特許 7420671 同期共振型伝送システム、同期共振型伝送制御方法及び同期共振型伝送制御用プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】同期共振型伝送システム、同期共振型伝送制御方法及び同期共振型伝送制御用プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/12 20160101AFI20240116BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240116BHJP

【ＦＩ】

H02J50/12

H02J7/00 301D

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020117364

(22)【出願日】2020-07-07

(65)【公開番号】P2022014808

(43)【公開日】2022-01-20

【審査請求日】2023-02-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000157083

【氏名又は名称】トヨタ自動車東日本株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520172328

【氏名又は名称】櫻庭 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100218280

【弁理士】

【氏名又は名称】安保 亜衣子

(74)【代理人】

【識別番号】100108914

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 壯兵衞

(74)【代理人】

【識別番号】100173864

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 健治

(72)【発明者】

【氏名】櫻庭 弘

(72)【発明者】

【氏名】間形 哲也

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１７５７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３６９４０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００ －５０／９０

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電側コンデンサ、前記送電側コンデンサに並列接続された送電側コイル、及び前記送電側コイルに流れる電流の変化を検知する送電側検知器を有する１次側ＬＣ回路と、
直流電源、前記直流電源から供給される直流電圧を前記送電側コンデンサの一方の端子と他方の端子の間にステップ入力する入力素子を有する励起回路と、
前記送電側コイルに対向した受電側コイル、前記受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサ、及び前記受電側コンデンサの端子間電圧の変化を検知する受電側検知器を有する２次側ＬＣ回路と、
前記受電側コンデンサの端子間を接続し、前記受電側コンデンサから前記受電側コンデンサに蓄積された静電エネルギを受け取る負荷を有する負荷回路と、
前記入力素子の制御端子に前記ステップ入力用の制御信号を送る１次側スイッチング素子駆動回路と、
前記受電側コンデンサの端子間電圧が所定値を上回ったことを前記受電側検知器が検知した後、前記送電側コイルに流れる電流がピークとなるタイミングを前記送電側検知器が検知したときに、前記直流電源から前記直流電圧を供給するように、前記１次側スイッチング素子駆動回路を制御する算術論理回路と、
を備えることを特徴とする同期共振型伝送システム。

【請求項2】

送電側コンデンサ、前記送電側コンデンサに並列接続された送電側コイル及び前記送電側コイルに流れる電流の変化を検知する送電側検知器を有する１次側ＬＣ回路と、直流電源、前記直流電源から供給される直流電圧を前記送電側コンデンサの一方の端子と他方の端子の間にステップ入力する入力素子を有する励起回路と、前記送電側コイルに対向した受電側コイル、前記受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサ及び前記受電側コンデンサの端子間電圧の変化を検知する受電側検知器を有する２次側ＬＣ回路と、前記受電側コンデンサの端子間を接続する回路において前記受電側コンデンサから前記受電側コンデンサに蓄積された静電エネルギを受け取る負荷を備える同期共振型伝送システムの動作を制御する同期共振型伝送制御方法であって、
前記受電側コンデンサの端子間電圧が所定値を上回ったことを前記受電側検知器が検知するステップと、
前記送電側コイルに流れる電流がピークとなるタイミングを前記送電側検知器が検知したときに、前記直流電源から前記直流電圧を供給するステップと
を含むことを特徴とする同期共振型伝送制御方法。

【請求項3】

送電側コンデンサ、前記送電側コンデンサに並列接続された送電側コイル及び前記送電側コイルに流れる電流の変化を検知する送電側検知器を有する１次側ＬＣ回路と、直流電源、前記直流電源から供給される直流電圧を前記送電側コンデンサの一方の端子と他方の端子の間にステップ入力する入力素子を有する励起回路と、前記送電側コイルに対向した受電側コイル、前記受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサ及び前記受電側コンデンサの端子間電圧の変化を検知する受電側検知器を有する２次側ＬＣ回路と、前記受電側コンデンサの端子間を接続する回路において前記受電側コンデンサから前記受電側コンデンサに蓄積された静電エネルギを受け取る負荷を備える同期共振型伝送システムの動作を制御する同期共振型伝送制御用プログラムであって、
前記受電側コンデンサの端子間電圧が所定値を上回ったことを前記受電側検知器に検知させる命令と、
前記送電側コイルに流れる電流がピークとなるタイミングを前記送電側検知器が検知したときに、前記直流電源から前記直流電圧を供給させる命令と
を含む一連の命令をコンピュータシステムに実行させることを特徴とする同期共振型伝送制御用プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無接触電力伝送システム（ワイヤレス電力伝送システム）に関し、特に伝送距離が大きな場合でも、効率良く無接触電力送電が可能な同期共振型伝送システム、同期共振型伝送制御方法及び同期共振型伝送制御用プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

２００５年にマサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）が提案して以来、正弦波の電磁波によるワイヤレス電力伝送の研究が盛んになってきた（特許文献１及び２参照）。例えば、特許文献２に記載のように、従来のワイヤレス電力伝送方式では、給電側共振回路（ＬＣ回路）の共振周波数2π√ＬＣと受電側共振回路（ＬＣ回路）の共振周波数2π√ＬＣを一致させる交流理論が基礎になっている。従来のワイヤレス電力伝送方式では、給電側共振回路と受電側共振回路が相互に作用して生じる新たな共振に関しては、給電側共振回路と受電側共振回路の共振（重共振）はしない方がよいという技術的常識があった。

【0003】

又、特許文献１及び２に記載された１０ｋＨｚ～５０ＧＨｚの周波数帯の電源回路（０次回路）は、商用電源をスイッチング電源で直流にした後、ＰＷＭ等の多数の電力用半導体素子でスイッチングして等価的に交流にする無駄な構成がされていた。無駄な構成により、電力用半導体素子に生じる抵抗損失や、周波数の増加によって急激に増えるスイッチング損失等の電力損失が発生する。また、コイルに生じる誘導逆起電力によるスイッチング素子の破壊や、共振による過度な電圧上昇によるスイッチング素子の破壊が生じやすく、周波数が高いほど、電力が大きいほど回路設計に困難を極める。

【0004】

特許文献１及び２に記載されたような従来技術の問題点を鑑み、本発明者らは、重共振を考慮し、過渡応答に着目した非交流理論による無接触伝送装置を提案した（特許文献３参照）。しかしながら、特許文献３に記載された発明では送電側コイルと受電側コイルとの間隔（伝送距離）が４０ｍｍ以上離れると伝送効率が極度に低下する問題があった。特に実用上は、伝送距離が３００ｍｍ以上離れた無接触電力伝送が待望されている。しかしながら、伝送距離が３００ｍｍ以上離れると、送電側コイルと受電側コイルとの間の等価結合係数ｋ＜０．０８となる疎結合状態となる。発明者らの予備的な検討実験によれば、ｋ＜０．０８となる疎結合状態では、共振開始から最大伝送タイミングまでの時間が長くなり、回路の寄生抵抗により共振電圧が減衰するため、最大伝送タイミングで共振を一時的に切る時点において伝送電圧が減少してしまい、一度の相互誘導による伝送で十分な電力を伝送できないという問題が発見された。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２７８２６４号明細書

