非接触受电装置、非接触送电装置以及非接触送电受电系统

摘要

本发明提供一种非接触受电装置、非接触送电装置以及非接触送电受电系统。非接触受电装置以非接触的方式接收从送电装置(200)传输的电力。送电装置包括：送电部(220)；电源部(250)，其向送电部供给交流电力。非接触受电装置具备：受电部(110)，其以非接触的方式从送电部接收电力；电气负载装置(190、120)，其使用由受电部所接收的电力。受电部被构成为，在受电部被配置成与送电部间的位置发生了偏移的状态的情况下，在非接触电力传输中所使用的电源部的电源频率下的传输效率达到最佳。优选为，受电部被构成为，在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成发生了偏移的状态的情况下，使变更了送电频率时的传输效率呈现出峰值的峰值频率与电源频率一致。

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触受电装置、非接触送电装置以及非接触送电受电 系统。

背景技术

近年来，作为能够以非接触的方式传输电能的技术，使用了磁场共振方 式的能量传输备受瞩目。已知在磁共振方式中，即使在与电磁感应方式相比 送电部与受电部之间的距离较大的情况下也能够进行送电。

但是，在磁共振方式中，存在最佳距离，当距离过近时传输效率将会变 低。在日本特开2011-50140号公报(专利文献1)中，公开了一种如下的技 术，即，在使用共振方式而以非接触的方式实施电力的输送和接收的情况下， 即使在电力的输送侧与接收侧之间的距离接近并成为紧密耦合状态的情况 下，也能够较高地维持传输效率的技术。

在该文献所公开的非接触送电装置中，将来自交流电源的交流电力向共 振元件供给，由此使共振元件产生磁场，并通过共振而向成为对象方的受电 装置供给交流电力，在该结构中，在交流电源与共振元件之间设置有自动整 合器。自动整合器根据与交流电力的供给对象的受电装置之间的耦合系数， 而对共振元件的阻抗进行调节。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-50140号公报

专利文献2：日本特开2010-141976号公报

专利文献3：日本特开2010-193598号公报

发明内容

发明所要解决的课题

根据上述的日本特开2011-50140号公报所公开的设计方法，以能够在送 电装置与受电装置之间的位置关系达到刚刚好的状态时以最大效率进行送电 的方式设计共振线圈。而且，当位置关系发生了偏移时，例如在距离过近而 成为紧密耦合状态时，通过自动整合器来对阻抗进行调节从而改善传输效率。

虽然这种设计方法在便携式设备等重量较小且位置对齐较为容易的非接 触受电装置中为优选，但由于在应用于送电受电部的位置对齐并不容易的车 辆等的情况下需要容许一定的位置偏移，因此能够以最大效率进行送电的机 会较少。

因此需要将系统构筑为，在某种程度上容许位置偏移并且即使发生了位 置偏移效率也不会降低。

本发明的目的在于，提供一种即使送电装置与受电装置发生了位置偏移 效率也不易降低的非接触受电装置、非接触送电装置以及非接触送电受电系 统。

用于解决课题的方法

简而言之，本发明为，用于以非接触的方式接收从送电装置传输的电力 的非接触受电装置。送电装置包括：送电部；电源部，其向送电部供给交流 电力。非接触受电装置具有：受电部，其以非接触的方式从送电部接收电力； 电气负载装置，其使用由受电部所接收的电力。受电部被构成为，在受电部 被配置成与送电部间的位置发生了偏移的状态的情况下，在非接触电力传输 中所使用的电源部的电源频率下的传输效率达到最佳。

优选为，受电部被构成为，在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水平 方向上的位置被配置成发生了偏移的状态的情况下，使变更了送电频率时的 传输效率呈现出峰值的峰值频率与电源频率一致。

更优选为，受电部被构成为，在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水 平方向上的位置被配置成一致的状态的情况下，至少在高于电源频率的第一 频率以及低于电源频率的第二频率这两处具有与电源频率下的传输效率相比 传输效率增高的峰值。

进一步优选为，非接触受电装置还具备：整合器，其被设置在受电部与 电气负载装置之间，并用于对非接触受电装置的阻抗进行调节；控制装置， 其在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成一致的 状态的情况下，通过整合器而对非接触受电装置的阻抗进行调节。

进一步优选为，非接触手电装置还具备：整合器，其被设置在受电部与 电气负载装置之间，并用于对非接触受电装置的阻抗进行调节；控制装置， 其在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成发生了 偏移的状态的情况下，通过整合器而对非接触受电装置的阻抗进行调节。

优选为，受电部被构成为，在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水平 方向上的位置被配置成一致的状态的情况下，至少在高于电源频率的第一频 率以及低于电源频率的第二频率这两处具有与电源频率下的传输效率相比传 输效率增高的峰值。

优选为，非接触受电装置还具备：整合器，其被设置在受电部与电气负 载装置之间，并用于对非接触受电装置的阻抗进行调节；控制装置，其在受 电部的中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成一致的状态的 情况下，通过整合器而对非接触受电装置的阻抗进行调节。

优选为，非接触受电装置还具备：整合器，其被设置在受电部与电气负 载装置之间，并用于对非接触受电装置的阻抗进行调节；控制装置，其在受 电部的中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成发生了偏移的 状态的情况下，通过整合器而对非接触受电装置的阻抗进行调节。

优选为，受电部被构成为，与送电部间的固有频率之差在±10％以内。

更优选为，受电部与送电部的耦合系数在0.1以下。

更优选为，送电部通过磁场和电场中的至少一方而向受电部输送电力， 所述磁场被形成于受电部与送电部之间，并且以特定的频率进行振动，所述 电场被形成于受电部与送电部之间，并且以特定的频率进行振动。

