(57)【要約】【課題】高出力電圧で、且つ、電気負荷の負荷変動に対してロバストな出力特性な条件での非接触電力伝送を実現し得る受電装置を提供すること。【解決手段】自身と対向するように配された送電コイル部４と電磁結合して、当該送電コイル部４から交流電力を受電する受電コイル部５と、前記受電コイル部５の後段に配設され、前記受電コイル部５が受電した交流電力を整流して、自身の後段に接続された電気負荷Ｒに出力する整流回路７と、前記受電コイル部５と前記整流回路７との間に配設された整合回路６と、を備え、前記整合回路６は、前記受電コイル部５に対して直列に接続された第１容量部６ａと、前記受電コイル部５及び前記第１容量部６ａの直列接続体に対して並列に接続された第２容量部６ｂと、を含んで構成される。【選択図】図２
2020005380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触式電力伝送システムに適用される受電装置であって、
自身と対向するように配された送電コイル部と電磁結合して、当該送電コイルから交流電力を受電する受電コイル部と、
前記受電コイル部の後段に配設され、前記受電コイル部が受電した交流電力を整流して、自身の後段に接続された電気負荷に出力する整流回路と、
前記受電コイル部と前記整流回路との間に配設された整合回路と、
を備え、
前記整合回路は、
前記受電コイル部に対して直列に接続された第１容量部と、
前記受電コイル部及び前記第１容量部の直列接続体に対して並列に接続された第２容量部と、を含んで構成される
受電装置。
【請求項２】
前記受電コイル部のインダクタンス、前記第１容量部のキャパシタンス、及び、前記第２容量部のキャパシタンスは、以下の式（１）の関係を充足する
請求項１に記載の受電装置。
【数１】
2020005380.tif 000017
（但し、Ｌ２は前記受電コイル部のインダクタンス、Ｃｆ３は前記第１容量部のキャパシタンス、Ｃｆ４は前記第２容量部のキャパシタンス、ωｄは前記交流電力の角周波数）
【請求項３】
前記第２容量部のキャパシタンスは、以下の式（２）の関係を充足する
請求項１又は２に記載の受電装置。
【数２】
2020005380.tif 000018
（但し、ωｄは前記交流電力の角周波数、Ｃｆ４は前記第２容量部のキャパシタンス、ｋは前記電磁結合の状態を表す結合係数、ｒ１は電力伝送時における前記送電コイル部の寄生抵抗、ｒ２は電力伝送時における前記受電コイル部の寄生抵抗、ＲＬは前記電気負荷の等価抵抗、Ｌ１は前記送電コイル部のインダクタンス、Ｌ２は前記受電コイル部のインダクタンス）
【請求項４】
前記電気負荷は、バッテリである
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項５】
送電装置と受電装置とを有する非接触式電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
自身と対向するように配された送電コイル部と電磁結合して、当該送電コイル部から交流電力を受電する受電コイル部と、
前記受電コイル部の後段に配設され、前記受電コイル部が受電した交流電力を整流して、自身の後段に接続された電気負荷に出力する整流回路と、
前記受電コイル部と前記整流回路との間に配設され、前記受電コイル部に対して直列に接続された第１容量部と、前記受電コイル部及び前記第１容量部の直列接続体に対して並列に接続された第２容量部と、を含んで構成される第１整合回路と、
を備え、
前記送電装置は、
所定の駆動周波数を有する交流電力を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から前記交流電力を取得して、前記受電コイル部に対して送出する前記送電コイル部と、
前記インバータ回路と前記送電コイル部の間に配設された第２整合回路と、
を備える非接触式電力伝送システム。
【請求項６】
前記第２整合回路は、
前記送電コイル部に対して直列に接続された第３容量部と、
前記送電コイル部及び前記第３容量部の直列接続体に対して並列に接続された第４容量部と、
前記第４容量部が前記送電コイル部及び前記第３容量部の直列接続体に対して接続する接続点よりも前段において、前記送電コイル部に対して直列に接続された整合用インダクタ部と、
を含んで構成される請求項５に記載の非接触式電力伝送システム。
【請求項７】
前記送電コイル部のインダクタンス、前記整合用インダクタ部のインダクタンス、前記第３容量部のキャパシタンス、及び、前記第４容量部のキャパシタンスは、以下の式（３）の関係を充足する
請求項６に記載の非接触式電力伝送システム。
