特許 5825356 車両および電力伝送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5825356

(24)【登録日】2015年10月23日

(45)【発行日】2015年12月2日

(54)【発明の名称】車両および電力伝送システム

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/04 20060101AFI20151112BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20151112BHJP

   H02J 17/00 20060101ALI20151112BHJP

【ＦＩ】

   B60K1/04 Z

   H02J7/00 P

   H02J7/00 301D

   H02J17/00 B

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-545681(P2013-545681)

(86)(22)【出願日】2011年11月22日

(86)【国際出願番号】JP2011076860

(87)【国際公開番号】WO2013076804

(87)【国際公開日】20130530

【審査請求日】2014年5月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中村 達

(72)【発明者】

【氏名】市川 真士

【審査官】 岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１９３６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０８６４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２７４５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２９３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３０８００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６０Ｌ １１／１８

Ｈ０２Ｊ ７／００，１７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フロアパネルと、
外部に設けられた送電装置から非接触で電力を受電する受電装置と、
前記受電装置に接続されるバッテリと、を備え、
前記バッテリは、前記フロアパネルの上方に配置され、
前記受電装置は、前記フロアパネルの下方に配置され、
平面視において、前記受電装置と前記バッテリとは少なくとも一部が重なるように配置され、
充電器をさらに備え、
前記充電器は、前記受電装置と前記バッテリとの間に配置されている、車両。

【請求項2】

外部に設けられた給電コネクタに接続される充電部をさらに備え、
前記充電器は、前記充電部から給電される電力を、前記バッテリの充電電力に変換するとともに、前記受電装置から受電した電力を前記バッテリの充電電力に変換する、請求項１に記載の車両。

【請求項3】

充電制御ユニットをさらに備え、
前記充電制御ユニットは、前記受電装置と前記バッテリとの間に配置される、請求項１または２に記載の車両。

【請求項4】

前記受電装置の後端部は、前記バッテリの後端部よりも、当該車両の後側に突出するように配置されている、請求項１から３のいずれかに記載の車両。

【請求項5】

前記送電装置は、非接触で電力を前記受電装置に送電する送電部を含み、
前記受電装置は、前記送電部から非接触で電力を受電する受電部を含み、
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、前記受電部の固有周波数の１０％以下である、請求項１に記載の車両。

【請求項6】

前記送電装置は、非接触で電力を前記受電装置に送電する送電部を含み、
前記受電装置は、前記送電部から非接触で電力を受電する受電部を含み、
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１に記載の車両。

【請求項7】

前記送電装置は、非接触で電力を前記受電装置に送電する送電部を含み、
前記受電装置は、前記送電部から非接触で電力を受電する受電部を含み、
前記受電部は、前記受電部と前記送電部の間に形成され、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電力を受電する、請求項１に記載の車両。

【請求項8】

非接触で電力を送電する送電装置と、
フロアパネル、前記送電装置から受電する受電装置、および前記受電装置に接続されるバッテリを含む車両と、を備え、
前記バッテリは、前記フロアパネルの上方に配置され、
前記受電装置は、前記フロアパネルの下方に配置され、
平面視において、前記受電装置と前記バッテリとは少なくとも一部が重なるように配置され、
前記車両は、充電器をさらに備え、
前記充電器は、前記受電装置と前記バッテリとの間に配置される、電力伝送システム。

【請求項9】

前記車両は、外部に設けられた給電コネクタに接続される充電部をさらに備え、
前記充電器は、前記充電部から給電される電力を、前記バッテリの充電電力に変換するとともに、前記受電装置から受電した電力を前記バッテリの充電電力に変換する、請求項８に記載の電力伝送システム。

【請求項10】

前記車両は、充電制御ユニットをさらに備え、
前記充電制御ユニットは、前記受電装置と前記バッテリとの間に配置される、請求項８または９に記載の電力伝送システム。

【請求項11】

前記受電装置の後端部は、前記バッテリの後端部よりも、当該車両の後側に突出するように配置されている、請求項８から１０のいずれかに記載の電力伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両および電力伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境への配慮からバッテリなどの電力を用いて駆動輪を駆動させるハイブリッド車両や電気自動車などが着目されている。

【0003】

特に近年は、上記のようなバッテリを搭載した電動車両において、プラグなどを用いずに非接触でバッテリを充電可能なワイヤレス充電が着目されている。そして、最近では非接触の充電方式においても各種の充電方式が提案されている。

