JP2021072735A - 電力伝送システムおよび送電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、使い勝手が良く、しかも、伝送効率が高い電力伝送システムを提供すること。【解決手段】送電装置から車両に搭載された受電装置に対して交流電力を伝送する電力伝送システムにおいて、送電装置は、車両の車輪を停止するための車輪止め３１３，３１４と、車輪止めを隔てて車輪の反対側に配置され、電界伝送によって電力を送電する２枚の送電用電極板（電極板３３１，３３２）と、２枚の送電用電極板に対して交流電力を供給する供給手段（高周波電源５１０）と、を有し、受電装置は、車両の前方または後方の底部に配置される２枚の受電用電極板（電極板７０１，７０２）と、２枚の受電用電極によって受電された電力を出力する出力手段（整流回路７１０）と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、電力伝送システムおよび送電装置に関するものである。

特許文献１には、非接触給電用の車両位置決め装置に関する技術が開示されている。この技術では、車輪を突き当てることで前後方向の位置を決めるための車輪止め部と、一次コイルが置かれた中央構造体の側面部に傾斜を設けることで車輪を誘導し、左右方向の駐車位置を決めるためのガイド部が設けられ、これらが一体的に構成された非接触給電用の車両位置決め装置が開示されている。

特開２０１６−３７７３３号公報

ところで、特許文献１に開示された技術では、車輪の間隔が広い車両が駐車した場合には、給電用カプラと車両に搭載された受電用カプラの位置がずれて給電効率が低下するという問題点がある。

また、車輪の間隔が狭い車両の場合には車輪ガイドを踏まないように正確に駐車させる必要があり、駐車操作が煩わしくなるという問題点がある。

また、カプラの側面にガイドを設ける構成となっているものの、左右方向の駐車位置が大きくずれた場合には車輪がカプラ自身に乗り上げ、カプラを破損させる可能性があるという問題点がある。

さらに、特許文献１に開示された技術では、装置の構成が複雑であるため、製造コストが高くなるという問題点もある。

そこで、本発明は、安価で、使い勝手が良く、しかも、伝送効率が高い電力伝送システムおよび送電装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、送電装置から車両に搭載された受電装置に対して交流電力を伝送する電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、前記車両の車輪を停止するための車輪止めと、前記車輪止めを隔てて前記車輪の反対側に配置され、電界伝送によって電力を送電する２枚の送電用電極板と、２枚の前記送電用電極板に対して交流電力を供給する供給手段と、を有し、前記受電装置は、前記車両の前方または後方の底部に配置される２枚の受電用電極板と、２枚の前記受電用電極板によって受電された電力を出力する出力手段と、を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、安価で、使い勝手が良く、しかも、伝送効率を高めることができる。

また、本発明は、２枚の前記送電用電極板は、前記車両の前後方向に並置され、２枚の前記受電用電極板は、前記車両の前記前後方向に並置される、ことを特徴とする。
このような構成によれば、左右方向に車両の駐車位置がずれた場合であっても、効率の高い電力伝送を行うことができる。前後方向の位置ずれは車輪止めによって規制されるので、前後方向に車両の駐車位置がずれることを抑制でき、効率の高い電力伝送を行うことができる。

また、本発明は、前記車輪止めと、前記２枚の前記送電用電極板とは、一体形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、位置決めを正確に行うことができるとともに、一体形成によって製造コストを低減することができる。

また、本発明は、前記車輪止めと、前記２枚の前記送電用電極板とは、金属板の上に配置されて、一体形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、金属板をグランドレベルとすることで、送電特性を安定化することができる。

また、本発明は、前記２枚の送電用電極は、樹脂製の筐体内に収容されていることを特徴とする。
このような構成によれば、降雨による影響を低減することができる。

また、本発明は、前記樹脂製の筐体の天面は、水平面に対して傾きを有していることを特徴とする。
このような構成によれば、水はけをよくすることで、水分によって誘電率が変化し、特性が変化することを抑制することができる。

また、本発明は、前記樹脂製の筐体の天面は、撥水加工が施されていることを特徴とする。
このような構成によれば、水はけをさらによくすることで、水分によって誘電率が変化し、特性が変化することを抑制することができる。

また、本発明は、前記車両の左右の前記車輪に対応する位置に設けられた２つの前記車輪止めの間に配置され、前記車輪止めの略同じ高さを有し、前記車両の前記車輪が乗り越えることを防止する乗り越え防止壁を有することを特徴とする。
このような構成によれば、乗り越え防止壁によって、車輪止めの間を車輪が通過し、送電用電極板が損傷することを防止できる。

