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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】P2024156525
(43)【公開日】2024-11-06
(54)【発明の名称】ワイヤレス給電システム及び方法
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20241029BHJP
H02J 50/80 20160101ALI20241029BHJP
B60L 53/12 20190101ALI20241029BHJP
B60M 7/00 20060101ALI20241029BHJP
H01F 38/14 20060101ALI20241029BHJP
H01F 27/28 20060101ALI20241029BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
H02J50/80
B60L53/12
B60M7/00 X
H01F38/14
H01F27/28 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023071064
(22)【出願日】2023-04-24
(71)【出願人】
【識別番号】000116079
【氏名又は名称】ローレルバンクマシン株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】500267170
【氏名又は名称】ローレル機械株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】500265501
【氏名又は名称】ローレル精機株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京科学大学
(74)【代理人】
【識別番号】100169960
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 貴光
(72)【発明者】
【氏名】中西 秀行
(72)【発明者】
【氏名】大堀 隼輝
(72)【発明者】
【氏名】土方 亘
(72)【発明者】
【氏名】李 想
【テーマコード（参考）】
5E043
5H125
【Ｆターム（参考）】
5E043AA02
5E043BA01
5H125AA01
5H125AC12
5H125AC27
(57)【要約】 （修正有）
【課題】負荷側回路のインピーダンスが変動した場合であってもインピーダンス整合を簡便に実行するワイヤレス給電システム及び方法を提供する。
【解決手段】磁界共鳴方式で電力を送受電するワイヤレス給電システム１Ａは、給電対象物２の受電コイル４１に設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能であり、送電装置３の送電コイル３２と磁界結合可能に設けられて送電コイルに電力を送電する駆動コイル３１を有する駆動部３５と、電源装置５Ａと駆動コイルとの間に位置し駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部３７と、を備える。コントローラ９２は、予め記憶された反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、電力反射率又は電力反射係数に応じて、複数の端子の切替によりコイル領域を切り替えて受電コイルのインダクタンスを変更する。
【選択図】図１
【解決手段】磁界共鳴方式で電力を送受電するワイヤレス給電システム１Ａは、給電対象物２の受電コイル４１に設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能であり、送電装置３の送電コイル３２と磁界結合可能に設けられて送電コイルに電力を送電する駆動コイル３１を有する駆動部３５と、電源装置５Ａと駆動コイルとの間に位置し駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部３７と、を備える。コントローラ９２は、予め記憶された反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、電力反射率又は電力反射係数に応じて、複数の端子の切替によりコイル領域を切り替えて受電コイルのインダクタンスを変更する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えて前記受電コイルのインダクタンスを変更することを特徴とするワイヤレス給電システム。
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えて前記受電コイルのインダクタンスを変更することを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項2】
前記対応関係は、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスの実測値と前記電力反射率又は電力反射係数との関係式、及び前記負荷側インピーダンスの理論値と前記受電コイルのインダクタンスとの関係式に基づいており、
前記制御装置は、前記電力反射率又は電力反射係数から算出される前記負荷側インピーダンスの実測値に前記負荷側インピーダンスの理論値を近づけるように、前記受電コイルのインダクタンスを変更することを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
前記制御装置は、前記電力反射率又は電力反射係数から算出される前記負荷側インピーダンスの実測値に前記負荷側インピーダンスの理論値を近づけるように、前記受電コイルのインダクタンスを変更することを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項3】
前記制御装置は、前記受電コイルのインダクタンスの変更後に前記反射電力検出部が再検出した反射電力から算出された前記電力反射率又は電力反射係数が所定値より大きい場合、前記負荷側インピーダンスの実測値に前記負荷側インピーダンスの理論値を近づけるように、前記受電コイルのインダクタンスを再び変更することを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項4】
前記制御装置は、前記複数の端子の切替により、選択された前記コイル領域のインダクタンス及び選択された前記コイル領域と直列に配置されたコンデンサのキャパシタンスを前記送電コイルと前記受電コイルとの間での磁界共鳴を維持可能に調整することを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項5】
前記駆動コイルは、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルに電力を送電し、
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項6】
送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と前記受電コイルのコイル領域との対応関係に基づき、算出された前記電力反射率又は電力反射係数に対応する前記受電コイルのコイル領域を、前記複数の端子を切り替えて選択することを特徴とするワイヤレス給電システム。
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と前記受電コイルのコイル領域との対応関係に基づき、算出された前記電力反射率又は電力反射係数に対応する前記受電コイルのコイル領域を、前記複数の端子を切り替えて選択することを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項7】
前記駆動コイルは、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルに電力を送電し、
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス給電システム。
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項8】
送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、前記反射電力から算出される電力反射係数が所定値より大きい場合、前記受電コイルのインダクタンスが切替前から１段階大きくなるように、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替え、前記反射電力から算出される電力反射係数が所定値より小さい場合、前記受電コイルのインダクタンスが切替前から１段階小さくなるように、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、前記反射電力から算出される電力反射係数が所定値より大きい場合、前記受電コイルのインダクタンスが切替前から１段階大きくなるように、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替え、前記反射電力から算出される電力反射係数が所定値より小さい場合、前記受電コイルのインダクタンスが切替前から１段階小さくなるように、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項9】
前記駆動コイルは、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルに電力を送電し、
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス給電システム。
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス給電システム。
【請求項10】
送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備えている送電装置と、
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記駆動部を制御する制御装置と、
を備え、前記電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記駆動コイルは、複数の駆動コイル部を選択可能に構成され、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルに電力を送電し、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記送電コイル及び前記駆動コイルの磁界結合における結合強さとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の駆動コイル部を切り替えて前記送電コイル及び前記駆動コイルの磁界結合における結合強さを変更することを特徴とするワイヤレス給電システム。
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記駆動部を制御する制御装置と、
を備え、前記電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
前記駆動コイルは、複数の駆動コイル部を選択可能に構成され、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルに電力を送電し、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記送電コイル及び前記駆動コイルの磁界結合における結合強さとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の駆動コイル部を切り替えて前記送電コイル及び前記駆動コイルの磁界結合における結合強さを変更することを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項11】
送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムを用いたワイヤレス給電方法であって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えて前記受電コイルのインダクタンスを変更することを特徴とするワイヤレス給電方法。
受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、
前記受電部を制御する制御装置と、
を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムを用いたワイヤレス給電方法であって、
前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、
前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、
前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えて前記受電コイルのインダクタンスを変更することを特徴とするワイヤレス給電方法。
【請求項12】
前記駆動コイルは、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルに電力を送電し、
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス給電方法。
前記制御装置は、前記送電コイルと前記駆動コイルとの磁界結合における結合強さを変更するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス給電方法。
【請求項13】
前記制御装置による負荷側インピーダンスの調整は、前記受電コイルの端子を切り替えて粗調整した後に、前記駆動部を制御して微調整を行うことを特徴とする請求項１２に記載のワイヤレス給電方法。
【請求項14】
前記受電装置は、移動可能に構成され、
前記送電装置は、前記受電装置の移動中に、前記電源装置から供給される電力を前記受電コイルに送電することを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス給電方法。
前記送電装置は、前記受電装置の移動中に、前記電源装置から供給される電力を前記受電コイルに送電することを特徴とする請求項１１に記載のワイヤレス給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワイヤレス給電システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、磁界を利用したワイヤレス給電システムの研究開発が進められている。このような磁気を利用した給電方式としては、電磁結合（電磁誘導）方式と磁界共鳴方式とが知られている。磁界共鳴方式は、送電装置の共振回路に交流電流が流れることにより発生した磁場の振動が、受電装置の共振回路に伝わって共振することで、各共振回路のコイルで生成された磁界が強固に結合した状態（磁界共振結合）を介して電力を送電することをいう。磁界共鳴方式を利用したワイヤレス給電は、電磁結合方式を利用したワイヤレス給電と比較して、給電可能距離が長くなるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。なお、磁界共鳴方式も磁気結合を利用する方式であるものの、本発明では理解を容易にするために、共振を利用する方式を磁界共鳴方式としている。
【0003】
このようなワイヤレス給電システムでは、効率良く送電を行うために、送電装置の入力端（ＩＥ）から視て受電装置及び負荷等を含む負荷側回路のインピーダンスと、送電装置の入力端（ＩＥ）から視て電源側のインピーダンスとが等価に設定する必要がある。
【0004】
通常、送電装置の送電コイルと受電装置の送電コイルとが所定の相対位置に位置するときにインピーダンスマッチング（インピーダンス整合）が成り立つように、送電装置の共振回路及び受電装置の共振回路の各種パラメータが予め設定されている。このようなインピーダンスが不整合となる要因は、例えば、送電コイルと受電コイルとの相対的な位置関係の変化や、給電対象であるバッテリやモータ等の負荷の充電状況の変化等が考えられる。
【0005】
特許文献１には、共鳴素子と励振素子とが電磁誘導により結合され、共鳴素子から励振素子、自動整合器を通じて交流電力が整流回路に供給される受け側（給電先）において、自動整合器と励振素子とが、インピーダンス変換器を構成しており、自動整合器が、伝送距離によって変動する結合係数に応じて、共鳴素子を有する共振回路のインピーダンスを調整し、励振素子が、共鳴素子と整流回路との間のインピーダンス整合を取る構成が開示されている。
【0006】
また、特許文献２には、磁界共鳴方式を利用したワイヤレス給電において、複数の給電コイル（駆動コイル）を切り替えることにより、給電コイルと送電コイルとの磁界結合の強さを変更することで、負荷側インピーダンスと入力側インピーダンスとの間のインピーダンスを整合させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０１１－５０１４０号公報
【特許文献2】国際公開第２０２２／２４４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来のような受電コイルとは別の共振回路を設けてインピーダンス整合を実現する場合、インピーダンスの変化に応じて、共振状態を維持しながら可変インダクタや可変キャパシタを動作させる必要がある。これらの応答性を考慮すると、共振状態を維持する条件とインピーダンスを整合させる条件とが両立できず、送電コイルと受電コイルとの位置関係の変化に応じてインピーダンスを整合することは困難であった。また、負荷の変動に応じたインピーダンス変化に対してインピーダンスを整合することも同様に困難であった。さらに、このようなインピーダンス整合機能を備えた受電装置は、高性能な素子等を要するためコストが高くなりがちであり、さらに受電装置が移動体や可搬機器である場合、受電装置に複雑な機構を搭載することは重量やサイズ、や発熱等を考慮すると現実的ではなかった。
【0009】
また、特許文献２記載のワイヤレス給電システムは、駆動コイルの切替中は、負荷側インピーダンスと入力側インピーダンスとの間のインピーダンスが不整合な状態となる。したがって、複数の駆動コイルの切替に時間を要すると、給電対象物が停止中のバッテリである場合には、給電速度が遅くなる虞がある。また、移動中の給電対象物に給電する場合には、給電対象物の移動に複数の駆動コイルの切替が追随できないため、インピーダンスが不整合の状態が長期化し、場合によっては早期に電源を喪失する虞もある。
【0010】
