(57)【要約】【課題】無線電力伝送において効率の高い送電を行うことを課題とする。【解決手段】磁界共鳴によって電力を送電する無線電力伝送装置１において、送電ユニット１０および受電ユニット２０の何れかに設けられた所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させ、変更の前後の伝送効率を算出し、算出された変更の前後の伝送効率を比較することで、変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定し、この判定処理および変更処理を繰り返し実行することとした。【選択図】図１
2010252497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、
前記変更手段による変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出手段と、
前記伝送効率算出手段によって算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段による判定と、前記変更手段による変更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率を改善する、無線電力伝送装置。
【請求項２】
前記送電コイルに流れる電力を取得する送電電力取得手段と、
前記受電コイルに流れる電力を取得する受電電力取得手段と、を更に備え、
前記伝送効率算出手段は、取得された送電電力に対する受電電力の割合を算出することで、前記伝送効率を算出する、
請求項１に記載の無線電力伝送装置。
【請求項３】
送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、
前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔と、伝送効率と、の関係を前記所定の送受電要素毎に示す伝送効率情報を保持する情報保持手段と、
前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得手段と、を備え、
前記変更手段は、前記伝送効率情報を参照し、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素を変更する、無線電力伝送装置。
【請求項４】
前記受電ユニットが接続された給電対象によって取り出される電力を一定とする取出電力調整手段と、
前記送電コイルに流される電流の電圧を制御する送電電圧制御手段と、を更に備え、
前記変更手段は、前記送電電圧制御手段によって制御される電圧を変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
前記送電コイルは、
送電アンプからの電力の入力を受ける第一送電コイルと、
電力の入力元として、前記第一送電コイルからの電磁誘導および前記送電アンプの何れかを選択可能な第二送電コイルと、を有し、
前記受電コイルは、
前記第二送電コイルとの間での磁界共鳴によって電流が流れる第一受電コイルと、
該第一受電コイルからの電磁誘導によって電流が流れる第二受電コイルと、を有し、
前記変更手段は、前記第二送電コイルへの入力元を、前記第一送電コイルからの電磁誘導と前記送電アンプとの間で変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、
前記送電ユニットと前記受電ユニットとの間の磁界共鳴のための磁界共鳴コイルと、
該磁界共鳴コイルとの間で、電力を電磁誘導によって送電または受電する電磁誘導コ
イルと、を有し、
前記変更手段は、前記磁界共鳴コイルと前記電磁誘導コイルとの間の距離を変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、互いに径の異なる複数の前記電磁誘導コイルを有し、
前記変更手段は、前記複数の電磁誘導コイルのうち、使用する前記電磁誘導コイルを変更することで、前記伝送効率を変化させる、
請求項６に記載の無線電力伝送装置。
【請求項８】
送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、
前記変更ステップにおける変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出ステップと、
前記伝送効率算出ステップで算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定ステップと、を実行し、
前記判定ステップにおける判定と、前記変更ステップにおける変更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率が改善される、無線電力伝送方法。
【請求項９】
送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、
前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、
予め計測された、前記所定の送受電要素毎のコイル間隔と伝送効率との関係を示す伝送効率情報を保持する情報保持ステップと、
前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得ステップと、を実行し、
前記変更ステップでは、前記伝送効率情報が参照され、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素が変更される、無線電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上輸送の分野においては、大気汚染や化石燃料の枯渇に対する懸念から、電力を使って走行する自動車の研究開発が盛んに行われている。電力を使って走行する自動車としては、例えば、二次電池に蓄えた電力で走行するタイプのものがある。自動車に搭載されている二次電池を充電する技術として、走行路に設けられた給電部から非接触で給電を受けて充電するもの（例えば、特許文献１を参照）がある。また、電力を無線伝送する技術として、磁気共鳴により離間している機器へ高い伝送効率で電力を送るものがある（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２０３５７号公報
【特許文献２】特開２００８−３０１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、コイル間の電磁誘導による無線電力伝送技術がある。但し、電磁誘導による送電方式では、送電側と受電側の接点を露出させる必要がないという利点があるものの、コイル間隔が長くなるに従って伝送効率が極端に落ちてしまうため、実用においてはコイルを近接させた状態で用いられることが殆どであった。
【０００５】
このような電磁誘導方式に加えて、従来、共振周波数を合わせたコイル間における磁界共鳴（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ。磁気共鳴、磁場共鳴、磁界共振とも。）を利用した無線電力伝送技術がある。磁界共鳴による送電方式では、電磁誘導方式に比べてコイル間隔をより長くすることが出来る。しかし、磁界共鳴による送電方式では、電磁誘導に比べてコイル間隔を柔軟に設定可能であるために、送電コイルと受電コイルとのコイル間隔によって効率の高い送電が可能な条件が異なってしまい、安定して効率の高い送電を行うことが困難であると考えられる。
【０００６】
本発明は、上記した問題に鑑み、無線電力伝送において効率の高い送電を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、磁界共鳴を用いた電力伝送の伝送効率に影響を与える送受電要素を、伝送効率またはコイル間隔に応じて変更することで、無線電力伝送において効率の高い送電を行うことを可能とした。
【０００８】
より詳細には、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、前記変更手段による変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出手段と、前記伝送効率算出手段によって算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定手段と、を備え、前記判定手段による判定と、前記変更手段による変
