WO2022244730A1 - ワイヤレス給電システム及び方法並びにワイヤレス送電システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷側回路のインピーダンスが変動しても、送電効率の低下を軽減するワイヤレス給電システム及び方法並びにワイヤレス送電システムを提供する。 【解決手段】磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システム１であって、送電コイル３２を含む送電側共振回路３６と、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられ、入力端ＩＥから供給される電力を送電コイル３２に送電する給電コイル３１と、を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路４３を備え、受電コイル４１が受電した電力を負荷８に供給する受電装置４と、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合における結合強さを変更することにより、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから交流電源５側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構９と、を備えている。

Description

ワイヤレス給電システム及び方法並びにワイヤレス送電システム

　本発明は、ワイヤレス給電システム及び方法並びにワイヤレス送電システムに関するものである。

　近年、磁界を利用したワイヤレス給電システムの研究開発が進められている。このような磁気を利用した給電方式としては、電磁結合（電磁誘導）方式と磁界共鳴方式とが知られている。磁界共鳴方式は、送電装置の共振回路に交流電流が流れることにより発生した磁場の振動が、受電装置の共振回路に伝わって共振することで、各共振回路のコイルで生成された磁界が強固に結合した状態（磁界共振結合）を介して電力を送電することをいう。磁界共鳴方式を利用したワイヤレス給電は、電磁結合方式を利用したワイヤレス給電と比較して、給電可能距離が長くなるという利点がある（例えば、特許文献１参照）。なお、磁界共鳴方式も磁気結合を利用する方式であるものの、本発明では理解を容易にするために、共振を利用する方式を磁界共鳴方式としている。

　このようなワイヤレス給電システムでは、効率良く送電を行うために、送電装置から視て受電装置及び負荷等を含む負荷側回路のインピーダンスと、送電装置から視て電源側のインピーダンスとが等価に設定する必要がある。

特開２０１８－５０５３６９号公報

　しかしながら、前述した負荷側回路には、例えば、バッテリやモータなどの駆動部材が接続され、このバッテリやモータが負荷となる。そのため、バッテリやモータなどの駆動状態によって、負荷側回路に流れる電流に変動が生じることがある。ワイヤレス給電システムでは、負荷側回路に流れる電流の変動に応じて負荷側回路のインピーダンスが変動するため、送電装置から視て負荷側回路のインピーダンスと送電装置から視て電源側のインピーダンスとがマッチングしなくなり、送電効率が著しく低下して送電電力が低下し、その結果、システム障害を招く虞があるという問題があった。

　そこで、負荷側回路のインピーダンスが変動しても、送電効率の低下を軽減するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路を備え、前記受電コイルが受電した電力を負荷に供給する受電装置と、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構と、を備えている。

　また、上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電方法は、送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備えている送電装置と、受電コイルを含む受電側共振回路を備え、前記受電コイルが受電した電力を負荷に供給する受電装置と、を備え、磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システムを用いたワイヤレス給電方法であって、インピーダンスマッチング機構を用いて、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和する。

　さらに、上記目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス送電システムは、受電装置に磁気を利用して電力を送電するワイヤレス送電システムであって、送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備え、前記受電装置を介して負荷に送電する送電装置と、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構と、を備えている。

　本発明は、負荷側回路のインピーダンスが変動した場合であっても、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端における反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、それに伴うシステム障害の虞を回避することができる。

本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成を示す模式図である。 インピーダンスマッチング機構の構成を示す模式図である。 ワイヤレス給電システムに対応する回路図である。 図３に示す回路図に対応する等価回路図である。 負荷電圧と負荷電流との関係を示すグラフである。 負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係を示すグラフである。 送電コイルと、コイル軸の軸線方向にオフセットして配置された３つの給電コイル部との位置関係を示す模式図である。 給電コイルから送電コイルまでの距離と負荷抵抗との関係を示すグラフである。 コイル移動機構が、給電コイルをコイル軸に対して垂直方向にスライドさせる様子を示す模式図である。 コイル移動機構が、給電コイルをコイル軸に平行にスライドさせる様子を示す模式図である。 送電コイルと、コイル軸の軸線方向に対して垂直方向にオフセットして配置された３つの給電コイル部との位置関係を示す模式図である。 送電コイルと、送電コイルに対して傾斜して略球状に配置された８つの給電コイル部との位置関係を示す模式図である。 送電コイルと、螺旋状に形成された給電コイルを成す３つの給電コイル部との位置関係を示す模式図である。 送電コイルと、同一平面上に配置された３つの給電コイル部との位置関係を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス給電システムに適用されるインピーダンスマッチング機構の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス給電システムに適用されるコイル移動機構が、給電コイルをコイル軸に対して垂直方向に移動させる様子を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス給電システムに適用されるコイル移動機構が、給電コイルを揺動させる様子を示す模式図である。

＜第１の実施形態＞
　本発明の第１の実施形態に係るワイヤレス給電システム１及びワイヤレス給電システム１を用いたワイヤレス給電方法について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

　また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

　また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

＜ワイヤレス給電システムの構成＞
　図１は、ワイヤレス給電システム１の構成を示す模式図である。ワイヤレス給電システム１は、磁界共鳴を利用して非接触で給電対象物２に電力を給電する。給電対象物２は、例えば、車両、ロボット飛翔体、水中ロボット、カプセル内視鏡、心臓ペースメーカー等であり、移動可能な機器又は移動不能な機器の何れであっても構わない。また、給電時に、給電対象物２は移動中又は停止の何れであっても構わない。ワイヤレス給電システム１は、送電装置３と、受電装置４と、を備えている。

＜送電装置の構成＞
　送電装置３は、給電コイル３１と、送電コイル３２と、コンデンサ３３、３４と、を備えている。

　給電コイル３１及び送電コイル３２は、電気伝導率の高い銅線等を円形に巻回して形成されている。なお、銅線内を流れる電流は、内部抵抗の影響によって銅線の中心部よりも表面付近を多く流れる。したがって、給電コイル３１及び送電コイル３２の線材に複数の銅線を撚り合わせたリッツ線を用いた場合には、同一径の１本の銅線と比べて、リッツ線の表面積が大きくなり、より多くの電流を流すことができ、電流損失を抑制できる。

　給電コイル３１には、交流電源５から交流電力が供給される。交流電力は、例えば、周波数１５０ｋＨｚ、電圧１０Ｖに設定されるが、交流電源５の周波数及び電圧は任意に変更可能である。以下、給電コイル３１の交流電源５側の接点を「入力端ＩＥ」という。なお、本実施形態では、給電コイル３１と交流電源５とは、入力端ＩＥを介して直接的に接続されている場合を例に説明するが、給電コイル３１と交流電源５とは、入力端ＩＥを介して直接的に接続されても、交流電源５と入力端ＩＥとの間に設けられた同軸ケーブル等を介して間接的に接続されても構わない。この場合、もし電源のインピーダンスが同軸ケーブル等のインピーダンスと整合している場合は、同軸ケーブル等の電源側端は電力の反射等が生じないため問題にはならず、入力端ＩＥは同軸ケーブル等の負荷側端を意味する。

　給電コイル３１及びコンデンサ３３は、直列に接続されて給電側共振回路３５を構成している。給電コイル３１のインダクタンス及びコンデンサ３３のキャパシタンスによって設定される共振周波数に応じた周波数の交流電圧が給電コイル３１に流れると、給電コイル３１を貫くように振動磁場が生じる。給電コイル３１の詳しい構成については、後述する。

　給電コイル３１と送電コイル３２とは磁界結合しており、給電コイル３１は、磁界共鳴方式により電力を送電コイル３２に供給する。すなわち、給電コイル３１のインダクタンス及びコンデンサ３３のキャパシタンスに応じて設定される共振周波数と、送電コイル３２のインダクタンス及びコンデンサ３４のキャパシタンスに応じて設定される共振周波数とがほぼ等しく、給電コイル３１と送電コイル３２とが共振するように設計されている。これにより、給電コイル３１に交流電流が流れることにより発生した特定周波数（共振周波数）の磁場の振動が、送電コイル３２に伝わり同じ特定周波数で共振することで、送電コイル３２に起電力が生じる。なお、給電コイル３１から送電コイル３２への電力の供給は、各コイルの位置関係による影響が低減される磁界共鳴方式が好適であるが、給電コイル３１に交流電流が流れると、給電コイル３１をコイル軸方向に貫くように生じる磁束を媒介にして、送電コイル３２にも起電力が生じる電磁結合方式であっても構わない。また、磁界共鳴方式と電磁結合方式とを併用しても構わない。

　送電コイル３２及びコンデンサ３４は、直列に接続されて送電側共振回路３６を構成している。送電コイル３２のインダクタンス及びコンデンサ３３のキャパシタンスによって設定される共振周波数に応じた周波数の交流電圧が送電コイル３２に流れると、後述する受電コイル４１が共振して起電力が生じる。

＜受電装置の構成＞
　受電装置４は、給電対象物２内に設けられている。受電装置４は、受電コイル４１と、コンデンサ４２と、備えている。

　受電コイル４１は、送電コイル３２とコイル軸方向に間隔を空けて設けられている。受電コイル４１は、電気伝導率の高い銅線等を円形に巻回して形成されている。なお、受電コイル４１も給電コイル３１及び送電コイル３２と同様に、線材にリッツ線を用いるのが好ましい。

