(57)【要約】  電磁界の共鳴を用いた電力伝送システムに用いられる送電装置（４１）であって、送電側電磁誘導コイル（２３）と、送電側共鳴部（２８）と、送電側電磁誘導コイル（２３）および送電側共鳴部（２８）を取囲む送電側シールド部（５１）とを含み、送電側電磁誘導コイル（２３）および送電側共鳴部（２８）は、同一平面内に配置されている。
2013001636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁界の共鳴を用いた電力伝送システムに用いられる送電装置（４１）であって、
送電側電磁誘導コイル（２３）と、
送電側共鳴部（２８）と、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴部（２８）を取囲む送電側シールド部（５１）と、を含み、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴部（２８）は、同一平面内に配置されている、送電装置。
【請求項２】
前記送電側共鳴部（２８）は、送電側共鳴コイル（２４）を有し、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴コイル（２４）は、同一平面内に配置されている、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記送電側共鳴コイル（２４）は、前記送電側電磁誘導コイル（２３）の内側に配置されている、請求項２に記載の送電装置。
【請求項４】
当該送電装置は、車両載置面（４２）に設けられ、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）、前記送電側共鳴コイル（２４）および前記送電側シールド部（５１）は、前記車両載置面（４２）から下方に埋設されている、請求項３に記載の送電装置。
【請求項５】
前記車両載置面（４２）から窪む複数の溝（２３ｍ，２４ｍ，５１ｍ）を有し、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）、前記送電側共鳴コイル（２４）、および前記送電側シールド部（５１）はそれぞれ、前記溝（２３ｍ，２４ｍ，５１ｍ）内に配置されている、請求項４に記載の送電装置。
【請求項６】
前記車両載置面（４２）は、地中内部に埋設される補強部材（５５）を有する駐車場の表面（４２）であり、
前記送電側シールド部（５１）は、前記補強部材（５５）に接続されている、請求項４に記載の送電装置。
【請求項７】
電磁界の共鳴を用いた電力伝送システムに用いられる受電装置（４０）であって、
受電側電磁誘導コイル（１２）と、
受電側共鳴部（２７）と、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴部（２７）を取囲む受電側シールド部（５１）と、を含み、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴部（２７）は、同一平面内に配置されている、受電装置。
【請求項８】
前記受電側共鳴部（２７）は、受電側共鳴コイル（１１）を有し、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴コイル（１１）は、同一平面内に配置されている、請求項７に記載の受電装置。
【請求項９】
前記受電側共鳴コイル（１１）は、前記受電側電磁誘導コイル（１２）の内側に配置されている、請求項８に記載の受電装置。
【請求項１０】
送電装置（４１）および受電装置（４０）を備える電力伝送システムであって、
前記送電装置（４１）は、
送電側電磁誘導コイル（２３）と、
送電側共鳴部（２８）と、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴部（２８）を取囲む送電側シールド部（５１）と、を含み、
前記受電装置（４０）は、
受電側電磁誘導コイル（１２）と、
前記送電側共鳴部（２８）と電磁界によって共鳴する受電側共鳴部（２７）と、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴部（２７）を取囲む受電側シールド部（５０）と、を含み、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴部（２８）は、同一平面内に配置されている、電力伝送システム。
【請求項１１】
前記送電側共鳴部（２８）は、送電側共鳴コイル（２４）を有し、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴コイル（２４）は、同一平面内に配置されている、請求項１０に記載の電力伝送システム。
【請求項１２】
前記送電側共鳴コイル（２４）は、前記送電側電磁誘導コイル（２３）の内側に配置されている、請求項１１に記載の電力伝送システム。
【請求項１３】
当該送電装置は、車両載置面（４２）に設けられ、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）、前記送電側共鳴コイル（２４）、および前記送電側シールド部（５１）は、前記車両載置面（４２）から下方に埋設されている、請求項１２に記載の電力伝送システム。
【請求項１４】
前記車両載置面（４２）から窪む複数の溝（２３ｍ，２４ｍ，５１ｍ）を有し、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）、前記送電側共鳴コイル（２４）、および前記送電側シールド部（５１）はそれぞれ、前記溝（２３ｍ，２４ｍ，５１ｍ）内に配置されている、請求項１３に記載の電力伝送システム。
【請求項１５】
前記車両載置面（４２）は、地中内部に埋設される補強部材（５５）を有する駐車場の表面（４２）であり、
前記送電側シールド部（５１）は、前記補強部材（５５）に接続されている、請求項１３に記載の電力伝送システム。
【請求項１６】
送電装置（４１）および受電装置（４０）を備える電力伝送システムであって、
