JP2013225980A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１パッドと第２パッドの対向状態が変化して、第２パッドの誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力を抑えることができる非接触給電装置を提供する。
【解決手段】送電側パッド１１は、コア１１０と、巻線１１１、１１２とを備えている。受電側パッド１２は、コア１２０と、巻線１２１、１２２と、補助巻線１２３とを備えている。補助巻線１２３は、コア１２０に流れる交番磁束を直流バイアスするための磁束を発生する部材である。補助巻線１２３は、ヨーク部１２０ａに巻回されている。コア１２０の磁束密度は、磁界が増加すると飽和する特性を有している。そのため、磁界の変化が同一であっても、直流バイアスすることで磁束の変化を小さくすることができる。その結果、送電側パッド１１と受電側パッド１２の対向状態が変化して、受電側パッド１２の誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１パッドと第２パッドを対向させた状態で、第１パッドから第２パッドに非接触で送電する非接触給電装置に関する。

従来、第１パッドと第２パッドを対向させた状態で、第１パッドから第２パッドに非接触で送電する非接触給電装置として、例えば特許文献１に開示されている非接触給電装置がある。

この非接触給電装置は、車両の外部に設置された電源から車両に搭載されたバッテリに非接触で送電し、バッテリを充電する装置である。非接触給電装置は、第１パッドと、第２パッドとを備えている。第１パッドは、駐車スペース内の地表面に設置されている。第２パッドは、車両の底部に設置されている。

駐車スペース内に車両を駐車すると、第１パッドと第２パッドが上下方向に対向する。第１パッドから発生した磁束が第２パッドに鎖交すると、電磁誘導によって第２パッドに誘導起電力を生じる。これにより、車両の外部に設置された電源から車両に搭載されたバッテリに非接触で送電することができる。

特開２０１０−０９３１８０号公報

非接触給電装置は、第１パッドと第２パッドが所定の対向状態のとき、第２パッドの誘導起電力が最適値になるように設定されている。しかし、第２パッドが設置される車両の底部の高さは、車両の種類によって異なる。そのため、車両の種類によって、第１パッドと第２パッドの上下方向の間隔が異なってしまう。また、駐車位置によっても、第１パッドと第２パッドの前後方向又は左右方向の位置が異なってしまう。そのため、第１パッドと第２パッドの対向状態が変化した場合、第２パッドの誘導起電力が最適値より増加してしまうことがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、第１パッドと第２パッドの対向状態が変化して、第２パッドの誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力を抑えることができる非接触給電装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、磁性材からなるコアと、コアに沿って配置される巻線とを有する第１パッド及び第２パッドを備え、第１パッドと第２パッドを対向させた状態で、第１パッドから第２パッドに非接触で送電する非接触給電装置において、第２パッドは、コアに巻回され、コアに流れる交番磁束を直流バイアスするための磁束を発生する補助巻線を有することを特徴とする。

ところで、第２パッドのコアの磁束密度は、磁界が増加すると飽和する特性を有している。つまり、磁界に対する磁束密度の傾きが小さくなる。この構成によれば、第２パッドは、コアに巻回され、コアに流れる交番磁束を直流バイアスするための磁界を発生する補助巻線を有している。そのため、磁界の変化が同一であっても、補助巻線によって直流バイアスすることで、磁束の変化を小さくすることができる。従って、第１パッドと第２パッドの対向状態が変化して、第２パッドの誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力を抑えることができる。

第２の発明は、磁性材からなるコアと、コアに当接して設けられる巻線とを有する第１パッド及び第２パッドを備え、第１パッドと第２パッドを対向させた状態で、第１パッドから第２パッドに非接触で送電する非接触給電装置において、第２パッドは、コアに巻回され、コアに流れる交番磁束と逆向きの磁束を発生する補助巻線を有することを特徴とする。

この構成によれば、第２パッドの巻線と鎖交する磁束を減少させることができる。そのため、第１パッドと第２パッドの対向状態が変化して、第２パッドの誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力を抑えることができる。

第１実施形態における非接触給電装置の回路図である。 図１における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 図１における非接触給電装置のイニシャル処理のフローチャートである。 受電側パッドのコアの磁化曲線と、直流バイアス前における動作時の磁界と磁束密度の関係をグラフである。 受電側パッドのコアの磁化曲線と、直流バイアス後における動作時の磁界と磁束密度の関係をグラフである。 図１における非接触給電装置の割込み処理のフローチャートである。 第２実施形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 第２実施形態における非接触給電装置のイニシャル処理のフローチャートである。 第２実施形態における非接触給電装置の割込み処理のフローチャートである。 第３実施形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 第４実施形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 受電側パッドの補助巻線の配置位置を変更した変形形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 補助巻線の配置位置を受電側パッドから送電側パッドに変更した変形形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 図１３に対して送電側パッドの補助巻線の配置位置を変更した変形形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 パッド形状を円形状に変更した変形形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 図１５に対して補助巻線の配置位置を受電側パッドから送電側パッドに変更した変形形態に送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。 送電側パッド及び受電側パッドの巻線の配置位置を変更した変形形態における送電側パッド及び受電側パッドの斜視図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る非接触給電装置を、電気自動車やハイブリッド車に搭載されたメインバッテリに非接触で送電する非接触給電装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して第１実施形態の非接触給電装置の構成について説明する。なお、図中における前後方向、左右方向及び上下方向は、車両における方向を示すものである。

図１に示すように、電気自動車やハイブリッド車は、モータジェネレータＭＧと、メインバッテリＢ１と、インバータ回路ＩＮＶと、補機Ｓと、補機バッテリＢ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路ＣＮＶと、制御器ＣＮＴとを備えている。

