JP2013169109A - Mobile vehicle and non contact power transmission apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータの動力によって移動可能な移動車両、及び該移動車両に対して電力を非接触で伝送可能な非接触電力伝送装置に関する。 The present invention relates to a moving vehicle that can move by the power of a motor, and a non-contact power transmission device that can transmit electric power to the moving vehicle in a non-contact manner.
近年、低炭素社会を実現すべく、動力発生源としてエンジンに代えて又はエンジンとともにモータを備える移動車両が多くなっている。エンジンに代えてモータを備える代表的な移動車両としては電気自動車(EV:Electric Vehicle)が挙げられ、エンジンとともにモータを備える移動車両としてはハイブリッド自動車(HV:Hybrid Vehicle)が挙げられる。このような移動車両は、モータを駆動する電力を供給する再充電が可能な蓄電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池)を備えており、外部の電源装置から供給される電力によって蓄電池の充電が可能に構成されている。 In recent years, in order to realize a low-carbon society, more and more mobile vehicles are equipped with motors as power generation sources instead of or together with engines. A typical moving vehicle including a motor instead of the engine includes an electric vehicle (EV), and a moving vehicle including a motor together with the engine includes a hybrid vehicle (HV). Such a moving vehicle includes a rechargeable storage battery (for example, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery) that supplies electric power for driving a motor, and is supplied from an external power supply device. The storage battery can be charged with electric power.
現在実用化されつつある電気自動車やハイブリッド自動車(正確には、プラグイン・ハイブリッド自動車)において、蓄電池を充電するための電力は、電源装置と移動車両とを接続するケーブルを介して伝送されるのが殆どである。これに対し、近年においては、蓄電池を充電するための電力を非接触で移動車両に伝送する方法が提案されている。電力を非接触で効率的に伝送するには、電源装置に設けられる給電コイル(一次側コイル)と移動車両に設けられる受電コイル(二次側コイル)との相対的な位置関係を適切にする必要がある。 In electric vehicles and hybrid vehicles (more precisely, plug-in hybrid vehicles) that are currently being put into practical use, power for charging storage batteries is transmitted via a cable connecting the power supply device and the moving vehicle. Is most. On the other hand, in recent years, a method for transmitting electric power for charging a storage battery to a moving vehicle in a non-contact manner has been proposed. In order to efficiently transmit electric power in a non-contact manner, the relative positional relationship between a power feeding coil (primary coil) provided in the power supply device and a power receiving coil (secondary coil) provided in the moving vehicle is made appropriate. There is a need.
以下の特許文献1〜5には、非接触での電力伝送を効率的に行うために、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係を調整する様々な方法が開示されている。具体的に、以下の特許文献1には、地上に敷設された一次側コイルの位置を検出する磁気センサの検出結果に応じて、二次側コイルの位置を調整する技術が開示されている。以下の特許文献2,3には、二次側コイルの位置に応じて一次側コイルの位置を調整する技術が開示されている。
The following Patent Documents 1 to 5 disclose various methods for adjusting the relative positional relationship between the primary coil and the secondary coil in order to efficiently perform non-contact power transmission. . Specifically, the following Patent Document 1 discloses a technique for adjusting the position of the secondary side coil in accordance with the detection result of the magnetic sensor that detects the position of the primary side coil laid on the ground. The following
また、以下の特許文献4には、駐車スペースに車両を駐車する際に、車両に設けられたカメラで撮像された位置決めマーカの画像を運転室内の表示装置に表示することによって、二次側コイルが設けられた車両を最適位置に誘導する技術が開示されている。更に、以下の特許文献5には、無人搬送車に設けられた被当接部材が、給電装置に設けられた当接部材に当接することによって、一次側コイルと二次側コイルとの位置合わせを行う技術が開示されている。 Further, in the following Patent Document 4, when a vehicle is parked in a parking space, a secondary coil is displayed by displaying an image of a positioning marker imaged by a camera provided in the vehicle on a display device in the cab. A technique for guiding a vehicle provided with a vehicle to an optimal position is disclosed. Further, in Patent Document 5 below, the contacted member provided in the automatic guided vehicle is brought into contact with the contact member provided in the power feeding device, thereby aligning the primary side coil and the secondary side coil. Techniques for performing are disclosed.
ところで、上述した特許文献1〜3に開示された技術では、一次側コイルの位置に応じて二次側コイルの位置を調整し、或いは、二次側コイルの位置に応じて一次側コイルの位置を調整している。このため、一次側コイル又は二次側コイルの位置を調整するためのモータと駆動機構とが必要になり、大型化するとともにコストが上昇してしまうという問題があった。 By the way, in the technique disclosed in Patent Documents 1 to 3 described above, the position of the secondary coil is adjusted according to the position of the primary coil, or the position of the primary coil according to the position of the secondary coil. Is adjusted. For this reason, the motor and drive mechanism for adjusting the position of a primary side coil or a secondary side coil are needed, and there existed a problem that cost increased while it enlarged.
上述した特許文献4に開示された技術では、位置合わせマーカの撮像画像を表示して車両を最適位置に誘導しており、上述した特許文献5に開示された技術では、無人搬送車を給電装置に当接させることによって位置合わせを行っている。このため、これらの技術において、大きさや二次側コイルの取り付け位置が異なる様々な車両や無人搬送車に対応するためには、車両や無人搬送車の種類毎に最適な位置合わせマーカや当接部材を用意しておき、車両や無人搬送車の種類に応じて位置合わせマーカや当接部材を選択する必要があり、現実的ではないという問題があった。 In the technique disclosed in Patent Document 4 described above, the captured image of the alignment marker is displayed to guide the vehicle to the optimum position. In the technique disclosed in Patent Document 5 described above, the automatic guided vehicle is used as a power feeding device. Positioning is performed by bringing them into contact with each other. Therefore, in these technologies, in order to cope with various vehicles and automatic guided vehicles having different sizes and attachment positions of the secondary side coils, the optimum alignment marker and contact for each type of automatic vehicle and automatic guided vehicle. There is a problem that it is not realistic to prepare a member and select an alignment marker or a contact member according to the type of the vehicle or the automatic guided vehicle.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大型化及びコスト上昇を招くことなく、大きさやコイルの取り付け位置が異なっていても非接触での電力伝送を効率的に行うことができる移動車両及び非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can efficiently perform non-contact power transmission even if the size and the mounting position of the coil are different without causing an increase in size and cost. An object is to provide a mobile vehicle and a non-contact power transmission device.
