(57)【要約】【課題】機能を同等に維持しつつ、部品コストが低減された非接触受電装置を提供する。【解決手段】非接触受電装置１０１は、送電装置２００から非接触で電力を受電する受電ユニット１１０と、受電ユニット１１０によって受電した電力を整流する整流器１４０と、整流器１４０により整流された電力を平滑化する平滑コンデンサ１４１と、電力線ＰＬ０と、平滑コンデンサ１４１と電力線ＰＬ０との間に設けられた第１リレーＲＹ１と、電力線ＰＬ０の電圧を検出する電圧検出部１４４と、電圧検出部１４４と電力線ＰＬ０との間に設けられた第２リレー１４６と、第１リレーＲＹ１を接続した後電力線ＰＬ０の電圧が所定値以下であることを条件に第２リレー１４６を接続する制御装置１８０を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から非接触で電力を受電する受電部と、
前記受電部によって受電した電力を整流する整流器と、
前記整流器により整流された電力を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサの電荷を放電する放電部と、
前記平滑コンデンサと前記放電部との間に設けられた第１リレーと、
前記受電部と前記送電装置との位置合わせ時の受電電圧を検出する電圧検出部と、
前記平滑コンデンサと前記電圧検出部との間に設けられた第２リレーと、
前記第１リレーを接続した後、前記平滑コンデンサの電圧が所定値以下であることを条件に前記第２リレーを接続する制御装置とを備える、非接触受電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記送電装置から受電した電力を前記電圧検出部が検出した電圧に基づいて前記送電装置に対する前記受電部の位置合わせの適否を判断し、前記位置合わせが完了した後に前記第１リレーを接続したまま前記第２リレーを切り離し、前記送電装置に対して出力が増加された送電を要求する、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項３】
前記第１リレーと前記平滑コンデンサとの間に設けられ、前記平滑コンデンサで平滑された直流電圧を電圧変換して前記第１リレーの一端に出力する電圧コンバータをさらに含む、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項４】
蓄電装置をさらに備え、
前記放電部は、前記受電部から前記蓄電装置に充電が行なわれる際に充電電圧を検出する充電電圧検出部であり、
前記制御装置は、前記充電電圧検出部の出力に基づいて、前記第１リレーの一端の電圧が前記所定値以下であるか否かを判断するとともに前記第２リレーを接続するか否かを決定する、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項５】
前記電圧検出部は、前記充電電圧検出部よりも耐圧が低い、請求項４に記載の非接触受電装置。
【請求項６】
前記電圧検出部は、
前記第２リレーと直列に接続された抵抗を含む、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項７】
前記送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、
前記送電部の固有周波数と前記受電部の固有周波数との差は、前記送電部の固有周波数または前記受電部の固有周波数の±１０％以下である、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項８】
前記送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、
前記送電部と前記受電部との結合係数は０．３以下である、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項９】
前記送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、
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る特定の周波数で振動する磁界、および、前記受電部と前記送電部との間に形成される特定の周波数で振動する電界の少なくとも一方を通じて、前記送電部から受電する、請求項１に記載の非接触受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触受電装置に関し、特に、変化する送電電力を送電装置から受電可能な非接触受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源コードや送電ケーブルを用いない非接触のワイヤレス電力伝送が近年注目されており、車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）によって車載の蓄電装置を充電可能な電気自動車やハイブリッド車両等への適用が提案されている。
【０００３】
特開２０１１−６６９８５号公報（特許文献１）は、非接触受電装置の一例を開示する。この非接触受電装置は、給電設備と車両との位置合わせ時に用いられる検出用抵抗の電気的な接続／切り離しを行なうリレーの溶着チェックを実施可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６６９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２０１１−６６９８５号公報に開示された技術では、車両と送電装置の位置合わせを行なう際に、位置合わせ時に一次コイル（送電側）に微弱電流を流すとともに、二次コイル（受電側）に位置検出抵抗を接続し、位置検出抵抗に生じる電圧を測定することによって、車両が正しい受電位置にあることを確認している。
【０００６】
二次コイルには、整流器、平滑コンデンサが接続されており、平滑コンデンサには電荷が残留している場合がある。位置合わせ時にリレーを介して平滑コンデンサに位置検出抵抗が接続されることにより、残留電荷に相当する電圧が位置検出抵抗に印加される。
【０００７】
コストの低減のためリレーや位置検出抵抗は耐圧の低い部品を使用したいが、平滑コンデンサに残留電荷がある場合も考慮して従来は耐圧の高い部品を使用していた。
【０００８】
この発明の目的は、機能を同等に維持しつつ、部品コストが低減された非接触受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】
【０００９】
この発明は、要約すると、非接触受電装置であって、送電装置から非接触で電力を受電する受電部と、受電部によって受電した電力を整流する整流器と、整流器により整流された電力を平滑化する平滑コンデンサと、平滑コンデンサの電荷を放電する放電部と、平滑コンデンサと放電部との間に設けられた第１リレーと、受電部と送電装置との位置合わせ時の受電電圧を検出する電圧検出部と、平滑コンデンサと電圧検出部との間に設けられた第２リレーと、第１リレーを接続した後、平滑コンデンサの電圧が所定値以下であることを条件に第２リレーを接続する制御装置とを備える。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、送電装置から受電した電力を電圧検出部が検出した電圧に基づいて送電装置に対する受電部の位置合わせの適否を判断し、位置合わせが完了した後に第１リレーを接続したまま第２リレーを切り離し、送電装置に対して出力が増加された送電を要求する。
【００１１】
好ましくは、第１リレーと平滑コンデンサとの間に設けられ、平滑コンデンサで平滑された直流電圧を電圧変換して第１リレーの一端に出力する電圧コンバータをさらに含む。
【００１２】
好ましくは、非接触受電装置は、蓄電装置をさらに備える。放電部は、受電部から蓄電装置に充電が行なわれる際に充電電圧を検出する充電電圧検出部であり、制御装置は、充電電圧検出部の出力に基づいて、第１リレーの一端の電圧が所定値以下であるか否かを判断するとともに第２リレーを接続するか否かを決定する。
【００１３】
より好ましくは、電圧検出部は、充電電圧検出部よりも耐圧が低い。
好ましくは、電圧検出部は、第２リレーと直列に接続された抵抗を含む。
【００１４】
好ましくは、送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含む。送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差は、送電部の固有周波数または受電部の固有周波数の±１０％以下である。
【００１５】