モータジェネレータＭＧは、３相交流電圧を供給することでモータとして動作し、車両の走行のための駆動力を発生する機器である。また、車両の減速時において、外部からの駆動力によって回転することでジェネレータとして動作し、３相交流電圧を発生する機器でもある。

メインバッテリＢ１は、直流高電圧を出力する充放電可能な電源である。

インバータ回路ＩＮＶは、モータジェネレータＭＧがモータとして動作するとき、メインバッテリＢ１の出力する直流高電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧに供給する回路である。また、モータジェネレータＭＧがジェネレータとして動作するとき、モータジェネレータＭＧの出力する３相交流電圧を直流高電圧に変換してメインバッテリＢ１に供給する回路でもある。

補機Ｓは、直流低電圧を供給することで動作する空調装置や電動パワーステアリング装置等の周辺装置である。

補機バッテリＢ２は、直流低電圧を出力する充放電可能な電源である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路ＣＮＶは、メインバッテリＢ１の出力する直流高電圧を直流低電圧に変換して補機バッテリＢ２及び補機Ｓに供給する回路である。

制御器ＣＮＴは、メインバッテリＢ１、補機バッテリＢ２及びモータジェネレータＭＧに関する情報に基づいて、インバータ回路ＩＮＶ、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路ＣＮＶ及び補機Ｓを制御する装置である。

非接触給電装置１は、車両の外部に設置された外部電源ＰＳから車両に搭載されたメインバッテリＢ１に非接触で送電し、メインバッテリＢ１を充電する装置である。非接触給電装置１は、送電回路１０と、送電側パッド１１（第１パッド）と、受電側パッド１２（第２パッド）と、受電回路１３（制御回路）とを備えている。

送電回路１０は、受電回路１３との間で無線通信によって情報を送受信し、受信した情報に基づいて外部電源ＰＳの出力する電圧を高周波の交流電圧に変換し、送電側パッド１１に印加する回路である。送電回路１０は、車両の外部に設置されている。

送電側パッド１１は、駐車スペース内に車両を駐車したときに車両の底部に設置された受電側パッド１２と対向する駐車スペース内の地表面の所定位置（車両の外部）に設置され、電流が流れることで磁束を発生する装置である。図２に示すように、送電側パッド１１は、コア１１０と、巻線１１１、１１２とを備えている。

コア１１０は、磁路を構成するとともに、磁極を形成する磁性材からなる部材である。具体的には、透磁率の高い、例えばフェライトからなる部材である。コア１１０は、ヨーク部１１０ａと、磁極部１１０ｂ、１１０ｃとを備えている。

ヨーク部１１０ａは、磁路を構成する前後方向に長い矩形板状の部位である。磁極部１１０ｂ、１１０ｃは、磁路を構成するとともに、磁極を形成する矩形板状の部位である。磁極部１１０ｂ、１１０ｃは、ヨーク部１１０ａの上面に前後方向に間隔を隔てて形成されている。磁極部１１０ｂ、１１０ｃは、磁束の流れる方向に対して直交する断面の断面積がヨーク部１１０ａより大きくなるように設定されている。具体的には、磁極部１１０ｂ、１１０ｃの上下方向に対して直交する断面の断面積が、ヨーク部１１０ａの前後方向に対して直交する断面の断面積より大きくなるように設定されている。

巻線１１１、１１２は、電流が流れることで磁束を発生する部材である。具体的には、電気抵抗の低い、例えばリッツ線からなる部材である。巻線１１１、１１２は、磁極部１１０ｂ、１１０ｃに沿って配置されている。具体的には、磁極部１１０ｂ、１１０ｃにそれぞれ巻回され、矩形状に形成されている。

図１に示す受電側パッド１２は、車両の底部に設置され、駐車スペースに車両を駐車したときに上下方向に所定の間隔をあけて送電側パッド１１と対向し、送電側パッド１１の発生した磁束が鎖交することで電磁誘導によって誘導起電力を生じる装置である。図２示すように、受電側パッド１２は、コア１２０と、巻線１２１、１２２と、補助巻線１２３とを備えている。

コア１２０は、磁路を構成するとともに、磁極を形成する磁性材からなる部材である。具体的には、透磁率の高い、例えばフェライトからなる部材である。コア１２０は、ヨーク部１２０ａと、磁極部１２０ｂ、１２０ｃとを備えている。

ヨーク部１２０ａは、磁路を構成する前後方向に長い矩形板状の部位である。磁極部１２０ｂ、１２０ｃは、磁路を構成するとともに、磁極を形成する矩形板状の部位である。磁極部１２０ｂ、１２０ｃは、ヨーク部１２０ａの下面（同一面）に前後方向に間隔を隔てて形成されている。磁極部１２０ｂ、１２０ｃは、磁束の流れる方向に対して直交する断面の断面積がヨーク部１２０ａより大きくなるように設定されている。具体的には、磁極部１２０ｂ、１２０ｃの上下方向に対して直交する断面の断面積が、ヨーク部１２０ａの前後方向に対して直交する断面の断面積より大きくなるように設定されている。

巻線１２１、１２２は、電流が流れることで磁束を発生する部材である。具体的には、電気抵抗の低い、例えばリッツ線からなる部材である。巻線１２１、１２２は、磁極部１２０ｂ、１２０ｃに沿って配置されている。具体的には、磁極部１２０ｂ、１２０ｃにそれぞれ巻回され、矩形状に形成されている。

