WO2014045875A1

WO2014045875A1 - 非接触電力伝送装置

Info

Publication number: WO2014045875A1
Application number: PCT/JP2013/073840
Authority: WO
Inventors: 田口　雄一; 近藤　直; 古池　剛; 勝永　浩史; 啓介松倉; 博樹戸叶; 啓介井上; 裕輝恒川
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-03-27
Also published as: JP2014060862A

Abstract

　非接触電力伝送装置（１０）は、交流電力を出力する交流電源（１２）、及び交流電力が入力される１次側コイル（１３ａ）を有する１次側機器（１１）と；非接触で１次側コイル（１３ａ）から交流電力を受電可能な２次側コイル（２３ａ）及び負荷（２２）を有する２次側機器（２１）と；１次側機器（１１）に設けられ、インピーダンスが固定の１次側インピーダンス変換部（１４）と；２次側機器（２１）における２次側コイル（２３ａ）と負荷（２２）との間に設けられ、インピーダンスが可変である２次側インピーダンス変換部（２６）と；負荷（２２）のインピーダンスの変動に応じて、２次側インピーダンス変換部（２６）のインピーダンスを可変制御する制御部（１５，２８）とを備える。

Description

非接触電力伝送装置

　本開示は、非接触電力伝送装置に関する。

　従来から、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば磁場共鳴を用いたものが知られている。例えば特開２００９－１０６１３６号公報の非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源から交流電力が入力される１次側の共振コイルとを有する１次側機器を備える。さらに、２次側機器（車両）には、１次側の共振コイルと磁場共鳴可能な２次側の共振コイルが設けられている。１次側の共振コイルと２次側の共振コイルとが磁場共鳴することによって、１次側機器から２次側機器に交流電力が伝送される。伝送された交流電力は、整流器によって直流電力に整流され、車両用バッテリに入力される。これにより、車両用バッテリが充電される。

特開２００９－１０６１３６号公報

　上記のような非接触電力伝送装置において、伝送効率の向上等を図るべく、１次側機器及び２次側機器双方にインピーダンス変換器が設けられる場合がある。この場合、負荷のインピーダンスの変動等に追従するべく、各インピーダンス変換器のインピーダンスを可変制御することが考えられる。しかしながら、上記変動等に追従しようとすると、構成が複雑化されうる。

　上記の事情は、磁場共鳴によって非接触の電力伝送を行う構成に限られず、電磁誘導によって非接触の電力伝送を行う構成についても同様である。

　本開示の目的は、構成の簡素化を図りつつ、好適に電力伝送を行うことができる非接触電力伝送装置を提供することにある。
　本開示の一側面によれば、非接触電力伝送装置は、交流電力を出力する交流電源、及び前記交流電力が入力される１次側コイルを有する１次側機器と；非接触で前記１次側コイルから前記交流電力を受電可能な２次側コイル及び負荷を有する２次側機器と；前記１次側機器に設けられ、インピーダンスが固定の１次側インピーダンス変換部と；前記２次側機器における前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンスが可変である２次側インピーダンス変換部と；前記負荷のインピーダンスの変動に応じて、前記２次側インピーダンス変換部のインピーダンスを可変制御する制御部とを備える。

　この態様によれば、負荷のインピーダンスの変動に応じて２次側インピーダンス変換部のインピーダンスを可変制御することによって、負荷のインピーダンスの変動に好適に追従することができ、伝送効率の低下を抑制することができる。一方、１次側インピーダンス変換部のインピーダンスは、固定となっている。これにより、１次側インピーダンス変換部としては、インピーダンスを可変させる必要がない分、ハード構成の簡素化を図ることができる。１次側インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御を行う必要がない分、制御の簡素化を図ることができる。以上のことから、伝送効率の向上と構成の簡素化との両立を図ることができる。

　一態様としては、前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、少なくとも一部分が互いに対向する位置に、ガイド部によって配置される。この態様によれば、ガイド部によって各コイルは少なくとも一部分が互いに対向する位置に配置される。これにより、各コイルの位置ズレに起因するインピーダンスの変動を抑制することができる。よって、１次側インピーダンス変換部のインピーダンスが固定であっても、好適に電力伝送を行うことができる。

　一態様としては、前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、特定方向における前記１次側コイル及び前記２次側コイルの相対位置が前記ガイド部によって規定され、前記相対位置が前記ガイド部によって規定されている状況において、それぞれの軸線が前記特定方向に延びるように、配置される。各コイルがその軸線方向に沿う方向に位置ズレする方が、軸線方向に直交する方向に位置ズレするよりも、位置ズレに起因するインピーダンスの変動が大きい。この点、本開示によれば、ガイド部によって特定方向における各コイルの相対位置が規定されている状況において、各コイルの軸線は、上記特定方向に延びている。これにより、各コイルの位置ズレのうち、インピーダンスの変動が比較的大きい軸線方向に沿う方向の位置ズレが規制されている。よって、１次側インピーダンス変換部のインピーダンスが固定となっている構成において、より好適に電力伝送を行うことができる。

　一態様としては、前記２次側機器は、車両に搭載され、前記負荷は、前記２次側コイルによって受電された交流電力を直流電力に整流する整流部と；前記整流部によって整流された前記直流電力を用いて充電される車両用バッテリとを含む。この態様によれば、２次側コイルが受電した交流電力によって車両用バッテリが充電される。ここで、車両用バッテリは、入力される直流電力の電力値に応じてインピーダンスが変動するため、２次側インピーダンス変換部のインピーダンスが固定である場合、車両用バッテリのインピーダンスの変動に追従することができない。一方、コスト等の観点から、車両用バッテリの充電に係る構成は、簡素であることが望まれる。

