(57)【要約】【課題】移動体給電装置において、固定側の一次コイルと移動体の二次コイルとの間で電磁場の共鳴により送電を行う構成において、一次コイル及び二次コイルの距離の変化にかかわらず送電効率を高く確保することである。【解決手段】車両充電システムは、交流電源２２側から、道路１０側に設けられた一次送電コイル１２及び一次自己共振コイル１４と、車両１６に設けられた二次自己共振コイル１８を介して車両１６の二次受電コイル２０に給電する。一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の間の一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、一次送電コイル１２及び一次自己共振コイル１４の距離Ｄ１と、二次自己共振コイル１８及び二次受電コイル２０の距離Ｄ２とをそれぞれ変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側に設けられた電源側から高周波電力を受電する一次送電コイルと、
固定側に設けられ、一次送電コイルから電磁誘導により高周波電力を受電する一次自己共振コイルと、
移動体に設けられ、一次自己共振コイルと電磁場の共鳴により電磁気的に結合され、一次自己共振コイルから二次自己共振コイルに給電可能に構成される二次自己共振コイルと、
移動体に設けられ、二次自己共振コイルから電磁誘導により高周波電力を受電する二次受電コイルと、を備え、
電源側から、一次送電コイル、一次自己共振コイル、及び二次自己共振コイルを介して二次受電コイルに給電する移動体給電装置であって、
一次自己共振コイル及び二次自己共振コイルの間の一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、少なくとも一次送電コイル及び一次自己共振コイルの間の送電共振コイル間距離Ｄ１と、二次自己共振コイル及び二次受電コイルの間の受電共振コイル間距離Ｄ２とをそれぞれ変化させることを特徴とする移動体給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体給電装置において、
一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２と、一次自己共振コイル及び二次自己共振コイルそれぞれのコンデンサ容量Ｃとを変化させることを特徴とする移動体給電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の移動体給電装置において、
一次送電コイルは、複数の送電コイル要素により構成し、
二次受電コイルは、複数の受電コイル要素により構成し、
さらに、電源に接続される送電コイル要素を切り換える一次側スイッチと、
整流器に接続される受電コイル要素を切り換える二次側スイッチとを備え、
一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、一次側スイッチ及び二次側スイッチを切り換えることにより、送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２とを変化させることを特徴とする移動体給電装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の移動体給電装置において、
一次二次コイル間距離ｄＬを検出する検出手段と、
一次二次コイル間距離ｄＬに対応する特定コンデンサ容量、特定送電共振コイル間距離、及び特定受電共振コイル間距離を取得する取得手段とを備えることを特徴とする移動体給電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の移動体給電装置において、
取得手段は、予め設定されたマップを記憶するマップ記憶手段から読み出したマップを用いて対応する特定コンデンサ容量、特定送電共振コイル間距離、及び特定受電共振コイル間距離を取得することを特徴とする移動体給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定側に設けられた電源側から、一次送電コイル、一次自己共振コイル、及び二次自己共振コイルを介して、移動体に設けられた二次受電コイルに給電する移動体給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両において、車輪を駆動する走行用モータをバッテリから供給される電力により駆動することが考えられている。例えば、ハイブリッド車両は、走行用モータとエンジンとを搭載し、走行用モータとエンジンとの少なくとも一方を車両の駆動源として使用する。
【０００３】
このような電動車両では、バッテリの充電電力がなくなると、エンジンにより発電機を駆動し、発電機により発電した電力をバッテリに供給し、充電したり、古いバッテリを新しいバッテリに交換したり、外部交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換後、バッテリに供給し、充電することが考えられている。例えば、プラグインハイブリッド車と呼ばれる車両の場合、家庭用電源等の外部電源に接続されたコンセントに充電ケーブルの片側に設けられたプラグを接続し、充電ケーブルの他側に設けられたプラグを車両に設けた充電口に接続することで充電することが考えられている。これに対して、固定側に設けられた一次コイルから、移動体である車両側に設けられた二次コイルへワイヤレスで給電する移動体給電装置を用いて、車両にワイヤレスで外部電源から電力を送電し、バッテリを充電することが考えられている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載されているように、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電である、共鳴法を用いた送電により、車両外部の電源から車載の蓄電装置への充電を可能とする充電システムが知られている。この充電システムは、電動車両と、給電装置とを備える。電動車両は、給電装置の高周波電力ドライバから受電した電力を電磁誘導によって一次自己共振コイルへ送電可能に構成される一次コイルと、一次共振コイルと電磁場の共鳴により電磁気的に結合され、一次共振コイルから高周波電力を受電可能な二次共振コイルと、二次共振コイルから電磁誘導によって受電可能に構成される二次コイルと、整流器と、蓄電装置とを含む。整流器は、二次コイルが受電した電力を整流し、蓄電装置は、整流器によって整流された電力を蓄電する。
【０００５】
また、特許文献２には、携帯電話機、ＰＨＳ電話機、ＰＤＡ装置等の携帯機器に適用する非接触無線通信装置が記載されている。この無線通信装置では、アンテナに接続された共振コンデンサの共振容量を変化させて共振周波数を調整する調整用回路と、共振周波数を低い方へシフトする共振周波数シフト回路と、調整用回路の制御状態に応じて共振周波数シフト回路をオンオフ制御する選択回路を設けている。また、選択回路は、調整用回路の設定値が低い場合には共振周波数シフト回路をオフ制御し、調整用回路の設定値が高い場合には共振周波数シフト回路をオン制御する。これにより、共振周波数の管理幅を広げ、共振周波数の調整を容易化することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献２】特開２００９−１４１７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献１に記載された充電システムの場合、ワイヤレス送電である、共鳴法を用いた送電により、車両外部の電源から車載の蓄電装置への充電を可能としているが、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルとの間の一次二次コイル間距離の変化にかかわらず、送電効率を高く維持する上で、改良の余地がある。すなわち、特許文献１に記載の構成のように、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルとの間での、電磁場の共鳴を用いた電力の伝送では、一次コイルと一次自己共振コイルの間や、二次自己共振コイルと二次コイルの間等の、単なる電磁誘導を用いた電力伝送に比べて、伝送距離が大きくなる。このため、共鳴法を用いた送電での伝送距離、すなわち一次二次コイル間距離の変化にかかわらず、一次コイルと一次自己共振コイルとの間の距離や、二次自己共振コイルと二次コイルとの間の距離を変化させることを考慮していない特許文献１に記載の構成では、伝送距離が大きくなると伝送効率がかなり低下する可能性がある。
【０００８】
また、上記の特許文献２に記載された非接触無線通信装置の場合、アンテナの共振周波数の調整を容易にするためにアンテナに接続された共振コンデンサの共振容量を変化させるとされている。ただし、この特許文献２に記載の装置では、固定側に設けられた一次自己共振コイルと移動体に設けられた二次自己共振コイルとの距離の変化にかかわらず電力の伝送効率を高く確保することは考慮されていない。また、特許文献２に記載の構成では、共振コンデンサの共振容量を変化させて、アンテナの共振周波数を調整できる可能性はあるが、アンテナ間の結合係数を調整することはできない。
