(57)【要約】  車両に設けられた車両側自己共振コイル（１１０）は、巻回中心（Ｏ２）を中心として巻回中心（Ｏ２）の周囲を延びるように形成され、車両側自己共振コイル（１１０）と設備側自己共振コイル（２４０）とが電磁界共振結合しているときに車両側自己共振コイル（１１０）を流れる交流電流の腹となる部分を、車両側自己共振コイル（１１０）の腹部（ＡＭ１）とすると、腹部と車両の中心との間の距離は、巻回中心（Ｏ２）と車両の中心との間の距離よりも小さい。
2012111088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外部に設けられた設備側自己共振コイル（２４０）との間で電磁界共振結合して、前記設備側自己共振コイル（２４０）から電力を受電可能な車両側自己共振コイル（１１０）を備えた車両であって、
前記車両側自己共振コイル（１１０）は、巻回中心（Ｏ２）を中心として前記巻回中心（Ｏ２）の周囲を延びるように形成され、
前記車両側自己共振コイル（１１０）と前記設備側自己共振コイル（２４０）とが電磁界共振結合しているときに前記車両側自己共振コイル（１１０）を流れる交流電流の腹となる部分を前記車両側自己共振コイル（１１０）の腹部（ＡＭ１）とすると、前記腹部と前記車両の中心との間の距離は、前記巻回中心（Ｏ２）と前記車両の中心との間の距離よりも小さい、車両。
【請求項２】
前記腹部は、前記車両側自己共振コイル（１１０）のうち、前記車両側自己共振コイル（１１０）を形成する導線の一端から他端までの長さ方向の中央に位置する、請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記車両側自己共振コイル（１１０）に接続されたキャパシタ（１１１）をさらに備え、
前記車両側自己共振コイル（１１０）とキャパシタ（１１１）とによって共振回路が形成され、
前記腹部（ＡＭ１）は、前記共振回路の電流経路の中央に位置する、請求項１に記載の車両。
【請求項４】
前記キャパシタ（１１１）は、前記車両側自己共振コイル（１１０）の両端に接続され、
前記車両側自己共振コイル（１１０）の巻数は奇数とされ、
前記キャパシタ（１１１）は、前記巻回中心（Ｏ２）に対して、前記腹部と反対側に配置された、請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記キャパシタ（１１１）は、前記車両側自己共振コイル（１１０）の両端に接続され、
前記車両側自己共振コイル（１１０）の巻数は偶数とされ、
前記キャパシタ（１１１）と前記車両の中心との間の距離は、前記巻回中心（Ｏ２）と前記車両の中心との間の距離よりも小さい、請求項３に記載の車両。
【請求項６】
前記車両の幅方向に配列させられた一対のリヤサイドメンバ（１０Ａ，１０Ｂ）をさらに備え、
前記リヤサイドメンバ（１０Ａ，１０Ｂ）と前記車両側自己共振コイル（１１０）との上方から前記リヤサイドメンバ（１０Ａ，１０Ｂ）と前記車両側自己共振コイル（１１０）を見ると前記車両側自己共振コイル（１１０）は、前記リヤサイドメンバ（１０Ａ，１０Ｂ）の間に配置された、請求項１に記載の車両。
【請求項７】
前記腹部は、前記車両の幅方向中央部に配置された、請求項１に記載の車両。
【請求項８】
車両側自己共振コイル（１１０）を備えた車両が所定位置に停車する停車スペースに設けられた外部給電装置であって、
前記車両側自己共振コイル（１１０）と電磁界共振結合して、前記車両側自己共振コイル（１１０）に電力を送電する設備側自己共振コイル（２４０）を備え、
前記車両側自己共振コイル（１１０）は、巻回中心（Ｏ２）を中心に巻回して形成され、
前記車両側自己共振コイル（１１０）と前記設備側自己共振コイル（２４０）とが電磁界共振結合しているときに前記車両側自己共振コイル（１１０）を流れる交流電流の腹となる部分を、前記車両側自己共振コイル（１１０）の腹部（ＡＭ１）とすると、前記車両側自己共振コイル（１１０）の腹部（ＡＭ１）と前記車両の中心との間の距離は、前記巻回中心（Ｏ２）と前記車両の中心との間の距離よりも小さく、
前記車両側自己共振コイル（１１０）と前記設備側自己共振コイル（２４０）とが電磁界共振結合しているときに前記設備側自己共振コイル（２４０）を流れる交流電流の腹となる部分を、前記設備側自己共振コイル（２４０）の腹部（ＡＭ２）とすると、
前記車両が前記所定位置に停車すると、前記設備側自己共振コイル（２４０）の腹部（ＡＭ２）と前記車両側自己共振コイル（１１０）の腹部（ＡＭ１）とが高さ方向に配列する、外部給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両および外部給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。【０００３】
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されており、特に、共鳴現象を利用することで非接触で電力を伝送する技術が脚光を浴びている。【０００４】
たとえば、特開２０１０−７３９７６号公報に記載された車両および給電装置は、それぞれ通信コイルを備える。車両に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと、受電コイルとを含み、給電装置に搭載された通信コイルは、共鳴コイルと給電コイルとを含む。そして、給電装置に搭載された共鳴コイルと、車両に搭載された共鳴コイルとの間で、共鳴現象を利用して電力の非接触伝送がなされている。【０００５】
