(57)【要約】【課題】非接触で外部と電力を授受可能に構成された複数の装置間で高効率に電力伝送可能な電力伝送システムおよび電力伝送装置を提供する。【解決手段】車両１０は、非接触で外部へ送電可能に構成される。車両２０は、非接触で外部から受電可能に構成される。電力伝送装置３０は、車両１０から車両２０へ電力を伝送する。電力伝送装置３０は、送受電部３２，３４と、電力ケーブル３６とを含む。送受電部３２は、車両１０から非接触で受電する。送受電部３４は、車両２０へ非接触で送電する。電力ケーブル３６は、送受電部３２，３４間に接続される。【選択図】図１
2013042564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触で外部へ送電可能に構成された第１の装置と、
非接触で外部から受電可能に構成された第２の装置と、
前記第１の装置から前記第２の装置へ電力を伝送する電力伝送装置とを備え、
前記電力伝送装置は、
前記第１の装置から非接触で受電する第１の受電部と、
前記第２の装置へ非接触で送電する第１の送電部と、
前記第１の受電部と前記第１の送電部との間に接続される電力ケーブルとを含む、電力伝送システム。
【請求項２】
前記第１の装置は、
第１の蓄電部と、
前記第１の蓄電部から出力される電力を交流に変換する第１の電力変換部と、
前記第１の電力変換部から交流電力を受けて非接触で外部へ送電する第２の送電部とを含み、
前記第１の受電部の固有周波数は、前記第２の送電部の固有周波数と同じであり、
前記第２の装置は、
非接触で外部から交流電力を受ける第２の受電部と、
前記第２の受電部によって受電された交流電力を直流に変換する第２の電力変換部と、
前記第２の電力変換部から出力される電力を蓄える第２の蓄電部とを含み、
前記第１の送電部の固有周波数は、前記第２の受電部の固有周波数と同じである、請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項３】
前記第１の受電部は、前記第１の受電部と前記第２の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記第１の受電部と前記第２の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記第２の送電部から受電し、
前記第１の送電部は、前記第１の送電部と前記第２の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記第１の送電部と前記第２の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記第２の受電部へ送電する、請求項２に記載の電力伝送システム。
【請求項４】
前記第２の送電部と前記第１の受電部との結合係数、および前記第１の送電部と前記第２の受電部との結合係数の各々は、０．１以下である、請求項２または３に記載の電力伝送システム。
【請求項５】
前記第１の装置は、
第１の蓄電部と、
前記第１の蓄電部から出力される電力を交流に変換する第１の電力変換部と、
前記第１の電力変換部から交流電力を受けて電磁誘導により非接触で外部へ送電する第２の送電部とを含み、
前記第２の装置は、
電磁誘導により非接触で外部から交流電力を受ける第２の受電部と、
前記第２の受電部によって受電された交流電力を直流に変換する第２の電力変換部と、
前記第２の電力変換部から出力される電力を蓄える第２の蓄電部とを含む、請求項１に記載の電力伝送システム。
【請求項６】
前記第１の受電部は、前記第２の送電部に対向して配置され、
前記第１の送電部は、前記第２の受電部に対向して配置される、請求項２から５のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【請求項７】
前記第１および第２の装置の各々は、車両である、請求項１から６のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
【請求項８】
第１の装置と非接触で電力を授受する第１の送受電部と、
第２の装置と非接触で電力を授受する第２の送受電部と、
前記第１の送受電部と前記第２の送受電部との間に接続される電力ケーブルとを備える電力伝送装置。
【請求項９】
前記第１および第２の送受電部の各々は、非接触で電力を授受するためのコイルを含む、請求項８に記載の電力伝送装置。
【請求項１０】
前記第１の装置の送電部に対向する位置に前記第１の送受電部を固定する第１の固定治具と、
前記第２の装置の受電部に対向する位置に前記第２の送受電部を固定する第２の固定治具とをさらに備える、請求項８または９に記載の電力伝送装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の固定治具の各々は、磁性体から成る、請求項１０に記載の電力伝送装置。
【請求項１２】
前記第１の送受電部の固有周波数は、前記第１の装置の送電部の固有周波数と同じであり、
前記第２の送受電部の固有周波数は、前記第２の装置の受電部の固有周波数と同じである、請求項８から１１のいずれかに記載の電力伝送装置。
【請求項１３】
前記第１の送受電部は、前記第１の送受電部と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記第１の送受電部と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記送電部から受電し、
