非接触送電システム、非接触送電装置、およびインピーダンスの調整方法
【課題】本発明は、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係により変動するインピーダンスを電圧定在波比の計測より推定し、推定されたインピーダンスを所定のインピーダンスに変換することにより最適な伝送効率を得る為の技術を開示することを目的とする。
【解決手段】電気エネルギーを動力源として利用する車両等の機器に対して非接触状態で送電を行うシステムにおいて、機器に搭載され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、非接触状態で、電気エネルギーを動力源として利用する機器に送電を行う。交流電力を送電する伝送線路のインピーダンスは、検出回路により検出される伝送線路の反射特性に基づいて、伝送線路に設けられる整合回路のインピーダンスを調整することにより整合される。これらの調整は制御回路により調整される。
【解決手段】電気エネルギーを動力源として利用する車両等の機器に対して非接触状態で送電を行うシステムにおいて、機器に搭載され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、非接触状態で、電気エネルギーを動力源として利用する機器に送電を行う。交流電力を送電する伝送線路のインピーダンスは、検出回路により検出される伝送線路の反射特性に基づいて、伝送線路に設けられる整合回路のインピーダンスを調整することにより整合される。これらの調整は制御回路により調整される。
【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。
【０００４】
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おり、その一例が特許文献１で挙げられている。
【０００５】
特許文献１では、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。
【０００６】
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】
【０００７】
【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】
【０００８】
【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-radiative mid-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】
【０００９】
非接触給電では、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係がずれた場合や、外気の温度や湿度が変化した場合などに伝送効率が低下するおそれがある。こうした現象にどのように対処し、高い伝送効率を維持するかが非接触給電システムの課題となる。
【００１０】
背景技術の特許文献２では電力送電部（共振器；アンテナ）に関する技術が開示されているものの、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係がずれた場合や外気の温度・湿度の変化などによる伝送効率の低下現象に対してどのような制御を行うかに関する技術は開示されていない。
また、背景技術の特許文献１では実施形態２において、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係がずれた場合に対処する方法として、二次自己共振コイルの容量成分または誘導成分を調整し共振周波数を制御する技術が開示されている。
然しながら、二次自己共振コイルの容量成分または誘導成分を調整し共振周波数を変化させる方法では、二次自己共振コイル自体の固有共振周波数が変化する為、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルとの共振周波数が更に変化することになり、効率的に送電を行うことが極めて困難になる。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みて、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係により変動するインピーダンスを電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ、以下、ＶＳＷＲと略記する）の計測より推定し、推定されたインピーダンスを所定のインピーダンスに変換することにより最適な伝送効率を得る為の技術を開示するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、電磁気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気的結合により送電する送電側アンテナと、電源から受ける電力を送電側アンテナから受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、交流電力を送電する伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、伝送線路に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、検出回路により検出される反射特性に基づいて伝送線路のインピーダンスが整合するように整合回路のインピーダンスを調整する制御回路とを備える。
【００１３】
本願に開示の非接触送電システムでは、交流電力ドライバが電源から受ける電力を送電可能な交流電力に変換して送電側アンテナに供給する。送電する送電側アンテナは受電側アンテナと電磁気的に結合して、非接触状態で、電気エネルギーを動力源として利用する機器に送電される。交流電力を送電する伝送線路のインピーダンスは、検出回路により検出される伝送線路の反射特性に基づいて、伝送線路に設けられる整合回路のインピーダンスを調整することにより整合される。これらの調整は制御回路により調整される
【００１４】
また、本願に開示される技術に係るインピーダンスの調整方法は、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に当り、伝送線路のインピーダンスを整合させる整合回路のインピーダンスを調整する方法である。
給電指令に対して、伝送線路において整合回路をバイパスするステップと、給電時の電力に比して低電力を出力するステップと、低電力出力状態で伝送線路の反射特性を計測するステップと、電力出力を停止するステップと、計測のステップにより計測される反射特性に対応して伝送線路のインピーダンスを整合させるインピーダンス候補から予め定められた順序で整合回路のインピーダンスを選択するステップと、選択のステップによる選択の後、低電力出力を再開するステップと、再開された低電力出力状態で伝送線路の反射特性を再計測するステップと、再計測のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、改善されていないと判断される場合に、再度、出力停止のステップに戻ることにより行われる。
【発明の効果】
【００１５】
本願に開示される技術に係る非接触送電システム、および整合回路のインピーダンスの調整方法によれば、送電に先立ち伝送線路の反射特性の検出を行い、計測された反射特性に対応して整合回路のインピーダンスを調整する。整合回路のインピーダンスの調整により伝送線路のインピーダンスが調整される。伝送線路のインピーダンスと反射特性とは所定の関係を有しているので、反射特性に基づいて伝送線路のインピーダンスを整合された状態とすることができる。これにより、非接触送電において電力伝送効率を改善にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】非接触送電システムを示す図である。
【図２】送電側アンテナと受電側アンテナとの相対位置関係に応じた系全体のインピーダンスの変化例を表すスミスチャートの概略図である。
【図３】送電装置の回路ブロック図である。
【図４】受電装置の回路ブロック図である。
【図５】整合定数設定回路を示す図である。
【図６】整合回路構成例を示す図である。
【図７】可変キャパシタンス部の構成例を示す図である。
【図８】可変インダクタンス部の構成例を示す図である。
【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】受電側アンテナの出力切替状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。なお、電磁的結合は、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１の磁場の共鳴（共鳴法）により行われる。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。
【００１９】
送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との間隔は、送電側アンテナ１１の設置位置が同じであっても車両２の車種ごとに異なる場合がある。車種ごとに車高や受電側アンテナ２１の車両２への取付位置が異なるからである。送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との間隔が異なると送電側アンテナ１１と受電側アンテナ１２との間の相互インダクタンス等のインダクタンス成分が異なる。また、キャパシタンス成分も異なることが考えられ、アンテナ間の間隔に応じて送電側および受電側を含む系全体のインピーダンスが異なる。また、車両２が送電エリア１に入庫する場合、入庫位置に応じて送電側アンテナ１１に対する受電側アンテナ２１の相対位置は異なる。アンテナ間の間隔の違いの場合と同様に、相互インダクタンス等のインダクタンス成分やキャパシタンス成分も異なることが考えられる。アンテナ間の中心軸の軸ずれに応じて送電側および受電側を含む系全体のインピーダンスが異なる。
ここで、間隔とは、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａと送電側アンテナ２１の結合面２１Ａとの距離であり、軸ずれとは送電側アンテナ１１と送電側アンテナ２１との中心軸のずれ量である。
