WO2012164744A1 - 非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システム - Google Patents

Abstract

　送電装置（１００）の共鳴コイル（１４０）から受電装置（２００）の共鳴コイル（２１０）へ送電周波数（ｆ１）の交流電力が伝送される。また、送電装置の通信装置（１７０）と受電装置の通信装置（２９０）との間で通信周波数（ｆ２）の無線電波によって通信が行なわれる。ここで、送電周波数（ｆ１）および通信周波数（ｆ２）は、送電周波数（ｆ１）および通信周波数（ｆ２）の関係が非整数倍となるように決定される。

Description

非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システム

　この発明は、非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システムに関し、特に、ワイヤレスで電力伝送を行なうための非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システムに関する。

　特開２００２－２０９３４３号公報（特許文献１）は、インタロゲータからトランスポンダへ非接触で電力を伝送し、トランスポンダの蓄電器を充電可能なシステムを開示する。このシステムにおいては、第１の周波数の電磁波によってトランスポンダとインタロゲータとの間でデータ通信が行なわれる。また、トランスポンダおよびインタロゲータの各々に設けられる充電用アンテナを電磁結合させ、第１の周波数よりも低い第２の周波数の電磁波をインタロゲータから出力することによってトランスポンダの蓄電器が充電される（特許文献１参照）。

特開２００２－２０９３４３号公報 特開２０１０－１４８１７４号公報 特開２０１０－１４１９６６号公報

　上記の特開２００２－２０９３４３号公報に開示されるシステムにおいて、データ通信用の第１の周波数の電磁波と充電用の第２の周波数の電磁波とが干渉すると、通信レートの低下や充電効率の低下を招く。上記のシステムでは、第２の周波数が第１の周波数よりも低くなるように設計されているが、第２の周波数の高調波が第１の周波数と重なると、データ通信用の電磁波にノイズがのり、通信レートの低下等の通信障害が発生し得る。

　それゆえに、この発明の目的は、電力伝送とデータ通信との干渉を抑制可能な非接触受電装置およびそれを備える車両、非接触送電装置、ならびに非接触電力伝送システムを提供することである。

　この発明によれば、非接触受電装置は、送電装置から送出される電力を非接触で受電する非接触受電装置であって、受電ユニットと、通信装置とを備える。受電ユニットは、送電装置から第１の周波数で送出される交流電力を非接触で受電するためのものである。通信装置は、第２の周波数の電波を用いて送電装置と無線通信を行なうためのものである。そして、第１および第２の周波数は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように決定される。

　好ましくは、受電ユニットは、送電装置の送電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニットから交流電力を非接触で受電する。

　好ましくは、第２の周波数は、第１の周波数よりも高い周波数に決定される。
　好ましくは、交流電力の伝送状況に基づいて第１の周波数が決定され、その決定された第１の周波数と第２の周波数との関係が非整数倍となるように第２の周波数が決定される。

　また、好ましくは、送電装置との通信状況に基づいて第２の周波数が決定され、その決定された第２の周波数と第１の周波数との関係が非整数倍となる範囲で交流電力の伝送状況に基づいて第１の周波数が決定される。

　好ましくは、非接触受電装置は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように第２の周波数を変更するための変更部をさらに備える。

　また、好ましくは、非接触受電装置は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように第１の周波数を変更するための変更部をさらに備える。

　好ましくは、通信装置は、複数の通信周波数のうちの一つを選択して送電装置と無線通信可能であり、複数の通信周波数のうち第１の周波数との関係が非整数倍となる通信周波数を第２の周波数として選択して送電装置と無線通信を行なう。

　また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの非接触受電装置を備える。
　また、この発明によれば、非接触送電装置は、受電装置へ電力を非接触で送出する非接触送電装置であって、電源部と、送電ユニットと、通信装置とを備える。電源部は、第１の周波数の交流電力を生成する。送電ユニットは、電源部によって生成された交流電力を受電装置へ非接触で送出するためのものである。通信装置は、第２の周波数の電波を用いて受電装置と無線通信を行なうためのものである。そして、第１および第２の周波数は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように決定される。

　好ましくは、送電ユニットは、受電装置の受電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニットへ交流電力を非接触で送出する。

　好ましくは、第２の周波数は、第１の周波数よりも高い周波数に決定される。
　好ましくは、交流電力の伝送状況に基づいて第１の周波数が決定され、その決定された第１の周波数と第２の周波数との関係が非整数倍となるように第２の周波数が決定される。

　また、好ましくは、受電装置との通信状況に基づいて第２の周波数が決定され、その決定された第２の周波数と第１の周波数との関係が非整数倍となる範囲で交流電力の伝送状況に基づいて第１の周波数が決定される。

　好ましくは、非接触送電装置は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように第２の周波数を変更するための変更部をさらに備える。