好ましくは、送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含み、送電部と受電部との結合係数は０．３以下である。
【００１６】
好ましくは、送電装置は、電力を非接触で供給するための送電部を含む。受電部は、受電部と送電部との間に形成される特定の周波数で振動する磁界、および、受電部と送電部との間に形成される特定の周波数で振動する電界の少なくとも一方を通じて、送電部から受電する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、耐圧が低い部品を採用することが可能となり、受電装置のコストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態に従う車両給電システム（非接触給電システム）１０の全体構成図である。
【図２】送電装置２００から車両１００への電力伝送時の等価回路図である。
【図３】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。
【図４】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５】固有周波数ｆ０を固定した状態で、エアギャップＡＧを変化させたときの電力伝送効率と、送電部２２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を示すグラフである。
【図６】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】図１に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
【図８】図７に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。
【図９】受電側の負荷抵抗の変化に伴う電力伝送効率の変化の一例を示した図である。
【図１０】ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２をバイパスさせる場合の説明をするための図である。
【図１１】ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２をバイパスさせない場合の説明をするための図である。
【図１２】車両の非接触受電装置１０１に関する主要構成を示した図である。
【図１３】実施の形態１における車両の位置合わせ時のリレーの接続順序を説明するためのフローチャートである。
【図１４】実施の形態２における車両の位置合わせ時のリレーの接続順序を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［非接触給電システムの構成］
図１は、この発明の実施の形態に従う車両給電システム（非接触給電システム）１０の全体構成図である。図１を参照して、車両給電システム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、カメラ１２０と、通信ユニット１３０とを含む。また、送電装置２００は、電源装置２１０と、送電部２２０と、通信ユニット２３０とを含む。
【００２１】
受電部１１０は、たとえば車体底面に設置され、送電装置２００の送電部２２０から出力される高周波の交流電力を、電磁界を介して非接触で受電する。なお、受電部１１０の詳細な構成については、送電部２２０の構成、ならびに送電部２２０から受電部１１０への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信ユニット１３０は、車両１００が送電装置２００と通信を行なうための通信インターフェースである。
【００２２】
カメラ１２０は、車両が後退する場合に車両後方を撮影する。撮影された画像は、ディスプレイによって運転者に示されたり、駐車の誘導処理のために使用されたりする。
【００２３】
電源装置２１０は、所定の周波数を有する交流電力を発生する。一例として、電源装置２１０は、図示されない系統電源から電力を受けて高周波の交流電力を発生し、その発生した交流電力を送電部２２０へ供給する。
【００２４】
送電部２２０は、たとえば駐車場の床面に設置され、電源装置２１０から高周波の交流電力の供給を受ける。そして、送電部２２０は、送電部２２０の周囲に発生する電磁界を介して車両１００の受電部１１０へ非接触で電力を出力する。なお、送電部２２０の詳細な構成についても、受電部１１０の構成、ならびに送電部２２０から受電部１１０への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信ユニット２３０は、送電装置２００が車両１００と通信を行なうための通信インターフェースである。
【００２５】
車両給電システム１０においては、送電装置２００の送電部２２０から車両１００の受電部１１０へ非接触で電力が伝送される。
【００２６】
受電部１１０と送電部２２０の位置関係によって、送電効率は変化する。したがって、受電部１１０と送電部２２０の位置合わせを行なう必要がある。カメラ１２０は、車両が後退する場合に車両後方を撮影する。撮影された画像は、ディスプレイによって運転者に示されたり、駐車の誘導処理のために使用されたりする。画像認識の結果に基づいて送電ユニット２２０と車両との位置および向きが認識され、その認識結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両が誘導される。
【００２７】
しかし、画像で行なうことができる位置合わせでは、充電効率が最適となる位置に位置合わせを行なうほど精度を高くすることは難しい。したがって、粗い位置合わせについては画像認識等で行ない、細かい位置合わせについては、微弱電力をテスト送電しながら充電効率が高い位置を探索することが現実的である。なお、粗い位置合わせについては、駐車の駐車支援装置による誘導処理を使用せずに、運転者が目視で駐車枠に車両を移動させても良い。
【００２８】
［電力伝送の原理］
図２は、送電装置２００から車両１００への電力伝送時の等価回路図である。図２を参照して、送電装置２００の送電部２２０は、共振コイル２２１と、キャパシタ２２２と、電磁誘導コイル２２３とを含む。
【００２９】
電磁誘導コイル２２３は、共振コイル２２１と所定の間隔をおいて、たとえば共振コイル２２１と略同軸上に設けられる。電磁誘導コイル２２３は、電磁誘導により共振コイル２２１と磁気的に結合し、電源装置２１０から供給される高周波電力を電磁誘導により共振コイル２２１へ供給する。
【００３０】
共振コイル２２１は、キャパシタ２２２とともにＬＣ共振回路を形成する。なお、後述するように、車両１００の受電部１１０においてもＬＣ共振回路が形成される。共振コイル２２１およびキャパシタ２２２によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、受電部１１０のＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。そして、共振コイル２２１は、電磁誘導コイル２２３から電磁誘導により電力を受け、車両１００の受電部１１０へ非接触で送電する。
【００３１】
なお、電磁誘導コイル２２３は、電源装置２１０から共振コイル２２１への給電を容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル２２３を設けずに共振コイル２２１に電源装置２１０を直接接続してもよい。また、キャパシタ２２２は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル２２１の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ２２２を設けない構成としてもよい。
【００３２】
車両１００の受電部１１０は、共振コイル１１１と、キャパシタ１１２と、電磁誘導コイル１１３とを含む。共振コイル１１１は、キャパシタ１１２とともにＬＣ共振回路を形成する。上述のように、共振コイル１１１およびキャパシタ１１２によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、送電装置２００の送電部２２０における、共振コイル２２１およびキャパシタ２２２によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％である。そして、共振コイル１１１は、送電装置２００の送電部２２０から非接触で受電する。
【００３３】
