(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触電力伝送用のコイルモジュールであって、
電力伝送用コイルとキャパシタを備えた共振器と、
前記電力伝送用コイルの電力伝送が行われる側とは反対側に配置される磁性微粒子を液体に分散させた流動性磁性体と、
前記流動性磁性体に直流磁界を付与する直流磁界発生部と、を備え、
前記直流磁界発生部は、前記直流磁界を発生させるコイルと、前記コイルへ直流電流を供給する直流電流供給部と、を有することを特徴とするコイルモジュール。
【請求項２】
非接触電力伝送用のコイルモジュールであって、
電力伝送用コイルとキャパシタを備えた共振器と、
前記電力伝送用コイルの電力伝送が行われる側とは反対側に配置される磁性微粒子を液体に分散させた流動性磁性体と、
前記流動性磁性体に直流磁界を付与する直流磁界発生部と、を備え、
前記直流磁界発生部は、前記直流磁界を発生させる磁石と、前記磁石の前記流動性磁性体に対する位置を変化させる可動部と、を有することを特徴とするコイルモジュール。
【請求項３】
受電コイルを搭載した受電装置へ非接触にて電力を伝送する給電装置であって、
請求項１に記載のコイルモジュールと、
前記電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、
前記電圧位相と前記電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、
前記直流電流供給部は、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して進み位相のとき、前記コイルへの直流電流を増加させ、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して遅れ位相のとき、前記コイルへの直流電流を減少させることを特徴とする給電装置。
【請求項４】
受電コイルを搭載した受電装置へ非接触にて電力を伝送する給電装置であって、
請求項２に記載のコイルモジュールと、
前記電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、
前記電圧位相と前記電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、
前記可動部は、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して進み位相のとき、前記磁石の前記流動性磁性体に対する位置を縮め、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して遅れ位相のとき、前記磁石の前記流動性磁性体に対する位置を離すことを特徴とする給電装置。
【請求項５】
給電コイルを搭載した給電装置から非接触にて電力を受電する受電装置であって、
請求項１に記載のコイルモジュールと、
前記電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、
前記電圧位相と前記電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、
前記直流電流供給部は、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して進み位相のとき、前記コイルへの直流電流を増加させ、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して遅れ位相のとき、前記コイルへの直流電流を減少させることを特徴とする受電装置。
【請求項６】
給電コイルを搭載した給電装置から非接触にて電力を受電する受電装置であって、
請求項２に記載のコイルモジュールと、
前記電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、
前記電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、
前記電圧位相と前記電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、
前記可動部は、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して進み位相のとき、前記磁石の前記流動性磁性体に対する位置を縮め、前記位相比較部により算出した位相差に基づいて、前記電圧位相が前記電流位相に対して遅れ位相のとき、前記磁石の前記流動性磁性体に対する位置を離すことを特徴とする受電装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載のコイルモジュールを有する給電装置と、
受電装置と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項８】
給電装置と、
請求項１または２に記載のコイルモジュールを有する受電装置と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項９】
請求項３または４に記載の給電装置と、
受電装置と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【請求項１０】
給電装置と、
請求項５または６に記載の受電装置と、を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルモジュール、給電装置、受電装置、および非接触電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源コードを用いずに電力を供給する非接触電力伝送技術が注目されつつある。現在の非接触電力伝送技術は、主に電磁誘導を利用するタイプであり、さまざまな分野での応用が期待されている。このような中、電力をより遠距離へ伝送することが可能な磁気共鳴方式の技術が開発されている。磁気共鳴方式の非接触電力伝送装置は、給電側と受電側のそれぞれの共振器の共振周波数を一致させることにより、より遠距離に高い効率で電力伝送することが可能となる。
【０００３】
ところが、磁気共鳴方式の非接触電力伝送装置では、給電側と受電側の共振器が有する共振周波数が僅かにずれるだけで磁気共鳴効果が弱まり、電力伝送効率が急激に低下してしまうという問題があった。したがって、給電側の共振器の共振周波数と受電側の共振器の共振周波数は高い精度で一致させなければならない。
【０００４】
上記問題を解消するため、たとえば特許文献１には、第１の共振器と第２の共振器のうち両方またはいずれか一方のコイルの近傍に、圧電アクチュエータを具えてコイルの線間容量を変えることにより、共振器の共振周波数を制御する非接触電力伝送システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３５７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、コイルの近傍に圧電アクチュエータを具えて圧電アクチュエータに印加する電圧を制御することにより、コイルが有する小さな線間容量成分を変化させて共振周波数を制御している。そのため、コイルが有する線間容量よりも比較的大きな容量を有する、たとえばセラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等の固定容量をコイルに接続して構成した共振器の共振周波数を制御する場合に、コイルが有する線間容量は一般的に数ｐＦという微小な容量なため、固定容量に対して非常に小さいため、圧電アクチュエータを手段としてコイルの有する線間容量を制御したとしても、共振周波数の調整範囲が狭く、そのために電力伝送効率の低下を抑制することができない虞があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、磁気共鳴方式の非接触給電において、共振周波数の調整範囲を拡大させて電力伝送効率の低下を抑制したコイルモジュール、給電装置、受電装置、および非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明に係るコイルモジュールは、非接触電力伝送用のコイルモジュールであって、電力伝送用コイルとキャパシタを備えた共振器と、電力伝送用コイルの電力伝送が行われる側とは反対側に配置される磁性微粒子を液体に分散させた流動性磁性体と、流動性磁性体に直流磁界を付与する直流磁界発生部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、直流磁界発生部が発生する直流磁界の強さを制御することにより、流動性磁性体と電力伝送用コイルとの距離を変化させて電力伝送用コイルのインダクタンス値を制御している。そのため、直流磁界を付与する直流磁界発生部が発生する直流磁界を最小から最大に変化させた場合の電力伝送用コイルのインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能である。すなわち、従来のコイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数の調整範囲を拡大させることができる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１０】