　また、好ましくは、非接触送電装置は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように第１の周波数を変更するための変更部をさらに備える。

　好ましくは、通信装置は、複数の通信周波数のうちの一つを選択して受電装置と無線通信可能であり、複数の通信周波数のうち第１の周波数との関係が非整数倍となる通信周波数を第２の周波数として選択して受電装置と無線通信を行なう。

　また、この発明によれば、非接触電力伝送システムは、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムである。送電装置は、電源部と、送電ユニットと、第１の通信装置とを備える。電源部は、第１の周波数の交流電力を生成する。送電ユニットは、電源部によって生成された交流電力を受電装置へ非接触で送出するためのものである。第１の通信装置は、第２の周波数の電波を用いて受電装置と無線通信を行なうためのものである。受電装置は、受電ユニットと、第２の通信装置とを備える。受電ユニットは、送電ユニットから交流電力を非接触で受電するためのものである。第２の通信装置は、第２の周波数の電波を用いて送電装置と無線通信を行なうためのものである。そして、第１および第２の周波数は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように決定される。

　好ましくは、送電ユニットは、受電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニットへ交流電力を非接触で送出する。受電ユニットは、送電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニットから交流電力を非接触で受電する。

　好ましくは、第２の周波数は、第１の周波数よりも高い周波数に決定される。
　好ましくは、非接触電力伝送システムは、制御部をさらに備える。制御部は、交流電力の伝送状況に基づいて第１の周波数を調整し、その調整された第１の周波数と第２の周波数との関係が非整数倍となるように第２の周波数を変更する。

　また、好ましくは、非接触電力伝送システムは、制御部をさらに備える。制御部は、送電装置との通信状況に基づいて第２の周波数を決定し、第２の周波数の確定後、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となる範囲で交流電力の伝送状況に基づいて第１の周波数を調整する。

　好ましくは、第１および第２の通信装置は、複数の通信周波数のうちの一つを選択して互いに無線通信可能であり、複数の通信周波数のうち第１の周波数との関係が非整数倍となる通信周波数を第２の周波数として選択して互いに無線通信を行なう。

　この発明においては、第１の周波数の交流電力が送電装置から受電装置へ非接触で伝送される。また、送電装置と受電装置との間で第２の周波数の電波を用いて無線通信が行なわれる。そして、第１および第２の周波数は、第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように決定されるので、交流電力の高調波が無線通信の電波と重なることはなく、無線通信の電波の高調波が交流電力と重なることもない。したがって、この発明によれば、電力伝送とデータ通信との干渉を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による非接触電力伝送システムの全体構成図である。 共鳴法による電力伝送の原理を説明するための図である。 送電装置から車両へ伝送される交流電力の周波数と伝送効率との関係を示した図である。 実施の形態２における送電周波数および通信周波数の決定方法の考え方を説明するための図である。 実施の形態２における送電周波数および通信周波数の決定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３における送電周波数および通信周波数の決定方法の考え方を説明するための図である。 実施の形態３における送電周波数および通信周波数の決定手順を説明するためのフローチャートである。 送電装置から車両へ伝送される交流電力の周波数と反射電力との関係を示した図である。

　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による非接触電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この非接触電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置としての車両２００とを備える。

　送電装置１００は、電源部１１０と、電力センサ１１５と、インピーダンス整合器１２０と、電磁誘導コイル１３０と、共鳴コイル１４０と、コンデンサ１５０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する。）１６０と、通信装置１７０とを含む。

　電源部１１０は、所定の周波数ｆ１の交流電力を生成する。たとえば、電源部１１０は、図示されない系統電源から電力を受けて周波数ｆ１の交流電力を生成する。周波数ｆ１は、たとえば１ＭＨｚ～１０数ＭＨｚ程度である。電源部１１０は、ＥＣＵ１６０からの指令に従って、上記交流電力の生成および停止ならびに出力電力を制御する。

　電力センサ１１５は、電源部１１０における反射電力を検出し、その検出値をＥＣＵ１６０へ出力する。なお、反射電力とは、電源部１１０から出力された電力が反射して電源部１１０へ戻る電力である。なお、電力センサ１１５には、電源部１１０における反射電力を検出可能な種々の公知のセンサを用いることができる。なお、電力センサ１１５は、進行波電力をさらに検出可能なものであってもよい。

　インピーダンス整合器１２０は、電源部１１０と電磁誘導コイル１３０との間に設けられ、内部のインピーダンスを変更可能に構成される。インピーダンス整合器１２０は、ＥＣＵ１６０からの指令に従ってインピーダンスを変更することにより、電磁誘導コイル１３０、共鳴コイル１４０およびコンデンサ１５０、ならびに車両２００の共鳴コイル２１０、コンデンサ２２０および電磁誘導コイル２３０（後述）を含む共鳴系の入力インピーダンスを電源部１１０の出力インピーダンスと整合させる。なお、インピーダンス整合器１２０は、たとえば、可変コンデンサおよびコイルによって構成される。

