送電装置、受電装置およびそれを備える車両、電力伝送システム、ならびに電力伝送システムの制御方法
【課題】送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、送電部に対する受電部の位置ずれを正確に検出する。
【解決手段】送電部１３０は、電源部１１０から供給される交流電力を受電部２１０へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス整合器１２０は、電源部１１０と送電部１３０との間に設けられる。ＥＣＵ１６０は、送電部１３０から受電部２１０への送電状況に基づいて送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを検出する。そして、ＥＣＵ１６０は、上記位置ずれ検出の実施前に、通信部１７０によって車両２００から受信した車両２００の負荷情報に基づいて、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。
【解決手段】送電部１３０は、電源部１１０から供給される交流電力を受電部２１０へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス整合器１２０は、電源部１１０と送電部１３０との間に設けられる。ＥＣＵ１６０は、送電部１３０から受電部２１０への送電状況に基づいて送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを検出する。そして、ＥＣＵ１６０は、上記位置ずれ検出の実施前に、通信部１７０によって車両２００から受信した車両２００の負荷情報に基づいて、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド自動車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した自動車や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した自動車等である。
【０００３】
ハイブリッド自動車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。
【０００４】
一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送が近年注目されている。この非接触電力伝送技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波を用いた送電、および所謂共鳴型の送電の３つの技術が知られている。
【０００５】
たとえば、特開２０１０−１４１９７６号公報（特許文献１）は、共鳴型の非接触電力伝送装置を開示する。この非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源に接続された一次コイルと、一次側共鳴コイルと、二次側共鳴コイルと、負荷（二次電池）が接続された二次コイルとを備え、交流電源と一次コイルとの間に設けられたインピーダンス可変回路をさらに備える。一次コイル、一次側共鳴コイル、二次側共鳴コイル、二次コイルおよび負荷は、共鳴系を構成する。そして、共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、一次コイルより交流電源側のインピーダンスとが合うように、インピーダンス可変回路のインピーダンスが調整される。
【０００６】
この非接触電力伝送装置によれば、共鳴コイル間の距離や電力を受ける負荷が変化しても、交流電源の周波数を変更することなく交流電源から負荷へ効率よく電力を供給することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４１９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
送電部（上記公報の一次側共鳴コイル）に対する受電部（二次側共鳴コイル）の位置ずれが生じると、送電部と受電部との間の距離が変化することによりインピーダンスが変化し、送電装置から受電装置（車両）への電力伝送効率が低下する。上記公報に開示される非接触電力伝送装置では、一次側共鳴コイルと二次側共鳴コイルとの間の距離が距離センサによって測定され、その測定結果に基づいてインピーダンス可変回路によりインピーダンスが調整される。しかしながら、送電部と受電部との間の距離を測定する距離センサを別途設けると、設備コストが増加する。
【０００９】
そこで、送電装置から受電装置への送電状況（たとえば、送電装置における反射電力の大きさ等）に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出することにより、距離センサを不要とすることができる。しかしながら、送電状況は、インピーダンスの調整状況によって変化する。すなわち、インピーダンスの調整と、送電状況に基づく位置ずれの検出とは、相互に影響し合う。このような状況について上記公報では特に検討されていない。
【００１０】
それゆえに、この発明の目的は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、送電部と受電部との間の距離を測定する距離センサを設けることなく、送電部に対する受電部の位置ずれを正確に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によれば、送電装置は、受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部と、通信部と、制御部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。通信部は、受電装置において送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を受電装置から受信する。制御部は、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出する。制御部は、位置ずれを検出する前に、通信部によって受電装置から受信した負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスを調整する。
【００１２】
好ましくは、制御部は、位置ずれを検出する処理の実行中、インピーダンスの調整を非実施とする。
【００１３】
好ましくは、受電装置の負荷は、再充電可能な蓄電部を含む。負荷情報は、蓄電部の電圧を含む。
【００１４】
好ましくは、送電装置は、電源部への反射電力を検出するための検出部をさらに備える。制御部は、反射電力と位置ずれとの予め求められた関係を用いて、検出部により検出される反射電力に基づいて位置ずれを検出する。
【００１５】
好ましくは、送電部の固有周波数と、受電部の固有周波数との差は、送電部の固有周波数または受電部の固有周波数の±１０％以下である。
【００１６】
さらに好ましくは、送電部と受電部との結合係数は０．１以下である。
好ましくは、送電部は、送電部と受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部と受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、受電部へ電力を伝送する。
【００１７】
また、この発明によれば、送電装置は、受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部と、通信部と、制御部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。通信部は、受電装置において送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を受電装置から受信する。制御部は、送電部から受電部へ調整用電力を送電し、送電部に対する受電部の位置ずれを検出する。制御部は、調整用電力の送電前に、負荷情報を受信してインピーダンス可変部のインピーダンスを調整する。
【００１８】
また、この発明によれば、受電装置は、送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、受電部と、負荷と、通信部とを備える。受電部は、送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。通信部は、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれが送電装置において検出される前に、負荷に関する負荷情報を送電装置へ送信する。
【００１９】
好ましくは、送電装置は、電源と送電部との間に設けられるインピーダンス可変部によりインピーダンスを調整可能に構成される。送電装置において、位置ずれが検出される処理の実行中、インピーダンスの調整は非実施とされる。
【００２０】
好ましくは、負荷は、再充電可能な蓄電部を含む。負荷情報は、蓄電部の電圧を含む。
好ましくは、受電部の固有周波数と、送電部の固有周波数との差は、受電部の固有周波数または送電部の固有周波数の±１０％以下である。
【００２１】
さらに好ましくは、受電部と送電部との結合係数は０．１以下である。
好ましくは、受電部は、受電部と送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、送電部から受電する。
【００２２】
また、この発明によれば、受電装置は、送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、受電部と、負荷と、通信部とを備える。受電部は、送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。通信部は、送電部に対する受電部の位置ずれ検出用に送電部から受電部へ調整電力が送電される前に、負荷に関する負荷情報を送電装置へ送信する。
【００２３】
また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの受電装置を備える。
また、この発明によれば、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電力伝送システムである。受電装置は、受電部と、負荷と、第１の通信部とを備える。受電部は、送電装置から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。第１の通信部は、負荷に関する負荷情報を送電装置へ送信する。送電装置は、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部と、第２の通信部と、制御部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電部へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。第２の通信部は、負荷情報を受電装置から受信する。制御部は、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出する。受電装置は、送電装置において位置ずれが検出される前に、第１の通信部によって負荷情報を送電装置へ送信する。制御部は、位置ずれを検出する前に、第２の通信部によって受電装置から受信した負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスを調整する。
【００２４】
また、この発明によれば、制御方法は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムの制御方法である。送電装置は、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電装置へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。受電装置は、受電部と、負荷とを備える。受電部は、送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。そして、制御方法は、負荷に関する負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスを調整するステップと、インピーダンスの調整後、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出するステップとを含む。
【発明の効果】
【００２５】
この発明においては、送電部に対する受電部の位置ずれを検出する前に、受電装置において送電装置から受電する負荷に関する負荷情報が受電装置から送電装置へ送信され、その負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスが調整される。そして、インピーダンスの調整後、送電部から受電部への送電状況に基づいて位置ずれが検出される。これにより、送電状況が安定した状態で位置ずれの検出が行なわれる。したがって、この発明によれば、送電部と受電部との間の距離を測定する距離センサを設けることなく、送電部に対する受電部の位置ずれを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】図１に示すインピーダンス整合器の回路構成の一例を示した回路図である。
【図３】電力伝送システムのシミュレーションモデルを示した図である。
【図４】送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示した図である。
【図５】送電装置から車両への電力伝送時の等価回路図である。
【図６】電流源（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７】蓄電部への充電電流と充電電圧との関係を示した図である。
【図８】スミスチャートと呼ばれる、複素インピーダンスを示す円形の図表である。
【図９】図１に示す送電装置のＥＣＵの機能ブロック図である。
【図１０】反射電力と位置ずれ量との関係を示した図である。
【図１１】図１に示す電力伝送システムにおける調整処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示す位置ずれ検出処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に示す停止処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１４】実施の形態２による電力伝送システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による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。
【００２９】
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、送電部１３０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）１６０と、通信部１７０とを含む。
【００３０】
