特許 5751326 共鳴型非接触給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5751326

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】共鳴型非接触給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20150702BHJP

   H02J 17/00 20060101ALI20150702BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20150702BHJP

   B60M 7/00 20060101ALI20150702BHJP

   B60K 1/04 20060101ALI20150702BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 301D

   H02J17/00 B

   H02J7/00 P

   B60L11/18 C

   B60M7/00 X

   B60K1/04 Z

【請求項の数】4

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-520475(P2013-520475)

(86)(22)【出願日】2012年5月11日

(86)【国際出願番号】JP2012062179

(87)【国際公開番号】WO2012172899

(87)【国際公開日】20121220

【審査請求日】2013年12月16日

(31)【優先権主張番号】特願2011-135390(P2011-135390)

(32)【優先日】2011年6月17日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-174155(P2011-174155)

(32)【優先日】2011年8月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】田口 雄一

(72)【発明者】

【氏名】山口 敦

【審査官】 赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０４１５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８４５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１４９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３３４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 大手昌也、居村岳広、岡部浩之、加藤昌樹、内田利之、堀洋一，「電磁界共振結合を用いた非接触電力伝送システムにおける電力反射による電力伝送効率への影響の考察」，電気学会研究会資料. IIC / 電気学会産業計測制御研究会 [編]，電気学会，２０１０年 ３月 ８日，2010(15)，p.35-39，ＵＲＬ，http://www.hori.k.u-tokyo.ac.jp/hori_lab/paper_2010/papers/ote/iic2009ote.pdf

【文献】 居村岳広、岡部浩之、内田利之、堀洋一，等価回路から見た非接触電力伝送の磁界結合と電界結合に関する研究，IEEJ Transactions on Industry Applications，日本，the Institute of Electrical Engineers of Japan，２０１０年 １月，電学論Ｄ、130巻1号，p.84-88，ＵＲＬ，http://hori.k.u-tokyo.ac.jp/paper_2010/papers/imura/equivalent.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ１／０４，

Ｂ６０Ｌ１１／１８，

Ｂ６０Ｍ７／００，

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２，

Ｈ０２Ｊ７／３４−７／３６，

Ｈ０２Ｊ１７／００，

Ｈ０４Ｂ５／００−５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源部と、前記電源部から電力の供給を受ける一次側共鳴コイルとを備えた給電設備と、
前記一次側共鳴コイルからの電力を磁場共鳴して受電する二次側共鳴コイルと、前記二次側共鳴コイルが受電した電力が供給される負荷とを備えた受電設備とを備え、
少なくとも前記一次側共鳴コイル、前記二次側共鳴コイル及び前記負荷により共鳴系を構成する共鳴型非接触給電システムであって、
前記電源部は出力周波数を変更可能に構成されており、
前記共鳴系に入力される電力の周波数がｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_４，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）である場合の前記共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎとすると、
前記共鳴系は、Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎの条件を満たす前記周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_４，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎが存在し、且つ、前記共鳴系の入力インピーダンスが同一となる両周波数の間に前記共鳴系における電力伝送効率が最大となる周波数が存在する特性を有し、
前記負荷は、整流器とバッテリとを有し、
Ｚ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎの実部成分をＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，・・・，Ｒ_２ｎ−１，Ｒ_２ｎとし、Ｚ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎの虚部成分をＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３，・・・，Ｘ_２ｎ−１，Ｘ_２ｎとすると、
Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとは、Ｒ_１＝Ｒ_２且つＸ_１＝Ｘ_２≠０，Ｒ_３＝Ｒ_４且つＸ_３＝Ｘ_４≠０，・・・，Ｒ_２ｎ−１＝Ｒ_２ｎ且つＸ_２ｎ−１＝Ｘ_２ｎ≠０であり、
前記共鳴型非接触給電システムは、
前記共鳴系の入力インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記電源部の出力周波数ｆ_ｏが周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎの範囲のいずれかに存在するように前記電源部の出力周波数を変更した後、前記受電設備へ正式送電を行うように制御する制御手段とを有する共鳴型非接触給電システム。

【請求項2】

前記給電設備及び前記受電設備の少なくとも一方には、前記電源部から供給を受けた電力を電磁誘導により前記一次側共鳴コイルに供給する誘導コイルあるいは前記二次側共鳴コイルにより受電された電力を電磁誘導により取り出す誘導コイルが設けられ、少なくとも前記誘導コイル、前記一次側共鳴コイル、前記二次側共鳴コイル及び前記負荷により共鳴系が構成されている請求項１に記載の共鳴型非接触給電システム。

【請求項3】

前記制御手段は、前記給電設備の正式送電に先立って、前記周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）を求め、その結果に基づいて前記電源部の出力周波数ｆ_ｏを周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２ｎの範囲のどの範囲に存在させるか選択して前記電源部の出力周波数を変更した後、正式送電を開始し、その後、所定周期で前記インピーダンス測定手段の測定結果に基づいて前記出力周波数ｆ_ｏが前記選択された範囲を逸脱したか否かを判断し、逸脱した場合は周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’（ｆ_１’＜ｆ_２’＜ｆ_３’＜・・・＜ｆ_{２ｎ−１’}＜ｆ_２ｎ’）を求め、その結果に基づいて前記電源部の出力周波数ｆ_ｏを周波数ｆ_１’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２’，周波数ｆ_３’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４’，・・・，周波数ｆ_{２ｎ−１’}≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎ’の範囲のどの範囲に存在させるか選択して前記電源部の出力周波数を変更した後、正式送電を行うように制御し、
前記周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’は、前記共鳴系に前記周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’の電力が入力された場合における前記共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’としたとき、Ｚ_１’＝Ｚ_２’，Ｚ_３’＝Ｚ_４’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}＝Ｚ_２ｎ’となる周波数であり、
Ｚ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’の実部成分をＲ_１’，Ｒ_２’，Ｒ_３’，・・・，Ｒ_{２ｎ−１’}，Ｒ_２ｎ’とし、Ｚ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’の虚部成分をＸ_１’，Ｘ_２’，Ｘ_３’，・・・，Ｘ_{２ｎ−１’}，Ｘ_２ｎ’とすると、
Ｚ_１’＝Ｚ_２’，Ｚ_３’＝Ｚ_４’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}＝Ｚ_２ｎ’とは、Ｒ_１’＝Ｒ_２’且つＸ_１’＝Ｘ_２’≠０，Ｒ_３’＝Ｒ_４’且つＸ_３’＝Ｘ_４’≠０，・・・，Ｒ_{２ｎ−１’}＝Ｒ_２ｎ’且つＸ_{２ｎ−１’}＝Ｘ_２ｎ’≠０である請求項１又は請求項２に記載の共鳴型非接触給電システム。

