JP2017175703A - ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気二重層キャパシタとバッテリを併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタの劣化を抑制したワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供すること。
【解決手段】バッテリに蓄えられた電力により駆動力を得る移動体に搭載され、移動体が移動中及び停止中にワイヤレスにて電力が受電可能なワイヤレス受電装置であって、磁界を介して交流電力を受電する受電コイルと、受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流部と、整流部とバッテリとの間に並列接続され、整流部の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタとバッテリとの間に接続され、バッテリへの電力の調整を行う電力調整部と、移動体が停止中に電力を受電したとき、整流部の出力電力によるバッテリへの充電を継続し、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電を停止する蓄電切替部と、を備えるワイヤレス受電装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムに関するものである。

近年、電動で移動するＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに電力を伝送する手段として、プラグや電源ケーブルを用いないワイヤレス電力伝送技術が注目されている。

このようなワイヤレス電力伝送技術においては、給電側から受電側にワイヤレスで電力が伝送されることから、受電装置を搭載する移動体が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電や受電装置が移動中に充電を行う移動中充電など様々な用途への応用が期待されている。ところで、給電側から受電側に伝送された電力は移動体に搭載されるバッテリに蓄えられる。ところが、バッテリは充電に時間がかかるため、移動体が移動中に充電を行う移動中充電においては、給電側からの給電時間が短いため、バッテリに十分な電力を蓄えることが難しいといった課題があった。

これに対して、特許文献１では、バッテリとキャパシタを並列に接続し、キャパシタに蓄積した電荷を一定電流以下でバッテリに供給可能なＤＣ/ＤＣ変換器を有し、給電装置から給電された電力を、一旦キャパシタに蓄電し、その後、キャパシタに蓄電された電力をバッテリに充電することにより、短時間での給電を可能とする技術が提案されている。

特開２０１１−２３４５５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術において、給電装置から給電された電力を蓄電するキャパシタとして大容量で短時間に充電が可能な電気二重層キャパシタを適用した場合、移動体が停止している際に充電を行う停止中充電では、給電装置から給電された電力は電気二重層キャパシタに蓄電され、この電気二重層キャパシタに蓄電された電力によりバッテリの充電が行われるため、電気二重層キャパシタにはフルチャージ状態でバッテリを充電するための電圧が印加されることから、電気二重層キャパシタの劣化が進むという課題があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電気二重層キャパシタとバッテリを併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタの劣化を抑制したワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明に係る本発明に係るワイヤレス受電装置は、バッテリに蓄えられた電力により駆動力を得る移動体に搭載され、移動体が移動中及び停止中にワイヤレスにて電力が受電可能なワイヤレス受電装置であって、磁界を介して交流電力を受電する受電コイルと、受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流部と、整流部とバッテリとの間に並列接続され、整流部の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタとバッテリとの間に接続され、バッテリへの電力の調整を行う電力調整部と、移動体が停止中に電力を受電したとき、整流部の出力電力によるバッテリへの充電を継続し、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電を停止する蓄電切替部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤレス受電装置は、磁界を介して交流電力を受電する受電コイルと、受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流部と、整流部とバッテリとの間に並列接続され、整流部の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタとバッテリとの間に接続され、バッテリへの電力の調整を行う電力調整部と、移動体が停止中に電力を受電したとき、整流部の出力電力によるバッテリへの充電を継続し、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電を停止する蓄電切替部と、を備えている。ここで、移動体が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電は、受電装置が移動中に充電を行う移動中充電に比べて、給電側からの給電が長時間行われる。本発明では、移動体が停止中に電力を受電したとき、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電が停止されているため、電気二重層キャパシタがフルチャージ状態で長時間継続して電圧が印加されることを防ぐことができる。したがって、電気二重層キャパシタとバッテリを併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタの劣化を抑制することができる。