本发明在另一方式中，为用于以非接触的方式向受电装置输送电力的非 接触送电装置。受电装置包括：受电部；电气负载装置，其从受电部接收电 力。非接触送电装置包括：送电部，其以非接触的方式向受电部输送电力；电 源部，其向送电部供给交流电力。送电部被构成为，在受电部被配置为与送 电部间的位置发生了偏移的状态的情况下，在非接触电力传输中所使用的电 源部的电源频率下的传输效率达到最佳。

优选为，送电部被构成为，在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水平 方向上的位置被配置成发生了偏移的状态的情况下，使变更了送电频率时的 传输效率呈现出峰值的峰值频率与电源频率一致。

更优选为，送电部被构成为，在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水 平方向上的位置被配置成一致的状态的情况下，至少在高于电源频率的第一 频率以及低于电源频率的第二频率这两处具有与电源频率下的传输效率相比 传输效率增高的峰值。

进一步优选为，非接触送电装置还具备：整合器，其被设置在送电部与 电源部之间，并用于对非接触送电装置的阻抗进行调节；控制装置，其在受 电部的中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成一致的状态的 情况下，通过整合器而对非接触送电装置的阻抗进行调节。

进一步优选为，非接触送电装置还具备：整合器，其被设置在送电部与 电源部之间，并用于对非接触送电装置的阻抗进行调节；控制装置，其在受 电部的中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成发生了偏移的 状态的情况下，通过整合器而对非接触送电装置的阻抗进行调节。

优选为，送电部被构成为，在受电部的中心轴与送电部的中心轴的水平 方向上的位置被配置成一致的状态的情况下，至少在高于电源频率的第一频 率以及低于电源频率的第二频率这两处具有与电源频率下的传输效率相比传 输效率增高的峰值。

优选为，非接触送电装置还具有：整合器，其被设置在送电部与电源部 之间，并用于对非接触送电装置的阻抗进行调节；控制装置，其在受电部的 中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成一致的状态的情况 下，通过整合器而对非接触送电装置的阻抗进行调节。

优选为，非接触送电装置还具备：整合器，其被设置在送电部与电源部 之间，并用于对非接触送电装置的阻抗进行调节；控制装置，其在受电部的 中心轴与送电部的中心轴的水平方向上的位置被配置成发生了偏移的状态的 情况下，通过整合器而对非接触送电装置的阻抗进行调节。

优选为，送电部被构成为，与受电部间的固有频率之差在±10％以内。

更优选为，受电部与送电部的耦合系数在0.1以下。

更优选为，送电部通过磁场和电场中的至少一方而向受电部输送电力， 所述磁场被形成于受电部与送电部之间，并且以特定的频率进行振动，所述 电场被形成于受电部与送电部之间，并且以特定的频率进行振动。

本发明在另一方式中，为非接触送电受电系统，其具有非接触送电装置； 非接触受电装置，其用于以非接触的方式接收由非接触送电装置传输的电力。 非接触送电装置包括：送电部；电源部，其向送电部供给交流电力。非接触 受电装置包括：受电部，其固有频率与送电部的固有频率相同；电气负载装 置，其使用由受电部所接收的电力。受电部被构成为，在所述受电部被配置 为与所述送电部间的位置发生了偏移的状态的情况下，在非接触电力传输中 所使用的所述电源部的电源频率下的传输效率达到最佳。

优选为，受电部被构成为，与送电部间的固有频率之差在±10％以内。

更优选为，受电部与送电部的耦合系数在0.1以下。

更优选为，送电部通过磁场和电场中的至少一方而向受电部输送电力， 所述磁场被形成于受电部与送电部之间，并且以特定的频率进行振动，所述 电场被形成于受电部与送电部之间，并且以特定的频率进行振动。

发明效果

根据本发明，即使送电装置与受电装置发生了某种程度的位置偏移，也 能够避免引起极端的效率降低的情况。

附图说明

图1为本发明的实施方式的车辆用供电系统的整体结构图。

图2为用于对基于共鸣法的送电的原理进行说明的图。

图3为表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场的强度之间的关系的图。

图4为表示电力传输系统的模拟模型的图。

图5为表示送电装置与受电装置之间的固有频率的偏移与效率之间的关 系的图。

图6为图1所示的电力送电受电系统10的详细结构图。

图7为用于对受电部110与送电部220之间的位置偏移进行说明的图。

图8为用于对相对于实施方式的比较例的送电部或受电部的特性(未整 合时)进行说明的图。

图9为用于对相对于实施方式的比较例的送电部或受电部的特性(整合 时)进行说明的图。

图10为用于对受电部或送电部的线圈的位置关系和特性进行说明的图。

图11为用于对本实施方式的送电部或受电部的特性(未整合时)进行说 明的图。

图12为用于对本实施方式的送电部或受电部的特性(整合时)进行说明 的图。

图13为表示用于对位置偏移进行说明的共振线圈的第一配置例的图。

图14为表示用于对位置偏移进行说明的共振线圈的第二配置例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对于图中相 同或者相当的部分标注相同的附图标记并且不重复其说明。

图1为，本发明的实施方式的电力送电受电系统的整体结构图。

参照图1，电力送电受电系统10包括车辆100和送电装置200。车辆100 包括受电部110和通信部160。

受电部110被设置在车身底面上，并被构成为，以非接触的方式接收从 送电装置200的送电部220送出的电力。详细而言，受电部110包括在后文 中进行说明的自谐振线圈(也称作共振线圈)，并通过电磁场而与送电部220 中所包含的自谐振线圈进行共振，由此以非接触的方式从送电部220受电。 通信部160为，用于在车辆100与送电装置200之间实施通信的通信接口。

送电装置200包括高频电源装置210、送电部220、通信部230。高频电 源装置210将例如经由连接器212而被供给的工业交流电力转换成高频的电 力并向送电部220输出。

