(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電設備と移動体設備とを備える共鳴型非接触給電システムであって、
前記給電設備は、交流電源と、前記交流電源から電力の供給を受ける１次側共鳴コイルとを備え、
前記移動体設備は、前記１次側共鳴コイルからの電力を受電する２次側共鳴コイルと、前記２次側共鳴コイルが受電した電力を整流する整流器と、前記整流器によって整流された電力が供給される２次電池とを備え、
前記共鳴型非接触給電システムは以下を特徴とし、
前記移動体設備はさらに、前記２次側共鳴コイルと前記整流器との間に、２次整合器と距離計測高周波電源とを備え、
前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの間の距離が検出されるとき、前記距離計測高周波電源の出力は、前記２次整合器を介して前記２次側共鳴コイルへ供給されるように構成され、
前記給電設備が電力供給するとき、前記距離計測高周波電源が停止されるとともに、前記給電設備が供給した電力は、前記２次整合器と整流器とを介して、前記２次電池に供給されるように構成されている、
共鳴型非接触給電システム。
【請求項２】
前記２次整合器はπ型であり、
前記距離計測高周波電源は、前記２次整合器に電力を供給する、
請求項１記載の共鳴型非接触給電システム。
【請求項３】
前記共鳴型非接触給電システムはさらに、
前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの間の距離が検出されるときに、前記整流器の入力端のインピーダンスをハイインピーダンスにする制御装置を備えている、
請求項２記載の共鳴型非接触給電システム。
【請求項４】
前記共鳴型非接触給電システムは、共鳴系を有し、
前記移動体設備は、
前記距離計測高周波電源から交流電力が出力される状態における前記共鳴系の入力インピーダンスを測定する入力インピーダンス測定部と；
前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの間の距離と、共鳴系の入力インピーダンスとの関係に基づき、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルとの間の距離を算出する距離算出部と
を備えている、
請求項１〜３何れか一項記載の共鳴型非接触給電システム。
【請求項５】
前記２次整合器は、二つの可変コンデンサと、これら両可変コンデンサの間に設けられたインダクタとを備えたπ型の整合器である、
請求項１〜４何れか一項記載の共鳴型非接触給電システム。
【請求項６】
前記移動体は、車両である、
請求項１〜４何れか一項記載の共鳴型非接触給電システム。
【請求項７】
前記移動体設備はさらに、前記整流器と前記２次電池との間に設けられた充電器を備え、
前記整流器によって整流された電力は、前記充電器に供給され、
前記２次電池は、前記充電器に接続される、
請求項１〜６何れか一項記載の共鳴型非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共鳴型非接触給電システムに係る。詳しくは本発明は、移動体に搭載された２次電池に、非接触で充電を行うのに好適な共鳴型非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−１０６１３６号公報（特許文献１）が提案する充電システムは、車両外部の電源から、共鳴法によってワイヤレスで充電電力を受電することで、車載の蓄電装置を充電する。前記文献の充電システムは、電動車両と給電装置とを備え、電動車両は、２次自己共振コイルつまり２次側共鳴コイルと、２次コイルと、整流器と、蓄電装置とを含む。給電装置は、高周波電力ドライバと、１次コイルと、１次自己共振コイルつまり１次側共鳴コイルとを備える。２次自己共振コイルの巻数は、蓄電装置の電圧や、１次自己共振コイルと２次自己共振コイルとの間の距離や、１次自己共振コイル及び２次自己共振コイルの共鳴周波数に基づき設定される。給電装置と車両との間の距離は、車両の状況たとえば積載状況やタイヤの空気圧等によって変化する。そして給電装置の１次自己共振コイルと、車両の２次自己共振コイルとの間の距離が変化すると、１次自己共振コイル及び２次自己共振コイルの共鳴周波数に変化が生じる。そこで前記文献の電動車両では、２次自己共振コイルの導線の端部同士の間に、可変コンデンサを接続している。前記文献の充電システムは、蓄電装置を充電する時に、蓄電装置の充電電力を、電圧センサ及び電流センサの検出値に基づき算出する。充電システムは、前記充電電力が最大となるように、２次自己共振コイルに接続されている前記可変コンデンサの容量を調整することによって、２次自己共振コイルのＬＣ共振周波数を調整する、と前記文献に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように前記文献が開示する給電方法の目的は、１次自己共振コイルと２次自己共振コイルとの間の距離が、車両の状況すなわち積載状況やタイヤの空気圧等によって変化した場合にも、給電側から受電側に電力を効率良く供給することにある。そのために前記給電方法は、蓄電装置の充電電力が最大となるように、蓄電装置の充電時に２次自己共振コイルの可変コンデンサの容量を調整する。しかし、このような給電方法は、蓄電装置の充電電力を、電圧センサ及び電流センサの検出値に基づき算出し、且つ充電電力が最大になるまで可変コンデンサの容量を調整する必要がある。
【０００５】
受電側（移動体側）が、給電側の共鳴コイルと受電側の共鳴コイルとの間の距離を検出することができれば、受電側が受電側の整合器を距離に応じて調整することで、給電側は、電力を効率良く受電側に供給することが可能である。しかし、移動体に一般の距離センサを設けることで、距離センサが移動体と給電設備との間の距離を検出する場合、１次共鳴コイルと２次共鳴コイルとの間の距離を正確には検出し難い。
