JP5304624B2 - 給電装置、車両および車両給電システム - Google Patents

Description

この発明は、給電装置、車両および車両給電システムに関し、特に、車両外部の給電装置に含まれる送電用コイルと車両に搭載された受電用コイルとが電磁場を介して共鳴することにより、車両へ非接触で給電する給電装置およびそれから非接触で受電する車両、ならびにそれらを備える車両給電システムに関する。

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（たとえば一対の自己共振コイル）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。

この共鳴法を用いた給電装置および車両として、たとえば、特開２００９−１０６１３６号公報に開示された電動車両および給電装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−１０６１３６号公報 特開２００８−２８３７８９号公報 特開２００８−２０６３２７号公報 特開平８−３４０６５０号公報

しかしながら、上記の特開２００９−１０６１３６号公報に開示された電動車両および給電装置では、車両の走行中に給電装置から車両へ送電することは想定されておらず、走行中の車両へ共鳴法を用いて効率的に送電するための検討はなされていない。

それゆえに、この発明の目的は、共鳴法を用いて走行中の車両へ効率的に送電可能な給電装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、共鳴法を用いて給電装置から走行中に効率的に受電可能な車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、共鳴法を用いて給電装置から走行中の車両へ効率的に給電可能な車両給電システムを提供することである。

この発明によれば、給電装置は、送電用コイルと、電源装置と、通信装置と、静電容量変更手段とを備える。送電用コイルは、車両に搭載された受電用コイルへ電磁場を介して非接触で送電するように構成される。電源装置は、所定の周波数を有する電力を送電用コイルへ供給する。通信装置は、車両の位置および速度の検出値を受信する。静電容量変更手段は、通信装置により受信される車両の位置および速度に応じて、送電用コイルおよび受電用コイルによって形成される回路の静電容量を変更可能に構成される。

好ましくは、静電容量変更手段は、可変コンデンサと、制御装置とを含む。可変コンデンサは、送電用コイルに接続される。制御装置は、送電用コイルおよび受電用コイルによって形成される回路の共振周波数が所定の周波数に近づくように、可変コンデンサを制御することによって静電容量を変更する。

好ましくは、静電容量変更手段は、車両の位置に基づき算出される送電用コイルおよび受電用コイル間の距離が予め定められた第１の距離しきい値よりも小さく、かつ、車両の速度が予め定められた第１の速度しきい値よりも低いとき、車両の位置および速度に応じて静電容量を変更する。

さらに好ましくは、静電容量変更手段は、第１の距離しきい値よりも大きい第２の距離しきい値よりも送電用コイルおよび受電用コイル間の距離が大きいとき、または、第１の速度しきい値よりも大きい第２の速度しきい値よりも車両の速度が高いとき、車両の位置および速度に応じた静電容量の変更を中止する。

さらに好ましくは、第２の距離しきい値よりも大きい第３の距離しきい値よりも送電用コイルおよび受電用コイル間の距離が大きいとき、または、第２の速度しきい値よりも大きい第３の速度しきい値よりも車両の速度が高いとき、送電用コイルから受電用コイルへの送電が中止される。

また、この発明によれば、車両は、受電用コイルと、検出装置と、静電容量変更手段とを備える。受電用コイルは、車両外部の給電装置に含まれる送電用コイルから電磁場を介して非接触で受電するように構成される。検出装置は、当該車両の位置および速度を検出する。静電容量変更手段は、検出装置によって検出される当該車両の位置および速度に応じて、送電用コイルおよび受電用コイルによって形成される回路の静電容量を変更可能に構成される。

好ましくは、静電容量変更手段は、可変コンデンサと、制御装置とを含む。可変コンデンサは、受電用コイルに接続される。制御装置は、送電用コイルおよび受電用コイルによって形成される回路の共振周波数が受電用コイルによって受電される電力の周波数に近づくように、可変コンデンサを制御することによって静電容量を変更する。

好ましくは、静電容量変更手段は、当該車両の位置に基づき算出される送電用コイルおよび受電用コイル間の距離が予め定められた第１の距離しきい値よりも小さく、かつ、当該車両の速度が予め定められた第１の速度しきい値よりも低いとき、当該車両の位置および速度に応じて静電容量を変更する。

さらに好ましくは、静電容量変更手段は、第１の距離しきい値よりも大きい第２の距離しきい値よりも送電用コイルおよび受電用コイル間の距離が大きいとき、または、第１の速度しきい値よりも大きい第２の速度しきい値よりも車両の速度が高いとき、車両の位置および速度に応じた静電容量の変更を中止する。

