JP5146488B2

JP5146488B2 - 給電システムおよび車両

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Publication number: JP5146488B2
Application number: JP2010120226A
Authority: JP
Inventors: 真士市川; 達中村; 和良高田; 定典鈴木; 慎平迫田; 幸宏山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: EP2576273A2; WO2011148254A3; EP2576273B1; CN102905930B; US8947046B2; JP2011250555A; US20130057207A1; CN102905930A; WO2011148254A8; WO2011148254A2

Description

この発明は、給電システムおよび車両に関し、特に、給電設備の送電用共鳴器と車両に搭載される受電用共鳴器とが電磁場を介して共鳴することにより給電設備から車両へ非接触で給電する給電システムおよび車両に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド自動車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した自動車や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した自動車等である。

ハイブリッド自動車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。

一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の共鳴コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することも可能である。

この共鳴法を用いて車両外部の給電設備から車両へワイヤレスで給電する給電システムとして、たとえば、特開２００９−１０６１３６号公報に開示されたものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−１０６１３６号公報

上記のような共鳴法を用いた給電システムにおいて、給電設備から車両へ効率よく給電するには、給電設備側の送電用共鳴器および車両側の受電用共鳴器によって構成される共鳴系の入力インピーダンスを、送電用共鳴器へ電力を供給する電源側のインピーダンスに整合させる必要がある。インピーダンスの整合が取れていないときは、電源装置への反射電力が大きくなり、効率のよい給電を実現することができない。

上記の特開２００９−１０６１３６号公報には、インピーダンスの具体的な調整（整合）方法については特に明記されていない。また、インピーダンスの調整に際しては、できるだけ簡易な構成で実現可能とすることが望ましい。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、共鳴法を用いた給電システムおよび車両において、効率のよい給電を簡易な構成で実現することである。

この発明によれば、給電システムは、給電設備と、給電設備から給電を受ける受電装置とを備える。給電設備は、電源装置と、送電用共鳴器と、第１の通信装置とを含む。電源装置は、所定の周波数を有する電力を発生する。送電用共鳴器は、電源装置により発生された電力を受け、車両へ非接触で送電するための電磁場を発生する。第１の通信装置は、給電設備側の電力情報を受電装置へ送信する。受電装置は、受電用共鳴器と、インピーダンス整合器と、第２の通信装置と、制御装置とを含む。受電用共鳴器は、送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から非接触で受電する。インピーダンス整合器は、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのものである。第２の通信装置は、第１の通信装置から送信される電力情報を受信する。そして、制御装置は、第２の通信装置によって受信した電力情報に基づいてインピーダンス整合器を制御する。

好ましくは、給電設備は、電源装置の反射電力を検出する検出装置をさらに含む。第１の通信装置は、反射電力の検出値を電力情報として受電装置へ送信する。制御装置は、第２の通信装置によって受信した反射電力の検出値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。

また、好ましくは、第１の通信装置は、給電設備から受電装置へ送電される予め定められた電力値を電力情報として受電装置へ送信する。制御装置は、第２の通信装置によって受信した電力値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。

好ましくは、インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含む。制御装置は、共鳴系より電源装置側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるようにインピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する。

好ましくは、受電装置は、蓄電装置と、充電器と、整流器とをさらに含む。充電器は、受電用共鳴器によって受電された電力を受けて蓄電装置を充電する。整流器は、受電用共鳴器と充電器との間に設けられる。そして、インピーダンス整合器は、受電用共鳴器と整流器との間に設けられる。

また、この発明によれば、車両は、給電設備から非接触で給電を受ける車両である。給電設備は、車両へ非接触で送電するための電磁場を送電用共鳴器により発生するとともに給電設備側の電力情報を車両へ送信する。車両は、受電用共鳴器と、インピーダンス整合器と、通信装置と、制御装置とを備える。受電用共鳴器は、送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から非接触で受電する。インピーダンス整合器は、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのものである。通信装置は、給電設備から送信される電力情報を受信する。制御装置は、通信装置によって受信した電力情報に基づいてインピーダンス整合器を制御する。