そこで、負荷側回路のインピーダンスが変動した場合であっても、インピーダンス整合を簡便に実行するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、前記受電部を制御する制御装置と、を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えて前記受電コイルのインダクタンスを変更する。
【0012】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、前記受電部を制御する制御装置と、を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と前記受電コイルのコイル領域との対応関係に基づき、算出された前記電力反射率又は電力反射係数に対応する前記受電コイルのコイル領域を、前記複数の端子を切り替えて選択する。
【0013】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、前記受電部を制御する制御装置と、を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、 前記制御装置は、前記反射電力から算出される電力反射係数が所定値より大きい場合、前記受電コイルのインダクタンスが切替前から１段階大きくなるように、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替え、前記反射電力から算出される電力反射係数が所定値より小さい場合、前記受電コイルのインダクタンスが切替前から１段階小さくなるように、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替える。
【0014】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、前記駆動部を制御する制御装置と、を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、前記駆動コイルは、複数の駆動コイル部を選択可能に構成され、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルに電力を送電し、前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記送電コイル及び前記駆動コイルの磁界結合における結合強さとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の駆動コイル部を切り替えて前記送電コイル及び前記駆動コイルの磁界結合における結合強さを変更する。
【0015】
さらに、上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電方法は、送電コイルを含む送電側共振回路を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路を有する受電部を備え、前記受電コイルが受電した電力が供給される負荷に接続可能な受電装置と、前記受電部を制御する制御装置と、を備え、電源装置から供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して前記送電コイルと前記受電コイルとの間で電力を送受電するワイヤレス給電システムを用いたワイヤレス給電方法であって、前記受電コイルは、前記受電コイルに設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域を選択可能に構成され、前記送電装置は、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられて前記送電コイルに電力を送電する駆動コイルを有する駆動部と、前記電源装置と前記駆動コイルとの間に配置されて、前記駆動コイルでの反射電力を検出する反射電力検出部と、を備え、前記制御装置は、予め記憶された、前記反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、前記受電コイルのインダクタンスとの対応関係に基づき、前記電力反射率又は電力反射係数に応じて、前記複数の端子の切替により複数の前記コイル領域を切り替えて前記受電コイルのインダクタンスを変更する。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、負荷側の回路のインピーダンスが変動した場合であっても、最適な受電コイルのコイル領域を迅速に設定可能なことにより、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端における反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の一実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成を示す模式図である。
【図2】駆動コイルの構成を示す模式図である。
【図3】送電コイルと、コイル軸の軸線方向にオフセットして配置された３つの駆動コイル部との位置関係を示す模式図である。
【図4】受電コイルの構成を示す模式図である。
【図5】送電コイルと、受電コイルの３つのコイル領域との位置関係を示す模式図である。
【図6】受電コイルの電気配線を示す模式図である。
【図7】ワイヤレス給電システムに対応する回路図である。
【図9】第１の変形例の構成を示す模式図である。
【図10】第２の変形例の構成を示す模式図である。
【図11】送電コイルと、送電コイルに対して傾斜して略球状に配置された８つの給電コイル部との位置関係を示す模式図である。
【図12】実施例１～７で用いた駆動コイル、送電コイル及び受電コイルの構成を示す模式図である。
【図13】実施例１において、送電コイルと受電コイルとの距離の変化に応じた電力反射率の推移を示すグラフである。
【図14】実施例１において、駆動コイルの駆動コイル部及び受電コイルのコイル領域の切替タイミングを示す図である。
【図15】実施例２において、送電コイルと受電コイルとの距離の変化に応じた電力反射率の推移を示すグラフである。
【図16】実施例２において、駆動コイルの駆動コイル部及び受電コイルのコイル領域の切替タイミングを示す図である。
【図17】実施例３において、送電コイルと受電コイルとの距離の変化に応じた電力反射率の推移を示すグラフである。
【図18】実施例３において、駆動コイルの駆動コイル部及び受電コイルのコイル領域の切替タイミングを示す図である。
【図19】実施例４において、送電コイルと受電コイルとの距離の変化に応じた電力反射率の推移を示すグラフである。
【図20】実施例４において、駆動コイルの駆動コイル部及び受電コイルのコイル領域の切替タイミングを示す図である。
【図21】実施例５において、送電コイルと受電コイルとの距離の変化に応じた電力反射率の推移を示すグラフである。
【図22】実施例５において、駆動コイルの駆動コイル部及び受電コイルのコイル領域の切替タイミングを示す図である。
【図23】実施例６の実験結果を示すグラフである。
【図24】比較例１の実験結果を示すグラフである。
【図25】実施例７において、１回目の実験結果（停止時間４３秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図26】実施例７において、２回目の実験結果（停止時間４６秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図27】実施例７において、３回目の実験結果（停止時間４８秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図28】実施例７において、４回目の実験結果（停止時間４３秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図29】比較例２において、１回目の実験結果（停止時間３６秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図30】比較例２において、２回目の実験結果（停止時間４１秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図31】比較例２において、３回目の実験結果（停止時間３３秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図32】比較例２において、４回目の実験結果（停止時間３３秒）を示す電力反射率の推移を示すグラフである。
【図33】実施例８において、送電コイルと受電コイルとの距離の変化に応じた電力反射率の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明の一実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａ及びワイヤレス給電システム１Ａを用いたワイヤレス給電方法について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。
【0019】
また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。
【0020】
また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。
【0021】
＜ワイヤレス給電システムの構成＞
図１は、ワイヤレス給電システム１Ａの構成を示す模式図である。ワイヤレス給電システム１Ａは、磁界共鳴を利用して非接触で給電対象物２に電力を給電する。給電対象物２は、例えば、車両、ロボット飛翔体、水中ロボット、カプセル内視鏡、心臓ペースメーカー等であり、移動可能な機器又は移動不能な機器の何れであっても構わない。また、給電時に、給電対象物２は移動中又は停止の何れであっても構わない。ワイヤレス給電システム１Ａは、送電装置３と、受電装置４と、を備えている。また、ワイヤレス給電システム１Ａは、交流電源５を備えた電源装置５Ａを備えていても良い。
図１は、ワイヤレス給電システム１Ａの構成を示す模式図である。ワイヤレス給電システム１Ａは、磁界共鳴を利用して非接触で給電対象物２に電力を給電する。給電対象物２は、例えば、車両、ロボット飛翔体、水中ロボット、カプセル内視鏡、心臓ペースメーカー等であり、移動可能な機器又は移動不能な機器の何れであっても構わない。また、給電時に、給電対象物２は移動中又は停止の何れであっても構わない。ワイヤレス給電システム１Ａは、送電装置３と、受電装置４と、を備えている。また、ワイヤレス給電システム１Ａは、交流電源５を備えた電源装置５Ａを備えていても良い。
【0022】
＜送電装置の構成＞
送電装置３は、駆動コイル３１と、送電コイル３２と、コンデンサ３３、３４と、を備えている。
送電装置３は、駆動コイル３１と、送電コイル３２と、コンデンサ３３、３４と、を備えている。
【0023】
駆動コイル３１及び送電コイル３２は、電気伝導率の高い銅線等を円形に巻回して形成されている。なお、銅線内を流れる電流は、内部抵抗の影響によって銅線の中心部よりも表面付近を多く流れる。したがって、駆動コイル３１及び送電コイル３２の線材に複数の銅線を撚り合わせたリッツ線を用いた場合には、同一径の１本の銅線と比べて、リッツ線の表面積が大きくなり、より多くの電流を流すことができ、電流損失を抑制できる。
【0024】
駆動コイル３１には、電源装置５Ａの交流電源５から交流電力が供給される。交流電力は、例えば、周波数１５０ｋＨｚ、電圧１０Ｖに設定されるが、交流電源５の周波数及び電圧は任意に変更可能である。以下、駆動コイル３１の交流電源５側の接点を「入力端ＩＥ」という。なお、本実施形態では、駆動コイル３１と交流電源５とは、入力端ＩＥを介して直接的に接続されている場合を例に説明するが、駆動コイル３１と交流電源５とは、入力端ＩＥを介して直接的に接続されても、交流電源５と入力端ＩＥとの間に設けられた同軸ケーブル等を介して間接的に接続されても構わない。この場合、もし電源のインピーダンスが同軸ケーブル等のインピーダンスと整合している場合は、同軸ケーブル等の電源側端は電力の反射等が生じないため問題にはならず、入力端ＩＥは同軸ケーブル等の負荷側端を意味する。
【0025】
駆動部３５は、駆動コイル３１及びコンデンサ３３を直列に接続して構成された給電側共振回路を備えている。駆動コイル３１のインダクタンス及びコンデンサ３３のキャパシタンスによって設定される共振周波数に応じた周波数の交流電圧が駆動コイル３１に流れると、駆動コイル３１を貫くように振動磁場が生じる。駆動コイル３１の詳しい構成については、後述する。
【0026】
駆動コイル３１と送電コイル３２とは磁界結合しており、駆動コイル３１は、磁界共鳴方式により電力を送電コイル３２に供給する。すなわち、駆動コイル３１のインダクタンス及びコンデンサ３３のキャパシタンスに応じて設定される共振周波数と、送電コイル３２のインダクタンス及びコンデンサ３４のキャパシタンスに応じて設定される共振周波数とがほぼ等しく、駆動コイル３１と送電コイル３２とが共振するように設計されている。これにより、駆動コイル３１に交流電流が流れることにより発生した特定周波数（共振周波数）の磁場の振動が、送電コイル３２に伝わり同じ特定周波数で共振することで、送電コイル３２に起電力が生じる。なお、駆動コイル３１から送電コイル３２への電力の供給は、各コイルの位置関係による影響が低減される磁界共鳴方式が好適であるが、駆動コイル３１に交流電流が流れると、駆動コイル３１をコイル軸方向に貫くように生じる磁束を媒介にして、送電コイル３２にも起電力が生じる電磁結合方式であっても構わない。また、磁界共鳴方式と電磁結合方式とを併用しても構わない。
【0027】
送電部３６は、送電コイル３２及びコンデンサ３４を直列に接続して構成された送電側共振回路を備えている。送電コイル３２のインダクタンス及びコンデンサ３３のキャパシタンスによって設定される共振周波数に応じた周波数の交流電圧が送電コイル３２に流れると、後述する受電コイル４１が共振して起電力が生じる。
【0028】
交流電源５と駆動コイル３１との間には、方向性結合器から成る反射電力検出部３７が設けられている。反射電力検出部３７は、駆動コイル３１側からの反射電力を検出する。
【0029】
＜受電装置の構成＞
受電装置４は、給電対象物２内に設けられている。受電装置４は、受電コイル４１と、コンデンサ４２と、備えている。
受電装置４は、給電対象物２内に設けられている。受電装置４は、受電コイル４１と、コンデンサ４２と、備えている。
【0030】
受電コイル４１は、送電コイル３２とコイル軸方向に間隔を空けて設けられている。受電コイル４１は、電気伝導率の高い銅線等を円形に巻回して形成されている。なお、受電コイル４１も駆動コイル３１及び送電コイル３２と同様に、線材にリッツ線を用いるのが好ましい。
【0031】
受電部４３は、受電コイル４１及びコンデンサ４２を直列に接続して構成された受電側共振回路を備えている。受電コイル４１のインダクタンス及びコンデンサ４２のキャパシタンスによって設定される共振周波数は、送電コイル３２及びコンデンサ３３の共振周波数と略一致するように設定されている。これにより、送電コイル３２をコイル軸方向に貫くように生じた磁場の振動によって、受電コイル４１に誘導電流が流れ、受電コイル４１をコイル軸方向に貫くように振動磁場が生じる。このとき、送電コイル３２及び受電コイル４１の磁場が共鳴して強固に結合する。受電コイル４１の詳しい構成については、後述する。
【0032】
受電コイル４１が共振受電した交流電力は、整流回路（ＡＣ－ＤCコンバータ）６及びＤＣ－ＤＣコンバータ７を介して負荷８に供給される。負荷８は、給電対象物２を構成するモータやバッテリ等である。
【0033】
整流回路６は、４つのダイオード６１がブリッジ上に配置され、受電コイル４１が受電した交流電力に対して全波整流を行い、直流電圧を出力する。なお、符号６２は、整流回路６が出力した直流電圧を平滑化させるコンデンサである。
【0034】
ＤＣ－ＤＣコンバータ７は、整流された直流電圧を予め設定された定電圧（例えば、１２Ｖ）に変換する。ＤＣ－ＤＣコンバータ７から出力された電圧は、負荷８に印加される。なお、ＤＣ－ＤＣコンバータ７は、必要な電圧に応じて配置されればよく、適宜省略しても構わない。
【0035】
＜インピーダンスマッチング機構の構成＞
次に、入力端ＩＥから受電装置４側、即ち送電装置３、受電装置４、整流回路６、ＤＣ－ＤＣコンバータ７及び負荷８を含む回路（負荷側回路）のインピーダンス（以下、「負荷側インピーダンス」という。）と入力端ＩＥから交流電源５側の回路のインピーダンス（以下、「入力側インピーダンス」という。）との差分を緩和させるインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構９について、図面に基づいて説明する。なお、受電装置４及びインピーダンスマッチング機構９は、ワイヤレス受電システム１１を構成している。
次に、入力端ＩＥから受電装置４側、即ち送電装置３、受電装置４、整流回路６、ＤＣ－ＤＣコンバータ７及び負荷８を含む回路（負荷側回路）のインピーダンス（以下、「負荷側インピーダンス」という。）と入力端ＩＥから交流電源５側の回路のインピーダンス（以下、「入力側インピーダンス」という。）との差分を緩和させるインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構９について、図面に基づいて説明する。なお、受電装置４及びインピーダンスマッチング機構９は、ワイヤレス受電システム１１を構成している。
【0036】
図２に示すように、インピーダンスマッチング機構９は、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、駆動コイル３１を構成する３つの駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも１つ以上に電力を供給する。なお、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの何れかに電力を選択的に供給可能であれば、スイッチ９１ａ～９１ｄの代わりに他の構成を用いても構わない。
【0037】
駆動コイル３１は、３つの駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに分割されている。３つの駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、駆動コイル３１を３つに分割するものであって実質的に直列に接続されており、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂは配線３１ＡＢを介して接続され、駆動コイル部３１Ｂ、３１Ｃは配線３１ＢＣを介して接続されている。なお、配線３１ＡＢ、３１ＢＣを省略して、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをそれぞれが異なる駆動コイルで構成しても構わない。駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの各コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと送電コイル３２のコイル軸３２ａとは、通常状態において、略同軸上に位置する。なお、以下では、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに３分割した場合を例に説明するが、駆動コイル部の数は２つであっても、４つ以上であっても構わない。
