(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら前記複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設け、
前記複数の部材は、ループを形成するように互いに交差して重ねて接触されている
ことを特徴とする給電システム。
【請求項２】
前記複数の部材を駆動する駆動手段と、
前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段により測定した距離に応じたループの大きさとなるように前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の給電システム。
【請求項３】
電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、
前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら前記複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設け、
前記複数の部材を駆動する駆動手段と、
前記給電側コイルから前記受電側コイルに送られる電力から前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、
前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする給電システム。
【請求項４】
前記複数の部材のうち少なくとも一つの端部に中央に向かって凹となる凹部が設けられ、
前記凹部が設けられた部材に隣接する部材の端部が、前記凹部にスライド自在に挿入されている
ことを特徴とする請求項３に記載の給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電システムに係り、給電コイルから受電コイルに非接触で電力を供給する給電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上述した給電システムとして、例えば図１及び図２に示すものが知られている（特許文献１）。同図に示すように、給電システム１は、給電手段としての給電部３と、受電手段としての受電部５と、を備えている。上記給電部３は、電力が供給される給電側ループアンテナ６と、給電側ループアンテナ６に電磁結合された給電側コイルとしての給電側ヘリカルコイル７と、が設けられている。上記給電側ループアンテナ６に電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル７に送られる。
【０００３】
上記受電部５は、給電側ヘリカルコイル７と電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル８と、この受電側ヘリカルコイル８に電磁結合された受電側ループアンテナ９と、が設けられている。給電側ヘリカルコイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル８にワイヤレスで送られる。
【０００４】
さらに、受電側ヘリカルコイル８に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ９に送られて、この受電側ループアンテナ９に接続された負荷に供給される。上述した給電システム１によれば、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８との電磁共鳴により非接触で給電側からの電力を受電側に供給することができる。
【０００５】
そして、上述した受電部５を自動車４に設け、給電部３を道路２などに設けることにより、上述した給電システム１を利用してワイヤレスで自動車４に搭載された負荷に電力を供給することが考えられている。
【０００６】
ところで、上述した自動車４に設けられた受電部５と道路２に設けられた給電部３との距離は、自動車４の車種によって異なる。即ち、受電部５の受電側ヘリカルコイル８と給電部３の給電側ヘリカルコイル７とのコイル間距離Ｌ１も、自動車４の車種によって異なる。例えば、スポーツカーなどの車高の低い車に受電部５を設けると、上記コイル間距離Ｌ１は短くなり、ＲＶ車などの車高の高い車に受電部５を設けると、上記コイル間距離Ｌ１が長くなる。
【０００７】
次に、本発明者らは、上述した図１に示す給電システム１の給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ１を１００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナ９の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図２１〜図２３に示す。
【０００８】
図２１からも分かるように、上述した給電システム１ではコイル間距離Ｌ１が変化すると、通過特性Ｓ２１が変動してしまう。その主な原因は、図２２及び図２３に示されるように、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８との整合のずれである。
【０００９】
