JP2012257395A - 非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】共鳴法を用いた非接触電力伝送システムにおいて、双方向に電力伝送を可能とする。
【解決手段】車両２００の共鳴コイル２１０は、送電装置１００の共鳴コイル１５０と電磁場を介して共鳴することにより、共鳴コイル１５０から出力される交流電力を非接触で受電する。インバータ２４０は、共鳴コイル２１０により受電された交流電力を電磁誘導コイル２３０から受け、直流に変換して電力線へ出力する。また、インバータ２４０は、共鳴コイル２１０から送電装置１００の共鳴コイル１５０へ電力を出力するために、上記電力線から受ける直流電力を交流に変換して電磁誘導コイル２３０へ出力し、電磁誘導コイル２３０によって共鳴コイル２１０へ電力が供給される。
【選択図】図１

Description

この発明は、非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システムに関し、特に、一対の共鳴器が電磁場を介して共鳴することにより非接触で電力伝送を行なう技術に関する。

電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス電力伝送が大きく注目されている。このワイヤレス電力伝送技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた電力伝送、マイクロ波を用いた電力伝送、および共鳴法による電力伝送の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電力伝送技術であり、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。

国際公開第２０１０／３５３２１号パンフレット（特許文献１）は、車両外部の給電装置から電動車両へ共鳴法を用いて非接触で電力を供給する給電システムを開示する。この給電システムにおいては、給電装置の一次自己共振コイルと電動車両の二次自己共振コイルとが電磁場を介して共鳴することにより、給電装置から電動車両へ非接触で給電が行なわれる。二次自己共振コイルによって受電された電力は、整流器により整流され、ＤＣ／ＤＣコンバータにより電圧変換されて蓄電装置へ供給される（特許文献１参照）。

国際公開第２０１０／３５３２１号パンフレット 特開２００８−２８９２７３号公報 特開２００５−２１０８４３号公報 国際公開第２０１０／１３１３４６号パンフレット 特開２０１０−１８３８１３号公報

上記の国際公開第２０１０／３５３２１号パンフレットに開示された給電システムは、共鳴法を用いて車両外部の給電設備から電動車両へ高効率に給電することができる点で有用であるが、電動車両から車両外部へ電力を出力するための仕組みについては、特に検討されていない。

共鳴法を用いて送電装置（給電設備）から受電装置（車両等）へ高効率に給電するシステムにおいて、受電装置（車両等）から送電装置や共鳴器を備える電気負荷へ電力を出力することができれば、たとえば、非常・災害時の非常用電源として車両等を利用することができる。

それゆえに、この発明の目的は、共鳴法を用いた非接触電力伝送システムにおいて、双方向に電力伝送を可能とすることである。

この発明によれば、非接触受電装置は、送電装置から出力される電力を非接触で受電する非接触受電装置であって、受電用共鳴器と、インバータとを備える。受電用共鳴器は、送電装置の送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより、送電用共鳴器から出力される交流電力を非接触で受電するように構成される。インバータは、受電用共鳴器により受電された交流電力を直流に変換して電力線へ出力するとともに、受電用共鳴器から外部へ電力を出力するために上記電力線から受ける直流電力を交流に変換して受電用共鳴器へ出力する。

好ましくは、非接触受電装置は、直流電源と、コンバータとをさらに備える。コンバータは、直流電源と上記電力線との間に接続され、上記電力線の電圧を調整するように構成される。

さらに好ましくは、非接触受電装置は、電動機によって走行可能な電動車両に搭載される。コンバータは、直流電源と電動機の駆動装置との間に設けられる走行用コンバータである。そして、非接触受電装置は、接続装置をさらに備える。接続装置は、受電用共鳴器からの電力出力時、走行用コンバータを上記電力線に電気的に接続するためのものである。

好ましくは、非接触受電装置は、制御装置をさらに備える。制御装置は、送電用共鳴器および受電用共鳴器間の電力の伝送状況に基づいて送電用共鳴器および受電用共鳴器間の位置ずれを検出し、その位置ずれが伝送状況に基づき定められる所定の範囲内であるときにインバータおよびコンバータを駆動する。

さらに好ましくは、制御装置は、送電用共鳴器および受電用共鳴器間の位置ずれの大きさに基づいてインバータおよびコンバータを制御する。

また、好ましくは、非接触受電装置は、制御装置をさらに備える。制御装置は、送電用共鳴器および受電用共鳴器間の電力の伝送状況に基づいて送電用共鳴器および受電用共鳴器間の位置ずれを検出し、その位置ずれが伝送状況に基づき定められる所定の範囲内であるときにインバータを駆動する。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの非接触受電装置を備える。
また、この発明によれば、非接触送電装置は、受電装置へ電力を非接触で出力する非接触送電装置であって、電源部と、送電用共鳴器と、抵抗回路とを備える。電源部は、所定の周波数を有する交流電力を生成する。送電用共鳴器は、受電装置の受電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより、電源部から供給される交流電力を受電用共鳴器へ非接触で出力するように構成される。抵抗回路は、電源部と送電用共鳴器との間の電力線対間に設けられ、受電用共鳴器から出力される電力を送電用共鳴器が受電する場合に実行される送電用共鳴器と受電用共鳴器との位置ずれ検出時に、電力線対間に電気的に接続される。

