WO2015029297A1 - 非接触受電装置 - Google Patents

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coil
power
power receiving
power supply
phase adjustment
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PCT/JP2014/003463
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正剛 小泉
修 大橋
秀樹 定方
藤田　篤志
大森　義治
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a non-contact power receiving device that receives, in a non-contact manner, electric power fed from a power feeding device provided on the ground side using electromagnetic force.
  • EV Electric Vehicle
  • PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle
  • a vehicle is equipped with a large-capacity storage battery, stores electric energy supplied from the outside in the storage battery, and travels using the stored electric energy.
  • Patent Document 1 discloses that radiation is reduced by suppressing the value of unnecessary radiation at a constant frequency by frequency diffusion that alternately switches the driving frequency.
  • An object of the present invention is to provide a non-contact power receiving device that reduces unnecessary radiation without changing the driving frequency.
  • the non-contact power receiving device of the present invention is a non-contact power receiving device that receives power in a non-contact manner, and includes a resonance circuit including a power reception coil and a resonance capacitor for receiving power from a power supply coil, and the resonance circuit.
  • a configuration including a phase adjustment circuit that adjusts the phase difference between the power supply side coil current and the power reception side coil current at a specific frequency so as to cancel the magnetic flux in the horizontal direction is adopted at the subsequent stage.
  • the block diagram which shows the internal structure of the electric power feeding part and electric power receiving part which were shown in FIG. (A) The figure which shows the equivalent circuit of the electric power feeding part and electric power receiving part which were shown in FIG. 2, (b) The figure which shows the equivalent circuit which does not include a phase adjustment circuit
  • condenser The figure which shows arrangement
  • Block diagram showing another internal configuration of the power feeding unit and the power receiving unit The figure which shows the equivalent circuit of the electric power feeding part and electric power receiving part which were shown in FIG.
  • FIG. 1 illustrates the configuration of a charging system 10 according to Embodiment 1 of the present invention, using FIG.
  • the charging system 10 includes a power feeding device 100, a vehicle 150, and a power feeding side operation unit 160.
  • FIG. 1 shows a state in which power feeding is possible with the feeding coil 103a and the power receiving coil 154a facing each other.
  • the power feeding device 100 is installed or embedded on the ground such that the power feeding unit 103 is exposed from the ground surface g.
  • the power feeding device 100 is provided in a parking space, for example, and feeds power to the power receiving unit 154 by facing the power receiving unit 154 while the vehicle 150 is parked.
  • power feeding means that power is supplied from the power feeding coil 103a to the power receiving coil 154a.
  • the configuration of the power supply apparatus 100 will be described later.
  • the vehicle 150 is, for example, an automobile that runs on the electric power of the storage battery 152 such as EV (Electric Vehicle) or PEV (Plug-in Electric Vehicle).
  • EV Electric Vehicle
  • PEV Plug-in Electric Vehicle
  • the power supply side operation unit 160 outputs a power supply start signal indicating start of power supply or a power supply stop signal indicating stop of power supply to the power supply apparatus 100 by an operation from the outside of the vehicle 150.
  • the vehicle 150 mainly includes a vehicle-side operation unit 151, a storage battery 152, a vehicle-side control unit 153, a power reception unit 154, and a vehicle-side communication unit 155.
  • the vehicle side operation unit 151 receives various operations by the user and outputs various signals according to the received operations to the vehicle side control unit 153.
  • the storage battery 152 stores electric power supplied from the power supply apparatus 100 via the power receiving unit 154.
  • the vehicle-side control unit 153 Based on various signals input from the vehicle-side operation unit 151, the vehicle-side control unit 153 performs various processes associated with charging or various processes associated with stopping charging on the power receiving unit 154 and the vehicle-side communication unit 155. To control. In addition, the vehicle side control unit 153 transmits and receives various types of information to and from the power supply side control unit 102 of the power supply apparatus 100 via the vehicle side communication unit 155.
  • the power receiving unit 154 includes a power receiving coil 154a.
  • the power reception coil 154 a is, for example, a solenoid coil, and receives power supplied from the power supply coil 103 a of the power supply unit 103.
  • the power receiving unit 154 supplies the power received by the power receiving coil 154 a to the storage battery 152 according to the control of the vehicle side control unit 153.
  • the power receiving unit 154 is provided in a state of being exposed to the outside at the bottom of the vehicle 150.
  • the vehicle-side communication unit 155 generates a charging permission signal that permits charging or a charging non-permitting signal that does not permit charging according to the control of the vehicle-side control unit 153, and the generated charging permission signal or charging non-permission signal is transmitted to the power supply side communication. It transmits to the part 101.
  • the charge non-permission signal is transmitted, for example, when a positional deviation is detected during power feeding or when the storage battery 152 is fully charged.
  • the power supply apparatus 100 mainly includes a power supply side communication unit 101, a power supply side control unit 102, and a power supply unit 103.
  • the power supply side communication unit 101 receives a charge permission signal or a charge disapproval signal from the vehicle side communication unit 155 and outputs the received charge permission signal or charge nonpermission signal to the power supply side control unit 102.