好ましくは、直流磁界発生部は、直流磁界を発生させるコイルと、コイルへ直流電流を供給する直流電流供給部と、を有するとよい。この場合、コイルが発生する直流磁界を最小から最大に変化させることにより、流動性磁性体と電力伝送用コイルとの距離を大きく変化させることができることから、電力伝送用コイルのインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能となる。そのため、従来のコイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数の調整範囲を拡大させることができる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、直流磁界発生部は、直流磁界を発生させる磁石と、磁石の流動性磁性体に対する位置を変化させる可動部と、を有するとよい。この場合、流動性磁性体と磁石との間の距離を変化させると、電力伝送用コイルのインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能である。そのため、従来のコイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数の調整範囲を拡大させることができる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
本発明に係るコイルモジュールは、非接触電力伝送用のコイルモジュールであって、電力伝送用コイルとキャパシタを備えた共振器と、電力伝送用コイルのインダクタンス値を変化させる形状変形が可能な磁性体と、を備えている。本発明によれば、形状変形が可能な磁性体により、電力伝送用コイルのインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能である。すなわち、従来のコイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数の調整範囲を拡大させることができる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る給電装置は、受電コイルを搭載した受電装置へ非接触にて電力を伝送する給電装置であって、上記コイルモジュールと、電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、電圧位相と電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、直流電流供給部は、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して進み位相のとき、コイルへの直流電流を増加させ、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して遅れ位相のとき、コイルへの直流電流を減少させている。本発明によれば、交流電圧の電圧位相と電流位相を比較して算出した位相差に基づいて電圧位相が電流位相に対して進み位相のとき、コイルへの直流電流を増加させ、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して遅れ位相のとき、コイルへの直流電流を減少させることにより、給電コイルに印加される交流電圧の周波数と給電コイルの共振周波数の差を小さくすることができる。その結果、給電コイルに印加される交流電圧の周波数を受電コイルの共振周波数に一致させておくことにより、給電コイルの共振周波数と受電コイルの共振周波数の差も小さくなり、電力伝送効率の低下の抑制効果を向上できる。
【００１４】
本発明に係る給電装置は、受電コイルを搭載した受電装置へ非接触にて電力を伝送する給電装置であって、上記コイルモジュールと、電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、電圧位相と電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、可動部は、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して進み位相のとき、磁石の流動性磁性体に対する位置を縮め、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して遅れ位相のとき、磁石の流動性磁性体に対する位置を離している。本発明によれば、交流電圧の電圧位相と電流位相を比較して算出した位相差に基づいて流動性磁性体と磁石との距離を変化させることにより、給電コイルに印加される交流電圧の周波数と給電コイルの共振周波数の差を小さくすることができる。その結果、給電コイルに印加される交流電圧の周波数を受電コイルの共振周波数に一致させておくことにより、給電コイルの共振周波数と受電コイルの共振周波数の差も小さくなり、電力伝送効率の低下の抑制を向上できる。
【００１５】
本発明に係る受電装置は、給電コイルを搭載した給電装置から非接触にて電力を受電する受電装置であって、上記コイルモジュールと、電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、電圧位相と電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、直流電流供給部は、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して進み位相のとき、コイルへの直流電流を増加させ、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して遅れ位相のとき、コイルへの直流電流を減少させている。本発明によれば、交流電圧の電圧位相と電流位相を比較して算出した位相差に基づいて電圧位相が電流位相に対して進み位相のとき、コイルへの直流電流を増加させ、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して遅れ位相のとき、コイルへの直流電流を減少させることにより、給電コイルの共振周波数と受電コイルの共振周波数の差を小さくすることができる。その結果、電力伝送効率の低下の抑制効果を向上できる。
【００１６】
本発明に係る受電装置は、給電コイルを搭載した給電装置から非接触にて電力を受電する受電装置であって、上記コイルモジュールと、電力伝送用コイルの端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出する電圧位相検出部と、電力伝送用コイルに流れる交流電流の電流位相を検出する電流位相検出部と、電圧位相と前記電流位相を比較して位相差を算出する位相比較部と、を備え、可動部は、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して進み位相のとき、磁石の流動性磁性体に対する位置を縮め、位相比較部により算出した位相差に基づいて、電圧位相が電流位相に対して遅れ位相のとき、磁石の流動性磁性体に対する位置を離している。本発明によれば、交流電圧の電圧位相と電流位相を比較して算出した位相差に基づいて流動性磁性体と磁石との距離を変化させることにより、給電コイルの共振周波数と受電コイルの共振周波数の差を小さくすることができる。その結果、電力伝送効率の低下の抑制効果を向上できる。
【００１７】
本発明に係る非接触電力伝送装置は、上記コイルモジュールを有する給電装置と、受電装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、共振周波数の調整範囲を拡大させて電力伝送効率の低下を抑制した非接触電力伝送装置を得ることができる。
【００１８】
