JP5773693B2

JP5773693B2 - 給電システム

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Publication number: JP5773693B2
Application number: JP2011060604A
Authority: JP
Inventors: 和義加々美; 堀内　学; 学堀内; 田中　信吾; 信吾田中
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: JP2012200032A

Description

本発明は、給電システムに係り、特に、給電側コイルから受電側コイルに非接触で電力を供給する給電システムに関するものである。

上述した給電システムとして、例えば図１５及び図１６に示すものが知られている（特許文献１、２）。同図に示すように、給電システム１は、給電部３と、受電部５と、を備えている。上記給電部３は、電力が供給される給電側ループアンテナ６と、給電側ループアンテナ６に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され当該給電側ループアンテナ６に電磁結合された給電側ヘリカルコイル７（＝給電側コイル）と、が設けられている。上記給電側ループアンテナ６に電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル７に送られる。

上記受電部５は、給電側ヘリカルコイル７に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル８（＝受電側コイル）と、この受電側ヘリカルコイル８に対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され当該受電側ヘリカルコイル８に電磁結合された受電側ループアンテナ９と、が設けられている。給電側ヘリカルコイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル８にワイヤレスで送られる。

さらに、受電側ヘリカルコイル８に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ９に送られ、この受電側ループアンテナ９に接続された負荷に供給される。上述した給電システム１によれば、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８との電磁共鳴により非接触で給電側から受電側に電力を供給することができる。

そして、上述した受電部５を自動車４に設け、給電部３を道路２などに設けることにより、上述した給電システム１を利用してワイヤレスで自動車４に搭載された負荷に電力を供給することが考えられている。ところで、上述した給電システム１においては、給電側ヘリカルコイル７の中心軸Ｃ₁と、受電側ヘリカルコイル８の中心軸Ｃ₂と、が同軸となるように、自動車４を停車させることは難しく、図１７に示すように中心軸Ｃ₁、Ｃ₂にずれｄが生じることがある。

本発明者らは、上述した図１６に示す給電システム１である従来品において、上述した受電側ヘリカルコイル８を図１６中のＸ方向に移動して、中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれｄｘを０ｍｍ〜２．３ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナ９の伝送効率をシミュレーションした。結果を図３の点線で示す。

なお、このとき受電側ループアンテナ９としては径Ｒ₁₂が０．５ｄ₁ｍｍのものを用い、受電側ヘリカルコイル８としては径Ｒ₂₂がｄ₁ｍｍのものを用いている。また、給電側ループアンテナ６としては径Ｒ₁₁が２．６７ｄ₁ｍｍのものを用い、給電側ヘリカルコイル７としては径Ｒ₂₁が３ｄ₁ｍｍのものを用いている。即ち、給電側ヘリカルコイル７の径Ｒ₂₁は受電側ヘリカルコイル８の径Ｒ₂₂のおよそ３倍となる。さらに、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８との距離Ｌ₁は０．６７ｄ₁ｍｍに固定し、給電側ループアンテナ６、受電側ループアンテナ９の特性インピーダンスは、何れも５０Ωとしている。

図３に示すように、中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれｄｘが０ｍｍ〜ｄ₁ｍｍであれば、伝送効率は１００％近くになるが、中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれｄｘがｄ₁ｍｍを超える伝送効率が低下しはじめ、ずれｄｘが大きくなるに従って伝送効率の低下も大きくなる、という問題があった。

また、本発明者らは、上述した図１６に示す給電システム１において、上述した受電側ヘリカルコイル８を図１６中のＸＹ平面上において中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれ（ｄｘ、ｄｙ）を０ｍｍ≦ｄｘ≦１．５ｄ₁ｍｍ、０≦ｄｙ≦１．５ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナ９の伝送効率をシミュレーションした。結果を図１８に示す。

同図に示すように、中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれｄｘ、ｄｙが０ｍｍ〜ｄ₁ｍｍであれば、伝送効率は１００％近くになるが、中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれｄｘ、ｄｙがｄ₁ｍｍを超える伝送効率が低下しはじめ、ずれｘが大きくなるに従って伝送効率の低下も大きくなる、という問題があった。

また、特許文献３には、給電側コイルを自動車の進行方向に沿って複数並べて配置する給電システムが提案されている。この給電システムは、複数の給電側コイルのうち自動車の進行方向後ろ側から前側に向かって１つづつ順次電力を給電させて、自動車を進行方向に向かって移動させるものであり、自動車を停車したまま給電できるものではない。

