(57)【要約】【課題】給電装置より出力される電力を非接触で電気自動車のバッテリに充電する際に、交流電力に制御信号を重畳する。【解決手段】給電装置１１は、交流電力を出力するキャリア発振器２１と、キャリア発振器２１より出力される交流電力に、ＡＳＫ変調方式を用いて制御信号を重畳するＡＳＫ変調器２２と、ＡＳＫ変調器２２で変調された交流電力を増幅する電力増幅器２３と、電力増幅器２３で増幅された交流電力を送信する第１共鳴コイル２４を有する。また、電気自動車に設けられる充電装置１２は、第１共鳴コイル２４より送信された交流電力を受信する第２共鳴コイル３１と、受信された交流電力を復調して、前記制御信号を取り出すＡＳＫ復調器３４と、受信された交流電力を整流し、整流して得られる直流電力をバッテリ３５に供給する整流器３３を備える。【選択図】図２
2010068632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電装置より出力される電力を非接触で車両側に送信し、該車両に搭載されるバッテリを充電する車両用ワイヤレス充電システムにおいて、
前記給電装置は、
交流電力を出力する電力出力手段と、
前記電力出力手段より出力される交流電力に、所定の変調方式を用いて制御信号を重畳する変調手段と、
前記変調手段で変調された交流電力を増幅する電力増幅手段と、
前記電力増幅手段で増幅された交流電力を送信する第１通信端末と、を有し、
前記車両は、
前記第１通信端末より送信された交流電力を受信する第２通信端末と、
前記第２通信端末で受信された交流電力を復調して、前記制御信号を取り出す復調手段と、
前記交流電力を整流し、整流して得られる直流電力を前記バッテリに供給する整流手段と、
を備えたことを特徴とする車両用ワイヤレス充電システム。
【請求項２】
前記車両は、前記第２通信端末で受信された交流電力を、大電力の交流電力と小電力の交流電力の２系統に分配する分配手段を有し、
前記復調手段は、前記小電力の交流電力から制御信号を取り出し、
前記整流手段は、前記大電力の交流電力を整流することを特徴とする請求項１に記載の車両用ワイヤレス充電システム。
【請求項３】
前記大電力の交流電力を整流して得られる直流電力を、前記復調手段の駆動用電力として用いることを特徴とする請求項２に記載の車両用ワイヤレス充電システム。
【請求項４】
前記第１通信端末は、前記交流電力を送信すると共に前記第２通信端末より送信される信号を受信する送受信機能を備え、且つ、前記第２通信端末は、前記交流電力を受信すると共に前記第１通信端末に信号を送信する送受信機能を備え、
前記給電装置は、前記第１通信端末を送信モードまたは受信モードに切り換える送信・受信切換手段を備え、前記車両は、前記第２通信端末を受信モードまたは送信モードに切り換える受信・送信切換手段を備え、
前記第１通信端末から前記第２通信端末に交流電力を送信する際には、前記送信・受信切換手段を送信モードとし、且つ、前記受信・送信切換手段を受信モードとし、
前記第２通信端末から前記第１通信端末に信号を送信する際には、前記送信・受信切換手段を受信モードとし、且つ、前記受信・送信切換手段を送信モードとし、第２通信端末は、前記交流電力の減衰信号をキャリアとして、前記制御信号を第１通信端末に送信することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用ワイヤレス充電システム。
【請求項５】
前記車両は、前記給電装置へ制御信号を送信する車両側送信手段を有し、且つ、前記給電装置は、車両側より送信される制御信号を受信する給電側受信手段を有し、
前記車両側送信手段は、前記交流信号とは異なる周波数のキャリア信号を発振する発振手段を備え、該発振手段より出力されるキャリア信号に、所定の変調方式を用いて制御信号を重畳し、前記給電側受信手段に送信することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用ワイヤレス充電システム。
【請求項６】
前記車両側送信手段は、前記第２通信端末で受信された交流電力から分離してキャリア信号を取り出し、取り出したキャリア信号の周波数を他の周波数に変更するキャリア信号生成手段を備え、該キャリア信号生成手段で生成されたキャリア信号に、所定の変調方式を用いて制御信号を重畳し、前記給電側受信手段に送信することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用ワイヤレス充電システム。
【請求項７】
前記車両側送信手段は、前記第２通信端末で受信された交流電力から分離してキャリア信号を取り出し、取り出したキャリア信号に周波数変調方式を用いて制御信号を重畳し、前記給電側受信手段に送信することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用ワイヤレス充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電装置より出力される電力を、非接触で車両に搭載されるバッテリに送信して該バッテリを充電する車両用ワイヤレス充電システムに係り、特に、給電装置から車両に送信される電力信号に制御信号を重畳して、給電装置と車両との間の通信を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車のバッテリに電力を充電する充電システムとして、例えば、特開２００６−７４８６８号公報（特許文献１）に記載されているものが知られている。該特許文献１に記載された充電システムでは、電磁誘導による非接触の充電方式を採用して、バッテリ充電用の電力を、非接触で車両に供給してバッテリを充電することができるので、プラグ接続等の操作を必要とせずに簡易にバッテリへの充電を行うことができる。
