(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から受電装置に非接触で電力を供給する非接触給電システムであって、
前記送電装置は、
一定の高周波電圧を出力する高周波電源装置と、
前記高周波電源装置に接続された送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットと、
を備えており、
前記受電装置は、
前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイル、および、前記受電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている受電ユニットを、複数備え、
前記各受電ユニットの出力は並列接続されて、負荷に出力されており、
前記送電ユニットから前記受電ユニットへの送電方式は、磁界共鳴方式である、
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
前記送電ユニットが前記受電ユニットと同じ数だけ備えられており、
前記各受電ユニットの受電コイルは、対応する送電ユニットの送電コイルに磁気結合する、
請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記各送電ユニットは、１つの前記高周波電源装置に並列接続している、
請求項２に記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記高周波電源装置が前記送電ユニットと同じ数だけ備えられており、
前記各高周波電源装置は、対応する送電ユニットの送電コイルに接続している、
請求項２に記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記受電装置は、前記各受電ユニットからの出力電流をそれぞれ整流する整流回路をさらに備えており、
前記各整流回路の出力が並列接続されて、負荷に出力される、
請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項６】
前記各整流回路の出力側に、それぞれ平滑回路が接続されている、
請求項５に記載の非接触給電システム。
【請求項７】
前記各整流回路の並列接続された出力と負荷との間に、平滑回路が接続されている、
請求項５に記載の非接触給電システム。
【請求項８】
前記高周波電源装置の出力周波数は、６．７８ＭＨｚ〜４０．６８ＭＨｚである、
請求項１ないし７のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項９】
前記受電ユニットが３つ備えられている、
請求項１ないし８のいずれかに記載の非接触給電システム。
【請求項１０】
前記受電装置は、車両に配置され、
前記送電装置は、床面に配置されている、
請求項１ないし９のいずれかに記載の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、電気自動車などに非接触で電力の供給を行う非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する方法が開発されている。当該技術は、一般的に、非接触給電やワイヤレス給電と呼ばれている。当該技術は、携帯電話や家電製品、電気自動車などへの給電に応用されている。
【０００３】
非接触給電では、高周波電源装置に接続された送電装置から、負荷に接続された受電装置に、非接触で送電を行う。送電装置には送電コイルが備えられており、受電装置には受電コイルが備えられている。送電コイルと受電コイルとが磁気的に結合されることで、非接触での送電が行われる。
【０００４】
負荷がバッテリなどの直流負荷の場合、受電装置には整流回路が備えられており、受電コイルから出力される交流電流は、当該整流回路で直流電流に変換される。受電コイルから出力される交流電流が大きい場合、整流回路を構成する各ダイオードに流れる電流が大きくなり、ダイオードが故障する場合がある。ダイオードに流れる電流を分散させるために、複数のダイオードを並列接続して用いることが考えられる。しかしながら、受電コイルから出力される交流電流が６．７８ＭＨｚ〜４０．６８ＭＨｚの高周波電流の場合、配線のインピーダンスの影響などにより、並列接続させたダイオードに流れる電流のバランスを取ることが難しいので、並列接続を実現することは困難である。
【０００５】