【０００９】
本発明は、移動体給電装置において、固定側に設けられた一次コイルと移動体に設けられた二次コイルとの間で電磁場の共鳴により送電を行う構成において、一次コイル及び二次コイルの距離の変化にかかわらず送電効率を高く確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る移動体給電装置は、固定側に設けられた電源側から高周波電力を受電する一次送電コイルと、固定側に設けられ、一次送電コイルから電磁誘導により高周波電力を受電する一次自己共振コイルと、移動体に設けられ、一次自己共振コイルと電磁場の共鳴により電磁気的に結合され、一次自己共振コイルから二次自己共振コイルに給電可能に構成される二次自己共振コイルと、移動体に設けられ、二次自己共振コイルから電磁誘導により高周波電力を受電する二次受電コイルと、を備え、電源側から、一次送電コイル、一次自己共振コイル、及び二次自己共振コイルを介して二次受電コイルに給電する移動体給電装置であって、一次自己共振コイル及び二次自己共振コイルの間の一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、少なくとも一次送電コイル及び一次自己共振コイルの間の送電共振コイル間距離Ｄ１と、二次自己共振コイル及び二次受電コイルの間の受電共振コイル間距離Ｄ２とをそれぞれ変化させることを特徴とする移動体給電装置である。
【００１１】
また、本発明に係る移動体給電装置において、好ましくは、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２と、一次自己共振コイル及び二次自己共振コイルそれぞれのコンデンサ容量Ｃとを変化させる。
【００１２】
また、本発明に係る移動体給電装置において、好ましくは、一次送電コイルは、複数の送電コイル要素により構成し、二次受電コイルは、複数の受電コイル要素により構成し、さらに、電源に接続される送電コイル要素を切り換える一次側スイッチと、整流器に接続される受電コイル要素を切り換える二次側スイッチとを備え、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、一次側スイッチ及び二次側スイッチを切り換えることにより、送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２とを変化させる。
【００１３】
また、本発明に係る移動体給電装置において、好ましくは、一次二次コイル間距離ｄＬを検出する検出手段と、一次二次コイル間距離ｄＬに対応する特定コンデンサ容量、特定送電共振コイル間距離、及び特定受電共振コイル間距離を取得する取得手段とを備える。
【００１４】
また、本発明に係る移動体給電装置において、好ましくは、取得手段は、予め設定されたマップを記憶するマップ記憶手段から読み出したマップを用いて対応する特定コンデンサ容量、特定送電共振コイル間距離、及び特定受電共振コイル間距離を取得する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る移動体給電装置によれば、固定側に設けられた一次コイルと移動体に設けられた二次コイルとの間で電磁場の共鳴により送電を行う構成において、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、少なくとも送電共振コイル間距離Ｄ１と受電共振コイル間距離Ｄ２とを、送電効率を高く確保するように、互いに同じとしつつ変化させることができる。このため、一次二次コイル間距離ｄＬの距離の変化にかかわらず送電効率を高く確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の移動体給電装置である車両充電システムを示す全体構成図である。
【図２】図１において、二次受電コイルから蓄電部に充電し、蓄電部によりモータを駆動するための回路を示す図である。
【図３】第１の実施の形態において、道路側の一次自己共振コイル及び一次送電コイルと、車両側の二次自己共振コイル及び二次受電コイルとの位置関係を示す模式図である。
【図４】第１の実施の形態の構成要素を示すブロック図である。
【図５】道路側の一次自己共振コイルと、車両側の二次自己共振コイルとを上方から下方に見た略図である。
【図６】第１の実施の形態において、一次側、二次側切換部の１例を示す略図である。
【図７】第１の実施の形態において、移動体給電方法である車両充電方法を示すフローチャートを示す図である。
【図８】送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２と伝送効率との関係において、伝送距離の大小が伝送効率に影響を及ぼすことを説明するための図である。
【図９】比較例の一部の構成を示す略図である。
【図１０】図９の構成を用いた第１のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】図９の構成を用いた第２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】図９の構成を用いた第３のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】臨界結合状態を説明するための送電電力の周波数と伝送効率との関係を示す図である。
【図１４】第１の実施の形態の効果確認のための一次二次コイル間距離とコンデンサ容量との関係を示す図である。
【図１５】第１の実施の形態の効果確認のための一次二次コイル間距離と送受電共振コイル間距離との関係を示す図である。
【図１６】第１の実施の形態の効果確認のためのシミュレーション結果において、送電電力の周波数と伝送効率との関係を示す図である。
【図１７】本発明に係る第２の実施の形態において、道路側の一次自己共振コイル及び一次送電コイルと、車両側の二次自己共振コイル及び二次受電コイルと、一次側、二次側切換部とを示す略図である。
【図１８】第２の実施の形態において、移動体給電方法である車両充電方法を示すフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の発明の実施の形態］
（車両充電システムの構成）
以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図７は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１に示すように、本実施の形態の移動体給電装置である車両充電システムは、固定側である道路１０側に設けられた一次送電コイル１２及び一次自己共振コイル１４と、移動体である車両１６に設けられた二次自己共振コイル１８及び二次受電コイル２０とを備え、交流電源２２側から、一次送電コイル１２、一次自己共振コイル１４、及び二次自己共振コイル１８を介して二次受電コイル２０に給電する。このため、車両充電システムは、給電装置２４と、電動車両である車両１６とを備える。
【００１８】
すなわち、給電装置２４は、交流電源２２と、高周波電力ドライバ２６と、複数の一次送電コイル１２と、複数の一次自己共振コイル１４と、制御部である一次側コントローラ２８と、図示しない切換スイッチとを含む。交流電源２２は、外部電源であり、例えば系統電源である。交流電源２２と一次送電コイル１２とは、高周波電力ドライバ２６を介して接続している。また、切換スイッチは、交流電源２２と高周波電力ドライバ２６との間に設けており、一次側コントローラ２８は、切換スイッチの接続遮断の切り換えを制御する。切換スイッチの接続により、交流電源２２から高周波電力ドライバ２６に交流電力が供給される。高周波電力ドライバ２６は、交流電源２２から出力される電力を周波数変換した電力を、複数の一次送電コイル１２へ出力する。
【００１９】
一次送電コイル１２は、電磁誘導によって対応する一次自己共振コイル１４へ送電可能に構成される。好ましくは、一次送電コイル１２は、一次自己共振コイル１４と同軸上に配置される。一次送電コイル１２は、交流電源２２からの電力を、対応する一次自己共振コイル１４へ出力する。後述する図５に模式図で示すように、各一次自己共振コイル１４は、道路１０の充電専用区間である直線路に、車両１６の移動方向である直線方向（図５の上下方向）に、一列に並ぶように配置している。例えば、複数の一次自己共振コイル１４は、軸方向を上下方向（図５の表裏方向）に向けるように、直線上に一列等、それぞれの中心軸同士の間隔が同じとなるように配置している。各一次自己共振コイル１４は、両端がオープンである非接続のＬＣ共振コイルである。
【００２０】
また、図３に示すように、各一次自己共振コイル１４に一次可変容量コンデンサ３０を接続している。一次可変容量コンデンサ３０は、一次側コントローラ２８（図１）からの制御信号により容量を変化させることを可能としている。各一次自己共振コイル１４に仮に可変容量コンデンサが設けられていないとすると、一次自己共振コイル１４の容量は、導線間の浮遊容量によって決定される。これに対して、本実施の形態では、一次可変容量コンデンサ３０の容量を変更することで、対応する一次自己共振コイル１４の容量を変更することができる。
【００２１】
