(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022184717
(43)【公開日】2022-12-13
(54)【発明の名称】非接触給電システム
(51)【国際特許分類】
H02J 50/40 20160101AFI20221206BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20221206BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
H02J50/40
H02J50/12
H02J7/00 301D
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022035987
(22)【出願日】2022-03-09
(31)【優先権主張番号】P 2021090830
(32)【優先日】2021-05-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】柴沼 満
(72)【発明者】
【氏名】高橋 英介
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 将也
(72)【発明者】
【氏名】山口 宜久
(72)【発明者】
【氏名】加藤 和行
【テーマコード（参考）】
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BA01
5G503BB01
5G503FA06
5G503GB06
5G503GB08
(57)【要約】
【課題】送電コイル同士の結合の影響を抑制する。
【解決手段】受電ユニット２８０を備えた移動体２００に非接触で給電する非接触給電システム１００は、交流電力供給部２０と、移動体の移動範囲の少なくとも一部に配設された複数の送電ユニット８０であって、送電コイル８１を含み、交流電力供給部からの電力の供給を受けて、共振状態において前記送電コイルを介した受電ユニットへの給電を行なう複数の送電ユニットと、送電ユニットの１つである第１の送電ユニット８０ａの第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、第１の送電ユニットの状態を共振状態に切り替え、閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える切替制御部と、を備え、閾値は、第１の送電コイルと第１の送電コイルに隣接する第２の送電コイル８１ｂとの結合によって第１の送電コイルに生じる磁束を超える大きさとして設定されている。
【選択図】図５
【解決手段】受電ユニット２８０を備えた移動体２００に非接触で給電する非接触給電システム１００は、交流電力供給部２０と、移動体の移動範囲の少なくとも一部に配設された複数の送電ユニット８０であって、送電コイル８１を含み、交流電力供給部からの電力の供給を受けて、共振状態において前記送電コイルを介した受電ユニットへの給電を行なう複数の送電ユニットと、送電ユニットの１つである第１の送電ユニット８０ａの第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、第１の送電ユニットの状態を共振状態に切り替え、閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える切替制御部と、を備え、閾値は、第１の送電コイルと第１の送電コイルに隣接する第２の送電コイル８１ｂとの結合によって第１の送電コイルに生じる磁束を超える大きさとして設定されている。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
受電コイル（２８１）を有する受電ユニット（２８０）を備えた移動体（２００）に非接触で給電する非接触給電システム（１００）であって、
交流電力供給部（２０）と、
前記移動体の移動範囲の少なくとも一部に配設された複数の送電ユニット（８０）であって、送電コイル（８１）を含み、前記交流電力供給部からの電力の供給を受けて、共振状態において前記送電コイルを介した前記受電ユニットへの給電を行なう複数の送電ユニットと、
前記送電ユニットの１つである第１の送電ユニット（８０ａ）の第１の送電コイル（８１ａ）に生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、前記第１の送電ユニットの状態を共振状態に切り替え、前記閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える切替制御部と、
を備え、
前記閾値は、前記第１の送電コイルと前記第１の送電コイルに隣接する、第２の送電ユニット（８０ｂ）の第２の送電コイル（８１ｂ）との結合によって前記第１の送電コイルに生じる磁束を超える大きさとして設定されている、非接触給電システム。
交流電力供給部（２０）と、
前記移動体の移動範囲の少なくとも一部に配設された複数の送電ユニット（８０）であって、送電コイル（８１）を含み、前記交流電力供給部からの電力の供給を受けて、共振状態において前記送電コイルを介した前記受電ユニットへの給電を行なう複数の送電ユニットと、
前記送電ユニットの１つである第１の送電ユニット（８０ａ）の第１の送電コイル（８１ａ）に生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、前記第１の送電ユニットの状態を共振状態に切り替え、前記閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える切替制御部と、
を備え、
前記閾値は、前記第１の送電コイルと前記第１の送電コイルに隣接する、第２の送電ユニット（８０ｂ）の第２の送電コイル（８１ｂ）との結合によって前記第１の送電コイルに生じる磁束を超える大きさとして設定されている、非接触給電システム。
【請求項2】
請求項１に記載の非接触給電システムであって、
前記送電ユニットは、前記送電コイルに接続されるコンデンサの容量を変更する容量変更部を備え、
前記切替制御部は、前記容量変更部を駆動して、前記コンデンサの容量を、前記共振状態とする容量と、前記非共振状態とする容量との間で切り替える、非接触給電システム。
前記送電ユニットは、前記送電コイルに接続されるコンデンサの容量を変更する容量変更部を備え、
前記切替制御部は、前記容量変更部を駆動して、前記コンデンサの容量を、前記共振状態とする容量と、前記非共振状態とする容量との間で切り替える、非接触給電システム。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の非接触給電システムであって、
前記第１の送電コイルと、前記第２の送電コイルと、の間の結合関係は、前記受電コイルと前記第１の送電コイルの結合係数が、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルの結合係数の総和以上となる結合関係である、非接触給電システム。
前記第１の送電コイルと、前記第２の送電コイルと、の間の結合関係は、前記受電コイルと前記第１の送電コイルの結合係数が、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルの結合係数の総和以上となる結合関係である、非接触給電システム。
【請求項4】
請求項１から請求項３までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記閾値は、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルとの相対距離により設定されている、非接触給電システム。
前記閾値は、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルとの相対距離により設定されている、非接触給電システム。
【請求項5】
請求項４に記載の非接触給電システムであって、
前記相対距離は、前記第１の送電コイルの中心と、前記第２の送電コイルの中心と、の中心間距離である、非接触給電システム。
前記相対距離は、前記第１の送電コイルの中心と、前記第２の送電コイルの中心と、の中心間距離である、非接触給電システム。
【請求項6】
受電コイル（２８１）を有する受電ユニット（２８０）を備えた移動体（２００）に非接触で給電する非接触給電システム（１００）であって、
交流電力供給部（２０）と、
前記移動体の移動範囲の少なくとも一部に配設された複数の送電ユニット（８０）であって、送電コイル（８１）を含み、前記交流電力供給部からの電力の供給を受けて、前記送電コイルを介した前記受電ユニットへの給電を行なう複数の送電ユニットと、
前記送電ユニットの１つである第１の送電ユニット（８０ａ）の第１の送電コイル（８１ａ）に生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、前記第１の送電ユニットの状態を送電状態に切り替え、前記閾値より小さい場合には、非送電状態に切り替える切替制御部と、
を備え、
前記閾値は、前記第１の送電コイルと、前記第１の送電コイルに磁気的に結合する少なくとも１つ以上の第２の送電ユニット（８０ｂ）の第２の送電コイル（８１ｂ）と、の結合によって、前記第１の送電コイルに生じる磁束を超える大きさとして設定されている、非接触給電システム。
交流電力供給部（２０）と、
前記移動体の移動範囲の少なくとも一部に配設された複数の送電ユニット（８０）であって、送電コイル（８１）を含み、前記交流電力供給部からの電力の供給を受けて、前記送電コイルを介した前記受電ユニットへの給電を行なう複数の送電ユニットと、
前記送電ユニットの１つである第１の送電ユニット（８０ａ）の第１の送電コイル（８１ａ）に生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、前記第１の送電ユニットの状態を送電状態に切り替え、前記閾値より小さい場合には、非送電状態に切り替える切替制御部と、
を備え、
前記閾値は、前記第１の送電コイルと、前記第１の送電コイルに磁気的に結合する少なくとも１つ以上の第２の送電ユニット（８０ｂ）の第２の送電コイル（８１ｂ）と、の結合によって、前記第１の送電コイルに生じる磁束を超える大きさとして設定されている、非接触給電システム。
【請求項7】
請求項６に記載の非接触給電システムであって、
前記第２の送電コイルは、前記第１の送電コイルに隣接している、非接触給電システム。
前記第２の送電コイルは、前記第１の送電コイルに隣接している、非接触給電システム。
【請求項8】
請求項６または請求項７に記載の非接触給電システムであって、
前記第１の送電コイル、第２の送電コイルの結合関係は、
前記受電コイルと前記第１の送電コイルの結合係数が、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルの結合係数の総和以上となる結合関係である、非接触給電システム。
前記第１の送電コイル、第２の送電コイルの結合関係は、
前記受電コイルと前記第１の送電コイルの結合係数が、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルの結合係数の総和以上となる結合関係である、非接触給電システム。
【請求項9】
請求項６から請求項８までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記閾値は、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルとの相対距離により設定されている、非接触給電システム。
前記閾値は、前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルとの相対距離により設定されている、非接触給電システム。
【請求項10】
請求項９に記載の非接触給電システムであって、
前記相対距離は、前記第１の送電コイルの中心と、前記第２の送電コイルの中心と、の中心間距離である、非接触給電システム。
前記相対距離は、前記第１の送電コイルの中心と、前記第２の送電コイルの中心と、の中心間距離である、非接触給電システム。
【請求項11】
請求項６から請求項１０までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記切替制御部は、前記第１の送電ユニットにおける前記送電状態と、前記非送電状態との切り替えを、前記第１の送電ユニットのインピーダンスを変化させることで実現する、非接触給電システム。
前記切替制御部は、前記第１の送電ユニットにおける前記送電状態と、前記非送電状態との切り替えを、前記第１の送電ユニットのインピーダンスを変化させることで実現する、非接触給電システム。
【請求項12】
請求項１１に記載の非接触給電システムであって、
前記切替制御部は、
前記第１の送電ユニットの状態を送電状態に切り替える場合には、前記第１の送電ユニットの状態を共振状態に切り替え、
前記第１の送電ユニットの状態を非送電状態に切り替える場合には、前記第１の送電ユニットの状態を非共振状態に切り替える、非接触給電システム。
前記切替制御部は、
前記第１の送電ユニットの状態を送電状態に切り替える場合には、前記第１の送電ユニットの状態を共振状態に切り替え、