特開２０１０−１２４５２２号公報特開２０１０−６８６５７号公報特開２００９−７１９０９号公報

そこで、本発明は、給電側コイルと受電側コイルとの中心軸のずれに起因する伝送効率の低下を抑制し、給電部から受電部へ高効率で電力を供給することができる給電システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、電力が供給される複数の給電側コイルと、前記複数の給電側コイルに対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると当該給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力が伝送される受電側コイルと、前記複数の給電側コイルのうち前記受電側コイルに最も近い位置に配置されている１つを近接コイルとして検出する位置検出手段と、前記複数の給電側コイルのうち前記位置検出手段により検出された前記近接コイルのみ電力を供給する第１電力供給手段と、前記複数の給電側コイルに順次電力を供給する第２電力供給手段と、前記各給電側コイルでの前記電力の反射波を検出する反射波検出手段と、備え、前記位置検出手段が、前記複数の給電側コイルのうち、前記第２電力供給手段による電力供給中に前記反射波検出手段により検出された反射波が最も小さいものを前記近接コイルとして検出することを特徴とする給電システムに存する。

請求項２記載の発明は、前記給電側コイル及び前記受電側コイルが、円形のヘリカル状に形成され、前記複数の給電側コイルは、互いに一部が重ねられるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の給電システムに存する。

請求項３記載の発明は、前記給電側コイル及び前記受電側コイルが、四角形のスパイラル状に形成され、前記複数の給電側コイルが、同一平面上に互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の給電システムに存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、給電側コイルを複数設けることにより、給電側コイルと受電側コイルとの中心軸のずれによって生じる伝送効率の低下を抑制することができる。しかも、第１電力給電手段が、複数の給電側コイルのうち位置検出手段により検出された近接コイルのみ電力を供給することにより、複数の給電側コイルに同時に電力が供給されることによって生じる干渉がなくなり、より一層、給電側コイルと受電側コイルとの中心軸のずれによって生じる伝送効率の低下を抑制することができる。このため、給電部から受電部へ高効率で電力を供給することができる。

請求項１記載の発明によれば、位置検出手段が、複数の給電側コイルのうち反射波検出手段により検出された反射波が最も少ないものを近接コイルとして検出するので、受電側コイルに定期的に信号を送信しなくても近接コイルを検出することができ、より一層、高効率で給電部から受電部へ電力を供給することができる。

請求項２記載の発明によれば、交流電力の供給を互いに隣り合った一方から他方に切り替える地点での伝送効率の低下を抑制することができる。

請求項３記載の発明によれば、複数の給電側コイルの軸方向と直交する平面において、給電側コイルの並び方向及びこの並び方向に直交する方向の双方での給電側コイルと受電側コイルとの中心軸のずれによって生じる伝送効率の低下を抑制することができる。

第１参考例における給電システムを示す図である。（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の給電システムを構成する給電部及び受電部の斜視図及び側面図である。図１６に示す従来品において中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれｘを０ｍｍ〜２．３ｄ₁ｍｍの範囲内で変化させたときの伝送効率と、図２に示す本発明品Ａにおいて中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₂のずれｄｘを０〜３ｄ₁ｍｍの範囲内で変化させたときの伝送効率と、をシミュレーションした結果を示すグラフである。第２参考例における給電システムを示す図である。図４に示す受電側ヘリカルコイルの動作を示すタイムチャートである。第１実施形態における本発明の給電システムを示す図である。第２実施形態における本発明の給電システムを構成する給電部及び受電部の側面図である。図７に示す２つの給電側ヘリカルコイルの重ね幅ｗを０．１７ｄ₁ｍｍ、０．３３ｄ₁ｍｍ、０．５ｄ₁ｍｍ、０．６７ｄ₁ｍｍ、０．８３ｄ₁ｍｍとした本発明品Ｂ₁〜Ｂ₅において、中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₂のずれｄｘを０ｍｍ〜２．５ｄ₁ｍｍの範囲内で変化させたときの伝送効率を示すグラフである。図７に示す給電側ヘリカルコイルの重ね幅ｗ＝０．５ｄ₁ｍｍの本発明品Ｂ₂において、中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₂のずれｄｙ＝０ｍｍ、０．６７ｄ₁ｍｍ、ｄ₁ｍｍに固定した状態で、ずれｄｘ＝０ｍｍ〜２．３ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの伝送効率を示すグラフである。第３実施形態における本発明の給電システムを構成する給電部及び受電部の斜視図である。第３実施形態における本発明の給電システムを構成する給電部及び受電部の斜視図である。比較品における中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₂のずれ（ｄｘ、ｄｙ）と伝送効率との関係を示すグラフである。図１０に示す２つの給電側スパイラルコイルの距離Ｌ₂を０．１ｄ₁ｍｍ、０．０３ｄ₁ｍｍとした本発明品Ｃ₁、Ｃ₂と、図１１に示す２つの給電側スパイラルコイルの重ね幅ｗを０．１７ｄ₁ｍｍ、０．３３ｄ₁ｍｍ、０．５ｄ₁ｍｍ、０．６７ｄ₁ｍｍとした本発明品Ｄ₁〜Ｄ₄と、において、中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₂のずれｄｘを０〜２．５ｄ₁ｍｍの範囲内で変化させたときの伝送効率を示すグラフである。図１０に示す２つの給電側スパイラルコイルの距離Ｌ₂＝０．０３ｄ₁ｍｍの本発明品Ｃ１において、中心軸Ｃ１１、Ｃ２のずれｄｙ＝０ｍｍ、０．６７ｄ₁ｍｍ、ｄ₁ｍｍに固定した状態で、ずれｄｘ＝０ｍｍ〜３ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの伝送効率を示すグラフである。従来の給電システムの一例を示す図である。（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１５に示す給電システムを構成する給電部及び受電部の斜視図及び側面図である。従来の給電システムの問題点を説明するための説明図である。図１６に示す従来品における中心軸Ｃ₁、Ｃ₁のずれ（ｄｘ、ｄｙ）と伝送効率との関係を示すグラフである。

