(57)【要約】【課題】各種の使用形態において幅広く利用し得る電力伝送システムを提供する。【解決手段】互いに離間した回転体１０２と静止体１０１との間において非接触で電力の伝送を行う電力伝送装置を備え、電力伝送装置は、静止体１０１に取り付けられて信号発生部からの交流信号の供給を受けて電磁場を発生させる送電コイル１２と、信号発生部と送電コイル１２とを整合させる第１整合部と、回転体１０２に取り付けられて電磁場によって誘導電圧を発生する受電コイル２１と、誘導電圧に基づいて供給電圧を生成する電圧生成部と、受電コイル２１と電圧生成部とを整合させる第２整合部とを備えて構成され、送電コイル１２および受電コイル２１は、各々の中心軸１２ａ，２１ａが互いに異軸であってかつ両中心軸１２ａ，２１ａにおける交点Ｐ１，Ｐ２の間の距離が回転体１０２の回転状態において略一定となるように取り付けられている。【選択図】図２
2010268531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間した複数の構成体と、前記各構成体間において非接触で電力の伝送を行う電力伝送装置と、当該電力伝送装置によって伝送された前記電力が供給される電力供給対象体とを備えた電力伝送システムであって、
前記各構成体の少なくとも１つは回転体で構成され、
前記電力伝送装置は、前記各構成体の少なくとも１つに取り付けられて信号発生部から出力された交流信号の供給を受けて電磁場を発生させる送電コイルと、前記信号発生部と前記送電コイルとの間に配設されて当該信号発生部と当該送電コイルとを整合させる第１整合部と、前記送電コイルが取り付けられている前記構成体を除く他の前記構成体に取り付けられて前記電磁場によって誘導電圧を発生する受電コイルと、前記誘導電圧に基づいて供給電圧を生成する電圧生成部と、前記受電コイルと前記電圧生成部との間に配設されて当該受電コイルと当該電圧生成部とを整合させる第２整合部とを備えて構成され、
前記送電コイルおよび前記受電コイルは、各々の中心軸が互いに異軸であってかつ前記送電コイルの当該中心軸における所定部位と前記受電コイルの当該中心軸における所定部位との間の距離が前記回転体の回転状態において略一定となるように前記構成体に取り付けられている電力伝送システム。
【請求項２】
前記電力電送装置は、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方を複数備えている請求項１記載の電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに離間した複数の構成体間において非接触で電力の伝送を行って電力供給対象体に電力を供給する電力伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電力伝送システムとして、下記特許文献１に開示されたデータキャリアシステムで利用されている電力伝送システムが知られている。このデータキャリアシステムは、応答器と、応答器へ電力を供給するために高周波の搬送波を送信すると共に応答器との間でデータを送受信する質問器とを備えている。また、質問器には、質問器を制御するための制御手段と、質問器のアンテナ（質問器側コイル）から送信された電力の強さをモニタするためのモニタ手段と、質問器のアンテナと送信回路とのインピーダンス整合を行うための整合手段と、整合手段に配置された複数のコンデンサを連続的な合成容量として指示させるための変換テーブル手段とが設けられている。この電力伝送システムによれば、アンテナから送信された電力の強度をモニタ手段によってモニタしつつ、これを基にして制御手段が整合手段のコンデンサ合成容量を加減して最も大きな電力が得られる点に整合させることができるため、アンテナの製造上のバラツキ、経年変化および湿度温度の変化などに対しても自動的に最適な整合状態に移行させることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３０３７９０号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記したデータキャリアシステムで利用されている従来の電力伝送システムには、以下の改善すべき課題が存在している。すなわち、この電力伝送システムでは、質問器と応答器との間の距離や、応答器に対する質問器のアンテナの向きによってさまざまに変化する質問器側でのアンテナのインピーダンスに対しては、質問器に設けた整合手段のコンデンサ合成容量を加減することにより、送信回路のインピーダンスと整合させて、効率のよい電力の伝送を可能としている。
【０００５】