前記第１の送電ユニットの状態を非送電状態に切り替える場合には、前記第１の送電ユニットの状態を非共振状態に切り替える、非接触給電システム。
【請求項13】
請求項１２に記載の非接触給電システムであって、
前記第１の送電ユニットは、前記共振状態と前記非共振状態とを切り替えることができる可変インピーダンスデバイスを備える、非接触給電システム。
前記第１の送電ユニットは、前記共振状態と前記非共振状態とを切り替えることができる可変インピーダンスデバイスを備える、非接触給電システム。
【請求項14】
請求項１３に記載の非接触給電システムであって、
前記可変インピーダンスデバイスは、可変インダクタと可変容量コンデンサとのうちの少なくとも一方を含む、非接触給電システム。
前記可変インピーダンスデバイスは、可変インダクタと可変容量コンデンサとのうちの少なくとも一方を含む、非接触給電システム。
【請求項15】
請求項１から請求項１４までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルは、平面上に並べられている、非接触給電システム。
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルは、平面上に並べられている、非接触給電システム。
【請求項16】
請求項１５に記載の非接触給電システムであって、
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルは、格子状またはハニカム状に並べられている、非接触給電システム。
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルは、格子状またはハニカム状に並べられている、非接触給電システム。
【請求項17】
請求項１から請求項１４までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルは、線上に並んでいる、非接触給電システム。
前記第１の送電コイルと前記第２の送電コイルは、線上に並んでいる、非接触給電システム。
【請求項18】
請求項１から請求項１４までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記切替制御部は、前記第１の送電コイルに生じる磁束の大きさを、前記第１の送電コイルの電圧もしくは電流を用いて判断する、非接触給電システム。
前記切替制御部は、前記第１の送電コイルに生じる磁束の大きさを、前記第１の送電コイルの電圧もしくは電流を用いて判断する、非接触給電システム。
【請求項19】
請求項１から請求項１８までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記第１の送電コイルと前記受電コイルの相互インダクタンスとに起因するインピーダンスと前記第１の送電コイルの電流との積と、前記第１の送電コイルと、前記第２の送電コイルの間の相互インダクタンスに起因するインピーダンスと、前記第２の送電コイルに流れる電流との積の総和が、前記第１の送電コイルと前記受電コイルの相互インダクタンスとに起因するインピーダンスと、前記受電コイルに流れる電流との積よりも小さくなるように、複数の前記送電ユニットの前記送電コイルが配置されている、非接触給電システム。
前記第１の送電コイルと前記受電コイルの相互インダクタンスとに起因するインピーダンスと前記第１の送電コイルの電流との積と、前記第１の送電コイルと、前記第２の送電コイルの間の相互インダクタンスに起因するインピーダンスと、前記第２の送電コイルに流れる電流との積の総和が、前記第１の送電コイルと前記受電コイルの相互インダクタンスとに起因するインピーダンスと、前記受電コイルに流れる電流との積よりも小さくなるように、複数の前記送電ユニットの前記送電コイルが配置されている、非接触給電システム。
【請求項20】
請求項１から請求項１９までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
複数の前記送電ユニットのうち少なくとも１つの前記送電ユニットの前記送電コイルと、前記受電コイルとの結合係数がゼロ以上であるように、複数の前記送電ユニットの前記送電コイルが配置されている、非接触給電システム。
複数の前記送電ユニットのうち少なくとも１つの前記送電ユニットの前記送電コイルと、前記受電コイルとの結合係数がゼロ以上であるように、複数の前記送電ユニットの前記送電コイルが配置されている、非接触給電システム。
【請求項21】
請求項１から請求項１９までのうちのいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記切替制御部が前記送電ユニットの共振の状態を切り替える位置は、前記送電ユニットの前記送電コイルと前記受電コイルの結合係数が正である位置である、非接触給電システム。
前記切替制御部が前記送電ユニットの共振の状態を切り替える位置は、前記送電ユニットの前記送電コイルと前記受電コイルの結合係数が正である位置である、非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、移動体用ワイヤレス給電システムが開示されている。この移動体用ワイヤレス給電システムは、高周波電源と、高周波電源に並列に接続された複数の送電コイルと、移動体に搭載された受電コイルとを備える。高周波電源と送電コイルとの間に、高周波電源から送電コイルに流れる電流が閾値未満のとき、高周波電源から送電コイルに流れる電流を抑制するためにインピーダンスを上昇させ、高周波電源から送電コイルに流れる電流が閾値以上のとき、高周波電源から送電コイルに流れる電流を抑制しないようにインピーダンスを低下させる電流制御素子が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－７１７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１では、複数の送電コイル間の結合について考慮されていなかった。受電コイルに対し、複数の送電コイルを順に切り替えて給電する場合には、複数の送電コイルは、互いに近接した位置に配置される。複数の送電コイルが互いに近接した位置に配置されると、隣接する送電コイル同士が結合する。送電コイル間に結合が生じると、結合によって高周波電源から送電コイルに流れる電流が変化する。そのため、インピーダンスを変化させる閾値を設定することが難しいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一形態によれば、受電コイル（２８１）を有する受電ユニット（２８０）を備えた移動体（２００）に非接触で給電する非接触給電システムが提供される。この非接触給電システムは、交流電力供給部（２０）と、前記移動体の移動範囲の少なくとも一部に配設された複数の送電ユニット（８０）であって、送電コイル（８１）を含み、前記交流電力供給部からの電力の供給を受けて、共振状態において前記送電コイルを介した前記受電ユニットへの給電を行なう複数の送電ユニットと、前記送電ユニットの１つである第１の送電ユニット（８０ａ）の第１の送電コイル（８１ａ）に生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、前記第１の送電ユニットの状態を共振状態に切り替え、前記閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える切替制御部と、を備え、前記閾値は、前記第１の送電コイルと前記第１の送電コイルに隣接する第２の送電コイル（８１ｂ）との結合によって前記第１の送電コイルに生じる磁束を超える大きさとして設定されている。この形態によれば、切替制御部は、閾値を適正に設定し、第１の送電コイルを通る磁束の大きさにしたがって第１の送電ユニットの状態を共振状態、あるいは非共振状態とすることで、複数の送電ユニットの共振状態を順に切り替えて受電ユニットに給電することができる。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】移動体である小型モビリティ向けの送電装置を示す説明図である。
【図2】移動体である小型モビリティを示す説明図である。
【図3】送電装置の送電ユニットと小型モビリティの受電ユニットの概略回路図である。
【図4A】コンデンサの容量を変更する構成の一例を示す説明図である。
【図4B】コンデンサの容量を変更する構成の他の例を示す説明図である。
【図4C】コンデンサの容量を変更する構成の他の例を示す説明図である。
【図5】複数の送電ユニットを有する送電装置と小型モビリティの概略構成を示す説明図である。
【図6】移動体が右方に移動するときの送電コイルと受電コイルの中心の位置と、送電コイルの電圧との関係を示す説明図である。
【図7】受電コイルの位置と、送電コイルと受電コイルとの間の結合係数の関係を示す説明図である。
【図8】受電コイルの位置と、２つの送電コイルの間の結合係数の関係を示す説明図である。
【図9】２つの送電コイルと受電コイルを示す側面図である。
【図10】２つの送電コイルと受電コイルを示す平面図である。
【図11】２つの送電コイルの間隔Δｘと２つの送電コイルの結合係数との関係を示すグラフである。
【図12】送電コイルと受電コイル２８１の間隔と送電コイルと受電コイルの間の結合係数との関係を示すグラフである。
【図13】１個の送電コイルを用いて給電する場合を示す説明図である。
【図14】４個の送電コイルを用いて給電する場合を示す説明図である。
【図15】１個給電と４個給電の場合の第１の送電コイルの電圧を比較する説明図である。
【図16】第３実施形態における複数の送電ユニットを有する送電装置と小型モビリティの概略構成を示す説明図である。
【図17】第４実施形態における送電装置の送電ユニットと小型モビリティの受電ユニットの概略回路図である。
【図18】第５実施形態における小型モビリティ向けの送電装置を示す説明図である。
【図19】第５実施形態において、１個の送電コイルから２台の小型モビリティに給電する場合の説明図である。
【図20】第５実施形態において、４個の送電コイルから２台の小型モビリティに給電する場合の説明図である。
【図21】送電コイルがｘ方向に一直線に並んでいる場合を示す説明図である。
【図22】送電コイルの他の配置を示す説明図である。
【図23】送電コイルの他の配置を示す説明図である。
【図24】送電コイルが配置される深さを変更した例である。
【図25】送電コイルの配置場所により、送電コイルの大きさ、ターン数、送電コイルの形状を変えた例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
・第１実施形態：
図１は、移動体である小型モビリティ２００向けの送電装置１００を示す説明図である。送電装置１００は、交流電源１０と、交流電力供給部２０と、送電コイル８１とを備える。本実施形態では、送電コイル８１は、小型モビリティ２００の移動範囲の少なくとも一部に配設されている。図１に示す例では、送電コイル８１は、平面上に、４×５の格子状に配置されており、コイルユニット８８を構成している。交流電力供給部２０と送電コイル８１とは、伝送線路７０により接続されている。小型モビリティ２００は、例えば、工場において、部品等を運搬する運搬装置である。小型モビリティ２００は、受電コイル２８１を有しており、受電コイル２８１を用いて送電コイル８１から非接触で電力を受電し、工場内を移動する。
図１は、移動体である小型モビリティ２００向けの送電装置１００を示す説明図である。送電装置１００は、交流電源１０と、交流電力供給部２０と、送電コイル８１とを備える。本実施形態では、送電コイル８１は、小型モビリティ２００の移動範囲の少なくとも一部に配設されている。図１に示す例では、送電コイル８１は、平面上に、４×５の格子状に配置されており、コイルユニット８８を構成している。交流電力供給部２０と送電コイル８１とは、伝送線路７０により接続されている。小型モビリティ２００は、例えば、工場において、部品等を運搬する運搬装置である。小型モビリティ２００は、受電コイル２８１を有しており、受電コイル２８１を用いて送電コイル８１から非接触で電力を受電し、工場内を移動する。
【0008】
図２は、移動体である小型モビリティ２００を示す説明図である。小型モビリティ２００は、バッテリ２１０と、交流電力供給部２２０と、受電コイル２８１と、を搭載している。受電コイル２８１は、送電コイル８１と電磁的に結合し、送電コイル８１から交流電力を受電する。交流電力供給部２２０は、受電コイル２８１が受電した交流電力を、直流に変換する。交流電力供給部２２０は、例えば、ブリッジ整流回路と平滑コンデンサ（図示せず）を備えている。バッテリ２１０は、交流電力供給部２２０により直流に変換された電力を蓄電する。バッテリ２１０に蓄電された電力は、小型モビリティ２００を動作させる電力として用いられる。
【0009】
図３は、送電装置１００の送電ユニット８０と小型モビリティ２００の受電ユニット２８０の概略回路図である。送電ユニット８０は、交流電力供給部２０と直列に接続された送電コイル８１と、コンデンサ８２を有している。図３の回路図中の抵抗８１ｒは、送電コイル８１の寄生抵抗である。受電ユニット２８０は、直列に接続された受電コイル２８１と、コンデンサ２８２と、負荷２２１とを有している。負荷２２１は、小型モビリティ２００の負荷であり、交流電力供給部２２０やバッテリ２１０の負荷を含んでいる。