【0038】
駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、駆動コイル部３１Ａが送電コイル３２に最も近く、この順で送電コイル３２から離間するように配置されている。したがって、送電コイル３２との磁界結合の結合強さは、駆動コイル部３１Ａが最も強く、駆動コイル部３１Ｃが最も小さく設定される。駆動コイル３１と送電コイル３２とを磁界共鳴方式で送電する場合、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのインダクタンスをそれぞれ等しく設定することにより、効率的に送電を行うことができる。
【0039】
スイッチ９１ａ～９１ｄは、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに電流を供給するためのＭＯＳＦＥＴ等から成るスイッチである。スイッチ９１ａ、９１ｂは、交流電源５に接続されている。スイッチ９１ａは、駆動コイル部３１Ｃの一方端側とスイッチ９１ｃ側とを切替可能に構成されている。スイッチ９１ｃは、駆動コイル部３１Ａの一方端側と駆動コイル部３１Ｂの一方端側とを切替可能に構成されている。また、スイッチ９１ｂは、駆動コイル部３１Ｃの他方端側とスイッチ９１ｄ側とを切替可能に構成されている。スイッチ９１ｄは、駆動コイル部３１Ａの他方端側と駆動コイル部３１Ｂの他方端側とを切替可能に構成されている。
【0040】
駆動コイル部３１Ａに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを駆動コイル部３１Ａの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂをスイッチ９１ｄ側に切り替え、スイッチ９１ｄを駆動コイル部３１Ａの他方端側に切り替える。また、駆動コイル部３１Ｂに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを駆動コイル部３１Ｂの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂをスイッチ９１ｄ側に切り替え、スイッチ９１ｄを駆動コイル部３１Ｂの他方端側に切り替える。さらに、駆動コイル部３１Ｃに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａを駆動コイル部３１Ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｂを駆動コイル部３１Ｃ側に切り替える。
【0041】
また、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを駆動コイル部３１Ａの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂをスイッチ９１ｄ側に切り替え、スイッチ９１ｄを駆動コイル部３１Ｂの他方端側に切り替える。また、駆動コイル部３１Ｂ、３１Ｃに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを駆動コイル部３１Ｂの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂを駆動コイル部３１Ｃ側に切り替える。
【0042】
さらに、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを駆動コイル部３１Ａの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂを駆動コイル部３１Ｂ側に切り替える。
【0043】
コントローラ９２は、反射電力検出部３７により検出した反射電力の大きさに応じて、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御を行う。コントローラ９２は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、コントローラ９２の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。コントローラ９２は、記憶部９３と、制御部９４と、に機能分割される（図１参照）。
【0044】
そして、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと送電コイル３２との磁界結合の結合強さが、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの送電コイル３２からの距離に反比例して弱くなるため、図３に示すように、送電コイル３２との磁界結合の結合強さが異なる駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの何れかに電力を供給することにより、送電装置３内の回路のインピーダンスを増減することができる。
【0045】
また、図４に示すように、インピーダンスマッチング機構９は、受電コイル４１の一方端側の端子及び受電コイル４１を略同じコイル巻数に分割して且つ実質的に直列に接続された３つの受電コイル部４１ａ間にそれぞれ設けられた２つの端子に接続されたスイッチ９１ｅ～９１ｆの切替制御により、受電コイル４１の３つのコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの何れに通電するかを選択する。なお、受電コイル４１の他方端の端子及びスイッチ９１ｅは、整流回路６に接続されている。スイッチ９１ｅ～９１ｆの切替制御は、反射電力検出部３７により検出した反射電力の大きさに応じて、コントローラ９２が行う。なお、コンデンサ４２のキャパシタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、後述する図６のキャパシタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３に対応している。なお、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの何れかを選択可能であれば、スイッチ９１ｅ～９１ｆの代わりに他の構成を用いても構わない。また、以下では、受電コイル４１をコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃに３分割した場合を例に説明するが、受電コイル領域の数は２つであっても、４つ以上であっても構わない。
【0046】
図５は、受電コイル４１のうち一部又は全部を選択的に使用する様子を示す模式図である。図５（ａ）は、受電コイル４１の全コイル巻数に相当するコイル領域４１Ａを使用する場合を例示しており、図５（ｂ）は、受電コイル４１のうち送電コイル３２に近く且つ全コイル巻数の２／３に相当するコイル領域４１Ｂを使用する場合を例示しており、図５（ｃ）は、受電コイル４１のうち送電コイル３２に近く且つ全コイル巻数の１／３に相当するコイル領域４１Ｃを使用する場合を例示している。受電コイル４１のインダクタンスは、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃのコイル巻数に比例して増加するため、コイル領域４１Ａのインダクタンスが最も大きくなり、コイル領域４１Ｂのインダクタンスは、コイル領域４１Ａの２／３であり、コイル領域４１Ｃのインダクタンスは、コイル領域４１Ａの１／３となる。
【0047】
受電コイル４１と送電コイル３２との共振状態を維持するために、選択されたコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃに応じてコンデンサ４２のキャパシタンスは適宜調整される。図６は、受電コイル４１の電気配線を示す模式図である。図６では、理解を容易にするために、３つの受電コイル部を互いに離間して図示しているが、３つの受電コイル部は必ずしも離間させる必要はない。
【0048】
２つのＭＯＳＦＥＴ９５ａ、９５ｂがスイッチ９１ｅを構成し、２つのＭＯＳＦＥＴ９５ｃ、９５ｄが、スイッチ９１ｆを構成する。インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）のコイル領域４１Ａを使用する場合には、ＭＯＳＦＥＴ９５ａをオフ、ＭＯＳＦＥＴ９５ｂをオン、ＭＯＳＦＥＴ９５ｃをオフ、ＭＯＳＦＥＴ９５ｄをオンにすることにより、コイル領域４１Ａを選択できる。このとき、コンデンサ４２のキャパシタンスＣ３が機能する。キャパシタンスＣ３の値は、インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）と共振回路を形成するものに予め設定されている。
【0049】
また、インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２）のコイル領域４１Ｂを使用する場合には、ＭＯＳＦＥＴ９５ａをオフ、ＭＯＳＦＥＴ９５ｂをオン、ＭＯＳＦＥＴ９５ｃをオン、ＭＯＳＦＥＴ９５ｄをオフにすることにより、コイル領域４１Ｂを選択できる。このとき、コンデンサ４２のキャパシタンスＣ２が機能する。キャパシタンスＣ２の値は、インダクタンス（Ｌ１＋Ｌ２）と共振回路を形成するものに予め設定されている。
【0050】
また、インダクタンス（Ｌ１）のコイル領域４１Ｃを使用する場合には、ＭＯＳＦＥＴ９５ａをオン、ＭＯＳＦＥＴ９５ｂをオフにすることにより（ＭＯＳＦＥＴ９５ｃ、９５ｄは、オンオフ何れでも構わない）、コイル領域４１Ｃを選択できる。このとき、コンデンサ４２のキャパシタンスＣ１が機能する。キャパシタンスＣ１の値は、インダクタンスＬ１と共振回路を形成するものに予め設定されている。
【0051】
コントローラ９２は、反射電力検出部３７により検出した反射電力の大きさに応じて、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御を行う。これにより、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの何れが選択されても、受電コイル４１と送電コイル３２との共振状態が維持される。なお、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ９５ａ、９５ｂから成るスイッチ９１ｅ及びＭＯＳＦＥＴ９５ｃ、９５ｄから成るスイッチ９１ｆを用いたが、スイッチ９１ｅ、９１ｆの構成はこれらに限定されるものではない。
【0052】
次に、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとが一致しないインピーダンス不整合が生じる要因について説明する。入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が大きければ大きいほど、電力の反射が大きくなり送電効率が低下する。インピーダンス不整合は、例えば、送電コイル３２と受電コイル４１との相対位置が変化したり送電コイル３２と受電コイル４１との間に異物が介在する等して送電コイル３２と受電コイル４１との結合係数が変化したり、バッテリの充電状況等によって負荷８の状態が変化して負荷側インピーダンスが変動することにより生じる。
【0053】
インピーダンス不整合について、図７、図８に基づいて具体的に説明する。図７は、ワイヤレス給電システム１Ａに対応する回路図である。図７中の「V」は電源５の電圧、「Zs」は電源５のインピーダンス（入力側インピーダンス）、「R0」は駆動コイル３１の寄生抵抗、「L0」は駆動コイル３１のインダクタンス、「C0」はコンデンサ３３のキャパシタンス、「I0」は駆動コイル３１を流れる電流、「R1」は送電コイル３２の寄生抵抗、「L1」は送電コイル３２のインダクタンス、「C1」はコンデンサ３４のキャパシタンス、「I1」は送電コイル３２を流れる電流、「k01」は駆動コイル３１及び送電コイル３２の結合係数、「R2」は受電コイル４１の寄生抵抗、「RL」は負荷８の負荷抵抗、「L2」は受電コイル４１のインダクタンス、「C2」はコンデンサ４２のキャパシタンス、「I2」は受電コイル４１を流れる電流、「k12」は送電コイル３２及び受電コイル４１の結合係数である。
【0054】
図８は、図７に示す回路図に基づく等価回路図である。図８に示す等価回路図は、駆動コイル３１と送電コイル３２とが共振するとともに送電コイル３２と受電コイル４１とが共振している状態を示している。駆動コイル３１と送電コイル３２との間の相互インダクタンスM01は、ｋ01√(L0L1)、送電コイル３２と受電コイル４１との間の相互インダクタンスM12は、k12√(L1L2)である。図８中の「Z0」は、電源５と駆動コイル３１の間、すなわち、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側の回路のインピーダンス（負荷側インピーダンス）である。「Z1」は、駆動コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスである。「Z2」は、受電コイル４１から負荷８側の回路のインピーダンスである。図８に示す等価回路により、以下の数式１～数式３が得られる。
【0055】
【数1】
【0056】
【数2】
【0057】
【数3】
【0058】
そして、例えば、送電コイル３２と受電コイル４１とが接近するにつれて、送電コイル３２と受電コイル４１との間の結合係数「k12」は大きくなるところ、数式２に基づけば、インピーダンス「Z1」が大きくなり、数式３に基づけば、インピーダンス「Z0」が小さくなることが分かる。
【0059】
そこで、インピーダンスマッチング機構９は、結合係数「k12」が大きくなるにつれて受電コイル４１のインダクタンス「L2」を小さくする。これにより、インピーダンス「Z1」の増加とインピーダンス「Z0」の減少とがそれぞれ抑制されて、インピーダンス整合を維持することができる。
【0060】
具体的には、反射電力検出部３７が駆動コイル３１側からの反射電力を検出し、コントローラ９２は、インピーダンス「Z0」が所定の閾値を下回った否かをモニタリングする。すなわち、送電コイル３２と受電コイル４１とが所定の距離より接近したか否かを、反射電力の大きさによりモニタリングする。
【0061】
インピーダンス「Z0」が所定の閾値を下回ったときには、コントローラ９２が、図４に示したスイッチ９１ｅ～９１ｆの切替により、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの何れかを選択し、受電コイル４１のインダクタンス「L2」を変更する。
【0062】
また、受電コイル４１のインダクタンス「L2」の変更に加えて、駆動コイル３１と送電コイル３２の結合係数「ｋ01」も変更しても構わない。換言すれば、インピーダンス「Z0」が所定の閾値を下回ったときには、制御部９４が、受電部４３及び駆動部３５を制御しても構わない。具体的には、受電コイル４１のインダクタンス「L2」を小さくするとともに、駆動コイル３１と送電コイル３２の結合係数「ｋ01」を大きくすることにより、インピーダンス「Z0」の減少をさらに抑制することができる。これにより、送電コイル３２と受電コイル４１とがさらに長い距離を変化した場合にも対応できる。
【0063】
次に、反射電力検出部３７により検出された反射電力の変化に応じて、コントローラ９２が、スイッチ９１ｅ～９１ｆの切替により、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの何れかを選択する手順を説明する。
【0064】
まず、反射電力検出部３７が、進行波電圧ＶＦ及び反射波電圧ＶＲを検出することで、以下の数式４、数式５に基づいて、電圧反射係数（Γ）および電力反射率「Ｓ」が算出可能である。
【0065】
【数4】
【0066】
【数5】
【0067】
また、電圧反射係数（Γ）の理論値（Γｒｅｆ）は、以下の数式６で表すことができる。
【0068】
【数6】
【0069】
数式４、６によれば、負荷側インピーダンス「Z0」は、以下の数式７で表すことができる。なお、数式７中の「Zｓ」は、電源側インピーダンスであり、予め設定された固定値である。数式７により、反射電力検出部３７により検出された進行波電圧ＶＦ及び反射波電圧ＶＲに基づいて、負荷側インピーダンス「Z0」の実測値が算出される。
【0070】
【数7】
【0071】
次に、コントローラ９２による受電コイル４１の第１の切替方法を説明する。第１の切替方法は、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲを再び計測し、例えば、電圧反射係数（Γ）又は反射率「Ｓ」が所定値以上（例えば、反射率「Ｓ」が５％以上）の場合に、数式７で求めた負荷側インピーダンス「Z0」の実測値と、数式２、３から導かれる数式８に示す負荷側インピーダンス「Z0」の理論値とを比較し、負荷側インピーダンス「Z0」の実測値に負荷側インピーダンス「Z0」の理論値を近づけるように、受電コイル４１の最適なインダクタンス「L2」を算出し、コントローラ９２が、スイッチ９１ｅ～９１ｆの切替により、算出された受電コイル４１のインダクタンス「L2」に対応するコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの何れかを選択する。
【0072】
【数8】
【0073】
なお、数式８において、受電コイル４１の切替に伴う、駆動コイル３１及び送電コイル３２の結合係数「ｋ01」および送電コイル３２及び受電コイル４１の結合係数「k12」の変化は微小であり、受電コイル４１のインダクタンス「L2」の算出に際しては無視できる。また、数式８中のα、βは定数である。
【0074】
すなわち、受電コイル４１の第１の切替方法では、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲを計測し、数式７から負荷側インピーダンス「Z0」の実測値を求め、負荷側インピーダンス「Z0」の理論値が負荷側インピーダンス「Z0」の実測値との差が最も小さくなるように、受電コイル４１のインダクタンス「L2」を算出して、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替える。
【0075】