本発明に係る非接触電力伝送装置は、給電装置と、上記コイルモジュールを有する受電装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、共振周波数の調整範囲を拡大させて電力伝送効率の低下を抑制した非接触電力伝送装置を得ることができる。
【００１９】
本発明に係る非接触電力伝送装置は、上記給電装置と、受電装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、共振周波数の調整範囲を拡大させて電力伝送効率の低下を抑制した非接触電力伝送装置を得ることができる。
【００２０】
本発明に係る非接触電力伝送装置は、給電装置と、上記受電装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、共振周波数の調整範囲を拡大させて電力伝送効率の低下を抑制した非接触電力伝送装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、磁気共鳴方式の非接触給電において、共振周波数の調整範囲を拡大させて電力伝送効率の低下を抑制したコイルモジュール、給電装置、受電装置および非接触電力伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置を示す模式構成図である。
【図２】給電装置においてコイルが直流磁界を発生させた状態を示す模式構成図である。
【図３】給電装置においてコイルが直流磁界を発生させた状態を示す模式構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電装置を示す模式構成図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送装置を示す模式構成図である。
【図６】給電装置において磁石と流動性磁性体との距離をＨ２に変化させた状態を示す模式構成図である。
【図７】給電装置において磁石と流動性磁性体との距離をＨ３に変化させた状態を示す模式構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電装置を示す模式構成図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る非接触電力伝送装置における受電装置を示す模式構成図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る非接触電力伝送装置における受電装置を示す模式構成図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る非接触電力伝送装置におけるコイルモジュールを示す模式構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２４】
（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置を示す模式構成図である。
【００２５】
非接触電力伝送装置Ｓ１は、図１に示されるように、給電装置ＴＸ１と、受電装置ＲＸ１と、を有する。この非接触電力伝送装置Ｓ１では、給電装置ＴＸ１から受電装置ＲＸ１に非接触にて電力が伝送される。
【００２６】
給電装置ＴＸ１は、駆動部１と、コイルモジュール１０を有する。コイルモジュール１０は、共振器２０と、流動性磁性体３０と、直流磁界発生部４０と、を有する。受電装置ＲＸ１は、コイルモジュール１００と、整流回路１１０と、負荷ＲＬと、を有する。コイルモジュール１００は、共振器１２０と、磁性板１３０と、を有する。
【００２７】
駆動部１は、交流電力を後述する共振器２０に供給する。具体的には、駆動部１は、後述する給電コイルＬ１に所定周波数の交流電圧を印加して交流電流を供給する。ここで、駆動部１が供給する交流電圧の所定周波数は、後述する共振器１２０の共振周波数（受電コイルＬ２の共振周波数）に一致させておくとよい。こうすることにより、後述する給電側の共振器２０の共振周波数と後述する受電側の共振器１２０の共振周波数が一致すると、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現することができる。駆動部１としては、電源を含む高周波パワーアンプが挙げられ、出力する交流電圧は矩形波または正弦波などであればよく、所定周波数は、例えば数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波帯である。
【００２８】
共振器２０は、給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）とキャパシタＣ１を備えている。本実施形態では、共振器２０は、給電コイルＬ１とキャパシタＣ１が直列接続されてＬＣ共振回路を形成している。共振器２０が形成するＬＣ共振回路の共振周波数は、給電コイルＬ１のインダクタンス値とキャパシタＣ１の静電容量値により決定される。給電コイルＬ１は、駆動部１から供給される交流電力を後述する受電装置ＲＸ１に非接触にて給電する給電部としての機能を果たす。本実施形態では、給電コイルＬ１は、例えばスパイラル形状のコイルであり、銅やアルミニウムなどの細い導体素線を撚ったリッツ線で構成される。ここで、給電コイルＬ１をリッツ線で構成することにより、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波帯における表皮効果の影響を少なく抑え、電力損失を低減できる。また、給電コイルＬ１の巻数は、例えば１ターン〜１０ターン程度である。キャパシタＣ１は、例えばセラミックコンデンサやフィルムコンデンサが挙げられ、静電容量は、例えば数ｐＦ〜数百ｐＦである。本実施形態では、キャパシタＣ１は、給電コイルＬ１に直列接続されているがこれに限られることなく、並列接続されていてもよく、直列と並列を組み合わせて接続されていてもよい。
【００２９】
流動性磁性体３０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１のインダクタンス値を制御する機能を有する。本実施形態では、流動性磁性体３０は、給電コイルＬ１の後述する受電コイルＬ２と対向する面とは反対面側に配置されている。すなわち、流動性磁性体３０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１の電力伝送が行われる側とは反対側に配置される。この流動性磁性体３０は、磁性微粒子を液体に分散させたものであり、容器６０に収容されている。容器６０の底面積は、給電コイルＬ１のコイル軸方向から見た平面面積よりも大きく設定されており、容器６０の底一面に流動性磁性体３０が貯留されている。したがって、流動性磁性体３０は、給電コイルＬ１のコイル軸方向から見て、給電コイルＬ１の領域に重なるように容器６０の底面に配設されていることとなる。このように構成される流動性磁性体３０は、直流磁界を受けると、その磁力線の流れに沿って給電コイルＬ１に向けて突出するように形状変形する性質を備えている。つまり、流動性磁性体３０は、給電コイルＬ１のインダクタンス値を変化させる形状変形が可能な磁性体としての役割を担うこととなる。流動性磁性体３０を構成する磁性微粒子としては、液体中に均一に分散した比透磁率が２〜１０程度のフェライトが好ましく、例えば直径が１０（ｎｍ）程度のマンガン亜鉛フェライトが挙げられる。また、流動性磁性体３０を構成する液体としては、磁性微粒子の溶媒として機能し、例えばイソパラフィン、アルキルナフタレン、ポリアルファーオレフィン、フッソオイル等が挙げられる。なお、容器６０を構成する材料としては、直流磁界を妨げない非金属の材料であればよく、例えば樹脂やセラミックなどが挙げられる。
【００３０】
直流磁界発生部４０は、流動性磁性体３０に直流磁界を付与する。本実施形態では、直流磁界発生部４０は、コイルＬ１０と直流電流供給部５０を有する。コイルＬ１０は、後述する直流電流供給部５０からの直流電流により直流磁界を発生する。このコイルＬ１０は、スパイラル形状のコイルであり、銅やアルミニウムなどの単線で構成される。本実施形態では、コイルＬ１０は、流動性磁性体３０を収容する容器６０の背面側に設けられている。具体的には、コイルＬ１０は、給電コイルＬ１のコイル軸方向から見て、給電コイルＬ１と重なる位置であって、コイルＬ１０のコイル軸方向が給電コイルＬ１のコイル軸方向と略平行となるように配置されている。なお、コイルＬ１０のコイル平面は、容器６０の背面に接触して設けられていると好ましい。この場合、コイルＬ１０が発生する直流磁界を流動性磁性体３０に対して付与し易くなる。直流電流供給部５０は、コイルＬ１０に直流電流を供給する。直流電流供給部５０としては、出力電流を可変できる直流電源が挙げられる。このような構成により、直流磁界発生部４０は、直流電流供給部５０からコイルＬ１０に供給する直流電流を制御することで、コイルＬ１０が発生する直流磁界を最小から最大に変化させると、流動性磁性体３０が付与された直流磁界に応じて給電コイルＬ１に向けて変形し、流動性磁性体３０と給電コイルＬ１との距離を変化させて、給電コイルＬ１のインダクタンス値を制御することが可能となる。
