給電システム
【課題】共鳴周波数を決める受電側コンデンサのばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制した給電システムを提供する。
【解決手段】給電部３が、電力が供給される給電側コイル３２と、給電側コイル３２の両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサＣ１を有する。受電部５が、給電側コイル３２と電磁共鳴して給電側コイル３２からの電力を受電する受電側コイル５１と、受電側コイル５１の両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサＣ２を有する。給電側コンデンサＣ１が、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、受電部５が、受電側コンデンサＣ１の容量を送信する受電側通信アンテナ５４をさらに有し、給電部３が、受電側通信アンテナ５４からの受電側コンデンサＣ２の容量を受信する受電側通信アンテナ３３と、受信した受電側コンデンサＣ２の容量に応じて給電側コンデンサＣ１の容量を調整する容量調整部３４と、をさらに有する。
【解決手段】給電部３が、電力が供給される給電側コイル３２と、給電側コイル３２の両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサＣ１を有する。受電部５が、給電側コイル３２と電磁共鳴して給電側コイル３２からの電力を受電する受電側コイル５１と、受電側コイル５１の両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサＣ２を有する。給電側コンデンサＣ１が、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、受電部５が、受電側コンデンサＣ１の容量を送信する受電側通信アンテナ５４をさらに有し、給電部３が、受電側通信アンテナ５４からの受電側コンデンサＣ２の容量を受信する受電側通信アンテナ３３と、受信した受電側コンデンサＣ２の容量に応じて給電側コンデンサＣ１の容量を調整する容量調整部３４と、をさらに有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電システムに係り、特に、電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した給電システムとして、例えば図１に示すものが知られている（例えば非特許文献１）。同図に示すように、給電システム１は、給電手段としての給電部３と、受電手段としての受電部５と、を備えている。上記給電部３は、電力が供給される給電側ループアンテナ３１と、給電側ループアンテナ３１に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され、給電側ループアンテナ３１に電磁結合された給電側コイル３２と、給電側コイル３２の両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサＣ１と、を有している。上記給電側ループアンテナ３１に電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側コイル３２に送られる。
【０００３】
上記受電部５は、給電側コイル３２に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると電磁共鳴する受電側コイル５１と、この受電側コイル５１に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され当該受電側コイル５１に電磁結合された受電側ループアンテナ５２と、受電側コイル５１の両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサＣ２と、が設けられている。給電側コイル３２に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側コイル５１にワイヤレスで送られる。
【０００４】
さらに、受電側コイル５１に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ５２に送られ、この受電側ループアンテナ５２に接続されたバッテリやランプなどの負荷に供給される。上記給電側コンデンサＣ１、受電側コンデンサＣ２の容量は、給電側ループアンテナ３１に供給される交流電力の周波数で共鳴するような所望の容量Ｃｓに設定されている。上述した給電システム１によれば、給電側コイル３２と受電側コイル５１との電磁共鳴により非接触で給電側から受電側に電力を供給することができる。
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術の給電システム１では、製品によっては共鳴周波数ｆ０での伝送効率が低下してしまうものがある、という問題があった。この原因について発明者らが鋭意探求した結果、図７に示すグラフからも明らかなように、給電側、受電側コンデンサＣ１、Ｃ２のばらつきが原因であることが分かった。一般に市販のコンデンサはその容量が±５％程度が補償されているので、コンデンサＣ１、Ｃ２のバラツキとしては、この程度が見込まれる。図７は、受電側コンデンサＣ２の容量が所望の容量Ｃｓの場合、所望の容量Ｃｓから±３％、±５％ばらついた場合の交流電力の周波数ｆ０付近の伝送効率についてシミュレーションした結果である。なお、図７において、給電側コンデンサＣ１は所望の容量Ｃｓで誤差が無いものとしている。
【０００６】
同図からも明らかなように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓで誤差がなく、給電部３と受電部５との共鳴周波数が一致する場合、共鳴周波数ｆ０での伝送効率は９７％以上ある。これに対して、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIに±３％の誤差があり、給電部３と受電部５との共鳴周波数がずれた場合、共振周波数ｆ０での伝送効率は９４％以下に低下し、±５％の誤差があり、給電部３と受電部５との共鳴周波数がさらにずれた場合、共振周波数ｆ０での伝送効率は８９％以下に低下してしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】M.Soljacic,A.Karalis,J.Joannopoulos,A.Kurs,R.Moffatt,P.fisgeR,"電力を無線伝送する技術を開発 実験で６０Ｗの電球を点灯“、日経エレクトロニクス,3Dec.2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、共鳴周波数を決める受電側コンデンサのばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制した給電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、前記受電手段が、前記受電側コンデンサの容量を送信する送信手段をさらに有し、前記給電手段が、前記送信手段からの前記受電側コンデンサの容量を受信する受信手段と、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システムに存する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記容量調整手段が、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に基づいて前記給電手段と前記受電手段との共鳴周波数が一致するように前記受電側コンデンサの容量を調整する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。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記給電手段が、所望の周波数で伝送効率が最大となる前記受電側コンデンサの容量と前記給電側コンデンサの容量との関係を記憶する記憶手段をさらに有し、前記容量調整手段が、前記記憶手段に記憶された関係から前記受信した前記受電側コンデンサの容量に対応する前記給電側コンデンサの容量を求め、求めた容量となるように前記可変コンデンサの容量を調整する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。
【００１２】