更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率を改善する、無線電力伝送装置である。
【０００９】
ここで、所定の送受電要素とは、無線電力伝送装置において電力伝送に用いられる要素のうち、伝送効率に影響を与える要素を指す。このような要素としては、後述する負荷抵抗や送電電圧、コイル構成、コイル間の結合度合い、等がある。本発明に係る無線電力伝送装置では、このような送受電要素に変更を加えることで、伝送効率を調整し、効率の高い送電を行うこととしている。なお、変更が加えられる送受電要素は、送電ユニットおよび受電ユニットの何れの側に属する要素であってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る無線電力伝送装置は、前記送電コイルに流れる電力を取得する送電電力取得手段と、前記受電コイルに流れる電力を取得する受電電力取得手段と、を更に備え、前記伝送効率算出手段は、取得された送電電力に対する受電電力の割合を算出することで、前記伝送効率を算出してもよい。
【００１１】
例えば、送電電力取得手段は、送電ユニットに設けられた送電アンプから送電電力を取得することが出来、受電電力取得手段は、受電ユニットに設けられた整流回路等から受電電力を取得することが出来る。
【００１２】
また、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更手段と、前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔と、伝送効率と、の関係を前記所定の送受電要素毎に示す伝送効率情報を保持する情報保持手段と、前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得手段と、を備え、前記変更手段は、前記伝送効率情報を参照し、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素を変更する、無線電力伝送装置である。
【００１３】
コイル間隔取得手段は、例えば、別途設けられたコイル間隔を計測するための計測器によってコイル間隔を取得することが出来る。計測器には、電波や音波の遅延時間を用いるものや、画像から測量を行うもの等、様々な方式のものが採用されうる。また、本発明に係る無線電力伝送装置の受電ユニットが車両に搭載される場合には、予め車両側（受電ユニット側）で、受電コイルと地面（送電コイル）との距離情報を保持しておき、この情報を送電ユニット側へ送信することとしてもよい。また、車両に搭載された受電コイルと地面の送電コイルとのコイル間隔は、車両側で保持されている車高情報や車種情報等、その他の情報に基づいて特定されてもよい。例えば、送電ユニットは、受電ユニットから送信された車種情報を受信してデータベースを検索し、該当車種の標準的なコイル間隔を取得することとしてもよい。なお、この場合にも、変更が加えられる送受電要素は、送電ユニットおよび受電ユニットの何れの側に属する要素であってもよい。
【００１４】
また、情報保持手段によって保持される伝送効率情報は、送電コイルと受電コイルとのコイル間隔と、このコイル間隔における伝送効率と、の関係を、変更に係る送受電要素（負荷抵抗や送電電圧、コイル構成、コイル間の結合度合い、等）毎に示す情報である。伝送効率情報は、例えば、予め実験やシミュレーションの結果から導き出された上記パラメータの関係式や、実験やシミュレーションの結果を示すマップ、等の形式で表現され、送電ユニットや受電ユニットのコントローラに接続された記憶装置に保持される。本発明では、このような伝送効率情報を参照し、取得されたコイル間隔を関係式に代入したり、取得されたコイル間隔に対応する伝送効率をマップから索出したりすることで、コイル間隔に応じて伝送効率の高い送受電要素の変更を行うことが出来る。
【００１５】
また、本発明に係る無線電力伝送装置は、前記受電ユニットが接続された給電対象によって取り出される電力を一定とする取出電力調整手段と、前記送電コイルに流される電流の電圧を制御する送電電圧制御手段と、を更に備え、前記変更手段は、前記送電電圧制御手段によって制御される電圧を変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。
【００１６】
このような取出電力調整手段（例えば、整流回路およびＤＣ／ＤＣコンバータを用いて実現できる）を備える場合、送電電圧の変更に従って受電電圧が変化すると、給電対象から取り出される電力が一定であるため、受電コイルを流れる電流が変化する。これは、受電側の見かけの負荷抵抗が変化したものとみなすことが出来る。そして、受電側の負荷抵抗の変化は、コイル間隔と伝送効率との関係に影響を与え、伝送効率を変化させる。即ち、本発明は、取出電力調整手段を備えることで、送電電圧の変更による伝送効率の調整を可能としたものである。
【００１７】
また、本発明において、前記送電コイルは、送電アンプからの電力の入力を受ける第一送電コイルと、電力の入力元として、前記第一送電コイルからの電磁誘導および前記送電アンプの何れかを選択可能な第二送電コイルと、を有し、前記受電コイルは、前記第二送電コイルとの間での磁界共鳴によって電流が流れる第一受電コイルと、該第一受電コイルからの電磁誘導によって電流が流れる第二受電コイルと、を有し、前記変更手段は、前記第二送電コイルへの入力元を、前記第一送電コイルからの電磁誘導と前記送電アンプとの間で変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。
【００１８】
ここで、第一送電コイルは、送電アンプから直接電力が与えられるコイルである。送電アンプによって第一送電コイルに電流が流されると、第一送電コイルと第二送電コイルとの間で電磁誘導が発生し、第二送電コイルに電流が流れる。そして、電磁誘導によって第二送電コイルに電流が流れると、第二送電コイルと第一受電コイルとの間で磁界共鳴が発生し、第一受電コイルに電流が流れる。更に、磁界共鳴によって第一受電コイルに電流が流れると、第一受電コイルと第二受電コイルとの間で電磁誘導が発生し、第二受電コイルに電流が流れる。本発明では、このような４つの異なる役割のコイルを有する構成において、第二送電コイルへの入力元を、「第一送電コイルからの電磁誘導」と「送電アンプ」との間で変更することで、第二送電コイル、第一受電コイルおよび第二受電コイルを有する３コイル構成と、第一送電コイル、第二送電コイル、第一受電コイルおよび第二受電コイルを有する４コイル構成と、を切り替えて、伝送効率を変化させることとしている。
【００１９】
また、本発明において、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、前記送電ユニットと前記受電ユニットとの間の磁界共鳴のための磁界共鳴コイルと、該磁界共鳴コイルとの間で、電力を電磁誘導によって送電または受電する電磁誘導コイルと、を有し、前記変更手段は、前記磁界共鳴コイルと前記電磁誘導コイルとの間の距離を変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。
【００２０】
ここでは、磁界共鳴コイルが、前記第二送電コイルおよび第一受電コイルに相当するコイルであり、電磁誘導コイルが、前記第一送電コイルおよび第二受電コイルに相当するコイルである。本発明では、送電側または受電側で電磁誘導によって接続されるコイル間の距離を変更することで、コイル間の結合度合いを変化させ、伝送効率を変化させることとしている。
【００２１】
また、本発明において、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも何れかは、互いに径の異なる複数の前記電磁誘導コイルを有し、前記変更手段は、前記複数の電磁誘導コイルのうち、使用する前記電磁誘導コイルを変更することで、前記伝送効率を変化させてもよい。
【００２２】
なお、コイル間の距離を変更する方法としては、上記のように、互いに径が異なる複数のコイルを切り替えて用いる方法の他、コイル自体を移動させることで、コイル間隔を変更する方法が用いられてもよい。
【００２３】
