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(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】2024-04-23
(45)【発行日】2024-05-02
(54)【発明の名称】非接触給電回路
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20240424BHJP
H02J 50/40 20160101ALI20240424BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240424BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
H02J50/40
H02J7/00 301D
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020138710
(22)【出願日】2020-08-19
(65)【公開番号】P2022034826
(43)【公開日】2022-03-04
【審査請求日】2023-05-29
(73)【特許権者】
【識別番号】506209422
【氏名又は名称】地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター
(73)【特許権者】
【識別番号】305027401
【氏名又は名称】東京都公立大学法人
(74)【代理人】
【識別番号】100095337
【弁理士】
【氏名又は名称】福田 伸一
(74)【代理人】
【識別番号】100174425
【弁理士】
【氏名又は名称】水崎 慎
(74)【代理人】
【識別番号】100203932
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 克宗
(72)【発明者】
【氏名】秋山 美郷
(72)【発明者】
【氏名】佐野 宏靖
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 秀勝
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 敬久
(72)【発明者】
【氏名】多氣 昌生
(72)【発明者】
【氏名】北原 真
【審査官】柳下 勝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１４３０６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－００４６３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２８０２４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１５４５４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／０４２２２４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第５４６３３０３（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ５０／１２
Ｈ０２Ｊ ５０／４０
Ｈ０２Ｊ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送電側の回路に設けられ、所定間隔を開けて配置された第１送電コイルおよび第２送電コイルと、受電側の回路に設けられ、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に挟み込まれるように配置された第１受電コイルおよび第２受電コイルと、
を備え、
前記第１送電コイルが前記第１受電コイルに対向し、前記第２送電コイルが前記第２受電コイルに対向するように配置され、
前記第１受電コイルと前記第２受電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記受電側の回路に設けた、
ことを特徴とする非接触給電回路。
【請求項2】
送電側の回路に設けられ、所定間隔を開けて配置された第１送電コイルおよび第２送電コイルと、受電側の回路に設けられ、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に挟み込まれるように配置された第１受電コイルおよび第２受電コイルと、
を備え、
前記第１送電コイルが前記第１受電コイルに対向し、前記第２送電コイルが前記第２受電コイルに対向するように配置され、
前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記送電側の回路に設けた、
ことを特徴とする非接触給電回路。
【請求項3】
送電側の回路に設けられ、所定間隔を開けて配置された第１送電コイルおよび第２送電コイルと、受電側の回路に設けられ、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に挟み込まれるように配置された第１受電コイルおよび第２受電コイルと、
を備え、
前記第１送電コイルが前記第１受電コイルに対向し、前記第２送電コイルが前記第２受電コイルに対向するように配置され、
前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記送電側の回路に設け、
前記第１受電コイルと前記第２受電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記受電側の回路に設けた、
ことを特徴とする非接触給電回路。
