JP2015027224A - 非接触受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受電の強制的な遮断時にリレーに故障が生じにくい非接触受電装置を提供する。
【解決手段】非接触受電装置は、蓄電装置１５０と、非接触で外部から電力を受電するように構成され、受電コイル２１０とコンデンサ２１２とを含む共振回路と、共振回路の電力が一次側コイル２１６に与えられ、二次側コイル２１８から降圧された電圧を出力するトランス２１４と、トランス２１４の二次側コイル２１８から交流電力を受けて直流電力に変換して、変換した直流電力を蓄電装置１５０に送る整流器２４０と、トランス２１４の二次側コイル２１８から蓄電装置１５０に至る送電経路上に設けられ、送電経路の接続および遮断を行なうためのリレー２８０とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、非接触受電装置に関し、特に、送電電力を送電装置から非接触で受電可能な受電コイルを含む非接触受電装置に関する。

電源コードや送電ケーブルを用いない非接触のワイヤレス電力伝送が近年注目されており、車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）によって車載の蓄電装置を充電可能な電気自動車やハイブリッド車両等への適用が提案されている。

特開２０１０−０７４９３７号公報（特許文献１）は、非接触受電装置の一例を開示する。この非接触受電装置は、共振回路に設けられたリレーを含み、このリレーを用いて電力を受電する状態と電力を充電しない状態とを切替えるように構成されている。

特開２０１０−０７４９３７号公報 特許第５１５２３３８号公報

特開２０１０−０７４９３７号公報に開示された構成では、共振回路にリレーが設けられている。ここで、送電装置の不具合などによって送電が継続されることを回避するために、受電を強制的にリレーで切断する際、共振回路の電圧は高電圧となっている場合がある。このため、共振回路に設けられたリレーに接点溶着などが発生する可能性がある。

この発明の目的は、受電の強制的な遮断時にリレーに故障が生じにくい非接触受電装置を提供することである。

この発明は、要約すると、非接触受電装置であって、蓄電装置と、非接触で外部から電力を受電するように構成され、受電コイルとコンデンサとを含む共振回路と、共振回路の電力が一次側コイルに与えられ、二次側コイルから降圧された電圧を出力するトランスと、トランスの二次側コイルから交流電力を受けて直流電力に変換して、変換した直流電力を蓄電装置に送る整流器と、トランスの二次側コイルから蓄電装置に至る送電経路上に設けられ、送電経路の接続および遮断を行なうためのリレーとを備える。

本発明によれば、受電を強制的にリレーで切断する場合などに、リレーに溶着が発生しにくくなり、故障の発生を抑制することができる。

この発明の実施の形態に従う車両給電システム（非接触給電システム）１０の概略構成図である。 送電装置３００から車両１００への電力伝送時の等価回路図である。 電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。 送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。 固有周波数ｆ０を固定した状態で、エアギャップＡＧを変化させたときの電力伝送効率と、送電部３２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を示すグラフである。 電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 車両給電システム（非接触給電システム）１０の詳細な全体構成図である。 図７の電力変換ユニット２００の構成を説明するための回路図である。 リレーの配置位置の第１の変形例を示す回路図である。 リレーの配置位置の第２の変形例を示す回路図である。 リレーの配置位置の第３の変形例を示す回路図である。 第５の変形例を示す回路図である。 第６の変形例を示す回路図である。 第７の変形例を示す回路図である。 第８の変形例を示す回路図である。

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。

［非接触給電システムの構成］
図１は、この発明の実施の形態に従う車両給電システム（非接触給電システム）１０の概略構成図である。図１を参照して、車両給電システム１０は、車両１００と、送電装置３００とを備える。車両１００は、受電部１１０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０とを含む。また、送電装置３００は、電源装置３１４と、送電部３２０と、通信ユニット３３０とを含む。

受電部１１０は、たとえば車体底面に設置され、送電装置３００の送電部３２０から出力される高周波の交流電力を、電磁界を介して非接触で受電する。なお、受電部１１０の詳細な構成については、送電部３２０の構成、ならびに送電部３２０から受電部１１０への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信ユニット１３０は、車両１００が送電装置３００と通信を行なうための通信インターフェースである。

