(57)【要約】  非接触送電装置は、交流電源から電力を受け、受電装置に電力を送電するための複数の第１コイル（２２２Ａ〜２２２Ｃ）と、受電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置（２４２）とを備える。複数の第１コイルの各々は、受電装置に電力を送電可能な第１状態と第１状態よりも受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを第２状態に設定する。
2013042229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から電力を受け、受電装置に電力を送電するための複数の第１コイル（２２２Ａ〜２２２Ｃ）と、
前記受電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置（２４２）とを備え、
前記複数の第１コイルの各々は、前記受電装置に電力を送電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを前記第２状態に設定する、非接触送電装置。
【請求項２】
前記複数の第１コイルの各々は、キャパシタンスを変更することが可能に構成され、
前記制御装置は、前記複数の第１コイルの各々についてキャパシタンスを変更することによって前記第１状態と前記第２状態とを切り替える、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項３】
前記複数の第１コイルの各々は、前記制御装置によってキャパシタンスが変更可能なコンデンサ（２２８Ａ〜２２８Ｃ）と、前記制御装置によってキャパシタンスを切り離し可能なスイッチ（２２４Ａ〜２２４Ｃ）とのいずれか一方を含む、請求項２に記載の非接触送電装置。
【請求項４】
前記交流電源に接続された少なくとも１つの第２コイル（２２５Ａ〜２２５Ｃ；２２５Ｄ）をさらに備え、
前記第２コイル（２２５Ｄ）は、１本の導電線によって形成され、前記複数の第１コイルに対して共通に１つ設けられる、請求項２に記載の非接触送電装置。
【請求項５】
前記第２コイルは前記複数の第１コイルに対して、電磁誘導によって電力を送電する、請求項４に記載の非接触送電装置。
【請求項６】
前記複数の第１コイルは、
前記複数の第１コイルに共通して設けられるコンデンサ（２２３）と、
複数のコイル本体部（２２２Ａ〜２２２Ｃ）と、
前記複数のコイル本体部に前記コンデンサを選択的に接続する選択スイッチ（２２４Ａ〜２２４Ｃ）とを含む、請求項２に記載の非接触送電装置。
【請求項７】
前記複数の第１コイルの各々は、前記第１状態において前記受電装置に含まれるコイルと固有周波数が等しくなるように調整され、前記第２状態において、前記受電装置に含まれるコイルとは固有周波数が異なるように調整される、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項８】
前記複数の第１コイルの各々は、前記第１状態において前記受電装置に含まれるコイルと固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、前記第２状態において、前記受電装置に含まれるコイルとは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項９】
前記第１状態において、前記複数の第１のコイルの各々と前記受電装置に含まれるコイルとの結合係数は、０．１以下である、請求項８に記載の非接触送電装置。
【請求項１０】
前記送電に使用することを選択したコイルは、前記受電装置と前記非接触送電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電装置と前記非接触送電装置との間に形成され、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、前記受電装置に電力を送電する、請求項８に記載の非接触送電装置。
【請求項１１】
前記複数の第１コイルは、前記複数の第１コイルのコイル径よりも狭いピッチで所定方向に沿って配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触送電装置。
【請求項１２】
前記複数の第１コイルは、前記複数の第１コイルのコイル径の半分よりも狭いピッチで所定方向に沿って配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の非接触送電装置。
【請求項１３】
送電装置から電力を受け、電気負荷に電力を送電するための複数の第１コイル（１１２Ａ〜１１２Ｃ）と、
前記送電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置（１８０）とを備え、
前記複数の第１コイルの各々は、前記送電装置から電力を受電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを前記第２状態に設定する、非接触受電装置。
【請求項１４】
前記複数の第１コイルの各々は、キャパシタンスを変更することが可能に構成され、
前記制御装置は、前記複数の第１コイルの各々についてキャパシタンスを変更することによって前記第１状態と前記第２状態とを切り替える、請求項１３に記載の非接触受電装置。
【請求項１５】
前記複数の第１コイルの各々は、前記第１状態において前記送電装置に含まれるコイルと固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、前記第２状態において、前記送電装置に含まれるコイルとは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される、請求項１３に記載の非接触受電装置。
【請求項１６】
前記第１状態において、前記複数の第１のコイルの各々と前記送電装置に含まれるコイルとの結合係数は、０．１以下である、請求項１５に記載の非接触受電装置。
【請求項１７】
前記受電に使用することを選択したコイルは、前記送電装置と前記非接触受電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記送電装置と前記非接触受電装置との間に形成され、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、前記送電装置から電力を受電する、請求項１５に記載の非接触受電装置。
【請求項１８】
前記複数の第１コイルは、前記複数の第１コイルのコイル径の半分よりも狭いピッチで配置される、請求項１３または１４に記載の非接触受電装置。
【請求項１９】
非接触送受電システムであって、
受電装置（１１０）と、
非接触送電装置を備え、前記非接触送電装置は、
交流電源から電力を受け、前記受電装置に電力を送電するための複数の第１コイル（２２２Ａ〜２２２Ｃ）と、
前記受電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置（２４２）とを含み、
前記複数の第１コイルの各々は、前記受電装置に電力を送電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを前記第２状態に設定する、非接触送受電システム。
【請求項２０】
非接触送受電システムであって、
送電装置（２２０Ｄ）と、
非接触受電装置を備え、前記非接触受電装置は、
前記送電装置から電力を受け、電気負荷に電力を送電するための複数の第１コイル（１１２Ａ〜１１２Ｃ）と、
前記送電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置（１８０）とを備え、
前記複数の第１コイルの各々は、前記送電装置から電力を受電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを前記第２状態に設定する、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、非接触送電装置、非接触受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、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両や携帯電話やパーソナルコンピュータ等の携帯型機器などの装置に、非接触で給電を行なう技術が盛んに検討されている。【０００３】
これらの装置に充電等するたびに外部の電源装置とこれらの装置を有線でコネクタなどを使用して接続するのでは、ユーザにとって煩わしい。車両であれば駐車すれば自動的に充電が始まり、携帯型機器では送電装置の近傍に置けば自動的に充電または給電が開始されることが望ましい。【０００４】
しかし、自動的に充電等を開始するためには、受電する装置と送電装置との位置関係を合わせる必要がある。特開平９−２１３３７８号公報（特許文献１）は、車体底部に動力用蓄電装置に連なる二次コイルが設けられた電気自動車を、その駐車中に外部充電用電源によって充電するための電気自動車の充電システムであって、外部充電用電源に連なる一次コイルを電気自動車の駐車箇所に設け、その一次コイルを電気自動車の車体底部の二次コイルに電磁結合させて動力用蓄電装置に電力を供給するものを開示している。【０００５】
この電気自動車用充電システムでは、一次コイル及び二次コイルの少なくとも一方が昇降駆動可能なコイル移動手段にて支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２１３３７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４６３４８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１８３８１２号公報
【特許文献４】特開２０１０−２７９２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特開平９−２１３３７８号公報のように、コイルを機械的に移動させる可動部を設けると、注油等のメンテナンスが必要となったり永年使用の耐久性を考慮したりする必要があり不便である。車両に駐車支援装置を搭載し駐車位置の精度を向上させることも考えられるが、駐車支援装置をすべての車両に搭載することは現実的ではない。【０００８】
また、電動車両や携帯型機器の受電部の配置は、車種、機種ごとに異なることも考えられるので、送電装置は受電部の位置が異なるものに対しても対応できることが望ましい。逆に、送電装置の送電部の位置が固定されている場合、受電装置側で同様な対応ができることも望ましい。【０００９】
特に車両の場合、一次側と二次側の送受電部の位置を合わせるために送電コイルまたは受電コイルを移動させると、送電設備または車両受電部が大きくなり、コストが高くなる。【００１０】
この発明の目的は、送電部と受電部の位置調整が可能でメンテナンスの手間が軽減された非接触送電装置、非接触受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】
