非接触送電システム、および非接触送電装置
【課題】アンテナの表面に付着した水滴を除去して送電効率の悪化を防止することが可能な非接触送電システム、および非接触送電装置を提供すること。
【解決手段】電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行うシステムにおいて、車両に搭載されて電力を受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電力を送電する送電側アンテナとを備えて、共振周波数で振動する交流電力がアンテナ間の電磁的結合により送電される際、水滴除去手段により送電側アンテナまたは受電側アンテナの少なくとも何れか一方の電磁的結合が形成される結合面に付着する水滴が除去される。
【解決手段】電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行うシステムにおいて、車両に搭載されて電力を受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電力を送電する送電側アンテナとを備えて、共振周波数で振動する交流電力がアンテナ間の電磁的結合により送電される際、水滴除去手段により送電側アンテナまたは受電側アンテナの少なくとも何れか一方の電磁的結合が形成される結合面に付着する水滴が除去される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願に開示の技術は、電動車両に非接触で送電する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車両の新たな走行駆動技術として、電気エネルギーを動力源として電動機により駆動力を発生する電気自動車や、内燃機関と電動機との補完により駆動力を発生する、いわゆるハイブリッド自動車の開発が進められ実用化されてきている。
【０００３】
電気エネルギーは車両に搭載されている蓄電装置により車両内に蓄積される。蓄電装置にはニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの再充電可能な二次電池が使用されており、二次電池への充電は車両外部の電源からの送電により行われることが一般的である。送電の方法として、車両外部の電源と二次電池を含む蓄電装置との間をケーブルで接続する場合の他、非接触状態で送電する方法が注目されている。
【０００４】
車両外部の電源から非接触状態で充電電力を電動車両へ送電するために、高周波電力ドライバと、一次コイルと、一次自己共振コイルとを備える車両用送電装置が開示されている。高周波電力ドライバにより電源からの電力が高周波電力に変換され、一次コイルによって一次自己共振コイルに与えられる。一次自己共振コイルは車両にある二次自己共振コイルとの間で磁気的に結合され、非接触状態で車両に電力が送電される（特許文献１）。
【０００５】
また、コイルまたはアンテナを利用して非接触送電を行う技術として、特許文献２、非特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献２】特表２００９−５０１５１０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アリステディス カラリス（Aristeidis Karalis）、他２名、「エフィシェント ワイヤレス ノンラディエイティブ ミッドレンジ エネルギー トランスファ（Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer）」、[online]、2007年4月27日、アニュアル オブ フィジックス（Annals of Physics）323 (2008) p.34-48、[平成21年11月20日検索], インターネット＜URL:www.sciencedirect.com＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、背景技術は、アンテナにより非接触状態で送電を行うための回路構成を例示するに過ぎない。アンテナを非接触状態で対向させて送電を行う場合、アンテナ間の空間に送電効率を悪化させる誘電体は存在しないことが好ましい。誘電体が電磁波の電場成分と相互作用して分極することによりエネルギーが消費されてしまうからである。このため、アンテナの表面に降雨や結露等により水滴が付着すると水の誘電率の影響で送電効率が悪化してしまうおそれがある。
【０００９】
本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、アンテナの表面に付着した水滴を除去することにより、水の誘電分極による送電効率の悪化を防止することが可能な非接触送電システム、および非接触送電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に開示される技術に係る非接触送電システムは、電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行うシステムである。車両に搭載されて電力を受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電力を送電する送電側アンテナとを備えて、アンテナ間が電磁的結合により結合されて非接触で送電されるものである。送電される電力は、送電側アンテナから受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を送電側アンテナに供給する交流電力ドライバにより行われる。送電側アンテナまたは受電側アンテナの少なくとも何れか一方の電磁的結合が形成される結合面に付着する水滴は水滴除去手段により除去される。
【００１１】
また、本願に開示される技術に係る非接触送電装置は、電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行う送電側の装置である。車両に搭載される受電側アンテナに対して電磁的結合により送電する送電側アンテナと、送電側アンテナから受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を送電側アンテナに供給する交流電力ドライバと、送電側アンテナの電磁的結合が形成される結合面への水滴の付着を抑制する水滴除去手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本願に開示される技術に係る非接触送電システム、および非接触送電装置によれば、非接触状態において電磁的結合により行われる電力の送電効率の悪化を抑制することができる。理由は以下の通りである。すなわち、水分は比較的大きな誘電率を有する誘電体である。電磁的結合空間に水分が介在すると水分子が誘電分極するが、誘電分極する際には電磁エネルギーが消費されてしまう。このエネルギー消費により送電効率が悪化してしまうおそれがある。
本願では、送電に先立ち電磁的結合が形成されるアンテナの結合面の水滴を除去することにより電磁的結合が行われる空間から水滴を除去することができる。これにより、水分子の誘電分極に消費されてしまう電磁的エネルギーが送電電力に充てられることとなる。結果として送電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】非接触送電システムを示す図である。
【図２】送電動作における共振周波数を示す図である。
【図３】送電装置の回路ブロック図である。
【図４】受電装置の回路ブロック図である。
【図５】アンテナの構成を示す図である。
【図６】水滴除去手段を備える送電側の送電フローである。
【図７】水滴除去手段を備える受電側の受電フローである。
【図８】非共振動作により水滴を除去する場合の処理フローである。
【図９】温風の吹付けにより水滴を除去する場合の送風ダクトの構成図である。
【図１０】ワイパー装置により水滴を除去する場合の図である。
【図１１】振動装置により水滴を除去する場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は非接触送電システムを電気自動車あるいはハイブリッド自動車への送電に適用する場合のシステム構成図である。車両２が電気自動車あるいはハイブリッド自動車である。車両２が送電エリア１に入庫している状態を示す。送電エリア１には送電装置１０が埋設されており、車両２に搭載されている受電装置２０との間で、非接触送電が行われる。
【００１５】
非接触送電では、送電装置１０の送電側アンテナ１１から受電装置２０の受電側アンテナ２１への電磁波による電磁的結合により電力の送電が行われる。送電側アンテナ１１は、送電エリア１の地表面に沿って、電磁的結合がなされる結合面１１Ａが配置される。受電側アンテナ２１は、車両２の下面に沿って、電磁的結合がなされる結合面２１Ａが配置される。送電側アンテナ１１は、所定周波数の交流電力を給電する交流電力ドライバを含む送電部１２により駆動される。送電部１２は制御回路１３により制御される。また、受電側アンテナ２１にて受電された交流電力は受電部２２により整流されて蓄電池等に蓄積される。受電部２２は制御回路２３により制御される。
【００１６】