また、図１に示すように、一次送電コイル１２は、道路１０の直線路の地面近傍に、一次自己共振コイル１４の下側にそれぞれ上下方向に略対向するように配置される。また、高周波電力ドライバ２６は、交流電源２２から出力される電力を、対応する一次自己共振コイル１４から車両１６側の対応する二次自己共振コイル１８へ送電可能な高周波電力に変換し、その変換した高周波電力を、対応する一次送電コイル１２へ供給する。
【００２２】
なお、高周波電力ドライバ２６と交流電源２２との間に設ける切換スイッチの代わりに、またはこの切換スイッチとともに、複数の一次送電コイル１２と高周波電力ドライバ２６との間に第２切換スイッチを設けることもできる。この場合、後述するように、電力が送電される一次自己共振コイル１４が特定された場合に、特定された一次自己共振コイル１４に対応する一次送電コイル１２と、高周波電力ドライバ２６とを第２切換スイッチにより接続し、他の一次送電コイル１２と高周波電力ドライバ２６とを第２切換スイッチにより遮断することもできる。
【００２３】
一方、車両１６は、例えば図示しないエンジンと走行用モータ３２との少なくとも一方を主駆動源とするハイブリッド車両、または走行用モータ３２を主駆動源とする電気自動車である電動車両である。車両１６は、床部付近に配置された二次自己共振コイル１８と、二次受電コイル２０と、整流器３４と、蓄電部３６と、インバータ回路を含む駆動部３８と、制御部である二次側コントローラ４０（図２）と、走行用モータ３２とを備える。
【００２４】
二次自己共振コイル１８は、両端がオープンのＬＣ共振コイルである。二次自己共振コイル１８は、例えば、軸方向を上下方向に向けるように、車両１６に配置している。また、二次受電コイル２０は、二次自己共振コイル１８の上側に、軸方向を上下方向に向けるように配置される。また、整流器３４は、二次受電コイル２０に接続される。また、図３に示すように、二次自己共振コイル１８に二次可変容量コンデンサ４２を接続している。二次可変容量コンデンサ４２は、二次側コントローラ４０（図２）からの制御信号により容量を変化させることを可能としている。二次自己共振コイル１８に仮に可変容量コンデンサが設けられていないとすると、二次自己共振コイル１８の容量は、導線間の浮遊容量によって決定される。これに対して、本実施の形態では、二次可変容量コンデンサ４２の容量を変更することで、対応する二次自己共振コイル１８の容量を変更することができる。
【００２５】
二次自己共振コイル１８は、道路１０（図１）側の一次自己共振コイル１４と電磁場の共鳴により電磁気的に結合され、一次自己共振コイル１４から電力の受電可能に構成される。このような方法により電力を送電する方法は、「共鳴法」と呼ばれる。二次自己共振コイル１８は、蓄電部３６（図１、図２）の電圧、一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との間の距離、一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との共鳴強度を示す値及びその結合度を示す値等が大きくなるように巻数等のコイル形状等が設定されている。
【００２６】
図２に示すように、二次受電コイル２０は、電磁誘導によって二次自己共振コイル１８（図１）からの電力の受電可能に構成され、好ましくは二次自己共振コイル１８と同軸上に配置される。二次受電コイル２０は、二次自己共振コイル１８から受電した電力を整流器３４へ出力する。整流器３４は、二次受電コイル２０から受ける高周波の交流電力を直流電力に整流して蓄電部３６へ出力する。なお、整流器３４に代えて、二次受電コイル２０から受ける高周波の交流電力を、蓄電部３６に供給する直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを用いることもできる。
【００２７】
蓄電部３６は、充放電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリ等の二次電池により構成している。蓄電部３６は、整流器３４から供給される電力を蓄える以外に、車輪の制動に伴って走行用モータ３２で発電された電力を蓄える機能も有する。蓄電部３６は、二次側コントローラ４０へ電力を供給可能である。なお、蓄電部３６として、大容量のキャパシタを使用することもできる。
【００２８】
駆動部３８は、蓄電部３６から供給される電力を交流電圧に変換して走行用モータ３２へ出力し、走行用モータ３２を駆動する。また、駆動部３８は、走行用モータ３２により発電された電力を直流電力に整流して蓄電部３６へ出力し、蓄電部３６を充電する。
【００２９】
走行用モータ３２は、蓄電部３６から駆動部３８を介して電力を供給され、車両駆動力を発生し、その発生した駆動力を車輪へ出力する。
【００３０】
また、蓄電部３６に対し第１スイッチ４４を介して、二次受電コイル２０に接続した整流器３４を接続し、蓄電部３６の正極側及び負極側と駆動部３８との間に第２スイッチ４６を設けている。例えば、二次側コントローラ４０は、運転者によるスイッチ等の操作部の操作に基づいて、第１スイッチ４４と第２スイッチ４６との一方を接続し、他方を遮断することで、走行用モータ３２に電力を供給することにより、走行用モータ３２を駆動するか、または交流電源２２（図１）から蓄電部３６へ充電するかを切換可能としている。
【００３１】
また、図４に示すように、給電装置２４は、交流電源２２（図１）と、一次側コントローラ２８と、一次側通信装置４８と、一次側切換部５０と、一次可変容量コンデンサ３０とを含む。また、車両１６は、二次側コントローラ４０と、二次側通信装置５２と、二次側切換部５４と、二次可変容量コンデンサ４２と、車両状態計測手段５６とを含む。
【００３２】
一次側通信装置４８及び二次側通信装置５２は、互いに相手側である二次側通信装置５２または一次側通信装置４８に対し、無線での受信及び送信を可能としている。例えば、二次側通信装置５２は、二次側コントローラ４０から給電許可を表す信号を受けた場合に一次側通信装置４８に対し無線でその給電許可を表す信号を送信可能とする。一次側通信装置４８は、受信した給電許可信号を一次側コントローラ２８へ送り、後述するように交流電源２２（図１）からの電力の供給遮断を切り換えるための切換スイッチの断接、すなわちオンオフを切り換える。一次側コントローラ２８及び二次側コントローラ４０は、それぞれＣＰＵ，メモリ等の記憶部等を有するマイクロコンピュータを含む。
【００３３】
また、一次側切換部５０は、一次側コントローラ２８からの制御信号の入力により、一次送電コイル１２（図３）と一次自己共振コイル（図３）との間の送電共振コイル間距離Ｄ１（図３）を変化させる。図６は、一次側切換部５０の１例を示している。図６に示す例では、一次自己共振コイル１４に対向させる一次送電コイル１２を、互いに同軸上に離れて配置した複数の送電コイル要素５８により構成している。それぞれの送電コイル要素５８に、一次側コントローラ２８（図４）により制御される一次可変容量コンデンサ３０（図３）を接続している。また、交流電源２２から電力を供給する送電コイル要素５８を切り換える一次側スイッチ６０を設けている。すなわち、交流電源２２に接続される送電コイル要素５８を切り換える一次側スイッチ６０を設けている。
【００３４】
一次側スイッチ６０の切り換えは、一次側コントローラ２８（図４）により制御する。１の一次自己共振コイル１４に対応して設ける複数の送電コイル要素５８と、一次側スイッチ６０とにより一次側切換部５０を構成している。このような図６に示す例では、一次側スイッチ６０の切り換えにより、交流電源２２に接続される一次送電コイル１２と、一次自己共振コイル１４との間の送電共振コイル間距離Ｄ１を変化させることができる。
【００３５】
また、図４に示すように、車両１６側には二次側切換部５４を設けており、二次側切換部５４は、二次側コントローラ４０からの制御信号の入力により、二次受電コイル２０（図３）と二次自己共振コイル１８（図３）との間の受電共振コイル間距離Ｄ２（図３）を変化させる。図６には、二次側切換部５４の１例も示している。図６に示す例では、一次側切換部５０の例の場合と同様に、二次自己共振コイル１８に対向させる二次受電コイル２０を、互いに同軸上に配置した複数の受電コイル要素６２により構成している。二次自己共振コイル１８に、二次側コントローラ４０（図４）により制御される二次可変容量コンデンサ４２（図３）を接続している。また、整流器３４に接続する受電コイル要素６２を切り換える二次側スイッチ６４を設けている。二次側スイッチ６４の切り換えは、二次側コントローラ４０により制御する。１の二次自己共振コイル１８に対応して設ける複数の受電コイル要素６２と、二次側スイッチ６４とにより二次側切換部５４を構成している。このような図６に示す例では、二次側スイッチ６４の切り換えにより、蓄電部３６に整流器３４を介して接続される二次受電コイル２０と、二次自己共振コイル１８との間の受電共振コイル間距離Ｄ２を変化させることができる。
【００３６】
また、図４に示すように車両１６に設ける車両状態計測手段５６は、ＧＰＳユニットであり、ＧＰＳ（全地球測位システム）、速度センサ、及びジャイロセンサ等を含み、二次自己共振コイル１８（図１）を備える車両１６の現在の自車位置と、車両１６の進行方向と、進行速度である車速とを求め、記憶部に記憶された地図上に自車位置を特定する。車両状態計測手段５６は、二次側コントローラ４０が有する後述する一次コイル特定手段６６及び一次二次コイル間距離推定手段６８に、自車位置と進行方向とを出力し、コイル対向判定手段７０に車速を出力する。
