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(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】P2023098615
(43)【公開日】2023-07-10
(54)【発明の名称】ワイヤレス送電システムの送電装置
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20230703BHJP
H02J 50/40 20160101ALI20230703BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
H02J50/40
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022175351
(22)【出願日】2022-11-01
(62)【分割の表示】P 2022522799の分割
【原出願日】2021-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】522151813
【氏名又は名称】松本 洋和
(74)【代理人】
【識別番号】100142550
【弁理士】
【氏名又は名称】重泉 達志
(72)【発明者】
【氏名】松本 洋和
(57)【要約】
【課題】複数の送電コイルが用いられる場合に、従来よりも送電効率を向上することのできるワイヤレス送電システムの送電装置を提供する。
【解決手段】送電コイル１１，１２，１３と受電コイル２０との間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システム１における送電装置２であって、複数の送電コイル１１，１２，１３と、所定の電源３０に接続され各送電コイル１１，１２，１３へ電力を供給するインバータ回路４０と、を備え、インバータ回路４０は、各送電コイル１１，１２，１３ごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグ４１，４２，４３を有する。
【選択図】図１
【解決手段】送電コイル１１，１２，１３と受電コイル２０との間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システム１における送電装置２であって、複数の送電コイル１１，１２，１３と、所定の電源３０に接続され各送電コイル１１，１２，１３へ電力を供給するインバータ回路４０と、を備え、インバータ回路４０は、各送電コイル１１，１２，１３ごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグ４１，４２，４３を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
１つの前記受電コイルに対して設けられた複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電コイルへ電力を供給するインバータ回路と、
前記各送電コイルとともに共振回路をなす力率補償回路と、を備え、
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在するインダクタ又はコンデンサを含むワイヤレス送電システムの送電装置。
１つの前記受電コイルに対して設けられた複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電コイルへ電力を供給するインバータ回路と、
前記各送電コイルとともに共振回路をなす力率補償回路と、を備え、
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在するインダクタ又はコンデンサを含むワイヤレス送電システムの送電装置。
【請求項2】
前記力率補償回路は、前記各送電コイルごとに設けられたコンデンサを含む請求項１に記載のワイヤレス送電システムの送電装置。
【請求項3】
少なくとも１つの変圧器を含み、前記各送電コイルの間の相互インダクタンスの差に基づいて当該相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路を備えた請求項２に記載のワイヤレス送電システムの送電装置。
【請求項4】
前記インバータ回路の前記レグのスイッチング素子を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記インバータ回路の出力相電圧の比に応じて、前記各送電コイルの電流の比を制御する請求項３に記載のワイヤレス送電システムの送電装置。
前記制御部は、前記インバータ回路の出力相電圧の比に応じて、前記各送電コイルの電流の比を制御する請求項３に記載のワイヤレス送電システムの送電装置。
【請求項5】
複数の前記送電コイルは、複数の送電グループのいずれかに割り当てられ、
前記インバータ回路からの電力が、前記各送電グループから選択された１つの前記送電コイルへ供給されるように、電力の供給先を切り替える切替回路を備えた請求項１に記載のワイヤレス送電システムの送電装置。
前記インバータ回路からの電力が、前記各送電グループから選択された１つの前記送電コイルへ供給されるように、電力の供給先を切り替える切替回路を備えた請求項１に記載のワイヤレス送電システムの送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムの送電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
同一平面に複数の送電コイルを並べて配置し、受電コイルの細やかな位置制御をせずに、ワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のワイヤレス送電装置は、直列共振キャパシタおよび切り替え可能な複数の送信コイルを含む送信アンテナと、出力側が送信アンテナと接続されるインバータと、インバータを制御するコントローラと、を備え、コントローラが、所定の条件に基づいて、送電に使用する１つの送電コイルを決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－７８７５４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に記載のワイヤレス送電システムでは、送電に使用する送電コイルが１つであるため、受電コイルの位置によっては、送電効率が低下してしまう。例えば、送電コイルがアレイ状に並べられている場合、受電コイルが各送電コイルの目地の上に位置してしまうと、送電効率が大きく低下してしまう。
【0005】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の送電コイルが用いられる場合に、従来よりも送電効率を向上することのできるワイヤレス送電システムの送電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記目的を達成するため、本発明では、
送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、前記各送電コイルごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電コイルへ電力を供給するインバータ回路と、を備えたワイヤレス送電システムの送電装置が提供される。
送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、前記各送電コイルごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電コイルへ電力を供給するインバータ回路と、を備えたワイヤレス送電システムの送電装置が提供される。
【0007】
上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、前記各送電コイルとともに共振回路をなす力率補償回路を備えることが好ましい。
【0008】
上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在し前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンス又はキャパシタンスが設定されたインダクタ又はコンデンサを含むことが好ましい。
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在し前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンス又はキャパシタンスが設定されたインダクタ又はコンデンサを含むことが好ましい。
