(57)【要約】【課題】共鳴法による非接触給電システムにおいて、共振コイルの共鳴状態への影響およびコストアップを抑制しつつ、共振コイルの異常を検出する。【解決手段】対向配置された第１の共振コイルと、電磁共鳴によって非接触で電力の送電および受電の少なくともいずれかを行う第２の共振コイル１１０，２４０に発生する電圧を検出するための電圧検出器であって、第２の共振コイル１１０，２４０の一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素５１０と、第２の共振コイル１１０，２４０の他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素５２０と、第１の高インピーダンス要素５１０の他方端と第２の高インピーダンス要素５２０の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素５１０，５２０の各々よりもインピーダンスが小さい、低インピーダンス要素５５０と、低インピーダンス要素５５０の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための出力端子５６０とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置された第１の共振コイルと、電磁共鳴によって非接触で電力の送電および受電の少なくともいずれかを行なう第２の共振コイルに発生する電圧を検出するための電圧検出器であって、
前記第２の共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素と、
前記第２の共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素と、
前記第１の高インピーダンス要素の他方端と、前記第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、低インピーダンス要素と、
前記低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための出力端子とを備える、電圧検出器。
【請求項２】
前記第１の高インピーダンス要素は、
第１のキャパシタを含み、
前記第２の高インピーダンス要素は、
第２のキャパシタを含む、請求項１に記載の電圧検出器。
【請求項３】
前記第１および第２のキャパシタの各々は、
前記第２の共振コイルと接続するための電極と、
電界方向の長さが、前記電界方向と垂直な方向の前記電極の長さよりも大きい誘電体とを含む、請求項２に記載の電圧検出器。
【請求項４】
前記誘電体の前記電界方向の長さは、前記第１および第２のキャパシタを前記第２の共振コイルに接続することによって発生する前記電圧検出器のインピーダンスが、前記第１の共振コイルと前記第２の共振コイルとの間の共鳴状態に影響を与えないほど十分に大きい予め定められた値より大きくなるような長さである、請求項３に記載の電圧検出器。
【請求項５】
前記第１および第２のキャパシタの各静電容量は、ほぼ等しい容量に設定される、請求項２に記載の電圧検出器。
【請求項６】
前記低インピーダンス要素は、絶縁トランスであり、
前記絶縁トランスは、
前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々の他方端の間に接続される１次コイルと、
前記出力端子に接続される２次コイルと、
前記１次コイルおよび前記２次コイルが巻回されるトロイダルコアとを含む、請求項１に記載の電圧検出器。
【請求項７】
前記第２の共振コイルから発生する電磁場を遮蔽するためのシールドボックスをさらに備え、
前記絶縁トランスは、前記シールドボックス内に配置される、請求項６に記載の電圧検出器。
【請求項８】
前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々は、
前記第２の共振コイルに接続するための電極を含み、
前記第１および第２の高インピーダンス要素、ならびに前記低インピーダンス要素は、前記電極の各々に対して接続されるインピーダンスが対称となるように配置される、請求項１に記載の電圧検出器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電圧検出器と、
前記電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記第２の共振コイルの異常を判定するように構成された異常判定部とを備える、異常検出装置。
【請求項１０】
前記異常判定部は、前記電圧に関連する信号が基準値より大きい場合に、前記第２の共振コイルが高温であると判定する、請求項９に記載の異常検出装置。
【請求項１１】
前記異常判定部は、前記電圧に関連する信号と、前記第２の共振コイルに供給される給電電圧との比較に基づいて、前記第２の共振コイルの損失が増加しているか否かを判定する、請求項９に記載の異常検出装置。
【請求項１２】
前記第２の共振コイルの異常が検出された場合に、操作者に対して警報を出力するための警報出力部をさらに備える、請求項９に記載の異常検出装置。
【請求項１３】
電磁共鳴によって電源からの電力を受電装置へ非接触で伝達するための非接触送電装置であって、
前記受電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、
電磁誘導によって、前記電源からの電力を前記共振コイルに伝達するように構成された電磁誘導コイルと、
前記共振コイルに発生する電圧を検出するための電圧検出器と、
前記電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記共振コイルの異常を検出するように構成された異常判定部とを備え、
前記電圧検出器は、
前記共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素と、
前記共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素と、
前記第１の高インピーダンス要素の他方端と、前記第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、低インピーダンス要素と、
前記低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための出力端子とを含む、非接触送電装置。
【請求項１４】
電磁共鳴によって送電装置からの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、
前記送電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、
電磁誘導によって、前記共振コイルで受電した電力を取出すように構成された電磁誘導コイルと、
前記共振コイルに発生する電圧を検出するための電圧検出器と、
前記電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記共振コイルの異常を検出するように構成された異常判定部とを備え、
前記電圧検出器は、
前記共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素と、
前記共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素と、
前記第１の高インピーダンス要素の他方端と、前記第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、低インピーダンス要素と、
前記低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための出力端子とを含む、非接触受電装置。
【請求項１５】
電磁共鳴によって、電源からの電力を非接触で伝達するための非接触給電システムであって、
前記電源からの電力を供給する送電装置と、
前記送電装置と対向する受電装置とを備え、
前記送電装置は、
前記受電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、
電磁誘導によって、前記電源からの電力を前記共振コイルに伝達するように構成された電磁誘導コイルと、
前記共振コイルに発生する電圧を検出するための電圧検出器と、
前記電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記共振コイルの異常を検出するように構成された異常判定部とを備え、
前記電圧検出器は、
前記共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素と、
前記共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素と、
前記第１の高インピーダンス要素の他方端と、前記第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、低インピーダンス要素と、
前記低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための出力端子とを含む、非接触給電システム。
【請求項１６】