【００１１】
この発明は、要約すると、非接触送電装置であって、交流電源から電力を受け、受電装置に電力を送電するための複数の第１コイルと、受電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置とを備える。複数の第１コイルの各々は、受電装置に電力を送電可能な第１状態と第１状態よりも受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成される。制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを第２状態に設定する。【００１２】
好ましくは、複数の第１コイルの各々は、キャパシタンスを変更することが可能に構成される。制御装置は、複数の第１コイルの各々についてキャパシタンスを変更することによって第１状態と第２状態とを切り替える。【００１３】
好ましくは、複数の第１コイルの各々は、制御装置によってキャパシタンスが変更可能なコンデンサと、制御装置によってキャパシタンスを切り離し可能なスイッチとのいずれか一方を含む。【００１４】
より好ましくは、非接触送電装置は、交流電源に接続された少なくとも１つの第２コイルをさらに備える。第２コイルは、１本の導電線によって形成され、複数の第１コイルに対して共通に１つ設けられる。【００１５】
さらに好ましくは、第２コイルは複数の第１コイルに対して、電磁誘導によって電力を送電する。【００１６】
より好ましくは、複数の第１コイルは、複数の第１コイルに共通して設けられるコンデンサと、複数のコイル本体部と、複数のコイル本体部にコンデンサを選択的に接続する選択スイッチとを含む。【００１７】
好ましくは、複数の第１コイルの各々は、第１状態において受電装置に含まれるコイルと固有周波数が等しくなるように調整され、第２状態において、受電装置に含まれるコイルとは固有周波数が異なるように調整される。【００１８】
好ましくは、複数の第１コイルの各々は、第１状態において受電装置に含まれるコイルと固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、第２状態において、受電装置に含まれるコイルとは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される。【００１９】
より好ましくは、第１状態において、複数の第１のコイルの各々と受電装置に含まれるコイルとの結合係数は、０．１以下である。【００２０】
より好ましくは、送電に使用することを選択したコイルは、受電装置と非接触送電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電装置と非接触送電装置との間に形成され、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、受電装置に電力を送電する。【００２１】
好ましくは、複数の第１コイルは、複数の第１コイルのコイル径よりも狭いピッチで所定方向に沿って配置される。【００２２】
好ましくは、複数の第１コイルは、複数の第１コイルのコイル径の半分よりも狭いピッチで所定方向に沿って配置される。【００２３】
この発明は、他の局面においては、非接触受電装置であって、送電装置から電力を受け、電気負荷に電力を送電するための複数の第１コイルと、送電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置とを備える。複数の第１コイルの各々は、送電装置から電力を受電可能な第１状態と第１状態よりも送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成される。制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを第２状態に設定する。【００２４】
好ましくは、複数の第１コイルの各々は、キャパシタンスを変更することが可能に構成される。制御装置は、複数の第１コイルの各々についてキャパシタンスを変更することによって第１状態と第２状態とを切り替える。【００２５】
好ましくは、複数の第１コイルの各々は、第１状態において送電装置に含まれるコイルと固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、第２状態において、送電装置に含まれるコイルとは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される。【００２６】
より好ましくは、第１状態において、複数の第１のコイルの各々と送電装置に含まれるコイルとの結合係数は、０．１以下である。【００２７】
より好ましくは、受電に使用することを選択したコイルは、送電装置と非接触受電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、送電装置と非接触受電装置との間に形成され、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、送電装置から電力を受電する。【００２８】
好ましくは、複数の第１コイルは、複数の第１コイルのコイル径の半分よりも狭いピッチで配置される。【００２９】
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、受電装置と、非接触送電装置を備える。非接触送電装置は、交流電源から電力を受け、受電装置に電力を送電するための複数の第１コイルと、受電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置とを含む。複数の第１コイルの各々は、受電装置に電力を送電可能な第１状態と第１状態よりも受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成される。制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを第２状態に設定する。【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、送電装置と、非接触受電装置を備える。非接触受電装置は、送電装置から電力を受け、電気負荷に電力を送電するための複数の第１コイルと、送電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置とを備える。複数の第１コイルの各々は、送電装置から電力を受電可能な第１状態と第１状態よりも送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成される。制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを第２状態に設定する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、送電に使用するコイルと受電に使用するコイルの位置調整が可能でメンテナンスの手間が軽減された非接触送電装置、非接触受電装置および非接触送受電システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態による非接触送受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に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
【図７】図１の送電装置２００の構成を示したブロック図である。
【図８】コイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃの配置を説明するための図である。
【図９】送電ユニット２２０の構成を示した図である。
【図１０】自己共振コイルと共鳴可能範囲の関係を説明するための図である。
【図１１】配置ピッチが離れている場合の自己共振コイルの配置例である。
【図１２】配置ピッチが図１１の例よりも近づいた場合の自己共振コイルの配置例である。
【図１３】複数の自己共振コイルの好ましい配置ピッチを説明するための図である。
【図１４】送電ユニット２２０Ａの構成を示した図である。
【図１５】送電ユニット２２０Ｂの構成を示した図である。
【図１６】送電ユニット２２０Ｃの構成を示した図である。
【図１７】受電ユニット１１０Ｄの構成を示した図である。
【図１８】受電ユニット１１０Ｅの構成を示した図である。
【図１９】受電ユニット１１０Ｆの構成を示した図である。
【図２０】受電ユニット１１０Ｇの構成を示した図である。
【図２１】コイル形状の第１の変形例である。
【図２２】コイル形状の第２の変形例である。
【図２３】コイル形状の第３の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態による非接触送受電システムの全体構成図である。
【００３５】
図１を参照して、非接触送受電システム１０は、車両１００と、送電装置２００とを備える。車両１００は、受電ユニット１１０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０とを含む。
【００３６】
受電ユニット１１０は、たとえば、車体底面に設置され、送電装置２００の送電ユニット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、受電ユニット１１０は、後に説明する自己共振コイルを含み、送電ユニット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ユニット２２０から非接触で受電する。カメラ１２０は、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０との位置関係を検知するために設けられ、たとえば車両後方を撮影可能に車体に取付けられる。通信ユニット１３０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。
【００３７】
送電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電ユニット２２０と、通信ユニット２４０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえば系統電源から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ユニット２２０へ出力する。
【００３８】
送電ユニット２２０は、駐車場の床面に固定され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電ユニット１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電ユニット２２０は、自己共振コイルを含み、受電ユニット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ユニット１１０へ非接触で送電する。通信ユニット２４０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。
