance.
  • the impedance is zero at the series resonance and the impedance is infinite at the parallel resonance, so the series resonance circuit is easily impedance matched at low impedance and the parallel resonance circuit is easily impedance matched at high impedance. .
  • the difference is small when the impedance is low, but the efficiency of the S / S method is lowered when the impedance is high. This is also because the infinite impedance at the time of parallel resonance is easily obtained when the impedance is high as described above.
  • the present inventors change the connection (whether series connection or parallel connection) of the primary and secondary resonant circuits 2 and 3 that increase the power transmission efficiency according to the impedance on the primary side and the secondary side. I found out.
  • the present inventors fixed the primary side impedance to 0 ⁇ for the S / S system, S / P system, P / S system, and P / P system power supply system 1 described above, and the secondary side impedance.
  • the power transmission efficiency with respect to the impedance variation was simulated by changing only the impedance. The results are shown in FIG.
  • transmission efficiency can be improved if four types of circuit systems can be selected according to the fluctuation values of the primary and secondary impedances. Specifically, when the power supply system 1 is provided in an application with low impedance, the system is switched to the S / S method or the P / S method, and when the power supply system 1 is provided in an application with high impedance, the S / P method and P By switching to the / P method, transmission efficiency can be improved.
  • a battery such as a secondary battery represented by a Li ion battery or an electric double layer capacitor as the load L.
  • the battery has an impedance that varies depending on its SOC (state of charge) (the impedance increases when the SOC is high, and the impedance decreases when the SOC is low).
  • the S / P method has a higher power transmission efficiency than the S / S method, and if it is 80 ⁇ or less, the S / P method has a higher S / P method. It was found that the S method can increase the power transmission efficiency.
  • the present inventors have considered a power feeding system 1 that switches between the S / P method and the S / S method according to the impedance on the secondary side in order to improve the power transmission efficiency.
  • the electric power feeding system 1 of this invention is demonstrated with reference to FIG.
  • the power feeding system 1 includes a primary resonance circuit 2 and a secondary resonance circuit 3 as in the conventional case shown in FIG.
  • a primary resonance coil Co1 and a primary capacitor Ca1 are connected in series to form a series resonance circuit.
  • the secondary resonance circuit 3 includes a secondary resonance coil Co2 and a secondary capacitor Ca2 connected to the secondary resonance coil Co2.
  • the load L supplied by the secondary resonant circuit 3 is a battery such as a secondary battery or a capacitor.
  • the power feeding system 1 includes a switching circuit 4 serving as a switching unit that switches the connection between the secondary resonance coil Co2 and the secondary capacitor Ca2 between the series connection and the parallel connection, and the secondary from the charged state of the load L that is a battery.
  • a switching control circuit 6 as switching control means for controlling switching of the switching circuit 4 in accordance with the impedance detected by the detection circuit 5.
  • the switching circuit 4 includes a switch SW1 connected in parallel to the secondary capacitor Ca2, a switch SW2 provided between the secondary capacitor Ca2 and the load L, and a switch SW3 connected in series to the load L. Has been.
  • the secondary resonant circuit 3 becomes a series resonant circuit
  • the switches SW1 and S3 are turned on
  • the switch S2 is turned off.
  • the secondary resonance circuit 3 becomes a parallel resonance circuit.
  • the switches SW1 to SW3 are composed of, for example, semiconductor switches.
  • the detection circuit 5 detects the voltage across the battery, which is the load L, and detects the state of charge. Since the inductance of the secondary resonance coil Co2 and the capacitance of the secondary capacitor Ca2 are known and do not fluctuate, the impedance of the entire secondary side can be obtained if the state of charge of the battery can be detected.
  • the switching control circuit 6 is composed of, for example, a microcomputer and controls on / off of the switches S1 to S3 according to the impedance detected by the detection circuit 5.