　これに対して、１次側インピーダンス変換部のインピーダンスを固定とし、２次側インピーダンス変換部のインピーダンスを可変制御することによって、車両用バッテリのインピーダンスの変動に追従しつつ、構成の簡素化が実現される。これにより、非接触電力伝送装置において車両用バッテリの充電を好適に行うことができる。

　一態様としては、前記非接触電力伝送装置はさらに、板状に形成された１次側コア及び２次側コアを備え、前記１次側コイルは、その軸線方向が前記１次側コアの板厚方向に直交する方向に一致するように、捲回され、前記２次側コイルは、その軸線方向が前記２次側コアの板厚方向に直交する方向に一致するように、捲回され、前記１次側コア及び前記２次側コアは、それぞれの板面の少なくとも一部分が互いに対向する位置に、前記ガイド部によって配置され、且つ、前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、それぞれの軸線が特定方向に延びた状態で互いに平行となるように、前記ガイド部によって配置される。

　一態様としては、前記ガイド部は、第１方向の前記相対位置を規定する第１ガイド部と；前記第１方向に直交する第２方向の前記相対位置を規定するものであって、前記第１ガイド部よりも位置合わせ精度が高い第２ガイド部とを備え、前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、前記ガイド部によって前記相対位置が規定されている状況において、それぞれの軸線が前記第２方向に延びた状態で互いに平行となるように、構成されている。

　一態様としては、前記２次側機器は、車両に搭載され、前記ガイド部は、前記第１ガイド部として前記車両の幅よりも大きな間隔を隔てて形成された一対のガイドラインと；
　前記第２ガイド部として前記車両のタイヤに当接する車輪止めとを備え、前記１次側コイルと前記車輪止めとの相対位置が固定されているとともに、前記車両に対する前記２次側コイルの相対位置が固定されている。
本開示の他の特徴と利点は、以下の詳細な説明と、本開示の特徴を説明するために付随する図面とによって明らかであろう。

　本開示の新規であると思われる特徴は、特に、添付した請求の範囲において明らかである。目的と利益を伴う本開示は、以下に示す現時点における好ましい実施形態の説明を添付した図面とともに参照することで、理解されるであろう。
図１は、本開示に係る非接触電力伝送装置の電気的構成を示すブロック図を示す。図２（ａ）は車両及び駐車スペースを模式的に示した模式平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ線縦断面図を示す。図３は、非接触電力伝送装置の変形例を示す断面図を示す。

　以下、本開示に係る非接触電力伝送装置（非接触電力伝送システム）は、車両に適用した一実施形態について図１及び図２を用いて説明される。図２（ａ）において、水平面は、互いに直交するＸ，Ｙ方向で規定されるとともに、図２（ｂ）において、水平面に直交する上下方向は、Ｚ方向で規定される。

　図１に示すように、非接触電力伝送装置１０は、地上の駐車スペースＳに設けられた地上側機器１１と、車両Ｃに搭載された車両側機器２１とからなる。地上側機器１１が１次側機器（送電機器）に対応し、車両側機器２１が２次側機器（受電機器）に対応する。

　地上側機器１１は、所定の周波数の高周波電力（交流電力）を出力可能な高周波電源１２（交流電源）を備える。高周波電源１２は、系統電力を用いて正弦波の高周波電力を出力可能に構成されている。具体的には、高周波電源１２は、系統電力を直流電力に整流する整流器１２ａと、その直流電力の電圧値を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂとを備える。高周波電源１２はさらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂから出力された直流電力を用いて矩形波の高周波電力を生成するＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃと、そのＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃによって生成された矩形波の高周波電力を正弦波の高周波電力に整形するローパスフィルタ１２ｄとを備える。高周波電源１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂから出力される直流電力の電圧値を調整することによって、異なる電力値の高周波電力を出力するように、構成されている。以降の説明においては、正弦波の高周波電力は、単に高周波電力と称される。

　高周波電源１２から出力された高周波電力は、非接触で車両側機器２１に伝送され、車両側機器２１に設けられた車両用バッテリ２２（車載蓄電装置）の充電に用いられる。具体的には、非接触電力伝送装置１０は、地上側機器１１と車両側機器２１との間の電力伝送を行うものとして、地上側機器１１に設けられた送電器１３と、車両側機器２１に設けられた受電器２３とを備える。送電器１３には、地上側機器１１に設けられた１次側インピーダンス変換器１４（１次側インピーダンス変換部）を介して、高周波電力が入力される。

　送電器１３及び受電器２３は、磁場共鳴可能に構成されている。具体的には、送電器１３は、１次側コイル１３ａと１次側コンデンサ１３ｂとからなる共振回路で構成されている。１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂは、並列に接続されている。受電器２３は、２次側コイル２３ａと２次側コンデンサ２３ｂとからなる共振回路で構成されている。２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂは、並列に接続されている。送電器１３及び受電器２３の共振周波数は、同一に設定されている。

　この構成によれば、高周波電源１２から高周波電力が送電器１３（１次側コイル１３ａ）に入力された場合、送電器１３と受電器２３（２次側コイル２３ａ）とは、磁場共鳴する。これにより、受電器２３は、送電器１３のエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器２３は、送電器１３から高周波電力を受電する。

　車両側機器２１は、受電器２３によって受電された高周波電力を直流電力に整流する整流部としての整流器２４と、整流器２４と車両用バッテリ２２との間に設けられた充電器２５とを備える。充電器２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータで構成され、整流器２４によって整流された直流電力の電圧値を、所定の大きさの電圧値の直流電力に変換し、当該直流電力を車両用バッテリ２２に出力する。これにより、車両用バッテリ２２に直流電力が入力され、車両用バッテリ２２が充電される。車両用バッテリ２２は、入力される直流電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する負荷である。