好ましくは、所定の周波数を有する電力を発生して送電用共鳴器へ供給する電源装置の反射電力が給電設備において検出されて電力情報として車両へ送信される。制御装置は、通信装置によって受信した反射電力の検出値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。

また、好ましくは、給電設備から車両へ送電される予め定められた電力値が電力情報として給電設備から車両へ送信される。制御装置は、通信装置によって受信した電力値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。

好ましくは、インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含む。制御装置は、共鳴系より電源側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるようにインピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する。

好ましくは、車両は、蓄電装置と、充電器と、整流器とをさらに備える。充電器は、受電用共鳴器によって受電された電力を受けて蓄電装置を充電する。整流器は、受電用共鳴器と充電器との間に設けられる。そして、インピーダンス整合器は、受電用共鳴器と整流器との間に設けられる。

この発明においては、給電設備側の電力情報が給電設備から受電装置へ送信される。受電装置には、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器が設けられ、給電設備から受信した電力情報に基づいてインピーダンス整合器が制御される。これにより、受電装置側のみで共鳴系のインピーダンスが調整される。したがって、この発明によれば、共鳴法を用いた給電システムおよび車両において、効率のよい給電を簡易な構成で実現することができる。

この発明の実施の形態１による給電システムの全体構成図である。共鳴法による送電に関する部分の等価回路図である。図１に示すインピーダンス整合器の回路構成の一例を示した図である。図１に示す車両ＥＣＵにより実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。図１に示す車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略構成図である。変形例における車両ＥＣＵにより実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。実施の形態２における車両ＥＣＵにより実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による給電システムの全体構成図である。図１を参照して、この給電システムは、給電設備１００と、車両２００とを備える。給電設備１００は、高周波電源装置１１０と、一次コイル１２０と、一次自己共振コイル１３０と、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１４０と、通信装置１５０とを含む。

高周波電源装置１１０は、所定の周波数を有する電力を生成して一次コイル１２０へ供給する。この高周波電源装置１１０により生成される電力は、一次自己共振コイル１３０と車両２００の二次自己共振コイル２１０との磁場共鳴により一次自己共振コイル１３０から二次自己共振コイル２１０へ非接触で送電が行なわれるための高周波電力であり、その周波数は、たとえば１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚである。

また、高周波電源装置１１０は、図示されない反射電力センサを含み、高周波電源装置１１０から一次コイル１２０への電力供給時に発生する反射電力ＲＦを反射電力センサにより検出して電源ＥＣＵ１４０へ出力する。

一次コイル１２０は、電磁誘導により一次自己共振コイル１３０と磁気的に結合するように構成され、高周波電源装置１１０から供給される高周波電力を電磁誘導によって一次自己共振コイル１３０へ供給する。

一次自己共振コイル１３０は、コイル自身のインダクタンスとキャパシタＣ１の容量とによって形成されるＬＣ共振コイルである。一次自己共振コイル１３０は、車両２００の二次自己共振コイル２１０と電磁場を介して共鳴することにより二次自己共振コイル２１０へ非接触で送電する。この一次自己共振コイル１３０は、二次自己共振コイル２１０との距離や、二次自己共振コイル２１０と共鳴する際の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル１３０と二次自己共振コイル２１０との共鳴強度を示すＱ値およびその結合度を示すκが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。なお、キャパシタＣ１を設けることなく、コイル自身の浮遊容量を一次自己共振コイル１３０の容量成分としてもよい。

電源ＥＣＵ１４０は、上述した所定の周波数を有する電力を高周波電源装置１１０が生成するように高周波電源装置１１０を制御する。また、電源ＥＣＵ１４０は、高周波電源装置１１０から反射電力ＲＦの検出値を受け、その受けた反射電力ＲＦの検出値を車両２００へ送信するように通信装置１５０へ出力する。通信装置１５０は、車両２００の通信装置２６０と無線通信を行なうための通信インターフェースであり、電源ＥＣＵ１４０から受ける反射電力ＲＦの検出値を車両２００へ送信する。