請求項４記載の発明は、電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、前記受電手段が、前記受電側コイルが受電した電力レベルを測定する測定手段と、前記測定手段により測定された電力レベルを送信する送信手段をさらに有し、前記給電手段が、前記送信手段からの前記電力レベルを受信する受信手段と、前記受信した前記電力レベルに応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システムに存する。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、給電側コンデンサを可変コンデンサから構成し、給電手段側の容量調整手段が、受電手段側から送信された受電側コンデンサの容量に応じて可変コンデンサの容量を調整するので、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても給電側コンデンサをそれに応じた値に調整でき、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、容量調整手段が、受信した受電側コンデンサの容量に基づいて給電手段と受電手段との共鳴周波数が一致するように受電側コンデンサの容量を調整するので、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても給電手段と受電手段との共鳴周波数を一致するように給電側コンデンサの容量を調整でき、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても容量調整手段により所望の周波数で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサの容量を調整することができ、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても容量調整手段により所望の周波数で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサの容量を調整することができ、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の給電システムを示す概略図である。
【図２】第１及び第２実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。
【図３】第１実施形態の給電システムにおいて、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓで給電側コンデンサＣ１の容量ＣIもＣｓに調整された場合、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIがＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で給電側コンデンサＣ１の容量ＣIもＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で調整された場合、それぞれについて発振回路の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】所望の周波数ｆ０で伝送効率が最大となる給電側コンデンサの容量と受電側コンデンサの容量との関係を示すテーブルの概念図である。
【図５】第２及び第３実施形態の給電システムにおいて、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓ、Ｃｓ±３％、Ｃｓ±５％とばらついた場合それぞれについての発振回路の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図６】第３実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。
【図７】受電側コンデンサの容量が所望の容量Ｃｓの場合、Ｃｓ±３％の場合、Ｃｓ±１０％の場合、それぞれについて交流電力の周波数ｆ０での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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態における給電システムを図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の給電システムを示す概略図である。図２は、第１実施形態及び第２実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。なお、図１に示す給電部３は、給電側ループアンテナ３１、給電側コイル３２、給電側コンデンサＣ１以外は省略され、受電部５は、受電側コイル５１、受電側ループアンテナ５２、受電側コンデンサＣ２以外は省略されている。図１に示すように、給電システム１は、道路２上などに設けられた給電部３と、自動車４の腹部分などに設けられた受電部５と、を備えている。
【００１９】
上記給電部３は、図１及び図２に示すように、交流電力が供給される給電側ループアンテナ３１と、給電側ループアンテナ３１に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され、給電側ループアンテナ３１に電磁結合された給電側コイル３２と、給電側コイル３２の両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサＣ１と、が設けられている。
【００２０】
上記給電側ループアンテナ３１は、図１に示すように、導線を円ループ状に巻いて構成されていて、その軸が道路２から自動車４の腹部分に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。この給電側ループアンテナ３１の両端には、図２に示すように、発振回路Ｖが接続されていて、この発振回路Ｖから交流電力が供給されている。上記給電側コイル３２は、例えば巻線をコイル状に巻いて構成されている。給電側コイル３２は、上記給電側ループアンテナ３１の自動車４側に、給電側ループアンテナ３１と同軸上に配置されている。
【００２１】
給電側ループアンテナ３１と給電側コイル３２とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、給電側ループアンテナ３１に交流電力が供給されて、交流電流が流れると給電側コイル３２に誘導電流が発生するような範囲内で、互いに離間して設けられている。上記給電側コンデンサＣ１は、両端に印加される電圧に応じて容量が変化するダイオードから構成されるいわゆるバラクタ（可変コンデンサ）から構成されている。
【００２２】
上記受電部５は、給電側コイル３２と電磁共鳴する受電側コイル５１と、この受電側コイル５１に電磁結合された受電側ループアンテナ５２と、受電側コイル５１の両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサＣ２と、が設けられている。上記受電側ループアンテナ５１には、図２に示すように、車載バッテリやランプなどの負荷６が接続されている。また、受電側ループアンテナ５１は、ループ状に設けられていて、その軸が自動車４の腹部分から道路２に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。
【００２３】
上記受電側コイル５１は、給電側コイル３２と同一に設けられている（即ち、同一材料、同一形状、同一の大きさに設けられている）。また、受電側コイル５１は、図１に示すように、上記受電側ループアンテナ５２の道路２側に、受電側ループアンテナ５２と同軸上に配置されている。受電側ループアンテナ５２と受電側コイル５１とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、受電側コイル５１に交流電流が流れると受電側ループアンテナ５２に誘導電流が発生する範囲内に、互いに離間して設けられている。上記受電側コンデンサＣ２は、発振回路Ｖから出力される交流電力の周波数（＝所望の周波数）ｆ０で共鳴するような容量のものを用いている。
【００２４】
上述した給電システム１によれば、自動車４が給電部３に近づいて給電側コイル３２と受電側コイル５１とが軸方向に間隔を空けて対向したときに、給電側コイル３２と受電側コイル５１とが電磁共鳴して給電部３から受電部５に非接触で電力を供給できる。
【００２５】
詳しく説明すると、上記給電側ループアンテナ３１に交流電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側コイル３２に送られる。給電側コイル３２に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側コイル５１にワイヤレスで送られる。さらに、受電側コイル５１に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ５２に送られて、この受電側ループアンテナ５２に接続された負荷６に供給される。
【００２６】
また、上述した受電部５には、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定する容量測定部５３と、この容量測定部５３が測定した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを送信する送信手段としての受電側通信アンテナ５４と、がさらに設けられている。上記容量測定部５３は、受電側コンデンサＣ２及び受電側ループアンテナ５２からなるＬＣ並列回路に交流の小電流を供給する周波数可変の電流源（図示せず）と、給電側ループアンテナ３１に生じる電圧を測定する電圧測定部（図示せず）と、を有している。
【００２７】