好ましくは、抵抗回路は、一定の抵抗値を有する抵抗器と、リレーとを含む。リレーは、抵抗器に直列に接続され、位置ずれ検出時に導通状態になる。

また、この発明によれば、非接触電力伝送システムは、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムである。送電装置は、電源部と、送電用共鳴器とを備える。電源部は、所定の周波数を有する交流電力を生成する。送電用共鳴器は、電源部から供給される交流電力を受電装置へ非接触で出力するように構成される。受電装置は、受電用共鳴器と、インバータとを備える。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、送電用共鳴器から出力される交流電力を非接触で受電するように構成される。インバータは、受電用共鳴器により受電された交流電力を直流に変換して電力線へ出力するとともに、受電用共鳴器から外部へ電力を出力するために上記電力線から受ける直流電力を交流に変換して受電用共鳴器へ出力する。

好ましくは、受電装置は、直流電源と、コンバータとをさらに備える。コンバータは、直流電源と上記電力線との間に接続され、上記電力線の電圧を調整するように構成される。

さらに好ましくは、受電装置は、電動機によって走行可能な電動車両に搭載される。コンバータは、直流電源と電動機の駆動装置との間に設けられる走行用コンバータである。受電装置は、接続装置をさらに備える。接続装置は、受電用共鳴器からの電力出力時、走行用コンバータを上記電力線に電気的に接続するためのものである。

好ましくは、送電装置は、抵抗回路をさらに備える。抵抗回路は、電源部と送電用共鳴器との間の電力線対間に設けられ、受電用共鳴器から出力される電力を送電用共鳴器が受電する場合に実行される送電用共鳴器と受電用共鳴器との位置ずれ検出時に、電力線対間に電気的に接続される。

さらに好ましくは、抵抗回路は、一定の抵抗値を有する抵抗器と、リレーとを含む。リレーは、抵抗器に直列に接続され、位置ずれ検出時に導通状態になる。

この発明においては、受電装置において受電用共鳴器と電力線との間に双方向に電力変換可能なインバータが設けられるので、受電用共鳴器により受電された交流電力を直流に変換して電力線へ出力するとともに、上記電力線から受ける直流電力を交流に変換して受電用共鳴器から外部へ電力を出力することができる。したがって、この発明によれば、共鳴法を用いた非接触電力伝送システムにおいて、双方向に電力伝送をすることができる。

実施の形態１による非接触電力伝送システムの全体構成図である。 共鳴法による電力伝送の原理を説明するための図である。 図１に示す送電装置のＥＣＵの機能ブロック図である。 図１に示す車両のＥＣＵの機能ブロック図である。 送電装置および車両間の電力伝送に関する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による非接触電力伝送システムの全体構成図である。 実施の形態２における送電装置および車両間の電力伝送に関する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３による非接触電力伝送システムの全体構成図である。

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による非接触電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この非接触電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置としての車両２００とを備える。

送電装置１００は、電源部１１０と、抵抗回路１２０と、電圧センサ１２５と、インピーダンス整合器１３０と、電磁誘導コイル１４０と、共鳴コイル１５０と、コンデンサ１６０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する。）１７０と、通信装置１８０とを含む。

電源部１１０は、系統電源１９０から電力を受けて高周波の交流電力を生成する。生成される交流電力の周波数は、たとえば１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚ程度である。電源部１１０は、ＥＣＵ１７０からの指令に従って、上記交流電力の生成および停止ならびに出力電力を制御する。

抵抗回路１２０は、リレー１２２と、抵抗１２４とを含む。リレー１２２および抵抗１２４は、電源部１１０とインピーダンス整合器１３０との間に配設される電力線対間に直列に接続される。リレー１２２は、ＥＣＵ１７０によって制御される。抵抗１２４は、一定の抵抗値を有する。

この非接触電力伝送システムにおいては、送電装置１００から車両２００への送電とともに車両２００から送電装置１００への送電も可能である。そして、この抵抗回路１２０は、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合に共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出するのに用いられる。すなわち、上記の位置ずれ検出時にリレー１２２がオンされることにより、車両２００から送電装置１００へ所定の調整用電力（一定電力）が出力されたときのインピーダンスを常に一定にすることができ、電圧センサ１２５により検出される受電電圧等から共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出することができる。

電圧センサ１２５は、抵抗回路１２０よりも共鳴コイル１５０側に設けられ、たとえば抵抗回路１２０とインピーダンス整合器１３０との間に設けられる。電圧センサ１２５は、車両２００から送電装置１００への送電時に送電装置１００における受電電圧を検出してＥＣＵ１７０へ出力する。

インピーダンス整合器１３０は、電源部１１０と電磁誘導コイル１４０との間に設けられ、内部のインピーダンスを変更可能に構成される。インピーダンス整合器１３０は、ＥＣＵ１７０からの指令に従ってインピーダンスを変更することにより、電磁誘導コイル１４０、共鳴コイル１５０およびコンデンサ１６０、ならびに車両２００の共鳴コイル２１０、コンデンサ２２０および電磁誘導コイル２３０を含む共鳴系のインピーダンスを電源部１１０のインピーダンスと整合させる。なお、インピーダンス整合器１３０は、たとえば、可変コンデンサおよびコイルによって構成される。

電磁誘導コイル１４０は、電磁誘導結合によって共鳴コイル１５０と磁気的に結合可能であり、送電装置１００から車両２００への送電が行なわれる場合に電源部１１０により生成される交流電力を共鳴コイル１５０へ供給する。一方、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、電磁誘導コイル１４０は、共鳴コイル１５０によって受電された電力を電磁誘導により取出して出力する。