  • the power supply side control unit 102 supplies power to the power receiving coil 154a with respect to the power supply coil 103a when a power supply start signal is input from the power supply side operation unit 160 and a charge permission signal is input from the power supply side communication unit 101.
  • the power feeding unit 103 is controlled to perform the above.
  • the power supply side control unit 102 when a power supply stop signal is input from the power supply side operation unit 160 or when a charge non-permission signal is input from the power supply side communication unit 101, the power supply side control unit 102 does not start power supply or supplies power.
  • the power supply unit 103 is controlled to stop.
  • the power supply side control unit 102 transmits and receives various information to and from the vehicle side control unit 153 of the vehicle 150 via the power supply side communication unit 101.
  • the power supply unit 103 includes a power supply coil 103a, and the power supply coil 103a is, for example, a solenoid coil.
  • the power supply unit 103 supplies power to the power receiving coil 154a from the power supply coil 103a according to the control of the power supply side control unit 102.
  • the power supply unit 103 supplies power by, for example, an electromagnetic induction method, an electric field resonance method, or a magnetic field resonance method.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration of the power feeding unit 103 and the power receiving unit 154 illustrated in FIG.
  • the power supply unit 103 includes a power supply unit 201, a switching unit 202, a voltage detection unit 203, a power supply side inverter 204, a current detection unit 205, and a power supply coil 103a.
  • the power supply unit 201 supplies DC power having a predetermined voltage and current to the power feeding side inverter 204 via the switching unit 202.
  • the switching unit 202 switches connection or disconnection between the power supply unit 201 and the power supply side inverter 204 according to the control of the power supply side control unit 102.
  • the voltage detection unit 203 detects the voltage value of the DC power supplied from the power supply unit 201 to the power feeding side inverter 204 and outputs the detected voltage value to the power feeding side control unit 102.
  • the power supply side inverter 204 converts the DC power supplied from the power supply unit 201 into AC power and supplies it to the power supply coil 103a according to the control of the power supply side control unit 102.
  • the current supplied to the power feeding coil 103a is referred to as a power feeding side coil current.
  • the current detection unit 205 detects the current value and the phase of the AC power supplied from the power supply side inverter 204 to the power supply coil 103a, and outputs the detected current value and the phase of the current to the power supply side control unit 102.
  • the power feeding coil 103a feeds power to the power receiving coil 154a by receiving supply of AC power from the power feeding side inverter 204.
  • the voltage detection unit 203 is provided between the power supply unit 201 and the power supply side inverter 204, the voltage detection unit 203 may be provided between the power supply side inverter 204 and the power supply coil 103a. Further, although the current detection unit 205 is provided between the power supply side inverter 204 and the power supply coil 103 a, the current detection unit 205 may be provided between the power supply unit 201 and the power supply side inverter 204.
  • the power reception unit 154 includes a resonance circuit 251, a current detection unit 252, a phase adjustment circuit 253, a rectification circuit 257, and a voltage detection unit 258.
  • the resonance circuit 251 includes a power receiving coil 154a and a resonance capacitor 154b.
  • the power reception coil 154 a receives an electromagnetic field (including magnetic flux) generated by the power supply coil 103 a of the power supply unit 103, generates an electromotive force, and supplies the generated electromotive force to the phase adjustment circuit 253.
  • the current generated by the electromotive force is hereinafter referred to as a power receiving side coil current.
  • the resonance capacitor 154b resonates with the power receiving coil 154a, and contributes to flowing a current efficiently at a predetermined frequency (resonance frequency).
  • the current detection unit 252 detects the current value and phase of the power supplied from the power receiving coil 154a, and outputs the detected current value and current phase to the vehicle-side control unit 153.
  • the phase adjustment circuit 253 includes a phase adjustment capacitor 255 in parallel with the power receiving coil 154a, and relays 254 and 256 are connected to both ends of the phase adjustment capacitor 255. Since the power feeding characteristics vary depending on the state such as gap, misalignment, and SOC (State-of-Charge), phase adjustment is not necessary. In order to cope with this, the relays 254 and 256 are turned ON or OFF. In the phase adjustment circuit 253, when the relays 254 and 256 are turned on under the control of the vehicle-side control unit 153, the phase adjustment capacitor 255 functions and adjusts the phase of the power-receiving side coil current supplied from the power receiving coil 154a. The phase difference between the power receiving coil current and the power feeding coil current is set to 180 °.
  • the vehicle-side control unit 153 acquires the phase of the feeding-side coil current from the feeding-side control unit 102 of the feeding device 100 via the vehicle-side communication unit 155, and receives the receiving-side coil from the current detection unit 252 of the receiving unit 154. Get the phase of the current.
  • the vehicle-side control unit 153 performs control so that the relays 254 and 256 of the phase adjustment circuit 253 are turned on if the phase difference between the acquired power-feeding-side coil current and power-receiving-side coil current is equal to or greater than a predetermined threshold value.
