JP5772535B2 - 電力伝送システム及び車両 - Google Patents

Description

この発明は、電力伝送システム、車両、および給電設備に関し、特に、給電設備から車両へ非接触で電力を伝送する電力伝送システム、給電設備から非接触で受電する車両、および車両へ非接触で給電する給電設備に関する。

電源コードや送電ケーブルを用いない非接触のワイヤレス電力伝送が近年注目されており、車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）によって車載の蓄電装置を充電可能な電気自動車やハイブリッド車両等への適用が提案されている。

特開２０１０−１７２１８５号公報（特許文献１）は、車両に搭載された蓄電装置を外部電源によって非接触で充電可能な車両について、駐車領域に設置された給電設備から車両に設置された受電部への非接触充電に関する案内を行なう受電案内装置を開示する。

この受電案内装置は、駐車領域において車両の駐車位置における受電部の受電効率を特定する受電効率特定部と、受電効率特定部により特定された受電効率に基づいて駐車位置の変更要否を判定する判定部と、判定部の判定結果に基づく情報を出力するスピーカーやディスプレイとを備える。車両には、給電装置の埋設場所を示すために駐車領域内に設けられた目印を撮影可能なように車両の下方に向けてカメラが配置され、カメラによって取得された映像データは、受電案内装置へ出力される。そして、映像データに基づいて給電装置と受電部との位置関係が特定され、給電装置の位置を示す給電装置マークと、自車における受電部の位置を示す受電部マークとがディスプレイに表示される。

この受電案内装置によれば、給電装置マークと受電部マークとを一致させるように自車を移動させることにより、受電効率を向上できる効率向上位置に受電部を位置させることができる（特許文献１参照）。

特開２０１０−１７２１８５号公報 特開２０１０−２６８６６５号公報 特開２０１１−１６０５１５号公報

特許文献１に記載の受電案内装置は、効率向上位置に受電部を位置させるように案内表示するので、受電効率を向上できる点で有用である。しかしながら、この受電案内装置では、給電装置マークと受電部マークとの相対的な位置は示されるけれども、その現在位置が充電に適した位置であるか否かについては、利用者は直ちには分からない。また、給電装置と受電部との位置関係を特定するためにカメラやそれに代わるセンサ等を設置すると、その分コストが上昇する。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、給電設備から車両へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、給電設備の送電部と車両の受電部との距離を利用者が視覚的に容易に把握可能とすることである。

また、この発明の別の目的は、給電設備から非接触で受電する車両において、給電設備の送電部と車両の受電部との距離を利用者が視覚的に容易に把握可能とすることである。

また、この発明の別の目的は、車両へ非接触で給電する給電設備において、給電設備の送電部と車両の受電部との距離を利用者が視覚的に容易に把握可能とすることである。

この発明によれば、電力伝送システムは、給電設備から車両へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムであって、検知部と、表示部とを備える。検知部は、給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離を検知する。表示部は、検知部により検知された距離の大小を図形の表示態様の変化によって表示する。

好ましくは、表示部は、車両の移動と連動して図形の表示態様を変化させる。
好ましくは、表示部は、受電部を示す図形と同心の図形の大小によって、給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離の大小を表示する。

好ましくは、表示部は、給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離が大きいほど同心図形を大きく表示する。

好ましくは、表示部は、給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離が小さいほど同心図形を小さく表示する。

好ましくは、表示部は、図形の表示の濃淡によって給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離の大小を表示する。

好ましくは、表示部は、図形の表示の点滅速度によって給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離の大小を表示する。

好ましくは、電力伝送システムは、報知部をさらに備える。報知部は、図形の表示態様の変化に応じた報知音を発生する。

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。

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、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。

また、この発明によれば、車両は、給電設備から非接触で受電する車両であって、受電部と、検知部と、表示部とを備える。受電部は、給電設備の送電部から非接触で受電する。検知部は、受電部と送電部との間の距離を検知する。表示部は、検知部により検知された距離の大小を図形の表示態様の変化によって表示する。

好ましくは、表示部は、当該車両の移動と連動して図形の表示態様を変化させる。
好ましくは、表示部は、受電部を示す図形と同心の図形の大小によって、受電部と送電部との間の距離の大小を表示する。

好ましくは、表示部は、受電部と送電部との間の距離が大きいほど同心図形を大きく表示する。

好ましくは、表示部は、受電部と送電部との間の距離が小さいほど同心図形を小さく表示する。

好ましくは、表示部は、図形の表示の濃淡によって受電部と送電部との間の距離の大小を表示する。

好ましくは、表示部は、図形の表示の点滅速度によって受電部と送電部との間の距離の大小を表示する。

好ましくは、車両は、報知部をさらに備える。報知部は、図形の表示態様の変化に応じた報知音を発生する。

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。

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、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。