共鳴コイル１５０は、車両２００に搭載される共鳴コイル２１０と電磁場を介して共鳴することにより共鳴コイル１５０，２１０間で電力伝送可能に構成される。送電装置１００から車両２００への送電が行なわれる場合には、共鳴コイル１５０は、電磁誘導コイル１４０から供給される交流電力を、互いに共鳴する車両２００の共鳴コイル２１０へ伝送する。車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、共鳴コイル１５０は、互いに共鳴する共鳴コイル２１０から送出される電力を受電する。コンデンサ１６０は、共鳴コイル１５０の共振周波数を調整するためのものであり、たとえば共鳴コイル１５０の両端部間に接続される。

なお、共鳴コイル１５０は、車両２００の共鳴コイル２１０との距離や送電周波数等に基づいて、Ｑ値が大きく（たとえば、Ｑ＞１００）かつ結合度κが小さくなるようにコイル径や巻数が適宜設定される。なお、この共鳴による電力伝送は、Ｑ値が小さくかつ結合度κが大きくなるように設計される電磁誘導とは異なる電力伝送技術である。

なお、電磁誘導コイル１４０は、電源部１１０から共鳴コイル１５０への給電および共鳴コイル１５０からの電力の取出しを容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル１４０を設けない構成としてもよい。また、共鳴コイル１５０の浮遊容量を利用してコンデンサ１６０を設けない構成としてもよい。

ＥＣＵ１７０は、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、送電装置１００から車両２００への送電を制御する。また、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、ＥＣＵ１７０は、抵抗回路１２０のリレー１２２をオンにし、車両２００から送電装置１００へ調整用電力が出力されたときの電圧センサ１２５の検出電圧に基づいて共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出する。また、ＥＣＵ１７０は、送電装置１００および車両２００間の電力伝送に必要な情報（送電開始や停止、送電電力、受電電力、受電電圧など）を車両２００とやり取りするために、通信装置１８０を用いた車両２００との通信を制御する。通信装置１８０は、車両２００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。

一方、車両２００は、共鳴コイル２１０と、コンデンサ２２０と、電磁誘導コイル２３０と、インバータ２４０と、電圧センサ２４５と、抵抗回路２５０と、蓄電装置２６０と、動力出力装置２７０と、ＥＣＵ２８０と、通信装置２９０とを含む。

共鳴コイル２１０は、送電装置１００の共鳴コイル１５０と電磁場を介して共鳴することにより共鳴コイル１５０，２１０間で電力伝送可能に構成される。送電装置１００から車両２００への送電が行なわれる場合には、共鳴コイル２１０は、互いに共鳴する共鳴コイル１５０から送出される電力を受電する。車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、共鳴コイル２１０は、電磁誘導コイル２３０から供給される交流電力を、互いに共鳴する共鳴コイル２１０へ伝送する。コンデンサ２２０は、共鳴コイル２１０の共振周波数を調整するためのものであり、たとえば共鳴コイル２１０の両端部間に接続される。

なお、共鳴コイル２１０も、送電装置１００の共鳴コイル１５０との距離や送電周波数等に基づいて、Ｑ値が大きくかつ結合度κが小さくなるようにコイル径や巻数が適宜設定される。

電磁誘導コイル２３０は、電磁誘導結合によって共鳴コイル２１０と磁気的に結合可能であり、送電装置１００から車両２００への送電が行なわれる場合に共鳴コイル２１０によって受電された電力を電磁誘導により取出してインバータ２４０へ出力する。一方、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、電磁誘導コイル２３０は、インバータ２４０から出力される交流電力を共鳴コイル２１０へ供給する。

なお、電磁誘導コイル２３０も、共鳴コイル２１０からの電力の取出しおよびインバータ２４０から共鳴コイル２１０への給電を容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル２３０を設けない構成としてもよい。また、共鳴コイル２１０の浮遊容量を利用してコンデンサ２２０を設けない構成としてもよい。

インバータ２４０は、電磁誘導コイル２３０により取出された交流電力を直流電力に変換して蓄電装置２６０へ出力する。一方、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、インバータ２４０は、蓄電装置２６０あるいは動力出力装置２７０から供給される直流電力を高周波の交流電力に変換して電磁誘導コイル２３０へ出力する。インバータ２４０によって生成される交流電力の周波数は、送電装置１００から車両２００への送電時に送電装置１００の電源部１１０により生成される交流電力の周波数と同等であり、たとえば１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚ程度である。

電圧センサ２４５は、抵抗回路２５０よりも共鳴コイル２１０側に設けられ、たとえばインバータ２４０と抵抗回路２５０との間に設けられる。電圧センサ２４５は、送電装置１００から車両２００への送電時に車両２００における受電電圧を検出してＥＣＵ２８０へ出力する。

抵抗回路２５０は、リレー２５２と、抵抗２５４とを含む。リレー２５２および抵抗２５４は、インバータ２４０と蓄電装置２６０との間に配設される電力線対間に直列に接続される。リレー２５２は、ＥＣＵ２８０によって制御される。抵抗２５４は、一定の抵抗値を有する。この抵抗回路２５０は、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出するのに用いられる。すなわち、リレー２５２がオンされることにより、送電装置１００から車両２００へ所定の調整用電力（一定電力）が出力されたときのインピーダンスを常に一定にすることができ、電圧センサ２４５により検出される受電電圧等から共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出することができる。

