(57)【要約】【課題】磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制した電源装置及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】電源装置２００は、移動体５００に搭載される第１電源装置２１０と、移動体５００に対して着脱可能に構成される第２電源装置３００と、を備え、第１電源装置２１０は、磁界を介して交流電力の授受を行う第１コイル２２１を有し、第２電源装置３００は、外部又は第１コイル２２１と磁界を介して交流電力の授受を行う第２コイル３１１と、第２コイル３１１が受電した電力を蓄電又は第２コイル３１１に電力を放出する蓄電部３５０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される第１電源装置と、前記移動体に対して着脱可能に構成される第２電源装置と、を備え、
前記第１電源装置は、磁界を介して交流電力の授受を行う第１コイルを有し、
前記第２電源装置は、外部又は前記第１コイルと磁界を介して交流電力の授受を行う第２コイルと、前記第２コイルが受電した電力を蓄電又は前記第２コイルに電力を放出する蓄電部と、を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第１電源装置は、
前記第１コイルから供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する第１変換部と、
前記第１コイルを短絡、開放、又は前記第１変換部に接続のいずれかに切り替える第１切替部と、を有し、
前記第２電源装置は、
前記第２コイルから供給される交流電力を直流電力に変換して前記蓄電部に出力する第２変換部と、前記蓄電部から放出される直流電力を交流電力に変換して前記第２コイルに供給する第３変換部と、を含む電力変換部と、
前記第２コイルを前記第２変換部に接続又は前記第３変換部に接続のいずれかに切り替える第２切替部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１切替部は、前記第２切替部が前記第２コイルを前記第３変換部に接続するとき、前記第１コイルを前記第１変換部に接続することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１切替部は、前記第２切替部が前記第２コイルを前記第２変換部に接続するとき、前記第１コイルを短絡し、
前記第１コイル及び前記第２コイルは、互いに磁気的に結合するように配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第１電源装置は、
前記第１コイルから供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する第１変換部と、
前記第１コイルを短絡、開放、又は前記第１変換部に接続のいずれかに切り替える第１切替部と、を有し、
前記第２電源装置は、
前記第２コイルと前記蓄電部との間に接続される双方向コンバータを有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記第１切替部は、前記双方向コンバータによって前記蓄電部の放電を行うとき、前記第１コイルを前記第１変換部に接続することを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記第１切替部は、前記双方向コンバータによって前記蓄電部の充電を行うとき、前記第１コイルを短絡し、
前記第１コイル及び前記第２コイルは、互いに磁気的に結合するように配置されることを特徴とする請求項５または６に記載の電源装置。
【請求項８】
電力を受けて磁界を発生する給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の電源装置と、を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
【請求項９】
前記電源装置は、前記第２電源装置の取外しを誘導する着脱部をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス電力伝送システム。
【請求項１０】
前記着脱部は、前記第２電源装置を取外す際に、前記給電コイルが発生する磁界を介して前記第１コイルによって受電した電力により駆動可能に構成されていることを特徴とする請求項９に記載の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、電源装置及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、電動で移動するＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などが普及しつつあるが、それらの移動体は、搭載されたバッテリに蓄えられた電力により駆動力を発生させて移動する。
【０００３】
このような電動で移動する移動体は、搭載バッテリの蓄電量が低下した場合には、外部からの電力によって充電する必要があり、充電に数時間要するという問題があった。
【０００４】
一方、搭載バッテリの蓄電量が低下した場合に、搭載バッテリを新しいバッテリに交換することも提案されているが、バッテリと移動体との間の電気接続の確立又は解除を行う作業が必要となるといった問題や電気接点部分への埃や汚れ等の付着により接続不良が生じるといった問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、特許文献１には、蓄電量が低下した電池パックを満充電された電池パックと交換する方式であって、電池パックには外部の電力供給源が発生する第１の共振磁界と結合し電力を受け取る第１アンテナと、第１アンテナが受け取った電力によって充電される二次電池と、二次電池から放出される電力を第２の共振磁界によって負荷に電力を伝送する第２アンテナを備え、電動機械に電池パックを装着したのち、負荷と電池パックとの電力伝送に共振磁界による結合によって無線で電力を伝送するシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８７４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、外部の電力供給源が発生する第１の共振磁界を介して電力を受け取る第１アンテナと、二次電池から放出される電力により第２の共振磁界を発生する第２アンテナがともに電池パックに備えられていることから、第１の共振磁界による第２アンテナとの電磁干渉、第２の共振磁界による第１アンテナとの電磁干渉を引き起こす虞があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制した電源装置及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】
【０００９】
本発明に係る電源装置は、移動体に搭載される第１電源装置と、移動体に対して着脱可能に構成される第２電源装置と、を備え、第１電源装置は、磁界を介して交流電力の授受を行う第１コイルを有し、第２電源装置は、外部又は第１コイルと磁界を介して交流電力の授受を行う第２コイルと、第２コイルが受電した電力を蓄電又は第２コイルに電力を放出する蓄電部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、電源装置は、移動体に搭載される第１電源装置と、移動体に対して着脱可能に構成される第２電源装置と、を備え、第１電源装置は、磁界を介して交流電力の授受を行う第１コイルを有し、第２電源装置は、外部又は第１コイルと磁界を介して交流電力の授受を行う第２コイルと、第２コイルが受電した電力を蓄電又は第２コイルに電力を放出する蓄電部と、を有する。そのため、第１電源装置又は外部から第２電源装置に電力伝送を行う場合、第２電源装置から第１電源装置に電力伝送を行う場合のいずれにおいても、第２コイルを介して交流電力の授受が行われることとなる。したがって、第２電源装置に搭載される、外部との磁気結合を形成するための機器の数を極力少なくすることが可能となる。その結果、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制することができる。
【００１１】
好ましくは、第１電源装置は、第１コイルから供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する第１変換部と、第１コイルを短絡、開放、又は第１変換部に接続のいずれかに切り替える第１切替部と、を有し、第２電源装置は、第２コイルから供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部に出力する第２変換部と、蓄電部から放出される直流電力を交流電力に変換して第２コイルに供給する第３変換部と、を含む電力変換部と、第２コイルを第２変換部に接続又は第３変換部に接続のいずれかに切り替える第２切替部と、を有するとよい。この場合、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、様々な電力伝送状況に応じて、電力伝送経路を適切に切り替えることが可能となる。
【００１２】