【０００３】
また、このような充電システムでは、給電側装置と車両との間でバッテリの残存容量の情報、充電の可否、異常発生による緊急停止、等の各種制御信号を送受信する必要があり、このような通信は、別途設けられる通信装置を用いて行われている。
【特許文献１】特開２００６−７４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来における車両用ワイヤレス充電システムでは、給電側装置と車両との間で制御信号の送受信を行うために、給電側装置、及び車両にそれぞれ通信手段を備える必要があり、装置構成が煩雑化、大型化するという欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、給電装置から車両に送信する電力信号に制御信号を重畳して、制御信号の送受信を行うことにより、装置構成を簡素化することのできる車両用ワイヤレス充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、給電装置より出力される電力を非接触で車両側に送信し、該車両に搭載されるバッテリを充電する車両用ワイヤレス充電システムにおいて、前記給電装置は、交流電力を出力する電力出力手段と、前記電力出力手段より出力される交流電力に、所定の変調方式を用いて制御信号を重畳する変調手段と、前記変調手段で変調された交流電力を増幅する電力増幅手段と、前記電力増幅手段で増幅された交流電力を送信する第１通信端末と、を有し、前記車両は、前記第１通信端末より送信された交流電力を受信する第２通信端末と、前記第２通信端末で受信された交流電力を復調して、前記制御信号を取り出す復調手段と、前記交流電力を整流し、整流して得られる直流電力を前記バッテリに供給する整流手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記車両は、前記第２通信端末で受信された交流電力を、大電力の交流電力と小電力の交流電力の２系統に分配する分配手段を有し、前記復調手段は、前記小電力の交流電力から制御信号を取り出し、前記整流手段は、前記大電力の交流電力を整流することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記大電力の交流電力を整流して得られる直流電力を、前記復調手段の駆動用電力として用いることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記第１通信端末は、前記交流電力を送信すると共に前記第２通信端末より送信される信号を受信する送受信機能を備え、且つ、前記第２通信端末は、前記交流電力を受信すると共に前記第１通信端末に信号を送信する送受信機能を備え、前記給電装置は、前記第１通信端末を送信モードまたは受信モードに切り換える送信・受信切換手段を備え、前記車両は、前記第２通信端末を受信モードまたは送信モードに切り換える受信・送信切換手段を備え、前記第１通信端末から前記第２通信端末に交流電力を送信する際には、前記送信・受信切換手段を送信モードとし、且つ、前記受信・送信切換手段を受信モードとし、前記第２通信端末から前記第１通信端末に信号を送信する際には、前記送信・受信切換手段を受信モードとし、且つ、前記受信・送信切換手段を送信モードとし、第２通信端末は、前記交流電力の減衰信号をキャリアとして、前記制御信号を第１通信端末に送信することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、前記車両は、前記給電装置へ制御信号を送信する車両側送信手段を有し、且つ、前記給電装置は、車両側より送信される制御信号を受信する給電側受信手段を有し、前記車両側送信手段は、前記交流信号とは異なる周波数のキャリア信号を発振する発振手段を備え、該発振手段より出力されるキャリア信号に、所定の変調方式を用いて制御信号を重畳し、前記給電側受信手段に送信することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、前記車両側送信手段は、前記第２通信端末で受信された交流電力から分離してキャリア信号を取り出し、取り出したキャリア信号の周波数を他の周波数に変更するキャリア信号生成手段を備え、該キャリア信号生成手段で生成されたキャリア信号に、所定の変調方式を用いて制御信号を重畳し、前記給電側受信手段に送信することを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、前記車両側送信手段は、前記第２通信端末で受信された交流電力から分離してキャリア信号を取り出し、取り出したキャリア信号に周波数変調方式を用いて制御信号を重畳し、前記給電側受信手段に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る車両用ワイヤレス充電システムでは、電力出力手段より出力される交流電力を増幅し、更に、増幅後の交流電力を共鳴型電力伝送方式を用いて車両側に送信してバッテリに充電する。従って、給電装置と車両とをプラグ等で接続することなく、バッテリを充電することができ、充電操作を簡易に行うことができる。