【0010】
送電ユニット８０の送電コイル８１のインダクタンスをＬｇ１、寄生抵抗をｒ１、コンデンサ８２の容量をＣｇ１、交流電力供給部２０の電圧実効値をＶ１、発信周波数をｆ、角周波数をωとする。各周波数ωは、２πｆである。また、受電ユニット２８０の受電コイル２８１のインダクタンスをＬｖ、コンデンサ２８２の容量をＣｖ、負荷２２１の電気抵抗をＲＬとする。
【0011】
送電ユニット８０、受電ユニット２８０のそれぞれが単独で共振する場合を考える。送電コイル８１とコンデンサ８２とが直列に接続されている場合、共振とは、電圧、電流の振幅で考えれば、交流電力供給部２０から出力される電圧、電流よりも送電コイル８１もしくは受電コイル２８１で発生する電圧、電流が大きくなる状態を意味する。もしくは交流電力供給部２０の出力における皮相電力よりも、送電コイル８１、受電コイル２８１で発生する皮相電力の方が大きくなる状態を意味する。また、共振をインピーダンスで考えれば、共振とは、送電ユニット８０のインピーダンスの虚数成分が低下する状態を意味する。なお、送電ユニット８０のインピーダンスの虚数成分は、ゼロとなってもよい。
【0012】
送電ユニット８０のインピーダンスＺ１は、以下の式で表される。
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｇ１＋１／（ｊωＣｇ１）｝
共振状態では、インピーダンスＺ１の虚数成分が低下する。インピーダンスＺ１の虚数成分がゼロとなれば、インピーダンスＺ１が極小となる。すなわち、
ｊωＬｇ１＋１／（ｊωＣｇ１）＝０
あるいは、上式の左辺をｊで括って、
ｊ｛ωＬｇ１－１／（ωＣｇ１）｝＝０
となる。ｊで括った式からわかるように、送電コイル８１のインピーダンスの虚数成分と、コンデンサ８２のインピーダンスの虚数成分は、逆向きである。すなわち、送電コイル８１のインピーダンスの虚数成分はプラスである。一方、コンデンサ８２のインピーダンスの虚数成分はマイナスである。共振状態では、コイル８１のプラスのインピーダンスの虚数成分とコンデンサ８２のマイナスのインピーダンスの虚数成分とが相殺する結果、送電ユニット８０のインピーダンスの虚数成分は小さくなる。そして、特定の角周波数ωで、電源側から見たときの送電ユニット８０のインピーダンスの虚数成分がゼロとなる。送電ユニット８０が単独で共振状態となり、インピーダンスの虚数成分がゼロとなるためのコンデンサ８２の容量Ｃｇ１は、
Ｃｇ１＝１／（ω２Ｌｇ１）
となる。
このときの送電ユニット８０に流れる電流Ｉ１は、極大となり、
Ｉ１＝Ｖ１／ｒ１
となる。
同様に、受電ユニット２８０においても、受電ユニット２８０が共振状態となり、インピーダンスの虚数成分がゼロとなるためのコンデンサ２８２の容量Ｃｖは、
Ｃｖ＝１／（ω２Ｌｖ）
となる。
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｇ１＋１／（ｊωＣｇ１）｝
共振状態では、インピーダンスＺ１の虚数成分が低下する。インピーダンスＺ１の虚数成分がゼロとなれば、インピーダンスＺ１が極小となる。すなわち、
ｊωＬｇ１＋１／（ｊωＣｇ１）＝０
あるいは、上式の左辺をｊで括って、
ｊ｛ωＬｇ１－１／（ωＣｇ１）｝＝０
となる。ｊで括った式からわかるように、送電コイル８１のインピーダンスの虚数成分と、コンデンサ８２のインピーダンスの虚数成分は、逆向きである。すなわち、送電コイル８１のインピーダンスの虚数成分はプラスである。一方、コンデンサ８２のインピーダンスの虚数成分はマイナスである。共振状態では、コイル８１のプラスのインピーダンスの虚数成分とコンデンサ８２のマイナスのインピーダンスの虚数成分とが相殺する結果、送電ユニット８０のインピーダンスの虚数成分は小さくなる。そして、特定の角周波数ωで、電源側から見たときの送電ユニット８０のインピーダンスの虚数成分がゼロとなる。送電ユニット８０が単独で共振状態となり、インピーダンスの虚数成分がゼロとなるためのコンデンサ８２の容量Ｃｇ１は、
Ｃｇ１＝１／（ω２Ｌｇ１）
となる。
このときの送電ユニット８０に流れる電流Ｉ１は、極大となり、
Ｉ１＝Ｖ１／ｒ１
となる。
同様に、受電ユニット２８０においても、受電ユニット２８０が共振状態となり、インピーダンスの虚数成分がゼロとなるためのコンデンサ２８２の容量Ｃｖは、
Ｃｖ＝１／（ω２Ｌｖ）
となる。
【0013】
小型モビリティ２００が移動し、受電ユニット２８０の受電コイル２８１が送電コイル８１に近づくと、送電コイル８１と受電コイル２８１とが結合し、送電コイル８１のインダクタンスが変化する。結合時の相互インダクタンスをＬｍとすると、送電ユニット８０のインピーダンスＺ１は
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）｝
となる。ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）がゼロに近づくようにコンデンサ８２の容量Ｃｇ１を設定すれば、共振を維持できる。なお、図３に示すｋは、結合係数である。結合係数ｋと相互インダクタンスＬｍとの間には、以下の関係がある。
Ｌｍ＝ｋ・｛（Ｌｇ１・Ｌｖ）１／２｝
結合係数ｋは、送電コイル８１と受電コイル２８１と相対的な位置により定まり、送電コイル８１と受電コイル２８１の重なる面積が大きいほど結合係数ｋは、大きくなる。すなわち、送電コイル８１と受電コイル２８１の重なる面積が大きくなると、結合係数ｋも大きくなり、相互インダクタンスＬｍの大きさも大きくなる。
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）｝
となる。ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）がゼロに近づくようにコンデンサ８２の容量Ｃｇ１を設定すれば、共振を維持できる。なお、図３に示すｋは、結合係数である。結合係数ｋと相互インダクタンスＬｍとの間には、以下の関係がある。
Ｌｍ＝ｋ・｛（Ｌｇ１・Ｌｖ）１／２｝
結合係数ｋは、送電コイル８１と受電コイル２８１と相対的な位置により定まり、送電コイル８１と受電コイル２８１の重なる面積が大きいほど結合係数ｋは、大きくなる。すなわち、送電コイル８１と受電コイル２８１の重なる面積が大きくなると、結合係数ｋも大きくなり、相互インダクタンスＬｍの大きさも大きくなる。
【0014】
送電コイル８１と受電コイル２８１とが結合して共振状態となった場合、交流電力供給部２０の出力電圧をＶ１とすると、送電ユニット８０の電流Ｉ１は以下の式により示される。
Ｉ１＝ＲＬＶ１／［（ωＬｍ）２］
Ｉ１＝ＲＬＶ１／［（ωＬｍ）２］
【0015】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、コンデンサ８２の容量を変更する構成の一例を示す説明図である。図４Ａに示す例では、コンデンサ８２は、並列に接続された２つのコンデンサ８２ａ、８２ｂを備え、コンデンサ８２ｂには、直列に、容量変更部であるスイッチ８３が接続されている。切替制御部８５は、電圧センサ８４を用いて送電コイル８１の両端の電圧Ｖ８１を取得し、電圧Ｖ８１の値により、スイッチ８３を駆動し、スイッチ８３のオン・オフを切り替える。スイッチ８３がオンの場合には、２つのコンデンサ８２ａ、８２ｂが並列に接続されるため、コンデンサ８２の容量は大きくなる。一方、スイッチ８３がオフの場合には、コンデンサ８２ａのみしか接続されないので、コンデンサ８２の容量は、コンデンサ８２ａのみの容量であり、スイッチ８３がオンの場合に比べて小さい。スイッチ８３のオン時とオフ時のコンデンサ８２の容量比は、例えば、約１０倍以上であり、より好ましくは、約１００倍である。容量比を約１０倍、あるいは、約１００倍とするためには、例えば、コンデンサ８２ｂの容量を、コンデンサ８２ａの容量の約９倍以上、より好ましくは、約９９倍以上とすればよい。なお、スイッチ８３がオンの場合に、送電ユニット８０が共振するように、２つのコンデンサ８２ａ、８２ｂの容量を設定してもよく、スイッチ８３がオフの場合に、送電ユニット８０が共振するように、２つのコンデンサ８２ａ、８２ｂの容量を設定してもよい。また、図４Ｂに示すように、２つのコンデンサ８２ａ、８２ｂのどちらを接続するかを、スイッチ８３ａにより切り替える構成にしてもよい。また、図４Ｃに示すように、２つのコンデンサ８２ａ、８２ｂを直列に接続し、コンデンサ８２ｂをパスする配線を設け、コンデンサ８２ｂをパスする配線上にスイッチ８３ｃを設けてもよい。この場合、スイッチ８３ｃがオンの場合には、コンデンサ８２ａのみが接続される。一方、スイッチ８３ｃがオフの場合には、コンデンサ８２ａとコンデンサ８２ｂが直列に接続され、スイッチ８３ｃがオンの場合に比べコンデンサ８２の容量が小さくなる。
【0016】
次に、図３において、相互共振する場合について考える。相互共振とは、受電ユニット２８０の受電コイル２８１が送電コイル８１に近づいて送電コイル８１と受電コイル２８１とが結合したときに共振状態となることを意味する。単独共振とするか、相互共振とするかは、送電コイル８１のインダクタンス、コンデンサ８２の容量により決まる。
【0017】
相互共振では、送電コイル８１と受電コイル２８１との相互インダクタンスＬｍの影響が加わるため、送電ユニット８０のインピーダンスＺ１は、以下の式で表される。
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｇ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）｝
共振状態では、
ｊωＬｇ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）＝０
あるいは、
ｊ｛ωＬｇ１＋ωＬｍ－１／（ωＣｇ１）｝＝０
となるため、
Ｃｇ１＝１／｛ω２（Ｌｇ１＋Ｌｍ）｝
となる。同様に、受電ユニット２８０が共振状態のときには、
Ｃｖ＝１／｛ω２（Ｌｖ＋Ｌｍ）｝
となる。
共振状態における送電ユニット８０を流れる電流Ｉ１は、
Ｉ１＝［１／ＲＬ＋ｊ｛（Ｃｇ１（Ｌｇ１＋Ｌｍ）｝１／２／Ｌｍ）］１／２Ｖ１
となる。
なお、受電ユニット２８０の受電コイル２８１が送電コイル８１の近傍におらず、送電コイル８１と受電コイル２８１とが結合しない場合には、送電ユニット８０は、共振状態とならず、送電ユニット８０を流れる電流Ｉ１は、
Ｉ１＝Ｖ１／［ｒ１ ２＋｛ωＬｇ１－１／（ωＣｇ１）｝２］１／２
となる。ここで、送電ユニット８０が共振状態でない場合には、ωＬｇ１－１／（ωＣｇ１）はゼロでないので、送電ユニット８０を流れる電流Ｉ１は、共振状態に比べて減少する。
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｇ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）｝
共振状態では、
ｊωＬｇ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）＝０
あるいは、
ｊ｛ωＬｇ１＋ωＬｍ－１／（ωＣｇ１）｝＝０
となるため、
Ｃｇ１＝１／｛ω２（Ｌｇ１＋Ｌｍ）｝
となる。同様に、受電ユニット２８０が共振状態のときには、
Ｃｖ＝１／｛ω２（Ｌｖ＋Ｌｍ）｝
となる。
共振状態における送電ユニット８０を流れる電流Ｉ１は、
Ｉ１＝［１／ＲＬ＋ｊ｛（Ｃｇ１（Ｌｇ１＋Ｌｍ）｝１／２／Ｌｍ）］１／２Ｖ１
となる。
なお、受電ユニット２８０の受電コイル２８１が送電コイル８１の近傍におらず、送電コイル８１と受電コイル２８１とが結合しない場合には、送電ユニット８０は、共振状態とならず、送電ユニット８０を流れる電流Ｉ１は、
Ｉ１＝Ｖ１／［ｒ１ ２＋｛ωＬｇ１－１／（ωＣｇ１）｝２］１／２
となる。ここで、送電ユニット８０が共振状態でない場合には、ωＬｇ１－１／（ωＣｇ１）はゼロでないので、送電ユニット８０を流れる電流Ｉ１は、共振状態に比べて減少する。
【0018】
図５は、複数の送電ユニット８０を有する送電装置１００と小型モビリティ２００の概略構成を示す説明図である。送電装置１００は、交流電源１０と、交流電力供給部２０と、複数の送電ユニット８０と、を備える。図５では、送電ユニット８０を、送電ユニット８０ａ、８０ｂ、８０ｃとして示している。送電ユニット８０を区別して説明する場合には、送電ユニット８０ａ、８０ｂ、８０ｃとし、送電ユニット８０を区別して説明する必要がない場合には、「送電ユニット８０」と呼ぶ。交流電力供給部２０は、交流電圧を発生し、交流電圧を送電ユニット８０に供給する装置である。交流電力供給部２０は、力率改善回路３０と、インバータ４０と、フィルタ５０と、を備える。力率改善回路３０は、交流電源１０から供給される入力電流に発生する高調波電流を抑制し、力率を１に近づける回路である。インバータ４０は、直流電圧を、予め定めた周波数、例えば、８５ｋＨｚの交流に変換する。フィルタ５０は、コイル５１とコンデンサ５２とから構成されるＬ型フィルタと、コイル５３とコンデンサ５４とから構成されるＬ型フィルタとを直列に接続した構成を有する。交流電力供給部２０には、送電ユニット８０として、複数の送電ユニット・・・、８０ａ、８０ｂ、８０ｃ・・・が並列に接続されている。送電ユニット８０ａは、直列に接続された送電コイル８１ａとコンデンサ８２ａを備えている。送電ユニット８０ｂも同様に、直列に接続された送電コイル８１ｂとコンデンサ８２ｂを備えている。他の送電ユニット８０ｃ等も同様に、直列に接続された送電コイルとコンデンサを備えている。なお、送電コイル８１についても、送電コイル８１ａ、８１ｂ等を区別しない場合は、「送電コイル８１」と呼ぶ。
