JP5720780B2 - 受電装置、車両、および非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、受電装置、車両、および非接触給電システムに関し、より特定的には、電磁共鳴により電力を転送する非接触給電技術に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの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、ハイブリッド車には、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車両や、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車両等が含まれる。

このような車両に対して車両外部の電源からの電力を送電する方法として、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、マイクロ波などの電磁波を用いた送電、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）送電することが可能である。

このような非接触給電においては、送電装置（一次側）と受電装置（二次側）との位置関係が、送電効率に大きく影響する。

特開２０００−０９２６１５号公報（特許文献１）は、電気自動車用の充電システムにおいて、給電装置の給電カプラを車両の充電カプラに接続する際に、給電カプラ側（一次側）に設けられた光電センサと充電カプラ側（二次側）に設けられた反射板とを用いて、給電カプラと充電カプラとの相対位置を検出する構成を開示する。

特開２０００−０９２６１５号公報 特開２０１０−１１９２５１号公報 特開２００８−２９５２９７号公報 国際公開第２０１０／１３１３４６号パンフレット

特開２０００−０９２６１５号公報（特許文献１）に開示される構成は、接触式の給電システムに関するものではあるが、一次側と二次側との位置決めに向けられている。しかしながら、特開２０００−０９２６１５号公報（特許文献１）のように光電センサを用いる場合に、特に屋外で使用するときには、外部からの光の影響によって、正確な位置検出ができない場合が起こり得る。

また、国際公開第２０１０／１３１３４６号パンフレット（特許文献４）には、共鳴法において、送電電圧と受電電圧とを比較することによって送電装置と受電装置との間の距離（位置ずれ）を検出し、送電装置と受電装置とを位置合わせする構成が開示されているが、位置合わせの際における漏洩電磁界のさらなる低減、および送電効率のさらなる改善が望まれる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、共鳴法による非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との位置合わせの際の漏洩電磁界を低減するとともに、送電時のロバスト性を向上させることである。

本発明による受電装置は、送電装置から転送される電力を、電磁共鳴によって非接触で受電する。受電装置は、送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって送電装置からの電力を受電する受電部と、受電部で受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、
受電部において受電された電力を受けて発光し、受電された電力に応じて照度が変化する発光部とを備える。受電部において受電される電力は、送電部と受電部との位置ずれ量に応じて変化する。

好ましくは、受電装置は、受電部で受電した電力を整流して蓄電装置へ出力する整流器をさらに備える。発光部は、受電部と整流器とを結ぶ経路からの交流電力を受ける。

好ましくは、発光部は、全波整流回路を構成するＬＥＤ素子を含む。
好ましくは、受電装置は、受電部で受電した電力を整流して蓄電装置へ出力する整流器をさらに備える。発光部は、整流器と蓄電装置とを結ぶ経路からの直流電力を受ける。

好ましくは、送電装置は、蓄電装置を充電するための送電に先立って、送電部と受電部との位置ずれ量を認識するための送電を実行する。発光部は、位置ずれ量を認識するための送電が実行されている場合に、受電部において受電された電力を受ける。

好ましくは、受電装置は、受電部において受電された電力の、発光部への供給と遮断とを切換えるための切換部をさらに備える。

好ましくは、位置ずれ量を認識するための送電に用いられる送電電力は、蓄電装置を充電するための送電に用いられる送電電力よりも小さい。

好ましくは、受電装置は、発光部からの光を受光するための受光部と、受光部で検出された発光部の照度に基づいて、送電部と受電部との間の位置ずれ量を検出するように構成された制御装置をとさらに備える。

好ましくは、制御装置は、発光部の照度を示す値がより大きいほど、送電部と受電部との間の位置ずれ量がより小さいと判定する。

好ましくは、制御装置は、発光部の照度を示す値が、予め定められたしきい値を上回る場合に、蓄電装置を充電するための送電の実行を行なう。

好ましくは、受電装置は、ユーザへ情報を提供するためのインターフェース部をさらに備える。インターフェース部は、発光部の照度に関連する情報をユーザに提供する。

好ましくは、発光部は発光素子を含む。発光素子は、インターフェース部において、発光素子の光がユーザにより視認可能となるように配置される。

好ましくは、受電装置は、発光部からの光を受光するための受光部と、受光部が受光した発光部の光についての信号を受けインターフェース部に発光部の照度に関連する情報を出力するための制御装置をさらに備える。