前記送電装置（４１）は、
送電側電磁誘導コイル（２３）と、
送電側共鳴部（２８）と、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴部（２８）を取囲む送電側シールド部（５１）と、を含み、
前記受電装置（４０）は、
受電側電磁誘導コイル（１２）と、
前記送電側共鳴部（２８）と電磁界によって共鳴する受電側共鳴部（２７）と、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴部（２７）を取囲む受電側シールド部（５０）と、を含み、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴部（２７）は、同一平面内に配置されている、電力伝送システム。
【請求項１７】
前記受電側共鳴部（２７）は、受電側共鳴コイル（１１）を有し、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴コイル（１１）は、同一平面内に配置されている、請求項１６に記載の電力伝送システム。
【請求項１８】
前記受電側共鳴コイル（１１）は、前記受電側電磁誘導コイル（１２）の内側に配置されている、請求項１７に記載の電力伝送システム。
【請求項１９】
送電装置（４１）および受電装置（４０）を備える電力伝送システムであって、
前記送電装置（４１）は、
送電側電磁誘導コイル（２３）と、
送電側共鳴部（２８）と、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴部（２８）を取囲む送電側シールド部（５１）と、を含み、
前記受電装置（４０）は、
受電側電磁誘導コイル（１２）と、
前記送電側共鳴部（２８）と電磁界によって共鳴する受電側共鳴部（２７）と、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴部（２７）を取囲む受電側シールド部（５０）と、を含み、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴部（２８）は、同一平面内に配置され、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴部（２７）は、同一平面内に配置されている、電力伝送システム。
【請求項２０】
前記送電側共鳴部（２８）は、送電側共鳴コイル（２４）を有し、
前記送電側電磁誘導コイル（２３）および前記送電側共鳴コイル（２４）は、同一平面内に配置され、
前記受電側共鳴部（２７）は、受電側共鳴コイル（１１）を有し、
前記受電側電磁誘導コイル（１２）および前記受電側共鳴コイル（１１）は、同一平面内に配置されている、請求項１９に記載の電力伝送システム。
【請求項２１】
前記送電側共鳴コイル（２４）は、前記送電側電磁誘導コイル（２３）の内側に配置され、
前記受電側共鳴コイル（１１）は、前記受電側電磁誘導コイル（１２）の内側に配置されている、請求項２０に記載の電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置、受電装置、および電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが注目されている。【０００３】
特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が注目されている。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されており、特に、共鳴現象を利用することで非接触で電力を伝送する技術が脚光を浴びている。【０００４】
電磁共鳴を利用した非接触の電力伝送システムとしては、たとえば、特開２０１０−０７００４８号公報、特開２０１０−０７３９７６号公報、および特開２０１０−２２６９４６号公報に記載されたシステムが挙げられる。この電力伝送システムは、たとえば、送電側である車両載置面（駐車場）に設けられる送電装置と、受電側に設けられる受電装置とを備える。そして、送電装置と受電装置との間は、電磁共鳴によって電力の伝送がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０７００４８号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７３９７６号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２６９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、送電装置および受電装置に含まれるコイル等は、送電装置と受電装置とが対向する方向に沿って積層配置されている。そのため、送電装置および受電装置は、コイルの積層方向において所定の厚みを有する。【０００７】
たとえば、車両が通行する車両載置面の上に送電装置を載置した場合には、送電装置は所定の厚みを有するために車両等に踏まれる可能性が高くなる。そのため、送電装置には、耐荷重を考慮した設計が必要となる。【０００８】
また、車両載置面の上に送電装置を載置した場合には、送電装置は、車両載置面から突出する。そのため、送電装置には、歩行者等の歩行に支障が生じない構造の設計も必要となる。【０００９】
このように、車両載置面に送電装置を設ける場合には、送電装置に高度な設計技術が要求され、送電側でのコスト上昇が懸念される。受電装置を車両載置面に設けた場合も同様である。【００１０】
また、車両側に受電装置を搭載する場合にも、限られた車両スペース内に、コイルの積層方向において所定の厚みを有する受電装置を搭載するための高度な設計技術が要求され、受電側でのコスト上昇が懸念される。【００１１】
