(57)【要約】【課題】大幅な回路の組み換えを要さず、位相測定のみにより、結合係数を求めることのできる、非接触電力伝送装置およびその方法を提供する。【解決手段】送電部および受電部の共振角周波数ω０が等しく、送電用１次コイルと受電用２次コイルとを磁界結合させて送電部から受電部に非接触で電力を伝送する、非接触電力伝送装置であって、受電部は受電部負荷を短絡する短絡手段を有し、送電部の備える結合係数測定手段は、異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相から、結合係数を算出する。【選択図】図１
2017050982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電用１次コイルを有する送電部と、
受電用２次コイルを有する受電部と、を有し、
送電部および受電部の共振角周波数ω０が等しく、
前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルは空隙を隔てて配置され、
前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルとを磁界結合させて送電部から受電部に非接触で電力を伝送する、
非接触電力伝送装置であって、
前記受電部は、受電部負荷を短絡する短絡手段を有し、
前記送電部は、前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルとの結合係数を測定する結合係数測定手段とを有し、
前記結合係数測定手段は、
送電部に異なる２以上の周波数の計測信号を入力する計測信号入力手段と、
前記異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相を測定する位相測定手段と、
前記共振角周波数ω０、前記２以上の周波数、および、前記２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相から、前記結合係数を算出する結合係数算出手段と、
を有することを特徴とする、非接触電力伝送装置。
【請求項２】
前記計測信号入力手段は、前記計測信号の周波数を掃引する周波数掃引手段であることを特徴とする、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項３】
前記結合係数算出手段は、
前記共振角周波数ω０と、
前記周波数掃引手段によって掃引された周波数に対する入力インピーダンスの位相を前記位相測定手段により測定することにより求まる、入力インピーダンスの位相が同一の所定位相となる、異なる２つの角周波数ω１、ω２と、
を用いて結合係数を算出すること
を特徴とする、請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項４】
前記結合係数算出手段は、
前記共振角周波数ω０と、
周波数掃引手段によって掃引された周波数に対する入力インピーダンスの位相を位相測定手段により測定することにより求まる、前記角周波数ω0よりも低周波数側で位相がゼロとなる角周波数ω1、および、前記角周波数ω0よりも高周波数側で位相がゼロとなる角周波数ω2と、
を用いて結合係数を算出すること、
を特徴とする請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
【請求項５】
空隙を隔てて配置される送電用１次コイルと受電用２次コイルとを磁界結合させることにより、共振角周波数がω０であり前記送電用１次コイルを有する送電部から、共振角周波数がω０であり前記受電用２次コイルを有する受電部へ、非接触で電力を伝送する非接触電力伝送方法であって、
前記送電部が前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルとの結合係数を測定する結合係数測定ステップと、
前記送電部から前記受電部へ電力を伝送する電力伝送ステップを有し、
前記結合係数測定ステップは、
前記受電部が受電側負荷を短絡する短絡ステップと、
送電部に異なる２以上の周波数の計測信号を入力し、前記異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相を測定する位相測定ステップと、
前記共振角周波数ω０、前記２以上の周波数、および、前記２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相から、前記結合係数を算出する結合係数算出ステップと、
を含むことを特徴とする、非接触電力伝送方法。
【請求項６】
前記位相測定ステップは、前記計測信号の周波数を掃引し、前記異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相を測定する周波数掃引ステップである
ことを特徴とする、請求項５に記載の非接触電力伝送方法。
【請求項７】
前記周波数掃引ステップは、入力インピーダンスの位相が同一の所定位相となる、異なる２つの角周波数ω１、ω２を求めるものであり、
前記結合係数算出ステップは、前記共振角周波数ω０と、前記所定位相と、入力インピーダンスの位相が同一の所定位相となる、異なる２つの角周波数ω１、ω２とから、前記結合係数を算出するものである
ことを特徴とする、請求項６に記載の非接触電力伝送方法。
【請求項８】
前記周波数掃引ステップは、前記角周波数ω0よりも低周波数側で入力インピーダンスの位相がゼロとなる角周波数ω１、および、前記角周波数ω0よりも高周波数側で入力インピーダンスの位相がゼロとなる角周波数ω２とを求めるものであり、
前記結合係数算出ステップは、前記ω０、ω１、ω２とから、前記結合係数を算出するものである