補助巻線１２３は、電流が流れることで、コア１２０に流れる交番磁束を直流バイアスするための磁束を発生する部材である。具体的には、電気抵抗の低い、例えばリッツ線からなる部材である。補助巻線１２３は、ヨーク部１２０ａに巻回されている。

図１に示す受電回路１３は、送電回路１０との間で無線通信によって情報を送受信し、受信した情報に基づいて受電側パッド１２の出力する交流電圧を直流電圧に変換し、メインバッテリＢ１を充電する回路である。また、受電側パッド１２の誘導起電力を抑えたい場合、図２に示す補助巻線１２３に電流を流し、コア１２０に流れる交番磁束を直流バイアスする回路でもある。

受電回路１３は、コア１２０に流れる交番磁束を直流バイアスするための直流バイアス回路１３０を備えている。

直流バイアス回路１３０は、スイッチ１３０ａと、ダイオード１３０ｂと、直流電源１３０ｃとを備えている。直流電源１３０ｃは、図１に示すメインバッテリＢ１及び補機バッテリＢ２と別に設けられた、補助巻線１２３に電圧を印加するための電源である。直流電源１３０ｃの出力電圧は固定されている。図２に示すように、スイッチ１３０ａの一端は、ダイオード１３０ｂのアノードに接続され、ダイオード１３０ｂのカソードは、補助巻線１２３の一端に接続されている。また、スイッチ１３０ａの他端は、直流電源１３０ｃの正極端子に接続され、直流電源１３０ｃの負極端子は、補助巻線１２３の他端に接続されている。

次に、図１〜図６を参照して非接触給電装置の動作について説明する。

図１に示すように、駐車スペースに車両を駐車すると、送電側パッド１１と受電側パッド１２が上下方向に所定の間隔をあけて対向する。この状態で充電開始ボタン（図略）が押され、充電の開始が指示されると、非接触給電装置１は、イニシャル処理を開始する。

非接触給電装置１は、図３に示すように、送電側パッド１１と受電側パッド１２の結合係数を求める（Ｓ１００）。具体的には、図２に示す送電側パッド１１と受電側パッド１２の間の距離をレーザ等で測定し、実験等によって予め求めておいた、パッド間の距離と結合係数の関係を示すマップ又は数式に基づいて結合係数を求める。または、送電側パッド１１と受電側パッド１２の電圧及び電流を測定し、実験等によって予め求めておいた、パッドの電圧及び電流と結合係数の関係を示すマップ又は数式に基づいて結合係数を求めてもよい。そして、受電回路１３は、図３に示すように、求めた結合係数が、予め設定されている所定値より大きいか否かを判定する（Ｓ１０１）。ここで、所定値は、受電側パッド１２の誘導起電力を抑える際の基準となる結合係数の値に設定されている。

ステップＳ１０１において、求めた結合係数が所定値より大きくないと判定した場合、受電側パッド１２の誘導起電力を抑える必要がないため、これでイニシャル処理を終了する。

一方、ステップＳ１０１において、求めた結合係数が所定値より大きいと判定した場合、受電側パッド１２の誘導起電力を抑える必要があるため、図２に示す受電回路１３は、オフしていた直流バイアス回路１３０のスイッチ１３０ａをオンする（Ｓ１０２）。スイッチ１３０ａがオンすると、補助巻線１２３に直流電流が流れて直流磁界を発生する。その結果、コア１２０を流れる交番磁束が直流バイアスされる。

ここで、交番磁束が直流バイアスされるとは、補助巻線１２３の発生する直流磁界によって、交番磁束の変化の中心点に対応する磁界がオフセットされることをいう。スイッチ１３０ａがオフし、補助巻線１２３が直流磁界を発生していないときには、図４に示すように、コア１２０を流れる交番磁束の磁束密度は、磁界の０点を中心に変化する。一方、スイッチ１３０ａがオンし、補助巻線１２３が直流磁界を発生すると、図５に示すように、コア１２０を流れる交番磁束の磁束密度は、磁界の０点から補助巻線１２３が発生する直流磁界分だけオフセットしたＨ１点を中心に変化する。

ところで、コア１２０の磁束密度は、図４及び図５に示すように、磁界の絶対値が増加すると飽和する特性を有している。つまり、磁界の０点を中心にした所定領域内における磁界に対する磁束密度の傾きよりも、所定領域外における磁界に対する磁束密度の傾きが小さくなる。以下、この傾きが大きい領域を傾き大領域、傾きが小さい領域を傾き小領域という。そのため、磁界の変化が同一であっても、図５に示すように、補助巻線１２３の発生する直流磁界で直流バイアスし、磁束密度の変化の中心点に対応する磁界を傾き小領域にするとともに、磁界の変化が傾き小領域内で行われるようにすることで、磁束密度の変化を小さくすることができる。その結果、送電側パッド１１と受電側パッド１２の対向状態が変化して、受電側パッド１２の誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力を抑えることができる。

なお、直流バイアスによって、磁束密度の変化の中心点に対応する磁界を傾き小領域にするとともに、全ての磁界の変化が傾き小領域内で行われるようにしなくても、磁束密度の変化する領域が少なくとも傾き小領域に含まれるように、直流バイアスをかければ、磁束密度の変化の中心点に対応する磁界が傾き大領域にあってもよい。また、磁束密度の変化の中心点に対応する磁界が傾き小領域にある場合であっても、磁束密度の変化する領域が傾き大領域にまたがるように磁界を変化させてもよい。これらの場合でも、直流バイアスをかける前に対し、直流バイアスをかけた後は磁束密度の変化を小さくすることができる。