【数３】
2020005380.tif 000019
（但し、ωｄは前記交流電力の角周波数、Ｃｆ１は前記第３容量部のキャパシタンス、Ｃｆ２は前記第４容量部のキャパシタンス、Ｌ１は前記送電コイル部のインダクタンス、Ｌｆ１は前記整合用インダクタ部のインダクタンス）
【請求項８】
前記整合用インダクタ部は、前記第４容量部の一端が自身の中間タップに接続された整合用インダクタ素子の前段の部分である
請求項６に記載の非接触式電力伝送システム。
【請求項９】
前記整合用インダクタ素子の中間タップは、タップ位置を可変に構成されている
請求項８に記載の非接触式電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、受電装置、及び非接触式電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送電装置に設けた送電コイルから、受電装置に設けた受電コイルへ、両コイル間の電磁結合を利用して電力伝送を行う非接触式電力伝送システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１７２８９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の非接触式電力伝送システムにおいては、電気負荷に対して供給する出力電力を増大する要請から、特に高電圧での電力伝送が求められている。
【０００５】
特に、この種の非接触式電力伝送システムをバッテリに対する充電に適用した場合に、当該バッテリの充電状態の変化に起因して当該バッテリの等価負荷が変化し（典型的には、バッテリの充電率が増加するにつれて、当該バッテリの等価負荷が増大する）、これに伴ってバッテリへの出力電圧が低下する課題がある。
【０００６】
他方、この種の非接触式電力伝送システムにおいては、受電コイルと送電コイルとの間における位置ずれ又はギャップ等の変化に起因して、結合係数（受電コイルと送電コイルとの間の電磁結合の強度を表す。以下同じ）が変化し、特に、受電コイルと送電コイルとの間における位置ずれ又はギャップが大きい場合には結合係数が低下する。このように、結合係数が低い状態で電力伝送を実行する場合にも、バッテリへの出力電圧が低下する課題がある。
【０００７】
特許文献１の従来技術では、バッテリの充電状態の変化に対応するため、整合回路の定数をアクティブに変化される可変フィルタが提案されている。しかしながら、可変フィルタを適用する場合、制御系統を含む回路構成が複雑になり、且つ、装置全体が大型化するという問題がある。
【０００８】
本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、電気負荷に対して電力供給する際に、高出力電圧で、且つ、電気負荷の負荷変動に対してロバストな出力特性を実現し得る非接触式電力伝送システムの受電装置、及び非接触式電力伝送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】
【０００９】
前述した課題を解決する主たる本開示は、
非接触式電力伝送システムに適用される受電装置であって、
自身と対向するように配された送電コイル部と電磁結合して、当該送電コイル部から交流電力を受電する受電コイル部と、
前記受電コイル部の後段に配設され、前記受電コイル部が受電した交流電力を整流して、自身の後段に接続された電気負荷に出力する整流回路と、
前記受電コイル部と前記整流回路との間に配設された整合回路と、
を備え、
前記整合回路は、
前記受電コイル部に対して直列に接続された第１容量部と、
前記受電コイル部及び前記第１容量部の直列接続体に対して並列に接続された第２容量部と、を含んで構成される
受電装置である。
【００１０】
又、他の局面では、
送電装置と受電装置とを有する非接触式電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
自身と対向するように配された送電コイル部と電磁結合して、当該送電コイル部から交流電力を受電する受電コイル部と、
前記受電コイル部の後段に配設され、前記受電コイル部が受電した交流電力を整流して、自身の後段に接続された電気負荷に出力する整流回路と、
前記受電コイル部と前記整流回路との間に配設され、前記受電コイル部に対して直列に接続された第１容量部と、前記受電コイル部及び前記第１容量部の直列接続体に対して並列に接続された第２容量部と、を含んで構成される第１整合回路と、
を備え、
前記送電装置は、
所定の駆動周波数を有する交流電力を出力するインバータ回路と、