【００３７】
二次側コントローラ４０は、一次コイル位置出力手段７２と、上記の一次コイル特定手段６６、一次二次コイル間距離推定手段６８、及びコイル対向判定手段７０と、給電許可手段７４と、取得手段である調整量算出手段７６と、二次周波数調整手段７８と、二次結合係数調整手段８０とを有する。一次コイル位置出力手段７２は、地図情報とともに、地図上の複数の一次自己共振コイル１４の予め定められた位置を、予め記憶部に記憶させておき、一次コイル特定手段６６に出力する。
【００３８】
一次コイル特定手段６６は、車両状態計測手段５６から送られる自車位置と進行方向とに基づいて、車両１６が移動する場合に進行方向前側で最先に近づく位置に配置されている一次自己共振コイル１４またはその一次自己共振コイル１４を含む一次自己共振コイル群を特定し、一次二次コイル間距離推定手段６８に出力する。一次自己共振コイル群は、例えば直線路に配置された複数の一次自己共振コイル１４を含む。
【００３９】
また、一次二次コイル間距離推定手段６８は、車両状態計測手段５６から送られる自車位置と進行方向とに基づいて、二次自己共振コイル１８（図１）の位置を取得する。また、一次二次コイル間距離推定手段６８は、取得された二次自己共振コイル１８の位置と、一次コイル特定手段６６により特定された一次自己共振コイル１４（図１）または一次自己共振コイル群とに基づいて、二次自己共振コイル１８に最も近い１の一次自己共振コイル１４を特定給電コイルとして特定する。また、一次二次コイル間距離推定手段６８は、特定した一次自己共振コイル１４と、二次自己共振コイル１８との中心間距離であるコイル間距離Ｌｃを推定し、コイル対向判定手段７０に出力する。なお、車両状態計測手段５６で自車位置から１の二次自己共振コイル１８の位置を取得し、その取得値を一次二次コイル間距離推定手段６８に出力することもできる。
【００４０】
例えば、図５は、直線路である道路１０側の一次自己共振コイル１４と、車両１６側の二次自己共振コイル１８とを上方から下方に見た略図である。このように車両１６の進行方向（図５の矢印Ｐ方向）に対して１列に一次自己共振コイル１４が並んでいる場合に、一次二次コイル間距離推定手段６８（図４）は、車両１６の二次自己共振コイル１８（図１）に最先に対向する特定給電コイルとして、１の一次自己共振コイル１４を特定し、特定した一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との中心間距離であるコイル間距離Ｌｃを算出、すなわち推定する。
【００４１】
コイル対向判定手段７０は、二次自己共振コイル１８（図５）と特定給電コイルとの距離が予め定めた所定距離以下か否かを判定する。すなわち、二次自己共振コイル１８と特定給電コイルとを上から見た場合の水平方向に関する両コイル同士の中心間距離である、コイル間距離Ｌｃが予め設定された所定範囲以下であるかを判定する。例えば、図５に示す例の場合には、コイル間距離Ｌｃが予め設定した所定値ε以下である（Ｌｃ≦ε）場合に、給電許可領域内であると判定する。このために、コイル対向判定手段７０（図４）は、車両状態計測手段５６（図４）から送られる車速を用いる。これについては、後で詳述する。
【００４２】
図４に示すように、コイル対向判定手段７０により二次自己共振コイル１８（図５）と特定給電コイルとが給電許可領域内であると判定された場合には、その結果を表す信号を給電許可手段７４に出力し、給電許可手段７４は、特定給電コイルと給電許可とを表す給電許可信号を二次側通信装置５２に出力する。
【００４３】
また、取得手段である調整量算出手段７６は、一次二次コイル間距離推定手段６８から一次二次コイル間距離であるコイル間距離Ｌｃを取得し、コイル間距離Ｌｃに基づいて、一次自己共振コイル１４（図５）及び二次自己共振コイル１８（図５）の電磁界共鳴周波数である共振周波数が、予め設定した所定周波数になるような特定コンデンサ容量Ｃを算出する。すなわち、調整量算出手段７６は、コイル間距離Ｌｃの変化に応じて設定する、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８それぞれのコンデンサ容量である特定コンデンサ容量Ｃを算出する。具体的には、コイル間距離Ｌｃと特定コンデンサ容量Ｃとの関係を表すように設定されたマップのデータを記憶部に予め記憶させておき、調整量算出手段７６は、取得された一次二次コイル間距離ｄＬに基づいて、記憶部から読み出したマップを参照しつつ、対応する特定コンデンサ容量Ｃを取得する。そして、特定コンデンサ容量Ｃを入力された二次周波数調整手段７８が、二次自己共振コイル１８に接続した二次可変容量コンデンサ４２の容量を特定コンデンサ容量Ｃに調整されるように制御する。
【００４４】
また、調整量算出手段７６は、コイル間距離Ｌｃに基づいて、特定給電コイルである一次自己共振コイル１４（図３）と二次自己共振コイル１８（図３）との間での電力の伝送効率が最大となるように、一次送電コイル１２（図３）と一次自己共振コイル１４との間の送電共振コイル間距離Ｄ１であり、二次受電コイル２０（図３）と二次自己共振コイル１８との間の受電共振コイル間距離Ｄ２である、特定送受電共振コイル間距離Ｄを算出する。具体的には、一次二次コイル間距離ｄＬであるコイル間距離Ｌｃと、特定送受電共振コイル間距離Ｄとの関係を表すように設定されたマップのデータを記憶部に予め記憶させておき、調整量算出手段７６は、取得されたコイル間距離Ｌｃに基づいて、記憶部から読み出したマップを参照しつつ、対応する特定送受電共振コイル間距離Ｄを取得する、すなわち算出する。すなわち、調整量算出手段７６は、コイル間距離Ｌｃに対応する特定コンデンサ容量Ｃ及び特定送受電共振コイル間距離Ｄを取得する。そして、特定送受電共振コイル間距離Ｄを入力された二次結合係数調整手段８０は、二次受電コイル２０と二次自己共振コイル１８との距離である受電共振コイル間距離Ｄ２が、特定送受電共振コイル間距離Ｄとなるように、二次側切換部５４の切り換えを制御する。
【００４５】
また、調整量算出手段７６は、特定コンデンサ容量Ｃと特定送受電共振コイル間距離Ｄとを、給電許可手段７４を介して二次側通信装置５２に出力する。
【００４６】
二次側通信装置５２は、無線で一次側通信装置４８に信号を送信する。この送信信号に基づいて、一次側通信装置４８は、一次側コントローラ２８へ給電許可信号と、特定コンデンサ容量Ｃ及び特定送受電共振コイル間距離Ｄを表す信号とを出力する。一次側コントローラ２８は、給電許可信号に基づいて、全部の一次自己共振コイル１４（図３）または特定給電コイルである、１の一次自己共振コイル１４に対応する一次送電コイル１２（図３）に交流電源２２（図１）から電力を供給する。一次側コントローラ２８が特定給電コイルに対応する１の一次送電コイル１２のみに電力を供給する場合、特定給電コイル以外のすべての一次自己共振コイル１４に対応する一次送電コイル１２に交流電源２２（図１）から電力が供給されないように、選択した切換スイッチの断接を制御する。このため、特定給電コイルに対応する１の一次送電コイル１２に、交流電源２２から、高周波電力ドライバ２６を介して周波数変換された電力が供給され、一次送電コイル１２から電磁誘導によって一次自己共振コイル１４へ電力が送電される。また、一次自己共振コイル１４から車両１６側の二次自己共振コイル１８に、電磁場共鳴により電力が送電され、二次自己共振コイル１８から電磁誘導によって、二次受電コイル２０に電力が送電される。二次受電コイル２０からは整流器３４により、直流に整流された電流が蓄電部３６に送られ、蓄電部３６が充電される。
【００４７】
また、この際、図４に示すように、一次側コントローラ２８は、一次周波数調整手段８２と、一次結合係数調整手段８４とを有し、一次周波数調整手段８２は、入力された信号が表す特定コンデンサ容量Ｃに基づいて、一次自己共振コイル１４（図３）に接続した一次可変容量コンデンサ３０（図３）の容量を特定コンデンサ容量Ｃに調整されるように制御する。
【００４８】
また、一次結合係数調整手段８４は、入力された信号が表す特定送受電共振コイル間距離Ｄに基づいて、一次送電コイル１２（図３）と一次自己共振コイル１４（図３）との距離である送電共振コイル間距離Ｄ１が特定送受電共振コイル間距離Ｄとなるように、一次側切換部５０の切り換えを制御する。したがって、本実施の形態では、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２と、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８（図３）それぞれのコンデンサ容量Ｃとが変化する。
【００４９】