（第１参考例）
以下、第１参考例における給電システムを図１及び図２に基づいて説明する。図１は、第１参考例における本発明の給電システムを示す図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の給電システムを構成する給電部及び受電部の斜視図及び側面図である。同図に示すように、給電システム１は、道路２上などに設けられた給電部３と、自動車４の腹部分などに設けられた受電部５と、を備えている。

給電部３は、図１及び図２に示すように、電力が供給される２つの給電側ループアンテナ６ａ、６ｂと、この給電側ループアンテナ６ａ、６ｂに対してその中心軸方向に対向するように離間して配置され、給電側ループアンテナ６ａ、６ｂに電磁結合された給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂ（＝給電側コイル）と、が設けられている。

この給電側ループアンテナ６ａ、６ｂはそれぞれ、円形のループ状に設けられていて、その中心軸Ｃ₁₁及びＣ₁₂（図２）が道路２から自動車４の腹部分に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。上述した給電側ループアンテナ６ａ、６ｂには、交流電源Ｖ（図１）からの交流電力が供給されている。これら給電側ループアンテナ６ａ、６ｂは互いに同一に設けられている。

上記給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂは、例えば巻線を円形のヘリカル状に巻いて構成されている。この給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂの径はそれぞれ、給電側ループアンテナ６ａ、６ｂの径よりも大きく設けられている。また、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂは、互いに同一であり、上記給電側ループアンテナ６ａ、６ｂの自動車４側に給電側ループアンテナ６ａ、６ｂと同軸上に配置されている。本実施形態では、給電側ループアンテナ６ａ、６ｂは、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂの最も自動車４から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。

これにより、給電側ループアンテナ６ａ及び給電側ヘリカルコイル７ａと、給電側ループアンテナ６ｂ及び給電側ヘリカルコイル７ｂと、は互いに電磁結合できる範囲内、即ち、給電側ループアンテナ６ａ、６ｂに交流電力が供給され、交流電流が流れると給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂに電磁誘導が発生するような範囲内で、互いに離間して設けられている。また、上述した給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂは、同一平面上に互いにその並び方向Ｘにおいて距離Ｌ₂（図２）だけ離間して設けられている。

上記受電部５は、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂに対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル８と、この受電側ヘリカルコイル８に対してその中心軸方向に対向するように配置され受電側ヘリカルコイル８に電磁結合された受電側ループアンテナ９と、が設けられている。

上記受電側ループアンテナ９には、図示しない車載バッテリなどの負荷が接続されている。また、受電側ループアンテナ９は、円形のループ状に設けられていて、その中心軸Ｃ₂（図２）が自動車４の腹部分から道路２に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。また、上記受電側ループアンテナ９は、上述した給電側ループアンテナ６ａ、６ｂの径よりも小さな径に設けられている。

上記受電側ヘリカルコイル８は、例えば巻線を円形のヘリカル状に巻いて構成されている。この受電側ヘリカルコイル８の径は、上記給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂの径よりも小さく、上記受電側ループアンテナ９の径よりも大きく設けられている。即ち、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂの径は、受電側ヘリカルコイル８の径よりも大きくなるように設けられている。また、受電側ヘリカルコイル８は、上述した受電側ループアンテナ９の道路２側に、受電側ループアンテナ９と同軸上に配置されている。本実施形態では、受電側ループアンテナ９は、受電側ヘリカルコイル８の最も道路２から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。

これにより、受電側ループアンテナ９と受電側ヘリカルコイル８とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、受電側ヘリカルコイル８に交流電流が流れると受電側ループアンテナ９に誘導電流が発生する範囲内に、互いに離間して設けられている。