しかしながら、本願発明者が上記した従来の電力伝送システムについて鋭意研究を行ったところ、応答器側にはインピーダンス整合を任意に実行可能な整合手段が設けられていないため、応答器側ではコイルと整流平滑回路との整合状態を変更できないことに起因して、良好に電力伝送できる質問器と応答器との間の距離の範囲に制限があることを見出した。このため、この電力伝送システムでは、例えば、質問器側のアンテナ（質問器側コイル）を静止体（非回転体）に配設すると共に、応答器側のアンテナ（応答器側コイル）を回転体に配設して、静止体と回転体との間において電力を非接触で伝送するときには、両アンテナの中心軸を同軸（一方のアンテナの中心軸の延長線と他方のアンテナの中心軸の延長線とが一致する状態）として互いを近接させないと満足できる伝送を得ることができない。したがって、この電力伝送システムには、このような限られた使用形態でしか利用することができないという課題が存在する。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、各種の使用形態において幅広く利用し得る電力伝送システムを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電力伝送システムは、互いに離間した複数の構成体と、前記各構成体間において非接触で電力の伝送を行う電力伝送装置と、当該電力伝送装置によって伝送された前記電力が供給される電力供給対象体とを備えた電力伝送システムであって、前記各構成体の少なくとも１つは回転体で構成され、前記電力伝送装置は、前記各構成体の少なくとも１つに取り付けられて信号発生部から出力された交流信号の供給を受けて電磁場を発生させる送電コイルと、前記信号発生部と前記送電コイルとの間に配設されて当該信号発生部と当該送電コイルとを整合させる第１整合部と、前記送電コイルが取り付けられている前記構成体を除く他の前記構成体に取り付けられて前記電磁場によって誘導電圧を発生する受電コイルと、前記誘導電圧に基づいて供給電圧を生成する電圧生成部と、前記受電コイルと前記電圧生成部との間に配設されて当該受電コイルと当該電圧生成部とを整合させる第２整合部とを備えて構成され、前記送電コイルおよび前記受電コイルは、各々の中心軸が互いに異軸であってかつ前記送電コイルの当該中心軸における所定部位と前記受電コイルの当該中心軸における所定部位との間の距離が前記回転体の回転状態において略一定（ここで、略一定とは、一定またはほぼ一定を含むことを意味する）となるように前記構成体に取り付けられている。
【０００８】
また、請求項２記載の電力伝送システムは、請求項１記載の電力伝送システムにおいて、前記電力電送装置は、前記送電コイルおよび前記受電コイルの少なくとも一方を複数備えている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の電力伝送システムでは、送電コイルの中心軸と受電コイルの中心軸とが異軸であってかつ両中心軸における所定部位の間の距離が回転体の回転状態において略一定となるように送電コイルおよび受電コイルが回転体を含む構成体に取り付けられて、第１整合部が信号発生部と送電コイルとを整合させると共に、第２整合部が受電コイルと電圧生成部とを整合させる。この場合、この電力伝送システムでは、両中心軸における所定部位の間の距離が回転体の回転状態において一定であるため、両コイル間の距離の長短に応じて第１整合部および第２整合部による整合を行うことで、両中心軸が異軸でかつ両コイル間の距離が離れている場合においても、回転体を含む複数の構成体間での電力伝送を伝送効率のよい状態で確実に行うことができる。したがって、この電力伝送システムによれば、両コイル（アンテナ）の中心軸を同軸として互いを近接させるような限られた使用形態においてしか利用することができない従来の電力伝送システムとは異なり、各構成体の位置関係や各構成体の間の距離が異なる各種の使用形態において幅広く利用することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の電力伝送システムによれば、送電コイルおよび受電コイルの少なくとも一方を複数備えて電力電送装置を構成したことにより、例えば、１つの構成体に１つの送電コイルを取り付けると共に、複数の回転体に受電コイルをそれぞれ配設することで、複数の電力供給対象体に対して電力を同時に供給することができる。また、例えば、複数の構成体に送電コイルをそれぞれ取り付けると共に、１つの回転体に１つの受電コイルを配設することで、電力供給対象体に対して、２つの送電コイルから電力を供給することができるため、一方の送電コイルに故障が生じたときであっても、他方の送電コイルから電力供給対象体に対して電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電力伝送システム１００の構成を示す構成図である。
【図２】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第１の説明図である。
【図３】送電装置２における第１整合部１３の回路図である。
【図４】受電装置３における第２整合部２２の回路図である。
【図５】電力伝送システム１００における電力伝送処理の動作を説明するフローチャートである。