また、本発明は、２枚の前記送電用電極板は断面がハの字となるように傾きを有して配置されていることを特徴とする。
このような構成によれば、水滴が流れる距離が短くなるので、水はけをさらによくすることができる。

また、本発明は、送電装置から車両に搭載された受電装置に対して交流電力を伝送する電力伝送システムの前記送電装置において、前記車両の車輪を停止するための車輪止めと、前記車輪止めを隔てて前記車輪の反対側に配置され、電界伝送によって電力を送電する２枚の送電用電極板と、２枚の前記送電用電極板に対して交流電力を供給する供給手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、安価で、使い勝手が良く、しかも、伝送効率を高めることができる。

本発明によれば、安価で、使い勝手が良く、しかも、伝送効率が高い電力伝送システムおよび送電装置を提供することが可能となる。

本発明の実施形態の動作原理を説明するための図である。 図１に示す構成例の等価回路である。 図２に示す等価回路の伝送特性を示す図である。 本発明の実施形態の原理を説明する送電用カプラの構成例を示す図である。 本発明の原理を説明する送電用カプラと受電用カプラの構成例を示す図である。 図５に示す構成例の送電用カプラの入力インピーダンスのスミスチャートである。 図５に示す構成例のパラメータＳ１１，Ｓ２１，η２１の周波数特性を示す図である。 本発明の実施形態の電気的な構成を示す図である。 本発明の実施形態の送電装置の構成例を示す図である。 図９に示す送電用カプラの構成例を示す図である。 図１０に示す送電用カプラの内部の構成例を示す図である。 車両と送電用カプラの位置関係を示す図である。 図１２の一部を拡大して示す図である。 図９の変形実施形態の構成例を示す図である。 図１３の変形実施形態の構成例を示す図である。 図１３の変形実施形態の構成例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）本発明の実施形態の動作原理の説明
まず、本発明の実施形態について説明する前に、本発明の動作原理について説明する。図１は、本発明の電界による電力伝送の動作原理を説明するための図である。この図の例では、電力伝送システム１は、送電装置１０、および、受電装置２０を有している。

ここで、送電装置１０は、電極板１１，１２、インダクタ１３，１４、接続線１５，１６、および、交流電力発生部１７を有している。また、受電装置２０は、電極板２１，２２、インダクタ２３，２４、接続線２５，２６、および、負荷２７を有している。電極板１１，１２およびインダクタ１３，１４は送電用カプラを構成する。電極板２１，２２およびインダクタ２３，２４は受電用カプラを構成する。

ここで、電極板１１，１２は、導電性を有する部材によって構成され、所定の距離ｄ１を隔てて配置されている。図１の例では、電極板１１，１２，２１，２２として、略同一のサイズを有する矩形形状を有する平板状の電極板が例示されている。また、電極板１１と電極板２１は距離ｄ２を隔てて対向するように平行に配置され、電極板１２と電極板２２も同じ距離ｄ２を隔てて対向するように平行に配置されている。なお、電極板１１，１２，２１，２２としては、図１に示す以外の形状の電極板であってもよい。例えば、円形または楕円形状の平板電極板であったり、球形等の立体形状であったり、平板ではなく湾曲した形状または屈曲した形状の電極板であったりしてもよい。

電極板１１および電極板１２の距離ｄ１を含む合計幅Ｄは、これらの電極板から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。同様に、電極板２１および電極板２２の距離ｄ１を含む合計幅Ｄは、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。また、電極板１１と電極板２１および電極板１２と電極板２２の間の距離ｄ２についても、λ／２πで示される近傍界よりも短くなるように設定されている。

インダクタ１３，１４は、例えば、導電性の線材（例えば、銅線）を巻回して構成され、図１の例では、電極板１１，１２の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線１５はインダクタ１３の他端と交流電力発生部１７の出力端子の一端とを接続する導電性の線材（例えば、銅線）によって構成される。接続線１６はインダクタ１４の他端と交流電力発生部１７の出力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線１５，１６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。