【００３１】
共振器１２０は、受電コイルＬ２とキャパシタＣ２を備えている。本実施形態では、共振器１２０は、受電コイルＬ２とキャパシタＣ２が直列接続されてＬＣ共振回路を形成している。共振器１２０が形成するＬＣ共振回路の共振周波数は、受電コイルＬ２のインダクタンス値とキャパシタＣ２の静電容量値により決定される。受電コイルＬ２は、給電コイルＬ１から給電された交流電力を非接触にて受電する受電部としての機能を果たす。本実施形態では、受電コイルＬ２は、例えばスパイラル形状のコイルであり、銅やアルミニウムなどの細い導体素線を撚ったリッツ線で構成される。ここで、受電コイルＬ２をリッツ線で構成することにより、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波帯における表皮効果の影響を少なく抑え、電力損失を低減できる。また、受電コイルＬ２の巻数は、例えば１ターン〜１０ターン程度である。キャパシタＣ２は、例えばセラミックコンデンサやフィルムコンデンサが挙げられ、静電容量は例えば数ｐＦ〜数百ｐＦである。本実施形態では、キャパシタＣ２は、受電コイルＬ２に直列接続されているがこれに限られることなく、並列接続されていてもよく、直列と並列を組み合わせて接続されていてもよい。
【００３２】
磁性板１３０は、給電コイルＬ１と受電コイルＬ２とのコイル間の磁気結合を高める機能を有する。本実施形態では、磁性板１３０は、受電コイルＬ２の給電コイルＬ１と対向する面とは反対面側に配置されている。この磁性板１３０は、板状またはシート状の磁性材料から構成される。また、磁性板１３０の主面面積は、受電コイルＬ２のコイル軸から見た平面面積よりも大きく設定されている。つまり、磁性板１３０は、受電コイルＬ２のコイル軸方向から見て、受電コイルＬ２の領域を覆うように配置されることとなる。磁性板１３０を構成する磁性材料としては、透磁率が２〜１０程度のフェライトが好ましく、例えばマンガン亜鉛フェライトなどが挙げられる。
【００３３】
整流回路１１０は、受電コイルＬ２が受電した交流電力を直流電力に整流して負荷ＲＬに供給する。整流回路１１０は、例えば図示しないブリッジダイオードと平滑用キャパシタで構成される。ブリッジダイードにより共振器１２０から出力された交流電圧は全波整流され、さらに、平滑用キャパシタにより、全波整流された脈流が平滑されて直流電圧となる。ここで、負荷ＲＬとしては、直流電源で動作する機器であり、例えばＬＥＤ照明装置や充電回路を内蔵する電気シェーバーなどが挙げられる。
【００３４】
このような構成を備えることにより、給電装置ＴＸ１の給電コイルＬ１と受電装置ＲＸ１の受電コイルＬ２が対向することで、給電装置ＴＸ１から受電装置ＲＸ１に非接触にて電力が伝送される非接触電力伝送装置Ｓ１が実現される。
【００３５】
次に、図２および図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１におけるコイルモジュール１０の共振周波数の調整動作について詳細に説明する。図２は、給電装置においてコイルが直流磁界を発生させた状態を示す模式構成図である。図３は、給電装置においてコイルが直流磁界を発生させた状態を示す模式構成図である。
【００３６】
まず、給電装置ＴＸ１の直流電流供給部５０からコイルＬ１０に直流電流を流さない状態（Ｉ１＝０Ａ）においては、コイルＬ１０に電流が流れないため、コイルＬ１０は直流磁界を発生しない。したがって、流動性磁性体３０には直流磁界が付与されないことから、流動性磁性体３０の形状変化はなく、フラットな状態を保っている。このとき、給電コイルＬ１と流動性磁性体３０との距離は、最も長くなることから、給電コイルＬ１のインダクタンス値は最小となる。この状態において、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１に一致している場合は、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現できるため、共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整は不要となる。
【００３７】
これに対して、流動性磁性体３０がフラットな状態において、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０と受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１が一致していない場合、共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整が必要となる。本例においては、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１よりも高い場合（ｆｒ０＞ｆｒ１）を例に用いて説明する。ｆｒ０＞ｆｒ１のとき、給電装置ＴＸ１の直流電流供給部５０からコイルＬ１０に直流電流Ｉ２（Ｉ２＞Ｉ１）が供給される。コイルＬ１０に直流電流Ｉ２が流れると、図２に示すように、直流の磁束ＦＸ１が発生する。流動性磁性体３０は、この直流の磁束ＦＸ１を受けて、その磁力線の流れに沿って給電コイルＬ１に向けて突出するように形状変形する。本例では、流動性磁性体３０の中央付近にコイルＬ１０が発生する磁束ＦＸ１を受けるため、流動性磁性体３０は、中央付近が給電コイルＬ１に向けて突出し、周縁付近の水位が下がるように変形する。これにより、給電コイルＬ１と流動性磁性体３０の距離が縮まり、給電コイルＬ１のインダクタンス値が大きくなる。したがって、共振器２０の共振周波数ｆｒ０が低くなり、共振周波数ｆｒ０と共振周波数ｆｒ１の差が減少する。この状態において、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１に一致すると、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現できるため、共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整は終了となる。
【００３８】
一方、共振周波数ｆｒ０と共振周波数ｆｒ１の差が減少したものの、未だｆｒ０＞ｆｒ１の場合、共振器２０の共振周波数ｆｒ０のさらなる調整が必要となる。すなわち、給電装置ＴＸ１の直流電流供給部５０からコイルＬ１０に供給する直流電流を増加させ、直流電流Ｉ３（Ｉ３＞Ｉ２）が供給される。コイルＬ１０に直流電流Ｉ３が流れると、図３に示すように、直流の磁束ＦＸ２が発生する。流動性磁性体３０は、この直流の磁束ＦＸ２を受けて、中央付近が給電コイルＬ１に向けてさらに突出し、周縁付近の水位がさらに下がるように変形する。これにより、給電コイルＬ１と流動性磁性体３０の距離がさらに縮まり、給電コイルＬ１のインダクタンス値もさらに大きくなる。したがって、共振器２０の共振周波数ｆｒ０がさらに低くなり、共振周波数ｆｒ０が共振周波数ｆｒ１にほぼ一致することとなる。言い換えれば、共振周波数ｆｒ０と共振周波数ｆｒ１の差がほぼゼロ（ｆｒ０≒ｆｒ１）となる。このように、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１に一致すると、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現できるため、共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整は終了となる。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１は、直流磁界発生部４０が発生する直流磁界の強さを制御することにより、流動性磁性体３０と給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）との距離を変化させて給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）のインダクタンス値を制御している。