ダイオードを並列接続しない整流回路を用いる場合、整流回路に流れる電流を抑制するために、受電装置に複数の受電コイルを設け、各受電コイルにそれぞれ整流回路を接続する方法がある。この場合、高周波電源装置が出力する電力が複数の受電コイルに分散されて受電されるため、各整流回路に流れる電流を分散させることができる。例えば、特許文献１には、受電コイルおよび共振コンデンサから成る共振回路と、整流回路と、平滑回路とを備えた受電ユニットを複数備え、各受電ユニットの出力を並列接続して負荷に出力する非接触給電装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２９３８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の非接触給電装置の場合、各受電ユニットが定電圧源と等価になるので、各受電ユニットの出力電力を負荷に供給するためには、各受電ユニットの出力電圧を略同一にする必要がある。したがって、各送電ユニットの仕様、および、各受電ユニットの仕様を統一させる必要がある。また、送電コイルと受電コイルとの結合係数も、各受電ユニットで同一である必要がある。しかし、送電コイルと受電コイルとの位置関係（例えば距離など）が変わると結合係数も変わってしまう。
【０００８】
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、各送電ユニットおよび各受電ユニットの仕様や結合係数が異なっていても、各受電ユニットから負荷に適切に給電することができる非接触給電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本発明の第１の側面によって提供される非接触給電システムは、送電装置から受電装置に非接触で電力を供給する非接触給電システムであって、前記送電装置は、一定の高周波電圧を出力する高周波電源装置と、前記高周波電源装置に接続された送電コイル、および、前記送電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている送電ユニットとを備えており、前記受電装置は、前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイル、および、前記受電コイルに直列接続された共振コンデンサを備えている受電ユニットを、複数備え、前記各受電ユニットの出力は並列接続されて、負荷に出力されており、前記送電ユニットから前記受電ユニットへの送電方式は、磁界共鳴方式であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記送電ユニットが前記受電ユニットと同じ数だけ備えられており、前記各受電ユニットの受電コイルは、対応する送電ユニットの送電コイルに磁気結合する。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記各送電ユニットは、１つの前記高周波電源装置に並列接続している。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記高周波電源装置が前記送電ユニットと同じ数だけ備えられており、前記各高周波電源装置は、対応する送電ユニットの送電コイルに接続している。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、前記各受電ユニットからの出力電流をそれぞれ整流する整流回路をさらに備えており、前記各整流回路の出力が並列接続されて、負荷に出力される。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記各整流回路の出力側に、それぞれ平滑回路が接続されている。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記各整流回路の並列接続された出力と負荷との間に、平滑回路が接続されている。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記高周波電源装置の出力周波数は、６．７８ＭＨｚ〜４０．６８ＭＨｚである。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電ユニットが３つ備えられている。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、車両に配置され、前記送電装置は、床面に配置されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、高周波電源装置が送電ユニットに一定の高周波電圧を出力し、送電ユニットから受電ユニットへは磁界共鳴方式で送電を行うので、各受電ユニットが定電流源と等価になる。したがって、各受電ユニットが出力する電流は足し合わされて、負荷に供給される。これにより、各送電ユニットや各受電ユニットの仕様が異なっていたり、結合係数が異なっている場合でも、各受電ユニットから負荷に適切に給電することができる。