好ましくは、第１切替部は、第２切替部が第２コイルを第３変換部に接続するとき、第１コイルを第１変換部に接続するとよい。この場合、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、第２電源装置から第１電源装置への電力伝送経路を適切に確立することができる。
【００１３】
好ましくは、第１切替部は、第２切替部が第２コイルを第２変換部に接続するとき、第１コイルを短絡し、第１コイル及び第２コイルは、互いに磁気的に結合するように配置されるとよい。この場合、外部から第２電源装置への電力伝送を行う際に第１コイルが中継コイルとして機能することとなる。そのため、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、外部から第２電源装置へ効率よく電力伝送を行うことができる。
【００１４】
好ましくは、第１電源装置は、第１コイルから供給される交流電力を直流電力に変換して負荷に出力する第１変換部と、第１コイルを短絡、開放、又は第１変換部に接続のいずれかに切り替える第１切替部と、を有し、第２電源装置は、第２コイルと蓄電部との間に接続される双方向コンバータを有するとよい。この場合、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、様々な電力伝送状況に対応することが可能となる。
【００１５】
好ましくは、第１切替部は、双方向コンバータによって蓄電部の放電を行うとき、第１コイルを第１変換部に接続するとよい。この場合、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、第２電源装置から第１電源装置への電力伝送経路を適切に確立することができる。
【００１６】
好ましくは、第１切替部は、双方向コンバータによって蓄電部の充電を行うとき、第１コイルを短絡し、第１コイル及び第２コイルは、互いに磁気的に結合するように配置されるとよい。この場合、外部から第２電源装置への電力伝送を行う際に第１コイルが中継コイルとして機能することとなる。そのため、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、外部から第２電源装置へ効率よく電力伝送を行うことができる。
【００１７】
本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、電力を受けて磁界を発生する給電コイルを有するワイヤレス給電装置と、上記電源装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制したワイヤレス電力伝送システムを得ることができる。
【００１８】
好ましくは、電源装置は、第２電源装置の取外しを誘導する着脱部をさらに備えるとよい。この場合、第２電源装置の移動体に対する着脱動作を容易に行うことができる。
【００１９】
好ましくは、着脱部は、給電コイルが発生する磁界を介して第１コイルによって受電した電力を受けて駆動するとよい。ここで、第２電源装置を移動体から取り外す際は、第２電源装置から第１電源装置への電力伝送は停止していることから、着脱部は他の電力源から駆動力を得る必要がある。これに対して、着脱部が、給電コイルが発生する磁界を介して第１コイルによって受電した電力を受けて駆動するように構成することで、着脱部を動作させるための電力源を移動体に搭載することがなく、移動体の簡素化及び軽量化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制した電源装置及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】
【００２１】
【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を示す模式図である。
【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第１コイル部と第１共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【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第２コイル部と第２共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【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における電源装置において、第２電源装置から第１電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【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において、ワイヤレス給電装置から第１電源装置を介して第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【図７】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において、ワイヤレス給電装置から第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【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を示す模式図である。
【図９】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における電源装置において、第２電源装置から第１電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【図１０】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において、ワイヤレス給電装置から第１電源装置を介して第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【図１１】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において、ワイヤレス給電装置から第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【図１２】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を示す模式図である。
【図１３】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において、着脱部がリフトアップ機構で構成されている例を示す模式図である。
【図１４】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において、着脱部がコンベアシステムで構成されている例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
（第１実施形態）
まず、図１〜図４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第１コイル部と第１共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。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第２コイル部と第２共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。
【００２４】
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、電源装置２００と、を有する。このワイヤレス電力伝送システム１０は、移動体５００への給電設備に適用される。ここで、移動体５００は、電力により駆動力を発生させて移動するものであり、電気自動車（ＥＶ）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、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（ＡＧＶ）や移動ロボットなども挙げられる。さらに、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、移動体５００として電気自動車を例に用いて説明する。
【００２５】
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、を有する。この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る。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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第１コイル部２２０又は後述する第２コイル部３１０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。
【００２９】
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。
【００３０】
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の電力伝送を行う側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。
