JPWO2015155838A1 - 非接触給電システム及び非接触受電装置 - Google Patents

Abstract

地上コントローラ（１３）は、車両（２０）が駐車スペース（３２）に接近した際に、識別データを含む励磁パターンで送電コイル（１１）を励磁する第１励磁とする。車両コントローラ（２４）は、車両（２０）が駐車スペース（３２）に接近した後に、受電コイル（２１）に接続されたコンデンサ（Ｃ３）をプリチャージする。更に、送電コイルが第１励磁とされた際に識別データを取得し、この識別データを地上ユニット（５１）に送信する。地上コントローラ（１３）は、励磁パターンに含めた識別データと、車両コントローラ（２４）にて取得した識別データが一致した場合、送電装置（１０１）と受電装置（１０２）をペアリングする。

Description

本発明は、バッテリ等の電気負荷を備える車両に、非接触で電力を供給する非接触給電システム及び非接触受電装置に関する。

従来より、バッテリ（電気負荷）を備える車両に非接触で電力を供給し、該バッテリを充電する非接触充電システムとして、特許文献１に開示されたものが知られている。該特許文献１では、複数の送電装置が存在する場合に、送電コイルよりランダム信号を弱励磁し、このランダム信号を車両で検出し、送電装置との間でランダム信号の一致が確認された際に、車両と送電装置との間のペアリングを行うことが開示されている。

国際公開２０１２／０４２９０２号

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来例は、車両が駐車スペースに進入し、車両が停止した状態で、送電コイルよりランダムなＩＤパターンを有する信号を送信し、これを車両側で受信してペアリングを行う構成であるので、駐車スペースに車両を停止させてから実際に充電を開始するまでに、長時間を要してしまうという問題が発生する。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、駐車スペースに進入する車両に対してより迅速にペアリングを行うことが可能な非接触給電システム及び非接触受電装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る非接触給電システムは、地上側に設けられた送電装置と、車両に設けられた受電装置を備え、送電装置は、電力を送信する送電コイルと、送電コイルへ供給する電力を制御する給電制御部と、受電装置との間で通信を行う送電側通信部を備える。また、受電装置は、送電コイルより送信された電力を受信し、受信した電力をコンデンサを介して電気負荷に供給する受電コイルと、受電コイルによる電力の受信を制御する受電制御部と、送電装置との間で通信を行う受電側通信部とを備える。そして、給電制御部は、車両が駐車スペースに接近した際に、識別データを含む励磁パターンで送電コイルを励磁する第１励磁とし、受電制御部は、車両が駐車スペースに接近した後にコンデンサをプリチャージし、且つ、送電コイルが第１励磁とされた際に識別データを取得し、且つ、この識別データを送電装置に送信する。給電制御部は、励磁パターンに含めた識別データと、受電制御部にて取得した識別データが一致した場合、送電装置と受電装置をペアリングする。

本発明の一態様に係る非接触受電装置は、送電装置より送信された電力を受信し、受信した電力をコンデンサを介して電気負荷に供給する受電コイルと、受電コイルによる電力の受信を制御する受電制御部と、送電装置との間で通信を行う受電側通信部とを備える。受電制御部は、車両が駐車スペースに接近した際に、コンデンサをプリチャージし、且つ、送電装置に設けられる送電コイルが識別データを含む励磁パターンで励磁された際に、この識別データを取得し、この識別データを送電装置に送信する。

本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。 車両と複数の駐車スペースとの関係を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、パワーユニット、送電コイル、受電コイル、サブコイル、及び整流平滑回路の回路図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、受電コイル及びサブコイルの配置を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムで用いるペアリング信号のデータ列を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムで用いる受電コイル、及びサブコイルの構成を示す斜視図である。 受電コイルに生じる電圧、及びサブコイルに生じる電圧を示す特性図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、処理手順を示すフローチャートの第１の分図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、処理手順を示すフローチャートの第２の分図である。 本発明の第１実施形態に係り、車両が駐車スペースに接近する様子を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係り、車両が駐車スペース内に進入する様子を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係り、車両が駐車スペース内に進入する様子を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係り、車両が駐車スペース内の所定位置に停車した様子を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、受電電圧判断処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係り、送電コイルの励磁電圧、及びサブコイルの受電電圧を示す波形図である。 本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの、パワーユニット、送電コイル、受電コイル、及び整流平滑回路の回路図である。 本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの、受電コイルの配置を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る非接触給電システムの、パワーユニット、送電コイル、受電コイル、サブコイル、及び整流平滑回路の回路図である。 本発明の第３実施形態に係る非接触給電システムの、受電コイル及びサブコイルの配置を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る非接触給電システムの、処理手順を示すフローチャートの第１の分図である。 本発明の第３実施形態に係る非接触給電システムの、処理手順を示すフローチャートの第２の分図である。 本発明の第３実施形態に係り、車両が駐車スペースに接近する様子を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係り、車両が駐車スペース内に進入する様子を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係り、車両が駐車スペース内に進入する様子を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係り、車両が駐車スペース内の所定位置に停車した様子を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係り、送電コイルの励磁電圧、及びサブコイルの受電電圧を示す波形図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態の説明］
図１は、本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、この非接触給電システムは、地上側の駐車設備に設けられる複数の送電装置と（図１では、一例として２つの送電装置１０１，１０１ａを示している）、車両２０に搭載される受電装置１０２を備えている。

送電装置１０１は、車両２０を駐車するための駐車スペースを備えている。また、地上ユニット５１と、駐車スペースの地面に設置された送電コイル１１と、駐車スペースに車両２０が接近した際にこれを検出する車両検出センサ３３を備えている。なお、図１では、一例として２つの地上ユニット５１，５１ａを示している。本発明はこれに限定されるものではなく、３以上の地上ユニットを備える場合ついても適用することができる。

地上ユニット５１は、送電コイル１１に電流を通電して励磁するパワーユニット１２と、該パワーユニット１２の作動を制御する地上コントローラ１３（給電制御部）と、受電装置１０２との間で無線通信を行う通信部１４（送電側通信部）と、を備えている。また、送電装置１０１ａについても同様の構成を有しており、地上ユニット５１ａ、送電コイル１１ａ、及び車両検出センサ３３ａを備えている。なお、地上コントローラ１３は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶手段からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