  • the rectifier circuit 257 rectifies the power receiving side coil current whose phase is adjusted by the phase adjustment circuit 253 and supplies the rectified circuit to the storage battery 152.
  • the voltage detection unit 258 detects the voltage value of the DC power supplied from the rectifier circuit 257 to the storage battery 152 and outputs the detected voltage value to the vehicle side control unit 153.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating an equivalent circuit of the power feeding unit 103 and the power receiving unit 154 illustrated in FIG.
  • R 1 is the resistance of the power supply unit 103
  • resonant capacitor C 1 is the feed section 103 (in FIG. 2, not shown)
  • L 1 (corresponding to the power feeding coil 103a) resonance inductor of the power supply unit 103 Is shown
  • L 2 is a resonance inductor (corresponding to the power reception coil 154a) of the power reception unit 154
  • R 2 is a wiring resistance in the power reception unit 154 and a resistance of the rectifier circuit 257
  • C 2 is a resonance capacitor 154b
  • C ′ 2 is a phase.
  • an equivalent circuit not including the phase adjustment circuit is shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a state where the power feeding coil 103a and the power receiving coil 154a are aligned, and an iron core penetrating the coil is omitted.
  • the x axis indicates the lateral direction of the vehicle 150 (the + x direction is the right direction of the vehicle 150, the ⁇ x direction is the left direction of the vehicle 150), and the y axis is the longitudinal direction of the vehicle 150 (the + y direction is the rear of the vehicle 150, The ⁇ y direction indicates the front of the vehicle 150, and the z-axis indicates the direction perpendicular to the ground (the + z direction is above the vehicle 150 and the ⁇ z direction is below the vehicle 150).
  • FIG. 4A shows the xy plane
  • FIG. 4B shows the xz plane
  • FIG. 4C shows the yz plane
  • FIG. 4D is a perspective view of the feeding coil 103a and the receiving coil 154a.
  • the solenoid coils respectively used for the power feeding coil 103a and the power receiving coil 154a are arranged so that the central axis thereof is parallel to the ground g.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the shape of a magnetic field formed between the feeding coil 103a and the receiving coil 154a.
  • the driving frequency for driving the feeding coil 103a is constant.
  • This figure shows the yz plane shown in FIG.
  • FIG. 5A shows a magnetic field shape when the phase of the power feeding side coil current and the phase of the power receiving side coil current are in phase (phase difference 0), and
  • FIG. 5B shows the phase of the power feeding side coil current.
  • the magnetic field shape in the case where the phase of the power receiving side coil current is opposite in phase (phase difference of 180 °) is shown.
  • the magnetic flux (thick arrows in the figure) is strengthening toward the + y direction, that is, toward the rear of the vehicle 150, and in FIG. 5 (b), the horizontal magnetic fluxes cancel each other. I understand that. In this way, by setting the phase of the power feeding side coil current and the phase of the power receiving side coil current to be opposite to each other, the horizontal magnetic flux cancels each other, so that unnecessary radiation can be prevented from leaking to the outside.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the phase difference between the feeding side coil current and the receiving side coil current and the capacity of the phase adjustment capacitor.
  • the vertical axis indicates the phase difference [°]
  • the horizontal axis indicates the capacitance [ ⁇ F] of the phase adjustment capacitor. From FIG. 6, it can be seen that the phase adjustment capacitor capacity may be set to a capacity at which the phase difference is closest to 180 °.
  • a solenoid coil is applied to the power feeding coil 103a and the power receiving coil 154a, and the phase adjustment circuit is configured so that the phase difference between the power receiving side coil current and the power feeding side coil current is 180 °.
  • the phase adjustment circuit is configured so that the phase difference between the power receiving side coil current and the power feeding side coil current is 180 °.
  • the power feeding unit 103 includes a power feeding coil 103a, and the power feeding coil 103a is, for example, a spiral coil.
  • the power supply unit 103 supplies power to the power receiving coil 154a from the power supply coil 103a according to the control of the power supply side control unit 102.
  • the power receiving unit 154 includes a power receiving coil 154a.
  • the power receiving coil 154 a is a spiral coil, for example, and receives power supplied from the power feeding coil 103 a of the power feeding unit 103.
  • the phase adjustment circuit 253 includes a phase adjustment capacitor 255 in parallel with the power receiving coil 154a, and relays 254 and 256 are connected to both ends of the phase adjustment capacitor 255.
  • the phase adjustment circuit 253 adjusts the phase of the power receiving side coil current supplied from the power receiving coil 154a by adjusting the phase of the power receiving side coil current when the relays 254 and 256 are turned on under the control of the vehicle side control unit 153.
  • the phase difference between the adjusted power receiving coil current and the power feeding coil current is set to zero.
  • FIG. 7 shows a state where the feeding coil 103a and the receiving coil 154a are aligned.
  • FIG. 7A shows the xy plane
  • FIG. 7B shows the yz plane
  • FIG. 7C shows the xz plane
  • FIG. 7D is a perspective view of the power feeding coil 103a and the power receiving coil 154a.