更に、本発明は、無線電力伝送装置が実行する方法、又は無線電力伝送装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムとしても把握することが可能である。また、本発明は、そのようなプログラムをコンピュータその他の装置、機械等が読み取り可能な記録媒体に記録したものでもよい。ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。
【００２４】
例えば、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、前記変更ステップにおける変更の前後の伝送効率を算出する伝送効率算出ステップと、前記伝送効率算出ステップで算出された、前記変更の前後の伝送効率を比較することで、該変更の前後で伝送効率が改善したか否かを判定する判定ステップと、を実行し、前記判定ステップにおける判定と、前記変更ステップにおける変更と、が繰り返し実行されることで、伝送効率が改善される、無線電力伝送方法である。
【００２５】
また、本発明は、送電コイルを含む送電ユニットと受電コイルを含む受電ユニットとの間で磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置が、前記送電ユニットおよび前記受電ユニットの何れかに設けられた、所定の送受電要素を変更することで、電力の伝送効率を変化させる変更ステップと、予め計測された、前記所定の送受電要素毎のコイル間隔と伝送効率との関係を示す伝送効率情報を保持する情報保持ステップと、前記送電コイルと前記受電コイルとのコイル間隔を取得するコイル間隔取得ステップと、を実行し、前記変更ステップでは、前記伝送効率情報が参照され、取得されたコイル間隔における伝送効率が向上するように、前記所定の送受電要素が変更される、無線電力伝送方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、無線電力伝送において効率の高い送電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示す図である。
【図２】実施形態において用いられる送電コイルおよび受電コイルの構成を示す図である。
【図３】実施形態に係る無線電力伝送システムにおいて行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図２に示した４コイル構成において、負荷抵抗毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離（コイル間隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】図２に示した４コイル構成において、送電周波数毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離（コイル間隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】実施形態における４コイル構成の概要を示す図である。
【図７Ａ】図６に示した４コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルとの間隔を５０ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。
【図７Ｂ】図６に示した４コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルの間隔を５００ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。
【図８】実施形態における３コイル構成の概要を示す図である。
【図９Ａ】図８に示した３コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルの間隔を５０ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。
【図９Ｂ】図８に示した３コイル構成で第二送電コイルと第一受電コイルの間隔を５００ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。
【図１０】コイル構成毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離（コイル間隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１１】実施形態における第一送電コイルおよび第二送電コイルの構成の概要を示す図である。
【図１２】図１１に示した、互いに径の異なる第一送電コイル毎に、送電コイルと受電コイルとの間の距離（コイル間隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【図１３】第一送電コイルまたは第二送電コイルを同軸上で上下動可能とした構成の概要を示す図である。
【図１４】第一送電コイルまたは第二受電コイルの使用ターン数を切替可能とした場合のコイル構成を示す図である。
【図１５】実施形態に係る無線電力伝送システムにおいて行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートを示す図である。
【図１６】実施形態に係る無線電力伝送システムにおいて、充電の進行に伴って行われる、定電流充電処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】ユニットの背面側に金属板のみを配置した場合の渦電流が発生する様子と、ユニット背面側の金属板に磁気シールドシートを配置した場合の渦電流の発生が抑制される様子とを比較した図である。
【図１８】地面に設置される送電コイルの背面、および車両に設置される受電コイルの背面に、磁気シールドシートを設けた様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る無線電力伝送装置および無線電力伝送方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に係る無線電力伝送システムは、車載バッテリに充電される電力を車両側に送電するためのシステムであり、送電ユニットは車両が停止する位置の地面側に、受電ユニットは車両側に設けられる。但し、本発明に係る送電システムは車両用途に限定されず、家電、情報機器、玩具等、電力を用いる様々な機器に適用することが可能である。
【００２９】
＜無線電力伝送システムの構成＞
図１は、本実施形態に係る無線電力伝送システム１の構成を示す図である。無線電力伝送システム１は、大きく分けて送電ユニット１０および受電ユニット２０の、２つの無線電力伝送装置を備える。このうち、送電ユニット１０は、車両が停止する位置（例えば、駐車スペース）の地面側に設けられ、送電コントローラ１７、コンバータ１３、送電アンプ１４、送電コイル１５、共振制御ユニット１６、発振回路１８、アンテナ１１およびデータ送受信ユニット１２を備える。ここで、送電コイル１５は、例えば、駐車スペースの車止めを基準とした所定位置等、車両が停止した場合の位置合わせが容易な位置に、車両底面に設けられた受電コイル２５に対向するように設けられることが好ましい。
【００３０】
送電コントローラ１７は、記憶装置に接続され、制御プログラムを実行することで、送電ユニット１０を、変更手段、伝送効率算出手段、判定手段、送電電力取得手段、情報保持手段、コイル間隔取得手段、および送電電圧制御手段を備える送電ユニット１０として動作させるコンピュータである。送電コントローラ１７は、予め設定された送電用の設定内容、データ送受信ユニット１２による受電ユニット２０とのデータ送受信結果、および
送電アンプ１４から得られた送電電力モニタ結果に従って、発振回路１８、共振制御ユニット１６、コンバータ１３を制御する。データ送受信ユニット１２は、アンテナ１１に接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、コンバータ１３は、供給された交流または直流の電力を直流電流へ変換し、送電アンプ１４へ送る。なお、コンバータ１３による出力電圧は、送電コントローラ１７によって制御される。また、送電アンプ１４は、コンバータ１３から送られた電力を、発振回路１８から与えられた周波数で、送電コイル１５へ入力する。ここで、発振回路１８によって与えられる周波数は、送電コントローラ１７によって制御される。
【００３１】