【文献】特許第５５４９７４５号公報

【文献】世界知的所有権機関国際事務局国際公開２０２０／０３９５９４号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記問題点を鑑み本発明は、伝送距離が４０ｍｍ以上、更には３００ｍｍ以上の場合であっても有効に無接触給電が可能な同期共振型伝送システム、この同期共振型伝送システムを動作させる同期共振型伝送制御方法及びこの同期共振型伝送制御方法をコンピュータシステムに実行させる同期共振型伝送制御用プログラ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】

【0007】

本発明の第１の態様は、(a)送電側コンデンサ、送電側コンデンサに並列接続された送電側コイル、及び送電側コイルに流れる電流の変化を検知する送電側検知器を有する１次側ＬＣ回路と、(b)直流電源、直流電源から供給される直流電圧を、送電側コンデンサの一方の端子と他方の端子の間にステップ入力する入力素子を有する励起回路と、(c)送電側コイルに対向した受電側コイル、受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサ、及び受電側コンデンサの端子間電圧の変化を検知する受電側検知器を有する２次側ＬＣ回路と、(d)受電側コンデンサの端子間を接続し、受電側コンデンサから受電側コンデンサに蓄積された静電エネルギを受け取る負荷を有する負荷回路と、(e)入力素子の制御端子にスイッチング用の制御信号を送る１次側スイッチング素子駆動回路と、(f)受電側コンデンサの端子間電圧が所定値を上回ったことを受電側検知器が検知した後、送電側コイルに流れる電流がピークとなるタイミングを送電側検知器が検知したときに、直流電源から直流電圧を供給するように、１次側スイッチング素子駆動回路を制御する算術論理回路を備える同期共振型伝送システムであることを要旨とする。

【0008】

本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様で述べた同期共振型伝送システムの動作を制御する同期共振型伝送制御方法に関する。即ち、本発明の第２の態様に係る同期共振型伝送制御方法は、受電側コンデンサの端子間電圧が所定値を上回ったことを受電側検知器が検知するステップと、送電側コイルに流れる電流がピークとなるタイミングを送電側検知器が検知したときに、直流電源から直流電圧を供給するステップとを含むことを特徴とする。

【0009】

本発明の第２の態様で述べた同期共振型伝送制御方法を実現するための同期共振型伝送制御用プログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体をコンピュータシステムによって読み込ませ、本発明の同期共振型伝送制御方法をコンピュータシステムによって実行させることができる。すなわち、本発明の第３の態様に係る同期共振型伝送制御用プログラムは、受電側コンデンサの端子間電圧が所定値を上回ったことを受電側検知器に検知させる命令と、送電側コイルに流れる電流がピークとなるタイミングを送電側検知器が検知したときに、直流電源から直流電圧を供給させる命令とを含む一連の命令をコンピュータシステムに実行させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、伝送距離が４０ｍｍ以上、更には３００ｍｍ以上の場合であっても有効に無接触給電が可能な同期共振型伝送システム、この同期共振型伝送システムを動作させる同期共振型伝送制御方法及びこの同期共振型伝送制御方法をコンピュータシステムに実行させる同期共振型伝送制御用プログラムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の代表的な一実施形態に係る同期共振型伝送システムの概略構造を示す模式図である。

【図2】図１に示した駆動制御回路を中心に説明するブロック図である。

【図3】一実施形態に係る同期共振型伝送システムの一例を構成する駆動制御回路と受電回路の概略を示す回路図である。

【図4】一実施形態に係る同期共振型伝送システムの動作フローの概略を示すフローチャートである。

【図5】受電側電圧振幅が最大になるまで、電源からの電力供給動作を定期的に繰り返す動作を示す波形図である。

【図6】比較例として、共振開始から最大伝送タイミングまでに給電を行わない場合に、回路の寄生抵抗により共振電圧が減衰する様子を示す波形図である。

【図7】経過時間に対して伝送電力量がどのように変化するかを、本発明と参考技術について比較して示す図である。

【図8】電気自動車（ＥＶ）の電池の充電に一実施形態に係る同期共振型伝送システム適用した場合において、コイル間の面間隔（伝送間隔）を調整する間隔制御機構の例を模式的に説明する鳥瞰図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、図面を参照して、本発明の代表的な実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0013】

又、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示する代表的な実施形態であって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。更に、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。図８に示したような、渦巻きの螺旋の向きも同様に説明の便宜上における単なる選択に過ぎず、実際の設計事情に応じて右巻きを左巻きに、左巻きを右巻きに選択することも可能である。

【0014】

本発明の一実施形態に係る同期共振型伝送システムは、図１に示すように、受電回路２７ｂを有する車輌３１ｃに無接触でウェイブレット状の電磁エネルギを、同期共振を利用して給電回路２９ｂから効率良く給電する伝送システムである。「ウェイブレット状」とは、時間的に局在した減衰振動を意味する。受電回路２７ｂは、負荷（蓄電池）６を含む。一実施形態に係る同期共振型伝送システムは、受電回路２７ｂにウェイブレット状の電磁エネルギを無接触で給電する給電回路２９ｂと、給電回路２９ｂに接続され、給電回路２９ｂに命令を送る１次側操作部３３と、給電回路２９ｂに対抗し、車輌３１ｃ内に搭載される受電盤１２、受電回路２７ｂ、２次側通信部２２、及び２次側操作部２３とから主に構成されている。

【0015】

１次側操作部３３には種々の構造や機構が採用可能で、例えば１次側操作部３３が撮像装置を備えるようにしてもよい。撮像装置を備える態様においては、撮像装置が撮像した車輌３１ｃの画像から、人工頭脳（ＡＩ）機能により車輌３１ｃの車高が自動的に紐付けられるような機構を設けることができる。図１では、給電回路２９ｂ側の送電側コイルＬ_１と車輌３１ｃ側の受電側コイルＬ_２とが対向し、送電側コイルＬ_１から受電側コイルＬ_２へ無接触でウェイブレット状の電磁エネルギが受電側コイルＬ_２に無接触で伝送されることを示す模式図を示しているが、単なる例示に過ぎない。後述の図８のような態様で車輌３１ｃの後部において、送電側コイルＬ_１から受電側コイルＬ_２へ無接触給電する方式でも構わない。更に、種々の変形が可能であり、例えば車両の前面、側面或いは天井部で送電側コイルＬ_１から受電側コイルＬ_２へ無接触給電する方式でも構わない。

【0016】

給電回路２９ｂは、図１に示すように送電側コイルＬ_１を円盤状の誘電体に収納した給電盤１１と、送電側コイルＬ_１に流れる給電電流を制御する駆動制御回路３４ａと、２次側通信部２２から受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧等の受電回路２７ｂ側の情報を受信し、駆動制御回路３４ａに伝達する１次側通信部２１を備えている。１次側通信部２１は、２次側通信部２２との間で無接触給電に必要な様々な情報をやりとりすることができる。給電回路２９ｂと受電回路２７ｂとは、送電側コイルＬ_１と受電側コイルＬ_２を介して、ウェイブレット状の電磁エネルギを、互いに送受し２つのＬＣ共振回路共振振動位相を同期共振させる。「同期共振」とは、重共振の一つの態様であり、一実施形態に係る同期共振型伝送システム受電側共振回路の電圧の最大値と給電側共振回路の電流が最大になるタイミングを同期させた、２つのＬＣ共振回路の間の振動位相の重共振（二重共振）である。