また、図１に示すように、車両１６に設けられた二次自己共振コイル１８が、特定給電コイルである１の一次自己共振コイル１４上を通過し、コイル間距離Ｌｃが所定範囲から外れた場合には、次に、二次自己共振コイル１８に最も近い１の一次自己共振コイル１４を特定し、特定した一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８のコイル間距離Ｌｃを推定する。次いで、図４に示すコイル対向判定手段７０は、コイル間距離Ｌｃが所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内と判定された場合に、給電許可手段７４が、特定給電コイルと給電許可とを表す給電許可信号を二次側通信装置５２に出力する。また、二次周波数調整手段７８及び二次結合係数調整手段８０が、調整量算出手段７６で算出された特定コンデンサ容量Ｃと特定送受電共振コイル間距離Ｄとに基づいて、二次可変容量コンデンサ４２と二次側切換部５４とを、上記と同様に制御する。
【００５０】
また、給電許可手段７４は、二次側、一次側通信装置５２，４８を介して、一次側コントローラ２８へ給電許可信号を出力し、特定給電コイル等に交流電源２２（図１）から電力が供給される。また、一次周波数調整手段８２及び一次結合係数調整手段８４が、調整量算出手段７６で算出された特定コンデンサ容量Ｃと特定送受電共振コイル間距離Ｄとに基づいて、一次可変容量コンデンサ３０と一次側切換部５０とを、上記と同様に制御する。
【００５１】
（車両充電方法）
次に、本実施の形態の移動体給電装置である車両充電システムにより、車両の充電を行う方法を図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態において、移動体給電方法である車両充電方法を示すフローチャートを示す図である。なお、以下の本実施の形態の説明では、図１から図６に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。図７のステップＳ１０（以下、「ステップ」は、単にＳとして説明する。）で、走行中給電許可判定が行われる。走行中給電許可判定では、車両１６のユーザである運転者が走行中給電許可のためのスイッチまたはボタン等の操作部をオンにする等に基づく検知信号が二次側コントローラ４０に入力された場合に、二次側コントローラ４０で走行中給電許可がされたと判定し、それ以外の場合を走行中給電許可がされないと判定する。走行中給電許可がされたと判定されると、Ｓ１２で、二次側コントローラ４０は、蓄電部３６の充電量に余裕があるか否かを判定する。すなわち、二次側コントローラ４０は、蓄電部３６の充電量が予め設定した充電上限値以下である場合に充電量に余裕があると判定し、蓄電部３６の充電量が充電上限値を超える場合に充電量に余裕がないと判定する。このために、二次側コントローラ４０は、蓄電部３６の充電量情報として、蓄電部３６の充電状態、すなわちＳＯＣ（State of Charge）を図示しない充電量検出部により取得する。Ｓ１２で、充電量に余裕がないと判定されると処理が終了される。すなわち、その後の充電が中止される。
【００５２】
Ｓ１２で、充電量に余裕があると判定された場合には、Ｓ１４で、車両状態計測手段５６が、ＧＰＳ等により二次自己共振コイル１８と関係づけた自車位置を計測し、すなわち取得し、地図上に自車位置を特定する。また、車両状態計測手段５６は、ジャイロセンサにより地図上における車両の進行方向を計算し、すなわち取得する。また、車両状態計測手段５６は、速度センサにより従動輪等の左右車輪の速度をそれぞれ計測し、取得した左右車輪速度の平均値を車速として取得する。例えば、速度センサにより左右車輪の角速度ωｌ、ωｒをそれぞれ求め、左右車輪の半径をＲとすると、車速Ｖは、Ｖ＝Ｒ（ωｌ＋ωｒ）／２の関係を用いて求められる。
【００５３】
次いで、Ｓ１６で、一次コイル位置出力手段７２は、地図情報上での複数の一次自己共振コイル１４の位置を出力し、一次コイル特定手段６６は、車両状態計測手段５６により取得された自車位置及び進行方向と、出力された一次自己共振コイル１４の位置とから、車両１６が移動する場合に進行方向前側で最先に近づく位置に配置されている一次自己共振コイル１４またはその一次自己共振コイル１４を含む一次自己共振コイル群を特定する。
【００５４】
次いで、Ｓ１８で、一次二次コイル間距離推定手段６８は、車両１６の位置から二次自己共振コイル１８の位置を求める、すなわち取得するとともに、二次自己共振コイル１８の位置と、一次自己共振コイル１４の位置とから、最も近い特定給電コイルとなる１の一次自己共振コイル１４を特定し、特定した一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との中心間距離であるコイル間距離Ｌｃを算出し、推定する。
【００５５】
Ｓ２０では、コイル対向判定手段７０により、上記コイル間距離Ｌｃと車速Ｖとに基づいて、二次自己共振コイル１８と特定給電コイルとの距離が所定距離以内であり、給電許可領域内であるか否かを判定する。すなわち、コイル対向判定手段７０は、コイル間距離Ｌｃと、コイル間距離Ｌｃを推定した時点からの経過時間ｔと、車両状態計測手段５６から入力される車速Ｖとに基づいて、予め設定した所定範囲をεとした場合に、次の（１）式が成立したか否かを判定する。所定範囲εは、二次自己共振コイル１８と特定給電コイルとが略対向したとみなせる誤差範囲を表す。
｜Ｌ−Ｖｔ｜≦ε  ・・・（１）
【００５６】
（１）式が成立したと判定された場合には、二次自己共振コイル１８と特定給電コイルとが所定距離以下であり、給電許可領域内であると判定され、Ｓ２２に移行する。これに対して、（１）式が不成立の場合には、Ｓ２０の判定を繰り返す。
【００５７】
Ｓ２２では、二次側コントローラ４０が、上記中心間距離Ｌｃを用いて、予め記憶部に記憶されたマップのデータ等に基づいて、特定コンデンサ容量Ｃ及び特定送受電共振コイル間距離Ｄを求める、すなわち算出する。また、二次側コントローラ４０は、二次可変容量コンデンサ４２及び一次可変容量コンデンサ３０の容量を特定コンデンサ容量Ｃに調整し、二次側切換部５４及び一次側切換部５０の切換により、受電共振コイル間距離Ｄ２及び送電共振コイル間距離Ｄ１を特定送受電共振コイル間距離Ｄに調整する。
【００５８】
また、Ｓ２４では、一次側コントローラ２８により切換スイッチを切り換える等により、特定給電コイルに対応する一次送電コイル１２に交流電源２２から、高周波電力ドライバ２６により周波数変換された交流電流を供給し、一次自己共振コイル１４、二次自己共振コイル１８、及び二次受電コイル２０に送電を行う。また、Ｓ２６で、二次側コントローラ４０は、蓄電部３６の検出された充電量を取得し、充電量が充電上限値を超えた場合に処理を終了し、充電量が充電上限値以下であるならば、Ｓ２８に移行する。Ｓ２８では、二次自己共振コイル１８と特定給電コイルとの距離が所定距離から外れたか、すなわち給電許可領域から外れたか否かを判定し、給電許可領域から外れていないと判定された場合、Ｓ２４で特定給電コイルに電力を供給する。逆に、Ｓ２８で、二次自己共振コイル１８と特定給電コイルとの距離が所定距離から外れた、すなわち、給電許可領域から外れたと判定された場合には、Ｓ１６に移行し、Ｓ１６からＳ２８の処理を繰り返す。
【００５９】
なお、Ｓ１４で、車両状態計測手段５６は、自車位置を計測する代わりに、またはこれとともに、車両１６に設けた二次自己共振コイル１８の位置を計測することもできる。また、上記の例では、二次自己共振コイル１８を１のみ設けた場合を説明したが、複数、例えば２個の二次自己共振コイルを車両１６の前後方向に並ぶように設けて、受電する二次自己共振コイルを交互に切り換えるようにすることもできる。
【００６０】
（第１の実施の形態の効果）
このような車両充電システムによれば、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の間の一次二次コイル間距離ｄＬ（＝コイル間距離Ｌｃ）の変化に応じて、一次送電コイル１２及び一次自己共振コイル１４の間の送電共振コイル間距離Ｄ１と、二次自己共振コイル１８及び二次受電コイル２０の間の受電共振コイル間距離Ｄ２とをそれぞれ変化させている。また、距離Ｄ１、Ｄ２は互いに同じにしている。このため、一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との間で電磁場の共鳴により送電を行う構成において、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１と受電共振コイル間距離Ｄ２とを、送電効率を高く確保するように、互いに同じとしつつ変化させることができる。したがって、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の距離ｄＬの変化にかかわらず送電効率を高く確保できる。
【００６１】