【0009】
上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、前記力率補償回路は、前記各送電コイルごとに設けられ前記各送電コイルの自己インダクタンス及び前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてキャパシタンスが設定されたコンデンサを含むことが好ましい。
【0010】
上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、前記各送電コイルの間の相互インダクタンスの差に基づいて、当該相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路を備えることが好ましい。
【0011】
上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在し前記相互インダクタンス補償回路により調整された前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンス又はキャパシタンスが設定されることが好ましい。
前記各送電コイルの一端側は、互いに接続され、
前記各送電コイルの一端側の接続部分は、前記インバータ回路における所定電圧の部分に接続され、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの一端側の接続部分と前記インバータ回路における前記所定電圧の部分との間に介在し前記相互インダクタンス補償回路により調整された前記各送電コイルの間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンス又はキャパシタンスが設定されることが好ましい。
【0012】
上記ワイヤレス送電システムの送電装置において、
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの自己インダクタンスと、前記相互インダクタンス補償回路の自己インダクタンスと、前記相互インダクタンス補償回路により調整された前記各送電コイルの間の相互インダクタンスと、に基づいてキャパシタンスが設定され前記各送電コイルごとに設けられたコンデンサを含むことが好ましい。
前記力率補償回路は、前記各送電コイルの自己インダクタンスと、前記相互インダクタンス補償回路の自己インダクタンスと、前記相互インダクタンス補償回路により調整された前記各送電コイルの間の相互インダクタンスと、に基づいてキャパシタンスが設定され前記各送電コイルごとに設けられたコンデンサを含むことが好ましい。
【0013】
上記ワイヤレス送電システムの送電装置に
前記インバータ回路の前記レグのスイッチング素子を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記各送電コイルの電流の比が、前記各送電コイルと前記受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、前記各送電コイルの電流を制御することが好ましい。
前記インバータ回路の前記レグのスイッチング素子を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記各送電コイルの電流の比が、前記各送電コイルと前記受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、前記各送電コイルの電流を制御することが好ましい。
【0014】
また、本発明では、
送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
複数の送電グループのいずれかに割り当てられた複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、前記各送電グループごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電グループへ電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路からの電力が、前記各送電グループから選択された１つの前記送電コイルへ供給されるように、電力の供給先を切り替える切替回路と、を備えたワイヤレス送電システムの送電装置が提供される。
送電コイルと受電コイルとの間でワイヤレス送電を行うワイヤレス送電システムにおける送電装置であって、
複数の送電グループのいずれかに割り当てられた複数の前記送電コイルと、
所定の電源に接続され、前記各送電グループごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグを有し、前記各送電グループへ電力を供給するインバータ回路と、
前記インバータ回路からの電力が、前記各送電グループから選択された１つの前記送電コイルへ供給されるように、電力の供給先を切り替える切替回路と、を備えたワイヤレス送電システムの送電装置が提供される。
【発明の効果】
【0015】
本発明のワイヤレス送電システムの送電装置によれば、複数の送電コイルが用いられる場合に、従来よりも送電効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１の実施形態を示すワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。
【図2】送電コイル及び受電コイルの平面説明図である。
【図3】各レグのスイッチングのタイミングを示す説明図である。
【図4】本発明の第２の実施形態を示す送電コイル及び受電コイルの平面説明図である。
【図5】ワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。
【図6】本発明の第３の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。
【図7】ワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。
【図8】本発明の第４の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。
【図9】ワイヤレス送電システムの送電装置及び受電装置の回路図である。
【図10】本発明の第５の実施形態を示す送電コイル及び受電コイルの平面説明図である。
【図11】ワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。
【図12】本発明の第６の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。
【図13】ワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。
【図14】本発明の第７の実施形態を示す送電コイルの平面説明図である。
【図15】ワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。
【図16】変形例を示す送電装置の回路図である。
【図17】変形例を示す送電装置の回路図である。
【図18】変形例を示す送電装置の回路図である。
【図19】変形例を示す送電装置の回路図である。
【図20】変形例を示す送電装置の回路図である。
【図21】変形例を示す受電装置の回路図である。
【図22】変形例を示す受電装置の回路図である。
【図23】比較例を示す送電装置の回路図である。
【図24】実施例と比較例の送電効率を示すシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
【0018】
図１に示すように、このワイヤレス送電システム１は、複数の送電コイル１１，１２，１３を有する送電装置２と、各送電コイル１１，１２，１３とワイヤレス送電を行う受電コイル２０を有する受電装置３と、を備えている。本実施形態においては、図２に示すように、所定厚さで平面視円形の３つの送電コイル１１，１２，１３が、互いに重ならないように同一平面上で隣接して配置される。本実施形態においては、３つの送電コイル１１，１２，１３は、同一のものが用いられる。送電装置２と受電装置３は、相対的に移動自在であり、受電コイル２０が各送電コイル１１，１２，１３に近接した状態でワイヤレス送電が可能となる。
【0019】