電磁共鳴によって、電源からの電力を非接触で伝達するための非接触給電システムであって、
前記電源からの電力を供給する送電装置と、
前記送電装置と対向する受電装置とを備え、
前記受電装置は、
前記送電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、
電磁誘導によって、前記共振コイルで受電した電力を取出すように構成された電磁誘導コイルと、
前記共振コイルに発生する電圧を検出するための電圧検出器と、
前記電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記共振コイルの異常を検出するように構成された異常判定部とを備え、
前記電圧検出器は、
前記共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素と、
前記共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素と、
前記第１の高インピーダンス要素の他方端と、前記第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、低インピーダンス要素と、
前記低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための出力端子とを含む、非接触給電システム。
【請求項１７】
電磁共鳴によって、電源からの電力を非接触で伝達するための非接触給電システムであって、
前記電源からの電力を供給する送電装置と、
前記送電装置と対向する受電装置とを備え、
前記送電装置は、
前記受電装置と電磁共鳴を行なうための第１の共振コイルと、
電磁誘導によって、前記電源からの電力を前記第１の共振コイルに伝達するように構成された第１の電磁誘導コイルと、
前記第１の共振コイルに発生する電圧を検出するための第１の電圧検出器と、
前記第１の電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記第１の共振コイルの異常を検出するように構成された第１の異常判定部とを含み、
前記第１の電圧検出器は、
前記第１の共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素と、
前記第１の共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素と、
前記第１の高インピーダンス要素の他方端と、前記前記第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、第１の低インピーダンス要素と、
前記第１の低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための第１の出力端子とを含み、
前記受電装置は、
前記送電装置と電磁共鳴を行なうための第２の共振コイルと、
電磁誘導によって、前記第２の共振コイルで受電した電力を取出すように構成された第２の電磁誘導コイルと、
前記第２の共振コイルに発生する電圧を検出するための第２の電圧検出器と、
前記第２の電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記第２の共振コイルの異常を検出するように構成された第２の異常判定部とを含み、
前記第２の電圧検出器は、
前記第２の共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第３の高インピーダンス要素と、
前記第２の共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第４の高インピーダンス要素と、
前記第３の高インピーダンス要素の他方端と、前記第４の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第３および第４の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、第２の低インピーダンス要素と、
前記第２の低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための第２の出力端子とを含む、非接触給電システム。
【請求項１８】
車両であって、
電磁共鳴によって送電装置からの電力を非接触で受電するための非接触受電装置と、
前記非接触受電装置によって受電された電力を用いて充電が可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置からの電力を用いて前記車両を走行するための駆動力を発生するための駆動装置とを備え、
前記非接触受電装置は、
前記送電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、
電磁誘導によって、前記共振コイルで受電した電力を取出すように構成された電磁誘導コイルと、
前記共振コイルに発生する電圧を検出するための電圧検出器と、
前記電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、前記共振コイルの異常を検出するように構成された異常判定部とを含み、
前記電圧検出器は、
前記共振コイルの一方端に、その一方端が接続される第１の高インピーダンス要素と、
前記共振コイルの他方端に、その一方端が接続される第２の高インピーダンス要素と、
前記第１の高インピーダンス要素の他方端と、前記第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、前記第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい、低インピーダンス要素と、
前記低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力するための出力端子とを含む、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧検出器、異常検出装置、非接触送電装置、非接触受電装置、非接触給電システムおよび車両に関し、より特定的には、共鳴法による非接触給電に使用される共振コイルの異常検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車には、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両等が含まれる。
【０００３】
ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。
【０００４】
一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。
【０００５】
このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の共振コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することも可能である。そして、共鳴法においては、共振コイルには大電力が発生するため、発熱等によるシステムの故障の防止のために、共振コイルの異常検出をすることが望まれている。
【０００６】
特開平１１−１６４４９７号公報（特許文献１）は、電磁誘導を用いた非接触給電装置において、ピックアップコイルの温度を温度センサによって検出し、検出温度が一定値を超える場合には、異常を認識して回路への電源供給を停止する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６４４９７号公報
【特許文献２】特開２００９−１０６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
共鳴法による非接触給電においては、送電装置と受電装置とに含まれる共振コイルを共鳴させることによって電力が伝達される。そして、電力の伝達効率を向上するためには、送電装置および受電装置の共振コイルにおけるＱ値を大きくすることが必要となる。
【０００９】
共振コイルの異常検出のために、サーミスタや熱電対などの接触型の温度センサを用いた場合、共振コイルに温度センサを接触させることによって、共振コイルと温度センサとの間の寄生容量を介して電流が流れるため共振のＱ値が悪化してしまい、伝達効率を低下させるおそれがある。
【００１０】
また、光ファイバやレーザなどを用いた非接触での温度検出技術を採用することも可能であるが、このような温度センサは一般的に高価であり、コストアップの要因になり得る。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、共鳴法による非接触給電システムにおいて、共振コイルの共鳴状態への影響およびコストアップを抑制しつつ、共振コイルの異常を検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による電圧検出器は、対向配置された第１の共振コイルと、電磁共鳴によって非接触で電力の送電および受電の少なくともいずれかを行なう第２の共振コイルに発生する電圧を検出するための電圧検出器であり、第１および第２の高インピーダンス要素と、低インピーダンス要素と、出力端子とを備える。第１の高インピーダンス要素の一方端は、第２の共振コイルの一方端に接続される。第２の高インピーダンス要素の一方端は、第２の共振コイルの他方端に接続される。低インピーダンス要素は、第１の高インピーダンス要素の他方端と、第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、出力端子は、低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。