なお、特開２００３−７９５９７号公報や特開２００８−６７８０７号公報などに記載されているように、従来から核磁気共鳴現象を利用して体内の断面を画像化するＭＲＩ（Magnetic  Resonance  Imaging：核磁気共鳴撮像法）などの撮像装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−７３９７６号公報
【特許文献２】特開２００３−７９５９７号公報
【特許文献３】特開２００８−６７８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２０１０−７３９７６号公報に記載された車両および給電装置の間で非接触で電力伝送を行う際には、各共鳴コイル内に高電圧の高周波電流が流れ、各共鳴コイルの周囲には強度の高い磁場が形成される。この結果、車両に搭載された通信コイルの搭載位置によっては、電力伝送中に、車両の周囲に強度の高い磁場が漏れ出すおそれがある。【０００８】
なお、特開２００３−７９５９７号公報や特開２００８−６７８０７号公報に記載された撮像装置が利用する核磁気共鳴現象とは、簡単に説明すると、水の水素原子に磁気を当てると、共鳴して信号を発生する現象のことである。身体の部位および臓器によって水分量（水素原子の量）が異なるため、ＭＲＩは、人に身体に磁気を照射し、上記核磁気共鳴現象によって発せられた信号を適宜受信し、受信した信号に基づいて身体の断面画像を作成している。【０００９】
このように、ＭＲＩなどが利用する核磁気共鳴現象と、車両および給電装置との間で利用される電磁界共振結合とは異なる現象を利用するものであり、その構造も全く異なる。【００１０】
本発明は、車両と外部給電装置との間で非接触で電力を伝送する際に、車両の周囲に強度の強い磁場が漏れるおそれがあるという課題に着目した発明であり、その目的は、車両外部にも設けられた自己共振コイルと、車両に搭載された自己共振コイルとを電磁界共振結合させて電力を伝送する際に、車両の周囲に強度の高い磁場が漏れることを抑制することができる車両を提供することである。本発明の第２の目的は、車両に搭載された自己共振コイルと外部給電装置に搭載された自己共振コイルとを電磁界共振結合させて電力を伝送する際に、車両の周囲に強度の高い磁場が漏れることを抑制することができる外部給電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る車両は、車両外部に設けられた設備側自己共振コイルとの間で電磁界共振結合して、設備側自己共振コイルから電力を受電可能な車両側自己共振コイルを備えた車両である。上記車両側自己共振コイルは、巻回中心を中心として巻回中心の周囲を延びるように形成される。上記車両側自己共振コイルと設備側自己共振コイルとが電磁界共振結合しているときに車両側自己共振コイルを流れる交流電流の腹となる部分を、車両側自己共振コイルの腹部とすると、腹部と車両の中心との間の距離は、巻回中心と車両の中心との間の距離よりも小さい。【００１２】
好ましくは、上記腹部は、車両側自己共振コイルのうち、車両側自己共振コイルを形成する導線の一端から他端までの長さ方向の中央に位置する。好ましくは、上記両側自己共振コイルに接続されたキャパシタをさらに備え、車両側自己共振コイルとキャパシタとによって共振回路が形成される。上記腹部は、共振回路の電流経路の中央に位置する。好ましくは、上記キャパシタは、車両側自己共振コイルの両端に接続される。上記車両側自己共振コイルの巻数は奇数とされ、キャパシタは、巻回中心に対して、腹部と反対側に配置される。【００１３】
好ましくは、上記キャパシタは、車両側自己共振コイルの両端に接続される。上記車両側自己共振コイルの巻数は偶数とされ、キャパシタと車両の中心との間の距離は、巻回中心と車両の中心との間の距離よりも小さい。【００１４】
好ましくは、上記車両の幅方向に配列させられた一対のリヤサイドメンバをさらに備える。上記リヤサイドメンバと車両側自己共振コイルとの上方からリヤサイドメンバと車両側自己共振コイルを見ると車両側自己共振コイルは、リヤサイドメンバの間に配置される。好ましくは、上記腹部は、車両の幅方向中央部に配置される。【００１５】
本発明に係る外部給電装置は、車両側自己共振コイルを備えた車両が所定位置に停車する停車スペースに設けられた外部給電装置である。上記車両側自己共振コイルと電磁界共振結合して、車両側自己共振コイルに電力を送電する設備側自己共振コイルを備える。上記車両側自己共振コイルは、巻回中心を中心に巻回して形成される。上記車両側自己共振コイルと設備側自己共振コイルとが電磁界共振結合しているときに車両側自己共振コイルを流れる交流電流の腹となる部分を、車両側自己共振コイルの腹部とすると、車両側自己共振コイルの腹部と車両の中心との間の距離は、巻回中心と車両の中心との間の距離よりも小さい。上記車両側自己共振コイルと設備側自己共振コイルとが電磁界共振結合しているときに設備側自己共振コイルを流れる交流電流の腹となる部分を、設備側自己共振コイルの腹部とすると、車両が所定位置に停車すると、設備側自己共振コイルの腹部と車両側自己共振コイルの腹部とが高さ方向に配列する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る車両によれば、外部に設けられた自己共振コイルとの間で非接触で電力を受電する際に、車両の周囲に強度の高い磁場が漏れ出すことを抑制することができる。本発明に係る外部給電装置によれば、非接触で電力を車両に送電する際に、車両の周囲に強度の高い磁場が漏れることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態１の形態に係る電動車両１００と、電動車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを模式的に示す模式図である。
