(57)【要約】  共鳴法による非接触給電システムにおいて、コイルケース内に配設される電気機器（４００）を、受電アンテナ（４１０）および整流器（４２０）を一体として備える構成とする。コイルケース外部から電源を供給することなく、電磁共鳴によって発生する電磁場から電力を受電して電気機器（４００）を駆動する。
2010106648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置（２００）との電磁共鳴による電磁場を介して、電力を受電する非接触受電装置であって、
前記送電装置（２００）から送電された電力を電磁共鳴によって受電する受電ユニット（１１０，１２０）と、
前記受電ユニット（１１０，１２０）を内部に収納するケース（１９０）と、
前記ケース（１９０）内に配設される電気機器（４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ）とを備え、
前記電気機器（４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ）は、
前記電磁場から電力を受信する受電アンテナ（４１０）と、
前記受電アンテナ（４１０）によって受電された電力を使用する電気負荷（４３０，４３０Ａ，４３０Ｂ，４３０Ｃ）とを含む、非接触受電装置。
【請求項２】
前記ケース（１９０）は、
前記電磁場の周囲への漏洩を防止するための電磁気遮蔽材を有する、請求の範囲第１項に記載の非接触受電装置。
【請求項３】
前記電磁気遮蔽材は、前記ケース（１９０）の前記送電装置（２００）と対向する面に開口が設けられる、請求の範囲第２項に記載の非接触受電装置。
【請求項４】
前記電気機器（４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ）は、
前記受電アンテナ（４１０）によって受電された電力を受けて整流する整流器（４２０）をさらに含む、請求の範囲第２項に記載の非接触受電装置。
【請求項５】
前記電気負荷（４３０，４３０Ａ，４３０Ｂ，４３０Ｃ）は、表示装置（４３０Ａ）、冷却装置（４３０Ｂ）、温度検出装置（４３０Ｃ）および電動ポンプの少なくともいずれか１つを含む、請求の範囲第４項に記載の非接触受電装置。
【請求項６】
電磁共鳴による電磁場を介して、電源からの電力を送電装置（２００）から受電装置に給電する非接触給電システムであって、
前記受電装置は、請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載の非接触受電装置を含む、非接触給電システム。
【請求項７】
受電装置との電磁共鳴による電磁場を介して、電源からの電力を前記受電装置へ送電する非接触送電装置（２００）であって、
前記電力を電磁共鳴によって前記受電装置へ送電する送電ユニット（２３０，２４０）と、
前記送電ユニット（２３０，２４０）を内部に収納するケース（２５０）と、
前記ケース（２５０）内に配設される電気機器（５００）とを備え、
前記電気機器（５００）は、
前記電磁場から電力を受信する受電アンテナ（５１０）と、
前記受電アンテナ（５１０）によって受電された電力を使用する電気負荷（５３０）とを含む、非接触送電装置（２００）。
【請求項８】
前記ケース（２５０）は、
前記電磁場の周囲への漏洩を防止するための電磁気遮蔽材を有する、請求の範囲第７項に記載の非接触送電装置（２００）。
【請求項９】
前記電磁気遮蔽材は、前記ケース（２５０）の前記受電装置と対向する面に開口が設けられる、請求の範囲第８項に記載の非接触送電装置（２００）。
【請求項１０】
前記電気機器（５００）は、
前記受電アンテナ（５１０）によって受電された電力を受けて整流する整流器（５２０）をさらに含む、請求の範囲第８項に記載の非接触送電装置（２００）。
【請求項１１】
前記電気負荷（５３０）は、表示装置、冷却装置、温度検出装置および電動ポンプの少なくともいずれか１つを含む、請求の範囲第１０項に記載の非接触送電装置（２００）。
【請求項１２】
電磁共鳴による電磁場を介して、電源からの電力を送電装置（２００）から受電装置に給電する非接触給電システムであって、
前記送電装置（２００）は、請求の範囲第７〜１１項のいずれか１項に記載の非接触送電装置（２００）を含む、非接触給電システム。
【請求項１３】
車両（１００）であって、
前記車両（１００）外部の電源からの電力を、前記車両（１００）外部の送電装置（２００）との電磁共鳴による電磁場を介して受電する非接触受電装置と、
前記非接触受電装置によって受電された電力を受けて車両推進のための駆動力を発生する電気駆動装置（１６０，１７０）とを備え、
前記非接触受電装置は、
前記送電装置（２００）から送電された電力を電磁共鳴によって受電する受電ユニット（１１０，１２０）と、
前記受電ユニット（１１０，１２０）を内部に収納するケース（１９０）と、
前記ケース（１９０）内に配設される電気機器（４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ）とを含み、
前記電気機器（４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ）は、
前記電磁場から電力を受信する受電アンテナ（４１０）と、
前記受電アンテナ（４１０）によって受電された電力を使用する電気負荷（４３０，４３０Ａ，４３０Ｂ，４３０Ｃ）とを含む、車両。
【請求項１４】
前記ケース（１９０）は、
前記電磁場の周囲への漏洩を防止するための電磁気遮蔽材を有し、
前記電磁気遮蔽材は、前記ケース（１９０）の前記送電装置（２００）と対向する面に開口が設けられる、請求の範囲第１３項に記載の車両。
【請求項１５】
前記電気機器（４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ）は、