ことを特徴とする、請求項６に記載の非接触電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触電力伝送装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触電力伝送の一形態として、送電側コイルから受電側コイルに電力を伝送するものがある。
【０００３】
コイル間の結合係数を求める方法として、特許文献１には、ＪＩＳ−Ｃ５３２１に規定された測定方法に基づくものが開示されている（段落００８３参照）。具体的には、２つのインダクタンスである、ＬｏｐｅｎおよびＬｓｈｏｒｔに基づいて、以下の式５に基づいて結合係数ｋを算出する（段落００８６，００８７参照）。
【０００４】
【数１】
2017050982.tif 000003
【０００５】
特許文献１では、直列-直列共振において、コンデンサによる分割コイルユニットを全数短絡して測定を行う。
【０００６】
特許文献２には、インバータ負荷のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜と位相θの２つのパラメータを利用して結合係数を求める方法が開示されている。この方法では、二次側巻線短絡手段２３によって二次側巻線２１を短絡したときの図１３の等価回路で示すインバータ負荷のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜と位相θの値を求め、これらの｜Ｚ｜，θの値から二次側巻線２１を短絡した時のインダクタンスＬＳを式（１１）により求める（段落００５０）。次いで、既知の一次側巻線１３のインダクタンスＬＯ（＝Ｌ１）を用いて、結合係数ｋを式（１２）から求める（段落００５２）。
【０００７】
具体的には、「二次側巻線短絡手段２３によって二次側巻線２１を短絡したときの図１３の等価回路で示すインバータ負荷のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜と位相θの値を求めることができれば、これらの｜Ｚ｜，θの値から二次側巻線２１を短絡した時のインダクタンスＬＳは、次の式（１１）（以下の数２）により求めることができる。
ただし、ｘＳ’は二次側に換算された一次側コンデンサ１４のリアクタンス、ω０は駆動角速度（＝２πｆ０）であり、これらｘＳ’，ω０の値は既知である。」（段落００５０）
【０００８】
【数２】
2017050982.tif 000004
【０００９】
「ここで、一次側巻線１３のインダクタンスＬＯ（＝Ｌ１）は既知であるため、上記の式（１１）により二次側巻線２１を短絡した時のインダクタンスＬＳが求まれば、結合係数ｋは、次の式（１２）（以下の数３）から求めることができる。」（段落００５２）
【００１０】
【数３】
2017050982.tif 000005
【００１１】
「つまり、二次側巻線短絡手段２３により二次側巻線２１を短絡したときのインバータ負荷のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜と位相θを検出できれば、式（１１）からＬＳが求まり、かつＬＯ（＝Ｌ１）は既知であるので、式（１２）から結合係数ｋを算出することができる。」（段落００５４）
【００１２】
ここで、特許文献２の結合係数の測定方法では、インバータ負荷のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜と位相θの値を求めることで、二次側巻線２１を短絡した時のインダクタンスＬＳを求めている。
【００１３】
次に、求められたインダクタンスＬＳを（１１）式に代入することで、結合係数ｋを算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１３―０７０５９０号公報
【特許文献２】特開２０１４―２０７７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
送電用コイルから受電用コイルに非接触で電力を伝送する非接触電力伝送において、電力伝送時の電圧や電流、伝送効率を求めるために、コイルのインダクタンス等のパラメータに加えて結合係数を用いる場合、この結合係数が送受電コイルの位置関係や周囲環境によって変動するため、電力伝送を開始する直前に、測定により結合係数を求めることが望ましい。
【００１６】
しかし、特許文献１に記載のＪＩＳ−Ｃ５３２１に規定された結合係数の測定方法では、直列-直列共振方式において、コンデンサによる分割コイルユニットの場合は、分割に使用しているコンデンサを全数短絡しなければ、二つのインダクタンス値Ｌｏｐｅｎ及びＬｓｈｏｒｔを求めることはできない。つまり、コンデンサを全数短絡しなければ、結合係数を測定できないという問題があった。
【００１７】
また、特許文献２に記載の方法では、結合係数を算出するためにパラメータとして、インバータ負荷のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜と位相θの２つの値を必要とする。このため、電力伝送開始直前に結合係数を測定できるように、装置に測定装置を組み込む場合、インピーダンスおよび位相の２つの測定装置が必要となることから、装置全体の大型化、コスト、較正作業の増加などの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１に係る非接触電力伝送装置は、送電用１次コイルを有する送電部と、受電用２次コイルを有する受電部と、を有し、送電部および受電部の共振角周波数ω０が等しく、前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルは空隙を隔てて配置され、前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルとを磁界結合させて送電部から受電部に非接触で電力を伝送する、非接触電力伝送装置であって、前記受電部は、受電部負荷を短絡する短絡手段を有し、前記送電部は、前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルとの結合係数を測定する結合係数測定手段とを有し、前記結合係数測定手段は、送電部に異なる２以上の周波数の計測信号を入力する計測信号入力手段と、前記異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相を測定する位相測定手段と、前記共振角周波数ω０、前記２以上の周波数、および、前記２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相から、前記結合係数を算出する結合係数算出手段と、を有することを特徴とする非接触電力伝送装置である。
