(57)【要約】【課題】切替リレーを設けることなく、かつ、簡易な構成で、接触充電と非接触充電との双方に対応可能な充電装置およびそれに用いられる変換ユニットを提供する。【解決手段】車両１００は、受電部１１０を含む。受電部１１０は、非接触で電力を受電可能に構成される。変換ユニット２００は、受電部１１０に着脱可能に構成される。変換ユニット２００は、コネクタ２３０と、送電部２２０とを含む。コネクタ２３０には、コネクタ１７２およびインレット１７４を介して、外部電源４００から供給される電力を伝送する電力ケーブル３００が電気的に接続される。送電部２２０は、コネクタ２３０から入力される電力を受電部１１０へ非接触で伝送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源によって充電するための充電装置であって、
前記電源から供給される電力を受電するための第１の受電部と、
前記第１の受電部と前記蓄電装置との間に設けられる電力変換器と、
車両に対して着脱可能に構成され、前記電源と前記第１の受電部との間の電力インターフェースを変換する変換ユニットとを備え、
前記変換ユニットは、
前記第１の受電部と異なる電力インターフェースを有し、前記電源から供給される電力を受電する第２の受電部と、
前記第２の受電部によって受電される電力を前記第１の受電部へ供給する送電部とを含む、充電装置。
【請求項２】
前記第１の受電部は、非接触で電力を受電するための第１のコイルを含み、
前記第２の受電部は、前記電源から供給される電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含み、
前記送電部は、前記第１のコイルへ非接触で電力を供給するための第２のコイルを含む、請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記第１の受電部は、車体に対して所定の待機位置と所定の受電位置との間を移動可能に構成され、
前記変換ユニットは、前記第１の受電部に着脱可能に構成される、請求項１に記載の充電装置。
【請求項４】
前記第１の受電部は、前記変換ユニットが前記第１の受電部に装着された状態で前記待機位置に収容可能に構成される、請求項３に記載の充電装置。
【請求項５】
前記変換ユニットは、車両と通信するための信号線を接続可能な信号端子をさらに含む、請求項１に記載の充電装置。
【請求項６】
前記変換ユニットは、車両から動作電力を受けるための電源端子をさらに含む、請求項１に記載の充電装置。
【請求項７】
前記第１のコイルの固有周波数と前記第２のコイルの固有周波数との差は、前記第１のコイルの固有周波数または前記第２のコイルの固有周波数の±１０％以下である、請求項２に記載の充電装置。
【請求項８】
前記第１のコイルと前記第２のコイルとの結合係数は０．３以下である、請求項２に記載の充電装置。
【請求項９】
前記第１のコイルは、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に形成される磁界と、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に形成される電界との少なくとも一方を通じて、前記第２のコイルへ送電し、
前記磁界および前記電界は、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する、請求項２に記載の充電装置。
【請求項１０】
車両に搭載された蓄電装置から車両外部の電気負荷へ電力を出力するための電力出力装置であって、
前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記電気負荷へ出力するための第１の送電部と、
前記蓄電装置と前記第１の送電部との間に設けられる電力変換器と、
車両に対して着脱可能に構成され、前記第１の送電部と前記電気負荷との間の電力インターフェースを変換する変換ユニットとを備え、
前記変換ユニットは、
前記第１の送電部から出力される電力を受電する受電部と、
前記第１の送電部と異なる電力インターフェースを有し、前記受電部によって受電される電力を前記電気負荷へ出力する第２の送電部とを含む、電力出力装置。
【請求項１１】
前記第１の送電部は、非接触で電力を伝送するための第１のコイルを含み、
前記受電部は、前記第１のコイルから非接触で受電するための第２のコイルを含み、
前記第２の送電部は、前記電気負荷へ電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含む、請求項１０に記載の電力出力装置。
【請求項１２】
車両に対して着脱可能に構成され、車両外部の電源から車両へ電力を供給する際の電力インターフェースを変換する変換ユニットであって、前記車両は、前記電源から供給される電力を受電するための車載受電部を含み、
前記車載受電部と異なる電力インターフェースを有し、前記電源から供給される電力を受電する受電部と、
前記受電部によって受電される電力を前記車載受電部へ供給する送電部とを備える変換ユニット。
【請求項１３】
前記車載受電部は、非接触で電力を受電するための第１のコイルを含み、
前記受電部は、前記電源から供給される電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含み、
前記送電部は、前記第１のコイルへ非接触で電力を供給するための第２のコイルを含む、請求項１２に記載の変換ユニット。
【請求項１４】
車両に対して着脱可能に構成され、車両に搭載された蓄電装置から車両外部の電気負荷へ電力を出力する際の電力インターフェースを変換する変換ユニットであって、前記車両は、前記蓄電装置に蓄えられた電力を前記電気負荷へ出力するための車載送電部を含み、
前記車載送電部から出力される電力を受電する受電部と、
前記車載送電部と異なる電力インターフェースを有し、前記受電部によって受電される電力を前記電気負荷へ出力する送電部とを備える変換ユニット。
【請求項１５】
前記車載送電部は、非接触で電力を伝送するための第１のコイルを含み、
前記受電部は、前記第１のコイルから非接触で受電するための第２のコイルを含み、
前記送電部は、前記電気負荷へ電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含む、請求項１４に記載の変換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、充電装置、電力出力装置および変換ユニットに関し、特に、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源によって充電するための充電装置、車両に搭載された蓄電装置から車両外部の電気負荷へ電力を出力するための電力出力装置、およびそれらに用いられる変換ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１２−１３０１９３号公報（特許文献１）は、車両に搭載された蓄電池と車両外部の電源部との間で電力授受を行なう車両用電源装置を開示する。この車両用電源装置は、導通電力授受手段と、非接触電力授受手段とを備える。導通電力授受手段は、蓄電池と電源部との間を電気的に接続した状態で電力授受を行なう。非接触電力授受手段は、蓄電池と電源部との間を磁気的に結合した状態で電力授受を行なう。導通電力授受手段の電力変換部と、非接触電力授受手段の電力変換部とは、共通の電力変換部として構成される。導通電力授受手段と非接触電力授受手段との使用を切替えるために、導通電力授受用のコネクタと電力変換部との間、および非接触電力授受用のポートと電力変換部との間の各々にリレーが設けられる。
【０００３】
この車両用電源装置によれば、電力変換装置を簡素化して、車両への搭載性、重量面、コスト面に優れた車両用電源装置を実現することができるとされる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３０１９３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／１３１３４８号パンフレット
【特許文献３】特開２０１１−１９３６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の車両用電源装置では、導通電力授受と非接触電力授受との双方に対応するように電力変換部を構成する必要があるので、電力変換部の電気的な構成が複雑化する。また、導通電力授受手段と非接触電力授受手段とを切替えるためのリレーが設けられるので、リレーがオン固着する等の異常が生じ得る。
