JP2010246348A - 受電装置、及び送電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電用コイルと移動体に設置された受電用コイルとを用いた磁界共鳴による電力伝送において、車両の位置決めを容易にする技術を提供することを課題とする。
【解決手段】車両３０に搭載され、送電コイルから送電される電力を受電する受電装置２０であって、受電コイル２５を有し、送電コイル１５から磁界共鳴によって送電される電力を受電する受電部２５と、送電コイル１５が送電する電力量と受電部２５が受電する電力量との相関に基づいて電力の受電状態を検知する受電状態検知手段２７と、受電状態検知手段２７が検知する受電状態が良くなるように受電コイル２５の位置を調整する受電コイル調整手段と２９、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、受電装置、及び送電装置に関する。

陸上輸送の分野においては、大気汚染や化石燃料の枯渇に対する懸念から、電力を使って走行する自動車の研究開発が盛んに行われている。電力を使って走行する自動車としては、例えば、二次電池に蓄えた電力で走行するタイプのものがある。自動車に搭載されている二次電池を充電する技術として、走行路に設けられた給電部から非接触で給電を受けて充電するもの（例えば、特許文献１を参照）がある。また、電力を無線伝送する技術として、磁界共鳴により離間している機器へ高い送電効率で電力を送るものがある（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００８−１２０３５７号公報 特開２００８−３０１９１８号公報

磁界共鳴を利用して電力を車両へ無線伝送する場合、その効率を考慮すると車両に設置されている受電用コイルと送電用コイルとの相対的な位置関係を精密に調整する必要がある。しかし、磁界共鳴による電力伝送を実現する上で要求される位置決め精度を満たすように、移動体、例えば自動車や鉄道車両等を所定の位置に精密に停車させることは難しい。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、送電用コイルと移動体に設置された受電用コイルとを用いた磁界共鳴による電力伝送において、車両の位置決めを容易にする技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、送電コイルが送電する電力量と受電部が受電する電力量との相関に基づいて電力の受電状態を検知し、この受電状態が良くなるように受電コイルと送電コイルの相対的な位置を調整し、又は送受電を行うコイルを切り替えることにした。

具体的には、車両に搭載され、送電コイルから送電される電力を受電する受電装置であって、受電コイルを有し、前記送電コイルから磁界共鳴によって送電される電力を受電する受電部と、前記送電コイルが送電する電力量と前記受電部が受電する電力量との相関に基づいて電力の受電状態を検知する受電状態検知手段と、前記受電状態検知手段が検知する前記受電状態が良くなるように前記受電コイルの位置を調整する受電コイル調整手段と、を備える。

磁界共鳴によって伝送される電力の伝送状態は、送電コイルと受電コイルの相対的な位置関係に大きく左右される。これは、換言すると、送電コイルと受電コイルの相対的な位置関係が適正であるか否かを受電状態で判断することができる。そこで、上記受電装置では、受電コイル調整手段が、受電状態が良くなるように受電コイルの位置を調整する。このように構成される受電装置であれば、車両の停車位置が適正な位置から外れている場合
であっても、受電コイル調整手段によって受電コイルの位置が調整されるため、電力を効率的に受電することが可能である。従って、車両の運転者は、車両を規定の位置に正確に停車させなくても済むようになるので、車両の位置決めが容易になる。

また、本発明は、車両に搭載され、送電コイルから送電される電力を受電する受電装置であって、複数の受電コイルを有し、前記送電コイルから磁界共鳴によって送電される電力を受電する受電部と、前記送電コイルが送電する電力量と前記受電部が受電する電力量との相関に基づいて電力の受電状態を検知する受電状態検知手段と、前記複数の受電コイルのうち前記受電状態検知手段が検知する前記受電状態が良い受電コイルが選択されるように、前記送電コイルが送電する電力を受電する受電コイルを切り替える受電コイル切替手段と、を備えるものであってもよい。

コイルの位置を調整する代わりに、複数のコイルを設けておけば、適正な伝送状態を得られるコイルを選択することで効率的な電力の伝送を実現することが可能である。各種の駆動機構を設けてコイルの位置を調整する場合に比べて、動的な機器を減らしながら車両の位置決めを容易にすることが可能となる。

