(57)【要約】【課題】走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供すること。【解決手段】ワイヤレス受電装置２００は、移動体に搭載されるワイヤレス受電装置２００であって、磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１および補助受電コイル２２１と、受電コイル２１１および補助受電コイル２２１が受電した電力を整流する整流部２４０と、整流部２４０に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置し、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さく、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力によって起動を開始する。【選択図】図１
2017147823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載されるワイヤレス受電装置であって、
磁界を介して電力を受電する受電コイルおよび補助受電コイルと、
前記受電コイルおよび前記補助受電コイルが受電した電力を整流する整流部と、
前記整流部に接続され、前記移動体に搭載される蓄電部を充電する充電部と、を備え、
前記補助受電コイルは、前記受電コイルよりも前記移動体の進行方向前側に位置し、
前記補助受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量は、前記受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量よりも小さく、
前記充電部は、前記補助受電コイルが受電した電力によって起動を開始することを特徴とするワイヤレス受電装置。
【請求項２】
前記補助受電コイルと前記整流部との間の接続状態を切換える切換部と、
前記受電コイルに発生する電圧または前記受電コイルを流れる電流を検知する検知部と、をさらに備え、
前記切換部は、前記検知部により電圧または電流を検知したとき、前記補助受電コイルと前記整流部との間を遮断することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項３】
前記受電コイルを前記移動体の進行方向と交差する方向に移動させる動作部を、さらに備え、
前記補助受電コイルは、複数のコイルを含み、
前記動作部は、前記複数のコイルのうち、電力を受電したコイルに発生する電圧に基づいて、前記受電コイルを移動させることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス受電装置。
【請求項４】
ワイヤレス給電装置と、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置と、を備えるワイヤレス電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車や携帯機器において、電源ケーブルを用いることなく外部から電力をワイヤレスで供給するワイヤレス電力伝送技術が注目されている。
【０００３】
このようなワイヤレス電力伝送技術において、例えば、特許文献１では、走行中の車両（電気自動車）に電力を供給し、車両に搭載された蓄電池を充電する走行中充電に関する給電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６６９９２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、特許文献１に開示される技術では、受電した電力は充電部を介して蓄電装置に充電するように構成されており、この充電動作には充電部を起動させるための時間が必要となるため、受電を開始しても、即座に充電動作が開始できないという問題がある。そのため、走行中充電のように電気自動車が高速で給電エリアに進入した場合、受電を開始しても、充電部が起動するまでの間、蓄電装置への充電が行われない区間が存在し、効率的な充電動作が行われないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るワイヤレス受電装置は、移動体に搭載されるワイヤレス受電装置であって、磁界を介して電力を受電する受電コイルおよび補助受電コイルと、受電コイルおよび補助受電コイルが受電した電力を整流する整流部と、整流部に接続され、移動体に搭載される蓄電部を充電する充電部と、を備え、補助受電コイルは、受電コイルよりも移動体の進行方向前側に位置し、補助受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量よりも小さく、充電部は、補助受電コイルが受電した電力によって起動を開始することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、補助受電コイルは、受電コイルよりも移動体の進行方向前側に位置し、充電部は、補助受電コイルが受電した電力によって起動を開始している。そのため、補助受電コイルにより受電した電力が先行して充電部に供給され、充電部の起動が開始することから、充電部をスタンバイ状態とすることができる。つまり、受電コイルにより電力を受電するときには充電部は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るワイヤレス受電装置においては、補助受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量よりも小さくなっている。ここで、充電部が起動のために消費する電力は、充電部が蓄電部の充電動作のために出力する電力に比べて電力量は小さく、充電部の起動のために消費される電力を上回った余剰電力は熱損失として消費されることとなる。一方、本発明では、補助受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイルの単位時間当たりに受電する電力量よりも小さいことから、熱損失として消費される電力を少なくすることができる。したがって、熱損失による電力消費を抑制しつつ、充電部の起動を即座に実行することができる。
【００１０】
好ましくは、補助受電コイルと整流部との間の接続状態を切換える切換部と、受電コイルに発生する電圧または受電コイルを流れる電流を検知する検知部と、をさらに備え、切換部は、検知部により電圧または電流を検知したとき、補助受電コイルと整流部との間を遮断するとよい。この場合、受電コイルでの受電が可能になったときには、補助受電コイルと整流部との間が遮断される。したがって、受電コイルで電力を受電中に補助受電コイルが動作しないため、コイル間の干渉を防ぐことができる。
【００１１】
好ましくは、受電コイルを移動体の進行方向と交差する方向に移動させる動作部を、さらに備え、補助受電コイルは、複数のコイルを含み、動作部は、複数のコイルのうち、電力を受電したコイルに発生する電圧に基づいて、受電コイルを移動させるとよい。この場合、受電コイルでの受電が開始される前に、受電コイルの位置を受電に適した位置に移動させることが可能となる。したがって、電力伝送効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス給電装置と、上記ワイヤレス受電装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス電力伝送システムを得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、走行中充電において、充電部の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能なワイヤレス受電装置およびワイヤレス電力伝送システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル部と給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置における受電コイルと補助受電コイルの配置関係を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの受電コイル部と受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置における受電コイルと補助受電コイルの配置関係を説明するための図である。
【図９】図６に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサとは別の本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の第５実施形態に係る動作部の構成図で、移動体の幅方向で断面にしたときの図である。
【図１６ａ】本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、移動体が給電エリアに進入前の状態を示す図である。
【図１６ｂ】本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、移動体が給電エリアに進入した状態を示す図である。