　受電コイル４１とコンデンサ４２とは、直列に接続されて受電側共振回路４３を構成している。受電コイル４１のインダクタンス及びコンデンサ４２のキャパシタンスによって設定される共振周波数は、送電コイル３２及びコンデンサ３３の共振周波数と略一致するように設定されている。これにより、送電コイル３２をコイル軸方向に貫くように生じた磁場の振動によって、受電コイル４１に誘導電流が流れ、受電コイル４１をコイル軸方向に貫くように振動磁場が生じる。このとき、送電コイル３２及び受電コイル４１の磁場が共鳴して強固に結合する。

　受電コイル４１が共振受電した交流電力は、整流回路（ＡＣ－ＤCコンバータ）６及びＤＣ－ＤＣコンバータ７を介して負荷８に供給される。負荷８は、給電対象物２を構成するモータやバッテリ等である。

　整流回路６は、４つのダイオード６１がブリッジ上に配置され、受電コイル４１が受電した交流電力に対して全波整流を行い、直流電圧を出力する。なお、符号６２は、整流回路６が出力した直流電圧を平滑化させるコンデンサである。

　ＤＣ－ＤＣコンバータ７は、整流された直流電圧を予め設定された定電圧（例えば、１２Ｖ）に変換する。ＤＣ－ＤＣコンバータ７から出力された電圧は、負荷８に印加される。なお、ＤＣ－ＤＣコンバータ７は、必要な電圧に応じて配置されればよく、適宜省略しても構わない。

＜インピーダンスマッチング機構の構成＞
　次に、入力端ＩＥから受電装置４側、即ち送電装置３、受電装置４、整流回路６、ＤＣ－ＤＣコンバータ７及び負荷８を含む回路（負荷側回路）のインピーダンス（以下、「負荷側インピーダンス」という。）と入力端ＩＥから交流電源５側の回路のインピーダンス（以下、「入力側インピーダンス」という。）との差分を緩和させるインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構９について、図２に基づいて説明する。なお、送電装置３及びインピーダンスマッチング機構９は、ワイヤレス送電システム１１を構成している。

　インピーダンスマッチング機構９は、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、給電コイル３１を構成する３つの給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも１つ以上に電力を供給する。なお、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの何れかに電力を選択的に供給可能であれば、スイッチ９１ａ～９１ｄの代わりに他の構成を用いても構わない。

　給電コイル３１は、３つの給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに分割されている。３つの給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、給電コイル３１を３つに分割するものであって実質的に直列に接続されており、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂは配線３１ＡＢを介して接続され、給電コイル部３１Ｂ、３１Ｃは配線３１ＢＣを介して接続されている。なお、配線３１ＡＢ、３１ＢＣは必要に応じて省略しても構わない。給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの各コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと送電コイル３２のコイル軸３２ａとは、通常状態において、略同軸上に位置する。なお、以下では、給電コイル３１を給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに３分割した場合を例に説明するが、給電コイル部の数は２つであっても、４つ以上であっても構わない。

　給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、給電コイル部３１Ａが送電コイル３２に最も近く、この順で送電コイル３２から離間するように配置されている。したがって、送電コイル３２との磁界結合の結合強さは、給電コイル部３１Ａが最も強く、給電コイル部３１Ｃが最も小さく設定される。給電コイル３１と送電コイル３２とを磁界共鳴方式で送電する場合、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのインダクタンスをそれぞれ等しく設定することにより、効率的に送電を行うことができる。

　スイッチ９１ａ～９１ｄは、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに電流を供給するための３路スイッチである。スイッチ９１ａ、９１ｂは、交流電源５に接続されている。スイッチ９１ａは、給電コイル部３１Ｃの一方端側とスイッチ９１ｃ側とを切替可能に構成されている。スイッチ９１ｃは、給電コイル部３１Ａの一方端側と給電コイル部３１Ｂの一方端側とを切替可能に構成されている。また、スイッチ９１ｂは、給電コイル部３１Ｃの他方端側とスイッチ９１ｄ側とを切替可能に構成されている。スイッチ９１ｄは、給電コイル部３１Ａの他方端側と給電コイル部３１Ｂの他方端側とを切替可能に構成されている。

　給電コイル部３１Ａに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを給電コイル部３１Ａの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂをスイッチ９１ｄ側に切り替え、スイッチ９１ｄを給電コイル部３１Ａの他方端側に切り替える。また、給電コイル部３１Ｂに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを給電コイル部３１Ｂの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂをスイッチ９１ｄ側に切り替え、スイッチ９１ｄを給電コイル部３１Ｂの他方端側に切り替える。さらに、給電コイル部３１Ｃに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａを給電コイル部３１Ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｂを給電コイル部３１Ｃ側に切り替える。

　また、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを給電コイル部３１Ａの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂをスイッチ９１ｄ側に切り替え、スイッチ９１ｄを給電コイル部３１Ｂの他方端側に切り替える。また、給電コイル部３１Ｂ、３１Ｃに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを給電コイル部３１Ｂの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂを給電コイル部３１Ｃ側に切り替える。

　さらに、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに電力を供給する場合には、スイッチ９１ａをスイッチ９１ｃ側に切り替え、スイッチ９１ｃを給電コイル部３１Ａの一方端側に切り替え、スイッチ９１ｂを給電コイル部３１Ｂ側に切り替える。

　スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御は、コントローラ９２によって制御される。コントローラ９２は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、コントローラ９２の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作することにより実現されても良い。コントローラ９２は、記憶部９３と、制御部９４と、に機能分割される（図１参照）。

　そして、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに電力を供給することにより、送電コイル３２との距離に応じて、送電装置３の入力端ＩＥから負荷側の回路インピーダンスである負荷側インピーダンスを調整することができる。

　図３、図４に基づいて具体的に説明する。図３は、ワイヤレス給電システム１に対応する回路図である。図３中の「V」は電源５の電圧、「Z_s」は電源５のインピーダンス（入力側インピーダンス）、「R₀」は給電コイル３１の寄生抵抗、「L₀」は給電コイル３１のインダクタンス、「C₀」はコンデンサ３３のキャパシタンス、「I₀」は給電コイル３１を流れる電流、「R₁」は送電コイル３２の寄生抵抗、「L₁」は送電コイル３２のインダクタンス、「C₁」はコンデンサ３４のキャパシタンス、「I₁」は送電コイル３２を流れる電流、「k₀₁」は給電コイル３１及び送電コイル３２の結合係数、「R₂」は受電コイル４１の寄生抵抗、「R_L」は負荷８の負荷抵抗、「L₂」は受電コイル４１のインダクタンス、「C₂」はコンデンサ４２のキャパシタンス、「I₂」は受電コイル４１を流れる電流、「k₁₂」は送電コイル３２及び受電コイル４１の結合係数である。

　図４は、図３に示す回路図に基づく等価回路図である。図４に示す等価回路図は、給電コイル３１と送電コイル３２とが共振するとともに送電コイル３２と受電コイル４１とが共振している状態を示している。給電コイル３１と送電コイル３２との間の相互インダクタンスL₀は、ｋ₀₁√(L₀L₁)、送電コイル３２と受電コイル４１との間の相互インダクタンスL₂は、k₁₂√(L₁L₂)である。図４中の「Z₀」は、電源５と給電コイル３１の間、すなわち、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側の回路のインピーダンス（負荷側インピーダンス）である。「Z₁」は、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスである。「Z₂」は、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスである。図４に示す等価回路により、以下の数式１～数式３が得られる。

　そして、本発明におけるインピーダンスマッチングとは、負荷抵抗R_Lが変化した場合に、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側を観た場合の回路の負荷側インピーダンスZ₀を電源５の入力側インピーダンスZ_sに整合させ、かつ略一定に保つことを意味する。

　具体的には、ワイヤレス給電システム１では、負荷８の電力が大きく負荷８のインピーダンスが小さい場合は、式（１）から分かるように、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスZ₂が小さくなる。またこのとき、式（２）から分かるように、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスZ₁が大きくなり、式（３）から分かるように、負荷側インピーダンスZ₀が小さくなる。すなわち、負荷側インピーダンスZ₀が小さくなる一方で、入力側インピーダンスZ_sは変動しない。

　そこで、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、送電コイル３２に最も近い給電コイル部３１Ａに電力を供給することにより、送電コイル３２との磁界結合が密になり、結合係数k₀₁が大きくなる。そして、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスZ₁が大きくなった割合と等しい割合で給電コイル３１及び送電コイル３２の結合係数k₀₁を大きくすることにより、負荷側インピーダンスZ₀を一定に保つことができる。このようにして、負荷側インピーダンスZ₀を入力側インピーダンスZ_sと略等しいインピーダンスに制御し続けることにより、電力反射が抑制され、効率的なシステム駆動状況を実現することができる。

　また、負荷８の電力が小さく負荷８のインピーダンスが大きい場合は、式（１）から分かるように、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスZ₂が大きくなる。またこのとき、式（２）から分かるように、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスZ₁は小さくなり、式（３）から分かるように、負荷側インピーダンスZ₀は大きくなる。すなわち、負荷側インピーダンスZ₀が大きくなる一方で、入力側インピーダンスZ_sは変動しない。

　そこで、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、給電コイル部３１Ｂ、３１Ｃの何れかに電力を供給することで、送電コイル３２と給電コイル部３１Ｂ、３１Ｃとの距離に応じて、送電コイル３２との磁界結合が疎になり、結合係数k₀₁が小さくなる。そして、給電コイル３１と送電コイル３２の間から負荷８側の回路のインピーダンスZ₁が小さくなった割合と等しい割合で給電コイル３１及び送電コイル３２の結合係数k₀₁を小さくすることにより、負荷側インピーダンスZ₀を一定に保つことができる。このようにして、負荷側インピーダンスZ₀を入力側インピーダンスZ_sと略等しいインピーダンスに制御し続けることにより、電力反射が抑制され、効率的なシステム駆動状況を実現することができる。