カメラ１２０は、車両が後退する場合に車両後方を撮影する。撮影された画像は、ディスプレイによって運転者に示されたり、駐車の誘導処理のために使用されたりする。

電源装置３１４は、所定の周波数を有する交流電力を発生する。一例として、電源装置３１４は、図示されない系統電源から電力を受けて高周波の交流電力を発生し、その発生した交流電力を送電部３２０へ供給する。

送電部３２０は、たとえば駐車場の床面に設置され、電源装置３１４から高周波の交流電力の供給を受ける。そして、送電部３２０は、送電部３２０の周囲に発生する電磁界を介して車両１００の受電部１１０へ非接触で電力を出力する。なお、送電部３２０の詳細な構成についても、受電部１１０の構成、ならびに送電部３２０から受電部１１０への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信ユニット３３０は、送電装置３００が車両１００と通信を行なうための通信インターフェースである。

車両給電システム１０においては、送電装置３００の送電部３２０から車両１００の受電部１１０へ非接触で電力が伝送される。

受電部１１０と送電部３２０の位置関係によって、送電効率は変化する。したがって、受電部１１０と送電部３２０の位置合わせを行なう必要がある。カメラ１２０は、車両が後退する場合に車両後方を撮影する。撮影された画像は、ディスプレイによって運転者に示されたり、駐車の誘導処理のために使用されたりする。画像認識の結果に基づいて送電ユニット２２０と車両との位置および向きが認識され、その認識結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両が誘導される。

［電力伝送の原理］
図２は、送電装置３００から車両１００への電力伝送時の等価回路図である。図２を参照して、送電装置３００の送電部３２０は、共振コイル３１０と、キャパシタ３１２と、電磁誘導コイル３２３とを含む。

電磁誘導コイル３２３は、共振コイル３１０と所定の間隔をおいて、たとえば共振コイル３１０と略同軸上に設けられるコイルであっても良く、共振コイル３１０に一次側コイルが接続されたトランスなどであっても良い。電磁誘導コイル３２３は、電磁誘導により共振コイル３１０と磁気的に結合し、電源装置３１４から供給される高周波電力を電磁誘導により共振コイル３１０へ供給する。

共振コイル３１０は、キャパシタ３１２とともにＬＣ共振回路を形成する。なお、後述するように、車両１００の受電部１１０においてもＬＣ共振回路が形成される。共振コイル３１０およびキャパシタ３１２によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、受電部１１０のＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。そして、共振コイル３１０は、電磁誘導コイル３２３から電磁誘導により電力を受け、車両１００の受電部１１０へ非接触で送電する。

なお、電磁誘導コイル３２３は、電源装置３１４から共振コイル３１０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３２３を設けずに共振コイル３１０に電源装置３１４を直接接続してもよい。また、キャパシタ３１２は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル３１０の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ３１２を設けない構成としてもよい。

車両１００の受電部１１０は、共振コイル２１０と、キャパシタ２１２と、電磁誘導コイル２１８とを含む。共振コイル２１０は、キャパシタ２１２とともにＬＣ共振回路を形成する。上述のように、共振コイル２１０およびキャパシタ２１２によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、送電装置３００の送電部３２０における、共振コイル３１０およびキャパシタ３１２によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％である。そして、共振コイル２１０は、送電装置３００の送電部３２０から非接触で受電する。

電磁誘導コイル２１８は、共振コイル２１０と所定の間隔をおいて、たとえば共振コイル２１０と略同軸上に設けられるコイルであっても良く、後に図８以降に示すように共振コイル２１０に一次側コイル２１６が接続されたトランスなどであっても良い。電磁誘導コイル２１８は、電磁誘導により共振コイル２１０と磁気的に結合し、共振コイル２１０によって受電された電力を電磁誘導により取出して電気負荷装置１１８へ出力する。なお、電気負荷装置１１８は、受電部１１０によって受電された電力を利用する電気機器である。

なお、電磁誘導コイル２１８は、共振コイル２１０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２１８を設けずに共振コイル２１０に整流器を直接接続してもよい。また、キャパシタ２１２は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル２１０の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ２１２を設けない構成としてもよい。

送電装置３００において、電源装置３１４から電磁誘導コイル３２３へ高周波の交流電力が供給され、電磁誘導コイル３２３を用いて共振コイル３１０へ電力が供給される。そうすると、共振コイル３１０と車両１００の共振コイル２１０との間に形成される磁界を通じて共振コイル３１０から共振コイル２１０へエネルギ（電力）が移動する。共振コイル２１０へ移動したエネルギ（電力）は、電磁誘導コイル２１８を用いて取出され、車両１００の電気負荷装置１１８へ伝送される。