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、電力伝送システムに用いられる送電装置および受電装置を設計する場合に、送電装置および受電装置を、車両載置面に載置した場合、または車両に搭載した場合の、送電装置および受電装置の厚み方向の設計および施工を容易にすることができる構造を備える、送電装置、受電装置、および電力伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に基づいた送電装置においては、電磁界の共鳴を用いた電力伝送システムに用いられる送電装置であって、送電側電磁誘導コイルと、送電側共鳴部と、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴部を取囲む送電側シールド部とを含み、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴部は、同一平面内に配置されている。【００１３】
他の形態においては、上記送電側共鳴部は、送電側共鳴コイルを有し、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴コイルは、同一平面内に配置されている。【００１４】
他の形態においては、上記送電側共鳴コイルは、上記送電側電磁誘導コイルの内側に配置されている。【００１５】
他の形態においては、当該送電装置は、車両載置面に設けられ、上記送電側電磁誘導コイル、上記送電側共鳴コイル、および上記送電側シールド部は、上記車両載置面から下方に埋設されている。【００１６】
他の形態においては、上記車両載置面から窪む複数の溝を有し、上記送電側電磁誘導コイル、上記送電側共鳴コイル、および上記送電側シールド部はそれぞれ、上記溝に配置されている。【００１７】
他の形態においては、上記車両載置面は、地中内部に埋設される補強部材を有する駐車場の表面であり、上記送電側シールド部は、上記補強部材に接続されている。【００１８】
この発明に基づいた受電装置においては、電磁界の共鳴を用いた電力伝送システムに用いられる受電装置であって、受電側電磁誘導コイルと、受電側共鳴部と、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴部を取囲む受電側シールド部とを含み、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴部は、同一平面内に配置されている。【００１９】
他の形態においては、上記受電側共鳴部は、受電側共鳴コイルを有し、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴コイルは、同一平面内に配置されている。【００２０】
他の形態においては、上記受電側共鳴コイルは、上記受電側電磁誘導コイルの内側に配置されている。【００２１】
この発明に基づいた電力伝送システムにおいては、送電装置および受電装置を備える電力伝送システムであって、上記送電装置は、送電側電磁誘導コイルと、送電側共鳴部と、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴部を取囲む送電側シールド部とを含み、上記受電装置は、受電側電磁誘導コイルと、上記送電側共鳴部と電磁界によって共鳴する受電側共鳴部と、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴部を取囲む受電側シールド部とを含む。【００２２】
上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴部は、同一平面内に配置されている。
他の形態においては、上記送電側共鳴部は、送電側共鳴コイルを有し、上記送電側電磁誘導コイル、および上記送電側共鳴コイルは、同一平面内に配置されている。【００２３】
他の形態においては、上記送電側共鳴コイルは、上記送電側電磁誘導コイルの内側に配置されている。【００２４】
他の形態においては、当該送電装置は、車両載置面に設けられ、上記送電側電磁誘導コイル、上記送電側共鳴コイル、および上記送電側シールド部は、上記車両載置面から下方に埋設されている。【００２５】
他の形態においては、上記車両載置面から窪む複数の溝を有し、上記送電側電磁誘導コイル、上記送電側共鳴コイル、および上記送電側シールド部はそれぞれ、上記溝内に配置されている。【００２６】
他の形態においては、上記車両載置面は、地中内部に埋設される補強部材を有する駐車場の表面であり、上記送電側シールド部は、上記補強部材に接続されている。【００２７】
この発明に基づいた電力伝送システムの他の局面においては、送電装置および受電装置を備える電力伝送システムであって、上記送電装置は、送電側電磁誘導コイルと、送電側共鳴部と、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴部を取囲む送電側シールド部とを含み、上記受電装置は、受電側電磁誘導コイルと、上記送電側共鳴部と電磁界によって共鳴する受電側共鳴と、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴部を取囲む受電側シールド部とを含み、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴部は、同一平面内に配置されている。【００２８】
他の形態においては、上記受電側共鳴部は、受電側共鳴コイルを有し、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴コイルは、同一平面内に配置されている。【００２９】
他の形態においては、上記受電側共鳴コイルは、上記受電側電磁誘導コイルの内側に配置されている。【００３０】