　記憶部９３には、ＤＣ－ＤＣコンバータ７から出力されて負荷８に供給される負荷電圧と負荷電流との関係、及び負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係がそれぞれ記憶されている。負荷８に供給される負荷電圧及び負荷電流は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７と負荷８との間に設けられた測定部９５により、リアルタイム且つ連続的に測定される。なお、測定部９５は、負荷電圧を測定するものに限定されず、負荷電流を測定するもの等、もしくはその両方であっても構わない。なお、本実施形態における負荷電圧および負荷電流は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７から出力電圧及び出力電流であり、換言すれば、負荷８の入力電圧及び入力電流である。また、測定部９５は、コンデンサ６２とＤＣ－ＤＣコンバータ７との間に配置可能である。この場合、負荷電圧および負荷電流とは、ＤＣ－ＤＣコンバータ７の入力電圧及び入力電流である。またさらに、ＤＣ－ＤＣコンバータ７を配置しない場合には、負荷電圧および負荷電流は、負荷８の入力電圧及び入力電流とする。

　具体的には、図５に示すように、負荷電圧と負荷電流との関係は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７への入力電圧がＤＣ－ＤＣコンバータ７の作動電圧（例えば１２Ｖ）以下であって、ＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動していないアイドリング状態（コンバータＯＦＦ）における負荷電圧と負荷電流との関係と、ＤＣ－ＤＣコンバータ７への入力電圧がＤＣ－ＤＣコンバータ７の作動電力を超えてＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動している状態（コンバータＯＮ）における負荷電圧と負荷電流との関係とを含む。

　また、図６に示すように、負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７がアイドリングしている状態（コンバータＯＦＦ）における負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係と、ＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動していない状態（コンバータＯＮ）における負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係とを含む。

　なお、負荷電圧と負荷電流との関係及び負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係は、予め実験等により算出されるものであっても構わないし、計算により関数化されたものであっても良い。また、負荷電圧と負荷電流との関係及び負荷電流と負荷側インピーダンスとの関係は、図５、図６で例示したグラフに限定されるものではない。

　制御部９４は、測定部９５の測定値及び記憶部９３に記憶された関係に基づいて、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替を制御する。制御部９４によるスイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御の詳細は後述する。

　このようにして、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、測定部９５で測定した負荷側インピーダンスの変動に応じて、インピーダンスマッチング機構９により給電コイル３１と送電コイル３２との位置関係を即座に変えることができ、入力端ＩＥにおける入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分をリアルタイムに緩和することができる。

＜インピーダンスマッチング処理＞
　次に、インピーダンスマッチング機構９が実行するインピーダンスマッチング処理について、図面に基づいて説明する。

　まず、負荷側インピーダンスが、ＤＣ－ＤＣコンバータ７のオンオフに応じて変動する理由について説明する。なお、本実施形態では、負荷側インピーダンスが、ＤＣ－ＤＣコンバータ７のオンオフに応じて変動する場合を例示して説明するが、負荷側インピーダンスの変動は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７のオンオフだけではなく、例えば、送電コイル３２と受電コイル４１との相対位置の変化、負荷８の駆動状況（出力）の変化等によっても生じ得るものであり、これら様々な要因による負荷側インピーダンスの変動の抑制に利用できることは言うまでもない。

　図５に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ７がアイドリングしている状態（コンバータＯＦＦ）では、ＤＣ－ＤＣコンバータ７の出力電圧は、例えば作動電圧である１２Ｖ以下であり、負荷電流も非常に小さくなる。測定部９５をＤＣ－ＤＣコンバータ７と負荷８との間に配置した場合の負荷電流（ＤＣ－ＤＣコンバータ７の出力電流）は、ほぼゼロであり、測定部９５をコンデンサ６２とＤＣ－ＤＣコンバータ７との間に配置した場合の負荷電流（ＤＣ－ＤＣコンバータ７の入力電流）は、作動電圧（例えば１２Ｖ）に達するまで僅かながら増加する。そして、このときの負荷側インピーダンスは、図６に示すように、極めて大きくなる。なお、上述した測定部９５をＤＣ－ＤＣコンバータ７と負荷８との間に配置した場合の負荷側インピーダンスは、ほぼ一定の値（装置の目的とする負荷の電力相当の値）となるが、測定部９５をコンデンサ６２とＤＣ－ＤＣコンバータ７との間に配置した場合は、負荷側インピーダンスが僅かながら低下する。

　次に、図５に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動を開始（コンバータＯＮ）して負荷８に電力が供給された際には、ＤＣ－ＤＣコンバータ７の出力電圧（負荷電圧）は、作動電圧（例えば１２Ｖ）まで増加し、ＤＣ－ＤＣコンバータ７の出力電流（負荷電流）は急増する。そして、このときの負荷側インピーダンスは、図６に示すように、急激に小さくなり、時間の経過とともに所定の値に漸近する。これは、測定部９５をコンデンサ６２とＤＣ－ＤＣコンバータ７との間に配置した場合も同様である。負荷８への電力供給が開始された時点から確実に負荷側インピーダンスの変動を抑制するためには、ＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動を開始する前のアイドリング状態において、負荷側インピーダンスの値を予め調整する。

　このようにして、負荷側インピーダンスが、ＤＣ－ＤＣコンバータ７の作動状態に応じて変動する一方で、入力側インピーダンスは、所定値（例えば５０Ω）で固定されているため、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとがマッチングせず、入力端ＩＥにおいて反射波が発生して送電効率が低下したり、送電電力が足りずにシステム障害を招く虞がある。

　そこで、コントローラ９２は、負荷側インピーダンスの変動に応じて、送電装置３内の回路のインピーダンスを増減させる。

　具体的には、まず、制御部９４は、測定部９５が測定した負荷電圧及び図５に基づいて負荷電流を算出する。また、制御部９４は、算出した負荷電流及び図６に基づいて、負荷側インピーダンスを算出する。

　次に、負荷側インピーダンスが入力側インピーダンスにマッチングするように、制御部９４は、スイッチ９１ａ～９１ｄを切り替えて、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの何れに電力を供給するかを判定し、送電装置３内の回路のインピーダンスを調整する。

　例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ７がアイドリングしており、負荷側インピーダンスが入力側インピーダンスに対して大きい状態では、図７（ａ）に示すように給電コイル部３１Ａに電力を供給することにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合が密になり、結合係数が増大する。その結果、前述したように入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスが小さくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。

　一方、ＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動して、負荷側インピーダンスが入力側インピーダンスに対して低下した状態では、図７（ｂ）に示すように、給電コイル部３１Ａと比べて、送電コイル３２から遠い給電コイル部３１Ｂに電力を供給することにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合が疎になり、結合係数が減少する。その結果、入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスが大きくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和
される。

　また、負荷側インピーダンスがさらに低下すると、図７（ｃ）に示すように、送電コイル３２から最も遠い給電コイル部３１Ｃに電力を供給することにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合がさらに疎になり、結合係数が減少する。その結果、入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスがさらに大きくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。

　なお、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと送電コイル３２の距離と結合係数の変化量との関係は、予め実験等により得たものを用いる。

　このようにして、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システム１であって、送電コイル３２を含む送電側共振回路３６と、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられ、入力端ＩＥから供給される電力を送電コイル３２に送電する給電コイル３１と、を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路４３を備え、受電コイル４１が受電した電力を負荷８に供給する受電装置４と、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合における結合強さを変更することにより、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから交流電源５側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構９と、を備えている。

　この構成により、負荷側インピーダンスと入力側インピーダンスとが一致しない場合に、インピーダンスマッチング機構９が、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合における結合強さの強弱（磁界結合の疎密）を変更することにより、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分を緩和するため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、給電コイル３１は、送電コイル３２との磁界結合の結合強さが互いに異なる複数の給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃに分割され、複数の給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに電力を供給可能に構成され、インピーダンスマッチング機構９は、複数の給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも１つに電力を供給する構成とした。

　この構成により、送電コイル３２との磁界結合の結合強さが異なる給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの何れかに電力を供給することにより、送電装置３内の回路のインピーダンスが増減して、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、複数の給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが、互いに略同軸上に配置されたコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃをそれぞれ備え、送電コイル３２との距離がそれぞれ異なるように設定されている構成とした。

　この構成により、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃと送電コイル３２との磁界結合の結合強さが、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの送電コイル３２からの距離に反比例して弱くなるため、送電コイル３２との磁界結合の結合強さが異なる給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの何れかに電力を供給することにより、送電装置３内の回路のインピーダンスを増減することができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、給電コイル３１から送電コイル３２への電力の供給は、磁界共鳴方式により行われ、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの各インダクタンス値は、略等しく設定されている構成とした。

　この構成により、送電コイル３２に対する相対位置が異なる給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃから送電コイル３２への磁界共鳴方式による電力供給を効率的に行うことができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、負荷８に供給される負荷電流又は負荷８に印加される負荷電圧を測定する測定部９５をさらに備え、インピーダンスマッチング機構９は、測定部９５の測定結果に応じて、インピーダンスマッチング処理を行う構成とした。

　この構成により、インピーダンスマッチング機構９が、測定部９５の測定結果に応じて、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分を緩和するため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、送電コイル３２から受電コイル４１への電力の供給は、磁界共鳴方式により行われる構成とした。