【0004】

非接触の充電方式を用いた電力伝送システムとしては、たとえば、特開２００８−２５３１３１号公報（特許文献１）が挙げられる。

【0005】

これらの電力伝送システムにおいては、車両側に受電部を含む受電装置が搭載される。実際に車両に受電装置を載置するには、車両の限られたスペースに受電装置を搭載する必要があるため、受電装置と車両側に配置される車両搭載物との配置関係を検討する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２５３１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、車両の限られたスペースに受電装置を効率良く搭載することが可能な構造を備える、車両および電力伝送システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に基づいた車両は、フロアパネルと、外部に設けられた送電装置から非接触で電力を受電する受電装置と、上記受電装置に接続されるバッテリとを備え、上記バッテリは、上記フロアパネルの上方に配置され、上記受電装置は、上記フロアパネルの下方に配置され、平面視において、上記受電装置と上記バッテリとは少なくとも一部が重なるように配置されている。

【0009】

他の形態においては、充電器をさらに備え、上記充電器は、上記受電装置と上記バッテリとの間に配置されている。

【0010】

他の形態においては、外部に設けられた給電コネクタに接続される充電部をさらに備え、上記充電器は、上記充電部から給電される電力を、上記バッテリの充電電力に変換するとともに、上記受電装置から受電した電力を上記バッテリの充電電力に変換する。

【0011】

他の形態においては、充電制御ユニットをさらに備え、上記充電制御ユニットは、上記受電装置と上記バッテリとの間に配置される。

【0012】

他の形態においては、上記受電装置の後端部は、上記バッテリの後端部よりも、当該車両の後側に突出するように配置されている。

【0013】

他の形態においては、上記送電装置は、非接触で電力を上記受電装置に送電する送電部を含み、上記受電装置は、上記送電部から非接触で電力を受電する受電部を含み、上記送電部の固有周波数と上記受電部の固有周波数との差は、上記受電部の固有周波数の１０％以下である。

【0014】

他の形態においては、上記送電装置は、非接触で電力を上記受電装置に送電する送電部を含み、上記受電装置は、上記送電部から非接触で電力を受電する受電部を含み、上記受電部と上記送電部との結合係数は、０．１以下である。

【0015】

他の形態においては、上記送電装置は、非接触で電力を上記受電装置に送電する送電部を含み、上記受電装置は、上記送電部から非接触で電力を受電する受電部を含み、上記受電部は、上記受電部と上記送電部の間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、上記受電部と上記送電部の間に形成され、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上記送電部から電力を受電する。

【0016】

本発明に係る電力伝送システムは、非接触で電力を送電する送電装置と、フロアパネル、上記送電装置から受電する受電装置、および上記受電装置に接続されるバッテリを含む車両とを備え、上記バッテリは、上記フロアパネルの上方に配置され、上記受電装置は、上記フロアパネルの下方に配置され、平面視において、上記受電装置と上記バッテリとは少なくとも一部が重なるように配置されている。

【0017】

他の形態においては、上記車両は、充電器をさらに備え、上記充電器は、上記受電装置と上記バッテリとの間に配置される。

【0018】

他の形態においては、上記車両は、外部に設けられた給電コネクタに接続される充電部をさらに備え、上記充電器は、上記充電部から給電される電力を、上記バッテリの充電電力に変換するとともに、上記受電装置から受電した電力を上記バッテリの充電電力に変換する。

【0019】

他の形態においては、上記車両は、充電制御ユニットをさらに備え、上記充電制御ユニットは、上記受電装置と上記バッテリとの間に配置される。

【0020】

他の形態においては、上記受電装置の後端部は、上記バッテリの後端部よりも、当該車両の後側に突出するように配置されている。

【発明の効果】

【0021】

この発明によれば、車両の限られたスペースに受電装置を効率良く搭載することが可能な構造を備える、車両および電力伝送システムを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施の形態１における送電装置、受電装置、および電力伝送システムを搭載した車両を模式的に説明する図である。

【図2】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。

【図3】シミュレーション結果を示す図である。

【図4】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、共鳴コイルに供給される電流の周波数ｆとの関係を示す図である。

【図5】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】実施の形態１における車両に搭載される受電装置の配置を示す車両の底面図である。

【図7】実施の形態１における車両に搭載される受電装置の配置を示す部分横（左右方向）断面図である。

【図8】実施の形態１における車両に搭載される受電装置の配置を示す部分縦（前後方向）断面図である。

【図9】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置の配置を示す車両の斜視図である。

【図10】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置、充電器、およびバッテリの回路を示す図である。

【図11】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置、充電器、およびバッテリの搭載状態を示す斜視図である。