そのため、直流磁界を付与する直流磁界発生部４０が発生する直流磁界を最小から最大に変化させた場合の給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）のインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能である。すなわち、従来の給電コイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数ｆｒ０の調整範囲を拡大させることができる。その結果、受電コイルＬ２の共振周波数ｆｒ１に給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）の共振周波数ｆｒ０を精度よく近づけることができるため、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１においては、直流磁界発生部４０は、直流磁界を発生させるコイルＬ１０と、コイルＬ１０へ直流電流を供給する直流電流供給部５０と、を有している。そのため、コイルＬ１０が発生する直流磁界を最小から最大に変化させることにより、流動性磁性体３０と給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）との距離を大きく変化させることができることから、給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）のインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能となる。そのため、従来の給電コイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数ｆｒ０の調整範囲を拡大させることができる。その結果、受電コイルＬ２の共振周波数ｆｒ１に給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）の共振周波数ｆｒ０を精度よく近づけることができるため、電力伝送効率の低下の抑制効果を向上できる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電装置ＴＸ２の構成について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電装置を示す模式構成図である。
【００４２】
給電装置ＴＸ２は、図４に示されるように、駆動部１と、コイルモジュール１０と、電圧位相検出部２１０と、電流位相検出部２２０と、位相比較部２３０と、を有する。コイルモジュール１０は、共振器２０と、流動性磁性体３０と、直流磁界発生部２４０と、を有する。第２実施形態における給電装置ＴＸ２は、電圧位相検出部２１０、電流位相検出部２２０、位相比較部２３０を備えている点、直流磁界発生部４０に代えて直流磁界発生部２４０を備えている点において、第１実施形態における給電装置ＴＸ１と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４３】
電圧位相検出部２１０は、駆動部１から給電コイルＬ１に印加される交流電圧の電圧位相を検出している。本実施形態では、電圧位相検出部２１０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１の端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出している。具体的には、図４に示されるように、電圧位相検出部２１０は、駆動部１と共振器２０を電気的に接続するラインａとラインｂ間に接続されている。より具体的には、電圧位相検出部２１０は、駆動部１の両端に並列接続される２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点ｃに接続され、入力電位が所定の閾値より大きくなると飽和電圧を出力する増幅器である波形整形器２１０ａから構成される。すなわち、駆動部１から供給される交流電圧は、２つの抵抗Ｒ１,Ｒ２により分圧されて、その中間電位が取り出され、波形整形器２１０ａにより中間電位が２値化されて電圧位相の位相値を示す信号ＳＶとして、後述する位相比較部２３０に出力される。
【００４４】
電流位相検出部２２０は、駆動部１から給電コイルＬ１に供給される交流電流の電流位相を検出している。本実施形態では、電流位相検出部２２０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１に流れる交流電流の電流位相を検出している。具体的には、電流位相検出部２２０は、ラインｂに設けられたカレントトランスＣＴ１と、カレントトランスＣＴ１の両端に接続される抵抗Ｒ３と、抵抗Ｒ３の接地されない端部に接続され、入力電位が所定の閾値より大きくなると飽和電圧を出力する増幅器である波形整形器２２０ａから構成される。すなわち、駆動部１から供給される交流電流が発生させる交流磁界により、カレントトランスＣＴ１に誘導電流が流れ、この誘導電流に基づく電位が抵抗Ｒ３により取り出され、波形整形器２２０ａにより電位が２値化されて電流位相の位相値を示す信号ＳＩとして、後述する位相比較部２３０に出力される。ここで、交流電流と誘導電流は同相であり、誘導電流と電位は同相である。したがって、交流電流の電流位相は、電位の電圧位相により計測可能である。すなわち、電位の電圧位相は、交流電流の電流位相と看做すことができる。
【００４５】
位相比較部２３０は、電圧位相と電流位相を比較して位相差を算出する。具体的には、位相比較部２３０は、図４に示されるように、電圧位相検出部２１０の出力と電流位相検出部２２０の出力に接続され、電圧位相検出部２１０が検出した交流電圧の電圧位相の位相値を示す信号ＳＶと電流位相検出部２２０が検出した交流電流の電流位相の位相値を示す信号ＳＩを比較し、その位相差を算出する。この位相比較部２３０は、位相差を後述する直流電流供給部２５０に出力する。なお、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数と給電コイルＬ１の共振周波数が一致していれば、位相差はゼロとなる。
【００４６】
直流磁界発生部２４０は、直流磁界発生部４０と同様に、流動性磁性体３０に直流磁界を付与する。本実施形態では、直流磁界発生部２４０は、コイルＬ１０と直流電流供給部２５０を有する。
【００４７】
直流電流供給部２５０は、コイルＬ１０に直流電流を供給する。直流電流供給部２５０としては、出力電流を可変できる直流電源が挙げられる。本実施形態では、直流電流供給部２５０は、位相比較部２３０により算出した位相差に基づいて、コイルＬ１０に供給する直流電流を制御している。具体的には、直流電流供給部２５０は、電圧位相（ＳＶ）が電流位相（ＳＩ）に対して進み位相のとき、コイルＬ１０への直流電流を増加させ、電圧位相（ＳＶ）が電流位相（ＳＩ）に対して遅れ位相のとき、コイルＬ１０への直流電流を減少させる。ここで、位相比較部２３０が算出した位相差がゼロとなるように、共振器２０の共振周波数ｆｒ０を調整すると、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数と共振器２０の共振周波数ｆｒ０が一致する。したがって、駆動部１が給電コイルＬ１に印加する交流電圧の周波数は、受電装置ＲＸ１が有する共振器１２０の共振周波数ｆｒ１に一致させていることから、給電装置ＴＸ２が有する共振器２０の共振周波数ｆｒ０が、受電装置ＲＸ１が有する共振器１２０の共振周波数ｆｒ１と一致する。その結果、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現することができる。
【００４８】
以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送装置は、給電装置ＴＸ２が、交流電圧の電圧位相（ＳＶ）を検出する電圧位相検出部２１０と、交流電流の電流位相（ＳＩ）を検出する電流位相検出部２２０と、電圧位相（ＳＶ）と電流位相（ＳＩ）を比較して位相差を算出する位相比較部２３０をさらに備え、直流電流供給部２５０は、位相比較部２３０により算出した位相差に基づいて、電圧位相（ＳＶ）が電流位相（ＳＩ）に対して進み位相のとき、コイルＬ１０への直流電流を増加させ、位相比較部ＣＯＭＰ４０により算出した位相差に基づいて、電圧位相（ＳＶ）が電流位相（ＳＩ）に対して遅れ位相のとき、コイルＬ１０への直流電流を減少させている。そのため、交流電圧の電圧位相（ＳＶ）と電流位相（ＳＩ）を比較して算出した位相差に基づいてコイルＬ１０への電流を増加または減少させることにより、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数と給電コイルＬ１の共振周波数の差を小さくすることができる。その結果、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数を受電コイルＬ２の共振周波数に一致させておくことにより、給電コイルＬ１の共振周波数と受電コイルＬ２の共振周波数の差も小さくなり、電力伝送効率の低下の抑制効果を向上できる。