【０００６】
それゆえに、この発明の目的は、切替リレーを設けることなく、かつ、簡易な構成で、接触充電と非接触充電との双方に対応可能な充電装置およびそれに用いられる変換ユニットを提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、切替リレーを設けることなく、かつ、簡易な構成で、接触給電と非接触給電との双方に対応可能な電力出力装置およびそれに用いられる変換ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、充電装置は、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）によって充電するための充電装置であって、外部電源から供給される電力を受電するための第１の受電部と、第１の受電部と蓄電装置との間に設けられる電力変換器と、変換ユニットとを備える。変換ユニットは、車両に対して着脱可能に構成され、外部電源と第１の受電部との間の電力インターフェースを変換する。変換ユニットは、第２の受電部と、送電部とを含む。第２の受電部は、第１の受電部と異なる電力インターフェースを有し、外部電源から供給される電力を受電する。送電部は、第２の受電部によって受電される電力を第１の受電部へ供給する。
【０００９】
好ましくは、第１の受電部は、非接触で電力を受電するための第１のコイルを含む。第２の受電部は、外部電源から供給される電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含む。送電部は、第１のコイルへ非接触で電力を供給するための第２のコイルを含む。
【００１０】
好ましくは、第１の受電部は、車体に対して所定の待機位置と所定の受電位置との間を移動可能に構成される。変換ユニットは、第１の受電部に着脱可能に構成される。
【００１１】
さらに好ましくは、第１の受電部は、変換ユニットが第１の受電部に装着された状態で待機位置に収容可能に構成される。
【００１２】
好ましくは、変換ユニットは、車両と通信するための信号線を接続可能な信号端子をさらに含む。
【００１３】
好ましくは、変換ユニットは、車両から動作電力を受けるための電源端子をさらに含む。
【００１４】
好ましくは、第１のコイルの固有周波数と第２のコイルの固有周波数との差は、第１のコイルの固有周波数または第２のコイルの固有周波数の±１０％以下である。
【００１５】
好ましくは、第１のコイルと第２のコイルとの結合係数は０．３以下である。
好ましくは、第１のコイルは、第１のコイルと第２のコイルとの間に形成される磁界と、第１のコイルと第２のコイルとの間に形成される電界との少なくとも一方を通じて、第２のコイルへ送電する。磁界および電界は、第１のコイルと第２のコイルとの間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する。
【００１６】
また、この発明によれば、電力出力装置は、車両に搭載された蓄電装置から車両外部の電気負荷（以下「外部負荷」とも称する。）へ電力を出力するための電力出力装置であって、蓄電装置に蓄えられた電力を外部負荷へ出力するための第１の送電部と、蓄電装置と第１の送電部との間に設けられる電力変換器と、変換ユニットとを備える。変換ユニットは、車両に対して着脱可能に構成され、第１の送電部と外部負荷との間の電力インターフェースを変換する。変換ユニットは、受電部と、第２の送電部とを含む。受電部は、第１の送電部から出力される電力を受電する。第２の送電部は、第１の送電部と異なる電力インターフェースを有し、受電部によって受電される電力を外部負荷へ出力する。
【００１７】
好ましくは、第１の送電部は、非接触で電力を伝送するための第１のコイルを含む。受電部は、第１のコイルから非接触で受電するための第２のコイルを含む。第２の送電部は、外部負荷へ電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含む。
【００１８】
また、この発明によれば、変換ユニットは、車両に対して着脱可能に構成され、外部電源から車両へ電力を供給する際の電力インターフェースを変換する。車両は、外部電源から供給される電力を受電するための車載受電部を含む。変換ユニットは、受電部と、送電部とを備える。受電部は、車載受電部と異なる電力インターフェースを有し、外部電源から供給される電力を受電する。送電部は、受電部によって受電される電力を車載受電部へ供給する。
【００１９】
好ましくは、車載受電部は、非接触で電力を受電するための第１のコイルを含む。受電部は、外部電源から供給される電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含む。送電部は、第１のコイルへ非接触で電力を供給するための第２のコイルを含む。
【００２０】
また、この発明によれば、変換ユニットは、車両に対して着脱可能に構成され、車両に搭載された蓄電装置から外部負荷へ電力を出力する際の電力インターフェースを変換する。車両は、蓄電装置に蓄えられた電力を外部負荷へ出力するための車載送電部を含む。変換ユニットは、受電部と、送電部とを備える。受電部は、車載送電部から出力される電力を受電する。送電部は、車載送電部と異なる電力インターフェースを有し、受電部によって受電される電力を外部負荷へ出力する。
【００２１】
好ましくは、車載送電部は、非接触で電力を伝送するための第１のコイルを含む。受電部は、第１のコイルから非接触で受電するための第２のコイルを含む。送電部は、外部負荷へ電力を伝送する電力ケーブルを接続可能な接続部を含む。
【発明の効果】
【００２２】
この充電装置においては、車両に対して着脱可能に構成された変換ユニットによって外部電源と第１の受電部との間の電力インターフェースを変換可能であるので、電力変換器の電気的な構成を変更する必要はなく、また、接触充電と非接触充電とを切替えるためのリレーも不要である。したがって、この充電装置およびそれに用いられる変換ユニットによれば、切替リレーを設けることなく、かつ、簡易な構成で、接触充電と非接触充電との双方に対応することができる。
【００２３】
また、この電力出力装置においては、車両に対して着脱可能に構成された変換ユニットによって第１の送電部と外部負荷との間の電力インターフェースを変換可能であるので、電力変換器の電気的な構成を変更する必要はなく、また、接触給電と非接触給電とを切替えるためのリレーも不要である。したがって、この電力出力装置およびそれに用いられる変換ユニットによれば、切替リレーを設けることなく、かつ、簡易な構成で、接触給電と非接触給電との双方に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態による変換ユニットを用いた充電システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す受電部および送電部の構成を概略的に示した図である。
【図３】変換ユニットが車両に装着される様子を示した図である。
【図４】受電部および変換ユニットの上面図である。
【図５】変換ユニットが受電部に装着された状態を示した図である。
【図６】車両を後方から見た図である。
【図７】車両外部の非接触給電設備から車両を非接触で充電する際の受電部の動作位置を示した図である。
【図８】変換ユニットおよび電力ケーブルの電気的な構成を示した図である。
【図９】ＣＰＬＴ制御回路と変換ユニットのＩ／Ｆ部とによって形成されるコントロールパイロット回路の等価回路図である。
【図１０】パイロット信号の波形図である。
【図１１】送電部および受電部の構成を示した図である。
【図１２】送電部および受電部の他の構成例を示した図である。
【図１３】変換ユニットから車両への電力伝送時の等価回路図である。
【図１４】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１５】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１６】固有周波数を固定した状態で、エアギャップを変化させたときの電力伝送効率と、送電部に供給される電流の周波数との関係を示すグラフである。