  • flat spiral coils are used for the power feeding coil 103a and the power receiving coil 154a, respectively, and the flat surfaces of the spiral coils are arranged in parallel with the ground g.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing the shape of the magnetic field formed between the feeding coil 103a and the receiving coil 154a.
  • the driving frequency for driving the feeding coil 103a is constant.
  • This figure shows the yz plane or the xz plane shown in FIG.
  • FIG. 8A shows the shape of the magnetic field when the phase of the power feeding side coil current and the phase of the power receiving side coil current are opposite in phase (phase difference 180 °), and FIG.
  • the magnetic field shape is shown when the phase and the phase of the power receiving coil current are in phase (phase difference 0).
  • the magnetic flux (thick arrow in the figure) is directed in the horizontal direction
  • the horizontal magnetic flux cancels each other
  • the vertical magnetic flux (thick arrow in the figure). It can be seen that is oriented in the + z direction, that is, in the direction of the vehicle 150. In this way, by making the phase of the power feeding side coil current and the phase of the power receiving side coil current in-phase, the horizontal magnetic flux cancels each other, so that unnecessary radiation can be prevented from leaking to the outside.
  • a spiral coil is applied to the power feeding coil 103a and the power receiving coil 154a, and the phase adjustment circuit is configured so that the phase difference between the power receiving side coil current and the power feeding side coil current becomes 0 °.
  • the phase adjustment circuit is configured so that the phase difference between the power receiving side coil current and the power feeding side coil current becomes 0 °.
  • phase adjustment inductor 261 may be used for the phase adjustment circuit 253.
  • the phase adjustment inductor 261 functions when the relay 262 is turned on and the relay 263 is turned off. Conversely, when turning off the function of the phase adjustment inductor 261, the relay 262 is turned off and the relay 263 is turned on.
  • 10 illustrates an equivalent circuit of the power feeding unit 103 and the power receiving unit 154 illustrated in FIG.
  • a capacitor may be connected in series to one end of the power receiving coil 154a as shown in FIG. 11A, or a capacitor may be connected in series to both ends of the power receiving coil 154a as shown in FIG. 11B. May be.
  • the phase adjustment capacitor may be a variable capacitor.
  • the horizontal magnetic flux can be formed to cancel each other.