詳しく説明すると、給電側ループアンテナ６、受電側ループアンテナ９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を２０６ｍｍとすると、上記コイル間距離Ｌ１が２００ｍｍのときは臨界結合に近い状態であるが、それよりもコイル間距離Ｌ１が短くなると給電部３と受電部５との結合が密となり、双共振特性を示すため、通過特性Ｓ２１が１となる周波数が変化する。
【００１０】
従って、動作周波数を１３．５ＭＨｚ付近で固定した場合、コイル間距離Ｌ１が２００ｍｍのときは通過特性Ｓ２１がほぼ１であり高効率であるが、コイル間距離Ｌ１が１００ｍｍに変動すると通過特性Ｓ２１が０．６５に低下して損失が増加してしまう。
【００１１】
これに対して、コイル間距離Ｌ１が長くなると給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８との結合が疎となり、互いのインピーダンス整合が取れず、通過特性Ｓ２１が低下して損失が増加してしまう。
【００１２】
以上のことから明らかなように、コイル間距離Ｌ１が変動すると給電部３から受電部５への給電効率が変動して損失が増大してしまう、という問題があった。また、図１９に示すように、給電側ループアンテナ６、給電側ヘリカルコイル７と、受電側ループアンテナ９、受電側ヘリカルコイル８と、の軸がずれる横ズレｘが発生したときも、給電部３から受電部５への給電効率が変動して損失が増大してしまう、という問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−１２４５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は、給電側ヘリカルコイルと受電側ヘリカルコイルとの距離の変動や横ズレが発生しても給電部から受電部への高効率で電力を供給することができる給電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら前記複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設け、前記複数の部材は、ループを形成するように互いに交差して重ねて接触されていることを特徴とする給電システムに存する。
【００１６】
請求項２記載の発明は、前記複数の部材を駆動する駆動手段と、前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段により測定した距離に応じたループの大きさとなるように前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の給電システムに存する。
【００１７】
請求項３記載の発明は、電力が供給される給電側ループアンテナ及び該給電側ループアンテナに電磁結合された給電側コイルが設けられた給電手段と、前記給電側コイルと電磁共鳴する受電側コイル及び該受電側コイルに電磁結合された受電側ループアンテナが設けられた受電手段と、を備えた給電システムにおいて、前記給電側ループアンテナ及び前記受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら前記複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設け、前記複数の部材を駆動する駆動手段と、前記給電側コイルから前記受電側コイルに送られる電力から前記受電側コイルでの反射量を測定する反射測定手段と、前記反射測定手段により測定した反射量に応じて前記駆動手段を制御して前記複数の部材を駆動する駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする給電システムに存する。
【００１８】
請求項４記載の発明は、前記複数の部材のうち少なくとも一つの端部に中央に向かって凹となる凹部が設けられ、前記凹部が設けられた部材に隣接する部材の端部が、前記凹部にスライド自在に挿入されていることを特徴とする請求項３に記載の給電システムに存する。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように請求項１及び３記載の発明によれば、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの少なくとも一方を複数の部材に分割して設けて、これら複数の部材を動かして互いの接触位置を変えることにより、ループの大きさを可変に設けた。ループの大きさを変えると効率が変動するため、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離や横ズレに応じてループの大きさを変えることにより、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離が変動や横ズレが発生しても高効率で電力を供給することができる。