【請求項4】
前記第１送電コイル、前記第２送電コイル、前記第１受電コイル、および、前記第２受電コイルに生じる磁界の向きが同相となるように、前記第１送電コイル、前記第２送電コイル、前記第１受電コイル、および、前記第２受電コイルを設けたとき、前記補償リアクタンスは、コンデンサである、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非接触給電回路。
【請求項5】
前記第１送電コイルに生じる磁界の向きと前記第２送電コイルに生じる磁界の向きとが逆相になり、前記第１受電コイルに生じる磁界の向きと前記第２受電コイルに生じる磁界の向きとが逆相になり、
前記第１送電コイルに生じる磁界の向きと前記第１受電コイルに生じる磁界の向きとが同相になり、
前記第２送電コイルに生じる磁界の向きと前記第２受電コイルに生じる磁界の向きとが同相となるように、前記第１送電コイル、前記第２送電コイル、前記第１受電コイル、および、前記第２受電コイルを設けたとき、
前記補償リアクタンスは、インダクタである、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非接触給電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、受電側の回路に設けられた２つの受電コイルを、送電側の回路に設けられた２つの送電コイルで挟み込むように配置した非接触状態において、電力を伝送する非接触給電回路に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、二次電池を備えた機器等に充電を行う場合、この機器等に充電器の電極、充電用ケーブルなどを接続することなく、即ち、非接触の状態で電力を供給する技術がある。
非接触状態で給電を行う場合には、上記の機器等である給電対象に設置された受電コイル等と、充電機器等に設置された送電コイル等を近接させて対向配置し、電磁誘導などを用いて電力を伝送する。
非接触状態において電力の伝送効率を高めるため、例えば、二次電池等の負荷を有する給電対象側（受電側の回路）に２つの受電コイルを備え、また、各受電コイルに対向配置される２つの送電コイルを充電器等の電力供給側（送電側の回路）に備え、２対の送受電コイルを用いることが考えられる。
非接触状態で給電を行う場合には、上記の機器等である給電対象に設置された受電コイル等と、充電機器等に設置された送電コイル等を近接させて対向配置し、電磁誘導などを用いて電力を伝送する。
非接触状態において電力の伝送効率を高めるため、例えば、二次電池等の負荷を有する給電対象側（受電側の回路）に２つの受電コイルを備え、また、各受電コイルに対向配置される２つの送電コイルを充電器等の電力供給側（送電側の回路）に備え、２対の送受電コイルを用いることが考えられる。
【0003】
２対の送受信コイルを用いて非接触給電を行う技術（非接触給電構造）として、例えば、次のようなものがある。バッテリ（二次電池）を備えた電動自転車の前輪に、一の受電コイルと他の受電コイルとを備える。また、一の受電コイルと対向配置される一の送電コイルと、他の受電コイルと対向配置される他の送電コイルとを、電力供給側となる駐輪施設の支持部材に設ける。
この非接触給電構造は、駐輪施設に設けられた一の送電コイルと他の送電コイルとの間に、電動自転車の前輪を挟み込むように駐輪し、挟み込まれた前輪に設けられた一の受電コイルおよび他の受電コイルに対して非接触給電を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
この非接触給電構造は、駐輪施設に設けられた一の送電コイルと他の送電コイルとの間に、電動自転車の前輪を挟み込むように駐輪し、挟み込まれた前輪に設けられた一の受電コイルおよび他の受電コイルに対して非接触給電を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１８－１４３０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
例えば、自転車の前輪に設置された２つの受電コイルを挟み込むように、２つの送電コイルを設け、２対の送受電コイルによって非接触給電を行うように構成すると、通常の１対の送受電コイルを用いた給電では生じることのない磁界結合が発生する。即ち、それぞれ２つの送受電コイルを用いた場合には、意図しない磁界結合も発生するため、電力を伝送する際に電圧と電流との位相差が大きくなり、電力の伝送効率が低下する場合がある。
【0006】
本開示は、上記の問題を解決するためになされたもので、複数の送受電コイルを用いた非接触給電の伝送効率を良好にする非接触給電回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係る非接触給電回路は、送電側の回路に設けられ、所定間隔を開けて配置された第１送電コイルおよび第２送電コイルと、受電側の回路に設けられ、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に挟み込まれるように配置された第１受電コイルおよび第２受電コイルと、を備え、前記第１送電コイルが前記第１受電コイルに対向し、前記第２送電コイルが前記第２受電コイルに対向するように配置され、前記第１受電コイルと前記第２受電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記受電側の回路に設けたことを特徴とする。
【0008】