【請求項4】

前記受電設備は車両に装備されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の共鳴型非接触給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、共鳴型非接触給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、磁場共鳴を利用して電力を伝送することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ところが、特許文献１には磁場共鳴を行う共鳴系の共鳴周波数の具体的な特定方法が示されていない。そのため、効率良く電力を伝送する共鳴型非接触給電システムを設計、製造することが難しかった。そこで、設計、製造が容易な非接触電力伝送装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の非接触電力伝送装置は、共鳴系の入力インピーダンスと周波数との関係をグラフにした場合の、前記入力インピーダンスが極大となる周波数と、前記入力インピーダンスが極大となる周波数よりも高くかつ入力インピーダンスが極小となる周波数との間に交流電源の周波数が設定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２００７／００８６４６号

【特許文献2】特開２０１０−１１４９６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献２の装置は受電側の負荷変動に関しては考慮されていない。しかし、磁場共鳴により電力伝送を行う場合は、負荷の変化により共鳴系の共鳴周波数が変化するため、負荷の変化による共鳴系の共鳴周波数の変化に対応する必要がある。

【0005】

本発明の目的は、設計、製造が容易で、負荷が変動しても効率よく電源部から電力を負荷に供給することができる共鳴型非接触給電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、本発明の一態様は、電源部と、前記電源部から電力の供給を受ける一次側共鳴コイルとを備えた給電設備と、前記一次側共鳴コイルからの電力を磁場共鳴して受電する二次側共鳴コイルと、前記二次側共鳴コイルが受電した電力が供給される負荷とを備えた受電設備とを備え、少なくとも前記一次側共鳴コイル、前記二次側共鳴コイル及び前記負荷により共鳴系を構成する共鳴型非接触給電システムである。そして、前記電源部は出力周波数を変更可能に構成されており、前記共鳴系に入力される電力の周波数がｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_４，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）である場合の前記共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎとすると、前記共鳴系は、Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎの条件を満たす前記周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_４，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎが存在し、且つ、前記共鳴系の入力インピーダンスが同一となる両周波数の間に前記共鳴系における電力伝送効率が最大となる周波数が存在する特性を有し、前記負荷は、整流器とバッテリとを有し、Ｚ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎの実部成分をＲ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，・・・，Ｒ_２ｎ−１，Ｒ_２ｎとし、Ｚ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎの虚部成分をＸ_１，Ｘ_２，Ｘ_３，・・・，Ｘ_２ｎ−１，Ｘ_２ｎとすると、Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとは、Ｒ_１＝Ｒ_２且つＸ_１＝Ｘ_２≠０，Ｒ_３＝Ｒ_４且つＸ_３＝Ｘ_４≠０，・・・，Ｒ_２ｎ−１＝Ｒ_２ｎ且つＸ_２ｎ−１＝Ｘ_２ｎ≠０であり、共鳴型非接触給電システムは、前記共鳴系の入力インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段（インピーダンス測定部）と、前記電源部の出力周波数ｆ_ｏが周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎの範囲のいずれかに存在するように前記電源部の出力周波数を変更した後、前記受電設備へ正式送電を行うように制御する制御手段（制御部）とを有する。ここで、「正式送電」とは、電源部の出力周波数ｆ_ｏを前記条件を満足する状態で、受電設備へ電力を伝送することを意味し、前記条件を満足する出力周波数ｆ_ｏの範囲を設定するまでの準備段階における受電設備への電力の伝送は含まない。

【0007】

この態様の共鳴型非接触給電システムは、共鳴系に異なる周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）の電力が入力された場合における共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎとすると、「Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとなる周波数が存在し、共鳴系の共鳴周波数ｆ_ｏ１，ｆ_ｏ２，ｆ_ｏ３，・・・，ｆ_{ｏ２ｎ−１}，ｆ_ｏ２ｎは、周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ１≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ２≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏｎ≦周波数ｆ_２ｎの範囲に存在する。」という、本願発明者が見出した知見（特性）に基づいてなされた。ここで、「共鳴周波数」とは、共鳴系における電力伝送効率が最大になる周波数を意味する。