また、この発明によれば、車両給電システムは、給電装置と、給電装置から給電を受ける車両とを備える。給電装置は、電源装置と、送電用コイルとを含む。電源装置は、所定の周波数を有する電力を発生する。送電用コイルは、電源装置から電力の供給を受けて電磁場を発生するように構成される。車両は、受電用コイルを含む。受電用コイルは、給電装置の送電用コイルから電磁場を介して非接触で受電するように構成される。そして、給電装置は、さらに、第１の通信装置と、第１の静電容量変更手段とを含む。第１の通信装置は、車両の位置および速度の検出値を受信する。第１の静電容量変更手段は、第１の通信装置により受信される車両の位置および速度に応じて、送電用コイルおよび受電用コイルによって形成される回路の静電容量を変更可能に構成される。車両は、さらに、検出装置と、第２の静電容量変更手段と、第２の通信装置とを含む。検出装置は、当該車両の位置および速度を検出する。第２の静電容量変更手段は、検出装置によって検出される当該車両の位置および速度に応じて静電容量を変更可能に構成される。第２の通信装置は、検出装置の検出値を車両外部へ送信する。

この発明においては、車両の位置および速度に応じて、送電用コイルおよび受電用コイルによって形成される回路の静電容量を変更可能であるので、送電用コイルと受電用コイルとの間の距離が走行により変化しても、送電用コイルおよび受電用コイルによって形成される回路の共振周波数を送電電力の周波数に近づくように調整可能である。

したがって、この発明によれば、共鳴法を用いて給電装置から走行中の車両へ効率的に給電を行なうことができる。

この発明の実施の形態１による車両給電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 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。 共鳴法による送電の効率を示した図である。 静電容量の調整量と共鳴コイル間の距離との関係の一例を示した図である。 静電容量の調整量と車両の速度との関係の一例を示した図である。 図１に示す車両のパワートレーン構成を示すブロック図である。 図１に示す給電装置のＥＣＵにより実行される処理の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による車両給電システムの全体構成図である。 実施の形態３による車両給電システムの全体構成図である。 図１０に示す車両の車両ＥＣＵにより実行される処理の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４による車両給電システムの全体構成図である。 共鳴系の静電容量を変更する装置の他の構成例を示した図である。 可変コンデンサの他の接続例を示した図である。

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による車両給電システムの全体構成図である。図１を参照して、車両給電システムは、給電装置１００と、車両２００とを備える。給電装置１００は、交流電源１１０と、高周波電源装置１２０と、電磁誘導コイル１３０と、共鳴コイル１４０と、可変コンデンサ１５０と、通信装置１６０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）１７０とを含む。

交流電源１１０は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電源装置１２０は、交流電源１１０から受ける電力を所定の周波数を有する高周波電力に変換し、その変換された高周波電力を電磁誘導コイル１３０へ供給する。なお、高周波電源装置１２０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜１０数ＭＨｚである。

電磁誘導コイル１３０は、共鳴コイル１４０と略同軸上に配設され、電磁誘導により共鳴コイル１４０と磁気的に結合可能である。そして、電磁誘導コイル１３０は、高周波電源装置１２０から供給される高周波電力を電磁誘導により共鳴コイル１４０へ供給する。

共鳴コイル１４０は、ＬＣ共振コイルであり、車両２００の共鳴コイル２１０（後述）と電磁場を介して共鳴することにより車両２００へ電力を送電可能に構成される。なお、共鳴コイル１４０は、車両２００の共鳴コイル２１０への送電距離や共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κが大きくなるようにそのサイズや巻数が適宜設定される。

可変コンデンサ１５０は、共鳴コイル１４０と車両２００の共鳴コイル２１０とによって形成される共鳴系の静電容量を変更するために設けられる。なお、図１では、共鳴コイル１４０と電磁誘導コイル１３０との間に可変コンデンサ１５０が接続される構成が示されているが、共鳴コイル１４０の両端部の間に可変コンデンサ１５０を接続してもよい。

通信装置１６０は、給電先の車両２００の位置（詳細には、車両２００に搭載される共鳴コイル２１０の位置であるが、以下では、単に「車両２００の位置」と称する。）および車両２００の速度の各検出値を受信するために設けられる。この実施の形態１では、通信装置１６０は、車両２００に搭載される通信装置３００から送信される車両２００の位置および速度の各検出値を受信する。

ＥＣＵ１７０は、給電装置１００から車両２００への給電が行なわれるとき、通信装置１６０により受信される車両２００の位置および速度の各検出値に応じて、共鳴コイル１４０と車両２００の共鳴コイル２１０とによって形成される共鳴系の静電容量を変更する。より詳しくは、共鳴コイル１４０と車両２００の共鳴コイル２１０との間の距離が変化すると、共鳴コイル１４０，２１０間の静電容量が変化することにより共鳴系の共振周波数が変化する。そして、送電電力の周波数（すなわち、高周波電源装置１２０により生成される高周波電力の周波数）から共振周波数が大きくずれると送電効率が著しく低下するところ、ＥＣＵ１７０は、高周波電源装置１２０により生成される高周波電力の周波数に共鳴系の共振周波数が近づくように、車両２００の位置および速度の各検出値に応じて可変コンデンサ１５０を制御することによって、共鳴系の静電容量を調整する。