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、複数の部材の両端部が、互いに重ねられて接触されているので、簡単な構成で複数の部材の接触位置を変えることができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、距離測定手段が、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離を測定し、駆動制御手段が、距離測定手段により測定した距離に応じたループの大きさとなるように駆動手段を制御して複数の部材を駆動するので、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離が変動しても自動的に高効率で電力を供給できるようなループの大きさにすることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、反射測定手段が、受電側コイルの反射量を測定し、駆動制御手段が、反射測定手段により測定した反射量に応じて駆動手段を制御して複数の部材を駆動するので、給電側ループアンテナ及び受電側ループアンテナの距離の変動及び横ズレが発生しても自動的に高効率で電力を供給できるようなループの大きさにすることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、複数の部材のうち少なくとも一つの端部に中央に向かって凹となる凹部が設けられ、凹部が設けられた部材に隣接する部材の端部が、凹部にスライド自在に挿入されているので、簡単な構成で複数の部材の接触位置を変えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の給電システムの一実施形態を示す図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ図１に示す給電システムの構成を示す概略斜視図及び側面図である。
【図３】図１に示す給電システムのコイル間距離Ｌ１を３００ｍｍに固定し、給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。
【図４】図１に示す給電システムのコイル間距離Ｌ１を３００ｍｍに固定し、給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。
【図５】図１に示す給電システムのコイル間距離Ｌ１を３００ｍｍに固定し、給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すスミスチャートである。
【図６】図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を１３．３ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ１の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変動させた場合の受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。
【図７】図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を１３．３ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ１の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変動させた場合の受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。
【図８】図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を２６ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ１の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。
【図９】図１に示す給電システムの給電側、受電側ヘリカルコイルの共振周波数を２６ＭＨｚに固定し、給電側、受電側ヘリカルコイルのコイル間距離Ｌ１の変動に応じて給電側及び受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】図１に示す給電システムの給電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１を２５０ｍｍに固定し、コイル間距離Ｌ１の変動に応じて受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１２みを変化させた場合の通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。
【図１１】給電側ループアンテナの径を２５０ｍｍに固定し、コイル間距離Ｌ１の変動に応じて受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１２みを変化させた場合の反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。
【図１２】第１実施形態における受電側ループアンテナの詳細上面図である。
【図１３】図１に示す給電システムにおいて、コイル間距離Ｌ１の変動に応じて図１２に示す受電側ループアンテナの長さＬ３を変化させた場合の通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）は、第２実施形態における受電側ループアンテナの上面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図１５】第３実施形態における受電側ループアンテナの上面図である。