前記第２の送受電部は、前記第２の送受電部と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記第２の送受電部と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記受電部へ送電する、請求項１２に記載の電力伝送装置。
【請求項１４】
前記第１の送受電部と前記送電部との結合係数、および前記第２の送受電部と前記受電部との結合係数の各々は、０．１以下である、請求項１２または１３に記載の電力伝送装置。
【請求項１５】
前記第１の送受電部は、前記第１の装置の送電部から電磁誘導により受電し、
前記第２の送受電部は、前記第２の装置の受電部へ電磁誘導により送電する、請求項８から１１のいずれかに記載の電力伝送装置。
【請求項１６】
前記第１および第２の送受電部の少なくとも一方を前記電力ケーブルから切離すためのコネクタ部をさらに備える、請求項８から１５のいずれか１項に記載の電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力伝送システムおよび電力伝送装置に関し、特に、非接触で外部と電力を授受可能に構成された複数の装置間で電力を伝送する電力伝送システムおよび電力伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−２１９８３８号公報（特許文献１）は、磁界共鳴を用いて非接触で電力を供給する電力伝送システムを開示する。この電力伝送システムにおいては、電力供給装置の共鳴素子と受電装置の共鳴素子との間に、電力供給装置の共鳴素子および受電装置の共鳴素子の各々と磁界結合する磁界結合回路が設けられる。そして、電力供給装置の共鳴素子から磁界結合回路を通じて受電装置の共鳴素子へ電力が伝送される。
【０００３】
この電力伝送システムによれば、電力供給装置から受電装置への電力伝送効率を改善することができるとされる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１９８３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５４５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記公報に開示された電力伝送システムにおいて、電力供給装置の共鳴素子が磁界結合回路と磁界結合し、かつ、受電装置の共鳴素子も磁界結合回路と磁界結合するように電力供給装置の共鳴素子および受電装置の共鳴素子を配置することができない場合には、電力供給装置から受電装置への電力伝送効率は低下してしまう。すなわち、電力供給装置の共鳴素子と磁界結合回路との間、および／または、受電装置の共鳴素子と磁界結合回路との間で電力伝送に必要な磁界結合が生じない程度に、受電装置の共鳴素子が電力供給装置の共鳴素子から離れているときは、電力供給装置から受電装置への電力伝送効率は低下する。
【０００６】
それゆえに、この発明の目的は、非接触で外部と電力を授受可能に構成された複数の装置間で高効率に電力伝送可能な電力伝送システムを提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、非接触で外部と電力を授受可能に構成された複数の装置間で高効率な電力伝送を可能とする電力伝送装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、電力伝送システムは、第１および第２の装置と、電力伝送装置とを備える。第１の装置は、非接触で外部へ送電可能に構成される。第２の装置は、非接触で外部から受電可能に構成される。電力伝送装置は、第１の装置から第２の装置へ電力を伝送する。電力伝送装置は、第１の受電部と、第１の送電部と、電力ケーブルとを含む。第１の受電部は、第１の装置から非接触で受電する。第１の送電部は、第２の装置へ非接触で送電する。電力ケーブルは、第１の受電部と第１の送電部との間に接続される。
【０００９】
好ましくは、第１の装置は、第１の蓄電部と、第１の電力変換部と、第２の送電部とを含む。第１の電力変換部は、第１の蓄電部から出力される電力を交流に変換する。第２の送電部は、第１の電力変換部から交流電力を受けて非接触で外部へ送電する。第１の受電部の固有周波数は、第２の送電部の固有周波数と同じである。第２の装置は、第２の受電部と、第２の電力変換部と、第２の蓄電部とを含む。第２の受電部は、非接触で外部から交流電力を受ける。第２の電力変換部は、第２の受電部によって受電された交流電力を直流に変換する。第２の蓄電部は、第２の電力変換部から出力される電力を蓄える。第１の送電部の固有周波数は、第２の受電部の固有周波数と同じである。
【００１０】
さらに好ましくは、第１の受電部は、第１の受電部と第２の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、第１の受電部と第２の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて第２の送電部から受電する。第１の送電部は、第１の送電部と第２の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、第１の送電部と第２の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて第２の受電部へ送電する。