【００１９】
本発明の請求項２に係る非接触電力伝送装置において、前記計測信号入力手段は、前記計測信号の周波数を掃引する周波数掃引手段であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項３に係る非接触電力伝送装置において、前記結合係数算出手段は、前記共振角周波数ω０と、前記周波数掃引手段によって掃引された周波数に対する入力インピーダンスの位相を前記位相測定手段により測定することにより求まる、入力インピーダンスの位相が同一の所定位相となる、異なる２つの角周波数ω１、ω２と、を用いて結合係数を算出することを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項４に係る非接触電力伝送装置において、前記結合係数算出手段は、前記共振角周波数ω０と、周波数掃引手段によって掃引された周波数に対する入力インピーダンスの位相を位相測定手段により測定することにより求まる、前記角周波数ω0よりも低周波数側で位相がゼロとなる角周波数ω1、および、前記角周波数ω0よりも高周波数側で位相がゼロとなる角周波数ω2と、を用いて結合係数を算出することを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項５に係る非接触電力伝送方法は、空隙を隔てて配置される送電用１次コイルと受電用２次コイルとを磁界結合させることにより、共振角周波数がω０であり前記送電用１次コイルを有する送電部から、共振角周波数がω０であり前記受電用２次コイルを有する受電部へ、非接触で電力を伝送する非接触電力伝送方法であって、前記受電部が受電側負荷を短絡する短絡ステップと、前記送電部が前記送電用１次コイルと前記受電用２次コイルとの結合係数を測定する結合係数測定ステップと、前記送電部から前記受電部へ電力を伝送する電力伝送ステップを有し、前記結合係数測定ステップは、送電部に異なる２以上の周波数の計測信号を入力し、前記異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相を測定する位相測定ステップと、前記共振角周波数ω０、前記２以上の周波数、および、前記２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相から、前記結合係数を算出する結合係数算出ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項６に係る非接触電力伝送方法において、前記位相測定ステップは、前記計測信号の周波数を掃引し、前記異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相を測定する周波+数掃引ステップであることを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項７に係る非接触電力伝送方法において、前記周波数掃引ステップは、入力インピーダンスの位相が同一の所定位相となる、異なる２つの角周波数ω１、ω２を求めるものであり、前記結合係数算出ステップは、前記共振角周波数ω０と、前記所定位相と、入力インピーダンスの位相が同一の所定位相となる、異なる２つの角周波数ω１、ω２とから、前記結合係数を算出するものであることを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項８に係る非接触電力伝送方法において、前記周波数掃引ステップは、前記角周波数ω0よりも低周波数側で入力インピーダンスの位相がゼロとなる角周波数ω1、および、前記角周波数ω0よりも高周波数側で入力インピーダンスの位相がゼロとなる角周波数ω2とを求めるものであり、前記結合係数算出ステップは、前記ω０、ω１、ω２とから、前記結合係数を算出するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の非接触電力伝送装置によれば、結合係数測定手段は、送電部に異なる２以上の周波数の計測信号を入力する計測信号入力手段と、前記異なる２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相を測定する位相測定手段と、共振角周波数ω０、前記２以上の周波数、および、前記２以上の周波数に対する入力インピーダンスの位相から、結合係数を算出する結合係数算出手段と、を有する。また、その結果、直列-直列共振方式において、コンデンサによる分割コイルユニットの場合でも、分割に使用しているコンデンサを短絡せずに、結合係数を容易に測定でき、さらに測定時の状況に応じた高精度な測定が可能となる。
【００２７】
また、本発明によれば、周波数掃引手段によって掃引された周波数に対する入力インピーダンスの位相を位相測定手段により測定することにより求まる角周波数ω１とω２を用いて結合係数を算出することができる。パラメータについて、特許文献２で必要となるインバータ負荷のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜は本発明では不要であり、角周波数のパラメータのみで結合係数を容易に測定することができる。直前に測定を行えるよう測定装置を組み込む場合にも、周波数測定装置のみにより測定でき、測定前に必要となる較正についても周波数の較正のみで対応することができる。