これについて、図８を用いて詳しく説明する。図８は、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２と伝送効率との関係において、伝送距離の大小が伝送効率に影響を及ぼすことを説明するための図である。ここで、伝送距離とは、例えば、一次二次コイル間距離ｄＬのような無線伝送距離である。図８に示す曲線Ｌａ、Ｌｂ・・・Ｌｆは、それぞれ距離Ｄ１，Ｄ２が異なる場合において、伝送距離を変化させた場合の伝送効率を表している。各曲線Ｌａ、Ｌｂ・・・Ｌｆで、矢印Ｑ方向にむかうほど、伝送距離は小さくなり、○印の点で、伝送距離は各曲線Ｌａ、Ｌｂ・・・Ｌｆ同士で同じになっている。このように伝送距離が小さくなるほど伝送効率は高くなるが、その場合、距離Ｄ１，Ｄ２を小さくする必要がある。また、伝送距離が大きくなる場合は、距離Ｄ１，Ｄ２を大きくしないと伝送効率を高くすることはできない。このように伝送効率、すなわち送電効率を高くするためには、伝送距離に応じて送電共振コイル間距離Ｄ１と受電共振コイル間距離Ｄ２とを変化させる必要がある。これに対して、本実施の形態では、伝送距離である一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、距離Ｄ１，Ｄ２を変化させることができるので、距離ｄＬの変化にかかわらず送電効率を高くできる。
【００６２】
また、本実施の形態では、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２と、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８それぞれのコンデンサ容量Ｃとを変化させるので、一次二次コイル間距離ｄＬが変化する場合でも、共振周波数を一定に維持しつつ、最大となる伝送効率である送電効率を十分に高く維持できる。
【００６３】
また、本実施の形態では、上記の図６を用いて説明したように、一次送電コイル１２は、複数の送電コイル要素５８により構成し、二次受電コイル２０は、複数の受電コイル要素６２により構成している。また、交流電源２２に接続される送電コイル要素５８を切り換える一次側スイッチ６０と、整流器３４に接続される受電コイル要素６２を切り換える二次側スイッチ６４とを備え、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、一次側スイッチ６０及び二次側スイッチ６４を切り換えることにより、送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２とを変化させている。このため、低コストな構成で、無線送電距離である一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電効率を高くでき、高効率の非接触電力伝送が可能になる。すなわち、距離ｄＬの変化に応じて送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２とを変化させることができるので、送電効率を高くできる。また、距離Ｄ１，Ｄ２を変化させるために一次送電コイル１２や二次受電コイル２０等のコイルを移動させる移動機構を設ける必要がなく、製品コストが過度に高くなるという不都合が生じることがない。すなわち、一次二次コイル間距離ｄＬに応じてコイル間の結合係数を調整するためにコイルを移動させるアクチュエータを設ける必要がない。
【００６４】
なお、一次二次コイル間距離ｄＬの推定には通常誤差が含まれるため、これに応じた過度に精度の高いコイル間の位置調整は必ずしも要求されない。すなわち距離Ｄ１，Ｄ２の過度に精度の高い調整は必ずしも要求されない。このため、一次二次コイル間距離ｄＬの推定精度に応じて、本実施の形態のように、離散的な送電共振コイル間距離Ｄ１や受電共振コイル間距離Ｄ２を定めることができる。また、この距離Ｄ１，Ｄ２を、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて伝送効率が高くなるように離散的に変化させることができる。このため、低コストで高効率の非接触電力伝送が可能になる。
【００６５】
次に、本実施の形態により上記の効果が得られる理由について、図９から図１６を用いて説明する。まず、本発明から外れる比較例の不都合について説明するため、図９の略図で示すような比較例を用いたシミュレーションを行った。この比較例では、本実施の形態と同様の構成において、固定側に、互いに対向する一次送電コイル１２と一次自己共振コイル１４とを１組のみ設けるとともに、移動体側に、互いに対向する二次受電コイル２０と二次自己共振コイル１８とを１組のみ設けている。また、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８に、本実施の形態と同様に可変容量コンデンサ３０，４２を接続している。
【００６６】
（第１のシミュレーション、Ｃ，Ｄ１，Ｄ２一定）
そして、この比較例を用いて、第１のシミュレーションでは、一次自己共振コイル１４に対し、移動体を水平方向（図９の上下方向）に移動させ、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の距離である一次二次コイル間距離ｄＬを変化させた。そして、一次送電コイル１２の側から所定周波数の交流電力を一次自己共振コイル１４、二次自己共振コイル１８を介して二次受電コイル２０に送電する場合の、一次送電コイル１２と二次受電コイル２０との間での電力の伝送効率と、送電される電力の周波数とを、複数の一次二次コイル間距離ｄＬの関係で求めた。この場合、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８に接続している可変容量コンデンサＣを一定とし、一次送電コイル１２と一次自己共振コイル１４との間の送電共振コイル間距離Ｄ１と、二次受電コイル２０と二次自己共振コイル１８との間の受電共振コイル間距離Ｄ２とを、それぞれ一定とした。このようにして、送電される電力の周波数と伝送効率との関係を求めた第１のシミュレーション結果を、図１０に示している。図１０では、曲線が矢印α方向に向かう曲線になるほど、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなっている。
【００６７】
図１０のシミュレーション結果から明らかなように、可変容量コンデンサＣと、送電共振コイル間距離Ｄ１と、受電共振コイル間距離Ｄ２とをそれぞれ一定とする場合には、一次二次コイル間距離ｄＬが変化しても、共振周波数はあまり変化しないが、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなる（矢印α方向に向かう）のにしたがって、伝送効率の最大値が大きく低下した。
【００６８】
（第２のシミュレーション、Ｃ調整，Ｄ１，Ｄ２一定）
また、第２のシミュレーションとして、図９の構成で、同じように一次二次コイル間距離ｄＬを変化させた場合に、共振周波数が一定に維持されるように、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の可変容量コンデンサ３０，４２の容量Ｃを調整した。この場合も、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２は一定とした。このようにして、送電される電力の周波数と伝送効率との関係を求めた第２のシミュレーション結果を、図１１に示している。図１１では、各曲線は、矢印β方向に向かう曲線になるほど、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなっている。また、図１１では、共振周波数ｆ４が一定に維持されるようにしている。
【００６９】
図１１のシミュレーション結果から明らかなように、可変容量コンデンサ３０，４２の容量Ｃを変化させた場合でも、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなる（矢印β方向に向かう）のにしたがって、伝送効率の最大値は大きく低下した。また、図１１では曲線が矢印βで示す方向に向かう曲線になるほど、可変容量コンデンサ３０，４２の容量Ｃは小さくなっている。
【００７０】
（第３のシミュレーション、Ｃ一定，Ｄ１，Ｄ２調整）
また、第３のシミュレーションとして、図９の構成で、同じように一次二次コイル間距離ｄＬを変化させた場合に、可変容量コンデンサ３０，４２の容量Ｃを一定とし、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２を、伝送効率が高い臨界結合状態が得られるように調整した。このようにして、送電される電力の周波数と伝送効率との関係を求めた第３のシミュレーション結果を、図１２に示している。
【００７１】
ここで、臨界結合状態について説明する。図９に示すように、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の間で送電する場合、互いに同じ大きさである送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２を段階的に変化させながら、交流電源２２側から一次送電コイル１２に送電する電力の周波数と、伝送効率との関係を求めると、図１３に示すように、その関係を表す曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は変化する。図１３において、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の順に、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２は徐々に大きくなっている。すなわち、距離Ｄ１，Ｄ２を大きくしていくと、まず、異なる２の共振周波数を有する曲線Ｌ１の関係が得られる。この状態は、「密結合状態」と呼ばれる。また、さらに距離Ｄ１，Ｄ２を大きくすると、その２の共振周波数の中間に１の共振周波数を有する曲線Ｌ２の関係が得られる。この場合、１の共振周波数で伝送効率の最大値ηmaxは高くなる。また、さらに距離Ｄ１，Ｄ２を大きくすると、曲線Ｌ３，Ｌ４のように、伝送効率の最大値が低下する。この状態は、「疎結合状態」と呼ばれる。このように電磁界の結合状態を変化させるように、距離Ｄ１，Ｄ２を変化させた場合に、最大となる伝送効率の最大値ηmaxを有する曲線Ｌ２の関係が得られる状態が「臨界結合状態」と呼ばれる。
