(57)【要約】【課題】非接触給電装置及び非接触受電装置の互いの接近を、一方側のみにおいて検知可能な対峙側電力伝達コイル検出装置の提供。【解決手段】給電コイル３の共振・受電コイル３１，３０との対面側に配置され、給電コイル３と同軸に配設された検出コイル４と、給電コイル電圧Ｖ１Ｌと検出コイル電圧Ｖ３との加重差の異相成分電圧Ｖ３１を出力する同相成分除去手段６と、異相成分電圧Ｖ３１が所定の閾値を超えた場合に共振・受電コイルが給電可能範囲内に存在すると判定する存否検出手段７を備える。同相成分除去手段６では、共振・受電コイル３１，３０が存在しない場合に異相成分電圧Ｖ３１がゼロとなるよう加重差の重みを調整し又は調整可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力が給電される給電コイルを具備する非接触給電装置と、前記非接触給電装置に対し着脱自在に装着され、前記給電コイルとの電磁結合により前記給電コイルからの電力供給を受ける共振・受電コイルを具備する非接触受電装置と、を備えた非接触給電システムの前記非接触給電装置又は前記非接触受電装置に於いて用いられる対峙側電力伝達コイル検出装置であって、
前記非接触給電装置にあっては前記給電コイルを自己側電力伝達コイル、前記非接触受電装置にあっては前記共振・受電コイルを自己側電力伝達コイルとし、当該自己側電力伝達コイルに対して電磁結合する相手側の前記給電コイル又は前記共振・受電コイルを対峙側電力伝達コイルとすると、
前記自己側電力伝達コイルの近傍に配置された検出コイルと、
前記自己側電力伝達コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記検出コイルの電圧Ｖ３とが入力され、前記自己側電力伝達コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記検出コイルの電圧Ｖ３との加重差電圧である異相成分電圧Ｖ３１を出力する同相成分除去手段と、を備え、
前記同相成分除去手段は、前記自己側電力伝達コイルに前記対峙側電力伝達コイルが電磁結合していない場合に、前記異相成分電圧Ｖ３１がゼロとなるように前記自己側電力伝達コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記検出コイルの電圧Ｖ３との加重差の重みが調整され又は調整可能とされていることを特徴とする対峙側電力伝達コイル検出装置。
【請求項２】
前記同相成分除去手段が出力する前記異相成分電圧Ｖ３１の大きさが所定の閾値を超えた場合に前記自己側電力伝達コイルに対して前記対峙側電力伝達コイルが送電可能な範囲内に存在すると判定する存否判定信号を出力する存否検出手段を備えた請求項１記載の対峙側電力伝達コイル検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の対峙側電力伝達コイル検出装置を備えた非接触給電装置であって、
前記自己側電力伝達コイルである前記給電コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記異相成分電圧Ｖ３１との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段により検出される位相差が９０度となるように前記給電コイルに入力される電力の周波数を制御する入力周波数制御手段と、
を備えた非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁共振結合により無線給電を行う非接触給電システムに於いて使用され、非接触給電装置及び非接触受電装置の間の互いの接近を検知する対峙側電力伝達コイル検出装置及び非接触給電装置における給電周波数の受電側共振コイル共振周波数からの周波数ずれを検知することが可能な非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触給電システムに関する技術として、例えば、特許文献１，２に記載されたものが公知である。
【０００３】
特許文献１に記載の無線電力伝送装置（非特許文献１の図３〜図８，請求項１，段落〔００４６〕−〔００８０〕参照）では、給電コイル（第１自己共振コイル）の両側に、該給電コイルと同方向に向けて異物検出用第１自己共振コイル及び異物検出用第２自己共振コイルを配設し、異物検出用第１自己共振コイルに対して、異物検出用第２自己共振コイルと共振する共振周波数の高周波エネルギーＥ１を供給すると共に、異物検出用第２自己共振コイルに誘導される交流電流のエネルギーＥ２を検出し、両者間のエネルギー伝送効率Ｐ１＝Ｅ２／Ｅ１を求め、伝送効率Ｐ１が所定の閾値以下となった場合には、異物が存在すると判定することによって異物検出を行うものである。
【０００４】
特許文献２に記載の非接触電力伝送システム（特許文献２の段落〔００３６〕−〔００３７〕，図５，図６参照）では、給電コイル（一次コイル）と、該給電コイルを覆うカバーと、該カバー周辺に存在する物体を検出するセンサコイルとを備え、該センサコイルの巻き軸を、給電コイルの巻き軸に対して略直交するように配置した構成としたものである。センサコイルは、給電コイル及び給電コイルのコアを巻き込むようにして、給電コイルにより発生する磁束とセンサコイルにより発生する磁束とが直交するように配置される。この構成では、カバー上に異物が存在する場合、センサコイル周辺のインピーダンスが変化し、センサコイルの共振周波数がずれる。そこで、センサコイルの共振周波数のずれを検出することによって異物検出を行う。また、センサコイルの巻き軸が、給電コイルの巻き軸と略直交する構成としたことで、両コイル間の干渉を抑えて、異物検出の精度を向上させている。
【０００５】
一方、非接触給電システムに於いて、非接触給電装置及び非接触受電装置の互いの接近や位置ずれを検知する技術としては、例えば、特許文献３，４に記載のものが公知である。
【０００６】