【００１３】
好ましくは、第１の高インピーダンス要素は第１のキャパシタを含み、第２の高インピーダンス要素は第２のキャパシタを含む。
【００１４】
好ましくは、第１および第２のキャパシタの各々は、第２の共振コイルと接続するための電極と、電界方向の長さが電界方向と垂直な方向の電極の長さよりも大きい誘電体とを含む。
【００１５】
好ましくは、誘電体の電界方向の長さは、第１および第２のキャパシタを第２の共振コイルに接続することによって発生する電圧検出器のインピーダンスが、第１の共振コイルと第２の共振コイルとの間の共鳴状態に影響を与えないほど十分に大きい予め定められた値より大きくなるような長さである。
【００１６】
好ましくは、第１および第２のキャパシタの各静電容量は、ほぼ等しい容量に設定される。
【００１７】
好ましくは、低インピーダンス要素は絶縁トランスである。そして、絶縁トランスは、第１および第２の高インピーダンス要素の各々の他方端の間に接続される１次コイルと、出力端子に接続される２次コイルと、１次コイルおよび２次コイルが巻回されるトロイダルコアとを含む。
【００１８】
好ましくは、電圧検出器は、第２の共振コイルから発生する電磁場を遮蔽するためのシールドボックスをさらに備える。そして、絶縁トランスは、シールドボックス内に配置される。
【００１９】
好ましくは、第１および第２の高インピーダンス要素の各々は、第２の共振コイルと接続するための電極を含む。そして、第１および第２の高インピーダンス要素、ならびに低インピーダンス要素は、電極の各々に対して接続されるインピーダンスが対称となるように配置される。
【００２０】
本発明による異常検出装置は、上記のいずれかの電圧検出器と、電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、第２の共振コイルの異常を判定するように構成された異常判定部とを備える。
【００２１】
好ましくは、異常判定部は、電圧に関連する信号が基準値より大きい場合に、第２の共振コイルが高温であると判定する。
【００２２】
好ましくは、異常判定部は、電圧に関連する信号と、第２の共振コイルに供給される給電電圧との比較に基づいて、第２の共振コイルの損失が増加しているか否かを判定する。
【００２３】
好ましくは、異常検出装置は、第２の共振コイルの異常が検出された場合に、操作者に対して警報を出力するための警報出力部をさらに備える。
【００２４】
本発明による非接触送電装置は、受電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、電磁誘導コイルと、電圧検出器と、異常判定部とを備え、電磁共鳴によって電源からの電力を受電装置へ非接触で伝達する。電磁誘導コイルは、電磁誘導によって、電源からの電力を共振コイルに伝達する。電圧検出器は、共振コイルに発生する電圧を検出する。異常判定部は、電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、共振コイルの異常を検出する。電圧検出器は、第１および第２の高インピーダンス要素と、低インピーダンス要素と、出力端子とを含む。第１の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの一方端に接続される。第２の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの他方端に接続される。低インピーダンス要素は、第１の高インピーダンス要素の他方端と、第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、出力端子は、低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。
【００２５】
本発明による非接触受電装置は、送電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、電磁誘導コイルと、電圧検出器と、異常判定部とを備え、電磁共鳴によって送電装置からの電力を非接触で受電する。電磁誘導コイルは、電磁誘導によって、共振コイルで受電した電力を取出す。電圧検出器は、共振コイルに発生する電圧を検出する。異常判定部は、電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、共振コイルの異常を検出する。電圧検出器は、第１および第２の高インピーダンス要素と、低インピーダンス要素と、出力端子とを含む。第１の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの一方端に接続される。第２の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの他方端に接続される。低インピーダンス要素は、第１の高インピーダンス要素の他方端と、第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、出力端子は、低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。
【００２６】
本発明による非接触給電システムは、電源からの電力を供給する送電装置と、送電装置と対向する受電装置とを備え、電磁共鳴によって電源からの電力を非接触で伝達する。送電装置は、受電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、電磁誘導コイルと、電圧検出器と、異常判定部とを含む。電磁誘導コイルは、電磁誘導によって、電源からの電力を共振コイルに伝達する。電圧検出器は、共振コイルに発生する電圧を検出する。異常判定部は、電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、共振コイルの異常を検出する。電圧検出器は、第１および第２の高インピーダンス要素と、低インピーダンス要素と、出力端子とを含む。第１の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの一方端に接続される。第２の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの他方端に接続される。低インピーダンス要素は、第１の高インピーダンス要素の他方端と、第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、出力端子は、低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。
【００２７】
本発明による非接触給電システムは、電源からの電力を供給する送電装置と、送電装置と対向する受電装置とを備え、電磁共鳴によって電源からの電力を非接触で伝達する。受電装置は、送電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、電磁誘導コイルと、電圧検出器と、異常判定部とを含む。電磁誘導コイルは、電磁誘導によって、共振コイルで受電した電力を取出す。電圧検出器は、共振コイルに発生する電圧を検出する。異常判定部は、電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、共振コイルの異常を検出する。電圧検出器は、第１および第２の高インピーダンス要素と、低インピーダンス要素と、出力端子とを含む。第１の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの一方端に接続される。第２の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの他方端に接続される。低インピーダンス要素は、第１の高インピーダンス要素の他方端と、第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、出力端子は、低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。
【００２８】