【図１６】第４実施形態における給電システムを示す図である。
【図１７】第５実施形態における給電システムを示す図である。
【図１８】図１７に示す給電システムを構成する制御部の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１９】横ズレｘを説明するための説明図である。
【図２０】コイル間距離Ｌ１を２００ｍｍに固定した給電側及び受電側ループアンテナの長さＬ２を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すスミスチャートである。
【図２１】図１に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ１を１００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの通過特性Ｓ２１を測定した結果を示すグラフである。
【図２２】図１に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ１を１００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すグラフである。
【図２３】図１に示す給電システムの給電側、受電側ループアンテナのアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を２０６ｍｍに固定した状態でコイル間距離Ｌ１を１００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲で変化させたときの受電側ループアンテナの反射特性Ｓ１１を測定した結果を示すスミスチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１実施形態
以下、第１実施形態における本発明の給電システムを図面に基づいて説明する。図１は、本発明の給電システムの一実施形態を示す図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１に示す給電システムの構成を示す概略斜視図及び側面図である。同図に示すように、給電システム１は、道路２上などに設けられた給電手段としての給電部３と、自動車４の腹部分などに設けられた受電手段としての受電部５と、を備えている。
【００２７】
上記給電部３は、図１及び図２に示すように、電力が供給される給電側ループアンテナ６と、給電側ループアンテナ６に電磁結合された給電側コイルとしての給電側ヘリカルコイル７と、が設けられている。この給電側ループアンテナ６は、ループ状に設けられていて、その軸が道路２から自動車４の腹部分に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。上述した給電側ループアンテナ６には、図示しない交流電源から交流電力が供給されている。
【００２８】
上記給電側ヘリカルコイル７は、例えば巻線を給電側ループアンテナ６の径よりも大きな径のコイル状に巻いて構成されている。給電側ヘリカルコイル７は、上記給電側ループアンテナ６の自動車４側に、給電側ループアンテナ６と同軸上に配置されている。本実施形態では、給電側ループアンテナ６は、給電側ヘリカルコイル７の最も自動車４から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。
【００２９】
これにより、給電側ループアンテナ６と給電側ヘリカルコイル７とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、給電側ループアンテナ６に交流電力が供給されて、交流電流が流れると給電側ヘリカルコイル７に誘導電流が発生するような範囲内で、互いに離間して設けられている。
【００３０】
上記受電部５は、給電側ヘリカルコイル７と電磁共鳴する受電側ヘリカルコイル８と、この受電側ヘリカルコイル８に電磁結合された受電側ループアンテナ９と、が設けられている。上記受電側ループアンテナ９には、図示しない車載バッテリなどの負荷が接続されている。また、受電側ループアンテナ９は、ループ状に設けられていて、その軸が自動車４の腹部分から道路２に向かう方向、即ち鉛直方向に沿うように配置されている。なお、受電側ループアンテナ９は、図２では説明を簡単にするために円ループで示しているが、実際には図１２、図１４及び図１５のようになっている。この図１２、図１４及び図１５に示す受電側ループアンテナ９の構成については後述する。
【００３１】
上記受電側ヘリカルコイル８は、給電側ヘリカルコイル７と同一に設けられていて、給電側、受電側ループアンテナ６、９の径よりも大きな径のコイルから成る。また、受電側ヘリカルコイル８は、上記受電側ループアンテナ９の道路２側に、受電側ループアンテナ９と同軸上に配置されている。本実施形態では、受電側ループアンテナ９は、受電側ヘリカルコイル８の最も道路２から離れた側の巻線と同一平面上に配置されている。
【００３２】
これにより、受電側ループアンテナ９と受電側ヘリカルコイル８とは、互いに電磁結合する範囲内、即ち、受電側ヘリカルコイル８に交流電流が流れると受電側ループアンテナ９に誘導電流が発生する範囲内に、互いに離間して設けられている。