送电部220例如设置在停车场的地面上，并被构成为，将从高频电源装 置210供给的高频电力以非接触的方式向车辆100的受电部110送出。详细 而言，送电部220包括自谐振线圈，并通过该自谐振线圈经由电磁场而与受 电部110中所包含的自谐振线圈进行共振，由此以非接触的方式向受电部110 送电。通信部230为，用于在送电装置200与车辆100之间实施通信的通信 接口。

在此，当从送电装置200向车辆100送电时，需要将车辆100向送电装 置200进行引导并实施车辆100的受电部110与送电装置200的送电部220 的位置对齐。即，车辆100的位置对齐并不容易。对于便携式设备而言，用 户可以以手持的方式而容易地进行将便携式设备放置于充电器等供电单元的 适当位置处的操作。但是，对于车辆而言，用户需要对车辆进行操作以使车 辆停止在适当的位置处，并不能以手持的方式对位置进行调节。

因此，优选为，从送电装置200向车辆100的供电采用对于位置偏移的 容许度较大的方式。在电磁感应方式中，送信距离为短距离从而可以说对于 位置偏移的容许度也较小。当向车辆的供电欲采用电磁感应方式时，将存在 如下的可能性，即，在停车时需要驾驶员的精度较高的驾驶技术，或者需要 将高精度的车辆引导装置搭载于车辆，或者需要使线圈位置发生移动的可动 部以便在不正确的停车位置的情况下也能够应对。

在基于电磁场的共振方式中，即使在送信距离为数m的情况下也能够输 送比较大的电力，可以说一般情况下对于位置偏移的容许度与电磁感应方式 相比也较大。因此，在该实施方式的电力送电受电系统10中，使用共振法来 实施从送电装置200向车辆100的供电。

另外，在本实施方式所涉及的电力送电受电系统中，送电部的固有频率、 受电部的固有频率被设为相同的固有频率。

“送电部的固有频率”是指，包括送电部的线圈以及电容器在内的电路 进行自由振动的情况下的振动频率。此外，“送电部的谐振频率”是指，在包 括送电部的线圈以及电容器在内的电路中将制动力或者电阻设为零时的固有 频率。

同样，“受电部的固有频率”是指，包括受电部的线圈以及电容器在内的 电路进行自由振动的情况下的振动频率。另外，“受电部的谐振频率”是指， 在包括受电部的线圈以及电容器在内的电路中将制动力或者电阻设为零时的 固有频率。

在本说明书中，“相同的固有频率”不仅包括完全相同的情况，还包括固 有频率实质相同的情况。“固有频率实质相同”是指，送电部的固有频率与受 电部的固有频率之差在送电部的固有频率或者受电部的固有频率的10％以

内的情况。

图2为，用于对基于共振法的送电的原理进行说明的图。

参照图2，在该共振法中，与两个音叉进行共振的情况相同，通过具有 相同的固有振动数的两个LC谐振线圈在电磁场(近场)中进行共振，从而从 一个线圈通过电磁场而向另一个线圈传输电力。

具体而言，将一次线圈320与高频电源310连接，并向通过电磁感应而 与一次线圈320磁耦合的一次自谐振线圈330供给高频电力。一次自谐振线 圈330为，由线圈自身的电感和寄生电容而形成的LC谐振器，并通过电磁场 (近场)而与具有和一次自谐振线圈330相同的谐振频率的二次自谐振线圈 340进行共振。如此，能量(电力)通过电磁场而从一次自谐振线圈330向 二次自谐振线圈340转移。转移到二次自谐振线圈340的能量(电力)被通 过电磁感应而与二次自谐振线圈340磁耦合的二次线圈350获取，并向负载 360供给。另外，基于共振法的送电在表示一次自谐振线圈330与二次自谐 振线圈340的共振强度的Q值例如大于100时被实现。

另外，在本实施方式所涉及的电力送电受电系统中，通过利用电磁场而 使送电部与受电部进行共振(谐振)从而从送电部向受电部输送电力，送电 部与受电部的耦合系数(κ)在0.1以下。另外，通常在利用了电磁感应的 电力传输中，送电部与受电部的耦合系数(κ)为接近1.0的值。

另外，关于与图1的对应关系，二次自谐振线圈340以及二次线圈350 对应于与图1的受电部110，一次线圈320以及一次自谐振线圈330对应于 图1的送电部220。

图3为，表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场的强度之间的关系图。

参照图3，电磁场包括三个成分。曲线k1为，与距波源的距离成反比的 成分，被称为“辐射电磁场”。曲线k2为，与距波源的距离的平方成反比的 成分，被称为“感应电磁场”。另外，曲线k3为，与距波源的距离的立方成 反比的成分，被称为“静电磁场”。

其中虽然存在电磁波的强度随着距波源的距离而急剧减少的区域，但在 共振法中，利用该近场(渐逝场)来实施能量(电力)的传输。即，通过利 用近场而使具有相同的固有振动数的一对共振器(例如一对LC谐振线圈)进 行共振，从而从一个共振器(一次自谐振线圈)向另一个共振器(二次自谐 振线圈)传输能量(电力)。由于该近场不会向远方传播能量(电力)，因此 与通过能够传播能量至远方的“辐射电磁场”来传输能量(电力)的电磁波 相比，共振法能够以较少的能量损失来进行送电。

使用图4以及图5，对分析了固有频率之差与电力传输效率之间的关系 的模拟结果进行说明。图4为，表示电力传输系统的模拟模型的图。另外， 图5为，表示送电部以及受电部的固有频率的偏移与电力传输效率之间的关 系的图。

参照图4，电力传输系统89包括送电部90和受电部91。送电部90包括 第一线圈92和第二线圈93。第二线圈93包括谐振线圈94和与谐振线圈94 相连接的电容器95。受电部91包括第三线圈96和第四线圈97。第三线圈 96包括谐振线圈99和与该谐振线圈99相连接的电容器98。