【００２８】
本発明は以上の構成を備えることにより、送電用１次コイルから受電用２次コイルに非接触で電力を伝送する非接触電力伝送において、１次コイルと２次コイルの間の結合係数が変化した場合であっても、結合係数を容易に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１の実施形態の構成を示す。
【図２】第１の実施形態の構成を示す。
【図３】第１の実施形態における、事前測定での等価回路を示す。
【図４】第１の実施形態の変形例の構成を示す。
【図５】第１の実施形態において、周波数制御を行った場合の、周波数と電力、効率との関係を示す。
【図６】本１の実施形態において、周波数制御を行った場合の、各結合係数における、周波数と効率との関係を示す。
【図７】第１の実施形態において、周波数制御を行った場合の、各結合係数における、周波数対位相特性を示す。
【図８】第１の実施形態の変形例の構成を示す。
【図９】第１の実施形態において、位相制御を行った場合の、位相と電力、効率との関係を示す。
【図１０】第１の実施形態において、位相制御を行った場合の、各結合係数における、位相と効率との関係を示す。
【図１１】第１の実施形態の変形例の構成を示す。
【図１２】第１の実施形態の変形例の構成を示す。
【図１３】第１の実施形態における、フローチャートを示す。
【図１４】第２の実施形態の構成を示す。
【図１５】第２の実施形態における、フローチャートを示す。
【図１６】第３の実施形態における、フローチャートを示す。
【図１７】第４の実施形態における、フローチャートを示す。
【図１８】本発明の位相曲線の一例の模式図を示す。
【図１９】本発明の位相曲線の一例の模式図を示す。
【図２０】第５の実施形態における、フローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、本発明における全体の構成の一例を示し、送電部１００と受電部２００とからなる。
【００３１】
送電部１００は、外部に設けられた送電部側グラウンド接続端子１０３から、インダクタンスＬ１の送電用１次コイル１０１、キャパシタンスＣ１の１次側共振キャパシタ１０２、切換手段１１０、並列に設けられ切換手段１１０により切り替えられる事前測定部１２０および電力変換部１３０、事前測定部１２０および電力変換部１３０に対して接続され外部に設けられる直流電源接続端子１０４、および、送電部側整流手段１４０を介して接続され外部に設けられる交流電源接続端子１０５を備える。
【００３２】
直流電源接続端子１０４、および、送電部側整流手段１４０を介して接続される交流電源接続端子１０５は、用途に応じていずれか一方のみを設けても良い。
【００３３】
受電部２００は、受電部側グラウンド接続端子２０３、インダクタンスＬ２の受電用２次コイル２０１、キャパシタンスＣ２の２次側共振キャパシタ２０２、受電部側整流手段２４０、蓄電池接続端子２０４が設けられている。
【００３４】
蓄電池接続端子２０４および受電部側グラウンド接続端子２０３の間には、２次側蓄電池２５０を接続することができる。
【００３５】
受電部側グラウンド接続端子２０３と受電用２次コイル２０１との間には短絡手段２６０が設けられ、受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを短絡することができる。
なお、以下では、図面を見やすくし理解を容易にするため、図１に代えて、図２のように、送電部側グラウンド接続端子１０３、直流電源接続端子１０４、交流電源接続端子１０５、受電部側グラウンド接続端子２０３、蓄電池接続端子２０４、および送電部側整流手段１４０の記載を省略し、１次側蓄電池１５０から２次側蓄電池２５０に電力を伝送する例を説明する。
【００３６】
ここで、送電部１００の共振周波数ｆ１、および、受電部２００の共振周波数ｆ２は、それぞれ以下のように表され、本発明の装置においては、ｆ１＝ｆ２を満たす。
【００３７】
【数４】
2017050982.tif 000006
【００３８】
【数５】
2017050982.tif 000007
次に、全体の動作を説明する。
【００３９】
全体の動作は、コイルの結合係数ｋを求める事前測定、および、１次側蓄電池１５０から２次側蓄電池２５０へ電力を伝送する電力伝送とからなる。
【００４０】
事前測定では、まず、１次側蓄電池１５０が接続された状態で、切替手段１１０により、送電用１次コイル１０１、１次側共振キャパシタ１０２、事前測定部１２０を直列に接続すると同時に、２次側蓄電池２５０が接続された状態で、短絡手段２６０により受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを２次側蓄電池２５０を介さずに短絡する。次いで、事前測定部１２０により、コイルの結合係数ｋを求める。切替手段１１０により、送電用１次コイル１０１、１次側共振キャパシタ１０２、電力変換部１３０を直列に接続すると同時に、短絡手段２６０により短絡を解除し、受電用２次コイル２０１、２次側蓄電池２５０、受電部側整流手段２４０とを直列に接続する。これにより事前測定が完了する。
【００４１】
そして、電力伝送に移る。１次側蓄電池１５０の電力を、電力変換部１３０の制御により、２次側蓄電池２５０に伝送する。
【００４２】
以下、各実施形態を説明する。
【００４３】
＜第１の実施形態＞
図２に示されるように、事前測定部１２０は、切換手段１１０と１次側蓄電池１５０との間に直列に接続される、位相測定手段１２１および計測信号入力手段１２２を有する。また、位相測定手段１２１および計測信号入力手段１２２に接続される結合係数算出手段１２３を有する。