電源部１１０は、所定の周波数を有する交流電力を発生する。一例として、電源部１１０は、図示されない系統電源から電力を受けて高周波の交流電力を発生する。電源部１１０は、ＥＣＵ１６０から受ける指令に従って、電力の発生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へ戻った電力である。なお、電力センサ１１５には、電源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。
【００３１】
インピーダンス整合器１２０は、電源部１１０と送電部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から受ける指令に従ってインピーダンスを変更することにより、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させる（インピーダンスマッチング）。
【００３２】
図２は、図１に示したインピーダンス整合器１２０の回路構成の一例を示した回路図である。図２を参照して、インピーダンス整合器１２０は、可変コンデンサ１２２，１２４と、コイル１２６とを含む。可変コンデンサ１２２は、電源部１１０（図１）に並列に接続される。可変コンデンサ１２４は、送電部１３０（図１）に並列に接続される。コイル１２６は、電源部１１０と送電部１３０との間に配設される電力線対の一方において、可変コンデンサ１２２，１２４の接続ノード間に接続される。
【００３３】
このインピーダンス整合器１２０においては、ＥＣＵ１６０（図１）から受ける指令に従って可変コンデンサ１２２，１２４の少なくとも一方の容量が変更されることにより、インピーダンスが変化する。これにより、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させることができる。
【００３４】
なお、特に図示しないが、コイル１２６を可変コイルで構成し、可変コイルのインダクタンスを変更することによってインピーダンスを変更可能としてもよい。
【００３５】
再び図１を参照して、送電部１３０は、電磁誘導コイル１４２と、共振コイル１４４と、キャパシタ１４６とを含む。電磁誘導コイル１４２は、共振コイル１４４と所定の間隔をおいて共振コイル１４４と略同軸上に配設される。電磁誘導コイル１４２は、電磁誘導により共振コイル１４４と磁気的に結合し、電源部１１０から供給される高周波電力を電磁誘導により共振コイル１４４へ供給する。
【００３６】
共振コイル１４４は、キャパシタ１４６とともにＬＣ共振回路を形成する。なお、後述するように、車両２００の受電部２１０においてもＬＣ共振回路が形成される。共振コイル１４４およびキャパシタ１４６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、受電部２１０のＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。そして、共振コイル１４４は、電磁誘導コイル１４２から電磁誘導により電力を受け、車両２００の受電部２１０へ非接触で送電する。
【００３７】
なお、電磁誘導コイル１４２は、電源部１１０から共振コイル１４４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１４２を設けずに共振コイル１４４に電源部１１０を直接接続してもよい。また、キャパシタ１４６は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル１４４の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ１４６を設けない構成としてもよい。
【００３８】
ＥＣＵ１６０は、通信部１７０によって車両２００と無線通信することができる。そして、ＥＣＵ１６０は、車両２００において送電装置１００から受電する負荷（具体的には蓄電部２８０）に関する負荷情報（たとえば蓄電部２８０の電圧等）を通信部１７０によって車両２００から受ける。また、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００への送電時、電力センサ１１５から反射電力の検出値を受ける。
【００３９】
そして、ＥＣＵ１６０は、予め記憶されたプログラムを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、所定の処理を実行する。概略的には、ＥＣＵ１６０は、車両２００の負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。また、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０の動作を制御する。さらに、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００への送電時における反射電力の検出値に基づいて、送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する。なお、ここでは、送電部１３０の共振コイル１４４と受電部２１０の共振コイル２２２とは中心軸が互いに略平行になるように配設され、共振コイル１４４の中心軸と共振コイル２２２の中心軸とにオフセットが生じていることを「位置ずれ」と称する。
【００４０】
ここで、車両２００の負荷情報に基づくインピーダンスの調整は、位置ずれ検出の実施前に実行され、位置ずれ検出処理の実行中は、インピーダンス整合器１２０のインピーダンス調整は非実施とされる。これにより、送電装置１００から車両２００への送電状況が安定した状態で位置ずれの検出が行なわれる。なお、ＥＣＵ１６０の構成については、後ほど詳しく説明する。
【００４１】
通信部１７０は、車両２００と通信を行なうための通信インターフェースである。通信部１７０は、車両２００の負荷情報を車両２００から受信してＥＣＵ１６０へ出力する。また、通信部１７０は、インピーダンスの調整および位置ずれの検出を含む一連の処理（以下、単に「調整処理」とも称する。）の間、車両２００と適宜通信を行なう。
【００４２】
一方、車両２００は、受電部２１０と、整流器２４０と、電圧センサ２５０と、電流センサ２６０と、充電リレー２７０と、蓄電部２８０と、動力出力装置２８５と、ＥＣＵ２９０と、通信部３００とを含む。
【００４３】
受電部２１０は、共振コイル２２２と、キャパシタ２２４と、電磁誘導コイル２２６とを含む。共振コイル２２２は、キャパシタ２２４とともにＬＣ共振回路を形成する。上述のように、共振コイル２２２およびキャパシタ２２４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、送電装置１００の送電部１３０における、共振コイル１４４およびキャパシタ１４６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。そして、共振コイル２２２は、送電装置１００の送電部１３０から非接触で受電する。
【００４４】
電磁誘導コイル２２６は、共振コイル２２２と所定の間隔をおいて共振コイル２２２と略同軸上に配設される。電磁誘導コイル２２６は、電磁誘導により共振コイル２２２と磁気的に結合し、共振コイル２２２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。
【００４５】
なお、電磁誘導コイル２２６は、共振コイル２２２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２２６を設けずに共振コイル２２２に整流器２４０を直接接続してもよい。また、キャパシタ２２４は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル２２２の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ２２４を設けない構成としてもよい。
【００４６】
整流器２４０は、電磁誘導コイル２２６から出力される電力（交流）を整流する。電圧センサ２５０は、整流器２４０から出力される受電電圧Ｖを検出し、その検出値をＥＣＵ２９０へ出力する。電流センサ２６０は、整流器２４０から出力される受電電流Ｉを検出し、その検出値をＥＣＵ２９０へ出力する。充電リレー２７０は、整流器２４０と蓄電部２８０との間に設けられる。そして、送電装置１００による蓄電部２８０の充電時、ＥＣＵ２９０からの指令に従って充電リレー２７０がオンされる。
【００４７】
蓄電部２８０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。蓄電部２８０は、整流器２４０から受ける電力を蓄えるほか、動力出力装置２８５によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電部２８０は、その蓄えた電力を動力出力装置２８５へ供給する。なお、蓄電部２８０として大容量のキャパシタも採用可能である。
【００４８】
動力出力装置２８５は、蓄電部２８０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２８５は、たとえば、蓄電部２８０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２８５は、蓄電部２８０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。
【００４９】
ＥＣＵ２９０は、受電電圧Ｖおよび受電電流Ｉの検出値をそれぞれ電圧センサ２５０および電流センサ２６０から受ける。また、ＥＣＵ２９０は、蓄電部２８０の電圧ＶＢを蓄電部２８０から受ける。なお、蓄電部２８０の電圧ＶＢは、図示されない電圧センサによって検出される。さらに、ＥＣＵ２９０は、通信部３００によって送電装置１００と無線通信することができる。
【００５０】
そして、ＥＣＵ２９０は、予め記憶されたプログラムを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、充電リレー２７０の制御や、蓄電部２８０の充電管理等を行なう。また、ＥＣＵ２９０は、車両２００の負荷情報（蓄電部２８０の電圧ＶＢ等）を通信部３００によって送電装置１００へ送信する。
【００５１】
この電力伝送システムにおいては、送電装置１００の送電部１３０と車両２００の受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電装置１００から車両２００へ非接触で電力が伝送される。送電装置１００から車両２００への送電時、送電装置１００において検出される反射電力に基づいて、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれが検出される。
【００５２】
また、この電力伝送システムにおいては、車両２００において送電装置１００から受電する負荷（蓄電部２８０）に関する負荷情報が車両２００から送電装置１００へ送信される。そして、上記の位置ずれ検出が行なわれる前に、車両２００の負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスが調整される。これにより、送電装置１００から車両２００への送電状況が安定した状態で、位置ずれ検出を正確に行なうことができる。
【００５３】
次に、送電装置１００から車両２００への電力伝送について説明する。この電力伝送システムにおいては、送電部１３０の固有周波数と、受電部２１０の固有周波数との差は、送電部１３０の固有周波数または受電部２１０の固有周波数の±１０％以下である。このような範囲に送電部１３０および受電部２１０の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができる。一方、上記の固有周波数の差が±１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％よりも小さくなり、電力伝送時間が長くなるなどの弊害が生じる。
【００５４】
なお、送電部１３０（受電部２１０）の固有周波数とは、送電部１３０（受電部２１０）を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送電部１３０（受電部２１０）の共振周波数とは、送電部１３０（受電部２１０）を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を零としたときの固有周波数を意味する。
【００５５】
図３および図４を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図３は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図４は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。
【００５６】
図３を参照して、電力伝送システム８９は、送電部９０と、受電部９１とを備える。送電部９０は、第１コイル９２と、第２コイル９３とを含む。第２コイル９３は、共振コイル９４と、共振コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。受電部９１は、第３コイル９６と、第４コイル９７とを備える。第３コイル９６は、共振コイル９９とこの共振コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。
【００５７】
共振コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。また、共振コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、第２コイル９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、第３コイル９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。
【００５８】
ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）1/2｝・・・（１）
ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）1/2｝・・・（２）
ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図４に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル９４および共振コイル９９の相対的な位置関係は固定とし、さらに、第２コイル９３に供給される電流の周波数は一定である。
【００５９】
図４に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数での電力伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記の式（３）によって示される。
