JP2011250555A - 給電システムおよび車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】共鳴法を用いた給電システムおよび車両において、効率のよい給電を簡易な構成で実現する。
【解決手段】給電設備100における高周波電源装置110の反射電力RFの検出値が通信装置150によって給電設備100から車両200へ送信される。車両200には、一次自己共振コイル130および一次コイル120から成る送電用共鳴器ならびに二次自己共振コイル210および二次コイル220から成る受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器230が設けられ、給電設備100から受信した高周波電源装置110の反射電力RFの検出値に基づいてインピーダンス整合器230が制御される。
【選択図】図1

Description

この発明は、給電システムおよび車両に関し、特に、給電設備の送電用共鳴器と車両に搭載される受電用共鳴器とが電磁場を介して共鳴することにより給電設備から車両へ非接触で給電する給電システムおよび車両に関する。
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド自動車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した自動車や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した自動車等である。
ハイブリッド自動車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。
一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波を用いた送電、および共鳴法による送電の3つの技術が知られている。
このうち、共鳴法は、一対の共鳴器(たとえば一対の共鳴コイル)を電磁場(近接場)において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数kWの大電力を比較的長距離(たとえば数m)送電することも可能である。
この共鳴法を用いて車両外部の給電設備から車両へワイヤレスで給電する給電システムとして、たとえば、特開2009−106136号公報に開示されたものが知られている(特許文献1参照)。
特開2009−106136号公報
上記のような共鳴法を用いた給電システムにおいて、給電設備から車両へ効率よく給電するには、給電設備側の送電用共鳴器および車両側の受電用共鳴器によって構成される共鳴系の入力インピーダンスを、送電用共鳴器へ電力を供給する電源側のインピーダンスに整合させる必要がある。インピーダンスの整合が取れていないときは、電源装置への反射電力が大きくなり、効率のよい給電を実現することができない。
上記の特開2009−106136号公報には、インピーダンスの具体的な調整(整合)方法については特に明記されていない。また、インピーダンスの調整に際しては、できるだけ簡易な構成で実現可能とすることが望ましい。
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、共鳴法を用いた給電システムおよび車両において、効率のよい給電を簡易な構成で実現することである。
この発明によれば、給電システムは、給電設備と、給電設備から給電を受ける受電装置とを備える。給電設備は、電源装置と、送電用共鳴器と、第1の通信装置とを含む。電源装置は、所定の周波数を有する電力を発生する。送電用共鳴器は、電源装置により発生された電力を受け、車両へ非接触で送電するための電磁場を発生する。第1の通信装置は、給電設備側の電力情報を受電装置へ送信する。受電装置は、受電用共鳴器と、インピーダンス整合器と、第2の通信装置と、制御装置とを含む。受電用共鳴器は、送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から非接触で受電する。インピーダンス整合器は、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのものである。第2の通信装置は、第1の通信装置から送信される電力情報を受信する。そして、制御装置は、第2の通信装置によって受信した電力情報に基づいてインピーダンス整合器を制御する。
好ましくは、給電設備は、電源装置の反射電力を検出する検出装置をさらに含む。第1の通信装置は、反射電力の検出値を電力情報として受電装置へ送信する。制御装置は、第2の通信装置によって受信した反射電力の検出値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。
また、好ましくは、第1の通信装置は、給電設備から受電装置へ送電される予め定められた電力値を電力情報として受電装置へ送信する。制御装置は、第2の通信装置によって受信した電力値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。
好ましくは、インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含む。制御装置は、共鳴系より電源装置側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるようにインピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する。
好ましくは、受電装置は、蓄電装置と、充電器と、整流器とをさらに含む。充電器は、受電用共鳴器によって受電された電力を受けて蓄電装置を充電する。整流器は、受電用共鳴器と充電器との間に設けられる。そして、インピーダンス整合器は、受電用共鳴器と整流器との間に設けられる。