【００１１】
好ましくは、第２の送電部と第１の受電部との結合係数、および第１の送電部と第２の受電部との結合係数の各々は、０．１以下である。
【００１２】
また、好ましくは、第１の装置は、第１の蓄電部と、第１の電力変換部と、第２の送電部とを含む。第１の電力変換部は、第１の蓄電部から出力される電力を交流に変換する。第２の送電部は、第１の電力変換部から交流電力を受けて電磁誘導により非接触で外部へ送電する。第２の装置は、第２の受電部と、第２の電力変換部と、第２の蓄電部とを含む。第２の受電部は、電磁誘導により非接触で外部から交流電力を受ける。第２の電力変換部は、第２の受電部によって受電された交流電力を直流に変換する。第２の蓄電部は、第２の電力変換部から出力される電力を蓄える。
【００１３】
好ましくは、第１の受電部は、第２の送電部に対向して配置される。第１の送電部は、第２の受電部に対向して配置される。
【００１４】
好ましくは、第１および第２の装置の各々は、車両である。
また、この発明によれば、電力伝送装置は、第１および第２の送受電部と、電力ケーブルとを備える。第１の送受電部は、第１の装置と非接触で電力を授受する。第２の送受電部は、第２の装置と非接触で電力を授受する。電力ケーブルは、第１の送受電部と第２の送受電部との間に接続される。
【００１５】
好ましくは、第１および第２の送受電部の各々は、非接触で電力を授受するためのコイルを含む。
【００１６】
好ましくは、電力伝送装置は、第１および第２の固定治具をさらに備える。第１の固定治具は、第１の装置の送電部に対向する位置に第１の送受電部を固定する。第２の固定治具は、第２の装置の受電部に対向する位置に第２の送受電部を固定する。
【００１７】
さらに好ましくは、第１および第２の固定治具の各々は、磁性体から成る。
好ましくは、第１の送受電部の固有周波数は、第１の装置の送電部の固有周波数と同じである。第２の送受電部の固有周波数は、第２の装置の受電部の固有周波数と同じである。
【００１８】
さらに好ましくは、第１の送受電部は、第１の送受電部と送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、第１の送受電部と送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて送電部から受電する。第２の送受電部は、第２の送受電部と受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、第２の送受電部と受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて受電部へ送電する。
【００１９】
好ましくは、第１の送受電部と送電部との結合係数、および第２の送受電部と受電部との結合係数の各々は、０．１以下である。
【００２０】
好ましくは、第１の送受電部は、第１の装置の送電部から電磁誘導により受電する。第２の送受電部は、第２の装置の受電部へ電磁誘導により送電する。
【００２１】
好ましくは、電力伝送装置は、第１および第２の送受電部の少なくとも一方を電力ケーブルから切離すためのコネクタ部をさらに備える。
【発明の効果】
【００２２】
この発明においては、電力伝送装置の第１の受電部は、第１の装置から非接触で受電可能であり、電力伝送装置の第１の送電部は、第２の装置へ非接触で送電可能である。そして、第１の受電部と第１の送電部との間に電力ケーブルが接続され、第１の装置から第１の受電部へ非接触で伝送された電力が電力ケーブルを介して第１の送電部へ伝送され、第１の送電部から第２の装置へ非接触で電力が伝送される。したがって、この発明によれば、非接触で外部と電力を授受可能に構成された複数の装置間で高効率な電力伝送を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の実施の形態１による電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】電力伝送装置によって車両間で電力が伝送されるときの等価回路図である。
【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】図１に示す電力伝送装置の外形図である。
【図５】電力伝送装置の送受電部の構造例を示した図である。
【図６】車両外部の給電設備から車両へ給電する給電システムの全体構成図である。
【図７】電力伝送装置を用いて給電設備から車両へ給電する場合の構成図である。
【図８】実施の形態２における電力伝送装置を用いた電力伝送の等価回路図である。
【図９】実施の形態２における電力伝送装置の送受電部の構造例を示した図である。
【図１０】変形例における電力伝送の等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、電力伝送システムは、車両１０，２０と、電力伝送装置３０とを備える。
【００２６】
車両１０は、送電部１２と、電力変換部１４と、蓄電部１６とを含む。蓄電部１６は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池によって構成される。蓄電部１６は、蓄えられた電力を電力変換部１４へ供給することができる。また、蓄電部１６は、蓄えられた電力を図示しない駆動力生成装置へ供給することができる。なお、蓄電部１６として、大容量のキャパシタも採用可能であり、電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を出力可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２７】