前記インバータ回路から前記交流電力を取得して、前記受電コイル部に対して送出する前記送電コイル部と、
前記インバータ回路と前記送電コイル部の間に配設された第２整合回路と、
を備える非接触式電力伝送システムである。
【発明の効果】
【００１１】
本開示に係る非接触式電力伝送システムの受電装置によれば、電気負荷に対して電力供給する際に、高出力電圧で、且つ、電気負荷の負荷変動に対してロバストな出力特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す回路図
【図２】第１の実施形態に係る一次側整合回路及び二次側整合回路の詳細構成を示す図
【図３】第１の実施形態に係る二次側整合回路の変形例を示す図
【図４Ａ】第１の実施形態に係る一次側整合回路の変形例を示す図
【図４Ｂ】第１の実施形態に係る一次側整合回路の他の変形例を示す図
【図５】第２の実施形態に係る一次側整合回路及び二次側整合回路の詳細構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
（第１の実施形態）
［非接触電力伝送システムの全体構成］
まず、図１を参照して、本実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成の一例について説明する。尚、本実施形態では、本発明に係る非接触電力伝送システムを、電気自動車が搭載するバッテリを充電するために適用する態様について、説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る非接触電力伝送システムＵの全体構成を示す回路図である。
【００１６】
本実施形態に係る非接触電力伝送システムＵは、送電装置Ａと受電装置Ｂを含んで構成される。送電装置Ａは、例えば、駐車スペースに充電ポストとして設置され、受電装置Ｂは、例えば、電気自動車に搭載される。
【００１７】
尚、以下では、送電装置Ａから送出する交流電力が通流する方向を「後段」側、及び、その逆方向を「前段」側と称して説明する。
【００１８】
送電装置Ａは、一次側整流回路１、インバータ回路２、一次側整合回路３、送電コイル４、及び、制御装置８を備えている。又、受電装置Ｂは、受電コイル５、二次側整合回路６、及び、二次側整流回路７を備えている。
【００１９】
送電装置Ａは、例えば、商用電源Ｓに接続されており、当該商用電源Ｓから受電した電力を、一次側整流回路１、インバータ回路２、及び一次側整合回路３を介して、送電コイル４に送出する。又、受電装置Ｂは、例えば、バッテリＲに接続されており、送電コイル４からの交流電力を受電コイル５にて受電し、二次側整合回路６及び二次側整流回路７を介して当該バッテリＲに充電する。
【００２０】
商用電源Ｓは、例えば、６０Ｈｚ、２００Ｖを出力する低周波の単相交流電源である。
【００２１】
一次側整流回路１は、商用電源Ｓから入力される交流電力を整流して、インバータ回路２に送出する。一次側整流回路１は、例えば、ダイオードブリッジ回路と平滑回路とを含んで構成される。
【００２２】
インバータ回路２は、一次側整流回路１から入力される直流電力を交流電力に変換して、一次側整合回路３に送出する。インバータ回路２は、例えば、Ｈブリッジ回路によって構成される。
【００２３】
一次側整合回路３は、インバータ回路２と送電コイル４の間に配設され、インバータ回路２と送電コイル４の間でインピーダンス整合を行う。つまり、一次側整合回路３は、インバータ回路２から送出される交流電力が、送電コイル４の入力側で反射することを抑制する。
【００２４】
送電コイル４（本発明の送電コイル部に相当）は、一次側整合回路３の後段に配設され、インバータ回路２から出力される交流電力を、一次側整合回路３を介して受電する。そして、送電コイル４は、電磁結合（電磁誘導又は磁界共振）を利用して、交流電力を受電コイル５に送出する。
【００２５】
送電コイル４は、インバータ回路２の一方側の出力端子と他方側の出力端子の間に直列に接続されている。そして、インバータ回路２から送電コイル４に交流電力が供給されると、その周囲に交流磁場が形成され、当該交流磁場が受電コイル５と鎖交して、受電コイル５に誘導起電力が発生する。これによって、送電コイル４と受電コイル５の間で非接触の送受電が行われる。
【００２６】
受電コイル５（本発明の受電コイル部に相当）は、送電コイル４と電磁結合して、当該送電コイル４から交流電力を受電して、当該交流電力を後段のバッテリＲ側に送出する。尚、受電コイル５は、電力伝送時には、非接触な状態で、送電コイル４と対向するように配される。
【００２７】