交流電力発生部１７は、所定の周波数の交流電力を発生し、接続線１５，１６を介してインダクタ１３，１４に供給する。

電極板２１，２２は、電極板１１，１２と同様に、導電性を有する部材によって構成され、所定ｄ１の距離を隔てて配置されている。

インダクタ２３，２４は、例えば、導電性の線材を巻回して構成され、図１の例では、電極板２１，２２の端部にそれぞれの一端が電気的に接続されている。接続線２５はインダクタ２３の他端と負荷２７の入力端子の一端とを接続する導電性の線材（例えば、銅線）によって構成される。接続線２６はインダクタ２４の他端と負荷２７の入力端子の他端とを接続する導電性の線材によって構成される。なお、接続線２５，２６は、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成される。

負荷２７は、交流電力発生部１７から出力され、送電用カプラおよび受電用カプラを介して伝送された電力が供給される。なお、負荷２７は、例えば、整流装置および二次電池等によって構成されている。もちろん、これ以外であってもよい。

図２は、図１に示す電力伝送システム１の等価回路を示す図である。この図２において、インピーダンス２は交流電力発生部１７の出力インピーダンスを示し、インピーダンス２７は負荷２７の入力インピーダンスを示す。ここでは、ともにＺ０の値を有するとして説明する。なお、等価回路に明示されない接続線１５，１６及び接続線２５，２６の特性インピーダンスもＺ０とする。インダクタ３はインダクタ１３，１４に対応し、Ｌの素子値を有している。キャパシタ４は、電極板１１，１２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、電極板１１，１２と電極板２１，２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。キャパシタ５は、電極板１１，１２と電極板２１，２２の間に生じるキャパシタを示し、Ｃｍの素子値を有している。キャパシタ６は、電極板２１，２２の間に生じる素子値Ｃのキャパシタから、電極板１１，１２と電極板２１，２２の間に生じる素子値Ｃｍのキャパシタを減じた素子値（Ｃ−Ｃｍ）を有する。インダクタ７はインダクタ２３，２４に対応し、Ｌの素子値を有している。抵抗８は、送電用カプラの抵抗を示し、インダクタ１３，１４に付随する抵抗値である。抵抗９は、受電用カプラの抵抗を示し、インダクタ２４，２４に付随する抵抗値である。

図３は、送電装置１０と受電装置２０の間のＳパラメータの周波数特性を示している。具体的には、図３の横軸は周波数を示し、縦軸は送電装置１０から受電装置２０への挿入損失（Ｓ２１）を示している。ここでは簡易的に、送電用カプラ及び受電用カプラの抵抗値を０とおいている。この図３に示すように、送電装置１０から受電装置２０への挿入損失は、周波数ｆ_Ｃでインピーダンス極大値を有し、周波数ｆ_Ｌおよびｆ_Ｈでインピーダンス整合点、すなわち、共振点を有している。ここで、周波数ｆ_Ｃは、図２に示すインダクタ３，７のインダクタンス値Ｌと、電極板１１，１２または電極板２１，２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Ｃによって定まる。また、周波数ｆ_Ｌおよびｆ_Ｈは、図２に示すインダクタ３，７のインダクタンス値Ｌと、電極板１１，１２および電極板２１，２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンス値Ｃｍと、ならびに、電極板１１，１２の間および電極板２１，２２の間にそれぞれ生じるキャパシタのキャパシタンス値Ｃによって近似値として定まる。

交流電力発生部１７が発生する交流電力の周波数は、図３に示すｆ_Ｌからｆ_Ｈの近傍、望ましくはｆ_Ｃに設定する。交流電力の周波数がｆ_Ｌもしくはｆ_Ｈと一致していない場合でも、それらに近接していれば交流電力の周波数でのインピーダンスはＺ０に近い値を有するので、整合回路を適用することで容易に整合を取り、送電装置１０から受電装置２０への挿入損失を略０ｄＢとすることが出来る。素子値Ｃｍは送受電極板の相対位置関係により変動し、その結果として図３に示すＳ２１パラメータの周波数特性のグラフもＣｍの変化に応じて周波数シフトするが、交流電力の周波数が極値を取るｆ_Ｃに設定されていれば、Ｃｍ変動の影響を緩和することができる。

図１に示す実施形態では、送電装置１０の電極板１１，１２と受電装置２０の電極板２１，２２は、電界共振結合されており、送電装置１０の電極板１１，１２から受電装置２０の電極板２１，２２に対して電界によって交流電力が伝送される。