ここで、送電部１２の交流電力ドライバより送電側アンテナ１１に給電される交流電力の所定周波数とは、送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１を含む系の共振周波数である。図２に系の共振周波数の特性図を示す。横軸は送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との離間距離（Ｌ）であり、縦軸は共振周波数（ｆ）である。離間距離（Ｌ）がＬ＝Ｌ０以上の領域は、受電側アンテナ２１との電磁的結合の影響が無視される領域である。系は受電側アンテナ２１を含まず送電側アンテナ１１が有する固有の共振周波数（ｆ＝ｆ０）で共振する。離間距離（Ｌ）がＬ＝Ｌ０以下の領域では、系は送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１とが強く電磁的結合された状態となる。電磁的結合に伴う相互インダクタンスあるいは結合定数による影響を受ける領域である。この領域では、共振周波数は離間距離（Ｌ）に依存して変化する。送電側アンテナ１１の固有の共振周波数（ｆ＝ｆ０）を挟んで２つの共振点が存在し、離間距離（Ｌ）が短くなることに応じて互いの共振周波数が離れる特性となる。また、この領域での共振周波数で高い送電効率が得られる。
【００１７】
図３は送電装置１０の回路ブロック図である。制御回路１３、発振器１４、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂ、定在波比測定（Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ、以下、ＳＷＲと略記する）計１２Ｃ、および送電側アンテナ１１を備える。更に、送電エリア１にはエリア内検出センサ１５を備える。
【００１８】
発振器１４から出力されるクロック信号は、制御回路１３へ入力され、制御回路１３内の動作クロックおよび駆動回路１２Ａの交流電力の給電などの周期制御に用いられる。
【００１９】
制御回路１３は、発振器１４、ＳＷＲ計１２Ｃ、エリア内検出センサ１５から受信した信号をもとに、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂを制御する。
【００２０】
駆動回路１２Ａはインバータや増幅器などで構成される交流電力ドライバを含み、整合回路１２ＢおよびＳＷＲ計１２Ｃを通じて送電側アンテナ１１に交流電力を供給する。該交流電力は制御回路１３により所定周波数の交流電力として周期制御される。
【００２１】
整合回路１２Ｂは、駆動回路１２Ａから供給される交流電力を送電側アンテナ１１へ効率よく供給するために、制御回路１３からの制御により、送電側アンテナ１１と駆動回路１２Ａとのインピーダンス整合をとる。
【００２２】
ＳＷＲ計１２Ｃは駆動回路１２Ａから送電側アンテナ１１へと送られる交流電力についての定在波比を計測し制御回路１３に結果を送信する。交流電力の伝搬による反射波の有無を検出する。
【００２３】
送電側アンテナ１１はインダクタンス成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、後述する受電装置２０の受電側アンテナ２１との間で磁気的に結合され、受電側アンテナ２１へ電力を送電する。
【００２４】
エリア内センサ１５は送電エリア１に車両２が進入したか否かを検出し、その結果を制御回路１３に送信する。
【００２５】
図４は、受電装置２０の回路ブロック図である。受電装置２０は、制御回路２３、発振器２４、受電側アンテナ２１、受電検出回路２２Ａ、切替回路２２Ｂ、整合回路２２Ｃ、整流平滑回路２２Ｄ、および充電回路２２Ｅを備える。
【００２６】
発振器２４から出力されるクロック信号は、制御回路２３に入力され、制御回路２３内の動作クロックとして用いられる。
【００２７】
制御回路２３は、発振器２４、および受電検出回路２２Ａから受信した信号をもとに、切替回路２２Ｂ，および充電回路２２Ｅを制御する。
【００２８】
受電検出回路２２Ａは、例えば、電流センサを備えて構成されている。受電側アンテナ２１に流れる電流を検出する。送電装置１０からの交流電力の送電が行われているか否かを検出する。
【００２９】
切替回路２２Ｂは、制御回路２３から受信した信号により、受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするか、充電回路２２Ｅに接続するか、開ループ状態にするかを切替える。
【００３０】
整合回路２２Ｃは、受電側アンテナ２１に受電された交流電力が反射されずに整流平滑回路２２Ｄを通じて充電回路２２Ｅへと供給されるように、受電側アンテナ２１から整流平滑回路２２Ｄに至る系のインピーダンス整合をとる。
【００３１】
整流平滑回路２２Ｄは、受電側アンテナ２１から供給される交流電力を直流電力に変換および平滑化し、充電回路２２Ｅに供給する。
【００３２】
充電回路２２Ｅは、整流平滑回路２２Ｄから供給される電力をバッテリー等の蓄電装置（不図示）に充電する回路である。ここで、蓄電装置とは、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や大容量のキャパシタから成る。制御回路２３から制御され充電制御を行う。
【００３３】
受電側アンテナ２１は、インダクタ成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、送電側アンテナ１１との間で磁気的に結合され、送電側アンテナ１１より交流電力を受電する。
【００３４】
図５に示すアンテナの構成は、送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１に適用されることが可能な構成を例示するものである。アンテナのうちインダクタ成分を奏するコイル部分あるいはコイル部分に加えてキャパシタンス成分を奏するコンデンサ部分（不図示）は、他の導体から電気的に絶縁を保つ必要があること、また車両２に搭載され送電エリア１に設置される場合の強度上の要請から、樹脂等の支持体に埋め込まれた構成とする場合がある。図４は、車両２への搭載および送電エリア１への設置の観点から、平板状に成形された支持体３０を例示するものである。
【００３５】
図５に図示されているアンテナを送電側アンテナ１１や受電側アンテナ２１として使用する場合、支持体３０の平板のうち、互いに対向する端面が結合面とされる。給電の際には結合面を介して主たる電磁的結合がなされることになるので、結合面への水滴の付着を防止あるいは除去することが、電磁的エネルギーの水分子による消費を抑制して送電効率の向上を図るために必要となる。
【００３６】
図６は、送電装置１０の制御回路１３により制御される送電フローである。送電装置１０の動作開始（ＳＴ０）後、送電装置１０はエリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知されるまで待機する（ＳＴ２）。
【００３７】
エリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知された後、駆動回路１２Ａは受電側の受電側アンテナ２１に電流が流れる程度の低電力で電流を出力し始める（ＳＴ４）。
【００３８】
該電流の出力開始の後、駆動回路１２Ａは制御回路１３の制御により出力電力の周波数を走査する（ＳＴ６）。周波数を走査しながらＳＷＲ計１２Ｃで定在波比を計測することで、出力電力の周波数と定在波比の特性が得られる。ここで、定在波比が極小となる周波数が共振周波数である。
【００３９】
出力周波数の走査は２つの共振周波数が検出されるまで行われる（ＳＴ８：Ｎｏ）。共振周波数が２つ確認される場合は、受電側アンテナ２１が送電側アンテナ１１の給電可能領域内に存在していると確認される（ＳＴ８：Ｙｅｓ）。
【００４０】
処理（ＳＴ９−１）および（ＳＴ９−２）は、水滴除去手段の一例である。先ず、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに水滴が付着しているか否かを検出する（ＳＴ９−１）。
【００４１】
ここで、水滴の検出は、雨滴センサ等の既知のセンサに基づいて行うことができる。また、温度及び湿度を計測し予め記憶されている判断テーブル（不図示）に基づいて判断を行うことができる。ここで、判断テーブルでは、温度に対する飽和水蒸気圧等のデータをもとに、予め定められた基準に基づいて実測される温度データおよび湿度データから判断を行うことができる。
【００４２】
水滴の付着が検出されれば（ＳＴ９−１：Ｙｅｓ）、水滴除去処理（ＳＴ９−２）を実行する。水滴の付着が検出されなければ（ＳＴ９−１：Ｎｏ）、水滴除去処理（ＳＴ９−２）はスキップされる。
【００４３】
水滴除去処理（ＳＴ９−２）では、主に送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去処理を行う。ここでの除去方法としては、例えば、以下の３方式が考えられる。
【００４４】