【００３１】
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電力伝送する相手側の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。
【００３２】
電源装置２００は、第１電源装置２１０と、第２電源装置３００を有する。第１電源装置２１０は、移動体５００に搭載されて固定設置されており、第２電源装置３００は、移動体５００に対して着脱可能に構成されている。
【００３３】
第１電源装置２１０は、第１コイル部２２０と、第１共振コンデンサ２２３と、第１変換部２３０と、第１切替部２４０と、を有する。
【００３４】
第１コイル部２２０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と、第２電源装置３００から給電された交流電力を受電する機能と、ワイヤレス給電装置１００から給電された交流電力を後述する第２コイル部３１０に中継する機能を有する。本実施形態では、第１コイル部２２０は、移動体５００の下部に搭載されることとなる。この第１コイル部２２０は、図３に示されるように、第１コイル２２１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、第１コイル部２２０は、第１コイル２２１のコアとして機能する磁性体（図示しない）を含んでいても構わない。
【００３５】
第１コイル２２１は、磁界を介して交流電力の授受を行う。この第１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、第１コイル２２１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。
【００３６】
第１共振コンデンサ２２３は、第１コイル２２１と接続されており、第１コイル２２１とともに第１ＬＣ共振回路を形成している。第１共振コンデンサ２２３は、第１ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この第１共振コンデンサ２２３は、第１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。そして、第１ＬＣ共振回路の共振周波数を電力伝送する相手側の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３では、第１共振コンデンサ２２３は、第１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、第１コイル部２２０の筐体２２４の外表面に設置されていてもよく、第１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。
【００３７】
第１変換部２３０は、第１コイル２２１が受電した交流電力を直流電力に変換して負荷２５０に出力する。第１変換部２３０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、交流電圧を整流する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。負荷２５０としては、電力供給を受けて移動体５００の駆動力を発生させるモータなどが挙げられる。
【００３８】
第１切替部２４０は、第１コイル２２１の接続状態を切り替える。具体的には、第１切替部２４０は、第１コイル２２１の両端を短絡した状態、第１コイル２２１の両端を開放した状態、第１コイル２２１と第１変換部２３０とを導通させた状態とを切り替える。すなわち、第１切替部２４０は、第１コイル２２１を短絡、開放、又は第１変換部２３０に接続のいずれかに切り替える。ここで、上述したように、第１コイル２２１が第１共振コンデンサ２２３とともに第１ＬＣ共振回路を形成している場合、第１切替部２４０は、第１コイル２２１と第１共振コンデンサ２２３を含む閉回路を構成するように短絡することとなる。このように構成される第１切替部２４０は、第１変換部２３０に対して並列に接続されており、構成素子としては、半導体スイッチやリレーや切替スイッチなどが挙げられる。
【００３９】
ここで、第１コイル２２１の各切替状態における作用について詳述する。第１コイル２２１を短絡すると、第１コイル２２１は中継コイルとして機能することとなる。具体的には、給電コイル１３１が発生する交流磁界により、第１コイル２２１に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て交流磁界が発生する。そして、第１コイル２２１が発生する交流磁界により、後述する第２コイル３１１に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。このように第１コイル２２１を短絡すると、第１コイル２２１は、給電コイル１３１から交流磁界を介して電力を受電する役割と、後述する第２コイル３１１に交流磁界を介して電力を給電する役割を果たすこととなる。
【００４０】
次に、第１コイル２２１を開放すると、給電コイル１３１が発生する交流磁界及び後述する第２コイル３１１が発生する交流磁界を受けても、第１コイル２２１には交流電流が流れない。このように第１コイル２２１を開放すると、一時的にコイルとして機能しなくなる。
【００４１】
次に、第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続すると、第１コイル２２１は受電コイルとして機能することとなる。具体的には、給電コイル１３１又は後述する第２コイル３１１が発生する交流磁界により、第１コイル２２１に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、第１コイル２２１に発生した交流電流は、第１切替部２４０を介して第１変換部２３０に供給される。このように第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続すると、第１コイル２２１は、給電コイル１３１又は後述する第２コイル３１１から交流磁界を介して電力を受電する役割を果たすこととなる。
【００４２】
第１切替部２４０の切替動作は、図示しない制御部からの外部信号に基づいて行われる。例えば、使用者により充電動作に関する指示が制御部に入力されると、制御部は第１切替部２４０に切替動作に関する指示を示す外部信号を出力する。具体的には、使用者が第２電源装置３００の移動体５００への搭載完了後、第２電源装置３００からの電力供給指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、第１コイル２２１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号を受けて第１切替部２４０が第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続するように切り替える。ここで、使用者による第２電源装置３００からの電力供給指示とは、電気自動車を移動させようとする動作のことである。
【００４３】
また、使用者が第２電源装置３００の移動体５００への搭載完了後、ワイヤレス給電装置１００からの電力供給指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、第１コイル２２１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号を受けて第１切替部２４０が第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続するように切り替える。
【００４４】
さらに、移動体５００が所定の給電エリアに停止し、ワイヤレス給電装置１００から第１電源装置２１０を介して第２電源装置３００に電力伝送する場合であって、使用者が第２電源装置３００の後述する蓄電部３５０への蓄電指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させることを示す外部信号を受けて第１切替部２４０が第１コイル２２１を短絡するように切り替える。
【００４５】
またさらには、移動体５００が所定の給電エリアに停止し、ワイヤレス給電装置１００から第２電源装置３００に直接電力伝送する場合であって、使用者が第２電源装置３００の後述する蓄電部３５０への蓄電指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させないことを示す外部信号を受けて第１切替部２４０が第１コイル２２１を開放するように切り替える。なお、第１コイル２２１と第１変換部２３０との間の接続状態、第１コイル２２１の短絡接続状態、第１コイル２２１の開放状態とは、電気的な接続のことを意味する。これにより、第１コイル２２１が後述する第２電源装置３００から受電する場合でも、ワイヤレス給電装置１００からの電力伝送により後述する第２電源装置３００の蓄電部３５０を蓄電する場合でも、予期せぬ干渉を抑制することができる。
【００４６】
第２電源装置３００は、第２コイル部３１０と、第２共振コンデンサ３１３と、電力変換部３２０と、第２切替部３３０と、蓄電部３５０と、を有する。
【００４７】