【0017】

同期共振を実現する１次側ＬＣ回路２ｂと２次側ＬＣ回路３ｂの一例は図３に示されている。図３に示すように、給電側共振回路を構成する１次側ＬＣ回路２ｂは、静電エネルギを蓄積する送電側コンデンサＣ_１、送電側コンデンサＣ_１に並列接続され送電側コンデンサＣ_１から送られた静電エネルギを磁気エネルギとして蓄積する送電側コイルＬ₁及び送電側コイルＬ₁に流れる電流の変化を検知する検知器（送電側検知器）２８を有するＬＣ共振回路である。１次側ＬＣ回路２ｂには、更にスイッチング素子として送電制御素子Ｑ_２が送電側コイルＬ₁と直列に接続されるようにしてもよい。図３に例示した回路の送電制御素子Ｑ_２は、送電側コンデンサＣ_１が効率良く静電エネルギを蓄積する回路動作の補助をする回路素子であるが、一実施形態に係る同期共振型伝送システムに必須な回路素子ではない。

【0018】

受電側共振回路を構成する２次側ＬＣ回路３ｂは、磁気エネルギを蓄積する受電側コイルＬ_２、受電側コイルＬ_２に並列接続され受電側コイルＬ_２から送られた磁気エネルギを静電エネルギとして蓄積する受電側コンデンサＣ_２及び受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧の変化を検知する検知器（受電側検知器）２９を有するＬＣ共振回路である。２次側ＬＣ回路３ｂには、更にスイッチング素子として受電制御素子Ｑ_３を、受電側コイルＬ_２と直列に接続する構成にしてもよい。２次側ＬＣ回路３ｂの受電側コイルＬ₂は、送電側コイルＬ₁に対向して離間し、送電側コイルＬ₁から磁気エネルギを受け取る。２次側ＬＣ回路３ｂに設けられた受電制御素子Ｑ_３は、１次側ＬＣ回路２ｂと２次側ＬＣ回路３ｂの間の振動位相の同期共振を効率良く制御するための回路素子であるが、一実施形態に係る同期共振型伝送システムに必須な回路素子ではない。１次側ＬＣ回路２ｂの送電側コイルＬ₁は、送電側コンデンサＣ_１から送られた静電エネルギを磁気エネルギとして蓄積し、この磁気エネルギを送電側コンデンサＣ_１に還流すると同時に、２次側ＬＣ回路３ｂの受電側コイルＬ₂ に磁気的に結合し、磁気エネルギを受電側コイルＬ₂ との間で送受する。

【0019】

１次側ＬＣ回路２ｂには、図３に示すように、１次側ＬＣ回路２ｂの中に減衰振動を励起する励起回路（５，Ｑ_１）が接続されている。励起回路（５，Ｑ_１）は、直流電源５と、直流電源５から供給される直流電圧の伝達を切り替えるスイッチングを行う入力素子Ｑ_１を有している。励起回路（５，Ｑ_１）は、送電側コンデンサＣ_１の両端に並列接続され、直流電源５は送電側コンデンサＣ_１に直流電圧をステップ入力して減衰振動を励起する。励起回路（５，Ｑ_１）の入力素子Ｑ_１の制御端子には、入力素子Ｑ_１の制御端子にスイッチング用の制御信号を送る１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａが接続されている。２次側ＬＣ回路３ｂには、受電側コンデンサＣ_２の端子間を接続する回路において受電側コンデンサＣ_２から受電側コンデンサＣ_２に蓄積された静電エネルギを受け取る負荷６が接続されている。受電側コンデンサＣ_２の端子間を接続する負荷６を有する回路で負荷回路を構成している。更に、この負荷回路は、受電側コンデンサＣ_２と負荷６との間に、負荷転送制御素子Ｑ_４をスイッチング素子として直列に接続する構成にしてもよい。負荷転送制御素子Ｑ_４は、１次側ＬＣ回路２ｂと２次側ＬＣ回路３ｂの間の振動位相の同期共振を効率良く制御する際の補助となる回路素子であるが、一実施形態に係る同期共振型伝送システムに必須な回路素子ではない。

【0020】

図１に示す態様では、送電側コイルＬ_１と受電側コイルＬ_２との間隔は、例えば、油圧の上下機構、電磁石による上下機構、ボール螺旋をステップモータで回転させるような移動機構等、周知の種々の機構により調整することができる。図１は例示であり、送電側コイルＬ_１を収納する給電盤１１を省略して、送電側コイルＬ_１を裸の状態で使用することも可能である。受電側コイルＬ_２は円盤状の誘電体からなる受電盤１２に収納されている。但し、受電側コイルＬ_２を収納する受電盤１２を省略して、受電側コイルＬ_２を裸の状態で使用することも可能である。送電側コイルＬ_１からのウェイブレット状の電磁エネルギが、給電側共振回路と受電側共振回路のそれぞれの振動位相が重共振（同期共振）するようにして受電側コイルＬ_２に電磁誘導で給電される。

【0021】

給電盤１１の上面は受電盤１２の下面に平行に配置されるように、給電盤１１は地面上に設置もしくは埋設される。給電作業前の状態においては、給電盤１１の上面が地上の平坦面３０に平行に配置され、車輌３１ｃが一様な平坦面上を走行して侵入可能に設定される。給電回路２９ｂは、例えば駐車スペースに設けられ、車輌３１ｃの駐車中に、受電盤１２に対向することにより車輌３１ｃに搭載された受電盤１２に対してウェイブレット状の電磁エネルギを給電する。一実施形態に係る同期共振型伝送システムの伝送距離ｄのデータが取得されている場合において、特殊な事情により伝送可能な限界距離が存在するケースが発生する場合は、車輌３１ｃの車高の関係で伝送距離ｄが限界距離内に入らない場合もある。このような場合は、給電盤１１の上面を地面上から突出するように設置してもよく、給電盤１１の上面が地面上から突出している場合は、給電場に侵入する車輌３１ｃの両輪が、給電盤１１の上面を跨ぐように車輌３１ｃの侵入を誘導すればよい。

【0022】

負荷６は蓄電池であり、給電回路２９ｂから受電盤１２を介して供給されるウェイブレット状の電磁エネルギを蓄える。車輌３１ｃは、例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグイン電気自動車（ＰＥＶ）または電気自動車（ＥＶ）等であり、負荷６としての蓄電池に蓄えられた電磁エネルギで走行する。１次側操作部３３は、例えば、図示を省略した操作盤に対して、外部からの人間（操作者）が操作することにより、給電の開始を示す給電開始信号または給電の停止を示す給電停止信号を給電回路２９ｂに出力する。或いはセンサ等のＩｏＴシステムからの信号を受信して、ＡＩ機能により自動的に１次側操作部３３から給電開始信号や給電停止信号を給電回路２９ｂに出力するようにしてもよい。１次側操作部３３がＡＩ機能により車輌３１ｃの車高を決定した場合は、車輌３１ｃの車高のデータも給電回路２９ｂの駆動制御回路３４ａに送信する。