前記受電アンテナ（４１０）によって受電された電力を受けて整流する整流器（４２０）をさらに含み、
前記電気負荷（４３０，４３０Ａ，４３０Ｂ，４３０Ｃ）は、表示装置（４３０Ａ）、冷却装置（４３０Ｂ）、温度検出装置（４３０Ｃ）および電動ポンプの少なくともいずれか１つを含む、請求の範囲第１４項に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触受電装置、非接触送電装置、非接触給電システムおよび車両に関し、より特定的には、コイルケース内に設置される電気機器への給電に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車には、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両が含まれる。【０００３】
ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。【０００４】
一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。【０００５】
このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の自己共振コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することも可能である（特許文献１）。
【特許文献１】国際公開第２００７／００８６４６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような共鳴法を用いた非接触給電を行なう場合、共鳴器（自己共振コイル）が自己共振をしてコイル内に電流が流れる際に、コイル自身の電気抵抗によってコイルが発熱する。そのため、共鳴器を収納するコイルケース内に冷却装置や温度を監視する監視装置などの電気機器が設置される場合がある。さらに、給電中であることを示す表示器なども設置される場合がある。【０００７】
これらの電気機器には、機器を動作させるための電源が必要であり、一般的にはコイルケース外部から当該機器に電源配線によって給電される場合がある。【０００８】
このような場合、外部から電源を供給するための電源用の配線や、異常信号等を外部に出力するための信号用配線などを、コイルケース内に設ける必要がある。しかし、コイルケース内のスペースが限られているために、これらの電気機器の設置位置が制限されたり、自己共振コイルとこれらの配線が接近することによって電磁共鳴を行なう際にこれらの配線が電磁界に影響を及ぼしたりする可能性がある。【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、共鳴法による電力の伝送において、電磁共鳴による電磁場を利用して、コイルケース内部に設置された電気機器への給電を行なうことである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明における非接触受電装置は、送電装置との電磁共鳴による電磁場を介して、電力を受電する非接触受電装置であって、受電ユニットと、ケースと、ケース内に配設される電気機器とを備える。受電ユニットは、送電装置から送電された電力を電磁共鳴によって受電する。ケースは、受電ユニットを内部に収納する。そして、ケース内に配設される電気機器は、電磁場から電力を受信する受電アンテナと、受電アンテナによって受電された電力を使用する電気負荷とを含む。【００１１】
好ましくは、ケースは、電磁場の周囲への漏洩を防止するための電磁気遮蔽材を有する。【００１２】
また好ましくは、電磁気遮蔽材は、ケースの送電装置と対向する面に開口が設けられる。【００１３】
あるいは好ましくは、電気機器は、受電アンテナによって受電された電力を受けて整流する整流器をさらに含む。【００１４】
また好ましくは、電気負荷は、表示装置、冷却装置、温度検出装置および電動ポンプの少なくともいずれか１つを含む。【００１５】
本発明による非接触給電システムは、電磁共鳴による電磁場を介して、電源からの電力を送電装置から受電装置に給電する非接触給電システムであって、受電装置は、上記の非接触受電装置を含む。【００１６】
本発明による非接触送電装置は、受電装置との電磁共鳴による電磁場を介して、電源からの電力を受電装置へ送電する非接触送電装置であって、送電ユニットと、ケースと、ケース内に配設される電気機器とを備える。送電ユニットは、電力を電磁共鳴によって受電装置へ送電する。ケースは、送電ユニットを内部に収納する。そして、ケース内に配設される電気機器は、電磁場から電力を受信する受電アンテナと、受電アンテナによって受電された電力を使用する電気負荷とを含む。【００１７】
好ましくは、ケースは、電磁場の周囲への漏洩を防止するための電磁気遮蔽材を有する。【００１８】
また好ましくは、電磁気遮蔽材は、ケースの受電装置と対向する面に開口が設けられる。【００１９】
あるいは好ましくは、電気機器は、受電アンテナによって受電された電力を受けて整流する整流器をさらに含む。【００２０】
また好ましくは、電気負荷は、表示装置、冷却装置、温度検出装置および電動ポンプの少なくともいずれか１つを含む。【００２１】
本発明による非接触給電システムは、電磁共鳴による電磁場を介して、電源からの電力を送電装置から受電装置に給電する非接触給電システムであって、送電装置は、上記の非接触送電装置を含む。【００２２】
本発明による車両は、非接触受電装置と、電気駆動装置とを備える。非接触受電装置は、車両外部の電源からの電力を、車両外部の送電装置との電磁共鳴による電磁場を介して受電する。電気駆動装置は、非接触受電装置によって受電された電力を受けて車両推進のための駆動力を発生する。また、非接触受電装置は、送電装置から送電された電力を電磁共鳴によって受電する受電ユニットと、受電ユニットを内部に収納するケースと、ケース内に配設される電気機器とを含む。そして、電気機器は、電磁場から電力を受信する受電アンテナと、受電アンテナによって受電された電力を使用する電気負荷とを含む。【００２３】