本発明による非接触給電システムは、電源からの電力を供給する送電装置と、送電装置と対向する受電装置とを備え、電磁共鳴によって電源からの電力を非接触で伝達する。送電装置は、受電装置と電磁共鳴を行なうための第１の共振コイルと、第１の電磁誘導コイルと、第１の電圧検出器と、第１の異常判定部とを含む。第１の電磁誘導コイルは、電磁誘導によって、電源からの電力を第１の共振コイルに伝達する。第１の電圧検出器は、第１の共振コイルに発生する電圧を検出する。第１の異常判定部は、第１の電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、第１の共振コイルの異常を検出する。第１の電圧検出器は、第１および第２の高インピーダンス要素と、第１の低インピーダンス要素と、第１の出力端子とを含む。第１の高インピーダンス要素の一方端は、第１の共振コイルの一方端に接続される。第２の高インピーダンス要素の一方端は、第１の共振コイルの他方端に接続される。第１の低インピーダンス要素は、第１の高インピーダンス要素の他方端と、第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、第１の出力端子は、低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。受電装置は、送電装置と電磁共鳴を行なうための第２の共振コイルと、第２の電磁誘導コイルと、第２の電圧検出器と、第２の異常判定部とを含む。第２の電磁誘導コイルは、電磁誘導によって、第２の共振コイルで受電した電力を取出す。第２の電圧検出器は、第２の共振コイルに発生する電圧を検出する。第２の異常判定部は、電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、第２の共振コイルの異常を検出する。第２の電圧検出器は、第３および第４の高インピーダンス要素と、第２の低インピーダンス要素と、第２の出力端子とを含む。第３の高インピーダンス要素の一方端は、第２の共振コイルの一方端に接続される。第４の高インピーダンス要素の一方端は、第２の共振コイルの他方端に接続される。第２の低インピーダンス要素は、第３の高インピーダンス要素の他方端と、第４の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第３および第４の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、第２の出力端子は、第２の低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。
【００２９】
本発明による車両は、非接触受電装置と、蓄電装置と、駆動装置とを備える。非接触受電装置は、電磁共鳴によって送電装置からの電力を非接触で受電する。蓄電装置は、非接触受電装置によって受電された電力を用いて充電が可能である。駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて車両を走行するための駆動力を発生する。非接触受電装置は、送電装置と電磁共鳴を行なうための共振コイルと、電磁誘導コイルと、電圧検出器と、異常判定部とを含む。電磁誘導コイルは、電磁誘導によって、共振コイルで受電した電力を取出す。電圧検出器は、共振コイルに発生する電圧を検出する。異常判定部は、電圧検出器から出力される電圧に関連する信号に基づいて、共振コイルの異常を検出する。電圧検出器は、第１および第２の高インピーダンス要素と、低インピーダンス要素と、出力端子とを含む。第１の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの一方端に接続される。第２の高インピーダンス要素の一方端は、共振コイルの他方端に接続される。低インピーダンス要素は、第１の高インピーダンス要素の他方端と、第２の高インピーダンス要素の他方端との間に接続され、第１および第２の高インピーダンス要素の各々よりもインピーダンスが小さい。そして、出力端子は、低インピーダンス要素の両端にかかる電圧に関連する信号を出力する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、共鳴法による非接触給電システムにおいて、共振コイルの共鳴状態への影響およびコストアップを抑制しつつ、共振コイルの異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に従う非接触給電システムの全体構成図である。
【図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】コイルユニットの概略図である。
【図５】本実施の形態における共振コイルの異常検出のための構成を説明するための図である。
【図６】本実施の形態に従う電圧検出器の概略図である。
【図７】本実施の形態における共振コイルの異常検出制御を説明するための機能ブロック図である。
【図８】共振コイルの異常検出回路の一例を示す図である。
【図９】本実施の形態における共振コイルの異常検出制御処理の詳細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】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態に従う非接触給電システムの全体構成図である。図１を参照して、非接触給電システムは、車両１００と、給電装置２００とを備える。
【００３４】
車両１００は、二次共振コイル１１０と、二次電磁誘導コイル１２０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power  Control  Unit）」とも称する。）１６０と、モータ１７０と、車両ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）１８０と、電圧検出器１９０と、警告装置１９５と、温度センサ１９６とを含む。
【００３５】
なお、車両１００の構成は、モータにより駆動される車両であれば、図１に示される構成に限らない。たとえば、車両１００は、モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両や、燃料電池を備える燃料電池自動車、電気自動車などを含む。
【００３６】
二次共振コイル１１０は、たとえば車体下部に設置される。二次共振コイル１１０は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置２００の一次共振コイル２４０と電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電する。なお、二次共振コイル１１０の容量成分は、コイルの寄生容量であるが、所定の静電容量を得るために別途キャパシタ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。
【００３７】
二次共振コイル１１０は、給電装置２００の一次共振コイル２４０との距離や、一次共振コイル２４０および二次共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、一次共振コイル２４０と二次共振コイル１１０との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００３８】
二次電磁誘導コイル１２０は、二次共振コイル１１０と同軸上に設置され、電磁誘導により二次共振コイル１１０と磁気的に結合可能である。この二次電磁誘導コイル１２０は、二次共振コイル１１０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１３０へ出力する。
【００３９】
整流器１３０は、二次電磁誘導コイル１２０によって取出された交流電力を整流して直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４０へ出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、整流器１３０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルになるように変換して蓄電装置１５０へ出力する。なお、車両を走行しながら給電装置２００から受電する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、必ずしも必要ではなく、二次電磁誘導コイル１２０によって取出された交流電力が整流器１３０によって整流された後に蓄電装置１５０に直接与えられるようにしてもよい。
【００４０】
蓄電装置１５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ１７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００から供給される電力やモータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００４１】
ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力、あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータ１７０により発電された回生電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。モータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両走行のための駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ１７０は、駆動輪や、ハイブリッド車両の場合には図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ１６０へ出力する。
【００４２】