本発明による車両は、送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって送電装置からの電力を非接触で受電する受電部と、受電部において受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を生成するための駆動装置と、受電部において受電された電力を受けて発光し、受電された電力に応じて照度が変化する発光部とを備える。受電部において受電される電力は、送電部と受電部との位置ずれ量に応じて変化する。

本発明による非接触給電システムは、電磁共鳴によって非接触で電力を転送する。非接触給電システムは、送電部を含む送電装置と、送電部と電磁共鳴を行なう受電部を含む受電装置とを備える。受電装置は、受電部で受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、
受電部において受電された電力を受けて発光し、受電された電力に応じて照度が変化する発光部とを含む。受電部において受電される電力は、送電部と受電部との位置ずれ量に応じて変化する。

本発明によれば、共鳴法による非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との位置合わせの際の漏洩電磁界を低減するとともに、送電時のロバスト性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に従う車両用の非接触給電システムの全体概略図である。 図１に示した非接触給電システムの詳細構成図である。 図１における、整合器の詳細構成の例を示す図である。 図１における発光部の詳細構成の例を示す図である。 図１における発光部の詳細構成の、他の例を示す図である。 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。 送電部と受電部との間の位置ずれと発光部の照度との関係を説明するための図である。 実施の形態１に従う非接触給電システムにおいて実行される、給電開始制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に従う非接触給電システムの詳細構成図である。 実施の形態３に従う非接触給電システムの詳細構成図である。

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り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による車両用の給電システム１０の全体概略図である。図１を参照して、給電システム１０は、車両１００と、送電装置２００とを備える。車両１００は、受電部１１０と、通信部１６０とを含む。送電装置２００は、電源装置２１０と、送電部２２０とを含む。また、電源装置２１０は、通信部２３０を含む。

受電部１１０は、たとえば車体底面に設けられ、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、図２で後述するように、受電部１１０は共鳴コイルを含み、送電部２２０に含まれる共鳴コイルと電磁場を用い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との間で無線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における電源装置２１０は、たとえば商用電源から供給される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。なお、電源装置２１０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜十数ＭＨｚである。

送電部２２０は、駐車場の床面などに設けられ、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は共鳴コイルを含み、受電部１１０に含まれる共鳴コイルと電磁場を用い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との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。

図２は、図１に示した給電システム１０の詳細構成図である。図２を参照して、送電装置２００は、上述のように、電源装置２１０と、送電部２２０とを含む。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、一次共鳴コイル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。なお、電源部２５０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。

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。図３は、整合器２６０の構成の一例であり、可変コンデンサＣ１，Ｃ２と、インダクタＬとを含んで構成される。インダクタＬは、電源部２５０と送電部２２０の一次コイル２２３との間に接続される。可変コンデンサＣ１は、インダクタＬの送電部２２０と接続される端部に接続される。また、可変コンデンサＣ２は、インダクタＬの電源部２５０と接続される端部に接続される。

整合器２６０は、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。

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

この一次共鳴コイル２２１については、車両１００の二次共鳴コイル１１１との距離や、一次共鳴コイル２２１および二次共鳴コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

コンデンサ２２２は、一次共鳴コイル２２１の両端に接続され、一次共鳴コイル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、一次共鳴コイル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、一次共鳴コイル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、一次共鳴コイル２２１と同軸上に設けられ、電磁誘導により一次共鳴コイル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共鳴コイル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から送信される車両情報、ならびに、送電の開始および停止を指示する信号を受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ２４０へ出力する。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（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、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。

車両１００は、受電部１１０および通信部１６０に加えて、充電リレーＣＨＲ１７０と、整流器１８０と、充電ユニット１８５と、蓄電装置１９０と、システムメインリレーＳＭＲ１１５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、ユーザインターフェース（Ｉ／Ｆ）１６５とを含む。受電部１１０は、二次共鳴コイル１１１と、コンデンサ１１２と、二次コイル１１３とを含む。また、ＳＭＲ１１５、ＰＣＵ１２０、モータジェネレータ１３０、動力伝達ギヤ１４０、および駆動輪１５０によって駆動装置１０５が形成される。

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。

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

この二次共鳴コイル１１１については、送電装置２００の一次共鳴コイル２２１との距離や、一次共鳴コイル２２１および二次共鳴コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