電力変換部１４は、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換して送電部１２へ供給する。電力変換部１４は、たとえば、単相ブリッジインバータやＥ級増幅回路等によって構成される。送電部１２は、電力変換部１４から高周波の交流電力を受け、その受けた電力を車両外部へ非接触で送電する。一例として、送電部１２は、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。この送電部１２については、後ほど詳しく説明する。
【００２８】
なお、電力変換部１４は、双方向に電力変換可能であり、車両１０では、送電部１２により車両外部から非接触で受電し、その受電した電力を電力変換部１４により直流に変換して蓄電部１６を充電することができる。
【００２９】
車両２０は、受電部２２と、電力変換部２４と、蓄電部２６とを含む。受電部２２は、車両外部から高周波の交流電力を非接触で受け、その受けた電力を電力変換部２４へ出力する。一例として、受電部２２は、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。この受電部２２についても、後ほど詳しく説明する。
【００３０】
電力変換部２４は、受電部２２によって受電された交流電力を直流に変換して蓄電部２６へ出力する。電力変換部２４は、たとえば、単相ブリッジインバータや整流回路等によって構成される。蓄電部２６は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池によって構成される。蓄電部２６は、電力変換部２４から出力される電力を蓄える。また、蓄電部２６は、蓄えられた電力を図示しない駆動力生成装置へ供給することができる。なお、蓄電部２６として、大容量のキャパシタも採用可能であり、電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を出力可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００３１】
なお、双方向に電力変換可能な単相ブリッジインバータやＥ級増幅回路等により電力変換部２４を構成することによって、蓄電部２６から出力される電力を交流に変換して受電部２２へ供給し、受電部２２により車両外部へ非接触で送電可能としてもよい。
【００３２】
電力伝送装置３０は、車両１０から車両２０へ電力を伝送するためのものである。電力伝送装置３０は、送受電部３２，３４と、電力ケーブル３６とを含む。送受電部３２は、車両１０の送電部１２から高周波の交流電力を非接触で受け、その受けた電力を電力ケーブル３６へ出力する。送受電部３４は、電力ケーブル３６から高周波の交流電力を受け、その受けた電力を車両２０の受電部２２へ非接触で送電する。一例として、送受電部３２，３４の各々は、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。この送受電部３２，３４についても、後ほど詳しく説明する。
【００３３】
電力ケーブル３６は、高周波電力を伝送可能であり、たとえば同軸ケーブルによって構成される。電力ケーブル３６は、送受電部３２と送受電部３４との間に接続され、送受電部３２によって車両１０から受電された電力を送受電部３４へ伝送する。なお、電力ケーブル３６は、双方向に電力を伝送可能であり、車両２０から車両１０へ電力が伝送される場合には、電力ケーブル３６は、送受電部３４によって車両２０から受電された電力を送受電部３２へ伝送する。
【００３４】
この電力伝送システムにおいては、電力伝送装置３０の送受電部３２の固有周波数は、車両１０の送電部１２の固有周波数と同じである。また、電力伝送装置３０の送受電部３４の固有周波数は、車両２０の受電部２２の固有周波数と同じである。
【００３５】
ここで、送受電部３２の固有周波数とは、送受電部３２を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送受電部３２の共振周波数とは、送受電部３２を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を零としたときの固有周波数を意味する。送受電部３４、車両１０の送電部１２、および車両２０の受電部２２の固有周波数についても同様である。
【００３６】
また、固有周波数が「同じ」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、たとえば、送電側の固有周波数と受電側の固有周波数との差が、送電側の固有周波数または受電側の固有周波数の１０％以内である場合を意味する。
【００３７】
そして、送受電部３２は、送受電部３２と車両１０の送電部１２との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送受電部３２と送電部１２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、車両１０の送電部１２から非接触で受電する。送受電部３２と送電部１２との結合係数κは０．１以下であり、送受電部３２と送電部１２とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、車両１０の送電部１２から電力伝送装置３０の送受電部３２へ非接触で電力が伝送される。