容量測定部５３は、図示しない電流源を制御してＬＣ並列回路に供給する小電流の周波数を変動させ、図示しない電圧測定部を用いて給電側ループアンテナ３１に生じる電圧を測定する。容量測定部５３は、ＬＣ並列回路が共振してインピーダンスが無限大となり、電圧測定部により検出された電圧がほぼ０になったとき、そのときの小電流の周波数をＬＣ並列回路の共振周波数ｆresとする。受電側コイル５１のインダクタンスＬがわかっていれば下記の式（１）から受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを求めることができる。容量測定部５３は、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを求めると、求めた容量を受電側通信アンテナ５４から送信する。
ｆres＝１／（２πｓｑｒｔ（ＬＣII）） …（１）
【００２８】
また、上述した給電部３は、受電側通信アンテナ５４からの受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを受信する受信手段としての給電側通信アンテナ３３と、受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIに応じて給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整する容量調整部３４と、が設けられている。容量調整部３４は、受電側通信アンテナ５４から送信された受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同一になるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整する（ＣI＝ＣII）。上述したように給電側コイル３２と受電側コイル５１とは同一のものを用いているので、給電側コンデンサＣ１、受電側コンデンサＣ２の容量ＣI、ＣIIを同一にすれば、給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させることができる。
【００２９】
上述した給電システム１の動作を説明する。例えば、給電部３の容量調整部３４は、給電側通信アンテナ３３から容量送信要求を間欠的に送信させている。自動車４が道路２に設けた給電部３上に停車すると、上記自動車４に搭載された受電側通信アンテナ５４が容量送信要求を受信する。容量送信要求を受信すると、受電部５の容量測定部５３は、上述したように受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定して受電側通信アンテナ５４から送信する。給電側通信アンテナ３３が受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを受信すると、容量調整部３４は受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同一になるように給電側コンデンサＣ１の容量を調整した後、発振回路Ｖによる交流電流を給電側ループアンテナ３１に供給して、非接触給電を開始する。
【００３０】
上述した給電システム１によれば、給電側コンデンサＣ１をバラクタなどの可変コンデンサから構成し、容量調整部３４が、受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同じ値になるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整して、給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させるので、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIにばらつきがあっても給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させることができ、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。また、道路２などのインフラに設置される給電部３側の給電側コンデンサＣ１の容量を調整して、自動車４に搭載される受電部５側の受電側コンデンサＣ２は固定にすることにより、軽量化が求められる自動車４側の受電部５に容量調整部３４を搭載する必要がなくなる。
【００３１】
次に、本発明者らは、図１及び図２に示す給電システム１において、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓで給電側コンデンサＣ１の容量ＣIも所望の容量Ｃｓに調整された場合、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIがＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で給電側コンデンサＣ１の容量ＣIもＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で調整された場合について、発振回路Ｖの周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした。結果を図３に示す。なお、所望の容量Ｃｓとは、給電側コイル３２、受電側コイル５１の共鳴周波数が発振回路Ｖから出力される交流電力の周波数ｆ０（＝所望の周波数）となるような容量である。
【００３２】
図３と図６との比較からも明らかなように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±３％の誤差が生じた場合、従来の給電システム１では伝送効率が９４％以下に低下してしまったのに対し、本発明の給電システム１においては９６％以上得ることができた。また、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±５％の誤差が生じた場合、従来の給電システム１では伝送効率が従来の給電システム１においては伝送効率が８９％以下に低下してしまったのに対し、本発明の給電システム１においては９２％以上得ることができた。
【００３３】
なお、上述した第１実施形態においては、容量調整部３４は、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同じ値になるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整して、給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、給電側コイル３２と受電側コイル５１とが同一でない場合、例えば給電側コイル３２の大きさが受電側コイル５１よりも大きい場合などは、容量調整部３４は、予め分かっている給電側コイル３２及び受電側コイル５１のインダクタンスの比と、送信された受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIから給電部３と受電部５との共鳴周波数が一致するような給電側コイルＣ１の容量ＣIを求め、求めた容量ＣIに調整すればよい。
【００３４】
第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における給電システム１の構成は、第１実施形態で既に説明した図１及び図２に示す給電システム１と同様であるため、構成についての説明は省略する。上述した第１実施形態によれば、容量ＣI＝ＣIIとなるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整していた。このように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIがばらつくと、給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを同じ値としても、共鳴周波数が所望の周波数ｆ０（発振回路Ｖの周波数）からズレてしまう。
【００３５】
そこで、第２実施形態においては、例えば、予めシミュレーションなどにより受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIがＣｓ±３％、Ｃｓ±５％…とばらついたときに、所望の周波数ｆ０での伝送効率が最大となるような給電側コンデンサＣ１の容量ＣIの最適容量Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４…を求めておき、図４に示すように、所望の周波数ｆ０での伝送効率が最大となるような受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと給電側コンデンサＣ１の容量ＣIとの関係を示すテーブルを図示しないメモリなどの記憶手段に記憶させる。
【００３６】