【００４９】
(第３実施形態）
図５を参照して、本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ２について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送装置を示す模式構成図である。
【００５０】
非接触電力伝送装置Ｓ２は、図５に示されるように、給電装置ＴＸ３と、受電装置ＲＸ１と、を有する。この非接触電力伝送装置Ｓ２では、給電装置ＴＸ３から受電装置ＲＸ１に非接触にて電力が伝送される。給電装置ＴＸ３は、駆動部１と、コイルモジュール３００を有する。コイルモジュール３００は、共振器２０と、流動性磁性体３０と、直流磁界発生部３４０と、を有する。受電装置ＲＸ１は、コイルモジュール１００と、整流回路１１０と、負荷ＲＬと、を有する。コイルモジュール１００は、共振器１２０と、磁性板１３０と、を有する。駆動部１、共振器２０、流動性磁性体３０、共振器１２０、磁性板１３０、整流回路１１０、負荷ＲＬの構成は、第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１と同様である。すなわち、第３実施形態における給電装置ＴＸ３は、直流磁界発生部４０に代えて直流磁界発生部３４０を備えている点において、第１実施形態における給電装置ＴＸ１と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５１】
直流磁界発生部３４０は、流動性磁性体３０に直流磁界を付与する。本実施形態では、直流磁界発生部３４０は、磁石３５０と可動部３６０を有する。磁石３５０は、強磁性体の永久磁石であり、直流磁界を発生する。本実施形態では、磁石３５０は、流動性磁性体３０を収容する容器６０の背面側に設けられている。具体的には、磁石３５０は、給電コイルＬ１のコイル軸方向から見て、給電コイルＬ１と重なる位置に配置されている。このように構成される磁石３５０としては、例えば、酸化鉄を主原料としたフェライト磁石、サマリウムとコバルトを主原料としたサマリウムコバルト磁石、ネオジウム、鉄、ホウ素を主原料としたネオジウム磁石などが挙げられる。可動部３６０は、磁石３５０の流動性磁性体３０に対する位置を変化させる機能を有する。具体的には、可動部３６０は、機械的に伸縮する伸縮機構から構成され、磁石３５０と流動性磁性体３０との間の給電コイルＬ１のコイル軸方向に沿った距離を変化させる役割を果たしている。より具体的には、可動部３６０は、先端に磁石３５０を保持しており、伸びることによって磁石３５０を流動性磁性体３０に近づけ、縮むことによって磁石３５０を流動性磁性体３０から遠ざけるように構成されている。このような構成により、直流磁界発生部３４０は、可動部３６０による磁石３５０と流動性磁性体３０との間の距離を制御することで、流動性磁性体３０が受ける磁石３５０からの直流磁界の強さを最小から最大に変化させると、流動性磁性体３０が付与された直流磁界に応じて給電コイルＬ１に向けて変形し、流動性磁性体３０と給電コイルＬ１との距離を変化させて、給電コイルＬ１のインダクタンス値を制御することが可能となる。なお、図５に示す磁石３５０と流動性磁性体３０との距離はＨ１とする。
【００５２】
次に、図６および図７を参照して、本発明の第３実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ２におけるコイルモジュール３００の共振周波数の調整動作について詳細に説明する。図６は、給電装置において磁石と流動性磁性体との距離をＨ２に変化させた状態を示す模式構成図である。図７は、給電装置において磁石と流動性磁性体との距離をＨ３に変化させた状態を示す模式構成図である。
【００５３】
まず、磁石３５０と流動性磁性体３０との間の距離Ｈ１が十分に大きく、可動部３６０が、磁石３５０を流動性磁性体３０に直流磁界の影響を与えない位置に変化させた状態においては、磁石３５０から流動性磁性体３０に直流磁界は付与されない。したがって、流動性磁性体３０の形状変化はなく、フラットな状態を保っている。このとき、給電コイルＬ１と流動性磁性体３０との距離は、最も長くなることから、給電コイルＬ１のインダクタンス値は最小となる。この状態において、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１に一致している場合は、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現できるため、共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整は不要となる。
【００５４】
これに対して、流動性磁性体３０がフラットな状態において、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０と受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１が一致していない場合、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整が必要となる。本例においては、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１よりも高い場合（ｆｒ０＞ｆｒ１）を例に用いて説明する。ｆｒ０＞ｆｒ１のとき、給電装置ＴＸ３の可動部３６０が伸び、磁石３５０と流動性磁性体３０との距離がＨ２（Ｈ２＜Ｈ１）となるように磁石３５０を流動性磁性体３０に近づける。磁石３５０が流動性磁性体３０に近づくと、図６に示すように、流動性磁性体３０が、磁石３５０が発生する直流の磁束ＦＸ３を受ける。流動性磁性体３０は、この直流の磁束ＦＸ３を受けて、その磁力線の流れに沿って給電コイルＬ１に向けて突出するように形状変形する。本例では、流動性磁性体３０の中央付近に磁石３５０が発生する磁束ＦＸ３を受けるため、流動性磁性体３０は、中央付近が給電コイルＬ１に向けて突出し、周縁付近の水位が下がるように変形する。これにより、給電コイルＬ１と流動性磁性体３０の距離が縮まり、給電コイルＬ１のインダクタンス値が大きくなる。したがって、共振器２０の共振周波数ｆｒ０が低くなり、共振周波数ｆｒ０と共振周波数ｆｒ１の差が減少する。この状態において、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１が一致すると、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現できるため、共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整は終了となる。
【００５５】
一方、共振周波数ｆｒ０と共振周波数ｆｒ１の差が減少したものの、いまだｆｒ０＞ｆｒ１の場合、共振器２０の共振周波数ｆｒ０のさらなる調整が必要となる。すなわち、給電装置ＴＸ３の可動部３６０がさらに伸び、磁石３５０と流動性磁性体３０との距離がＨ３（Ｈ３＜Ｈ２＜Ｈ１）となるように磁石３５０を流動性磁性体３０にさらに近づける。磁石３５０と流動性磁性体３０の距離が縮まると、図７に示すように、流動性磁性体３０が、磁石３５０が発生する直流の磁束ＦＸ３の影響を強く受けることとなる。流動性磁性体３０は、この直流の磁束ＦＸ３の影響を強く受けて、中央付近が給電コイルＬ１に向けてさらに突出し、周縁付近の水位がさらに下がるように変形する。これにより、給電コイルＬ１と流動性磁性体３０の距離がさらに縮まり、給電コイルＬ１のインダクタンス値もさらに大きくなる。したがって、共振器２０の共振周波数ｆｒ０がさらに低くなり、共振周波数ｆｒ０が共振周波数ｆｒ１にほぼ一致することとなる。言い換えれば、共振周波数ｆｒ０と共振周波数ｆｒ１の差がほぼゼロ（ｆｒ０≒ｆｒ１）となる。このように、給電側の共振器２０の共振周波数ｆｒ０が受電側の共振器１２０の共振周波数ｆｒ１に一致すると、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現できるため、共振器２０の共振周波数ｆｒ０の調整は終了となる。