【００３８】
同様に、送受電部３４は、送受電部３４と車両２０の受電部２２との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送受電部３４と受電部２２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、車両２０の受電部２２へ非接触で送電する。送受電部３４と受電部２２との結合係数κも０．１以下であり、送受電部３４と受電部２２とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、電力伝送装置３０の送受電部３４から車両２０の受電部２２へ非接触で電力が伝送される。
【００３９】
上記のように、この電力伝送システムにおいては、送受電部３２と車両１０の送電部１２とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部１２から送受電部３２へ非接触で電力が伝送される。また、送受電部３４と車両２０の受電部２２とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送受電部３４から受電部２２へ非接触で電力が伝送される。電力伝送における、このような送受電部３２と送電部１２との結合（送受電部３４と受電部２２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」、「電界（電場）共振結合」等という。「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。
【００４０】
送受電部３２と送電部１２とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送受電部３２と送電部１２とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、送受電部３２と送電部１２とに、たとえば、メアンダライン等のアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送受電部３２と送電部１２とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。なお、送受電部３４と受電部２２との結合についても同様である。
【００４１】
図２は、電力伝送装置３０によって車両１０，２０間で電力が伝送されるときの等価回路図である。図２を参照して、車両１０の送電部１２は、電磁誘導コイル５０と、共振コイル５２と、キャパシタ５４とを含む。電力伝送装置３０の送受電部３２は、共振コイル５６と、キャパシタ５８と、電磁誘導コイル６０とを含む。また、送受電部３４は、電磁誘導コイル６２と、共振コイル６４と、キャパシタ６６とを含む。また、車両２０の受電部２２は、共振コイル６８と、キャパシタ７０と、電磁誘導コイル７２とを含む。
【００４２】
送電部１２において、共振コイル５２は、キャパシタ５４とともにＬＣ共振回路を形成する。送受電部３２においても、共振コイル５６は、キャパシタ５８とともにＬＣ共振回路を形成する。そして、共振コイル５６およびキャパシタ５８によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数は、共振コイル５２およびキャパシタ５４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と同じである。
【００４３】
電力変換部１４によって高周波の交流に変換された電力は、電磁誘導コイル５０へ供給され、電磁誘導コイル５０を用いて共振コイル５２へ供給される。そうすると、共振コイル５２，５６間に形成される磁界を通じて共振コイル５２から共振コイル５６へエネルギー（電力）が移動する。共振コイル５６へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル６０を用いて取出され、電力ケーブル３６を介して送受電部３４へ伝送される。
【００４４】
送受電部３４において、共振コイル６４は、キャパシタ６６とともにＬＣ共振回路を形成する。車両２０の受電部２２においても、共振コイル６８は、キャパシタ７０とともにＬＣ共振回路を形成する。共振コイル６４およびキャパシタ６６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数は、共振コイル６８およびキャパシタ７０によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と同じである。
【００４５】
そして、送受電部３２から電力ケーブル３６を介して送受電部３４に伝送された電力は、電磁誘導コイル６２を用いて共振コイル６４へ供給される。そうすると、共振コイル６４，６８間に形成される磁界を通じて共振コイル６４から共振コイル６８へエネルギー（電力）が移動する。共振コイル６８へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル７２を用いて取出され、車両２０の電力変換部２４へ出力される。
【００４６】