上述した給電システム１によれば、自動車４の受電部５が道路２に設けた給電部３に近づいて給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂと受電側ヘリカルコイル８とが中心軸方向に互いに間隔を空けて対向したときに、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂと受電側ヘリカルコイル８とが電磁共鳴して給電部３から受電部５に非接触で電力を供給できる。

詳しく説明すると、上記給電側ループアンテナ６ａ、６ｂに交流電流が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂに送られる。即ち、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂには、給電側ループアンテナ６ａ、６ｂを介して電力が供給される。給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂに電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル８にワイヤレスで送られる。さらに、受電側ヘリカルコイル８に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ９に送られ、この受電側ループアンテナ９に接続された負荷に供給される。

また、上述した給電システム１は、さらに図１に示すように、給電側ループアンテナ６ａと交流電源Ｖとの間に設けられたスイッチ１０ａと、給電側ループアンテナ６ｂと交流電源Ｖとの間に設けられたスイッチ１０ｂと、これらスイッチ１０ａ、１０ｂのオンオフを制御するＣＰＵ１１と、受電側ヘリカルコイル８の近傍に配置された送信器１２と、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂの近傍にそれぞれ配置された２つの受信器１３ａ及び１３ｂと、を備えている。

上記スイッチ１０ａ及び１０ｂは、互いに並列に接続されてる。これにより、スイッチ１０ａをオンして、スイッチ１０ｂをオフすると、交流電源Ｖからの交流電力は、給電側ループアンテナ６ａのみ供給され、給電側ループアンテナ６ｂには供給されない。一方、スイッチ１０ａをオフして、スイッチ１０ｂをオンすると、交流電源Ｖからの交流電力は、給電側ループアンテナ６ｂのみに供給され、給電側ループアンテナ６ａには供給されない。

上記ＣＰＵ１１は、これらスイッチ１０ａ及び１０ｂと、後述する受信器１３ａ及び１３ｂと、に接続されていて、給電部３全体の制御を司る。上記送信器１２は、受電側ヘリカルコイル８近傍に配置されるように自動車４の腹部分に設置されている。上記送信器１２は、光信号を送信する発光素子や無線信号を送信する送信アンテナと、これら発光素子や送信アンテナを制御する送信回路などから構成されていて、定期的に上記光信号又は無線信号を鉛直下側に向けて送信している。

上記受信器１３ａは、給電側ヘリカルコイル７ａ近傍に配置されるように道路２上に設置されている。受信器１３ｂは、給電側ヘリカルコイル７ｂ近傍に配置されるように道路２上に設置されている。上記受信器１３ａ及び１３ｂは、それぞれ光信号を受信する受光素子や無線信号を受信する受信アンテナと、この受信素子や受信アンテナが受信した信号を検波する受信回路などから構成されていて、上記送信器１２から送られる光信号又は無線信号を受信し、その結果をＣＰＵ１１に対して出力している。

上記ＣＰＵ１１は、位置検出手段として働き、上記受信器１３ａ及び１３ｂからの受信結果に基づいて２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂのうち受電側ヘリカルコイル８に最も近い位置に配置されている１つを近接コイルとして検出する。具体的には、ＣＰＵ１１は、受信器１３ａが受信した信号レベルが受信器１３ｂが受信した信号レベルよりも高いとき給電側ヘリカルコイル７ａを近接コイルとして検出し、受信器１３ｂが受信した信号レベルが受信器１３ａが受信した信号レベルよりも高いとき給電側ヘリカルコイル７ｂを近接コイルとして検出する。

そして、ＣＰＵ１１は、第１電力供給手段として働き、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ及び７ｂのうち上述したように検出した近接コイルのみに電力を供給するようにスイッチ１０ａ、１０ｂのオンオフを制御する。具体的には、給電側ヘリカルコイル７ａが近接コイルとして検出された場合、ＣＰＵ１１は、スイッチ１０ａをオン、スイッチ１０ｂをオフして給電側ヘリカルコイル７ａのみに交流電源Ｖからの電力が供給されるように制御する。一方、給電側ヘリカルコイル７ｂが近接コイルとして検出された場合、ＣＰＵ１１は、スイッチ１０ａをオフ、スイッチ１０ｂをオンして給電側ヘリカルコイル７ｂのみに交流電源Ｖからの電力が供給されるように制御する。

上述した給電システム１によれば、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂを複数設けることにより、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂと受電側ヘリカルコイル８との中心軸Ｃ₁₁、₁₂及びＣ₂のずれによって生じる伝送効率の低下を抑制することができる。しかも、ＣＰＵ１１が、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂのうち１つの近接コイルのみ電力を供給することにより、複数の給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂに同時に電力が供給されることによって生じる干渉がなくなり、より一層、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂと受電側ヘリカルコイル８との中心軸Ｃ₁₁、₁₂及びＣ₂のずれによって生じる伝送効率の低下を抑制することができる。このため、給電部３から受電部５へ高効率で電力を供給することができる。