【図６】送電装置２と受電装置３との間の距離を変えて結合係数ｋを変えたときの各結合係数ｋでの本願発明（電力伝送システム１００）の伝送効率の測定結果および各比較例１，２の伝送効率のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第２の説明図である。
【図８】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第３の説明図である。
【図９】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第４の説明図である。
【図１０】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第５の説明図である。
【図１１】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第６の説明図である。
【図１２】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第７の説明図である。
【図１３】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第８の説明図である。
【図１４】静止体１０１および回転体１０２の配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の取付け位置を説明する第９の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電力伝送システムの最良の形態について説明する。
【００１３】
図１に示す電力伝送システム１００は、一例として、互いに離間した状態で配置された構成体としての静止体（非回転体）１０１および回転体１０２と、静止体１０１および回転体１０２の間において非接触で電力の伝送を行う電力伝送装置１と、電力伝送装置１によって伝送された電力が供給される電力供給対象体としてのバッテリ４とを備えて構成されている。
【００１４】
静止体１０１は、図２に示すように、一例として矩形の板状に形成されて、図外の基体部に固定されている。この場合、静止体１０１には、後述する電力伝送装置１の送電装置２が配設されている。回転体１０２は、同図に示すように、一例として円柱状に形成されている。また、回転体１０２は、その端面１０２ａ，１０２ｂが静止体１０１の下面１０１ａおよび上面１０１ｂに対して直角をなすようにして、静止体１０１に対して所定の距離だけ離間した位置において回転可能に配置されて、図外の回転機構によって回転させられる。この場合、回転体１０２には、後述する電力伝送装置１の受電装置３が配設されている。
【００１５】
電力伝送装置１は、図１に示すように、送電装置２および受電装置３を備えて構成されている。送電装置２は、信号発生部１１、送電コイル１２、第１整合部１３、反射電力計測部１４、第１処理部１５および第１通信部１６を備えて構成されている。信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を発生して出力する。また、信号発生部１１は、第１処理部１５によって制御されて、交流信号Ｓ１の出力電力値を変更可能に構成されている。具体的には、信号発生部１１は、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａで出力する状態、および交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａ未満の電力値Ｗ１ｂで出力する状態のうちの任意の一方の状態で動作可能となっている。また、信号発生部１１は、出力している交流信号Ｓ１の出力電力値Ｗ１（規定電力値Ｗ１ａと電力値Ｗ１ｂとを特に区別しないときには「電力値Ｗ１」ともいう）を出力電力情報として第１処理部１５に出力する機能を備えている。送電コイル１２は、図２に示すように、一例としてコイル形状（つるまきバネ形状や平面コイル形状）に形成されている（同図では平面コイル形状の送電コイル１２を図示している）。また、送電コイル１２は、同図に示すように、一例としてその開口面１２ｂが静止体１０１の下面１０１ａと平行となるようにして下面１０１ａ側に配設されて、受電装置３における後述の受電コイル２１と電磁結合する。
【００１６】
第１整合部１３は、信号発生部１１と送電コイル１２との間に配設されて（具体的には、信号発生部１１と送電コイル１２とを接続する伝送路に介装されて）、受電コイル２１との間の距離に応じて変化する送電コイル１２のインピーダンス（入力インピーダンス）に信号発生部１１側のインピーダンスを整合させる（信号発生部１１と送電コイル１２とを整合状態に移行させる）。本例では、一例として、第１整合部１３は、図３に示すように、送電コイル１２に対して並列に接続された可変コンデンサ１３ａと、送電コイル１２に対して直列（具体的には、送電コイル１２および可変コンデンサ１３ａからなる並列回路に対して直列）に接続された可変コンデンサ１３ｂとを備えて構成されている。