【００６０】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図４からも明らかなように、固有周波数のズレ（％）が０％の場合には、電力伝送効率は１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は４０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は１０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は５％程度となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、第３コイル９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が第３コイル９６の固有周波数の５％以下となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。
【００６１】
再び図１を参照して、送電部１３０および受電部２１０は、送電部１３０と受電部２１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部１３０と受電部２１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、非接触で電力を授受する。送電部１３０と受電部２１０との結合係数κは０．１以下であり、送電部１３０と受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部１３０から受電部２１０へ電力が伝送される。
【００６２】
上記のように、この電力伝送システムにおいては、送電部１３０と受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部１３０と受電部２１０との間で非接触で電力が伝送される。電力伝送における、このような送電部１３０と受電部２１０との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」、「電界（電場）共振結合」等という。「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。
【００６３】
送電部１３０と受電部２１０とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送電部１３０と受電部２１０とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、送電部１３０と受電部２１０とに、たとえば、メアンダライン等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１３０と受電部２１０とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。
【００６４】
図５は、送電装置１００から車両２００への電力伝送時の等価回路図である。図５を参照して、送電装置１００において、共振コイル１４４は、キャパシタ１４６とともにＬＣ共振回路を形成する。車両２００においても、共振コイル２２２は、キャパシタ２２４とともにＬＣ共振回路を形成する。そして、共振コイル１４４およびキャパシタ１４６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、共振コイル２２２およびキャパシタ２２４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。
【００６５】
送電装置１００において、電源部１１０から電磁誘導コイル１４２へ高周波の交流電力が供給され、電磁誘導コイル１４２を用いて共振コイル１４４へ電力が供給される。そうすると、共振コイル１４４と車両２００の共振コイル２２２との間に形成される磁界を通じて共振コイル１４４から共振コイル２２２へエネルギー（電力）が移動する。共振コイル２２２へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル２２６を用いて取出され、車両２００の負荷３５０（蓄電部２８０）へ伝送される。
【００６６】
図６は、電流源（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６を参照して、電磁界は主に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。
【００６７】
「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、共鳴法では、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、互いに近接する固有周波数を有する一対の共振器（たとえば一対の共振コイル）を共振させることにより、一方の共振器（一次側共振コイル）から他方の共振器（二次側共振コイル）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」によりエネルギー（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。
【００６８】
図７は、蓄電部２８０への充電電流と充電電圧との関係を示した図である。図７を参照して、線ＰＵは、最大充電電力の定出力線を示し、線ＰＬは、最小充電電力の定出力線を示す。線ＳＬは、蓄電部２８０の充電状態を示す状態量（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」と称する。）が下限である定ＳＯＣ線を示し、線ＳＵは、蓄電部２８０のＳＯＣが上限である定ＳＯＣ線を示す。線ＰＵ，ＰＬおよび線ＳＬ，ＳＵで囲まれる領域Ａが充電電圧および充電電流の取り得る範囲となる。線Ｉｍ１，Ｉｍ２は、定インピーダンス線の一例である。線Ｉｍ２に沿うインピーダンスは、線Ｉｍ１に沿うインピーダンスよりも大きい。
【００６９】
たとえば、線ＰＵに沿って最大充電電力で蓄電部２８０の充電が行なわれる場合、充電が進むにつれてＳＯＣが上昇し、蓄電部２８０のインピーダンスは上昇する。また、送電装置１００から給電を受ける車両が異なれば、送電装置１００から見た負荷インピーダンスも異なる。このような状況下で送電装置１００から車両２００への送電状況に基づいて位置ずれを検出する場合、負荷インピーダンスによって送電状況が異なるので、位置ずれを正確に検出できない可能性がある。
【００７０】
図８は、スミスチャートと呼ばれる、複素インピーダンスを示す円形の図表である。このスミスチャートは、インピーダンス整合を設計する際に用いられるものである。図８を参照して、水平軸は複素インピーダンスの実数部を示しており、水平軸の左端は０Ω（短絡）を示し、水平軸の右端は∞Ω（開放）を示す。垂直軸は複素インピーダンスの虚数部を示す。
【００７１】
スミスチャートの円の中央部から離れるほど、電源部１１０への反射電力が大きくなり、電力伝送効率は低下する。そして、インピーダンス整合を行なわない場合、送電装置１００からの送電時の負荷である蓄電部２８０の電圧が高くなるほど、反射電力が大きくなるとともに電力伝送効率は低下する。
【００７２】
このように、負荷である蓄電部２８０の状態によってインピーダンスが変化する。インピーダンスが変化すると送電装置１００から車両２００への送電状況が変化するので、送電状況に基づく位置ずれ検出も影響を受ける。そこで、この実施の形態１では、位置ずれを検出する前に、車両２００の負荷情報（蓄電部２８０に関する情報）が車両２００から送電装置１００へ送信され、その負荷情報に基づいて、インピーダンス整合器１２０を用いてインピーダンスが調整される。一例として、上記のスミスチャートを用いて、円の中央Ｐ０のインピーダンスとなるように、可変コンデンサ１２２，１２４が調整される。そして、車両２００の負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０の調整が行なわれた後、送電装置１００から車両２００への送電（調整用電力）が開始され、送電状況（たとえば反射電力の大きさ）に基づいて位置ずれが検出される。
【００７３】
図９は、図１に示した送電装置１００のＥＣＵ１６０の機能ブロック図である。図９を参照して、ＥＣＵ１６０は、通信制御部４１０と、整合器調整部４２０と、位置ずれ検出部４３０と、電力制御部４４０とを含む。
【００７４】
通信制御部４１０は、通信部１７０（図１）による車両２００との通信を制御する。送電装置１００と車両２００との間では、送電装置１００から車両２００への電力伝送に関する様々な情報がやり取りされるが、特に、通信制御部４１０は、車両２００の負荷情報（蓄電部２８０の情報等）を通信部１７０によって車両２００から受信する。
【００７５】
整合器調整部４２０は、車両２００の負荷情報に基づいて、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。この整合器調整部４２０によるインピーダンス調整は、後述の位置ずれ検出部４３０による位置ずれ検出前に実行される。
【００７６】
なお、一例として、車両２００の負荷情報は、蓄電部２８０の電圧ＶＢの検出値を含み、整合器調整部４２０は、送電装置１００から車両２００へ送電される電力と電圧ＶＢとから送電電流を算出し、その送電電流と電圧ＶＢとから蓄電部２８０の負荷インピーダンスを算出する。そして、整合器調整部４２０は、算出された負荷インピーダンスに送電装置１００のインピーダンスを整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。
【００７７】
位置ずれ検出部４３０は、整合器調整部４２０によるインピーダンスの調整後、電力センサ１１５（図１）により検出される反射電力に基づいて、送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する。この反射電力は、送電部１３０から受電部２１０への送電状況を示す。すなわち、反射電力が小さいときは、送電部１３０から受電部２１０への送電状況は良好であるものと判断され、反射電力が大きいときは、送電部１３０から受電部２１０への送電状況は不良であると判断される。なお、位置ずれ検出の実行時、位置ずれ検出部４３０は、電力制御部４４０へその旨を通知する。また、位置ずれ検出の完了時にも、位置ずれ検出部４３０は、電力制御部４４０へその旨を通知する。
【００７８】
図１０は、反射電力と位置ずれ量との関係を示した図である。図１０を参照して、整合器調整部４２０によりインピーダンスが調整されたもとでの位置ずれ量と反射電力との関係が、予めマップ等によって準備される。そして、電力センサ１１５（図１）による反射電力の検出値に基づいて位置ずれが検出される。
【００７９】
すなわち、図１０に示したように、位置ずれ量の許容値Ｌ１が設定され、その許容値Ｌ１に対応する反射電力の許容値Ｐ１と、電力センサ１１５による反射電力の検出値とが比較される。そして、反射電力が許容値Ｐ１を超えると、位置ずれの発生が検知される。
【００８０】
再び図９を参照して、電力制御部４４０は、電源部１１０を制御することによって車両２００への送電電力を制御する。ここで、位置ずれ検出部４３０による位置ずれ検出中は、電力制御部４４０は、蓄電部２８０を充電するための本格的な給電時よりも小さい電力（調整用電力）を出力するように電源部１１０を制御する。
【００８１】
図１１は、図１に示した電力伝送システムにおける調整処理の手順を説明するためのフローチャートである。図１１とともに図１を参照して、まず、送電装置１００側の処理について説明する。
【００８２】
送電装置１００のＥＣＵ１６０は、まず、通信部１７０による車両２００との通信を確立する（ステップＳ１０）。次いで、ＥＣＵ１６０は、車両２００の負荷情報としての蓄電部２８０の情報を通信部１７０によって車両２００から受信する（ステップＳ２０）。なお、蓄電部２８０の情報には、たとえば、蓄電部２８０の電圧ＶＢの検出値やＳＯＣ等が含まれる。
【００８３】
次いで、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ２０において受信した蓄電部２８０の情報に基づいて、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する（ステップＳ３０）。具体的には、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００へ送電される電力の設定値と蓄電部２８０の情報に含まれる電圧ＶＢの検出値とから送電電流を算出し、その送電電流と電圧ＶＢとから負荷である蓄電部２８０のインピーダンスを算出する。そして、ＥＣＵ１６０は、算出された負荷インピーダンスに送電装置１００のインピーダンスを整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。
【００８４】
インピーダンスの調整が完了すると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１６０は、調整完了フラグをオンにして車両２００へ送信する（ステップＳ５０）。そして、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００の送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する位置ずれ検出処理を実行する（ステップＳ６０）。この位置ずれ検出処理については、後ほど説明する。
【００８５】
一方、車両２００においても、ＥＣＵ２９０は、まず、通信部３００による送電装置１００との通信を確立する（ステップＳ１１０）。次いで、ＥＣＵ２９０は、送電装置１００から車両２００への充電要求に応じて、充電開始トリガをオンにする（ステップＳ１２０）。続いて、ＥＣＵ２９０は、車両２００の負荷情報としての蓄電部２８０の情報を通信部３００によって送電装置１００へ送信する（ステップＳ１３０）。そして、ＥＣＵ２９０は、充電リレー２７０をオンにする（ステップＳ１４０）。
【００８６】
その後、ＥＣＵ２９０は、送電装置１００においてインピーダンスの調整が完了したことを示す調整完了フラグを送電装置１００から受信すると、充電開始フラグをオンにして送電装置１００へ送信する（ステップＳ１５０）。そして、ＥＣＵ２９０は、車両２００のＥＣＵ１６０とともに、位置ずれ検出処理を実行する（ステップＳ１６０）。
【００８７】
図１２は、図１１に示した位置ずれ検出処理の手順を説明するためのフローチャートである。図１２を参照して、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０を制御することによって、送電装置１００から車両２００へ調整用電力を出力する（ステップＳ２１０）。調整用電力の出力が開始されると、ＥＣＵ１６０は、電力センサ１１５から反射電力の検出値を受ける（ステップＳ２２０）。
【００８８】
次いで、ＥＣＵ１６０は、反射電力が所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。具体的には、反射電力の検出値が、図１０に示した許容値Ｐ１よりも小さいか否かが判定される。反射電力が所定範囲内であると判定されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１６０は、位置ずれは小さいものと判定し、電源部１１０を制御することによって調整用電力の出力を終了する（ステップＳ２４０）。その後、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０を制御することによって、車両２００の蓄電部２８０を充電するための充電電力を出力する（ステップＳ２６０）。これにより、送電装置１００から車両２００への給電が開始される。