また、図２に示される例では、電力変換部１３０は周波数制御を用いている。具体的には、電力変換部１３０は、切換手段１１０と１次側蓄電池１５０との間に直列に接続される、周波数測定部１３１および高周波変換部１３２を備える。また、周波数測定部１３１および高周波変換部１３２に接続される周波数制御部１３３を備える。そして、結合係数算出手段１２３と周波数制御部１３３とが接続されている。
【００４４】
次に、図２に示される回路の動作の概要を説明する。
【００４５】
まず、事前測定を行う。
【００４６】
１次側蓄電池１５０が送電部に接続された状態で、送電部１００では切替手段１１０により事前測定部１２０が接続され、受電部２００では短絡手段２６０により受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを短絡する。なお、事前測定時には、２次側蓄電池２５０は接続していなくてもよい。
【００４７】
このとき、図２は図３に示されるとおり、送電部１００の１次蓄電池側からは、送電部１００を抵抗Ｒ１、インダクタンスＬ１、キャパシタンスＣ１の直列回路、受電部２００を抵抗Ｒ２、インダクタンスＬ２、キャパシタンスＣ２の直列回路と見ることができる。送電部１００に流れる電流をＩ１、受電部２００に流れる電流をＩ２とし、Ｌ１の電圧をｖ１、Ｌ２の電圧をｖ２とすると、角周波数ωの電流に対して以下の関係が成り立つ。
【００４８】
【数６】
2017050982.tif 000008
【００４９】
【数７】
2017050982.tif 000009
【００５０】
ここで、相互インダクタンスＭは以下を満たす。
【００５１】
【数８】
2017050982.tif 000010
【００５２】
また、受電部側の回路では、以下の関係が成り立つ。
【００５３】
【数９】
2017050982.tif 000011
【００５４】
【数１０】
2017050982.tif 000012
【００５５】
これらの式から、Ｉ２を消去し、ｖ１とＩ１について整理すると、以下の関係が成り立つ。
【００５６】
【数１１】
2017050982.tif 000013
【００５７】
このとき、送電部１００の１次蓄電池側から見たインピーダンスＺは、以下のように表される。
【００５８】
【数１２】
2017050982.tif 000014
【００５９】
Ｚ２、および、ｖ１とＩ１の関係を代入すると、Ｚは以下のように表される。
【００６０】
【数１３】
2017050982.tif 000015
【００６１】
実部と虚部とに分けて整理すると、Ｚは以下のように表される。
【００６２】
【数１４】
2017050982.tif 000016
【００６３】
Ｌ１，Ｃ１，Ｒ１，Ｌ２，Ｃ２、Ｒ２が既知の場合、Ｚは、ωとｋの関数となり、異なる２以上の周波数の値においてインピーダンスＺの位相を計測することにより、ｋの値を求めることができる。
【００６４】
そこで、次に、結合係数算出手段１２３は計測信号入力手段１２２に指令を送り、計測信号入力手段１２２は、２以上の周波数の計測信号を入力する。位相測定手段１２１は各周波数における位相を測定し、測定結果を結合係数算出手段１２３に出力する。結合係数算出手段１２３は、出力された測定結果を用いて、数値計算により、コイルの結合係数ｋを求める。
【００６５】
結合係数算出手段１２３は、求められたコイルの結合係数ｋを、周波数制御部１３３に送信する。また、送電部１００では切替手段１１０により電力変換部１３０が接続され、受電部２００では短絡手段２６０により短絡を解除し、受電用２次コイル２０１、２次側蓄電池２５０、受電部側整流手段２４０とを直列に接続する。これにより事前測定が完了する。
【００６６】
この後、電力伝送を行う。
【００６７】
１次側蓄電池１５０が送電部１００に接続され、２次側蓄電池２５０が受電部２００に接続された状態で、周波数制御部１３３は、求められたコイルの結合係数ｋに基づき、周波数測定部１３１における周波数の測定結果を用いながら、高周波変換部１３２に指令を送る。高周波変換部１３２では、指令に基づいて所定の電圧および周波数の高調波を出力する。送電用１次コイル１０１と受電用２次コイル２０１との磁界結合により、送電部１００の電力は受電部２００に伝送され、受電部側整流手段２４０において交流から直流に変換され、２次側蓄電池に電力が伝送される。
【００６８】
なお、本実施例では、事前測定部１２０は送電部１００の内部に組み込まれているが、送電部１００に端子を設けて、送電部１００の外部に取り外し可能な状態で接続できるようにしてもよい。これにより、送電部１００を有する複数の装置の間で事前測定部１２０を共用することができ、送電部１００を有する装置を小型化することができる。
【００６９】
また、本実施例では、結合係数算出手段１２３と周波数制御部１３３とを別々に設けたが、図４におけるように、制御部１７０として両者を一体に設けることもできる。これにより、より少ない要素で回路を構成できる。
【００７０】
本実施例では、電力伝送において、周波数制御を用いた。しかし、周波数制御を用いる場合、図５および図６に示されるように、例えばｋ＝０．１のときは１．０４ｆ０＜ｆ＜１．０５３ｆ０の範囲で充電電圧ゼロまで制御できるが、周波数に対して約１．３％という非常に狭い範囲内での制御となり、さらに結合係数が変化すれば制御周波数範囲も大きく変化するため、制御速度や収束性の不安定さが問題となる場合がある。なお、図６において、Ｐｏｕｔは定電圧負荷に対する給電時の充電効率、Ｖｏｕｔは負荷側の電圧であり、以下の関係が成り立つ。
【００７１】
【数１５】
2017050982.tif 000017
【００７２】
ここで、図６の周波数特性および図７の周波数対位相特性からは、電力が大きく変化する領域と位相が大きく変化する領域がほぼ一致しており、位相制御が有効であることを示唆する。
【００７３】
そこで、周波数制御の代わりに、位相制御を用いる構成を図８に示す。なお、本構成では、結合係数算出手段１２３と位相制御部１３４とを、制御部１７０として一体に設けている。