なお、本発明は、送電装置の側面から捉えることも可能である。例えば、車両に搭載された受電コイルへ電力を送電する送電装置であって、送電コイルを有し、前記受電コイルへ磁界共鳴によって電力を送電する送電部と、前記送電部が送電する電力量と前記受電コイルが受電する電力量との相関に基づいて電力の送電状態を検知する送電状態検知手段と、前記送電状態検知手段が検知する前記送電状態が良くなるように前記送電コイルの位置を調整する送電コイル調整手段と、を備えるものであってもよい。或いは、車両に搭載された受電コイルへ電力を送電する送電装置であって、複数の送電コイルを有し、前記受電コイルへ磁界共鳴によって電力を送電する送電部と、前記送電コイルが送電する電力量と前記受電部が受電する電力量との相関に基づいて電力の送電状態を検知する送電状態検知手段と、前記複数の送電コイルのうち前記送電状態検知手段が検知する前記送電状態が良い送電コイルが選択されるように、前記受電コイルへ電力を送電する送電コイルを切り替える送電コイル切替手段と、を備えるものであってもよい。

送電コイルと受電コイル、例えば、地面に固定された送電用コイルと自動車移動体に設置された受電用コイルとを用いた磁界共鳴による電力伝送において、それらコイル間の位置決め、例えば、車両の位置決めを容易にすることが可能となる。

第一実施形態に係る送電ユニット、及び受電ユニットの構成図。 受電コイルの可動方向を示す図。 駆動ユニットの動作機構（前後左右方向）の説明図。 駆動ユニットの動作機構（前後左右方向）の説明図。 駆動ユニットの動作機構（上下方向）の説明図。 位置合わせの処理フロー図。 送電コイルと受電コイルとの間の位置関係を示す図。 送電コイルを流れる電流、コイル間効率、受電コイルを流れる電流と周波数との関係を示すグラフ。 送電コイルと受電コイルとの間の位置関係を示す図。 送電コイルを流れる電流、コイル間効率、受電コイルを流れる電流と周波数との関係を示すグラフ。 無線電力伝送の効率を磁界共鳴の場合と電磁誘導の場合とで比較したグラフ。 第二実施形態に係る送電ユニット、及び受電ユニットの構成図。 変形例に係る送電ユニットの構成図。 切替処理のフロー図。 地面に固定された送電ユニットの上視図。 車両に搭載された受電コイルの位置を示す図。 送電ユニットと受電コイルとの位置関係を示す図。 変形例に係る受電ユニットの受電コイルの配置例を示す図。 前向き駐車の駐車スペースの送電ユニットの設置例を示す図。 変形例に係る受電ユニットの構成図。 誘導コイルが埋め込まれた駐車スペースを示す図。 誘導コイルの形状を示す図。 誘導コイルと受電コイルとの位置関係を示す図。 モニターの車載例を示す図。 車両の進行を案内する画面の一例を示す図。 車両の進行を案内する画面の一例を示す図。 車両が誘導される状態を示す図。 車両の傾きを調整した状態を示す図。 車両の高さを調整した状態を示す図。 渦電流が発生する様子を示した図。 壁に埋め込まれた送電ユニットから送電する様子を示す図。 天井に埋め込まれた送電ユニットから送電する様子を示す図。 車両の高さを調整した状態を示す図。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第一実施形態である送電ユニット１０、及び受電ユニット２０（本発明でいう受電装置に相当する）の構成図である。送電ユニット１０は、車両が走行する路面や駐車場等の地面に固定されるものであり、図１に示すように、通信アンテナ１１、送受信ユニット１２、コンバータ１３、駆動アンプ１４、送電コイル１５、共振制御ユニット１６、発振回路１８、及びこれらを制御する送電コントローラ１７を備えている。また、受電ユニット２０は、車両に搭載されるものであり、図１に示すように、通信アンテナ２１、送受信ユニット２２、共振制御ユニット２６、受電コイル２５、整流回路２８、及びこれらを制御する受電コントローラ２７を備えている。受電ユニット２０は、送電ユニット１０から送電される電力を車両の充放電制御装置３１へ中継する役割を司る。車両は、電力を主動力源あるいは補助動力源として走行する自動車であり、車両を前進あるいは後退させる電気モータ３２や、電気モータ３２へ電力を供給するバッテリ３３を搭載している。充放電制御装置３１は、バッテリ３３の残量に応じて受電ユニット２０から供給される電力を制御したり、電気モータ３２が要求する電力や電気モータ３２から回生される電力に応じてバッテリ３３の充放電を制御したりする。