【００２１】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る非接触給電システムの全体構成を説明するための図である。
【図２】第１実施形態に係る非接触給電システムを説明するための回路図である。
【図３】一般化した非接触給電システムを説明するための回路図である。
【図４】非接触給電システムの等価回路の変換を説明するための図である。
【図５】図３に示す回路を変換した等価回路を示す図である。
【図６】図５に示す回路をＦパラメータを用いて説明するための等価回路を示す図である。
【図７】図３に示す回路に整流回路を追加した回路図である。
【図８】第１実施形態に係る非接触給電システムの他の実施例を説明するための図である。
【図９】シミュレーション結果を説明するための図である。
【図１０】第１実施形態に係る非接触給電システムの他の実施例を説明するための図である。
【図１１】シミュレーション結果を説明するための図である。
【図１２】第１実施形態に係る非接触給電システムの他の実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図１および図２は、第１実施形態に係る非接触給電システムを説明するための図であり、図１は全体構成を示し、図２は回路図を示している。
【００２５】
図１に示すように、非接触給電システムＣは、電気自動車などの車体に備えられた受電装置Ｂと、駐車場などの床面に埋設された送電装置Ａとを備えている。送電装置Ａは床面に配置された送電コイルを備えており、受電装置Ｂは車体底面に配置された受電コイルを備えている。送電コイルと受電コイルとが磁気結合することで、受電装置Ｂは、送電装置Ａから送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電コイルに高周波電流が流れることで磁束が変化し、この磁束に鎖交する受電コイルに高周波電流が流れる。これにより、送電装置Ａから受電装置Ｂに、非接触で電力を供給することができる。受電装置Ｂは、高周波電流を整流回路で整流して、バッテリＤに供給する。なお、実際には、後述するように、整流回路の出力側に平滑回路が設けられており、整流回路の出力電流は、平滑されたうえで、バッテリＤに供給される。
【００２６】
送電コイルおよび受電コイルは、渦巻状に巻回された平面コイルであり、それぞれコイル面が床面に対して略平行になるように配置されている。本実施形態では、送電装置Ａは３つの送電コイルを備えており、受電装置Ｂは３つの受電コイルを備えている。給電を行う場合は、図１に示すように、受電装置Ｂが送電装置Ａの真上にきて、各受電コイルがそれぞれ対応する送電コイルに上方から見て重なり合うように、車体を配置する。図２は、各受電コイルがそれぞれ対応する送電コイルに磁気結合した状態を示している。
【００２７】
図２に示すように、送電装置Ａは、高周波電源装置４、および、送電ユニット１１，１２，１３を備えている。
【００２８】
高周波電源装置４は、一定の大きさの高周波電圧を出力するものであり、いわゆる定電圧源である。高周波電源装置４は、図示しない電力系統から入力される交流電力を図示しない整流回路で直流電力に変換し、図示しないインバータで高周波電力に変換して、各送電ユニット１１，１２，１３に出力する。当該インバータは、出力電圧を目標電圧に一致させるように、フィードバック制御を行う。なお、高周波電源装置４の構成は限定されず、所定の高周波電圧を出力するものであればよい。
【００２９】
送電ユニット１１は、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１を備えている。送電コイルＬ１１は、高周波電源装置４より供給される高周波電力を、受電装置Ｂに送電するものである。共振コンデンサＣ１１は、送電コイルＬ１１に直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。
【００３０】
送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１は、共振周波数が高周波電源装置４より供給される高周波電力の周波数ｆ0（例えば、１３．５６ＭＨｚ）と一致するように設計される。すなわち、送電コイルＬ１１の自己インダクタンスＬRと、共振コンデンサＣ１１のキャパシタンスＣRとが、下記（１）式の関係になるように設計される。
【数１】
0005966038.tif 000002
【００３１】
送電ユニット１２は、送電ユニット１１と同様の構成であり、送電コイルＬ１２および共振コンデンサＣ１２を備えている。送電ユニット１３も、送電ユニット１１と同様の構成であり、送電コイルＬ１３および共振コンデンサＣ１３を備えている。送電ユニット１１，１２，１３は、それぞれ、高周波電源装置４に並列接続されている。