また、本発明に係るワイヤレス受電装置は、バッテリに蓄えられた電力により駆動力を得る移動体に搭載され、移動体が移動中及び停止中にワイヤレスにて電力が受電可能なワイヤレス受電装置であって、磁界を介して交流電力を受電する受電コイルと、受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流部と、整流部とバッテリとの間に並列接続され、整流部の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタとバッテリとの間に接続され、バッテリへの電力の調整を行う電力調整部と、電気二重層キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出部と、移動体が停止中に電力を受電し、電圧検出部が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回ったとき、整流部の出力電力によるバッテリへの充電を継続し、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電を停止する蓄電切替部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤレス受電装置は、磁界を介して交流電力を受電する受電コイルと、受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流部と、整流部とバッテリとの間に並列接続され、整流部の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタと、電気二重層キャパシタとバッテリとの間に接続され、バッテリへの電力の調整を行う電力調整部と、電気二重層キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出部と、移動体が停止中に電力を受電し、電圧検出部が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回ったとき、整流部の出力電力によるバッテリへの充電を継続し、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電を停止する蓄電切替部と、を備えている。ここで、移動体が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電は、受電装置が移動中に充電を行う移動中充電に比べて、給電側からの給電が長時間行われる。本発明では、移動体が停止中に電力を受電し、電気二重層キャパシタの端子間電圧が所定の制限閾値を上回ったとき、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電が停止されているため、電気二重層キャパシタがフルチャージ状態で長時間継続して電圧が印加されることを防ぐことができる。したがって、電気二重層キャパシタとバッテリを併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタの劣化を抑制することができる。

好ましくは、蓄電切替部は、電圧検出部が検出した電圧値が制限閾値よりも低い蓄電開始閾値を下回ったとき、整流部の出力電力による電気二重層キャパシタへの蓄電を開始するとよい。この場合、電気二重層キャパシタの蓄電量が枯渇することを防ぐことができため、電気二重層キャパシタの劣化を抑制しつつ、短時間での給電を可能とする電気二重層キャパシタの利用を促進することができる。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス給電装置と、上記ワイヤレス受電装置と、を備えることを特徴とする。本発明によれば、電気二重層キャパシタとバッテリを併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタの劣化を抑制したワイヤレス電力伝送システムを得ることができる。

本発明によれば、電気二重層キャパシタとバッテリを併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタの劣化を抑制したワイヤレス受電装置及びワイヤレス電力伝送システムを提供できる。

本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムをバッテリ及び負荷とともに示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル部と給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの受電コイル部と受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。 本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置をバッテリとともに示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置をバッテリとともに示す模式図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムをバッテリ及び負荷とともに示す模式図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電コイル部と給電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの受電コイル部と受電側共振コンデンサを拡大して示す模式構成図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置をバッテリとともに示す模式図である。

ワイヤレス電力伝送システム１０は、図１に示されるように、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、地上に配設される給電設備に搭載され、ワイヤレス受電装置２００は、移動体５００に搭載されている。このワイヤレス電力伝送システム１０は、移動体５００が移動中に充電を行う移動中充電ならびに移動体５００が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電が可能に構成されている。ここで、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、内蔵のバッテリに蓄えられた電力により駆動力を得るものである。例えば、移動体５００としては、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両が挙げられる。また、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００は、電気自動車やハイブリッド自動車だけではなく、工場内で物品等を搬送する走行車（ＡＧＶ）や移動ロボットなども挙げられる。さらに、ワイヤレス受電装置２００が搭載される移動体５００としては、車輪を持たず、外部の駆動手段によって移動するエレベータにおけるエレベータかごなども挙げられる。なお、本実施形態では、ワイヤレス受電装置２００を電気自動車に搭載した例を用いて説明する。

ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、を有する。

電源１１０は、直流電力を後述するインバータ１２０に供給する。電源１１０としては、直流電力を出力するものであれば特に制限されず、商用交流電源を整流・平滑した直流電源、二次電池、太陽光発電した直流電源、あるいはスイッチングコンバータなどのスイッチング電源装置などが挙げられる。

インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換する機能を有している。本実施形態では、インバータ１２０は、電源１１０から供給される直流電力を交流電力に変換し、後述する給電コイル部１３０に供給する。インバータ１２０としては、図示しない複数のスイッチング素子がブリッジ接続されたスイッチング回路から構成される。このスイッチング回路を構成するスイッチング素子としては、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。

給電コイル部１３０は、インバータ１２０から供給された交流電力を後述する受電コイル部２１０に給電する機能を有する。この給電コイル部１３０は、地中あるいは地面近傍に配置される。本実施形態では、給電コイル部１３０は、図２に示されるように、給電コイル１３１と、磁性体１３２と、を有し、絶縁性を有する筺体１３４によってパッケージングされている。なお、給電コイル部１３０は、給電コイル１３１のみから構成されていてもよい。