【００７２】
ここで、図１２にシミュレーション結果を示す第３のシミュレーションでは、この臨界結合状態が得られるように、可変容量コンデンサの容量Ｃを一定としつつ、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて距離Ｄ１，Ｄ２を調整した。図１２では、各曲線は、矢印γ方向に向かう曲線になるほど、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなっている。図１２に示すシミュレーション結果から明らかなように、距離Ｄ１，Ｄ２を変化させた場合には、図１０、図１１のシミュレーション結果とは異なり、一次二次コイル間距離ｄＬが変化した場合でも伝送効率の最大値を高く確保できた。また、図１２では、曲線が矢印γで示す方向に向かう曲線になるほど、距離Ｄ１，Ｄ２は大きくなっている。このようなシミュレーション結果から、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、少なくとも一次送電コイル１２及び一次自己共振コイル１４の間の送電共振コイル間距離Ｄ１と、二次自己共振コイル１８及び二次受電コイル２０の間の受電共振コイル間距離Ｄ２とを、伝送効率である送電効率を高く確保するように、互いに同じとしつつ変化させることができることを確認できた。すなわち、一次二次コイル間距離ｄＬの変化にかかわらず送電効率を高く確保できることを確認できた。
【００７３】
これに対して、図１２に示す結果から明らかなように、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて距離Ｄ１，Ｄ２を変化させただけでは、伝送効率の最大値は高くできるが、共振周波数が大きく変化してしまう。このため、交流電源２２側から一次送電コイル１２に電力を送電する場合に、共振周波数の変化に応じて、高周波電力ドライバ２６等により交流電力の周波数を変化させる必要が生じる。このため、一次二次コイル間距離ｄＬの変化にかかわらず共振周波数はほぼ一致させることが好ましい。本実施の形態では、このために一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、距離Ｄ１，Ｄ２だけでなく可変容量コンデンサ３０，４２の容量Ｃも変化させている。
【００７４】
（第１の実施の形態の効果確認のためのシミュレーション）
次に、本実施の形態の効果を確認するために行ったシミュレーションを説明する。このシミュレーションでは、図９に示す比較例と同様の構成において、図１４、図１５に示すように、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、可変容量コンデンサ３０，４２の容量（コンデンサ容量）Ｃと送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２とを変化させた。なお、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２は、同じ大きさに設定するので、以下の説明では、距離Ｄ１，Ｄ２は、送受電共振コイル間距離Ｄとして説明する。
【００７５】
図１４は、このシミュレーションで用いる一次二次コイル間距離ｄＬとコンデンサ容量Ｃとの関係を示している。図１５は、このシミュレーションで用いる一次二次コイル間距離ｄＬと送受電共振コイル間距離Ｄとの関係を示している。また、図１４に示す関係では、一次二次コイル間距離ｄＬを変化させるのにもかかわらず、送電される電力の共振周波数が一定となるようにコンデンサ容量Ｃを変化させている。すなわち、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなるのにしたがってコンデンサ容量Ｃを小さくしている。
【００７６】
また、図１５に示す関係では、一次二次コイル間距離ｄＬを変化させるのにもかかわらず、臨界結合状態が維持されるように、すなわち伝送効率の最大値が高く維持されるように、送受電共振コイル間距離Ｄを変化させている。すなわち、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなるのにしたがって送受電共振コイル間距離Ｄを大きくしている。
【００７７】
そして、図１４、図１５に示す関係を有するように、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、コンデンサ容量Ｃと送受電共振コイル間距離Ｄとを変化させて、送電される電力の周波数と伝送効率との関係を求めるシミュレーションを行った。図１６は、このシミュレーションの結果を示している。図１６では、曲線は、矢印δ方向に向かう曲線になるほど、一次二次コイル間距離ｄＬが大きくなっている。
【００７８】
図１６に示すシミュレーション結果から明らかなように、図１４、図１５の関係を用いたシミュレーションでは、一次二次コイル間距離ｄＬが変化する場合でも、共振周波数を一定に維持しつつ、伝送効率の最大値を十分に高く維持できることを確認できた。したがって、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送受電共振コイル間距離Ｄである、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２と、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８それぞれのコンデンサ容量Ｃとを変化させる本実施の形態によれば、一次二次コイル間距離ｄＬが変化する場合でも、共振周波数を一定に維持しつつ、伝送効率の最大値を十分に高く維持できる。
【００７９】
なお、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２を変化させる一次側切換部５０及び二次側切換部５４の構成は、図６に示した構成に限定するものではない。例えば、互いに対向する一次自己共振コイル１４及び一次送電コイル１２のうち、一方のコイルを、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて移動させることにより、距離Ｄ１を変化させる構成としたり、互いに対向する二次自己共振コイル１８及び二次受電コイル２０のうち、一方のコイルを、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて移動させることにより、距離Ｄ２を変化させる構成とすることもできる。ただし、この場合には、上記で説明したように図６の構成を用いる場合と比べてコストが高くなりやすい。
【００８０】
［第２の発明の実施の形態］
図１７は、本発明に係る第２の実施の形態において、道路側の一次自己共振コイル及び一次送電コイルと、車両側の二次自己共振コイル及び二次受電コイルと、一次側、二次側切換部とを示す略図である。また、図１８は、本実施の形態において、移動体給電方法である車両充電方法を示すフローチャートを示す図である。
【００８１】
本実施の形態の基本構成は、上記の図１から図７に示した第１の実施の形態と同様であるため、以下、第１の実施の形態と異なる部分を中心に説明する。また、図１から図６に示した要素と同様の構成には、同一の符号を付して説明する。本実施の形態では、上記の第１の実施の形態において、一次周波数調整手段８２及び二次周波数調整手段７８と、一次可変容量コンデンサ３０及び二次可変容量コンデンサ４２とをそれぞれ省略している。また、調整量算出手段７６は、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて変化する、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２である特定送受電共振コイル間距離Ｄを算出、すなわち取得している。また、調整量算出手段７６は、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて変化するコンデンサ容量は取得しない。このため、記憶部に記憶させるマップのデータを少なくできる。また、本実施の形態では、一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１と受電共振コイル間距離Ｄ２とをそれぞれ変化させる。
【００８２】
次に、このような構成を有する本実施の形態を用いた車両充電方法を、図１８を用いて説明する。本実施の形態では、上記の図７の場合と異なり、車両１６を停止させた状態で、交流電源２２から車両１６へ給電を行う。まず、図１８のＳ３０で、給電許可判定が行われる。給電許可判定では、車両１６のユーザである運転者が給電許可のためのスイッチまたはボタン等の操作部をオンにする等に基づく検知信号が二次側コントローラ４０に入力された場合に、二次側コントローラ４０で給電許可がされたと判定し、それ以外の場合を給電許可がされないと判定する。給電許可がされたと判定されると、Ｓ３２に移行する。