一方、車両２００は、二次自己共振コイル２１０と、二次コイル２２０と、インピーダンス整合器２３０と、負荷２４０と、車両ＥＣＵ２５０と、通信装置２６０とを含む。

二次自己共振コイル２１０は、コイル自身のインダクタンスとキャパシタＣ２の容量とによって形成されるＬＣ共振コイルである。二次自己共振コイル２１０は、給電設備１００の一次自己共振コイル１３０と電磁場を介して共鳴することにより一次自己共振コイル１３０から非接触で受電する。この二次自己共振コイル２１０も、一次自己共振コイル１３０との距離や共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値およびκが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。なお、キャパシタＣ２を設けることなく、コイル自身の浮遊容量を二次自己共振コイル２１０の容量成分としてもよい。

二次コイル２２０は、電磁誘導により二次自己共振コイル２１０と磁気的に結合するように構成され、二次自己共振コイル２１０により受電された電力を電磁誘導により取出してインピーダンス整合器２３０へ出力する。

インピーダンス整合器２３０は、二次コイル２２０と負荷２４０との間に設けられ、給電設備１００の一次コイル１２０および一次自己共振コイル１３０ならびに車両２００の二次自己共振コイル２１０および二次コイル２２０によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するための回路である。インピーダンス整合器２３０は、車両ＥＣＵ２５０によってそのインピーダンスが変更されることによって共鳴系のインピーダンスを変更することができる。このインピーダンス整合器２３０の回路構成については、後ほど説明する。

負荷２４０は、給電設備１００から電力の供給を受ける車両２００の負荷を総括的に示したものである。負荷２４０は、後述のように、たとえば、二次自己共振コイル２１０によって受電された高周波電力を整流する整流器や、整流器により整流された電力を受ける充電器、充電器によって充電される蓄電装置などを含む。

車両ＥＣＵ２５０は、負荷２４０を制御する。一例として、給電設備１００から車両２００への給電時においては、車両ＥＣＵ２５０は、負荷２４０内で受電電力を受ける充電器（図示せず）により負荷２４０内の蓄電装置（図示せず）を充電するように充電器を制御する。

また、車両ＥＣＵ２５０は、通信装置２６０によって受信された、高周波電源装置１１０の反射電力ＲＦの検出値に基づいてインピーダンス整合器２３０を制御する。より詳しくは、車両ＥＣＵ２５０は、一次コイル１２０および一次自己共振コイル１３０ならびに二次自己共振コイル２１０および二次コイル２２０によって構成される共鳴系より高周波電源装置１１０側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように、インピーダンス整合器２３０のインピーダンスを調整する。

通信装置２６０は、給電設備１００の通信装置１５０と無線通信を行なうための通信インターフェースであり、給電設備１００から受信した反射電力ＲＦの検出値を車両ＥＣＵ２５０へ出力する。

次に、共鳴法による非接触送電の原理について簡単に説明する。
図２は、共鳴法による送電に関する部分の等価回路図である。なお、この図２では、インピーダンス整合器２３０は図示されていない。図２を参照して、共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振回路が電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のＬＣ共振回路から他方のＬＣ共振回路へ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、一次コイル１２０に高周波電源装置１１０を接続し、電磁誘導により一次コイル１２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル１３０へ高周波電力を供給する。一次自己共振コイル１３０は、自身と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル２１０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル１３０から二次自己共振コイル２１０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル２１０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル２１０と磁気的に結合される二次コイル２２０によって取出され、負荷２４０へ供給される。

入力側ポートＰ１と出力側ポートＰ２との間に設けられる、一次コイル１２０、一次自己共振コイル１３０、二次自己共振コイル２１０および二次コイル２２０によって構成される共鳴系のインピーダンスは、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ供給される電力によって変化する。