つまり、図１に示す実施形態では、送電装置１０の電極板１１，１２と受電装置２０の電極板２１，２２は、近傍界であるλ／２πよりも短い距離ｄ２だけ隔てて配置されているので、電極板１１，１２から放射される電界成分が支配的である領域に電極板２１，２２が配置される。また、電極板１１，１２の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ１３，１４による共振周波数と、電極板２１，２２の間に形成されるキャパシタおよびインダクタ２３，２４による共振周波数とは略等しくなるように設定されている。このように、送電装置１０の電極板１１，１２と受電装置２０の電極板２１，２２は、電界共振結合されていることから、送電装置１０の電極板１１，１２から受電装置２０の電極板２１，２２に対して電界によって交流電力が効率よく伝送される。

図４および図５は、より具体的な構成例を示す斜視図である。ここで、図４は、送電用カプラ１１０の構成例を示している。また、図５は送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０とを配置した状態を示す斜視図である。

図４に示すように、送電用カプラ１１０は、矩形の板状形状を有する絶縁部材によって構成される回路基板１１８の表（おもて）面１１８Ａ上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極板１１１，１１２が配置されて構成される。回路基板１１８の裏面１１８Ｂには、この図４の例では、電極板等は配置されていない。具体的な構成例としては、例えば、ガラスエポキシ基板やガラスコンポジット基板等によって構成される回路基板１１８上に、銅等の導電性の薄膜によって電極板１１１，１１２が形成される。電極板１１１，１１２は、所定の距離ｄ１だけ離れた位置に平行に配置されている。また、距離ｄ１を含む電極板１１１，１１２の幅Ｄは、これらの電極板から放射される電界の波長をλとした場合に、λ／２πで示される近傍界よりも狭くなるように設定されている。なお、具体的なＤの長さとしては、例えば、使用周波数が１３．５６ＭＨｚの場合には、５０ｃｍ程度とし、また、これと直交する方向の長さＬについても５０ｃｍ程度とすることができる。また、銅の薄膜ではなく、板状の導電性部材、例えば、銅板、アルミ板等を用いるようにしてもよい。

回路基板１１８の電極板１１１，１１２の短手方向の端部には、インダクタ１１３，１１４の一端がそれぞれ接続されている。また、インダクタ１１３，１１４の他端は、接続線１１５，１１６の一端にそれぞれ接続されている。接続線１１５，１１６は、電極板１１１，１１２の領域およびこれらに挟まれる領域を回避するように配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向（図４の左下方向）に伸延するように配置されている。より詳細には、電極板１１１，１１２のそれぞれの矩形領域と、これら２つの電極板１１１，１１２によって挟まれた領域を回避して配置されるとともに、これらの領域から遠ざかる方向に伸延するように配置されている。このように配置することで、電極板１１１，１１２と接続線１１５，１１６の間の干渉を少なくすることができるので、伝送効率の低下を防止できる。接続線１１５，１１６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。なお、接続線１１５，１１６の他端は、図示しない交流電力発生部の出力端子にそれぞれ接続されている。接続線１１５，１１６によって送電用カプラ１１０に交流電力発生部が接続されることにより、送電装置が構成される。

送電用カプラ１１０は、電極板１１１，１１２が所定の距離ｄ１を隔てて配置されることによって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ１１３，１１４のインダクタンスＬによる直列共振回路を構成するので、これらによる固有の共振周波数ｆ_Ｃを有している。

受電用カプラ１２０は、送電用カプラ１１０と同様の構成とされ、回路基板１２８の表面１２８Ａ上に、矩形形状を有する導電性部材によって構成される電極板１２１，１２２およびインダクタ１２３，１２４が配置され、インダクタ１２３，１２４の他端に接続線１２５，１２６が接続されて構成される。電極板１２１，１２２によって形成されるキャパシタのキャパシタンスＣと、インダクタ１２３，１２４のインダクタンスＬによる直列共振回路の共振周波数ｆ_Ｃは送電用カプラ１１０と略同じに設定される。接続線１２５，１２６は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブルによって構成されている。受電用カプラ１２０の接続線１２５，１２６の他端には、図示しない負荷が接続される。接続線１２５，１２６によって受電用カプラ１２０に負荷が接続されることにより、受電装置が構成される。

図５は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を対向配置した状態を示す図である。この図に示すように、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０は、回路基板１１８，１２８の表面１１８Ａ，１２８Ａが対向するように距離ｄ２を隔て、回路基板１１８，１２８が平行になるように配置される。送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０は、送電用カプラ１１０の２枚の電極板１１１と１１２の間に生じる電界と受電用カプラ１２０の２枚の電極板１２１と１２２の間に生じる電界を略平行とし、送電用カプラ１１０の２枚の電極板１１１と１１２のギャップのｘ方向の位置と受電用カプラ１２０の２枚の電極板１２１と１２２のギャップのｘ方向の位置が略同じ場合に、最も効率良く電力伝送ができる。