【００８９】
ステップＳ２３０において反射電力が所定範囲内にないと判定されると（ステップＳ２３０においてＮＯ）、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００への送電を停止するための停止処理を実行する（ステップＳ２５０）。
【００９０】
図１３は、図１２に示した停止処理の手順を説明するためのフローチャートである。図１３を参照して、送電装置１００において、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０へ停止指令を出力して車両２００への送電を停止する（ステップＳ３１０）。次いで、ＥＣＵ１６０は、停止処理によって送電が停止されたことについて警報を出力する（ステップＳ３２０）。
【００９１】
一方、車両２００においては、ＥＣＵ２９０は、電圧センサ２５０によって検出される受電電圧Ｖを監視し、受電電圧Ｖがしきい値よりも低くなったか否かを判定する（ステップＳ４１０）。なお、このしきい値は、送電装置１００からの送電が停止されたか否かを判定するためのしきい値であり、十分小さい値に設定される。
【００９２】
受電電圧Ｖがしきい値よりも低くなったと判定されると（ステップＳ４１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２９０は、充電リレー２７０をオフにする（ステップＳ４２０）。そして、ＥＣＵ２９０は、停止処理によって送電が停止されたことについて警報を出力する（ステップＳ４３０）。
【００９３】
以上のように、この実施の形態１においては、送電装置１００の送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する前に、車両２００において送電装置１００から受電する負荷（蓄電部２８０）に関する負荷情報が車両２００から送電装置１００へ送信され、その負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスが調整される。そして、インピーダンスの調整後、送電部１３０から受電部２１０への送電状況に基づいて送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれが検出される。これにより、送電状況が安定した状態で位置ずれの検出が行なわれる。したがって、この実施の形態１によれば、送電部１３０と受電部２１０との間の距離を測定する距離センサを設けることなく、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを正確に検出することができる。
【００９４】
また、位置ずれ検出の実行中は、インピーダンス整合器１２０のインピーダンス調整は非実施とされるので、インピーダンス調整に伴なう反射電力の変化が位置ずれ検出中に発生することがない。したがって、この点からも、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを正確に検出することができる。
【００９５】
［実施の形態２］
実施の形態１では、インピーダンス整合器は、送電装置１００に設けられるものとしたが、車両側に設けてもよい。
【００９６】
図１４は、実施の形態２による電力伝送システムの全体構成図である。図１４を参照して、この電力伝送システムは、送電装置１００Ａと、受電装置としての車両２００Ａとを備える。
【００９７】
送電装置１００Ａは、インピーダンス整合器１２０を含まない点を除いて、図１に示した送電装置１００の構成と同じである。車両２００Ａは、図１に示した車両２００の構成において、インピーダンス整合器３１０をさらに含み、ＥＣＵ２９０に代えてＥＣＵ２９０Ａを含む。
【００９８】
インピーダンス整合器３１０は、受電部２１０と整流器２４０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３１０は、ＥＣＵ２９０Ａから受ける指令に従ってインピーダンスを変更することにより、車両２００Ａのインピーダンスを送電装置１００Ａの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３１０の回路構成は、図２に示したインピーダンス整合器１２０の回路構成と同じである。
【００９９】
ＥＣＵ２９０Ａは、車両２００Ａの負荷情報（蓄電部２８０の情報）に基づいて、インピーダンス整合器３１０のインピーダンスを調整する。また、ＥＣＵ２９０Ａは、送電装置１００Ａから車両２００Ａへの送電時における反射電力の検出値に基づいて、送電装置１００Ａの送電部１３０に対する車両２００Ａの受電部２１０の位置ずれを検出する。ここで、実施の形態１と同様に、インピーダンス整合器３１０のインピーダンス調整は、位置ずれ検出の実施前に実行され、位置ずれ検出処理の実行中は、インピーダンス整合器３１０のインピーダンス調整は非実施とされる。なお、反射電力の検出値は、送電装置１００Ａから車両２００Ａへ送信される。
【０１００】
ＥＣＵ２９０Ａのその他の機能は、図１に示した実施の形態１におけるＥＣＵ２９０と同じである。なお、反射電力に代えて車両２００Ａの受電状況（受電電圧Ｖや受電電力等）に基づいて位置ずれを検出してもよい。この場合には、送電装置１００Ａから車両２００Ａへ反射電力の検出値を送信する必要はない。
【０１０１】
以上のように、この実施の形態２によっても、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを正確に検出することができる。
【０１０２】
なお、特に図示しないが、送電装置と車両との双方にインピーダンス整合器を設けてもよい。この場合も、各インピーダンス整合器のインピーダンス調整は、位置ずれ検出の前に実行され、位置ずれ検出処理の実行中は、インピーダンス調整は非実施とされる。
【０１０３】
なお、上記の実施の形態においては、一例として、蓄電部２８０の電圧ＶＢに基づいてインピーダンス整合器１２０（３１０）のインピーダンスを調整するものとしたが、たとえば、蓄電部２８０の電圧ＶＢと相関があるＳＯＣ（State Of Charge）に基づいてインピーダンスを調整してもよい。
【０１０４】
また、上記においては、送電装置１００（１００Ａ）の送電部１３０と車両２００（２００Ａ）の受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部１３０から受電部２１０へ非接触で電力が伝送されるものとしたが、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、たとえば、図１に示した電力伝送システムでは、送電部１３０と受電部２１０との間の結合係数κが０．１以下になるように送電部１３０および受電部２１０を設計するものとしたが、送電部１３０および受電部２１０の各々を一つのコイルで構成するとともに結合係数κが１．０に近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。
【０１０５】
また、上記の実施の形態では、送電装置１００（１００Ａ）から車両２００（２００Ａ）へ電力を伝送するものとしたが、この発明は、受電装置が車両以外の電力伝送システムにも適用可能である。
【０１０６】
なお、上記において、インピーダンス整合器１２０は、この発明における「インピーダンス可変部」の一実施例に対応し、ＥＣＵ１６０は、この発明における「制御部」の一実施例に対応する。また、電力センサ１１５は、この発明における「検出部」の一実施例に対応し、蓄電部２８０は、この発明における「負荷」の一実施例に対応する。
【０１０７】
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。
【符号の説明】
【０１０８】
１１０ 電源部、１１５ 電力センサ、１２０，３１０ インピーダンス整合器、１２２，１２４ 可変コンデンサ、１２６ コイル、１３０ 送電部、１４２，２２６ 電磁誘導コイル、１４４，２２２ 共振コイル、１４６，２２４ キャパシタ、１６０，２９０，２９０Ａ ＥＣＵ、１７０，３００ 通信部、２００，２００Ａ 車両、２１０ 受電部、２４０ 整流器、２５０ 電圧センサ、２６０ 電流センサ、２７０ 充電リレー、２８０ 蓄電部、２８５ 動力出力装置、３５０ 負荷、４１０ 通信制御部、４２０ 整合器調整部、４３０ 位置ずれ検出部、４４０ 電力制御部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド自動車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した自動車や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した自動車等である。
【０００３】
ハイブリッド自動車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。
【０００４】
一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送が近年注目されている。この非接触電力伝送技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波を用いた送電、および所謂共鳴型の送電の３つの技術が知られている。
【０００５】
たとえば、特開２０１０−１４１９７６号公報（特許文献１）は、共鳴型の非接触電力伝送装置を開示する。この非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源に接続された一次コイルと、一次側共鳴コイルと、二次側共鳴コイルと、負荷（二次電池）が接続された二次コイルとを備え、交流電源と一次コイルとの間に設けられたインピーダンス可変回路をさらに備える。一次コイル、一次側共鳴コイル、二次側共鳴コイル、二次コイルおよび負荷は、共鳴系を構成する。そして、共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、一次コイルより交流電源側のインピーダンスとが合うように、インピーダンス可変回路のインピーダンスが調整される。
【０００６】
この非接触電力伝送装置によれば、共鳴コイル間の距離や電力を受ける負荷が変化しても、交流電源の周波数を変更することなく交流電源から負荷へ効率よく電力を供給することができる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１４１９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
送電部（上記公報の一次側共鳴コイル）に対する受電部（二次側共鳴コイル）の位置ずれが生じると、送電部と受電部との間の距離が変化することによりインピーダンスが変化し、送電装置から受電装置（車両）への電力伝送効率が低下する。上記公報に開示される非接触電力伝送装置では、一次側共鳴コイルと二次側共鳴コイルとの間の距離が距離センサによって測定され、その測定結果に基づいてインピーダンス可変回路によりインピーダンスが調整される。しかしながら、送電部と受電部との間の距離を測定する距離センサを別途設けると、設備コストが増加する。
【０００９】
そこで、送電装置から受電装置への送電状況（たとえば、送電装置における反射電力の大きさ等）に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出することにより、距離センサを不要とすることができる。しかしながら、送電状況は、インピーダンスの調整状況によって変化する。すなわち、インピーダンスの調整と、送電状況に基づく位置ずれの検出とは、相互に影響し合う。このような状況について上記公報では特に検討されていない。
【００１０】
それゆえに、この発明の目的は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、送電部と受電部との間の距離を測定する距離センサを設けることなく、送電部に対する受電部の位置ずれを正確に検出することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によれば、送電装置は、受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部と、通信部と、制御部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。通信部は、受電装置において送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を受電装置から受信する。制御部は、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出する。制御部は、位置ずれを検出する前に、通信部によって受電装置から受信した負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスを調整する。
【００１２】
好ましくは、制御部は、位置ずれを検出する処理の実行中、インピーダンスの調整を非実施とする。
【００１３】
好ましくは、受電装置の負荷は、再充電可能な蓄電部を含む。負荷情報は、蓄電部の電圧を含む。
【００１４】
好ましくは、送電装置は、電源部への反射電力を検出するための検出部をさらに備える。制御部は、反射電力と位置ずれとの予め求められた関係を用いて、検出部により検出される反射電力に基づいて位置ずれを検出する。
【００１５】
好ましくは、送電部の固有周波数と、受電部の固有周波数との差は、送電部の固有周波数または受電部の固有周波数の±１０％以下である。
【００１６】
さらに好ましくは、送電部と受電部との結合係数は０．１以下である。
好ましくは、送電部は、送電部と受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部と受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、受電部へ電力を伝送する。
【００１７】
また、この発明によれば、送電装置は、受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部と、通信部と、制御部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。通信部は、受電装置において送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を受電装置から受信する。制御部は、送電部から受電部へ調整用電力を送電し、送電部に対する受電部の位置ずれを検出する。制御部は、調整用電力の送電前に、負荷情報を受信してインピーダンス可変部のインピーダンスを調整する。
【００１８】
また、この発明によれば、受電装置は、送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、受電部と、負荷と、通信部とを備える。受電部は、送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。通信部は、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれが送電装置において検出される前に、負荷に関する負荷情報を送電装置へ送信する。