【００７４】
具体的には、１次側蓄電池１５０、送電用１次コイル１０１、１次側共振キャパシタ１０２、位相測定手段１２１、切替手段１１０が直列に接続される。計測信号入力手段１２２と高周波変換部１３２は切替手段１１０と１次側蓄電池１５０との間に並列に設けられ、切替手段１１０により切り替えられる。
【００７５】
図８に示されるように、電力伝送において位相制御を用いる場合、事前測定と電力伝送とで共に位相制御を用いることとなるため、位相測定手段１２１を共用することができ、より少ない要素で回路を構成できる。そして、位相制御では、図９に示されるように、入力インピーダンスの位相が約２０度から約８０度の間の非常に広い範囲の位相で制御が可能となるうえ、図１０に示されるように、ｋが０．０７、０．１、０．１５と変化した場合でも、本実施形態における構成では３０度から８０度では入力インピーダンスの位相に対して電力伝送効率がほぼ線形に変化する。このため、制御が容易となり、高速の制御が可能となる。
【００７６】
また、図４や図８に示される例では、計測信号入力手段１２２は１次側蓄電池１５０に接続されているが、計測信号入力手段１２２に独自の電源を設け、図１１に示すように、計測信号入力手段１２２を１次側蓄電池１５０には接続せず、切替手段１１０とグラウンドとの間に設けても良い。
【００７７】
また、計測信号入力手段１２２の代わりに高周波変換部１３２を用いて計測信号を入力することもできる。この場合、例えば図１２に示すように、切替手段１１０を省略し、位相測定手段１２１、高周波変換部１３２、および、両者に接続され、結合係数算出手段１２３および位相制御部１３４を有する制御部１７０とにより構成することができ、非常に少ない要素で回路を構成できる。
【００７８】
次に、以上の第１の実施形態における回路の動作を、図１３を用いて説明する。
（ステップＳ１０１）受電部２００において短絡手段２６０により受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを短絡する。
（ステップＳ１０２）データを初期化し、位相を測定した周波数の数ｎを０とする。
（ステップＳ１０３）計測信号入力手段１２２により計測信号を入力する。
（ステップＳ１０４）位相測定手段１２１により位相を測定し、ｎを１だけインクリメントする。
（ステップＳ１０５）ｎが位相測定に必要な周波数の数として設定したｎｍａｘか判定する。判定結果がＮｏであればステップＳ１０３に戻り、ＹｅｓであればステップＳ１０６に進む。
（ステップＳ１０６）位相測定手段１２１により測定された位相を用いて、結合係数ｋを算出する。
（ステップＳ１０７）受電部２００における短絡を解除する。
（ステップＳ１０８）算出された結合係数ｋを利用して、電力伝送を行う。
【００７９】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態における全体の構成を図１４に示す。第２の実施形態においては、計測信号入力手段が周波数掃引手段１２４である点において、第１の実施形態と異なる。
周波数掃引を行うことにより、多くの周波数に対する位相のデータを取得することができ、より高精度な測定が可能となる。
【００８０】
次に、第２の実施形態における回路の動作を、図１５を用いて説明する。
（ステップＳ２０１）受電部２００において短絡手段２６０により受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを短絡する。
（ステップＳ２０２）データを初期化し、位相を測定した周波数の数ｎを０とし、掃引する角周波数を最小値ωｍｉｎとする。なお、ここでは角周波数を最小値ωｍｉｎからωｍａｘまで増加していくものとする。
（ステップＳ２０３）周波数掃引手段１２４により周波数を掃引し、同時に位相測定手段１２１により位相を測定する。
（ステップＳ２０４）周波数の掃引が完了したか判定する。判定結果がＮｏであればステップＳ２０３に戻り、ＹｅｓであればステップＳ２０５に進む。
（ステップＳ２０５）位相測定手段１２１により測定された位相を用いて、結合係数ｋを算出する。
（ステップＳ２０６）受電部２００における短絡を解除する。
（ステップＳ２０７）算出された結合係数ｋを利用して、電力伝送を行う。
【００８１】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態においては、計測信号入力手段１２２が周波数掃引手段１２４であり、結合係数算出手段１２３が、周波数掃引手段１２４によって掃引された周波数のうち、インピーダンスＺが所定の位相を有する周波数を用いる点において、第１の実施形態と異なる。
所定の位相を予め定めておくことで、所定の位相を満たすωに関する、ｋとωの関係式を予め整理することができ、ここに数値を代入することにより、第１の実施形態より少ない計算量でｋを求めることができるため、迅速な計測が可能となる。
【００８２】
回路構成は第２の実施形態と同様とすることができる。
【００８３】
次に、以上の第３の実施形態における回路の動作を、図１６を用いて説明する。
（ステップＳ３０１）受電部２００において短絡手段２６０により受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを短絡する。
（ステップＳ３０２）データを初期化し、位相を測定した周波数の数ｎを０とし、掃引する角周波数を最小値ωｍｉｎとする。なお、ここでは角周波数を最小値ωｍｉｎからωｍａｘまで増加していくものとする。
（ステップＳ３０３）周波数掃引手段１２４により周波数を掃引し、同時に位相測定手段１２１により位相を測定する。
（ステップＳ３０４）掃引している角周波数がωｍａｘであるか判定する。判定結果がＮｏであれば掃引を終了しエラーを出力する。判定結果がＹｅｓであればステップＳ３０５に進む。