また、第１整合部１３は、可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量が第１処理部１５から出力される制御信号Ｓ２によって別個独立して制御されることにより、送電コイル１２（詳しくは、信号発生部１１側から見た送電コイル１２の入力インピーダンス）と信号発生部１１（詳しくは、送電コイル１２側から見た信号発生部１１側の出力インピーダンス）とを整合可能となっている。反射電力計測部１４は、信号発生部１１と第１整合部１３との間に配設されて（具体的には、信号発生部１１と第１整合部１３とを接続する伝送路に介装されて）、信号発生部１１から送電コイル１２に出力された交流信号Ｓ１のうちの送電コイル１２で反射されて信号発生部１１側に戻る交流信号Ｓ１の電力値（反射波電力値）Ｗ２を計測して反射電力情報として第１処理部１５に出力する。
【００１７】
第１処理部１５は、一例としてＣＰＵおよび内部メモリ（いずれも図示せず）を含んで構成されて、信号発生部１１に対する制御処理、第１整合部１３を制御して信号発生部１１（具体的には反射電力計測部１４および信号発生部１１）と送電コイル１２との間を上記の整合状態に移行させる制御処理、この整合状態における第１整合部１３のパラメータ情報（本例では、各可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの静電容量値に関する情報）Ｄ１を第１通信部１６を経由して受電装置３に送信する送信処理、および受電装置３の電力計測部２４で計測された後述の電力値Ｗ３を第１通信部１６を経由して受信する受信処理を実行する。第１通信部１６は、一例として無線送受信器で構成されて、受電装置３の後述する第２通信部２６と通信可能に構成されている。また、第１通信部１６は、受電装置３の無線信号についての受信強度Ｄ２を検出して受信強度情報として第１処理部に出力する機能を備えている。
【００１８】
受電装置３は、受電コイル２１、第２整合部２２、整流部２３、電力計測部２４、第２処理部２５および第２通信部２６を備えて構成されている。受電コイル２１は、図２に示すように、一例として送電コイル１２と同様のコイル形状に形成されて（同図では平面コイル形状の受電コイル２１を図示している）、送電コイル１２と同じ（または、ほぼ同じ）インダクタンスを有している。また、受電コイル２１は、同図に示すように、一例としてその中心軸２１ａが回転体１０２の中心軸１０２ｃと同軸となるようにして（その開口面２１ｂが回転体１０２の端面１０２ａと平行となるようにして）回転体１０２の端面１０２ａに配設されている。この場合、受電コイル２１は、送電装置２の送電コイル１２と電磁結合して（つまり、送電コイル１２によって発生させられた電磁場により）、その両端間に誘導電圧Ｖ１を発生させる。
【００１９】
ここで、上記したように、回転体１０２は、その端面１０２ａが静止体１０１の下面１０１ａに対して直角をなすようにして、静止体１０１に対して所定の距離だけ離間した位置に配設されている。このため、図２に示すように、回転体１０２の端面１０２ａに配設されている送電コイル１２の中心軸１２ａと、静止体１０１の下面１０１ａに配設されている受電コイル２１の中心軸２１ａとは互いに異軸となっている（具体的には、両中心軸１２ａ，２１ａが直角をなしている）。また、送電コイル１２が配設されている静止体１０１が基体部に固定され（つまり、送電コイル１２が静止しており）、かつ回転体１０２の中心軸１０２ｃと中心軸２１ａとが同軸のため、回転体１０２の回転時において送電コイル１２の中心軸１２ａと受電コイル２１の中心軸２１ａとの位置関係が変化しない状態に維持される。このため、この電力伝送システム１００では、送電コイル１２の中心軸１２ａにおける所定部位（例えば、同図に示す中心軸１２ａと送電コイル１２の開口面１２ｂとの交点Ｐ１）と、受電コイル２１の中心軸２１ａにおける所定部位（例えば、同図に示す中心軸２１ａと受電コイル２１の開口面２１ｂとの交点Ｐ２）との間の距離が回転体１０２の回転時において一定（略一定の一例であるが、回転むら等に起因して僅かに変化する場合にも、「一定」に含まれるものとする）に維持される。
【００２０】
第２整合部２２は、受電コイル２１と整流部２３との間に配設されて（具体的には、受電コイル２１と整流部２３とを接続する伝送路に介装されて）、送電コイル１２との間の距離に応じて変化する受電コイル２１のインピーダンス（出力インピーダンス）と整流部２３側のインピーダンスとを整合させる（受電コイル２１と整流部２３とを整合状態に移行させる）。本例では、一例として、第２整合部２２は、図４に示すように、受電コイル２１に対して並列に接続された可変コンデンサ２２ａと、受電コイル２１に対して直列（すなわち、受電コイル２１および可変コンデンサ２２ａからなる並列回路に対して直列）に接続された可変コンデンサ２２ｂとを備え、第１整合部１３と同一の回路に構成されている。また、第２整合部２２は、可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量が第２処理部２５から出力される制御信号Ｓ３によって別個独立して制御されることにより、受電コイル２１（詳しくは、整流部２３側から見た受電コイル２１の出力インピーダンス）と整流部２３（詳しくは、受電コイル２１側から見た整流部２３の入力インピーダンス）とを整合可能となっている。