特許文献３（特許文献３の請求項１，図１，図１７，段落〔００３９〕，〔００４４〕−〔００４６〕参照）には、給電コイル（１）と、受電コイル（７）と受電コンデンサ（８）とを含む受電共振回路を有するワイヤレス受電装置に非接触で電力供給を行うワイヤレス給電装置であって、給電コイル（１）と、受電共振回路の共振電流を検出する共振電流検出器（６）と、給電コイル（１）に交流電流を供給することによって、給電コイル（１）と受電コイル（７）との磁場共振現象に基づき、給電コイル（１）から受電コイル（７）に電力供給を行わせる制御回路であって、交流電流の周波数と共振電流検出器によって検出した共振電流の周波数とを関連付ける当該制御回路（１１１）とを備え、給電コイル（１）は、実質的に共振回路を構成せず、共振電流検出器（６）は、検出コイル（６ａ）と検出コンデンサ（６ｃ）とを含む検出共振回路を有し、検出コイル（６ａ）と受電コイル（７）との磁場共振現象に基づき、受電共振回路の共振電流を検出し、検出コイル（６ａ）の巻回領域は、給電コイル（１）の巻回領域より小さく、検出コイル（６ａ）は、巻回中心軸が給電コイル（１）によって生じる磁場ベクトルに対して８０°以上１００°以下の角度をなすように配置されたワイヤレス給電装置が記載されている。給電コイル（１）に受電コイル（７）が接近すると、受電コイル（７）に共振電流が誘導される。このとき、共振電流によって検出コイル（６ａ）と検出コンデンサ（６ｃ）とを含む検出共振回路が共振し、この検出共振回路に誘導される共振電流を検出することによって、ワイヤレス給電装置の側で受電コイル（７）の接近を検出することが可能となる。
【０００７】
特許文献４（特許文献４の図１−３，段落〔００４０〕−〔００４９〕参照）には、移動体に設置され受電コイル（１０３）を有する受電装置（２０）と、受電コイル（１０３）に対し非接触で電力を供給する送電コイル（１０２）を有する送電装置（１０）と、送電コイル（１０２）の近辺に配置され、それぞれのループ軸が互いに直交する複数のループアンテナ素子を有する第１のアンテナ（３０１）と、受電コイル（１０２）の近辺に配置され、受電コイル（１０２）のコイル軸方向とそれぞれのループ軸方向がほぼ一致する複数のループアンテナ素子を有する第２のアンテナ（３０４）と、第１のアンテナ（３０１）の複数のループアンテナ素子による受信磁界に基づき、送電コイル（１０２）及び受電コイル（１０３）の相対的な位置関係を求める位置演算手段（３０８）とを備えた無線電力伝送システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−７５２００号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１５０７３号公報
【特許文献３】特許第５５２２２７１号明細書
【特許文献４】特開２０１２−５３０８号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】篠原真毅監修，「設計技術シリーズ  電磁界結合型ワイヤレス給電技術−電磁誘導・共鳴送電の理論と応用−」，科学情報出版株式会社，２０１４年１２月２２日，pp.83-90．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１，２，３に記載の非接触給電システムでは、異物又は受電コイルの接近の検出を行うことは可能であるが、非接触受電装置が給電を行うための所定の位置まで接近したか否かを検出することはできない。
【００１１】
一方、特許文献４に記載の非接触給電システムでは、非接触給電装置の側の第１のアンテナ（３０１）と、非接触受電装置の側の第２のアンテナ（３０４）とを用いて、非接触受電装置の位置を特定することができるため、非接触受電装置が給電を行うための所定の位置まで接近したか否かを検出することが可能である。しかし、その前提条件として、非接触受電装置の側が第２のアンテナ（３０４）を備えていることが前提であり、検出機構が非接触給電装置又は非接触受電装置の一方の側で閉じていない。従って、汎用性に欠けるという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、非接触給電装置及び非接触受電装置の互いの接近を、非接触給電装置の側又は非接触受電装置の側のみにおいて検知可能とする対峙側電力伝達コイル検出装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、非接触給電装置の側のみにおいて、給電コイルに入力される入力電力の周波数を、受電側共振コイル共振周波数に調整することが可能な非接触給電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る対峙側電力伝達コイル検出装置の第１の構成は、交流電力が給電される給電コイルを具備する非接触給電装置と、前記非接触給電装置に対し着脱自在に装着され、前記給電コイルとの電磁結合により前記給電コイルからの電力供給を受ける共振・受電コイルを具備する非接触受電装置と、を備えた非接触給電システムの前記非接触給電装置又は前記非接触受電装置に於いて用いられる対峙側電力伝達コイル検出装置であって、
前記非接触給電装置にあっては前記給電コイルを自己側電力伝達コイル、前記非接触受電装置にあっては前記共振・受電コイルを自己側電力伝達コイルとし、当該自己側電力伝達コイルに対して電磁結合する相手側の前記給電コイル又は前記共振・受電コイルを対峙側電力伝達コイルとすると、
前記自己側電力伝達コイルの近傍に配置された検出コイルと、
前記自己側電力伝達コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記検出コイルの電圧Ｖ３とが入力され、前記自己側電力伝達コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記検出コイルの電圧Ｖ３との加重差電圧である異相成分電圧Ｖ３１を出力する同相成分除去手段と、を備え、
前記同相成分除去手段は、前記自己側電力伝達コイルに前記対峙側電力伝達コイルが電磁結合していない場合に、前記異相成分電圧Ｖ３１がゼロとなるように前記自己側電力伝達コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記検出コイルの電圧Ｖ３との加重差の重みが調整され又は調整可能とされていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、検出コイルは、自己側電力伝達コイル及び対峙側電力伝達コイルとの間で電磁結合するので、検出コイルの電圧Ｖ３には、自己側電力伝達コイルの電流により直接誘導される誘導電圧と、対峙側電力伝達コイルの電流により誘導される誘導電圧とが発生する。このうち、自己側電力伝達コイルの電流により誘導される誘導電圧は、同相成分除去手段によりキャンセルされるので、異相成分電圧Ｖ３１には、対峙側電力伝達コイルにより間接誘導される誘導電圧のみが現れる。従って、この異相成分電圧Ｖ３１の大きさによって、対峙側電力伝達コイルが送電可能な範囲内に存在するか否かを判定することができる。