また、この発明によれば、車両は、給電設備から非接触で給電を受ける車両である。給電設備は、車両へ非接触で送電するための電磁場を送電用共鳴器により発生するとともに給電設備側の電力情報を車両へ送信する。車両は、受電用共鳴器と、インピーダンス整合器と、通信装置と、制御装置とを備える。受電用共鳴器は、送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から非接触で受電する。インピーダンス整合器は、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのものである。通信装置は、給電設備から送信される電力情報を受信する。制御装置は、通信装置によって受信した電力情報に基づいてインピーダンス整合器を制御する。
好ましくは、所定の周波数を有する電力を発生して送電用共鳴器へ供給する電源装置の反射電力が給電設備において検出されて電力情報として車両へ送信される。制御装置は、通信装置によって受信した反射電力の検出値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。
また、好ましくは、給電設備から車両へ送電される予め定められた電力値が電力情報として給電設備から車両へ送信される。制御装置は、通信装置によって受信した電力値に基づいてインピーダンス整合器を制御する。
好ましくは、インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含む。制御装置は、共鳴系より電源側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるようにインピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する。
好ましくは、車両は、蓄電装置と、充電器と、整流器とをさらに備える。充電器は、受電用共鳴器によって受電された電力を受けて蓄電装置を充電する。整流器は、受電用共鳴器と充電器との間に設けられる。そして、インピーダンス整合器は、受電用共鳴器と整流器との間に設けられる。
この発明においては、給電設備側の電力情報が給電設備から受電装置へ送信される。受電装置には、送電用共鳴器および受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器が設けられ、給電設備から受信した電力情報に基づいてインピーダンス整合器が制御される。これにより、受電装置側のみで共鳴系のインピーダンスが調整される。したがって、この発明によれば、共鳴法を用いた給電システムおよび車両において、効率のよい給電を簡易な構成で実現することができる。
この発明の実施の形態1による給電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電に関する部分の等価回路図である。 図1に示すインピーダンス整合器の回路構成の一例を示した図である。 図1に示す車両ECUにより実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。 図1に示す車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略構成図である。 変形例における車両ECUにより実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2における車両ECUにより実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。
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。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による給電システムの全体構成図である。図1を参照して、この給電システムは、給電設備100と、車両200とを備える。給電設備100は、高周波電源装置110と、一次コイル120と、一次自己共振コイル130と、電源ECU(Electronic Control Unit)140と、通信装置150とを含む。
高周波電源装置110は、所定の周波数を有する電力を生成して一次コイル120へ供給する。この高周波電源装置110により生成される電力は、一次自己共振コイル130と車両200の二次自己共振コイル210との磁場共鳴により一次自己共振コイル130から二次自己共振コイル210へ非接触で送電が行なわれるための高周波電力であり、その周波数は、たとえば1MHz〜10数MHzである。
また、高周波電源装置110は、図示されない反射電力センサを含み、高周波電源装置110から一次コイル120への電力供給時に発生する反射電力RFを反射電力センサにより検出して電源ECU140へ出力する。
一次コイル120は、電磁誘導により一次自己共振コイル130と磁気的に結合するように構成され、高周波電源装置110から供給される高周波電力を電磁誘導によって一次自己共振コイル130へ供給する。
一次自己共振コイル130は、コイル自身のインダクタンスとキャパシタC1の容量とによって形成されるLC共振コイルである。一次自己共振コイル130は、車両200の二次自己共振コイル210と電磁場を介して共鳴することにより二次自己共振コイル210へ非接触で送電する。この一次自己共振コイル130は、二次自己共振コイル210との距離や、二次自己共振コイル210と共鳴する際の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル130と二次自己共振コイル210との共鳴強度を示すQ値およびその結合度を示すκが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。なお、キャパシタC1を設けることなく、コイル自身の浮遊容量を一次自己共振コイル130の容量成分としてもよい。
