非接触給電システム
【課題】非接触送電システムにおいて交流電力を発生させる増幅器におけるスイッチング損失の低減を図ることを目的とする。
【解決手段】非接触状態で送電を行うシステムにおいて、電力を受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電力を送電する送電側アンテナとを備えて、共振周波数で振動する交流電力がアンテナ間の電磁的結合により送電される際、送電側アンテナはアンテナ自身が有する共振周波数を透過し且つ共振周波数の高調波を交流電力ドライバ側に反射させる。交流電力ドライバの負荷インピーダンスの短絡状態と開放状態とを奇数次高調波と偶数次高調波とで互いに異ならせてスイッチング損失を低減する。
【解決手段】非接触状態で送電を行うシステムにおいて、電力を受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電力を送電する送電側アンテナとを備えて、共振周波数で振動する交流電力がアンテナ間の電磁的結合により送電される際、送電側アンテナはアンテナ自身が有する共振周波数を透過し且つ共振周波数の高調波を交流電力ドライバ側に反射させる。交流電力ドライバの負荷インピーダンスの短絡状態と開放状態とを奇数次高調波と偶数次高調波とで互いに異ならせてスイッチング損失を低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に開示の技術は、電気エネルギーを動力源として利用する機器に非接触で給電する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車両の新たな走行駆動技術として、電気エネルギーを動力源として電動機により駆動力を発生する電気自動車や、内燃機関と電動機との補完により駆動力を発生する、いわゆるハイブリッド自動車車両の開発が進められ実用化されてきている。
【０００３】
電気エネルギーは車両に搭載されている蓄電装置により車両内に蓄積される。蓄電装置にはニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの再充電可能な二次電池が使用されており、二次電池への充電は車両外部の電源からの給電により行われることが一般的である。給電の方法として、車両外部の電源と二次電池を含む蓄電装置との間をケーブルで接続する場合の他、非接触状態で給電する方法が注目されている。
【０００４】
車両外部の電源から非接触状態で充電電力を電動車両へ送電するために、高周波電力ドライバと、一次コイルと、一次自己共振コイルとを備える車両用給電装置が開示されている。高周波電力ドライバにより電源からの電力が高周波電力に変換され、一次コイルによって一次自己共振コイルに与えられる。一次自己共振コイルは車両にある二次自己共振コイルとの間で磁気的に結合され、非接触状態で車両に電力が送電される（特許文献１）。
【０００５】
また、コイルまたはアンテナを利用して非接触給電を行う技術として、特許文献２、非特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献２】特表２００９−５０１５１０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アリステディス カラリス（Aristeidis Karalis）、他２名、「エフィシェント ワイヤレス ノンラディエイティブ ミッドレンジ エネルギー トランスファ（Efficient wireless non-radiativemid-range energy transfer）」、[online]、2007年4月27日、アニュアル オブ フィジックス（Annals of Physics）323 (2008) p.34-48、[平成21年11月20日検索], インターネット＜URL:www.sciencedirect.com＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、背景技術は、アンテナにより非接触状態で送電を行うための回路構成を例示するに過ぎない。回路構成の中で高周波の交流電力を発生させる増幅器について開示はない。該増幅器においてスイッチング動作によるスイッチング損失が大きい場合には消費電力が大きくなってしまい問題である。スイッチング損失とは、スイッチング時のスイッチング素子における電圧と電流の重なりによって生じる。これを低減するための１つの方法としてＦ級増幅器が知られている。しかしながら、従来から知られているＦ級増幅器の構成では、回路構成が複雑になり、回路規模が大きくなってしまう。そのため高価である。また、調整も複雑であるといった課題がある。
【０００９】
そこで、送信用および受信用のアンテナの周波数特性を調整し、高調波成分を交流電力ドライバに、また特に、交流電力ドライバ内に備えられたスイッチング素子に、反射させるような動作を持たせることにより、アンテナを含んだ系によりＦ級動作をさせる。偶数次高調波と奇数次高調波とで、スイッチング素子の負荷インピーダンス特性が、短絡と開放とで互いに異なる構成とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に開示される技術に係る非接触送電システムは、電気エネルギーを動力源として利用する機器に対して非接触状態で送電を行う非接触送電システムである。機器に搭載され、電磁的結合により受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電磁的結合により送電するともに高周波成分の高調波を交流電力ドライバ側に反射させる特性を有する送電側アンテナと、送電側アンテナに接続され、送電時に所定周波数の交流電力を供給する交流電力ドライバと、とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願に開示される技術に係る非接触送電システムによれば、送電側アンテナ及び受電側アンテナが有する共振周波数で交流電力ドライバから交流電力を供給するとともに、送電側アンテナと受電側アンテナとを含んだ系において周波数特性を調整して、高調波を交流電力ドライバ側に反射させる。これにより、交流電力ドライバに備えられたスイッチング素子の負荷インピーダンスの短絡状態と開放状態とを、反射する奇数次高調波と偶数次高調波とで互いに異ならせてスイッチング損失の低減を図る、いわゆるＦ級増幅動作を行わせる。すなわち、送電側アンテナと充電側アンテナとを含んでＦ級増幅動作を行わせる。これにより、交流電力ドライバにおける電圧及び電流の時間波形が重なっていない状態を作り出すことができ交流電力ドライバで消費する電力を低減することができ、内部損失を抑えることで、効率よく電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】非接触送電システムを示す図である。
【図２】送電装置の回路ブロック図である。
【図３】受電装置の回路ブロック図である。
【図４】アンテナの一例としてダイポールアンテナを示す図である。