また、上述した第１参考例の給電システム１によれば、ＣＰＵ１１が、２つの受信器１３ａ、１３ｂにより受信された信号に基づいて近接コイルを検出するので、正確に近接コイルを検出することができる。

次に、本発明者らは、図１６に示す給電システム１である従来品において、上述した中心軸Ｃ₁、Ｃ₂のずれｄｘを０〜２．３ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの給電側ヘリカルコイル７から受電側ヘリカルコイル８への伝送効率をシミュレーションすると共に、図２に示す給電システム１である本発明品Ａにおいて、上述した中心軸Ｃ₁₁と中心軸Ｃ₂との並び方向Ｘにおけるずれｄｘを０ｍｍ〜３ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂから受電側ヘリカルコイル８への伝送効率をシミュレーションして本実施形態の効果を確認した。結果を図３に示す。

なお、給電側ヘリカルコイル７、７ａ、７ｂは、互いに同一であり、径Ｒ₂₁＝３ｄ₁ｍｍとしている。給電側ループアンテナ６、６ａ、６ｂも、互いに同一である。受電側ヘリカルコイル８は、従来品も本発明品Ａも同一であり、受電側ループアンテナ９は、従来品も本発明品Ａも同一である。また、距離Ｌ₁は、従来品も本発明品Ａも同じ０．６７ｄ₁ｍｍに固定され、距離Ｌ₂は０．０５ｄ₁ｍｍに固定されている。

さらに、本発明品Ａにおいては、ずれｄｘが０ｍｍ〜１．５ｄ₁ｍｍの場合、給電側ループアンテナ６ａ及び給電側ヘリカルコイル７ａのみに交流電源Ｖが供給され、ずれｄｘが１．５ｄ₁ｍｍ〜３ｄ₁ｍｍの場合、給電側ループアンテナ６ｂ及び給電側ヘリカルコイル７ｂのみに交流電力Ｖが供給されるものとした。また、このシミュレーションにおいて、受電側ループアンテナ９の特性インピーダンスは５０Ωに固定し、給電側ループアンテナ６ａ、６ｂのうち交流電源Ｖが供給される方の特性インピーダンスを５０Ωとし、交流電源Ｖが遮断される方の特性インピーダンスを１０００オームに設定し、擬似的なオープン状態とした。

図３に示すように、従来品ではずれｄｘが大きくなるに従い伝送効率は次第に低下していったが、本発明品Ａでは、給電の切り替えポイント付近での伝送効率の若干の低下はあるものの、それを超えた位置では再び高効率エリアとなり、高効率伝送エリアが連続的に作成できているといえる。

（第２参考例）
次に、第２参考例について説明する。上述した第１参考例では、受電側ヘリカルコイル８に送信器１２を近接配置し、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂにそれぞれ受信器１３ａ、１３ｂを近接配置し、ＣＰＵ１１は、受信器１３ａ、１３ｂにより受信された送信器１２からの光信号又は無線信号に基づいて近接コイルを検出していたが、第２参考例では、これら送信器１２、受信器１３ａ、１３ｂを廃止している。

即ち、第２参考例では、図４に示すように、受電側ヘリカルコイル８に両端に接続され、この受電側ヘリカルコイル８に電力を供給して定期的に無線信号としてのパイロット信号（図５参照）を送信させる送信手段としての送信回路１４と、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂの両端にそれぞれ接続され、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂが受信したパイロット信号を検波する受信回路１５ａ、１５ｂと、をさらに備えている。受信回路１５ａ、１５ｂは、検波したパイロット信号をＣＰＵ１１に対して供給する。

ＣＰＵ１１は、受信回路１５ａ、１５ｂのうち受信したパイロット信号の受信レベルが最も高いものに対応する給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂを近接コイルとして検出する。即ち、ＣＰＵ１１は、受信回路１５ａによって受信されたパイロット信号の受信レベルが受信回路１５ｂによって受信されたパイロット信号の受信レベルよりも高い場合、給電側ヘリカルコイル７ａを近接コイルとして検出し、逆に、受信回路１５ｂによって受信されたパイロット信号の受信レベルが受信回路１５ａによって受信されたパイロット信号の受信レベルよりも高い場合、給電側ヘリカルコイル７ｂを近接コイルとして検出する。

上述した第２参考例によれば、ＣＰＵ１１が、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂのうち受電側ヘリカルコイル８からのパイロット信号の受信レベルが最も高いものを近接コイルとして検出するので、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂや受電側ヘリカルコイル８とは別に光信号や無線信号を送信、受信する送信器１２、受信器１３ａ、１３ｂを設ける必要がないので、部品点数の削減を図ることができる。