上記目的を達成するために、本発明では、移動車両に係る第1の解決手段として、移動のための動力を発生するモータと、該モータを駆動する電力を供給する蓄電池とを備える移動車両において、外部の一次側コイルから非接触で給電される電力を受電する二次側コイルと、前記二次側コイルが受電した受電電力を消費する負荷装置と、前記二次側コイルが受電した電力の供給先を前記負荷装置あるいは前記蓄電池の何れかに設定する電力供給先設定手段と、前記二次側コイルが受電した電力の供給先が前記電力供給先設定手段によって前記負荷装置に設定された状態において前記二次側コイルで受電された電力の電力量を示す受電量を求める受電量演算部と、前記受電量演算部で求められた前記受電量を参照しつつ、前記モータを制御して前記一次側コイルに対する前記二次側コイルの位置を調整する制御部とを備える、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution means for a moving vehicle, in a moving vehicle comprising a motor that generates power for movement and a storage battery that supplies electric power for driving the motor. A secondary coil that receives power supplied in a non-contact manner from an external primary coil, a load device that consumes the received power received by the secondary coil, and a power received by the secondary coil. The power supply destination setting means for setting the supply destination to either the load device or the storage battery, and the supply destination of the power received by the secondary coil is set to the load device by the power supply destination setting means The received power amount calculation unit for obtaining the received power amount indicating the amount of power received by the secondary side coil, and controlling the motor while referring to the received power amount obtained by the received power amount calculation unit. Serial and a control unit for adjusting the position of the secondary coil to the primary coil, to adopt a means of.
本発明では、移動車両に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記一次側コイルが前記二次側コイルに給電する電力の電力量を示す給電量が外部から入力される入力部を備えており、前記制御部は、前記受電量と前記給電量とに基づいて前記一次側コイルから前記二次側コイルへの電力伝送効率を求め、前記受電量に代えて前記電力伝送効率を参照しつつ前記モータを制御する、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solving means relating to a moving vehicle, in the first solving means, a power supply amount indicating an amount of power supplied from the primary coil to the secondary coil is input from the outside. An input unit is provided, and the control unit obtains power transmission efficiency from the primary side coil to the secondary side coil based on the power reception amount and the power supply amount, and replaces the power reception amount with the power transmission. A means of controlling the motor while referring to the efficiency is adopted.
本発明では、移動車両に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記制御部は、前記モータを制御して移動車両を前後方向に移動させることにより、前記一次側コイルに対する前記二次側コイルの位置を調整する、という手段を採用する。 In the present invention, as the third solving means relating to the moving vehicle, in the first or second solving means, the control unit controls the motor to move the moving vehicle in the front-rear direction, thereby moving the primary vehicle. A means of adjusting the position of the secondary coil with respect to the side coil is adopted.
本発明では、移動車両に係る第4の解決手段として、上記第1〜第3のいずれか1つの解決手段において、前記二次側コイルの位置調整が完了したことを示す位置調整完了通知を外部に出力する出力部を備える、という手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solving means relating to the moving vehicle, in any one of the first to third solving means, a position adjustment completion notification indicating that the position adjustment of the secondary coil has been completed is externally issued. A means is provided that includes an output section that outputs to
また、本発明では、非接触電力伝送装置に係る第1の解決手段として、上記第2または第3の解決手段に係る移動車両に前記一次側コイルを用いて電力を非接触で伝送する非接触電力伝送装置であって、前記一次側コイルから前記二次側コイルに給電される電力の電力量を示す給電量を求める給電量演算部と、前記給電量演算部で求められた前記給電量を外部に出力する第2の出力部とを備える、という手段を採用する。 Further, in the present invention, as the first solving means related to the non-contact power transmission device, non-contact power is transmitted in a non-contact manner using the primary coil to the moving vehicle according to the second or third solving means. A power transmission device, wherein a power supply amount calculating unit for obtaining a power supply amount indicating the amount of power supplied from the primary side coil to the secondary side coil, and the power supply amount obtained by the power supply amount calculation unit. A means is provided that includes a second output unit that outputs to the outside.
本発明では、非接触電力伝送装置に係る第2の解決手段として、上記第4の解決手段に係る移動車両に前記一次側コイルを用いて電力を非接触で伝送する非接触電力伝送装置であって、前記一次側コイルから前記二次側コイルに給電される電力の電力量を示す給電量を求める給電量演算部と、前記給電量演算部で求められた前記給電量を外部に出力する第2の出力部と、前記位置調整完了通知が入力される第2の入力部とを備え、前記第2の入力部に前記位置調整完了通知が入力されると、前記一次側コイルから前記二次側コイルに給電する電力量を増大させる、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solving means related to the non-contact power transmission device, a non-contact power transmission device that transmits power in a non-contact manner to the moving vehicle according to the fourth solving means using the primary side coil. A power supply amount calculating unit for determining a power supply amount indicating the amount of power supplied from the primary side coil to the secondary side coil; and a power supply amount calculating unit for outputting the power supply amount determined by the power supply amount calculation unit to the outside. 2, and a second input unit to which the position adjustment completion notification is input. When the position adjustment completion notification is input to the second input unit, the secondary coil outputs the secondary adjustment signal. A means of increasing the amount of power supplied to the side coil is adopted.
