JP6100502B2 - 受電装置および電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、受電装置および電力伝送システムに関する。

近年、非接触で電力を送電する電力伝送システムについて各種提案されている。
たとえば、特開２０１２−１４３１３１号公報に記載された電力伝送システムは、送電装置と、車両に搭載された受電装置とを備え、送電装置は、地面に埋設された複数の給電コイルと、受信装置とを含み、受電装置は、受電コイルと、送信装置とを備える。

送電装置は、車両の位置を示すポジション信号を受信装置に送信して、ポジション信号に対応する送電コイルに交流電流を供給する。そして、送電コイルと受電コイルとの共振周波数が一致するように設計または可変機構により変更されており、磁界共鳴により電力伝送を行う。

特開２０１２−１４３１３１号公報

しかし、車両の位置に合わせて１つの給電コイルを選択して電力を供給すると、電力を供給する給電コイルを頻繁に変更する必要が生じ、送電装置側の制御が非常に複雑なものになる。

そこで、複数の給電コイルに電力を供給して、車両の受電コイルに電力を供給する手法が考えられる。

しかし、本願の発明者等は、上記のように、複数の給電コイルに電力を供給した場合、給電コイルを流れる電流の位相差によって、受電コイルが受電する受電効率が低下することを見出した。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の送電コイルから電力を受電する受電装置および電力伝送システムにおいて、高効率な電力伝送をすることができる受電装置および電力伝送システムを提供することである。

本発明に係る受電装置は、複数の一次コイルを有する送電部から非接触で電力を受電する受電部を備える。上記受電部は、二次コイルを有する共振回路を含む。上記各一次コイル内を流れる電流の位相差が所定範囲内であるときの周波数を同位相周波数とすると、受電部の共振回路の共振周波数は同位相周波数である。

好ましくは、上記受電部は、共振回路の共振周波数を調整する調整部とを含む。上記受電部は、送電部を含む送電装置から同位相周波数を取得する。上記調整部は、取得した同位相周波数となるように、受電部の共振周波数を調整する。

好ましくは、上記受電部は、二次コイルに接続されたキャパシタを含む。上記調整部は、共振回路の共振周波数が同位相周波数となるようにキャパシタの容量を調整する。

好ましくは、上記調整部は、共振回路の共振周波数が同位相周波数となるように、二次コイルの容量またはインダクタンスを調整する。好ましくは、上記受電部と送電部との結合係数は、０．３以下である。

本発明に係る電力伝送システムは、複数の一次コイルを含む送電部を有する送電装置と、複数の一次コイルを有する送電部から非接触で電力を受電する受電部を含む受電装置とを備える。上記受電部は、二次コイルを含む共振回路を含む。上記各一次コイル内を流れる電流の位相差が所定範囲内であるときの周波数を同位相周波数とすると、受電部の共振回路の共振周波数は同位相周波数である。好ましくは、上記各一次コイルには、周波数が同位相周波数の電流が供給される。

本発明に係る受電装置および電力伝送システムによれば、複数の送電コイルに電力が供給された状態において、高効率に電力を受電することができる。

実施の形態に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを模式的に示す模式図である。 図１に示した電力伝送システムにおいて非接触電力伝送を実現する電気回路図である。 受電部２０および送電部５６を模式的に示す斜視図である。 各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに供給する電流の周波数と、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流れる電流量との関係を示すグラフである。 各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流れる電流の周波数と、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流れる電流の位相との関係を示すグラフである。 各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを示す平面図である。 各評価ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に二次コイル２２を配置したときにおける電力伝送効率をシミュレーションした結果を示す図である。 各評価ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に二次コイル２２を配置したときにおける電力伝送効率をシミュレーションした結果を示す図である。 一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄと、二次コイル２２の位置と、電力伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。 電流源または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から図１０を用いて、実施の形態に係る電力伝送システム、送電装置および受電装置について説明する。なお、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。なお、以下に複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成は、適宜組み合わせることについては出願当初から予定されている。

図１は、実施の形態に係る電力伝送システム、車両、受電装置および送電装置などを模式的に示す模式図である。

本実施の形態に係る電力伝送システムは、受電装置１１を含む電動車両１０と、送電装置５０を含む外部給電装置５１とを有する。電動車両１０の受電装置１１は、主に、送電装置５０から電力を受電する。

