(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置であって、
前記送電装置は、
送電部と、
前記送電部に交流電力を供給する電源部とを含み、
前記非接触受電装置は、
前記送電部から非接触で電力を受電する受電部と、
受電時に前記非接触受電装置のインピーダンスを調整して、前記送電装置および前記非接触受電装置の間のインピーダンスをマッチングする整合器を通して、前記受電部で受電された電力を使用する電気負荷装置と、
を備え、
前記受電部は、前記受電部と前記送電部との位置がずれた状態に配置された場合に、送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記ピーク周波数と非接触電力伝送に使用する前記電源部の電源周波数とが一致するように構成されると共に、
前記受電部は、前記受電部と前記送電部とが位置合わせされた状態では、前記送電周波数を変更したときに、前記送電周波数が前記電源周波数よりも小さい第１周波数のときに伝送効率が第１極大値となり、前記送電周波数が前記電源周波数となると伝送効率が極小値となり、前記送電周波数が前記電源周波数よりも大きい第３周波数となると伝送効率が第２極大値となるように構成され、
前記受電部は、前記受電部と前記送電部との位置ずれが許容範囲の最大値となった場合に、前記送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記送電周波数が前記電源周波数となると前記伝送効率が第３極大値となるように構成され、
前記第３極大値は、前記第１極大値および前記第２極大値よりも小さく、前記第３極大値は、前記極小値よりも大きい、非接触受電装置。
【請求項２】
前記位置がずれた状態は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態である、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項３】
前記受電部は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記電源周波数での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピークを、前記電源周波数よりも高い第１周波数および前記電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される、請求項２に記載の非接触受電装置。
【請求項４】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項３に記載の非接触受電装置。
【請求項５】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項３に記載の非接触受電装置。
【請求項６】
前記受電部は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記電源周波数での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピークを、前記電源周波数よりも高い第１周波数および前記電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項７】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項８】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項９】
前記受電部は、前記送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項１０】
前記受電部と前記送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項１１】
前記送電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、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、前記受電部に電力を送電する、請求項１に記載の非接触受電装置。
【請求項１２】
受電装置に対して非接触で電力を送電するための非接触送電装置であって、
前記受電装置は、
受電部と、
前記受電部から電力を受ける電気負荷装置とを含み、
前記非接触送電装置は、
前記受電部に非接触で電力を送電する送電部と、
送電時に前記非接触送電装置のインピーダンスを調整して、前記非接触送電装置および前記受電装置の間のインピーダンスをマッチングする整合器をとおして、前記送電部に交流電力を供給する電源部と
を備え、
前記送電部は、前記受電部と前記送電部との位置がずれた状態に配置された場合に、送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記ピーク周波数と非接触電力伝送に使用する前記電源部の電源周波数とが一致するように
構成されると共に、
前記送電部は、前記送電部と前記受電部とが位置合わせされた状態では、前記送電周波数を変更したときに、前記送電周波数が前記電源周波数よりも小さい第１周波数のときに伝送効率が第１極大値となり、前記送電周波数が前記電源周波数となると伝送効率が極小値となり、前記送電周波数が前記電源周波数よりも大きい第３周波数となると伝送効率が第２極大値となるように構成され、
前記送電部は、前記送電部と前記受電部との位置ずれが許容範囲の最大値となった場合に、前記送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記送電周波数が前記電源周波数となると前記伝送効率が第３極大値となるように、前記送電部は構成され、
前記第３極大値は、前記第１極大値および前記第２極大値よりも小さく、第３極大値は、前記極小値よりも大きい、非接触送電装置。 
【請求項１３】
前記位置がずれた状態は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位
置がずれた状態である、請求項１２に記載の非接触送電装置。
【請求項１４】
前記送電部は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記電源周波数での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピークを、前記電源周波数よりも高い第１周波数および前記電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される、請求項１３に記載の非接触送電装置。
【請求項１５】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項１４に記載の非接触送電装置。
【請求項１６】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項１４に記載の非接触送電装置。
【請求項１７】
前記送電部は、前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記電源周波数での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピークを、前記電源周波数よりも高い第１周波数および前記電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される、請求項１２に記載の非接触送電装置。
【請求項１８】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項１２に記載の非接触送電装置。
【請求項１９】
前記受電部の中心軸と前記送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、前記整合器で前記非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える、請求項１２に記載の非接触送電装置。
【請求項２０】