　車両側機器２１は、受電器２３と整流器２４との間に設けられた２次側インピーダンス変換器２６（２次側インピーダンス変換部）を備えるとともに、充電器２５と車両用バッテリ２２との間に設けられた検知センサ２７を備える。検知センサ２７は、車両用バッテリ２２の充電量を検知する。すなわち、受電器２３（２次側コイル２３ａ）→２次側インピーダンス変換器２６→整流器２４→充電器２５→検知センサ２７→車両用バッテリ２２という順番で電力が伝送される電力伝送経路が形成されている。

　高周波電源１２と送電器１３との間に設けられた１次側インピーダンス変換器１４は、例えばＬＣ回路で構成され、ＬＣ回路の定数（インピーダンス）は、固定となっている。１次側インピーダンス変換器１４は、例えば高周波電源１２の出力端のインピーダンスと、高周波電源１２の出力端（１次側インピーダンス変換器１４の入力端）から車両用バッテリ２２までのインピーダンスとを整合させる。詳細には、１次側インピーダンス変換器１４は、高周波電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが高周波電源１２の出力端のインピーダンスと整合するように、送電器１３の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換する。

　１次側インピーダンス変換器１４は、１次側インピーダンス変換器１４から高周波電源１２への反射特性が小さくなるようにインピーダンス変換するものであるとも言える。「反射特性」には、反射波電力や、進行波電力に対する反射波電力の比率である反射係数等が含まれる。高周波電源１２の出力端のインピーダンスとは、高周波電源１２の出力端から高周波電源１２側を見たインピーダンスである。定数（インピーダンス）とは、変換比とも、インダクタンスやキャパシタンスとも言える。

　２次側インピーダンス変換器２６は、例えば高周波電源１２から受電器２３の出力端までのインピーダンスと、受電器２３の出力端（２次側インピーダンス変換器２６の入力端）から車両用バッテリ２２までのインピーダンスとを整合させる。詳細には、２次側インピーダンス変換器２６は、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが、高周波電源１２から受電器２３の出力端までのインピーダンスと整合するように、整流器２４の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換する。

　２次側インピーダンス変換器２６の定数（インピーダンス）は、可変に構成されている。具体的にはインダクタンス及びキャパシタンスの少なくとも一方（詳細にはキャパシタンス）が、可変に構成されている。より具体的には、２次側インピーダンス変換器２６は、コイルと可変コンデンサとからなるＬＣ回路で構成されている。図示は省略するが、車両側機器２１には、詳細には受電器２３と２次側インピーダンス変換器２６との間には、反射特性の一種として反射波電力を測定し、その測定結果を車両側コントローラ２８に対して送信する測定器が設けられている。

　地上側機器１１には、高周波電源１２の制御を、具体的にはＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂ及びＤＣ／ＲＦ変換器１２ｃの制御を行う電源側コントローラ１５が設けられている。車両側機器２１には、充電器２５の制御、及び２次側インピーダンス変換器２６の定数の可変制御等を行う制御部としての車両側コントローラ２８が設けられている。車両側コントローラ２８は、検知センサ２７から検知結果が入力されるように構成されている。よって、車両側コントローラ２８は、車両用バッテリ２２の充電量を把握できる。

　車両側機器２１には、テスト用抵抗２９ａが設けられているとともに、受電器２３によって受電された高周波電力の出力先を、詳細には整流器２４の出力端の接続先を、充電器２５とテスト用抵抗２９ａとのいずれかに切り替えるスイッチ２９ｂが設けられている。テスト用抵抗２９ａの抵抗値は、通常充電用の高周波電力を受電した際の充電器２５の入力端（整流器２４の出力端）から車両用バッテリ２２までのインピーダンスと同一に設定されている。

　電源側コントローラ１５と車両側コントローラ２８は、無線通信可能に構成されており、両者の間で情報のやり取りを行うことが可能である。車両側コントローラ２８は、充電可能な位置に車両Ｃが配置された場合、詳細には送電器１３（１次側コイル１３ａ）と受電器２３（２次側コイル２３ａ）とが磁場共鳴可能な位置に車両Ｃが配置された場合、充電可能信号を電源側コントローラ１５に送信する。

　電源側コントローラ１５は、充電可能信号を受信した場合に、テスト用の高周波電力が出力されるように高周波電源１２（詳細にはＤＣ／ＤＣコンバータ１２ｂ）を制御するとともに、テスト用の高周波電力が伝送されることを車両側コントローラ２８に通知する。当該テスト用の高周波電力の電力値は、通常充電を行う場合に出力される通常充電用の高周波電力の電力値よりも小さい。

　車両側コントローラ２８は、テスト用の高周波電力が伝送される旨の信号を電源側コントローラ１５から受信すると、整流器２４の出力端がテスト用抵抗２９ａに接続されるようにスイッチ２９ｂを切り替える。そして、車両側コントローラ２８は、例えばテスト用抵抗２９ａに供給される電力値等を確認することで、電力伝送に支障がないことを確認する。

　車両側コントローラ２８は、電力伝送に支障がないことを確認した場合、整流器２４の出力端が充電器２５に接続されるようにスイッチ２９ｂを切り替えるとともに、電源側コントローラ１５に通常充電用の高周波電力を要求する。電源側コントローラ１５は、上記要求に応じて、通常充電用の高周波電力が出力されるように高周波電源１２を制御する。これにより、車両用バッテリ２２への充電が開始される。