上述のように、この電力伝送システムにおいては、送電装置３００の送電部３２０の固有周波数と、車両１００の受電部１１０の固有周波数との差は、送電部３２０の固有周波数または受電部１１０の固有周波数の±１０％以下である。このような範囲に送電部３２０および受電部１１０の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができる。一方、上記の固有周波数の差が±１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％よりも小さくなり、電力伝送時間が長くなるなどの弊害が生じる可能性がある。

なお、送電部３２０（受電部１１０）の固有周波数とは、送電部３２０（受電部１１０）を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送電部３２０（受電部１１０）を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を実質的に零としたときの固有周波数は、送電部３２０（受電部１１０）の共振周波数とも呼ばれる。

図３および図４を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図３は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図４は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。

図３を参照して、電力伝送システム８９は、送電部９０と、受電部９１とを備える。送電部９０は、第１コイル９２と、第２コイル９３とを含む。第２コイル９３は、共振コイル９４と、共振コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。受電部９１は、第３コイル９６と、第４コイル９７とを備える。第３コイル９６は、共振コイル９９とこの共振コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。

共振コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。また、共振コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、第２コイル９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、第３コイル９６の固有周波数ｆ２は下記の式（２）によって示される。

ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）^1/2｝ … （１）
ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）^1/2｝ … （２）
ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図５に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル９４および共振コイル９９の相対的な位置関係は固定とし、さらに、第２コイル９３に供給される電流の周波数は一定である。

図４に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数の電流における電力伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記の式（３）によって示される。

（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％） … （３）
図４から明らかなように、固有周波数のズレ（％）が０％の場合には、電力伝送効率は１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は４０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は１０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は５％程度となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、第３コイル９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が第３コイル９６の固有周波数の５％以下となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。

再び図２を参照して、送電装置３００の送電部３２０および車両１００の受電部１１０は、送電部３２０と受電部１１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部３２０と受電部１１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、非接触で電力を授受する。送電部３２０と受電部１１０との結合係数κはたとえば０．３以下であり、０．１以下がより好ましい、送電部３２０と受電部１１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部３２０から受電部１１０へ電力が伝送される。

ここで、送電部３２０の周囲に形成される特定の周波数の磁界について説明する。「特定の周波数の磁界」は、典型的には、電力伝送効率と送電部３２０に供給される電流の周波数と関連性を有する。そこで、まず、電力伝送効率と、送電部３２０に供給される電流の周波数との関係について説明する。送電部３２０から受電部１１０に電力を伝送するときの電力伝送効率は、送電部３２０および受電部１１０間の距離などの様々な要因よって変化する。たとえば、送電部３２０および受電部１１０の固有周波数（共振周波数）をｆ０とし、送電部３２０に供給される電流の周波数をｆ３とし、送電部３２０および受電部１１０の間のエアギャップをエアギャップＡＧとする。

図５は、固有周波数ｆ０を固定した状態で、エアギャップＡＧを変化させたときの電力伝送効率と、送電部３２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を示すグラフである。

図５を参照して、横軸は、送電部３２０に供給される電流の周波数ｆ３を示し、縦軸は、電力伝送効率（％）を示す。効率曲線Ｌ１は、エアギャップＡＧが小さいときの電力伝送効率と、送電部３２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を模式的に示す。この効率曲線Ｌ１に示すように、エアギャップＡＧが小さい場合には、電力伝送効率のピークは周波数ｆ４，ｆ５（ｆ４＜ｆ５）において生じる。エアギャップＡＧを大きくすると、電力伝送効率が高くなるときの２つのピークは、互いに近づくように変化する。そして、効率曲線Ｌ２に示すように、エアギャップＡＧを所定距離よりも大きくすると、電力伝送効率のピークは１つとなり、送電部３２０に供給される電流の周波数が周波数ｆ６のときに電力伝送効率がピークとなる。エアギャップＡＧを効率曲線Ｌ２の状態よりもさらに大きくすると、効率曲線Ｌ３に示すように電力伝送効率のピークが小さくなる。