電源ECU140は、上述した所定の周波数を有する電力を高周波電源装置110が生成するように高周波電源装置110を制御する。また、電源ECU140は、高周波電源装置110から反射電力RFの検出値を受け、その受けた反射電力RFの検出値を車両200へ送信するように通信装置150へ出力する。通信装置150は、車両200の通信装置260と無線通信を行なうための通信インターフェースであり、電源ECU140から受ける反射電力RFの検出値を車両200へ送信する。
一方、車両200は、二次自己共振コイル210と、二次コイル220と、インピーダンス整合器230と、負荷240と、車両ECU250と、通信装置260とを含む。
二次自己共振コイル210は、コイル自身のインダクタンスとキャパシタC2の容量とによって形成されるLC共振コイルである。二次自己共振コイル210は、給電設備100の一次自己共振コイル130と電磁場を介して共鳴することにより一次自己共振コイル130から非接触で受電する。この二次自己共振コイル210も、一次自己共振コイル130との距離や共鳴周波数等に基づいて、Q値およびκが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。なお、キャパシタC2を設けることなく、コイル自身の浮遊容量を二次自己共振コイル210の容量成分としてもよい。
二次コイル220は、電磁誘導により二次自己共振コイル210と磁気的に結合するように構成され、二次自己共振コイル210により受電された電力を電磁誘導により取出してインピーダンス整合器230へ出力する。
インピーダンス整合器230は、二次コイル220と負荷240との間に設けられ、給電設備100の一次コイル120および一次自己共振コイル130ならびに車両200の二次自己共振コイル210および二次コイル220によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するための回路である。インピーダンス整合器230は、車両ECU250によってそのインピーダンスが変更されることによって共鳴系のインピーダンスを変更することができる。このインピーダンス整合器230の回路構成については、後ほど説明する。
負荷240は、給電設備100から電力の供給を受ける車両200の負荷を総括的に示したものである。負荷240は、後述のように、たとえば、二次自己共振コイル210によって受電された高周波電力を整流する整流器や、整流器により整流された電力を受ける充電器、充電器によって充電される蓄電装置などを含む。
車両ECU250は、負荷240を制御する。一例として、給電設備100から車両200への給電時においては、車両ECU250は、負荷240内で受電電力を受ける充電器(図示せず)により負荷240内の蓄電装置(図示せず)を充電するように充電器を制御する。
また、車両ECU250は、通信装置260によって受信された、高周波電源装置110の反射電力RFの検出値に基づいてインピーダンス整合器230を制御する。より詳しくは、車両ECU250は、一次コイル120および一次自己共振コイル130ならびに二次自己共振コイル210および二次コイル220によって構成される共鳴系より高周波電源装置110側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように、インピーダンス整合器230のインピーダンスを調整する。
通信装置260は、給電設備100の通信装置150と無線通信を行なうための通信インターフェースであり、給電設備100から受信した反射電力RFの検出値を車両ECU250へ出力する。
次に、共鳴法による非接触送電の原理について簡単に説明する。
図2は、共鳴法による送電に関する部分の等価回路図である。なお、この図2では、インピーダンス整合器230は図示されていない。図2を参照して、共鳴法では、2つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する2つのLC共振回路が電磁場(近接場)において共鳴することによって、一方のLC共振回路から他方のLC共振回路へ電磁場を介して電力が伝送される。
具体的には、一次コイル120に高周波電源装置110を接続し、電磁誘導により一次コイル120と磁気的に結合される一次自己共振コイル130へ高周波電力を供給する。一次自己共振コイル130は、自身と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル210と電磁場(近接場)を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル130から二次自己共振コイル210へ電磁場を介してエネルギー(電力)が移動する。二次自己共振コイル210へ移動したエネルギー(電力)は、電磁誘導により二次自己共振コイル210と磁気的に結合される二次コイル220によって取出され、負荷240へ供給される。
入力側ポートP1と出力側ポートP2との間に設けられる、一次コイル120、一次自己共振コイル130、二次自己共振コイル210および二次コイル220によって構成される共鳴系のインピーダンスは、高周波電源装置110から負荷240へ供給される電力によって変化する。