【００１５】
ここで、同相成分除去手段としては、例えば、通常広く用いられているオペアンプを用いた電圧加算回路（例えば、白土義男著「新版  アナログＩＣの基礎」，第２版，東京電機大学出版局，１９９３年２月，pp.44-45参照）を用いて構成することができる。オペアンプを用いた電圧加算回路を使用する場合、オペアンプに電圧Ｖ１Ｌを入力する入力抵抗及び電圧Ｖ３を入力する入力抵抗の抵抗値を調整することによって、自己側電力伝達コイルの電圧Ｖ１Ｌと検出コイルの電圧Ｖ３との加重差の重みを調整することが可能である。
【００１６】
尚、非接触給電システムにおける共振・受電コイルは、１つのコイルである場合と、共振コイル・受電コイルの組み合わせである場合とがある。
【００１７】
また、前記第１の構成に於いて、検出コイルは、前記自己側電力伝達コイルの前記対峙側電力伝達コイルとの対面側に配置され、前記自己側電力伝達コイルと中心軸の向きが一致し且つ前記自己側電力伝達コイルの中心軸に垂直な一の平面内に於いて前記自己側電力伝達コイルとの結合定数が最大となる位置に配設されたものとすることもできる。これにより、検出コイルによって、自己側電力伝達コイルに対する対峙側電力伝達コイルの位置ずれ（給電コイルの中心軸に垂直な平面上における位置ずれ）をも検出することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る対峙側電力伝達コイル検出装置の第２の構成は、前記第１の構成に於いて、前記同相成分除去手段が出力する前記異相成分電圧Ｖ３１の大きさが所定の閾値を超えた場合に前記自己側電力伝達コイルに対して前記対峙側電力伝達コイルが送電可能な範囲内に存在すると判定する存否判定信号を出力する存否検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る非接触給電装置は、前記第１又は２の構成の対峙側電力伝達コイル検出装置を備えた非接触給電装置であって、前記自己側電力伝達コイルである前記給電コイルの電圧Ｖ１Ｌと前記異相成分電圧Ｖ３１との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段により検出される位相差が９０度となるように前記給電コイルに入力される電力の周波数を制御する入力周波数制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この構成により、入力周波数制御手段によって給電コイルに入力される電力の周波数が受電側共振コイルの共振周波数に調整され、給電コイルから共振・受電コイルへの電力伝送効率を最大化することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明に係る対峙側電力伝達コイル検出装置によれば、同相成分除去手段によって給電コイルの電圧Ｖ１Ｌと検出コイルの電圧Ｖ３との加重差電圧である異相成分電圧Ｖ３１を生成し、この加重差の重みを、受電コイルが存在しない場合に異相成分電圧Ｖ３１がゼロとなるように調整することで、異相成分電圧Ｖ３１の大きさによって、対峙側電力伝達コイルが送電可能な範囲内に存在するか否かを判定することができる。従って、非接触給電装置の側のみにおいて、非接触受電装置の存否を正確に検出することが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明に係る非接触給電装置によれば、位相差検出手段により、給電コイルの電圧Ｖ１Ｌと異相成分電圧Ｖ３１との位相差又は入力電源回路の出力電圧Ｖ１と異相成分電圧Ｖ３１との位相差を検出し、この位相差が、９０度となるように入力周波数を制御することによって、非接触給電装置の側のみにおいて、給電コイルに入力される電力の周波数を受電側共振コイルの共振周波数に調整し、給電コイルから共振・受電コイルへの電力伝送効率を最大化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係る非接触給電システムの構成を表す図である。
【図２】図１の給電コイルアッセンブリ５の構造を表す図である。
【図３】図１の非接触給電装置１及び非接触受電装置２の具体的な回路構成の例を示す図である。
【図４】本実施例の非接触給電システムの基本動作の原理を説明する図である。
【図５】給電コイルＬ１に対する共振コイルＬ２の位置ｘ１２，ｚ１２に対する相互インダクタンスＭ１２の変化を表す図である。
【図６】検出コイルＬ３に対する共振コイルＬ２の位置ｘ２３，ｚ２３に対する相互インダクタンスＭ２３の変化を表す図である。
【図７】図３の非接触給電システムの動作例を表すタイミング・チャートである。
【図８】図３の非接触給電システムにおいて、同相成分除去手段を説明する図であり、Ｒ１の変化による各ノードの電圧を実測定した結果を表す図である。
【図９】図３の非接触給電システムにおいて、給電コイルと受電装置２との位置変化による各ノードの電圧を実測定した結果を表す図である。
【図１０】図３の非接触給電システムにおいて、給電周波数ｆの変化による各ノードの電圧を実測定した結果を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２５】
（１）非接触給電システムの構成
図１は、本発明の実施例１に係る非接触給電システムの構成を表す図である。本実施例１の非接触給電システムは、非接触給電装置１と非接触受電装置２とから構成されている。尚、本実施例で示す非接触給電システムは、非特許文献１の低結合型電磁誘導方式とは異なり、給電コイル側については完全な共振状態とはしない。
【００２６】
非接触給電装置１は、給電コイル３及び検出コイル４を具備する給電コイルアッセンブリ５、力率改善用コンデンサ３ａ、同相成分除去部６、存否検出部７、位相差検出部８、発振部９、検出パルス発生部１０、並びに通電制御部１１を備えている。
【００２７】
