電力中継器
【課題】
受電効率を改善した電力中継器を提供する。
【解決手段】
電力中継器は、交流電源に接続される１次側コイルと、前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する共振コイルと、前記共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルとを含み、共振コイルの中心軸の角度は、前記２次側共振コイルの位置に基づいて設定される。
受電効率を改善した電力中継器を提供する。
【解決手段】
電力中継器は、交流電源に接続される１次側コイルと、前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する共振コイルと、前記共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルとを含み、共振コイルの中心軸の角度は、前記２次側共振コイルの位置に基づいて設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力中継器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、給電コイルと受電コイルの間に給電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルを設け、非接触で電力を供給し、受電コイルの得た電力で移動体の蓄電部を充電する給電システムがあった。給電側はステーション等に設けられ、受電側は車両等の移動体に搭載される。共鳴コイル間の距離を検出し、距離に応じて給電効率が最大となるように給電コイルと給電側共鳴コイルとの距離、及び受電コイルと受電側共鳴コイルとの距離を可変調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の給電システムは、給電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルの位置関係を調整していないため、磁気共鳴による受電効率が低下する場合があった。
【０００５】
このため、受電側における受電効率を改善し、送電側（給電側）から受電側に高効率で電力を中継できる電力中継器が望まれていた。
【０００６】
そこで、受電効率を改善した電力中継器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態の電力中継器は、交流電源に接続される１次側コイルと、前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する共振コイルと、前記共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルとを含み、共振コイルの中心軸の角度は、前記２次側共振コイルの位置に基づいて設定される。
【発明の効果】
【０００８】
受電効率を改善した電力中継器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】磁気共鳴を利用した電力中継器の構成を示す図である。
【図２】比較例の電力中継器１０の各コイルの構成例を示す図である。
【図３】比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率の特性を示す図である。
【図４】実施の形態１の電力中継器１００の断面構成を示す図である。
【図５】実施の形態１の電力中継器１００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図６】実施の形態２の電力中継器の断面構成を示す図である。
【図７】実施の形態２の電力中継器２００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図８】実施の形態３の電力中継器の断面構成を示す図である。
【図９】実施の形態３の電力中継器３００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１０】実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１１】実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１２】実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１３】実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１４】実施の形態４の電力中継器を適用した電気自動車の充電システムの構成を示す図である。
【図１５】実施の形態４の電力中継器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の電力中継器を適用した実施の形態について説明する。
【００１１】
実施の形態の電力中継器について説明する前に、まず、図１乃至図３を用いて、比較例の電力中継器と問題点について説明する。
【００１２】
図１（Ａ）は、磁気共鳴を利用した電力中継器の構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す電力中継器の等価回路を示す図である。
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、電力中継器１０は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４を含む。
【００１４】
１次側コイル１は、ループ状のコイルであり、両端間に交流電源５が接続されている。１次側コイル１は、自己の中心軸が１次側共振コイル２の中心軸と一致するように配設されている。１次側コイル１は、１次側共振コイル２と非接触で近接して配置されており、１次側共振コイル２と電磁界結合される。中心軸を一致させるのは、１次側コイル１と１次側共振コイル２との結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が１次側コイル１及び１次側共振コイル２の周囲に発生することを抑制するためである。
【００１５】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、１次側コイル１は、インダクタンスＬ１のコイルとして表すことができる。なお、１次側コイル１は、実際には抵抗成分とキャパシタ成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００１６】
１次側コイル１は、交流電源５から供給される交流電力によって磁界を発生し、電磁誘導により電力を１次側共振コイル２に送電する。
【００１７】
図１（Ａ）に示すように、１次側共振コイル２は、１次側コイル１と非接触で近接して配置されて１次側コイル１と電磁界結合されている。また、１次側共振コイル２は、所定の共振周波数を有し、非常に高いＱ値を有するように設計されている。１次側共振コイル２の共振周波数は、２次側共振コイル３の共振周波数と等しくされている。なお、図１（Ａ）では見やすさの観点から１次側共振コイル２の両端は開放されているが、実際には１次側共振コイル２の両端の間には、共振周波数を調整するためのキャパシタが直列に接続される。
【００１８】
１次側共振コイル２は、所定の間隔を隔てて、自己の中心軸が２次側共振コイル３の中心軸と一致するように配置されている。１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間隔は、例えば、数メートル程度であってもよい。１次側共振コイル２と２次側共振コイル３は、数メートル程度離れていても、磁気共鳴による電力の伝送が可能である。なお、中心軸を一致させるのは、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間で生じる磁気共鳴を少しでも良好なものにするためである。
【００１９】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、１次側共振コイル２は、インダクタンスＬ２のコイルと、キャパシタンスＣ２のキャパシタを有するループ回路として表すことができる。１次側共振コイル２は、寄生容量を有するため、キャパシタンスＣ２は、１次側共振コイル２の寄生容量と、１次側共振コイル２の両端間に周波数調整用に接続されるキャパシタのキャパシタンスとの合成容量である。なお、１次側共振コイル２は、実際には抵抗成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００２０】
１次側共振コイル２の共振周波数は、交流電源５が出力する交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。１次側共振コイル２の共振周波数は、１次側共振コイル２のインダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ２によって決まる。このため、１次側共振コイル２のインダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ２は、１次側共振コイル２の共振周波数が、交流電源５から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
【００２１】
１次側共振コイル２及び２次側共振コイル３の共振周波数は、例えば、２ＭＨｚ、又は、１０ＭＨｚ等の値に設定され、交流電源５からは、１次側共振コイル２及び２次側共振コイル３の共振周波数と同一の周波数の交流電力が出力される。
【００２２】
なお、１次側共振コイル２は、寄生容量だけで共振周波数を設定できる場合は、両端が開放されていてもよい。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、２次側共振コイル３は、数メートルの間隔を隔てて配設される。２次側共振コイル３は、自己の中心軸が１次側共振コイル２の中心軸と一致するように配置されている。
【００２４】
図１（Ａ）では見やすさの観点から２次側共振コイル３の両端は開放されているが、実際には２次側共振コイル３の両端間には、共振周波数を調整するためのキャパシタが直列に接続される。
【００２５】
２次側共振コイル３は、１次側共振コイル２と同一の共振周波数を有し、非常に高いＱ値を有するように設計されている。
【００２６】
２次側共振コイル３と１次側共振コイル２との間隔は、例えば、数メートル程度であってもよい。２次側共振コイル３と１次側共振コイル２は、数メートル程度離れていても、磁気共鳴による電力の伝送が可能である。
【００２７】
また、２次側共振コイル３は、２次側コイル４と非接触で近接して配置されており、２次側コイル４と電磁界結合されている。
【００２８】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、２次側共振コイル３は、インダクタンスＬ３のコイルと、キャパシタンスＣ３のキャパシタを有するように表すことができる。２次側共振コイル３は、寄生容量を有するため、キャパシタンスＣ３は、２次側共振コイル３の寄生容量と、２次側共振コイル３の両端間に周波数調整用に接続されるキャパシタのキャパシタンスとの合成容量である。なお、２次側共振コイル３は、実際には抵抗成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００２９】
２次側共振コイル３の共振周波数は、２次側共振コイル３のインダクタンスＬ３とキャパシタンスＣ３によって決まる。このため、２次側共振コイル３のインダクタンスＬ３とキャパシタンスＣ３は、２次側共振コイル３の共振周波数が、１次側共振コイル２の共振周波数と、交流電源５から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
【００３０】
なお、２次側共振コイル３は、寄生容量だけで共振周波数を設定できる場合は、両端が開放されていてもよい。
【００３１】
図１（Ａ）に示すように、２次側コイル４は、１次側コイル１と同様のループ状のコイルであり、２次側共振コイル３と電磁界結合されるとともに、両端間に負荷回路６が接続されている。
【００３２】
２次側コイル４は、自己の中心軸が２次側共振コイル３の中心軸と一致するように配設されている。２次側コイル４は、２次側共振コイル３と非接触で近接して配置されており、２次側共振コイル３と電磁界結合される。中心軸を一致させるのは、２次側共振コイル３と２次側コイル４の結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が２次側共振コイル３及び２次側コイル４の周囲に発生することを抑制するためである。
【００３３】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、２次側コイル４は、インダクタンスＬ４のコイルとして表すことができる。なお、２次側コイル４は、実際には抵抗成分とキャパシタ成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００３４】
２次側コイル４は、２次側共振コイル３から電磁誘導により電力を受電し、電力を負荷回路６に供給する。
【００３５】
なお、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４は、例えば、銅線を巻回することによって作製される。しかしながら、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４の材質は、銅以外の金属（例えば、金又はアルミニウム等）であってもよい。また、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４の材質は異なっていてもよい。
【００３６】
このような電力中継器１０は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２が電力の送電側であり、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が電力の受電側である。
【００３７】
電力中継器１０は、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間で生じる磁気共鳴を利用して送電側から受電側に電力を伝送する磁気共鳴方式である。このため、電力中継器１０は、送電側から受電側に電磁誘導で電力を伝送する電磁誘導方式よりも長距離での電力の伝送が可能である。
【００３８】
また、図１では１次側共振コイル２の中心軸と２次側共振コイル３の中心軸とが一致する場合について説明したが、磁気共鳴方式は、送電側のコイルと受電側のコイルの位置ずれに対しても、電磁誘導方式よりも強いというメリットがある。
【００３９】
このように、磁気共鳴方式は、共振コイル同士の間の距離又は位置ずれについて、電磁誘導方式よりも自由度が高く、ポジションフリーというメリットがある。
【００４０】
このため、磁気共鳴方式による電力中継器１０は、携帯電話端末機又はスマートフォン等の小型の電子装置、家電製品、又は電気自動車等における非接触充電への利用が期待されている。
【００４１】
次に、図２及び図３を用いて、比較例の電力中継器１０の１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の構成例と、受電効率について説明する。
【００４２】
図２は、比較例の電力中継器１０の各コイルの構成例を示す図である。図２（Ａ）は１次側コイル１及び１次側共振コイル２の平面図、図２（Ｂ）は２次側共振コイル３及び２次側コイル４の平面図、図２（Ｃ）は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の中心軸を通る断面を示す図である。
【００４３】
ここで、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を規定する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する軸であり、３次元座標系を構築する。このＸＹＺ座標系の原点は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の下側の表面上に位置する点とする。
【００４４】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ｘ軸とＹ軸の交点は、平面視で１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の中心と一致する。
【００４５】
図２（Ｃ）に示すように、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４は、すべての中心軸がＺ軸に一致するように配設される。
【００４６】
このため、図２（Ｃ）に示す断面は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸を通る断面である図２（Ａ）のＡ１−Ａ１矢視断面と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸を通る断面である図２（Ｂ）のＡ２−Ａ２矢視断面とを含む。
【００４７】
図２（Ａ）に示すように、１次側コイル１は、巻数が１巻のループ状の平面コイルであり、端部１Ａ、１Ｂは図１に示す交流電源５に接続される。１次側共振コイル２は、巻数が５巻の渦状の平面コイルであり、端部２Ａ、２Ｂは図示しないキャパシタに接続されている。
【００４８】
１次側コイル１は、１次側共振コイル２の中央部に配設される。１次側コイル１と１次側共振コイル２は、中心軸が一致するように配設されている。
【００４９】
図２（Ｂ）に示すように、２次側コイル４は、巻数が１巻のループ状の平面コイルであり、端部４Ａ、４Ｂは図１に示す負荷回路６に接続される。２次側共振コイル３は、巻数が５巻の渦状の平面コイルであり、端部３Ａ、３Ｂは図示しないキャパシタに接続されている。
【００５０】
２次側コイル４は、２次側共振コイル３の中央部に配設される。２次側共振コイル３と２次側コイル４は、中心軸が一致するように配設されている。
【００５１】
図２（Ａ）に示す１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、図２（Ｂ）に示す２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、実際にはすべての中心軸が一致するように平面視で重なるように配設される。
【００５２】
このため、１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＡ１−Ａ１矢視断面と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＡ２−Ａ２矢視断面は、図２（Ｃ）に示すようになる。
【００５３】
図２（Ｃ）に示す状態では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸とは一致しており、平面視における位置ずれは生じていない状態である。
【００５４】
次に、図３のシミュレーション結果を用いて、比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率について説明する。
【００５５】
図３は、比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率の特性を示す図である。
【００５６】
図３に示す受電効率は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた際に、交流電源５から１次側コイル１に入力される電力に対する、２次側コイル４から出力される電力の割合を百分率で表したものである。
【００５７】
ここで、電磁界シミュレータを用いて受電効率を計算するにあたり、各コイルの寸法を次のように設定した。
【００５８】
１次側コイル１の半径は４０５ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は１巻である。１次側共振コイル２の最外形の半径は４５０ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は５巻、巻いたコイルの間隔（ピッチ）は６ｍｍである。
【００５９】
２次側共振コイル３の最外形の半径は１５０ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は５巻、巻いたコイルの間隔（ピッチ）は６ｍｍである。２次側コイル４の半径は１０５ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は１巻である。
【００６０】
なお、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間のＺ軸方向の間隔Ａは、２００ｍｍである。
【００６１】