【図１６ｃ】本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、移動体が給電エリアにさらに進入した状態を示す図である。
【図１６ｄ】本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、コイルが適正位置に移動した状態を示す図である。
【図１６ｅ】本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、受電コイルが適正位置に移動したのち、給電エリアに進入した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを示す模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル部と給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置を示す模式図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置における受電コイルと補助受電コイルの配置関係を説明するための図である。図５は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの受電コイル部と受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図６は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。なお、図４においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した受電コイル、補助受電コイルを図示している。
【００１７】
ワイヤレス電力伝送システム１０は、図１に示されるように、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、地上に配設される給電設備に搭載され、ワイヤレス受電装置２００は、移動体５００に搭載されている。ここで、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、内蔵のバッテリーに蓄えられた電力を利用して推進力を発生させるものであれば特に制限されず、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド自動車（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両が挙げられる。また、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、電気自動車やハイブリッド自動車だけではなく、工場内で物品等を搬送する走行車や移動ロボットなども挙げられる。さらに、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００としては、車輪を持たず、外部の駆動手段によって移動するエレベータにおけるエレベータかごなども挙げられる。なお、本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００を電気自動車に搭載した例を用いて説明する。
【００１８】
ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、有する。
【００１９】
電源１１０は、直流電力を後述するインバータ１２０に供給する。電源１１０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータなどのスイッチング電源装置などが挙げられる。
【００２０】
インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、後述する給電コイル部１３０に供給する。インバータ１２０としては、図示しない複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。
【００２１】
給電コイル部１３０は、インバータ１２０から供給された交流電力を後述する受電コイル部２１０に給電する機能を有する。この給電コイル部１３０は、地中あるいは地面近傍に配置される。本実施形態では、給電コイル部１３０は、図２に示されるように、給電コイル１３１と、磁性体１３２と、を有し、絶縁性を有する筺体１３４によってパッケージングされている。なお、給電コイル部１３０は、給電コイル１３１のみから構成されていてもよい。
【００２２】
給電コイル１３１は、電源１１０からの電力を受けて磁界を発生させる。具体的には、給電コイル１３１は、インバータ１２０から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させる。この給電コイル１３１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、給電コイル１３１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。
【００２３】
磁性体１３２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体１３２は、給電コイル１３１が効率良く磁界を発生するための機能を果たす。なお、給電コイル１３１を平面コイルで構成する場合、磁性体１３２は、給電コイル１３１の後述する受電コイル２１１と対向する面とは反対側である給電コイル１３１の背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体１３２と給電コイル１３１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、給電コイル１３１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体１３２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体１３２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に給電コイル１３１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図２に示されるように、平面コイルから構成される給電コイル１３１と、この給電コイル１３１の背面側であって、給電コイル１３１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体１３２から構成されている。この磁性体１３２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
【００２４】
給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１と接続されており、給電コイル１３１とともに給電側ＬＣ共振回路を形成している。給電側共振コンデンサ１３３は、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を後述する受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図２では、給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル部１３０の筐体１３４から離間して配置されているがこれに限られることなく、給電コイル部１３０の筐体１３４の外表面に設置されていてもよく、給電コイル部１３０の筐体１３４の内部に収納されていても構わない。
【００２５】
ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、補助受電コイル部２２０と、補助受電側共振コンデンサ２２３と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。
【００２６】
受電コイル部２１０は、ワイヤレス給電装置１００から給電された交流電力を受電する機能を有する。本実施形態では、受電コイル部２１０は、移動体５００の下部に搭載されることとなる。この受電コイル部２１０は、図５に示されるように、受電コイル２１１と、磁性体２１２と、を有し、絶縁性を有する筐体２１４によってパッケージングされている。なお、受電部２１０は、受電コイル２１１のみから構成されていてもよい。
【００２７】
受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生させる磁界を介して、給電コイル１３１から電力を受電する。具体的には、受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生する磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、受電コイル２１１に発生した交流電流は、後述する整流部２４０に供給される。この受電コイル２１１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻き回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、受電コイル２１１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。