  • the switching control circuit 6 controls, for example, the detection circuit 5 to detect the state of charge of the battery by detecting the entry of the vehicle into the power supply facility or the power supply from the primary resonance circuit 2, and the secondary side To detect the impedance.
  • the switching control circuit 6 turns on the switches SW1 and SW3 and turns off the switch SW2 when the detected impedance on the power receiving side is lower than 80 ⁇ (predetermined value), for example, and turns the secondary resonance circuit 3 into a parallel resonance circuit. Switch.
  • the switching control circuit 6 switches the secondary resonance circuit 3 to the series resonance circuit by turning off the switches SW1 and SW3 and turning on the switch SW2 if the detected impedance on the power receiving side is 80 ⁇ or more, for example.
  • the predetermined value in the claims is 80 ⁇ , but this is an example, and is set as appropriate by the power feeding system 1 to which the present invention is applied.
  • the switching control circuit 6 controls the switching circuit 4 according to the impedance detected by the detection circuit 5 to switch the secondary resonance circuit 3 between parallel resonance and series resonance. Even if the impedance on the power receiving side fluctuates due to fluctuations in the state of charge of the battery, it is possible to switch to a connection with high power transmission efficiency in accordance with the fluctuating impedance, and it is possible to improve power transmission efficiency.
  • the detection circuit 5 detects the impedance of the secondary side by detecting the state of charge of the battery that is supplied with power from the secondary resonance circuit 3, the change in the state of charge of the battery is detected. It is possible to detect a change in impedance on the power receiving side according to the above.
  • the switching circuit 4 is provided only in the secondary resonance circuit 3 to switch between the S / S method and the S / P method.
  • the present invention is limited to this. is not.
  • switching between the P / S method and the P / P method may be performed.
  • a switching circuit 4 is provided in both the primary and secondary resonance circuits 2 and 3 to switch between the S / S method and the P / P method, and between the P / S method and the S / P method. Also good.
  • the detection circuit 5 detects the impedance on the power receiving side from the state of charge of the battery, but the present invention is not limited to this.
  • the impedance may be detected by other methods.
  • the switching circuit 4 is switched by the impedance on the power receiving side, but the present invention is not limited to this. If there is an element whose impedance varies on the power supply side, the switching circuit 4 may be switched depending on the impedance on the power supply side.
  • the switching circuit 4 is switched according to the detected impedance, but the present invention is not limited to this.
  • the switching circuit is configured so that the connection is suitable for the primary side and secondary side impedances determined in advance when the power feeding system 1 is mounted without detecting the impedance. 4 may be controlled.
  • the primary resonance circuit 2 is directly supplied with the power from the AC power supply V.
  • the present invention is not limited to this, for example, contactless by electromagnetic induction or the like. Power may be supplied. Further, the power is directly supplied to the load L from the secondary resonance circuit 3, but the present invention is not limited to this, and for example, the power may be supplied in a non-contact manner by electromagnetic induction or the like. .