  • the non-contact power receiving device according to the present invention can be applied to a vehicle such as PHEV or EV, for example.

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Abstract

この非接触受電装置は、非接触で電力を受電する非接触受電装置であって、給電コイルからの給電を受けるための受電コイルおよび共振用コンデンサを含む共振用回路と、前記共振用回路の後段に、特定の周波数における給電側コイル電流と受電側コイル電流の位相差を、水平方向の磁束を打ち消し合うように調整する位相調整回路と、を具備する構成を採る。

Description

非接触受電装置
　本発明は、地上側に設けられた給電装置から電磁力を利用して給電される電力を非接触で受電する非接触受電装置に関する。
　近年、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の電気で走行する自動車（以下、単に「車両」という）が普及しつつある。このような車両は、大容量の蓄電池を搭載しており、外部から給電された電気エネルギーを蓄電池に蓄え、蓄えられた電気エネルギーを用いて走行する。
　外部から車両の蓄電池に給電する方法として、地上側に設けられた給電装置の一次側コイルと、車両側に設けられた受電装置の二次側コイルとの間で、電磁力を用いて非接触給電する方法が知られている。この方法を採用した非接触給電システムでは、地上にある一次側コイルから車両底面に設けられた二次側コイルへの給電を考えた場合、地面に対して水平方向の磁束が不要輻射となり得るものであり、不要輻射を低減することが必須である。不要輻射を低減する方法として、例えば、特許文献１に開示の方法が知られている。
　特許文献１には、駆動周波数を交互に切り替える周波数拡散によって、一定の周波数における不要輻射の値を抑えて輻射を低減することが開示されている。
特開２０１０－１９３５９８号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に開示の方法では、不要輻射が法規によって定められた規制値を満たすには十分ではなく、不要輻射のさらなる低減が求められる。また、非接触給電に使用可能な駆動周波数帯には制限があり、その上、周波数拡散で自由に駆動周波数を変化させることはできない。さらに、非接触給電システムにおいては、駆動周波数を変化させると、給電効率、発熱など様々な項目に影響があるため、その実現は容易ではない。
　本発明の目的は、駆動周波数を変化させることなく、不要輻射を低減する非接触受電装置を提供することである。
　本発明の非接触受電装置は、非接触で電力を受電する非接触受電装置であって、給電コイルからの給電を受けるための受電コイルおよび共振用コンデンサを含む共振用回路と、前記共振用回路の後段に、特定の周波数における給電側コイル電流と受電側コイル電流の位相差を、水平方向の磁束を打ち消し合うように調整する位相調整回路と、を具備する構成を採る。
　本発明によれば、駆動周波数を変化させることなく、不要輻射を低減することができる。
本発明の実施の形態１、２に係る充電システムの構成を示すブロック図 図１に示した給電部及び受電部の内部構成を示すブロック図 （ａ）図２に示した給電部及び受電部の等価回路を示す図、（ｂ）位相調整回路を含まない等価回路を示す図 図１に示した給電コイルと受電コイルの配置を示す図 本発明の実施の形態１に係る給電コイルと受電コイルとの間に形成される磁場形状を示す概念図 給電側コイル電流及び受電側コイル電流の位相差と、位相調整コンデンサの容量との関係を示す図 本発明の実施の形態２に係る給電コイルと受電コイルの配置を示す図 本発明の実施の形態２に係る給電コイルと受電コイルとの間に形成される磁場形状を示す概念図 給電部及び受電部の他の内部構成を示すブロック図 図９に示した給電部及び受電部の等価回路を示す図 共振用回路の他の構成を示す図
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　（実施の形態１）
　＜充電システムの構成＞
　図１は、本発明の実施の形態１に係る充電システム１０の構成について、図１を用いて説明する。
　充電システム１０は、給電装置１００と、車両１５０と、給電側操作部１６０とを有している。なお、図１は、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとが対向した給電可能な状態を示す。
　給電装置１００は、給電部１０３が地表ｇから露出するように地面上に設置もしくは埋設される。給電装置１００は、例えば駐車スペースに設けられ、車両１５０の駐車中に、受電部１５４に対向することにより受電部１５４に対して給電する。ここで、給電とは、給電コイル１０３ａから受電コイル１５４ａに電力を供給することを言う。給電装置１００の構成については後述する。
　車両１５０は、例えば、ＥＶ（Electric Vehicle）またはＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）といった蓄電池１５２の電力で走行する自動車である。なお、車両１５０の構成については後述する。
　給電側操作部１６０は、車両１５０外部からの操作により、給電の開始を示す給電開始信号または給電の停止を示す給電停止信号を給電装置１００に出力する。
　＜車両の構成＞
　車両１５０は、車両側操作部１５１と、蓄電池１５２と、車両側制御部１５３と、受電部１５４と、車両側通信部１５５とから主に構成されている。
　車両側操作部１５１は、ユーザによる各種操作を受け付け、受け付けた操作に応じた各種信号を車両側制御部１５３に出力する。
　蓄電池１５２は、給電装置１００から受電部１５４を介して供給される電力を蓄える。
