JP5262785B2 - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触電力伝送装置に関する。

図８に示すように、二つの銅線コイル５１，５２（共鳴コイル）を離れた状態で配置し、一方の銅線コイル５１から他方の銅線コイル５２に電磁場の共鳴によって電力を伝送することが紹介されている（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）。具体的には、交流電源５３に接続された１次コイル５４で発生した磁場を銅線コイル５１，５２による磁場共鳴により増強し、２次コイル５５により増強された銅線コイル５２付近の磁場から電磁誘導を利用して電力を取り出し負荷５６に供給する。そして、半径３０ｃｍの銅線コイル５１，５２を２ｍ離して配置した場合に、負荷５６としての６０Ｗの電灯を点灯できることが確認されている。

ＮＩＫＫＥＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ２００７．１２．３ １１７頁〜１２８頁

国際公開特許ＷＯ／２００７／００８６４６ Ａ２

この非接触電力伝送装置において交流電源の電力を負荷に効率良く供給するには、交流電源からの電力を効率良く共鳴系に供給することが必要になる。しかし、従来技術には非接触電力伝送装置の概要が記載されているだけで、具体的にどのようにすればそのような条件を満足できる非接触電力伝送装置を得ることができるのかに付いては記載されていない。

送信側（送電側）の銅線コイル５１と受信側（受電側）の銅線コイル５２との距離が一定で、かつ受電側に接続される負荷５６のインピーダンスが一定の状態で使用される非接触電力伝送装置の場合は、負荷５６のインピーダンスに対応した適切な共鳴系の共鳴周波数を実験により求めて、その周波数で交流電源５３から１次コイル５４に交流電圧を出力すればよい。しかし、負荷５６のインピーダンスが変化すると、電力を効率良く負荷５６に供給することができない。ここで、「共鳴系の共鳴周波数」とは、電力伝送効率ηが最大になる周波数を意味する。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、負荷のインピーダンスが変化しても、交流電源の交流電圧の周波数を変更せずに、電力伝送を適切な効率で行うことができる非接触電力伝送装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、交流電源と、前記交流電源に接続された１次コイルと、１次側共鳴コイルと、２次側共鳴コイルと、２次コイルと、前記２次コイルに接続された負荷とを備え、前記１次コイル、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル及び前記負荷は共鳴系を構成する非接触電力伝送装置であって、前記１次コイルと前記１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び前記２次コイルと前記２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方が、前記負荷のインピーダンスに対応して予め設定された距離となるように調整されて電力伝送効率が適切な値に維持される。ここで、「交流電源」とは、交流を出力する電源を意味する。また、「電力伝送効率が適切な値」とは、電力伝送効率がその負荷のインピーダンスでの最大値に限らず、最大値の９０％以上であることを意味する。負荷は、２次コイルに直接接続されても、整流回路や整合器等を介して接続されても良い。

この発明では、交流電源から１次コイルに共鳴系の共鳴周波数と同じ周波数又は共鳴周波数と多少ずれた周波数の交流電圧が印加され、印加された周波数と同じ周波数の電磁界が発生する。この電磁界の強さが１次側共鳴コイル及び２次側共鳴コイルにおける共鳴現象によって増大され、２次コイルによりエネルギーとして取り出される。そして、１次コイルと１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び２次コイルと２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方が、負荷のインピーダンスに対応して予め設定された距離となるように調整される。したがって、予め設定された距離を、対応する負荷のインピーダンスにおいて電力伝送効率が適切な値とすることにより、負荷のインピーダンスが変化しても、交流電源の交流電圧の周波数を変更せずに、電力伝送を適切な効率で行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記１次コイルと前記１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び前記２次コイルと前記２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方を変更する距離変更手段と、前記負荷のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段の測定結果に基づいて、前記軸方向の距離を変更する。

この発明では、交流電源からの電力伝送中に２次コイルに接続されている負荷のインピーダンスがインピーダンス測定手段により測定され、負荷のインピーダンスに対応して前記軸方向の距離が距離変更手段により変更される。したがって、負荷が変動しても、電力を適切な効率で伝送することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記負荷として定負荷でインピーダンスが異なるものが使用されるとともに、前記１次コイルと前記１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び前記２次コイルと前記２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方を変更する距離変更手段を備え、前記負荷のインピーダンスに対応して前記軸方向の距離が調整される。