蓄電装置２６０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池によって構成される。蓄電装置２６０は、インバータ２４０から出力される電力を蓄えるほか、動力出力装置２７０によって発電される電力も蓄える。そして、蓄電装置２６０は、その蓄えられた電力を動力出力装置２７０へ供給する。また、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、蓄電装置２６０は、インバータ２４０へ電力を供給する。なお、蓄電装置２６０として大容量のキャパシタも採用可能である。

動力出力装置２７０は、蓄電装置２６０に蓄えられる電力を用いて車両２００の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力出力装置２７０は、たとえば、蓄電装置２６０から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力出力装置２７０は、蓄電装置２６０を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンを含んでもよい。

ＥＣＵ２８０は、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、送電装置１００からの受電を制御する。また、ＥＣＵ２８０は、抵抗回路２５０のリレー２５２をオンにすることによって、送電装置１００から車両２００へ調整用電力が出力されたときの電圧センサ２４５の検出電圧に基づいて共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出する。また、ＥＣＵ２８０は、送電装置１００および車両２００間の電力伝送に必要な情報を送電装置１００とやり取りするために、通信装置２９０を用いた送電装置１００との通信を制御する。通信装置２９０は、送電装置１００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。

図２は、共鳴法による電力伝送の原理を説明するための図である。図２を参照して、この共鳴法では、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共振コイル（共鳴コイル１５０，２１０）が電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方の共鳴コイルから他方の共鳴コイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、電源部１１０に接続される電磁誘導コイル１４０を用いて、１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚの高周波電力が共鳴コイル１５０に供給される。共鳴コイル１５０は、コンデンサ１６０とともにＬＣ共振器を形成し、共鳴コイル１５０と同じ共振周波数を有する共鳴コイル２１０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、共鳴コイル１５０から共鳴コイル２１０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。共鳴コイル２１０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル２３０を用いて取出され、インバータ２４０により直流に変換されて以降の図示しない負荷へ供給される。

車両２００から送電装置１００への送電時も同様に、インバータ２４０から出力される１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚの高周波電力が電磁誘導コイル２３０を用いて共鳴コイル２１０に供給される。そうすると、共鳴コイル２１０から共鳴コイル１５０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。共鳴コイル１５０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル１４０を用いて取出され、電源部１１０や図示しない電気負荷へ供給されることができる。

再び図１を参照して、この非接触電力伝送システムにおいては、送電装置１００の共鳴コイル１５０と車両２００の共鳴コイル２１０とを電磁場を介して共鳴させることによって、送電装置１００から車両２００へ非接触で電力を伝送することができる。車両２００にはインバータ２４０が設けられ、共鳴コイル２１０によって受電された電力は、インバータ２４０により直流電力に変換されて蓄電装置２６０へ出力される。

車両２００には、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出するための抵抗回路２５０が設けられる。抵抗回路２５０のリレー２５２をオンにすることによって、送電装置１００から車両２００へ調整用電力が出力されたときの車両２００の受電電圧等から共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれが検出される。

また、この非接触電力伝送システムにおいては、共鳴コイル１５０，２１０を共鳴させることによって、車両２００から送電装置１００へ非接触で電力を伝送することができる。車両２００のインバータ２４０は、双方向に電力変換可能であり、蓄電装置２６０あるいは動力出力装置２７０から供給される直流電力を、共鳴コイル１５０，２１０が共鳴する高周波の交流電力に変換して共鳴コイル２１０へ供給することができる。そして、インバータ２４０から電磁誘導コイル２３０を用いて共鳴コイル２１０に交流電力が供給されると、電磁場を介して共鳴コイル１５０，２１０が共鳴し、共鳴コイル２１０から送電装置１００の共鳴コイル１５０へ電力が伝送される。

ここで、送電装置１００にも、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合に共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出するための抵抗回路１２０が設けられる。抵抗回路１２０のリレー１２２をオンにすることによって、車両２００から送電装置１００へ調整用電力が出力されたときの送電装置１００の受電電圧等から共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれが検出される。

図３は、図１に示した送電装置１００のＥＣＵ１７０の機能ブロック図である。図３を参照して、ＥＣＵ１７０は、電力制御部４１０と、通信制御部４２０と、位置ずれ検出部４３０とを含む。

電力制御部４１０は、送電装置１００から車両２００への送電時、電源部１１０を制御することによって車両２００への送電電力を制御する。ここで、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出時は、電力制御部４１０は、蓄電装置２６０を充電するための本格的な送電時よりも小さい電力（調整用電力）を出力するように電源装置１１０を制御する。

通信制御部４２０は、通信装置１８０による車両２００との通信を制御する。一例として、通信制御部４２０は、車両２００への送電開始／停止、車両２００へ送電される電力の大きさ、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出処理の開始／終了等の情報を車両２００へ送信するように、通信装置１８０を制御する。また、一例として、通信制御部４２０は、車両２００の受電電力や受電電圧、車両２００から送電装置１００への送電時に車両２００から出力される電力等の情報を車両２００から受信するように、通信装置１８０を制御する。

位置ずれ検出部４３０は、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出する。具体的には、送電装置１００から車両２００への送電が行なわれる場合には、車両２００において抵抗回路２５０のリレー２５２がオンされ、位置ずれ検出部４３０は、調整用電力が出力されるもとでの車両２００の受電状況（受電電圧や受電電力など）と共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれとの関係を示す予め準備されたマップ等を用いて、車両２００の受電状況に基づいて共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出する。