図３には２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸プラス方向に移動させた場合の受電効率の特性を示す。しかしながら、一次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４のＸＹ面における対称性から、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸マイナス方向に移動させた場合の特性は、Ｙ＝０の位置に対して対象である。
【００６２】
また、図３には、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸のＸ軸方向における位置が１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸のＸ軸方向における位置に対してずれていない場合と、ずれている場合の特性を示す。Ｘ軸方向にずれていない場合をＸ＝０と示し、Ｘ軸方向において１００ｍｍずれている場合をＸ＝１００と示す。
【００６３】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置ずれは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸との位置ずれに相当する。
【００６４】
図３に実線で示すように、Ｘ＝０の場合の受電効率は、Ｙ軸プラス方向のずれが０ｍｍから約４００ｍｍまでは、受電効率は８９％であった。すなわち、Ｙ軸方向における±４００ｍｍの範囲に２次側共振コイル３及び２次側コイル４が位置している間は、８９％の受電効率が得られることが分かる。２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置が４００ｍｍ以上になると、受電効率は低下し、Ｙ＝５００ｍｍの位置で約５０％になった。
【００６５】
これに対して、Ｘ＝５００ｍｍの場合の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍの位置で５３％であり、Ｙ軸方向に位置がずれるに従い低下し、Ｙ＝３００ｍｍの位置で受電効率は７．５％となり、この値が極小値となった。Ｙ軸方向の位置のずれがさらに増大すると、受電効率は再び上昇し、Ｙ＝５００ｍｍで約３５％程度であった。
【００６６】
以上より、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合に、Ｘ軸方向の位置ずれにより、受電効率が大幅に低下することが分かった。
【００６７】
ここで、例えば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を道路に設置するとともに、電気自動車の下面に２次側共振コイル３及び２次側コイル４を配設し、負荷回路６としてのバッテリを充電する場合について考える。
【００６８】
上述の現象は、電気自動車をＹ軸方向に走行させた場合に、道路に設置された１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対する２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＸ軸方向の位置ずれが大きいと、電気自動車に搭載したバッテリを十分に充電できないことを意味する。
【００６９】
このように、比較例の電力中継器１０は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との中心軸のずれが大きいと、受電効率が低下するという問題がある。
【００７０】
このため、以下で説明する実施の形態では、上述の問題点を解決した電力中継器を提供することを目的とする。以下、実施の形態の電力中継器について説明する。
【００７１】
＜実施の形態１＞
図４は、実施の形態１の電力中継器１００の断面構成を示す図である。実施の形態１の電力中継器１００は、比較例の電力中継器１０と同様に、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４を含み、１次側コイル１には交流電源５が接続されており、２次側コイル４には負荷回路６が接続されているものとして説明を行う。
【００７２】
また、図４では、左右方向にＸ軸、紙面を垂直に貫通する方向にＹ軸、上下方向にＺ軸を取る。Ｘ軸では右方向を正、Ｙ軸では紙面手前側から紙面を貫通する方向を正、Ｚ軸では上方向を正とする。
【００７３】
実施の形態１の電力中継器１００は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４に加えて、上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０を含む。
【００７４】
上下移動機構１１０は、台座１１０Ａと伸縮部１１０Ｂを有する。伸縮部１１０Ｂの頂部には、傾斜機構１２０を介して１次側コイル１及び１次側共振コイル２が取り付けられている。
【００７５】
伸縮部１１０Ｂは、円筒状の台座１１０Ａに対して入れ子式に上下方向に伸縮可能な円筒状の部材である。伸縮部１１０Ｂは、台座１１０Ａに対して１次側コイル１及び１次側共振コイル２を所望の高さに保持する。伸縮部１１０Ｂは、例えば、台座１１０Ａとの間の摩擦によって所望の高さに保持される摩擦機構を有していてもよいし、台座１１０Ａの側壁に設けたネジ穴に、ネジを通して伸縮部１１０Ｂを固定することによって所望の高さに固定されてもよい。その他、周知のあらゆる機構により、台座１１０Ａに対して伸縮部１１０Ｂを所望の高さに固定することができる。
【００７６】
なお、ここでは、上下移動機構１１０の伸縮部１１０は、Ｚ軸方向に伸縮するものとして説明を行う。
【００７７】
傾斜機構１２０は、基台１２０Ａと傾斜部１２０Ｂを有する。基台１２０Ａは、伸縮部１１０Ｂの頂部に固定されており、傾斜部１２０Ｂを傾斜自在に保持している。傾斜部１２０Ｂは、基台１２０Ａに傾斜自在に保持されており、基台１２０Ａに対して所望の角度で固定できるようになっている。すなわち、傾斜部１２０Ｂは、Ｚ軸方向に対して、所望の角度に傾斜した状態で固定される。傾斜部１２０Ｂの頂部には１次側コイル１及び１次側共振コイル２が固定される。
【００７８】
基台１２０Ａに対して傾斜部１２０Ｂを所望の角度に傾斜させて固定可能な機構としては、例えば、ベアリングを有する回動機構が挙げられる。その他、周知のあらゆる機構により、基台１２０Ａに対して傾斜部１２０Ｂを所望の角度に傾斜させて固定することができる。
【００７９】
以上のような上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０により、実施の形態１の電力中継器１００は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して傾斜させることができる。
【００８０】
ここで、図４に示すＸＹＺ座標系の原点は、伸縮部１１０Ｂによる伸縮量が０ｍｍで、かつ、傾斜機構１２０による傾斜角が０°の場合における、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の下側の表面上に位置する点とする。
【００８１】
また、実施の形態１の電力中継器１００の２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸方向に一致するように（ＸＹ平面と平行になるように）配設されている。１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＺ軸方向における間隔Ａは、一例として、２００ｍｍに設定される。
【００８２】
ここでは、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、ＸＹ平面と平行な状態を保持しながら、Ｙ軸方向に移動する場合について説明する。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が電気自動車等の移動体の下面に取り付けられ、Ｙ軸方向に移動する場合に相当する。
【００８３】
実施の形態１の電力中継器１００では、傾斜機構１２０を調整することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度を調整する。１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２から見て、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が存在する方向に傾斜される。また、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度を調整する際に、上下移動機構１１０を用いて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の高さ位置を調整する。
【００８４】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、平面状のコイルであり、傾斜機構１２０によって傾斜させる前の状態では、図４に破線で示す位置にあり、ＸＹ平面と平行である。また、このとき１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１はＺ軸と平行である。
【００８５】
ここで、傾斜機構１２０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸まわりに回転させる角度を図４に示すようにθｙ１とし、θｙ１を１０°に設定する。実施の形態１では、１次側コイル及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間にＸ軸方向の位置ずれがある状態において、１次側コイル及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１が２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方を向くように、傾斜角度θｙ１を設定する。
【００８６】
なお、θｙ１は、図４に示すように、Ｙ軸の負側から正側を見た状態で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
【００８７】
また、傾斜機構１２０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸回りに回転させると、１次側共振コイル２の全体のうちのＸ軸方向の正側又は負側に位置する部分がＸＹ平面よりも高い位置に回転移動する。
【００８８】
ここで、例えば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を道路等に設置する場合には、道路の表面よりも１次側コイル１及び１次側共振コイル２が突出することは好ましくない。このため、実施の形態１では、上下移動機構１１０を用いて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置を図４に示す位置まで下げる。
【００８９】
上下移動機構１１０による移動量をＺ１とし、１次側共振コイル２の最外形の半径をｒ２とすると、（１）式の通りである。
【００９０】
Ｚ１＝ｒ２×ｔａｎθｙ１ ・・・（１）
このように１次側コイル１及び１次側共振コイル２を高さＺ１だけ下げることにより、傾斜機構１２０で傾斜させる前よりも１次側コイル１及び１次側共振コイル２がＺ軸における上方向に突出することを避けることができる。
【００９１】
このような実施の形態１の電力中継器１００において、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させたところ、図５に示す受電効率が得られた。
【００９２】
図５は、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【００９３】
実施の形態１では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２と、Ｚ軸とのＸ軸方向における位置ずれＸを５００ｍｍに設定した。また、傾斜機構１２０による１次側コイル１及び１次側共振コイル２の傾斜角が０°と１０°の２種類の場合について、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させるシミュレーションを行った。
【００９４】
上下移動機構１１０による１次側コイル１及び１次側共振コイル２の移動分Ｚ１は、（１）式で設定した。すなわち、傾斜角θｙ１が０°の場合は、Ｚ１＝０ｍｍであり、傾斜角θｙ１が１０°の場合は、図４に示すように１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、ｒ２×ｔａｎ１０°だけ下げられる。
【００９５】
なお、傾斜角θｙ１が０°の場合は、図３に示すＸ＝５００ｍｍの場合に相当する。
【００９６】
図５に示すように、傾斜角θｙ１が１０°の場合は、Ｙ＝０〜３３０ｍｍの範囲において、傾斜角θｙ１が０°の場合に比べて受電効率が改善された。傾斜角θｙ１が１０°の場合の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍで約６０％、Ｙ＝２００ｍｍで約４５％、Ｙ＝３００ｍｍで約２５％、Ｙ＝３３０ｍｍで約１５％、Ｙ＝４００ｍｍで約５％、Ｙ＝５００ｍｍで約１％であった。Ｙ＝３３０ｍｍで傾斜角θｙ１が０°の場合の受電効率（１５％）と等しくなり、Ｙ軸方向の位置ずれがＹ＝３３０ｍｍよりも大きくなると、傾斜角θｙ１が０°の場合よりも低下する特性を示した。
【００９７】
このように、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸まわりに回転させると、Ｙ＝−３３０ｍｍからＹ＝＋３３０ｍｍの範囲内で、受電効率が改善されることが分かった。
【００９８】
これは、Ｘ軸方向における位置ずれがある２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方向に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させることにより、Ｙ＝−３３０ｍｍからＹ＝＋３３０ｍｍの範囲内で、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
【００９９】
以上、実施の形態１の電力中継器１００によれば、Ｘ軸方向における位置ずれがある２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方向に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させることにより、受電効率を改善することができる。
【０１００】
なお、以上では、上下移動機構１１０によって１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＺ軸方向で下方向に移動させる形態について説明したが、例えば、傾斜させても１次側コイル１及び１次側共振コイル２が道路の表面から突出しないような場合には、上下移動機構１１０による上下移動は行わなくてもよい。また、このような場合には、電力中継器１００は、上下移動機構１１０を含まなくてもよい。
【０１０１】
また、以上では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整する形態について説明したが、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
【０１０２】
従って、１次側コイル１と１次側共振コイル２との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
【０１０３】
＜実施の形態２＞
図６は、実施の形態２の電力中継器の断面構成を示す図である。
【０１０４】
実施の形態２の電力中継器２００は、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させる点が実施の形態１の電力中継器１００と異なる。その他の構成は実施の形態１の電力中継器１００と同様であるため、同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０５】
実施の形態２では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸に対してθｙ２だけ傾斜した状態に保持されている。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、電気自動車等の移動体の下面において、中心軸ｌ２がＺ軸に対してθｙ２だけ傾斜されて取り付けられている状態に相当する。
【０１０６】
実施の形態２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれ（間隔Ａ）が２００ｍｍである状態から、１次側コイル１及び１次側共振コイル３と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を調整する。
【０１０７】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、実施の形態１と同様に、θｙ１を１０°に設定することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して１０°傾斜させるとともに、Ｚ軸方向にＺ１だけ下降させる。上下移動機構１１０による移動量をＺ１は、実施の形態１で説明したように１次側共振コイル２の最外形の半径をｒ２とすると、Ｚ１＝ｒ２×ｔａｎθｙ１で求まる。
【０１０８】
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、θｙ２を１０°に設定することにより、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＺ軸に対して１０°傾斜させると共に、Ｚ軸方向にＺ２だけ上昇させた。
【０１０９】
ここで、２次側共振コイル３の最外形の半径をｒ３とすると、移動量Ｚ２は（２）式で求まる。
【０１１０】
Ｚ２＝ｒ３×ｔａｎθｙ２ ・・・（２）
２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸回りに回転させると、２次側共振コイル３の全体のうちのＸ軸方向の正側又は負側に位置する部分が回転前よりも高い位置に移動する。
【０１１１】
ここで、例えば、２次側共振コイル３を電気自動車等の下面に設置する場合には、Ｙ軸まわりの回転により２次側共振コイル３及び２次側コイル４が回転前の位置よりも下側に突出することは好ましくない。このため、実施の形態２では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を図６に破線で示す回転前の位置からＺ２だけ上昇させる。例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を電気自動車等の移動体の下面に取り付ける場合には、取り付け位置をＺ２だけ高い位置にずらせばよい。
【０１１２】
ここで、θｙ２は、θｙ１と同様に、Ｙ軸の負側から正側を見た状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
【０１１３】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して１０°傾斜させるとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１０°傾斜させた状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合のシミュレーションを行い、図７に示す受電効率の特性を得た。
【０１１４】
図７は、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１１５】
図７には、比較用に、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率を示す。実施の形態２の電力中継器２００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ〜１００ｍｍで約７０％、Ｙ＝２００ｍｍで約６０％、Ｙ＝３００ｍｍで約４５％、Ｙ＝４００ｍｍで約２０％、Ｙ＝５００ｍｍで約５％であった。
【０１１６】
図７から分かるように、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率は、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率に比べて、Ｙ軸方向の位置によらず、約１０％改善された。
【０１１７】
これにより、Ｘ軸方向に位置ずれがある場合に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に加えて、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させることにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１１８】