この発明の非接触電力伝送装置では、受電側を構成する負荷である電気機器として定負荷でインピーダンスが異なるものが２次コイルに接続されて使用される。そして、使用される電気機器の負荷のインピーダンスに対応して１次コイルと１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び２次コイルと２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方が距離変更手段によって調整される。したがって、異なるインピーダンスの負荷が使用されても、交流電源の交流電圧の周波数を変更せずに、電力伝送を適切な効率で行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記距離変更手段は前記１次側共鳴コイル及び前記２次側共鳴コイルの少なくとも一方を移動させて前記軸方向の距離を変更する。１次コイルは交流電源に接続されているため、１次コイルと１次側共鳴コイルとの軸方向の距離を変更する構成として、１次コイルを移動させるより１次側共鳴コイルを移動させる方が構成が簡単になる。また、２次コイルは負荷に接続されているため、２次コイルと２次側共鳴コイルとの軸方向の距離を変更する構成として、２次コイルを移動させるより２次側共鳴コイルを移動させる方が構成が簡単になる。したがって、この発明では、前記軸方向の距離を変更するための構成が１次コイルや２次コイルを移動させる構成に比べて簡単になる。

本発明によれば、負荷のインピーダンスが変化しても、交流電源の交流電圧の周波数を変更せずに、電力伝送を適切な効率で行うことができる非接触電力伝送装置を提供することができる。

（ａ）は第１の実施形態の非接触電力伝送装置の構成図、（ｂ）は１次コイル（２次コイル）と１次側共鳴コイル（２次側共鳴コイル）との関係を示す模式図。 充電装置と移動体との関係を示す模式図。 １次コイル（２次コイル）と１次側共鳴コイル（２次側共鳴コイル）間の距離と、負荷と、電力伝送効率との関係を示すグラフ。 第２の実施形態の非接触電力伝送装置の構成図。 別の実施形態における１次コイル（２次コイル）と１次側共鳴コイル（２次側共鳴コイル）間の距離と、負荷と、電力伝送効率との関係を示すグラフ。 別の実施形態における１次コイル（２次コイル）と１次側共鳴コイル（２次側共鳴コイル）間の距離と、負荷と、電力伝送効率との関係を示すグラフ。 別の実施形態における１次コイル（２次コイル）と１次側共鳴コイル（２次側共鳴コイル）間の距離と、負荷と、電力伝送効率との関係を示すグラフ。 従来技術の非接触電力伝送装置の構成図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１（ａ）は、非接触電力伝送装置１０の構成を模式的に示す。図１（ａ）に示すように、非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１と、交流電源１１に接続された１次コイル１２と、１次側共鳴コイル１３と、２次側共鳴コイル１４と、２次コイル１５と、２次コイル１５に接続された負荷１６とを備えている。１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４にはそれぞれコンデンサ１７，１８が並列に接続されている。１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４、２次コイル１５、負荷１６及びコンデンサ１７，１８は共鳴系１９を構成する。

１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５は同軸上に配置されるとともに、１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２はそれぞれ変更可能に構成されている。また、非接触電力伝送装置１０は、１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１を変更する距離変更手段２０と、２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２を変更する距離変更手段２１と、負荷１６のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段２２と、制御装置２３とを備えている。インピーダンス測定手段２２は共鳴系１９の入力インピーダンス（１次コイル１２の両端で測定した共鳴系１９全体のインピーダンス）を測定する。制御装置２３は、インピーダンス測定手段２２の測定結果に基づいて、距離変更手段２０，２１を制御して前記軸方向の距離Ｌ１，Ｌ２を変更する。

交流電源１１は、交流電圧を出力する電源である。交流電源１１の交流電圧の周波数は、共鳴系１９の予め設定された共鳴周波数に設定されている。この実施形態では、負荷１６が５０Ωの時に電力伝送効率が最大になる周波数に設定されている。