【００１９】
好ましくは、送電装置は、電源と送電部との間に設けられるインピーダンス可変部によりインピーダンスを調整可能に構成される。送電装置において、位置ずれが検出される処理の実行中、インピーダンスの調整は非実施とされる。
【００２０】
好ましくは、負荷は、再充電可能な蓄電部を含む。負荷情報は、蓄電部の電圧を含む。
好ましくは、受電部の固有周波数と、送電部の固有周波数との差は、受電部の固有周波数または送電部の固有周波数の±１０％以下である。
【００２１】
さらに好ましくは、受電部と送電部との結合係数は０．１以下である。
好ましくは、受電部は、受電部と送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、送電部から受電する。
【００２２】
また、この発明によれば、受電装置は、送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、受電部と、負荷と、通信部とを備える。受電部は、送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。通信部は、送電部に対する受電部の位置ずれ検出用に送電部から受電部へ調整電力が送電される前に、負荷に関する負荷情報を送電装置へ送信する。
【００２３】
また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの受電装置を備える。
また、この発明によれば、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電力伝送システムである。受電装置は、受電部と、負荷と、第１の通信部とを備える。受電部は、送電装置から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。第１の通信部は、負荷に関する負荷情報を送電装置へ送信する。送電装置は、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部と、第２の通信部と、制御部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電部へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。第２の通信部は、負荷情報を受電装置から受信する。制御部は、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出する。受電装置は、送電装置において位置ずれが検出される前に、第１の通信部によって負荷情報を送電装置へ送信する。制御部は、位置ずれを検出する前に、第２の通信部によって受電装置から受信した負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスを調整する。
【００２４】
また、この発明によれば、制御方法は、送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムの制御方法である。送電装置は、電源部と、送電部と、インピーダンス可変部とを備える。電源部は、交流電力を生成する。送電部は、電源部から供給される交流電力を受電装置へ非接触で出力するように構成される。インピーダンス可変部は、電源部と送電部との間に設けられる。受電装置は、受電部と、負荷とを備える。受電部は、送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成される。負荷は、受電部によって受電された電力を受ける。そして、制御方法は、負荷に関する負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスを調整するステップと、インピーダンスの調整後、送電部から受電部への送電状況に基づいて送電部に対する受電部の位置ずれを検出するステップとを含む。
【発明の効果】
【００２５】
この発明においては、送電部に対する受電部の位置ずれを検出する前に、受電装置において送電装置から受電する負荷に関する負荷情報が受電装置から送電装置へ送信され、その負荷情報に基づいてインピーダンス可変部のインピーダンスが調整される。そして、インピーダンスの調整後、送電部から受電部への送電状況に基づいて位置ずれが検出される。これにより、送電状況が安定した状態で位置ずれの検出が行なわれる。したがって、この発明によれば、送電部と受電部との間の距離を測定する距離センサを設けることなく、送電部に対する受電部の位置ずれを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】図１に示すインピーダンス整合器の回路構成の一例を示した回路図である。
【図３】電力伝送システムのシミュレーションモデルを示した図である。
【図４】送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示した図である。
【図５】送電装置から車両への電力伝送時の等価回路図である。
【図６】電流源（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７】蓄電部への充電電流と充電電圧との関係を示した図である。
【図８】スミスチャートと呼ばれる、複素インピーダンスを示す円形の図表である。
【図９】図１に示す送電装置のＥＣＵの機能ブロック図である。
【図１０】反射電力と位置ずれ量との関係を示した図である。
【図１１】図１に示す電力伝送システムにおける調整処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示す位置ずれ検出処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２に示す停止処理の手順を説明するためのフローチャートである。
【図１４】実施の形態２による電力伝送システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による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。
【００２９】
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、送電部１３０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）１６０と、通信部１７０とを含む。
【００３０】
電源部１１０は、所定の周波数を有する交流電力を発生する。一例として、電源部１１０は、図示されない系統電源から電力を受けて高周波の交流電力を発生する。電源部１１０は、ＥＣＵ１６０から受ける指令に従って、電力の発生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へ戻った電力である。なお、電力センサ１１５には、電源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。
【００３１】
インピーダンス整合器１２０は、電源部１１０と送電部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から受ける指令に従ってインピーダンスを変更することにより、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させる（インピーダンスマッチング）。
【００３２】
図２は、図１に示したインピーダンス整合器１２０の回路構成の一例を示した回路図である。図２を参照して、インピーダンス整合器１２０は、可変コンデンサ１２２，１２４と、コイル１２６とを含む。可変コンデンサ１２２は、電源部１１０（図１）に並列に接続される。可変コンデンサ１２４は、送電部１３０（図１）に並列に接続される。コイル１２６は、電源部１１０と送電部１３０との間に配設される電力線対の一方において、可変コンデンサ１２２，１２４の接続ノード間に接続される。
【００３３】
このインピーダンス整合器１２０においては、ＥＣＵ１６０（図１）から受ける指令に従って可変コンデンサ１２２，１２４の少なくとも一方の容量が変更されることにより、インピーダンスが変化する。これにより、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させることができる。
【００３４】
なお、特に図示しないが、コイル１２６を可変コイルで構成し、可変コイルのインダクタンスを変更することによってインピーダンスを変更可能としてもよい。
【００３５】
再び図１を参照して、送電部１３０は、電磁誘導コイル１４２と、共振コイル１４４と、キャパシタ１４６とを含む。電磁誘導コイル１４２は、共振コイル１４４と所定の間隔をおいて共振コイル１４４と略同軸上に配設される。電磁誘導コイル１４２は、電磁誘導により共振コイル１４４と磁気的に結合し、電源部１１０から供給される高周波電力を電磁誘導により共振コイル１４４へ供給する。
【００３６】
共振コイル１４４は、キャパシタ１４６とともにＬＣ共振回路を形成する。なお、後述するように、車両２００の受電部２１０においてもＬＣ共振回路が形成される。共振コイル１４４およびキャパシタ１４６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、受電部２１０のＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。そして、共振コイル１４４は、電磁誘導コイル１４２から電磁誘導により電力を受け、車両２００の受電部２１０へ非接触で送電する。
【００３７】
なお、電磁誘導コイル１４２は、電源部１１０から共振コイル１４４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１４２を設けずに共振コイル１４４に電源部１１０を直接接続してもよい。また、キャパシタ１４６は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル１４４の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ１４６を設けない構成としてもよい。
【００３８】
ＥＣＵ１６０は、通信部１７０によって車両２００と無線通信することができる。そして、ＥＣＵ１６０は、車両２００において送電装置１００から受電する負荷（具体的には蓄電部２８０）に関する負荷情報（たとえば蓄電部２８０の電圧等）を通信部１７０によって車両２００から受ける。また、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００への送電時、電力センサ１１５から反射電力の検出値を受ける。
【００３９】
そして、ＥＣＵ１６０は、予め記憶されたプログラムを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、所定の処理を実行する。概略的には、ＥＣＵ１６０は、車両２００の負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。また、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０の動作を制御する。さらに、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００への送電時における反射電力の検出値に基づいて、送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する。なお、ここでは、送電部１３０の共振コイル１４４と受電部２１０の共振コイル２２２とは中心軸が互いに略平行になるように配設され、共振コイル１４４の中心軸と共振コイル２２２の中心軸とにオフセットが生じていることを「位置ずれ」と称する。
【００４０】
ここで、車両２００の負荷情報に基づくインピーダンスの調整は、位置ずれ検出の実施前に実行され、位置ずれ検出処理の実行中は、インピーダンス整合器１２０のインピーダンス調整は非実施とされる。これにより、送電装置１００から車両２００への送電状況が安定した状態で位置ずれの検出が行なわれる。なお、ＥＣＵ１６０の構成については、後ほど詳しく説明する。
【００４１】
通信部１７０は、車両２００と通信を行なうための通信インターフェースである。通信部１７０は、車両２００の負荷情報を車両２００から受信してＥＣＵ１６０へ出力する。また、通信部１７０は、インピーダンスの調整および位置ずれの検出を含む一連の処理（以下、単に「調整処理」とも称する。）の間、車両２００と適宜通信を行なう。
【００４２】
一方、車両２００は、受電部２１０と、整流器２４０と、電圧センサ２５０と、電流センサ２６０と、充電リレー２７０と、蓄電部２８０と、動力出力装置２８５と、ＥＣＵ２９０と、通信部３００とを含む。
【００４３】
受電部２１０は、共振コイル２２２と、キャパシタ２２４と、電磁誘導コイル２２６とを含む。共振コイル２２２は、キャパシタ２２４とともにＬＣ共振回路を形成する。上述のように、共振コイル２２２およびキャパシタ２２４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、送電装置１００の送電部１３０における、共振コイル１４４およびキャパシタ１４６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。そして、共振コイル２２２は、送電装置１００の送電部１３０から非接触で受電する。
【００４４】
電磁誘導コイル２２６は、共振コイル２２２と所定の間隔をおいて共振コイル２２２と略同軸上に配設される。電磁誘導コイル２２６は、電磁誘導により共振コイル２２２と磁気的に結合し、共振コイル２２２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。
【００４５】
なお、電磁誘導コイル２２６は、共振コイル２２２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２２６を設けずに共振コイル２２２に整流器２４０を直接接続してもよい。また、キャパシタ２２４は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイル２２２の浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ２２４を設けない構成としてもよい。
【００４６】
整流器２４０は、電磁誘導コイル２２６から出力される電力（交流）を整流する。電圧センサ２５０は、整流器２４０から出力される受電電圧Ｖを検出し、その検出値をＥＣＵ２９０へ出力する。電流センサ２６０は、整流器２４０から出力される受電電流Ｉを検出し、その検出値をＥＣＵ２９０へ出力する。充電リレー２７０は、整流器２４０と蓄電部２８０との間に設けられる。そして、送電装置１００による蓄電部２８０の充電時、ＥＣＵ２９０からの指令に従って充電リレー２７０がオンされる。
【００４７】