　この構成により、送電コイル３２から受電コイル４１への電力供給を効率的に行うことができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１を用いたワイヤレス給電方法は、送電コイル３２を含む送電側共振回路３６と、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられ、入力端ＩＥから供給される電力を送電コイル３２に送電する給電コイル３１と、を備えている送電装置３と、受電コイル４１を含む受電側共振回路４３を備え、受電コイル４１が受電した電力を負荷８に供給する受電装置４と、を備え、磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システム１を用いたワイヤレス給電方法であって、インピーダンスマッチング機構９を用いて、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合における結合強さを変更することにより、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから交流電源５側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和する構成とした。

　この構成により、負荷側インピーダンスと入力側インピーダンスとが一致しない場合に、インピーダンスマッチング機構９が、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合における結合強さの強弱を変更することにより、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分を緩和するため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス送電システム１１は、受電装置４に磁気を利用して電力を送電するワイヤレス送電システム１１であって、送電コイル３２を含む送電側共振回路３６と、送電コイル３２と磁界結合可能に設けられ、入力端ＩＥから供給される電力を送電コイル３２に送電する給電コイル３１と、を備え、受電装置４を介して電力を負荷８に送電する送電装置３と、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合における結合強さを変更することにより、送電装置３の入力端ＩＥから負荷８側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと送電装置３の入力端ＩＥから交流電源５側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構９と、を備えている構成とした。

　この構成により、負荷側インピーダンスと入力側インピーダンスとが一致しない場合に、インピーダンスマッチング機構９が、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合における結合強さの強弱を変更することにより、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分を緩和するため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

また、本実施形態では、ＤＣ－ＤＣコンバータ７がアイドリングしているときに、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとが予め整合されている構成を例示したが、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ７がアイドリングからオンに移行したとき、又はＤＣ－ＤＣコンバータ７がオンになった後に負荷側インピーダンスが安定したときに、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとが予め整合されているように構成しても構わない。

＜実験例＞
　次に、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１の効果と実現性を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。本シミュレーションは、給電コイル３１及び送電コイル３２の直径をそれぞれ７００ｍｍに設定し、給電コイル３１と送電コイル３２とが共振状態を維持し、送電コイル３２と受電コイル４１とが共振状態を維持しているものとして、負荷８の負荷抵抗ＲＬを変化させた場合に、インピーダンスが整合された状態となる給電コイル３１と送電コイル３２とのコイル軸３１ａ（３１ｂ、３１ｃ）の軸方向の中心間距離Ｌを算出した。なお、負荷抵抗ＲＬの数値は、整流回路６およびＤＣ－ＤＣコンバータ７の負荷抵抗の値を含むものとした。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ７の出力電圧を４８Ｖとした場合の整流回路６およびＤＣ－ＤＣコンバータ７の負荷抵抗を考慮した負荷８の実負荷抵抗を併せて算出した。それらの結果を表１及び図８に示す。図８は、横軸に負荷抵抗ＲＬ、縦軸にインピーダンスが整合されたときの給電コイル３１と送電コイル３２との中心間距離Ｌを設定したグラフである。なお、表１及び図８において、負荷８がＯＦＦのときは、便宜的に負荷抵抗ＲＬを１０００Ω以上（負荷８の実負荷抵抗１０００Ω以上）とし、このときの中心間距離Ｌを５００ｍｍとしている。

　図８によれば、給電コイル部３１Ａを送電コイル３２から３００ｍｍ、給電コイル部３１Ｂを送電コイル３２から４００ｍｍ、給電コイル部３１Cを送電コイル３２から５００ｍｍの位置にそれぞれ配置した場合、測定部９５で負荷電流を測定して負荷８の駆動電力の値を算出し、算出した負荷８の駆動電力に応じて、スイッチ９１ａ～９１ｄを切り替えることにより、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを切り替える。具体的には、給電コイル部３１Ａは、負荷８の駆動電力が２００Ｗ以上のとき、給電コイル部３１Ｂは、負荷８の駆動電力が２０Ｗ以上２００Ｗ未満のとき、給電コイル部３１Cは、負荷８がＯＦＦ又は負荷８の駆動電力が２０Ｗ未満のときに作動させる。

　なお、給電コイル３１の数を増やすことで、より精度の高いインピーダンスマッチング処理を実現できる。例えば、給電コイル３１の数を６個に増やし、各給電コイル３１の設置位置を送電コイル３２からの中心間距離Ｌで２５０ｍｍ、３００ｍｍ、３５０ｍｍ、４００ｍｍ、４５０ｍｍ、５００ｍｍに設定する。この場合、中心間距離Ｌが２５０ｍｍの給電コイルは負荷８の駆動電力が７００Ｗ以上のとき、中心間距離Ｌが３００ｍｍの給電コイルは負荷８の駆動電力が３５０Ｗ以上７００Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが３５０ｍｍの給電コイルは負荷８の駆動電力が２００Ｗ以上３５０Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが４００ｍｍの給電コイルは負荷８の駆動電力が５０Ｗ以上２００Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが４５０ｍｍの給電コイルは負荷８の駆動電力が１０Ｗ以上５０Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが５００ｍｍの給電コイルは負荷８がＯＦＦ又は負荷８の駆動電力が１０Ｗ未満のときに作動させる。

　また、複数の給電コイル３１は必ずしも等間隔に配置する必要はなく、必要に応じて配置する給電コイル３１の間隔を変更しても構わない。例えば、負荷８を起動して駆動電力が急激に増大する駆動電力が小さい領域に設置する給電コイル３１の個数を、負荷８の駆動電力が大きくある程度安定した駆動電力が大きい領域に設置する給電コイル３１の数より増やしても構わない。具体的には、給電コイル３１を６個設ける場合、各給電コイル３１の設置位置を送電コイル３２からの中心間距離Ｌで３００ｍｍ、４００ｍｍ、４４０ｍｍ、４７０ｍｍ、４９０ｍｍ、５００ｍｍの位置に配置する。この場合、中心間距離Ｌが３００ｍｍに配置された給電コイル３１は、負荷８の駆動電力が５００Ｗ以上のとき、中心間距離Ｌが４００ｍｍに配置された給電コイル３１は、負荷８の駆動電力が６０Ｗ以上５００Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが４４０ｍｍの給電コイル３１は、負荷８の駆動電力が３０Ｗ以上６０Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが４７０ｍｍの給電コイル３１は、負荷８の駆動電力が１５Ｗ以上３０Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが４９０ｍｍの給電コイル３１は、負荷８の駆動電力が５Ｗ以上１５Ｗ未満のとき、中心間距離Ｌが５００ｍｍの給電コイル３１は、負荷８がＯＦＦ又は負荷８の駆動電力が５Ｗ未満のときにそれぞれ作動する。

＜変形例１＞
　次に、本実施形態の変形例について説明する。なお、変形例は、以下に説明する構成を除いた他の構成は上述した実施形態の構成と同様である。

　インピーダンスマッチング機構９は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、給電コイル３１を送電コイル３２に対して相対的に移動させるコイル移動機構９６を備えていても構わない。

　コイル移動機構９６は、プランジャー９６ａと、ケース９６ｂと、を備えているソレノイドである。プランジャー９６ａの先端には、給電コイル３１が接続されている。プランジャー９６ａが、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対して垂直方向に進退出することにより、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが略平行状態を維持したまま、各コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃがコイル軸３２ａに対して相対的に離間又は近接（一致）するように給電コイル３１をスライドさせる。

　具体的には、図２（ａ）～（ｃ）に示すように、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが送電コイル３２のコイル軸３２ａと同軸上に位置するときの給電コイル３１の位置を原位置とすると、図９（ａ）に示すように、プランジャー９６ａが退出して、給電コイル３１が原位置からコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃに直交する方向に離れるように移動し、図９（ｂ）に示すように、プランジャー９６ａが進出して、給電コイル３１が原位置からコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃに直交する方向に離れるように移動する。

　ここで、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが同軸上に位置する場合には、送電コイル３２との磁界結合が密になる（結合強さ（結合係数）が大きくなる）。一方、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが、送電コイル３２のコイル軸３２ａに対してコイル軸３１ａに直行する方向にオフセットしている場合には、送電コイル３２との磁界結合が疎となる（結合強さ（結合係数）が小さくなる）。

　給電コイル３１のコイル軸３１ａ及び送電コイル３２のコイル軸３２ａのオフセット量（プランジャー９６ａのストローク量）と送電装置３内の回路のインピーダンスの変化量との関係は、予め実験等により得たものを用いる。

　なお、プランジャー９６ａのストローク範囲（片側）は、例えば、給電コイル３１の半径以下に設定されている。これにより、給電コイル３１がコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃに直交する何れかの方向に最大限移動した場合であっても、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃの軸線方向から視て、給電コイル３１の少なくとも一部が送電コイル３２の少なくとも一部と重なる状態を保つことができる。

　このようなコイル移動機構９６によって給電コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させる機構は、スイッチ９１ａ～９１ｄを電気的に切り替える構成と比べて応答性が劣るため、例えば、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御によってインピーダンスを大まかに調整した上で、給電コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させてインピーダンスを微調整することにより、インピーダンスをスムーズに最適化することができる。なお、給電コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させてインピーダンスを大まかに調整した上で、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御によってインピーダンスを微調整することにより、インピーダンスを最適化しても構わない。

＜変形例２＞
　上述した変形例１では、給電コイル３１のコイル軸３１ａが送電コイル３２のコイル軸３２ａに直交する方向にオフセットするように、コイル移動機構９６が給電コイル３１を移動させる構成を例示したが、コイル移動機構９６は、給電コイル３１をコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃ及びコイル軸３２ａの軸方向と平行に移動させる構成であっても構わない。