【００３９】
この非接触送受電システム１０においては、送電装置２００の送電ユニット２２０から高周波の電力が送出され、車両１００の受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルとが電磁場を介して共鳴することにより、送電装置２００から車両１００へ給電される。
【００４０】
ここで、送電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００の受電ユニット１１０の内部の自己共振コイルと送電装置２００の送電ユニット２２０内部の自己共振コイルとの位置合わせを行なう必要がある。
【００４１】
電磁界共鳴による送電方式は、電磁誘導による送電方式よりも送電距離を大きくでき、また位置合わせに対する許容幅も大きいという特徴がある。しかし、その許容幅を超えてしまうと効率よい送受電ができない。
【００４２】
このため、後に図７以降で詳細に説明するが、本実施の形態では複数の自己共振コイルを送電ユニット２２０または受電ユニット１１０に設けておき、送電側自己共振コイルと受電側自己共振コイルの位置ずれが許容幅に収まる自己共振コイルを選択して送受電を行なう。
【００４３】
位置合わせは、まず、カメラ１２０によって撮影される画像に基づいて運転者が駐車位置に車両を駐車する。なお、駐車の際に必ずしもカメラ１２０を使用しなくてもよい。そして、その後、位置関係が良好な自己共振コイルが選択されて送受電が行なわれる。
【００４４】
次に、この実施の形態による非接触送受電システム１０に用いられる非接触給電方法について説明する。この実施の形態による非接触送受電システム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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
また、本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電ユニットの一次自己共振コイル３３０と受電ユニットの二次自己共振コイル３４０とを電磁界によって共鳴（共振）させることで送電ユニットから受電ユニットに電力を送電しており、送電ユニットと受電ユニットとの間の結合係数（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、送電ユニットと受電ユニットと間の結合係数（κ）は１．０に近いものとなっている。
【００４８】
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の受電ユニット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の送電ユニット２２０に対応する。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
図５は、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。
【００５２】
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。電力伝送システム８９は、送電装置９０と、受電装置９１とを備える。送電装置９０は、電磁誘導コイル９２と、送電部９３とを含む。送電部９３は、共鳴コイル９４と、共鳴コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。
【００５３】
受電装置９１は、受電部９６と、電磁誘導コイル９７とを備える。受電部９６は、共鳴コイル９９とこの共鳴コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。
【００５４】
共鳴コイル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。共鳴コイル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、送電部９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、受電部９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。
【００５５】
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９３および受電部９６の固有周波数のズレと、電力伝送効率との関係を図３に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共鳴コイル９４および共鳴コイル９９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９３に供給される電流の周波数は一定である。
【００５６】
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。
【００５７】
（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％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９６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（％）の絶対値が受電部９６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。
【００５８】
図６は、図１に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
図６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。
【００５９】
車両１００は、さらに、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と、システムメインリレーＳＭＲ２と、電圧センサ１９０とを含む。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、ＤＣ／ＤＣコンバータ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
二次自己共振コイル１１２は、両端がスイッチ（リレー１１３）を介してコンデンサ１１１に接続されており、スイッチ（リレー１１３）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６ではコンデンサ１１１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。
【００７１】
なお、二次自己共振コイル１１２については、送電装置２００の一次自己共振コイルとの距離や、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値が大きく（たとえばＱ＞１００）なり、かつその結合度を示すκが小さく（たとえばκ＜０．１）なるようにその巻数が適宜設定される。
【００７２】
二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２と電磁誘導により磁気結合可能な位置に配設される。この二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２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、二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４は、図１に示した受電ユニット１１０を形成する。
【００７３】
整流器１４０は、二次コイル１１４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。
【００７４】
システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ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ＤＣ／ＤＣコンバータ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ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電路を遮断する。電圧センサ１９０は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電圧ＶＲを検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。
【００７５】
整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間には直列に接続された抵抗１４４およびリレー１４６が設けられる。リレー１４６は、車両１００が非接触給電を行なう場合に、車両位置を調整したり、使用する自己共振コイルを選択したりする際に制御装置１８０によって導通状態に制御される。
【００７６】
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。
【００７７】
充電に先立って行われる、駐車位置の決定や、使用する自己共振コイルの選択の際には、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、電圧センサ１９０によって検出される電圧ＶＲの検出値を電圧センサ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の送電ユニット２２０（図１）へ当該車両を誘導する表示を行なったり、駐車位置決定後は使用する自己共振コイルを選択したりするように車両の駐車制御を実行する。
【００７８】
送電ユニット２２０へ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、ＤＣ／ＤＣコンバータ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ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。こうして、送電装置から受電装置に向けて本格的に給電が開始される。
【００７９】
図７は、図１の送電装置２００の構成を示したブロック図である。