この発明に基づいた電力伝送システムのさらに他の局面においては、送電装置および受電装置を備える電力伝送システムであって、上記送電装置は、送電側電磁誘導コイルと、送電側共鳴部と、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴部を取囲む送電側シールド部とを含み、上記受電装置は、受電側電磁誘導コイルと、上記送電側共鳴部と電磁界によって共鳴する受電側共鳴部と、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴部を取囲む受電側シールド部とを含み、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴部は、同一平面内に配置され、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴部は、同一平面内に配置されている。【００３１】
他の形態においては、上記送電側共鳴部は、送電側共鳴コイルを有し、上記送電側電磁誘導コイルおよび上記送電側共鳴コイルは、同一平面内に配置され、上記受電側共鳴部は、受電側共鳴コイルを有し、上記受電側電磁誘導コイルおよび上記受電側共鳴コイルは、同一平面内に配置されている。【００３２】
他の形態においては、上記送電側共鳴コイルは、上記送電側電磁誘導コイルの内側に配置され、上記受電側共鳴コイルは、上記受電側電磁誘導コイルの内側に配置されている。
【発明の効果】
【００３３】
この発明によれば、電力伝送システムに用いられる送電装置および受電装置を設計する場合に、送電装置および受電装置を、車両載置面に載置した場合、または車両に搭載した場合の、送電装置および受電装置の厚み方向の設計および施工を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施の形態における送電装置、受電装置および電力伝送システムを模式的に示す図である。
【図２】共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。
【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】車両載置面に載置される車両および車両載置面に埋設される送電装置（受電装置）の模式側面図である。
【図５】実施の形態における送電装置（受電装置）の概略構成を示す平面図である。
【図６】図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。
【図７】実施の形態における送電装置（受電装置）の冷却構造を示す断面図である。
【図８】実施の形態における他の形態を有する送電装置（受電装置）の概略構成を示す平面図である。
【図９】実施の形態におけるさらに他の形態を有する送電装置（受電装置）の概略構成を示す平面図である。
【図１０】実施の形態におけるさらに他の形態を有する送電装置（受電装置）の概略構成を示す平面図である。
【図１１】車両載置面に載置される車両、および車両載置面に載置される送電装置（受電装置）の模式側面図である。
【図１２】実施の形態において送電装置を車両に搭載し、受電装置を車両載置面に載置した状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明に基づいた実施の形態における送電装置、受電装置、および電力伝送システムについて、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００３６】
まず、図１から図３を参照して、本発明に基づいた実施の形態における送電装置、受電装置および電力伝送システムについて説明する。なお、図１は、送電装置、受電装置および電力伝送システムを模式的に示す図、図２は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図、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。
【００３７】
図１に示すように、実施の形態における電力伝送システムは、受電装置４０を含む電動車両１０と、送電装置４１を含む外部給電装置２０とを有する。電動車両１０の受電装置４０は、送電装置４１が設けられた車両載置面４２を有する駐車スペースの所定位置に停車し、主に、送電装置４１から電力を受電する。外部給電装置２０は、車両載置面４２を有する駐車スペースに埋設されている。
【００３８】
車両載置面４２には、電動車両１０を所定の位置に停車するように、輪止やラインが設けられている。
【００３９】
外部給電装置２０は、交流電源２１に接続された高周波電力ドライバ２２と、高周波電力ドライバ２２などの駆動を制御する制御部２６と、この高周波電力ドライバ２２に接続された送電装置４１とを含む。
【００４０】
送電装置４１は、送電側共鳴部２８と、送電側電磁誘導コイル２３とを含む。送電側共鳴部２８は、送電側共鳴コイル２４と、送電側共鳴コイル２４に接続された送電側キャパシタ２５とを含む。送電側電磁誘導コイル２３は、高周波電力ドライバ２２に電気的に接続されている。
【００４１】
送電装置４１は、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４から発生する電磁界をシールドする送電側シールド部５１に取囲まれている。なお、図１に示す例においては、送電側キャパシタ２５が設けられているが、送電側キャパシタ２５は必ずしも必須の構成ではない。
【００４２】
交流電源２１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２２は、交流電源２１から受け取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送電側電磁誘導コイル２３に供給する。なお、高周波電力ドライバ２２が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍから数十ＭＨｚである。
【００４３】
送電側電磁誘導コイル２３に上記の高周波電力が供給されることで、送電側電磁誘導コイル２３から発生する磁束量が経時的に変化する。
【００４４】
送電側共鳴コイル２４は、送電側電磁誘導コイル２３と電磁誘導結合しており、送電側共鳴コイル２４からの磁束量が変化することで、電磁誘導により送電側共鳴コイル２４にも高周波の電流が流れる。
【００４５】