【0008】

この態様では、電源部の出力周波数が共鳴周波数又は共鳴周波数から予め設定された値だけずれた範囲内で電力伝送を行うため、電源部の出力周波数をｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）と変更した場合における共鳴系の入力インピーダンスＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎがインピーダンス測定手段により測定される。制御手段は、Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとなる周波数を求め、その結果に基づいて電源部の出力周波数ｆ_ｏが、周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２ｎの範囲のいずれかに存在するように電源部の出力周波数を変更した後、その出力周波数で給電設備が受電設備に対して正式送電を行うように制御する。電源部の出力周波数ｆ_ｏが前記範囲のいずれかに存在すれば、前記の本願発明者が見出した特性を有する共鳴系であれば、その出力周波数ｆ_ｏは共鳴系の共鳴周波数に等しいか又は共鳴周波数からのずれが小さな周波数になる。したがって、受電設備における整流器及びバッテリを有する負荷が変動しても効率よく電源部から電力を負荷に供給することができる。また、共鳴型非接触給電システムの設計、製造も容易となる。

【0009】

本発明の一態様において、前記給電設備及び前記受電設備の少なくとも一方には、前記電源部から供給を受けた電力を電磁誘導により前記一次側共鳴コイルに供給する誘導コイルあるいは前記二次側共鳴コイルにより受電された電力を電磁誘導により取り出す誘導コイルが設けられ、少なくとも前記誘導コイル、前記一次側共鳴コイル、前記二次側共鳴コイル及び前記負荷により共鳴系が構成されている。

【0010】

共鳴型非接触給電システムが、給電設備と受電設備との間で非接触給電を行うためには、少なくとも一次側共鳴コイル及び二次側共鳴コイルの二つの共鳴コイルが存在すればよい。しかし、電源部から供給を受けた電力を電磁誘導により一次側共鳴コイルに供給する誘導コイル及び二次側共鳴コイルにより受電された電力を電磁誘導により取り出す誘導コイルのうちの少なくとも一方の誘導コイルが設けられている方が、整合状態に調整することが容易になる。また、一次側共鳴コイル、二次側共鳴コイル及び二つの誘導コイルの全てを備えた構成の方が、整合状態に調整することがより容易になる。

【0011】

本発明の一態様において、前記制御手段は、前記給電設備の正式送電に先立って、前記周波数をｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）を求め、その結果に基づいて前記電源部の出力周波数ｆ_ｏを周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２ｎの範囲のどの範囲に存在させるか選択して前記電源部の出力周波数を変更した後、正式送電を開始する。その後、所定周期で前記インピーダンス測定手段の測定結果に基づいて前記出力周波数ｆ_ｏが前記選択された範囲を逸脱したか否かを判断し、逸脱した場合は周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’（ｆ_１’＜ｆ_２’＜ｆ_３’＜・・・＜ｆ_{２ｎ−１’}＜ｆ_２ｎ’）を求め、その結果に基づいて前記電源部の出力周波数ｆ_ｏを周波数ｆ_１’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２’，周波数ｆ_３’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４’，・・・，周波数ｆ_{２ｎ−１’}≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎ’の範囲のどの範囲に存在させるか選択して前記電源部の出力周波数を変更した後、正式送電を行うように制御する。前記周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’は、前記共鳴系に前記周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’の電力が入力された場合における前記共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’としたとき、Ｚ_１’＝Ｚ_２’，Ｚ_３’＝Ｚ_４’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}＝Ｚ_２ｎ’となる周波数であり、Ｚ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’の実部成分をＲ_１’，Ｒ_２’，Ｒ_３’，・・・，Ｒ_{２ｎ−１’}，Ｒ_２ｎ’とし、Ｚ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’の虚部成分をＸ_１’，Ｘ_２’，Ｘ_３’，・・・，Ｘ_{２ｎ−１’}，Ｘ_２ｎ’とすると、Ｚ_１’＝Ｚ_２’，Ｚ_３’＝Ｚ_４’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}＝Ｚ_２ｎ’とは、Ｒ_１’＝Ｒ_２’且つＸ_１’＝Ｘ_２’≠０，Ｒ_３’＝Ｒ_４’且つＸ_３’＝Ｘ_４’≠０，・・・，Ｒ_{２ｎ−１’}＝Ｒ_２ｎ’且つＸ_{２ｎ−１’}＝Ｘ_２ｎ’≠０である。

【0012】

共鳴系の共鳴周波数が一定であれば、一度電源部の出力周波数を共鳴系の共鳴周波数に設定することにより効率良く電力伝送が行われる。しかし、受電設備が受電中に負荷変動を伴う場合、負荷の変動に対応して共鳴周波数が変化するため、電源部の出力周波数が一定では、出力周波数が共鳴周波数からずれてしまい、電力伝送効率が低下する。しかし、この発明では、充電時における負荷の変動により共鳴系の共鳴周波数が変動しても、上記特性を有する共鳴系においては、電源部の出力周波数ｆ_ｏが、電力伝送が効率良く行われる範囲内に共鳴周波数の変動に合わせて変更される。したがって、負荷変動が大きな場合でも、電力伝送が効率良く行われる。

【0013】

本発明の一態様において、前記受電設備は車両に装備されている。受電設備が車両に搭載されている場合は、車両が充電のために停止した際の停止状態によって共鳴系の共鳴周波数が変化する。しかし、この発明では、共鳴系の共鳴周波数が変化しても、電源部の出力周波数ｆ_ｏが制御手段により変更されるため、電力伝送が効率良く行われる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、設計、製造が容易で、負荷が変動しても効率よく電源部から電力を負荷に供給することができる共鳴型非接触給電システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施形態の共鳴型非接触充電システムの構成図。

【図2】図１のシステムを一部省略して示す回路図。

【図3】異なる周波数で電力を供給した場合の入力インピーダンスの実部と虚部との関係を示すグラフ。

【図4】高周波電源の出力周波数と電力伝送効率の関係を示すグラフ。

【図5】第２の実施形態の共鳴型非接触充電システムを一部省略して示す回路図。

【図6】異なる周波数で電力を供給した場合の入力インピーダンスの実部と虚部との関係を示すグラフ。

【図7】高周波電源の出力周波数と電力伝送効率の関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（第１の実施形態）
以下、本発明を車載バッテリを充電するための共鳴型非接触充電システムに具体化した第１の実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。