上記送電ユニット１０、及び受電ユニット２０は、以下のように協働することで電力の伝送を行う。送電ユニット１０が設置されている位置に受電ユニット２０を搭載した車両が駐車され、送電コイル１５と受電コイル２５とが所定の位置関係になると、送電コントローラ１７と受電コントローラ２７が各送受信ユニットを介して互いに通信を行う。具体的には、受電コントローラ２７は、充放電制御装置３１を介してバッテリ３３の残量に空きがあることを検知すると、送受信ユニット２２を介して送電ユニット１０へ電力の送電を要求する旨のデータを送信する。送受信ユニット２２を介して受電ユニット２０から送電を要求する旨のデータを取得した送電コントローラ１７は、コンバータ１３が外部から得て直流にした電力を、駆動アンプ１４を介して送電コイル１５へ流す。このとき、送電コントローラ１７は、発振回路１８が生成する周波数の電力を駆動アンプ１４が送電コイ
ル１５に流し、共振制御ユニット１６が送電コイル１５を発振回路１８が発生する信号の周波数と同一周波数で共振するように制御する。受電ユニット２０側の受電コントローラ２７は、送電コイル１５の共振周波数を送電ユニット１０から出力される磁界によって受電コイル２５で発生する電力の周波数と合わせることで共振させる。受電コイル２５から出力される電力は、整流回路２８で整流された後、充放電制御装置３１を介してバッテリ３３へ蓄えられる。

ここで、受電ユニット２０の受電コイル２５は、受電コイル２５の位置を自在に変更可能な駆動ユニット２９に据え付けられており、駆動ユニット２９のサーボモータ２９ａが作動することで受電コイル２５の位置を動かすことが可能なように構成されている。なお、ここでは回転駆動アクチュエータとしてサーボモータ２９を用いているため、コイルに対して車のボディと同様磁性シールドが必要となるが、コンプレッサなどを駆動源とした非電磁気モータならシールドが不要である。図２は、受電コイル２５の可動方向を示す図である。車両３０に搭載された受電ユニット２０の受電コイル２５は、駆動ユニット２９によって図２に示すように前後方向、左右方向、上下方向へ移動可能なように構成されており、地面に固定された送電ユニット１０に対して相対的に移動可能なように構成されている。

図３は、駆動ユニット２９の動作機構のうち特に前後左右方向の動作を司る機構の説明図である。駆動ユニット２９は、図３に示すように、偏心カム２９ｂが受電コイル２５にベアリング２９ｄを介して嵌っており、カムの中心軸２９ｃがサーボモータ２９ａに連結されている。サーボモータ２９ａが作動することで偏心カム２９ｂが回転し、受電コイル２５が前後左右へ移動する。なお、駆動ユニット２９は、偏心カムを使ったものに限定されるものでなく、例えば、クランクシャフトを用いたものであっても良い。図４は、クランクシャフトを使った駆動ユニット２９の動作機構の説明図である。この変形例に係る駆動ユニット２９は、図４に示すように、中心軸２９ｅにおいてサーボモータ２９ａにより回動可能なように構成されたクランクシャフト２９ｆが受電コイル２５に連結されており、受電コイル２５を前後方向あるいは左右方向へ移動可能なように構成されている。

図５は、駆動ユニット２９の動作機構のうち特に上下方向の動作を司る機構の説明図である。駆動ユニット２９は、図５に示すように、内周面に図示しない案内ピンが設けられたコイルユニット２９ｇ、コイルユニット２９ｇに嵌合し、案内ピンが左右方向へ動くのを規制する固定フランジ２９ｈ、及びサーボモータ２９ａに連結され、該サーボモータ２９ａによって回動されると、固定フランジ２９ｈによって左右回転方向への動きが規制された案内ピンを上下方向へスライドさせることでコイルユニット２９ｇを上下へ動かす溝カム２９ｉを備えている。駆動ユニット２９の上下方向の動作を司る動作機構がこのように構成されていることにより、サーボモータ２９ａの回転駆動で受電コイル２５が上下に動く。なお、駆動ユニット２９は、前後方向、左右方向、上下方向への移動を実現可能であるものに限定されるものでなく、例えば、左右方向のみ、あるいは前後方向と左右方向のみといった具合に、必要となる可動方向に応じて構成を適宜変更し得る。