その後、図３に示すように、非接触給電装置１は、再度結合係数を求める（Ｓ１０３）。具体的には、送電側パッド１１と受電側パッド１２の電圧及び電流を測定し、実験等によって予め求めておいた、パッドの電圧及び電流と結合係数の関係を示すマップ又は数式に基づいて結合係数を求める。そして、再度求めた結合係数が所定値より小さくなっているか否かを判定する（Ｓ１０４）。

ステップＳ１０４において、再度求めた結合係数が所定値より小さくなっていると判定した場合、受電側パッド１２の誘導起電力が正しく抑えられているため、これでイニシャル処理を終了する。

一方、ステップＳ１０４において、再度求めた結合係数が所定値より小さくなっていないと判定した場合、受電側パッド１２の誘導起電力を抑えようとしたにも関わらず抑えられていないため、結合係数が異常であると報知（Ｓ１０５）した上でイニシャル処理を終了する。

イニシャル処理が終了すると、送電回路１０と受電回路１３は、無線通信によって情報を送受信する。

送電回路１０は、結合係数に異常がない場合、受信した情報に基づいて外部電源ＰＳの出力する電圧を高周波の交流電圧に変換して送電側パッド１１に印加する。

交流電圧が印加され、図２に示す巻線１１０ｂ、１１０ｃに交流電流が流れると、送電側パッド１１は交番磁束を発生する。送電側パッド１１から発生した磁束は、対向する受電側パッド１２のコア１２０を流れる。送電側パッド１１から発生した磁束が巻線１２１、１２２と鎖交することで、電磁誘導によって受電側パッド１２に誘導起電力を生じる。

受電回路１３は、受信した情報に基づいて受電側パッド１２の出力する交流電圧を直流高電圧に変換してメインバッテリＢ１を充電する。

図１に示す非接触給電装置１は、送電側パッド１１から受電側パッド１２への送電中に、定期的な割込み処理を行う。

図１に示す受電回路１３は、図６に示すように、送電された電力が指令値より大きいか否かを判定する（Ｓ１１０）。具体的には、送電された電力と指令値の差の絶対値が予め設定されている基準値より大きいか否かを判定する。

ステップＳ１１０において、送電された電力が指令値より大きくないと判定した場合、受電側パッド１２の誘導起電力を抑える必要がないため、これで割込み処理を終了する。

一方、ステップＳ１１０において、送電された電力が指令値より大きいと判定した場合、受電側パッド１２の誘導起電力を抑える必要があるため、図２に示す受電回路１３は、オフしていた直流バイアス回路１３０のスイッチ１３０ａをオンする（Ｓ１１１）。スイッチ１３０ａがオンすると、補助巻線１２３に直流電流が流れて直流磁界を発生する。その結果、コア１２０を流れる交番磁束が直流バイアスされる。

その後、受電回路１３は、電力変換動作を終了させ（Ｓ１１２）、割込み処理を終了する。

次に、効果について説明する。

受電側パッド１２のコア１２０の磁束密度は、図３に示すように、磁界が増加すると飽和する特性を有している。つまり、磁界に対する磁束密度の傾きが小さくなる。第１実施形態によれば、受電側パッド１２は、コア１２０に巻回され、コア１２０に流れる交番磁束を直流バイアスするための磁界を発生する補助巻線１２３を有している。そのため、磁界の変化が同一であっても、補助巻線１２３によって直流バイアスすることで、磁束の変化を小さくすることができる。従って、送電側パッド１１と受電側パッド１２の対向状態が変化して、受電側パッド１２の誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力を抑えることができる。

第１実施形態によれば、受電回路１３は、直流電源１３０ｃと、直流電源１３０ｃに補助巻線１２３を接続し、直流電源１３０ｃの出力電圧によって直流バイアスするための磁束を補助巻線１２３に発生させるスイッチ１３０ａとを有している。そのため、必要なときに直流バイアスをして、確実に誘導起電力を抑えることができる。

第１実施形態によれば、受電側回路１３は、送電側パッド１１と受電側パッド１２の結合係数が所定値より大きいとき、及び、送電された電力が指令値より大きいときに、スイッチ１３０ａをオンする。そのため、受電側パッド１２の誘導起電力を抑えるべきときに、確実に誘導起電力を抑えることができる。

第１実施形態によれば、コア１２０は、ヨーク部１２０ａと、ヨーク部１２０ａの下面に間隔を隔てて形成され、磁束の流れる方向に対して直交する断面の断面積がヨーク部１２０ａより大きい２つの磁極部１２０ｂ、１２０ｃと、を有している。そして、補助巻線１２３は、磁束の流れる方向に対して直交する断面の面積が小さいヨーク部１２０ａに巻回されている。そのため、同じ巻数を巻く場合、磁極部１２０ｂ、１２０ｃに巻回する場合に比べ、巻線の長さを短くすることができる。また、同じ長さ線材を用いる場合、磁極部１２０ｂ、１２０ｃに巻回する場合に比べ、より多くの巻数を巻くことができる。

第１実施形態によれば、補助巻線１２３及び直流バイアス回路１３０は、誘導起電力を抑えた受電側パッド１２が設置された車両に設けられている。例えば、これらが、車両の外部に設置された送電側パッド１１や送電回路１０に設けられていた場合、受電回路１３との間で無線通信によって情報を送受信した上で直流バイアス回路を制御して補助巻線に電流を流し、コアに流れる交番磁束を直流バイアスすることになる。ノイズ等によって無線通信にエラーが発生した場合、受電側パッド１２の誘導起電力を抑えることができなくなってしまう。しかし、直流バイアス回路１３０は、受電回路１３の一部であり、無線通信を介することなく必要な情報を得ることができる。そのため、必要なときに確実に受電側パッド１２の誘導起電力を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の非接触給電装置について説明する。第２実施形態の非接触給電装置は、第１実施形態の非接触給電装置が直流電源の出力電圧が固定であるのに対して、直流電源の出力電圧を調整できるようにしたものである。受電回路以外は、第１実施形態の非接触給電装置と同一構成である。