共振制御ユニット１６は、送電コントローラ１７による指示に従って、送電コイル１５に設けられたコンデンサ（キャパシタ）の容量を制御する等の方法で、送電ユニット１０の共振周波数を、発振回路１８の発振周波数と一致するように制御する。また、発振回路１８は、送電コントローラ１７による指示に従って、送電コイル１５へ発振される周波数を、所定の値となるように制御する。
【００３２】
また、受電ユニット２０は、車両に設けられ、受電コントローラ２７、受電コイル２５、共振制御ユニット２６、整流回路２８、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９、アンテナ２１およびデータ送受信ユニット２２を備える。共振制御ユニット２６は、前記共振制御ユニット１６と同様に、受電コントローラ２７による指示に従って受電ユニット２０の共振周波数を発振回路１８の発振周波数と一致するように制御する。その結果、送電ユニット１０の共振周波数と受電ユニット２０の共振周波数とは一致するように制御され、磁界共鳴による無線電力伝送が可能となる。ここで、受電コイル２５は、車両底面の、地面に設置された送電ユニット１０と対向する位置に設けられることが好ましい。また、受電ユニット２０は、車載の充放電制御装置３１を介して、車載バッテリ３３と接続されている。なお、充放電制御装置３１は、アクセル操作に応じて車載バッテリ３３から車両駆動用の電力を放電させ、また、ブレーキが操作された場合には、モータ３２によって発電された電力が車載バッテリ３３に充電されるように制御される。
【００３３】
受電コントローラ２７は、記憶装置に接続され、この記憶装置に接続された制御プログラムを実行することで、受電ユニット２０を、変更手段、伝送効率算出手段、判定手段、受電電力取得手段、情報保持手段、コイル間隔取得手段、および取出電力調整手段を備える受電ユニット２０として動作させるコンピュータである。受電コントローラ２７は、予め設定された受電用の設定内容、データ送受信ユニット２２による送電ユニット１０とのデータ送受信結果、および整流回路２８から得られた受電電力モニタ結果に従って、共振制御ユニット２６、整流回路２８およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９を制御する。データ送受信ユニット２２は、アンテナ２１に接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、受電コイル２５には、送電コイル１５との間の磁界共鳴によって電流が流れる。ここで、受電コントローラ２７は、送電コイル１５との間で磁界共鳴を発生させるために、受電コイル２５の共振周波数が送電ユニット１０と一致するように共振制御ユニット２６を制御する。
【００３４】
整流回路２８（ＡＣ／ＤＣコンバータ）およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、充放電制御側による取り出し電力を一定に保つことで、送電側の電圧変更による受電側の見かけの負荷抵抗の制御を可能とする。負荷抵抗の制御処理の詳細については、後述する。
【００３５】
図２は、本実施形態において用いられる送電コイル１５および受電コイル２５の構成を示す図である。図２に示したコイルは、送電コイル１５として第一送電コイル１５ａおよび第二送電コイル１５ｂを用い、受電コイル２５として第一受電コイル２５ａおよび第二受電コイル２５ｂを用いる、４コイル構成のコイルである。なお、ここで、第一送電コイル１５ａは、直径１７０ｍｍ、２ターンのコイルであり、第二送電コイル１５ｂおよび第
一受電コイル２５ａは、直径２５０ｍｍ、１０ターンのコイルであり、第二受電コイル２５ｂは、直径１５７ｍｍ、１ターンのコイルである。
【００３６】
ここで、第一送電コイル１５ａは、送電アンプ１４から直接電力が与えられるコイルである。送電アンプ１４によって第一送電コイル１５ａに電流が流されると、第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの間で電磁誘導が発生し、第二送電コイル１５ｂに電流が流れる。そして、電磁誘導によって第二送電コイル１５ｂに電流が流れると、共振周波数が合わせられた第二送電コイル１５ｂと第一受電コイル２５ａとの間で磁界共鳴が発生し、第一受電コイル２５ａに電流が流れる。更に、磁界共鳴によって第一受電コイル２５ａに電流が流れると、第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの間で電磁誘導が発生し、第二受電コイル２５ｂに電流が流れる。図２に示した例では、送電アンプ１４から電流が直接流されるコイルおよび受電側の負荷抵抗に直接接続されたコイル（ここでは、第一送電コイル１５ａおよび第二受電コイル２５ｂ）と、磁界共鳴による電力伝送に用いられるコイル（ここでは、第二送電コイル１５ｂおよび第一受電コイル２５ａ）と、を物理的に接続せず、電磁誘導によって接続することで、送電アンプ１４や負荷抵抗等の構成が、磁界共鳴に用いるコイルの共振周波数等に与える影響を抑えることとしている。
【００３７】
なお、図２では、代表的な例として、送電側２コイル、受電側２コイルの４コイル構成を図示したが、本発明は、送電コイル１５と受電コイル２５との間での磁界共鳴による無線電力伝送を用いたシステムに適用可能なものであり、コイル数は上記４コイル構成に限定されない。例えば、送電側１コイル、受電側１コイルの２コイル構成が採用されてもよいし、送電側１コイル、受電側２コイルの３コイル構成が採用されてもよい。なお、３コイル構成における受電側の２コイルは、電磁誘導で接続される上記第一受電コイル２５ａおよび第二受電コイル２５ｂである。
【００３８】
＜伝送効率の調整処理＞
図３は、本実施形態に係る無線電力伝送システム１において行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、車両側に設けられた受電コイル２５と駐車場等に設けられた送電コイル１５とが位置合わせされ、また、共振周波数を合わせる処理等が完了して、送電準備が完了したことを契機として開始される。なお、本フローチャートに示された処理の具体的な内容および順序は一例であり、処理内容および順序には、実施の形態に適したものが適宜採用されることが好ましい。
【００３９】
ステップＳ１０１では、送電が開始される。送電コントローラ１７は、予め設定されている内容か、またはデータ送受信ユニット１２、２２を介した受電側との通信結果に従って発振回路１８を制御し、決定された周波数および電圧でコイルに電流を流す。この周波数は送電ユニット１０および受電ユニット２０の共振周波数であるため、この送電によって送電コイル１５と受電コイル２５との間で磁界共鳴が起き、受電ユニット２０は電力を受電することが出来る。その後、処理はステップＳ１０２へ進む。
【００４０】
ステップＳ１０２では、伝送効率が算出される。送電コントローラ１７および受電コントローラ２７の少なくとも何れか（以下、単に「コントローラ１７、２７」と記載する）は、送電アンプ１４でモニタされた送電電力に対する、整流回路２８でモニタされた受電電力の割合を算出することで、伝送効率を算出する。なお、送電コントローラ１７は、データ送受信ユニット１２、２２を介して、受電ユニット２０側から受電電力を取得することが出来る。また、受電コントローラ２７は、データ送受信ユニット１２、２２を介して、送電ユニット１０側から送電電力を取得することが出来る。即ち、送電アンプ１４およびコントローラ１７、２７は、本発明の送電電力取得手段に相当し、整流回路２８およびコントローラ１７、２７は、本発明の受電電力取得手段に相当する。その後、処理はステップＳ１０３へ進む。
【００４１】
ステップＳ１０３では、伝送効率が、十分に高い伝送効率となっているか否かが判定される。コントローラ１７、２７は、算出された伝送効率が、予め定められた目標値以上となっているか否かを判定する。なお、本実施形態では、伝送効率の目標値には、車載バッテリ３３に充電を行うにあたって十分といえる電力に基づいて、例えば８０％や７０％等といった値が予め設定される。伝送効率が目標値以上であると判定された場合、本フローチャートに示された伝送効率調整処理は終了し、以降、車載バッテリ３３への充電が完了するまで、送電処理が継続される。伝送効率が目標値未満であると判定された場合、処理はステップＳ１０４へ進む。
【００４２】