次に、受電ユニット２０で実行される受電コイル２５の位置合わせの処理フローについて説明する。図６は、受電ユニット２０で実行される位置合わせの処理内容を示すフロー図である。受電コントローラ２７は、送電ユニット１０から送信される電力の受電を開始したのち（Ｓ１０１）、受電効率を算出する処理を行う（Ｓ１０２）。受電効率の算出は、次のようにして行われる。まず、受電コントローラ２７が、送受信ユニット２２を介して送電ユニット１０と通信を行い、送電コイル１５が送信している送電電力量を取得する。次に、受電コントローラ２７は、受電コイル２５が受信している受電電力量を取得する。電力量の取得は、図示しない電力量計により測定される。そして、受電コントローラ２７は、受電電力量から送電電力量を除算することで受電効率を得る。受電効率を得るため
に実行されるこれら一連の処理は、後述においても同様とする。

受電コントローラ２７は、受電効率を得たら、以下に示す処理を実行することで受電コイル２５の位置を調整し、受電効率が最も高くなる位置を探る。すなわち、受電コントローラ２７は、受電効率を得たら（Ｓ１０２）、サーボモータ２９ａを正転させて受電コイル２５の位置を動かす（Ｓ１０３）。この処理は、受電効率を最も高くなる位置を探ることを目的とするものであるため、受電コイル２５を動かす量は、所望の調整精度に応じて予め設定されたものである。受電コントローラ２７は、受電コイル２５の位置を動かしたら、受電効率を算出する処理（Ｓ１０４）を再び実行する。受電コントローラ２７は、受電コイル２５の位置を動かす前と後の受電効率を取得したら、両者を比較する（Ｓ１０５）。そして、受電コントローラ２７は、受電効率が向上している場合、サーボモータ２９ａを再び正転させる（Ｓ１０３）。一方、受電効率が向上しなかった場合、サーボモータ２９ａを逆転させる（Ｓ１０６）。そして、再び受電効率を算出する（Ｓ１０７）。受電コントローラ２７は、サーボモータ２９ａを逆転させても受電効率が低下する場合、サーボモータ２９ａを逆転させる前の受電コイル２５の位置が概ね適切な位置、すなわち、受電効率が最も高くなる位置にあると判断し、サーボモータ２９ａを一旦正転させて（Ｓ１０９）一連の処理を終了する。一方、受電コントローラ２７は、サーボモータ２９ａを逆転させても受電効率が低下しない場合、受電効率が低下するまで逆転を続ける（Ｓ１０８）。この処理は、サーボモータ２９ａを正転させても受電効率が向上しなかった場合、逆転させれば受電効率が向上するものとみなし、受電効率が低下し始めるところまで逆転させることで受電コイル２５を適切な位置に動かすものである。受電効率が低下したら、一旦正転して位置を戻し（Ｓ１０９）、一連の処理を終了する。上記一連の処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０９）により、送電ユニット１０から送電される電力を受電ユニット２０が効率的に受電できるようになる。

図７は送電コイル１５と受電コイル２５との間の位置関係を示し、図８は送電コイル１５を流れる電流、コイル間効率、受電コイル２５を流れる電流と周波数との関係を示すグラフである。電流値は０ｄＢが１Ａｒｍｓであり、コイル間効率は−１０ｄＢ＝０．１倍である。図７に示すように、送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離が１００ｍｍの場合、両コイルは図８に示すような特性となる。すなわち、周波数が１ＭＨｚにおいてコイル間の効率が最も高くなる。なお、図９に示すように送電コイル１５と受電コイル２５との間の距離を５００ｍｍにした場合、距離を１００ｍｍにしていた場合に発生していたスプリットは消えるものの、コイル間効率が高くなる周波数は狭くなる。