　検知センサ２７は、充電中定期的に車両用バッテリ２２の充電量を車両側コントローラ２８に送信する。
　車両側コントローラ２８は、車両用バッテリ２２の充電量が満充電に近づいたことを検知センサ２７が検知した場合、通常充電用の高周波電力の電力値よりも小さい電力値である高周波電力（以下、押し込み充電用電力という）が高周波電源１２から出力されるように、電源側コントローラ１５に要求する。電源側コントローラ１５は、車両側コントローラ２８からの上記要求に応じて、押し込み充電用電力が出力されるように高周波電源１２を制御する。

　ここで、高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値が変更されることによって、車両用バッテリ２２に入力される直流電力の電力値が変動し、車両用バッテリ２２のインピーダンスが変動する。これに対して、車両側コントローラ２８は、車両用バッテリ２２のインピーダンスの変動に２次側インピーダンス変換器２６の定数を対応させて２次側インピーダンス変換器２６の定数を可変制御することによって、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスと、高周波電源１２から受電器２３の出力端までのインピーダンスとを再度整合させる。

　車両用バッテリ２２の充電が完了（終了）した場合には、車両側コントローラ２８は、電源側コントローラ１５に充電完了信号（充電終了信号）を出力する。電源側コントローラ１５は、充電完了信号を受信した場合に、高周波電力の出力を停止するように高周波電源１２を制御する。

　次に、駐車スペースＳにおいて車両Ｃの停止位置をガイドする構成が説明される。
　図２（ａ）に示すように、駐車スペースＳには、当該駐車スペースＳにおける車両ＣのＸ方向（車両Ｃの車幅方向）の相対位置（停止位置）を規定する（一対のガイドラインＳ１が設けられている。詳細には、ガイドラインＳ１は、ガイド部（第１ガイド部）としての規定部材であり、Ｘ方向における送電器１３と受電器２３との相対位置を規定する。また、駐車スペースＳには、当該駐車スペースＳにおける車両ＣのＹ方向（特定方向、車両Ｃの前後方向）の相対位置（停止位置）を規定する一対の車輪止めＳ２が設けられている。車輪止めＳ２は、ガイド部（第２ガイド部）としての規定部材であり、Ｙ方向における送電器１３と受電器２３との相対位置を規定する。

　一対のガイドラインＳ１は、Ｙ方向に延びている。一対のガイドラインＳ１は、Ｘ方向に車両Ｃの車幅よりも大きい間隔で互いに離間するように形成されている。一対のガイドラインＳ１はさらに、一対のガイドラインＳ１内に車両Ｃの一対のタイヤＣ１が車輪止めＳ２に当接した状態で車両Ｃが駐車された時に、各インピーダンス変換器１４，２６の定数の可変制御を行わなくても車両用バッテリ２２の充電に支障がないような間隔で離間するように形成されている。

　図２（ａ），図２（ｂ）に示すように、一対の車輪止めＳ２はそれぞれ、断面が台形状に形成され、Ｘ方向に延びた角柱状である。一対の車輪止めＳ２は、一対のガイドラインＳ１内に設けられ、車両Ｃの一対のタイヤＣ１に対して当接可能となるように、所定の間隔を隔てて配置されている。

　かかる構成によれば、車両Ｃが一対のガイドラインＳ１内に（一方のガイドラインＳ１と他方のガイドラインＳ１との間に）駐車しようとすると、一対のタイヤＣ１それぞれは、一対の車輪止めＳ２それぞれに当接し、車両Ｃのそれ以上の移動が規制される。これにより、駐車スペースＳにおける車両ＣのＹ方向の相対位置が、規定される。一対のガイドラインＳ１内に車両Ｃの一対のタイヤＣ１が車輪止めＳ２に当接した状態で車両Ｃが駐車すれば、各インピーダンス変換器１４，２６の定数の可変制御を行わなくても、車両用バッテリ２２の充電に支障がないレベルの効率を得ることが可能となる。

　一対の車輪止めＳ２はＸ方向（車幅方向）に延びているため、駐車スペースＳにおいて車両ＣがＸ方向に或る程度ズレた場合であっても、一対のタイヤＣ１それぞれと一対の車輪止めＳ２それぞれとは、互いに当接する。つまり、駐車スペースＳにおける車両ＣのＸ方向の位置ズレは、Ｙ方向の位置ズレと比較して、或る程度許容される。

　次に、各コイル１３ａ，２３ａの形状と、上記位置合わせの構成との関係が説明される。
　図２に示すように、１次側コイル１３ａは、板状に、詳細には正方形状に形成された１次側フェライトコア３１に、１次側コイル１３ａの軸線方向Ｄ１（以降、単に１次側軸線方向Ｄ１と称される）が１次側フェライトコア３１の板厚方向に直交する方向に一致するように、捲回されて構成されている。つまり１次側コイル１３ａの軸線方向Ｄ１がＹ方向（一対のガイドラインＳ１が延びる方向）と平行になるように、１次側コイル１３ａは、１次側フェライトコア３１に捲回されている。２次側コイル２３ａは、正方形状に形成された２次側フェライトコア３２に、２次側コイル２３ａの軸線方向Ｄ２（以降、単に２次側軸線方向Ｄ２と言う）が２次側フェライトコア３２の板厚方向に直交する方向に一致するように、捲回されて構成されている。つまり２次側コイル２３ａの軸線方向Ｄ２がＹ方向（一対のガイドラインＳ１が延びる方向）と平行になるように、２次側コイル２３ａは、２次側フェライトコア３２に捲回されている。各フェライトコア３１，３２は、同一形状に形成されている。

　詳細な図示等は省略するが、実際には、１次側フェライトコア３１はボビンの内側空間に収容されており、１次側コイル１３ａはそのボビンの外周に捲回されている。２次側コイル２３ａ及び２次側フェライトコア３２についても同様である。