  • Switching control circuit Co1 primary resonance coil (resonance coil) Co2 secondary resonance coil (resonance coil) Ca1 primary capacitor (capacitor) Ca2 secondary capacitor (capacitor)

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Abstract

　１次、２次共振回路（２）、（３）が、１次、２次共鳴コイル（Ｃｏ１）、（Ｃｏ２）及び１次、２次キャパシタ（Ｃａ１）、（Ｃａ２）からそれぞれ構成される。この１次、２次共振回路（２）、（３）の電磁共鳴により非接触給電を行う。切替回路（４）が、２次共鳴コイル（Ｃｏ２）と２次キャパシタ（Ｃａ２）との接続を直列接続及び並列接続の間で切り替える。検出回路（５）が、受電側のインピーダンスを検出する切替制御回路（６）が、検出回路（５）により検出されたインピーダンスに応じて切替回路（４）の切り替えを制御する。

Description

給電システム及び共振回路
　本発明は、給電システムに係り、特に、磁界共鳴により非接触給電を行う一対の共鳴コイルと、前記一対の共鳴コイルの少なくとも一方に接続されたキャパシタと、を備えた給電システム及び共振回路に関するものである。
　近年、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されたバッテリに給電する給電システムとして、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス給電が注目されている。このワイヤレス給電技術の一つとして共鳴式のものが知られている（特許文献１、２）。
　共鳴式の給電システムは、互いに離間して配置される給電側共振回路と、受電側共振回路と、から構成されている。この給電側共振回路及び受電側共振回路は各々、共鳴コイルと、この共鳴コイルに接続されたキャパシタと、から構成され、共鳴コイルとキャパシタとを直列接続した直列共振回路、並列に接続された並列共振回路の２種類が知られている。
　これら給電側、受電側共振回路の共振周波数ｆは、共鳴コイルのインダクタンスをＬ、キャパシタのキャパシタンスをＣとする下記の式（１）で表される。
ｆ＝１／（２πｓｑｒｔ（ＬＣ））　…（１）
上記給電側共振回路と受電側共振回路とを共振させることにより、非接触で給電側から受電側に電力電伝送を実現している。
特開２０１１－２１７５９６号公報 特開２０１２－１５６２８１号公報
　上述した従来技術では、給電側から受電側への電力伝送効率が十分ではない、という問題があった。
　そこで、本発明は、電力伝送効率の向上を図った給電システム及び当該給電システムに用いられる共振回路を提供することを課題とする。
　本発明者らは、鋭意探求した結果、給電側、受電側のインピーダンスに応じて、電力伝送効率が高くなる共鳴コイル及びキャパシタの接続（直列接続か並列接続か）が変わることを見出し、本発明に至った。
　即ち、請求項１記載の発明は、共鳴コイル及び前記共鳴コイルに接続されたキャパシタからそれぞれ構成された一対の共振回路を備え、当該一対の共振回路の電磁共鳴により非接触給電を行う給電システムにおいて、前記共鳴コイルと前記キャパシタとの接続を直列接続及び並列接続の間で切り替える切替手段を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、給電側又は受電側のインピーダンスを検出する検出手段と、前記検出手段により検出されたインピーダンスに応じて前記切替手段の切り替えを制御する切替制御手段と、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、前記検出手段が、前記一対の共振回路のうち受電側から給電を受けるバッテリの充電状態を検出することにより、受電側のインピーダンスを検出することを特徴とする請求項２に記載の給電システムに存する。