給電コイル３は、電力供給用の交流電流が給電されるコイルである。検出コイル４は、給電コイル３に対し非接触受電装置２の受電コイルアッセンブリ３２が所定の結合位置にあるか否か、及び給電コイル３と受電コイルアッセンブリ３２が共振状態にあるか否かを検出するコイルである。力率改善用コンデンサ３ａは、給電コイル３と共に給電側回路を構成するコンデンサであり、給電側回路で無駄に消費される電力をできるだけ減少させるために設けられている。この力率改善用コンデンサ３ａは、原理的には省略可能である。同相成分除去部６は、検出コイル４に発生する誘導電圧から給電コイル３の電圧の定数倍を除去し受電コイル検出信号として出力する構成要素である。存否検出部７は、同相成分除去部６から出力される受電コイル検出信号に基づき、給電コイル３に対し非接触受電装置２が所定の結合位置にあるか否かを検出する構成要素である。位相差検出部８は、給電コイル３の電圧と同相成分除去部６から出力される受電コイル検出信号とに基づき、給電コイル３の電圧に対する受電コイル検出信号の位相差を検出して位相差検出信号として出力する構成要素である。発振部９は、位相差検出部８が出力する位相差検出信号に基づき、位相及び発振周波数を調節した信号を出力する構成要素である。検出パルス発生部１０は、給電待機状態に於いて、非接触受電装置２を検出するための検出信号を間欠的に出力する構成要素である。通電制御部１１は、発振部９及び検出パルス発生部１０が出力する信号に基づいて、給電コイル３に通電する電流を制御し、電力増幅する構成要素である。
【００２８】
尚、本実施例に於いて、検出コイル４、同相成分除去部６、及び存否検出部７が、本発明に係る対峙側電力伝達コイル検出装置を構成する部分である。この場合、給電コイル３が「自己側電力伝達コイル」、受電コイル３０及び共振コイル３１が「対峙側電力伝達コイル」に相当する。
【００２９】
一方、非接触受電装置２は、受電コイル３０及び共振コイル３１を具備する受電コイルアッセンブリ３２、整流回路３３、並びに二次電池３４を備えている。
【００３０】
受電コイル３０及び共振コイル３１は、給電コイル３と電磁結合することにより、給電コイル３からの電力を受電するコイルである。共振コイル３１は、給電コイル３からの電力を効率よく受電するために設けられるコイルである。整流回路３３は、給電コイル３により受電コイル３０に誘導される電流を整流する構成要素である。二次電池３４は、整流回路３３が出力する整流された電力を蓄電する電池である。
【００３１】
図２は、図１の給電コイルアッセンブリ５の構造を表す図である。尚、図２では、説明の便宜のために基本的な形状を簡略化して示しており、実際の給電コイルアッセンブリ５の具体的形状は図２のような形状に限るものではない。
【００３２】
図２において、給電コイルアッセンブリ５は給電コイル３及び検出コイル４を備えている。給電コイル３は巻線３ａとコア３ｂとを有する有芯コイルである。また、検出コイル４は、その中心軸が、給電コイル３の中心軸Ｌ０と略同軸（同軸でなくてもよい。）になるように設けられている。尚、図２においては、一例として、給電コイル３及び検出コイル４を円形コイルとして示しているが、給電コイル３及び検出コイル４の形状はこれに限られず、例えば、矩形状に形成してもよい。
【００３３】
図３は、図１の非接触給電装置１及び非接触受電装置２の具体的な回路構成の例を示す図である。図３において、図１に対応する構成要素については同符号を付している。図３において、同相成分除去部６は抵抗Ｒ１，Ｒ３及び電圧加算回路６ａにより構成される。抵抗Ｒ１には、絶縁用トランスＭ２を介して給電コイル３（Ｌ１）の電圧Ｖ１Ｌ’が加えられる。抵抗Ｒ３には、検出コイル４の電圧Ｖ３が加えられる。これらの電圧が電圧加算回路６ａにより差し引かれて、受電コイル検出信号Ｖ３１として出力される。ここで、抵抗Ｒ１には半固定抵抗器が使用されており、給電コイル３と非接触受電装置２の共振回路（共振コイル３１及び共振用コンデンサ３１ａから構成される回路）とが共振状態にないとき、又は非接触受電装置２が遠方にあり給電コイル３と磁気結合していないときに、電圧Ｖ１Ｌ’と電圧Ｖ３の同相成分が等しくなるように抵抗値が調節される。
【００３４】
存否検出部７は、同相成分除去部６から出力される受電コイル検出信号Ｖ３１を、ダイオードＤ１及びコンデンサＣ５からなる平滑化回路で平滑化した後、コンパレータＣＭＰ１により、基準電圧源ＶＣＣ１が出力する閾値電圧Ｖｔｈ１と、前記平滑化回路で平滑化した電圧Ｖ３１’とを比較して、存否検出信号Ｖｅｘを出力する。ここで、Ｖ３１’＞Ｖｔｈ１のときに存否検出信号ＶｅｘはＨ（検出状態）、それ以外の場合はＬ（非検出状態）となる。即ち、受電コイル検出信号Ｖ３１が所定の閾値を超えた場合に存否検出信号ＶｅｘはＨ（検出状態）となる。閾値電圧Ｖｔｈ１の調節を可能とするため、基準電圧源ＶＣＣ１には半固定電圧源が使用されている。尚、コンパレータＣＭＰ１の出力ノードに接続されている発光ダイオードＬＲＤ１は、存否検出信号ＶｅｘがＨとなったときに点灯し、給電状態となったことを報知するために設けられている。
【００３５】
位相差検出部８は、乗算器８ａ及び積分器８ｂを備えている。乗算器８ａには受電コイル検出信号Ｖ３１と給電電圧Ｖ１と同位相の電圧（図３では、電圧制御発振器９ａの出力電圧）とが入力され、これらの電圧を乗算した電圧が出力される。積分器８ｂは、乗算器８ａの出力電圧を積分し、位相差検出電圧Ｖｐｈとして出力する。これにより、位相差検出電圧Ｖｐｈは、給電コイル電圧Ｖ１と受電コイル検出信号Ｖ３１との位相差が９０度のとき零となり、位相差が９０度以上では正電圧に、位相差が９０度以下では負電圧となる。
【００３６】
尚、乗算器８ａの入力ｉｎ１については、抵抗Ｒ１と絶縁用トランスＭ２との接続ノードｎ１に接続した構成とすることもできる。
【００３７】
発振部９は、給電コイル３に通電する高周波電流波形を発生する回路である。発振部９は電圧制御発振器９ａ（ＶＣＯ）と、その発振周波数を決定する電圧を生成するアンプ（ＡＭＰ２）で構成される。アンプ（ＡＭＰ２）はフリーラン周波数（受電共振周波数ｆ０近傍）を決定する電圧（可変抵抗Ｒ８で決定する電圧）と位相差検出電圧Ｖｐｈとが加算されて電圧制御発振器９ａ（ＶＣＯ）に供給されている。そして発振部９の出力Ｖ９が位相差検出部８にフィードバックされて、フェイズロックループ（ＰＬＬ）を形成しており、発振部９の出力Ｖ９の周波数ｆが受電コイル検出信号Ｖ３１との位相差が９０度となる周波数ｆ０にロックされる。すなわちｆ＝ｆ０となる。
【００３８】
検出パルス発生部１０は、検出窓信号Ｖｗ０を出力する回路である。この検出パルス発生部１０は、一定の周期Ｔｐ０で幅Ｔｗ０のＨパルスを間歇的に発生し、検出窓信号Ｖｗ０として出力する。周期Ｔｐ０及びパルス幅Ｔｗ０は任意に設定することができるが、例えば、Ｔｐ０＝３ｓｅｃ，Ｔｗ０＝５ｍｓｅｃのように設定される。
【００３９】
