JP2011072066A - 非接触受電装置およびそれを備える電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】受電電力を電気負荷へ供給する電路を遮断可能なリレーの溶着チェックを確実に行なうことができる非接触受電装置およびそれを備える電動車両を提供する。
【解決手段】リレー１４４は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電力線対に設けられる。電圧センサ１９０は、抵抗１４６に生じる電圧ＶＲ１を検出する。電圧センサ１９２は、リレー１４４よりもＤＣ／ＤＣコンバータ１４２側において電力線対間の電圧ＶＲ２を検出する。そして、リレー１４４，１４８がそれぞれオフ，オンされているとき、電圧センサ１９０，１９２の検出値が比較され、その比較結果に基づいてリレー１４４の溶着有無が判定される。
【選択図】図５

Description

この発明は、非接触受電装置およびそれを備える電動車両に関し、特に、電源から電力を受けて電磁場を発生する送電用共鳴器から前記電磁場を介して非接触で受電する非接触受電装置およびそれを備える電動車両に関する。

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である。

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。

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ワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、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、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の自己共振コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することも可能である（たとえば、特許文献１参照）。

特表２００９−５０１５１０号公報 特開２００５−２６１０４０号公報

車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両においては、受電された電力を電気負荷へ供給する電路を遮断可能なリレーが一般的に設けられるところ、このリレーの溶着チェックを確実に行なうことが重要である。

ここで、車両外部の電源から車両への送電に上記の共鳴法を用いる場合、たとえば給電設備側の送電ユニットと車両側の受電ユニットとの位置ずれやギャップの変化等によって受電状態（受電電力や受電電圧）が変化するところ、受電状態が変化してもリレーの溶着チェックが確実に行なわれる必要がある。

それゆえに、この発明の目的は、受電電力を電気負荷へ供給する電路を遮断可能なリレーの溶着チェックを確実に行なうことができる非接触受電装置およびそれを備える電動車両を提供することである。

この発明によれば、非接触受電装置は、電源から電力を受けて電磁場を発生する送電用共鳴器から電磁場を介して非接触で受電する非接触受電装置であって、受電用共鳴器と、電気負荷と、第１のリレーと、抵抗および第２のリレーと、第１および第２の電圧センサと、制御装置とを備える。受電用共鳴器は、送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から受電するように構成される。電気負荷は、受電用共鳴器によって受電された電力の供給を受ける。第１のリレーは、受電用共鳴器と電気負荷との間に配設される電力線対の少なくとも一方に設けられる。抵抗および第２のリレーは、第１のリレーよりも受電用共鳴器側に設けられ、電力線対間に直列に接続される。第１の電圧センサは、抵抗に生じる電圧を検出する。第２の電圧センサは、第１のリレーよりも電気負荷側に設けられ、電力線対間の電圧を検出する。制御装置は、受電用共鳴器の受電状況を確認する場合には第１および第２のリレーをそれぞれ非導通状態および導通状態に制御し、受電用共鳴器によって受電された電力を電気負荷へ供給する場合には第１および第２のリレーをそれぞれ導通状態および非導通状態に制御する。そして、制御装置は、第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御されているとき、第２の電圧センサの検出値を第１の電圧センサの検出値と比較し、その比較結果に基づいて第１のリレーの溶着有無を判定する。

好ましくは、第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御されているとき、送電用共鳴器から所定の電力が送出される。そして、制御装置は、第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御され、かつ、第１の電圧センサの検出値が所定の範囲に含まれるとき、上記比較結果に基づいて第１のリレーの溶着有無を判定する。

さらに好ましくは、当該非接触受電装置は、車両に搭載される。そして、制御装置は、第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御され、かつ、第１の電圧センサの検出値が所定の範囲外のとき、第１の電圧センサの検出値に基づいて、受電用共鳴器と送電用共鳴器との位置合わせを行なうように車両を制御する。

また、好ましくは、非接触受電装置は、送電用共鳴器を含む給電設備と通信するための通信ユニットをさらに備える。そして、制御装置は、第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御され、かつ、第１の電圧センサの検出値が所定の範囲外のとき、送電用共鳴器から送出される所定の電力の増加を指示する指令を、通信ユニットを用いて給電設備へ出力する。