電圧検出器１９０は、二次共振コイル１１０に接続される。電圧検出器１９０は、二次共振コイル１１０に発生する電圧を検出し、その検出値を車両ＥＣＵ１８０に出力する。電圧検出器１９０の詳細な構成は図６で後述する。
【００４３】
車両ＥＣＵ１８０は、いずれも図１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受信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。また、車両ＥＣＵ１８０は、後述する給電装置２００内の送電ＥＣＵ２６０と無線などにより通信できるように構成される。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。なお、図１においては、車両ＥＣＵ１８０が、車両１００の走行制御、および給電装置２００からの電力の受電制御の両方を行なう構成としているが、制御装置の構成はこれに限定されない。すなわち、車両１００が、機器ごとあるいは機能ごとに対応した個別の制御装置を備える構成とすることもできる。たとえば、受電制御を主として行なうための受電ＥＣＵを備える構成としてもよい。
【００４４】
車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００から車両１００への給電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御する。車両ＥＣＵ１８０は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御することによって、整流器１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時は、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State  Of  Charge）」とも称される。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する。
【００４５】
また、車両ＥＣＵ１８０は、電圧検出器１９０で検出された二次共振コイル１１０の電圧を受ける。車両ＥＣＵ１８０は、この検出電圧に基づいて二次共振コイル１１０の異常の有無を判断する。そして、車両ＥＣＵ１８０は、警告装置１９５に対して、二次共振コイル１１０の異常の有無を示す制御信号を出力する。
【００４６】
車両ＥＣＵ１８０は、二次共振コイル１１０に異常があると判断した場合には、たとえば、通信によって給電電力の制限や給電を停止するような指示を給電装置２００に対して出力する。車両ＥＣＵ１８０は、それに代えて、または、それに加えて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を停止したり、二次共振コイル１１０に設置された図示しないインピーダンス調整器によって二次共振コイルの共振周波数を変更したりすることによって、受電動作を停止する。
【００４７】
警告装置１９５は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、二次共振コイル１１０の異常の有無を操作者に通知する。警告装置１９５としては、たとえば、ブザーやチャイムなどのように聴覚的に異常の有無を通知するものや、ランプや表示灯、液晶表示器などのように視覚的に異常の有無を通知するものなどが含まれる。
【００４８】
温度センサ１９６は、車両外部の外気温を検出し、その検出結果を車両ＥＣＵ１８０へ出力する。
【００４９】
一方、給電装置２００は、交流電源２１０と、高周波電力ドライバ２２０と、一次電磁誘導コイル２３０と、一次共振コイル２４０と、電圧検出器２５０と、送電ＥＣＵ２６０と、警告装置２７０とを含む。
【００５０】
交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば商用電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次電磁誘導コイル２３０へ供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。
【００５１】
一次電磁誘導コイル２３０は、一次共振コイル２４０と同軸上に設置され、電磁誘導により一次共振コイル２４０と磁気的に結合可能である。そして、一次電磁誘導コイル２３０は、高周波電力ドライバ２２０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次共振コイル２４０へ給電する。
【００５２】
一次共振コイル２４０は、たとえば地面近傍に設置される。一次共振コイル２４０は、二次共振コイル１１０と同様に、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、車両１００の二次共振コイル１１０と電磁場を介して共鳴することにより車両１００へ電力を送電する。なお、一次共振コイル２４０の容量成分も、コイルの寄生容量であるが、二次共振コイル１１０と同様に別途キャパシタ（図示せず）をコイルの両端に接続してもよい。
【００５３】
この一次共振コイル２４０も、車両１００の二次共振コイル１１０との距離や、一次共振コイル２４０および二次共振コイル１１０の共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００５４】
電圧検出器２５０は、一次共振コイル２４０に接続される。電圧検出器２５０は、一次共振コイル２４０に発生する電圧を検出し、その検出値を送電ＥＣＵ２６０に出力する。電圧検出器２５０の詳細な構成は図６で後述する。
【００５５】
送電ＥＣＵ２６０は、いずれも図１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、給電装置２００の制御を行なう。また、送電ＥＣＵ２６０は、車両１００の車両ＥＣＵ１８０と無線などにより通信できるように構成される。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。
【００５６】
送電ＥＣＵ２６０は、車両１００の種類や充電状態などに基づいて、高周波電力ドライバ２２０から車両１００への給電電力を制御する。
【００５７】
また、送電ＥＣＵ２６０は、電圧検出器２５０で検出された一次共振コイル２４０の電圧を受ける。送電ＥＣＵ２６０は、この検出電圧に基づいて一次共振コイル２４０の異常の有無を判断する。そして、送電ＥＣＵ２６０は、警告装置２７０に対して、一次共振コイル２４０の異常の有無を示す制御信号を出力する。
【００５８】
送電ＥＣＵ２６０は、一次共振コイル２４０に異常があると判断した場合には、たとえば高周波電力ドライバ２２０を制御して、給電電力の制限や給電停止を行なう。
【００５９】
警告装置２７０は、送電ＥＣＵ２６０からの制御信号に基づいて、一次共振コイル２４０の異常の有無を操作者に通知するための装置である。警告装置２７０としては、たとえば、ブザーやチャイムなどのように聴覚的に異常の有無を通知するものや、ランプや表示灯、液晶表示器などのように視覚的に異常の有無を通知するものなどが含まれる。
【００６０】
温度センサ２８０は、外気温を検出し、その検出結果を送電ＥＣＵ２６０へ出力する。
なお、図１の非接触給電システムにおいては、共振コイルの電圧を検出するための電圧センサ、および共振コイルの異常を通知するための警告装置が、車両１００および給電装置２００の両方に備えられる構成が示されているが、車両１００および給電装置２００のいずれか一方のみに電圧センサおよび警告装置が設けられる構成としてもよい。
【００６１】
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。
【００６２】
具体的には、高周波電源３１０に一次電磁誘導コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次電磁誘導コイル３２０と磁気的に結合される一次共振コイル３３０へ、１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと寄生容量（コイルにキャパシタが接続される場合には、キャパシタの容量を含む）とによるＬＣ共振器であり、一次共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次共振コイル３３０から二次共振コイル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共振コイル３４０と磁気的に結合される二次電磁誘導コイル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、一次共振コイル３３０と二次共振コイル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。
【００６３】
なお、図１との対応関係について説明すると、図１の交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１の一次電磁誘導コイル２３０および一次共振コイル２４０は、それぞれ図２の一次電磁誘導コイル３２０および一次共振コイル３３０に相当し、図１の二次共振コイル１１０および二次電磁誘導コイル１２０は、それぞれ図２の二次共振コイル３４０および二次電磁誘導コイル３５０に相当する。そして、図１の整流器１３０からモータ１７０までが負荷３６０として総括的に示されている。