送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去に適用される第１の具体例は、共振周波数から外れた周波数で送電動作を行う方法である。図８に処理フローを示す。処理（ＳＴ９−１）により水滴を検出すると、制御回路１３は処理（ＳＴ６、ＳＴ８）で検出された共振周波数とは異なる周波数を選択する（Ｓ１）。この周波数で駆動回路１２Ａを駆動して送電動作を開始する（Ｓ３）。送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１を含む系は共振周波数から外れた周波数で交流電力の送電が行われる。これにより、送電側アンテナ１１では電力損が発生し発熱することとなる。この発熱により送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を乾燥除去する。この場合、送電動作（Ｓ３）は、予め定められた時間継続して行われる。この継続時間が送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を乾燥除去するのに十分な時間に設定されていれば、処理（Ｓ３）の終了後、図６の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図６中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴の乾燥除去に不十分な時間であっても、処理（Ｓ３）の終了後、図６の送電フローにおいて、処理（ＳＴ９−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図６中、（Ｂ）の場合）、水滴除去処理が繰り返される。何れの場合にも、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を加熱により乾燥除去することができる。
【００４５】
尚、第１の方法では、送電動作を行うため、受電側アンテナ２１にも交流電力が受電され電力損が発生する。送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに加えて受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴も乾燥除去される。
【００４６】
送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去に適用される第２の具体例は、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａを摺動するワイパー装置５１による拭水動作を行う方法である。図１０に図示する。処理（ＳＴ９−１）により水滴を検出すると、制御回路１３は指示信号Ｓを出力する。ワイパー装置５１は、送電装置１０内の送電側アンテナ１１近傍に設置されており指示信号Ｓに応じて動作を開始する。
【００４７】
ワイパー装置５１による拭水動作は、予め定められた時間継続に行われる。この継続時間が送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を拭い去るのに十分な時間に設定されていれば、図６の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図６中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴を拭い去るのに不十分な時間であっても、図６の送電フローにおいて、処理（ＳＴ９−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図６中、（Ｂ）の場合）、水滴除去処理が繰り返される。何れの場合にも、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴をワイパー装置５１による機械的な拭水動作により除去することができる。
【００４８】
送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去に適用される第３の具体例は、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに振動を与える振動装置５２により水滴を振り落とす方法である。図１１に図示する。振動装置５２は、送電側アンテナ１１に振動面を接触させて設置される。図１１の場合は、結合面１１Ａに設置される場合を図示するが、必ずしも結合面１１Ａに設置しなければならないわけではない。結合面１１Ａに振動が伝搬し水滴がふるい落とされれば、何れの位置に設置されていてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
処理（ＳＴ９−１）により水滴を検出すると、制御回路１３は指示信号Ｓを出力する。振動装置５２は、指示信号Ｓに応じて動作を開始する。
【００５０】
振動装置５２による振動動作は、予め定められた時間継続に行われる。この継続時間が送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を振い落すのに十分な時間に設定されていれば、図６の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図６中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴を振い落すのに不十分な時間であっても、図６の送電フローにおいて、処理（ＳＴ９−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図６中、（Ｂ）の場合）、水滴除去動作が繰り返される。何れの場合にも、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を振動装置５２による機械的な振い落し動作により除去することができる。
【００５１】
なお、振動動作により水滴を確実に結合面１１Ａから振い落すために、結合面１１Ａが水平面に対して所定の角度を有して送電側アンテナ１１に設置すれば、振動動作により有効に水滴を振い落すことができる。
【００５２】
説明を図６の送電フローに戻す。水滴除去処理（ＳＴ９−２）が終了すると、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との距離と共振周波数との特性（図２）から、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１の距離が得られる（ＳＴ１０）。
【００５３】
そして、送電装置１０から受電装置２０に送電を行うため、駆動回路１２Ａは制御回路１３の制御により、出力を増大させる（ＳＴ１４）。
【００５４】
受電装置２０は、充電が終わると受電側アンテナ２１のループを開く。これにより、送電部のＳＷＲ計１２Ｃにより計測される定在波比が変化し、送電部は充電終了を検知できる（ＳＴ１６：Ｙｅｓ）。充電終了を検知した送電装置１０の制御回路１３は駆動回路１２Ａの出力を停止させる（ＳＴ１８）。送電部は動作を終了する（ＳＴ２０）。
【００５５】
図７は、受電装置２０の制御回路２３により制御される受電フローである。動作開始（ＳＲ０）時において受電装置２０の切替回路２２Ｂは受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするように接続する（ＳＲ２）。受電検出回路２２Ａは送電装置１０から電力が供給され受電側アンテナ２１に電力が流れるまで待機する（ＳＲ４）。
【００５６】
処理（ＳＲ５−１）および（ＳＲ５−２）は、水滴除去処理の一例である。送電フロー（図６）における処理（ＳＴ９−１）および（ＳＴ９−２）と同様である。また、水滴の検出方法についても、送電フロー（図６）における処理（ＳＴ９−１）の場合と同様である。
【００５７】
水滴除去処理（ＳＲ５−１）では、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着している水滴の除去処理を行う。ここでの除去方法としては、例えば、以下の２方式が考えられる。
【００５８】
受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着している水滴の除去に適用される第１の具体例は、車両２の空調設備からの送風動作を行う方法である。図９に車両２の空調構成を図示する。ブロア装置４１とブロア装置４１からの送風を受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに導く送風ダクト４２とを備えている。ここで、ブロア装置４１は、例えば、車室内の空調やエンジン等の冷却のために備えられた装置を利用することができる。また、送風ダクト４２は、車室内の空調ダクト（不図示）とは別個に備えることもでき、また空調ダクト（不図示）から開閉弁（不図示）等を介して分岐して備える構成とすることもできる。
【００５９】