これは、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させることにより、実施の形態１の電力中継器１００よりも、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
【０１１９】
以上、実施の形態２の電力中継器２００によれば、実施の形態１と同様に１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させるとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させることにより、受電効率を改善することができる。
【０１２０】
なお、実施の形態２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整するとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の両方の中心軸ｌ２の角度を調整する形態について説明した。しかしながら、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるとともに、２次側共振コイル３の中心軸の角度を１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
【０１２１】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
【０１２２】
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、２次側共振コイル３の中心軸と２次側コイル４の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、２次側コイル４の中心軸の角度と高さを２次側共振コイル３とともに調整しなくてもよい。
【０１２３】
＜実施の形態３＞
図８は、実施の形態３の電力中継器の断面構成を示す図である。
【０１２４】
実施の形態３の電力中継器３００は、１次側コイル１及び１次側共振コイル３の中心軸ｌ１と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２とをＸ軸まわり及びＹ軸まわりに回転させて傾斜させる点が実施の形態１の電力中継器１００と異なる。
【０１２５】
その他の構成は実施の形態１、２の電力中継器１００、２００と同様であるため、同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２６】
ここで、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＸ軸まわりに回転させる角度をθｘ１、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＸ軸まわりに回転させる角度をθｘ２とする。
【０１２７】
θｘ１、θｘ２は、Ｘ軸の負側から正側を見た状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＸ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
【０１２８】
実施の形態３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれ（間隔Ａ）が２００ｍｍである状態から、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を調整する。なお、図８には、θｘ１、θｙ１だけ回転させる前の１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置と、θｘ２、θｙ２だけ回転させる前の２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を破線で示す。
【０１２９】
実施の形態３では、θｘ１、θｙ１を１０°に設定することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を２次側共振コイル３及び２次側コイル４の存在する方向に傾斜機構１２０で傾斜させる。また、これに伴い、上下移動機構１１０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置をＺ１１だけ低下させた。Ｚ１１は、（３）式で求まる。
【０１３０】
Ｚ１１＝ｒ２×ｔａｎ（θｘ１２＋θｙ１２）１／２ ・・・（３）
また、θｘ２、θｙ２をすべて１０°に設定することにより、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させるとともに、位置をＺ２２だけ上昇させた。Ｚ２２は、（４）式で求まる。
【０１３１】
Ｚ２２＝ｒ３×ｔａｎ（θｘ２２＋θｙ２２）１／２ ・・・（４）
実施の形態３では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸に対して（θｘ２２＋θｙ２２）１／２だけ傾斜した状態に保持されている。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、電気自動車等の移動体の下面において、中心軸ｌ２がＺ軸に対して（θｘ２２＋θｙ２２）１／２だけ傾斜されて取り付けられている状態に相当する。
【０１３２】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２との間の間隔を５００ｍｍに保持した状態で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して（θｘ１２＋θｙ１２）１／２＝１０√２°傾斜させた。また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を（θｘ２２＋θｙ２２）１／２＝１０√２°傾斜させた。この状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合のシミュレーションを行ったところ、図９に示す受電効率の特性が得られた。
【０１３３】
図９は、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１３４】
図９には、比較用に、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率を示す。実施の形態３の電力中継器３００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ〜１００ｍｍで約７２％、Ｙ＝２００ｍｍで約６２％、Ｙ＝３００ｍｍで約５５％、Ｙ＝４００ｍｍで約４０％、Ｙ＝５００ｍｍで約２３％であった。
【０１３５】
図９から分かるように、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率は、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率に比べて、Ｙ＝２００ｍｍよりもＹ軸方向の位置ずれが大きい領域で改善された。
【０１３６】
これにより、Ｘ軸方向に位置ずれがある場合に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とを互いに向き合う方向にＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させることにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１３７】
これは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸とをＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させて互いに向き合う方向に傾斜させることにより、実施の形態２の電力中継器２００よりも、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
【０１３８】
以上、実施の形態３の電力中継器３００によれば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とを互いに向き合う方向にＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させることにより、受電効率を改善することができる。
【０１３９】
なお、実施の形態３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整するとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の両方の中心軸ｌ２の角度を調整する形態について説明した。しかしながら、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるとともに、２次側共振コイル３の中心軸の角度を１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
【０１４０】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
【０１４１】
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、２次側共振コイル３の中心軸と２次側コイル４の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、２次側コイル４の中心軸の角度と高さを２次側共振コイル３とともに調整しなくてもよい。
【０１４２】
＜変形例１＞
実施の形態３の変形例１は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させる場合に、Ｙ軸方向の位置に応じて、最大の受電効率が得られるように、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の角度を制御するものである。θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の角度を制御することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の傾斜の制御（傾斜制御）を行う。
【０１４３】
θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２がすべて０°である状態では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである。
【０１４４】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＺ軸方向の位置ずれ（Ｚ＝０の点からのＺ軸方向の位置ずれ）Ｚ１１、Ｚ２２は、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２に応じて、（３）式、（４）式によって設定される。
【０１４５】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＸ軸まわりの角度θｘ１、Ｙ軸まわりの角度θｙ１、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＸ軸まわりの角度θｘ２、Ｙ軸まわりの角度θｙ２の最適値を求めた。
【０１４６】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ、Ｙ＝１００ｍｍのときは、θｘ１とθｘ２を０°に設定し、θｙ１とθｙ２を１０°〜１２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１４７】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝２００ｍｍのときは、θｘ１とθｘ２を０°に設定し、θｙ１とθｙ２を１４°〜１６°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１４８】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝３００ｍｍ、Ｙ＝４００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１７°〜１９°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１４９】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍ、Ｙ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１５０】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１０に示すような受電効率が得られる。
【０１５１】
図１０は、実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１５２】
図１０には、比較用に、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率を示す。実施の形態３の変形例１の電力中継器３００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍで約７３％、Ｙ＝１００ｍｍで約７０％、Ｙ＝２００ｍｍで約６２％、Ｙ＝３００ｍｍで約５５％、Ｙ＝４００ｍｍで約４５％、Ｙ＝５００ｍｍで約３８％、Ｙ＝６００ｍｍで約３５％であった。
【０１５３】
図１０から分かるように、実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率は、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率に比べて、Ｙ＝３００ｍｍよりもＹ軸方向の位置ずれが大きい領域で特に改善された。
【０１５４】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１５５】
＜変形例２＞
実施の形態３の変形例２は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから３００ｍｍに変えて、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の最適化を行ったものである。
【０１５６】
実施の形態３の変形例２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを３００ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。
【０１５７】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１５８】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝４００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて７°〜９°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１５９】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１４°〜１６°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１６０】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１９°〜２１°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１６１】
Ｙ＝７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１６２】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが３００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１１に示すような受電効率が得られる。
【０１６３】
図１１は、実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１６４】
実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９２％、Ｙ＝３００ｍｍで約８８％、Ｙ＝４００ｍｍで約６３％、Ｙ＝５００ｍｍで約５５％、Ｙ＝６００ｍｍで約４０％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約２７％、Ｙ＝９００ｍｍで約１８％であった。
【０１６５】
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜３００ｍｍでは変形例２の受電効率と同一であるが、Ｙ＝４００ｍｍで約５５％、Ｙ＝５００ｍｍで約７％、Ｙ＝６００ｍｍで約３６％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例２の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約２７％、Ｙ＝９００ｍｍで約１８％であった。
【０１６６】
図１１から分かるように、実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝３００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。
【０１６７】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１６８】
＜変形例３＞
実施の形態３の変形例３は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから１００ｍｍに変えて、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の最適化を行ったものである。
【０１６９】
実施の形態３の変形例３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを１００ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。
【０１７０】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７１】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて８°〜１０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７２】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１６°〜１８°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７３】
Ｙ＝７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７４】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが１００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１２に示すような受電効率が得られる。
【０１７５】
図１２は、実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１７６】
実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９３％、Ｙ＝３００ｍｍで約９０％、Ｙ＝４００ｍｍで約８６％、Ｙ＝５００ｍｍで約６６％、Ｙ＝６００ｍｍで約４６％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約３０％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１７７】
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜４００ｍｍでは変形例３の受電効率と同一であるが、Ｙ＝５００ｍｍで約４０％、Ｙ＝６００ｍｍで約２２％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例３の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約３０％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１７８】