たとえば、電力伝送効率の向上を図るため手法として次のような手法が考えられる。第１の手法としては、エアギャップＡＧにあわせて、送電部３２０に供給される電流の周波数を一定として、キャパシタ３１２やキャパシタ２１２のキャパシタンスを変化させることで、送電部３２０と受電部１１０との間での電力伝送効率の特性を変化させる手法が考えられる。具体的には、送電部３２０に供給される電流の周波数を一定とした状態で、電力伝送効率がピークとなるように、キャパシタ３１２およびキャパシタ２１２のキャパシタンスを調整する。この手法では、エアギャップＡＧの大きさに関係なく、送電部３２０および受電部１１０に流れる電流の周波数は一定である。なお、電力伝送効率の特性を変化させる手法としては、整合器（図示せず）を利用する手法や、車両１００において整流器と蓄電装置との間に設けられるＤＣ／ＤＣコンバータを利用する手法などを採用することも可能である。

また、第２の手法としては、エアギャップＡＧの大きさに基づいて、送電部３２０に供給される電流の周波数を調整する手法である。たとえば、電力伝送特性が効率曲線Ｌ１となる場合には、周波数ｆ４またはｆ５の電流を送電部３２０に供給する。周波数特性が効率曲線Ｌ２，Ｌ３となる場合には、周波数ｆ６の電流を送電部３２０に供給する。この場合においては、エアギャップＡＧの大きさに合わせて送電部３２０および受電部１１０に流れる電流の周波数を変化させることになる。

第１の手法では、送電部３２０を流れる電流の周波数は、固定された一定の周波数となり、第２の手法では、送電部３２０を流れる周波数は、エアギャップＡＧによって適宜変化する周波数となる。第１の手法や第２の手法などによって、電力伝送効率が高くなるように設定された特定の周波数の電流が送電部３２０に供給される。送電部３２０に特定の周波数の電流が流れることで、送電部３２０の周囲には、特定の周波数で振動する磁界（電磁界）が形成される。受電部１１０は、受電部１１０と送電部３２０との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界を通じて送電部３２０から電力を受電している。したがって、「特定の周波数で振動する磁界」とは、必ずしも固定された周波数の磁界とは限らない。なお、上記の例では、エアギャップＡＧに着目して、送電部３２０に供給される電流の周波数を設定するようにしているが、電力伝送効率は、送電部３２０および受電部１１０の水平方向のズレ等のように他の要因によっても変化するものであり、当該他の要因に基づいて、送電部３２０に供給される電流の周波数を調整する場合がある。

なお、上記の説明では、共振コイルとしてヘリカルコイルを採用した例について説明したが、共振コイルとして、メアンダラインなどのアンテナなどを採用した場合には、送電部３２０に特定の周波数の電流が流れることで、特定の周波数の電界が送電部３２０の周囲に形成される。そして、この電界を通して、送電部３２０と受電部１１０との間で電力伝送が行なわれる。

この電力伝送システムにおいては、電磁界の「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。

図６は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図６を参照して、電磁界は３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。なお、電磁界の波長を「λ」とすると、「輻射電磁界」と「誘導電磁界」と「静電磁界」との強さが略等しくなる距離は、λ／２πと表わすことができる。

「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、この実施の形態に係る電力伝送システムでは、この「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギ（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、近接する固有周波数を有する送電部３２０および受電部１１０（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、送電部３２０から他方の受電部１１０へエネルギ（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギを伝播しないので、遠方までエネルギを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギ（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギ損失で送電することができる。

このように、この電力伝送システムにおいては、送電部３２０と受電部１１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部３２０と受電部１１０との間で非接触によって電力が伝送される。そして、送電部３２０と受電部１１０との間の結合係数（κ）は、たとえば、０．３以下程度であり、好ましくは、０．１以下である。当然のことながら、結合係数（κ）を０．１〜０．３程度の範囲も採用することができる。結合係数（κ）は、このような値に限定されるものでなく、電力伝送が良好となる種々の値をとり得る。

なお、電力伝送における、上記のような送電部３２０と受電部１１０との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」、「電界（電場）共振結合」等という。「電磁界（電磁場）共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電界（電場）共振結合」のいずれも含む結合を意味する。

送電部３２０と受電部１１０とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送電部３２０と受電部１１０とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、送電部３２０と受電部１１０とに、たとえば、メアンダライン等のアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送電部３２０と受電部１１０とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。