【００２１】
整流部２３は、電圧生成部の一例であって、受電コイル２１に生じる誘導電圧Ｖ１を第２整合部２２を介して入力すると共に、この誘導電圧Ｖ１に基づいて、バッテリ４に供給する電圧（本例では直流電圧）Ｖｏを生成する。具体的には、整流部２３は、整流回路および平滑回路で構成されて、第２整合部２２から出力される誘導電圧（交流電圧）Ｖ１を整流・平滑して電圧Ｖｏを生成すると共に、生成した電圧Ｖｏをバッテリ４に出力する。また、本例では、一例として、受電装置３内の各構成要素は、この電圧Ｖｏを整流部２３から供給されて作動する。なお、整流部２３から供給された電圧Ｖｏを充電するバッテリを備え（図示せず）、このバッテリの電圧で受電装置３内の各構成要素を作動させてもよい。また、整流部２３に代えて、電圧生成部を、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ、ＡＣ−ＤＣコンバータ、またはＡＣ−ＡＣコンバータで構成することもできる。
【００２２】
電力計測部２４は、整流部２３とバッテリ４とを接続する伝送路に介装されて、受電装置３からバッテリ４に供給されている電圧Ｖｏの電力値Ｗ３を計測して供給電力情報として第２処理部２５に出力する。第２処理部２５は、一例としてＣＰＵおよび内部メモリ（いずれも図示せず）を含んで構成されて、送電装置２からパラメータ情報Ｄ１を受信する受信処理、このパラメータ情報Ｄ１に基づいて第２整合部２２を制御して受電コイル２１とバッテリ４（具体的には整流部２３およびバッテリ４）とを上記の整合状態に移行させる制御処理、および電力計測部２４で計測された電力値Ｗ３を第２通信部２６を経由して送電装置２に送信する送信処理を実行する。第２通信部２６は、一例として無線送受信器で構成されて、送電装置２の第１通信部１６と通信可能に構成されている。また、第２通信部２６は、送電装置２に受電装置３の存在を検出させるために、無線信号を定期的に出力する。なお、本例では、バッテリ４は、受電装置３と共に回転体１０２に配設されている。
【００２３】
次に、電力伝送システム１００の動作について説明する。
【００２４】
この電力伝送システム１００は、動作状態において、図５に示す電力伝送処理５０を繰り返し実行する。この電力伝送処理５０では、送電装置２の第１処理部１５が、まず、受電装置３を検出する処理を実行する（ステップ５１）。具体的には、送電装置２では、第１通信部１６が、受電装置３の第２通信部２６から出力される無線信号による受信強度Ｄ２を繰り返し検出して出力する。このため、この処理では、第１処理部１５は、この受信強度Ｄ２が予め規定された基準強度に達したか否かを判別することにより、受電装置３の存在を検出する。
【００２５】
上記処理において受電装置３の存在を検出したとき（つまり、受信強度Ｄ２が基準強度に達したとき）には、第１処理部１５は、小電力での送電を開始する（ステップ５２）。具体的には、第１処理部１５は、信号発生部１１に対する制御を実行して、交流信号Ｓ１を電力値Ｗ１ｂで出力させる。これにより、信号発生部１１から出力された交流信号Ｓ１が、反射電力計測部１４および第１整合部１３を経由して送電コイル１２に供給されて、小電力での送電が開始される。また、反射電力計測部１４は、反射波電力値Ｗ２を計測して出力する。
【００２６】
一方、受電装置３では、送電コイル１２と電磁結合する受電コイル２１に誘導電圧Ｖ１が発生し、整流部２３が、第２整合部２２を介して出力されるこの誘導電圧Ｖ１を整流して電圧Ｖｏを生成する。これにより、バッテリ４に対する電圧Ｖｏの供給が開始されると共に、受電装置３内の電力計測部２４、第２処理部２５および第２通信部２６がこの電圧Ｖｏの供給を受けて作動を開始する。具体的には、電力計測部２４は、整流部２３からバッテリ４に供給される電圧Ｖｏについての電力値Ｗ３の計測および第２処理部２５への出力を開始する。また、第２通信部２６は、送電装置２の第１通信部１６との通信を開始する。なお、後述する受電装置３を複数備える構成においては、各受電装置３においてこの処理と同様の処理が行われ、後述する送電装置２を複数備える構成においては、各送電装置２において上記した処理と同様の処理が行われる。この場合、１の第２通信部２６と複数の第１通信部１６との間の通信や、複数の第２通信部２６と１の第１通信部１６との間の通信については、無線通信の周波数を変えて通信することもできるし、タイムシェアリング方式で通信することもできる。
【００２７】
次いで、第１処理部１５は、反射電力計測部１４から出力される反射波電力値Ｗ２を取得し（ステップ５３）、反射波電力値Ｗ２が予め規定されたしきい値以下であるか否かを判別する（ステップ５４）。この比較の結果、反射波電力値Ｗ２がしきい値以下でないときには、第１処理部１５は、整合処理を実行する（ステップ５５）。また、第１処理部１５による送電装置２での整合処理と同時に、第２処理部２５も受電装置３において整合処理を実行する。