【００２０】
また、送電装置１０の送電部１２に備えられる交流電力ドライバより送電側アンテナ１１に供給される交流電力の所定周波数とは、送電側アンテナ１１、及び受電側アンテナ２１の各々に固有な共振周波数を示す。送電側アンテナ１１、及び受電側アンテナ２１の共振周波数は概略同一の共振周波数を有する構成であるものとする。
【００２１】
図２は送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との相対位置関係に応じた系全体のインピーダンスの変化例を表すスミスチャートである。曲線３０は、アンテナ間の間隔が第１の距離である場合の特性曲線である。送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１とのアンテナ中心軸の軸ずれの変化に対応するインピーダンス値の変化例を表す。曲線３１は、アンテナ間の間隔が第１の距離と異なる第２の距離である場合の特性曲線である。
但し、図２のスミスチャートは実測した系全体のインピーダンス値を正規化のインピーダンス（例えば、７５Ω）で正規化した値をプロットしたものである。スミスチャートの中心（「１」と表記）が正規化されたインピーダンス値の点である。
【００２２】
例として、図２のスミスチャートに、ＶＳＷＲ値が所定の値であるＶＳＷＲ円３２を描く。このＶＳＷＲ円３２は、正規化のインピーダンス値（ＶＳＷＲ値が１．０である）を中心にとり、半径の大きさがＶＳＷＲ値を表す。図２において、ＶＳＷＲ円３２と曲線３０において点３３Ｃの１点で接し、曲線３１において点３３Ａ、点３３Ｂの２点で交わっている。点３３Ａ、点３３Ｂ、および点３３Ｃはそれぞれ系のインピーダンス値を表す。つまり、曲線３１の場合では、所定のＶＳＷＲ値を取る系全体のインピーダンス値が２つあり、曲線３０の場合では、所定のＶＳＷＲ値を取る系全体のインピーダンス値が１つあることを示す。
【００２３】
図３は送電装置１０の回路ブロック図である。制御回路１３、高周波電源回路１２Ａ、ＶＳＷＲ計１２Ｂ、切替回路１２Ｃ、整合回路１２Ｄ、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１４を備える。
【００２４】
制御回路１３は、ＶＳＷＲ計１２Ｂおよびエリア内検出センサ１４から受信した信号をもとに、高周波電源回路１２Ａ、切替回路１２Ｃ、整合回路１２Ｄを制御する。
【００２５】
高周波電源回路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、ＶＳＷＲ計１２Ｂおよび整合回路１２Ｄを通じて送電側アンテナ１１に交流電力を供給する。
【００２６】
ＶＳＷＲ計１２Ｂは、高周波電源回路１２Ａから送電側アンテナ１１へと送られる交流電力が系全体を通して反射して形成される定在波の程度についての指標であるＶＳＷＲ値を計測し、制御回路１３に結果を送信する。
【００２７】
切替回路１２Ｃは、制御回路１３からの制御により、整合回路１２ＤをＶＳＷＲ計１２Ｂと送電側アンテナ１１との間に接続するか、それとも整合回路１２Ｄをバイパスさせるかを切り替える。
【００２８】
整合回路１２Ｄは、高周波電源回路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、系全体のインピーダンス整合をとる。
【００２９】
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との間で電磁気的に結合され、受電側アンテナ２１へ電力を送電する。
【００３０】
エリア内センサ１４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。
【００３１】
図４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、受電側アンテナ２１、切替回路２２Ａ、整合回路２２Ｂ、パーキング信号検出センサ２４、給電信号検出センサ２５、および充電回路２２Ｃを備える。
【００３２】
制御回路２３は、パーキング信号検出センサ２４および給電信号検出センサ２５から受信した信号をもとに、切替回路２２Ａおよび充電回路２２Ｃを制御する。
切替回路２２Ａ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の（閉ループ：図１１（ａ）の状態）にするか、受電側アンテナ２１を整合装置２２Ｂを介して充電回路２２Ｃに接続するか（図１１（ｂ）の状態）、受電側アンテナ２１の出力点を開放（開ループ：図１１（ｃ）の状態）にするかを切替える。
【００３３】
整合回路２２Ｂ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充電回路２２Ｃへと供給されるように、受電側アンテナ２１から整合回路２２Ｂに至る系のインピーダンス整合をとる。
【００３４】
充電回路２２Ｃは、受電側アンテナ２１に受電され整合回路２２Ｂを介して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する整流平滑回路、およびリチウムイオンまたは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。
【００３５】
受電側アンテナ２１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、送電側アンテナ１１との間で電磁気的に結合され、送電側アンテナ１１より交流電力を受電する。
【００３６】
図５は、送電装置１０の制御回路１３内部にある整合定数設定回路４０の一例である。比較器４１、系全体のインピーダンステーブル４２、および整合定数設定器４３を備える。
【００３７】
比較器４１は、ＶＳＷＲ計１２Ｂにより測定されるＶＳＷＲ値を系全体のインピーダンステーブル４２のアドレスにあたるＶＳＷＲ値と比較し、一致したアドレスに格納されている系全体のインピーダンス値を取得する。この場合、切替回路１２Ｃは、整合回路１２Ｄをバイパスするように回路が切り替えられている。これにより、ＶＳＷＲ計１２Ｂは、整合回路１２Ｄが有するインピーダンス成分を除いた系全体のインピーダンスに対してＶＳＲＷ値を取得することができる。
【００３８】
系全体のインピーダンステーブル４２に格納されている系全体のインピーダンス値は、整合回路１２Ｄをバイパスした系に対して計測したＶＳＷＲ値ごとに、保存されている。この場合、図２に例示するように、整合回路１２Ｄをバイパスした系全体について取得されるＶＳＷＲ値は、系に応じて１つまたは２つの場合がある。図２において、曲線３０については点３３Ｃの１点であり、曲線３１については点３３Ａ、３３Ｂの２点である。曲線３１における異なる点３３Ａ、３３Ｂは、系全体のインピーダンスに関し、ＶＳＲＷ値が同じであるものの互いにリアクタンス成分が異なる。曲線３１の点３３Ａ、３３Ｂに対応して、系全体のインピーダンステーブル４２に、同じＶＳＷＲ値に対して互いに異なる系全体のインピーダンス値が格納される。図５においては、ＶＳＷＲ値がＶＳＷＲ１の場合に２つのインピーダンス値Ｚ１１、Ｚ１２が格納される場合である。
【００３９】
整合定数設定器４３では、系全体のインピーダンステーブル４２に格納されている系全体のインピーダンス値に対して、図６〜８において後述の整合回路１２Ｄを構成する回路素子ごとの設定値を取得する。ここで、整合回路１２Ｄが構成する整合インピーダンスはリアクタンス成分である。リアクタンス成分はインダクタンス成分とキャパシタンス成分とにより構成されるため、設定値として、図６〜８に例示される回路におけるインダクタンス成分とキャパシタンス成分とが決定される。
【００４０】
図６は、整合回路１２Ｄの整合回路構成例を示す。整合回路１２Ｄは可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２と可変インダクタンス部Ｌを備える。可変インダクタンス部Ｌは系全体のインピーダンスに対し並列に接続され、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２は可変インダクタンス部Ｌの端子ごとに端子を挟んで直列に２つ接続される。
【００４１】
図７は、図６に例示する整合回路１２Ｄの回路構成例のうち、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２の構成例を示す。ここでは、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２は何れも同じ構成を有しているものとする。互いに直列接続された容量素子Ｃｊｋ１〜ｎおよびスイッチＳＷ−Ｃｊｋ１〜ｎが、並列に複数組接続された構成を有している。個々の容量素子Ｃｊｋ１〜ｎは、例えば、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２の総キャパシタンス／（２×ｎ）の重みのキャパシタンス値を有する容量アレイとなる。
【００４２】
図８は、図６に例示する整合回路１２Ｄの回路構成例のうち、可変インダクタンス部Ｌの構成例を示す。可変インダクタンス部Ｌの端子間に、スイッチＳＷ−Ｌ１ｉ〜ｎｉ、誘導素子Ｌ１〜ｎ、およびスイッチＳＷ−Ｌ１ｏ〜ｎｏが直列接続されている。また、互いに隣接する誘導素子Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、〜、Ｌｎ−１とＬｎのうち一方の端子の間は、スイッチＳＷ−Ｌ２ｔ〜ｎｔを介して接続されている。更に、互いに隣接する誘導素子Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、〜、Ｌｎ−１とＬｎのうち、一方の端子と他方の端子との間は、スイッチＳＷ−Ｌ２ｆ〜ｎｆを介して接続されている。各々の誘導素子Ｌ１〜Ｌｎは、スイッチＳＷ−Ｌ１ｉ〜ｎｉ、ＳＷ−Ｌ１ｏ〜ｎｏ、ＳＷ−Ｌ２ｔ〜ｎｔ、ＳＷ−Ｌ２ｆ〜ｎｆに応じて、直列あるいは並列に接続される。例えば、誘導素子Ｌ１とＬ３を直列に接続し使用する場合は、スイッチＳＷ−Ｌ１ｉ、ＳＷ−Ｌ２ｔ、ＳＷ−Ｌ３ｆ、およびＳＷ−Ｌ３ｏを接続し、他のスイッチは開放する。可変インダクタンス部Ｌも可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２と同様に、個々の誘導素子Ｌ１〜Ｌｎは、可変インダクタンス部Ｌの総インダクタンス／２×ｎの重みを有する誘導アレイとすることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