本発明によれば、非接触電力伝送装置から伝送されて二次側コイルで受電された電力の電力量を示す受電量を求め、この受電量を参照しつつモータを制御して外部の一次側コイルに対する二次側コイルの位置を調整するように制御している。このため、大きさや二次側コイルの取り付け位置が異なる移動車両であっても正確に位置を調整することができ、効率的に電力を伝送することができるという効果がある。また、一次側コイルや二次側コイルを単独で移動させる機構等が不要であるため、大型化及びコスト上昇を招くこともないという効果がある。また、本発明によれば、一次側コイルと二次側コイルとの位置調整を行う際に、一次側コイルから給電される電力ではなく、蓄電池の電力を用いてモータを駆動制御する。これによって、位置調整時において、一次側コイルからは、位置調整に必要な最低限の電力を供給すればよいので、一次側コイルから出力された電力の内の二次側コイルに受電されない電力損失を小さくすることができる。 According to the present invention, a power reception amount indicating the amount of power transmitted from the non-contact power transmission device and received by the secondary coil is obtained, and the motor is controlled while referring to the power reception amount to the external primary side. Control is performed to adjust the position of the secondary coil with respect to the coil. For this reason, even if it is a moving vehicle from which a magnitude | size and the attachment position of a secondary side coil differ, a position can be adjusted correctly and there exists an effect that electric power can be transmitted efficiently. In addition, since a mechanism for moving the primary side coil and the secondary side coil alone is unnecessary, there is an effect that the size and cost are not increased. Further, according to the present invention, when adjusting the positions of the primary side coil and the secondary side coil, the motor is driven and controlled using the power of the storage battery instead of the power supplied from the primary side coil. As a result, at the time of position adjustment, it is only necessary to supply the minimum power necessary for position adjustment from the primary side coil. Therefore, the power loss that is not received by the secondary side coil among the power output from the primary side coil. Can be reduced.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置について詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の要部構成を示すブロック図である。尚、以下では、移動車両が動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車である場合を例に挙げて説明する。 Hereinafter, a mobile vehicle and a non-contact power transmission device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a moving vehicle and a non-contact power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. In the following, a case where the moving vehicle is an electric vehicle using only a motor as a power generation source will be described as an example.
図1に示す通り、本実施形態の非接触電力伝送装置1は、地表面に設置されており、地上を走行する移動車両としての電気自動車2が、予め定められた位置関係(後述する電磁気結合回路が形成される位置関係)で停車しているときに、電気自動車2に対して電力(蓄電池24を充電するための電力)を非接触で伝送可能である。この非接触電力伝送装置1は、外部電源11、整流回路12、給電回路13、及び給電コイル14(一次側コイル)等を備える。
As shown in FIG. 1, the non-contact power transmission device 1 of the present embodiment is installed on the ground surface, and an
外部電源11は、電気自動車2に伝送すべき電力を生成するために必要となる電力を供給する電源であり、例えば電圧が200[V]である三相交流電力を供給する電源である。尚、この外部電源11は、三相交流電源に限られることはなく、商用交流電源のような単相交流電力を供給する電源であっても良い。整流回路12は、外部電源11から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する回路である。
The
外部電源11として燃料電池や太陽電池など直流電源を利用することも可能である。この場合、整流回路12は省略可能である。
A DC power source such as a fuel cell or a solar cell can be used as the
給電回路13は、整流回路12から供給される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を給電コイル14と電気自動車2に設けられる受電コイル25とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で電気自動車2に供給する。具体的に、給電回路13は、整流回路12からの直流電力を交流電力に変換して給電コイル14に与えることにより、電気自動車2に対する非接触給電を実現する。
The
給電コイル14は、地表面に設置されており、給電回路13から供給される交流電力を非接触で電気自動車2に給電するためのコイルである。この給電コイル14と電気自動車2に設けられた受電コイル25とが近接した状態に配置されることで、上記の電磁気結合回路が形成される。この電磁気結合回路は、給電コイル14と受電コイル25とが電磁気的に結合して給電コイル14から受電コイル25への非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路と、「電磁界共鳴方式」で給電を行う回路との何れの回路であっても良い。