　車両側制御部１５３は、車両側操作部１５１から入力された各種信号に基づいて、受電部１５４及び車両側通信部１５５に対して、充電に伴う各種処理または充電停止に伴う各種処理を行うように制御する。また、車両側制御部１５３は、車両側通信部１５５を介して給電装置１００の給電側制御部１０２との間で各種情報の送受信を行う。
　受電部１５４は、受電コイル１５４ａを有している。受電コイル１５４ａは、例えば、ソレノイドコイルであり、給電部１０３の給電コイル１０３ａから給電される電力を受電する。受電部１５４は、車両側制御部１５３の制御に従って、受電コイル１５４ａで受電した電力を蓄電池１５２に供給する。受電部１５４は、車両１５０の底部において外部に露出した状態で設けられている。
　車両側通信部１５５は、車両側制御部１５３の制御に従って、充電を許可する充電許可信号または充電を許可しない充電不許可信号を生成し、生成した充電許可信号または充電不許可信号を給電側通信部１０１に対して送信する。ここで、充電不許可信号は、例えば、給電中に位置ずれが検知された場合、または、蓄電池１５２が満充電の状態である場合等に送信される。
　＜給電装置の構成＞
　給電装置１００は、給電側通信部１０１と、給電側制御部１０２と、給電部１０３とから主に構成されている。
　給電側通信部１０１は、車両側通信部１５５から充電許可信号または充電不許可信号を受信し、受信した充電許可信号または充電不許可信号を給電側制御部１０２に出力する。
　給電側制御部１０２は、給電側操作部１６０から給電開始信号が入力されると共に、給電側通信部１０１から充電許可信号が入力された際に、給電コイル１０３ａに対して受電コイル１５４ａへの給電を行うように給電部１０３を制御する。
　また、給電側制御部１０２は、給電側操作部１６０から給電停止信号が入力された場合、または給電側通信部１０１より充電不許可信号が入力された場合、給電を開始させないか、または給電を停止するように給電部１０３を制御する。
　さらに、給電側制御部１０２は、給電側通信部１０１を介して車両１５０の車両側制御部１５３との間で各種情報の送受信を行う。
　給電部１０３は、給電コイル１０３ａを有しており、給電コイル１０３ａは、例えば、ソレノイドコイルである。給電部１０３は、給電側制御部１０２の制御に従って、給電コイル１０３ａより受電コイル１５４ａに給電を行う。給電部１０３は、例えば、電磁誘導方式、電界共鳴方式または磁界共鳴方式により給電する。
　＜給電部及び受電部の詳細な構成＞
　次に、上述した給電部１０３及び受電部１５４の内部構成について説明する。図２は、図１に示した給電部１０３及び受電部１５４の内部構成を示すブロック図である。
　給電部１０３は、電源部２０１、切替部２０２、電圧検知部２０３、給電側インバータ２０４、電流検知部２０５及び給電コイル１０３ａを備える。
　電源部２０１は、切替部２０２を介して給電側インバータ２０４に対して所定の電圧及び電流の直流電力を供給する。
　切替部２０２は、給電側制御部１０２の制御に従って、電源部２０１と給電側インバータ２０４との接続又は遮断を切り替える。
　電圧検知部２０３は、電源部２０１から給電側インバータ２０４に供給される直流電力の電圧値を検知し、検知した電圧値を給電側制御部１０２に出力する。
　給電側インバータ２０４は、給電側制御部１０２の制御に従って、電源部２０１から供給される直流電力を交流電力に変換して給電コイル１０３ａに供給する。なお、給電コイル１０３ａに供給する電流を給電側コイル電流という。
　電流検知部２０５は、給電側インバータ２０４から給電コイル１０３ａに供給される交流電力の電流値及び電流の位相を検知し、検知した電流値及び電流の位相を給電側制御部１０２に出力する。
　給電コイル１０３ａは、給電側インバータ２０４より交流電力の供給を受けることにより受電コイル１５４ａに対して給電する。
　なお、電源部２０１と給電側インバータ２０４との間に電圧検知部２０３を設けたが、給電側インバータ２０４と給電コイル１０３ａとの間に電圧検知部２０３を設けてもよい。また、給電側インバータ２０４と給電コイル１０３ａとの間に電流検知部２０５を設けたが、電源部２０１と給電側インバータ２０４との間に電流検知部２０５を設けてもよい。
　受電部１５４は、共振用回路２５１、電流検知部２５２、位相調整回路２５３、整流回路２５７、電圧検知部２５８を備える。
　共振用回路２５１は、受電コイル１５４ａ及び共振用コンデンサ１５４ｂを含む。受電コイル１５４ａは、給電部１０３の給電コイル１０３ａによって発生した電磁界（磁束を含む）を受けて起電力を発生し、発生した起電力を位相調整回路２５３に供給する。なお、起電力によって生じる電流を、以下、受電側コイル電流という。共振用コンデンサ１５４ｂは、受電コイル１５４ａとの間で共振し、所定の周波数（共振周波数）で効率良く電流を流すのに寄与する。
　電流検知部２５２は、受電コイル１５４ａから供給される電力の電流値及び電流の位相を検知し、検知した電流値及び電流の位相を車両側制御部１５３に出力する。
　位相調整回路２５３は、受電コイル１５４ａと並列に位相調整コンデンサ２５５を備え、位相調整コンデンサ２５５の両端にはリレー２５４、２５６が接続されている。ギャップ、位置ずれ、ＳＯＣ（State of Charge）などの状態によって給電特性は変化するため、位相調整の要不要が生じる。これに対応するため、リレー２５４、２５６をＯＮ又はＯＦＦする。位相調整回路２５３は、車両側制御部１５３の制御によってリレー２５４、２５６がＯＮすると位相調整コンデンサ２５５が機能し、受電コイル１５４ａから供給された受電側コイル電流の位相を調整し、位相を調整した受電側コイル電流と給電側コイル電流との位相差が１８０°になるようにする。
　ここで、車両側制御部１５３は、車両側通信部１５５を介して給電装置１００の給電側制御部１０２から給電側コイル電流の位相を取得し、受電部１５４の電流検知部２５２から受電側コイル電流の位相を取得する。車両側制御部１５３は、取得した給電側コイル電流と受電側コイル電流の位相差が所定の閾値以上であれば、位相調整回路２５３のリレー２５４、２５６をＯＮにするよう制御する。
