(57)【要約】  受電装置は、車両外部に設けられた送電部（５６）から非接触で電力を受電する受電部（２０）と、受電部（２０）を送電部（５６）に向けて近づけるように受電部（２０）を移動させることと、受電部（２０）を送電部（５６）から離れるように受電部（２０）を移動させることとが可能なように、受電部（２０）を支持する受電部用支持機構（３０）とを備え、受電部用支持機構（３０）は、受電部（２０）と送電部（５６）との間の距離が長くなるように受電部（２０）に付勢力を加える付勢部材と、付勢力に抗して受電部（２０）と送電部（５６）との間の距離が短くなるように受電部（２０）を移動させる動力を発生する受電部用駆動部とを含む。
2014064759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部と、
前記受電部を前記送電部に向けて近づけるように前記受電部を移動させることと、前記受電部を前記送電部から離れるように前記受電部を移動させることとが可能なように、前記受電部を支持する受電部用支持機構と、
を備え、
前記受電部用支持機構は、前記受電部と前記送電部との間の距離が長くなるように前記受電部に付勢力を加える付勢部材と、前記付勢力に抗して前記受電部と前記送電部との間の距離が短くなるように前記受電部を移動させる動力を発生する受電部用駆動部とを含む、受電装置。
【請求項２】
前記受電部用支持機構は、前記受電部用駆動部から前記受電部に加える駆動力が所定値以上となることを抑制する規制機構を含む、請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記受電部用駆動部は、ステータおよびロータを含むモータであり、
前記規制機構は、前記モータに供給する電力を制御する制御部と、前記ロータの回転角度を検知する検知部とを含み、
前記制御部は、モータから前記受電部に加えられる駆動力が前記所定値以上となると、前記制御部は、前記受電部が上昇するように前記モータを制御する、請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記規制機構は、切替部を含み、
前記切替部は、前記受電部が前記送電部から離れることを許容すると共に前記受電部が前記送電部に近づくことを許容する許容状態と、前記受電部が前記送電部から離れることを許容すると共に前記受電部が前記送電部に近づくことを抑制する規制状態とを切り替え可能とされ、
前記受電部が受電位置に位置すると、前記切替部は規制状態となる、請求項１に記載の受電装置。
【請求項５】
前記受電部用支持機構は、前記受電部を支持するアームを含み、前記受電部は、前記アームが回転することで、前記受電部よりも下方に位置する送電部に近づくように移動し、
前記受電部が前記送電部に向けて移動し始める前の前記受電部の位置を初期位置とし、前記受電部と前記送電部との間で電力伝送がされるときの前記受電部の位置を受電位置とし、前記初期位置から前記受電位置に移動する受電部の経路を移動経路とすると、前記移動経路のうち前記受電位置の周囲に位置する部分は、上下方向の変位量よりも水平方向の変位量の方が大きい、請求項１に記載の受電装置。
【請求項６】
前記受電部が前記送電部に向けて移動し始める前の前記受電部の位置を初期位置とすると、前記受電部用支持機構は、前記初期位置に位置する前記受電部を保持する保持部材を含む、請求項１に記載の受電装置。
【請求項７】
前記受電部用支持機構は、前記受電部を鉛直方向の上下方向に移動可能なように前記受電部を支持する、請求項１に記載の受電装置。
【請求項８】
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、前記受電部の固有周波数の１０％以下である、請求項１に記載の受電装置。
【請求項９】
前記受電部は、前記受電部と前記送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部の間に形成され、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前記送電部から電力を受電する、請求項１に記載の受電装置。
【請求項１０】
車両に設けられた受電部に非接触で電力を送電する送電部と、
前記送電部を前記受電部の向けて近づけるように前記送電部を移動させることと、前記送電部を前記受電部から離れるように前記送電部を移動させることとが可能なように、前記送電部を支持する送電部用支持機構と、
を備え、
前記送電部用支持機構は、前記送電部と前記受電部との間の距離が長くなるように前記送電部に付勢力を加える付勢部材と、前記送電部と前記受電部との間の距離が短くなるように前記送電部を移動させる動力を発生する送電用駆動部とを含む、送電装置。
【請求項１１】
受電部を含み、車両に設けられた受電装置と、
前記受電部に非接触で電力を供給する送電装置と、
前記受電装置と前記送電装置との少なくとも一方は、前記受電部と前記送電部とが互いに近接するように前記受電部と前記送電部との少なくとも一方を移動させことと、前記受電部と前記送電部とが互いに離間するように前記受電部と前記送電部との少なくとも一方を移動させることが可能なように、前記受電部と前記送電部との少なくとも一方を支持する支持機構と、
を備え、
前記支持機構は、前記受電部と前記送電部との間の距離が短くなるように前記受電部または前記送電部を移動させる駆動力を発生する駆動部と、前記受電部と前記送電部との間の距離が長くなるように、前記駆動部からの動力によって移動した前記受電部または前記送電部に付勢力を付勢する付勢部材とを含む、電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受電装置、送電装置および電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載されたバッテリに非接触で電力を供給する電力伝送システムについて各種提案されている。【０００３】
たとえば、特開２０１１−１９３６１７号公報に記載された電力伝送システムにおいては、給電側電磁コイルから受電側電磁コイルへ非接触で電力を供給してバッテリを充電している。そして、受電側電磁コイルを車両に対して自動的に昇降可能に支持する昇降装置を備えている。受電側電磁コイルには、コイルから下方に向けて突出する凸状部が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】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】
しかし、特開２０１１−１９３６１７号公報に記載された受電装置においては、下方に下げる過程において、昇降機構の駆動が停止した場合には、コイルが上死点から下がった状態で停止した状態となる。この場合、コイルが下がった状態で走行したのでは、コイルが縁石など衝突して損傷するおそれがある。【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、受電部を送電部に向けて移動させるアクチュエータが良好に駆動しなくなったとしても、受電部が送電部に近接した状態で維持されることを抑制することができる受電装置を提供することである。【０００７】
本発明の第２の目的は、送電部を受電部に向けて移動させるアクチュエータが良好に駆動しなくなったとしても、送電部が受電部に近接した状態で維持されることを抑制することができる送電装置を提供することである。【０００８】
本発明の第３の目的は、送電部または受電部の少なくとも一方が他方に向けて近接するように駆動させるアクチュエータが良好に駆動しなくなったとしても、送電部および受電部が互いに近接した状態が維持されることを抑制することができる電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る受電装置は、車両外部に設けられた送電部から非接触で電力を受電する受電部と、受電部を送電部に向けて近づけるように受電部を移動させることと、受電部を送電部から離れるように受電部を移動させることとが可能なように、受電部を支持する受電部用支持機構とを備える。上記受電部用支持機構は、受電部と送電部との間の距離が長くなるように受電部に付勢力を加える付勢部材と、付勢力に抗して受電部と送電部との間の距離が短くなるように受電部を移動させる動力を発生する受電部用駆動部とを含む。【００１０】
好ましくは、上記受電部用支持機構は、受電部用駆動部から受電部に加える駆動力が所定値以上となることを抑制する規制機構を含む。【００１１】
好ましくは、上記受電部用駆動部は、ステータおよびロータを含むモータである。上記規制機構は、モータに供給する電力を制御する制御部と、ロータの回転角度を検知する検知部とを含む。上記制御部は、モータから受電部に加えられる駆動力が所定値以上となると、制御部は、受電部が上昇するように前記モータを制御する。【００１２】
好ましくは、上記規制機構は、切替部を含む。上記切替部は、受電部が送電部から離れることを許容すると共に受電部が送電部に近づくことを許容する許容状態と、受電部が送電部から離れることを許容すると共に受電部が送電部に近づくことを抑制する規制状態とを切り替え可能とされる。上記受電部が受電位置に位置すると、切替部は規制状態となる。【００１３】