この際、送電側共鳴コイル２４に流れる高周波電流の周波数と、送電側電磁誘導コイル２３のリアクタンスと、送電側キャパシタ２５の容量および送電側共鳴コイル２４の自己容量とによって決まる共振周波数とが実質的に一致するように、送電側電磁誘導コイル２３に電流が供給される。送電側共鳴コイル２４および送電側キャパシタ２５は、直列ＬＣ共振器（共鳴部）として機能する。
【００４６】
そして、送電側共鳴コイル２４の周囲に当該共振周波数と実質的に同じ周波数の電界および磁界が形成される。このようにして、送電側共鳴コイル２４の周囲には、所定周波数の電磁場（電磁界）が形成される。
【００４７】
電動車両１０は、受電装置４０と、受電装置４０に接続された整流器１３と、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）１８とを備える。
【００４８】
なお、本実施の形態における電動車両１０は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両も含む。
【００４９】
受電装置４０は、受電側共鳴部２７と、受電側電磁誘導コイル１２とを含み、受電側共鳴部２７は、受電側共鳴コイル１１と、受電側キャパシタ１９とを含む。受電側共鳴部２７は、受電側共鳴コイル１１と受電側キャパシタ１９とによって形成された直列ＬＣ共振器である。受電側共鳴部２７の共振周波数と、送電側共鳴部２８の共振周波数とは、実質的に一致している。また、受電装置４０は、受電側共鳴コイル１１および受電側電磁誘導コイル１２から発生する電磁界をシールドする受電側シールド部５０に取囲まれている。
【００５０】
送電側共鳴部２８に、周波数が共振周波数の交流電流が流れることで、送電側共鳴部２８の送電側共鳴コイル２４の周囲に電磁界が形成される。受電側共鳴コイル１１が送電側共鳴コイル２４から所定の範囲内に配置されることで、上記の電磁界によって受電側共鳴コイル１１内には電流が流れる。
【００５１】
送電側共鳴部２８の共振周波数と、受電側共鳴部２７の共振周波数が実質的に一致しているため、受電側共鳴コイル１１には良好に電力が供給される。このように、受電側共鳴部２７と、送電側共鳴部２８とは電磁界によって共鳴して、受電側共鳴コイル１１が電力を受電する。なお、受電側共鳴コイル１１は、送電側共鳴コイル２４の周囲に形成される電磁界の近接場（エバネッセント場）内に配置されており、効率よく電力を受電している。当該電磁共鳴法を利用したワイヤレス送電・受電方法の詳細については、後述する。
【００５２】
受電側電磁誘導コイル１２は、受電側共鳴コイル１１と電磁誘導結合して、受電側共鳴コイル１１が受電した電力を取り出す。受電側電磁誘導コイル１２が受電側共鳴コイル１１から順次電力を取り出すことで、電磁場を介して受電側共鳴コイル１１に送電側共鳴コイル２４から順次電力が供給される。このように、受電装置４０と、送電装置４１とは、所謂、電磁共鳴方式のワイヤレス送電・受電方式が採用されている。
【００５３】
整流器１３は、受電側電磁誘導コイル１２に接続されており、受電側電磁誘導コイル１２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。
【００５４】
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２０にインピーダンスを整合するための整合器を設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の代用をすることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
なお、電動車両１０がハイブリッド車両の場合には、電動車両１０は、エンジン、動力分割機構とをさらに備え、モータユニット１７は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。
【００５８】
上記のように本実施の形態における受電装置４０と送電装置４１との間は、ワイヤレス送電・受電方式であって、電磁場を利用した共鳴法が採用され、送電装置４１と、受電装置４０とは互いに電磁界によって共鳴している。ここで、「電磁界によって共鳴する」とは、磁界によって共鳴する場合と、電界によって共鳴する場合とのいずれも含む概念である。なお、本実施の形態においては、受電装置４０と送電装置４１とは、主に、磁界によって共鳴している例について説明するが、本発明としては、電界によって共鳴する場合も当然含む。
【００５９】
図２は、共鳴法による送電および受電の原理を説明するための模式図である。図２を用いて、共鳴法による送電および受電の原理を説明する。
【００６０】
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。
【００６１】
具体的には、高周波電源３１に一次コイル３２を接続し、電磁誘導により一次コイル３２と磁気的に結合される一次共鳴コイル３３へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共鳴コイル３３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）とによる直列ＬＣ共振器であり、一次共鳴コイル３３と同じ共振周波数を有する二次共鳴コイル３４と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次共鳴コイル３３から二次共鳴コイル３４へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次共鳴コイル３４へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次共鳴コイル３４と磁気的に結合される二次コイル３５によって取出され、負荷３６へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次共鳴コイル３３と二次共鳴コイル３４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。