図１に示すように、送電装置２は、直流電源３０に接続され、各送電コイル１１，１２，１３へ電力を供給するインバータ回路４０を備えている。インバータ回路４０は、正負の母線間に、各送電コイル１１，１２，１３ごとに設けられ互いに並列接続された複数のレグ４１，４２，４３を有する。本実施形態においては、送電コイル１１，１２，１３が３つであることから、これに対応してレグ４１，４２，４３も３つである。各レグ４１，４２，４３は、直流電源３０の正側に接続される正側スイッチング素子４１ａ，４２ａ，４３ａと、負側に接続される負側スイッチング素子４１ｂ，４２ｂ，４３ｂと、が直列に接続されている。各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂとして、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ等のトランジスタを使用することができる。正側スイッチング素子４１ａ，４２ａ，４３ａと負側スイッチング素子４１ｂ，４２ｂ，４３ｂの間に、各送電コイル１１，１２，１３の他端と接続される正側ノード４１ｃ，４２ｃ，４３ｃが設定される。
【0020】
また、インバータ回路４０は、正負の母線間に、直列接続された正側コンデンサ５１及び負側コンデンサ５２を有する。正側コンデンサ５１及び負側コンデンサ５２は、直流電源３０からの入力電圧を等分する。すなわち、直流電源３０の入力電圧をＥとしたとき、正側コンデンサ５１及び負側コンデンサ５２の間の電圧がＥ／２となるよう設計される。正側コンデンサ５１と負側コンデンサ５２の間に、各送電コイル１１，１２，１３の一端と接続される負側ノード５３が設定される。
【0021】
図１に示すように、各送電コイル１１，１２，１３の一端は、互いに接続されている。本実施形態においては、いわゆるＹ結線であり、各送電コイル１１，１２，１３の一端に結線ノード１４が設定される。このように、各送電コイル１１，１２，１３の一端は結線された状態で、インダクタ６０を介して直流電源３０の入力電圧の中間電圧に接続される。また、各送電コイル１１，１２，１３の他端は、それぞれ共振コンデンサ６１，６２，６３を介して各レグ４１，４２，４３に接続される。本実施形態においては、インダクタ６０及び各共振コンデンサ６１，６２，６３が各送電コイル１１，１２，１３とともに共振回路をなす力率補償回路７０をなしている。
【0022】
インダクタ６０は、各送電コイル１１，１２，１３の間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンスが設定されている。また、各共振コンデンサ６１，６２，６３は、各送電コイル１１，１２，１３の自己インダクタンス及び各送電コイル１１，１２，１３の間の相互インダクタンスを考慮してキャパシタンスが設定される。
【0023】
具体的に、本実施形態においては、各送電コイル１１，１２，１３の自己インダクタンスは互いに等しく、各送電コイル１１，１２，１３間の相互インダクタンスも互いに等しい。ただし、各送電コイル１１，１２，１３は、同方向に電流が流れた際に互いに磁界を弱め合うことから、相互インダクタンスの値はマイナスとなる。装置の動作角周波数をω、各送電コイル１１，１２，１３の自己インダクタンスをＬｔ、各送電コイル１１，１２，１３間の相互インダクタンスを－Ｍｔ（Ｍｔ＞０）としたとき、各共振コンデンサ６１，６２，６３のキャパシタンスＣｔ及びインダクタ６０のインダクタンスＬ０は、
Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ＋Ｍｔ））
Ｌ０＝Ｍｔ
と設定される。
Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ＋Ｍｔ））
Ｌ０＝Ｍｔ
と設定される。
【0024】
また、図１に示すように、受電装置３は、受電コイル２０と直列に接続される共振コンデンサ２１及び負荷抵抗２２を有している。負荷抵抗２２には、送電装置２から送電された電力が供給される。受電装置３においては、共振コンデンサ２１が受電側の力率補償回路をなしている。受電コイル２０の自己インダクタンスをＬｒとしたとき、共振コンデンサ２１のキャパシタンスＣｒは、
Ｃｒ＝１／（ω２Ｌｒ）
と設定される。
Ｃｒ＝１／（ω２Ｌｒ）
と設定される。
【0025】
また、送電装置２は、各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂのスイッチ動作を制御する制御部８０を有している。第１から第３の送電コイル１１，１２，１３と受電コイル２０の間の相互インダクタンスをＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒ、第１から第３の送電コイル１１，１２，１３の電流をＩｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３としたとき、制御部８０は、
Ｍｔ１ｒ：Ｍｔ２ｒ：Ｍｔ３ｒ＝Ｉｔ１：Ｉｔ２：Ｉｔ３
となるよう各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂを制御する。ここで、各送電コイル１１，１２，１３の巻線抵抗が無視できる場合、インバータ回路４０が出力する相電圧の比は、各送電コイル１１，１２，１３と受電コイル２０の間の相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒの比に一致する。この場合、制御部８０は、インバータ回路４０の出力電圧の比に応じて、各送電コイル１１，１２，１３の電流の比を制御すればよい。図３に示すように、制御部８０は、相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒが負となる場合は、正となるものに対して電流の位相を１８０°（π）だけずらすよう制御する。
Ｍｔ１ｒ：Ｍｔ２ｒ：Ｍｔ３ｒ＝Ｉｔ１：Ｉｔ２：Ｉｔ３
となるよう各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂを制御する。ここで、各送電コイル１１，１２，１３の巻線抵抗が無視できる場合、インバータ回路４０が出力する相電圧の比は、各送電コイル１１，１２，１３と受電コイル２０の間の相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒの比に一致する。この場合、制御部８０は、インバータ回路４０の出力電圧の比に応じて、各送電コイル１１，１２，１３の電流の比を制御すればよい。図３に示すように、制御部８０は、相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒが負となる場合は、正となるものに対して電流の位相を１８０°（π）だけずらすよう制御する。
【0026】
以上のように構成されたワイヤレス送電システム１の送電装置２によれば、ワイヤレス送電時に各送電コイル１１，１２，１３へそれぞれ電流を流すようにしたので、１つの送電コイルを選択して電流を流す従来のものと比べて、送電効率を向上させることができる。特に、受電コイル２０が各送電コイル１１，１２，１３の隙間に位置する場合に、送電効率が大きく向上する。
【0027】
また、制御部８０が、各送電コイル１１，１２，１３の電流の比が、各送電コイル１１，１２，１３と受電コイル２０の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル１１，１２，１３の電流を制御するようにしたので、送電効率が極めて高くなっている。さらに、１つのインバータ回路４０により複数の送電コイル１１，１２，１３へ電力を供給するようにしたので、複数の送電コイルに対応して複数のインバータ回路を設ける必要はなく、装置の小型化を図ることができる。
【0028】
また、各送電コイル１１，１２，１３の一端側を、互いに接続した上で、インダクタ６０を介して、電源電圧３０の所定電圧の部分に接続したので、各送電コイル１１，１２，１３の間の相互インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。また、各共振コンデンサ６１，６２，６３を各送電コイルごと１１，１２，１３に設けたので、各送電コイル１１，１２，１３の自己インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。特に、本実施形態においては、Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ＋Ｍｔ））、かつ、Ｌ０＝Ｍｔ（Ｍｔ＞０）とすることにより、自己インダクタンス及び相互インダクタンスに起因するリアクタンス成分を打ち消すことができる。
【0029】
【0030】
本実施形態のワイヤレス送電システム１０１においては、図４に示すように、所定厚さで平面視四角形の２つの送電コイル１１１，１１２が、互いに重ならないように同一平面上で隣接して配置される。本実施形態においては、２つの送電コイル１１１，１１２は、同一のものが用いられる。また、受電装置１０３は、受電コイル１２０と、受電コイル１２０と直列に接続される共振コンデンサ１２１及び負荷抵抗１２２と、を有している。