（第１実施形態）
次に、第１実施形態について説明する。第１実施形態においても、無線器１２、受信器１３ａ、１３ｂを廃止している。即ち、第１実施形態では、図６に示すように、２つの給電側ループアンテナ６ａ、６ｂのそれぞれと交流電源Ｖとの間にそれぞれ設けられ、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂから給電側ループアンテナ６ａ、６ｂを介して交流電源Ｖに向かう反射波を検出する反射波検出手段としての反射波検出器１６ａ、１６ｂをさらに備えている。上記反射波検出器１６ａ、１６ｂとしては、方向性検出器やサーキュレータなどが考えられる。反射波検出器１６ａ、１６ｂは、検出した反射波をＣＰＵ１１に対して出力する。

給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂは、受電側ヘリカルコイル８が自身から離れると反射特性が劣化する。これを利用して、ＣＰＵ１１は、反射波検出器１６ａ、１６ｂが検出した反射波が、最も小さいものを近接コイルとして検出する。具体的には、ＣＰＵ１１は、第２電力供給手段として働き、まずスイッチ１０ａ、１０ｂを時間差を持って順次オンして、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂに順番に短時間で電力を供給する。このとき、ＣＰＵ１１は、反射波検出器１６ａ、１６ｂによって検出された反射波のレベルが最も低いものを近接コイルとして検出し、検出した近接コイルのみに電力を供給するようにスイッチ１０ａ、１０ｂを制御する。

その後、ＣＰＵ１１は、近接コイルの反射波をモニタして、反射波が一定量を下回ると、近接コイルへの給電を停止し、スイッチ１０ａ、１０ｂを時間差を持って順次オンして、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂに順番に短時間で電力を供給する。そして、ＣＰＵ１１は、最初と同様に反射波検出器１６ａ、１６ｂによって検出された反射波のレベルが最も低いものを近接コイルとして検出し、検出した近接コイルのみに電力を供給するようにスイッチ１０ａ、１０ｂを制御する。以下これを繰り返す。

上述した第１実施形態によれば、ＣＰＵ１１が、２つの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂのうち反射波検出器１６ａ、１６ｂにより検出された反射波が最も少ないものを近接コイルとして検出するので、受電側ヘリカルコイル８に定期的に信号を送信しなくても近接コイルを検出することができ、より一層、高効率で給電部３から受電部５へ電力を供給することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、給電側ヘリカルコイル７ａ及び７ｂを互いに離間して配置していたが、第２実施形態では、図７に示すように、給電側ヘリカルコイル７ａ及び７ｂを一部重ねて配置している。このように、給電側ヘリカルコイル７ａ及び７ｂを一部重ねて配置することにより、交流電源Ｖからの電力供給を給電側ループアンテナ６ａから給電側ループアンテナ６ｂに切り替えるポイントでの伝送効率の低下を防ぐことができる。

次に、本発明者らは、図７に示す構成の給電システム１において重ね幅ｗが互いに異なる本発明品Ｂ₁〜Ｂ₅について、上述した中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₂の並び方向Ｘにおけるずれｄｘを０〜２．５ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂから受電側ヘリカルコイル８への伝送効率をシミュレーションして効果を確認した。結果を図８に示す。

なお、本発明品Ｂ₁のｗ＝０．１７ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₂のｗ＝０．３３ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₃のｗ＝０．５ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₄のｗ＝０．６７ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₅のｗ＝０．８３ｄ₁ｍｍとした。また、交流電源Ｖからの電力供給を給電側ループアンテナ６ａから給電側ループアンテナ６ｂに切り替えるポイントを本発明品Ｂ₁についてはｘ＝１．４２ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₂についてはｘ＝１．３４ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₃についてはｘ＝１．２６ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₄についてはｘ＝１．１７ｄ₁ｍｍ、本発明品Ｂ₅についてはｘ＝１．０９ｄ₁ｍｍとしている。また、本発明品Ｂ₁〜Ｂ₅における給電側ループアンテナ６ａ、６ｂ、給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂ、受電側ヘリカルコイル８、受電側ループアンテナ９は、本発明品Ａと同一のものを用いている。給電側ヘリカルコイル７ａ及び７ｂの中心軸方向Ｚの距離Ｌ₃＝０．０１７ｄ₁ｍｍとした。

図３に示すように、上述した第１実施形態においては、交流電源Ｖからの電力供給を給電側ループアンテナ６ａから給電側ループアンテナ６ｂに切り替えるポイントであるｄｘ＝１．５ｄ₁ｍｍで最も伝送効率が低く、６５．６％であった。これに対して、図８に示すように、重ね幅ｗを設けることにより、伝送効率を７０％以上にすることができた。詳しく説明すると、図８に示すように、第２実施形態においては、０．５ｄ₁ｍｍまでは重ね幅ｗが大きくなるにつれて切り替えポイント付近で生じる伝送効率の低下が軽減されていったが、重ね幅ｗ＝０．８３ｄ₁ｍｍでは重ね幅ｗ＝０．５ｄ₁ｍｍよりも伝送効率低下が大きいことが分かった。