電磁誘導コイル１１３は、共振コイル１１１と所定の間隔をおいて、たとえば共振コイル１１１と略同軸上に設けられる。電磁誘導コイル１１３は、電磁誘導により共振コイル１１１と磁気的に結合し、共振コイル１１１によって受電された電力を電磁誘導により取出して電気負荷装置１１８へ出力する。なお、電気負荷装置１１８は、受電部１１０によって受電された電力を利用する電気機器であり、具体的には、整流器１４０（図７）以降の電気機器を包括的に表わしたものである。
【００３４】
なお、電磁誘導コイル１１３は、共振コイル１１１からの電力の取出しを容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル１１３を設けずに共振コイル１１１に整流器１４０を直接接続してもよい。また、キャパシタ１１２は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル１１１の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ１１２を設けない構成としてもよい。
【００３５】
送電装置２００において、電源装置２１０から電磁誘導コイル２２３へ高周波の交流電力が供給され、電磁誘導コイル２２３を用いて共振コイル２２１へ電力が供給される。そうすると、共振コイル２２１と車両１００の共振コイル１１１との間に形成される磁界を通じて共振コイル２２１から共振コイル１１１へエネルギ（電力）が移動する。共振コイル１１１へ移動したエネルギ（電力）は、電磁誘導コイル１１３を用いて取出され、車両１００の電気負荷装置１１８へ伝送される。
【００３６】
上述のように、この電力伝送システムにおいては、送電装置２００の送電部２２０の固有周波数と、車両１００の受電部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可能性がある。
【００３７】
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実質的に零としたときの固有周波数は、送電部２２０（受電部１１０）の共振周波数とも呼ばれる。
【００３８】
図３および図４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３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４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。
【００３９】
図３を参照して、電力伝送システム８９は、送電部９０と、受電部９１とを備える。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に設けられたキャパシタ９５とを含む。受電部９１は、第３コイル９６と、第４コイル９７とを備える。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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
図４に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数の
電流における電力伝送効率（％）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。
【００４３】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）  …  （３）
図４から明らかなように、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。
【００４４】
再び図２を参照して、送電装置２００の送電部２２０および車両１００の受電部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はたとえば０．３以下であり、０．１以下がより好ましい、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。
【００４５】
ここで、送電部２２０の周囲に形成される特定の周波数の磁界について説明する。「特定の周波数の磁界」は、典型的には、電力伝送効率と送電部２２０に供給される電流の周波数と関連性を有する。そこで、まず、電力伝送効率と、送電部２２０に供給される電流の周波数との関係について説明する。送電部２２０から受電部１１０に電力を伝送するときの電力伝送効率は、送電部２２０および受電部１１０間の距離などの様々な要因よって変化する。たとえば、送電部２２０および受電部１１０の固有周波数（共振周波数）をｆ０とし、送電部２２０に供給される電流の周波数をｆ３とし、送電部２２０および受電部１１０の間のエアギャップをエアギャップＡＧとする。
【００４６】
図５は、固有周波数ｆ０を固定した状態で、エアギャップＡＧを変化させたときの電力伝送効率と、送電部２２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を示すグラフである。
【００４７】
図５を参照して、横軸は、送電部２２０に供給される電流の周波数ｆ３を示し、縦軸は、電力伝送効率（％）を示す。効率曲線Ｌ１は、エアギャップＡＧが小さいときの電力伝送効率と、送電部２２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を模式的に示す。この効率曲線Ｌ１に示すように、エアギャップＡＧが小さい場合には、電力伝送効率のピークは周波数ｆ４，ｆ５（ｆ４＜ｆ５）において生じる。エアギャップＡＧを大きくすると、電力伝送効率が高くなるときの２つのピークは、互いに近づくように変化する。そして、効率曲線Ｌ２に示すように、エアギャップＡＧを所定距離よりも大きくすると、電力伝送効率のピークは１つとなり、送電部２２０に供給される電流の周波数が周波数ｆ６のときに電力伝送効率がピークとなる。エアギャップＡＧを効率曲線Ｌ２の状態よりもさらに大きくすると、効率曲線Ｌ３に示すように電力伝送効率のピークが小さくなる。
【００４８】
たとえば、電力伝送効率の向上を図るため手法として次のような手法が考えられる。第１の手法としては、エアギャップＡＧにあわせて、送電部２２０に供給される電流の周波数を一定として、キャパシタ２２２やキャパシタ１１２のキャパシタンスを変化させることで、送電部２２０と受電部１１０との間での電力伝送効率の特性を変化させる手法が考えられる。具体的には、送電部２２０に供給される電流の周波数を一定とした状態で、電力伝送効率がピークとなるように、キャパシタ２２２およびキャパシタ１１２のキャパシタンスを調整する。この手法では、エアギャップＡＧの大きさに関係なく、送電部２２０および受電部１１０に流れる電流の周波数は一定である。なお、電力伝送効率の特性を変化させる手法としては、整合器（図示せず）を利用する手法や、車両１００において整流器と蓄電装置との間に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータを利用する手法などを採用することも可能である。
【００４９】
また、第２の手法としては、エアギャップＡＧの大きさに基づいて、送電部２２０に供給される電流の周波数を調整する手法である。たとえば、電力伝送特性が効率曲線Ｌ１となる場合には、周波数ｆ４またはｆ５の電流を送電部２２０に供給する。周波数特性が効率曲線Ｌ２，Ｌ３となる場合には、周波数ｆ６の電流を送電部２２０に供給する。この場合においては、エアギャップＡＧの大きさに合わせて送電部２２０および受電部１１０に流れる電流の周波数を変化させることになる。
【００５０】
第１の手法では、送電部２２０を流れる電流の周波数は、固定された一定の周波数となり、第２の手法では、送電部２２０を流れる周波数は、エアギャップＡＧによって適宜変化する周波数となる。第１の手法や第２の手法などによって、電力伝送効率が高くなるように設定された特定の周波数の電流が送電部２２０に供給される。送電部２２０に特定の周波数の電流が流れることで、送電部２２０の周囲には、特定の周波数で振動する磁界（電磁界）が形成される。受電部１１０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を通じて送電部２２０から電力を受電している。したがって、「特定の周波数で振動する磁界」とは、必ずしも固定された周波数の磁界とは限らない。なお、上記の例では、エアギャップＡＧに着目して、送電部２２０に供給される電流の周波数を設定するようにしているが、電力伝送効率は、送電部２２０および受電部１１０の水平方向のズレ等のように他の要因によっても変化するものであり、当該他の要因に基づいて、送電部２２０に供給される電流の周波数を調整する場合がある。
【００５１】