【図12】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置、充電器、およびバッテリの搭載状態を示す平面図である。

【図13】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置、充電器、およびバッテリの搭載状態を示す部分横（左右方向）断面図である。

【図14】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置、充電器、およびバッテリの搭載状態を示す部分縦（前後方向）断面図である。

【図15】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置、充電器、充電制御ユニット、およびバッテリの他の回路を示す図である。

【図16】実施の形態２おける車両に搭載される受電装置、充電器、充電制御ユニット、およびバッテリの搭載状態を示す斜視図である。

【図17】他の実施の形態における車両に搭載される受電装置の配置を示す車両の底面図である。

【図18】他の実施の形態における車両に搭載される受電装置の配置を示す車両の底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明に基づいた実施の形態における送電装置、受電装置、および電力伝送システムを搭載した車両について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

【0024】

（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態に係る電力伝送システムを搭載した車両について説明する。図１は、実施の形態における送電装置、受電装置、および電力伝送システムを搭載した車両を模式的に説明する図である。

【0025】

本実施の形態１に係る電力伝送システムは、受電装置４０を含む電動車両１０と、送電装置４１を含む外部給電装置２０とを有する。電動車両１０の受電装置４０は、送電装置４１が設けられた駐車スペース４２の所定位置に停車して、主に、送電装置４１から電力を受電する。

【0026】

駐車スペース４２には、電動車両１０を所定の位置に停車させるように、輪止や、駐車位置および駐車範囲を示すラインが設けられている。

【0027】

外部給電装置２０は、交流電源２１に接続された高周波電力ドライバ２２と、高周波電力ドライバ２２などの駆動を制御する制御部２６と、この高周波電力ドライバ２２に接続された送電装置４１とを含む。送電装置４１は、送電部２８と、電磁誘導コイル２３とを含む。送電部２８は、共鳴コイル２４と、共鳴コイル２４に接続されたキャパシタ２５とを含む。電磁誘導コイル２３は、高周波電力ドライバ２２に電気的に接続されている。なお、この図１に示す例においては、キャパシタ２５が設けられているが、キャパシタ２５は必ずしも必須の構成ではない。

【0028】

送電部２８は、共鳴コイル２４のインダクタンスと、共鳴コイル２４の浮遊容量およびキャパシタ２５のキャパシタンスとから形成された電気回路を含む。

【0029】

電動車両１０は、受電装置４０と、受電装置４０に接続された整流器１３と、この整流器１３に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ１４と、このＤＣ／ＤＣコンバータ１４に接続されたバッテリ１５と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ（Power Control Unit））１６と、このパワーコントロールユニット１６に接続されたモータユニット１７と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４やパワーコントロールユニット１６などの駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８とを備える。なお、本実施の形態に係る電動車両１０は、図示しないエンジンを備えたハイブリッド車両であるが、モータにより駆動される車両であれば、電気自動車や燃料電池車両も含む。

【0030】

整流器１３は、電磁誘導コイル１２に接続されており、電磁誘導コイル１２から供給される交流電流を直流電流に変換して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４に供給する。

【0031】

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、整流器１３から供給された直流電流の電圧を調整して、バッテリ１５に供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は必須の構成ではなく省略してもよい。この場合には、外部給電装置２０にインピーダンスを整合するための整合器を送電装置４１と高周波電力ドライバ２２との間に設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４の代用をすることができる。

【0032】

パワーコントロールユニット１６は、バッテリ１５に接続されたコンバータと、このコンバータに接続されたインバータとを含み、コンバータは、バッテリ１５から供給される直流電流を調整（昇圧）して、インバータに供給する。インバータは、コンバータから供給される直流電流を交流電流に変換して、モータユニット１７に供給する。

【0033】

モータユニット１７は、たとえば、三相交流モータなどが採用されており、パワーコントロールユニット１６のインバータから供給される交流電流によって駆動する。

【0034】

なお、電動車両１０がハイブリッド車両の場合には、電動車両１０は、エンジンをさらに備える。モータユニット１７は、発電機として主に機能するモータジェネレータと、電動機として主に機能するモータジェネレータとを含む。

【0035】

受電装置４０は、受電部２７と、電磁誘導コイル１２とを含む。受電部２７は、共鳴コイル１１とキャパシタ１９とを含む。共鳴コイル１１は浮遊容量を有する。このため、受電部２７は、共鳴コイル１１のインダクタンスと、共鳴コイル１１およびキャパシタ１９のキャパシタンスとによって形成された電気回路を有する。なお、キャパシタ１９は、必須の構成ではなく、省略することができる。