【0023】

駆動制御回路３４ａは、図２に示すように、伝送データ記憶装置３４２ａと、プログラム記憶装置３４２ｂと、出力装置３４３とにそれぞれ接続されており、給電盤１１を制御して、給電側共振回路と受電側共振回路のそれぞれの振動位相を同期共振させる駆動制御を行う算術論理回路３４１を備えている。駆動制御回路３４ａの算術論理回路３４１は、受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧が所定値を上回ったことを受電側検知器２９が検知した後、送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークとなるタイミングを送電側検知器２８が検知して振動位相を同期共振に必要なタイミングを計算する。

【0024】

即ち、算術論理回路３４１は、同期共振が可能なタイミングで直流電源５から直流電圧を供給するように１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを制御して、１次側ＬＣ回路２ｂと２次側ＬＣ回路３ｂの２つのＬＣ共振回路の振動位相を同期共振させる。１次側操作部３３から給電開始信号が入力されると、駆動制御回路３４ａの算術論理回路３４１は、設定された同期共振のタイミングでウェイブレット状の電磁エネルギを１次側ＬＣ回路２ｂから２次側ＬＣ回路３ｂへ無接触給電するように給電盤１１の電流を制御する。算術論理回路３４１は、２次側ＬＣ回路３ｂから送信された受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧が所定値を上回ったことを示す情報と、１次側ＬＣ回路２ｂから送信された１次側ＬＣ回路２ｂに流れる電流がピークとなるタイミングの情報を取得して、給電盤１１と受電盤１２との間の振動位相の同期共振による伝送効率が最大となる最適駆動タイミングを算出する処理を行う。

【0025】

駆動制御回路３４ａの算術論理回路３４１は、２次側通信部２２を経由して１次側通信部２１が受信した受電回路２７ｂの電磁エネルギの振動特性の信号を入力し図３に示した入力素子Ｑ_１及び送電制御素子Ｑ_２の駆動タイミングを決定し、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを制御する。算術論理回路３４１は更に受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４の駆動タイミングを決定し、１次側通信部２１から２次側通信部２２に情報を送信し、２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂを制御する。１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａは、図３に示した入力素子Ｑ_１及び送電制御素子Ｑ_２のそれぞれの制御端子に制御信号を送ることで、それぞれ入力素子Ｑ_１及び送電制御素子Ｑ_２のオン／オフを制御すると同時に、送電側検知器２８からの信号を受信し、算術論理回路３４１に送信する。２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂは、図３に示した受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４のそれぞれの制御端子に制御信号を送ることで、それぞれ受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４のオン／オフを制御すると同時に、受電側検知器２９からの信号を受信して、２次側通信部２２に伝達する。

【0026】

以上のように、算術論理回路３４１は、同期共振による伝送効率が最大となり、且つ図３に示した入力素子Ｑ_１、送電制御素子Ｑ_２、受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４が破損しないように、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａ及び２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂを制御する。入力素子Ｑ_１、送電制御素子Ｑ_２、受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４としては、ＦＥＴ、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、ＢＪＴの他、ＧＴＯサイリスタ、静電誘導（ＳＩ）サイリスタ等のサイリスタを含む電力用半導体素子を用いることが可能である。又、低い内部抵抗の要求を考慮すると、現状での市場での入手可能性により、ＭＯＳＦＥＴが入力素子Ｑ_１、送電制御素子Ｑ_２、受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４として、それぞれ採用することが好ましい。

【0027】

一実施形態に係る同期共振型伝送システムでは、特定の駆動タイミングにおいて、駆動電圧が給電側共振回路にステップ入力されて、ウェイブレット状の減衰振動が励起される。ここで「駆動電圧」は、図３に示す直流電源５の端子間電圧である。そしてこのウェイブレット状の減衰振動は、駆動タイミングによって定まる駆動周期で周期的に励起され、振動位相の同期が実現する。即ち、算術論理回路３４１は、１次側ＬＣ回路２ｂと２次側ＬＣ回路３ｂとが、送電側コイルＬ_１と受電側コイルＬ_２を介してＬＣ回路の振動の位相が同期共振をすることができるように、駆動制御回路３４ａを制御する。

【0028】

伝送データ記憶装置３４２ａには入力素子Ｑ_１の駆動タイミングや駆動周期のデータを車種、車両の製品番号等のデータと関連付けで格納し、学習機能を持たせることができる。特に、後述する図４のフローチャートに示す手順で得られた入力素子Ｑ_１の駆動タイミングのデータを、駆動タイミングのデータが得られた温度等のデータと共に格納することにより、温度変化等の測定環境の変化に伴う、１次側ＬＣ回路２ｂ及び２次側ＬＣ回路３ｂ等に含まれる回路素子のインピーダンス変化にも迅速に対応する学習機能を持たせることができる。更に伝送データ記憶装置３４２ａには、コイル間の距離（伝送距離）ｄと同期共振の駆動タイミングの関係を示すデータや、等価結合係数ｋと駆動タイミングの関係を示すデータが格納されている。伝送条件設定回路３４８は、伝送データ記憶装置３４２ａから伝送距離ｄと駆動タイミングの関係を示すデータ及び等価結合係数ｋと駆動タイミングの関係を示すデータを読み出し、結合係数算出回路３４７が算出した等価結合係数ｋから最適な伝送距離ｄを決定する論理回路である。ここで「伝送距離ｄ」は、図３に例示したような送電側コイルＬ₁と受電側コイルＬ₂の物理的な間隔を意味し、伝送距離ｄの具体例は図８に模式的に示されている。

【0029】

一般には、一実施形態に係る同期共振型伝送システムの伝送距離ｄは、当初未知である場合がありうる。同期共振型伝送システムの伝送距離ｄの限界のデータが取得されている場合は、伝送条件設定回路３４８は、給電目的となる車輌３１ｃの車高を考慮して、伝送距離ｄが限界のデータ以内の範囲に入るように伝送間隔制御回路３４０ｃに命令を送信する。１次側操作部３３がＡＩ機能により車輌３１ｃの車高を決定している場合は、車輌３１ｃの車高のデータも考慮して、伝送距離ｄを制御する間隔制御機構に必要な移動距離を命令する。

【0030】

算術論理回路３４１は、図２に示すように、演算シークエンス制御回路３４４と、１次側電流測定制御回路３４５と、２次側電圧測定制御回路３４６と、結合係数算出回路３４７と、伝送条件設定回路３４８と、Ａバス３４９ａと、Ｂバス３４９ｂとから主に構成されている。演算シークエンス制御回路３４４は演算処理のシークエンスを制御する。Ａバス３４９ａ及びＢバス３４９ｂは、演算シークエンス制御回路３４４、１次側電流測定制御回路３４５、２次側電圧測定制御回路３４６、結合係数算出回路３４７、及び伝送条件設定回路３４８のそれぞれに情報及び命令を伝達するためのものである。