【００３３】
上述した給電システム１によれば、自動車４が給電部３に近づいて給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８とが軸方向に間隔を空けて対向したときに、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８とが電磁共鳴して給電部３から受電部５に非接触で電力を供給できる。
【００３４】
詳しく説明すると、上記給電側ループアンテナ６に交流電力が供給されると、その電力が電磁誘導により給電側ヘリカルコイル７に送られる。給電側ヘリカルコイル７に電力が送られると、その電力が磁界の共鳴によって受電側ヘリカルコイル８にワイヤレスで送られる。さらに、受電側ヘリカルコイル８に電力が送られると、その電力が電磁誘導によって受電側ループアンテナ９に送られて、この受電側ループアンテナ９に接続された負荷に供給される。
【００３５】
次に、上述した給電システム１の詳細な構成を説明する前に、本発明の給電システム１の原理について説明する。まず、本発明者らは、給電側、受電側ループアンテナ６、９の径変動が通過特性Ｓ２１、反射特性Ｓ１１に与える影響を調べるべく、給電側ヘリカルコイル７と受電側ヘリカルコイル８とのコイル間距離Ｌ１を３００ｍｍに固定し、給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を１０３ｍｍ、８５ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図３〜図５に示す。同図に示すように、給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変化させると、コイル間距離Ｌ１は固定であっても通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１が変化することが分かった。
【００３６】
詳しくは、給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を大きくすると、給電部３と受電部５との結合は疎の方向に変化して損失が増大し、小さくすると結合は密の方向に変化して、双共振特性を示すことが分かった。このことから、コイル間距離Ｌ１が短くなって結合が密になった場合には、給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を大きくすることで結合を疎の方向に、コイル間距離Ｌ１が長くなって結合が疎になった場合には、給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を小さくすることで結合を密の方向に制御し、境界結合付近で動作させればよいことが分かった。
【００３７】
次に、本発明者らは、コイル間距離Ｌ１の変動に応じて給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変動させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図６及び図７に示す。図６及び図７に示す測定において、コイル間距離Ｌ１とアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２とは下記に示す表１のように設定されている。
【表１】
0005725843.tif 000002
【００３８】
なお、上述した図３〜図７に示す測定において、給電側、受電側ヘリカルコイル７、８としては、その径Ｒ２１、Ｒ２２が２９４ｍｍ、巻数が６．５巻、長さＬ２１、Ｌ２２が５２ｍｍのものを用いている。
【００３９】
同図に示すように、コイル間距離Ｌ１が変動しても給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができる。即ち、コイル間距離Ｌ１が変動しても周波数１３．３ＭＨｚ付近で高効率を得ることができる。
【００４０】
ただし、コイル間距離Ｌ１が広がるに従って、高効率となる帯域は狭くなる傾向があるため、コイル間距離Ｌ１が一定以上広がると効率も低下する。このことにより、ある周波数（例えば１３．３ＭＨｚ）で高効率が得られるように最適に設計された給電側、受電側ヘリカルコイル７、８を用いれば、コイル間距離Ｌ１が変動しても、給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変化させることで、高効率を保てることが分かった。
【００４１】
また、本発明者らは、共振周波数が変わっても上記特性が得られるか調べるべく、給電側、受電側ヘリカルコイル７、８の巻数を３にして共振周波数を２６ＭＨｚ付近にして、コイル間距離Ｌ１の変動に応じて給電側、受電側ループアンテナ６、９のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変動させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図８及び図９に示す。図８及び図９の測定において、コイル間距離Ｌ１とアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２とは下記に示す表２のように設定されている。