図１２から分かるように、実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝４００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。
【０１７９】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１８０】
＜変形例４＞
実施の形態３の変形例４は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから０ｍｍに変えて、θｘ１、θｘ２の最適化を行ったものである。
【０１８１】
実施の形態３の変形例４では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを０ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。なお、Ｘ軸方向の位置ずれが０ｍｍであるため、θｙ１、θｙ２は０°に固定した。
【０１８２】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｘ２をともに０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８３】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに１０°〜１２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８４】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに２０°〜２２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８５】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝７００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに２６°〜２８°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８６】
Ｙ＝８００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｘ２をともに０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８７】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが０ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｘ２を制御すれば、図１３に示すような受電効率が得られる。
【０１８８】
図１３は、実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１８９】
実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９３％、Ｙ＝３００ｍｍで約９２％、Ｙ＝４００ｍｍで約８８％、Ｙ＝５００ｍｍで約７０％、Ｙ＝６００ｍｍで約５２％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３６％、Ｙ＝８００ｍｍで約３２％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１９０】
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をともに０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜４００ｍｍでは変形例４の受電効率と同一であるが、Ｙ＝５００ｍｍで約６０％、Ｙ＝６００ｍｍで約１８％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例４の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３６％、Ｙ＝８００ｍｍで約３２％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１９１】
図１３から分かるように、実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をともに０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝４００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。
【０１９２】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１９３】
＜実施の形態４＞
図１４は、実施の形態４の電力中継器を適用した電気自動車の充電システムの構成を示す図である。図１４に示す電気自動車の充電システムは、電力中継器４００Ａと４００Ｂを含む。
【０１９４】
図１５は、実施の形態４の電力中継器の構成を示すブロック図である。図１５（Ａ）は電力中継器４００Ａを示し、図１５（Ｂ）は電力中継器４００Ｂを示す。電力中継器４００Ａは、道路５００側に配設される送電用の電力中継器である。電力中継器４００Ｂは、電気自動車５１０に搭載される受電用の電力中継器である。
【０１９５】
図１４及び図１５（Ａ）に示すように、電力中継器４００Ａは、１次側コイル１、１次側共振コイル２、上下移動機構１１０、傾斜機構１２０、制御部４１０Ａ、センサ５０１、５０２を含む。なお、図１４では上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０の図示を省く。
【０１９６】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、道路５００の表面から少し窪んだ位置に設置されている。
【０１９７】
電力中継器４００Ａの制御部４１０Ａは、交流電源５、上下移動機構１１０、傾斜機構１２０、センサ５０１、５０２に接続されている。制御部４１０Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）及び内部メモリ等を含む。
【０１９８】
センサ５０１、５０２は、道路５００の電気自動車５１０の進行方向において、１次側コイル１及び１次側共振コイル２よりも所定距離だけ上流側の道路脇に設置されている。センサ５０１は、センサ５０２と所定の間隔を隔てて、センサ５０２よりも電気自動車５１０の進行方向における上流側に設置されている。
【０１９９】
センサ５０１、５０２は、例えば、赤外線を道路５００の幅方向に照射して、道路５００を通過する電気自動車５１０によって反射される反射波を検出し、反射波を検出したことを表す信号を出力する。
【０２００】
制御部４１０Ａは、センサ５０１、５０２の出力信号に基づき、電気自動車５１０の有無、道路５００の幅方向におけるセンサ５０１から電気自動車５１０までの距離、及び電気自動車５１０の速度を演算する。センサ５０１、５０２と１次側共振コイル２の中心軸との距離は既知であるので、電気自動車５１０の速度を検出すれば、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との位置関係の時間変化を検出することができる。
【０２０１】
センサ５０１から電気自動車５１０までの距離は、センサ５０１が赤外線の照射を開始してから反射波を受信するまでの時間に基づいて求めることができる。また、電気自動車５１０の速度は、センサ５０１で電気自動車５１０を検出した時刻と、センサ５０２で電気自動車５１０を検出した時刻との差と、センサ５０１、５０２の間の距離に基づいて求めることができる。
【０２０２】
制御部４１０Ａは、道路５００の表面における１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上の点をＸＹ座標の原点としたセンサ５０１、５０２の位置座標、電気自動車５１０の外寸、電気自動車５１０内における２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２の位置を表すデータを内部メモリに格納している。また、制御部４１０Ａは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２との距離に応じた１次側コイル１及び１次側共振コイル２の最適な傾斜角度を表すデータを内部メモリに格納している。
【０２０３】
制御部４１０Ａは、電気自動車５１０の通行を検知すると交流電源５に所定の周波数の交流電力を出力させる。また、制御部４１０Ａは、中心軸ｌ１と中心軸ｌ２の道路５００の幅方向における位置ずれと、電気自動車５１０の速度を演算し、電気自動車５１０の通過に合わせて、上下移動機構１１０の伸縮部１１０Ｂの制御、及び、傾斜機構１２０の傾斜部１２０Ｂの制御を行う。
【０２０４】
図１４及び図１５（Ｂ）に示すように、電力中継器４００Ｂは、電気自動車５１０に搭載されており、２次側共振コイル３、２次側コイル４、負荷回路６、上下移動機構１３０、傾斜機構１４０、及び制御部４１０Ｂを含む。電力中継器４００Ｂの負荷回路６は、ＡＣ−ＤＣコンバータであり、バッテリ４２０が接続されている。ＡＣ−ＤＣコンバータは、例えば、交流電力を全波整流及び平滑化して直流電力として出力する整流回路と、整流回路から出力される直流電力の電圧値を変換するＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。
【０２０５】
バッテリ４２０は、電気自動車５１０のバッテリであり、例えば、リチウムイオンバッテリである。２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、一例として、電気自動車５１０の床下（下面）に設置されている。２次側共振コイル３は、道路５００側に設置される１次側共振コイル２から磁気共鳴により電力を受電することができる。
【０２０６】
上下移動機構１３０は、電気自動車５１０の車体の下面に設置されており、２次側共振コイル３と２次側コイル４を電気自動車５１０の車体に対して上下方向に移動自在に保持している。上下移動機構１３０の構成及び動作は、上下移動機構１１０と同様である。
【０２０７】
傾斜機構１４０は、上下移動機構１３０の先端に取り付けられており、上下移動機構１３０に対して２次側共振コイル３と２次側コイル４を傾斜自在に保持している。傾斜機構１４０の構成及び動作は、傾斜機構１２０と同様である。
【０２０８】
上下移動機構１３０、傾斜機構１４０は、制御部４１０Ｂによって制御され、それぞれ、２次側共振コイル３と２次側コイル４の上下方向の移動、傾斜方向の移動を行う。
【０２０９】
制御部４１０Ｂは、例えば、ＣＰＵ及び内部メモリ等を含む。制御部４１０Ｂは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との距離に応じた２次側共振コイル３及び２次側コイル４の最適な傾斜角度を表すデータを内部メモリに格納している。
【０２１０】
制御部４１０Ｂは、電気自動車５１０に搭載された２次側共振コイル３及び２次側コイル４と、１次側コイル１及び１次側共振コイル２との位置関係に基づいて２次側共振コイル３及び２次側コイル４の上下位置及び傾斜角度を制御する。
【０２１１】
２次側共振コイル３及び２次側コイル４と、１次側コイル１及び１次側共振コイル２との位置関係は、例えば、電気自動車５１０に搭載されたナビゲーションシステムを用いて検出すればよい。例えば、ナビゲーションシステムの地図データに１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置を登録しておけば、地図データに登録された１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置と、電気自動車５１０に搭載された２次側共振コイル３及び２次側コイル４との位置関係を算出することができる。
【０２１２】
制御部４１０Ａが道路５００を走行中の電気自動車５１０を検知すると、交流電源５が交流電力を出力し、道路５００側の１次側コイル１を経て１次側共振コイル２から、電気自動車５１０側の２次側共振コイル３に磁気共鳴によって電力が伝送される。このとき、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の傾斜角度及び上下位置は、制御部４１０Ａによって制御される。
【０２１３】
また、このとき電気自動車５１０では、制御部４１０Ｂがナビゲーションシステムから入力される位置情報に基づき、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の傾斜角度及び上下位置を制御する。
【０２１４】
道路５００側の１次側共振コイル２から電気自動車５１０側の２次側共振コイル３に伝送された電力は、電磁誘導によって２次側コイル４に伝送され、ＡＣ−ＤＣコンバータである負荷回路６を経てバッテリ４２０に充電される。
【０２１５】
上下移動機構１１０の伸縮部１１０Ｂの制御量、及び、傾斜機構１２０の傾斜部１２０Ｂの制御量としては、例えば、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００のいずれかにおける制御量（θｘ１、θｙ１、Ｚ１、Ｚ１１）を用いることができる。また、これらの制御量（θｘ１、θｙ１、Ｚ１、Ｚ１１）を電気自動車５１０の寸法等に合わせてさらに最適化してもよい。
【０２１６】
上下移動機構１３０の制御量、及び、傾斜機構１４０の制御量としては、例えば、実施の形態２、３の電力中継器２００、３００のいずれかにおける制御量（θｘ２、θｙ２、Ｚ２、Ｚ２２）を用いることができる。また、これらの制御量（θｘ２、θｙ２、Ｚ２、Ｚ２２）を電気自動車５１０の寸法等に合わせてさらに最適化してもよい。
【０２１７】
このように、送電側の電力中継器４００Ａと、受電側の電力中継器４００Ｂを含む電気自動車の充電システムによれば、道路５００を走行する電気自動車５１０が停止することなく、走行しながら非接触で効率よくバッテリ４２０の充電を行うことができる。
【０２１８】
なお、制御部４１０Ａによる上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０の制御は、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００の１次側コイル１及び１次側共振コイル２に適用してもよい。同様に、制御部４１０Ｂによる上下移動機構１３０及び傾斜機構１４０の制御は、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００の２次側共振コイル３及び２次側コイル４に適用してもよい。
【０２１９】
また、以上では、センサ５０１、５０２が赤外線を利用して電気自動車５１０を検出する形態について説明したが、センサ５０１、５０２は、電気自動車５１０の道路５００における位置と速度を検出できれば、赤外線を利用したものに限られず、他の形式のセンサを用いることができる。
【０２２０】
以上、実施の形態１乃至４では、一例として、電力中継器を電気自動車の充電システムに適用する形態について説明したが、電力中継器の適用対象は電気自動車に限られず、様々なものに適用することができる。例えば、工場等で物資を搬送する搬送ロボット、あるいは、携帯電話端末機、スマートフォン、ノート型のＰＣ（Personal Computer）等の小型の電子装置に適用することも可能である。
【０２２１】
以上、本発明の例示的な実施の形態１乃至４の電力中継器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０２２２】
１００、２００、３００、４００Ａ、４００Ｂ 電力中継器
１ １次側コイル
２ １次側共振コイル
３ ２次側共振コイル
４ ２次側コイル
５ 交流電源
６ 負荷回路
１１０ 上下移動機構
１１０Ａ 台座
１１０Ｂ 伸縮部
１２０ 傾斜機構
１２０Ａ 基台
１２０Ｂ 傾斜部
４１０ 制御部
４２０ バッテリ
５００ 道路
５０１、５０２ センサ
５１０ 電気自動車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力中継器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、給電コイルと受電コイルの間に給電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルを設け、非接触で電力を供給し、受電コイルの得た電力で移動体の蓄電部を充電する給電システムがあった。給電側はステーション等に設けられ、受電側は車両等の移動体に搭載される。共鳴コイル間の距離を検出し、距離に応じて給電効率が最大となるように給電コイルと給電側共鳴コイルとの距離、及び受電コイルと受電側共鳴コイルとの距離を可変調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の給電システムは、給電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルの位置関係を調整していないため、磁気共鳴による受電効率が低下する場合があった。
【０００５】
このため、受電側における受電効率を改善し、送電側（給電側）から受電側に高効率で電力を中継できる電力中継器が望まれていた。
【０００６】
そこで、受電効率を改善した電力中継器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態の電力中継器は、交流電源に接続される１次側コイルと、前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する共振コイルと、前記共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルとを含み、共振コイルの中心軸の角度は、前記２次側共振コイルの位置に基づいて設定される。
【発明の効果】
【０００８】
受電効率を改善した電力中継器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】磁気共鳴を利用した電力中継器の構成を示す図である。
【図２】比較例の電力中継器１０の各コイルの構成例を示す図である。
【図３】比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率の特性を示す図である。
【図４】実施の形態１の電力中継器１００の断面構成を示す図である。
【図５】実施の形態１の電力中継器１００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図６】実施の形態２の電力中継器の断面構成を示す図である。
【図７】実施の形態２の電力中継器２００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図８】実施の形態３の電力中継器の断面構成を示す図である。
【図９】実施の形態３の電力中継器３００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１０】実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１１】実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１２】実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１３】実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【図１４】実施の形態４の電力中継器を適用した電気自動車の充電システムの構成を示す図である。
【図１５】実施の形態４の電力中継器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の電力中継器を適用した実施の形態について説明する。
【００１１】
実施の形態の電力中継器について説明する前に、まず、図１乃至図３を用いて、比較例の電力中継器と問題点について説明する。
【００１２】
図１（Ａ）は、磁気共鳴を利用した電力中継器の構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す電力中継器の等価回路を示す図である。
【００１３】
図１（Ａ）に示すように、電力中継器１０は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４を含む。
【００１４】
１次側コイル１は、ループ状のコイルであり、両端間に交流電源５が接続されている。１次側コイル１は、自己の中心軸が１次側共振コイル２の中心軸と一致するように配設されている。１次側コイル１は、１次側共振コイル２と非接触で近接して配置されており、１次側共振コイル２と電磁界結合される。中心軸を一致させるのは、１次側コイル１と１次側共振コイル２との結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が１次側コイル１及び１次側共振コイル２の周囲に発生することを抑制するためである。