【図１７】電流源または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１８】車両ＥＣＵの構成図である。
【図１９】図１８に示す非接触ＥＣＵの処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図２０】図１８に示すＨＶ−ＥＣＵの処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図２１】図１８に示す変換ユニットＥＣＵの処理手順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】
【００２５】
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。
【００２６】
（充電システムの構成）
図１は、この発明の実施の形態による変換ユニットを用いた充電システムの全体構成図である。図１を参照して、充電システムは、車両１００と、変換ユニット２００と、電力ケーブル３００と、外部電源４００とを備える。車両１００は、受電部１１０と、変換部１２０と、蓄電装置１３０と、通信部１４０と、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１５０（以下「車両ＥＣＵ１５０」と称する。）と、コネクタ１６０，１７２と、インレット１７４とを含む。
【００２７】
受電部１１０は、車両外部の送電装置から送出される電力を非接触で受電可能に構成され、受電した電力を変換部１２０へ出力する。具体的には、受電部１１０は、変換ユニット２００の送電部２２０（後述）や、車両１００へ非接触で電力を供給するための非接触給電設備（図示せず）の送電部から非接触で受電可能に構成される。受電部１１０は、たとえば車体底面の車体外部に設けられる。受電部１１０の具体的な構成については、変換ユニット２００の送電部２２０の構成とともに後ほど説明する。
【００２８】
変換部１２０は、受電部１１０によって受電される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１３０へ出力する。変換部１２０としては、たとえば、ダイオードブリッジから成る整流器を用いてもよいし、スイッチング素子をスイッチング制御して整流を行なうスイッチングレギュレータを用いてもよい。
【００２９】
蓄電装置１３０は、再充電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１３０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１３０は、受電部１１０により受電された電力を変換部１２０から受けて蓄電する。蓄電装置１３０は、走行用の電力を蓄えており、図示されない走行用モータへ電力を供給する。また、車両１００の制動時には、走行用モータが発電する電力を蓄えることも可能である。
【００３０】
なお、車両１００がエンジンを搭載したハイブリッド車両の場合には、蓄電装置１３０は、エンジンの動力を用いて発電用モータ（図示せず）により発電された電力を蓄える。また、発電用モータがエンジンの始動モータとして用いられる場合には、蓄電装置１３０は、エンジンを始動するための電力を発電用モータへ供給する。
【００３１】
通信部１４０は、図示されない非接触給電設備を用いた非接触充電時に、非接触給電設備と無線により通信を行なう。なお、後述のように、変換ユニット２００を用いた接触充電時における車両１００と変換ユニット２００との通信は、コネクタ１６０，２７４を介して行なわれる。
【００３２】
車両ＥＣＵ１５０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central  Processing  Unit）で実行するソフトウェア処理および／または電子回路によるハードウェア処理により、外部電源４００による蓄電装置１３０の充電（以下「外部充電」とも称する。）時に、蓄電装置１３０の充電状態（以下「ＳＯＣ（State  Of  Charge）」と称する。）の管理や変換部１２０の駆動等を含む充電制御を実行する。
【００３３】
コネクタ１６０は、変換ユニット２００のコネクタ２７４に嵌合可能に構成される。コネクタ１６０がコネクタ２７４に接続されているとき、車両ＥＣＵ１５０は、コネクタ１６０，２７４を介して変換ユニット２００のＥＣＵ２７２と情報をやり取りする。また、コネクタ１６０がコネクタ２７４に接続されているとき、車両１００から変換ユニット２００へ動作電力が供給される。
【００３４】
コネクタ１７２およびインレット１７４は、電力線によって電気的に接続される。コネクタ１７２は、変換ユニット２００のコネクタ２３０に嵌合可能に構成される。インレット１７４は、電力ケーブル３００のコネクタ３１０を嵌合可能に構成される。変換ユニット２００は車両１００の底面において受電部１１０に装着されるので、変換ユニット２００への電力ケーブル３００の接続作業を容易にするためにコネクタ１７２およびインレット１７４が設けられる。したがって、電力ケーブル３００のコネクタ３１０を嵌合可能なインレットを変換ユニット２００に設け、コネクタ３１０を変換ユニット２００に直接接続するようにしてもよい。
【００３５】
変換ユニット２００は、送電部２２０と、コネクタ２３０，２７４と、変換部２４０と、ＥＣＵ２７２（以下「変換ユニットＥＣＵ２７２」と称する。）とを含む。変換ユニット２００は、車両１００に対して着脱可能であり、車両１００（受電部１１０）に装着されて使用される。変換ユニット２００は、電力ケーブル３００に接続される外部電源４００と車両１００との間の電力インターフェースを変換する。具体的には、変換ユニット２００は、電力ケーブル３００を用いた接触給電方式を、受電部１１０および送電部２２０を用いた非接触給電方式に変換する。
【００３６】
コネクタ２３０は、コネクタ１７２を嵌合可能に構成される。インレット１７４は、電力ケーブル３００のコネクタ３１０を嵌合可能に構成される。コネクタ２３０にコネクタ１７２が接続され、インレット１７４に電力ケーブル３００のコネクタ３１０が接続されているとき、外部電源４００から供給される電力がコネクタ２３０から入力される。
【００３７】
変換部２４０は、コネクタ２３０から入力される電力を所定の送電周波数を有する交流電力に変換して送電部２２０へ出力する。送電部２２０は、変換部２４０から供給される電力を車両１００の受電部１１０へ非接触で送電可能に構成される。送電部２２０および変換部２４０の具体的な構成については、後ほど説明する。
【００３８】
変換ユニットＥＣＵ２７２は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行するソフトウェア処理および／または電子回路によるハードウェア処理により、電力ケーブル３００を用いた外部充電時に、電力ケーブル３００に設けられるＥＶＳＥ３２０（後述）の制御や、車両１００からの電力指令に基づく変換部２４０の駆動制御等を実行する。
【００３９】
コネクタ２７４は、車両１００のコネクタ１６０を嵌合可能に構成される。コネクタ２７４にコネクタ１６０が接続されているとき、変換ユニットＥＣＵ２７２は、コネクタ２７４，１６０を介して車両１００の車両ＥＣＵ１５０と情報をやり取りする。
【００４０】
電力ケーブル３００は、コネクタ３１０と、ＥＶＳＥ（Electric  Vehicle  Supply  Equipment）３２０とを含む。コネクタ３１０は、インレット１７４に嵌合可能に構成される。そして、コネクタ３１０がインレット１７４に接続され、コネクタ２３０にコネクタ１７２が接続されているとき、コネクタ３１０は、外部電源４００から電力ケーブル３００を介して供給される電力を変換ユニット２００へ供給する。
【００４１】
ＥＶＳＥ３２０は、電力ケーブル３００の電路を電気的に遮断可能に構成される。コネクタ２３０にコネクタ１７２が接続され、インレット１７４にコネクタ３１０が接続されているとき、ＥＶＳＥ３２０は、パイロット信号（後述）を生成して変換ユニット２００へ出力する。そうすると、変換ユニット２００においてパイロット信号の電位が操作され、パイロット信号の電位に基づいてＥＶＳＥ３２０が制御される。ＥＶＳＥ３２０は、電力ケーブル３００が接続される電源スタンド（図示せず）内に設けてもよい。ＥＶＳＥ３２０の構成については、後ほど詳しく説明する。