（ステップＳ３０５）位相測定手段により測定された位相が所定の位相であるか判定する。  判定結果がＮｏであればステップＳ３０３に戻り、ＹｅｓであればステップＳ３０６に進む。
（ステップＳ３０６）所定の位相を満たす周波数をωｎとして記録し、ｎを１だけインクリメントする。
（ステップＳ３０７）ｎが２であるか判定する。ＮｏであればステップＳ３０３に戻り、ＹｅｓであればステップＳ３０８に進む。
（ステップＳ３０８）位相測定手段１２１により測定された位相を用いて、結合係数ｋを算出する。
（ステップＳ３０９）受電部２００における短絡を解除する。
（ステップＳ３１０）算出された結合係数ｋを利用して、電力伝送を行う。
【００８４】
なお、ステップＳ３０５では位相測定手段１２１により測定された位相が所定の位相であるか判定するものとした。しかし、実際の周波数は離散的なデータであるため、位相測定手段１２１により測定された位相が、所定の位相を通過したかを判定し、通過した場合に、所定の周波数を近似的に求めることもできる。
【００８５】
まず、判定の方法を説明する。
【００８６】
所定の位相をθ１とし、周波数掃引時のｉ番目の角周波数をωｉ、そのときの位相をθｉとする。このとき、所定の位相θ１を通過したかは、以下の条件を満たすか否かで判定できる。
【００８７】
【数１６】
2017050982.tif 000018
【００８８】
この条件が満たされる場合、例えば以下の式により、所定の周波数θ１を満たす角周波数ω１を近似することができる。
【００８９】
【数１７】
2017050982.tif 000019
【００９０】
上記の近似は、前後２つの周波数から、１次のスプライン関数で位相関数を局所的に近似した場合に相当するが、例えば、前後ｎ個の周波数から、ｎ−１次のスプライン関数で位相関数を局所的に近似することができ、ｎを２よりも大きくして、より高精度にθ１を求めることもできる。
【００９１】
本明細書においては、位相測定手段により測定された位相が所定の位相であるか判定することは、上記の方法で所定の位相となる周波数を近似的に求めることも含むものとする。
【００９２】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態においては、結合係数算出手段が、周波数掃引手段によって掃引された周波数のうち、位相が０の周波数を用いる点において、第３の実施形態と異なる。
【００９３】
この場合、インピーダンスＺの虚部が０となることから、以下の関係式が成立する。
【００９４】
【数１８】
2017050982.tif 000020
【００９５】
ここで、以下の関係を用いて、さらに式を整理する。
【００９６】
【数１９】
2017050982.tif 000021
【００９７】
【数２０】
2017050982.tif 000022
【００９８】
すると、以下のように整理できる。
【００９９】
【数２１】
2017050982.tif 000023
【０１００】
この式は に関する２次方程式とみることができ、解ω１、ω２に対して以下の関係が成り立つ。
【０１０１】
【数２２】
2017050982.tif 000024
【０１０２】
ここから、ｋは以下のように求まる。
【０１０３】
【数２３】
2017050982.tif 000025
【０１０４】
この式に、各値を代入するだけで、ｋを求めることができ、第２の実施形態よりさらに迅速な計測が可能となる。
【０１０５】
回路構成は、第２、第３の実施形態と同様とすることができる。また、回路の動作は、第３の実施形態において所定の位相を０とした場合と同様に求めることができる。
【０１０６】
ここで、事前に定めたωｍｉｎからωｍａｘまで掃引する場合、この範囲にω１、ω２が含まれない場合がある。この場合への対応を以下に示す。
【０１０７】
＜第５の実施形態＞
本実施形態では、事前に定めたωｍｉｎからωｍａｘまで角周波数ωを掃引し、この範囲に位相が０となる角周波数ωが予め定めた数ｎｍａｘだけ含まれない場合、周波数を掃引する範囲を拡大する。
以下、図１７に示される各ステップを説明する。
（ステップＳ４０１）受電部２００において短絡手段２６０により受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを短絡する。
（ステップＳ４０２）データを初期化し、位相を測定した周波数の数ｎを０とする。そして、本実施形態では、角周波数を最小値ωｍｉｎから最大値ωｍａｘまで掃引するものとして、角周波数ωをまず最小値ωｍｉｎとする。
（ステップＳ４０３）周波数掃引手段１２４により周波数を掃引し、同時に位相測定手段１２１により位相を測定する。
（ステップＳ４０４）掃引している角周波数がωｍａｘであるか判定する。判定結果がＹｅｓであればステップＳ４０５に進む。。判定結果がＮｏであればステップＳ４０７に進む。
（ステップＳ４０５）ｎを０とし、ωｍｉｎをΔωｒａｎｇｅだけ小さくし、ωｍａｘをΔωｒａｎｇｅだけ大きくする。
（ステップＳ４０６）ωｍｉｎ、ωｍａｘが、掃引可能な角周波数の範囲内か判定し、ＹｅｓであればステップＳ４０３に戻り、Ｎｏであれば掃引を終了しエラーを出力する。
（ステップＳ４０７）位相測定手段１２１により測定された位相が０、または、位相の正負が反転したか判定する。判定結果がＮｏであればステップＳ４０３に戻り、ＹｅｓであればステップＳ４０８に進む。
（ステップＳ４０８）位相が０となる角周波数を算出してωｎとして記録し、ｎを１だけインクリメントする。
（ステップＳ４０９）ｎがｎｍａｘであるか判定する。ＮｏであればステップＳ４０３に戻り、ＹｅｓであればステップＳ４１０に進む。
（ステップＳ４１０）位相測定手段１２１により測定された位相を用いて、結合係数ｋを算出する。
（ステップＳ４１１）受電部２００における短絡を解除する。
（ステップＳ４１２）算出された結合係数ｋを利用して、電力伝送を行う。