【0017】

図１に示すように、共鳴型非接触給電システムとしての共鳴型非接触充電システムは、地上側に設けられる給電設備１０と、移動体としての車両に搭載された受電設備３０とで構成されている。

【0018】

給電設備１０は、電源部としての高周波電源１１と、高周波電源１１の出力部に接続された整合器１２と、一次側コイル１３と、インピーダンス測定手段（インピーダンス測定部）１４と、電源側コントローラ１５とを備えている。インピーダンス測定手段１４として電力測定器と位相測定器が使用されている。

【0019】

受電設備は、二次側コイル３１と、整流器３２と、充電器３３と、充電器３３に接続されたバッテリ（二次電池）３４と、車両側コントローラ３５とを備えている。整流器３２、充電器３３及びバッテリ３４は負荷を構成する。

【0020】

整合器１２、一次側コイル１３、二次側コイル３１及び負荷（整流器３２、充電器３３、及びバッテリ３４）により共鳴系が構成される。共鳴系の共鳴周波数はバッテリ３４に供給される電力の電力値によって変化する。車両側コントローラ３５は、バッテリ３４に供給される電力の電力値を検出する図示しない検出手段（検出部、即ち電力検出手段又は電力検出部）からの検出信号が入力されて、バッテリ３４に供給される電力の電力値を確認可能になっている。また、電源側コントローラ１５と、車両側コントローラ３５とは図示しない無線通信装置を介して通信可能になっており、電源側コントローラ１５は充電状態の情報を車両側コントローラ３５から入手する。

【0021】

図２に示すように、一次側コイル１３は、誘導コイルとしての一次コイル１３ａと、一次側共鳴コイル１３ｂとで構成されている。一次コイル１３ａは、整合器１２を介して高周波電源１１に接続されている。一次コイル１３ａと一次側共鳴コイル１３ｂとは同軸上に位置するように配設され、一次側共鳴コイル１３ｂにはコンデンサＣが接続されている。一次コイル１３ａは、一次側共鳴コイル１３ｂに電磁誘導で結合され、高周波電源１１から一次コイル１３ａに供給された交流電力が電磁誘導で一次側共鳴コイル１３ｂに供給される。インピーダンス測定手段１４は一次側コイル１３の一次コイル１３ａに接続され、その検出信号が電源側コントローラ１５に出力される。

【0022】

二次側コイル３１は、誘導コイルとしての二次コイル３１ａと二次側共鳴コイル３１ｂとで構成されている。二次コイル３１ａと二次側共鳴コイル３１ｂとは同軸上に位置するように配設され、二次側共鳴コイル３１ｂにはコンデンサＣが接続されている。二次コイル３１ａは、二次側共鳴コイル３１ｂに電磁誘導で結合され、共鳴により一次側共鳴コイル１３ｂから二次側共鳴コイル３１ｂに供給された交流電力が電磁誘導で二次コイル３１ａに供給される。二次コイル３１ａは、整流器３２に接続されている。この実施形態では、一次側共鳴コイル１３ｂ及び二次側共鳴コイル３１ｂは同じに形成され、各コンデンサＣとして同じ容量値のコンデンサが使用されている。

【0023】

図２に示すように、整合器１２は、２つの可変コンデンサ１６，１７とインダクタ１８とから構成されている。一方の可変コンデンサ１６は高周波電源１１に接続され、他方の可変コンデンサ１７は一次コイル１３ａに並列に接続されている。インダクタ１８は両可変コンデンサ１６，１７間に接続されている。整合器１２は、可変コンデンサ１６，１７の容量が変更されることでそのインピーダンスが変更される。整合器１２は電源側コントローラ１５により制御される。

【0024】

高周波電源１１は出力周波数を変更可能に構成され、電源側コントローラ１５からの指令信号により指示された出力周波数の交流電力を出力するようになっている。インピーダンス測定手段１４は一次側コイル１３の一次コイル１３ａに接続され、共鳴系の入力インピーダンスを測定する。インピーダンス測定手段１４の検出信号は電源側コントローラ１５に出力されるようになっている。

【0025】

メモリ２０には、高周波電源１１の出力周波数を共鳴系の共鳴周波数又は共鳴周波数から予め設定された値だけずれた範囲内に設定するための制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵ１９は、インピーダンス測定手段１４の検出信号に基づいて共鳴系の共鳴周波数の存在範囲を演算し、高周波電源１１の出力周波数を設定する。詳述すると、高周波電源１１の出力周波数をｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）と変更した場合における共鳴系の入力インピーダンスＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎを、インピーダンス測定手段１４の検出信号を入力して読み込み、Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとなる周波数を求める。ＣＰＵ１９は、その結果に基づいて高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏを、共鳴周波数ｆ_ｏ１，ｆ_ｏ２，ｆ_ｏ３，・・・，ｆ_ｏｎが満足する条件であるｆ_１≦ｆ_ｏ１≦ｆ_２，ｆ_３≦ｆ_ｏ２≦ｆ_４，・・・，ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏｎ≦ｆ_２ｎの範囲のいずれかに存在するように設定する。即ち、ＣＰＵ１９は、高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏが周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎの範囲のいずれかに存在するように高周波電源１１の出力周波数を変更した後、給電設備１０が受電設備３０に対して正式送電を行うように制御する。

