(57)【要約】【課題】給電装置から車両に搭載の充電装置へ非接触で電力を供給する非接触給電システムにおいて、供給電力の影響を受けないように供給電力から通信信号を取り出すとともに、供給電力に影響を与えることなく通信信号を重畳することを目的とする。【解決手段】通信部９と非接触給電用コイル１２とにそれぞれ並列接続されるコイル３４及びコンデンサ３５により設定される共振周波数が供給電力の周波数と一致するように、コイル３４のインダクタンス及びコンデンサ３５の静電容量が設定されているフィルタ回路３１と、通信部９と非接触給電用コイル１２とにそれぞれ直列接続されるコイル３６及びコンデンサ３７により設定される共振周波数が通信信号の周波数と一致するように、コイル３６のインダクタンス及びコンデンサ３７の静電容量が設定されているフィルタ回路３２、３３とを備えてカップリング回路１０を構成する。【選択図】図３
2014017752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電装置の第１の非接触給電用コイル及び車両に搭載の充電装置の第２の非接触給電用コイルを介して前記給電装置から前記充電装置へ非接触で電力を供給する非接触給電システムにおいて、前記給電装置から前記充電装置へ非接触で供給される電力に通信部から出力される通信信号を重畳させたり、その供給電力から前記通信信号を取り出したりするカップリング回路であって、
互いに直列接続されるとともに前記通信部と前記第１又は第２の非接触給電用コイルとにそれぞれ並列接続される第１のコイル及び第１のコンデンサを備え、前記第１のコイル及び前記第１のコンデンサにより設定される共振周波数が前記供給電力の周波数と一致するように、前記第１のコイルのインダクタンス及び前記第１のコンデンサの静電容量が設定されている第１のフィルタ回路と、
互いに直列接続されるとともに前記通信部と前記第１又は第２の非接触給電用コイルとにそれぞれ直列接続される第２のコイル及び第２のコンデンサを備え、前記第２のコイル及び前記第２のコンデンサにより設定される共振周波数が前記通信信号の周波数と一致するように、前記第２のコイルのインダクタンス及び前記第２のコンデンサの静電容量が設定されている第２のフィルタ回路と、
を備えることを特徴とするカップリング回路。
【請求項２】
請求項１に記載のカップリング回路であって、
前記第１及び前記第２のフィルタ回路は、多段に接続されている
ことを特徴とするカップリング回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のカップリング回路であって、
前記第１及び第２のフィルタ回路の間、前記第１又は第２の非接触給電用コイルと前記第２のフィルタ回路との間、又は前記第１のフィルタ回路と前記通信部との間に設けられるトランスを備える
ことを特徴とするカップリング回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両へ非接触で供給される電力に通信信号を重畳させたり、その供給電力から通信信号を取り出したりするためのカップリング回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や電気自動車などの車両に搭載されるバッテリを充電するために、給電装置から車両に搭載の充電装置へ非接触で電力を供給する非接触給電システムがある。
このような非接触給電システムでは、給電装置と充電装置との情報のやり取りも非接触で行われる。例えば、給電装置から充電装置へ供給される電力に通信信号を重畳させることにより、給電装置と充電装置との間で情報をやり取りするものがある。この場合、その供給電力に通信信号を重畳したり、その供給電力から通信信号を取り出したりするためのカップリング回路を給電装置や充電装置に備える必要がある。そして、このカップリング回路は、例えば、供給電力の周波数に対する信号を遮断しつつ通信信号の周波数に対する信号を通過させることが可能なバンドパスフィルタ回路又はノッチフィルタ回路などにより構成される（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３６８１５号公報
【特許文献２】特開２００３−１３４００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、給電装置から充電装置へ供給される電力（例えば、数ｋＷ）は、通常、通信信号の電力（例えば、数Ｗ）に比べて大きい。
また、通信信号を供給電力に重畳して給電装置と充電装置との間でやり取りするためには、通信信号の周波数を供給電力の周波数にできるだけ近くする必要がある。
【０００５】
そのため、例えば、通信信号の周波数に対する信号を通すバンドパスフィルタ回路によりカップリング回路を構成する場合では、供給電力を十分に減衰させることができない可能性があり、その供給電力がノイズとして通信信号に含まれてしまうおそれがある。
【０００６】