【００２８】
具体的には、この整合処理では、送電装置２において、第１処理部１５が、第１整合部１３に対して制御信号Ｓ２を出力して、反射波電力値Ｗ２が減少するように第１整合部１３の可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量を変更する処理を実行する。次いで、第１処理部１５は、パラメータ情報Ｄ１（可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量）を第１通信部１６を経由して受電装置３に送信する送信処理を実行する。一方、受電装置３では、第２通信部２６が、このパラメータ情報Ｄ１を受信して、第２処理部２５に出力する。また、第２処理部２５は、このパラメータ情報Ｄ１で示される可変コンデンサ１３ａ，１３ｂの各静電容量に基づいて、第２整合部２２内の対応する可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量を制御する処理を実行する。本例では、一例として、第２処理部２５は、可変コンデンサ２２ａの静電容量を可変コンデンサ１３ａの静電容量に一致させ、かつ可変コンデンサ２２ｂの静電容量を可変コンデンサ１３ｂの静電容量に一致させるように可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量を制御する。
【００２９】
第１処理部１５は、上記の各ステップ５３，５４，５５を反射波電力値Ｗ２がしきい値以下となるまで繰り返し実行する。また、受電装置３では、第２処理部２５が、送電装置２からの新たなパラメータ情報Ｄ１を取得する都度、可変コンデンサ２２ａ，２２ｂの各静電容量を上記したように繰り返し制御する。
【００３０】
この結果、ステップ５４において、反射波電力値Ｗ２がしきい値以下となったときには、第１処理部１５は、第１整合部１３による送電コイル１２と反射電力計測部１４との整合が完了したと判別して、送電・受電電力測定処理を実行する（ステップ５６）。この場合、第１整合部１３による送電コイル１２と反射電力計測部１４との整合が完了したときには、受電コイル２１が送電コイル１２と同一に構成されると共に、第２整合部２２が第１整合部１３と同一に構成され、かつ第２整合部２２の各可変コンデンサ２２ａ，２２ｂが第１整合部１３の対応する各可変コンデンサ１３ａ，１３ｂと同一の静電容量に制御されるため、受電装置３においても、受電コイル２１と整流部２３との整合が完了した状態となる。なお、本例では、一例として、反射波電力値Ｗ２がしきい値以下となったときに、第１処理部１５が第１整合部１３による送電コイル１２と信号発生部１１との整合が完了したと判別する構成を採用して、整合状態への移行時間の短縮を図っているが、反射波電力値Ｗ２が最小となったときに、第１処理部１５が第１整合部１３による送電コイル１２と信号発生部１１との整合が完了したと判別する構成を採用することもできる。
【００３１】
この送電・受電電力測定処理では、第１処理部１５は、まず、信号発生部１１から交流信号Ｓ１の電力値Ｗ１ｂを取得して、内部メモリに記憶する。次いで、第１処理部１５は、受電装置３の第２処理部２５に対して電力計測部２４で計測された電力値Ｗ３を第２通信部２６を介して送信させる。続いて、第１処理部１５は、第１通信部１６を介して電力値Ｗ３を取得して、内部メモリに記憶する。これにより、送電・受電電力測定処理が完了する。なお、受電装置３の第２処理部２５が、電力計測部２４からの電力値Ｗ３の取得と、第２通信部２６からの電力値Ｗ３の送信とを繰り返し実行する構成を採用してもよい。この構成では、第１処理部１５は、受電装置３から送信されてくる電力値Ｗ３を第１通信部１６を介して受信すればよいため、第１処理部１５が第２処理部２５に対して電力値Ｗ３を送信させる処理は不要となる。
【００３２】
続いて、第１処理部１５は、内部メモリに記憶されている各電力値Ｗ１ｂ，Ｗ３に基づいて、伝送効率Ａ（＝Ｗ３／Ｗ１ｂ）を算出して、予め決められた所定値以上であるか否かを判別する（ステップ５７）。この判別の結果、伝送効率Ａが所定値未満のときには、第１処理部１５は、送電コイル１２と受電コイル２１との電磁的な結合状態が電力伝送には適さない状態にあると判別して、信号発生部１１に対する制御を実行して、電力値Ｗ１ｂでの交流信号Ｓ１の出力を停止させて（ステップ５８）、電力伝送処理を終了させる。これにより、非効率な電力伝送が回避される。
【００３３】