なお、キャパシタ５４，５８，６６，７０は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイルの浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ５４，５８，６６，７０を設けない構成としてもよい。
【００４７】
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、電磁界は主に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。
【００４８】
「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電磁界」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、同じ固有周波数を有する一対の共振器（たとえば一対の共振コイル）を共振させることにより、一方の共振器（一次側共振コイル）から他方の共振器（二次側共振コイル）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。
【００４９】
図４は、図１に示した電力伝送装置３０の外形図である。図４を参照して、送受電部３２，３４には、それぞれ固定治具４０，４４が設けられる。また、電力ケーブル３６は、コネクタ４２によって送受電部３２に接続され、コネクタ４６によって送受電部３４に接続される。
【００５０】
固定治具４０は、送受電部３２と車両１０の送電部１２（図１）との間に所定のギャップを確保し、かつ、送受電部３２を送電部１２と対向させて配置するために、送受電部３２を車両１０の所定位置に取り付けて固定するためのものである。固定治具４０は、たとえば、複数の磁石（磁性体）によって構成される。なお、固定治具４０として、機械的なフック機構や螺子等も採用可能であり、送受電部３２と送電部１２との間に所定のギャップを確保し、かつ、送受電部３２を送電部１２と対向させて固定可能なものであれば、固定治具４０は如何なるものでもよい。コネクタ４２は、電力ケーブル３６を送受電部３２に接続する。なお、コネクタ４２を設けることなく、送受電部３２と電力ケーブル３６とを直接接続してもよい。
【００５１】
固定治具４４は、送受電部３４と車両２０の受電部２２（図１）との間に所定のギャップを確保し、かつ、送受電部３４を受電部２２と対向させて配置するために、送受電部３４を車両２０の所定位置に取り付けて固定するためのものである。固定治具４４の構成は、固定治具４０と基本的に同じである。コネクタ４６は、電力ケーブル３６を送受電部３４に接続する。なお、コネクタ４６を設けることなく、送受電部３４と電力ケーブル３６とを直接接続してもよい。
【００５２】
図５は、電力伝送装置３０の送受電部３２の構造例を示した図である。なお、送受電部３４の構造も、送受電部３２と同じであり、この図５では、送受電部３２の構造が代表的に示される。
【００５３】
図５とともに図２を参照して、共振コイル５６、キャパシタ５８および電磁誘導コイル６０は、ケース４８内に格納される。電磁誘導コイル６０は、ここでは、１ループコイルによって構成される。共振コイル５６と電磁誘導コイル６０とは、互いに所定の間隔を空けて支持部材４７に巻回される。支持部材４７は、ボビンや複数の支柱等によって構成される。キャパシタ５８は、共振コイル５６の両端間に電気的に接続され、たとえば支持部材４７の内部に配設される。
【００５４】
そして、ケース４８の一端面に固定治具４０が設けられ、ケース４８の側面にコネクタ４２が設けられる。なお、この図５では、共振コイル５６が設けられる側（図の上方）に固定治具４０が設けられるものとしたが、共振コイル５６と電磁誘導コイル６０との配置を入替えて、電磁誘導コイル６０が設けられる側に固定治具４０を設けてもよい。また、共振コイル５６の半径と電磁誘導コイル６０の半径とは、必ずしも同じでなくてもよく、共振コイル５６の軸と電磁誘導コイル６０の軸とも、必ずしも一致していなくてもよい。
【００５５】
なお、送受電部３２の共振コイル５６と、図示されない車両１０の送電部１２の共振コイル５２とのギャップには、伝送効率が高くなる適切な範囲があり、共振コイル５２，５６間に適切なギャップが確保されるように、固定治具４０の高さや送受電部３２の取付位置などが適宜決定される。
【００５６】
再び図１を参照して、車両１０では、送電部１２を用いて車両外部の給電設備から非接触で受電し、蓄電部１６を充電可能である。同様に、車両２０では、受電部２２を用いて車両外部の給電設備から非接触で受電し、蓄電部２６を充電可能である。
【００５７】
図６は、車両外部の給電設備９０から車両１０へ給電する給電システムの全体構成図である。なお、この図では、車両１０について代表的に説明するが、車両２０についても同様の給電システムを構成することができる。
【００５８】
図６を参照して、給電設備９０は、外部電源９２と、電力変換部９４と、送電部９６とを含む。外部電源９２は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。電力変換部９４は、外部電源９２から受ける電力を高周波の交流に変換して送電部９６へ供給する。電力変換部９４は、たとえば、単相ブリッジインバータやＥ級増幅回路等によって構成される。
【００５９】