【００６４】
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。
【００６５】
「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁界の強度が減少する領域であり、共鳴法では、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ー（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、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（一次共振コイル）から他方の共鳴器（二次共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電磁界」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「輻射電磁界」によってエネルギー（電力）を伝送する電磁界に比べて、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。
【００６６】
図４は、本実施の形態におけるコイルユニット４００の一例の概略図が示される。図４を参照して、コイルユニット４００は、電磁誘導コイル４１０と、共振コイル４２０と、ボビン４３０と、キャパシタ４４０とを含む。
【００６７】
電磁誘導コイル４１０は、図１における、一次電磁誘導コイル２３０および二次電磁誘導コイル１２０に対応する。また、共振コイル４２０は、図１における、一次共振コイル２４０および二次共振コイル１１０に対応する。
【００６８】
電磁誘導コイル４１０は、コイル材が円筒状で絶縁性のボビン４３０周囲に巻回される。そして、共振コイル４２０と同軸上に配置される。電磁誘導コイル４１０の両端は、コイルユニット４００を収納するコイルケース（図示しない）の外部に引き出されて外部電源もしくは負荷に接続される。そして、電磁誘導コイル４１０は、電磁誘導により、共振コイル４２０と電力の送電または受電を行なう。
【００６９】
共振コイル４２０は、ボビン４３０周囲にコイル材が巻回されるように装着される。そして、共振コイル４２０のコイル両端は、ボビン４３０の内部に設置されたキャパシタ４４０に接続されることにより、ＬＣ共振回路を構成する。なお、キャパシタ４４０は必ずしも必要ではなく、共振コイル４２０の寄生容量により所望の容量成分が実現される場合には、共振コイル４２０の両端は非接続（オープン）とされる。
【００７０】
そして、共振コイル４２０は、対向する他の共振コイルと電磁共鳴することにより電力を転送する。また、共振コイル４２０は、電磁誘導によって、電磁誘導コイル４１０との電力を受け渡しが行なわれる。
【００７１】
上述のように、共鳴法を用いた電力伝達は、電磁誘導を用いた場合と比べて大きな電力（たとえば、数ｋＷ）を非接触でより遠方に伝達することができる。しかしながら、共振コイルにはこのような大電力が発生するため、共振コイルの発熱等に起因するシステム故障が発生するおそれがある。そのため、このような故障の防止のために、共振コイルの異常検出をすることが必要とされる。
【００７２】
一般的に、コイルの温度を検出する場合、たとえば、サーミスタや熱電対などのような接触式の温度センサを用いて直接コイルの温度を検出する方法が採用される場合がある。しかしながら、共鳴法においては、このような温度センサを共振コイルに接触させて、または共振コイルの近傍に配置すると、共振コイルと温度センサ間との寄生容量によって共振コイルの共鳴周波数が変わってしまったり、この寄生容量によって温度センサに電流が流れることによりＱ値を悪化させてしまったりするなど、共鳴状態に影響をおよぼすおそれがある。
【００７３】
また、光ファイバやレーザを用いた非接触式の温度センサも一般的に知られており、このような温度センサを採用することも可能である。しかしながら、これらのセンサは比較的高価であるので、コストアップにつながる可能性がある。
【００７４】
そのため、本実施の形態においては、共鳴状態への影響の少ない電圧検出器を用いて共振コイルにかかる電圧を検出し、その検出電圧に基づいて共振コイルの異常を判定する手法を採用する。以下、詳細について説明する。
【００７５】
図５は、本実施の形態における共振コイルの異常検出のための概要を説明するための図である。なお、図１と重複する要素の説明は繰り返さない。
【００７６】
図５を参照して、図１の交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０に対応する高周波電源２０５は一次電磁誘導コイル２３０に接続される。
【００７７】
一次共振コイル２４０の両端には、共振周波数を調整するためのキャパシタ２４５が必要に応じて接続される。
【００７８】
電圧検出器２５０は、キャパシタ２４５の両端に接続され、キャパシタ２４５にかかる電圧、すなわち一次共振コイル２４０にかかる電圧を検出する。そして、電圧検出器２５０は、一次共振コイル２４０にかかる電圧に関連する信号ＶＣ１を送電ＥＣＵ２６０へ出力する。
【００７９】
送電ＥＣＵ２６０は、上述の信号ＶＣ１と基準電圧とを比較することによって、後述するように一次共振コイル２４０の温度が許容温度より大きくなっているか否かを判定する。また、送電ＥＣＵ２６０は、上記の信号ＶＣ１と、高周波電源２０５により供給される送電電圧に関連する信号ＶＳとを比較することによって、一次共振コイル２４０と二次共振コイル１１０との間のＱ値が低下しているか否かを判定する。そして、送電ＥＣＵ２６０は、これらの異常の少なくともいずれか一方が発生していると判断した場合は、異常信号ＡＬＭ１を警告装置２７０へ出力して操作者へ異常の発生を通知する。
【００８０】
一方、車両１００側の二次共振コイル１１０の両端には、共振周波数を調整するためのキャパシタ１１５が必要に応じて接続される。
【００８１】
電圧検出器１９０は、キャパシタ１１５の両端に接続され、キャパシタ１１５にかかる電圧、すなわち二次共振コイル１１０にかかる電圧を検出する。そして、電圧検出器１９０は、二次共振コイル１１０にかかる電圧に関連する信号ＶＣ２を車両ＥＣＵ１８０へ出力する。
【００８２】
車両ＥＣＵ１８０は、上述の信号ＶＣ２と基準電圧とを比較することによって、二次共振コイル１１０の温度が許容温度より大きくなっているか否かを判定する。また、車両ＥＣＵ１８０は、上記の信号ＶＣ２と、送電ＥＣＵ２６０から伝送される送電電圧に関連する信号ＶＳとを比較することによって、一次共振コイル２４０と二次共振コイル１１０との間のＱ値が低下しているか否かを判定する。そして、車両ＥＣＵ１８０は、これらの異常の少なくともいずれか一方が発生していると判断した場合は、異常信号ＡＬＭ２を警告装置１９５へ出力して操作者へ異常の発生を通知する。
【００８３】
次に、電圧検出器１９０，２５０の詳細な構成について説明する。
図６は、本実施の形態に従う電圧検出器１９０，２５０の概略図である。なお、図６においては、車両１００側の電圧検出器１９０を例として説明するが、給電装置２００側の電圧検出器２５０についても、基本的な構成は以下の電圧検出器１９０の説明と同様であるため、その説明は繰り返さない。
【００８４】
図５および図６を参照して、電圧検出器１９０は、キャパシタ５１０，５２０と、絶縁トランス５５０と、出力端子の一例である同軸コネクタ５６０と、絶縁トランス５５０を収納するシールドケース５４０とを備える。
【００８５】
キャパシタ５１０，５２０の各一方端は、二次共振コイル１１０の両端にそれぞれ接続される。二次共振コイル１１０が、図５のように、共鳴周波数の調整用のキャパシタ１１５に接続されている場合には、キャパシタ５１０，５２０は、キャパシタ１１５の両端にそれぞれ接続される。また、キャパシタ５１０，５２０の各他方端は、絶縁トランス５５０の一次側（入力側）に接続される。
【００８６】
キャパシタ５１０は、二次共振コイル１１０と接続するための電極５１１と、絶縁トランス５５０と接続するための電極５１２と、電極５１１，５１２の間に設けられた誘電体５１３とを含む。キャパシタ５２０も同様に、二次共振コイル１１０と接続するための電極５２１と、絶縁トランス５５０と接続するための電極５２２と、電極５２１，５２２の間に設けられた誘電体５２３とを含む。
【００８７】
キャパシタ５１０，５２０は、二次共振コイル１１０に発生する高電圧を分圧し、絶縁トランス５５０にかかる電圧を低減するためのアッテネータとして機能する。そのため、キャパシタ５１０，５２０の静電容量は、絶縁トランス５５０の耐電圧を低減するとともに電圧変化が検出できる程度の電圧になる範囲で、十分小さくする（すなわち、高インピーダンスとする）ことが好適である。
【００８８】
なお、絶縁トランス５５０全体のインピーダンスは、キャパシタ５１０，５２０のインピーダンスと比較して小さく設定されるが、キャパシタ５１０，５２０のインピーダンスに対する絶縁トランス５５０全体のインピーダンスは、出力端子である同軸コネクタ５６０に接続される後続の電子回路のために必要とされる減衰比に基づいて設定される。
【００８９】