コンデンサ１１２は、二次共鳴コイル１１１の両端に接続され、二次共鳴コイル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、二次共鳴コイル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、二次共鳴コイル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、二次共鳴コイル１１１と同軸上に設けられ、電磁誘導により二次共鳴コイル１１１と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１３は、二次共鳴コイル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、ＣＨＲ１７０を介して二次コイル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、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。

ＣＨＲ１７０は、受電部１１０と整流器１８０との間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、受電部１１０から整流器１８０への電力の供給と遮断とを切換える。

充電ユニット１８５は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤによって制御され、整流器１８０で整流された直流電圧を蓄電装置１９０が許容できる充電電圧に変換する。充電ユニット１８５としては、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータを用いることができる。なお、送電装置２００の整合器２６０によって、車両１００における整流後の直流電圧が、蓄電装置１９０が許容できる充電電圧に調整される場合には、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もよい。この場合には、充電ユニット１８５による電圧変換が不要となるので、さらに効率を向上することができる。

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、充電ユニット１８５と接続され、受電部１１０で受電されかつ整流器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、車両情報を送電装置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を送電装置２００へ出力する。

ユーザインターフェース１６５は、ユーザ操作の入力およびユーザへの情報の出力を行なう。ユーザインターフェース１６５は、たとえば、ユーザ操作による外部充電の開始を指示する指令を受ける。また、ユーザインターフェース１６５は、受電部１１０と送電部２２０との位置情報や、蓄電装置１９０の充電状態などの情報をユーザに提供する。

車両１００は、受電部１１０と送電部２２０との位置合わせを行なうための構成として、発光部１７２と、受光部１７４と、リレーＲＹ１とをさらに備える。

発光部１７２は、リレーＲＹ１を介して、受電部１１０の二次コイル１１３に接続される。発光部１７２は、受電部１１０によって受電された交流電力の大きさに応じて、照度が変化するように構成される。共鳴法による非接触給電においては、受電部１１０と送電部２２０との位置ずれの大きさに応じて、受電部１１０での受電電力が変化する。すなわち、受電部１１０と送電部２２０との位置ずれの大きさに応じて、発光部１７２の照度が変化する。

リレーＲＹ１は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３により制御され、受電部１１０と送電部２２０との位置ずれを検出する際に閉成される。

図４は、発光部１７２の構成の一例である。図４を参照して、発光部１７２は、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４と、抵抗Ｒ１とを含む。ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は、ダイオードブリッジを形成し、受電部１１０からの交流電圧を全波整流する。抵抗Ｒ１は、ダイオードブリッジの出力端に接続される。このような構成とすることで、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４によって整流された直流電流が抵抗Ｒ１に流れることによってＬＥＤが発光する。このとき、受電電力によってＬＥＤに流れる電流が変化するため、それに応じてＬＥＤの照度が変化し得る。

図５は、発光部の構成についての他の例を示す。図５に示される発光部１７２Ａは、ＬＥＤ１１，ＬＥＤ１２と、抵抗Ｒ１１とを含む。抵抗Ｒ１１およびＬＥＤ１１は、リレーＲＹ１を介して二次コイル１１３の両端に直列に接続される。ＬＥＤ１２は、ＬＥＤ１１に逆並列に接続される。このような構成においても、受電部１１０からの交流電力によってＬＥＤが発光する。

図４および図５に示すような構成によって、交流電圧の正および負の場合の両方で発光が行なわれるため、発光部に起因する反射電力を低減することができる。なお、抵抗Ｒ１，Ｒ１１の抵抗値は、発光部における消費電力を抑制するために、ＬＥＤを流れる電流を確保し、かつ送電装置２００の整合器２６０におけるインピーダンス調整が可能な範囲で、できるだけ小さい値とすることが好ましい。

図４および図５においては、発光素子としてＬＥＤを用いる場合を例として説明したが、抵抗Ｒ１，Ｒ１１と比較して消費電力が大きくなければ、一般的な電球などの他の発光素子を用いることも可能であるが、寿命等の観点からはＬＥＤを用いることが好適である。