また、この発明によれば、給電設備は、車両へ非接触で給電する給電設備であって、送電部と、検知部と、表示部とを備える。送電部は、車両の受電部へ非接触で送電する。検知部は、送電部と受電部との間の距離を検知する。表示部は、検知部により検知された距離の大小を図形の表示態様の変化によって表示する。

この発明においては、給電設備から車両へ非接触で電力が伝送される。そして、給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離が検知され、表示部は、その検知された距離の大小を図形の表示態様の変化によって表示する。これにより、車両の利用者は、表示部に表示された図形の表示態様の変化によって、給電設備の送電部と車両の受電部との間の距離を視覚的に把握可能である。したがって、この発明によれば、給電設備の送電部と車両の受電部との距離を利用者が視覚的に容易に把握することが可能となる。

この発明の実施の形態１による車両給電システムの全体構成図である。 図１に示す車両および給電設備の構成を詳細に説明する機能ブロック図である。 図２に示す表示部の表示態様を示した第１の図である。 図２に示す表示部の表示態様を示した第２の図である。 図２に示す表示部の表示態様を示した第３の図である。 図２に示す制御装置の詳細な構成図である。 送電部および受電部間の距離と一次側電圧との関係を示した図である。 送電部および受電部間の距離と二次側電圧との関係を示した図である。 給電設備から車両への電力伝送時の等価回路図である。 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。 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。 固有周波数を固定した状態で、エアギャップを変化させたときの電力伝送効率と、送電部に供給される電流の周波数との関係を示すグラフである。 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。 変形例における表示部の表示態様を示した図である。 実施の形態２における車両の構成を説明する機能ブロック図である。 実施の形態３における車両および給電設備の構成を説明する機能ブロック図である。

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、受電部１１０と、通信部１３０とを含む。

受電部１１０は、車体底面に設置され、給電設備２００の送電部２２０（後述）から出力される高周波の交流電力を電磁界を介して非接触で受電する。なお、受電部１１０の構成については、送電部２２０の構成、ならびに送電部２２０から受電部１１０への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信部１３０は、車両１００が給電設備２００と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、電源部２１０と、送電部２２０と、通信部２４０とを含む。電源部２１０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２１０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し、その発生した交流電力を送電部２２０へ供給する。

送電部２２０は、駐車場の床面に設置され、電源部２１０から高周波の交流電力の供給を受ける。そして、送電部２２０は、送電部２２０の周囲に発生する電磁界を介して車両１００の受電部１１０へ非接触で電力を出力する。なお、送電部２２０の構成についても、受電部１１０の構成、ならびに送電部２２０から受電部１１０への電力伝送とともに、後ほど説明する。通信部２４０は、給電設備２００が車両１００と通信を行なうための通信インターフェースである。

車両給電システム１０においては、給電設備２００の送電部２２０から車両１００の受電部１１０へ非接触で電力が伝送される。給電設備２００から車両１００へ効率よく電力を伝送するためには、受電部１１０と送電部２２０との位置合わせを行なう必要がある。そして、両者の位置がずれている場合には、駐車位置の修正を運転者に確実に促すために、位置合わせに関する情報を運転者が容易に把握可能に表示する必要がある。

そこで、この車両給電システム１０においては、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が検知され、その検知された距離の大小を運転者が視覚的に容易に把握できるように表示される。具体的な表示態様については、後ほど詳しく説明する。なお、送電部２２０と受電部１１０との間の距離検知については、一例として、給電設備２００から車両１００への本格的な給電時の伝送電力よりも小さい調整用電力が送電部２２０から出力され、車両１００の受電部１１０によって受電される電圧の大きさや受電効率等に基づいて検知することができる。なお、送電部２２０と受電部１１０との間の距離をカメラや距離センサによって直接検知することも可能であるが、その場合はその分だけコストが上昇する。

図２は、図１に示した車両１００および給電設備２００の構成を詳細に説明する機能ブロック図である。図２を参照して、車両１００は、受電部１１０と、整流器１４０と、蓄電装置１５０と、動力出力装置１６０と、制御装置１７０と、通信部１３０と、表示部１８０とを含む。

整流器１４０は、受電部１１０によって受電された交流電力を整流して蓄電装置１５０へ出力する。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によって構成される。蓄電装置１５０は、整流器１４０から受ける電力を蓄えるほか、動力出力装置１６０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、その蓄えた電力を動力出力装置１６０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る。