尚、送電コイル４及び受電コイル５の構成は、本発明では特に限定されないが、当該送電コイル４及び受電コイル５としては、例えば、フェライトコアにリッツ線等の線材が巻回されて構成された平面コイル（いわゆるスパイラルコイル）が用いられる。但し、当該送電コイル４及び受電コイル５としては、例えば、ループコイル等が用いられてもよい。又、送電コイル４及び受電コイル５は、プラスチック等の非磁性材料によって形成されるカバー部材に被覆される構成としてもよい。
【００２８】
二次側整合回路６は、二次側整流回路７と受電コイル５との間に配設され、二次側整流回路７と受電コイル５との間でインピーダンス整合を行う。つまり、二次側整流回路７は、受電コイル５から送出される交流電力が、二次側整流回路７の入力側で反射することを抑制する。尚、二次側整合回路６は、バッテリＲの等価負荷の変化に対して、バッテリＲへの出力電圧がロバストとなるように設定されている（図２を参照して後述）。
【００２９】
二次側整流回路７は、受電コイル５で受電した交流電力を直流電力に整流して、後段の電気負荷Ｒに対して出力する。二次側整流回路７は、例えば、ダイオードブリッジ回路及び平滑化回路によって構成されている。
【００３０】
バッテリＲは、二次側整流回路７から直流電力を受電して、当該直流電力を蓄電する。バッテリＲは、例えば、リチウムイオン二次電池、又は電気二重層キャパシタ等である。尚、バッテリＲは、一般に、充電率が上昇するにつれて、内部電圧が上昇するため、バッテリＲの等価抵抗も、充電率が上昇するにつれて増大することになる。
【００３１】
尚、本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵにおいては、送電コイル４と一次側整合回路３とによって一次側の共振ユニットが構成され、受電コイル５と二次側整合回路６とによって二次側の共振ユニットが構成されている。そして、送電コイル４と一次側整合回路３により構成される共振回路の共振周波数と、受電コイル５と二次側整合回路６により構成される共振回路の共振周波数とは、例えば、略同一となるように設定される。又、交流電力の駆動角周波数（電力伝送時に使用する角周波数を表す。以下同じ）としては、典型的には、当該共振周波数付近（例えば、双峰特性のピーク間の周波数帯域のいずれかの周波数）に設定される。
【００３２】
換言すると、送電コイル４と一次側整合回路３の合成インピーダンス、及び、受電コイル５と二次側整合回路６の合成インピーダンスは、それぞれ、例えば、駆動角周波数においてゼロ付近になるように設定される。かかる構成によって、電力伝送時に、送電コイル４と受電コイル５との間で磁界共振を生じさせる。
【００３３】
制御装置８は、インバータ回路２の各トランジスタ（図示せず）に対して制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）を出力し、これらのオンオフ動作を制御する。制御装置８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成されるマイコンである。
【００３４】
本実施形態に係る制御装置８は、例えば、送電コイル４に通流する電流に対するバッテリＲへの出力電流の比が一定になるように、インバータ回路２を制御する。尚、送電コイル４に通流する電流及びバッテリＲへの出力電流は、それぞれ、回路内に配設したシャント抵抗（図示せず）等によって検出される。
【００３５】
［一次側整合回路及び二次側整流回路の詳細構成］
次に、図２を参照して、本実施形態に係る非接触電力伝送システムＵの一次側整合回路３及び二次側整合回路６の構成について説明する。
【００３６】
図２は、本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵの一次側整合回路３及び二次側整合回路６の詳細構成を示す図である。
【００３７】
図２において、第１端子ａ１及び第２端子ａ２は、それぞれ、インバータ回路２が高周波電圧を発生させる一方側の出力端子と他方側の出力端子である。又、第３端子ｂ１及び第４端子ｂ２は、それぞれ、二次側整流回路７の一方側の入力端子と他方側の入力端子である。
【００３８】
尚、図２中のＬ１は送電コイル４のインダクタンス（送電コイル４の自己インダクタンスを表す。以下同じ）、Ｌ２は受電コイル５のインダクタンス（受電コイル５の自己インダクタンスを表す。以下同じ）、Ｃｆ１は第３容量素子３ａのキャパシタンス、Ｃｆ２は第４容量素子３ｂのキャパシタンス、Ｃｆ３は第１容量素子６ａのキャパシタンス、Ｃｆ４は第２容量素子６ｂのキャパシタンス、Ｌｆ１は整合用インダクタ素子のインダクタンスを表す。以下、これらの記号を用いて、各部の回路定数について説明する。