【図２】共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。
【図３】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４】車両側キャパシタ１１１および車両側自己共振コイル１１０と、設備側キャパシタ２５０および設備側自己共振コイル２４０を示す斜視図である。
【図５】車両側コイルユニット１０１および車両側キャパシタ１１１によって形成されるＬＣ共振器の回路図である。
【図６】車両側自己共振コイル１１０、車両側キャパシタ１１１および接続配線１１２，１１３によって形成されたＬＣ共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。
【図７】共振回路の位置とその位置の周囲に形成される電界強度および磁界強度を模式的に示すグラフである。
【図８】電動車両１００の下面を示す斜視図である。
【図９】電動車両１００の底面図である。
【図１０】電動車両のフロアパネル１１や車両側コイルユニット１０１を示す斜視図である。
【図１１】車両側コイルユニット１０１の側断面図である。
【図１２】図１１に示すＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図である。
【図１３】電動車両１００が駐車スペース２０２の所定位置に停車したときの様子を示す一部側面図である。
【図１４】設備側コイルユニット２０１の断面図である。
【図１５】図１４に示すＸＶ−ＸＶ線における断面図である。
【図１６】本実施の形態２に係る電動車両１００の底面図である。
【図１７】電動車両１００が駐車スペース２０２の所定位置に停車しているときにおける車両側自己共振コイル１１０および設備側自己共振コイル２４０とを模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。さらに、本発明は、モータジェネレータおよびバッテリを備えた車両であって、モータジェネレータからの動力を用いて駆動輪を駆動することができる電動車両であれば適用することができる。このため、たとえば、ハイブリッド車両、電気自動車、燃料電池車両などに適用することができる。
【００１９】
（実施の形態１）
図１から図１５を用いて、本発明の実施１の形態に係る車両および外部給電装置について説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態１の形態に係る電動車両１００と、電動車両１００に電力を給電する外部給電装置２００とを模式的に示す模式図である。
【００２１】
電動車両１００は、外部給電装置２００が設けられた駐車スペース２０２の所定位置に停車して、主に、外部給電装置２００から電力を受電する。なお、電動車両１００は、外部給電装置２００に電力を供給することもできる。
【００２２】
駐車スペース２０２には、電動車両１００を所定の位置に停車するように、輪止やラインが設けられている。
【００２３】
外部給電装置２００は、交流電源２１０に接続された高周波電力ドライバ２２０と、この高周波電力ドライバ２２０に接続された設備側コイルユニット２０１とを含む。設備側コイルユニット２０１は、主に、非接触電力送電装置として機能し、設備側コイルユニット２０１は、設備側自己共振コイル２４０と、設備側自己共振コイル２４０に接続された設備側キャパシタ２５０と、設備側自己共振コイル２４０と電気的に接続される設備側電磁誘導コイル２３０とを含む。
【００２４】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば、系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受け取る電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を設備側電磁誘導コイル２３０に供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０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。
【００２５】
設備側電磁誘導コイル２３０は、上記の高周波電力が供給されることで、設備側電磁誘導コイル２３０から発生する磁束量が経時的に変化する。
【００２６】
設備側自己共振コイル２４０は、設備側電磁誘導コイル２３０と電磁誘導結合しており、設備側自己共振コイル２４０からの磁束量が変化することで、電磁誘導により設備側自己共振コイル２４０にも高周波の電流が流れる。
【００２７】
この際、設備側自己共振コイル２４０に流れる高周波電流の周波数と、設備側電磁誘導コイル２３０のリラクタンスと設備側電磁誘導コイル２３０に接続された設備側キャパシタ２５０の容量Ｃとによって決まる共振周波数とが実質的に一致するように、設備側電磁誘導コイル２３０に電流が供給される。設備側自己共振コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、ＬＣ共振器として機能する。
【００２８】
そして、設備側自己共振コイル２４０の周囲に当該共振周波数と実質的に同じ周波数の電界および磁界が形成される。このようにして、設備側自己共振コイル２４０の周囲には、所定周波数の電磁場（電磁界）が形成される。
【００２９】
そして、電動車両１００は、設備側自己共振コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器と同じ共振周波数を持つＬＣ共振器を備えており、当該ＬＣ共振器と、設備側自己共振コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器とが電磁界共振結合することで、外部給電装置２００から電動車両１００に電力が送電される。
