JP5392358B2 - 非接触受電装置、非接触送電装置 - Google Patents

Description

本発明は、非接触受電装置、非接触送電装置、非接触給電システムおよび車両に関し、より特定的には、共鳴法を用いた非接触給電システムの制御に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。

ハイブリッド車においても、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、電磁波を用いた送電、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、電磁場によっ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。

特開２００９−１０６１３６号公報（特許文献１）は、共鳴法によって車両外部の電源からワイヤレスで充電電力を受電し、車両に搭載された蓄電装置を充電する技術が開示される。

特開２００４−３５６７６５号公報（特許文献２）は、非接触データキャリアにおいて、コイル状のアンテナと可変コンデンサとを有し、非接触リーダライタとの共振周波数を調整して無線通信を行なう技術が開示される。

特開２００９−１０６１３６号公報 特開２００４−３５６７６５号公報

共鳴法を用いた非接触給電システムにおいては、送電装置に含まれる自己共振コイルと、受電装置に含まれる自己共振コイルとの間で電磁共鳴させることで電力を伝達する。そのため、送電装置および受電装置の共鳴周波数が不一致になると、電力の伝送効率が低下し得る。

また、送電装置と受電装置との距離が変化した場合、空間のインピーダンスが変化することによって伝送効率が最大となる周波数も変化し得る。そのため、送電装置と受電装置との距離が所定の基準距離の場合に伝送効率が最大となるように互いの共鳴周波数を調整していたとしても、たとえば車両の停車位置がずれたような場合には伝送効率の低下を招くおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、共鳴法を用いた非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との距離が変化した場合であっても、電力の伝送効率の低下を抑制することである。

本発明による非接触受電装置は、対向する送電装置と非接触で電力を受電するための非接触受電装置であって、自己共振コイルと、コンデンサと、制御装置とを備える。自己共振コイルは、送電装置との電磁共鳴によって電力を受電する。コンデンサは、自己共振コイルに接続され、自己共振コイルの共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能に構成される。そして、制御装置は、送電装置によって決まる所定の周波数で電磁共鳴が行なわれる場合に、電力の伝送効率が向上するように、コンデンサの容量を制御する。

好ましくは、制御装置は、自己共振コイルで受電した受電電力が最大となるように、コンデンサの容量を設定する。

好ましくは、コンデンサは、容量が固定された第１のコンデンサと、自己共振コイルに対して第１のコンデンサに並列に接続され、容量の変更が可能な第２のコンデンサとを含む。

好ましくは、第１のコンデンサの容量は、第２のコンデンサの容量よりも大きい。
好ましくは、第２のコンデンサの容量は、第１のコンデンサの容量および第２のコンデンサの最大容量の合計容量値から、第２のコンデンサの変化可能な容量の半分の容量を差し引いた容量値が、所定の周波数において送電装置と非接触受電装置との目標距離から定まる基準容量値よりも小さくなるように設定される。

本発明による非接触送電装置は、対向する受電装置と非接触で電力を送電するための非接触送電装置であって、自己共振コイルと、コンデンサと、制御装置とを備える。自己共振コイルは、電源装置から与えられる電力を受電装置との電磁共鳴によって送電する。コンデンサは、自己共振コイルに接続され、自己共振コイルの共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能に構成される。そして、制御装置は、電源装置によって決まる所定の周波数で電磁共鳴が行なわれる場合に、電力の伝送効率が向上するように、コンデンサの容量を制御する。

好ましくは、制御装置は、送電電力のうちで受電装置で受電されずに反射されて戻ってきた反射電力が最小となるように、コンデンサの容量を設定する。

好ましくは、コンデンサは、容量が固定された第１のコンデンサと、自己共振コイルに対して第１のコンデンサに並列に接続され、容量の変更が可能な第２のコンデンサとを含む。

好ましくは、第１のコンデンサの容量は、第２のコンデンサの容量よりも大きい。
好ましくは、第２のコンデンサの容量は、第１のコンデンサの容量および第２のコンデンサの最大容量の合計容量値から、第２のコンデンサの変化可能な容量の半分の容量を差し引いた値が、所定の周波数において受電装置と非接触送電装置との目標距離から定まる基準容量値よりも小さくなるように設定される。

本発明による非接触給電システムは、送電装置と受電装置との間で非接触で電力を伝達するための非接触給電システムである。送電装置は、第１の自己共振コイルと、第１のコンデンサと、第１のコンデンサを制御するための第１の制御装置とを含む。第１の自己共振コイルは、電源装置から与えられる電力を受電装置との電磁共鳴によって送電する。第１のコンデンサは、第１の自己共振コイルに接続され、第１の自己共振コイルの共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能に構成される。受電装置は、第２の自己共振コイルと、第２のコンデンサと、第２のコンデンサを制御するための第２の制御装置とを含む。第２の自己共振コイルは、送電装置との電磁共鳴によって電力を受電する。第２のコンデンサは、第２の自己共振コイルに接続され、第２の自己共振コイルの共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能に構成される。そして、第１の制御装置および第２の制御装置は、通信により互いに信号の授受が可能に構成され、電源装置によって決まる所定の周波数で電磁共鳴が行なわれる場合に、電力の伝送効率が向上するように、互いに同期をとりながら第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの容量をそれぞれ制御する。

好ましくは、第２の制御装置は、受電装置で受電した受電電力を第１の制御装置に送信し、第１の制御装置は、第２の制御装置から受信した受電電力に基づいて、伝送効率が最大であるか否かを判定する。

好ましくは、第１の制御装置および第２の制御装置は、第１のコンデンサの容量の変化方向と第２のコンデンサの容量の変化方向とが同じ方向となるように、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサをそれぞれ制御する。

好ましくは、第１の制御装置および第２の制御装置は、第１のコンデンサの容量および第２のコンデンサの容量を、所定の初期値に一致させた後に、第１のコンデンサの容量および第２のコンデンサの容量を変化させる。

本発明による車両は、対向する送電装置と非接触で電力を受電するための非接触受電装置を搭載した車両であって、非接触受電装置は、自己共振コイルと、コンデンサと、制御装置とを含む。自己共振コイルは、送電装置との電磁共鳴によって電力を受電する。コンデンサは、自己共振コイルに接続され、共鳴周波数を調整するために容量の変更が可能に構成される。そして、制御装置は、送電装置によって決まる所定の周波数で電磁共鳴が行なわれる場合に、電力の伝送効率が向上するように、コンデンサの容量を制御する。

