JP5700133B2 - 非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電システム - Google Patents

Description

この発明は、非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電システムに関する。

近年、地球温暖化防止のため、車両外部からバッテリに充電可能に構成した電気自動車やプラグインハイブリッド自動車の開発が進められ、実用化段階に入っている。そして、充電時の手間軽減のため、外部電源と車両との接続を自動で実行する技術も検討されている。

特開平９−２１５２１１号公報（特許文献１）は、簡単に電気自動車の充電をすることができる電気自動車用充電システムを開示する。この充電システムは、駐車場の床面に設けられた凹所に電磁誘導の一次コイルを移動可能に支持するコイル移動装置が設けられている。

特開平９−２１５２１１号公報 特開２０１０−２４６３４８号公報 特開２０１０−１４１９７６号公報 特開平９−２１３３７８号公報 国際公開第２０１０／１３１３４６号パンフレット

上記文献では、電磁誘導等によって非接触送受電を行なう場合に磁気センサを使用しており、一次コイルを磁気センサとして使用する場合については簡単に述べられているだけで具体的な検討はされていない。

また近年、非接触で電気エネルギーを伝送可能にする技術として、磁界共鳴方式を用いたエネルギー伝送が注目されている。磁気共鳴方式では、電磁誘導方式よりも送電部と受電部との距離が大きい場合でも送電可能であることが知られている。このような磁気共鳴方式でエネルギー伝送を行なう場合の位置合わせ方法については上記文献では検討されていない。

たとえば、携帯型機器などのような重量が小さく位置合わせが容易である非接触受電装置については検討する必要はあまりないが、送受電部の位置合わせが容易でない車両などに適用する場合には多少の位置ズレは許容する必要がある。むしろ、位置ズレをある程度許容しつつ位置ズレしても効率が低下しないようにシステムを構築する必要がある。

この発明の目的は、送電装置と受電装置の位置合わせを行なう際に、送電装置と受電装置の位置ズレの許容量が拡大された非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電システムを提供することである。

この発明は、ある局面では、送電装置から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置である。送電装置は、送電部と、送電部に交流電力を供給する電源部とを含む。非接触受電装置は、送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、受電部と送電部との位置合わせを行なう制御部とを備える。制御部は、送電部と受電部とを所定の位置に配置する第１の調整と、第１の調整で配置された位置よりも受電効率が良くなる位置に送電部と受電部とを配置する第２の調整とを行ない、第１の調整の際に受電部が受電可能な受電範囲が、第２の調整の際に受電部が受電可能な受電範囲よりも広範囲となるように送電部または受電部のパラメータを設定する。

好ましくは、制御部は、受電部と送電部との位置ずれによるズレ量が所定値以内となるまでは、送電部から受電部への伝送効率が第１特性を示すように送電部または受電部のパラメータを設定し、ズレ量が所定値以内になった後は、送電部から受電部への伝送効率が第１特性よりも狭い範囲で位置ズレに対する感度が向上する第２特性を示すように送電部または受電部のパラメータを設定する。

より好ましくは、第１特性は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、伝送効率がピークを示す特性である。第２特性は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致した状態に配置された場合に伝送効率のピークを示す特性である。

より好ましくは、送電装置または非接触受電装置は、送電部または受電部の特性を変更するためのインピーダンス調整部をさらに含む。制御部は、インピーダンス調整部に伝送効率を第１特性から第２特性に切り替える指示を行なう。

好ましくは、送電装置は、送電部の位置を移動させる位置合わせ機構をさらに備える。制御部は、位置合わせ機構に対して、送電部の位置を車両の進行方向に移動させて調整した後に車両の左右方向に移動させて調整するように指示を行なう。

好ましくは、受電部は、送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。

好ましくは、受電部と送電部との結合係数は、０．１以下である。
好ましくは、送電部は、受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、受電部に電力を送電する。

この発明は、他の局面では、受電装置に対して非接触で電力を送電するための非接触送電装置である。受電装置は、受電部と、受電部から電力を受ける電気負荷装置とを含む。非接触送電装置は、受電部に非接触で電力を送電可能な送電部と、送電部に交流電力を供給する電源部と、受電部と送電部との位置合わせを行なう制御部とを備える。制御部は、送電部と受電部とを所定の位置に配置する第１の調整と、第１の調整で配置された位置よりも受電効率が良くなる位置に送電部と受電部とを配置する第２の調整とを行ない、第１の調整の際に受電部が受電可能な受電範囲が、第２の調整の際に受電部が受電可能な受電範囲よりも広範囲となるように送電部または受電部のパラメータを設定する。

好ましくは、制御部は、受電部と送電部の位置ずれによるズレ量が所定値以内となるまでは、送電部から受電部への伝送効率が第１特性を示すように送電部または受電部のパラメータを設定し、ズレ量が所定値以内になった後は、送電部から受電部への伝送効率が第１特性よりも狭い範囲で位置ズレに対する感度が向上する第２特性を示すように送電部または受電部のパラメータを設定する。

より好ましくは、第１特性は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、伝送効率がピークを示す特性である。第２特性は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致した状態に配置された場合に伝送効率のピークを示す特性である。

より好ましくは、非接触送電装置または受電装置は、送電部または受電部の特性を変更するためのインピーダンス調整部をさらに含む。制御部は、インピーダンス調整部に伝送効率を第１特性から第２特性に切り替える指示を行なう。

好ましくは、非接触送電装置は、送電部の位置を移動させる位置合わせ機構をさらに備える。制御部は、位置合わせ機構に対して、送電部の位置を車両の進行方向に移動させて調整した後に車両の左右方向に移動させて調整するように指示を行なう。

好ましくは、送電部は、受電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。

好ましくは、受電部と送電部との結合係数は、０．１以下である。
好ましくは、受電部は、受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、送電部から電力を受電する。

この発明は、さらに他の局面では、非接触送受電システムであって、非接触送電装置と、非接触送電装置から転送される電力を非接触で受電するための非接触受電装置とを備える。非接触送電装置は、送電部と、送電部に交流電力を供給する電源部とを含む。非接触受電装置は、送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、受電部で受電された電力を使用する電気負荷装置とを含む。非接触送受電システムは、受電部と送電部との位置合わせを行なう制御部をさらに備える。制御部は、送電部と受電部とを所定の位置に配置する第１の調整と、第１の調整で配置された位置よりも受電効率が良くなる位置に送電部と受電部とを配置する第２の調整とを行ない、第１の調整の際に受電部が受電可能な受電範囲が、第２の調整の際に受電部が受電可能な受電範囲よりも広範囲となるように送電部または受電部のパラメータを設定する。

本発明によれば、送電装置と受電装置の位置合わせを行なう際に送電部と受電部にある程度位置ズレが発生しても極端な受電効率低下をおこさないようにすることができ、位置合わせに受電部による受電電圧の変化を使用することが可能となる。