　地上側機器１１には、１次側フェライトコア３１が設置されるテーブル３３が、設けられている。図２（ａ）に示すように、テーブル３３は、一対のガイドラインＳ１内に配置されている。テーブル３３は、矩形板状に形成され、その板面（上面及び下面）は平坦に形成されている。図２（ｂ）に示すように、テーブル３３は水平に配置され、テーブル３３の下面（裏面）は地面に当接している。

　１次側フェライトコア３１は、１次側軸線方向Ｄ１に延びる面である下面（裏面）がテーブル３３の上面（表面）と対向するように、設置されている。そして、１次側フェライトコア３１とテーブル３３とは、その状態でビス等の固定具を用いて固定されている。このため、１次側フェライトコア３１は、その板面（上面及び下面）が水平となるように、配置されている。

　また、図２（ｂ）に示すように、受電器２３の２次側フェライトコア３２は、２次側軸線方向Ｄ２に延びる面である板面（上面及び下面）が水平となるように、車両Ｃに固定されている。このため、各フェライトコア３１，３２の板面同士は、互いに平行である。

　ここで、車両Ｃが一対のガイドラインＳ１の延びる方向（Ｙ方向）と２次側コイル２３ａの軸線方向とが互いに平行になるように駐車された場合に、各コイル１３ａ，２３ａの軸線方向である１次側軸線方向Ｄ１及び２次側軸線方向Ｄ２は互いに平行となるように構成されている。詳細には、１次側コイル１３ａ（１次側フェライトコア３１）は、１次側軸線方向Ｄ１が一対のガイドラインＳ１の延びる方向（Ｙ方向）と一致するように、配置されている。２次側コイル２３ａ（２次側フェライトコア３２）は、２次側軸線方向Ｄ２が車両Ｃの前後方向と一致するように配置されている。

　図２（ｂ）に示すように、一対のタイヤＣ１がそれぞれ一対の車輪止めＳ２それぞれに当接している状況において、各コイル１３ａ，２３ａ（各フェライトコア３１，３２）は、少なくとも一部分が互いに対向する位置に配置される。

　図２（ｂ）に示すように、一対の車輪止めＳ２は、テーブル３３に固定されている。このため、一対の車輪止めＳ２と１次側フェライトコア３１との相対位置は、変更されない。すなわち、一対の車輪止めＳ２と１次側フェライトコア３１とは、その相対位置が変更されないように、ユニット化されている。２次側フェライトコア３２が車両Ｃに固定されているため、一対のタイヤＣ１に対する２次側フェライトコア３２の相対位置は、変更されない。

　本実施形態の非接触電力伝送装置１０の作用が以下に説明される。
　図１に示すように、地上側機器１１に１次側インピーダンス変換器１４が設けられ、車両側機器２１に２次側インピーダンス変換器２６が設けられている構成において、車両用バッテリ２２のインピーダンスの変動に応じて２次側インピーダンス変換器２６の定数は、可変制御される。これにより、車両用バッテリ２２のインピーダンスが変動した場合であっても、高い整合度合いが維持される。

　図２に示すように、ガイド部としての一対のガイドラインＳ１と一対の車輪止めＳ２とによって、送電器１３と受電器２３とは、少なくとも一部分が互いに対向する位置に配置され、送電器１３と受電器２３との相対位置の変動は抑制される。これにより、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに起因するインピーダンス（相互インダクタンス）の変動は、抑制される。よって、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに起因する整合度合いの低下は、抑制される。したがって、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに伴って定数が可変制御されなくても、伝送効率の低下は、抑制される。

　特に、各コイル１３ａ，２３ａは、それぞれの軸線がＹ方向に延びるように配置されている。したがって、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２の直交方向（Ｘ方向）への各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに起因するインピーダンスの変動よりも、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２に沿う方向（Ｙ方向）への各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに起因するインピーダンスの変動の方が、大きい。すなわち、本実施形態の送電器１３及び受電器２３の形状においては、送電器１３と受電器２３との相対位置がＹ方向にズレた場合よりもＸ方向にズレた場合の方が、伝送効率が低下しにくい。

　この点、本実施形態では、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２に沿う方向における各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレが起こらないように、一対の車輪止めＳ２が設けられている。これにより、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに起因するインピーダンスの変動は、より抑制される。換言すれば、ガイド部としての一対のガイドラインＳ１と、それよりも精度よく位置合わせを行うことができる一対の車輪止めＳ２とが設けられている構成において、各コイル１３ａ，２３ａは、その軸線方向Ｄ１，Ｄ２が一対の車輪止めＳ２によって規定されるＹ方向を向くように、構成されているとも言える。

　以上詳述した本実施形態は、以下の優れた効果を奏する。
　（１）地上側機器１１に１次側インピーダンス変換器１４が設けられ、車両側機器２１に２次側インピーダンス変換器２６が設けられた。高周波電源１２から出力される高周波電力が通常充電用の高周波電力から押し込み充電用電力に変更されることに伴う車両用バッテリ２２のインピーダンスの変動に応じて、２次側インピーダンス変換器２６の定数が可変制御されるように、非接触電力伝送装置１０は構成された。これにより、車両用バッテリ２２のインピーダンスの変動に追従することができるため、車両用バッテリ２２のインピーダンスが変動する場合であっても高い整合度合いを維持することができる。

　一方、１次側インピーダンス変換器１４の定数は、固定である。これにより、１次側インピーダンス変換器１４が、定数を可変させる必要がないため、１次側インピーダンス変換器１４の簡素化を図ることができる。また、１次側インピーダンス変換器１４の定数を可変制御する必要がないため、電源側コントローラ１５の制御の簡素化を図ることができる。