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１４により車両２の送電エリア１への入庫が検知されるまで待機する（ＳＴ２：ＮＯ）。
【００４５】
エリア内検出センサ１４により車両２の入庫が検知された後（ＳＴ２：ＹＥＳ）、高周波電源回路１２Ａは受電装置２０に備えられる受電側アンテナ２１に電流が流れる程度の低電力で電力出力する（ＳＴ４）。
【００４６】
この状態で送電装置１０に備えられているＶＳＷＲ計１２ＢによりＶＳＷＲ値を測定し（ＳＴ６）、受電装置２０にある、受電側アンテナ２１から充電回路２２Ｃへの電力経路が形成された時のＶＳＷＲ値、即ち給電規定値と比較する。計測されたＶＳＷＲ値が給電規定値より低い値を取るとき給電処理を行う処理に移行する（ＳＴ８：ＹＥＳ）。
【００４７】
ＶＳＷＲ測定結果が給電規定値より高い値であり給電処理へ移行しない場合には（ＳＴ８：ＮＯ）、ＶＳＷＲ値の測定時間を計測する（ＳＴ１０）。計測時間が所定時間に満たない場合には処理(ＳＴ６)に戻りＶＳＷＲ値の計測を繰り返す（ＳＴ１０：ＮＯ）。所定時間が経過した場合（ＳＴ１０：ＹＥＳ）には、受電装置２０は充電しないものと判断し電力送出を停止し（ＳＴ１２）この動作フローを終了する（ＳＴ３６）。
【００４８】
尚、この間、送電装置１０に備えられている切替回路１２Ｃは、ＶＳＷＲ計１２Ｂと整合回路１２Ｄとを接続する構成、あるいは整合回路１２ＤをバイパスしてＶＳＷＲ計１２Ｂと送電側アンテナ１１とを接続する構成、の何れの構成でも良い。
【００４９】
給電処理へ移行すると（ＳＴ８：ＹＥＳ）、受電装置２０の処理フロー（図１０）において後述するように切替回路２２Ａは、受電側アンテナ２１が整合回路２２Ｂを介し充電回路２２Ｃに接続されたこと（図１０の処理（ＳＲ４）を検出した後、再度ＶＳＷＲ値を計測し（ＳＴ１４）、その後、一端、電力送出を停止する（ＳＴ１６）。電力送出の停止期間に、系全体のインピーダンステーブル４２（図５）より計測されたＶＳＷＲ値に対応する系全体のインピーダンス値を取得する（ＳＴ１８）。
【００５０】
ここで、図２のスミスチャートに曲線３０、３１として例示するように、系全体のインピーダンス値の特性曲線は、アンテナ間の中心軸の軸ずれ量をパラメータとして得られる。また、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との間隔ごとに固有の特性曲線が得られる。アンテナ間の間隔が異なれば系全体のインピーダンス値が異なり、更に、アンテナ間の中心軸の軸ずれ量に応じて系全体のインピーダンス値が異なるためである。図２のスミスチャートでの例示では、特性曲線ごとに同じＶＳＷＲ値を有するインピーダンス値は１つまたは２つ存在することがわかる。このことから、図５にある系全体のインピーダンステーブル４２は、アンテナ間の間隔、すなわち系全体のインピーダンス値の特性曲線（曲線３０、３１）ごとに用意され、ＶＳＷＲ値と系全体のインピーダンス値とを関連づける。インピーダンス値の特性曲線に応じて同じＶＳＷＲ値に対して２つの異なるインピーダンス値が関連付けられる場合がある。更に、アンテナ間の間隔が異なる系全体のインピーダンステーブル４２間においても、インピーダンス値の特性曲線によっては同じＶＳＷＲ値に対して各々の系全体のインピーダンステーブル４２でインピーダンス値が関連付けられる場合がある。１つの系全体のインピーダンステーブル４２において、あるいは複数の系全体のインピーダンステーブル４２も含めて、計測されるＶＳＷＲ値に対して複数のインピーダンス値が得られる場合がある。
【００５１】
系全体のインピーダンステーブル４２が１つである場合、系全体のインピーダンステーブル４２内に処理（ＳＴ１４）で測定されたＶＳＷＲ値に対するインピーダンス候補が１つ存在する場合は（ＳＷＲ２〜ＳＷＲｎの場合）、そのインピーダンス値（Ｚ２〜Ｚｎ）を取得する（ＳＴ１８）。１つの系全体のインピーダンステーブル４２において同じＶＳＷＲ値に対して複数のインピーダンス候補がある場合（ＳＷＲ１の場合）、複数の候補（Ｚ１１およびＺ１２）の中から予め定められた条件に応じて系全体のインピーダンス値を取得する（ＳＴ１８）。例えば、系全体のインピーダンステーブル４２の格納順に取得するという条件が設定されている場合にはインピーダンス値（Ｚ１１）が取得される。系全体のインピーダンステーブル４２が複数ある場合、複数の系全体のインピーダンステーブル４２から予め定められた条件に応じて１つの系全体のインピーダンステーブル４２を選択する。系全体のインピーダンステーブル４２が選択された後は、上記と同様に、系全体のインピーダンステーブル４２内の同じＶＳＷＲ値に対するインピーダンス値の数に応じてインピーダンス値の取得を行う（ＳＴ１８）。インピーダンス値が取得されたら、整合定数設定器４３に系全体のインピーダンス値を入力し、入力されたインピーダンス値に対応した整合回路１２Ｄの設定値を整合値として取得する（ＳＴ２０）。ここで、設定値とは、整合回路１２Ｄを構成するインダクダンス部とキャパシタンス部との素子パラメータの組み合わせである。なお、本実施形態では、インピーダンステーブル４２を用いてＶＳＷＲ値に対する入力されたインピーダンスの際の整合回路１２Ｄの整合値を取得したが、インピーダンステーブル４２に相当する関数を用いて整合回路１２Ｄの整合値を演算して取得しても良い。
【００５２】
処理（ＳＴ２０）にて取得された整合値を整合回路１２Ｄ入力し、整合回路１２Ｄ内部のリアクタンス部を設定する。そして、切替回路１２Ｃに整合回路１２Ｄと高周波電源回路１２Ａとを接続するよう指令し（ＳＴ２２）、低電力で送電を開始し（ＳＴ２４）、再度ＶＳＷＲ値を計測する（ＳＴ２６）。
【００５３】
計測されたＶＳＷＲ値が改善されたか否か整合規定値をもって判断し（ＳＴ２８）測定されたＶＳＷＲ値が整合規定値以下のとき、系全体のインピーダンスが整合されたとする。ＶＳＷＲ値が改善されたと判断される場合は（ＳＴ２８：ＹＥＳ）処理（ＳＴ３０）に進む。
【００５４】
計測されるＶＳＷＲ値が改善されたと判断されない場合（ＳＴ２８：ＮＯ）、送電を停止し（ＳＴ１６）、系全体のインピーダンステーブル４２から、先ほど参照したテーブル４２にある同じＶＳＷＲ値を採る次のインピーダンス値を取得する、テーブル４２に同じＶＳＷＲ値を有する次のインピーダンス値がない場合には次のテーブル４２から同じＶＳＷＲ値を採るインピーダンス値を取得する（ＳＴ１８）。その後は処理（ＳＴ２０）に移行し先ほどと同様な処理を繰り返す。整合回路１２Ｄの設定値を新たに取得された整合値に変更した上で（ＳＴ２２）低電力で送電を行い（ＳＴ２４）、ＶＳＷＲ値を測定してＶＳＷＲ値が改善するか否かを判断する（ＳＴ２８）。
【００５５】
以上の処理を測定されるＶＳＷＲ値が改善されるまで繰り返す。処理（ＳＴ１４）で測定したＶＳＷＲ値から得られる整合回路１２Ｄの設定値をすべて試した結果、測定されるＶＳＷＲ値が整合規定値以下になる場合が見つからなかった場合は、整合規定値を引き上げ、再度上記の処理を行う（ＳＴ１６〜ＳＴ２８）。
【００５６】
計測されるＶＳＷＲ値が改善されることが確認されたら（ＳＴ２８：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（ＳＴ３０）。これにより、電力送電が開始され、充電回路２２Ｃへの充電が行われる。
【００５７】
受電装置２０は、充電が終わると受電側アンテナ２１を開ループ状態にする。これにより、送電装置１０のＶＳＷＲ計１２Ｂにより計測されるＶＳＷＲ値が変化することで、受電装置２０の充電完了が検出され、送電装置１０は充電終了を検知する（ＳＴ３２：ＹＥＳ）。充電終了を検知した送電装置１０の制御回路１３は高周波電源回路１２Ａの出力を停止させる（ＳＴ３４）。送電装置１０は動作を終了する（ＳＴ３６）。
【００５８】
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は、車両２に搭載されるパーキング信号検出センサ２４から出力されるパーキング信号の検出待ちの状態で待機する（ＳＲ２：ＮＯ）。
【００５９】
パーキング信号が制御回路２３に出力されると（ＳＲ２：ＹＥＳ）、受電装置２０の切替回路２２Ａは受電側アンテナ２１を閉ループ状態に接続する（ＳＲ４）。
【００６０】
しかる後、制御回路２３は給電信号検出センサ２５から車両２のリモコンキーなどから運転者が指令することなどにより伝達される給電信号が入力されるか否かを検出する（ＳＲ６）。
【００６１】
所定時間の経過を待っても給電指令が検出されない場合（ＳＲ６：ＮＯ）、受電アンテナ２１を開ループ状態となるよう切替回路２２Ａを制御し（ＳＲ１４）、動作を終了する（ＳＲ１６）。
【００６２】
所定時間の経過までに給電指令が検出されると（ＳＲ６：ＹＥＳ）、制御回路２３は受電側アンテナ２１と整合回路２２Ｂとが接続されるように切替回路２２Ａを制御し、充電回路２２Ｃへの電力経路を形成する（ＳＲ８）。
【００６３】
受電側アンテナ２１に接続された充電回路２２Ｃは、バッテリーの充電を開始する（ＳＲ１０）。バッテリーの充電が終了するまで充電状態が保持される（ＳＲ１２：ＮＯ）。バッテリーの充電が終了すると（ＳＲ１２：ＹＥＳ）、制御回路２３は切替回路２２Ａを制御し、受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｄとの接続を切断した上で、受電側アンテナ２１を開ループ状態にする（ＳＲ１４）。受電装置２０は動作を終了する（ＳＲ１６）。
【００６４】
ここで、本実施形態において、高周波電源回路１２Ａは交流電力ドライバの一例であり、ＶＳＷＲ計１２Ｂは反射特性を検出する検出回路の一例である。
【００６５】
以上、詳細に説明したように、実施形態によれば、送電装置１０から送電を行う前に、伝送線路の反射特性の検出をＶＳＷＲ計１２Ｂによって行い、計測された反射特性に対応する伝送線路のインピーダンス候補を比較器４１を用い系全体のインピーダンステーブル４２から予め定められた順序で求める。整合定数設定器４３に先ほど求めた伝送線路のインピーダンス候補を入力し、入力した伝送線路のインピーダンス候補に対応した設定値を整合回路１２Ｄへ出力する。整合回路１２Ｄは入力された設定値に対応したインピーダンスの調整を行うことにより伝送線路のインピーダンスが整合される。これにより、非接触送電において電力伝送効率を改善にすることができる。