この発明の実施の形態である電力送受電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。 送電装置と受電装置との間の固有周波数のズレと効率の関係を示す図である。 図１に示した電力送受電システム１０の詳細構成図である。 受電部１１０と送電部２２０の間の位置ズレおよび位置合わせについて説明するための図である。 車両が駐車される際の状態を受電部の上空から見た図である。 位置ズレ量と二次側受電電圧との関係を示す送受電特性が整合器の状態によってどのように変更されるかを説明するための図である。 整合器状態Ｐ１における受電電圧しきい値の設定について説明するための図である。 受電部と送電部との位置合わせ時に車両および送電装置で実行される制御を説明するためのフローチャート（前半部）である。 受電部と送電部との位置合わせ時に車両および送電装置で実行される制御を説明するためのフローチャート（後半部）である。 受電電圧ピークが２つの状態のままで細かい位置合わせをする場合の例を説明するための図である。 位置ずれについて説明するための共鳴コイルの第１配置例を示す図である。 位置ずれについて説明するための共鳴コイルの第２配置例を示す図である。

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。

図１は、この発明の実施の形態である電力送受電システムの全体構成図である。
図１を参照して、電力送受電システム１０は、車両１００と、送電装置２００とを含む。車両１００は、受電部１１０と、通信部１６０とを含む。

受電部１１０は、車体底面に設置され、送電装置２００の送電部２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電部１１０は、後に説明する自己共振コイル（共鳴コイルともいう）を含み、送電部２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電部２２０から非接触で受電する。通信部１６０は、車両１００と送電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

送電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電部２２０と、通信部２３０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえばコネクタ２１２を介して供給される商用交流電力を高周波の電力に変換して送電部２２０へ出力する。

送電部２２０は、たとえば駐車場の床面に設置され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電部１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電部２２０は、自己共振コイルを含み、この自己共振コイルが受電部１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電部１１０へ非接触で送電する。通信部２３０は、送電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

ここで、送電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００の受電部１１０と送電装置２００の送電部２２０との位置合わせを行なう必要がある。すなわち、車両１００は、位置合わせが簡単ではない。携帯型機器では、ユーザが手で持ち上げて充電器等の給電ユニットの適切な位置に置くことが簡単に行える。しかし、車両は、ユーザが車両を操作し適切な位置に車両を停車させる必要があり、手で持ち上げて位置を調整するというわけにはいかない。

そこで、送電部２２０は、収納部２１５に収納され、収納部２１５の内部で図示しない位置合わせ機構によって車両進行方向および車両左右方向に移動可能に支持されている。この位置合わせ機構によって送電部２２０の位置を受電部１１０に合わせることによって、送電効率よく車両に対して給電を行なうことが可能となる。

車両への送電を行なう場合に電磁誘導を使用すると、受電部１１０に送電部２２０を密着させる必要があるので、送電部２２０の構造がより複雑になる。そこで、送電部２２０と受電部１１０の距離が離れていても送電が可能なように電磁界による共鳴方式を採用するのが好ましい。この場合、収納部２１５は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックＦｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂等の共鳴系への影響が少ない材質とすることが好ましい。

電磁界による共鳴方式は、送信距離が数ｍであっても比較的大電力を送信することが可能であり、位置ずれに対する許容度も電磁誘導方式よりも一般的に大きいと言われている。このため、この実施の形態による電力送受電システム１０では、共鳴法を用いて送電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。

なお、本実施の形態に係る電力送受電システムにおいては、送電部の固有周波数と、受電部の固有周波数とは、同じ固有周波数とされている。

「送電部の固有周波数」とは、送電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、「送電部の共振周波数」とは、送電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路で、制動力または電気抵抗をゼロとしたときの固有周波数を意味する。

同様に、「受電部の固有周波数」とは、受電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。また、「受電部の共振周波数」とは、受電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路で、制動力または電気抵抗をゼロとしたときの固有周波数を意味する。

本明細書において、「同じ固有周波数」とは、完全に同じ場合だけでなく、固有周波数が実質的に同じ場合も含む。「固有周波数が実質的に同じ」とは、送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差が送電部の固有周波数または受電部の固有周波数の１０％以内の場合を意味する。

図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
図２を参照して、この共鳴法では、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共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０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３３０から二次自己共振コイル３４０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３４０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３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。

また、本実施の形態に係る電力送受電システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共鳴（共振）させることで送電部から受電部に電力を送電しており、送電部と受電部との間の結合係数（κ）は、０．１以下である。なお、一般的に電磁誘導を利用した電力伝送では、送電部と受電部と間の結合係数（κ）は１．０に近いものとなっている。

なお、図１との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図１の受電部１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図１の送電部２２０に対応する。

本実施の形態に係る電力送受電システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共鳴させることで送電部から受電部に電力を送電させている。このような電力伝送における送電部と受電部との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」または「電界（電場）共振結合」という。

「電磁界（電磁場）共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電界（電場）共振結合」のいずれも含む結合を意味する。

本明細書中で説明した送電部と受電部とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部と受電部とは主に、磁界（磁場）によって結合しており、送電部と受電部とは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。

なお、送電部と受電部として、たとえば、メアンダラインなどのアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送電部と受電部とは主に、電界（電場）によって結合している。このときには、送電部と受電部とは、「電界（電場）共振結合」している。

図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
図３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。

この中でも波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域があるが、共鳴法では、この近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。

図４および図５を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図４は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図５は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。

図４を参照して、電力伝送システム８９は、送電部９０と、受電部９１とを含む。送電部９０は、第１コイル９２と、第２コイル９３とを含む。第２コイル９３は、共振コイル９４と、共振コイル９４に接続されたキャパシタ９５とを含む。受電部９１は、第３コイル９６と、第４コイル９７とを含む。第３コイル９６は、共振コイル９９と、この共振コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。

共振コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。また、共振コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、第２コイル９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、第３コイル９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。

ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）^1/2｝・・・（１）
ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）^1/2｝・・・（２）
ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図５に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル９４および共振コイル９９の相対的な位置関係は固定とし、さらに、第２コイル９３に供給される電流の周波数は一定である。

図５に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数での電力伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記の式（３）によって示される。

（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図５からも明らかなように、固有周波数のズレ（％）が０％の場合には、電力伝送効率は１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は４０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は１０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は５％程度となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、第３コイル９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が第３コイル９６の固有周波数の５％以下となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。

図６は、図１に示した電力送受電システム１０の詳細構成図である。図６を参照して、車両１００は、受電部１１０および通信部１６０に加えて、整流器１８０と、充電リレー（ＣＨＲ）１７０と、蓄電装置１９０と、システムメインリレー（ＳＭＲ）１１５と、パワーコントロールユニットＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、制御装置である車両ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３００と、電流センサ１７１と、電圧センサ１７２とを含む。受電部１１０は、二次自己共振コイル１１１と、コンデンサ１１２と、二次コイル１１３とを含む。

なお、本実施の形態においては、車両１００として電気自動車を例として説明するが、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行が可能な車両であれば車両１００の構成はこれに限られない。車両１００の他の例としては、エンジンを搭載したハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車などが含まれる。