好ましくは、ケースは、電磁場の周囲への漏洩を防止するための電磁気遮蔽材を有し、電磁気遮蔽材は、ケースの送電装置と対向する面に開口が設けられる。【００２４】
また好ましくは、電気機器は、受電アンテナによって受電された電力を受けて整流する整流器をさらに含み、電気負荷は、表示装置、冷却装置、温度検出装置および電動ポンプの少なくともいずれか１つを含む。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、共鳴法による電力の伝送において、電磁共鳴による電磁場を利用して、コイルケース内部に設置された電気機器への給電を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１による非接触給電システムの全体構成図である。
【図２】共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
【図３】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４】図１に示すコイルケースを説明するための図である。
【図５】受電装置のコイルケース内に設置される電気機器の基本構成を示す図である。
【図６】受電装置のコイルケース内に設置される電気機器の第１の具体例を示す図である。
【図７】受電装置のコイルケース内に設置される電気機器の第２の具体例を示す図である。
【図８】受電装置のコイルケース内に設置される電気機器の第３の具体例を示す図である。
【図９】受電装置のコイルケース内に設置される電気機器の変形例を示す図である。
【図１０】送電装置のコイルケース内に設置される電気機器の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００  電動車両、１１０，３４０  二次自己共振コイル、１２０，３５０  二次コイル、１３０  整流器、１４０  コンバータ、１５０，４３１  蓄電装置、１６０  ＰＣＵ、１７０  モータ、１８０  車両ＥＣＵ、１９０，２５０  コイルケース、１９５，２５５  面、２００  給電装置、２１０  交流電源、２２０  高周波電力ドライバ、２３０，３２０  一次コイル、２４０，３３０  一次自己共振コイル、３１０  高周波電源、３６０  負荷、４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ，５００  電気機器、４１０，５１０  受電アンテナ、４２０，５２０  整流器、４３０，４３０Ａ，４３０Ｂ，４３０Ｃ，５３０  電気負荷、４３２  制御装置、４４０  ＤＣモータ、４５０  ファン、４６０  ＬＥＤ表示器、４７０  温度センサ、４８０  光変換装置、４９０  温度監視装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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り返さない。【００２９】
図１は、本発明の実施の形態に従う非接触給電システムの全体構成図である。図１を参照して、非接触給電システムは、電動車両１００と、給電装置２００とを備える。電動車両１００は、二次自己共振コイル１１０と、二次コイル１２０と、コイルケース１９０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０と、コイルケース１９０内に設置される電気機器４００とを含む。また、電動車両１００は、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power  Control  Unit）」とも称する。）１６０と、モータ１７０と、車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１８０とをさらに含む。【００３０】
なお、電動車両１００の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図１に示される構成に限らない。たとえば、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車などを含む。【００３１】
二次自己共振コイル１１０は、たとえば車体下部に設置される。二次自己共振コイル１１０は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０（後述）と電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電する。なお、二次自己共振コイル１１０の容量成分は、コイルの浮遊容量であるが、所定の容量を得るために別途コンデンサ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。【００３２】
二次自己共振コイル１１０は、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０との距離や、一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０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κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。【００３３】