前記送電部は、前記受電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される、請求項１２に記載の非接触送電装置。
【請求項２１】
前記受電部と前記送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項１２に記載の非接触送電装置。
【請求項２２】
前記送電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、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、前記受電部に電力を送電する、請求項１２に記載の非接触送電装置。
【請求項２３】
非接触送受電システムであって、
非接触送電装置と、
前記非接触送電装置から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置とを備え、
前記非接触送電装置は、
送電部と、
前記送電部に交流電力を供給する電源部とを含み、
前記非接触受電装置は、
前記送電部の固有周波数と同じ固有周波数の受電部と、
受電時に前記非接触受電装置のインピーダンスを調整して、前記非接触送電装置および前記非接触受電装置の間のインピーダンスをマッチングする整合器を通して、前記受電部で受電された電力を使用する電気負荷装置と、
を含み、
前記受電部は、前記受電部と前記送電部との位置がずれた状態に配置された場合に、送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記ピーク周波数と非接触電力伝送に使用する前記電源部の電源周波数とが一致するように構成されると共に
前記受電部は、前記受電部と前記送電部とが位置合わせされた状態では、前記送電周波数を変更したときに、前記送電周波数が前記電源周波数よりも小さい第１周波数のときに伝送効率が第１極大値となり、前記送電周波数が前記電源周波数となると伝送効率が極小値となり、前記送電周波数が前記電源周波数よりも大きい第３周波数となると伝送効率が第２極大値となるように、前記受電部は構成され、
前記受電部と前記送電部との位置ずれが許容範囲の最大値となった場合に、前記送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記送電周波数が前記電源周波数となると前記伝送効率が第３極大値となるように、前記受電部は構成され、
前記第３極大値は、前記第１極大値および前記第２極大値よりも小さく、前記第３極大値は、前記極小値よりも大きい、非接触送受電システム。
【請求項２４】
前記受電部は、前記送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される、請求項２３に記載の非接触送受電システム。
【請求項２５】
前記受電部と前記送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項２３に記載の非接触送受電システム。
【請求項２６】
前記送電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、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、前記受電部に電力を送電する、請求項２３に記載の非接触送受電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非接触で電気エネルギーを伝送可能にする技術として、磁界共鳴方式を用いたエネルギー伝送が注目されている。磁気共鳴方式では、電磁誘導方式よりも送電部と受電部との距離が大きい場合でも送電可能であることが知られている。【０００３】
しかし、磁気共鳴方式では、最適距離があり距離が近すぎると伝送効率が低くなる。特開２０１１−５０１４０号公報（特許文献１）は、共鳴方式を用い、非接触で電力の送受を行なう場合に、電力の送り側と受け側との間の距離が接近し密結合状態となった場合であっても、伝送効率を高く維持できる技術が開示されている。【０００４】
この文献に開示された非接触送電装置では、交流電源からの交流電力を共鳴素子に供給し、これによって共鳴素子に磁界を発生させて、共鳴により相手方となる受電装置に対して交流電力を供給する構成において、交流電源と共鳴素子との間に自動整合器が設けられる。自動整合器は、交流電力の供給先の受電装置との間における結合係数に応じて、共鳴素子のインピーダンスを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−５０１４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４１９７６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９３５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特開２０１１−５０１４０号公報に開示された設計手法によると、送電装置と受電装置との位置関係がちょうどよい状態になった時に最大効率で送電することが可能なように共鳴コイルが設計される。そして、位置関係がずれたとき、たとえば距離が近づきすぎて密結合状態となったときには、自動整合器によってインピーダンスを調整して伝送効率を改善している。【０００７】
このような設計手法は、携帯型機器などのような重量が小さく位置合わせが容易である非接触受電装置には好適であるが、送受電部の位置合わせが容易でない車両などに適用する場合には多少の位置ズレは許容する必要があるので最大効率で送電できる機会は少ない。【０００８】
むしろ、位置ズレをある程度許容しつつ位置ズレしても効率が低下しないようにシステムを構築する必要がある。【０００９】
この発明の目的は、送電装置と受電装置の位置ズレが発生しても効率が低下しにくい非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電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】
【００１０】
この発明は、要約すると、送電装置から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置である。送電装置は、送電部と、送電部に交流電力を供給する電源部とを含む。非接触受電装置は、送電部から非接触で電力を受電する受電部と、受電部で受電された電力を使用する電気負荷装置とを備える。受電部は、受電部と送電部との位置がずれた状態に配置された場合に、送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、ピーク周波数と非接触電力伝送に使用する電源部の電源周波数とが一致するように構成される。
【００１１】
好ましくは、位置がずれた状態は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態である。
【００１２】
より好ましくは、受電部は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、電源周波数での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピークを、電源周波数よりも高い第１周波数および電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される。【００１３】
さらに好ましくは、非接触受電装置は、受電部と電気負荷装置との間に設けられ、非接触受電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、整合器で非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００１４】
さらに好ましくは、非接触受電装置は、受電部と電気負荷装置との間に設けられ、非接触受電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、整合器で非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００１５】