なお、上記の説明では、共振コイルとしてヘリカルコイルを採用した例について説明したが、共振コイルとして、メアンダラインなどのアンテナなどを採用した場合には、送電部２２０に特定の周波数の電流が流れることで、特定の周波数の電界が送電部２２０の周囲に形成される。そして、この電界を通して、送電部２２０と受電部１１０との間で電力伝送が行なわれる。
【００５２】
この電力伝送システムにおいては、電磁界の「静電磁界」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。
【００５３】
図６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６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。なお、電磁界の波長を「λ」とすると、「輻射電磁界」と「誘導電磁界」と「静電磁界」との強さが略等しくなる距離は、λ／２πと表わすことができる。
【００５４】
「静電磁界」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、この実施の形態に係る電力伝送システムでは、この「静電磁界」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（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、近接する固有周波数を有する送電部２２０および受電部１１０（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、送電部２２０から他方の受電部１１０へエネルギ（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギを伝播しないので、遠方までエネルギを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギ（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損失で送電することができる。
【００５５】
このように、この電力伝送システムにおいては、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と受電部１１０との間で非接触によって電力が伝送される。そして、送電部２２０と受電部１１０との間の結合係数（κ）は、たとえば、０．３以下程度であり、好ましくは、０．１以下である。当然のことながら、結合係数（κ）を０．１〜０．３程度の範囲も採用することができる。結合係数（κ）は、このような値に限定されるものでなく、電力伝送が良好となる種々の値をとり得る。
【００５６】
なお、電力伝送における、上記のような送電部２２０と受電部１１０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」、「電界（電場）共振結合」等という。「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。
【００５７】
送電部２２０と受電部１１０とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送電部２２０と受電部１１０とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、送電部２２０と受電部１１０とに、たとえば、メアンダライン等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２２０と受電部１１０とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。
【００５８】
［非接触受電装置の構成］
図７は、図１に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
【００５９】
図７を参照して、車両１００は、蓄電装置１５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ１６２と、インバータ１６４，１６６と、モータジェネレータ１７２，１７４と、エンジン１７６と、動力分割装置１７７と、駆動輪１７８とを含む。
【００６０】
車両１００は、さらに、非接触で外部から電力を受ける非接触受電装置１０１を含む。非接触受電装置１０１は、受電部１１０と、整流器１４０と、充電器１４２と、平滑コンデンサ１４１と、切替リレーＲＹ１と、システムメインリレーＳＭＲ２と、電圧検出部１４４と、リレー１４６と、充電電圧検出部１９０と、電流センサ１９３とを含む。受電部１１０は、二次自己共振コイル１１１と、二次コイル１１３と、キャパシタ１１２と、リレー１１４とを含む。
【００６１】
車両１００は、さらに、制御装置１８０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０と、給電ボタン１２２とを含む。
【００６２】
この車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を動力源として搭載する。エンジン１７６およびモータジェネレータ１７２，１７４は、動力分割装置１７７に連結される。そして、車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン１７６が発生する動力は、動力分割装置１７７によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪１７８へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１７２へ伝達される経路である。
【００６３】
モータジェネレータ１７２は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７２は、動力分割装置１７７によって分割されたエンジン１７６の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン１７６が始動してモータジェネレータ１７２により発電が行なわれ、蓄電装置１５０が充電される。
【００６４】
モータジェネレータ１７４も、交流回転電機であり、モータジェネレータ１７２と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７４は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１７２により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１７４の駆動力は、駆動輪１７８に伝達される。
【００６５】
また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪１７８を介してモータジェネレータ１７４の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ１７４が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ１７４は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ１７４により発電された電力は、蓄電装置１５０に蓄えられる。
【００６６】
動力分割装置１７７は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車を使用することができる。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１７６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ１７２の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ１７４の回転軸および駆動輪１７８に連結される。
【００６７】
蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含む。蓄電装置１５０は、充電器１４２から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７２，１７４によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、送電装置２００（図１）から供給される電力やモータジェネレータ１７２，１７４からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００６８】
システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ１は、制御装置１８０からの信号ＳＥ１が活性化されると、蓄電装置１５０を昇圧コンバータ１６２と電気的に接続し、信号ＳＥ１が非活性化されると、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間の電路を遮断する。昇圧コンバータ１６２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置１５０から出力される電圧以上の電圧に昇圧する。なお、この昇圧コンバータ１６２は、たとえば直流チョッパ回路を含む。
【００６９】
インバータ１６４，１６６は、それぞれモータジェネレータ１７２，１７４に対応して設けられる。インバータ１６４は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１７２を駆動し、インバータ１６６は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１７４を駆動する。なお、インバータ１６４，１６６は、たとえば三相ブリッジ回路を含む。
【００７０】
二次自己共振コイル１１１は、両端がスイッチ（リレー１１４）を介してキャパシタ１１２に接続されており、スイッチ（リレー１１４）が導通状態となったときに送電装置２００の一次共振コイルと電磁場を介して共鳴する。この共鳴により送電装置２００から受電が行なわれる。なお、図７ではキャパシタ１１２を設けた例を示したが、コンデンサに代えてコイルの浮遊容量によって共振するように、一次自己共振コイルとの調整をしてもよい。
【００７１】
なお、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との距離や、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル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結合係数κなどが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００７２】
二次コイル１１３は、二次自己共振コイル１１１と同軸上に配設され、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１４０へ出力する。なお、二次自己共振コイル１１１および二次コイル１１３は、図１に示した受電ユニット１１０を形成する。
【００７３】
整流器１４０は、二次コイル１１３によって取出された交流電力を整流する。充電器１４２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＤに基づいて、整流器１４０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。
【００７４】
切替リレーＲＹ１は、リレー１４８とリレー１４９とを含む。リレー１４８は、充電器１４２に電圧変換させた電圧を電力線ＰＬ０に出力する場合に導通状態にされる。リレー１４９は、充電器１４２をバイパスする経路に設けられ、整流器１４０が整流した直流電圧を充電器１４２による電圧変換を行なわずに電力線ＰＬ０に伝達する際に導通状態とされる。
【００７５】
システムメインリレーＳＭＲ２は、充電器１４２と蓄電装置１５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、制御装置１８０からの信号ＳＥ２が活性化されると、蓄電装置１５０を充電器１４２と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、蓄電装置１５０と充電器１４２との間の電路を遮断する。充電電圧検出部１９０は、整流器１４０と充電器１４２との間の充電電圧ＶＲを検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。
【００７６】
整流器１４０と充電器１４２との間には直列に接続された電圧検出部（抵抗）１４４およびリレー１４６が設けられる。リレー１４６は、車両１００が非接触給電を行なう場合に車両位置を調整する際に制御装置１８０によって導通状態に制御される。
【００７７】
制御装置１８０は、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ１６２およびモータジェネレータ１７２，１７４をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。制御装置１８０は、生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６へ出力する。そして、車両の走行時、制御装置１８０は、信号ＳＥ１を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオンさせるとともに、信号ＳＥ２を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオフさせる。
【００７８】
また、送電装置２００（図１）から車両１００への給電が行なわれるとき、制御装置１８０は、カメラ１２０によって撮影された画像をカメラ１２０から受ける。リレー１４６は導通状態とされ、電圧検出部１４４によって受電電圧が検出可能とされる。
【００７９】
充電電圧検出部１９０は、充電電圧ＶＲを検出可能である。電圧検出部１４４は、受電電圧ＶＲ０が検出可能である。充電電圧検出部１９０は、電圧検出部１４４よりも耐圧が高い。しかし、位置合わせ時にはテスト用の微弱な電力が送電されてくるが、充電電圧検出部１９０はこの電力を精度よく検出することができない。そこで、耐圧が充電電圧検出部１９０よりも低いが、微弱電力を精度よく検出することができる電圧検出部１４４が設けられている。制御装置１８０は、電力線ＰＬ０の電圧が電圧検出部１４４の耐圧値よりも低いことを条件としてリレー１４６を接続する。
【００８０】
制御装置１８０は、送電装置２００から送出される電力の情報（電圧および電流）を送電装置２００から通信ユニット１３０を介して受け、電圧検出部１４４によって検出される電圧ＶＲ０の検出値を充電電圧検出部１９０から受ける。そして、制御装置１８０は、これらのデータに基づいて、送電装置２００の送電ユニット２２０（図１）へ当該車両を誘導するように車両の駐車制御を実行する。
【００８１】
送電ユニット２２０への位置合わせのための駐車制御が完了すると、制御装置１８０は、通信ユニット１３０を介して送電装置２００へ給電指令を送信するとともに、信号ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせる。そして、制御装置１８０は、充電器１４２を駆動するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤを充電器１４２へ出力する。
【００８２】
図８は、図７に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。
図８を参照して、制御装置１８０は、ＩＰＡ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐａｒｋｉｎｇ  Ａｓｓｉｓｔ）−ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４１０と、ＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）４２０と、ＭＧ（Ｍｏｔｏｒ−Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）−ＥＣＵ４３０と、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｒａｋｅ）４４０と、ＥＰＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐａｒｋｉｎｇ  Ｂｒａｋｅ）４５０と、共鳴ＥＣＵ４６０と、ＨＶ（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）−ＥＣＵ４７０とを含む。
【００８３】
ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、車両の動作モードが充電モードのとき、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて、送電装置２００の送電ユニット２２０（図１）へ車両を誘導する誘導制御（第１の誘導制御）を実行する。
【００８４】