好ましくは、上記受電部用支持機構は、受電部を支持するアームを含み、受電部は、アームが回転することで、受電部よりも下方に位置する送電部に近づくように移動する。上記受電部が送電部に向けて移動し始める前の受電部の位置を初期位置とし、受電部と送電部との間で電力伝送がされるときの受電部の位置を受電位置とし、初期位置から受電位置に移動する受電部の経路を移動経路とすると、移動経路のうち受電位置の周囲に位置する部分は、上下方向の変位量よりも水平方向の変位量の方が大きい。【００１４】
好ましくは、上記受電部が送電部に向けて移動し始める前の受電部の位置を初期位置とすると、受電部用支持機構は、初期位置に位置する受電部を保持する保持部材を含む。【００１５】
好ましくは、上記受電部用支持機構は、受電部を鉛直方向の上下方向に移動可能なように受電部を支持する。好ましくは、上記送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差は、受電部の固有周波数の１０％以下である。【００１６】
好ましくは、上記受電部は、受電部と送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部の間に形成され、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送電部から電力を受電する。【００１７】
本発明に係る送電装置は、車両に設けられた受電部に非接触で電力を送電する送電部と、送電部を受電部の向けて近づけるように送電部を移動させることと、送電部を受電部から離れるように送電部を移動させることとが可能なように、送電部を支持する送電部用支持機構とを備える。上記送電部用支持機構は、送電部と受電部との間の距離が長くなるように送電部に付勢力を加える付勢部材と、送電部と受電部との間の距離が短くなるように送電部を移動させる動力を発生する送電用駆動部とを含む。【００１８】
本発明に係る電力伝送システムは、受電部を含み、車両に設けられた受電装置と、受電部に非接触で電力を供給する送電装置と備える。電力伝送システムは、受電装置と送電装置との少なくとも一方は、受電部と送電部とが互いに近接するように受電部と送電部との少なくとも一方を移動させことと、受電部と送電部とが互いに離間するように受電部と送電部との少なくとも一方を移動させることが可能なように、受電部と送電部との少なくとも一方を支持する支持機構を備える。上記支持機構は、受電部と送電部との間の距離が短くなるように受電部または送電部を移動させる駆動力を発生する駆動部と、受電部と送電部との間の距離が長くなるように、駆動部からの動力によって移動した受電部または送電部に付勢力を付勢する付勢部材とを含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る受電装置、送電装置および電力伝送システムによれば、受電部および送電部が互いに近接した状態が維持されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを模式的に示す模式図である。
【図２】図１に示した電力伝送システムにおいて非接触電力伝送を実現する電気回路図である。
【図３】車両１０の底面２５を示す底面図である。
【図４】受電装置１１および送電装置５０を示す分解斜視図である。
【図５】受電部２０およ受電部２０を支持する支持機構３０を示す斜視図である。
【図６】切替部３６を模式的に示す側面図であり、図５の矢印Ａ方向から見たときの側面図である。
【図７】車両１０が停車したときにおける受電部２０、筐体６５および支持機構３０を示す側面図である。
【図８】図７に示す状態から受電部２０および筐体６５が下方に移動した状態を示す側面図である。
【図９】受電部２０が送電部５６から非接触で電力を受電するときにおける状態を示す側面図である。
【図１０】受電部２０および送電部５６の位置合わせを行うときの回転角度θの変形例を示す側面図である。
【図１１】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１２】固有周波数の差と電力伝送効率との関係を示すグラフである。
【図１３】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、一次コイル５８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１４】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１５】本実施の形態２に係る受電装置１１を示す斜視図である。
【図１６】受電部２０および筐体６５が初期状態であるときの側面図である。
【図１７】図１６に示す状態から受電部２０および筐体６５が下方に向けて変位した状態を示す側面図である。
【図１８】受電部２０および筐体６５が受電位置まで移動したときにおける側面図である。
【図１９】受電部２０が初期状態における受電装置１１を示す側面図である。
【図２０】図１９に示す状態から受電部２０および筐体６５が下方に移動したときの状態を示す側面図である。
【図２１】受電部２０が受電位置に位置したときにおける側面図である。
【図２２】送電装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１から図２２を用いて、本実施の形態に係る受電装置、送電装置および電力伝送システムについて説明する。なお、以下に複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、実質的に同一の構成については同一の符号を付してその説明を繰り返さない場合がある。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを模式的に示す模式図である。
【００２３】
本実施の形態１に係る電力伝送システムは、受電装置１１を含む車両１０と、送電装置５０を含む外部給電装置５１とを有する。車両１０の受電装置１１は、主に、送電装置５０から電力を受電する。
【００２４】
駐車スペース５２には、車両１０を所定の位置に停車させるように、輪止や駐車位置および駐車範囲を示すラインが設けられている。
【００２５】
外部給電装置５１は、交流電源５３に接続された高周波電力ドライバ５４と、高周波電力ドライバ５４などの駆動を制御する制御部５５と、高周波電力ドライバ５４に接続された送電装置５０とを含む。
【００２６】
送電装置５０は、送電部５６を含み、送電部５６は、コイルユニット６０と、このコイルユニット６０に接続されたキャパシタ５９とを含む。コイルユニット６０は、フェライトコア５７と、このフェライトコア５７に巻回された一次コイル（第１コイル）５８とを含む。一次コイル５８は、高周波電力ドライバ５４に接続されている。なお、一次コイルとは、本実施の形態１においては、一次コイル５８である。
【００２７】
図１において、車両１０は、車両本体１０Ａと、車両本体１０Ａに設けられた受電装置１１と、受電装置１１に接続された整流器１３と、この整流器１３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されたバッテリ１５と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power  Control  Unit））１６と、このパワーコントロールユニット１６に接続されたモータユニット１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４やパワーコントロールユニット１６などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１２と、支持機構３０と、調整部２７とを備える。
【００２８】
車両本体１０Ａは、エンジンコンパートメントや乗員収容室が内部に形成されたボディと、このボディに設けられたフェンダなどの外装部品とを備える。車両１０は、前輪１９Ｆと、後輪１９Ｂとを備える。
【００２９】
なお、本実施の形態１においては、エンジンを備えたハイブリッド車両について説明するが、当該車両に限られない。たとえば、エンジンを備えていない電気自動車やエンジンに替えて燃料電池を備えた燃料電池車両などにも適用することができる。
【００３０】
車両ＥＣＵ１２は、後述する支持機構３０の駆動を制御する支持機構制御部１８を含む。整流器１３は、受電装置１１に接続されており、受電装置１１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１４に供給する。
【００３１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、整流器１３から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５に供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は必須の構成ではなく省略してもよい。この場合には、外部給電装置５１にインピーダンスを整合するための整合器を送電装置５０と高周波電力ドライバ５４との間に設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の代用をすることができる。