通電制御部１１は、駆動回路１１ａ、ゲート駆動回路１１ｂ、窓生成ゲート１１ｃ、及び出力スイッチングゲート１１ｄを備えている。駆動回路１１ａは、センタータップ付のドライバトランスＭ１と、絶縁ゲートトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を備えている。絶縁ゲートトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を交互にオンすることで、ドライバトランスＭ１の一次側の電流方向を交互に切り替えることで、ドライバトランスＭ１の２次側に矩形波が出力される。ゲート駆動回路１１ｂは、絶縁ゲートトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のオン／オフを制御する回路である。窓生成ゲート１１ｃは、存否検出部７が出力する存否検出信号Ｖｅｘと検出パルス発生部１０が出力する検出窓信号Ｖｗ０とが入力され、これらのＯＲ論理信号として、出力スイッチ信号Ｖｗ１を出力する、ＯＲゲート回路である。出力スイッチングゲート１１ｄは、発振部９が出力する出力電圧Ｖ９と窓生成ゲート１１ｃが出力する出力スイッチ信号Ｖｗ１とが入力され、これらのＡＮＤ論理信号として、出力パルス信号Ｖｐ１を出力する、ＡＮＤゲート回路である。電圧制御発振器９ａの出力電圧Ｖ９は出力スイッチングゲート１１ｄにおいて出力パルス信号Ｖｐ１となる。また、出力パルス信号Ｖｐ１は、出力スイッチ信号Ｖｗ１によってオン／オフが切り換えられる。ゲート駆動回路１１ｂは、出力パルス信号Ｖｐ１をトランジスタＴｒ１のゲートに印加するとともに、出力パルス信号Ｖｐ１の反転信号をトランジスタＴｒ２のゲートに印加することで、電力増幅部１１ａのセンタータップ出力トランスＭ１を駆動し、電力増幅した矩形波を給電コイル３に通電する。
【００４０】
一方、非接触受電装置２における、整流回路３３は、受電コイル３０の出力電流を整流する回路であり、通常のダイオードブリッジ回路が使用される。整流回路３３の出力側には、出力電流を平滑化する平滑コンデンサ３３ａと、負荷である二次電池３４が接続されている。
【００４１】
（２）非接触給電システムの動作
以上のように構成された本実施例に係る非接触給電システムにおいて、以下その作用を説明する。
【００４２】
（２．１）位置ずれと周波数ずれの検出原理
図４は、本実施例の非接触給電システムの基本動作の原理を説明する図である。図４（ａ）は非接触給電システムの電力送電回路部分の基本構成を表す回路図、図４（ｂ）は給電コイル３、共振コイル３１、及び検出コイル４の構造パラメータと位置関係を表す模式図である。尚、図４は、図３における給電コイル３、検出コイル４、受電コイル３０及び共振コイル３１の周辺をモデル化した等価回路を表している。図３において、受電側回路は受電コイル３０及び共振コイル３１の２つのコイルで構成されているが、図４の等価回路に帰着させることができる（後述）。
【００４３】
図４（ａ）において、インダクタンスＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ図３の給電コイル３、共振コイル３１、及び検出コイル４に対応し、キャパシタンスＣ１は図３の力率改善用コンデンサ３ａ、キャパシタンスＣ２は図３の共振用コンデンサ３１ａに対応し、抵抗Ｒ１，Ｒ２は図３には明示していないが、給電側回路，受電側共振回路の内部抵抗に対応し、電流源Ｓ０は図３の駆動回路１１ａに対応している。Ｚｉｎは電流源Ｓ０の出力インピーダンスである。また、抵抗Ｒ３は大きく、インダクタンスＬ３に誘導される電流Ｉ３の大きさは、インダクタンスＬ１，Ｌ２の電流に対して無視できる程度に小さいとする。また、給電コイル３と共振コイル３１の相互インダクタンスをＭ１２、給電コイル３と検出コイル４の相互インダクタンスをＭ１３、共振コイル３１と検出コイル４の相互インダクタンスをＭ２３とする。
【００４４】
図４の給電側回路及び受電側共振回路の回路方程式は、
【００４５】
【数１】
2017147911.tif 000003
である。電圧Ｖ１は入力電圧である。通常、給電側回路，受電側共振回路の共振周波数は同じとなるように設計されるので、給電側回路，受電側共振回路の共振角周波数ω０は、
【００４６】
【数２】
2017147911.tif 000004
である。また、給電側回路の電流Ｉ１及び受電側共振回路の電流Ｉ２は、式（１ａ）より、
【００４７】
【数３】
2017147911.tif 000005
である。共振角周波数ω＝ω０においてはＺ２２＝Ｒ２となり、給電側回路の電流Ｉ１は、給電側回路の電圧Ｖ１と同相状態、受電側共振回路の電流Ｉ２は、給電側回路の電圧Ｖ１に対して位相がπ／２だけずれた状態となる。また、図４のコイルＬ１の両端電圧Ｖ１Ｌは、
【００４８】
【数４】
2017147911.tif 000006
である。
【００４９】
一方、図４の検出回路におけるコイルＬ３の両端電圧Ｖ３はＲ３≫１，Ｉ３≒０として、
【００５０】
【数５】
2017147911.tif 000007
である。式（５）の右辺第１項は給電コイルＬ１の電流Ｉ１による誘導電圧、右辺第２項は受電コイルＬ２の電流Ｉ２による誘導電圧を表している。そこで、給電コイルＬ１の電流Ｉ１による誘導電圧を除去するため、電圧Ｖ１ＬをＭ１３／Ｌ１倍して電圧Ｖ３から差し引き、この差電圧を異相成分電圧Ｖ３１とする。異相成分電圧Ｖ３１は次のようになる。
【００５１】
【数６】
2017147911.tif 000008
【００５２】
式（６ａ）の右辺第１項は、受電コイルＬ２の電流Ｉ２により検出コイルＬ３に誘導される電圧であり、右辺第２項は、受電コイルＬ２の電流Ｉ２により給電コイルＬ１に誘導される電圧がさらに検出コイルＬ３に誘導する電圧である。また、式（６ｂ）より、異相成分電圧Ｖ３１の位相は共振状態（ω＝ω０，Ｘ２＝０，Ｚ２２＝Ｒ２）においては入力電圧Ｖ１と同相となる。従って、入力電圧Ｖ１に対する異相成分電圧Ｖ３１の位相差が、入力電圧Ｖ１の角周波数ωの共振角周波数ω０からのずれを表す。そこで、入力電圧Ｖ１の位相に対する異相成分電圧Ｖ３１の位相の位相差Δω０を電圧に変換し、これを電圧制御発振器にフィードバックして位相差Δω０が０となるように角周波数ωを制御することで、給電コイルＬ１の電圧・電流の周波数を常に共振角周波数ω０に整合させることができることがわかる。
【００５３】