【0019】
小型モビリティ２００は、受電ユニット２８０と、交流電力供給部２２０と、バッテリ２１０と、を備える。受電ユニット２８０は、直列に接続された受電コイル２８１と、コンデンサ２８２と、を備える。
【0020】
各送電コイル８１が図５に示すように隣接して配置されていると、送電コイル８１ａは、受電コイル２８１と結合するだけでなく、隣接する送電コイル８１ｂとも結合する。また、送電コイル８１ｂは、受電コイル２８１と結合するだけでなく、隣接する送電コイル８１ａ、８１ｃとも結合する。送電コイル８１ｃは、送電ユニット８０ｃに設けられている送電コイルであるが、図５では、図示の都合上、図示していない。送電コイル８１ａと受電コイル２８１との結合係数をｋｇ１ｖとし、送電コイル８１ｂと受電コイル２８１との結合係数をｋｇ２ｖとし、送電コイル８１ａと、隣接する送電コイル８１ｂとの結合係数をｋｇ１ｇ２とする。結合係数をｋｇ１ｇ２は、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの相対的な位置関係、例えば相対的距離により定まる。しかし、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂは所定の位置に配置・固定されており、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの相対的な位置関係は変化しないので、結合係数をｋｇ１ｇ２は、一定の値となる。ここで、相対的距離とは、例えば、２つのコイルの中心間距離で示される。一方、送電コイル８１ａと受電コイル２８１との結合係数ｋｇ１ｖは、送電コイル８１ａと受電コイル２８１の相対的な位置関係により変化する。そのため、送電コイル８１ａと受電コイル２８１との相互インダクタンスＬｍａも変化する。その結果、送電コイル８１ａと受電コイル２８１の相対的な位置関係により送電ユニット８０ａのインピーダンスも変化し、送電コイル８１ａの両端の電圧Ｖ８１ａも変化する。同様に、送電コイル８１ｂと受電コイル２８１の相対的な位置関係により、送電コイル８１ｂと受電コイル２８１との相互インダクタンスＬｍｂも変化し、送電ユニット８０ｂのインピーダンスも変化し、送電コイル８１ｂの両端の電圧Ｖ８１ｂも変化する。
【0021】
図６は、移動体が右方に移動するときの送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃと受電コイル２８１の中心の位置と、送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃの電圧との関係を示す説明図である。上側のグラフの電圧Ｖ８１ａ、Ｖ８１ｂ、Ｖ８１ｃは、それぞれ送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃが共振している状態の送電コイルの両端の電圧を示している。下側のグラフの電圧Ｖｎ８１ｂは、送電コイル８１ａが受電コイル２８１と共振状態であるが、送電コイル８１ｂは受電コイル２８１と共振状態でない、すなわち、非共振状態であるときの、送電コイル８１ｂの両端の電圧を示している。同様に、電圧Ｖｎ８１ｃは、送電コイル８１ｂが受電コイル２８１と共振状態であるが、送電コイル８１ｃは受電コイル２８１と共振状態でない、すなわち、非共振状態であるときの、送電コイル８１ｃの両端の電圧を示す。図６に示す例では、小型モビリティ２００は、図の右方向に移動する。小型モビリティ２００の受電コイル２８１の中心Ｐ２８１は、・・・Ｐ３、Ｐ４、・・・Ｐ８・・・のように、図の右方向に移動する。送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、小型モビリティ２００の移動方向、すなわち、受電コイル２８１の移動方向に沿って、順に並んでいる。
【0022】
共振状態における、電圧Ｖ８１ａ、Ｖ８１ｂ、Ｖ８１ｃは、受電コイル２８１がそれぞれ対応する送電コイルの中央の真上にある場合に最も大きくなり、対応する送電コイルの中央からずれるほど小さくなる。一方、電圧Ｖｎ８１ｂは、以下の式により示される。
Ｖｎ８１ｂ＝（ｋｇ１ｖ×ｋｇ２ｖ＋ｋｇ１ｇ２）×Ｖ８１ａ＋Ｚ２×Ｉ２
上式において、ｋｇ１ｖは、送電コイル８１ａと受電コイル２８１との結合係数であり、ｋｇ２ｖは、送電コイル８１ｂと受電コイル２８１との結合係数であり、ｋｇ１ｇ２は、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの結合係数である。Ｚ２は、送電コイル８１ｂを含む送電ユニット８０ｂのインピーダンスであり、Ｉ２は、送電コイル８１ｂに流れる電流である。上式において、結合係数Ｋｇ１ｇ２は、送電コイル８１ａ、８１ｂの配置位置で決まるため、受電コイル２８１の位置によらず一定値である。これに対し、結合係数ｋｇ１ｖ、ｋｇ２ｖ、及び電圧Ｖ８１ａは、受電コイル２８１の位置により変化する。なお、電コイル８１ｂが共振していないため、電流Ｉ２は小さく、上式の第２項のＺ２×Ｉ２は、第１項と比較して小さい。
Ｖｎ８１ｂ＝（ｋｇ１ｖ×ｋｇ２ｖ＋ｋｇ１ｇ２）×Ｖ８１ａ＋Ｚ２×Ｉ２
上式において、ｋｇ１ｖは、送電コイル８１ａと受電コイル２８１との結合係数であり、ｋｇ２ｖは、送電コイル８１ｂと受電コイル２８１との結合係数であり、ｋｇ１ｇ２は、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの結合係数である。Ｚ２は、送電コイル８１ｂを含む送電ユニット８０ｂのインピーダンスであり、Ｉ２は、送電コイル８１ｂに流れる電流である。上式において、結合係数Ｋｇ１ｇ２は、送電コイル８１ａ、８１ｂの配置位置で決まるため、受電コイル２８１の位置によらず一定値である。これに対し、結合係数ｋｇ１ｖ、ｋｇ２ｖ、及び電圧Ｖ８１ａは、受電コイル２８１の位置により変化する。なお、電コイル８１ｂが共振していないため、電流Ｉ２は小さく、上式の第２項のＺ２×Ｉ２は、第１項と比較して小さい。
【0023】
図７は、受電コイル２８１の位置と、送電コイル８１ａ、８１ｂと受電コイル２８１との間の結合係数ｋｇ１ｖ、ｋｇ２ｖの関係を示す説明図である。ここで、送電コイル８１ａ、８１ｂは、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂ間の隙間が可能なかぎり小さくなるように配置されており、かつ、受電コイル２８１の大きさが複数の送電コイルに跨る大きさ、例えば、受電コイル２８１の大きさが送電コイル８１ａ、８１ｂの両方に跨がるような大きさとする。結合係数ｋｇ１ｖ、ｋｇ２ｖは、受電コイル２８１の中心Ｐ２８１が、それぞれ、送電コイル８１ａ、８１ｂの中心Ｐ８１ａ、Ｐ８１ｂの真上にあるときには、正の極大値となる。送電コイル８１ａ、８１ｂの中心Ｐ８１ａ、Ｐ８１ｂの真上からずれると、小さくなる。なお、受電コイル２８１の中心Ｐ２８１が、送電コイル８１ａ、８１ｂの中心Ｐ８１ａ、Ｐ８１ｂの上から大きくずれると、負の値となる場合がある。しかし、本実施形態では、複数の送電ユニット８０ａ、８０ｂのうち少なくとも１つの送電ユニットの送電コイル８１と、受電コイル２８１との結合係数、すなわち、結合係数ｋｇ１ｖ、ｋｇ２ｖの少なくとも一方が、ゼロ以上、すなわち、正の値となるように、複数の送電ユニット８０ａ、８０ｂの送電コイル８１ａ、８１ｂを配置している。
【0024】
図８は、受電コイル２８１の位置と、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間の結合係数ｋｇ１ｇ２の関係を示す説明図である。上記説明では、結合係数ｋｇ１ｇ２は、送電コイル８１ａ、８１ｂの位置により決まるため、一定の値となり、変化しないと説明した。しかし、受電コイル２８１を介して２つの送電コイル８１ａ、８１ｂが結合する場合がある。そのため、結合係数ｋｇ１ｇ２は、一定の値ではなく、受電コイル２８１の位置によりわずかに変化する場合がある。
【0025】
次に、上式のｋｇ１ｖ×ｋｇ２ｖについて考える。受電コイル２８１の中心Ｐ２８１が、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの中間位置Ｐ３の真上にあるときに、上式に示すｋｇ１ｖ×ｋｇ２ｖがもっとも大きくなる。そのため、非共振状態における電圧Ｖｎ８１ｂは、受電コイル２８１の中心Ｐ２８１が送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの中間位置Ｐ３の真上にあるときに、最も大きく、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの中間位置Ｐ３からずれるほど小さくなる。本実施例は上記の関係を用いて説明する。
【0026】
図６に示すように、小型モビリティ２００が右方に移動し、受電コイル２８１も右方に移動するとする。受電コイル２８１が、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの間にあり、送電コイル８１ａを含む送電ユニット８０ａが共振状態であり、送電コイル８１ｂを含む送電ユニット８０ｂが非共振状態であるとする。送電ユニット８０ｂが非共振状態であるときの送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂは、受電コイル２８１が送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの中間位置Ｐ３にあるとき最も大きくなる。受電コイル２８１が図６の中間位置Ｐ３から例えば右方に移動すると、送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂは、小さくなる。受電コイル２８１が位置Ｐ４に達すると、送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂは、閾値Ｖｎｔｈとなる。切替制御部８５ｂは、送電ユニット８０ａが共振状態である場合において送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂが閾値Ｖｎｔｈ以上から閾値Ｖｎｔｈ未満に変化した場合、送電コイル８１ｂを含む送電ユニット８０ｂを共振状態に切り替える。送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａは、受電コイル２８１が位置Ｐ５に達すると、閾値Ｖｔｈ以下となる。切替制御部８５ａは、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａが閾値Ｖｔｈ以下となると、送電コイル８１ａを含む送電ユニット８０ａを非共振状態に切り替える。
【0027】
送電ユニット８０ｃが非共振状態であるときの送電コイル８１ｃの電圧Ｖｎ８１ｃは、受電コイル２８１が送電コイル８１ｂと送電コイル８１ｃの中間位置Ｐ６にあるとき最も大きくなる。受電コイル２８１が図６の中間位置Ｐ６から例えば右方に移動すると、送電コイル８１ｃの電圧Ｖｎ８１ｃは、小さくなる。受電コイル２８１が位置Ｐ７に達すると、送電コイル８１ｃの電圧Ｖｎ８１ｃは、閾値Ｖｎｔｈとなる。切替制御部８５ｃは、送電ユニット８０ｂが共振状態である場合において送電コイル８１ｃの電圧Ｖｎ８１ｃが閾値Ｖｎｔｈ以上から閾値Ｖｎｔｈ未満に変化した場合、送電コイル８１ｃを含む送電ユニット８０ｃを共振状態に切り替える。送電コイル８１ｂの電圧Ｖ８１ｂは、受電コイル２８１が位置Ｐ８に達すると、閾値Ｖｔｈ以下となる。切替制御部８５ｂは、送電コイル８１ｂの電圧Ｖ８１ｂが閾値Ｖｔｈ以下となると、送電コイル８１ｂを含む送電ユニット８０ｂを非共振状態に切り替える。
【0028】
小型モビリティ２００が左方に移動し、受電コイル２８１も左方に移動する場合も同様である。この場合、送電コイル８１ａを含む送電ユニット８０ａが共振状態であり、送電コイル８１ｂを含む送電ユニット８０ｂが非共振状態であるとする。送電ユニット８０ｂが非共振状態であるときの送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂは、受電コイル２８１が送電コイル８１ｃと送電コイル８１ｂの中間位置Ｐ６にあるとき最も大きくなる。受電コイル２８１が図６Ｂの中間位置Ｐ６から例えば左方に移動すると、送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂは、小さくなる。すなわち、小型モビリティ２００が左方に移動する場合には、図６に示す電圧Ｖｎ８１ｃのグラフが送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂのグラフとなり、電圧Ｖｎ８１ｂのグラフが送電コイル８１ａの電圧Ｖｎ８１ａのグラフとなる。
【0029】
図９は、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂと受電コイル２８１を示す側面図であり、図１０は、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂと受電コイル２８１を示す平面図である。２つの送電コイル８１ａ、８１ｂは、１辺の長さがａの略正方形をしており、Δｘの間隔を空けて配置されている。送電コイル８１ａ、８１ｂの中心間距離は、ａ＋Δｘとなる。受電コイル２８１は、１辺の長さが２ａの略正方形をしており、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂからΔｚだけ高い位置を移動する。