将谐振线圈94的电感设为电感Lt，并将电容器95的电容设为电容C1。 另外，将谐振线圈99的电感设为电感Lr，并将电容器98的电容设为电容C2。 当以这种方式设定各个参数时，第二线圈93的固有频率f1由下式(1)表示， 第三线圈96的固有频率f2由下式(2)表示。

f1＝1/{2π(Lt×C1)^1/2}…(1)

f2＝1/{2π(Lr×C2)^1/2}…(2)

在此，在图5中图示了在将电感Lr以及电容C1、C2固定而仅使电感Lt 发生变化的情况下，第二线圈93以及第三线圈96的固有频率的偏移与电力 传输效率之间的关系。此外，在该模拟中，谐振线圈94以及谐振线圈99的 相对位置关系被固定，而且被供给至第二线圈93的电流的频率为恒定。

在图5所示的曲线图中，横轴表示固有频率的偏移(％)，纵轴表示恒定 频率下的电力传输效率(％)。固有频率的偏移(％)由下式(3)表示。

(固有频率的偏移)＝{(f1－f2)/f2}×100(％)…(3)

由图5可知，当固有频率的偏移(％)为0％的情况下，电力传输效率 接近100％。当固有频率的偏移(％)为±5％的情况下，电力传输效率为40 ％左右。当固有频率的偏移(％)为±10％的情况下，电力传输效率为10％ 左右。当固有频率的偏移(％)为±15％的情况下，电力传输效率为5％左 右。即，可知通过以使固有频率的偏移(％)的绝对值(固有频率之差)处 于第三线圈96的固有频率的10％以下的范围内的方式来设定第二线圈93以 及第三线圈96的固有频率，从而能够将电力传输效率提升至实用的程度。并 且，由于当以使固有频率的偏移(％)的绝对值处于第三线圈96的固有频率 的5％以下的方式来设定第二线圈93以及第三线圈96的固有频率时，能够 进一步提高电力传输效率，因此更为优选。另外，作为模拟软件，采用了电 磁场分析软件(JMAG(注册商标)：株式会社JSOL造)。

图6为，图1所示的电力送电受电系统10的详细结构图。参照图6，车 辆100除了受电部110以及通信部160之外，还包括：整合器120、整流器 180、充电继电器(CHR)170、蓄电装置190、系统主继电器(SMR)115、动 力控制单元PCU(Power Control Unit)120、电动发电机130、动力传递齿 轮140、驱动轮150、作为控制装置的车辆ECU(Electronic Control Unit) 300、电流传感器171、和电压传感器172。受电部110包括二次自谐振线圈 111、电容器112、二次线圈113。

另外，虽然在本实施方式中，作为车辆100以电动汽车为例而进行了说 明，但只要是能够使用蓄积在蓄电装置中的电力而行驶的车辆，则车辆100 的结构并不限定于此。作为车辆100的其他示例，还包括搭载有发动机的混 合动力车、搭载有燃料电池的燃料电池车等。

二次自谐振线圈111利用电磁场并通过电磁共振而从送电装置200中所 包含的一次自谐振线圈221受电。

对于该二次自谐振线圈111，根据距送电装置200的一次自谐振线圈221 的距离、一次自谐振线圈221以及二次自谐振线圈111的共振频率等，以表 示一次自谐振线圈221和二次自谐振线圈111的共振强度的Q值变大(例如， Q＞100)，表示它们的耦合度的耦合系数(κ)等变小(例如0.1以下)的方 式，适当地设定二次自谐振线圈111的匝数、线圈间距离。

电容器112连接于二次自谐振线圈111的两端，并与二次自谐振线圈111 一起形成LC谐振电路。电容器112的电容根据二次自谐振线圈111所具有的 电感，以成为预定的共振频率的方式而被适当地设定。另外，在通过二次自 谐振线圈111自身所具有的寄生电容而获得所预期的谐振频率的情况下，有 时会省略电容器112。

二次线圈113以与二次自谐振线圈111同轴的方式而设置，并能够通过 电磁感应而与二次自谐振线圈111磁耦合。该二次线圈113通过电磁感应而 获取由二次自谐振线圈111接收的电力，并经由整合器120而向整流器180 输出。

整合器120包括线圈121、可变电容器122、123。另外，整合器120通 过对可变电容器122、123进行调节，从而能够对受电装置的阻抗进行调节。 当将可变电容器122、123设为预定的状态时，也可以将受电装置的阻抗设定 为没有整合器120的状态、即未插入整合器120的情况下的阻抗。

整流器180对从二次线圈113接收的交流电力进行整流，并将该整流后 的直流电力经由CHR170而向蓄电装置190输出。作为整流器180，例如可以 采用包括二极管电桥以及平滑用的电容器(均未图示)的结构。作为整流器 180，虽然也可以使用利用开关控制来实施整流的、所谓的开关调节器，但整 流器180有时也会被包含在受电部110中，为了防止伴随于产生的电磁场而 引起的开关元件的误动作等，更优选为采用二极管电桥这种静止型的整流器。

另外，虽然在本实施方式中，采用由整流器180整流后的直流电力被直 接向蓄电装置190输出的结构，但也可以采用如下方式，即，在整流后的直 流电压与蓄电装置190所能够容许的充电电压不同的情况下，在整流器180 与蓄电装置190之间设置用于进行电压转换的DC/DC转换器(未图示)。

电压传感器172被设置于连结整流器180与蓄电装置190的电力线对之 间。电压传感器172对整流器180的二次侧的直流电压、即从送电装置200 接收的受电电压进行检测，并将该检测值VC向车辆ECU300输出。

电流传感器171被设置于连结整流器180与蓄电装置190的电力线上。 电流传感器171对向蓄电装置190的充电电流进行检测，并将该检测值IC 向车辆ECU300输出。