【0026】

上記の出力周波数ｆ_ｏの設定方法は、本願発明者が見出した次の知見に基づいている。共鳴型非接触給電システムは、高周波電源１１から共鳴系に異なる周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）の電力を供給した時における共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ２ｎとすると、「Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとなる周波数が存在する。また、共鳴系の共鳴周波数ｆ_ｏ１，ｆ_ｏ２，ｆ_ｏ３，・・・，ｆ_ｏｎは、周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ１≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ２≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏｎ≦周波数ｆ_２ｎの範囲に存在する。」なお、インピーダンスをＺ_ｉ＝Ｒ_ｉ＋ｊＸｉとすると、Ｚ_１＝Ｚ_２とは、Ｒ_１＝Ｒ_２かつＸ_１＝Ｘ_２である。

【0027】

次に上記の知見の裏付けについて説明する。

【0028】

出力インピーダンスが５０Ωで固定されている一般の高周波電源を使用して、出力周波数を９．５０ＭＨｚ〜１１．００ＭＨｚの範囲で変更して共鳴系の入力インピーダンスを測定した場合の入力インピーダンスの実部と虚部との関係を図３に示す。出力周波数は、９．５０ＭＨｚから０．０２５ＭＨｚずつ増加するように変更して行った。なお、図３において、Ｐｓで示す点が出力周波数９．５０ＭＨｚに対応する点で、Ｐｅで示す点が出力周波数１１．００ＭＨｚに対応する点である。

【0029】

図３に示すように、共鳴系の入力インピーダンスは高周波電源の出力周波数の増加に対応して単純に変化するのではなく、周波数が９．５０ＭＨｚ〜１０．１０ＭＨｚでは周波数の増加に伴って入力インピーダンスの実部及び虚部とも増加し、その後、周波数１０．１８ＭＨｚまでは周波数の増加に伴って入力インピーダンスの実部は増加し、虚部は減少した。また、周波数のさらなる増加に伴って入力インピーダンスの実部及び虚部とも減少する状態、実部は減少して虚部は増加する状態、実部及び虚部とも増加する状態、実部は増加して虚部は減少する状態、実部及び虚部とも減少する状態、実部は減少して虚部は増加する状態となるように変化した。

【0030】

図３において、ｆ_１で示す点の入力インピーダンスＺ_１と、ｆ_２で示す点の入力インピーダンスＺ_２がほぼ等しい。

【0031】

ｆ_１＝１０．３２５ＭＨｚ、Ｚ_１＝４６．７＋ｊ４．６９
ｆ_２＝１０．９２５ＭＨｚ、Ｚ_２＝５１．６＋ｊ４．８５
実験ではデータを細かく採っていないため、厳密にはＺ_１＝Ｚ_２となっていないが、高周波電源の出力周波数の増加量を０．０２５ＭＨｚより小さな間隔でデータを採れば、図３に示す曲線の交点に対応する周波数のうち小さい方の周波数がｆ_１になり、大きい方の周波数がｆ_２になり、ｆ_１とｆ_２でＺ_１＝Ｚ_２になると考えられる。

【0032】

高周波電源の出力周波数を９．５ＭＨｚ〜１１．０ＭＨｚの範囲で変化させて各周波数における電力伝送効率を測定した結果を図４に示す。図４から共鳴系における電力伝送効率が最大（９５．０５％）になる周波数１０．５７５ＭＨｚが共鳴系の共鳴周波数ｆ_ｏ１になる。この共鳴周波数ｆ_ｏ１（１０．５７５ＭＨｚ）は、ｆ_１（１０．３２５ＭＨｚ）とｆ_２（１０．９２５ＭＨｚ）との間の値になり、ｆ_１≦ｆ_ｏ１≦ｆ_２の関係を満たす。

【0033】

電力伝送効率が最大になる周波数がｆ_１とｆ_２との間以外に存在しないことを確認するため、高周波電源の出力周波数を９．５ＭＨｚ〜１１．０ＭＨｚの範囲で変化させて各周波数における電力伝送効率を測定したが、電力伝送効率が最大になる周波数はｆ_１とｆ_２との間に存在することが確認された。

【0034】

次に前記のように構成された共鳴型非接触充電システムの作用を説明する。

【0035】

車両に搭載されたバッテリ３４に充電を行う場合には、車両が給電設備１０の近くの所定位置に停止した状態でバッテリ３４への充電が行われる。車両側コントローラ３５は、電源側コントローラ１５に充電要求信号を送信する。また、車両側コントローラ３５は、バッテリ３４の充電状態（ＳＯＣ）を確認し、その情報を電源側コントローラ１５に送信する。

【0036】

電源側コントローラ１５（ＣＰＵ１９）は、充電要求信号を確認すると、整合器１２で整合を行う。次にＣＰＵ１９は、給電設備１０の正式送電に先立って、高周波電源１１の出力周波数の設定を次のようにして行う。なお、「正式送電」とは、高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏが前記のように設定されたｆ_１≦ｆ_ｏ１≦ｆ_２の関係を満たす周波数ｆ_１，ｆ２に対して、ｆ_１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２の関係を満たす状態で受電設備３０に電力を伝送することを意味する。

【0037】

ＣＰＵ１９は、先ず、高周波電源１１の出力周波数をｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）と変更した場合における共鳴系の入力インピーダンスＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎを、インピーダンス測定手段１４の検出信号を入力して読み込み、Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとなる周波数を求める。ＣＰＵ１９は、その結果に基づいて高周波電源１１の出力周波数ｆｏを、共鳴周波数ｆ_ｏ１，ｆ_ｏ２，ｆ_ｏ３，・・・，ｆ_ｏｎが満足する条件であるｆ_１≦ｆ_ｏ１≦ｆ_２，ｆ_３≦ｆ_ｏ２≦ｆ_４，・・・，ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏｎ≦ｆ_２ｎの範囲のいずれかに存在するように設定する。ＣＰＵ１９は、高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏを前記設定された範囲内の周波数、例えば、ｆ_１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２となるように変更した後、正式送電を開始する。