一方、給電装置１００から電力の供給を受ける車両２００は、共鳴コイル２１０と、電磁誘導コイル２２０と、整流器２３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０と、蓄電装置２５０と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）２６０と、モータ２７０と、検出装置２８０と、車両ＥＣＵ２９０と、通信装置３００とを含む。

共鳴コイル２１０は、ＬＣ共振コイルであり、給電装置１００の共鳴コイル１４０と電磁場を介して共鳴することにより給電装置１００から電力を受電可能に構成される。なお、共鳴コイル２１０も、給電装置１００の共鳴コイル１４０からの受電距離や共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κが大きくなるようにそのサイズや巻数が適宜設定される。

電磁誘導コイル２２０は、共鳴コイル２１０と略同軸上に配設され、電磁誘導により共鳴コイル２１０と磁気的に結合可能である。そして、電磁誘導コイル２２０は、共鳴コイル２１０により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器２３０へ出力する。整流器２３０は、電磁誘導コイル２２０によって取出された交流電力を整流する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は、整流器２３０によって整流された電力を蓄電装置２５０の電圧レベルに変換して蓄電装置２５０へ出力する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は、整流器２３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ２６０へ直接供給してもよい。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は、必ずしも必要ではなく、電磁誘導コイル２２０によって取出された交流電力が整流器２３０によって整流された後に直接蓄電装置２５０に与えられるようにしてもよい。

蓄電装置２５０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から成る。蓄電装置２５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ２７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置２５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ２６０へ供給する。なお、蓄電装置２５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置１００から供給される電力やモータ２７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ２６０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。

ＰＣＵ２６０は、蓄電装置２５０から出力される電力あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ２４０から直接供給される電力によってモータ２７０を駆動する。また、ＰＣＵ２６０は、モータ２７０により発電された回生電力を整流して蓄電装置２５０へ出力し、蓄電装置２５０を充電する。モータ２７０は、ＰＣＵ２６０によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ２７０は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ２６０へ出力する。

検出装置２８０は、車両２００の位置および速度を検出する。検出装置２８０は、たとえば、カーナビゲーション装置と、車速センサとを含み（いずれも図示せず）、カーナビゲーション装置によって車両２００の位置が検出され、車速センサによって車両２００の速度が検出される。

車両ＥＣＵ２９０は、車両２００の走行時、走行状況や蓄電装置２５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）に基づいてＰＣＵ２６０を制御する。また、車両ＥＣＵ２９０は、給電装置１００からの受電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０を制御する。また、車両ＥＣＵ２９０は、検出装置２８０から受ける車両２００の位置および速度の各検出値を通信装置３００へ出力する。通信装置３００は、車両ＥＣＵ２９０から受ける車両２００の位置および速度の各検出値を給電装置１００へ送信する。

図２は、共鳴法による送電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、２つのＬＣ共振コイル（共鳴コイル）が電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、給電装置１００（一次側）において、高周波電源装置１２０に電磁誘導コイル１３０を接続し、電磁誘導により電磁誘導コイル１３０と磁気的に結合される共鳴コイル１４０へ電磁誘導コイル１３０から高周波電力を供給する。共鳴コイル１４０は、ＬＣ共振コイルであり、車両２００（二次側）の共鳴コイル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１４０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、電磁誘導により共鳴コイル２１０と磁気的に結合される電磁誘導コイル２２０によって共鳴コイル２１０から取出され、負荷３２０（整流器２３０以降の電気システム全般を示す。）へ供給される。

図３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３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。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。

この中でも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があるが、共鳴法では、この近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（給電装置１００の共鳴コイル１４０）から他方の共鳴器（車両２００の共鳴コイル２１０）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（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ー損失で送電することができる。

図４は、共鳴法による送電の効率を示した図である。図４を参照して、横軸は伝送される電力の周波数ｆを示し、縦軸は送電効率を示す。伝送される電力の周波数ｆが共鳴系の共振周波数ｆ０のとき、送電効率は最大となる。言い換えると、伝送される電力の周波数がある所定の周波数の場合、共鳴系の共振周波数ｆ０がその所定の周波数に一致するときに送電効率が最大となる。