駐車スペース５２には、電動車両１０を所定の位置に停車させるように、輪止や駐車位置および駐車範囲を示すラインが設けられている。

外部給電装置５１は、交流電源５３に接続された高周波電力ドライバ５４と、高周波電力ドライバ５４などの駆動を制御する制御部５５と、高周波電力ドライバ５４に接続された送電装置５０と、送信部５７とを含む。

送電装置５０は、送電部５６を含み、送電部５６は、複数の一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄと、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄに接続されたキャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄとを含む。一次コイルとは、本実施の形態においては、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄである。なお、本実施の形態においては、キャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄを設けた例について説明したが、キャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄは必須の構成ではない。

図１において、電動車両１０は、車両本体１０Ａと、車両本体１０Ａに設けられた受電装置１１と、受電装置１１に接続された整流器１３と、この整流器１３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されたバッテリ１５と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit））１６と、このパワーコントロールユニット１６に接続されたモータユニット１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４やパワーコントロールユニット１６などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２と、受信装置１８とを備える。

車両本体１０Ａは、エンジンコンパートメントや乗員収容室が内部に形成されたボディと、このボディに設けられたフェンダなどの外装部品とを備える。車両１０は、前輪１９Ｆと、後輪１９Ｂとを備える。

なお、本実施の形態においては、エンジンを備えたハイブリッド車両について説明するが、当該車両に限られない。たとえば、エンジンを備えていない電気自動車やエンジンに替えて燃料電池を備えた燃料電池車両などにも適用することができる。

整流器１３は、受電装置１１に接続されており、受電装置１１から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、整流器１３から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５に供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は必須の構成ではなく省略してもよい。この場合には、外部給電装置５１にインピーダンスを整合するための整合器を送電装置５０と高周波電力ドライバ５４との間に設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の代用をすることができる。

パワーコントロールユニット１６は、バッテリ１５に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７に供給する。

モータユニット１７は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６のインバータから供給される交流電流によって駆動する。

受電装置１１は、受電部２０を含み、受電部２０は、二次コイル２２と、二次コイル２２に接続されたキャパシタ２３と、キャパシタ２３の容量を調整する調整部２４とを含む。なお、本実施の形態において、調整部２４は、必須の構成ではない。

図２は、図１に示した電力伝送システムにおいて非接触電力伝送を実現する電気回路図である。なお、この図２に示される回路構成は一例であって、非接触電力伝送を実現するための構成が図２の構成に限定されるものではない。

二次コイル２２は、キャパシタ２３と共に共振回路を形成し、外部給電装置５１の送電部５６から送出される電力を非接触で受電する。なお、特に図示しないが、二次コイル２２およびキャパシタ２３によって閉ループを形成し、二次コイル２２により受電された交流電力を電磁誘導により二次コイル２２から取出して整流器１３へ出力するコイルを別途設けてもよい。

また、一次コイル５８Ａは、キャパシタ５９Ａと共に、共振回路を形成し、交流電源５３から供給される交流電力を受電部２０へ非接触で送電する。同様に、一次コイル５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄは、キャパシタ５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄと共に共振回路を形成して、交流電源５３から供給される交流電力を受電部２０に非接触で送電する。

なお、特に図示しないが、各１次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄによって閉ループを形成し、交流電源５３から出力される交流電力を電磁誘導により各１次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄへ供給するコイルを別途設けてもよい。

図３は、受電部２０および送電部５６を模式的に示す斜視図である。この図３においては、キャパシタ２３およびキャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄを図示していない。この図３に示す例においては、二次コイル２２は方形形状のコイルであるが、各種形状のコイルを採用することができる。なお、この図３に示す例においては、二次コイル２２は、一巻きコイルであるが、二次コイル２２として複数巻きのコイルを採用してもよい。なお、図３に示す「Ｐ０」とは、二次コイル２２の中心点を示す。二次コイル２２は、この中心点Ｐ０を中心として、コイル線を巻回するように形成されている。

一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄは、水平方向に互いに僅かに間隔をあけて配置されている。この図３に示す例においては、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄは、一巻きコイルが採用されているが、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄとしては、複数巻きのコイルを採用してもよい。なお、図３中に示す「Ｘ」とは、車両前方側の方向を示す。「Ｙ」は、車両の幅方向（車両１０の右側面から左側面に向かう方向）を示す。「Ｚ」とは、鉛直方向上方の方向を示す。

