特開 2024-40809 送電装置及び非接触給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024040809

(43)【公開日】2024-03-26

(54)【発明の名称】送電装置及び非接触給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/90 20160101AFI20240318BHJP

   H02J 50/05 20160101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

H02J50/90

H02J50/05

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145404

(22)【出願日】2022-09-13

(71)【出願人】

【識別番号】521487580

【氏名又は名称】株式会社パワーウェーブ

(74)【代理人】

【識別番号】100174757

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 伸一郎

(72)【発明者】

【氏名】水谷 豊

(57)【要約】

【課題】負荷状態及び移動体の位置の変化による高周波電源から見た入力インピーダンスの影響を抑制できる送電装置及び非接触給電システムを提供すること。
【解決手段】高周波電源１２は、その高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が変化しても、その入力インピーダンスＺｉｎの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものが用いられる。送電装置１０には、高周波電源１２と送電電極１１との間に可変移相部１３が設けられている。可変移相部１３では、位相検出器１５によって検出された電圧と電流との位相に基づき、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎが、負荷としてのバッテリ３１のインピーダンスＺｌの変化及び移動体３０の位置の変化に対して略実部上を変化するように、位相制御器１６によって可変移相器１４が制御され、高周波電源から供給される電力の位相を変化させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に設けられた負荷に対して給電する電力を受信するための受電電極を有して前記移動体に設けられた受電装置に対し、電界結合方式により非接触にて電力を送信する送電装置であって、
前記受電電極と対向することにより形成される電界結合によって電力を送信する送電電極と、
その送電電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
その高周波電源と前記送電電極との間に設けられ、前記高周波電源から供給される電力の位相を変更可能な可変移相部と、を備え、
前記高周波電源は、その高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が変化しても、その入力インピーダンスの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものであり、
前記可変移相部は、
前記高周波電源から供給される電力の位相を変更する可変移相器と、
前記可変移相器の前段又は後段に設けられ、位相を判断するための電圧及び電流を検出する位相検出器と、
その位相検出器の検出結果に基づき、前記高周波電源から見た入力インピーダンスが、前記負荷のインピーダンスの変化及び前記移動体の位置の変化に対して略実部上を変化するように、前記可変移相器を制御する位相制御器と、
を備えることを特徴とする送電装置。

【請求項2】

前記可変移相器は、リアクタンスを変化可能な可変リアクタを有し、その可変リアクタにてリアクタンスを変化させることで前記電力の位相を変更するものであることを特徴とする請求項１記載の送電装置。

【請求項3】

前記可変移相器は、リアクタンスを変化可能な可変リアクタを有する９０°ハイブリッド回路により構成され、前記可変リアクタのリアクタンスを変化させることで前記電力の位相を変更するものであることを特徴とする請求項１記載の送電装置。

【請求項4】

前記高周波電源は、出力する電圧を一定に制御する定電圧電源であり、
前記位相制御器は、前記高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が前記伝送線路の特性インピーダンス以上となるように前記可変移相器を制御することを特徴とする請求項１記載の送電装置。

【請求項5】

前記高周波電源は、出力する電流を一定に制御する定電流電源であり、
前記位相制御器は、前記高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が前記伝送線路の特性インピーダンス以下となるように前記可変移相器を制御することを特徴とする請求項１記載の送電装置。

【請求項6】

移動体に設けられた負荷に対して非接触にて給電する非接触給電システムであって、
請求項１から５のいずれかに記載の送電装置と、
その送電装置の送電電極から送信される電力を電界結合方式により非接触にて受信する受電電極を有し、受信した電力を前記負荷に対して給電する前記移動体に設けられた受電装置と、を備えることを特徴とする非接触給電システム。

【請求項7】

前記送電電極において、前記受電電極と対向する位置から前記高周波電源と離れる側を開放状態に設定する開放状態設定部を備えることを特徴とする請求項６記載の非接触給電システム。

【請求項8】

移動体に設けられた負荷に対して給電する電力を受信するために前記移動体に設けられた受電装置に対し、非接触にて電力を送信する送電装置であって、
前記受電装置に対して電力を送信する送電部と、
その送電部に高周波電力を供給する高周波電源と、
その高周波電源と前記送電部との間に設けられ、前記高周波電源から供給される電力の位相を変更可能な可変移相部と、を備え、
前記高周波電源は、その高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が変化しても、その入力インピーダンスの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものであり、
前記可変移相部は、
前記高周波電源から供給される電力の位相を変更する可変移相器と、
前記可変移相器の前段又は後段に設けられ、位相を判断するための電圧及び電流を検出する位相検出器と、
その位相検出器の検出結果に基づき、前記高周波電源から見た入力インピーダンスが、前記負荷のインピーダンスの変化及び前記移動体の位置の変化に対して略実部上を変化するように、前記可変移相器を制御する位相制御器と、
を備えることを特徴とする送電装置。

【請求項9】

移動体に設けられた負荷に対して非接触にて給電する非接触給電システムであって、
請求項８記載の送電装置と、
その送電装置の送電部から送信される電力を非接触にて受信し、受信した電力を前記負荷に対して給電する前記移動体に設けられた受電装置と、を備えることを特徴とする非接触給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体に設けられた負荷に対して給電する電力を受信するために前記移動体に設けられた受電装置に対し、非接触にて電力を送信する送電装置と、その送電装置を備えた非接触給電システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、電気自動車や、無人で自動的に活動する電動ビークルが注目され、種々の研究開発がなされている。このような電気自動車、電動ビークルを普及させるために、搭載されるバッテリのコストや重量、給電時間の長さ、リサイクルの難度、人的コストの増加等が課題となっている。このような課題を解決するための方法の１つとして、無人かつ非接触で給電する技術が検討されている。

【0003】

このような非接触による給電方式として、電界結合方式がある（例えば、特許文献１、２）。電界結合方式は、送電電極と受電電極との間に形成されるコンデンサによって、高周波電源から送電電極に供給される電力が、電界エネルギーとして空間を伝わることで、非接触で受電電極に電力を伝送する。電界結合方式は、受電効率や電力量が大きく、また、低コストで実現が可能であり、広範囲に亘って送電設備が必要な非接触の給電に適している。よって、電界結合方式は、電気自動車や電動ビークルへの非接触給電の主流方式として注目されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－３７７４号公報

【特許文献2】特開２０１７－３４９１９号公報

【特許文献3】特開２０２２－８６７８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

さて、受電電極に接続された給電対象である負荷は、その状態によってインピーダンスが変動する。例えば、負荷が給電された電力を蓄電するバッテリであれば、そのバッテリ残量によってインピーダンスは変化する。また、負荷がモータであれば、モータの加速度によってインピーダンスは変化する。負荷のインピーダンスが変動すると、高周波電源から見た入力インピーダンスの虚部が変動する。また、移動体が移動して、受電電極と送電電極との位置関係が変化する場合も、高周波電源から見た入力インピーダンスの虚部が変動する。