そこで、この実施の形態１では、共鳴系の静電容量を変更するための静電容量変更手段（可変コンデンサ１５０およびＥＣＵ１７０）が設けられ、伝送される電力の周波数、すなわち高周波電源装置１２０により生成される高周波電力の周波数に共鳴系の共振周波数が近づくように、車両２００の位置および速度に応じて、可変コンデンサ１５０を用いて共鳴系の静電容量を調整することとしたものである。

図５は、静電容量の調整量ΔＣと共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄとの関係の一例を示した図である。なお、この調整量ΔＣは、静電容量の制御値＝現在の制御値−ΔＣによって定義される量とする。図５を参照して、共鳴系の静電容量は、共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄに反比例する。そこで、一例として、調整量ΔＣは、共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄに正比例するように設定される。

また、図６は、静電容量の調整量ΔＣと車両２００の速度Ｖとの関係の一例を示した図である。図６を参照して、一例として、調整量ΔＣは、速度Ｖが高いほど大きな値に設定される。

図７は、図１に示した車両２００のパワートレーン構成を示すブロック図である。図７を参照して、車両２００は、蓄電装置２５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ３２１と、インバータ３２２，３２４と、モータジェネレータ３３０，３３２と、エンジン３３４と、動力分割装置３３６と、駆動輪３３８とを含む。また、車両２００は、共鳴コイル２１０と、電磁誘導コイル２２０と、整流器２３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０と、システムメインリレーＳＭＲ２と、車両ＥＣＵ２９０と、検出装置２８０と、通信装置３００とをさらに含む。

車両２００は、エンジン３３４およびモータジェネレータ３３２を動力源として搭載する。エンジン３３４およびモータジェネレータ３３０，３３２は、動力分割装置３３６に連結される。そして、車両２００は、エンジン３３４およびモータジェネレータ３３２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３３４が発生する動力は、動力分割装置３３６によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪３３８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３３０へ伝達される経路である。

モータジェネレータ３３０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３３０は、動力分割装置３３６によって分割されたエンジン３３４の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置２５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低くなると、エンジン３３４が始動してモータジェネレータ３３０により発電が行なわれ、蓄電装置２５０が充電される。

モータジェネレータ３３２も、交流回転電機であり、モータジェネレータ３３０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３３２は、蓄電装置２５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ３３０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３３２の駆動力は、駆動輪３３８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３３８を介してモータジェネレータ３３２の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ３３２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３３２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３３２により発電された電力は、蓄電装置２５０に蓄えられる。なお、モータジェネレータ３３２は、図１におけるモータ２７０に相当する。

動力分割装置３３６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３３４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３３０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３３２の回転軸および駆動輪３３８に連結される。

システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置２５０と昇圧コンバータ３２１との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ１は、車両ＥＣＵ２９０からの信号ＳＥ１が活性化されると、蓄電装置２５０を昇圧コンバータ３２１と電気的に接続し、信号ＳＥ１が非活性化されると、蓄電装置２５０と昇圧コンバータ３２１との間の電路を遮断する。

昇圧コンバータ３２１は、車両ＥＣＵ２９０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置２５０から出力される電圧を昇圧して正極線ＰＬ２へ出力する。なお、この昇圧コンバータ３２１は、たとえば直流チョッパ回路から成る。

インバータ３２２，３２４は、それぞれモータジェネレータ３３０，３３２に対応して設けられる。インバータ３２２は、車両ＥＣＵ２９０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ３３０を駆動し、インバータ３２４は、車両ＥＣＵ２９０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ３３２を駆動する。なお、インバータ３２２，３２４は、たとえば三相ブリッジ回路から成る。

なお、昇圧コンバータ３２１およびインバータ３２２，３２４は、図１におけるＰＣＵ２６０を形成する。

共鳴コイル２１０、電磁誘導コイル２２０、整流器２３０およびＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は、図１で説明したとおりである。システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０と蓄電装置２５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、車両ＥＣＵ２９０からの信号ＳＥ２が活性化されると、蓄電装置２５０をＤＣ／ＤＣコンバータ２４０と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、蓄電装置２５０とＤＣ／ＤＣコンバータ２４０との間の電路を遮断する。

車両ＥＣＵ２９０は、車両２００の走行時、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。そして、車両ＥＣＵ２９０は、アクセル開度や車両速度、その他各センサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ３２１およびモータジェネレータ３３０，３３２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ３２１およびインバータ３２２，３２４へ出力する。

また、車両ＥＣＵ２９０は、給電装置１００（図１）からの受電時、信号ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせる。そして、車両ＥＣＵ２９０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０を制御するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをＤＣ／ＤＣコンバータ２４０へ出力する。なお、この車両２００は、走行中に給電装置１００から受電可能であり、その場合には、車両ＥＣＵ２９０は、信号ＳＥ１，ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をともにオンさせる。