好ましくは、受電部は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、電源周波数での伝送効率よりも、伝送効率が高くなるピークを電源周波数よりも高い第１周波数および電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される。【００１６】
好ましくは、非接触受電装置は、受電部と電気負荷装置との間に設けられ、非接触受電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、整合器で非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００１７】
好ましくは、非接触受電装置は、受電部と電気負荷装置との間に設けられ、非接触受電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、整合器で非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００１８】
好ましくは、受電部は、送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。【００１９】
より好ましくは、受電部と送電部との結合係数は、０．１以下である。
より好ましくは、送電部は、受電部と送電部との間に形成され、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、受電部に電力を送電する。【００２０】
この発明は、他の局面では、受電装置に対して非接触で電力を送電するための非接触送電装置である。受電装置は、受電部と、受電部から電力を受ける電気負荷装置とを含む。非接触送電装置は、受電部に非接触で電力を送電する送電部と、送電部に交流電力を供給する電源部とを備える。送電部は、受電部と送電部との位置がずれた状態に配置された場合に、送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記ピーク周波数と非接触電力伝送に使用する電源部の電源周波数とが一致するように構成される。
【００２１】
好ましくは、位置がずれた状態は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態である。
【００２２】
より好ましくは、送電部は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、電源周波数での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピークを、電源周波数よりも高い第１周波数および電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される。【００２３】
さらに好ましくは、非接触送電装置は、送電部と電源部との間に設けられ、非接触送電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、整合器で非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００２４】
さらに好ましくは、非接触送電装置は、送電部と電源部との間に設けられ、非接触送電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、整合器で非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００２５】
好ましくは、送電部は、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、電源周波数での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピークを、電源周波数よりも高い第１周波数および電源周波数よりも低い第２周波数の少なくとも２箇所に有するように構成される。【００２６】
好ましくは、非接触送電装置は、送電部と電源部との間に設けられ、非接触送電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置が一致する状態に配置された場合に、整合器で非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００２７】
好ましくは、非接触送電装置は、送電部と電源部との間に設けられ、非接触送電装置のインピーダンスを調整するための整合器と、受電部の中心軸と送電部の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、整合器で非接触送電装置のインピーダンスを調整する制御装置とをさらに備える。【００２８】
好ましくは、送電部は、受電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。【００２９】
より好ましくは、受電部と送電部との結合係数は、０．１以下である。
より好ましくは、送電部は、受電部と送電部との間に形成され、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、受電部に電力を送電する。【００３０】
この発明はさらに他の局面では、非接触送受電システムであって、非接触送電装置と、非接触送電装置から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置とを備える。非接触送電装置は、送電部と、送電部に交流電力を供給する電源部とを含む。非接触受電装置は、送電部の固有周波数と同じ固有周波数の受電部と、受電部で受電された電力を使用する電気負荷装置とを含む。受電部は、受電部と送電部との位置がずれた状態に配置された場合に、送電周波数を変更したときの伝送効率がピークを示すピーク周波数は１つであり、かつ、前記ピーク周波数と非接触電力伝送に使用する前記電源部の電源周波数とが一致するように構成される。
【００３１】
好ましくは、受電部は、送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。【００３２】
より好ましくは、受電部と送電部との結合係数は、０．１以下である。
より好ましくは、送電部は、受電部と送電部との間に形成され、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、受電部に電力を送電する。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、送電装置と受電装置にある程度位置ズレが発生しても極端な効率低下をおこさないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態による車両用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】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５】送電装置と受電装置との間の固有周波数のズレと効率の関係を示す図である。
【図６】図１に示した電力送受電システム１０の詳細構成図である。
【図７】受電部１１０と送電部２２０の間の位置ズレについて説明するための図である。
【図８】実施の形態に対する比較例の送電部または受電部の特性（未整合時）を説明するための図である。
【図９】実施の形態に対する比較例の送電部または受電部の特性（整合時）を説明するための図である。
【図１０】受電部または送電部のコイルの位置関係と特性について説明するための図である。
【図１１】本実施の形態の送電部または受電部の特性（未整合時）を説明するための図である。
【図１２】本実施の形態の送電部または受電部の特性（整合時）を説明するための図である。
【図１３】位置ズレについて説明するための共鳴コイルの第１配置例を示す図である。