　例えば、図２（ａ）～（ｃ）に示すように、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが送電コイル３２のコイル軸３２ａと同軸上に位置するときの給電コイル３１の位置を原位置とすると、図１０（ａ）に示すように、プランジャー９６ａが退出して、給電コイル３１を原位置からコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと平行な方向で且つ送電コイル３２から離れるように移動し、図１０（ｂ）に示すように、プランジャー９６ａが進出して、給電コイル３１が原位置からコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと平行な方向で且つ送電コイル３２に接近するように移動するコイル移動機構９６の構成が考えられる。

　前述したように、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、送電コイル３２に接近するほど送電コイル３２との磁界結合が密になり（結合係数が大きくなり）、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、送電コイル３２から離れるほど送電コイル３２との磁界結合が疎になる（結合係数が小さくなる）。

　コイル移動機構９６が給電コイル３１を移動させる量（プランジャー９６ａのストローク量）と送電装置３内の回路のインピーダンスの変化量との関係は、予め実験等により得たものを用いる。

　このようなコイル移動機構９６によって給電コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させる機構は、スイッチ９１ａ～９１ｄを電気的に切り替える構成と比べて応答性が劣るため、例えば、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御によってインピーダンスを大まかに調整した上で、給電コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させてインピーダンスを微調整することにより、インピーダンスの値が大きく変化した場合でもスムーズに最適化することができる。

　具体的には、まず、給電コイル部３１Ａを送電コイル３２からの中心間距離Ｌで３００ｍｍの位置に配置し、給電コイル部３１Ｂを送電コイル３２からの中心間距離Ｌで４００ｍｍの位置に配置し、給電コイル部３１Cを送電コイル３２から中心間距離Ｌで５００ｍｍの位置に配置し、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを１つのユニットに構成し、コイル移動機構９６が、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと平行に±５０ｍｍの範囲で移動可能に構成される。すなわち、給電コイル部３１Ａは、中心間距離Ｌが２５０～３５０ｍｍの範囲内で移動可能であり、給電コイル部３１Ｂは、中心間距離Ｌが３５０～４５０ｍｍの範囲内で移動可能であり、給電コイル部３１Cは、中心間距離Ｌが４５０～５５０ｍｍの範囲内で移動可能である。

　そして、例えば、負荷８の駆動電力が３００Ｗ以上１０００Ｗ未満の場合には、給電コイル部３１Ａを使用し、負荷８の駆動電力が３０Ｗ以上３００Ｗ未満の場合には、給電コイル部３１Ｂを使用し、負荷８がＯＦＦ又は負荷８の駆動電力が５０Ｗ未満のときは給電コイル部３１Cを使用し、その後、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを送電コイル３２に対して相対的に移動させることによってインピーダンスの最適化を図る。

　また、コイル移動機構９６によって給電コイル３１を送電コイル３２に対して相対的移動させてインピーダンスを大まかに調整した上で、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御によってインピーダンスを微調整することにより、インピーダンスを最適化しても構わない。この場合、インピーダンスの微調整を高速に行うことができるため、インピーダンスの急激な変化した場合でもスムーズに最適化することができる。

　具体的には、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを互いに５０ｍｍ離間して配置して成る給電コイル３１を一つのユニットとし、コイル移動機構９６が、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃをコイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃと平行に且つ送電コイル３２から離れる向きに１００ｍｍ又は２００ｍｍだけ移動可能に構成される。

　そして、例えば、給電コイル部３１Ａは中心間距離Ｌが２００ｍｍの位置に配置され、給電コイル部３１Ｂは中心間距離Ｌが２５０ｍｍの位置に配置され、給電コイル部３１Cは中心間距離Ｌが３００ｍｍの位置に配置された状態で、負荷８の駆動電力が７００Ｗ以上の場合には、給電コイル部３１Ｂを使用し、負荷８の駆動電力が３５０Ｗ以上７００Ｗ未満の場合は給電コイル部３１Cを使用することによってインピーダンスの最適化を図る。

　また、コイル移動機構９６が、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを送電コイル３２から離れる向きに１００ｍｍそれぞれ移動させることにより、給電コイル部３１Ａは中心間距離Ｌが３００ｍｍの位置に配置され、給電コイル部３１Ｂは中心間距離Ｌが３５０ｍｍの位置に配置され、給電コイル部３１Cは中心間距離Ｌが４００ｍｍの位置に配置された状態で、負荷８の駆動電力が３５０Ｗ以上７００Ｗ未満の場合は給電コイル部３１Ａ、負荷８の駆動電力が２００Ｗ以上３５０Ｗ未満の場合は給電コイル部３１Ｂ、負荷８の駆動電力が５０Ｗ以上２００Ｗ未満の場合は給電コイル部３１Cを使用することによってインピーダンスの最適化を図る。

　さらに、コイル移動機構９６が、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを送電コイル３２から離れる向きに２００ｍｍそれぞれ移動させることにより、給電コイル部３１Ａは中心間距離Ｌが４００ｍｍの位置に配置され、給電コイル部３１Ｂは中心間距離Ｌが４５０ｍｍの位置に配置され、給電コイル部３１Cは中心間距離Ｌが５００ｍｍの位置に配置された状態で、負荷８の駆動電力が５０Ｗ以上２００Ｗ未満の場合は給電コイル部３１Ａ、負荷８の駆動電力が１０Ｗ以上５０Ｗ未満の場合は給電コイル部３１Ｂ、負荷８がＯＦＦ又は負荷８の駆動電力が１０Ｗ未満の場合は給電コイル部３１Cを使用することによってインピーダンスの最適化を図る。

＜変形例３＞
　上述した実施形態では、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置された給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃから成る給電コイル３１を例示したが、給電コイル３１の構成はこれに限定されるものではない。

　例えば、給電コイル３１は、図１１（ａ）～（ｃ）に示すように、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略平行で互いに離間するようにオフセットして配置された給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを備えたものであっても構わない。

　このとき、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、対向する面積が大きいほど密となる。したがって、図１１（ａ）に示すように、給電コイル部３１Ａは、コイル軸３１ａとコイル軸３２ａとが同軸上に位置するため、送電コイル３２との磁界結合が最も密になる。また、図１１（ｂ）に示すように、給電コイル部３１Ｂは、コイル軸３１ｂがコイル軸３２ａから離れるため、送電コイル３２との磁界結合が疎となり、さらに、図１１（ｃ）に示すように、給電コイル部３１Ｃは、コイル軸３１ｃがコイル軸３２ａから最も離れるため、送電コイル３２との磁界結合が最も疎となる。このような構成により、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、給電コイル３１と送電コイル３２との結合強さ（結合係数）を調整することができる。

＜変形例４＞
　給電コイル３１は、例えば、図１２（ａ）～（ｃ）に示すように、球状に配置された８つの給電コイル部３１Ａ～３１Ｈを備えたものであっても構わない。

　給電コイル３１は、中心が一致した状態で互いに傾斜する給電コイル部３１Ａ～３１Ｈから成る。給電コイル部３１Ａ～３１Ｈは、１つのコイルを８つに分割したものであり、実質的に直列に接続されている。給電コイル部３１Ａ～３１Ｈ間の接続関係の詳細は省略するが、図２と同様に図示しないスイッチ等によって、交流電源５からの電力を給電コイル部３１Ａ～３１Ｈの少なくとも何れか１つに供給可能に接続されている。

　図１２（ａ）に示すように、給電コイル部３１Ａは、コイル軸３１ａと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが略一致した状態で、すなわち送電コイル３２に対して傾斜することなく送電コイル３２内に収容されている。また、図１２（ｂ）に示すように、給電コイル部３１Ｃは、送電コイル３２に対して約４５度傾いた状態で、その一部が送電コイル３２内に収容されている。そして、図１２（ｃ）に示すように、給電コイル部３１Ｅは、送電コイル３２に対して約９０度傾いた状態で、その一部が送電コイル３２内に収容されている。さらに、給電コイル部３１Ｂ、３１Ｄ、３１Ｆ～３１Ｈは、送電コイル３２に対して約２２．５度、約６７．５度、約１１２．５度、約１３５度、約１５７．５度だけそれぞれ傾いた状態で、その一部が送電コイル３２内に収容されている。

　このとき、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、対向する面積が大きいほど密となる。すなわち、給電コイル部３１Ａは、コイル軸３１ａとコイル軸３２ａとが同軸上に位置するため、送電コイル３２との磁界結合が最も密になる。給電コイル部３１Ｅは、送電コイル３２との磁界結合が最も疎になる。

　このような構成により、例えば、給電コイル部３１Ａ、３１Ｃ、３１Ｅの３つを適宜切り替えて、インピーダンスマッチング処理を実行することができる。すなわち、ＤＣ－ＤＣコンバータ７がアイドリングしており、負荷側インピーダンスが入力側インピーダンスに対して大きい状態では、図１２（ａ）に示すように給電コイル部３１Ａに電力を供給することにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合が密になり、送電装置３内の回路のインピーダンスが減少する。その結果、入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスが小さくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。

　一方、ＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動して、負荷側インピーダンスが入力側インピーダンスに対して低下した状態では、図１２（ｂ）に示すように、給電コイル部３１Ａと比べて、送電コイル３２に対して傾斜する給電コイル部３１Ｃに電力を供給することにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合が疎になり、送電装置３内の回路のインピーダンスが増大する。その結果、入力端ＩＥにおける負荷側インピーダンスが大きくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。