また、例えば、供給電力の周波数に対する信号を通さないノッチフィルタ回路によりカップリング回路を構成する場合では、通信信号の送受信側からみたとき供給電力を十分に減衰させることができるが、供給電力の送受信側からみたとき供給電力が必要なレベル未満に減衰されてしまうおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、給電装置から車両に搭載の充電装置へ非接触で電力を供給する非接触給電システムにおいて、供給電力の影響を受けないように供給電力から通信信号を取り出すとともに、供給電力に影響を与えることなく通信信号を重畳することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のカップリング回路は、給電装置の第１の非接触給電用コイル及び車両に搭載の充電装置の第２の非接触給電用コイルを介して前記給電装置から前記充電装置へ非接触で電力を供給する非接触給電システムにおいて、前記給電装置から前記充電装置へ非接触で供給される電力に通信部から出力される通信信号を重畳させたり、その供給電力から前記通信信号を取り出したりする。
【０００９】
また、本発明のカップリング回路は、第１のフィルタ回路と、第２のフィルタ回路とを備える。
前記第１のフィルタ回路は、互いに直列接続されるとともに前記通信部と前記第１又は第２の非接触給電用コイルとにそれぞれ並列接続される第１のコイル及び第１のコンデンサを備え、共振周波数が前記供給電力の周波数と一致するように、前記第１のコイルのインダクタンス及び前記第１のコンデンサの静電容量が設定されている。
【００１０】
また、前記第２のフィルタ回路は、互いに直列接続されるとともに前記通信部と前記第１又は第２の非接触給電用コイルとにそれぞれ直列接続される第２のコイル及び第２のコンデンサを備え、共振周波数が前記通信信号の周波数と一致するように、前記第２のコイルのインダクタンス及び前記第２のコンデンサの静電容量が設定されている。
【００１１】
これにより、第１のフィルタ回路において、供給電力の周波数に対する通過損失を大きくするとともに、通信信号の周波数に対する通過損失を小さくすることができ、第２のフィルタ回路において、通信信号の周波数に対する通過損失を小さくすることができる。これにより、通信部側からみて供給電力のみを十分に減衰させることができるため、供給電力の影響を受けないように供給電力から通信信号を取り出すことができる。また、第２のフィルタ回路において、供給電力の周波数に対するインピーダンスを、通信信号の周波数に対するインピーダンスよりも高くすることができる。これにより、第１又は第２の非接触給電用コイル側からみて供給電力を第１のフィルタ回路などにより減衰させないようにすることができるため、供給電力に影響を与えることなく通信信号を重畳することができる。
【００１２】
前記第１及び前記第２のフィルタ回路は、多段に接続されていてもよい。
これにより、各第１のフィルタ回路全体のＱ値や各第２のフィルタ回路全体のＱ値が上がるため、通信部側からみて供給電力のみをさらに減衰させることができる。
【００１３】
また、本発明のカップリング回路は、前記第１及び第２のフィルタ回路の間、前記第１又は第２の非接触給電用コイルと前記第２のフィルタ回路との間、又は前記第１のフィルタ回路と前記通信部との間に設けられるトランスを備えてもよい。
【００１４】
これにより、高圧側の第１の非接触給電コイル（又は第２の非接触給電コイル）と低圧側の通信部とをより確実に絶縁させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、給電装置から車両に搭載の充電装置へ非接触で電力を供給する非接触給電システムにおいて、供給電力の影響を受けないように供給電力から通信信号を取り出すとともに、供給電力に影響を与えることなく通信信号を重畳することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の非接触給電システムを示す図である。
【図２】重畳通信機の一例を示す図である。
【図３】カップリング回路の一例を示す図である。
【図４】カップリング回路の他の例を示す図である。
【図５】カップリング回路のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施形態の非接触給電システムを示す図である。
図１に示す非接触給電システム１は、系統電源２から得られる電力を給電装置３から車両４に搭載の充電装置５へ非接触で供給する。なお、給電装置３から充電装置５へ非接触で供給される電力を、以下、供給電力という。
【００１８】
給電装置３は、給電部６と、重畳通信機７と、共鳴回路８とを備える。
給電部６は、系統電源２から得られる電力の周波数及び電圧を所望な周波数及び電圧まで高くする。
【００１９】
重畳通信機７は、通信部９と、カップリング回路１０とを備える。
通信部９は、充電装置５に伝えるべき情報を示す通信信号を生成してカップリング回路１０に出力したり、カップリング回路１０から出力される通信信号が入力される。
【００２０】
カップリング回路１０は、通信部９から出力される通信信号を、給電部６と共鳴回路８とをつなぐ給電ケーブル１１に伝わる供給電力に重畳させたり、充電装置５から送信される通信信号を給電ケーブル１１に伝わる供給電力から取り出して通信部９に出力する。