【００１５】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、１次側コイル１は、インダクタンスＬ１のコイルとして表すことができる。なお、１次側コイル１は、実際には抵抗成分とキャパシタ成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００１６】
１次側コイル１は、交流電源５から供給される交流電力によって磁界を発生し、電磁誘導により電力を１次側共振コイル２に送電する。
【００１７】
図１（Ａ）に示すように、１次側共振コイル２は、１次側コイル１と非接触で近接して配置されて１次側コイル１と電磁界結合されている。また、１次側共振コイル２は、所定の共振周波数を有し、非常に高いＱ値を有するように設計されている。１次側共振コイル２の共振周波数は、２次側共振コイル３の共振周波数と等しくされている。なお、図１（Ａ）では見やすさの観点から１次側共振コイル２の両端は開放されているが、実際には１次側共振コイル２の両端の間には、共振周波数を調整するためのキャパシタが直列に接続される。
【００１８】
１次側共振コイル２は、所定の間隔を隔てて、自己の中心軸が２次側共振コイル３の中心軸と一致するように配置されている。１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間隔は、例えば、数メートル程度であってもよい。１次側共振コイル２と２次側共振コイル３は、数メートル程度離れていても、磁気共鳴による電力の伝送が可能である。なお、中心軸を一致させるのは、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間で生じる磁気共鳴を少しでも良好なものにするためである。
【００１９】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、１次側共振コイル２は、インダクタンスＬ２のコイルと、キャパシタンスＣ２のキャパシタを有するループ回路として表すことができる。１次側共振コイル２は、寄生容量を有するため、キャパシタンスＣ２は、１次側共振コイル２の寄生容量と、１次側共振コイル２の両端間に周波数調整用に接続されるキャパシタのキャパシタンスとの合成容量である。なお、１次側共振コイル２は、実際には抵抗成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００２０】
１次側共振コイル２の共振周波数は、交流電源５が出力する交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。１次側共振コイル２の共振周波数は、１次側共振コイル２のインダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ２によって決まる。このため、１次側共振コイル２のインダクタンスＬ２とキャパシタンスＣ２は、１次側共振コイル２の共振周波数が、交流電源５から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
【００２１】
１次側共振コイル２及び２次側共振コイル３の共振周波数は、例えば、２ＭＨｚ、又は、１０ＭＨｚ等の値に設定され、交流電源５からは、１次側共振コイル２及び２次側共振コイル３の共振周波数と同一の周波数の交流電力が出力される。
【００２２】
なお、１次側共振コイル２は、寄生容量だけで共振周波数を設定できる場合は、両端が開放されていてもよい。
【００２３】
図１（Ａ）に示すように、２次側共振コイル３は、数メートルの間隔を隔てて配設される。２次側共振コイル３は、自己の中心軸が１次側共振コイル２の中心軸と一致するように配置されている。
【００２４】
図１（Ａ）では見やすさの観点から２次側共振コイル３の両端は開放されているが、実際には２次側共振コイル３の両端間には、共振周波数を調整するためのキャパシタが直列に接続される。
【００２５】
２次側共振コイル３は、１次側共振コイル２と同一の共振周波数を有し、非常に高いＱ値を有するように設計されている。
【００２６】
２次側共振コイル３と１次側共振コイル２との間隔は、例えば、数メートル程度であってもよい。２次側共振コイル３と１次側共振コイル２は、数メートル程度離れていても、磁気共鳴による電力の伝送が可能である。
【００２７】
また、２次側共振コイル３は、２次側コイル４と非接触で近接して配置されており、２次側コイル４と電磁界結合されている。
【００２８】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、２次側共振コイル３は、インダクタンスＬ３のコイルと、キャパシタンスＣ３のキャパシタを有するように表すことができる。２次側共振コイル３は、寄生容量を有するため、キャパシタンスＣ３は、２次側共振コイル３の寄生容量と、２次側共振コイル３の両端間に周波数調整用に接続されるキャパシタのキャパシタンスとの合成容量である。なお、２次側共振コイル３は、実際には抵抗成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００２９】
２次側共振コイル３の共振周波数は、２次側共振コイル３のインダクタンスＬ３とキャパシタンスＣ３によって決まる。このため、２次側共振コイル３のインダクタンスＬ３とキャパシタンスＣ３は、２次側共振コイル３の共振周波数が、１次側共振コイル２の共振周波数と、交流電源５から出力される交流電力の周波数と同一の周波数になるように設定されている。
【００３０】
なお、２次側共振コイル３は、寄生容量だけで共振周波数を設定できる場合は、両端が開放されていてもよい。
【００３１】
図１（Ａ）に示すように、２次側コイル４は、１次側コイル１と同様のループ状のコイルであり、２次側共振コイル３と電磁界結合されるとともに、両端間に負荷回路６が接続されている。
【００３２】
２次側コイル４は、自己の中心軸が２次側共振コイル３の中心軸と一致するように配設されている。２次側コイル４は、２次側共振コイル３と非接触で近接して配置されており、２次側共振コイル３と電磁界結合される。中心軸を一致させるのは、２次側共振コイル３と２次側コイル４の結合強度を向上させるとともに、磁束の漏れを抑制して、不必要な電磁界が２次側共振コイル３及び２次側コイル４の周囲に発生することを抑制するためである。
【００３３】
また、図１（Ｂ）の等価回路に示すように、２次側コイル４は、インダクタンスＬ４のコイルとして表すことができる。なお、２次側コイル４は、実際には抵抗成分とキャパシタ成分を含むが、図１（Ｂ）では省略する。
【００３４】
２次側コイル４は、２次側共振コイル３から電磁誘導により電力を受電し、電力を負荷回路６に供給する。
【００３５】
なお、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４は、例えば、銅線を巻回することによって作製される。しかしながら、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４の材質は、銅以外の金属（例えば、金又はアルミニウム等）であってもよい。また、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４の材質は異なっていてもよい。
【００３６】
このような電力中継器１０は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２が電力の送電側であり、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が電力の受電側である。
【００３７】
電力中継器１０は、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間で生じる磁気共鳴を利用して送電側から受電側に電力を伝送する磁気共鳴方式である。このため、電力中継器１０は、送電側から受電側に電磁誘導で電力を伝送する電磁誘導方式よりも長距離での電力の伝送が可能である。
【００３８】
また、図１では１次側共振コイル２の中心軸と２次側共振コイル３の中心軸とが一致する場合について説明したが、磁気共鳴方式は、送電側のコイルと受電側のコイルの位置ずれに対しても、電磁誘導方式よりも強いというメリットがある。
【００３９】
このように、磁気共鳴方式は、共振コイル同士の間の距離又は位置ずれについて、電磁誘導方式よりも自由度が高く、ポジションフリーというメリットがある。
【００４０】
このため、磁気共鳴方式による電力中継器１０は、携帯電話端末機又はスマートフォン等の小型の電子装置、家電製品、又は電気自動車等における非接触充電への利用が期待されている。
【００４１】
次に、図２及び図３を用いて、比較例の電力中継器１０の１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の構成例と、受電効率について説明する。
【００４２】
図２は、比較例の電力中継器１０の各コイルの構成例を示す図である。図２（Ａ）は１次側コイル１及び１次側共振コイル２の平面図、図２（Ｂ）は２次側共振コイル３及び２次側コイル４の平面図、図２（Ｃ）は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の中心軸を通る断面を示す図である。
【００４３】
ここで、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を規定する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する軸であり、３次元座標系を構築する。このＸＹＺ座標系の原点は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の下側の表面上に位置する点とする。
【００４４】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ｘ軸とＹ軸の交点は、平面視で１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４の中心と一致する。
【００４５】
図２（Ｃ）に示すように、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４は、すべての中心軸がＺ軸に一致するように配設される。
【００４６】
このため、図２（Ｃ）に示す断面は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸を通る断面である図２（Ａ）のＡ１−Ａ１矢視断面と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸を通る断面である図２（Ｂ）のＡ２−Ａ２矢視断面とを含む。
【００４７】
図２（Ａ）に示すように、１次側コイル１は、巻数が１巻のループ状の平面コイルであり、端部１Ａ、１Ｂは図１に示す交流電源５に接続される。１次側共振コイル２は、巻数が５巻の渦状の平面コイルであり、端部２Ａ、２Ｂは図示しないキャパシタに接続されている。
【００４８】
１次側コイル１は、１次側共振コイル２の中央部に配設される。１次側コイル１と１次側共振コイル２は、中心軸が一致するように配設されている。
【００４９】
図２（Ｂ）に示すように、２次側コイル４は、巻数が１巻のループ状の平面コイルであり、端部４Ａ、４Ｂは図１に示す負荷回路６に接続される。２次側共振コイル３は、巻数が５巻の渦状の平面コイルであり、端部３Ａ、３Ｂは図示しないキャパシタに接続されている。
【００５０】
２次側コイル４は、２次側共振コイル３の中央部に配設される。２次側共振コイル３と２次側コイル４は、中心軸が一致するように配設されている。
【００５１】
図２（Ａ）に示す１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、図２（Ｂ）に示す２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、実際にはすべての中心軸が一致するように平面視で重なるように配設される。
【００５２】
このため、１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＡ１−Ａ１矢視断面と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＡ２−Ａ２矢視断面は、図２（Ｃ）に示すようになる。
【００５３】
図２（Ｃ）に示す状態では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸とは一致しており、平面視における位置ずれは生じていない状態である。
【００５４】
次に、図３のシミュレーション結果を用いて、比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率について説明する。
【００５５】
図３は、比較例の電力中継器１０における送電側と受電側の位置ずれに対する受電効率の特性を示す図である。
【００５６】
図３に示す受電効率は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた際に、交流電源５から１次側コイル１に入力される電力に対する、２次側コイル４から出力される電力の割合を百分率で表したものである。
【００５７】
ここで、電磁界シミュレータを用いて受電効率を計算するにあたり、各コイルの寸法を次のように設定した。
【００５８】
１次側コイル１の半径は４０５ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は１巻である。１次側共振コイル２の最外形の半径は４５０ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は５巻、巻いたコイルの間隔（ピッチ）は６ｍｍである。
【００５９】
２次側共振コイル３の最外形の半径は１５０ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は５巻、巻いたコイルの間隔（ピッチ）は６ｍｍである。２次側コイル４の半径は１０５ｍｍ、コイルの線径（φ）は３ｍｍ、巻数は１巻である。
【００６０】
なお、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との間のＺ軸方向の間隔Ａは、２００ｍｍである。
【００６１】
図３には２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸プラス方向に移動させた場合の受電効率の特性を示す。しかしながら、一次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、及び２次側コイル４のＸＹ面における対称性から、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸マイナス方向に移動させた場合の特性は、Ｙ＝０の位置に対して対象である。
【００６２】
また、図３には、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸のＸ軸方向における位置が１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸のＸ軸方向における位置に対してずれていない場合と、ずれている場合の特性を示す。Ｘ軸方向にずれていない場合をＸ＝０と示し、Ｘ軸方向において１００ｍｍずれている場合をＸ＝１００と示す。
【００６３】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向及びＹ軸方向における位置ずれは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸との位置ずれに相当する。
【００６４】
図３に実線で示すように、Ｘ＝０の場合の受電効率は、Ｙ軸プラス方向のずれが０ｍｍから約４００ｍｍまでは、受電効率は８９％であった。すなわち、Ｙ軸方向における±４００ｍｍの範囲に２次側共振コイル３及び２次側コイル４が位置している間は、８９％の受電効率が得られることが分かる。２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置が４００ｍｍ以上になると、受電効率は低下し、Ｙ＝５００ｍｍの位置で約５０％になった。
【００６５】
これに対して、Ｘ＝５００ｍｍの場合の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍの位置で５３％であり、Ｙ軸方向に位置がずれるに従い低下し、Ｙ＝３００ｍｍの位置で受電効率は７．５％となり、この値が極小値となった。Ｙ軸方向の位置のずれがさらに増大すると、受電効率は再び上昇し、Ｙ＝５００ｍｍで約３５％程度であった。
【００６６】
以上より、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合に、Ｘ軸方向の位置ずれにより、受電効率が大幅に低下することが分かった。
【００６７】
ここで、例えば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を道路に設置するとともに、電気自動車の下面に２次側共振コイル３及び２次側コイル４を配設し、負荷回路６としてのバッテリを充電する場合について考える。
【００６８】
上述の現象は、電気自動車をＹ軸方向に走行させた場合に、道路に設置された１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対する２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＸ軸方向の位置ずれが大きいと、電気自動車に搭載したバッテリを十分に充電できないことを意味する。
【００６９】
このように、比較例の電力中継器１０は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との中心軸のずれが大きいと、受電効率が低下するという問題がある。
【００７０】
このため、以下で説明する実施の形態では、上述の問題点を解決した電力中継器を提供することを目的とする。以下、実施の形態の電力中継器について説明する。
【００７１】
＜実施の形態１＞
図４は、実施の形態１の電力中継器１００の断面構成を示す図である。実施の形態１の電力中継器１００は、比較例の電力中継器１０と同様に、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４を含み、１次側コイル１には交流電源５が接続されており、２次側コイル４には負荷回路６が接続されているものとして説明を行う。
【００７２】
また、図４では、左右方向にＸ軸、紙面を垂直に貫通する方向にＹ軸、上下方向にＺ軸を取る。Ｘ軸では右方向を正、Ｙ軸では紙面手前側から紙面を貫通する方向を正、Ｚ軸では上方向を正とする。
【００７３】
実施の形態１の電力中継器１００は、１次側コイル１、１次側共振コイル２、２次側共振コイル３、２次側コイル４に加えて、上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０を含む。
【００７４】
上下移動機構１１０は、台座１１０Ａと伸縮部１１０Ｂを有する。伸縮部１１０Ｂの頂部には、傾斜機構１２０を介して１次側コイル１及び１次側共振コイル２が取り付けられている。
【００７５】
伸縮部１１０Ｂは、円筒状の台座１１０Ａに対して入れ子式に上下方向に伸縮可能な円筒状の部材である。伸縮部１１０Ｂは、台座１１０Ａに対して１次側コイル１及び１次側共振コイル２を所望の高さに保持する。伸縮部１１０Ｂは、例えば、台座１１０Ａとの間の摩擦によって所望の高さに保持される摩擦機構を有していてもよいし、台座１１０Ａの側壁に設けたネジ穴に、ネジを通して伸縮部１１０Ｂを固定することによって所望の高さに固定されてもよい。その他、周知のあらゆる機構により、台座１１０Ａに対して伸縮部１１０Ｂを所望の高さに固定することができる。
【００７６】
なお、ここでは、上下移動機構１１０の伸縮部１１０は、Ｚ軸方向に伸縮するものとして説明を行う。
【００７７】
傾斜機構１２０は、基台１２０Ａと傾斜部１２０Ｂを有する。基台１２０Ａは、伸縮部１１０Ｂの頂部に固定されており、傾斜部１２０Ｂを傾斜自在に保持している。傾斜部１２０Ｂは、基台１２０Ａに傾斜自在に保持されており、基台１２０Ａに対して所望の角度で固定できるようになっている。すなわち、傾斜部１２０Ｂは、Ｚ軸方向に対して、所望の角度に傾斜した状態で固定される。傾斜部１２０Ｂの頂部には１次側コイル１及び１次側共振コイル２が固定される。
【００７８】
基台１２０Ａに対して傾斜部１２０Ｂを所望の角度に傾斜させて固定可能な機構としては、例えば、ベアリングを有する回動機構が挙げられる。その他、周知のあらゆる機構により、基台１２０Ａに対して傾斜部１２０Ｂを所望の角度に傾斜させて固定することができる。
【００７９】
以上のような上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０により、実施の形態１の電力中継器１００は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して傾斜させることができる。