【0006】

このように、負荷のインピーダンスの変化や移動体の位置の変化に伴って、高周波電源から見た入力インピーダンスの虚部が変動すると、高周波電源においてエネルギー損失が発生し、供給電力の低下、高周波電源の効率低下、ひいてはスイッチング素子やその他の素子の熱破壊が生じる恐れがあるといった問題点があった。また、このような問題は、電界結合方式のみならず、送電装置側のコイルと受電装置側のコイルとを接近させて、電磁誘導により電力を非接触にて給電する磁界結合方式をはじめとして、その他の非接触給電方式においても同様に発生する。

【0007】

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、負荷状態及び移動体の位置の変化による高周波電源から見た入力インピーダンスの影響を抑制できる送電装置及び非接触給電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的を達成するために本発明の送電装置に係る第１の態様は、移動体に設けられた負荷に対して給電する電力を受信するための受電電極を有して前記移動体に設けられた受電装置に対し、電界結合方式により非接触にて電力を送信するものであって、前記受電電極と対向することにより形成される電界結合によって電力を送信する送電電極と、その送電電極に高周波電力を供給する高周波電源と、その高周波電源と前記送電電極との間に設けられ、前記高周波電源から供給される電力の位相を変更可能な可変移相部と、を備え、前記高周波電源は、その高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が変化しても、その入力インピーダンスの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものであり、前記可変移相部は、前記高周波電源から供給される電力の位相を変更する可変移相器と、前記可変移相器の前段又は後段に設けられ、位相を判断するための電圧及び電流を検出する位相検出器と、その位相検出器の検出結果に基づき、前記高周波電源から見た入力インピーダンスが、前記負荷のインピーダンスの変化及び前記移動体の位置の変化に対して略実部上を変化するように、前記可変移相器を制御する位相制御器と、を備える。

【0009】

本発明の送電装置に係る第２の態様は、第１の態様の送電装置において、前記可変移相器は、リアクタンスを変化可能な可変リアクタを有し、その可変リアクタにてリアクタンスを変化させることで前記電力の位相を変更するものである。

【0010】

本発明の送電装置に係る第３の態様は、第１又は第２の態様の送電装置において、前記可変移相器は、リアクタンスを変化可能な可変リアクタを有する９０°ハイブリッド回路により構成され、前記可変リアクタのリアクタンスを変化させることで前記電力の位相を変更するものである。

【0011】

本発明の送電装置に係る第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様の送電装置において、前記高周波電源は、出力する電圧を一定に制御する定電圧電源であり、前記位相制御器は、前記高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が前記伝送線路の特性インピーダンス以上となるように前記可変移相器を制御する。

【0012】

本発明の送電装置に係る第５の態様は、第１から第３のいずれかの態様の送電装置において、前記高周波電源は、出力する電流を一定に制御する定電流電源であり、
前記位相制御器は、前記高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が前記伝送線路の特性インピーダンス以下となるように前記可変移相器を制御する。

【0013】

本発明の非接触給電システムに係る第６の態様は、移動体に設けられた負荷に対して非接触にて給電するものであって、第１から第５のいずれかの態様の送電装置と、その送電装置の送電電極から送信される電力を電界結合方式により非接触にて受信する受電電極を有し、受信した電力を前記負荷に対して給電する前記移動体に設けられた受電装置と、を備える。

【0014】

本発明の非接触給電システムに係る第７の態様は、第６の態様の非接触給電システムにおいて、前記送電電極において、前記受電電極と対向する位置から前記高周波電源と離れる側を開放状態に設定する開放状態設定部を備える。

【0015】

本発明の送電装置に係る第８の態様は、移動体に設けられた負荷に対して給電する電力を受信するために前記移動体に設けられた受電装置に対し、非接触にて電力を送信するものであって、前記受電装置に対して電力を送信する送電部と、その送電部に高周波電力を供給する高周波電源と、その高周波電源と前記送電部との間に設けられ、前記高周波電源から供給される電力の位相を変更可能な可変移相部と、を備え、前記高周波電源は、その高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が変化しても、その入力インピーダンスの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものであり、前記可変移相部は、前記高周波電源から供給される電力の位相を変更する可変移相器と、前記可変移相器の前段又は後段に設けられ、位相を判断するための電圧及び電流を検出する位相検出器と、その位相検出器の検出結果に基づき、前記高周波電源から見た入力インピーダンスが、前記負荷のインピーダンスの変化及び前記移動体の位置の変化に対して略実部上を変化するように、前記可変移相器を制御する位相制御器と、を備える。

【0016】

本発明の非接触給電システムに係る第９の態様は、移動体に設けられた負荷に対して非接触にて給電するものであって、第８の態様の送電装置と、その送電装置の送電電極から送信される電力を非接触にて受信し、受信した電力を前記負荷に対して給電する前記移動体に設けられた受電装置と、を備える。

【発明の効果】

【0017】

本発明の送電装置に係る第１の態様によれば、高周波電源から送電電極に高周波電力が供給され、その送電電極から移動体に設けられた受電装置の受電電極へ、電界結合方式により非接触にて電力が送信される。その受電電極にて受信した電力が移動体に設けられた負荷に給電される。ここで、高周波電源は、その高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が変化しても、その入力インピーダンスの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものが用いられる。一方、送電装置には、高周波電源と送電電極との間に、高周波電源から供給される電力の位相を変更可能な可変移相部が設けられている。その可変移相部には、高周波電源から供給される電力の位相を変更する可変移相器のほか、可変移相器の前段又は後段に位相検出器が設けられ、その位相検出器によって、電圧及び電流が検出される。また、可変移相部には、位相制御器が設けられており、位相検出器の検出結果に基づき、高周波電源から見た入力インピーダンスが、負荷のインピーダンスの変化及び移動体の位置の変化に対して略実部上を変化するように、可変移相器が制御され、高周波電源から供給される電力の位相が変化する。これにより、負荷のインピーダンス及び移動体の位置が変動しても、高周波電源からは、定電圧又は定電流が出力され、高周波電源においてエネルギー損失の発生を抑制でき、供給電力の低下、高周波電源の効率低下、及び、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊を抑制できる。よって、負荷状態及び移動体の位置の変化による高周波電源から見た入力インピーダンスの影響を抑制できるという効果がある。