図７を参照して、送電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電ユニット２２０とを含む。高周波電源装置２１０は、通信ユニット２４０と、制御装置である送電ＥＣＵ２４２と、高周波電源部２５０と、整合器２１２とを含む。また、送電ユニット２２０は、位置をずらして配置されたコイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃと、コイルユニットを整合器２１２に選択的に接続するためのリレー２２６Ａ〜２２６Ｃとを含む。なお、位置をずらして配置されたコイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃが３つである例を示したが、コイルユニットの数は２つでも、４つ以上であってもよい。
【００８０】
高周波電源部２５０は、送電ＥＣＵ２４２からの制御信号によって制御され、商用電源から受ける電力を高周波の電力に変換する。
【００８１】
そして、高周波電源部２５０は、その変換した高周波電力を、整合器２１２を介して送電ユニット２２０の一次コイルへ供給する。
【００８２】
整合器２１２は、送電装置２００と車両の受電装置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２１２は、可変コンデンサおよび可変インダクタを含んで構成される。整合器２１２は、送電ＥＣＵ２４２から与えられる制御信号により制御され、送電装置２００のインピーダンスが車両の受電装置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２１２は、インピーダンス調整が完了したことを示す信号を送電ＥＣＵ２４２へ出力する。
【００８３】
送電ＥＣＵ２４２は、リレー２２６Ａ〜２２６Ｃのいずれかを選択して導通させ、使用するコイルユニットを選択する。
【００８４】
コイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃのうちの選択されたコイルユニットは、車両の受電ユニット１１０に含まれる二次自己共振コイル１１２へ、電磁共鳴により電力を転送する。
【００８５】
本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電ユニット２２０のうち選択された一次自己共振コイルの固有周波数と、受電ユニット１１０中の受電に使用される二次自己共振コイルの固有周波数とは、同じ固有周波数とされている。
【００８６】
「自己共振コイルの固有周波数」とは、自己共振コイル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、「自己共振コイルの共振周波数」とは、送電ユニット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。
【００８７】
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、一次自己共振コイルの固有周波数と二次自己共振コイルの固有周波数との差が一次自己共振コイルの固有周波数または二次自己共振コイルの固有周波数の１０％以内の場合を意味する。
【００８８】
通信ユニット２４０は、送電装置２００と車両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。通信ユニット２４０は、車両側の通信ユニット１３０から送信されるバッテリ情報や送電の開始および停止の指示を受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ２４２へ出力する。また、通信ユニット２４０は、整合器２１２からのインピーダンス調整が完了したことを示す信号を送電ＥＣＵ２４２から受け、それを車両側へ出力する。
【００８９】
送電ＥＣＵ２４２は、いずれも図７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、高周波電源装置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。
【００９０】
図８は、コイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃの配置を説明するための図である。図８を参照して、送電ユニット２２０の内部には、コイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃが位置をずらせて配置されている。車両１００の駐車位置や、車両１００において受電ユニット１１０が設けられている位置によって、送電効率が高くなる送電側コイルユニットの位置は異なる。
【００９１】
したがって、送電装置２００では、コイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃのうちから最も適した位置に配置されているコイルユニットが送電に使用するために選択される。
【００９２】
なお、図８には、送電ユニット側に複数のコイルユニットが含まれており、車両側には１つのコイルユニットしかない場合を例示したが、車両側に複数のコイルユニットが含まれており、送電ユニット側には１つのコイルユニットしかない場合や、車両側、送電ユニット側の両方に複数のコイルユニットが設けられる場合であってもよい。
【００９３】
以下に複数のコイルユニットの詳細について配置、構成のバリエーションをいくつか説明する。
【００９４】
［実施の形態１の送電ユニットの構成］
図９は、送電ユニット２２０の構成を示した図である。なお、理解の容易のため図９には、受電ユニット１１０も示されている。
【００９５】
送電ユニットと受電ユニットとの相対的な位置関係は車両の駐車位置によって異なるが、駐車のたびに高精度な駐車位置を要求するのは困難である。また、共鳴法での非接触充電を標準化するためには、各車両における様々な受電コイル搭載位置に送電装置が対応する必要がある。そこで、本実施の形態では、送電ユニット側の自己共振コイルを複数設置する。
【００９６】
車両側の受電ユニット１１０は、二次自己共振コイル１１２と、コンデンサ１１１と、二次コイル１１４とを含む。
【００９７】
これに対し、送電ユニット２２０は、位置をずらして配置されたコイルユニット２２１Ａ〜２２１Ｃと、コイルユニットを整合器２１２に選択的に接続するためのリレー２２６Ａ〜２２６Ｃとを含む。
【００９８】
コイルユニット２２１Ａは、一次コイル２２５Ａと、一次自己共振コイル２２２Ａと、コンデンサ２２３Ａと、コンデンサ２２３Ａを一次自己共振コイル２２２Ａに接続するリレー２２４Ａとを含む。
【００９９】
コイルユニット２２１Ｂは、一次コイル２２５Ｂと、一次自己共振コイル２２２Ｂと、コンデンサ２２３Ｂと、コンデンサ２２３Ｂを一次自己共振コイル２２２Ｂに接続するリレー２２４Ｂとを含む。
【０１００】
コイルユニット２２１Ｃは、一次コイル２２５Ｃと、一次自己共振コイル２２２Ｃと、コンデンサ２２３Ｃと、コンデンサ２２３Ｃを一次自己共振コイル２２２Ｃに接続するリレー２２４Ｃとを含む。
【０１０１】
一次コイル２２５Ａ〜２２５Ｃのいずれを整合器２１２に接続するかを選択するためにリレー２２６Ａ〜２２６Ｃが使用される。選択された一次コイルに対応するリレーは導通され、他のリレーは非導通とされる。
【０１０２】
リレー２２６Ａ〜２２６Ｃの制御に対応させて、リレー２２４Ａ〜２２４Ｃについても制御が行なわれる。自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃは、リレー２２４Ａ〜２２４Ｃが非導通に設定されると、受電ユニット１１０の自己共振コイル１１２とは共振周波数がずれる。したがって、使用する自己共振コイルに対応するリレーが導通され、他のリレーは非導通に設定される。以上のリレーの制御は、図７の送電ＥＣＵ２４２によって行なわれる。
【０１０３】
次に、送電側に設けられた複数の自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃの配置ピッチについて説明する。なお、受電側に複数の自己共振コイルを設ける場合であっても同様なことがいえる。
【０１０４】
図１０は自己共振コイルと共鳴可能範囲の関係を説明するための図である。図１０を参照して、送電側の自己共振コイル４００に対して、共鳴可能エリア４０２が存在する。すなわち、受電側の自己共振コイルが共鳴可能エリア４０２の内部に収まるように配置された場合に送電側の自己共振コイル４００と受電側の自己共振コイルが共鳴可能である。
【０１０５】
自己共振コイル４００の直径（または外径）をＤとすれば、位置ずれ許容範囲は、種々の条件によって異なるが、たとえばＤ／２である。
【０１０６】
図１１は、配置ピッチが離れている場合の自己共振コイルの配置例である。
図１１を参照して、送電装置側の自己共振コイル４００Ａおよび４００Ｂは、それぞれ共鳴可能エリア４０２Ａおよび４０２Ｂを有する。この配置例では、共鳴可能エリア４０２Ａと共鳴可能エリア４０２Ｂとは重なっていない。
【０１０７】
受電側の自己共振コイルが位置４１０Ａに配置された場合、送電装置側の自己共振コイル４００Ａと共鳴可能である。したがって、自己共振コイル４００Ａが選択され、送電に使用される。
【０１０８】
同様に、受電側の自己共振コイルが位置４１０Ｂに配置された場合、送電装置側の自己共振コイル４００Ｂと共鳴可能である。したがって、自己共振コイル４００Ｂが選択され、送電に使用される。
【０１０９】
しかし、受電側の自己共振コイルが位置４１０Ｘに配置された場合には、送電側の自己共振コイル４００Ａおよび４００Ｂのいずれも共鳴することはできない。したがって、軸Ｙ−Ｙ上を受電側の自己共振コイルが移動した場合に共鳴不可能な位置ができてしまう。
【０１１０】
図１２は、配置ピッチが図１１の例よりも近づいた場合の自己共振コイルの配置例である。
【０１１１】
図１２を参照して、送電装置側の自己共振コイル４００Ａおよび４００Ｂは、それぞれ共鳴可能エリア４０２Ａおよび４０２Ｂを有する。この配置例では、共鳴可能エリア４０２Ａと共鳴可能エリア４０２Ｂとは重なっている。
【０１１２】
したがって、受電側の自己共振コイルがＹ−Ｙ軸上においてちょうど送電側の自己共振コイル４００Ａおよび４００Ｂの中間位置４１０Ｘに配置された場合でも、送電装置側の自己共振コイル４００Ａと共鳴可能である。
【０１１３】
しかし、図１２に示した場合には、ちょうど両方の送電側自己共振コイルに共鳴可能な位置が存在するので、たとえば送電側の自己共振コイル４００Ａから位置４１０Ｘに配置された受電側の自己共振コイルに送電された電力は、送電側の自己共振コイル４００Ｂに戻ってしまう場合も懸念される。
【０１１４】
このような場合は共鳴がうまくいかずに送電効率が落ちてしまう。このため、本実施の形態では、送電するために選択された自己共振コイルの共振周波数（固有振動数）のみを受電側の自己共振コイルの共振周波数と一致させ、非選択の自己共振コイルの共振周波数をずらすように制御が行なわれる。
【０１１５】
図１３は、複数の自己共振コイルの好ましい配置ピッチを説明するための図である。
図１３に示すように、本願発明者によれば、配置ピッチＰがコイル径Ｄに対してＤ／２＜Ｐ＜Ｄの関係になる場合には、実用可能であり、Ｐ＝Ｄ／２またはＰ＜Ｄ／２であるほうがより実用に好ましい。
【０１１６】