【0031】

駆動制御回路３４ａは、１次側操作部３３より給電停止信号が入力された場合、給電を開始させないか、又は給電を停止するように、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを制御する。駆動制御回路３４ａは、算術論理回路３４１が算出した同期共振の駆動タイミングで決まる駆動タイミングにおいて駆動電圧が給電側共振回路にステップ入力させるように、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを動作させる。１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａの駆動により、ウェイブレット状の電磁エネルギが給電回路２９ｂから受電回路２７ｂに給電される。１次側電流測定制御回路３４５は、送電側コイルＬ_１に流れる電流の変化を測定するように送電側検知器２８を制御し、送電側検知器２８からの情報を受信する。送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークとなるタイミングは、図３に示すように、送電側検知器２８により検知することが可能である。送電側検知器２８は電流計に限定されない。電圧と電流は一定の位相差があるので、電圧を測定しても送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークとなるタイミングを検知できる。

【0032】

駆動制御回路３４ａは、受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧の変化を、図３に示す受電側検知器２９が検知するように、１次側通信部２１、２次側通信部２２、２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂを介して受電側検知器２９の動作を制御する。更に、駆動制御回路３４ａは、受電側検知器２９からの受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧の変化の情報を、２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂ、２次側通信部２２，１次側通信部２１を介して受信する。駆動制御回路３４ａは、更に受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧に基づき、受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧が所定値を上回ったことを２次側電圧測定制御回路３４６から１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａに伝達すると共に、２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂを制御する。

【0033】

算術論理回路３４１には、マイクロチップとして実装されたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を使用してコンピュータシステムを構成することが可能である。又、コンピュータシステムを構成する算術論理回路３４１として、算術演算機能を強化し信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）や、メモリや周辺回路を搭載し組込み機器制御を目的としたマイクロコントローラ（マイコン）等を用いてもよい。或いは、現在の汎用コンピュータのメインＣＰＵを算術論理回路３４１に用いてもよい。更に、算術論理回路３４１の一部の構成又はすべての構成をフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）で構成してもよい。

【0034】

図２に示す算術論理回路３４１を含む駆動制御回路３４ａのコンピュータシステムにおいて、伝送データ記憶装置３４２ａは、複数のレジスタ、複数のキャッシュメモリ、主記憶装置、補助記憶装置を含む一群の内から適宜選択された任意の組み合わせとすることも可能である。又、キャッシュメモリは１次キャッシュメモリと２次キャッシュメモリの組み合わせとしてもよく、更に３次キャッシュメモリを備えるヒエラルキーを有しても構わない。ＰＬＤによって、算術論理回路３４１の一部又はすべてを構成した場合は、伝送データ記憶装置３４２ａは、ＰＬＤを構成する論理ブロックの一部に含まれるメモリブロック等のメモリ要素として構成することができる。更に、算術論理回路３４１は、ＣＰＵコア風のアレイとＰＬＤ風のプログラム可能なコアを同じチップに搭載した構造でもよい。このＣＰＵコア風のアレイは、あらかじめＰＬＤ内部に搭載されたハードマクロＣＰＵと、ＰＬＤの論理ブロックを用いて構成したソフトマクロＣＰＵを含む。つまりＰＬＤの内部においてソフトウェア処理とハードウェア処理を混在させた構成でもよい。

【0035】

演算シークエンス制御回路３４４は、１次側電流測定制御回路３４５、２次側電圧測定制御回路３４６、結合係数算出回路３４７、及び伝送条件設定回路３４８のそれぞれの処理手順をコンピュータ・ソフトウェア・プログラムである同期共振型伝送制御用プログラムに従って、制御する。図２では、Ａバス３４９ａに、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａ、２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂ、及び伝送間隔制御回路３４０ｃが接続されている構成が例示されている。一方、Ｂバス３４９ｂには、伝送データ記憶装置３４２ａ、プログラム記憶装置３４２ｂ、及び出力装置３４３が接続されている構成が例示されているが、図２に示す構成に限定されるものではない。プログラム記憶装置３４２ｂには、図４に示した一連の同期共振型伝送制御方法の処理の流れに等価なアルゴリズムを実行する同期共振型伝送制御用プログラムが格納される。

【0036】

図２に示す算術論理回路３４１を構成するハードウェア資源としての１次側電流測定制御回路３４５、２次側電圧測定制御回路３４６、結合係数算出回路３４７、及び伝送条件設定回路３４８は、論理的な機能に着目したハードウェア資源を形式的に表現しているのであって、必ずしも、半導体チップ上に物理的な領域としてそれぞれ独立して存在する機能ブロックを意味するものではないが、ＰＬＤの「論理ブロック」のような半導体チップ上に実装されたプログラム可能な論理コンポーネント等の現実に存在する構成を否定するものでもない。算術論理回路３４１の一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成した場合は、図２に示した演算シークエンス制御回路３４４のプログラムカウンタやＡバス３４９ａ及びＢバス３４９ｂ等のデータバスは省略可能である。

【0037】

入力素子Ｑ_１は、断続的な直流電圧を直流電源５からステップ入力して、１次側ＬＣ回路２ｂにウェイブレット状に減衰する電磁エネルギを発生させ、この電磁エネルギを２次側ＬＣ回路３ｂとの同期共振で無接触送電させる回路素子である。図3に例示したような送電制御素子Ｑ_２が送電側コイルＬ₁と直列に接続された構成において送電制御素子Ｑ_２は、入力素子Ｑ_１が１次側ＬＣ回路２ｂの自由減衰振動を制限して１次側ＬＣ回路２ｂにおけるウェイブレット状の減衰振動を実現させる際の補助をする。直流電源５は、擬似的な定電圧源でよく、単に整流したのみの簡単な構造の直流電源で大きなリップル成分を含む電源でもよいので制御回路や周辺回路が単純で壊れにくく回路設計が容易でしかも安価な直流電源５が採用できる。

【0038】

互いに直列に接続された負荷側ダイオードＤ_２と負荷６とが受電側コンデンサＣ_２に並列接続されている。負荷６は、例えば車輌３１ｃの車載用のリチウム（Ｌｉ）イオン電池等の充電式電池が採用可能である。リチウムイオン電池には集電体や電界液の抵抗、電池内の界面にできる電気的２重層のコンデンサや抵抗が含まれる。図３に示すように、負荷側ダイオードＤ_２は、アノードが２次側ＬＣ回路３ｂ側、カソードが負荷６側を向くように接続され、充電電流Ｉ_Ｃの流れる方向を一方向に限定している。図３では、負荷６のオン抵抗を含む浮遊抵抗をｒ_２で示している。