車両２０に搭載される受電装置１０２は、車両２０の底部適所に設置された受電コイル２１と、該受電コイル２１にて受信される交流電圧を直流化し、且つ平滑化する整流平滑回路２２と、を備えている。更に、整流平滑回路２２の作動を制御する車両コントローラ２４（受電制御部）と、受電コイル２１にて受信された電圧を充電するバッテリ２３（電気負荷）と、地上ユニット５１との間で通信を行う通信部２５（受電側通信部）と、を備えている。受電コイル２１は、車両２０が駐車スペースの所定位置に駐車された際に、上述した送電コイル１１と互いに向き合う位置となるように配置されている。そして、該受電コイル２１にて受信した電力はバッテリ２３に供給される。即ち、受信した電力を駆動力として車両２０に供給する。

受電コイル２１は、図６に示すように、フェライトコア６１に螺旋状に巻回されている。更に、該フェライトコア６１の中央部には、サブコイルＳＣ１（中央サブコイル）が巻回されている。該サブコイルＳＣ１は、車両２０が移動して駐車スペースの所定位置に接近した際に、送電コイル１１より出力される電磁信号を受信し、車両コントローラ２４に出力する。即ち、サブコイルＳＣ１は、受電コイル２１の近傍に設けられ、送電コイル１１より送信された電力を受信する中央サブコイルとしての機能を備えている。なお、車両コントローラ２４は、例えば、中央演算ユニット（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶部からなる一体型のコンピュータとして構成することができる。

図２は、車両２０と複数の駐車スペース３２，３２ａとの関係を示す説明図である。本実施形態では、各駐車スペース３２，３２ａに設けられる地上ユニット５１，５１ａと車両２０に搭載される受電装置１０２との間で無線通信を行うことにより、受電装置１０２と該車両２０が駐車する駐車スペース３２に対応する送電装置１０１とをペアリングする処理を行う。そして、車両２０とペアリングされた送電装置１０１の送電コイル１１を通電して電力を送信し、受電装置１０２はこの電力を受信して、車両２０に搭載されたバッテリ２３（図３参照）を充電する。

図３は、図１に示したパワーユニット１２、送電コイル１１、受電コイル２１、整流平滑回路２２、サブコイルＳＣ１、及びその周辺機器の詳細な構成を示す回路図である。図３に示すように、パワーユニット１２は、複数のスイッチ回路（例えば、半導体素子等）からなるインバータ回路３１を備えている。そして、地上コントローラ１３（図１参照）の制御により各スイッチ回路のオン、オフを制御して、直流電源１５より供給される直流電圧Ｖinを所定の周波数の交流電圧に変換する。

送電コイル１１には、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１が接続されており、該送電コイル１１にパワーユニット１２より出力される交流電圧を印加して電流を流すことにより、送電コイル１１を後述するペアリング用の励磁である第１励磁、及び車両２０の位置合わせのための励磁である第２励磁とすることができる。更に、図１に示すように、送電コイル１１と受電コイル２１が互いに向き合うように配置された場合には、送電コイル１１をバッテリ充電用の励磁である第３励磁とすることにより、受電コイル２１にバッテリ充電用の電力を送信する。

受電コイル２１は、コンデンサＣ２及び抵抗Ｒ２に接続されており、送電コイル１１より送信された電力を受信する。整流平滑回路２２は、複数のダイオードからなるブリッジ回路、及びコンデンサＣ３を有しており、受電コイル２１で受信した交流電圧を直流電圧に変換し、更に、平滑化してバッテリ２３に供給する。

コンデンサＣ３とバッテリ２３との間には、リレーＸ１，Ｘ２，Ｘ３が設けられている。即ち、バッテリ２３のプラス極とコンデンサＣ３の一端はリレーＸ１を介して接続され、バッテリ２３のマイナス極とコンデンサＣ３の他端はリレーＸ２を介して接続されている。更に、リレーＸ１に対して並列に、リレーＸ３と抵抗Ｒ４の直列接続回路が接続されている。そして、各リレーＸ１〜Ｘ３は、図１に示す車両コントローラ２４によりオン、オフが制御される。

サブコイルＳＣ１は、送電コイル１１より出力される電磁信号を受信した場合に、この電磁信号を車両コントローラ２４に出力する。即ち、車両２０が駐車スペース３２内に進入している際に、車両２０の移動に伴ってサブコイルＳＣ１が送電コイル１１に接近し、該送電コイル１１より出力される電磁信号が、サブコイルＳＣ１にて受信された場合に、この電磁信号を受信して車両コントローラ２４に出力する。

図４は、車両２０の底部に搭載される受電コイル２１とサブコイルＳＣ１の配置、及びサブコイルＳＣ１の受信可能領域Ｑ１を示す説明図である。図４に示すように、受電コイル２１の近傍にサブコイルＳＣ１が設けられている。詳細には、図６に示したように、サブコイルＳＣ１は、受電コイル２１と同一のコアに巻回されている。

また、サブコイルＳＣ１は受電可能領域Ｑ１に存在する電磁信号を受信できる。つまり、受信可能領域Ｑ１が送電コイル１１の励磁範囲と重複する位置となった場合に、サブコイルＳＣ１は該送電コイル１１より出力される電磁信号を受信することができる。

そして、本実施形態では、車両２０が駐車スペース３２に接近した際に、送電コイル１１を第１励磁とする。第１励磁では、後述するように、ペアリング信号を含む電磁信号を出力する。また、車両コントローラ２４は、リレーＸ２，Ｘ３をオン、Ｘ１をオフとして、コンデンサＣ３をプリチャージ（充電）する。即ち、バッテリ２３とコンデンサＣ３を、抵抗Ｒ４を介して接続することにより、コンデンサＣ３をプリチャージする。そして、送電コイル１１より送信される電磁信号をサブコイルＳＣ１で受信し、この電磁信号に含まれるペアリング信号を用いて、車両２０と地上ユニット５１との間でペアリングを行う。