CHR170与整流器180和蓄电装置190电连接。CHR170根据来自车辆 ECU300的控制信号SE2而被控制，并对从整流器180向蓄电装置190的电力 的供给和切断进行切换。

蓄电装置190为，被构成为能够进行充放电的电力存储元件。蓄电装置 190被构成为，包括例如锂离子电池、镍氢电池或铅蓄电池等二次电池、双 电层电容器等的蓄电元件。

蓄电装置190经由CHR170而与整流器180相连接。蓄电装置190蓄积由 受电部110接收并由整流器180整流后的电力。另外，蓄电装置190还经由 SMR115而与PCU120相连接。蓄电装置190向PCU120供给用于产生车辆驱动 力的电力。并且，蓄电装置190蓄积由电动发电机130发电的电力。蓄电装 置190的输出例如为200V左右。

虽然均未图示，但在蓄电装置190中设置有用于对蓄电装置190的电压 VB以及输入输出的电流IB进行检测的电压传感器以及电流传感器。这些检 测值被输出至车辆ECU300。车辆ECU300根据该电压VB以及电流IB，而对蓄 电装置190的充电状态(被称作“SOC(State Of Charge)”)进行运算。

SMR115介于连结蓄电装置190和PCU120的电力线之间。而且，SMR115 通过来自车辆ECU300的控制信号SE1而被控制，并对蓄电装置190与PCU120 之间的电力的供给和切断进行切换。

虽然均未图示，但PCU120包括转换器、逆变器。转换器通过来自车辆 ECU300的控制信号PWC而被控制，并对来自蓄电装置190的电压进行转换。 逆变器通过来自车辆ECU300的控制信号PWI而被控制，并使用由转换器转换 后的电力而对电动发电机130进行驱动。

电动发电机130为交流旋转电机，例如，为具备埋设有永久磁铁的转子 的永久磁铁型同步电动机。

电动发电机130的输出转矩经由动力传递齿轮140而被传递至驱动轮 150，从而使车辆100行驶。电动发电机130能够在车辆100的再生制动动作 时通过驱动轮150的旋转力来进行发电。而且，该发电电力通过PCU120而被 转换成蓄电装置190的充电电力。

另外，在除了电动发电机130之外还搭载有发动机(未图示)的混合动 力汽车中，通过使该发动机以及电动发电机130协同工作，从而产生所需的 车辆驱动力。在这种情况下，也能够使用由发动机的旋转所产生的发电电力， 而对蓄电装置190进行充电。

如上所述，通信部160为，用于在车辆100与送电装置200之间实施无 线通信的通信接口。通信部160将来自车辆ECU300的、关于蓄电装置190 的包括SOC在内的蓄电池信息INFO向送电装置200输出。另外，通信部160 将指示来自送电装置200的送电的开始以及停止的信号STRT、STP向送电装 置200输出。

车辆ECU300包括在图1中均未图示的CPU(Central Processing Unit)、 存储装置以及输入输出缓冲器，并实施对来自各个传感器等的信号的输入及 向各个设备的控制信号的输出，并且实施对车辆100以及各个设备的控制。 此外，关于这些控制，并不限定于通过软件实施的处理，也能够通过专用的 硬件(电子电路)来进行处理。

当车辆ECU300接收到由用户的操作等而产生的充电开始信号TRG时，根 据预定的条件的成立的情况，而将指示送电的开始的信号STRT经由通信部 160而向送电装置200输出。另外，车辆ECU300根据蓄电装置190成为充满 电的情况、或由用户实施的操作等，而将指示送电的停止的信号STP经由通 信部160而向送电装置200输出。

送电装置200包括电源装置210、送电部220。电源装置210除了通信部 230之外，还包括作为控制装置的送电ECU240、电源部250、整合器260。另 外，送电部220包括一次自谐振线圈221、电容器222、一次线圈223。

电源部250通过来自送电ECU240的控制信号MOD而被控制，并将从工业 电源等交流电源接收到的电力转换为高频的电力。而且，电源部250将该转 换后的高频电力经由整合器260而向一次线圈223供给。

整合器260为，用于使送电装置200与车辆100之间的阻抗匹配的电路。 整合器260被构成为，包括感应器261和可变电容器262、263。整合器260 通过由送电ECU240根据从车辆100发送的蓄电池信息INFO所提供的控制信 号ADJ而被控制，并对可变电容器以及可变感应器进行调节，以使送电装置 200的阻抗与车辆100侧的阻抗一致。另外，整合器260将表示阻抗调节完 成的信号COMP向送电ECU240输出。

此外，虽然在图6中，在送电侧设置整合器260，并在受电侧设置整合 器120，但也可以采用将整合器仅设置于送电侧或者受电侧中的任意一方的 结构。

一次自谐振线圈221通过电磁共振而向车辆100的受电部110中所包含 的二次自谐振线圈111传输电力。

对于一次自谐振线圈221而言，根据与车辆100的二次自谐振线圈111 间的距离、一次自谐振线圈221以及二次自谐振线圈111的共振频率等，以 表示一次自谐振线圈221与二次自谐振线圈111的共振强度的Q值变大(例 如，Q＞100)，表示它们的耦合度的κ等变小(例如0.1以下)的方式，适当 地设定该一次自谐振线圈221的匝数及线圈间距离。

电容器222被连接于一次自谐振线圈221的两端，并与一次自谐振线圈 221一起形成LC谐振电路。电容器222的容量根据一次自谐振线圈221所具 有的电感，以成为预定的共振频率的方式而被适当设定。另外，在通过一次 自谐振线圈221自身所具有的寄生电容而获得预期的谐振频率的情况下，有 时会省略电容器222。

一次线圈223以与一次自谐振线圈221同轴的方式而设置，并能够通过 电磁感应而与一次自谐振线圈221磁耦合。一次线圈223通过电磁感应而将 经由整合器260供给的高频电力向一次自谐振线圈221传递。