【０１０８】
＜第６の実施形態＞
本実施形態では、第５の実施形態と同様に、事前に定めたωｍｉｎからωｍａｘまで角周波数ωを掃引し、この範囲に位相が０となる角周波数ωが予め定めた数ｎｍａｘだけ含まれない場合、周波数を掃引する範囲を拡大するが、位相曲線が図１８または図１９に示される形状となることを利用する。すなわち、本実施形態における回路の位相曲線の特徴に着目し、その特徴に応じて周波数を掃引する範囲を拡大するため、より効率的な事前測定が可能となる。
【０１０９】
以下、図２０に示される各ステップを説明する。
（ステップＳ５０１）受電部２００において短絡手段により受電用２次コイル２０１と受電部側整流手段２４０とを短絡する。
（ステップＳ５０２）データを初期化し、位相を測定した周波数の数ｎを０とする。そして、本実施形態では、角周波数を最小値ωｍｉｎから最大値ωｍａｘまで掃引するものとして、角周波数ωをまず最小値ωｍｉｎとする。
（ステップＳ５０３）ω＝ωｍｉｎでの位相を測定する。
（ステップＳ５０４）ω＝ωｍｉｎでの位相が負か判定する。負であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ５０７に進む。正または０であれば（Ｎｏ）、ステップＳ５０５に進む。
（ステップＳ５０５）ωｍｉｎをΔωｒａｎｇｅ１だけ小さくする。
（ステップＳ５０６）ωｍｉｎが掃引可能な角周波数の範囲内か判定し、掃引可能な周波数の範囲内であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ５０３に戻り、掃引可能な周波数の範囲内でなければ（Ｎｏ）、掃引を終了しエラーを出力する。
（ステップＳ５０７）周波数掃引手段１２４により周波数を掃引し、同時に位相測定手段１２１により位相を測定する。
（ステップＳ５０８）掃引している角周波数がωｍａｘであるか判定する。判定結果がＹｅｓであればステップＳ５０９に進む。判定結果がＮｏであればステップＳ５１１に進む。
（ステップＳ５０９）ωｍａｘをΔωｒａｎｇｅ２だけ大きくする。
（ステップＳ５１０）ωｍａｘが掃引可能な角周波数の範囲内か判定し、掃引可能な周波数の範囲内であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ５０７に戻り、掃引可能な周波数の範囲内でなければ（Ｎｏ）、掃引を終了しエラーを出力する。
（ステップＳ５１１）位相測定手段１２１により測定された位相が０、または、位相の正負が反転したか判定する。判定結果がＮｏであればステップＳ５０７に戻り、ＹｅｓであればステップＳ５１２に進む。
（ステップＳ５１２）位相が０となる角周波数を算出してωｎとして記録し、ｎを１だけインクリメントする。
（ステップＳ５１３）ｎがｎｍａｘであるか判定する。ＮｏであればステップＳ５０７に戻り、ＹｅｓであればステップＳ５１４に進む。
（ステップＳ５１４）位相測定手段１２１により測定された位相を用いて、結合係数ｋを算出する。
（ステップＳ５１５）受電部２００における短絡を解除する。
（ステップＳ５１６）算出された結合係数ｋを利用して、電力伝送を行う。
【０１１０】
本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、様々な組み合わせが可能であることは言うまでもない。
【０１１１】
また、図１７、図２０に示される第５、第６実施形態のステップＳ４０６，Ｓ５０６，Ｓ５１０において、角周波数ωが掃引可能な周波数の範囲内でなかった場合、直ちに角周波数の掃引を終了しエラーを出力する代わりに、周波数の掃引が可能な最大の範囲で掃引を行い、必要な数のωｎが得られた場合には結合係数を算出し、必要な数のωｎが得られなかった場合にはエラーを出力するものとすることもできる。
【符号の説明】
【０１１２】
１００  送電部
１０１  送電用１次コイル
１０２  １次側共振キャパシタ
１０３  送電部側グラウンド接続端子
１０４  直流電源接続端子
１０５  交流電源接続端子
１１０  切替手段
１２０  事前測定部
１２１  位相測定手段
１２２  計測信号入力手段
１２３  結合係数算出手段
１２４  周波数掃引手段
１３０  電力変換部
１３１  周波数測定部
１３２  高周波変換部
１３３  周波数制御部
１３４  位相制御部
１４０  送電部側整流手段
１５０  １次側蓄電池
１７０  制御部
２００  受電部
２０１  受電用２次コイル
２０２  ２次側共振キャパシタンス
２０３  受電部側グラウンド接続端子
２０４  蓄電池接続端子
２４０  受電部側整流手段
２５０  ２次側蓄電池
２６０  短絡手段
【図１】
2017050982.tif 000026
【図２】
2017050982.tif 000027
【図３】
2017050982.tif 000028
【図４】
2017050982.tif 000029
【図５】
2017050982.tif 000030
【図６】
2017050982.tif 000031
【図７】
2017050982.tif 000032
【図８】
2017050982.tif 000033
【図９】
2017050982.tif 000034
【図１０】
2017050982.tif 000035
【図１１】
2017050982.tif 000036
【図１２】
2017050982.tif 000037
【図１３】
2017050982.tif 000038
【図１４】
2017050982.tif 000039
【図１５】
2017050982.tif 000040
【図１６】
2017050982.tif 000041
【図１７】
2017050982.tif 000042
【図１８】
2017050982.tif 000043
【図１９】
2017050982.tif 000044
【図２０】
2017050982.tif 000045