ここで、コンデンサＣ３をプリチャージする理由について説明する。図４に示したように、サブコイルＳＣ１は受電コイル２１の近傍に設けられている。即ち、図６に示したように、フェライトコア６１に受電コイル２１が螺旋状に巻回され、更に、該フェライトコア６１の中央部にサブコイルＳＣ１が巻回されている。この際、図３に示したように、受電コイル２１は、平滑用のコンデンサＣ３に接続されているので、該コンデンサＣ３が充電されていない場合には、サブコイルＳＣ１で受信される電圧がコンデンサＣ３に供給されてしまい、サブコイルＳＣ１に生じる電圧の上昇が遅くなる。これは、サブコイルＳＣ１が受電コイル２１と同一のコアに巻回されている場合のみならず、サブコイルＳＣ１が受電コイルに近接して配置されている場合についても起こり得る。

これを、図７に示す特性図を参照して説明する。図７は、受電コイル２１及びサブコイルＳＣ１に発生する電圧の変化を示しており、曲線ｑ１はコンデンサＣ３を時刻ｔ０にてプリチャージした場合の受電コイル２１に生じる電圧の変化を示している。また、曲線ｑ３はコンデンサＣ３をプリチャージしない場合の受電コイル２１に生じる電圧の変化を示し、曲線ｑ２はコンデンサＣ３を時刻ｔ０にてプリチャージした場合のサブコイルＳＣ１に生じる電圧の変化を示し、曲線ｑ４はコンデンサＣ３をプリチャージしない場合のサブコイルＳＣ１に生じる電圧の変化を示している。

曲線ｑ４に示すように、コンデンサＣ３をプリチャージしない場合には、時刻ｔ２においてサブコイルＳＣ１の受信可能領域Ｑ１と送電コイル１１の励磁範囲が重複すると、サブコイルＳＣ１に生じる電圧は徐々に上昇して一定のレベルに到達する。この際、時刻ｔ５の時点でサブコイルＳＣ１に生じる電圧が第１閾値電圧Ｖth１に達するので、この時刻ｔ５からペアリング処理が開始されることになる。つまり、コンデンサＣ３がプリチャージされていない場合には、サブコイルＳＣ１に生じる電圧がコンデンサＣ３の充電に消費されるため、該サブコイルＳＣ１で受信されるペアリング信号の電圧レベルが第１閾値電圧Ｖth１に達するまでに長時間を要する。

一方、曲線ｑ２に示すように、コンデンサＣ３をプリチャージした場合には、時刻ｔ２においてサブコイルＳＣ１の受信可能領域Ｑ１と送電コイル１１の励磁範囲が重複すると、サブコイルＳＣ１に生じる電圧は急激に上昇して一定のレベルに到達する。つまり、コンデンサＣ３をプリチャージすることにより、サブコイルＳＣ１に生じる電圧がコンデンサＣ３に供給されなくなるので、サブコイルＳＣ１に生じる電圧は、即時に第１閾値電圧Ｖth１に達する。具体的には、図７に示す時刻ｔ３にて第１閾値電圧Ｖth１に達する。従って、ペアリング処理を即時に実施することが可能となる。

また、受電コイル２１についても同様に、コンデンサＣ３をプリチャージしない場合には、曲線ｑ３に示すように、時刻ｔ２において受電コイル２１の受信可能領域Ｑ０（後述する図１８参照）と送電コイル１１の励磁範囲が重複すると、受電コイル２１に生じる電圧は徐々に上昇して一定のレベルに到達する。この際、時刻ｔ４の時点で受電コイル２１に生じる電圧が第１閾値電圧Ｖth１に達するので、この時刻ｔ４からペアリング処理が開始されることになる。

これに対して、コンデンサＣ３を時刻ｔ０にてプリチャージした場合には、この時刻ｔ０において受電コイル２１に生じる電圧が上昇し、時刻ｔ１にて所定の電圧レベルに達する。従って、時刻ｔ２において受電コイル２１の受信可能領域Ｑ０と送電コイル１１の励磁範囲が重複すると、この時点で受電コイル２１に生じる電圧は既に第１閾値電圧Ｖth１を上回っているので、ペアリング処理を開始することができる。

このように、サブコイルＳＣ１及び受電コイル２１の受信可能領域Ｑ１，Ｑ０が、送電コイル１１に接近する前の時点でコンデンサＣ３をプリチャージすることにより、サブコイルＳＣ１、或いは受電コイル２１で受信される電圧が即時に第１閾値電圧Ｖth１に達するので、ペアリング処理を迅速に実行することが可能となる。

そして、上記の処理により、地上ユニット５１の送電コイル１１と車両２０の受電コイル２１とのペアリングが完了すると、送電コイル１１を第２励磁とする。このとき、サブコイルＳＣ１にて受信される電磁信号のレベルから、車両２０が駐車スペース３２内の所定位置に駐車しているか否かを判断する。その後、車両２０が駐車スペース３２内の所定位置に駐車していると判断された場合には、送電コイル１１を第３励磁として、バッテリ２３に充電用の電力を供給する。

ここで、第２励磁とする際に送電コイル１１に供給する電力は、第１励磁とする際に送電コイル１１に供給する電力よりも大きくしている。これは、送電コイル１１が第１励磁とされているときに、車両コントローラ２４が第２励磁であると誤認識することを防止するためである。

次に、図５に示すデータ列を参照して、第１励磁について説明する。第１励磁では、スタートビット、ＩＤ、データ長コード、識別データ、サム値、終了ビットのデータ列からなるペアリング信号を含むパターンで送電コイル１１を励磁する。従って、送電コイル１１より出力される電磁信号は、図５に示すペアリング信号を含むことになる。

ペアリング信号に含まれる識別データには、各地上ユニット毎に割り当てられた固有のビット列が設定される。例えば、４ビットのデータとした場合には任意の地上ユニットに対して「１、０、１、０」が設定される。地上コントローラ１３は、図５に示すペアリング信号が含まれるように、送電コイル１１を励磁する。即ち、第１励磁では、ペアリング信号を含む励磁パターンで送電コイル１１を励磁する。