動力出力装置１６０は、蓄電装置１５０に蓄えられる電力を用いて車両１００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１６０は、たとえば、蓄電装置１５０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１６０は、蓄電装置１５０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。

制御装置１７０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、車両１００における種々の制御を実行する。具体的には、制御装置１７０は、動力出力装置１６０の制御や、蓄電装置１５０の充電管理等を行なう。また、制御装置１７０は、通信部１３０によって給電設備２００と無線通信することができる。

さらに、制御装置１７０は、給電設備２００から車両１００への給電が行なわれるとき、送電部２２０と受電部１１０との間の距離を検知する。上述のように、この距離は、たとえば受電部１１０によって受電された電圧に基づいて検知（推定）することができる。そして、制御装置１７０は、その検知された距離の情報を表示部１８０へ出力する。

表示部１８０は、制御装置１７０によって検知された送電部２２０と受電部１１０との間の距離の大小を運転者が視覚的に容易に把握できるように表示する。具体的には、表示部１８０は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離の情報を制御装置１７０から受け、その受けた距離情報に基づいて、送電部２２０と受電部１１０との間の距離の大小を同心図形の大小によって表示する。具体的な表示態様については、後ほど詳しく説明する。なお、表示部１８０として、たとえばカーナビゲーション装置の画面を用いることができる。

給電設備２００は、電源部２１０と、インピーダンス整合器２６０と、送電部２２０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）２７０と、通信部２４０とを含む。

インピーダンス整合器２６０は、電源部２１０と送電部２２０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。一例として、インピーダンス整合器２６０は、可変コンデンサとコイルとによって構成され（図示せず）、可変コンデンサの容量を変化させることによってインピーダンスを変更することができる。このインピーダンス整合器２６０においてインピーダンスを変更することによって、給電設備２００のインピーダンスを車両１００のインピーダンスと整合させることができる（インピーダンスマッチング）。なお、電源部２１０がインピーダンスの整合機能を有する場合には、このインピーダンス整合器２６０を省略することも可能である。

ＥＣＵ２７０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、電源部２１０およびインピーダンス整合器２６０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２７０は、電源部２１０の動作開始指令および停止指令、ならびに電源部２１０の出力電力の目標値を示す電力指令値を生成して電源部２１０へ出力する。また、ＥＣＵ２７０は、インピーダンス整合器２６０を制御することによって、給電設備２００のインピーダンスを車両１００のインピーダンスと整合させる。

図３から図５は、図２に示した表示部１８０の表示態様を示した図である。図３を参照して、表示部１８０は、車両１００の平面図１８２と、車両１００に搭載される受電部１１０（図１）の平面図１８４とを表示する。受電部１１０の平面図１８４は、車両１００における受電部１１０の搭載位置に対応させて表示され、平面図１８２，１８４は、表示部１８０内において固定して表示される。なお、受電部１１０の平面形状は円形としているが、受電部１１０の平面形状は円形に限定されるものではない。

距離情報表示部１８６は、受電部１１０の平面図１８４と同心の図形から成る。なお、距離情報表示部１８６は、たとえば平面図１８４と同心円の図形から成るものとするが、距離情報表示部１８６の表示形状は、平面図１８４と同心円のものに限定されるものではない。そして、距離情報表示部１８６は、制御装置１７０（図２）から受ける、送電部２２０と受電部１１０との間の距離の情報に基づいて、送電部２２０と受電部１１０との間の距離の大小を図形の大小によって表示する。詳しくは、距離情報表示部１８６は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が大きいほど拡大し、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が小さくなるに従って縮小する。この図３は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が相対的に大きい場合を示したものである。

図４を参照して、車両１００を移動させることによって送電部２２０と受電部１１０との間の距離が図３に示した場合の距離よりも縮まると、それに応じて距離情報表示部１８６の大きさも小さくなる。なお、車両１００の移動については、運転者がマニュアルで車両１００を移動させてもよいし、図示しない駐車アシスト機能等によって自動で車両１００を移動させるものであってもよい。

そして、図５を参照して、車両１００を移動させることによって送電部２２０と受電部１１０との間の距離が図４に示した場合の距離よりもさらに縮まると、それに応じて距離情報表示部１８６の大きさもさらに小さくなる。この図５は、送電部２２０と受電部１１０との位置合わせがほぼ完了している場合を示したものである。

なお、図３から図５に示されているように、距離情報表示部１８６の大小を変化させるとともに距離情報表示部１８６の表示色や表示の濃淡を変化させてもよい。たとえば、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が相対的に大きいときは（図３）、距離情報表示部１８６の表示の濃淡を薄くし、送電部２２０と受電部１１０との間の距離小さくなるに従って、距離情報表示部１８６の表示の濃淡を濃くするようにしてもよい（図４，５）。

