(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置を充電するための非接触受電装置であって、
前記非接触受電装置の外部の一次コイルから非接触で電力を受電する二次コイルと、
前記二次コイルが受電した電力を整流する整流器と、
前記整流器が整流した電力を入力端子で受けて、出力端子から前記蓄電装置へ電圧および電流を出力するコンバータと、
前記一次コイルと前記二次コイルとの距離を検出するために用いられ、前記コンバータの出力する電圧および電流を受ける距離検出抵抗と、
前記整流器と前記コンバータの入力端子とを接続するための接続リレーと、
前記整流器が整流した電力を前記コンバータを介さずに前記コンバータの前記出力端子に送るためのバイパスリレーと、
前記コンバータの前記出力端子と前記距離検出抵抗とを接続する距離検出リレーと、
前記コンバータの前記出力端子と前記蓄電装置とを接続する充電リレーと、
前記充電リレーの前記コンバータ側の電圧を検出する第１電圧センサと、
前記距離検出抵抗に印加される電圧を検出する第２電圧センサと、
前記充電リレーが非導通状態であって前記二次コイルが前記一次コイルから電力を受電しているときに、前記接続リレーおよび前記バイパスリレーがともに正常であると判断したうえで前記距離検出リレーへの切り替え指示と前記第２電圧センサの検出する電圧とに基づいて前記距離検出リレーの故障を判断する判断部とを備える、非接触受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触受電装置に関し、より具体的には、受電経路の故障を特定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気自動車やハイブリッド自動車などに搭載された蓄電装置を、非接触電力伝送システムを利用して充電することが提案されている。非接触電力システムにおいて、電源からの電力は、送電装置に含まれるコイルと受電装置に含まれるコイルとの間の電磁界を利用することにより、送電装置から受電装置へ非接触で伝送される。
【０００３】
非接触電力伝送システムは、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載された蓄電装置の充電にも利用され得る。その場合、一般に、送電装置は地上に設けられ、受電装置は車両に設けられる。
【０００４】
非接触電力伝送システムを利用して車両に搭載された蓄電装置を充電するためには、送電装置に含まれるコイルと受電装置に含まれるコイルとの位置合わせが必要になる。位置合わせは、たとえば、送電装置に含まれるコイルと受電装置に含まれるコイルとの距離（以下、単に「電力伝送距離」という場合がある）を検出して調節することによって行なわれ得る。特開２０１３−５６１５号公報は、電力伝送距離を判定するために、受電装置に含まれる抵抗を利用して受電電圧をモニタすることを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−５６１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５４６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力伝送距離の判定に用いられる抵抗（距離検出抵抗）は、リレー（距離検出リレー）とともに受電装置に含まれる。電力伝送距離の調節が行なわれる際、送電装置から受電装置に送られる電力によって距離検出抵抗の両端に電位差が生じるように、距離検出リレーが切り換えられる。一方、電力伝送距離の調節が完了した後は、距離検出抵抗の両端に電位差が生じないように、検出リレーが切り換えられる。
【０００７】
距離検出リレーが故障すると、距離検出リレーを切り替えることができなくなる。その場合、距離検出抵抗の両端に電位差が生じないために電力伝送距離の調節ができなくなったり、あるいは、距離検出リレーに電圧が印加され続けてしまうといった問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、非接触電力伝送システムにおいて、電力伝送距離を調節するために用いられる距離検出リレーの故障をチェックすることが可能な非接触受電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面に係る非接触受電装置は、蓄電装置を充電するための非接触受電装置であって、非接触受電装置の外部の一次コイルから非接触で電力を受電する二次コイルと、二次コイルが受電した電力を整流する整流器と、整流器が整流した電力を入力端子で受けて、出力端子から蓄電装置へ電圧および電流を出力するコンバータと、一次コイルと二次コイルとの距離を検出するために用いられ、コンバータの出力する電圧および電流を受ける距離検出抵抗と、整流器とコンバータの入力端子とを接続するための接続リレーと、整流器が整流した電力をコンバータを介さずにコンバータの出力端子に送るためのバイパスリレーと、コンバータの出力端子と距離検出抵抗とを接続する距離検出リレーと、コンバータの出力端子と蓄電装置とを接続する充電リレーと、充電リレーのコンバータ側の電圧を検出する第１電圧センサと、距離検出抵抗に印加される電圧を検出する第２電圧センサと、充電リレーが非導通状態であって二次コイルが一次コイルから電力を受電しているときに、接続リレーおよびバイパスリレーがともに正常であると判断したうえで距離検出リレーへの切り替え指示と第２電圧センサの検出する電圧とに基づいて距離検出リレーの故障を判断する判断部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、非接触電力伝送システムにおいて、電力伝送距離を調節するために用いられる距離検出リレーの故障をチェックすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】実施の形態における距離検出リレー１４６の故障の判断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】
【００１２】
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。
【００１３】
［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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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部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部２２０へ車両が誘導される。