また、受電コイル４１を切り替えた後に、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲを再び計測し、例えば、電圧反射係数（Γ）又は反射率「Ｓ」が所定値以上（例えば、反射率「Ｓ」が５％以上）の場合は、電圧反射係数（Γ）又は反射率「Ｓ」が所定値以下になるまで、負荷側インピーダンス「Z0」の理論値が負荷側インピーダンス「Z0」の実測値との差が最も小さくなるように、受電コイル４１を再度切り替えて、受電コイル４１のインダクタンス「L2」の再調整を行っても構わない。
【0076】
次に、コントローラ９２による受電コイル４１の第２の切替方法を説明する。第２の切替方法は、コントローラ９２が、数式４、５に基づいて、実測した進行波電圧ＶＦ及び反射波電圧ＶＲから電圧反射係数（Γ）又は電力反射率「S」を算出する。そして、コントローラ９２は、予め記憶された、電圧反射係数（Γ）又は電力反射率「S」と、そのときに受電コイル４１のインダクタンス「L2」が最適になるコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃとの対応関係に基づき、算出された電圧反射係数（Γ）又は電力反射率「S」に対応する受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを実現するように、スイッチ９１ｅ～９１ｆを切り替える。
【0077】
次に、コントローラ９２による受電コイル４１の第３の切替方法を説明する。第３の切替方法は、実測した電圧反射係数（Γ）の変化状況をモニタリングし、電圧反射係数（Γ）が所定値（例えば、＋０．２２）以上で電力反射率「Ｓ」が所定値以上（例えば、反射率「Ｓ」が５％以上）になった場合に、受電コイル４１のインダクタンス「L2」が１段階大きくなるように、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを１段階だけ切り替える。すなわち、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの切替は、コイル領域４１Ｃをコイル領域４１Ｂへ、コイル領域４１Ｂをコイル領域４１Ａへ１段切り替える。また、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替えた後に、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲから電力反射率「S」を再び算出し、電力反射率「Ｓ」が所定値以上になるまで繰り返す。
【0078】
一方、電圧反射係数（Γ）が所定値（例えば、－０．２２）以上で電力反射率「Ｓ」が所定値以上（例えば、反射率「Ｓ」が５％以上）になった場合に、受電コイル４１のインダクタンス「L2」が１段階小さくなるように、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを１段階切り替える。すなわち、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの切替は、コイル領域４１Ａをコイル領域４１Ｂへ、コイル領域４１Ｂをコイル領域４１Ｃへ１段切り替える。また、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替えた後に、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲから電力反射率「S」を再び算出し、電力反射率「Ｓ」が所定値以上になるまで繰り返す。
【0079】
さらに、制御部９４による負荷側インピーダンス「Z0」の調整は、上述したコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの選択による受電コイル４１のインダクタンス「L2」の調整（粗調整）を行った後に、図２に示したスイッチ９１ａ～９１ｄの切替により、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを選択し、駆動コイル３１と送電コイル３２の結合係数「k01」の調整（微調整）を行う手順で行われても構わない。この場合、受電コイル４１のインダクタンス「L2」と駆動コイル３１と送電コイル３２の結合係数「k01」を変更できるため、より高精度で広範囲なインピーダンス整合が可能となる。
【0080】
すなわち、上述した第１の切替方法の場合、実測した進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲから、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲを計測し、例えば、反射率「Ｓ」が所定値以上（例えば、反射率「Ｓ」が５％以上）のとき、数式７に基づいて負荷側インピーダンス「Z0」の実測値を求め、数式８に基づいて算出される負荷側インピーダンス「Z0」の理論値が、負荷側インピーダンス「Z0」の実測値との差が最も小さくなるように、受電コイル４１のインダクタンス「L2」及び駆動コイル３１と送電コイル３２の結合係数「k01」を算出する。そして、算出されたインダクタンス「L2」及び結合係数「k01」に最も近い駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ及びコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを選択し、駆動コイル３１の切替及び受電コイル４１の切替を行う。
【0081】
また、受電コイル４１を一旦切り替えた後に、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲを再度計測することで、数式５から実際の電力反射率「Ｓ」を求め、電力反射率「Ｓ」が所定値以上（例えば５％以上）の場合は、所定値以下になるまで、受電コイル４１又は駆動コイル３１を切り替えて、電力反射率「Ｓ」を微調整しても構わない。なお、電力反射率「Ｓ」の代わりに電力反射係数（Γ）を用いて、受電コイル４１又は駆動コイル３１の切替の要否を判定しても構わない。また、受電コイル４１の切替又は駆動コイル３１の切替の先後は、任意に変更することもできる。
【0082】
また、上述した第２の切替方法の場合、電力反射率「Ｓ」又は電力反射係数（Γ）と、最適な受電コイル４１のインダクタンス「L2」及び駆動コイル３１と送電コイル３２の結合係数「k01」の対応関係を定めたテーブル等を予め記憶しておけば良い。
【0083】
また、上述した第３の切替方法の場合、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを順に切り替えてインダクタンス「L2」を徐々に変化させ、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを順に切り替えて結合係数「k01」を変化させることにより、電力反射率「Ｓ」が所定値以下になるように調整する。駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの切替は、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを１段ずつ、すなわち駆動コイル部３１Aから駆動コイル部３１Ｂへ、駆動コイル部３１Ｂから駆動コイル部３１A、３１Ｃへ、駆動コイル部３１Ｃから駆動コイル部３１Ｂに切り替える。
【0084】
さらに、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替えた後に、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲの値から電力反射率「Ｓ」を再び求め、電力反射率「Ｓ」が所定値以上になるまで繰り返す。このようにしてインピーダンス整合を行うものである。なお、電力反射率「Ｓ」の代わりに電力反射係数（Γ）を用いても、受電コイル４１又は駆動コイル３１の切替の要否を判定しても構わない。
【0085】
また、受電コイル４１の切替又は駆動コイル３１の切替の先後は、任意に変更することもできる。例えば、駆動コイル３１の切替を先行させる場合、先ず、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを切り替え、切替の限界（例えば、駆動コイル部３１Ａ又は３１Ｃ）に達しても所定範囲の電力反射率「Ｓ」が実現できていないとき、受電コイル４１を1段切り替えた後に、再び駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｃを順に切り替える。以下同様に、電力反射率「Ｓ」が所定値以下になるまで、駆動コイル３１の切替及び受電コイル４１の切替を繰り返す。なお、受電コイル４１と駆動コイル３１の優先順は、受電コイル４１を優先にしても構わない。また、駆動コイル３１の切替を行わずに、受電コイル４１の切替のみを行っても構わないし、受電コイル４１の切替を行わずに、駆動コイル３１の切替のみを行っても構わない。
【0086】
このようにして、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、送電コイル３２を含む送電側共振回路を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路を有する受電部４３を備え、受電コイル４１が受電した電力が供給される負荷８に接続可能な受電装置４と、受電部４３を制御するコントローラ９２と、を備え、電源装置５Ａから供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２と受電コイル４１との間で電力を送受電するワイヤレス給電システム１Ａであって、受電コイル４１は、受電コイル４１に設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを選択可能に構成され、送電装置３は、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられて送電コイル３２に電力を送電する駆動コイル３１を有する駆動部３５と、電源装置５Ａと駆動コイル３１との間に配置されて駆動コイル３１での反射電力を検出する反射電力検出部３７と、を備え、コントローラ９２は、予め記憶された、反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、受電コイル４１のインダクタンスとの対応関係に基づき、電力反射率又は電力反射係数に応じて、複数の端子の切替により複数のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替えて受電コイル４１のインダクタンスを変更する構成とした。
【0087】
この構成により、反射電力検出部３７が検出した反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数に応じて、最適なコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを設定可能なことにより、負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから電源装置５Ａ側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。
【0088】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、コントローラ９２が、負荷側インピーダンスの実測値と電力反射率又は電力反射係数との関係式、及び負荷側インピーダンスの理論値と受電コイル４１のインダクタンスとの関係式に基づいて、電力反射率又は電力反射係数から算出される負荷側インピーダンスの実測値に負荷側インピーダンスの理論値を近づけるように、受電コイル４１のインダクタンスを変更する構成とした。
【0089】
この構成により、電力反射率又は電力反射係数から算出される負荷側インピーダンスの実測値に負荷側インピーダンスの理論値が近づくように、最適なコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃが設定されることにより、入力端ＩＥにおける反射波の発生を抑制することができる。
【0090】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、コントローラ９２が、受電コイル４１のインダクタンスの変更後に反射電力検出部３７が再検出した反射電力から算出された電力反射率又は電力反射係数が所定値より大きい場合、負荷側インピーダンスの実測値に負荷側インピーダンスの理論値を近づけるように、受電コイル４１のインダクタンスを再び変更する構成とした。
【0091】
この構成により、ワイヤレス給電システム１周囲の環境や外乱に起因して負荷側インピーダンスの理論値が必ずしも実測値と一致しない場合であっても、電力反射率又は電力反射係数が所定値以下になるように、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの切替を繰り返し行うことで、入力端ＩＥにおける反射波の発生をさらに抑制することができる。
【0092】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、コントローラ９２が、複数の端子の切替により、選択されたコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃのインダクタンス及び選択されたコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃと直列に配置されたコンデンサ４２のキャパシタンスを送電コイル３２と受電コイル４１との間での磁界共鳴を維持可能に調整する構成とした。
【0093】
この構成により、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃの何れが選択された場合であっても、送電コイル３２と受電コイル４１との磁界共鳴を維持できるように、選択されたコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃのインダクタンスに応じたコンデンサ４２のキャパシタンスが予め設定されているため、磁界共鳴を簡便に維持することができる。
【0094】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、駆動コイル３１は、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２に電力を送電しており、コントローラ９２が、送電コイル３２と駆動コイル３１との磁界結合における結合強さを変更するように駆動部３５を制御する構成とした。
【0095】
この構成により、駆動コイル３１及び送電コイル３２の磁界結合の結合強さの強弱を変更することにより、駆動部３５内の回路のインピーダンスが増減して、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。
【0096】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、送電コイル３２を含む送電側共振回路を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路を有する受電部４３を備え、受電コイル４１が受電した電力が供給される負荷８に接続可能な受電装置４と、受電部４３を制御するコントローラ９２と、を備え、電源装置５Ａから供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２と受電コイル４１との間で電力を送受電するワイヤレス給電システム１Ａであって、受電コイル４１は、受電コイル４１に設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを選択可能に構成され、送電装置３は、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられて送電コイル３２に電力を送電する駆動コイル３１を有する駆動部３５と、電源装置５Ａと駆動コイル３１との間に配置されて駆動コイル３１での反射電力を検出する反射電力検出部３７と、を備え、コントローラ９２は、予め記憶された、反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と受電コイル４１のコイル領域４１A、４１B、４１Cとの対応関係に基づき、算出された電力反射率又は電力反射係数に対応する受電コイル４１のコイル領域４１A、４１B、４１Cを、複数の端子を切り替えて選択する構成とした。
【0097】
この構成により、予め設定された対応関係に基づいて、反射電力検出部３７が検出した反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数に応じたコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃが設定されることにより、負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから電源装置５Ａ側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。
【0098】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、送電コイル３２を含む送電側共振回路を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路を有する受電部４３を備え、受電コイル４１が受電した電力が供給される負荷８に接続可能な受電装置４と、受電部４３を制御するコントローラ９２と、を備え、電源装置５Ａから供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２と受電コイル４１との間で電力を送受電するワイヤレス給電システム１Ａであって、受電コイル４１は、受電コイル４１に設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを選択可能に構成され、送電装置３は、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられて送電コイル３２に電力を送電する駆動コイル３１を有する駆動部３５と、電源装置５Ａと駆動コイル３１との間に配置されて駆動コイル３１での反射電力を検出する反射電力検出部３７と、を備え、コントローラ９２は、反射電力から算出される電力反射係数が所定値より大きい場合、受電コイル４１のインダクタンスが切替前から１段階大きくなるように、複数の端子の切替によりコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替え、反射電力から算出される電力反射係数が所定値より小さい場合、受電コイル４１のインダクタンスが切替前から１段階小さくなるように、複数の端子の切替によりコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替える構成とした。