第２コイル部３１０は、第１電源装置２１０に交流電力を給電する機能と、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と、ワイヤレス給電装置１００から給電された交流電力を、第１電源装置２１０を介して受電する機能を有する。本実施形態では、第２コイル部３１０は、第２電源装置３００が移動体５００に搭載されたときに、移動体５００の下部に位置するように搭載されることとなる。この第２コイル部３１０は、図４に示されるように、第２コイル３１１と、磁性体３１２を有し、絶縁性を有する筐体３１４によってパッケージングされている。なお、第２コイル部３１０は、第２コイル３１１のみから構成されていてもよい。
【００４８】
第２コイル３１１は、外部又は第１コイル２２１と磁界を介して電力の授受を行う。この第２コイル３１１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、第２コイル３１１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。本実施形態では、第２コイル３１１は、第２電源装置３００が移動体５００に搭載されたときに、第１コイル２２１と対向するように近接して配置されている。具体的には、第２コイル３１１と第１コイル２２１は、同一軸上に配置されている。つまり、第１コイル２２１及び第２コイル３１１は、互いに磁気的に結合するように配置されている。これにより、移動体５００が所定の給電エリアに停止し、第１コイル２２１が給電コイル１３１と対向すると、鉛直方向に第１コイル２２１が給電コイル１３１と第２コイル３１１との間に位置することとなる。
【００４９】
磁性体３１２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３１２は、第２コイル３１１が効率良く交流磁界を発生するための機能と、給電コイル１３１又は第１コイル２２１が発生する交流磁界を効率良く第２コイル３１１に集中させる機能を果たす。なお、第２コイル３１１を平面コイルで構成する場合、磁性体３１２は、第２コイル３１１の電力伝送を行う側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３１２と第２コイル３１１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、第２コイル３１１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体３１２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３１２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に第２コイル３１１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図４に示されるように、平面コイルから構成される第２コイル３１１と、この第２コイル３１１の背面側であって、第２コイル３１１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３１２から構成されている。この磁性体３１２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。
【００５０】
第２共振コンデンサ３１３は、第２コイル３１１と接続されており、第２コイル３１１とともに第２ＬＣ共振回路を形成している。第２共振コンデンサ３１３は、第２ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この第２共振コンデンサ３１３は、第２コイル３１１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、第２ＬＣ共振回路の共振周波数を電力伝送する相手側の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４では、第２共振コンデンサ３１３は、第２コイル部３１０の筐体３１４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、第２コイル部３１０の筐体３１４の外表面に設置されていてもよく、第２コイル部３１０の筐体３１４の内部に収納されていても構わない。
【００５１】
電力変換部３２０は、第２コイル部３１０と後述する蓄電部３５０との間に接続され、第２コイル部３１０側から入力される交流電力を直流電力に変換して後述する蓄電部３５０側に出力するとともに、後述する蓄電部３５０側から入力される直流電力を交流電力に変換して第２コイル部３１０側に出力する。この電力変換部３２０は、第２変換部３２１と、第３変換部３２２と、を有する。
【００５２】
第２変換部３２１は、第２コイル３１１から供給される交流電力を直流電力に変換して後述する蓄電部３５０に出力する。本実施形態では、第２変換部３２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータとして機能することとなる。第２変換部３２１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、交流電圧を整流する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。
【００５３】
第３変換部３２２は、後述する蓄電部３５０から放出される直流電力を交流電力に変換して第２コイル３１１に出力する。本実施形態では、第３変換部３２２は、ＤＣ／ＡＣインバータとして機能することとなる。第３変換部３２２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やＩＧＢＴなどが挙げられる。
【００５４】
第２切替部３３０は、第２コイル３１１の接続状態を切り替える。具体的には、第２切替部３３０は、第２コイル３１１と第２変換部３２１とを導通させた状態、第２コイル３１１と第３変換部３２１を導通させた状態とを切り替える。すなわち、第２切替部３３０は、第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続又は第３変換部３２２に接続のいずれかに切り替える。このように構成される第２切替部３３０は、第２コイル部３１０と電力変換部３２０との間に接続されており、構成素子としては、半導体スイッチやリレーや切替スイッチなどが挙げられる。
【００５５】
ここで、第２コイル３１１の各切替状態における作用について詳述する。第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続すると、第２コイル３１１は受電コイルとして機能することとなる。具体的には、給電コイル１３１又は第１コイル２２１が発生する交流磁界により、第２コイル３１１に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、第２コイル３１１に発生した交流電流は、第２切替部３３０を介して第２変換部３２１に供給される。このように第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続すると、第２コイル３１１は、給電コイル１３１又は第１コイル２２１から交流磁界を介して電力を受電する役割を果たすこととなる。
【００５６】
次に、第２コイル３１１を第３変換部３２２に接続すると、第２コイル３１１は給電コイルとして機能することとなる。具体的には、第３変換部３２２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。そして、この交流磁界により、第１コイル２２１に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。このように第２コイル３１１を第３変換部３２２に接続すると、第２コイル３１１は、第１コイル２２１に交流磁界を介して電力を給電する役割を果たすこととなる。
【００５７】
第２切替部３３０の切替動作は、図示しない制御部からの外部信号に基づいて行われる。例えば、使用者により充電動作に関する指示が制御部に入力されると、制御部は第２切替部３３０に切替動作に関する指示を示す外部信号を出力する。具体的には、使用者が第２電源装置３００の移動体５００への搭載完了後、第２電源装置３００からの電力供給指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、第２コイル３１１を給電コイルとして機能させることを示す外部信号を受けて第２切替部３３０が第２コイル３１１を第３変換部３２２に接続するように切り替える。ここで、使用者による第２電源装置３００からの電力供給指示とは、電気自動車を移動させようとする動作のことである。
【００５８】
また、移動体５００が所定の給電エリアに停止し、ワイヤレス給電装置１００から第１電源装置２１０を介して第２電源装置３００に電力伝送する場合であって、使用者が第２電源装置３００の後述する蓄電部３５０への蓄電指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、第２コイル３１１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号を受けて第２切替部３３０が第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続するように切り替える。
【００５９】