【００３２】
また、図２に示すように、受電装置Ｂは、受電ユニット２１，２２，２３、および、整流回路３１，３２，３３を備えている。
【００３３】
受電ユニット２１は、受電コイルＬ２１、および、共振コンデンサＣ２１を備えている。受電コイルＬ２１は、送電コイルＬ１１と磁気結合して、非接触で受電するものである。共振コンデンサＣ２１は、受電コイルＬ２１に直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。
【００３４】
受電コイルＬ２１および共振コンデンサＣ２１は、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１と同様に、共振周波数が高周波電源装置４より供給される高周波電力の周波数ｆ0と一致するように設計される。
【００３５】
受電ユニット２２は、受電ユニット２１と同様の構成であり、受電コイルＬ２２、および、共振コンデンサＣ２２を備えている。受電ユニット２３も、受電ユニット２１と同様の構成であり、受電コイルＬ２３、および、共振コンデンサＣ２３を備えている。
【００３６】
送電ユニット１１および受電ユニット２１は、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット１１から受電ユニット２１へは、磁界共鳴方式により、非接触給電が行われる。また、送電ユニット１２および受電ユニット２２も、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット１２から受電ユニット２２へも、磁界共鳴方式により、非接触給電が行われる。また、送電ユニット１３および受電ユニット２３も、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット１３から受電ユニット２３へも、磁界共鳴方式により、非接触給電が行われる。
【００３７】
整流回路３１は、受電ユニット２１より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換するものである。整流回路３１は、４つのダイオードをブリッジ接続した全波整流回路である。なお、整流回路３１の構成は限定されず、高周波電流を直流電流に変換するものであればよい。整流回路３１から出力される直流電流は、バッテリＤに供給される。整流回路３２は、整流回路３１と同様の構成であり、受電ユニット２２より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換し、バッテリＤに出力する。整流回路３３も、整流回路３１と同様の構成であり、受電ユニット２３より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換し、バッテリＤに出力する。整流回路３１，３２，３３は、それぞれ、バッテリＤに並列接続されている。整流回路３１，３２，３３から出力される電流は、足し合わされて、バッテリＤに供給される。
【００３８】
以下に、図３〜図７を参照して、整流回路３１，３２，３３から出力される電流が足し合わされることを説明する。
【００３９】
図３は、非接触給電システムを一般化した回路図であり、ｎ個の送電ユニットを備える送電装置Ａ’と、ｎ個の受電ユニットを備える受電装置Ｂ’とを備えている。当該非接触給電システムは、交流の負荷Ｌに交流電力を供給する。
【００４０】
高周波電源装置４の出力電圧をＶ1、出力電流をＩ1とし、負荷Ｌに印加される電圧をＶ2、負荷Ｌに流れる電流をＩ2とする。また、送電ユニット１ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）に流れる電流をＩ1kとし、受電ユニット２ｋに流れる電流をＩ2kとする。なお、各電圧および電流は交流なので、Ｖ1，Ｉ1，Ｖ2，Ｉ2，Ｉ1k，Ｉ2kは、いずれもベクトルである。
【００４１】
一般的に、非接触給電システムの等価回路は、図４（ａ）のようになる。送電装置において、高周波電源装置の電圧をＶ、送電コイルの自己インダクタンスをＬS、共振コンデンサのキャパシタンスをＣSとし、受電装置において、受電コイルの自己インダクタンスをＬL、共振コンデンサのキャパシタンスをＣL、負荷の抵抗をＲLとしている。また、送電コイルと受電コイルとの間の磁気結合による相互インダクタンスをＭとしている。
【００４２】
図４（ａ）に示す回路は、図４（ｂ）に示す等価回路に変換することができる。
【００４３】
すなわち、送電装置を流れる電流をＩSとし、受電装置を流れる電流をＩLとすると、高周波電源装置の電圧Ｖは、下記（２）式で表すことができ、また、下記（３）式も成立する。
【数２】
0005966038.tif 000003
【００４４】