　電磁誘導コイル１３０は、電磁誘導結合によって共鳴コイル１４０と磁気的に結合可能であり、電源部１１０から出力される交流電力を共鳴コイル１４０へ供給する。共鳴コイル１４０は、電磁誘導コイル１３０から電力を受け、車両２００に搭載される共鳴コイル２１０（後述）と電磁場を介して共鳴することにより車両２００の共鳴コイル２１０へ非接触で送電する。なお、共鳴コイル１４０には、コンデンサ１５０が設けられる。コンデンサ１５０は、たとえば共鳴コイル１４０の両端部間に接続される。

　なお、共鳴コイル１４０は、車両２００の共鳴コイル２１０との距離や送電周波数等に基づいて、Ｑ値が大きく（たとえば、Ｑ＞１００）かつ結合度κが小さくなるようにコイル径や巻数が適宜設定される。なお、この共鳴による電力伝送は、Ｑ値が小さくかつ結合度κが大きくなるように設計される電磁誘導とは異なる電力伝送技術である。

　なお、電磁誘導コイル１３０は、電源部１１０から共鳴コイル１４０への給電を容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル１３０を設けずに共鳴コイル１４０に電源部１１０を直接接続してもよい。また、共鳴コイル１４０の浮遊容量を利用してコンデンサ１５０を設けない構成としてもよい。

　ＥＣＵ１６０は、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵ（Central　Processing　Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、送電装置１００から車両２００への送電を制御する。また、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００への送電に必要な情報を車両２００とやり取りするために、通信装置１７０を用いた車両２００との通信を制御する。

　通信装置１７０は、車両２００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信装置１７０は、周波数ｆ２の無線電波を用いて、車両２００の通信装置２９０（後述）と通信を行なう（以下では、この周波数ｆ２を「通信周波数ｆ２」とも称し、これに対して、送電装置１００から車両２００へ送電される交流電力の周波数ｆ１を「送電周波数ｆ１」あるいは「共鳴周波数ｆ１」とも称する。）。通信周波数ｆ２は、たとえば数ＧＨｚ程度である。ここで、通信周波数ｆ２および送電周波数ｆ１は、ｆ１，ｆ２の関係が非整数倍となるように設定される。この点については、後ほど詳しく説明する。なお、通信装置１７０によって車両２００と通信される情報は、たとえば、送電開始指令や送電停止指令、車両２００における受電効率や受電電力、受電電圧等である。

　一方、受電装置としての車両２００は、共鳴コイル２１０と、コンデンサ２２０と、電磁誘導コイル２３０と、整流器２４０と、蓄電装置２５０と、動力出力装置２６０と、検出部２７０と、ＥＣＵ２８０と、通信装置２９０とを含む。

　共鳴コイル２１０は、送電装置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共鳴コイル１４０から非接触で受電する。なお、共鳴コイル２１０にもコンデンサ２２０が設けられ、コンデンサ２２０は、たとえば共鳴コイル２１０の両端部間に接続される。なお、共鳴コイル２１０も、送電装置１００の共鳴コイル１４０との距離や送電周波数等に基づいて、Ｑ値が大きくかつ結合度κが小さくなるようにコイル径や巻数が適宜設定される。

　電磁誘導コイル２３０は、電磁誘導結合によって共鳴コイル２１０と磁気的に結合可能であり、共鳴コイル２１０によって受電された電力を電磁誘導により取出して整流器２４０へ出力する。なお、電磁誘導コイル２３０は、共鳴コイル２１０からの電力の取出しを容易にするために設けられるものであり、電磁誘導コイル２３０を設けずに共鳴コイル２１０に整流器２４０を直接接続してもよい。また、共鳴コイル２１０の浮遊容量を利用してコンデンサ２２０を設けない構成としてもよい。

　整流器２４０は、電磁誘導コイル２３０により取出された交流電力を整流して蓄電装置２５０へ出力する。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によって構成される。蓄電装置２５０は、整流器２４０から出力される電力を蓄えるほか、動力出力装置２６０によって発電される電力も蓄える。そして、蓄電装置２５０は、その蓄えた電力を動力出力装置２６０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る。

　動力出力装置２６０は、蓄電装置２５０に蓄えられる電力を用いて車両２００の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力出力装置２６０は、たとえば、蓄電装置２５０から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力出力装置２６０は、蓄電装置２５０を充電するための発電機と、発電機を駆動可能なエンジンを含んでもよい。

　検出部２７０は、送電装置１００からの受電状況を検出するためのものである。一例として、検出部２７０は、電圧センサおよび電流センサによって構成され、整流器２４０から出力される直流電力の電圧Ｖおよび電流Ｉを検出してＥＣＵ２８０へ出力する。