【００１４】
また、給電装置から車両へ送信する制御信号を交流電力に重畳して送信することができるので、給電装置と車両との間での制御信号の送信が可能となり、通信装置を別途設けること無く給電装置と車両との間の通信が可能となるので、装置規模の小型化、簡素化を図ることができる。このため、車体重量の軽量化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの構成を示す説明図である。同図に示すように、本実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システム１０は、電気自動車５（車両）と、該電気自動車５に電力を供給する給電装置１１を備えており、給電装置１１より出力される電力を、非接触で電気自動車５に送信する。
【００１６】
給電装置１１は、第１共鳴コイル２４を備えており、該第１共鳴コイル２４に交流電力が供給されると、該交流電力が電気自動車５に設けられている第２共鳴コイル（第２通信端末）３１に伝達される。
【００１７】
電気自動車５は、充電時に車両を給電装置１１の所定位置に置いたときに、第１共鳴コイル２４と接近する第２共鳴コイル３１と、結合分配器（分配手段）３２と、整流器（整流手段）３３を備えている。更に、直流電力を充電するバッテリ３５と、該バッテリ３５の電圧を降圧してサブバッテリ４１に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４２と、バッテリ３５の出力電力を交流電力に変換するインバータ４３と、該インバータ４３より出力される交流電力により駆動するモータ４４を備えている。
【００１８】
図２は、本発明の第１実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの構成を示すブロック図である。同図に示すように電気自動車５は、充電装置１２を備えており該充電装置１２は、給電装置１１より電力が供給されてバッテリ３５が充電される。
【００１９】
給電装置１１は、所定周波数の交流電力を出力するキャリア発振器（電力出力手段）２１と、該キャリア発振器２１より出力される交流電力に、例えばＡＳＫ変調等の変調方式で制御信号を重畳するＡＳＫ変調器（変調手段）２２と、ＡＳＫ変調器で変調された交流電力を増幅する電力増幅器（電力増幅手段）２３、及び電力増幅器２３で増幅された交流電力を出力する第１共鳴コイル（第１通信端末）２４を備えている。
【００２０】
キャリア発振器２１は、電力伝送用の交流信号として、例えば周波数１〜１００［ＭＨｚ］の交流電力を出力する。
【００２１】
ＡＳＫ変調器２２は、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式により、キャリア信号である交流電力を変調する。ＡＳＫ変調は、周知のように、デジタル信号を正弦波の振幅の違いで表し、キャリア信号（交流電力）を変調する変調方式である。なお、本実施形態では、変調方式としてＡＳＫ方式を用いる例について説明するが、ＡＭ（Amplitude Modulation）、ＦＭ（Frequency Modulation）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplex）、ＳＳ（スペクトラム拡散）等の各変調方式を適用することも可能である。
【００２２】
電力増幅器２３は、ＡＳＫ変調器２２より出力される交流電力を増幅する。そして、増幅した交流電力を第１共鳴コイル２４に出力する。第１共鳴コイル２４は、充電装置１２に設けられる第２共鳴コイル３１と連携し、共鳴型電力伝送方式により非接触で交流電力を第２共鳴コイル３１に伝送する。共鳴型電力伝送方式の詳細については、後述する。
【００２３】
また、充電装置１２は、第１共鳴コイル２４より送信される交流電力を受信する第２共鳴コイル３１と、この第２共鳴コイルで受信された交流電力を、大電力の交流電力、及び小電力の交流電力に分離する結合分配器３２と、結合分配器３２より出力される大電力の交流電力を整流して、直流電圧を生成する整流器３３と、該整流器３３より出力される電力で駆動し、結合分配器３２より出力される小電力の交流電力を復調して制御信号を取り出すＡＳＫ復調器（復調手段）３４を備える。また、車両駆動用のモータ４４（図１参照）に電力を供給するバッテリ３５を備え、該バッテリ３５は、整流器３３より出力される直流電力により充電される。
【００２４】
次に、共鳴型電力電送方式について説明する。図９は、共鳴型電力伝送方式の原理を示す説明図である。図示のように、給電側回路１０１には、１次コイルＬ１、及び該１次コイルＬ１に近接して配置された１次アンテナＸ１が設けられ、車両側回路１０２には、２次コイルＬ２、及び該２次コイルＬ２に近接して配置された２次アンテナＸ２が設けられている。
【００２５】
そして、１次コイルＬ１に１次電流を流すと、電磁誘導により１次アンテナＸ１に誘導電流が流れ、更に、該１次アンテナＸ１のインダクタンスＬｓ、及び浮遊容量Ｃｓにより、該１次アンテナＸ１が共鳴周波数ωｓ（＝１／√Ｌｓ・Ｃｓ）で共鳴する。すると、この１次アンテナＸ１に近接して設けられた２次アンテナＸ２が共鳴周波数ωｓで共鳴し、２次アンテナＸ２に２次電流が流れる。更に、電磁誘導により２次アンテナＸ２に近接した２次コイルＬ２に２次電流が流れる。