［車両給電システムの構成］
図７は、車両給電システム（非接触給電システム）１０の詳細な全体構成図である。図７を参照して、車両給電システム１０は、車両１００と、送電装置３００とを備える。送電装置３００は、電源が収容されたスタンド３１４と、送電部３２０とを含む。送電部３２０は、直列接続された一次自己共振コイル３１０とコンデンサ３１２とを含む。

車両１００は、送電部３２０から非接触で電力を受電する受電部１１０を含む。受電部１１０は、たとえば車体底面に設置され、送電装置３００の送電部３２０から出力される高周波の交流電力を、電磁界を介して非接触で受電する。

スタンド３１４に収容された電源は、所定の周波数を有する交流電力を発生する。一例として、電源は、図示されない系統電源から電力を受けて高周波の交流電力を発生し、その発生した交流電力を送電部３２０へ供給する。

送電部３２０は、たとえば駐車場の床面に設置され、スタンド３１４から高周波の交流電力の供給を受ける。そして、送電部３２０は、送電部３２０の周囲に発生する電磁界を介して車両１００の受電部１１０へ非接触で電力を出力する。

車両給電システム１０においては、送電装置３００の送電部３２０から車両１００の受電部１１０へ非接触で電力が伝送される。

車両１００は、さらに、蓄電装置１５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ１６２と、インバータ１６４，１６６と、モータジェネレータ１７２，１７４と、エンジン１７６と、動力分割装置１７７と、駆動輪１７８とを含む。

車両１００は、さらに、受電部１１０から電力を受ける電力変換ユニット２００を含む。

車両１００は、さらに、制御装置１８０と、給電ボタン１２２とを含む。
この車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を動力源として搭載する。エンジン１７６およびモータジェネレータ１７２，１７４は、動力分割装置１７７に連結される。そして、車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４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１７６が発生する動力は、動力分割装置１７７によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪１７８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１７２へ伝達される経路である。

モータジェネレータ１７２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を含む。モータジェネレータ１７２は、動力分割装置１７７によって分割されたエンジン１７６の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置１５０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１７６が始動してモータジェネレータ１７２により発電が行なわれ、蓄電装置１５０が充電される。

モータジェネレータ１７４も、交流回転電機であり、モータジェネレータ１７２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を含む。モータジェネレータ１７４は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１７２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１７４の駆動力は、駆動輪１７８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１７８を介してモータジェネレータ１７４の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ１７４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１７４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１７４により発電された電力は、蓄電装置１５０に蓄えられる。

動力分割装置１７７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を使用することができる。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１７６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１７２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１７４の回転軸および駆動輪１７８に連結される。

蓄電装置１５０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電池やニッケル水素電池などの二次電池を含む。蓄電装置１５０は、充電器１４２から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７２，１７４によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、送電装置３００（図７）から供給される電力やモータジェネレータ１７２，１７４からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ１は、制御装置１８０からの信号ＳＥ１が活性化されると、蓄電装置１５０を昇圧コンバータ１６２と電気的に接続し、信号ＳＥ１が非活性化されると、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間の電路を遮断する。昇圧コンバータ１６２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置１５０から出力される電圧以上の電圧に昇圧する。なお、この昇圧コンバータ１６２は、たとえば直流チョッパ回路を含む。

インバータ１６４，１６６は、それぞれモータジェネレータ１７２，１７４に対応して設けられる。インバータ１６４は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１７２を駆動し、インバータ１６６は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１７４を駆動する。なお、インバータ１６４，１６６は、たとえば三相ブリッジ回路を含む。

制御装置１８０は、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１６２およびモータジェネレータ１７２，１７４をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。制御装置１８０は、生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６へ出力する。そして、車両の走行時、制御装置１８０は、信号ＳＥ１を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオンさせるとともに、信号ＳＥ２を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオフさせる。

図８は、図７の電力変換ユニット２００の構成を説明するための回路図である。図８を参照して、電力変換ユニット２００は、受電部１１０の受電コイル（自己共振二次コイル）２１０に直列に接続されるコンデンサ２１２と、直列接続されたコンデンサ２１２および受電コイル２１０が、一次側コイル２１６に接続された絶縁トランス２１４と、絶縁トランス２１４の二次側コイル２１８に接続されるフィルタ２２０と、フィルタ２２０と絶縁トランス２１４の二次側コイル２１８とを接続／非接続の切替えを行なうリレー２８０と、フィルタ２２０と蓄電装置（バッテリ）１５０との間に接続される整流器２４０とを含む。