そこで、再び図１を参照して、この実施の形態１では、給電設備１００から給電を受ける車両２００において、共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器２３０が設けられる。そして、高周波電源装置１１０の反射電力の検出値が給電設備１００から車両２００へ送信され、車両２００において反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置１１０側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスが調整される。より具体的には、車両２００において反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、高周波電源装置１１０の反射電力が極小になるように共鳴系のインピーダンスが調整される。

図３は、図１に示したインピーダンス整合器２３０の回路構成の一例を示した図である。図３を参照して、インピーダンス整合器２３０は、可変コンデンサ２３２，２３４と、コイル２３６とを含む。

可変コンデンサ２３２は、二次コイル２２０（図１）に並列に接続される。可変コンデンサ２３４は、負荷２４０（図１）に並列に接続される。コイル２３６は、可変コンデンサ２３２の一端と可変コンデンサ２３４の一端との間に接続され、可変コンデンサ２３２の他端と可変コンデンサ２３４の他端とは、電気的に接続される。

このインピーダンス整合器２３０では、可変コンデンサ２３２，２３４の少なくとも一方の容量を変更することによってインピーダンスが変更される。なお、可変コンデンサ２３２，２３４の少なくとも一方を非可変のもので構成してもよいし、コイル２３６を可変コイルで構成してもよい。

図４は、図１に示した車両ＥＣＵ２５０により実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。図４を参照して、車両ＥＣＵ２５０は、給電設備１００から受電中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。給電設備１００から受電中でないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、車両ＥＣＵ２５０は、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ４０へ処理を移行する。

ステップＳ１０において、給電設備１００から受電中であると判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、車両ＥＣＵ２５０は、給電設備１００における高周波電源装置１１０の反射電力の検出値を通信装置２６０によって給電設備１００から取得する（ステップＳ２０）。

そして、車両ＥＣＵ２５０は、取得した反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置１１０側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスを調整する。具体的には、車両ＥＣＵ２５０は、反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、高周波電源装置１１０の反射電力が極小になるように共鳴系のインピーダンスを調整する（ステップＳ３０）。

図５は、図１に示した車両２００の一例として示されるハイブリッド自動車の概略構成図である。図５を参照して、車両２００は、蓄電装置３１０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ３２０と、インバータ３３０，３３２と、モータジェネレータ３４０，３４２と、エンジン３５０と、動力分割装置３６０と、駆動輪３７０とを含む。また、車両２００は、二次自己共振コイル２１０と、二次コイル２２０と、インピーダンス整合器２３０と、整流器３８０と、充電器３９０と、システムメインリレーＳＭＲ２と、車両ＥＣＵ２５０と、通信装置２６０とをさらに含む。

車両２００は、エンジン３５０およびモータジェネレータ３４２を動力源として搭載する。エンジン３５０およびモータジェネレータ３４０，３４２は、動力分割装置３６０に連結される。そして、車両２００は、エンジン３５０およびモータジェネレータ３４２の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン３５０が発生する動力は、動力分割装置３６０によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪３７０へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ３４０へ伝達される経路である。

モータジェネレータ３４０は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ３４０は、動力分割装置３６０を介してエンジン３５０の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置３１０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン３５０が始動してモータジェネレータ３４０により発電が行なわれ、蓄電装置３１０が充電される。

モータジェネレータ３４２も、交流回転電機であり、モータジェネレータ３４０と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ３４２は、蓄電装置３１０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ３４０により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ３４２の駆動力は、駆動輪３７０に伝達される。

また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪３７０を介してモータジェネレータ３４２の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ３４２が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ３４２は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ３４２により発電された電力は、蓄電装置３１０に蓄えられる。

動力分割装置３６０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン３５０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ３４０の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ３４２の回転軸および駆動輪２７０に連結される。

システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置３１０と昇圧コンバータ３２０との間に配設され、車両ＥＣＵ２５０からの信号に応じて蓄電装置３１０を昇圧コンバータ３２０に電気的に接続する。昇圧コンバータ３２０は、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置３１０の出力電圧以上の電圧に昇圧する。なお、昇圧コンバータ３２０は、たとえば直流チョッパ回路から成る。インバータ３３０，３３２は、それぞれモータジェネレータ３４０，３４２を駆動する。なお、インバータ３３０，３３２は、たとえば三相ブリッジ回路から成る。

二次自己共振コイル２１０および二次コイル２２０は、図１や図２で説明したとおりである。また、インピーダンス整合器２３０は、図１や図３で説明したとおりである。整流器３８０は、二次コイル２２０によって取出された交流電力を整流する。システムメインリレーＳＭＲ２は、整流器３８０と蓄電装置３１０との間に配設され、車両ＥＣＵ２５０からの信号に応じて整流器３８０を蓄電装置３１０に電気的に接続する。

車両ＥＣＵ２５０は、走行モード時、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をそれぞれオン，オフにする。そして、車両ＥＣＵ２５０は、車両の走行時、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ３２０およびモータジェネレータ３４０，３４２を駆動するための信号を生成し、その生成した信号を昇圧コンバータ３２０およびインバータ３３０，３３２へ出力する。

また、給電設備１００（図１）から車両２００への給電が行なわれるとき、車両ＥＣＵ２５０は、システムメインリレーＳＭＲ２をオンにする。これにより、二次自己共振コイル２１０によって受電された電力が蓄電装置３１０へ供給される。そして、給電設備１００から車両２００への給電時、車両ＥＣＵ２５０は、充電器３９０を制御するとともに、インピーダンス整合器２３０を制御することによって共鳴系のインピーダンスを上述のように調整する。

なお、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をともにオンさせることによって、車両の走行中に給電設備１から受電することも可能である。

なお、二次自己共振コイル２１０からみて整流器３８０以降の各機器によって、図１に示した負荷２４０が構成される。

以上のように、この実施の形態１においては、高周波電源装置１１０の反射電力の検出値が給電設備１００から車両２００へ送信される。車両２００には、給電設備１００の一次コイル１２０および一次自己共振コイル１３０ならびに車両２００の二次自己共振コイル２１０および二次コイル２２０によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器２３０が設けられ、給電設備１００から受信した反射電力の検出値に基づいてインピーダンス整合器２３０が制御される。これにより、車両２００側のみで共鳴系のインピーダンスが調整される。したがって、この実施の形態１によれば、効率のよい給電を簡易な構成で実現することができる。

［変形例］
上記の実施の形態１においては、高周波電源装置１１０の反射電力の検出値を給電設備１００から車両２００へ送信し、車両２００において受信された反射電力の検出値に基づいて共鳴系のインピーダンスを調整するものとした。

ところで、上述したように、共鳴系のインピーダンスは、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ供給される電力によって変化する。これは、言い換えると、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ供給される電力に応じて共鳴系のインピーダンスは変化し、すなわち、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ供給される電力に応じて共鳴系の最適なインピーダンスが変化する。

そこで、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ送電される電力が分かっていれば、その電力値を給電設備１００から車両２００へ送信し、車両２００においてその電力値に基づいて共鳴系のインピーダンスを調整してもよい。

この変形例による給電システムの全体構成は、図１に示した実施の形態１による給電システムと同じである。

図６は、この変形例における車両ＥＣＵ２５０により実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。図６を参照して、給電設備１００から受電中であると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ２５０は、給電設備１００から車両２００へ送電される電力値を通信装置２６０によって給電設備１００から取得する（ステップＳ１２０）。すなわち、この変形例においては、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ送電される予め定められた電力値が給電設備１００から車両２００へ送信され、車両２００の通信装置２６０によってその電力値が受信される。