１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５は、それぞれ電線が一平面上で巻回された形状に形成されている。この実施形態では、１次コイル１２及び２次コイル１５が同じに形成され、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４が同じに形成されるとともに、１次コイル１２及び２次コイル１５の径が１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の径より小さく形成されている。図１（ｂ）に１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との関係を示す。図１（ｂ）に示すように、１次コイル１２及び１次側共鳴コイル１３は、巻きピッチＰが一定の同じ渦巻きの一部を構成するとともに、両端が渦巻きの径方向に沿って配置されるように形成されている。そして、１次コイル１２は両端において交流電源１１に接続され、２次コイル１５は両端において負荷１６に接続されるようになっている。また、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の両端にコンデンサ１７，１８がそれぞれ接続されている。

１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５は、それぞれ、平板状又は平板枠状の支持部材２４，２５，２６，２７により同軸上に位置するように支持されている。１次側共鳴コイル１３の支持部材２５及び２次側共鳴コイル１４の支持部材２６は、それぞれ独立に図示しないガイド部材（例えば、ガイド軸）に沿って軸方向に移動可能に支持されている。距離変更手段２０，２１は、例えば、モータ２８，２９と、モータ２８，２９により回転されるねじ軸３０ａ，３１ａと、ねじ軸３０ａ，３１ａに螺合するナット部材３０ｂ，３１ｂとにより構成されている。ナット部材３０ｂ，３１ｂは支持部材２５，２６に固定され、モータ２８，２９の駆動により支持部材２５，２６と共に１次側共鳴コイル１３や２次側共鳴コイル１４が移動されるようになっている。

制御装置２３は、ＣＰＵ３２及びメモリ３３を備え、メモリ３３にはインピーダンス測定手段２２の測定結果、即ち共鳴系１９の入力インピーダンスに基づいて、２次コイル１５に接続されている負荷１６のインピーダンスを演算する負荷演算プログラムが記憶されている。即ち、インピーダンス測定手段２２は、負荷１６のインピーダンスを間接的に測定している。また、メモリ３３には負荷１６のインピーダンスと、そのインピーダンスにおいて電力伝送効率（効率）が最大になるための１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２との関係を示すデータがマップ又は関係式として記憶されている。このデータは予め試験により求められる。電力伝送効率ηは次のようにして求められる。

電力伝送効率η＝（負荷での消費電力／１次コイルへの入力電力）×１００［％］
また、ＣＰＵ３２は、インピーダンス測定手段２２の測定結果から負荷１６のインピーダンスを演算するとともに、その状態における適切な１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２を設定する。そして、ＣＰＵ３２はその距離となるように距離変更手段２０，２１を制御する。

図２は、非接触電力伝送装置１０を移動体（例えば、車両）４０に搭載された２次電池４１に対して非接触充電を行うシステムに適用した場合の充電装置４３と移動体４０とを模式的に示す。２次側共鳴コイル１４、２次コイル１５、整流回路４４、負荷１６としての２次電池４１、距離変更手段２１及び距離変更手段２１を制御する駆動制御装置４２が移動体４０に搭載されている。交流電源１１、１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、距離変更手段２０、インピーダンス測定手段２２及び制御装置２３は、２次電池４１に非接触状態で充電を行う充電装置４３に装備されている。充電装置４３は充電ステーションに設けられている。駆動制御装置４２は、制御装置２３から図示しない無線通信装置を介して、適切な２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２のデータを入力し、そのデータに基づいて距離変更手段２１のモータ２９を制御するようになっている。即ち、制御装置２３のＣＰＵ３２は駆動制御装置４２を介して間接的に距離変更手段２１を制御する。

図３に、負荷１６が５０Ωで１次コイル１２への入力電圧の周波数を１０ＭＨｚ程度とした場合に電力伝送効率ηが最大になる状態を基準として、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４間の距離を設定し、その状態から負荷１６のインピーダンスを変更した場合における電力伝送効率が最大になる距離Ｌ１，Ｌ２の関係の一例を示す。なお、図３において、黒丸のグラフが距離Ｌ１，Ｌ２を調整した場合の電力伝送効率を示し、黒三角のグラフが距離Ｌ１，Ｌ２を０ｍｍで一定に保持した場合（オフセット無しの場合）の電力伝送効率を示す。また、共鳴系１９を構成する各コイルの電線として直径３ｍｍの銅線を使用した。１次コイル１２及び２次コイル１５として半径ｒ１（図１（ｂ）に図示）が１２０ｍｍ程度、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４として半径ｒ２（図１（ｂ）に図示）が１５０ｍｍ程度のものを使用した。