そこで、再び図1を参照して、この実施の形態1では、給電設備100から給電を受ける車両200において、共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器230が設けられる。そして、高周波電源装置110の反射電力の検出値が給電設備100から車両200へ送信され、車両200において反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置110側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスが調整される。より具体的には、車両200において反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、高周波電源装置110の反射電力が極小になるように共鳴系のインピーダンスが調整される。
図3は、図1に示したインピーダンス整合器230の回路構成の一例を示した図である。図3を参照して、インピーダンス整合器230は、可変コンデンサ232,234と、コイル236とを含む。
可変コンデンサ232は、二次コイル220(図1)に並列に接続される。可変コンデンサ234は、負荷240(図1)に並列に接続される。コイル236は、可変コンデンサ232の一端と可変コンデンサ234の一端との間に接続され、可変コンデンサ232の他端と可変コンデンサ234の他端とは、電気的に接続される。
このインピーダンス整合器230では、可変コンデンサ232,234の少なくとも一方の容量を変更することによってインピーダンスが変更される。なお、可変コンデンサ232,234の少なくとも一方を非可変のもので構成してもよいし、コイル236を可変コイルで構成してもよい。
図4は、図1に示した車両ECU250により実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。図4を参照して、車両ECU250は、給電設備100から受電中であるか否かを判定する(ステップS10)。給電設備100から受電中でないと判定されると(ステップS10においてNO)、車両ECU250は、以降の一連の処理を実行することなくステップS40へ処理を移行する。
ステップS10において、給電設備100から受電中であると判定されると(ステップS10においてNO)、車両ECU250は、給電設備100における高周波電源装置110の反射電力の検出値を通信装置260によって給電設備100から取得する(ステップS20)。
そして、車両ECU250は、取得した反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置110側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスを調整する。具体的には、車両ECU250は、反射電力の検出値に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、高周波電源装置110の反射電力が極小になるように共鳴系のインピーダンスを調整する(ステップS30)。
図5は、図1に示した車両200の一例として示されるハイブリッド自動車の概略構成図である。図5を参照して、車両200は、蓄電装置310と、システムメインリレーSMR1と、昇圧コンバータ320と、インバータ330,332と、モータジェネレータ340,342と、エンジン350と、動力分割装置360と、駆動輪370とを含む。また、車両200は、二次自己共振コイル210と、二次コイル220と、インピーダンス整合器230と、整流器380と、充電器390と、システムメインリレーSMR2と、車両ECU250と、通信装置260とをさらに含む。
車両200は、エンジン350およびモータジェネレータ342を動力源として搭載する。エンジン350およびモータジェネレータ340,342は、動力分割装置360に連結される。そして、車両200は、エンジン350およびモータジェネレータ342の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン350が発生する動力は、動力分割装置360によって2経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪370へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ340へ伝達される経路である。
モータジェネレータ340は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ340は、動力分割装置360を介してエンジン350の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置310の充電状態(「SOC(State Of Charge)」とも称される。)が予め定められた値よりも低くなると、エンジン350が始動してモータジェネレータ340により発電が行なわれ、蓄電装置310が充電される。
モータジェネレータ342も、交流回転電機であり、モータジェネレータ340と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ342は、蓄電装置310に蓄えられた電力およびモータジェネレータ340により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ342の駆動力は、駆動輪370に伝達される。
また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪370を介してモータジェネレータ342の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ342が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ342は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ342により発電された電力は、蓄電装置310に蓄えられる。