【0031】
図５に示すように、送電装置１０２は、直流電源１３０に接続され、各送電コイル１１１，１１２へ電力を供給するインバータ回路１４０を備えている。インバータ回路１４０は、正負の母線間に、各送電コイル１１１，１１２ごとに設けられ互いに並列接続された２つのレグ１４１，１４２を有する。直列に接続された正側スイッチング素子１４１ａ，１４２ａと負側スイッチング素子１４１ｂ，１４２ｂの間に、各送電コイル１１１，１１２の他端と接続される正側ノード１４１ｃ，１４２ｃが設定される。
【0032】
また、インバータ回路１４０は、正負の母線間に、正側コンデンサ１５１及び負側コンデンサ１５２を有する。正側コンデンサ１５１及び負側コンデンサ１５２は、直流電源１３０からの入力電圧を等分する。正側コンデンサ１５１と負側コンデンサ１５２の間に、各送電コイル１１１，１１２の一端と接続される負側ノード１５３が設定される。
【0033】
図５に示すように、各送電コイル１１１，１１２の一端は、互いに接続され、結線ノード１１４が設定されている。各送電コイル１１１，１１２の一端は結線された状態で、インダクタ１６０を介して直流電源１３０の入力電圧の中間電圧に接続される。また、各送電コイル１１１，１１２の他端は、それぞれ共振コンデンサ１６１，１６２を介して各レグ１４１，１４２に接続される。本実施形態においては、インダクタ１６０及び各共振コンデンサ１６１，１６２が各送電コイル１１１，１１２とともに共振回路をなす力率補償回路１７０をなしている。
【0034】
インダクタ１６０は、各送電コイル１１１，１１２の間の相互インダクタンスに基づいてインダクタンスが設定されている。また、各共振コンデンサ１６１，１６２は、各送電コイル１１１，１１２の自己インダクタンスと各送電コイル１１１，１１２の間の相互インダクタンスに基づいてキャパシタンスが設定されている。
【0035】
本実施形態においても、各送電コイル１１１，１１２の自己インダクタンスは互いに等しく、同方向に電流が流れた際に互いに磁界を弱め合うことから、各送電コイル１１１，１１２間の相互インダクタンスの値はマイナスとなる。装置の動作角周波数をω、各送電コイル１１１，１１２の自己インダクタンスをＬｔ、各送電コイル１１１，１１２間の相互インダクタンスを－Ｍｔとしたとき、各共振コンデンサ１６１，１６２のキャパシタンスＣｔ及びインダクタ１６０のインダクタンスＬ０は、
Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ＋Ｍｔ））
Ｌ０＝Ｍｔ（Ｍｔ＞０）
と設定される。
Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ＋Ｍｔ））
Ｌ０＝Ｍｔ（Ｍｔ＞０）
と設定される。
【0036】
また、図５に示すように、受電装置１０３は、受電コイル１２０と直列に接続される共振コンデンサ１２１及び負荷抵抗１２２を有している。受電コイル１２０の自己インダクタンスをＬｒとしたとき、共振コンデンサ１２１のキャパシタンスＣｒは、
Ｃｒ＝１／（ω２Ｌｒ）
と設定される。
Ｃｒ＝１／（ω２Ｌｒ）
と設定される。
【0037】
また、送電装置１０２は、各スイッチング素子１４１ａ，１４１ｂ，１４２ａ，１４２ｂのスイッチ動作を制御する制御部１８０を有している。第１及び第２の送電コイル１１１，１１２と受電コイル１２０の間の相互インダクタンスをＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ、第１及び第２の送電コイル１１１，１１２の電流をＩｔ１，Ｉｔ２としたとき、制御部１８０は、
Ｍｔ１ｒ：Ｍｔ２ｒ＝Ｉｔ１：Ｉｔ２
となるよう各スイッチング素子１４１ａ，１４１ｂ，１４２ａ，１４２ｂを制御する。ここで、各送電コイル１１１，１１２の巻線抵抗が無視できる場合、インバータ回路１４０が出力する相電圧の比は、各送電コイル１１１，１１２と受電コイル１２０の間の相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒの比に一致する。この場合、制御部１８０は、インバータ回路１４０の出力電圧の比に応じて、各送電コイル１１１，１１２の電流の比を制御すればよい。
Ｍｔ１ｒ：Ｍｔ２ｒ＝Ｉｔ１：Ｉｔ２
となるよう各スイッチング素子１４１ａ，１４１ｂ，１４２ａ，１４２ｂを制御する。ここで、各送電コイル１１１，１１２の巻線抵抗が無視できる場合、インバータ回路１４０が出力する相電圧の比は、各送電コイル１１１，１１２と受電コイル１２０の間の相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒの比に一致する。この場合、制御部１８０は、インバータ回路１４０の出力電圧の比に応じて、各送電コイル１１１，１１２の電流の比を制御すればよい。
【0038】
以上のように構成されたワイヤレス送電システム１０１の送電装置１０２によれば、ワイヤレス送電時に各送電コイル１１１，１１２へそれぞれ電流を流すようにしたので、１つの送電コイルを選択して電流を流す従来のものと比べて、送電効率を向上させることができる。特に、受電コイル１２０が各送電コイル１１１，１１２の中間に位置する場合に、送電効率が大きく向上する。
【0039】
また、制御部１８０が、各送電コイル１１１，１１２の電流の比が、各送電コイル１１１，１１２と受電コイル１２０の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル１１１，１１２の電流を制御するようにしたので、送電効率が極めて高くなっている。さらに、１つのインバータ回路１４０により複数の送電コイル１１１，１１２へ電力を供給するようにしたので、複数の送電コイルに対応して複数のインバータ回路を設ける必要はなく、装置の小型化を図ることができる。
【0040】
また、各送電コイル１１１，１１２一端側を、互いに接続した上で、インダクタ１６０を介して、電源電圧１３０の所定電圧の部分に接続したので、各送電コイル１１１，１１２の間の相互インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。また、各共振コンデンサ１６１，１６２を各送電コイルごと１１１，１１２に設けたので、各送電コイル１１１，１１２の自己インダクタンスに対応して共振回路を構成することができる。本実施形態においては、Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ＋Ｍｔ））、かつ、Ｌ０＝Ｍｔ（Ｍｔ＞０）とすることにより、自己インダクタンス及び相互インダクタンスに起因するリアクタンス成分を打ち消すことができる。
【0041】
【0042】
本実施形態のワイヤレス送電システム２０１は、図６に示すように、第２の実施形態の各送電コイル１１１，１１２が一部重なり、同方向に電流が流れた際に互いに磁界を強め合うよう配置されている。すなわち、各送電コイル１１１，１１２間の相互インダクタンスの値はプラスである。また、本実施形態のワイヤレス送電システム２０１は、図７に示すように、第２の実施形態のインダクタ１６０に代えて、コンデンサ２６０が配置されている。その他は、第２の実施形態と同様の構成である。
【0043】
コンデンサ２６０は、各送電コイル１１１，１１２の間の相互インダクタンスに基づいてキャパシタンスが設定されている。各送電コイル１１１，１１２の自己インダクタンスをＬｔ、各送電コイル１１１，１１２間の相互インダクタンスをＭｔとしたとき、各共振コンデンサ１６１，１６２のキャパシタンスＣｔ及びコンデンサ２６０のキャパシタンスＣ０は、
Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ－Ｍｔ））
Ｃ０＝１／（ω２Ｍｔ）
と設定される。
以上のように構成されたワイヤレス送電システム２０１によっても、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
Ｃｔ＝１／（ω２（Ｌｔ－Ｍｔ））
Ｃ０＝１／（ω２Ｍｔ）
と設定される。
以上のように構成されたワイヤレス送電システム２０１によっても、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0044】
【0045】