【０００６】
本発明の目的は、受電側に設けられた整合器を利用することで、給電側の共鳴コイルと、受電側である移動体に装備された共鳴コイルとの間の距離を移動体側で検出し、よって給電側から電力を効率良く受電側に供給することができる共鳴型非接触給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明の一態様によれば、給電設備と移動体設備とを備える共鳴型非接触給電システムが提供される。前記給電設備は、交流電源と、前記交流電源から電力の供給を受ける１次側共鳴コイルとを備える。前記移動体設備は、前記１次側共鳴コイルからの電力を受電する２次側共鳴コイルと；前記２次側共鳴コイルが受電した電力を整流する整流器と；前記整流器によって整流された電力が供給される２次電池とを備える。前記移動体設備はさらに、前記２次側共鳴コイルと前記整流器との間に、２次整合器と距離計測高周波電源とを備える。前記１次側共鳴コイルと前記２次側共鳴コイルとの間の距離が検出されるとき、前記距離計測高周波電源の出力は、前記２次整合器を介して前記２次側共鳴コイルへ供給されるように構成される。前記給電設備が電力供給するとき、前記距離計測高周波電源が停止されるとともに、前記給電設備が供給した電力は、前記２次整合器と整流器とを介して、前記２次電池に供給されるように構成される。
【０００８】
この構成によれば、給電設備から移動体設備の２次電池への電力供給に先立って、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルとの間の距離が、検出される。この距離検出のとき、距離計測高周波電源の出力は、２次電池側へは供給されず、２次側共鳴コイルに供給される。このため共鳴系の入力インピーダンスは、２次電池の充電状態の影響を受けない。
【０００９】
「共鳴系」とは、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルとを有し、移動体設備における距離検出時には、距離検出用高周波電源と２次側共鳴コイルとの間に存在する回路部品たとえば２次整合器や２次コイルと、給電設備の１次側共鳴コイルと交流電源との間に存在する回路部品たとえば１次コイルや１次整合器とを含む。一方、２次側共鳴コイルが１次側共鳴コイルから電力を受電する時には「共鳴系」は、交流電源と１次側共鳴コイルとの間に存在する回路部品たとえば１次整合器や１次コイルと、２次側共鳴コイルから電力が供給される整流器及び２次電池を含み、さらに２次側共鳴コイルと整流器との間に存在する回路部品たとえば２次整合器や２次コイルを「共鳴系」は含む。
【００１０】
また「共鳴系の入力インピーダンス」は、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルとの間の距離検出時に、交流が入力される入力側のコイルの両端同士の間で測定した共鳴系全体のインピーダンスを指す。たとえば移動体設備の距離検出用高周波電源から交流が入力される時で、２次コイル装置が２次コイルと２次側共鳴コイルとによって構成される時には「共鳴系の入力インピーダンス」は、２次コイルの両端同士の間で測定した共鳴系全体のインピーダンスを指す。もしくは２次コイル装置が２次側共鳴コイルのみの時には「共鳴系の入力インピーダンス」は、２次側共鳴コイルの両端同士の間で測定した共鳴系全体のインピーダンスを指す。一方、２次側共鳴コイルが１次側共鳴コイルから電力受電する時には「共鳴系の入力インピーダンス」は、１次コイル装置が１次コイルと１次側共鳴コイルとによって構成される時には１次コイルの両端同士の間で測定した共鳴系全体のインピーダンスを指す。あるいは１次コイル装置が１次側共鳴コイルのみによって構成される時には「共鳴系の入力インピーダンス」は、１次側共鳴コイルの両端同士の間で測定した共鳴系全体のインピーダンスを指す。
【００１１】
そのため、共鳴型非接触給電システムは、共鳴系の入力インピーダンスを測定することによって、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルとの間の距離を検出することができる。そして、当該検出した距離が給電設備から移動体設備への給電に適した値の位置に移動体が停止した状態で、給電設備から移動体設備への給電が行われる。給電設備から移動体設備の２次電池への電力供給時には、２次整合器のインピーダンスは、検出された距離において給電設備から移動体設備へ効率良く電力が供給される値に調整される。そして距離計測高周波電源の出力が停止された状態で、給電設備の１次側共鳴コイルから電力は、非接触共鳴で２次側共鳴コイルへ供給される。２次側共鳴コイルが受電した電力は、２次整合器及び整流器を介して２次電池に供給され、よって２次電池が充電される。したがって共
鳴型非接触給電システムは、受電側に設けられた２次整合器を利用することで、給電側の１次側共鳴コイルと、受電側である移動体に装備された２次側共鳴コイルとの間の距離を移動体側で検出し且つ給電側から電力を効率良く受電側に供給することができる。
【００１２】
好ましくは前記２次整合器はπ型であり、前記距離計測高周波電源は、前記２次整合器に電力を供給する。この場合には２次整合器は、給電設備から移動体設備の２次電池への電力供給時と、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルとの間の距離検出時とで、双方向に支障なく機能する。
【００１３】