　また、負荷側インピーダンスがさらに低下すると、図１２（ｃ）に示すように、送電コイル３２に対して直交する給電コイル部３１Ｅに電力を供給することにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合がさらに疎になり、送電装置３内の回路のインピーダンスがさらに増大し、その結果、入力端ＩＥにおける負ンピーダンスが大きくなり、入力側インピーダンスとの差分が緩和される。

　このような構成により、給電コイル部３１Ａ～３１Ｈの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、給電コイル３１と送電コイル３２との結合強さを調整することができる。

　また、本変形例に係る球状の給電コイル３１を構成する給電コイル部の個数は、８つに限定されず、２つ以上であればいくつであっても構わない。また、本変形例に係る給電コイル部３１Ａ～３１Ｈの送電コイル３２に対する傾きは、０度～１８０度の範囲で設定しているが、コイルの位相を考慮して、－９０度～＋９０度の範囲で設定しても構わない。

　また、給電コイル３１は、送電コイル３２内に収容されたものに限定されず、送電コイル３２外に配置されても構わない。また、給電コイル部３１Ａ～３１Ｈの一部が送電コイル３２内に配置され、その他の給電コイル部３１Ａ～３１Ｈが送電コイル３２外に配置されても構わない。なお、給電コイル３１の送電コイル３２に対する傾きが、結合係数ｋ_０１が等比級数になるように切り替え可能に構成されることにより、各給電コイル３１の角度でのインピーダンス調整範囲が略一定になり、インピーダンス整合をさらに安定して行うことができる。

＜変形例５＞
　上述した実施形態では、略同形に形成された給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃから成る給電コイル３１を例示したが、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃは、互いに異なる形状であっても構わない。

　例えば、図１３（ａ）～（ｃ）に示すように、給電コイル３１は、略同一平面上でコイル径が拡縮する螺旋状に構成されても構わない。このとき、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置されるとともに、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃがこの順でコイル径が徐々に小径に設定され、且つコイル高さが高くなるように形成されている。具体的には、給電コイル部３１Ａは、送電コイル３２と略同一のコイル径に設定されており、給電コイル部３１Ａの内周に給電コイル部３１Ｂ、３１Ｃが配置され、給電コイル部３１Ｂの内周に給電コイル部３１Ｃが配置されている。また、給電コイル３１と送電コイル３２とを磁界共鳴方式で送電する場合、異なるコイル径の給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのインダクタンスがそれぞれ等しくなるようにコイルの巻数を、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃがこの順で徐々に増やすのが好ましい。

　このとき、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、コイル径の差が少ないほど密となる。したがって、図１３（ａ）に示すように、給電コイル部３１Ａは、送電コイル３２と略同じコイル径であるため、送電コイル３２との磁界結合が最も密になる。また、図１３（ｂ）に示すように、給電コイル部３１Ｂは、送電コイル３２より小径のコイル径であるため、送電コイル３２との磁界結合が疎となり、さらに、図１３（ｃ）に示すように、給電コイル部３１Ｃは、送電コイル３２よりさらに小径のコイル径であるため、送電コイル３２との磁界結合が最も疎となる。このような構成により、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、給電コイル３１と送電コイル３２との結合強さを調整することができる。

＜変形例６＞
　例えば、図１４（ａ）～（ｃ）に示すように、給電コイル３１は、同一平面上で外周から中心に向かって徐々にコイル径が小さくなるように構成されても構わない。このとき、コイル軸３１ａ、３１ｂ、３１ｃが略同軸上に配置されるとともに、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃが略同一平面上に配置され、さらに、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃがこの順でコイル径が徐々に小径に設定されている。具体的には、給電コイル部３１Ａは、送電コイル３２と略同一のコイル径に設定されており、給電コイル部３１Ａの内周に給電コイル部３１Ｂ、３１Ｃが配置され、給電コイル部３１Ｂの内周に給電コイル部３１Ｃが配置されている。また、給電コイル３１と送電コイル３２とを磁界共鳴方式で送電する場合、異なるコイル径の給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃのインダクタンスがそれぞれ等しくなるようにコイルの巻数を、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃがこの順で徐々に増やすのが好ましい。

　このとき、給電コイル３１と送電コイル３２との磁界結合は、コイル径の差が少ないほど密となる。したがって、図１４（ａ）に示すように、給電コイル部３１Ａは、送電コイル３２と略同じコイル径であるため、送電コイル３２との磁界結合が最も密になる。また、図１４（ｂ）に示すように、給電コイル部３１Ｂは、送電コイル３２より小径のコイル径であるため、送電コイル３２との磁界結合が疎となり、さらに、図１４（ｃ）に示すように、給電コイル部３１Ｃは、送電コイル３２よりさらに小径のコイル径であるため、送電コイル３２との磁界結合が最も疎となる。このような構成により、スイッチ９１ａ～９１ｄの切替制御により、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの少なくとも何れか１つに選択的に電力が供給されるため、給電コイル３１と送電コイル３２との結合強さ（結合係数）を調整することができる。

＜第２の実施形態＞
　次に、本発明の第２の実施形態に係るワイヤレス給電システムについて図１５に基づいて説明する。本実施形態に係るワイヤレス給電システムは、上述した第１の実施形態に係るワイヤレス給電システム１と比べて給電コイル３１の構成が相違し、その他の構成は共通する。したがって、共通する構成は、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

　本実施形態に係るインピーダンスマッチング機構９は、スイッチ９１ｅ、９１ｆの切替制御により、３つの給電コイル３１（３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋ）の少なくとも１つ以上に電力を供給する。なお、給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋの何れかに電力を選択的に供給可能であれば、スイッチ９１ｅ、９１ｆの代わりに他の構成を用いても構わない。

　給電コイル３１は、互いに並列に設けられた３つの給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋである。給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋの各コイル軸３１ｉ、３１ｊ、３１ｋと送電コイル３２のコイル軸３２ａとは、通常状態において、略同軸上に位置する。なお、以下では、給電コイル３１を給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋに３分割した場合を例に説明するが、給電コイルの数は２つであっても、４つ以上であっても構わない。

　給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋは、給電コイル３１Ｉが送電コイル３２に最も近く、この順で送電コイル３２から離間するように配置されている。したがって、送電コイル３２との磁界結合の結合強さは、給電コイル３１Ｉが最も強く、給電コイル３１Ｋが最も小さく設定される。給電コイル３１と送電コイル３２とを磁界共鳴方式で送電する場合、給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋのインダクタンスをそれぞれ等しく設定することにより、効率的に送電を行うことができる。

　スイッチ９１ｅ、９１ｆは、給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋに電流を供給するための３路スイッチである。スイッチ９１ｅ及び給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋの各一方端側が、交流電源５に接続されている。スイッチ９１ｅは、給電コイル３１Ｋの他方端側とスイッチ９１ｆ側とを切替可能に構成されている。スイッチ９１ｆは、給電コイル３１Ｉの他方端側と給電コイル３１Ｊの他方端側とを切替可能に構成されている。

　給電コイル３１Ｉに電力を供給する場合には、スイッチ９１ｅをスイッチ９１ｆ側に切り替え、スイッチ９１ｆを給電コイル３１Ｉの他方端側に切り替える。また、給電コイル３１Ｊに電力を供給する場合には、スイッチ９１ｅをスイッチ９１ｆ側に切り替え、スイッチ９１ｆを給電コイル３１Ｊの他方端側に切り替える。さらに、給電コイル３１Ｋに電力を供給する場合には、スイッチ９１ｅを給電コイル３１Ｋ側に切り替える。

　そして、給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋの少なくとも何れか１つに電力を供給することにより、送電コイル３２との距離に応じて、給電コイル３１と送電コイル３２との結合強さ（結合係数）を調整可能なため、送電装置３の入力端ＩＥから負荷側の回路インピーダンスである負荷側インピーダンスを調整することができる。

　このようにして、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、給電コイル３１が、送電コイル３２との磁界結合における結合強さがそれぞれ異なるように設定され、互いに並列に接続された複数の給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋであり、インピーダンスマッチング機構９が、複数の給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋの少なくとも１つに電力を供給する構成とした。

　この構成により、送電コイル３２との磁界結合の結合強さが異なる複数の給電コイル３１Ｉ、３１Ｊ、３１Ｋの何れかに電力を供給することにより、送電装置３内の回路のインピーダンスが増減して、入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

＜第３の実施形態＞
　次に、本発明の第３の実施形態に係るワイヤレス給電システムについて図１６、図１７に基づいて説明する。本実施形態に係るワイヤレス給電システムは、上述した変形例１及び変形例２に係るワイヤレス給電システム１と比べて給電コイル３１及びコイル移動機構９６の構成が相違し、その他の構成は共通する。したがって、共通する構成は、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

　本実施形態に係るコイル移動機構９６は、送電コイル３２に対する給電コイル３１の相対的な位置関係又は姿勢の少なくとも何れか一方を変更させる。給電コイル３１は、上述した各実施形態及び各変形例に係る給電コイル３１のようにその一部に電力を選択的に供給可能に構成されておらず、電力を給電コイル３１全体に供給するように構成されている。

　コイル移動機構９６は、直動機構９７と、揺動機構９８と、を備えている。直動機構９７は、プランジャー９７ａと、ケース９７ｂと、を備えているソレノイドである。プランジャー９７ａの先端には、給電コイル３１が接続されている。図１６に示すように、プランジャー９７ａが、給電コイル３１のコイル軸３１ａに対して垂直方向に進退出することにより、給電コイル３１のコイル軸３１ａと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが略平行状態を維持したまま、各コイル軸３１ａ、３２ａが離間又は近接（一致）するように移動する。