二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０と同軸上に設置され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１０と磁気的に結合可能である。この二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０によって受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１３０へ出力する。【００３４】
コイルケース１９０は、二次コイル１２０および二次自己共振コイル１１０を内部に収納する。【００３５】
整流器１３０は、二次コイル１２０によって取出された交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、整流器１３０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。なお、車両の走行中に給電装置２００から受電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、必ずしも必要ではなく、二次コイル１２０によって取出された交流電力が整流器１３０によって整流された後に直接蓄電装置１５０に与えられるようにしてもよい。【００３６】
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やニッケル水素などの二次電池が含まれる。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ１７０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ＰＣＵ１６０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、給電装置２００から供給される電力やモータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０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。【００３７】
ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータ１７０により発電された回生電力を整流して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。モータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ１７０は、駆動輪や、ハイブリッド車両の場合には図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ１６０へ出力する。【００３８】
車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００から電動車両１００への給電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御する。車両ＥＣＵ１８０は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御することによって、整流器１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State  Of  Charge）」とも称される。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する。【００３９】
コイルケース１９０内部に設置される電気機器４００は、コイルケース１９０内部において、異常監視や表示および冷却を行なうために設置される電気駆動ユニットを包括的に示したものである。電気機器４００には、たとえば冷却ファンや冷却用の電動ポンプ、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）などの表示機器、および内部温度を検出する温度検出装置などが含まれる。【００４０】
一方、給電装置２００は、交流電源２１０と、高周波電力ドライバ２２０と、一次コイル２３０と、一次自己共振コイル２４０と、コイルケース２５０と、コイルケース２５０内に設置される電気機器５００とを含む。【００４１】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル２３０へ供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。【００４２】
一次コイル２３０は、一次自己共振コイル２４０と同軸上に設置され、電磁誘導により一次自己共振コイル２４０と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル２３０は、高周波電力ドライバ２２０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル２４０へ給電する。【００４３】
一次自己共振コイル２４０は、たとえば地面近傍に設置される。一次自己共振コイル２４０も、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０と電磁場を介して共鳴することにより電動車両１００へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル２４０の容量成分も、コイルの浮遊容量であるが、二次自己共振コイル１１０と同様に別途コンデンサ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。【００４４】