本発明によれば、共鳴法を用いた非接触給電システムにおいて、送電装置と受電装置との距離が変化した場合であっても、電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１による車両用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。 図１に示した車両の詳細構成図である。 図１に示した送電装置の詳細構成図である。 受電装置に含まれるコイルユニットの外観図である。 実施の形態１における、受電装置および送電ユニットの回路の一例を示す図である。 一次自己共振コイルおよび二次自己共振コイルのコイル間距離と、電力の伝送効率が最大になる場合の共鳴周波数との関係を説明するための図である。 共鳴周波数を所定の周波数に固定した状態で、コイル間距離が変化したときに電力の伝送効率が最大となるようなコンデンサ容量の一例を示した図である。 コイル間距離を大きくした場合の、共鳴周波数と伝送効率との関係の一例を示した図である。 コイル間距離を小さくした場合の、共鳴周波数と伝送効率との関係の一例を示した図である。 コンデンサの可変範囲と基準コンデンサ容量との関係を説明するための図である。 コンデンサの可変範囲を考慮したコンデンサ容量の設定の一例を示す図である。 実施の形態１において、共鳴周波数を所定の周波数に固定した状態でコンデンサ容量を変化させた場合の、受電装置で受電される受電電力、および電力の伝送効率の変化の一例を示した図である。 実施の形態１において、受電ＥＣＵで実行される電力最大制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における車両の詳細構成図である。 実施の形態２における送電装置の詳細構成図である。 実施の形態２における、受電装置および送電ユニットの回路の一例を示す図である。 実施の形態２において、共鳴周波数を所定の周波数に固定した状態でコンデンサ容量を変化させた場合の、送電装置で検出される反射電力、および電力の伝送効率の変化の一例を示した図である。 実施の形態２において、送電ＥＣＵで実行される電力最大制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３における、受電装置および送電ユニットの回路の一例を示す図である。 実施の形態３における、電力最大制御処理を説明するためのフローチャートである。

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り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による車両用給電システム１０の全体構成図である。図１を参照して、車両用給電システム１０は、車両１００と、送電装置２００とを備える。車両１００は、受電装置１１０と、通信部１３０とを含む。

受電装置１１０は、車体底面に設けられ、送電装置２００の送電ユニット２２０（後述）から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電装置１１０は、自己共振コイル（後述）を含み、送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を用いて共鳴することにより送電ユニット２２０から非接触で受電する。通信部１３０は、車両１００と送電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

送電装置２００は、電源装置２１０と、送電ユニット２２０と、通信部２４０とを含む。電源装置２１０は、たとえば商用電源から供給される交流電力を高周波の電力に変換して送電ユニット２２０へ出力する。なお、電源装置２１０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜十数ＭＨｚである。

送電ユニット２２０は、駐車場の床面に設けられ、電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電装置１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電ユニット２２０は、自己共振コイル（後述）を含み、受電装置１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を用いて共鳴することにより受電装置１１０へ非接触で送電する。通信部２４０は、送電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

この車両用給電システム１０においては、送電装置２００の送電ユニット２２０から高周波の電力が送出され、車両１００の受電装置１１０に含まれる自己共振コイルと送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルとが電磁場を用いて共鳴することにより、送電装置２００から車両１００へ給電される。

また、本実施の形態１においては、本格的な給電に先立ち、送電ユニット２２０から受電装置１１０へ事前に給電（以下、「テスト送電」とも称する。）が行なわれ、その給電状況に基づいて、伝送効率が最大となるように受電装置１１０が調整される。

なお、上記のテスト送電時に送電ユニット２２０から送出される電力の大きさは、本格的な電力送電が行なわれる際に送電ユニット２２０から受電装置１１０へ供給される電力よりも小さく設定される。

次に、この実施の形態１による車両用給電システム１０に用いられる非接触給電方法について説明する。この実施の形態１による車両用給電システム１０では、共鳴法を用いて送電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。

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、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（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によって電力が伝送される。

具体的には、高周波電源３１０に電磁誘導コイルである一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ１Ｍ〜十数ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ固有振動数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を用いて共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場によってエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される電磁誘導コイルである二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。

なお、図１との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図１の受電装置１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図１の送電ユニット２２０に対応する。

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、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（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（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）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、図１に示した車両１００の詳細構成図である。
図４を参照して、車両１００は、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。また、車両１００は、受電装置１１０と、整流器１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と、システムメインリレーＳＭＲ２と、電圧センサ１９０と、電流センサ１９５とをさらに含む。さらに、車両１００は、制御装置１８０と、通信部１３０とを含む。また、受電装置１１０は、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、コンデンサ１１６と、受電ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８５とを含む。

なお、本実施の形態１では、車両１００としてエンジン１７６を備えたハイブリッド車両を例として説明するが、車両１００の構成はこれに限られない。電動機により駆動される車両であれば、たとえば電気自動車や燃料電池自動車にも適用可能である。その場合は、エンジン１７６が配置されない構成となる。

この車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を駆動源として搭載する。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である。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の駆動力を用いて発電する。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である。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、モータジェネレータ１７４は駆動輪１７８から回転力を受け、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、いずれも図示しないが、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを有する遊星歯車機構を含んで構成される。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やニッケル水素などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２から供給される電力を蓄える。また、蓄電装置１５０は、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２００（図１）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との間の、電力線ＰＬ１，接地線ＮＬに介挿される。システムメインリレーＳＭＲ１は、制御装置１８０からの制御信号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、制御信号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、電力線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んで構成される。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んで構成される。

本実施の形態においては、上述のように２つのインバータ、およびそれに対応する２つのモータジェネレータを備える構成としているが、モータジェネレータおよびインバータの数はこれに限定されない。たとえば、インバータとモータジェネレータのペアを１組の設ける構成としてもよい。

二次自己共振コイル１１２は、図５で後述する送電装置２００に含まれる一次自己共振コイルから、電磁場を用いて電磁共鳴により受電する。

コンデンサ１１６は、容量の変更が可能に構成された可変コンデンサであり、二次自己共振コイル１１２の両端に接続される。コンデンサ１１６は、図示しないアクチュエータを含む。そして、受電ＥＣＵ１８５からの制御信号ＣＴＬ１によってアクチュエータが制御されることによって、コンデンサ１１６の容量が変更される。

この二次自己共振コイル１１２については、送電装置２００の一次自己共振コイルとの距離や、一次自己共振コイルおよび二次自己共振コイル１１２の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２と同軸上に設けられ、電磁誘導により二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２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１４０へ出力する。

なお、上述の二次自己共振コイル１１２、二次コイル１１４、コンデンサ１１６によって、受電装置１１０の受電ユニット４００が形成される。

整流器１４０は、二次コイル１１４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１４２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＤに基づいて、整流器１４０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。

システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と蓄電装置１５０との間に設けられる。システムメインリレーＳＭＲ２は、制御装置１８０からの制御信号ＳＥ２が活性化されると、蓄電装置１５０をＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と電気的に接続し、制御信号ＳＥ２が非活性化されると、蓄電装置１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電路を遮断する。

電圧センサ１９０は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置１８０および受電ＥＣＵ１８５へ出力する。

電流センサ１９５は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２とを接続する電力線ＰＬ３に設けられ、電力線ＰＬ３を流れる電流ＩＨを検出する。そして、電流センサ１９５は、その検出結果を、制御装置１８０および受電ＥＣＵ１８５へ出力する。

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制御信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した制御信号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、車両の走行時は、制御装置１８０は、制御信号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、制御信号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。

また、制御装置１８０は、送電装置２００から送出される電力の情報（電圧および電流）を送電装置２００から通信部１３０を介して受ける。そして、電圧センサ１９０によって検出される電圧ＶＨの検出値を電圧センサ１９０から受ける。そして、制御装置１８０は、これらのデータに基づいて、送電装置２００の送電ユニット２２０（図１）へ車両を誘導するように車両の駐車制御などを実行する。

受電ＥＣＵ１８５は、電圧センサ１９０および電流センサ１９５によって検出される電圧ＶＨ，電流ＩＨの検出値を受ける。そして、受電ＥＣＵ１８５は、これらの情報に基づいて、送電装置２００から受電した受電電力ＰＲを演算する。そして、受電ＥＣＵ１８５は、この受電電力ＰＲを通信部１３０を介して送電装置２００へ送出する。

また、受電ＥＣＵ１８５は、制御信号ＣＴＬ１によりコンデンサ１１６に含まれるアクチュエータ（図示せず）を制御することによってコンデンサ１１６の容量を変更する。

送電ユニット２２０上への駐車が完了すると、制御装置１８０は、通信部１３０を介して送電装置２００へ給電指令を送信するとともに、制御信号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、制御装置１８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を駆動するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。

なお、制御装置１８０および受電ＥＣＵ１８５は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御指令の出力を行ない、車両１００または各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

また、図４においては、制御装置１８０と受電ＥＣＵ１８５とを別個の制御装置とする構成としているが、このような構成に限定されず、制御装置１８０と受電ＥＣＵ１８５とを１つの制御装置として構成してもよい。また、制御装置１８０のうちの一部の機能を、さらに別個の制御装置に分割することとしてもよい。

図５は、図１に示した送電装置２００の詳細構成図である。図５を参照して、送電装置２００は、交流電源２５０と、高周波電力ドライバ２６０と、一次コイル２２２と、一次自己共振コイル２２４と、電圧センサ２７２と、電流センサ２７４と、通信部２４０と、送電ＥＣＵ２７０と、コンデンサ２８０とを含む。

交流電源２５０は、車両外部の電源であり、たとえば商用電源である。高周波電力ドライバ２６０は、交流電源２５０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル２２２へ供給する。なお、高周波電力ドライバ２６０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜十数ＭＨｚである。

一次コイル２２２は、一次自己共振コイル２２４と同軸上に設けられ、電磁誘導により一次自己共振コイル２２４と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル２２２は、高周波電力ドライバ２６０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル２２４へ給電する。

一次自己共振コイル２２４は、両端にコンデンサ２８０が接続され、ＬＣ共振コイルを構成する。そして、車両１００の二次自己共振コイル１１２と電磁場を用いて共鳴することにより車両１００へ電力を送電する。なお、所定の共鳴周波数を得るために、一次自己共振コイル２２４自身のもつ浮遊容量により容量成分が実現できる場合には、コンデンサ２８０は配置されず、一次自己共振コイル２２４はコイル両端が非接続（オープン）の状態とされる。

この一次自己共振コイル２２４も、車両１００の二次自己共振コイル１１２との距離や、一次自己共振コイル２２４および二次自己共振コイル１１２の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等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

なお、一次自己共振コイル２２４、一次コイル２２２およびコンデンサ２８０は、図１に示した送電ユニット２２０を形成する。電圧センサ２７２は、高周波電力ドライバ２６０から出力される電圧ＶＳを検出し、その検出値を送電ＥＣＵ２７０へ出力する。電流センサ２７４は、高周波電力ドライバ２６０から出力される電流ＩＳを検出し、その検出値を送電ＥＣＵ２７０へ出力する。

送電ＥＣＵ２７０は、車両１００から通信部２４０を介して起動指令を受けると、送電装置２００を起動する。そして、送電ＥＣＵ２７０は、車両１００から通信部２４０を介して給電開始指令を受けると、送電装置２００から車両１００へ供給される電力が目標値に一致するように高周波電力ドライバ２６０の出力を制御する。

また、送電ＥＣＵ２７０は、通信部２４０を介して、受電装置１１０から、テスト送電のための信号出力指令を受けているときは、給電開始指令に基づく給電実行時の電力よりも小さい所定の電力を出力するように高周波電力ドライバ２６０の出力を制御する。

図６は、受電装置１１０および送電装置２００に含まれるコイルユニットの外観図である。図６においては、一例として、受電装置１１０の受電ユニット４００について説明する。
図６を参照して、受電ユニット４００は、二次コイル１１４と、二次自己共振コイル１１２と、ボビン１１３と、コンデンサ１１６とを含む。

二次コイル１１４は、コイル材がボビン１１３の内面または外面に沿って巻回される。そして、二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２と同軸上に配置される。二次コイル１１４の両端は、受電ユニット４００を収納するコイルケース（図示しない）の外部に引き出されて負荷に接続される。そして、二次コイル１１４は、電磁誘導により、二次自己共振コイル１１２から受電する。

コンデンサ１１６は、上述のように容量の変更が可能な可変コンデンサであり、ボビン１１３の内部に設置される。コンデンサ１１６は、二次自己共振コイル１１２の両端に接続され、ＬＣ共振回路を構成する。

なお、コンデンサ１１６は、容量が可変な１つのコンデンサとしてもよいが、図７のように、二次自己共振コイル１１２に対して並列に接続された、固定の容量を有する大容量のコンデンサ１１７と容量が可変な小容量のコンデンサ１１８とを含む構成としてもよい。一般的に、容量が可変なコンデンサの価格は、同じ容量で容量が固定されたコンデンサの価格と比較して高価となる場合が多い。そのため、図７のように、必要とされる可変範囲を有する小容量の可変コンデンサ１１８と、設計値から定まる所定の基準容量近傍の容量を有する大容量の固定容量のコンデンサ１１７とを用いることによって、大きな可変範囲を有する単一の可変コンデンサを備える場合と比較してコストの低減が期待できる。