次に前記のように構成された非接触電力伝送装置１０の作用を説明する。
移動体４０に搭載された２次電池４１の充電が必要な状態になると、移動体４０は充電装置４３による２次電池４１の充電を行うために、充電装置４３と対応する位置で停止する。２次電池４１への充電時には、充電装置４３との距離が一定となる所定の充電位置に移動体４０が停止した状態で充電が行われる。この停止位置は負荷１６のインピーダンス即ち充電時の２次電池４１の負荷のインピーダンスが５０Ωのときに電力伝送効率が最大となるように設定されている。

移動体４０が充電位置に停止すると、交流電源１１から１次コイル１２に予め設定された周波数で交流電圧が出力され、１次コイル１２に磁場が発生する。この磁場が１次側共鳴コイル１３と２次側共鳴コイル１４とによる磁場共鳴により増強される。増強された２次側共鳴コイル１４付近の磁場から２次コイル１５により電力が取り出されて整流回路４４を通して２次電池４１に供給されて充電が行われる。

充電前及び充電中、インピーダンス測定手段２２が入力インピーダンスの測定を行い、測定結果は制御装置２３に送られる。ＣＰＵ３２は測定結果に基づき、負荷のインピーダンスに対応した適切な距離Ｌ１，Ｌ２を演算する。そして、距離変更手段２０，２１に対して制御信号が送られ、距離変更手段２０，２１により１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２が負荷のインピーダンスに対応した適切な距離に変更される。したがって、負荷が変動しても、電力伝送を適切な効率で行うことができる。

負荷の値が２０Ω〜２００Ωまで変化（変動）する場合、距離Ｌ１，Ｌ２を負荷のインピーダンスに関わりなく０ｍｍに設定すると、図３に黒三角のグラフで示すように、負荷が４０Ω〜７６Ωの範囲では電力伝送効率が９０％以上になったが、前記範囲から外れると電力伝送効率は９０％未満になり、２０Ωでは７３％、２００Ωでは６１％になった。一方、距離Ｌ１，Ｌ２を負荷に対応して調整した場合は、黒丸のグラフで示すように、抵抗が２０Ωの場合に電力伝送効率が９０％で最小になり、３２Ω〜１４０Ωの範囲で電力伝送効率が９４％以上、抵抗が２００Ωでも電力伝送効率が９１％より大きくなった。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）非接触電力伝送装置１０は、交流電源１１と、交流電源１１に接続された１次コイル１２と、１次側共鳴コイル１３と、２次側共鳴コイル１４と、２次コイル１５と、２次コイル１５に接続された負荷１６とを備え、１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４、２次コイル１５及び負荷１６は共鳴系１９を構成する。１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２の少なくとも一方が、負荷１６のインピーダンスにおいて電力伝送効率が最大となる値に調整される。したがって、負荷１６のインピーダンスが変化しても、交流電源１１の交流電圧の周波数を変更せずに、電力伝送を適切な効率で行うことができる。

（２）負荷１６のインピーダンスを間接的に測定するインピーダンス測定手段２２と、１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１を変更する距離変更手段２０と、２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２を変更する距離変更手段２１とを備えている。制御装置２３は、インピーダンス測定手段２２の測定結果に基づいて、負荷１６のインピーダンスに対応した適切な距離Ｌ１，Ｌ２を演算する。そして、交流電源１１からの電力伝送中に２次コイル１５に接続されている負荷１６のインピーダンスが変動すると、負荷１６のインピーダンスに対応して前記軸方向の距離Ｌ１，Ｌ２が距離変更手段２０，２１により自動的に変更される。したがって、負荷１６のインピーダンスが変動しても、交流電源１１の交流電圧の周波数を変更せずに、電力伝送を適切な効率で行うことができる。