そして、車両ＥＣＵ２５０は、その取得した電力値に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、共鳴系のインピーダンスを調整する（ステップＳ１３０）。より詳しくは、車両ＥＣＵ２５０は、給電設備１００から取得した電力値に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置１１０側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスを調整する。

上述のように、共鳴系のインピーダンスは、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ供給される電力によって変化する。そこで、一例として、高周波電源装置１１０から負荷２４０へ送電される電力に応じてインピーダンス整合器２３０によるインピーダンスの調整量を予め決定しておき、給電設備１００から取得した電力値に基づいてインピーダンス整合器２３０を制御することによって共鳴系のインピーダンスを調整することができる。

以上のように、この変形例によっても、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。

［実施の形態２］
上記の実施の形態１および変形例においては、給電設備１００側の電力情報（実施の形態１においては、反射電力の検出値、変形例においては、給電設備１００から車両へ送電される電力値）に基づいて共鳴系のインピーダンスを調整するものとした。この実施の形態２では、給電設備１００から車両２００へ供給される電力を一定とし、車両２００の負荷２４０（図１）の受電電力に基づいて共鳴系のインピーダンスが調整される。

この実施の形態２による給電システムの全体構成は、図１に示した実施の形態１による給電システムと基本的に同じであるが、給電設備１５０の通信装置１５０および車両２００の通信装置２６０は設けなくてもよい。

図７は、実施の形態２における車両ＥＣＵ２５０により実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。図７を参照して、給電設備１００から受電中であると判定されると（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ２５０は、負荷２４０（図１）の受電電力を検出する（ステップＳ２２０）。一例として、充電器３９０（図５）において電力が検出され、その検出値が車両ＥＣＵ２５０へ出力される。

そして、車両ＥＣＵ２５０は、検出された負荷２４０の受電電力に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置１１０側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスを調整する。具体的には、車両ＥＣＵ２５０は、負荷２４０の受電電力に基づきインピーダンス整合器２３０を制御することによって、負荷２４０の受電電力が極大となるように共鳴系のインピーダンスを調整する（ステップＳ２３０）。

以上のように、この実施の形態２によっても、車両２００側のみで共鳴系のインピーダンスを調整できるので、効率のよい給電を簡易な構成で実現することができる。

なお、上記の実施の形態１および変形例においては、通信装置１５０，２６０を用いて給電設備１００から車両２００へ電力情報を送信するものとしたが、給電設備１００から車両２００へ送出される電力に電力情報を信号として重畳することによって給電設備１００から車両２００へ電力情報を送信することも可能である。

また、上記の各実施の形態においては、一次コイル１２０を用いて電磁誘導により一次自己共振コイル１３０への給電を行ない、二次コイル２２０を用いて電磁誘導により二次自己共振コイル２１０から電力を取出すものとしたが、一次コイル１２０を設けることなく高周波電源装置１１０から一次自己共振コイル１３０へ直接給電し、二次コイル２２０を設けることなく二次自己共振コイル２１０から電力を直接取出してもよい。

また、上記においては、一対の自己共振コイルを共鳴させることによって送電するものとしたが、共鳴器として一対の自己共振コイルに代えて一対の高誘電体ディスクを用いてもよい。高誘電体ディスクは、高誘電率材から成り、たとえばＴｉＯ₂やＢａＴｉ₄Ｏ₉、ＬｉＴａＯ₃等が用いられる。

また、上記においては、車両２００の一例として、動力分割装置３６０によりエンジン３５０の動力を分割して駆動輪３７０とモータジェネレータ３４０とに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド自動車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド自動車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータ３４０を駆動するためにのみエンジン３５０を用い、モータジェネレータ３４２でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車や、エンジン３５０が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド自動車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド自動車などにもこの発明は適用可能である。また、この発明は、エンジン３５０を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置３１０に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。