つぎに、図５に示す構成例の動作について説明する。図６は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を２０ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝２０ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０のインピーダンスＳ１１のスミスチャートを示している。この場合、測定器のポートインピーダンスは接続線路の特性インピーダンスＺ０（実数値）
と等しい値に設定している。この図に示すように、本実施形態では、送電用カプラ１１０および受電用カプラ１２０のインピーダンスの軌跡は、スミスチャートの円の中心付近を通過することから、この付近において伝送を行うように設定することにより反射を抑えて効率良く電力を伝送することができる。

図７は、送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０を２０ｃｍ隔てて対向配置した場合（ｄ２＝２０ｃｍの場合）における送電用カプラ１１０と受電用カプラ１２０の間のＳパラメータの周波数特性を示す図である。この図において、実線は伝送効率η２１（＝｜Ｓ２１｜^２）の周波数特性を示している。破線は反射損η１１（＝｜Ｓ１１｜^２）の周波数特性を示している。ここで、パラメータＳ１１は送電用カプラ１１０から入力した信号の反射を示し、パラメータＳ２１は送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への信号の通過を示し、伝送効率η２１は送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への信号の伝送効率を示す。この図７に示すように、周波数２７．１２ＭＨｚにおいて、送電用カプラ１１０に入力した信号の反射が最小になるとともに、送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への通過が最大になる。これにより、送電用カプラ１１０から受電用カプラ１２０への信号の伝送効率η２１が約９５％で最大となる。つまり、２０ｃｍにおいて、この電力伝送システム１はインピーダンスが整合すると言える。

（Ｂ）本発明の実施形態の構成例の説明

つぎに、本発明の実施形態について説明する。図８は、本発明の実施形態に係る電力伝送システムの電気的な構成を示すブロック図である。なお、図８に示す実施形態は、例えば、電気自動車またはハイブリッド車としての車両に本発明を適用する場合の構成例である。

図８に示すように、本発明の実施形態に係る電力伝送システムは、高周波電源５１０、制御部５１５、送電用カプラ３２０、および、受電用カプラ７００を有し、受電用カプラ７００には、整流回路７１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２０、および、充電可能電池７３０が接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２０には制御部７２５が接続されている。

ここで、高周波電源５１０は、例えば、商用電源から高周波の交流電力を生成して送電用カプラ３２０に供給する。

制御部５１５は、制御部７２５との間で通信を行うとともに、高周波電源５１０を制御する。

送電用カプラ３２０は、図５に示す送電用カプラ１１０と同様の構成とされ、高周波電源５１０から供給される高周波電力に基づいて交番電界を生成して出力する。

受電用カプラ７００は、図５に示す受電用カプラ２１０と同様の構成とされ、送電用カプラ３２０から伝送される交番電界を受電して交流電力を出力する。

整流回路７１０は、例えば、ダイオードによるブリッジ回路等によって構成され、交流電力を直流電力に変換して出力する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７２０は、整流回路７１０から出力される直流電力の電圧を昇圧または降圧して出力する。

制御部７２５は、制御部５１５との間で通信を行うとともに、充電可能電池７３０の状態（例えば、充電率（State of Charge））を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２０を制御して充電可能電池７３０を充電する。

充電可能電池７３０は、例えば、リチウムイオン電池等によって構成され、車両の動力源であるモータに対して電源電力を供給する。

図９は、本発明の実施形態に係る電力伝送システムを構成する送電装置の構成例を示す図である。

図９に示すように、本発明の実施形態に係る送電装置２００は、送電用ユニット３００、接続ケーブル４００、筐体５００、および、高周波電源５１０を有している。

送電用ユニット３００は、ベース板３１０、取っ手３１１，３１２、車輪止め３１３，３１４、および、送電用カプラ３２０を有している。

ベース板３１０は、例えば、ステンレス板等の導電性の部材によって構成される。ベース板３１０は、その上面部に取っ手３１１，３１２、車輪止め３１３，３１４、および、送電用カプラ３２０が取り付けられる。また、ベース板３１０は、送電用カプラ３２０のグランドとして機能する。

送電用カプラ３２０は、筐体内に送電用電極板が配置されて構成される。なお、送電用カプラ３２０の詳細な構成は、図１０および図１１を参照して後述する。

取っ手３１１，３１２は、送電用ユニット３００を移動する場合に使用される。なお、取っ手３１１，３１２は、移動後は取り外すようにしてもよい。あるいは、取っ手３１１，３１２は、有しない構成としてもよい。