【表２】
0005725843.tif 000003
【００４２】
なお、図８及び図９に示す測定において、給電側、受電側ヘリカルコイル７、８の巻数を３巻としたため、その長さＬ２１、Ｌ２２が２４ｍｍとなったが、その他のパラメータは図３〜図７と同じである。
【００４３】
同図に示すように、共振周波数を２６ＭＨｚにした場合も、コイル間距離Ｌ１が変動しても給電側、受電側ループアンテナ６、９の径を変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができる。即ち、コイル間距離Ｌ１が変動しても周波数２６ＭＨｚ付近で高効率を得ることができる。
【００４４】
従来でも説明したように、例えば、道路２に設置された給電部３から自動車４の腹部分に設置された受電部５に給電する場合に、そのコイル間距離Ｌ１は車種によって異なる（スポーツカーは低く、ＲＶ車は高い）。そこで、一般的には、車種毎に異なる大きさの給電側、受電側ループアンテナ６、９を設けることが考えられるが、これは給電側、受電側ループアンテナ６、９の種類が増えてしまい、コスト的に問題がある。
【００４５】
本実施形態では、ループの大きさを可変に設けた受電側ループアンテナ９を用いて、例えば製造段階で高効率が得られるような大きさに調整した受電側ループアンテナ９を備えた受電部５を取り付ける。これにより、車種を問わず共通の受電側ループアンテナ９を用いて高効率で給電を行うことができるので、受電側ループアンテナ９の種類が増えることなく、コストダウンを図ることができる。この受電側ループアンテナ９の大きさを可変とする構造については後述する。
【００４６】
上述したように道路２に設置された給電部３から自動車４の腹部分に設置された受電部５に給電し、そのコイル間距離Ｌ１が車種によって異なる場合には、自動車４に設けられた受電側ループアンテナ９の大きさだけを変化させて、道路２側に設けた給電側ループアンテナ６については大きさについては一定にしておくことが望ましい。そこで、本発明者らは、給電側ループアンテナ６のアンテナ径Ｒ１１を２５０ｍｍに固定し、コイル間距離Ｌ１の変動に応じて受電側ループアンテナ９のコイル半径Ｒ１２みを変化させた場合の通過特性Ｓ２１及び反射特性Ｓ１１を測定した。結果を図１０及び図１１に示す。
【００４７】
同図に示すように、給電側ループアンテナ６のアンテナ径Ｒ１１を固定しても受電側ループアンテナ９のアンテナ径Ｒ１２を変化させることにより、コイル間距離Ｌ１が変動しても高効率で給電することができることが分かった。この場合、給電側、受電側ループアンテナ６、９の両者のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変化させる場合に比べて、アンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２の変動値が大きく必要となるため、対応可能なコイル間距離Ｌ１の変動幅は狭くなると考えられる。また、給電側、受電側ループアンテナ６、９の両者のアンテナ径Ｒ１１、Ｒ１２を変化させる場合に比べて、高効率となる帯域幅もやや狭くなる傾向がある。
【００４８】
次に、本発明の受電側ループアンテナ９の詳細な構成について図１２を参照して説明する。図１２に示すように、受電側ループアンテナ９は、四角ループを２つに分割するＬ字状部材９１、９２から構成されている。Ｌ字状部材９１、９２は、互いに同じ形、同じ大きさの帯板状に設けられている。これらＬ字状部材９１、９２は、四角ループが形成されるように互いに重ねて接触されている。この受電側ループアンテナ９によれば、Ｌ字状部材９１、９２を矢印Ｙ１に示すように四角ループの対角線上に動かすことにより、その長さＬ３、即ちループの大きさを可変にすることができる。
【００４９】
これらＬ字状部材９１、９２は、製造段階においてＬ字状部材９１、９２を矢印Ｙ１に沿って動かすことにより車種に応じて長さＬ３が調整される。そして、接触部分の電気特性を良好に保つために、フィンガなどによりＬ字状部材９１、９２が互いに重なっている部分を挟んで保持することが望ましい。
【００５０】
上述した図１２に示す受電側ループアンテナ９の場合、ループから飛び出した部分が特性に悪影響を与えることが懸念される。そこで、本発明者らは、その悪影響について調べるべく、コイル間距離Ｌ１の変動に応じて図１２に示す受電側ループアンテナ９の長さＬ３を変動させた場合の通過特性Ｓ２１を測定した。結果を図１３に示す。図１３の測定において、コイル間距離Ｌ１と長さＬ３とは下記の表３に示すように設定されている。
【表３】
0005725843.tif 000004
【００５１】
同図からも明らかなように、コイル間距離Ｌ１が変動しても効率、周波数を一定に保つことができ、ループから飛び出した部分によって何ら悪影響が与えられないことが分かった。
【００５２】
なお、上述した実施形態では、受電側ループアンテナ９を帯板状、かつ、Ｌ字状に設けた２つのＬ字状部材９１、９２から構成して、ループができるように互いに重ねることにより、受電側ループアンテナ９の大きさを可変に設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。受電側ループアンテナ９としては、ループを分割する複数の部材から設けられていて、各部材を動かすことにより受電側ループアンテナ９の大きさが変えられるものであればよく、例えば、直線状の部材を４つ設けて、これら４つの部材を四角ループができるように互いに重ねて、受電側ループアンテナ９の大きさを可変に設けてもよい。