【００３２】
パワーコントロールユニット１６は、バッテリ１５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１５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１７に供給する。
【００３３】
モータユニット１７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１６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。
【００３４】
受電装置１１は、受電部２０を含む。受電部２０は、コイルユニット２４と、このコイルユニット２４に接続されたキャパシタ２３とを含む。コイルユニット２４は、フェライトコア２１と、フェライトコア２１に巻回された二次コイル２２とを含む。なお、受電部２０においても、キャパシタ２３は、必須の構成ではない。二次コイル２２は、整流器１３に接続されている。
【００３５】
図２は、図１に示した電力伝送システムにおいて非接触電力伝送を実現する電気回路図である。なお、この図２に示される回路構成は一例であって、非接触電力伝送を実現するための構成が図２の構成に限定されるものではない。
【００３６】
二次コイル２２は、キャパシタ２３とともに共振回路を形成し、外部給電装置５１の送電部５６から送出される電力を非接触で受電する。なお、特に図示しないが、二次コイル２２およびキャパシタ２３によって閉ループを形成し、二次コイル２２により受電された交流電力を電磁誘導により二次コイル２２から取出して整流器１３へ出力するコイルを別途設けてもよい。
【００３７】
一方、１次コイル５８は、キャパシタ５９とともに共振回路を形成し、交流電源５３から供給される交流電力を受電部２０へ非接触で送電する。なお、特に図示しないが、１次コイル５８およびキャパシタ５９によって閉ループを形成し、交流電源５３から出力される交流電力を電磁誘導により１次コイル５８へ供給するコイルを別途設けてもよい。
【００３８】
なお、キャパシタ２３，５９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、１次コイル５８および二次コイル２２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２３，５９を設けない構成としてもよい。なお、この図２に示す例においては、二次コイル２２とキャパシタ２３とが並列に接続されているが、二次コイル２２とキャパシタ２３とを直列に接続するようにしてもよい。また、図２に示す例においては、一次コイル５８とキャパシタ５９とを並列に接続しているが、一次コイル５８とキャパシタ５９とを並列に接続しているが、直列に接続するようにしてもよい。
【００３９】
図３は、車両１０の底面２５を示す底面図である。この図３において、「Ｄ」は、鉛直方向下方Ｄを示す。「Ｌ」は、車両左方向Ｌを示す。「Ｒ」は、車両右方向Ｒを示す。「Ｆ」は、車両前方向Ｆを示す。「Ｂ」は、車両後方向Ｂを示す。車両１０（車両本体１０Ａ）の底面２５とは、車両１０のタイヤが地面と接地された状態において、車両１０に対して鉛直方向下方に離れた位置から車両１０を見たときに見える面である。受電装置１１、受電部２０、および二次コイル２２は、底面２５に設けられている。
【００４０】
ここで、底面２５の中央部を中央部Ｐ１とする。中央部Ｐ１は、車両１０の前後方向の中央に位置すると共に、車両１０の幅方向の中央に位置する。
【００４１】
車両本体１０Ａは、車両１０の底面に設けられたフロアパネル２６を含む。フロアパネル２６は、車両の内部と車両の外部とを区画する板状の部材である。
【００４２】
なお、受電装置１１が底面２５に設けられているとは、フロアパネル２６に直付けされている場合や、フロアパネル２６やサイドメンバやクロスメンバーなどから懸架されている場合などを含む。
【００４３】
受電部２０や二次コイル２２が、底面２５に設けられているとは、受電装置１１が底面２５に設けられている状態において、後述する受電装置１１の筐体内に収容されていることを意味する。
【００４４】
前輪１９Ｆは、中央部Ｐ１よりも車両前方向Ｆ側に設けられている。前輪１９Ｆは、車両１０の幅方向に配列する右前輪１９ＦＲと左前輪１９ＦＬとを含む。後輪１９Ｂは、幅方向に配列する右後輪１９ＢＲと左後輪１９ＢＬとを含む。
【００４５】
図４は、受電装置１１および送電装置５０を示す分解斜視図である。この図４に示すように、送電部５６は、筐体６２内に収容されている。筐体６２は、上方に向けて開口するように形成されたシールド６３と、シールド６３の開口部を閉塞するように設けられた蓋部とを含む。なお、この図４に示す例においては、蓋部は図示されていない。
【００４６】
送電部５６のフェライトコア５７は、固定部材６１内に収容され、一次コイル５８は、固定部材６１の周面に巻回されている。固定部材６１は、樹脂から形成されている。
【００４７】
図４において、受電部２０は筐体６５内に収容されている。筐体６５は、下方に向けて開口するように形成されたシールド６６と、シールド６６の開口部を閉塞するように配置された蓋部６７とを含む。蓋部６７は、樹脂などから形成されている。
【００４８】
フェライトコア２１は、固定部材６８内に収容されており、二次コイル２２は固定部材６８の周面に巻回されている。二次コイル２２は、巻回軸線Ｏ２の周囲を取り囲むようにコイル線を巻回して形成されている。二次コイル２２は、一端から他端に向かうにつれて、巻回軸線Ｏ２の周囲を取り囲むと共に、巻回軸線Ｏ２の延びる方向に変位するようにコイル線を巻回して形成されている。
【００４９】
なお、シールド６６は、天板部７０と、天板部７０の外周縁部から下方に垂れ下がるように形成された周壁部７１とを含む。周壁部７１は、巻回軸線Ｏ２が延びる方向に配列する端面壁７２および端面壁７３と、端面壁７２および端面壁７３の間に配置された側面壁７４および側面壁７５とを含む。
【００５０】
図５は、受電部２０およ受電部２０を支持する支持機構３０を示す斜視図である。この図５に示すように、受電装置１１は、受電部２０を送電部５６に向けて移動させることと、受電部２０を送電部５６から離れるように受電部２０を移動させることとが可能な支持機構３０を含む。
【００５１】
支持機構（受電部用支持機構）３０は、リンク機構３１と、駆動部３２と、付勢部材３３と、保持装置３４と、ストッパ３５と、切替部３６とを含む。リンク機構３１は、支持部材３７および支持部材３８を含む。
【００５２】
支持部材３７は、フロアパネル２６などに回転可能に支持された回転シャフト４０と、回転シャフト４０の一端に形成された脚部４１と、回転シャフト４０の他方端に接続された脚部４２とを含む。脚部４１の下端部は、筐体６５の側面壁７５に回転可能に接続されている。脚部４２の下端部は、側面壁７４に回転可能に接続されている。
【００５３】
支持部材３８は、支持部材３７と巻回軸線Ｏ２の延びる方向に間隔をあけて配置されている。支持部材３８は、フロアパネル２６などに回転可能に支持された回転シャフト４５と、回転シャフト４５の一端に接続された脚部４６と、回転シャフト４５の他端に接続された脚部４７とを含む。脚部４６の下端部は側面壁７５に回転可能に接続されており、脚部４７の下端部は、側面壁７４に回転可能に接続されている。
【００５４】
駆動部３２は、回転シャフト４５の端部に設けられたギヤ８０と、ギヤ８０と噛み合うギヤ８１と、ギヤ８１を回転させるモータ８２とを含む。
【００５５】
モータ８２は、回転可能に設けられ、ギヤ８１に接続されたロータ９５と、このロータ９５の周囲に設けられたステータ９６と、ロータ９５の回転角度を検知するエンコーダ９７とを含む。
【００５６】
モータ８２に電力が供給されると、ロータ９５が回転する。ロータ９５が回転すると、ギヤ８１が回転し、ギヤ８１と噛み合うギヤ８０も回転する。ギヤ８０は、回転シャフト４５に固定されているため、回転シャフト４５が回転する。回転シャフト４５が回転することで、受電部２０および筐体６５が移動する。このように、モータ８２の駆動力は受電部２０および筐体６５に伝達される。そして、モータ８２の回転方向によって、受電部２０および筐体６５が上昇したり、下降したりする。
【００５７】
付勢部材３３は、脚部４６とフロアパネル２６とに接続された弾性部材３３ａと、脚部４７とフロアパネル２６とに接続された弾性部材３３ｂとを含む。
【００５８】
なお、弾性部材３３ａの端部８３は、脚部４６に回転可能に接続されており、弾性部材３３ａの端部８４は、フロアパネル２６に回転可能に接続されている。弾性部材３３ｂの端部８５も脚部４７に回転可能に接続されており、弾性部材３３ｂの端部８６もフロアパネル２６に回転可能に接続されている。
【００５９】
弾性部材３３ａの端部８３は、脚部４６の中央部よりも脚部４６の下端部側に設けられている。弾性部材３３ａの端部８４は、脚部４６と回転シャフト４５との接続部に対して、支持部材３７と反対側に位置している。