さらに、移動体５００が所定の給電エリアに停止し、ワイヤレス給電装置１００から第２電源装置３００に直接電力伝送する場合であって、使用者が第２電源装置３００の後述する蓄電部３５０への蓄電指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、第２コイル３１１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号を受けて第２切替部３３０が第２コイル３１１を第３変換部３２２に接続するように切り替える。なお、第２コイル３１１と第２変換部３２１との間の接続状態、第２コイル３１１と第３変換部３２２との間の接続状態とは、電気的な接続のことを意味する。また、第１切替部２４０に外部信号を出力する制御部と第２切替部３３０に外部信号を出力する制御部は、別々に構成されていてもよく、一体的に構成されていても構わない。
【００６０】
蓄電部３５０は、第２コイル３１１が受電した電力を蓄電又は第２コイル３１１に電力を放出する。本実施形態では、蓄電部３５０は、電力変換部３２０に接続され、第２変換部３２１により第２コイル３１１が受電した交流電力が直流電力に変換されて蓄電部３５０に充電され、第３変換部３２２により蓄電部３５０から放出された直流電力が交流電力に変換されて第２コイル３１１に供給される。蓄電部３５０としては、繰り返し充放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。
【００６１】
続いて、図５〜図７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１０の給電動作について説明する。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における電源装置において、第２電源装置から第１電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。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において、ワイヤレス給電装置から第１電源装置を介して第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。図７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において、ワイヤレス給電装置から第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【００６２】
まず、移動体５００に第２電源装置３００が搭載され、移動体５００が走行する場合の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。
【００６３】
第２電源装置３００からの電力供給指示が図示しない制御部に入力されると、制御部から第１切替部２４０に第１コイル２２１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号が出力されるとともに、第２切替部３３０に第２コイル３１１を給電コイルとして機能させることを示す外部信号が出力される。
【００６４】
第２切替部３３０は、外部信号を受けて、図５に示すように、第２コイル３１１を第３変換部３２２に接続するように切り替える。このとき、第１切替部２４０は、外部信号を受けて、図５に示すように、第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続するように切り替える。これにより、蓄電部３５０から放出された直流電力が第３変換部３２２によって交流電力に変換され、第２コイル３１１に供給される。
【００６５】
第２コイル３１１は、第３変換部３２２から供給された交流電力を受けて交流磁界を発生させる。第１コイル２２１は、第２コイル３１１と磁気的に結合するように配置されていることから、第２コイル３１１が発生する交流磁界を介して交流電力を受電する。
【００６６】
第1コイル２２１が受電した交流電力は第１変換部２３０に供給され、直流電力に変換されて負荷２５０に供給される。そして、移動体５００は、負荷２５０であるモータに供給された電力により駆動力を発生させて移動する。
【００６７】
次に、移動体５００に搭載された第２電源装置３００が備える蓄電部３５０を充電する場合の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。
【００６８】
移動体５００が所定の給電エリアに進入して、第１コイル２２１が給電コイル１３１に対向する位置に停止する。
【００６９】
ワイヤレス給電装置１００から第１電源装置２１０を介して第２電源装置３００に電力伝送することによる第２電源装置３００の蓄電部３５０への蓄電指示が図示しない制御部に入力されると、制御部から第１切替部２４０に第１コイル２２１を中継コイルとして機能させることを示す外部信号が出力されるとともに、第２切替部３３０に第２コイル３１１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号が出力される。
【００７０】
第２切替部３３０は、外部信号を受けて、図６に示すように、第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続するように切り替える。このとき、第１切替部２４０は、外部信号を受けて、図６に示すように、第１コイル２２１を短絡するように切り替える。
【００７１】
ワイヤレス給電装置１００からの給電が開始し、給電コイル１３１がインバータ１２０からの交流電力を受けて交流磁界を発生する。
【００７２】
第１コイル２２１は、給電コイル１３１と対向して配置されていることから、給電コイル１３１が発生する交流磁界により、第１コイル２２１に電磁誘導作用による起電力が生じて交流電流が流れて交流磁界が発生する。第２コイル３１１は、第１コイル２２１と磁気的に結合するように配置されていることから、第１コイル２２１が発生する交流磁界を介して交流電力を受電する。
【００７３】
第２コイル３１１が受電した交流電力は第２変換部３２１に供給され、直流電力に変換されて蓄電部３５０に供給されて蓄電される。
【００７４】
なお、図６に示す例においては、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させたが、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させなくても構わない。次に、移動体５００に搭載された第２電源装置３００が備える蓄電部３５０を充電する場合であって、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させない場合の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。
【００７５】
移動体５００が所定の給電エリアに進入して、第２コイル３１１が給電コイル１３１に対向する位置に停止する。
【００７６】
ワイヤレス給電装置１００から第２電源装置３００に電力伝送することによる第２電源装置３００の蓄電部３５０への蓄電指示が図示しない制御部に入力されると、制御部から第１切替部２４０に第１コイル２２１を中継コイルとして機能させないことを示す外部信号が出力されるとともに、第２切替部３３０に第２コイル３１１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号が出力される。
【００７７】
第２切替部３３０は、外部信号を受けて、図７に示すように、第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続するように切り替える。このとき、第１切替部２４０は、外部信号を受けて、図７に示すように、第１コイル２２１を開放するように切り替える。
【００７８】
ワイヤレス給電装置１００からの給電が開始し、給電コイル１３１がインバータ１２０からの交流電力を受けて交流磁界を発生する。
【００７９】
第２コイル３１１は、給電コイル１３１と対向して配置されていることから、給電コイル１３１が発生する交流磁界を介して交流電力を受電する。
【００８０】
第２コイル３１１が受電した交流電力は第２変換部３２１に供給され、直流電力に変換されて蓄電部３５０に供給されて蓄電される。
【００８１】
このように、移動体５００が走行するために第２電源装置３００から第１電源装置２１０に電力伝送する場合、第２電源装置３００の蓄電部３５０を充電するために第１電源装置２１０又はワイヤレス給電装置１００から第２電源装置３００に電力伝送する場合のいずれにおいても、第２コイル３１１を介して交流電力の授受が行われる。すなわち、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外のコイルと予期せぬ電磁干渉が生じることが抑制される。
【００８２】