また、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合には、位置ずれ検出部４３０は、抵抗回路１２０のリレー１２２をオンにし、車両２００から調整用電力が出力されるもとでの送電装置１００の受電状況（受電電圧や受電電力など）と共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれとの関係を示す予め準備されたマップ等を用いて、送電装置１００の受電状況に基づいて共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出する。なお、位置ずれ検出の結果は、通信制御部４２０によって車両２００へ送信される。

図４は、図１に示した車両２００のＥＣＵ２８０の機能ブロック図である。図４を参照して、ＥＣＵ２８０は、モード制御部５１０と、通信制御部５２０と、充電制御部５３０と、放電制御部５４０とを含む。

モード制御部５１０は、送電装置１００から車両２００への送電が要求されると、電力伝送モードを「充電モード」とし、車両２００から送電装置１００への送電が要求されると、電力伝送モードを「放電モード」とする。そして、モード制御部５１０は、充電モードのときは充電制御部５３０へ通知を行ない、一方、放電モードのときは放電制御部５４０へ通知を行なう。なお、電力伝送モードが充電モードであるか放電モードであるかは、通信制御部５２０によって送電装置１００へ送信される。

通信制御部５２０は、通信装置２９０による送電装置１００との通信を制御する。一例として、通信制御部５２０は、車両２００の電力伝送モードや、車両２００からの送電開始／停止、充電モード時における車両２００の受電電力や受電電圧、放電モード時に車両２００から出力される電力等の情報を車両外部へ送信するように、通信装置２９０を制御する。また、一例として、通信制御部５２０は、送電装置１００からの送電開始／停止、送電装置１００から出力される電力の大きさ、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出処理の開始／終了および検出結果等の情報を送電装置１００から受信するように、通信装置２９０を制御する。

充電制御部５３０は、充電モードである旨の通知をモード制御部から受けているとき、車両２００を受電装置として動作させるように車両２００を制御する。具体的には、充電制御部５３０は、共鳴コイル２１０により受電された交流電力を直流電力に変換するようにインバータ２４０を動作させるための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号をインバータ２４０へ出力する。また、充電制御部５３０は、送電装置１００から車両２００への送電が行なわれる場合の共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出時、抵抗回路２５０のリレー２５２をオンにする。

放電制御部５４０は、放電モードである旨の通知をモード制御部から受けているとき、共鳴コイル２１０から電力を出力するように車両２００を制御する。具体的には、放電制御部５４０は、蓄電装置２６０あるいは動力出力装置２７０から供給される直流電力を高周波の交流電力に変換するようにインバータ２４０を動作させるための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号をインバータ２４０へ出力する。また、放電制御部５４０は、インバータ２４０を制御することによって、車両２００から出力される電力を制御する。ここで、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出時は、放電制御部５４０は、所定の調整用電力を出力するようにインバータ２４０を制御する。

図５は、送電装置１００および車両２００間の電力伝送に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。図５とともに図１を参照して、車両２００のＥＣＵ２８０は、電力伝送モードが充電モードであるか否かを判定する（ステップＳ１０）。電力伝送モードが充電モードであると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２８０は、抵抗回路２５０のリレー２５２をオンにする（ステップＳ２０）。

リレー２５２がオンされると、送電装置１００のＥＣＵ１７０は、送電装置１００から車両２００へ調整用電力を出力するように電源部１１０を制御する（ステップＳ３０）。そして、ＥＣＵ１７０は、調整用電力が出力されるもとでの車両２００の受電状況と共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ量との関係を示す予め準備されたマップ等を用いて、車両２００の受電状況（たとえば受電電圧）に基づいて共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出する（ステップＳ４０）。

次いで、ＥＣＵ１７０は、検出された位置ずれが所定のしきい値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５０）。なお、このしきい値は、送電装置１００から車両２００への送電可否を判定するための値であり、送電装置１００から車両２００への送電の伝送効率等に基づいて予め設定される。

ステップＳ５０において共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれがしきい値よりも小さいと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、その旨が車両２００へ通知される。そうすると、車両２００のＥＣＵ２８０は、リレー２５２をオフにする（ステップＳ６０）。そして、リレー２５２がオフされると、送電装置１００のＥＣＵ１７０は、車両２００の蓄電装置２６０を充電するための本格的な送電を開始するように電源部１１０を制御し、これにより蓄電装置２６０の充電が開始される（ステップＳ７０）。なお、ステップＳ５０において位置ずれがしきい値以上であると判定されたときは（ステップＳ５０においてＮＯ）、ステップＳ１５０へ処理が移行される。

一方、ステップＳ１０において電力伝送モードが充電モードでないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、ＥＣＵ２８０は、電力伝送モードが放電モードであるか否かを判定する（ステップＳ８０）。電力伝送モードが放電モードであると判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、送電装置１００においてＥＣＵ１７０により抵抗回路１２０のリレー１２２がオンにされる（ステップＳ９０）。

リレー１２２がオンされると、車両２００のＥＣＵ２８０は、車両２００から送電装置１００へ調整用電力を出力するようにインバータ２４０を制御する（ステップＳ１００）。調整用電力の出力が開始されると、送電装置１００のＥＣＵ１７０は、送電装置１００の受電状況と共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ量との関係を示す予め準備されたマップ等を用いて、送電装置１００の受電状況（たとえば受電電圧）に基づいて共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを検出する（ステップＳ１１０）。

次いで、ＥＣＵ１７０は、検出された位置ずれが所定のしきい値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１２０）。なお、このしきい値も、車両２００から送電装置１００への送電可否を判定するための値であり、車両２００から送電装置１００への送電の伝送効率等に基づいて予め設定される。