【００２０】
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。
【００２１】
［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、二次コイル２２３とを含む。
【００２２】
二次コイル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。二次コイル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。
【００２３】
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、二次コイル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。
【００２４】
なお、二次コイル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、二次コイル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。
【００２５】
車両１００の受電部１１０は、共振コイル１１１と、キャパシタ１１２と、二次コイル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。
【００２６】
二次コイル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。二次コイル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。
【００２７】
なお、二次コイル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、二次コイル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。
【００２８】
送電装置２００において、電源装置２１０から二次コイル２２３へ高周波の交流電力が供給され、二次コイル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、二次コイル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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。  
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
「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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
［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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、距離検出リレー１４６と、充電電圧センサ１９０と、電流センサ１９３とを含む。受電部１１０は、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。
【００５４】
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。制御装置１８０は、非接触受電装置１０１の一部でもある。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、共振コイル１１１については、共振コイル２２１（図２参照）と共振コイル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。
【００６５】
二次コイル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。この二次コイル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整流器１４０へ出力する。なお、共振コイル１１１および二次コイル１１３は、図１に示した受電部１１０を形成する。
【００６６】
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入力端子で受けて、蓄電装置１５０の電圧レベルに変換し、出力端子から蓄電装置１５０へ出力する。充電器１４２は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。
【００６７】
切替リレーＲＹ１は、接続リレー１４８とバイパスリレー１４９とを含む。接続リレー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。バイパスリレー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。
【００６８】
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。充電電圧センサ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。
【００６９】
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１４４および距離検出リレー１４６が設けられる。距離検出リレー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。
【００７０】
電圧検出部１４４は、距離検出抵抗１４４Ａと距離検出電圧センサ１４４Ｂとを含む。距離検出抵抗１４４Ａは、上述のように、充電効率が高い位置を模索するために受電部１１０に供給（テスト送電）される電力を消費する。距離検出リレー１４６は、微弱電力を距離検出抵抗１４４Ａで消費させるために制御装置１８０によって切り替えられる。また、微弱電力の消費によって距離検出抵抗１４４Ａに生じた電圧は、距離検出電圧センサ１４４Ｂによって検出され、これにより、電力伝送距離の調節が行なわれる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。距離検出リレー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。
【００７３】