　具体的には、図１６（ａ）に示すように、給電コイル３１のコイル軸３１ａが送電コイル３２のコイル軸３２ａと同軸上に位置するときの給電コイル３１の位置を原位置とすると、図１６（ｂ）に示すように、プランジャー９７ａが進出して、給電コイル３１が原位置からコイル軸３１ａに直交する方向に離れるように移動したり、図１６（ｃ）に示すように、プランジャー９７ａが退出して、給電コイル３１が原位置からコイル軸３１ａに直交する方向に離れるように移動する。このようにして、直動機構９１は、給電コイル３１のコイル軸３１ａが送電コイル３２のコイル軸３２ａに対して平行移動するように、送電コイル３２に対する給電コイル３１の相対位置を変更させる。

　ここで、給電コイル３１のコイル軸３１ａと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが同軸上に位置する場合には、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さが強いため、給電コイル３１に流れる電流により送電コイル３２に発生する起電力は大きくなる。つまり、給電コイル３１と送電コイル３２でのインピーダンスが小さくなり、入力端ＩＥから視たインピーダンスは、受電コイル４１よりも下流側（負荷８側）のインピーダンスが直接影響を及ぶことになる。

　一方、給電コイル３１のコイル軸３１ａが、送電コイル３２のコイル軸３２ａに対してコイル軸３１ａに直行する方向にオフセットしている場合には、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さが弱いため、給電コイル３１に流れる電流により送電コイル３２に発生する起電力は小さくなる。つまり、給電コイル３１と送電コイル３２でのインピーダンスが大きくなり、入力端ＩＥから視たインピーダンスは、受電コイル４１よりも下流側（負荷８側）のインピーダンスの影響を受けにくくなる。

　なお、給電コイル３１のコイル軸３１ａ及び送電コイル３２のコイル軸３２ａのオフセット量（プランジャー９６ａのストローク量）と送電装置３内の回路のインピーダンスの変化量との関数は、予め実験等により得たものを用いる。

　このようにして、コイル移動機構９６は、送電コイル３２に対する給電コイル３１の相対的な位置関係又は姿勢を変更させて、給電コイル３１と送電コイル３２との結合強さ（結合係数）を調整し、受電コイル４１よりも下流側（負荷８側）のインピーダンスの影響を制御することができ、入力端ＩＥから視たインピーダンスが、負荷８の動作状況によるインピーダンス変化を受けにくいシステムを実現することができる。

　具体的には、負荷８の電力が大きく負荷８のインピーダンスが小さい場合は、給電コイル３１の入力端ＩＥから見た負荷側インピーダンスも小さくなる一方で、入力側インピーダンスは変動しない。したがって、負荷側インピーダンスを、入力側インピーダンスと一致又は近づけるためには負荷側インピーダンスを大きくする必要がある。この場合、コイル移動機構９６により、給電コイル３１のコイル軸３１ａと送電コイル３２のコイル軸３２ａとを略平行状態を保ちながら、コイル軸３１ａと直行する方向に給電コイル３１を移動させる。これにより、給電コイル３１と送電コイル３２でのインピーダンスが大きくなり、負荷側インピーダンスを大きくすることができる。このとき、負荷側インピーダンスを入力側インピーダンスと略等しいインピーダンスに制御することにより、電力反射が抑制され、効率的なシステム駆動状況を実現することができる。

　一方、負荷８の電力が小さく負荷８のインピーダンスが大きい場合は、給電コイル３１の入力端ＩＥから見た負荷側インピーダンスも大きくなる一方で、入力側インピーダンスは変動しない。したがって、負荷側インピーダンスを、入力側インピーダンスと一致又は近づけるためには負荷側インピーダンスを小さくする必要がある。この場合、コイル移動機構９６により、給電コイル３１のコイル軸３１ａと送電コイル３２のコイル軸３２ａとが同軸上に位置するように、給電コイル３１を移動させる。これにより、給電コイル３１と送電コイル３２でのインピーダンスが小さくなり、負荷側インピーダンスを小さくすることができる。このとき、負荷側インピーダンスを入力側インピーダンスと略等しいインピーダンスに制御することにより、電力反射が抑制され、効率的なシステム駆動状況を実現することができる。

　また、コイル移動機構９６は、給電コイル３１をコイル軸方向に対して垂直方向に変位させる代わりに、予め実験等により得られた、給電コイル３１のコイル軸３１ａ及び送電コイル３２のコイル軸３２ａの傾き及び給電コイル３１及び送電コイル３２の距離と送電装置３内の回路のインピーダンスの変化量との関数に基づいて、揺動機構９８が、給電コイル３１を揺動させても構わない。

　図１７に示すように、揺動機構９８は、ケース９７ｂを支持するとともにケース９７ｂを回転軸９８ａ回りに揺動させる。

　具体的には、図１７（ａ）に示すように、給電コイル３１のコイル軸３１ａと直交するときのプランジャー９７ａの位置を原位置とすると、図１７（ｂ）に示すように、揺動機構９８が原位置に位置する給電コイル３１を傾けながら送電コイル３２から離したり、図１７（ｃ）に示すように、揺動機構９８が原位置に位置する給電コイル３１を傾けながら送電コイル３２に接近させる。このようにして、揺動機構９８は、給電コイル３１のコイル軸３１ａが送電コイル３２のコイル軸３２ａに対して傾けつつ、給電コイル３１を送電コイル３２に対して遠近移動する。なお、このとき、給電コイル３１をその中心点を中心に傾ける機構にすれば、給電コイル３１の送電コイル３２に対する遠近移動は発生せずに、給電コイル３１の傾斜のみでの制御も可能である。

　なお、図１７（ｂ）に示すように、給電コイル３１が送電コイル３２から離れるように揺動する場合のプランジャー９７ａの回転角度を負（－）、図１７（ｃ）に示すように、給電コイル３１が送電コイル３２に接近するように揺動する場合のプランジャー９７ａの回転角度を正（＋）とすると、揺動機構９８の回転範囲は、例えば、プランジャー９７ａの原位置を中心に±３０度に設定されるのが好ましい。

　そして、ＤＣ－ＤＣコンバータ７がアイドリングしている状態では、図１７（ｂ）、（ｃ）に示すように揺動機構９８が給電コイル３１を揺動して、給電コイル３１のコイル軸３１ａが送電コイル３２のコイル軸３２ａに対して並行に近くなるとともに給電コイル３１が送電コイル３２に対して接近することにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さが強くなり、送電装置３内の回路のインピーダンスが減少して、入力端ＩＥにおける入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和される。

　一方、ＤＣ－ＤＣコンバータ７が作動している状態では、揺動機構９８が給電コイル３１を揺動して、給電コイル３１のコイル軸３１ａが送電コイル３２のコイル軸３２ａに対して傾くとともに給電コイル３１が送電コイル３２に対して離れることにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さが弱くなり、送電装置３内の回路のインピーダンスが増大して、入力端ＩＥにおける入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和される。

　このようにして、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、インピーダンスマッチング機構が、送電コイル３２に対する給電コイル３１の相対位置又は姿勢の少なくとも何れか一方を変更するコイル移動機構９６である構成した。

　この構成により、送電コイル３２に対する給電コイル３１の相対位置又は姿勢に応じて、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さを調整することにより、送電装置３内の回路のインピーダンスが増減して、入力端ＩＥから視た入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

　また、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、受電装置４の出力電圧を所定の電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータ７をさらに備え、コイル移動機構９６が、ＤＣ－ＤＣコンバータ７の作動状態に応じて、送電コイル３２に対して給電コイル３１を相対移動又は姿勢を変更させる構成とした。

　この構成により、ＤＣ－ＤＣコンバータ７のオンオフに伴って負荷側インピーダンスが急増又は急減する場合であっても、送電コイル３２に対する給電コイル３１の相対位置又は姿勢に応じて、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さを調整することにより、送電装置３内の回路のインピーダンスが増減して、入力端ＩＥにおける入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和されるため、入力端ＩＥにおける反射波の発生が抑制され、送電効率の低下や、送電電力の減少に起因するシステム障害を回避することができる。

　また、本実施形態では、送電コイル３２に対する給電コイル３１の相対位置又は姿勢を変更するコイル移動機構９６を例に説明したが、給電コイル３１と送電コイル３２との位置関係を変えることができる機構であれば、コイル移動機構９６の構成は、これに限定されるものではない。

　例えば、コイル移動機構９６は、直動機構９７の進退動作又は揺動機構９８の揺動動作の何れか一方のみであって構わないし、直動機構９７の進退動作及び揺動機構９８の揺動動作を組み合わせて給電コイル３１を移動させても構わないし、又は直動機構９７及び揺動機構９８に代えて、送電コイル３２に対して給電コイル３１が遠近移動するように、給電コイル３１をコイル軸方向に沿ってスライドさせても構わない。

　また、受電コイル４１が所定位置に固定されている場合には、コイル移動機構９６は、送電コイル３２及び受電コイル４１の相対位置を変更するように構成されても構わない。これにより、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さが調整され（給電コイル３１と送電コイル３２との磁気誘導結合が疎又は密になり）、送電装置３内の回路のインピーダンスが増減するため、入力端ＩＥにおける入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとの差分が緩和される。

　また、コイル移動機構９６は、送電コイル３２及び受電コイル４１の位置関係に応じて、送電側共振回路３６のインピーダンスが受電側共振回路４３のインピーダンスにマッチングするように、送電コイル３２及び受電コイル４１の相対位置を変更させるように構成されても構わない。