【００３０】
なお、電動車両１００と外部給電装置２００とは、設備側自己共振コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成される電磁場のうち、近接場（エバネッセント場）を主に利用して、外部給電装置２００側から電動車両１００に電力を供給している。当該電磁共鳴法を利用したワイヤレス送電・受電方法の詳細については、後述する。
【００３１】
電動車両１００は、主に非接触電力受電装置として機能する車両側コイルユニット１０１と、車両側コイルユニット１０１に接続された整流器１３０と、整流器１３０に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に接続されたバッテリ１５０と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power  Control  Unit））１６０と、このパワーコントロールユニット１６０に接続されたモータユニット１７０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０やパワーコントロールユニット１６０などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１８０とを備える。
【００３２】
なお、本実施の形態に係る電動車両１００は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両も含む。
【００３３】
車両側コイルユニット１０１は、車両側自己共振コイル１１０と、この車両側自己共振コイル１１０に接続された車両側キャパシタ１１１と、車両側自己共振コイル１１０と電磁誘導により結合する車両側電磁誘導コイル１２０とを含む。なお、車両側コイルユニット１０１の詳細な構成については後述する。
【００３４】
車両側自己共振コイル１１０と車両側キャパシタ１１１は、ＬＣ共振器を構成しており、車両側自己共振コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数と、設備側自己共振コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されたＬＣ共振器の共振周波数とは実質的に一致している。
【００３５】
ここで設備側自己共振コイル２４０に、当該ＬＣ共振器の共振周波数と同じ周波数の高周波電流が供給されると、周波数が当該共振周波数の電磁場（電磁界）が発生する。
【００３６】
そして、設備側自己共振コイル２４０から、たとえば、数ｍ以内程度の範囲内に、車両側自己共振コイル１１０が配置されると、車両側自己共振コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されるＬＣ共振器が共鳴して、車両側自己共振コイル１１０に電流が流れる。このように、車両側自己共振コイル１１０と、設備側自己共振コイル２４０とは、電磁界共振結合する。
【００３７】
車両側電磁誘導コイル１２０は、車両側自己共振コイル１１０と電磁誘導結合して、車両側自己共振コイル１１０が受電した電力を取り出す。車両側電磁誘導コイル１２０が車両側自己共振コイル１１０から順次電力を取り出すことで、電磁場を介して車両側自己共振コイル１１０に設備側自己共振コイル２４０から順次電力が供給される。このように、車両側コイルユニット１０１と、設備側コイルユニット２０１とは、所謂、電磁共鳴方式のワイヤレス送電・受電方式が採用されている。
【００３８】
整流器１３０は、車両側電磁誘導コイル１２０に接続されており、車両側電磁誘導コイル１２０から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に供給する。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５０に供給する。
【００４０】
パワーコントロールユニット１６０は、バッテリ１５０に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５０から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７０に供給する。
【００４１】
モータユニット１７０は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６０のインバータから供給される交流電流によって駆動する。
【００４２】
なお、バッテリ１５０に蓄積された電力を交流電源２１０に供給する際には、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０がバッテリ１５０からの電流を昇圧して、整流器１３０に供給する。整流器１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０からの直流電流を高周波電流に変換する。この高周波電流の周波数は、上記の共振周波数とされている。
【００４３】
整流器１３０は、この高周波電流を車両側電磁誘導コイル１２０に供給する。車両側自己共振コイル１１０は、電磁誘導によって車両側電磁誘導コイル１２０から高周波電流を受け取る。この高周波電流の周波数は、共振周波数と実質的に一致しており、車両側自己共振コイル１１０および車両側キャパシタ１１１によって形成されたＬＣ共振器が共振する。そして、車両側自己共振コイル１１０の周囲に周波数が上記共振周波数とされた電磁場（電磁界）が形成される。
【００４４】