ステップＳ１０４では、送受電要素の変更が行われる。コントローラ１７、２７は、送電ユニット１０および受電ユニット２０の少なくとも何れか一方において、伝送効率に影響を与える要素、換言すると、その要素に何らかの変更を加えることで伝送効率が変化する要素、を変更する。なお、送受電要素の変更は、ステップＳ１０５以降で調整の結果をフィードバックさせながら、目標となる伝送効率を達成するように行われるため、必ずしも伝送効率に与える影響が予測可能な要素の変更でなくともよい。即ち、その要素に加える変更によって伝送効率が向上するか低下するか予測が困難な場合であっても、ステップＳ１０４では、その要素に対して変更が加えられてよい。ステップＳ１０４で加えられた変更の結果は、以下に説明するステップＳ１０５以降の処理で判断される。ここで、送受電要素とは、無線電力伝送装置において電力伝送に用いられる要素のうち、伝送効率に影響を与える要素であり、送受電要素の変更とは、このような送受電要素としての制御対象や制御値に対して変更を加えることである。なお、本実施形態では、受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整、送電周波数の制御による伝送効率の調整、コイル数の変更による伝送効率の調整、およびコイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整、のうち、少なくとも何れかの調整手段を用いて、伝送効率が調整される。伝送効率調整の具体的な方法については、後述する。その後、処理はステップＳ１０５へ進む。
【００４３】
ステップＳ１０５およびステップＳ１０６では、再び伝送効率が算出され、伝送効率が改善されたか否かが判定される。ステップＳ１０５における伝送効率の算出の具体的な方法は、ステップＳ１０２で説明した通りであるため、説明を省略する。伝送効率が算出されると、コントローラ１７、２７は、ステップＳ１０２で算出された伝送効率調整処理前の伝送効率と、ステップＳ１０５で算出された伝送効率調整処理後の伝送効率と、を比較することで、ステップＳ１０４で実行された送受電要素の変更の結果、伝送効率が改善したか否かを判定する。伝送効率が改善していないと判定された場合、処理はステップＳ１０７へ進む。伝送効率が改善したと判定された場合、処理はステップＳ１０８へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０７では、再び送受電要素の変更が行われる。但し、ステップＳ１０７における送受電要素の変更は、ステップＳ１０４において行われた変更の結果が良好でなかったことを受けて行われる調整であるため、ステップＳ１０４において行われた送受電要素への変更の方向とは異なる方向への変更が行われることが好ましい。但し、変更が加えられる送受電要素によっては、一旦伝送効率が低下するものの、同方向への変更を加えることで伝送効率が改善するようなものもあると考えられるため、必ずしも変更の方向性はステップＳ１０４と異なるものとしなくてもよい。その後、処理はステップＳ１０５へ進む。
【００４５】
ステップＳ１０８では、伝送効率が、十分に高い伝送効率となっているか否かが判定される。伝送効率判定の詳細な処理内容は、ステップＳ１０３で説明したものと概略同様であるため、説明を省略する。伝送効率が目標値以上であると判定された場合、本フローチャートに示された伝送効率調整処理は終了し、以降、車載バッテリ３３への充電が完了するまで、送電処理が継続される。伝送効率が目標値未満であると判定された場合、処理は
ステップＳ１０４へ進む。
【００４６】
即ち、本フローチャートに示された処理では、十分に高い伝送効率が得られるまで、ステップＳ１０４からステップＳ１０８に示された、伝送効率を調整する処理が繰り返される。本フローチャートに示された処理が実行されることで、本実施形態に係る無線電力伝送システム１によれば、電線を介さずに、特に送電側のコイルと受電側のコイルとの距離が密接していない状態で送電を効率良く行うことが出来る。
【００４７】
＜伝送効率の調整方法のバリエーション＞
以下、本実施形態に係る電力伝送システムにおいて用いられる、伝送効率の具体的な調整方法について説明する。本実施形態では、（１）受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整、（２）送電周波数の制御による伝送効率の調整、（３）コイル数の変更による伝送効率の調整、および（４）コイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整、のうち、少なくとも何れかの調整手段を用いて、伝送効率が調整される。
【００４８】
（１）受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整
はじめに、受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整について説明する。本実施形態に係る受電ユニット２０は、受電コイル２５と車載バッテリ３３との間に整流回路２８およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９を備え、整流回路２８およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、車載バッテリ３３側によって取り出される電力を一定に保つ。このため、送電ユニット１０による送電電圧の変化に伴って受電コイル２５の受電電圧が変化すると、受電コイル２５を流れる電流が変化することで、見かけの負荷抵抗が変化する。例えば、送電電圧を上げた場合、受電コイル２５の受電電圧が上がり、受電コイル２５を流れる電流が小さくなることで、見かけの負荷抵抗が上がる。即ち、本実施形態では、整流回路２８およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９によって、受電コイル２５に対する見かけの負荷抵抗を変化させることが可能となる。
【００４９】
図４は、図２に示した４コイル構成において、負荷抵抗毎に、送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離（コイル間隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図４によれば、負荷抵抗を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図４に示した例では、送電コイル１５と受電コイル２５との間隔が２００ｍｍで、負荷抵抗を１０Ω、３．３Ω、３３Ωで切り替えた場合には、負荷抵抗を１０Ωとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図４に示した負荷抵抗に応じた伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、負荷抵抗の大きさと伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム１を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素（ここでは、受電側の負荷抵抗または送電電圧）とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップである伝送効率情報として、コントローラ１７、２７に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。なお、本実施形態において、記憶装置およびコントローラ１７、２７は、本発明に係る情報保持手段に相当する。
【００５０】
（２）送電周波数の制御による伝送効率の調整
次に、送電周波数の制御による伝送効率の調整について説明する。本実施形態において用いられるような磁界共鳴を用いて電力伝送を行う場合、送電周波数を変更することで、送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離に対する伝送効率が変化する。
【００５１】
図５は、図２に示した４コイル構成において、送電周波数毎に、送電コイル１５と受電