【0030】
図１１は、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間隔Δｘと２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの結合係数ｋｇ１ｇ２との関係を示すグラフである。図１２は、送電コイル８１ａと受電コイル２８１の間隔Δｚと送電コイル８１ａと受電コイル２８１の間の結合係数ｋ１ｖとの関係を示すグラフである。なお、図１２は、受電コイル２８１の中心Ｐ２８１が、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの中間の位置Ｐ３にある場合を示している。
【0031】
２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの結合係数ｋｇ１ｇ２は、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間隔Δｘが大きくなると小さくなり、間隔Δｘが小さくなると大きくなる。送電コイル８１ａと受電コイル２８１の間の結合係数ｋ１ｖは、送電コイル８１ａと受電コイル２８１の間隔Δｚが大きくなると小さくなり、間隔Δｚが小さくなると大きくなる。したがって、これらの関係を用いて、所望の結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋ１ｖを得ることができる。２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間隔Δｘ、及び、送電コイル８１ａと受電コイル２８１のｚ方向の間隔Δｚの値を求めることができる。なお、図１１、図１２からわかるように、送電コイル８１ａ、８１ｂの結合係数ｋｇ１ｇ２は、送電コイル８１ａと受電コイル２８１の間の結合係数ｋ１ｖよりも小さい。これば、送電コイル８１ａを貫く磁束は±ｚ方向に向かうため、送電コイル８１ａの磁束は、＋ｚ方向にある受電コイル２８１には通りやすい。これに対し、送電コイル８１ｂは、送電コイル８１ａよりも＋ｘ方向にあり、ｚ方向の高さが同じであるため、送電コイル８１ａを貫く磁束は、送電コイル８１ｂを通り難いからである。
【0032】
図１３は、１個の送電コイル８１ａを用いて給電する場合を示す説明図である。２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間の結合係数ｋｇ１ｇ２は、上述したように、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間隔Δｘより決まる。２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間隔Δｘが決まれば、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間の結合係数ｋｇ１ｇ２は、一定の値となる。一方、送電コイル８１ａと、受電コイル２８１の間の結合係数ｋｇ１ｖは、送電コイル８１ａと受電コイル２８１のｚ方向の間隔Δｚに加え、送電コイル８１ａに対する、受電コイル２８１のｘ方向、ｙ方向の位置により変化する。送電コイル８１ａと受電コイル２８１のｚ方向の間隔Δｚが一定の場合、送電コイル８１ａの中心と、受電コイル２８１の中心とが一致したときに、結合係数ｋｇ１ｖは極大となり、受電コイル２８１の中心が送電コイル８１ａの中心からずれるほど、結合係数ｋｇ１ｖは小さくなる。給電時には、結合係数ｋｇ１ｖと結合係数ｋｇ１ｇ２は、以下の式を満たす。
ｋｇ１ｇ２＜ｋｇ１ｖ
ｋｇ１ｇ２＜ｋｇ１ｖ
【0033】
本実施形態において、送電コイル８１ａと受電コイル２８１の相互インダクタンスをＬｇ１ｖ、受電コイル２８１に流れる電流をＩｖとすると、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａは、以下の式で示される。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊωＬｇ１ｖＩｖ
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊωＬｇ１ｖＩｖ
【0034】
以上、本実施形態によれば、給電時には、送電コイル８１ａと、受電コイル２８１の間の結合係数ｋｇ１ｖが、２つの送電コイル８１ａ、８１ｂの間の結合係数ｋｇ１ｇ２よりも大きくなる結合関係を有している。切替制御部８５ａは、結合係数ｋｇ１ｖが結合係数ｋｇ１ｇ２より大きくなる範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を共振状態とすることで送電コイル８１ａから受電コイル２８１に給電し、結合係数ｋｇ１ｖが結合係数ｋｇ１ｇ２以下の範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を非共振状態とすることで送電コイル８１ａから受電コイル２８１への給電を停止できる。
【0035】
送電コイル８１ａと受電コイル２８１とを貫く磁束の強さは、結合係数ｋｇ１ｖに対応するので、切替制御部８５ａは、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａを用いて送電コイル８１ａと受電コイル２８１とを貫く磁束の強さを判断できる。すなわち、閾値は、第１の送電コイル８１ａと第２の送電コイル８１ｂとの結合によって第１の送電コイル８１ａに生じる磁束を超える大きさとして設定されており、切替制御部８５ａは、送電ユニットの１つである第１の送電ユニット８０ａの第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、第１の送電ユニット８０ａの状態を共振状態に切り替え、閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える。その結果、第１の送電ユニット８０ａの状態を共振状態とするか、非共振状態とするかの閾値Ｖｔｈを明確にできる。この閾値は、例えば、第１の送電コイル８１ａと第２の送電コイル８１ｂとの相対距離により設定される。第１の送電コイル８１ａと第２の送電コイル８１ｂとの相対距離は、第１の送電コイル８１ａの中心と、第２の送電コイル８１ｂの中心と、の中心間距離である。
【0036】
切替制御部８５ｂは、非共振状態の送電コイル８１ｂの電圧Ｖｎ８１ｂを用いて、送電コイル８１ｂを含む送電ユニット８０ｂを共振状態に切り替え、切替制御部８５ａは、共振状態の送電コイル８１ａの電圧Ｖｎ８１ａを用いて、送電コイル８１ａを含む送電ユニット８０ａを非共振状態に切り替えることができる。
【0037】
・第２実施形態：
第１実施形態では、１つの送電コイル８１を用いて給電するが、第２実施形態では、複数の送電コイル８１を用いて同時に給電する点で相違する。図１４は、４個の送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄを用いて給電する場合を示す説明図である。同時給電数は、例えば、送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄの面積と、受電コイル２８１の面積比により決められる。例えば、送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄが各辺の長さａの略正方形をしており、受電コイル２８１が辺の長さ２ａの略正方形をしている場合には、受電コイル２８１は、送電コイル８１ａの４倍の面積を有しているため、同時給電数は、４個となる。面積とは、各コイルにおいて、コイル配線部分及びコイル配線よりも内側の面積の和を意味する。なお、４個よりも少ない２個あるいは３個の送電コイルを用いて同時給電してもよい。
第１実施形態では、１つの送電コイル８１を用いて給電するが、第２実施形態では、複数の送電コイル８１を用いて同時に給電する点で相違する。図１４は、４個の送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄを用いて給電する場合を示す説明図である。同時給電数は、例えば、送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄの面積と、受電コイル２８１の面積比により決められる。例えば、送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄが各辺の長さａの略正方形をしており、受電コイル２８１が辺の長さ２ａの略正方形をしている場合には、受電コイル２８１は、送電コイル８１ａの４倍の面積を有しているため、同時給電数は、４個となる。面積とは、各コイルにおいて、コイル配線部分及びコイル配線よりも内側の面積の和を意味する。なお、４個よりも少ない２個あるいは３個の送電コイルを用いて同時給電してもよい。
【0038】
切替対象の送電コイルを第１の送電コイル８１ａと呼び、第１の送電コイル８１ａと隣接する給電中の第２の送電ユニット８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの送電コイルを第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄと呼ぶ。第１の送電コイル８１ａは、受電コイル２８１と結合するだけでなく、第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄとも結合する。第１の送電コイル８１ａと受電コイル２８１との結合係数をｋｇ１ｖ、第１の送電コイル８１ａと第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄとの結合係数をそれぞれｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４とする。給電時には、結合係数ｋｇ１ｖ、ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４は、以下の式を満たす。
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇ3＋ｋｇ１ｇ4＜ｋｇ１ｖ
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇ3＋ｋｇ１ｇ4＜ｋｇ１ｖ
【0039】
本実施形態では、給電時には、第１の送電コイル８１ａと、受電コイル２８１の間の結合係数ｋｇ１ｖが、第１の送電コイル８１ａと第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄの間の結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４の総和よりも大きくなるような結合関係を有しているので、切替制御部８５ａは、結合係数ｋｇ１ｖが結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４の総和より大きくなる範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を共振状態とし、結合係数ｋｇ１ｖが結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４の総和以下の範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を非共振状態とする。その結果、第１の送電ユニット８０ａの状態を共振状態とするか、非共振状態とするかの閾値Ｖｔｈを明確にできる。また、第１の送電コイル８１ａと、受電コイル２８１の間の結合を、第１の送電コイル８１ａと、第２の送電コイル８１ｂから８１ｄとの間の結合よりも大きくした状態を維持しつつ、第１の送電コイル８１ａを順に切り替えて給電することができる。
【0040】
第１の送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａは、第１の送電コイル８１ａに流れる電流をＩ１、第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄに流れる電流をＩ２、Ｉ３、Ｉ４、第１の送電ユニット８０ａのインピーダンスＺ１、及び第１の送電ユニット８０ａと第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄとの間の相互インダクタンスＬｇ１ｇ２、Ｌｇ１ｇ３、Ｌｇ１ｇ４を用いて、以下の式により表される。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊω（Ｌｇ１ｇ２Ｉ２＋Ｌｇ１ｇ３Ｉ３＋Ｌｇ１ｇ４Ｉ４）
第１の送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａの最小値Ｖｍｉｎ８１ａは、第１の送電コイル８１ａが、第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄと結合しているが、受電コイル２８１とは結合していない状態で生じる。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊω（Ｌｇ１ｇ２Ｉ２＋Ｌｇ１ｇ３Ｉ３＋Ｌｇ１ｇ４Ｉ４）