動力分割装置360は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン350のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ340の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ342の回転軸および駆動輪270に連結される。
システムメインリレーSMR1は、蓄電装置310と昇圧コンバータ320との間に配設され、車両ECU250からの信号に応じて蓄電装置310を昇圧コンバータ320に電気的に接続する。昇圧コンバータ320は、正極線PL2の電圧を蓄電装置310の出力電圧以上の電圧に昇圧する。なお、昇圧コンバータ320は、たとえば直流チョッパ回路から成る。インバータ330,332は、それぞれモータジェネレータ340,342を駆動する。なお、インバータ330,332は、たとえば三相ブリッジ回路から成る。
二次自己共振コイル210および二次コイル220は、図1や図2で説明したとおりである。また、インピーダンス整合器230は、図1や図3で説明したとおりである。整流器380は、二次コイル220によって取出された交流電力を整流する。システムメインリレーSMR2は、整流器380と蓄電装置310との間に配設され、車両ECU250からの信号に応じて整流器380を蓄電装置310に電気的に接続する。
車両ECU250は、走行モード時、システムメインリレーSMR1,SMR2をそれぞれオン,オフにする。そして、車両ECU250は、車両の走行時、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ320およびモータジェネレータ340,342を駆動するための信号を生成し、その生成した信号を昇圧コンバータ320およびインバータ330,332へ出力する。
また、給電設備100(図1)から車両200への給電が行なわれるとき、車両ECU250は、システムメインリレーSMR2をオンにする。これにより、二次自己共振コイル210によって受電された電力が蓄電装置310へ供給される。そして、給電設備100から車両200への給電時、車両ECU250は、充電器390を制御するとともに、インピーダンス整合器230を制御することによって共鳴系のインピーダンスを上述のように調整する。
なお、システムメインリレーSMR1,SMR2をともにオンさせることによって、車両の走行中に給電設備1から受電することも可能である。
なお、二次自己共振コイル210からみて整流器380以降の各機器によって、図1に示した負荷240が構成される。
以上のように、この実施の形態1においては、高周波電源装置110の反射電力の検出値が給電設備100から車両200へ送信される。車両200には、給電設備100の一次コイル120および一次自己共振コイル130ならびに車両200の二次自己共振コイル210および二次コイル220によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器230が設けられ、給電設備100から受信した反射電力の検出値に基づいてインピーダンス整合器230が制御される。これにより、車両200側のみで共鳴系のインピーダンスが調整される。したがって、この実施の形態1によれば、効率のよい給電を簡易な構成で実現することができる。
[変形例]
上記の実施の形態1においては、高周波電源装置110の反射電力の検出値を給電設備100から車両200へ送信し、車両200において受信された反射電力の検出値に基づいて共鳴系のインピーダンスを調整するものとした。
ところで、上述したように、共鳴系のインピーダンスは、高周波電源装置110から負荷240へ供給される電力によって変化する。これは、言い換えると、高周波電源装置110から負荷240へ供給される電力に応じて共鳴系のインピーダンスは変化し、すなわち、高周波電源装置110から負荷240へ供給される電力に応じて共鳴系の最適なインピーダンスが変化する。
そこで、高周波電源装置110から負荷240へ送電される電力が分かっていれば、その電力値を給電設備100から車両200へ送信し、車両200においてその電力値に基づいて共鳴系のインピーダンスを調整してもよい。
この変形例による給電システムの全体構成は、図1に示した実施の形態1による給電システムと同じである。
図6は、この変形例における車両ECU250により実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。図6を参照して、給電設備100から受電中であると判定されると(ステップS110においてYES)、車両ECU250は、給電設備100から車両200へ送電される電力値を通信装置260によって給電設備100から取得する(ステップS120)。すなわち、この変形例においては、高周波電源装置110から負荷240へ送電される予め定められた電力値が給電設備100から車両200へ送信され、車両200の通信装置260によってその電力値が受信される。
そして、車両ECU250は、その取得した電力値に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、共鳴系のインピーダンスを調整する(ステップS130)。より詳しくは、車両ECU250は、給電設備100から取得した電力値に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置110側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスを調整する。