　以上のことから、伝送効率の向上と構成の簡素化との両立を図ることができる。
　特に、比較例として、１次側インピーダンス変換器１４及び２次側インピーダンス変換器２６双方の定数が可変制御される構成においては、一方のインピーダンス変換器の定数の可変制御は、他方のインピーダンス変換器に影響を及ぼす。このため、１次側インピーダンス変換器１４及び２次側インピーダンス変換器２６双方の定数が可変制御された場合であっても、想定通りの伝送効率とはならず、効率の良い電力伝送が困難になる場合がある。かといって、想定通りの伝送効率となるように、定数の可変制御を行う順序を設定したり、定数の可変制御を複数回行ったりすると、制御は、煩雑になり易い。

　これに対して、本実施形態によれば、１次側インピーダンス変換器１４の定数が固定となっているため、上記のような影響を考慮する必要がない。これにより本実施形態では、想定通りの伝送効率となり易く、電力伝送の管理を容易に行うことができる。また、上記のような煩雑な処理を行う必要がないため、制御の簡素化を図ることができる。

　（２）本実施形態の非接触電力伝送装置１０では、各コイル１３ａ，２３ａのＸ方向の位置ズレが発生した場合の方が、Ｙ方向の位置ズレが発生した場合よりも、各コイル１３ａ，２３ａ間の相互インダクタンスの変動が小さく、送電器１３及び受電器２３間のインピーダンスの変動が小さい。そこで、本実施形態では、Ｙ方向の位置ズレが起きないように一対の車輪止めＳ２が規制するとともに、Ｘ方向の位置ズレが大きくならないように一対のガイドラインＳ１が規制している。よって、各インピーダンス変換器１４，２６の定数が可変制御されなくても、電力伝送効率の低下を抑制することができる。

　各軸線方向Ｄ１，Ｄ２が直交している場合よりも、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２が平行となっている方が、各コイル１３ａ，２３ａ間の結合が強く、１次側コイル１３ａ（送電器１３）のエネルギを、２次側コイル２３ａ（受電器２３）が、より吸収することができる。この点、本実施形態では、各コイル１３ａ，２３ａは、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２が互いに平行となるように、配置される。これにより、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレによるインピーダンスの変動を抑制しつつ、伝送効率の向上を図ることができる。

　（３）駐車スペースＳにおいてＹ方向（車両Ｃの前後方向、一対のガイドラインＳ１の延びる方向）における車両Ｃの停止位置を規定する一対の車輪止めＳ２が設けられた。そして、車両Ｃが停止位置に停止した場合に各軸線方向Ｄ１，Ｄ２は、特定方向としてＹ方向に延びるように配置される。これにより、インピーダンスの変動が相対的に大きい方向における位置ズレを抑制することができる。

　一方、相対的にインピーダンスの変動が小さい各軸線方向Ｄ１，Ｄ２に直交する方向の位置ズレ、詳細にはＸ方向の各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレは、或る程度許容される。これにより、駐車スペースＳへの車両Ｃの駐車を容易に行うことができる。よって、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに起因するインピーダンスの変動の抑制と駐車の容易化との両立を図ることができる。

　（４）一対の車輪止めＳ２と１次側フェライトコア３１とは、相対位置が変更されないように、ユニット化された。車両Ｃに対する２次側フェライトコア３２の相対位置が変更されないように、一対の車輪止めＳ２と１次側フェライトコア３１とは、固定された。これにより、上記各相対位置が変動することによる各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレを抑制することができる。

　上記実施形態は、以下のように変更されてもよい。
　○　実施形態では、各インピーダンス変換器１４，２６は、インピーダンス整合させるものであったが、これに限定されない。例えば、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスの実部には、他の抵抗値と比較して相対的に高い伝送効率となる特定抵抗値が、存在する。換言すれば、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスの実部には、所定の抵抗値（第１抵抗値）よりも伝送効率が高い特定抵抗値（第２抵抗値）が、存在する。詳細には、仮に送電器１３の入力端に仮想負荷が設けられた場合において、当該仮想負荷の抵抗値をＲａ１と称し、受電器２３（詳細には受電器２３の出力端）から仮想負荷までの抵抗値をＲｂ１と称すると、特定抵抗値は、√（Ｒａ１×Ｒｂ１）である。

　これに対応させて、２次側インピーダンス変換器２６は、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値に近づくように、整流器２４の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換してもよい。

　また、１次側インピーダンス変換器１４は、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値に近づいている状況における送電器１３の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換する。例えば、高周波電源１２の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが、所望の電力値の高周波電力が得られるインピーダンスとなるように、１次側インピーダンス変換器１４は、上記送電器１３の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスをインピーダンス変換してもよい。

　かかる構成においても、高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値が変更されることによって、車両用バッテリ２２のインピーダンスが変動すると、受電器２３の出力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが特定抵抗値からズレる。これに対して、特定抵抗値に近づくように、高周波電源１２から出力される高周波電力の電力値の変更に対応させて２次側インピーダンス変換器２６の定数を可変制御するとよい。この場合、上記２次側インピーダンス変換器２６の定数の可変制御によって、送電器１３の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスの変動が抑制されるため、１次側インピーダンス変換器１４の定数が固定であっても、所望の電力値を得ることができる。

　ここで、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレによって、特定抵抗値は、変動し得る。これに対して、上記のように各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレを抑制する構成を設けることによって、特定抵抗値の変動を抑制することができ、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに伴う伝送効率の低下を抑制することができる。