　ＥＣＵ２８０は、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、送電装置１００からの受電を制御する。また、ＥＣＵ２８０は、送電装置１００からの受電に必要な情報を送電装置１００とやり取りするために、通信装置２９０を用いた送電装置１００との通信を制御する。

　通信装置２９０は、送電装置１００と無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信装置２９０は、通信周波数ｆ２の無線電波を用いて、送電装置１００の通信装置１７０と通信を行なう。なお、上述のように、通信周波数ｆ２および送電周波数ｆ１は、ｆ１，ｆ２の関係が非整数倍となるように設定される。

　図２は、共鳴法による電力伝送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（共鳴コイル１４０，２１０）が電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方の共鳴コイルから他方の共鳴コイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

　具体的には、電源部１１０に接続される電磁誘導コイル１３０を用いて、１ＭＨｚ～１０数ＭＨｚの高周波電力が共鳴コイル１４０に供給される。共鳴コイル１４０は、コンデンサ１５０とともにＬＣ共振器を形成し、共鳴コイル１４０と同じ共振周波数を有する共鳴コイル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、電磁誘導コイル２３０を用いて取出され、整流器２４０（図１）以降の負荷３５０へ供給される。

　再び図１を参照して、この非接触電力伝送システムにおいては、送電装置１００の共鳴コイル１４０から車両２００の共鳴コイル２１０へ伝送される交流電力の周波数すなわち送電周波数ｆ１、通信装置１７０，２９０間で通信される電波の周波数すなわち通信周波数ｆ２は、ｆ１，ｆ２の関係が非整数倍の関係になるように設定される。この実施の形態１では、通信周波数ｆ２の方が送電周波数ｆ１よりも高く、かつ、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍になるように、送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２が設定される。これにより、共鳴コイル１４０から共鳴コイル２１０へ伝送される交流電力の高調波が通信装置１７０，２９０間で無線通信される電波と重なることはなく、通信レートの低下等の通信障害が抑制される。

　なお、通信周波数ｆ２を送電周波数ｆ１よりも低くし、かつ、送電周波数ｆ１が通信周波数ｆ２の非整数倍になるように、送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２を設定してもよい。しかしながら、通信周波数ｆ２が高いほど通信装置１７０，２９０間の通信レートは高くなり、また、送電周波数ｆ１が低いほど共鳴システムの低コスト化が実現できるので、上記のように、この実施の形態１では、通信周波数ｆ２の方が送電周波数ｆ１よりも高く、かつ、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍になるように、送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２が設定される。たとえば、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の１００倍よりも高くなるように送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２を設定するのが好適である。

　以上のように、この実施の形態１においては、送電周波数ｆ１の交流電力が送電装置１００から車両２００へ非接触で伝送される。また、送電装置１００と車両２００との間で通信周波数ｆ２の電波を用いて無線通信が行なわれる。そして、送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２は、それらの関係が非整数倍となるように設定されるので、交流電力の高調波が無線通信の電波と重なることはなく、また、無線通信の電波の高調波が交流電力と重なることもない。したがって、この実施の形態１によれば、共鳴コイル１４０から共鳴コイル２１０への電力伝送と通信装置１７０，２９０間の無線通信との干渉を抑制することができる。

　［実施の形態２］
　この実施の形態２では、送電周波数ｆ１すなわち送電装置１００の共鳴コイル１４０から車両２００の共鳴コイル２１０へ伝送される交流電力の周波数、および通信周波数ｆ２すなわち通信装置１７０，２９０間で通信される無線電波の周波数を、送電装置１００および／または車両２００において変更可能に構成される。ここで、送電周波数ｆ１は、送電装置１００の共鳴コイル１４０から車両２００の共鳴コイル２１０への送電の伝送効率に影響する。

　図３は、送電装置１００から車両２００へ伝送される交流電力の周波数と伝送効率との関係を示した図である。図３を参照して、伝送効率は、ある周波数で最大となり、その周波数からずれた周波数では低下する。

　そこで、この実施の形態２では、送電装置１００から車両２００への伝送状況（車両２００の受電効率など）に基づいて送電周波数ｆ１がまず調整される。具体的には、伝送効率が最大となるように送電周波数ｆ１がまず調整される。そして、送電周波数ｆ１の調整が終了した後、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように通信周波数ｆ２が決定される。具体的には、一例として、互いに異なる周波数の複数の通信チャンネルが予め準備され、送電周波数ｆ１の非整数倍となる通信周波数ｆ２を有する通信チャンネルが選択される。

　図４は、実施の形態２における送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２の決定方法の考え方を説明するための図である。図４を参照して、この実施の形態２では、送電装置１００から車両２００への送電の伝送効率が最大となるように送電周波数ｆ１が調整され、送電周波数ｆ１がまず確定する。