【図５】図４に例示したアンテナの周波数特性を示す図である。
【図６】第１の組み合わせ（２倍高調波に対して短絡、３倍高調波に対して開放）に対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。
【図７】第２の組み合わせ（３倍高調波に対して開放）に対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。
【図８】図６、７によるシミュレーション結果である。
【図９】送電装置の動作時のフローである。
【図１０】受電装置の動作時のフローである。
【図１１】アンテナの一例として、円形パッチアンテナを示す図である。
【図１２】図１１に例示したアンテナの周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は非接触送電システムを電気自動車あるいはハイブリッド自動車への送電に適用する場合のシステム構成図である。車両２が電気自動車あるいはハイブリッド自動車である。車両２が送電エリア１に入庫している状態を示す。送電エリア１には送電装置１０が埋設されており、車両２に搭載されている受電装置２０との間で、非接触送電が行われる。
【００１４】
非接触送電では、送電装置１０の送電側アンテナ１１から受電装置２０の受電側アンテナ２１への電磁波による電磁的結合により電力の送電が行われる。送電側アンテナ１１は、送電エリア１の地表面に沿って、電磁的結合がなされる結合面１１Ａが配置される。受電側アンテナ２１は、車両２の下面に沿って、電磁的結合がなされる結合面２１Ａが配置される。送電側アンテナ１１は、所定周波数の交流電力を給電する交流電力ドライバを含む送電部１２により駆動される。送電部１２は制御回路１３により制御される。また、受電側アンテナ２１にて受電された交流電力は受電部２２により整流されて蓄電池等に蓄積される。受電部２２は制御回路２３により制御される。
【００１５】
図２は送電装置１０の回路ブロック図である。制御回路１３、発振器１４、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂ、定在波比（Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ、以下、ＳＷＲと略記する）計１２Ｃ、および送電側アンテナ１１を備える。更に、送電エリア１にはエリア内検出センサ１５を備える。
【００１６】
発振器１４から出力されるクロック信号は、制御回路１３へ入力され、制御回路１３内の動作クロックおよび駆動回路１２Ａの交流電力の給電などの周期制御に用いられる。
【００１７】
制御回路１３は、発振器１４、ＳＷＲ計１２Ｃ、エリア内検出センサ１５から受信した信号をもとに、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂを制御する。
【００１８】
駆動回路１２Ａはインバータや増幅器などで構成される交流電力ドライバを含み、整合回路１２ＢおよびＳＷＲ計１２Ｃを通じて送電側アンテナ１１に交流電力を供給する。該交流電力は制御回路１３により所定周波数の交流電力として周期制御される。
【００１９】
整合回路１２Ｂは、駆動回路１２Ａから供給される交流電力を送電側アンテナ１１へ効率よく供給するために、制御回路１３からの制御により、送電側アンテナ１１と駆動回路１２Ａとのインピーダンス整合をとる。
【００２０】
ＳＷＲ計１２Ｃは駆動回路１２Ａから送電側アンテナ１１へと送られる交流電力についてのＳＷＲ値を計測し制御回路１３に結果を送信する。交流電力の伝搬による反射波の有無を検出する。
【００２１】
送電側アンテナ１１はインダクタンス成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、後述する受電装置２０の受電側アンテナ２１との間で電磁的に結合され、受電側アンテナ２１へ電力を送電する。
【００２２】
エリア内センサ１５は送電エリア１に車両２が進入したか否かを検出し、その結果を制御回路１３に送信する。
【００２３】
図３は、受電装置２０の回路ブロック図である。受電装置２０は、制御回路２３、発振器２４、受電側アンテナ２１、受電検出回路２２Ａ、切替回路２２Ｂ、整合回路２２Ｃ、整流平滑回路２２Ｄ、および充電回路２２Ｅを備える。
【００２４】
発振器２４から出力されるクロック信号は、制御回路２３に入力され、制御回路２３内の動作クロックとして用いられる。
【００２５】
制御回路２３は、発振器２４、および受電検出回路２２Ａから受信した信号をもとに、切替回路２２Ｂ，および充電回路２２Ｅを制御する。
【００２６】
受電検出回路２２Ａは、例えば、電流センサを備え、受電側アンテナ２１に流れる電流を検出する。送電装置１０からの交流電力の送電が行われているか否かを検出する。
【００２７】
切替回路２２Ｂは、制御回路２３から受信した信号により、受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするか、充電回路２２Ｅに接続するか、開ループ状態にするかを切替える。
【００２８】
整合回路２２Ｃは、受電側アンテナ２１に受電された交流電力が反射されずに整流平滑回路２２Ｄを通じて充電回路２２Ｅへと供給されるように、受電側アンテナ２１から整流平滑回路２２Ｄに至る系のインピーダンス整合をとる。
【００２９】
整流平滑回路２２Ｄは、受電側アンテナ２１から供給される交流電力を直流電力に変換および平滑化し、充電回路２２Ｅに供給する。
【００３０】
充電回路２２Ｅは、整流平滑回路２２Ｄから供給される電力をバッテリー等の蓄電装置（不図示）に充電する回路である。ここで、蓄電装置とは、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池や大容量のキャパシタから成る。制御回路２３から制御され充電制御を行う。
【００３１】
受電側アンテナ２１は、インダクタ成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、送電側アンテナ１１との間で電磁的に結合され、送電側アンテナ１１より交流電力を受電する。
【００３２】
送電側アンテナ１１は、駆動回路１２Ａより周期的に矩形波状にスイッチングされる交流電力を送電側アンテナ１１に出力する。スイッチングの周波数が共振周波数（Ｆ＝Ｆ０）である。送電側アンテナ１１は受電側アンテナ２１と電磁的に結合して共振周波数の基本波を受電側アンテナ２１に透過させると共に、矩形波状にスイッチングすることに伴って発生する高調波成分を駆動回路１２Ａ側に反射させる特性を有している。この特性は、送電装置１０と受電側アンテナ２１とを含む回路の周波数特性を調整することにより得られる。
【００３３】
ここで、駆動回路１２Ａに備えられるスイッチング素子では、その負荷インピーダンスが、偶数次高調波に対し短絡であり奇数次高調波に対し開放である負荷特性、またはその逆である、偶数次高調波に対し開放であり奇数次高調波に対し短絡である負荷特性を有する。