フィルタ２２０は、ノイズを除去するためのコイル２２２，２２４，２２６，２２８，２３０，２３２と、コンデンサ２３４，２３６とを含む。

整流器２４０は、ダイオード２４２，２４６，２４８，２５０と、コイル２５２，２５６，２６４，２６６と、平滑コンデンサ２５８，２６０，２６２と、ヒューズ２６８とを含む。

図８に示した構成では、コイル２２２と絶縁トランス２１４との間にリレー２８０を設けたが、コイル２２８と絶縁トランス２１４との間にリレー２８０を配置してもよい。

絶縁トランス２１４は、一次側コイル２１６の電圧を降圧して二次側コイル２１８に出力する。したがって、リレー２８０の耐圧は、一次側コイル２１６とコンデンサ２１２や受電コイル２１０との間に設けるよりも低くすることができる。また、一次側コイル２１６とコンデンサ２１２や受電コイル２１０との間にリレーを設ける場合よりも、受電を強制的にリレー２８０で切断する際に、リレー２８０に溶着が発生しにくい。

［変形例１］
図９は、リレーの配置位置の第１の変形例を示す回路図である。図９に示す変形例では、図８に示した回路構成において、リレー２８０の代わりに、リレー２８０Ａを含む。他の部分は、図９の構成は図８の構成と同様であるので説明は繰返さない。

リレー２８０Ａは、フィルタ２２０の内部に設けられる。リレー２８０Ａは、コイル２２４に直列接続されている。なお、リレー２８０Ａは、フィルタ２２０内部の他のコイル２２２，２２６，２２８，２３０，２３２のいずれかと直列に配置するように配置位置を変更しても良い。

［変形例２］
図１０は、リレーの配置位置の第２の変形例を示す回路図である。図１０に示す変形例では、図８に示した回路構成において、リレー２８０の代わりに、リレー２８０Ｂを含む。他の部分は、図１０の構成は図８の構成と同様であるので説明は繰返さない。

リレー２８０Ｂは、フィルタ２２０と整流器２４０との間の接続経路に設けられる。リレー２８０Ｂは、コイル２２６とダイオード２４２のアノードとの間に接続されているが、コイル２３２とダイオード２５０のカソードとの間に配置するように配置位置を変更しても良い。

［変形例３］
図１１は、リレーの配置位置の第３の変形例を示す回路図である。図１１に示す変形例では、図８に示した回路構成において、リレー２８０の代わりに、リレー２８０Ｃを含む。他の部分は、図１１の構成は図８の構成と同様であるので説明は繰返さない。

リレー２８０Ｃは、整流器２４０の内部に配置される。リレー２８０Ｃは、ダイオード２４２のカソードとコイル２５２との間の接続経路に設けられる。なお、リレー２８０Ｃをコイル２５６とダイオード２５０のアノードとの間に配置するなど、整流器２４０の内部において、電力伝送の遮断が生じる他の位置に配置位置を変更しても良い。

上記の変形例１〜３の場合にも、図８の構成と同様な効果を奏することができる。すなわち、リレー２８０Ａ〜リレー２８０Ｃの耐圧は、一次側コイル２１６とコンデンサ２１２や受電コイル２１０との間に設けるよりも低くすることができる。また、一次側コイル２１６とコンデンサ２１２や受電コイル２１０との間にリレーを設ける場合よりも、受電を強制的にリレー２８０Ａ〜リレー２８０Ｃで切断する際に、リレー２８０Ａ〜リレー２８０Ｃに溶着が発生しにくい。

以上の実施の形態について総括すると、図８〜図１１に示した非接触受電装置は、蓄電装置１５０と、非接触で外部から電力を受電するように構成され、受電コイル２１０とコンデンサ２１２とを含む共振回路と、共振回路の電力が一次側コイル２１６に与えられ、二次側コイル２１８から降圧された電圧を出力する絶縁トランス２１４と、絶縁トランス２１４の二次側コイル２１８から交流電力を受けて直流電力に変換して、変換した直流電力を蓄電装置１５０に送る整流器２４０と、絶縁トランス２１４の二次側コイル２１８から蓄電装置１５０に至る送電経路上に設けられ、送電経路の接続および遮断を行なうためのリレー２８０，２８０Ａ〜２８０Ｃとを備える。