本実施形態のワイヤレス送電システム３０１は、図８に示すように、第２の実施形態の隣接する各送電コイル１１１，１１２の並び方向に、さらにもう１つの送電コイル１１３が隣接して配置される。本実施形態においても、３つの送電コイル１１１，１１２，１１３は、同一のものが用いられる。すなわち、送電装置３０２の送電コイル１１１，１１２，１１３は、３つである。本実施形態においては、一端側の送電コイル１１１と中央側の送電コイル１１２と、中央側の送電コイル１１２と他端側の送電コイル１１３の間の相互インダクタンスは等しいものの、一端側の送電コイル１１１と他端側の送電コイル１１３の間の相互インダクタンスとは異なっている。
【0046】
図９に示すように、送電装置３０２のインバータ回路３４０は、正負の母線間に、各送電コイル１１１，１１２，１１３ごとに設けられた３つのレグ１４１，１４２，１４３を有する。直列に接続された正側スイッチング素子１４１ａ，１４２ａ，１４３ａと負側スイッチング素子１４１ｂ，１４２ｂ，１４３ｂの間に、各送電コイル１１１，１１２，１１３の他端と接続される正側ノード１４１ｃ，１４２ｃ，１４３ｃが設定される。各送電コイル１１１，１１２，１１３の一端は、互いに接続され、結線ノード３１４が設定されている。各送電コイル１１１，１１２，１１３の一端は結線された状態で、インダクタ３６０を介して直流電源１３０の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル１１１，１１２，１１３の他端は、それぞれ共振コンデンサ３６１，３６２，３６３を介して各レグ１４１，１４２，１４３に接続される。本実施形態においては、インダクタ３６０及び各共振コンデンサ３６１，３６２，３６３が各送電コイル１１１，１１２，１１３とともに共振回路をなす力率補償回路３７０をなしている。
【0047】
さらに、本実施形態においては、各共振コンデンサ３６１，３６２，３６３と各レグ１４１，１４２，１４３の間に、変圧器３９１，３９２が介在する。本実施形態においては、一端側及び中央側の各送電コイル１１１，１１２に対応する変圧器３９１と、中央側及び他端側の各送電コイル１１２，１１３に対応する変圧器３９２の、２つの変圧器３９１，３９２が設けられる。各変圧器３９１，３９２は、その相互インダクタンスと各送電コイル１１１，１１２，１１３の間の相互インダクタンスの和が、互いに等しくなるようにする。すなわち、各変圧器３９１，３９２は、各送電コイル１１１，１１２，１１３の間の相互インダクタンスの差に基づいて、相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路３９０をなしている。尚、相互インダクタンス補償回路３９０を、一端側及び他端側の各送電コイル１１１，１１３に対応する１つの変圧器により構成することもできる。
【0048】
本実施形態においては、インダクタ３６０のインダクタンスは、調整後の相互インダクタンスに基づいて設定される。また、相互インダクタンス補償回路３９０に自己インダクタンスがあることから、各共振コンデンサ３６１，３６２，３６３のキャパシタンスＣｔ１，Ｃｔ2，Ｃｔ3は、各変圧器３９１，３９２の自己インダクタンスを考慮して設定される。具体的に、各送電コイル１１１，１１２，１１３における自己インダクタンスに各変圧器３９１，３９２の自己インダクタンスを足し合わせたものをＬ´ｔ１，Ｌ´ｔ2，Ｌ´ｔ3，調整後の各送電コイル１１１，１１２，１１３間の相互インダクタンスを－Ｍｔ（Ｍｔ＞０）としたとき、各共振コンデンサ３６１，３６２，３６３のキャパシタンスＣｔ１，Ｃｔ2，Ｃｔ3及びインダクタ３６０のインダクタンスＬ０は、
Ｃｔ１＝１／（ω２（Ｌ´ｔ１＋Ｍｔ）），Ｃｔ２＝１／（ω２（Ｌ´ｔ2＋Ｍｔ）），Ｃｔ３＝１／（ω２（Ｌ´ｔ３＋Ｍｔ））
Ｌ０＝Ｍｔ
と設定される。
Ｃｔ１＝１／（ω２（Ｌ´ｔ１＋Ｍｔ）），Ｃｔ２＝１／（ω２（Ｌ´ｔ2＋Ｍｔ）），Ｃｔ３＝１／（ω２（Ｌ´ｔ３＋Ｍｔ））
Ｌ０＝Ｍｔ
と設定される。
【0049】
また、制御部３８０は、各送電コイル１１１，１１２，１１３の電流の比が、各送電コイル１１１，１１２，１１３と受電コイル１２０の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル１１１，１１２，１１３の電流を制御する。
以上のように構成されたワイヤレス送電システム３０１によれば、第３の実施形態の作用効果に加え、相互インダクタンス補償回路３９０を設けたことにより、各送電コイル１１１，１１２，１１３の間の相互インダクタンスが互いに等しい場合と同様に各送電コイル１１１，１１２，１１３への電力供給を制御することができる。
以上のように構成されたワイヤレス送電システム３０１によれば、第３の実施形態の作用効果に加え、相互インダクタンス補償回路３９０を設けたことにより、各送電コイル１１１，１１２，１１３の間の相互インダクタンスが互いに等しい場合と同様に各送電コイル１１１，１１２，１１３への電力供給を制御することができる。
【0050】
図１０及び図１１は本発明の第５の実施形態を示すものであり、図１０は送電コイル及び受電コイルの平面説明図、図１１はワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。尚、図１１では、受電装置の回路図は省略している。尚、図１１において、受電装置、受電コイル等を図示していないが、受電装置、受電コイル等は第２の実施形態と同様である。
【0051】
本実施形態のワイヤレス送電システムは、図１０に示すように、第２の実施形態の２つの送電コイル１１１，１１２の並び方向と直交する方向に、さらに２つの送電コイル１１３，１１４を隣接して設けている。すなわち、送電装置４０２の送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、４つである。本実施形態においては、４つの送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４は、同一のものが用いられる。本実施形態においては、並び方向又はこれと直交する方向に隣接する送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の間の相互インダクタンスは等しいものの、いずれの方向にも隣接しない送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の間の相互インダクタンスとは異なっている。
【0052】
図１１に示すように、送電装置４０２のインバータ回路４４０は、正負の母線間に、各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４ごとに設けられた４つのレグ１４１，１４２，１４３，１４４を有する。直列に接続された正側スイッチング素子１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａと負側スイッチング素子１４１ｂ，１４２ｂ，１４３ｂ，１４４ｂの間に、各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の他端と接続される正側ノード１４１ｃ，１４２ｃ，１４３ｃ，１４４ｃが設定される。各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の一端は、互いに接続され、結線ノード４１４が設定されている。各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の一端は結線された状態で、インダクタ４６０を介して直流電源１３０の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の他端は、それぞれ共振コンデンサ４６１，４６２，４６３，４６４を介して各レグ１４１，１４２，１４３，１４４に接続される。本実施形態においては、インダクタ４６０及び各共振コンデンサ４６１，４６２，４６３，４６４が各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４とともに共振回路をなす力率補償回路４７０をなしている。
【0053】
さらに、本実施形態においては、各共振コンデンサ４６１，４６２，４６３，４６４と各レグ１４１，１４２，１４３，１４４の間に、各変圧器４９１，４９２が介在する。各変圧器４９１，４９２は、その相互インダクタンスと各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の間の相互インダクタンスの和が、互いに等しくなるようにする。すなわち、各変圧器４９１，４９２は、各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の間の相互インダクタンスの差に基づいて、相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路４９０をなしている。第４の実施形態と同様に、インダクタ４６０のインダクタンスは、調整後の相互インダクタンスに基づいて設定され、各共振コンデンサ４６１，４６２，４６３，４６４のキャパシタンスは、調整後の自己インダクタンスを考慮して設定される。