The
図1に示す通り、移動車両としての電気自動車2は、モータ21、インバータ22、コンタクタ23、蓄電池24、受電コイル25(二次側コイル)、受電回路26、充電装置27及び負荷装置28等を備え、上記非接触電力伝送装置1の給電コイル14に対する受電コイル25の位置を自動調整する機能を有している。ここで、上記構成要素のうちインバータ22、蓄電池24及び充電装置27は、直流バスB1に接続されており、コンタクタ23、受電回路26及び充電装置27は、直流バスB2に接続されている。また、コンタクタ23及び充電装置27は、本実施形態における電力供給先設定手段を構成するものである。
As shown in FIG. 1, an
モータ21は、電気自動車2を移動させるための動力を発生する動力発生源として電気自動車2に搭載されており、インバータ22の駆動に応じた動力を発生する。このモータ21としては、永久磁石型同期モータ、誘導モータ等のモータを用いることができる。インバータ22は、制御部33(図1では図示省略、図2参照)の制御の下で、蓄電池24から供給される電力を用いてモータ21を駆動する。
The
コンタクタ23は、負荷装置28と直流バスB2との間、つまり受電回路26と負荷装置28との間に設けられ、制御部33の制御の下で、受電回路26と負荷装置28との接続状態と切断状態とを切り替える。具体的に、コンタクタ23は、給電コイル14に対する受電コイル25の位置調整時には、受電回路26と負荷装置28とを接続するために閉状態となり、位置調整完了後には、受電回路26と負荷装置28とを切断するために開状態となる。
The
蓄電池24は、電気自動車2に搭載された再充電が可能な電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池)であり、モータ21を駆動するための電力を供給する。受電コイル25は、電気自動車2の底部に設けられており、非接触電力伝送装置1に設けられた給電コイル14から供給される電力(交流電力)を非接触で受電するためのコイルである。この受電コイル25が非接触電力伝送装置1の給電コイル14に近接することによって、前述した電磁気結合回路が形成される。
The
受電回路26は、非接触電力伝送装置1の給電コイル14と受電コイル25とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で供給されてくる電力(交流電力)を受電し、受電した電力を直流電力に変換して直流バスB2に供給する。充電装置27は、受電回路26から直流バスB2を介して供給される電力(直流電力)を用いて蓄電池24の充電を行う装置である。負荷装置28は、コンタクタ23を介して直流バスB2に接続されている。このような負荷装置28は、例えば所定の抵抗値を有する抵抗器であり、コンタクタ23によって受電回路26と接続状態である場合には、受電回路26から供給される直流電力を消費する。
The
尚、上述した給電回路13、給電コイル14、受電コイル25、及び受電回路26の構成と動作の詳細は、例えば特開2009−225551号公報(「電力伝送システム」)或いは特開2008−236916号公報(「非接触電力伝送装置」)に開示されている。
Note that details of the configuration and operation of the
図2は、本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の電気的構成を詳細に示す図である。尚、図2において、図1に示す構成と同じ構成については同一の符号を付している。図2に示す通り、上述した非接触電力伝送装置1の整流回路12は、三相全波整流回路(ブリッジ整流回路)で実現されている。また、非接触電力伝送装置1の給電回路13は、スイッチングレッグL1,L2(直列接続された2つのトランジスタと、これら2つのトランジスタにそれぞれ並列接続されたダイオードとからなる回路)が並列接続された回路(インバータ)で実現されている。なお、トランジスタとしては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などを使用することができる。
FIG. 2 is a diagram illustrating in detail the electrical configuration of the mobile vehicle and the non-contact power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those shown in FIG. As shown in FIG. 2, the
尚、給電回路13と給電コイル14との間には2つのコンデンサ14aが設けられている。このコンデンサ14aは、給電コイル14とともに直列共振回路を形成する。給電コイル14の一端は、一方のコンデンサ14aを介して給電回路13のスイッチングレッグL1に接続されており、給電コイル14の他端は、他方のコンデンサ14aを介して給電回路13のスイッチングレッグL2に接続されている。
Two
非接触電力伝送装置1は、上記の外部電源11〜給電コイル14に加えて、電圧測定器15、電流測定器16、電力量演算器17(給電量演算部)、無線通信装置18(第2の入力部、第2の出力部)及び制御部19を備える。上記電圧測定器15及び電流測定器16は、整流回路12と給電回路13との間に設けられており、給電回路13の入力電圧V1(t)及び入力電流I1(t)をそれぞれ測定する。
The non-contact power transmission device 1 includes a voltage measuring device 15, a current measuring device 16, a power amount calculator 17 (power supply amount calculation unit), and a wireless communication device 18 (second device) in addition to the
電力量演算器17は、電圧測定器15で測定された入力電圧V1(t)と電流測定器16で測定された入力電流I1(t)とを用いて給電回路13に供給される電力の電力量P1を求める。具体的には、V1(t)とI1(t)を乗じて電力量P1を算出する。尚、給電回路13及び給電コイル14の損失が零であれば、給電回路13に供給される電力の電力量P1は、給電コイル14から給電される電力の電力量(給電量)と等しくなる。
The
無線通信装置18は、電気自動車2に設けられた無線通信装置32と各種情報の無線通信が可能であり、例えば電力量演算器17で求められた電力量P1を示す情報を無線通信装置32に送信し、制御器33cが出力する位置調整完了通知N(後述)を受信する。尚、無線通信装置18は、その設置位置を中心として半径が数メートル程度のエリア内に電気自動車2の無線通信装置32が位置する場合に無線通信装置32との通信が可能である。
The
制御部19は、無線通信装置18と無線通信装置32との通信に応じて給電回路13を制御する。すなわち、この制御部19は、無線通信装置18が無線通信装置32から受信する信号(後述する位置調整完了通知N)に応じて、給電回路13が給電コイル14に出力する電力を微小電力と大電力とに切り換えさせる。
The
また、図2に示す通り、電気自動車2の受電回路26は、4つのダイオードからなるブリッジ整流回路と、ブリッジ整流回路の出力端に並列接続されたコンデンサとによって実現されている。尚、受電コイル25と受電回路26との間にはコンデンサ25aが並列接続されており、モータ21にはモータ21の回転角を検出するレゾルバやエンコーダ等の回転角検出器21aが取り付けられている。