この一次自己共振コイル２４０も、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０との距離や、一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。【００４５】
コイルケース２５０は、一次コイル２３０および一次自己共振コイル２４０を内部に収納する。【００４６】
コイルケース２５０内部に設置される電気機器５００は、コイルケース２５０内部において、異常監視や表示および冷却を行なうために設置される電気駆動ユニットを包括的に示したものである。電気機器５００には、電気負荷として、たとえば冷却ファンや冷却用の電動ポンプ、ＬＥＤなどの表示機器、および内部温度を検出する温度検出装置などが含まれる。【００４７】
図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。【００４８】
具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量（コイルにコンデンサが接続される場合には、コンデンサの容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。【００４９】
なお、図１との対応関係について説明すると、図１の交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１の一次コイル２３０および一次自己共振コイル２４０は、それぞれ図２の一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０に相当し、図１の二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０は、それぞれ図２の二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０に相当する。そして、図１の整流器１３０以降が負荷３６０として総括的に示されている。【００５０】
図３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３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、「静電界」と称される。【００５１】
「静電界」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、共鳴法では、この「静電界」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、「静電界」が支配的な近接場において、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電界」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。【００５２】
図４は、図１に示したコイルケース１９０，２５０の構造を詳しく説明するための図である。なお、この図４では、二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０から成るユニット（以下「受電ユニット」とも称する。）は、円柱状に簡略化して記載される。また、一次自己共振コイル２４０および一次コイル２３０から成るユニット（以下「送電ユニット」とも称する。）についても同様である。【００５３】
図４を参照して、コイルケース１９０は、最も面積の大きい面１９５が送電ユニットと対向可能なように設置される。コイルケース１９０は、面１９５が開口した箱状に形成されている。そして、面１９５以外の５つの面は、その内面を覆うように、送電ユニットからの受電時に受電ユニットの周囲に生成される共鳴電磁場（近接場）を反射するための電磁遮蔽材（以下、「電磁シールド」とも称する。）（図示せず）が貼付される。電磁シールドは低インピーダンスの物質であって、たとえば薄い銅箔などが用いられる。【００５４】
そして、二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０から成る受電ユニットがコイルケース１９０内に設置され、受電ユニットは、コイルケース１９０の開口部分（面１９５）を介して送電ユニットから受電する。なお、最も面積の大きい面１９５が送電ユニットと対向可能なように設置したのは、送電ユニットから受電ユニットへの伝送効率をできるだけ確保するためである。【００５５】
コイルケース２５０についても、最も面積の大きい面２５５が受電ユニットと対向可能なように設置される。コイルケース２５０は、面２５５が開口した箱状に形成されている。そして、面２５５以外の５つの面は、その内面を覆うように、送電時に送電ユニットの周囲に生成される共鳴電磁場（近接場）を反射するための電磁シールド（図示せず）が貼付される。【００５６】
そして、一次自己共振コイル２４０および一次コイル２３０から成る送電ユニットがコイルケース２５０内に設置され、送電ユニットは、コイルケース２５０の開口部分（面２５５）を介して受電ユニットへ送電する。なお、最も面積の大きい面２５５が受電ユニットと対向可能なように設置したのも、送電ユニットから受電ユニットへの伝送効率をできるだけ確保するためである。【００５７】
なお、コイルケース１９０，２５０の大きさは、特に車両に搭載される場合については、搭載スペースと伝送効率とを考慮して決定される。すなわち、車両における搭載スペースの観点からは、コイルケース１９０はできるだけ小さい方がよい。一方、伝送効率の観点からは、コイルケース１９０は大きい方が好ましい。【００５８】