また、車両ＥＣＵ２９０は、給電装置１００から車両２００への給電が行なわれるとき、検出装置２８０から受ける車両２００の位置および速度の各検出値を通信装置３００へ出力する。そして、通信装置３００は、その受けた車両２００の位置および速度の各検出値を給電装置１００へ送信する。

図８は、図１に示した給電装置１００のＥＣＵ１７０により実行される処理の手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図８を参照して、ＥＣＵ１７０は、通信装置１６０によって受信された車両２００の位置および速度の各検出値を通信装置１６０から受ける（ステップＳ１０）。次いで、ＥＣＵ１７０は、その受けた車両２００の位置の検出値に基づいて、共鳴コイル１４０と車両２００の共鳴コイル２１０との間の距離Ｄを算出する（ステップＳ２０）。

そして、ＥＣＵ１７０は、共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが予め定められた値Ｄ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３０）。共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ１よりも小さいと判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１７０は、さらに、車両２００の速度Ｖが予め定められた値Ｖ１よりも低いか否かを判定する（ステップＳ４０）。

車両２００の速度Ｖが値Ｖ１よりも低いと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、送電フラグがオンされ（ステップＳ５０）、給電装置１００から車両２００への送電が実行される。一方、ステップＳ３０において共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ１以上であると判定され（ステップＳ３０においてＮＯ）、または、ステップＳ４０において車両２００の速度Ｖが値Ｖ１以上であると判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、送電フラグがオフされ（ステップＳ６０）、給電装置１００から車両２００への送電が中止される。

ステップＳ５０に続いて、ＥＣＵ１７０は、共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが予め定められた値Ｄ２（＜Ｄ１）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ７０）。共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ２よりも小さいと判定されると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１７０は、さらに、車両２００の速度Ｖが予め定められた値Ｖ２（＜Ｖ１）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ８０）。

車両２００の速度Ｖが値Ｖ２よりも低いと判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１７０は、静電容量の制御値を、その現在値から調整量ΔＣを差引いた値に更新する（ステップＳ９０）。なお、調整量ΔＣは、図５，６に一例を示したように、共鳴コイル間の距離Ｄおよび車両２００の速度Ｖに応じて設定され、距離Ｄおよび速度Ｖの関数ｆ＝（Ｄ，Ｖ）として予め設定される。

一方、ステップＳ７０において共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ２以上であると判定され（ステップＳ７０においてＮＯ）、または、ステップＳ８０において車両２００の速度Ｖが値Ｖ２以上であると判定されると（ステップＳ８０においてＮＯ）、ＥＣＵ１７０は、静電容量の制御値を所定の固定値Ｃ１とする（ステップＳ１００）。これは、共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ２以上のとき、または、車両２００の速度Ｖが値Ｖ２以上のときは、可変コンデンサ１５０による静電容量の変更が間に合わず、制御が不安定になる可能性があるので、静電容量の制御値を所定の値Ｃ１に固定することとしたものである。なお、この値Ｃ１は、オフライン実験等によって予め決定される。

以上のように、この実施の形態１においては、車両２００の位置および速度に応じて、可変コンデンサ１５０を用いて共鳴系の静電容量を変更可能としたので、共鳴コイル１４０，２１０間の距離が走行により変化しても、共鳴系の共振周波数を送電電力の周波数に近づくように調整することができる。したがって、この実施の形態１によれば、共鳴法を用いて給電装置１００から走行中の車両２００へ効率的に給電を行なうことができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、車両２００の位置および速度は、車両２００の検出装置２８０（図１）によって検出され、通信装置３００によってその検出値が車両２００から給電装置１００へ送信されるものとしたが、この実施の形態２では、ビーコンを用いて車両２００の位置および速度が検出される。

図９は、実施の形態２による車両給電システムの全体構成図である。図９を参照して、この車両給電システムは、図１に示した実施の形態１による車両給電システムの構成において、ビーコン４００および通信アンテナ４１０をさらに備え、車両２００に代えて車両２００Ａを備える。

ビーコン４００は、車両２００Ａの走路に沿ってたとえば走路上部に配設され、電波や赤外線を利用して車両２００Ａの位置および速度を検知する。そして、ビーコン４００は、車両２００Ａの位置および速度の検出値を通信アンテナ４１０によって給電装置１００へ送信する。なお、ビーコン４００から送信された上記検出値は、給電装置１００の通信装置１６０によって受信される。ビーコン４００は、電波を利用する電波ビーコンであってもよいし、赤外線を利用する光ビーコンであってもよい。

車両２００Ａは、図１に示した車両２００の構成において、検出装置２８０および通信装置３００を含まない構成から成る。すなわち、この実施の形態２では、車両２００Ａの位置および速度はビーコン４００によって検出されるので、車両２００Ａの位置および速度を車両２００Ａにおいて検出して給電装置１００へ送信する必要がない。