【００６２】
なお、図２の構成と図１の構成の対応関係を示すと、図１に示す交流電源２１および高周波電力ドライバ２２は、図２の高周波電源３１に相当する。また、図１に示す送電側電磁誘導コイル２３は、図２の一次コイル３２に相当する。さらに、図１に示す送電側共鳴コイル２４および送電側キャパシタ２５は、図２の一次共鳴コイル３３および一次共鳴コイル３３の浮遊容量とに相当する。
【００６３】
図１に示す受電側共鳴コイル１１および受電側キャパシタ１９は、図２に示す二次共鳴コイル３４および二次共鳴コイル３４の浮遊容量とに相当する。
【００６４】
図１に示す受電側電磁誘導コイル１２は、図２の二次コイル３５に相当する。そして、図１に示す整流器１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４およびバッテリ１５は、図２に示す負荷３６に相当する。
【００６５】
さらに、本実施の形態におけるワイヤレス送電・受電方式は、電磁界の「静電界」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。
【００６６】
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。
【００６７】
「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（一次共鳴コイル）から他方の共鳴器（二次共鳴コイル）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。
【００６８】
このように、本実施の形態における電動車両１０と、外部給電装置２０とは、電磁場の近接場の共鳴を利用して、電動車両１０の受電装置４０と、外部給電装置２０の送電装置４１との間で電力の送電や受電を行っている。
【００６９】
（送電装置４１の具体的構成）
次に、図４から図６を参照して、本実施の形態における送電装置４１の具体的構成について説明する。なお、図４は、車両載置面に載置される車両および車両載置面に埋設される送電装置の模式側面図、図５は、送電装置の概略構成を示す平面図、図６は、図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。なお、図中のカッコ書内の数字は、受電装置４０を車両載置面４２の下方に埋設した場合の各機器の参照番号を示す図であり、追って詳細に説明する。図７から図１０も同様である。
【００７０】
図４に示すように、本実施の形態おける送電装置４１Ａは、電動車両１０が載置される駐車スペースの車両載置面４２の下方に埋設されている。
【００７１】
図５および図６に示すように、本実施の形態における送電装置４１Ａは、環状の送電側共鳴コイル２４と、この送電側共鳴コイル２４の外側を取囲むように設けられる環状の送電側電磁誘導コイル２３と、この送電側電磁誘導コイル２３の外側を取囲むように設けられる環状の送電側シールド部５１とを含む。
【００７２】
送電側共鳴コイル２４には、送電側キャパシタ２５が接続され、送電側共鳴コイル２４と送電側キャパシタ２５とにより送電側共鳴部２８を構成している。
【００７３】
ここで、送電側共鳴コイル２４と送電側シールド部５１との距離が近くなるとインダクタンス値（Ｌ値）が低下してしまうため、共振周波数を維持するために、送電側共鳴コイル２４の巻数や径を大きくする必要があるが、巻数を増やしたり径を大きくすると装置が大型化してしまう。
【００７４】
そこで、図５に示すように、送電側共鳴コイル２４を内側、送電側電磁誘導コイル２３を外側に配置し、送電側共鳴コイル２４と送電側シールド部５１との距離を離すことで、送電側シールド部５１と送電側共鳴コイル２４との間の距離によるインダクタンス値（Ｌ値）の変動影響を低減させて装置を小型化することができる。
【００７５】
また、送電側共鳴コイル２４と送電側シールド部５１との間に送電側電磁誘導コイル２３を配置することで、設置スペースの有効活用ができ、送電側電磁誘導コイル２３に電力を供給する電力線の配索も容易となる。
【００７６】
さらに、送電側共鳴コイル２４を送電側電磁誘導コイル２３の内側に配置することで、送電側共鳴コイル２４に接続する送電側キャパシタ２５（コンデンサ等）の部品を送電側共鳴コイル２４の内周側スペースに配置することができ、装置の小型を図ることができる。
【００７７】
なお、装置の大型化、および、送電側電磁誘導コイル２３に電力を供給する電力線の配索を考慮する必要がない場合には、送電側共鳴コイル２４を送電側電磁誘導コイル２３の外側に配置する構成の採用も可能である。
【００７８】
また、送電側シールド部５１によるシールド効果を高めるために、送電側シールド部５１は、地中内部に埋設された、駐車場の補強部材５５に接続されている。駐車場の補強部材５５にシールド効果を付与すことで、大型の別途シールド部を設ける必要がなくなり、低コストで、径の大きな送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４を採用することが可能となる。なお、送電側シールド部５１によるシールド効果が十分な場合には、送電側シールド部５１を補強部材５５に接続させる必要はない。
【００７９】
本実施の形態において、駐車スペースはコンクリート製であり、車両載置面４２の表面には、下方に窪む溝２３ｍ，２４ｍ，５１ｍが設けられている。溝２３ｍは、送電側電磁誘導コイル２３を収納する。溝２４ｍは、送電側共鳴コイル２４を収納する。溝５１ｍは、送電側シールド部５１を収納する。このように、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４を収容する溝２３ｍ，２４ｍを設けることで、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４を巻き付けるためのボビンが不要となる。
【００８０】
