JP5703988B2 - 受電装置、送電装置、車両、および非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、受電装置、送電装置、車両、および非接触給電システムに関し、より特定的には、電磁共鳴により電力を転送する非接触給電技術に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの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、ハイブリッド車には、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車両や、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車両等が含まれる。

このような車両に対して車両外部の電源からの電力を送電する方法として、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、マイクロ波などの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（たとえば一対の共鳴コイル）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）送電することが可能である。

特開２００９−１３０９４０号公報（特許文献１）は、車両外部の電源から充電ケーブルを介して搭載された蓄電装置を充電可能な車両において、充電電力を受ける電力線対間に設けられるコンデンサの残留電荷を、車載インバータに接続されるコンデンサの残留電荷を放電するための放電抵抗によって放電する構成を開示する。

特開２００９−１３０９４０号公報 国際公開第２０１０／１３１３４６号パンフレット 特開２００９−１８９１５３号公報

給電システムにおいて電力を伝送する際、受電装置側で受電が不可能となるような異常が生じた場合には、送電装置からの送電を迅速に停止することが必要である。ところが、共鳴法による電力伝送においては、電磁共鳴を行なっている共鳴コイルの部分には、共鳴により電磁エネルギが残存されている。そのため、受電装置において受電を停止した場合でも、この残存しているエネルギが送電装置に伝達され得る。

そうすると、異常が生じている機器にさらに電力が供給されてしまったり、行き場のなくなった電力が送電装置と受電装置との間で共鳴し続けたりすることによって、機器の劣化や破損の要因となったり、周囲に影響を及ぼしてしまうおそれがある。

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って、その目的は、電磁共鳴により電力を転送する非接触給電システムにおいて、受電装置側に異常が発生した場合に、送電装置を適切に保護することである。

本発明による受電装置は、送電装置から転送される電力を電磁共鳴によって非接触で受電するための受電装置であって、受電部と、放電部とを備える。受電部は、送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって送電装置からの電力を受電する。放電部は、受電装置の異常が発生した場合に、受電部で受電した受電電力を放電する。

好ましくは、受電装置は、受電電力を蓄えるための蓄電装置をさらに備える。放電部は、受電装置の異常が発生した場合に、受電電力を消費することによって蓄電装置へ受電電力が供給されることを抑制する。

好ましくは、放電部は、受電電力を放電するための抵抗器を含む。
好ましくは、抵抗器は、送電装置と受電装置との位置を判定する際に用いられる抵抗器としても機能する。

好ましくは、受電装置は、放電部を制御するための制御装置をさらに備える。放電部は、抵抗器に直列に接続される第１の切換部をさらに含む。制御装置は、受電電力を放電する場合は第１の切換部を導通状態とし、受電電力を放電しない場合は第１の切換部を非導通状態とする。

好ましくは、受電装置は、受電電力を整流するための整流器をさらに備える。放電部は、整流器と蓄電装置とを結ぶ電力線対間に接続される。

好ましくは、受電装置は、放電部を制御するための制御装置と、放電部と蓄電装置とを結ぶ電力線に設けられる第２の切換部とをさらに備える。制御装置は、受電電力により蓄電装置を充電する場合は第２の切換部を導通状態とし、受電電力を放電する場合は第２の切換部を非導通状態とする。

好ましくは、受電装置は、受電電力を整流するための整流器をさらに備える。放電部は、受電部と整流器とを結ぶ電力線対間に接続される。

好ましくは、受電装置は、放電部を制御するための制御装置と、放電部と整流器とを結ぶ電力線に設けられる第２の切換部とをさらに備える。制御装置は、受電電力により蓄電装置を充電する場合は第２の切換部を導通状態とし、受電電力を放電する場合は第２の切換部を非導通状態とする。

好ましくは制御装置は、第１の切換部を導通状態としたときから、放電部によって、受電電力が予め定められたしきい値を下回るレベルまで放電される所定期間経過した場合は、第１の切換部を非導通状態とする。

本発明による車両は、上記のいずれかの受電装置と、受電装置で受電した電力を用いて走行駆動力を発生するための駆動装置とを備える。

本発明による送電装置は、受電装置に対して電磁共鳴によって非接触で電力を転送するための送電装置であって、送電部と、送電部に電力を供給する電源装置と、電源装置における送電動作を制御するための制御装置とを備える。送電部は、受電装置に含まれる受電部と電磁共鳴を行なうことによって電力を転送する。受電装置は、受電装置の異常が発生した場合に、受電部で受電した受電電力を放電するための放電部を含む。制御装置は、放電部により受電電力が放電される際に、受電装置からの送電停止を指示する信号に応答して送電動作を停止する。