再び図２を参照して、受光部１７４は、発光部１７２からの光を検出し、その検出された光の照度に関連する信号ＢＲＴを車両ＥＣＵ３００へ出力する。

車両ＥＣＵ３００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、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、車両１００の受電部１１０と送電部２２０との位置合わせを行なうために、受光部１７４からの照度に関連する信号ＢＲＴに基づいて、受電部１１０と送電部２２０との位置ずれ量の検出を行なう。そして、車両ＥＣＵ３００は、検出した位置ずれ量に応じて、自動駐車を行なったり、ユーザインターフェース１６５によってユーザへ停車位置についてのガイダンス情報を提供したりする。

この位置ずれ量の検出を行なうために、車両ＥＣＵ３００は、蓄電装置１９０の充電を行なうための送電に先立って、位置ずれ量の検出を行なうための送電を実行することを指示する信号を、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。

なお、車両１００の構成のうち、駆動装置１０５を形成するＳＭＲ１１５、ＰＣＵ１２０、モータジェネレータ１３０、動力伝達ギヤ１４０および駆動輪１５０を除いた構成が、本発明における「受電装置」に対応する。

次に、図６および図７を用いて、電磁共鳴による非接触給電（以下、共鳴法とも称する。）について説明する。

図６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６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によって電力が伝送される。

具体的には、高周波の電源装置２１０に電磁誘導コイルである一次コイル２２３を接続し、電磁誘導により一次コイル２２３と磁気的に結合される一次共鳴コイル２２１へ１Ｍ〜十数ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共鳴コイル２２１は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量あるいはコイル両端に接続されたコンデンサ（図示せず）とによるＬＣ共振器であり、一次共鳴コイル２２１と同じ固有振動数を有する二次共鳴コイル１１１と電磁場（近接場）を用いて共鳴する。そうすると、一次共鳴コイル２２１から二次共鳴コイル１１１へ電磁場によってエネルギー（電力）が移動する。二次共鳴コイル１１１へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次共鳴コイル１１１と磁気的に結合される電磁誘導コイルである二次コイル１１３によって取出され、負荷６００へ供給される。共鳴法による送電は、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１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。なお、図６における負荷６００は、図２において二次コイル１１３よりも整流器１８０側の機器に対応する。

図７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７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共振器）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次共鳴コイル）から他方の共鳴器（二次共鳴コイル）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。

このような共鳴法による非接触給電においては、送電部と受電部との位置関係が、送電効率に大きく影響する。そのため、送電部と受信部との位置合わせをすることが重要となる。

送電部と受電部との間の相対位置が変化すると、送電部から見たときの受電部のインピーダンスが変化する。そのため、送電部と受電部との間の相対位置が所望の相対位置からずれてしまうと、設計上のインピーダンスから逸脱してしまい、これによって反射電力が増加して送電効率の低下につながる。

送電部と受電部との間の相対位置を設計上の所望の相対位置に合致させることは現実的には困難であるので、ある程度の位置ずれを補償するために、図２で説明したような整合器を送電装置（あるいは、受電装置）に設ける場合がある。しかしながら、費用対効果の観点から、整合器を用いて調整できる範囲には限界があるので、送電部および受電部の位置ずれを、整合器で調整可能な位置ずれの許容範囲内にすることが必要となる。

上述のように、送電部と受電部との間の位置ずれが生じると、反射電力が増加するため、受電装置における受電電力が低下する。この特性を利用して、送電中の受電装置での受電電圧を検出することによって、送電部と受電部との間の位置ずれ（距離）を評価する技術が採用されることがある。

このような位置ずれの検出においては、送電部と受電部との間での電力伝送を実行することが必要となる。位置ずれの検出は、一般的に車両の駐車動作を行なっている間に実行されるので、たとえば、送電部と受電部の位置ずれが非常に大きい状態の場合には、送電部が発生する電磁界が周囲に漏洩してしまうおそれがある。そのため、受電電力を用いて位置ずれを検出する手法を採用する場合には、位置ずれ検出の際の送電電力をできるだけ小さくすることが望まれる。

そこで、実施の形態１においては、位置ずれ検出における受電電力の変化を、図２で説明した発光部１７２から放出される光の照度を用いて評価する。上述のように、発光部１７２に含まれる発光素子としてＬＥＤを採用することで、たとえば、受電電力を伝達する電力線間に抵抗を設けその抵抗の両端の電圧を検出するような場合と比較して、位置ずれ検出を実行する際の消費電力（すなわち、送電電力）を大幅に低減することができる。