共鳴法を用いた非接触給電においては、一次自己共振コイル２２４および二次自己共振コイル１１２を、所定の共鳴周波数で共鳴させることによって電力を伝達する。送電ユニット２２０および受電ユニット４００において、コイルユニットの共鳴周波数を設定する際、送電ユニット２２０と受電ユニット４００との距離が狙いとなる基準距離である場合に、所定の電磁場の周波数（すなわち、高周波電源ドライバ２６０の電源周波数）でコイルユニットが共鳴するように設計・調整される。しかしながら、実際に給電を行なう場合には、車両の停車位置のずれや、車種の違いによる車体底面の高さの違いなどによって、ユニット間の距離が基準距離とずれてしまうことが発生し得る。そうすると、ユニット間の空間インピーダンスが変化して反射電力が増加したり、電磁場の強度が変化したりすることによって、電力の伝送効率が低下するおそれがある。

図８は、一次自己共振コイルおよび二次自己共振コイルのコイル間距離と、電力の伝送効率が最大になる場合の共鳴周波数との関係を説明するための図である。図８の横軸にはコイル間距離が示され、縦軸には共鳴周波数が示される。

図８を参照して、ある狙いの基準距離Ｄａｉｍにおいて、電力の伝送効率が最大となる共鳴周波数がＦｏｐｔであるとする。このとき、コイル間距離が基準距離から変化すると、その変化に応じて伝送効率が最大となる共鳴周波数が、図８中の曲線Ｗ１のように変化する。

このような特性にあわせて、コイル間距離に応じて高周波電源の周波数を変更することも可能であるが、一方で、電波法等の規定によって使用可能な電磁場の周波数範囲が制限される場合もあり、所望の周波数を選択できない場合も起こり得る。

そこで、本実施の形態においては、コイル間距離が変化した場合に、電波法等で規定された所定の電磁場の周波数を維持しながら、電力の伝送効率が最大となるように、コイルユニットのコンデンサの容量を変化させてコイルユニットの共鳴周波数を制御する、最大電力制御を行なう。

図９は、電磁場の周波数をある値（たとえば、１３ＭＨｚ）に維持した状態で、コイル間距離が変化したときに電力の伝送効率が最大となるようなコンデンサ容量の一例を示した図である。図９の横軸にはコイル間距離が示され、縦軸にはコンデンサの容量が示される。なお、図中のＣｕｌｉｍは、可変コンデンサの最大容量を示す。

図９を参照して、所定の電磁場の周波数の場合に、狙い基準距離Ｄａｉｍのときに伝送効率が最大となる基準のコンデンサ容量（以下、「基準コンデンサ容量」とも称する）がＣｏｐｔであるとき、コイル間距離が変化すると、伝送効率が最大となるコンデンサの容量は図中の曲線Ｗ２のように変化する。曲線Ｗ２からわかるように、コイル間距離が基準距離より小さくなる場合のコンデンサ容量の変化量のほうが、コイル間距離が基準距離より大きくなるときのコンデンサ容量の変化量よりも大きい。このようになる理由を、図１０および図１１を用いて説明する。

図１０および図１１は、コイル間距離を変化させた場合の、共鳴周波数と伝送効率との関係の一例を示した図である。図１０はコイル間距離を大きくした（遠ざけた）場合を示し、図１１はコイル間距離を小さくした（近づけた）場合を示す。

図１０を参照して、曲線Ｗ１０は、コイル間距離が基準距離の場合の伝送効率を示したものであり、このときの伝送効率が最大となる共鳴周波数がｆ１０であったとする。この状態から、コイル間距離を大きくしていくと、曲線Ｗ１１，Ｗ１２のように、徐々に伝送効率の最大値が低下する。これは、コイル間距離が大きくなるにつれて、電磁界強度がしだいに弱くなっていくことの影響が大きいためである。この場合は、伝送効率が最大となる共鳴周波数については、あまり大きく変化しない。

一方、コイル間距離を小さくしていくと、たとえば、図１１の曲線Ｗ２１のように、伝送効率が最大となる周波数（ｆ２１，ｆ２１＊）が、基準距離の場合の周波数ｆ２０から周波数の高くなる方向および低くなる方向へ徐々に広がっていく。そして、伝送効率が最大となる周波数の間（ｆ２１とｆ２１＊との間）においては、逆に伝送効率が低下する。これは、コイル間距離が小さくなるにつれて、コイル間の空間インピーダンスが大きく変化し、反射電力が増加するためである。

本実施の形態の最大電力制御においては、このように、コイル間距離の変化に対して、電磁場の周波数を所定の周波数に維持した状態で、伝送効率が最大となるように、コンデンサの容量を変化させる。すなわち、たとえば図１１の曲線Ｗ２１となる場合には、コンデンサをの容量を調整してコイルユニットの共鳴周波数を変化させ、伝送効率が最大となる周波数ｆ２１が周波数ｆ２０となるように曲線Ｗ２１全体をずらすことに相当する。

このとき、図１０および図１１からわかるように、コイル間距離を大きくする場合は、周波数の変化量が小さいため、コンデンサ容量の変化量は小さくなる。一方、コイル間距離を小さくする場合には、相対的に周波数の変化量が大きくなるので、コンデンサ容量の変化量も大きくする必要がある。

したがって、図１２に示すように、コイル間距離の変化に応じて必要となるコンデンサの容量変化範囲ΔＣにおいて、基準距離よりコイル間距離が小さくなる方向の変化範囲（図中のＣ１０）を、基準距離よりコイル間距離が大きくなる方向の変化範囲（図中のＣ２０）よりも大きくすることが必要となる。すなわち、基準コンデンサ容量値Ｃｏｐｔが、コンデンサの可変範囲の中央値よりも大きくなるように、コンデンサの容量が設定される。

図１３は、上述のようなコンデンサの可変範囲を考慮したコンデンサ容量の設定の一例を示す図である。図１３を参照して、図１２で説明したように、基準距離から定まるコンデンサ容量Ｃｏｐｔを基準として、必要とされる容量の可変範囲Ｃ１０，Ｃ２０から可変コンデンサの最大容量Ｃｖａｒ（Ｃｖａｒ＝Ｃ１０＋Ｃ２０）を決定する。そして、基準距離から定まるコンデンサ容量Ｃｏｐｔから減少方向の可変容量Ｃ１０を差し引いた容量を、固定コンデンサの容量Ｃｆｉｘ（Ｃｆｉｘ＝Ｃｏｐｔ−Ｃ１０）として設定する。このようにすることによって、適切な可変範囲を有する最適なコンデンサ容量を設定することができる。