また、本開示に係る非接触給電回路は、送電側の回路に設けられ、所定間隔を開けて配置された第１送電コイルおよび第２送電コイルと、受電側の回路に設けられ、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に挟み込まれるように配置された第１受電コイルおよび第２受電コイルと、を備え、前記第１送電コイルが前記第１受電コイルに対向し、前記第２送電コイルが前記第２受電コイルに対向するように配置され、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記送電側の回路に設けたことを特徴とする。
【0009】
また、本開示に係る非接触給電回路は、送電側の回路に設けられ、所定間隔を開けて配置された第１送電コイルおよび第２送電コイルと、受電側の回路に設けられ、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの間に挟み込まれるように配置された第１受電コイルおよび第２受電コイルと、を備え、前記第１送電コイルが前記第１受電コイルに対向し、前記第２送電コイルが前記第２受電コイルに対向するように配置され、前記第１送電コイルと前記第２送電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記送電側の回路に設け、前記第１受電コイルと前記第２受電コイルとの結合係数に応じた値の補償リアクタンスを前記受電側の回路に設けたことを特徴とする。
【0010】
また、前記第１送電コイル、前記第２送電コイル、前記第１受電コイル、および、前記第２受電コイルに生じる磁界の向きが同相となるように、前記第１送電コイル、前記第２送電コイル、前記第１受電コイル、および、前記第２受電コイルを設けたとき、前記補償リアクタンスは、コンデンサであることを特徴とする。
【0011】
また、前記第１送電コイルに生じる磁界の向きと前記第２送電コイルに生じる磁界の向きとが逆相になり、前記第１受電コイルに生じる磁界の向きと前記第２受電コイルに生じる磁界の向きとが逆相になり、前記第１送電コイルに生じる磁界の向きと前記第１受電コイルに生じる磁界の向きとが同相になり、前記第２送電コイルに生じる磁界の向きと前記第２受電コイルに生じる磁界の向きとが同相となるように、前記第１送電コイル、前記第２送電コイル、前記第１受電コイル、および、前記第２受電コイルを設けたとき、前記補償リアクタンスは、インダクタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、送電側の回路に設けられた２つの送電コイルの間に、受電側の回路に設けられた２つの受電コイルを挟み込むように配置した場合の、電力の伝送効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本開示の実施の形態による非接触給電回路の基本構成を示す回路図である。
【図4】各送電コイルおよび各受電コイルの配置を示す説明図である。
【図5】補償リアクタンスを備えた非接触給電回路の構成を示す回路図である。
【図6】補償コンデンサを備えていない非接触給電回路の動作特性を示す説明図である。
【図7】補償コンデンサを備えた非接触給電回路の動作特性を示す説明図である。
【図8】動作の実測に用いた補償コンデンサを備えた非接触給電回路の構成を示す回路図である。
【図9】補償コンデンサを備えていない非接触給電回路の動作を実測した結果を示す説明図である。
【図10】補償コンデンサを備えた非接触給電回路の動作を実測した結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
図１は、本開示の実施の形態による給電回路１の構成を示す回路図である。図１の給電回路１は、挟み込み型の非接触給電回路の基本となる（後述する補償リアクタンスを省略した）回路構成を示している。
給電回路１は、送電側の回路と受電側の回路を有し、送電側の回路は、送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２、コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２、電源１０によって構成されている。また、上記の受電側の回路は、受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２、コンデンサＣｒ１，Ｃｒ２によって構成され、負荷Ｒｒが接続されている。
図１は、本開示の実施の形態による給電回路１の構成を示す回路図である。図１の給電回路１は、挟み込み型の非接触給電回路の基本となる（後述する補償リアクタンスを省略した）回路構成を示している。
給電回路１は、送電側の回路と受電側の回路を有し、送電側の回路は、送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２、コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２、電源１０によって構成されている。また、上記の受電側の回路は、受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２、コンデンサＣｒ１，Ｃｒ２によって構成され、負荷Ｒｒが接続されている。
【0015】
詳しくは、給電回路１の送電側の回路は、次のように接続構成されている。電源１０の高電位側端子にコンデンサＣｔ１の一端が接続され、コンデンサＣｔ１の他端に送電コイルＬｔ１の一端が接続されている。送電コイルＬｔ１の他端に送電コイルＬｔ２の一端が接続され、送電コイルＬｔ２の他端にコンデンサＣｔ２の一端が接続されている。コンデンサＣｔ２の他端に電源１０の低電位側端子が接続されている。送電コイルＬｔ１の他端と送電コイルＬｔ２の一端との接続点は、接地接続されている。