上記（２）および（３）式をそれぞれ変形して下記（４）および（５）式とすると、この（４）および（５）式より、図４（ｂ）の等価回路が得られる。
【数３】
0005966038.tif 000004
【００４５】
図４に示す等価回路の変換を用いて、図３に示す回路を、Ｔ型回路を用いて表した等価回路に変換すると、図５に示す回路になる。各Ｔ型回路において並列接続されているコイルのインダクタンスは、送電コイルＬ1kと受電コイルＬ2kの相互インダクタンスＭkになる。
【００４６】
図６（ａ）は、図５に示す回路を、インピーダンスＺを用いて表した等価回路を示す図である。なお、各インピーダンスＺ1k，Ｚ2k，Ｚ3k（ｋ＝１，２，…，ｎ）は、いずれもベクトルである。
【００４７】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す回路を、Ｆパラメータを用いて表した等価回路を示す図である。なお、各Ｆパラメータの各要素Ａｋ，Ｂｋ，Ｃｋ，Ｄｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）は、いずれもベクトルである。
【００４８】
例えば、図６（ｂ）の最上段のＦパラメータは、下記（６）式のようになる。
【数４】
0005966038.tif 000005
【００４９】
磁界共鳴の条件式であるＺ11＋Ｚ31＝Ｚ31＋Ｚ21＝０を、上記（６）式に代入すると、下記（７）式になる。これより、下記（８）式から、下記（９）式が求められる。
【数５】
0005966038.tif 000006
【００５０】
ここで、Ｚ31は、送電コイルＬ１１と受電コイルＬ２１の相互インダクタンスＭ1によるインピーダンス（Ｔ型等価回路の特性インピーダンスに相当）である（図５参照）。送電コイルＬ１１と受電コイルＬ２１の距離が変化しなければ、結合係数が変化せず、相互インダクタンスＭ1は変化しない。したがって、Ｚ31は変化しない。よって、高周波電源装置４の出力電圧Ｖ1の大きさが一定の場合、受電ユニット２１から出力される電流Ｉ21の大きさも一定である。すなわち、受電ユニット２１は、負荷Ｌのインピーダンスに関係なく、一定の大きさの電流Ｉ21を出力する定電流源と考えることができる。
【００５１】
同様に、下記（１０）式が算出され、下記（１１）式が求められる。
【数６】
0005966038.tif 000007
【００５２】
また、下記（１２）式が算出され、下記（１３）式が求められる。
【数７】
0005966038.tif 000008
【００５３】
上記（９）、（１１）、（１３）式より、各受電ユニット２ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）から出力される電流Ｉ2kの大きさは、負荷Ｌのインピーダンスに関係なく一定であり、各受電ユニット２ｋは、定電流源と考えることができる。定電流源を並列接続した場合、各出力電流は足し合わされて出力される。したがって、高周波電源装置４を定電圧源として動作させ、電圧Ｖ1を一定の電圧とした場合、出力電流Ｉ21，Ｉ22，…，Ｉ2nを合成した電流Ｉ2は、出力電流Ｉ21，Ｉ22，…，Ｉ2nを足し合わせたものになり、下記（１４）式で表すことができる。また、各出力電流Ｉ21，Ｉ22，…，Ｉ2nの大きさは一定であり、電流Ｉ2の大きさも一定になる。つまり、図３における受電装置Ｂ’は定電流源と等価であり、負荷Ｌのインピーダンスに影響されない。また、下記（１４）式と、上記（９）、（１１）、（１３）式より、電流Ｉ2を下記（１５）式で表すことができる。
【数８】
0005966038.tif 000009
【００５４】
以上より、図３に示す非接触給電システムでは、各受電ユニットの出力電流を足し合わせた電流を、負荷Ｌに供給することができる。
【００５５】
次に、図３に示す非接触給電システムの各受電ユニットの出力側にそれぞれ整流回路を追加した非接触給電システムについて説明する。
【００５６】
図７は、図３に示す回路に整流回路を追加した回路を示す図である。
【００５７】
図７に示す受電装置Ｂ’においては、各受電ユニット２ｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）の出力側に、それぞれ整流回路３ｋが追加されている。整流回路３ｋの出力電流をＩ3kとし、直流の負荷Ｌ’に印加される電圧をＶ3、負荷Ｌ’に流れる電流をＩ3とする。
【００５８】
各受電ユニット２ｋは定電流源と等価なので、各整流回路３ｋの出力電流Ｉ3kの大きさは、各受電ユニット２ｋの出力電流Ｉ2kの大きさに比例する。したがって、上記（１４）式より、出力電流Ｉ31，Ｉ32，…，Ｉ3nを合成した電流Ｉ3は、出力電流Ｉ31，Ｉ32，…，Ｉ3nを足し合わせたものとして、下記（１６）式で表すことができる。
【数９】