蓄電部２８０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。蓄電部２８０は、整流器２４０から受ける電力を蓄えるほか、動力出力装置２８５によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電部２８０は、その蓄えた電力を動力出力装置２８５へ供給する。なお、蓄電部２８０として大容量のキャパシタも採用可能である。
【００４８】
動力出力装置２８５は、蓄電部２８０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２８５は、たとえば、蓄電部２８０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２８５は、蓄電部２８０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。
【００４９】
ＥＣＵ２９０は、受電電圧Ｖおよび受電電流Ｉの検出値をそれぞれ電圧センサ２５０および電流センサ２６０から受ける。また、ＥＣＵ２９０は、蓄電部２８０の電圧ＶＢを蓄電部２８０から受ける。なお、蓄電部２８０の電圧ＶＢは、図示されない電圧センサによって検出される。さらに、ＥＣＵ２９０は、通信部３００によって送電装置１００と無線通信することができる。
【００５０】
そして、ＥＣＵ２９０は、予め記憶されたプログラムを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、充電リレー２７０の制御や、蓄電部２８０の充電管理等を行なう。また、ＥＣＵ２９０は、車両２００の負荷情報（蓄電部２８０の電圧ＶＢ等）を通信部３００によって送電装置１００へ送信する。
【００５１】
この電力伝送システムにおいては、送電装置１００の送電部１３０と車両２００の受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電装置１００から車両２００へ非接触で電力が伝送される。送電装置１００から車両２００への送電時、送電装置１００において検出される反射電力に基づいて、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれが検出される。
【００５２】
また、この電力伝送システムにおいては、車両２００において送電装置１００から受電する負荷（蓄電部２８０）に関する負荷情報が車両２００から送電装置１００へ送信される。そして、上記の位置ずれ検出が行なわれる前に、車両２００の負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスが調整される。これにより、送電装置１００から車両２００への送電状況が安定した状態で、位置ずれ検出を正確に行なうことができる。
【００５３】
次に、送電装置１００から車両２００への電力伝送について説明する。この電力伝送システムにおいては、送電部１３０の固有周波数と、受電部２１０の固有周波数との差は、送電部１３０の固有周波数または受電部２１０の固有周波数の±１０％以下である。このような範囲に送電部１３０および受電部２１０の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができる。一方、上記の固有周波数の差が±１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％よりも小さくなり、電力伝送時間が長くなるなどの弊害が生じる。
【００５４】
なお、送電部１３０（受電部２１０）の固有周波数とは、送電部１３０（受電部２１０）を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送電部１３０（受電部２１０）の共振周波数とは、送電部１３０（受電部２１０）を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を零としたときの固有周波数を意味する。
【００５５】
図３および図４を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図３は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図４は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。
【００５６】
図３を参照して、電力伝送システム８９は、送電部９０と、受電部９１とを備える。送電部９０は、第１コイル９２と、第２コイル９３とを含む。第２コイル９３は、共振コイル９４と、共振コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。受電部９１は、第３コイル９６と、第４コイル９７とを備える。第３コイル９６は、共振コイル９９とこの共振コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。
【００５７】
共振コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。また、共振コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、第２コイル９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、第３コイル９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。
【００５８】
ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）1/2｝・・・（１）
ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）1/2｝・・・（２）
ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図４に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル９４および共振コイル９９の相対的な位置関係は固定とし、さらに、第２コイル９３に供給される電流の周波数は一定である。
【００５９】
図４に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数での電力伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記の式（３）によって示される。
【００６０】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図４からも明らかなように、固有周波数のズレ（％）が０％の場合には、電力伝送効率は１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は４０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は１０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は５％程度となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、第３コイル９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が第３コイル９６の固有周波数の５％以下となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。
【００６１】
再び図１を参照して、送電部１３０および受電部２１０は、送電部１３０と受電部２１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電部１３０と受電部２１０との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、非接触で電力を授受する。送電部１３０と受電部２１０との結合係数κは０．１以下であり、送電部１３０と受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部１３０から受電部２１０へ電力が伝送される。
【００６２】
上記のように、この電力伝送システムにおいては、送電部１３０と受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部１３０と受電部２１０との間で非接触で電力が伝送される。電力伝送における、このような送電部１３０と受電部２１０との結合を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」、「電界（電場）共振結合」等という。「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。
【００６３】
送電部１３０と受電部２１０とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送電部１３０と受電部２１０とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、送電部１３０と受電部２１０とに、たとえば、メアンダライン等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１３０と受電部２１０とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。
【００６４】
図５は、送電装置１００から車両２００への電力伝送時の等価回路図である。図５を参照して、送電装置１００において、共振コイル１４４は、キャパシタ１４６とともにＬＣ共振回路を形成する。車両２００においても、共振コイル２２２は、キャパシタ２２４とともにＬＣ共振回路を形成する。そして、共振コイル１４４およびキャパシタ１４６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、共振コイル２２２およびキャパシタ２２４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、前者の固有周波数または後者の固有周波数の±１０％以下である。
【００６５】
送電装置１００において、電源部１１０から電磁誘導コイル１４２へ高周波の交流電力が供給され、電磁誘導コイル１４２を用いて共振コイル１４４へ電力が供給される。そうすると、共振コイル１４４と車両２００の共振コイル２２２との間に形成される磁界を通じて共振コイル１４４から共振コイル２２２へエネルギー（電力）が移動する。共振コイル２２２へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル２２６を用いて取出され、車両２００の負荷３５０（蓄電部２８０）へ伝送される。
【００６６】
図６は、電流源（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６を参照して、電磁界は主に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。
【００６７】
「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、共鳴法では、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、互いに近接する固有周波数を有する一対の共振器（たとえば一対の共振コイル）を共振させることにより、一方の共振器（一次側共振コイル）から他方の共振器（二次側共振コイル）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」によりエネルギー（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。
【００６８】
図７は、蓄電部２８０への充電電流と充電電圧との関係を示した図である。図７を参照して、線ＰＵは、最大充電電力の定出力線を示し、線ＰＬは、最小充電電力の定出力線を示す。線ＳＬは、蓄電部２８０の充電状態を示す状態量（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」と称する。）が下限である定ＳＯＣ線を示し、線ＳＵは、蓄電部２８０のＳＯＣが上限である定ＳＯＣ線を示す。線ＰＵ，ＰＬおよび線ＳＬ，ＳＵで囲まれる領域Ａが充電電圧および充電電流の取り得る範囲となる。線Ｉｍ１，Ｉｍ２は、定インピーダンス線の一例である。線Ｉｍ２に沿うインピーダンスは、線Ｉｍ１に沿うインピーダンスよりも大きい。
【００６９】
たとえば、線ＰＵに沿って最大充電電力で蓄電部２８０の充電が行なわれる場合、充電が進むにつれてＳＯＣが上昇し、蓄電部２８０のインピーダンスは上昇する。また、送電装置１００から給電を受ける車両が異なれば、送電装置１００から見た負荷インピーダンスも異なる。このような状況下で送電装置１００から車両２００への送電状況に基づいて位置ずれを検出する場合、負荷インピーダンスによって送電状況が異なるので、位置ずれを正確に検出できない可能性がある。
【００７０】
図８は、スミスチャートと呼ばれる、複素インピーダンスを示す円形の図表である。このスミスチャートは、インピーダンス整合を設計する際に用いられるものである。図８を参照して、水平軸は複素インピーダンスの実数部を示しており、水平軸の左端は０Ω（短絡）を示し、水平軸の右端は∞Ω（開放）を示す。垂直軸は複素インピーダンスの虚数部を示す。
【００７１】
スミスチャートの円の中央部から離れるほど、電源部１１０への反射電力が大きくなり、電力伝送効率は低下する。そして、インピーダンス整合を行なわない場合、送電装置１００からの送電時の負荷である蓄電部２８０の電圧が高くなるほど、反射電力が大きくなるとともに電力伝送効率は低下する。
【００７２】
このように、負荷である蓄電部２８０の状態によってインピーダンスが変化する。インピーダンスが変化すると送電装置１００から車両２００への送電状況が変化するので、送電状況に基づく位置ずれ検出も影響を受ける。そこで、この実施の形態１では、位置ずれを検出する前に、車両２００の負荷情報（蓄電部２８０に関する情報）が車両２００から送電装置１００へ送信され、その負荷情報に基づいて、インピーダンス整合器１２０を用いてインピーダンスが調整される。一例として、上記のスミスチャートを用いて、円の中央Ｐ０のインピーダンスとなるように、可変コンデンサ１２２，１２４が調整される。そして、車両２００の負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０の調整が行なわれた後、送電装置１００から車両２００への送電（調整用電力）が開始され、送電状況（たとえば反射電力の大きさ）に基づいて位置ずれが検出される。
【００７３】
図９は、図１に示した送電装置１００のＥＣＵ１６０の機能ブロック図である。図９を参照して、ＥＣＵ１６０は、通信制御部４１０と、整合器調整部４２０と、位置ずれ検出部４３０と、電力制御部４４０とを含む。
【００７４】
通信制御部４１０は、通信部１７０（図１）による車両２００との通信を制御する。送電装置１００と車両２００との間では、送電装置１００から車両２００への電力伝送に関する様々な情報がやり取りされるが、特に、通信制御部４１０は、車両２００の負荷情報（蓄電部２８０の情報等）を通信部１７０によって車両２００から受信する。