　請求項４記載の発明は、前記切替制御手段が、前記検出手段により検出されたインピーダンスが所定値より低い場合には、前記直列接続に切り替え、前記所定値以上の場合には、前記並列接続に切り替えることを特徴とする請求項２又は３に記載の給電システムに存する。
　請求項５記載の発明は、磁界共鳴により非接触給電を行う給電システムに用いられ、共鳴コイル及び前記共鳴コイルに接続されたキャパシタから構成された共振回路であって、前記共鳴コイルと前記キャパシタとの接続を直列接続及び並列接続の間で切り替える切替手段を備えたことを特徴とする共振回路に存する。
　以上説明したように請求項１及び５記載の発明によれば、共鳴コイルとキャパシタとの接続を直列接続及び並列接続の間で切り替える切替手段を備えているので、給電側、受電側のインピーダンスに応じて電力伝送効率が高い接続に切り替えることができ、電力伝送効率の向上を図ることができる。
　請求項２記載の発明によれば、切替制御手段が、検出手段により検出されたインピーダンスに応じて切替手段の切り替えを制御するので、給電側又は受電側のインピーダンスが変動しても、その変動したインピーダンスに応じた電力伝送効率が高い接続に切り替えることができ、電力伝送効率の向上を図ることができる。
　請求項３記載の発明によれば、バッテリの充電状態の変動に応じた受電側のインピーダンスの変動を検出することができる。
　請求項４記載の発明によれば、給電側、受電側のインピーダンスに応じて電力伝送効率が高い接続に切り替えることができ、電力伝送効率の向上を図ることができる。
従来の給電システムにおける給電側共振回路及び受電側共振回路の接続パターンを説明するための図である。 Ｓ／Ｓ方式、Ｓ／Ｐ方式、Ｐ／Ｓ方式、Ｐ／Ｐ方式の給電システムについて、１次側、２次側双方のインピーダンスを変動させて、インピーダンスの変動に対する電力伝送効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。 Ｓ／Ｓ方式、Ｓ／Ｐ方式、Ｐ／Ｓ方式、Ｐ／Ｐ方式の給電システムについて、１次側インピーダンスを１０Ωに固定し、２次側インピーダンスを変動させて、インピーダンスの変動に対する電力伝送効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。 本発明の給電システムの一実施形態を示す回路図である。
　まず、本発明の給電システムについて説明する前に、従来の給電システムの構成について、図１を参照して説明する。同図に示すように、給電システム１は、交流電源Ｖが設けられた電源供給設備の地面などに搭載され、交流電源Ｖからの電源を非接触で給電する１次（受電側）共振回路２と、車両に搭載され、１次共振回路２から非接触で受電して、負荷Ｌに供給する２次共振回路３と、を備えている。
　上記１次共振回路２は、１次共鳴コイルＣｏ１と、１次共鳴コイルＣｏ１に接続された１次キャパシタＣａ１と、を有している。この１次共鳴コイルＣｏ１が、請求項中の共鳴コイルに相当し、１次キャパシタＣａ１が、請求項中のキャパシタに相当する。
　上記２次共振回路３は、２次共鳴コイルＣｏ２と、２次共鳴コイルＣｏ２に接続された２次キャパシタＣａ２と、を有している。この２次共鳴コイルＣｏ２が、請求項中の共鳴コイルに相当し、２次キャパシタＣａ２が、請求項中のキャパシタに相当する。上記１次共振回路２と２次共振回路３とは共振周波数が等しくなるように設けられている。
　上述した給電システム１によれば、１次共振回路２に交流電源Ｖから共振周波数の交流電流を供給すると、１次共鳴コイルＣｏ１及び１次キャパシタＣａ１が共振する。これにより、１次共振回路２と２次共振回路３とが磁界共鳴して、１次共振回路２から２次共振回路３に電力がワイヤレスで送られ、２次共振回路３に接続された負荷Ｌに電力供給が行われる。
　上述した１次、２次共振回路２、３は、１次、２次共鳴コイルＣｏ１、Ｃｏ２と、１次、２次キャパシタＣａ１、Ｃａ２と、を直列接続した直列共振回路、並列接続した並列共振回路の２種類が知られている。