まず、図７を参照して非接触給電装置のうち、送電側パッド、受電側パッド及び受電回路の構成について説明する。なお、図中における前後方向及び上下方向は、車両における方向を示すものである。

図７に示すように、送電側パッド２１（第１パッド）は、コア２１０と、巻線２１１、２１２とを備えている。コア２１０は、ヨーク部２１０ａと、磁極部２１０ｂ、２１０ｃとを備えている。受電側パッド２２（第２パッド）は、コア２２０と、巻線２２１、２２２と、補助巻線２２３とを備えている。コア２２０は、ヨーク部２２０ａと、磁極部２２０ｂ、２２０ｃとを備えている。

ヨーク部２１０ａ、２２０ａ、磁極部２１０ｂ、２１０ｃ、２２０ｂ、２２０ｃ、巻線２１１、２１２、２２１、２２２及び補助巻線２２３は、第１実施形態のヨーク部１１０ａ、１２０ａ、磁極部１１０ｂ、１１０ｃ、１２０ｂ、１２０ｃ、巻線１１１、１１２、１２１、１２２及び補助巻線１２３と同一構成である。

受電回路２３（制御回路）は、直流バイアス回路２３０を備えている。直流バイアス回路２３０は、スイッチ２３０ａと、ダイオード２３０ｂと、直流電源２３０ｃとを備えている。スイッチ２３０ａ及びダイオード２３０ｂは、第１実施形態のスイッチ１３０ａ及びダイオード１３０ｂと同一構成である。

直流電源２３０ｃは、出力電圧を調整できるように構成されている。直流バイアス回路２３０は、直流電源２３０ｃの出力電圧が調整できることを除いて、第１実施形態と同一構成である。

次に、図７〜図９を参照して非接触給電装置の動作について説明する。

駐車スペースに車両を駐車すると、送電側パッド１１と受電側パッド１２が上下方向に所定の間隔をあけて対向する。この状態で充電開始ボタン（図略）が押され、充電の開始が指示されると、非接触給電装置は、図８に示すようなイニシャル処理を行う。ステップＳ２００〜Ｓ２０２は、第１実施形態のステップＳ１００〜Ｓ１０２と同一処理である。

スイッチ２３０ａがオンすると、受電回路２３は、直流電源２３０ｃの出力電圧をＶ０に設定する（Ｓ２０３）。これにより、補助巻線２２３に直流電流が流れて直流磁界を発生する。その結果、コア２２０を流れる交番磁束が直流バイアスされる。

その後、非接触給電装置は、再度結合係数を求める（Ｓ２０４）。具体的には、送電側パッド２１と受電側パッド２２の電圧及び電流を測定し、実験等によって予め求めておいた、パッドの電圧及び電流と結合係数の関係を示すマップ又は数式に基づいて結合係数を求める。そして、再度求めた結合係数が所定値より小さくなっているか否かを判定する（Ｓ２０５）。

ステップＳ２０５において、再度求めた結合係数が所定値より小さくなっていると判定した場合、受電側パッド２２の誘導起電力が正しく抑えられているため、これでイニシャル処理を終了する。

一方、ステップＳ２０５において、再度求めた結合係数が所定値より小さくなっていないと判定した場合、直流電源２３０ｃの出力電圧をΔＶだけ増加させる（Ｓ２０６）。そして、直流電源２３０ｃの出力電圧が、最大バイアス電圧Ｖｍａｘに達しているか否かを判定する（Ｓ２０７）。ここで、最大バイアス電圧は、直流バイアスするために補助巻線２２３に印加する電圧の上限値である。

ステップＳ２０７において、直流電源２３０ｃの出力電圧が最大バイアス電圧に達していないと判定した場合、ステップＳ２０５に戻る。つまり、結合係数が所定値より小さくなるように直流電源２３０ｃの出力電圧を上昇させる。

一方、ステップＳ２０７において、直流電源２３０ｃの出力電圧が最大バイアス電圧に達していると判定した場合、これ以上補助巻線２２３に印加する電圧を上げられないため、結合係数が異常であると報知（Ｓ２０８）した上でイニシャル処理を終了する。

非接触給電装置は、結合係数に異常がない場合、第１実施形態と同様にして、送電側パッド２１から受電側パッド２２に送電する。

非接触給電装置は、送電側パッド２１から受電パッド２２への送電中に、図９に示すような定期的な割込み処理を行う。ステップＳ２１０及びＳ２１１は、第１実施形態のステップＳ１１０及びＳ１１１と同一処理である。

スイッチ２３０ａがオンすると、受電回路２３は、直流電源２３０ｃの出力電圧を最大バイアス電圧Ｖｍａｘに設定する（Ｓ２１２）。

その後、受電回路２３は、電力変換動作を終了させ（Ｓ２１３）、割込み処理を終了する。

次に、効果について説明する。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

第２実施形態によれば、直流電源２３０ｃは、出力電圧を調整できる。そのため、直流バイアスの量を変化させることができる。従って、受電側パッド２２に生じる誘導起電力を精度よく抑制することができる。