【0054】
また、制御部４８０は、各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の電流の比が、各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４と受電コイル１２０の間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル１１１，１１２，１１３，１１４の電流を制御する。
以上のように構成されたワイヤレス送電システムによっても、第４の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
以上のように構成されたワイヤレス送電システムによっても、第４の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【0055】
図１２及び図１３は本発明の第６の実施形態を示すものであり、図１２は送電コイルの平面説明図、図１３はワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。尚、図１２及び図１３において、受電装置、受電コイル等を図示していないが、受電装置、受電コイル等は第１の実施形態と同様である。
【0056】
図１２に示すように、このワイヤレス送電装置５０２では、複数の送電コイル５１１～５１９が、所定の平面上で横方向と斜め縦方向とに並んで整列している。本実施形態においては、各送電コイル５１１～５１９は、同一のものが用いられる。本実施形態においては、横方向と斜め縦方向のなす角は６０°である。図１３に示すように、送電装置５０２は、第１の実施形態と同様に３つのレグ４１，４２，４３を有するインバータ回路４０を備えている。各送電コイル５１１～５１９は、レグ４１，４２，４３の数に対応して、３つの送電グループのいずかに割り当てられている。
【0057】
本実施形態においては、図１２に示すように、各送電コイル５１１～５１９は、横方向につき、一方（図１２中右方）へ向かって、第１の送電グループに属する送電コイル、第２の送電グループに属する送電コイル、第３の送電グループの順に繰り返し並べられている。また、各送電コイル５１１～５１９は、斜め縦方向につき、一方（図１２中右上方向）へ向かって、第１の送電グループに属する送電コイル、第３の送電グループに属する送電コイル、第２の送電コイルに属する送電コイルの順に繰り返し並べられている。
【0058】
図１３に示すように、ワイヤレス送電装置５０２のインバータ回路４０の各レグ４１，４２，４３は、各送電コイル５１１～５１９の他端と切替スイッチ５８１，５８２，５８３を介して接続される。各切替スイッチ５８１，５８２，５８３は、送電グループごとに設けられ、各送電グループに属する１つの送電コイル５１１～５１９へ選択的に電力を供給する。本実施形態においては、各切替スイッチ５８１，５８２，５８３が切替回路をなしている。制御部５８０は、受電コイルに関する情報に基づいて、各切替スイッチ５８１，５８２，５８３を切り替える。また、制御部５８０は、各送電コイル５１１～５１９の電流の比が、各送電５１１～５１９と受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル５１１～５１９の電流を制御する。
【0059】
各送電コイル５１１～５１９の一端は、互いに接続された状態で、インダクタ５６０を介して直流電源３０の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル５１１～５１９の他端と選択的に接続される各切替スイッチ５８１，５８２，５８３は、それぞれ共振コンデンサ５６１，５６２，５６３を介して各レグ４１，４２，４３に接続される。本実施形態においては、インダクタ５６０及び各共振コンデンサ５６１，５６２，５６３が各送電コイル５１１～５１９とともに共振回路をなす力率補償回路５７０をなしている。
【0060】
本実施形態のワイヤレス送電装置５０２によれば、送電コイル５１１～５１９の数が多い場合であっても、インバータ回路４０のレグの数を増やすことなく、全ての送電コイル５１１～５１９に対応することができる。
【0061】
図１４及び図１５は本発明の第７の実施形態を示すものであり、図１４は送電コイルの平面説明図、図１５はワイヤレス送電システムの送電装置の回路図である。尚、図１４及び図１５において、受電装置、受電コイル等を図示していないが、受電装置、受電コイル等は第１の実施形態と同様である。
【0062】
図１４に示すように、このワイヤレス送電装置６０２では、複数の送電コイル６１１～６１９が、所定の平面上で横方向と縦方向とに並んで整列している。本実施形態においては、各送電コイル６１１～６１９は、同一のものが用いられる。図１４に示すように、送電装置６０２は、４つのレグ４１，４２，４３，４４を有するインバータ回路６４０を備えている。各送電コイル６１１～６１９は、レグ４１，４２，４３，４４の数に対応して、４つの送電グループのいずかに割り当てられている。
【0063】
本実施形態においては、図１４に示すように、各送電コイル６１１～６１９は、第１の送電グループに属する送電コイルに横方向に隣接して第２の送電グループに属する送電コイルが配置され、第１の送電グループに属する送電コイルに縦方向に隣接して第３の送電グループに属する送電コイルが配置され、第３の送電グループに属する送電コイルに横方向に隣接して第４の送電グループに属する送電コイルが配置されている。すなわち、横方向についてみると、第１及び第２の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられる、もしくは、第３及び第４の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられた状態となっている。また、縦方向についてみると、第１及び第３の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられる、もしくは、第２及び第４の送電グループに属する送電コイルが交互に並べられた状態となっている。
【0064】
図１５に示すように、ワイヤレス送電装置６０２のインバータ回路６４０の各レグ４１，４２，４３，４４は、各送電コイル６１１～６１９の他端と切替スイッチ６８１，６８２，６８３，６８４を介して接続される。各切替スイッチ６８１，６８２，６８３，６８４は、送電グループごとに設けられ、各送電グループに属する１つの送電コイル６１１～６１９へ選択的に電力を供給する。本実施形態においては、各切替スイッチ６８１，６８２，６８３，６８４が切替回路をなしている。制御部６８０は、受電コイルに関する情報に基づいて、各切替スイッチ６８１，６８２，６８３，６８４を切り替える。さらに、本実施形態においては、各切替スイッチ６８１，６８２，６８３，６８４と各レグ４１，４２，４３，４４の間に、各送電コイル６１１～６１９の間の相互インダクタンスの差に基づいて、相互インダクタンスを調整する相互インダクタンス補償回路６９０が介在する。また、制御部６８０は、各送電コイル６１１～６１９の電流の比が、各送電コイル６１１～６１９と受電コイルの間の相互インダクタンスの比となるように、各送電コイル６１１～６１９の電流を制御する。
【0065】
各送電コイル６１１～６１９の一端は、互いに接続された状態で、インダクタ６６０を介して直流電源３０の入力電圧の中間電圧に接続される。各送電コイル６１１～６１９の他端と選択的に接続される各切替スイッチ６８１，６８２，６８３，６８４は、それぞれ共振コンデンサ６６１，６６２，６６３，６６４を介して各レグ４１，４２，４３，４４に接続される。本実施形態においては、インダクタ６６０及び各共振コンデンサ６６１，６６２，６６３，６６４が各送電コイル６１１～６１９とともに共振回路をなす力率補償回路６７０をなしている。
【0066】
本実施形態のワイヤレス送電装置６０２によっても、送電コイル６１１～６１９の数が多い場合であっても、インバータ回路６４０のレグの数を増やすことなく、全ての送電コイル６１１～６１９に対応することができる。
【0067】
尚、第６及び第７の実施形態では、インバータ回路のレグの数が３つ及び４つのものを示したが、レグの数は２つであってもよいし、５以上であってもよく、レグの数は任意に変更することができる。また、各共振コンデンサ６６１，６６２，６６３，６６４を各送電コイル６１１～６１９の他端側に設けたものを示したが、図１６に示すように、各共振コンデンサ６６１，６６２，６６３，６６４を各送電コイル６１１～６１９の一端側に設けてもよい。ここで、各送電コイル６１１～６１９の自己インダクタンスが互いに異なる場合は、各送電コイル６１１～６１９毎に直列に共振コンデンサを設ければよい。