具体的には、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて送電ユニット２２０を認識する。ここで、送電ユニット２２０には、たとえば、送電ユニット２２０の位置および向きを示す識別子が設けられており、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０に映し出された識別子の映像に基づいて送電ユニット２２０との位置関係（おおよその距離および向き）を認識する。そして、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、その認識結果に基づいて、送電ユニット２２０へ適切な向きで車両が誘導されるようにＥＰＳ４２０へ指令を出力する。
【００８５】
また、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、第１の誘導制御によって車両の粗い位置合わせが完了すると、カメラ１２０からの画像情報に基づく誘導制御（第１の誘導制御）の終了をＨＶ−ＥＣＵ４７０へ通知する。ＥＰＳ４２０は、第１の誘導制御時、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０からの指令に基づいてステアリングの自動制御を行なう。
【００８６】
ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を制御する。詳しくは、ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を駆動するための信号を生成してそれぞれインバータ１６４，１６６および昇圧コンバータ１６２へ出力する。
【００８７】
ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、車両の制動を制御する。詳しくは、ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、油圧ブレーキの制御を行なうとともに、油圧ブレーキとモータジェネレータ１７４による回生ブレーキとの協調制御を行なう。ＥＰＢ４５０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、電動パーキングブレーキの制御を行なう。
【００８８】
第１の車両誘導処理が終わると、第２の車両誘導処理が実行される。このとき、車両は送電装置２００に対して充電時の電力よりも弱い微弱電力の送電を要求する。
【００８９】
共鳴ＥＣＵ４６０は、送電装置２００（図１）から送出される電力の情報を送電装置２００から通信ユニット１３０を介して受ける。また、共鳴ＥＣＵ４６０は、車両における受電電圧を示す電圧ＶＲおよびＶＲ０の検出値を充電電圧検出部１９０および電圧検出部１４４（図７）から受ける。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、たとえば送電装置２００からの送電電圧と電圧ＶＲ０とを比較することによって、送電装置２００の送電ユニット２２０と車両の受電ユニット１１０との距離を検知する。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、検出した距離に基づいて車両１００を誘導するための第２の車両誘導処理を行なう。
【００９０】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、第１および第２の車両誘導処理のいずれかの結果に基づいて車両を駆動するＭＧ−ＥＣＵ４３０を制御して車両１００を移動させる。
【００９１】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０が第２の誘導制御が開始されてから所定距離だけ車両が移動する間に受電ユニット１１０が送電ユニット２２０から受電する電力が所定の受電可能条件を満たした場合には、共鳴ＥＣＵ４６０による誘導を終了し、送電ユニット２２０から車載の蓄電装置１５０への充電を行なう準備を開始する。
【００９２】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２のバイパス制御の説明]
非接触による電力伝送においては、送電側と受電側とのインピーダンスのマッチング状態が電力伝送効率に影響を与える。そのため、充電動作が進行するにつれてインピーダンスが変化すると、それに伴って電力伝送効率が徐々に低下してしまう可能性がある。特に、充電初期に充電する電力を大きくし、充電後期には電力を絞るような充電電力の切換えが行なわれる場合には、充電電力の変更前後において、送電側から見た受電側のインピーダンスがさらに大きく変化するため、電力伝送効率への影響も大きくなり得る。
【００９３】
図９は、受電側の負荷抵抗の変化に伴う電力伝送効率の変化の一例を示した図である。図９においては、横軸には蓄電装置の負荷抵抗（インピーダンス）が示され、縦軸には電力伝送効率が示される。なお、理解を容易にするために、図９では、ＳＯＣは一定の状態としており、したがって、負荷抵抗の変化は充電電力の変化によるものである。
【００９４】
一般的に、充電電力が大きい場合（図９中の充電電力Ｐ２）は、充電電力が小さい場合（図９中の充電電力Ｐ１）に比べて受電側の負荷抵抗が小さくなる。そして、設計時において受電部および送電部のインピーダンスを充電電力Ｐ２の状態でマッチングさせた場合、図９の曲線Ｗ１０のように、充電電力をＰ１に低下させたときには電力伝送効率が低下する。逆に、設計時において充電電力Ｐ１の状態でインピーダンスをマッチングさせた場合には、図９の曲線Ｗ１１のように、充電電力Ｐ２における電力伝送効率が低下する。
【００９５】
一方、上述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いることによって、受電側のインピーダンスを調整することが可能である。この場合には、蓄電装置の負荷変動に対応してＤＣ／ＤＣコンバータを適切に調整することで、図９中の曲線Ｗ１２のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ自体の損失（Δ）があるものの、電力伝送効率をほぼ一定にすることができる。
【００９６】
しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータを、図９で示したような広範な負荷変動に対応できるようにするためには、ＤＣ／ＤＣコンバータに対してより高い仕様（たとえば、定格容量など）が要求されることになる。そうすると、ＤＣ／ＤＣコンバータ自体のサイズが大きくなり、コストの増加にもつながる。
【００９７】
さらに、大きな充電電力を用いた充電時間は長時間実行されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ自体の損失（Δ）による電力伝送効率の低下が無視できないものとなり得る。
【００９８】
そこで、実施の形態１においては、図９の曲線Ｗ１０のように、充電電力の大きい状態に適合させて受電部のインピーダンスを設計して、大電力を用いた充電ではＤＣ／ＤＣコンバータを使用しないようにするとともに、充電電力を低下させた状態に切換えられた場合にのみＤＣ／ＤＣコンバータを使用して電力伝送効率の低下を抑制するインピーダンス調整制御を実行する。
【００９９】
これによって、相対的に長時間実行される大電力での充電においては、ＤＣ／ＤＣコンバータの使用による損失を抑制し、小さい充電電力に切換えられた状態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータにより電力伝送効率を向上させることによって、充電動作の全体にわたって電力効率を向上させることができる。
【０１００】
さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータは充電電力が小さい特定の場合にのみ使用されるので、ＤＣ／ＤＣコンバータを常時使用する場合に比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を図ることができ、製造コストを低減することもできる。
【０１０１】
次に、インピーダンス調整制御における具体的な動作を、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２をバイパスさせる場合の説明をするための図である。図１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２をバイパスさせない場合の説明をするための図である。
【０１０２】