即ち、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２が直列接続され、直列接続された送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２の両端が電源１０に接続されている。
即ち、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２が直列接続され、直列接続された送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２の両端が電源１０に接続されている。
【0016】
給電回路１の受電側の回路は、次のように接続構成されている。受電コイルＬｒ１の一端にコンデンサＣｒ１の一端が接続されている。受電コイルＬｒ１の他端に負荷Ｒｒの一端が接続され、受電コイルＬｒ２の一端に負荷Ｒｒの他端が接続されている。受電コイルＬｒ２の他端にコンデンサＣｒ２の一端が接続され、コンデンサＣｒ２の他端にコンデンサＣｒ１の他端が接続されている。コンデンサＣｒ２の他端とコンデンサＣｒ１の他端との接続点は、接地接続されている。
即ち、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２が直列接続され、直列接続された受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２の両端が負荷Ｒｒに接続されている。
即ち、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２が直列接続され、直列接続された受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２の両端が負荷Ｒｒに接続されている。
【0017】
上記の送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２、ならびに受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２の各一端は、図１においてドット印が付記された端部であり、このドット印は各コイルの相互誘導における極性を示している。
【0018】
給電回路１は、各送受電コイルを挟み込み型に配置させたもので、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との間に、受電コイルＬｒ１および受電コイルＬｒ２が挟み込まれるように配置されている。
詳しくは、給電回路１は、送電コイルＬｔ１に受電コイルＬｒ１が対向配置され、送電コイルＬｔ２に受電コイルＬｒ２が対向配置されるように構成されている。
詳しくは、給電回路１は、送電コイルＬｔ１に受電コイルＬｒ１が対向配置され、送電コイルＬｔ２に受電コイルＬｒ２が対向配置されるように構成されている。
【0019】
次に給電回路１の動作について説明する。
ここで、送電コイルＬｔ１と受電コイルＬｒ１との結合係数をｋ１、送電コイルＬｔ２と受電コイルＬｒ２との結合係数をｋ２とする。
また、送電コイルＬｔ１と受電コイルＬｒ２との結合係数をｋ１２、送電コイルＬｔ２と受電コイルＬｒ１との結合係数をｋ２１とする。
また、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との結合係数をｋｔ、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との結合係数をｋｒとする。
また、送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２および受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２の各インダクタンスをＬとし、コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２，Ｃｒ１，Ｃｒ２の各キャパシタンスをＣとする。
ここで、送電コイルＬｔ１と受電コイルＬｒ１との結合係数をｋ１、送電コイルＬｔ２と受電コイルＬｒ２との結合係数をｋ２とする。
また、送電コイルＬｔ１と受電コイルＬｒ２との結合係数をｋ１２、送電コイルＬｔ２と受電コイルＬｒ１との結合係数をｋ２１とする。
また、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との結合係数をｋｔ、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との結合係数をｋｒとする。
また、送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２および受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２の各インダクタンスをＬとし、コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２，Ｃｒ１，Ｃｒ２の各キャパシタンスをＣとする。
【0020】
給電回路１の各コイルに生じる全ての磁気結合を考慮すると、次の回路方程式が導出される。
【0021】
【数1】
【0022】
上記の回路方程式から、挟み込み型に配置した送電コイル（Ｌｔ１，Ｌｔ２）と受電コイル（Ｌｒ１，Ｌｒ２）との結合においては、各コイル間の相互インダクタンス（２ｊωｋｔＬ，２ｊωｋｒＬ）の影響を受けて送電側力率が低下すると、送受電間の給電効率が低下することがわかる。
即ち、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との磁気結合、ならびに、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との磁気結合によって送電側力率が低下し、非接触による電力の伝送効率が低下する。