図１１は、無線電力伝送の効率を磁界共鳴の場合と電磁誘導の場合とで比較したグラフである。図１１に示すように、磁界共鳴で電力を伝送する場合、コイル間の距離が０〜数百ｍｍと幅広い範囲に渡って高い伝送効率で電力を伝送することが可能である。これに対し、電磁誘導で電力を伝送する場合、コイル間の距離が離れるに従って伝送効率が急速に低下する。よって、地面と車両の下面との間のように、コイル同士の間隔を不可避的にある程度離間させなければならないような状況で電力を無線伝送する場合、磁界共鳴が有効であることが判る。電磁誘導のようにコイル同士を接触させざるを得ない場合、互いのコイルの相対的な位置関係が必然的に定まるため、両者を物理的に接触させて係合してしまえば位置関係の相違による伝送効率の低下が問題になることはない。しかし、磁界共鳴を使い、両コイルを離間させて電力伝送を実現する場合、車両と路面のように両者を物理的に係合して相対的な位置関係を規制することは難しい。しかし、上記受電ユニット２０によれば、車両の位置が多少ずれていても両コイルの相対的な位置関係が適切な状態に調整されるため、高効率で電力を伝送することが可能となる。

次に、本発明の第二実施形態について説明する。図１２は、本発明の第二実施形態である送電ユニット１０’（本発明でいう送電装置に相当する）、及び受電ユニット２０’の
構成図である。本実施形態に係る送電ユニット１０’、及び受電ユニット２０’は、上述した第一実施形態に係る送電ユニット１０、及び受電ユニット２０とほぼ同様の構成であるが、駆動ユニットが受電ユニット側ではなく、送電ユニット側に設けられている。すなわち、送電ユニット１０’の送電コイル１５は、送電コイル１５の位置を自在に変更可能な駆動ユニット１９に据え付けられており、駆動ユニット１９のサーボモータ１９ａが作動することで送電コイル１５の位置を前後方向、左右方向、上下方向へ動かすことが可能なように構成されている。その他の構成や処理フローについては上述した実施形態と同様である。このような送電ユニット１０’によれば、車両の位置が多少ずれていても両コイルの相対的な位置関係が適切な状態に調整されるため、高効率で電力を伝送することが可能となる。

次に、上述した第一実施形態や第二実施形態の変形例について説明する。上述した各実施形態においては、送電コイルや受電コイルの位置を駆動ユニットで動かし、対峙する相手方のコイルとの相対的な位置関係を調整していた。しかし、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態を以下のように変形することもできる。図１３は、上記第二実施形態に係る送電ユニット１０’を変形した送電ユニット１０”の構成図である。本変形例に係る送電ユニット１０”は、図１３に示すように、複数の送電コイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを備えており、サーボモータ２９ａの代わりに切替スイッチＳＷが設けられている。切替スイッチＳＷは、駆動アンプ１４の出力先の送電コイルを切り替えるものであり、送電コントローラ１７’からの指令で回路を切り替える。その他の構成は同様である。

次に、送電ユニット１０”で実行される送電コイルの切替処理のフローについて説明する。図１４は、送電ユニット１０”で実行される切替処理の内容を示すフロー図である。送電コントローラ１７’は、送電を開始したのち（Ｓ２０１）、送電効率を算出する処理を行う（Ｓ２０２）。送電効率の算出は、記述した受電効率の算出と同様である。

送電コントローラ１７’は、送電効率を得たら、以下に示す処理を実行することで送電に最適なコイルを探る。すなわち、送電コントローラ１７’は、送電効率を得たら（Ｓ２０２）、切替スイッチＳＷを作動させて送電するコイルを切り替える（Ｓ２０３）。送電コントローラ１７’は、送電するコイルを切り替えたら、送電効率を算出する処理（Ｓ２０４）を再び実行する。送電コントローラ１７’は、送電するコイルの切替前と切替後の送電効率を取得したら、両者を比較する（Ｓ２０５）。そして、送電コントローラ１７’は、送電効率が向上している場合、切替スイッチＳＷを再び動作させて送電するコイルを切り替える（Ｓ２０３）。一方、送電効率が向上しなかった場合、切替スイッチＳＷを切り戻す（Ｓ２０６）。そして、再び送電効率を算出する（Ｓ２０７）。送電コントローラ１７’は、切替スイッチＳＷを切り戻すと送電効率が低下する場合、切り戻し前に選択中だったコイルが概ね適切なコイル、すなわち、送電効率が最も高くなるコイルであると判断し、再び切替スイッチＳＷを切り替えて（Ｓ２０９）一連の処理を終了する。一方、送電コントローラ１７’は、切替スイッチＳＷを切り戻しても送電効率が低下しない場合、送電効率が低下するまで切替スイッチＳＷの切り戻しを続ける（Ｓ２０８）。そして、送電効率が低下したら一旦切替スイッチＳＷを切り替え（Ｓ２０９）、一連の処理を終了する。上記一連の処理（Ｓ２０２〜Ｓ２０９）により、送電ユニット１０が送電する電力を受電ユニット２０が効率的に受電できるようになる。