第２実施形態によれば、受電回路２３は、送電側パッド２１と受電側パッド２２の結合係数が所定値より大きいとき、スイッチ２３０ａをオンするとともに、結合係数が所定値より小さくなるように直流電源２３０ｃの出力電圧を徐々に上昇させる、及び、送電された電力が指令値より大きいとき、スイッチ２３０ａをオンするとともに、直流電源２３０ｃの出力電圧を直流バイアスのための最大値まで上昇させる。送電側パッド２１と受電側パッド２２の結合係数が所定値より大きいときに、直流電源２３０ｃの出力電圧を徐々に上昇させることで、結合係数が低くなり過ぎて送電できなくなってしまうような状況を防ぐことができる。直流バイアスのために消費される電力を必要最低限に抑えることもできる。また、送電された電力が指令値より大きいときに、直流電源２３０ｃの出力電圧を直流バイアスのための最大値まで上昇させることで、受電側パッド２２の誘導起電力を直ちに抑えることができる。そのため、無線通信の異常等に伴って、直ちに動作を終了したい場合において、受電側パッド２２の誘導起電力を直ちに抑えことができる。従って、動作終了時に高電圧が印加され、受電回路２２が破損してしまうような状況を防ぐことができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の非接触給電装置について説明する。第３実施形態の非接触給電装置は、第１実施形態の非接触給電装置がコアに流れる交番磁束を直流バイアスするのに対して、コアに流れる交番磁束と逆向きの磁束を加えるようにしたものである。受電回路以外は、第１実施形態の非接触給電装置と同一構成である。

まず、図１０を参照して非接触給電装置のうち、送電側パッド、受電側パッド及び受電回路の構成について説明する。なお、図中における前後方向及び上下方向は、車両における方向を示すものである。

図１０に示すように、送電側パッド３１（第１パッド）は、コア３１０と、巻線３１１、３１２とを備えている。コア３１０は、ヨーク部３１０ａと、磁極部３１０ｂ、３１０ｃとを備えている。受電側パッド３２（第２パッド）は、コア３２０と、巻線３２１、３２２と、補助巻線３２３とを備えている。コア３２０は、ヨーク部３２０ａと、磁極部３２０ｂ、３２０ｃとを備えている。

ヨーク部３１０ａ、３２０ａ、磁極部３１０ｂ、３１０ｃ、３２０ｂ、３２０ｃ、巻線３１１、３１２、３２１、３２２及び補助巻線３２３は、第１実施形態のヨーク部１１０ａ、１２０ａ、磁極部１１０ｂ、１１０ｃ、１２０ｂ、１２０ｃ、巻線１１１、１１２、１２１、１２２及び補助巻線１２３と同一構成である。

受電回路３３（制御回路）は、コア３２０に流れる交番磁束と逆方向の磁束を発生させるため、補助巻線３２３を短絡するスイッチ３３０を備えている。スイッチ３３０は、受電回路３３は、補助巻線３２３を短絡し、交番磁束が鎖交することによって鎖交する交番磁束と逆向きの磁束を補助巻線３２３に発生させる。スイッチ３３０の一端は補助巻線３２３の一端に、他端は補助巻線３２３の他端にそれぞれ接続されている。

次に、図１０を参照して非接触給電装置の動作について説明する。

スイッチ３３０は、第１実施形態のスイッチ１３０ａと同様のタイミングでオン、オフする。受電回路３３は、送電側パッド３１と受電側パッド３２の結合係数が所定値より大きいとき、及び、送電された電力が指令値より大きいとき、通常動作時にはオフしていたスイッチ３３０をオンし、補助巻線３２３を短絡する。送電側パッド３１の発生した磁束は、対向する受電側パッド３２のコア３２０を流れる。送電側パッド３１の発生した磁束が短絡された補助巻線３２３と鎖交することで、補助巻線３２３は、送電側パッド３１の発生した磁束と逆向きの交番磁束を発生する。その結果、巻線３２１、３２２と鎖交する磁束が減少し、送電側パッド３１と受電側パッド３２の対向状態が変化して、受電側パッド３２の誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力が抑えられる。

次に、効果について説明する。

第３実施形態によれば、受電側パッド３２は、コア３２０に巻回され、コア３２０に流れる交番磁束と逆向きの磁束を発生する補助巻線３２３を有している。そのため、送電側パッド３１と受電側パッド３２の対向状態が変化して、受電側パッド３２の誘導起電力が増加するような状況になっても、巻線３２１、３２２と鎖交する磁束を減少させ、誘導起電力を抑えることができる。

第３実施形態によれば、受電回路３３は、補助巻線３２３を短絡し、交番磁束が鎖交することによって鎖交する交番磁束と逆向きの磁束を補助巻線３２３に発生させるスイッチ３３０を有している。そのため、必要なときに確実に誘導起電力を抑えることができる。

第３実施形態によれば、受電側回路３３が、送電側パッド３１と受電側パッド３２の結合係数が所定値より大きいとき、及び、送電された電力が指令値より大きいとき、スイッチ３３０をオンする。そのため、受電側パッド３２の誘導起電力を抑えるべきときに、確実に誘導起電力を抑えることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の非接触給電装置について説明する。第４実施形態の非接触給電装置は、第３実施形態の非接触給電装置が補助巻線を短絡してコアに流れる交番磁束と逆向きの磁束を発生するのに対して、補助巻線に受電側パッドの出力する交流電圧を印加して逆向きの磁束を発生するようにしたものである。受電回路以外は、第１実施形態の非接触給電装置と同一構成である。

まず、図１１を参照して非接触給電装置のうち、送電側パッド、受電側パッド及び受電回路の構成について説明する。なお、図中における前後方向及び上下方向は、車両における方向を示すものである。