そして、容量調整部３４が、受電部５から受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIに対する給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを図４に示すテーブルから求めて、その求めた容量に給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整することも考えられる。このようにすることにより、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIにばらつきがあっても容量調整部３４により所望の周波数ｆ０で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整することができ、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００３７】
次に、本発明者らは、第２実施形態に示す給電システム１において、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓ、Ｃｓ±３％、Ｃｓ±５％で給電側コンデンサＣ１の容量ＣIが図４に示すテーブルに記憶された最適値に調整された場合の所望の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした。結果を図５に示す。
【００３８】
図５と図６との比較からも明らかなように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±３％の誤差が生じた場合、従来では伝送効率が９４％以下に低下してしまったのに対し、本発明の給電システム１においては９６％以上得ることができた。また、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±５％の誤差が生じた場合、従来の給電システム１においては伝送効率が８９％以下に低下したのに対し、本発明の給電システム１においては９２％以上得ることができた。また、第１実施形態と比較すると、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して＋５％の誤差が生じた場合、第１実施形態では９３％程度の伝送効率しか得られなかったのに対して、第２実施形態の給電システム１においては９４％程度の伝送効率を得ることができた。また、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して＋５％の誤差が生じた場合、第１実施形態では９２％程度の伝送効率しか得られなかったのに対して、第２実施形態の給電システム１においては９３．５％程度の伝送効率を得ることができた。
【００３９】
なお、上述した第１及び第２実施形態によれば、容量測定部５３は、測定した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを受電側通信アンテナ５４から送信していたが、本発明はこれに限ったものではない。容量測定部５３が、測定した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと所望の容量Ｃｓとの差を求めて、この差を受電側通信アンテナ５４から送信させてもよい。
【００４０】
また、上述した第１及び第２実施形態によれば、給電部３から給電を受ける毎に容量測定部５３を用いて受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定していた。このようにすれば、製造時の受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきだけでなく、温度や経年変化などによる容量ＣIIのばらつきにも対応することができる。しかしながら、本発明はこれに限ったものではない。例えば、容量測定部５３を設けなくても、予め受電側コイルＣ２の容量ＣIIを測定して、メモリなどの記憶手段に記憶させておいてもよい。
【００４１】
第３実施形態
次に、第３実施形態について図６を参照して説明する。図６は、第３実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。図６において、上述した第１及び第２実施形態で既に説明した図２に示す給電システム１と同一の部分については同一符合を付してその詳細な説明を省略する。第１実施形態と第３実施形態とで異なる点は、第１実施形態では、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定する容量測定部５３の代わりに測定手段としての測定部５５が設けられている。
【００４２】
上記測定部５５は、受電側ループアンテナ５１に供給された電力レベルを測定し、この測定した電力レベルと予め格納された給電部３が送信する電力レベルとから伝送効率を求めて、受電側通信アンテナ５４から求めた伝送効率を送信する。容量調整部３４は、受信された伝送効率が最大になる値に給電側コンデンサＣ１を調整する。
【００４３】
上述した給電システム１の動作を説明する。例えば、給電部３の容量調整部３４は、給電側通信アンテナ３３から伝送効率送信要求を間欠的に送信させている。自動車４が道路２に設けた給電部３上に停車すると、容量調整部３４は、給電側コンデンサＣ１の容量ＣＩを可変範囲の下限値まで下げた後、上記自動車４に搭載された受電側通信アンテナ５４が伝送効率送信要求を受信する。伝送効率送信要求を受信すると、受電部５の測定部５５は、上述したように間欠的に伝送効率を求めて、受電側通信アンテナ５４から順次送信する。また、容量調整部３４は、伝送効率を受信する毎に、給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを上記下限値から可変範囲の上限値までΔｃづつ間欠的に増加させる。容量ＣIを上限値まで増加させた後、容量調整部３４は、可変範囲のうち最も高い伝送効率が得られる容量に給電側コンデンサＣ１を調整した後、発振回路Ｖによる交流電流を給電側ループアンテナ３１に供給して、非接触給電を開始する。
【００４４】
上述した第３実施形態の給電システム１によれば、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIにばらつきがあっても容量調整部３４により所望の周波数ｆ０で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整することができる。即ち、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきに応じて図４のテーブルに示す容量ＣIに調整することができ、テーブルなどを記憶させなくても第２実施形態と同様に、受電側コンデンサＣ２のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００４５】
次に、本発明者らは、第３実施形態に示す給電システムにおいて、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓ、Ｃｓ±３％、Ｃｓ±５％でばらついた場合それぞれについての所望の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした。結果、図５に示すように、第２実施形態と同じになることが分かった。
【００４６】
なお、上述した第３実施形態では、測定部５５は、受電側ループアンテナ５１に供給された電力レベルを測定し、この測定した電力レベルと予め格納された給電部３が送信する電力レベルとから伝送効率を求めて、受電側通信アンテナ５４から求めた伝送効率を送信していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、測定部５５としては、測定した電力レベルそのものを給電部３に対して送信するものであってもよい。また、測定部５５としては、測定した電力レベルと予め格納された給電部３が送信する電力レベルとから反射率を求めて、受電側通信アンテナ５４から求めた反射率を送信するようにしてもよい。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
１ 給電システム
３ 給電部（給電手段）
５ 受電部（受電手段）
３２ 給電側コイル
３３ 給電側通信アンテナ（受信手段）
３４ 容量調整部（容量調整手段）
５１ 受電側コイル
５４ 受電側通信アンテナ（送信手段）
５５ 測定部（測定手段）
Ｃ１ 給電側コンデンサ（給電側コンデンサ、可変コンデンサ）
Ｃ２ 受電側コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電システムに係り、特に、電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した給電システムとして、例えば図１に示すものが知られている（例えば非特許文献１）。同図に示すように、給電システム１は、給電手段としての給電部３と、受電手段としての受電部５と、を備えている。上記給電部３は、電力が供給される給電側ループアンテナ３１と、給電側ループアンテナ３１に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され、給電側ループアンテナ３１に電磁結合された給電側コイル３２と、給電側コイル３２の両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサＣ１と、を有している。上記給電側ループアンテナ３１に電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側コイル３２に送られる。