好ましくは前記移動体設備はさらに、前記整流器と前記２次電池との間に設けられた充電器を備えてもよい。前記整流器によって整流された電力は、前記充電器に供給され、前記２次電池は、前記充電器に接続されてもよい。
【００１４】
この構成によっても、給電設備から移動体設備の充電器への電力供給に先立って、１次側共鳴コイルと２次側共鳴コイルとの間の距離が、検出される。この距離検出のとき、距離計測高周波電源の出力は、充電器側へは供給されず、２次側共鳴コイルに供給される。このため共鳴系の入力インピーダンスは、充電器の影響や２次電池の充電状態の影響を受けない。
【００１５】
本発明の他の特徴と利点は、以下の詳細な説明と、本発明の特徴を説明するために付随する図面とによって明らかであろう。
本発明の新規であると思われる特徴は、特に、添付した請求の範囲において明らかである。目的と利益を伴う本発明は、以下に示す現時点における好ましい実施形態の説明を添付した図面とともに参照することによって、理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の共鳴型非接触給電システムの構成図。
【図２】図１の共鳴型非接触給電システムの一部省略した回路図。
【図３】第２実施形態における移動体設備の構成図。
【図４Ａ】図３の２次整合器の構成を示す回路図。
【図４Ｂ】図４Ａの２次整合器の作用を示す回路図。
【図５】第３実施形態の２次整合器の構成を示す回路図。
【図６】第４実施形態の給電設備の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１と図２は、本発明を、車載バッテリを充電するための共鳴型非接触給電システムに具体化した第１実施形態を説明する。
図１に示すように、共鳴型非接触給電システムは給電設備１０と移動体設備２０とで構成され、給電設備１０は、地上側に設けられる送電側設備である。移動体設備２０は、移動体としての車両に搭載される受電側設備である。
【００１８】
給電設備１０は、高周波電源１１と、１次整合器１２と、１次コイル装置１３と、及び電源コントローラ１４とを備えている給電側設備である。交流電源としての高周波電源１１には、電源側コントローラとしての電源コントローラ１４から電源オン／オフ信号が送られ、この信号によって高周波電源１１がオン／オフされる。高周波電源１１は、共鳴系の予め設定された共鳴周波数に等しい周波数の交流電力、たとえば数ＭＨｚ程度の高周波電力を出力する。
【００１９】
図２に示すように、１次コイル装置１３は、１次コイル１３ａと１次側共鳴コイル１３ｂとで構成されている１次側コイルである。１次コイル１３ａは、１次整合器１２を介し
て高周波電源１１に接続されている。１次コイル１３ａと１次側共鳴コイル１３ｂとは同軸上に位置するように配設され、１次側共鳴コイル１３ｂにはコンデンサＣが並列に接続されている。１次コイル１３ａは、１次側共鳴コイル１３ｂに電磁誘導で結合され、高周波電源１１から１次コイル１３ａに供給された交流電力は、電磁誘導で１次側共鳴コイル１３ｂに供給される。
【００２０】
図２に示すように、１次整合器１２は、π型整合器で構成されている１次側整合器である。詳述すると、１次整合器１２は、可変リアクタンスとしての２つの１次可変コンデンサ１５，１６と、１次インダクタ１７とから構成されている。一方の１次可変コンデンサ１５は高周波電源１１に接続され、他方の１次可変コンデンサ１６は、１次コイル１３ａに並列に接続されている。１次インダクタ１７は、両１次可変コンデンサ１５，１６間に接続されている。１次可変コンデンサ１５，１６の容量が変更されることで、１次整合器１２のインピーダンスが変更される。１次可変コンデンサ１５，１６は、たとえば図示しないモータによって駆動される回転シャフトを有する公知の構成であり、モータが電源コントローラ１４からの駆動信号によって駆動されると、１次可変コンデンサ１５，１６それぞれの容量が変更される。
【００２１】
図１に示すように、移動体設備２０は、２次コイル装置２１、２次整合器２２、距離計測高周波電源２３、整流器２４、充電器２５、２次電池２６、及び車両コントローラ２７を備えている移動体側設備である。２次電池２６は、充電器２５に接続されたバッテリである。２次整合器２２は、スイッチＳＷ１を介して距離計測高周波電源２３に接続される状態と、スイッチＳＷ１を介して整流器２４に接続される状態とに切換可能になっている。距離計測高周波電源２３は、高周波電源１１が電力伝送時に出力する交流電流よりも、二桁程度小さな交流電力を出力するように構成されている距離計測高周波電源である。
【００２２】
図２に示すように、詳述すると２次コイル装置２１は、２次コイル２１ａと２次側共鳴コイル２１ｂとで構成されている２次側コイルである。２次コイル２１ａと２次側共鳴コイル２１ｂとは同軸上に位置するように配設され、２次側共鳴コイル２１ｂには、１次側共鳴コイル１３ｂとは異なるコンデンサＣが接続されている。２次コイル２１ａは、２次側共鳴コイル２１ｂに電磁誘導で結合される。つまり共鳴によって１次側共鳴コイル１３ｂから２次側共鳴コイル２１ｂに供給された交流電力は、電磁誘導で２次コイル２１ａに供給される。２次コイル２１ａは、２次整合器２２に接続されている。
【００２３】
図２に示すように、２次整合器２２は、π型整合器で構成されている２次整合器である。詳述すると２次整合器２２は、可変リアクタンスとしての２つの２次可変コンデンサ２８，２９と、２次インダクタ３０とから構成されている。一方の２次可変コンデンサ２８は２次コイル２１ａに並列に接続される。他方の２次可変コンデンサ２９は、スイッチＳＷ１を介して、距離計測高周波電源２３と整流器２４とのうちのいずれか一方に選択的に接続されるようになっている。２次可変コンデンサ２８，２９それぞれの容量が変更されると、２次整合器２２のインピーダンスが変更される。２次可変コンデンサ２８，２９それぞれは、たとえば図示しないモータによって駆動される回転シャフトを有する公知の構成であり、モータが車両コントローラ２７からの駆動信号によって駆動されると、２次可変コンデンサ２８，２９それぞれの容量は変更される。