図１１に示すように、送電側パッド４１（第１パッド）は、コア４１０と、巻線４１１、４１２とを備えている。コア４１０は、ヨーク部４１０ａと、磁極部４１０ｂ、４１０ｃとを備えている。受電側パッド４２（第２パッド）は、コア４２０と、巻線４２１、４２２と、補助巻線４２３とを備えている。コア４２０は、ヨーク部４２０ａと、磁極部４２０ｂ、４２０ｃとを備えている。

ヨーク部４１０ａ、４２０ａ、磁極部４１０ｂ、４１０ｃ、４２０ｂ、４２０ｃ、巻線４１１、４１２及び補助巻線４２３は、第３実施形態のヨーク部３１０ａ、３２０ａ、磁極部３１０ｂ、３１０ｃ、３２０ｂ、３２０ｃ、巻線３１１、３１２及び補助巻線３２３と同一構成である。つまり、第１実施形態のヨーク部１１０ａ、１２０ａ、磁極部１１０ｂ、１１０ｃ、１２０ｂ、１２０ｃ、巻線１１１、１１２及び補助巻線１２３と同一構成である。巻線４２１、４２２は、直列接続されている。具体的には、巻線４２１の一端が巻線４２２の一端に接続されている。

受電回路４３（制御回路）は、コア４２０に流れる交番磁束と逆方向の磁束を発生させるため、補助巻線４２３に受電側パッド４２の出力する交流電圧を印加するスイッチ４３０を備えている。スイッチ４３０は、直列接続された巻線４２１、４２２に補助巻線４２３を接続し、直列接続された巻線４２１、４２２に誘起される電圧によって、交番磁束と逆向きの磁束を補助巻線４２３に発生させる。補助巻線４２３の一端は、巻線４２１の他端に接続されている。スイッチ４３０の一端は補助巻線４２３の他端に、他端は巻線４２２の他端にそれぞれ接続されている。

次に、図１１を参照して非接触給電装置の動作について説明する。

スイッチ４３０は、第３実施形態のスイッチ３３０と同様のタイミングでオン、オフする。つまり、第１実施形態のスイッチ１３０ａと同様のタイミングでオン、オフする。受電回路４３は、送電側パッド４１と受電側パッド４２の結合係数が所定値より大きいとき、及び、送電された電力が指令値より大きいとき、通常動作時にはオフしていたスイッチ４３０をオンし、補助巻線４２３に受電側パッド４２の出力する交流電圧を印加する。受電側パッド４２の出力する交流電圧が印加されると、補助巻線４２３は、送電側パッド４１の発生した磁束と逆向きの交番磁束を発生する。その結果、巻線４２１、４２２と鎖交する磁束が減少し、送電側パッド４１と受電側パッド４２の対向状態が変化して、受電側パッド４２の誘導起電力が増加するような状況になっても、誘導起電力が抑えられる。

次に、効果について説明する。

第４実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

第４実施形態によれば、直列接続された巻線４２１、４２２に補助巻線４２３を接続し、直列接続された巻線４２１、４２２に誘起される電圧によって、交番磁束と逆向きの磁束を補助巻線４２３に発生させるスイッチ４３０を有している。そのため、必要なときに確実に誘導起電力を抑えることができる。

第４実施形態によれば、受電側回路４３が、送電側パッド４１と受電側パッド４２の結合係数が所定値より大きいとき、及び、送電された電力が指令値より大きいとき、スイッチ４３０をオンする。そのため、受電側パッド４２の誘導起電力を抑えるべきときに、確実に誘導起電力を抑えることができる。

なお、第１〜第４実施形態では、受電側回路が、送電側パッドと受電側パッドの結合係数が所定値より大きいとき、及び、送電された電力が指令値より大きいときにスイッチをオンして、受電側パッドの誘導起電力を抑える例を挙げているが、これに限られるものではない。受電電力を絞りたいときにスイッチをオンして、受電側パッドの誘導起電力を抑えるようにしてもよい。受電電力を急に絞りたくなった場合に、制御遅れなくスイッチをオンでき、即座に受電側パッドの誘導起電力を抑えることができる。
第１〜第４実施形態では、磁極部が、前後方向に間隔を隔てて形成され、その磁極に巻線が巻回されている例を挙げているが、これに限られるものではない。磁極部が、左右方向に間隔を隔てて形成され、その磁極部に巻線が巻回されていてもよい。

第１〜第４実施形態では、補助巻線が、ヨーク部に巻回される例を挙げているが、これに限られるものではない。図１２に第１実施形態を例に挙げて示すように、補助巻線１２３は、磁極部１２０ｃに巻回されていてもよい。また、磁極部１２０ｂに巻回されていてもよい。

第１〜第４実施形態では、補助巻線が、受電側パッドのヨーク部に巻回されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図１３及び図１４に第１実施形態を例に挙げて示すように、補助巻線１２３は、送電側パッド１１のヨーク部１１０ａや磁極部１１０ｃに巻回されていてもよい。また、磁極部１１０ｂに巻回されていてもよい。車両に搭載されたメインバッテリから車両の外部に設置された蓄電装置や電子装置に非接触で送電する場合、第１〜第４実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この場合、受電側パッド１２が本発明の第１パッドに、送電側パッド１１が本発明の第２パッドとなる。また、受電回路が、メインバッテリの出力する電圧を高周波の交流電圧に変換して受電側パッド１２に印加するとともに、送電回路が、送電側パッド１１の出力する交流電圧を直流電圧に変換して蓄電装置や電子装置に供給する必要がある。