【0039】

一実施形態に係る同期共振型伝送システムでは、入力素子Ｑ_１、送電制御素子Ｑ_２、受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４として用いる電力用半導体素子は４個のみで良いので、ジュール熱の発生を防ぐ冷却構造が簡単に設計でき、しかも浮遊抵抗、浮遊容量、浮遊インダクタンスの発生も最小化できる。又、入力素子Ｑ_１及び送電制御素子Ｑ_２をオン／オフ制御する単純な制御だけでよいので、駆動制御回路３４ａの電圧を高めてジュール熱の発生を押さえる設計も簡単にできる。

【0040】

更に、第１の還流ダイオードＦＷＤ₁が入力素子Ｑ_１としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、第２の還流ダイオードＦＷＤ₂が送電制御素子Ｑ_２としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、第３の還流ダイオードＦＷＤ₃が受電制御素子Ｑ_３としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、第４の還流ダイオードＦＷＤ₄が負荷転送制御素子Ｑ_４としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、それぞれ保護素子として並列接続されている。第３の還流ダイオードＦＷＤ₃は、受電側コイルＬ₂からの還流電流を流す方向に設けられるので、第２の還流ダイオードＦＷＤ₂とは反対向きに設けられている。又、送電側コイルＬ₁からの還流電流が直流電源５に還流するのを防ぐため、電源側ダイオードＤ_１が直流電源５と入力素子Ｑ_１の間に直列接続されている。図１に示す実装回路でも、負荷６の等価インピーダンスＸ_Leqを充電容量Ｃ_sで近似して表現している。

【0041】

一実施形態に係る同期共振型伝送システムの送電側コイルＬ₁と受電側コイルＬ₂は、例えば図８に模式的に示したような、渦巻き状平面コイルとすることができる。図８は、図３の送電側コイルＬ₁と受電側コイルＬ₂の物理的な構造がイメージしやすいように拡大して誇張した模式図であり、現実の寸法や比率とは異なるものである。一実施形態に係る同期共振型伝送システムでは、例えば、導体断面積１６ｍｍ²の配線用ケーブルをそれぞれ９巻して直径約３０ｃｍ程度の渦巻き状平面コイルとしている。この直径約３０ｃｍ程度の２つの渦巻き状平面コイルを、間隔ｄのギャップを設けて、無接触で互いに平行に対抗させて配置する。１次側ＬＣ回路２ｂから２次側ＬＣ回路３ｂへの１次側ＬＣ回路２ｂと２次側ＬＣ回路３ｂの間の過渡応答相互誘導による伝送効率は、交流理論で定義される結合係数Ｋ_AＣと同様な磁気的結合度の値に依存する。磁気的結合度は、２つの渦巻き状平面コイルの間隔ｄによって異なり、２つの渦巻き状平面コイの間隔ｄを制御する必要がある。

【0042】

磁気的結合度は、２つの渦巻き状平面コイルの位置関係を機械的に調整する、２つの渦巻き状平面コイルの間に磁性体を挿入する、若しくは２つの渦巻き状平面コイルの周辺に磁性体を配置する、２つの渦巻き状平面コイルの間に働く吸引力若しくは反発力を利用してあらかじめ形作られたカップリングにアタッチする等によって調整することができる。

【0043】

（動作フロー）
一実施形態に係る同期共振型伝送システムの受電回路２７ｂは、送電側コイルＬ_１と受電側コイルＬ_２との間隔ｄが３００ｍｍ以上離れた疎結合状態（等価結合係数ｋ＜０．０８）においても、一度の同期共振で十分な電力を伝送可能とするために、図４に示すフローチャートの処理に従い、受電側電圧振幅が所定値を上回ってから、送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークを示した一瞬のタイミングを選んで、直流電源５から電力を同期共振で供給する。この同期のタイミングを選択した電力供給動作を定期的に、即ち、受電側電圧振幅が最大になるまで繰り返す。ここで、「受電側電圧振幅」とは、受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧の振幅を意味する。Ｌ_１に流れる電流がピークを示した一瞬のタイミングを選んで、直流電源５から給電する動作を繰り返すことで、共振開始から最大伝送タイミングまでの時間が長くなっても、回路の寄生抵抗による共振電圧の減衰を回復することができるため、一度の同期共振で伝送できる電力を、同期共振がない場合に比べて大幅に向上させることができる。

【0044】

一実施形態に係る同期共振型伝送システムでは、送電側に設けられた送電側検知器２８からの信号は、２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂを介して２次側通信部２２が１次側通信部２１に送信する。１次側通信部２１は受信した送電側検知器２８からの信号を算術論理回路３４１に伝達する。送電側コイルＬ_１に流れる電流の変化は、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを介して算術論理回路３４１に入力される。算術論理回路３４１は、送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークとなるタイミングを検知すると共に、受電側に設けられた受電側検知器２９によって受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧を検知する。そして、算術論理回路３４１は、受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧が所定値を上回った後、最大となる前に、送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークとなるタイミングにおいて直流電源５から直流電圧（駆動電圧）を定期的に繰り返し供給するように、入力素子Ｑ_１の制御端子に制御信号を出力させる。以下、図４を参照しながら、一実施形態に係る同期共振型伝送システムの動作フローの例を説明する。

【0045】

まず、ステップＳ１において送電制御素子Ｑ_２、受電制御素子Ｑ_３、及び負荷転送制御素子Ｑ_４をオフ状態にし、入力素子Ｑ_１のみをオン状態にする。送電側コンデンサＣ_１の端子間電圧Ｖ_Ｃ１は、リンギングをしながら一定電圧に充電される。受電側コンデンサＣ₂の端子間電圧Ｖ_Ｃ２は、負の値である。ここで、送電制御素子Ｑ_２がオフ状態なので、送電側コイルＬ₁側に電流が流れることがなく、より有効に送電側コンデンサＣ_１に電荷が蓄えられる。送電側コンデンサＣ_１に初期電圧を印加して電荷を蓄えた後、入力素子Ｑ_１をオフ状態にする。

【0046】

次に、ステップＳ２において入力素子Ｑ_１をオフ状態にした後、一定時間をおいて、送電制御素子Ｑ_２及び受電制御素子Ｑ_３を同時にオン状態にする。負荷転送制御素子Ｑ_４はオフ状態である。送電制御素子Ｑ_２がオン状態になると、送電側コンデンサＣ_１に蓄えられた電磁エネルギは送電側コイルＬ₁に蓄積され、更に、１次側ＬＣ回路３４ｂと２次側ＬＣ回路２７ｂの間の過渡応答相互誘導が生じる。送電側コンデンサＣ_１に蓄えられた電磁エネルギが送電側コイルＬ₁に移動すると、送電側コンデンサＣ_１の端子間電圧Ｖ_Ｃ１は、負の極大値をとった後、０Ｖになる。１次側ＬＣ回路３４ｂから２次側ＬＣ回路２７ｂへの過渡応答相互誘導によって、受電側コイルＬ₂に伝送された電磁エネルギは、受電制御素子Ｑ_３がオン状態なので、受電側コンデンサＣ_２を充電する。この時、負荷転送制御素子Ｑ_４がオフ状態なので、負荷６側に電流が流れることがなく、より有効に受電側コンデンサＣ_２に電荷が蓄えられる。