なお、表示部１８０は、車両１００の移動と連動して距離情報表示部１８６の大小を変化させる。すなわち、制御装置１７０は、送電部２２０と受電部１１０との位置合わせのための車両１００の移動時に（上述のように、運転者のマニュアル操作であっても、駐車アシスト機能等による自動操作であってもよい。）、その移動と連動して送電部２２０と受電部１１０との間の距離を時々刻々と検知してその距離情報を表示部１８０へ出力する。そして、表示部１８０は、制御装置１７０から受ける距離情報に基づいて、距離情報表示部１８６の大小を時々刻々と変化させる。

図６は、図２に示した制御装置１７０の詳細な構成図である。図６とともに図２を参照して、制御装置１７０は、充電ＥＣＵ４１０と、車両ＥＣＵ４２０と、ＭＧ−ＥＣＵ４３０とを含む。充電ＥＣＵ４１０は、給電設備２００から送出される電力の情報を給電設備２００から通信部１３０を介して受ける。また、充電ＥＣＵ４１０は、受電部１１０によって受電される電圧を検知する。なお、この受電電圧は、図示されない電圧センサ等によって検出される。そして、充電ＥＣＵ４１０は、通信部１３０によって受信された給電設備２００からの送電電圧と、受電部１１０による受電電圧とを比較することによって、給電設備２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との距離を検知する。

具体的には、図７に示すような一定の一次側電圧（給電設備２００からの出力電圧）に対して、二次側電圧（車両１００の受電電圧）は、図８に示すように、給電設備２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との間の距離Ｌに応じて変化する。そこで、この図７，８に示される一次側電圧および二次側電圧の関係を予め測定する等してマップ等を作成しておき、二次側電圧（車両１００の受電電圧）の検出値に基づいて送電部２２０と受電部１１０との間の距離を検知することができる。

なお、特に図示しないが、車両１００の受電電圧に代えて車両１００の受電電力を用いてもよい。あるいは、送電部２２０と受電部１１０との間の距離Ｌに応じて一次側電流（給電設備２００からの出力電流）が変化するので、この関係を用いて、給電設備２００からの出力電流の検出値に基づいて送電部２２０と受電部１１０との間の距離を検知してもよい。

再び図６を参照して、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が検知されると、充電ＥＣＵ４１０は、その距離の情報を表示部１８０および車両ＥＣＵ４２０へ出力する。また、充電ＥＣＵ４１０は、車両ＥＣＵ４２０から充電開始指令を受けると、給電設備２００による蓄電装置１５０の充電制御を実行するとともに、給電設備２００から車両１００への本格的な給電を指示するための指令を通信部１３０へ出力する。

車両ＥＣＵ４２０は、車両の動作モードが走行モードのとき、動力出力装置１６０による走行制御の実行を指示する指令をＭＧ−ＥＣＵ４３０へ出力する。また、車両ＥＣＵ４２０は、車両の動作モードが充電モードのときは、給電設備２００による蓄電装置１５０の充電制御の実行を指示する指令を充電ＥＣＵ４１０へ出力する。ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、アクセルペダル／ブレーキペダルの操作状況や車両の走行状況等に応じて、動力出力装置１６０へ制御指令を出力する。

次に、給電設備２００から車両１００への電力伝送について説明する。
図９は、給電設備２００から車両１００への電力伝送時の等価回路図である。図９を参照して、給電設備２００の送電部２２０は、電磁誘導コイル２２２と、共振コイル２２４と、キャパシタ２２６とを含む。

電磁誘導コイル２２２は、共振コイル２２４と所定の間隔をおいて共振コイル２２４と略同軸上に配設される。電磁誘導コイル２２２は、電磁誘導により共振コイル２２４と磁気的に結合し、電源部２１０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２２４へ供給する。

共振コイル２２４は、キャパシタ２２６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１００の受電部１１０においてもＬＣ共振回路が形成される。共振コイル２２４およびキャパシタ２２６によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、受電部１１０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２２４は、電磁誘導コイル２２２から電磁誘導により電力を受け、車両１００の受電部１１０へ非接触で送電する。

なお、電磁誘導コイル２２２は、電源部２１０から共振コイル２２４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２２２を設けずに共振コイル２２４に電源部２１０を直接接続してもよい。また、キャパシタ２２６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２２４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２２６を設けない構成としてもよい。