　送電周波数ｆ１の確定後、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の整数倍であるか否かが確認される。通信周波数ｆ２が仮にｆ２＿１であって、ｆ２＿１が送電周波数ｆ１の整数倍であるとき、すなわち通信周波数ｆ２が送電される交流電力の高調波と重なるとき、送電周波数ｆ１の非整数倍であるｆ２＿２に通信周波数ｆ２が変更される。

　この実施の形態２による非接触電力伝送システムの全体構成は、図１に示した実施の形態１による非接触電力伝送システムと同じである。

　図５は、実施の形態２における送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２の決定手順を説明するためのフローチャートである。図５とともに図１を参照して、まず、送電装置１００の通信装置１７０と車両２００の通信装置２９０との間で通信が確立される（ステップＳ１０）。なお、通信周波数ｆ２は、所定の初期値に仮設定される。次いで、送電装置１００から車両２００への送電が開始され、送電装置１００から車両２００への送電の伝送効率が算出される（ステップＳ２０）。一例として、車両２００における受電効率（送電装置１００からの送電電力に対する車両２００の受電電力の比）が伝送効率として算出される。この伝送効率の算出は、送電装置１００のＥＣＵ１６０において行なうようにしてもよいし、車両２００のＥＣＵ２８０において行なってもよい。送電装置１００のＥＣＵ１６０において伝送効率を算出する場合には、通信装置１７０，２９０を用いて車両２００から送電装置１００へ受電電力の検出値が送信される。車両２００のＥＣＵ２８０において伝送効率を算出する場合には、通信装置１７０，２９０を用いて送電装置１００から車両２００へ送電電力の値が送信される。

　次いで、ステップＳ２０において算出される伝送効率に基づいて送電周波数ｆ１が調整される（ステップＳ３０）。すなわち、図３に示したように、伝送効率が最大となるように送電周波数ｆ１が調整される。送電周波数ｆ１の調整は、ＥＣＵ１６０からの指令に基づいて交流電力の周波数を変更可能に構成された電源部１１０をＥＣＵ１６０により制御することによって行なわれる。なお、車両２００のＥＣＵ２８０において伝送効率に基づき電源部１１０の周波数変更指令を生成し、その生成された指令を通信装置２９０，１７０を介して送電装置１００へ送信することによって、送電周波数ｆ１の調整を実質的に車両２００のＥＣＵ２８０で行なうようにしてもよい。

　送電周波数ｆ１の調整が終了すると、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の整数倍であるか否かが判定される（ステップＳ４０）。なお、必ずしも完全な整数倍である必要はなく、通信障害が生じない程度に通信周波数ｆ２に幅を持たせた帯域に送電周波数ｆ１の倍数値が含まれる場合には、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の整数倍であると判定される。なお、送電周波数ｆ１は、送電装置１００の電源部１１０により生成される交流電力の周波数であるので、ステップＳ４０の判定処理は送電装置１００のＥＣＵ１６０で行なれるものとするが、送電周波数ｆ１の値を車両２００へ送信することによって車両２００のＥＣＵ２８０において上記の判定処理を行なってもよい。

　そして、ステップＳ４０において通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の整数倍であると判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように通信周波数ｆ２が変更される（ステップＳ５０）。たとえば、ＥＣＵ１６０，２８０によって、現在選択中の通信チャンネルと別のチャンネルであって使用周波数が送電周波数ｆ１の非整数倍となるチャンネルに、通信装置１７０，２９０間の通信チャンネルが切替えられる。

　なお、ステップＳ４０において通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍であると判定されたときは（ステップＳ４０においてＮＯ）、ステップＳ５０の処理を実行することなくステップＳ６０へ処理が移行する。

　以上のように、この実施の形態２においては、送電装置１００から車両２００への伝送状況に基づいて送電周波数ｆ１がまず調整され、送電周波数ｆ１の調整が終了した後、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように通信周波数ｆ２が選択される。したがって、この実施の形態２によれば、共鳴コイル１４０から共鳴コイル２１０への電力伝送において高い伝送効率を実現しつつ、電力伝送と通信装置１７０，２９０間の無線通信との干渉を抑制することができる。

　［実施の形態３］
　実施の形態２では、送電装置１００から車両２００への伝送状況に基づいて送電周波数ｆ１がまず調整され、その後、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように通信周波数ｆ２を選定するものとした。

　一方、通信周波数ｆ２については、通信規格や無線電波の使用状況によって選定の自由度が大きく制約され得る。そこで、この実施の形態３では、通信装置１７０，２９０間の通信状況に基づいて通信周波数ｆ２が選定され、通信周波数ｆ２の確定後、送電の伝送状況を考慮しつつ通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように送電周波数ｆ１が調整される。

　図６は、実施の形態３における送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２の決定方法の考え方を説明するための図である。図６を参照して、この実施の形態３では、通信装置１７０，２９０間の通信状況に基づいて通信周波数ｆ２が選定され、通信周波数ｆ２がまず確定する。ここでは、通信周波数ｆ２はｆ２＿２に確定したものとする。