上述のように、共鳴系のインピーダンスは、高周波電源装置110から負荷240へ供給される電力によって変化する。そこで、一例として、高周波電源装置110から負荷240へ送電される電力に応じてインピーダンス整合器230によるインピーダンスの調整量を予め決定しておき、給電設備100から取得した電力値に基づいてインピーダンス整合器230を制御することによって共鳴系のインピーダンスを調整することができる。
以上のように、この変形例によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることが可能である。
[実施の形態2]
上記の実施の形態1および変形例においては、給電設備100側の電力情報(実施の形態1においては、反射電力の検出値、変形例においては、給電設備100から車両へ送電される電力値)に基づいて共鳴系のインピーダンスを調整するものとした。この実施の形態2では、給電設備100から車両200へ供給される電力を一定とし、車両200の負荷240(図1)の受電電力に基づいて共鳴系のインピーダンスが調整される。
この実施の形態2による給電システムの全体構成は、図1に示した実施の形態1による給電システムと基本的に同じであるが、給電設備150の通信装置150および車両200の通信装置260は設けなくてもよい。
図7は、実施の形態2における車両ECU250により実行されるインピーダンス調整の処理手順を説明するためのフローチャートである。図7を参照して、給電設備100から受電中であると判定されると(ステップS210においてYES)、車両ECU250は、負荷240(図1)の受電電力を検出する(ステップS220)。一例として、充電器390(図5)において電力が検出され、その検出値が車両ECU250へ出力される。
そして、車両ECU250は、検出された負荷240の受電電力に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、共鳴系より高周波電源装置110側のインピーダンスに共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように共鳴系のインピーダンスを調整する。具体的には、車両ECU250は、負荷240の受電電力に基づきインピーダンス整合器230を制御することによって、負荷240の受電電力が極大となるように共鳴系のインピーダンスを調整する(ステップS230)。
以上のように、この実施の形態2によっても、車両200側のみで共鳴系のインピーダンスを調整できるので、効率のよい給電を簡易な構成で実現することができる。
なお、上記の実施の形態1および変形例においては、通信装置150,260を用いて給電設備100から車両200へ電力情報を送信するものとしたが、給電設備100から車両200へ送出される電力に電力情報を信号として重畳することによって給電設備100から車両200へ電力情報を送信することも可能である。
また、上記の各実施の形態においては、一次コイル120を用いて電磁誘導により一次自己共振コイル130への給電を行ない、二次コイル220を用いて電磁誘導により二次自己共振コイル210から電力を取出すものとしたが、一次コイル120を設けることなく高周波電源装置110から一次自己共振コイル130へ直接給電し、二次コイル220を設けることなく二次自己共振コイル210から電力を直接取出してもよい。
また、上記においては、一対の自己共振コイルを共鳴させることによって送電するものとしたが、共鳴器として一対の自己共振コイルに代えて一対の高誘電体ディスクを用いてもよい。高誘電体ディスクは、高誘電率材から成り、たとえばTiO2やBaTi49、LiTaO3等が用いられる。
また、上記においては、車両200の一例として、動力分割装置360によりエンジン350の動力を分割して駆動輪370とモータジェネレータ340とに伝達可能なシリーズ/パラレル型のハイブリッド自動車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド自動車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータ340を駆動するためにのみエンジン350を用い、モータジェネレータ342でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車や、エンジン350が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド自動車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド自動車などにもこの発明は適用可能である。また、この発明は、エンジン350を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置310に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。
なお、上記において、車両200は、この発明における「受電装置」の一実施例に対応し、高周波電源装置110は、この発明における「電源装置」の一実施例に対応する。また、一次自己共振コイル130および一次コイル120は、この発明における「送電用共鳴器」の一実施例を形成し、二次自己共振コイル210および二次コイル220は、この発明における「受電用共鳴器」の一実施例を形成する。さらに、通信装置150,260は、それぞれこの発明における「第1の通信装置」および「第2の通信装置」の一実施例に対応し、車両ECU250は、この発明における「制御装置」の一実施例に対応する。
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。