また、この発明によれば、電動車両は、上述したいずれかの非接触受電装置と、非接触受電装置によって受電された電力を用いて走行トルクを発生する電動機とを備える。

この発明においては、第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御されているとき、第２の電圧センサの検出値が第１の電圧センサの検出値と比較される。そして、その比較結果に基づいて第１のリレーの溶着有無が判定されるので、たとえば送電用共鳴器と受電用共鳴器との位置ずれやギャップの変化等によって受電状態（受電電力や受電電圧）が変化しても、第１のリレーの溶着有無を判定できる。

したがって、この発明によれば、受電電力を電気負荷へ供給する電路を遮断可能なリレーの溶着チェックを確実に行なうことができる。

この発明の実施の形態１による非接触受電装置が適用される車両給電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 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１に示す車両の詳細を示す構成図である。 受電ユニットを含む車両側の受電回路および給電設備側の送電ユニットについてより詳細に説明するための回路図である。 電圧センサの構成の一例を示した図である。 制御装置により実行されるリレーの溶着判定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における制御装置により実行されるリレーの溶着判定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３における制御装置により実行されるリレーの溶着判定処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による非接触受電装置が適用される車両給電システムの全体構成図である。図１を参照して、車両給電システム１０は、車両１００と、給電設備２００とを備える。

車両１００は、受電ユニット１１０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０とを含む。受電ユニット１１０は、車体底面に設置され、給電設備２００の送電ユニット２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電ユニット１１０は、後に説明する自己共振コイルを含み、給電設備２００の送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニット２２０から非接触で受電する。

カメラ１２０は、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０との位置関係を検知するために設けられ、たとえば車両後方を撮影可能に車体に取付けられる。通信ユニット１３０は、車両１００と給電設備２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

給電設備２００は、高周波電源装置２１０と、送電ユニット２２０と、発光部２３０と、通信ユニット２４０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえば系統電源から供給される商用交流電力を高周波の電力に変換して送電ユニット２２０へ出力する。なお、高周波電源装置２１０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚである。

送電ユニット２２０は、駐車場の床面に固設され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電ユニット１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電ユニット２２０は、自己共振コイルを含み、車両１００の受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニット１１０へ非接触で送電する。

発光部２３０は、送電ユニット２２０上に複数設けられ、送電ユニット２２０の位置を示すために設けられる。発光部２３０は、たとえば発光ダイオードなどを含む。通信ユニット２４０は、給電設備２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

この車両給電システム１０においては、給電設備２００の送電ユニット２２０から高周波の電力が送出され、車両１００の受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルとが電磁場を介して共鳴することにより、給電設備２００から車両１００へ給電される。

ここで、給電設備２００から車両１００への給電に際し、車両１００を給電設備２００へ誘導して車両１００の受電ユニット１１０と給電設備２００の送電ユニット２２０との位置合わせが行なわれる。

位置合わせは、まず、第１段階においては、カメラ１２０によって撮影される画像に基づいて車両１００の受電ユニット１１０と給電設備２００の送電ユニット２２０との位置関係が検知され、その検知結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両を誘導するように車両が制御される。より詳しくは、送電ユニット２２０上に設けられた複数の発光部２３０がカメラ１２０によって撮影され、複数の発光部２３０の位置および向きが画像認識される。そして、その画像認識の結果に基づいて送電ユニット２２０と車両との位置および向きが認識され、その認識結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両が誘導される。

ここで、受電ユニット１１０および送電ユニット２２０の対向面積は、車体底面の面積よりも小さいところ、送電ユニット２２０が車体下部に入り込むことによってカメラ１２０により送電ユニット２２０を撮影できなくなると、第１段階から第２段階に切替わる。この第２段階においては、送電ユニット２２０から受電ユニット１１０への給電が行なわれ、その給電状況に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離が検知される。そして、その距離情報に基づいて、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせを行なうように車両が制御される。

なお、上記の第２段階時に送電ユニット２２０から送出される電力の大きさは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせの完了後に送電ユニット２２０から受電ユニット１１０へ供給される充電電力よりも小さく設定される。上記第２段階時に送電ユニット２２０から電力を送出するのは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離を検知するためであり、本格的な給電を行なう際の大電力は不要だからである。