　以下、図１に示すように、１次、２次共振回路２、３双方とも直列共振回路としたものをＳ（Series）／Ｓ方式、１次共振回路２を直列共振回路、２次共振回路３を並列共振回路としたものをＳ／Ｐ（Parallel）方式、１次共振回路２を並列共振回路、２次共振回路３を直列共振回路としたものをＰ／Ｓ方式、１次、２次共振回路２、３双方とも並列共振回路としたものをＰ／Ｐ方式とする。
　次に、本発明者らは、上述したＳ／Ｓ方式、Ｓ／Ｐ方式、Ｐ／Ｓ方式、Ｐ／Ｐ方式の給電システム１について、１次側、２次側双方のインピーダンスを変動させて、インピーダンスの変動に対する電力伝送効率をシミュレーションした。このとき、１次側、２次側のインピーダンスは同じ値に設定されている。結果を図２に示す。
　同図に示すように、Ｓ／Ｓ方式の電力伝送効率は、１０Ω～２５Ωの低インピーダンス領域では９５％程度の高い値を維持し、２５Ω以上になるとインピーダンスが高くなるに従って下がる。Ｓ／Ｐ方式の電力伝送効率は、６０Ω～２００Ωの高インピーダンス領域では９０％強の高い値を維持し、６０Ω以下になるとインピーダンスが低くなるに従って下がる。
　Ｐ／Ｓ方式の電力伝送効率は、１０Ω～２５Ωの低インピーダンス領域では９５％程度の高い値を維持し、２５Ω以上になるとインピーダンスが高くなるに従って下がる。Ｐ／Ｐ方式の電力伝送効率は、６０Ω～２００Ωの高インピーダンス領域では９０％以上の高い値を維持し、６０Ω以下になるとインピーダンスが低くなるに従って下がる。
　即ち、インピーダンス８０Ωを境に、低インピーダンスではＳ／Ｓ方式もしくはＰ／Ｓ方式が、高インピーダンスではＰ／Ｐ方式もしくはＳ／Ｐ方式が高い伝送効率を得られる。これは、共振周波数においては、直列共振ではインピーダンスがゼロ、並列共振ではインピーダンスが無限大になるため、低インピーダンスでは直列共振回路が、高インピーダンスでは並列共振回路がインピーダンス整合しやすくなるものと考えられる。
　また、Ｓ／Ｓ方式とＰ／Ｓ方式とを比較すると、インピーダンスが低い場合には差が少ないが、インピーダンスが高くなるとＳ／Ｓ方式の方が効率が低下する。これも、前述の通りインピーダンスが高いと並列共振時の無限大のインピーダンスがとりやすくなるためと考えられる。
　上述したように本発明者らは、１次側、２次側のインピーダンスに応じて電力伝送効率が高くなる１次、２次共振回路２、３の接続（直列接続か並列接続か）が変わることを見出した。
　次に、本発明者らは、上述したＳ／Ｓ方式、Ｓ／Ｐ方式、Ｐ／Ｓ方式、Ｐ／Ｐ方式の給電システム１について、１次側インピーダンスを０Ωに固定し、２次側インピーダンスのみを変動させて、インピーダンスの変動に対する電力伝送効率をシミュレーションした。結果を図３に示す。
　図２に示す場合と異なり、図３に示す場合は、Ｓ／Ｓ方式とＰ／Ｓ方式、Ｓ／Ｐ方式とＰ／Ｐ方式、の差はほとんどないことが分かった。即ち、２次インピーダンスが８０Ω程度以下では、Ｓ／Ｓ方式及びＰ／Ｓ方式の方が、Ｓ／Ｐ方式及びＰ／Ｐ方式よりも伝送効率が高くなっている。しかしながら、２次インピーダンスが８０Ω程度以上ではＳ／Ｐ方式及びＰ／Ｐ方式の方が、Ｓ／Ｓ方式及びＰ／Ｓ方式よりも伝送効率が高くなっている。
　以上のことから１次・２次インピーダンスの変動値に応じて４種類の回路方式を選択できるようにすると、伝送効率の向上を図れることが分かった。具体的には、インピーダンスが低いアプリケーションに給電システム１を設ける場合にはＳ／Ｓ方式又はＰ／Ｓ方式に切り換え、、インピーダンスが高いアプリケーションに給電システム１を設ける場合にはＳ／Ｐ方式及びＰ／Ｐ方式に切り換えると、伝送効率向上を図ることができる。
　ところで、電気自動車やハイブリッド自動車への充電を想定した場合には、負荷ＬとしてＬｉイオン電池を代表とする二次電池や電気二重層キャパシタなどのバッテリに対して給電する。上記バッテリは、そのＳＯＣ（充電状態）によってインピーダンスが変化（ＳＯＣが高いとインピーダンスが高くなり、低いとインピーダンスが低くなる）する。