二次自己共振コイル１１１は、送電装置２００に含まれる一次自己共振コイル２２１から、電磁場を用いて電磁共鳴により受電する。

この二次自己共振コイル１１１については、送電装置２００の一次自己共振コイル２２１との距離や、一次自己共振コイル２２１および二次自己共振コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２２１と二次自己共振コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値が大きくなり（たとえば、Ｑ＞１００）、その結合度を示す結合係数（κ）等が小さく（たとえば０．１以下）となるようにその巻数やコイル間距離が適宜設定される。

コンデンサ１１２は、二次自己共振コイル１１１の両端に接続され、二次自己共振コイル１１１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ１１２の容量は、二次自己共振コイル１１１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、二次自己共振コイル１１１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ１１２が省略される場合がある。

二次コイル１１３は、二次自己共振コイル１１１と同軸上に設けられ、電磁誘導により二次自己共振コイル１１１と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１３は、二次自己共振コイル１１１により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１８０へ出力する。

整流器１８０は、二次コイル１１３から受ける交流電力を整流し、その整流された直流電力を、ＣＨＲ１７０を介して蓄電装置１９０に出力する。整流器１８０としては、たとえば、ダイオードブリッジおよび平滑用のコンデンサ（いずれも図示せず）を含む構成とすることができる。整流器１８０として、スイッチング制御を用いて整流を行なう、いわゆるスイッチングレギュレータを用いることも可能であるが、整流器１８０が受電部１１０に含まれる場合もあり、発生する電磁場に伴うスイッチング素子の誤動作等を防止するために、ダイオードブリッジのような静止型の整流器とすることがより好ましい。

なお、本実施の形態においては、整流器１８０により整流された直流電力が蓄電装置１９０へ直接出力される構成としているが、整流後の直流電圧が、蓄電装置１９０が許容できる充電電圧と異なる場合には、整流器１８０と蓄電装置１９０との間に、電圧変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）が設けられてもよい。

整流器１８０の出力部分には、直列に接続された位置検出用の負荷抵抗１７３とリレー１７４とが接続されている。送電部２２０と受電部１１０との位置合わせが完了するまでは、送電装置２００から車両へはテスト用信号として微弱な電力が送電される。また、リレー１７４は車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御され、位置合わせ時にはリレー１７４は導通状態とされる。

電圧センサ１７２は、整流器１８０と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線対間に設けられる。電圧センサ１７２は、整流器１８０の二次側の直流電圧、すなわち送電装置２００から受電した受電電圧を検出し、その検出値ＶＣを車両ＥＣＵ３００に出力する。車両ＥＣＵ３００は、電圧ＶＣによって受電効率を判断し、通信部１６０を経由して送電装置に位置合わせ指令を出力する。

電流センサ１７１は、整流器１８０と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線に設けられる。電流センサ１７１は、蓄電装置１９０への充電電流を検出し、その検出値ＩＣを車両ＥＣＵ３００へ出力する。

ＣＨＲ１７０は、整流器１８０と蓄電装置１９０とに電気的に接続される。ＣＨＲ１７０は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２により制御され、整流器１８０から蓄電装置１９０への電力の供給と遮断とを切換える。

蓄電装置１９０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１９０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１９０は、ＣＨＲ１７０を介して整流器１８０と接続される。蓄電装置１９０は、受電部１１０で受電され整流器１８０で整流された電力を蓄電する。また、蓄電装置１９０は、ＳＭＲ１１５を介してＰＣＵ１２０とも接続される。蓄電装置１９０は、車両駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０へ供給する。さらに、蓄電装置１９０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１９０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１９０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１９０の電圧ＶＢおよび入出力される電流ＩＢを検出するための電圧センサおよび電流センサが設けられる。これらの検出値は、車両ＥＣＵ３００へ出力される。車両ＥＣＵ３００は、この電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて、蓄電装置１９０の充電状態（「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）」とも称される。）を演算する。

ＳＭＲ１１５は、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線に介挿される。そして、ＳＭＲ１１５は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータやインバータを含む。コンバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１９０からの電圧を変換する。インバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１９０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１９０を充電することも可能である。

通信部１６０は、上述のように、車両１００と送電装置２００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部１６０は、車両ＥＣＵ３００からの、蓄電装置１９０についてのＳＯＣを含むバッテリ情報ＩＮＦＯを送電装置２００へ出力する。また、通信部１６０は、送電装置２００からの送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを送電装置２００へ出力する。

車両ＥＣＵ３００は、いずれも図６には図示しないがＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

車両ＥＣＵ３００は、ユーザの操作などによる充電開始信号ＴＲＧを受けると、所定の条件が成立したことに基づいて、送電の開始を指示する信号ＳＴＲＴを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。また、車両ＥＣＵ３００は、蓄電装置１９０が満充電になったこと、またはユーザによる操作などに基づいて、送電の停止を指示する信号ＳＴＰを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。

送電装置２００は、電源装置２１０と、送電部２２０と、送電部２２０の位置を変更する位置合わせ機構２１６とを含む。位置合わせ機構２１６と送電部２２０とは、図１に示した収納部２１５に収容されている。

電源装置２１０は、通信部２３０に加えて、制御装置である送電ＥＣＵ２４０と、電源部２５０と、整合器２６０とをさらに含む。また、送電部２２０は、一次自己共振コイル２２１と、コンデンサ２２２と、一次コイル２２３とを含む。

電源部２５０は、送電ＥＣＵ２４０からの制御信号ＭＯＤによって制御され、商用電源などの交流電源から受ける電力を高周波の電力に変換する。そして、電源部２５０は、その変換した高周波電力を、整合器２６０を介して一次コイル２２３へ供給する。

整合器２６０は、送電装置２００と車両１００との間のインピーダンスをマッチングさせるための回路である。整合器２６０は、インダクタ２６１と可変コンデンサ２６２，２６３とを含んで構成される。整合器２６０は、車両１００から送信されるバッテリ情報ＩＮＦＯの基づいて送電ＥＣＵ２４０から与えられる制御信号ＡＤＪにより制御され、送電装置２００のインピーダンスが車両１００側のインピーダンスに合致するように可変コンデンサが調整される。また、整合器２６０は、インピーダンス調整が完了したことを示す信号ＣＯＭＰを送電ＥＣＵ２４０へ出力する。

なお、図６には、送電側に整合器２６０を設け、受電側には整合器を設けていないが、整合器を受電側と送電側の両方に設ける構成としたり、整合器を受電側のみに設ける構成としたりしても良い。

一次自己共振コイル２２１は、車両１００の受電部１１０に含まれる二次自己共振コイル１１１へ、電磁共鳴により電力を転送する。

一次自己共振コイル２２１については、車両１００の二次自己共振コイル１１１との距離や、一次自己共振コイル２２１および二次自己共振コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２２１と二次自己共振コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値が大きくなり（たとえば、Ｑ＞１００）、その結合度を示すκ等が小さく（たとえば０．１以下）となるようにその巻数やコイル間距離が適宜設定される。