図８は、送電部と受電部との間の位置ずれと発光部の照度との関係を説明するための図である。

図８を参照して、上述のように、位置ずれ量ＤＩＳが大きくなるにつれて受電電力が低下する。そのため、図８の曲線Ｗ１０，Ｗ２０のように、位置ずれ量ＤＩＳが大きくなるにつれて、発光部１７２に流れる電流が低下してＬＥＤの照度ＢＲＴも低下する。

そして、図２の整合器２６０の調整可能範囲から定まる、位置ずれ量ＤＩＳの許容範囲の上限値ＬＩＭに対応するＬＥＤ照度のしきい値よりも、検出されたＬＥＤ照度ＢＲＴが大きい場合に、位置ずれ量が許容範囲であると判定することができる。

ここで、位置ずれ検出が実行される場合には、上述のようにＣＨＲ１７０が開放されて、受電部１１０には発光部１７２のみが接続される。このため、位置ずれ検出時の受電装置側のインピーダンスが、充電動作を行なう場合のインピーダンスと異なる可能性がある。これによって、送電電力が一定であるとした場合、適切にインピーダンスが調整された状態（曲線Ｗ１０）と比較して、検出されるＬＥＤ照度ＢＲＴが低下する（曲線Ｗ２０）。そうすると、位置ずれ量の許容範囲の上限値ＬＩＭに対応するＬＥＤ照度のしきい値が低くなるので、受光部１７４の感度特性から、位置ずれ量が許容範囲内であるか否かが判定しにくくなるおそれがある。

したがって、位置ずれ検出を行なう場合には、図８の曲線Ｗ１０のように、位置ずれ量の許容範囲に対応するＬＥＤ照度のしきい値が十分大きくなるように、整合器２６０を調整することが好適である。

図９は、実施の形態１に従う非接触給電システム１０において実行される、給電開始制御処理を説明するためのフローチャートである。図９に示されるフローチャートは、送電ＥＣＵ２４０および車両ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図２および図９を参照して、まず車両１００における処理について説明する。車両ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）２００にて、送電装置２００との通信を開始する。そして、送電装置２００との通信が確立すると、車両ＥＣＵ３００は、車両情報ＩＮＦＯを送電装置２００へ送信する。この車両情報ＩＮＦＯには、たとえば、蓄電装置１９０のインピーダンス特性やＳＯＣ、発光部１７２のインピーダンスなどが含まれる。

その後、車両ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ３によりリレーＲＹ１を閉成し、受電部１１０と送電部２２０との位置合わせの準備を行なう。なお、このとき、ＣＨＲ１７０は開放状態のままである。

そして、車両ＥＣＵ３００は、送電装置２００から、位置ずれ検出のための整合器２６０の調整が完了したことを示す完了フラグＣＯＭＰ１を受けると、Ｓ２３０にて、送電装置２００に対して、位置ずれ検出のためのテスト送電の開始信号ＴＥＳＴ＿ＳＴＲＴを出力する。それとともに、車両ＥＣＵ３００は、ユーザに対して駐車動作を開始する指示を、ユーザインターフェース１６５に出力する。なお、車両１００が自動駐車機能を有している場合には、車両ＥＣＵ３００は、Ｓ２３０にて、自動駐車動作を開始する。

車両ＥＣＵ３００は、Ｓ２４０にて、受光部１７４で検出した発光部１７２の照度に関連する信号ＢＲＴに基づいた位置ずれ検出を実行する。そして、車両ＥＣＵ３００は、Ｓ２５０にて、照度に関連する信号ＢＲＴが、図８で説明したようなしきい値αより大きいか否かを判定する。

照度に関連する信号ＢＲＴがしきい値α以下の場合（Ｓ２５０にてＮＯ）は、処理がＳ２４０に進められ、照度に関連する信号ＢＲＴがしきい値αより大きくなるまで駐車動作が継続される。

照度に関連する信号ＢＲＴがしきい値αより大きくなった場合（Ｓ２５０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２６０に進められ、車両ＥＣＵ３００は、ユーザに対して車両１００の停車指示を出力する。これとともに、車両ＥＣＵ３００は、送電装置２００に対して、テスト送電の停止信号ＴＥＳＴ＿ＳＴＰを出力する。