【0036】

本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電部２８の固有周波数と、受電部２７の固有周波数との差は、受電部２７または送電部２８の固有周波数の１０％以下である。このような範囲に各送電部２８および受電部２７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。その一方で、固有周波数の差が受電部２７または送電部２８の固有周波数の１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％より小さくなり、バッテリ１５の充電時間が長くなるなどの弊害が生じる。

【0037】

ここで、送電部２８の固有周波数とは、キャパシタ２５が設けられていない場合には、共鳴コイル２４のインダクタンスと、共鳴コイル２４のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ２５が設けられた場合には、送電部２８の固有周波数とは、共鳴コイル２４およびキャパシタ２５のキャパシタンスと、共鳴コイル２４のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、送電部２８の共振周波数とも呼ばれる。

【0038】

同様に、受電部２７の固有周波数とは、キャパシタ１９が設けられていない場合には、共鳴コイル１１のインダクタンスと、共鳴コイル１１のキャパシタンスとから形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。キャパシタ１９が設けられた場合には、受電部２７の固有周波数とは、共鳴コイル１１およびキャパシタ１９のキャパシタンスと、共鳴コイル１１のインダクタンスとによって形成された電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。上記電気回路において、制動力および電気抵抗をゼロもしくは実質的にゼロとしたときの固有周波数は、受電部２７の共振周波数とも呼ばれる。

【0039】

図２および図３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２は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す。電力伝送システム８９は、送電装置９０と、受電装置９１とを備え、送電装置９０は、電磁誘導コイル９２と、送電部９３とを含む。送電部９３は、共鳴コイル９４と、共鳴コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。

【0040】

受電装置９１は、受電部９６と、電磁誘導コイル９７とを備える。受電部９６は、共鳴コイル９９とこの共鳴コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。

【0041】

共鳴コイル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。共鳴コイル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、送電部９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、受電部９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。

【0042】

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、送電部９３および受電部９６の固有周波数のズレと、電力伝送効率との関係を図３に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共鳴コイル９４および共鳴コイル９９の相対的な位置関係は固定した状態であって、さらに、送電部９３に供給される電流の周波数は一定である。

【0043】

図３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、一定周波数での伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記式（３）によって示される。

【0044】

（固有周波数のズレ）＝{（ｆ１−ｆ２）／ｆ２}×１００（％）・・・（３）
図３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％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％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％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、受電部９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように各送電部および受電部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ことがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が受電部９６の固有周波数の５％以下となるように、各送電部および受電部の固有周波数を設定することで電力伝送効率をより高めることができることがわかる。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。

【0045】

次に、本実施の形態に係る電力伝送システムの動作について説明する。
図１において、電磁誘導コイル２３には、高周波電力ドライバ２２から交流電力が供給される。電磁誘導コイル２３に所定の交流電流が流れると、電磁誘導によって共鳴コイル２４にも交流電流が流れる。この際、共鳴コイル２４を流れる交流電流の周波数が特定の周波数となるように、電磁誘導コイル２３に電力が供給されている。

【0046】

共鳴コイル２４に特定の周波数の電流が流れると、共鳴コイル２４の周囲には特定の周波数で振動する電磁界が形成される。

【0047】

共鳴コイル１１は、共鳴コイル２４から所定範囲内に配置されており、共鳴コイル１１は共鳴コイル２４の周囲に形成された電磁界から電力を受け取る。

【0048】

本実施の形態においては、共鳴コイル１１および共鳴コイル２４は、所謂、ヘリカルコイルが採用されている。このため、共鳴コイル２４の周囲には、特定の周波数で振動する磁界が主に形成され、共鳴コイル１１は当該磁界から電力を受け取る。

【0049】

ここで、共鳴コイル２４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、電力伝送効率と共鳴コイル２４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、共鳴コイル２４に供給される電流の周波数との関係について説明する。共鳴コイル２４から共鳴コイル１１に電力を伝送するときの電力伝送効率は、共鳴コイル２４および共鳴コイル１１の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２８および受電部２７の固有周波数（共振周波数）を固有周波数ｆ０とし、共鳴コイル２４に供給される電流の周波数を周波数ｆ３とし、共鳴コイル１１および共鳴コイル２４の間のエアギャップをエアギャップＡＧとする。

【0050】

図４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、共鳴コイル２４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。

【0051】

図４に示すグラフにおいて、横軸は、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数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、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数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、共鳴コイル２４に供給す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。