まず、充電電力が大きい場合には、図１０のように、リレーＲＹ１に含まれる、バイパス経路側のリレー１４９が閉成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２側のリレー１４８が開放される。これによって、整流器１４０で整流された充電電力は、図１０中の矢印ＡＲ１のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を通らずにバイパス経路ＢＰを介して蓄電装置１５０に伝達される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２におけるスイッチング損失を抑制するために、スイッチング動作を停止することが好ましい。
【０１０３】
そして、充電電力が低下されると、図１１に示されるように、バイパス経路側のリレー１４９およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４２側のリレー１４８が切換えられるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２が駆動される。これによって、充電電力はＤＣ／ＤＣコンバータ１４２により電圧変換されて、蓄電装置１５０に供給される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１４２の駆動によって、蓄電装置１５０の実際のインピーダンスはＲ２ではあるが、送電装置側から見た見かけ上のインピーダンスはＲ１となる。そのため、送電装置の送電部および車両側の受電部の共振周波数を維持することができる。
【０１０４】
［実施の形態１］
図１２は、車両の非接触受電装置１０１に関する主要構成を示した図である。図１２においては、送電部２２０を一次コイル２２０とも記載し、受電部１１０を二次コイル１１０とも記載し、蓄電装置１５０をバッテリパック１５０とも記載する。整流器１４０、平滑コンデンサ１４１、リレーＲＹ１，１４８，１４９については、図７と同じ符号を付して説明は繰返さない。
【０１０５】
充電器１４２は、コイルＬ１、ダイオードＤ１、発振回路Ｆ１およびトランジスタＴ１を含んで構成されるチョッパ型の昇圧回路である。
【０１０６】
充電電圧検出部１９０は、電力線ＰＬ０と負極線ＮＬ０との間に直列に接続される分圧抵抗１９１，１９２を含む。分圧抵抗１９２の両端に電圧が生じるので、制御装置１８０が分圧比を考慮して充電電圧ＶＲを計算する。
【０１０７】
電圧検出部１４４は、リレー１４６によって電力線ＰＬ０と負極線ＮＬ０との間に接続される。電圧検出部１４４は受電電圧検出用抵抗を含み、この抵抗に生じる電圧に基づいて、制御装置１８０が受電電圧ＶＲ０を計算する。
【０１０８】
電流センサ１９３は、負極線ＮＬ０とバッテリパック１５０の負極との間に挿入されるシャント抵抗器を含む。制御装置１８０は、シャント抵抗器に生じる電圧に基づいて充電電流ＩＲを計算する。
【０１０９】
充電リレーＳＭＲ２の溶着チェックを行なうため、電圧センサ（充電電圧検出部１９０）は充電リレーＳＭＲ２とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間に配置する必要がある。また、位置検出用の抵抗（電圧検出部１４４）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２以降に配置する必要がある。これは、一次コイルとの組み合わせによっては、最適インピーダンスが変化し電圧が想定以下となり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２で昇圧させる必要が生じるためである。
【０１１０】
しかし、各々のリレーの接続順序に注意しないと平滑コンデンサ１４１の残留電荷による突入電流で位置検出用の抵抗が焼損したり、リレーの寿命が低下したりする恐れがある。
【０１１１】
図１３は、実施の形態１における車両の位置合わせ時のリレーの接続順序を説明するためのフローチャートである。
【０１１２】
図１２、図１３を参照して、車両が送電装置２００の近くに位置した時に受電部１１０と送電部２２０との位置合わせ制御が開始されると、まずステップＳ１において、リレー１４９が接続される。このときリレー１４６およびリレー１４８は、オープン状態である。この状態では、送電部２２０から位置合わせ用のテスト送電はまだ実行されておらず、受電部１１０では受電されていない。
【０１１３】
続いて、ステップＳ２において、充電電圧検出部１９０において電圧が検出され、充電電圧ＶＲのモニタ値が閾値以下であるか否かが判断される。この段階では、リレー１４６がオープン状態であるので、電圧検出部１４４は受電電圧を検出することはできない。仮に平滑コンデンサ１４１に残留電荷が残っていたとしても、高電圧が電圧検出部１４４に印加されてしまうことはないので、電圧検出部１４４に耐圧の低い電圧検出用抵抗を採用することが可能である。
【０１１４】
たとえば、制御装置１８０に内蔵されているＡ／Ｄコンバータの測定範囲が０〜５Ｖであるとすれば、約２００Ｖの充電電圧ＶＲを測定するには充電電圧検出部１９０の分圧抵抗による分圧比を大きくしなければならない。しかしこれでは微弱電力を送電する場合に精度良く計測することはできない。そこで、微弱電力を送電して位置合わせを行なう時のみ低電圧範囲の測定精度の良い電圧検出部１４４を使用することとし、充電時には電圧検出部１４４を切り離すことにする。これにより、電圧検出部１４４の電圧検出用抵抗や、リレー１４６に耐圧の低い部品を採用することが可能となり、コストを低減させることができる。
【０１１５】
ステップＳ２において、充電電圧ＶＲのモニタ値が閾値よりも高い場合には、ステップＳ３において、平滑コンデンサ１４１の残留電荷の放電抵抗による放電待ちが行なわれる。放電待ち時間が経過すると再びステップＳ２の処理が実行される。
【０１１６】
ステップＳ２において、充電電圧ＶＲのモニタ値が閾値以下となった場合には、ステップＳ４に処理が進む。ステップＳ４では、リレー１４６が接続され電圧検出部１４４が電圧を検出することが可能な状態とされる。
【０１１７】
なお、放電抵抗は、抵抗１９１，１９２であってもよいが、他に放電抵抗を設けておいても良い。またステップＳ２における充電電圧検出は必ずしも行なわなくても良く、この場合は、放電抵抗を平滑コンデンサ１４１に第１リレーによって接続してから、平滑コンデンサ１４１に残存する可能性のある電圧と放電抵抗の抵抗値と平滑コンデンサ１４１の容量とに基づいて定められる所定時間以上の放電時間が経過した場合に、第２リレー１４６を接続すればよい。
【０１１８】
ステップＳ５では、制御装置１８０は、送電装置２００に対して位置検出用の微弱電力Ｐ０の送電を要求する。そして送電装置２００から位置合わせ用のテスト送電が実行され、微弱電力が受電部１１０で受電される。ステップＳ５からステップＳ６に処理が進む間に、充電効率が基準値よりも大きくなるように車両の位置合わせが実行される。
【０１１９】
車両の位置合わせが終了すると、ステップＳ６に処理が進む。ステップＳ６では制御装置１８０は、送電装置２００に対して位置検出用の微弱電力Ｐ０の送電の停止を要求する。送電装置２００は要求に応じて送電を停止する。
【０１２０】
続いてステップＳ７において、位置検出用の検出電圧ＶＲ０が閾値以下であるか否かが判断される。検出電圧ＶＲ０が閾値以下でなければステップＳ７の処理が繰り返し実行され、検出電圧ＶＲ０が閾値まで低下するのを待つ。
【０１２１】
ステップＳ７において位置検出用の検出電圧ＶＲ０が閾値以下であると判断された場合には、ステップＳ８に処理が進む。ステップＳ８では、リレー１４６が遮断され、電圧検出部１４４が電力線ＰＬ０から切り離される。したがって、以降は、電圧検出部１４４に充電時の高電圧が印加されることはない。そして、ステップＳ８に続いてステップＳ９が実行される。
【０１２２】
ステップＳ９では、充電リレーＳＭＲ２が接続される。これにより受電部１１０で受電した電力が蓄電装置１５０に充電されることが可能となる。そしてステップＳ１０において、制御装置１８０は、充電用の大電力の送電を送電装置２００に要求する。その後ステップＳ１１において蓄電装置１５０に対する充電が実行される。
【０１２３】
以上説明したように、実施の形態１では、位置合わせの事前にリレー１４９を接続し、整流器１４０の出力を平滑する平滑コンデンサ１４１の残留電荷を、充電電圧検出部１９０で確認する。そして、残留電荷が放電されており、充電電圧検出部１９０の検出した電圧ＶＲが閾値以下であることが確認されたらリレー１４６を接続する。これにより、リレー１４６の接続時の平滑コンデンサ１４１からの突入電流を防止でき、抵抗１４４の焼損やリレー１４６の溶着を防ぐことが可能となる。
【０１２４】