【００８３】
Ｓ３２では、二次側コントローラ４０は、蓄電部３６の充電量に余裕があるか否かを判定する。すなわち、二次側コントローラ４０は、蓄電部３６の充電量が予め設定した充電上限値以下である場合に充電量に余裕があると判定し、蓄電部３６の充電量が充電上限値を超える場合に充電量に余裕がないと判定する。Ｓ３２で、充電量に余裕がないと判定されると処理が終了される。すなわち、その後の充電が中止される。
【００８４】
Ｓ３２で、充電量に余裕があると判定された場合には、Ｓ３４で、車両状態計測手段５６が、ＧＰＳ等により二次自己共振コイル１８と関係づけた自車位置を計測し、すなわち取得し、地図上に自車位置を特定する。
【００８５】
次いで、Ｓ３６で、一次コイル位置出力手段７２は、地図情報上での複数の一次自己共振コイル１４の位置を出力し、一次コイル特定手段６６は、車両状態計測手段５６により取得された自車位置と、出力された一次自己共振コイル１４の位置とから、車両１６の二次自己共振コイル１８に最も近い一次自己共振コイル１４を特定する。
【００８６】
次いで、Ｓ３８で、一次二次コイル間距離推定手段６８は、特定した一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との中心間距離であり、一次二次コイル間距離ｄＬであるコイル間距離Ｌｃを算出し、推定する。
【００８７】
Ｓ４０では、コイル対向判定手段７０により、上記コイル間距離Ｌｃである、二次自己共振コイル１８と特定給電コイルとの距離が所定距離以内であり、給電許可領域内であるか否かを判定する。コイル間距離Ｌｃが給電許可領域内と判定されなかった、すなわち給電許可領域内から外れたと判定された場合には、Ｓ４２に移行する。Ｓ４２では、車両のユーザに給電不能であり、駐車位置調整が必要なことを、車両１６のディスプレー等の表示部に表示させることにより情報提示した後、処理を終了する。
【００８８】
これに対して、Ｓ４０で、コイル対向判定手段７０により、コイル間距離Ｌｃが給電許可領域内であると判定された、すなわち給電許可領域内であると判定された場合には、Ｓ４４に移行する。Ｓ４４では、二次側コントローラ４０が、コイル間距離Ｌｃを用いて、予め記憶部に記憶されたマップのデータ等に基づいて、特定送受電共振コイル間距離Ｄを求める、すなわち算出する。また、二次側コントローラ４０は、特定送受電共振コイル間距離Ｄに応じて、二次側切換部５４で整流器３４と接続する受電コイル要素６２である特定送電コイル要素を特定する。また、特定送受電共振コイル間距離Ｄを入力された一次側コントローラ２８は、交流電源２２と接続する送電コイル要素５８である特定受電コイル要素を特定する。なお、二次側コントローラ４０は、予め記憶部にコイル間距離Ｌｃと特定受電コイル要素及び特定送電コイル要素との関係を表すマップを記憶させておき、このマップを用いてコイル間距離Ｌｃから特定受電コイル要素及び特定送電コイル要素を取得し、特定することもできる。
【００８９】
また、Ｓ４６で、二次側コントローラ４０は、特定受電コイル要素を整流器３４に接続し、一次側コントローラ２８は、特定給電コイルに対応する一次送電コイル１２において、特定送電コイル要素を交流電源２２に接続する。また、二次側コントローラ４０は、コイル間距離Ｌｃに応じて高周波電力ドライバ２６で設定する送電電力の共振周波数を特定し、特定した共振周波数を一次側コントローラ２８に出力する。一次側コントローラ２８は、特定共振周波数で送電電力が出力されるように高周波電力ドライバ２６を制御する。
【００９０】
次いで、Ｓ４８で、一次側コントローラ２８により切換スイッチを切り換える等により、特定給電コイルに対応する一次送電コイル１２に交流電源２２から、高周波電力ドライバ２６により周波数変換された交流電流を供給し、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８を介して、二次受電コイル２０に送電を行う。また、Ｓ５０で、二次側コントローラ４０は、蓄電部３６の検出された充電量を取得し、充電量が充電上限値を超えた場合に処理を終了し、充電量が充電上限値以下であるならば、Ｓ４８に移行し、充電量が充電上限に達するか、または予め設定したある範囲内に入るまで、一次送電コイル１２への交流電流の供給、すなわち電力供給を行う。Ｓ５０で、充電量が充電上限に達するか、または予め設定したある範囲内に入ったと判定されると、処理を終了し、送電を休止する。
【００９１】
このような本実施の形態の場合も、上記の第１の実施の形態と同様に、一次二次コイル間距離ｄＬであるコイル間距離Ｌｃの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１と受電共振コイル間距離Ｄ２とをそれぞれ変化させるので、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の距離ｄＬの変化にかかわらず送電効率を高く確保できる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施の形態と同様である。
【００９２】
なお、本実施の形態では、二次側コントローラ４０は、コイル間距離Ｌｃに応じて高周波電力ドライバ２６で設定する送電電力の共振周波数を特定し、特定した共振周波数を一次側コントローラ２８に出力し、一次側コントローラ２８は、特定共振周波数で送電電力が出力されるように高周波電力ドライバ２６を制御している。ただし、図１７に示すように、二次自己共振コイル１８と、特定給電コイルである一次自己共振コイル１４とがほぼ同軸上に対向する場合にのみ給電許可領域内であると判定し、一次送電コイル１２へ電力供給を可能とすることにより、高周波電力ドライバ２６での特定共振周波数の変更を不要とすることもできる。すなわち、この場合には、共振周波数は変化しない。また、この場合、水平方向の一次二次コイル間距離ｄＬである、水平方向の一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との距離は変化しない。ただし、この構成の場合、一次二次コイル間距離ｄＬを鉛直方向、すなわち高さ方向の一次自己共振コイル１４と二次自己共振コイル１８との距離として、この高さ方向の距離の変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２を変化させることができる。
【００９３】
すなわち、高さ方向の一次二次コイル間距離ｄＬが変化する場合も、コイル間の伝送距離が変化するので、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２を変化させなければ、伝送効率の最大値を高くすることができない。このような場合に、本実施の形態では、高さ方向の一次二次コイル間距離ｄＬの変化に応じて、送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２を変化させることもできる。例えば、車両１６に車高調整装置を設けて、車高調整装置で検出された車高の変化から高さ方向の一次二次コイル間距離ｄＬの変化を算出し、その変化に応じて送電共振コイル間距離Ｄ１及び受電共振コイル間距離Ｄ２を変化させることができる。このような構成によっても、一次自己共振コイル１４及び二次自己共振コイル１８の距離ｄＬの変化にかかわらず送電効率を高く確保できる。なお、上記の図１から図７に示した第１の実施の形態において、図１８を用いて説明した本実施の形態のように、車両が停車した状態で、交流電源から車両へ給電する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００９４】
１０  道路、１２  一次送電コイル、１４  一次自己共振コイル、１６  車両、１８  二次自己共振コイル、２０  二次受電コイル、２２  交流電源、２４  給電装置、２６  高周波電力ドライバ、２８  一次側コントローラ、３０  一次可変容量コンデンサ、３２  走行用モータ、３４  整流器、３６  蓄電部、３８  駆動部、４０  二次側コントローラ、４２  二次可変容量コンデンサ、４４  第１スイッチ、４６  第２スイッチ、４８  一次側通信装置、５０  一次側切換部、５２  二次側通信装置、５４  二次側切換部、５６  車両状態計測手段、５８  送電コイル要素、６０  一次側スイッチ、６２  受電コイル要素、６４  二次側スイッチ、６６  一次コイル特定手段、６８  一次二次コイル間距離推定手段、７０  コイル対向判定手段、７２  一次コイル位置出力手段、７４  給電許可手段、７６  調整量算出手段、７８  二次周波数調整手段、８０  二次結合係数調整手段、８２  一次周波数調整手段、８４  一次結合係数調整手段。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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