【0052】

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第１の手法が考えられる。第１の手法としては、エアギャップＡＧにあわせて、図１に示す共鳴コイル２４に供給する電流の周波数を一定として、キャパシタ２５やキャパシタ１９のキャパシタンスを変化させることで、送電部２８と受電部２７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、共鳴コイル２４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２５およびキャパシタ１９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、共鳴コイル２４および共鳴コイル１１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、送電装置４１と高周波電力ドライバ２２との間に設けられた整合器を利用する手法や、コンバータ１４を利用する手法などを採用することもできる。

【0053】

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、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数を調整する手法である。たとえば、図４において、電力伝送特性が効率曲線Ｌ１となる場合には、共鳴コイル２４には周波数が周波数ｆ４または周波数ｆ５の電流を共鳴コイル２４を供給する。そして、周波数特性が効率曲線Ｌ２，Ｌ３となる場合には、周波数が周波数ｆ６の電流を共鳴コイル２４に供給する。この場合では、エアギャップＡＧの大きさに合わせて共鳴コイル２４および共鳴コイル１１に流れる電流の周波数を変化させることになる。

【0054】

第１の手法では、共鳴コイル２４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、共鳴コイル２４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共鳴コイル２４に供給される。共鳴コイル２４に特定の周波数の電流が流れることで、共鳴コイル２４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２７は、受電部２７と送電部２８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２８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、共鳴コイル２４に供給す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、共鳴コイル２４および共鳴コイル１１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、共鳴コイル２４に供給する電流の周波数を調整する場合がある。

【0055】

なお、本実施の形態では、共鳴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、共鳴コイルとして、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、共鳴コイル２４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共鳴コイル２４の周囲に形成される。そして、この電界をとおして、送電部２８と受電部２７との間で電力伝送が行われる。

【0056】

本実施の形態に係る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５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５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とあらわすことができる。

【0057】

「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、本実施の形態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２８および受電部２７（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２８から他方の受電部２７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。

【0058】

このように、本実施の形態に係る電力伝送システムにおいては、送電部２８と受電部２７とを電磁界によって共振させることで送電装置４１から受電装置に電力を送電している。そして、送電部２８と受電部２７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うる。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。

【0059】

本実施の形態の電力伝送における送電部２８と受電部２７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」または「電界（電場）共振結合」という。

【0060】

「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。

【0061】

本明細書中で説明した送電部２８の共鳴コイル２４と受電部２７の共鳴コイル１１とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部２８と受電部２７とは主に、磁界によって結合しており、送電部２８と受電部２７とは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。

【0062】

なお、共鳴コイル２４，１１として、たとえば、メアンダラインなど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２８と受電部２７とは主に、電界によって結合している。このときには、送電部２８と受電部２７とは、「電界（電場）共振結合」している。

【0063】

（受電装置４０）
図６から図８を参照して、実施の形態１における受電装置４０の具体的構成について説明する。図６は、本実施の形態における電動車両１０に搭載される受電装置の配置を示す車両の底面図、図７は、本実施の形態における電動車両１０に搭載される受電装置の配置を示す部分横（左右方向）断面、図８は、本実施の形態における電動車両１０に搭載される受電装置の配置を示す部分縦（前後方向）断面である。

【0064】

図６に示すように、電動車両１０の前端から前輪タイヤ１６０Ｆの後端までの領域を前部、前輪タイヤ１６０Ｆの後端から後輪タイヤ１６０Ｒの前端までの領域を中央部、後輪タイヤ１６０Ｒの前端から電動車両１０の後端までの領域を後部と称する。以下の説明においても同様である。図７に示すように、電動車両１０を水平面に載置した状態において、鉛直方向上向きを上方、鉛直方向下向きを下方、車両の前方側を向いた場合の左手側を左側、車両の前方側を向いた場合の右手側を右側と称する。以下の説明においても同様である。

【0065】

図６を参照して、本実施の形態における電動車両１０は、後部にリアフロアパネル３１、マフラー１３０、および左右の後輪タイヤ１６０Ｒを有し、中央部にセンタフロアパネル３２、燃料タンク１２０、サイドメンバ３２Ａ，３２Ｂ、およびエキゾーストパイプ１３１を有し、前部にエンジンフロアパネル３３、左右の前輪タイヤ１６０Ｆを有している。

【0066】

図６を参照して、電動車両１０の後部において、バッテリ１５は、フロアパネルであるリアフロアパネル３１の上方に配置されている（図７参照）。受電装置４０は、リアフロアパネル３１を挟んで、バッテリ１５の下方に配置されている。本実施の形態においては、受電装置４０の前側半分程度の領域が、左右の後輪タイヤ１６０Ｒの間に位置し、受電装置４０の後側半分程度が、左右の後輪タイヤ１６０Ｒから後側に向けて突出している。なお、受電装置４０の後輪タイヤ１６０Ｒに対する配置位置は、本実施の形態に限定されない。