なお、給電装置１００の構成は、実施の形態１と同じであり、車両２００Ａのその他の構成も、実施の形態１における車両２００と同じである。

この実施の形態２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２によれば、車両において、位置および速度の検出値を給電装置１００へ送信するための通信装置を省略することができる。

［実施の形態３］
実施の形態１，２では、給電装置１００側で共鳴系の静電容量を調整するものとしたが、車両側で共鳴系の静電容量を調整する構成であってもよい。

図１０は、実施の形態３による車両給電システムの全体構成図である。図１０を参照して、この車両給電システムは、給電装置１００Ａと、車両２００Ｂとを備える。給電装置１００Ａは、図１に示した実施の形態１における給電装置１００の構成において、可変コンデンサ１５０を含まない構成から成る。車両２００Ｂは、図１に示した実施の形態１における車両２００の構成において、可変コンデンサ３１０をさらに含み、車両ＥＣＵ２９０に代えて車両ＥＣＵ２９０Ａを含む。

可変コンデンサ３１０は、共鳴コイル２１０と給電装置１００Ａの共鳴コイル１４０とによって形成される共鳴系の静電容量を変更するために設けられる。なお、図１０では、共鳴コイル２１０と電磁誘導コイル２２０との間に可変コンデンサ３１０が接続される構成が示されているが、共鳴コイル２１０の両端部の間に可変コンデンサ３１０を接続してもよい。

車両ＥＣＵ２９０Ａは、給電装置１００Ａからの受電が行なわれるとき、検出装置２８０により検出される車両２００Ｂの位置および速度の各検出値に応じて、共鳴コイル２１０と給電装置１００Ａの共鳴コイル１４０とによって形成される共鳴系の静電容量を変更する。より詳しくは、共鳴コイル１４０，２１０間の距離が変化すると、共鳴コイル１４０，２１０間の静電容量が変化することにより共鳴系の共振周波数が変化する。そして、受電電力の周波数から共振周波数が大きくずれると受電効率が著しく低下するところ、ＥＣＵ１７０は、受電電力の周波数に共鳴系の共振周波数が近づくように、車両２００Ｂの位置および速度の各検出値に応じて可変コンデンサ３１０を制御することによって、共鳴系の静電容量を調整する。

図１１は、図１０に示した車両２００Ｂの車両ＥＣＵ２９０Ａにより実行される処理の手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１１を参照して、車両ＥＣＵ２９０Ａは、検出装置２８０によって検出される車両２００Ｂの位置および速度の各検出値を検出装置２８０から受ける（ステップＳ２１０）。次いで、車両ＥＣＵ２９０Ａは、その受けた車両２００Ｂの位置の検出値に基づいて、給電装置１００Ａの共鳴コイル１４０と車両２００Ｂに搭載された共鳴コイル２１０との間の距離Ｄを算出する（ステップＳ２２０）。

そして、車両ＥＣＵ２９０Ａは、共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが予め定められた値Ｄ１よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２３０）。共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ１よりも小さいと判定されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ２９０Ａは、さらに、車両２００Ｂの速度Ｖが予め定められた値Ｖ１よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２４０）。

車両２００Ｂの速度Ｖが値Ｖ１よりも低いと判定されると（ステップＳ２４０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ２９０Ａは、通信装置３００によって送電要求を給電装置１００Ａへ送信する（ステップＳ２５０）。これにより、給電装置１００Ａから車両２００Ｂへの送電が実行される。一方、ステップＳ２３０において共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ１以上であると判定され（ステップＳ２３０においてＮＯ）、または、ステップＳ２４０において車両２００Ｂの速度Ｖが値Ｖ１以上であると判定されると（ステップＳ２４０においてＮＯ）、車両ＥＣＵ２９０Ａは、通信装置３００によって送電停止要求を給電装置１００Ａへ送信する（ステップＳ２６０）。これにより、給電装置１００Ａから車両２００Ｂへの送電が中止される。

ステップＳ２５０に続いて、車両ＥＣＵ２９０Ａは、共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが予め定められた値Ｄ２（＜Ｄ１）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２７０）。共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ２よりも小さいと判定されると（ステップＳ２７０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ２９０Ａは、さらに、車両２００Ｂの速度Ｖが予め定められた値Ｖ２（＜Ｖ１）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２８０）。

車両２００Ｂの速度Ｖが値Ｖ２よりも低いと判定されると（ステップＳ２８０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ２９０Ａは、静電容量の制御値を、その現在値から調整量ΔＣを差引いた値に更新する（ステップＳ２９０）。なお、調整量ΔＣは、実施の形態１と同様に、距離Ｄおよび速度Ｖの関数ｆ＝（Ｄ，Ｖ）として予め設定される。