そして、車両側自己共振コイル１１０から、たとえば、数ｍ程度の範囲内に設備側自己共振コイル２４０が配置されることで、設備側自己共振コイル２４０および設備側キャパシタ２５０によって形成されるＬＣ共振器が共鳴する。そして、設備側自己共振コイル２４０に供給された電力は、電磁誘導によって設備側電磁誘導コイル２３０に引き出される。設備側自己共振コイル２４０に引き出された電力は、高周波電力ドライバ２２０を通って、交流電源２１０に供給される。
【００４５】
なお、電動車両１００がハイブリッド車両の場合には、電動車両１００は、エンジン、動力分割機構とをさらに備え、モータユニット１７０は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
【００４６】
上記のように本実施の形態１に係る車両側コイルユニット１０１と設備側コイルユニット２０１との間は、ワイヤレス送電・受電方式であって、電磁場を利用した共鳴法が採用されている。
【００４７】
図２は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図であって、この図２を用いて、共鳴法による送電および受電の原理を説明する。
【００４８】
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。
【００４９】
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、１Ｍ〜数十ＭＨｚの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（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）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。
【００５０】
なお、図２の構成と図１の構成の対応関係を示すと、図１に示す交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１に示す設備側電磁誘導コイル２３０は、図２の一次コイル３２０に相当する。さらに、図１に示す設備側自己共振コイル２４０および設備側キャパシタ２５０は、図３の一次自己共振コイル３３０および一次自己共振コイル３３０の浮遊容量とに相当する。
【００５１】
図１に示す車両側自己共振コイル１１０および車両側キャパシタ１１１は、図２に示す二次自己共振コイル３４０および二次自己共振コイル３４０の浮遊容量とに相当する。
【００５２】
図１に示す車両側電磁誘導コイル１２０は、図２の二次コイル３５０に相当する。そして、図１に示す整流器１３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０およびバッテリ１５０は、図２に示す負荷３６０に相当する。
【００５３】
さらに、本実施の形態１に係るワイヤレス送電・受電方式は、電磁界の「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。
【００５４】
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つの成分から成る。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、「静電界」と称される。
【００５５】
「静電界」は、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であり、共鳴法では、この「静電界」が支配的な近接場（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、「静電界」が支配的な近接場において、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「静電界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電界」によってエネルギー（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。
【００５６】
このように、本実施の形態１に係る電動車両１００と、外部給電装置２００とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、電動車両１００の車両側コイルユニット１０１と、外部給電装置２００の設備側コイルユニット２０１との間で電力の送電や受電を行っている。
【００５７】
ここで、車両側コイルユニット１０１と設備側コイルユニット２０１との間で電力の送電および受電を行っている際に、車両の周囲に強度の高い磁界が漏れ出すと、電動車両１００の周囲の電気機器などに影響を与えるおそれがある。
【００５８】
本願の発明者等は、鋭意努力の結果、受電および送電の過程において、車両側自己共振コイル１１０の特定の部位および設備側自己共振コイル２４０の特定の部位の周囲に特に強度の高い磁場が形成されることを見出した、本願発明においては、受電および送電の過程において、電動車両１００の周囲に強い磁場が漏れ出すことを抑制することを目的としており、以下にその具体的な構成について説明する。
【００５９】
図４は、車両側キャパシタ１１１および車両側自己共振コイル１１０と、設備側キャパシタ２５０および設備側自己共振コイル２４０を示す斜視図である。図５は、車両側コイルユニット１０１および車両側キャパシタ１１１によって形成されるＬＣ共振器の回路図である。
【００６０】
図４に示すように、車両側自己共振コイル１１０は、巻回中心Ｏ２を中心として、巻回中心Ｏ２の周囲を延びるように円弧状に形成されている。車両側自己共振コイル１１０の端部１１６に接続配線１１２が設けられ、車両側自己共振コイル１１０の端部１１７に接続配線１１３が接続されている。接続配線１１２，１１３によって車両側自己共振コイル１１０と車両側キャパシタ１１１とが接続されている。