そして、距離検出用の送電を停止し、充電用リレーを接続する際には、リレー１４６のみ遮断し、リレー１４９は接続を維持させている。このような簡略なリレー操作であるため、充電開始までの待ち時間を短縮することが可能となる。
【０１２５】
［実施の形態２］
実施の形態１に示したリレーの接続方法では、平滑コンデンサ１４１の残留電荷が抜けるまでは、リレー１４６の接続ができないため、改善の余地がある。実施の形態２では、リレー１４６の接続を早期に行なえる変形例について説明する。
【０１２６】
図１４は、実施の形態２における車両の位置合わせ時のリレーの接続順序を説明するためのフローチャートである。なお、図１４のステップＳ５〜Ｓ１１については、図１３と同じ処理が行なわれるので、この部分については説明は繰返さない。
【０１２７】
図１２、図１４を参照して、車両が送電装置２００の近くに位置した時に受電部１１０と送電部２２０との位置合わせ制御が開始されると、まずステップＳ１Ａにおいて、リレー１４６が接続される。このときリレー１４９およびリレー１４８は、オープン状態である。この状態では、平滑コンデンサ１４１に残留電荷があったとしてもリレー１４６および電圧検出部１４４には印加されない。
【０１２８】
続いてステップＳ１Ｂにおいて、リレー１４８が接続される。このとき平滑コンデンサ１４１に残留電荷があった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２のコイルＬ１およびダイオードＤ１を経由して電力線ＰＬ０に電流が流れるので、コイルＬ１の時定数によって突入電流は緩和される。
【０１２９】
続いて、ステップＳ２において、充電電圧検出部１９０において電圧が検出され、充電電圧ＶＲのモニタ値が閾値以下であるか否かが判断される。ステップＳ２において、充電電圧ＶＲのモニタ値が閾値よりも高い場合には、繰り返しステップＳ２の処理が実行され、平滑コンデンサ１４１の残留電荷の放電抵抗による放電待ちが行なわれる。放電抵抗は、抵抗１９１，１９２および抵抗１４４であってもよいが、他に放電抵抗を設けておいても良い。放電待ち時間が経過すると再びステップＳ２の処理が実行される。
【０１３０】
ステップＳ２において、充電電圧ＶＲのモニタ値が閾値以下となった場合には、ステップＳ４Ａに処理が進む。ステップＳ４Ａでは、リレー１４９が接続され、さらにステップＳ４Ｂにおいてリレー１４８が遮断される。平滑コンデンサ１４１の残留電荷が無くなれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２をバイパスさせる回路構成とする。
【０１３１】
続いてステップＳ５では、制御装置１８０は、送電装置２００に対して位置検出用の微弱電力Ｐ０の送電を要求する。以降の処理については、図１３で説明した処理と同じであるのでここでは説明は繰返さない。
【０１３２】
以上説明したように、実施の形態２では、リレー１４８を接続し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２の内部のコイルＬ１を経由して位置検出用の抵抗１４４を接続する。コイルＬ１の次定数により、平滑コンデンサ１４１からの突入電流が防止でき、位置検出用抵抗１４４の焼損やリレー１４６の溶着を防ぐことが可能となる。
【０１３３】
また、平滑コンデンサ１４１の残留電荷が抜けたことを確認した後にリレー１４９を接続しリレー１４８を遮断してＤＣ／ＤＣコンバータ１４２をバイパスさせるので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２内のコイルＬ１やダイオードＤ１による損失の低減が可能となる。
【０１３４】
最後に本実施の形態について再び各図を参照して総括する。図７および図１２に示した非接触受電装置１０１は、送電装置２００から非接触で電力を受電する受電ユニット１１０と、受電ユニット１１０によって受電した電力を整流する整流器１４０と、整流器１４０により整流された電力を平滑化する平滑コンデンサ１４１と、平滑コンデンサ１４１の電荷を放電する放電部（充電電圧検出部１９０の抵抗１９１，１９２）と、平滑コンデンサ１４１と放電部との間に設けられた第１リレーＲＹ１と、受電ユニット１１０と送電装置２００との位置合わせ時の受電電圧ＶＲ０を検出する電圧検出部１４４と、平滑コンデンサ１４１と電圧検出部１４４との間に設けられた第２リレー１４６と、第１リレーＲＹ１を接続した後平滑コンデンサ１４１の電圧が所定値以下であることを条件に第２リレー１４６を接続する制御装置１８０を備える。
【０１３５】
好ましくは、図１３および図１４のステップＳ５〜Ｓ６の間において、制御装置１８０は、送電装置２００から受電した電力を電圧検出部１４４が検出した電圧に基づいて送電装置２００に対する受電ユニット１１０の位置合わせの適否を判断する。そして、ステップＳ８〜Ｓ１１において、位置合わせが完了した後に第１リレーＲＹ１を接続したまま第２リレー１４６を切り離し、送電装置２００に対して出力が増加された送電を要求する。
【０１３６】
好ましくは、図７および図１２に示すように、非接触受電装置１０１は、第１リレーＲＹ１と平滑コンデンサ１４１との間に設けられ、平滑コンデンサ１４１で平滑された直流電圧を電圧変換して第１リレーＲＹ１の一端（電力線ＰＬ０）に出力するＤＣ／ＤＣコンバータ（充電器）１４２をさらに含む。
【０１３７】
好ましくは、図７および図１２に示すように、非接触受電装置１０１は、蓄電装置１５０をさらに備える。放電部は、受電ユニット１１０から電力線ＰＬ０を経由して蓄電装置１５０に充電が行なわれる際に電力線ＰＬ０の電圧を検出する充電電圧検出部１９０である。図１３のステップＳ２に示すように、制御装置１８０は、充電電圧検出部１９０の出力に基づいて、第１リレーＲＹ１の一端（電力線ＰＬ０）の電圧が所定値以下であるか否かを判断するとともに第２リレー１４６を接続するか否かを決定する。
【０１３８】
なお、放電部は、充電電圧検出を行なわなくても良く、この場合は、放電部を放電抵抗のみとし、放電部を平滑コンデンサ１４１に第１リレーによって接続してから所定時間以上の放電時間が経過した場合に第２リレー１４６を接続すればよい。
【０１３９】
より好ましくは、電圧検出部１４４は、充電電圧検出部１９０よりも耐圧が低い。
好ましくは、図１２に示すように、電圧検出部１４４は、第２リレー１４６と直列に接続された抵抗を含む。
【０１４０】
なお、本実施の形態では車両に非接触で給電する例を示したが、非接触受電装置であれば車両以外への給電にも本発明を適用することが可能である。
【０１４１】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【０１４２】
１０  車両給電システム、８９  電力伝送システム、９０，２２０  送電部、９１，１１０  受電部、９２，９３，９６，９７  コイル、９４，９９，１１１，２２１  共振コイル、９５，９８，１１２，２２２  キャパシタ、１００  車両、１０１  非接触受電装置、１１０  受電ユニット、１１３  電磁誘導コイル、１１４，１４６，１４８，１４９，ＲＹ１，ＳＭＲ１，ＳＭＲ２  リレー、１１８  電気負荷装置、１２０  カメラ、１２２  給電ボタン、１３０，２３０  通信ユニット、１４０  整流器、１４１  平滑コンデンサ、１４２  充電器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）、１４４  電圧検出部（位置検出用抵抗）、１５０  蓄電装置、１６２  昇圧コンバータ、１６４，１６６  インバータ、１７２，１７４  モータジェネレータ、１７６  エンジン、１７７  動力分割装置、１７８  駆動輪、１８０  制御装置、１９０  充電電圧検出部、１９３  電流センサ、２００  送電装置、２１０  電源装置、２２０  送電ユニット、ＢＰ  バイパス経路、Ｄ１  ダイオード、Ｌ１  コイル、ＮＬ０  負極線、ＰＬ０  電力線、ＰＬ２  正極線、Ｔ１  トランジスタ。
【図１】
2014103746.tif 000003
【図２】
2014103746.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014103746.tif 000009
【図８】
2014103746.tif 000010
【図９】
2014103746.tif 000011
【図１０】
2014103746.tif 000012
【図１１】
2014103746.tif 000013
【図１２】
2014103746.tif 000014
【図１３】
2014103746.tif 000015
【図１４】
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