【００６０】
弾性部材３３ｂの端部８５は、脚部４７の中央部よりも脚部４７の下端部側に設けられている。弾性部材３３ｂの端部８６は、回転シャフト４５と脚部４７との接続部に対して、支持部材３７と反対側に位置している。
【００６１】
図５中の破線で示す受電部２０および筐体６５は、受電部２０が送電部５６に向けて下降する前の初期状態における受電部２０および筐体６５を示す。
【００６２】
この初期状態に示す状態においては、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂは、自然状態である。
【００６３】
そして、図５中の実線に示すように、受電部２０および筐体６５が変位すると、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂが伸びる。このため、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂには、引張力が生じる。この引張力によって、受電部２０および筐体６５には、初期状態となるように付勢される。
【００６４】
保持装置３４は、フロアパネル２６等に固定された装置本体８８と、装置本体８８から突出する突出量が調整される支持部材８７とを含む。図５中の破線で示す受電部２０および筐体６５は、受電部２０が送電部５６に向けて下降する前の初期状態における受電部２０および筐体６５を示す。
【００６５】
支持部材８７は、初期状態における筐体６５の底面（蓋部）を支持し、受電部２０を車両１０に固定する。なお、端面壁７３に穴部を形成し、この穴部に支持部材８７を挿入するようにしてもよい。
【００６６】
ストッパ３５は、脚部４１の回角度を規制するストッパ片９０およびストッパ片９１を含み、受電部２０および側面壁７５が回転する範囲を規定する。
【００６７】
ストッパ片９０は、脚部４１，４２と接触して、受電部２０および筐体６５が車両１０のフロアパネル２６等と接触することを抑制する。
【００６８】
ストッパ片９１は、脚部４１，４２と接触して、下方における受電部２０および筐体６５の移動範囲を規制することで、地面に置かれた部材と接触することを抑制する。
【００６９】
切替部３６は、回転シャフト４５に固定されたギヤ９２と、このギヤ９２と係合するストッパ９３とを含む。なお、ストッパ９３は、図１に示す車両ＥＣＵ１２によってギヤ９２と係合したり、ギヤ９２との係合状態が解除されたりする。ストッパ９３がギヤ９２と係合することで、受電部２０が下降する方向に回転シャフト４５が回転することが規制された規制状態となる。具体的には、規制状態とは受電部２０が送電部５６から離れることを許容すると共に受電部２０が送電部５６に近づくことを抑制する状態である。
【００７０】
なお、ストッパ９３とギヤ９２との係合状態が解除されると、切替部３６は、受電部２０が上昇する方向に回転シャフト３６が回転することと、受電部２０が下方に下がるように回転シャフト３６が回転することとを許容する許容状態となる。具体的には、許容状態とは、受電部２０が送電部５６から離れることを許容すると共に受電部２０が送電部５６に近づくことを許容する許容状態となる。
【００７１】
図６は、切替部３６を模式的に示す側面図であり、図５の矢印Ａ方向から見たときの側面図である。この図６に示すように、切替部３６は、回転シャフト４５に固定されたギヤ９２と、ギヤ９２と選択的に係合するストッパ９３と、駆動部１１０とを備える。
【００７２】
ギヤ９２の周面には、複数の歯部９９が間隔をあけて形成されている。ストッパ９３は、軸部９８に回転可能に設けられている。駆動部１１０は、ストッパ９３を回転させる。駆動部１１０は、ストッパ９３の先端部が歯部９９と係合した状態と、ストッパ９３の先端部がギヤ９２から離れて、ストッパ９３とギヤ９２とが係合した状態とを切り替える。
【００７３】
なお、軸部９８には、トーションバネ１１１などが設けられており、ストッパ９３は、当該トーションバネ１１１からの付勢力によって、ストッパ９３の先端部がギヤ９２の周面に押さえつけられる。
【００７４】
駆動部１１０は、トーションバネ１１１の付勢力に抗して、ストッパ９３の先端部がギヤ９２の周面から離れるように、ストッパ９３を回転させることができる。なお、駆動部１１０の駆動は、支持機構制御部１８によって制御されている。
【００７５】
回転方向Ｄｒ１は、受電部２０および送電部５６が上昇する際に、回転シャフト４５およびギヤ９２が回転する方向であり、回転方向Ｄｒ２は、受電部２０および送電部５６が下降する際に回転シャフト４５およびギヤ９２が回転する方向である。
【００７６】
そして、ストッパ９３がギヤ９２と係合することで、回転方向Ｄｒ２にギヤ９２が回転することが規制される。
【００７７】
その一方で、ストッパ９３とギヤ９２とが係合した状態においても、ギヤ９２は回転方向Ｄｒ１に回転することが可能である。
【００７８】
図１において、調整部２７は、バッテリ１５から支持機構３０のモータ８２に供給する電力量の調整をする。支持機構制御部１８は、調整部２７の駆動を制御する。
【００７９】
上記のように構成された受電装置１１が送電部５６から電力を受電するときの動作について説明する。
【００８０】
受電部２０が送電部５６から電力を受電する際には、車両１０は所定の位置に停車（駐車）する。図７は、車両１０が停車したときにおける受電部２０、筐体６５および支持機構３０を示す側面図である。
【００８１】
この図７に示すように、筐体６５は、フロアパネル２６に近接した状態で保持装置３４によって支持されており、筐体６５は初期位置に固定されている。なお、この初期状態においては、付勢部材３３は、自然長であり、付勢部材３３は、受電部２０および筐体６５に引張力などの力を加えていない状態である。
【００８２】
そして、受電部２０が非接触で電力を受電する際には、支持機構制御部１８は、保持装置３４を駆動して、支持部材８７を筐体６５の下面から退避させる。
【００８３】
そして、支持機構制御部１８は、バッテリ１５からモータ８２に電力が供給されるように調整部２７をＯＮとする。
【００８４】
モータ８２に電力が供給されると、モータ８２からの動力によって、図８に示すように、脚部４６が回転シャフト４５を中心に回転する。これにより、受電部２０および筐体６５は、鉛直方向下方Ｄに向かうと共に、車両前方向Ｆに向かうように移動する。
【００８５】
この際、支持部材３７も支持部材３８、受電部２０および筐体６５の移動に対従するように移動する。なお、支持部材３７は回転シャフト４０を中心として支持部材３７が回転する。
【００８６】
付勢部材３３は、受電部２０および筐体６５が移動するに伴って伸び、付勢部材３３は、図７に示すように、筐体６５が初期状態となるように筐体６５に引張力を加える。モータ８２は、当該引張力に抗して、筐体６５を移動させる。エンコーダ９７は、モータ８２のロータ９５の回転角度を支持機構制御部１８に送信している。
【００８７】
図９は、受電部２０が送電部５６から非接触で電力を受電するときにおける状態を示す側面図である。
【００８８】
この図９において、支持機構制御部１８は、エンコーダ９７からの情報に基づいて、筐体６５および受電部２０の位置を把握している。そして、ロータ９５の回転角度が、受電部２０と送電部５６とが対向する対向角度であると支持機構制御部１８が判断すると、図６において、支持機構制御部１８は、駆動部１１０を駆動させて、ストッパ９３をギヤ９２に係合させる。
【００８９】
これにより、ギヤ９２および回転シャフト４５の回転が停止して、受電部２０および送電部５６の下降が停止する。なお、付勢部材３３の引張力は、モータ８２からの駆動力よりも小さいため、受電部２０および送電部５６が上昇することが抑制されている。このようにして、受電部２０および送電部５６の移動が停止する。すなわち、モータ８２が受電部２０および筐体６５を下降させる方向に駆動する一方で、ストッパ９３がギヤ９２に係合することで、受電部２０および筐体６５の移動が止められており、モータ８２の駆動力の方が付勢部材３３の引張力よりも大きいため、受電部２０および筐体６５が停止した状態が維持される。
【００９０】
図９において、破線で示す支持部材３８は、初期状態における支持部材３８の位置を示す。この初期状態における支持部材３８を基準として支持部材３８が回転した回転角度を回転角度θとする。
【００９１】
本実施の形態においては、回転角度θが４５度以上１００度以下の範囲で受電部２０と送電部５６と位置合わせを行う。
【００９２】
このような回転角度θの範囲においては、回転角度θの変化量に対して、鉛直方向上方Ｕおよび鉛直方向下方Ｄにおける受電部２０の変位量よりも車両後方Ｂおよび車両前方向Ｆ（水平方向）における受電部２０の変化量の方が大きい。
【００９３】
このため、受電部２０と送電部５６とが相対的に車両後方Ｂまたは車両前方向Ｆに位置ずれしたとしても、受電部２０の鉛直方向の位置が大きく変化することを抑制しながら、受電部２０と送電部５６との水平方向の位置ずれを調整することができる。
【００９４】
好ましくは、回転角度θが４５度以上９０度以下の範囲で、受電部２０と送電部５６との相対的な位置合わせを行う。