【0099】
この構成により、反射電力検出部３７が検出した反射電力から算出される電力反射係数に応じて、電力反射率が小さくなるように、コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを１段階切り替えることにより、負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから電源装置５Ａ側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。
【0100】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａは、送電コイル３２を含む送電側共振回路と、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられて送電コイル３２に電力を送電する駆動コイル３１を有する駆動部３５と、電源装置５Ａと駆動コイル３１との間に配置されて、駆動コイル３１での反射電力を検出する反射電力検出部３７と、を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路を有する受電部４３を備え、受電コイル４１が受電した電力が供給される負荷８に接続可能な受電装置４と、駆動部３５を制御するコントローラ９２と、を備え、電源装置５Ａから供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２と受電コイル４１との間で電力を送受電するワイヤレス給電システム１Ａであって、駆動コイル３１は、複数の駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを選択可能に構成され、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２に電力を送電し、コントローラ９２は、予め記憶された、反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数と、送電コイル３２及び駆動コイル３１の磁界結合における結合強さとの対応関係に基づき、電力反射率又は電力反射係数に応じて、複数の駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを切り替えて送電コイル３２及び駆動コイル３１の磁界結合における結合強さを変更する構成とした。
【0101】
この構成により、予め設定された対応関係に基づいて、反射電力検出部３７が検出した反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数に応じた駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが設定されることにより、負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから電源装置５Ａ側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。
【0102】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１Ａを用いたワイヤレス給電方法は、送電コイル３２を含む送電側共振回路を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路を有する受電部４３を備え、受電コイル４１が受電した電力が供給される負荷８に接続可能な受電装置４と、受電部４３を制御するコントローラ９２と、を備え、電源装置５Ａから供給される電力を、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２と受電コイル４１との間で電力を送受電するワイヤレス給電システム１Ａを用いたワイヤレス給電方法であって、受電コイル４１は、受電コイル４１に設けられた複数の端子の接続位置に応じて異なるコイル巻数を有する複数のコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを選択可能に構成され、送電装置３は、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられて送電コイル３２に電力を送電する駆動コイル３１を有する駆動部３５と、電源装置５Ａと駆動コイル３１との間に配置されて、駆動コイル３１での反射電力を検出する反射電力検出部３７と、を備え、コントローラ９２は、予め記憶された、反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンス、及び受電コイル４１のインダクタンスの対応関係に基づき、電力反射率又は電力反射係数に応じて、複数の端子の切替によりコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを切り替えて受電コイル４１のインダクタンスを変更する構成とした。
【0103】
この構成により、反射電力検出部３７が検出した反射電力から算出される電力反射率又は電力反射係数に応じて、最適なコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃを設定可能なことにより、負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから電源装置５Ａ側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。
【0104】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電方法は、駆動コイル３１は、磁界共鳴方式を利用して送電コイル３２に電力を送電し、コントローラ９２が、送電コイル３２と駆動コイル３１との磁界結合における結合強さを変更するように駆動部３５を制御する構成とした。
【0105】
この構成により、駆動コイル３１及び送電コイル３２の磁界結合の結合強さの強弱を変更することにより、駆動部３５内の回路のインピーダンスが増減して、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。
【0106】
また、本実施形態に係るワイヤレス給電方法は、コントローラ９２による負荷側インピーダンスの調整は、受電コイル４１の端子を切り替えて粗調整した後に、駆動部３５を制御して微調整を行う構成とした。
【0107】
この構成により、受電コイル４１のコイル領域４１A、４１B、４１Cを切り替えて負荷側インピーダンスを粗調整した後に、駆動部３５を制御して負荷側インピーダンスの微調整を行うことにより、負荷側インピーダンスを精度良く制御することができる。
【0108】
また、図１に図示したワイヤレス給電システム１Ａでは、反射電力検出部３７が、送電装置３内に配置されるとともに、送電装置３の入力端ＩＥと駆動コイル３１との間に設けられているが、反射電力検出部３７を配置する位置はこれに限られない。
【0109】
例えば、図９に図示したワイヤレス給電システム１Ｂのように、反射電力検出部３７を電源装置５Ａ内に配置するとともに、交流電源５と送電装置３の入力端ＩＥの間に反射電力検出部３７を配置しても構わない。また、図１０に図示したワイヤレス給電システム１Ｃのように、反射電力検出部３７内に送電装置３の入力端ＩＥを設けるとともに、反射電力検出部３７を電源装置５Ａと送電装置３との間に配置しても構わない。このようなワイヤレス給電システム１Ｂ、１Ｃであっても、ワイヤレス給電システム１Ａと同様に、負荷側インピーダンスと入力側インピーダンスとの差分を緩和し、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。ワイヤレス給電システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃの何れの構成を採用するかは、ワイヤレス給電システムを設置する場所や環境、及び給電対象物２や送電装置３の構成に応じて適宜選択すれば良い。
【0110】
また、反射電力検出部３７は、寄生抵抗又は寄生インダクタ等によるインピーダンスを有しているため、反射電力検出部３７による検出値には誤差が生ずる。このような検出値の誤差の大きさは、給電対象物２の構成（例えば、インピーダンス変動が相対的に大きいモータ駆動やバッテリ充電、又はインピーダンス変動が相対的に小さい家電製品等の稼働）により異なることが想定される。そこで、ワイヤレス給電システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃを構築し、外部テスターで入力端ＩＥにおける電力測定や電源側／負荷側の各インピーダンス測定を各システムに対して行い、例えば反射電力検出部３７による誤差が最小もしくは誤差変動が最小の形態を、給電対象物２の構成に応じて適宜選択しても構わない。なお、反射電力検出部３７による検出値の誤差自体は設計段階でオフセット設計をしたり、個々の製品の出荷検査においてオフセット調整する等して最適調整を行っても構わない。
【0111】
次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、各種変形例は、以下に説明する構成を除いた他の構成は上述した実施形態の構成と同様である。
【0112】
＜変形例１＞
本変形例に係る駆動コイル３１は、例えば、図１１（ａ）～（ｃ）に示すように、球状に配置された８つの駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈを備えたものであっても構わない。
本変形例に係る駆動コイル３１は、例えば、図１１（ａ）～（ｃ）に示すように、球状に配置された８つの駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈを備えたものであっても構わない。
【0113】
駆動コイル３１は、中心が一致した状態で互いに傾斜する駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈから成る。駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈは、１つのコイルを８つに分割したものであり、実質的に直列に接続されている。駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈ間の接続関係の詳細は省略するが、図２と同様に図示しないスイッチ等によって、交流電源５からの電力を駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈの少なくとも何れか１つに供給可能に接続されている。
【0114】
図１１（ａ）に示すように、駆動コイル部３１Ａは、コイル軸３１ａと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが略一致した状態で、すなわち送電コイル３２に対して傾斜することなく送電コイル３２内に収容されている。また、図１１（ｂ）に示すように、駆動コイル部３１Ｃは、送電コイル３２に対して約４５度傾いた状態で、その一部が送電コイル３２内に収容されている。そして、図１１（ｃ）に示すように、駆動コイル部３１Ｅは、送電コイル３２に対して約９０度傾いた状態で、その一部が送電コイル３２内に収容されている。さらに、駆動コイル部３１Ｂ、３１Ｄ、３１Ｆ～３１Ｈは、送電コイル３２に対して約２２．５度、約６７．５度、約１１２．５度、約１３５度、約１５７．５度だけそれぞれ傾いた状態で、その一部が送電コイル３２内に収容されている。
【0115】
このとき、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、対向する面積が大きいほど密となる。すなわち、駆動コイル部３１Ａのコイル軸３１ａと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが同軸上に位置するため、駆動コイル部３１Ａと送電コイル３２との磁界結合が最も密になる。駆動コイル部３１Ｅは、送電コイル３２との磁界結合が最も疎になる。
【0116】
このような構成により、例えば、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｃ、３１Ｅの３つを適宜切り替えて、インピーダンスマッチング処理を実行することができる。すなわち、負荷側インピーダンスが入力側インピーダンスに対して大きい状態では、図１１（ａ）に示すように駆動コイル部３１Ａに電力を供給することにより、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合が密になり、送電装置３内の回路のインピーダンスが減少する。その結果、入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスが小さくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。
【0117】
一方、負荷側インピーダンスが入力側インピーダンスに対して小さい状態では、図１１（ｂ）に示すように、駆動コイル部３１Ａと比べて、送電コイル３２に対して傾斜する駆動コイル部３１Ｃに電力を供給することにより、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合が疎になり、送電装置３内の回路のインピーダンスが増大する。その結果、入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスが大きくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。
【0118】
また、負荷側インピーダンスがさらに低下すると、図１１（ｃ）に示すように、送電コイル３２に対して直交する駆動コイル部３１Ｅに電力を供給することにより、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合がさらに疎になり、送電装置３内の回路のインピーダンスがさらに増大し、その結果、入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスが大きくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。
【0119】
このような構成により、駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、駆動コイル３１と送電コイル３２との結合強さを調整することができる。
【0120】
また、本変形例に係る球状の駆動コイル３１を構成する駆動コイル部の個数は、８つに限定されず、２つ以上であればいくつであっても構わない。また、本変形例に係る駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈの送電コイル３２に対する傾きは、０度～１８０度の範囲で設定しているが、コイルの位相を考慮して、－９０度～＋９０度の範囲で設定しても構わない。
【0121】
また、駆動コイル３１は、送電コイル３２内に収容されたものに限定されず、送電コイル３２外に配置されても構わない。また、駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈの一部が送電コイル３２内に配置され、その他の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｈが送電コイル３２外に配置されても構わない。なお、駆動コイル３１の送電コイル３２に対する傾きが、結合係数ｋ０１が等比級数になるように切り替え可能に構成されることにより、各駆動コイル３１の角度でのインピーダンス調整範囲が略一定になり、インピーダンス整合をさらに安定して行うことができる。
【0122】
＜変形例２＞
インピーダンスマッチング機構９は、駆動コイル３１を送電コイル３２に対して相対的に移動させるコイル移動機構であっても構わない。
インピーダンスマッチング機構９は、駆動コイル３１を送電コイル３２に対して相対的に移動させるコイル移動機構であっても構わない。
【0123】
このようなコイル移動機構として、例えば、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃとコイル軸３２ａとの略平行状態を維持したまま、各コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃがコイル軸３２ａに対して相対的に離間又は近接（一致）するように駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをコイル軸３２ａと垂直な方向にスライドさせるものが考えられる。
【0124】
ここで、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが同軸上に位置する場合には、送電コイル３２との磁界結合が密になる（結合強さ（結合係数）が大きくなる）。一方、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが、送電コイル３２のコイル軸３２ａに対してコイル軸３１ａに直行する方向にオフセットしている場合には、送電コイル３２との磁界結合が疎となる（結合強さ（結合係数）が小さくなる）。
【0125】
そして、コイル移動機構によって駆動コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させてインピーダンスを大まかに調整した上で、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御によってインピーダンスを微調整することにより、インピーダンスを最適化しても構わない。この場合、インピーダンスの微調整を高速に行うことができるため、インピーダンスの急激な変化した場合でもスムーズに最適化することができる。
【0126】
＜変形例３＞
上述した変形例２では、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃとコイル軸３２ａとの略平行状態を維持したまま駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをコイル軸３２ａと垂直な方向にスライドさせるコイル移動機構を例示したが、コイル移動機構は、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをコイル軸３１ａ、３２ａ、３３ａ及びコイル軸３２ａの軸方向と平行に移動させる構成であっても構わない。