コイル２５との間の距離（コイル間隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図５によれば、送電周波数を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図５に示した例では、送電コイル１５と受電コイル２５との間隔が１００ｍｍで、送電周波数を１ＭＨｚ、０．５ＭＨｚ、２ＭＨｚで切り替えた場合には、送電周波数を２ＭＨｚとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図５に示した送電周波数に応じた伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、送電周波数の大きさと伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム１を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素（ここでは、送電周波数）とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップである伝送効率情報として、コントローラ１７、２７に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。
【００５２】
（３）コイル数の変更による伝送効率の調整
次に、コイル数の変更による伝送効率の調整について説明する。本実施形態において用いられるような磁界共鳴を用いて電力伝送を行う場合、送電コイル１５および受電コイル２５の構成を変更することで、送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離に対する伝送効率が変化する。
【００５３】
図６は、本実施形態における４コイル構成の概要を示す図である。また、図７Ａは、図６に示した４コイル構成で第二送電コイル１５ｂと第一受電コイル２５ａとの間隔を５０ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図であり、図７Ｂは、図６に示した４コイル構成で第二送電コイル１５ｂと第一受電コイル２５ａの間隔を５００ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。なお、図７Ａおよび図７Ｂの例では、共振周波数は１ＭＨｚに設定されている。図７Ａによれば、コイル間隔が５０ｍｍである（比較的小さい）場合、ピークスプリットが発生し、共振周波数（ここでは１ＭＨｚ）において第一送電コイル１５ａに流れる電流が大きいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が大きくなり、伝送効率が低くなることが分かる。これに対して、図７Ｂによれば、コイル間隔が５００ｍｍ（比較的大きい）場合、ピークスプリットが発生せず、共振周波数（ここでは１ＭＨｚ）において第一送電コイル１５ａに流れる電流が小さいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が小さくなり、伝送効率が高くなることが分かる。
【００５４】
図８は、本実施形態における３コイル構成の概要を示す図である。また、図９Ａは、図８に示した３コイル構成で第二送電コイル１５ｂと第一受電コイル２５ａの間隔を５０ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図であり、図９Ｂは、図８に示した３コイル構成で第二送電コイル１５ｂと第一受電コイル２５ａの間隔を５００ｍｍとした場合の周波数とコイルを流れる電流との関係を示す図である。なお、図９Ａおよび図９Ｂの例では、共振周波数は１ＭＨｚに設定されている。図９Ａによれば、コイル間隔が５０ｍｍである（比較的小さい）場合、ピークスプリットが発生し、共振周波数（ここでは１ＭＨｚ）において第二送電コイル１５ｂに流れる電流が小さいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が小さくなり、伝送効率が高くなることが分かる。これに対して、図９Ｂによれば、コイル間隔が５００ｍｍ（比較的大きい）場合、ピークスプリットが発生せず、共振周波数（ここでは１ＭＨｚ）において第二送電コイル１５ｂに流れる電流が大きいこと、即ち、電源の出力抵抗での電力損失が大きくなり、伝送効率が低くなることが分かる。
【００５５】
図１０は、コイル構成毎に、送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離（コイル間
隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図１０によれば、図７Ａ、図７Ｂ、図９Ａおよび図９Ｂを参照して検討したとおり、コイル構成を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図１０に示した例では、送電コイル１５と受電コイル２５との間隔が５０ｍｍで、コイル構成を４コイル構成、３コイル構成で切り替えた場合には、コイル構成を３コイルとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。これに対して、送電コイル１５と受電コイル２５との間隔が５００ｍｍでコイル構成を切り替えた場合には、コイル構成を４コイルとした場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図１０に示したコイル構成に応じた伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、コイル構成の大きさと伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム１を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素（ここでは、コイル構成）とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップである伝送効率情報として、コントローラ１７、２７に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。
【００５６】
（４）コイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整
次に、コイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整について説明する。本実施形態において用いられるような磁界共鳴を用いて電力伝送を行う場合、第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの間、または第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの間の結合度合いを変更することで、送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離に対する伝送効率が変化する。
【００５７】
図１１は、本実施形態における第一送電コイル１５ａおよび第二送電コイル１５ｂの構成の概要を示す図である。図１１に示す例では、第一送電コイル１５ａとして、径が１５７ｍｍの第一送電コイル１５ａ１、径が１４０ｍｍの第一送電コイル１５ａ２、および径が１７０ｍｍの第一送電コイル１５ａ３の３つの第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３を予め設けておき、コントローラ１７、２７制御によってこの３つの第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３のうち何れか１つを選択して電力伝送に使用することとしている。本実施形態では、径の異なるコイルを選択して用いることで、第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３と第二送電コイル１５ｂとの間の結合度合いを変更する。なお、コイル間の結合度合いは、一般に、コイル間隔が近いほど強い。また、本実施形態では、第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３を複数種類設けることで第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３と第二送電コイル１５ｂとの結合度合いを変更することとしているが、径の異なる第二受電コイル２５ｂを複数設けて選択可能とし、第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの結合度合いを変更することとしてもよい。