【図１４】位置ズレについて説明するための共鳴コイルの第２配置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
図１は、この発明の実施の形態による電力送受電システムの全体構成図である。
図１を参照して、電力送受電システム１０は、車両１００と、送電装置２００とを含む。車両１００は、受電部１１０と、通信部１６０とを含む。
【００３７】
受電部１１０は、車体底面に設置され、送電装置２００の送電部２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電部１１０は、後に説明する自己共振コイル（共鳴コイルともいう）を含み、送電部２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電部２２０から非接触で受電する。通信部１６０は、車両１００と送電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。
【００３８】
送電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電部２２０と、通信部２３０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえばコネクタ２１２を介して供給される商用交流電力を高周波の電力に変換して送電部２２０へ出力する。
【００３９】
送電部２２０は、たとえば駐車場の床面に設置され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電部１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電部２２０は、自己共振コイルを含み、この自己共振コイルが受電部１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電部１１０へ非接触で送電する。通信部２３０は、送電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。
【００４０】
ここで、送電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００を送電装置２００へ誘導して車両１００の受電部１１０と送電装置２００の送電部２２０との位置合わせを行なう必要がある。すなわち、車両１００は、位置合わせが簡単ではない。携帯型機器では、ユーザが手で持ち上げて充電器等の給電ユニットの適切な位置に置くことが簡単に行える。しかし、車両は、ユーザが車両を操作し適切な位置に車両を停車させる必要があり、手で持ち上げて位置を調整するというわけにはいかない。
【００４１】
このため、送電装置２００から車両１００への給電は、位置ズレに対して許容度が大きい方式を採用することが望ましい。電磁誘導方式は、送信距離は短距離であり位置ズレに対しても許容度が小さいと言われている。電磁誘導方式を車両への給電に採用しようとすると、駐車時に運転者の精度の高い運転技術が要求されたり、高精度な車両誘導装置を車両に搭載することが必要となったり、ラフな駐車位置でも対応可能なようにコイル位置を移動させる可動部が必要となったりする可能性がある。
【００４２】
電磁界による共鳴方式は、送信距離が数ｍであっても比較的大電力を送信することが可能であり、位置ズレに対する許容度も電磁誘導方式よりも一般的に大きいと言われている。このため、この実施の形態による電力送受電システム１０では、共鳴法を用いて送電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。
【００４３】
なお、本実施の形態に係る電力送受電システムにおいては、送電部の固有周波数と、受電部の固有周波数とは、同じ固有周波数とされている。
【００４４】
「送電部の固有周波数」とは、送電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、「送電部の共振周波数」とは、送電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路で、制動力または電気抵抗をゼロとしたときの固有周波数を意味する。
【００４５】
同様に、「受電部の固有周波数」とは、受電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。また、「受電部の共振周波数」とは、受電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路で、制動力または電気抵抗をゼロとしたときの固有周波数を意味する。
【００４６】
本明細書において、「同じ固有周波数」とは、完全に同じ場合だけでなく、固有周波数が実質的に同じ場合も含む。「固有周波数が実質的に同じ」とは、送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差が送電部の固有周波数または受電部の固有周波数の１０％以内の場合を意味する。
【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】
また、本実施の形態に係る電力送受電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鳴（共振）させることで送電部から受電部に電力を送電しており、送電部と受電部との間の結合係数（κ）は、０．１以下である。なお、一般的に電磁誘導を利用した電力伝送では、送電部と受電部と間の結合係数（κ）は１．０に近いものとなっている。
【００５０】
なお、図１との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図１の受電部１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図１の送電部２２０に対応する。
【００５１】
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つの成分を含む。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。
【００５２】
この中でも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があるが、共鳴法では、この近接場（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、近接場を利用して、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。この近接場は遠方にエネルギー（電力）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」によりエネルギー（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。
【００５３】
図４および図５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４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５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。
【００５４】
図４を参照して、電力伝送システム８９は、送電部９０と、受電部９１とを含む。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に接続されたキャパシタ９５とを含む。受電部９１は、第３コイル９６と、第４コイル９７とを含む。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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
図５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。