絶縁トランス２１４の二次側以降の部分にリレーを設けることによって、リレーに加わる電圧が低下するので、耐圧が低いリレーを採用することが可能となるとともに、強制遮断時にリレーの溶着が生じにくくなる。

［変形例５］
図１２は、第５の変形例を示す回路図である。図１２に示す変形例では、図８に示した回路構成において、トランス２１４が削除されて直結される代わりに、コンデンサ２１２Ａが追加されている。他の部分は、図１２の構成は図８の構成と同様であるので説明は繰返さない。

図８の構成では、高圧部位（例えば１０００Ｖ以上）と低圧部位（たとえば２００Ｖ）とを絶縁分離するために、トランス２１４を挿入していた。これに代えて図１２の構成では、コンデンサ２１２Ａを追加し、コンデンサ２１２および２１２Ａによって、高圧部位（受電部１１０）と低圧部位（フィルタ２２０以降）とを絶縁分離している。この構成では、図８の構成と同様なリレーの溶着が発生しにくいという効果に加えて、トランス２１４を省略することができる。

［変形例６］
図１３は、第６の変形例を示す回路図である。図１３に示す変形例では、図９に示した回路構成において、トランス２１４が削除されて直結される代わりに、コンデンサ２１２Ａが追加されている。他の部分は、図１３の構成は図９の構成と同様であるので説明は繰返さない。

この構成でも、図９の構成と同様なリレーの溶着が発生しにくいという効果に加えて、図１２の構成と同様にトランス２１４を省略することができる。

［変形例７］
図１４は、第７の変形例を示す回路図である。図１４に示す変形例では、図１０に示した回路構成において、トランス２１４が削除されて直結される代わりに、コンデンサ２１２Ａが追加されている。他の部分は、図１４の構成は図１０の構成と同様であるので説明は繰返さない。

この構成でも、図１０の構成と同様なリレーの溶着が発生しにくいという効果に加えて、図１２の構成と同様にトランス２１４を省略することができる。

［変形例８］
図１５は、第８の変形例を示す回路図である。図１５に示す変形例では、図１１に示した回路構成において、トランス２１４が削除されて直結される代わりに、コンデンサ２１２Ａが追加されている。他の部分は、図１５の構成は図１１の構成と同様であるので説明は繰返さない。

この構成でも、図１１の構成と同様なリレーの溶着が発生しにくいという効果に加えて、図１２の構成と同様にトランス２１４を省略することができる。

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。

１０ 車両給電システム、１００ 車両、１１０ 受電部、１２２ 給電ボタン、１４２ 充電器、１５０ 蓄電装置、１６２ 昇圧コンバータ、１６４，１６６ インバータ、１７２，１７４ モータジェネレータ、１７６ エンジン、１７７ 動力分割装置、１７８ 駆動輪、１８０ 制御装置、２００ 電力変換ユニット、２１０ 受電コイル、２１２，２１２Ａ，２３４，２３６，３１２ コンデンサ、２１４ 絶縁トランス、２１６ 一次側コイル、２１８ 二次側コイル、２２０ フィルタ、２４０ 整流器、２４２，２４６，２４８，２５０ ダイオード、２５８，２６０，２６２ 平滑コンデンサ、２６８ ヒューズ、２８０，２８０Ａ〜２８０Ｃ リレー、３００ 送電装置、３１０ 一次自己共振コイル、３１４ スタンド、３２０ 送電部、ＰＬ２ 正極線、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (1)

1. 蓄電装置と、
   非接触で外部から電力を受電するように構成され、受電コイルとコンデンサとを含む共振回路と、
   前記共振回路の電力が一次側コイルに与えられ、二次側コイルから降圧された電圧を出力するトランスと、
   前記トランスの二次側コイルから交流電力を受けて直流電力に変換して、変換した直流電力を前記蓄電装置に送る整流器と、
   前記トランスの二次側コイルから前記蓄電装置に至る送電経路上に設けられ、前記送電経路の接続および遮断を行なうためのリレーとを備える、非接触受電装置。

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