【００４２】
図２は、図１に示した受電部１１０および送電部２２０の構成を概略的に示した図である。図２を参照して、受電部１１０は、図示されない筐体に格納され、コイル１１１と、フェライトコア１１５とを含む。コイル１１１は、フェライトコア１１５の周面に巻回される。コイル１１１は、巻回軸線Ｏ１の周囲を取り囲むとともに巻回軸線Ｏ１の方向に変位するようにコイル線を巻回して形成される。
【００４３】
送電部２２０も、図示されない筐体に格納され、コイル２２１と、フェライトコア２２５とを含む。コイル２２１は、フェライトコア２２５の周面に巻回される。コイル２２１は、巻回軸線Ｏ２の周囲を取り囲むとともに巻回軸線Ｏ２の方向に変位するようにコイル線を巻回して形成される。
【００４４】
送電部２２０のコイル２２１に電流が流されると、送電部２２０と受電部１１０との間に巻回軸線Ｏ１，Ｏ２および線１８０で示される磁界が形成され、送電部２２０から受電部１１０へ非接触で電力が伝送される。この非接触電力伝送の原理については、後ほど詳しく説明する。
【００４５】
なお、この実施の形態では、受電部１１０および送電部２２０は、巻回軸線が車体に対して平行となる所謂ソレノイド型のコイル構成としたが、コイルの巻回軸線が車体に対して垂直となる所謂ディスク型のコイル構成（図示せず）としてもよい。
【００４６】
図３，４は、変換ユニット２００が車両１００に装着される様子を示した図である。図３は、車両１００の底面１２に設けられる受電部１１０の近傍を車体右方向から見た図である。図４は、受電部１１０および変換ユニット２００の上面図である。図３，４を参照して、「Ｕ」は車体上方向を示し、「Ｄ」は車体下方向を示す。「Ｆ」は車体前方向を示し、「Ｂ」は車体後方向を示す。また、「Ｒ」は車体右方向を示し、「Ｌ」は車体左方向を示す。
【００４７】
受電部１１０は、筐体１１６内に設けられている。受電部１１０は、図３に示される支持部材３２，３４によって車体の底面１２に支持される。なお、底面１２に支持されるとは、フロアパネルに直付けされる場合や、フロアパネルやサイドメンバー、クロスメンバー等から懸架される場合も含む。支持部材３２，３４の端部は回転可能となっており、たとえば支持部材３２の底面側端部に設けられるモータ３６を作動させることによって、底面１２に設けられる待機位置１３から受電部１１０を引出可能となっている。
【００４８】
変換ユニット２００は、受電部１１０に着脱可能に構成される。受電部１１０の筐体１１６には、変換ユニット２００を取り付けるためのガイド１１７が設けられている。変換ユニット２００にも、ガイド２０２が設けられている。変換ユニット２００のガイド２０２を受電部１１０のガイド１１７に沿ってスライドさせることによって、受電部１１０の下面側に変換ユニット２００を取付けることができる。
【００４９】
受電部１１０が底面１２に近接した状態（たとえば待機位置１３）では、変換ユニット２００の着脱操作を実施しにくいので、変換ユニット２００の着脱時には、モータ３６を作動させることによって、図３に示されるような所定の取付可能位置まで受電部１１０を下降させる。
【００５０】
図５，６は、変換ユニット２００が受電部１１０に装着された状態を示した図である。図５は、受電部１１０の近傍を車体右方向から見た図である。図６は、車両１００を後方から見た図である。図５を参照して、変換ユニット２００が受電部１１０に装着された状態で受電部１１０および変換ユニット２００を待機位置１３に格納可能である。この状態で車両１００を走行可能である。
【００５１】
図６を参照して、車両１００に設けられるコネクタ１７２，１６０（図１）をそれぞれ変換ユニット２００のコネクタ２３０，２７４に接続することにより、受電部１１０を備える非接触充電向けの車両１００を、インレット１７４に接続される電力ケーブル３００（図示せず）から受電する接触充電方式で充電することができる。なお、図６では、インレット１７４が荷室４０に設けられる構成が代表的に示されているが、荷室４０以外の場所（たとえば車体側面）にインレット１７４を設けてもよい。
【００５２】
なお、図７は、車両外部の非接触給電設備から車両１００を非接触で充電する際の受電部１１０の動作位置を示した図である。図７を参照して、非接触給電設備の送電部４１０は、地面４２０に設けられる。送電部４１０に対して車両１００の駐車位置合わせが行なわれると、受電部１１０が送電部４１０に対向するように、モータ３６を作動させることによって受電部１１０を受電位置まで下降させる。この状態で、送電部４１０から受電部１１０へ非接触で電力を高効率に伝送することができる。
【００５３】
図８は、変換ユニット２００および電力ケーブル３００の電気的な構成を示した図である。図８を参照して、変換ユニット２００は、コネクタ２３０，２７４と、電力線２５２と、コンバータ２５４，２５６と、送電部２２０と、変換ユニットＥＣＵ２７２と、リレー２７６とを含む。変換ユニットＥＣＵ２７２は、Ｉ／Ｆ部２６８と、制御部２７０とを含む。
【００５４】
電力線２５２は、コネクタ２３０とコンバータ２５４との間に配線される。コンバータ２５４は、制御部２７０からの制御信号に基づいて、コネクタ２３０から入力される外部電源４００からの交流電力を直流電力に変換してコンバータ２５６へ出力する。コンバータ２５６は、制御部２７０からの制御信号に基づいて、コンバータ２５４から受ける直流電力を、所定の送電周波数を有する交流電力に変換して送電部２２０へ出力する。
【００５５】
Ｉ／Ｆ部２６８は、コネクタ２７４に車両１００のコネクタ１６０が接続されているとき、車両１００の補機電池１７０（図１では図示せず）から電力の供給を受けて起動する。そして、コネクタ２３０にコネクタ１７２が接続され、かつ、インレット１７４に電力ケーブル３００のコネクタ３１０が接続されているとき、Ｉ／Ｆ部２６８は、電力ケーブル３００のＥＶＳＥ３２０により生成されてコネクタ２３０から入力されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位を操作することによってＥＶＳＥ３２０のＣＣＩＤリレー３２２（後述）を遠隔制御する。また、Ｉ／Ｆ部２６８は、コネクタ２３０からの入力電圧（電力線２５２の電圧）が正常であると判断すると、リレー２７６を導通状態にする。
【００５６】
制御部２７０は、Ｉ／Ｆ部２６８によってリレー２７６が導通状態にされると、車両１００の補機電池１７０から電力の供給を受けて起動する。制御部２７０は、コネクタ１６０，２７４を介して車両ＥＣＵ１５０と通信を行ない、車両１００への送電開始や停止、送電電力等の各種情報を車両ＥＣＵ１５０とやり取りする。そして、制御部２７０は、車両ＥＣＵ１５０との通信内容に従ってコンバータ２５４，２５６を制御する。具体的には、制御部２７０は、所定の送電周波数を有する送電電力が送電部２２０から車両１００へ出力されるようにコンバータ２５４，２５６を制御する。
【００５７】
なお、コネクタ１６０，２７４を介して車両１００（車両ＥＣＵ１５０）と変換ユニット２００（変換ユニットＥＣＵ２７２）との間で通信が行なわれるので、コネクタ２７４は、車両１００と通信するための信号線（コネクタ１６０）を接続可能な信号端子である。また、コネクタ１６０，２７４を介して車両１００（補機電池１７０）から変換ユニット２００（変換ユニットＥＣＵ２７２）へ動作電力が供給されるので、コネクタ２７４は、車両１００から動作電力を受けるための電源端子でもある。
【００５８】
電力ケーブル３００のＥＶＳＥ３２０は、ＣＣＩＤ（Charging  Circuit  Interrupt  Device）リレー３２２と、ＣＰＬＴ制御回路３２４とを含む。ＣＣＩＤリレー３２２は、外部電源４００とコネクタ３１０との間の電路に設けられ、ＣＰＬＴ制御回路３２４によって制御される。
【００５９】
ＣＰＬＴ制御回路３２４は、電力ケーブル３００から電力を受ける装置（ここでは変換ユニット２００）とともにコントロールパイロット回路を形成する。ＣＰＬＴ制御回路３２４は、パイロット信号ＣＰＬＴを生成してコネクタ３１０へ出力する。コネクタ３１０がインレット１７４に接続され、さらにコネクタ１７２がコネクタ２３０に接続されると、変換ユニット２００のＩ／Ｆ部２６８にパイロット信号ＣＰＬＴが入力される。そして、Ｉ／Ｆ部２６８においてパイロット信号ＣＰＬＴの電位を操作することによって、変換ユニット２００からＣＣＩＤリレー３２２が遠隔操作される。なお、パイロット信号ＣＰＬＴは、たとえば、アメリカ合衆国の「ＳＡＥ  Ｊ１７７２（SAE  Electric  Vehicle  Conductive  Charge  Coupler）」に準拠するものである。