車両１００の受電部１１０は、共振コイル１１２と、キャパシタ１１４と、電磁誘導コイル１１６とを含む。共振コイル１１２は、キャパシタ１１４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１１２およびキャパシタ１１４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、給電設備２００の送電部２２０における、共振コイル２２４およびキャパシタ２２６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％である。そして、共振コイル１１２は、給電設備２００の送電部２２０から非接触で受電する。

電磁誘導コイル１１６は、共振コイル１１２と所定の間隔をおいて共振コイル１１２と略同軸上に配設される。電磁誘導コイル１１６は、電磁誘導により共振コイル１１２と磁気的に結合し、共振コイル１１２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１４０（図１）以降の電気負荷１１８（蓄電装置１５０）へ出力する。

なお、電磁誘導コイル１１６は、共振コイル１１２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１１６を設けずに共振コイル１１２に整流器１４０を直接接続してもよい。また、キャパシタ１１４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１１２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１１４を設けない構成としてもよい。

給電設備２００において、電源部２１０から電磁誘導コイル２２２へ高周波の交流電力が供給され、電磁誘導コイル２２２を用いて共振コイル２２４へ電力が供給される。そうすると、共振コイル２２４と車両１００の共振コイル１１２との間に形成される磁界を通じて共振コイル２２４から共振コイル１１２へエネルギー（電力）が移動する。共振コイル１１２へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル１１６を用いて取出され、車両１００の電気負荷１１８へ伝送される。

再び図２を参照して、上述のように、この電力伝送システムにおいては、給電設備２００の送電部２２０の固有周波数と、車両１００の受電部１１０の固有周波数との差は、送電部２２０の固有周波数または受電部１１０の固有周波数の±１０％以下である。このような範囲に送電部２２０および受電部１１０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。

なお、送電部２２０（受電部１１０）の固有周波数とは、送電部２２０（受電部１１０）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２２０（受電部１１０）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実質的に零としたときの固有周波数は、送電部２２０（受電部１１０）の共振周波数とも呼ばれる。

図１０および図１１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１０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１１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。

図１０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。

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。

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１１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。

図１１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。

（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図１１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。

再び図２を参照して、給電設備２００の送電部２２０および車両１００の受電部１１０は、送電部２２０と受電部１１０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２２０と受電部１１０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２２０と受電部１１０との結合係数κは０．１以下が好ましく、送電部２２０と受電部１１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部２２０から受電部１１０へ電力が伝送される。

ここで、送電部２２０の周囲に形成される特定の周波数の磁界について説明する。「特定の周波数の磁界」は、典型的には、電力伝送効率と送電部２２０に供給される電流の周波数と関連性を有する。そこで、まず、電力伝送効率と、送電部２２０に供給される電流の周波数との関係について説明する。送電部２２０から受電部１１０に電力を伝送するときの電力伝送効率は、送電部２２０および受電部１１０間の距離などの様々な要因よって変化する。たとえば、送電部２２０および受電部１１０の固有周波数（共振周波数）をｆ０とし、送電部２２０に供給される電流の周波数をｆ３とし、送電部２２０および受電部１１０の間のエアギャップをエアギャップＡＧとする。

図１２は、固有周波数ｆ０を固定した状態で、エアギャップＡＧを変化させたときの電力伝送効率と、送電部２２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を示すグラフである。図１２を参照して、横軸は、送電部２２０に供給される電流の周波数ｆ３を示し、縦軸は、電力伝送効率（％）を示す。効率曲線Ｌ１は、エアギャップＡＧが小さいときの電力伝送効率と、送電部２２０に供給される電流の周波数ｆ３との関係を模式的に示す。この効率曲線Ｌ１に示すように、エアギャップＡＧが小さい場合には、電力伝送効率のピークは周波数ｆ４，ｆ５（ｆ４＜ｆ５）において生じる。エアギャップＡＧを大きくすると、電力伝送効率が高くなるときの２つのピークは、互いに近づくように変化する。そして、効率曲線Ｌ２に示すように、エアギャップＡＧを所定距離よりも大きくすると、電力伝送効率のピークは１つとなり、送電部２２０に供給される電流の周波数が周波数ｆ６のときに電力伝送効率がピークとなる。エアギャップＡＧを効率曲線Ｌ２の状態よりもさらに大きくすると、効率曲線Ｌ３に示すように電力伝送効率のピークが小さくなる。