そして、一次コイル５８Ａ，５８Ｃは、一次コイル５８Ｂ，５８Ｄより車両前方側に配置されている。一次コイル５８Ｃ，５８Ｄは、一次コイル５８Ａ，５８Ｂに対して方向Ｙ側に配置されている。このように、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄは、中心点ＰＣを中心に対称的に配置されている。

なお、本実施の形態においては、送電部５６は、４つの一次コイルを含む例について説明するが、一次コイルの個数は、４つに限られず、２以上であればよい。

また、本実施の形態においては、二次コイル２２は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄと実質的に同じ形状とされているが二次コイル２２の形状としては、互いに異なる形状を採用してもよい。

上記のように、構成された電力伝送システムにおいて、送電部５６から受電部２０に非接触で電力を供給する場合には、図１および図３に示すように、二次コイル２２は、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄの上方に配置される。

図４は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに供給する電流の周波数と、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流れる電流量との関係を示すグラフである。なお、縦軸は、各コイルに流れる電流量を示し、横軸は、各コイルに供給される電流の周波数を示す。

この図４に示すように、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄは、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３において、電流量がピークとなる周波数を有する。

これは、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄと各キャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄによって形成されるＬＣ共振回路の共振周波数である。

このように、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄと各キャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄによって形成されるＬＣ共振回路の共振周波数は実質的に一致している。

次に、図５は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを流れる電流の周波数と、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを流れる電流の位相との関係を示すグラフである。この図５に示すように、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流れる電流の位相は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄごとに異なることが分かる。

このため、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄには、所定の周波数の電流を供給したとしても、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流れる電流には位相差が生じる。その一方で、周波数ｆｆ１以上ｆｆ２以下の範囲では、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを流れる電流の位相の差が所定範囲内であることが分かる。

換言すれば、周波数がｆｆ１以上ｆｆ２以下の範囲においては、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを流れる電流の位相差は、たとえば、−１０（ｄｅｇ）以上１０（ｄｅｇ）以下である。

上記のように、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを流れる電流の位相差は、たとえば、−１０（ｄｅｇ）以上１０（ｄｅｇ）以下（所定範囲内）となるような周波数を同位相周波数ｆｆ（ｆｆ１≦ｆｆ≦ｆｆ２）とする。

次に、上記のように各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを流れる電流の位相が異なる場合において、二次コイル２２の位置と、二次コイル２２が受電する受電効率との関係について、図６および図７を用いて説明する。

図６は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを示す平面図である。この図６において、「Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５」は、評価ポイントを示す。

なお、評価ポイントＰ１は、図６および図３に示すように、一次コイル５８Ａの中心点から所定距離分、鉛直方向上方に位置する点である。また、評価ポイントＰ２，Ｐ３，Ｐ４も同様に、一次コイル５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの中心点から所定距離分、鉛直方向上方に位置する点である。評価ポイントＰ５は、中心点ＰＣから所定距離、鉛直方向上方に位置する点である。

そして、図７は、各評価ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に二次コイル２２を配置したときにおける電力伝送効率をシミュレーションした結果を示す図である。

この図７において、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄと各キャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄによって形成されるＬＣ共振回路の共振周波数と、二次コイル２２とキャパシタ２３とによって形成されるＬＣ共振回路の共振周波数とは一致するように、各コイルおよびキャパシタンスが形成されている。

そして、図７において、横軸は、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに供給される電流の周波数を示し、縦軸は、二次コイル２２に伝送される電力の電力伝送効率を示す。

図７に示す曲線ＬＰ１は、図３に示す二次コイル２２の中心点Ｐ０が評価ポイントＰ１に位置するように二次コイル２２が配置されたときの電力伝送効率と、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに供給する電流の周波数との関係を示す。

同様に、曲線ＬＰ２，ＬＰ３，ＬＰ４，ＬＰ５は、各評価ポイントＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５に中心点Ｐ０が位置するように、二次コイル２２を配置し、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流す電流の周波数を変更した状態において、二次コイル２２に伝送される電流の電力伝送効率を示す。

そして、この図７に示すように、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに供給する電流の周波数を変えることで、各評価ポイントＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５における電力伝送効率が大きく変動することが分かる。

これは、二次コイル２２への電力伝送効率は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに供給する電流の周波数を変動させることで、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを流れる電流の位相が図５に示すように変動することに起因する。

次に、図８を用いて、本実施の形態に係る電力伝送システムについて説明する。この図８に示すシミュレーション結果においては、二次コイル２２およびキャパシタ２３によって形成されるＬＣ共振回路の共振周波数は、同位相周波数ｆｆとなるように形成されている。