給電コイル１３１は、電源１１０からの電力を受けて磁界を発生させる。具体的には、給電コイル１３１は、インバータ１２０から所定の駆動周波数の交流電圧が供給されると、交流電流が流れて交流磁界を発生させる。この給電コイル１３１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、給電コイル１３１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。

磁性体１３２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体１３２は、給電コイル１３１が効率良く磁界を発生するための機能を果たす。なお、給電コイル１３１を平面コイルで構成する場合、磁性体１３２は、給電コイル１３１の後述する受電コイル２１１と対向する面とは反対側である給電コイル１３１の背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体１３２と給電コイル１３１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、給電コイル１３１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体１３２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体１３２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に給電コイル１３１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図２に示されるように、平面コイルから構成される給電コイル１３１と、この給電コイル１３１の背面側であって、給電コイル１３１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体１３２から構成されている。この磁性体１３２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。

給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１と接続されており、給電コイル１３１とともに給電側ＬＣ共振回路を形成している。給電側共振コンデンサ１３３は、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル１３１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、給電側ＬＣ共振回路の共振周波数を後述する受電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図２では、給電側共振コンデンサ１３３は、給電コイル部１３０の筐体１３４から離間して配置されているがこれに限られることなく、給電コイル部１３０の筐体１３４の外表面に設置されていてもよく、給電コイル部１３０の筐体１３４の内部に収納されていても構わない。

ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２２０と、電気二重層キャパシタ２３０と、電力調整部２４５と、蓄電切替部２４０と、を有する。このワイヤレス受電装置２００は、移動体５００が移動中であっても停止中であってもワイヤレスにて電力が受電可能に構成されている。

受電コイル部２１０は、ワイヤレス給電装置１００から給電された交流電力を受電する機能を有する。本実施形態では、受電コイル部２１０は、移動体５００の下部に搭載されることとなる。この受電コイル部２１０は、図３に示されるように、受電コイル２１１と、磁性体２１２と、を有し、絶縁性を有する筐体によってパッケージングされている。なお、受電部２１０は、受電コイル２１１のみから構成されていてもよい。

受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生させる磁界を介して、給電コイル１３１から交流電力を受電する。具体的には、受電コイル２１１は、給電コイル１３１が発生する交流磁界により、電磁誘導作用による起電力が生じ、この起電力に基づく交流電流が流れる。そして、受電コイル２１１に発生した交流電流は、後述する整流部２２０に供給される。この受電コイル２１１は、銅やアルミニウムなどの導線を複数撚り合わせたリッツ線を巻き回して形成され、形状としては、例えば平面コイルやソレノイドコイルが挙げられる。なお、受電コイル２１１の巻数は、所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。

磁性体２１２は、磁路の磁気抵抗を減らし、コイル間の磁気的な結合を高める作用を有する。つまり、磁性体２１２は、給電コイル１３１が発生する交流磁界を効率良く受電コイル２１１に集中させる機能を果たす。なお、受電コイル２１１を平面コイルで構成する場合、磁性体２１２は、受電コイル２１１の給電コイル１３１と対向する面とは反対側である背面側に設置され、板状または棒状の磁性材料から構成される。このとき、磁性体２１２と受電コイル２１１の間には、絶縁性のシートが設置されていてもよい。一方、受電コイル２１１をソレノイドコイルで構成する場合、磁性体２１２は、ソレノイドコイルのコイル軸を貫通するように設置され、コアとして機能することとなる。このとき、中空状の絶縁性ボビンに磁性体２１２を挿入し、この絶縁性ボビンの外表面に受電コイル２１１の導線を巻回するようにしてもよい。本実施形態では、図３に示されるように、平面コイルから構成される受電コイル２１１と、この受電コイル２１１の背面側であって、受電コイル２１１のコイル軸方向と直交する方向に沿って伸びる板状の磁性体２１２から構成されている。この磁性体２１２としては、比較的透磁率の高いフェライトなどが挙げられる。