（３）距離変更手段２０，２１は１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の少なくとも一方を移動させて軸方向の距離Ｌ１，Ｌ２を変更する。したがって、交流電源１１に接続されている１次コイル１２や負荷１６に接続されている２次コイル１５を移動させる構成に比べて、軸方向の距離Ｌ１，Ｌ２を変更するための構成が簡単になる。

（４）非接触電力伝送装置１０は、移動体４０に搭載された２次電池４１に対して非接触充電を行うシステムに適用されている。そして、負荷１６のインピーダンスを計測するインピーダンス測定手段２２が移動体４０ではなく充電装置４３に設けられている。したがって、インピーダンス測定手段２２を移動体４０側に設ける構成に比べてインピーダンス測定手段２２の数を少なくすることができる。

（５）２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５は移動体４０に搭載されるとともに２次コイル１５は負荷としての２次電池４１に接続されており、交流電源１１、１次コイル１２及び１次側共鳴コイル１３は２次電池４１に非接触状態で充電を行う充電装置４３に装備されている。そして、充電装置４３は制御装置２３により、２次電池４１の充電状態を把握して充電制御を行う。したがって、充電に際して充電不足や過充電を回避することができる。

（６）ＣＰＵ３２は、インピーダンス測定手段２２の測定結果に基づいて、２次コイル１５に接続されている２次電池４１（負荷１６）のインピーダンスを演算する。したがって、２次電池４１の充電状態を把握するのに専用のセンサを設ける必要がない。また、送電側で受電側の負荷のインピーダンスを計測することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を説明する。この実施形態では、非接触電力伝送装置１０の送電側だけでなく、受電側を構成する要素も移動体４０に装備されずに定位置に配置される点と、負荷１６として定負荷でかつ負荷のインピーダンスが異なるものが２次コイル１５に対して、目的に応じて適宜接続されて使用される点が前記第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と基本的に同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

図４に示すように、２次コイル１５には、負荷１６としての電気機器がコネクタ３４を介して接続可能に構成されている。メモリ３３には、２次コイル１５に負荷１６が接続されると、インピーダンス測定手段２２により負荷１６のインピーダンスを測定するとともに、その測定結果に基づいて適切な効率で電力伝送を行うための適切な距離Ｌ１，Ｌ２をＣＰＵ３２が演算するプログラムが記憶されている。

この実施形態では、２次コイル１５に負荷１６が接続されると、電力伝送を適切な効率で行うための１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２が演算され、距離変更手段２０，２１により１次及び２次側共鳴コイル１３，１４が適切な位置に移動される。そして、交流電源１１から一定の周波数で交流電圧が出力されて電力伝送が行われる。

この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の（１），（３）の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（７）負荷１６として定負荷でインピーダンスが異なるものが使用されるとともに、２次コイル１５に負荷１６が接続されると、接続された負荷１６のインピーダンスに対応して距離変更手段２０，２１により軸方向の距離Ｌ１，Ｌ２の少なくとも一方が電力伝送を適切な効率で行う値に調整される。したがって、異なるインピーダンスの負荷１６が使用されても、交流電源１１の交流電圧の周波数を変更せずに、電力伝送中に負荷１６のインピーダンスを測定せずに電力伝送を適切な効率で行うことができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ １次コイル１２及び２次コイル１５の径が１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の径より小さく形成されている構成に限らない。例えば、１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３の径より小さく、２次コイル１５の径が２次側共鳴コイル１４の径より大きく形成したり、１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３径より大きく、２次コイル１５の径が２次側共鳴コイル１４の径より小さく形成したりしてもよい。また、１次コイル１２及び２次コイル１５の径が１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の径より大きく形成したり、１次コイル１２及び２次コイル１５の径が１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の径と同じに形成したりしてもよい。

１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３の径より小さく、２次コイル１５の径が２次側共鳴コイル１４の径より大きな場合の１次コイル１２及び２次コイル１５と１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４間の距離と、負荷と、電力伝送効率との関係を図５に示す。また、１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３の径より大きく、２次コイル１５の径が２次側共鳴コイル１４の径より小さな場合における同じ関係を図６に、１次コイル１２及び２次コイル１５の径が１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の径より大きな場合における同じ関係を図７にそれぞれ示す。なお、図５〜図７において、黒丸のグラフは距離Ｌ１，Ｌ２を調整した場合の電力伝送効率を示し、黒三角のグラフは距離Ｌ１，Ｌ２を０ｍｍで一定に保持した場合（オフセット無しの場合）の電力伝送効率を示す。