【００９５】
このように、回転角度θが９０度以下となるような範囲で行うことで、受電部２０と送電部５６との位置合わせを行う際に受電部２０の移動範囲が小さくなり、受電部２０が地面上に置かれた異物と衝突することを抑制することができる。
【００９６】
なお、この図９に示す例においては、回転角度θが略９０度となる位置で受電部２０と送電部５６とが対向している。特に、回転角度θが９０度の近傍においては、受電部２０および筐体６５は、回転角度θの変化量に対して、鉛直方向上方Ｕおよび鉛直方向下方Ｄの変位量よりも車両後方Ｂおよび車両前方向Ｆ（水平方向）の変位量の方が大きい。
【００９７】
このため、受電部２０と送電部５６とが相対的に車両後方Ｂまたは車両前方向Ｆに位置ずれしたとしても、受電部２０の鉛直方向の位置が大きく変化することを抑制しながら、受電部２０と送電部５６との水平方向の位置ずれを調整することができる。
【００９８】
なお、図１０は、受電部２０および送電部５６の位置合わせを行うときの回転角度θの変形例を示す側面図である。
【００９９】
この図１０に示す例においては、受電部２０は、回転角度θが０度以上４５度より小さい範囲で送電部５６との位置合わせがなされている。
【０１００】
このように、回転角度θが０度以上４５度よりも小さい場合には、回転角度θが変化すると、受電部２０は、車両後方Ｂおよび車両前方向Ｆへの移動量よりも鉛直方向の移動量の方が大きい。
【０１０１】
このため、回転角度θが上記の範囲において、受電部２０と送電部５６との位置合わせを行うことで、水平方向の移動を抑制しながら、鉛直方向における受電部２０と送電部５６との位置合わせを行うことができる。
【０１０２】
上記のように受電部２０と送電部５６とを位置合わせがされると、受電部２０と送電部５６とが所定の間隔で対向する。受電部２０と送電部５６とが対向すると、送電部５６から受電部２０に非接触で電力が伝送される。なお、受電部２０と送電部５６との間で行われる電力伝送の原理については後述する。
【０１０３】
そして、受電部２０と送電部５６との間で電力伝送が完了すると、図６において、支持機構制御部１８は駆動部１１０を駆動して、ストッパ９３とギヤ９２との係合状態を解除する。さらに、支持機構制御部１８は、受電部２０および筐体６５が上昇するように、調整部２７の駆動を制御する。この際、たとえば、調整部２７は、モータ８２への電流の供給を停止する。このように、モータ８２からの駆動力が受電部２０および筐体６５に加えられなくなると、付勢部材３３からの引張力で、受電部２０および筐体６５が上昇する。
【０１０４】
この際、図６において、受電部２０および送電部５６が上昇する際に、ストッパ９３がギヤ９２に係合した状態であっても、ギヤ９２は、回転方向Ｄｒ１に回転することが許容されている。
【０１０５】
そして、支持機構制御部１８は、エンコーダ９７が検出するロータ９５の回転角度により、筐体６５および受電部２０が初期位置に戻ったと判断すると、モータ８２の駆動を停止させるように調整部２７を制御する。さらに、支持機構制御部１８は、保持装置３４を駆動して、支持部材８７で筐体６５を固定する。ここで、受電部２０および筐体６５が初期位置に戻ることで、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂの長さは最も短くなる。このため、仮に、受電部２０および筐体６５が初期位置からさらに上昇したとすると、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂは、受電部２０および筐体６５が初期位置に位置した状態よりも伸びた状態となり、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂは、受電部２０および筐体６５が初期位置に戻るように受電部２０および筐体６５に引張力を加える。これにより、受電部２０および筐体６５が初期位置に良好に戻される。
【０１０６】
なお、上記のように、受電部２０および筐体６５を上昇させる際に、付勢部材３３の引張力のみならず、モータ８２を駆動させて、受電部２０および筐体６５を上昇させるようにしてもよい。
【０１０７】
ここで、受電部２０および筐体６５を下方に下降させている過程において、モータ８２が良好に駆動しなくなる場合が想定される。
【０１０８】
この場合、付勢部材３３の引張力によって、受電部２０および筐体６５は上昇する。これにより、受電部２０および筐体６５が下がった状態が維持されることを抑制することができる。
【０１０９】
ここで、筐体６５および受電部２０が、図７に示す初期位置から図９に示す受電位置に移動する間に、縁石などの異物によって、受電部２０および筐体６５の移動が途中で妨げられる場合がある。なお、受電位置とは、受電部２０が送電部５６から電力を受電するときの位置である。
【０１１０】
この際、支持機構制御部１８は、調整部２７がＯＮの状態であって、ロータ９５の回転角度が所定期間に亘って変化しないことを検知すると、受電部２０および筐体６５が上昇するように、調整部２７を制御する。
【０１１１】
具体的には、調整部２７は、受電部２０および筐体６５が上昇する方向にロータ９５が回転するように、モータ８２に電力を供給する。このように、駆動部３２から受電部２０に加えられる駆動力が所定値以上となることを抑制することができ、筐体６５が異物に押さえつけられて筐体６５が損傷することを抑制することができる。なお、「駆動部３２から受電部２０に加えられる駆動力が所定値」とは、筐体６５および受電部２０の強度によって適宜設定されるものである。
【０１１２】
なお、上記の例においては、受電部２０および筐体６５が初期状態のときに、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂが自然状態である場合について説明したが、初期状態のときから弾性部材３３ａ，３３ｂは、自然状態から延びた状態としてもよい。この場合においても、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂの長さは、受電部２０および筐体６５が初期状態に位置するときに、最も短くなる。
【０１１３】
そして、受電部２０および筐体６５が下方に向けて移動すると、弾性部材３３ａ，３３ｂが受電部２０および筐体６５に加える引張力が順次大きくなる。そして、この引張力で受電部２０および筐体６５を受電終了後に初期状態に引き戻すことができる。このように、受電部２０および筐体６５が初期状態に位置するときにおいても、受電部２０および筐体６５に引張力を加えるようにすることで、受電部２０および筐体６５が初期位置からずれ難くなる。
【０１１４】
次に、図１１から図１４を用いて、電力伝送システムの電力伝送の原理について説明する。
【０１１５】
本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電部５６の固有周波数と、受電部２０の固有周波数との差は、受電部２０または送電部５６の固有周波数の１０％以下である。このような範囲に各送電部５６および受電部２０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。その一方で、固有周波数の差が受電部２０または送電部５６の固有周波数の１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％より小さくなり、バッテリ１５の充電時間が長くなるなどの弊害が生じる。
【０１１６】
ここで、送電部５６の固有周波数とは、キャパシタ５９が設けられていない場合には、一次コイル５８のインダクタンスと、一次コイル５８のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ５９が設けられた場合には、送電部５６の固有周波数とは、一次コイル５８およびキャパシタ５９のキャパシタンスと、一次コイル５８のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、送電部５６の共振周波数とも呼ばれる。
【０１１７】
同様に、受電部２０の固有周波数とは、キャパシタ２３が設けられていない場合には、二次コイル２２のインダクタンスと、二次コイル２２のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ２３が設けられた場合には、受電部２０の固有周波数とは、二次コイル２２およびキャパシタ２３のキャパシタンスと、二次コイル２２のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、受電部２０の共振周波数とも呼ばれる。
【０１１８】
図１１および図１２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１１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。電力伝送システムは、送電装置１９０と、受電装置１９１とを備え、送電装置１９０は、コイル１９２（電磁誘導コイル）と、送電部１９３とを含む。送電部１９３は、コイル１９４（１次コイル）と、コイル１９４に設けられたキャパシタ１９５とを含む。