【００６１】
設備側自己共振コイル２４０は、巻回中心Ｏ３を中心として、巻回中心Ｏ３の周囲を延びるように円弧状に形成されている。設備側自己共振コイル２４０の端部２３６に接続配線２４２が接続され、設備側自己共振コイル２４０の端部２３５に接続配線２４３が接続されている。接続配線２４２，２４３によって設備側自己共振コイル２４０と設備側キャパシタ２５０とが接続されている。
【００６２】
なお、この図４に示す例においては、車両側自己共振コイル１１０と設備側自己共振コイル２４０とは実質的に同一のコイルが採用されている。
【００６３】
図５において、車両側キャパシタ１１１は、互いに対向する電極１１４および電極１１５を含み、接続配線１１２，１１３によって、電極１１４，１１５が車両側自己共振コイル１１０の端部に接続されている。
【００６４】
設備側自己共振コイル２４０と車両側自己共振コイル１１０とが電磁界結合（電磁共鳴）する際には、車両側自己共振コイル１１０、車両側キャパシタ１１１および接続配線１１２，１１３によって形成される電流経路内に高周波の交流電流が流れる。この交流電流の周波数は、ＬＣ共振回路の共振周波数と実質的に一致しており、当該交流電流は共振状態となっている。
【００６５】
図６は、車両側自己共振コイル１１０、車両側キャパシタ１１１および接続配線１１２，１１３によって形成されたＬＣ共振器の展開図および共振回路内を流れる電流値を示すグラフである。
【００６６】
この図６において、接続配線１１２の端部を共振回路の回路始点ＬＯとし、電極１１５の端部を共振回路の回路終端ＬＥとする。
【００６７】
図６に示す縦軸は、電流量を示し、横軸は、共振回路の位置を示す。そして、曲線ＣＬ１は、電磁界共振結合しているときの任意の時点における電流量の分布を示す。そして、曲線ＣＬ２〜ＣＬ７は、曲線ＣＬ１の時点から時々刻々変化する電流量の分布を示す。
【００６８】
この曲線ＣＬ１〜ＣＬ７からも明らかなように、共振回路内を流れる電流は、中間位置ＬＭ１の部分が「腹」となる。なお、接続配線１１２および電極１１４の結線位置と回路始点ＬＯとの間の距離と、電極１１５および接続配線１１３の結線位置と回路終端ＬＥとの間の距離は、実質的に等しい。また、接続配線１１２の長さと、接続配線１１３の長さとは等しい。このため、中間位置ＬＭ１は、車両側自己共振コイル１１０を形成する導線の長さ方向の中央に位置している。このような共振交流電流においては、「腹」（anti-node）の部分で電流量が最大となる。そこで、車両側自己共振コイル１１０のうち、共振交流電流の「腹」となる部分を腹部ＡＭ１とする。
【００６９】
車両側自己共振コイル１１０の腹部ＡＭ１を流れる電流が最大となるため、腹部ＡＭ１の周囲で強度の高い磁界が発生する。そして、車両側自己共振コイル１１０の端部側に向かうにつれて、車両側自己共振コイル１１０の周囲に形成される磁界の強度が小さくなる。
【００７０】
その一方で、回路始点ＬＯおよび回路終端ＬＥにおける電位は高く、腹部ＡＭ１における電位は低いため、電界強度は回路始点ＬＯおよび回路終端ＬＥの周囲で大きくなり、車両側自己共振コイル１１０の腹部ＡＭ１の周囲で最小となる。
【００７１】
図７は、共振回路の位置とその位置の周囲に形成される電界強度ＥＦおよび磁界強度ＭＦを模式的に示すグラフである。この図７からも明らかなように、車両側自己共振コイル１１０の腹部ＡＭ１の周囲に強度の高い磁場が形成されることが分かる。
【００７２】
なお、図６から図７においては、車両側自己共振コイル１１０を含む共振回路について説明したが、設備側自己共振コイル２４０、設備側キャパシタ２５０および接続配線２４２，２４３によって形成されたＬＣ共振回路においても、車両側自己共振コイル１１０を含むＬＣ共振回路と同様の電流分布、磁界強度分布および電界強度分布となる。
【００７３】
そこで、設備側自己共振コイル２４０を含むＬＣ共振回路のうち、このＬＣ共振回路内を流れる共振交流電流の「腹」となる部分を図４に示すように腹部ＡＭ２とする。
【００７４】
本願発明者等は、車両側自己共振コイル１１０および設備側自己共振コイル２４０の搭載態様を工夫することで、強度の高い磁場が電動車両１００の周囲に漏れることを抑制しており、その詳細について図を用いて説明する。
【００７５】
図８は、電動車両１００の下面を示す斜視図であり、図９は、電動車両１００の底面図である。そして、図１０は、電動車両のフロアパネル１１や車両側コイルユニット１０１を示す斜視図である。
【００７６】
この図８から図１０を参照して、電動車両１００は、車両の幅方向に配列する一対のサイドメンバ１０Ａ，１０Ｂと、車両の幅方向に配列する一対のリヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄと、フロアパネル１１とを含む。フロアパネル１１は、サイドメンバ１０Ａ，１０Ｂの上面と、リヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄとの上面に固定されている。車両側コイルユニット１０１は、フロアパネル１１の下面に設けられている。
【００７７】
図９および図１０に示すように、リヤサイドメンバ１０Ｃは、サイドメンバ１０Ａの後端に接続され、リヤサイドメンバ１０Ｄは、サイドメンバ１０Ｂの後端に接続されている。車両側コイルユニット１０１と、リヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄとの上方から車両側コイルユニット１０１とリヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄを見ると、車両側コイルユニット１０１は、リヤサイドメンバ１０Ｃおよびリヤサイドメンバ１０Ｄの間に配置されている。