送電部９６は、電力変換部９４から高周波の交流電力を受け、その受けた電力を車両１０の送電部１２へ非接触で送電する。一例として、送電部９６は、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。送電部９６の固有周波数は、車両１０の送電部１２の固有周波数と同じである。そして、車両１０の送電部１２と送電部９６とが対向する位置で車両１０が停車しているとき、送電部９６は、送電部９６と車両１０の送電部１２との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部９６と送電部１２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、車両１０の送電部１２へ非接触で送電する。送電部９６と送電部１２との結合係数κは０．１以下であり、送電部９６と送電部１２とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、給電設備９０から車両１０へ非接触で電力が伝送される。そして、車両１０において、送電部１２によって受電された電力は、電力変換部１４によって直流に変換され、蓄電部１６へ出力されて蓄電部１６が充電される。
【００６０】
なお、上記のように、送受電部３２と電力ケーブル３６とは、コネクタ４２（図４）によって切離し可能であるところ、電力伝送装置３０を用いて給電設備９０から車両２０（車両１０でもよい。）へ給電することもできる。
【００６１】
図７は、電力伝送装置３０を用いて給電設備９０から車両２０へ給電する場合の構成図である。なお、電力伝送装置３０を用いて給電設備９０から車両１０へも給電可能であるが、ここでは、車両２０へ給電される場合が代表的に示される。
【００６２】
図７を参照して、コネクタ４２（図４）によって電力ケーブル３６を送受電部３２から切離し、コネクタ４２によって電力ケーブル３６が給電設備９０の電力変換部９４に接続される。そして、電力変換部９４から電力ケーブル３６を介して送受電部３４へ高周波の交流電力が供給され、送受電部３４から車両２０の受電部２２へ非接触で電力が伝送される。
【００６３】
これにより、給電設備９０と車両２０が離れていても、電力ケーブル３６で届く範囲であれば、電力伝送装置３０を用いて給電設備９０から車両２０へ給電することができる。さらに、車両２０の受電部２２と対向させて送受電部３４を配置できるので、高い給電効率を実現できる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態１においては、電力伝送装置３０の送受電部３２は、車両１０の送電部１２から非接触で受電可能であり、電力伝送装置３０の送受電部３４は、車両２０の受電部２２へ非接触で送電可能である。そして、送受電部３２と送受電部３４との間に電力ケーブル３６が接続され、車両１０から送受電部３２へ非接触で伝送された電力が電力ケーブル３６を介して送受電部３４へ伝送され、送受電部３４から車両２０の受電部２２へ非接触で電力が伝送される。したがって、この実施の形態１によれば、車両１０，２０間で電力伝送を実現することができる。
【００６５】
また、この実施の形態１においては、固定治具４０によって、送受電部３２と車両１０の送電部１２との間に所定のギャップを確保しつつ、送受電部３２が送電部１２と対向して配置される。また、固定治具４４によって、送受電部３４と車両２０の受電部２２との間に所定のギャップを確保しつつ、送受電部３４が受電部２２と対向して配置される。したがって、この実施の形態１によれば、車両１０，２０間で高効率な電力伝送を実現することができる。
【００６６】
また、この実施の形態１においては、コネクタ４２（４６）によって電力ケーブル３６を給電設備９０へ接続し、電力伝送装置３０を用いて給電設備９０から車両２０（１０）へ給電することができる。したがって、この実施の形態１によれば、電力伝送装置３０を用いて給電設備９０から車両２０へ高効率に給電することができる。また、給電設備９０と車両２０（１０）とが離れていても、電力ケーブル３６が届く範囲であれば、給電設備９０から車両２０（１０）へ給電することができる。
【００６７】
［実施の形態２］
実施の形態１では、車両１０，２０と電力伝送装置３０との間の電力伝送は、電磁界共振により非接触で行なうものとしたが、この実施の形態２では、電磁誘導により非接触で電力伝送が行なわれる。
【００６８】
この実施の形態２による電力伝送システムの全体構成は、図１に示した実施の形態１による電力伝送システムと同じである。
【００６９】
図８は、実施の形態２における電力伝送装置３０Ａを用いた電力伝送の等価回路図である。図８を参照して、この実施の形態２における車両１０Ａは、実施の形態１における車両１０の構成において、送電部１２に代えて送電部１２Ａを備える。車両２０Ａも、実施の形態１における車両２０の構成において、受電部２２に代えて受電部２２Ａを備える。そして、送電部１２Ａおよび受電部２２Ａは、それぞれ電磁誘導コイル７８，８０を含む。電磁誘導コイル７８は、電力変換部１４に接続される。電磁誘導コイル８０は、電力変換部２４に接続される。
【００７０】
また、電力伝送装置３０Ａは、実施の形態１における電力伝送装置３０の構成において、送受電部３２，３４に代えてそれぞれ送受電部３２Ａ，３４Ａを含む。そして、送受電部３２Ａ，３４Ａは、それぞれ電磁誘導コイル７４，７６を含む。電磁誘導コイル７４，７６は、電力ケーブル３６に接続される。
【００７１】