具体的には、第１実施形態で示す本発明品Ａにおいては、最も伝送効率の低い切り替えポイントでの伝送効率は６５．６％であったのに対し、重ね幅ｗ＝０．５ｄ₁ｍｍの場合、最も伝送効率の低い切り替えポイントでの伝送効率は８５．３％となり、２０％近い効率アップが見込めることが分かった。また、重ね幅ｗを過度に大きくすると、ずれｄｘに対向した高効率伝送エリアの縮小につながるため、あまり得策でないといえる。よって、重ね幅ｗには最適値があり、第２実施形態においては０．５ｄ₁ｍｍ〜０．６７ｄ₁ｍｍの範囲に設定される。

（第３実施形態）
次に、本発明者らは図７に示す本発明品Ｂ₃（ｗ＝０．５ｄ₁ｍｍ）について、並び方向Ｘ及び軸方向Ｚの双方に直交する直交方向Ｙ（図２）におけるずれｄｙ＝０ｍｍ、０．６７ｄ₁ｍｍ、ｄ₁ｍｍにそれぞれ固定した状態で、ずれｄｘを０ｍｍ〜２．３ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの伝送効率をシミュレーションした。結果を図９に示す。同図に示すように、ずれｄｙ＝０ｍｍのときは伝送効率が最も低いところでも８５．３％であったのに対し、ずれｄｙ＝ｄ₁ｍｍでは３５．７％と大幅な効率低下が生じている。

そこで、上述した第１及び第２実施形態においては、給電側コイル及び受電側コイルとして、巻線をヘリカル状に巻いて形成した給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂ、受電側ヘリカルコイル８を用いていたが、第３実施形態では、図１０及び図１１に示すように、給電側コイル及び受電側コイルとして、基板などの平面上に導線をスパイラル状に巻いて形成した給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂ、受電側スパイラルコイル１８を用いている。これら給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂ及び受電側スパイラルコイル１８は、正方形状に巻かれている。給電側ループアンテナ６ａ、６ｂ及び受電側ループアンテナ９も正方形のループ状に設けられている。給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂとしては、図１０に示すように互いに離間させてもよいし、図１１に示すように重ねてもよい。

上述した第３実施形態によれば、給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂと受電側スパイラスコイル１８との並び方向Ｘ及び直交方向Ｙの両方向における中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₁₂及びＣ₂のずれによって生じる伝送効率の低下を抑制することができる。

次に、本発明者らは、給電側スパイラルコイルが１つ、給電側ループアンテナが１つの比較品において、上述した受電側スパイラルコイル１８をＸＹ平面上において中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₂のずれ（ｄｘ、ｄｙ）を０ｍｍ≦ｄｘ≦１．５ｄ₁ｍｍ、０≦ｄｙ≦１．５ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂから受電側スパイラルコイル１８への伝送効率をシミュレーションした。結果を図１２に示す。図１６に示す従来品では伝送効率の分布は、図１８に示すように、ずれ（ｄｘ、ｄｙ）＝（０ｍｍ、０ｍｍ）を中心に同心円だったものが、比較品での伝送効率の分布は、図１２に示すように、正方形状に近い形状となり、従来品よりも比較品の方が高効率エリアが広くなっていると言える。

また、本発明者らは、図１０に示す構成の給電システム１において距離Ｌ₂が互いに異なる本発明品Ｃ₁、Ｃ₂について、ずれｄｘを０ｍｍ〜２．５ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂから受電側スパイラルコイル１８への伝送効率をシミュレーションした。また、図１１に示す構成の給電システム１において重ね幅ｗが互いに異なる本発明品Ｄ₁〜Ｄ₄について、ずれｄｘを０ｍｍ〜２．５ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂから受電側スパイラルコイル１８への伝送効率をシミュレーションした。結果を図１３に示す。

なお、本発明品Ｃ₁、Ｃ₂、Ｄ₁〜Ｄ₄においては、給電側ループアンテナ６ａ、６ｂは、互いに同一であり、一辺Ｌ₁₁を２．７９ｄ₁ｍｍとしている。給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂも互いに同一であり、一辺Ｌ₂₁を本発明品Ａ、Ｂの給電側ヘリカルコイル７ａ、７ｂの径Ｒ₂₁と同じ３ｄ₁ｍｍとしている。受電側スパイラルコイル１８も、一辺Ｌ₁₂を本発明品Ａ、Ｂの受電側ヘリカルコイル８の径Ｒ₂₂と同じｄ₁ｍｍとしいる。受電側ループアンテナ９は、一辺Ｌ₁₂を０．３５ｄ₁ｍｍとしている。また、距離Ｌ₂は、０．６７ｄ₁ｍｍに固定している。