【００３９】
二次側整合回路６は、例えば、第１容量素子６ａ（本発明の第１容量部に相当）及び第２容量素子６ｂ（本発明の第２容量部に相当）によって構成されている。ここで、第１容量素子６ａは、受電コイル５に対して直列に接続されている。又、第２容量素子６ｂは、受電コイル５及び第１容量素子６ａの直列接続体に対して並列に接続されている。
【００４０】
尚、第３端子ｂ１及び第４端子ｂ２には、第１容量素子６ａ及び受電コイル５の直列接続体における両端の端子が、接続されている。
【００４１】
一次側整合回路３は、例えば、第３容量素子３ａ（本発明の第３容量部に相当）、第４容量素子３ｂ（本発明の第４容量部に相当）、及び、整合用インダクタ素子３ｃ（本発明の整合用インダクタ部に相当）によって構成されている。ここで、第３容量素子３ａは、送電コイル４に対して直列に接続されている。又、第４容量素子３ｂは、第３容量素子３ａ及び送電コイル４の直列接続体に対して並列に接続されている。又、整合用インダクタ素子３ｃは、第４容量素子３ｂが送電コイル４及び第３容量素子３ａの直列接続体に対して接続する接続点よりも前段において、送電コイル４に対して直列に接続されている。
【００４２】
尚、第１端子ａ１及び第２端子ａ２には、送電コイル４、第３容量素子３ａ及び整合用インダクタ素子３ｃの直列接続体における両端の端子が、接続されている。
【００４３】
本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵにおいては、特に、二次側整合回路６の回路構成によって、バッテリＲに対して高出力電圧で、且つ、バッテリＲの充電状態（例えば、バッテリの充電率又は温度等）の変化に対してロバストな出力特性を有する電力伝送を実現する。以下、この点について、詳述する。
【００４４】
一般に、非接触式電力伝送システムにおける電気負荷への出力電圧は、式（１）のように表される。尚、式（１）は、一次側整合回路３及び二次側整合回路６の回路構成に依拠しない一般的な表現態様である。
【数１】
2020005380.tif 000003
【００４５】
式（１）中で、ｋは、結合係数であり、送電コイル４と受電コイル５との間の電磁結合の状態に応じて変化する値である。Ｐ１、Ｐ２、Ｆ１、Ｆ２は、いずれも、結合係数ｋを含まない回路定数である（ここでは、複素数を示すドット（・）を省略して説明する。以下同じ）。Ｐ１は、一次側回路の合成インピーダンスであり、Ｐ２は、二次側回路の合成インピーダンスである。Ｆ１及びＦ２は、Ｐ１及びＰ２と同様に、一次側回路及び二次側回路の各回路素子の回路定数により求まる値であるが、Ｐ１及びＰ２に比較して、電気負荷への出力電圧に対する影響が小さいため、ここでは単に係数として表される。
【００４６】
本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵにおいては、式（１）中のＰ１は、送電コイル４と一次側整合回路３の合成インピーダンスに相当し、式（１）中のＰ２は、受電コイル５、二次側整合回路６、及びバッテリＲの合成インピーダンスに相当する。即ち、駆動角周波数をωｄ、バッテリＲの等価抵抗をＲＬとすると、式（１）中のＰ１及びＰ２は、それぞれ、次式（２）及び次式（３）のように表される。
【００４７】
【数２】
2020005380.tif 000004
【００４８】
【数３】
2020005380.tif 000005
【００４９】
式（１）から分かるように、バッテリＲへの出力電圧は、一次側の合成インピーダンスＰ１及び二次側の合成インピーダンスＰ２を小さくするほど、大きくなる。そして、一次側の合成インピーダンスＰ１及び二次側の合成インピーダンスＰ２を十分に小さくした場合には、バッテリＲへの出力電圧は、次式（４）のようになる。
【数４】
2020005380.tif 000006
【００５０】
かかる観点から、本実施形態においては、一次側の合成インピーダンスＰ１及び二次側の合成インピーダンスＰ２が小さくなるように、一次側整合回路３及び二次側整合回路６の各回路素子の回路定数を設定する。これによって、結合係数ｋが小さくなった場合にも、バッテリＲへの出力電圧を大きく確保することが可能である。
【００５１】
本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵにおいては、共振条件を充足するように一次側整合回路３及び二次側整合回路６を設定するため、一次側の合成インピーダンスＰ１及び二次側の合成インピーダンスＰ２は、比較的小さい値になる。