送電コイル１１が励磁されると、サブコイルＳＣ１の受信可能領域Ｑ１が送電コイル１１の励磁範囲と重複する位置に到達した際に、該サブコイルＳＣ１にてペアリング信号が受信され、このペアリング信号は、図１に示す車両コントローラ２４に供給される。

車両コントローラ２４では、サブコイルＳＣ１で受信されたペアリング信号から、識別データを読み取る。そして、読み取った識別データを、通信部２５より通信部１４に送信し、地上コントローラ１３は、送電コイル１１より送信した識別データと、通信部１４で受信した識別データとの一致、不一致を判断する。そして、両者が一致した場合に、この受電装置１０２と送電装置１０１をペアリングする。

次に、車両２０が駐車スペース３２に接近し、その後、駐車スペース３２内の所定位置に停車するまでの動作について、図８，図９に示すフローチャート、及び図１０〜図１３に示す説明図を参照して説明する。

図１０は、車両２０が駐車枠３４で囲まれる駐車スペース３２内に接近している状態を示している。この際、地上コントローラ１３は待機中とされ（図８のステップａ１１）、車両コントローラ２４は駐車スペース３２に接近中である（ステップｂ１１）。そして、通信部２５よりＬＡＮ（Local_Area_Network）等の通信により、車両ＩＤを含む無線信号を送信する（ステップｂ１２）。

地上ユニット５１の通信部１４は、この無線信号を受信すると、該無線信号に含まれる車両ＩＤが正規の車両ＩＤであることを認識する（ステップａ１３）。その後、地上ユニット５１を起動させ（ステップａ１４）、地上ユニット５１が起動したことを無線信号にて車両コントローラ２４に通知する（ステップａ１５）。

車両コントローラ２４は、ディスプレイ（図示省略）への表示等により地上ユニット５１が起動したことを車両２０の運転者に通知する（ステップｂ１３）。その結果、運転者は地上ユニット５１が起動したことを認識できる。更に、車両コントローラ２４は、図３に示したリレーＸ２，Ｘ３をオン、Ｘ１をオフとして、バッテリ２３とコンデンサＣ３を接続する。これにより、バッテリ２３からコンデンサＣ３に電力が供給され、コンデンサＣ３がプリチャージされる（ステップｂ１３ａ）。車両コントローラ２４は、ペアリング信号待ちとなる（ステップｂ１４）。

地上ユニット５１が起動すると、地上コントローラ１３は、車両検出センサ３３を起動させる（ステップａ１６）。地上コントローラ１３は車両２０の接近待ち状態となる（ステップａ１７）。

その後、図１１に示すように、車両２０の一部が駐車スペース３２内に侵入すると（ステップｂ１５）、車両２０が駐車スペース３２内に侵入したことが、車両検出センサ３３により検出される（ステップａ１８）。地上コントローラ１３は、ペアリング信号を含む励磁パターンで送電コイル１１を励磁する。即ち、送電コイル１１を、前述した第１励磁としてペアリング信号を送信する（図９のステップａ１９）。更に、第１励磁を継続させる（ステップａ２０）。このとき、車両コントローラ２４は、ペアリング信号待ち状態とされる（ステップｂ１６）。

その後、図１２に示すように、車両２０が駐車スペース３２内の送電コイル１１に接近し、更にサブコイルＳＣ１の受信可能領域Ｑ１が送電コイル１１の励磁範囲と重複する位置に達すると、受電可能領域Ｑ１が送電コイル１１の励磁範囲に進入するので（図９のステップｂ１７）、サブコイルＳＣ１にてペアリング信号が受信され、車両コントローラ２４は、このペアリング信号に含まれる識別データを認識する（ステップｂ１８）。

車両コントローラ２４は、認識した識別データを、通信部２５より送信し、地上コントローラ１３に対してペアリングを要求する（ステップｂ１９）。地上コントローラ１３は、ペアリング要求を受信し（ステップａ２１）、更に、識別データを受信する。そして、第１励磁で送信したペアリング信号に含まれる識別データと、車両コントローラ２４より送信された識別データの一致、不一致を判断する。そして、両者が一致した場合には、受電装置１０２と送電装置１０１をペアリングする（ステップａ２２）。その後、地上コントローラ１３は、充電可能位置判断制御を開始する（ステップａ２３）。車両コントローラ２４は、ペアリングされたことを認識し（ステップｂ２０）、充電可能位置判断制御を開始する（ステップｂ２１）。

地上コントローラ１３は、送電コイル１１を第２励磁とするように、該送電コイル１１に流れる電流を制御する（ステップａ２４）。その後、バッテリ２３の充電に移行する（ステップａ２５）。車両コントローラ２４は、受電コイル２１と同一のコアに設けられているサブコイルＳＣ１で受信される電圧の大きさを判断する（ステップｂ２２）。この受電電圧判断処理の詳細については、後述する。

そして、図１３に示すように、車両２０が駐車スペース３２内の所定位置に停車した場合、即ち、送電コイル１１と受電コイル２１が重複する位置に達した場合には、送電コイル１１を第３励磁としてバッテリ２３の充電に移行する（ステップｂ２３）。この際、図３に示したリレーＸ１，Ｘ２をオンとし、リレーＸ３をオフとする。

次に、図９のステップｂ２２に示した受電電圧判断処理の詳細な手順を、図１４に示すフローチャートを参照して説明する。受電電圧判断処理が開始されると、地上コントローラ１３は、送電コイル１１を第２励磁とする。即ち、前述した第１励磁よりも高い電圧で送電コイル１１を励磁し、該送電コイル１１より電力を送信する。

図１４のステップＳ１１において、受電コイル２１に併設されたサブコイルＳＣ１が第２励磁による電力を受信する。車両コントローラ２４は、この電力による電圧が予め設定した第２閾値電圧Ｖth２（＞Ｖth１）に達しているか否かを判断する。