【００３４】
送電装置１０と受電側アンテナ２１とを含む回路の周波数特性および駆動回路１２Ａのスイッチング素子におけるインピーダンス特性の組み合わせは以下の場合が考えられる。
【００３５】
第１の組み合わせは、スイッチング素子において、偶数次高調波（特に２倍波）に対して短絡、且つ奇数次高調波（特に３倍波）に対して開放となるインピーダンス特性である。送電側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを短絡、あるいは開放のいずれか適切な設定になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００３６】
第１の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と奇数次高調波成分を主たる波形成分とする矩形波で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波と偶数次高調波成分を主たる波形成分とする半波形で表される。その結果、電圧および電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００３７】
第２の組み合わせは、スイッチング素子において、奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して開放となるインピーダンス特性である。送信側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して開放になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００３８】
第２の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と奇数次高調波成分を主たる波形成分とする半波形で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波を主たる波形成分とする矩形波で表せる。その結果、電圧及び電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００３９】
第３の組み合わせは、スイッチング素子において、偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放、且つ奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して短絡となるインピーダンス特性である。送信側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放、且つ奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して短絡になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００４０】
第３の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と偶数次高調波成分を主たる波形成分とする半波形で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波と奇数次高調波成分を主たる波形成分とする矩形波で表される。その結果、電圧及び電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００４１】
第４の組み合わせは、スイッチング素子において、偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放となるインピーダンス特性である。送電側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００４２】
第４の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と偶数次高調波成分を主たる波形成分とする矩形波で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波を主たる波形成分とする半波形で表される。その結果、電圧および電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００４３】
図４に示すように送電側と受電側でダイポールアンテナを用いる場合を例示する。送電側アンテナ１１の長さ（ｌｓ）をλ／６４，受電側アンテナ２１の長さ（ｌｒ）をλ／１２８とし、アンテナ間の距離（ｄ）を２ｍとした場合である。尚、送電側アンテナ１１の中点、および受電側アンテナ２１の中点が、各々、給電点１１Ａ、２１Ａである。
【００４４】
図４に例示した構成では、図５に示すように２倍高調波が反射される。ここで、λは基本波の波長、導線の半径は２ｍｍとしている。
図１１に例示した構成では、図１２の実線に示すように２倍高調波と３倍高調波が反射される。ここではρ０／ａ＝０．４、Φｓ＝１５０°である。また図１２点線は、スリットのない場合を示している。
図１１に示すように送電側と受電側ともに同じ形状の円形パッチアンテナを用いる場合を例示する。円形パッチアンテナ（半径ａ）には、２つのスリットを入れることで望む特性が得られる。
【００４５】
図６に、２倍高調波に対して短絡であり３倍高調波に対して開放である第１の組み合わせに対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。また、図７に、３倍高調波に対して開放である第２の組み合わせに対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。また、図６、７には、シミュレーションに必要なその他のパラメータも合わせて記載する。
【００４６】
図８にシミュレーション結果を示す。第１の組み合わせ、および第２の組み合わせにおいて損失が低減され効率が向上することが判った。
【００４７】
次に、送電装置１０と受電装置２０の動きについてフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
送電装置１０の動作時のフローチャートを図９に示す。送電装置１０の動作開始（ＳＴ０）後、送電装置１０はエリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知されるまで待機する（ＳＴ２）。エリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入を検出されるまで待機し、受電装置２０の進入を検出した後、周波数走査及び送電を行うことで、消費電力を低減することが可能となる。
【００４９】
エリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知された後、駆動回路１２Ａは受電側の受電側アンテナ２１に電流が流れる程度の低電力で電流を出力し始め（ＳＴ４）、受電装置の準備が整うまで（ＳＴ６：Ｎｏ）まで低電力での出力を維持する。これにより、消費電力を低減することが可能となる。