【0018】

本発明の送電装置に係る第２の態様によれば、第１の態様の送電装置が奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、可変移相器では、可変リアクタのリアクタンスを変化させることで電力の位相が変更される。これにより、簡易な回路構成で電力の位相を変更できるという効果がある。

【0019】

本発明の送電装置に係る第３の態様によれば、第１又は第２の態様の送電装置が奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、リアクタンスを可変する可変リアクタを有する９０°ハイブリッド回路により可変移相器が構成され、可変リアクタのリアクタンスを変化させることで電力の位相が変更される。これにより、簡易な回路構成で電力の位相を変更できるという効果がある。

【0020】

本発明の送電装置に係る第４の態様によれば、第１から第３のいずれかの態様の送電装置が奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、高周波電源は定電圧電源であり、高周波電源より出力される電圧が一定に制御される。一方、可変移相器は、高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が伝送線路の特性インピーダンス以上となるように位相制御器によって制御される。これにより、高周波電源から大電流が出力されることを抑制し、ひいてはスイッチング素子やその他の素子が破壊されることを抑制できるという効果がある。

【0021】

本発明の送電装置に係る第５の態様によれば、第１から第３のいずれかの態様の送電装置が奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、高周波電源は定電流電源であり、高周波電源より出力される電流が一定に制御される。一方、可変移相器は、高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が前記伝送線路の特性インピーダンス以下となるように位相制御器によって制御される。これにより、高周波電源に高電圧が印加されることを抑制し、ひいてはスイッチング素子やその他の素子が破壊されることを抑制できるという効果がある。

【0022】

本発明の非接触給電システムに係る第６の態様によれば、第１から第５の態様のいずれかの送電装置が設けられ、その送電装置の送電電極から送信される電力が電界結合方式により非接触にて、移動体に設けられた受電装置の受電電極にて受信される。そして、受電装置によって、受信した電力が、その移動体に設けられた負荷に対して給電される。これにより、第１から第５の態様の対応する送電装置と同様の効果を奏することができる。

【0023】

本発明の送電装置に係る第７の態様によれば、第６の態様の非接触給電システムが奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、送電電極において、受電電極と対向する位置から高周波電源と離れる側が、開放状態設定部により開放状態に設定される。ここで、送電電極が高周波電源より出力される高周波電力の波長を無視できない程度の大きさになると,送電電極に電圧の定在波が発生する。これにより、移動体の受電電極が送電電極の電圧の節に位置した場合、受電電極は電力を受け取ることができなくなる。このように、電圧定在波の発生によって電力の伝送効率が低下する。これに対し、開放状態設定部によって、送電電極における受電電極と対向する位置から高周波電源と離れる側が開放状態に設定されると、受電電極と対向する位置の送電電極には、電圧の腹が常に存在することになる。よって、送電電極を、高周波電力の波長が無視できない程度に大きくしたとしても、電力の伝送効率を高くできるという効果がある。

【0024】

本発明の送電装置に係る第８の態様によれば、高周波電源から送電部に高周波電力が供給され、その送電部から移動体に設けられた受電装置へ、非接触にて電力が送信される。その受電電極にて受信した電力が移動体に設けられた負荷に給電される。ここで、高周波電源は、その高周波電源から見た入力インピーダンスの実部が変化しても、その入力インピーダンスの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものが用いられる。一方、送電装置には、高周波電源と送電部との間に、高周波電源から供給される電力の位相を変更可能な可変移相部が設けられている。その可変移相部には、高周波電源から供給される電力の位相を変更する可変移相器のほか、可変移相器の前段又は後段に位相検出器が設けられ、その位相検出器によって、電圧及び電流が検出される。また、可変移相部には、位相制御器が設けられており、位相検出器の検出結果に基づき、高周波電源から見た入力インピーダンスが、負荷のインピーダンスの変化及び移動体の位置の変化に対して略実部上を変化するように、可変移相器が制御され、高周波電源から供給される電力の位相が変化する。これにより、負荷のインピーダンス及び移動体の位置が変動しても、高周波電源からは、定電圧又は定電流が出力され、高周波電源においてエネルギー損失の発生を抑制でき、供給電力の低下、高周波電源の効率低下、及び、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊を抑制できる。よって、負荷状態及び移動体の位置の変化による高周波電源から見た入力インピーダンスの影響を抑制できるという効果がある。

【0025】

本発明の非接触給電システムに係る第９の態様によれば、第８の態様の送電装置が設けられ、その送電装置の送電部から送信される電力が非接触にて、移動体に設けられた受電装置にて受信される。そして、受電装置によって、受信した電力が、その移動体に設けられた負荷に対して給電される。これにより、第８の態様の送電装置と同様の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施形態に係る送電装置及び非接触給電システムの概略平面図である。

【図2】（ａ）は、同非接触システムにおいて、高周波電源からバッテリまでに位相差θが生じる系を概略的に示した回路図であり、（ｂ）は、（ａ）における高周波電源からみた入力インピーダンスＺｉｎを、伝送線路の特性インピーダンスＺ０で正規化したスミスチャートである。

【図3】（ａ）は、図２（ａ）に示す系に対し、同非接触システムにおいて、高周波電源と送電電極等により形成される伝送線路との間に可変移相器を挿入した系を概略的に示す回路図であり、（ｂ）は、（ａ）における高周波電源からみた入力インピーダンスＺｉｎを、伝送線路の特性インピーダンスＺ０で正規化したスミスチャートである。

【図4】（ａ）は、９０°ハイブリッド回路を用いた同送電装置の可変移相器の回路図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す可変移相器の概略構成図である。

【図5】（ａ）は、回路シミュレーションに用いた回路構成を概略的に示した図であり、（ｂ）は、その回路シミュレーションにより得られた高周波電源から見た反射係数を示すスミスチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。よって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。従って、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

【0028】

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る送電装置１０及び非接触給電システム１の概略構成について説明する。図１は、同送電装置１０及び非接触給電システム１の概略平面図である。なお、図１は、移動体３０が走行する走行路を省略して示してある。

【0029】

非接触給電システム１は、移動体３０に設けられた負荷に対して非接触（無線）にて給電するシステムである。図１に示す例では、非接触給電システム１は、走行路を走行する移動体３０に搭載されたバッテリ３１を負荷とし、そのバッテリ３１に対して非接触にて給電するものであり、走行路に固定して設置された送電装置１０と、移動体３０に設けられた受電装置２０とにより構成される。