共鳴法による電力の給電の際には、一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０（以下、総括して「自己共振コイル」とも称する。）の自己共振により、コイルおよびコンデンサが発熱する。また、コイルからの伝熱および漏洩電磁場によってコイル固定材なども発熱する場合がある。そのため、コイルケース１９０，２５０内の温度監視を行なうための監視機器や、発熱部を冷却するための冷却機器がコイルケース１９０，２５０内に設置される場合がある。また、給電時の高周波発生の有無を確認するための表示機器も必要とされる場合がある。【００５９】
これらの機器には、機器駆動用の電源が必要であるが、コイルケース外部から電源を供給する場合、コイルケース内部における電源配線および信号配線の取り回しや、設置可能スペースのために、機器の設置位置が制限されてしまう場合がある。特に、車両に搭載される受電装置のコイルケース１９０においては、コイルケース内部のスペースが制限される可能性が高い。【００６０】
また、冷却装置については、発熱するコイルにできるだけ接近させて設置させることが好ましいが、配線が自己共振コイルに近接すると、電磁共鳴に影響を及ぼす可能性があり、伝送効率低下の原因となる可能性もある。【００６１】
さらに、上述のように、周囲への漏洩電磁界防止のために、コイルケース内部に電磁シールドが貼付される場合があるが、コイルケース外部から電源を供給する場合には、電源配線をコイルケース内部に取り込むための配線穴が必要となる。そうすると、この配線穴部分からの電磁界漏洩が発生する可能性がある。【００６２】
また、電磁シールドと電源配線が接触することにより、電磁シールド表面の高周波電流によって、コイルケース内部の電気機器への電流の進行が妨げられたり、電磁シールドのシールド性能が低下されたりする可能性がある。【００６３】
そのため、本実施の形態１においては、コイルケース内部に設置される電気機器４００，５００を、電磁共鳴により発生する電磁場から電力を受電するための受電アンテナと、受電した交流電力を直流電流に整流するための整流器とを一体としたユニットを備える構成とする。これにより、コイルケース外部からの電源供給を不要とするとともに、コイルケースのシールド性および伝送効率の低下防止を図る。【００６４】
図５には、受電側のコイルケース１９０内に設置される電気機器４００の基本構成を表わす図が示される。【００６５】
図５を参照して、電気機器４００は、受電アンテナ４１０と、整流器４２０と、電気負荷４３０とを含む。【００６６】
受電アンテナ４１０は、送電ユニットから発生される電磁場を受けて電力を受電する。そして、受電アンテナ４１０は、受電した交流電力を整流器４２０に出力する。なお、受電アンテナ４１０は、電磁場から電力を受信可能なアンテナであればその構成は限定されず、公知のものが適用可能である。受電アンテナ４１０としては、たとえば、パラボラアンテナ、ループアンテナ、パッチアンテナ、ホーンアンテナおよび共鳴アンテナなどが含まれる。【００６７】
整流器４２０は、受電アンテナ４１０からの交流電力を受けて整流を行なう。そして、整流器４２０は、整流した直流電力を電気負荷４３０に供給する。【００６８】
電気負荷４３０については、詳細は後述するが、冷却装置、表示装置および監視装置などが含まれる。【００６９】
なお、受電アンテナ４１０で受電する電力は、電磁場の強さ、すなわち送電ユニットから送電される電力に応じて増減する。そのため、整流器４２０で整流された直流電力についても、電圧および／または電流が変動する場合がある。電気負荷４３０によっては、後述する冷却装置のように、この電力変動を利用してモータの回転速度を増減させる場合もあるが、制御装置やセンサの変換器などのように、一定電圧で使用することが好ましい場合には、必要に応じて整流器４２０に定電圧調整回路を設けてもよい。【００７０】
また、電気機器４００本体が、電磁場の影響を受けたり電磁場により発熱したりすることを防止するために、必要に応じて電気機器４００（受電アンテナ４１０は除く）を電磁シールドにより覆ってもよい。【００７１】
以下、図６〜８を用いて、電気負荷４３０の具体例について説明する。
図６には、電気負荷４３０Ａとして冷却ファンを接続した場合の例が示される。図６を参照して、電気機器４００Ａは、受電アンテナ４１０と、整流器４２０と、電気負荷４３０Ａとを含む。また電気負荷４３０Ａは、ＤＣモータ４４０と、ファン４５０とを含む。【００７２】
ＤＣモータ４４０は、整流器４２０からの直流電力を受けて駆動され、ファン４５０を回転させる。ファン４５０によって、コイルケース１９０内の空気を循環させて熱の滞留を抑制したり、コイルケース１９０内の換気を行なったりして、コイルケース１９０内部の冷却を行なうことができる。【００７３】
送電ユニットから給電される電力が大きい場合には、二次自己共振コイル１１０およびコンデンサ（図示せず）の発熱量もそれに応じて大きくなる。そのため、コイルケース１９０の外部から電源を供給するような冷却装置の場合に、発熱量に応じて冷却能力を変更させるには、コイルケース１９０内部の温度や送電電力に応じて冷却装置の駆動指令を変更させるような制御が必要となる。【００７４】
しかしながら、図６に示されるような構成とした場合、送電ユニットからの給電電力が大きくなると、発生する電磁界の強さも強くなるため、受電アンテナ４１０で受電される電力もそれに応じて大きくなる。すなわち、ＤＣモータ４４０の回転速度が増加する。このため、上記のような特別な制御を行なう必要がなくても、給電電力に応じた冷却能力を出力することができる。【００７５】
なお、このような冷却装置の変形例としては、ファン４５０のかわりに電動ポンプ（図示せず）を使用する場合が考えられる。たとえば、二次自己共振コイル１１０を中空のコイル材として、内部に冷却媒体（たとえば純水など）を流通させて冷却するような場合である。この場合も、給電電力に応じて電動ポンプ回転速度を変更できるので、冷却媒体の流通量を増減して給電電力に応じた冷却性能を得ることができる。【００７６】