本発明による非接触給電システムは、電磁共鳴によって非接触で電力を転送するための非接触給電システムであって、送電部を含む送電装置と、送電部と電磁共鳴を行なう受電部を含む受電装置と、送電装置から受電装置への給電動作を制御するための制御装置とを備える。受電装置は、受電装置の異常が発生した場合に、受電部で受電した受電電力を放電するための放電部を含む。

本発明によれば、電磁共鳴により電力を転送する非接触給電システムにおいて、受電装置側に異常が発生した場合に、受電装置を適切に保護することができる。

実施の形態１による車両用の給電システムの全体概略図である。 図１に示した給電システムの詳細構成図である。 高周波電源部の内部構成の一例を示す図である。 整合器の内部構成の一例を示す図である。 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。 実施の形態１において、送電ＥＣＵおよび車両ＥＣＵで実行される異常時の放電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における給電システムの詳細構成図である。

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り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による車両用の給電システム１０の全体概略図である。図１を参照して、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、受電部１１０と、通信部１６０とを含む。送電装置２００は、電源装置２１０と、送電部２２０とを含む。また、電源装置２１０は、通信部２３０を含む。

受電部１１０は、たとえば車体底面に設けられ、送電装置２００の送電部２２０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、図２で後述するように、受電部１１０は共鳴コイルを含み、送電部２２０に含まれる共鳴コイルと電磁場を用いて共鳴することにより送電部２２０から非接触で受電する。通信部１６０は、車両１００と送電装置２００との間で無線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における電源装置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部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。

送電部２２０は、駐車場の床面などに設けられ、電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電部１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電部２２０は共鳴コイルを含み、受電部１１０に含まれる共鳴コイルと電磁場を用いて共鳴することにより受電部１１０へ非接触で送電する。通信部２３０は、送電装置２００と車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。

図２は、図１に示した給電システム１０の詳細構成図である。図２を参照して、車両１００は、受電部１１０および通信部１６０に加えて、整流部１８０と、コンデンサＣ１と、蓄電装置１９０と、システムメインリレーＳＭＲ１１５と、パワーコントロールユニットＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、制御装置である車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを含む。受電部１１０は、二次共鳴コイル１１１と、コンデンサ１１２と、二次コイル１１３とを含む。整流部１８０は、整流器１８５と、放電部１８６と、リレーＲＹ２０とを含む。

なお、本実施の形態においては、車両１００として電気自動車を例として説明するが、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行が可能な車両であれば車両１００の構成はこれに限られない。車両１００の他の例としては、エンジンを搭載したハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車などが含まれる。

二次共鳴コイル１１１は、送電装置２００に含まれる一次共鳴コイル２２１から、電磁場を用いて電磁共鳴により受電する。

この二次共鳴コイル１１１については、送電装置２００の一次共鳴コイル２２１との距離や、一次共鳴コイル２２１および二次共鳴コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１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。

コンデンサ１１２は、二次共鳴コイル１１１の両端に接続され、二次共鳴コイル１１１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ１１２の容量は、二次共鳴コイル１１１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、二次共鳴コイル１１１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ１１２が省略される場合がある。

二次コイル１１３は、二次共鳴コイル１１１と同軸上に設けられ、電磁誘導により二次共鳴コイル１１１と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１３は、二次共鳴コイル１１１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１８５へ出力する。

整流器１８５は、代表的にはダイオードブリッジとして構成され、二次コイル１１３から受ける交流電力を整流し、その整流された直流電力を蓄電装置１９０に出力する。整流器１８５として、スイッチング制御を用いて整流を行なう、いわゆるスイッチングレギュレータを用いることも可能である。

なお、本実施の形態においては、整流器１８５により整流された直流電力が蓄電装置１９０へ直接出力される構成としているが、整流後の直流電圧が、蓄電装置１９０が許容できる充電電圧と異なる場合には、整流器１８５と蓄電装置１９０との間に、電圧変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）が設けられてもよい。