【0030】

移動体３０は、電気自動車や、無人で自動的に活動する無人搬送車（ＡＧＶ）といった電動ビークル等が例示され、受電装置２０とバッテリ３１との他に、駆動輪３２と従動輪３３とを有している。移動体３０は、送電装置１０から電界結合方式により非接触にて送信された電力を受電装置２０にて受信し、その受信した電力をバッテリ３１に給電することで、バッテリ３１を充電する。移動体３０は、充電されたバッテリ３１の電力を用いて駆動輪３２を駆動することで、走行路を走行する。

【0031】

なお、非接触給電システム１によって非接触にて給電される負荷は、バッテリ３１の他、給電された電力によって動作するもの（例えば、モータ）等であってもよい。

【0032】

受電装置２０は、受電電極２１と、反射電極２２とを少なくとも有している。受電電極２１は、送電装置１０の後述する送電電極１１と対向することによって形成される電界結合により、送電電極１１から非接触にて送信される電力を受信するものであり、平板状の導体により構成される。受電装置２０は、少なくとも２つの受電電極２１が対をなして存在し、同様に対をなす送電電極１１と対向して電力を受信する。受電電極２１にて受信した電力は、整流回路（図示せず）を介してバッテリ３１に給電される。

【0033】

反射電極２２は、特許文献１に記載されている通り、受電電極２１と同様に、送電装置１０の送電電極１１と対向する位置に形成された、対をなす２つの平板状の導体により構成される。反射電極２２は、送電電極１１の一端１１ａから他端１１ｂに向けて送られる高周波電力を反射して、送電電極１１上にその一端１１ａに向かう反射波を生じさせる。これにより、送電電極１１において、反射電極２２と対向する位置から他端１１ｂに向かう側（高周波電源１２と離れる側）がショート状態となり、反射電極２２と対向する位置には、電圧定在波の節を生じさせることができる。

【0034】

また、一の送電電極１１と対向する受電電極２１の略中心と反射電極２２の略中心との間隔は、高周波電力の波長λの四分の一の長さ、即ち、λ／４に設定される。上述した通り、送電電極１１において、反射電極２２と対向する位置は電圧定在波の節となる。

【0035】

これにより、送電電極１１は、受電電極２１と対向する位置から他端１１ｂに向かう側（高周波電源１２と離れる側）は、オープン状態（開放状態）に設定される。なぜならば、送電電極１１において、受電電極２１と対向する位置は、反射電極２２と対向する位置からλ／４離れており、それぞれの位置での位相差が常に９０°生じるからである。

【0036】

よって、送電電極１１において、受電電極２１と対向する位置には、電圧定在波の腹を発生させることができる。従って、波長λが無視できない程度に大きくしたとしても、受電電極２１では、送電電極１１から送信される電力を効率よく受信できるので、電力の伝送効率を高くできる。なお、反射電極２２が、本発明の開放状態設定部に相当する。

【0037】

送電装置１０は、受電装置２０に対して電力を電界結合方式により非接触にて送信（送電）する装置であり、高周波電源１２と、送電電極１１と、可変移相部１３とを少なくとも有している。

【0038】

高周波電源１２は、直流電力又は商用電力から高周波電力を生成する高周波インバータであり、走行路上に固着され、又は走行路に埋め込まれて設置される。高周波電源１２は、その高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎ（図２（ａ）、図３（ａ）参照）の実部が変化しても、その入力インピーダンスＺｉｎの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものが用いられる。また、高周波電源１２は、そのような場合にインバータがゼロボルトスイッチング（ＺＶＳ）によって動作するものが用いられるのが好ましい。このような高周波電源１２としては、特許文献３に記載のものが知られている。

【0039】

このような高周波電源１２を用いることで、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が変化しても、その入力インピーダンスＺｉｎの虚部が略ゼロである場合に、スイッチング動作におけるエネルギー損失が抑制される。高周波電源１２により生成された高周波電力は、可変移相部１３を介して、送電電極１１に供給される。

【0040】

送電電極１１は、受電装置２０の受電電極２１と対向することによって形成される電界結合によって、高周波電源１２から供給された電力を受電電極２１へ送信するものである。送電電極１１は、平板状の導体により構成され、移動体３０の進行方向に延在して、移動体３０が走行する走行路の路面直下に埋め込まれている。これにより、移動体３０が移動しても、その移動した位置において受電装置２０の受電電極２１が、送電電極１１から電力を受電できる。

【0041】

また、送電装置１０は、対をなす受電電極２１のそれぞれと対向するように、少なくとも２つの送電電極１１が対をなして存在しており、一方の送電電極１１に高周波電源１２の一端が可変移相部１３を介して接続され、他方の送電電極１１に高周波電源１２の他端が可変移相部１３を介して接続される。

【0042】

可変移相部１３は、高周波電源１２と送電電極１１との間に設けられ、高周波電源１２から送電電極１１へ供給される電力の位相を変更可能にする部位である。可変移相部１３は、可変移相器１４と、位相検出器１５と、位相制御器１６とを少なくとも有している。

【0043】

可変移相器１４は、高周波電源１２から供給される電力の位相を変更するものである。位相検出器１５は、可変移相器１４の前段に設けられ、その位置における位相を判断するための電圧及び電流を検出するものである。

【0044】

位相制御器１６は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）と記憶装置等により構成され、位相検出器１５の検出結果に基づき、高周波電源１２からみた入力インピーダンスＺｉｎ（図３（ａ）参照）が、バッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌ（本発明の「負荷のインピーダンス」に該当。図３（ａ）参照。）の変化、及び、移動体３０の位置の変化に対して略実部上を変化するように、可変移相器１４を制御する。

【0045】

なお、本実施形態では、図１に示す通り、可変移相器１４の前段、即ち、高周波電源１２の出力側に位相検出器１５が接続され、その位相検出器１５の出力と送電電極１１の一端１１ａとの間に可変移相器１４が設けられているが、位相検出器１５と可変移相器１４との相対的な位置関係が逆、即ち、高周波電源１２の出力側に可変移相器１４が接続され、可変移相器１４の後段、即ち、可変移相器１４の出力と送電電極１１の一端１１ａとの間に位相検出器１５が設けられるように構成されてもよい。

【0046】

ここで、図２及び図３を参照して、可変移相部１３の機能について、その基本概念を説明する。まず、図２（ａ）は、高周波電源１２からバッテリ３１までに位相差θが生じる系を概略的に示した回路図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における高周波電源１２からみた入力インピーダンスＺｉｎを、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０で正規化したスミスチャートである。

【0047】

高周波電源１２からバッテリ３１までには、送電電極１１等によってバッテリ３１に電力を伝送する伝送線路４１が形成される。伝送線路４１は、特性インピーダンスＺ０を有しており、位相差θが生じる。