図１５は、地面に固定された送電ユニット１０”を上から見た図である。送電ユニット１０”が備える３つの送電コイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、図１５に示すように、２つの車止め４１の間に整列している。図１６は、車両３０に搭載された受電コイル２５の位置を示す図である。内燃機関の動力をモータと併用して走行するハイブリッド電気車両３０の場合、図１６に示すように、車両３０の床下には排気管が設置される。この排気管と
干渉するのを避けるため、受電コイル２５を車両の中心からずらした位置に設置せざるを得ない場合がある。図１７は、受電コイル２５が中心からずらした位置に設置されている場合の、送電ユニット１０”と受電コイル２５との位置関係を示す図である。受電コイル２５が車両３０の中心からずれた位置に設置されている場合、受電コイル２５と送電ユニット１０”との位置関係もオフセットされている分だけずれる。しかし、本変形例に係る送電ユニット１０”によれば、このようなオフセットが存在しても効率的に電力を伝送することが可能になる。なお、送電コイルは、上述したように３つでなくても２つあるいは４つ以上であってもよい。

上記変形例は、受電ユニット側についても同様に適用可能である。この場合、複数の受電コイルは、上述した送電ユニット１０”のように横方向に整列させてもよいが、縦に整列させてもよい。図１８は、この場合の受電コイルの配置例を示す図である。複数の受電コイル２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、図１８に示すように、車両３０の前部分、中心部分、後ろ部分にそれぞれ設置してもよい。このように構成すれば、次のようなメリットがある。図１９は、高速道路のサービスエリアのように前向き駐車になっている駐車スペースに送電ユニットが設置されている場合の例を示す図である。図１９に示すように、前向き駐車の駐車スペースにおいて、送電コイル１５が図に示すように前側部分に埋め込まれていたとする。送電コイル１５がこのように配置されている駐車スペースであっても、受電コイル２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを前後に複数並べた受電ユニットであれば、受電に最も適するコイルを選択することが可能であるため、受電ユニットが電力を効率的に受電することが可能である。

ところで、上述した各実施形態や変形例では、コイルの位置を動かしたりコイルを切り替えたりして電力の伝送効率を改善していた。しかし、本発明は、車両の駐車位置を制御することにより電力の伝送効率を改善するようにしてもよい。図２０は、本変形例に係る受電ユニット２０”の構成図である。本実施形態に係る受電ユニット２０”の構成は、駆動ユニット２９が無い代わりに、車両３０に搭載されている運転制御装置へ受電コントローラ２７’が制御信号を送る。ここで、運転制御装置とは、車両の走行状態を制御する機器を制御するものであり、例えば、車両のステアリングやアクセル、ブレーキを電子制御する機器類である。受電ユニット２０”は、地面に設置された誘導用のコイルから発せられる磁界に沿って車両３０を所定の駐車位置へ案内し、停車させる。受電ユニット２０”の構成は、駆動ユニット２９の有無以外、第一実施形態の受電ユニット２０とほぼ同様である。

このように構成される受電ユニット２０”では、以下のような動作が行われる。図２１は、本変形例に係る受電ユニット２０”を搭載した車両が駐車される駐車スペースを示した図である。本変形例は、図２１に示すように、送電コイル１５が埋め込まれた駐車スペースに、車両を電磁誘導で案内するための誘導コイル４０が埋め込まれている。誘導コイル４０は、図２２（ａ）に示すように、等幅の誘導コイルであってもよいし、図２２（ｂ）に示すように、送電コイル１５に近づくにつれて案内精度が高くなるように非等幅の誘導コイルであってもよい。この誘導コイル４０から発せられる磁界を、図２３に示すように受電コイル２５が検知する。そして、受電コイル２５がこの誘導コイル４０の磁場から離れないように、受電コントローラ２７’が車両の運転制御装置を制御する。このように構成される受電ユニット２０”によれば、受電コイル２５が送電コイル１５の真上に来るように車両が誘導されるため、送電ユニット１０が送信する電力を効率的に受電することが可能となる。