このような可変コンデンサを有する本実施の形態において、電磁場の周波数を所定の周波数に固定した状態でコンデンサ容量を変化させた場合の、受電装置１１０で受電される受電電力ＰＲ、および電力の伝送効率ＥＦの変化の一例を図１４に示す。図１４においては、曲線Ｗ４０が受電電力ＰＲを表わし、曲線Ｗ４１が伝送効率ＥＦを示す。

図９等で説明したように、電磁場の周波数を所定の周波数に固定した場合に、コイル間距離が決まると、それに応じて伝送効率が最大となるコンデンサ容量が決まる。ここで、伝送効率ＥＦは、一般的に式（１）で表わすことができるので、基本的には受電装置１１０での受電電力ＰＲが最大となるときに、伝送効率ＥＦもほぼ最大に近くなる。

伝送効率＝受電電力／送電電力 … （１）
したがって、送電ユニット２２０から電力が送電されている間に、可変コンデンサの値を変化させながら受電電力ＰＲを検出し、この受電電力ＰＲが最大となる点（図１４中のＰ４０）を検索する。そして、この受電電力ＰＲが最大となる点におけるコンデンサ容量（図１４中のＣａｄｊ）に可変コンデンサを設定することで、伝送効率ＥＦを最大とすることができる。

図１５は、本実施の形態１において、受電ＥＣＵ１８５で実行される電力最大制御処理を説明するためのフローチャートである。図１５に示されるフローチャート中の各ステップについては、受電ＥＣＵ１８５に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。

図１５を参照して、受電ＥＣＵ１８５は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）３００にて、車両１００が送電ユニット２２０上へ停車したことを検知すると、通信部１３０を介して、送電装置２００側の送電ＥＣＵ２７０に対して、テスト送電の開始を要求する。この要求に対応して、送電ＥＣＵ２７０は、テスト送電のために、本格的な電力送電時よりも低出力の電力の送電を開始する。

受電ＥＣＵ１８５は、Ｓ３１０にて、受電ＥＣＵ１８５内の記憶部（図示しない）の受電電力の最大値の記憶値Ｐｍａｘを初期化する（たとえば、ゼロに設定する）。

次に、受電ＥＣＵ１８５は、Ｓ３２０にて、制御信号ＣＴＬ１をコンデンサ１１６に出力して、コンデンサ１１６内の可変コンデンサ１１８の容量の変更を開始する。たとえば、受電ＥＣＵ１８５は、可変コンデンサ１１８の最小容量から最大容量に向けて、所定の変化量ずつ容量を増加させ、以降のＳ３２０〜Ｓ３５０までの処理を行なう。

受電ＥＣＵ１８５は、Ｓ３３０にて、電圧センサ１９０からの電圧ＶＨおよび電流センサ１９５からの電流ＩＨの検出値に基づいて、受電電力ＰＲを演算する。

そして、受電ＥＣＵ１８５は、Ｓ３４０にて、演算によって求められた受電電力ＰＲと記憶された受電電力の最大値Ｐｍａｘとを比較し、受電電力ＰＲが記憶値Ｐｍａｘより大きいか否かを判定する。

受電電力ＰＲが記憶値Ｐｍａｘより大きい場合（Ｓ３４０にてＹＥＳ）は、Ｓ３５０に処理が進められ、受電ＥＣＵ１８５は、その受電電力ＰＲの値を受電電力の最大値Ｐｍａｘとして設定するとともに、そのときのコンデンサ容量を記憶する。そして、処理がＳ３６０に進められる。

一方、受電電力ＰＲが記憶値Ｐｍａｘ以下の場合（Ｓ３４０にてＮＯ）は、Ｓ３５０の処理がスキップされて、処理がＳ３６０に進められる。

Ｓ３６０では、受電ＥＣＵ１８５は、可変コンデンサ１１８の容量変更が完了したか否かを判定する。この容量変更の完了の判定は、たとえば上述のように可変コンデンサ１１８の最小容量から最大容量に向けて、所定の変化量ずつ容量を増加させる場合には、可変コンデンサ１１８の容量が最大容量となっているか否かによって判定される。

可変コンデンサ１１８の容量変更が完了していない場合（Ｓ３６０にてＮＯ）は、処理がＳ３２０に戻されて、可変コンデンサ１１８の容量がさらに変更される。そして、Ｓ３３０〜Ｓ３５０の処理が繰り返される。このように、可変コンデンサ１１８の可変容量範囲の全範囲にわたって、各容量値に対する受電電力ＰＲを算出するとともに、その算出した受電電力ＰＲが最大となるとき（すなわち、伝送効率が最大となるとき）のコンデンサ容量値を決定することができる。

可変コンデンサ１１８の容量変更が完了している場合（Ｓ３６０にてＹＥＳ）は、受電ＥＣＵ１８５は、Ｓ３７０にて、送電ＥＣＵ２７０に、テスト送電を停止するように要求する。そして、受電ＥＣＵ１８５は、Ｓ３８０にて、記憶したコンデンサ容量値となるように、可変コンデンサ１１８の容量を設定する。

そして、受電ＥＣＵ１８５は、Ｓ３９０にて、送電ＥＣＵ２７０に、本格的な電力送電を開始するように要求する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、電磁場の周波数を所定の周波数に維持した状態において、伝送効率を最大にするようにコンデンサの容量を設定することができる。これによって、共鳴法を用いた非接触給電システムにおいて、コイル間距離が設計時の基準距離から変動した場合であっても、伝送効率の低下を抑制することが可能となる。

[実施の形態２]
実施の形態１においては、車両側のコイルユニットのコンデンサを可変とし、この可変コンデンサの容量を調整することによって、コイル間距離が変動した場合に電力の伝送効率の低下を抑制する構成について説明した。

実施の形態２では、送電装置側のコンデンサの容量を可変とし、送電装置側のコンデンサ容量を調整することによって、電力の伝送効率の低下を抑制する構成について説明する。

図１６は、実施の形態２における車両１００の詳細構成図である。図１６においては、実施の形態１の図４におけるコンデンサ１１６が、容量が固定されたコンデンサ１１６Ａに置き換わったものとなっている。

また、図１７は、実施の形態２における送電装置２００の詳細構成図である。図１７においては、実施の形態１の図５におけるコンデンサ２８０が、容量が可変なコンデンサ２８０Ａに置き換わるとともに、受電装置１１０Ａから反射される反射電力を検出するための反射電力計２７３が追加される。

なお、図１６および図１７において、図４および図５と重複する要素の説明については繰り返さない。

図１７を参照して、コンデンサ２８０Ａは、一次自己共振コイル２２４の両端に接続される。コンデンサ２８０Ａは、図示しないアクチュエータを含む。そして、送電ＥＣＵ２７０からの制御指令ＣＴＬ２によってアクチュエータが制御されることによって、コンデンサ２８０Ａの容量が変更される。