そして、第２閾値電圧Ｖth２に達していない場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、車両２０の停車位置が所定位置に達していないと判断し、ステップＳ１３においてその旨を運転者に通知し、ステップＳ１１に処理を戻す。

一方、サブコイルＳＣ１で受信される電圧が第２閾値電圧Ｖth２に達している場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、車両２０は所定位置に停車しているものと判断する。そして、ステップＳ１４において、車両の停車位置が充電可能位置に到達していることをディスプレイ（図示省略）等に表示して、運転者に通知する。運転者は、この表示を見ることにより、車両２０を停止させる。

即ち、送電コイル１１とサブコイルＳＣ１が重複する面積の大きさが大きいほど、サブコイルＳＣ１で受信される電圧が増加する。従って、サブコイルＳＣ１で受信される電圧を監視することにより、駐車スペース３２内の所定位置（充電可能な位置）に車両２０が停車しているか否かを判断することができる。

ステップＳ１５において、運転者による充電開始要求が入力されたか否かを判断する。そして、充電開始要求が入力された場合には（ステップＳ１５でＹＥＳ）、ステップａ２５，ｂ２３（図９参照）において、バッテリ２３の充電を開始する。

上記の処理を、図１５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。図１５（ａ）は送電コイル１１に励磁される電圧変化を示す波形図、図１５（ｂ）はサブコイルＳＣ１で受信される電圧変化を示す波形図である。図１５（ａ）に示す時刻ｔ０にて送電コイル１１を第１励磁とする。即ち、送電コイル１１をペアリング信号を含む励磁パターンで励磁する。サブコイルＳＣ１では、図１５（ｂ）に示すように、時刻ｔ０にてペアリング信号が受信され、更に、受信信号の強度が強くなり、時刻ｔ１にてペアリングが行われる。その後、時刻ｔ２にて送電コイル１１を第１励磁から第２励磁に切り替える。車両２０は駐車スペース３２に対して移動しているので、受電コイル２１で受信される電圧は図１５（ｂ）に示すように変動する。そして、受信電圧が予め設定した第２閾値電圧Ｖth２に達した場合に、車両２０が充電可能位置に達していると判断し、バッテリ２３の充電に移行する。

このようにして、第１実施形態に係る非接触給電システムでは、車両２０が駐車スペース３２に接近した後にコンデンサＣ３をプリチャージする。従って、送電コイル１１が第１励磁とされてペアリング信号が送信された場合には、車両コントローラ２４は、コンデンサＣ３の影響を受けることなく、ペアリング信号に含まれる識別データを取得できる。その結果、送電装置１０１と受電装置１０２のペアリングを迅速に行うことができる。

また、コンデンサＣ３がプリチャージされるので、サブコイルＳＣ１がペアリング信号を受信した場合には、コンデンサＣ３の影響を受けることなく、該サブコイルＳＣ１の受信信号の電圧は即時に上昇する。その結果、送電コイル１１が第１励磁とされてペアリング信号が送信された際には、サブコイルＳＣ１に生じる電圧は即時に上昇するので、ペアリング信号を即時に取得することができ、送電装置１０１と受電装置１０２のペアリングを迅速に行うことができる。

［第２実施形態の説明］
次に、第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、サブコイルＳＣ１で受信されるペアリング信号に基づいて、受電装置１０２と送電装置１０１をペアリングする例について説明した。第２実施形態では、サブコイルＳＣ１を搭載せず、受電コイル２１でペアリング信号を受信し、このペアリング信号に基づいて、受電装置１０２と送電装置１０１とのペアリングを行う。

図１６は、第２実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図、図１７は、図１６に示したパワーユニット１２、送電コイル１１、受電コイル２１、整流平滑回路２２、及びその周辺機器の詳細な構成を示す回路図である。また、図１８は、車両２０の底部に設けられる受電コイル２１及びその周囲の受電可能領域Ｑ０を示す説明図である。

第２実施形態に係る非接触給電システムは、図１，図３に示した第１実施形態と対比して、サブコイルＳＣ１が搭載されていない点、及び電圧計７１（図１７参照）が設けられている点で相違する。それ以外の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一符号を付して構成説明を省略する。

電圧計７１は、受電コイル２１に発生する電圧を測定し、測定した電圧データを、図１６に示す車両コントローラ２４に送信する。

そして、第２実施形態に係る非接触給電システムでは、受電コイル２１の受信可能領域Ｑ０（図１８参照）が送電コイル１１の励磁範囲と重複する前に、図１７に示すリレーＸ２，Ｘ３をオン、Ｘ１をオフとしてコンデンサＣ３をプリチャージする。その後、受信可能領域Ｑ０が送電コイル１１の励磁範囲と重複した際に、送電コイル１１より送信されるペアリング信号が受電コイル２１にて受信され、該受電コイル２１に生じる電圧が電圧計７１で測定される。このペアリング信号は、車両コントローラ２４に供給される。

そして、受電コイル２１で受信したペアリング信号に含まれる識別データと、地上コントローラ１３より出力したペアリング信号に含まれる識別データが一致した場合に、受電装置１０２と送電装置１０１をペアリングする。

また、前述した第１実施形態と同様に、受信可能領域Ｑ０が送電コイル１１の励磁範囲と重複する前に、コンデンサＣ３がプリチャージされるので、図７の曲線ｑ１に示したように、時刻ｔ１の時点で受電コイル２１に生じる電圧は第１閾値電圧Ｖth１に達しているので、即時にペアリング処理を実行することが可能となる。

このようにして、第２実施形態に係る非接触給電システムでは、車両２０が駐車スペース３２に接近した後にコンデンサＣ３をプリチャージする。従って、受電コイル２１がペアリング信号を受信した場合には、コンデンサＣ３の影響を受けることなく、該受電コイル２１の受信信号の電圧は即時に上昇する。その結果、送電コイル１１が第１励磁とされてペアリング信号が送信された際には、受電コイル２１に生じる電圧は即時に上昇するので、ペアリング信号を即時に取得することができ、受電装置１０２と送電装置１０１のペアリングを迅速に行うことができる。