【0047】

そして、ステップＳ３において送電側に設けられた送電側検知器２８からの信号が、２次側スイッチング素子駆動回路３４０ｂ、２次側通信部２２及び１次側通信部２１を介して算術論理回路３４１に入力される。ステップＳ３において、算術論理回路３４１は受電側電圧振幅（＝受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧の振幅）が所定値を上回っているか判定する。ステップＳ３で算術論理回路３４１が、受電側電圧振幅が所定値を上回っていると判定したら、ステップＳ４に進む。ステップＳ４において、送電側コイルＬ_１に流れる電流の変化の情報が、送電側検知器２８から１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを介して算術論理回路３４１に入力される。ステップＳ４で算術論理回路３４１は、送電側電圧が零に減少したタイミング、即ち送電側コンデンサＣ_１の端子間電圧が０Ｖとなるゼロクロス時刻を、送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークを示すタイミングとして判定する。ステップＳ４で、算術論理回路３４１が送電側コイルＬ_１に流れる電流がピークを示すタイミングを確認すると、その一瞬に、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、算術論理回路３４１は１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａに命令を送り、送電制御素子Ｑ_２及び受電制御素子Ｑ_３のオン状態を保ったままで、入力素子Ｑ_１を瞬間的にオン状態にする。ステップＳ５で、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａの制御によって直流電源５から送電側コンデンサＣ_１に直流電圧が供給されると、ステップＳ２に戻る。算術論理回路３４１はステップＳ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ２のループに沿った電圧供給動作を定期的に、即ち、受電側検知器２９により検知される受電側電圧振幅（＝受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧の振幅）が最大になるまで繰り返すように制御する。

【0048】

例えば、図５の実線で示したウェイブレット状の減衰波形に示すように、受電側電圧振幅が最大になる時点Ｐ_maxまで、直流電源５から送電側コンデンサＣ_１へのウェイブレット状の給電が２回行われる。即ち、図５の破線で示した受電側電圧振幅が所定値を上回ってから、送電側電圧が零に減少して送電側検知器２８の値がピークになるタイミングは、ＸＰ_１及びＸＰ_２の２回であるから、このタイミングにおいて、直流電源５から送電側コンデンサＣ_１への給電が行われる。この場合、破線で示した受電側電圧振幅が最大になるまでの時間（共振オフまでの１サイクルの時間）が長くなるが、１サイクルでの伝送電力量を大幅に向上することができるので、結果として、同期共振がない場合に比べて、所定時間での電力伝送量を増大し、かつ所定電力量を伝送するための時間を短くできる。

【0049】

図４の動作フローに戻ると、ステップＳ３において、受電側電圧振幅が最大になったタイミングＰ_maxを受電側検知器２９により検知するとステップＳ６に進む。ステップＳ３において、受電側検知器２９が検知した受電側電圧振幅が最大になったタイミングＰ_maxは、１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを経由し、２次側通信部２２から１次側通信部２１へ送信される。１次側通信部２１は受信した受電側電圧振幅が最大になったタイミングＰ_maxは、の情報を算術論理回路３４１に伝達する。ステップＳ６のタイミングで負荷転送制御素子Ｑ_４をオン状態にすると、充電電流Ｉ_ＣSが負荷６に流れ始める。ステップＳ６においては、負荷転送制御素子Ｑ_４をオン状態にしたタイミングで、送電制御素子Ｑ_２及び受電制御素子Ｑ_３をオフ状態にする。送電制御素子Ｑ_２及び受電制御素子Ｑ_３のオフ状態は、１次側ＬＣ回路３４ｂと２次側ＬＣ回路２７ｂの間の過渡応答相互誘導によって、受電側コンデンサＣ_２の端子間電圧Ｖ_Ｃ２が最大になり、送電側コンデンサＣ_１の端子間電圧Ｖ_Ｃ１が０Ｖになる時点までである。この時、受電制御素子Ｑ_３がオフ状態なので、より有効に充電電流Ｉ_ＣSが負荷６に移動する。充電電流Ｉ_ＣSは、送電制御素子Ｑ_２及び受電制御素子Ｑ_３がオフ状態になった後も増大し、ピーク値に到達した後、減少し、ゼロになる。

【0050】

次に、充電電流Ｉ_Ｃが０Ａとなった後に、負荷転送制御素子Ｑ_４のオン状態を維持したまま、送電制御素子Ｑ_２及び受電制御素子Ｑ_３を同時に、再度、オン状態にすると、受電側コンデンサＣ_２の充電が開始される。１次側ＬＣ回路３４ｂと２次側ＬＣ回路２７ｂの電磁結合により送電側コンデンサＣ_１の端子間電圧Ｖ_Ｃ１が０Ｖから負に減少し始める。更に、ステップＳ７において負荷転送制御素子Ｑ_４をオフ状態とし、受電側コンデンサＣ_２の放電を開始すると、１次側ＬＣ回路３４ｂと２次側ＬＣ回路２７ｂの間の過渡応答相互誘導による還流が生じる。一実施形態に係る同期共振型伝送システムでは、負荷転送制御素子Ｑ_４がオフ状態なので、負荷６側に電流が流れることがなく、より有効に受電側コイルＬ₂に電流が流れる。受電側コイルＬ₂と送電側コイルＬ₁との相互誘導による送電側コイルＬ₁を流れる還流電流により、送電側コンデンサＣ_１が充電され、端子間電圧Ｖ_Ｃ１が、負の極大値をから正の値となり、増大し始める。又、端子間電圧Ｖ_Ｃ２は、減少を開始し、負の極大値をとった後、０Ｖになる。

【0051】

そしてステップＳ８において、算術論理回路３４１は負荷６の受電量が所定値に到達したか否かを判定する。ステップＳ８において、算術論理回路３４１が負荷６の受電量が所定値に到達したと判定した場合には、図４に示すフローの処理を終了する。ステップＳ８において、負荷６の受電量が所定値に到達していないと判定された場合には、ステップＳ１に戻り、ステップＳ８の判定で所定値に到達するまで、ステップＳ８→Ｓ１→Ｓ２→……→Ｓ８のル-プの動作を繰り返す。

【0052】

図４に示した一連の同期共振型伝送制御方法の処理の流れは、図４と等価なアルゴリズムの同期共振型伝送制御用プログラムにより、図２に示した駆動制御回路３４ａを制御して実行出来る。この同期共振型伝送制御用プログラムは、本発明の駆動制御回路３４ａを構成するコンピュータシステムのプログラム記憶装置３４２ｂに記憶させればよい。また、この同期共振型伝送制御用プログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を駆動制御回路３４ａのプログラム記憶装置３４２ｂに読み込ませることにより、本発明の一連の劣化操作を実行することができる。ここで、「コンピュータ読取り可能な記録媒体」とは、例えばコンピュータの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのプログラムを記録することができるような媒体などを意味する。