【００５０】
この間、制御回路１３は、交流電力の周波数が、送電側アンテナ１１あるいは受電側アンテナ２１が有する固有の共振周波数（ｆ＝ｆ０＝１／２π（ＬＣ）１／２）となるように、駆動回路１２Ａを制御する。
【００５１】
受電装置の準備が整うと（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、送電装置１０から受電装置２０に送電を行うため、駆動回路１２Ａは制御回路１３の制御により、出力を増大させる（ＳＴ８）。
ここで、受電装置の準備が整うことの確認は、受電装置２０において受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｅとを接続することに伴い送電される電力量が増加することを捉えて確認される。例えば、電流増大を検出することで確認される。
【００５２】
受電装置２０は、充電回路２２Ｅへの充電が終わると受電側アンテナ２１のループを開く。これにより、送電装置１０のＳＷＲ計１２Ｃにより計測されるＳＷＲ値が変化する。これにより、受電装置２０において充電回路２２Ｅへの充電が完了されたことが検出され、送電装置１０は充電終了を検知する（ＳＴ１０：Ｙｅｓ）。充電終了を検知した送電装置１０の制御回路１３は駆動回路１２Ａの出力を停止させる（ＳＴ１２）。送電装置１０は動作を終了する（ＳＴ１４）。
【００５３】
次に受電装置２０の動作時のフローチャートを図１０に示す。動作開始（ＳＲ０）時において受電装置２０の切替回路２２Ｂは受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするように接続する（ＳＲ２）。これにより、充電回路２２Ｅに接続した場合に比べて、負荷が下がり、消費電力を低減することができる。受電検出回路２２Ａは送電装置１０から電力が供給され受電側アンテナ２１に電力が流れるまで待機する（ＳＲ４）。
【００５４】
受電側アンテナ２１に電力が流れた後、即ち、送電装置１０が存在することを確認できた後、受電側アンテナ２１から充電回路２２Ｅまでを接続するように、受電装置２０の制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御する（ＳＲ６）。
【００５５】
これにより、受電側アンテナ２１に接続された充電回路２２Ｅはバッテリーの充電を開始する（ＳＲ８）。バッテリーの充電が終了するまで以上の状態が保持される（ＳＲ１０：Ｎｏ）。バッテリーの充電が終了すると（ＳＲ１０：Ｙｅｓ）、制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御し、受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｅの接続を切断した上で、受電側アンテナ２１のループを開く（ＳＲ１２）。これにより、受電終了後の電力消費を低減することができる。受電装置２０は動作を終了する（ＳＲ１４）。
【００５６】
送電可能エリア内に受電側アンテナが存在すると判断された場合には、駆動回路１２Ａの出力する交流電力の出力周波数Ｆを共振周波数Ｆ０とすることで効率よく電力を供給できる。
【００５７】
また送電側アンテナまたは／および受電側アンテナが、発生する高調波成分（特に２倍高調波と３倍高調波）を反射する特性を持ち、且つスイッチング素子の負荷インピーダンスの短絡と開放の状態が、偶数次高調波（特に２倍高調波）および奇数次高調波（特に３倍高調波）の各々に対して互いに逆特性とすることで、駆動回路１２Ａのスイッチング損失を低減することができる。
【００５８】
ここで、駆動回路１２Ａは交流電力ドライバの一例であり、ＳＷＲ計１２Ｃは反射特性を検出する検出回路の一例である。
【００５９】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
電気エネルギーを動力源として利用する機器は、本願の実施例における車両でなくとも良く、例えば、携帯電話機、デジタル・カメラ、およびノート・パソコンといった携帯型機器、ならびに、テレビ、ホームシアターおよびデジタル・フォト・フレームといった据え置き型機器でもよい。
反射特性を検出する検出回路は、本願の実施例におけるＳＷＲ計でなくとも良く、例えば、送電部１２から送電側アンテナ１１へと供給される電流量を計測する回路や供給される電圧の波形を計測する回路など、交流電力の反射の多少を検出することができるものであればよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ 送電エリア
２ 車両
１０ 送電装置
１１ 送電側アンテナ
１１Ａ 結合面
１２ 送電部
１３、２３ 制御回路
１２Ａ 駆動回路
１２Ｂ 整合回路
１２Ｃ 定在波比（ＳＷＲ）計
１４、２４ 発振器
１５ エリア内検出センサ
２０ 受電装置
２１ 受電側アンテナ
２１Ａ 結合面
２２ 受電部
２２Ａ 受電検出回路
２２Ｂ 切替回路
２２Ｃ 整合回路
２２Ｄ 整流平滑回路
２２Ｅ 充電回路
【技術分野】
【０００１】
本願に開示の技術は、電気エネルギーを動力源として利用する機器に非接触で給電する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車両の新たな走行駆動技術として、電気エネルギーを動力源として電動機により駆動力を発生する電気自動車や、内燃機関と電動機との補完により駆動力を発生する、いわゆるハイブリッド自動車車両の開発が進められ実用化されてきている。
【０００３】
電気エネルギーは車両に搭載されている蓄電装置により車両内に蓄積される。蓄電装置にはニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの再充電可能な二次電池が使用されており、二次電池への充電は車両外部の電源からの給電により行われることが一般的である。給電の方法として、車両外部の電源と二次電池を含む蓄電装置との間をケーブルで接続する場合の他、非接触状態で給電する方法が注目されている。
【０００４】
車両外部の電源から非接触状態で充電電力を電動車両へ送電するために、高周波電力ドライバと、一次コイルと、一次自己共振コイルとを備える車両用給電装置が開示されている。高周波電力ドライバにより電源からの電力が高周波電力に変換され、一次コイルによって一次自己共振コイルに与えられる。一次自己共振コイルは車両にある二次自己共振コイルとの間で磁気的に結合され、非接触状態で車両に電力が送電される（特許文献１）。
【０００５】