したがって、各々の自己共振コイルのコイル径Ｄに対して複数の自己共振コイルの配置ピッチ（中心と中心または重心と重心の距離）Ｐは、Ｐ＜Ｄとし、より好ましくはＰ≦Ｄ／２とする。配置ピッチを狭くすると、自己共振コイルのうち複数が共振することがあるので、使用する自己共振コイル以外はコンデンサを切り離すまたはコンデンサ容量を変更するなどして、共振周波数をずらせて共振しないようにする。これにより、使用しない自己共振コイルは使用する自己共振コイルと比べて送電効率が大きく低下し、使用しない自己共振コイルには電流が流れないか、流れても使用する自己共振コイルに干渉しない程度の弱い電流となる。
【０１１７】
すなわち、一次側自己共振コイルをコイル間で干渉する範囲に複数配置し、一次側コイルの干渉を避けるために、リレーによって共鳴用コンデンサを分離し、適切なコイルのみ選択して共鳴させる。
【０１１８】
実施の形態１の非接触送受電システムでは、様々な車両の異なる受電コイル搭載位置においても、非接触で充電を実現することが可能となる。
【０１１９】
また複数コイルで密集した給電可能エリアを作る場合においても、互いに干渉することなく給電を実現することが可能となる。
【０１２０】
［実施の形態１の変形例１］
図１４は、送電ユニット２２０Ａの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図１４には、受電ユニット１１０も示されている。
【０１２１】
車両側の受電ユニット１１０は、二次自己共振コイル１１２と、コンデンサ１１１と、二次コイル１１４とを含む。
【０１２２】
これに対し、送電ユニット２２０Ａは、図９に示した送電ユニット２２０の構成において一次コイル２２５Ａ〜２２５Ｃに代えてひと巻の一次コイル２２５Ｄを含む。ひと巻というのは一筆書きのようにコイル用の巻線１本でつなぎ目なく実現できることを意味する。一次コイルは１つしかないので、実施の形態１の変形例１では図９のリレー２２６Ａ〜２２６Ｃは不要となる。
【０１２３】
自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ、コンデンサ２２３Ａ〜２２３Ｃおよびリレー２２４Ａ〜２２４Ｃについては、図９と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。
【０１２４】
図１４に示した例でも図９に示した構成と同様な効果が得られると共に、さらに、一次コイル（電磁誘導コイル）の配線やリレーを削減させることができる。
【０１２５】
［実施の形態１の変形例２］
図１５は、送電ユニット２２０Ｂの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図１５には、受電ユニット１１０も示されている。
【０１２６】
車両側の受電ユニット１１０は、二次自己共振コイル１１２と、コンデンサ１１１と、二次コイル１１４とを含む。
【０１２７】
これに対し、送電ユニット２２０Ｂは、図９に示した送電ユニット２２０の構成において一次コイル２２５Ａ〜２２５Ｃに代えてひと巻の一次コイル２２５Ｄを含む。ひと巻というのは一筆書きのようにコイル用の巻線１本でつなぎ目なく実現できることを意味する。一次コイル２２５Ｄは、図１４で示したものと同じである。実施の形態１の変形例２でも一次コイルは１つしかないので、図９のリレー２２６Ａ〜２２６Ｃは不要となる。
【０１２８】
さらに図１５に示した構成は、コンデンサ２２３を３つの自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃで共用する。コンデンサ２２３の一方電極は、自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃの各一方端と直結されている。そして、コンデンサ２２３の他方電極は、自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃの各他方端とそれぞれリレー２２４Ａ〜２２４Ｃを介して接続されている。このような回路構成とするには、コンデンサ２２３の配置は、中央に配置される自己共振コイル２２２Ｂの内側に配置することが好ましい。
【０１２９】
図１５に示した例でも図９および図１４に示した構成と同様な効果が得られると共に、さらに、コンデンサを共用することでコンデンサの数を減らすことができ、さらにコンデンサの配置を工夫することで配線の長さも削減することができるので、さらなるコストダウンを図ることができる。
【０１３０】
［実施の形態１の変形例３］
図１６は、送電ユニット２２０Ｃの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図１６には、受電ユニット１１０も示されている。
【０１３１】
車両側の受電ユニット１１０は、二次自己共振コイル１１２と、コンデンサ１１１と、二次コイル１１４とを含む。
【０１３２】
これに対し、送電ユニット２２０Ｃは、図９に示した送電ユニット２２０の構成において一次コイル２２５Ａ〜２２５Ｃに代えてひと巻の一次コイル２２５Ｄを含む。ひと巻というのは一筆書きのようにコイル用の巻線１本でつなぎ目なく実現できることを意味する。一次コイル２２５Ｄは、図１４および図１５で示したものと同じである。実施の形態１の変形例３でも一次コイルは１つしかないので、図９のリレー２２６Ａ〜２２６Ｃは不要となる。
【０１３３】
さらに図１６に示した構成は、３つの自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃにそれぞれ接続される可変容量コンデンサ２２８Ａ〜２２８Ｃを含む。図９、図１４、図１５のようなリレーではなく、コンデンサの容量を可変とし、使用しない自己共振コイルのコンデンサ容量値を共鳴する容量値範囲の外に設定することにより、自己共振コイルの選択を行なう。
【０１３４】
図１６に示した例でも図９、図１４および図１５に示した構成と同様な効果が得られると共に、さらに、可変容量コンデンサを採用することにより、使用する自己共振コイルの容量値も微調整が可能となり、二次側コイルが位置ずれしたときの効率も容量値を微調整することによって確保することができる。
【０１３５】
［実施の形態２］
実施の形態１では、送電装置側に複数の自己共振コイルを設ける例を示した。これに代えて、受電装置側に複数の自己共振コイルを設けてもよい。実施の形態２ではそのような例について説明する。
【０１３６】
図１７は、受電ユニット１１０Ｄの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図９には、送電ユニット２２０Ｄも示されている。
【０１３７】
送電ユニットと受電ユニットとの相対的な位置関係は車両の駐車位置によって異なるが、駐車のたびに高精度な駐車位置を要求するのは困難である。また、共鳴法での非接触充電を標準化するためには、送電装置における様々な送電コイル搭載位置に受電装置が対応する必要があるケースも考えられる。そこで、実施の形態２では、受電ユニット側の自己共振コイルを複数設置する。
【０１３８】
送電装置側の送電ユニット２２０Ｄは、一次自己共振コイル２２２と、コンデンサ２２３と、一次コイル２２５とを含む。
【０１３９】
これに対し、受電ユニット１１０Ｄは、位置をずらして配置されたコイルユニット１２１Ａ〜１２１Ｃと、コイルユニットを整流器１４０に選択的に接続するためのリレー１１５Ａ〜１１５Ｃとを含む。
【０１４０】
コイルユニット１２１Ａは、二次コイル１１４Ａと、二次自己共振コイル１１２Ａと、コンデンサ１１１Ａと、コンデンサ１１１Ａを二次自己共振コイル１１２Ａに接続するリレー１１３Ａとを含む。
【０１４１】
コイルユニット１２１Ｂは、二次コイル１１４Ｂと、二次自己共振コイル１１２Ｂと、コンデンサ１１１Ｂと、コンデンサ１１１Ｂを二次自己共振コイル１１２Ｂに接続するリレー１１３Ｂとを含む。
【０１４２】
コイルユニット１２１Ｃは、二次コイル１１４Ｃと、二次自己共振コイル１１２Ｃと、コンデンサ１１１Ｃと、コンデンサ１１１Ｃを二次自己共振コイル１１２Ｃに接続するリレー１１３Ｃとを含む。
【０１４３】
二次コイル１１４Ａ〜１１４Ｃのいずれを整流器１４０に接続するかを選択するためにリレー１１５Ａ〜１１５Ｃが使用される。選択された一次コイルに対応するリレーは導通され、他のリレーは非導通とされる。
【０１４４】
リレー１１５Ａ〜１１５Ｃの制御に対応させて、リレー１１３Ａ〜１１３Ｃについても制御が行なわれる。二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃは、リレー１１３Ａ〜１１３Ｃが非導通に設定されると、送電ユニット２２０Ｄの一次自己共振コイル２２３とは共振周波数がずれる。したがって、使用する自己共振コイルに対応するリレーが導通され、他のリレーは非導通に設定される。以上のリレーの制御は、図６の制御装置１８０によって行なわれる。
【０１４５】
受電側に設けられた複数の自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃの配置ピッチについては、図１０〜図１３で説明した送電側に複数の自己共振コイルを設ける場合と同じである。すなわち、各々の自己共振コイルのコイル径Ｄに対して複数の自己共振コイルの配置ピッチ（中心と中心または重心と重心の距離）Ｐは、Ｐ＜Ｄとし、より好ましくはＰ≦Ｄ／２とする。配置ピッチを狭くすると、自己共振コイルのうち複数が共振することがあるので、使用する自己共振コイル以外はコンデンサを切り離すまたはコンデンサ容量を変更するなどして、共振周波数をずらせて共振しないようにする。
【０１４６】
すなわち、二次側自己共振コイルをコイル間で干渉する範囲に複数配置し、二次側コイルの干渉を避けるために、リレーによって共鳴用コンデンサを分離し、適切なコイルのみ選択して共鳴させる。
【０１４７】
実施の形態２の非接触送受電システムでは、様々な送電装置の異なる送電コイル位置においても、非接触で充電を実現することが可能となる。
【０１４８】
［実施の形態２の変形例１］
図１８は、受電ユニット１１０Ｅの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図１８には、送電ユニット２２０Ｄも示されている。
【０１４９】
送電装置側の送電ユニット２２０Ｄは、一次自己共振コイル２２２と、コンデンサ２２３と、一次コイル２２５とを含む。
【０１５０】
これに対し、受電ユニット１１０Ｅは、図１７に示した受電ユニット１１０Ｄの構成において二次コイル１１４Ａ〜１１４Ｃに代えてひと巻の二次コイル１１４Ｄを含む。ひと巻というのは一筆書きのようにコイル用の巻線１本でつなぎ目なく実現できることを意味する。二次コイルは１つしかないので、図１７のリレー１１５Ａ〜１１５Ｃは不要となる。
【０１５１】
二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃ、コンデンサ１１１Ａ〜１１１Ｃおよびリレー１１３Ａ〜１１３Ｃについては、図１７と同様であるので、ここでは説明は繰返さない。
【０１５２】