【００５８】
図１２は、図１１に示した、互いに径の異なる第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３毎に、送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離（コイル間隔）と伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。図１２によれば、第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３の径を変更することで、ある距離における伝送効率が変化することが分かる。例えば、図１２に示した例では、送電コイル１５と受電コイル２５との間隔が１００ｍｍで、径が１５７ｍｍの第一送電コイル１５ａ１、径が１４０ｍｍの第一送電コイル１５ａ２、および径が１７０ｍｍの第一送電コイル１５ａ３の３つの第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３で切り替えた場合には、径が１７０ｍｍの第一送電コイル１５ａ３を用いた場合に、最も良好な伝送効率が得られることが分かる。このような、送受電要素に対応する、コイル間隔と伝送効率との関係のシミュレーション結果は、フィードバック制御における送受電要素の変更方向を決定する際に、補助的に用いられてもよい。但し、図１２に示した第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３の径に応じ
た伝送効率の変化は、シミュレーションによって得られた一例であり、実施の態様によって、第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３の径と伝送効率との関係は変化する。このため、実施にあたっては、実施に用いられる無線電力伝送システム１を用いて実際に測定を行った結果が、変更される要素（ここでは、第一送電コイル１５ａ１、１５ａ２、１５ａ３の径）とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップとして、コントローラ１７、２７に接続された記憶装置に保持され、これを参照して制御が行われる。
【００５９】
なお、コイル間の結合度合いの変更には、図１１に示したような、径の異なる複数のコイルを用意して使用コイルを変更する方法以外の方法が用いられてもよい。以下、図１３および図１４を用いて、複数のコイルを用いる以外の、コイル間の結合度合いを変更する方法について説明する。
【００６０】
図１３は、第一送電コイル１５ａまたは第二送電コイル１５ｂを同軸上で上下動可能とした構成の概要を示す図である。図１３に示した例によれば、第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの間の距離を変更することで、コイル間の相互インダクタンスを可変とすることが可能となる。このような構成によっても、第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの間の結合度合いを変化させ、伝送効率を調整することが出来る。なお、本実施形態では、第一送電コイル１５ａまたは第二送電コイル１５ｂを同軸上で上下動可能とすることで第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの結合度合いを変更することとしているが、第一受電コイル２５ａまたは第二受電コイル２５ｂを同軸上で上下動可能とすることで第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの結合度合いを変更することとしてもよい。具体的には、コイルに、該コイルを同軸上で上下に移動させることが可能な駆動装置を接続し、コントローラ１７、２７がこの駆動装置を制御することで、第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの結合度合いを変更することが出来る。
【００６１】
図１４は、第一送電コイル１５ａまたは第二受電コイル２５ｂの使用ターン数を切替可能とした場合のコイル構成を示す図である。図１４に示した例によれば、第一送電コイル１５ａまたは第二受電コイル２５ｂを複数ターン（図１４に示した例では、２ターン）巻きのコイルとし、コイル途中に使用ターン数を切り替えるためのタップ（センタータップ）１５ｃを設け、コイル終端とセンタータップ１５ｃとの間で送電アンプ１４または負荷抵抗との接続をコントローラ１７、２７による制御に基づいて切り替えることで、実際に使用されるコイルのターン数を切替可能としている。このような構成によっても、第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの間の結合度合い、または第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの間の結合度合いを変化させ、伝送効率を調整することが出来る。なお、コイル間の結合度合いは、一般に、より多くのターン数を使用するほど強くなる。
【００６２】
＜伝送効率の調整処理：２＞
なお、上記説明した伝送効率の調整処理では、伝送効率を監視しながら送受電要素の変更を行い、高い伝送効率を得ることとしているが、送受電要素の変更は、コイル間隔に基づいて制御されてもよい。
【００６３】
図１５は、本実施形態に係る無線電力伝送システム１において行われる伝送効率の調整処理の流れを示すフローチャートを示す図である。本フローチャートに示された処理は、車両側に設けられた受電コイル２５と駐車場等に設けられた送電コイル１５とが位置合わせされ、送電準備が完了したことを契機として開始される。なお、本フローチャートに示された処理の具体的な内容および順序は一例であり、処理内容および順序には、実施の形態に適したものが適宜採用されることが好ましい。
【００６４】
ステップＳ２０１では、コイル間隔が取得される。コントローラ１７、２７は、送電コイル１５と受電コイル２５とのコイル間隔を取得する。コントローラ１７、２７は、例えば、電波や音波の遅延時間や、撮像画像を用いた測量によって距離を計測する計測器（図示は省略する）によってコイル間隔を取得することが出来る。また、予め車両側の受電コントローラ２７が受電コイル２５と地面（送電コイル１５）との距離情報を保持しておき、この情報を送電コントローラ１７へ送信することとしてもよい。また、コイル間隔は、車両側の受電コントローラ２７で保持されている車高情報や車種情報等、その他の情報に基づいて特定されてもよい。例えば、送電コントローラ１７は、受電コントローラ２７からデータ送受信ユニット１２、２２を介して車種情報を受信し、送電コントローラ１７に接続されたデータベースを検索し、該当車種の標準的なコイル間隔を取得することとしてもよい。何れかの方法でコイル間隔が取得されると、処理はステップＳ２０２へ進む。
【００６５】
ステップＳ２０２およびステップＳ２０３では、伝送効率情報が参照され、送受電要素の変更内容が決定される。本実施形態において、伝送効率情報は、予め実験やシミュレーションの結果から導き出された、コイル間隔と伝送効率との関係を、送受電要素毎に示す情報であり、関係式やマップ等の形式で、コントローラ１７、２７に接続された記憶装置に保持されている。より具体的には、記憶装置には、上記＜伝送効率の調整方法のバリエーション＞の項において、図４、図５、図１０および図１２等を用いて説明した、送受電要素毎の、コイル間隔と伝送効率との関係式または制御マップ（制御テーブル）である伝送効率情報が保持される。制御マップは、例えば、コイル間隔毎の最適な制御値（送受電要素の変更内容）を含む情報である。そして、コントローラ１７、２７は、ステップＳ２０１において取得されたコイル間隔を関係式に代入する、またはこのコイル間隔に基づいて制御マップを検索する、等の方法で、所定の送受電要素について、変更内容毎の伝送効率を取得する。そして、コントローラ１７、２７は、伝送効率が最大となる変更内容を、実際の変更内容として決定する。その後、処理はステップＳ２０４へ進む。
【００６６】