　○　実施形態において、車両側コントローラ２８は、テスト用の高周波電力が出力されている状況において、各コイル１３ａ，２３ａの位置ズレに応じた２次側インピーダンス変換器２６の定数が可変制御されるように、構成されてもよい。

　○　実施形態では、送電器１３は地面に設けられていたが、これに限定されない。実施形態は、例えば図３に示すように、駐車スペースＳに壁部４１が設けられている場合には、当該壁部４１に送電器１３を設けるように、構成されてもよい。

　○　さらに、実施形態では、各フェライトコア３１，３２の表面（各フェライトコア３１，３２において最も面積が大きい面）同士は平行となっていたが、これに限定されない。例えば、図３に示すように、各フェライトコア３１，３２の表面が直交するように、各フェライトコア３１，３２が配置されてもよい。かかる構成であっても、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２が平行となるようにするとよい。但し、伝送効率の向上という観点に着目すると、各フェライトコア３１，３２の表面同士が平行となっている構成の方が好ましい。

　○　各コイル１３ａ，２３ａ（各フェライトコア３１，３２）は、一対のガイドラインＳ１内に（一方のガイドラインＳ１と他方のガイドラインＳ１との間に）車両Ｃが配置され、且つ、一対のタイヤＣ１がそれぞれ一対の車輪止めＳ２それぞれに当接している状況において、少なくとも一部分が互いに対向する位置に配置されればよい。つまり、各コイル１３ａ，２３ａの全体が対向していてもよく、一部のみが対向していてもよい。

　○　実施形態では、駐車スペースＳにおける車両Ｃの位置合わせを行うものとして、一対のガイドラインＳ１と一対の車輪止めＳ２とが設けられた。しかし、位置合わせを行うことができれば、その具体的な構成は任意である。例えば実施形態は、距離センサを設け、当該距離センサの検知結果に基づき位置合わせを行うように、構成されてもよく、ＧＰＳ等によって位置情報を受信し、その位置情報に基づき位置合わせを行うように構成されてもよい。また実施形態は、ガイド部として、Ｙ方向に沿って延び、一対のタイヤＣ１が入り込むことが可能な一対のタイヤ溝を形成するように、構成されてもよい。この場合、各フェライトコア３１，３２が対向する位置に車両Ｃが停止するように、一対のタイヤ溝の端部が規定されるとよい。

　○　一対の車輪止めＳ２は、省略されてもよい。この場合、矩形状のガイドラインが、形成されるとよい。但し、特定方向の位置合わせを精度よく且つ容易に実現することができる点に鑑みれば、一対の車輪止めＳ２を設ける方が好ましい。

　○　各コイル１３ａ，２３ａの形状は、任意である。例えば各コイル１３ａ，２３ａの形状は、円形状であってもよいし、渦巻状に捲回された形状であってもよい。また、各コイル１３ａ，２３ａは、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２が同一軸線上に配置されるように構成されていてもよい。

　○　実施形態では、車両Ｃが停止位置に停止した場合に、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２は完全に平行となっていたが、これに限られず、或る程度ズレていてもよい。
　○　同様に、各軸線方向Ｄ１，Ｄ２と、一対の車輪止めＳ２によって規定される方向（Ｙ方向）とは完全に同一である必要はなく、或る程度ズレていてもよい。

　○　実施形態は、反射波電力に基づいて２次側インピーダンス変換器２６の定数が可変制御されるように構成されたが、これに限定されない。例えば実施形態は、整流器２４から車両用バッテリ２２までのインピーダンスを測定し、その測定結果に基づいて２次側インピーダンス変換器２６の定数を可変制御するように構成されてもよい。

　○　実施形態は、２次側インピーダンス変換器２６の定数を可変制御する契機の一例として、高周波電源１２から出力される高周波電力が、通常充電用の高周波電力から押し込み充電用電力に変更された場合を採用したが、これに限定されず、任意である。例えば実施形態は、上記契機として、車両側機器２１内に発生する反射波電力が予め定められた閾値以上となった場合を採用してもよい。

　○　実施形態は、各コイル１３ａ，２３ａのコアとして各フェライトコア３１，３２を採用したが、これに限定されず、例えばＮｄＦｅＢ、サマリウムコバルト又はＡｌＮｉＣｏといった他の材料を用いてもよい。

　○　実施形態では、各フェライトコア３１，３２は同一形状に形成されていたが、これに限定されない。各フェライトコア３１，３２は、互いに形状が異なっていてもよい。各フェライトコア３１，３２の形状は、正方形状に限定されず、矩形板状であってもよい。さらに、各フェライトコア３１，３２の形状は、板状に限られず、例えば円柱状であってもよい。

　○　各フェライトコア３１，３２は、省略されてもよい。
　○　送電器１３は、１次側コイル１３ａ及び１次側コンデンサ１３ｂからなる共振回路と、その共振回路に電磁誘導で結合する１次側誘導コイルとを有するように構成されてもよい。この場合、上記共振回路は、上記１次側誘導コイルから電磁誘導によって高周波電力を受けるように構成される。同様に、受電器２３は、２次側コイル２３ａ及び２次側コンデンサ２３ｂからなる共振回路と、その共振回路に電磁誘導で結合する２次側誘導コイルとを有するように構成され、２次側誘導コイルを用いて受電器２３の共振回路から高周波電力が取り出されてもよい。

　○　高周波電源１２から出力される高周波電力の電圧波形は、正弦波に限定されず、例えばパルス波であってもよい。
　○　実施形態では、各コンデンサ１３ｂ，２３ｂが設けられたが、これらは省略されてもよい。この場合、各コイル１３ａ，２３ａは、各コイル１３ａ，２３ａの寄生容量を用いて磁場共鳴させられる。