そして、各評価ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５において、二次コイル２２への電力伝送効率についてシミュレーションを行った。

この図８に示すように、各評価ポイントＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のいずれの点においても、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに同位相周波数ｆｆの電流を供給することで、二次コイル２２に高効率に電力を伝送することができることが分かる。

具体的には、二次コイル２２は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄから高効率に電力を受電することができ、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄから受電する受電効率にばらつきが生じることが抑制されている。

すなわち、二次コイル２２が一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄの上方に位置しておれば、高い効率で二次コイル２２に電力を送電することができることが分かる。

図９は、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄと、二次コイル２２の位置と、電力伝送効率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。

この図９において、領域Ｒ１は、領域Ｒ２よりも電力伝送効率の高い領域を示し、領域Ｒ２は、領域Ｒ３よりも電力伝送効の高い領域を示す。また、領域Ｒ３は、領域Ｒ４よりも電力伝送効率の高い領域を示す。そして、領域Ｒ４は、領域Ｒ５よりも電力伝送効率の高い領域を示す。領域Ｒ５は、領域６よりも電力伝送効率の高い領域を示す。領域Ｒ６は、領域Ｒ７よりも電力伝送効率の高い領域を示す。

この図９に示すように、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄの上方に位置する領域では、高い電力伝送効率を達成することができることが分かる。

また、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄの周囲の上方であっても、高い電力伝送効率を達成することができることが分かる。

ここで、図１において、外部給電装置５１の送信部５７は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄの同位相周波数ｆｆを車両１０の受信装置１８に送信する。

車両ＥＣＵ１２は、受信装置１８から同位相周波数ｆｆに関する情報を受け取ると、車両ＥＣＵ１２は、調整部２４を駆動する。

調整部２４は、二次コイル２２およびキャパシタ２３によって形成される共振回路の共振周波数が同位相周波数ｆｆとなるように、キャパシタ２３のキャパシタンスを調整する。

なお、二次コイル２２およびキャパシタ２３によって形成される共振回路の共振周波数が同位相周波数となるように調整する方法としては、たとえば、二次コイル２２のインダクタンスを調整してもよい。また、二次コイル２２のインダクタンスを調整すると共に、キャパシタ２３の容量を調整するようにしてもよい。

これにより、受電部２０は、複数の一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄを含む外部給電装置５１から高効率に電力を受電することができる。

なお、図１に示す例においては、外部給電装置５１から送信される同位相周波数となるように、二次コイル２２およびキャパシタ２３によって形成される共振回路の周波数を適宜調整しているが、当該共振回路の周波数を適宜調整することは、必須の構成ではない。

すなわち、予め、二次コイル２２およびキャパシタ２３を含む共振回路の周波数が同位相周波数となるように、二次コイル２２のインダクタンスやキャパシタ２３のキャパシタンスを設定しておいてもよい。このため、調整部２４、送信部５７および受信装置１８は、必須の構成ではない。

そして、外部給電装置５１の制御部５５は、各一次コイル５８Ａ，５８Ｂ,５８Ｃ，５８Ｄに流れる電流の周波数が同位相周波数となるように、高周波電力ドライバ５４を制御する。これにより、受電部２０は、送電部５６から高効率に電流を受電することができる。

上記のように構成された電力伝送システムにおいて、電力伝送するときの各動作原理などについて説明する。

図１において、外部給電装置５１から車両１０に電力を伝送する際には、受電部２０と送電部５６とが対向するように、車両１０が停車する。

ここで、送電部５６の固有周波数とは、キャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄが設けられていない場合には、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄのインダクタンスと、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄのキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄが設けられた場合には、送電部５６の固有周波数とは、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄおよびキャパシタ５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄのキャパシタンスと、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄのインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、送電部５６の共振周波数とも呼ばれる。

同様に、受電部２０の固有周波数とは、キャパシタ２３が設けられていない場合には、二次コイル２２のインダクタンスと、二次コイル２２のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ２３が設けられた場合には、受電部２０の固有周波数とは、二次コイル２２およびキャパシタ２３のキャパシタンスと、二次コイル２２のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、受電部２０の共振周波数とも呼ばれる。

図１において、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄには、高周波電力ドライバ５４から交流電力が供給される。この際、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄを流れる交流電流の周波数が特定の周波数（たとえば、同位相周波数）となるように電力が供給されている。