一方、ステップＳ２７０において共鳴コイル１４０，２１０間の距離Ｄが値Ｄ２以上であると判定され（ステップＳ２７０においてＮＯ）、または、ステップＳ２８０において車両２００Ｂの速度Ｖが値Ｖ２以上であると判定されると（ステップＳ２８０においてＮＯ）、車両ＥＣＵ２９０Ａは、静電容量の制御値を所定の固定値Ｃ１とする（ステップＳ３００）。

以上のように、この実施の形態３においては、車両２００Ｂの位置および速度に応じて、車両２００Ｂに搭載される可変コンデンサ３１０を用いて共鳴系の静電容量を変更可能としたので、共鳴コイル１４０，２１０間の距離が走行により変化しても、共鳴系の共振周波数を受電電力の周波数に近づくように調整することができる。したがって、この実施の形態３によっても、共鳴法を用いて給電装置１００Ａから走行中の車両２００Ｂへ効率的に給電を行なうことができる。

［実施の形態４］
この実施の形態４では、共鳴系の静電容量を変更するための可変コンデンサが給電装置および車両の双方に設けられる構成が示される。

図１２は、実施の形態４による車両給電システムの全体構成図である。図１２を参照して、この車両給電システムは、給電装置１００と、車両２００Ｂとを備える。給電装置１００は、実施の形態１において説明したとおりであり、車両２００Ｂは、実施の形態３において説明したとおりである。

この実施の形態４では、給電装置１００および車両２００Ｂにそれぞれ可変コンデンサ１５０，３１０が設けられており、高周波電源装置１２０により生成される高周波電力の周波数に共鳴系の共振周波数が近づくように、車両２００の位置および速度の各検出値に応じて可変コンデンサ１５０，３１０の双方を制御することによって、共鳴系の静電容量が調整される。

以上のように、この実施の形態４によっても、共鳴法を用いて給電装置１００から走行中の車両２００Ｂへ効率的に給電を行なうことができる。

なお、上記の各実施の形態においては、共鳴系の静電容量を変更する装置として可変コンデンサ１５０（３１０）を用いるものとしたが、可変コンデンサ１５０（３１０）に代えて、図１３に示すように、並列接続される複数のコンデンサとそれらに対応して設けられる複数のリレーとによって構成される回路を用いて、複数のリレーのオン／オフを適宜制御することにより静電容量を変更するようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、可変コンデンサ１５０（３１０）は、共鳴コイル１４０（２１０）と電磁誘導コイル１３０（２２０）との間に接続されるものとしたが、図１４に示すように、共鳴コイル１４０（２１０）の両端部の間に可変コンデンサ１５０（３１０）を接続してもよい。

また、上記の各実施の形態においては、１つの給電装置１００（１００Ａ）と車両２００（２００Ａ，２００Ｂ）との関係について説明したが、実際には、車両２００（２００Ａ，２００Ｂ）の走路に沿って給電装置１００（１００Ａ）が複数配設される。

なお、上記の各実施の形態においては、この発明による車両の一例として、動力分割装置３３６によりエンジン３３４の動力を分割して駆動輪３３８とモータジェネレータ３３０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。たとえば、モータジェネレータ３３０を駆動するためにのみエンジン３３４を用い、モータジェネレータ３３２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車や、エンジン３３４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３３４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２５０に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池自動車にも適用可能である。また、この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０や昇圧コンバータ３２１を備えない車両にも適用可能である。

なお、上記において、共鳴コイル１４０は、この発明における「送電用コイル」の一実施例に対応し、共鳴コイル２１０は、この発明における「受電用コイル」の一実施例に対応する。また、可変コンデンサ１５０およびＥＣＵ１７０は、この発明における給電装置の「静電容量変更手段」の一実施例を形成し、ＥＣＵ１７０は、この発明における給電装置の「制御装置」の一実施例に対応する。さらに、可変コンデンサ３１０および車両ＥＣＵ２９０Ａは、この発明における車両の「静電容量変更手段」の一実施例を形成し、車両ＥＣＵ２９０Ａは、この発明における車両の「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。

１００，１００Ａ 給電装置、１１０ 交流電源、１２０ 高周波電源装置、１３０，２２０ 電磁誘導コイル、１４０，２１０ 共鳴コイル、１５０，３１０ 可変コンデンサ、１６０，３００ 通信装置、１７０ ＥＣＵ、２００，２００Ａ，２００Ｂ 車両、２３０ 整流器、２４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２５０ 蓄電装置、２６０ ＰＣＵ、２７０ モータ、２８０ 検出装置、２９０，２９０Ａ 車両ＥＣＵ、３２０ 負荷、３２１ 昇圧コンバータ、３２２，３２４ インバータ、３３０，３３２ モータジェネレータ、３３４ エンジン、３３６ 動力分割装置、３３８ 駆動輪、４００ ビーコン、４１０ 通信アンテナ、ＳＥ１，ＳＥ２ システムメインリレー。