また、通常の設計ではＭ１２≪Ｒ２，Ｏ（１０Ｍ１２）〜Ｏ（Ｌ１），（ω０Ｍ１２）２／Ｚ２２≪ω０Ｌ１（但し、Ｏ（・）はオーダーを表す）である。例えば、Ｏ（Ｍ１２）〜１μＨ，Ｏ（Ｌ１）〜１０μＨ，Ｏ（Ｒ２）〜１Ω，Ｏ（ω０）〜１０ｋＨｚとした場合、共振状態（ω＝ω０，Ｘ２＝０，Ｚ２２＝Ｒ２）においては、（ω０Ｍ１２）２／Ｚ２２〜１０−４，ω０Ｌ１〜１０−１であり、式（６ｃ）から求まるコイルＬ１の両端電圧Ｖ１Ｌの位相に対する異相成分電圧Ｖ３１の位相の位相差Δω１は略９０度である。そこで、位相差Δω１を電圧に変換し、これを電圧制御発振器にフィードバックして位相差Δω１が９０度となるように角周波数ωを制御することでも、給電コイルＬ１の電圧・電流の周波数を常に共振角周波数ω０に整合させることができることがわかる。
【００５４】
以上の結果から、電圧Ｖ３１は、受電コイルＬ２が給電コイルＬ１に対して無限遠（Ｍ１２＝Ｍ２３＝０）にあるときＶ３１＝０となり、受電コイルＬ２が給電コイルＬ１に近づくと電圧Ｖ３１が現れて、その大きさは式（６ａ）より、相互インダクタンスＭ１２，Ｍ２３の値に依存する。また、電圧Ｖ３１の位相は、共振状態（ω＝ω０，Ｘ２＝０）においては相互インダクタンスＭ１３，Ｍ２３の値には依存せず、常に入力電圧Ｖ１と同相（及びコイルＬ１の両端電圧Ｖ１Ｌの位相に対して略９０度ずれた位相）となる。
【００５５】
次に、給電コイルＬ１と検出コイルＬ３の位置関係が図４（ｂ）に示したように同軸上に配置されている場合において、給電コイルＬ１，共振コイルＬ２，検出コイルＬ３の位置と相互インダクタンスＭ１２，Ｍ２３との関係について説明する。ここでは、評価計算を簡易にするためにコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３は円筒形コイルとし、コイルＬｉ（ｉ＝１，２，３）の半径，高さ，巻数をそれぞれｒｉ，ｈｉ，Ｎｔｉとする。コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３は互いに中心軸が平行となるように置かれているとして、コイルＬｉの中心点をＰｉとし、給電コイルＬ１の中心Ｐ１を原点Ｏとして、検出コイルＬ３の中心Ｐ３までの高さをｚ１３、共振コイルＬ２の中心Ｐ２までの高さをｚ１２とおく。また、ｚ軸を給電コイルＬ１の中心軸として、共振コイルＬ２の中心Ｐ２の給電コイルＬ１の中心Ｐ１に対するｘ軸方向のずれ量をｘ１２とする。
【００５６】
図５は、給電コイルＬ１に対する共振コイルＬ２の位置ｘ１２，ｚ１２に対する相互インダクタンスＭ１２の変化を表す図である。図５（ａ）はｘ方向及びｚ方向（図４参照）の位置ずれに対する相互インダクタンスＭ１２の変化、図５（ｂ）はｚ１２を固定した場合におけるｘ方向（図４参照）の位置ずれに対する相互インダクタンスＭ１２の変化を表す。図５において、ｒ１＝ｒ２＝０．１ｍ，Ｎｔ１＝Ｎｔ２＝１turn，ｈ１＝ｈ２＝０ｍとし、空間透磁率は真空の透磁率として計算している。図５（ａ）においては、コイルＬ１，Ｌ２は空芯コイルとして計算している。図５（ｂ）においては、ｚ１２＝０．１５ｍとし、M12(noncored-noncored)はコイルＬ１，Ｌ２が空芯コイルの場合を表し、M12(cored-cored)はコイルＬ１，Ｌ２が有芯コイルの場合を表す。尚、コイルＬ１，Ｌ２のコアは、ともに半径rcore＝０．０９５ｍ，高さhcore＝０．０５ｍの円柱型磁性体とし、計算を簡単にするために透磁率は∞（表面誘起磁荷のみ考慮）として計算している。図５より、位置ｘ１２が０のときに相互インダクタンスＭ１２は最大値をとり、ｘ１２＝０において傾き∂Ｍ１２／∂ｘ１２は０である。また、共振コイルＬ２が（ｘ１２，ｚ１２）＝（０，ｚｍｉｎ１２）から離れるとＭ１２はほぼガウシアン曲線状に減少する。従って、相互インダクタンスＭ１２は、コイルＬ１，Ｌ２が同軸で近接している付近では、共振コイルＬ２の位置ずれに対して敏感である。
【００５７】
図６は、検出コイルＬ３に対する共振コイルＬ２の位置ｘ２３，ｚ２３に対する相互インダクタンスＭ２３の変化を表す図である。図６（ａ）はｘ方向及びｚ方向（図４参照）の位置ずれに対する相互インダクタンスＭ２３の変化、図６（ｂ）はｚ２３を固定した場合におけるｘ方向（図４参照）の位置ずれに対する相互インダクタンスＭ２３の変化を表す。図６において、ｒ２＝０．１ｍ，ｒ３＝０．０５ｍ，Ｎｔ２＝Ｎｔ３＝１turn，ｈ２＝ｈ３＝０ｍとし、空間透磁率は真空の透磁率として計算している。図６（ａ）においては、コイルＬ２，Ｌ３はともに空芯コイルとして計算している。また、図６（ｂ）においては、ｚ１２＝０．１５ｍとし、M23(noncored-noncored)はコイルＬ２，Ｌ３が空芯コイルの場合を表し、M23(cored-noncored)はコイルＬ１が空芯コイル，コイルＬ２が有芯コイルの場合を表す。尚、コイルＬ２のコア寸法及び透磁率は、図５の場合と同様としている。検出コイルは半径が小さいため相互インダクタンスＭ２３は相互インダクタンスＭ１２に比べて小さいが、位置ずれに対するＭ２３の変化は、Ｍ１２の場合と同様の変化となる。
【００５８】
今、給電コイルＬ１に対する共振コイルＬ２のｘ方向の位置ずれｘ１２をｘ１，ｙ方向の位置ずれをｘ２と記す。ｚ方向の距離ｚ１２は一定とする。共振コイルＬ２が、給電コイルＬ１との結合係数が最大となる点である（ｘ１，ｘ２）＝（０，０）にある（共振コイルＬ２が給電コイルＬ１と同軸の）とき、図５より∂Ｍ１２／∂ｘｉ｜ｘｉ＝０＝０（ｉ＝１，２）なので、式（６ａ）より、
【００５９】
【数７】
2017147911.tif 000009
である。従って、共振コイルＬ２と給電コイルＬ１との結合係数が最大となる点である（ｘ１，ｘ２）＝（０，０）において異相成分電圧Ｖ３１が最大値をとるようにするには、Ｖ３１／∂ｘｉ｜ｘｉ＝０＝０、すなわち、Ｍ２３／∂ｘｉ｜ｘｉ＝０＝０（ｉ＝１，２）でなければならない。図６より、Ｍ２３／∂ｘｉ｜ｘｉ＝０＝０となるのは、共振コイルＬ２と検出コイルＬ３の位置ずれが０のとき、即ち、共振コイルＬ２と検出コイルＬ３が同軸の場合である。従って、異相成分電圧Ｖ３１によって共振コイルＬ２のｘｙ平面上の位置ずれまでをも正確に検出するためには、検出コイルＬ３を給電コイルＬ１と同軸となる位置に配置することが必要であることが分かる。なお、ここでいう「同軸」とは、円形コイルのように１軸回転対称性のあるコイル形状のコイルの場合には、互いの中心軸（回転対称軸）が一致する位置にあることをいい、１軸回転対称性のないコイル形状のコイルの場合には、両コイルの向きが同じで且つ給電コイルＬ１の共振コイルＬ２の面する側に位置し給電コイルＬ１の中心からの距離ｚが所定の距離である両コイルのコイル軸に垂直な面内に於いて検出コイルＬ３と給電コイルＬ１との結合係数が最大となる位置にあることをいう。尚、異相成分電圧Ｖ３１によって共振コイルＬ２のｘｙ平面上の位置ずれまでは検出せず、共振コイルＬ２の存否のみを判定する用途として本実施例の回路を使用する場合には、検出コイルＬ３は、給電コイルＬ１に対し同軸の位置から多少ずれてもよい。また、検出コイルＬ３は複数個設けてもよい。