次に、図７には、電気負荷４３０Ｂとして表示装置を接続した場合の例が示される。図７を参照して、電気機器４００Ｂは、受電アンテナ４１０と、整流器４２０と、電気負荷４３０Ｂとを含む。また電気負荷４３０Ｂは、高周波発生の有無を表示するＬＥＤ表示器４６０を含む。【００７７】
この場合、送電ユニットから給電が行なわれているとき（すなわち高周波が発生しているとき）には、ＬＥＤ表示器４６０に対して電源が供給されてＬＥＤが点灯する。したがって、この場合も表示のための特別な制御を行なうことなく、適切に高周波発生の有無を表示することができる。【００７８】
図８には、電気負荷４３０Ｃとしてコイルケース１９０内部の温度検出装置を接続した例が示される。図８を参照して、電気機器４００Ｃは、受電アンテナ４１０と、整流器４２０と、電気負荷４３０Ｃとを含む。また電気負荷４３０Ｃは、温度検出装置として、温度センサ４７０と、光変換装置４８０とを含む。【００７９】
温度センサ４７０は、たとえば公知のサーミスタが適用可能である。サーミスタは温度変化によって電気抵抗が変化する温度センサである。また、サーミスタ以外の熱電対や測温抵抗体などの温度センサについても適用可能である。そして、温度センサ４７０は、コイルケース１９０内の測定対象物の適宜の場所に取り付けられる。【００８０】
光変換装置４８０は、温度センサ４７０の電気抵抗などを検知して測定対象物の温度を検出する。また、光変換装置４８０は、検出した温度に関する情報を光信号に変換して、コイルケース１９０外部の温度監視装置４９０へ、光通信により出力する。【００８１】
温度監視装置４９０は、光通信により受けた温度に関する情報に基づいて、温度表示や警報出力などの制御を行なう。【００８２】
なお、図８においては、コイルケース１９０内の温度検出を行なう場合について説明したが、たとえば電磁場の強さや上記冷却装置のモータ電流など、その他の監視項目に対応するセンサを設置して監視してもよい。【００８３】
図９には、上記の変形例として、電気機器４００Ｄとして電気負荷４３０と並列に蓄電装置４３１を備える構成が示される。【００８４】
図９を参照して、電気機器４００Ｄは、受電アンテナ４１０と、整流器４２０と、電気負荷４３０と、蓄電装置４３１と、制御装置４３２とを含む。【００８５】
蓄電装置４３１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やニッケル水素などの二次電池が含まれる。またキャパシタなども採用できる。蓄電装置４３１は、送電ユニットから給電されている場合に充電することができる。【００８６】
このような構成とすることで、送電ユニットからの給電が行なわれていない場合においても、電気負荷４３０を駆動することが可能となる。また、蓄電装置４３１に制御装置４３２を接続することにより、電気負荷４３０を制御することもできる。たとえば、給電終了後に一定時間冷却装置を駆動するような場合や、給電実行中であるか否かにかかわらずコイルケース１９０内部の監視をするような場合である。【００８７】
上記図５〜９の説明においては、充電側のコイルケース１９０内に設置される電気機器４００について説明したが、送電側のコイルケース２５０内に設置される電気機器５００についても同様に適用可能である。【００８８】
図１０には、コイルケース２５０内に設置される電気機器５００の基本構成が示される。図１０を参照して、電気機器５００は、受電側で説明した図５の構成と同様に、受電アンテナ５１０と、整流器５２０と、電気負荷５３０とを含む。なお、受電アンテナ５１０、整流器５２０および電気負荷５３０については、図５における受電アンテナ４１０、整流器４２０および電気負荷４３０に対応しているので、詳細な説明は繰り返さない。【００８９】
以上のように、共鳴法による非接触給電システムにおいて、コイルケース１９０，２５０内に設置される電気機器４００，５００を、受電アンテナ４１０，５１０および整流器４２０，５２０を一体として備える構成とすることによって、コイルケース１９０，２５０外部から電源を供給することなく、電磁共鳴によって発生する電磁場から電力を受電して電気機器４００，５００を駆動することができる。【００９０】
その結果、コイルケース１９０，２５０内の電源配線の取り回しが不要となるので、電源配線設置の制約により電気機器４００，５００の設置位置が制限されることがなく、設置位置の自由度が増加する。また、コイルケース１９０，２５０内の電源配線が不要であるので、配線が自己共振コイルに近接することによる電磁共鳴への影響も防止できる。【００９１】
さらに、電源配線をコイルケース１９０，２５０内へ取り込むための配線穴が不要となるので、電磁シールドと電源配線が接触することによる電磁シールドのシールド性能の低下や電気機器４００，５００への電流の進行の妨げになることも防止できる。【００９２】
また、電気機器４００，５００として冷却装置などを接続する場合には、送電ユニットからの給電電力に応じて受電アンテナ４１０，５１０で受電される電力が増減するので、複雑な制御装置を追加することなく、送電ユニットからの給電電力に応じた冷却能力を得ることができる。【００９３】
なお、本実施の形態におけるＰＣＵ１６０およびモータ１７０は、本発明における「電気駆動装置」の一例である。また、本実施の形態におけるコイルケース１９０，２５０は、本発明における「ケース」の一例である。【００９４】
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。
【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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【国際調査報告】
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