【００２６】
上記の動作により、給電側回路１０１から車両側回路１０２に、非接触で電力を供給することができることになる。
【００２７】
次に、図１、図２に示した本発明の第１実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの動作について説明する。図１に示すように、電気自動車５が給電装置１１の所定位置に置かれ、給電装置１１に設けられる第１共鳴コイル２４と、電気自動車５の充電装置１２に設けられる第２共鳴コイル３１が対向する位置となると、バッテリ３５への充電を行うことができる。
【００２８】
充電が開始されると、図２に示すキャリア発振器２１より、周波数１〜１００［ＭＨｚ］程度の交流電力が出力される。この交流電力はＡＳＫ変調器２２に供給されて、ＡＳＫ変調方式により、給電装置１１から充電装置１２へ送信する制御信号が交流電力に重畳される。即ち、交流電力がキャリア信号として用いられる。
【００２９】
そして、ＡＳＫ変調器２２より出力される交流電力は、電力増幅器２３にて増幅される。増幅された交流電力は、第１共鳴コイル２４、及び第２共鳴コイル３１を介して、前述した共鳴型電力伝送の原理により、充電装置１２に伝送されることになる。
【００３０】
充電装置１２に伝送された交流電力は、結合分配器３２に供給される。該結合分配器３２は、入力された交流電力を大電力の交流電力と小電力の交流電力に分離し、このうち大電力の交流電力を整流器３３に出力する。他方、小電力の交流電力をＡＳＫ復調器３４に出力する。
【００３１】
そして、整流器３３では、大電力の交流電力を整流して所定電圧の直流電力に変換し、この電力をバッテリ３５に供給して、該バッテリ３５を充電する。これにより、バッテリ３５を充電することができる。更に、整流器３３より出力される直流電力は、ＡＳＫ復調器３４を駆動するための電力として該ＡＳＫ復調器３４に供給される。
【００３２】
また、ＡＳＫ復調器３４では、小電力の交流電力をＡＳＫ復調して、小電力の交流電力に重畳している制御信号を取り出す。こうして、給電装置１１より送信された制御信号を、充電装置１２で受信することができるのである。
【００３３】
このようにして、本発明の第１実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムでは、キャリア発振器２１より出力される交流電力を増幅し、更に、増幅後の交流電力を共鳴型電力伝送方式を用いて充電装置１２に送信してバッテリ３５に充電する。従って、給電装置１１と充電装置１２をプラグ等で接続することなく、電気自動車５のバッテリを充電することができ、充電操作を簡易に行うことができる。
【００３４】
また、給電装置１１にて、ＡＳＫ等の変調方式を用いて交流電力に制御信号を重畳し、更に、充電装置１２にて復調して交流電力に重畳している制御信号を取り出すので、給電装置１１と充電装置１２の間の通信装置を別途設けること無く、給電装置１１から電気自動車５への制御信号の送信が可能となる。その結果、装置規模の小型化、簡素化を図ることができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの構成を示すブロック図である。第２実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムでは、交流電力をキャリアとして、給電装置１３から充電装置１４へのデータ伝送、及び充電装置１４から給電装置１３へのデータ伝送の双方を行う点で前述した第１実施形態と相違する。
【００３６】
図３に示すように、第２実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムは、給電装置１３及び充電装置１４を備えている。
【００３７】
給電装置１３は、交流電力を出力するキャリア発振器５１と、該キャリア発振器５１より出力される交流電力を２系統に分岐するハイブリッド分配器５５と、該ハイブリッド分配器５５で分岐された一方の交流電力に、例えばＡＳＫ変調等の変調方式で制御信号を重畳するＡＳＫ変調器５２と、ＡＳＫ変調器５２で変調された交流電力を増幅する電力増幅器５３と、電力増幅器５３で増幅された交流電力を出力する第１共鳴コイル５４を備えている。
【００３８】
更に、電力増幅器５３と第１共鳴コイル５４の間には、送信、受信を切り換えるための、送信・受信切換器５６が設けられている。また、送信・受信切換器５６を介して受信されたキャリア信号を増幅する増幅器５７と、該増幅器５７で増幅されたキャリア信号を復調して制御信号を取り出す復調器５８を備えている。該復調器５８には、ハイブリッド分配器５５より出力される交流電力が供給される。
【００３９】
キャリア発振器５１は、電力伝送用の交流信号として、例えば周波数１〜１００［ＭＨｚ］の交流電力を出力する。
【００４０】
ＡＳＫ変調器５２は、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式により、キャリア信号である交流電力を変調する。なお、ＡＭ（Amplitude Modulation）、ＦＭ（Frequency Modulation）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplex）、ＳＳ（スペクトラム拡散）等の各変調方式を適用することも可能である。