　○　実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴が用いられたが、これに限定されず、電磁誘導が用いられてもよい。
　○　実施形態では、車両Ｃに車両側機器２１が搭載されていたが、これに限定されない。実施形態は、車両側機器２１が携帯電話等の他の機器に搭載されるように構成されてもよい。この場合、１次側機器に対する携帯電話の位置を規定するガイド部として、例えば携帯電話が収容可能な溝や凸部等が設けられるとよい。

　○　実施形態では、受電器２３によって受電された高周波電力は、車両用バッテリ２２を充電するのに用いられたが、これに限定されない。実施形態は、例えば、車両Ｃに設けられた他の電子機器等を駆動させるのに、高周波電力を用いてもよい。

　○　実施形態は、車両側コントローラ２８が、通常充電用の高周波電力から押し込み充電用電力への変更の要求を行うように構成されたが、これに限定されない。実施形態は、電源側コントローラ１５が直接上記変更を行うように構成されてもよい。この場合、実施形態は、車両側コントローラ２８が定期的に車両用バッテリ２２の充電量を電源側コントローラ１５に送信することによって、電源側コントローラ１５が車両用バッテリ２２の充電量を把握するように、構成されるとよい。

　○　実施形態では、テスト用抵抗２９ａ及びスイッチ２９ｂは、整流器２４の出力端に設けられていたが、これに限定されず、整流器２４の入力端に設けられてもよい。この場合、テスト用抵抗２９ａの抵抗値は、通常充電用の高周波電力を受電した際の整流器２４の入力端（２次側インピーダンス変換器２６の出力端）から車両用バッテリ２２までのインピーダンスと同一に設定されるとよい。

　○　実施形態は、２次側インピーダンス変換器２６を省略し、充電器２５のＤＣ／ＤＣコンバータで、インピーダンス変換（インピーダンス整合）が行われるように構成されてもよい。詳細には、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子のオンオフのデューティ比を調整することによって、充電器２５の入力端から車両用バッテリ２２までのインピーダンスが調整されうる。この場合、充電器２５が、２次側インピーダンス変換部に対応する。上記デューティ比の調整（可変制御）は、充電器２５のインピーダンスの調整とも言える。

　１０…非接触電力伝送装置、１１…地上側機器（１次側機器）、１２…高周波電源、１３ａ…１次側コイル、１４…１次側インピーダンス変換器（１次側インピーダンス変換部）、２１…車両側機器（２次側機器）、２２…車両用バッテリ、２３ａ…２次側コイル、２６…２次側インピーダンス変換器（２次側インピーダンス変換部）、２８…車両側コントローラ、３１…１次側フェライトコア、３２…２次側フェライトコア、Ｓ１…一対のガイドライン、Ｓ２…一対の車輪止め。

Claims

　非接触電力伝送装置であって、
　交流電力を出力する交流電源、及び前記交流電力が入力される１次側コイルを有する１次側機器と；
　非接触で前記１次側コイルから前記交流電力を受電可能な２次側コイル及び負荷を有する２次側機器と；
　前記１次側機器に設けられ、インピーダンスが固定の１次側インピーダンス変換部と；
　前記２次側機器における前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンスが可変である２次側インピーダンス変換部と；
　前記負荷のインピーダンスの変動に応じて、前記２次側インピーダンス変換部のインピーダンスを可変制御する制御部と
を備える、非接触電力伝送装置。
　前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、少なくとも一部分が互いに対向する位置に、ガイド部によって配置される、
　請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
　前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、特定方向における前記１次側コイル及び前記２次側コイルの相対位置が前記ガイド部によって規定され、前記相対位置が前記ガイド部によって規定されている状況において、それぞれの軸線が前記特定方向に延びるように、配置される、
　請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
　前記２次側機器は、車両に搭載され、
　前記負荷は、
　前記２次側コイルによって受電された交流電力を直流電力に整流する整流部と；
　前記整流部によって整流された前記直流電力を用いて充電される車両用バッテリと
を含む、
　請求項１～３のうちいずれか一項に記載の非接触電力伝送装置。
　前記非接触電力伝送装置はさらに、板状に形成された１次側コア及び２次側コアを備え、
　前記１次側コイルは、その軸線方向が前記１次側コアの板厚方向に直交する方向に一致するように、捲回され、
　前記２次側コイルは、その軸線方向が前記２次側コアの板厚方向に直交する方向に一致するように、捲回され、
　前記１次側コア及び前記２次側コアは、それぞれの板面の少なくとも一部分が互いに対向する位置に、前記ガイド部によって配置され、且つ、前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、それぞれの軸線が前記特定方向に延びた状態で互いに平行となるように、前記ガイド部によって配置される、
　請求項２又は請求項３に記載の非接触電力伝送装置。
　前記ガイド部は、
　第１方向の前記相対位置を規定する第１ガイド部と；
　前記第１方向に直交する第２方向の前記相対位置を規定するものであって、前記第１ガイド部よりも位置合わせ精度が高い第２ガイド部と
を備え、
　前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、前記ガイド部によって前記相対位置が規定されている状況において、それぞれの軸線が前記第２方向に延びた状態で互いに平行となるように、構成されている、
　請求項３に記載の非接触電力伝送装置。
　前記２次側機器は、車両に搭載され、
　前記ガイド部は、前記第１ガイド部として前記車両の幅よりも大きな間隔を隔てて形成された一対のガイドラインと；
　前記第２ガイド部として前記車両のタイヤに当接する車輪止めと
を備え、
　前記１次側コイルと前記車輪止めとの相対位置が固定されているとともに、前記車両に対する前記２次側コイルの相対位置が固定されている、
　請求項６に記載の非接触電力伝送装置。