　次いで、送電装置１００から車両２００への送電の伝送効率が最大となるように送電周波数ｆ１が調整される。ここで、送電周波数ｆ１がｆ１＿１に調整されたものの、通信周波数ｆ２（ｆ２＿２）が送電周波数ｆ１（ｆ１＿１）の整数倍であるとき、すなわち通信周波数ｆ２が送電される交流電力の高調波と重なるとき、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように送電周波数ｆ１がｆ１＿１からｆ１＿２に変更される。なお、送電周波数ｆ１の変更により伝送効率が大きく低下しないように、送電周波数ｆ１の変更量は最小限に抑えられる。

　この実施の形態３による非接触電力伝送システムの全体構成は、図１に示した実施の形態１による非接触電力伝送システムと同じである。

　図７は、実施の形態３における送電周波数ｆ１および通信周波数ｆ２の決定手順を説明するためのフローチャートである。図７とともに図１を参照して、まず、送電装置１００の通信装置１７０と車両２００の通信装置２９０との間で通信が確立される（ステップＳ１１０）。次いで、ＥＣＵ１６０および／またはＥＣＵ２８０によって、通信装置１７０，２９０間の通信状況が確認される（ステップＳ１２０）。たとえば、混線が生じていないか、あるいは所定の通信レートが実現されているか等によって、通信状況の良否が確認される。

　ステップＳ１２０において通信状況が不良であると判定されると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、通信周波数ｆ２が変更される（ステップＳ１３０）。たとえば、ＥＣＵ１６０，２８０によって、現在選択中の通信チャンネルと別のチャンネルに、通信装置１７０，２９０間の通信チャンネルが切替えられる。その後、ステップＳ１２０へ処理が戻される。

　ステップＳ１２０において通信状況は良好であると判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、送電装置１００から車両２００への送電が開始され、送電装置１００から車両２００への送電の伝送効率が算出される（ステップＳ１４０）。そして、その算出される伝送効率に基づいて送電周波数ｆ１が調整される（ステップＳ１５０）。送電周波数ｆ１の調整が終了すると、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の整数倍であるか否かが判定される（ステップＳ１６０）。なお、このステップＳ１４０，Ｓ１５０，Ｓ１６０の処理は、それぞれ図５に示したステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ４０と同じであるので、説明を繰り返さない。

　そして、ステップＳ１６０において通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の整数倍であると判定されると（ステップＳ１６０においてＹＥＳ）、送電の伝送状況を考慮しつつ通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように送電周波数ｆ１が変更される（ステップＳ１７０）。具体的には、送電周波数ｆ１の変更により伝送効率が大きく低下しないように送電周波数ｆ１の変更量を最小限に抑えつつ、通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように送電周波数ｆ１が変更される。なお、送電周波数ｆ１の変更は、ＥＣＵ１６０により電源部１１０を制御することによって行なわれる。なお、車両２００のＥＣＵ２８０において電源部１１０の周波数変更指令を生成して送電装置１００へ送信することによって、送電周波数ｆ１の変更を実質的に車両２００のＥＣＵ２８０で行なってもよい。

　なお、ステップＳ１６０において通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍であると判定されたときは（ステップＳ１６０においてＮＯ）、ステップＳ１７０の処理を実行することなくステップＳ１８０へ処理が移行する。

　以上のように、この実施の形態３においては、通信装置１７０，２９０間の通信状況に基づいて通信周波数ｆ２が選定され、通信周波数ｆ２の確定後、送電の伝送状況を考慮しつつ通信周波数ｆ２が送電周波数ｆ１の非整数倍となるように送電周波数ｆ１が調整される。したがって、この実施の形態３によれば、通信周波数ｆ２の選定の自由度が小さい場合においても、高い伝送効率を実現しつつ電力伝送と通信装置１７０，２９０間の無線通信との干渉を抑制することができる。

　［実施の形態４］
　再び図１を参照して、この実施の形態４による非接触電力伝送システムは、通信装置１７０，２９０に代えてそれぞれ通信装置１７０Ａ，２９０Ａを備える。通信装置１７０Ａ，２９０Ａは、複数の通信周波数のうちの一つを選択して互いに通信可能に構成される。そして、通信装置１７０Ａ，２９０Ａは、複数の通信周波数のうち共鳴周波数ｆ１との関係が非整数倍となる通信周波数を通信周波数ｆ２として選択して互いに通信を行なう。

　なお、通信装置１７０Ａにおける通信周波数の選択は、共鳴周波数ｆ１に基づいてＥＣＵ１６０が通信装置１７０Ａを制御することによって行なってもよい。また、通信装置２９０Ａにおける通信周波数の選択も、共鳴周波数ｆ１に基づいてＥＣＵ２８０が通信装置２９０Ａを制御することによって行なってもよい。