図７の処理（ＳＲ５−１）により水滴を検出すると、制御回路２３は指示信号Ｓを出力する。指示信号Ｓに応じて、ブロア装置４１が動作を開始する。これにより、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに送風される。この場合、温風を送風することもできる。この送風により受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴を乾燥除去する。この場合、送風動作は、予め定められた時間継続に行われる。この継続時間が受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴を乾燥除去するのに十分な時間に設定されていれば、図７の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図７中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴の乾燥除去に不十分な時間であっても、図７の送電フローにおいて、処理（ＳＲ５−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図７中、（Ｂ）の場合）、水滴除去処理が繰り返される。何れの場合にも、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴を乾燥除去することができる。
【００６０】
受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着している水滴の除去に適用される第２の具体例は、ワイパー装置５１による拭水動作を行う方法である。図１０に図示する。送電側アンテナ１１の結合面１１Ａにも適用される方法と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００６１】
説明を図７の送電フローに戻す。水滴除去処理（ＳＲ５−２）が終了すると、受電側アンテナ２１に電力が流れた後、受電検出回路２２Ａは受電側アンテナ２１に流れる電力が大きく増加するのを検知するまで、すなわち、送電を検知するまで待機する（ＳＲ６：Ｎｏ）。送電を検知した後（ＳＲ６：Ｙｅｓ）、受電側アンテナ２１から充電回路２２Ｅまでを接続するように、受電装置２０の制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御する（ＳＲ８）。
【００６２】
受電側アンテナ２１に接続された充電回路２２Ｅはバッテリーの充電を開始する（ＳＲ１０）。バッテリーの充電が終了するまで以上の状態が保持される（ＳＲ１２：Ｎｏ）。
バッテリーの充電が終了すると（ＳＲ１２：Ｙｅｓ）、制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御し、受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｅの接続を切断した上で、受電側アンテナ２１のループを開き（ＳＲ１４）、受電部は動作を終了する（ＳＲ１６）。
【００６３】
ここで、駆動回路１２Ａは交流電力ドライバを含んで構成される回路の一例である。また、図８の処理フローは非共振動作手段の一例である。また、ブロア装置４１は送風部の一例である。ここで、図８の処理フローおよびブロア装置４１は加熱手段の一例である。また、ワイパー装置５１はワイパー手段の一例である。また、振動装置５２は振動手段の一例である。また、送電フロー（図６）における処理（ＳＴ９−１）受電フロー（図７）における処理（ＳＲ５−１）は水滴検知手段の一例である。
【００６４】
以上、詳細に説明したように、本発明の実施形態によれば、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａや受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴は、加熱による乾燥による除去動作、機械的な除去動作により行うことができる。
【００６５】
加熱による乾燥除去には２つの方法が例示される。その１は、非共振周波数での送電動作（図８）により送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１に電力損を発生させ、この電力損に基づく発熱により送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着する水滴を加熱乾燥して水滴を除去することである。尚、この場合、受電側アンテナ２１においても同様に電力損が発生するので、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａについても同時に加熱乾燥することができる。その２は、車両２に備えられているブロア装置４１からの温風を送風ダクト４２により導き受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに吹き付けることで乾燥することである。
【００６６】
機械的な除去動作には次の２つの方法が例示される。その１は、ワイパー装置５１の拭水動作により、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａの水滴を拭い去ることである。その２は、振動装置５２の振動動作により、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａの水滴を振い落とすことである。
【００６７】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、水滴の除去動作は、その方法に応じて送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに適用するものと受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに適用するもので分けて記載したが、本発明の趣旨からすればこれに限定されるものではないことは言うまでもない。たとえば、温風の吹付けによる乾燥では、実施形態では、車両２に備えられているブロア装置４１を使用する構成を説明したが、送電エリア１あるいは送電装置１０にブロア装置を備えれば、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに対しても同様に適用することができる。
また、ブロア装置４１から送り出される風は温風に限らず、常温の風であっても水滴は乾燥除去することができる。
また、送電側アンテナ１１において、アンテナを支持する支持体３０に駆動回路１２Ａのモジュールを設置してやれば、送電時に駆動回路１２Ａから回路動作に応じて発せられるスイッチング損失等の熱損失により支持体３０に熱が加えられる。これにより、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴を乾燥除去することができる。
尚、水滴を除去する手段としては、この他にも以下に例示する構成が考えられる。例えば、結合面１１Ａ，２１Ａの表面に撥水性材料をコーティングすることで水分の付着を除去することができる。ここで、撥水性材料とは、テフロン（登録商標）等のフッ素系高分子などが適用できる。また、結合面１１Ａ、２１Ａの表面構造を微細なフラクタル形状とすることで、水滴の付着を防止することができる。あるいは微細な柱状形状を形成することでもよい。例えば、垂直配向したカーボンナノチューブ膜などで構成することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 送電エリア
２ 車両
１０ 送電装置
１１ 送電側アンテナ
１１Ａ、２１Ａ 結合面
１２ 送電部
１３、２３ 制御回路
１２Ａ 駆動回路
１２Ｂ 整合回路
１２Ｃ 定在波比測定（ＳＷＲ）計
１４、２４ 発振器
１５ エリア内検出センサ
２０ 受電装置
２１ 受電側アンテナ
２２ 受電部
２２Ａ 受電検出回路
２２Ｂ 切替回路
２２Ｃ 整合回路
２２Ｄ 整流平滑回路
２２Ｅ 充電回路
３０ 支持体
４１ ブロア装置
４２ 送風ダクト
５１ ワイパー装置
５２ 振動装置
【技術分野】
【０００１】
本願に開示の技術は、電動車両に非接触で送電する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車両の新たな走行駆動技術として、電気エネルギーを動力源として電動機により駆動力を発生する電気自動車や、内燃機関と電動機との補完により駆動力を発生する、いわゆるハイブリッド自動車の開発が進められ実用化されてきている。
【０００３】
電気エネルギーは車両に搭載されている蓄電装置により車両内に蓄積される。蓄電装置にはニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの再充電可能な二次電池が使用されており、二次電池への充電は車両外部の電源からの送電により行われることが一般的である。送電の方法として、車両外部の電源と二次電池を含む蓄電装置との間をケーブルで接続する場合の他、非接触状態で送電する方法が注目されている。
【０００４】
車両外部の電源から非接触状態で充電電力を電動車両へ送電するために、高周波電力ドライバと、一次コイルと、一次自己共振コイルとを備える車両用送電装置が開示されている。高周波電力ドライバにより電源からの電力が高周波電力に変換され、一次コイルによって一次自己共振コイルに与えられる。一次自己共振コイルは車両にある二次自己共振コイルとの間で磁気的に結合され、非接触状態で車両に電力が送電される（特許文献１）。
【０００５】