そこで、送電側力率の低下を防ぐ（抑える）対策として、補償リアクタンスを給電回路１に追加する。
即ち、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との磁気結合、ならびに、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との磁気結合によって送電側力率が低下し、非接触による電力の伝送効率が低下する。
そこで、送電側力率の低下を防ぐ（抑える）対策として、補償リアクタンスを給電回路１に追加する。
【0023】
図２は、図１の給電回路１の概略構成を示す説明図である。図２の給電回路１は、図１に示したものと同一部分に同じ符号を付記している。
図２の第１送電部１２は、図１に示した送電コイルＬｔ１、コンデンサＣｔ１等によって構成された部分である。また、第２送電部１３は、送電コイルＬｔ２、コンデンサＣｔ２等によって構成された部分である。また、受電部１４は、受電コイルＬｒ１、コンデンサＣｒ１、受電コイルＬｒ２、コンデンサＣｒ２等によって構成され、負荷Ｒｒに相当する負荷１１が接続された部分である。
図２の第１送電部１２は、図１に示した送電コイルＬｔ１、コンデンサＣｔ１等によって構成された部分である。また、第２送電部１３は、送電コイルＬｔ２、コンデンサＣｔ２等によって構成された部分である。また、受電部１４は、受電コイルＬｒ１、コンデンサＣｒ１、受電コイルＬｒ２、コンデンサＣｒ２等によって構成され、負荷Ｒｒに相当する負荷１１が接続された部分である。
【0024】
第１送電部１２に備える第１送電コイル２０は、送電コイルＬｔ１に相当する。第２送電部１３に備える第２送電コイル２３は、送電コイルＬｔ２に相当する。
受電部１４に備える第１受電コイル２１は、受電コイルＬｒ１に相当する。また、第２受電コイル２２は、受電コイルＬｒ２に相当する。
受電部１４に備える第１受電コイル２１は、受電コイルＬｒ１に相当する。また、第２受電コイル２２は、受電コイルＬｒ２に相当する。
【0025】
図３は、図２の各コイルが発生させる磁界の向きを示す説明図である。図中、タイプＡ～Ｄのように配置された４つのコイルは、両端の各コイルが第１送電コイル２０ならびに第２送電コイル２３に相当し、中央の２つのコイルが第１受電コイル２１ならびに第２受電コイル２２に相当する。図３に示した各矢印は、各コイルに発生する磁界の向きを示している。
【0026】
２対の送受電コイルを挟み込み型に配置する場合、図３に示したように４つの磁界配置モード（タイプＡ～Ｄ）が考えられる。
タイプＢは、例えば、第１送電コイル２０が発生する磁界の向きと第２送電コイル２３が発生する磁界の向きが同相となり、第１受電コイル２１に発生する磁界の向きと第２受電コイル２２に発生する磁界の向きが逆相となるように配置構成されている。各コイルの中心軸を一致させて、タイプＢのように磁界の向きを配置すると、受電部１４に電力が伝送されない。
タイプＣは、例えば、第１送電コイル２０が発生する磁界の向きと第２送電コイル２３が発生する磁界の向きが逆相で、第１受電コイル２１に発生する磁界の向きと第２受電コイル２２に発生する磁界の向きが同相となるように配置構成されている。各コイルの中心軸を一致させて、タイプＣのように磁界の向きを配置すると、受電部１４に電力が伝送されない。
タイプＢは、例えば、第１送電コイル２０が発生する磁界の向きと第２送電コイル２３が発生する磁界の向きが同相となり、第１受電コイル２１に発生する磁界の向きと第２受電コイル２２に発生する磁界の向きが逆相となるように配置構成されている。各コイルの中心軸を一致させて、タイプＢのように磁界の向きを配置すると、受電部１４に電力が伝送されない。
タイプＣは、例えば、第１送電コイル２０が発生する磁界の向きと第２送電コイル２３が発生する磁界の向きが逆相で、第１受電コイル２１に発生する磁界の向きと第２受電コイル２２に発生する磁界の向きが同相となるように配置構成されている。各コイルの中心軸を一致させて、タイプＣのように磁界の向きを配置すると、受電部１４に電力が伝送されない。
【0027】
給電回路１は、タイプＡまたはタイプＤの磁界配置モードとなるように、各コイルの極性ならびに各コイルに流れる電流の向きを設定して構成されている。
また、給電回路１は、タイプＡのように構成された回路においては、補償リアクタンスとして補償コンデンサを備え、タイプＤのように構成された回路においては、補償リアクタンスとして補償インダクタを備える。
詳しくは、タイプＡのように構成された回路では、送電側に回路に流れる電流ｉｔの位相が電圧ｖｔの位相よりも早くなるため、補償コンデンサＣｔ，ｒを備える。
また、タイプＤのように構成された回路では、送電側に回路に流れる電流ｉｔの位相が電圧ｖｔの位相よりも遅くなるため、補償インダクタＬｔ，ｒを備える。
補償コンデンサＣｔ，ｒの容量、ならびに、補償インダクタＬｔ，ｒのインダクタンスは、次の式で表される。
また、給電回路１は、タイプＡのように構成された回路においては、補償リアクタンスとして補償コンデンサを備え、タイプＤのように構成された回路においては、補償リアクタンスとして補償インダクタを備える。
詳しくは、タイプＡのように構成された回路では、送電側に回路に流れる電流ｉｔの位相が電圧ｖｔの位相よりも早くなるため、補償コンデンサＣｔ，ｒを備える。
また、タイプＤのように構成された回路では、送電側に回路に流れる電流ｉｔの位相が電圧ｖｔの位相よりも遅くなるため、補償インダクタＬｔ，ｒを備える。
補償コンデンサＣｔ，ｒの容量、ならびに、補償インダクタＬｔ，ｒのインダクタンスは、次の式で表される。
【0028】
【数2】
【0029】