充電電圧センサ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。充電電圧センサ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、充電電圧センサ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、耐圧が充電電圧センサ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距離検出リレー１４６を接続する。
【００７４】
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受電電圧ＶＲ０の検出値を充電電圧センサ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の送電部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。
【００７５】
送電部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。
【００７６】
［距離検出リレーの故障の判断］
図７に示す距離検出リレー１４６は消耗部品であり、故障する可能性がある。故障には、主に２通り考えられる。１つは、距離検出リレー１４６の溶断によるオープン故障である。もう１つは、距離検出リレー１４６の溶着によるショート故障である。
【００７７】
距離検出リレー１４６がオープン故障となった場合、テスト送電に用いられる微弱電力は、距離検出抵抗１４４Ａに供給されなくなる。そのため、受電部１１０に含まれる共振コイル１１１と送電部２２０に含まれる二次コイル２２３（図２参照）との距離（すなわち、電力伝送距離）を検出して調節することができなくなる。
【００７８】
一方、距離検出リレー１４６がショート故障となった場合、蓄電装置１５０を充電するための電力によって距離検出抵抗１４４Ａの両端に電位差が生じてしまう。蓄電装置１５０を充電するための電力は、テスト送電に用いられる微弱電力よりもかなり大きい。そのため、距離検出抵抗１４４Ａに不要に大きな電圧が印加されたり、不要に大きな電流が流れる恐れがある。
【００７９】
そこで、距離検出リレー１４６の故障の有無の判断（故障のチェック）が行なわれることが望ましい。
【００８０】
図７に示すように、非接触受電装置１０１は、距離検出リレー１４６の他にも、接続リレー１４８と、バイパスリレー１４９とを含む。接続リレー１４８の故障および／またはバイパスリレー１４９の故障は、距離検出リレー１４６の故障のチェックに影響し得る。たとえば、テスト送電が行なわれているとき、制御装置１８０が距離検出リレー１４６に対してオン状態（接続状態）になるように指示したにもかかわらず、距離検出抵抗１４４Ａに電圧が生じなかったとする。その場合、距離検出リレー１４６がオープン故障であるとも考えられる。一方で、接続リレー１４８および／またはバイパスリレー１４９のオープン故障によって、距離検出抵抗１４４Ａには微弱電力が供給されず電圧が生じなかったとも考えられる。そのため、距離検出抵抗１４４Ａに電圧が生じなかったことの原因が、距離検出リレー１４６によるものであるか、それとも、接続リレーおよび／またはバイパスリレー１４９の故障によるものであるか、判別できない。
【００８１】
そこで、実施の形態において、図７に示す制御装置１８０は、接続リレー１４８およびバイパスリレー１４９が故障していない（正常である）ことを判断（確認）したうえで、距離検出リレー１４６の故障を判断する。
【００８２】
図８は、実施の形態における距離検出リレー１４６の故障の判断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の処理は、図７の制御装置１８０で実行される。
【００８３】
図７および図８を参照して、検出リレー１４６の故障の判断が開始されると（ステップＳ１００）、制御装置１８０は、初めに、接続リレー１４８、バイパスリレー１４９、および距離検出リレー１４６に対して、オン状態（接続状態）にするようそれぞれ指令を送る（ステップＳ１０１）。各リレーは、故障していない限り、制御装置１８０から送られる指令に従って接続状態になる。
【００８４】
次に、テスト送電のための微小電力（小電力）の伝送が開始される（ステップＳ１０２）。
【００８５】
微小電力の伝送が開始されると、制御装置１８０は、充電電圧センサ１９０が測定する電圧（以後、「テスト送電電圧」という）が予め定められた閾値以上、かつ、距離検出電圧センサ１４４Ｂが測定する電圧（以後、「距離検出電圧」という）予め定められた閾値以下であるか否か判断する（ステップＳ１０３）。テスト送電電圧が閾値以上、かつ、距離検出電圧が閾値以下の場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、制御装置１８０は、距離検出リレー１４６がオープン故障であると判断する（Ｓ１０４）。一方、ステップＳ１０３において、テスト送電電圧が閾値以上、かつ、距離検出電圧が閾値以下という条件を満たさない場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、制御装置１８０は、ステップＳ１０５に処理を進める。なお、テスト送電電圧に対する予め定められた閾値と、距離検出電圧に対する予め定められた閾値とは、異なっていてもよい。
【００８６】
ステップＳ１０５において、制御装置１８０は、距離検出電圧が閾値以上であるか否か判断する。距離検出電圧が閾値以上の場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、制御装置１８０は、ステップＳ１０３に処理を戻す。一方、距離検出電圧が閾値未満の場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、制御装置１８０は、ステップＳ１０６に処理を進める。
【００８７】
ステップＳ１０６において、制御装置１８０は、接続リレー１４８および距離検出リレー１４６に対して接続状態になるように、バイパスリレー１４９に対してオフ状態（遮断状態）になるようにそれぞれ指令を送る。
【００８８】
次に、制御装置１８０は、距離検出電圧が閾値以上であるか否か判断する（ステップＳ１０７）。距離検出電圧が閾値未満の場合（ステップＳ１０７でＮＯ）、制御装置１８０は、接続リレー１４８がオープン故障であると判断する（Ｓ１０８）。一方、距離検出電圧が閾値以上の場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、制御装置１８０は、ステップＳ１０９に処理を進める。
【００８９】