放電部１８６は、たとえば、リレーＲＹ１０と抵抗器Ｒ１０とが直列接続された構成を有し、整流器１８５と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線対間に接続される。放電部１８６は、後述するように、たとえば蓄電装置１９０に異常が生じて充電が不可能となった場合に、送電停止後に残存している電力を抵抗器Ｒ１０により消費して、蓄電装置１９０へ供給されないようにする。

放電部１８６のリレーＲＹ１０は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１０により制御され、上述のように、車両１００の受電機構に、受電が不可能となるような異常が生じた場合に閉成される。抵抗器Ｒ１０は、リレーＲＹ１０が閉成されることによって残存する電力を消費する。なお、抵抗器Ｒ１０に代えて、電力を消費することができる他の要素または機構を採用することも可能である。また、車両によっては、送電装置２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との距離を判定するために、受電電圧をモニタするための抵抗器が、放電部１８６と同様の構成で設けられる場合がある。このような車両においては、上記の距離判定用の抵抗器を、放電部１８６の抵抗器Ｒ１０と兼用することで、部品点数の増加を抑制してコストの増加を抑制することが可能である。

リレーＲＹ２０は、放電部１８６と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線に介挿される。リレーＲＹ２０は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２０によって制御され、蓄電装置１９０への受電電力の供給と遮断とを切換える。

コンデンサＣ１は、蓄電装置１９０の正極端子と負極端子との間に接続される。コンデンサＣ１は、整流部１８０で整流された直流電圧を平滑化する。

蓄電装置１９０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１９０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１９０は、整流部１８０と接続され、受電部１１０で受電され、さらに整流部１８０で整流された電力を蓄電する。また、蓄電装置１９０は、ＳＭＲ１１５を介してＰＣＵ１２０とも接続される。蓄電装置１９０は、車両駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０へ供給する。さらに、蓄電装置１９０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１９０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１９０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１９０の電圧ＶＢおよび入出力される電流ＩＢを検出するための電圧センサおよび電流センサが設けられる。これらの検出値は、車両ＥＣＵ３００へ出力される。車両ＥＣＵ３００は、この電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて、蓄電装置１９０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称する。）を演算する。

ＳＭＲ１１５は、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線に介挿される。そして、ＳＭＲ１１５は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータやインバータを含んで構成される。コンバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１９０からの電圧を変換する。インバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１９０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１９０を充電することも可能である。

通信部１６０は、上述のように、車両１００と送電装置２００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部１６０は、車両ＥＣＵ３００からの、蓄電装置１９０についてのＳＯＣを含むバッテリ情報ＩＮＦＯを送電装置２００へ出力する。また、通信部１６０は、送電装置２００からの送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを送電装置２００へ出力する。

車両ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００内の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、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

車両ＥＣＵ３００は、ユーザの操作などによる充電開始信号ＴＲＧを受けると、所定の条件が成立したことに基づいて、送電の開始を指示する信号ＳＴＲＴを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。また、車両ＥＣＵ３００は、蓄電装置１９０が満充電になったこと、またはユーザによる操作などに基づいて、送電の停止を指示する信号ＳＴＰを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。

なお、車両１００の構成のうち、「駆動装置」を形成するＳＭＲ１１５、ＰＣＵ１２０、モータジェネレータ１３０、動力伝達ギヤ１４０および駆動輪１５０を除いた構成が、本発明における「受電装置」に対応する。

送電装置２００は、上述のように、電源装置２１０と、送電部２２０とを含む。電源装置２１０は、通信部２３０に加えて、制御装置である送電ＥＣＵ２４０と、高周波電源部２５０と、整合器２６０とをさらに含む。また、送電部２２０は、一次共鳴コイル２２１と、コンデンサ２２２と、一次コイル２２３とを含む。

高周波電源部２５０は、送電ＥＣＵ２４０からの制御信号ＭＯＤによって制御され、商用電源などの交流電源２１５から受ける電力を高周波の電力に変換する。そして、高周波電源部２５０は、その変換した高周波電力を、整合器２６０を介して一次コイル２２３へ供給する。なお、高周波電源部２５０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１Ｍ〜数十ＭＨｚである。

図３は、高周波電源部２５０の内部構成の一例を示す図である。高周波電源部２５０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２５１と、ＤＣ／ＡＣコンバータ２５２と、コンデンサＣ２とを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータ２５１は、商用電源などの外部の交流電源２１５からの交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣコンバータ２５２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２５１により変換された直流電力を、高周波の交流電力に変換する。コンデンサＣ２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２５１から出力される直流電圧を平滑化する。