コンデンサ２２２は、一次自己共振コイル２２１の両端に接続され、一次自己共振コイル２２１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ２２２の容量は、一次自己共振コイル２２１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、一次自己共振コイル２２１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ２２２が省略される場合がある。

一次コイル２２３は、一次自己共振コイル２２１と同軸上に設けられ、電磁誘導により一次自己共振コイル２２１と磁気的に結合可能である。一次コイル２２３は、整合器２６０を介して供給された高周波電力を、電磁誘導によって一次自己共振コイル２２１に伝達する。

通信部２３０は、上述のように、送電装置２００と車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部２３０は、車両１００側の通信部１６０から送信されるバッテリ情報ＩＮＦＯ、ならびに、送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ２４０へ出力する。

さらに、通信部２３０は、車両ＥＣＵ３００が電圧ＶＣによって受電効率の増減を判断した結果に基づく位置合わせ指令を送電ＥＣＵ２４０に出力する。送電ＥＣＵ２４０は、位置合わせ指令に基づいて位置合わせ機構２１６を制御して、送電部２２０の車両前後方向および車両左右方向の位置を変更する。

また、通信部２３０は、整合器２６０からのインピーダンス調整が完了したことを示す信号ＣＯＭＰを送電ＥＣＵ２４０から受け、それを車両１００側へ出力する。

送電ＥＣＵ２４０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、電源装置２１０における各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

なお、送電装置２００から車両１００への電力伝送については、図４，５で説明した送電部９０および受電部９１についての関係が成立する。図６の電力伝送システムにおいては、送電部２２０の固有周波数と、受電部１１０の固有周波数との差は、送電部２２０の固有周波数または受電部１１０の固有周波数の±１０％以下である。このような範囲に送電部２２０および受電部１１０の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができる。一方、上記の固有周波数の差が±１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％よりも小さくなり、電力伝送時間が長くなるなどの弊害が生じる。

なお、送電部２２０（受電部１１０）の固有周波数とは、送電部２２０（受電部１１０）を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送電部２２０（受電部１１０）を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を零としたときの固有周波数は、送電部２２０（受電部１１０）の共振周波数とも称される。

送電部２２０および受電部１１０は、送電部２２０と受電部１１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部２２０と受電部１１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、非接触で電力を授受する。送電部２２０と受電部１１０との結合係数κは０．１以下であり、送電部２２０と受電部１１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部２２０から受電部１１０へ電力が伝送される。

図７は、受電部１１０と送電部２２０の間の位置ズレおよび位置合わせについて説明するための図である。

図７を参照して、受電部１１０と送電部２２０の間の水平位置ズレ距離Ｄ１は、受電部１１０の中心軸と送電部２２０の中心軸の水平距離である。そして、水平位置ズレ距離Ｄ１をゼロに近づけるように図６の位置合わせ機構２１６によって送電部２２０の位置が収納部２１５の内部で調整される。

図８は、車両が駐車される際の状態を受電部の上空から見た図である。
図８を参照して、図６の位置合わせ機構２１６は、送電部２２０の位置を収納部２１５の内部で車両前後方向Ａ１および車両左右方向Ａ２に移動させることが可能に構成される。位置合わせ機構２１６は、公知の種々の機構を用いることができ、たとえば特開平９−２１５２１１号公報に記載されたようないわゆるＸ−Ｙテーブルなどを使用することができる。なお、特に限定されないが、車両前後方向Ａ１の調整範囲を車両左右方向Ａ２の調整範囲よりも大きくすることが好ましい。

しかし、図７に示した水平位置ズレ距離Ｄ１がゼロに近いことを前提に送電部や受電部の特性を定めると、車両の駐車位置が大きくずれていた場合に位置合わせ検出用のテスト信号の受電効率の低下が大きく、位置合わせが困難となる。実際には水平位置ズレ距離Ｄ１がゼロに近い位置に駐車されるよりも、水平位置ズレ距離Ｄ１がある程度大きい状態に駐車がされるほうが可能性が高い。

そこで、本実施の形態では、位置合わせ開始時には位置ズレ距離Ｄ１がある程度大きいことを前提として送電部や受電部の送受電特性の設定を行ない、位置ズレ距離Ｄ１がある範囲に収まったことを前提に送受電特性の設定を変更する。送受電特性の変更は、整合器２６０によって行なうことが可能である。

図９は、位置ズレ量と二次側受電電圧との関係を示す送受電特性が整合器の状態によってどのように変更されるかを説明するための図である。

図９を参照して、整合器状態Ｐ２においては、位置ズレ量が０であるときに二次側受電電圧ＶＣがピーク電圧Ｖ１を示す。しかし、位置ズレ量が０からずれると急激に二次側受電電圧ＶＣはゼロに向けて減少する。

これに対して、整合器状態Ｐ１では、位置ズレ量が０であるときには二次側受電電圧ＶＣはピークを示さず電圧Ｖ２に低下しているが、位置ズレ量が０より少しずれた２点でピークを示す。このピーク電圧は電圧Ｖ２より高く電圧Ｖ１より低い。

しかし、位置ズレ量が＋Ｘおよび−Ｘである場合には、整合器状態Ｐ２では二次側受電電圧ＶＣは電圧Ｖ４と低くなっているのに対し、整合器状態Ｐ１では二次側受電電圧ＶＣは電圧Ｖ３を示す。

したがって、位置ズレ量が−Ｘ〜＋Ｘの範囲外である場合には、整合器状態Ｐ２のみを使用すると受電電圧が低く、１回目の車両前後方向のスキャンではどの位置がよいのか分からない場合もある。そうすると、車両左右方向の位置を何回か変更して受電電圧が判断するのに十分となるまで車両前後方向のスキャンを繰返して行なう必要があり時間がかかる。

そこで、本実施の形態では、大まかな位置合わせ時には、整合器状態Ｐ１を使用して位置合わせを行ない、位置の微調整時には整合器状態Ｐ２を使用して位置合わせを行なう。すなわち、大まかな位置合わせ時には離れた位置からでも受電できるよう受電範囲が広範囲となるように整合器を設定する。言い換えると、位置ズレ量が大きくなっても所定の受電電圧が受電できるように整合器を設定する。位置の微調整時には近傍でのみ受電するように整合器を設定する。言い換えると、大まかな位置合わせの時と比較して位置ズレ量が小さいほど受電電圧が高くなるように整合器を設定する。整合器の設定変更は、図６の可変容量コンデンサ２６２または２６３の容量を変更することによって行なわれる。

また精度良い位置合わせのためには、整合器状態Ｐ２では電圧ピークが１つとなることが好ましい。

図１０は、整合器状態Ｐ１における受電電圧しきい値の設定について説明するための図である。図１０を参照して、位置ズレ許容範囲−Ｄ〜＋Ｄは、図９の整合器状態Ｐ２の特性で受電可能な（位置合わせ可能な）範囲である。したがって、整合器状態Ｐ１での位置合わせは、二次側受電電圧ＶＣが受電電圧しきい値ＶＴ以上の値を示すように、送電部２２０の位置を位置合わせ機構２１６で調整することになる。