反射電力計２７３は、高周波電力ドライバ２６０と一次コイル２２２との間に設けられる。反射電力計２７３は、受電装置１１０Ａから反射される反射電力を検出し、その検出値ＲＦを送電ＥＣＵ２７０へ出力する。

図１８は、実施の形態２における、受電装置１１０Ａおよび送電ユニット２２０Ａの回路の一例を示す図である。

図１８を参照して、送電ユニット２２０Ａに含まれるコンデンサ２８０Ａは、実施の形態１における受電装置１１０側のコンデンサ１１６と同様に、一次自己共振コイル２２４に対して並列に接続された、固定の容量を有する大容量のコンデンサ２８１と容量が可変な小容量のコンデンサ２８１とを含む。コンデンサ２８０Ａは、容量が可変な１つのコンデンサとすることもできるが、コストの面から上述のように容量が固定されたコンデンサ２８１と容量が可変なコンデンサ２８２を含む構成とすることが好適である。

図１９は、実施の形態２における電力最大制御を説明するための図であり、共鳴周波数を所定の周波数に固定した状態でコンデンサ容量を変化させた場合の、送電装置２００で検出される反射電力ＲＦ、および電力の伝送効率ＥＦの変化の一例を示したものである。図１９においては、曲線Ｗ５０が反射電力ＲＦを表わし、曲線Ｗ５１が伝送効率ＥＦを示す。

一般的に、受電装置１１０Ａで受電される受電電力ＰＲと反射電力ＦＲとの間には、式（２）の関係が成立する。

受電電力＝送電電力−反射電力−損失 … （２）
上述の式（１）について、この式（２）を用いると、伝送効率ＥＦは式（３）のように書き換えることができる。

伝送効率＝（送電電力−反射電力−損失）／送電電力 … （３）
この式（３）からわかるように、電力の伝送において、回路の抵抗成分や電磁場の漏洩を防止する電磁場遮蔽材による損失の変動が小さい場合には、反射電力ＲＦが小さいほど伝送効率が大きくなる。したがって、送電ユニット２２０Ａに含まれるコンデンサ２８０Ａの容量を変化させ、そのときの反射電力ＲＦが最小となる点（図１９中のＰ５０）におけるコンデンサ容量Ｃａｄｊ＊に、コンデンサ２８０Ａの容量を設定することによって、伝送効率ＥＦを最大とすることが可能となる。

なお、送電ＥＣＵ２７０が、受電装置１１０Ａで検出された受電電力ＰＲを受電ＥＣＵ１８５から受けて、実施の形態１と同様に受電電力ＰＲが最大となるようにコンデンサ２８０Ａの容量を設定するようにしてもよい。

図２０は、実施の形態２において、送電ＥＣＵ２７０で実行される電力最大制御処理を説明するためのフローチャートである。図２０に示されるフローチャート中の各ステップについては、送電ＥＣＵ２７０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。

図２０を参照して、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４００にて、車両１００が送電ユニット２２０上へ停車しことが検知されると、本格的な電力送電時よりも低出力の電力を送電するテスト送電を開始する。

送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４１０にて、送電ＥＣＵ２７０内の記憶部（図示しない）の反射電力の最小値の記憶値Ｒｍｉｎを初期化する。このときの反射電力の初期値Ｋは、たとえば送電電力と同程度の値に設定する。

次に、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４２０にて、制御信号ＣＴＬ２をコンデンサ２８０Ａに出力して、コンデンサ２８０Ａ内の可変コンデンサ２８１の容量の変更を開始する。たとえば、送電ＥＣＵ２７０は、可変コンデンサ２８１の最小容量から最大容量に向けて、所定の変化量ずつ容量を増加させ、以降のＳ４２０〜Ｓ４５０までの処理を行なう。

送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４３０にて、反射電力計２７３からの反射電力ＲＦの検出値を取得する。

そして、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４４０にて、反射電力ＲＦと記憶された反射電力の最小値Ｒｍｉｎとを比較し、反射電力ＲＦが記憶値Ｒｍｉｎより小さいか否かを判定する。

反射電力ＲＦが記憶値Ｒｍｉｎより小さい場合（Ｓ４４０にてＹＥＳ）は、Ｓ４５０に処理が進められ、送電ＥＣＵ２７０は、その反射電力ＲＦの値を反射電力の最小値Ｒｍｉｎとして設定するとともに、そのときのコンデンサ容量を記憶する。そして、処理がＳ４６０に進められる。

一方、反射電力ＲＦが記憶値Ｒｍｉｎ以上の場合（Ｓ４４０にてＮＯ）は、Ｓ４５０の処理がスキップされて、処理がＳ４６０に進められる。

Ｓ４６０では、送電ＥＣＵ２７０は、可変コンデンサ２８１の容量変更が完了したか否かを判定する。この容量変更の完了の判定は、たとえば上述のように可変コンデンサ２８１の最小容量から最大容量に向けて、所定の変化量ずつ容量を増加させる場合には、可変コンデンサ２８１の容量が最大容量となっているか否かによって判定される。

可変コンデンサ２８１の容量変更が完了していない場合（Ｓ４６０にてＮＯ）は、処理がＳ４２０に戻されて、可変コンデンサ２８１の容量がさらに変更される。そして、Ｓ４３０〜Ｓ４５０の処理が繰り返される。このように、可変コンデンサ２８１の可変容量範囲の全範囲にわたって、各容量値に対する反射電力ＲＦを算出するとともに、その算出した反射電力ＲＦを比較することによって、反射電力ＲＦが最小となるとき（すなわち、伝送効率が最大となるとき）のコンデンサ容量値を決定することができる。

可変コンデンサ２８１の容量変更が完了している場合（Ｓ４６０にてＹＥＳ）は、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４７０にて、テスト送電を停止する。そして、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４８０にて、記憶したコンデンサ容量値となるように、可変コンデンサ２８１の容量を設定する。そして、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ４９０にて、本格的な電力送電を開始する。

以上のような処理に従って制御することによって、電磁場の周波数を所定の周波数に維持した状態において、伝送効率を最大にするように送電装置のコンデンサの容量を設定することができる。これによって、共鳴法を用いた非接触給電システムにおいて、コイル間距離が設計時の基準距離から変動した場合であっても、伝送効率の低下を抑制することが可能となる。

[実施の形態３]
実施の形態１および実施の形態２においては、受電装置または送電装置のいずれか一方のコイルユニットに、容量が可変なコンデンサを有する場合について説明した。