整合器２６０は、送電装置２００と車両１００との間のインピーダンスをマッチングさせるための回路である。整合器２６０は、たとえば図４で示されるように、可変コンデンサＣ１０，Ｃ１１およびインダクタＬ１０を含んで構成される。インダクタＬ１０は、高周波電源部２５０と送電部２２０の一次コイル２２３との間に接続される。可変コンデンサＣ１０は、インダクタＬ１０の高周波電源部２５０と接続される端部に接続される。また、可変コンデンサＣ１１は、インダクタＬ１０の送電部２２０と接続される端部に接続される。

再び図２を参照して、整合器２６０は、車両１００から送信されるバッテリ情報ＩＮＦＯの基づいて送電ＥＣＵ２４０から与えられる制御信号ＡＤＪにより制御され、送電装置２００のインピーダンスが車両１００側のインピーダンスに合致するように可変コンデンサＣ１０，Ｃ１１が調整される。

一次共鳴コイル２２１は、車両１００の受電部１１０に含まれる二次共鳴コイル１１１へ、電磁共鳴により電力を転送する。

この一次共鳴コイル２２１については、車両１００の二次共鳴コイル１１１との距離や、一次共鳴コイル２２１および二次共鳴コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１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。

コンデンサ２２２は、一次共鳴コイル２２１の両端に接続され、一次共鳴コイル２２１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ２２２の容量は、一次共鳴コイル２２１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、一次共鳴コイル２２１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ２２２が省略される場合がある。

一次コイル２２３は、一次共鳴コイル２２１と同軸上に設けられ、電磁誘導により一次共鳴コイル２２１と磁気的に結合可能である。一次コイル２２３は、整合器２６０を介して供給された高周波電力を、電磁誘導によって一次共鳴コイル２２１に伝達する。

通信部２３０は、上述のように、送電装置２００と車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部２３０は、車両１００側の通信部１６０から送信されるバッテリ情報ＩＮＦＯ、ならびに、送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ２４０へ出力する。

送電ＥＣＵ２４０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、電源装置２１０における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、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

次に、図５および図６を用いて、電磁共鳴による非接触給電（以下、共鳴法とも称する。）について説明する。

図５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５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、電源装置２１０に電磁誘導コイルである一次コイル２２３を接続し、電磁誘導により一次コイル２２３と磁気的に結合される一次共鳴コイル２２１へ１Ｍ〜十数ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次共鳴コイル２２１は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量あるいはコイル両端に接続されたコンデンサ（図示せず）とによるＬＣ共振器であり、一次共鳴コイル２２１と同じ固有振動数を有する二次共鳴コイル１１１と電磁場（近接場）を用いて共鳴する。そうすると、一次共鳴コイル２２１から二次共鳴コイル１１１へ電磁場によってエネルギ（電力）が移動する。二次共鳴コイル１１１へ移動したエネルギ（電力）は、電磁誘導により二次共鳴コイル１１１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１１３によって取出され、負荷６００へ供給される。共鳴法による送電は、一次共鳴コイル２２１と二次共鳴コイル１１１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５における負荷６００は、図１における整流部１８０以降の機器に対応する。

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（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（一次共鳴コイル）から他方の共鳴器（二次共鳴コイル）へエネルギ（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギ（電力）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」によりエネルギ（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。

上記のような給電システムにおいて、送電装置２００から車両１００への送電を実行中に、車両１００のたとえば蓄電装置１９０などに異常が生じたことによって充電ができなくなった場合には、車両ＥＣＵ３００は、通信部１６０を介して送電装置２００に対して送電動作を停止させる指令ＳＴＰを直ちに出力する。

送電ＥＣＵ２４０は、この送電停止信号ＳＴＰの受信に応答して、高周波電源部２５０からの電力供給を停止する。しかしながら、車両１００と送電装置２００との間での通信において通信遅れが生じ得るので、その通信遅れの間にわずかながら電力の供給が継続されてしまう。

また、共鳴法による電力伝送においては、送電部２２０と受電部１１０との間で電磁共鳴が生じている部分には電磁エネルギが蓄えられており、電源装置２１０からの電力供給が停止しても、送電部２２０と受電部１１０との間には電磁エネルギが残存する。さらに、電源装置２１０内においても、図３および図４で示したように、高周波電源部２５０および整合器２６０にはコンデンサおよびリアクトルが含まれているので、これらの要素にも電気エネルギが蓄えられている。