【００２４】
図２に示すように、入力インピーダンス測定部としての電圧センサ３１は、２次コイル２１ａに並列に接続されている。
図１に示す充電器２５は、整流器２４で整流された直流を、２次電池２６に充電するのに適した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を備えている。車両コントローラ２７は、２次電池２６の充電時に、充電器２５のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を制御する。
【００２５】
なお１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次側共鳴コイル２１ｂ、及び２次コイル２１ａそれぞれの巻数や巻径は、給電設備１０から移動体設備２０へ給電（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。スイッチＳＷ１は、リレーのｃ接点を示す。図１と図２には、リレーのｃ接点が有接点式で図示されているが、これに限らず、たとえば半導体素子を用いた無接点リレーによってスイッチＳＷ１のｃ接点を構成してもよい。
【００２６】
制御装置としての車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出するときには、スイッチＳＷ１によって２次整合器２２と距離計測高周波電源２３とを互いに接続させる車両側コントローラである。さらに車両コントローラ２７は、給電設備１０から移動体設備２０へ電力が供給されるときには、スイッチＳＷ１によって２次整合器２２と整流器２４とを互いに接続させるようにスイッチＳＷ１を切換制御する。また車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出するときは、距離計測高周波電源２３によって所定周波数の交流を出力させる。さらに車両コントローラ２７は、給電設備１０から移動体設備２０に電力が供給されるときは、距離計測高周波電源２３の出力を停止するように距離計測高周波電源２３を制御する。
【００２７】
車両コントローラ２７は車載ＣＰＵ及び車載メモリを備える。車載メモリは、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離と、距離計測高周波電源２３から所定周波数の交流を出力したときの共鳴系の入力インピーダンスとの関係を示すデータを、マップ又は関係式として記憶している。このデータは、予め試験によって求められる。車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する時に、電圧センサ３１によって２次コイル２１ａの両端の電圧を検出することで、共鳴系の入力インピーダンスを測定する。そして車両コントローラ２７は、検出された共鳴系の入力インピーダンスと、前記マップ又は関係式とに基づき、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を算出する。このように車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を算出する距離算出部として機能する。また車両コントローラ２７及び電圧センサ３１は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する距離検出部を構成する。
【００２８】
電源コントローラ１４と車両コントローラ２７とは、図示しない無線通信装置を介して互いに通信可能になっている。電源コントローラ１４は、車両コントローラ２７から送信された給電要求信号を受信すると、給電作業を実行する。
【００２９】
（作用）
次に、前記のように構成された共鳴型非接触給電システムの作用を説明する。
車両に搭載された２次電池２６が充電される場合、車両は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離が所定距離になる充電位置に駐車（停止）する必要がある。そのため、給電設備１０から移動体設備２０の充電器２５への電力供給に先立って、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離検出が実行される必要がある。１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離検出のとき、車両コントローラ２７は、スイッチＳＷ１を、２次整合器２２と距離計測高周波電源２３とを互いに接続する状態に切換える。そしてその状態で、距離計測高周波電源２３が所定周波数の交流電力を出力すると、電力が、２次コイル装置２１から１次コイル装置１３へ非接触で伝送される。このとき、距離計測高周波電源２３の出力は、充電器２５側へは供給されずに、２次側共鳴コイル２１ｂにのみ供給される。このため共鳴系の入力インピーダンスは、充電器２５や２次電池２６による充電状態の影響を受けない。その状態で車両コントローラ２７は、電圧センサ３１の検出信号に基づき、２次コイル２１ａの入力イン
ピーダンスを算出し、この入力インピーダンスの値と、前記マップ又は関係式とに基づき、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出（算出。演算）する。
【００３０】