【００８０】
ここで、図４に示すＸＹＺ座標系の原点は、伸縮部１１０Ｂによる伸縮量が０ｍｍで、かつ、傾斜機構１２０による傾斜角が０°の場合における、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の下側の表面上に位置する点とする。
【００８１】
また、実施の形態１の電力中継器１００の２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸方向に一致するように（ＸＹ平面と平行になるように）配設されている。１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＺ軸方向における間隔Ａは、一例として、２００ｍｍに設定される。
【００８２】
ここでは、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、ＸＹ平面と平行な状態を保持しながら、Ｙ軸方向に移動する場合について説明する。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が電気自動車等の移動体の下面に取り付けられ、Ｙ軸方向に移動する場合に相当する。
【００８３】
実施の形態１の電力中継器１００では、傾斜機構１２０を調整することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度を調整する。１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２から見て、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が存在する方向に傾斜される。また、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１の角度を調整する際に、上下移動機構１１０を用いて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の高さ位置を調整する。
【００８４】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、平面状のコイルであり、傾斜機構１２０によって傾斜させる前の状態では、図４に破線で示す位置にあり、ＸＹ平面と平行である。また、このとき１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１はＺ軸と平行である。
【００８５】
ここで、傾斜機構１２０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸まわりに回転させる角度を図４に示すようにθｙ１とし、θｙ１を１０°に設定する。実施の形態１では、１次側コイル及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間にＸ軸方向の位置ずれがある状態において、１次側コイル及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１が２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方を向くように、傾斜角度θｙ１を設定する。
【００８６】
なお、θｙ１は、図４に示すように、Ｙ軸の負側から正側を見た状態で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
【００８７】
また、傾斜機構１２０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸回りに回転させると、１次側共振コイル２の全体のうちのＸ軸方向の正側又は負側に位置する部分がＸＹ平面よりも高い位置に回転移動する。
【００８８】
ここで、例えば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を道路等に設置する場合には、道路の表面よりも１次側コイル１及び１次側共振コイル２が突出することは好ましくない。このため、実施の形態１では、上下移動機構１１０を用いて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置を図４に示す位置まで下げる。
【００８９】
上下移動機構１１０による移動量をＺ１とし、１次側共振コイル２の最外形の半径をｒ２とすると、（１）式の通りである。
【００９０】
Ｚ１＝ｒ２×ｔａｎθｙ１ ・・・（１）
このように１次側コイル１及び１次側共振コイル２を高さＺ１だけ下げることにより、傾斜機構１２０で傾斜させる前よりも１次側コイル１及び１次側共振コイル２がＺ軸における上方向に突出することを避けることができる。
【００９１】
このような実施の形態１の電力中継器１００において、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させたところ、図５に示す受電効率が得られた。
【００９２】
図５は、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【００９３】
実施の形態１では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２と、Ｚ軸とのＸ軸方向における位置ずれＸを５００ｍｍに設定した。また、傾斜機構１２０による１次側コイル１及び１次側共振コイル２の傾斜角が０°と１０°の２種類の場合について、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させるシミュレーションを行った。
【００９４】
上下移動機構１１０による１次側コイル１及び１次側共振コイル２の移動分Ｚ１は、（１）式で設定した。すなわち、傾斜角θｙ１が０°の場合は、Ｚ１＝０ｍｍであり、傾斜角θｙ１が１０°の場合は、図４に示すように１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、ｒ２×ｔａｎ１０°だけ下げられる。
【００９５】
なお、傾斜角θｙ１が０°の場合は、図３に示すＸ＝５００ｍｍの場合に相当する。
【００９６】
図５に示すように、傾斜角θｙ１が１０°の場合は、Ｙ＝０〜３３０ｍｍの範囲において、傾斜角θｙ１が０°の場合に比べて受電効率が改善された。傾斜角θｙ１が１０°の場合の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍで約６０％、Ｙ＝２００ｍｍで約４５％、Ｙ＝３００ｍｍで約２５％、Ｙ＝３３０ｍｍで約１５％、Ｙ＝４００ｍｍで約５％、Ｙ＝５００ｍｍで約１％であった。Ｙ＝３３０ｍｍで傾斜角θｙ１が０°の場合の受電効率（１５％）と等しくなり、Ｙ軸方向の位置ずれがＹ＝３３０ｍｍよりも大きくなると、傾斜角θｙ１が０°の場合よりも低下する特性を示した。
【００９７】
このように、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＹ軸まわりに回転させると、Ｙ＝−３３０ｍｍからＹ＝＋３３０ｍｍの範囲内で、受電効率が改善されることが分かった。
【００９８】
これは、Ｘ軸方向における位置ずれがある２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方向に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させることにより、Ｙ＝−３３０ｍｍからＹ＝＋３３０ｍｍの範囲内で、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
【００９９】
以上、実施の形態１の電力中継器１００によれば、Ｘ軸方向における位置ずれがある２次側共振コイル３及び２次側コイル４の方向に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させることにより、受電効率を改善することができる。
【０１００】
なお、以上では、上下移動機構１１０によって１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＺ軸方向で下方向に移動させる形態について説明したが、例えば、傾斜させても１次側コイル１及び１次側共振コイル２が道路の表面から突出しないような場合には、上下移動機構１１０による上下移動は行わなくてもよい。また、このような場合には、電力中継器１００は、上下移動機構１１０を含まなくてもよい。
【０１０１】
また、以上では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整する形態について説明したが、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
【０１０２】
従って、１次側コイル１と１次側共振コイル２との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
【０１０３】
＜実施の形態２＞
図６は、実施の形態２の電力中継器の断面構成を示す図である。
【０１０４】
実施の形態２の電力中継器２００は、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させる点が実施の形態１の電力中継器１００と異なる。その他の構成は実施の形態１の電力中継器１００と同様であるため、同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１０５】
実施の形態２では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸に対してθｙ２だけ傾斜した状態に保持されている。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、電気自動車等の移動体の下面において、中心軸ｌ２がＺ軸に対してθｙ２だけ傾斜されて取り付けられている状態に相当する。
【０１０６】
実施の形態２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれ（間隔Ａ）が２００ｍｍである状態から、１次側コイル１及び１次側共振コイル３と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を調整する。
【０１０７】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、実施の形態１と同様に、θｙ１を１０°に設定することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して１０°傾斜させるとともに、Ｚ軸方向にＺ１だけ下降させる。上下移動機構１１０による移動量をＺ１は、実施の形態１で説明したように１次側共振コイル２の最外形の半径をｒ２とすると、Ｚ１＝ｒ２×ｔａｎθｙ１で求まる。
【０１０８】
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、θｙ２を１０°に設定することにより、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＺ軸に対して１０°傾斜させると共に、Ｚ軸方向にＺ２だけ上昇させた。
【０１０９】
ここで、２次側共振コイル３の最外形の半径をｒ３とすると、移動量Ｚ２は（２）式で求まる。
【０１１０】
Ｚ２＝ｒ３×ｔａｎθｙ２ ・・・（２）
２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸回りに回転させると、２次側共振コイル３の全体のうちのＸ軸方向の正側又は負側に位置する部分が回転前よりも高い位置に移動する。
【０１１１】
ここで、例えば、２次側共振コイル３を電気自動車等の下面に設置する場合には、Ｙ軸まわりの回転により２次側共振コイル３及び２次側コイル４が回転前の位置よりも下側に突出することは好ましくない。このため、実施の形態２では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を図６に破線で示す回転前の位置からＺ２だけ上昇させる。例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を電気自動車等の移動体の下面に取り付ける場合には、取り付け位置をＺ２だけ高い位置にずらせばよい。
【０１１２】
ここで、θｙ２は、θｙ１と同様に、Ｙ軸の負側から正側を見た状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
【０１１３】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して１０°傾斜させるとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１０°傾斜させた状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合のシミュレーションを行い、図７に示す受電効率の特性を得た。
【０１１４】
図７は、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１１５】
図７には、比較用に、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率を示す。実施の形態２の電力中継器２００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ〜１００ｍｍで約７０％、Ｙ＝２００ｍｍで約６０％、Ｙ＝３００ｍｍで約４５％、Ｙ＝４００ｍｍで約２０％、Ｙ＝５００ｍｍで約５％であった。
【０１１６】
図７から分かるように、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率は、実施の形態１の電力中継器１００の受電効率に比べて、Ｙ軸方向の位置によらず、約１０％改善された。
【０１１７】
これにより、Ｘ軸方向に位置ずれがある場合に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に加えて、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させることにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１１８】
これは、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させることにより、実施の形態１の電力中継器１００よりも、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
【０１１９】
以上、実施の形態２の電力中継器２００によれば、実施の形態１と同様に１次側コイル１及び１次側共振コイル２を傾斜させるとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させることにより、受電効率を改善することができる。
【０１２０】
なお、実施の形態２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整するとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の両方の中心軸ｌ２の角度を調整する形態について説明した。しかしながら、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるとともに、２次側共振コイル３の中心軸の角度を１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
【０１２１】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
【０１２２】
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、２次側共振コイル３の中心軸と２次側コイル４の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、２次側コイル４の中心軸の角度と高さを２次側共振コイル３とともに調整しなくてもよい。
【０１２３】
＜実施の形態３＞
図８は、実施の形態３の電力中継器の断面構成を示す図である。
【０１２４】
実施の形態３の電力中継器３００は、１次側コイル１及び１次側共振コイル３の中心軸ｌ１と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２とをＸ軸まわり及びＹ軸まわりに回転させて傾斜させる点が実施の形態１の電力中継器１００と異なる。
【０１２５】
その他の構成は実施の形態１、２の電力中継器１００、２００と同様であるため、同一又は同等の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１２６】
ここで、１次側コイル１及び１次側共振コイル２をＸ軸まわりに回転させる角度をθｘ１、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＸ軸まわりに回転させる角度をθｘ２とする。
【０１２７】
θｘ１、θｘ２は、Ｘ軸の負側から正側を見た状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＸ軸のまわりに時計回りに回転させる方向を正とする。
【０１２８】
実施の形態３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれ（間隔Ａ）が２００ｍｍである状態から、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を調整する。なお、図８には、θｘ１、θｙ１だけ回転させる前の１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置と、θｘ２、θｙ２だけ回転させる前の２次側共振コイル３及び２次側コイル４の位置を破線で示す。
【０１２９】
実施の形態３では、θｘ１、θｙ１を１０°に設定することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２を２次側共振コイル３及び２次側コイル４の存在する方向に傾斜機構１２０で傾斜させる。また、これに伴い、上下移動機構１１０で１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置をＺ１１だけ低下させた。Ｚ１１は、（３）式で求まる。
【０１３０】
Ｚ１１＝ｒ２×ｔａｎ（θｘ１２＋θｙ１２）１／２ ・・・（３）
また、θｘ２、θｙ２をすべて１０°に設定することにより、２次側共振コイル３及び２次側コイル４を１次側コイル１及び１次側共振コイル２の存在する方向に傾斜させるとともに、位置をＺ２２だけ上昇させた。Ｚ２２は、（４）式で求まる。
【０１３１】
Ｚ２２＝ｒ３×ｔａｎ（θｘ２２＋θｙ２２）１／２ ・・・（４）
実施の形態３では、２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、中心軸ｌ２がＺ軸に対して（θｘ２２＋θｙ２２）１／２だけ傾斜した状態に保持されている。これは、例えば、２次側共振コイル３及び２次側コイル４が、電気自動車等の移動体の下面において、中心軸ｌ２がＺ軸に対して（θｘ２２＋θｙ２２）１／２だけ傾斜されて取り付けられている状態に相当する。
【０１３２】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１と２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２との間の間隔を５００ｍｍに保持した状態で、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸ｌ１をＺ軸に対して（θｘ１２＋θｙ１２）１／２＝１０√２°傾斜させた。また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２を（θｘ２２＋θｙ２２）１／２＝１０√２°傾斜させた。この状態で、２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させた場合のシミュレーションを行ったところ、図９に示す受電効率の特性が得られた。
【０１３３】
図９は、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１３４】
図９には、比較用に、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率を示す。実施の形態３の電力中継器３００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ〜１００ｍｍで約７２％、Ｙ＝２００ｍｍで約６２％、Ｙ＝３００ｍｍで約５５％、Ｙ＝４００ｍｍで約４０％、Ｙ＝５００ｍｍで約２３％であった。
【０１３５】