【０１１９】
受電装置１９１は、受電部１９６と、コイル１９７（電磁誘導コイル）とを備える。受電部１９６は、コイル１９９とこのコイル１９９（２次コイル）に接続されたキャパシタ１９８とを含む。
【０１２０】
コイル１９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ１９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。コイル１９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ１９８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、送電部１９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、受電部１９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。
【０１２１】
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、送電部１９３および受電部１９６の固有周波数のズレと、電力伝送効率との関係を図１２に示す。なお、このシミュレーションにおいては、コイル１９４およびコイル１９９の相対的な位置関係は固定した状態であって、さらに、送電部１９３に供給される電流の周波数は一定である。
【０１２２】
図１２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、一定周波数での伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記式（３）によって示される。
【０１２３】
（固有周波数のズレ）＝{（ｆ１−ｆ２）／ｆ２}×１００（％）・・・（３）
図１２からも明らかなように、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％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％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％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、受電部１９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように各送電部および受電部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ことがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が受電部１９６の固有周波数の５％以下となるように、各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率をより高めることができることがわかる。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。
【０１２４】
次に、本実施の形態に係る電力伝送システムの動作について説明する。
図１において、一次コイル５８には、高周波電力ドライバ５４から交流電力が供給される。この際、一次コイル５８を流れる交流電流の周波数が特定の周波数となるように電力が供給されている。
【０１２５】
一次コイル５８に特定の周波数の電流が流れると、一次コイル５８の周囲には特定の周波数で振動する電磁界が形成される。
【０１２６】
二次コイル２２は、一次コイル５８から所定範囲内に配置されており、二次コイル２２は一次コイル５８の周囲に形成された電磁界から電力を受け取る。
【０１２７】
本実施の形態においては、二次コイル２２および一次コイル５８は、所謂、ヘリカルコイルが採用されている。このため、一次コイル５８の周囲には、特定の周波数で振動する磁界および電界が形成され、二次コイル２２は主に当該磁界から電力を受け取る。
【０１２８】
ここで、一次コイル５８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、電力伝送効率と一次コイル５８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、一次コイル５８に供給される電流の周波数との関係について説明する。一次コイル５８から二次コイル２２に電力を伝送するときの電力伝送効率は、一次コイル５８および二次コイル２２の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５６および受電部２０の固有周波数（共振周波数）を固有周波数ｆ０とし、一次コイル５８に供給される電流の周波数を周波数ｆ３とし、二次コイル２２および一次コイル５８の間のエアギャップをエアギャップＡＧとする。
【０１２９】
図１３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、一次コイル５８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。
【０１３０】
図１３に示すグラフにおいて、横軸は、一次コイル５８に供給する電流の周波数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、一次コイル５８に供給する電流の周波数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、一次コイル５８に供給す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。
【０１３１】
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第１の手法が考えられる。第１の手法としては、図１に示す一次コイル５８に供給する電流の周波数を一定として、エアギャップＡＧにあわせて、キャパシタ５９やキャパシタ２３のキャパシタンスを変化させることで、送電部５６と受電部２０との間での電力伝送効率の特性を変化させる手法が挙げられる。具体的には、一次コイル５８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５９およびキャパシタ２３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、一次コイル５８および二次コイル２２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、送電装置５０と高周波電力ドライバ５４との間に設けられた整合器を利用する手法や、コンバータ１４を利用する手法などを採用することもできる。
【０１３２】
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、一次コイル５８に供給する電流の周波数を調整する手法である。たとえば、図１３において、電力伝送特性が効率曲線Ｌ１となる場合には、一次コイル５８には周波数が周波数ｆ４または周波数ｆ５の電流を一次コイル５８に供給する。そして、周波数特性が効率曲線Ｌ２，Ｌ３となる場合には、周波数が周波数ｆ６の電流を一次コイル５８に供給する。この場合では、エアギャップＡＧの大きさに合わせて一次コイル５８および二次コイル２２に流れる電流の周波数を変化させることになる。
【０１３３】
第１の手法では、一次コイル５８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、一次コイル５８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一次コイル５８に供給される。一次コイル５８に特定の周波数の電流が流れることで、一次コイル５８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２０は、受電部２０と送電部５６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５６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、一次コイル５８に供給す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、一次コイル５８および二次コイル２２の水平方向のずれ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、一次コイル５８に供給する電流の周波数を調整する場合がある。
【０１３４】
なお共鳴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、共鳴コイルとして、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、一次コイル５８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一次コイル５８の周囲に形成される。そして、この電界をとおして、送電部５６と受電部２０との間で電力伝送が行われる。