　整流回路２５７は、位相調整回路２５３によって位相が調整された受電側コイル電流を整流して、蓄電池１５２に供給する。
　電圧検知部２５８は、整流回路２５７から蓄電池１５２に供給される直流電力の電圧値を検知し、検知した電圧値を車両側制御部１５３に出力する。
　＜充電システムの回路構成＞
　図３（ａ）は、図２に示した給電部１０３及び受電部１５４の等価回路を示す図である。この図において、Ｒ１は給電部１０３内の抵抗、Ｃ１は給電部１０３の共振用コンデンサ（図２中、図示しない）、Ｌ１は給電部１０３の共振用インダクタ（給電コイル１０３ａに相当）を示している。また、Ｌ２は受電部１５４の共振用インダクタ（受電コイル１５４ａに相当）、Ｒ２は受電部１５４内の配線抵抗及び整流回路２５７の抵抗、Ｃ２は共振用コンデンサ１５４ｂ、Ｃ’２は位相調整コンデンサ２５５、Ｒｌｄ＝Ｚ０は蓄電池（負荷）を示している。なお、参考までに位相調整回路を含まない等価回路を図３（ｂ）に示す。
　＜コイルの配置＞
　次に、上述した給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａの配置について図４を用いて説明する。図４では、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとの位置合わせがなされた状態を示し、コイル内を貫く鉄芯は省略している。また、ｘ軸は車両１５０の横方向（＋ｘ方向を車両１５０の右方向、－ｘ方向を車両１５０の左方向）を示し、ｙ軸は車両１５０の前後方向（＋ｙ方向を車両１５０の後方、－ｙ方向を車両１５０の前方）を示し、ｚ軸は地上に対して垂直方向（＋ｚ方向を車両１５０の上方、－ｚ方向を車両１５０の下方）を示す。
　図４（ａ）はｘｙ平面を、図４（ｂ）はｘｚ平面を、図４（ｃ）はｙｚ平面をそれぞれ示す。また、図４（ｄ）は給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａの斜視図を示す。
　このように、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにそれぞれ用いたソレノイドコイルが、その中心軸を地面ｇと平行に配置される。
　＜磁束の方向＞
　図５は、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとの間に形成される磁場形状を示す概念図である。ただし、給電コイル１０３ａを駆動する駆動周波数は一定とする。この図は、図４に示したｙｚ平面を示す。図５（ａ）は、給電側コイル電流の位相と受電側コイル電流の位相とが同相（位相差０）の場合の磁場形状を示し、図５（ｂ）は、給電側コイル電流の位相と受電側コイル電流の位相とが逆相（位相差１８０°）の場合の磁場形状を示している。
　図５（ａ）では、磁束（図中、太い矢印）が＋ｙ方向、すなわち、車両１５０の後方を向いて強め合っており、図５（ｂ）では、水平方向の磁束が互いに打ち消し合っていることが分かる。このように、給電側コイル電流の位相と受電側コイル電流の位相とを逆相とすることにより、水平方向の磁束が打ち消し合うため、不要輻射が外部に漏れることを防止することができる。
　＜位相調整コンデンサの容量＞
　次に、位相調整コンデンサ２５５の容量について説明する。図６は、給電側コイル電流及び受電側コイル電流の位相差と、位相調整コンデンサの容量との関係を示す図である。図６では、縦軸が位相差［°］を、横軸が位相調整コンデンサの容量［μＦ］を示している。図６より、位相調整コンデンサ容量を位相差が１８０°に最も近くなる容量に設定すればよいことが分かる。
　＜実施の形態１の効果＞
　このように、実施の形態１によれば、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにソレノイドコイルを適用し、受電側コイル電流と給電側コイル電流との位相差が１８０°となるように、位相調整回路が受電側コイル電流の位相を調整することにより、給電コイル１０３ａ及び受電コイル１５４ａによって形成される水平方向の磁束が互いに打ち消し合うため、駆動周波数を変化させることなく、不要輻射が外部に漏れることを防止することができる。
　（実施の形態２）
　実施の形態１では、給電コイル及び受電コイルにソレノイドコイルを用いた場合について説明したが、本発明の実施の形態２では、給電コイル及び受電コイルにスパイラルコイルを用いる場合について説明する。なお、本発明の実施の形態２に係る充電システムの構成は、実施の形態１の図１及び図２に示した構成と同様であるため、異なる機能について必要に応じて図１及び図２を援用して説明する。
　＜給電部及び受電部の詳細な構成＞
　給電部１０３は、給電コイル１０３ａを有しており、給電コイル１０３ａは、例えば、スパイラルコイルである。給電部１０３は、給電側制御部１０２の制御に従って、給電コイル１０３ａより受電コイル１５４ａに給電を行う。
　受電部１５４は、受電コイル１５４ａを有している。受電コイル１５４ａは、例えば、スパイラルコイルであり、給電部１０３の給電コイル１０３ａから給電される電力を受電する。
　位相調整回路２５３は、受電コイル１５４ａと並列に位相調整コンデンサ２５５を備え、位相調整コンデンサ２５５の両端にはリレー２５４、２５６が接続されている。位相調整回路２５３は、車両側制御部１５３の制御によってリレー２５４、２５６がＯＮすることによって位相調整コンデンサ２５５が機能し、受電コイル１５４ａから供給された受電側コイル電流の位相を調整し、位相を調整した受電側コイル電流と給電側コイル電流との位相差が０になるようにする。
　＜コイルの配置＞
　給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａの配置について図７を用いて説明する。図７では、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとの位置合わせがなされた状態を示している。