As shown in FIG. 2, the
電気自動車2は、上記のモータ21〜負荷装置28に加えて、電圧測定器29、電流測定器30、電力量演算器31(受電量演算部)、無線通信装置32(入力部、出力部)、及び制御部33を備える。電圧測定器29及び電流測定器30は、受電回路26と負荷装置28との間に設けられており、受電回路26から負荷装置28への入力電圧V2(t)及び入力電流I2(t)をそれぞれ測定する。
In addition to the
電力量演算器31は、電圧測定器29で測定された入力電圧V2(t)と電流測定器30で測定された入力電流I2(t)とを用いて受電回路26で受電された電力の電力量P2を求める。具体的には、V2(t)とI2(t)を乗じて電力量P2を算出する。尚、受電コイル25及び受電回路26の損失が零であれば、受電回路26で受電された電力の電力量P2は、受電コイル25で受電される電力の電力量(受電量)と等しくなる。
The
無線通信装置32は、非接触電力伝送装置1に設けられた無線通信装置18と各種情報の無線通信が可能であり、例えば無線通信装置18から送信されてくる電力量P1を示す情報を受信し、制御器33cが出力する位置調整完了通知N(後述)を送信する。尚、無線通信装置32は、自身を中心として半径が数メートル程度のエリア内に非接触電力伝送装置1の無線通信装置18が位置する場合に無線通信装置18との通信が可能である。
The
制御部33は、図1,図2に示す各ブロックを制御することによって、電気自動車2の動作を制御する。例えば、モータ21に取り付けられた回転角検出器21aの検出結果を常時モニタしつつモータ21を駆動するインバータ22を制御することによって、電気自動車2の走行を制御する。また、制御部33は、蓄電池24を充電する場合に、非接触電力伝送装置1から電気自動車2への電力伝送効率εを参照しつつ、非接触電力伝送装置1の設置場所又はその近くに停車された電気自動車2をゆっくり移動(走行)させて、電気自動車2の停車位置を調整する。
The
この制御部33は、上述した蓄電池24を充電するときの停車位置を調整するために、効率計算器33a、指令値生成器33b、及び制御器33cを備える。効率計算器33aは、給電コイル14と受電コイル25との位置調整時において、電力量演算器31で求められた電力量P2と無線通信装置32で受信された電力量P1を示す情報とに基づいて、非接触電力伝送装置1から電気自動車2への電力伝送効率εを算出する。具体的には、電力量P2を電力量P1で除算することによって電力伝送効率εを算出する。
The
指令値生成器33bは、効率計算器33aで算出された電力伝送効率εに応じて、モータ21の回転角指令値を生成する。制御器33cは、指令値生成器33bで生成された回転角指令値に基づいて、回転角検出器21aの検出結果をモニタしつつ、インバータ22に対してトルク指令値を出力する。また、制御器33cは、図示しない操作装置から運転者の操作によって充電指示が入力された場合には、コンタクタ23を制御して受電回路26と負荷装置28とを接続状態にする。さらに、制御器33cは、効率計算器33aで算出された電力伝送効率εが上昇から一定あるいは下降に転じるタイミングでコンタクタ23を制御して受電回路26と負荷装置28とを切断状態にすると共に位置調整完了通知Nを無線通信装置32に出力する。
The command value generator 33b generates a rotation angle command value for the
ここで、モータ21は、減速比が既知の減速機(図示省略)を介して半径が既知のタイヤを回転させるため、モータ21の回転角と電気自動車2の移動量は一定の関係にある。具体的には、タイヤの半径をr、減速機の減速比をnとすると、モータが1回転したときに電気自動車2は距離(2πr/n)だけ移動する。このため、モータ21の回転角を制御することにより、電気自動車2の移動量を制御することができる。
Here, since the
次に、上記構成における非接触電力伝送装置1及び電気自動車2の動作について説明する。図3は、本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の動作を示すフローチャートである。尚、以下では、主に電気自動車2に搭載された蓄電池24を、非接触電力伝送装置1から供給される電力を用いて充電する場合の動作について説明する。
Next, the operation of the non-contact power transmission device 1 and the
まず、運転者が電気自動車2を運転して、電気自動車2を非接触電力伝送装置1の設置場所又はその近くに移動させて停車させる。すると、非接触電力伝送装置1の制御部19は、車両(電気自動車2)が電力伝送可能エリア内にいるか否かを判断する(ステップS11)。例えば、制御部19は、無線通信装置18が、電気自動車2の無線通信装置32と無線通信が可能であるか否かによって、電気自動車2が電力伝送可能エリア内にいるか否かを判断する。
First, the driver drives the
制御部19は、電気自動車2が電力伝送可能エリア内にいないと判断した場合(ステップS11の判断結果が「NO」である場合)には、図3に示す非接触電力伝送装置1の一連の処理を終了する。これに対し、制御部19は、電気自動車2が電力伝送可能エリア内にいると判断した場合(ステップS11の判断結果が「YES」である場合)には、給電回路13を動作させて微小電力の伝送を開始させる(ステップS12)。尚、電気自動車2が電力伝送可能エリア内にいる場合には、非接触電力伝送装置1の給電コイル14と電気自動車2の受電コイル25とによって電磁気結合回路が形成される。
When the
運転者は、電気自動車2を非接触電力伝送装置1の設置場所又はその近くに移動させて停車させた後に、電気自動車2の図示しない操作装置に対して充電指示を行う。すると、電気自動車2の制御器33cは、コンタクタ23を閉状態にすることによって受電回路26と負荷装置28とを接続状態にし、受電回路26を制御して受電動作を開始させる一方で充電装置27を制御して動作を停止させる(ステップS21)。
The driver moves the
すなわち、制御器33cは、給電コイル14に対する受電コイル25の位置調整の開始とともに、受電回路26の電力供給先を充電装置27から負荷装置28に切り換える。なお、負荷装置28は受電回路26に対する負荷として充電装置27よりも大幅に軽いので、制御部19は、上記ステップS12において、受電回路26の電力供給先が充電装置27に設定された状態よりも大幅に小さい微小電力を電気自動車2に給電するように給電回路13を動作させる。
That is, the controller 33 c switches the power supply destination of the
次に、制御器33cは、非接触電力伝送装置1からの上記微小電力の電力伝送が開始されたか否かを判断する(ステップS22)。例えば、非接触電力伝送装置1の無線通信装置18から電力伝送開始を示す信号が送信されてきたか否かを判断する。制御器33cは、電力伝送が開始されていないと判断した場合(ステップS22の判断結果が「NO」の場合)には、上記の判断を繰り返す。これに対し、制御器33cは、電力伝送が開始されたと判断した場合(ステップS22の判断結果が「YES」の場合)には、インバータ22を制御して電気自動車2の前進を開始させる(ステップS23)。このとき、インバータ22は、蓄電池24から供給される電力に基づいてモータ21を駆動する。