図１３から明らかなように本発明品Ｃ₁、Ｃ₂、本発明品Ｄ₁〜Ｄ₅は最低伝送効率を何れも７０％以上にすることができた。特に、本発明品Ｃ₁は、最低伝送効率を８３％とすることができ、最も高効率にできることが分かった。

次に、本発明者らは、本発明品Ｃ₁（Ｌ₂＝０．０３ｄ₁ｍｍ）について、ずれｄｙ＝０ｍｍ、０．６７ｄ₁ｍｍ、ｄ₁ｍｍにそれぞれ固定した状態で、ずれｄｘを０ｍｍ〜２．３ｄ₁ｍｍの範囲で変化させたときの伝送効率をシミュレーションて、本発明の効果を確認した。結果を図１４に示す。図９に示すように、本発明品Ｂ₂においては伝送効率が最も低下するずれｄｘ＝１．２４ｄ₁ｍｍの位置において、ずれｄｙ＝０ｍｍでは８５．３％、ずれｄｙ＝０．６７ｄ₁ｍｍでは６０．４％、ずれｄｙ＝ｄ₁ｍｍでは３５．７％と直交方向Ｙのずれによって伝送効率の大幅な低下が起きた。これに対して、図１４に示すように、本発明品Ｃ₁では伝送効率が最も低下するずれｄｘ＝１．５ｄ₁ｍｍの位置において、ずれｄｙ＝０ｍｍでは８２．９％、ずれｄｙ＝０．６７ｄ₁ｍｍでは８１．５％、ずれｄｙ＝ｄ₁ｍｍでも７６．７％と伝送効率の低下をより一層抑制できることが分かった。

上述した第３実施形態によれば、給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂ及び受電側スパイラルコイル１８を、四角形のスパイラル状に形成し、これら２つの給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂを、同一平面上に互いに離間して配置することにより、２つの給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂの軸方向Ｚと直交するＸＹ平面において、給電側スパイラルコイル１７ａ、１７ｂの並び方向Ｘ及びこの並び方向Ｙに直交する方向の双方での中心軸Ｃ₁₁、Ｃ₁₂及びＣ₂のずれによって生じる伝送効率の低下を抑制することができる。

なお、上述した第１〜第３実施形態によれば、２つの給電側コイルを並べていたが、本発明はこれに限ったものではない。給電側コイルとしては、３つ以上並べてよい。また、これを発展させて多数の給電側コイルを互い違いに並べることでより一層高伝送効率エリアの拡大を図ることができる。また、直線的な給電側コイルの並びだけでなく、平面的に給電側コイルを配置することで、受電側コイルの平面上の動きにも対応して電力伝送を行うことができる。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１給電システム
７ａ給電側ヘリカルコイル（給電側コイル）
７ｂ給電側ヘリカルコイル（給電側コイル）
８受電側ヘリカルコイル（受電側コイル）
１１ＣＰＵ（位置検出手段、第１電力供給手段、第２電力供給手段）
１２送信器
１３ａ受信器
１３ｂ受信器
１４送信回路（送信手段）
１５ａ受信回路（受信手段）
１５ｂ受信回路（受信手段）
１６ａ反射波検出器（反射波検出手段）
１６ｂ反射波検出器（反射波検出手段）
１７ａ給電側スパイラルコイル（給電側コイル）
１７ｂ給電側スパイラルコイル（給電側コイル）
１８受電側スパイラルコイル（受電側コイル）

Claims

電力が供給される複数の給電側コイルと、
前記複数の給電側コイルに対してその中心軸方向に対向するように離間して配置されると当該給電側コイルと電磁共鳴して前記給電側コイルからの電力が伝送される受電側コイルと、
前記複数の給電側コイルのうち前記受電側コイルに最も近い位置に配置されている１つを近接コイルとして検出する位置検出手段と、
前記複数の給電側コイルのうち前記位置検出手段により検出された前記近接コイルのみ電力を供給する第１電力供給手段と、
前記複数の給電側コイルに順次電力を供給する第２電力供給手段と、
前記各給電側コイルでの前記電力の反射波を検出する反射波検出手段と、備え、
前記位置検出手段が、前記複数の給電側コイルのうち、前記第２電力供給手段による電力供給中に前記反射波検出手段により検出された反射波が最も小さいものを前記近接コイルとして検出する
ことを特徴とする給電システム。
前記給電側コイル及び前記受電側コイルが、円形のヘリカル状に形成され、
前記複数の給電側コイルは、互いに一部が重ねられるように配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
前記給電側コイル及び前記受電側コイルが、四角形のスパイラル状に形成され、
前記複数の給電側コイルが、同一平面上に互いに離間して配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。