図４は、第１送電コイル２０、第１受電コイル２１、第２受電コイル２２および第２送電コイル２３の配置を示す説明図である。タイプＡまたはタイプＤのように配置される各コイルは、例えば、図４に示した間隔を設けて配置されている。
第１送電コイル２０と第１受電コイル２１との間の距離がｄ１、第１受電コイル２１と第２受電コイル２２との間の距離がｄ２、第２受電コイル２２と第２送電コイル２３との間の距離がｄ１となるように、各コイルを配置する。なお、第１送電コイル２０と第２送電コイル２３との間の距離をｄ３とする。また、距離ｄ２は、距離ｄ１よりも大きい値である。
第１送電コイル２０と第１受電コイル２１との間の距離がｄ１、第１受電コイル２１と第２受電コイル２２との間の距離がｄ２、第２受電コイル２２と第２送電コイル２３との間の距離がｄ１となるように、各コイルを配置する。なお、第１送電コイル２０と第２送電コイル２３との間の距離をｄ３とする。また、距離ｄ２は、距離ｄ１よりも大きい値である。
【0030】
図５は、補償リアクタンスを備えた給電回路１ａの構成を示す回路図である。
給電回路１ａは、各コイルに生じる磁界の向きがタイプＡとなるように構成されており、補償リアクタンスとして補償コンデンサＣｔおよび補償コンデンサＣｒを備えている。
また、給電回路１ａは、各コイルの配置等に関して給電回路１と同様に（図４に例示したように）構成されており、また、回路接続等に関して給電回路１と概ね同様に構成されている。
図５の給電回路１ａは、図１の給電回路１と同一あるいは相当する部分に同じ符号が付記されている。ここでは、同一符号の部分について詳細説明を省略する。
給電回路１ａは、各コイルに生じる磁界の向きがタイプＡとなるように構成されており、補償リアクタンスとして補償コンデンサＣｔおよび補償コンデンサＣｒを備えている。
また、給電回路１ａは、各コイルの配置等に関して給電回路１と同様に（図４に例示したように）構成されており、また、回路接続等に関して給電回路１と概ね同様に構成されている。
図５の給電回路１ａは、図１の給電回路１と同一あるいは相当する部分に同じ符号が付記されている。ここでは、同一符号の部分について詳細説明を省略する。
【0031】
給電回路１ａは、補償コンデンサＣｔの一端に、送電コイルＬｔ２の一端が接続され、補償コンデンサＣｔの他端に、送電コイルＬｔ１の他端が接続されている。即ち、補償コンデンサＣｔは、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との間を繋ぐように接続されている。
【0032】
また、給電回路１ａは、補償コンデンサＣｒの一端に、コンデンサＣｒ１の他端が接続され、補償コンデンサＣｒの他端に、コンデンサＣｒ２の他端が接続されている。即ち、補償コンデンサＣｒは、コンデンサＣｒ１とコンデンサＣｒ２との間に（受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との間を繋ぐように）接続されている。
なお、給電回路１ａは、補償コンデンサＣｔおよび補償コンデンサＣｒの各両端が接地接続されないように回路構成されており、コンデンサＣｔ２と電源１０の低電位側端子との接続点が接地接続されている。
なお、給電回路１ａは、補償コンデンサＣｔおよび補償コンデンサＣｒの各両端が接地接続されないように回路構成されており、コンデンサＣｔ２と電源１０の低電位側端子との接続点が接地接続されている。
【0033】
次に給電回路１ａの動作（解析）について説明する。
図６は、給電回路１ａが補償コンデンサＣｔ，ｒを備えていない場合の動作特性を示す説明図である。この図は、補償コンデンサＣｔ，ｒを除いて回路構成された給電回路１ａの非接触給電の伝送効率を示したもので、横軸が非接触給電（電力の伝送）に用いる周波数を表し、縦軸が電力の伝送効率、ならびに、送電側の電圧と電流との位相差を表している。
図中、一点鎖線の特性曲線は各周波数における伝送効率を表し、実線の特性曲線は各周波数における送電側の電圧と電流との位相差を表している。
図６は、給電回路１ａが補償コンデンサＣｔ，ｒを備えていない場合の動作特性を示す説明図である。この図は、補償コンデンサＣｔ，ｒを除いて回路構成された給電回路１ａの非接触給電の伝送効率を示したもので、横軸が非接触給電（電力の伝送）に用いる周波数を表し、縦軸が電力の伝送効率、ならびに、送電側の電圧と電流との位相差を表している。
図中、一点鎖線の特性曲線は各周波数における伝送効率を表し、実線の特性曲線は各周波数における送電側の電圧と電流との位相差を表している。
【0034】
図７は、給電回路１ａが補償コンデンサＣｔ，ｒを備えている場合の動作特性を示す説明図である。この図は、前述のように補償コンデンサＣｔ，ｒを備えて回路構成された給電回路１ａの非接触給電の伝送効率を示したもので、横軸が非接触給電（電力の伝送）に用いる周波数を表し、縦軸が電力の伝送効率、ならびに、送電側の電圧と電流との位相差を表している。
図中、一点鎖線の特性曲線は各周波数における伝送効率を表し、実線の特性曲線は各周波数における送電側の電圧と電流との位相差を表している。
図中、一点鎖線の特性曲線は各周波数における伝送効率を表し、実線の特性曲線は各周波数における送電側の電圧と電流との位相差を表している。
【0035】
図６および図７は、回路シミュレータを用いて、タイプＡの構成を有する給電回路１ａの、伝送効率および送電側の電圧と電流との位相差を解析し、この解析結果から取得された各特性曲線を示したものである。上記の伝送効率は、対を形成する送受電コイル間の伝送効率であり、高周波回路の特性を表すＳパラメータにおいて、Ｓ２１に相当するものである。