Next, the controller 33c determines whether or not the transmission of the minute power from the non-contact power transmission device 1 is started (step S22). For example, it is determined whether a signal indicating the start of power transmission is transmitted from the
制御器33cは、電気自動車2の前進を開始させると、電気自動車2の前進によって効率計算器33aで算出される電力伝送効率εが上昇したか否かを判断する(ステップS24)。制御器33cは、電力伝送効率εが上昇したと判断した場合(ステップS24の判断結果が「YES」の場合)には、インバータ22を制御して電気自動車2のゆっくりとした前進を継続させる(ステップS25)。そして、制御器33cは、電気自動車2の前進によって効率計算器33aで算出される電力伝送効率εが上昇したか否かを再び判断する(ステップS26)。
When the controller 33c starts to advance the
制御器33cは、電力伝送効率εが上昇したと判断した場合(ステップS26の判断結果が「YES」の場合)には、インバータ22を制御して電気自動車2のゆっくりとした前進を継続させる(ステップS25)。これに対し、制御器33cは、電力伝送効率εが上昇しないと判断した場合(ステップS26の判断結果が「NO」の場合)には、インバータ22を制御して電気自動車2を停止させる(ステップS27)。すなわち、制御器33cは、電気自動車2が前進している時に、電力伝送効率εが上昇から一定あるいは下降に転じた場合には、電気自動車2を停止させる。
When the controller 33c determines that the power transmission efficiency ε has increased (when the determination result of step S26 is “YES”), the controller 33c controls the
他方、制御器33cは、電気自動車2の前進を開始させた直後に、電気自動車2の前進によって効率計算器33aで算出される電力伝送効率εが上昇しないと判断した場合(ステップS24の判断結果が「NO」の場合)には、インバータ22を制御して電気自動車2の後進を開始させる(ステップS28)。そして、制御器33cは、電気自動車2のゆっくりとした後進を継続させ(ステップS29)、後進によって効率計算器33aで算出される電力伝送効率εが上昇したか否かを判断する(ステップS30)。
On the other hand, when the controller 33c determines that the electric power transmission efficiency ε calculated by the
制御器33cは、電力伝送効率εが上昇したと判断した場合(ステップS30の判断結果が「YES」の場合)には、インバータ22を制御して電気自動車2のゆっくりとした後進を継続させる(ステップS29)。これに対し、制御器33cは、電力伝送効率εが上昇しないと判断した場合(ステップS30の判断結果が「NO」の場合)には、インバータ22を制御して電気自動車2を停止させる(ステップS31)。すなわち、制御器33cは、電気自動車2が後進している時に、電力伝送効率εが上昇から一定あるいは下降に転じた場合には、電気自動車2を停止させる。
When controller 33c determines that power transmission efficiency ε has increased (when the determination result of step S30 is “YES”), controller 33c controls
制御器33cは、ステップS27又はステップS31の処理によって電気自動車2を停止させると、コンタクタ23を開状態にして受電回路26と負荷装置28とを切断状態にし、さらに位置調整が完了して電気自動車2が停止しかつコンタクタ23を切断状態(開状態)にしたことを通知する位置調整完了通知Nを無線通信装置32に送信させる(ステップS32)。すなわち、制御器33cは、受電回路26の電力供給先を負荷装置28から充電装置27に切り換える。そして、制御器33cは、ステップS32の後に、充電装置27を制御して充電動作を開始させる一方でインバータ22を制御して動作を停止させる(ステップS33)。
When the controller 33c stops the
この結果、電気自動車2では、充電装置27によって蓄電池24の充電が行われる(ステップS34)。具体的に、非接触電力伝送装置1からの交流電力は、給電コイル14と受電コイル25とによって形成される電磁気結合回路を介して電気自動車2に非接触で伝送されて受電回路26で受電される。受電回路26で受電された交流電力は直流電力に変換され、この変換された直流電力が充電装置27に供給される。そして、この直流電流を用いた蓄電池24の充電が充電装置27によって行われる。続いて、制御器33cは、充電装置27による充電によって蓄電池24が満状態になると、充電装置27を停止させて蓄電池24の充電を停止させる(ステップS35)。
As a result, in the
一方、非接触電力伝送装置1の制御部19は、ステップS12で微小電力の伝送を開始した後に、無線通信装置18が上述した位置調整完了通知N(コンタクタ23の切断状態の通知)を無線通信装置32から受信すると、給電回路13を制御して給電コイル14から充電用に増大した電力(蓄電池24を充電する大電力)の伝送を開始させる(ステップS13)。つまり、制御部19は、給電コイル14から伝送する電力を微小電力から充電用の大電力に切り替える。
On the other hand, the
制御部19は、ステップS13で充電用に増大した電力の伝送を開始した後に、電気自動車2に搭載された蓄電池24の充電が完了したか否かを判断する(ステップS14)。例えば、制御部19は、電気自動車2の無線通信装置32から蓄電池24の充電完了を示す信号が送信されてきたか否かを判断する。制御部19は、充電が完了していないと判断した場合(ステップS14の判断結果が「NO」の場合)には、上記ステップS14の判断を繰り返す。これに対し、制御部19は、充電が完了したと判断した場合(ステップS14の判断結果が「YES」の場合)には、給電回路13を停止させて電力伝送を停止させる(ステップS15)。
The
以上の通り、本実施形態では、非接触電力伝送装置1から電気自動車2への電力伝送効率εを求め、この電力伝送効率εを参照しつつ電気自動車2を前後に移動させることにより、非接触電力伝送装置1の給電コイル14と電気自動車2の受電コイル25との位置を調整している。このため、大きさや受電コイル25の取り付け位置が異なる電気自動車2であっても正確に位置を調整することができ、効率的に電力を伝送することができる。また、給電コイル14や受電コイル25を単独で移動させる機構等が不要であるため、大型化及びコスト上昇を招くこともない。
As described above, in the present embodiment, the power transmission efficiency ε from the contactless power transmission device 1 to the
また、本実施形態では、非接触電力伝送装置1の給電回路13に供給される電力の電力量P1と、電気自動車2の受電回路26で受電された電力の電力量P2とに基づいて、非接触電力伝送装置1から電気自動車2への電力伝送効率εを求めている。この電力伝送効率εは、給電コイル14と受電コイル25との間の電力伝送効率だけではなく、給電回路13と受電回路26とを含めた電力伝送効率であり、実際の電力伝送効率とほぼ同じである。このため、実際の電力伝送効率が最大となるように、非接触電力伝送装置1の給電コイル14と電気自動車2の受電コイル25との位置をより適切な位置に調整することができる。