上記のように検出された１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離が、充電に適した距離であれば車両コントローラ２７は、スイッチＳＷ１を、２次整合器２２と整流器２４とを互いに接続する状態に切換える。そして車両コントローラ２７は、２次整合器２２のインピーダンスが、検出された距離において給電設備１０から移動体設備２０へ効率良く電力が供給される値になるように、２次可変コンデンサ２８，２９を調整する。その後に車両コントローラ２７は、電源コントローラ１４に、無線通信装置を介して給電要求信号を送信する。電源コントローラ１４は、車両コントローラ２７からの給電要求信号を受信すると、給電を開始する。
【００３１】
また検出された距離が、充電に適した距離でなければ、車両が移動され後に車両コントローラ２７は、前記と同様に１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離検出を実行する。そして車両コントローラ２７は、検出された距離が充電に適した距離であれば、前記と同様にスイッチＳＷ１の切換や２次整合器２２のインピーダンス調整を実行した後、電源コントローラ１４に給電要求信号を送信する。
【００３２】
給電要求信号を受信した電源コントローラ１４は、給電設備１０の高周波電源１１によって、１次コイル１３ａに共鳴周波数の交流電圧を印加する。すると電力が、１次側共鳴コイル１３ｂから非接触共鳴で２次側共鳴コイル２１ｂへ供給される。２次側共鳴コイル２１ｂが受電した電力は、２次整合器２２及び整流器２４を介して充電器２５に供給され、よって充電器２５に接続された２次電池２６が充電される。車両コントローラ２７は、たとえば２次電池２６の電圧が所定電圧になった時点からの経過時間によって充電完了を判断し、２次電池２６の充電が完了すると、電源コントローラ１４に充電完了信号を送信する。電源コントローラ１４は、充電完了信号を受信すると、電力伝送を終了する。
【００３３】
この実施形態は、以下の利点を有する。
（１）共鳴型非接触給電システムは給電設備１０と移動体設備２０とを備え、給電設備１０は、交流電源としての高周波電源１１と、交流電源から電力の供給を受ける１次側共鳴コイル１３ｂとを備える。移動体設備２０は、給電設備１０から非接触で電力が供給される。つまり移動体設備２０は、１次側共鳴コイル１３ｂからの電力を受電する２次側共鳴コイル２１ｂと、２次側共鳴コイル２１ｂが受電した電力を整流する整流器２４と、整流器２４によって整流された電力が供給される充電器２５と、充電器２５に接続された２次電池２６とを備えている。移動体設備２０は、２次側共鳴コイル２１ｂと整流器２４との間に、２次整合器２２と距離計測高周波電源２３とを備えている。１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出するために、距離計測高周波電源２３の出力は、２次整合器２２を介して２次側共鳴コイル２１ｂへ供給される。給電設備１０が電力供給するとき、距離計測高周波電源２３は停止させられ、且つ給電設備１０が出力した電力は、２次整合器２２及び整流器２４を介して、充電器２５に供給される。したがって本実施形態の給電システムは、受電側つまり移動体設備２０に設けられた２次整合器２２を利用することで、給電側の共鳴コイルつまり１次側共鳴コイル１３ｂと、受電側である移動体に装備された共鳴コイルつまり２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を、移動体側で検出することができる。このように検出した距離を用いることで給電システムは、給電側から電力を効率良く受電側に供給することができる。
【００３４】
（２）移動体設備２０は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出できる。よって運転者は移動体を、給電設備１０から効率良く電力の給電を受けることができる充電位置に容易に移動させることができる。したがって移動体に搭載さ
れた２次電池２６を、効率良く充電することができる。
【００３５】
（３）２次整合器２２として、二つの２次可変コンデンサ２８，２９と一つの２次インダクタ３０とで構成されたπ型の整合器が使用されている。したがって、一方の可変コンデンサたとえば２次可変コンデンサ２８が調整されることで共鳴系のインピーダンスが大きく調整され、他方の可変コンデンサたとえば２次可変コンデンサ２９が調整されることで共鳴系のインピーダンスが微調整されることで、共鳴系のインピーダンス調整を簡単に行うことが可能になる。
【００３６】
（４）移動体設備２０は、距離計測高周波電源２３から交流電力が出力される状態における共鳴系の入力インピーダンスを測定する入力インピーダンス測定部（電圧センサ３１）と、距離算出部（車両コントローラ２７）とを備えている。距離算出部は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離と、共鳴系の入力インピーダンスとの関係に基づき、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を算出する。したがって移動体設備２０は、給電設備１０とは通信せずに、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離検出を行うことができる。
【００３７】
図３と図４は、第２実施形態を説明する。この実施形態では、給電設備１０の構成は第１実施形態と同じであるが、２次整合器２２の構成と、距離計測高周波電源２３の接続状態とが、第１実施形態とは異なっている。第１実施形態と基本的に同一部分には、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００３８】