［第３実施形態の説明］
次に、第３実施形態について説明する。前述した第１実施形態では、受電コイル２１に併設したサブコイルＳＣ１を用いて、送電コイル１１より送信されるペアリング信号を受信し、受電装置１０２と送電装置１０１をペアリングする例について説明した。これに対して、第３実施形態では、複数のサブコイルを搭載し、各サブコイルを用いてペアリング信号を受信することにより、迅速なペアリングを行う。また、ペアリングが完了した後に、コンデンサＣ３をプリチャージすることにより、第２励磁による位置合わせを迅速に行う。以下、詳細に説明する。

図１９は、第３実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。図１９に示すように、第３実施形態に係る非接触給電システムでは、前述した第１実施形態と対比して、受電装置１０２がサブコイルＳＣ１に加えて、サブコイルＳＣ２〜ＳＣ４を備えている点で相違する。なお、図１９において、図１と同一部分には同一符号を付して構成説明を省略する。

図２０は、図１９に示したパワーユニット１２、送電コイル１１、受電コイル２１、サブコイルＳＣ１〜ＳＣ４、整流平滑回路２２、及びその周辺機器の詳細な構成を示す回路図であり、図３に示した回路図と対比して、サブコイルＳＣ１に加えサブコイルＳＣ２〜ＳＣ４を備えている点で相違する。なお、図２０において、図３と同一部分には同一符号を付して構成説明を省略する。

図２１は、車両底部に搭載される受電コイル２１及びサブコイルＳＣ１〜ＳＣ４の配置を示す説明図である。図２１に示すように、車両前方側の底部にはサブコイルＳＣ２が搭載され、車両後方側の底部には、２個のサブコイルＳＣ３，ＳＣ４が設けられている。そして、各サブコイルＳＣ２〜ＳＣ４は、サブコイルＳＣ１と同様に、車両コントローラ２４（図１９参照）に接続されている。サブコイルＳＣ２〜ＳＣ４は、受電コイル２１の周囲に設けられ、該受電コイル２１に流れる電流に影響されることなく送電コイル１１より送信された電力を受信する周辺サブコイルとしての機能を備えている。

次に、第３実施形態に係る非接触給電システムの作用を、図２２，図２３に示すフローチャート、及び図２４〜図２７に示す説明図を参照して説明する。図２４は、車両２０が駐車枠３４にて囲まれる駐車スペース３２内に接近している状態を示している。この際、地上コントローラ１３は待機中とされ（図２２のステップａ１１）、車両コントローラ２４は駐車スペース３２に接近中である（ステップｂ１１）。そして、通信部２５よりＬＡＮ（Local_Area_Network）等の通信により、車両ＩＤを含む無線信号を送信する（ステップｂ１２）。

地上ユニット５１の通信部１４は、この無線信号を受信すると、該無線信号に含まれる車両ＩＤが正規の車両ＩＤであることを認識する（ステップａ１３）。その後、地上ユニット５１を起動させ（ステップａ１４）、地上ユニット５１が起動したことを無線信号にて車両コントローラ２４に通知する（ステップａ１５）。

車両コントローラ２４は、ディスプレイ（図示省略）への表示等により地上ユニット５１が起動したことを車両２０の運転者に通知する（ステップｂ１３）。その結果、運転者は地上ユニット５１が起動したことを認識できる。車両コントローラ２４は、ペアリング信号待ちとなる（ステップｂ１４）。

地上ユニット５１が起動すると、地上コントローラ１３は、車両検出センサ３３を起動させる（ステップａ１６）。地上コントローラ１３は車両２０の接近待ち状態となる（ステップａ１７）。

その後、図２５に示すように、車両２０の一部が駐車スペース３２の駐車枠３４内に侵入すると（ステップｂ１５）、車両検出センサ３３により、車両２０が駐車スペース３２内に侵入したことが検出される（ステップａ１８）。地上コントローラ１３は、ペアリング信号を含む励磁パターンで送電コイル１１を励磁する。即ち、送電コイル１１を、前述した第１励磁としてペアリング信号を送信する（図２３のステップａ１９）。更に、第１励磁を継続させる（ステップａ２０）。このとき、車両コントローラ２４は、ペアリング信号待ち状態とされる（ステップｂ１６）。

その後、図２６に示すように、車両２０が駐車スペース３２内の送電コイル１１に接近し、サブコイルＳＣ４の受信可能領域Ｑ４が送電コイル１１の励磁範囲と重複する位置に達すると、受電可能領域Ｑ４が送電コイル１１の励磁範囲に進入するので（図２３のステップｂ１７）、サブコイルＳＣ４にてペアリング信号が受信され、車両コントローラ２４は、このペアリング信号に含まれる識別データを認識する（ステップｂ１８）。

車両コントローラ２４は、認識した識別データを、通信部２５より送信し、地上コントローラ１３に対してペアリングを要求する（ステップｂ１９）。地上コントローラ１３は、識別データを受信し（ステップａ２１）、第１励磁で送信したペアリング信号に含まれる識別データと、車両コントローラ２４より送信された識別データの一致、不一致を判断する。そして、両者が一致した場合には、受電装置１０２と送電装置１０１をペアリングする（ステップａ２２）。

ペアリング処理では、複数のサブコイルでペアリング信号が受信された場合には、各サブコイルで受信されるペアリング信号に含まれる識別データを合成して合成データを生成する。例えば、２つのサブコイルＳＣ３及びＳＣ４でペアリング信号が受信された場合には、各ペアリング信号に含まれる識別データのＯＲを演算し、この演算結果を合成データとする。そして、この合成データと、送電コイル１１より送信したペアリング信号の識別データとの一致を判断する。

これを、図２８に示す波形図を参照して説明する。図２８（ａ）は送電コイル１１に励磁される電圧変化を示す波形図、図２８（ｂ）は２つのサブコイルＳＣ３，ＳＣ４で受信される電圧を合成した電圧の変化を示す波形図、図２８（ｃ）はサブコイルＳＣ１で受信される電圧の変化を示す波形図である。