　このため、例えばＳＯＣが高く２次側のインピーダンスが８０Ω以上であればＳ／Ｓ方式よりもＳ／Ｐ方式の方が電力伝送効率を高く、８０Ω以下であればＳ／Ｐ方式よりもＳ／Ｓ方式の方が電力伝送効率を高くできることがわかった。
　そこで、本発明者らは、電力伝送効率の向上を図るため、２次側のインピーダンスによって、Ｓ／Ｐ方式とＳ／Ｓ方式とを切り替える給電システム１を考えた。以下、本発明の給電システム１について図４を参照して説明する。
　同図に示すように、給電システム１は、図１に示す従来と同様に、１次共振回路２と、２次共振回路３と、を備えている。１次共振回路２は、１次共鳴コイルＣｏ１と１次キャパシタＣａ１とが直列に接続され、直列共振回路を構成している。２次共振回路３は、２次共鳴コイルＣｏ２と、この２次共鳴コイルＣｏ２に接続された２次キャパシタＣａ２と、から構成されている。２次共振回路３が電力供給する負荷Ｌは、例えば二次電池やキャパシタなどのバッテリである。
　また、給電システム１は、２次共鳴コイルＣｏ２と２次キャパシタＣａ２との接続を直列接続及び並列接続の間で切り替える切替手段としての切替回路４と、バッテリである負荷Ｌの充電状態から２次側のインピーダンスを検出する検出手段としての検出回路５と、検出回路５により検出されたインピーダンスに応じて切替回路４の切り替えを制御する切替制御手段としての切替制御回路６と、を備えている。
　上記２次共振回路３は、２次共鳴コイルＣｏ２と２次キャパシタＣａ２とが直列接続されている。上記切替回路４は、２次キャパシタＣａ２に並列接続されたスイッチＳＷ１と、２次キャパシタＣａ２と負荷Ｌとの間に設けられたスイッチＳＷ２と、負荷Ｌに直列接続されたスイッチＳＷ３と、から構成されている。
　以上の構成によれば、表１に示すように、スイッチＳＷ１、ＳＷ３をオフ、スイッチＳＷ２をオンすれば、２次共振回路３は直列共振回路となり、スイッチＳＷ１、Ｓ３をオン、スイッチＳ２をオフすれば、２次共振回路３は並列共振回路となる。スイッチＳＷ１～ＳＷ３は例えば半導体スイッチから構成されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　検出回路５は、負荷Ｌであるバッテリの両端電圧を検出して、充電状態を検出する。２次共鳴コイルＣｏ２のインダクタンスや、２次キャパシタＣａ２のキャパシタンスは既知であり、変動もしないため、バッテリの充電状態を検出できれば、２次側全体のインピーダンスを求めることができる。
　切替制御回路６は、例えばマイクロコンピュータなどから構成され、検出回路５により検出されたインピーダンスに応じてスイッチＳ１～Ｓ３のオンオフを制御する。
　次に、上述した構成の給電システム１の動作を以下説明する。まず、切替制御回路６は、例えば、給電設備への車両の進入や、１次共振回路２からの給電を検出すると、検出回路５を制御してバッテリの充電状態を検出させて、２次側のインピーダンスを検出させる。次に、切替制御回路６は、検出された受電側のインピーダンスが例えば８０Ω（所定値）より低ければスイッチＳＷ１、ＳＷ３をオン、スイッチＳＷ２をオフにして、２次共振回路３を並列共振回路に切り替える。
　一方、切替制御回路６は、検出された受電側のインピーダンスが例えば８０Ω以上であればスイッチＳＷ１、ＳＷ３をオフ、スイッチＳＷ２をオンにして、２次共振回路３を直列共振回路に切り替える。なお、本実施形態では、請求項中の所定値を８０Ωとしていたが、これは一例であり、本発明を適用する給電システム１によって適宜設定されるものである。
　上述した実施形態によれば、切替制御回路６が、検出回路５により検出されたインピーダンスに応じて、切替回路４を制御して２次共振回路３を並列共振と直列共振との間で切り替えるので、バッテリの充電状態の変動により受電側のインピーダンスが変動しても、その変動したインピーダンスに応じた電力伝送効率が高い接続に切り替えることができ、電力伝送効率の向上を図ることができる。
　また、上述した実施形態によれば、検出回路５が、２次共振回路３から給電を受けるバッテリの充電状態を検出することにより、２次側のインピーダンスを検出するので、バッテリの充電状態の変動に応じた受電側のインピーダンスの変動を検出することができる。