次に、この車両給電システム１０に用いられる非接触給電方法について説明する。この実施の形態による車両給電システム１０では、共鳴法を用いて給電設備２００から車両１００への給電が行なわれる。

図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。

なお、図１との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図１の受電ユニット１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図１の送電ユニット２２０に対応する。

図３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３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。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。

この中でも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があるが、共鳴法では、この近接場（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、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）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。

図４は、図１に示した車両１００の詳細を示す構成図である。図４を参照して、車両１００は、蓄電装置１５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ１６２と、インバータ１６４，１６６と、モータジェネレータ１７２，１７４と、エンジン１７６と、動力分割装置１７７と、駆動輪１７８とを含む。また、車両１００は、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と、システムメインリレーＳＭＲ２と、リレー１４４，１４８と、抵抗１４６と、電圧センサ１９０，１９２とをさらに含む。さらに、車両１００は、制御装置１８０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０と、給電ボタン１２２とをさらに含む。

この車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を動力源として搭載する。エンジン１７６およびモータジェネレータ１７２，１７４は、遊星歯車から成る動力分割装置１７７に連結される。そして、車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン１７６が発生する動力は、動力分割装置１７７によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪１７８へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１７２へ伝達される経路である。

モータジェネレータ１７２は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７２は、動力分割装置１７７によって分割されたエンジン１７６の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン１７６が始動してモータジェネレータ１７２により発電が行なわれ、蓄電装置１５０が充電される。

モータジェネレータ１７４も、交流回転電機であり、モータジェネレータ１７２と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７４は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１７２により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１７４の駆動力は、駆動輪１７８に伝達される。

また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪１７８を介してモータジェネレータ１７４の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ１７４が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ１７４は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ１７４により発電された電力は、蓄電装置１５０に蓄えられる。

蓄電装置１５０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を含む。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７２，１７４によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電設備２００（図１）から供給される電力やモータジェネレータ１７２，１７４からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間に配設される。昇圧コンバータ１６２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置１５０から出力される電圧以上の電圧に昇圧する。なお、この昇圧コンバータ１６２は、たとえば直流チョッパ回路を含む。

インバータ１６４，１６６は、それぞれモータジェネレータ１７２，１７４に対応して設けられる。インバータ１６４は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１７２を駆動し、インバータ１６６は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１７４を駆動する。なお、インバータ１６４，１６６は、たとえば三相ブリッジ回路を含む。

二次自己共振コイル１１２は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電設備２００の一次自己共振コイル（図示せず）と電磁場を介して共鳴することにより給電設備２００から受電する。なお、二次自己共振コイル１１２の容量成分は、コイルの浮遊容量としているが、コイルの両端に接続されるコンデンサを設けてもよい。この二次自己共振コイル１１２については、給電設備２００の一次自己共振コイルとの距離や、一次自己共振コイルおよび二次自己共振コイル１１２の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１４０へ出力する。なお、二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４は、図１に示した受電ユニット１１０を形成する。

整流器１４０は、二次コイル１１４によって取出された交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＤに基づいて、整流器１４０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と蓄電装置１５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、制御装置１８０からの信号ＳＥ２が活性化されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を蓄電装置１５０と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と蓄電装置１５０との間の電路を遮断する。

リレー１４４は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間に配設される電力線対の少なくとも一方に設けられる。この図４では、リレー１４４は、電力線対の一方にのみ設けられているが、電力線対の双方にリレーを設けてもよい。このリレー１４４は、受電ユニット１１０によって受電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ供給して蓄電装置１５０の充電が行なわれる場合に制御装置１８０によって導通状態に制御される。

抵抗１４６およびリレー１４８は、リレー１４４よりも整流器１４０側において、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間に配設される電力線対間に直列に接続される。この抵抗１４６およびリレー１４８は、受電ユニット１１０の受電状況を確認するために設けられる。すなわち、上述した第２段階の位置合わせが行なわれるとき、制御装置１８０によってリレー１４８が導通状態に制御され、受電ユニット１１０による受電によって抵抗１４６に生じる電圧に基づいて受電ユニット１１０の受電状況が検知される。そして、抵抗１４６に生じる電圧に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離が検知され、その距離情報に基づいて上記第２段階の位置合わせが実行される。