【０００３】
上記受電部５は、給電側コイル３２に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると電磁共鳴する受電側コイル５１と、この受電側コイル５１に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され当該受電側コイル５１に電磁結合された受電側ループアンテナ５２と、受電側コイル５１の両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサＣ２と、が設けられている。給電側コイル３２に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側コイル５１にワイヤレスで送られる。
【０００４】
さらに、受電側コイル５１に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ５２に送られ、この受電側ループアンテナ５２に接続されたバッテリやランプなどの負荷に供給される。上記給電側コンデンサＣ１、受電側コンデンサＣ２の容量は、給電側ループアンテナ３１に供給される交流電力の周波数で共鳴するような所望の容量Ｃｓに設定されている。上述した給電システム１によれば、給電側コイル３２と受電側コイル５１との電磁共鳴により非接触で給電側から受電側に電力を供給することができる。
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術の給電システム１では、製品によっては共鳴周波数ｆ０での伝送効率が低下してしまうものがある、という問題があった。この原因について発明者らが鋭意探求した結果、図７に示すグラフからも明らかなように、給電側、受電側コンデンサＣ１、Ｃ２のばらつきが原因であることが分かった。一般に市販のコンデンサはその容量が±５％程度が補償されているので、コンデンサＣ１、Ｃ２のバラツキとしては、この程度が見込まれる。図７は、受電側コンデンサＣ２の容量が所望の容量Ｃｓの場合、所望の容量Ｃｓから±３％、±５％ばらついた場合の交流電力の周波数ｆ０付近の伝送効率についてシミュレーションした結果である。なお、図７において、給電側コンデンサＣ１は所望の容量Ｃｓで誤差が無いものとしている。
【０００６】
同図からも明らかなように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓで誤差がなく、給電部３と受電部５との共鳴周波数が一致する場合、共鳴周波数ｆ０での伝送効率は９７％以上ある。これに対して、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIに±３％の誤差があり、給電部３と受電部５との共鳴周波数がずれた場合、共振周波数ｆ０での伝送効率は９４％以下に低下し、±５％の誤差があり、給電部３と受電部５との共鳴周波数がさらにずれた場合、共振周波数ｆ０での伝送効率は８９％以下に低下してしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】M.Soljacic,A.Karalis,J.Joannopoulos,A.Kurs,R.Moffatt,P.fisgeR,"電力を無線伝送する技術を開発 実験で６０Ｗの電球を点灯“、日経エレクトロニクス,3Dec.2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、共鳴周波数を決める受電側コンデンサのばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制した給電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、前記受電手段が、前記受電側コンデンサの容量を送信する送信手段をさらに有し、前記給電手段が、前記送信手段からの前記受電側コンデンサの容量を受信する受信手段と、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システムに存する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記容量調整手段が、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に基づいて前記給電手段と前記受電手段との共鳴周波数が一致するように前記受電側コンデンサの容量を調整する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。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記給電手段が、所望の周波数で伝送効率が最大となる前記受電側コンデンサの容量と前記給電側コンデンサの容量との関係を記憶する記憶手段をさらに有し、前記容量調整手段が、前記記憶手段に記憶された関係から前記受信した前記受電側コンデンサの容量に対応する前記給電側コンデンサの容量を求め、求めた容量となるように前記可変コンデンサの容量を調整する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。
【００１２】
請求項４記載の発明は、電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、前記受電手段が、前記受電側コイルが受電した電力レベルを測定する測定手段と、前記測定手段により測定された電力レベルを送信する送信手段をさらに有し、前記給電手段が、前記送信手段からの前記電力レベルを受信する受信手段と、前記受信した前記電力レベルに応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システムに存する。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、給電側コンデンサを可変コンデンサから構成し、給電手段側の容量調整手段が、受電手段側から送信された受電側コンデンサの容量に応じて可変コンデンサの容量を調整するので、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても給電側コンデンサをそれに応じた値に調整でき、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、容量調整手段が、受信した受電側コンデンサの容量に基づいて給電手段と受電手段との共鳴周波数が一致するように受電側コンデンサの容量を調整するので、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても給電手段と受電手段との共鳴周波数を一致するように給電側コンデンサの容量を調整でき、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても容量調整手段により所望の周波数で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサの容量を調整することができ、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、受電側コンデンサの容量にばらつきがあっても容量調整手段により所望の周波数で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサの容量を調整することができ、受電側コンデンサの容量のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の給電システムを示す概略図である。
【図２】第１及び第２実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。
【図３】第１実施形態の給電システムにおいて、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓで給電側コンデンサＣ１の容量ＣIもＣｓに調整された場合、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIがＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で給電側コンデンサＣ１の容量ＣIもＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で調整された場合、それぞれについて発振回路の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図４】所望の周波数ｆ０で伝送効率が最大となる給電側コンデンサの容量と受電側コンデンサの容量との関係を示すテーブルの概念図である。
【図５】第２及び第３実施形態の給電システムにおいて、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓ、Ｃｓ±３％、Ｃｓ±５％とばらついた場合それぞれについての発振回路の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図６】第３実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。