【0038】

そして、高周波電源１１から一次コイル１３ａに設定された周波数で高周波電力が出力され、電磁誘導により電力が供給された一次コイル１３ａに磁場が発生する。この磁場が一次側共鳴コイル１３ｂと二次側共鳴コイル３１ｂとによる磁場共鳴により増強される。増強された二次側共鳴コイル３１ｂ付近の磁場から二次コイル３１ａにより電磁誘導を利用して交流電力が取り出され、整流器３２で整流された後、充電器３３によりバッテリ３４に充電される。

【0039】

ＣＰＵ１９は、所定周期でインピーダンス測定手段１４の検出信号を入力し、測定結果に基づいて出力周波数ｆ_ｏが先に選択された範囲を逸脱したか否か、即ち出力周波数ｆ_ｏがｆ_１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２を満たすか否かを判断する。ＣＰＵ１９は、出力周波数ｆｏが先に選択された範囲を逸脱した場合は、周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’（ｆ_１’＜ｆ_２’＜ｆ_３’＜・・・＜ｆ_{２ｎ−１’}＜ｆ_２ｎ’）を求める。そして、その結果に基づいて高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏを周波数ｆ_１’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２’，周波数ｆ_３’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４’，・・・，周波数ｆ_{２ｎ−１’}≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎ’の範囲のどの範囲に存在させるか選択して高周波電源１１の出力周波数を変更した後、正式送電を行うように制御する。周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’は、共鳴系に周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’の電力を供給した時における共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’としたとき、Ｚ_１’＝Ｚ_２’，Ｚ_３’＝Ｚ_４’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}＝Ｚ_２ｎ’となる周波数である。

【0040】

車両側コントローラ３５は、バッテリ３４が満充電になると、充電器３３による充電を停止するとともに、電源側コントローラ１５に充電終了信号を送信する。また、満充電に達する前であっても、例えば、運転者により充電停止指令が入力されると、充電器３３による充電を停止するとともに、電源側コントローラ１５に充電終了信号を送信する。電源側コントローラ１５は、充電終了信号を受信すると電力伝送（給電）を終了する。

【0041】

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。

【0042】

（１）共鳴型非接触充電システムは、電源部（高周波電源１１）は出力周波数を変更可能に構成されており、共鳴系の入力インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段１４が設けられている。制御手段（制御部、即ちＣＰＵ１９）は、高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏが周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎの範囲のいずれかに存在するように高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏを変更した後、受電設備３０へ正式送電を行うように制御する。周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，ｆ_４・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）は、共鳴系に前記周波数の電力を供給した時における共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１，Ｚ_２，Ｚ_３，・・・，Ｚ_２ｎ−１，Ｚ_２ｎとしたとき、Ｚ_１＝Ｚ_２，Ｚ_３＝Ｚ_４，・・・，Ｚ_２ｎ−１＝Ｚ_２ｎとなる周波数である。したがって、受電設備３０の負荷が変動しても効率よく高周波電源１１から電力を負荷に供給することができる。また、共鳴型非接触給電システムの設計、製造も容易となる。

【0043】

（２）制御手段（ＣＰＵ１９）は、給電設備１０の正式送電に先立って、周波数ｆ_１，ｆ_２，ｆ_３，・・・，ｆ_２ｎ−１，ｆ_２ｎ（ｆ_１＜ｆ_２＜ｆ_３＜・・・＜ｆ_２ｎ−１＜ｆ_２ｎ）を求める。そして、その結果に基づいて高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏを周波数ｆ_１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２，周波数ｆ_３≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４，・・・，周波数ｆ_２ｎ−１≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２ｎの範囲のどの範囲に存在させるか選択して高周波電源１１の出力周波数を変更した後、正式送電を開始する。その後、制御手段は、所定周期でインピーダンス測定手段１４の測定結果に基づいて出力周波数ｆ_ｏが前記選択された範囲を逸脱したか否かを判断し、逸脱した場合は周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’（ｆ_１’＜ｆ_２’＜ｆ_３’＜・・・＜ｆ_{２ｎ−１’}＜ｆ_２ｎ’）を求める。そして、その結果に基づいて高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏを周波数ｆ_１’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_２’，周波数ｆ_３’≦ｆ_ｏ≦周波数ｆ_４’，・・・，周波数ｆ_{２ｎ−１’}≦ｆ_ｏ≦ｆ_２ｎ’の範囲のどの範囲に存在させるか選択して高周波電源１１の出力周波数を変更した後、正式送電を行うように制御する。周波数ｆ_１’，ｆ_２’，ｆ_３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’は、共鳴系に周波数ｆ_１’，ｆ_２’，_ｆ３’，・・・，ｆ_{２ｎ−１’}，ｆ_２ｎ’の電力を供給した時における共鳴系の入力インピーダンスをＺ_１’，Ｚ_２’，Ｚ_３’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}，Ｚ_２ｎ’としたとき、Ｚ_１’＝Ｚ_２’，Ｚ_３’＝Ｚ_４’，・・・，Ｚ_{２ｎ−１’}＝Ｚ_２ｎ’となる周波数である。

【0044】

受電設備３０が受電中に負荷変動を伴う場合、負荷の変動に対応して共鳴周波数が変化するため、高周波電源１１の出力周波数が一定では、出力周波数が共鳴周波数からずれてしまい、電力伝送効率が低下する。しかし、この実施形態では、充電時における負荷の変動により共鳴系の共鳴周波数が変動しても、高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏが、電力伝送が効率良く行われる範囲内に共鳴周波数の変動に合わせて変更される。したがって、負荷変動が大きな場合でも、電力伝送が効率良く行われる。