また、キャパシタ５１０，５２０は、誘電体５１３，５２３の電界方向の長さ（すなわち、電極間の距離）が、各電極の幅（すなわち、電極の上記の電界方向に垂直な長さ）よりも長くなるように形成されることが好ましい。言い換えれば、各電極の面積が小さく、誘電体の長さが長い、細長い形状とされることが好ましい。これは、電圧検出器１９０の絶縁トランス５５０と、二次共振コイル１１０との間の距離をできるだけ大きくすることで、キャパシタ５１０，５２０が二次共振コイル１１０に接続されることによって、キャパシタ５１０，５２０および絶縁トランス５５０の接続点とシールドボックス５４０間に発生する寄生容量、ならびに、二次共振コイル１１０の両端とシールドボックス５４０との間に発生する寄生容量をできるだけ小さく（すなわち、インピーダンスを高く）し、二次共振コイル１１０のＱ値への影響を低減するためである。さらに、誘電体５１３，５２３の表面に沿って放電する沿面放電を防止する効果もある。
【００９０】
キャパシタ５１０，５２０の絶縁トランス５５０側の電極５１２，５２２は、端子板５３０に固定される。端子板５３０は、絶縁体であり、後述する、絶縁トランス５５０を収納するシールドケース５４０の一部を形成する。あるいは、端子板５３０は、二次共振コイル１１０からの電磁場の影響を抑制するために電磁遮蔽材とすることもできるが、その場合は、電極５１２，５２２間の短絡を防止するために、高抵抗率かつ高透磁率を有する材料とすることが好適である。
【００９１】
絶縁トランス５５０は、一次コイル５５１と、二次コイル５５２と、トロイダルコア５５３とを含む。
【００９２】
一次コイル５５１は、トロイダルコア５５３に巻回されるとともに、その両端がキャパシタ５１０，５２０の電極５１２，５２２にそれぞれ接続される。二次コイル５５２は、トロイダルコア５５３に巻回されるとともに、その両端が、シールドケース５４０に固定された出力端子である同軸コネクタ５６０の各端子にそれぞれ接続される。このような構成とすることによって、同軸コネクタ５６０と、二次共振コイル１１０とが電気的に絶縁される。また、必要に応じて一次コイル５５１と二次コイル５５２との巻数比を変更することによって、一次コイル５５１に入力される入力電圧を所望の電圧に変換するようにしてもよい。
【００９３】
なお、電圧検出器１９０を構成する各要素は、図６のように、二次共振コイル１１０に接続される電極５１１，５２１に対して、寄生容量が対称となるように配置されることが好ましい。すなわち、キャパシタ５１０，５２０および絶縁トランス５５０の接続点とシールドボックス５４０間に発生する寄生容量が対称となるとともに、二次共振コイル１１０の両端とシールドボックス５４０との間に発生する寄生容量が対称となるように各要素が配置される。このようにすることによって、平衡した差動電圧を出力することが可能となるので、車両ＥＣＵ１８０における処理を簡素化できるという効果が得られる。そのため、キャパシタ５１０，５２０の静電容量は、ほぼ等しい容量値に設計することが好ましい。
【００９４】
また、電圧検出器１９０を構成する各要素は、二次共振コイル１１０から発生する電磁場の影響を抑制するために、シールドケース５４０内に収納される。
【００９５】
同軸コネクタ５６０は、同軸ケーブル（図示せず）によって車両ＥＣＵ１８０と接続され、二次コイル５５２で検出された、二次共振コイル１１０にかかる電圧に関する信号を車両ＥＣＵ１８０へ出力する。
【００９６】
なお、電圧検出器１９０としては、二次共振コイル１１０にかかる電圧を分圧する機能（キャパシタ５１０，５２０に相当）と、二次共振コイル１１０と車両ＥＣＵ１８０とを電気的に絶縁する機能（絶縁トランスに相当）を有する構成であれば、基本的にはどのような構成であってもよい。
【００９７】
たとえば、キャパシタ５１０，５２０に代えて、高抵抗で長さの長いケーブルを用いることによって分圧することも可能である。しかしながら、このような構成の場合、二次共振コイル１１０に直列に接続された抵抗成分の増加やインダクタンスの増加、さらに長いケーブルによってケーブルと二次共振コイル１１０との間の寄生容量の増加によって、二次共振コイル１１０の共鳴状態に影響をおよぼしたり、抵抗成分による発熱に対する対策のために検出器の体格を大きくすることが必要となったりする可能性がある。また、降圧比の大きいトランスを直接二次共振コイル１１０に接続する構成も考えられるが、このような場合には、電圧検出回路全体の入力インピーダンスを下げにくいため、トランスの巻線間での部分放電の発生を抑制する場合があり、これらへの対策等が別途必要となるおそれがある。
【００９８】
そのため、図６で説明したような電圧検出器の構成とすることによって、電圧の測定対象である共振コイルの共鳴状態への影響を低減することができる。また、キャパシタを用いることによって、発熱を抑制しつつ電圧を低下させることができるので、電圧検出器自体の小型化を実現してコストアップを抑制することが可能となる。また、電圧検出回路の寄生容量が低減されるので、電圧検出回路のコモンモードノイズおよびノーマルモードノイズを低減することが可能になる。
【００９９】
次に、この電圧検出器を用いた共振コイルの異常検出について説明する。
図７は、本実施の形態における共振コイルの異常検出制御を説明するための機能ブロック図である。図７で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、車両ＥＣＵ１８０および送電ＥＣＵ２６０において、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。なお、図７および以降で説明する図８，図９においては、車両１００側の車両ＥＣＵ１８０における制御を例として説明するが、給電装置２００側の送電ＥＣＵ２６０についても基本的には同様の構成とすることが可能であり、その説明は繰り返さない。
【０１００】
図５および図７を参照して、車両ＥＣＵ１８０は、電圧検出部６００と、基準電圧設定部６１０と、異常判定部６２０と、警報出力部６３０と、指令生成部６４０とを含む。
【０１０１】
電圧検出部６００は、電圧検出器１９０によって検出された二次共振コイル１１０にかかる電圧に対応する電圧を示す信号ＶＣ２（交流信号）、および、給電装置２００から受けた給電装置２００からの送電電圧に関する信号ＶＳ（交流信号）を受ける。電圧検出部６００は、これらの信号を整流するとともに必要に応じてゲインを調整して電圧信号ＶＣ２ｄ，ＶＳｄ（直流信号）を生成し、異常判定部６２０へ出力する。
【０１０２】
基準電圧設定部６１０は、温度センサ１９６で検出された外気温ＴＭＰを受ける。そして、基準電圧設定部６１０は、この外気温ＴＭＰに基づいて、二次共振コイル１１０に許容される基準電圧Ｖｒｅｆを設定し、異常判定部６２０へ出力する。
【０１０３】
ここで、基準電圧設定部６１０における基準電圧Ｖｒｅｆの設定についての概要を説明する。一般的に、共振コイルの発熱は、共振コイルの抵抗成分と共振コイルに流れる電流の二乗に比例し、この共振コイルに流れる電流は共振コイルにかかる電圧に比例する。そして、共振コイルの温度の定常値は、周囲温度（すなわち外気温）と共振コイルの発熱による温度上昇に基づいて推定できる。そして、たとえば外気温が高い場合には、外気温が低い場合に比べて、コイルの許容温度までの温度上昇量を小さく抑えることが必要となる。そのため、たとえば、予め実験等によって定められた、二次共振コイルにかかる電圧とそのときの二次共振コイルの温度との関係を示すマップなどを用いて、現在の外気温において許容される共振コイルの発熱量に相当する基準電圧Ｖｒｅｆを設定することができる。
【０１０４】
異常判定部６２０は、電圧検出部６００からの直流電圧ＶＣ２ｄ，ＶＳｄおよび基準電圧設定部６１０からの基準電圧Ｖｒｅｆの入力を受ける。
【０１０５】
異常判定部６２０は、電圧ＶＣ２ｄと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。異常判定部６２０は、電圧ＶＣ２ｄが基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合は、二次共振コイル１１０が許容温度以上となっていると判断する。そして、異常判定部６２０は、共振コイルが高温になっていることを示す高温信号ＨＴＭＰを生成して、警報出力部６３０および指令生成部６４０へ出力する。基準電圧設定部６１０で設定される基準電圧Ｖｒｅｆは、上述のような二次共振コイル１１０の許容温度による設定に限られず、それに代えて、あるいは、それに加えて共鳴用キャパシタ１１５の耐電圧や二次共振コイル１１０の絶縁耐圧などを検出するための他の基準電圧を設定するようにしてもよい。なお、この異常検出の手法においては、共振コイルの電圧が低下するような異常については検出することは困難である。
【０１０６】
さらに、異常判定部６２０は、電圧ＶＣ２ｄと電圧ＶＳｄとを比較する。異常判定部６２０は、電圧ＶＣ２ｄが電圧ＶＳｄより小さい場合は、二次共振コイル１１０とキャパシタ１１５とで構成される共振回路の絶縁不良や、共振回路以外の他の機器等（または、誘電体や磁性体など）の接近などに起因してＱ値が低下している、すなわち共振回路による損失が増加していると判断する。そして、異常判定部６２０は、Ｑ値が低下したことを示すＱ値低下信号ＬＱを生成して、警報出力部６３０および指令生成部６４０へ出力する。
【０１０７】