【図７】受電側コンデンサの容量が所望の容量Ｃｓの場合、Ｃｓ±３％の場合、Ｃｓ±１０％の場合、それぞれについて交流電力の周波数ｆ０での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。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態における給電システムを図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の給電システムを示す概略図である。図２は、第１実施形態及び第２実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。なお、図１に示す給電部３は、給電側ループアンテナ３１、給電側コイル３２、給電側コンデンサＣ１以外は省略され、受電部５は、受電側コイル５１、受電側ループアンテナ５２、受電側コンデンサＣ２以外は省略されている。図１に示すように、給電システム１は、道路２上などに設けられた給電部３と、自動車４の腹部分などに設けられた受電部５と、を備えている。
【００１９】
上記給電部３は、図１及び図２に示すように、交流電力が供給される給電側ループアンテナ３１と、給電側ループアンテナ３１に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され、給電側ループアンテナ３１に電磁結合された給電側コイル３２と、給電側コイル３２の両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサＣ１と、が設けられている。
【００２０】
上記給電側ループアンテナ３１は、図１に示すように、導線を円ループ状に巻いて構成されていて、その軸が道路２から自動車４の腹部分に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。この給電側ループアンテナ３１の両端には、図２に示すように、発振回路Ｖが接続されていて、この発振回路Ｖから交流電力が供給されている。上記給電側コイル３２は、例えば巻線をコイル状に巻いて構成されている。給電側コイル３２は、上記給電側ループアンテナ３１の自動車４側に、給電側ループアンテナ３１と同軸上に配置されている。
【００２１】
給電側ループアンテナ３１と給電側コイル３２とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、給電側ループアンテナ３１に交流電力が供給されて、交流電流が流れると給電側コイル３２に誘導電流が発生するような範囲内で、互いに離間して設けられている。上記給電側コンデンサＣ１は、両端に印加される電圧に応じて容量が変化するダイオードから構成されるいわゆるバラクタ（可変コンデンサ）から構成されている。
【００２２】
上記受電部５は、給電側コイル３２と電磁共鳴する受電側コイル５１と、この受電側コイル５１に電磁結合された受電側ループアンテナ５２と、受電側コイル５１の両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサＣ２と、が設けられている。上記受電側ループアンテナ５１には、図２に示すように、車載バッテリやランプなどの負荷６が接続されている。また、受電側ループアンテナ５１は、ループ状に設けられていて、その軸が自動車４の腹部分から道路２に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。
【００２３】
上記受電側コイル５１は、給電側コイル３２と同一に設けられている（即ち、同一材料、同一形状、同一の大きさに設けられている）。また、受電側コイル５１は、図１に示すように、上記受電側ループアンテナ５２の道路２側に、受電側ループアンテナ５２と同軸上に配置されている。受電側ループアンテナ５２と受電側コイル５１とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、受電側コイル５１に交流電流が流れると受電側ループアンテナ５２に誘導電流が発生する範囲内に、互いに離間して設けられている。上記受電側コンデンサＣ２は、発振回路Ｖから出力される交流電力の周波数（＝所望の周波数）ｆ０で共鳴するような容量のものを用いている。
【００２４】
上述した給電システム１によれば、自動車４が給電部３に近づいて給電側コイル３２と受電側コイル５１とが軸方向に間隔を空けて対向したときに、給電側コイル３２と受電側コイル５１とが電磁共鳴して給電部３から受電部５に非接触で電力を供給できる。
【００２５】
詳しく説明すると、上記給電側ループアンテナ３１に交流電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側コイル３２に送られる。給電側コイル３２に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側コイル５１にワイヤレスで送られる。さらに、受電側コイル５１に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ５２に送られて、この受電側ループアンテナ５２に接続された負荷６に供給される。
【００２６】
また、上述した受電部５には、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定する容量測定部５３と、この容量測定部５３が測定した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを送信する送信手段としての受電側通信アンテナ５４と、がさらに設けられている。上記容量測定部５３は、受電側コンデンサＣ２及び受電側ループアンテナ５２からなるＬＣ並列回路に交流の小電流を供給する周波数可変の電流源（図示せず）と、給電側ループアンテナ３１に生じる電圧を測定する電圧測定部（図示せず）と、を有している。
【００２７】
容量測定部５３は、図示しない電流源を制御してＬＣ並列回路に供給する小電流の周波数を変動させ、図示しない電圧測定部を用いて給電側ループアンテナ３１に生じる電圧を測定する。容量測定部５３は、ＬＣ並列回路が共振してインピーダンスが無限大となり、電圧測定部により検出された電圧がほぼ０になったとき、そのときの小電流の周波数をＬＣ並列回路の共振周波数ｆresとする。受電側コイル５１のインダクタンスＬがわかっていれば下記の式（１）から受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを求めることができる。容量測定部５３は、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを求めると、求めた容量を受電側通信アンテナ５４から送信する。
ｆres＝１／（２πｓｑｒｔ（ＬＣII）） …（１）
【００２８】
また、上述した給電部３は、受電側通信アンテナ５４からの受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを受信する受信手段としての給電側通信アンテナ３３と、受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIに応じて給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整する容量調整部３４と、が設けられている。容量調整部３４は、受電側通信アンテナ５４から送信された受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同一になるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整する（ＣI＝ＣII）。上述したように給電側コイル３２と受電側コイル５１とは同一のものを用いているので、給電側コンデンサＣ１、受電側コンデンサＣ２の容量ＣI、ＣIIを同一にすれば、給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させることができる。
【００２９】
上述した給電システム１の動作を説明する。例えば、給電部３の容量調整部３４は、給電側通信アンテナ３３から容量送信要求を間欠的に送信させている。自動車４が道路２に設けた給電部３上に停車すると、上記自動車４に搭載された受電側通信アンテナ５４が容量送信要求を受信する。容量送信要求を受信すると、受電部５の容量測定部５３は、上述したように受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定して受電側通信アンテナ５４から送信する。給電側通信アンテナ３３が受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを受信すると、容量調整部３４は受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同一になるように給電側コンデンサＣ１の容量を調整した後、発振回路Ｖによる交流電流を給電側ループアンテナ３１に供給して、非接触給電を開始する。
【００３０】