図１８に示した例でも図１７に示した構成と同様な効果が得られると共に、さらに、二次コイル（電磁誘導コイル）の配線やリレーを削減させることができる。
【０１５３】
［実施の形態２の変形例２］
図１９は、受電ユニット１１０Ｆの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図１９には、送電ユニット２２０Ｄも示されている。
【０１５４】
送電装置側の送電ユニット２２０Ｄは、一次自己共振コイル２２２と、コンデンサ２２３と、一次コイル２２５とを含む。
【０１５５】
これに対し、受電ユニット１１０Ｆは、図１７に示した受電ユニット１１０Ｄの構成において二次コイル１１４Ａ〜１１４Ｃに代えてひと巻の二次コイル１１４Ｄを含む。ひと巻というのは一筆書きのようにコイル用の巻線１本でつなぎ目なく実現できることを意味する。二次コイルは１つしかないので、図１７のリレー１１５Ａ〜１１５Ｃは不要となる。
【０１５６】
さらに図１９に示した構成は、コンデンサ１１１を３つの自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃで共用する。コンデンサ１１１の一方電極は、自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃの各一方端と直結されている。そして、コンデンサ１１１の他方電極は、自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃの各他方端とそれぞれリレー１１３Ａ〜１１３Ｃを介して接続されている。このような回路構成とするには、コンデンサ１１１の配置は、中央に配置される自己共振コイル１１２Ｂの内側に配置することが好ましい。
【０１５７】
図１９に示した例でも図１７および図１８に示した構成と同様な効果が得られると共に、さらに、コンデンサを共用することでコンデンサの数を減らすことができ、さらにコンデンサの配置を工夫することで配線の長さも削減することができるので、さらなるコストダウンを図ることができる。
【０１５８】
［実施の形態２の変形例３］
図２０は、受電ユニット１１０Ｇの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図２０には、送電ユニット２２０Ｄも示されている。
【０１５９】
送電装置側の送電ユニット２２０Ｄは、一次自己共振コイル２２２と、コンデンサ２２３と、一次コイル２２５とを含む。
【０１６０】
これに対し、受電ユニット１１０Ｇは、図１７に示した受電ユニット１１０Ｄの構成において二次コイル１１４Ａ〜１１４Ｃに代えてひと巻の二次コイル１１４Ｄを含む。ひと巻というのは一筆書きのようにコイル用の巻線１本でつなぎ目なく実現できることを意味する。二次コイルは１つしかないので、図１７のリレー１１５Ａ〜１１５Ｃは不要となる。
【０１６１】
さらに図２０に示した構成は、３つの自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃにそれぞれ接続される可変容量コンデンサ１１８Ａ〜１１８Ｃを含む。図１７〜図１９のようなリレーではなく、コンデンサの容量を可変とし、使用しない自己共振コイルのコンデンサ容量値を共鳴する容量値範囲の外に設定することにより、自己共振コイルの選択を行なう。
【０１６２】
図２０に示した例でも図１７および図１８に示した構成と同様な効果が得られると共に、さらに、可変容量コンデンサを採用することにより、使用する自己共振コイルの容量値も微調整が可能となり、二次側コイルが位置ずれしたときの効率も容量値を微調整することによって確保することができる。
【０１６３】
［各実施の形態において適用可能なコイル形状］
上記の各実施の形態においては、コイル形状は円形や四角形の場合を示したが、コイル形状は種々の形状に変形して本発明を適用することが可能である。
【０１６４】
図２１は、コイル形状の第１の変形例である。図２１には、正方形のコイルの例が示されている。コイル径は内接円の直径としてもよいが、図２１に示すようにコイルをピッチＰだけ平行移動させた位置に複数配置する場合、平行移動方向の外径幅をコイル径Ｄとしてもよい。
【０１６５】
図２２は、コイル形状の第２の変形例である。図２２には、三角形のコイルの例が示されている。コイル径は内接円の直径としてもよいが、図２２に示すようにコイルをピッチＰだけ平行移動させた位置に複数配置する場合、平行移動方向の外径幅をコイル径Ｄとしてもよい。
【０１６６】
図２３は、コイル形状の第３の変形例である。図２３には、いわゆるクローバ形状のコイルの例が示されている。コイル径は内接円の直径としてもよいが、図２３に示すようにコイルをピッチＰだけ平行移動させた位置に複数配置する場合、平行移動方向の外径幅をコイル径Ｄとしてもよい。
【０１６７】
なお、各図形の配置ピッチＰは、平行移動させた距離として記載したが、図形の中心と中心または重心と重心の距離をピッチＰとしてもよい。これらの場合において、複数の自己共振コイルの配置ピッチ（中心と中心または重心と重心の距離）Ｐは、Ｐ＜Ｄとし、より好ましくはＰ≦Ｄ／２とする。これにより、共鳴できない位置を極力減らすことができる。
【０１６８】
最後に再び図を参照して実施の形態１，２について総括する。
図９等に示すように、非接触送電装置は、交流電源に接続された少なくとも１つの第２コイル（一次コイル２２５Ａ〜２２５Ｃ；２２５Ｄ）と、第２コイルから電力を受け、受電装置に電力を送電する複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）と、受電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置（送電ＥＣＵ２４２）とを備える。複数の第１コイルの各々は、受電装置に電力を送電可能な第１状態と第１状態よりも受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成される。制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを第２状態に設定する。なお、受電装置の位置に基づいて使用するコイルを選択するとは、車両位置に基づいて使用するコイルを選択するということ以外にも、受電ユニットや受電コイルの位置に基づいてコイルを選択することも含む。すなわち、車両位置と受電ユニットや受電コイル位置とが必ずしも連動しない場合でも本発明は適用可能である。また、効率が低下するとは、効率がゼロまで低下する（送電不可能となる）ことも含む意味である。
【０１６９】
好ましくは、複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）の各々は、キャパシタンスを変更することが可能に構成される。制御装置は、複数の第１コイルの各々についてキャパシタンスを変更することによって第１状態と第２状態とを切り替える。
【０１７０】
より好ましくは、複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）の各々は、図１６に示すように、制御装置によってキャパシタンスが変更可能なコンデンサ（コンデンサ２２８Ａ〜２２８Ｃ）と、図９、図１４、図１５に示すように、制御装置によってキャパシタンスを切り離し可能なスイッチ（リレー２２４Ａ〜２２４Ｃ）とのいずれか一方を含む。
【０１７１】
より好ましくは、図１４〜図１６に示すように、第２コイル（一次コイル２２５Ｄ）は、１本の導電線によって形成され、複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）に対して共通に１つ設けられる。
【０１７２】
より好ましくは、図１５に示すように、複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）は、複数の第１コイルに共通して設けられるコンデンサ（コンデンサ２２３）と、複数のコイル本体部（２２２Ａ〜２２２Ｃ）と、複数のコイル本体部にコンデンサを選択的に接続する選択スイッチ（リレー２２４Ａ〜２２４Ｃ）とを含む。
【０１７３】
好ましくは、複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）の各々は、第１状態において受電装置に含まれるコイルと固有周波数が等しくなるように調整され、第２状態において、受電装置に含まれるコイルとは固有周波数が異なるように調整される。すなわち、図９，図１４，図１５に示す場合では、第１状態では対応するリレーがオン状態とされ、第２状態では対応するリレーがオフ状態とされる。また、図１６に示す場合では、第１状態では共振周波数が自己共振コイル１１２と等しくなるように対応する可変容量コンデンサが制御され、第２状態では共振周波数が自己共振コイル１１２と異なるように対応する可変容量コンデンサが制御される。なお、共振周波数をずらすことができれば他の構成であっても良い。この場合、第２状態は、送電が不可能となる状態も含むが、送電するには効率は悪くなるが送電不可能な状態ではない状態も含む。
【０１７４】
好ましくは、複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）の各々は、第１状態において受電装置に含まれるコイル（二次自己共振コイル１１２）と固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、第２状態において、受電装置に含まれるコイル（二次自己共振コイル１１２）とは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される。
【０１７５】
より好ましくは、第１状態において、複数の第１のコイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）の各々と受電装置に含まれるコイル（二次自己共振コイル１１２）との結合係数は、０．１以下である。
【０１７６】
より好ましくは、複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）の各々は、共鳴周波数を変更可能に構成された一次共鳴コイルである。受電装置は、一次共鳴コイルから磁界共鳴により送電された電力を受ける二次共鳴コイル（二次自己共振コイル１１２）を含む。
【０１７７】
より好ましくは、送電に使用することを選択したコイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃのいずれか）は、受電装置と非接触送電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電装置と非接触送電装置との間に形成され、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、受電装置に電力を送電する。
【０１７８】
さらに好ましくは、図２でも代表的な説明をしたように、第２コイル（一次コイル３２０）は複数の第１コイル（一次自己共振コイル３３０）に対して、電磁誘導によって電力を送電する。
【０１７９】