Claims (10)

1. 車両に搭載された受電用コイルへ電磁場を介して非接触で送電するように構成された送電用コイルと、
   所定の周波数を有する電力を前記送電用コイルへ供給する電源装置と、
   前記車両の位置および速度の検出値を受信するための通信装置と、
   前記通信装置により受信される前記車両の位置および速度に応じて、前記送電用コイルおよび前記受電用コイルによって形成される回路の静電容量を変更可能に構成された静電容量変更手段とを備える給電装置。
2. 前記静電容量変更手段は、
   前記送電用コイルに接続される可変コンデンサと、
   前記回路の共振周波数が前記所定の周波数に近づくように、前記可変コンデンサを制御することによって前記静電容量を変更する制御装置とを含む、請求項１に記載の給電装置。
3. 前記静電容量変更手段は、前記車両の位置に基づき算出される前記送電用コイルおよび前記受電用コイル間の距離が予め定められた第１の距離しきい値よりも小さく、かつ、前記車両の速度が予め定められた第１の速度しきい値よりも低いとき、前記車両の位置および速度に応じて前記静電容量を変更する、請求項１に記載の給電装置。
4. 前記静電容量変更手段は、前記第１の距離しきい値よりも大きい第２の距離しきい値よりも前記送電用コイルおよび前記受電用コイル間の距離が大きいとき、または、前記第１の速度しきい値よりも大きい第２の速度しきい値よりも前記車両の速度が高いとき、前記車両の位置および速度に応じた前記静電容量の変更を中止する、請求項３に記載の給電装置。
5. 前記第２の距離しきい値よりも大きい第３の距離しきい値よりも前記送電用コイルおよび前記受電用コイル間の距離が大きいとき、または、前記第２の速度しきい値よりも大きい第３の速度しきい値よりも前記車両の速度が高いとき、前記送電用コイルから前記受電用コイルへの送電が中止される、請求項４に記載の給電装置。
6. 車両外部の給電装置に含まれる送電用コイルから電磁場を介して非接触で受電するように構成された受電用コイルと、
   当該車両の位置および速度を検出するための検出装置と、
   前記検出装置によって検出される当該車両の位置および速度に応じて、前記送電用コイルおよび前記受電用コイルによって形成される回路の静電容量を変更可能に構成された静電容量変更手段とを備える車両。
7. 前記静電容量変更手段は、
   前記受電用コイルに接続される可変コンデンサと、
   前記受電用コイルによって受電される電力の周波数に前記回路の共振周波数が近づくように、前記可変コンデンサを制御することによって前記静電容量を変更する制御装置とを含む、請求項６に記載の車両。
8. 前記静電容量変更手段は、当該車両の位置に基づき算出される前記送電用コイルおよび前記受電用コイル間の距離が予め定められた第１の距離しきい値よりも小さく、かつ、当該車両の速度が予め定められた第１の速度しきい値よりも低いとき、当該車両の位置および速度に応じて前記静電容量を変更する、請求項６に記載の車両。
9. 前記静電容量変更手段は、前記第１の距離しきい値よりも大きい第２の距離しきい値よりも前記送電用コイルおよび前記受電用コイル間の距離が大きいとき、または、前記第１の速度しきい値よりも大きい第２の速度しきい値よりも前記車両の速度が高いとき、前記車両の位置および速度に応じた前記静電容量の変更を中止する、請求項８に記載の車両。
10. 給電装置と、
    前記給電装置から給電を受ける車両とを備え、
    前記給電装置は、
    所定の周波数を有する電力を発生する電源装置と、
    前記電源装置から電力の供給を受けて電磁場を発生するように構成された送電用コイルとを含み、
    前記車両は、前記給電装置の送電用コイルから電磁場を介して非接触で受電するように構成された受電用コイルを含み、
    前記給電装置は、さらに
    前記車両の位置および速度の検出値を受信するための第１の通信装置と、
    前記第１の通信装置により受信される前記車両の位置および速度に応じて、前記送電用コイルおよび前記受電用コイルによって形成される回路の静電容量を変更可能に構成された第１の静電容量変更手段とを含み、
    前記車両は、さらに
    当該車両の位置および速度を検出するための検出装置と、
    前記検出装置によって検出される当該車両の位置および速度に応じて前記静電容量を変更可能に構成された第２の静電容量変更手段と、
    前記検出装置の検出値を車両外部へ送信するための第２の通信装置とを含む、車両給電システム。

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