上述した給電システム１によれば、給電側コンデンサＣ１をバラクタなどの可変コンデンサから構成し、容量調整部３４が、受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同じ値になるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整して、給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させるので、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIにばらつきがあっても給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させることができ、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。また、道路２などのインフラに設置される給電部３側の給電側コンデンサＣ１の容量を調整して、自動車４に搭載される受電部５側の受電側コンデンサＣ２は固定にすることにより、軽量化が求められる自動車４側の受電部５に容量調整部３４を搭載する必要がなくなる。
【００３１】
次に、本発明者らは、図１及び図２に示す給電システム１において、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓで給電側コンデンサＣ１の容量ＣIも所望の容量Ｃｓに調整された場合、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIがＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で給電側コンデンサＣ１の容量ＣIもＣｓ±３％、Ｃｓ±５％で調整された場合について、発振回路Ｖの周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした。結果を図３に示す。なお、所望の容量Ｃｓとは、給電側コイル３２、受電側コイル５１の共鳴周波数が発振回路Ｖから出力される交流電力の周波数ｆ０（＝所望の周波数）となるような容量である。
【００３２】
図３と図６との比較からも明らかなように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±３％の誤差が生じた場合、従来の給電システム１では伝送効率が９４％以下に低下してしまったのに対し、本発明の給電システム１においては９６％以上得ることができた。また、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±５％の誤差が生じた場合、従来の給電システム１では伝送効率が従来の給電システム１においては伝送効率が８９％以下に低下してしまったのに対し、本発明の給電システム１においては９２％以上得ることができた。
【００３３】
なお、上述した第１実施形態においては、容量調整部３４は、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと同じ値になるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整して、給電部３と受電部５との共鳴周波数を一致させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、給電側コイル３２と受電側コイル５１とが同一でない場合、例えば給電側コイル３２の大きさが受電側コイル５１よりも大きい場合などは、容量調整部３４は、予め分かっている給電側コイル３２及び受電側コイル５１のインダクタンスの比と、送信された受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIから給電部３と受電部５との共鳴周波数が一致するような給電側コイルＣ１の容量ＣIを求め、求めた容量ＣIに調整すればよい。
【００３４】
第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における給電システム１の構成は、第１実施形態で既に説明した図１及び図２に示す給電システム１と同様であるため、構成についての説明は省略する。上述した第１実施形態によれば、容量ＣI＝ＣIIとなるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整していた。このように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIがばらつくと、給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを同じ値としても、共鳴周波数が所望の周波数ｆ０（発振回路Ｖの周波数）からズレてしまう。
【００３５】
そこで、第２実施形態においては、例えば、予めシミュレーションなどにより受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIがＣｓ±３％、Ｃｓ±５％…とばらついたときに、所望の周波数ｆ０での伝送効率が最大となるような給電側コンデンサＣ１の容量ＣIの最適容量Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４…を求めておき、図４に示すように、所望の周波数ｆ０での伝送効率が最大となるような受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと給電側コンデンサＣ１の容量ＣIとの関係を示すテーブルを図示しないメモリなどの記憶手段に記憶させる。
【００３６】
そして、容量調整部３４が、受電部５から受信した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIに対する給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを図４に示すテーブルから求めて、その求めた容量に給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整することも考えられる。このようにすることにより、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIにばらつきがあっても容量調整部３４により所望の周波数ｆ０で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整することができ、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００３７】
次に、本発明者らは、第２実施形態に示す給電システム１において、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓ、Ｃｓ±３％、Ｃｓ±５％で給電側コンデンサＣ１の容量ＣIが図４に示すテーブルに記憶された最適値に調整された場合の所望の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした。結果を図５に示す。
【００３８】
図５と図６との比較からも明らかなように、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±３％の誤差が生じた場合、従来では伝送効率が９４％以下に低下してしまったのに対し、本発明の給電システム１においては９６％以上得ることができた。また、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して±５％の誤差が生じた場合、従来の給電システム１においては伝送効率が８９％以下に低下したのに対し、本発明の給電システム１においては９２％以上得ることができた。また、第１実施形態と比較すると、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して＋５％の誤差が生じた場合、第１実施形態では９３％程度の伝送効率しか得られなかったのに対して、第２実施形態の給電システム１においては９４％程度の伝送効率を得ることができた。また、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓに対して＋５％の誤差が生じた場合、第１実施形態では９２％程度の伝送効率しか得られなかったのに対して、第２実施形態の給電システム１においては９３．５％程度の伝送効率を得ることができた。
【００３９】
なお、上述した第１及び第２実施形態によれば、容量測定部５３は、測定した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを受電側通信アンテナ５４から送信していたが、本発明はこれに限ったものではない。容量測定部５３が、測定した受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIと所望の容量Ｃｓとの差を求めて、この差を受電側通信アンテナ５４から送信させてもよい。
【００４０】