【００２１】
共鳴回路８は、重畳通信機７と並列接続される非接触給電用コイル１２（第１の非接触給電用コイル）を備える。なお、共鳴回路８は、非接触給電用コイル１２に並列接続されるコンデンサなどをさらに備えてもよい。給電部６から出力される供給電力は、重畳通信機７を介して共鳴回路８に伝わり、共鳴回路８から充電装置５へ非接触で伝送される。なお、本実施形態の非接触電力伝送方式は、磁界共鳴方式に限定されず、例えば、電磁誘導方式や電波方式などでもよい。また、重畳通信機７と共鳴回路８との間に整合回路を設けてもよい。この整合回路は、重畳通信機７側のインピーダンスと共鳴回路８側のインピーダンスとを互いに一致させるための回路であって、例えば、コイルやコンデンサなどにより構成される。
【００２２】
充電装置５は、共鳴回路１３と、重畳通信機１４と、整流回路１５とを備える。
共鳴回路１３は、重畳通信機１４と並列接続される非接触給電用コイル１６（第２の非接触給電用コイル）を備える。なお、共鳴回路１３は、非接触給電用コイル１６に並列接続されるコンデンサなどをさらに備えてもよい。また、共鳴回路１３と重畳通信機１４との間に整合回路を設けてもよい。この整合回路は、共鳴回路１３側のインピーダンスと重畳通信機１４側のインピーダンスとを互いに一致させるための回路であって、例えば、コイルやコンデンサなどにより構成される。
【００２３】
重畳通信機１４は、通信部１７と、カップリング回路１８とを備える。
通信部１７は、給電装置３に伝えるべき情報を示す通信信号を生成してカップリング回路１８に出力したり、カップリング回路１８から出力される通信信号が入力される。
【００２４】
カップリング回路１８は、通信部１７から出力される通信信号を、共鳴回路１３と整流回路１５とをつなぐ給電ケーブル１９に伝わる供給電力に重畳させたり、給電装置３から送信される通信信号を給電ケーブル１９に伝わる供給電力から取り出して通信部１７に出力する。
【００２５】
整流回路１５は、給電装置３の給電部６から重畳通信機７、共鳴回路８、１３、及び重畳通信機１４を介して伝送される供給電力を整流し、その整流後の供給電力により車両４に搭載されるバッテリ２０を充電する。
【００２６】
図２は、給電装置３の通信部９の一例を示す図である。なお、充電装置５の通信部１７は、通信部９と同様とする。
図２に示す通信部９は、送信回路２１と、受信回路２２とを備える。
【００２７】
送信回路２１は、エンコーダ２３と、変調部２４、増幅器２５と、フィルタ２６とを備える。
エンコーダ２３は、不図示の制御回路（例えば、マイコンなど）から送られてくる情報（例えば、充電開始指示、充電終了指示、又は充電電流の上限値など）をパルス信号で出力する。例えば、エンコーダ２３は、不図示の制御回路から送られてくる情報としての「１」、「０」からなる符号文字列の「１」の部分をハイレベル、「０」の部分をローレベルとするパルス信号を出力する。
【００２８】
変調部２４は、エンコーダ２３から出力されるパルス信号で、供給電力と周波数が異なる正弦波をデジタル変調することにより通信信号を生成し出力する。なお、変調部２４における変調方式は、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＦＭ（Frequency Modulation）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、又はＳＳ（Spread Spectrum）など、特に限定されない。
【００２９】
増幅器２５は、変調部２４から出力される通信信号を増幅させる。
フィルタ２６は、増幅器２５から出力される通信信号のうちノイズに相当する信号を取り除く。
【００３０】
そして、フィルタ２６から出力される通信信号は、カップリング回路１０により供給電力に重畳される。また、カップリング回路１０は、充電装置５から送信される通信信号を供給電力から取り出して受信回路２２に伝える。
【００３１】
受信回路２２は、フィルタ２７と、低ノイズ増幅器２８と、復調部２９と、デコーダ３０とを備える。
フィルタ２７は、カップリング回路１０により取り出された通信信号のうちノイズに相当する信号を取り除く。
【００３２】
低ノイズ増幅器２８は、フィルタ２７から出力される通信信号を増幅する。
復調部２９は、低ノイズ増幅器２８から出力される通信信号をデジタル復調することによりパルス信号を出力する。
【００３３】
デコーダ３０は、復調部２９から出力されるパルス信号を復号することにより情報（例えば、充電開始指示、充電終了指示、又は充電電流の上限値など）を取得する。
図３（ａ）は、カップリング回路１０（又はカップリング回路１８）の一例を示す図である。
【００３４】
図３（ａ）に示すカップリング回路１０（又はカップリング回路１８）は、フィルタ回路３１（第１のフィルタ回路）と、フィルタ回路３２（第２のフィルタ回路）と、フィルタ回路３３（第２のフィルタ回路）とを備える。
【００３５】