図１１は、受電部と送電部との位置合わせ時に車両および送電装置で実行される制御を説明するためのフローチャート（前半部）である。

図６、図１１を参照して、車両１００が駐車完了するとこのフローチャートの制御が開始される。まずステップＳ１１において、車両ＥＣＵ３００は充電開始要求が有るか否かを判断する。充電開始要求は、たとえば、車両で充電開始ボタンが操作されることによって与えられる。

送電装置２００では、ステップＳ１１１において送電ＥＣＵ２４０が車両から充電開始要求が送信されてくるか否かを判断する。

ステップＳ１１において充電開始要求がなければ再びステップＳ１１の処理が実行される。そしてステップＳ１１において充電開始要求が有った場合にはステップＳ１２に処理が進む。ステップＳ１２では、車両ＥＣＵ３００は二次側負荷を位置検出用に切り替える。具体的には、車両ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２によってＣＨＲ１７０をオフ状態にして蓄電装置１９０を整流器１８０から切り離すとともに、制御信号ＳＥ３によってリレー１７４を導通させ負荷抵抗１７３を整流器１８０に接続する。

一方、送電装置２００ではステップＳ１１１において充電開始要求が検出されなければ再びステップＳ１１１の処理が実行される。そしてステップＳ１１１において充電開始要求が検出された場合には、ステップＳ１１２に処理が進む。ステップＳ１１２では、送電ＥＣＵ２４０は、整合器２６０の状態を図９の整合器状態Ｐ１に設定する。これにより、広範囲の位置検出が可能となる。

その後ステップＳ１１３において送電装置２００から車両１００に向けてテスト信号の送電が開始される。テスト信号として、送電部２２０から充電時よりも微弱な電力が受電部に送信される。

これに応じて、車両側では、ステップＳ１３において受電部１１０でのテスト信号の受電が開始される。そしてステップＳ１４では車両ＥＣＵ３００が送電装置２００に対して車両前後方向のコイル位置のスキャン指令を出力する。この時移動量の１ステップ（単位移動量）は、後のステップＳ２０よりも大きなステップで実行される。この指令に応じてステップＳ１１４において、送電装置２００の送電ＥＣＵ２４０は、位置合わせ機構２１６に対して車両前後方向にコイル位置を１ステップごとに移動させる。車両前後方向のほうが車両左右方向と比較するとスキャン範囲が広いので、まず車両前後方向の位置合わせが実行される。位置合わせは、送電部２２０の車両前後方向位置を二次側受電電圧ＶＣがピークとなる位置に合わせる。

ステップＳ１４およびＳ１１４において車両前後方向の粗い位置合わせが完了すると、続いて、ステップＳ１５およびステップＳ１１５において車両左右方向の粗い位置合わせが実行される。

ステップＳ１５において、車両ＥＣＵ３００が送電装置２００に対して車両左右方向のコイル位置のスキャン指令を出力する。この時移動量の１ステップは、後のステップＳ２１よりも大きなステップで実行される。この指令に応じてステップＳ１１５において、送電装置２００の送電ＥＣＵ２４０は、位置合わせ機構２１６に対して車両左右方向にコイル位置を１ステップごとに移動させる。位置合わせは、送電部２２０の車両左右方向位置を二次側受電電圧ＶＣがピークとなる位置に合わせる。

コイル位置の車両前後方向および車両左右方向の粗いスキャンが終了したときにステップＳ１６において受電電圧ＶＣがしきい値ＶＴ以上であるか否かが判断される。これにより図１０で説明したように、車両位置が位置ズレ許容範囲（位置合わせ可能範囲）に収まっているか否かが判明する。

ステップＳ１６において、受電電圧ＶＣがしきい値ＶＴ以上でなければ、ステップＳ１７に処理が進み、車両ＥＣＵ３００は、テスト信号停止指令を送電装置２００に出力する。そしてステップＳ１８において、車両ＥＣＵ３００は、液晶ディスプレイやスピーカなどの報知手段によって、ドライバに再駐車を要求する。

一方ステップＳ１６において受電電圧ＶＣがしきい値ＶＴ以上である場合にはステップＳ１９に処理が進み、車両ＥＣＵ３００は送電装置２００に対して整合器切替指令を出力する。これに応じてステップＳ１１６において、送電装置２００では送電ＥＣＵ２４０が整合器２６０の状態を図９の整合器状態Ｐ２となるように回路定数を調整する。整合器２６０の可変容量コンデンサ２６２または２６３の容量値を制御信号ＡＤＪによって変更することによって回路定数の調整が実行される。

図１２は、受電部と送電部との位置合わせ時に車両および送電装置で実行される制御を説明するためのフローチャート（後半部）である。

図１１、図１２を参照して、車両側ではステップＳ１９の処理が終了するとステップＳ２０の処理が実行される。また送電装置２００側では、ステップＳ１１６の処理が終了するとステップＳ１１７の処理が実行される。

そしてステップＳ２０では車両ＥＣＵ３００が送電装置２００に対して車両前後方向のコイル位置のスキャン指令を出力する。この時移動量の１ステップは、ステップＳ１５よりも細かいステップで実行される。この指令に応じてステップＳ１１７において、送電装置２００の送電ＥＣＵ２４０は、位置合わせ機構２１６に対して車両前後方向にコイル位置を１ステップごとに移動させる。車両前後方向のほうが車両左右方向と比較するとスキャン範囲が広いので、まず車両前後方向の位置合わせが実行される。位置合わせは、送電部２２０の車両前後方向位置を二次側受電電圧ＶＣがピークとなる位置に合わせる。

ステップＳ２０およびＳ１１７において車両前後方向の細かい位置合わせが完了すると、続いて、ステップＳ２１およびステップＳ１１８において車両左右方向の細かい位置合わせが実行される。

ステップＳ２１において、車両ＥＣＵ３００が送電装置２００に対して車両左右方向のコイル位置のスキャン指令を出力する。この時移動量の１ステップは、ステップＳ１５よりも細かいステップで実行される。この指令に応じてステップＳ１１８において、送電装置２００の送電ＥＣＵ２４０は、位置合わせ機構２１６に対して車両左右方向にコイル位置を１ステップごとに移動させる。位置合わせは、送電部２２０の車両左右方向位置を二次側受電電圧ＶＣがピークとなる位置に合わせる。

ステップＳ２１およびステップＳ１１８での車両左右方向の細かい位置合わせが終了すると、ステップＳ２１において車両ＥＣＵ３００が送電装置２００に対してテスト信号停止指令を出力する。これに応じてステップＳ１１９において送電ＥＣＵ２４０はテスト信号の送電を停止する。

そしてステップＳ２３において車両ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ３を用いてリレー１７４をオフ状態にし制御信号ＳＥ２を用いてＣＨＲ１７０を導通させることによって、二次側負荷を負荷抵抗１７３から蓄電装置１９０に切り替える。