図３に示すように、移動体設備２０は、２次コイル装置２１、２次整合器２２Ａ、距離計測高周波電源２３、整流器２４、充電器２５、２次電池２６、及び車両コントローラ２７を備えている。距離計測高周波電源２３は、２次整合器２２に接続されている。２次電池２６は、充電器２５に接続されたバッテリである。
【００３９】
図４Ａと図４Ｂに示すように、２次整合器２２Ａは、π型の整合器で構成されている。詳述すると、２次整合器２２Ａは、２つの２次可変コンデンサ２８，２９と、２次インダクタ３０と、スイッチＳＷ２とから構成されている。一方の２次可変コンデンサ２８は２次コイル２１ａに接続され、他方の２次可変コンデンサ２９は整流器２４に接続されている。２次インダクタ３０の一端は、２次コイル２１ａと２次可変コンデンサ２８とに接続され、２次インダクタ３０の他端は、スイッチＳＷ２を介して整流器２４と２次可変コンデンサ２９とに接続されている。距離計測高周波電源２３の出力端子は、２次インダクタ３０の他端と、スイッチＳＷ２との間に接続されている。スイッチＳＷ２は、リレーの接点を示す。図４Ａと図４Ｂには、スイッチＳＷ２のリレーの接点が有接点式で図示されているが、これに限らず、半導体素子を用いた無接点リレーでスイッチＳＷ２を構成してもよい。なお図４Ａと図４Ｂでは、電圧センサ３１の図示を省略している。
【００４０】
この実施形態では車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出するとき、図４Ａに示すようにスイッチＳＷ２を開かれた状態に保持するとともに、距離計測高周波電源２３が交流電力を出力するように指令する。距離計測高周波電源２３から出力された交流電力は、整流器２４側へは供給されずに、２次コイル２１ａ側へ供給される。この状態で第１実施形態と同様に、車両コントローラ２７は、電圧センサ３１の検出信号から、共鳴系の入力インピーダンスを算出し、その算出結果から、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する。
【００４１】
また距離検出以外のときには車両コントローラ２７は、図４Ｂに示すように、スイッチＳＷ２を閉じた状態に保持するとともに、距離計測高周波電源２３からの交流電力の出力を停止させるように指令する。給電設備１０が非接触給電を実行すると、２次側共鳴コイ
ル２１ｂが受電した電力は、２次整合器２２Ａ及び整流器２４を介して充電器２５に供給され、そして充電器２５に接続された２次電池２６が充電される。
【００４２】
この第２実施形態は、第１実施形態の（２）〜（４）と同様な効果に加えて以下の効果を有する。
（５）２次整合器２２Ａはπ型である。そして２次インダクタ３０と２次可変コンデンサ２９との間には、スイッチＳＷ２が設けられる。距離計測高周波電源２３は、スイッチＳＷ２と２次インダクタ３０との間に接続され、２次整合器２２Ａに電力を供給する。したがって２次整合器２２Ａは、高周波電源１１によって給電設備１０から移動体設備２０の充電器２５へ電力供給する時と、距離計測高周波電源２３によって１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する時とで、双方向に支障なく機能する。また本実施形態では、給電設備１０から移動体設備２０への給電時に、たとえば距離計測高周波電源２３をスイッチによって２次整合器２２Ａから切り離す必要がない。
【００４３】
図５は、第３実施形態を説明する。この実施形態の２次整合器２２Ｂの構成は、前記両実施形態の２次整合器２２Ａとは異なっている。２次整合器２２Ｂ以外の共鳴型非接触給電システムの構成は、第２実施形態と同様に構成されている。図５に示すように、２次整合器２２Ｂは、２つの２次可変コンデンサ２８，２９と、互いに直列に接続された二つの２次インダクタ３２とから構成されている。一方の２次可変コンデンサ２８は２次コイル２１ａに接続され、他方の２次可変コンデンサ２９は整流器２４に接続されている。一方の２次インダクタ３２の一端は、２次コイル２１ａと２次可変コンデンサ２８とに接続されている。他方の２次インダクタ３２は、整流器２４と２次可変コンデンサ２９とに接続されている。距離計測高周波電源２３の出力端子は、二つの２次インダクタ３２同士の接合点に接続されている。なお図５は、電圧センサ３１の図示を省略している。
【００４４】
車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出するときは、充電器２５をハイインピーダンスにした状態で、距離計測高周波電源２３から交流電力を出力する。具体的には車両コントローラ２７は、たとえば充電器２５が装備しているＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子をオフ状態に保持するように充電器２５に指令信号を出力するとともに、距離計測高周波電源２３をオン状態にする。充電器２５がハイインピーダンスの状態で、距離計測高周波電源２３が交流電力を出力すると、距離計測高周波電源２３からの交流電力は、充電器２５へは供給されずに、２次側共鳴コイル２１ｂへ供給される。車両コントローラ２７には、その状態で電圧センサ３１の検出信号が入力される。そして車両コントローラ２７は、電圧センサ３１の検出信号から、共鳴系の入力インピーダンスを算出し、算出結果から１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する。
【００４５】
また距離検出以外のとき車両コントローラ２７は、距離計測高周波電源２３からの交流電力の出力を停止させた状態で、２次整合器２２Ｂを調整したり、充電器２５のＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を制御したりする。
【００４６】
この第３実施形態によれば、第１実施形態の（２）〜（４）と同様な利点に加えて、以下の利点を有する。