第１の送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａの最小値Ｖｍｉｎ８１ａは、第１の送電コイル８１ａが、第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄと結合しているが、受電コイル２８１とは結合していない状態で生じる。
【0041】
図１５は、１個給電と４個給電の場合の第１の送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａを比較する説明図である。４個の送電コイル８１ａ～８１ｄを用いて給電する場合の第１の送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａの最小値Ｖｍｉｎ８１ａが、１つの送電コイル８１ａを用いて給電する場合の第１の送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａの最大値Ｖｍａｘ８１ａよりも小さい場合には、第１の送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａは、受電コイル２８１の中心が移動すると、どこかで、１個給電の場合の最大値Ｖｍａｘ８１ａを超える。そのため、最小値Ｖｍｉｎ８１ａから最大値Ｖｍａｘ８１ａの間に、送電コイル８１ａの給電、非給電、すなわち、共振状態と非共振状態を切り替える閾値Ｖｔｈが存在する。したがって、切替制御部８５ａは、第１の送電コイル８１ａと、受電コイル２８１の間の結合を、第１の送電コイル８１ａと、第２の送電コイル８１ｂ～８１ｄと間の結合よりも大きくした状態を維持しつつ、第１の送電コイル８１ａの共振状態と非共振状態とを切り替えることができる。
【0042】
また、本実施形態では、図１５に示すように、第１の送電コイル８１ａと受電コイル２８１の相互インダクタンスとに起因するインピーダンスと第１の送電コイル８１ａの電流との積Ｉ１と、第１の送電コイル８１ａと、第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄと、の間の相互インダクタンスに起因するインピーダンスと、第２の送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄに流れる電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４との積の総和が、第１の送電コイル８１ａと受電コイル２８１の相互インダクタンスとに起因するインピーダンスと、受電コイル２８１に流れる電流Ｉｖとの積よりも小さい。そのため、切替制御部８５ａは、位置ズレにより、各電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉｖに変化が生じても、その影響を受けることなく、第１の送電ユニット８０ａの共振状態と非共振状態とを切り替えることができる。
【0043】
上記説明では、４個の送電コイル８１ａ～８１ｄを用いて４個給電する場合を説明したが、送電コイルの給電数は、４個以外であってもよい。例えば、送電コイル８１ａを１辺ａの六角形とし、送電コイル８１ａの各辺に１辺ａの六角形の６個の送電コイル８１ｂから８１ｇを設けるハニカム状に送電コイルが並ぶように配置した場合、７個給電となる。また、このときの送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａは、
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊωＬｇ１ｇ２Ｉ２＋ｊωＬｇ１ｇ３Ｉ３＋ｊωＬｇ１ｇ４Ｉ４＋ｊωＬｇ１ｇ５Ｉ５＋ｊωＬｇ１ｇ６Ｉ６＋ｊωＬｇ１ｇ７Ｉ７
で示される。４個の送電コイル８１を用いる場合には、送電コイル８１の形状を正方形とし、７個の送電コイル８１を用いる場合には、送電コイル８１の形状を正六角形とすることで、全ての送電コイル８１を同一形状とした上で隙間無く配置できる。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊωＬｇ１ｇ２Ｉ２＋ｊωＬｇ１ｇ３Ｉ３＋ｊωＬｇ１ｇ４Ｉ４＋ｊωＬｇ１ｇ５Ｉ５＋ｊωＬｇ１ｇ６Ｉ６＋ｊωＬｇ１ｇ７Ｉ７
で示される。４個の送電コイル８１を用いる場合には、送電コイル８１の形状を正方形とし、７個の送電コイル８１を用いる場合には、送電コイル８１の形状を正六角形とすることで、全ての送電コイル８１を同一形状とした上で隙間無く配置できる。
【0044】
本実施形態では、上述したように、複数の送電ユニット８０ａ、８０ｂのうち少なくとも１つの送電ユニットの送電コイル８１と、受電コイル２８１との結合係数、すなわち、結合係数ｋｇ１ｖ、ｋｇ２ｖの少なくとも一方が、ゼロ以上、すなわち、正の値となるように、複数の送電ユニットが配置されている。そのため、切替制御部８５ａは、送電コイル８１ａの上に受電コイル２８１が存在し、結合係数ｋｇ１ｖが正の値となるときに、送電ユニット８０ａの状態を共振状態とするので、送電コイル８１ａの磁束が、受電コイル２８１以外に漏洩することを低減できる。送電コイル８１ｂの磁束についても同様である。
【0045】
・第３実施形態：
図１６は、第３実施形態における複数の送電ユニット８０を有する送電装置１００と小型モビリティ２００の概略構成を示す説明図である。第３実施形態の構成は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、以下の点で第１実施形態と相違する。
（１）第１実施形態では、送電ユニット８０ａの状態を共振状態あるいは非共振状態に切り替えているが、第３実施形態では、送電ユニット８０ａの状態を送電状態あるいは非送電状態に切り替える。
（２）第１実施形態では、切替制御部８５が送電ユニット８０ａの状態を共振状態、非共振状態に切り替えるときの閾値は、隣接する送電コイルとの結合により第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさにより定義しているが、第３実施形態では、磁気的に結合する送電コイルとの結合により第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさにより定義している。
図１６は、第３実施形態における複数の送電ユニット８０を有する送電装置１００と小型モビリティ２００の概略構成を示す説明図である。第３実施形態の構成は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、以下の点で第１実施形態と相違する。
（１）第１実施形態では、送電ユニット８０ａの状態を共振状態あるいは非共振状態に切り替えているが、第３実施形態では、送電ユニット８０ａの状態を送電状態あるいは非送電状態に切り替える。
（２）第１実施形態では、切替制御部８５が送電ユニット８０ａの状態を共振状態、非共振状態に切り替えるときの閾値は、隣接する送電コイルとの結合により第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさにより定義しているが、第３実施形態では、磁気的に結合する送電コイルとの結合により第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさにより定義している。
【0046】
先ず、送電状態と非送電状態について説明する。非送電状態とは、第１の送電コイル８１ａが発生させる磁束が、例えば、国際非電離放射線防護委員会（ＩＣＮＩＲＰ）が規定する、人に影響を与えない人体暴露の基準値以下である状態を意味する。この状態では、第１の送電コイル８１ａから受電コイル２８２に十分な電力を送電できない。送電状態とは、第１の送電コイル８１ａに十分な磁束を発生させ、受電コイル２８２に十分な電力を給電できる状態を意味する。この送電状態における磁束は、人に影響を与える可能性があるので、送電装置１００は、例えば、無人の工場で使用される。有人の工場であれば、人が磁気シールドされた場所で作業することで、磁束の人への影響を抑制してもよい。
【0047】
送電ユニット８０ａの状態を、共振状態に切り替えることと、送電状態に切り替えること、との違いを説明する。
送電ユニット８０ａの状態を共振状態に切り替えるとは、コンデンサ８２の容量Ｃｇ１を変化させることで、以下の送電ユニット８０ａのインピーダンスの式の虚数成分ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）がゼロになるようにすることを意味する。
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）｝
これに対し、送電ユニット８０ａの状態を、送電状態に切り替えることとは、コンデンサ８２の容量Ｃｇ１を変化させることで、上式の虚数成分ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）の大きさを、予め定められた大きさ以下にすることを意味する。したがって、送電ユニット８０ａの状態を共振状態に切り替える場合も、送電状態に切り替える場合も、コンデンサ８２の容量Ｃｇ１を変化させる点では同じである。しかし、共振状態よりも、送電状態の方がコンデンサ８２の容量Ｃｇ１の範囲が広く、送電ユニット８０ａの状態を共振状態とすれば、送電状態となるが、送電状態としても、共振状態となると限らない、という関係にある。
送電ユニット８０ａの状態を共振状態に切り替えるとは、コンデンサ８２の容量Ｃｇ１を変化させることで、以下の送電ユニット８０ａのインピーダンスの式の虚数成分ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）がゼロになるようにすることを意味する。
Ｚ１＝｛ｒ１＋ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）｝
これに対し、送電ユニット８０ａの状態を、送電状態に切り替えることとは、コンデンサ８２の容量Ｃｇ１を変化させることで、上式の虚数成分ｊωＬｍ＋１／（ｊωＣｇ１）の大きさを、予め定められた大きさ以下にすることを意味する。したがって、送電ユニット８０ａの状態を共振状態に切り替える場合も、送電状態に切り替える場合も、コンデンサ８２の容量Ｃｇ１を変化させる点では同じである。しかし、共振状態よりも、送電状態の方がコンデンサ８２の容量Ｃｇ１の範囲が広く、送電ユニット８０ａの状態を共振状態とすれば、送電状態となるが、送電状態としても、共振状態となると限らない、という関係にある。
【0048】
次に隣接と結合の違いについて説明する。送電コイル８１ａが発する磁束の到達距離は無限大である。そのため、送電コイル８１ａは、図１６に示すように、隣接する送電コイル８１ｂに加え、隣接する送電コイル８１ｂを間に挟んで遠方にある送電コイル８１ｃとも磁気的に結合する。したがって、隣接する送電コイルは、磁気的に結合するが、磁気的に結合する送電コイルであっても、隣接する送電コイルとは限らない、という関係にある。
【0049】
第３実施形態では、切替制御部８５が送電ユニット８０ａの状態を送電状態、非送電状態に切り替えるときの閾値を、第１の送電コイル８１ａと、第１の送電コイル８１ａに磁気的に結合する少なくとも１つ以上の第２の送電ユニット８０ｂの第２の送電コイル８１ｂと、の結合によって、第１の送電コイル８１ａに生じる磁束を超える大きさとして設定した。なお、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｃの間の結合係数ｋｇ１ｇ３は、送電コイル８１ａと送電コイル８１ｂの間の結合係数ｋｇ１ｇ２よりも極めて小さい。すなわち、隣接していない送電コイル８１ｃとの結合係数は、隣接している送電コイル８１ｂとの結合係数よりも極めて小さい。したがって、隣接していない送電コイル８１ｃは送電コイル８１ａと磁気的に結合するが、送電コイル８１ｃとの結合により送電コイル８１ａに生じる磁束は極めて小さい。したがって、第３実施形態のように、閾値を、第１の送電コイル８１ａと、第１の送電コイル８１ａに磁気的に結合する少なくとも１つ以上の第２の送電ユニット８０ｂの第２の送電コイル８１ｂと、の結合によって、第１の送電コイル８１ａに生じる磁束を超える大きさとして設定するのが好ましいが、実用上は、第１実施形態のように、閾値を、隣接する送電コイル８１ｂとの結合によって第１の送電コイル８１ａに生じる磁束を超える大きさとしても差し支えない。第２の送電コイルを、送電コイル８１ｃを含まず、第１の送電コイル８１ａに隣接している送電コイル８１ｂとしてもよい。この閾値は、例えば、第１の送電コイル８１ａと第２の送電コイル８１ｂとの相対距離により設定される。第１の送電コイル８１ａと第２の送電コイル８１ｂとの相対距離は、第１の送電コイル８１ａの中心と、第２の送電コイル８１ｂの中心と、の中心間距離である。
【0050】