【0048】

ここで、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０とバッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌとが等しい場合、インピーダンス整合した状態となり、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎは、図２（ｂ）に示すスミスチャートにおいて中央（実部１、虚部０）に位置する。このとき、入力インピーダンスＺｉｎは実部のみであるため、高周波電源１２においてエネルギー損失が抑制される。

【0049】

しかしながら、バッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌは、バッテリ３１のバッテリ残量によって変化する。本実施形態では、負荷としてバッテリ３１を例示しているが、その他の負荷であっても負荷インピーダンスＺｌは、その負荷の状態によって変化する。例えば、負荷がモータであれば、そのモータの加速度によって負荷インピーダンスＺｌは変化する。負荷インピーダンスＺｌが変化すると、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎも変化し、図２（ｂ）に示すスミスチャート上を移動する。

【0050】

ここで、図２（ｂ）に示す通り、伝送線路４１に生じる位相差θが４５°（π／４）の場合、負荷インピーダンスＺｌの変化に伴って、入力インピーダンスＺｉｎは、スミスチャートの中央（実部１、虚部０）と、その中央から真下のスミスチャートの外周（実部０、虚部－１）との間を変動する。また、伝送線路４１に生じる位相差θが１３５°（３π／４）の場合、負荷インピーダンスＺｌの変化に伴って、入力インピーダンスＺｉｎは、スミスチャートの中央（実部１、虚部０）と、その中央から真上のスミスチャートの外周（実部０、虚部＋１）との間を変動する。

【0051】

つまり、伝送線路４１に生じる位相差θが４５°（π／４）や１３５°（３π／４）の場合、負荷インピーダンスＺｌの変化に応じて、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎに虚部が生じるため、高周波電源１２にエネルギー損失が発生し、供給電力の低下、高周波電源１２の効率低下、及び、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊が生じる恐れがある。

【0052】

一方、伝送線路４１に生じる位相差θが０°又は１８０°（π）の場合、負荷インピーダンスＺｌの変化に伴って、入力インピーダンスＺｉｎは、スミスチャートの中央（実部１、虚部０）と、その中央から右方向のスミスチャートの外周（実部∞、虚部０）との間を変動する。また、伝送線路４１に生じる位相差θが９０°（π／２）の場合、負荷インピーダンスＺｌの変化に伴って、入力インピーダンスＺｉｎは、スミスチャートの中央（実部１、虚部０）と、その中央から左方向のスミスチャートの外周（実部０、虚部０）との間を変動する。

【0053】

つまり、伝送線路４１に生じる位相差θが０°若しくは１８０°（π）又は９０°（π／２）の場合、負荷インピーダンスＺｌの変化に応じて、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎは実部のみが変化し、虚部は０に維持される。これにより、高周波電源１２においてエネルギー損失の発生を抑制でき、供給電力の低下、高周波電源１２の効率低下、及び、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊を抑制できる。

【0054】

しかしながら、伝送線路４１に生じる位相差θは、例えば走行する移動体３０の位置（正確には、移動体３０に設けられた受電電極２１の位置）によって変化する。よって、負荷インピーダンスＺｌの変化と、移動体３０の位置の変化とによって、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎには虚部が発生することになる。

【0055】

そこで、高周波電源１２からバッテリ３１までに生じる位相差が０°若しくは１８０°（π）又は９０°（π／２）となるように、可変移相部１３にて高周波電源１２から供給される電力の位相を制御する。図３（ａ）は、図２（ａ）に示す系に対し、高周波電源１２と送電電極１１等により形成される伝送線路４１との間に可変移相器１４を挿入した系を概略的に示す回路図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における高周波電源１２からみた入力インピーダンスＺｉｎを、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０で正規化したスミスチャートである。

【0056】

図３（ａ）に示す通り、可変移相部１３が、高周波電源１２から供給される電力の位相を位相差θ１だけ変更し、可変移相部１３の出力から受電電極２１までの間において送電電極１１等により形成される伝送線路４１において位相差θ２が生じるものとすると、次の式（１）又は（２）が成立するように、可変移相部１３が、高周波電源１２から供給される電力の位相を変更する。

【0057】

θ１＋θ２＝０° ・・・（１）
θ１＋θ２＝１８０° ・・・（２）
これにより、移動体３０の位置等によって伝送線路４１に生じる位相差θ２が変化したとしても、高周波電源１２からバッテリ３１までに生じる位相差（θ１＋θ２）を、０°若しくは１８０°（π）とすることができる。

【0058】

これにより、バッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌが変化し、また、移動体３０の位置が変化したとしても、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎは、図３（ｂ）に示す通り、ほぼスミスチャートの中央（実部１、虚部０）と、その中央から右方向のスミスチャートの外周（実部∞、虚部０）との間を変動する。

【0059】

即ち、負荷インピーダンスＺｌの変化及び移動体３０の位置の変化に応じて、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎは、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以上でほぼ実部のみが変化し、虚部はほぼ０に維持される。これにより、高周波電源１２においてエネルギー損失の発生を抑制でき、供給電力の低下、高周波電源１２の効率低下、及び、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊を抑制できる。

【0060】

ここで、図１に示すように、位相検出器１５が可変移相器１４の前段に設けられている場合、位相制御器１６は次のようにして、可変移相器１４を制御する。即ち、位相検出器１５は、その位置における電圧及び電流、即ち、高周波電源１２から入力される電圧及び電流を検出する。

【0061】

位相制御器１６は、位相検出器１５による検出の結果、電流が電圧よりも遅れている場合は、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎが誘導性に見えるので、可変移相器１４の容量性リアクタンスを大きくするか、誘導性リアクタンスを小さくする。一方、位相制御器１６は、位相検出器１５による検出の結果、電圧が電流よりも遅れている場合は、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎが容量性に見えるので、可変移相器１４の容量性リアクタンスを小さくするか、誘導性リアクタンスを大きくする。

【0062】

また、位相検出器１５が可変移相器１４の後段に設けられている場合、位相制御器１６は次のようにして、可変移相器１４を制御する。即ち、位相検出器１５は、その位置における電圧及び電流、即ち、位相検出器１５から送電電極１１に対して出力される電圧及び電流を検出する。位相制御器１６は、位相検出器１５により検出された電圧及び電流から、反射係数の位相∠Γを算出し、反射係数の位相∠Γ分を０°とすべく打ち消すように、可変移相器１４のリアクタンスを変化させる。

【0063】

位相制御器１６のこのような動作により、負荷インピーダンスＺｌの変化及び移動体３０の位置の変化に対して、高周波電源１２からバッテリ３１までに生じる位相差（θ１＋θ２）が、０°若しくは１８０°（π）となるように、可変移相器１４において電力の位相を変更できる。これにより、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以上となり、虚部がほぼ０となるように、入力インピーダンスＺｉｎを収束させることができる。