【００５８】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図５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％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。
【００５９】
図６は、図１に示した電力送受電システム１０の詳細構成図である。図６を参照して、車両１００は、受電部１１０および通信部１６０に加えて、整合器１２０と、整流器１８０と、充電リレー（ＣＨＲ）１７０と、蓄電装置１９０と、システムメインリレー（ＳＭＲ）１１５と、パワーコントロールユニットＰＣＵ（Power  Control  Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、制御装置である車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）３００と、電流センサ１７１と、電圧センサ１７２とを含む。受電部１１０は、二次自己共振コイル１１１と、コンデンサ１１２と、二次コイル１１３とを含む。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、車両１００として電気自動車を例として説明するが、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行が可能な車両であれば車両１００の構成はこれに限られない。車両１００の他の例としては、エンジンを搭載したハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車などが含まれる。
【００６１】
二次自己共振コイル１１１は、送電装置２００に含まれる一次自己共振コイル２２１から、電磁場を用いて電磁共鳴により受電する。
【００６２】
この二次自己共振コイル１１１については、送電装置２００の一次自己共振コイル２２１との距離や、一次自己共振コイル２２１および二次自己共振コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２２１と二次自己共振コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値が大きくなり（たとえば、Ｑ＞１００）、その結合度を示す結合係数（κ）等が小さく（たとえば０．１以下）となるようにその巻数やコイル間距離が適宜設定される。
【００６３】
コンデンサ１１２は、二次自己共振コイル１１１の両端に接続され、二次自己共振コイル１１１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ１１２の容量は、二次自己共振コイル１１１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、二次自己共振コイル１１１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ１１２が省略される場合がある。
【００６４】
二次コイル１１３は、二次自己共振コイル１１１と同軸上に設けられ、電磁誘導により二次自己共振コイル１１１と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１３は、二次自己共振コイル１１１により受電された電力を電磁誘導により取出して整合器１２０を経由して整流器１８０へ出力する。
【００６５】
整合器１２０は、コイル１２１と、可変コンデンサ１２２，１２３とを含む。なお、整合器１２０は、可変コンデンサ１２２，１２３を調整することによって受電装置のインピーダンスを調整することができる。可変コンデンサ１２２，１２３を所定の状態とすると、整合器１２０が無い状態、すなわち整合器１２０を挿入しない場合のインピーダンスにも受電装置のインピーダンスを設定することが可能である。
【００６６】
整流器１８０は、二次コイル１１３から受ける交流電力を整流し、その整流された直流電力を、ＣＨＲ１７０を介して蓄電装置１９０に出力する。整流器１８０としては、たとえば、ダイオードブリッジおよび平滑用のコンデンサ（いずれも図示せず）を含む構成とすることができる。整流器１８０として、スイッチング制御を用いて整流を行なう、いわゆるスイッチングレギュレータを用いることも可能であるが、整流器１８０が受電部１１０に含まれる場合もあり、発生する電磁場に伴うスイッチング素子の誤動作等を防止するために、ダイオードブリッジのような静止型の整流器とすることがより好ましい。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、整流器１８０により整流された直流電力が蓄電装置１９０へ直接出力される構成としているが、整流後の直流電圧が、蓄電装置１９０が許容できる充電電圧と異なる場合には、整流器１８０と蓄電装置１９０との間に、電圧変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）が設けられてもよい。
【００６８】
電圧センサ１７２は、整流器１８０と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線対間に設けられる。電圧センサ１７２は、整流器１８０の二次側の直流電圧、すなわち送電装置２００から受電した受電電圧を検出し、その検出値ＶＣを車両ＥＣＵ３００に出力する。
【００６９】
電流センサ１７１は、整流器１８０と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線に設けられる。電流センサ１７１は、蓄電装置１９０への充電電流を検出し、その検出値ＩＣを車両ＥＣＵ３００へ出力する。
【００７０】
ＣＨＲ１７０は、整流器１８０と蓄電装置１９０とに電気的に接続される。ＣＨＲ１７０は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２により制御され、整流器１８０から蓄電装置１９０への電力の供給と遮断とを切換える。
【００７１】
蓄電装置１９０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１９０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。
【００７２】
蓄電装置１９０は、ＣＨＲ１７０を介して整流器１８０と接続される。蓄電装置１９０は、受電部１１０で受電され整流器１８０で整流された電力を蓄電する。また、蓄電装置１９０は、ＳＭＲ１１５を介してＰＣＵ１２０とも接続される。蓄電装置１９０は、車両駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０へ供給する。さらに、蓄電装置１９０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１９０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。
【００７３】
蓄電装置１９０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１９０の電圧ＶＢおよび入出力される電流ＩＢを検出するための電圧センサおよび電流センサが設けられる。これらの検出値は、車両ＥＣＵ３００へ出力される。車両ＥＣＵ３００は、この電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて、蓄電装置１９０の充電状態（「ＳＯＣ（State  Of  Charge）」とも称される。）を演算する。
【００７４】
ＳＭＲ１１５は、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線に介挿される。そして、ＳＭＲ１１５は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。
【００７５】
ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータやインバータを含む。コンバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１９０からの電圧を変換する。インバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。
【００７６】
モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。
【００７７】
モータジェネレータ１３０の出力トルクは、動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１９０の充電電力に変換される。
【００７８】
また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１９０を充電することも可能である。
【００７９】
通信部１６０は、上述のように、車両１００と送電装置２００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部１６０は、車両ＥＣＵ３００からの、蓄電装置１９０についてのＳＯＣを含むバッテリ情報ＩＮＦＯを送電装置２００へ出力する。また、通信部１６０は、送電装置２００からの送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを送電装置２００へ出力する。
【００８０】
車両ＥＣＵ３００は、いずれも図６には図示しないがＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００８１】
車両ＥＣＵ３００は、ユーザの操作などによる充電開始信号ＴＲＧを受けると、所定の条件が成立したことに基づいて、送電の開始を指示する信号ＳＴＲＴを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。また、車両ＥＣＵ３００は、蓄電装置１９０が満充電になったこと、またはユーザによる操作などに基づいて、送電の停止を指示する信号ＳＴＰを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。
【００８２】
送電装置２００は、電源装置２１０と、送電部２２０とを含む。電源装置２１０は、通信部２３０に加えて、制御装置である送電ＥＣＵ２４０と、電源部２５０と、整合器２６０とをさらに含む。また、送電部２２０は、一次自己共振コイル２２１と、コンデンサ２２２と、一次コイル２２３とを含む。
【００８３】
電源部２５０は、送電ＥＣＵ２４０からの制御信号ＭＯＤによって制御され、商用電源などの交流電源から受ける電力を高周波の電力に変換する。そして、電源部２５０は、その変換した高周波電力を、整合器２６０を介して一次コイル２２３へ供給する。
【００８４】
整合器２６０は、送電装置２００と車両１００との間のインピーダンスをマッチングさせるための回路である。整合器２６０は、インダクタ２６１と可変コンデンサ２６２，２６３とを含んで構成される。整合器２６０は、車両１００から送信されるバッテリ情報ＩＮＦＯの基づいて送電ＥＣＵ２４０から与えられる制御信号ＡＤＪにより制御され、送電装置２００のインピーダンスが車両１００側のインピーダンスに合致するように可変コンデンサおよび可変インダクタが調整される。また、整合器２６０は、インピーダンス調整が完了したことを示す信号ＣＯＭＰを送電ＥＣＵ２４０へ出力する。
【００８５】
なお、図６には、送電側に整合器２６０を設け、受電側に整合器１２０を設けているが、整合器を送電側または受電側のいずれか一方のみに設ける構成としても良い。
【００８６】
一次自己共振コイル２２１は、車両１００の受電部１１０に含まれる二次自己共振コイル１１１へ、電磁共鳴により電力を転送する。
【００８７】
一次自己共振コイル２２１については、車両１００の二次自己共振コイル１１１との距離や、一次自己共振コイル２２１および二次自己共振コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２２１と二次自己共振コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値が大きくなり（たとえば、Ｑ＞１００）、その結合度を示すκ等が小さく（たとえば０．１以下）となるようにその巻数やコイル間距離が適宜設定される。
【００８８】
コンデンサ２２２は、一次自己共振コイル２２１の両端に接続され、一次自己共振コイル２２１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ２２２の容量は、一次自己共振コイル２２１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、一次自己共振コイル２２１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ２２２が省略される場合がある。
【００８９】
一次コイル２２３は、一次自己共振コイル２２１と同軸上に設けられ、電磁誘導により一次自己共振コイル２２１と磁気的に結合可能である。一次コイル２２３は、整合器２６０を介して供給された高周波電力を、電磁誘導によって一次自己共振コイル２２１に伝達する。
【００９０】
通信部２３０は、上述のように、送電装置２００と車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部２３０は、車両１００側の通信部１６０から送信されるバッテリ情報ＩＮＦＯ、ならびに、送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ２４０へ出力する。また、通信部２３０は、整合器２６０からのインピーダンス調整が完了したことを示す信号ＣＯＭＰを送電ＥＣＵ２４０から受け、それを車両１００側へ出力する。
【００９１】
送電ＥＣＵ２４０は、いずれも図６には図示しないがＣＰＵ、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、電源装置２１０における各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００９２】
なお、送電装置２００から車両１００への電力伝送については、図４，５で説明した送電部９０および受電部９１についての関係が成立する。図６の電力伝送システムにおいては、送電部２２０の固有周波数と、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。
【００９３】
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）の共振周波数とも称される。
【００９４】
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、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０．１以下であり、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。
【００９５】
図７は、受電部１１０と送電部２２０の間の位置ズレについて説明するための図である。
【００９６】
図７を参照して、受電部１１０と送電部２２０の間の水平位置ズレ距離Ｄ１は、受電部１１０の水平中心と送電部２２０の水平中心の水平距離である。しかし、水平位置ズレ距離Ｄ１がゼロであることを前提に送電部や受電部を設計をすると、水平位置ズレが生じた場合に効率の低下が大きくなる。実際には水平位置ズレ距離Ｄ１がゼロとなるように駐車されるよりも、水平位置ズレ距離Ｄ１がゼロでない状態に駐車がされるほうが可能性が高い。
【００９７】
また、受電部１１０と送電部２２０の間の垂直距離Ｈ１も、乗員の有無、荷物積載量、タイヤ空気圧などによって変動する。したがって、垂直距離Ｈ１が固定であるとしてその固定距離ぴったりに合わせて送電部や受電部を設計をすると、垂直位置ズレが生じた場合に効率の低下が大きくなる。
【００９８】
そこで、本実施の形態では、位置ズレがあることを前提として送電部や受電部の設計を行なう。
【００９９】