【００４１】
電力増幅器５３は、ＡＳＫ変調器５２より出力される交流電力を増幅する。そして、増幅した交流電力を第１共鳴コイル５４に出力する。第１共鳴コイル５４は、充電装置１４に設けられる第２共鳴コイル６１と連携し、前述した共鳴型電力伝送方式により非接触で交流電力を第２共鳴コイル６１に伝送する。
【００４２】
送信・受信切換器５６は、充電装置１４へ電力及び制御信号を送信する送信モードと、充電装置１４より送信される制御信号を受信する受信モードを切り換える制御を行う。即ち、送信モードが選択されている場合には、第１共鳴コイル５４より交流電力を送信し、受信モードが選択されている場合には、第２共鳴コイル６１より送信される交流電力を第１共鳴コイル５４を介して受信する。
【００４３】
増幅器５７は、受信したキャリア信号を増幅してＡＳＫ復調器５８に出力する。ＡＳＫ復調器５８は、受信信号を復調して制御信号を取り出す。
【００４４】
他方、充電装置１４は、第１共鳴コイル５４より送信される交流電力を受信する第２共鳴コイル６１と、この第２共鳴コイルで受信された交流電力を、大電力の交流電力、及び小電力の交流電力に分離する２つの結合分配器６７，６２と、結合分配器６７より出力される小電力の交流電力の振幅を制限して振幅をほぼ一定にするリミッター６８と、該リミッター６８より出力される交流電力を増幅する増幅器６９を備えている。
【００４５】
更に、結合分配器６２より出力される小電力の交流電力を復調して制御信号を取り出すするＡＳＫ復調器６４と、結合分配器６２より出力される大電力の交流電力を整流して、直流電圧を生成する整流器６３とを備える。前述のＡＳＫ復調器６４、及び増幅器６９は整流器６３より出力される電力が供給されて駆動する。また、車両駆動用のモータ４４（図１参照）に電力を供給するバッテリ６５を備え、該バッテリ６５は、整流器６３より出力される直流電力により充電される。
【００４６】
更に、ＡＳＫ変調器７０を有しており、該ＡＳＫ変調器７０は、増幅器６９より出力される交流電力をキャリア信号とし、制御信号をＡＳＫ変調方式を用いて変調し、該制御信号をキャリア信号に重畳する。該ＡＳＫ変調器７０の出力端子は、受信・送信切換器６６に接続される。また、ＡＳＫ変調器７０は、整流器６３より出力される電力が供給されて駆動する。
【００４７】
次に、図３に示した車両用ワイヤレス充電システムの動作を、図４に示す波形図を参照して説明する。なお、煩雑さを避けるため、図４において実線で囲まれた四角は、同一周波数、同一振幅の波形が連続して発生していることを示し、点線で囲まれた四角は波形が発生しないことを示している。
【００４８】
図４（ａ）は、図３に示すＡ点における交流電力の波形を示しており、一定の振幅となっている。この際、前述した第１実施形態のように、給電装置１３から充電装置１４に制御信号を送信する場合には、この波形に変調が加えられることになる。
【００４９】
図４（ｂ）は、送信・受信切換器５６の出力端子である点Ｂにおける交流電力の波形を示しており、送信・受信切換器５６が送信モードに切り換えられている場合には、Ａ点の信号がそのまま出力され、受信モードに切り換えられた場合には、この時間帯は交流電力が出力されない（この時間帯をガードタイムとする）。
【００５０】
図４（ｃ）は、充電装置１４の受信・送信切換器６６の入力側であるＣ点に生じる交流電力の波形を示しており、ガードタイムにおいて徐々に減衰する交流電力の波形が得られる。図４（ｄ）は、リミッター６８の出力端子であるＤ点に生じる交流電力の波形を示しており、ガードタイムにおいて、レベルの低い一定振幅の交流電力の波形が得られる。
【００５１】
図４（ｅ）は、増幅器６９の出力端子であるＥ点に生じる交流電力の波形を示しており、リミッター６８より出力される交流電力が増幅された波形となっている。この交流電力は、充電装置１４から給電装置１３に制御信号を送信する際のキャリア信号として用いられる。
【００５２】
図４（ｆ）は、ＡＳＫ変調器７０の出力端子であるＦ点に生じる交流電力の波形を示しており、キャリア信号がＡＳＫ変調された信号となっている。図４（ｇ）は、受信・送信切換器６６の出力端子であるＧ点に生じる交流電力の波形を示しており、ガードタイム以外の信号が除去されている。
【００５３】
図４（ｈ）は、給電装置１３の送信・受信切換器５６の入力端子であるＨ点に生じる交流電力の波形を示しており、ガードタイム（実際には、往復通信の遅延時間Δｔだけ遅れている）に、変調信号が発生する。
【００５４】
図４（ｉ）は、送信・受信切換器５６の出力端子である点Ｉに生じる交流電力の波形を示しており、ガードタイム以外の交流電力が除去されている。図４（ｊ）は、ＡＳＫ復調器５８の出力端子である点Ｊに生じる波形を示しており、充電装置１４側より送信された制御信号が得られる。
【００５５】
このようにして、本発明の第２実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムでは、給電装置１３に送信・受信切換器５６を設け、且つ充電装置１４に受信・送信切換器６６を備えることにより、給電装置１３から充電装置１４へ交流電力を送信する際の一部の時間にガードタイムを設定し、このガードタイムにおいて、充電装置１４から給電装置１３に制御信号を送信する。
【００５６】