一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄに同位相周波数の電流が流れると、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの周囲には同位相周波数で振動する電磁界が形成される。

二次コイル２２は、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄから所定範囲内に配置されており、二次コイル２２は一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの周囲に形成された電磁界から電力を受け取る。

本実施の形態においては、二次コイル２２および一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄは、所謂、ヘリカルコイルが採用されている。このため、一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄの周囲には、同位相周波数で振動する磁界および電界が形成され、二次コイル２２は主に当該磁界から電力を受け取る。

本実施の形態に係る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１０は、電流源または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１０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とあらわすことができる。

「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、本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ー（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５６および受電部２０（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５６から他方の受電部２０へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によってエネルギー（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。

このように、この電力伝送システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで送電部と受電部との間で非接触で電力が送電される。このような受電部と送電部との間に形成される電磁場は、たとえば、近接場共振（共鳴）結合場という場合がある。そして、送電部と受電部との間の結合係数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。

本実施の形態の電力伝送における送電部５６と受電部２０との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「磁場共振（共鳴）結合」、「近接場共振（共鳴）結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」または「電界（電場）共振結合」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。

本明細書中で説明した送電部５６の一次コイル５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄと受電部２０の二次コイル２２とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部５６と受電部２０とは主に、磁界によって結合しており、送電部５６と受電部２０とは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。

なお、一次コイルおよび二次コイルとして、たとえば、メアンダラインなど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５６と受電部２０とは主に、電界によって結合している。このときには、送電部５６と受電部２０とは、「電界（電場）共振結合」している。このように、本実施の形態においては、受電部２０と送電部５６との間で非接触で電力伝送をしている。

なお、本実施の形態に係る電力伝送は、上記のように、送電部と受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで送電部と受電部との間で非接触で電力を送電させる場合に限られず、所謂、電磁誘導で、受電部２０と送電部５６との間で電力伝送するようにしてもよい。

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。

１０ 車両、１０Ａ 車両本体、１１ 受電装置、１３ 整流器、１４ コンバータ、１５ バッテリ、１６ パワーコントロールユニット、１７ モータユニット、１８ 受信装置、１９Ｂ 後輪、１９Ｆ 前輪、２０ 受電部、２２ 二次コイル、２３，５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，５９Ｄ キャパシタ、２４ 調整部、５０ 送電装置、５１ 外部給電装置、５２ 駐車スペース、５３ 交流電源、５４ 高周波電力ドライバ、５５ 制御部、５６ 送電部、５７ 送信部、５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄ 一次コイル。

Claims (6)

1. 複数の一次コイルを有する送電部から非接触で電力を受電する受電部を備え、
   前記受電部は、
   二次コイルを有する共振回路と、
   前記共振回路の共振周波数を調整する調整部とを含み、
   前記複数の一次コイルのすべてに同時に電流を流した場合に、各前記一次コイル内を流れる電流の位相差が所定範囲内となるときの周波数を同位相周波数とすると、
   前記調整部は、前記共振回路の共振周波数が前記同位相周波数となるように、前記共振回路の共振周波数を調整する、受電装置。
2. 前記共振回路は、前記二次コイルに接続されたキャパシタを含み、
   前記調整部は、前記共振回路の共振周波数が前記同位相周波数となるように前記キャパシタの容量を調整する、請求項１に記載の受電装置。
3. 前記調整部は、前記共振回路の共振周波数が前記同位相周波数となるように、前記二次コイルのインダクタンスを調整する、請求項１または請求項２に記載の受電装置。
4. 前記受電部と前記送電部との結合係数は、０．３以下である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の受電装置。
5. 複数の一次コイルを含む送電部を有する送電装置と、
   前記送電部から非接触で電力を受電する受電部を含む受電装置とを備え、
   前記受電部は、
   二次コイルを含む共振回路と、
   前記共振回路の共振周波数を調整する調整部とを含み、
   前記複数の一次コイルのすべてに同時に電流を流した場合に、各前記一次コイル内を流れる電流の位相差が所定範囲内となるときの周波数を同位相周波数とすると、
   前記調整部は、前記共振回路の共振周波数が前記同位相周波数となるように、前記共振回路の共振周波数を調整する、電力伝送システム。
6. 各前記一次コイルには、周波数が前記同位相周波数の電流が供給される、請求項５に記載の電力伝送システム。

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