【００６０】
以上の結果を纏めると、検出コイルＬ３と給電コイルＬ１とを同軸に配置しておき、異相成分電圧Ｖ３１の大きさを閾値判定することによって、共振コイルＬ２の位置が適正な位置にあるか否かを判定することが可能となる。ここで、異相成分電圧Ｖ３１の閾値電圧Ｖｔｈ１の値は、異相成分電圧Ｖ３１の大きさの最大値付近に設定され、具体的には、許容位置ずれ範囲ｄｘ１２を定めれば、図５，図６のようなｘ１２とＭ１２との関係及びｘ２３（＝ｘ１２）とＭ２３との関係からＭ１２，Ｍ２３の許容誤差が定まり、式（６ｂ）により閾値電圧Ｖｔｈ１が定まる。尚、図５，図６の如きｘ１２とＭ１２との関係及びｘ２３（＝ｘ１２）とＭ２３との関係は、各コイルの形状や材質に依存するため、実際には実測によって定められる。また、入力電圧Ｖ１と異相成分電圧Ｖ３１との位相差が現在の入力電圧Ｖ１の角周波数ωの共振角周波数ω０からのずれを表すので、これにより、入力電圧Ｖ１の角周波数ωのずれを検出することができる。
【００６１】
最後に、補足として、図３のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の周辺の回路が図４（ａ）の等価回路に帰着されることについて示しておく。図３の回路に於いて、整流回路３３は抵抗とみなすことができる。そこで、受電コイル３０と整流回路３３からなる閉回路内の寄生抵抗と整流回路３３の抵抗を含めてＲ４とする。また、ドライバトランスＭ１を電圧源とみなし、給電コイル側の閉回路（給電コイル３，ドライバトランスＭ１，力率改善用コンデンサ３ａからなる回路）内の寄生抵抗をＲ１，共振コイル側の閉回路（共振コイル３１，共振用コンデンサ３１ａからなる回路）内の寄生抵抗をＲ２とすると、回路方程式は、
【００６２】
【数８】
2017147911.tif 000010
となる。ここで、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４はコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ４のインダクタンス、Ｃ１，Ｃ２はコンデンサＣ１，Ｃ２のキャパシタンス、Ｍ１２，Ｍ１４，Ｍ２４はそれぞれコイルＬ１，Ｌ２，コイルＬ１，Ｌ４，コイルＬ２，Ｌ４の相互インダクタンスである。また、Ｉ４は
コイルＬ４及び整流回路３３からなる受電側閉回路を流れる電流である。式（８ａ）の第３行をＺ１４／Ｚ４４倍して第１行から引き、また第３行をＺ２４／Ｚ４４倍して第２行から引くことにより、式（８ａ）の行列の第３行及び第３列を消去すると、
【００６３】
【数９】
2017147911.tif 000011
である。ここで、一般に、抵抗Ｒ４はリアクタンスＸ４＝ωＬ４に比べて無視できるほど小さいので、Ｚ４４≒ｊωＬ４とみなされる。従って、結局のところ式（９）は、
【００６４】
【数１０】
2017147911.tif 000012
となる。従って、Ｌ１−Ｍ１４２／Ｌ４＝Ｌ１’，Ｌ２−Ｍ２４２／Ｌ４＝Ｌ２’，Ｍ１２−Ｍ１４Ｍ２４／Ｌ４＝Ｍ１２’とおくことによって、図３のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の周辺の回路は、図４（ａ）の等価回路に帰着されることが分かる。なお、この場合の共振角周波数ω０’は、
【００６５】
【数１１】
2017147911.tif 000013
となる。
【００６６】
（２．２）図３の非接触給電システムの動作
図７は、図３の非接触給電システムの動作例を表すタイミング・チャートである。
【００６７】
（ｉ）時刻ｔ１〜ｔ３
図７において、時刻ｔ１〜ｔ３にかけては、非接触受電装置２が非接触給電装置１に対して遠方にある。このとき、Ｍ１２＝Ｍ２３＝Ｍ１４＝０である。従って、式（６ａ）（６ｂ）より、受電コイル検出信号はＶ３１＝０となる。従って、存否検出部７が出力する存否検出信号ＶｅｘはＬ（非検出状態）に維持される。一方、検出パルス発生部１０は、常時、一定の時間間隔Ｔｐ０で一定の時間幅Ｔｗ０のパルスを検出窓信号Ｖｗ０として出力する。従って、窓生成ゲート１１ｃは存否検出信号Ｖｅｘと検出窓信号Ｖｗ０のＯＲ論理として出力スイッチ信号Ｖｗ１を出力するので、出力スイッチ信号Ｖｗ１には検出窓信号Ｖｗ０と同じタイミングでパルスが出力される。これにより、出力スイッチングゲート１１ｄがＯＮ／ＯＦＦ制御され、発振部９が継続的に出力している共振周波数近傍の角周波数ωの出力電圧Ｖ９が、出力スイッチ信号Ｖｗ１がＨとなるパルス幅Ｔｗ０の期間だけゲート駆動回路１１ｂへ出力される。これにより、駆動回路１１ａは、このパルス幅Ｔｗ０の期間だけ角周波数ωの入力電圧Ｖ１を給電コイル３に印加する。然し乍ら、この際、Ｍ１２＝Ｍ２３＝Ｍ１４＝０であるため、受電コイル検出信号Ｖ３１は０に維持される。このように、存否検出信号ＶｅｘがＬの状態を「スリープ状態」と呼ぶ。
【００６８】
（ｉｉ）時刻ｔ３〜ｔ７
時刻ｔ３〜ｔ７にかけて、非接触受電装置２が非接触給電装置１に接近し、時刻ｔ５以降において非接触受電装置２は非接触給電装置１に対して所定の給電位置の許容誤差範囲内に到達する。時刻ｔ４において、検出窓信号Ｖｗ０のパルスが発生し、このとき駆動回路１１ａは、このパルス幅Ｔｗ０の期間だけ角周波数ωの入力電圧Ｖ１を給電コイル３に印加する。このとき、Ｍ１２，Ｍ２３，Ｍ１４≠０であるため、検出コイル４に、共振コイル３１に誘導された電流Ｉ２による誘導電圧が生じ、受電コイル検出信号Ｖ３１に角周波数ωの信号が発生する。然し乍ら、時刻ｔ４〜ｔ４＋Ｔｗ０においては、非接触受電装置２と非接触給電装置１との距離が遠く相互インダクタンスＭ１２，Ｍ２３，Ｍ１４が小さいために、受電コイル検出信号Ｖ３１の信号の大きさは閾値電圧Ｖｔｈ１に達していない。従って、この期間は、存否検出信号ＶｅｘはＬ状態に維持され、検出窓信号Ｖｗ０のパルスが終了すると同時に入力電圧Ｖ１も０となり、スリープ状態は継続する。
【００６９】
時刻ｔ５において、非接触受電装置２は非接触給電装置１に対して所定の給電位置の許容誤差範囲内に到達し、時刻ｔ６において非接触受電装置２は非接触給電装置１に対して所定の給電位置に置かれる。