また、コイルまたはアンテナを利用して非接触給電を行う技術として、特許文献２、非特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献２】特表２００９−５０１５１０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アリステディス カラリス（Aristeidis Karalis）、他２名、「エフィシェント ワイヤレス ノンラディエイティブ ミッドレンジ エネルギー トランスファ（Efficient wireless non-radiativemid-range energy transfer）」、[online]、2007年4月27日、アニュアル オブ フィジックス（Annals of Physics）323 (2008) p.34-48、[平成21年11月20日検索], インターネット＜URL:www.sciencedirect.com＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、背景技術は、アンテナにより非接触状態で送電を行うための回路構成を例示するに過ぎない。回路構成の中で高周波の交流電力を発生させる増幅器について開示はない。該増幅器においてスイッチング動作によるスイッチング損失が大きい場合には消費電力が大きくなってしまい問題である。スイッチング損失とは、スイッチング時のスイッチング素子における電圧と電流の重なりによって生じる。これを低減するための１つの方法としてＦ級増幅器が知られている。しかしながら、従来から知られているＦ級増幅器の構成では、回路構成が複雑になり、回路規模が大きくなってしまう。そのため高価である。また、調整も複雑であるといった課題がある。
【０００９】
そこで、送信用および受信用のアンテナの周波数特性を調整し、高調波成分を交流電力ドライバに、また特に、交流電力ドライバ内に備えられたスイッチング素子に、反射させるような動作を持たせることにより、アンテナを含んだ系によりＦ級動作をさせる。偶数次高調波と奇数次高調波とで、スイッチング素子の負荷インピーダンス特性が、短絡と開放とで互いに異なる構成とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に開示される技術に係る非接触送電システムは、電気エネルギーを動力源として利用する機器に対して非接触状態で送電を行う非接触送電システムである。機器に搭載され、電磁的結合により受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電磁的結合により送電するともに高周波成分の高調波を交流電力ドライバ側に反射させる特性を有する送電側アンテナと、送電側アンテナに接続され、送電時に所定周波数の交流電力を供給する交流電力ドライバと、とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願に開示される技術に係る非接触送電システムによれば、送電側アンテナ及び受電側アンテナが有する共振周波数で交流電力ドライバから交流電力を供給するとともに、送電側アンテナと受電側アンテナとを含んだ系において周波数特性を調整して、高調波を交流電力ドライバ側に反射させる。これにより、交流電力ドライバに備えられたスイッチング素子の負荷インピーダンスの短絡状態と開放状態とを、反射する奇数次高調波と偶数次高調波とで互いに異ならせてスイッチング損失の低減を図る、いわゆるＦ級増幅動作を行わせる。すなわち、送電側アンテナと充電側アンテナとを含んでＦ級増幅動作を行わせる。これにより、交流電力ドライバにおける電圧及び電流の時間波形が重なっていない状態を作り出すことができ交流電力ドライバで消費する電力を低減することができ、内部損失を抑えることで、効率よく電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】非接触送電システムを示す図である。
【図２】送電装置の回路ブロック図である。
【図３】受電装置の回路ブロック図である。
【図４】アンテナの一例としてダイポールアンテナを示す図である。
【図５】図４に例示したアンテナの周波数特性を示す図である。
【図６】第１の組み合わせ（２倍高調波に対して短絡、３倍高調波に対して開放）に対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。
【図７】第２の組み合わせ（３倍高調波に対して開放）に対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。
【図８】図６、７によるシミュレーション結果である。
【図９】送電装置の動作時のフローである。
【図１０】受電装置の動作時のフローである。
【図１１】アンテナの一例として、円形パッチアンテナを示す図である。
【図１２】図１１に例示したアンテナの周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は非接触送電システムを電気自動車あるいはハイブリッド自動車への送電に適用する場合のシステム構成図である。車両２が電気自動車あるいはハイブリッド自動車である。車両２が送電エリア１に入庫している状態を示す。送電エリア１には送電装置１０が埋設されており、車両２に搭載されている受電装置２０との間で、非接触送電が行われる。
【００１４】
非接触送電では、送電装置１０の送電側アンテナ１１から受電装置２０の受電側アンテナ２１への電磁波による電磁的結合により電力の送電が行われる。送電側アンテナ１１は、送電エリア１の地表面に沿って、電磁的結合がなされる結合面１１Ａが配置される。受電側アンテナ２１は、車両２の下面に沿って、電磁的結合がなされる結合面２１Ａが配置される。送電側アンテナ１１は、所定周波数の交流電力を給電する交流電力ドライバを含む送電部１２により駆動される。送電部１２は制御回路１３により制御される。また、受電側アンテナ２１にて受電された交流電力は受電部２２により整流されて蓄電池等に蓄積される。受電部２２は制御回路２３により制御される。
【００１５】
図２は送電装置１０の回路ブロック図である。制御回路１３、発振器１４、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂ、定在波比（Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ、以下、ＳＷＲと略記する）計１２Ｃ、および送電側アンテナ１１を備える。更に、送電エリア１にはエリア内検出センサ１５を備える。
【００１６】
発振器１４から出力されるクロック信号は、制御回路１３へ入力され、制御回路１３内の動作クロックおよび駆動回路１２Ａの交流電力の給電などの周期制御に用いられる。
【００１７】
制御回路１３は、発振器１４、ＳＷＲ計１２Ｃ、エリア内検出センサ１５から受信した信号をもとに、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂを制御する。
【００１８】
駆動回路１２Ａはインバータや増幅器などで構成される交流電力ドライバを含み、整合回路１２ＢおよびＳＷＲ計１２Ｃを通じて送電側アンテナ１１に交流電力を供給する。該交流電力は制御回路１３により所定周波数の交流電力として周期制御される。
【００１９】
整合回路１２Ｂは、駆動回路１２Ａから供給される交流電力を送電側アンテナ１１へ効率よく供給するために、制御回路１３からの制御により、送電側アンテナ１１と駆動回路１２Ａとのインピーダンス整合をとる。