（６）２次整合器２２Ｂはπ型である。車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出するときには、充電器２５をハイインピーダンス状態に保持するように充電器２５に指令する。したがって、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離が検出される時に、距離計測高周波電源２３から２次整合器２２Ｂに供給される電力は、充電器２５へは供給されずに、２次側共鳴コイル２１ｂへ供給される状態になる。このように本実施形態は、リレー等のスイッチを新たに設けずに、充電器２５（充電器２５側）をハイインピーダンスにすることで、距離
計測高周波電源２３の出力電力が充電器２５には供給されずに、２次側共鳴コイル２１ｂに供給される状態へと対応することができる。
【００４７】
図６は、第４実施形態を説明する。この実施形態の給電設備１０の構成は、前記第１実施形態とは異なっている。一方、移動体設備２０は、第１実施形態と同様に構成されている。第１実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図６に示すように、給電設備１０には、終端抵抗１８が設けられている。終端抵抗１８は、スイッチＳＷ３を介して共鳴系に接続可能に設けられている。スイッチＳＷ３は、電源コントローラ１４からの指令によって１次整合器１２を、高周波電源１１と終端抵抗１８とのうちのいずれか一方に選択的に接続するように構成されている。スイッチＳＷ３は、移動体設備２０が１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する時には、１次整合器１２を終端抵抗１８に接続する状態に切換えられる。一方、高周波電源１１が移動体設備２０に電力を供給する時には、スイッチＳＷ３は、１次整合器１２を高周波電源１１に接続する状態に切換えられる。即ち共鳴系は、移動体設備２０が１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する時には、高周波電源１１から切離されて終端抵抗１８に接続される。スイッチＳＷ３は、たとえばリレーのｃ接点によって構成される。図６は、リレーのｃ接点を有接点式で図示しているが、これに限らず、半導体素子を用いた無接点リレーでスイッチＳＷ３を構成しもよい。
【００４９】
電源コントローラ１４は、車両コントローラ２７から送信された給電要求信号を受信すると、１次整合器１２が高周波電源１１に接続する状態になるようにスイッチＳＷ３を切換えた後、給電を行う。
【００５０】
この第４実施形態は、第１実施形態の（１）〜（４）と同様な効果に加えて、以下の効果を有する。
（７）給電設備１０には、スイッチＳＷ３を介して共鳴系に接続可能な終端抵抗１８が設けられる。移動体設備２０による距離検出時には共鳴系は、スイッチＳＷ３によって交流電源（高周波電源１１）から切離され、終端抵抗１８に接続される。ここで仮に、距離検出時に共鳴系が高周波電源１１に接続された状態であっても、高周波電源１１から共鳴系に電力が供給されない状態であれば、移動体設備２０は１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出することが可能である。しかしこの場合、共鳴系のインピーダンスに対する高周波電源１１の影響が多少あるため、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離の検出精度が低くなる。そこで本実施形態では、距離検出時に共鳴系は、スイッチＳＷ３によって高周波電源１１から切離され、終端抵抗１８に接続される。このため本実施形態では、距離検出時には共鳴系のインピーダンスに対する高周波電源１１の影響が無くなるため、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離検出精度が高くなる。
【００５１】
実施形態は、前記に限定されるものではなく、たとえば次のように具体化してもよい。
共鳴型非接触給電システムは、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離と、共鳴系の入力インピーダンスとの関係を示すデータに基づき距離検出を行うことに限らない。たとえば共鳴型非接触給電システムは、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離と、１次コイル１３ａの出力電圧との関係を示すデータに基づき、距離検出を行うようにしてもよい。この場合、１次コイル１３ａの出力電圧を検出する電圧センサを、給電設備１０に設ける。車両コントローラ２７は、給電設備１０の電圧センサの検出結果を、電源コントローラ１４から無線通信によって受信することで、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出（算出）する。
【００５２】
共鳴型非接触給電システムが給電設備１０と移動体設備２０との間で非接触給電を行う