一方、伝送効率Ａが所定値以上と判別したときには、第１処理部１５は、送電コイル１２と受電コイル２１との電磁的な結合状態が電力伝送に適した状態にあると判別して、大電力での送電を開始させる（ステップ５９）。これにより、効率の良い電力伝送が可能な状態において、大電力での送電が開始される。具体的には、第１処理部１５は、信号発生部１１に対する制御を実行して、交流信号Ｓ１を規定電力値Ｗ１ａで出力させる。これにより、送電装置２から受電装置３に対して、規定の電力が供給されて、受電装置３に接続されたバッテリ４が電圧Ｖｏで充電される。また、第１処理部１５は、この大電力での送電の実行中に、予め規定された停止条件が満たされたか否かを判別して（ステップ６０）、この停止条件が満たされたと判別したときには、信号発生部１１に対する制御を実行して、交流信号Ｓ１の出力を停止させる（ステップ６１）。これにより、電力伝送システム１００での電力伝送処理が完了する。この場合、停止条件としては、例えば、第１処理部１５への電力伝送処理の強制停止信号の入力や、バッテリ４の充電が完了した旨の信号の入力などが挙げられる。
【００３４】
このように、この電力伝送システム１００では、送電コイル１２の中心軸１２ａと受電コイル２１の中心軸２１ａとが異軸であってかつ両中心軸１２ａ，２１ａにおける所定部位の間の距離が回転体１０２の回転状態において一定となるように送電コイル１２および受電コイル２１が静止体１０１および回転体１０２にそれぞれ取り付けられ、第１整合部１３が信号発生部１１と送電コイル１２とを整合させると共に、第２整合部２２が受電コイル２１と整流部２３とを整合させる。この場合、この電力伝送システム１００では、両中心軸１２ａ，２１ａにおける所定部位の間の距離が回転体１０２の回転状態において一定であるため、両コイル１２，２１間の距離の長短に応じて第１整合部１３および第２整合部２２による整合を行うことで、両中心軸１２ａ，２１ａが異軸でかつ両コイル１２，２１間の距離が離れている場合においても、静止体１０１と回転体１０２との間での電力伝送を伝送効率Ａのよい状態で確実に行うことができる。したがって、この電力伝送システム１００によれば、両コイル（アンテナ）の中心軸を同軸として互いを近接させるような限られた使用形態においてしか利用することができない従来の電力伝送システムとは異なり、静止体１０１と回転体１０２との位置関係や両者の間の距離が異なる各種の使用形態において幅広く利用することができる。
【００３５】
図６に、送電コイル１２および受電コイル２１が上記した位置関係（各コイル１２，２１の中心軸１２ａ，２１ａが互いに異軸であって、かつ各中心軸１２ａ，２１ａにおける所定部位同士の距離が回転体１０２の回転時において略一定となる位置関係：図２参照）にある状態で、送電装置２と受電装置３との間の距離を変えて、送電コイル１２と受電コイル２１との結合係数ｋを変化させたときの、結合係数ｋ毎の（距離毎の）伝送効率Ａを測定した測定結果とシミュレーションで算出した算出結果とについて、本願発明（電力伝送システム１００）と、２つの比較例１，２とを対比して示す。ここで、比較例１は、一例として、受電装置３側が結合係数ｋ＝０．２において整合状態となる構成とし、送電装置２および受電装置３間の距離を変えつつ、送電装置２の第１整合部１３のみを制御して、送電装置２側のみを整合状態に移行させる電力伝送システムである。また、比較例２は、一例として、受電装置３側が結合係数ｋ＝０．０２において整合状態となる構成とし、送電装置２および受電装置３間の距離を変えつつ、送電装置２の第１整合部１３のみを制御して、送電装置２側のみを整合状態に移行させる電力伝送システムである。
【００３６】
図６に示すシミュレーション結果によれば、比較例１，２共に、送電装置２および受電装置３の双方が整合状態となる結合係数ｋ（距離）のときには、本願発明と同じ伝送効率Ａを確保することが可能であるが、それ以外の結合係数ｋ（距離）では、いずれの場合においても、本願発明の伝送効率には及ばないことが理解される。一方、本願発明についての測定結果によれば、送電コイル１２および受電コイル２１が上記した位置関係にある状態においては、送電装置２に対して受電装置３を様々な距離に配置したとしても、送電装置２にだけ整合部を配置して送電装置２内でのみ整合状態に移行させる構成とは異なり、広い範囲の距離において高い伝送効率を確保できることが明らかである。
【００３７】
なお、送電コイル１２（送電装置２）および受電コイル２１（受電装置３）を取り付ける構成体の（静止体１０１および回転体１０２）の数や配置位置、並びに送電コイル１２および受電コイル２１の大きさや形状は上記の例に限定されない。例えば、上記した電力伝送システム１００では、静止体１０１に送電コイル１２を取り付けると共に、回転体１０２に受電コイル２１を取り付けたが、これとは逆に、静止体１０１に受電コイル２１を取り付けると共に回転体１０２に送電コイル１２を取り付けた構成を採用することもできる。
【００３８】
また、図７に示すように、１つの静止体１０１と、２つ（複数の一例）の回転体１０２とを備え、静止体１０１に送電コイル１２を取り付けると共に、各回転体１０２に受電コイル２１をそれぞれ取り付けて、各回転体１０２にそれぞれ配設した図外の電力供給対象体に対して電力を供給する構成を採用することもできる。この構成によれば、１つの静止体１０１に取り付けた受電コイル２１から各回転体１０２に配設した複数（この例では、２つ）の電力供給対象体に対して電力を同時に供給することができる。なお、以下の説明において、上記した構成要素と同一の機能を有するものについては、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３９】