【0045】

（３）受電設備３０は車両に装備され、車両は負荷として整流器３２、充電器３３及びバッテリ３４を備えている。受電設備３０が車両に搭載され、負荷としてバッテリ３４を備えている場合は、電力伝送中における負荷の変動が大きくなる場合や、車両が受電（充電）のために停止した際の停止状態によって共鳴系の共鳴周波数が変化する。しかし、この実施形態では、共鳴系の共鳴周波数が変化しても、高周波電源１１の出力周波数ｆ_ｏが制御手段（ＣＰＵ１９）により変更されるため、電力伝送が効率良く行われる。

【0046】

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を図５〜図７にしたがって説明する。この実施形態では、共鳴系を構成するコイルの数が給電設備１０及び受電設備３０とも一つである点が前記第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

【0047】

図５に示すように、一次側共鳴コイル１３ｂは、整合器１２を介して高周波電源１１に接続されている。二次側共鳴コイル３１ｂは、整流器３２に接続されている。即ち、一次側コイル１３は、誘導コイルとしての一次コイル１３ａを備えずに一次側共鳴コイル１３ｂのみで構成され、二次側コイル３１は、誘導コイルとしての二次コイル３１ａを備えずに二次側共鳴コイル３１ｂのみで構成されている。

【0048】

この実施形態においては、車両に搭載されたバッテリ３４に対する充電時には、電源側コントローラ１５及び車両側コントローラ３５は第１の実施形態と同様の各手順で順次制御を行う。そして、高周波電源１１から一次側共鳴コイル１３ｂに共鳴系の共鳴周波数で高周波電力が出力され、その電力が一次側共鳴コイル１３ｂと二次側共鳴コイル３１ｂとによる磁場共鳴により増強され、二次側共鳴コイル３１ｂから出力される交流電力が整流器３２で整流された後、充電器３３によりバッテリ３４に充電される。

【0049】

共鳴型非接触充電システムの共鳴系を構成するコイルの数が一次側及び二次側とも、一次側共鳴コイル１３ｂ及び二次側共鳴コイル３１ｂの一つに変更された構成であっても、第１の実施形態と同様に、ＣＰＵ１９が、インピーダンス測定手段１４の検出信号に基づいて共鳴系の共鳴周波数の存在範囲を演算可能な裏付けを行った。

【0050】

具体的には、第１の実施形態の場合と同様な実験を行った。但し、高周波電源の出力周波数の範囲が第１の実施形態の場合より低い周波数範囲で行った。出力周波数を５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲で変更して共鳴系の入力インピーダンスを測定した場合の入力インピーダンスの実部と虚部との関係を図６に示す。出力周波数は、５０ｋＨｚから１ｋＨｚずつ増加するように変更して行った。なお、図６において、Ｐｓで示す点が出力周波数５０ｋＨｚに対応する点で、Ｐｅで示す点が出力周波数２００ｋＨｚに対応する点である。

【0051】

図６に示すように、共鳴系の入力インピーダンスは高周波電源の出力周波数の増加に対応して単純に変化するのではなく、周波数が５０ｋＨｚ〜１１４ｋＨｚでは周波数の増加に伴って入力インピーダンスの実部及び虚部とも増加し、その後、周波数１２１ｋＨｚまでは周波数の増加に伴って入力インピーダンスの実部は増加し、虚部は減少した。また、周波数のさらなる増加に伴って入力インピーダンスの実部及び虚部とも減少する状態、実部は減少して虚部は増加する状態、実部及び虚部とも増加する状態、実部は増加して虚部は減少する状態、実部及び虚部とも減少する状態、実部は減少して虚部は増加する状態となるように変化した。

【0052】

図６において、ｆ_１で示す点の入力インピーダンスＺ_１と、ｆ_２で示す点の入力インピーダンスＺ２がほぼ等しい。

【0053】

ｆ_１＝１２３ｋＨｚ、Ｚ_１＝１６８．５７＋ｊ２．４９
ｆ_２＝１７１ｋＨｚ、Ｚ_２＝１６２．０＋ｊ４．１２
実験ではデータを細かく採っていないため、厳密にはＺ_１＝Ｚ_２となっていないが、高周波電源の出力周波数の増加量を１ｋＨｚより小さな間隔でデータを採れば、図６に示す曲線の交点に対応する周波数のうち小さい方の周波数がｆ_１になり、大きい方の周波数がｆ_２になり、ｆ_１とｆ_２でＺ_１＝Ｚ_２になると考えられる。

【0054】

高周波電源の出力周波数を５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲で変化させて各周波数における電力伝送効率を測定した結果を図７に示す。図７から共鳴系における電力伝送効率が最大（９８．８０％）になる周波数１４０ｋＨｚが共鳴系の共鳴周波数ｆ_ｏになる。この共鳴周波数ｆ_ｏ（１４０ｋＨｚ）は、ｆ_１（１２３ｋＨｚ）とｆ_２（１７１ｋＨｚ）との間の値になり、ｆ_１≦ｆ_ｏ≦ｆ_２の関係を満たす。

【0055】

電力伝送効率が最大になる周波数がｆ_１とｆ_２との間以外に存在しないことを確認するため、高周波電源の出力周波数を５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲で変化させて各周波数における電力伝送効率を測定したが、電力伝送効率が最大になる周波数はｆ_１とｆ_２との間に存在することが確認された。