そのため、送電装置２００における送電動作を停止したとしても、ある量の電力が送電装置２００と車両１００との間に残存してしまうことになる。そうすると、車両１００において、送電装置２００の送電動作が停止した後も、蓄電装置１９０やコンデンサＣ１に残存した電力が供給されることになり、それによって機器の劣化や破損の要因となってしまうおそれがある。さらに、これらのエネルギが、送電部２２０と受電部１１０との間で共鳴し続けることによって、周囲に影響を及ばす可能性もある。

そこで、本実施の形態１においては、車両ＥＣＵ３００は、車両１００における受電機構において、受電が不可能となるような異常が生じた場合に、整流部１８０における放電部１８６およびリレーＲＹ２０を用いて、異常が生じた受電機構へ電力が供給されることを防止して適切に受電機構を保護する制御を実行する。

より具体的には、受電機構に異常が生じた場合に、送電装置２００に対して送電停止信号ＳＴＰが送信されるとともに、リレーＲＹ２０が開放され、コンデンサＣ１より蓄電装置１９０側の機器への電力供給が遮断される。その後、放電部１８６のリレーＲＹ１０が閉成されることによって、残存している電力が抵抗器Ｒ１０で消費される。

図７は、実施の形態１において、送電ＥＣＵ２４０および車両ＥＣＵ３００で実行される異常時の放電制御処理を説明するためのフローチャートである。図７に示されるフローチャートは、送電ＥＣＵ２４０および車両ＥＣＵ３００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）を構築して処理を実現することも可能である。

まず、車両１００側の車両ＥＣＵ３００における処理について説明する。図２および図７を参照して、車両ＥＣＵ３００は、車両１００が送電部２２０上部の所定の停車位置に停止後、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）３００にて、ユーザの操作などに基づく充電開始信号ＴＲＧによる充電開始指令を受信したか否かを判定する。

充電開始指令を受けていない場合（Ｓ３００にてＮＯ）は、車両ＥＣＵ３００は、以降の処理をスキップして処理を終了する。

充電開始指令を受けた場合（Ｓ３００にてＹＥＳ）は、処理がＳ３１０に進められて、車両ＥＣＵ３００は、通信部１６０を介して、送電装置２００に対して送電開始信号ＳＴＲＴを出力する。送電装置２００においては、この送電開始信号ＳＴＲＴに応答して送電動作が開始される。

そして、車両ＥＣＵ３００は、Ｓ３２０にて、リレーＲＹ１０をオフとするとともに、リレーＲＹ２０をオンとする。これによって、受電部１１０で受電した受電電力が蓄電装置１９０に供給され、蓄電装置１９０の充電が開始される。蓄電装置１９０の充電を実行中、車両ＥＣＵ３００は、車両１００の充電機構に異常が発生したか否かを判定する（Ｓ３３０）。

車両１００の充電機構に異常が発生していない場合（Ｓ３３０にてＮＯ）は、処理がＳ３２０に戻されて、蓄電装置１９０の充電が継続される。なお、図７には示していないが、充電機構に異常が発生することなく蓄電装置１９０の充電が正常に完了した場合には、車両ＥＣＵ３００は、送電装置２００に送電停止信号ＳＴＰを出力して、送電動作を停止させる。

一方、車両１００の充電機構に異常が発生していると判定された場合（Ｓ３３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ３４０に進められて、車両ＥＣＵ３００は、送電装置２００に送電停止信号ＳＴＰを出力する。

その後、車両ＥＣＵ３００は、Ｓ３５０にてリレーＲＹ２０を開放して充電機構への電力供給を遮断し、さらに、Ｓ３６０にて放電部１８６のリレーＲＹ１０を閉成することによって残存する電力を抵抗器Ｒ１０により消費する。

次に、車両ＥＣＵ３００は、Ｓ３７０にて、リレーＲＹ１０を閉成してから所定期間が経過したか否かを判定する。この所定期間は、たとえば、発生し得る最大の残存電力を抵抗器Ｒ１０で所定レベル以下まで放電できる時間に基づいて予め定められた時間としてもよい。あるいは、抵抗器Ｒ１０にかかる電圧や抵抗器Ｒ１０に流れる電流を監視しながら、それらの値が所定のしきい値を下回るレベルまで低下したことに基づいて、所定期間が経過したと判定するようにしてもよい。