電圧センサ１９０は、抵抗１４６に生じる電圧ＶＲ１を検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。一方、電圧センサ１９２は、リレー１４４よりもＤＣ／ＤＣコンバータ１４２側において電力線対間の電圧ＶＲ２を検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。

制御装置１８０は、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ１６２およびモータジェネレータ１７２，１７４をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６へ出力する。そして、車両の走行時、制御装置１８０は、信号ＳＥ１を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオンさせるとともに、信号ＳＥ２を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオフさせる。

また、制御装置１８０は、受電ユニット１１０の受電状況を確認する場合にはリレー１４４，１４８をそれぞれ非導通状態および導通状態に制御し、受電ユニット１１０によって受電された電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ供給して蓄電装置１５０の充電を行なう場合にはリレー１４４，１４８をそれぞれ導通状態および非導通状態に制御する。

ここで、制御装置１８０は、リレー１４４の溶着有無を判定する。具体的には、制御装置１８０は、リレー１４４，１４８がそれぞれ非導通状態および導通状態に制御されているとき、電圧センサ１９２から受ける電圧ＶＲ２の検出値を電圧センサ１９０から受ける電圧ＶＲ１の検出値と比較し、その比較結果に基づいてリレー１４４の溶着有無を判定する。

さらにここで、制御装置１８０は、リレー１４４，１４８がそれぞれ非導通状態および導通状態に制御され、かつ、電圧センサ１９０から受ける電圧ＶＲ１の検出値が所定の範囲外のとき、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０との位置合わせを行なうように車両を制御する。

具体的には、制御装置１８０は、第１段階として、カメラ１２０によって撮影される画像に基づいて車両１００の受電ユニット１１０と給電設備２００の送電ユニット２２０との位置関係を検知し、その検知結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両を誘導するように車両を制御する。

そして、送電ユニット２２０が車体下部に入り込むことによってカメラ１２０により送電ユニット２２０を撮影できなくなると、制御装置１８０は、第２段階として、テスト電力の出力要求を通信ユニット１３０を介して給電設備２００へ出力し、電圧ＶＲ１の検出値に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離を検知する。そして、制御装置１８０は、その距離情報に基づいて、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせを行なうように車両を制御する。

車両の位置合わせが完了すると、制御装置１８０は、通信ユニット１３０を介して給電設備２００へ給電指令を送信するとともに、リレー１４４，１４８をそれぞれ導通状態および非導通状態に制御する。そしてさらに、制御装置１８０は、信号ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を駆動するための信号ＰＷＤを生成してＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。

図５は、受電ユニットを含む車両側の受電回路および給電設備側の送電ユニット２２０についてより詳細に説明するための回路図である。図５を参照して、高周波電源装置２１０は、高周波交流電源２１３と、電源のインピーダンスを示す抵抗２１１とで表わされる。送電ユニット２２０は、高周波電源装置２１０に接続される一次コイル２３２と、電磁誘導により一次コイル２３２と磁気的に結合される一次自己共振コイル２３４とを含む。

受電ユニット１１０は、一次自己共振コイル２３４と電磁場を介して共鳴する二次自己共振コイル１１２と、電磁誘導により二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合される二次コイル１１４とを含む。整流器１４０は、二次コイル１１４に接続され、二次コイル１１４から出力される交流電力を整流する。

整流器１４０と充電器（ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２）との間に配設される電力線にはリレー１４４が設けられ、バッテリ(蓄電装置１５０）の充電が行なわれるとき、リレー１４４は導通状態に制御される。

リレー１４４よりも整流器１４０側において、抵抗１４６およびリレー１４８が電力線対間に直列に接続される。電圧センサ１９０は、抵抗１４６およびリレー１４８が接続される電力線対間の電圧ＶＲ１を検出して制御装置１８０（図示せず）へ出力する。電圧センサ１９２は、リレー１４４よりも充電器（ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２）側において電力線対間の電圧ＶＲ２を検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。充電器（ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２）は、整流器１４０から出力される直流電力を適切な電圧に変換してバッテリ(蓄電装置１５０）へ出力する。