【００６６】
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。
たとえば、電気エネルギーを動力源として利用する機器として、本願の実施形態では車両２を例にして説明したが、本願はこれに限定されるものではない。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。さらに、蓄電装置を使用せず、非接触送電だけで稼働させることも可能である。
【００６７】
また、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ１２との間の間隔およびアンテナ間の中心軸の軸ずれにより、送電側および受電側を含む系全体のインピーダンスが異なることを実施形態において述べた。しかしながら、系全体のインピーダンスの相違はこれに限定されるものではない。例えば、外気の温度や湿度が異なることに伴い外気の誘電率が異なることにより、系全体のインピーダンスが異なる場合が考えられる。
【００６８】
このことから、外気の誘電率変化に影響を及ぼす温度や湿度等に対応したＶＳＷＲ値と系全体のインピーダンス値とを関連付けることも可能である。この場合、外気の温度および湿度ごとに系全体のインピーダンステーブルを用意し使用する際、外気の温度および湿度を計測する手段を備え、計測することによりあらかじめ参照するデータを絞り込むことができる。
【００６９】
反射特性を検出する検出回路は、本願の実施例におけるＶＳＷＲ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も構わない。
【００７０】
図６には、整合回路１２Ｄが可変コンデンサ部Ｃ１１〜Ｃ２２と可変インダクタンス部Ｌとを備える場合を一例として示したが、各部の個数および構成はこれに限定されるものではない。さらに、図７および図８は、それぞれ可変コンデンサ部Ｃ１１〜Ｃ２１および可変インダクタンス部Ｌの具体例であるが、キャパシタンス及びインダクタンスの値を設定可能な構成であれば、図７および図８の構成に限定されるものではなく他の回路構成であってもよい。
【００７１】
整合回路１２Ｄは、外部制御によりリアクタンス成分を変えることにより系全体のインピーダンス整合を採る構成である。同様な構成は、整合回路１２Ｄに代えて受電装置２０にある整合回路２２Ｂに置き換えることも可能である。この場合、送電装置１０でＶＳＷＲ計１２Ｂを用いＶＳＷＲ値を計測し、受電装置２０の整合回路２２Ｂのリアクタンス成分を設定する。送電装置１０にＶＳＷＲ計１２Ａを設ける場合、送電装置１０から受電装置２０のへ、整合回路２２Ｂのインピーダンスを設定するために必要な情報を伝達する手段を用意する。尚、ＶＳＷＲ計は受電回路２０に設けることも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
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 高周波電源回路
１２Ｂ 定在波比（ＶＳＷＲ）計
１２Ｃ 切替回路
１２Ｄ 整合回路
１４ 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 切替回路
２２Ｂ 整合回路
２２Ｃ 充電回路
２４ パーキング信号検出センサ
２５ 給電信号検出センサ
３０ アンテナ間の間隔が第１の距離である特性曲線
３１ アンテナ間の間隔が第２の距離である特性曲線
３２ ＶＳＷＲ円
３３Ａ 曲線３１との交点
３３Ｂ 曲線３１との交点
３３Ｃ 曲線３０との接点
４０ 整合定数設定回路
４１ 比較器
４２ 系全体のインピーダンステーブル
４３ 整合定数設定器
【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。
【０００４】
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おり、その一例が特許文献１で挙げられている。
【０００５】
特許文献１では、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。
【０００６】
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】
【０００７】
【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】
【０００８】
【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-radiative mid-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】
【０００９】
非接触給電では、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係がずれた場合や、外気の温度や湿度が変化した場合などに伝送効率が低下するおそれがある。こうした現象にどのように対処し、高い伝送効率を維持するかが非接触給電システムの課題となる。
【００１０】
背景技術の特許文献２では電力送電部（共振器；アンテナ）に関する技術が開示されているものの、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係がずれた場合や外気の温度・湿度の変化などによる伝送効率の低下現象に対してどのような制御を行うかに関する技術は開示されていない。
また、背景技術の特許文献１では実施形態２において、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係がずれた場合に対処する方法として、二次自己共振コイルの容量成分または誘導成分を調整し共振周波数を制御する技術が開示されている。
然しながら、二次自己共振コイルの容量成分または誘導成分を調整し共振周波数を変化させる方法では、二次自己共振コイル自体の固有共振周波数が変化する為、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルとの共振周波数が更に変化することになり、効率的に送電を行うことが極めて困難になる。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みて、送電アンテナと受電アンテナとの相対位置関係により変動するインピーダンスを電圧定在波比（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ、以下、ＶＳＷＲと略記する）の計測より推定し、推定されたインピーダンスを所定のインピーダンスに変換することにより最適な伝送効率を得る為の技術を開示するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、電磁気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気的結合により送電する送電側アンテナと、電源から受ける電力を送電側アンテナから受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、交流電力を送電する伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、伝送線路に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、検出回路により検出される反射特性に基づいて伝送線路のインピーダンスが整合するように整合回路のインピーダンスを調整する制御回路とを備える。
【００１３】
本願に開示の非接触送電システムでは、交流電力ドライバが電源から受ける電力を送電可能な交流電力に変換して送電側アンテナに供給する。送電する送電側アンテナは受電側アンテナと電磁気的に結合して、非接触状態で、電気エネルギーを動力源として利用する機器に送電される。交流電力を送電する伝送線路のインピーダンスは、検出回路により検出される伝送線路の反射特性に基づいて、伝送線路に設けられる整合回路のインピーダンスを調整することにより整合される。これらの調整は制御回路により調整される
【００１４】
また、本願に開示される技術に係るインピーダンスの調整方法は、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に当り、伝送線路のインピーダンスを整合させる整合回路のインピーダンスを調整する方法である。
給電指令に対して、伝送線路において整合回路をバイパスするステップと、給電時の電力に比して低電力を出力するステップと、低電力出力状態で伝送線路の反射特性を計測するステップと、電力出力を停止するステップと、計測のステップにより計測される反射特性に対応して伝送線路のインピーダンスを整合させるインピーダンス候補から予め定められた順序で整合回路のインピーダンスを選択するステップと、選択のステップによる選択の後、低電力出力を再開するステップと、再開された低電力出力状態で伝送線路の反射特性を再計測するステップと、再計測のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、改善されていないと判断される場合に、再度、出力停止のステップに戻ることにより行われる。
【発明の効果】
【００１５】
本願に開示される技術に係る非接触送電システム、および整合回路のインピーダンスの調整方法によれば、送電に先立ち伝送線路の反射特性の検出を行い、計測された反射特性に対応して整合回路のインピーダンスを調整する。整合回路のインピーダンスの調整により伝送線路のインピーダンスが調整される。伝送線路のインピーダンスと反射特性とは所定の関係を有しているので、反射特性に基づいて伝送線路のインピーダンスを整合された状態とすることができる。これにより、非接触送電において電力伝送効率を改善にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】非接触送電システムを示す図である。
【図２】送電側アンテナと受電側アンテナとの相対位置関係に応じた系全体のインピーダンスの変化例を表すスミスチャートの概略図である。
【図３】送電装置の回路ブロック図である。
【図４】受電装置の回路ブロック図である。
【図５】整合定数設定回路を示す図である。