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ２は、直流磁界発生部３４０が発生する直流磁界の強さを制御することにより、流動性磁性体３０と給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）との距離を変化させて給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）のインダクタンス値を制御している。そのため、直流磁界を付与する直流磁界発生部３４０が発生する直流磁界を最小から最大に変化させた場合の給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）のインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能である。すなわち、従来の給電コイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数ｆｒ０の調整範囲を拡大させることができる。その結果、受電コイルＬ２の共振周波数ｆｒ１に給電コイルＬ１（電力伝送用コイル）の共振周波数ｆｒ０を精度よく近づけることができるため、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ２においては、直流磁界発生部３４０は、直流磁界を発生させる磁石３５０と、磁石３５０の流動性磁性体３０に対する位置を変化させる可動部３６０と、を有している。そのため、流動性磁性体３０と磁石３５０との間の距離を変化させると、給電コイルＬ１のインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能となる。したがって、従来の給電コイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数ｆｒ０の調整範囲を拡大させることができる。その結果、受電コイルＬ２の共振周波数ｆｒ１に給電コイルＬ１の共振周波数ｆｒ０を精度よく近づけることができるため、電力伝送効率の低下の抑制効果を向上できる。
【００５８】
（第４実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電装置ＴＸ４の構成について説明する。図８は、本発明の第４実施形態に係る非接触電力伝送装置における給電装置を示す模式構成図である。
【００５９】
給電装置ＴＸ４は、図８に示されるように、駆動部１と、コイルモジュール４００と、電圧位相検出部４１０と、電流位相検出部４２０と、位相比較部４３０と、を有する。コイルモジュール４００は、共振器２０と、流動性磁性体３０と、直流磁界発生部４４０と、を有する。第４実施形態における給電装置ＴＸ４は、電圧位相検出部４１０、電流位相検出部４２０、位相比較部４３０を備えている点、直流磁界発生部３４０に代えて直流磁界発生部４４０を備えている点において、第３実施形態における給電装置ＴＸ３と相違する。以下、第３実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
電圧位相検出部４１０は、駆動部１から給電コイルＬ１に印加される交流電圧の電圧位相を検出している。本実施形態では、電圧位相検出部４１０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１の端子間に発生する交流電圧の電圧位相を検出している。具体的には、図８に示されるように、電圧位相検出部４１０は、駆動部１と共振器２０を電気的に接続するラインａとラインｂ間に接続されている。より具体的には、電圧位相検出部４１０は、駆動部１の両端に並列接続される２つの抵抗Ｒ４，Ｒ５と、２つの抵抗Ｒ４，Ｒ５の中点ｃに接続され、入力電位が所定の閾値より大きくなると飽和電圧を出力する増幅器である波形整形器４１０ａから構成される。すなわち、駆動部１から供給される交流電圧は、２つの抵抗Ｒ４,Ｒ５により分圧されて、その中間電位が取り出され、波形整形器４１０ａにより中間電位が２値化されて電圧位相の位相値を示す信号ＳＶ４として、後述する位相比較部４３０に出力される。
【００６１】
電流位相検出部４２０は、駆動部１から給電コイルＬ１に供給される交流電流の電流位相を検出している。本実施形態では、電流位相検出部４２０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１に流れる交流電流の電流位相を検出している。具体的には、電流位相検出部４２０は、ラインｂに設けられたカレントトランスＣＴ２と、カレントトランスＣＴ２の両端に接続される抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ６の接地されない端部に接続され、入力電位が所定の閾値より大きくなると飽和電圧を出力する増幅器である波形整形器４２０ａから構成される。すなわち、駆動部１から供給される交流電流が発生させる交流磁界により、カレントトランスＣＴ２に誘導電流が流れ、この誘導電流に基づく電位が抵抗Ｒ６により取り出され、波形整形器４２０ａにより電位が２値化されて電流位相の位相値を示す信号ＳＩ４として、後述する位相比較部４３０に出力される。ここで、交流電流と誘導電流は同相であり、誘導電流と電位は同相である。したがって、交流電流の電流位相は、電位の電圧位相により計測可能である。すなわち、電位の電圧位相は、交流電流の電流位相と看做すことができる。
【００６２】
位相比較部４３０は、電圧位相と電流位相を比較して位相差を算出する。具体的には、位相比較部４３０は、図８に示されるように、電圧位相検出部４１０の出力と電流位相検出部４２０の出力に接続され、電圧位相検出部４１０が検出した交流電圧の電圧位相の位相値を示す信号ＳＶ４と電流位相検出部４２０が検出した交流電流の電流位相の位相値を示す信号ＳＩ４を比較し、その位相差を算出する。この位相比較部４３０は、位相差を後述する可動部４６０に出力する。なお、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数と給電コイルＬ１の共振周波数が一致していれば、位相差はゼロとなる。
【００６３】
直流磁界発生部４４０は、直流磁界発生部３４０と同様に、流動性磁性体３０に直流磁界を付与する。本実施形態では、直流磁界発生部４４０は、磁石３５０と可動部４６０を有する。
【００６４】
可動部４６０は、磁石３５０と流動性磁性体３０との距離を変化させる。本実施形態では、可動部４６０は、位相比較部４３０により算出した位相差に基づいて、可動部４６０の伸縮度を制御している。具体的には、可動部４６０は、電圧位相（ＳＶ４）が電流位相（ＳＩ４）に対して進み位相のとき、可動部４６０を伸ばして磁石３５０の流動性磁性体３０に対する位置を縮め、電圧位相（ＳＶ４）が電流位相（ＳＩ４）に対して遅れ位相のとき、可動部４６０を縮めて磁石３５０の流動性磁性体３０に対する位置を離す。ここで、位相比較部４３０が算出した位相差がゼロとなるように、共振器２０の共振周波数ｆｒ０を調整すると、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数と共振器２０の共振周波数ｆｒ０が一致する。したがって、駆動部１が給電コイルＬ１に印加する交流電圧の周波数は、受電装置ＲＸ１が有する共振器１２０の共振周波数ｆｒ１に一致させていることから、給電装置ＴＸ４が有する共振器２０の共振周波数ｆｒ０が、受電装置ＲＸ１が有する共振器１２０の共振周波数ｆｒ１と一致する。その結果、磁気共鳴効果が最大限に発揮され、高い電力伝送効率を実現することができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送装置は、給電装置ＴＸ４が、交流電圧の電圧位相（ＳＶ４）を検出する電圧位相検出部４１０と、交流電流の電流位相（ＳＩ４）を検出する電流位相検出部４２０と、電圧位相（ＳＶ４）と電流位相（ＳＩ４）を比較して位相差を算出する位相比較部４３０をさらに備え、可動部４６０は、位相比較部４３０により算出した位相差に基づいて、電圧位相（ＳＶ４）が電流位相（ＳＩ４）に対して進み位相のとき、磁石３５０の流動性磁性体３０に対する位置を縮め、位相比較部４３０により算出した位相差に基づいて、電圧位相（ＳＶ４）が電流位相（ＳＩ４）に対して遅れ位相のとき、磁石３５０の流動性磁性体３０に対する位置を離している。そのため、交流電圧の電圧位相（ＳＶ４）と電流位相（ＳＩ４）を比較して算出した位相差に基づいて可動部４６０の伸縮を変化させることにより、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数と給電コイルＬ１の共振周波数の差を小さくすることができる。その結果、給電コイルＬ１に印加される交流電圧の周波数を受電コイルＬ２の共振周波数に一致させておくことにより、給電コイルＬ１の共振周波数と受電コイルＬ２の共振周波数の差も小さくなり、電力伝送効率の低下の抑制効果を向上できる。