実施の形態３においては、受電装置および送電装置の両方に可変コンデンサを有し、両方のコンデンサの容量を同期しながら調整することによって、伝送効率の低下を抑制する構成について説明する。このように、受電装置および送電装置の両方のコンデンサを調整することによって、両方のコイルユニットのインピーダンスを合わせることができるので、反射電力を低減することが可能となる。これにより、実施の形態１および実施の形態２と比較して伝送効率の低下をさらに抑制することが期待できる。

実施の形態３においては、車両１００の詳細構成は図４と同様であり、また、送電装置２００の詳細構成は図１７と同様である。以下の説明においては、伝送効率が最大となるコンデンサ容量の検索については、送電ＥＣＵ２７０において、受電装置１１０側で演算された受電電力ＰＲを用いて行なう場合について説明する。そのため、受電ＥＣＵ１８５は、電圧センサ１９０および電流センサ１９５からの検出値に基づいて演算した受電電力ＰＲを、通信部１３０，２４０を介して送電ＥＣＵ２７０へ出力する。送電ＥＣＵ２７０は、この受電電力ＰＲが最大となるときのコンデンサ容量を決定する。そして、受電ＥＣＵ１８５および送電ＥＣＵ２７０は、決定されたコンデンサ容量にしたがって、コンデンサ１１６，２８０Ａの容量をそれぞれ設定する。なお、実施の形態１と同様に、受電ＥＣＵ１８５が受電電力ＰＲを用いて伝送効率が最大となるコンデンサ容量を決定してもよいし、実施の形態２のように、送電ＥＣＵ２７０が反射電力ＲＦを用いて伝送効率が最大となるコンデンサ容量を決定してもよい。

図２１は、実施の形態３における、受電装置１１０Ａおよび送電ユニット２２０Ａの回路の一例を示す図である。実施の形態１および実施の形態２の場合と同様に、コンデンサ１１６，２８０Ａは、容量が固定されたコンデンサ１１７，２８１および容量が可変なコンデンサ１１８，２８２をそれぞれ有する。

図２２は、実施の形態３における、電力最大制御処理を説明するためのフローチャートである。図２２に示されるフローチャート中の各ステップについては、受電ＥＣＵ１８５または送電ＥＣＵ２７０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。

図２２を参照して、車両１００が送電ユニット２２０上へ停車したことが検知されると、受電ＥＣＵ１８５および送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ１００にて、通信部１３０，２４０を介して、互いのコイルユニットの諸元データの授受を行なう。ここで、コイルユニットの諸元データには、自己共振コイルの基準の共鳴周波数、自己共振コイルのインダクタンス値、コンデンサの最大容量値、コンデンサの可変容量範囲およびコンデンサの可変調整方向（増加方向または減少方向）が含まれる。

そして、受電ＥＣＵ１８５および送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ１１０にて、互いに制御用の同期信号を認識しているか否かを判定する。

制御用の同期信号を認識していない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に戻されて、受電ＥＣＵ１８５および送電ＥＣＵ２７０は、同期信号が認識されることを待つ。

制御用の同期信号を認識した場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１２０に進められて、送電ＥＣＵ２７０によりテスト送電が開始される。

そして、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ１３０にて、送電ＥＣＵ２７０内の記憶部（図示しない）の受電電力の最大値の記憶値Ｐｍａｘを初期化する（たとえば、ゼロに設定する）。

次に、Ｓ１４０にて、受電ＥＣＵ１８５および送電ＥＣＵ２７０は、同期を取りながら、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２によって、コンデンサ１１６，２８０Ａの変更を開始する。このとき、コンデンサ１１６，２８０Ａの可変範囲が同じである場合には、基本的には可変範囲の全範囲について容量の変更を行なう。一方、コンデンサ１１６，２８０Ａの可変範囲が異なる場合には、たとえば、可変範囲の狭い側の範囲内で容量の変更を行なうようにしてもよいし、互いに重複する可変範囲内で容量の変更を行なうようにしてもよい。なお、いずれの場合においても、コンデンサ１１６，２８０Ａの容量の変更に際しては、コンデンサ１１６，２８０Ａを、予め同じ容量の初期値に設定した上で、同期を取りつつ同一の変化方向（増加方向または減少方向）に容量を変化させる。

Ｓ１５０にて、受電ＥＣＵ１８５は、電圧センサ１９０からの電圧ＶＨおよび電流センサ１９５からの電流ＩＨの検出値に基づいて受電電力ＰＲを演算するとともに、その演算結果を送電ＥＣＵ２７０へ出力する。

Ｓ１６０では、送電ＥＣＵ２７０は、受電ＥＣＵ１８５から受けた受電電力ＰＲと記憶された受電電力の最大値Ｐｍａｘとを比較し、受電電力ＰＲが記憶値Ｐｍａｘより大きいか否かを判定する。

受電電力ＰＲが記憶値Ｐｍａｘより大きい場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）は、Ｓ１７０に処理が進められ、送電ＥＣＵ２７０は、受電電力ＰＲの値を受電電力の最大値Ｐｍａｘとして設定するとともに、そのときのコンデンサ容量を記憶する。そして、処理がＳ１８０に進められる。

一方、受電電力ＰＲが記憶値Ｐｍａｘ以下の場合（Ｓ１６０にてＮＯ）は、Ｓ１７０の処理がスキップされて、処理がＳ１８０に進められる。

Ｓ１８０では、送電ＥＣＵ２７０は、コンデンサの容量変更が完了したか否かを判定する。

コンデンサの容量変更が完了していない場合（Ｓ１８０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に戻されて、受電ＥＣＵ１８５および送電ＥＣＵ２７０は、コンデンサの容量をさらに変更して、Ｓ１５０〜Ｓ１７０の処理を繰り返す。

コンデンサの容量変更が完了している場合（Ｓ１８０にてＹＥＳ）は、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ１９０にて、テスト送電を停止する。

そして、受電ＥＣＵ１８５および送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ２００にて、受電電力ＰＲが最大となったときのコンデンサ容量値となるように、コンデンサ１１６，２８０Ａの容量をそれぞれ設定する。

そして、送電ＥＣＵ２７０は、Ｓ２１０にて、受電装置１１０に対する本格的な電力送電を開始する。

以上のような処理に従って制御することによって、電磁場の周波数を所定の周波数に維持した状態において、伝送効率を最大にするように受電装置および送電装置のコンデンサの容量を設定することができる。これによって、共鳴法を用いた非接触給電システムにおいて、コイル間距離が設計時の基準距離から変動した場合であっても、伝送効率の低下を抑制することが可能となる。

なお、本実施の形態における一次自己共振コイル２２４および二次自己共振コイル１１２は、本発明における「第１の自己共振コイル」および「第２の自己共振コイル」の一例である。本実施の形態における送電ＥＣＵ２７０および受電ＥＣＵ１８５は、本発明における「第１の制御装置」および「第２の制御装置」の一例である。また、本実施の形態における高周波電力ドライバ２６０は、本発明の「電源装置」の一例である。