【0064】

可変移相部１３は、次の式（３）が成立するように、高周波電源１２から供給される電力の位相を変更してもよい。

【0065】

θ１＋θ２＝９０° ・・・（３）
この場合は、移動体３０の位置等によって伝送線路４１に生じる位相差θ２が変化したとしても、高周波電源１２からバッテリ３１までに生じる位相差（θ１＋θ２）を、９０°（π／２）とすることができる。これにより、バッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌが変化し、また、移動体３０の位置が変化したとしても、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎが、スミスチャートの中央（実部１、虚部０）と、その中央から左方向のスミスチャートの外周（実部０、虚部０）との間を変動する。

【0066】

よって、この場合は、負荷インピーダンスＺｌの変化及び移動体３０の位置の変化に応じて、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎは、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以下でほぼ実部のみが変化し、虚部はほぼ０に維持される。これにより、高周波電源１２においてエネルギー損失の発生を抑制でき、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊を抑制できる。

【0067】

この場合、位相検出器１５が可変移相器１４の前段に設けられているときには、位相制御器１６は次のようにして、可変移相器１４を制御する。即ち、位相制御器１６は、位相検出器１５による、高周波電源１２から入力される電圧及び電流の検出の結果、電流が電圧よりも遅れている場合は、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎが誘導性に見えるので、可変移相器１４の容量性リアクタンスを小さくするか、誘導性リアクタンスを大きくする。一方、位相制御器１６は、位相検出器１５による電圧及び電流の検出の結果、電圧が電流よりも遅れている場合は、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎが容量性に見えるので、可変移相器１４の容量性リアクタンスを大きくするか、誘導性リアクタンスを小さくする。

【0068】

また、位相検出器１５が可変移相器１４の後段に設けられているときには、位相制御器１６は次のようにして、可変移相器１４を制御する。即ち、位相制御器１６は、位相検出器１５による、位相検出器１５から送電電極１１に対して出力される電圧及び電流の検出の結果から、反射係数の位相∠Γを算出し、反射係数の位相∠Γ分を１８０°とすべく広げるように、可変移相器１４のリアクタンスを変化させる。

【0069】

位相制御器１６のこのような動作により、高周波電源１２からバッテリ３１までに生じる位相差（θ１＋θ２）が、９０°（π／２）となるように、可変移相器１４において電力の位相を変更できる。これにより、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以下となり、虚部がほぼ０となるように、入力インピーダンスＺｉｎを収束させることができる。

【0070】

なお、高周波電源１２が出力する電圧を一定に制御する定電圧電源である場合、位相制御器１６は、上記した式（１）又は（２）が成立するように、即ち、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以上となるように可変移相器１４を制御するとよい。これにより、バッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌが変化し、移動体３０の位置が変化したとしても、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以上となるように変化するので、高周波電源１２から大電流が出力されることを抑制し、ひいてはスイッチング素子やその他の素子が破壊されることを抑制できる。

【0071】

一方、高周波電源１２が出力する電流を一定に制御する定電流電源である場合、位相制御器１６は、上記した（３）式が成立するように、即ち、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以下となるように可変移相器１４を制御するとよい。これにより、バッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌが変化し、移動体３０の位置が変化したとしても、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が、伝送線路４１の特性インピーダンスＺ０以下となるように変化するので、高周波電源１２に高電圧が印加されることを抑制し、ひいてはスイッチング素子やその他の素子が破壊されることを抑制できる。

【0072】

ここで、図４を参照して、可変移相器１４の回路構成の一例として、９０°ハイブリッド回路を用いた可変移相器１４を説明する。図４（ａ）は、９０°ハイブリッド回路を用いた可変移相器１４の回路図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す可変移相器１４の概略構成図である。

【0073】

９０°ハイブリッド回路は、図４（a）に示すように、特性インピーダンスをＺ０として、インダクタンスがＺ０／ωの２つのインダクタＬ１、Ｌ２と、インダクタンスがＺ０／（ω・２＾^{（１／２）}）の２つのインダクタＬ３、Ｌ４と、キャパシタンスが（１＋２＾^{（１／２）}）／（ω・Ｚ０）の４つのキャパシタンスＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４と、容量が可変の２つの可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２とにより構成される。可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２が、本発明の可変リアクタに該当し、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２の容量が、本発明のリアクタンスに該当する。また、この可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２の容量が、上記した可変移相器１４の容量性リアクタンスに該当する。

【0074】

インダクタＬ１は、入力ポートＩＰにある接続点Ｐ１と出力ポートＯＰにある接続点Ｐ２の間に設けられ、インダクタＬ３は、接続点Ｐ１と接続点Ｐ３との間に設けられ、インダクタＬ４は、接続点Ｐ２と接続点Ｐ４との間に設けられ、インダクタＬ２は、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間に設けられる。また、接続点Ｐ１～Ｐ４のそれぞれとグランドとの間に、キャパシタンスＣ１～Ｃ４のいずれかが設けられる。

【0075】

これにより、図４（ｂ）に示す通り、接続点Ｐ１と接続点Ｐ２との間にはインピーダンスＺ０で位相差が９０°の伝送線路５１が形成され、接続点Ｐ３と接続点Ｐ４との間にはインピーダンスＺ０で位相差が９０°の伝送線路５２が形成され、接続点Ｐ１と接続点Ｐ３との間にはインピーダンスＺ０／（２＾^{（１／２）}）で位相差が９０°の伝送線路５３が形成され、接続点Ｐ２と接続点Ｐ４との間にはインピーダンスＺ０／（２＾^{（１／２）}）で位相差が９０°の伝送線路５４が形成され、９０°ハイブリッド回路が構成される。この９０°ハイブリッド回路によって、入力ポートＩＰから入力された電力の位相がシフトされて、出力ポートＯＰから出力される。

【0076】

また、９０°ハイブリッド回路に対して、さらに、接続点Ｐ３とグランドとの間と、接続点Ｐ４とグランドとの間とのそれぞれに、可変コンデンサＣＶ１又は可変コンデンサＣＶ２が設けられる。位相制御器１６が、この可変コンデンサＣＶ１及び可変コンデンサＣＶ２の容量を等しく変化させることで、可変移相器１４によって生じさせる位相差θ１を変化させることができる。