以上、第３実施形態によれば、切替制御部８５ａは、送電ユニットの１つである第１の送電ユニット８０ａの第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、第１の送電ユニット８０ａの状態を送電状態に切り替え、閾値より小さい場合には、非送電状態に切り替えるので、より適切な送電、非送電の切替制御ができる。また、閾値は、第１の送電コイル８１ａと、第１の送電コイル８１ａに磁気的に結合する少なくとも１つ以上の第２の送電ユニット８０ｂの第２の送電コイル８１ｂと、の結合によって、第１の送電コイル８１ａに生じる磁束を超える大きさとして設定されるので、より正確に、第１の送電ユニット８０ａの送電状態、非送電状態を切り替えることができる。
【0051】
なお、第１実施形態における、共振状態、非共振状態の切り替えにおいて、第３実施形態の閾値を用いてもよく、第３実施形態における、送電状態、非送電状態の切り替えにおいて、第１実施形態の閾値を用いてもよい。
【0052】
・第４実施形態：
図１７は、第４実施形態における送電装置１０１の送電ユニット８０１と小型モビリティ２００の受電ユニット２８０の概略回路図である。第４実施形態では、送電ユニット８０１では、送電コイルが送電コイル８１と、送電コイル８１ｓに分割され、コンデンサもコンデンサ８２と８２ｓに分割されている分割コイル共振方式を採用している。送電コイル８１とコンデンサ８２とが直列に接続され、送電コイル８１ｓとコンデンサ８２ｓとが直列に接続されている。なお、小型モビリティ２００の回路構成は、第１実施形態も第４実施形態も同じである。
図１７は、第４実施形態における送電装置１０１の送電ユニット８０１と小型モビリティ２００の受電ユニット２８０の概略回路図である。第４実施形態では、送電ユニット８０１では、送電コイルが送電コイル８１と、送電コイル８１ｓに分割され、コンデンサもコンデンサ８２と８２ｓに分割されている分割コイル共振方式を採用している。送電コイル８１とコンデンサ８２とが直列に接続され、送電コイル８１ｓとコンデンサ８２ｓとが直列に接続されている。なお、小型モビリティ２００の回路構成は、第１実施形態も第４実施形態も同じである。
【0053】
第４実施形態において、送電コイル８１のインダクタンスをＬｇ１、送電コイル８１ｓのインダクタンスをＬｓ、コンデンサ８２の容量をＣｇ１、コンデンサ８２ｓの容量をＣｓ、受電コイル２８２のインダクタンスをＬｖ、コンデンサ２８２に容量をＣｖ、送電コイル８１と送電コイル８１ｓの結合係数をｋ１ｓ、送電コイル８１と受電コイル２８１の結合係数をｋ１２、送電コイル８１ｓと受電コイル２８１の結合係数をｋｓ２とする。
送電ユニット８０１が単独で共振状態となるためのコンデンサ８２の容量Ｃｇ１、及びコンデンサ８２ｓの容量Ｃｓは、それぞれ第１実施形態と同様であり、以下のようになる。
Ｃｇ１＝１／（ω２Ｌｇ１）
Ｃｓ＝１／（ω２Ｌｓ）
また、受電回路２８０が共振するためのコンデンサ２８２の容量Ｃｖは、
Ｃｖ＝１／｛ω２Ｌｖ（１－２ｋｓ２ｋ１２／ｋ１ｓ）｝
となる。
送電ユニット８０１が単独で共振状態となるためのコンデンサ８２の容量Ｃｇ１、及びコンデンサ８２ｓの容量Ｃｓは、それぞれ第１実施形態と同様であり、以下のようになる。
Ｃｇ１＝１／（ω２Ｌｇ１）
Ｃｓ＝１／（ω２Ｌｓ）
また、受電回路２８０が共振するためのコンデンサ２８２の容量Ｃｖは、
Ｃｖ＝１／｛ω２Ｌｖ（１－２ｋｓ２ｋ１２／ｋ１ｓ）｝
となる。
【0054】
送電コイル８１、８１ｓと受電コイル２８１とが結合し共振した場合、交流電力供給部２０の出力電圧をＶ１とすると共振状態における電流Ｉ１は、以下のように示される。
Ｉ１＝（ｋｓ２／ｋ１ｓ）２（Ｌｖ／Ｌ１ｇ）（Ｖ１／ＲＬ）
Ｉ１＝（ｋｓ２／ｋ１ｓ）２（Ｌｖ／Ｌ１ｇ）（Ｖ１／ＲＬ）
【0055】
次に、第４実施形態において、受電ユニット２８０が送電ユニット８０１の近傍になく、送電コイル８１、８１ｓと受電コイル２８１とが結合しない場合を考える。このとき、送電コイル８１ｓの寄生抵抗をｒｓ、送電コイル８１と送電コイル８１ｓの相互インダクタンスをＬｓｍとすると、送電コイル８１に流れる電流Ｉ０は、以下のように示される。
Ｉ0＝｛ｒｓ／（ωＬｓｍ）２｝Ｖ１
Ｉ0＝｛ｒｓ／（ωＬｓｍ）２｝Ｖ１
【0056】
送電コイル８１、８１ｓと受電コイル２８１とが結合しない場合の電流Ｉ０は、共振が崩れ、インピーダンスＺ１が大きくなるので、送電コイル８１、８１ｓと受電コイル２８１とが共振あるいは結合したときに送電コイル８１に流れる電流Ｉ１よりも小さくなる。その結果、共振状態あるいは、結合状態の時には、送電コイル８１が発生させ、受電コイル２８２を通過する磁束が大きくなると言える。
【0057】
以上、第４実施形態よれば、分割コイル共振方式を用いるので、送電コイル８１に受電コイル２８１が近づいた際には、送電コイル８１に流れる電流を多くして、受電コイル２８２を透過する磁束の量を増大させることができ、一方、送電コイル８１から受電コイル２８１が遠ざかっている場合には、送電コイル８１に流れる電流を少なくできる。
【0058】
・第５実施形態
図１８は、第５実施形態における小型モビリティ向けの送電装置１００を示す説明図である。第１実施形態では、送電装置１００は、１台の小型モビリティ２００に対して送電を行うが、第５実施形態では、送電装置１００は、複数台の小型モビリティ２００、２００ｘに対して送電を行う。
図１８は、第５実施形態における小型モビリティ向けの送電装置１００を示す説明図である。第１実施形態では、送電装置１００は、１台の小型モビリティ２００に対して送電を行うが、第５実施形態では、送電装置１００は、複数台の小型モビリティ２００、２００ｘに対して送電を行う。
【0059】
図１９は、第５実施形態において、１個の送電コイル８１ａから２台の小型モビリティ２００、２００ｘに給電する場合の説明図である。図１９では、３つの送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｘと、２つの受電コイル２８１、２８１ｘを図示している。３つの送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｘのインダクタンスをそれぞれＬｇ１、Ｌｇ２、Ｌｇｘとする。また、小型モビリティ２００、２００ｘの受電コイル２８１、２８１ｘのインダクタンスをＬｖ、Ｌｖｘとする。送電コイル８１ａと、送電コイル８１ｂとの結合係数をｋｇ１ｇ２、送電コイル８１ａと受電コイル２８１、２８１ｘとの結合係数をそれぞれｋｇ１ｖ１、ｋｇ１ｖｘとする。また、送電コイル８１ｘを経由した送電コイル８１ａと受電コイル２８１ｘとの結合係数をｋｇ１ｇｖｘとする。給電時には、結合係数ｋｇ１ｖ１、ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｖｘ、ｋｇ１ｇｖｘは、以下の式を満たす。
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘ＜ｋｇ１ｖ１
１個の小型モビリティ２００に給電する場合には、第１実施形態で説明したように、以下の式
ｋｇ１ｇ２＜ｋｇ１ｖ
を満たしていることから、両者を比較すると、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘが増加する小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘ＜ｋｇ１ｖ１
１個の小型モビリティ２００に給電する場合には、第１実施形態で説明したように、以下の式
ｋｇ１ｇ２＜ｋｇ１ｖ
を満たしていることから、両者を比較すると、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘが増加する小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。
【0060】
また、送電コイル８１ａに流れる電流をＩ１、受電コイル２８１に流れる電流をＩｖ、送電コイル８１ｘに流れる電流をＩｘ、受電コイル２８１ｘに流れる電流をＩｖｘとすると、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａは、以下の式で示される。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊωＬｇ１ｖＩｖ＋ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘ
同様に、小型モビリティの数が１台の場合と比較すると、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘが増加する小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊωＬｇ１ｖＩｖ＋ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘ
同様に、小型モビリティの数が１台の場合と比較すると、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘが増加する小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。
【0061】
本実施形態では、給電時には、第１の送電コイル８１ａと、受電コイル２８１の間の結合係数ｋｇ１ｖ１が、結合係数ｋｇ１ｖ１が結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｖｘ、ｋｇ１ｇｖｘの総和よりも大きくなる範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を送電状態とし、結合係数ｋｇ１ｖ１が結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇｖｘ、ｋｇ１ｖｘの総和以下の範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を非送電状態とする。
【0062】
また、送電コイル８１ａと受電コイル２８１とを貫く磁束の強さは、結合係数ｋｇ１ｖ１に対応し、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａにも対応するので、切替制御部８５ａは、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａを用いて送電コイル８１ａと受電コイル２８１とを貫く磁束の強さを判断できる。すなわち、切替制御部８５ａは、送電ユニットの１つである第１の送電ユニット８０ａの第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、第１の送電ユニット８０ａの状態を共振状態に切り替え、閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える。その結果、第１の送電ユニット８０ａの状態を送電状態とするか、非送電状態とするかの閾値Ｖｔｈを明確にできる。
【0063】
図２０は、第５実施形態において、４個の送電コイルから２台の小型モビリティ２００、２００ｘに給電する場合の説明図である。図２０では、５つの送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｘと、２つの受電コイル２８１、２８１ｘを図示している。５つの送電コイル８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｘのインダクタンスをそれぞれＬｇ１、Ｌｇ２、Ｌｇ３、Ｌｇ４、Ｌｇｘとする。また、小型モビリティ２００、２００ｘの受電コイル２８１、２８１ｘのインダクタンスをＬｖ、Ｌｖｘとする。送電コイル８１ａと、送電コイル８１ｂ、８１ｃ、８１ｄとの結合係数をｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４、送電コイル８１ａと受電コイル２８１、２８１ｘとの結合係数をそれぞれｋｇ１ｖ１、ｋｇ１ｖｘとする。また、送電コイル８１ｘを経由した送電コイル８１ａと受電コイル２８１ｘとの結合係数をｋｇ１ｇｖｘとする。給電時には、結合係数ｋｇ１ｖ１、ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４、ｋｇ１ｖｘ、ｋｇ１ｇｖｘは、以下の式を満たす。
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇ３＋ｋｇ１ｇ４＋ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘ＜ｋｇ１ｖ１
１個の小型モビリティ２００に給電する場合には、第１実施形態で説明したように、以下の式
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇ３＋ｋｇ１ｇ４＜ｋｇ１ｖ
を満たしていることから、両者を比較すると、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘが増加する小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇ３＋ｋｇ１ｇ４＋ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘ＜ｋｇ１ｖ１
１個の小型モビリティ２００に給電する場合には、第１実施形態で説明したように、以下の式
ｋｇ１ｇ２＋ｋｇ１ｇ３＋ｋｇ１ｇ４＜ｋｇ１ｖ