【００７０】
時刻ｔ７で、時刻ｔ６の経過後の最初の検出窓信号Ｖｗ０のパルスが出力される。このとき、受電コイル検出信号Ｖ３１に角周波数ωの信号が発生し、その電圧は閾値電圧Ｖｔｈ１を上回る。従って、存否検出信号ＶｅｘはＨ状態に切り替わり、時刻ｔ７＋Ｔｗ０に検出窓信号Ｖｗ０のパルスが終了した後も、駆動回路１１ａは角周波数ωの入力電圧Ｖ１を給電コイル３に印加し続け、受電コイル検出信号Ｖ３１が発生し続けるため、給電状態が継続的に維持される。この状態を「ウェイクアップ状態」と呼ぶ。ウェイクアップ状態において、入力電圧Ｖ１の角周波数ωが共振角周波数ω０からずれていた場合、位相差検出部８及び発振部９で構成されるＰＬＬ回路は、出力Ｖ９の角周波数ω（＝入力電圧Ｖ１の角周波数）が、受電コイル検出信号Ｖ３１の角周波数ωとの位相差が９０度となるように自動制御され、その結果ω＝ω０に維持される。
【００７１】
（ｉｉｉ）時刻ｔ８以降
時刻ｔ８において、非接触受電装置２が移動して非接触給電装置１から遠ざかり、受電コイル検出信号Ｖ３１の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ１を下回ったとする。このとき、存否検出信号ＶｅｘはＬ状態に切り替わり、窓生成ゲート１１ｃ及び出力スイッチングゲート１１ｄがオフ状態となって駆動回路１１ａは入力電圧Ｖ１の出力を停止し、再びスリープ状態となる。
【００７２】
以上のように、本発明に係る非接触給電システムにおいては、非接触受電装置２の位置ずれや入力電圧Ｖ１の周波数ずれを自動的に検出し、入力電圧Ｖ１の角周波数ωを自動調節するとともに、非接触受電装置２が非接触給電装置１に対して所定の給電位置の許容誤差範囲内にある時にのみ自動的に給電を行うことができる。
【００７３】
（３）実験結果
図８〜図１０は、図３の非接触給電システムにおいて、非接触受電装置２の位置による各ノードの電圧を実測定した結果を表す図である。図８は、共振コイル３１が給電コイル３の近傍に存在しない場合、図９は、共振コイル３１が給電コイル３の真上（ｘ１２＝０の位置）に存在する場合、図１０は、共振コイル３１が給電コイル３の真上（ｘ１２＝０の位置）に存在する場合において給電コイル３の入力電圧Ｖ１の角周波数ωを変化させた場合を示す。図８〜図１０において、チャネル［１］の電圧波形は図３の給電コイル３（Ｌ１）の電圧Ｖ１Ｌ、チャネル［２］の電圧波形は図３の異相成分電圧Ｖ３１、チャネル［３］の電圧波形は図３の絶縁用トランスＭ２の出力側電圧Ｖ１Ｌ’、チャネル［４］の電圧波形は図３の検出コイル４の電圧Ｖ３を表す。
【００７４】
まず、最初に、非接触受電装置２を遠方に遠退させた状態に於いて、給電コイル３に角周波数ωの入力電圧Ｖ１を印加し、異相成分電圧Ｖ３１が最小となるように半固定抵抗Ｒ１（図３参照）の抵抗値の調整を行う。図８に、抵抗Ｒ１を変化させたときの異相成分電圧Ｖ３１の変化を示す。図８（ａ）は抵抗Ｒ１の抵抗値が大き過ぎる場合、図８（ｂ）は抵抗Ｒ１の抵抗値が小さ過ぎる場合、図８（ｃ）は抵抗Ｒ１の抵抗値が適正な場合を示す。抵抗Ｒ１の抵抗値を、図８（ｃ）のように適正に調節して、給電コイル３と結合することによって検出コイル４に発生する電圧Ｖ３の成分を、電圧Ｖ１Ｌ’によってキャンセルし、異相成分電圧Ｖ３１が略ゼロとなるようにする。
【００７５】
上記調整を行った後、給電コイル３に共振・受電コイルを接近させる。図９は、同軸上で給電コイル３に共振・受電コイル３１，３０を接近させたときの波形の変化を観測した結果である。共振・受電コイルを接近させるに従って、異相成分電圧Ｖ３１において、この共振・受電コイル３１，３０と結合することによって生じる共振波形成分が現れる。給電コイル３（Ｌ１）の両端電圧Ｖ１Ｌは、式（４ｂ）より、共振周波数ｆ０（＝２π／ω０）に於いては、
【００７６】
【数１２】
2017147911.tif 000014
である（尚、共振コイル３１と受電コイル３１を分けた場合には回路方程式は正確には式（１０ａ）〜（１０ｄ）となりＬ１→Ｌ１’，Ｌ２→Ｌ２’，Ｍ１２→Ｍ１２’となるが、ここでは「’」は省略して説明する）。式（６ｂ）より、共振周波数ｆ０においてＸ２＝０となるので、異相成分電圧Ｖ３１は、入力電圧Ｖ１と同相の波形となる。従って、異相成分電圧Ｖ３１は、電圧Ｖ１Ｌに対しては略９０度ずれた波形として観測される。
【００７７】
次に、入力電圧Ｖ１の周波数ｆ（＝２π／ω）を共振周波数ｆ０（＝２π／ω０）からずれた場合の波形の変化について観測した。図１０は、入力電圧Ｖ１の周波数ｆを共振周波数ｆ０の周辺で変化させた場合の波形の変化を観測した結果である。図１０（ａ）は共振状態（ｆ＝ｆ０）、図１０（ｂ）はｆ＜ｆ０の状態、図１０（ｃ）はｆ＞ｆ０の状態を示す。共振状態では、給電コイル３から共振・受電コイル３１，３０への電力伝送効率が最大となるので、異相成分電圧Ｖ３１においても共振・受電コイル３１，３０の電流の寄与成分が大きく現れている。このとき、異相成分電圧Ｖ３１は電圧Ｖ１Ｌに対しては略９０度ずれた波形として観測される。
【００７８】
ｆ＜ｆ０の状態では、異相成分電圧Ｖ３１の位相は電圧Ｖ１Ｌの位相に対して進み、逆に、ｆ＞ｆ０の状態では、異相成分電圧Ｖ３１の位相は電圧Ｖ１Ｌの位相に対して遅れる。この結果は、入力電圧Ｖ１の周波数ｆを共振周波数ｆ０に調整する場合、異相成分電圧Ｖ３１の位相を電圧Ｖ１Ｌの位相に対しては略９０度ずれた状態となるように周波数ｆを調整することで、周波数ｆをほぼ共振周波数ｆ０の近傍に調節することができることを表している。
【符号の説明】
【００７９】
１  非接触給電装置
２  非接触受電装置
３  給電コイル
３ａ  力率改善用コンデンサ
４  検出コイル
５  給電コイルアッセンブリ
６  同相成分除去部
６ａ  電圧加算回路
７  存否検出部
８  位相差検出部
８ａ  乗算器
８ｂ  積分器
９  発振部
９ａ  電圧制御発振器
１０  検出パルス発生部
１１  通電制御部
１１ａ  駆動回路
１１ｂ  ゲート駆動回路
１１ｃ  窓生成ゲート
１１ｄ  出力スイッチングゲート
３０  受電コイル
３１  共振コイル
３１ａ  共振用コンデンサ
３２  受電コイルアッセンブリ
３３  整流回路
３３ａ  平滑コンデンサ
３４  二次電池
【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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