図９から分かるように、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率は、実施の形態２の電力中継器２００の受電効率に比べて、Ｙ＝２００ｍｍよりもＹ軸方向の位置ずれが大きい領域で改善された。
【０１３６】
これにより、Ｘ軸方向に位置ずれがある場合に、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とを互いに向き合う方向にＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させることにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１３７】
これは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸とをＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させて互いに向き合う方向に傾斜させることにより、実施の形態２の電力中継器２００よりも、磁気共鳴が増幅されたためと考えられる。
【０１３８】
以上、実施の形態３の電力中継器３００によれば、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とを互いに向き合う方向にＸ軸及びＹ軸のまわりに回転させることにより、受電効率を改善することができる。
【０１３９】
なお、実施の形態３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の両方の中心軸ｌ１の角度を調整するとともに、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の両方の中心軸ｌ２の角度を調整する形態について説明した。しかしながら、磁気共鳴を増幅させるために必要なのは、１次側共振コイル２の中心軸の角度を２次側共振コイル３が存在する方向に傾斜させるとともに、２次側共振コイル３の中心軸の角度を１次側共振コイル２が存在する方向に傾斜させるように調整することである。
【０１４０】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、１次側コイル１の中心軸と１次側共振コイル２の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、１次側コイル１の中心軸の角度と高さを１次側共振コイル２とともに調整しなくてもよい。
【０１４１】
また、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との間で電磁誘導によって電力を伝送できるのであれば、２次側共振コイル３の中心軸と２次側コイル４の中心軸とは必ずしも一致していなくてもよい。また、２次側コイル４の中心軸の角度と高さを２次側共振コイル３とともに調整しなくてもよい。
【０１４２】
＜変形例１＞
実施の形態３の変形例１は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２に対して２次側共振コイル３及び２次側コイル４をＹ軸方向に移動させる場合に、Ｙ軸方向の位置に応じて、最大の受電効率が得られるように、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の角度を制御するものである。θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の角度を制御することにより、１次側コイル１及び１次側共振コイル２、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の傾斜の制御（傾斜制御）を行う。
【０１４３】
θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２がすべて０°である状態では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである。
【０１４４】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＺ軸方向の位置ずれ（Ｚ＝０の点からのＺ軸方向の位置ずれ）Ｚ１１、Ｚ２２は、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２に応じて、（３）式、（４）式によって設定される。
【０１４５】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２のＸ軸まわりの角度θｘ１、Ｙ軸まわりの角度θｙ１、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＸ軸まわりの角度θｘ２、Ｙ軸まわりの角度θｙ２の最適値を求めた。
【０１４６】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ、Ｙ＝１００ｍｍのときは、θｘ１とθｘ２を０°に設定し、θｙ１とθｙ２を１０°〜１２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１４７】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝２００ｍｍのときは、θｘ１とθｘ２を０°に設定し、θｙ１とθｙ２を１４°〜１６°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１４８】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝３００ｍｍ、Ｙ＝４００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１７°〜１９°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１４９】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍ、Ｙ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１５０】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが５００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１０に示すような受電効率が得られる。
【０１５１】
図１０は、実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１５２】
図１０には、比較用に、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率を示す。実施の形態３の変形例１の電力中継器３００の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍで約７３％、Ｙ＝１００ｍｍで約７０％、Ｙ＝２００ｍｍで約６２％、Ｙ＝３００ｍｍで約５５％、Ｙ＝４００ｍｍで約４５％、Ｙ＝５００ｍｍで約３８％、Ｙ＝６００ｍｍで約３５％であった。
【０１５３】
図１０から分かるように、実施の形態３の変形例１の電力中継器の受電効率は、実施の形態３の電力中継器３００の受電効率に比べて、Ｙ＝３００ｍｍよりもＹ軸方向の位置ずれが大きい領域で特に改善された。
【０１５４】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１５５】
＜変形例２＞
実施の形態３の変形例２は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから３００ｍｍに変えて、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の最適化を行ったものである。
【０１５６】
実施の形態３の変形例２では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを３００ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。
【０１５７】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１５８】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝４００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて７°〜９°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１５９】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１４°〜１６°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１６０】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１９°〜２１°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１６１】
Ｙ＝７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１６２】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが３００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１１に示すような受電効率が得られる。
【０１６３】
図１１は、実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１６４】
実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９２％、Ｙ＝３００ｍｍで約８８％、Ｙ＝４００ｍｍで約６３％、Ｙ＝５００ｍｍで約５５％、Ｙ＝６００ｍｍで約４０％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約２７％、Ｙ＝９００ｍｍで約１８％であった。
【０１６５】
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜３００ｍｍでは変形例２の受電効率と同一であるが、Ｙ＝４００ｍｍで約５５％、Ｙ＝５００ｍｍで約７％、Ｙ＝６００ｍｍで約３６％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例２の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約２７％、Ｙ＝９００ｍｍで約１８％であった。
【０１６６】
図１１から分かるように、実施の形態３の変形例２の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝３００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。
【０１６７】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１６８】
＜変形例３＞
実施の形態３の変形例３は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから１００ｍｍに変えて、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２の最適化を行ったものである。
【０１６９】
実施の形態３の変形例３では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを１００ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。
【０１７０】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７１】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて８°〜１０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７２】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて１６°〜１８°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７３】
Ｙ＝７００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１７４】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが１００ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２を制御すれば、図１２に示すような受電効率が得られる。
【０１７５】
図１２は、実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１７６】
実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９３％、Ｙ＝３００ｍｍで約９０％、Ｙ＝４００ｍｍで約８６％、Ｙ＝５００ｍｍで約６６％、Ｙ＝６００ｍｍで約４６％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約３０％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１７７】
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜４００ｍｍでは変形例３の受電効率と同一であるが、Ｙ＝５００ｍｍで約４０％、Ｙ＝６００ｍｍで約２２％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例３の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３５％、Ｙ＝８００ｍｍで約３０％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１７８】
図１２から分かるように、実施の形態３の変形例３の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｙ１、θｘ２、θｙ２をすべて０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝４００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。
【０１７９】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１８０】
＜変形例４＞
実施の形態３の変形例４は、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを変形例１における５００ｍｍから０ｍｍに変えて、θｘ１、θｘ２の最適化を行ったものである。
【０１８１】
実施の形態３の変形例４では、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれを０ｍｍに設定し、かつ、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をすべて０°に設定して得る受電効率と比較して評価を行った。なお、Ｘ軸方向の位置ずれが０ｍｍであるため、θｙ１、θｙ２は０°に固定した。
【０１８２】
その結果、２次側共振コイル３及び２次側コイル４のＹ軸方向の位置がＹ＝０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｘ２をともに０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８３】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝５００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに１０°〜１２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８４】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝６００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに２０°〜２２°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８５】
Ｙ軸方向の位置がＹ＝７００ｍｍのときは、θｘ１、θｘ２をともに２６°〜２８°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８６】
Ｙ＝８００ｍｍ〜９００ｍｍの範囲では、θｘ１、θｘ２をともに０°に設定したときにベストの受電効率が得られた。
【０１８７】
従って、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４とのＸ軸方向の位置ずれが０ｍｍであり、かつ、Ｚ軸方向の位置ずれが２００ｍｍである場合には、上述のようにＹ軸方向の位置に応じてθｘ１、θｘ２を制御すれば、図１３に示すような受電効率が得られる。
【０１８８】
図１３は、実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率の位置ずれに対する特性を示す図である。
【０１８９】
実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率は、Ｙ＝０ｍｍ、１００ｍｍ、２００ｍｍで約９３％、Ｙ＝３００ｍｍで約９２％、Ｙ＝４００ｍｍで約８８％、Ｙ＝５００ｍｍで約７０％、Ｙ＝６００ｍｍで約５２％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍで約３６％、Ｙ＝８００ｍｍで約３２％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１９０】
これに対して、Ｙ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をともに０°に設定して得る比較用の受電効率では、Ｙ＝０ｍｍ〜４００ｍｍでは変形例４の受電効率と同一であるが、Ｙ＝５００ｍｍで約６０％、Ｙ＝６００ｍｍで約１８％であった。また、Ｙ＝７００ｍｍ以上の場合は変形例４の受電効率と同一であり、Ｙ＝７００ｍｍで約３６％、Ｙ＝８００ｍｍで約３２％、Ｙ＝９００ｍｍで約２２％であった。
【０１９１】
図１３から分かるように、実施の形態３の変形例４の電力中継器の受電効率は、比較用にＹ軸方向の位置ずれによらずにθｘ１、θｘ２をともに０°に設定して得る受電効率に比べて、Ｙ＝４００ｍｍ〜７００ｍｍの間で改善された。
【０１９２】
以上のように、Ｙ軸方向の位置ずれに応じて１次側コイル１及び１次側共振コイル２の向きと、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の向きを最適化することにより、受電効率を改善できることが分かった。
【０１９３】
＜実施の形態４＞
図１４は、実施の形態４の電力中継器を適用した電気自動車の充電システムの構成を示す図である。図１４に示す電気自動車の充電システムは、電力中継器４００Ａと４００Ｂを含む。
【０１９４】
図１５は、実施の形態４の電力中継器の構成を示すブロック図である。図１５（Ａ）は電力中継器４００Ａを示し、図１５（Ｂ）は電力中継器４００Ｂを示す。電力中継器４００Ａは、道路５００側に配設される送電用の電力中継器である。電力中継器４００Ｂは、電気自動車５１０に搭載される受電用の電力中継器である。
【０１９５】
図１４及び図１５（Ａ）に示すように、電力中継器４００Ａは、１次側コイル１、１次側共振コイル２、上下移動機構１１０、傾斜機構１２０、制御部４１０Ａ、センサ５０１、５０２を含む。なお、図１４では上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０の図示を省く。
【０１９６】
１次側コイル１及び１次側共振コイル２は、道路５００の表面から少し窪んだ位置に設置されている。
【０１９７】
電力中継器４００Ａの制御部４１０Ａは、交流電源５、上下移動機構１１０、傾斜機構１２０、センサ５０１、５０２に接続されている。制御部４１０Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）及び内部メモリ等を含む。
【０１９８】
センサ５０１、５０２は、道路５００の電気自動車５１０の進行方向において、１次側コイル１及び１次側共振コイル２よりも所定距離だけ上流側の道路脇に設置されている。センサ５０１は、センサ５０２と所定の間隔を隔てて、センサ５０２よりも電気自動車５１０の進行方向における上流側に設置されている。