また、コイルまたはアンテナを利用して非接触送電を行う技術として、特許文献２、非特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献２】特表２００９−５０１５１０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】アリステディス カラリス（Aristeidis Karalis）、他２名、「エフィシェント ワイヤレス ノンラディエイティブ ミッドレンジ エネルギー トランスファ（Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer）」、[online]、2007年4月27日、アニュアル オブ フィジックス（Annals of Physics）323 (2008) p.34-48、[平成21年11月20日検索], インターネット＜URL:www.sciencedirect.com＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、背景技術は、アンテナにより非接触状態で送電を行うための回路構成を例示するに過ぎない。アンテナを非接触状態で対向させて送電を行う場合、アンテナ間の空間に送電効率を悪化させる誘電体は存在しないことが好ましい。誘電体が電磁波の電場成分と相互作用して分極することによりエネルギーが消費されてしまうからである。このため、アンテナの表面に降雨や結露等により水滴が付着すると水の誘電率の影響で送電効率が悪化してしまうおそれがある。
【０００９】
本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、アンテナの表面に付着した水滴を除去することにより、水の誘電分極による送電効率の悪化を防止することが可能な非接触送電システム、および非接触送電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に開示される技術に係る非接触送電システムは、電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行うシステムである。車両に搭載されて電力を受電する受電側アンテナと、受電側アンテナに対して電力を送電する送電側アンテナとを備えて、アンテナ間が電磁的結合により結合されて非接触で送電されるものである。送電される電力は、送電側アンテナから受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を送電側アンテナに供給する交流電力ドライバにより行われる。送電側アンテナまたは受電側アンテナの少なくとも何れか一方の電磁的結合が形成される結合面に付着する水滴は水滴除去手段により除去される。
【００１１】
また、本願に開示される技術に係る非接触送電装置は、電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行う送電側の装置である。車両に搭載される受電側アンテナに対して電磁的結合により送電する送電側アンテナと、送電側アンテナから受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を送電側アンテナに供給する交流電力ドライバと、送電側アンテナの電磁的結合が形成される結合面への水滴の付着を抑制する水滴除去手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本願に開示される技術に係る非接触送電システム、および非接触送電装置によれば、非接触状態において電磁的結合により行われる電力の送電効率の悪化を抑制することができる。理由は以下の通りである。すなわち、水分は比較的大きな誘電率を有する誘電体である。電磁的結合空間に水分が介在すると水分子が誘電分極するが、誘電分極する際には電磁エネルギーが消費されてしまう。このエネルギー消費により送電効率が悪化してしまうおそれがある。
本願では、送電に先立ち電磁的結合が形成されるアンテナの結合面の水滴を除去することにより電磁的結合が行われる空間から水滴を除去することができる。これにより、水分子の誘電分極に消費されてしまう電磁的エネルギーが送電電力に充てられることとなる。結果として送電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】非接触送電システムを示す図である。
【図２】送電動作における共振周波数を示す図である。
【図３】送電装置の回路ブロック図である。
【図４】受電装置の回路ブロック図である。
【図５】アンテナの構成を示す図である。
【図６】水滴除去手段を備える送電側の送電フローである。
【図７】水滴除去手段を備える受電側の受電フローである。
【図８】非共振動作により水滴を除去する場合の処理フローである。
【図９】温風の吹付けにより水滴を除去する場合の送風ダクトの構成図である。
【図１０】ワイパー装置により水滴を除去する場合の図である。
【図１１】振動装置により水滴を除去する場合の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は非接触送電システムを電気自動車あるいはハイブリッド自動車への送電に適用する場合のシステム構成図である。車両２が電気自動車あるいはハイブリッド自動車である。車両２が送電エリア１に入庫している状態を示す。送電エリア１には送電装置１０が埋設されており、車両２に搭載されている受電装置２０との間で、非接触送電が行われる。
【００１５】
非接触送電では、送電装置１０の送電側アンテナ１１から受電装置２０の受電側アンテナ２１への電磁波による電磁的結合により電力の送電が行われる。送電側アンテナ１１は、送電エリア１の地表面に沿って、電磁的結合がなされる結合面１１Ａが配置される。受電側アンテナ２１は、車両２の下面に沿って、電磁的結合がなされる結合面２１Ａが配置される。送電側アンテナ１１は、所定周波数の交流電力を給電する交流電力ドライバを含む送電部１２により駆動される。送電部１２は制御回路１３により制御される。また、受電側アンテナ２１にて受電された交流電力は受電部２２により整流されて蓄電池等に蓄積される。受電部２２は制御回路２３により制御される。
【００１６】
ここで、送電部１２の交流電力ドライバより送電側アンテナ１１に給電される交流電力の所定周波数とは、送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１を含む系の共振周波数である。図２に系の共振周波数の特性図を示す。横軸は送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との離間距離（Ｌ）であり、縦軸は共振周波数（ｆ）である。離間距離（Ｌ）がＬ＝Ｌ０以上の領域は、受電側アンテナ２１との電磁的結合の影響が無視される領域である。系は受電側アンテナ２１を含まず送電側アンテナ１１が有する固有の共振周波数（ｆ＝ｆ０）で共振する。離間距離（Ｌ）がＬ＝Ｌ０以下の領域では、系は送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１とが強く電磁的結合された状態となる。電磁的結合に伴う相互インダクタンスあるいは結合定数による影響を受ける領域である。この領域では、共振周波数は離間距離（Ｌ）に依存して変化する。送電側アンテナ１１の固有の共振周波数（ｆ＝ｆ０）を挟んで２つの共振点が存在し、離間距離（Ｌ）が短くなることに応じて互いの共振周波数が離れる特性となる。また、この領域での共振周波数で高い送電効率が得られる。
【００１７】
図３は送電装置１０の回路ブロック図である。制御回路１３、発振器１４、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂ、定在波比測定（Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ、以下、ＳＷＲと略記する）計１２Ｃ、および送電側アンテナ１１を備える。更に、送電エリア１にはエリア内検出センサ１５を備える。
【００１８】
発振器１４から出力されるクロック信号は、制御回路１３へ入力され、制御回路１３内の動作クロックおよび駆動回路１２Ａの交流電力の給電などの周期制御に用いられる。
【００１９】
制御回路１３は、発振器１４、ＳＷＲ計１２Ｃ、エリア内検出センサ１５から受信した信号をもとに、駆動回路１２Ａ、整合回路１２Ｂを制御する。
【００２０】
駆動回路１２Ａはインバータや増幅器などで構成される交流電力ドライバを含み、整合回路１２ＢおよびＳＷＲ計１２Ｃを通じて送電側アンテナ１１に交流電力を供給する。該交流電力は制御回路１３により所定周波数の交流電力として周期制御される。
【００２１】
整合回路１２Ｂは、駆動回路１２Ａから供給される交流電力を送電側アンテナ１１へ効率よく供給するために、制御回路１３からの制御により、送電側アンテナ１１と駆動回路１２Ａとのインピーダンス整合をとる。
【００２２】
ＳＷＲ計１２Ｃは駆動回路１２Ａから送電側アンテナ１１へと送られる交流電力についての定在波比を計測し制御回路１３に結果を送信する。交流電力の伝搬による反射波の有無を検出する。
【００２３】
送電側アンテナ１１はインダクタンス成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、後述する受電装置２０の受電側アンテナ２１との間で磁気的に結合され、受電側アンテナ２１へ電力を送電する。