従って、第１共鳴コイル５４、及び第２共鳴コイル６１を用いて交流電力の送信を行うと共に、これらのコイル５４，６１を用いて、給電装置１３から充電装置１４への制御信号の送信、及び充電装置１４から給電装置１３への制御信号の送信が可能となる。その結果、給電装置１３と充電装置１４の間の通信装置を別途設けること無く、給電装置１３と電気自動車５との間の双方向通信が可能となる。その結果、装置規模の小型化、簡素化を図ることができる。更に、充電装置１４では、ガードタイムで減衰する交流電力を用いて制御信号を重畳しているので、別途キャリア信号出力用の発振器を設ける必要がない。
【００５７】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムでは、電力伝送用の２つの共鳴コイルを用いて給電装置から充電装置に制御信号を送信する点で第１実施形態と同様であり、これに加えて専用の通信回線を用いて充電装置から給電装置に制御信号を送信する。
【００５８】
図５は、第３実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの構成を示す説明図である。図示のように、第３実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムは、電気自動車５から給電装置１１に制御信号を送信するために、送信部３６、及びアンテナ８８，７５を備えた点で、前述した図１と相違する。その他の構成は、図１と同一であるので説明を省略する。
【００５９】
図６は、第３実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムのブロック図である。同図に示すように、給電装置１５は、電力伝送用のキャリア信号を出力するキャリア発振器７１と、該キャリア発振器７１より出力されるキャリア信号に、例えばＡＳＫ変調等の変調方式で制御信号を重畳するＡＳＫ変調器７２と、ＡＳＫ変調器で変調された交流電力を増幅する電力増幅器７３、及び電力増幅器７３で増幅された交流電力を出力する第１共鳴コイル７４を備えている。
【００６０】
キャリア発振器７１は、電力伝送用の交流信号として、例えば周波数１〜１００［ＭＨｚ］の交流電力を出力する。
【００６１】
ＡＳＫ変調器７２は、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式により、キャリア信号となる交流電力を変調する。なお、本実施形態では、変調方式としてＡＳＫ方式を用いる例について説明するが、ＡＭ（Amplitude Modulation）、ＦＭ（Frequency Modulation）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）ＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplex）、ＳＳ（スペクトラム拡散）等の各変調方式を適用することも可能である。
【００６２】
電力増幅器７３は、ＡＳＫ変調器７２より出力される交流電力を増幅する。そして、増幅した交流電力を第１共鳴コイル７４に出力する。第１共鳴コイル７４は、充電装置１６に設けられる第２共鳴コイル８１と連携し、前述した共鳴型電力伝送方式により非接触で交流電力を第２共鳴コイル８１に伝送する。
【００６３】
また、充電装置１６は、第１共鳴コイル７４より送信される交流電力を受信する第２共鳴コイル８１と、この第２共鳴コイル８１で受信された交流電力を、大電力の交流電力、及び小電力の交流電力に分離する結合分配器８２と、結合分配器８２より出力される大電力の交流電力を整流して、直流電圧を生成する整流器８３と、該整流器８３より出力される電力で駆動し、小電力の交流電力を復調して制御信号を取り出すＡＳＫ復調器８４を備える。また、車両駆動用のモータ４４（図５参照）に電力を供給するバッテリ８５を備え、該バッテリ８５は整流器８３より出力される直流電力により充電される。
【００６４】
また、充電装置１６は、キャリア発振器７１より出力される交流電力の周波数とは異なる周波数のキャリア信号を出力する発振器８６と、ＡＳＫ変調方式を用いてキャリア信号を変調し、制御信号を重畳するＡＳＫ変調器８７、及びＡＳＫ変調されたキャリア信号を送信するアンテナ８８を備えている。発振器８６、及びＡＳＫ変調器８７は、整流器８３より出力される電力が供給されて駆動する。
【００６５】
他方、給電装置１５は、充電装置１６より送信されたキャリア信号を受信するためのアンテナ７５と、該アンテナ７５で受信されたキャリア信号を増幅する増幅器７６と、該増幅器７６の出力信号を復調して、制御信号を取り出す復調器７７を備えている。
【００６６】
次に、図５、図６に示した本発明の第３実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの動作について説明する。図５に示すように、電気自動車５が給電装置１５の所定位置に置かれ、給電装置１５に設けられる第１共鳴コイル７４と、電気自動車５の充電装置１６に設けられる第２共鳴コイル８１が対向する位置となると、バッテリ８５への充電を行うことができる。
【００６７】
充電が開始されると、図６に示すキャリア発振器７１より、周波数１〜１００［ＭＨｚ］程度の交流電力が出力される。この交流電力はＡＳＫ変調器７２に供給されて、ＡＳＫ変調方式により、給電装置１５から充電装置１６へ送信する制御信号が交流電力に重畳される。