【０１９９】
センサ５０１、５０２は、例えば、赤外線を道路５００の幅方向に照射して、道路５００を通過する電気自動車５１０によって反射される反射波を検出し、反射波を検出したことを表す信号を出力する。
【０２００】
制御部４１０Ａは、センサ５０１、５０２の出力信号に基づき、電気自動車５１０の有無、道路５００の幅方向におけるセンサ５０１から電気自動車５１０までの距離、及び電気自動車５１０の速度を演算する。センサ５０１、５０２と１次側共振コイル２の中心軸との距離は既知であるので、電気自動車５１０の速度を検出すれば、１次側共振コイル２と２次側共振コイル３との位置関係の時間変化を検出することができる。
【０２０１】
センサ５０１から電気自動車５１０までの距離は、センサ５０１が赤外線の照射を開始してから反射波を受信するまでの時間に基づいて求めることができる。また、電気自動車５１０の速度は、センサ５０１で電気自動車５１０を検出した時刻と、センサ５０２で電気自動車５１０を検出した時刻との差と、センサ５０１、５０２の間の距離に基づいて求めることができる。
【０２０２】
制御部４１０Ａは、道路５００の表面における１次側コイル１及び１次側共振コイル２の中心軸上の点をＸＹ座標の原点としたセンサ５０１、５０２の位置座標、電気自動車５１０の外寸、電気自動車５１０内における２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２の位置を表すデータを内部メモリに格納している。また、制御部４１０Ａは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の中心軸ｌ２との距離に応じた１次側コイル１及び１次側共振コイル２の最適な傾斜角度を表すデータを内部メモリに格納している。
【０２０３】
制御部４１０Ａは、電気自動車５１０の通行を検知すると交流電源５に所定の周波数の交流電力を出力させる。また、制御部４１０Ａは、中心軸ｌ１と中心軸ｌ２の道路５００の幅方向における位置ずれと、電気自動車５１０の速度を演算し、電気自動車５１０の通過に合わせて、上下移動機構１１０の伸縮部１１０Ｂの制御、及び、傾斜機構１２０の傾斜部１２０Ｂの制御を行う。
【０２０４】
図１４及び図１５（Ｂ）に示すように、電力中継器４００Ｂは、電気自動車５１０に搭載されており、２次側共振コイル３、２次側コイル４、負荷回路６、上下移動機構１３０、傾斜機構１４０、及び制御部４１０Ｂを含む。電力中継器４００Ｂの負荷回路６は、ＡＣ−ＤＣコンバータであり、バッテリ４２０が接続されている。ＡＣ−ＤＣコンバータは、例えば、交流電力を全波整流及び平滑化して直流電力として出力する整流回路と、整流回路から出力される直流電力の電圧値を変換するＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。
【０２０５】
バッテリ４２０は、電気自動車５１０のバッテリであり、例えば、リチウムイオンバッテリである。２次側共振コイル３及び２次側コイル４は、一例として、電気自動車５１０の床下（下面）に設置されている。２次側共振コイル３は、道路５００側に設置される１次側共振コイル２から磁気共鳴により電力を受電することができる。
【０２０６】
上下移動機構１３０は、電気自動車５１０の車体の下面に設置されており、２次側共振コイル３と２次側コイル４を電気自動車５１０の車体に対して上下方向に移動自在に保持している。上下移動機構１３０の構成及び動作は、上下移動機構１１０と同様である。
【０２０７】
傾斜機構１４０は、上下移動機構１３０の先端に取り付けられており、上下移動機構１３０に対して２次側共振コイル３と２次側コイル４を傾斜自在に保持している。傾斜機構１４０の構成及び動作は、傾斜機構１２０と同様である。
【０２０８】
上下移動機構１３０、傾斜機構１４０は、制御部４１０Ｂによって制御され、それぞれ、２次側共振コイル３と２次側コイル４の上下方向の移動、傾斜方向の移動を行う。
【０２０９】
制御部４１０Ｂは、例えば、ＣＰＵ及び内部メモリ等を含む。制御部４１０Ｂは、１次側コイル１及び１次側共振コイル２と、２次側共振コイル３及び２次側コイル４との距離に応じた２次側共振コイル３及び２次側コイル４の最適な傾斜角度を表すデータを内部メモリに格納している。
【０２１０】
制御部４１０Ｂは、電気自動車５１０に搭載された２次側共振コイル３及び２次側コイル４と、１次側コイル１及び１次側共振コイル２との位置関係に基づいて２次側共振コイル３及び２次側コイル４の上下位置及び傾斜角度を制御する。
【０２１１】
２次側共振コイル３及び２次側コイル４と、１次側コイル１及び１次側共振コイル２との位置関係は、例えば、電気自動車５１０に搭載されたナビゲーションシステムを用いて検出すればよい。例えば、ナビゲーションシステムの地図データに１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置を登録しておけば、地図データに登録された１次側コイル１及び１次側共振コイル２の位置と、電気自動車５１０に搭載された２次側共振コイル３及び２次側コイル４との位置関係を算出することができる。
【０２１２】
制御部４１０Ａが道路５００を走行中の電気自動車５１０を検知すると、交流電源５が交流電力を出力し、道路５００側の１次側コイル１を経て１次側共振コイル２から、電気自動車５１０側の２次側共振コイル３に磁気共鳴によって電力が伝送される。このとき、１次側コイル１及び１次側共振コイル２の傾斜角度及び上下位置は、制御部４１０Ａによって制御される。
【０２１３】
また、このとき電気自動車５１０では、制御部４１０Ｂがナビゲーションシステムから入力される位置情報に基づき、２次側共振コイル３及び２次側コイル４の傾斜角度及び上下位置を制御する。
【０２１４】
道路５００側の１次側共振コイル２から電気自動車５１０側の２次側共振コイル３に伝送された電力は、電磁誘導によって２次側コイル４に伝送され、ＡＣ−ＤＣコンバータである負荷回路６を経てバッテリ４２０に充電される。
【０２１５】
上下移動機構１１０の伸縮部１１０Ｂの制御量、及び、傾斜機構１２０の傾斜部１２０Ｂの制御量としては、例えば、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００のいずれかにおける制御量（θｘ１、θｙ１、Ｚ１、Ｚ１１）を用いることができる。また、これらの制御量（θｘ１、θｙ１、Ｚ１、Ｚ１１）を電気自動車５１０の寸法等に合わせてさらに最適化してもよい。
【０２１６】
上下移動機構１３０の制御量、及び、傾斜機構１４０の制御量としては、例えば、実施の形態２、３の電力中継器２００、３００のいずれかにおける制御量（θｘ２、θｙ２、Ｚ２、Ｚ２２）を用いることができる。また、これらの制御量（θｘ２、θｙ２、Ｚ２、Ｚ２２）を電気自動車５１０の寸法等に合わせてさらに最適化してもよい。
【０２１７】
このように、送電側の電力中継器４００Ａと、受電側の電力中継器４００Ｂを含む電気自動車の充電システムによれば、道路５００を走行する電気自動車５１０が停止することなく、走行しながら非接触で効率よくバッテリ４２０の充電を行うことができる。
【０２１８】
なお、制御部４１０Ａによる上下移動機構１１０及び傾斜機構１２０の制御は、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００の１次側コイル１及び１次側共振コイル２に適用してもよい。同様に、制御部４１０Ｂによる上下移動機構１３０及び傾斜機構１４０の制御は、実施の形態１乃至３の電力中継器１００、２００、３００の２次側共振コイル３及び２次側コイル４に適用してもよい。
【０２１９】
また、以上では、センサ５０１、５０２が赤外線を利用して電気自動車５１０を検出する形態について説明したが、センサ５０１、５０２は、電気自動車５１０の道路５００における位置と速度を検出できれば、赤外線を利用したものに限られず、他の形式のセンサを用いることができる。
【０２２０】
以上、実施の形態１乃至４では、一例として、電力中継器を電気自動車の充電システムに適用する形態について説明したが、電力中継器の適用対象は電気自動車に限られず、様々なものに適用することができる。例えば、工場等で物資を搬送する搬送ロボット、あるいは、携帯電話端末機、スマートフォン、ノート型のＰＣ（Personal Computer）等の小型の電子装置に適用することも可能である。
【０２２１】
以上、本発明の例示的な実施の形態１乃至４の電力中継器について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【０２２２】
１００、２００、３００、４００Ａ、４００Ｂ 電力中継器
１ １次側コイル
２ １次側共振コイル
３ ２次側共振コイル
４ ２次側コイル
５ 交流電源
６ 負荷回路
１１０ 上下移動機構
１１０Ａ 台座
１１０Ｂ 伸縮部
１２０ 傾斜機構
１２０Ａ 基台
１２０Ｂ 傾斜部
４１０ 制御部
４２０ バッテリ
５００ 道路
５０１、５０２ センサ
５１０ 電気自動車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源に接続される１次側コイルと、
前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する共振コイルと、
前記共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルと
を含み、共振コイルの中心軸の角度は、前記２次側共振コイルの位置に基づいて設定される電力中継器。
【請求項２】
前記共振コイルは、前記１次コイルから電磁誘導によって電力を受電する１次側共振コイルと、
前記１次側共振コイルとの間で生じる磁気共鳴によって前記1次側共振コイルから電力を受電する２次側コイルとを有し、
前記１次側共振コイルの中心軸の角度、又は、前記２次側共振コイルの中心軸の角度は、前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて設定される、請求項１記載の電力中継器。
【請求項３】
前記１次側共振コイルの中心軸の角度、又は、前記２次側共振コイルの中心軸の角度は、平面視での２軸方向における前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて設定される、請求項２記載の電力中継器。
【請求項４】
前記１次側共振コイルの中心軸の角度は、自己に対して２次側共振コイルが存在する方向に傾斜される、又は、前記２次側共振コイルの中心軸の角度は、自己に対して１次側共振コイルが存在する方向に傾斜される、請求項２又は３記載の電力中継器。
【請求項５】
前記１次側共振コイルの中心軸の角度を調整する１次側角度調整部と、
前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて、前記１次側角度調整部による前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する１次側角度制御部と
をさらに含む、請求項２乃至４のいずれか一項記載の電力中継器。
【請求項６】
前記１次側共振コイルの高さを調整する１次側高さ調整部と、
前記１次側角度制御部によって制御される前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記１次側高さ調整部による前記１次側共振コイルの高さの調整度合を制御する１次側高さ制御部と
をさらに含む、請求項５記載の電力中継器。
【請求項７】
前記１次側角度制御部及び前記１次側高さ制御部は、それぞれ、前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係の時間変化に応じて、前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合及び高さの調整度合を制御する、請求項６記載の電力中継器。
【請求項８】
前記２次側共振コイルの中心軸の角度を調整する２次側角度調整部と、
前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて、前記２次側角度調整部による前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する２次側角度制御部と
をさらに含む、請求項２乃至７のいずれか一項記載の電力中継器。
【請求項９】
前記２次側共振コイルの高さを調整する２次側高さ調整部と、
前記２次側角度制御部によって制御される前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記２次側高さ調整部による前記２次側共振コイルの高さの調整度合を制御する２次側高さ制御部と
をさらに含む、請求項８記載の電力中継器。
【請求項１０】
前記２次側角度制御部及び前記２次側高さ制御部は、それぞれ、前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係の時間変化に応じて、前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合及び高さの調整度合を制御する、請求項９記載の電力中継器。
【請求項１１】
交流電源に接続される１次側コイルと、
前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電し、２次側コイルに送電する共振コイルと、
前記１次側共振コイルの中心軸の角度を調整する角度調整部と、
前記角度調整部による前記共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する角度制御部と
を含む、電力中継器。
【請求項１２】
前記共振コイルの高さを調整する高さ調整部と、
前記角度制御部によって制御される前記共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記高さ調整部による前記共振コイルの高さの調整度合を制御する高さ制御部と
をさらに含む、請求項１１記載の電力中継器。
【請求項１３】
１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する１次側共振コイルとの間で生じる磁気共鳴によって前記１次側共振コイルから電力を受電する２次側共振コイルと、
前記２次側共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルと、
前記１次側及び２次側共振コイルの少なくとも一方の中心軸の角度を調整する角度調整部と、
前記角度調整部による前記共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する角度制御部と
を含み、前記角度制御部が前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて前記１次側又は２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する、電力中継器。
【請求項１】
交流電源に接続される１次側コイルと、
前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する共振コイルと、
前記共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルと
を含み、共振コイルの中心軸の角度は、前記２次側共振コイルの位置に基づいて設定される電力中継器。
【請求項２】
前記共振コイルは、前記１次コイルから電磁誘導によって電力を受電する１次側共振コイルと、
前記１次側共振コイルとの間で生じる磁気共鳴によって前記1次側共振コイルから電力を受電する２次側コイルとを有し、
前記１次側共振コイルの中心軸の角度、又は、前記２次側共振コイルの中心軸の角度は、前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて設定される、請求項１記載の電力中継器。
【請求項３】
前記１次側共振コイルの中心軸の角度、又は、前記２次側共振コイルの中心軸の角度は、平面視での２軸方向における前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて設定される、請求項２記載の電力中継器。
【請求項４】
前記１次側共振コイルの中心軸の角度は、自己に対して２次側共振コイルが存在する方向に傾斜される、又は、前記２次側共振コイルの中心軸の角度は、自己に対して１次側共振コイルが存在する方向に傾斜される、請求項２又は３記載の電力中継器。
【請求項５】
前記１次側共振コイルの中心軸の角度を調整する１次側角度調整部と、
前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて、前記１次側角度調整部による前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する１次側角度制御部と
をさらに含む、請求項２乃至４のいずれか一項記載の電力中継器。
【請求項６】
前記１次側共振コイルの高さを調整する１次側高さ調整部と、
前記１次側角度制御部によって制御される前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記１次側高さ調整部による前記１次側共振コイルの高さの調整度合を制御する１次側高さ制御部と
をさらに含む、請求項５記載の電力中継器。
【請求項７】
前記１次側角度制御部及び前記１次側高さ制御部は、それぞれ、前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係の時間変化に応じて、前記１次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合及び高さの調整度合を制御する、請求項６記載の電力中継器。
【請求項８】
前記２次側共振コイルの中心軸の角度を調整する２次側角度調整部と、
前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて、前記２次側角度調整部による前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する２次側角度制御部と
をさらに含む、請求項２乃至７のいずれか一項記載の電力中継器。
【請求項９】
前記２次側共振コイルの高さを調整する２次側高さ調整部と、
前記２次側角度制御部によって制御される前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記２次側高さ調整部による前記２次側共振コイルの高さの調整度合を制御する２次側高さ制御部と
をさらに含む、請求項８記載の電力中継器。
【請求項１０】
前記２次側角度制御部及び前記２次側高さ制御部は、それぞれ、前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係の時間変化に応じて、前記２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合及び高さの調整度合を制御する、請求項９記載の電力中継器。
【請求項１１】
交流電源に接続される１次側コイルと、
前記１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電し、２次側コイルに送電する共振コイルと、
前記１次側共振コイルの中心軸の角度を調整する角度調整部と、
前記角度調整部による前記共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する角度制御部と
を含む、電力中継器。
【請求項１２】
前記共振コイルの高さを調整する高さ調整部と、
前記角度制御部によって制御される前記共振コイルの中心軸の角度の調整度合に応じて、前記高さ調整部による前記共振コイルの高さの調整度合を制御する高さ制御部と
をさらに含む、請求項１１記載の電力中継器。
【請求項１３】
１次側コイルから電磁誘導によって電力を受電する１次側共振コイルとの間で生じる磁気共鳴によって前記１次側共振コイルから電力を受電する２次側共振コイルと、
前記２次側共振コイルから電磁誘導によって電力を受電する２次側コイルと、
前記１次側及び２次側共振コイルの少なくとも一方の中心軸の角度を調整する角度調整部と、
前記角度調整部による前記共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する角度制御部と
を含み、前記角度制御部が前記１次側共振コイルと前記２次側共振コイルの位置関係に基づいて前記１次側又は２次側共振コイルの中心軸の角度の調整度合を制御する、電力中継器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１０６４４４（Ｐ２０１３−１０６４４４Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９１５９（Ｐ２０１１−２４９１５９）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
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