　なお、上述した実施形態によれば、２次共振回路３だけに切替回路４を設けて、Ｓ／Ｓ方式とＳ／Ｐ方式との間で切り換えていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、Ｐ／Ｓ方式とＰ／Ｐ方式との間で切り換えてもよい。また、１次、２次共振回路２、３双方に切替回路４を設けて、Ｓ／Ｓ方式とＰ／Ｐ方式との間、Ｐ／Ｓ方式とＳ／Ｐ方式との間、で切り換えてもよい。
　また、上述した実施形態によれば、検出回路５は、バッテリの充電状態から受電側のインピーダンスを検出していたが、本発明はこれに限ったものではない。他の方法でインピーダンスを検出するようにしてもよい。
　また、上述した実施形態によれば、受電側のインピーダンスによって切替回路４を切り替えていたが、本発明はこれに限ったものではない。給電側にインピーダンスが変動する要素があれば、給電側のインピーダンスによって切替回路４を切り替えるようにしてもよい。
　また、上述した実施形態によれば、検出したインピーダンスによって切替回路４を切り替えていたが、本発明はこれに限ったものではない。インピーダンスの変動があまりないような給電システム１の場合、インピーダンスを検出せずに、給電システム１の搭載時に予め定まっている１次側、２次側のインピーダンスに適した接続となるように切替回路４を制御してもよい。
　また、上述した実施形態によれば、１次共振回路２には交流電源Ｖから直接電源が供給されていたが、本発明はこれに限ったものではなく、例えば、電磁誘導などにより非接触で電源を供給するようにしてもよい。また、負荷Ｌには２次共振回路３から直接電源が供給されていたが、本発明はこれに限ったものではなく、例えば、電磁誘導などにより非接触で電源を供給するようにしてもよい。
　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
　２　１次共振回路（共振回路）
　３　２次共振回路（共振回路）
　４　切替回路（切替手段）
　５　検出回路（検出手段）
　６　切替制御回路（切替制御手段）
　Ｃｏ１　１次共鳴コイル（共鳴コイル）
　Ｃｏ２　２次共鳴コイル（共鳴コイル）
　Ｃａ１　１次キャパシタ（キャパシタ）
　Ｃａ２　２次キャパシタ（キャパシタ）

Claims (5)

  1. 　共鳴コイル及び前記共鳴コイルに接続されたキャパシタからそれぞれ構成された一対の共振回路を備え、当該一対の共振回路の電磁共鳴により非接触給電を行う給電システムにおいて、
    　前記共鳴コイルと前記キャパシタとの接続を直列接続及び並列接続の間で切り替える切替手段を
    　備えたことを特徴とする給電システム。
  2. 　給電側又は受電側のインピーダンスを検出する検出手段と、
    　前記検出手段により検出されたインピーダンスに応じて前記切替手段の切り替えを制御する切替制御手段と、
    　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. 　前記検出手段が、前記一対の共振回路のうち受電側から給電を受けるバッテリの充電状態を検出することにより、受電側のインピーダンスを検出する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の給電システム。
  4. 　前記切替制御手段が、前記検出手段により検出されたインピーダンスが所定値より低い場合には、前記直列接続に切り替え、前記所定値以上の場合には、前記並列接続に切り替える
    　ことを特徴とする請求項２又は３に記載の給電システム。
  5. 　磁界共鳴により非接触給電を行う給電システムに用いられ、共鳴コイル及び前記共鳴コイルに接続されたキャパシタから構成された共振回路であって、
    　前記共鳴コイルと前記キャパシタとの接続を直列接続及び並列接続の間で切り替える切替手段を
    　備えたことを特徴とする共振回路。
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