【0077】

可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２としては、例えば、機械的に電極対向面積を調整することで容量を可変にするバリコン、複数のキャパシタの接続をスイッチで切り替えることで容量を可変にするリアクタアレー、ＦＥＴ（Ｆｅｉｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチング用ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）波形のデューティ比を制御することにより並列接続したキャパシタに流れる電流量を制御することで、容量を可変にするＰＷＭ制御スイッチキャパシタ、直列に接続された２つのＦＥＴと、これら２つのＦＥＴと並列に接続されたキャパシタとを用いて、２つのＦＥＴを交互にオンオフし、その位相と電源電圧の位相との差によって容量を調整するＡＴＡＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｕｎｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等、電気的又は電子的に制御できる各種キャパシタを用いることができる。バリコン、ＰＷＭ制御スイッチキャパシタ、ＡＴＡＣは、連続的に容量を可変にすることができるので、これらを可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２として用いれば、可変移相器１４によって生じさせる位相差θ１を連続的に変化させることもできる。また、９０°ハイブリッド回路は、それ単体で電力の移相を所定の範囲で変化させることができるので、可変移相器１４におけるエネルギー損失を小さく抑えることができる。

【0078】

なお、可変移相器１４は、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２に代えて、本発明の可変リアクタとして、誘導性リアクタンスであるインダクタンスを変化可能な可変インダクタが設けられてもよい。位相制御器１６は、可変インダクタのインダクタンスを変化させることで、可変移相器１４によって生じさせる位相差θ１を変化させることができる。

【0079】

また、可変移相器１４は、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２に加えて、誘導性リアクタンスであるインダクタンスを変化可能な可変インダクタが設けられてもよい。位相制御器１６は、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２の容量と、可変インダクタのインダクタンスとを変化させることで、可変移相器１４によって生じさせる位相差θ１を変化させることができる。この場合は、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２と可変インダクタとのいずれもが、本発明の可変リアクタに該当し、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２の容量と可変インダクタのインダクタンスとが、本発明のリアクタンスに該当する。

【0080】

次いで、図５を参照して、可変移相部１３を設ける効果を回路シミュレーションによって確認する。図５（ａ）は、回路シミュレーションに用いた回路構成を概略的に示した図であり、図５（ｂ）は、その回路シミュレーションにより得られた高周波電源１２から見た反射係数を示すスミスチャートである。

【0081】

今回の回路シミュレーションでは、図５（ａ）に示す通り、出力インピーダンスが５０Ωの高周波電源１２に、可変移相器１４として図４（ａ）に示す９０°ハイブリッド回路により構成された可変移相器１４を接続した。可変移相器１４は、高周波電源１２から供給される電力の位相に対して変更する位相差θ１を、後述の伝送線路４１の位相差θ２に対して上記（１）又は（２）式となるように動作させた。

【0082】

可変移相器１４の後段には、可変移相部１３の出力から受電電極２１までの間において送電電極１１等により形成される、位相差θ２の伝送線路４１を接続した。

【0083】

伝送線路４１の後段には、負荷インピーダンスＺｌのバッテリ３１を、直列接続されたキャパシタ及びインダクタを介して接続した。このキャパシタ及びインダクタは、送電電極１１及び受電電極２１により形成される電界結合と、受電電極２１とバッテリ３１との間の伝送線路とを等価的に表したものである。

【0084】

また、伝送線路４１の後段には、図１に示す受電装置２０に設けられた反射電極２２を反映させるために、送電電極１１において、受電電極２１と対向する位置から反射電極２２と対向する位置までに形成される伝送線路４２を接続した。この伝送線路４２の長さは、図１を参照して説明した通り、高周波電力の波長λの四分の一、即ちλ／４であり、伝送線路４２に生じる位相差は９０°である。

【0085】

伝送線路４２の後段には、キャパシタとインダクタとを直列接続し、インダクタの一端をグランドに接続した。また、伝送線路４２の後段には、伝送線路４３も接続した。伝送線路４３は、送電電極１１において、反射電極２２と対向する位置から送電電極１１の他端１１ｂ（図１参照）までに形成される伝送線路である。この伝送線路４３の位相差は、３６０°－θ２である。

【0086】

なお、伝送線路４１，４２，４３の特性インピーダンスＺ０は、５０Ωとした。

【0087】

図５（ａ）に示す回路に対し、バッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌを５０Ω～５００００Ωまで、伝送線路４１の位相差θ２を０°から３６０°まで可変させたときの高周波電源１２から見た反射係数を求めた結果が図５（ｂ）に示すスミスチャートである。この結果、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎは実数で、かつ、特性インピーダンスＺ０よりも大きい値で推移することが分かる。よって、負荷インピーダンスＺｌ及び移動体３０の位置が変化する場合であっても、高周波電源１２においてエネルギー損失の発生を抑制でき、供給電力の低下、高周波電源１２の効率低下、及び、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊を抑制できる。よって、負荷状態及び移動体３０の位置の変化による高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの影響を抑制できる。

【0088】

以上説明した送電装置１０及び非接触給電システム１によれば、次のような効果を奏する。

【0089】

（１）送電装置１０において、高周波電源１２から送電電極１１に高周波電力が供給され、その送電電極１１から移動体３０に設けられた受電装置２０の受電電極２１へ、電界結合方式により非接触にて電力が送信される。その受電電極２１にて受信した電力が移動体３０に設けられた負荷としてのバッテリ３１に給電される。

【0090】

ここで、高周波電源１２は、その高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの実部が変化しても、その入力インピーダンスＺｉｎの虚部が略ゼロである場合に、定電圧又は定電流を出力するものが用いられる。一方、送電装置１０には、高周波電源１２と送電電極１１との間に、高周波電源１２から供給される電力の位相を変更可能な可変移相部１３が設けられている。その可変移相部１３には、高周波電源１２から供給される電力の位相を変更する可変移相器１４のほか、可変移相器１４の前段（又は後段）に位相検出器１５が設けられ、その位相検出器１５によって、電圧及び電流が検出される。また、可変移相部１３には、位相制御器１６が設けられており、位相検出器１５の検出結果に基づき、高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎが、負荷としてのバッテリ３１の負荷インピーダンスＺｌの変化及び移動体３０の位置の変化に対して略実部上を変化するように、可変移相器１４が制御され、高周波電源１２から供給される電力の位相が変化する。これにより、負荷インピーダンスＺｌ及び移動体３０の位置が変動しても、高周波電源１２からは、定電圧又は定電流が出力され、高周波電源１２においてエネルギー損失の発生を抑制でき、供給電力の低下、高周波電源１２の効率低下、及び、スイッチング素子やその他の素子の熱破壊を抑制できる。よって、バッテリ３１の状態（負荷状態）及び移動体３０の位置の変化による高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの影響を抑制できる。

【0091】

（２）可変移相器１４には、可変リアクタとしての可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２が設けられており、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２の容量（リアクタンス）を変化させることで、高周波電源１２から供給される電力の位相が変更される。これにより、簡易な回路構成で電力の位相を変更できる。