車輪止め３１３，３１４は、車両の車輪を制止する機能を有する。すなわち、車輪止め３１３，３１４は、ある程度の高さを有し、車両が後退して来た際に、車輪がそれ以上後退することを抑制する。

接続ケーブル４００は、例えば、同軸ケーブルまたは平衡ケーブル等によって構成され、高周波電源５１０から出力される高周波の交流電力を送電用カプラ３２０に伝送する。なお、図９の例では、接続ケーブル４００は、例えば、樹脂製のダクトによって覆われている。

高周波電源５１０は、商用電源から高周波の交流電力を生成して出力する。筐体５００は、高周波電源５１０をその内部に収容し、風雨等から高周波電源５１０を保護する機能を有する。

図１０は、送電用カプラ３２０の詳細な構成例を示す図である。図１０に示すように、送電用カプラ３２０は、電極板３３１，３３２が内部に配置された上部筐体３２１を有している。上部筐体３２１は、樹脂（例えば、ポリエチレン）によって構成される。なお、上部筐体３２１は、比誘電率が低い部材で構成ことが望ましい。比誘電率が高いと、送電用カプラ３２０と受電用カプラ７００のキャパシタンスが大きくなり、共振特性が変化するためである。

上部筐体３２１の一部には、接続ケーブル４００が挿通される挿通部３２２が設けられている。

図１１は、図１０に示す送電用カプラ３２０から上部筐体３２１を取り外した場合の構成例を示している。図１１に示すように、上部筐体３２１の下部には、下部筐体３２３が配置され、下部筐体３２３の内部には、送電用の電極板３３１，３３２が所定の間隔を隔てて並置されている。また、下部筐体３２３の立ち上がり部には、接続ケーブル４００が接続されるコネクタ３２５が設けられている。コネクタ３２５は、図示しないインダクタを介して電極板３３１，３３２に接続される。

なお、電極板３３１，３３２は、図９に示すように、車両の前後方向に対して並置される。

図１２および図１３は、電力を伝送する際の送電用カプラ３２０および受電用カプラ７００の位置関係を示す図である。図１２および図１３に示すように、車両６００の後部の底面には、受電用カプラ７００が配置されている。

車両６００が後退して駐車する際には、後方の車輪６１０が車輪止め３１３，３１４によってそれ以上の後退を制止される。この結果、車両６００は、図１２および図１３に示す位置で駐車することになる。

このとき、送電用カプラ３２０と受電用カプラ７００とは図１２および図１３に示すように、相互に対向する位置となる。より詳細には、送電用カプラ３２０の電極板３３１と受電用カプラ７００の電極板７０１が対向し、送電用カプラ３２０の電極板３３２と受電用カプラ７００の電極板７０２が対向した状態となる。

なお、図１３に示すように、送電用カプラ３２０の上部筐体３２１の天面は、水平面に対して傾きを有するように構成されているので、降雨による水分が天面に付着し、誘電率が変化して、伝送効率が変化することを抑制できる。

（Ｃ）本発明の実施形態の動作の説明

つぎに、本発明の実施形態の動作について説明する。なお、以下では、送電用ユニット３００が公共施設に配置されており、当該公共施設に配置された送電用ユニット３００を用いて、車両６００の充電可能電池７３０を充電する場合を例に挙げて説明する。

受電用カプラ７００を搭載する車両が充電可能電池７３０を充電するために、送電用ユニット３００が配置されている位置に向けて後退すると、車両６００の車輪６１０は、車輪止め３１３，３１４によって制止される。

この結果、送電用カプラ３２０と受電用カプラ７００は、図１２および図１３に示す位置関係となる。車両６００が停車され、イグニッションスイッチがオフの状態にされると、車両６００に搭載されている制御部７２５は、制御部５１５との間で通信を行い、車両６００のユーザが正当なユーザ（例えば、充電設備を使用可能なユーザ）であると認証された場合には、制御部７２５は、制御部５１５を介して高周波電源５１０に対して、送電を開始するように指示をする。

この結果、高周波電源５１０は、高周波交流を出力し、送電用カプラ３２０に供給する。送電用カプラ３２０は、高周波電源５１０から供給される高周波電力を交番電界に変換して放射する。