受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１と接続されており、受電コイル２１１とともに受電側ＬＣ共振回路を形成している。受電側共振コンデンサ２１３は、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を調整する機能を有する。この受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル２１１に直列接続されていてもよく、並列接続されていてもよく、あるいは直並列接続されていてもよい。そして、受電側ＬＣ共振回路の共振周波数を給電側ＬＣ共振回路の共振周波数とほぼ等しく構成することで、高効率な磁界共鳴方式のワイヤレス電力伝送を実現することが可能となる。なお、図３では、受電側共振コンデンサ２１３は、受電コイル部２１０の筐体２１４から離間して配置されているがこれに限られることなく、受電コイル部２１０の筐体２１４の外表面に設置されていてもよく、受電コイル部２１０の筐体２１４の内部に収納されていても構わない。

整流部２２０は、受電コイル２１１が受電した交流電力を直流電力に整流して、後述する電気二重層キャパシタ２３０及びバッテリ２５０に出力する。整流部２２０を構成する素子としては、トランジスタやダイオード等の半導体素子が挙げられる。例えば、複数のダイオードがブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される。ここで、バッテリ２５０は、後述する電気二重層キャパシタ２３０の後段に並列に接続されている。このバッテリ２５０は、移動体５００に搭載されており、整流部２２０及び後述する電気二重層キャパシタ２１１から出力された直流電力を蓄電し、負荷２７０に必要な電力を供給する。バッテリ２５０としては、内部の化学物質に化学変化を起こさせ電力を蓄積するもので、繰り返し充電可能な電池であれば特に制限されず、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが挙げられる。なお、電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０との間にバッテリ２５０への充電電圧及び充電電流を制御する充電器（図示しない）を設けても構わない。負荷２７０としては、バッテリ２５０からの電力供給を受けて移動体５００の駆動力を発生させるモータなどが挙げられる。

電気二重層キャパシタ２３０は、整流部２２０とバッテリ２５０との間に並列に接続されている。この電気二重層キャパシタ２３０は、整流部２２０から出力される直流電力によって蓄電される。ここで、電気二重層キャパシタ２２０は、バッテリ２５０のように内部物質の化学反応により電力を蓄積するものではなく、電気二重層という物理現象を利用して電力を蓄積するものであり、バッテリ２５０に比べてエネルギー密度が低いものの、短時間で大容量の電力を充放電できる特性を有している。

電力調整部２４５は、電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０との間に接続され、バッテリ２５０への電力の調整を行う。具体的には、電力調整部２４５は、整流部２２０あるいは電気二重層キャパシタ２３０から出力された直流電力の電流あるいは電圧を調整し、バッテリ２５０に供給する。この電力調整部２４５としては、抵抗、コイル、コンバータなどが挙げられる。電力調整部２４５が抵抗あるいはコイルから構成される場合、整流部２２０あるいは電気二重層キャパシタ２３０から出力された直流電力の電流を所定電流以下となるように調整し、電力調整部２４５がコンバータから構成される場合、整流部２２０あるいは電気二重層キャパシタ２３０から出力された直流電力の電流あるいは電圧をバッテリ２５０の要求する所望の電流あるいは電圧に調整する。コンバータによって整流部２２０あるいは電気二重層キャパシタ２３０から出力された直流電力の電圧を調整する場合であって、整流部２２０あるいは電気二重層キャパシタ２３０から出力される電圧がバッテリ２５０の要求する電圧より低い場合は昇圧型コンバータが用いられる。一方、コンバータによって整流部２２０あるいは電気二重層キャパシタ２３０から出力された直流電力の電圧を調整する場合であって、整流部２２０あるいは電気二重層キャパシタ２３０から出力される電圧がバッテリ２５０の要求する電圧より高い場合は降圧型コンバータが用いられる。なお、電力調整部２４５が電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０との間に挿入されることにより、整流部２２０から出力された直流電力は、電気二重層キャパシタ２３０に先行して蓄電されることとなる。