たとえば、電力伝送効率の向上を図るため手法として次のような手法が考えられる。第１の手法としては、エアギャップＡＧにあわせて、送電部２２０に供給される電流の周波数を一定として、キャパシタ２２６やキャパシタ１１４のキャパシタンスを変化させることで、送電部２２０と受電部１１０との間での電力伝送効率の特性を変化させる手法が考えられる。具体的には、送電部２２０に供給される電流の周波数を一定とした状態で、電力伝送効率がピークとなるように、キャパシタ２２６およびキャパシタ１１４のキャパシタンスを調整する。この手法では、エアギャップＡＧの大きさに関係なく、送電部２２０および受電部１１０に流れる電流の周波数は一定である。なお、電力伝送効率の特性を変化させる手法としては、給電設備２００のインピーダンス整合器２６０を利用する手法や、車両１００において整流器１４０と蓄電装置１５０との間に設けられるコンバータを利用する手法などを採用することも可能である。

また、第２の手法としては、エアギャップＡＧの大きさに基づいて、送電部２２０に供給される電流の周波数を調整する手法である。たとえば、電力伝送特性が効率曲線Ｌ１となる場合には、周波数ｆ４またはｆ５の電流を送電部２２０に供給する。周波数特性が効率曲線Ｌ２，Ｌ３となる場合には、周波数ｆ６の電流を送電部２２０に供給する。この場合においては、エアギャップＡＧの大きさに合わせて送電部２２０および受電部１１０に流れる電流の周波数を変化させることになる。

第１の手法では、送電部２２０を流れる電流の周波数は、固定された一定の周波数となり、第２の手法では、送電部２２０を流れる周波数は、エアギャップＡＧによって適宜変化する周波数となる。第１の手法や第２の手法などによって、電力伝送効率が高くなるように設定された特定の周波数の電流が送電部２２０に供給される。送電部２２０に特定の周波数の電流が流れることで、送電部２２０の周囲には、特定の周波数で振動する磁界（電磁界）が形成される。受電部１１０は、受電部１１０と送電部２２０との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界を通じて送電部２２０から電力を受電している。したがって、「特定の周波数で振動する磁界」とは、必ずしも固定された周波数の磁界とは限らない。なお、上記の例では、エアギャップＡＧに着目して、送電部２２０に供給される電流の周波数を設定するようにしているが、電力伝送効率は、送電部２２０および受電部１１０の水平方向のずれ等のように他の要因によっても変化するものであり、当該他の要因に基づいて、送電部２２０に供給される電流の周波数を調整する場合がある。

なお、上記の説明では、共振コイルとしてヘリカルコイルを採用した例について説明したが、共振コイルとして、メアンダラインなどのアンテナなどを採用した場合には、送電部２２０に特定の周波数の電流が流れることで、特定の周波数の電界が送電部２２０の周囲に形成される。そして、この電界をとおして、送電部２２０と受電部１１０との間で電力伝送が行われる。

この電力伝送システムにおいては、電磁界の「静電界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用することで、送電および受電効率の向上が図られている。

図１３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１３を参照して、電磁界は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、「静電界」と称される。なお、電磁界の波長を「λ」とすると、「輻射電界」と「誘導電界」と「静電界」との強さが略等しくなる距離は、λ／２πと表わすことができる。

「静電界」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、この実施の形態１に係る電力伝送システムでは、この「静電界」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、「静電界」が支配的な近接場において、近接する固有周波数を有する送電部２２０および受電部１１０（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、送電部２２０から他方の受電部１１０へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電界」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「輻射電界」によってエネルギー（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。

このように、この電力伝送システムにおいては、送電部２２０と受電部１１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部２２０と受電部１１０との間で非接触で電力が伝送される。そして、送電部２２０と受電部１１０との間の結合係数（κ）は、好ましくは０．１以下である。なお、結合係数（κ）は、この値に限定されるものではなく、電力伝送が良好となる種々の値をとり得る。一般的に、電磁誘導を利用した電力伝送では、送電部と受電部と間の結合係数（κ）は１．０に近いものとなっている。

なお、電力伝送における、上記のような送電部２２０と受電部１１０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。

送電部２２０と受電部１１０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２２０と受電部１１０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２２０と受電部１１０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２２０と受電部１１０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。

以上のように、この実施の形態１においては、給電設備２００から車両１００へ非接触で電力が伝送される。そして、給電設備２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との間の距離が検知され、表示部１８０は、その検知された距離の大小を距離情報表示部１８６の大小によって表示する。詳しくは、表示部１８０の距離情報表示部１８６は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が大きいほど拡大し、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が小さくなるに従って縮小する。これにより、車両１００の利用者は、表示部１８０に表示される距離情報表示部１８６の大小によって、給電設備２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との間の距離を視覚的に把握可能である。したがって、この実施の形態１によれば、給電設備２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との距離を利用者が視覚的に容易に把握することが可能となる。