【００２８】
磁性体２１２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体２１２は、給電コイル１３１が発生する交流磁界を効率良く受電コイル２１１に集中させる機能を果たす。なお、受電コイル２１１を平面コイルで構成する場合、磁性体２１２は、受電コイル２１１の給電コイル１３１と対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体２１２と受電コイル２１１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、受電コイル２１１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体２１２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体２１２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に受電コイル２１１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図５に示されるように、平面コイルから構成される受電コイル２１１と、この受電コイル２１１の背面側であって、受電コイル２１１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体２１２から構成されている。この磁性体２１２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
【００２９】
受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１と接続されており、受電コイル２１１とともに受電側ＬＣ共振回路を形成している。受電側共振コンデンサ２１３は、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図５では、受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル部２１０の筐体２１４から離間して配置されているがこれに限られることなく、受電コイル部２１０の筐体２１４の外表面に設置されていてもよく、受電コイル部２１０の筐体２１４の内部に収納されていても構わない。
【００３０】
補助受電コイル部２２０は、ワイヤレス給電装置１００から供給された交流電力を受電する機能を有する。この補助受電コイル部２２０は、図６に示されるように、補助受電コイル２２１と、磁性体２２２と、を有し、絶縁性を有する筐体２２４によってパッケージングされている。なお、補助受電コイル部２２０は、補助受電コイル２２１のみから構成されていてもよい。本実施形態では、補助受電コイル部２２０は、受電コイル部２１０と同様に、移動体５００の下部に搭載されることとなる。
【００３１】
補助受電コイル２２１は、磁界を介して交流電力を受電する。具体的には、給電コイル１３１が発生する磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、補助受電コイル２２１に発生した交流電流は、後述する整流部２４０に供給される。この補助受電コイル２２１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。また、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さくなっている。本実施形態では、補助受電コイル２２１の外形寸法が受電コイル２１１の外形寸法より小さくなっており、これにより受電する電力量を調整している。具体的には、本実施形態のように、補助受電コイル２２１および受電コイル２１１が平面コイルから構成される場合、補助受電コイル２２１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積が、受電コイル２１１を構成する導線の最外周部分により画定される外形面積より小さくなっている。なお、補助受電コイル２２１の巻数は、受電する電力量に基づいて適宜設定され、受電コイル２１１の巻数よりも少なくても構わない。
【００３２】
また、補助受電コイル２２１は、図４に示されるように、移動体５００の進行方向において、受電コイル２１１よりも移動体５００の前側下部に配置されている。つまり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置することとなる。ここで、移動体５００の進行方向前側とは、移動体５００の進行に合わせて変化する。具体的には、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の前方部となり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の前方下部に配置されることとなる。一方、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の後方部となり、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の後方下部に配置されることとなる。なお、本実施形態では、移動体５００として電気自動車の例を用いて説明しているが、移動体５００がエレベータかごの場合についても同様である。すなわち、エレベータかごが上昇してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、エレベータかごの進行方向前側は上方部となり、エレベータかごが下降してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する場合、エレベータかごの進行方向前側は下方部となる。さらに、本実施形態では、補助受電コイル２２１の中心は、受電コイル２１１の中心から移動体５００の進行方向における前方側に伸ばした仮想線上に位置している。またさらには、補助受電コイル２２１は、平面視した場合、受電コイル２１１と重ならないように離れて配置されている。なお、補助受電コイル２２１と受電コイル２１１の離間距離は、後述する充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
【００３３】
磁性体２２２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体２２２は、給電コイル１３１が発生する磁界を効率良く補助受電コイル２２１に集中させる機能を果たす。なお、補助受電コイル２２１を平面コイルで構成する場合、磁性体２２２は、補助受電コイル２２１の給電側のコイルと対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体２２２と補助受電コイル２２１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、補助受電コイル２２１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体２２２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体２２２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に補助受電コイル２２１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図６に示されるように、平面コイルから構成される補助受電コイル２２１と、この補助受電コイル２２１の背面側であって、補助受電コイル２２１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体２２２から構成されている。この磁性体２２２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。
【００３４】
補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル２２１と接続されており、補助受電コイル２２１とともに補助受電側ＬＣ共振回路を形成している。補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しくなるように調整する機能を有する。この補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル２２１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。図６では、補助受電側共振コンデンサ２２３は、補助受電コイル部２２０の筐体２２４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助受電コイル部２２０の筐体２２４の外表面に設置されていてもよく、補助受電コイル部２２０の筐体２２４の内部に収納されていても構わない。なお、補助受電側ＬＣ共振回路を形成しなくても、補助受電コイル２２１のみで受電した電力で、後述する充電部２５０を起動する電力が確保できるのであれば、補助受電側ＬＣ共振回路を形成する必要はなく、補助受電側共振コンデンサ２２３は不要となる。