【００２４】
エリア内センサ１５は送電エリア１に車両２が進入したか否かを検出し、その結果を制御回路１３に送信する。
【００２５】
図４は、受電装置２０の回路ブロック図である。受電装置２０は、制御回路２３、発振器２４、受電側アンテナ２１、受電検出回路２２Ａ、切替回路２２Ｂ、整合回路２２Ｃ、整流平滑回路２２Ｄ、および充電回路２２Ｅを備える。
【００２６】
発振器２４から出力されるクロック信号は、制御回路２３に入力され、制御回路２３内の動作クロックとして用いられる。
【００２７】
制御回路２３は、発振器２４、および受電検出回路２２Ａから受信した信号をもとに、切替回路２２Ｂ，および充電回路２２Ｅを制御する。
【００２８】
受電検出回路２２Ａは、例えば、電流センサを備えて構成されている。受電側アンテナ２１に流れる電流を検出する。送電装置１０からの交流電力の送電が行われているか否かを検出する。
【００２９】
切替回路２２Ｂは、制御回路２３から受信した信号により、受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするか、充電回路２２Ｅに接続するか、開ループ状態にするかを切替える。
【００３０】
整合回路２２Ｃは、受電側アンテナ２１に受電された交流電力が反射されずに整流平滑回路２２Ｄを通じて充電回路２２Ｅへと供給されるように、受電側アンテナ２１から整流平滑回路２２Ｄに至る系のインピーダンス整合をとる。
【００３１】
整流平滑回路２２Ｄは、受電側アンテナ２１から供給される交流電力を直流電力に変換および平滑化し、充電回路２２Ｅに供給する。
【００３２】
充電回路２２Ｅは、整流平滑回路２２Ｄから供給される電力をバッテリー等の蓄電装置（不図示）に充電する回路である。ここで、蓄電装置とは、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や大容量のキャパシタから成る。制御回路２３から制御され充電制御を行う。
【００３３】
受電側アンテナ２１は、インダクタ成分とキャパシタンス成分とを有するＬＣ共振コイルであり、送電側アンテナ１１との間で磁気的に結合され、送電側アンテナ１１より交流電力を受電する。
【００３４】
図５に示すアンテナの構成は、送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１に適用されることが可能な構成を例示するものである。アンテナのうちインダクタ成分を奏するコイル部分あるいはコイル部分に加えてキャパシタンス成分を奏するコンデンサ部分（不図示）は、他の導体から電気的に絶縁を保つ必要があること、また車両２に搭載され送電エリア１に設置される場合の強度上の要請から、樹脂等の支持体に埋め込まれた構成とする場合がある。図４は、車両２への搭載および送電エリア１への設置の観点から、平板状に成形された支持体３０を例示するものである。
【００３５】
図５に図示されているアンテナを送電側アンテナ１１や受電側アンテナ２１として使用する場合、支持体３０の平板のうち、互いに対向する端面が結合面とされる。給電の際には結合面を介して主たる電磁的結合がなされることになるので、結合面への水滴の付着を防止あるいは除去することが、電磁的エネルギーの水分子による消費を抑制して送電効率の向上を図るために必要となる。
【００３６】
図６は、送電装置１０の制御回路１３により制御される送電フローである。送電装置１０の動作開始（ＳＴ０）後、送電装置１０はエリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知されるまで待機する（ＳＴ２）。
【００３７】
エリア内検出センサ１５により受電装置２０の進入が検知された後、駆動回路１２Ａは受電側の受電側アンテナ２１に電流が流れる程度の低電力で電流を出力し始める（ＳＴ４）。
【００３８】
該電流の出力開始の後、駆動回路１２Ａは制御回路１３の制御により出力電力の周波数を走査する（ＳＴ６）。周波数を走査しながらＳＷＲ計１２Ｃで定在波比を計測することで、出力電力の周波数と定在波比の特性が得られる。ここで、定在波比が極小となる周波数が共振周波数である。
【００３９】
出力周波数の走査は２つの共振周波数が検出されるまで行われる（ＳＴ８：Ｎｏ）。共振周波数が２つ確認される場合は、受電側アンテナ２１が送電側アンテナ１１の給電可能領域内に存在していると確認される（ＳＴ８：Ｙｅｓ）。
【００４０】
処理（ＳＴ９−１）および（ＳＴ９−２）は、水滴除去手段の一例である。先ず、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに水滴が付着しているか否かを検出する（ＳＴ９−１）。
【００４１】
ここで、水滴の検出は、雨滴センサ等の既知のセンサに基づいて行うことができる。また、温度及び湿度を計測し予め記憶されている判断テーブル（不図示）に基づいて判断を行うことができる。ここで、判断テーブルでは、温度に対する飽和水蒸気圧等のデータをもとに、予め定められた基準に基づいて実測される温度データおよび湿度データから判断を行うことができる。
【００４２】
水滴の付着が検出されれば（ＳＴ９−１：Ｙｅｓ）、水滴除去処理（ＳＴ９−２）を実行する。水滴の付着が検出されなければ（ＳＴ９−１：Ｎｏ）、水滴除去処理（ＳＴ９−２）はスキップされる。
【００４３】
水滴除去処理（ＳＴ９−２）では、主に送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去処理を行う。ここでの除去方法としては、例えば、以下の３方式が考えられる。
【００４４】
送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去に適用される第１の具体例は、共振周波数から外れた周波数で送電動作を行う方法である。図８に処理フローを示す。処理（ＳＴ９−１）により水滴を検出すると、制御回路１３は処理（ＳＴ６、ＳＴ８）で検出された共振周波数とは異なる周波数を選択する（Ｓ１）。この周波数で駆動回路１２Ａを駆動して送電動作を開始する（Ｓ３）。送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１を含む系は共振周波数から外れた周波数で交流電力の送電が行われる。これにより、送電側アンテナ１１では電力損が発生し発熱することとなる。この発熱により送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を乾燥除去する。この場合、送電動作（Ｓ３）は、予め定められた時間継続して行われる。この継続時間が送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を乾燥除去するのに十分な時間に設定されていれば、処理（Ｓ３）の終了後、図６の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図６中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴の乾燥除去に不十分な時間であっても、処理（Ｓ３）の終了後、図６の送電フローにおいて、処理（ＳＴ９−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図６中、（Ｂ）の場合）、水滴除去処理が繰り返される。何れの場合にも、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を加熱により乾燥除去することができる。
【００４５】
尚、第１の方法では、送電動作を行うため、受電側アンテナ２１にも交流電力が受電され電力損が発生する。送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに加えて受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴も乾燥除去される。
【００４６】
送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去に適用される第２の具体例は、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａを摺動するワイパー装置５１による拭水動作を行う方法である。図１０に図示する。処理（ＳＴ９−１）により水滴を検出すると、制御回路１３は指示信号Ｓを出力する。ワイパー装置５１は、送電装置１０内の送電側アンテナ１１近傍に設置されており指示信号Ｓに応じて動作を開始する。
【００４７】
ワイパー装置５１による拭水動作は、予め定められた時間継続に行われる。この継続時間が送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を拭い去るのに十分な時間に設定されていれば、図６の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図６中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴を拭い去るのに不十分な時間であっても、図６の送電フローにおいて、処理（ＳＴ９−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図６中、（Ｂ）の場合）、水滴除去処理が繰り返される。何れの場合にも、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴をワイパー装置５１による機械的な拭水動作により除去することができる。