なお、この受電ユニット２０”は、上述したように車両３０の運転制御装置を受電コントローラ２７’が直接的に制御するもののみならず、車両３０の運転者へ運転操作を案内することで車両３０の動きを間接的に制御するものであってもよい。例えば、図２４に示
すように車内にモニター３４が設置されており、このモニターに車両３０の後方の様子が映し出される車両３０に受電ユニット２０”が搭載されている場合、受電コントローラ２７’は、車両３０が進むべき方向を画面に示すことで運転者へ運転操作を案内する。運転を案内する画面の例としては、例えば、図２５に示すように、車両３０が進行すべき方向を矢印で案内したり、或いは図２６に示すように、地面に固定されている送電コイル１５と車両３０に搭載されている受電コイル２５との相対的な位置関係のずれをバーグラフやターゲットマークで視覚的に示したりするものが挙げられる。

上記受電ユニット２０”では、車両３０の位置ずれを検知した受電コントローラ２７’が車両３０の動きを制御することで、車両３０が図２７に示すように適正な位置へ誘導される。前後方向の位置関係が車止め４１によって規定されていれば、誘導コイル４０により左右方向の位置関係が規定されるので、受電コイル２５と送電コイル１５の相対的な位置関係を適正にすることができる。

なお、上述した各実施形態や変形例では、受電コイル２５と送電コイル１５との相対的な位置関係を調整する場合の態様について説明してきたが、本発明は、例えば、指向性の各コイルの中心軸の傾きを一致させるものであってもよい。すなわち、図２８に示すように、車両３０を傾けることで受電コイル２５の中心軸と送電コイル１５の中心軸の角度を一致させる。車両３０の傾きについても、上述した第一実施形態と同様、車両３０を段階的に傾かせて受電効率が最も高くなる角度を同定する。車両３０を傾かせる機構としては、例えば、アクティブエアサスペンションを搭載した車両３０であれば、サスペンションの駆動機構を作動させて車体の左側の高さと右側の高さを変える。４輪あるサスペンションの長さを適宜変えることで車体を傾かせることが可能である。車両３０の傾きを調整可能なようにすれば、荷物が左右の何れかに偏った状態で搭載されていたり、路面の一部が窪んだりしていていることにより車両３０が傾いているような場合であっても、送電コイル１５から受電コイル２５へ電力を効率的に伝送することが可能となる。なお、アクティブエアサスペンションで車両３０の高さを調整する場合、車両３０の傾きのみならず、例えば、図２９に示すように、車両３０全体の高さを上げ下げすることで送電コイル１５と受電コイル２５の間隔を適切な距離に調整することも可能となる。

上述した各実施形態や変形例に係る受電ユニットや送電ユニットで構成される充電システムであれば、車両に搭載されているバッテリを容易に充電することが可能となる。このため、自宅の駐車場のみならず、ショッピングセンターやコンビニエンスストアの駐車場といった短時間しか駐車されない場所に設置しても容易に充電することが可能である。このような場所でも車両を正確に位置合わせすることなく容易に位置決めを行って充電することが可能となれば、頻繁な充電が可能となるため、車両に搭載するバッテリの小型化を図ることが可能であり、電力を使った交通インフラの構築に際して著しい貢献をすることができる。

ところで、ワイヤレス送電を行う送電側、受電側ユニットを受電側装置、送電側設備に取り付けた場合、ユニット背面側等に鉄板等の磁性体が存在する場合がある。例えば、自動車に受電側ユニットを設置した場合、どうしても自動車のシャーシやボディ等の磁性体（鉄板）が受電側ユニットの背面等に存在することになる。この場合、磁性体に送電による磁気が達することになって磁性体内に渦電流が発生し、図３０に示すように渦電流によるエネルギー喪失を招いて送電効率が低下することになる。

そこで、上記各実施形態や変形例においては、ワイヤレス送電を行う送電側、受電側のそれぞれのコイルの近傍、具体的には背面に磁気シールドシートを配置している。尚、この磁気シールドシートとしては、偏平状軟磁性粉末を含んだ合成ゴムシート（例えば、大同特殊鋼株式会社製フレキシブルノイズ抑制シート「ＤＰＲ」等）等を用いることができ
る。