　また、上述した実施形態では、負荷側インピーダンスが変動する要因として、ＤＣ－ＤＣコンバータ７のオンオフに伴う負荷電流の変動を例に説明したが、負荷側インピーダンスが変動する要因はこれに限定されるものではない。

　例えば、給電対象物２の移動に伴って、負荷側インピーダンスが変動することも考えられる。これは、受電コイル４１が送電コイル３２に接近すると、送電コイル３２と受電コイル４１との磁気結合の結合強さが大きくなり、受電コイル４１が送電コイル３２から離れると、送電コイル３２と受電コイル４１との磁気結合の結合強さが小さくなり、送電コイル３２と受電コイル４１と磁気結合の結合状態が変動するためである。したがって、このような場合には、送電コイル３２と受電コイル４１との距離をモニタリングし、送電コイル３２と受電コイル４１との距離の変化に応じて入力側インピーダンスと負荷側インピーダンスとがマッチングするように、給電コイル部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃの何れに電力を供給するかを判定しても構わない。

　また、上述した各実施形態では、インピーダンスの虚部をゼロにして無効電力の発生を抑制するために、給電コイル３１、送電コイル３２及び受電コイル４１を全て共振状態とした場合を例に説明した。しかしながら、例えば、給電コイル３１にコンデンサ３３を接続させない場合であっても、入力インピーダンスに無効電力が生じるものの、送電自体は可能であるから、送電コイル３２及び受電コイル４１のみを共振状態としても構わない。

　また、上述した各実施形態では、ワイヤレス給電システム１を、給電コイル３１、送電コイル３２及び受電コイル４１を備えている３コイルシステムの構成を例に説明したが、給電コイル３１を設けず、送電コイル３２及び受電コイル４１のみを有する２コイルシステムのワイヤレス給電システムとしてもよい。この場合には、送電コイル３２を複数の送電コイル部に分割し、各送電コイル部と受電コイル４１との相対位置を変える構成とすることで、負荷側インピーダンスを制御することができる。

　なお、送電コイル３２及び受電コイル４１から成る２コイルシステムは、負荷側インピーダンスを変動させるために、送電コイル３２の位置を移動させると、送電コイル３２のコイル軸３２ａと受電コイル４１のコイル軸とが同軸に位置せずに送電効率が低下する虞があるのに対し、給電コイル３１、送電コイル３２及び受電コイル４１から成る３コイルシステムは、給電コイル３１を介して送電コイル３２に送電することにより、送電コイル３２と受電コイル４１との位置関係を変えることなく、給電コイル３１と送電コイル３２との磁気結合の結合強さを調整することで、負荷側インピーダンスを制御することができ、良好な送電効率を維持することができる。

　また、上述した各実施形態では、ワイヤレス給電システム１を、給電コイル３１、送電コイル３２及び受電コイル４１を備えている３コイルシステムの構成を例に説明したが、受電コイル４１に加えて第２受電コイルを備えた４コイルシステムを採用したワイヤレス給電システムの構成としても良い。この場合には、受電コイル４１は、送電コイル３２とほぼ等しい共振周波数に設定され、磁界共鳴方式により電力が伝送される。受電コイル４１と第２受電コイルは非接触に配置され、電磁結合（電磁誘導）方式又は磁界共鳴方式により電力が伝送される。なお、４コイルシステムは、送電コイル３２及び受電コイル４１が、他の電気回路と独立した共振用のコイルであるため、駆動中に共振周波数が変化することがないため設計が容易であり、また電力の伝送距離を長くすることができる。

　また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

　また、上述の実施形態及び変形例の構成、方法、形状及び数値等は、本発明の精神を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

１　　：ワイヤレス給電システム
１１　：ワイヤレス送電システム
２　　：給電対象物
３　　：送電装置
３１、３１Ｉ～３１Ｋ：給電コイル
３１Ａ～３１Ｈ：給電コイル部
３１ａ～３１ｃ：（給電コイルの）コイル軸
３２　：送電コイル
３２ａ：（送電コイルの）コイル軸
３３、３４：コンデンサ
３５　：給電側共振回路
３６　：送電側共振回路
４　　：受電装置
４１　：受電コイル
４２　：コンデンサ
４３　：受電側共振回路
５　　：交流電源（電源装置）
６　　：整流回路
６１　：ダイオード
６２　：コンデンサ
７　　：ＤＣ－ＤＣコンバータ（電圧変換回路）
８　　：負荷
９　　：インピーダンスマッチング機構
９１ａ～９１ｄ：スイッチ
９２　：コントローラ
９３　：記憶部
９４　：制御部
９５　：測定部
９６　：コイル移動機構
９６ａ、９７ａ：プランジャー
９６ｂ、９７ｂ：ケース
９７　：直動機構
９８　：揺動機構
ＩＥ　：入力端

 

Claims (21)

1. 　磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システムであって、
   　送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備えている送電装置と、
   　受電コイルを含む受電側共振回路を備え、前記受電コイルが受電した電力を負荷に供給する受電装置と、
   　前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構と、
   を備えていることを特徴とするワイヤレス給電システム。
2. 　前記給電コイルは、前記送電コイルとの磁界結合における結合強さが互いに異なるように設定された複数の給電コイル部に分割され、複数の前記給電コイル部の少なくとも何れか１つに電力を供給可能に構成され、
   　前記インピーダンスマッチング機構は、複数の前記給電コイル部の少なくとも１つに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
3. 　複数の前記給電コイル部は、互いに略同軸上に配置されたコイル軸をそれぞれ備え、前記送電コイルとの距離がそれぞれ異なるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
4. 　複数の前記給電コイル部は、互いに異なる向きに設定されて、前記送電コイルのコイル軸に対する角度がそれぞれ異なるコイル軸をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
5. 　複数の前記給電コイル部は、前記送電コイルのコイル軸と略平行で且つ互いに異なる距離だけオフセットされたコイル軸をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
6. 　複数の前記給電コイル部は、略同軸上に配置されたコイル軸をそれぞれ備え、
   　各給電コイル部のコイル径及びコイル高さは、それぞれ異なるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
7. 　前記給電コイル部は、前記送電コイルに対して相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
8. 　前記給電コイルから前記送電コイルへの電力の供給は、磁界共鳴方式により行われ、
   　各給電コイル部のインダクタンス値は、略等しく設定されていることを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
9. 　前記給電コイルは、前記送電コイルとの磁界結合における結合強さがそれぞれ異なるように設定され、互いに並列に接続された複数の給電コイルであり、
   　前記インピーダンスマッチング機構は、複数の前記給電コイルの少なくとも１つに電力を供給することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
10. 　複数の前記給電コイルは、互いに略同軸上に配置されたコイル軸をそれぞれ備え、前記送電コイルとの距離がそれぞれ異なるように設定されていることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
11. 　複数の前記給電コイルは、互いに異なる向きに設定されて、前記送電コイルのコイル軸に対する角度がそれぞれ異なるコイル軸をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
12. 　複数の前記給電コイルは、前記送電コイルのコイル軸と略平行で且つ互いに異なる距離だけオフセットされたコイル軸をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
13. 　複数の前記給電コイルは、略同軸上に配置されたコイル軸をそれぞれ備え、
    　各給電コイルのコイル径及びコイル高さは、それぞれ異なるように設定されていることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
14. 　前記給電コイルは、前記送電コイルに対して相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
15. 　前記給電コイルから前記送電コイルへの電力の供給は、磁界共鳴方式により行われ、前記給電コイルのインダクタンス値は、略等しく設定されていることを特徴とする請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
16. 　前記インピーダンスマッチング機構は、前記送電コイルに対する前記給電コイルの相対位置又は姿勢の少なくとも何れか一方を変更するコイル移動機構であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
17. 　前記負荷に供給される負荷電流又は前記負荷に印可される負荷電圧を測定する測定部をさらに備え、
    　前記インピーダンスマッチング機構は、前記測定部の測定結果に応じて、インピーダンスマッチング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
18. 　前記受電装置は、前記受電装置の出力電圧を所定の電圧に変換する電圧変換回路を備え、
    　前記インピーダンスマッチング機構は、前記電圧変換回路の作動状態に応じて、前記給電コイルを前記送電コイルに対して相対移動させることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
19. 　前記送電コイルから前記受電コイルへの電力の供給は、磁界共鳴方式により行われることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
20. 　送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備えている送電装置と、
    　受電コイルを含む受電側共振回路を備え、前記受電コイルが受電した電力を負荷に供給する受電装置と、
    を備え、磁気を利用して電力を送受電するワイヤレス給電システムを用いたワイヤレス給電方法であって、
    　インピーダンスマッチング機構を用いて、前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和することを特徴とするワイヤレス給電方法。
21. 　受電装置に磁気を利用して電力を送電するワイヤレス送電システムであって、
    　送電コイルを含む送電側共振回路と、前記送電コイルと磁界結合可能に設けられ、入力端から供給される電力を前記送電コイルに送電する給電コイルと、を備え、前記電力を前記受電装置を介して負荷に送電する送電装置と、
    　前記給電コイルと前記送電コイルとの磁界結合における結合強さを変更することにより、前記送電装置の入力端から負荷側の回路のインピーダンスである負荷側インピーダンスと前記送電装置の入力端から電源装置側の回路のインピーダンスである入力側インピーダンスとの差分を緩和するインピーダンスマッチング処理を行うインピーダンスマッチング機構と、
    を備えていることを特徴とするワイヤレス送電システム。
    
     

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