【0067】

受電装置４０は、受電部２７と円形の電磁誘導コイル１２を含む。受電部２７は、円形の共鳴コイル１１およびキャパシタ１９を有している。本実施の形態では、受電装置４０を取り囲むようにシールド部材２７Ｓが設けられている。シールド部材２７Ｓは、受電装置４０の半径方向の外側を取り囲む円筒形状を有し、リアフロアパネル３１側には底部２７ｂが設けられ、送電部２８側は開放している。なお、シールド部材２７Ｓの形状は、本実施の形態の形状に限定されない。

【0068】

共鳴コイル１１は、樹脂製の支持部材１１ａを用いて、シールド部材２７Ｓの底部２７ｂに固定されている。電磁誘導コイル１２は、樹脂製の支持部材１２ａを用いて、シールド部材２７Ｓの底部２７ｂに固定されている。

【0069】

本実施の形態では、共鳴コイル１１の外側に電磁誘導コイル１２を配置しているが、共鳴コイル１１と電磁誘導コイル１２とに配置関係は、この配置関係には限定されない。また、共鳴コイル１１および電磁誘導コイル１２の形状は、円形に限定されず、多角形、正八角形等の採用が可能であるが、形状は特に限定されるものではない。

【0070】

図７および図８を参照して、電動車両１０の後部において、バッテリ１５は、リアフロアパネル３１の上方に配置され、受電装置４０は、リアフロアパネル３１の下方に配置されている。さらに、平面視において、受電装置４０とバッテリ１５とは少なくとも一部が重なるように配置されている。具体的には、平面視（上方から下方を鉛直方向に見た場合）において、バッテリ１５の投影面に受電装置４０の投影面が重なることを意味する。投影面が重なるとは、バッテリ１５と受電装置４０との平面視における大きさ（外形）は様々であり、バッテリ１５の投影面の中に受電装置４０の投影面が含まれる場合、受電装置４０の投影面の中にバッテリ１５の投影面が含まれる場合、相互の投影面の一部が重なる場合が該当する。

【0071】

また、図８に示すように、受電装置４０の後端部４０ａ（シールド部材２７Ｓの後端部４０ａ）は、バッテリ１５の後端部１５ａよりも、当該車両の後側に突出（距離ＣＺ１）するように配置されている。

【0072】

通常、車両の後側において、後側から衝突された場合に、クラッシャブルゾーンが規定され、バッテリ１５は、クラッシャブルゾーンよりも前側に配置される。そこで、受電装置４０の一部が、クラッシャブルゾーン側に突出するように配置することで、後側から衝突された場合に、受電装置４０を衝撃吸収材として用いることができ、バッテリ１５等の高圧部品を保護することが可能となる。

【0073】

以上、本実施の形態においては、平面視において、受電装置４０の投影面にバッテリ１５の投影面の一部が少なくとも重なるように配置している。これにより、電動車両１０の限られたスペースに、平面視において、受電装置４０を効率良く搭載することを可能としている。

【0074】

また、バッテリ１５と受電装置４０との間にリアフロアパネル３１が位置することで、受電装置４０から発熱される熱のバッテリ１５への伝熱を、リアフロアパネル３１により抑制することができる。

【0075】

受電装置４０とバッテリ１５との距離が短くなるため、受電装置４０とバッテリ１５との間に配設されるケーブルの配索を短くすることができる。これにより、充電効率の向上を期待することも可能となる。また、バッテリ１５をクラッシャブルゾーンよりも車両の前側に配置することにより、高圧機器に対する安全性を高め、ケーブル損失（漏電、ショート）の発生を回避することができる。

【0076】

（実施の形態２）
次に、図９から図１５を参照して、本実施の形態に係る電力伝送システムを搭載した車両について説明する。なお、上述の実施の形態１との相違は、外部に設けられた送電部２８を含む送電装置４１から非接触で電力を受電する受電部２７を含む受電装置４０を有することに、外部に設けられた給電コネクタに接続される充電部をさらに有する点にある。実施の形態１と同一または相当部分については、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