【0056】

この第２の実施形態においては、第１の実施形態の効果（１）〜（３）と基本的に同様の効果を得ることができる他に次の効果を得ることができる。

【0057】

（４）給電設備１０及び受電設備３０とも共鳴系を構成するコイルの数が一つのため、共鳴系の小型化を図ることができ、受電設備３０を車両に搭載する際の搭載スペースの確保が容易になるとともに搭載位置の自由度が大きくなる。

【0058】

実施形態は前記両実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

【0059】

○ 共鳴型非接触給電システムが、給電設備１０と受電設備３０との間で非接触給電を行うためには、一次コイル１３ａ、一次側共鳴コイル１３ｂ、二次コイル３１ａ及び二次側共鳴コイル３１ｂの全てが必須ではなく、第２の実施形態のように誘導コイルとしての一次コイル１３ａ及び二次コイル３１ａの両方を省略してもよい。また、誘導コイルとしての一次コイル１３ａ及び二次コイル３１ａのいずれか一方を省略してもよい。しかし、一次コイル１３ａ、一次側共鳴コイル１３ｂ、二次コイル３１ａ及び二次側共鳴コイル３１ｂの全てを備えた構成の方が、整合状態に調整するのが容易である。

【0060】

○ 受電設備３０にも整合器を設けてもよい。例えば、二次コイル３１ａと整流器３２との間に整合器を設け、車両側コントローラ３５がその整合器の調整を行うようにしてもよい。第２の実施形態のように、共鳴系に設けられたコイルが一次側共鳴コイル１３ｂ及び二次側共鳴コイル３１ｂの２つの場合は、給電設備１０及び受電設備３０の両方に整合器を設けることが好ましい。

【0061】

○ 整合器１２を二次側（受電設備３０側）にだけ設けてもよい。また、整合器１２を一次側（給電設備１０側）及び二次側（受電設備３０側）のいずれにも設けない構成としてもよい。

【0062】

○ 整合器１２を一次側（給電設備１０側）及び二次側（受電設備３０側）にそれぞれ複数設けてもよい。

【0063】

○ 整合器１２は、２つの可変コンデンサ１６，１７とインダクタ１８を備えた構成に限らず、例えば、インダクタ１８として可変インダクタを備えた構成や、可変インダクタと２つの非可変コンデンサとからなる構成としてもよい。

【0064】

○ 整合器はインピーダンス調整可能な構成に限らず、インピーダンスが固定の構成であってもよい。

【0065】

○ 整合器を給電設備１０及び受電設備３０のいずれにも設けず、共鳴系の入力インピーダンスの変動により共鳴系の共鳴周波数が正式伝送開始時に出力周波数ｆ_ｏを設定したときの値から所定量以上ずれた場合に、出力周波数ｆ_ｏを変動後の共鳴周波数に対応する値に設定することのみで対応するようにしてもよい。

【0066】

○ 整合器に代えて力率改善回路（ＰＦＣ回路）を設けてもよい。この場合は、インピーダンス測定手段１４に代えて位相差測定手段（位相差測定部）を設ける。

【0067】

○ インピーダンスを測定する位置は図２に示す位置、即ち一次側コイル１３の入力インピーダンスを測定する位置に限らない。例えば、整合器１２の入力端のインピーダンスを測定してもよい。

【0068】

○ 整流器３２は充電器３３に内蔵されていてもよい。

【0069】

○ 充電器３３を設けずに、二次側コイル３１から出力される交流電流を整流器３２で整流した後、バッテリ３４に直接充電するようにしてもよい。

【0070】

○ 電源部は高周波電源１１に限らず、交流を出力する構成であればよく、例えば、商用電源から供給される交流電力の周波数を変換して出力するものであってもよい。

【0071】

○ 移動体としての車両は運転者を必要とする車両に限らず無人搬送車でもよい。

【0072】

○ 共鳴型非接触充電システムは、車両に搭載されたバッテリ３４に対して非接触充電を行うシステムに限らない。例えば、船舶や自走式のロボット等の移動体に装備されたバッテリ、あるいは携帯電話機や携帯用パソコン等の携帯用の電子機器に装備されたバッテリに対して非接触充電を行うシステムであってもよい。

【0073】

○ 共鳴型非接触給電システムは共鳴型非接触充電システムに限らず、ロボット等の移動体に装備された電気機器に対して電力を供給する装置に適用してもよい。

【0074】

○ 共鳴型非接触給電システムは、動力源としては非接触電力伝送を受けずに通常の電力で駆動されるコンベア等の移送手段（移送部）により定められた作業位置に移動され、かつ定電力で駆動されるモータを負荷として備えた装置に受電設備３０を装備した構成としてもよい。

【0075】

○ 一次コイル１３ａ及び二次コイル３１ａの径は、一次側共鳴コイル１３ｂ及び二次側共鳴コイル３１ｂの径と同じに形成されている構成に限らず、小さくても大きくてもよい。

【0076】

○ 第２の実施形態において、一次側共鳴コイル１３ｂ及び二次側共鳴コイル３１ｂは巻き数が複数のコイルに限らず、巻き数数が１巻きのコイルを使用してもよい。

【0077】

○ 一次側共鳴コイル１３ｂ及び二次側共鳴コイル３１ｂに接続されたコンデンサＣを省略してもよい。しかし、コンデンサＣを接続した構成の方が、コンデンサＣを省略した場合に比べて、共鳴周波数を下げることができる。また、共鳴周波数が同じであれば、コンデンサＣを省略した場合に比べて、一次側共鳴コイル１３ｂ及び二次側共鳴コイル３１ｂの小型化が可能になる。

【0078】

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。

【0079】

（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記給電設備は前記電源部に整合器が接続されている。

【0080】

（２）請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記電源部の出力周波数は電波法で使用が許容されている条件を満たす。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】