その後、車両ＥＣＵ３００は、Ｓ２７０にて、車両１００の停車が完了するのを待つ（Ｓ２７０にてＮＯ）。

車両１００の停車が完了すると（Ｓ２７０にてＹＥＳ）、処理がＳ２７５に進められて、車両ＥＣＵ３００は、リレーＲＹ１を開放する。

その後、車両ＥＣＵ３００は、Ｓ２８０にて、送電装置２００からの、充電のための整合器２６０の調整が完了したことを示す完了フラグＣＯＭＰ２を受けると、送電装置２００に対して、蓄電装置１９０を充電するための送電動作の開始信号ＣＨＧ＿ＳＴＲＴを送信する。

そして、車両ＥＣＵ３００は、ＣＨＲ１７０を閉成するとともに、充電ユニット１８５を駆動することによって、受電部１１０において非接触で受電した送電装置２００からの電力を用いて、蓄電装置１９０の充電を開始する。

なお、図９には示されていないが、車両ＥＣＵ３００は、蓄電装置１９０が満充電状態となったことに基づいて、送電装置２００からの送電動作を停止させる。

次に、送電装置２００における処理について説明する。送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１００にて、車両１００との通信を開始する。そして、送電ＥＣＵ２４０は、車両１００との通信が確立すると、Ｓ１１０にて、車両ＥＣＵ３００から送信される車両情報ＩＮＦＯを受信する。

送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１２０にて、受信した車両情報ＩＮＦＯに含まれる発光部１７２のインピーダンスに適合するように、整合器２６０の可変コンデンサＣ１，Ｃ２を調整する。そして、整合器２６０の調整が完了すると、送電ＥＣＵ２４０は、調整完了フラグＣＯＭＰ１を車両１００へ送信する。

送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１４０にて、車両ＥＣＵ３００からのテスト送電の開始信号ＴＥＳＴ＿ＳＴＲＴの受信に応答してテスト送電を開始する。テスト送電で用いる電力は、蓄電装置１９０を充電する際に送電する電力よりも小さく、車両１００の発光部１７２を発光させるために必要とされる電力に基づいて定められる。発光部１７２として、図４または図５で示したようなＬＥＤを用いる場合には、テスト送電に用いる電力を非常に小さな電力とすることができる。これによって、受電部１１０と送電部２２０との間で生じる漏洩電磁界を低減できる。

そして、送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１５０にて、車両ＥＣＵ３００からのテスト送電の停止信号ＴＥＳＴ＿ＳＴＰの受信に応答してテスト送電を停止する。

送電ＥＣＵ２４０は、その後、Ｓ１６０にて、Ｓ１１０で受信した車両情報ＩＮＦＯに含まれる、受電装置のインピーダンス特性およびＳＯＣなどに基づいて、整合器２６０を調整する。そして、整合器２６０の調整が完了すると、送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１７０にて、調整完了フラグＣＯＭＰ２を車両１００へ送信する。

送電ＥＣＵ２４０は、車両ＥＣＵ３００からの充電のための送電開始信号ＣＨＧ＿ＳＴＲＴを受信すると、Ｓ１８０にて、テスト送電のときよりも大きい、充電のための電力を用いた送電動作を開始する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、送電装置と受電装置との位置合わせを、上記のような発光部の照度に基づいて行なうことができる。これによって、位置合わせに必要とされる電力が低減できるので、位置合わせの際に生じる漏洩電磁界を低減することができるとともに、効率を向上させることができる。また、位置ずれ検出のための受光部が、受電経路と電気的に絶縁されており、さらに位置合わせに用いられる発光部が、蓄電装置の充電の際には受電経路から切り離されるため、蓄電装置の充電のための送電時に、発光部および受光部に起因する伝導ノイズを低減することができ、ロバスト性を向上させることが可能となる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、発光部からの光を受光部で検出し、その検出した光の照度に基づいて、車両ＥＣＵによってユーザへのガイダンスや自動駐車動作の指令等を出力する構成について説明した。

ところで、ユーザへのガイダンスを行なう機能のみを有する場合には、発光部に含まれるＬＥＤなどを、直接ユーザインターフェースに設置することで、受光部のようなセンサを用いなくとも、ユーザガイダンスを実行する構成とすることが可能である。

図１０は、実施の形態２に従う非接触給電システム１０Ａの詳細構成図である。図１０の非接触給電システム１０Ａの車両１００Ａにおいては、図２における受光部１７４が削除された構成となっている。図１０において、図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