【００６６】
（第５実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第５実施形態に係る非接触電力伝送装置における受電装置ＲＸ９０の構成について説明する。図９は、本発明の第５実施形態に係る非接触電力伝送装置における受電装置を示す模式構成図である。
【００６７】
受電装置ＲＸ５は、図９に示されるように、コイルモジュール５００と、電圧位相検出部２１０と、電流位相検出部２２０と、位相比較部２３０と、整流回路１１０と、負荷ＲＬと、を有する。コイルモジュール５００は、共振器１２０と、流動性磁性体３０と、直流磁界発生部２４０と、を有する。なお、図９では、説明の便宜上、整流回路１１０と負荷ＲＬは図示を省略している。第５実施形態における受電装置ＲＸ５は、コイルモジュール１００に代えてコイルモジュール５００を備えている点、直流磁界発生部２４０と、電圧位相検出部２１０と、電流位相検出部２２０と、位相比較部２３０を備えている点において第１実施形態における受電装置ＲＸ１と相違する。
【００６８】
本実施形態は、第１および第２実施形態における給電装置ＴＸ１，ＴＸ２が備える共振周波数の調整機構を受電装置ＲＸ５に適用したものである。言い換えれば、第１および第２実施形態における給電装置ＴＸ１，ＴＸ２が備える流動性磁性体３０、直流磁界発生部２４０、電圧位相検出部２１０、電流位相検出部２２０、位相比較部２３０を受電装置ＲＸ５に適用したものである。つまり、受電装置ＲＸ５では、これら共振周波数の調整機構が、共振器１２０の電力伝送用コイルである受電コイルＬ２のインダクタンス値を制御するように動作する。なお、流動性磁性体３０、直流磁界発生部２４０、電圧位相検出部２１０、電流位相検出部２２０、位相比較部２３０の構成ならびに機能は第１および第２実施形態と同様のため、詳述は省略する。
【００６９】
(第６実施形態)
次に、図１０を参照して、本発明の第６実施形態に係る非接触電力伝送装置における受電装置ＲＸ６の構成について説明する。図１０は、本発明の第６実施形態に係る非接触電力伝送装置における受電装置を示す模式構成図である。
【００７０】
受電装置ＲＸ６は、図１０に示されるように、コイルモジュール６００と、電圧位相検出部４１０と、電流位相検出部４２０、位相比較部４３０と、整流回路１１０と、負荷ＲＬと、を有する。コイルモジュール６００は、共振器１２０と、流動性磁性体３０と、直流磁界発生部４４０と、を有する。なお、図１０では、説明の便宜上、整流回路１１０と負荷ＲＬは図示を省略している。第６実施形態における受電装置ＲＸ６は、コイルモジュール５００に代えてコイルモジュール６００を備えている点、直流磁界発生部４４０と、電圧位相検出部４１０と、電流位相検出部４２０と、位相比較部４３０を備えている点において第３実施形態における受電装置ＲＸ１と相違する。
【００７１】
本実施形態は、第３および第４実施形態における給電装置ＴＸ５０，ＴＸ８０が備える共振周波数の調整機構を受電装置ＲＸ１００に適用したものである。言い換えれば、第３および第４実施形態における給電装置ＴＸ３，ＴＸ４が備える流動性磁性体３０、直流磁界発生部４４０、電圧位相検出部４１０、電流位相検出部４２０、位相比較部４３０を受電装置ＲＸ６に適用したものである。つまり、受電装置ＲＸ６では、これら共振周波数の調整機構が、共振器１２０の電力伝送用コイルである受電コイルＬ２のインダクタンス値を制御するように動作する。なお、流動性磁性体３０、直流磁界発生部４４０、電圧位相検出部４１０、電流位相検出部４２０、位相比較部４３０の構成ならびに機能は第３および第４実施形態と同様のため、詳述は省略する。
【００７２】
（第７実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明の第７実施形態に係る非接触電力伝送装置におけるコイルモジュール７００の構成について説明する。図１１は、本発明の第７実施形態に係る非接触電力伝送装置におけるコイルモジュール７００を示す模式構成図である。
【００７３】
コイルモジュール７００は、共振器２０と、磁性体７７０と、アクチュエータ７８０と、を有する。共振器２０の構成は、第１実施形態に係る非接触電力伝送装置Ｓ１と同様である。すなわち、第７実施形態におけるコイルモジュール７００は、流動性磁性体３０に代えて磁性体７７０を備えている点、直流磁界発生部４０に代えてアクチュエータ７８０を備えている点において第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００７４】
磁性体７７０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１のインダクタンス値を制御する機能を有する。本実施形態では、磁性体７７０は、給電コイルＬ１の受電コイルＬ２と対向する面とは反対面側に配置されている。すなわち、磁性体７７０は、電力伝送用コイルである給電コイルＬ１の電力伝送が行われるが側とは反対側に配置される。この磁性体７７０は、磁性微粒子を弾性体に含有させた平板状の磁性体であり、略直方体状を呈している。具体的には、磁性体７７０は、外部応力が付与されると部分的に形状が変形し、外部応力が付与されない状態においては形状を保持する性質を有している。また、磁性体７７０は、外部応力により変形した状態において外部応力を取り除くと、元の形状（略直方体状）に戻るという性質も有している。つまり、磁性体７７０は、給電コイルＬ１のインダクタンス値を変化させる形状変形可能な磁性体としての役割を担うこととなる。さらに、磁性体７７０は、外部応力が付与された際に円滑に形状変形させるため、長手方向の両端を固定ポイント７７０ａとして固定している。なお、本実施形態では、固定ポイント７７０ａを磁性体７７０の長手方向の両端に設けているが、これに限られることなく、磁性体７７０の周縁端全体に設けてもよい。
【００７５】
アクチュエータ７８０は、磁性体７７０に応力を付与する。具体的には、アクチュエータ７８０は、磁性体７７０の給電コイルＬ１と対向する面とは反対側から図示矢印の方向に応力を付与することが可能となっている。本実施形態では、アクチュエータ７８０は、ピストン状の構造物であり、磁性体７７０に物理的に接触させて応力を付与するように構成されている。このような構成により、アクチュエータ７８０は、磁性体７７０との距離を制御することで、磁性体７７０に加わる応力を最小から最大に変化させると、磁性体７７０が付与された応力に応じて給電コイルＬ１に向けて変形し、磁性体７７０と給電コイルＬ１との距離を変化させて、給電コイルＬ１のインダクタンス値を制御することが可能となる。
【００７６】
以上のように、本実施形態に係る非接触電力伝送装置は、形状変形が可能な磁性体７７０により、電力伝送用コイル（給電コイルＬ１）のインダクタンス値の変化率を大きくすることが可能である。すなわち、従来のコイルの線間容量を変化させて共振周波数を調整するのに比べて、共振周波数の調整範囲を拡大させることができる。その結果、電力伝送効率の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７７】
Ｓ１,Ｓ２…非接触電力伝送装置、ＴＸ１,ＴＸ２,ＴＸ３,ＴＸ４…給電装置、ＲＸ１,ＲＸ５,ＲＸ６…受電装置、１…駆動部、２０,１２０…共振器、３０…流動性磁性体、４０,２４０,３４０,４４０…直流磁界発生部、Ｌ１…給電コイル、１０,１００,３００,４００,５００,６００,７００…コイルモジュール、６０…容器、Ｃ１,Ｃ２…キャパシタ、Ｌ１０…コイル、５０,２５０…直流電流供給部、Ｌ２…受電コイル、１１０…整流回路、ＲＬ…負荷、ＦＸ１,ＦＸ２,ＦＸ３…磁束、１３０…磁性板、２１０,４１０…電圧位相検出部、２２０,４２０…電流位相検出部、Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６…抵抗、ＣＴ１，ＣＴ２…カレントトランス、２１０ａ,２２０ａ,４１０ａ,４２０ａ…波形整形器、２３０,４３０…位相比較部、３５０…磁石、３６０，４６０…可動部、７８０…アクチュエータ、７７０…弾性体、７７０ａ…固定ポイント。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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