具体的には、例えば、図３１のように送受電のそれぞれのコイルを対面配置させ、送電側は送電コイルの背面に磁気シールドシート、受電側である車側は受電コイル、磁気シールドシート、車（ＢＯＤＹ）の順に配置することが好ましい。磁気シールドシートの大きさはコイルを覆うことができるようにコイルの直径よりも十分大きいと良い。また、コイル及び磁気シールドシートの方向、配置、距離等は送電効率を考慮して、例えば実験で確かめながら適宜設定すれば良い。もちろん、効率を考慮し、シートの折り曲げ（コイルの覆い方）、及び形状、厚み、大きさ等も、実験等を通して適宜設計すれば良い。また、磁気シールドシート背後への磁気は遮蔽されるので、受電する車両側の乗客及び電子機器への送電エネルギーの影響は殆どなくなる効果もある。

なお、上記実施形態や変形例では、地面に送電コイルが埋められて車両側に送電する場合を例に説明したが、本発明は、例えば、図３２に示すように壁に埋め込まれた送電ユニットで横方向へ送電したり、図３３に示すように天井に埋め込まれた送電ユニットで下方向へ送電したりすることも可能である。この場合においても、車両を最適な位置に配置することを上記各実施形態や変形例と同様の構成で実現可能である。

１０、１０’、１０”・・送電ユニット
２０、２０’、２０”・・受電ユニット
１５、１５ａ，１５ｂ、１５ｃ・・送電コイル
２５、２５ａ，２５ｂ、２５ｃ・・受電コイル
１７、１７’・・送電コントローラ
２７、２７’・・受電コントローラ
１９、２９・・駆動ユニット
３０・・車両
４０・・誘導コイル
ＳＷ・・切替スイッチ

Claims (5)

1. 車両に搭載され、送電コイルから送電される電力を受電する受電装置であって、
   受電コイルを有し、前記送電コイルから磁界共鳴によって送電される電力を受電する受電部と、
   前記送電コイルが送電する電力量と前記受電部が受電する電力量との相関に基づいて電力の受電状態を検知する受電状態検知手段と、
   前記受電状態検知手段が検知する前記受電状態が良くなるように前記受電コイルの位置を調整する受電コイル調整手段と、を備える、
   受電装置。
2. 車両に搭載された受電コイルへ電力を送電する送電装置であって、
   送電コイルを有し、前記受電コイルへ磁界共鳴によって電力を送電する送電部と、
   前記送電部が送電する電力量と前記受電コイルが受電する電力量との相関に基づいて電力の送電状態を検知する送電状態検知手段と、
   前記送電状態検知手段が検知する前記送電状態が良くなるように前記送電コイルの位置を調整する送電コイル調整手段と、を備える、
   送電装置。
3. 車両に搭載され、地面に固定された送電コイルから送電される電力を受電する受電装置であって、
   複数の受電コイルを有し、前記送電コイルから磁界共鳴によって送電される電力を受電する受電部と、
   前記送電コイルが送電する電力量と前記受電部が受電する電力量との相関に基づいて電力の受電状態を検知する受電状態検知手段と、
   前記複数の受電コイルのうち前記受電状態が良い受電コイルが選択されるように、前記送電コイルが送電する電力を受電する受電コイルを切り替える受電コイル切替手段と、を備える、
   受電装置。
4. 車両に搭載された受電コイルへ電力を送電する送電装置であって、
   複数の送電コイルを有し、前記受電コイルへ磁界共鳴によって電力を送電する送電部と、
   前記送電コイルが送電する電力量と前記受電部が受電する電力量との相関に基づいて電力の送電状態を検知する送電状態検知手段と、
   前記複数の送電コイルのうち前記送電状態が良い送電コイルが選択されるように、前記受電コイルへ電力を送電する送電コイルを切り替える送電コイル切替手段と、を備える、
   送電装置。
5. 前記受電コイル調整手段は、前記車両の走行を制御し、或いは、前記車両の運転を行う運転者へ該車両の運転操作を案内することで、前記受電状態検知手段が検知する前記受電状態が良くなるように前記受電コイルの位置を調整する、
   請求項１に記載の受電装置。

Images