Further, in the present embodiment, based on the power amount P1 of the power supplied to the
また、本実施形態では、給電コイル14と受電コイル25との位置調整を行う際に、蓄電池24の電力を用いてモータ21を駆動制御する、つまり給電コイル14から給電される電力を用いずに位置調整を行う。これによって、位置調整時において、給電コイル14からは、位置調整に必要な最低限の微小電力を供給すればよいので、給電コイル14から出力された電力の内の受電コイル25に受電されない電力損失を小さくすることができる。
In the present embodiment, when the position of the
以上、本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、非接触電力伝送装置1から電気自動車2への電力伝送効率εを参照しつつ電気自動車2を前後に移動させて位置調整を行っていたが、電力伝送効率εに代えて電力量演算器31で求められた電力量P2(受電回路26で受電された電力)を参照しつつ電気自動車2を前後に移動させて位置調整を行っても良い。
As mentioned above, although the mobile vehicle and non-contact electric power transmission apparatus by one Embodiment of this invention were demonstrated, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, It can change freely within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the
非接触電力伝送装置1及び給電コイル14は、厳密に地表面に一致して設置されていなくてもよい。例えば、非接触電力伝送の効率を著しく低下させない範囲で埋め込んで地表面より低く設置してもよいし、電気自動車2の走行に著しく支障しない範囲で突出させて地表面より高く設置してもよい。
The non-contact power transmission device 1 and the
また、上述した実施形態では、電気自動車2を前後に移動させて位置調整を行う場合を例に挙げて説明したが、左右方向に直線的に移動可能な移動車両であれば、左右方向に移動させて位置調整を行うことができる。ここで、移動車両は、ステアリングを操作しなければ前後にのみ移動可能であり、左右方向に直線的に移動することはできないものが殆どである。このため、左右方向の位置ずれが生じても伝送効率の大幅な低下を招くことのない給電コイルを用いるのが望ましい。
In the above-described embodiment, the case where the position adjustment is performed by moving the
図4は、本発明の一実施形態による非接触電力伝送装置に用いて好適な給電コイルの設置例を示す図である。図4に示す通り、非接触電力伝送装置1の給電コイル14は、平面視形状が長方形状のコイルであって、例えば駐車場において、その長手方向が区画線Wに直交し、車止めSTから1メートル程度離間するように区画線Wの間に設置される。このように設置された給電コイル14の電力伝送可能エリアは、区画線Wに直交する方向に長いため、区画線Wの間における電気自動車2の左右方向の多少のずれが生じたとしても伝送効率の大幅な低下を招くことはない。
FIG. 4 is a diagram illustrating an installation example of a feeding coil suitable for use in a non-contact power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the feeding
また、上記実施形態では、位置調整を行う際に電気自動車2を連続的に前進或いは後進させていたが、連続移動ではなく微小距離の間欠移動であってもよい。尚、電力伝送効率εが上昇しているか下降しているかは、間欠移動を行う前の電力伝送効率εと1回の間欠動作を行った後の電力伝送効率εとを比較して判断すれば良い。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、図3中のステップS11において、電気自動車2が電力伝送可能エリア内にいるか否かを、非接触電力伝送装置1の無線通信装置18が電気自動車2の無線通信装置32と無線通信が可能であるか否かによって判断していた。しかしながら、GPS(Global Positioning System:全地球測位システム)等によって得られる電気自動車2の位置に基づいて、電気自動車2が電力伝送可能エリア内にいるか否かを判断するようにしても良い。
Moreover, in the said embodiment, in step S11 in FIG. 3, the radio |
尚、電気自動車2の移動方向が一方向に制限される場所(例えば、前進のみに制限される場所)に非接触電力伝送装置1が設置されている場合には、電気自動車2が電力伝送可能エリアに進入した直後に電気自動車2を停車させれば良い。つまり、受電コイル25が電力伝送可能エリアの外縁の近くに配置されるように電気自動車2を停車させれば良い。
これにより、電気自動車2を前進させれば電力伝送効率εが上昇して図3中のステップS24の判断結果が常に「YES」になるため、電気自動車2が後進するのを防止することができる。
In addition, when the non-contact power transmission device 1 is installed in a place where the moving direction of the
Thereby, if the
また、位置調整を行っている最中に電力伝送効率εが著しく低下した場合には、電気自動車2の制御器33cは、電気自動車2を停止させる制御を行って、無線通信装置32を介して電力伝送効率εが著しく低下した旨を非接触電力伝送装置1に通知して、電力の伝送を停止させるのが望ましい。これにより、位置調整を行っている最中に生ずる想定外の異常を防止することができる。
Further, when the power transmission efficiency ε is remarkably lowered during the position adjustment, the controller 33c of the
また、上記実施形態では、給電対象が蓄電池を搭載した電気自動車である場合を例に挙げて説明したが、本発明はプラグイン・ハイブリッド自動車に適用することもでき、搬送車にも適用することができる。更には、無人式移動車両にも適用することができる。 In the above-described embodiment, the case where the power supply target is an electric vehicle equipped with a storage battery has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a plug-in hybrid vehicle and can also be applied to a transport vehicle. Can do. Furthermore, the present invention can be applied to an unmanned mobile vehicle.