なお、抵抗１４６は、たとえば５０Ωのインピーダンスに設定されており、この値は高周波電源装置２１０の抵抗２１１で表わされるインピーダンスとマッチングするように調整されている。

図６は、電圧センサ１９０，１９２の構成の一例を示した図である。図６を参照して、電圧センサ１９０（１９２）は、入力端子５０２，５０４と、抵抗５０６，５０８，５１０，５１２，５１６と、オペアンプ５１４と、出力端子５１８とを含む。

この電圧センサ１９０（１９２）は、差動増幅回路から成る。整流器１４０（図５）によって整流された電力が出力される電力線対に入力端子５０２，５０４が接続される。抵抗５０６は、数百ｋΩ〜数ＭΩの高抵抗値を有する。

図７は、制御装置１８０により実行されるリレー１４４の溶着判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立する毎に実行される。

図７を参照して、制御装置１８０は、まず、リレー１４４，１４８をそれぞれ非導通状態（オフ）および導通状態（オン）に制御する（ステップＳ１０）。次いで、制御装置１８０は、テスト電力の出力要求を通信ユニット１３０を介して給電設備２００へ送信する（ステップＳ２０）。なお、このテスト電力の大きさは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせの完了後に送電ユニット２２０から受電ユニット１１０へ供給される充電のための電力よりも小さく設定される。

次いで、制御装置１８０は、電圧センサ１９０によって検出される電圧ＶＲ１が所定の範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０）。電圧ＶＲ１が所定の範囲内にないと判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、制御装置１８０は、上述した方法により、車両の位置決め制御（給電設備２００の送電ユニット２２０と車両の受電ユニット１１０との位置合わせ）を実行する（ステップＳ４０）。

ステップＳ３０において電圧ＶＲ１が所定の範囲内にあると判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、制御装置１８０は、電圧センサ１９０によって検出される電圧ＶＲ１と電圧センサ１９２によって検出される電圧ＶＲ２との差（絶対値）が所定値δよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５０）。なお、所定値δは、電圧ＶＲ１と電圧ＶＲ２とを同一値と見做せるか否かを判定するための値である。

ステップＳ５０において電圧ＶＲ１，ＶＲ２の差が所定値δよりも大きいと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御装置１８０は、リレー１４４を正常と判定する（ステップＳ６０）。一方、ステップＳ５０において電圧ＶＲ１，ＶＲ２の差が所定値δ以下であると判定されると（ステップＳ５０においてＮＯ）、ステップＳ１０においてリレー１４４が非導通状態（オフ）に制御されているにも拘わらず電圧ＶＲ１，ＶＲ２が略同一であるのはリレー１４４が溶着しているからと判断され、制御装置１８０は、リレー１４４が溶着しているものと判定する（ステップＳ７０）。

そして、ステップＳ６０においてリレー１４４が正常と判定されるか、あるいはステップＳ７０においてリレー１４４は溶着しているものと判定され、その後所定の異常処理が実行されると（ステップＳ８０）、制御装置１８０は、テスト電力の停止要求を通信ユニット１３０を介して給電設備２００へ送信する（ステップＳ９０）。その後、制御装置１８０は、リレー１４４，１４８を非導通状態（オフ）に制御する（ステップＳ１００）。

以上のように、この実施の形態１においては、リレー１４４，１４８がそれぞれ非導通状態（オフ）および導通状態（オン）に制御されているとき、電圧センサ１９２によって検出される電圧ＶＲ２が電圧センサ１９０によって検出される電圧ＶＲ１と比較される。そして、その比較結果に基づいてリレー１４４の溶着有無が判定されるので、たとえば給電設備２００の送電ユニット２２０と車両１００の受電ユニット１１０との位置ずれやギャップの変化等によって受電状態（受電電力や受電電圧）が変化しても、リレー１４４の溶着有無を判定できる。したがって、この実施の形態１によれば、受電電力を電気負荷へ供給する電路を遮断可能なリレー１４４の溶着チェックを確実に行なうことができる。