上述した変形例２では、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃとコイル軸３２ａとの略平行状態を維持したまま駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをコイル軸３２ａと垂直な方向にスライドさせるコイル移動機構を例示したが、コイル移動機構は、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをコイル軸３１ａ、３２ａ、３３ａ及びコイル軸３２ａの軸方向と平行に移動させる構成であっても構わない。
【0127】
ここで、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、送電コイル３２に接近するほど送電コイル３２との磁界結合が密になり（結合係数が大きくなり）、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、送電コイル３２から離れるほど送電コイル３２との磁界結合が疎になる（結合係数が小さくなる）。
【0128】
そして、コイル移動機構によって駆動コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させてインピーダンスを大まかに調整した上で、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御によってインピーダンスを微調整することにより、インピーダンスを最適化しても構わない。この場合、インピーダンスの微調整を高速に行うことができるため、インピーダンスの急激な変化した場合でもスムーズに最適化することができる。
【0129】
＜変形例４＞
上述した実施形態では、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置された駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃから成る駆動コイル３１を例示したが、駆動コイル３１の構成はこれに限定されるものではない。
上述した実施形態では、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置された駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃから成る駆動コイル３１を例示したが、駆動コイル３１の構成はこれに限定されるものではない。
【0130】
例えば、駆動コイル３１は、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略平行で互いに離間するようにオフセットして配置された駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを備えたものであっても構わない。
【0131】
このとき、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、対向する面積が大きいほど密となる。そして、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合の結合強さの強弱（磁界結合の疎密）を調整することができる。
【0132】
＜変形例５＞
上述した実施形態では、略同形に形成された駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃから成る駆動コイル３１を例示したが、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、互いに異なる形状であっても構わない。
上述した実施形態では、略同形に形成された駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃから成る駆動コイル３１を例示したが、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、互いに異なる形状であっても構わない。
【0133】
例えば、駆動コイル３１は、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置されるとともに、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃがこの順でコイル径が徐々に小径に設定され、且つコイル高さが高くなるように形成され、略同一平面上でコイル径が拡縮する螺旋状に構成されても構わない。
【0134】
このとき、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、コイル径の差が少ないほど密となる。そして、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、駆動コイル３１と送電コイル３２との結合強さを調整することができる。
【0135】
＜変形例６＞
また、駆動コイル３１は、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置されるとともに、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが略同一平面上に配置され、さらに、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃがこの順でコイル径が徐々に小径に設定されて、同一平面上で外周から中心に向かって徐々にコイル径が小さくなるように構成されても構わない。
また、駆動コイル３１は、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置されるとともに、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが略同一平面上に配置され、さらに、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃがこの順でコイル径が徐々に小径に設定されて、同一平面上で外周から中心に向かって徐々にコイル径が小さくなるように構成されても構わない。
【0136】
このとき、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、コイル径の差が少ないほど密となる。そして、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、駆動コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、駆動コイル３１と送電コイル３２との磁界結合の結合強さの強弱（磁界結合の疎密）を調整することができる。
【実施例0137】
＜実施例１＞
上述したワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２及び受電コイル４１の距離を変化させた場合に、駆動コイル３１のコイル部及び受電コイル４１のコイル領域を自動で切り替え、インピーダンス整合をとった実験（実施例１）について説明する。なお、本実施例１では、負荷抵抗を５０Ωで一定とした。また、電源周波数を１５０ｋＨｚに設定した。また、本実験で用いた駆動コイル３１、送電コイル３２及び受電コイル４１の構造を図１２に示す。
上述したワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２及び受電コイル４１の距離を変化させた場合に、駆動コイル３１のコイル部及び受電コイル４１のコイル領域を自動で切り替え、インピーダンス整合をとった実験（実施例１）について説明する。なお、本実施例１では、負荷抵抗を５０Ωで一定とした。また、電源周波数を１５０ｋＨｚに設定した。また、本実験で用いた駆動コイル３１、送電コイル３２及び受電コイル４１の構造を図１２に示す。
【0138】
・駆動コイル
駆動コイル３１は、直径３００ｍｍに形成されており、直径３５０ｍｍの送電コイル３２内に収容されている。駆動コイル３１は、球状に配置された異なる傾きの６つの駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆから成る。駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆは、結合係数「k01」が、√（７８／３２）すなわち１．５６倍の間隔になるように以下のように配置されている。
・駆動コイル部３１Ａ
結合係数「k01」：約０．４５、傾斜角度：０°
・駆動コイル部３１Ｂ
結合係数「k01」：約０．４１、傾斜角度：２２°
・駆動コイル部３１Ｃ
結合係数「k01」：約０．２６、傾斜角度：４９°
・駆動コイル部３１Ｄ
結合係数「k01」：約０．１７、傾斜角度：６４°
・駆動コイル部３１Ｅ
結合係数「k01」：約０．１１、傾斜角度：７３°
・駆動コイル部３１Ｆ
結合係数「k01」：約０．０７、傾斜角度：７９°
駆動コイル３１は、直径３００ｍｍに形成されており、直径３５０ｍｍの送電コイル３２内に収容されている。駆動コイル３１は、球状に配置された異なる傾きの６つの駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆから成る。駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆは、結合係数「k01」が、√（７８／３２）すなわち１．５６倍の間隔になるように以下のように配置されている。
・駆動コイル部３１Ａ
結合係数「k01」：約０．４５、傾斜角度：０°
・駆動コイル部３１Ｂ
結合係数「k01」：約０．４１、傾斜角度：２２°
・駆動コイル部３１Ｃ
結合係数「k01」：約０．２６、傾斜角度：４９°
・駆動コイル部３１Ｄ
結合係数「k01」：約０．１７、傾斜角度：６４°
・駆動コイル部３１Ｅ
結合係数「k01」：約０．１１、傾斜角度：７３°
・駆動コイル部３１Ｆ
結合係数「k01」：約０．０７、傾斜角度：７９°
【0139】
駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆは、素線径０．０４ｍｍ、直径０．９ｍｍのリッツ線を用いており、インダクタンスを２７８μＨ、コンデンサを４．０５ｎＦに設定した。
【0140】
・受動コイル
受電コイル４１は、４つのコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄを選択可能に構成されている。受電コイル４１は、直径３５０ｍｍに設定され、素線径０．０４ｍｍ、直径０．９ｍｍのリッツ線から成る。各コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのコイル巻数、インダクタンス、コンデンサの抵抗値は、以下の通りに設定した。
・コイル領域４１Ａ
コイル巻数：５６、インダクタンス：１４８８μＨ、コンデンサ：０．７５６ｎＦ
・コイル領域４１Ｂ
コイル巻数：２８、インダクタンス：７４４μＨ、コンデンサ：１．５１２ｎＦ
・コイル領域４１Ｃ
コイル巻数：１０、インダクタンス：２６６μＨ、コンデンサ：４．２３４ｎＦ
・コイル領域４１Ｄ
コイル巻数：５、インダクタンス：１３３μＨ、コンデンサ：８．３６７ｎＦ
受電コイル４１は、４つのコイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄを選択可能に構成されている。受電コイル４１は、直径３５０ｍｍに設定され、素線径０．０４ｍｍ、直径０．９ｍｍのリッツ線から成る。各コイル領域４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのコイル巻数、インダクタンス、コンデンサの抵抗値は、以下の通りに設定した。
・コイル領域４１Ａ
コイル巻数：５６、インダクタンス：１４８８μＨ、コンデンサ：０．７５６ｎＦ
・コイル領域４１Ｂ
コイル巻数：２８、インダクタンス：７４４μＨ、コンデンサ：１．５１２ｎＦ
・コイル領域４１Ｃ
コイル巻数：１０、インダクタンス：２６６μＨ、コンデンサ：４．２３４ｎＦ
・コイル領域４１Ｄ
コイル巻数：５、インダクタンス：１３３μＨ、コンデンサ：８．３６７ｎＦ
【0141】
また、駆動コイル３１を含む共振回路、送電コイル３２を含む共振回路及び受電コイル４１を含む共振回路の各共振周波数は、それぞれ１５０ｋＨｚに設定されている。
【0142】
・コイル切替方式
駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、上述した第１の切替方法により行った。すなわち、まず、コントローラ９２は、反射電力検出部３７が検出した進行波電圧ＶＦ及び反射波電圧ＶＲ並びに数式４、５に基づいて、反射率「Ｓ」を算出する。
駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、上述した第１の切替方法により行った。すなわち、まず、コントローラ９２は、反射電力検出部３７が検出した進行波電圧ＶＦ及び反射波電圧ＶＲ並びに数式４、５に基づいて、反射率「Ｓ」を算出する。
【0143】
反射率「Ｓ」が所定値（例えば、５％）以上の場合は、コントローラ９２は、進行波電圧ＶＦ及び反射波電圧ＶＲ並びに数式６に基づいて、負荷側インピーダンス「Z0」の実測値を算出する。
【0144】
次に、コントローラ９２は、負荷側インピーダンス「Z0」の実測値に対して数式８から算出される負荷側インピーダンス「Z0」の理論値の差が所定範囲内に収まるように、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆを切り替えることにより、駆動コイル３１と送電コイル３２の結合係数「k01」を変更し、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替えることにより、受電コイル４１のインダクタンス「L2」を変更する。
【0145】
さらに、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替えた後に、反射電力検出部３７が、進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲを再び検出し、コントローラ９２が、反射電力検出部３７が検出した進行波電圧ＶＦ及び反射波電圧ＶＲ並びに数式４、５に基づいて、反射率「Ｓ」を再び算出する。
【0146】
電力反射率「Ｓ」が所定値（例えば、５％）以上を維持している場合は、上述した１回目の駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替と同様に、電力反射率「Ｓ」が所定値以下に至るまで、駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替を繰り返して微調整を行った。
【0147】
・実験手順
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ｃに設定した状態で、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍで約１２秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍまで離間させた。続いて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍで約１５秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍまで接近させた。本実験における電力反射率の推移を図１３に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図１４に示す。
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ｃに設定した状態で、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍで約１２秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍまで離間させた。続いて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍで約１５秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍまで接近させた。本実験における電力反射率の推移を図１３に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図１４に示す。
【0148】
図１４において、左側縦軸の「１」～「６」は、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆに対応しており、駆動コイル部３１Ａが「１」、駆動コイル部３１Ｂが「２」、駆動コイル部３１Ｃが「３」、駆動コイル部３１Ｄが「４」、駆動コイル部３１Ｅが「５」、駆動コイル部３１Ｆが「６」にそれぞれ対応している。また、図１４において、右側縦軸の「１」～「４」は、受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを対応しており、コイル領域４１Ａが「４」、コイル領域４１Ｂが「３」、コイル領域４１Ｃが「２」、コイル領域４１Ｄが「１」にそれぞれ対応している。
【0149】
・実験結果
図１３によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍから３５０に離間した際に、電力反射率が約０．５５（５５％）まで上昇したが、約１秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから０ｍｍに接近した際に、電力反射率が約０．５２（５２％）まで上昇したが、約１秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
図１３によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍから３５０に離間した際に、電力反射率が約０．５５（５５％）まで上昇したが、約１秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから０ｍｍに接近した際に、電力反射率が約０．５２（５２％）まで上昇したが、約１秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
【0150】
また、図１４によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍから３５０に離間した際に、上述した微調整も含めて、駆動コイル３１が３回、受電コイル４１が２回それぞれ切り替わったことが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから０ｍｍに接近した際に、駆動コイル３１が３回、受電コイル４１が２回それぞれ切り替わったことが分かる。
【0151】
このようにして、本実験結果によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を離間させた場合又は接近させた場合の何れであっても、１秒以内に電力反射率が５％以下まで低下しており、送電コイル３２と受電コイル４１との距離の変化に対して、非常にスムーズにインピーダンス整合が行われたことが分かる。