【００６０】
（コントロールパイロット回路の構成）
図９は、ＣＰＬＴ制御回路３２４と変換ユニット２００のＩ／Ｆ部２６８とによって形成されるコントロールパイロット回路の等価回路図である。図９を参照して、ＣＰＬＴ制御回路３２４は、発振器３３２と、抵抗素子３３４と、電圧センサ３３６とを含む。発振器３３２は、抵抗素子３３４の出力電位が規定の電位Ｖ１（たとえば１２Ｖ）近傍のときは非発振のパイロット信号ＣＰＬＴを出力し、抵抗素子３３４の出力電位がＶ１から低下すると、規定の周波数（たとえば１ｋＨｚ）およびデューティー比で発振するパイロット信号ＣＰＬＴを出力する。なお、デューティー比は、電力ケーブル３００から供給可能な定格電流に基づいて設定される。
【００６１】
変換ユニット２００のＩ／Ｆ部２６８は、抵抗素子３４２，３４４と、リレー３４６と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）３４８とを含む。抵抗素子３４２は、パイロット信号ＣＰＬＴが伝送されるコントロールパイロット線と接地ノードとの間に接続される。抵抗素子３４４およびリレー３４６は、コントロールパイロット線と接地ノードとの間に直列に接続される。
【００６２】
ＣＰＵ３４８は、リレー３４６を制御する。具体的には、パイロット信号ＣＰＬＴがＩ／Ｆ部２６８に入力されると、抵抗素子３４２によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ１からＶ２に低下し、パイロット信号ＣＰＬＴが発振する。車両１００の充電準備が完了すると、ＣＰＵ３４８は、リレー３４６をオンさせる。これによりパイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ２からＶ３へさらに低下し、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ３となったことを検知したＣＰＬＴ制御回路３２４によってＣＣＩＤリレー３２２（図８）が導通状態に制御される。
【００６３】
図１０は、パイロット信号ＣＰＬＴの波形図である。図１０とともに図９を参照して、時刻ｔ１以前においては、インレット１７４（図８）にコネクタ３１０が接続されていないものとする（なお、コネクタ１７２，２３０は接続されているものとする。）。このとき、パイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ１であり、パイロット信号ＣＰＬＴは非発振状態である。
【００６４】
時刻ｔ１において、インレット１７４にコネクタ３１０が接続されると、パイロット信号ＣＰＬＴがＩ／Ｆ部２６８に入力される。そうすると、パイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ１からＶ２に低下し、パイロット信号ＣＰＬＴは発振する。
【００６５】
時刻ｔ２において、所定の充電準備が完了すると、ＣＰＵ３４８は、リレー３４６をオンにする。そうすると、パイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ２からＶ３へさらに低下する。パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ３になると、ＥＶＳＥ３２０において、ＣＰＬＴ制御回路３２４によってＣＣＩＤリレー３２２が導通状態に制御される。
【００６６】
（非接触電力伝送の原理）
次に、変換ユニット２００の送電部２２０から車両１００の受電部１１０への電力伝送の原理について説明する。
【００６７】
図１１は、送電部２２０および受電部１１０の構成を示した図である。図１１を参照して、送電部２２０は、コイル２２１（以下「共振コイル」とも称し、「共鳴コイル」等と適宜称してもよい。）と、キャパシタ２２２と、コイル２２３（以下「電磁誘導コイル」とも称する。）とを含む。
【００６８】
電磁誘導コイル２２３は、電磁誘導により共振コイル２２１と磁気的に結合可能である。電磁誘導コイル２２３は、コンバータ２５６（図８）から供給される交流電力を、電磁誘導によって共振コイル２２１に伝達する。共振コイル２２１は、電磁誘導コイル２２３から伝達された電力を、車両１００の受電部１１０へ非接触で転送する。
【００６９】
受電部１１０は、コイル１１１（以下「共振コイル」とも称し、「共鳴コイル」等と適宜称してもよい。）と、キャパシタ１１２と、コイル１１３（以下「電磁誘導コイル」とも称する。）とを含む。
【００７０】
共振コイル１１１は、送電部２２０の共振コイル２２１から非接触で電力を受電する。電磁誘導コイル１１３は、電磁誘導により共振コイル１１１と磁気的に結合可能である。電磁誘導コイル１１３は、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変換部１２０（図８）へ出力する。
【００７１】
なお、図１１においては、受電部１１０および送電部２２０がそれぞれ電磁誘導コイル１１３，２２３を有する構成を示したが、図１２に示される構成のように、受電部１１０および送電部２２０が電磁誘導コイルを備えない構成とすることも可能である。この場合には、送電部２２０においては、共振コイル２２１がコンバータ２５６（図８）に接続され、受電部１１０においては、共振コイル１１１が変換部１２０（図８）に接続される。
【００７２】
なお、送電部２２０において、キャパシタ２２２（２２４）は、共振コイル２２１に直列に接続されて共振コイル２２１とＬＣ共振回路を形成するが、キャパシタ２２２（２２４）は、共振コイル２２１に並列に接続してもよい。また、受電部１１０においても、キャパシタ１１２（１１４）は、共振コイル１１１に直列に接続されて共振コイル１１１とＬＣ共振回路を形成するが、キャパシタ１１２（１１４）は、共振コイル１１１に並列に接続してもよい。
【００７３】
図１３は、変換ユニット２００から車両１００への電力伝送時の等価回路図である。図１３を参照して、変換ユニット２００において、送電部２２０の電磁誘導コイル２２３は、共振コイル２２１と所定の間隔をおいて配置される。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、コンバータ２５６から供給される交流電力を電磁誘導により共振コイル２２１へ供給する。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、電磁誘導コイル２２３は、コンバータ２５６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、図１２に示したように、電磁誘導コイル２２３を設けずに共振コイル２２１にコンバータ２５６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。
【００７６】
一方、車両１００において、受電部１１０の共振コイル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、変換ユニット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、変換ユニット２００の送電部２２０から非接触で受電する。
【００７７】
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配置される。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１１８へ出力する。電気負荷１１８は、受電部１１０によって受電された電力を受ける電気機器であり、具体的には、変換部１２０（図８）以降の電気機器を包括的に表わしたものである。
【００７８】
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、図１２に示したように、電磁誘導コイル１１３を設けずに共振コイル１１１を電気負荷１１８に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。
【００７９】