図８は、実施の形態に対する比較例の送電部または受電部の特性（未整合時）を説明するための図である。
【０１００】
図９は、実施の形態に対する比較例の送電部または受電部の特性（整合時）を説明するための図である。
【０１０１】
図８、図９を参照して、比較例の共鳴型非接触送受電システムでの共鳴コイルは、送電部と受電部との間の伝送効率を最大化するため、位置ズレなしの正対状態のとき伝送効率ピークが電源周波数ｆ０と一致するように設計され、ピーク周波数は一つである。
【０１０２】
図８において位置ズレ０ｍｍ（位置ズレなし）の状態の特性曲線Ｗ１に比べて位置ズレ１５０ｍｍの状態の特性曲線Ｗ２では電源周波数ｆ０での伝送効率がＥ２からＥ１に低下してしまう。
【０１０３】
そこで、図９に示すように整合器によってインピーダンスのマッチングを行なうと、位置ズレ１５０ｍｍの特性曲線Ｗ２が特性曲線Ｗ４のように変化し、電源周波数ｆ０での伝送効率はＥ１からＥ３に改善される。しかし、改善した場合でも位置ズレなしの状態の伝送効率Ｅ２に一致するまでは改善されず、位置ズレをプラスマイナス１５０ｍｍまで許容する場合の伝送効率保証値は最大で伝送効率Ｅ３となる。
【０１０４】
図１０は、受電部または送電部のコイルの位置関係と特性について説明するための図である。なお、図７との対応の容易のため、水平位置ズレ距離Ｄ１、垂直距離Ｈ１を図１０にも示している。
【０１０５】
図１０を参照して、送電部は、共鳴コイル（一次自己共振コイル２２１）と誘導コイル（一次コイル２２３）とを含んで構成される。受電部は、共鳴コイル（二次自己共振コイル１１１）と誘導コイル（二次コイル１１３）とを含んで構成される。
【０１０６】
共鳴コイル（一次自己共振コイル２２１）と誘導コイル（一次コイル２２３）との距離Ｘ１、または共鳴コイル（二次自己共振コイル１１１）と誘導コイル（二次コイル１１３）との距離Ｘ２を大きくするように送電部または受電部を設計すると、送電部と受電部とは密結合となり伝送効率は２ピークを示すようになる。また距離Ｄが離れる場合には、送電部と受電部との結合は疎結合にシフトしてしまうので、共鳴コイル（一次自己共振コイル２２１）と誘導コイル（一次コイル２２３）との距離Ｘ１、または共鳴コイル（二次自己共振コイル１１１）と誘導コイル（二次コイル１１３）との距離Ｘ２を離して調整する。
【０１０７】
このようにして、距離Ｄをいくらとしたときに、送電部と受電部とがちょうどよい結合度となるように送電部、受電部を設計しておくかは、製造メーカにとって重要である。
【０１０８】
図１１は、本実施の形態の送電部または受電部の特性（未整合時）を説明するための図である。
【０１０９】
図１２は、本実施の形態の送電部または受電部の特性（整合時）を説明するための図である。
【０１１０】
図１１、図１２を参照して、本実施の形態の共鳴型非接触送受電システムでの共鳴コイルは、位置ズレが発生することを前提として送電部と受電部との間の伝送効率を最大化するため、位置ズレ１５０ｍｍの正対状態のとき伝送効率ピークが電源周波数ｆ０と一致するように設計され、特性曲線Ｗ６に示すようにピーク周波数は一つである。
【０１１１】
図１１において位置ズレ１５０ｍｍの状態の特性曲線Ｗ６に比べて位置ズレ０ｍｍ（位置ズレなし）の状態の特性曲線Ｗ５では電源周波数ｆ０での伝送効率は、Ｅ３からＥ４に低下している。特性曲線Ｗ５は、電源周波数ｆ０より低い周波数ｆＬと電源周波数ｆ０より高い周波数ｆＨの２つの周波数で伝送効率がＥ４よりも高いＥ５となるピークを有する。
【０１１２】
このように設計した送電部または受電部に対して、図１２に示すように整合器によってインピーダンスのマッチングを行なうと、位置ズレ０ｍｍの特性曲線Ｗ５が特性曲線Ｗ７のように変化し、電源周波数ｆ０での伝送効率はＥ４からＥ６に改善される。
【０１１３】
位置ズレ１５０ｍｍの位置において伝送効率保証値Ｅ３を達成するように図１０に示したコイル間距離Ｘ１またはＸ２を決定すれば、位置ズレが１５０ｍｍよりも小さい状態では整合器によってインピーダンスをマッチングすることにより伝送効率をＥ３よりも高くすることができる。また、図７に示した垂直距離Ｈ１については、乗員が乗っていない場合（垂直距離Ｈ１が大きくなる状態）を基準にして、最大ピークが１つでありその周波数が電源周波数に一致するようにコイル間距離Ｘ１またはＸ２を決定すればよい。
【０１１４】
なお、本実施の形態では、誘導コイルや共鳴コイルに同じものを使用した場合であっても、図１０に示すコイル間距離Ｘ１、Ｘ２を調整して送電部または受電部を作ることによって、位置ズレ１５０ｍｍの状態とした場合において、図８、図９の比較例よりも数％の伝送効率を向上させることができた。
【０１１５】
以上のように送電部、受電部の設計を行なうことにより、送電部や受電部の位置ズレの許容量を大きく（たとえば、コイル径の１／２程度まで）設定した非接触受電装置、非接触送電装置および非接触送受電システムを実現することができる。
【０１１６】
上記のように本実施の形態に係る電力送受電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鳴させることで送電部から受電部に電力を送電させている。このような電力伝送における送電部と受電部との結合を、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」または「電界（電場）共振結合」という。
【０１１７】
「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。
【０１１８】
本明細書中で説明した送電部と受電部とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部と受電部とは主に、磁界（磁場）によって結合しており、送電部と受電部とは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。
【０１１９】
なお、送電部と受電部として、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、送電部と受電部とは主に、電界（電場）によって結合している。このときには、送電部と受電部とは、「電界（電場）共振結合」している。
【０１２０】
また、本実施の形態では、電磁誘導コイルを含んだ送電部、受電部を例示したが、電磁誘導コイルを含まない共鳴型非接触送受電装置にも本発明は適用可能である。すなわち、位置ズレを前提として送電部および受電部を設計し、送電部と受電部が位置ズレした状態で効率が最も良くなるようにすることは、電磁誘導コイルを含まない共鳴型非接触送受電装置にも、また共鳴型に限らず他の方式で送受電する非接触送受電装置にも適用することができる。
【０１２１】
また、位置ズレについては、図７や図１０では主として水平方向のズレを例示して説明したが、水平方向以外のズレについても対象とすることが意図される。
【０１２２】
図１３は、位置ズレについて説明するための共鳴コイルの第１配置例を示す図である。図１３に示すように、共鳴コイル１１１と共鳴コイル２２１との配置関係が水平ズレ量Ｄ１、高さＨ１、回転角度θで規定される。コイル形状が円形の場合であれば回転角度θはあまり影響しないが、異型コイルの場合（四角形、多角形など）の場合には、回転角度θが伝送効率に与える影響も大きくなる。
【０１２３】
図１４は、位置ズレについて説明するための共鳴コイルの第２配置例を示す図である。図１４では、平板のコア材に配線を巻回した共鳴コイル１１１Ａと共鳴コイル２２１Ａが送電部、受電部として例示される。
【０１２４】
図１４に示すように、共鳴コイル１１１Ａと共鳴コイル２２１Ａとの配置関係が水平ズレ量Ｄ１、高さＨ１、回転角度θで規定される。
【０１２５】
図１３、図１４を参照して、位置ズレは、水平方向のズレＤ１以外であっても良い。本明細書においては、位置ズレは、以下のズレを含む。
（ｉ）水平方向の位置ズレ（Ｘ方向のズレと称する）、
（ｉｉ）高さ方向（Ｈ方向のズレと称する）へのズレ、
（ｉｉｉ）中心軸に対する回転角度θのズレ（回転方向のズレと称する）、