【図６】整合回路構成例を示す図である。
【図７】可変キャパシタンス部の構成例を示す図である。
【図８】可変インダクタンス部の構成例を示す図である。
【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】受電側アンテナの出力切替状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。なお、電磁的結合は、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１の磁場の共鳴（共鳴法）により行われる。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。
【００１９】
送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との間隔は、送電側アンテナ１１の設置位置が同じであっても車両２の車種ごとに異なる場合がある。車種ごとに車高や受電側アンテナ２１の車両２への取付位置が異なるからである。送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との間隔が異なると送電側アンテナ１１と受電側アンテナ１２との間の相互インダクタンス等のインダクタンス成分が異なる。また、キャパシタンス成分も異なることが考えられ、アンテナ間の間隔に応じて送電側および受電側を含む系全体のインピーダンスが異なる。また、車両２が送電エリア１に入庫する場合、入庫位置に応じて送電側アンテナ１１に対する受電側アンテナ２１の相対位置は異なる。アンテナ間の間隔の違いの場合と同様に、相互インダクタンス等のインダクタンス成分やキャパシタンス成分も異なることが考えられる。アンテナ間の中心軸の軸ずれに応じて送電側および受電側を含む系全体のインピーダンスが異なる。
ここで、間隔とは、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａと送電側アンテナ２１の結合面２１Ａとの距離であり、軸ずれとは送電側アンテナ１１と送電側アンテナ２１との中心軸のずれ量である。
【００２０】
また、送電装置１０の送電部１２に備えられる交流電力ドライバより送電側アンテナ１１に供給される交流電力の所定周波数とは、送電側アンテナ１１、及び受電側アンテナ２１の各々に固有な共振周波数を示す。送電側アンテナ１１、及び受電側アンテナ２１の共振周波数は概略同一の共振周波数を有する構成であるものとする。
【００２１】
図２は送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との相対位置関係に応じた系全体のインピーダンスの変化例を表すスミスチャートである。曲線３０は、アンテナ間の間隔が第１の距離である場合の特性曲線である。送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１とのアンテナ中心軸の軸ずれの変化に対応するインピーダンス値の変化例を表す。曲線３１は、アンテナ間の間隔が第１の距離と異なる第２の距離である場合の特性曲線である。
但し、図２のスミスチャートは実測した系全体のインピーダンス値を正規化のインピーダンス（例えば、７５Ω）で正規化した値をプロットしたものである。スミスチャートの中心（「１」と表記）が正規化されたインピーダンス値の点である。
【００２２】
例として、図２のスミスチャートに、ＶＳＷＲ値が所定の値であるＶＳＷＲ円３２を描く。このＶＳＷＲ円３２は、正規化のインピーダンス値（ＶＳＷＲ値が１．０である）を中心にとり、半径の大きさがＶＳＷＲ値を表す。図２において、ＶＳＷＲ円３２と曲線３０において点３３Ｃの１点で接し、曲線３１において点３３Ａ、点３３Ｂの２点で交わっている。点３３Ａ、点３３Ｂ、および点３３Ｃはそれぞれ系のインピーダンス値を表す。つまり、曲線３１の場合では、所定のＶＳＷＲ値を取る系全体のインピーダンス値が２つあり、曲線３０の場合では、所定のＶＳＷＲ値を取る系全体のインピーダンス値が１つあることを示す。
【００２３】
図３は送電装置１０の回路ブロック図である。制御回路１３、高周波電源回路１２Ａ、ＶＳＷＲ計１２Ｂ、切替回路１２Ｃ、整合回路１２Ｄ、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１４を備える。
【００２４】
制御回路１３は、ＶＳＷＲ計１２Ｂおよびエリア内検出センサ１４から受信した信号をもとに、高周波電源回路１２Ａ、切替回路１２Ｃ、整合回路１２Ｄを制御する。
【００２５】
高周波電源回路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、ＶＳＷＲ計１２Ｂおよび整合回路１２Ｄを通じて送電側アンテナ１１に交流電力を供給する。
【００２６】
ＶＳＷＲ計１２Ｂは、高周波電源回路１２Ａから送電側アンテナ１１へと送られる交流電力が系全体を通して反射して形成される定在波の程度についての指標であるＶＳＷＲ値を計測し、制御回路１３に結果を送信する。
【００２７】
切替回路１２Ｃは、制御回路１３からの制御により、整合回路１２ＤをＶＳＷＲ計１２Ｂと送電側アンテナ１１との間に接続するか、それとも整合回路１２Ｄをバイパスさせるかを切り替える。
【００２８】
整合回路１２Ｄは、高周波電源回路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、系全体のインピーダンス整合をとる。
【００２９】
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との間で電磁気的に結合され、受電側アンテナ２１へ電力を送電する。
【００３０】
エリア内センサ１４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。
【００３１】
図４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、受電側アンテナ２１、切替回路２２Ａ、整合回路２２Ｂ、パーキング信号検出センサ２４、給電信号検出センサ２５、および充電回路２２Ｃを備える。
【００３２】
制御回路２３は、パーキング信号検出センサ２４および給電信号検出センサ２５から受信した信号をもとに、切替回路２２Ａおよび充電回路２２Ｃを制御する。
切替回路２２Ａ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の（閉ループ：図１１（ａ）の状態）にするか、受電側アンテナ２１を整合装置２２Ｂを介して充電回路２２Ｃに接続するか（図１１（ｂ）の状態）、受電側アンテナ２１の出力点を開放（開ループ：図１１（ｃ）の状態）にするかを切替える。
【００３３】
整合回路２２Ｂ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充電回路２２Ｃへと供給されるように、受電側アンテナ２１から整合回路２２Ｂに至る系のインピーダンス整合をとる。
【００３４】
充電回路２２Ｃは、受電側アンテナ２１に受電され整合回路２２Ｂを介して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する整流平滑回路、およびリチウムイオンまたは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。
【００３５】
受電側アンテナ２１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、送電側アンテナ１１との間で電磁気的に結合され、送電側アンテナ１１より交流電力を受電する。
【００３６】
図５は、送電装置１０の制御回路１３内部にある整合定数設定回路４０の一例である。比較器４１、系全体のインピーダンステーブル４２、および整合定数設定器４３を備える。
【００３７】
比較器４１は、ＶＳＷＲ計１２Ｂにより測定されるＶＳＷＲ値を系全体のインピーダンステーブル４２のアドレスにあたるＶＳＷＲ値と比較し、一致したアドレスに格納されている系全体のインピーダンス値を取得する。この場合、切替回路１２Ｃは、整合回路１２Ｄをバイパスするように回路が切り替えられている。これにより、ＶＳＷＲ計１２Ｂは、整合回路１２Ｄが有するインピーダンス成分を除いた系全体のインピーダンスに対してＶＳＲＷ値を取得することができる。
【００３８】
系全体のインピーダンステーブル４２に格納されている系全体のインピーダンス値は、整合回路１２Ｄをバイパスした系に対して計測したＶＳＷＲ値ごとに、保存されている。この場合、図２に例示するように、整合回路１２Ｄをバイパスした系全体について取得されるＶＳＷＲ値は、系に応じて１つまたは２つの場合がある。図２において、曲線３０については点３３Ｃの１点であり、曲線３１については点３３Ａ、３３Ｂの２点である。曲線３１における異なる点３３Ａ、３３Ｂは、系全体のインピーダンスに関し、ＶＳＲＷ値が同じであるものの互いにリアクタンス成分が異なる。曲線３１の点３３Ａ、３３Ｂに対応して、系全体のインピーダンステーブル４２に、同じＶＳＷＲ値に対して互いに異なる系全体のインピーダンス値が格納される。図５においては、ＶＳＷＲ値がＶＳＷＲ１の場合に２つのインピーダンス値Ｚ１１、Ｚ１２が格納される場合である。
【００３９】
整合定数設定器４３では、系全体のインピーダンステーブル４２に格納されている系全体のインピーダンス値に対して、図６〜８において後述の整合回路１２Ｄを構成する回路素子ごとの設定値を取得する。ここで、整合回路１２Ｄが構成する整合インピーダンスはリアクタンス成分である。リアクタンス成分はインダクタンス成分とキャパシタンス成分とにより構成されるため、設定値として、図６〜８に例示される回路におけるインダクタンス成分とキャパシタンス成分とが決定される。
【００４０】
図６は、整合回路１２Ｄの整合回路構成例を示す。整合回路１２Ｄは可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２と可変インダクタンス部Ｌを備える。可変インダクタンス部Ｌは系全体のインピーダンスに対し並列に接続され、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２は可変インダクタンス部Ｌの端子ごとに端子を挟んで直列に２つ接続される。
【００４１】