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、電力を受けて磁界を発生する給電コイル１３１を有するワイヤレス給電装置１００と、電源装置２００と、を備え、電源装置２００は、移動体５００に搭載される第１電源装置２１０と、移動体５００に対して着脱可能に構成される第２電源装置３００と、を備え、第１電源装置２１０は、磁界を介して交流電力の授受を行う第１コイル２２１を有し、第２電源装置３００は、外部又は第１コイル２２１と磁界を介して交流電力の授受を行う第２コイル３１１と、第２コイル３１１が受電した電力を蓄電又は第２コイル３１１に電力を放出する蓄電部３５０と、を有する。そのため、第１電源装置２１０又は外部から第２電源装置３００に電力伝送を行う場合、第２電源装置３００から第１電源装置２１０に電力伝送を行う場合のいずれにおいても、第２コイル３１１を介して交流電力の授受が行われることとなる。したがって、第２電源装置３００に搭載される、外部との磁気結合を形成するための機器の数を極力少なくすることが可能となる。その結果、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制することができる。
【００８３】
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、電源装置２００において、第１電源装置２１０は、第１コイル２２１から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷２５０に出力する第１変換部２３０と、第１コイル２２１を短絡、開放、又は第１変換部２３０に接続のいずれかに切り替える第１切替部２４０と、を有し、第２電源装置３００は、第２コイル３１１から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５０に出力する第２変換部３２１と、蓄電部３５０から放出される直流電力を交流電力に変換して第２コイル３１１に供給する第３変換部３２２と、を含む電力変換部３２０と、第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続又は第３変換部３２２に接続のいずれかに切り替える第２切替部３３０と、を有している。そのため、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、様々な電力伝送状況に応じて、電力伝送経路を適切に切り替えることが可能となる。
【００８４】
さらに、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、電源装置２００において、第１切替部２４０は、第２切替部３３０が第２コイル３１１を第３変換部３２２に接続するとき、第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続している。そのため、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、第２電源装置３００から第１電源装置２１０への電力伝送経路を適切に確立することができる。
【００８５】
またさらには、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、電源装置２００において、第１切替部２４０は、第２切替部３３０が第２コイル３１１を第２変換部３２１に接続するとき、第１コイル２２１を短絡し、第１コイル２２１及び第２コイル３１１は、互いに磁気的に結合するように配置されている。そのため、外部から第２電源装置３００への電力伝送を行う際に第１コイル２２１が中継コイルとして機能することとなる。したがって、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、外部から第２電源装置３００へ効率よく電力伝送を行うことができる。
【００８６】
（第２実施形態）
次に、図８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８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を示す模式図である。
【００８７】
第２実施形態に係る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、電源装置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、電源装置２００は、第１電源装置２１０と、第２電源装置３００と、を有する。第１電源装置２１０は、第１コイル部２２０と、第１共振コンデンサ２２３と、第１変換部２３０と、第１切替部２４０と、を有し、第２電源装置３００は、第２コイル部３１０と、第２共振コンデンサ３１３と、双方向コンバータ３２３と、蓄電部３５０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、第１コイル部２２０、第１共振コンデンサ２２３、第１変換部２３０、第１切替部２４０、第２コイル部３１０、第２共振コンデンサ３１３、蓄電部３５０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。第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、第２電源装置２１０において、電力変換部３２０に代えて双方向コンバータ３２３を備え、第２切替部３３０は備えない点において、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。
【００８８】
双方向コンバータ３２３は、第２コイル部３１０と蓄電部３５０との間に接続されている。この双方向コンバータ３２３は、蓄電部３５０の充放電動作を制御する機能を有する。具体的には、双方向コンバータ３２３は、第２コイル３１１から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５０に出力して蓄電部３５０の充電を行うとともに、蓄電部３５０から放出される直流電力を交流電力に変換して第２コイル３１１に出力して蓄電部３５０の放電を行う。つまり、双方向コンバータ３２３は、ＡＣ／ＤＣ変換機能とＤＣ／ＡＣ変換機能を併せ持つ双方向コンバータである。この双方向コンバータ３２３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、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やＩＧＢＴなどが挙げられる。
【００８９】
双方向コンバータ３２３の変換動作は、図示しない制御部からの外部信号に基づいて行われる。例えば、使用者により充電動作に関する指示が制御部に入力されると、制御部は双方向コンバータ３２３に変換動作に関する指示を示す外部信号を出力する。具体的には、第２電源装置３００の移動体５００への搭載完了後、第２電源装置３００からの電力供給指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、蓄電部３５０の放電動作を開始させることを示す外部信号を受けて双方向コンバータ３２３が蓄電部３５０から放出される直流電力を交流電力に変換して第２コイル３１１に出力する変換動作を開始する。ここで、使用者による第２電源装置３００からの電力供給指示とは、電気自動車を移動させようとする動作のことである。
【００９０】
また、移動体５００が所定の給電エリアに停止し、ワイヤレス給電装置１００から第１電源装置２１０を介して第２電源装置３００に電力伝送する場合であって、使用者が第２電源装置３００の蓄電部３５０への蓄電指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、蓄電部３５０の充電動作を開始させることを示す外部信号を受けて双方向コンバータ３２３が第２コイル３１１から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５０に出力する変換動作を開始する。
【００９１】
さらに、移動体５００が所定の給電エリアに停止し、ワイヤレス給電装置１００から第２電源装置３００に直接電力伝送する場合であって、使用者が第２電源装置３００の蓄電部３５０への蓄電指示を制御部に入力すると、制御部から出力される、蓄電部３５０の充電動作を開始させることを示す外部信号を受けて双方向コンバータ３２３が第２コイル３１１から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５０に出力する変換動作を開始する。
【００９２】
続いて、図９〜図１１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２０の給電動作について説明する。図９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における電源装置において、第２電源装置から第１電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。図１０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において、ワイヤレス給電装置から第１電源装置を介して第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。図１１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において、ワイヤレス給電装置から第２電源装置へ電力伝送する場合を示す模式図である。
【００９３】
まず、移動体５００に第２電源装置３００が搭載され、移動体５００が走行する場合の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。