なお、関係式や制御マップ（制御テーブル）等の伝送効率情報を用いて変更内容を決定する場合には、複数のパラメータに基づいて変更内容を決定する場合であっても、複数のパラメータを総合的に見て最も好ましい（最も効率が高い）変更内容を、容易に得ることが可能である。例えば、コイル間隔（第一のパラメータ）とコイル間隔以外の第二のパラメータとを用いて送受電要素（例えば、周波数）の変更内容を決定する場合、コントローラ１７、２７は、コイル間隔（第一のパラメータ）についての伝送効率情報を用いて、コイル間隔ａに対応した制御値である周波数ｘ、ｙの伝送効率Ｎａｘ、Ｎａｙを取得し、更に、第二のパラメータについての伝送効率情報を用いて、第二のパラメータｂに対応した制御値である周波数ｘ、ｙの伝送効率Ｎｂｘ、Ｎｂｙを取得する。そして、コントローラ１７、２７は、取得された伝送効率Ｎａｘ、Ｎａｙおよび伝送効率Ｎｂｘ、Ｎｂｙに基づいて、制御値（周波数ｘ、ｙ）毎の総合伝送効率（Ｎｘ＝Ｎａｘ＊Ｎｂｘ、Ｎｙ＝Ｎａｙ＊Ｎｂｙ）を算出して比較し、周波数ｘ、ｙのうち総合効率Ｎｘ、Ｎｙがより高い方を、第一のパラメータａおよび第二のパラメータｂが得られた場合の変更内容として決定する。
【００６７】
ステップＳ２０４では、送受電要素の変更が行われる。コントローラ１７、２７は、送電ユニット１０および受電ユニット２０の少なくとも何れか一方において、ステップＳ２０３で決定された送受電要素の変更処理を実行する。なお、本実施形態では、上記説明した、受電側の見かけの負荷抵抗の制御による伝送効率の調整、送電周波数の制御による伝送効率の調整、コイル数の変更による伝送効率の調整、およびコイル間の結合度合いの変更による伝送効率の調整、のうち、少なくとも何れかの調整手段を用いて、伝送効率が調整される。その後、本フローチャートに示された処理は終了する。
【００６８】
＜充電の進行に伴う伝送効率の調整処理＞
図３を用いて説明した伝送効率の調整処理は、無線電力伝送において、送電の効率を監視しながらより良好な伝送効率が得られるように無線電力伝送システム１を制御する処理であるが、本実施形態に示す無線電力伝送システム１は、車載バッテリ３３を充電するためのシステムであるため、図３に示された調整処理に併せて、効率の高い充電を行うための制御が行われることが好ましい。例えば、車載バッテリ３３として用いる電池の種類によっては、充電の進行に伴って高い充電効率を維持するための条件が異なる。例えば、一般に、ニッケル水素電池では定電流充電が行われ、リチウムイオン電池では定電流で充電を開始し、途中で定電圧充電に切り替える、定電流・定電圧充電が行われる。このため、バッテリの種類に応じて、適切な電流・電圧制御を行い、高効率での充電を維持することが好ましい。
【００６９】
図１６は、本実施形態に係る無線電力伝送システム１において、充電の進行に伴って行われる、定電流充電処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、無線電力伝送システム１による送受電が開始されたことを契機として開始される。なお、本フローチャートに示された処理の具体的な内容および順序は一例であり、処理内容および順序には、実施の形態に適したものが適宜採用されることが好ましい。
【００７０】
はじめに、受電コントローラ２７は、車載バッテリ３３の電圧を取得する（ステップＳ３０１）。一般に、充電が進行すると、バッテリの電圧が上昇する。これは、受電側の負荷抵抗が上がったことを意味し、車載バッテリ３３が定電流で充電を行うタイプのバッテリである場合には、定電流充電のために必要な電圧が上昇する。受電コントローラ２７は、取得した電圧を、データ送受信ユニット１２、２２を介して送電コントローラ１７に送信する（ステップＳ３０２）。
【００７１】
送電コントローラ１７は、受電コントローラ２７から送信された車載バッテリ３３の電圧を受信し（ステップＳ３０２）、受信された車載バッテリ３３電圧に基づいて、定電流で充電を行うために必要な送電電圧を算出する（ステップＳ３０３）。そして、送電コントローラ１７は、送電アンプ１４を制御することで、送電コイル１５への電圧を、算出された送電電圧とする（ステップＳ３０４）。このような制御が行われることで、充電電流が一定となり、定電流充電が行われるバッテリや、定電流・定電圧充電が行われるバッテリにおいて、高効率での充電を維持することが出来る。
【００７２】
なお、送電電圧は、受電側の現在の充電電圧および所定の充電電流に基づいて、受電側が受け取るべき電力を算出し、更に、算出された電力を受電側で受取可能な送電側電圧を算出することで取得することが出来る。また、送電電圧は、実施に用いられる無線電力伝送システム１を用いて実際に測定を行った結果を、送電側の電圧とコイル間隔と伝送効率との関係式またはマップ（伝送効率情報）として保持し、これを参照することで取得されてもよい。また、図１６に示した例では、受電コントローラ２７は充電電圧のみを取得し、これを送電コントローラ１７に送信して、送電電圧を算出する処理は送電コントローラ１７で行われることとしているが、送電電圧を算出するための処理は、受電コントローラ２７および送電コントローラ１７の何れで行われてもよい。例えば、受電コントローラ２７側で充電電圧に基づいて定電流充電に必要な電力を算出して送電コントローラ１７へ送信し、送電コントローラ１７は、受電コントローラ２７から送信された必要電力に基づいて送電電圧を決定することとしてもよい。
【００７３】
なお、図１６に示した例では、定電流充電を行う場合の処理の流れについて説明したが、定電圧充電を行う場合や、急速充電を行う（充電電流を増やす）場合にも、同様の方法、即ち、車載バッテリ３３から充電電圧や充電電流を取得し、必要な送電側の電流および電圧を算出して送電側を制御することで、定電圧充電を行う場合や、急速充電を行うことが出来る。即ち、受電側の電圧または電流の変化は、受電側の負荷抵抗の変化とみなすこ
とができるため、送電側における送電電圧および送電電流の制御で対応することが可能である。
【００７４】
ところで、ワイヤレス送電を行うための送電側ユニットおよび受電側ユニットを、受電側装置および送電側設備に取り付けた場合、ユニット背面側等に鉄板等の磁性体が存在する場合がある。例えば、自動車に受電側ユニットを設置した場合、どうしても自動車のシャーシやボディ等の磁性体（鉄板）が受電側ユニットの背面等に存在することになる。この場合、磁性体に送電による磁気が達することになって磁性体内に渦電流が発生し、結果渦電流によるエネルギー喪失を招いて送電効率が低下することになる。
【００７５】
そこで、本実施形態においては、ワイヤレス送電を行う送電側、受電側のそれぞれのコイルの近傍、具体的には背面に磁気シールドシートを配置している。尚、この磁気シールドシートとしては、偏平状軟磁性粉末を含んだ合成ゴムシート（例えば、大同特殊鋼株式会社製フレキシブルノイズ抑制シート「ＤＰＲ」等）等を用いることができる。図１７は、ユニットの背面側に金属板のみを配置した場合の渦電流が発生する様子と、ユニット背面側の金属板に磁気シールドシートを配置した場合の渦電流の発生が抑制される様子とを比較した図である。
【００７６】
具体的には、例えば、図１８のように送受電のそれぞれのコイルを対面配置させ、送電側は送電コイルの背面に磁気シールドシート、受電側である車側は受電コイル、磁気シールドシート、車（ＢＯＤＹ）の順に配置することが好ましい。磁気シールドシートの大きさはコイルを覆うことができるようにコイルの直径よりも十分大きいことが好ましい。また、コイル及び磁気シールドシートの方向、配置、距離等は、送電効率を考慮して、例えば実験で確かめながら適宜設定されることが好ましい。もちろん、効率を考慮し、シートの折り曲げ（コイルの覆い方）、及び形状、厚み、大きさ等も、実験等を通して適宜設計されることが好ましい。
【００７７】
また、このような実施形態によれば、磁気シールドシート背後への磁気は遮蔽されるため、受電する車両側の乗客及び電子機器への送電エネルギーの影響が殆どなくなるといった効果を得ることも可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  無線電力伝送システム
１０  送電ユニット
１５  送電コイル
１７  送電コントローラ
２０  受電ユニット
２５  受電コイル
２７  受電コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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