【００２０】
ＳＷＲ計１２Ｃは駆動回路１２Ａから送電側アンテナ１１へと送られる交流電力についてのＳＷＲ値を計測し制御回路１３に結果を送信する。交流電力の伝搬による反射波の有無を検出する。
【００２１】
送電側アンテナ１１はインダクタンス成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、後述する受電装置２０の受電側アンテナ２１との間で電磁的に結合され、受電側アンテナ２１へ電力を送電する。
【００２２】
エリア内センサ１５は送電エリア１に車両２が進入したか否かを検出し、その結果を制御回路１３に送信する。
【００２３】
図３は、受電装置２０の回路ブロック図である。受電装置２０は、制御回路２３、発振器２４、受電側アンテナ２１、受電検出回路２２Ａ、切替回路２２Ｂ、整合回路２２Ｃ、整流平滑回路２２Ｄ、および充電回路２２Ｅを備える。
【００２４】
発振器２４から出力されるクロック信号は、制御回路２３に入力され、制御回路２３内の動作クロックとして用いられる。
【００２５】
制御回路２３は、発振器２４、および受電検出回路２２Ａから受信した信号をもとに、切替回路２２Ｂ，および充電回路２２Ｅを制御する。
【００２６】
受電検出回路２２Ａは、例えば、電流センサを備え、受電側アンテナ２１に流れる電流を検出する。送電装置１０からの交流電力の送電が行われているか否かを検出する。
【００２７】
切替回路２２Ｂは、制御回路２３から受信した信号により、受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするか、充電回路２２Ｅに接続するか、開ループ状態にするかを切替える。
【００２８】
整合回路２２Ｃは、受電側アンテナ２１に受電された交流電力が反射されずに整流平滑回路２２Ｄを通じて充電回路２２Ｅへと供給されるように、受電側アンテナ２１から整流平滑回路２２Ｄに至る系のインピーダンス整合をとる。
【００２９】
整流平滑回路２２Ｄは、受電側アンテナ２１から供給される交流電力を直流電力に変換および平滑化し、充電回路２２Ｅに供給する。
【００３０】
充電回路２２Ｅは、整流平滑回路２２Ｄから供給される電力をバッテリー等の蓄電装置（不図示）に充電する回路である。ここで、蓄電装置とは、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池や大容量のキャパシタから成る。制御回路２３から制御され充電制御を行う。
【００３１】
受電側アンテナ２１は、インダクタ成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、送電側アンテナ１１との間で電磁的に結合され、送電側アンテナ１１より交流電力を受電する。
【００３２】
送電側アンテナ１１は、駆動回路１２Ａより周期的に矩形波状にスイッチングされる交流電力を送電側アンテナ１１に出力する。スイッチングの周波数が共振周波数（Ｆ＝Ｆ０）である。送電側アンテナ１１は受電側アンテナ２１と電磁的に結合して共振周波数の基本波を受電側アンテナ２１に透過させると共に、矩形波状にスイッチングすることに伴って発生する高調波成分を駆動回路１２Ａ側に反射させる特性を有している。この特性は、送電装置１０と受電側アンテナ２１とを含む回路の周波数特性を調整することにより得られる。
【００３３】
ここで、駆動回路１２Ａに備えられるスイッチング素子では、その負荷インピーダンスが、偶数次高調波に対し短絡であり奇数次高調波に対し開放である負荷特性、またはその逆である、偶数次高調波に対し開放であり奇数次高調波に対し短絡である負荷特性を有する。
【００３４】
送電装置１０と受電側アンテナ２１とを含む回路の周波数特性および駆動回路１２Ａのスイッチング素子におけるインピーダンス特性の組み合わせは以下の場合が考えられる。
【００３５】
第１の組み合わせは、スイッチング素子において、偶数次高調波（特に２倍波）に対して短絡、且つ奇数次高調波（特に３倍波）に対して開放となるインピーダンス特性である。送電側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを短絡、あるいは開放のいずれか適切な設定になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００３６】
第１の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と奇数次高調波成分を主たる波形成分とする矩形波で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波と偶数次高調波成分を主たる波形成分とする半波形で表される。その結果、電圧および電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００３７】
第２の組み合わせは、スイッチング素子において、奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して開放となるインピーダンス特性である。送信側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して開放になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００３８】
第２の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と奇数次高調波成分を主たる波形成分とする半波形で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波を主たる波形成分とする矩形波で表せる。その結果、電圧及び電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００３９】
第３の組み合わせは、スイッチング素子において、偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放、且つ奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して短絡となるインピーダンス特性である。送信側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放、且つ奇数次高調波（特に３倍高調波）に対して短絡になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００４０】
第３の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と偶数次高調波成分を主たる波形成分とする半波形で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波と奇数次高調波成分を主たる波形成分とする矩形波で表される。その結果、電圧及び電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００４１】