【0068】
また、前記各実施形態では、同一の送電コイルが複数設けられるものを示したが、例えば素線種類、材質、大きさ、巻き数、形状等が異なる等により、互いの自己インダクタンスが異なる送電コイルが複数設けられるものであってもよい。また、各送電コイルが、互いに同一平面上に位置するものを示したが、同一平面上に位置する必要はなく、さらに規則的に配置されている必要もなく、各送電コイル間の相互インダクタンスに規則性等がなくともよい。これらの場合における送電装置の回路図の例を図１７に示す。図１７の回路図は、各送電コイル１１１１，１１１２，１１１３、力率補償回路１３７０及び相互インダクタンス補償回路１３９０を除いて図９と同様である。
【0069】
図１７の回路図における３つの送電コイル１１１１，１１１２，１１１３は、互いに異なる仕様であり、また同一平面上に配置されておらず、互いの距離も異なっている。図１７の回路図では、各送電コイル１１１１，１１１２，１１１３の組合せにそれぞれ対応する３つの変圧器１３９１，１３９２，１３９３を含む相互インダクタンス補償回路１３９０が設けられている。また、図１７の回路図では、各送電コイル１１１１，１１１２，１１１３に対応するインダクタ１３６０及び共振コンデンサ１３６１，１３６２，１３６３を含む力率補償回路１３７０が設けられている。
【0070】
ここで、第１から第３の送電コイル１１１１，１１１２，１１１３の電流及び自己インダクタンスをＩｔ1，Ｉｔ2，Ｉｔ3，Ｌｔ１，Ｌｔ２，Ｌｔ３、各共振コンデンサ１３６１，１３６２，１３６３のキャパシタンスをＣｔ１，Ｃｔ２，Ｃｔ３、第１及び第２の送電コイルに対応する変圧器１３９１の第１及び第２の送電コイル側の自己インダクタンス並びに相互インダクタンスをＬｃ１２１，Ｌｃ１２２，Ｍｃ１２、第２及び第３の送電コイルに対応する変圧器１３９２の第２及び第３の送電コイル側の自己インダクタンス並びに相互インダクタンスをＬｃ２３２，Ｌｃ２３３，Ｍｃ２３、第３及び第１の送電コイルに対応する変圧器１３９３の第３及び第１の送電コイル側の自己インダクタンス並びに相互インダクタンスをＬｃ３１３，Ｌｃ３１１，Ｍｃ３１、第１の送電コイルと第２の送電コイルの間の相互インダクタンスをＭｔ１２、第２の送電コイルと第３の送電コイルの間の相互インダクタンスをＭｔ２３、第３の送電コイルと第１の送電コイルの間の相互インダクタンスをＭｔ３１、インダクタ１３６０のインダクタンスをＬ０、第１から第３の送電コイルと受電コイルの相互インダクタンスをＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒ、受電コイルの電流をＩｒとし、第１から第３の送電コイル１１１１，１１１２，１１１３の巻線抵抗を無視したとき、インバータ回路３４０の出力相電圧Ｖｔ1，Ｖｔ２，Ｖｔ３は、次のように表される。
ここで、任意の実数Ｍ´ｔに対して、
が成立するようにＭｃ１２，Ｍｃ２３，Ｍｃ３１を設定するとともに、Ｌ´ｔ１，Ｌ´ｔ2，Ｌ´ｔ3を
とすると、（１）－（３）式は、
となる。これを整理すると、
となる。そして、Ｃｔ１，Ｃｔ２，Ｃｔ３を、
とし、Ｍ´ｔが負の場合に、
とすることで、インバータ回路３４０の出力相電圧Ｖｔ1，Ｖｔ２，Ｖｔ３は、
となる。すなわち、各送電コイルの自己インダクタンス及び相互インダクタンスに起因するリアクタンス成分が打ち消されている。尚、Ｍ´ｔが正の場合は、インダクタ１３６０に代えてキャパシタンスＣ０が、
となるキャパシタとすることにより、（２０）－（２２）式を得ることができる。
また、図１７の回路図においても、制御部３８０は、
Ｍｔ１ｒ：Ｍｔ２ｒ：Ｍｔ３ｒ＝Ｉｔ１：Ｉｔ２：Ｉｔ３
となるよう各スイッチング素子１４１ａ，１４１ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４３ａ，１４３ｂを制御する。式（２０）－（２２）から理解されるように、インバータ回路３４０の出力相電圧Ｖｔ1，Ｖｔ２，Ｖｔ３の比は、各送電コイルと受電コイルの相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒの比に一致する。従って、制御部３８０は、インバータ回路３４０の出力相電圧の比に応じて、各送電コイルの電流の比を制御すればよい。
尚、巻線抵抗が無視できない場合、各送電コイルの抵抗値をｒｔ1，ｒｔ２，ｒｔ３とすると、インバータ回路３４０の出力相電圧Ｖｔ1，Ｖｔ２，Ｖｔ３は、
で表される。従って、各送電コイルの抵抗値ｒｔ1，ｒｔ２，ｒｔ３に関する情報を予め測定等により取得しておき、インバータ回路３４０の出力相電圧及び電流の値から相互インダクタンスの比を求めればよい。
また、図１７の回路図においても、制御部３８０は、
Ｍｔ１ｒ：Ｍｔ２ｒ：Ｍｔ３ｒ＝Ｉｔ１：Ｉｔ２：Ｉｔ３
となるよう各スイッチング素子１４１ａ，１４１ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１４３ａ，１４３ｂを制御する。式（２０）－（２２）から理解されるように、インバータ回路３４０の出力相電圧Ｖｔ1，Ｖｔ２，Ｖｔ３の比は、各送電コイルと受電コイルの相互インダクタンスＭｔ１ｒ，Ｍｔ２ｒ，Ｍｔ３ｒの比に一致する。従って、制御部３８０は、インバータ回路３４０の出力相電圧の比に応じて、各送電コイルの電流の比を制御すればよい。
尚、巻線抵抗が無視できない場合、各送電コイルの抵抗値をｒｔ1，ｒｔ２，ｒｔ３とすると、インバータ回路３４０の出力相電圧Ｖｔ1，Ｖｔ２，Ｖｔ３は、
【0071】
また、前記各実施形態では、インバータ回路が直流電源に接続されるものを示したが、例えば図１８に示すようにインバータ回路１０４０が交流電源１０３０に接続されるものであってもよく、細部の回路構成は任意に変更することができる。図１８の回路図は、図１の回路図に対し、直流電源３０に代えて交流電源１０３０を設けた点、正側コンデンサ５１及び負側コンデンサ５２に代えて第１回路１０５１及び第２回路１０５２を設けた点が異なっている。第１回路１０５１は、例えばダイオード整流回路、ＡＣ－ＤＣコンバータ等であり、交流電源１０３０からの入力により直流電圧を出力する。第２回路１０５４は、例えばダイオード整流回路、ＡＣ－ＤＣコンバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータ、バランサ付き直列コンデンサ等であり、その入力端子は正負の母線もしくは別途直流電源や交流電源に接続され、その出力端子は各送電コイル１１，１２，１３の一端と接続され、各送電コイル１１，１２，１３側が所定電圧となるよう設計される。この所定電圧は任意に設定することができ、交流電源１０３０の入力電圧をＥとしたとき、所定電圧をＥ／２とすることができることは勿論、所定電圧を０、あるいは、Ｅとすることもできる。
【0072】
また、前記各実施形態においては、送電装置の力率補償回路の各共振コンデンサが各送電コイルと直列に接続されて直列共振回路をなすものを示したが、各共振コンデンサと各送電コイルが並列に接続されて並列共振回路をなすものであってもよいし、図１９に示すようにＬＣＬ共振回路をなすものでもあってもよく、力率補償回路の構成は任意に変更できる。図１９の送電装置７０２の力率補償回路７７０では、各送電コイル１１，１２，１３の他端が、それぞれ共振インダクタ７６１，７６２，７６３を介して各レグ４１，４２，４３に接続されるとともに、共振コンデンサ７６４，７６５，７６６を介して入力電圧の中間電圧に接続されている。
【0073】
また、前記各実施形態においては、送電装置のリアクタンス成分がゼロとなるように各共振コンデンサのキャパシタンスを設定し、比較的低い入力電圧で電力を送電できるものを示したが、例えば、図２０に示すように、各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂと並列にコンデンサ４１ｄ，４１ｅ，４２ｄ，４２ｅ，４３ｄ，４３ｅを接続し、インバータ４０の出力インピーダンスが遅れ力率となるよう各共振コンデンサ６１，６２，６３のキャパシタンスを設定することで、インバータ４０の動作をソフトスイッチングとして、送電効率を改善するようにすることもできる。さらに、コンデンサ４１ｄ，４１ｅ，４２ｄ，４２ｅ，４３ｄ，４３ｅでなく各スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂの寄生キャパシタンスを利用して、インバータ４０の出力インピーダンスが遅れ力率となるよう各共振コンデンサ６１，６２，６３のキャパシタンスを設定することもできる。