蓄電切替部２４０は、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続状態を切り替える。すなわち、蓄電切替部２４０は、電気二重層キャパシタ２３０を整流部２２０に導通させて整流部２２０の出力電力を電気二重層キャパシタ２３０に蓄電する状態と、電気二重層キャパシタ２３０と整流部２２０の導通を遮断して整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を停止する状態とを切り替える。具体的には、蓄電切替部２４０は、電気二重層キャパシタ２３０に対して直列に接続され、整流部２２０に対して並列に接続されている。本実施形態では、蓄電切替部２４０は、移動体５００が移動中あるいは停止中であることを示す外部信号が入力されると、外部信号に基づいて、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続状態を切り替える。例えば、蓄電切替部２４０は、移動体５００が停止中であることを示す外部信号を受けると、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続を遮断する。このとき、受電コイル２１１が電力を受電すると、整流部２２０は電力調整部２４５を介してバッテリ２５０が接続されているため、整流部２２０から出力され電力調整部２４５により電力が調整された直流電力によるバッテリ２５０への充電は継続される。ここで、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続状態とは、電気的な接続のことを意味する。これにより、移動体５００が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電においては、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電が停止されているため、電気二重層キャパシタ２３０がフルチャージ状態で長時間継続して電圧が印加されることを防ぐことができる。ここで、移動体５００が停止中であることを示す外部信号は、図示しない制御部により移動体５００の状態を検知して出力するものである。例えば、制御部が、移動体５００が備えるトランスミッション（図示しない）がパーキングレンジにあることを検知して外部信号を出力するように構成してもよく、移動体５００のバッテリ２５０と負荷２７０との間の電力を検知してバッテリ２５０から負荷２７０への電力供給がない状態のときに外部信号を出力するように構成してもよく、移動体５００が備えるメイン電源（図示しない）の電源停止状態やイグニッションスイッチ（図示しない）のオフ状態を検知して外部信号を出力するように構成してもよく、移動体５００が備える車輪に回転検知部（図示しない）を設けて車輪が回転していない状態のときに外部信号を出力するように構成しても構わない。本実施形態では、電気自動車のイグニッションスイッチのオフ状態を検知して外部信号を出力する例を用いて説明する。なお、本実施形態では、移動体５００が停止中であることを条件に蓄電切替部２４０を動作させているがこれに限られることなく、移動体５００が停止中であって、受電コイル２１１が電力を受電したことを条件に蓄電切替部２４０を動作するように構成してもよい。ここで、受電コイル２１１が電力を受電したことは、受電コイル２１１に発生した電圧あるいは受電コイル２１１を流れる電流に基づいて判定してよい。このように構成される蓄電切替部２４０は、半導体スイッチやリレーなどが挙げられる。

このような構成を備えることにより、ワイヤレス給電装置１００からワイヤレス受電装置２００にワイヤレスにて電力伝送するワイヤレス電力伝送システム１０が実現される。

続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の充電動作について説明する。

まず、移動体５００が移動中に充電を行う移動中充電について説明する。ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアを移動中、受電コイル２１１が給電コイル１３１に重なると、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２２０によって整流され、整流部２２０から出力された直流電力は、電気二重層キャパシタ２３０および電力調整部２４５を介してバッテリ２５０に供給されることとなる。ここで、整流部２２０から出力された直流電力は、内部抵抗が小さく短時間で電力の充放電が可能な電気二重層キャパシタ２３０に先行して蓄積される。そして、移動体５００が給電エリアを通過し、受電コイル２１１が給電コイル１３１から離れ受電コイル２１１での電力の受電が終了した後も、電気二重層キャパシタ２３０に蓄えられた電力が電力調整部２４５に出力され、電力調整部２４５により電力が調整された直流電力でバッテリ２５０の充電が行われる。このように電気二重層キャパシタ２３０を備えることで、移動中充電のような短時間での充電にも対応することが可能となる。続いて、移動体５００が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電について説明する。移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリア（所定の位置）に進入、停止し、移動体５００のイグニッションスイッチがオフとなる。移動体５００が給電エリアに停止して受電コイル２１１が給電コイル１３１に重なり、移動体５００のイグニッションスイッチがオフとなると、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。このとき、移動体５００のイグニッションスイッチのオフ状態を検知して、蓄電切替部２４０に外部信号が入力され、蓄電切替部２４０は、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続を遮断する。そのため、受電コイル２１１で受電し整流部２２０により整流され、整流部２２０から出力された直流電力は電力調整部２４５により電力を調整されたのちバッテリ２５０に供給され、バッテリ２５０の充電が行われる。つまり、蓄電切替部２４０は、移動体５００が停止中に電力を受電したとき、整流部２２０の出力電力によるバッテリ２５０への充電を継続し、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を停止する。これにより、長時間行われる停止中充電において、電気二重層キャパシタ２３０がフルチャージ状態で長時間継続して電圧が印加されることを防ぐことができる。したがって、電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０を併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタ２３０の劣化を抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、ワイヤレス受電装置２００は、磁界を介して交流電力を受電する受電コイル２１１と、受電コイル２１１が受電した交流電力を直流電力に変換する整流部２２０と、整流部２２０とバッテリ２５０との間に並列接続され、整流部２２０の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタ２３０と、電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０との間に接続され、バッテリ２５０への電力の調整を行う電力調整部２４５と、移動体５００が停止中に電力を受電したとき、整流部２２０の出力電力によるバッテリ２５０への充電を継続し、 整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を停止する蓄電切替部２４０と、を備えている。ここで、移動体５００が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電は、ワイヤレス受電装置２００が移動中に充電を行う移動中充電に比べて、給電側からの給電が長時間を行われるが、本実施形態では、移動体５００が停止中に電力を受電したとき、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電が停止されているため、電気二重層キャパシタ２３０がフルチャージ状態で長時間継続して電圧が印加されることを防ぐことができる。したがって、電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０を併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタ２３０の劣化を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムのワイヤレス受電装置をバッテリとともに示す模式ブロック図である。