ステップＳ１２０において共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれがしきい値よりも小さいと判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１７０は、リレー１２２をオフにする（ステップＳ１３０）。そして、リレー１２２がオフされると、車両２００のＥＣＵ２８０は、車両２００から送電装置１００への本格的な送電を開始するようにインバータ２４０を制御し、これにより車両２００からの放電が開始される（ステップＳ１４０）。なお、ステップＳ１２０において位置ずれがしきい値以上であると判定されたときは（ステップＳ１２０においてＮＯ）、ステップＳ１５０へ処理が移行される。

なお、上記においては、たとえば、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出は送電装置１００のＥＣＵ１７０において実行され、また、モード制御は車両２００のＥＣＵ２８０において実行されるものとしたが、ＥＣＵ１７０，２８０の機能分担は上記のものに限定されるものではない。通信装置１８０，２９０によってＥＣＵ１７０，２８０間で通信可能であり、ＥＣＵ１７０が有する機能をＥＣＵ２８０が負担してもよいし、ＥＣＵ２８０が有する機能をＥＣＵ１７０が負担してもよい。

以上のように、この実施の形態１においては、車両２００において双方向に電力変換可能なインバータ２４０が設けられるので、車両２００において、共鳴コイル２１０により受電された交流電力を直流に変換して蓄電装置２６０へ出力するとともに、蓄電装置２６０から受ける直流電力を交流に変換して共鳴コイル２１０から送電装置１００へ電力を出力することができる。したがって、この実施の形態１によれば、共鳴法を用いた非接触電力伝送システムにおいて、双方向に電力伝送をすることができる。

また、この実施の形態１においては、送電装置１００から車両２００への送電が行なわれる場合の共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出用に車両２００に抵抗回路２５０が設けられるとともに、車両２００から送電装置１００への送電が行なわれる場合にも共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出が可能なように、送電装置１００にも抵抗回路１２０が設けられる。これにより、車両２００から送電装置１００への送電時に、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれが大きい状態での低効率での送電が防止される。したがって、この実施の形態１によれば、送電装置１００と車両２００との間で高効率に電力を伝送することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、車両から外部への送電時にさらに高効率な電力伝送を実現するために、車両において、蓄電装置２６０の出力電圧を昇圧してインバータ２４０へ供給可能な構成が示される。ここで、蓄電装置２６０の出力電圧を昇圧するための装置として、この実施の形態２では、動力出力装置に設けられる走行用の昇圧コンバータが流用される。

図６は、実施の形態２による非接触電力伝送システムの全体構成図である。図６を参照して、この非接触電力伝送システムにおける車両２００Ａは、図１に示した車両２００の構成において、動力出力装置２７０およびＥＣＵ２８０に代えてそれぞれ動力出力装置２７０ＡおよびＥＣＵ２８０Ａを含み、リレー３３２，３３４をさらに含む。

動力出力装置２７０Ａは、昇圧コンバータ３１０と、駆動装置３２０とを含む。昇圧コンバータ３１０は、蓄電装置２６０の出力電圧を昇圧して駆動装置３２０へ出力可能に構成される。ここで、車両２００Ａから送電装置１００への送電が行なわれる場合には、昇圧コンバータ３１０は、リレー３３４によってインバータ２４０に電気的に接続され、蓄電装置２６０から供給される直流電力を昇圧してインバータ２４０へ供給する。昇圧コンバータ３１０は、たとえば電流可逆チョッパ回路によって構成される。

駆動装置３２０は、昇圧コンバータ３１０から出力される電力を用いて車両２００の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、駆動装置３２０は、たとえば、昇圧コンバータ３１０から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、駆動装置３２０は、蓄電装置２６０を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンを含んでもよい。

リレー３３２は、抵抗回路２５０と蓄電装置２６０の正極との間の電力線に設けられる。リレー３３４は、昇圧コンバータ３１０をインバータ２４０に電気的に接続するための電力線に設けられる。そして、送電装置１００から車両２００Ａへの送電が行なわれる場合には（充電モード時）、リレー３３２，３３４はそれぞれオン，オフにされる。一方、車両２００Ａから送電装置１００への送電が行なわれる場合には（放電モード時）、リレー３３２，３３４はそれぞれオフ，オンにされる。

ＥＣＵ２８０Ａは、リレー３３２，３３４の動作を制御する。具体的には、充電モード時は、ＥＣＵ２８０Ａは、リレー３３２，３３４をそれぞれオン，オフにする。これにより、充電モード時は、蓄電装置２６０にインバータ２４０が直接接続され、インバータ２４０によって直流変換された電力が蓄電装置２６０へ直接供給される。

一方、放電モード時は、ＥＣＵ２８０Ａは、リレー３３２，３３４をそれぞれオフ，オンにするとともに昇圧コンバータ３１０を制御する。これにより、放電モード時は、昇圧コンバータ３１０によって昇圧された電圧がインバータ２４０に供給され、インバータ２４０によって交流変換された電力が電磁誘導コイル２３０を介して共鳴コイル２１０に供給される。

なお、ＥＣＵ２８０Ａのその他の機能は、実施の形態１におけるＥＣＵ２８０と同じである。また、車両２００Ａのその他の構成は、実施の形態１における車両２００と同じである。

図７は、実施の形態２における送電装置１００および車両２００Ａ間の電力伝送に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。図７とともに図６を参照して、このフローチャートは、図５に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６５，Ｓ８５をさらに含む。