（ｉｖ）送電部／受電部に異型コイルを用いた場合には、所定の受電効率を維持できる状態に送電部と受電部とが配置された状態を最適位置とすると、最適位置と比較して、Ｘ方向、Ｈ方向、回転方向の少なくともいずれか一方に送電部と受電部の位置関係がずれることで受電効率が低下する状態、
（ｖ）上記の最適位置と比較して、送電部の磁極と受電部の磁極の位置関係が、Ｘ方向、Ｈ方向、回転方向の少なくともいずれか一方にずれた状態。
【０１２６】
特に、図１４に示すような共鳴コイルの場合には、最適状態に共鳴コイル位置を配置した状態からＸ方向、Ｈ方向、回転方向の少なくともいずれか一方に送電部と受電部の位置関係がずれたことを位置ズレと呼ぶことができる。
【０１２７】
最後に、再び図を参照して、本実施の形態について総括する。図６を参照して、本実施の形態に開示される非接触受電装置は、送電装置２００から転送される電力を、非接触で受電するための非接触受電装置である。送電装置２００は、送電部２２０と、送電部２２０に交流電力を供給する電源部２５０とを含む。非接触受電装置は、送電部から非接触で電力を受電する受電部１１０と、受電部１１０で受電された電力を使用する電気負荷装置（蓄電装置１９０，ＰＣＵ１２０）とを含む。受電部１１０は、受電部１１０の中心軸と送電部２２０の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、非接触電力伝送に使用する電源部２５０の電源周波数ｆ０での伝送効率（図１１のＥ３）を最も良くするように構成される。つまり、位置ズレした位置に配置された状態を基準として受電部１１０が設計される。
【０１２８】
なお、図１１では、受電部１１０は、受電部１１０が送電部２２０に対して目標位置に配置された場合の非接触電力伝送に使用する電源部２５０の電源周波数ｆ０での伝送効率（図１１のＥ４）よりも、受電部１１０が送電部２２０に対して目標位置よりも位置ズレした位置に配置された場合の電源周波数ｆ０での伝送効率（図１１のＥ３）が高くなるように構成される。
【０１２９】
好ましくは、目標位置は、送電部２２０との位置ズレが無いように受電部１１０が配置された位置である。受電部１１０は、送電部２２０に対する位置ズレ量が所定量（たとえば、図１１では１５０ｍｍ）である場合に、電源周波数ｆ０と、周波数を変更した場合に伝送効率がピークを示すピーク周波数とが一致するように構成される。
【０１３０】
より好ましくは、受電部１１０は、送電部２２０に対して目標位置に配置された場合に、電源周波数ｆ０での伝送効率よりも伝送効率が高くなるピーク（図１１のＥ５）を、電源周波数よりも高い第１周波数（図１１のｆＨ）および電源周波数よりも低い第２周波数（図１１のｆＬ）の少なくとも２箇所に有するように構成される。
【０１３１】
さらに好ましくは、非接触受電装置は、受電部１１０と電気負荷装置（蓄電装置１９０，ＰＣＵ１２０）との間に設けられ、非接触受電装置のインピーダンスを調整するための整合器１２０をさらに備える。受電部１１０は、送電部２２０に対して目標位置に配置された場合であって、かつ整合器が整合器無しと電気的に同じ状態に調整されている場合（図１１）に、電源周波数ｆ０での伝送効率Ｅ４よりも伝送効率が高くなるピークを、電源周波数ｆ０よりも高い第１周波数（図１１のｆＨ）および電源周波数よりも低い第２周波数（図１１のｆＬ）の少なくとも２箇所に有する。
【０１３２】
さらに好ましくは、非接触受電装置は、位置ズレ量が所定量（たとえば図１１、図１２では１５０ｍｍ）と異なる場合に整合器１２０で非接触受電装置のインピーダンスを調整する制御装置（車両ＥＣＵ３００）をさらに備える。
【０１３３】
さらに好ましくは、図１１、図１２に示したように、制御装置（車両ＥＣＵ３００）は、位置ズレ量が略ゼロであっても整合器１２０で非接触受電装置のインピーダンスを調整する。
【０１３４】
好ましくは、受電部１１０は、送電部２２０と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。
【０１３５】
より好ましくは、受電部１１０と送電部２２０との結合係数は、０．１以下である。
より好ましくは、送電部２２０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と、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電界との少なくとも一方を通じて、受電部１１０に電力を送電する。
【０１３６】
図６を参照して、本実施の形態は、他の局面では、受電装置に対して非接触で電力を送電するための非接触送電装置を開示する。受電装置（車両１００）は、受電部１１０と、受電部１１０から電力を受ける電気負荷装置（蓄電装置１９０，ＰＣＵ１２０）とを含む。非接触送電装置は、受電部１１０に非接触で電力を送電する送電部２２０と、送電部２２０に交流電力を供給する電源部２５０とを備える。送電部２２０は、受電部１１０の中心軸と送電部２２０の中心軸との水平方向の位置がずれた状態に配置された場合に、非接触電力伝送に使用する電源部２５０の電源周波数ｆ０での伝送効率Ｅ３が最も良くなるように構成される。
【０１３７】
伝送効率Ｅ３は、送電部２２０が受電部１１０に対して目標位置に配置された場合の非接触電力伝送に使用する電源部２５０の電源周波数ｆ０での伝送効率Ｅ４よりも良い。すなわち送電部２２０が受電部１１０に対して目標位置よりも位置ズレした位置（図１１では位置ズレ１５０ｍｍ）に配置された場合の電源周波数ｆ０での伝送効率Ｅ３を最も良くするように構成される。つまり、位置ズレした位置に配置された状態を基準として送電部２２０が設計される。
【０１３８】
好ましくは、目標位置は、受電部１１０との位置ズレが無いように送電部２２０が配置された位置である。送電部２２０は、受電部１１０に対する位置ズレ量が所定量（たとえば図１１では１５０ｍｍ）である場合に、電源周波数ｆ０と、周波数を変更した場合に伝送効率がピークを示すピーク周波数とが一致するように構成される。
【０１３９】
より好ましくは、送電部２２０は、受電部１１０に対して目標位置に配置された場合に、電源周波数ｆ０での伝送効率（図１１のＥ４）よりも伝送効率が高くなるピーク（図１１のＥ５）を、電源周波数よりも高い第１周波数（図１１のｆＨ）および電源周波数ｆ０よりも低い第２周波数（図１１のｆＬ）の少なくとも２箇所に有するように構成される。
【０１４０】
さらに好ましくは、非接触送電装置２００は、送電部２２０と電源部２５０との間に設けられ、非接触送電装置２００のインピーダンスを調整するための整合器２６０をさらに備える。送電部２２０は、受電部１１０に対して目標位置に配置された場合であって、かつ整合器２６０が整合器無しと電気的に同じ状態に調整されている場合に、電源周波数ｆ０での伝送効率（図１１のＥ４）よりも伝送効率が高くなるピーク（図１１のＥ５）を、電源周波数ｆ０よりも高い第１周波数（図１１のｆＨ）および電源周波数ｆ０よりも低い第２周波数（図１１のｆＬ）の少なくとも２箇所に有する。
【０１４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。
【符号の説明】
【０１４２】
１０  電力送受電システム、１００，３００  ＥＣＵ、９１，１１０  受電部、１１１，３４０  二次自己共振コイル、１１２，２２２  コンデンサ、１１３，３５０  二次コイル、１２０，２６０  整合器、１２１  コイル、１２２，１２３，２６２，２６３  可変コンデンサ、１３０  モータジェネレータ、１４０  動力伝達ギヤ、１５０  駆動輪、１６０，２３０  通信部、１７１  電流センサ、１７２  電圧センサ、１８０  整流器、１９０  蓄電装置、２００  送電装置、２１０  高周波電源装置、２１２  コネクタ、９０，２２０  送電部、２２１，３３０  一次自己共振コイル、２２３，３２０  一次コイル、２５０  電源部、２６１  インダクタ、３１０  高周波電源、３６０  負荷、ＰＣＵ  パワーコントロールユニット。
【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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