【００５２】
従って、バッテリＲへの出力電圧に対しては、式（３）のバッテリＲの等価抵抗ＲＬに掛かる項が、大きな影響力を及ぼす。かかる観点から、本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵにおいては、受電コイル５のインダクタンス、第１容量素子６ａのキャパシタンス、及び第２容量素子６ｂのキャパシタンスは、以下の式（５）の関係を充足するように設定されている。尚、式（５）は、式（３）のバッテリＲの等価抵抗ＲＬに掛かる項が、ゼロになる条件である。なお、Ｌ１、Ｌ２は、送電コイル４と受電コイル５の位置関係によって若干の変動をするが、許容される位置関係及びコイル形状により所定の範囲内に定まるため、この所定の範囲の中から任意の値とする。また、ωｄは、法規などで規定される周波数範囲内の、任意の値とする。
【数５】
2020005380.tif 000007
【００５３】
これによって、バッテリＲに対して高出力電圧で、且つ、バッテリＲの充電状態（例えば、バッテリＲの充電率等）の変化に対してロバストな出力特性を実現することができる。
【００５４】
尚、バッテリＲへの出力電圧をより大きく確保する観点から、より好適には、式（２）において、一次側の合成インピーダンスＰ１がゼロとなるように、送電コイル４及び一次側整合回路３の回路定数を設定する。具体的には、以下の式（６）の関係を充足するように、第３容量素子３ａのキャパシタンス、第４容量素子３ｂのキャパシタンス、及び整合用インダクタ素子３ｃのインダクタンスを設定すればよい。
【数６】
2020005380.tif 000008
【００５５】
一方、電力伝送時における電力損失を低減する観点からは、更に、以下の式（７）の関係を充足するように、各部の回路定数を設定するのが望ましい。
【数７】
2020005380.tif 000009
（但し、ｒ１は送電コイル４の寄生抵抗（高周波抵抗とも称される）、ｒ２は受電コイル５の寄生抵抗、を表す。ここで、式（７）における等価抵抗ＲＬは、送電装置Ａの出力電圧範囲および出力電力から所定の範囲に定まり、この所定の範囲の中から任意の抵抗値をＲＬとする。また、式（７）における結合係数ｋは、送電コイル４と受電コイル５の位置ずれ許容範囲内の結合係数の中から任意の値を用いる。ｒ１、ｒ２、Ｌ１、Ｌ２も同様に送電コイル４と受電コイル５の位置関係によって若干の変動をするが、許容される位置関係及びコイル形状が定まれば所定の範囲内に定まり、この所定の範囲の中から任意の値とする。また、ωｄは、法規などで規定される周波数範囲内の、任意の値とする。）
【００５６】
以下、この点について説明する。尚、ここでは、説明の便宜として、以下の式（８）のように定義して説明する。
【数８】
2020005380.tif 000010
【００５７】
まず、バッテリＲへの負荷電流Ｉｏｕｔと送電コイル４に通流する電流Ｉ１の関係は、式（９）のように表される。
【数９】
2020005380.tif 000011
【００５８】
ここで、上記式（５）を充足するように回路定数を設定した場合、バッテリＲの等価負荷ＲＬに掛かる項は、ゼロとなり、次式（１０）のように表される。尚、このときのＩ１／Ｉｏｕｔは、バッテリＲの等価負荷ＲＬに依拠しない。
【数１０】
2020005380.tif 000012
【００５９】
又、このとき、バッテリＲへの負荷電流Ｉｏｕｔと受電コイル５に通流する電流Ｉ２の比は、次式（１１）となる。
【数１１】
2020005380.tif 000013
【００６０】
従って、コイル損失を含む伝送効率ηは、以下の式（１２）のように表される。
【数１２】
2020005380.tif 000014
【００６１】
ここで、伝送効率ηを最大化するには、式（１２）の括弧内を最小化すればよい。そこで、式（１２）の括弧内を式（１０）及び式（１１）を用いて変換すると、次式（１３）が得られる。
【数１３】
2020005380.tif 000015
【００６２】
相加相乗平均より、式（１３）の右辺は、１項目と３項目が等しいときに最小となる。即ち、次式（１４）を充足するときに、伝送効率ηが最大となる。これが式（８）である。
【数１４】
2020005380.tif 000016
【００６３】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る受電装置Ｂは、受電コイル５に対して直列に接続された第１容量素子６ａ、及び、受電コイル５及び第１容量素子６ａの直列接続体に対して並列に接続された第２容量素子６ｂを有する整合回路６（二次側整合回路６）を備えている。