また、この実施の形態１によれば、電圧ＶＲ１がその所定の範囲内にあるときに限りリレー１４４の溶着チェックが行なわれるので、たとえば非受電時（電圧ＶＲ１，ＶＲ２いずれも０）に溶着チェックが行なわれ、リレー１４４が溶着していないにも拘わらずリレー１４４が異常であると誤判定されるの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、リレー１４４の溶着判定処理において、電圧ＶＲ１が所定の範囲内でないとき、給電設備２００と車両１００の位置合わせを行ない、電圧ＶＲ１が所定の範囲内に入ると、リレー１４４の溶着判定を実行するものとした。この実施の形態２では、共鳴法を用いた送電の伝送効率に基づいて電圧ＶＲ１に対する所定の範囲が予め決定され、電圧ＶＲ１がその所定の範囲内になるまでテスト電力を増加させる。そして、電圧ＶＲ１が所定の範囲内に入ると、リレー１４４の溶着判定が実行される。

この実施の形態２における車両給電システムの全体構成は、図１に示した実施の形態１における車両給電システム１０と同じである。また、この実施の形態２における車両の詳細構成も、図４に示した実施の形態１における車両１００と同じである。

図８は、実施の形態２における制御装置１８０により実行されるリレー１４４の溶着判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎に実行される。

図８を参照して、このフローチャートは、図７に示したフローチャートにおいて、ステップＳ４０に代えてステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１３０を含む。すなわち、ステップＳ３０において電圧ＶＲ１が所定の範囲内にないと判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、制御装置１８０は、テスト電力の増大要求を通信ユニット１３０（図４）を介して給電設備２００へ送信する（ステップＳ１１０）。

次いで、制御装置１８０は、テスト電力が所定の上限に達しているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。テスト電力は上限に達していないと判定されると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、ステップＳ３０へ処理が戻される。一方、ステップＳ１２０においてテスト電力が上限に達したと判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御装置１８０は、所定の中断処理を実行し（ステップＳ１３０）、その後、ステップＳ９０へ処理が移行されてテスト電力の停止要求が給電設備２００へ送信される。

この実施の形態２によれば、送電の伝送効率に基づいて電圧ＶＲ１に対する所定の範囲が決定され、電圧ＶＲ１がその所定の範囲内にあるときに限りリレー１４４の溶着チェックが行なわれるので、非受電時（電圧ＶＲ１，ＶＲ２いずれも０）に溶着チェックが行なわれ、リレー１４４が溶着していないにも拘わらずリレー１４４が異常であると誤判定されるのを防止することができる。

［実施の形態３］
この実施の形態３では、共鳴法を用いた送電の伝送効率に基づいて電圧ＶＲ１に対する所定の範囲が予め決定され、給電設備２００からテスト電力が送電されているときに電圧ＶＲ１が上記の所定の範囲内にない場合には、リレー１４４の溶着判定を実行しないものとする。

この実施の形態３における車両給電システムの全体構成も、図１に示した実施の形態１における車両給電システム１０と同じである。また、この実施の形態３における車両の詳細構成も、図４に示した実施の形態１における車両１００と同じである。

図９は、実施の形態３における制御装置１８０により実行されるリレー１４４の溶着判定処理を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎に実行される。

図９を参照して、このフローチャートは、図８に示したフローチャートにおいてステップＳ１１０，Ｓ１２０を含まない構成から成る。すなわち、ステップＳ３０において電圧ＶＲ１が所定の範囲内にないと判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、制御装置１８０は、所定の中断処理を実行し（ステップＳ１３０）、その後、ステップＳ９０へ処理が移行されてテスト電力の停止要求が給電設備２００へ送信される。

この実施の形態３によっても、受電電力を電気負荷へ供給する電路を遮断可能なリレー１４４の溶着チェックを確実に行なうことができる。

なお、上記の各実施の形態においては、一対の自己共振コイルを共鳴させて送電が行なわれるものとしたが、共鳴体として自己共振コイルに代えて高誘電率材から成る高誘電体ディスクを用いることもできる。

また、上記においては、電動車両として、動力分割装置１７７によりエンジン１７６の動力を分割して駆動輪１７８とモータジェネレータ１７２とに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータ１７２を駆動するためにのみエンジン１７６を用い、モータジェネレータ１７４でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車や、エンジン１７６が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車などにもこの発明は適用可能である。

また、この発明は、エンジン１７６を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置１５０に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。また、この発明は、昇圧コンバータ１６２を備えない電動車両や、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を備えない電動車両にも適用可能である。