好ましくは、図１３について説明したように、複数の第１コイルは、複数の第１コイルのコイル径よりも狭いピッチで所定方向に沿って配置される。
【０１８０】
好ましくは、図１３の下段について説明したように、複数の第１コイルは、複数の第１コイルのコイル径の半分（Ｄ／２）よりも狭いピッチ（Ｐ）で所定方向に沿って配置される。
【０１８１】
この発明は、他の局面では、非接触受電装置であって、図１７〜図２０に示したように、電気負荷に接続された少なくとも１つの第２コイル（二次コイル１１４Ａ〜１１４Ｃ；１１４Ｄ）と、送電装置から電力を受け、第２コイルに電力を送電する複数の第１コイル（二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃ）と、送電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置（車両１００の制御装置１８０）とを備える。複数の第１コイルの各々は、送電装置から電力を受電可能な第１状態と第１状態よりも送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを第２状態に設定する。なお、効率が低下するとは、効率がゼロまで低下する（受電不可能となる）ことも含む意味である。
【０１８２】
好ましくは、複数の第１コイル（二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃ）の各々は、キャパシタンスを変更することが可能に構成される。制御装置１８０は、複数の第１コイルの各々についてキャパシタンスを変更することによって第１状態と第２状態とを切り替える。
【０１８３】
好ましくは、複数の第１コイル（二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃ）の各々は、第１状態において送電装置に含まれるコイル（一次自己共振コイル２２２）と固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、第２状態において、送電装置に含まれるコイル（一次自己共振コイル２２２）とは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される。
【０１８４】
より好ましくは、第１状態において、複数の第１のコイル（二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃ）の各々と送電装置に含まれるコイル（一次自己共振コイル２２２）との結合係数は、０．１以下である。
【０１８５】
より好ましくは、受電に使用することを選択したコイル（二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃのいずれか）は、送電装置と非接触受電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、送電装置と非接触受電装置との間に形成され、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、送電装置から電力を受電する。
【０１８６】
好ましくは、図１３の下段で説明したように、複数の第１コイル（二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃ）は、複数の第１コイルのコイル径の半分（Ｄ／２）よりも狭いピッチ（Ｐ）で配置される。
【０１８７】
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、受電装置（１１０）と、非接触送電装置を備える。非接触送電装置は、図９等に示すように、交流電源に接続された少なくとも１つの第２コイル（一次コイル２２５Ａ〜２２５Ｃ；２２５Ｄ）と、第２コイルから電力を受け、受電装置に電力を送電する複数の第１コイル（一次自己共振コイル２２２Ａ〜２２２Ｃ）と、受電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置（送電ＥＣＵ２４２）とを含む。複数の第１コイルの各々は、受電装置に電力を送電可能な第１状態と第１状態よりも受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成される。制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを第２状態に設定する。なお、効率が低下するとは、効率がゼロまで低下する（送電不可能となる）ことも含む意味である。
【０１８８】
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、送電装置（２２０Ｄ）と、非接触受電装置を備える。非接触受電装置は、図１７〜図２０に示したように、電気負荷に接続された少なくとも１つの第２コイル（二次コイル１１４Ａ〜１１４Ｃ；１１４Ｄ）と、送電装置から電力を受け、第２コイルに電力を送電する複数の第１コイル（二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃ）と、送電装置の位置に基づいて、複数の第１コイルのうちから送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置（車両１００の制御装置１８０）とを備える。複数の第１コイルの各々は、送電装置から電力を受電可能な第１状態と第１状態よりも送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成される。制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを第２状態に設定する。
【０１８９】
上記のように本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電ユニットと受電ユニットとを電磁界によって共鳴させることで送電ユニットから受電ユニット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ユニットと受電ユニットとの結合を、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。
【０１９０】
「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。
【０１９１】
本明細書中で説明した送電ユニットと受電ユニットとは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電ユニットと受電ユニットとは主に、磁界（磁場）によって結合しており、送電ユニットと受電ユニットとは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。
【０１９２】
なお、送電ユニットと受電ユニットとして、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、送電ユニットと受電ユニットとは主に、電界（電場）によって結合している。このときには、送電ユニットと受電ユニットとは、「電界（電場）共振結合」している。
【０１９３】
また、本実施の形態では、電磁誘導コイルを含んだ送電ユニット、受電ユニットを例示したが、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。
【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】
【０１９５】
１０  非接触送受電システム、１００  車両、１１０，１１０Ｄ，１１０Ｅ，１１０Ｆ，１１０Ｇ  受電ユニット、１１１，１１１Ａ〜１１１Ｃ，２２３，２２３Ａ〜２２３Ｃ，２２８Ａ〜２２８Ｃ  コンデンサ、１１２  二次自己共振コイル、１１３，１１３Ａ〜１１３Ｃ，１１５Ａ〜１１５Ｃ，１４６，２２４Ａ〜２２４Ｃ，２２６Ａ〜２２６Ｃ  リレー、１１４，１１４Ａ〜１１４Ｄ，３５０  二次コイル、１１８Ａ〜１１８Ｃ，２２８Ａ〜２２８Ｃ  可変容量コンデンサ、１２０  カメラ、１２１Ａ〜１２１Ｃ，２２１Ａ〜２２１Ｃ  コイルユニット、１２２  給電ボタン、１３０，２４０  通信ユニット、１４０  整流器、１４２  コンバータ、１４４  抵抗、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  電圧センサ、２００  送電装置、２１０  高周波電源装置、２１２  整合器、２２０，２２０Ａ〜２２０Ｄ  送電ユニット、２２２，２２２Ａ〜２２２Ｃ，２２３，３３０  一次自己共振コイル、２２５，２２５Ａ〜２２５Ｄ，３２０  一次コイル、２３０  発光部、２４２  送電ＥＣＵ、２５０  高周波電源部、３１０  高周波電源、３６０  負荷、Ｄ  コイル径、Ｐ  配置ピッチ、ＰＬ２  正極線、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２  システムメインリレー。
【図１】
2013042229.tif 000003
【図２】
2013042229.tif 000004
【図３】
2013042229.tif 000005
【図４】
2013042229.tif 000006
【図５】
2013042229.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013042229.tif 000009
【図８】
2013042229.tif 000010
【図９】
2013042229.tif 000011
【図１０】
2013042229.tif 000012
【図１１】
2013042229.tif 000013
【図１２】
2013042229.tif 000014
【図１３】
2013042229.tif 000015
【図１４】
2013042229.tif 000016
【図１５】
2013042229.tif 000017
【図１６】
2013042229.tif 000018
【図１７】
2013042229.tif 000019
【図１８】
2013042229.tif 000020
【図１９】
2013042229.tif 000021
【図２０】
2013042229.tif 000022
【図２１】
2013042229.tif 000023
【図２２】
2013042229.tif 000024
【図２３】
2013042229.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月11日(2014.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から電力を受け、受電装置に電力を送電するための複数の第１コイルと、
前記受電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置とを備え、