所定期間が経過していない場合（Ｓ３７０にてＮＯ）は、処理がＳ３７０に戻されて、車両ＥＣＵ３００は、所定期間が経過するのを待つ。

所定期間が経過した場合（Ｓ３７０にてＹＥＳ）は、処理がＳ３８０に進められて、車両ＥＣＵ３００は、リレーＲＹ１０を開放して処理を終了する。

次に、送電ＥＣＵ２４０における処理について説明する。再び、図２および図７を参照して、送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１００にて、車両１００からの送電開始信号ＳＴＲＴにより送電開始要求があったか否かを判定する。

送電開始要求がなかった場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、送電ＥＣＵ２４０は、以降の処理をスキップして処理を終了する。

送電開始要求があった場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められて、送電ＥＣＵ２４０は、高周波電源部２５０を駆動するとともに整合器２６０によりインピーダンスマッチングを行ない、送電動作を実行する。

そして、送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１２０にて、車両１００からの送電停止信号ＳＴＰにより送電停止要求があったか否かを判定する。

送電停止要求がない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１１０に戻されて、送電ＥＣＵ２４０は、送電停止信号ＳＴＰが送信されるまで送電動作を継続する。

送電停止要求があった場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１３０にて、高周波電源部２５０を停止して送電動作を停止する。

以上の処理に従って制御を行なうことによって、車両の充電機構に異常が生じた場合に、充電機構への電力供給が遮断されるとともに、送電装置および車両に残存する電力が適切に放電される。これによって、車両の充電機構を適切に保護できるとともに、電力が残存することによって生じ得る周囲への影響を低減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、放電部１８６は、整流器１８５と蓄電装置１９０との間の直流回路に設けられる場合の構成について説明した。

実施の形態２においては、受電部１１０と整流器１８５の間の交流回路に放電部１８６が設けられる構成について説明する。

図８は、実施の形態２における給電システム１０Ａの詳細構成図である。図８の給電システム１０Ａにおける車両１００Ａは、図２で示した実施の形態１の給電システム１０における整流部１８０に代えて、整流部１８０Ａが備えられた構成となっている。図８において、図２と重複する要素の説明は繰り返さない。

図８を参照して、整流部１８０Ａは、受電部１１０と蓄電装置１９０との間に接続される。整流部１８０Ａは、図２の整流部１８０と同様に、整流器１８５と、放電部１８６と、リレーＲＹ２０とを含む。

整流器１８５は、受電部１１０で受電した交流電力を整流し、整流された直流電力を蓄電装置１９０へ出力する。

放電部１８６は、受電部１１０と整流器１８５とを結ぶ電力線対間に接続される。リレーＲＹ２０は、放電部１８６と整流器１８５とを結ぶ電力線に介挿される。

受電ができないような異常が車両の充電機構に生じて送電が停止された際に、残存する電力によって、整流器１８５に含まれるダイオードに過大な電圧が印加される可能性が有る。そのため、実施の形態２のように、放電部１８６を整流器１８５と受電部１１０との間の交流回路に設ける構成とすることによって、充電機構に異常が生じた場合に、整流器を含めた機器を残留電力から保護することが可能となる。

本実施の形態においては、放電部が受電装置に設けられる場合について説明したが、放電部が送電装置側（送電側）に設けられる構成であってもよい。また、上述の説明においては、送電装置から車両へ給電する場合について説明したが、スマートグリッドのように車両の蓄電装置からの電力を系統電源側に供給するような場合にも、異常発生時の対応として本発明が適用可能である。

また、上記の説明においては、送電部および受電部が、共鳴コイルおよび電磁誘導コイル（一次コイル，二次コイル）を備える構成を例として説明したが、本発明は、送電部および受電部に電磁誘導コイルを備えない構成の共鳴システムにも適用可能である。この場合、たとえば、図２において、送電装置２００側では、一次コイル２２３を介さずに整合器２６０に一次共鳴コイル２２１が結合され、車両１００側では、二次コイル１１３を介さずに整流部１８０に二次共鳴コイル１１１が結合される。