そしてステップＳ２４において車両ＥＣＵ３００は、送電装置２００に対して送電を要求する。これに応じて送電装置２００では、ステップＳ１２０において送電ＥＣＵ２４０が電源部２５０に対してテスト用信号よりも出力がアップされた電力を送電させる。車両１００ではステップＳ２５において蓄電装置１９０への充電が開始される。

以上説明したように、本実施の形態では、粗い位置合わせの際に受電部の受電範囲が広範囲となるように共鳴系のパラメータを設定することによって、最初のスキャン範囲を広くとることができる。

そして細かい位置合わせの際に受電電圧ピークが１つとなるように共鳴系のパラメータを設定することによって、容易に微調整が可能となる。なお、受電電圧ピークが１つとなるように切り替えなくても、受電電圧ピークが２つのままでもピーク値が増加するように切り替えれば効率向上に効果がある。

図１１、図１２のフローチャートでは、車両１００の制御装置である車両ＥＣＵ３００が指令を出して送電装置２００の制御装置である送電ＥＣＵ２４０が指令に従って送受電やコイル位置の変更を実行する例を示したが、車両ＥＣＵ３００と送電ＥＣＵ２４０の役割分担は適宜変更しても良い。たとえば、送電ＥＣＵ２４０が車両ＥＣＵ３００に受電した電圧ＶＣの値を送信させ、送電ＥＣＵ２４０が位置合わせの判断を行なうように変更しても良い。

図１３は、受電電圧ピークが２つの状態のままで細かい位置合わせをする場合の例を説明するための図である。

図１３を参照して、位置ズレ量と二次側受電電圧との関係を示す送受電特性が整合器の状態によってどのように変更されるかを説明する。

最初の粗い位置合わせにおいて、整合器の回路定数を整合器状態Ｐ１Ａに設定する。整合器状態Ｐ１Ａでは、位置ズレ量が０であるときには二次側受電電圧ＶＣはピークを示さず電圧Ｖ２Ａに低下しているが、位置ズレ量が０よりずれた２点でピークを示す。

その後の細かな位置合わせ時には、整合器の回路定数を整合器状態Ｐ２Ａに設定する。整合器状態Ｐ２Ａにおいても、位置ズレ量が０であるときに二次側受電電圧ＶＣが電圧Ｖ１Ａを示し、位置ズレ量がゼロより少しずれた２点でピーク電圧を示す。

位置ズレ量が＋Ｘおよび−Ｘである場合には、整合器状態Ｐ２Ａでは二次側受電電圧ＶＣは電圧Ｖ４Ａと低くなっているのに対し、整合器状態Ｐ１Ａでは二次側受電電圧ＶＣは電圧Ｖ３Ａを示す。

そこで、大まかな位置合わせ時には、整合器状態Ｐ１Ａを使用して位置ズレ量が＋Ｘ〜−Ｘに収まるように位置合わせを行ない、位置の微調整時には整合器状態Ｐ２Ａを使用して位置ズレ量がよりゼロに近づくように位置合わせを行なう。すなわち、大まかな位置合わせ時には遠方でも受電できるような整合器の設定とし、位置の微調整時には近傍でのみ受電する整合器の設定とする。整合器の設定変更は、図６の可変容量コンデンサ２６２または２６３の容量を変更することによって行なわれる。

このように、必ずしも図９のように２つのピークを示す特性から１つのピークを示す特性に切り替えなくても、２つのピークを示す２状態を使用してもよい。広範囲かつ低効率受電の整合器状態Ｐ１Ａと狭い範囲かつ高効率受電の整合器状態Ｐ２Ａとを組み合わせて使用することによって受電部１１０と送電部２２０との位置合わせを好適に行なうことができる。

また、本実施の形態では、受電部の受電可能範囲を変更する手段として送電装置２００に整合器２６０を設けた例を示したが、受電可能範囲を変更する手段は他のものであっても良い。たとえば、ａ）電磁誘導コイル−共鳴コイル間の距離を変更する機構、ｂ）共鳴コイル周囲のシールド−共鳴コイル間の距離を変更する機構、ｃ）整流器１８０のＤＣ電圧を変換して蓄電装置１９０に与える場合には、これに用いるＤＣ／ＤＣコンバータの電流／電圧比（または昇圧比）を変更手段、ｄ）電源部２５０の出力電力を変更する手段、などを受電可能範囲を変更する手段として用いることができる。

さらにこのような受電可能範囲を変更する手段は、送電側および受電側のいずれに設けても良く、送電装置２００から受電装置である車両１００への送受電経路のいずれかの位置に設けておけばよい。

また、位置ズレについては、図７では主として水平方向のズレを例示して説明したが、水平方向以外のズレについても対象とすることが意図される。

図１４は、位置ズレについて説明するための共鳴コイルの第１配置例を示す図である。図１４に示すように、共鳴コイル１１１と共鳴コイル２２１との配置関係が水平ズレ量Ｄ１、高さＨ１、回転角度θで規定される。コイル形状が円形の場合であれば回転角度θはあまり影響しないが、異型コイルの場合（四角形、多角形など）の場合には、回転角度θが伝送効率与える影響も大きくなる。

図１５は、位置ズレについて説明するための共鳴コイルの第２配置例を示す図である。図１５では、平板のコア材に配線を巻回した共鳴コイル１１１Ａと共鳴コイル２２１Ａが送電部、受電部として例示される。

図１５に示すように、共鳴コイル１１１Ａと共鳴コイル２２１Ａとの配置関係が水平ズレ量Ｄ１、高さＨ１、回転角度θで規定される。

図１４、図１５を参照して、位置ズレは、水平方向のズレＤ１以外であっても良い。本明細書においては、位置ズレは、以下のズレを含む。
（ｉ）水平方向の位置ズレ（Ｘ方向のズレと称する）、
（ｉｉ）高さ方向（Ｈ方向のズレと称する）へのズレ、
（ｉｉｉ）中心軸に対する回転角度θのズレ（回転方向のズレと称する）、
（ｉｖ）送電部／受電部に異型コイルを用いた場合には、所定の受電効率を維持できる状態に送電部と受電部とが配置された状態を最適位置とすると、最適位置と比較して、Ｘ方向、Ｈ方向、回転方向の少なくともいずれか一方に送電部と受電部の位置関係がずれることで受電効率が低下する状態、
（ｖ）上記の最適位置と比較して、送電部の磁極と受電部の磁極の位置関係が、Ｘ方向、Ｈ方向、回転方向の少なくともいずれか一方にずれた状態。

特に、図１５に示すような共鳴コイルの場合には、最適状態に共鳴コイル位置を配置した状態からＸ方向、Ｈ方向、回転方向の少なくともいずれか一方に送電部と受電部の位置関係がずれたことを位置ズレと呼ぶことができる。