例えば、図２８（ａ）に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１の時間帯にて送電コイル１１よりペアリング信号が送信され、図２８（ｂ）に示すように、２つのサブコイルＳＣ３，ＳＣ４の合成データが取得された場合には、これらの一致を判断する。そして、送電コイル１１より送信したペアリング信号に含まれる識別データと、２つのサブコイルＳＣ３，ＳＣ４の合成データが一致した場合には、ペアリングが完了する。

その後、地上コントローラ１３は、充電可能位置判断制御を開始する（図２３のステップａ２３）。車両コントローラ２４は、ペアリングされたことを認識すると（ステップｂ２０）、図２０に示したリレーＸ２，Ｘ３をオン、Ｘ１をオフとして、コンデンサＣ３をプリチャージする（ステップｂ２０ａ）。その後、充電可能位置判断制御を開始する（ステップｂ２１）。

地上コントローラ１３は、送電コイル１１を第２励磁とするように、該送電コイル１１に流れる電流を制御する（ステップａ２４）。その後、バッテリ２３の充電に移行する（ステップａ２５）。車両コントローラ２４は、受電コイル２１の近傍に設けられているサブコイルＳＣ１で受信される電圧の大きさを判断する（ステップｂ２２）。この受電電圧判断処理は、図１４にて示した処理と同一である。

即ち、図２８（ａ）〜（ｃ）に示すように、時刻ｔ１にてペアリングが完了し、時刻ｔ２にて送電コイル１１が第１励磁から第２励磁に切り替えられると、初めに図２８（ｂ）に示す合成電圧が上昇し、その後、車両２０が移動すると、図２８（ｃ）に示すようにサブコイルＳＣ１の受信電圧が上昇する。そして、サブコイルＳＣ１の受信電圧が予め設定した第２閾値電圧Ｖth２に達した場合に、車両２０が充電可能位置に達していると判断する。

この際、図２３のステップｂ２０ａの処理で、コンデンサＣ３をプリチャージしているので、ステップｂ２２の受電電圧判断処理では、サブコイルＳＣ１で受信される電圧がコンデンサＣ３に供給されることを防止できる。このため、サブコイルＳＣ１に生じる電圧が即時に上昇し、充電可能位置を迅速に判断することができる。

その後、図２７に示すように、車両２０が駐車スペース３２内の所定位置に停車した場合、即ち、送電コイル１１と受電コイル２１が互いに向き合う位置に達した場合には、バッテリ２３の充電を開始する（ステップｂ２３）。

このようにして、第３実施形態に係る非接触給電システムでは、車両２０の底面に複数のサブコイルＳＣ１〜ＳＣ４を搭載している。また、車両２０が駐車スペース３２に接近すると、送電コイル１１が第１励磁とされ、ペアリング信号が送信される。そして、このペアリング信号がサブコイルＳＣ１〜ＳＣ４の少なくとも一つで受信されると、このペアリング信号に含まれる識別データと、送電コイル１１より送信されたペアリング信号に含まれる識別データとの一致が判断され、一致した場合には、受電装置１０２と送電装置１０１がペアリングされる。

従って、車両２０が駐車スペース３２内の所定位置に停車する前の時点で、車両２０と駐車スペース３２をペアリングすることが可能となる。その結果、その後の充電位置を合わせる操作、及びバッテリ２３を充電する操作に迅速に移行させることができる。

また、コンデンサＣ３がプリチャージされるので、送電コイル１１が第２励磁とされた場合には、コンデンサＣ３の影響を受けることなくサブコイルＳＣ１にて受信される電圧レベルが上昇する。従って、車両２０が充電可能な位置に停車しているか否かの判断を迅速に行うことができる。

また、ペアリングが完了した後にプリチャージすることにより、ペアリングが完了したけれども、運転者の都合で駐車スペース３２から車両２０を離脱させる場合には、不要なプリチャージが行われることを防止できる。

以上、本発明の非接触給電システム、及び非接触受電装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

例えば、前述した実施形態では、電気負荷としてバッテリ２３を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、電動機を電気負荷とすることができる。

１１，１１ａ 送電コイル
１２ パワーユニット
１３ 地上コントローラ
１４ 通信部
１５ 直流電源
２０ 車両
２１ 受電コイル
２２ 整流平滑回路
２３ バッテリ
２４ 車両コントローラ
２５ 通信部
３１ インバータ回路
３２，３２ａ 駐車スペース
３３，３３ａ 車両検出センサ
５１，５１ａ 地上ユニット
６１ フェライトコア
１０１，１０１ａ 送電装置
１０２ 受電装置

本発明の一態様に係る非接触受電装置は、送電装置より送信された電力を受信し、受信した電力をコンデンサを介して電気負荷に供給する受電コイルと、受電コイルによる電力の受信を制御する受電制御部と、送電装置との間で通信を行う受電側通信部とを備える。受電制御部は、車両が駐車スペースに接近した後に、コンデンサをプリチャージし、且つ、送電装置に設けられる送電コイルが識別データを含む励磁パターンで励磁する第１励磁とされた際に、この識別データを取得し、この識別データを送電装置に送信する。

また、サブコイルＳＣ１は受信可能領域Ｑ１に存在する電磁信号を受信できる。つまり、受信可能領域Ｑ１が送電コイル１１の励磁範囲と重複する位置となった場合に、サブコイルＳＣ１は該送電コイル１１より出力される電磁信号を受信することができる。

その後、図１２に示すように、車両２０が駐車スペース３２内の送電コイル１１に接近し、更にサブコイルＳＣ１の受信可能領域Ｑ１が送電コイル１１の励磁範囲と重複する位置に達すると、受信可能領域Ｑ１が送電コイル１１の励磁範囲に進入するので（図９のステップｂ１７）、サブコイルＳＣ１にてペアリング信号が受信され、車両コントローラ２４は、このペアリング信号に含まれる識別データを認識する（ステップｂ１８）。