を満たしていることから、両者を比較すると、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｋｇ１ｇｖｘ＋ｋｇ１ｖｘが増加する小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。
【0064】
また、送電コイル８１ａに流れる電流をＩ１、受電コイル２８１に流れる電流をＩｖ、送電コイル８１ｘに流れる電流をＩｘ、受電コイル２８１ｘに流れる電流をＩｖｘとすると、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａは、以下の式で示される。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊω（Ｌｇ１ｇ２Ｉ２＋Ｌｇ１ｇ３Ｉ３＋Ｌｇ１ｇ４Ｉ４＋ＬｇｘＩｇｘ＋ＬｖｘＩｖｘ）
同様に、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘが小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。なお、小型モビリティ２００が、複数の受電コイルを有していてもよい。小型モビリティ２００が複数の受電コイルを有している場合の考え方は、小型モビリティの数が複数台ある場合の考え方と同様であり、ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘが受電コイルの数だけ増加する。
Ｖ８１ａ＝Ｚ１Ｉ１＋ｊω（Ｌｇ１ｇ２Ｉ２＋Ｌｇ１ｇ３Ｉ３＋Ｌｇ１ｇ４Ｉ４＋ＬｇｘＩｇｘ＋ＬｖｘＩｖｘ）
同様に、小型モビリティの数が複数台ある場合には、ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘが小型モビリティ２００ｘの台数分だけ増加する。なお、小型モビリティ２００が、複数の受電コイルを有していてもよい。小型モビリティ２００が複数の受電コイルを有している場合の考え方は、小型モビリティの数が複数台ある場合の考え方と同様であり、ｊωＬｇｘＩｇｘ＋ｊωＬｖｘＩｖｘが受電コイルの数だけ増加する。
【0065】
本実施形態では、給電時には、第１の送電コイル８１ａと、受電コイル２８１の間の結合係数ｋｇ１ｖ１が、結合係数ｋｇ１ｖ１が結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４、ｋｇ１ｇｖｘ、ｋｇ１ｖｘの総和よりも大きくなる範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を送電状態とし、結合係数ｋｇ１ｖ１が結合係数ｋｇ１ｇ２、ｋｇ１ｇ３、ｋｇ１ｇ４、ｋｇ１ｇｖｘ、ｋｇ１ｖｘの総和以下の範囲において、第１の送電ユニット８０ａの状態を非送電状態とする。
【0066】
また、送電コイル８１ａと受電コイル２８１とを貫く磁束の強さは、結合係数ｋｇ１ｖ１に対応し、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａにも対応するので、切替制御部８５ａは、送電コイル８１ａの電圧Ｖ８１ａを用いて送電コイル８１ａと受電コイル２８１とを貫く磁束の強さを判断できる。すなわち、切替制御部８５ａは、送電ユニットの１つである第１の送電ユニット８０ａの第１の送電コイル８１ａに生じる磁束の大きさが、予め定めた閾値以上の場合に、第１の送電ユニット８０ａの状態を共振状態に切り替え、閾値より小さい場合には、非共振状態に切り替える。その結果、第１の送電ユニット８０ａの状態を送電状態とするか、非送電状態とするかの閾値Ｖｔｈを明確にできる。
【0067】
・他の実施形態：
図２１は、送電コイル８１がｘ方向に一直線に並んでいる場合を示す説明図である。上記実施形態では、複数の送電コイル８１が格子状に配置されている例を説明した。図２１に示す例では、送電コイル８１がｘ方向に一直線に並んでおり、小型モビリティ２００は、ｘ方向に移動する。ｘ方向に並ぶ複数の送電コイル８１は、小型モビリティ２００の受電コイル２８１がｘ方向に移動する際に、順次送電できる。すなわち、この送電コイル８１の並びにより、複数の送電コイル８１から受電コイル２８１に簡素に連続給電できる。
図２１は、送電コイル８１がｘ方向に一直線に並んでいる場合を示す説明図である。上記実施形態では、複数の送電コイル８１が格子状に配置されている例を説明した。図２１に示す例では、送電コイル８１がｘ方向に一直線に並んでおり、小型モビリティ２００は、ｘ方向に移動する。ｘ方向に並ぶ複数の送電コイル８１は、小型モビリティ２００の受電コイル２８１がｘ方向に移動する際に、順次送電できる。すなわち、この送電コイル８１の並びにより、複数の送電コイル８１から受電コイル２８１に簡素に連続給電できる。
【0068】
図２２は、送電コイル８１の他の配置を示す説明図である。図２２に示す例では、ｘ方向に一直線に並ぶように線上に配置された送電コイル８１と、ｘ方向、ｙ方向の2次元の格子状に配置されたが送電コイル８１とを備える。このように、送電コイル８１は、工場のレイアウトに合わせて自由に配置可能である。
【0069】
図２３は、送電コイル８１の他の配置を示す説明図である。図２３に示す例は、図２２に示す例から一部の送電コイル８１を除いて、送電コイル８１が配置されている。すなわち、図２３に示す配置は、送電コイル８１から受電コイル２８１への給電計画に合わせて送電コイル８１を配置したものである。給電が必要でない領域に送電コイル８１を配置しないことで、コイル配置自由度の向上、コストの低減を図ることができる。
【0070】
図２４は、送電コイル８１が配置される深さを変更した例である。図２４に示す例では、接地面の浅い位置に配置された送電コイル８１ｈと、深い位置に配置された送電コイル８１ｌとが示されている。また、２台の小型モビリティ２００、２００ｚが示されている。小型モビリティ２００の受電コイル２８１の地上高は低く、小型モビリティ２００ｚの受電コイル２８１ｚの地上高は高くなっている。
【0071】
深い位置に配置された送電コイル８１ｌと小型モビリティ２００の受電コイル２８１との間隔は、ｈ１であり、図１２に示すように、送電コイル８１ｌと受電コイル２８１の結合係数を大きくできるので、送電コイル８１ｌから受電コイル２８１に十分な電力を送電できる。これに対し、深い位置に配置された送電コイル８１ｌと小型モビリティ２００ｚの受電コイル２８１ｚとの間隔は、ｈ２であり、図１２に示すように、送電コイル８１ｌと受電コイル２８１ｚの結合係数を大きくできないので、十分な電力を送電できない。一方、浅い位置に配置された送電コイル８１ｈは、全ての小型モビリティ２００、２００ｚの受電コイル２８１、２８１ｚとの間隔が狭いため、送電コイル８１ｈと受電コイル２８１、２８１ｚとの結合係数を大きくでき、受電コイル２８１、２８１ｚに十分な電力を送電できる。
【0072】
図２４に示す例によれば、受電コイル２８１、２８１ｚの高さの異なる複数の小型モビリティ２００、２００ｚの混在を可能とできる。そして、受電アンテナ２８１の地上高が低い小型モビリティ２００に対しては、送電コイル８１ｌ、８１ｈの両方から給電し、受電アンテナ２８１ｚの地上高が高い小型モビリティ２００ｚに対しては、送電コイル８１ｈから給電する。その結果、受電アンテナ２８１の地上高が低い小型モビリティ２００に対する給電頻度を増加させることができる。
【0073】
図２５は、送電コイルの配置場所により、送電コイルの大きさ、ターン数、送電コイルの形状を変えた例を示す説明図である。送電コイル８１の左側に配置されている送電コイル８１ｓは、大きさが送電コイル８１に比べて小さい。そのため、送電コイル８１ｓが受電コイル２８１と結合する場合の結合係数が小さくなる。その結果、送電コイル８１ｓから受電コイル２８１への給電量が小さい。送電コイル８１の左側に配置されている送電コイル８１ｍは、大きさは送電コイル８１と同じであるが、ターン数が多い。そのため、送電コイル８１ｍが受電コイル２８１と結合する場合の結合係数が大きくなる。その結果、送電コイル８１ｍから受電コイル２８１への給電量が大きい。このように、送電コイルの大きさやターン数を変えることで、送電コイルから受電コイルへの給電量を変更できる。
【0074】
送電コイル８１ｍの右に配置されている送電コイル８１ｅは、形状が円形をしている。送電コイルの配線長が同じ場合、形状が円形の送電コイル８１ｅの方が矩形の送電コイル８１よりも送電コイルの内側の面積を大きくできる。そのため、送電コイルの配線長が同じ場合、送電コイル８１ｅの方が、送電コイル８１よりも結合係数を大きくでき、給電量を大きくできる。なお、送電コイルを矩形の送電コイル８１とすると、送電コイルの配置領域に、隙間無く送電コイル８１を並べ易い。その結果、受電コイル２８１が送電コイル８１と重ならない面積を小さくできる。
【0075】
上記各実施形態では、送電コイル８１ａの電圧を用いて、送電コイル８１ａと、受電コイル２８１との結合、送電コイル８１ａと、送電コイル８１ｂ等との結合を判断しているが、送電コイル８１ａに流れる電流を用いて、送電コイル８１ａと、受電コイル２８１との結合、送電コイル８１ａと、送電コイル８１ｂ等との結合を判断してもよい。
【0076】
上記各実施形態では、コンデンサ８２の容量を切り替えることで、送電ユニット８０のインピーダンスを変えて共振状態と、非共振状態とを切り替え、あるいは送電状態と非送電状態とを切り替えているが、送電コイル８１のインダクタンスを切り替えることで、インピーダンスを変えて送電ユニット８０の共振状態と、非共振状態とを切り替え、あるいは送電状態と非送電状態とを切り替える構成としてもよい。
【0077】
上記各実施形態では、切替制御部８５を用いて、コンデンサ８２の容量を切り替えていたが、コンデンサ８２として可変容量コンデンサを用いてもよい。例えば、コンデンサの磁束を受けたことによる力を用いて、コンデンサを構成する２枚の極板の間隔を変えることで、コンデンサの容量を変えてもよい。図３に示す例では、コンデンサ８２ａと８２ｂは並列に接続されているが、直列に接続する構成であってもよい。また、コンデンサ８２として、コンデンサ８２ａと８２ｂを用いているが、３個以上のコンデンサを用い、直列接続、あるいは並列接続されるコンデンサの数を切り替えるようにしてもよい。スイッチ８３は、リレーのような物理的に接続、切断を切り替えるものでもよく、半導体スイッチのように、電気的な接続、切断を切り替えるものであってもよい。
【0078】
送電コイル８１のインダクタンスを切り替える場合、スイッチにより接続されるコイルの数を切り替えてもよく、インダクタンスの大きさを変えることができる可変インダクタを用いてもよい。例えば、可変インダクタとして、コア材の透磁率が変化するコイルを用いてもよい。スイッチにより、コイルのターン数を変えてもよく、複数のコイルを直列または並列の接続し、スイッチにより接続されるコイルの数を変えてもよい。コンデンサの容量の切り替えと同様に、スイッチは、リレーのような物理的に接続、切断を切り替えるものでもよく、半導体スイッチのように、電気的な接続、切断を切り替えるものであってもよい。
【0079】
送電回路８０に可変抵抗器を設け、可変抵抗器の電気抵抗値を変えることでインピーダンスを変えてもよい。可変抵抗器の電気抵抗は、インピーダンスの実数成分である。可変抵抗器は、内部の抵抗体の長さ、幅を変化させる機構を有する。可変抵抗器として、例えば、ポテンショメータを用いてもよい。また、複数の抵抗器を直列または並列に配置し、スイッチにより送電回路８０に接続される抵抗器の数を切り替えてもよい。このスイッチは、コンデンサの容量の切り替え、コイルのインダクタンスの切り替えと同様に、リレーのような物理的に接続、切断を切り替えるものでもよく、半導体スイッチのように、電気的な接続、切断を切り替えるものであってもよい。可変容量コンデンサ、可変インダクタ、可変抵抗器は、可変インピーダンスデバイスの一例であり、可変インピーダンスデバイスの少なくとも１つを用いて送電回路８０のインピーダンスを変えて、共振状態と非共振状態を切り替え、あるいは、送電状態と非送電状態とを切り替えてもよい。
【0080】
上記各実施形態では、送電コイルの電圧、電流を測定することで、磁束を間接的に測定しているが、ホールセンサなどの磁気センサを用いて、磁束を測定してもよい。
【0081】
なお、本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、非接触給電システムの他、送電装置等の形態で実現することができる。
【0082】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【0083】
１０…交流電源、２０…交流電力供給部、３０…力率改善回路、４０…インバータ、５０…フィルタ、５１、５３…コイル、５２、５４…コンデンサ、７０…伝送線路、８０、８０ａ、８０ｂ…送電ユニット、８１、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ…送電コイル、８１ｒ…抵抗、８２、８２ａ、８２ｂ…コンデンサ、８３…スイッチ、８４…電圧センサ、８５、８５ａ、８５ｂ…切替制御部、８８…コイルユニット、１００…送電装置、２００…小型モビリティ、２１０…バッテリ、２２０…交流電力供給部、２２１…負荷、２８０…受電ユニット、２８１…受電コイル、２８２…コンデンサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】