また、上述した第１及び第２実施形態によれば、給電部３から給電を受ける毎に容量測定部５３を用いて受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定していた。このようにすれば、製造時の受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきだけでなく、温度や経年変化などによる容量ＣIIのばらつきにも対応することができる。しかしながら、本発明はこれに限ったものではない。例えば、容量測定部５３を設けなくても、予め受電側コイルＣ２の容量ＣIIを測定して、メモリなどの記憶手段に記憶させておいてもよい。
【００４１】
第３実施形態
次に、第３実施形態について図６を参照して説明する。図６は、第３実施形態における図１に示す給電部、受電部の詳細構成図である。図６において、上述した第１及び第２実施形態で既に説明した図２に示す給電システム１と同一の部分については同一符合を付してその詳細な説明を省略する。第１実施形態と第３実施形態とで異なる点は、第１実施形態では、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIを測定する容量測定部５３の代わりに測定手段としての測定部５５が設けられている。
【００４２】
上記測定部５５は、受電側ループアンテナ５１に供給された電力レベルを測定し、この測定した電力レベルと予め格納された給電部３が送信する電力レベルとから伝送効率を求めて、受電側通信アンテナ５４から求めた伝送効率を送信する。容量調整部３４は、受信された伝送効率が最大になる値に給電側コンデンサＣ１を調整する。
【００４３】
上述した給電システム１の動作を説明する。例えば、給電部３の容量調整部３４は、給電側通信アンテナ３３から伝送効率送信要求を間欠的に送信させている。自動車４が道路２に設けた給電部３上に停車すると、容量調整部３４は、給電側コンデンサＣ１の容量ＣＩを可変範囲の下限値まで下げた後、上記自動車４に搭載された受電側通信アンテナ５４が伝送効率送信要求を受信する。伝送効率送信要求を受信すると、受電部５の測定部５５は、上述したように間欠的に伝送効率を求めて、受電側通信アンテナ５４から順次送信する。また、容量調整部３４は、伝送効率を受信する毎に、給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを上記下限値から可変範囲の上限値までΔｃづつ間欠的に増加させる。容量ＣIを上限値まで増加させた後、容量調整部３４は、可変範囲のうち最も高い伝送効率が得られる容量に給電側コンデンサＣ１を調整した後、発振回路Ｖによる交流電流を給電側ループアンテナ３１に供給して、非接触給電を開始する。
【００４４】
上述した第３実施形態の給電システム１によれば、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIにばらつきがあっても容量調整部３４により所望の周波数ｆ０で伝送効率が最大となるように給電側コンデンサＣ１の容量ＣIを調整することができる。即ち、受電側コンデンサＣ２の容量ＣIIのばらつきに応じて図４のテーブルに示す容量ＣIに調整することができ、テーブルなどを記憶させなくても第２実施形態と同様に、受電側コンデンサＣ２のばらつきに起因する伝送効率の低下を抑制することができる。
【００４５】
次に、本発明者らは、第３実施形態に示す給電システムにおいて、受電側コンデンサＣ１の容量ＣIIが所望の容量Ｃｓ、Ｃｓ±３％、Ｃｓ±５％でばらついた場合それぞれについての所望の周波数ｆ０付近での伝送効率をそれぞれシミュレーションした。結果、図５に示すように、第２実施形態と同じになることが分かった。
【００４６】
なお、上述した第３実施形態では、測定部５５は、受電側ループアンテナ５１に供給された電力レベルを測定し、この測定した電力レベルと予め格納された給電部３が送信する電力レベルとから伝送効率を求めて、受電側通信アンテナ５４から求めた伝送効率を送信していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、測定部５５としては、測定した電力レベルそのものを給電部３に対して送信するものであってもよい。また、測定部５５としては、測定した電力レベルと予め格納された給電部３が送信する電力レベルとから反射率を求めて、受電側通信アンテナ５４から求めた反射率を送信するようにしてもよい。
【００４７】
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。
【符号の説明】
【００４８】
１ 給電システム
３ 給電部（給電手段）
５ 受電部（受電手段）
３２ 給電側コイル
３３ 給電側通信アンテナ（受信手段）
３４ 容量調整部（容量調整手段）
５１ 受電側コイル
５４ 受電側通信アンテナ（送信手段）
５５ 測定部（測定手段）
Ｃ１ 給電側コンデンサ（給電側コンデンサ、可変コンデンサ）
Ｃ２ 受電側コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、
前記受電手段が、前記受電側コンデンサの容量を送信する送信手段をさらに有し、
前記給電手段が、前記送信手段からの前記受電側コンデンサの容量を受信する受信手段と、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記容量調整手段が、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に基づいて前記給電手段と前記受電手段との共鳴周波数が一致するように前記受電側コンデンサの容量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記給電手段が、所望の周波数で伝送効率が最大となる前記受電側コンデンサの容量と前記給電側コンデンサの容量との関係を記憶する記憶手段をさらに有し、
前記容量調整手段が、前記記憶手段に記憶された関係から前記受信した前記受電側コンデンサの容量に対応する前記給電側コンデンサの容量を求め、求めた容量となるように前記可変コンデンサの容量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項４】
電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、
前記受電手段が、前記受電側コイルが受電した電力レベルを測定する測定手段と、前記測定手段により測定された電力レベルを送信する送信手段をさらに有し、
前記給電手段が、前記送信手段からの前記電力レベルを受信する受信手段と、前記受信した前記電力レベルに応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システム。
【請求項１】
電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、
前記受電手段が、前記受電側コンデンサの容量を送信する送信手段をさらに有し、
前記給電手段が、前記送信手段からの前記受電側コンデンサの容量を受信する受信手段と、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記容量調整手段が、前記受信した前記受電側コンデンサの容量に基づいて前記給電手段と前記受電手段との共鳴周波数が一致するように前記受電側コンデンサの容量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
前記給電手段が、所望の周波数で伝送効率が最大となる前記受電側コンデンサの容量と前記給電側コンデンサの容量との関係を記憶する記憶手段をさらに有し、
前記容量調整手段が、前記記憶手段に記憶された関係から前記受信した前記受電側コンデンサの容量に対応する前記給電側コンデンサの容量を求め、求めた容量となるように前記可変コンデンサの容量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項４】
電力が供給される給電側コイル及び前記給電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める給電側コンデンサを有する給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力を受電する受電側コイル及び前記受電側コイルの両端に接続された共鳴周波数を定める受電側コンデンサを有する受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
前記給電側コンデンサが、その容量が可変に設けられた可変コンデンサから構成され、
前記受電手段が、前記受電側コイルが受電した電力レベルを測定する測定手段と、前記測定手段により測定された電力レベルを送信する送信手段をさらに有し、
前記給電手段が、前記送信手段からの前記電力レベルを受信する受信手段と、前記受信した前記電力レベルに応じて前記可変コンデンサの容量を調整する容量調整手段と、をさらに有することを特徴とする給電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９０４７０（Ｐ２０１３−９０４７０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９６１３（Ｐ２０１１−２２９６１３）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
[ Back to top ]