【００３５】
整流部２４０は、受電コイル２１１および補助受電コイル２２１が受電した交流電力を直流電力に整流して、後述する充電部２５０に出力する。整流部２４０を構成する素子としては、トランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられる。例えば、複数のダイオードがブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される。
【００３６】
充電部２５０は、整流部２４０により整流された直流電力の電圧を、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電するための電圧に変換する機能を有する。具体的には、充電部２５０は、整流部２４０に接続されており、起動回路２５１と、電力変換回路２５２から構成される。これにより、整流部２４０から直流電力が供給されると、この直流電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給される。電力変換回路２５２は、起動用の電力を受けて起動状態となり、整流部２４０から供給される直流電圧を蓄電部３２０への充電電圧に変換して蓄電部３２０に出力する。すなわち、充電部２５０は、整流部２４０から供給される直流電力により、起動回路２５１、電力変換回路２５２の順に起動したのち、電力変換回路２５２による充電動作が開始されることとなる。ここで、起動回路２５１が消費する電力は、電力変換回路２５２が蓄電部３２０の充電動作のために出力する電力に比べて極めて小さいものの、起動回路２５１に電力が供給されてから起動するまでに時間を要することから、電力変換回路２５２による充電動作が開始するまでに時間を要し、即座に充電動作が開始できない。本実施形態では、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置していることから、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力によって起動を開始することとなり、充電部２５０が受電コイル２１１で受電した電力によって充電動作を開始する際には、充電部２５０は既にスタンバイ状態となっている。このように構成される充電部２５０としては、整流部２４０から出力される直流電圧および蓄電部３２０の定格電圧に応じて、昇圧型コンバータ、昇降圧型コンバータ、降圧型コンバータ等の非絶縁型が用いられる。また、充電部２５０は、トランスを用いる絶縁型であってもよく、複数の素子を用いるインターリーブ型であっても構わない。
【００３７】
蓄電部３２０は、移動体５００に搭載されており、繰り返し充電可能な電池であれば特に制限されず、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが挙げられる。また、蓄電部３２０は、蓄電量の高い電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｏｕｂｌｅ−Ｌａｙｅｒ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）であってもよく、電力を一時的に蓄え、蓄えられた電力を負荷部に供給することが可能な電力バッファとして機能するものであっても構わない。
【００３８】
このような構成を備えることにより、ワイヤレス給電装置１００からワイヤレス受電装置２００にワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システム１０が実現される。
【００３９】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の給電動作について説明する。
【００４０】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助受電コイル２２１が給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して補助受電コイル２２１に電力が伝送される。補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力により起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて受電コイル２１１が、給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助受電コイル２２１による受電電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１および補助受電コイル２２１と、受電コイル２１１および補助受電コイル２２１が受電した電力を整流する整流部２４０と、整流部２４０に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置し、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さく、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力によって起動を開始している。そのため、移動体５００が給電エリアに進入したときに、補助受電コイル２２１により受電した電力が先行して充電部２５０に供給され、充電部２５０の起動が開始することから、充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。つまり、受電コイル２１１により電力を受電するときには充電部２５０は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部２５０の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
【００４２】
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０においては、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さくなっている。ここで、充電部２５０が起動のために消費する電力は、充電部２５０が蓄電部３２０の充電動作のために出力する電力に比べて電力量は小さく、充電部２５０の起動のために消費される電力を上回った余剰電力は熱損失として消費されることとなる。一方、本実施形態では、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さいことから、熱損失として消費される電力を少なくすることができる。したがって、熱損失による電力消費を抑制しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、図７〜図９を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０の構成について説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図８は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス受電装置における受電コイルと補助受電コイルの配置関係を説明するための図である。図９は、図６に示した本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサとは別の本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。なお、図８においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した受電コイル、補助受電コイルを図示している。
【００４４】
ワイヤレス電力伝送システム２０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、補助受電コイル部２２０と、補助受電コイル部２２５と、補助受電側共振コンデンサ２２３と、補助受電側共振コンデンサ２２６と、整流部２４０と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、補助受電コイル部２２０、補助受電側共振コンデンサ２２３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、補助受電コイル部２２５と補助受電側共振コンデンサ２２６を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態では、移動体５００が前進あるいは後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する例を用いて説明したが、本実施形態では、移動体５００が前進および後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する例について説明する。
【００４５】