なお、上記の回路シミュレータによる解析は、給電回路１ａ（電源１０）の電源インピーダンス（後述する内部インピーダンスＩｍｐに相当するもの）の値、および、受電側が有する負荷Ｒｒの値として、それぞれ最適値を設定して行ったものである。
なお、上記の回路シミュレータによる解析は、給電回路１ａ（電源１０）の電源インピーダンス（後述する内部インピーダンスＩｍｐに相当するもの）の値、および、受電側が有する負荷Ｒｒの値として、それぞれ最適値を設定して行ったものである。
【0036】
図６に示した特性曲線と図７に示した特性曲線とを比較すると、補償コンデンサＣｔ，ｒを備えることにより、電力の伝送に使用する周波数が８５[ｋＨｚ]の場合に、送電側の電圧と電流との位相差が解消され、伝送効率が向上することがわかる。
【0037】
次に、補償コンデンサＣ１を有する給電回路１ｂが動作したときの各電圧波形および各電流波形を実測した結果を示す。
図８は、動作の実測に用いた補償コンデンサＣ１を備えた給電回路１ｂの構成を示す回路図である。給電回路１ｂは、前述の給電回路１等と概ね同様に構成されたもので、図１等に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を付記している。ここでは、図１等と同一符号を付記した部分について詳細説明を省略する。
図８は、動作の実測に用いた補償コンデンサＣ１を備えた給電回路１ｂの構成を示す回路図である。給電回路１ｂは、前述の給電回路１等と概ね同様に構成されたもので、図１等に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を付記している。ここでは、図１等と同一符号を付記した部分について詳細説明を省略する。
【0038】
給電回路１ｂは、給電回路１等と同様に、タイプＡのように配置された各送受電コイルを備えている。
給電回路１ｂは、受電側の回路に補償コンデンサＣ１を備えている。補償コンデンサＣ１は、図２の補償コンデンサＣｒに相当するもので、補償コンデンサＣｒと同様にコンデンサＣｒ１とコンデンサＣｒ２との間（受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との間）に接続されている。
なお、給電回路１ｂの動作シミュレーションを行った結果、送電側の回路に補償コンデンサを設けた場合と、設けなかった場合に大きさ差異がないことが確認された。そのため、ここで説明する給電回路１ｂにおいては、送電側回路に補償コンデンサを設けることを省略している。
給電回路１ｂは、受電側の回路に補償コンデンサＣ１を備えている。補償コンデンサＣ１は、図２の補償コンデンサＣｒに相当するもので、補償コンデンサＣｒと同様にコンデンサＣｒ１とコンデンサＣｒ２との間（受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との間）に接続されている。
なお、給電回路１ｂの動作シミュレーションを行った結果、送電側の回路に補償コンデンサを設けた場合と、設けなかった場合に大きさ差異がないことが確認された。そのため、ここで説明する給電回路１ｂにおいては、送電側回路に補償コンデンサを設けることを省略している。
【0039】
図９は、補償コンデンサＣ１を備えていない給電回路１ｂの動作を実測した結果を示す説明図である。この図は、給電回路１ｂの各部で実測された電圧ｖｔ、電圧ｖｒ、電流ｉｔ、電流ｉｒの波形を示したもので、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧値ならびに電流値を示している。
図９の電圧ｖｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電圧波形を表している。また、図９の電流ｉｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電流波形を表している。
図９の電圧ｖｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電圧波形を表している。また、図９の電流ｉｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電流波形を表している。
図９の電圧ｖｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電圧波形を表している。また、図９の電流ｉｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電流波形を表している。
図９の電圧ｖｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電圧波形を表している。また、図９の電流ｉｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えていない場合の電流波形を表している。
【0040】
図１０は、補償コンデンサＣ１を備えた給電回路１ｂの動作を実測した結果を示す説明図である。この図は、補償コンデンサＣ１を備えた給電回路１ｂの各部で実測された電圧ｖｔ、電圧ｖｒ、電流ｉｔ、電流ｉｒの波形を示したもので、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧値ならびに電流値を表している。
図１０の電圧ｖｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電圧波形を表している。また、図１０の電流ｉｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電流波形を表している。