変換ユニット２００において、コンバータ２５６から電磁誘導コイル２２３へ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１１８へ伝送される。
【００８０】
上述のように、この電力伝送システムにおいては、変換ユニット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。
【００８１】
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。
【００８２】
図１４および図１５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１４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１５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。
【００８３】
図１４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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
図１５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。
【００８７】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）  …  （３）
図１５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。
【００８８】
再び図１３を参照して、送電部２２０および受電部１１０は、送電部２２０と受電部１１０との間に形成される磁界および電界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との間に形成される磁界および／または電界は、特定の周波数で振動する。そして、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。
【００８９】
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。
【００９０】
図１６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。図１６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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
なお、上記では、送電部２２０および受電部１１０にコイル（たとえばヘリカルコイル）を採用したが、コイルに代えて、メアンダラインなどのアンテナなどを採用してもよい。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。
【００９５】
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。
【００９６】
図１７は、電流源または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１７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。
【００９７】
「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。
【００９８】
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。送電部２２０と受電部１１０との間に形成されるこのような電磁場は、たとえば、近接場共振（共鳴）結合場という場合がある。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。
【００９９】
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」、「磁場共振（共鳴）結合」、「近接場共振（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（制御システムの説明）
図１８は、車両ＥＣＵ１５０の構成図である。図１８とともに図８を参照して、車両ＥＣＵ１５０は、ＨＶ−ＥＣＵ１５２と、非接触ＥＣＵ１５４とを含む。ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、車両１００の走行に関する走行制御を実行するほか、蓄電装置１３０の外部充電に関する充電制御を実行する。充電制御について、具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、蓄電装置１３０に接続されるシステムリレーの駆動やＳＯＣの管理、ＳＯＣに基づく充電開始／終了の要求タイミングの生成等を行なう。
【０１０２】
非接触ＥＣＵ１５４は、変換ユニット２００が車両１００（受電部１１０）に装着されているか否かを判断し、変換ユニット２００が装着されているときは、変換ユニット２００の変換ユニットＥＣＵ２７２と連携して、電力ケーブル３００による接触充電を実行する。変換ユニット２００が車両１００に装着されていることは、コネクタ１６０，２７４を介して変換ユニット２００の変換ユニットＥＣＵ２７２と通信することによって判断してもよいし、近接センサ等を用いて実際に装着を検知してもよい。
【０１０３】
一方、外部充電時に変換ユニット２００が車両１００（受電部１１０）に装着されていないときは、非接触ＥＣＵ１５４は、通信部１４０によって車両外部の非接触給電設備（図示せず）と無線通信を行ない、非接触給電設備による非接触充電を実行する。
【０１０４】
変換ユニットＥＣＵ２７２は、電力ケーブル３００を用いた外部充電時、電力ケーブル３００のＥＶＳＥ３２０の制御や、非接触ＥＣＵ１５４からの指令に基づくコンバータ２５４，２５６の駆動制御等を実行する。
【０１０５】
この実施の形態では、車両１００は、受電部１１０を用いて非接触で外部充電可能であるところ、変換ユニット２００を車両１００に装着することによって、電力ケーブル３００を用いた接触充電に対応可能である。そして、変換ユニット２００が車両１００（受電部１１０）に装着されているか否かを非接触ＥＣＵ１５４が判断し、ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、非接触給電設備からの非接触充電か、それとも電力ケーブル３００を用いた接触充電かを意識することなく、蓄電装置１３０の充電制御を実行する。電力ケーブル３００を用いた接触充電時は、変換ユニット２００の変換ユニットＥＣＵ２７２によって、接触充電に関する所定の制御（電力ケーブル３００のＥＶＳＥ３２０の制御等）が実行される。非接触給電設備による非接触充電時は、非接触ＥＣＵ１５４によって、非接触充電に関する所定の制御（非接触給電設備と車両１００との位置合わせ制御等）が実行される。
【０１０６】
図１９は、図１８に示した非接触ＥＣＵ１５４の処理手順を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示される各処理については、予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて実行されることにより実現される。あるいは、全部または一部のステップについて、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。
【０１０７】
図１９とともに図８を参照して、非接触ＥＣＵ１５４は、変換ユニット２００が車両１００（受電部１１０）に装着されているか否かを判定する（ステップＳ１０）。変換ユニット２００が装着されていると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、非接触ＥＣＵ１５４は、電力ケーブル３００のＥＶＳＥ３２０により生成されるパイロット信号ＣＰＬＴが発振しているか否かを判定する（ステップＳ２０）。なお、パイロット信号ＣＰＬＴの発振の検知は、実際には変換ユニットＥＣＵ２７２によって行なわれ、非接触ＥＣＵ１５４は、変換ユニットＥＣＵ２７２からその検知結果を受ける。
【０１０８】