補助受電コイル部２２５は、ワイヤレス給電装置１００から供給された交流電力を受電する機能を有する。補助受電コイル部２２５の構成は、図９に示されるように、補助受電コイル２２１と、磁性体２２２と、を有し、絶縁性を有する筐体２２４によってパッケージングされている。本実施形態では、補助受電コイル部２２５は、受電コイル部２１０および補助受電コイル部２２０と同様に、移動体５００の下部に搭載されることとなる。
【００４６】
補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１は、図８に示されるように、受電コイル２１１を基準に、補助受電コイル２２０の補助受電コイル２２１とは反対側に配置されている。したがって、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する際は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の前方部となり、補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１が受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置することとなり、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する際は、移動体５００の進行方向前側は移動体５００の後方部となり、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１が受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置することとなる。つまり、本実施形態では、移動体５００が前進してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入した場合、および、移動体５００が後退してワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入した場合のいずれにおいても、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１あるいは補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１が位置することとなる。また、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１の中心は、受電コイル２１１の中心から移動体５００の進行方向に沿って伸ばした仮想線上に位置している。さらに、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１は、平面視した場合、受電コイル２１１および補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１と重ならないように離れて配置されている。つまり、受電コイル２１１、補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１は、移動体５００の進行方向に直線状に並置されている。なお、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１と受電コイル２１１の離間距離は、充電部２５０の起動時間や移動体５００の走行速度に基づいて設定されることとなる。
【００４７】
補助受電側共振コンデンサ２２６は、補助受電コイル２２１と接続されており、補助受電コイル２２１とともに補助受電側ＬＣ共振回路を形成している。補助受電側共振コンデンサ２２６は、補助受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しくなるように調整する機能を有する。この補助受電側共振コンデンサ２２６は、補助受電コイル２２１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。図９では、補助受電側共振コンデンサ２２６は、補助受電コイル部２２５の筐体２２４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助受電コイル部２２５の筐体２２４の外表面に設置されていてもよく、補助受電コイル部２２５の筐体２２４の内部に収納されていても構わない。なお、補助受電側ＬＣ共振回路を形成しなくても、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１のみで受電した電力で、充電部２５０を起動する電力が確保できるのであれば、補助受電側ＬＣ共振回路を形成する必要はなく、補助受電側共振コンデンサ２２６は不要となる。
【００４８】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０の給電動作について説明する。
【００４９】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに前進して進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１が給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１に電力が伝送される。補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１が受電した電力により起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて受電コイル２１１が、給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助受電コイル部２２０の補助受電コイル２２１による受電電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００５０】
続いて、移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに後退して進入すると、先行して補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１が給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１に電力が伝送される。補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１が受電した電力により起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて受電コイル２１１が、給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路２５２によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助受電コイル部２２５の補助受電コイル２２１による受電電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、移動体５００が前進および後退のいずれによってワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入したとしても、受電コイル２１１が電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１および補助受電コイル２２１と、受電コイル２１１および補助受電コイル２２１が受電した電力を整流する整流部２４０と、整流部２４０に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置し、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さく、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力によって起動を開始している。そのため、移動体５００が給電エリアに進入したときに、補助受電コイル２２１により受電した電力が先行して充電部２５０に供給され、充電部２５０の起動が開始することから、充電部２５０をスタンバイ状態とすることができる。つまり、受電コイル２１１により電力を受電するときには充電部２５０は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部２５０の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
【００５２】
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０においては、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さくなっている。ここで、充電部２５０が起動のために消費する電力は、充電部２５０が蓄電部３２０の充電動作のために出力する電力に比べて電力量は小さく、充電部２５０の起動のために消費される電力を上回った余剰電力は熱損失として消費されることとなる。一方、本実施形態では、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さいことから、熱損失として消費される電力を少なくすることができる。したがって、熱損失による電力消費を抑制しつつ、充電部２５０の起動を即座に実行することができる。