0005966038.tif 000010
【００５９】
以上より、図７に示す非接触給電システムでは、各整流回路の出力電流を足し合わせた電流を、負荷Ｌ’に供給することができる。
【００６０】
本実施形態によると、高周波電源装置４は、一定の大きさの高周波電圧を、送電ユニット１１，１２，１３にそれぞれ出力する。送電ユニット１１，１２，１３は、それぞれ、受電ユニット２１，２２，２３に、磁界共鳴方式で送電を行う。この場合、各受電ユニット２１，２２，２３は定電流源と等価になり、各整流回路３１，３２，３３をそれぞれ含めた回路も、定電流源と等価になる。したがって、各整流回路３１，３２，３３が出力する電流は足し合わされて、負荷（バッテリＤ）に供給される。これにより、各送電ユニット１１，１２，１３や、各受電ユニット２１，２２，２３の仕様が異なっていたり、結合係数が異なっている場合でも、各受電ユニット２１，２２，２３から負荷に適切に給電することができる。
【００６１】
本実施形態においては、送電ユニットと受電ユニットの組を３つ備えた場合について説明したが、これに限られない。送電ユニットと受電ユニットの組を２つ備えていてもよいし、４つ以上備えていてもよい。
【００６２】
本実施形態においては、１つの送電ユニットと１つの受電ユニットとが対になっている場合について説明したが、これに限られない。例えば、図８（ａ）に示すように、送電装置Ａが１つの送電ユニット１１のみを備え、受電装置Ｂの各受電ユニットの受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３が、送電コイルＬ１１に磁気結合するようにしてもよい。この場合、送電コイルＬ１１と各受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３との結合係数が異なるようになっても、各整流回路３１，３２，３３が出力する電流は足し合わされて、負荷（バッテリＤ）に供給される。
【００６３】
本実施形態においては、各送電ユニット１１，１２，１３が１つの高周波電源装置４に並列接続している場合について説明したが、これに限られない。例えば、図８（ｂ）に示すように、各送電ユニット１１，１２，１３が、それぞれ別の高周波電源装置４に接続するようにしてもよい。また、図８（ｃ）に示すように、送電ユニット１１，１２が１つの高周波電源装置４に並列接続し、送電ユニット１３が別の高周波電源装置４に接続するようにしてもよい。これらの場合、各高周波電源装置４の出力電圧の大きさ、周波数、位相が異なっていてもよい。各高周波電源装置４の出力電圧の設定が異なっていても、各整流回路３１，３２，３３が出力する電流は足し合わされて、負荷（バッテリＤ）に供給される。
【００６４】
図９は、送電装置Ａが図８（ｃ）に示す構成である場合でも、各整流回路の出力電流が足し合わされて負荷に供給されることを確認するためのシミュレーションを説明するための図である。
【００６５】
図９（ａ）に示す回路でシミュレーションを行った。当該回路においては、電源Ｖａに、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１を備えている送電ユニットと、送電コイルＬ１２および共振コンデンサＣ１２を備えている送電ユニットとを並列接続し、電源Ｖｂに、送電コイルＬ１３および共振コンデンサＣ１３を備えている送電ユニットを接続している。また、送電コイルＬ１１に結合係数ｋ１で磁気結合する受電コイルＬ２１および共振コンデンサＣ２１を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１２に結合係数ｋ２で磁気結合する受電コイルＬ２２および共振コンデンサＣ２２を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１３に結合係数ｋ３で磁気結合する受電コイルＬ２３および共振コンデンサＣ２３を備えている受電ユニットとに、それぞれ整流回路を接続して、負荷に並列接続している。送電コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３、受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の自己インダクタンスは、いずれも１［μＨ］とし、共振コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の静電容量は、いずれも１３７．７［ｐＦ］としている。また、結合係数は、ｋ１＝０．２、ｋ２＝０．３、ｋ３＝０．１とし、負荷は１０［Ω］の抵抗としている。
【００６６】