一方、サブコイルＳＣ１で受信される電圧が第２閾値電圧Ｖth２に達している場合には（ステップＳ１２でＹＥＳ）、車両２０は所定位置に達したものと判断する。そして、ステップＳ１４において、車両の停車位置が充電可能位置に到達していることをディスプレイ（図示省略）等に表示して、運転者に通知する。運転者は、この表示を見ることにより、車両２０を停止させる。

図１６は、第２実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図、図１７は、図１６に示したパワーユニット１２、送電コイル１１、受電コイル２１、整流平滑回路２２、及びその周辺機器の詳細な構成を示す回路図である。また、図１８は、車両２０の底部に設けられる受電コイル２１及びその周囲の受信可能領域Ｑ０を示す説明図である。

その後、図２６に示すように、車両２０が駐車スペース３２内の送電コイル１１に接近し、サブコイルＳＣ４の受信可能領域Ｑ４が送電コイル１１の励磁範囲と重複する位置に達すると、受信可能領域Ｑ４が送電コイル１１の励磁範囲に進入するので（図２３のステップｂ１７）、サブコイルＳＣ４にてペアリング信号が受信され、車両コントローラ２４は、このペアリング信号に含まれる識別データを認識する（ステップｂ１８）。

Claims (10)

1. 地上側に設けられ電力を送信する少なくとも一つの送電装置と、車両に設けられ前記送電装置より送信された電力を受信して電気負荷に供給する受電装置と、を備えた非接触給電システムにおいて、
   前記送電装置は、
   駐車スペースに設けられ、電力を送信する送電コイルと、
   前記送電コイルへ供給する電力を制御する給電制御部と、
   前記受電装置との間で通信を行う送電側通信部と、を備え、
   前記受電装置は、
   前記送電コイルより送信された電力を受信し、受信した電力をコンデンサを介して前記電気負荷に供給する受電コイルと、
   前記受電コイルによる電力の受信を制御する受電制御部と、
   前記送電装置との間で通信を行う受電側通信部と、を備え、
   前記給電制御部は、車両が前記駐車スペースに接近した際に、識別データを含む励磁パターンで前記送電コイルを励磁する第１励磁とし、
   前記受電制御部は、車両が前記駐車スペースに接近した後に前記コンデンサをプリチャージし、且つ、送電コイルが第１励磁とされた際に前記識別データを取得し、且つ、この識別データを前記送電装置に送信し、
   前記給電制御部は、前記励磁パターンに含めた識別データと、前記受電制御部にて取得した識別データが一致した場合、送電装置と受電装置をペアリングすること
   を特徴とする非接触給電システム。
2. 前記受電制御部は、前記送電コイルが第１励磁とされた際に、前記受電コイルにて受信した電力から前記識別データを取得すること
   を特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
3. 前記受電装置は、
   前記受電コイルの近傍に設けられ、前記送電コイルより送信された電力を受信する中央サブコイル、を更に備え、
   前記受電制御部は、前記送電コイルが第１励磁とされた際に、前記中央サブコイルにて受信した電力から前記識別データを取得すること
   を特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
4. 前記受電装置は、
   前記受電コイルの周囲に設けられ、該受電コイルに流れる電流に影響されることなく前記送電コイルより送信される電力を受信する少なくとも一つの周辺サブコイルを更に備え、
   前記受電制御部は、前記送電コイルが第１励磁とされた際に、前記周辺サブコイルにて受信された励磁パターンより前記識別データを取得し、且つ、この識別データを前記送電装置に送信し、
   前記給電制御部は、前記励磁パターンに含めた識別データと、前記周辺サブコイルにて取得される識別データが一致した場合、送電装置と受電装置をペアリングし、その後、前記送電コイルを、車両が駐車スペースの充電可能位置に存在するか否かを判断するための第２励磁とし、
   前記受電制御部は、前記中央サブコイルで受信される電圧から、前記車両が駐車スペースの充電可能位置に存在するか否かを判断すること
   を特徴とする請求項３に記載の非接触給電システム。
5. 前記受電制御部は、送電装置と受電装置のペアリングが完了した後に、前記コンデンサをプリチャージすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の非接触給電システム。
6. 車両に設けられ、地上に設けられた送電装置より送信される電力を非接触で受信する非接触受電装置において、
   前記送電装置より送信された電力を受信し、受信した電力をコンデンサを介して電気負荷に供給する受電コイルと、
   前記受電コイルによる電力の受信を制御する受電制御部と、
   前記送電装置との間で通信を行う受電側通信部と、を備え、
   前記受電制御部は、車両が駐車スペースに接近した際に、前記コンデンサをプリチャージし、且つ、前記送電装置に設けられる送電コイルが識別データを含む励磁パターンで励磁された際に、この識別データを取得し、この識別データを前記送電装置に送信すること
   を特徴とする非接触受電装置。
7. 前記受電制御部は、前記送電コイルが第１励磁とされた際に、前記受電コイルにて受信した電力から前記識別データを取得すること
   を特徴とする請求項６に記載の非接触受電装置。
8. 前記受電コイルの近傍に設けられ、前記送電コイルより送信された電力を受信する中央サブコイル、を更に備え、
   前記受電制御部は、前記送電コイルが第１励磁とされた際に、前記中央サブコイルにて受信した電力から前記識別データを取得すること
   を特徴とする請求項６に記載の非接触受電装置。
9. 前記受電コイルの周囲に設けられ、該受電コイルに流れる電流に影響されることなく前記送電コイルより送信される電力を受信する少なくとも一つの周辺サブコイルを更に備え、
   前記受電制御部は、前記送電コイルが第１励磁とされた際に、前記周辺サブコイルにて受信された励磁パターンより前記識別データを取得し、且つ、この識別データを前記送電装置に送信し、
   前記送電コイルが、駐車スペースの充電可能位置に車両が存在するか否かを判断するための第２励磁とされた際には、前記中央サブコイルで受信される電力から、前記車両が駐車スペースの充電可能位置に存在するか否かを判断すること
   を特徴とする請求項８に記載の非接触受電装置。
10. 前記受電制御部は、送電装置と受電装置のペアリングが完了した後に、前記コンデンサをプリチャージすることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１項に記載の非接触受電装置。

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