【００９４】
第２電源装置３００からの電力供給指示が図示しない制御部に入力されると、制御部から第１切替部２４０に第１コイル２２１を受電コイルとして機能させることを示す外部信号が出力されるとともに、双方向コンバータ３２３に蓄電部３５０の放電動作を開始させることを示す外部信号が出力される。
【００９５】
双方向コンバータ３２３は、外部信号を受けて、図９に示すように、蓄電部３５０の放電を行うように設定される。このとき、第１切替部２４０は、外部信号を受けて、図９に示すように、第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続するように切り替える。これにより、蓄電部３５０から放出された直流電力が双方向コンバータ３２３によって交流電力に変換され、第２コイル３１１に供給される。
【００９６】
第２コイル３１１は、双方向コンバータ３２３から供給された交流電力を受けて交流磁界を発生させる。第１コイル２２１は、第２コイル３１１と磁気的に結合するように配置されていることから、第２コイル３１１が発生する交流磁界を介して交流電力を受電する。
【００９７】
第1コイル２２１が受電した交流電力は第１変換部２３０に供給され、直流電力に変換されて負荷２５０に供給される。そして、移動体５００は、負荷２５０であるモータに供給された電力により駆動力を発生させて移動する。
【００９８】
次に、移動体５００に搭載された第２電源装置３００が備える蓄電部３５０を充電する場合の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。
【００９９】
移動体５００が所定の給電エリアに進入して、第１コイル２２１が給電コイル１３１に対向する位置に停止する。
【０１００】
ワイヤレス給電装置１００から第１電源装置２１０を介して第２電源装置３００に電力伝送することによる第２電源装置３００の蓄電部３５０への蓄電指示が図示しない制御部に入力されると、制御部から第１切替部２４０に第１コイル２２１を中継コイルとして機能させることを示す外部信号が出力されるとともに、双方向コンバータ３２３に蓄電部３５０の充電動作を開始させることを示す外部信号が出力される。
【０１０１】
双方向コンバータ３２３は、外部信号を受けて、図１０に示すように、蓄電部３５０の充電を行うように設定される。このとき、第１切替部２４０は、外部信号を受けて、図１０に示すように、第１コイル２２１を短絡するように切り替える。
【０１０２】
ワイヤレス給電装置１００からの給電が開始し、給電コイル１３１がインバータ１２０からの交流電力を受けて交流磁界を発生する。
【０１０３】
第１コイル２２１は、給電コイル１３１と対向して配置されていることから、給電コイル１３１が発生する交流磁界により、第１コイル２２１に電磁誘導作用による起電力が生じて交流電流が流れて交流磁界が発生する。第２コイル３１１は、第１コイル２２１と磁気的に結合するように配置されていることから、第１コイル２２１が発生する交流磁界を介して交流電力を受電する。
【０１０４】
第２コイル３１１が受電した交流電力は双方向コンバータ３２３に供給され、直流電力に変換されて蓄電部３５０に供給されて蓄電される。
【０１０５】
なお、図１０に示す例においては、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させたが、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させなくても構わない。次に、移動体５００に搭載された第２電源装置３００が備える蓄電部３５０を充電する場合であって、第１コイル２２１を中継コイルとして機能させない場合の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。
【０１０６】
移動体５００が所定の給電エリアに進入して、第２コイル３１１が給電コイル１３１に対向する位置に停止する。
【０１０７】
ワイヤレス給電装置１００から第２電源装置３００に電力伝送することによる第２電源装置３００の蓄電部３５０への蓄電指示が図示しない制御部に入力されると、制御部から第１切替部２４０に第１コイル２２１を中継コイルとして機能させないことを示す外部信号が出力されるとともに、双方向コンバータ３２３に蓄電部３５０の充電動作を開始させることを示す外部信号が出力される。
【０１０８】
双方向コンバータ３２３は、外部信号を受けて、図１１に示すように、蓄電部３５０の充電を行うように設定される。このとき、第１切替部２４０は、外部信号を受けて、図１１に示すように、第１コイル２２１を開放するように切り替える。
【０１０９】
ワイヤレス給電装置１００からの給電が開始し、給電コイル１３１がインバータ１２０からの交流電力を受けて交流磁界を発生する。
【０１１０】
第２コイル３１１は、給電コイル１３１と対向して配置されていることから、給電コイル１３１が発生する交流磁界を介して交流電力を受電する。
【０１１１】
第２コイル３１１が受電した交流電力は双方向コンバータ３２３に供給され、直流電力に変換されて蓄電部３５０に供給されて蓄電される。
【０１１２】
このように、移動体５００が走行するために第２電源装置３００から第１電源装置２１０に電力伝送する場合、第２電源装置３００の蓄電部３５０を充電するために第１電源装置２１０又はワイヤレス給電装置１００から第２電源装置３００に電力伝送する場合のいずれにおいても、第２コイル３１１を介して交流電力の授受が行われる。すなわち、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外のコイルと予期せぬ電磁干渉が生じることが抑制される。
【０１１３】
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、電源装置２００において、第１電源装置２１０は、第１コイル２２１から供給される交流電力を直流電力に変換して負荷２５０に出力する第１変換部２３０と、第１コイル２２１を短絡、開放、又は第１変換部２３０に接続のいずれかに切り替える第１切替部２４０と、を有し、第２電源装置３００は、第２コイル３１１と蓄電部３５０との間に接続される双方向コンバータ３２３を有している。そのため、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、様々な電力伝送状況に対応することが可能となる。
【０１１４】
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、電源装置２００において、第１切替部２４０は、双方向コンバータ３２３によって蓄電部３５０の放電を行うとき、第１コイル２２１を第１変換部２３０に接続している。そのため、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、第２電源装置３００から第１電源装置２１０への電力伝送経路を適切に確立することができる。
【０１１５】
またさらには、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム２０は、電源装置２００において、第１切替部２４０は、双方向コンバータ３２３によって蓄電部３５０の充電を行うとき、第１コイル２２１を短絡し、第１コイル２２１及び第２コイル３１１は、互いに磁気的に結合するように配置されている。そのため、外部から第２電源装置３００への電力伝送を行う際に第１コイル２２１が中継コイルとして機能することとなる。そのため、磁界を介して電力の授受を行うコイル同士以外の周囲の機器との電磁干渉の発生を抑制しつつ、外部から第２電源装置３００へ効率よく電力伝送を行うことができる。
【０１１６】
（第３実施形態）
次に、図１２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２０の構成について説明する。図１２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を示す模式図である。
【０１１７】
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と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、電源装置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、電源装置２００は、第１電源装置２１０と、第２電源装置３００と、を有する。第１電源装置２１０は、第１コイル部２２０と、第１共振コンデンサ２２３と、第１変換部２３０と、第１切替部２４０と、着脱部２６０と、を有し、第２電源装置３００は、第２コイル部３１０と、第２共振コンデンサ３１３と、電力変換部３２０と、第２切替部３３０と、蓄電部３５０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、第１コイル部２２０、第１共振コンデンサ２２３、第１変換部２３０、第１切替部２４０、第２コイル部３１０、第２共振コンデンサ３１３、電力変換部３２０、第２切替部３３０、蓄電部３５０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。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電源装置２１０において、着脱部２６０を備える点において、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。