【００７５】
整合器調整部４２０は、車両２００の負荷情報に基づいて、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。この整合器調整部４２０によるインピーダンス調整は、後述の位置ずれ検出部４３０による位置ずれ検出前に実行される。
【００７６】
なお、一例として、車両２００の負荷情報は、蓄電部２８０の電圧ＶＢの検出値を含み、整合器調整部４２０は、送電装置１００から車両２００へ送電される電力と電圧ＶＢとから送電電流を算出し、その送電電流と電圧ＶＢとから蓄電部２８０の負荷インピーダンスを算出する。そして、整合器調整部４２０は、算出された負荷インピーダンスに送電装置１００のインピーダンスを整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。
【００７７】
位置ずれ検出部４３０は、整合器調整部４２０によるインピーダンスの調整後、電力センサ１１５（図１）により検出される反射電力に基づいて、送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する。この反射電力は、送電部１３０から受電部２１０への送電状況を示す。すなわち、反射電力が小さいときは、送電部１３０から受電部２１０への送電状況は良好であるものと判断され、反射電力が大きいときは、送電部１３０から受電部２１０への送電状況は不良であると判断される。なお、位置ずれ検出の実行時、位置ずれ検出部４３０は、電力制御部４４０へその旨を通知する。また、位置ずれ検出の完了時にも、位置ずれ検出部４３０は、電力制御部４４０へその旨を通知する。
【００７８】
図１０は、反射電力と位置ずれ量との関係を示した図である。図１０を参照して、整合器調整部４２０によりインピーダンスが調整されたもとでの位置ずれ量と反射電力との関係が、予めマップ等によって準備される。そして、電力センサ１１５（図１）による反射電力の検出値に基づいて位置ずれが検出される。
【００７９】
すなわち、図１０に示したように、位置ずれ量の許容値Ｌ１が設定され、その許容値Ｌ１に対応する反射電力の許容値Ｐ１と、電力センサ１１５による反射電力の検出値とが比較される。そして、反射電力が許容値Ｐ１を超えると、位置ずれの発生が検知される。
【００８０】
再び図９を参照して、電力制御部４４０は、電源部１１０を制御することによって車両２００への送電電力を制御する。ここで、位置ずれ検出部４３０による位置ずれ検出中は、電力制御部４４０は、蓄電部２８０を充電するための本格的な給電時よりも小さい電力（調整用電力）を出力するように電源部１１０を制御する。
【００８１】
図１１は、図１に示した電力伝送システムにおける調整処理の手順を説明するためのフローチャートである。図１１とともに図１を参照して、まず、送電装置１００側の処理について説明する。
【００８２】
送電装置１００のＥＣＵ１６０は、まず、通信部１７０による車両２００との通信を確立する（ステップＳ１０）。次いで、ＥＣＵ１６０は、車両２００の負荷情報としての蓄電部２８０の情報を通信部１７０によって車両２００から受信する（ステップＳ２０）。なお、蓄電部２８０の情報には、たとえば、蓄電部２８０の電圧ＶＢの検出値やＳＯＣ等が含まれる。
【００８３】
次いで、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ２０において受信した蓄電部２８０の情報に基づいて、送電装置１００のインピーダンスを車両２００のインピーダンスと整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する（ステップＳ３０）。具体的には、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００へ送電される電力の設定値と蓄電部２８０の情報に含まれる電圧ＶＢの検出値とから送電電流を算出し、その送電電流と電圧ＶＢとから負荷である蓄電部２８０のインピーダンスを算出する。そして、ＥＣＵ１６０は、算出された負荷インピーダンスに送電装置１００のインピーダンスを整合させるように、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。
【００８４】
インピーダンスの調整が完了すると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１６０は、調整完了フラグをオンにして車両２００へ送信する（ステップＳ５０）。そして、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００の送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する位置ずれ検出処理を実行する（ステップＳ６０）。この位置ずれ検出処理については、後ほど説明する。
【００８５】
一方、車両２００においても、ＥＣＵ２９０は、まず、通信部３００による送電装置１００との通信を確立する（ステップＳ１１０）。次いで、ＥＣＵ２９０は、送電装置１００から車両２００への充電要求に応じて、充電開始トリガをオンにする（ステップＳ１２０）。続いて、ＥＣＵ２９０は、車両２００の負荷情報としての蓄電部２８０の情報を通信部３００によって送電装置１００へ送信する（ステップＳ１３０）。そして、ＥＣＵ２９０は、充電リレー２７０をオンにする（ステップＳ１４０）。
【００８６】
その後、ＥＣＵ２９０は、送電装置１００においてインピーダンスの調整が完了したことを示す調整完了フラグを送電装置１００から受信すると、充電開始フラグをオンにして送電装置１００へ送信する（ステップＳ１５０）。そして、ＥＣＵ２９０は、車両２００のＥＣＵ１６０とともに、位置ずれ検出処理を実行する（ステップＳ１６０）。
【００８７】
図１２は、図１１に示した位置ずれ検出処理の手順を説明するためのフローチャートである。図１２を参照して、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０を制御することによって、送電装置１００から車両２００へ調整用電力を出力する（ステップＳ２１０）。調整用電力の出力が開始されると、ＥＣＵ１６０は、電力センサ１１５から反射電力の検出値を受ける（ステップＳ２２０）。
【００８８】
次いで、ＥＣＵ１６０は、反射電力が所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。具体的には、反射電力の検出値が、図１０に示した許容値Ｐ１よりも小さいか否かが判定される。反射電力が所定範囲内であると判定されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１６０は、位置ずれは小さいものと判定し、電源部１１０を制御することによって調整用電力の出力を終了する（ステップＳ２４０）。その後、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０を制御することによって、車両２００の蓄電部２８０を充電するための充電電力を出力する（ステップＳ２６０）。これにより、送電装置１００から車両２００への給電が開始される。
【００８９】
ステップＳ２３０において反射電力が所定範囲内にないと判定されると（ステップＳ２３０においてＮＯ）、ＥＣＵ１６０は、送電装置１００から車両２００への送電を停止するための停止処理を実行する（ステップＳ２５０）。
【００９０】
図１３は、図１２に示した停止処理の手順を説明するためのフローチャートである。図１３を参照して、送電装置１００において、ＥＣＵ１６０は、電源部１１０へ停止指令を出力して車両２００への送電を停止する（ステップＳ３１０）。次いで、ＥＣＵ１６０は、停止処理によって送電が停止されたことについて警報を出力する（ステップＳ３２０）。
【００９１】
一方、車両２００においては、ＥＣＵ２９０は、電圧センサ２５０によって検出される受電電圧Ｖを監視し、受電電圧Ｖがしきい値よりも低くなったか否かを判定する（ステップＳ４１０）。なお、このしきい値は、送電装置１００からの送電が停止されたか否かを判定するためのしきい値であり、十分小さい値に設定される。
【００９２】
受電電圧Ｖがしきい値よりも低くなったと判定されると（ステップＳ４１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２９０は、充電リレー２７０をオフにする（ステップＳ４２０）。そして、ＥＣＵ２９０は、停止処理によって送電が停止されたことについて警報を出力する（ステップＳ４３０）。
【００９３】
以上のように、この実施の形態１においては、送電装置１００の送電部１３０に対する車両２００の受電部２１０の位置ずれを検出する前に、車両２００において送電装置１００から受電する負荷（蓄電部２８０）に関する負荷情報が車両２００から送電装置１００へ送信され、その負荷情報に基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスが調整される。そして、インピーダンスの調整後、送電部１３０から受電部２１０への送電状況に基づいて送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれが検出される。これにより、送電状況が安定した状態で位置ずれの検出が行なわれる。したがって、この実施の形態１によれば、送電部１３０と受電部２１０との間の距離を測定する距離センサを設けることなく、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを正確に検出することができる。
【００９４】
また、位置ずれ検出の実行中は、インピーダンス整合器１２０のインピーダンス調整は非実施とされるので、インピーダンス調整に伴なう反射電力の変化が位置ずれ検出中に発生することがない。したがって、この点からも、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを正確に検出することができる。
【００９５】
［実施の形態２］
実施の形態１では、インピーダンス整合器は、送電装置１００に設けられるものとしたが、車両側に設けてもよい。
【００９６】
図１４は、実施の形態２による電力伝送システムの全体構成図である。図１４を参照して、この電力伝送システムは、送電装置１００Ａと、受電装置としての車両２００Ａとを備える。
【００９７】
送電装置１００Ａは、インピーダンス整合器１２０を含まない点を除いて、図１に示した送電装置１００の構成と同じである。車両２００Ａは、図１に示した車両２００の構成において、インピーダンス整合器３１０をさらに含み、ＥＣＵ２９０に代えてＥＣＵ２９０Ａを含む。
【００９８】
インピーダンス整合器３１０は、受電部２１０と整流器２４０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３１０は、ＥＣＵ２９０Ａから受ける指令に従ってインピーダンスを変更することにより、車両２００Ａのインピーダンスを送電装置１００Ａの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３１０の回路構成は、図２に示したインピーダンス整合器１２０の回路構成と同じである。
【００９９】
ＥＣＵ２９０Ａは、車両２００Ａの負荷情報（蓄電部２８０の情報）に基づいて、インピーダンス整合器３１０のインピーダンスを調整する。また、ＥＣＵ２９０Ａは、送電装置１００Ａから車両２００Ａへの送電時における反射電力の検出値に基づいて、送電装置１００Ａの送電部１３０に対する車両２００Ａの受電部２１０の位置ずれを検出する。ここで、実施の形態１と同様に、インピーダンス整合器３１０のインピーダンス調整は、位置ずれ検出の実施前に実行され、位置ずれ検出処理の実行中は、インピーダンス整合器３１０のインピーダンス調整は非実施とされる。なお、反射電力の検出値は、送電装置１００Ａから車両２００Ａへ送信される。
【０１００】
ＥＣＵ２９０Ａのその他の機能は、図１に示した実施の形態１におけるＥＣＵ２９０と同じである。なお、反射電力に代えて車両２００Ａの受電状況（受電電圧Ｖや受電電力等）に基づいて位置ずれを検出してもよい。この場合には、送電装置１００Ａから車両２００Ａへ反射電力の検出値を送信する必要はない。
【０１０１】
以上のように、この実施の形態２によっても、送電部１３０に対する受電部２１０の位置ずれを正確に検出することができる。
【０１０２】
なお、特に図示しないが、送電装置と車両との双方にインピーダンス整合器を設けてもよい。この場合も、各インピーダンス整合器のインピーダンス調整は、位置ずれ検出の前に実行され、位置ずれ検出処理の実行中は、インピーダンス調整は非実施とされる。
【０１０３】
なお、上記の実施の形態においては、一例として、蓄電部２８０の電圧ＶＢに基づいてインピーダンス整合器１２０（３１０）のインピーダンスを調整するものとしたが、たとえば、蓄電部２８０の電圧ＶＢと相関があるＳＯＣ（State Of Charge）に基づいてインピーダンスを調整してもよい。
【０１０４】
また、上記においては、送電装置１００（１００Ａ）の送電部１３０と車両２００（２００Ａ）の受電部２１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部１３０から受電部２１０へ非接触で電力が伝送されるものとしたが、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、たとえば、図１に示した電力伝送システムでは、送電部１３０と受電部２１０との間の結合係数κが０．１以下になるように送電部１３０および受電部２１０を設計するものとしたが、送電部１３０および受電部２１０の各々を一つのコイルで構成するとともに結合係数κが１．０に近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。
【０１０５】
また、上記の実施の形態では、送電装置１００（１００Ａ）から車両２００（２００Ａ）へ電力を伝送するものとしたが、この発明は、受電装置が車両以外の電力伝送システムにも適用可能である。
【０１０６】
なお、上記において、インピーダンス整合器１２０は、この発明における「インピーダンス可変部」の一実施例に対応し、ＥＣＵ１６０は、この発明における「制御部」の一実施例に対応する。また、電力センサ１１５は、この発明における「検出部」の一実施例に対応し、蓄電部２８０は、この発明における「負荷」の一実施例に対応する。
【０１０７】
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。
【符号の説明】
【０１０８】
１１０ 電源部、１１５ 電力センサ、１２０，３１０ インピーダンス整合器、１２２，１２４ 可変コンデンサ、１２６ コイル、１３０ 送電部、１４２，２２６ 電磁誘導コイル、１４４，２２２ 共振コイル、１４６，２２４ キャパシタ、１６０，２９０，２９０Ａ ＥＣＵ、１７０，３００ 通信部、２００，２００Ａ 車両、２１０ 受電部、２４０ 整流器、２５０ 電圧センサ、２６０ 電流センサ、２７０ 充電リレー、２８０ 蓄電部、２８５ 動力出力装置、３５０ 負荷、４１０ 通信制御部、４２０ 整合器調整部、４３０ 位置ずれ検出部、４４０ 電力制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部と、