　この実施の形態４によっても、共鳴コイル１４０から共鳴コイル２１０への電力伝送と通信装置１７０Ａ，２９０Ａ間の無線通信との干渉を抑制することができる。

　なお、上記の実施の形態２，３においては、送電装置１００から車両２００への送電の伝送効率に基づいて送電周波数ｆ１を調整するものとしたが、送電周波数ｆ１の調整に用いるパラメータは、この伝送効率に限定されるものではない。たとえば、送電装置１００の電力センサ１１５によって検出される反射電力に基づいて送電周波数ｆ１を調整してもよい。

　図８は、送電装置１００から車両２００へ伝送される交流電力の周波数と反射電力との関係を示した図である。図８を参照して、反射電力は、ある周波数で最小となり、その周波数からずれた周波数では増加する。そこで、電力センサ１１５によって検出される反射電力が最小となるように送電周波数ｆ１を調整してもよい。

　また、上記の各実施の形態においては、一対の共鳴コイル１４０，２１０を用いて送電装置１００から車両２００へ電力を伝送するものとしたが、コイル形状の各共鳴コイル１４０，２１０に代えて、棒状のアンテナやフィッシュボーン形状のアンテナを用いてもよく、あるいは高誘電率材から成る高誘電体ディスクを用いてもよい。

　また、上記においては、送電装置１００にインピーダンス整合器１２０を設けることによって共鳴系のインピーダンスを調整するものとしたが、インピーダンス整合器１２０に代えて車両２００において整流器２４０の後にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することによって共鳴系のインピーダンスを調整してもよい。

　また、上記においては、共鳴コイル１４０，２１０のＱ値が大きくかつ結合度κが小さくなるように共鳴コイル１４０，２１０を設計し、共鳴コイル１４０，２１０を共鳴させることによって、共鳴コイル１４０から共鳴コイル２１０へ電力を伝送するものとしたが、電磁誘導により送電装置から車両へ電力を伝送するシステムにもこの発明は適用可能である。すなわち、図１に示した非接触電力伝送システムにおいて、電磁誘導コイル１３０および共鳴コイル１４０を一つのコイルで構成し、かつ、共鳴コイル２１０および電磁誘導コイル２３０を一つのコイルで構成するとともに、Ｑ値が小さくかつ結合度κが大きくなるように各コイルを設計することによって、電磁誘導により送電装置から車両へ電力が伝送される。しかしながら、一般的に、共鳴法による送電は、電磁誘導による送電よりも送電周波数が高く、送電周波数と通信周波数との差が小さくなるので、送電周波数と通信周波数との干渉が顕著になる。したがって、この発明は、電磁誘導による送電にも適用可能であるが、共鳴法による送電に好適である。

　なお、上記において、共鳴コイル１４０およびコンデンサ１５０は、この発明における「送電ユニット」の一実施例を形成し、共鳴コイル２１０およびコンデンサ２２０は、この発明における「受電ユニット」の一実施例を形成する。

　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。

　１００　送電装置、１１０　電源部、１１５　電力センサ、１２０　インピーダンス整合器、１３０，２３０　電磁誘導コイル、１４０，２１０　共鳴コイル、１５０，２２０　コンデンサ、１６０，２８０　ＥＣＵ、１７０，１７０Ａ，２９０，２９０Ａ　通信装置、２００　車両、２４０　整流器、２５０　蓄電装置、２６０　動力出力装置、３５０　負荷。

Claims (23)