このように、各溝２３ｍ，２４ｍ，５１ｍのそれぞれに、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１を収納することで、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１を、同一平面内に容易に配置することが可能となる。
【００８１】
本実施の形態においては、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１に、同一の断面形状を有する導線を用いていることから、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の上面位置は、同一平面内に位置し、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の底面位置も、同一平面内に位置することになる。
【００８２】
なお、本実施の形態において同一平面内に位置するとは、平面的に見た場合に、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４が重なりあうのではなく、平面方向に拡がりをもって配置される状態を意味する。
【００８３】
送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１に異なる横断面形状が矩形材料を用いる場合には、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の上面位置が、同一平面内に位置することが好ましいが、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の下面位置が同一平面内に位置しても構わない。
【００８４】
また、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１に横断面形状が円形の導線を用いる場合には、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の上端位置が、同一平面内に位置することが好ましいが、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の下端位置が同一平面内に位置しても構わない。
【００８５】
送電側シールド部５１は発熱しないため、送電側シールド部５１の表面が露出する構造、または、送電側シールド部５１の全体が埋設される構造のいずれの構造を採用した場合であっても、送電側シールド部５１に対して、放熱の対策を講じる必要はない。
【００８６】
一方、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４は発熱することから、放熱を促進させる構造を採用することが好ましい。そこで、図６に示すように、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４の表面が露出するように、車両載置面４２の下方に埋設することが好ましい。
【００８７】
なお、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４の表面が露出しないように車両載置面４２の下方に埋設する必要が生じる場合がある。このような場合には、図７に示すように、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４が完全に収容される溝２３ｍ，２４ｍを設け、溝２３ｍ，２４ｍを塞ぐコンクリート製の蓋２３ｃ，２４ｃを設けること良い。さらに、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４からの放熱を促進させるために、冷却装置７０を溝２３ｍ，２４ｍの内部に設けると良い。
【００８８】
冷却装置７０の一例としては、冷却管７１を送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４の両側に配設し、冷却管７１に冷媒７２を通過させると良い。これにより、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４を効率的に冷却することが可能となる。また、冷媒７２から熱を回収して、この回収熱の有効利用（たとえば、発電等、熱交換等）が可能となる。
【００８９】
なお、図５に示す、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の形態として、平面的に見た場合に、環状の形態を採用した場合について示しているが、この形態に限定されない。
【００９０】
たとえば、図８に示す送電装置４１Ｂのように、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１の形態として、平面的に見た場合に、矩形の形態を採用しても良い。図８中のＶＩ−ＶＩ線矢視断面は、図６に示す断面と同じである。
【００９１】
さらに他の形態として、図９に示す送電装置４１Ｃのように、送電側共鳴コイル２４を取囲むように送電側電磁誘導コイル２３を設けるのではなく、同一の平面内において、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４は、それぞれ独立した環状の形態で配置し、この送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４を取囲むように、矩形の送電側シールド部５１を設ける形態を採用することも可能である。この場合、送電側シールド部５１は、環状の形態でも良い。
【００９２】
また、図１０に示す送電装置４１Ｄのように、送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４は、それぞれ独立した矩形の形態で配置し、この送電側電磁誘導コイル２３および送電側共鳴コイル２４を取囲むように、矩形の送電側シールド部５１を設ける形態を採用することも可能である。この場合、送電側シールド部５１は、環状の形態でも良い。