【0074】
また、前記各実施形態においては、受電装置の力率補償回路の共振コンデンサが受電コイルと直列に接続されて直列共振回路をなすものを示したが、図２１に示すように各共振コンデンサと各送電コイルが並列に接続されて並列共振回路をなすものであってもよいし、図２２に示すようにＬＣＬ共振回路をなすものでもあってもよく、力率補償回路の構成は任意に変更できる。図２１の受電装置８０３では、出力回路８２２に対し、受電コイル２０及び共振コンデンサ８２１が並列に接続されている。また、図２２の受電装置９０３では、出力回路９２３に対し、受電コイル２０及び共振コンデンサ９２１が並列に接続されるとともに、受電コイル２０の一端と出力回路９２３の間に共振インダクタ９２２が設けられている。出力回路８２２，９２３は、例えば、交流負荷、整流器又はＡＤコンバータを介した直流負荷等とすることができる。
【0075】
ここで、第１の実施形態の送電装置２を実施例とし、従来の構成の送電装置を比較例とし、送電効率をシミュレーションにより比較した。図２３は比較例を示す送電装置の回路図、図２４は実施例と比較例の送電効率を示すシミュレーション結果である。
【0076】
図２３に示すように、比較例の送電装置では、第１の実施形態と同様に配置された送電コイル１１，１２，１３のいずれかに、１つのインバータ回路から電力が供給されるようにした。
図２４に示すように、実施例の送電装置では、比較例の送電装置に対し、送電可能な受電コイル２０の領域が拡大するとともに送電効率が向上した。特に、受電コイル２０が各送電コイル１１，１２，１３の目地の部分に位置するときに、送電効率が飛躍的に向上した。
図２４に示すように、実施例の送電装置では、比較例の送電装置に対し、送電可能な受電コイル２０の領域が拡大するとともに送電効率が向上した。特に、受電コイル２０が各送電コイル１１，１２，１３の目地の部分に位置するときに、送電効率が飛躍的に向上した。
【0077】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【0078】
１ ワイヤレス送電システム
２ 送電装置
３ 受電装置
１１ 送電コイル
１２ 送電コイル
１３ 送電コイル
２０ 受電コイル
３０ 直流電源
４０ インバータ回路
４１ レグ
４２ レグ
４３ レグ
４４ レグ
６０ インダクタ
６１ 共振コンデンサ
６２ 共振コンデンサ
６３ 共振コンデンサ
７０ 力率補償回路
８０ 制御部
１０１ ワイヤレス送電システム
１０２ 送電装置
１０３ 受電装置
１１１ 送電コイル
１１２ 送電コイル
１１３ 送電コイル
１１４ 送電コイル
１２０ 受電コイル
１３０ 直流電源
１４０ インバータ回路
１４１ レグ
１４２ レグ
１４３ レグ
１４４ レグ
１６０ インダクタ
１６１ 共振コンデンサ
１６２ 共振コンデンサ
１７０ 力率補償回路
１８０ 制御部
２０１ ワイヤレス送電システム
２０２ 送電装置
２６０ コンデンサ
２７０ 力率補償回路
３０１ ワイヤレス送電システム
３０２ 送電装置
３４０ インバータ回路
３６０ インダクタ
３６１ 共振コンデンサ
３６２ 共振コンデンサ
３６３ 共振コンデンサ
３７０ 力率補償回路
３８０ 制御部
３９０ 相互インダクタンス補償回路
３９１ 変圧器
３９２ 変圧器
４０２ 送電装置
４４０ インバータ回路
４６０ インダクタ
４６１ 共振コンデンサ
４６２ 共振コンデンサ
４６３ 共振コンデンサ
４６４ 共振コンデンサ
４７０ 力率補償回路
４８０ 制御部
４９０ 相互インダクタンス補償回路
４９１ 変圧器
４９２ 変圧器
５０２ 送電装置
５１１ 送電コイル
５１２ 送電コイル
５１３ 送電コイル
５１４ 送電コイル
５１５ 送電コイル
５１６ 送電コイル
５１７ 送電コイル
５１８ 送電コイル
５１９ 送電コイル
５６０ インダクタ
５６１ 共振コンデンサ
５６２ 共振コンデンサ
５６３ 共振コンデンサ
５７０ 力率補償回路
５８０ 制御部
５８１ 切替スイッチ
５８２ 切替スイッチ
５８３ 切替スイッチ
６０２ 送電装置
６１１ 送電コイル
６１２ 送電コイル
６１３ 送電コイル
６１４ 送電コイル
６１５ 送電コイル
６１６ 送電コイル
６１７ 送電コイル
６１８ 送電コイル
６１９ 送電コイル
６４０ インバータ回路
６６０ インダクタ
６６１ 共振コンデンサ
６６２ 共振コンデンサ
６６３ 共振コンデンサ
６６４ 共振コンデンサ
６７０ 力率補償回路
６８０ 制御部
６８１ 切替スイッチ
６８２ 切替スイッチ
６８３ 切替スイッチ
６８４ 切替スイッチ
６９０ 相互インダクタンス補償回路
７０２ 送電装置
７６１ 共振インダクタ
７６２ 共振インダクタ
７６３ 共振インダクタ
７６４ 共振コンデンサ
７６５ 共振コンデンサ
７６６ 共振コンデンサ
７７０ 力率補償回路
８０３ 受電装置
８２１ 共振コンデンサ
８２２ 出力回路
９０３ 受電装置
９２１ 共振コンデンサ
９２２ 共振インダクタ
９２３ 出力回路
１１１１ 送電コイル
１１１２ 送電コイル
１１１３ 送電コイル
１３６０ インダクタ
１３６１ 共振コンデンサ
１３６２ 共振コンデンサ
１３６３ 共振コンデンサ
１３７０ 力率補償回路
１３９０ 相互インダクタンス補償回路
１３９１ 変圧器
１３９２ 変圧器
１３９３ 変圧器
２ 送電装置
３ 受電装置
１１ 送電コイル
１２ 送電コイル
１３ 送電コイル
２０ 受電コイル
３０ 直流電源
４０ インバータ回路
４１ レグ
４２ レグ
４３ レグ
４４ レグ
６０ インダクタ
６１ 共振コンデンサ
６２ 共振コンデンサ
６３ 共振コンデンサ
７０ 力率補償回路
８０ 制御部
１０１ ワイヤレス送電システム
１０２ 送電装置
１０３ 受電装置
１１１ 送電コイル
１１２ 送電コイル
１１３ 送電コイル
１１４ 送電コイル
１２０ 受電コイル
１３０ 直流電源
１４０ インバータ回路
１４１ レグ
１４２ レグ
１４３ レグ
１４４ レグ
１６０ インダクタ
１６１ 共振コンデンサ
１６２ 共振コンデンサ
１７０ 力率補償回路
１８０ 制御部
２０１ ワイヤレス送電システム
２０２ 送電装置
２６０ コンデンサ
２７０ 力率補償回路
３０１ ワイヤレス送電システム
３０２ 送電装置
３４０ インバータ回路
３６０ インダクタ
３６１ 共振コンデンサ
３６２ 共振コンデンサ
３６３ 共振コンデンサ
３７０ 力率補償回路
３８０ 制御部
３９０ 相互インダクタンス補償回路
３９１ 変圧器
３９２ 変圧器
４０２ 送電装置
４４０ インバータ回路
４６０ インダクタ
４６１ 共振コンデンサ
４６２ 共振コンデンサ
４６３ 共振コンデンサ
４６４ 共振コンデンサ
４７０ 力率補償回路
４８０ 制御部
４９０ 相互インダクタンス補償回路
４９１ 変圧器
４９２ 変圧器
５０２ 送電装置
５１１ 送電コイル
５１２ 送電コイル
５１３ 送電コイル
５１４ 送電コイル
５１５ 送電コイル
５１６ 送電コイル
５１７ 送電コイル
５１８ 送電コイル
５１９ 送電コイル
５６０ インダクタ
５６１ 共振コンデンサ
５６２ 共振コンデンサ
５６３ 共振コンデンサ
５７０ 力率補償回路
５８０ 制御部
５８１ 切替スイッチ
５８２ 切替スイッチ
５８３ 切替スイッチ
６０２ 送電装置
６１１ 送電コイル
６１２ 送電コイル
６１３ 送電コイル
６１４ 送電コイル
６１５ 送電コイル
６１６ 送電コイル
６１７ 送電コイル
６１８ 送電コイル
６１９ 送電コイル
６４０ インバータ回路
６６０ インダクタ
６６１ 共振コンデンサ
６６２ 共振コンデンサ
６６３ 共振コンデンサ
６６４ 共振コンデンサ
６７０ 力率補償回路
６８０ 制御部
６８１ 切替スイッチ
６８２ 切替スイッチ
６８３ 切替スイッチ
６８４ 切替スイッチ
６９０ 相互インダクタンス補償回路
７０２ 送電装置
７６１ 共振インダクタ
７６２ 共振インダクタ
７６３ 共振インダクタ
７６４ 共振コンデンサ
７６５ 共振コンデンサ
７６６ 共振コンデンサ
７７０ 力率補償回路
８０３ 受電装置
８２１ 共振コンデンサ
８２２ 出力回路
９０３ 受電装置
９２１ 共振コンデンサ
９２２ 共振インダクタ
９２３ 出力回路
１１１１ 送電コイル
１１１２ 送電コイル
１１１３ 送電コイル
１３６０ インダクタ
１３６１ 共振コンデンサ
１３６２ 共振コンデンサ
１３６３ 共振コンデンサ
１３７０ 力率補償回路
１３９０ 相互インダクタンス補償回路
１３９１ 変圧器
１３９２ 変圧器
１３９３ 変圧器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】