また、図８に示すように、２つ（複数の一例）の静止体１０１と、１つの回転体１０２とを備え、各静止体１０１に送電コイル１２をそれぞれ取り付けると共に、回転体１０２に受電コイル２１を取り付けて、回転体１０２に配設した図外の電力供給対象体に対して電力を供給する構成を採用することもできる。この構成によれば、回転体１０２に配設した電力供給対象体に対して、２つの静止体１０１にそれぞれ取り付けた２つの送電コイル１２から電力を供給することができる。したがって、一方の送電コイル１２に故障が生じたときであっても、他方の送電コイル１２から回転体１０２に配設した電力供給対象体に対して電力を供給することができる。
【００４０】
また、図９に示すように、送電コイル１２の中心軸１２ａと、受電コイル２１の中心軸２１ａとが所定距離だけ離間して互いに平行となるように送電コイル１２および受電コイル２１を静止体１０１および回転体１０２に配設した構成を採用することもできる。この構成においても、中心軸１２ａにおける所定部位（例えば、中心軸１２ａと送電コイル１２の開口面１２ｂとの交点Ｐ１）と、中心軸２１ａにおける所定部位（例えば、中心軸２１ａと受電コイル２１の開口面２１ｂとの交点Ｐ２）との間の距離が回転体１０２の回転時において一定に維持されるため、上記した効果と同様の効果を実現することができる。
【００４１】
この場合、図１０に示すように、受電コイル２１の中心軸２１ａと回転体１０２の中心軸１０２ｃとが所定距離だけ離間して互いに平行となる（つまり両中心軸２１ａ，１０２ｃが異軸となる）ように受電コイル２１を回転体１０２の端面１０２ａに配設する構成や、図１１に示すように、受電コイル２１の中心軸２１ａと回転体１０２の中心軸１０２ｃとが直交する（つまり両中心軸２１ａ，１０２ｃが異軸となる）ように受電コイル２１を回転体１０２の外周面に配設する構成を採用することもできる。この構成においても、中心軸１２ａにおける所定部位（例えば、中心軸１２ａと送電コイル１２の開口面１２ｂとの交点Ｐ１）と、中心軸２１ａにおける所定部位（例えば、中心軸２１ａと受電コイル２１の開口面２１ｂとの交点Ｐ２）との間の距離が回転体１０２の回転時において一定に維持されるため、上記した効果と同様の効果を実現することができる。
【００４２】
また、図１２〜図１４に示すように、複数の回転体１０２を備えて、送電コイル１２および受電コイル２１の双方を回転体１０２に取り付けた構成を採用することもできる。これらの構成においても、中心軸１２ａにおける所定部位（例えば、中心軸１２ａと送電コイル１２の開口面１２ｂとの交点Ｐ１）と、中心軸２１ａにおける所定部位（例えば、中心軸２１ａと受電コイル２１の開口面２１ｂとの交点Ｐ２）との間の距離が回転体１０２の回転時において一定に維持されるため、上記した効果と同様の効果を実現することができる。
【００４３】
また、電力供給対象体としてのバッテリ４を備えた例について上記したが、電力供給対象体には、電力伝送装置１によって供給（伝送）される電力によって駆動する電子機器（例えば、センサや制御回路）および電気機器（例えば、モータや光源）なども含まれる。この場合、これらの電力供給対象体の配設位置は特に限定されないが、電力供給対象体を受電装置３と共に回転体１０２に配設することで、その電力供給対象体を回転体１０２上において駆動させることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  電力伝送装置
４  バッテリ
１１  信号発生部
１２  送電コイル
１２ａ  中心軸
１３  第１整合部
２１  受電コイル
２１ａ  中心軸
２２  第２整合部
２３  整流部
１００  電力伝送システム
１０１  静止体
１０２  回転体
Ｐ１，Ｐ２  交点
Ｓ１  交流信号
Ｖ１  誘導電圧
Ｗ３  電力値
【図１】
2010268531.tif 000003
【図２】
2010268531.tif 000004
【図３】
2010268531.tif 000005
【図４】
2010268531.tif 000006
【図５】
2010268531.tif 000007
【図６】
2010268531.tif 000008
【図７】
2010268531.tif 000009
【図８】
2010268531.tif 000010
【図９】
2010268531.tif 000011
【図１０】
2010268531.tif 000012
【図１１】
2010268531.tif 000013
【図１２】
2010268531.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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