如上所述，通信部230为，用于在送电装置200与车辆100之间实施无 线通信的通信接口。通信部230接收从车辆100侧的通信部160发出的蓄电 池信息INFO、以及指示送电的开始以及停止的信号STRT、STP，并将这些信 息向送电ECU240输出。另外，通信部230从送电ECU240接收来自整合器260 的表示阻抗调节完成的信号COMP，并将该信号COMP向车辆100侧输出。

送电ECU240包括在图1中均未图示的CPU、存储装置以及输入输出缓冲 器，并实施对来自各个传感器等的信号的输入及向各个设备的控制信号的输 出，并且实施对电源装置210中的各个设备的控制。另外，关于这些控制， 并不限定于由软件实施的处理，也能够通过专用的硬件(电子电路)来进行 处理。

另外，关于从送电装置200向车辆100的电力传输，在图4、5中所说明 的关于送电部90以及受电部91的关系成立。在图6的电力传输系统中，送 电部220的固有频率与受电部110的固有频率之差在送电部220的固有频率 或受电部110的固有频率的±10％以下。通过将送电部220以及受电部110 的固有频率设定在这种范围内，从而能够提高电力传输效率。另一方面，当 上述的固有频率之差大于±10％时，电力传输效率将变得小于10％，从而产 生电力传输时间变长等弊端。

另外，送电部220(受电部110)的固有频率是指，构成送电部220(受 电部110)的电路(谐振电路)进行自由振动时的振动频率。另外，在构成 送电部220(受电部110)的电路(谐振电路)中，将制动力或电阻设为零时 的固有频率被称为送电部220(受电部110)的谐振频率。

送电部220以及受电部110通过磁场和电场中的至少一方，以非接触的 方式输送接收电力，所述磁场被形成在送电部220与受电部110之间，并且 以特定的频率进行振动，所述电场被形成在送电部220与受电部110之间， 并且以特定的频率进行振动。送电部220与受电部110的耦合系数κ在0.1 以下，通过利用电磁场而使送电部220和受电部110进行谐振(共振)，从而 从送电部220向受电部110传输电力。

图7为，用于对受电部110与送电部220之间的位置偏移进行说明的图。

参照图7，受电部110与送电部220之间的水平位置偏移距离D1为，受 电部110的水平中心与送电部220的水平中心之间的水平距离。但是，当以 水平位置偏移距离D1为零作为前提来设计送电部、受电部时，在发生了水平 位置偏移的情况下效率的降低将会增大。实际上，与以水平位置偏移距离D1 为零的方式停车相比，被停靠为水平位置偏移距离D1不为零的状态的可能性 更高。

另外，受电部110与送电部220之间的垂直距离H1也会因乘客的有无、 货物装载量、轮胎气压等而发生变动。因此，当将垂直距离H1设为固定并以 与该固定距离完全一致的方式来设计送电部及受电部时，在产生了垂直位置 偏移的情况下效率降的低将会增大。

因此，在本实施方式中，以存在位置偏移的情况为前提来实施送电部及 受电部的设计。

图8为，用于对相对于实施方式的比较例的送电部或受电部的特性(未 整合时)进行说明的图。

图9为，用于对相对于实施方式的比较例的送电部或受电部的特性(整 合时)进行说明的图。

参照图8、图9，为了使送电部与受电部之间的传输效率最大化，比较例 的共振型非接触送电受电系统中的共振线圈被设计成，在无位置偏移的正对 状态时传输效率峰值与电源频率f0一致，且峰值频率为一个。

在图8中，与位置偏移0mm(无位置偏移)的状态下的特性曲线W1相比， 在位置偏移150mm的状态下的特性曲线W2中，在电源频率f0处的传输效率 将从E2降低至E1。

因此，如图9所示，当通过整合器来实施阻抗的匹配时，位置偏移150mm 的特性曲线W2如特性曲线W4那样发生变化，从而在电源频率f0处的传输效 率从E1被改善为E3。但是，即使在进行了改善的情况下，也无法改善至与 无位置偏移的状态下的传输效率E2一致的程度，将位置偏移容许至正负 150mm的情况下的传输效率保证值最大为传输效率E3。

图10为，用于对受电部或送电部的线圈的位置关系和特性进行说明的 图。此外，为了便于与图7相对应，图10中也图示了水平位置偏移距离D1、 垂直距离H1。

参照图10，送电部被构成为，包括共振线圈(一次自谐振线圈221)和 感应线圈(一次线圈223)。受电部被构成为，包括共振线圈(二次自谐振线 圈111)和感应线圈(二次线圈113)。

当以使共振线圈(一次自谐振线圈221)与感应线圈(一次线圈223)之 间的距离X1、或共振线圈(二次自谐振线圈111)与感应线圈(二次线圈113) 之间的距离X2变大的方式来设计送电部或者受电部时，送电部与受电部将形 成紧密耦合，并且传输效率将呈现出两个峰值。另外，由于在距离D变远的 情况下，送电部与受电部的耦合将转变为疏松耦合，因此以使共振线圈(一 次自谐振线圈221)与感应线圈(一次线圈223)之间的距离X1、或共振线 圈(二次自谐振线圈111)与感应线圈(二次线圈113)之间的距离X2变远 的方式进行调节。

如此，以无论在将距离D设为何值时送电部与受电部都会成为恰好的耦 合度的方式来设计送电部、受电部，对制造商较为重要。

图11为，用于对本实施方式的送电部或受电部的特性(未整合时)进行 说明的图。

图12为，用于对本实施方式的送电部或受电部的特性(整合时)进行说 明的图。

参照图11、图12，为了在发生了位置偏移的前提下将送电部与受电部之 间的传输效率最大化，比较例的共振型非接触送电受电系统中的共振线圈被 设计成，在位置偏移150mm的正对状态时传输效率峰值与电源频率f0一致， 如特性曲线W6所示，峰值频率为一个。