図３及び図５に示すように、１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３の径より小さい場合は、電力伝送効率が最大となる１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１は負荷の増加によってほぼ単調増加する。しかし、図６及び図７に示すように、１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３の径より大きい場合は、電力伝送効率が最大となる１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１は単調増加ではなく、ピークを有する特性になる。一方、２次コイル１５の場合は、２次コイル１５の径が２次側共鳴コイル１４の径より大きくても小さくても、電力伝送効率が最大となる２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２は負荷の増加によってほぼ単調減少する。また、負荷が少なくとも８０Ωより大きい場合は、１次コイル１２と２次コイル１５との大小関係に関わらず、距離Ｌ１の方が距離Ｌ２より大きくなる。

また、１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３の径より小さい場合の方が、１次コイル１２の径が１次側共鳴コイル１３の径より大きい場合に比べて、負荷のインピーダンスの広い範囲にわたって電力伝送効率を９０％より高い状態に維持することができる。

○ １次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２の距離は、負荷１６のインピーダンスに対応して電力伝送効率が最大となる距離に限らず、電力伝送効率が適切な値になる距離となるように距離変更手段２０，２１によって調整されればよい。「電力伝送効率が適切な値」とは、電力伝送効率がその負荷のインピーダンスでの最大値の９０％以上であることを意味する。

○ １次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１及び２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２の距離を変更する場合、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の位置を変えずに、距離変更手段２０，２１が１次コイル１２及び２次コイル１５の位置を変更する構成としてもよい。

○ ２次電池４１を備えた移動体４０に充電を行うシステムに適用する場合、移動体４０は車両や無人搬送車に限らず、２次電池４１を備えた自走式のロボットあるいは携帯用の電子機器であってもよい。また、携帯用の電子機器の場合、小型化を図るため２次コイル１５と２次側共鳴コイル１４との軸方向の距離Ｌ２を変更せずに、１次コイル１２と１次側共鳴コイル１３との軸方向の距離Ｌ１のみを変更する構成としてもよい。例えば、負荷１６の変動範囲が８０Ω〜２００Ωの場合、１次コイル１２及び２次コイル１５の径を１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の径より小さく形成すれば、距離変更手段２１を設けなくても、図３に示すように、負荷１６が変動しても電力伝送効率を９２％以上に確保することができる。

○ 非接触電力伝送装置１０は、動力源としては非接触電力伝送を受けずに通常の電力で駆動されるコンベア等の移送手段により定められた作業位置に移動され、かつ定電力で駆動されるとともに定格電力が異なる複数のモータを負荷１６として備えた装置に適用してもよい。この場合、各モータが負荷１６を構成し、移送手段には各負荷１６に対応して２次側共鳴コイル１４、２次コイル１５及び距離変更手段２１が設けられる。また、作業位置に交流電源１１、１次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、距離変更手段２０及び制御装置２３が設けられる。そして、負荷１６が作業位置に移動された状態で、距離Ｌ１，Ｌ２がその負荷１６に対応した値に調整された後、交流電源１１から電力伝送が行われる。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５を同軸上に配置する構成として、各コイルが水平方向に延びる軸上に位置する構成に代えて、例えば、各コイルが鉛直方向に延びる軸上に位置する構成にしてもよい。非接触電力伝送装置１０の２次側（受電側）が移動体４０に装備される場合、１次側（送電側）は移動体４０の停止位置の上方（例えば天井）に設けられたり、停止位置の下方（例えば床又は地上側の凹部）に設けられたりする。

○ インピーダンス測定手段２２として共鳴系１９における入力インピーダンスを測定して間接的に負荷１６のインピーダンスを測定する構成に代えて、負荷１６のインピーダンスを直接測定する構成のインピーダンス測定手段２２を設けてもよい。この場合、インピーダンス測定手段２２は受電側（２次側）に設けられ、２次側が移動体４０に装備される非接触電力伝送装置１０に適用する場合は、インピーダンス測定手段２２の測定結果は無線装置により制御装置２３に送られる。