【００４８】
送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴の除去に適用される第３の具体例は、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに振動を与える振動装置５２により水滴を振り落とす方法である。図１１に図示する。振動装置５２は、送電側アンテナ１１に振動面を接触させて設置される。図１１の場合は、結合面１１Ａに設置される場合を図示するが、必ずしも結合面１１Ａに設置しなければならないわけではない。結合面１１Ａに振動が伝搬し水滴がふるい落とされれば、何れの位置に設置されていてもよいことは言うまでもない。
【００４９】
処理（ＳＴ９−１）により水滴を検出すると、制御回路１３は指示信号Ｓを出力する。振動装置５２は、指示信号Ｓに応じて動作を開始する。
【００５０】
振動装置５２による振動動作は、予め定められた時間継続に行われる。この継続時間が送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を振い落すのに十分な時間に設定されていれば、図６の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図６中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴を振い落すのに不十分な時間であっても、図６の送電フローにおいて、処理（ＳＴ９−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図６中、（Ｂ）の場合）、水滴除去動作が繰り返される。何れの場合にも、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着した水滴を振動装置５２による機械的な振い落し動作により除去することができる。
【００５１】
なお、振動動作により水滴を確実に結合面１１Ａから振い落すために、結合面１１Ａが水平面に対して所定の角度を有して送電側アンテナ１１に設置すれば、振動動作により有効に水滴を振い落すことができる。
【００５２】
説明を図６の送電フローに戻す。水滴除去処理（ＳＴ９−２）が終了すると、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１との距離と共振周波数との特性（図２）から、送電側アンテナ１１と受電側アンテナ２１の距離が得られる（ＳＴ１０）。
【００５３】
そして、送電装置１０から受電装置２０に送電を行うため、駆動回路１２Ａは制御回路１３の制御により、出力を増大させる（ＳＴ１４）。
【００５４】
受電装置２０は、充電が終わると受電側アンテナ２１のループを開く。これにより、送電部のＳＷＲ計１２Ｃにより計測される定在波比が変化し、送電部は充電終了を検知できる（ＳＴ１６：Ｙｅｓ）。充電終了を検知した送電装置１０の制御回路１３は駆動回路１２Ａの出力を停止させる（ＳＴ１８）。送電部は動作を終了する（ＳＴ２０）。
【００５５】
図７は、受電装置２０の制御回路２３により制御される受電フローである。動作開始（ＳＲ０）時において受電装置２０の切替回路２２Ｂは受電側アンテナ２１を閉ループ状態にするように接続する（ＳＲ２）。受電検出回路２２Ａは送電装置１０から電力が供給され受電側アンテナ２１に電力が流れるまで待機する（ＳＲ４）。
【００５６】
処理（ＳＲ５−１）および（ＳＲ５−２）は、水滴除去処理の一例である。送電フロー（図６）における処理（ＳＴ９−１）および（ＳＴ９−２）と同様である。また、水滴の検出方法についても、送電フロー（図６）における処理（ＳＴ９−１）の場合と同様である。
【００５７】
水滴除去処理（ＳＲ５−１）では、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着している水滴の除去処理を行う。ここでの除去方法としては、例えば、以下の２方式が考えられる。
【００５８】
受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着している水滴の除去に適用される第１の具体例は、車両２の空調設備からの送風動作を行う方法である。図９に車両２の空調構成を図示する。ブロア装置４１とブロア装置４１からの送風を受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに導く送風ダクト４２とを備えている。ここで、ブロア装置４１は、例えば、車室内の空調やエンジン等の冷却のために備えられた装置を利用することができる。また、送風ダクト４２は、車室内の空調ダクト（不図示）とは別個に備えることもでき、また空調ダクト（不図示）から開閉弁（不図示）等を介して分岐して備える構成とすることもできる。
【００５９】
図７の処理（ＳＲ５−１）により水滴を検出すると、制御回路２３は指示信号Ｓを出力する。指示信号Ｓに応じて、ブロア装置４１が動作を開始する。これにより、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに送風される。この場合、温風を送風することもできる。この送風により受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴を乾燥除去する。この場合、送風動作は、予め定められた時間継続に行われる。この継続時間が受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴を乾燥除去するのに十分な時間に設定されていれば、図７の送電フローにおいて、次の処理へ移行することができる（図７中、（Ａ）の場合）。また、継続時間が水滴の乾燥除去に不十分な時間であっても、図７の送電フローにおいて、処理（ＳＲ５−１）に戻るフローとすれば、再度の水滴検出がされ（図７中、（Ｂ）の場合）、水滴除去処理が繰り返される。何れの場合にも、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴を乾燥除去することができる。
【００６０】
受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着している水滴の除去に適用される第２の具体例は、ワイパー装置５１による拭水動作を行う方法である。図１０に図示する。送電側アンテナ１１の結合面１１Ａにも適用される方法と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００６１】
説明を図７の送電フローに戻す。水滴除去処理（ＳＲ５−２）が終了すると、受電側アンテナ２１に電力が流れた後、受電検出回路２２Ａは受電側アンテナ２１に流れる電力が大きく増加するのを検知するまで、すなわち、送電を検知するまで待機する（ＳＲ６：Ｎｏ）。送電を検知した後（ＳＲ６：Ｙｅｓ）、受電側アンテナ２１から充電回路２２Ｅまでを接続するように、受電装置２０の制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御する（ＳＲ８）。
【００６２】
受電側アンテナ２１に接続された充電回路２２Ｅはバッテリーの充電を開始する（ＳＲ１０）。バッテリーの充電が終了するまで以上の状態が保持される（ＳＲ１２：Ｎｏ）。
バッテリーの充電が終了すると（ＳＲ１２：Ｙｅｓ）、制御回路２３は切替回路２２Ｂを制御し、受電側アンテナ２１と充電回路２２Ｅの接続を切断した上で、受電側アンテナ２１のループを開き（ＳＲ１４）、受電部は動作を終了する（ＳＲ１６）。
【００６３】
ここで、駆動回路１２Ａは交流電力ドライバを含んで構成される回路の一例である。また、図８の処理フローは非共振動作手段の一例である。また、ブロア装置４１は送風部の一例である。ここで、図８の処理フローおよびブロア装置４１は加熱手段の一例である。また、ワイパー装置５１はワイパー手段の一例である。また、振動装置５２は振動手段の一例である。また、送電フロー（図６）における処理（ＳＴ９−１）受電フロー（図７）における処理（ＳＲ５−１）は水滴検知手段の一例である。
【００６４】
以上、詳細に説明したように、本発明の実施形態によれば、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａや受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに付着した水滴は、加熱による乾燥による除去動作、機械的な除去動作により行うことができる。
【００６５】