在图11中，与位置偏移150mm的状态下的特性曲线W6相比，在位置偏 移0mm(无位置偏移)的状态下的特性曲线W5中，在电源频率f0处的传输 效率从E3降低至E4。特性曲线W5在低于电源频率f0的频率fL和高于电源 频率f0的频率fH这两个频率处具有传输效率成为高于E4的E5的峰值。

对于以这种方式设计的送电部或受电部，当如图12所示那样通过整合器 来实施阻抗的匹配时，位置偏移0mm的特性曲线W5如特性曲线W7所示那样 发生变化，从而在电源频率f0处的传输效率将从E4被改善为E6。

如果以在位置偏移150mm的位置处实现传输效率保证值E3的方式来确定 图10所示的线圈间距离X1或X2，则能够通过在位置偏移小于150mm的状态 下利用整合器来匹配阻抗，从而使传输效率高于E3。另外，对于图7所示的 垂直距离H1，只需以未搭乘有乘员的情况(垂直距离H1变大的状态)为基 准，并以最大峰值为一个且其频率与电源频率一致的方式来确定线圈间距离 X1或X2即可。

另外，在本实施方式中，即使在感应线圈或共振线圈使用相同的构件的 情况下，通过以对图10所示的线圈间距离X1、X2进行调节的方式来制作送 电部或受电部，从而在设定为位置偏移150mm的状态的情况下，也能够比图 8、图9的比较例提高数个百分比的传输效率。

通过以上述方式实施送电部、受电部的设计，从而能够实现将送电部或 受电部的位置偏移的容许量设定得较大(例如，达到线圈直径的1/2左右) 的非接触受电装置、非接触送电装置以及非接触送电受电系统。

如上所述，在本实施方式所涉及的电力送电受电系统中，通过利用电磁 场而使送电部与受电部进行共振，从而从送电部向受电部输送电力。将这种 电力传输中的送电部与受电部的耦合例如称作“磁共振耦合”、“磁场共振耦 合”、“电磁场谐振耦合”或者”电场谐振耦合”。

“电磁场谐振耦合”是指，包括“磁共振耦合”、“磁场共振耦合”、“电 场谐振耦合”中的任意一种的耦合。

由于在本说明书中所说明的送电部和受电部采用线圈形状的天线，因此 送电部和受电部主要通过磁场而耦合，送电部和受电部进行“磁共振耦合” 或者“磁场共振耦合”。

另外，作为送电部和受电部，例如还可以采用曲折线等的天线，在这种 情况下，送电部与受电部主要通过电场而耦合。此时，送电部与受电部进行 “电场谐振耦合”。

另外，虽然在本实施方式中，例示了包含电磁感应线圈的送电部、受电 部，但本发明也能够应用于不包含电磁感应线圈的共振型非接触送电受电装 置中。即，以位置偏移为前提来设计送电部以及受电部，并在送电部与受电 部发生了位置偏移的状态下使效率达到最佳的方式，不仅能够应用于不包含 电磁感应线圈的共振型非接触送电受电装置中，还能够应用于不限于共振型 而以其他方式进行送电受电的非接触送电受电装置中。

另外，对于位置偏移，虽然在图7、图10中主要例示了水平方向上的偏 移来进行说明，但也可以将水平方向以外的偏移作为对象。

图13为，表示用于对位置偏移进行说明的共振线圈的第一配置例的图。 如图13所示，共振线圈111与共振线圈221之间的配置关系通过水平偏移量 D1、高度H1、旋转角度θ而被规定。如果是线圈形状为圆形的情况，则旋转 角度θ几乎不产生影响，但在为异型线圈的情况(四边形、多边形等)的情 况下，旋转角度θ对传输效率造成的影响也会增大。

图14为，表示用于对位置偏移进行说明的共振线圈的第二配置例的图。 在图14中，作为送电部、受电部而例示了在平板的芯材上卷绕配线而形成的 共振线圈111A和共振线圈221A。

如图14所示，共振线圈111A与共振线圈221A之间的配置关系通过水平 偏移量D1、高度H1、旋转角度θ而被规定。

参照图13、图14，位置偏移可以为水平方向上的偏移D1以外的位置偏 移。在本说明书中，位置偏移包括以下的偏移。

(i)水平方向上的位置偏移(称为X方向上的偏移)；

(ii)高度方向(称为H方向上的偏移)上的偏移；

(iii)相对于中心轴的旋转角度θ的偏移(称为旋转方向上的偏移)；

(iv)当在送电部/受电部使用了异型线圈的情况下，如果将送电部和 受电部被配置成能够维持预定的受电效率的状态的状态设为最优位置时，则 与最优位置相比，因送电部与受电部的位置关系在X方向、H方向、旋转方 向中的至少任意一个方向上发生了偏移而导致受电效率降低的状态；

(v)与上述的最优位置相比，送电部的磁极与受电部的磁极之间的位置 关系在X方向、H方向、旋转方向中的至少任意一个方向上发生了偏移的状 态。

特别是，在如图14所示这种共振线圈的情况下，可以将送电部与受电部 之间的位置关系从将共振线圈位置配置为最优状态的状态起在X方向、H方 向、旋转方向中的至少任意一个方向上发生了偏移的情况称为位置偏移。

最后，再次参照附图对本实施方式进行总结。参照图6，本实施方式所 公开的非接触受电装置为，用于以非接触的方式接收从送电装置200传输的 电力的非接触受电装置。送电装置200包括送电部220和向送电部220供给 交流电力的电源部250。非接触受电装置包括：以非接触的方式从送电部接 收电力的受电部110、和使用由受电部110所接收的电力的电气负载装置(蓄 电装置190、PCU120)。受电部110被构成为，在被配置成受电部110的中心 轴与送电部220的中心轴的水平方向上的位置发生了偏移的状态的情况下， 使在非接触电力传输中所使用的电源部250的电源频率f0下的传输效率(图 11中的E3)达到最佳。即，以被配置为发生了位置偏移的位置处的状态为基 准来设计受电部110。