車両６００に配置される受電用カプラ７００は、送電用カプラ３２０から放射される交番電界を受信し、交流電流に変換して出力する。

ところで、電界伝送では、図５に示すＸ方向の位置ずれに対しては、伝送効率が敏感に変化するが、図５に示すＹ方向の位置ずれに対しては、Ｘ方向に比較して伝送効率が変化しにくい。図１３に示すように、送電用カプラ３２０の電極板３３１，３３２は、車両６００の前後方向に並置され、受電用カプラ７００の電極板７０１，７０２は、車両６００の前後方向に並置されている。また、車輪止め３１３，３１４は、車輪６１０を止めた際に、電極板３３１と電極板７０１が対向し、電極板３３２と電極板７０２が対向するように位置決めがされている。このため、車両６００が図９に示すＹ方向にずれて駐車された場合であっても、Ｘ方向のずれは殆ど生じないことから、効率よく電力を伝送することができる。

受電用カプラ７００によって受電された電力は、整流回路７１０によって整流され、直流電力に変換される。整流回路７１０から出力される直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２０によって電圧が変換された後に充電可能電池７３０に供給される。制御部７２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２０から出力される電圧を制御することで、充電可能電池７３０を充電する。

充電可能電池７３０の充電が完了すると、制御部７２５がこれを検出し、制御部５１５に対して送電を停止するように要求する。この結果、制御部５１５は、高周波電源５１０を制御して送電を停止する。

つぎに、制御部５１５は、高周波電源５１０によって送電された電力量を計算し、電力量に応じた電気料金を算出し、制御部７２５に通知するとともに、図示しないインターネットを介して課金サーバにアクセスし、ユーザに対して、電気料金に対する課金処理を実行する。この結果、ユーザに対して、使用した電力量に対応する電気料金が課金されることになる。

以上に説明したように、本発明の実施形態によれば、車輪止め３１３，３１４によって送電用カプラ３２０および受電用カプラ７００の位置決めをし、電界伝送によって電力を伝送するようにしたので、簡易な構成によって効率よく電力を伝送することができる。

また、本発明の実施形態では、車輪止め３１３，３１４によって、車両６００の前後方向の位置決めをするとともに、電極板３３１，３３２を車両６００の前後方向に並置し、電極板７０１，７０２も車両６００の前後方向に並置するようにしたので、車両６００の左右方向に位置ずれをしている場合であっても、効率よく電力を伝送することができる。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、２つの車輪止め３１３，３１４のみを設けるようにしたが、図１４に示すように、乗り越え防止壁３１５を設けるようにしてもよい。図１４に示す例では、２つの車輪止め３１３，３１４の間に、これらと略同じ高さを有する乗り越え防止壁３１５が設けられている。このような構成により、後輪の左右のタイヤのいずれかが車輪止め３１３，３１４の間に位置するように車両６００が後退した場合であっても、タイヤが送電用カプラ３２０に乗り上げて、送電用カプラ３２０が損傷することを防止できる。

また、以上の実施形態では、図１３に示すように、上部筐体３２１の天面は、一方の方向に傾きを有するようにし、電極板３３１，３３２は、水平面と平行に配置するようにしたが、図１５に示すように、電極板３３１，３３２の断面がハの字になるように配置するとともに、上部筐体３２１の天面を電極板３３１，３３２と同様に断面がハの字になるように構成するようにしてもよい。このような構成によれば、降雨等による水分が流れる距離を図１３の場合に比較して短くすることができるので、水分により誘電率が変化することを抑制できる。

また、図１３の構成において、図１６に示すように、電極板３３１，３３２を上部筐体３２１の天面に合わせて傾斜させるようにしてもよい。図１６に示す例では、電極板３３１，３３２の双方が、上部筐体３２１の天面に合わせて傾斜を有するように配置されている。なお、電極板３３１，３３２のいずれか一方を、上部筐体３２１の天面に合わせて傾斜を有するように配置してもよい。例えば、電極板３３１だけを天面に合わせて傾斜させたり、電極板３３２だけを天面に合わせて傾斜させたりしてもよい。なお、傾斜させる角度は、天面と必ずしも一致させなくてもよい。

また、図１３および図１５の実施形態において、上部筐体３２１の天面に対して、撥水剤を塗布することで撥水加工するようにしてもよい。このような構成によれば、撥水性を高めて、降雨等によって伝送効率が変化することを防止できる。