第４の組み合わせは、スイッチング素子において、偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放となるインピーダンス特性である。送電側アンテナ１１または／および受電側アンテナ２１のパラメータを調整することにより、この特性を得ることができる。スイッチング素子の負荷インピーダンスを偶数次高調波（特に２倍高調波）に対して開放になるようにアンテナ形状を決定すればよい。
【００４２】
第４の組み合わせを実施すると、駆動回路１２Ａのスイッチング素子における電圧の時間波形は、共振周波数である基本波と偶数次高調波成分を主たる波形成分とする矩形波で表され、また電流の時間波形は、共振周波数である基本波を主たる波形成分とする半波形で表される。その結果、電圧および電流の時間波形が重ならない状態を作り出すことができ、スイッチング損失による消費電力を低減することができる。駆動回路１２Ａの損失を抑えることができる。スイッチング素子における電圧波形と電流波形との重なりが低減しスイッチング損失が低減して送電効率が向上する。
【００４３】
図４に示すように送電側と受電側でダイポールアンテナを用いる場合を例示する。送電側アンテナ１１の長さ（ｌｓ）をλ／６４，受電側アンテナ２１の長さ（ｌｒ）をλ／１２８とし、アンテナ間の距離（ｄ）を２ｍとした場合である。尚、送電側アンテナ１１の中点、および受電側アンテナ２１の中点が、各々、給電点１１Ａ、２１Ａである。
【００４４】
図４に例示した構成では、図５に示すように２倍高調波が反射される。ここで、λは基本波の波長、導線の半径は２ｍｍとしている。
図１１に例示した構成では、図１２の実線に示すように２倍高調波と３倍高調波が反射される。ここではρ０／ａ＝０．４、Φｓ＝１５０°である。また図１２点線は、スリットのない場合を示している。
図１１に示すように送電側と受電側ともに同じ形状の円形パッチアンテナを用いる場合を例示する。円形パッチアンテナ（半径ａ）には、２つのスリットを入れることで望む特性が得られる。
【００４５】
図６に、２倍高調波に対して短絡であり３倍高調波に対して開放である第１の組み合わせに対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。また、図７に、３倍高調波に対して開放である第２の組み合わせに対応するシミュレーションを行うための等価回路図を示す。また、図６、７には、シミュレーションに必要なその他のパラメータも合わせて記載する。
【００４６】
図８にシミュレーション結果を示す。第１の組み合わせ、および第２の組み合わせにおいて損失が低減され効率が向上することが判った。
【００４７】
次に、送電装置１０と受電装置２０の動きについてフローチャートを用いて説明する。
【００４８】
送電装置１０の動作時のフローチャートを図９に示す。送電装置１０の動作開始（ＳＴ０）後、送電装置１０はエリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知されるまで待機する（ＳＴ２）。エリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入を検出されるまで待機し、受電装置２０の進入を検出した後、周波数走査及び送電を行うことで、消費電力を低減することが可能となる。
【００４９】
エリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知された後、駆動回路１２Ａは受電側の受電側アンテナ２１に電流が流れる程度の低電力で電流を出力し始め（ＳＴ４）、受電装置の準備が整うまで（ＳＴ６：Ｎｏ）まで低電力での出力を維持する。これにより、消費電力を低減することが可能となる。
【００５０】
この間、制御回路１３は、交流電力の周波数が、送電側アンテナ１１あるいは受電側アンテナ２１が有する固有の共振周波数（ｆ＝ｆ０＝１／２π（ＬＣ）１／２）となるように、駆動回路１２Ａを制御する。
【００５１】
受電装置の準備が整うと（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、送電装置１０から受電装置２０に送電を行うため、駆動回路１２Ａは制御回路１３の制御により、出力を増大させる（ＳＴ８）。
ここで、受電装置の準備が整うことの確認は、受電装置２０において受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｅとを接続することに伴い送電される電力量が増加することを捉えて確認される。例えば、電流増大を検出することで確認される。
【００５２】
受電装置２０は、充電回路２２Ｅへの充電が終わると受電側アンテナ２１のループを開く。これにより、送電装置１０のＳＷＲ計１２Ｃにより計測されるＳＷＲ値が変化する。これにより、受電装置２０において充電回路２２Ｅへの充電が完了されたことが検出され、送電装置１０は充電終了を検知する（ＳＴ１０：Ｙｅｓ）。充電終了を検知した送電装置１０の制御回路１３は駆動回路１２Ａの出力を停止させる（ＳＴ１２）。送電装置１０は動作を終了する（ＳＴ１４）。
【００５３】
次に受電装置２０の動作時のフローチャートを図１０に示す。動作開始（ＳＲ０）時において受電装置２０の切替回路２２Ｂは受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするように接続する（ＳＲ２）。これにより、充電回路２２Ｅに接続した場合に比べて、負荷が下がり、消費電力を低減することができる。受電検出回路２２Ａは送電装置１０から電力が供給され受電側アンテナ２１に電力が流れるまで待機する（ＳＲ４）。
【００５４】
受電側アンテナ２１に電力が流れた後、即ち、送電装置１０が存在することを確認できた後、受電側アンテナ２１から充電回路２２Ｅまでを接続するように、受電装置２０の制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御する（ＳＲ６）。
【００５５】
これにより、受電側アンテナ２１に接続された充電回路２２Ｅはバッテリーの充電を開始する（ＳＲ８）。バッテリーの充電が終了するまで以上の状態が保持される（ＳＲ１０：Ｎｏ）。バッテリーの充電が終了すると（ＳＲ１０：Ｙｅｓ）、制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御し、受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｅの接続を切断した上で、受電側アンテナ２１のループを開く（ＳＲ１２）。これにより、受電終了後の電力消費を低減することができる。受電装置２０は動作を終了する（ＳＲ１４）。
【００５６】
送電可能エリア内に受電側アンテナが存在すると判断された場合には、駆動回路１２Ａの出力する交流電力の出力周波数Ｆを共振周波数Ｆ０とすることで効率よく電力を供給できる。
【００５７】