第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２２０と、電気二重層キャパシタ２３０と、電力調整部２４５と、蓄電切替部２４０と、バッテリ２５０と、電圧検出部２６０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２２０、電気二重層キャパシタ２３０、電力調整部２４５、バッテリ２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と同様である。第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、電圧検出部２６０を備えている点、蓄電切替部２４０の動作の点において、第１実施形態と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

電圧検出部２６０は、電気二重層キャパシタ２３０の端子に接続され、電気二重層キャパシタ２３０の蓄電電圧を端子間電圧として検知する。すなわち、電圧検出部２６０は、電気二重層キャパシタ２３０に蓄電している電力の電圧により、電気二重層キャパシタ２３０の蓄電状態を認識するものである。この電圧検出部２６０には、所定の制限閾値が設定されており、電圧検出部２６０が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回ったとき、出力信号を蓄電切替部２４０に出力する。ここで、制限閾値は、電気二重層キャパシタ２３０がフルチャージ状態となる直前の電圧値が設定される。なお、電圧検出部２６０は、分圧回路や電圧検出カレントトランスから構成される。

本実施形態では、蓄電切替部２４０は、移動体５００が停止中であることを示す外部信号および電圧検出部２６０からの出力信号が入力されると、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続を遮断する。このとき、受電コイル２１１が電力を受電すると、整流部２２０は電力調整部２４５を介してバッテリ２５０が接続されているため、整流部２２０から出力され電力調整部２４５により電力が調整された直流電力によるバッテリ２５０への充電は継続される。つまり、蓄電切替部２４０は、移動体５００が停止中に電力を受電し、電圧検出部２６０が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回ったとき、整流部２２０の出力電力によるバッテリ２５０への充電を継続し、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を停止する。なお、蓄電切替部２４０の上記以外の構成ならびに動作は、第１実施形態と同様である。