［変形例］
上記の実施の形態１では、表示部１８０において、距離情報表示部１８６により示される図形の大小によって送電部２２０と受電部１１０との間の距離を表示するものとしたが、図形の表示の点滅速度によって送電部２２０と受電部１１０との間の距離を表示するようにしてもよい。

図１４は、この変形例における表示部の表示態様を示した図である。図１４を参照して、表示部１８０Ａは、図３〜図５に示した表示部１８０の構成において、距離情報表示部１８６に代えて距離情報表示部１８８を含む。

距離情報表示部１８８は、受電部１１０の平面図１８４と同心図形から成り、点滅表示される。なお、この図１４においても、距離情報表示部１８８は、平面図１８４と同心円の図形であるが、距離情報表示部１８８の表示形状は、平面図１８４と同心円のものに限定されるものではない。距離情報表示部１８８は、制御装置１７０（図２）から受ける、送電部２２０と受電部１１０との間の距離の情報に基づいて、送電部２２０と受電部１１０との間の距離の大小を表示の点滅速度によって表示する。詳しくは、距離情報表示部１８８の点滅速度は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が大きいほど遅く、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が小さくなるに従って速くなる。なお、点滅速度の変化の傾向は、上記と逆であってもよい。

なお、距離情報表示部１８８の点滅速度に代えて、送電部２２０と受電部１１０との間の距離に応じて、距離情報表示部１８８の表示色を変化させてもよく、または距離情報表示部１８８の表示の濃淡を変化させてもよい。

この変形例によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
［実施の形態２］
実施の形態２では、表示部１８０（１８０Ａ）による視覚的な表示に加えて、表示部１８０（１８０Ａ）による表示態様の変化に応じた報知音を発生させる。

図１５は、実施の形態２における車両の構成を説明する機能ブロック図である。図１５を参照して、実施の形態２における車両１００Ａは、図２に示した実施の形態１における車両１００の構成において、報知部１９０をさらに含む。

報知部１９０は、表示部１８０（１８０Ａ）による表示態様の変化に応じた報知音を発生する。一例として、図３に示されるように送電部２２０と受電部１１０との間の距離が相対的に大きい場合を距離情報表示部１８６が示している場合には、報知部１９０は、報知音の間隔を長くする。一方、図５に示されるように送電部２２０と受電部１１０との間の距離が相対的に小さい場合を距離情報表示部１８６が示している場合には、報知部１９０は、報知音の間隔を短くする。

なお、報知部１９０は、音の間隔に代えて、音の高低を変化させる等してもよい。また、より直接的に、報知部１９０は、制御装置１７０によって検知された送電部２２０と受電部１１０との間の距離の変化に応じた報知音を発生させてもよい。

この実施の形態２によれば、表示部１８０（１８０Ａ）に加えて報知部１９０がさらに備えられるので、利用者は、給電設備２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との距離を音声によっても知覚することができる。

［実施の形態３］
上記の実施の形態１，２においては、給電設備２００の送電部２２０と車両１００の受電部１１０との間の距離の大小を表示する表示部は、車両に設けられるものとしたが、この実施の形態３では、給電設備側に表示部が設けられる。

図１６は、実施の形態３における車両および給電設備の構成を説明する機能ブロック図である。図１６を参照して、実施の形態３における車両１００Ｂの構成は、表示部１８０を含まない点を除いて、図２に示した車両１００と同じである。一方、給電設備２００Ａは、図２に示した給電設備２００の構成において、表示部２８０をさらに含み、ＥＣＵ２７０に代えてＥＣＵ２７０Ａを含む。

表示部２８０は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離の大小を利用者が視覚的に容易に把握可能に表示する。表示部２８０の表示態様は、図３から図５に示した実施の形態１における表示部１８０、または図１４に示した表示部１８０Ａと同じである。送電部２２０と受電部１１０との間の距離については、ＥＣＵ２７０Ａまたは車両１００Ｂの制御装置１７０によって検知される。なお、車両１００Ｂの制御装置１７０によって距離検知される場合には、その検知された距離の情報が通信部１３０，２４０によって車両１００Ｂから給電設備２００Ａへ送信される。

ＥＣＵ２７０Ａは、給電設備２００Ａから車両１００Ｂへの給電が行なわれるとき、送電部２２０と受電部１１０との間の距離を検知する。この距離は、たとえば、受電部１１０によって受電された電圧の検出値を通信部１３０，２４０によって車両１００Ｂから受信し、図７，８を用いて説明した手法によって検知（推定）することができる。そして、ＥＣＵ２７０Ａは、その検知された距離の情報を表示部２８０へ出力する。なお、実施の形態１，２と同様に車両１００Ｂにおいて送電部２２０と受電部１１０との間の距離検知を行ない、ＥＣＵ２７０Ａは、通信部２４０によってその検知結果を車両１００Ｂから受信してもよい。