図９（ｂ）は、シミュレーション結果を示している。上段は、電源Ｖａ，Ｖｂの出力電圧波形を示している。電源Ｖａの出力電圧は、振幅を１００［Ｖ］とし、周波数を１３．５６［ＭＨｚ］としている。電源Ｖｂの出力電圧は、振幅を１５０［Ｖ］とし、周波数を１３．５６［ＭＨｚ］とし、電源Ｖａの出力電圧に対して、位相を９０°進ませている。
【００６７】
図９（ｂ）の中段は、各受電ユニットの出力電流Ｉ21，Ｉ22，Ｉ23の電流波形を示している。図９（ｂ）の下段は、各受電ユニットに接続された整流回路の出力電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33の電流波形、および、負荷に流れる電流Ｉ3の電流波形を示している。各整流回路から出力された電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33が足し合わされて、負荷に流れることが分かる。また、電源と各送電ユニットの接続の仕方に関係なく、また、各電源の電圧の振幅や位相の違いがあっても、各受電ユニットの出力電流の整流後の電流が足し合わされていることが分かる。また、各結合係数が異なる場合、すなわち、送電コイルと受電コイルとの距離がそれぞれ異なる場合でも、各受電ユニットの出力電流の整流後の電流が足し合わされていることが分かる。
【００６８】
上記第１実施形態においては、受電装置Ｂに平滑回路を設けていない場合について説明したが、これに限られない。例えば、図１０（ａ）に示すように、各整流回路３１，３２，３３の出力側に、それぞれ平滑回路５１，５２，５３を備えるようにしてもよい。なお、平滑回路として直列にコイルを設ける代わりに、並列に平滑コンデンサを設けるようにしたり、直列コイルのあとに並列にコンデンサを設けるようにしてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、各整流回路３１，３２，３３の出力を並列接続した後に、平滑回路５０を備えるようにしてもよい。なお、この場合も、平滑回路として直列にコイルを設ける代わりに、並列に平滑コンデンサを設けるようにしたり、直列コイルのあとに並列にコンデンサを設けるようにしてもよい。これらの場合、平滑回路によって、出力電流の脈動を抑制することができる。
【００６９】
図１１は、受電装置Ｂが図１０（ａ）に示す構成である場合でも、各整流回路の出力電流が足し合わされて負荷に供給されることを確認するためのシミュレーションを説明するための図である。
【００７０】
図１１（ａ）に示す回路でシミュレーションを行った。当該回路においては、電源Ｖａに、送電コイルＬ１１および共振コンデンサＣ１１を備えている送電ユニットと、送電コイルＬ１２および共振コンデンサＣ１２を備えている送電ユニットと、送電コイルＬ１３および共振コンデンサＣ１３を備えている送電ユニットとを並列接続している。また、送電コイルＬ１１に結合係数ｋ１で磁気結合する受電コイルＬ２１および共振コンデンサＣ２１を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１２に結合係数ｋ２で磁気結合する受電コイルＬ２２および共振コンデンサＣ２２を備えている受電ユニットと、送電コイルＬ１３に結合係数ｋ３で磁気結合する受電コイルＬ２３および共振コンデンサＣ２３を備えている受電ユニットとに、それぞれ整流回路を接続して、負荷に並列接続している。各整流回路の出力側には、平滑回路としてのコイルを直列接続している。送電コイルＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３、受電コイルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３の自己インダクタンスは、いずれも１［μＨ］とし、共振コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３の静電容量は、いずれも１３７．７［ｐＦ］としている。また、結合係数は、ｋ１＝０．２、ｋ２＝０．３、ｋ３＝０．１とし、負荷は１００［μＦ］のコンデンサとしている。また、各平滑回路としてのコイルの自己インダクタンスは、いずれも３［μＨ］としている。
【００７１】
図１１（ｂ）は、シミュレーション結果を示している。上段は、電源Ｖａの出力電圧波形を示している。電源Ｖａの出力電圧は、振幅を１００［Ｖ］とし、周波数を１３．５６［ＭＨｚ］としている。
【００７２】
図１１（ｂ）の中段は、各受電ユニットの出力電流Ｉ21，Ｉ22，Ｉ23の電流波形を示している。図１１（ｂ）の下段は、各平滑回路の出力電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33の電流波形、および、負荷に流れる電流Ｉ3の電流波形を示している。各平滑回路から出力された電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33が足し合わされて、負荷に流れることが分かる。また、各平滑回路から出力された電流Ｉ31，Ｉ32，Ｉ33の脈動が抑制されて、足し合わされた電流Ｉ3の脈動も抑制されていることが分かる。また、各結合係数が異なる場合、すなわち、送電コイルと受電コイルとの距離がそれぞれ異なる場合でも、各受電ユニットの出力電流の整流後の電流が足し合わされていることが分かる。