フィルタ回路３１は、コイル３４（第１のコイル）と、コンデンサ３５（第１のコンデンサ）とを備える。コイル３４及びコンデンサ３５は、互いに直列接続されるとともに、通信部９と非接触給電用コイル１２（又は非接触給電用コイル１６）にそれぞれ並列接続される。また、フィルタ回路３１の共振周波数が供給電力の周波数と一致するように、コイル３４のインダクタンスとコンデンサ３５の静電容量がそれぞれ設定されている。これにより、フィルタ回路３１は、例えば、図３（ｂ）に示すように、供給電力の周波数に対する通過損失を大きくするとともに、通信信号の周波数に対する通過損失を小さくすることができるノッチフィルタ回路として機能させることができる。
【００３６】
フィルタ回路３２、３３は、それぞれ、コイル３６（第２のコイル）と、コンデンサ３７（第２のコンデンサ）とを備える。コイル３６及びコンデンサ３７は、互いに直列接続されるとともに、通信部９と非接触給電用コイル１２（又は非接触給電用コイル１６）とにそれぞれ直列接続される。また、フィルタ回路３２、３３の共振周波数が通信信号の周波数と一致するように、コイル３６のインダクタンスとコンデンサ３７の静電容量がそれぞれ設定されている。これにより、フィルタ回路３２、３３は、例えば、図３（ｃ）に示すように、通信信号の周波数に対する通過損失を小さくすることができるバンドパスフィルタ回路として機能させることができる。また、フィルタ回路３２、３３は、供給電力の周波数に対するインピーダンスを、通信信号の周波数に対するインピーダンスよりも高くすることができる。
【００３７】
なお、例えば、供給電力の周波数を１５０［ｋＨ］、通信信号の周波数を１７０［ｋＨ］とする場合では、コイル３４のインダクタンスを０．４７［ｍＨ］、コンデンサ３５の静電容量を２４００［ｐＦ］、コイル３６のインダクタンスを１．５［ｍＨ］、コンデンサ３７の静電容量を５８０［ｐＦ］と設定することが望ましい。
【００３８】
このように本実施形態のカップリング回路１０では、フィルタ回路３１において、供給電力の周波数に対する通過損失を大きくするとともに、通信信号の周波数に対する通過損失を小さくすることができ、フィルタ回路３２、３３において、通信信号の周波数に対する通過損失を小さくすることができる。これにより、供給信号に通信信号を重畳させて給電装置３から充電装置５へ非接触で伝送させるために通信信号の周波数が供給電力の周波数と近くても、かつ、供給電力が通信信号の電力よりも大きくても、通信部９側からみて供給電力のみを十分に減衰させることができるため、供給電力の影響を受けないように供給電力から通信信号を取り出すことができる。
【００３９】
また、本実施形態のカップリング回路１０では、フィルタ回路３２、３３において、供給電力の周波数に対するインピーダンスを、通信信号の周波数に対するインピーダンスよりも高くすることができる。これにより、非接触給電用コイル１２（又は非接触給電用コイル１６）側からみて供給電力をフィルタ回路３１などにより減衰させないようにすることができるため、供給電力に影響を与えることなく通信信号を重畳することができる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、フィルタ回路３１〜３３でカップリング回路１０を構成しているが、フィルタ回路３１〜３３の組を複数段接続してカップリング回路１０を構成してもよい。例えば、図４に示すように、フィルタ回路３１〜３３の組を２段接続してカップリング回路１０を構成してもよい。このように構成される場合、１段のフィルタ回路３１〜３３でカップリング回路１０を構成する場合に比べて、各フィルタ回路３１全体のＱ値や各フィルタ回路３２、３３全体のＱ値が上がるため、通信部９側からみて供給電力のみをさらに減衰させることができる。
【００４１】
また、上記実施形態のカップリング回路１０において、さらにトランスを備えてもよい。例えば、図５に示すように、フィルタ回路３１とフィルタ回路３２、３３との間にトランス５０を備えてもよい。なお、トランス５０は、給電ケーブル１１（又は給電ケーブル１９）とフィルタ回路３２、３３との間、又は、フィルタ回路３１と通信部９との間に設けられてもよい。このように構成される場合、高圧側の非接触給電用コイル１２（又は非接触給電用コイル１６）と低圧側の通信部９とをより確実に絶縁させることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  非接触給電システム
２  系統電源
３  給電装置
４  車両
５  充電装置
６  給電部
７  重畳通信機
８  共鳴回路
９  通信部
１０  カップリング回路
１１  給電ケーブル
１２  非接触給電用コイル
１３  共鳴回路
１４  重畳通信機
１５  整流回路
１６  非接触給電用コイル
１７  通信部
１８  カップリング回路
１９  給電ケーブル
２０  バッテリ
３１〜３３  フィルタ回路
３４、３６  コイル
３５、３７  コンデンサ
５０  トランス
【図１】
2014017752.tif 000003
【図２】
2014017752.tif 000004
【図３】
2014017752.tif 000005
【図４】
2014017752.tif 000006
【図５】
2014017752.tif 000007