【００９３】
なお、受電側共鳴コイル１１および送電側共鳴コイル２４に、環状のコイルを用いる場合について説明したが、形態は環状のコイルに限定されず、たとえば、棒状の形態、フィッシュボーン状の形態のものも適用することができる。
【００９４】
このように、本実施の形態においては、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１をそれぞれ、駐車スペースの車両載置面４２に設けられた溝２３ｍ，２４ｍ，５１ｍに収容する構成を採用している。
【００９５】
これにより、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１を同一平面内において、容易に駐車スペースの車両載置面４２に設置することが可能となる。その結果、従来必要とされてた、シールドボックスが不要となる。
【００９６】
また、送電装置４１の体格、特に高さ方向の体格を小さくすることが可能となる。また、電力伝送システムに用いられる送電装置を車両載置面に設ける場合に、車両載置面には、駐車場の設計と同時に溝２３ｍ，２４ｍ，５１ｍの成形ができ、また、溝２３ｍ，２４ｍ，５１ｍに沿って送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１を構成する導線を配設することができるため、送電装置の設計および施工を容易にすることができる。
【００９７】
また、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１は、溝２３ｍ，２４ｍ，５１ｍの内部に収容されていることから、車両が通過した場合の、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１への荷重の負荷を分散させることもできる。
【００９８】
なお、上記実施の形態では、送電側電磁誘導コイル２３、送電側共鳴コイル２４、および送電側シールド部５１を有する送電装置４１を、駐車スペースの車両載置面４２の下方に埋設する場合について説明したが、図１１に示すように、送電装置４１を車両載置面４２の上に載置する構成を採用することも可能である。
【００９９】
この場合であっても、本実施の形態における送電装置４１は、特に高さ方向の体格を小さくすることが可能であるため、車両等に踏まれる場合の耐荷重を考慮した設計および歩行者等の歩行に支障が生じない構造の設計も容易となる。
【０１００】
さらに、上記実施の形態では送電装置４１を駐車スペースの車両載置面４２に設ける場合について説明したが、図１２に示すように、電動車両１０側が送電装置４１の機能を有し、車両載置面４２側が受電装置４０の機能を有するようにした場合であっても、車両載置面４２側の受電装置４０に対して、上記実施の形態において説明した構成を採用することで、上記実施の形態おける送電装置４１と同様の作用効果を享有することができる。なお、図５から図１０に示すカッコ書内の数字は、車両載置面４２側に、受電装置４０の機能を持たせるようにした場合の各機器の参照番号を示す。
【０１０１】
また、再び図１を参照して、車両１０に搭載される受電装置４０側に採用される、受電側共鳴コイル１１、および受電側電磁誘導コイル１２を、図５、図８、図９および図１０を用いた説明に示すように、同一平面内に配置する構成を採用することができる。これにより、受電装置４０の高さ方向の体格を小さくすることが可能となる。
【０１０２】
なお、図５、図８、図９および図１０に示すカッコ書内の数字は、上記した車両載置面４２側に、受電装置４０の機能を持たせるようにした場合の各機器の参照番号だけでなく、車両１０側に受電装置４０を搭載した状態での、受電側共鳴コイル１１、受電側電磁誘導コイル１２、および受電側シールド部５０の各機器の参照番号でもある。
【０１０３】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、送電装置、受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】
【０１０５】
１０  電動車両、１１  受電側共鳴コイル、１２  受電側電磁誘導コイル、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、１９  受電側キャパシタ、２０  外部給電装置、２１  交流電源、２２  高周波電力ドライバ、２３  送電側電磁誘導コイル、２３ｃ，２４ｃ  蓋、２３ｍ，２４ｍ，５１ｍ  溝、２４  送電側共鳴コイル、２５  送電側キャパシタ、２６  制御部、２７  受電側共鳴部、２８  送電側共鳴部、３１  高周波電源、３２  一次コイル、３３  一次共鳴コイル、３４  二次共鳴コイル、３５  二次コイル、３６  負荷、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ  受電装置、４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ  送電装置、４２  車両載置面、５０  受電側シールド部、５１  送電側シールド部、５５  補強部材、７０  冷却装置、７１  冷却管、７２  冷媒。
【図１】
2013001636.tif 000003
【図２】
2013001636.tif 000004
【図３】
2013001636.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013001636.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013001636.tif 000012
【図１１】
2013001636.tif 000013
【図１２】
2013001636.tif 000014
【国際調査報告】
2013001636.tif 000015
2013001636.tif 000016
2013001636.tif 000017
2013001636.tif 000018