【００６４】
従って、本実施形態に係る受電装置Ｂによれば、第１容量素子６ａ及び第２容量素子６ｂそれぞれのキャパシタンスを適切に設定すること（例えば、上式（５）を充足するように設定する）によって、バッテリＲに対して電力供給する際に、高出力電圧で、且つ、バッテリＲの充電状態の変化に対してロバストな出力特性を実現することができる。又、本実施形態に係る受電装置Ｂによれば、結合係数が低下しても、高出力電圧を維持することが可能である。尚、本実施形態に係る受電装置Ｂは、特に、従来技術（例えば、特許文献１）と比較して、アクティブフィルタを用いることなく、バッテリＲの充電状態、及び、結合係数等の変化に対して、ロバストな出力特性を実現できる点で有用である。
【００６５】
又、本実施形態に係る送電装置Ａは、送電コイル４に対して直列に接続された第３容量素子３ａ、第３容量素子３ａの前段において、送電コイル４に対して直列に接続された整合用インダクタ素子３ｃ、及び、整合用インダクタ素子３ｃの後段において、送電コイル４及び第３容量素子３ａの直列接続体に対して並列に接続された第４容量素子３ｂと、を有する整合回路３（一次側整合回路３）を備えている。
【００６６】
従って、本実施形態に係る送電装置Ａによれば、第３容量素子３ａのキャパシタンス、第４容量素子３ｂのキャパシタンス、及び、整合用インダクタ素子３ｃのインダクタンスそれぞれの調整によって、より高出力電圧で、受電装置Ｂに対して送電することができる。
【００６７】
（変形例）
上記実施形態では、一次側整合回路３及び二次側整合回路６の一例を示したが、当該一次側整合回路３及び二次側整合回路６の構成は、種々に変更可能である。
【００６８】
図３は、二次側整合回路６の変形例を示す図である。
【００６９】
本変形例に係る二次側整合回路６は、第１容量素子６ａ、第２容量素子６ｂに加えて、第５容量素子６ｃを有している点で、上記実施形態に係る二次側整合回路６と相違する。第５容量素子６ｃは、受電コイル５から見て第１容量素子６ａとは反対側のラインにおいて、受電コイル５に対して直列に接続されている。そして、第２容量素子６ｂは、受電コイル５、第１容量素子６ａ、及び第５容量素子６ｃの直列接続体に対して並列に接続されている。当該回路構成は、実質的に、上記実施形態に係る二次側整合回路６と等価であり、当該回路構成においても、上記実施形態に係る二次側整合回路６と同一の効果を得ることができる。
【００７０】
図４Ａは、一次側整合回路３の変形例を示す図である。
【００７１】
本変形例に係る一次側整合回路３は、第３容量素子３ａの配設位置が、送電コイル４から見て図２に示した第３容量素子３ａとは反対側のラインとなっている点で、上記実施形態に係る一次側整合回路３と相違する。当該回路構成は、実質的に、上記実施形態に係る一次側整合回路３と等価であり、当該回路構成においても、上記実施形態に係る一次側整合回路３と同一の効果を得ることができる。
【００７２】
図４Ｂは、一次側整合回路３の他の変形例を示す図である。
【００７３】
本変形例に係る一次側整合回路３は、整合用インダクタ素子３ｃの配設位置が、送電コイル４から見て図２に示した整合用インダクタ素子３ｃとは反対側のラインとなっている点で、上記実施形態に係る一次側整合回路３と相違する。当該回路構成は、実質的に、上記実施形態に係る一次側整合回路３と等価であり、当該回路構成においても、上記実施形態に係る一次側整合回路３と同一の効果を得ることができる。
【００７４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵの構成の一例について、説明する。
【００７５】
図５は、第２の実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵの一次側整合回路３及び二次側整合回路６の詳細構成を示す図である。
【００７６】
本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵは、送電装置Ａの一次側整合回路３の構成の点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する。
【００７７】
本実施形態に係る一次側整合回路３は、第１の実施形態に係る一次側整合回路３と同様に、例えば、第３容量素子３ａ、第４容量素子３ｂ、及び、整合用インダクタ素子３ｃによって構成されている。ここで、第３容量素子３ａは、送電コイル４に対して直列に接続されている。又、第４容量素子３ｂは、第３容量素子３ａ及び送電コイル４の直列接続体に対して並列に接続されている。又、整合用インダクタ素子３ｃは、送電コイル４に対して直列に接続されている。