【0077】

図９は、本実施の形態おける電動車両１０に搭載される受電装置４０の配置を示す車両の斜視図、図１０は、本実施の形態にける電動車両１０に搭載される受電装置４０、充電器２００、およびバッテリ１５の回路を示す図、図１１は、本実施の形態おける電動車両１０に搭載される受電装置４０、充電器２００、およびバッテリ１５の搭載状態を示す斜視図、図１２は平面図、図１３は部分横（左右方向）断面図、図１４は部分縦（前後方向）断面図、図１５は他の回路を示す図である。

【0078】

図９を参照して、本実施の形態における電動車両１０は、乗員収容室内の後部座席下に位置する部分には、燃料タンク１２０が設けられている。後部座席より電動車両１０の後側には、バッテリ１５が配置されている。実施の形態１と同様に、受電装置４０は、リアフロアパネル３１を挟んで、バッテリ１５の下方に配置されている。

【0079】

電動車両１０の左側のリアフェンダには充電部１が設けられ、右側のリアフェンダには給油部２が設けられている。なお、この図９に示す例においては、充電部１と給油部２とが車両の互いに異なる側面に設けられているが、充電部１が右側、給油部２が左側に設けられてもかまわない。また、同一の側面（左側、右側）に設けられてもよい。さらに、充電部１と給油部２と位置は、リヤフェンダに限らず、フロントフェンダに設けてもよい。

【0080】

給油作業を行なう際には、給油部２（燃料供給部）に給油コネクタ２Ａを挿入することで燃料が供給される。給油部２から給油されたガソリンなどの燃料は、燃料タンク１２０に貯留される。

【0081】

充電作業を行なう際には、充電部１（電力供給部）に給電コネクタ１Ａを挿入することで電力が供給される。給電コネクタ１Ａは、商用電源（たとえば、日本では単相交流１００Ｖ）から供給される電力を充電するためのコネクタである。給電コネクタ１Ａとしては、たとえば、一般の家庭用電源に接続されたプラグなどが用いられる。

【0082】

図１０を参照して、本実施の形態では、充電器２００に充電部１および受電装置４０が接続されている。また、充電器２００にバッテリ１５が接続され、バッテリ１５には、充電制御ユニット３００が接続されている。このように、本実施の形態では、接触充電である充電部１と非接触受電である受電装置４０とが、兼用の充電器２００に接続されている。

【0083】

したがって、充電器２００は、充電部１から給電される電力を、バッテリ１５の充電電力に変換するとともに、受電装置４０から受電した電力をバッテリ１５の充電電力に変換する。これにより、部品点数の削減を図ることができる。

【0084】

図１１および図１２を参照して、リアフロアパネル３１には、下方に向かう凹部領域３１Ｐが設けられている。この凹部領域３１Ｐの底面および斜面に沿うように、左右方向に延びるブラケット２１０を有し、このブラケット２１０に充電器２００が載置される。

【0085】

図１３および図１４を参照して、電動車両１０の後部において、バッテリ１５は、リアフロアパネル３１の上方に配置され、受電装置４０は、リアフロアパネル３１の下方に配置され、平面視において、実施の形態１の場合と同様に、受電装置４０とバッテリ１５とは少なくとも一部が重なるように配置されている。

【0086】

本実施の形態では、充電器２００は、バッテリ１５とリアフロアパネル３１の間（リアフロアパネル３１の上方）に位置しているが、充電器２００を、リアフロアパネル３１と受電装置４０との間（リアフロアパネル３１の下方）に位置させることも可能である。なお、受電装置４０の下方については、上記実施の形態１と同様である。

【0087】

また、本実施の形態では、充電器２００は、ブラケット２１０に載置されているが、ブラケットは必ずしも必須ではない。充電器２００の位置も、平面視において、バッテリ１５と受電装置４０との間において、全てが含まれるように配置しているが、一部が重なるように配置してよい。また、充電器２００とバッテリ１５との間、充電器２００とブラケット２１０との間、または充電器２００とリアフロアパネル３１との間に、電力配線、電力配線結合部を配置してもよい。

【0088】

図１４に示すように、受電装置４０の後端部４０ａ（シールド部材２７Ｓの後端部４０ａ）は、バッテリ１５の後端部１５ａよりも、当該車両の後側に突出（距離ＣＺ１）するように配置されている。また、充電器２００の後端部２００ａは、バッテリ１５の後端部１５ａよりも、車両の前側に位置していることから、受電装置４０の後端部４０ａは、充電器２００の後端部２００ａよりも、当該車両の後側に突出（距離ＣＺ２）するように配置されていることなる。充電制御ユニット３００も充電器２００と同様である。