【００６８】
そして、ＡＳＫ変調器７２より出力される交流電力は、電力増幅器７３にて増幅される。増幅された交流電力は、第１共鳴コイル７４、及び第２共鳴コイル８１を介して、前述した共鳴型電力伝送の原理により、充電装置１６に伝送されることになる。
【００６９】
充電装置１６に伝送された交流電力は、結合分配器８２に供給される。該結合分配器８２は、入力された交流電力を大電力の交流電力と小電力の交流電力に分離し、このうち大電力の交流電力を整流器８３に出力する。他方、小電力の交流電力をＡＳＫ復調器８４に出力する。
【００７０】
そして、整流器８３では、大電力の交流電力を整流して所定電圧の直流電力に変換し、この電力をバッテリ８５に供給して、該バッテリ８５を充電する。これにより、バッテリ８５を充電することができる。更に、整流器８３より出力される直流電力は、ＡＳＫ復調器８４を駆動するための電力として該ＡＳＫ復調器８４に供給され、且つ、発振器８６を駆動するための電力として該発振器８６に供給される。
【００７１】
また、ＡＳＫ復調器８４では、小電力の交流電力をＡＳＫ復調して、小電力の交流電力に重畳している制御信号を取り出す。こうして、給電装置１１より送信された制御信号を、充電装置１２で受信することができる。
【００７２】
次に、充電装置１６から給電装置１５に制御信号を送信する動作について説明する。ＡＳＫ変調器８７では、発振器８６より出力されるキャリア信号にＡＳＫ変調方式を用いて制御信号を重畳し、アンテナ８８より送信する。送信されたキャリア信号は、給電装置１５のアンテナ７５で受信され、増幅器７６で増幅された後に復調器７７で復調され、制御信号が取り出されることになる。この際、発振器８６より出力されるキャリア信号の周波数（Ｆｔ）はキャリア発振器７１より出力される交流電力の周波数（Ｆｒ）と異なるので、互いに干渉することを回避できる。
【００７３】
このようにして、第３実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムでは、前述した第１実施形態と同様に、キャリア発振器２１より出力される交流電力を増幅し、更に、増幅後の交流電力を共鳴型電力伝送方式を用いて充電装置１６に送信してバッテリ８５に充電するので、給電装置１５と充電装置１６をプラグ等で接続することなく、電気自動車５のバッテリを充電することができ、充電操作を簡易に行うことができる。
【００７４】
また、給電装置１５にて、ＡＳＫ等の変調方式を用いて交流電力に制御信号を重畳し、更に、充電装置１６にて、復調して交流電力に重畳している制御信号を取り出すので、給電装置１５と充電装置１６の間の通信装置を別途設けること無く、給電装置１５と電気自動車５との間の通信が可能となる。
【００７５】
更に、専用の通信回線を用いることにより、充電装置１６から給電装置１５へ制御信号を送信することができる。この場合、通信回線は充電装置１６から給電装置１５への片側送信であるので、従来のように、双方向通信を用いる必要が無く、装置規模の小型化、簡素化を図ることができる。
【００７６】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図７は、第４実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの構成を示すブロック図である。第４実施形態では、前述した第３実施形態と対比して、発振器８６（図６参照）を使用せずに、給電装置１５より送信される交流電力を用いてキャリア信号を生成し、生成したキャリア信号を用いて充電装置１６ａから給電装置１５に制御信号を送信する。
【００７７】
即ち、図７に示すように、第２共鳴コイル８１で受信された交流電力から小電力の交流電力を取り出す結合分配器９１と、該結合分配器９１より出力される交流電力の振幅を制限してほぼ一定の振幅の交流電力とするリミッター９２と、該リミッター９２より出力される交流電力を増幅する増幅器９３と、該増幅器９３で増幅された交流電力の周波数（Ｆｒ）を１／Ｎ（Ｎは自然数）の周波数に分周して（Ｆｒ／Ｎ）とする分周器９４、及び、周波数をシフトして「Ｆｒ＋（Ｆｒ／Ｎ）」とするシフト器９５を備える。そして、シフト器９５より出力される交流電力をキャリア信号としてＡＳＫ変調器８７に出力し、ＡＳＫ変調方式により制御信号をキャリア信号に重畳する。増幅器９３、シフト器９５、及びＡＳＫ変調器８７は、整流器８３より出力される電力が供給されて駆動する。
【００７８】
このような構成とすることにより、充電装置１６ａに発振器を設けることなく、該充電装置１６ａから給電装置１５へ制御信号を送信するためのキャリア信号を生成することができる。また、生成されるキャリア信号は、交流電力の周波数とは異なる周波数とされ、また、互いに整数倍の関係とならないので、干渉の発生を防止することができる。