また、図８の構成例では、制御部５１５および制御部７２５を設け、これらによる通信によって、送電の開始および終了を制御するようにしたが、制御部５１５および制御部７２５を設けずに、ユーザのマニュアル操作によって送電の開始および終了を行うようにしてもよい。あるいは、車輪止め３１３，３１４に車輪６１０が接触したことをトリガとして送電を開始し、受電側のインピーダンスが変化した場合には送電を停止するようにしてもよい。すなわち、制御部５１５および制御部７２５は必須の構成要素ではない。

また、以上の実施形態では、車輪止め３１３，３１４に車輪６１０が接触するまで車両６００が後退されることを前提として説明したが、接触する位置まで後退されない状態で駐車された場合には、ユーザに対して、所定の位置まで後退するように警告を発するようにしてもよい。より詳細には、車輪止め３１３，３１４に車輪６１０が接触していない場合には警告を発するか、あるいは、受電側のインピーダンスが所定の範囲外である場合には警告を発するようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、車両６００の後部の底面に受電用カプラ７００を配置するようにしたが、車両６００の前部の底面に受電用カプラ７００を配置するようにしてもよい。なお、そのような構成の場合には、車両６００の前方の車輪が車輪止め３１３，３１４によって制止された場合に、受電用カプラ７００と送電用カプラ３２０とが対向する位置になるように位置合わせをすることが望ましい。

また、以上の各実施形態では、インダクタは電極と接続線の間に１つずつ合計２つ挿入するようにしたが、電極と接続線の少なくとも一方に挿入するようにすればよい。

また、以上の実施形態では、インダクタとしては、導体線を円柱状に巻回して構成するようにしたが、例えば、マイクロストリップラインで使用されるような、平面上を蛇行する形状を有するものや、平面上で螺旋形状を有するものによって構成するようにしてもよい。

２００ 送電装置
２１０ 受電用カプラ
３００ 送電用ユニット
３１０ ベース板
３１１，３１２ 取っ手
３１３，３１４ 車輪止め
３１５ 防止壁
３２０ 送電用カプラ
３２１ 筐体
３２２ 挿通部
３２３ 底板
３２５ コネクタ
３３１，３３２ 電極板
４００ 接続ケーブル
５００ 筐体
５１０ 高周波電源
５１５ 制御部
６００ 車両
６１０ 車輪
７００ 受電用カプラ
７０１，７０２ 電極板
７１０ 整流回路
７２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
７２５ 制御部
７３０ 充電可能電池

Claims (10)

1. 送電装置から車両に搭載された受電装置に対して交流電力を伝送する電力伝送システムにおいて、
   前記送電装置は、
   前記車両の車輪を停止するための車輪止めと、
   前記車輪止めを隔てて前記車輪の反対側に配置され、電界伝送によって電力を送電する２枚の送電用電極板と、
   ２枚の前記送電用電極板に対して交流電力を供給する供給手段と、を有し、
   前記受電装置は、
   前記車両の前方または後方の底部に配置される２枚の受電用電極板と、
   ２枚の前記受電用電極板によって受電された電力を出力する出力手段と、を有する、
   ことを特徴とする電力伝送システム。
2. ２枚の前記送電用電極板は、前記車両の前後方向に並置され、
   ２枚の前記受電用電極板は、前記車両の前記前後方向に並置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
3. 前記車輪止めと、前記２枚の前記送電用電極板とは、一体形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力伝送システム。
4. 前記車輪止めと、前記２枚の前記送電用電極板とは、金属板の上に配置されて、一体形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
5. 前記２枚の送電用電極は、樹脂製の筐体内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
6. 前記樹脂製の筐体の天面は、水平面に対して傾きを有していることを特徴とする請求項５に記載の電力伝送システム。
7. 前記樹脂製の筐体の天面は、撥水加工が施されていることを特徴とする請求項６に記載の電力伝送システム。
8. 前記車両の左右の前記車輪に対応する位置に設けられた２つの前記車輪止めの間に配置され、前記車輪止めの略同じ高さを有し、前記車両の前記車輪が乗り越えることを防止する乗り越え防止壁を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
9. ２枚の前記送電用電極板は断面がハの字となるように傾きを有して配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電力伝送システム。
10. 送電装置から車両に搭載された受電装置に対して交流電力を伝送する電力伝送システムの前記送電装置において、
    前記車両の車輪を停止するための車輪止めと、
    前記車輪止めを隔てて前記車輪の反対側に配置され、電界伝送によって電力を送電する２枚の送電用電極板と、
    ２枚の前記送電用電極板に対して交流電力を供給する供給手段と、
    を有することを特徴とする送電装置。

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