【0152】
＜実施例２＞
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例２）を行った。
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例２）を行った。
【0153】
本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、上述した第３の切替方法により行った。すなわち、まず、コントローラ９２は、反射電力検出部３７が検出した進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲの値から数式４、５に基づいて、電力反射係数（Γ）及び反射率「Ｓ」を算出する。
【0154】
電力反射係数（Γ）が所定値（例えば、＋０．２２）以上で電力反射率「S」が所定値（例えば、５％）以上の場合に、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆおよび受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを順に一段階ずつ切り替える。なお、本実験では、駆動コイル３１の切替を受電コイル４１の切替に優先して行った。
【0155】
コントローラ９２は、反射電力検出部３７が検出した進行波電圧ＶＦと反射波電圧ＶＲの値から数式４、５に基づいて、電力反射係数（Γ）及び反射率「Ｓ」を再び算出する。
【0156】
電力反射率「Ｓ」が所定値（例えば、５％）以上を維持している場合は、上述した１回目の駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替と同様に、電力反射率「Ｓ」が所定値以下に至るまで、駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替を繰り返して微調整を行った。
【0157】
・実験手順
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ｃに設定した状態で、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍで約１１秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍまで離間させた。続いて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍで約１５秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍまで接近させた。本実験における電力反射率の推移を図１５に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図１６に示す。
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ｃに設定した状態で、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍで約１１秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍまで離間させた。続いて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍで約１５秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍまで接近させた。本実験における電力反射率の推移を図１５に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図１６に示す。
【0158】
・実験結果
図１３によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍから３５０に離間した際に、電力反射率が約０．２０（２０％）まで上昇したが、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから０ｍｍに接近した際に、電力反射率は約０．９０（９０％）まで上昇したが、約５秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
図１３によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍから３５０に離間した際に、電力反射率が約０．２０（２０％）まで上昇したが、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから０ｍｍに接近した際に、電力反射率は約０．９０（９０％）まで上昇したが、約５秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
【0159】
また、図１６によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を０ｍｍから３５０に離間した際に、上述した微調整も含めて、駆動コイル３１が２回、受電コイルが２回それぞれ切り替わったことが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから０ｍｍに接近した際に、駆動コイル３１が１３回、受電コイルが２回それぞれ切り替わったことが分かる。
【0160】
このようにして、本実験結果によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を離間させた場合又は接近させた場合の何れであっても、５秒以内に電力反射率が５％以下まで低下しており、送電コイル３２と受電コイル４１との距離の変化に対して、概ねスムーズにインピーダンス整合が行われていると言える。ただし、実施例１の実験結果と比較すると、本実験では、電力反射率が５％以下で安定するまでの時間が長くなっており、実施例１の方が応答性が良いことが分かる。
【0161】
＜実施例３＞
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、システム立ち上げ時におけるインピーダンスが整合するまでの状態を確認する実験（実施例３）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、システム立ち上げ時におけるインピーダンスが整合するまでの状態を確認する実験（実施例３）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
【0162】
・実験手順
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ａに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ａに設定し、この初期状態から、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を５０ｍｍ、負荷抵抗値５０Ωで電源をＯＮにした。本実験における電力反射率の推移を図１７に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図１８に示す。
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ａに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ａに設定し、この初期状態から、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を５０ｍｍ、負荷抵抗値５０Ωで電源をＯＮにした。本実験における電力反射率の推移を図１７に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図１８に示す。
【0163】
・実験結果
図１７によれば、電力反射率は、初期状態では約０．７０（７０％）であったが、約０．８秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、図１８によれば、駆動コイル３１が２回、受電コイル４１が１回それぞれ切り替わったことが分かる。
図１７によれば、電力反射率は、初期状態では約０．７０（７０％）であったが、約０．８秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、図１８によれば、駆動コイル３１が２回、受電コイル４１が１回それぞれ切り替わったことが分かる。
【0164】
このようにして、本実験結果によれば、１秒以内に電力反射率が５％以下のインピーダンスが整合した状態に至っており、非常にスムーズにシステム立ち上げが行われたことが分かる。
【0165】
＜実施例４＞
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、システム立ち上げ時におけるインピーダンスが整合するまでの状態を確認する実験（実施例４）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例２と同様に第３の切替方法で行った。
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、システム立ち上げ時におけるインピーダンスが整合するまでの状態を確認する実験（実施例４）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例２と同様に第３の切替方法で行った。
【0166】
・実験手順
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ａに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ａに設定し、この初期状態から、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を５０ｍｍ、負荷抵抗値５０Ωで電源をＯＮにした。本実験における電力反射率の推移を図１９に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図２０に示す。
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ａに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ａに設定し、この初期状態から、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を５０ｍｍ、負荷抵抗値５０Ωで電源をＯＮにした。本実験における電力反射率の推移を図１９に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図２０に示す。
【0167】
・実験結果
図１９によれば、電力反射率は、初期状態では約０．６２（６２％）であり、一旦０．９０（９０％）まで上昇した後に、約２．８秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、図２０によれば、駆動コイル３１が１０回、受電コイル４１が２回それぞれ切り替わったことが分かる。
図１９によれば、電力反射率は、初期状態では約０．６２（６２％）であり、一旦０．９０（９０％）まで上昇した後に、約２．８秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、図２０によれば、駆動コイル３１が１０回、受電コイル４１が２回それぞれ切り替わったことが分かる。
【0168】
このようにして、本実験結果によれば、３秒以内に電力反射率が５％以下のインピーダンスが整合した状態に至っており、概ねにスムーズにシステム立ち上げが行われたことが分かる。ただし、実施例３の実験結果と比較すると、本実験では、電力反射率が５％以下で安定するまでの時間が長くなっており、実施例３の方が良好な応答性を示すことが分かる。
【0169】
＜実施例５＞
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Aを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１とのコイル間距離を５０ｍｍに固定した状態で、負荷８における負荷抵抗の値を変更させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例５）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例２と同様に第３の切替方法で行った。また、電源周波数は１５０ｋＨｚとした。
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Aを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１とのコイル間距離を５０ｍｍに固定した状態で、負荷８における負荷抵抗の値を変更させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例５）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例２と同様に第３の切替方法で行った。また、電源周波数は１５０ｋＨｚとした。
【0170】
・実験手順
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｃに設定し、受電コイル４１をコイル領域４２Ｃに設定し、この初期状態から、負荷抵抗を５０Ωで約５秒維持した後に、負荷抵抗を５００Ωまで上昇させる。続いて、負荷抵抗を５００Ωで約６秒維持した後に、再び負荷抵抗を５０Ωに下降させた。本実験における電力反射率の推移を図２１に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図２２に示す。
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｃに設定し、受電コイル４１をコイル領域４２Ｃに設定し、この初期状態から、負荷抵抗を５０Ωで約５秒維持した後に、負荷抵抗を５００Ωまで上昇させる。続いて、負荷抵抗を５００Ωで約６秒維持した後に、再び負荷抵抗を５０Ωに下降させた。本実験における電力反射率の推移を図２１に示す。また、本実験において、駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替の履歴を図２２に示す。
【0171】
・実験結果
図２１によれば、電力反射率は、負荷抵抗が５０Ωから５００Ωに上昇した際に、約０．４１（４１％）まで上昇しているが、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、電力反射率は、負荷抵抗が５００Ωから５０Ωに下降した際に、約０．９１（９１％）まで上昇しているが、約４秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
図２１によれば、電力反射率は、負荷抵抗が５０Ωから５００Ωに上昇した際に、約０．４１（４１％）まで上昇しているが、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、電力反射率は、負荷抵抗が５００Ωから５０Ωに下降した際に、約０．９１（９１％）まで上昇しているが、約４秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
【0172】
また、図２２によれば、負荷抵抗が５０Ωから５００Ωに上昇した際に、駆動コイル３１が２回、受電コイルが２回それぞれ切り替わったことが分かる。また、負荷抵抗が５００Ωから５０Ωに下降した際に、駆動コイル３１が１０回、受電コイルが２回それぞれ切り替わったことが分かる。
【0173】
このようにして、本実験結果によれば、負荷抵抗を上昇させた場合又は下降させた場合の何れであっても、５秒以内に電力反射率が５％以下まで低下したインピーダンスが整合した状態に至っており、例えば、負荷８のバッテリの充電が進むにつれて負荷側インピーダンス「Ｚ０」が変動するときであっても、スムーズにインピーダンス整合が行うことができることが分かる。
【0174】
＜実施例６＞
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的に変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例６）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的に変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例６）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
【0175】
・実験手順
給電対象物２を自走可能な無人搬送車（ＡＧＶ）とし、給電対象物２は、所望の電力が充電されたバッテリを負荷８として搭載している。給電対象物２に搭載された受電コイル４１をコイル領域４２Ｃに設定し、送電装置３に搭載された駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、この初期状態から、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を１５０ｍｍで約２秒維持した後に約1秒かけて２００ｍｍまで離間させる。その後、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２００ｍｍで約２秒維持した後に約1秒かけて３００ｍｍまで離間させる。続けて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３００ｍｍで約２秒維持した後に約1秒かけて１５０ｍｍまで接近させた。この一連の手順をバッテリ（負荷８）の電力が所定値を下回り、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまで繰り返した。本実験における電力反射率の推移を図２３に示す。