【0089】

このように、本実施の形態においても、車両の後側において、後側から衝突された場合に、クラッシャブルゾーン（図１２の矢印ＣＺの領域）が規定され、バッテリ１５は、クラッシャブルゾーンよりも前側に配置される。そこで、受電装置４０の一部が、クラッシャブルゾーン側に突出するように配置することで、後側から衝突された場合に、受電装置４０を衝撃吸収材として用いることができる。バッテリ１５および充電器２００等の高圧部品を保護することが可能となる。

【0090】

以上、本実施の形態においても、平面視において、受電装置４０の投影面にバッテリ１５の投影面の一部が少なくとも重なるように、受電装置４０は、リアフロアパネル３１を挟んで、バッテリ１５の下方に配置している。これにより、電動車両１０の限られたスペースに、平面視において、受電装置４０を効率良く搭載することを可能としている。

【0091】

また、バッテリ１５と受電装置４０との間にリアフロアパネル３１が位置することで、受電装置４０から発熱される熱のバッテリ１５への伝熱を、リアフロアパネル３１により抑制することができる。

【0092】

また、受電装置４０とバッテリ１５との距離が短くなるため、受電装置４０とバッテリ１５との間に配設されるケーブルＷＨ１，ＷＨ２の配索を短くすることができる。これにより、充電効率の向上を期待することも可能となる。また、バッテリ１５、充電器２００、および充電制御ユニット３００をクラッシャブルゾーンよりも車両の前側に配置することにより、高圧機器に対する安全性を高め、ケーブル損失（漏電、ショート）の発生を回避することができる。

【0093】

なお、図１５に示すように、受電装置４０に充電制御ユニット３００を設けることも可能である。この場合、充電制御ユニット３００は、図１６に示すように、ブラケット２１０に充電制御ユニット３００が固定される。充電制御ユニット３００から延びる一方のワイヤＷＨ１は、バッテリ１５に接続される。充電制御ユニット３００から延びる他方のワイヤＷＨ２は、リアフロアパネル３１に設けられた連通孔３１Ｈを通過して、受電装置４０に接続される。

【0094】

また、充電制御ユニット３００がブラケット２１０に固定されていることから、充電制御ユニット３００も受電装置４０とバッテリ１５との間に配置されている。充電制御ユニット３００を、リアフロアパネル３１と受電装置４０との間（リアフロアパネル３１の下方）に位置させることも可能である。

【0095】

なお、上記各実施の形態では、バッテリ１５および受電装置４０を、リアフロアパネル３１に配置した場合について説明しているが、配置位置は、電動車両１０の後部には限定されない。

【0096】

図１７に示すように、上記各実施の形態に示した構成を、電動車両１０の中央部において、バッテリ１５および受電装置４０を、センタフロアパネル３２に配置することも可能である。また、図１８に示すように、上記各実施の形態に示した構成を、電動車両１０の前部において、バッテリ１５および受電装置４０を、エンジンフロアパネル３３に配置することも可能である。

【0097】

なお、上記各実施の形態では、電磁誘導コイル１２，２３を含んだ送電装置および受電装置を例示したが、電磁誘導コイルを含まない共鳴型非接触送受電装置にも本発明は適用可能である。

【0098】

今回開示された実施の形態および実施例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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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】

【0099】

１ 充電部、１Ａ 給電コネクタ、２ 給油部、２Ａ 給油コネクタ、１０ 電動車両、１１，２４，９４，９９ 共鳴コイル、１２，２３，９２，９７ 電磁誘導コイル、１１ａ，１２ａ 支持部材、１３ 整流器、１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５ バッテリ、１６ パワーコントロールユニット、１７ モータユニット、１８ 車両ＥＣＵ、１９，２５，９８，９５ キャパシタ、２０ 外部給電装置、２１ 交流電源、２２ 高周波電力ドライバ、２６ 制御部、２７，９６ 受電部、２７Ｓ シールド部材、２７ｂ 底部、２８，９３ 送電部、２９ インピーダンス調整器、３１ リアフロアパネル、３１Ｈ 連通孔、３２ センタフロアパネル、３２Ａ，３２Ｂ サイドメンバ、３３ エンジンフロアーパネル、４０，９１ 受電装置、４０ａ，２００ａ 後端部、４１，９０ 送電装置、４２ 駐車スペース、１１０ リアサスペンション、１２０ 燃料タンク、１２１ 燃料ホース、１３０ マフラー、１３１ エキゾーストパイプ、１６０Ｆ 前輪タイヤ、１６０Ｒ 後輪タイヤ、２００ 充電器、２１０ ブラケット、３００ 充電制御ユニット。

【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15】

【図16】

【図17】

【図18】