パイロット信号ＣＰＬＴが発振していると判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、非接触ＥＣＵ１５４は、ＨＶ−ＥＣＵ１５２へ起動トリガーを出力することによってＨＶ−ＥＣＵ１５２を起動する（ステップＳ３０）。次いで、非接触ＥＣＵ１５４は、外部充電の開始を指示する開始要求信号をＨＶ−ＥＣＵ１５２から受信したか否かを判定する（ステップＳ４０）。
【０１０９】
非接触ＥＣＵ１５４は、開始要求信号を受信すると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、電力ケーブル３００から供給される充電電力の大きさを示す電力指令を変換ユニット２００へ出力する（ステップＳ５０）。なお、この電力指令は、ＨＶ−ＥＣＵ１５２によって生成してもよい。次いで、非接触ＥＣＵ１５４は、外部充電の終了を指示する終了要求信号をＨＶ−ＥＣＵ１５２から受信したか否かを判定する（ステップＳ６０）。
【０１１０】
非接触ＥＣＵ１５４は、終了要求信号を受信すると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、変換ユニット２００の動作停止を指示する停止指令を変換ユニット２００へ出力する（ステップＳ７０）。その後、非接触ＥＣＵ１５４は、所定の停止処理を実行し（ステップＳ８０）、停止処理が完了するとその完了通知をＨＶ−ＥＣＵ１５２へ出力する（ステップＳ９０）。
【０１１１】
一方、ステップＳ１０において変換ユニット２００は車両１００（受電部１１０）に装着されていないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、非接触ＥＣＵ１５４は、非接触給電設備（図８で図示せず）から起動要求信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。起動要求信号を受信していないときは（ステップＳ１１０においてＮＯ）、以降の一連の処理は実行されずにステップＳ１８０へ処理が移行される。
【０１１２】
ステップＳ１１０において非接触給電設備から起動要求信号を受信したと判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、非接触ＥＣＵ１５４は、ＨＶ−ＥＣＵ１５２へ起動トリガーを出力することによってＨＶ−ＥＣＵ１５２を起動する（ステップＳ１２０）。次いで、非接触ＥＣＵ１５４は、非接触給電設備の送電部（図７の送電部４１０）と車両１００の受電部１１０との相対位置関係を調整する位置合わせ処理を実行する（ステップＳ１３０）。
【０１１３】
一例として、位置合わせ処理においては、非接触ＥＣＵ１５４から給電設備へ無線通信によりテスト送電要求が送信され、給電設備の送電部から受電部１１０へのテスト送電時における伝送効率に基づいて、送電部と受電部１１０との相対位置関係が調整される。なお、テスト送電時は、蓄電装置１３０の充電実施時よりも小さな電力が出力される。
【０１１４】
ステップＳ１３０において位置合わせ処理が完了すると、非接触ＥＣＵ１５４は、外部充電の開始を指示する開始要求信号をＨＶ−ＥＣＵ１５２から受信したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。
【０１１５】
非接触ＥＣＵ１５４は、開始要求信号を受信すると（ステップＳ１４０においてＹＥＳ）、蓄電装置１３０を充電するための送電開始を指示する送電指令を通信部１４０によって非接触給電設備へ送信する（ステップＳ１５０）。次いで、非接触ＥＣＵ１５４は、外部充電の終了を指示する終了要求信号をＨＶ−ＥＣＵ１５２から受信したか否かを判定する（ステップＳ１６０）。
【０１１６】
非接触ＥＣＵ１５４は、終了要求信号を受信すると（ステップＳ１６０においてＹＥＳ）、非接触給電設備からの送電停止を指示する停止指令を通信部１４０によって非接触給電設備へ送信する（ステップＳ１７０）。その後、非接触ＥＣＵ１５４は、ステップＳ８０へ処理を移行し、所定の停止処理が実行される。
【０１１７】
図２０は、図１８に示したＨＶ−ＥＣＵ１５２の処理手順を説明するためのフローチャートである。このフローチャートについては、ＨＶ−ＥＣＵ１５２が非接触ＥＣＵ１５４から起動トリガーを受けると、予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて実行されることにより実現される。あるいは、全部または一部のステップについて、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。
【０１１８】
図２０を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、非接触ＥＣＵ１５４から起動トリガーを受けると、所定の充電準備処理を開始する（ステップＳ２１０）。具体的には、変換部１２０（図１）の起動処理や、蓄電装置１３０に接続されるシステムリレーの駆動（オン駆動）等が実行される。そして、充電準備が完了すると（ステップＳ２２０）、ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、外部充電の開始を指示する開始要求信号を非接触ＥＣＵ１５４へ出力する（ステップＳ２３０）。
【０１１９】
次いで、ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、蓄電装置１３０の充電が完了したか否かを判定する（ステップＳ２４０）。蓄電装置１３０のＳＯＣが所定値に達したり、設定時間の経過やユーザによって外部充電の終了が指示されたりすると、蓄電装置１３０の充電が完了したものと判定される。
【０１２０】
そして、蓄電装置１３０の充電が完了したと判定されると（ステップＳ２４０においてＹＥＳ）、ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、外部充電の終了を指示する終了要求信号を非接触ＥＣＵ１５４へ出力する（ステップＳ２５０）。その後、非接触ＥＣＵ１５４において所定の停止処理が実行され、停止処理が完了した旨の通知を非接触ＥＣＵ１５４から受信すると（ステップＳ２６０においてＹＥＳ）、ＨＶ−ＥＣＵ１５２は、ステップＳ２７０へ処理を移行し、一連の処理が終了する。
【０１２１】
図２１は、図１８に示した変換ユニットＥＣＵ２７２の処理手順を説明するためのフローチャートである。このフローチャートについては、変換ユニット２００のコネクタ２７４に車両１００のコネクタ１６０が接続されて車両１００の補機電池１７０から電力供給を受けると（電源オン）、予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて実行されることにより実現される。あるいは、全部または一部のステップについて、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。
【０１２２】
図２１とともに図８を参照して、電源がオンされると、変換ユニットＥＣＵ２７２のＩ／Ｆ部２６８において所定の起動処理が実行される（ステップＳ３１０）。Ｉ／Ｆ部２６８が起動すると、Ｉ／Ｆ部２６８は、コネクタ２７４，１６０を介して車両１００との間で通信の確立を試みる。車両１００との通信が確立できないときは（ステップＳ３２０においてＮＯ）、利用者に対して警報が出力され（ステップＳ４３０）、変換ユニット２００の停止処理が実行される（ステップＳ４４０）。
【０１２３】
車両１００との通信が確立すると（ステップＳ３２０においてＹＥＳ）、Ｉ／Ｆ部２６８は、電力ケーブル３００のＥＶＳＥ３２０において生成されるパイロット信号ＣＰＬＴの発振を検知したか否かを判定する（ステップＳ３３０）。
【０１２４】
コネクタ２３０にコネクタ１７２が接続されるとともにインレット１７４に電力ケーブル３００のコネクタ３１０が接続され、コネクタ２３０から入力されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ１からＶ２に低下すると、パイロット信号ＣＰＬＴが発振する。パイロット信号ＣＰＬＴの発振が検知されると（ステップＳ３３０においてＹＥＳ）、Ｉ／Ｆ部２６８は、その旨を車両１００へ通知する（ステップＳ３４０）。さらに、Ｉ／Ｆ部２６８においてリレー３４６（図９）がオンされる。これにより、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ３に低下し、ＥＶＳＥ３２０においてＣＣＩＤリレー３２２がオンされる（ステップＳ３５０）。パイロット信号ＣＰＬＴの発振が検知されないときは（ステップＳ３３０においてＮＯ）、ステップＳ４３０へ処理が移行され、利用者に対して警報が出力される。