最後に、再び図を参照して本実施の形態について総括する。本実施の形態は、ある局面では、送電装置２００から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置である。図１および図６に示すように、送電装置２００は、送電部２２０と、送電部に交流電力を供給する電源部２５０とを含む。非接触受電装置は、送電部から非接触で電力を受電可能な受電部１１０と、受電部１１０と送電部２２０との位置合わせと位置合わせ後の受電とに関する制御を行なう制御部（車両ＥＣＵ３００）とを備える。受電部１１０が送電部２２０から受電した電力の大きさは受電部１１０と送電部２２０との位置合わせに使用される。制御部（車両ＥＣＵ３００）は、位置合わせを行なう際のいずれかの時点における受電部１１０の受電可能範囲が、位置合わせ後の受電時よりも広範囲になるように、送受電経路のパラメータを設定する。

これにより、共鳴法によって非接触送受電する場合も、電磁誘導によって非接触送受電する場合も、位置合わせが容易となる。図１〜６では共鳴法の例を挙げたが、電磁誘導で非接触充電する場合であっても、たとえば、電磁誘導コイルに接続されたコンデンサ容量を可変とすることで受電範囲を変更することが可能である。

また、受電可能範囲を広範囲に設定する時期については、図１１、図１２のフローチャートでは、駐車動作完了後に広範囲に設定した例を示した。しかし、車両の駐車時に広範囲に設定しても良い。受電強度をモニタしながら駐車位置を決定する場合には、駐車時に広範囲の受電可能範囲を利用しても良い。すなわち、位置合わせを行なう際のいずれかの時点とは、駐車動作を含む位置合わせにおいて、位置合わせ開始時、位置合わせ中の何れかの時点を意味する。

好ましくは、図９の整合器状態Ｐ１に示したように、受電部１１０および送電部２２０は、受電部１１０の中心軸と送電部２２０の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、伝送効率がピークを示す伝送効率特性を示すことが可能に構成され、このような伝送効率特性は、位置合わせに使用される。

より好ましくは、制御部は、受電部１１０の中心軸と送電部２２０の中心軸との水平方向の位置ズレ量（図７のＤ１）が所定値以内となるまでは、送電部２２０から受電部１１０への伝送効率が第１特性（図９の整合器状態Ｐ１；図１３の整合器状態Ｐ１Ａ）を示すように送受電経路のパラメータを設定し、位置ズレ量が所定値以内になった後は、送電部２２０から受電部１１０への伝送効率が第１特性よりも狭い範囲で位置ズレに対する感度が向上する第２特性（図９の整合器状態Ｐ２；図１３の整合器状態Ｐ２Ａ）を示すように送受電経路のパラメータを設定する。

さらに好ましくは、第１特性（図９の整合器状態Ｐ１）は、受電部１１０の中心軸と送電部２２０の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、伝送効率がピークを示す特性であり、第２特性（図９の整合器状態Ｐ２）は、受電部１１０の中心軸と送電部２２０の中心軸との水平方向の位置が一致した状態に配置された場合に伝送効率のピークを示す特性である。

さらに好ましくは、送電装置２００または非接触受電装置（車両１００）は、送受電経路の特性を変更するためのインピーダンス調整部をさらに含む。制御部（車両ＥＣＵ３００）は、インピーダンス調整部に伝送効率を第１特性から第２特性に切り替える指示を行なう。

インピーダンス調整部としては、図６には、送電装置２００に整合器２６０を設けた例を示したが、インピーダンス調整部は他のものであっても良い。たとえば、ａ）電磁誘導コイル−共鳴コイル間の距離を変更する機構、ｂ）共鳴コイル周囲のシールド−共鳴コイル間の距離を変更する機構、ｃ）整流器１８０のＤＣ電圧を変換して蓄電装置１９０に与える場合には、これに用いるＤＣ／ＤＣコンバータの電流／電圧比（または昇圧比）を変更手段、ｄ）電源部２５０の出力電力を変更する手段、などをインピーダンス調整部として用いることができる。

より好ましくは、送電装置２００は、送電部２２０と電源部２５０との間に設けられ、送電装置２００のインピーダンスを調整するための整合器２６０と、送電部２２０の位置を移動させる位置合わせ機構２１６とをさらに備える。車両ＥＣＵ３００は、伝送効率を第１特性から第２特性に切り替えるために整合器２６０の回路定数を変更する。

好ましくは、図６に示すように、送電装置２００は、送電部２２０の位置を移動させる位置合わせ機構２１６をさらに備える。図８、図１１、図１２に示すように、制御部（車両ＥＣＵ３００）は、位置合わせ機構２１６に対して、送電部２２０の位置を車両１００の進行方向に移動させて調整した後に車両１００の左右方向に移動させて調整するように指示を行なう。

好ましくは、受電部１１０は、送電部２２０と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。

より好ましくは、受電部１１０と送電部２２０との結合係数は、０．１以下である。
より好ましくは、送電部２２０は、受電部１１０と送電部２２０との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部１１０と送電部２２０との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、受電部１１０に電力を送電する。

この発明は、他の局面では、受電装置（車両１００）に対して非接触で電力を送電するための非接触送電装置である。受電装置は、受電部１１０と、受電部１１０から電力を受ける電気負荷装置（蓄電装置１９０，ＰＣＵ１２０）とを含む。非接触送電装置２００は、受電部１１０に非接触で電力を送電可能な送電部２２０と、送電部２２０に交流電力を供給する電源部２５０と、受電部１１０と送電部２２０との位置合わせと位置合わせ後の受電とに関する制御を行なう制御部（送電ＥＣＵ２４０）とを備える。受電部１１０が送電部２２０から受電した電力の大きさは受電部１１０と送電部２２０との位置合わせに使用される。制御部（送電ＥＣＵ２４０）は、位置合わせを行なう際のいずれかの時点における受電部１１０の図９の整合器状態Ｐ１に示すような受電可能範囲が、位置合わせ後の受電時に使用する図９の整合器状態Ｐ２に示す受電可能範囲よりも広範囲になるように、送受電経路のパラメータを設定する。

好ましくは、送電部２２０は、送電部２２０が受電部１１０に対して目標位置に配置された場合の伝送効率（受電電圧Ｖ２）よりも、送電部２２０が受電部１１０に対して目標位置よりも位置ズレした位置に配置された場合の伝送効率（受電電圧Ｖ２より高い２つの電圧ピーク）のほうを良くすることが可能に構成される。送電部２２０から受電部１１０に送電され受電部１１０で受電された電力のレベルは、送電部２２０と受電部１１０との位置合わせに使用される。

なお、本実施の形態では、図６において送電装置２００が送電部２２０の位置を移動させる位置合わせ機構２１６を含む場合を説明したが、車両１００に受電部１１０の位置を移動させることが可能な位置合わせ機構を含んでもよい。

また、本実施の形態では、電磁誘導コイルを含んだ送電部、受電部を例示したが、電磁誘導コイルを含まない共鳴型非接触送受電装置(自己共振コイルのみを使用する共鳴型非接触送受電装置）にも本発明は適用可能である。すなわち、受電部の受電可能範囲を可変とできる手段を送受電経路のどこかに設けておき、送電部と受電部の位置合わせを行なう際のいずれかの時点で受電可能範囲を広げるようにすることは、電磁誘導コイルを含まない共鳴型非接触送受電装置にも、また共鳴型に限らず他の方式（電磁誘導、マイクロ波、光など）で送受電する非接触送受電装置にも適用することができる。