図７は、図６に例示する整合回路１２Ｄの回路構成例のうち、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２の構成例を示す。ここでは、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２は何れも同じ構成を有しているものとする。互いに直列接続された容量素子Ｃｊｋ１〜ｎおよびスイッチＳＷ−Ｃｊｋ１〜ｎが、並列に複数組接続された構成を有している。個々の容量素子Ｃｊｋ１〜ｎは、例えば、可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２の総キャパシタンス／（２×ｎ）の重みのキャパシタンス値を有する容量アレイとなる。
【００４２】
図８は、図６に例示する整合回路１２Ｄの回路構成例のうち、可変インダクタンス部Ｌの構成例を示す。可変インダクタンス部Ｌの端子間に、スイッチＳＷ−Ｌ１ｉ〜ｎｉ、誘導素子Ｌ１〜ｎ、およびスイッチＳＷ−Ｌ１ｏ〜ｎｏが直列接続されている。また、互いに隣接する誘導素子Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、〜、Ｌｎ−１とＬｎのうち一方の端子の間は、スイッチＳＷ−Ｌ２ｔ〜ｎｔを介して接続されている。更に、互いに隣接する誘導素子Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、〜、Ｌｎ−１とＬｎのうち、一方の端子と他方の端子との間は、スイッチＳＷ−Ｌ２ｆ〜ｎｆを介して接続されている。各々の誘導素子Ｌ１〜Ｌｎは、スイッチＳＷ−Ｌ１ｉ〜ｎｉ、ＳＷ−Ｌ１ｏ〜ｎｏ、ＳＷ−Ｌ２ｔ〜ｎｔ、ＳＷ−Ｌ２ｆ〜ｎｆに応じて、直列あるいは並列に接続される。例えば、誘導素子Ｌ１とＬ３を直列に接続し使用する場合は、スイッチＳＷ−Ｌ１ｉ、ＳＷ−Ｌ２ｔ、ＳＷ−Ｌ３ｆ、およびＳＷ−Ｌ３ｏを接続し、他のスイッチは開放する。可変インダクタンス部Ｌも可変キャパシタンス部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、およびＣ２２と同様に、個々の誘導素子Ｌ１〜Ｌｎは、可変インダクタンス部Ｌの総インダクタンス／２×ｎの重みを有する誘導アレイとすることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
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１４により車両２の送電エリア１への入庫が検知されるまで待機する（ＳＴ２：ＮＯ）。
【００４５】
エリア内検出センサ１４により車両２の入庫が検知された後（ＳＴ２：ＹＥＳ）、高周波電源回路１２Ａは受電装置２０に備えられる受電側アンテナ２１に電流が流れる程度の低電力で電力出力する（ＳＴ４）。
【００４６】
この状態で送電装置１０に備えられているＶＳＷＲ計１２ＢによりＶＳＷＲ値を測定し（ＳＴ６）、受電装置２０にある、受電側アンテナ２１から充電回路２２Ｃへの電力経路が形成された時のＶＳＷＲ値、即ち給電規定値と比較する。計測されたＶＳＷＲ値が給電規定値より低い値を取るとき給電処理を行う処理に移行する（ＳＴ８：ＹＥＳ）。
【００４７】
ＶＳＷＲ測定結果が給電規定値より高い値であり給電処理へ移行しない場合には（ＳＴ８：ＮＯ）、ＶＳＷＲ値の測定時間を計測する（ＳＴ１０）。計測時間が所定時間に満たない場合には処理(ＳＴ６)に戻りＶＳＷＲ値の計測を繰り返す（ＳＴ１０：ＮＯ）。所定時間が経過した場合（ＳＴ１０：ＹＥＳ）には、受電装置２０は充電しないものと判断し電力送出を停止し（ＳＴ１２）この動作フローを終了する（ＳＴ３６）。
【００４８】
尚、この間、送電装置１０に備えられている切替回路１２Ｃは、ＶＳＷＲ計１２Ｂと整合回路１２Ｄとを接続する構成、あるいは整合回路１２ＤをバイパスしてＶＳＷＲ計１２Ｂと送電側アンテナ１１とを接続する構成、の何れの構成でも良い。
【００４９】
給電処理へ移行すると（ＳＴ８：ＹＥＳ）、受電装置２０の処理フロー（図１０）において後述するように切替回路２２Ａは、受電側アンテナ２１が整合回路２２Ｂを介し充電回路２２Ｃに接続されたこと（図１０の処理（ＳＲ４）を検出した後、再度ＶＳＷＲ値を計測し（ＳＴ１４）、その後、一端、電力送出を停止する（ＳＴ１６）。電力送出の停止期間に、系全体のインピーダンステーブル４２（図５）より計測されたＶＳＷＲ値に対応する系全体のインピーダンス値を取得する（ＳＴ１８）。
【００５０】
ここで、図２のスミスチャートに曲線３０、３１として例示するように、系全体のインピーダンス値の特性曲線は、アンテナ間の中心軸の軸ずれ量をパラメータとして得られる。また、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との間隔ごとに固有の特性曲線が得られる。アンテナ間の間隔が異なれば系全体のインピーダンス値が異なり、更に、アンテナ間の中心軸の軸ずれ量に応じて系全体のインピーダンス値が異なるためである。図２のスミスチャートでの例示では、特性曲線ごとに同じＶＳＷＲ値を有するインピーダンス値は１つまたは２つ存在することがわかる。このことから、図５にある系全体のインピーダンステーブル４２は、アンテナ間の間隔、すなわち系全体のインピーダンス値の特性曲線（曲線３０、３１）ごとに用意され、ＶＳＷＲ値と系全体のインピーダンス値とを関連づける。インピーダンス値の特性曲線に応じて同じＶＳＷＲ値に対して２つの異なるインピーダンス値が関連付けられる場合がある。更に、アンテナ間の間隔が異なる系全体のインピーダンステーブル４２間においても、インピーダンス値の特性曲線によっては同じＶＳＷＲ値に対して各々の系全体のインピーダンステーブル４２でインピーダンス値が関連付けられる場合がある。１つの系全体のインピーダンステーブル４２において、あるいは複数の系全体のインピーダンステーブル４２も含めて、計測されるＶＳＷＲ値に対して複数のインピーダンス値が得られる場合がある。
【００５１】
系全体のインピーダンステーブル４２が１つである場合、系全体のインピーダンステーブル４２内に処理（ＳＴ１４）で測定されたＶＳＷＲ値に対するインピーダンス候補が１つ存在する場合は（ＳＷＲ２〜ＳＷＲｎの場合）、そのインピーダンス値（Ｚ２〜Ｚｎ）を取得する（ＳＴ１８）。１つの系全体のインピーダンステーブル４２において同じＶＳＷＲ値に対して複数のインピーダンス候補がある場合（ＳＷＲ１の場合）、複数の候補（Ｚ１１およびＺ１２）の中から予め定められた条件に応じて系全体のインピーダンス値を取得する（ＳＴ１８）。例えば、系全体のインピーダンステーブル４２の格納順に取得するという条件が設定されている場合にはインピーダンス値（Ｚ１１）が取得される。系全体のインピーダンステーブル４２が複数ある場合、複数の系全体のインピーダンステーブル４２から予め定められた条件に応じて１つの系全体のインピーダンステーブル４２を選択する。系全体のインピーダンステーブル４２が選択された後は、上記と同様に、系全体のインピーダンステーブル４２内の同じＶＳＷＲ値に対するインピーダンス値の数に応じてインピーダンス値の取得を行う（ＳＴ１８）。インピーダンス値が取得されたら、整合定数設定器４３に系全体のインピーダンス値を入力し、入力されたインピーダンス値に対応した整合回路１２Ｄの設定値を整合値として取得する（ＳＴ２０）。ここで、設定値とは、整合回路１２Ｄを構成するインダクダンス部とキャパシタンス部との素子パラメータの組み合わせである。なお、本実施形態では、インピーダンステーブル４２を用いてＶＳＷＲ値に対する入力されたインピーダンスの際の整合回路１２Ｄの整合値を取得したが、インピーダンステーブル４２に相当する関数を用いて整合回路１２Ｄの整合値を演算して取得しても良い。
【００５２】
処理（ＳＴ２０）にて取得された整合値を整合回路１２Ｄ入力し、整合回路１２Ｄ内部のリアクタンス部を設定する。そして、切替回路１２Ｃに整合回路１２Ｄと高周波電源回路１２Ａとを接続するよう指令し（ＳＴ２２）、低電力で送電を開始し（ＳＴ２４）、再度ＶＳＷＲ値を計測する（ＳＴ２６）。
【００５３】
計測されたＶＳＷＲ値が改善されたか否か整合規定値をもって判断し（ＳＴ２８）測定されたＶＳＷＲ値が整合規定値以下のとき、系全体のインピーダンスが整合されたとする。ＶＳＷＲ値が改善されたと判断される場合は（ＳＴ２８：ＹＥＳ）処理（ＳＴ３０）に進む。
【００５４】
計測されるＶＳＷＲ値が改善されたと判断されない場合（ＳＴ２８：ＮＯ）、送電を停止し（ＳＴ１６）、系全体のインピーダンステーブル４２から、先ほど参照したテーブル４２にある同じＶＳＷＲ値を採る次のインピーダンス値を取得する、テーブル４２に同じＶＳＷＲ値を有する次のインピーダンス値がない場合には次のテーブル４２から同じＶＳＷＲ値を採るインピーダンス値を取得する（ＳＴ１８）。その後は処理（ＳＴ２０）に移行し先ほどと同様な処理を繰り返す。整合回路１２Ｄの設定値を新たに取得された整合値に変更した上で（ＳＴ２２）低電力で送電を行い（ＳＴ２４）、ＶＳＷＲ値を測定してＶＳＷＲ値が改善するか否かを判断する（ＳＴ２８）。
【００５５】
以上の処理を測定されるＶＳＷＲ値が改善されるまで繰り返す。処理（ＳＴ１４）で測定したＶＳＷＲ値から得られる整合回路１２Ｄの設定値をすべて試した結果、測定されるＶＳＷＲ値が整合規定値以下になる場合が見つからなかった場合は、整合規定値を引き上げ、再度上記の処理を行う（ＳＴ１６〜ＳＴ２８）。
【００５６】
計測されるＶＳＷＲ値が改善されることが確認されたら（ＳＴ２８：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（ＳＴ３０）。これにより、電力送電が開始され、充電回路２２Ｃへの充電が行われる。
【００５７】
受電装置２０は、充電が終わると受電側アンテナ２１を開ループ状態にする。これにより、送電装置１０のＶＳＷＲ計１２Ｂにより計測されるＶＳＷＲ値が変化することで、受電装置２０の充電完了が検出され、送電装置１０は充電終了を検知する（ＳＴ３２：ＹＥＳ）。充電終了を検知した送電装置１０の制御回路１３は高周波電源回路１２Ａの出力を停止させる（ＳＴ３４）。送電装置１０は動作を終了する（ＳＴ３６）。
【００５８】
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は、車両２に搭載されるパーキング信号検出センサ２４から出力されるパーキング信号の検出待ちの状態で待機する（ＳＲ２：ＮＯ）。
【００５９】