○ 非接触電力伝送装置１０が使用中に段階的に負荷のインピーダンスが変化する電気機器を負荷１６として使用する場合、負荷のインピーダンスが変化する時期が予め決まっている場合、負荷１６の駆動開始時（非接触電力伝送装置１０の電力伝送開始時）からの経過時間で、距離Ｌ１，Ｌ２を調整するようにしてもよい。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５の規格の巻数、巻径は前記実施形態の値に限らず、伝送しようとする電力の大きさ等に対応して適宜設定される。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５は、それぞれ電線が一平面上で渦巻き状に巻回された形状に限らず、電線がコイルスプリングのように筒状に巻回された形状としてもよい。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５の外形は、円形に限らず、例えば、四角形や六角形や三角形等の多角形にしたり、あるいは楕円形にしたりしてもよい。

○ １次コイル１２、１次側共鳴コイル１３、２次側共鳴コイル１４及び２次コイル１５の外形は、ほぼ左右対称な形状に限らず、非対称な形状であってもよい。
○ １次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４に接続されたコンデンサ１７，１８を省略してもよい。しかし、コンデンサ１７，１８を接続した構成の方が、コンデンサ１７，１８を省略した場合に比べて、共鳴周波数を下げることができる。また、共鳴周波数が同じであれば、コンデンサ１７，１８を省略した場合に比べて、１次側共鳴コイル１３及び２次側共鳴コイル１４の小型化が可能になる。

○ 交流電源１１は、交流電圧の周波数が変更可能でも変更不能でもよい。
○ 電線は断面円形の一般的な銅線に限らず、矩形断面の板状の銅線であってもよい。
○ 電線の材料は銅に限らず、例えば、アルミニウムや銀を用いてもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記２次側共鳴コイル及び前記２次コイルは移動体に搭載されるとともに前記２次コイルは負荷としての２次電池に接続されており、前記交流電源、前記１次コイル及び前記１次側共鳴コイルは前記２次電池に非接触状態で充電を行う充電装置に装備されている。

（２）請求項１〜請求項４及び前記技術的思想（１）のいずれか１項に記載の発明において、前記１次コイルの径は前記１次側共鳴コイルの径より大きく形成されている。

Ｌ１，Ｌ２…距離、１０…非接触電力伝送装置、１１…交流電源、１２…１次コイル、１３…１次側共鳴コイル、１４…２次側共鳴コイル、１５…２次コイル、１６…負荷、１９…共鳴系、２０，２１…距離変更手段、２２…インピーダンス測定手段、４１…負荷としての２次電池。

Claims (4)

1. 交流電源と、
   前記交流電源に接続された１次コイルと、
   １次側共鳴コイルと、
   ２次側共鳴コイルと、
   ２次コイルと、
   前記２次コイルに接続された負荷とを備え、
   前記１次コイル、前記１次側共鳴コイル、前記２次側共鳴コイル、前記２次コイル及び前記負荷は共鳴系を構成する非接触電力伝送装置であって、
   前記１次コイルと前記１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び前記２次コイルと前記２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方が、前記負荷のインピーダンスに対応して予め設定された距離となるように調整されて電力伝送効率が適切な値に維持されることを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記１次コイルと前記１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び前記２次コイルと前記２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方を変更する距離変更手段と、前記負荷のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段とを備え、前記インピーダンス測定手段の測定結果に基づいて、前記軸方向の距離を変更する請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記負荷として定負荷でインピーダンスが異なるものが使用されるとともに、前記１次コイルと前記１次側共鳴コイルとの軸方向の距離及び前記２次コイルと前記２次側共鳴コイルとの軸方向の距離の少なくとも一方を変更する距離変更手段を備え、前記負荷のインピーダンスに対応して前記軸方向の距離が調整される請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記距離変更手段は前記１次側共鳴コイル及び前記２次側共鳴コイルの少なくとも一方を移動させて前記軸方向の距離を変更する請求項２又は請求項３に記載の非接触電力伝送装置。

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