100 給電設備、110 高周波電源装置、120 一次コイル、130 一次自己共振コイル、140 電源ECU、150,260 通信装置、210 二次自己共振コイル、220 二次コイル、230 インピーダンス整合器、232,234 可変コンデンサ、236 コイル、240 負荷、250 車両ECU、310 蓄電装置、320 昇圧コンバータ、330,332 インバータ、340,342 モータジェネレータ、350 エンジン、360 動力分割装置、370 駆動輪、380 整流器、390 充電器、SMR1,SMR2 システムメインリレー。

Claims (10)

  1. 給電設備と、
    前記給電設備から給電を受ける受電装置とを備え、
    前記給電設備は、
    所定の周波数を有する電力を発生する電源装置と、
    前記電源装置により発生された電力を受け、前記受電装置へ非接触で送電するための電磁場を発生する送電用共鳴器と、
    前記給電設備側の電力情報を前記受電装置へ送信する第1の通信装置とを含み、
    前記受電装置は、
    前記送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から非接触で受電する受電用共鳴器と、
    前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器と、
    前記第1の通信装置から送信される前記電力情報を受信する第2の通信装置と、
    前記第2の通信装置によって受信した前記電力情報に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する制御装置とを含む、給電システム。
  2. 前記給電設備は、前記電源装置の反射電力を検出する検出装置をさらに含み、
    前記第1の通信装置は、前記反射電力の検出値を前記電力情報として前記受電装置へ送信し、
    前記制御装置は、前記第2の通信装置によって受信した前記反射電力の検出値に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する、請求項1に記載の給電システム。
  3. 前記第1の通信装置は、前記給電設備から前記受電装置へ送電される予め定められた電力値を前記電力情報として前記受電装置へ送信し、
    前記制御装置は、前記第2の通信装置によって受信した前記電力値に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する、請求項1に記載の給電システム。
  4. 前記インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含み、
    前記制御装置は、前記共鳴系より前記電源装置側のインピーダンスに前記共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する、請求項1から請求項3のいずれかに記載の給電システム。
  5. 前記受電装置は、
    蓄電装置と、
    前記受電用共鳴器によって受電された電力を受けて前記蓄電装置を充電する充電器と、
    前記受電用共鳴器と前記充電器との間に設けられる整流器とをさらに含み、
    前記インピーダンス整合器は、前記受電用共鳴器と前記整流器との間に設けられる、請求項1から請求項4のいずれかに記載の給電システム。
  6. 給電設備から非接触で給電を受ける車両であって、前記給電設備は、前記車両へ非接触で送電するための電磁場を送電用共鳴器により発生するとともに前記給電設備側の電力情報を前記車両へ送信し、
    前記送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から非接触で受電する受電用共鳴器と、
    前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器と、
    前記給電設備から送信される前記電力情報を受信する通信装置と、
    前記通信装置によって受信した前記電力情報に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する制御装置とを備える、車両。
  7. 所定の周波数を有する電力を発生して前記送電用共鳴器へ供給する電源装置の反射電力が前記給電設備において検出されて前記電力情報として前記車両へ送信され、
    前記制御装置は、前記通信装置によって受信した前記反射電力の検出値に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する、請求項6に記載の車両。
  8. 前記給電設備から前記車両へ送電される予め定められた電力値が前記電力情報として前記給電設備から前記車両へ送信され、
    前記制御装置は、前記通信装置によって受信した前記電力値に基づいて前記インピーダンス整合器を制御する、請求項6に記載の車両。
  9. 前記インピーダンス整合器は、インピーダンス可変回路を含み、
    前記制御装置は、前記共鳴系より電源側のインピーダンスに前記共鳴系の入力インピーダンスを整合させるように前記インピーダンス可変回路のインピーダンスを調整する、請求項6から請求項8のいずれかに記載の車両。
  10. 蓄電装置と、
    前記受電用共鳴器によって受電された電力を受けて前記蓄電装置を充電する充電器と、
    前記受電用共鳴器と前記充電器との間に設けられる整流器とをさらに備え、
    前記インピーダンス整合器は、前記受電用共鳴器と前記整流器との間に設けられる、請求項6から請求項9のいずれかに記載の車両。
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