パーキング信号が制御回路２３に出力されると（ＳＲ２：ＹＥＳ）、受電装置２０の切替回路２２Ａは受電側アンテナ２１を閉ループ状態に接続する（ＳＲ４）。
【００６０】
しかる後、制御回路２３は給電信号検出センサ２５から車両２のリモコンキーなどから運転者が指令することなどにより伝達される給電信号が入力されるか否かを検出する（ＳＲ６）。
【００６１】
所定時間の経過を待っても給電指令が検出されない場合（ＳＲ６：ＮＯ）、受電アンテナ２１を開ループ状態となるよう切替回路２２Ａを制御し（ＳＲ１４）、動作を終了する（ＳＲ１６）。
【００６２】
所定時間の経過までに給電指令が検出されると（ＳＲ６：ＹＥＳ）、制御回路２３は受電側アンテナ２１と整合回路２２Ｂとが接続されるように切替回路２２Ａを制御し、充電回路２２Ｃへの電力経路を形成する（ＳＲ８）。
【００６３】
受電側アンテナ２１に接続された充電回路２２Ｃは、バッテリーの充電を開始する（ＳＲ１０）。バッテリーの充電が終了するまで充電状態が保持される（ＳＲ１２：ＮＯ）。バッテリーの充電が終了すると（ＳＲ１２：ＹＥＳ）、制御回路２３は切替回路２２Ａを制御し、受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｄとの接続を切断した上で、受電側アンテナ２１を開ループ状態にする（ＳＲ１４）。受電装置２０は動作を終了する（ＳＲ１６）。
【００６４】
ここで、本実施形態において、高周波電源回路１２Ａは交流電力ドライバの一例であり、ＶＳＷＲ計１２Ｂは反射特性を検出する検出回路の一例である。
【００６５】
以上、詳細に説明したように、実施形態によれば、送電装置１０から送電を行う前に、伝送線路の反射特性の検出をＶＳＷＲ計１２Ｂによって行い、計測された反射特性に対応する伝送線路のインピーダンス候補を比較器４１を用い系全体のインピーダンステーブル４２から予め定められた順序で求める。整合定数設定器４３に先ほど求めた伝送線路のインピーダンス候補を入力し、入力した伝送線路のインピーダンス候補に対応した設定値を整合回路１２Ｄへ出力する。整合回路１２Ｄは入力された設定値に対応したインピーダンスの調整を行うことにより伝送線路のインピーダンスが整合される。これにより、非接触送電において電力伝送効率を改善にすることができる。
【００６６】
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。
たとえば、電気エネルギーを動力源として利用する機器として、本願の実施形態では車両２を例にして説明したが、本願はこれに限定されるものではない。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。さらに、蓄電装置を使用せず、非接触送電だけで稼働させることも可能である。
【００６７】
また、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ１２との間の間隔およびアンテナ間の中心軸の軸ずれにより、送電側および受電側を含む系全体のインピーダンスが異なることを実施形態において述べた。しかしながら、系全体のインピーダンスの相違はこれに限定されるものではない。例えば、外気の温度や湿度が異なることに伴い外気の誘電率が異なることにより、系全体のインピーダンスが異なる場合が考えられる。
【００６８】
このことから、外気の誘電率変化に影響を及ぼす温度や湿度等に対応したＶＳＷＲ値と系全体のインピーダンス値とを関連付けることも可能である。この場合、外気の温度および湿度ごとに系全体のインピーダンステーブルを用意し使用する際、外気の温度および湿度を計測する手段を備え、計測することによりあらかじめ参照するデータを絞り込むことができる。
【００６９】
反射特性を検出する検出回路は、本願の実施例におけるＶＳＷＲ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も構わない。
【００７０】
図６には、整合回路１２Ｄが可変コンデンサ部Ｃ１１〜Ｃ２２と可変インダクタンス部Ｌとを備える場合を一例として示したが、各部の個数および構成はこれに限定されるものではない。さらに、図７および図８は、それぞれ可変コンデンサ部Ｃ１１〜Ｃ２１および可変インダクタンス部Ｌの具体例であるが、キャパシタンス及びインダクタンスの値を設定可能な構成であれば、図７および図８の構成に限定されるものではなく他の回路構成であってもよい。
【００７１】
整合回路１２Ｄは、外部制御によりリアクタンス成分を変えることにより系全体のインピーダンス整合を採る構成である。同様な構成は、整合回路１２Ｄに代えて受電装置２０にある整合回路２２Ｂに置き換えることも可能である。この場合、送電装置１０でＶＳＷＲ計１２Ｂを用いＶＳＷＲ値を計測し、受電装置２０の整合回路２２Ｂのリアクタンス成分を設定する。送電装置１０にＶＳＷＲ計１２Ａを設ける場合、送電装置１０から受電装置２０のへ、整合回路２２Ｂのインピーダンスを設定するために必要な情報を伝達する手段を用意する。尚、ＶＳＷＲ計は受電回路２０に設けることも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
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 高周波電源回路
１２Ｂ 定在波比（ＶＳＷＲ）計
１２Ｃ 切替回路
１２Ｄ 整合回路
１４ 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 切替回路
２２Ｂ 整合回路
２２Ｃ 充電回路
２４ パーキング信号検出センサ
２５ 給電信号検出センサ
３０ アンテナ間の間隔が第１の距離である特性曲線
３１ アンテナ間の間隔が第２の距離である特性曲線
３２ ＶＳＷＲ円
３３Ａ 曲線３１との交点
３３Ｂ 曲線３１との交点
３３Ｃ 曲線３０との接点
４０ 整合定数設定回路
４１ 比較器
４２ 系全体のインピーダンステーブル
４３ 整合定数設定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行う非接触送電システムであって、
前記受電装置は、電磁的結合により受電する受電側アンテナを備え、
前記送電装置は、
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、
電源から受ける電力を、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、
該交流電力ドライバと前記送電側アンテナを接続し、前記交流電力を送電する伝送線路と、
前記伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、
前記伝送線路上に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、
前記検出回路により検出される反射特性に基づいて前記送電装置と前記受電装置を含む系全体のインピーダンスを整合するように前記整合回路のインピーダンスを調整する制御回路とを備えることを特徴とする非接触送電システム。
【請求項２】
前記整合回路のインピーダンス調整の際、前記整合回路をバイパスする経路に前記伝送線路を切り替える切替回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記整合回路がバイパスされた前記伝送線路について前記検出回路により検出される反射特性に対する、前記伝送線路のインピーダンス候補、あるいは該インピーダンス候補の各々に付加して前記伝送線路をインピーダンス整合する前記整合回路のインピーダンス候補、を対応付ける対応付部を備えることを特徴とする請求項２に記載の非接触送電システム。
【請求項４】
前記対応付部は、
前記反射特性と前記インピーダンス候補とを対応付けるテーブルと、
前記検出回路により検出される反射特性に対応するインピーダンス候補を取得するため、該反射特性と前記テーブルに格納されている反射特性とを比較する比較器とを備えることを特徴とする請求項３に記載の非接触送電システム。
【請求項５】
前記テーブルは、前記送電側アンテナと前記受電側アンテナとの対向面の間隔ごとに備えられることを特徴とする請求項４に記載の非接触送電システム。
【請求項６】
前記制御回路は、給電指令に対して、
給電時の電力に比して低電力の出力を前記交流電力ドライバに指令するステップと、
前記低電力出力指示のステップによる前記交流電力ドライバの低電力出力状態で、前記検出回路に反射特性の計測を指示するステップと、
前記計測指示のステップの後、前記交流電力ドライバからの電力出力の停止を指示するステップと、
前記出力停止指示のステップによる前記交流電力ドライバからの電力出力の停止状態で、前記インピーダンス候補から予め定められた順序で前記整合回路のインピーダンスを選択するステップと、
前記選択のステップによる前記整合回路のインピーダンスの選択後、再度、前記交流電力ドライバを低電力で出力指示するステップと、
前記低電力の再出力指示のステップによる前記交流電力ドライバの低電力出力状態で、再度、前記検出回路に反射特性の計測を指示するステップと、
前記計測の再指示のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、
前記改善判断のステップにより改善されていないと判断される場合に、再度、前記出力停止指示のステップに戻るステップとを含む制御を行うことを特徴とする請求項３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】
前記整合回路は、
キャパシタンスの値を変更可能な可変キャパシタンス部と、
インダクタンスの値を変更可能な可変インダクタンス部とを備え、
前記可変キャパシタンス部は、
複数の容量素子と、
前記容量素子の各々を前記伝送線路に接続するか否かを切り替え可能な複数の第１スイッチとを備え、
前記可変インダクタンス部は、
複数の誘導素子と、
前記誘導素子の各々を前記伝送線路に接続するか否かを切り替え可能な複数の第２スイッチとを備え、
前記制御回路は、
前記複数の第１および第２スイッチのうち導通するスイッチを切り替えて、前記整合回路のリアクタンスを調整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８】
前記可変キャパシタンス部は、互いに直列接続された前記容量素子および前記第１スイッチが、並列に複数組接続されていることを特徴とする請求項７に記載の非接触送電システム。