なお、上記において、一次自己共振コイル２３４は、この発明における「送電用共鳴器」の一実施例に対応し、二次自己共振コイル１１２は、この発明における「受電用共鳴器」の一実施例に対応する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２は、この発明における「電気負荷」の一実施例に対応し、リレー１４４，１４８は、それぞれこの発明における「第１のリレー」および「第２のリレー」の一実施例に対応する。さらに、電圧センサ１９０，１９２は、それぞれこの発明における「第１の電圧センサ」および「第２の電圧センサ」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて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。

１０ 車両給電システム、１００ 車両、１１０ 受電ユニット、１１２，３４０ 二次自己共振コイル、１１４，３５０ 二次コイル、１２０ カメラ、１２２ 給電ボタン、１３０，２４０ 通信ユニット、１４０ 整流器、１４２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４４，１４８ リレー、１４６，２１１，５０６，５０８，５１０，５１２，５１６ 抵抗、１５０ 蓄電装置、１６２ 昇圧コンバータ、１６４，１６６ インバータ、１７２，１７４ モータジェネレータ、１７６ エンジン、１７７ 動力分割装置、１７８ 駆動輪、１８０ 制御装置、１９０，１９２ 電圧センサ、２００ 給電設備、２１０ 高周波電源装置、２１３ 高周波交流電源、２２０ 送電ユニット、２３０ 発光部、２３２，３２０ 一次コイル、２３４，３３０ 一次自己共振コイル、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、５０２，５０４ 入力端子、５１４ オペアンプ、５１８ 出力端子、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (5)

1. 電源から電力を受けて電磁場を発生する送電用共鳴器から前記電磁場を介して非接触で受電する非接触受電装置であって、
   前記送電用共鳴器と前記電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から受電するように構成された受電用共鳴器と、
   前記受電用共鳴器によって受電された電力の供給を受ける電気負荷と、
   前記受電用共鳴器と前記電気負荷との間に配設される電力線対の少なくとも一方に設けられる第１のリレーと、
   前記第１のリレーよりも前記受電用共鳴器側に設けられ、前記電力線対間に直列に接続される抵抗および第２のリレーと、
   前記抵抗に生じる電圧を検出するための第１の電圧センサと、
   前記第１のリレーよりも前記電気負荷側に設けられ、前記電力線対間の電圧を検出するための第２の電圧センサと、
   前記受電用共鳴器の受電状況を確認する場合には前記第１および第２のリレーをそれぞれ非導通状態および導通状態に制御し、前記受電用共鳴器によって受電された電力を前記電気負荷へ供給する場合には前記第１および第２のリレーをそれぞれ導通状態および非導通状態に制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御されているとき、前記第２の電圧センサの検出値を前記第１の電圧センサの検出値と比較し、その比較結果に基づいて前記第１のリレーの溶着有無を判定する、非接触受電装置。
2. 前記第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御されているとき、前記送電用共鳴器から所定の電力が送出され、
   前記制御装置は、前記第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御され、かつ、前記第１の電圧センサの検出値が所定の範囲に含まれるとき、前記比較結果に基づいて前記第１のリレーの溶着有無を判定する、請求項１に記載の非接触受電装置。
3. 当該非接触受電装置は、車両に搭載され、
   前記制御装置は、前記第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御され、かつ、前記第１の電圧センサの検出値が前記所定の範囲外のとき、前記第１の電圧センサの検出値に基づいて、前記受電用共鳴器と前記送電用共鳴器との位置合わせを行なうように前記車両を制御する、請求項２に記載の非接触受電装置。
4. 前記送電用共鳴器を含む給電設備と通信するための通信ユニットをさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１および第２のリレーがそれぞれ非導通状態および導通状態に制御され、かつ、前記第１の電圧センサの検出値が前記所定の範囲外のとき、前記送電用共鳴器から送出される前記所定の電力の増加を指示する指令を、前記通信ユニットを用いて前記給電設備へ出力する、請求項２に記載の非接触受電装置。
5. 請求項１に記載の非接触受電装置と、
   前記非接触受電装置によって受電された電力を用いて走行トルクを発生する電動機とを備える電動車両。

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