また、上記実施形態では、電力の供給路を切り替える手段としてコンタクタ23を用いたが、コンタクタ23の代わりにリレーやFET(Field Effect Transistor)等の電子スイッチを用いてもよい。
また、上記実施形態では、抵抗器を負荷装置28として用いたが、微小電力(数W程度)を消費できる負荷装置28であれば、電子負荷装置を用いてもよい。例えば、微小電力の一部をコンバータで電圧変換し、電気自動車2内部の各種機器(電子負荷装置)の制御電源の補助として使用してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
Moreover, in the said embodiment, although the resistor was used as the
また、上記実施形態では、位置調整時に、コンタクタ23を接続状態(閉状態)にすると共に充電装置27を停止し、また位置調整完了時には、コンタクタ23を切断状態(開状態)すると共に充電装置27に充電動作を開始させることによって受電コイル25が受電した電力の供給先を負荷装置28あるいは蓄電池24(充電装置27)に切り替えたが、本発明はこれに限定されない。例えば、コンタクタ23の代わりに負荷装置28と直流バスB2との接続点に受電回路26の接続先を充電装置27あるいは負荷装置28に切り替えるスイッチ回路を設けるようにしてもよい。つまり、スイッチ回路が受電回路26の接続先を充電装置27あるいは負荷装置28に切り替えることにより受電コイル25が受電した電力の供給先を負荷装置28あるいは蓄電池24(充電装置27)に切り替えるようにする。この結果、位置調整時には、受電回路26と充電装置27とが切断状態になるので、充電装置27を停止させる必要がなくなる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態において、非接触電力伝送装置1は、電気自動車2の位置調整時と充電時とで給電コイル14から伝送する電力を微小電力あるいは充電用の大電力に切り替えたが、本発明はこれに限定されない。例えば、非接触電力伝送装置1は、位置調整時と充電時とで給電コイル14から伝送する電力を切り替えず、給電コイル14から一定の充電用大電力を伝送し続けてもよい。ただし、その際には、電気自動車2の負荷装置28を充電用大電力を消費できる負荷にしなければならない。また、電気自動車2は、位置調整完了通知Nを非接触電力伝送装置1に送信しなくてもよくなる。
In the above embodiment, the contactless power transmission device 1 switches the power transmitted from the
1 非接触電力伝送装置
2 電気自動車
14 給電コイル
17 電力量演算器
18 無線通信装置
19 制御部
21 モータ
23 コンタクタ
24 蓄電池
25 受電コイル
27 充電装置
28 負荷装置
31 電力量演算器
32 無線通信装置
33 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Contactless electric
Claims (6)
外部の一次側コイルから非接触で給電される電力を受電する二次側コイルと、
前記二次側コイルが受電した受電電力を消費する負荷装置と、
前記二次側コイルが受電した電力の供給先を前記負荷装置あるいは前記蓄電池の何れかに設定する電力供給先設定手段と、
前記二次側コイルが受電した電力の供給先が前記電力供給先設定手段によって前記負荷装置に設定された状態において前記二次側コイルで受電された電力の電力量を示す受電量を求める受電量演算部と、
前記受電量演算部で求められた前記受電量を参照しつつ、前記モータを制御して前記一次側コイルに対する前記二次側コイルの位置を調整する制御部と
を備えることを特徴とする移動車両。 In a mobile vehicle comprising a motor that generates power for movement and a storage battery that supplies electric power for driving the motor,
A secondary coil that receives electric power fed in a non-contact manner from an external primary coil;
A load device that consumes the received power received by the secondary coil;
Power supply destination setting means for setting a supply destination of power received by the secondary coil to either the load device or the storage battery;
A received power amount for obtaining a received power amount indicating a power amount of power received by the secondary side coil in a state where a supply destination of the power received by the secondary side coil is set in the load device by the power supply destination setting means. An arithmetic unit;
A moving vehicle comprising: a control unit that controls the motor and adjusts the position of the secondary coil with respect to the primary coil while referring to the received power obtained by the received power calculation unit. .
前記制御部は、前記受電量と前記給電量とに基づいて前記一次側コイルから前記二次側コイルへの電力伝送効率を求め、前記受電量に代えて前記電力伝送効率を参照しつつ前記モータを制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の移動車両。 A power supply amount indicating the amount of power supplied by the primary coil to the secondary coil;
The control unit obtains power transmission efficiency from the primary side coil to the secondary side coil based on the power reception amount and the power supply amount, and refers to the power transmission efficiency instead of the power reception amount while the motor The mobile vehicle according to claim 1, wherein the mobile vehicle is controlled.
前記一次側コイルから前記二次側コイルに給電される電力の電力量を示す給電量を求める給電量演算部と、
前記給電量演算部で求められた前記給電量を外部に出力する第2の出力部と
を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。 A non-contact power transmission device that transmits power to the mobile vehicle according to claim 2 or 3 in a non-contact manner using the primary side coil,
A power supply amount calculation unit for obtaining a power supply amount indicating an amount of power supplied from the primary coil to the secondary coil;
A non-contact power transmission apparatus comprising: a second output unit that outputs the power supply amount obtained by the power supply amount calculation unit to the outside.
前記一次側コイルから前記二次側コイルに給電される電力の電力量を示す給電量を求める給電量演算部と、
前記給電量演算部で求められた前記給電量を外部に出力する第2の出力部と、
前記位置調整完了通知が入力される第2の入力部とを備え、
前記第2の入力部に前記位置調整完了通知が入力されると、前記一次側コイルから前記二次側コイルに給電する電力量を増大させることを特徴とする非接触電力伝送装置。
A non-contact power transmission device that transmits power to the mobile vehicle according to claim 4 in a non-contact manner using the primary side coil,
A power supply amount calculation unit for obtaining a power supply amount indicating an amount of power supplied from the primary coil to the secondary coil;
A second output unit for outputting the power supply amount obtained by the power supply amount calculation unit to the outside;
A second input unit to which the position adjustment completion notification is input,
When the position adjustment completion notification is input to the second input unit, the non-contact power transmission device increases the amount of power supplied from the primary coil to the secondary coil.
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