すなわち、ステップＳ６０において車両２００Ａのリレー２５２がオフされると、車両２００ＡのＥＣＵ２８０Ａは、リレー３３２をオンにする（ステップＳ６５）。なお、リレー３３４はオフにされる。そして、リレー３３２がオンされると、ステップＳ７０においてインバータ２４０が駆動され、インバータ２４０から蓄電装置２６０へ電力が直接供給される。

また、ステップＳ８０において電力伝送モードが放電モードであると判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２８０Ａは、リレー３３４をオンにする（ステップＳ８５）。なお、リレー３３２はオフにされる。これにより、放電モード時は、昇圧コンバータ３１０がインバータ２４０に電気的に接続され、昇圧コンバータ３１０によって昇圧された電力がインバータ２４０へ供給される。

そして、ステップＳ１２０において共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれがしきい値よりも小さいと判定されると、ステップＳ１４０において昇圧コンバータ３１０およびインバータ２４０が駆動され、共鳴コイル２１０から送電装置１００へ電力が伝送される。

以上のように、この実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。そして、この実施の形態２においては、車両２００Ａにおいて、放電モード時は、昇圧コンバータ３１０によって昇圧された電力がインバータ２４０に供給され、共鳴コイル２１０から外部へ送出される。したがって、この実施の形態２によれば、さらに高効率な電力伝送を実現することが可能となる。

また、この実施の形態２によれば、放電モード時に、走行用の昇圧コンバータ３１０を流用して蓄電装置２６０の出力電圧を昇圧するようにしたので、車両２００Ａのコスト増加を抑えることができる。

［実施の形態３］
実施の形態２では、車両から外部への送電時に蓄電装置２６０の出力電圧を昇圧してインバータ２４０へ供給するための装置として走行用の昇圧コンバータ３１０を流用するものとしたが、この実施の形態３は、電圧コンバータを別途設けるものである。

図８は、実施の形態３による非接触電力伝送システムの全体構成図である。図８を参照して、この非接触電力伝送システムにおける車両２００Ｂは、図１に示した車両２００の構成において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００をさらに含み、ＥＣＵ２８０に代えてＥＣＵ２８０Ｂを含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、双方向に電圧変換可能に構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、送電装置１００から車両２００Ｂへの送電が行なわれる場合には（充電モード時）、インバータ２４０によって直流変換された電力を蓄電装置２６０の電圧レベルにさらに変換して蓄電装置２６０へ出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、車両２００Ｂから送電装置１００への送電が行なわれる場合には（放電モード時）、蓄電装置２６０または動力出力装置２７０から供給される直流電力を所望の電圧に調整（昇圧）してインバータ２４０へ供給する。

ＥＣＵ２８０Ｂは、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれが所定のしきい値よりも小さいとき、インバータ２４０およびＤＣ／ＤＣコンバータ３００を駆動する。詳しくは、ＥＣＵ２８０Ｂは、充電モード時は、インバータ２４０を駆動するとともに、インバータ２４０から出力される電力を蓄電装置２６０の電圧レベルに変換して蓄電装置２６０へ出力するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３００を駆動する。また、放電モード時は、ＥＣＵ２８０Ｂは、蓄電装置２６０から供給される電力を昇圧してインバータ２４０へ供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３００を駆動するとともに、インバータ２４０を駆動する。

なお、ＥＣＵ２８０Ｂのその他の機能は、実施の形態１におけるＥＣＵ２８０と同じである。また、車両２００Ｂのその他の構成は、実施の形態１における車両２００と同じである。

以上のように、この実施の形態３によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。そして、この実施の形態３によれば、車両２００Ｂにおいてインバータ２４０と蓄電装置２６０との間にＤＣ／ＤＣコンバータ３００を設けたので、実施の形態２と同様に高効率な電力伝送を実現することができる。

なお、上記の各実施の形態においては、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれ検出方法について、車両２００（２００Ａ，２００Ｂ）および送電装置１００に位置ずれ検出用の抵抗回路２５０，１２０をそれぞれ設け、調整用電力を送電したときの受電状況に基づいて位置ずれを検出するものとしたが、その他の手法で位置ずれ検出を行なってもよい。たとえば、共鳴コイル１５０，２１０間の位置ずれを直接検出するための距離センサ等を別途設けることによって位置ずれを検出してもよい。

また、上記においては、一対の共鳴コイル１５０，２１０を用いて送電装置１００と車両２００（２００Ａ，２００Ｂ）との間で電力伝送を行なうものとしたが、コイル形状の各共鳴コイル１５０，２１０に代えて、棒状のアンテナやフィッシュボーン形状のアンテナを用いてもよく、あるいは高誘電率材から成る高誘電体ディスクを用いてもよい。

また、上記においては、送電装置１００と車両２００（２００Ａ，２００Ｂ）との間で電力伝送を行なうものとしたが、共鳴器を有する携帯機器や家電製品等の車両以外の機器についてもこの発明は適用可能である。