　図７（ａ）はｘｙ平面を、図７（ｂ）はｙｚ平面を、図７（ｃ）はｘｚ平面をそれぞれ示す。また、図７（ｄ）は給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａの斜視図を示す。
　このように、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにそれぞれ平板状のスパイラルコイルを用い、スパイラルコイルはその平板面が地面ｇと平行に配置される。
　＜磁束の方向＞
　図８は、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとの間に形成される磁場形状を示す概念図である。ただし、給電コイル１０３ａを駆動する駆動周波数は一定とする。この図は、図７に示したｙｚ平面またはｘｚ平面を示す。図８（ａ）は、給電側コイル電流の位相と受電側コイル電流の位相とが逆相（位相差１８０°）の場合の磁場形状を示し、図８（ｂ）は、給電側コイル電流の位相と受電側コイル電流の位相とが同相（位相差０）の場合の磁場形状を示している。
　図８（ａ）では、磁束（図中、太い矢印）が水平方向を向いており、図８（ｂ）では、水平方向の磁束が互いに打ち消し合い、垂直方の磁束（図中、太い矢印）が＋ｚ方向、すなわち、車両１５０の方向を向いていることが分かる。このように、給電側コイル電流の位相と受電側コイル電流の位相とを同相とすることにより、水平方向の磁束が打ち消し合うため、不要輻射が外部に漏れることを防止することができる。
　＜実施の形態２の効果＞
　このように、実施の形態２によれば、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａにスパイラルコイルを適用し、受電側コイル電流と給電側コイル電流との位相差が０°となるように、位相調整回路が受電側コイル電流の位相を調整することにより、給電コイル１０３ａ及び受電コイル１５４ａによって形成される水平方向の磁束が打ち消し合うため、駆動周波数を変化させることなく、不要輻射が外部に漏れることを防止することができる。
　以上、実施の形態について説明した。
　なお、上記各実施の形態では、位相調整回路に位相調整コンデンサを用いる場合を例に説明した。しかし、本発明はこれに限らない。例えば、図９に示すように、位相調整回路２５３に位相調整インダクタ２６１を用いてもよい。この場合、位相調整回路２５３は、リレー２６２がＯＮし、リレー２６３がＯＦＦすることによって位相調整インダクタ２６１が機能する。逆に、位相調整インダクタ２６１の機能をＯＦＦする場合は、リレー２６２をＯＦＦし、リレー２６３をＯＮする。なお、図１０に、図９に示した給電部１０３及び受電部１５４の等価回路を示す。
　また、上記各実施の形態では、共振用回路として、受電コイルとコンデンサを並列に接続した場合を例に説明した。しかし、本発明はこれに限らない。例えば、図１１（ａ）に示すように、受電コイル１５４ａの一端にコンデンサを直列に接続してもよいし、図１１（ｂ）に示すように、受電コイル１５４ａの両端にコンデンサを直列に接続してもよい。
　また、上記各実施の形態では、位相調整コンデンサの容量を一定とする場合を例に説明した。しかし、本発明はこれに限らず、位相調整コンデンサを可変容量コンデンサとしてもよい。この場合、駆動周波数に応じて容量を調整することにより、水平方向の磁束を打ち消し合うように形成することができる。
　本発明にかかる非接触受電装置は、例えば、ＰＨＥＶまたはＥＶ等の車両に適用できる。
　１０　充電システム
　１００　給電装置
　１０１　給電側通信部
　１０２　給電側制御部
　１０３　給電部
　１０３ａ　給電コイル
　１５０　車両
　１５１　車両側操作部
　１５２　蓄電池
　１５３　車両側制御部
　１５４　受電部
　１５４ａ　受電コイル
　１５４ｂ　共振用コンデンサ
　１５５　車両側通信部
　１６０　給電側操作部
　２０１　電源部
　２０２　切替部
　２０３、２５８　電圧検知部
　２０４　給電側インバータ
　２０５、２５２　電流検知部
　２５１　共振用回路
　２５３　位相調整回路
　２５４、２５６、２６２、２６３　リレー
　２５５　位相調整コンデンサ
　２５７　整流回路
　２６１　位相調整インダクタ

Claims (9)

  1. 　非接触で電力を受電する非接触受電装置であって、
    　給電コイルからの給電を受けるための受電コイルおよび共振用コンデンサを含む共振用回路と、
    　前記共振用回路の後段に、特定の周波数における給電側コイル電流と受電側コイル電流の位相差を、水平方向の磁束を打ち消し合うように調整する位相調整回路と、
    　を具備する非接触受電装置。
  2. 　前記位相調整回路は、前記受電コイルと並列に接続されたコンデンサである、
    　請求項１に記載の非接触受電装置。
  3. 　前記位相調整回路は、前記受電コイルと直列に接続されたインダクタである、
    　請求項１に記載の非接触受電装置。
  4. 　前記位相調整回路は、当該位相調整回路の動作を切り替えるリレーを備える、
    　請求項１に記載の非接触受電装置。
  5. 　前記リレーは、前記特定の周波数を駆動周波数とする場合に、前記位相調整回路を動作させるように切り替えられる、
    　請求項４に記載の非接触受電装置。
  6. 　前記リレーは、前記給電側コイル電流と前記受電側コイル電流との位相差に基づいて、前記位相調整回路を動作させるように切り替えられる、
    　請求項５に記載の非接触受電装置。
  7. 　前記位相調整回路は、前記受電コイルと並列に接続された可変容量コンデンサである、
    　請求項１に記載の非接触受電装置。
  8. 　前記可変容量コンデンサは、駆動周波数に応じて、前記水平方向の磁束を打ち消し合うように容量を変える、
    　請求項７に記載の非接触受電装置。
  9. 　前記給電コイル及び前記受電コイルは、ソレノイドコイル又はスパイラルコイルである、
    　請求項１に記載の非接触受電装置。
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