【請求項９】
前記可変インダクタンス部は、前記誘導素子と該誘導素子の両端子に接続される２つの前記第２スイッチとが、並列に複数組接続されると共に、更に、前記第２スイッチが、互いに隣接する前記誘導素子のうち、一方の端子間と一方および他方の端子間とに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の非接触送電システム。
【請求項１０】
電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行う非接触送電装置であって、
前記受電装置に搭載される受電側アンテナに対して電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
電源から受ける電力を、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、
該交流電力ドライバと前記送電側アンテナを接続し、前記交流電力を送電する伝送線路と、
前記伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、
前記伝送線路上に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、
前記検出回路により検出される反射特性に基づいて前記伝送線路のインピーダンスが整合するように前記整合回路のインピーダンスを調整する制御回路とを備えることを特徴とする非接触送電装置
【請求項１１】
電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行うに当り、前記送電装置と前記受電装置を含む系全体のインピーダンスを整合させる整合回路のインピーダンスの調整方法であって、
給電指令に対して、
前記伝送線路において前記整合回路をバイパスするステップと、
給電時の電力に比して低電力を出力するステップと、
低電力出力状態で前記伝送線路の反射特性を計測するステップと、
電力出力を停止するステップと、
前記計測のステップにより計測される反射特性に対応して前記伝送線路のインピーダンスを整合させるインピーダンス候補から前記整合回路のインピーダンスを選択するステップと、
前記選択のステップによる選択の後、低電力出力を再開するステップと、
再開された低電力出力状態で前記伝送線路の反射特性を再計測するステップと、
前記再計測のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、
改善されていないと判断される場合に、再度、前記出力停止のステップに戻ることを特徴とするインピーダンスの調整方法。
【請求項１】
電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行う非接触送電システムであって、
前記受電装置は、電磁的結合により受電する受電側アンテナを備え、
前記送電装置は、
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、
電源から受ける電力を、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、
該交流電力ドライバと前記送電側アンテナを接続し、前記交流電力を送電する伝送線路と、
前記伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、
前記伝送線路上に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、
前記検出回路により検出される反射特性に基づいて前記送電装置と前記受電装置を含む系全体のインピーダンスを整合するように前記整合回路のインピーダンスを調整する制御回路とを備えることを特徴とする非接触送電システム。
【請求項２】
前記整合回路のインピーダンス調整の際、前記整合回路をバイパスする経路に前記伝送線路を切り替える切替回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記整合回路がバイパスされた前記伝送線路について前記検出回路により検出される反射特性に対する、前記伝送線路のインピーダンス候補、あるいは該インピーダンス候補の各々に付加して前記伝送線路をインピーダンス整合する前記整合回路のインピーダンス候補、を対応付ける対応付部を備えることを特徴とする請求項２に記載の非接触送電システム。
【請求項４】
前記対応付部は、
前記反射特性と前記インピーダンス候補とを対応付けるテーブルと、
前記検出回路により検出される反射特性に対応するインピーダンス候補を取得するため、該反射特性と前記テーブルに格納されている反射特性とを比較する比較器とを備えることを特徴とする請求項３に記載の非接触送電システム。
【請求項５】
前記テーブルは、前記送電側アンテナと前記受電側アンテナとの対向面の間隔ごとに備えられることを特徴とする請求項４に記載の非接触送電システム。
【請求項６】
前記制御回路は、給電指令に対して、
給電時の電力に比して低電力の出力を前記交流電力ドライバに指令するステップと、
前記低電力出力指示のステップによる前記交流電力ドライバの低電力出力状態で、前記検出回路に反射特性の計測を指示するステップと、
前記計測指示のステップの後、前記交流電力ドライバからの電力出力の停止を指示するステップと、
前記出力停止指示のステップによる前記交流電力ドライバからの電力出力の停止状態で、前記インピーダンス候補から予め定められた順序で前記整合回路のインピーダンスを選択するステップと、
前記選択のステップによる前記整合回路のインピーダンスの選択後、再度、前記交流電力ドライバを低電力で出力指示するステップと、
前記低電力の再出力指示のステップによる前記交流電力ドライバの低電力出力状態で、再度、前記検出回路に反射特性の計測を指示するステップと、
前記計測の再指示のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、
前記改善判断のステップにより改善されていないと判断される場合に、再度、前記出力停止指示のステップに戻るステップとを含む制御を行うことを特徴とする請求項３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】
前記整合回路は、
キャパシタンスの値を変更可能な可変キャパシタンス部と、
インダクタンスの値を変更可能な可変インダクタンス部とを備え、
前記可変キャパシタンス部は、
複数の容量素子と、
前記容量素子の各々を前記伝送線路に接続するか否かを切り替え可能な複数の第１スイッチとを備え、
前記可変インダクタンス部は、
複数の誘導素子と、
前記誘導素子の各々を前記伝送線路に接続するか否かを切り替え可能な複数の第２スイッチとを備え、
前記制御回路は、
前記複数の第１および第２スイッチのうち導通するスイッチを切り替えて、前記整合回路のリアクタンスを調整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８】
前記可変キャパシタンス部は、互いに直列接続された前記容量素子および前記第１スイッチが、並列に複数組接続されていることを特徴とする請求項７に記載の非接触送電システム。
【請求項９】
前記可変インダクタンス部は、前記誘導素子と該誘導素子の両端子に接続される２つの前記第２スイッチとが、並列に複数組接続されると共に、更に、前記第２スイッチが、互いに隣接する前記誘導素子のうち、一方の端子間と一方および他方の端子間とに接続されていることを特徴とする請求項７に記載の非接触送電システム。
【請求項１０】
電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行う非接触送電装置であって、
前記受電装置に搭載される受電側アンテナに対して電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
電源から受ける電力を、前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへ送電可能な交流電力に変換する交流電力ドライバと、
該交流電力ドライバと前記送電側アンテナを接続し、前記交流電力を送電する伝送線路と、
前記伝送線路の反射特性を検出する検出回路と、
前記伝送線路上に設けられ、インピーダンスを調整可能な整合回路と、
前記検出回路により検出される反射特性に基づいて前記伝送線路のインピーダンスが整合するように前記整合回路のインピーダンスを調整する制御回路とを備えることを特徴とする非接触送電装置
【請求項１１】
電気エネルギーを非接触状態で送電装置から受電装置に送電を行うに当り、前記送電装置と前記受電装置を含む系全体のインピーダンスを整合させる整合回路のインピーダンスの調整方法であって、
給電指令に対して、
前記伝送線路において前記整合回路をバイパスするステップと、
給電時の電力に比して低電力を出力するステップと、
低電力出力状態で前記伝送線路の反射特性を計測するステップと、
電力出力を停止するステップと、
前記計測のステップにより計測される反射特性に対応して前記伝送線路のインピーダンスを整合させるインピーダンス候補から前記整合回路のインピーダンスを選択するステップと、
前記選択のステップによる選択の後、低電力出力を再開するステップと、
再開された低電力出力状態で前記伝送線路の反射特性を再計測するステップと、
前記再計測のステップにより計測された反射特性が規定値を越えて改善するか否かを判断するステップと、
改善されていないと判断される場合に、再度、前記出力停止のステップに戻ることを特徴とするインピーダンスの調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１０５４６（Ｐ２０１２−１０５４６Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４６１６５（Ｐ２０１０−１４６１６５）
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２８日（２０１０．６．２８）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
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