【００７８】
図１１は、車両側コイルユニット１０１の側断面図であり、図１２は、図１１に示すＸＩＩ−ＸＩＩ線における断面図である。
【００７９】
この図１１および図１２に示すように、車両側コイルユニット１０１は、車両側電磁誘導コイル１２０と、車両側電磁誘導コイル１２０の下方に配置された車両側自己共振コイル１１０と、車両側キャパシタ１１１と、ボビン１２１と、樹脂ケース１２３と、シールド１２４とを含む。ボビン１２１の外周面に車両側自己共振コイル１１０および車両側電磁誘導コイル１２０が装着され、ボビン１２１の内部に車両側キャパシタ１１１が配置されている。樹脂ケース１２３は、フロアパネル１１に固定される天板部と、天板部の周縁部から下方に垂れ下がる周壁部と、底面部とを含む。シールド１２４は、樹脂ケース１２３の内表面のうち、樹脂ケース１２３の天板部と、周壁部とに形成されている。
【００８０】
これにより、車両側自己共振コイル１１０の周囲に形成される電磁場が車両内に入り込んだり、車両の周囲に漏れることが抑制されている。
【００８１】
なお、本実施の形態１においては、車両側自己共振コイル１１０の巻数は、１巻程度とされているため、車両側自己共振コイル１１０の腹部ＡＭ１は、巻回中心Ｏ２に対して車両側自己共振コイル１１０の端部１１６，１１７と反対側に位置する。
【００８２】
なお、車両側自己共振コイル１１０の巻数が１巻、３巻などのように、奇数巻きのときには、腹部ＡＭ１は、巻回中心Ｏ２に対して端部１１６，１１７および車両側キャパシタ１１１と反対側に位置する。
【００８３】
ここで、図９において、車両側自己共振コイル１１０は、腹部ＡＭ１と電動車両１００の中心点Ｏ４との間の距離が、巻回中心Ｏ２と中心点Ｏ４との間の距離よりも小さくなるように配置されている。図９に示す領域Ｒ１および領域Ｒ２は、磁界の強度の強い領域を示す。腹部ＡＭ１が電動車両１００の中心に近い位置に配置されているため、腹部ＡＭ１の周囲に形成される強度の高い領域Ｒ１，Ｒ２が電動車両１００の周囲に漏れることが抑制されている。
【００８４】
腹部ＡＭ１は、電動車両１００の幅方向の中央部に配置されており、腹部ＡＭ１の周囲に形成される磁場が電動車両１００の側面側から漏れることを抑制することができる。
【００８５】
図９に示す例においては、腹部ＡＭ１は、電動車両１００の幅方向中央部をとおり電動車両１００の前後方向に延びる中心線Ｏ１上に配置されているが、この位置に限られず、中心線Ｏ１上およびその周囲に位置してもよい。
【００８６】
また、図１０に示すように、車両側コイルユニット１０１は、リヤサイドメンバ１０Ｃおよびリヤサイドメンバ１０Ｄ間に配置されており、リヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄは、フロアパネル１１の下面から突出しているため、リヤサイドメンバ１０Ｃ,リヤサイドメンバ１０Ｄによって強度の高い磁場が外部に漏れることが抑制されている。
【００８７】
さらに、車両側コイルユニット１０１をリヤサイドメンバ１０Ｃ，１０Ｄの間に配置することで、電動車両１００が側突されたとしても車両側コイルユニット１０１の保護を図ることができる。特に、好ましくは、腹部ＡＭ１が、幅方向に配列する一対の後輪の間に位置するように車両側自己共振コイル１１０を配置することで、後輪によって腹部ＡＭ１の周囲に形成される磁場が車両の周囲に漏れることが抑制されると共に外部からの衝撃から車両側コイルユニット１０１を保護することができる。
【００８８】
バッテリ１５０は、フロアパネル１１のうち、リヤサイドメンバ１０Ｃおよびリヤサイドメンバ１０Ｄの間に配置されているため、車両側コイルユニット１０１とバッテリ１５０との配線距離を短くすることができる。
【００８９】
次に、外部給電装置２００の設備側コイルユニット２０１について詳細に説明する。図１３は、電動車両１００が駐車スペース２０２の所定位置に停車したときの様子を示す一部側面図である。
【００９０】
この図１３に示すように、駐車スペース２０２には、電動車両１００の後輪を止める輪止２０３が設けられており、後輪が輪止２０３とあたるように電動車両１００を停車することで、電動車両１００は、駐車スペース２０２の所定位置に停車する。
【００９１】
電動車両１００が、駐車スペース２０２の所定位置に停車すると、設備側コイルユニット２０１は、車両側コイルユニット１０１と鉛直方向に対向する位置に設けられている。
【００９２】
図１４は、設備側コイルユニット２０１の断面図であり、図１５は、図１４に示すＸＶ−ＸＶ線における断面図である。
【００９３】
この図１４および図１５に示すように、設備側コイルユニット２０１は、設備側自己共振コイル２４０と、設備側自己共振コイル２４０の下方に配置された設備側電磁誘導コイル２３０と、ボビン２３１と、樹脂ケース２３２とシールド２３３とを含む。
【００９４】
ボビン２３１の外周面に、設備側自己共振コイル２４０および設備側電磁誘導コイル２３０が装着されており、ボビン２３１内に設備側キャパシタ２５０が配置されている。
【００９５】
樹脂ケース２３２は、天板部、底面部および周壁部を含み、シールド２３３は、樹脂ケース２３２の内表面のうち、底面部および周壁部に形成されている。腹部ＡＭ２は、巻回中心Ｏ３に対して、設備側自己共振コイル２４０の端部および設備側キャパシタ２５０の反対側に配置されている。
【００９６】
ここで、電動車両１００が駐車スペース２０２の所定位置に位置しているときには、車両側自己共振コイル１１０と設備側自己共振コイル２４０とは、鉛直方向に配列する。