ステップＳ１０９において、制御装置１８０は、接続リレー１４８およびバイパスリレー１４９に対して遮断状態になるように、距離検出リレー１４６に対して接続状態になるようにそれぞれ指令を送る。
【００９０】
次に、制御装置１８０は、距離検出電圧が閾値以上であるか否か判断する（ステップＳ１１０）。距離検出電圧が閾値より大きい場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、制御装置１８０は、接続リレー１４８がショート故障またはバイパスリレー１４９がショート故障であると判断する（ステップＳ１１１）。一方、距離検出電圧が閾値以下の場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、制御装置１８０は、ステップＳ１１２に処理を進める。
【００９１】
ステップＳ１１２において、制御装置１８０は、接続リレー１４８に対して遮断状態になるように、バイパスリレー１４９および距離検出リレー１４６に対して接続状態になるようにそれぞれ指令を送る。
【００９２】
次に、制御装置１８０は、距離検出電圧が閾値以上であるか否か判断する（ステップＳ１１３）。距離検出電圧が閾値未満の場合（ステップＳ１１３でＮＯ）、制御装置１８０は、バイパスリレー１４９がオープン故障であると判断する（ステップＳ１１４）。一方、距離検出電圧が閾値以下の場合（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、制御装置１８０は、ステップＳ１１５に処理を進める。
【００９３】
ステップＳ１１５において、制御装置１８０は、接続リレー１４８および距離検出リレー１４６に対して遮断状態になるように、バイパスリレー１４９に対して接続状態になるようにそれぞれ指令を送る。
【００９４】
次に、制御装置１８０は、距離検出電圧が閾値以下であるか否か判断する（ステップＳ１１６）。距離検出電圧が閾値より大きい場合（ステップＳ１１６でＮＯ）、制御装置１８０は、距離検出リレーがショート故障であると判断する（ステップＳ１１７）。一方、距離検出電圧が閾値以下の場合（ステップＳ１１６でＹＥＳ）、制御装置１８０は、ステップＳ１１８に処理を進める。
【００９５】
ステップＳ１１８において、制御装置１８０は、接続リレー１４８、バイパスリレー１４９および距離検出リレー１４６のいずれも故障していないと判断し、蓄電装置１５０の充電が開始される。これにより、図８に示すフローチャートは終了する（ステップＳ１１９）。
【００９６】
以上のように、非接触受電装置１０１において、制御装置１８０は、接続リレー１４８およびバイパスリレー１４９が故障していない（正常である）ことを確認したうえで、距離検出リレー１４６の故障を判断する。そのため、接続リレー１４８およびバイパスリレー１４９の故障と、距離検出リレー１４６の故障とを混同することなく、距離検出リレー１４６の故障を判断することが可能になる。
【００９７】
最後に、本発明の実施の形態について総括する。
図２および図７を参照して、本発明の実施の形態による非接触受電装置（１０１）は、蓄電装置（１５０）を充電するための非接触受電装置（１０１）であって、非接触受電装置（１０１）の外部の一次コイル（２２１）から非接触で電力を受電する二次コイル（１１１または１１３）と、二次コイル（１１１または１１３）が受電した電力を整流する整流器（１４０）と、整流器（１４０）が整流した電力を入力端子で受けて、出力端子から蓄電装置（１５０）へ電圧および電流を出力するコンバータ（１４２）と、一次コイル（２２１）と二次コイル（１１１または１１３）との距離を検出するために用いられ、コンバータ（１４２）の出力する電圧および電流を受ける距離検出抵抗（１４４Ａ）と、整流器（１４０）とコンバータ（１４２）の入力端子とを接続するための接続リレー（１４８）と、整流器（１４０）が整流した電力をコンバータ（１４２）を介さずにコンバータ（１４２）の出力端子に送るためのバイパスリレー（１４９）と、コンバータ（１４２）の出力端子と距離検出抵抗（１４４Ａ）とを接続する距離検出リレー（１４６）と、コンバータ（１４２）の出力端子と蓄電装置（１５０）とを接続する充電リレー（ＳＭＲ２）と、充電リレー（ＳＭＲ２）のコンバータ（１４２）側の電圧を検出する第１電圧センサ（１９０）と、距離検出抵抗（１４４Ａ）に印加される電圧を検出する第２電圧センサ（１４４Ｂ）と、充電リレー（ＳＭＲ２）が非導通状態であって二次コイル（１１１または１１３）が一次コイル（２２１）から電力を受電しているときに、接続リレー（１４８）およびバイパスリレー（１４９）がともに正常であると判断したうえで距離検出リレー（１４６）への切り替え指示と第２電圧センサ（１４４Ｂ）の検出する電圧とに基づいて距離検出リレー（１４６）の故障を判断する判断部（制御装置１８０）とを備える。
【００９８】
本発明によると、非接触電力伝送システムにおいて、接続リレー、バイパスリレー、および距離検出リレーなどの複数のリレーが含まれる非接触受電装置において、距離検出リレーの故障をチェックすることが可能になる。
【００９９】
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】
【０１００】
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  第１コイル、９３  第２コイル、９４，９９，１１１，２２１  共振コイル、９５，９８，１１２，２２２  キャパシタ、９６  第３コイル、９７  第４コイル、１００  車両、１０１  非接触受電装置、１１３，２２３  二次コイル、１１４  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、１４４  電圧検出部、１４４Ａ  距離検出抵抗、１４４Ｂ  距離検出電圧センサ、１４６  距離検出リレー、１４８  接続リレー、１４９  バイパスリレー、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  充電電圧センサ、１９３  電流センサ、２００  送電装置、２１０  電源装置、Ｃ１，Ｃ２  キャパシタンス、Ｌｒ，Ｌｔ  インダクタンス、ＰＬ０  電力線、ＰＬ２  正極線、ＲＹ１  切替リレー、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２  システムメインリレー、ＶＲ  充電電圧、ＶＲ０  受電電圧。
【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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