続いて、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの充電動作について説明する。

まず、移動体５００が移動中に充電を行う移動中充電について説明する。ワイヤレス受電装置２００を備えた移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリアに進入する。移動体５００が給電エリアを移動中、受電コイル２１１が給電コイル１３１に重なると、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。受電コイル２１１で受電した電力は、整流部２２０によって整流され、整流部２２０から出力された直流電力は、電気二重層キャパシタ２３０および電力調整部２４５を介してバッテリ２５０に供給されることとなる。ここで、整流部２２０から出力された直流電力は、内部抵抗が小さく短時間で電力の充放電が可能な電気二重層キャパシタ２３０に先行して蓄積される。そして、移動体５００が給電エリアを通過し、受電コイル２１１が給電コイル１３１から離れ受電コイル２１１での電力の受電が終了した後も、電気二重層キャパシタ２３０に蓄えられた電力は電力調整部２４５により電力を調整されたのちバッテリ２５０に供給され、バッテリ２５０の充電が行われる。このように電気二重層キャパシタ２３０を備えることで、移動中充電のような短時間での充電にも対応することが可能となる。続いて、移動体５００が所定の位置に停止している際に充電を行う停止中充電について説明する。移動体５００が、ワイヤレス給電装置１００が配設されている給電エリア（所定の位置）に進入、停止し、移動体５００のイグニッションスイッチがオフとなる。移動体５００が給電エリアに停止して受電コイル２１１が給電コイル１３１に重なり、移動体５００のイグニッションスイッチがオフとなると、給電コイル１３１が発生する磁界を介して受電コイル２１１に電力が伝送される。このとき、移動体５００のイグニッションスイッチのオフ状態を検知して、蓄電切替部２４０に外部信号が入力され、移動体５００が停止中であることを認識するとともに、電圧検出部２６０により電気二重層キャパシタ２３０の端子間電圧が検出される。この状態で、整流部２２０からの直流電力により電気二重層キャパシタ２３０が蓄電されると、電圧検出部２６０が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回り、電圧検出部２６０から出力信号が蓄電切替部２４０に出力される。蓄電切替部２４０は、外部信号および出力信号が入力されると、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続を遮断する。そのため、受電コイル２１１で受電し整流部２２０により整流され、整流部２２０から出力された直流電力は電力調整部２４５により電力を調整されたのちバッテリ２５０に供給され、バッテリ２５０の充電が行われる。つまり、蓄電切替部２４０は、移動体５００が停止中に電力を受電し、電圧検出部２６０が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回ったとき、整流部２２０の出力電力によるバッテリ２５０への充電を継続し、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を停止する。これにより、長時間行われる停止中充電において、電気二重層キャパシタ２３０がフルチャージ状態で長時間継続して電圧が印加されることを防ぐことができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、ワイヤレス受電装置２００は、磁界を介して交流電力を受電する受電コイル２１１と、受電コイル２１１が受電した交流電力を直流電力に変換する整流部２２０と、整流部２２０とバッテリ２５０との間に並列接続され、整流部２２０の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタ２３０と、電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０との間に接続され、バッテリ２５０への電力の調整を行う電力調整部２４５と、電気二重層キャパシタ２３０の端子間電圧を検出する電圧検出部２６０と、移動体５００が停止中に電力を受電し、電圧検出部２６０が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回ったとき、整流部２２０の出力電力によるバッテリ２５０への充電を継続し、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を停止する蓄電切替部２４０と、を備えている。ここで、移動体５００が停止中に電力を受電し、電気二重層キャパシタ２３０の端子間電圧が所定の制限閾値を上回ったとき、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電が停止されているため、電気二重層キャパシタ２３０がフルチャージ状態で長時間継続して電圧が印加されることを防ぐことができる。したがって、電気二重層キャパシタ２３０とバッテリ２５０を併用して電力を蓄電する際に、電気二重層キャパシタ２３０の劣化を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの構成について説明する。

第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムと同様に、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００と、を有する。ワイヤレス給電装置１００は、電源１１０と、インバータ１２０と、給電コイル部１３０と、給電側共振コンデンサ１３３と、を有し、ワイヤレス受電装置２００は、受電コイル部２１０と、受電側共振コンデンサ２１３と、整流部２２０と、電気二重層キャパシタ２３０と、電力調整部２４５と、蓄電切替部２４０と、バッテリ２５０と、電圧検出部２６０と、を有する。電源１１０、インバータ１２０、給電コイル部１３０、給電側共振コンデンサ１３３、受電コイル部２１０、受電側共振コンデンサ２１３、整流部２２０、電気二重層キャパシタ２３０、電力調整部２４５、バッテリ２５０の構成は、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０および第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムと同様である。第３実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、電圧検出部２６０の動作の点ならびに蓄電切替部２４０の動作の点において、第２実施形態と相違する。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態では、電圧検出部２６０には、蓄電開始閾値が設定されており、電圧検出部２６０が検出した電圧値が蓄電開始閾値を下回ったとき、制御信号を蓄電切替部２４０に出力する。ここで、蓄電開始閾値は、制限閾値よりも低い値であって、電気二重層キャパシタ２３０の蓄電量が枯渇する直前の電圧値が設定される。但し、蓄電開始閾値は、使用者の要求や使用環境に応じて任意に設定可能である。なお、電圧検出部２６０の上記以外の構成ならびに動作は、第２実施形態と同様である。