図１０を参照して、車両１００Ａにおいては、発光部１７２がユーザインターフェース１６５に組み込まれる。図３および図４で説明したように、発光部１７２には発光素子として、たとえばＬＥＤが含まれる。実施の形態２においては、このＬＥＤは、ユーザインターフェース１６５の表面において、ＬＥＤが放出する光がユーザによって視認可能となるように配置される。

このような構成とすることによって、ユーザは、ユーザインターフェース１６５上のＬＥＤの照度を目視で確認して受電部１１０と送電部２２０との位置ずれを認識することができる。そして、受光部が不要となるので、車両における消費電力を低減することが可能となる。

［実施の形態３］
実施の形態１および実施の形態２においては、発光部１７２は、受電部１１０で受電した交流電力、すなわち整流器１８０で整流される前の電力を受けて発光する構成であった。実施の形態１および実施の形態２のような構成とすることは、位置ずれの検出の際に整流器１８０を電力伝達経路から切り離すことができるので、位置ずれ検出時における整流器１８０によるインピーダンスの影響や電力損失等を抑制することができるという利点がある。

しかしながら、発光部１７２にＬＥＤを用いる場合には、図３および図４で示したように、複数のＬＥＤが必要となる。また、受電部１１０で受電する交流電力は十数ＭＨｚと比較的高周波であるので、使用可能なＬＥＤは、良好な高周波特性を有するＬＥＤに限定されてしまうという課題も生じ得る。

そこで、実施の形態３においては、整流器で整流された後の直流電力を発光部に供給する構成について説明する。

図１１は、実施の形態３に従う非接触給電システム１０Ｂの詳細構成図である。図１１における車両１００Ｂは、実施の形態１の図２において、発光部１７２が発光部１７２Ｂに置き換えられている。さらに、図１１においては、整流器１８０が受電部１１０とＣＨＲ１７０との間に設けられ、発光部１７２ＢがリレーＲＹ１を介して、整流器１８０とＣＨＲ１７０とを結ぶ経路に接続される。

このように、直流電力を用いて発光部１７２Ｂを発光させることによって、１つのＬＥＤでも対応可能となる。また、直流電力を用いるため、ＬＥＤの周波数特性を考慮することが不要となり、安価なＬＥＤでシステムを構築でき、コスト低減にもつながる。

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。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 非接触給電システム、１００，１００Ａ，１００Ｂ 車両、１０５ 駆動装置、１１０ 受電部、１１１ 二次共鳴コイル、１１２，２２２ コンデンサ、１１３ 二次コイル、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、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、１６５ ユーザインターフェース、１７０ ＣＨＲ、１７２，１７２Ａ，１７２Ｂ 発光部、１７４ 受光部、１８０ 整流器、１８５ 充電ユニット、１９０ 蓄電装置、２００ 送電装置、２１０ 電源装置、２２０ 送電部、２２１ 一次共鳴コイル、２２３ 一次コイル、２４０ 送電ＥＣＵ、２５０ 電源部、２６０ 整合器、３００ 車両ＥＣＵ、６００ 負荷、Ｃ１，Ｃ２ 可変コンデンサ、Ｌ インダクタ、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４，ＬＥＤ１１，ＬＥＤ１２ ＬＥＤ素子、Ｒ１，Ｒ１１ 抵抗、ＲＹ１ リレー。

Claims (15)