なお、特に図示しないが、実施の形態２と同様に、表示部２８０による視覚的な表示に加えて、表示部２８０による表示態様の変化に応じた報知音を発生させる報知部を給電設備２００Ａに設けてもよい。

この実施の形態３によっても、上記の実施の形態１，２と同様の効果が得られる。
なお、上記の実施の形態１〜３では、表示部１８０（２８０）の距離情報表示部１８６は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が大きいほど拡大し、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が小さくなるに従って縮小するものとしたが、表示の変化は逆パターンであってもよい。すなわち、距離情報表示部１８６は、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が大きいほど縮小し、送電部２２０と受電部１１０との間の距離が小さくなるに従って拡大するようにしてもよい。

また、上記においては、車両１００（１００Ａ，１００Ｂ）は、給電設備２００（２００Ａ）から受電可能なものとしたが、給電設備２００（２００Ａ）へ電力を出力可能なものであってもよい。

また、上記においては、送電部２２０と受電部１１０とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送電部２２０と受電部１１０との間で非接触で電力を伝送するものとしたが、給電設備２００から車両１００への送電手法は、必ずしも上記手法に限定されるものではない。たとえば、その他の非接触送電手法である、電磁誘導を用いた送電や、マイクロ波を用いた送電を用いてもよい。なお、上述のように、電磁誘導により電力伝送が行なわれる場合には、送電部と受電部との間の結合係数κは、一般的に１．０に近い値となる。

なお、上記において、充電ＥＣＵ４１０は、この発明における「検知部」の一実施例に対応し、ＥＣＵ２７０も、この発明における「検知部」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、１００，１００Ａ，１００Ｂ 車両、１１０ 受電部、１１２，２２４ 共振コイル、１１４，２２６ キャパシタ、１１６，２２２ 電磁誘導コイル、１１８ 電気負荷、１３０，２４０ 通信部、１４０ 整流器、１５０ 蓄電装置、１６０ 動力出力装置、１７０ 制御装置、１８０，１８０Ａ，２８０ 表示部、１８２，１８４ 平面図、１８６，１８８ 距離情報表示部、１９０ 報知部、２００，２００Ａ 給電設備、２１０ 電源部、２２０ 送電部、２６０ インピーダンス整合器、２７０，２７０Ａ ＥＣＵ、４１０ 充電ＥＣＵ、４２０ 車両ＥＣＵ、４３０ ＭＧ−ＥＣＵ。

Claims (16)

1. 給電設備から車両へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムであって、
   前記給電設備の送電部と前記車両の受電部との間の距離を検知する検知部と、
   前記検知部により検知された距離の大小を図形の表示態様の変化によって表示する表示部とを備え、
   前記表示部は、前記受電部を示す図形と同心の図形の大小によって前記距離の大小を表示する、電力伝送システム。
2. 前記表示部は、前記距離が大きいほど前記同心図形を大きく表示する、請求項１に記載の電力伝送システム。
3. 前記表示部は、前記距離が小さいほど前記同心図形を小さく表示する、請求項１に記載の電力伝送システム。
4. 前記表示部は、前記車両の移動と連動して前記図形の表示態様を変化させる、請求項１から３のいずれかに記載の電力伝送システム。
5. 前記図形の表示態様の変化に応じた報知音を発生する報知部をさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載の電力伝送システム。
6. 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に記載の電力伝送システム。
7. 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１に記載の電力伝送システム。
8. 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１に記載の電力伝送システム。
9. 給電設備から非接触で受電する車両であって、
   前記給電設備の送電部から非接触で受電するための受電部と、
   前記受電部と前記送電部との間の距離を検知する検知部と、
   前記検知部により検知された距離の大小を図形の表示態様の変化によって表示する表示部とを備え、
   前記表示部は、前記受電部を示す図形と同心の図形の大小によって前記距離の大小を表示する、車両。
10. 前記表示部は、前記距離が大きいほど前記同心図形を大きく表示する、請求項９に記載の車両。
11. 前記表示部は、前記距離が小さいほど前記同心図形を小さく表示する、請求項９に記載の車両。
12. 前記表示部は、当該車両の移動と連動して前記図形の表示態様を変化させる、請求項９から１１のいずれかに記載の車両。
13. 前記図形の表示態様の変化に応じた報知音を発生する報知部をさらに備える、請求項９から１２のいずれかに記載の車両。
14. 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９に記載の車両。
15. 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９に記載の車両。
16. 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９に記載の車両。

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