また送電側アンテナまたは／および受電側アンテナが、発生する高調波成分（特に２倍高調波と３倍高調波）を反射する特性を持ち、且つスイッチング素子の負荷インピーダンスの短絡と開放の状態が、偶数次高調波（特に２倍高調波）および奇数次高調波（特に３倍高調波）の各々に対して互いに逆特性とすることで、駆動回路１２Ａのスイッチング損失を低減することができる。
【００５８】
ここで、駆動回路１２Ａは交流電力ドライバの一例であり、ＳＷＲ計１２Ｃは反射特性を検出する検出回路の一例である。
【００５９】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
電気エネルギーを動力源として利用する機器は、本願の実施例における車両でなくとも良く、例えば、携帯電話機、デジタル・カメラ、およびノート・パソコンといった携帯型機器、ならびに、テレビ、ホームシアターおよびデジタル・フォト・フレームといった据え置き型機器でもよい。
反射特性を検出する検出回路は、本願の実施例におけるＳＷＲ計でなくとも良く、例えば、送電部１２から送電側アンテナ１１へと供給される電流量を計測する回路や供給される電圧の波形を計測する回路など、交流電力の反射の多少を検出することができるものであればよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ 送電エリア
２ 車両
１０ 送電装置
１１ 送電側アンテナ
１１Ａ 結合面
１２ 送電部
１３、２３ 制御回路
１２Ａ 駆動回路
１２Ｂ 整合回路
１２Ｃ 定在波比（ＳＷＲ）計
１４、２４ 発振器
１５ エリア内検出センサ
２０ 受電装置
２１ 受電側アンテナ
２１Ａ 結合面
２２ 受電部
２２Ａ 受電検出回路
２２Ｂ 切替回路
２２Ｃ 整合回路
２２Ｄ 整流平滑回路
２２Ｅ 充電回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを動力源として利用する機器に対して非接触状態で送電を行う非接触送電システムであって、
前記機器に搭載され、電磁的結合により受電する受電側アンテナと、
前記受電側アンテナに対して前記電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
前記送電側アンテナに接続され、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへアンテナ自身が有する共振周波数に合わせるように交流電力を前記送電側アンテナに供給する交流電力ドライバとを備え、
少なくとも前記送電側アンテナはアンテナ自身が有する共振周波数の基本波を透過し且つ共振周波数の高調波を前記交流電力ドライバ側に反射させる特性を有することを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、反射された偶数次高調波に対して短絡、且つ奇数次高調波に対して開放となるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、反射された奇数次高調波に対して開放となるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、偶数次高調波に対して開放、且つ奇数次高調波に対して短絡となるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、偶数次高調波に対して開放になるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記機器が送電可能エリア内に進入したことを検出するエリア内検出センサを備え、
前記機器が送電側アンテナの送電可能エリア内に進入したことを検出した場合に電力供給を開始することを特徴とする請求項１乃至５の少なくとも何れか１項に記載の非接触送電システム。
【請求項７】
前記受電側アンテナの接続先を切り替える切替回路を備え、
前記切替回路は、受電終了時に前記受電側アンテナを負荷の含まない開ループとすることを特徴とする請求項１乃至６の少なくとも何れか１項に記載の非接触送電システム。
【請求項１】
電気エネルギーを動力源として利用する機器に対して非接触状態で送電を行う非接触送電システムであって、
前記機器に搭載され、電磁的結合により受電する受電側アンテナと、
前記受電側アンテナに対して前記電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
前記送電側アンテナに接続され、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへアンテナ自身が有する共振周波数に合わせるように交流電力を前記送電側アンテナに供給する交流電力ドライバとを備え、
少なくとも前記送電側アンテナはアンテナ自身が有する共振周波数の基本波を透過し且つ共振周波数の高調波を前記交流電力ドライバ側に反射させる特性を有することを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、反射された偶数次高調波に対して短絡、且つ奇数次高調波に対して開放となるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、反射された奇数次高調波に対して開放となるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、偶数次高調波に対して開放、且つ奇数次高調波に対して短絡となるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記交流電力ドライバはスイッチング素子を備え、該スイッチング素子の負荷インピーダンスが、偶数次高調波に対して開放になるインピーダンス特性を有することを特徴とする請求項１記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記機器が送電可能エリア内に進入したことを検出するエリア内検出センサを備え、
前記機器が送電側アンテナの送電可能エリア内に進入したことを検出した場合に電力供給を開始することを特徴とする請求項１乃至５の少なくとも何れか１項に記載の非接触送電システム。
【請求項７】
前記受電側アンテナの接続先を切り替える切替回路を備え、
前記切替回路は、受電終了時に前記受電側アンテナを負荷の含まない開ループとすることを特徴とする請求項１乃至６の少なくとも何れか１項に記載の非接触送電システム。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２３４５６５（Ｐ２０１１−２３４５６５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０４２０６（Ｐ２０１０−１０４２０６）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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