【００５３】
第２実施形態
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態と第２実施形態とで大きく異なる点は、受電側ループアンテナ９の構成である。上述した第１実施形態では、受電側ループアンテナ９は２つのＬ字状部材９１、９２から構成されていたが、上述した第２実施形態では、図１４に示すように、４つのＬ字状部材９３〜９６から構成されている。
【００５４】
上記Ｌ字状部材９３、９５は、その両端が中央部分よりも厚く設けられ、さらに中央部分に向かって凹となる凹部９Ａが設けられている。また、上記Ｌ字状部材９４、９６に隣接するＬ字状部材９４、９６の両端は、上記凹部９Ａにスライド可能に挿入されている。このように、Ｌ字状部材９４、９６の両端をＬ字状部材９３、９５の両端に設けた凹部９Ａ内に挿入すると、四角ループが形成される。
【００５５】
また、凹部９Ａ内でＬ字状部９４、９６の両端をスライドすることにより、四角ループの長さＬ３を可変にすることができる。この場合も、接触部分の電気特性を良好に保つために、フィンガなどによりＬ字状部材９４、９６の両端が挿入されたＬ字状部材９３、９５の両端を挟んで保持することが望ましい。
【００５６】
第３実施形態
次に、第３実施形態について説明する。第１実施形態と第３実施形態とで大きく異なる点は、受電側ループアンテナ９の構成である。上述した第２実施形態では、受電側ループアンテナ９は２つのＬ字状部材９１、９２から構成されていたが、第３実施形態では、図１５に示すように、２つの半円弧状部材９７及び９８から受電ループアンテナ９が構成されている。
【００５７】
また、半円弧状部材９７及び９８の一端は、互いに重ねられ、さらにその状態で蝶番１０により連結されている。即ち、半円弧状部材９７及び９８は、蝶番１０を中心に回転可能に設けられている。また、半円弧状部材９７及び９８の他端は、上述した第１実施形態と同様に単に重ねられている。
【００５８】
以上の構成によれば、半円弧状部材９７の他端を図面左側、半円弧状部材９８の他端を図面右側に動かすと、円ループの大きさが小さくなり、逆に、半円弧状部材９７の他端を図面右側、半円弧状部材９８の他端を図面左側に動かすと、円ループの大きさが大きくなる。この場合も、接触部分の電気特性を良好に保つために、フィンガなどにより半円弧状部材９４、９６の互いに重ねられた両端を挟んで保持することが望ましい。
【００５９】
第４実施形態
次に、第４実施形態について説明する。上述した実施形態では、製造段階で車種毎に受電側ループアンテナ９の大きさを調整していたが、第４実施形態では、図１６に示すように、受電側ループアンテナ９を構成するＬ字状部材９１〜９６や半円弧状部材９７、９８をそれぞれ駆動するモータなどの駆動手段としての駆動部１０と、コイル間距離Ｌ１を測定する距離測定手段としての距離測定部１１と、を設け、ＣＰＵなどの駆動制御手段として働く制御部１２により、距離測定部１１で測定したコイル間距離Ｌ１に応じたループの大きさとなるように駆動部１０を制御してこれらＬ字状部材９１〜９６、半円弧状部材９７、９８を駆動することも考えられる。
【００６０】
これにより、給電側ループアンテ７及び受電側ループアンテナ９のコイル間距離Ｌ１が変動しても自動的に高効率で電力を供給できるようなループの大きさにすることができる。なお、距離測定部１１としては、例えば、赤外線やＵＷＢ無線などを用いることが考えられる。これにより自動的に高効率で電力を供給できるような大きさにすることができる。
【００６１】
第５実施形態
次に、第５実施形態について説明する。上述した第４実施形態では、距離測定部１１により測定したコイル間距離Ｌ１に応じてＬ字状部材９１〜９６、半円弧状部材９７、９８を駆動していたが、第５実施形態では、図１７に示すように、距離測定部１１の代わりに受電側ヘリカルコイル８の反射量を測定する反射測定部１３を設け、制御部１２により、反射測定部１３で測定した反射特性Ｓ２１が良くなるように駆動部１０を制御してこれらＬ字状部材９１〜９６、半円弧状部材９７、９８を駆動することも考えられる。なお、上述した反射測定部１３は、受電側ヘリカルコイル８に送られる電力を測定して、測定した電力から反射量を求める装置であり、例えば、方向性結合器やサーキュレータを用いることが考えられる。
【００６２】
次に、上述した制御部１２の詳細な動作について図１８を参照して以下説明する。まず、制御部１２は、反射測定部１３で測定した受電側ヘリカルコイル８に供給される電力から給電部３からの給電が開始されたことを検出すると、ループ制御処理を開始する。まず、制御部１２は、反射測定部１３が求めた反射量を取り込み（ステップＳ１）、反射量が一定量以下か否かを判定する（ステップＳ２）。反射量が一定量以下であれば（ステップＳ２でＹ）、制御部１２は再びステップＳ１に戻る。これに対して、反射量が一定量を超えていれば（ステップＳ２でＮ）、制御部１２は、駆動部１０を制御してループが大きくなる方向にＬ字状部材９１〜９６、半円弧状部材９７、９８を動かす（ステップＳ３）。