另外，在图11中，受电部110被构成为，与受电部110相对于送电部 220而被配置在目标位置处的情况下的、非接触电力传输中所使用的电源部 250的电源频率f0下的传输效率(图11中的E4)相比，受电部110相对于 送电部220而被配置在从目标位置发生了位置偏移的位置处的情况下的、电 源频率f0下的传输效率(图11中的E3)增高。

优选为，目标位置为，以不存在与送电部220间的位置偏移的方式配置 受电部110的位置。受电部110被构成为，在相对于送电部220的位置偏移 量为预定量(例如，在图11中为150mm)的情况下，电源频率f0与在变更 了频率时传输效率呈现出峰值的峰值频率一致。

更优选为，受电部110被构成为，在相对于送电部220而被配置在目标 位置处的情况下，至少在在高于电源频率的第一频率(图11中的fH)以及 低于电源频率低的第二频率(图11中的fL)这两处具有与电源频率f0下的 传输效率相比传输效率较高的峰值(图11中的E5)。

进一步优选为，非接触受电装置还具备整合器120，所述整合器120被 设置在受电部110与电气负载装置(蓄电装置190、PCU120)之间，并用于 对非接触受电装置的阻抗进行调节。在受电部110相对于送电部220而被配 置在目标位置处的情况下，且在整合器被调节为与无整合器的情况在电气上 相同的状态的情况(图11)下，至少在高于电源频率f0的第一频率(图11 中的fH)以及低于电源频率的第二频率(图11的fL)这两处具有与电源频 率f0下的传输效率E4相比传输效率较高的峰值。

进一步优选为，非接触受电装置还具有控制装置(车辆ECU300)，所述 控制装置在位置偏移量与预定量(例如在图11、图12中为150mm)不同的情 况下，通过整合器120而对非接触受电装置的阻抗进行调节。

进一步优选为，如图11、图12所示，控制装置(车辆ECU300)即使在 位置偏移量大致为零的情况下也通过整合器120而对非接触受电装置的阻抗 进行调节。

优选为，受电部110被构成为，与送电部220间的固有频率之差在±10 ％以内。

更优选为，受电部110与送电部220的耦合系数在0.1以下。

更优选为，送电部220通过磁场和电场中的至少一方而向受电部110输 送电力，所述磁场被形成在受电部110与送电部220之间，并且以特定的频 率进行振动，所述电场被形成在受电部110与送电部220之间，并且以特定 的频率进行振动。

参照图6，本实施方式在另一方面中，公开了一种用于以非接触的方式 向受电装置输送电力的非接触送电装置。受电装置(车辆100)包括受电部 110和从受电部110接收电力的电气负载装置(蓄电装置190、PCU120)。非 接触送电装置具备以非接触的方式向受电部110输送电力的送电部220、和 向送电部220供给交流电力的电源部250。送电部220被构成为，在被配置 成受电部110的中心轴与送电部220的中心轴的水平方向上的位置发生了偏 移的状态的情况下，在非接触电力传输中所使用的电源部250的电源频率f0 下的传输效率E3达到最佳。

传输效率E3优于传输效率E4，所述传输效率E4为，送电部220相对于 受电部110而被配置在目标位置处的情况下的、非接触电力传输中所使用的 电源部250的电源频率f0下的传输效率。即，被构成为，使送电部220相对 于受电部110而被配置在从目标位置发生了位置偏移的位置(在图11中，位 置偏移150mm)处的情况下的、电源频率f0下的传输效率E3达到最佳。即， 以被配置在发生了位置偏移的位置处的状态为基准来设计送电部220。

优选为，目标位置为，以不存在与送电部220间的位置偏移的方式配置 送电部220的位置。送电部220被构成为，在相对于受电部110的位置偏移 量为预定量(例如在图11中为150mm)的情况下，电源频率f0与在变更了 频率时传输效率呈现出峰值的峰值频率一致。

更优选为，送电部220被构成为，在相对于受电部110而被配置在目标 位置处的情况下，至少在高于电源频率的第一频率(图11中的fH)以及低 于电源频率f0的第二频率(图11中的fL)这两处具有与电源频率f0下的 传输效率(图11中的E4)相比传输效率较高的峰值(图11中的E5)。

进一步优选为，非接触送电装置200还具备整合器260，所述整合器260 被设置在送电部220与电源部250之间，并用于对非接触送电装置200的阻 抗进行调节。在送电部220相对于受电部110而被配置在目标位置处的情况 下，且在整合器260被调节为与无整合器的情况在电气上相同的状态的情况 下，至少在高于电源频率f0的第一频率(图11中的fH)以及低于电源频率 f0的第二频率(图11中的fL)这两处具有与电源频率f0下的传输效率(图 11中的E4)相比传输效率较高的峰值(图11中的E5)。

应当理解为，本次所公开的实施方式在所有的方面均为例示而并非进行 限制的方式。本发明的范围并非上述所说明的范围而是由权利要求书表示， 并包括与权利要求书均等的意义以及范围内的所有变更。

符号说明

10电力送电受电系统；100、300ECU；91、110受电部；111、340二 次自谐振线圈；112、222电容器；113、350二次线圈；120、260整合器； 121线圈；122、123、262、263可变电容器；130电动发电机；140动力传 递齿轮；150驱动轮；160、230通信部；171电流传感器；172电压传感器； 180整流器；190蓄电装置；200送电装置；210高频电源装置；212连接 器；90、220送电部；221、330一次自谐振线圈；223、320一次线圈；250 电源部；261感应器；310高频电源；360负载；PCU动力控制单元。