図１０の電圧ｖｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電圧波形を表している。また、図１０の電流ｉｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電流波形を表している。
図１０の電圧ｖｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電圧波形を表している。また、図１０の電流ｉｔは、給電回路１ｂの送電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電流波形を表している。
図１０の電圧ｖｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電圧波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電圧波形を表している。また、図１０の電流ｉｒは、給電回路１ｂの受電側の回路において実測された電流波形であり、補償コンデンサＣ１を備えた場合の電流波形を表している。
【0041】
図９に示した電圧ｖｔと電流ｉｔとの位相差は１１［°］生じているが、図１０に示した電圧ｖｔと電流ｉｔとの位相差は０．３［°］になっている。即ち、補償コンデンサＣ１を備えることにより、電圧ｖｔと電流ｉｔとの位相差が小さくなる。
また、図９に示した電圧ｖｒと電流ｉｒとの位相差に比べて、図１０に示した電圧ｖｒと電流ｉｒとの位相差の方が小さくなっている。
このように、補償コンデンサＣ１を備えることによって、各コイルにおける電圧と電流との位相差が小さくなり、皮相電力における送受電伝送効率が９４[％]から９７[％]に向上する。
上記の給電回路１ｂの実測結果は、回路シミュレーションによる給電回路１ａの解析結果と同等となっており、補償リアクタンスを備えた場合に電力の伝送効率が向上することが確認された。
また、図９に示した電圧ｖｒと電流ｉｒとの位相差に比べて、図１０に示した電圧ｖｒと電流ｉｒとの位相差の方が小さくなっている。
このように、補償コンデンサＣ１を備えることによって、各コイルにおける電圧と電流との位相差が小さくなり、皮相電力における送受電伝送効率が９４[％]から９７[％]に向上する。
上記の給電回路１ｂの実測結果は、回路シミュレーションによる給電回路１ａの解析結果と同等となっており、補償リアクタンスを備えた場合に電力の伝送効率が向上することが確認された。
【0042】
本開示の非接触給電回路は、例えば、給電回路１ａのように、送電側の回路に、結合係数ｋｔに応じた値の補償リアクタンス（補償コンデンサＣｔ）を設け、受電側の回路に、結合係数ｋｒに応じた値の補償リアクタンス（補償コンデンサＣｒ）を設けて、各コイルによる伝送効率を向上させるように構成されている。
また、本開示の非接触給電回路は、給電回路１ｂのように、受電側の回路に補償リアクタンス（補償コンデンサＣ１）を設け、送電側の回路に補償リアクタンス等を設けることなく構成し、各コイルによる伝送効率を向上させるように構成してもよい。
また、本開示の非接触給電回路は、送電側の回路に補償リアクタンスを設け、受電側の回路に補償リアクタンスを設けることなく構成し、各コイルによる伝送効率を向上させるように構成してもよい。
また、本開示の非接触給電回路は、給電回路１ｂのように、受電側の回路に補償リアクタンス（補償コンデンサＣ１）を設け、送電側の回路に補償リアクタンス等を設けることなく構成し、各コイルによる伝送効率を向上させるように構成してもよい。
また、本開示の非接触給電回路は、送電側の回路に補償リアクタンスを設け、受電側の回路に補償リアクタンスを設けることなく構成し、各コイルによる伝送効率を向上させるように構成してもよい。
【0043】
本開示の非接触給電回路は、前述の回路方程式を確立し、この回路方程式に基づいて補償リアクタンスを設定するようにしたので、各送受信コイルに生じる磁界の向き（磁界配位）に応じて、補償リアクタンスとしてインダクタ（インダクタンス）またはコンデンサ（キャパシタンス）を用い、電力の伝送効率を高めることができる。
また、本開示の非接触給電回路は、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との結合係数ｋｔ、ならびに、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との結合係数ｋｒに応じて補償リアクタンスの値を設定するようにしたので、送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２に対して受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２が移動する場合においても、補償リアクタンスの値を可変する必要がなく、高い効率で電力を伝送することができる。
また、本開示の非接触給電回路は、送電コイルＬｔ１と送電コイルＬｔ２との結合係数ｋｔ、ならびに、受電コイルＬｒ１と受電コイルＬｒ２との結合係数ｋｒに応じて補償リアクタンスの値を設定するようにしたので、送電コイルＬｔ１，Ｌｔ２に対して受電コイルＬｒ１，Ｌｒ２が移動する場合においても、補償リアクタンスの値を可変する必要がなく、高い効率で電力を伝送することができる。
【符号の説明】
【0044】
１，１ａ，１ｂ 給電回路
１０ 電源
１１ 負荷
１２ 第１送電部
１３ 第２送電部
１４ 受電部
２０ 第１送電コイル
２１ 第１受電コイル
２２ 第２受電コイル
２３ 第２送電コイル
１０ 電源
１１ 負荷
１２ 第１送電部
１３ 第２送電部
１４ 受電部
２０ 第１送電コイル
２１ 第１受電コイル
２２ 第２受電コイル
２３ 第２送電コイル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】