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請求の範囲によって示され、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 車両用給電システム、１００ 車両、１１０，１１０Ａ 受電装置、１１２，３４０ 二次自己共振コイル、１１３ ボビン、１１４，３５０ 二次コイル、１１６，１１６Ａ，１１７，１１８，２８０，２８０Ａ，２８１，２８２ コンデンサ、１３０，２４０ 通信部、１４０ 整流器、１４２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、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、１８５ 受電ＥＣＵ、１９０，２７２ 電圧センサ、１９５，２７４ 電流センサ、２００ 送電装置、２１０ 電源装置、２２０，２２０Ａ 送電ユニット、２２２，３２０ 一次コイル、２２４，３３０ 一次自己共振コイル、２５０ 交流電源、２６０ 高周波電力ドライバ、２７０ 送電ＥＣＵ、２７３ 反射電力計、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、４００ 受電ユニット、ＮＬ 接地線、ＰＬ１〜ＰＬ３ 電力線、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (18)

1. 送電装置から非接触で電力を受電するための受電装置であって、
   前記送電装置から非接触で電力を受電するように構成された自己共振コイルと、
   前記自己共振コイルに接続され、容量が所定の可変範囲で変更可能な可変コンデンサと、
   前記可変コンデンサの容量を制御するための制御装置とを備え、
   前記可変コンデンサは、前記送電装置と前記受電装置との間の距離が所定の基準距離である際に前記送電装置および前記受電装置が同じ共振周波数になるときの前記可変コンデンサの基準容量と前記可変範囲の上限値との差が、前記基準容量と前記可変範囲の下限値との差よりも小さくなるように設計される、受電装置。
2. 前記可変コンデンサに並列に接続され、容量が固定されたコンデンサをさらに備える、請求項１に記載の受電装置。
3. 前記コンデンサの容量は、前記可変コンデンサの容量よりも大きい、請求項２に記載の受電装置。
4. 前記可変コンデンサは、前記コンデンサの容量および前記可変コンデンサの最大容量の合計容量から、前記可変コンデンサの前記可変範囲の半分の容量を差し引いた容量値が、前記送電装置および前記受電装置が同じ共振周波数になるときの前記可変コンデンサの容量よりも小さくなるように設計される、請求項２または３に記載の受電装置。
5. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの容量を変化させながら前記送電装置から受電した受電電力が最大となる容量を検索し、検索された前記受電電力が最大となる容量に前記可変コンデンサの容量を調整する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の受電装置。
6. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの容量を所定の変化量ずつ変化させながら、前記送電装置から受電した受電電力が最大となる容量を検索する、請求項５に記載の受電装置。
7. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの前記可変範囲の全範囲にわたって、各容量値に対する受電電力を検出することによって、前記送電装置から受電した受電電力が最大となる容量を検索する、請求項５または６に記載の受電装置。
8. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの最小容量から最大容量に向けて前記可変コンデンサの容量を変化させながら受電電力を検出することによって前記送電装置から受電した受電電力が最大となる容量を検索する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の受電装置。
9. 送電装置から非接触で電力を受電するための受電装置であって、
   前記送電装置から非接触で電力を受電するように構成された自己共振コイルと、
   前記自己共振コイルに接続され、容量が所定の可変範囲で変更可能な可変コンデンサと、
   前記可変コンデンサの容量を制御するための制御装置とを備え、
   前記可変コンデンサは、前記送電装置と前記受電装置との間の距離が所定の基準距離である際に前記送電装置および前記受電装置が同じ共振周波数になるときの前記可変コンデンサの基準容量からの可変範囲が、前記距離が前記基準距離よりも小さい場合のほうが前記距離が前記基準距離よりも大きい場合よりも大きくなるように設計される、受電装置。
10. 受電装置へ非接触で電力を送電するための送電装置であって、
    電源装置から与えられる電力を、前記受電装置へ非接触で送電するように構成された自己共振コイルと、
    前記自己共振コイルに接続され、容量が所定の可変範囲で変更可能な可変コンデンサと、
    前記可変コンデンサの容量を制御するための制御装置とを備え、
    前記可変コンデンサは、前記送電装置と前記受電装置との間の距離が所定の基準距離である際に前記送電装置および前記受電装置が同じ共振周波数になるときの前記可変コンデンサの基準容量と前記可変範囲の上限値との差が、前記基準容量と前記可変範囲の下限値との差よりも小さくなるように設計される、送電装置。
11. 前記可変コンデンサに並列に接続され、容量が固定されたコンデンサをさらに備える、請求項１０に記載の送電装置。
12. 前記コンデンサの容量は、前記可変コンデンサの容量よりも大きい、請求項１１に記載の送電装置。
13. 前記可変コンデンサは、前記コンデンサの容量および前記可変コンデンサの最大容量の合計容量から、前記可変コンデンサの前記可変範囲の半分の容量を差し引いた容量値が、前記送電装置および前記受電装置が同じ共振周波数になるときの前記可変コンデンサの容量よりも小さくなるように設計される、請求項１１または１２に記載の送電装置。
14. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの容量を変化させながら前記受電装置による反射電力が最小となる容量を検索し、検索された前記反射電力が最小となる容量に前記可変コンデンサの容量を調整する、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の送電装置。
15. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの容量を所定の変化量ずつ変化させながら、前記受電装置による反射電力が最小となる容量となる容量を検索する、請求項１４に記載の送電装置。
16. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの前記可変範囲の全範囲にわたって、各容量値に対する反射電力を検出することによって、前記受電装置による反射電力が最小となる容量を検索する、請求項１４または１５に記載の送電装置。
17. 前記制御装置は、前記可変コンデンサの最小容量から最大容量に向けて前記可変コンデンサの容量を変化させながら反射電力を検出することによって前記受電装置による反射電力が最小となる容量を検索する、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の送電装置。
18. 受電装置へ非接触で電力を送電するための送電装置であって、
    電源装置から与えられる電力を、前記受電装置へ非接触で送電するように構成された自己共振コイルと、
    前記自己共振コイルに接続され、容量が所定の可変範囲で変更可能な可変コンデンサと、
    前記可変コンデンサの容量を制御するための制御装置とを備え、
    前記可変コンデンサは、前記送電装置と前記受電装置との間の距離が所定の基準距離である際に前記送電装置および前記受電装置が同じ共振周波数になるときの前記可変コンデンサの基準容量からの可変範囲が、前記距離が前記基準距離よりも小さい場合のほうが前記距離が前記基準距離よりも大きい場合よりも大きくなるように設計される、送電装置。

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