給電対象物２を自走可能な無人搬送車（ＡＧＶ）とし、給電対象物２は、所望の電力が充電されたバッテリを負荷８として搭載している。給電対象物２に搭載された受電コイル４１をコイル領域４２Ｃに設定し、送電装置３に搭載された駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、この初期状態から、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を１５０ｍｍで約２秒維持した後に約1秒かけて２００ｍｍまで離間させる。その後、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２００ｍｍで約２秒維持した後に約1秒かけて３００ｍｍまで離間させる。続けて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３００ｍｍで約２秒維持した後に約1秒かけて１５０ｍｍまで接近させた。この一連の手順をバッテリ（負荷８）の電力が所定値を下回り、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまで繰り返した。本実験における電力反射率の推移を図２３に示す。
【0176】
・実験結果
本実験では、給電対象物２は、１６分１０秒（９７０秒）で停止した。また、図２３によれば、電力反射率は、給電対象物２の移動に伴って約０．０７（７％）～０．４０（４０％）の間で周期的に変化していることが分かる。また、給電対象物２が停止するまでの電力反射率の平均値は、０．１３２（１３．２％）であった。
本実験では、給電対象物２は、１６分１０秒（９７０秒）で停止した。また、図２３によれば、電力反射率は、給電対象物２の移動に伴って約０．０７（７％）～０．４０（４０％）の間で周期的に変化していることが分かる。また、給電対象物２が停止するまでの電力反射率の平均値は、０．１３２（１３．２％）であった。
【0177】
＜比較例１＞
実験例６と同様の構成において、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的に変化させる際に、駆動コイル３１及び受電コイル４１を切り替えず固定して、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまでの電力反射率及び給電対象物２が停止するまでの時間を計測する実験（比較例１）を行った。本実験における電力反射率の推移を図２４に示す。
実験例６と同様の構成において、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的に変化させる際に、駆動コイル３１及び受電コイル４１を切り替えず固定して、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまでの電力反射率及び給電対象物２が停止するまでの時間を計測する実験（比較例１）を行った。本実験における電力反射率の推移を図２４に示す。
【0178】
・実験結果
本実験では、給電対象物２は、１４分０７秒（８４７秒）で停止した。また、図２４によれば、電力反射率は、給電対象物２の移動に伴って約０．０５（５％）～０．８０（８０％）の間で周期的に変化していることが分かる。また、給電対象物２が停止するまでの電力反射率の平均値は、０．４４４（４４．４％）であった。
本実験では、給電対象物２は、１４分０７秒（８４７秒）で停止した。また、図２４によれば、電力反射率は、給電対象物２の移動に伴って約０．０５（５％）～０．８０（８０％）の間で周期的に変化していることが分かる。また、給電対象物２が停止するまでの電力反射率の平均値は、０．４４４（４４．４％）であった。
【0179】
＜比較例２＞
実験例６と同様の構成において、受電コイル４１及びバッテリ（負荷８）を搭載した無人搬送車（給電対象物２）に対して、ワイヤレス給電を行わず、無人搬送車がバッテリに充電された電力のみで走行して、無人搬送車が停止するまでの時間を計測する実験（比較例２）を行った。
実験例６と同様の構成において、受電コイル４１及びバッテリ（負荷８）を搭載した無人搬送車（給電対象物２）に対して、ワイヤレス給電を行わず、無人搬送車がバッテリに充電された電力のみで走行して、無人搬送車が停止するまでの時間を計測する実験（比較例２）を行った。
【0180】
・実験結果
本実験では、給電対象物２は、８分５８秒（５３８秒）で停止した。
本実験では、給電対象物２は、８分５８秒（５３８秒）で停止した。
【0181】
実施例６、比較例１、２の実験結果を比較すると、実施例６は、比較例１に対して１２３秒長く無人搬送車が走行可能であり、稼働時間が約１５％長くなっている。また、実施例６は、比較例２に対して４３２秒長く無人搬送車が走行可能であり、稼働時間が約８０％長くなっている。すなわち、実施例６は、給電対象物２が連続的に移動した場合でも、速やかにインピーダンス整合を行い、電力を供給し続けることができる。
【0182】
＜実施例７＞
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的にランダムに変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例７）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的にランダムに変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例７）を行った。本実験における駆動コイル３１及び受電コイル４１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
【0183】
・実験手順
給電対象物２を自走可能な無人搬送車（ＡＧＶ）とし、給電対象物２は、所望の電力が充電されたバッテリを負荷８として搭載している。送電装置３から２００ｍｍ離れた位置に９００ｍｍ×９００ｍｍのステージを配置し、給電対象物２が、このステージ上をランダムに移動する。給電対象物２は、ステージ上を平行移動可能であり、且つステージに対して垂直な回転軸回りに回転して向きを変更可能である。給電対象物２に搭載された受電コイル４１をコイル領域４２Ｃに設定し、送電装置３に搭載された駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、この初期状態から、給電対象物２が移動を開始して、バッテリ（負荷８）の電力が所定値を下回り、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまで繰り返した。この一連の実験を４回行った。４回の実験における電力反射率の推移を図２５～図２８に示す。
給電対象物２を自走可能な無人搬送車（ＡＧＶ）とし、給電対象物２は、所望の電力が充電されたバッテリを負荷８として搭載している。送電装置３から２００ｍｍ離れた位置に９００ｍｍ×９００ｍｍのステージを配置し、給電対象物２が、このステージ上をランダムに移動する。給電対象物２は、ステージ上を平行移動可能であり、且つステージに対して垂直な回転軸回りに回転して向きを変更可能である。給電対象物２に搭載された受電コイル４１をコイル領域４２Ｃに設定し、送電装置３に搭載された駆動コイル３１を駆動コイル部３１Ｂに設定し、この初期状態から、給電対象物２が移動を開始して、バッテリ（負荷８）の電力が所定値を下回り、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまで繰り返した。この一連の実験を４回行った。４回の実験における電力反射率の推移を図２５～図２８に示す。
【0184】
・実験結果
４回の実験で計測した、給電対象物２が停止するまでの各時間は、４３秒、４６秒、４８秒、４３秒であり、平均は４５秒であった。また、図２５～２８によれば、実施例７の電力反射率は、常にピークとバレーを繰り返しており、給電対象物２の動作に追随して、インピーダンス整合と不整合を繰り返していることが分かる。
４回の実験で計測した、給電対象物２が停止するまでの各時間は、４３秒、４６秒、４８秒、４３秒であり、平均は４５秒であった。また、図２５～２８によれば、実施例７の電力反射率は、常にピークとバレーを繰り返しており、給電対象物２の動作に追随して、インピーダンス整合と不整合を繰り返していることが分かる。
【0185】
＜比較例３＞
実験例７と同様の構成において、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的にランダムに変化させる際に、駆動コイル３１及び受電コイル４１を切り替えず固定して、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまでの電力反射率を計測する実験（比較例３）を４回行った。４回の実験における電力反射率の推移を図２９～図３２に示す。
実験例７と同様の構成において、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的にランダムに変化させる際に、駆動コイル３１及び受電コイル４１を切り替えず固定して、無人搬送車（給電対象物２）が停止するまでの電力反射率を計測する実験（比較例３）を４回行った。４回の実験における電力反射率の推移を図２９～図３２に示す。
【0186】
・実験結果
４回の実験で計測した、給電対象物２が停止するまでの各時間は、３６秒、４１秒、３３秒、３３秒であり、平均は３５．７５秒であった。また、図２９～３２によれば、比較例３の電力反射率は、ほとんどの時間で０．８（８０％）以上になっており、無人搬送車の動作に対してインピーダンス整合が追いついていないことが分かる。
４回の実験で計測した、給電対象物２が停止するまでの各時間は、３６秒、４１秒、３３秒、３３秒であり、平均は３５．７５秒であった。また、図２９～３２によれば、比較例３の電力反射率は、ほとんどの時間で０．８（８０％）以上になっており、無人搬送車の動作に対してインピーダンス整合が追いついていないことが分かる。
【0187】
＜比較例４＞
実験例７と同様の構成において、受電コイル４１及びバッテリ（負荷８）を搭載した無人搬送車（給電対象物２）に対して、ワイヤレス給電を行わず、無人搬送車がバッテリに充電された電力のみで走行して、無人搬送車が停止するまでの時間を計測する実験（比較例４）を４回行った。
実験例７と同様の構成において、受電コイル４１及びバッテリ（負荷８）を搭載した無人搬送車（給電対象物２）に対して、ワイヤレス給電を行わず、無人搬送車がバッテリに充電された電力のみで走行して、無人搬送車が停止するまでの時間を計測する実験（比較例４）を４回行った。
【0188】
・実験結果
４回の実験で計測した、給電対象物２が停止するまでの各時間は、３３秒、３６秒、３４秒、２８秒であり、平均は３２．７５秒であった。
４回の実験で計測した、給電対象物２が停止するまでの各時間は、３３秒、３６秒、３４秒、２８秒であり、平均は３２．７５秒であった。
【0189】
実施例７、比較例３、４の実験結果を比較すると、実施例７は、比較例３に対して平均で９．２５秒長く走行可能であり、稼働時間が約１２．６％長くなっている。また、実施例７は、比較例３と比較してインピーダンス整合している時間が長く、それにより無人搬送車の稼働時間を長くすることができている。また、実施例７は、比較例４に対して１２．７５秒長く走行可能であり、稼働時間が約１３．７％長くなっている。
【0190】
また、比較例３、４の結果には大きな差がなかった。これは、常に移動する給電対象物２に対して、比較例３のように駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆ及び受電コイル４１のコイル領域４１Ａ～４１Ｄの切替を行わないワイヤレス給電システムの場合、ほとんどの時間でインピーダンス整合が追い付かないため、給電対象物２に対してほとんど給電ができてないためである。一方、実施例７は、常に移動する給電対象物２に対しても、インピーダンス整合を実現するため、電力を供給し続けることができる。
【0191】
＜実施例８＞
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的にランダムに変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆのみを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例８）を行った。本実験における駆動コイル３１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
実施例１と同様に、ワイヤレス給電システム１Ａを用いて、送電コイル３２と受電コイル４１の距離を連続的にランダムに変化させた場合に、自動で駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆのみを切り替え、インピーダンス整合をとる実験（実施例８）を行った。本実験における駆動コイル３１の切替は、実施例１と同様に第１の切替方法で行った。
【0192】
・実験手順
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Cに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ｃに設定した状態で、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍで約６秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２５０ｍｍまで接近させた。続いて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２５０ｍｍで約７秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍまで離間させた。本実験における電力反射率の推移及び駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆの切替の履歴を図３３に示す。
まず、駆動コイル３１を駆動コイル部３１Cに設定し、受電コイル４１をコイル領域４１Ｃに設定した状態で、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍで約６秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２５０ｍｍまで接近させた。続いて、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２５０ｍｍで約７秒維持した後に、約１秒かけて送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍまで離間させた。本実験における電力反射率の推移及び駆動コイル３１の駆動コイル部３１Ａ～３１Ｆの切替の履歴を図３３に示す。
【0193】
・実験結果
図３３によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから２５０ｍｍに接近した際に、電力反射率が約０．２０（２０％）まで上昇したが、駆動コイル部３１Ｃ（図３３のSerial number3）が、駆動コイル部３１B（図３３のSerial number２）に切り替わることで、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２５０ｍｍから３５０ｍｍに離間した際に、電力反射率は約０．１０（１０％）まで上昇したが、駆動コイル部３１Bが駆動コイル部３１Cに切り替わることで、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
図３３によれば、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を３５０ｍｍから２５０ｍｍに接近した際に、電力反射率が約０．２０（２０％）まで上昇したが、駆動コイル部３１Ｃ（図３３のSerial number3）が、駆動コイル部３１B（図３３のSerial number２）に切り替わることで、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。また、送電コイル３２と受電コイル４１との距離を２５０ｍｍから３５０ｍｍに離間した際に、電力反射率は約０．１０（１０％）まで上昇したが、駆動コイル部３１Bが駆動コイル部３１Cに切り替わることで、約２秒程度で０，０５以下（５％以下）まで低下し、以降はその状態を維持していることが分かる。
【0194】
本実験結果によれば、駆動コイル部３１Ｂ、３１Ｃのみの切替であっても、送電コイル３２と受電コイル４１との距離変動が１００mm程度であれば、２秒以内に電力反射率が５％以下まで低下しており、概ねスムーズにインピーダンス整合が行われていると言える。
【0195】
また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【符号の説明】
【0196】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：ワイヤレス給電システム
１１ ：ワイヤレス受電システム
２ ：給電対象物
３ ：送電装置
３１ ：駆動コイル
３１Ａ～３１Ｆ：駆動コイル部
３１ａ～３１ｃ：（駆動コイルの）コイル軸
３２ ：送電コイル
３２ａ：（送電コイルの）コイル軸
３３、３４：コンデンサ
３５ ：駆動部
３６ ：送電部
３７ ：反射電力検出部
３８ ：相対位置測定部
４ ：受電装置
４１ ：受電コイル
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ：コイル領域
４２ ：コンデンサ
４３ ：受電部
５ ：交流電源
５Ａ ：電源装置
６ ：整流回路
６１ ：ダイオード
６２ ：コンデンサ
７ ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
８ ：負荷
９ ：インピーダンスマッチング機構
９１ａ～９１ｆ：スイッチ
９２ ：コントローラ
９３ ：記憶部
９４ ：制御部
９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ：ＭＯＳＦＥＴ
９６ ：測定部
ＩＥ ：入力端
１１ ：ワイヤレス受電システム
２ ：給電対象物
３ ：送電装置
３１ ：駆動コイル
３１Ａ～３１Ｆ：駆動コイル部
３１ａ～３１ｃ：（駆動コイルの）コイル軸
３２ ：送電コイル
３２ａ：（送電コイルの）コイル軸
３３、３４：コンデンサ
３５ ：駆動部
３６ ：送電部
３７ ：反射電力検出部
３８ ：相対位置測定部
４ ：受電装置
４１ ：受電コイル
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ：コイル領域
４２ ：コンデンサ
４３ ：受電部
５ ：交流電源
５Ａ ：電源装置
６ ：整流回路
６１ ：ダイオード
６２ ：コンデンサ
７ ：ＤＣ－ＤＣコンバータ
８ ：負荷
９ ：インピーダンスマッチング機構
９１ａ～９１ｆ：スイッチ
９２ ：コントローラ
９３ ：記憶部
９４ ：制御部
９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ：ＭＯＳＦＥＴ
９６ ：測定部
ＩＥ ：入力端
【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】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】