ためには、共鳴系は、１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次コイル２１ａ、及び２次側共鳴コイル２１ｂの全てを必須とすることに限らない。つまり共鳴系は、少なくとも１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとを備えていればよい。たとえば１次コイル装置１３を、１次コイル１３ａと１次側共鳴コイル１３ｂとで構成する代わりに、たとえば１次コイル１３ａを削除する。この場合、１次側共鳴コイル１３ｂを、１次整合器１２を介して高周波電源１１に接続する。あるいは２次コイル装置２１を２次コイル２１ａと２次側共鳴コイル２１ｂとで構成する代わりに、たとえば２次コイル２１ａを削除する。この場合、２次側共鳴コイル２１ｂを、２次整合器２２等を介して整流器２４に接続する。しかし、１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次コイル２１ａ、及び２次側共鳴コイル２１ｂの全てを備えた構成の共鳴系の方が、共鳴状態に調整するのが容易である。さらに１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの距離が大きくなった場合でも、１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次コイル２１ａ、及び２次側共鳴コイル２１ｂの全てを備えた構成の共鳴系の方が、共鳴状態を維持し易い。
【００５３】
２次コイル２１ａを無くした場合、距離推定部を構成する電圧センサ３１は、２次側共鳴コイル２１ｂの両端同士の間の電圧を測定する。たとえば給電設備１０は、検出した電圧値に基づき１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を推定する場合、２次コイル２１ａの出力電圧を検出することに代えて、２次側共鳴コイル２１ｂの電圧を検出する。車両コントローラ２７は、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離と、それらの電圧値との関係を示すマップ又は関係式から、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する。
【００５４】
第１実施形態のように距離計測高周波電源２３がスイッチＳＷ１を介して、２次整合器２２に接続される状態と、整流器２４に接続される状態とに切換可能な構成の場合、２次整合器２２は、π型に限らずＴ型やＬ型の整合器であってもよい。
【００５５】
給電設備１０に設けられた１次整合器１２は、π型に限らず、Ｔ型やＬ型の整合器であってもよい。
１次整合器１２と２次整合器２２，２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ、二つの可変コンデンサとインダクタとを備えた構成に限らない。インダクタとして可変インダクタを備えた構成や、可変インダクタと二つの非可変コンデンサとからなる構成で、１次整合器１２と２次整合器２２，２２Ａ，２２Ｂそれぞれを構成してもよい。
【００５６】
給電設備１０から、１次整合器１２を省略してもよい。ただし、１次整合器１２を省略した場合、給電側から電力を効率良く受電側に供給するためには、高周波電源１１から出力される交流電力の周波数の調整に手間がかかる。
【００５７】
第４実施形態の終端抵抗１８は、第１実施形態の給電設備１０に設けることに限らず、第２実施形態や第３実施形態あるいは他の実施形態でも給電設備１０に設けてよい。終端抵抗１８は、スイッチＳＷ３を介して１次整合器１２を、高周波電源１１と終端抵抗１８とうちのいずれか一方に選択的に接続可能に構成される。移動体設備２０が１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂとの間の距離を検出する時には、スイッチＳＷ３は共鳴系を、高周波電源１１から切離し、終端抵抗１８に接続する。
【００５８】
１次コイル１３ａ、１次側共鳴コイル１３ｂ、２次側共鳴コイル２１ｂ、及び２次コイル２１ａの軸心は、水平方向あるいは鉛直方向に延びるように設けられる構成に限らず、水平方向に対して斜めに延びるように設けられる構成であってもよい。
【００５９】
移動体としての車両は、運転者を必要とする車両に限らず、無人搬送車でもよい。
移動体は、車両に限らず、ロボットであってもよい。
充電器２５に昇圧回路を設けなくてもよい。たとえば充電器２５は、２次コイル装置２１から出力される交流電流が整流器２４によって整流されただけで、２次電池２６に充電するようにしてもよい。
【００６０】
移動体設備２０から、充電器２５を省略してもよい。この場合、前記整流器２４によって整流された電力は、そのまま２次電池２６に供給される。また充電器２５の有無に限らず、給電設備１０は、高周波電源１１の出力電力を調整するように構成されてもよい。
【００６１】
１次コイル１３ａと２次コイル２１ａそれぞれの径は、１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル２１ｂの径と同じに形成されている構成に限らず、より小さくても大きくてもよい。
【００６２】
１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル２１ｂは、それぞれ電線が螺旋状に巻回された形状に限らず、一平面上で渦巻き状に巻回された形状としてもよい。
１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂにそれぞれ接続されたコンデンサＣを、省略してもよい。しかし、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂにそれぞれコンデンサＣを接続した構成の方が、コンデンサＣ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Ｃを省略した場合に比べて、１次側共鳴コイル１３ｂと２次側共鳴コイル２１ｂにそれぞれコンデンサＣを接続した構成の方が、１次側共鳴コイル１３ｂ及び２次側共鳴コイル２１ｂの小型化が可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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