【００７３】
上記第１実施形態においては、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略平行となるように設けられている場合について説明したが、これに限られない。例えば、図１２（ａ）に示すように、受電装置Ｂが車体の後部に配置され、送電装置Ａが車庫の壁面に配置され、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、受電装置Ｂが車体の側面に配置され、送電装置Ａが車庫の壁面に配置され、送電コイルおよび受電コイルが床面に対して略垂直になるようにしてもよい。要するに、送電コイルと受電コイルとが略平行で向かい合う位置に配置できるように、それぞれ、車体と車庫（駐車場）に配置されていればよい。
【００７４】
上記第１実施形態においては、本発明に係る非接触給電システムを、電気自動車に内蔵されたバッテリの充電に利用する場合を例として説明したが、これに限られない。例えば、工場内の搬送に用いられるＡＧＶ（automatic guided vehicle：無人搬送車）のバッテリや電気二重層キャパシタなどへの充電にも、利用することができる。また、その他の電気製品のバッテリに充電を行う場合にも、本発明を適用することができる。また、バッテリに充電するのではなく、受電装置に接続された電気製品などの負荷に直接、電力を供給する場合にも、本発明を適用することができる。この場合、負荷に高周波電力をそのまま供給するのであれば、整流回路を設けないようにしてもよい。また、整流後の直流電力を、インバータ回路で適切な交流電力に変換して用いるようにしてもよい。
【００７５】
本発明に係る非接触給電システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る非接触給電システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ  送電装置
１１，１２，１３，１ｎ  送電ユニット
Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１ｎ  送電コイル
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１ｎ  共振コンデンサ
４  高周波電源装置
Ｂ  受電装置
２１，２２，２３，２ｎ  受電ユニット
Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２ｎ  受電コイル
Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，Ｃ２ｎ  共振コンデンサ
３１，３２，３３，３ｎ  整流回路
５０，５１，５２，５３  平滑回路
Ｃ  非接触給電システム
Ｄ  バッテリ（負荷）
【要約】
【課題】各送電ユニットおよび各受電ユニットの仕様や結合係数が異なっていても、各受電ユニットから負荷に適切に給電することができる非接触給電システムを提供する。
【解決手段】送電装置Ａから受電装置Ｂに非接触で電力を供給する非接触給電システムにおいて、送電装置Ａは、一定の高周波電圧を出力する高周波電源装置４と、送電ユニット１１，１２，１３とを備え、受電装置Ｂは、受電ユニット２１，２２，２３を備えるようにした。送電ユニット１１（１２，１３）は、送電コイルＬ１１（Ｌ１２，Ｌ１３）を備えている。受電ユニット２１（２２，２３）は、送電コイルＬ１１（Ｌ１２，Ｌ１３）に磁気的に結合される受電コイルＬ２１（Ｌ２２，Ｌ２３）を備えている。各受電ユニット２１，２２，２３の出力は並列接続され、送電ユニット１１（１２，１３）から受電ユニット２１（２２，２３）への送電方式は、磁界共鳴方式である。
【選択図】図２【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７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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【図９】
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【図１１】
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