【００９７】
そして、図４に示すように、車両側自己共振コイル１１０の腹部ＡＭ１と、設備側自己共振コイル２４０の腹部ＡＭ２とは、鉛直方向（高さ方向）に配列する。
【００９８】
このように、腹部ＡＭ２が腹部ＡＭ１の下方に位置することで、腹部ＡＭ２は、巻回中心Ｏ３よりも、図９に示す電動車両１００の中心点Ｏ４に近い位置となる。これにより、腹部ＡＭ２の周囲に形成される強度の高い磁場が、車両と地面との間から漏れでることを抑制することができる。さらに、腹部ＡＭ１と、腹部ＡＭ２とが対向することで、車両側自己共振コイル１１０と設備側自己共振コイル２４０との間の送電効率の向上を図ることができる。
【００９９】
（実施の形態２）
図１６および図１７を用いて、本実施の形態２に係る電動車両１００と、外部給電装置２００とについて説明する。なお、図１６および図１７に示す構成のうち、上記図１から図１５に示す構成と同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１００】
図１６は、本実施の形態２に係る電動車両１００の底面図である。この図１６に示すように、本実施の形態２に係る電動車両１００においても、車両側コイルユニット１０１の車両側自己共振コイル１１０の腹部ＡＭ１は、巻回中心Ｏ２よりも、中心点Ｏ４に近い位置に配置されており、腹部ＡＭ１と中心点Ｏ４との間の距離は、巻回中心Ｏ２と中心点Ｏ４との間の距離よりも小さい。
【０１０１】
その一方で、本実施の形態２においては、車両側キャパシタ１１１も、巻回中心Ｏ２よりも、電動車両１００の中心点Ｏ４に近接するように配置されている。
【０１０２】
図１７は、電動車両１００が駐車スペース２０２の所定位置に停車しているときにおける車両側自己共振コイル１１０および設備側自己共振コイル２４０とを模式的に示す斜視図である。
【０１０３】
この図１７に示すように、本実施の形態２においては、車両側自己共振コイル１１０および設備側自己共振コイル２４０の巻数は、２巻である。
【０１０４】
このため、車両側自己共振コイル１１０の端部１１６と、端部１１７と、腹部ＡＭ１とは、一列に配列する。同様に、設備側自己共振コイル２４０においても、設備側自己共振コイル２４０の端部２３６、端部２３５および腹部ＡＭ２とは、一方向に配列する。なお、車両側自己共振コイル１１０および設備側自己共振コイル２４０の巻数が２巻や４巻のように、巻数が偶数のときには、各コイルの腹部と、コイルの端部およびキャパシタとは、いずれも、巻回中心よりも中心点Ｏ４側に位置し、さらに、各コイル端部と腹部とがコイルとがコイルの中心線と平行な方向に配列する。
【０１０５】
そして、電動車両１００が所定位置に停車し、車両側自己共振コイル１１０と設備側自己共振コイル２４０とが電磁界共振結合する際に、腹部ＡＭ１および腹部ＡＭ２は、鉛直方向に配列する。
【０１０６】
このため、腹部ＡＭ２の周囲に形成される強度の高い磁場が電動車両１００の周囲に漏れることを抑制することができる。
【０１０７】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、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。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、車両および外部給電装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０Ａ，１０Ｂ  サイドメンバ、１０Ｃ，１０Ｄ  リヤサイドメンバ、１１  フロアパネル、１００  電動車両、１０１  車両側コイルユニット、１１０  車両側自己共振コイル、１１１  車両側キャパシタ、１１２，１１３，２４２，２４３  接続配線、１１４，１１４  電極、１１６，１１７，２３５，２３６  端部、１２０  車両側電磁誘導コイル、１２１，２３１  ボビン、１２３，２３２  樹脂ケース、１２４，２３３  シールド、１３０  整流器、１４０  コンバータ、１５０  バッテリ、１６０  パワーコントロールユニット、１７０  モータユニット、２００  外部給電装置、２０１  設備側コイルユニット、２０２  駐車スペース、２０３  輪止、２１０  交流電源、２２０  高周波電力ドライバ、２３０  設備側電磁誘導コイル、２４０  設備側自己共振コイル、２５０  設備側キャパシタ、３１０  高周波電源、３２０  一次コイル、３３０  一次自己共振コイル、３４０  二次自己共振コイル、３５０  二次コイル、３６０  負荷、ＡＭ１，ＡＭ２  腹部、ＣＬ１〜ＣＬ７，ｋ１，ｋ２，ｋ３  曲線、ＬＥ  回路終端、ＬＭ１  中間位置、ＬＯ  回路始点、Ｏ１  中心線、Ｏ２，Ｏ３  巻回中心、Ｏ４  中心点、Ｒ１，Ｒ２  領域。
【図１】
2012111088.tif 000003
【図２】
2012111088.tif 000004
【図３】
2012111088.tif 000005
【図４】
2012111088.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2012111088.tif 000009
【図８】
2012111088.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2012111088.tif 000016
【図１５】
2012111088.tif 000017
【図１６】
2012111088.tif 000018
【図１７】
2012111088.tif 000019
【国際調査報告】
2012111088.tif 000020
2012111088.tif 000021