【００７８】
但し、本実施形態に係る一次側整合回路３においては、第４容量素子３ｂの一端側は、整合用インダクタ素子３ｃの中間タップに接続されている。
【００７９】
上記したように、バッテリＲへの出力電圧をより大きく確保する観点からは、一次側の合成インピーダンスＰ１がゼロとなるように、第３容量素子３ａのキャパシタンス、第４容量素子３ｂのキャパシタンス、及び整合用インダクタ素子３ｃのインダクタンスを設定するのが望ましい。この点、実際には、整合用インダクタ素子３ｃ（又は、送電コイル４）のインダクタンスは、製造ばらつきに起因して、所望の値からずれが生ずる場合がある。
【００８０】
本実施形態に係る一次側整合回路３では、このような場合にも、一次側の合成インピーダンスＰ１をゼロに近づけることを可能とするべく、第４容量素子３ｂの一端を整合用インダクタ素子３ｃの中間タップに接続している。
【００８１】
第４容量素子３ｂの一端を整合用インダクタ素子３ｃの中間タップに接続した場合、整合用インダクタ素子３ｃは、整合用インダクタ素子３ｃのタップ位置よりも前段部分のインダクタンスＬｆ１ａと、整合用インダクタ素子３ｃのタップ位置よりも後段部分のインダクタンスＬｆ１ｂで表される。
【００８２】
例えば、整合用インダクタ素子３ｃのインダクタンス値を１００μＨで製造したい場合に、製造ばらつきに起因して、整合用インダクタ素子３ｃのインダクタンス値が１１０μＨとなる場合がある。
【００８３】
このような場合、整合用インダクタ素子３ｃのタップ位置よりも前段部分のインダクタンスＬｆ１ａが１００μＨとなるように（整合用インダクタ素子３ｃのタップ位置よりも後段部分のインダクタンスＬｆ１ｂが１０μＨとなるように）、第４容量素子３ｂの一端を整合用インダクタ素子３ｃの中間タップに接続する。
【００８４】
これにより、整合用インダクタ素子３ｃとして機能する「整合用インダクタ素子３ｃのタップ位置よりも前段部分のインダクタンスＬｆ１ａ」が１００μＨ（所望の値）で設定することができる。
【００８５】
つまり、本実施形態に係る一次側整合回路３においては、仮に、整合用インダクタ素子３ｃ（又は、送電コイル４）のインダクタンスが、所望の値からずれている場合でも、第４容量素子３ｂの接続位置の調整によって、インダクタンスＬｆ１ａとインダクタンスＬｆ１ｂの比率を調整し、これにより一次側の合成インピーダンスＰ１をゼロに近づけることが可能である。
【００８６】
以上のように、本実施形態に係る非接触式電力伝送システムＵによれば、整合用インダクタ素子３ｃ（又は、送電コイル４）のインダクタンスが、製造ばらつきに起因して、所望の値からずれている場合でも、所望の値となるように調整でき、バッテリＲへの出力電圧を大きく確保することが可能である。
【００８７】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、送電コイル４、受電コイル５、第１容量素子６ａ、第２容量素子６ｂ、第３容量素子３ａ、第４容量素子３ｂ、及び、整合用インダクタ素子３ｃの一例として、それぞれが単一の部品によって構成される態様を示した。しかしながら、これらは、所望のインダクタンス又はキャパシタンスを得られる構成であれば、複数の部品によって構成されてもよい。例えば、複数のインダクタ素子を直列に接続して、所望のインダクタンスを実現してもよい。
【００８８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本開示に係る非接触式電力伝送システムの受電装置によれば、電気負荷に対して電力供給する際に、高出力電圧で、且つ、電気負荷の負荷変動に対してロバストな出力特性を実現することができる。
【符号の説明】
【００９０】
Ｕ  非接触式電力伝送システム
Ａ  送電装置
Ｂ  受電装置
Ｒ  バッテリ
Ｓ  商用電源
１  一次側整流回路
２  インバータ回路
３  一次側整合回路
３ａ  第３容量素子
３ｂ  第４容量素子
３ｃ  整合用インダクタ素子
４  送電コイル
５  受電コイル
６  二次側整合回路
６ａ  第１容量素子
６ｂ  第２容量素子
６ｃ  第５容量素子
７  二次側整流回路
８  制御装置
【図１】
2020005380.tif 000020
【図２】
2020005380.tif 000021
【図３】
2020005380.tif 000022
【図４Ａ】
2020005380.tif 000023
【図４Ｂ】
2020005380.tif 000024
【図５】
2020005380.tif 000025