なお、上記において、車両２００は、この発明における「受電装置」の一実施例に対応し、高周波電源装置１１０は、この発明における「電源装置」の一実施例に対応する。また、一次自己共振コイル１３０および一次コイル１２０は、この発明における「送電用共鳴器」の一実施例を形成し、二次自己共振コイル２１０および二次コイル２２０は、この発明における「受電用共鳴器」の一実施例を形成する。さらに、通信装置１５０，２６０は、それぞれこの発明における「第１の通信装置」および「第２の通信装置」の一実施例に対応し、車両ＥＣＵ２５０は、この発明における「制御装置」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００給電設備、１１０高周波電源装置、１２０一次コイル、１３０一次自己共振コイル、１４０電源ＥＣＵ、１５０，２６０通信装置、２１０二次自己共振コイル、２２０二次コイル、２３０インピーダンス整合器、２３２，２３４可変コンデンサ、２３６コイル、２４０負荷、２５０車両ＥＣＵ、３１０蓄電装置、３２０昇圧コンバータ、３３０，３３２インバータ、３４０，３４２モータジェネレータ、３５０エンジン、３６０動力分割装置、３７０駆動輪、３８０整流器、３９０充電器、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２システムメインリレー。

Claims

給電設備と、
前記給電設備から給電を受ける受電装置とを備え、
前記給電設備は、
所定の周波数を有する電力を発生する電源装置と、
前記電源装置により発生された電力を受け、前記受電装置へ非接触で送電するための電磁場を発生する送電用共鳴器と、
前記給電設備側の電力情報を前記受電装置へ送信する第１の通信装置とを含み、
前記受電装置は、
前記送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から非接触で受電する受電用共鳴器と、
前記受電用共鳴器によって受電された電力を受ける蓄電装置と、
前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器と、
前記第１の通信装置から送信される前記電力情報を受信する第２の通信装置と、
前記第２の通信装置によって受信した前記電力情報に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する制御装置とを含み、
前記第１の通信装置は、前記給電設備から前記受電装置へ送電される予め定められた電力値を前記電力情報として前記受電装置へ送信し、
前記制御装置は、前記給電設備から前記受電装置へ送電される電力と前記インピーダンスの調整量との予め定められた関係を用いて、前記第２の通信装置によって受信された前記電力値に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する、給電システム。
前記インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含み、
前記制御装置は、前記共鳴系より前記電源装置側のインピーダンスに前記共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する、請求項１に記載の給電システム。
前記受電装置は、
前記受電用共鳴器によって受電された電力を受けて前記蓄電装置を充電する充電器と、
前記受電用共鳴器と前記充電器との間に設けられる整流器とをさらに含み、
前記インピーダンス整合器は、前記受電用共鳴器と前記整流器との間に設けられる、請求項１または２に記載の給電システム。
給電設備から非接触で給電を受ける車両であって、前記給電設備は、前記車両へ非接触で送電するための電磁場を送電用共鳴器により発生するとともに前記給電設備側の電力情報を前記車両へ送信し、
前記送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から非接触で受電する受電用共鳴器と、
前記受電用共鳴器によって受電された電力を受ける蓄電装置と、
前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器と、
前記給電設備から送信される前記電力情報を受信する通信装置と、
前記通信装置によって受信した前記電力情報に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する制御装置とを備え、
前記給電設備から前記車両へ送電される予め定められた電力値が前記電力情報として前記給電設備から前記車両へ送信され、
前記制御装置は、前記給電設備から前記車両へ送電される電力と前記インピーダンスの調整量との予め定められた関係を用いて、前記通信装置によって受信された前記電力値に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する、車両。
前記インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含み、
前記制御装置は、前記共鳴系より電源側のインピーダンスに前記共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する、請求項４に記載の車両。
前記受電用共鳴器によって受電された電力を受けて前記蓄電装置を充電する充電器と、
前記受電用共鳴器と前記充電器との間に設けられる整流器とをさらに備え、
前記インピーダンス整合器は、前記受電用共鳴器と前記整流器との間に設けられる、請求項４または５に記載の車両。