【０１３５】
本実施の形態に係る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。図１４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１４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とあらわすことができる。
【０１３６】
「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、本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ー（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５６および受電部２０（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５６から他方の受電部２０へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電磁界」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「輻射電磁界」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。
【０１３７】
このように、この電力伝送システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで送電部と受電部との間で非接触で電力が送電される。このような受電部と送電部との間に形成される電磁場は、たとえば、近接場共振（共鳴）結合場という場合がある。
【０１３８】
本実施の形態の電力伝送における送電部５６と受電部２０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」または「電界（電場）共振結合」という。
【０１３９】
「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。
【０１４０】
本明細書中で説明した送電部５６の一次コイル５８と受電部２０の二次コイル２２とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部５６と受電部２０とは主に、磁界によって結合しており、送電部５６と受電部２０とは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。
【０１４１】
なお、一次コイル５８，２２として、たとえば、メアンダラインなど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５６と受電部２０とは主に、電界によって結合している。このときには、送電部５６と受電部２０とは、「電界（電場）共振結合」している。このように、本実施の形態においては、受電部２０と送電部５６との間で非接触で電力伝送をしている。このように、非接触で電力伝送する際には、受電部２０と送電部５６との間には、主に、磁界が形成される。
【０１４２】
（実施の形態２）
図１５から図１８を用いて、本実施の形態２に係る受電装置１１について説明する。
【０１４３】
図１５は、本実施の形態２に係る受電装置１１を示す斜視図である。この図１５に示すように、弾性部材３３ａの端部８４は、回転シャフト４５と脚部４６との接続部よりも支持部材３７側に位置しており、弾性部材３３ｂの端部８６は、回転シャフト４５と脚部４７との接続部よりも、支持部材３７側に位置している。
【０１４４】
弾性部材３３ａの端部８４および弾性部材３３ｂの端部８６は、初期状態の受電部２０および筐体６５よりも上方に位置している。
【０１４５】
図１５および図１６に示すように、受電部２０および筐体６５が初期状態に位置しているときの弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂの長さは、図１７に示すように、受電部２０および筐体６５が下方に向けて変位した時よりも、長くなっている。
【０１４６】
このため、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂの長さは、受電部２０および筐体６５が下方に変位するにつれて、短くなり、受電部２０および筐体６５に押圧力を加える。
【０１４７】
弾性部材３３ａの端部８４および弾性部材３３ｂの端部８６は、受電部２０および筐体６５よりも上方に位置しており、受電部２０および筐体６５に押圧力が加えられることで、受電部２０および筐体６５は、下方に向けて付勢される。
【０１４８】
なお、受電部２０および筐体６５が初期位置に位置する際に、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂが自然長である必要はなく、自然長よりも縮められた状態であってもよい。
【０１４９】
この場合、保持装置３４による保持状態が解除されると、受電部２０および筐体６５に所定の大きさの押圧力が加えられ、受電部２０および筐体６５が良好に下方に変位し始める。
【０１５０】
そして、受電部２０および筐体６５が初期位置から図１８に示すように、受電位置まで移動するまでの間において、弾性部材３３ａおよび弾性部材３３ｂが受電部２０および筐体６５が下方に変位するように付勢する。
【０１５１】
この際、ギヤ８０とギヤ８１とが回転する。モータ８２のロータ９５は、ギヤ８１に結合されているため、ロータ９５も回転する。エンコーダ９７は、ロータ９５の回転角度を計測しており、支持機構制御部１８が、ロータ９５の回転角度に基づいて、受電部２０および筐体６５の位置を判定する。
【０１５２】
支持機構制御部１８は、予め定められた回転角度になると、規制機構３６のストッパ９３をギヤ９２に係止させる。これにより、受電部２０が送電部５６と対向した位置で停止する。
【０１５３】
なお、受電部２０および筐体６５が下降する過程において、モータ８２を駆動させて、受電部２０および筐体６５の下降を補助するようにしてもよい。
【０１５４】
そして、受電部２０と送電部５６との間での電力伝送が終了すると、モータ８２が駆動して、受電部２０および筐体６５を上昇させる。
【０１５５】
この際、モータ８２は、弾性部材３３ａ，３３ｂからの押圧力に抗して、受電部２０および筐体６５を上昇させる。
【０１５６】
そして、受電部２０および筐体６５が初期位置に位置すると、モータ８２の駆動が停止して、保持装置３４が受電部２０および筐体６５を保持する。
（実施の形態３）
図１９から図２１を用いて、本実施の形態３に係る受電装置１１について説明する。図１９は、受電部２０が初期状態における受電装置１１を示す側面図である。
【０１５７】
この図１９に示すように、受電装置１１は、受電部２０と、受電部２０を支持する支持機構３０とを含む。支持機構３０は、アーム１３０と、バネ機構１４０と、駆動部１４１と、支持部材１５０と、支持部材１５１とを含む。アーム１３０は、長軸部１３１と、長軸部１３１の一端に接続された短軸部１３２と、長軸部１３１の他端に接続された接続軸１３３とを含む。
【０１５８】
短軸部１３２は、長軸部１３１に対して屈曲するように長軸部１３１に一体的に接続されている。接続軸１３３は、筐体６５の上面に接続されている。アーム１３０と長軸部１３１とは、ヒンジ１６４によって接続されている。
【０１５９】
支持部材１５１の一端とアーム１３０とは、ヒンジ１６３によって接続されている。持部材１５１の一端は、長軸部１３１と短軸部１３２との接続部に接続されている。支持部材１５１の他方端には、固定板１４２が固定されている。この固定板１４２は、ヒンジ１６０によって回転可能にフロアパネル２６に設けられている。
【０１６０】
支持部材１５０の一端は、ヒンジ１６２によって短軸部１３２の端部に接続されている。支持部材１５０の他端は、ヒンジ１６１によってフロアパネル２６に回転可能に支持されている。駆動部１４１としては、たとえば、空気圧シリンダなどが採用されている。駆動部１４１には、ピストン１４４が設けられており、ピストン１４４の先端部は、固定板１４２に接続されている。なお、駆動部１４１は、フロアパネル２６の底面に固定されている。
【０１６１】
バネ機構１４０は、フロアパネル２６に設けられており、バネ機構１４０の内部には、バネが収容されている。バネ機構１４０の端部には、内部に収容されたバネに接続された接続片１４５が設けられており、この接続片１４５は、固定板１４２に接続されている。バネ１４０は、固定板１４２を引っ張るように付勢力を固定板１４２に加える。
【０１６２】
固定板１４２における接続片１４５の接続位置と、固定板１４２におけるピストン１４４の接続位置とは、ヒンジ１６０を間に挟んで対向するように配置されている。次に、図２０および図２１を用いて、受電部２０を送電部５６に向けて移動させるときの各部材の動作について説明する。図１９に示す状態から受電部２０を下方に下げる場合には、駆動部１４１がピストン１４４を押し出し、ピストン１４４は、固定板１４２を押圧する。固定板１４２は、ピストン１４４によって押圧されると、固定板１４２は、ヒンジ１６０を中心として回転する。この際、バネ機構１４０内のバネは延びる。