【００５３】
（第３実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０の構成について説明する。図１０は、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【００５４】
ワイヤレス電力伝送システム３０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、補助受電コイル部２２０と、補助受電側共振コンデンサ２２３と、第１整流部２４１と、第２整流部２４２と、充電部２５０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、補助受電コイル部２２０、補助受電側共振コンデンサ２２３と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の整流部２４０に代えて、第１整流部２４１と、第２整流部２４２を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５５】
第１整流部２４１は、受電コイル２１１と接続され、受電コイル２１１が受電した交流電力を直流電力に整流して充電部２５０に供給する。第１整流部２４１により整流された直流電力は、蓄電部３２０に充電される電力であり、整流する電力は大電力となる。したがって、第１整流部２４１を構成する素子としては、大電力用のトランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられる。例えば、第１整流部２４１は、複数のダイオードがブリッジ接続されたフルブリッジ型回路と、このフルブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される。
【００５６】
第２整流部２４２は、補助受電コイル２２１と接続され、補助受電コイル２２１が受電した交流電力を直流電力に整流して充電部２５０に供給する。第２整流部２４２により整流された直流電力は、充電部２５０内部の起動回路２５１を起動させ電力変換回路２５２を起動状態とすることにより、充電部２５０をスタンバイ状態にするための電力であり、第１整流部２４１によって整流され、充電部２５０内部の電力変換回路２５２により蓄電部３２０の充電動作として出力される電力より極めて小さい電力である。したがって、第２整流部２４２を構成する素子は、第１整流部と同様に、トランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられるが、大電力用の素子ではなく小電力用の素子であっても構わない。例えば、第２整流部２４２は、複数のダイオードがブリッジ接続されたフルブリッジ型回路あるいはハーフブリッジ型回路と、このフルブリッジ型回路あるいはハーフブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される。
【００５７】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０の給電動作について説明する。
【００５８】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助受電コイル２２１が給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して補助受電コイル２２１に電力が伝送される。補助受電コイル２２１で受電した電力は、第２整流部２４２によって整流され、第２整流部２４２から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に、第２整流部２４２から直流電力が供給されると、この直流電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力により起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて受電コイル２１１が、給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１が受電した電力は、第１整流部２４１によって整流され、第１整流部２４１から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電力は、電力変換回路２５２によって、即座に蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。このように、給電コイル１３１からの電力を受電コイル２１１で受電するときには、補助受電コイル２２１による受電電力で充電部２５０の起動が開始し、スタンバイ状態になっている。そのため、受電コイル２１１が電力を受電した直後から蓄電部３２０への充電が開始されることとなる。つまり、受電コイル２１１が電力を受電してから蓄電部３２０への充電動作が開始するまでの充電部２５０の充電動作のレスポンスが向上する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、磁界を介して電力を受電する受電コイル２１１および補助受電コイル２２１と、受電コイル２１１が受電した電力を整流する第１整流部２４１と、補助受電コイル２２１が受電した電力を整流する第２整流部２４２と、第１整流部２４１と第２整流部２４２に接続され、移動体５００に搭載される蓄電部３２０を充電する充電部２５０と、を備え、補助受電コイル２２１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置し、補助受電コイル２２１の単位時間当たりに受電する電力量は、受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さく、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力によって起動を開始している。そのため、移動体５００が給電エリアに進入したときに、補助受電コイル２２１により受電した電力が先行して充電部２５０に供給され、充電部２５０の起動が開始することから、スタンバイ状態とすることができる。つまり、受電コイル２１１により電力を受電するときには充電部２５０は即座に充電動作が可能となっている。したがって、走行中充電において、充電部２５０の充電動作のレスポンスを向上させ、効率的な充電動作が可能となる。
【００６０】
（第４実施形態）
次に、図１１を参照して、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０の構成について説明する。図１１は、本発明の第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。
【００６１】
ワイヤレス電力伝送システム４０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３、補助受電コイル部２２０と、補助受電側共振コンデンサ２２３と、整流部２４０と、充電部２５０と、検知部２６０と、切換部２７０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、補助受電コイル部２２０、補助受電側共振コンデンサ２２３、整流部２４０、充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第４実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に加えて、検知部２６０と切換部２７０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６２】
検知部２６０は、受電コイル２１１と整流部２４０との間に設けられ、受電コイル２１１に発生する電圧または受電コイル２１１を流れる電流を検知する。すなわち、受電コイル２１１により電力を受電したことを、受電コイル２１１に発生する電圧または受電コイル２１１に流れる電流を検知して認識するものである。この検知部２６０は、電圧または電流を検知したとき、出力信号を後述する切換部２７０に出力する。なお、検知部２６０が電圧を検知する場合、検知部２６０は分圧回路や電圧検出カレントトランスから構成され、検知部２６０が電流を検知する場合、検知部２６０は電流センサやカレントトランスから構成される。
【００６３】
切換部２７０は、補助受電コイル２２１と整流部２４０の間に設けられ、補助受電コイル２２１と整流部２４０との間の接続状態を切換える。具体的には、切換部２７０は、受電コイル２１１により電力を受電していない状態では、検知部２６０からの出力信号が入力されないため、補助受電コイル２２１と整流部２４０との接続状態を維持し、受電コイル２１１により電力を受電している状態では、検知部２６０からの出力信号が入力され、補助受電コイル２２１と整流部２４０との接続を遮断する。すなわち、切換部２７０は、検知部２６０により電圧または電流を検知したとき、補助受電コイル２２１と整流部２４０との間の接続を遮断することとなる。ここで、補助受電コイル２２１と整流部２４０との間の接続とは、電気的な接続のことを意味する。切換部２７０としては、半導体スイッチやリレーが用いられる。