【０１１８】
着脱部２６０は、第２電源装置３００の取外しを誘導する機能を有する。本実施形態では、図１２に示すように、着脱部２６０は、第２電源装置３００を移動体５００の後方部から外部に取外すよう第２電源装置３００の側面部に対して押圧力が付与可能に構成されている。具体的には、着脱部２６０は、移動体５００が第２電源装置３００の交換エリアに停止し、外部からの第２電源装置３００の取外し指令が入力されると、第２電源装置３００に対して押圧力を付与し、第２電源装置３００の少なくとも一部を移動体５００から露出させるように動作する。このような着脱部２６０としては、直動アクチュエータが挙げられる。ここで、移動体５００からの第２電源装置３００の取外しを円滑にするという観点から、移動体５００に第２電源装置３００の外部への押し出し方向を案内するガイドが設けられていると好ましい。また、第２電源装置３００の取外しの際の移動の促進と摩擦による磨耗の低減を図るため、移動体５００と第２電源装置３００との間にローラなどの回転部材を介在させているとより好ましい。なお、移動体５００から外部に露出された第２電源装置３００は、図示しない外部に設置されたピックアップ機構により、第２電源装置３００の移動体５００から露出した部分をピックアップし、第２電源装置３００を移動体５００から取外すようにしても構わない。あるいは、移動体５００の後方部に図示しないローラコンベアを配置し、着脱部２６０により第２電源装置３００の少なくとも一部がローラコンベア上に移載するように押し出し、ローラコンベアにより第２電源装置を移動体５００から取外すようにしても構わない。
【０１１９】
本実施形態では、着脱部２６０は、第１変換部２３０に接続されている。つまり、着脱部２６０は、第１コイル部２２０によって受電した電力が供給可能に構成されている。ここで、第２電源装置３００を移動体５００から取外す際は、第２電源装置３００から第１電源装置２１０への電力伝送は停止していることから、着脱部２６０は他の電力源から駆動力を得る必要がある。本実施形態では、着脱部２６０が第１変換部２３０に接続されていることから、ワイヤレス給電装置１００が配設された第２電源装置３００の交換エリアに移動体５００が停止すると、着脱部２６０は、第２電源装置３００を移動体５００から取外す際に、給電コイル１３１が発生する磁界を介して第１コイル２２１によって受電した電力により駆動し、第２電源装置３００に対して押圧力を付与して移動体５００からの取外しを誘導することとなる。これにより、着脱部２６０を動作させるための電力源を移動体５００に搭載する必要がなくなることから、移動体５００の簡素化及び軽量化を図ることができる。なお、第２電源装置３００の交換エリアにワイヤレス給電装置１００を配設することが困難な場合は、移動体５００が着脱部２６０を駆動させるための電力源を備えていても構わない。
【０１２０】
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における第２電源装置３００の取外し動作について説明する。
【０１２１】
まず、移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている第２電源装置３００の交換エリアに進入し、第１コイル２２１が給電コイル１３１に対向する位置に停止する。このとき、第１切替部２４０により、第１コイル２２１が第１変換部２３０に接続された状態となっている。
【０１２２】
次に、外部からの第２電源装置３００の取外し指令が着脱部２６０に入力されると、ワイヤレス給電装置１００からの給電が開始し、インバータ１２０から給電コイル１３１に所定の駆動周波数の交流電圧が供給され、給電コイル１３１に交流電流が流れて交流磁界が発生する。
【０１２３】
第１コイル２２１は、給電コイル１３１と対向して配置されていることから、給電コイル１３１が発生する交流磁界を介して交流電力を受電する。
【０１２４】
第１コイル２２１が受電した交流電力は第１変換部２３０に供給され、直流電力に変換されて着脱部２６０に供給される。
【０１２５】
着脱部２６０は、第１変換部２３０からの電力を受けて駆動し、第２電源装置３００に対して押圧力を付与して第２電源装置３００の少なくとも一部を移動体５００から露出させるように動作する。そして、着脱部２６０により第２電源装置３００が所定の取外し誘導位置まで移動すると、着脱部２６０による第２電源装置３００の移動体５００からの取外し誘導動作が完了となる。
【０１２６】
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、電源装置２００において、第２電源装置３００の取外しを誘導する着脱部２６０をさらに備えている。そのため、第２電源装置３００の移動体５００に対する着脱動作を容易に行うことができる。
【０１２７】
また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム３０は、電源装置２００において、着脱部２６０は、第２電源装置３００を取外す際に、給電コイル１３１が発生する磁界を介して第１コイル２２１によって受電した電力により駆動可能に構成されている。ここで、第２電源装置３００を移動体５００から取外す際は、第２電源装置３００から第１電源装置２１０への電力伝送は停止していることから、着脱部２６０は他の電力源から駆動力を得る必要がある。これに対して、着脱部２６０が、給電コイル１３１が発生する磁界を介して第１コイル２２１によって受電した電力により駆動可能に構成されていることで、着脱部２６０を動作させるための電力源を移動体５００に搭載する必要がなくなることから、移動体５００の簡素化及び軽量化を図ることができる。
【０１２８】
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。
【０１２９】
上述の第３実施形態では、着脱部２６０は、第２電源装置３００を移動体５００の後方部から外部に取外すよう第２電源装置３００に対して押圧力を付与する構成となっていたが、着脱部２６０は、第２電源装置３００を移動体５００の上方外部に押し上げるリフトアップ機構であってもよく、第２電源装置３００を移動体５００の後方外部に移載するコンベアシステムであっても構わない。図１３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において、着脱部がリフトアップ機構で構成されている例を示す模式図である。図１４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において、着脱部がコンベアシステムで構成されている例を示す模式図である。図１３に示す例においては、着脱部２６０は、第２電源装置３００を移動体５００の上方部から外部に取外すよう第２電源装置３００の底部に対して押圧力が付与可能に構成されている。例えば、着脱部２６０が、移動体５００の第２電源装置３００の収容空間に配置される、第２電源装置３００を支える支持台から構成され、第２電源装置３００を支持した状態で昇降動作を行うことにより、第２電源装置３００の取外しを誘導することが可能となる。図１４に示す例においては、着脱部２６０は、第２電源装置３００を移動体５００の後方部から外部に取外すよう第２電源装置３００をスライド移構可能に構成されている。例えば、着脱部２６０は、第２電源装置３００の底部に配置される複数の送りローラと、複数の送りローラを駆動させる電動モータから構成され、複数の送りローラの回転動作により、第２電源装置３００の取外しを誘導することが可能となる。いずれの例においても、第２電源装置３００の移動体５００に対する着脱動作を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１０，２０，３０…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、１３４、２２４、３１４…筐体、２００…電源装置、２１０…第１電源装置、２２０…第１コイル部、２２１…第１コイル、２２３…第１共振コンデンサ、２３０…第１変換部、２４０…第１切替部、２５０…負荷、２６０…着脱部、３００…第２電源装置、３１０…第２コイル部、３１１…第２コイル、３１２…磁性体、３１３…第２共振コンデンサ、３２０…電力変換部、３２１…第２変換部、３２２…第３変換部、３２３…双方向コンバータ、３３０…第２切替部、３５０…蓄電部、５００…移動体。
【図１】
2017175704.tif 000003
【図２】
2017175704.tif 000004
【図３】
2017175704.tif 000005
【図４】
2017175704.tif 000006
【図５】
2017175704.tif 000007
【図６】
2017175704.tif 000008
【図７】
2017175704.tif 000009
【図８】
2017175704.tif 000010
【図９】
2017175704.tif 000011
【図１０】
2017175704.tif 000012
【図１１】
2017175704.tif 000013
【図１２】
2017175704.tif 000014
【図１３】
2017175704.tif 000015
【図１４】
2017175704.tif 000016