【０１６３】
このように、図２０に示すように、受電部２０を下げる際には、駆動部１４１は、バネ機構１４０の引張力に抗して固定板１４２を回転させる。
【０１６４】
固定板１４２と支持部材１５１とは、一体的に接続されているため、固定板１４２が回転することで、支持部材１５１もヒンジ１６０を中心として回転する。
【０１６５】
支持部材１５１が回転することで、アーム１３０も移動する。この際、支持部材１５０は、アーム１３０の端部を支持しながら、ヒンジ１６１を中心として回転する。
【０１６６】
これにより、接続軸１３３は、鉛直方向下方に向けて移動すると共に、受電部２０も鉛直方向下方に向けて移動する。
【０１６７】
そして、受電部２０が初期状態から所定距離下がることで、図２１に示すように、受電部２０が受電位置に位置する。
【０１６８】
受電部２０が図２１に示すように、受電位置に位置すると、駆動部１４１は、固定板１４２が回転を停止させる。なお、固定板１４２の回転軸にラチェット（切替機構）などを設けて、当該ラチェットによって、駆動部１４１の回転を停止させてもよい。この場合、ラチェットは、受電部２０が下降する方向に固定板１４２が回転することを抑制する一方で、受電部２０が上方に変位する方向に固定板１４２が回転することを許容する。
【０１６９】
そして、受電部２０が受電位置に達すると、ラチェットは、受電部２０が下方に下がる方向に固定板１４２が回転することを規制する一方で、駆動部１４１の駆動は継続される。駆動部１４１からの動力は、バネ機構１４０からの引張力よりも大きいため、ラチェットによって受電部２０が上方に変位することが抑制され、ラチェットによって受電部２０が下方に下がることが抑制される。
【０１７０】
このように、受電部２０が受電位置で停止した後、受電部２０と送電部５６との間で電力伝送が開始される。
【０１７１】
その後、バッテリの充電が終了すると、駆動部１４１の駆動が停止する。駆動部１４１から固定板１４２に押圧力が加えられなくなると、バネ機構１４０からの引張力によって固定板１４２が回転する。
【０１７２】
固定板１４２がバネ機構１４０からの引張力で回転すると、支持部材１５１がヒンジ１６０を中心として回転する。この際、ラチェットは、受電部２０が上方に変位する方向に変位するように固定板１４２が回転することを許容している。これにより、受電部２０が上方に変位する。そして、図１９に示すように、受電部２０が初期位置に戻ると、図示しない保持装置によって受電部２０が固定される。
【０１７３】
このように、本実施の形態３に係る受電装置１１によれば、受電部２０は、鉛直方向の上下方向に変位する。
【０１７４】
なお、上記実施の形態３においては、駆動部１４１からの駆動力によって受電部２０を下方に移動させ、バネ機構１４０からの引張力で受電部２０を上方に上昇させているが、、受電部２０の自重で下げるようにした受電装置１１も採用することができる。
【０１７５】
この変形例においては、受電装置１１は、固定板１４２の回転軸に設けられ、当該回転軸の回転角度をセンシングする角度センサと、固定板１４２の回転軸の回転を規制する規制機構とを備える。受電部２０は、受電部２０の自重によってバネ機構１４０の引張力に抗して下方に下がる。
【０１７６】
そして、受電部２０が受電位置まで下がったことを角度センサが検知すると、規制機構が固定板１４２の回転軸の回転を規制する。これにより、受電部２０の下降が停止する。
【０１７７】
受電部２０が上昇する際には、駆動部１４１が駆動して、受電部２０を上昇させる。
受電部２０が充電位置まで上昇すると、保持装置が受電部２０を固定すると共に、駆動部１４１の駆動が停止する。
【０１７８】
（実施の形態４）
図２２を用いて、本実施の形態４に係る送電装置について説明する。送電装置５０は、送電部５６と、この送電部５６を昇降可能に支持する支持機構２３０とを含み、支持機構２３０は、収容穴２００内に収容されている。
【０１７９】
支持機構２３０は、リンク機構２３１と、駆動部２６０と、切替部２６１とを含む。リンク機構２３１は、バネ２３２と、支持部材２４０と、支持部材２４１と、エンコーダ２５３とを含む。
【０１８０】
バネ２３２は、収容穴２００の底面と、送電部５６を収容する筐体６２の底面とをを接続するように設けられている。バネ２３２は、筐体６２を収容穴２００の底面に近接するように付勢している。
【０１８１】
支持部材２４０は、収容穴２００の底面側に設けられ、回転可能に支持された回転シャフト２４２と、回転シャフト２４２の一端に接続された脚部２４３と、回転シャフト２４２の他端に接続された脚部２４４とを含む。脚部２４３，２４４は筐体６２の底面に接続されている。
【０１８２】
支持部材２４１は、収容穴２００の底面側に配置され、回転可能に支持された回転シャフト２４５と、回転シャフト２４５の一端に接続された脚部２４６と、回転シャフト２４５の他端に接続された脚部２４７とを含む。なお、脚部２４６および脚部２４７も筐体６２の底面に接続されている。
【０１８３】
駆動部２６０は、回転シャフト２４２に設けられたギヤ２５０と、このギヤ２５０と噛み合うギヤ２５２と、このギヤ２５２を回転させるモータ２５１とを含む。
【０１８４】
エンコーダ２５３は、モータ２５１内のロータの回転角度を検出する。このエンコーダ２５３が検出した回転角度に基づいて、送電部５６の位置が算出される。
【０１８５】
切替部２６１は、回転シャフト２４２に固定されたギヤ２６２と、このギヤ２６２の歯部と係合するストッパ２６３とを含む。
【０１８６】
この切替部２６１において、ストッパ２６３がギヤ２６２に係合すると、送電部５６が上昇する方向に回転シャフト２４２が回転することが規制される。なお、ストッパ２６３がギヤ２６２に係合した状態においても、送電部５６が下方に移動するように回転シャフト２４２が回転することは許容される。
【０１８７】
このように構成された送電装置５０において、車両１０が停車しておらず、送電装置５０が待機状態のときには、送電部５６は、収容穴２００の底面側に位置しており、送電部５６は初期位置に位置している。
【０１８８】
そして、車両１０が所定の位置に停車して、送電装置５０と車両１０の受電装置１１とが非接触で電力伝送する際には、支持機構２３０は、送電部５６を上昇させる。
【０１８９】
具体的には、切替部２６１の規制状態が解除された状態で、駆動部２６０が駆動して、送電部５６が上昇する。
【０１９０】
この際、駆動部２６０は、バネ２３２からの引張力に抗して、送電部５６を上昇させる。そして、送電部５６が受電部２０に電力を送電する送電位置に達すると、制御部５５は、回転シャフト２４２の回転を規制するように切替部２６１を制御する。
【０１９１】
この際、駆動部２６０から送電部５６に加えられる駆動力は、バネ２３２が送電部５６に加える引張力よりも大きいため、送電部５６は、送電位置で停止する。
【０１９２】
そして、受電部２０への電力伝送が終了すると、制御部５５は、駆動部２６０の駆動を停止させる。これにより、送電部５６は、バネ２３２からの引張力によって下方に変位する。そして、送電部５６は、初期位置に戻る。
【０１９３】
このように構成された送電装置５０においては、駆動部２６０が良好に駆動しなくなった場合には、送電部５６は、バネ２３２の引張力によって、下方に後退する。このため、送電部５６が上昇した状態が維持されることを抑制することができる。
【０１９４】
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。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
受電装置、送電装置および電力伝送システムに適用することができる。
【符号の説明】
【０１９６】
１０  車両、１０Ａ  車両本体、１１  受電装置、１３  整流器、１４  コンバータ、１５  バッテリ、１６  パワーコントロールユニット、１７  モータユニット、１９Ｂ，１９ＢＬ，１９ＢＲ  後輪、１９Ｆ  前輪、１９ＦＬ  左前輪、１９ＦＲ  右前輪、２０  受電部、２１，５７  フェライトコア、２２  二次コイル、２３，２３，５９，５９  キャパシタ、２４，６０  コイルユニット、２５  底面、２６  フロアパネル、５０  送電装置、５１  外部給電装置、５２  駐車スペース、５３  交流電源、５４  高周波電力ドライバ、５５  制御部、５６  送電部、５８  一次コイル。
【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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【図２２】
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【国際調査報告】
2014064759.tif 000025
2014064759.tif 000026
2014064759.tif 000027
2014064759.tif 000028