【００６４】
続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０の給電動作について説明する。
【００６５】
まず、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、先行して補助受電コイル２２１が給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して補助受電コイル２２１に電力が伝送される。補助受電コイル２２１で受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。充電部２５０に整流部２４０から直流電力が供給されると、この電力を受けて充電部２５０内部の起動回路２５１が起動し、供給された直流電力が、起動回路２５１により充電部２５０内部の電力変換回路２５２の起動用の電力に変換されて電力変換回路２５２に供給され、電力変換回路２５２が起動用の電力を受けて起動状態となる。つまり、充電部２５０は、補助受電コイル２２１が受電した電力により起動を開始し、スタンバイ状態に移行する。一方、充電動作が準備されている間も移動体５００は進行し続けるため、続いて受電コイル２１１が給電コイル１３１と重なる。このとき、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１が受電した電力は、整流部２４０によって整流され、整流部２４０から出力された直流電力は、充電部２５０に供給される。ここで、充電部２５０は、即座に充電動作が可能なスタンバイ状態に移行しているため、充電部２５０に供給された直流電圧は、充電部２５０内部の電力変換回路によって蓄電部３２０への充電電圧に変換され、蓄電部３２０に充電される。本実施形態では、受電コイル２１１で電力を受電すると、受電コイル２１１に電圧が発生するとともに受電コイル２１１に電流が流れるため、検知部２６０により受電コイル２１１に発生する電圧または受電コイル２１１を流れる電流が検知される。そして、検知部２６０により電圧または電流を検知したとき、検知部２６０から出力信号が切換部２７０に出力される。切換部２７０は、検知部２６０からの出力信号が入力されると、補助受電コイル２２１と整流部２４０との間の接続を遮断する。したがって、受電コイル２１１が給電コイル１３１と重なっている間は、補助受電コイル２２１は動作しない。つまり、受電コイル２１１により電力を受電中に補助受電コイル２２１が動作しないことから、補助受電コイル２２１が発生する磁界による受電コイル２１１が発生する磁界への影響を防止することができる。したがって、コイル間の干渉を防ぐことができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム４０は、補助受電コイル２２１と整流部２４０との間の接続状態を切換える切換部２７０と、受電コイル２１１に発生する電圧または受電コイル２１１を流れる電流を検知する検知部２６０と、を備え、切換部２７０は、検知部２６０により電圧または電流を検知したとき、補助受電コイル２２１と整流部２４０との間を遮断している。そのため、受電コイル２１１での受電が可能になったときには、補助受電コイル２２１と整流部２４０との間が遮断される。したがって、受電コイル２１１で電力を受電中に補助受電コイル２２１が動作しないため、コイル間の干渉を防ぐことができる。
【００６７】
（第５実施形態）
次に、図１２〜図１６を参照して、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０の構成について説明する。図１２は、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの模式図である。図１３は、本発明の第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの補助受電コイル部と補助受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図１４は、本発明の第５実施形態に係るコイル位置合わせ構成を示す模式図である。図１５は、本発明の第５実施形態に係る動作部の構成図で、移動体の幅方向で断面にしたときの図である。図１６ａは、本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、移動体が給電エリアに進入前の状態を示す図である。図１６ｂは、本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、移動体が給電エリアに進入した状態を示す図である。図１６ｃは、本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、移動体が給電エリアにさらに進入した状態を示す図である。図１６ｄは、本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、コイルが適正位置に移動した状態を示す図である。図１６ｅは、本発明の第５実施形態に係る受電コイルの位置合わせ動作説明図で、受電コイルが適正位置に移動したのち、給電エリアに進入した状態を示す図である。なお、図１４においては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した受電コイル、補助受電コイルを図示している。また、図１６ａ〜図１６ｅにおいては、説明の便宜上、筐体等の図示を省略した給電コイル、受電コイル、補助受電コイルを図示している。
【００６８】
ワイヤレス電力伝送システム５０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、補助受電コイル部２９０と、補助受電側共振コンデンサ２９３と、整流部２４０と、充電部２５０と、動作部２８０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２４０と充電部２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。すなわち、第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の補助受電コイル部２２０と補助受電側共振コンデンサ２２３に代えて、補助受電コイル部２９０と補助受電側共振コンデンサ２９３を備え、またさらに、動作部２８０を備えている点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６９】
補助受電コイル部２９０は、ワイヤレス給電装置１００から供給された交流電力を受電する機能を有する。補助受電コイル部２９０は、図１３に示されるように、補助受電コイル２９１と、磁性体２９２と、を有し、絶縁性を有する筐体２９４によってパッケージングされている。なお、補助受電コイル部２９０は、補助受電コイル２９１のみから構成されていてもよい。
【００７０】
補助受電コイル２９１は、図１４に示されるように、移動体５００の進行方向において、受電コイル２１１よりも移動体５００の前側下部に配置されている。つまり、補助受電コイル２９１は、受電コイル２１１よりも移動体５００の進行方向前側に位置することとなる。補助受電コイル２９１は、複数のコイルから構成され、本実施形態では、第１補助受電コイル２９１ａ、第２補助受電コイル２９１ｂ、第３補助受電コイル２９１ｃ、第４補助受電コイル２９１ｄ、第５補助受電コイル２９１ｅの５つのコイルから構成されている。第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅは、移動体５００の下部において、互いに重なり合わないように位置している。具体的には、第３補助受電コイル２９１ｃは、移動体５００の幅方向中心線上に位置し、第１および第５補助受電コイル２９１ａ，２９１ｅは、移動体５００の幅方向中心線に対して線対称になるように位置し、第２および第４補助受電コイル２９１ｂ，２９１ｄは、移動体５００の幅方向中心線に対して線対称となるように位置している。さらに、第２補助受電コイル２９１ｂは、移動体５００の幅方向において、第１および第３補助受電コイル２９１ａ，２９１ｃの間に位置し、第４補助受電コイル２９１ｄは、移動体５００の幅方向において、第３および第５補助受電コイル２９１ｃ，２９１ｅの間に位置している。またさらには、第２および第４補助受電コイル２９１ｂ，２９１ｄは、移動体５００の進行方向において、第１、第３および第５補助受電コイル２９１ａ，２９１ｃ，２９１ｅよりも移動体５００の進行方向前側に位置している。つまり、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅは千鳥状に位置していることとなる。ここで、本実施形態では、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅは、それぞれ補助受電側共振コンデンサ２９３に接続され補助受電側ＬＣ共振回路を形成している。なお、図１３では、５つの補助受電側共振コンデンサ２９３は、それぞれ補助受電コイル部２９０の筐体２９４から離間して配置されているがこれに限られることなく、補助受電コイル部２９０の筐体２９４の外表面に設置されていてもよく、補助受電コイル部２９０の筐体２９４の内部に収納されていても構わない。また、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅは、磁性体２９２とともに１つの筐体２９４にパッケージングされているがこれに限られることなく、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅが別々の筐体にそれぞれのコイルに対応する磁性体とともにパッケージングされていてもよい。このように構成される第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅの単位時間当たりに受電する電力量は、それぞれ受電コイル２１１の単位時間当たりに受電する電力量よりも小さくなっており、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅが受電した電力は、後述する動作部２８０を介して整流部２４０に出力される。なお、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅの単位時間当たりに受電する電力量の調整手法は第１実施形態と同様のため、詳細な説明は省略する。