警報出力部６３０は、高温信号ＨＴＭＰ、Ｑ値低下信号ＬＱなどの異常を示す信号を異常判定部６２０から受ける。そして、警報出力部６３０は、異常が発生している場合には、警告装置１９５へ警告信号ＡＬＭ２を出力することによって、操作者に対して異常の発生を通知する。
【０１０８】
指令生成部６４０は、高温信号ＨＴＭＰ、Ｑ値低下信号ＬＱなどの異常を示す信号を異常判定部６２０から受ける。そして、異常の状態に応じて、給電装置２００に対して、給電装置２００からの給電電力の変更（増加または減少）や給電停止を指示したり、または、車両１００のＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を停止させたりするための制御信号ＣＲＬを生成し、給電装置２００およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４０などに出力する。
【０１０９】
図８は、図７で説明した機能ブロック図における、電圧検出部６００および異常判定部６２０をアナログ回路で構成した一例を示す図である。
【０１１０】
図７および図８を参照して、車両ＥＣＵ１８０は、整流回路７１０，７２０と、ゲイン調整部７３０と、比較器７４０，７５０とを含む。この中で、整流回路７１０，７２０およびゲイン調整部７３０が図７における電圧検出部６００の一例であり、比較器７４０，７５０が図７における異常判定部６２０の一例である。
【０１１１】
整流回路７１０は、電圧検出器１９０からの受ける交流信号である電圧ＶＣ２を直流信号のＶＣ２ｄに整流する。そして、整流回路７１０は、信号ＶＣ２ｄを比較器７４０，７５０の正側の入力端子へ出力する。
【０１１２】
比較器７４０は、整流回路７１０で整流された信号ＶＣ２ｄと、比較器７４０の負側の入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、信号ＶＣ２ｄが基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合は、高温信号ＨＴＭＰを警報出力部６３０および指令生成部６４０へ出力する。
【０１１３】
整流回路７２０は、送電ＥＣＵ２６０から伝送された交流信号である電圧ＶＳを直流信号のＶＳｄ＊に整流する。ゲイン調整部７３０は、整流回路７２０からの直流信号ＶＳｄ＊に所定のゲインを乗じて信号ＶＳｄを生成し、比較器７５０の負側の入力端子に出力する。
【０１１４】
比較器７５０は、整流回路７１０で整流された信号ＶＣ２ｄと、ゲイン調整部７３０からの信号ＶＳｄとを比較し、信号ＶＣ２ｄが信号ＶＳｄよりも小さい場合は、Ｑ値低下信号ＬＱを警報出力部６３０および指令生成部６４０へ出力する。
【０１１５】
なお、図８の回路は、アナログ回路で構成した例を説明したが、上記の機能の少なくとも一部をデジタル信号処理（ハードウェア、ソフトウェアを含む）によって実現するようにしてもよい。
【０１１６】
図９は、本実施の形態における共振コイルの異常検出制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図９に示されるフローチャート中の各ステップについては、車両ＥＣＵ１８０に予め格納されたプログラムを所定周期でメインプログラムから呼び出して実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【０１１７】
図９を参照して、車両ＥＣＵ１８０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００において、二次共振コイル１１０の電圧に関する信号ＶＣ２および給電装置２００からの送電電圧に関する信号ＶＳと、外気温ＴＭＰを取得する。そして、車両ＥＣＵ１８０は、交流信号の信号ＶＣ２，ＶＳから直流信号の信号ＶＣ２ｄ，ＶＳｄをそれぞれ算出する。
【０１１８】
次に、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１１０にて、外気温ＴＭＰに基づいて、基準電圧Ｖｒｅｆを演算する。そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１２０にて信号ＶＣ２ｄが基準電圧Ｖｒｅｆより大きいか否かを判定する。
【０１１９】
信号ＶＣ２ｄが基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ１８０は、Ｓ１３０に処理を進めて、二次共振コイル１１０の高温異常が発生していると判定する。そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１４０にて、コイル高温異常に対応した異常処理を行なう。具体的には、給電装置２００に対して指令を出力して、給電電力を低下または停止させたり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を停止させて受電動作を停止したりする。あるいは、二次共振コイル１１０を冷却するための冷却装置（図示せず）を有する場合には、冷却装置を作動させながら給電動作を継続するようにしてもよい。
【０１２０】
そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１５０にて、アラームを出力して、コイル高温異常が発生していることを操作者に通知し、Ｓ１６０に処理を進める。
【０１２１】
一方、信号ＶＣ２ｄが基準電圧Ｖｒｅｆ以下の場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、車両ＥＣＵ１８０は、二次共振コイル１１０は高温となっていないと判定し、Ｓ１３０〜Ｓ１５０の処理をスキップして、Ｓ１６０に処理を進める。
【０１２２】
Ｓ１６０では、車両ＥＣＵ１８０は、信号ＶＣ２ｄが信号ＶＳｄより大きいか否かを判定する。
【０１２３】
信号ＶＣ２ｄが信号ＶＳｄより小さい場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ１８０は、Ｓ１７０に処理を進めて、Ｑ値の低下異常が発生していると判定する。そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１８０にて、Ｑ値低下異常に対応した異常処理を行なう。具体的には、給電装置２００に対して指令を出力して、所望の電力を供給するために給電電力を増加したり、あるいは他の機器等への影響を抑制するために給電を停止したりする。
【０１２４】
そして、車両ＥＣＵ１８０は、Ｓ１９０にて、アラームを出力して、Ｑ値低下異常が発生していることを操作者に通知する。
【０１２５】
一方、信号ＶＣ２ｄが信号ＶＳｄ以上の場合（Ｓ１６０にてＮＯ）は、車両ＥＣＵ１８０は、Ｑ値低下が発生していないと判定し、Ｓ１７０〜Ｓ１９０の処理をスキップして、メインルーチンの処理を戻す。
【０１２６】
上述のような構成を有する電圧検出器を用い、以上のような処理に従って制御することによって、共鳴法を用いた非接触給電システムにおいて、共振コイルの共鳴状態への影響およびコストアップを抑制しつつ、共振コイルの異常を検出することができる。
【０１２７】
なお、本実施の形態における「キャパシタ５１０，５２０」は、それぞれ本発明の「第１の高インピーダンス要素」および「第２の高インピーダンス要素」の一例である。本実施の形態の「絶縁トランス５５０」は、本発明の「低インピーダンス要素」の一例である。
【０１２８】
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】
【０１２９】
１００  車両、１１０，３４０  二次共振コイル、１１５，２４５，４４０，５１０，５２０  キャパシタ、１２０，３５０  二次電磁誘導コイル、１３０  整流器、１４０  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０  蓄電装置、１６０  ＰＣＵ、１７０  モータ、１８０  車両ＥＣＵ、１９０，２５０  電圧検出器、１９５，２７０  警告装置、１９６，２８０  温度センサ、２００  給電装置、２０５，３１０  高周波電源、２１０  交流電源、２２０  高周波電力ドライバ、２３０，３２０  一次電磁誘導コイル、２４０，３３０  一次共振コイル、２６０  送電ＥＣＵ、３６０  負荷、４００  コイルユニット、４１０  電磁誘導コイル、４２０  共振コイル、４３０  ボビン、５１１，５１２，５２１，５２２  電極、５１３，５２３  誘電体、５３０  端子板、５４０  シールドケース、５５０  絶縁トランス、５５１  一次コイル、５５２  二次コイル、５５３  トロイダルコア、５６０  同軸コネクタ、６００  電圧検出部、６１０  基準電圧設定部、６２０  異常判定部、６３０  警報出力部、６４０  指令生成部、７１０，７２０  整流回路、７３０  ゲイン調整部、７４０，７５０  比較器。
【図１】
2011211854.tif 000003
【図２】
2011211854.tif 000004
【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】
2011211854.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011211854.tif 000011