【0092】

（３）可変移相器１４は、容量（リアクタンス）を可変する可変リアクタとしての可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２を有する９０°ハイブリッド回路により構成される。これにより、可変コンデンサＣＶ１、ＣＶ２の容量を変化させることで電力の位相が変更される。よって、簡易な回路構成で電力の位相を変更できる。

【0093】

（４）送電電極１１において、受電電極２１と対向する位置から他端１１ｂ側（高周波電源１２と離れる側）が、受電装置２０の反射電極２２の作用により開放状態に設定される。ここで、送電電極１１が高周波電源１２より出力される高周波電力の波長を無視できない程度の大きさになると,送電電極１１に電圧の定在波が発生する。これにより、移動体３０の受電電極２１が送電電極１１の電圧の節に位置した場合、受電電極２１は電力を受け取ることができなくなる。このように、電圧定在波の発生によって電力の伝送効率が低下する。これに対し、反射電極２２の作用により、送電電極１１における受電電極２１と対向する位置から他端１１ｂ側が開放状態に設定されると、受電電極２１と対向する位置の送電電極１１には、電圧の腹が常に存在することになる。よって、送電電極１１を、高周波電力の波長が無視できない程度に大きくしたとしても、電力の伝送効率を高くできる。

【0094】

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

【0095】

例えば、以下に説明する変形例を含む各実施形態は、それぞれ、他の実施形態が有する構成の一部又は複数部分を、その実施形態に追加し或いはその実施形態の構成の一部又は複数部分と交換等することにより、その実施形態を変形して構成するようにしても良い。また、上記実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

【0096】

上記実施形態では、可変移相器１４の一例として９０°ハイブリッド回路について説明したが、電力の位相を変更できるものであれば、その構成は任意のものであってよい。例えば、１／４波長の伝送線路の両端に１／４波長以上の線路を並列接続し、その１／４波長以上の線路の他端にそれぞれ設けられたＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）スイッチをオン／オフすることで移相量を変化させるローデッドライン型移相器を、複数段縦列に接続して、可変移相器１４を構成してもよい。この場合、各段それぞれのローデッドライン型移相器のＦＥＴスイッチのオン／オフを制御することで、電力の位相を所望の移相量で変化させることができる。

【0097】

また、長さの異なる伝送線路の両端を、それぞれＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｌｂｌｅ－Ｔｈｒｏｗ）スイッチで接続し、スイッチにより使用する伝送線路を切り替えることで移相量を変化させる経路切替型移相器を、複数段縦列に接続して、可変移相器１４を構成してもよい。この場合も、各段それぞれの経路切替型移相器のＳＰＤＴスイッチを制御することで、電力の位相を所望の移相量で変化させることができる。

【0098】

また、ＦＥＴスイッチにより、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを切り替えることで移送量を変化させるＬＰ／ＨＰ切替型移相器を、複数段縦列に接続して、可変移相器１４を構成してもよい。この場合も、各段それぞれのＬＰ／ＨＰ切替型移相器のＦＥＴスイッチを制御することで、電力の位相を所望の移相量で変化させることができる。

【0099】

上記実施形態では、本発明の開放状態設定部として受電装置２０に反射電極２２を設け、その反射電極２２の作用によって、送電電極１１において受電電極２１と対向する位置から他端１１ｂ側（高周波電源１２と離れる側）を開放状態に設定する場合について説明したが、開放状態設定部の構成はこれに限られるものではない。例えば、特許文献２に記載される通り、送電電極１１の他端１１ｂに可変リアクタを設け、可変リアクタのリアクタンスを制御することで、送電電極１１において受電電極２１と対向する位置から他端１１ｂ側（高周波電源１２と離れる側）を開放状態に設定してもよい。これによっても、受電電極２１と対向する位置の送電電極１１に、電圧の腹を常に発生させることができる。よって、送電電極１１を、高周波電力の波長が無視できない程度に大きくしたとしても、電力の伝送効率を高くできる。

【0100】

上記実施形態では、高周波電源１２から電力が供給される一対の送電電極１１として、それぞれが線路長の長い一本の電極により構成される場合について説明した。しかしながら、上述した通り、送電電極１１のサイズが、高周波電力の波長に対して無視できなくなるほど大きくなると、送電電極１１の一端１１ａから供給された高周波電力の入射波と、送電電極１１の他端１１ｂによって反射された反射波とによって、送電電極１１に電圧定在波が発生することになる。

【0101】

これに対し、送電電極１１を複数に分割して縦続に接続しつつ、縦続接続された各送電電極１１の間に高周波電力の位相を進める左手系回路（進相回路）を介在させてもよい。これにより、反射波における位相の遅延を、左手系回路による進相によって戻すことができ、入射波と反射波とが同位相となるため、送電電極１１における電圧定在波の発生を抑制し、受電電極２１に対して広範囲に亘って電力の送信を行うことができる。

【0102】

そして、このように構成された送電電極１１に対して、本発明を適用することも可能である。即ち、左手系回路を介して縦続接続された送電電極１１のうち一番端の送電電極１１の一端と、その一端に高周波電力を供給する高周波電源１２との間に、可変移相部１３を設けてもよい。この場合も、バッテリ３１の状態（負荷状態）及び移動体３０の位置の変化による高周波電源１２から見た入力インピーダンスＺｉｎの影響を抑制できる。

【0103】

上記実施形態では、非接触給電システム１として、電界結合方式によって非接触に電力を送信する場合について説明したが、必ずしも電界結合方式に限定されるものではなく、その他の非接触給電方式、例えば、送電装置側のコイルと受電装置側のコイルとを接近させて、電磁誘導により電力を非接触にて給電する磁界結合方式などにも適用可能である。即ち、コイル等で構成される送電部と、送電部に高周波電力を供給する高周波電源１２との間に、可変移相部１３を設けることで、バッテリ３１の状態といった負荷状態及び移動体３０の位置の変化による高周波電源１２からみた入力インピーダンスＺｉｎの影響を抑制できる。

【符号の説明】

【0104】

１０ 送電装置
１１ 送電電極
１２ 高周波電源
１３ 可変移相部
１４ 可変移相器
１５ 位相検出器
１６ 位相制御器
２０ 受電装置
２１ 受電電極
２２ 反射電極（開放状態設定部）
３０ 移動体
３１ バッテリ（負荷）
ＣＶ１ 可変コンデンサ
ＣＶ２ 可変コンデンサ
Ｚｉｎ 入力インピーダンス
Ｚｌ 負荷インピーダンス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】