【００７１】
動作部２８０は、受電コイル２１１を移動体５００の進行方向と交差する方向に移動させる機能を有する。動作部２８０は、補助受電コイル２９１を構成する複数のコイル（本実施形態では、第１補助受電コイル２９１ａ、第２補助受電コイル２９１ｂ、第３補助受電コイル２９１ｃ、第４補助受電コイル２９１ｄ、第５補助受電コイル２９１ｅ）のうち、電力を受電したコイルに発生する電圧に基づいて、受電コイル２１１を移動させる。この動作部２８０は、図１５に示されるように、支持部２８１と、動作制御部２８２と、を有する。支持部２８１は、受電コイル部２１０を移動体５００下部につりさげるように支持し、動作制御部２８２からの移動指示の通知に基づいて、受電コイル部２１０を介して受電コイル２１１を移動させることができる。ここで、支持部２８１によって受電コイル２１１を移動させる範囲は、移動体５００を鉛直上方から見て、受電コイル部２１０の外縁が移動体５００の側縁を超えない範囲であればよい。このように構成することで、移動体５００の周囲への漏洩電磁ノイズの発生を抑制することができる。動作制御部２８２は、複数の補助受電コイル２９１の受電した電力を受け、複数の補助受電コイル２９１のうち、電力を受電した補助受電コイル２９１に発生する電圧に基づいて、受電コイル２１１を移動させるべき位置を特定し、支持部２８１に移動指示を通知する。具体的には、動作制御部２８２は、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅが受電した電力を受けて、それぞれのコイルに発生する電圧を検知し、各コイルに発生する電圧の最大値同士の比較結果に基づいて、受電コイル２１１を移動させるべき位置を特定している。より具体的には、動作制御部２８２は、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅのうち、最大受電電圧となるコイルが１つの場合、最大受電電圧となる補助受電コイル２９１の移動体５００の幅方向における位置に受電コイル２１１を移動させるよう支持部２８１に移動指示を通知する。一方、動作制御部２８２は、最大受電電圧となるコイルが複数あった場合には、最大受電電圧となった複数のコイル同士の間の中心位置に受電コイル２１１を移動させるよう支持部２８１に移動指示を通知する。支持部２８１としては、単軸ロボット、直動アクチュエータ、あるいは、ボールねじとサーボモータで構成されるサーボステージなど、サーボ制御できるものであってもよい。動作制御部２８２の電圧検知手段としては、分圧回路や電圧検出カレントトランスなどが挙げられる。
【００７２】
続いて、図１６を参照して、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０の受電コイル部２１０の位置合わせ動作について説明する。
【００７３】
まず、図１６ａに示すとおり、ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアに進入すると、図１６ｂに示すとおり、先行して、第２および第４補助受電コイル２９１ｂ，２９１ｄが、給電コイル１３１と重なる。第２および第４補助受電コイル２９１ｂ，２９１ｄのコイルに発生する電圧は、移動体５００の給電エリアへの進入に伴い変化するが、それぞれのコイルに発生した電圧の最大値が、動作制御部２８２によって認識される。さらに移動体５００が、給電エリアに進入すると、図１６ｃに示すとおり、第３および第５補助受電コイル２９１ｃ，２９１ｅが、給電コイル１３１と重なる。第３および第５補助受電コイル２９１ｃ，２９１ｅのコイルに発生する電圧は、移動体５００の給電エリアへの進入に伴い変化するが、それぞれのコイルに発生する電圧の最大値が、動作制御部２８２によって認識される。動作制御部２８２は、第１〜第５補助受電コイル２９１ａ〜２９１ｅのそれぞれのコイルに発生する電圧に基づき、受電コイル２１１を移動させるべき位置を特定し、支持部２８１に移動指示を通知する。支持部２８１は、動作制御部２８２からの移動指示の通知に基づき、受電コイル２１１を移動体５００の進行方向と交差する方向の位置に移動する。本実施形態では、図１６ｂおよび図１６ｃに示すように、給電コイル１３１の中心上を第４補助受電コイル２９１ｄが通過しているため、第４補助受電コイル２９１ｄの受電電圧の最大値が他の補助受電コイル２９１に比べて最も大きくなる（最大受電電圧となる）。したがって、図１６ｄに示すように、支持部２８１は、受電コイル２１１の移動体５００の進行方向と交差する方向の位置を、第４補助受電コイル２９１ｄの中心位置に一致するように移動させる。次に、図１６ｅに示すように、さらに移動体５００が給電エリアに進入すると、受電コイル２１１が給電コイル１３１と重なる。このとき、受電コイル２１１の中心位置と給電コイル１３１の中心位置が略一致するように重なる。すなわち受電コイル２１１と給電コイル１３１が正対することから、受電コイル２１１により給電コイル１３１から受電する電力は最大となる。このように、本実施形態では、受電コイル２１１での受電が開始される前に、受電コイル２１１の位置を受電に適した位置に移動させている。したがって、電力伝送効率を向上させることができる。
【００７４】
以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム５０は、受電コイル２１１を移動体５００の進行方向と交差する方向に移動させる動作部２８０を、さらに備え、補助受電コイル２９１は、複数のコイルを含み、動作部２８０は、複数のコイルのうち、電力を受電したコイルに発生する電圧に基づいて、受電コイル２１１を移動させる。この場合、受電コイル２１１での受電が開始される前に、受電コイル２１１の位置を受電に適した位置に移動させることが可能となる。したがって、電力伝送効率を向上させることができる。
【００７５】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明したが、本発明は上述の実施形態に限られることなく、様々な変形や変更が可能である。上述の実施形態では、第２〜第５実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０〜５０における特徴的構成ならびに機能を、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０に適用した例を用いて説明したがこれに限られることなく、他の実施形態に組み合わせても構わない。
【符号の説明】
【００７６】
１０、２０、３０、４０，５０…ワイヤレス電力伝送システム、１００…ワイヤレス給電装置、１１０…電源、１２０…インバータ、１３０…給電コイル部、１３１…給電コイル、１３２…磁性体、１３３…給電側共振コンデンサ、２００…ワイヤレス受電装置、２１０…受電コイル部、２１１…受電コイル、２１２…磁性体、２１３…受電側共振コンデンサ、２２０、２２５、２９０…補助受電コイル部、２２１…補助受電コイル、２２２、２９２…磁性体、２２３、２２６、２９３…補助受電側共振コンデンサ、２４０…整流部、２４１…第１整流部、２４２…第２整流部、２５０…充電部、２６０…検知部、２７０…切換部、２８０…動作部、２８１…支持部、２８２…動作制御部、２９１ａ…第１補助受電コイル、２９１ｂ…第２補助受電コイル、２９１ｃ…第３補助受電コイル、２９１ｄ…第４補助受電コイル、２９１ｅ…第５補助受電コイル、３２０…蓄電部、５００…移動体、１３４、２１４、２２４、２９４…筺体。
【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１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１６ｄ】
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【図１６ｅ】
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