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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

１０ 電力送受電システム、１００ 車両、９１，１１０ 受電部、１１１，１１１Ａ，３４０ 二次自己共振コイル、１１２，２２２ コンデンサ、１１３，３５０ 二次コイル、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギヤ、１５０ 駆動輪、１６０，２３０ 通信部、１７１ 電流センサ、１７２ 電圧センサ、１７３ 負荷抵抗、１７４ リレー、１８０ 整流器、１９０ 蓄電装置、２００ 送電装置、２１０ 高周波電源装置、２１２ コネクタ、２１５ 収納部、２１６ 位置合わせ機構、９０，２２０ 送電部、２２１，２２１Ａ，３３０ 一次自己共振コイル、２２３，３２０ 一次コイル、２４０ 送電ＥＣＵ、２５０ 電源部、２６０ 整合器、２６１ インダクタ、２６２，２６３ 可変容量コンデンサ、３００ 車両ＥＣＵ、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、ＰＣＵ パワーコントロールユニット。

Claims (17)

1. 送電装置から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置であって、
   前記送電装置は、
   送電部と、
   前記送電部に交流電力を供給する電源部とを含み、
   前記非接触受電装置は、
   前記送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、
   前記受電部と前記送電部との位置合わせを行なう制御部とを備え、
   前記制御部は、前記送電部と前記受電部とを所定の位置に配置する第１の調整と、前記第１の調整で配置された位置よりも受電効率が良くなる位置に前記送電部と前記受電部とを配置する第２の調整とを行ない、前記第１の調整の際に前記受電部が受電可能な受電範囲が、前記第２の調整の際に前記受電部が受電可能な受電範囲よりも広範囲となるように前記送電部または前記受電部のパラメータを設定する、非接触受電装置。
2. 前記制御部は、前記受電部と前記送電部との位置ズレによるズレ量が所定値以内となるまでは、前記送電部から前記受電部への伝送効率が第１特性を示すように前記送電部または前記受電部のパラメータを設定し、前記ズレ量が前記所定値以内になった後は、前記送電部から前記受電部への伝送効率が前記第１特性よりも狭い範囲で位置ズレに対する感度が向上する第２特性を示すように前記送電部または前記受電部のパラメータを設定する、請求項１に記載の非接触受電装置。
3. 前記第１特性は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、伝送効率がピークを示す特性であり、
   前記第２特性は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致した状態に配置された場合に伝送効率のピークを示す特性である、請求項２に記載の非接触受電装置。
4. 前記送電装置または前記非接触受電装置は、
   前記送電部または前記受電部の特性を変更するためのインピーダンス調整部をさらに含み、
   前記制御部は、前記インピーダンス調整部に前記伝送効率を前記第１特性から前記第２特性に切り替える指示を行なう、請求項２に記載の非接触受電装置。
5. 前記送電装置は、
   前記送電部の位置を移動させる位置合わせ機構をさらに備え、
   前記制御部は、前記位置合わせ機構に対して、前記送電部の位置を車両の進行方向に移動させて調整した後に車両の左右方向に移動させて調整するように指示を行なう、請求項１に記載の非接触受電装置。
6. 前記受電部は、前記送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される、請求項１に記載の非接触受電装置。
7. 前記受電部と前記送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項１に記載の非接触受電装置。
8. 前記送電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記受電部に電力を送電する、請求項１に記載の非接触受電装置。
9. 受電装置に対して非接触で電力を送電するための非接触送電装置であって、
   前記受電装置は、
   受電部と、
   前記受電部から電力を受ける電気負荷装置とを含み、
   前記非接触送電装置は、
   前記受電部に非接触で電力を送電可能な送電部と、
   前記送電部に交流電力を供給する電源部と、
   前記受電部と前記送電部との位置合わせを行なう制御部とを備え、
   前記制御部は、前記送電部と前記受電部とを所定の位置に配置する第１の調整と、前記第１の調整で配置された位置よりも受電効率が良くなる位置に前記送電部と前記受電部とを配置する第２の調整とを行ない、前記第１の調整の際に前記受電部が受電可能な受電範囲が、前記第２の調整の際に前記受電部が受電可能な受電範囲よりも広範囲となるように前記送電部または前記受電部のパラメータを設定する、非接触送電装置。
10. 前記制御部は、前記受電部と前記送電部の位置ズレによるズレ量が所定値以内となるまでは、前記送電部から前記受電部への伝送効率が第１特性を示すように前記送電部または前記受電部のパラメータを設定し、前記ズレ量が前記所定値以内になった後は、前記送電部から前記受電部への伝送効率が前記第１特性よりも狭い範囲で位置ズレに対する感度が向上する第２特性を示すように前記送電部または前記受電部のパラメータを設定する、請求項９に記載の非接触送電装置。
11. 前記第１特性は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、伝送効率がピークを示す特性であり、
    前記第２特性は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致した状態に配置された場合に伝送効率のピークを示す特性である、請求項１０に記載の非接触送電装置。
12. 前記非接触送電装置または前記受電装置は、
    前記送電部または前記受電部の特性を変更するためのインピーダンス調整部をさらに含み、
    前記制御部は、前記インピーダンス調整部に前記伝送効率を前記第１特性から前記第２特性に切り替える指示を行なう、請求項１０に記載の非接触送電装置。
13. 前記非接触送電装置は、
    前記送電部の位置を移動させる位置合わせ機構をさらに備え、
    前記制御部は、前記位置合わせ機構に対して、前記送電部の位置を車両の進行方向に移動させて調整した後に車両の左右方向に移動させて調整するように指示を行なう、請求項９に記載の非接触送電装置。
14. 前記送電部は、前記受電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される、請求項９に記載の非接触送電装置。
15. 前記受電部と前記送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項９に記載の非接触送電装置。
16. 前記受電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記送電部から電力を受電する、請求項９に記載の非接触送電装置。
17. 非接触送受電システムであって、
    非接触送電装置と、
    前記非接触送電装置から転送される電力を非接触で受電するための非接触受電装置とを備え、
    前記非接触送電装置は、
    送電部と、
    前記送電部に交流電力を供給する電源部とを含み、
    前記非接触受電装置は、
    前記送電部から非接触で電力を受電可能な受電部と、
    前記受電部で受電された電力を使用する電気負荷装置とを含み、
    前記非接触送受電システムは、
    前記受電部と前記送電部との位置合わせを行なう制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記送電部と前記受電部とを所定の位置に配置する第１の調整と、前記第１の調整で配置された位置よりも受電効率が良くなる位置に前記送電部と前記受電部とを配置する第２の調整とを行ない、前記第１の調整の際に前記受電部が受電可能な受電範囲が、前記第２の調整の際に前記受電部が受電可能な受電範囲よりも広範囲となるように前記送電部または前記受電部のパラメータを設定する、非接触送受電システム。

Images