加熱による乾燥除去には２つの方法が例示される。その１は、非共振周波数での送電動作（図８）により送電側アンテナ１１および受電側アンテナ２１に電力損を発生させ、この電力損に基づく発熱により送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着する水滴を加熱乾燥して水滴を除去することである。尚、この場合、受電側アンテナ２１においても同様に電力損が発生するので、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａについても同時に加熱乾燥することができる。その２は、車両２に備えられているブロア装置４１からの温風を送風ダクト４２により導き受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに吹き付けることで乾燥することである。
【００６６】
機械的な除去動作には次の２つの方法が例示される。その１は、ワイパー装置５１の拭水動作により、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａの水滴を拭い去ることである。その２は、振動装置５２の振動動作により、受電側アンテナ２１の結合面２１Ａの水滴を振い落とすことである。
【００６７】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、水滴の除去動作は、その方法に応じて送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに適用するものと受電側アンテナ２１の結合面２１Ａに適用するもので分けて記載したが、本発明の趣旨からすればこれに限定されるものではないことは言うまでもない。たとえば、温風の吹付けによる乾燥では、実施形態では、車両２に備えられているブロア装置４１を使用する構成を説明したが、送電エリア１あるいは送電装置１０にブロア装置を備えれば、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに対しても同様に適用することができる。
また、ブロア装置４１から送り出される風は温風に限らず、常温の風であっても水滴は乾燥除去することができる。
また、送電側アンテナ１１において、アンテナを支持する支持体３０に駆動回路１２Ａのモジュールを設置してやれば、送電時に駆動回路１２Ａから回路動作に応じて発せられるスイッチング損失等の熱損失により支持体３０に熱が加えられる。これにより、送電側アンテナ１１の結合面１１Ａに付着している水滴を乾燥除去することができる。
尚、水滴を除去する手段としては、この他にも以下に例示する構成が考えられる。例えば、結合面１１Ａ，２１Ａの表面に撥水性材料をコーティングすることで水分の付着を除去することができる。ここで、撥水性材料とは、テフロン（登録商標）等のフッ素系高分子などが適用できる。また、結合面１１Ａ、２１Ａの表面構造を微細なフラクタル形状とすることで、水滴の付着を防止することができる。あるいは微細な柱状形状を形成することでもよい。例えば、垂直配向したカーボンナノチューブ膜などで構成することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 送電エリア
２ 車両
１０ 送電装置
１１ 送電側アンテナ
１１Ａ、２１Ａ 結合面
１２ 送電部
１３、２３ 制御回路
１２Ａ 駆動回路
１２Ｂ 整合回路
１２Ｃ 定在波比測定（ＳＷＲ）計
１４、２４ 発振器
１５ エリア内検出センサ
２０ 受電装置
２１ 受電側アンテナ
２２ 受電部
２２Ａ 受電検出回路
２２Ｂ 切替回路
２２Ｃ 整合回路
２２Ｄ 整流平滑回路
２２Ｅ 充電回路
３０ 支持体
４１ ブロア装置
４２ 送風ダクト
５１ ワイパー装置
５２ 振動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行う非接触送電システムであって、
前記車両に搭載され、電磁的結合により受電する受電側アンテナと、
前記受電側アンテナに対して前記電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を前記送電側アンテナに供給する交流電力ドライバと、
前記送電側アンテナまたは前記受電側アンテナの少なくとも何れか一方の、前記電磁的結合が形成される結合面への水滴の付着を抑制する水滴除去手段とを備えることを特徴とする非接触送電システム。
【請求項２】
前記水滴除去手段は、
送電動作に先立ち前記結合面に付着する水滴を検知する水滴検知手段と、
前記水滴検知手段による水滴の検知に応じて、前記結合面への熱供給により前記水滴を乾燥させる加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項３】
前記加熱手段は、
前記共振周波数とは異なる周波数で前記交流電力ドライバを駆動する非共振動作手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の非接触送電システム。
【請求項４】
前記加熱手段は、
前記車両において、送風部からの送風を前記結合面に導く送風ダクトを備えることを特徴とする請求項２に記載の非接触送電システム。
【請求項５】
前記水滴除去手段は、
前記結合面に付着する水滴を検知する水滴検知手段と、
前記水滴検知手段による水滴の検知に応じて、前記結合面に対して拭水動作を行うワイパー手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項６】
前記水滴除去手段は、
前記結合面に付着する水滴を検知する水滴検知手段と、
前記水滴検知手段による水滴の検知に応じて、前記結合面を振動させる振動手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項７】
電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行う非接触送電装置であって、
前記車両に搭載される受電側アンテナに対して電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を前記送電側アンテナに供給する交流電力ドライバと、
前記送電側アンテナの前記電磁的結合が形成される結合面への水滴の付着を抑制する水滴除去手段とを備えることを特徴とする非接触送電装置。
【請求項１】
電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行う非接触送電システムであって、
前記車両に搭載され、電磁的結合により受電する受電側アンテナと、
前記受電側アンテナに対して前記電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を前記送電側アンテナに供給する交流電力ドライバと、
前記送電側アンテナまたは前記受電側アンテナの少なくとも何れか一方の、前記電磁的結合が形成される結合面への水滴の付着を抑制する水滴除去手段とを備えることを特徴とする非接触送電システム。
【請求項２】
前記水滴除去手段は、
送電動作に先立ち前記結合面に付着する水滴を検知する水滴検知手段と、
前記水滴検知手段による水滴の検知に応じて、前記結合面への熱供給により前記水滴を乾燥させる加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項３】
前記加熱手段は、
前記共振周波数とは異なる周波数で前記交流電力ドライバを駆動する非共振動作手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の非接触送電システム。
【請求項４】
前記加熱手段は、
前記車両において、送風部からの送風を前記結合面に導く送風ダクトを備えることを特徴とする請求項２に記載の非接触送電システム。
【請求項５】
前記水滴除去手段は、
前記結合面に付着する水滴を検知する水滴検知手段と、
前記水滴検知手段による水滴の検知に応じて、前記結合面に対して拭水動作を行うワイパー手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項６】
前記水滴除去手段は、
前記結合面に付着する水滴を検知する水滴検知手段と、
前記水滴検知手段による水滴の検知に応じて、前記結合面を振動させる振動手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項７】
電気エネルギーを動力源として利用する車両に対して非接触状態で送電を行う非接触送電装置であって、
前記車両に搭載される受電側アンテナに対して電磁的結合により送電する送電側アンテナと、
前記送電側アンテナから前記受電側アンテナへの送電効率が最大となる共振周波数で、交流電力を前記送電側アンテナに供給する交流電力ドライバと、
前記送電側アンテナの前記電磁的結合が形成される結合面への水滴の付着を抑制する水滴除去手段とを備えることを特徴とする非接触送電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１２５１５３（Ｐ２０１１−１２５１５３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８１３９４（Ｐ２００９−２８１３９４）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（５９１２６１５０９）株式会社エクォス・リサーチ (1,360)
【Ｆターム（参考）】
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