前記受電装置において当該送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を前記受電装置から受信する通信部と、
前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記位置ずれを検出する前に、前記通信部によって前記受電装置から受信した前記負荷情報に基づいて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整する、送電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記位置ずれを検出する処理の実行中、前記インピーダンスの調整を非実施とする、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記受電装置の前記負荷は、再充電可能な蓄電部を含み、
前記負荷情報は、前記蓄電部の電圧を含む、請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記電源部への反射電力を検出するための検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記反射電力と前記位置ずれとの予め求められた関係を用いて、前記検出部により検出される反射電力に基づいて前記位置ずれを検出する、請求項１から３のいずれかに記載の送電装置。
【請求項５】
前記送電部の固有周波数と、前記受電部の固有周波数との差は、前記送電部の固有周波数または前記受電部の固有周波数の±１０％以下である、請求項１から４のいずれかに記載の送電装置。
【請求項６】
前記送電部と前記受電部との結合係数は０．１以下である、請求項５に記載の送電装置。
【請求項７】
前記送電部は、前記送電部と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記送電部と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記受電部へ電力を伝送する、請求項５または６に記載の送電装置。
【請求項８】
受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部と、
前記受電装置において当該送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を前記受電装置から受信する通信部と、
前記送電部から前記受電部へ調整用電力を送電し、前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記調整用電力の送電前に、前記負荷情報を受信して前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整する、送電装置。
【請求項９】
送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、
前記送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷と、
前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれが前記送電装置において検出される前に、前記負荷に関する負荷情報を前記送電装置へ送信する通信部とを備える受電装置。
【請求項１０】
前記送電装置は、電源と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部によりインピーダンスを調整可能に構成され、
前記送電装置において、前記位置ずれが検出される処理の実行中、前記インピーダンスの調整は非実施とされる、請求項９に記載の受電装置。
【請求項１１】
前記負荷は、再充電可能な蓄電部を含み、
前記負荷情報は、前記蓄電部の電圧を含む、請求項９または１０に記載の受電装置。
【請求項１２】
前記受電部の固有周波数と、前記送電部の固有周波数との差は、前記受電部の固有周波数または前記送電部の固有周波数の±１０％以下である、請求項９から１１のいずれかに記載の受電装置。
【請求項１３】
前記受電部と前記送電部との結合係数は０．１以下である、請求項１２に記載の受電装置。
【請求項１４】
前記受電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記送電部から受電する、請求項１２または１３に記載の受電装置。
【請求項１５】
送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、
前記送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷と、
前記送電部に対する前記受電部の位置ずれ検出用に前記送電部から前記受電部へ調整電力が送電される前に、前記負荷に関する負荷情報を前記送電装置へ送信する通信部とを備える受電装置。
【請求項１６】
請求項９から１５のいずれかに記載の受電装置を備える車両。
【請求項１７】
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
前記送電装置から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷と、
前記負荷に関する負荷情報を前記送電装置へ送信する第１の通信部とを備え、
前記送電装置は、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電部へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部と、
前記負荷情報を前記受電装置から受信する第２の通信部と、
前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出する制御部とを備え、
前記受電装置は、前記送電装置において前記位置ずれが検出される前に、前記第１の通信部によって前記負荷情報を前記送電装置へ送信し、
前記制御部は、前記位置ずれを検出する前に、前記第２の通信部によって前記受電装置から受信した前記負荷情報に基づいて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整する、電力伝送システム。
【請求項１８】
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムの制御方法であって、
前記送電装置は、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部とを備え、
前記受電装置は、
前記送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷とを備え、
前記制御方法は、
前記負荷に関する負荷情報に基づいて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整するステップと、
前記インピーダンスの調整後、前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出するステップとを含む、電力伝送システムの制御方法。
【請求項１】
受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部と、
前記受電装置において当該送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を前記受電装置から受信する通信部と、
前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記位置ずれを検出する前に、前記通信部によって前記受電装置から受信した前記負荷情報に基づいて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整する、送電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記位置ずれを検出する処理の実行中、前記インピーダンスの調整を非実施とする、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記受電装置の前記負荷は、再充電可能な蓄電部を含み、
前記負荷情報は、前記蓄電部の電圧を含む、請求項１または２に記載の送電装置。
【請求項４】
前記電源部への反射電力を検出するための検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記反射電力と前記位置ずれとの予め求められた関係を用いて、前記検出部により検出される反射電力に基づいて前記位置ずれを検出する、請求項１から３のいずれかに記載の送電装置。
【請求項５】
前記送電部の固有周波数と、前記受電部の固有周波数との差は、前記送電部の固有周波数または前記受電部の固有周波数の±１０％以下である、請求項１から４のいずれかに記載の送電装置。
【請求項６】
前記送電部と前記受電部との結合係数は０．１以下である、請求項５に記載の送電装置。
【請求項７】
前記送電部は、前記送電部と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記送電部と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記受電部へ電力を伝送する、請求項５または６に記載の送電装置。
【請求項８】
受電装置へ非接触で電力を出力する送電装置であって、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置の受電部へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部と、
前記受電装置において当該送電装置から受電する負荷に関する負荷情報を前記受電装置から受信する通信部と、
前記送電部から前記受電部へ調整用電力を送電し、前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出する制御部とを備え、
前記制御部は、前記調整用電力の送電前に、前記負荷情報を受信して前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整する、送電装置。
【請求項９】
送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、
前記送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷と、
前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれが前記送電装置において検出される前に、前記負荷に関する負荷情報を前記送電装置へ送信する通信部とを備える受電装置。
【請求項１０】
前記送電装置は、電源と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部によりインピーダンスを調整可能に構成され、
前記送電装置において、前記位置ずれが検出される処理の実行中、前記インピーダンスの調整は非実施とされる、請求項９に記載の受電装置。
【請求項１１】
前記負荷は、再充電可能な蓄電部を含み、
前記負荷情報は、前記蓄電部の電圧を含む、請求項９または１０に記載の受電装置。
【請求項１２】
前記受電部の固有周波数と、前記送電部の固有周波数との差は、前記受電部の固有周波数または前記送電部の固有周波数の±１０％以下である、請求項９から１１のいずれかに記載の受電装置。
【請求項１３】
前記受電部と前記送電部との結合係数は０．１以下である、請求項１２に記載の受電装置。
【請求項１４】
前記受電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記送電部から受電する、請求項１２または１３に記載の受電装置。
【請求項１５】
送電装置から非接触で電力を受ける受電装置であって、
前記送電装置の送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷と、
前記送電部に対する前記受電部の位置ずれ検出用に前記送電部から前記受電部へ調整電力が送電される前に、前記負荷に関する負荷情報を前記送電装置へ送信する通信部とを備える受電装置。
【請求項１６】
請求項９から１５のいずれかに記載の受電装置を備える車両。
【請求項１７】
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムであって、
前記受電装置は、
前記送電装置から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷と、
前記負荷に関する負荷情報を前記送電装置へ送信する第１の通信部とを備え、
前記送電装置は、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電部へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部と、
前記負荷情報を前記受電装置から受信する第２の通信部と、
前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出する制御部とを備え、
前記受電装置は、前記送電装置において前記位置ずれが検出される前に、前記第１の通信部によって前記負荷情報を前記送電装置へ送信し、
前記制御部は、前記位置ずれを検出する前に、前記第２の通信部によって前記受電装置から受信した前記負荷情報に基づいて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整する、電力伝送システム。
【請求項１８】
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムの制御方法であって、
前記送電装置は、
交流電力を生成する電源部と、
前記電源部から供給される交流電力を前記受電装置へ非接触で出力するように構成された送電部と、
前記電源部と前記送電部との間に設けられるインピーダンス可変部とを備え、
前記受電装置は、
前記送電部から出力される電力を非接触で受電するように構成された受電部と、
前記受電部によって受電された電力を受ける負荷とを備え、
前記制御方法は、
前記負荷に関する負荷情報に基づいて前記インピーダンス可変部のインピーダンスを調整するステップと、
前記インピーダンスの調整後、前記送電部から前記受電部への送電状況に基づいて前記送電部に対する前記受電部の位置ずれを検出するステップとを含む、電力伝送システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−７４６７３（Ｐ２０１３−７４６７３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０６８１（Ｐ２０１１−２１０６８１）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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