【００６３】
次に、制御部１２は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ４）、ステップＳ３で動かした結果、反射量が減少したか否かを判定する（ステップＳ５）。反射量が減少していれば（ステップＳ５でＹ）、制御部１２は、反射量が減少した結果、反射量が一定量以下になったか否かを判定する（ステップＳ６）。反射量が一定量以下であれば（ステップＳ６でＹ）、制御部１２は再びステップＳ１に戻る。
【００６４】
これに対して、反射量が一定量を超えていれば（ステップＳ６でＮ）、制御部１２は、コイル間距離Ｌ１が短すぎて結合がまだ密の状態であると判定して、再び駆動部１０を制御してループが大きくなる方向にＬ字状部材９１〜９６、半円弧状部材９７、９８を動かす（ステップＳ７）。その後、制御部１２は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ８）、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップＳ７の動作を繰り返す。ステップＳ８で取り込んだ反射量が一定量以下になると（ステップＳ９でＹ）、制御部１２は再びステップＳ１に戻る。
【００６５】
これに対して、反射量が減少していなければ（ステップＳ５でＮ）、制御部１２は、コイル間距離Ｌ１が長すぎて結合が疎の状態であると判定して、逆に駆動部１０を制御してループが小さくなる方向にＬ字状部材９１〜９６、半円弧状部材９７、９８を動かす（ステップＳ１０）。その後、制御部１２は、再び反射量を取り込んで（ステップＳ１１）、取り込んだ反射量が一定量以下となるまで、ステップＳ１０の動作を繰り返す。ステップＳ１１で取り込んだ反射量が一定量以下になると（ステップＳ１２でＹ）、制御部１２は再びステップＳ１に戻る。上述した第５実施形態によれば、自動的に高効率で電力を供給できるような大きさにすることができる。
【００６６】
なお、上述した実施形態では、距離変化による効率低下を防ぐようにしていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図１９に示すように、給電側ループアンテナ６及び給電側ヘリカルコイル７の軸と、受電側ループアンテナ９及び給電側ヘリカルコイル７の軸と、の位置ズレｘの変動による特性変化にも対応することができる。
【００６７】
上記効果を確認するために本発明者らは、コイル間距離Ｌ１を２００ｍｍに固定して横ズレｘ（図１９）の変動に対応して、図１２に示す受電側ループアンテナ９の長さＬ３を変動させた場合に、反射特性Ｓ２１を測定した。結果を図２０に示す。図２０の測定において、横ズレｘと長さＬ３とは下記の表４のように設定されている。同図からも明らかなように、横ズレｘが生じても給電側、受電側ループアンテナ６、９の大きさを変化させることで、効率と周波数とを一定に保つことができることが分かった。従って、上述した第５実施形態によれば、反射量を一定量以下となるようにループの大きさを制御することにより、コイル間距離Ｌ１の変動及び横ズレの変動の両者に対応できることが分かった。
【表４】
0005725843.tif 000005
【００６８】
また、上述した実施形態によれば、受電側ループアンテナ９のみのアンテナ径Ｒ１２を変化させてコイル間距離Ｌ１の変動に対応していたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、給電側ループアンテナ６のアンテナ径Ｒ１１のみを変化させてもよいし、受電側ループアンテナ９及び給電側ループアンテナ６の両者のアンテナ径Ｒ１２を変動させてもよい。
【００６９】
また、上述した給電システム１は自動車４に電力を供給するシステムとして適用していたが、本発明はこれに限ったものではない。他のシステムに適用させてもよい。
【００７０】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  給電システム
３  給電部（給電手段）
５  受電部（受電手段）
６  給電側ループアンテナ
７  給電側ヘリカルコイル（給電側コイル）
８  受電側ヘリカルコイル（受電側コイル）
９  受電側ループアンテナ
１０  駆動部（駆動手段）
１１  距離測定部（距離測定手段）
１２  制御部（駆動制御手段）
９１〜９６  Ｌ字状部材（部材）
９７、９８  半円弧状部材（部材）
【図１】
0005725843.tif 000006
【図２】
0005725843.tif 000007
【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９】
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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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
0005725843.tif 000026
【図２２】
0005725843.tif 000027
【図２３】
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