1. 　送電装置（１００）から送出される電力を非接触で受電する非接触受電装置であって、
   　前記送電装置から第１の周波数で送出される交流電力を非接触で受電するための受電ユニット（２１０，２２０）と、
   　第２の周波数の電波を用いて前記送電装置と無線通信を行なうための通信装置（２９０）とを備え、
   　前記第１および第２の周波数は、前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように決定される、非接触受電装置。
2. 　前記受電ユニットは、前記送電装置の送電ユニット（１４０，１５０）と電磁場を介して共鳴することにより前記送電ユニットから前記交流電力を非接触で受電する、請求項１に記載の非接触受電装置。
3. 　前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも高い周波数に決定される、請求項１または請求項２に記載の非接触受電装置。
4. 　前記交流電力の伝送状況に基づいて前記第１の周波数が決定され、その決定された第１の周波数と前記第２の周波数との関係が非整数倍となるように前記第２の周波数が決定される、請求項１または請求項２に記載の非接触受電装置。
5. 　前記送電装置との通信状況に基づいて前記第２の周波数が決定され、その決定された第２の周波数と前記第１の周波数との関係が非整数倍となる範囲で前記交流電力の伝送状況に基づいて前記第１の周波数が決定される、請求項１または請求項２に記載の非接触受電装置。
6. 　前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように前記第２の周波数を変更するための変更部（２８０）をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の非接触受電装置。
7. 　前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように前記第１の周波数を変更するための変更部（２８０）をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の非接触受電装置。
8. 　前記通信装置（１７０Ａ）は、複数の通信周波数のうちの一つを選択して前記送電装置と無線通信可能であり、前記複数の通信周波数のうち前記第１の周波数との関係が非整数倍となる通信周波数を前記第２の周波数として選択して前記送電装置と無線通信を行なう、請求項１または請求項２に記載の非接触受電装置。
9. 　請求項１または請求項２に記載の非接触受電装置を備える車両。
10. 　受電装置（２００）へ電力を非接触で送出する非接触送電装置であって、
    　第１の周波数の交流電力を生成する電源部（１１０）と、
    　前記電源部によって生成された前記交流電力を前記受電装置へ非接触で送出するための送電ユニット（１４０，１５０）と、
    　第２の周波数の電波を用いて前記受電装置と無線通信を行なうための通信装置（１７０）とを備え、
    　前記第１および第２の周波数は、前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように決定される、非接触送電装置。
11. 　前記送電ユニットは、前記受電装置の受電ユニット（２１０，２２０）と電磁場を介して共鳴することにより前記受電ユニットへ前記交流電力を非接触で送出する、請求項１０に記載の非接触送電装置。
12. 　前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも高い周波数に決定される、請求項１０または請求項１１に記載の非接触送電装置。
13. 　前記交流電力の伝送状況に基づいて前記第１の周波数が決定され、その決定された第１の周波数と前記第２の周波数との関係が非整数倍となるように前記第２の周波数が決定される、請求項１０または請求項１１に記載の非接触送電装置。
14. 　前記受電装置との通信状況に基づいて前記第２の周波数が決定され、その決定された第２の周波数と前記第１の周波数との関係が非整数倍となる範囲で前記交流電力の伝送状況に基づいて前記第１の周波数が決定される、請求項１０または請求項１１に記載の非接触送電装置。
15. 　前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように前記第２の周波数を変更するための変更部（１６０）をさらに備える、請求項１０または請求項１１に記載の非接触送電装置。
16. 　前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように前記第１の周波数を変更するための変更部（１６０）をさらに備える、請求項１０または請求項１１に記載の非接触送電装置。
17. 　前記通信装置（２９０Ａ）は、複数の通信周波数のうちの一つを選択して前記受電装置と無線通信可能であり、前記複数の通信周波数のうち前記第１の周波数との関係が非整数倍となる通信周波数を前記第２の周波数として選択して前記受電装置と無線通信を行なう、請求項１０または請求項１１に記載の非接触送電装置。
18. 　送電装置（１００）から受電装置（２００）へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
    　前記送電装置は、
    　第１の周波数の交流電力を生成する電源部（１１０）と、
    　前記電源部によって生成された前記交流電力を前記受電装置へ非接触で送出するための送電ユニット（１４０，１５０）と、
    　第２の周波数の電波を用いて前記受電装置と無線通信を行なうための第１の通信装置（１７０）とを備え、
    　前記受電装置は、
    　前記送電ユニットから前記交流電力を非接触で受電するための受電ユニット（２１０，２２０）と、
    　前記第２の周波数の電波を用いて前記送電装置と無線通信を行なうための第２の通信装置（２９０）とを備え、
    　前記第１および第２の周波数は、前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となるように決定される、非接触電力伝送システム。
19. 　前記送電ユニットは、前記受電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより前記受電ユニットへ前記交流電力を非接触で送出し、
    　前記受電ユニットは、前記送電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより前記送電ユニットから前記交流電力を非接触で受電する、請求項１８に記載の非接触電力伝送システム。
20. 　前記第２の周波数は、前記第１の周波数よりも高い周波数に決定される、請求項１８または請求項１９に記載の非接触電力伝送システム。
21. 　前記交流電力の伝送状況に基づいて前記第１の周波数を調整し、その調整された第１の周波数と前記第２の周波数との関係が非整数倍となるように前記第２の周波数を変更するための制御部（１６０；２８０）をさらに備える、請求項１８または請求項１９に記載の非接触電力伝送システム。
22. 　前記送電装置との通信状況に基づいて前記第２の周波数を決定し、前記第２の周波数の確定後、前記第１および第２の周波数の関係が非整数倍となる範囲で前記交流電力の伝送状況に基づいて前記第１の周波数を調整する制御部（１６０；２８０）をさらに備える、請求項１８または請求項１９に記載の非接触電力伝送システム。
23. 　前記第１および第２の通信装置（１７０Ａ，２９０Ａ）は、複数の通信周波数のうちの一つを選択して互いに無線通信可能であり、前記複数の通信周波数のうち前記第１の周波数との関係が非整数倍となる通信周波数を前記第２の周波数として選択して互いに無線通信を行なう、請求項１８または請求項１９に記載の非接触電力伝送システム。

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