第１〜第４実施形態では、送電側パッド及び受電側パッドが、矩形板状のコアと矩形状の２つ巻線によって構成されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図１５及び図１６に示すように、送電側パッド５１及び受電側パッド５２は、円板状のコア５１０、５２０と円形状の巻線５１１、５２１によって構成されていてもよい。この場合、図１５に示すように、受電側パッド５２のコア５２０に、補助巻線５２２を設けてもよい。また、車両に搭載されたメインバッテリから車両の外部に設置された蓄電装置や電子装置に非接触で送電する場合、図１６に示すように、送電側パッド５１のコア５１０に、補助巻線５１２を設けてもよい。

第１〜第４実施形態では、送電側パッド及び受電側パッドの巻線が、磁極部に巻回されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図１７に第１実施形態を例に挙げて示すように、巻線１１１（１１２）、１２１（１２２）は、ヨーク部１１０ａ、１２０ａに巻回されていてもよい。この場合、補助巻線１２３は、巻線１２１（１２２）に重ねて巻回してもよいし、並べて巻回してもよい。

第１〜第４実施形態では、送電側パッドが駐車スペースの地表面に、受電側パッドが車両の底部にそれぞれ設置されている例を挙げているが、これに限られるものではない。送電側パッドは、道路の路面、建物の床面、及び、地中に設置されていてもよい。また、建物の壁面や天井に設置されていてもよい。その場合、受電側パッドが、車両の側面や天井面に設置されていれば同様に送電することができる。

１・・・非接触給電装置、１０・・・送電回路、１１・・・送電側パッド（第１パッド）、１１０・・・コア、１１０ａ・・・ヨーク部、１１０ｂ、１１０ｃ・・・磁極部、１１１、１１２・・・巻線、１２・・・受電側パッド（第２パッド）、１２０・・・コア、１２０ａ・・・ヨーク部、１２０ｂ、１２０ｃ・・・磁極部、１２１、１２２・・・巻線、１２３・・・補助巻線、１３・・・受電回路（制御回路）、１３０・・・直流バイアス回路、１３０ａ・・・スイッチ、１３０ｂ・・・ダイオード、１３０ｃ・・・直流電源、

Claims (10)

1. 磁性材からなるコア（１１０、１２０）と、前記コアに沿って配置される巻線（１１１、１１２，１２１，１２２）とを有する第１パッド（１１）及び第２パッド（１２）を備え、前記第１パッドと前記第２パッドを対向させた状態で、前記第１パッドから前記第２パッドに非接触で送電する非接触給電装置において、
   前記第２パッド（１２）は、前記コア（１２０）に巻回され、前記コア（１２０）に流れる交番磁束を直流バイアスするための磁束を発生する補助巻線（１２３）を有することを特徴とする非接触給電装置。
2. 直流電源（１３０ｃ）と、
   前記直流電源に前記補助巻線を接続し、前記直流電源の出力電圧によって直流バイアスするための磁束を前記補助巻線に発生させるスイッチ（１３０ａ）と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記第１パッドと前記第２パッドの結合係数が所定値より大きいとき、送電された電力が指令値より大きいとき、又は、受電電力を絞りたいとき、前記スイッチをオンする制御回路（１３）を有することを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置。
4. 前記直流電源（２３０ｃ）は、出力電圧を調整できることを特徴とする請求項２に記載の非接触給電装置。
5. 前記第１パッド（２１）と前記第２パッド（２２）の結合係数が所定値より大きいとき、前記スイッチ（２３０ａ）をオンするとともに、結合係数が所定値より小さくなるように前記直流電源の出力電圧を徐々に上昇させる、又は、送電された電力が指令値より大きいとき又は受電電力を絞りたいとき、前記スイッチ（２３０ａ）をオンするとともに、前記直流電源（２３０ｃ）の出力電圧を直流バイアスのための最大値まで上昇させる制御回路（２３）を有することを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。
6. 磁性材からなるコア（３１０、３２０）と、前記コアに沿って配置される巻線（３１１、３１２、３２１、３２２）とを有する第１パッド（３１）及び第２パッド（３２）を備え、前記第１パッドと前記第２パッドを対向させた状態で、前記第１パッドから前記第２パッドに非接触で送電する非接触給電装置において、
   前記第２パッド（３２）は、前記コア（３２０）に巻回され、前記コア（３２０）に流れる交番磁束と逆向きの磁束を発生する補助巻線（３２３）を有することを特徴とする非接触給電装置。
7. 前記補助巻線（３２３）を短絡し、交番磁束が鎖交することによって鎖交する交番磁束と逆向きの磁束を前記補助巻線に発生させるスイッチ（３３０）を有することを特徴とする請求項６に記載の非接触給電装置。
8. 前記第２パッド（４２）の前記巻線（４２１、４２２）に前記補助巻線（４２３）を接続し、前記第２パッドの前記巻線に誘起される電圧によって、交番磁束と逆向きの磁束を前記補助巻線に発生させるスイッチ（４３０）を有することを特徴とする請求項６に記載の非接触給電装置。
9. 前記第１パッド（３１、４１）と前記第２パッド（３２、４２）の結合係数が所定値より大きいとき、送電された電力が指令値より大きいとき、又は、受電電力を絞りたいとき、前記スイッチ（３３０、４３０）をオンする制御回路（３３、４３）を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の非接触給電装置。
10. 前記コア（１２０）は、
    ヨーク部（１２０ａ）と、
    前記ヨーク部の同一面に間隔を隔てて形成され、磁束の流れる方向に対して直交する断面の断面積が前記ヨーク部より大きい２つの磁極部（１２０ｂ、１２０ｃ）と、
    を有し、
    前記補助巻線（１２３）は、前記ヨーク部に巻回されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の非接触給電装置。

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