1. 送電装置から転送される電力を、電磁共鳴によって非接触で受電するための受電装置であって、
   前記送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって前記送電装置からの電力を受電する受電部と、
   前記受電部で受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、
   前記受電部において受電された電力を受けて発光し、受電された電力に応じて照度が変化する発光部と、
   制御装置とを備え、
   前記受電部において受電される電力は、前記送電部と前記受電部との位置ずれ量に応じて変化し、
   前記送電装置は、前記送電部および前記受電部との間の位置ずれ量が所定の許容範囲の場合に前記発光部の照度が所定量より大きくなるように、前記送電部および前記受電部との間のインピーダンスを調整し、
   前記制御装置は、前記送電部および前記受電部との間のインピーダンスが調整されたことを示す信号を前記送電装置から受信したことに応答して、前記送電装置に対して前記位置ずれ量を認識するための送電の開始信号を送信する、受電装置。
2. 前記受電部で受電した電力を整流して前記蓄電装置へ出力する整流器をさらに備え、
   前記発光部は、前記受電部と前記整流器とを結ぶ経路からの交流電力を受ける、請求項１に記載の受電装置。
3. 前記発光部は、全波整流回路を構成するＬＥＤ素子を含む、請求項２に記載の受電装置。
4. 前記受電部で受電した電力を整流して前記蓄電装置へ出力する整流器をさらに備え、
   前記発光部は、前記整流器と前記蓄電装置とを結ぶ経路からの直流電力を受ける、請求項１に記載の受電装置。
5. 前記送電装置は、前記開始信号を受信したことに応答して、前記蓄電装置を充電するた
   めの送電に先立って、前記送電部と前記受電部との位置ずれ量を認識するための送電を実行し、
   前記発光部は、前記位置ずれ量を認識するための送電が実行されている場合に、前記受電部において受電された電力を受ける、請求項１に記載の受電装置。
6. 前記受電部において受電された電力の、前記発光部への供給と遮断とを切換えるための切換部をさらに備える、請求項５に記載の受電装置。
7. 前記位置ずれ量を認識するための送電に用いられる送電電力は、前記蓄電装置を充電するための送電に用いられる送電電力よりも小さい、請求項５に記載の受電装置。
8. 前記発光部からの光を受光するための受光部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記受光部で検出された前記発光部の照度に基づいて、前記送電部と前記受電部との間の位置ずれ量を検出するように構成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の受電装置。
9. 前記制御装置は、前記発光部の照度を示す値がより大きいほど、前記送電部と前記受電部との間の位置ずれ量がより小さいと判定する、請求項８に記載の受電装置。
10. 前記制御装置は、前記発光部の照度を示す値が、予め定められたしきい値を上回る場合に、前記蓄電装置を充電するための送電の実行を行なう、請求項９に記載の受電装置。
11. ユーザへ情報を提供するためのインターフェース部をさらに備え、
    前記インターフェース部は、前記発光部の照度に関連する情報をユーザに提供する、請求項１に記載の受電装置。
12. 前記発光部は発光素子を含み、
    前記発光素子は、前記インターフェース部において、前記発光素子の光がユーザにより視認可能となるように配置される、請求項１１に記載の受電装置。
13. 前記発光部からの光を受光するための受光部をさらに備え、
    前記制御装置は、前記受光部が受光した前記発光部の光についての信号を受け、前記インターフェース部に前記発光部の照度に関連する情報を出力する、請求項１１に記載の受電装置。
14. 送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって前記送電装置からの電力を非接触で受電する受電部と、
    前記受電部において受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、
    前記蓄電装置からの電力を用いて走行駆動力を生成するための駆動装置と、
    前記受電部において受電された電力を受けて発光し、受電された電力に応じて照度が変化する発光部と、
    制御装置とを備え、
    前記受電部において受電される電力は、前記送電部と前記受電部との位置ずれ量に応じて変化し、
    前記送電装置は、前記送電部および前記受電部との間の位置ずれ量が所定の許容範囲の場合に前記発光部の照度が所定量より大きくなるように、前記送電部および前記受電部との間のインピーダンスを調整し、
    前記制御装置は、前記送電部および前記受電部との間のインピーダンスが調整されたことを示す信号を前記送電装置から受信したことに応答して、前記送電装置に対して前記位置ずれ量を認識するための送電の開始信号を送信する、車両。
15. 電磁共鳴によって非接触で電力を転送するための非接触給電システムであって、
    送電部を含む送電装置と、
    前記送電部と電磁共鳴を行なう受電部を含む受電装置とを備え、
    前記受電装置は、
    前記受電部で受電された電力を蓄えるための蓄電装置と、
    前記受電部において受電された電力を受けて発光し、受電された電力に応じて照度が変化する発光部と、
    前記送電装置および前記受電装置を制御するための制御装置とを含み、
    前記受電部において受電される電力は、前記送電部と前記受電部との位置ずれ量に応じて変化し、
    前記制御装置は、前記送電部および前記受電部との間の位置ずれ量が所定の許容範囲の場合に前記発光部の照度が所定量より大きくなるように、前記送電部および前記受電部との間のインピーダンスを前記送電装置において調整し、
    前記制御装置は、前記送電部および前記受電部との間のインピーダンスが調整された後に、前記送電装置から前記位置ずれ量を認識するための送電の開始する、非接触給電システム。

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