【００７９】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図８は、第５実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの構成を示すブロック図である。第５実施形態についても前述した第４実施形態と同様に、結合分配器９１、リミッター９２、及び増幅器９３を備えている。また、ＦＳＫ変調器８７ａを備えている点で、図７に示した第４実施形態と相違する。そして、第５実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムでは、充電装置１６ｂから給電装置１５に制御信号を送信する際には、ＦＳＫ変調器８７ａを用いて制御信号をキャリア信号に重畳するので、給電装置１５から充電装置１６ｂに送信される交流電力の周波数と、充電装置１６ｂから給電装置１５に送信されるキャリア信号の周波数が一致せず、両者が干渉し合うことを防止できる。この場合、ＦＳＫ変調器８７ａの代わりに、他の周波数変調方式の変調器を用いることも可能である。なお、増幅器９３、及びＦＳＫ変調器８７ａは、整流器８３より出力される電力が供給されて駆動する。
【００８０】
更に、第２実施形態の図３に示した充電装置１４において、ＡＳＫ変調器７０をＦＳＫ変調器、或いはその他の周波数変調方式を用いた変調器とすることにより、送信・受信切換器５６、及び受信・送信切換器６６を設けることなく、且つ、交流電力を停止させるガードタイムを設けることなく、給電装置１３と充電装置１４との間の双方向通信を行うことができる。
【００８１】
以上、本発明の車両用ワイヤレス充電システムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
給電装置より出力される電力を非接触で電気自動車のバッテリに充電し、且つ、制御信号の通信を行う上で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１，第２実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの、電気自動車、及び給電装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの、給電装置と充電装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの、給電装置と充電装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示した車両用ワイヤレス充電システムの、各点における信号波形を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第３〜第５実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの、電気自動車、及び給電装置を示す説明図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの、給電装置と充電装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの、給電装置と充電装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る車両用ワイヤレス充電システムの、給電装置と充電装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図９】共鳴型電力伝送方式の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
５    電気自動車（車両）
１１，１３，１５  給電装置
１２，１４，１６，１６ａ，１６ｂ  充電装置
２１  キャリア発振器（電力出力手段）
２２  ＡＳＫ変調器（変調手段）
２３  電力増幅器（電力増幅手段）
２４  第１共鳴コイル（第１通信端末）
３１  第２共鳴コイル（第２通信端末）
３２  結合分配器（分配手段）
３３  整流器（整流手段）
３４  ＡＳＫ復調器（復調手段）
３５  バッテリ
３６  送信部
４１  サブバッテリ  
４２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
４３  インバータ
４４  モータ
５１  キャリア発振器
５２  ＡＳＫ変調器
５３  電力増幅器
５４  第１共鳴コイル
５５  ハイブリッド分配器
５６  送信・受信切換器
５７  増幅器
５８  ＡＳＫ復調器
６１  第２共鳴コイル
６２  結合分配器
６３  整流器
６４  ＡＳＫ復調器
６５  バッテリ
６６  受信・送信切換器
６７  結合分配器
６８  リミッター
６９  増幅器
７０  ＡＳＫ変調器
７１  キャリア発振器
７２  ＡＳＫ変調器
７３  電力増幅器
７４  第１共鳴コイル
７５  アンテナ（給電側受信手段）
７６  増幅器
７７  復調器
８１  第２共鳴コイル
８２  結合分配器
８３  整流器
８４  ＡＳＫ復調器
８５  バッテリ
８６  発振器
８７  ＡＳＫ変調器
８７ａ  ＦＳＫ変調器
８８  アンテナ（車両側受信手段）
９１  結合分配器
９２  リミッター
９３  増幅器
９４  分周器
９５  シフト器
【図１】
2010068632.tif 000003
【図２】
2010068632.tif 000004
【図３】
2010068632.tif 000005
【図４】
2010068632.tif 000006
【図５】
2010068632.tif 000007
【図６】
2010068632.tif 000008
【図７】
2010068632.tif 000009
【図８】
2010068632.tif 000010
【図９】
2010068632.tif 000011