また、本実施形態では、蓄電切替部２４０は、電圧検出部２６０からの制御信号が入力されると、整流部２２０と電気二重層キャパシタ２３０との間の接続を導通する。このとき、受電コイル２１１が電力を受電すると、整流部２２０から出力された直流電力は、電気二重層キャパシタ２３０および電力調整部２４５を介してバッテリ２５０に供給されることとなる。つまり、蓄電切替部２４０は、電圧検出部２６０が検出した電圧値が制限閾値よりも低い蓄電開始閾値を下回ったとき、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を開始する。これにより、ワイヤレス電力伝送システムの充電動作中に電気二重層キャパシタ２３０の蓄電量が枯渇することがなくなる。なお、蓄電切替部２４０の上記以外の構成ならびに動作は、第２実施形態と同様である。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムは、ワイヤレス給電装置１００と、ワイヤレス受電装置２００とを有し、ワイヤレス受電装置２００において、蓄電切替部２４０は、電圧検出部２６０が検出した電圧値が制限閾値よりも低い蓄電開始閾値を下回ったとき、整流部２２０の出力電力による電気二重層キャパシタ２３０への蓄電を開始する。そのため、電気二重層キャパシタ２３０の蓄電量が枯渇することを防ぐことができため、電気二重層キャパシタ２３０の劣化を抑制しつつ、短時間での給電を可能とする電気二重層キャパシタ２３０の利用を促進することができる。

１０…ワイヤレス電力伝送システム、１００…ワイヤレス給電装置、１１０…電源、１２０…インバータ、１３０…給電コイル部、１３１…給電コイル、１３２…磁性体、１３３…給電側共振コンデンサ、１３４…筐体、２００…ワイヤレス受電装置、２１０…受電コイル部、２１１…受電コイル、２１２…磁性体、２１３…受電側共振コンデンサ、２１４…筐体、２２０…整流部、２３０…電気二重層キャパシタ、２４０…蓄電切替部、２４５…電力調整部、２５０…バッテリ、２６０…電圧検出部、２７０…負荷、５００…移動体。

Claims (4)

1. バッテリに蓄えられた電力により駆動力を得る移動体に搭載され、前記移動体が移動中及び停止中にワイヤレスにて電力が受電可能なワイヤレス受電装置であって、
   磁界を介して交流電力を受電する受電コイルと、
   前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流部と、
   前記整流部と前記バッテリとの間に並列接続され、前記整流部の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタと、
   前記電気二重層キャパシタと前記バッテリとの間に接続され、前記バッテリへの電力の調整を行う電力調整部と、
   前記移動体が停止中に電力を受電したとき、前記整流部の出力電力による前記バッテリへの充電を継続し、前記整流部の出力電力による前記電気二重層キャパシタへの蓄電を停止する蓄電切替部と、
   を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。
2. バッテリに蓄えられた電力により駆動力を得る移動体に搭載され、前記移動体が移動中及び停止中にワイヤレスにて電力が受電可能なワイヤレス受電装置であって、
   磁界を介して交流電力を受電する受電コイルと、
   前記受電コイルが受電した交流電力を直流電力に変換する整流部と、
   前記整流部と前記バッテリとの間に並列接続され、前記整流部の出力電力によって蓄電される電気二重層キャパシタと、
   前記電気二重層キャパシタと前記バッテリとの間に接続され、前記バッテリへの電力の調整を行う電力調整部と、
   前記電気二重層キャパシタの端子間電圧を検出する電圧検出部と、
   前記移動体が停止中に電力を受電し、前記電圧検出部が検出した電圧値が所定の制限閾値を上回ったとき、前記整流部の出力電力による前記バッテリへの充電を継続し、前記整流部の出力電力による前記電気二重層キャパシタへの蓄電を停止する蓄電切替部と、
   を備えることを特徴とするワイヤレス受電装置。
3. 前記蓄電切替部は、前記電圧検出部が検出した電圧値が前記制限閾値よりも低い蓄電開始閾値を下回ったとき、前記整流部の出力電力による前記電気二重層キャパシタへの蓄電を開始することを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス受電装置。
4. ワイヤレス給電装置と、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のワイヤレス受電装置と、
   を備えることを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。

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