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。

１０，１０Ａ 給電システム、１００，１００ 車両、１１０ 受電部、１１１ 二次共鳴コイル、１１２，２２２，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１０，Ｃ１１ コンデンサ、１１３ 二次コイル、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギヤ、１５０ 駆動輪、１６０，２３０ 通信部、１８０，１８０Ａ 整流部、１８５ 整流器、１８６ 放電部、１９０ 蓄電装置、２００ 送電装置、２１０ 電源装置、２１５ 交流電源、２２０ 送電部、２２１ 一次共鳴コイル、２２３ 一次コイル、２４０ 送電ＥＣＵ、２５０ 高周波電源部、２５１ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２５２ ＤＣ／ＡＣコンバータ、２６０ 整合器、３００ 車両ＥＣＵ、６００ 負荷、Ｌ１０ インダクタ、Ｒ１０ 抵抗器、ＲＹ１０，ＲＹ２０ リレー。

Claims (9)

1. 送電装置から転送される電力を、電磁共鳴によって非接触で受電するための受電装置であって、
   前記送電装置に含まれる送電部と電磁共鳴することによって、前記送電装置からの電力を受電する受電部と、
   前記受電装置の異常が発生した場合に、前記受電部で受電した受電電力を放電するための放電部と、
   前記受電電力を整流するための整流器と、
   前記受電電力を蓄えるための蓄電装置とを備え、
   前記放電部は、抵抗器を含み、前記整流器と前記蓄電装置との間に設けられ、
   前記抵抗器は、前記送電装置と前記受電装置との位置を判定する際に用いられる抵抗器としても機能する、受電装置。
2. 前記放電部は、前記受電装置の異常が発生した場合に、前記受電電力を消費することによって、前記蓄電装置へ前記受電電力が供給されることを抑制する、請求項１に記載の受電装置。
3. 前記放電部を制御するための制御装置をさらに備え、
   前記放電部は、前記抵抗器に直列に接続される第１の切換部をさらに含み、
   前記制御装置は、前記受電電力を放電する場合は前記第１の切換部を導通状態とし、前記受電電力を放電しない場合は前記第１の切換部を非導通状態とする、請求項１または２に記載の受電装置。
4. 前記放電部は、前記整流器と前記蓄電装置とを結ぶ電力線対間に接続される、請求項１または２に記載の受電装置。
5. 前記放電部を制御するための制御装置と、
   前記放電部と前記蓄電装置とを結ぶ電力線に設けられる第２の切換部とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記受電電力により前記蓄電装置を充電する場合は前記第２の切換部を導通状態とし、前記受電電力を放電する場合は前記第２の切換部を非導通状態とする、請求項４に記載の受電装置。
6. 前記制御装置は、前記第１の切換部を導通状態としたときから、前記放電部によって、前記受電電力が予め定められたしきい値を下回るレベルまで放電される所定期間経過した場合は、前記第１の切換部を非導通状態とする、請求項３に記載の受電装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の受電装置と、
   前記受電装置で受電した電力を用いて走行駆動力を発生するための駆動装置とを備える、車両。
8. 受電装置に対して、電磁共鳴によって非接触で電力を転送するための送電装置であって、
   前記受電装置に含まれる受電部と電磁共鳴を行なうことによって、電力を転送する送電部と、
   前記送電部に電力を供給する電源装置と、
   前記電源装置における送電動作を制御するための制御装置とを備え、
   前記受電装置は、
   前記受電装置の異常が発生した場合に、前記受電部で受電した受電電力を放電するための放電部と、
   前記受電電力を整流するための整流器と、
   前記受電電力を蓄えるための蓄電装置とを備え、
   前記放電部は、抵抗器を含み、前記整流器と前記蓄電装置との間に設けられ、
   前記抵抗器は、前記送電装置と前記受電装置との位置を判定する際に用いられる抵抗器としての機能も含み、
   前記制御装置は、前記放電部により前記受電電力が放電される際に、前記受電装置からの送電停止を指示する信号に応答して前記送電動作を停止する、送電装置。
9. 電磁共鳴によって非接触で電力を転送するための非接触給電システムであって、
   送電部を含む送電装置と、
   前記送電部と電磁共鳴を行なう受電部を含む受電装置と、
   前記送電装置から前記受電装置への給電動作を制御するための制御装置とを備え、
   前記受電装置は、
   前記受電装置の異常が発生した場合に、前記受電部で受電した受電電力を放電するための放電部と、
   前記受電電力を整流するための整流器と、
   前記受電電力を蓄えるための蓄電装置とを備え、
   前記放電部は、抵抗器を含み、前記整流器と前記蓄電装置との間に設けられ、
   前記抵抗器は、前記送電装置と前記受電装置との位置を判定する際に用いられる抵抗器としても機能するを含む、非接触給電システム。

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