なお、上記において、共鳴コイル２１０は、この発明における「受電用共鳴器」の一実施例に対応し、昇圧コンバータ３１０またはＤＣ／ＤＣコンバータ３００は、この発明における「コンバータ」の一実施例に対応する。また、昇圧コンバータ３１０は、この発明における「走行用コンバータ」の一実施例に対応し、リレー３３４は、この発明における「接続装置」の一実施例に対応する。さらに、共鳴コイル１５０は、この発明における「送電用共鳴器」の一実施例に対応し、抵抗回路１２０は、この発明における「抵抗回路」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 送電装置、１１０ 電源部、１２０，２５０ 抵抗回路、１２２，２５２，３３２，３３４ リレー、１２４，２５４ 抵抗、１２５，２４５ 電圧センサ、１３０ インピーダンス整合器、１４０，２３０ 電磁誘導コイル、１５０，２１０ 共鳴コイル、１６０，２２０ コンデンサ、１７０，２８０，２８０Ａ，２８０Ｂ ＥＣＵ、１８０，２９０ 通信装置、２４０ インバータ、２６０ 蓄電装置、２７０，２７０Ａ 動力出力装置、３００ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３１０ 昇圧コンバータ、３２０ 駆動装置、４１０ 電力制御部、４２０，５２０ 通信制御部、４３０ 位置ずれ検出部、５１０ モード制御部、５３０ 充電制御部、５４０ 放電制御部。

Claims (14)

1. 送電装置から出力される電力を非接触で受電する非接触受電装置であって、
   前記送電装置の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出力される交流電力を非接触で受電するように構成された受電用共鳴器と、
   前記受電用共鳴器により受電された交流電力を直流に変換して電力線へ出力するとともに、前記受電用共鳴器から外部へ電力を出力するために前記電力線から受ける直流電力を交流に変換して前記受電用共鳴器へ出力するためのインバータとを備える非接触受電装置。
2. 直流電源と、
   前記直流電源と前記電力線との間に接続され、前記電力線の電圧を調整するように構成されたコンバータとをさらに備える、請求項１に記載の非接触受電装置。
3. 当該非接触受電装置は、電動機によって走行可能な電動車両に搭載され、
   前記コンバータは、前記直流電源と前記電動機の駆動装置との間に設けられる走行用コンバータであり、
   当該非接触受電装置は、前記受電用共鳴器からの電力出力時、前記走行用コンバータを前記電力線に電気的に接続するための接続装置をさらに備える、請求項２に記載の非接触受電装置。
4. 前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器間の電力の伝送状況に基づいて前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器間の位置ずれを検出し、前記位置ずれが前記伝送状況に基づき定められる所定の範囲内であるときに前記インバータおよび前記コンバータを駆動する制御装置をさらに備える、請求項２または３に記載の非接触受電装置。
5. 前記制御装置は、前記位置ずれの大きさに基づいて前記インバータおよび前記コンバータを制御する、請求項４に記載の非接触受電装置。
6. 前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器間の電力の伝送状況に基づいて前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器間の位置ずれを検出し、前記位置ずれが前記伝送状況に基づき定められる所定の範囲内であるときに前記インバータを駆動する制御装置をさらに備える、請求項１に記載の非接触受電装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の非接触受電装置を備える車両。
8. 受電装置へ電力を非接触で出力する非接触送電装置であって、
   所定の周波数を有する交流電力を生成する電源部と、
   前記受電装置の受電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより、前記電源部から供給される交流電力を前記受電用共鳴器へ非接触で出力するように構成された送電用共鳴器と、
   前記電源部と前記送電用共鳴器との間の電力線対間に設けられ、前記受電用共鳴器から出力される電力を前記送電用共鳴器が受電する場合に実行される前記送電用共鳴器と前記受電用共鳴器との位置ずれ検出時に、前記電力線対間に電気的に接続される抵抗回路とを備える、非接触送電装置。
9. 前記抵抗回路は、
   一定の抵抗値を有する抵抗器と、
   前記抵抗器に直列に接続され、前記位置ずれ検出時に導通状態になるリレーとを含む、請求項８に記載の非接触送電装置。
10. 送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
    前記送電装置は、
    所定の周波数を有する交流電力を生成する電源部と、
    前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置へ非接触で出力するように構成された送電用共鳴器とを備え、
    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出力される交流電力を非接触で受電するように構成された受電用共鳴器と、
    前記受電用共鳴器により受電された交流電力を直流に変換して電力線へ出力するとともに、前記受電用共鳴器から外部へ電力を出力するために前記電力線から受ける直流電力を交流に変換して前記受電用共鳴器へ出力するためのインバータとを備える、非接触電力伝送システム。
11. 前記受電装置は、
    直流電源と、
    前記直流電源と前記電力線との間に接続され、前記電力線の電圧を調整するように構成されたコンバータとをさらに備える、請求項１０に記載の非接触電力伝送システム。
12. 前記受電装置は、電動機によって走行可能な電動車両に搭載され、
    前記コンバータは、前記直流電源と前記電動機の駆動装置との間に設けられる走行用コンバータであり、
    前記受電装置は、前記受電用共鳴器からの電力出力時、前記走行用コンバータを前記電力線に電気的に接続するための接続装置をさらに備える、請求項１１に記載の非接触電力伝送システム。
13. 前記送電装置は、前記電源部と前記送電用共鳴器との間の電力線対間に設けられ、前記受電用共鳴器から出力される電力を前記送電用共鳴器が受電する場合に実行される前記送電用共鳴器と前記受電用共鳴器との位置ずれ検出時に、前記電力線対間に電気的に接続される抵抗回路をさらに備える、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の非接触電力伝送システム。
14. 前記抵抗回路は、
    一定の抵抗値を有する抵抗器と、
    前記抵抗器に直列に接続され、前記位置ずれ検出時に導通状態になるリレーとを含む、請求項１３に記載の非接触電力伝送システム。

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