この実施の形態２では、車両１０Ａの電力変換部１４によって高周波の交流に変換された電力は、電磁誘導コイル７８へ供給される。そうすると、電磁誘導コイル７８に近接して配設される送受電部３２Ａの電磁誘導コイル７４において電磁誘導により起電力が発生し、電磁誘導コイル７８から電磁誘導コイル７４へエネルギー（電力）が移動する。電磁誘導コイル７４へ移動したエネルギー（電力）は、電力ケーブル３６を介して送受電部３４Ａへ伝送される。
【００７２】
そして、送受電部３４Ａにおいて、電力ケーブル３６から電磁誘導コイル７６へ電力が供給される。そうすると、電磁誘導コイル７６に近接して配設される車両２０Ａの受電部２２Ａの電磁誘導コイル８０において電磁誘導により起電力が発生し、電磁誘導コイル７６から電磁誘導コイル８０へエネルギー（電力）が移動する。電磁誘導コイル８０へ移動したエネルギー（電力）は、車両２０Ａの電力変換部２４へ出力される。
【００７３】
なお、車両１０Ａ，２０Ａと電力伝送装置３０Ａとの間で電磁誘導により電力伝送が行なわれるこの実施の形態２では、送受電部３２Ａと送電部１２Ａとの結合係数κ、および送受電部３４Ａと受電部２２Ａとの結合係数κは、１．０に近い値となる。
【００７４】
図９は、実施の形態２における電力伝送装置３０Ａの送受電部３２Ａの構造例を示した図である。なお、送受電部３４Ａの構造も、送受電部３２Ａと同じであり、この図９では、送受電部３２Ａの構造が代表的に示される。
【００７５】
図９とともに図８を参照して、電磁誘導コイル７４は、コア８２に巻回されてケース８４内に格納される。コア８２は、たとえばフェライトによって構成される。電磁誘導コイル７４は、一方向（図９では図の上方）が磁気的に開放され、その磁気開放された側のケース８４の端面に固定治具４０が設けられる。コネクタ４２は、たとえばケース８４の側面に設けられる。
【００７６】
以上のように、この実施の形態２によっても、電力伝送装置３０Ａを用いて、車両１０Ａ，２０Ａ間で高効率な電力伝送を実現することができる。また、この実施の形態２においても、コネクタ４２（４６）が設けられることによって、電力伝送装置３０Ａを用いて給電設備９０から車両２０Ａ（１０Ａ）へ給電することができる。
【００７７】
［変形例］
実施の形態２で示した電力伝送装置３０Ａを用いて、実施の形態１で示した車両１０，２０間で電力を伝送することもできる。
【００７８】
図１０は、この変形例における電力伝送の等価回路図である。図１０を参照して、車両１０の送電部１２の共振コイル５２と、電力伝送装置３０Ａの送受電部３２Ａの電磁誘導コイル７４とが磁気的に結合され、送電部１２から送受電部３２Ａへ電力が伝送される。
【００７９】
また、電力伝送装置３０Ａの送受電部３４Ａの電磁誘導コイル７６と、車両２０の受電部２２の共振コイル６８とが磁気的に結合され、送受電部３４Ａから受電部２２へ電力が伝送される。
【００８０】
この変形例によっても、上記の実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。
なお、上記の各実施の形態においては、車両間の電力伝送システムについて説明し、車両間での電力伝送に電力伝送装置３０，３０Ａを用いるものとしたが、この発明の適用範囲は、車両間での電力伝送に限定されるものではない。車両以外の装置間での電力伝送にもこの発明は適用可能である。
【００８１】
なお、上記において、車両１０，１０Ａは、この発明における「第１の装置」の一実施例に対応し、車両２０，２０Ａは、この発明における「第２の装置」の一実施例に対応する。また、送受電部３２，３２Ａは、この発明における「第１の受電部」の一実施例に対応し、送受電部３４，３４Ａは、この発明における「第１の送電部」の一実施例に対応する。さらに、送電部１２，１２Ａは、この発明における「第２の送電部」の一実施例に対応し、受電部２２，２２Ａは、この発明における「第２の受電部」の一実施例に対応する。
【００８２】
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、上記した実施の形態の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】
【００８３】
１０，１０Ａ，２０，２０Ａ  車両、１２，１２Ａ，９６  送電部、１４，２４，９４  電力変換部、１６，２６  蓄電部、２２，２２Ａ  受電部、３０，３０Ａ  電力伝送装置、３２，３２Ａ，３４，３４Ａ  送受電部、３６  電力ケーブル、４０，４４  固定治具、４２，４６  コネクタ、４７  支持部材、４８，８４  ケース、５０，６０，６２，７２，７４，７６，７８，８０  電磁誘導コイル、５２，５６，６４，６８  共振コイル、５４，５８，６６，７０  キャパシタ、８２  コア、９０  給電設備、９２  外部電源。
【図１】
2013042564.tif 000003
【図２】
2013042564.tif 000004
【図３】
2013042564.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013042564.tif 000008
【図７】
2013042564.tif 000009
【図８】
2013042564.tif 000010
【図９】
2013042564.tif 000011
【図１０】
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