【０１２５】
ステップＳ３５０においてＣＣＩＤリレー３２２がオンされると、Ｉ／Ｆ部２６８は、コネクタ２３０から入力される電圧が正常であるか否かを判定する（ステップＳ３６０）。入力電圧が異常であると判定されると（ステップＳ３６０においてＮＯ）、ステップＳ４３０へ処理が移行される。
【０１２６】
ステップＳ３６０において入力電圧は正常であると判定されると（ステップＳ３６０においてＹＥＳ）、Ｉ／Ｆ部２６８は、低圧リレー（リレー２７６）をオンにする（ステップＳ３７０）。これにより、車両１００の補機電池１７０から制御部２７０へ動作電力が供給され、制御部２７０が起動する。
【０１２７】
次いで、制御部２７０は、車両１００から送信される電力指令に基づいてコンバータ２５４，２５６を駆動する（ステップＳ３８０）。これにより、コネクタ２３０から入力される外部電源４００からの電力が所定の送電周波数を有する交流電力に変換されて送電部２２０に供給され、送電部２２０から車両１００の受電部１１０へ電力が伝送される。
【０１２８】
次いで、Ｉ／Ｆ部２６８は、車両１００から停止指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ３９０）。車両１００から停止指令を受信していないときは（ステップＳ３９０においてＮＯ）、ステップＳ３８０へ処理が戻され、制御部２７０によるコンバータ２５４，２５６の駆動が継続される。
【０１２９】
ステップＳ３９０において車両１００から停止指令を受信したと判定されると（ステップＳ３９０においてＹＥＳ）、制御部２７０は、コンバータ２５４，２５６を停止する（ステップＳ４００）。次いで、Ｉ／Ｆ部２６８により低圧リレー（リレー２７６）がオフにされ（ステップＳ４１０）、その後、Ｉ／Ｆ部２６８において所定の停止処理が実行される（ステップＳ４２０）。
【０１３０】
以上のように、この実施の形態においては、車両１００に対して着脱可能に構成された変換ユニット２００によって外部電源４００と車両１００の受電部１１０との間の電力インターフェースを変換可能であるので、変換部１２０の電気的な構成を変更する必要はなく、また、接触充電と非接触充電とを切替えるためのリレーも不要である。したがって、この実施の形態によれば、切替リレーを設けることなく、かつ、簡易な構成で、接触充電と非接触充電との双方に対応することができる。
【０１３１】
また、この実施の形態によれば、変換ユニット２００は、車両１００に対して着脱可能に構成されるので、非接触充電が普及したときには変換ユニット２００を取り外すことで車両１００の軽量化を図ることができる。
【０１３２】
一方、この実施の形態によれば、変換ユニット２００を受電部１１０に装着した状態で待機位置１３（図５）に格納可能であるので、外部充電方式が主に接触充電方式である場合には、走行時に変換ユニット２００を取り外す必要はなく、ユーザの利便性が高い。
【０１３３】
また、この実施の形態によれば、車両１００と通信するためのコネクタ２７４が変換ユニット２００に設けられているので、車両１００のコネクタ１６０を変換ユニット２００のコネクタ２７４に接続するだけで車両１００と変換ユニット２００との通信が可能になる。さらに、変換ユニット２００は、コネクタ２７４を介して車両１００から動作電力を受けるので、変換ユニット２００に蓄電装置を設ける必要はない。
【０１３４】
なお、上記の実施の形態においては、車両に対して着脱可能な変換ユニット２００によって、非接触充電向けに構成された車両１００を、電力ケーブル３００を用いた接触充電に対応可能とした。一方、蓄電装置に電気的に接続されるインレットを備える接触充電向けの車両に対して、非接触充電に対応可能とする変換ユニットを構成してもよい。
【０１３５】
この場合、変換ユニットは、非接触で電力を受電するための受電部と、車両のインレットに嵌合可能に構成され、受電部により受電される電力をインレットへ出力するためのコネクタとを含む。そして、変換ユニットは、車両に対して着脱可能に構成され、変換ユニットを車両に装着することによって、接触充電向けに構成された車両を非接触充電にも対応可能にすることができる。
【０１３６】
また、上記の実施の形態においては、変換ユニット２００のコネクタ２７４に車両１００のコネクタ１６０が接続されると変換ユニット２００が起動されるものとしたが、変換ユニット２００を起動するための電源スイッチを別途設けてもよい。
【０１３７】
また、上記の実施の形態において、車両１００のコネクタ１７２およびインレット１７４は、変換ユニット２００への電力ケーブル３００の装着を容易にするために設けられるものであり、変換ユニット２００のコネクタ２３０を、電力ケーブル３００のコネクタ３１０を嵌合可能なインレットで構成してもよい。
【０１３８】
また、上記の実施の形態においては、変換ユニット２００を用いて、外部電源４００により車両１００の蓄電装置１３０を充電するものとしたが、蓄電装置１３０に蓄えられた電力を受電部１１０から変換ユニット２００の送電部２２０へ出力し、インレット１７４から外部負荷へ電力を供給するようにしてもよい。この場合、変換部１２０は、蓄電装置１３０から供給される直流電力を所定の送電周波数を有する交流電力に変換して受電部１１０へ供給可能に構成される。また、変換ユニット２００のコンバータ２５６は、送電部２２０によって受電された交流電力を直流に変換可能に構成され、コンバータ２５４は、コンバータ２５６から出力される直流電力を外部負荷用の電力（たとえば商用交流電力）に変換可能に構成される。
【０１３９】
なお、上記において、受電部１１０は、「充電装置」の発明における「第１の受電部」の一実施例に対応し、コネクタ２３０（またはインレット１７４）は、「充電装置」の発明における「第２の受電部」の一実施例に対応する。また、受電部１１０は、「電力出力装置」の発明における「第１の送電部」の一実施例に対応し、送電部２２０は、「電力出力装置」の発明における「受電部」の一実施例に対応する。さらに、コネクタ２３０（またはインレット１７４）は、「電力出力装置」の発明における「第２の送電部」の一実施例に対応し、コネクタ２７４は、これらの発明における「信号端子」および「電源端子」の一実施例に対応する。
【０１４０】
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、上記した実施の形態の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】
【０１４１】
１２  底面、１３  待機位置、２２  車輪、３２，３４  支持部材、３６  モータ、４０  荷室、１００  車両、１１０  受電部、１１１，１１３，２２１，２２３  コイル、１１２，１１４，２２２，２２４  キャパシタ、１１５，２２５  フェライトコア、１１６  筐体、１１７，２０２  ガイド、１１８  電気負荷、１２０，２４０  変換部、１３０  蓄電装置、１４０  通信部、１５０  車両ＥＣＵ、１５２  ＨＶ−ＥＣＵ、１５４  非接触ＥＣＵ、１６０，１７２，２３０，２７４  コネクタ、１７０  補機電池、１７４  インレット、２００  変換ユニット、２２０，４１０  送電部、２５２  電力線、２５４，２５６  コンバータ、２７６，３４６  リレー、２６８  Ｉ／Ｆ部、２７０  制御部、２７２  変換ユニットＥＣＵ、３００  電力ケーブル、３１０  コネクタ、３２０  ＥＶＳＥ、３２２  ＣＣＩＤリレー、３２４  ＣＰＬＴ制御回路、３３２  発振器、３３４，３４２，３４４  抵抗素子、３３６  電圧センサ、３４８  ＣＰＵ、４００  外部電源、４２０  地面、Ｏ１，Ｏ２  巻回軸線。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【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】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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