前記複数の第１コイルの各々は、前記受電装置に電力を送電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを前記第２状態に設定し、
前記複数の第１コイルは、
前記複数の第１コイルに共通して設けられるコンデンサと、
複数のコイル本体部と、
前記複数のコイル本体部に前記コンデンサを選択的に接続する選択スイッチとを含む、非接触送電装置。
【請求項２】
前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されたコイルは、前記第１状態に設定され、前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されていないコイルは、前記第２状態に設定される、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項３】
前記交流電源に接続された少なくとも１つの第２コイルをさらに備え、
前記第２コイルは、１本の導電線によって形成され、前記複数の第１コイルに対して共通に１つ設けられる、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項４】
前記第２コイルは前記複数の第１コイルに対して、電磁誘導によって電力を送電する、請求項３に記載の非接触送電装置。
【請求項５】
前記複数の第１コイルの各々は、前記第１状態において前記受電装置に含まれるコイルと固有周波数が等しくなるように調整され、前記第２状態において、前記受電装置に含まれるコイルとは固有周波数が異なるように調整される、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項６】
前記複数の第１コイルの各々は、前記第１状態において前記受電装置に含まれるコイルと固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、前記第２状態において、前記受電装置に含まれるコイルとは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される、請求項１に記載の非接触送電装置。
【請求項７】
前記第１状態において、前記複数の第１コイルの各々と前記受電装置に含まれるコイルとの結合係数は、０．１以下である、請求項６に記載の非接触送電装置。
【請求項８】
前記送電に使用することを選択したコイルは、前記受電装置と前記非接触送電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電装置と前記非接触送電装置との間に形成され、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、前記受電装置に電力を送電する、請求項６に記載の非接触送電装置。
【請求項９】
前記複数の第１コイルは、前記複数の第１コイルのコイル径よりも狭いピッチで所定方向に沿って配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触送電装置。
【請求項１０】
前記複数の第１コイルは、前記複数の第１コイルのコイル径の半分よりも狭いピッチで所定方向に沿って配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の非接触送電装置。
【請求項１１】
送電装置から電力を受け、電気負荷に電力を送電するための複数の第１コイルと、
前記送電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置とを備え、
前記複数の第１コイルの各々は、前記送電装置から電力を受電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを前記第２状態に設定し、
前記複数の第１コイルは、
前記複数の第１コイルに共通して設けられるコンデンサと、
複数のコイル本体部と、
前記複数のコイル本体部に前記コンデンサを選択的に接続する選択スイッチとを含む、非接触受電装置。
【請求項１２】
前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されたコイルは、前記第１状態に設定され、前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されていないコイルは、前記第２状態に設定される、請求項１１に記載の非接触受電装置。
【請求項１３】
前記複数の第１コイルの各々は、前記第１状態において前記送電装置に含まれるコイルと固有周波数の差が±１０％以内となるように調整され、前記第２状態において、前記送電装置に含まれるコイルとは固有周波数の差が±１０％より大きく異なるように調整される、請求項１１に記載の非接触受電装置。
【請求項１４】
前記第１状態において、前記複数の第１コイルの各々と前記送電装置に含まれるコイルとの結合係数は、０．１以下である、請求項１３に記載の非接触受電装置。
【請求項１５】
前記受電に使用することを選択したコイルは、前記送電装置と前記非接触受電装置との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記送電装置と前記非接触受電装置との間に形成され、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、前記送電装置から電力を受電する、請求項１３に記載の非接触受電装置。
【請求項１６】
前記複数の第１コイルは、前記複数の第１コイルのコイル径の半分よりも狭いピッチで配置される、請求項１１に記載の非接触受電装置。
【請求項１７】
非接触送受電システムであって、
受電装置と、
非接触送電装置を備え、前記非接触送電装置は、
交流電源から電力を受け、前記受電装置に電力を送電するための複数の第１コイルと、
前記受電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記受電装置への送電に使用するコイルを選択する制御装置とを含み、
前記複数の第１コイルの各々は、前記受電装置に電力を送電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記受電装置に電力を送電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、送電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、送電に使用しないコイルを前記第２状態に設定し、
前記複数の第１コイルは、
前記複数の第１コイルに共通して設けられるコンデンサと、
複数のコイル本体部と、
前記複数のコイル本体部に前記コンデンサを選択的に接続する選択スイッチとを含む、非接触送受電システム。
【請求項１８】
前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されたコイルは、前記第１状態に設定され、前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されていないコイルは、前記第２状態に設定される、請求項１７に記載の非接触送受電システム。
【請求項１９】
非接触送受電システムであって、
送電装置と、
非接触受電装置を備え、前記非接触受電装置は、
前記送電装置から電力を受け、電気負荷に電力を送電するための複数の第１コイルと、
前記送電装置の位置に基づいて、前記複数の第１コイルのうちから前記送電装置からの受電に使用するコイルを選択する制御装置とを備え、
前記複数の第１コイルの各々は、前記送電装置から電力を受電可能な第１状態と前記第１状態よりも前記送電装置から電力を受電する効率が低下する第２状態とに切り替えることが可能に構成され、
前記制御装置は、受電に使用することを選択したコイルを前記第１状態に設定し、受電に使用しないコイルを前記第２状態に設定し、
前記複数の第１コイルは、
前記複数の第１コイルに共通して設けられるコンデンサと、
複数のコイル本体部と、
前記複数のコイル本体部に前記コンデンサを選択的に接続する選択スイッチとを含む、非接触送受電システム。
【請求項２０】
前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されたコイルは、前記第１状態に設定され、前記複数の第１コイルのうち前記コンデンサが接続されていないコイルは、前記第２状態に設定される、請求項１９に記載の非接触送受電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
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９３および受電部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、共鳴コイル９４および共鳴コイル９９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９３に供給される電流の周波数は一定である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３６】
図１７は、受電ユニット１１０Ｄの構成を示した図である。なお、理解の容易のため図１７には、送電ユニット２２０Ｄも示されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４３】
二次コイル１１４Ａ〜１１４Ｃのいずれを整流器１４０に接続するかを選択するためにリレー１１５Ａ〜１１５Ｃが使用される。選択された二次コイルに対応するリレーは導通され、他のリレーは非導通とされる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４４】
リレー１１５Ａ〜１１５Ｃの制御に対応させて、リレー１１３Ａ〜１１３Ｃについても制御が行なわれる。二次自己共振コイル１１２Ａ〜１１２Ｃは、リレー１１３Ａ〜１１３Ｃが非導通に設定されると、送電ユニット２２０Ｄの一次自己共振コイル２２２とは共振周波数がずれる。したがって、使用する自己共振コイルに対応するリレーが導通され、他のリレーは非導通に設定される。以上のリレーの制御は、図６の制御装置１８０によって行なわれる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2013042229.tif 000026
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１８】
2013042229.tif 000027
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１９】
2013042229.tif 000028
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２０】
2013042229.tif 000029
【国際調査報告】
2013042229.tif 000030
2013042229.tif 000031
2013042229.tif 000032