【0053】

具体的には、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ，ＭＯディスク、ＨＤＤなどが「コンピュータ読取り可能な記録媒体」に含まれる。例えば、駆動制御回路３４ａの本体は、フレキシブルディスク装置（フレキシブルディスクドライブ）および光ディスク装置（光ディスクドライブ）を内蔵若しくは外部接続するように構成できる。フレキシブルディスクドライブに対してはフレキシブルディスクを、また光ディスクドライブに対してはＣＤ－ＲＯＭをその挿入口から挿入し、所定の読み出し操作を行うことにより、これらの記録媒体に格納されたプログラムを、動制御回路３４ａを構成するプログラム記憶装置３４２ｂにインストールすることができる。更に、インターネット等の情報処理ネットワークを介して、このプログラムをプログラム記憶装置３４２ｂに格納することが可能である。

【0054】

以上、説明したように、一実施形態に係る同期共振型伝送システム、同期共振型伝送制御方法及び同期共振型伝送制御用プログラムによれば、疎結合状態でも、一度の同期共振で十分な電力、即ち、回路の寄生抵抗が無いとしたときと同等の電力伝送を可能とし、より遠くへ無接触で、かつ短時間で給電することができる。例えば、所定の電力量を伝送するに当たり、同期を考慮しない参考技術では、３２ｍｓｅｃかかっていたところ、一実施形態に係る同期共振型伝送システム、同期共振型伝送制御方法及び同期共振型伝送制御用プログラムでは、約１／３の１０．６ｍｓｅｃで行うことが可能となる。

【0055】

具体的には、本発明者らが当初検討した同期を考慮しない参考技術では、共振開始から最大伝送タイミングまでの時間が長くなると、回路の寄生抵抗により共振電圧が減衰するため、最大伝送タイミングで共振を一時的に切る時点において伝送電圧が減少してしまい、一度の無接触送電で十分な電力を伝送できず、所定の電力量を伝送するまでに長時間を要していた。即ち、図６に示すように、寄生抵抗を想定しなければ、ポイントＰ_maxにおいて、破線で示した受電側電圧振幅が最大電圧２５Ｖとなるはずであるが、実際は寄生抵抗により共振をオフした時点（共振時間３ｍｓｅｃ）Ｘ_Ｒで、受電側コンデンサＣ_２に１２．５Ｖの蓄電しかできない。これに対し、一実施形態に係る同期共振型伝送システムでは、図５に示すように、共振中に、所定のタイミングＸＰ_１，ＸＰ_２のそれぞれで、実線で示したようなウェイブレット状の給電を行っているため、共振開始から最大伝送タイミングＰ_maxまでの時間が、同期非考慮の参考技術よりも長くなるものの、回路の寄生抵抗により減衰した共振電圧は給電により回復することができる。このため、一度の同期共振で伝送できる電力量を大幅に向上させることができる。即ち、５．６ｍｓｅｃの共振時間で、受電側コンデンサＣ_２に２５Ｖの蓄電が可能である。

【0056】

以下に、１サイクルの時間と、１サイクルで伝送可能な電力量の例を示す。
［１サイクルの時間］
共振以外の時間を５ｍｓｅｃとした場合、本発明者らが当初検討した同期非考慮システムの１サイクルは、３．０ｍｓｅｃ＋５ｍｓｅｃ＝８ｍｓｅｃであるのに対し、一実施形態に係る同期共振型伝送システム、同期共振型伝送制御方法及び同期共振型伝送制御用プログラムでは、５．６ｍｓｅｃ＋５ｍｓｅｃ＝１０．６ｍｓｅｃとなる。即ち、本発明では、参考技術である同期非考慮システムに比べて、１サイクルの時間が約１．３倍となる。
［１サイクルの伝送電力量」
伝送電力量Ｗは、Ｗ＝（１／２）ＣＶ^２で表されるため、同期非考慮システムの伝送電圧１２．５Ｖに対して、本発明の伝送電圧がその２倍である２５Ｖになったということは、本発明では、参考技術である同期非考慮システムに比べて、１サイクルの伝送電力量が約４倍となったことを意味する。

【0057】

以上より、本発明者らが当初検討した参考技術ない係る同期非考慮システムに比べて、本発明では約１．３倍の時間をかけて、約４倍の電力量を伝送可能であることが分かる。即ち、本発明によれば、送電側コイルと受電側コイルとの間隔が３００ｍｍ以上離れた疎結合状態（等価結合係数ｋ＜０．０８）であっても、一度の同期共振で十分な電力を伝送できるため、より遠くへ無接触で、かつ短時間に給電することが可能となる。

【0058】

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は上記の代表的な一実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、上記の一実施形態に係る同期共振型伝送システムの説明では便宜上、入力素子Ｑ_１、送電制御素子Ｑ_２、受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４と４つのスイッチング素子を有する回路構成で説明したが、負荷転送制御素子Ｑ_４を省略した３つのスイッチング素子を有する回路構成でもよい。要は、２次側ＬＣ回路３ｂの側の共振振幅電圧が所定値を上回ったことを受電側検知器２９が検知した後、１次側ＬＣ回路２ｂに流れる電流がピークとなるタイミングを送電側検知器２８が検知したときに、直流電源５から直流電圧を供給するように、算術論理回路３４１が１次側スイッチング素子駆動回路３４０ａを制御する構成であればよい。

【0059】

同様な趣旨から、図３に例示した回路構成から受電制御素子Ｑ_３と負荷転送制御素子Ｑ_４とを省略した２つのスイッチング素子を有する回路構成でもよい。更には、図３に例示した回路構成から送電制御素子Ｑ_２、受電制御素子Ｑ_３及び負荷転送制御素子Ｑ_４を省略し、入力素子Ｑ_１のみを有する回路構成でもよいことは、上記の説明の趣旨から理解できるであろう。

【0060】

更に、例えば、送電側コイルＬ_１と受電側コイルＬ_２との間隔が３００ｍｍ以上離れた状態でも、十分な電力を伝送できるため、倉庫内で移動する車両用の給電であれば、倉庫内の移動経路に沿って、複数の送電コイルを連続的に埋め込んでおけば、車両が移動状態であっても車両に無接触で給電することができる。勿論、更にインフラを整備すれば、公道での車両に無接触で給電が可能になる。以上のとおり本発明は、本明細書及び図面に記載していない様々な実施形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0061】

２ｂ…１次側ＬＣ回路、３ｂ…２次側ＬＣ回路、５…直流電源、６…負荷、２１…１次側通信部、２２…２次側通信部、２３…２次側操作部、２７ｂ…受電回路、２８…検知器（送電側検知器）、２９…検知器（受電側検知器）、２９ｂ…給電回路、３０…平坦面、３１ｃ…車輌、３３…１次側操作部、３４ａ…駆動制御回路、３４０ａ…１次側スイッチング素子駆動回路、３４０ｂ…２次側スイッチング素子駆動回路、３４０ｃ…伝送間隔制御回路、３４１…算術論理回路、３４２ａ…伝送データ記憶装置、３４２ｂ…プログラム記憶装置、３４３…出力装置、３４４…演算シークエンス制御回路、３４５…１次側電流測定制御回路、３４６…２次側電圧測定制御回路、３４７…結合係数算出回路、３４８…伝送条件設定回路、３４９ａ…Ａバス、３４９ｂ…Ｂバス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】