CN103946058A - 移动车辆及非接触电力传输装置 - Google Patents

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Abstract

该移动车辆(12)具备:马达(121),能够产生用于移动的动力;蓄电池(124),能够供给驱动该马达(121)的电力;以及次级侧线圈(125),能够在与外部的初级侧线圈(114)之间非接触地传输电力。另外,该移动车辆(12)具备指令生成部(132b),该指令生成部能够使用表示所述次级侧线圈(125)从所述初级侧线圈(114)接受的电能的第1受电量或表示所述初级侧线圈(114)从所述次级侧线圈(125)接受的电能的第2受电量,生成用于使移动车辆(12)移动以调整所述次级侧线圈(125)相对于所述初级侧线圈(114)的相对位置的指令。

Description

移动车辆及非接触电力传输装置
技术领域
本发明涉及能够利用马达的动力来移动的移动车辆及能够对该移动车辆非接触地传输电力的非接触电力传输装置。
本申请基于2011年11月25日在日本申请的日本特愿2011-257943号、2011年11月30日在日本申请的日本特愿2011-262609号,2012年2月15日在日本申请的日本特愿2012-030569号、2012年2月16日在日本申请的日本特愿2012-031864号及2012年6月11日在日本申请的日本特愿2012-131786号而主张优先权,将其内容引用于此。
背景技术
近年来,为了实现低碳社会,作为动力产生源而代替引擎或与引擎一起具备马达的移动车辆变多。作为代替引擎而具备马达的代表性的移动车辆,可列举电动汽车(EV:Electric Vehicle,电动车辆),作为与引擎一起具备马达的移动车辆,可列举混合动力汽车(HV:Hybrid Vehicle,混合动力车辆)。这样的移动车辆具备供给驱动马达的电力并能够再充电的蓄电池(例如,锂离子电池或镍氢电池等二次电池),能够通过从外部的电源装置供给的电力而进行蓄电池的充电。
在当前不断实用化的电动汽车和混合动力汽车(正确而言,插电式混合动力汽车)中,用于对蓄电池进行充电的电力,一般经由将电源装置与移动车辆连接的电缆而传输。相对于此,近年来,提出将用于对蓄电池进行充电的电力非接触地传输至移动车辆的方法。为了非接触地高效地传输电力,有必要适当地调整设在电源装置的供电线圈(初级侧线圈)和设在移动车辆的受电线圈(次级侧线圈)的相对的位置关系。
在以下的专利文献1~6中,公开了为了高效地进行非接触的电力传输而调整初级侧线圈与次级侧线圈的相对的位置关系的各种方法。具体而言,在以下的专利文献1中,公开了根据检测铺设于地面的初级侧线圈的位置的磁传感器的检测结果而调整次级侧线圈的位置的技术。在以下的专利文献2、3中,公开了根据次级侧线圈的位置而调整初级侧线圈的位置的技术。
在以下的专利文献4中,公开了这样的技术:在将车辆停车于停车空间时,将由设在车辆的相机拍摄的定位标记的图像显示于驾驶室内的显示装置,由此,将设有次级侧线圈的车辆引导至最佳位置。在以下的专利文献5中,公开了这样的技术:设在无人输送车的被抵接部件抵接于设在供电装置的抵接部件,由此,进行初级侧线圈与次级侧线圈的对位。在以下的专利文献6中,公开了这样的技术:除了充电用的次级侧线圈之外,还设有传感器用的次级侧线圈,基于由这些次级侧线圈得到的电力的强度的检测结果,进行充电用的初级侧线圈与充电用的次级侧线圈的对位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平8-33112号公报
专利文献2:日本特开2006-345588号公报
专利文献3:日本特开2011-205829号公报
专利文献4:日本特开2010-226945号公报
专利文献5:日本特开2010-259136号公报
专利文献6:日本特开2011-160515号公报。
发明内容
发明要解决的课题
在上述的专利文献1~3所公开的技术中,根据初级侧线圈的位置而调整次级侧线圈的位置,或者,根据次级侧线圈的位置而调整初级侧线圈的位置。因此,需要用于调整初级侧线圈或次级侧线圈的位置的马达或驱动机构等,存在大型化且成本上升的可能性。
在上述的专利文献4所公开的技术中,显示对位标记的拍摄图像而将车辆引导至最佳位置,在上述的专利文献5所公开的技术中,通过使无人输送车抵接于供电装置而进行对位。因此,在这些技术中,为了应对大小或次级侧线圈的安装位置不同的各种车辆或无人输送车,有必要针对每个车辆或无人输送车的种类而准备最佳的对位标记和抵接部件。可是,根据多种多样的车辆或无人输送车的种类而选择对位标记和抵接部件有时候不现实。另外,在上述的专利文献6所公开的技术中,存在设在车辆的多个次级侧线圈及其电路的构成复杂化的可能性。
本发明是鉴于上述情况而作出的,其目的在于,提供不招致大型化及成本上升且即使在移动车辆具备多种多样的大小和线圈的安装位置的情况下,也能够高效地进行非接触的电力传输的移动车辆及非接触电力传输装置。
用于解决课题的方案
依据本发明的第1方式,移动车辆具备能够产生用于移动的动力的马达、能够供给驱动该马达的电力的蓄电池以及能够在与外部的初级侧线圈之间非接触地传输电力的次级侧线圈。另外,该移动车辆具备指令生成部,该指令生成部能够使用表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈受电的电能的第1受电量或表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈受电的电能的第2受电量,生成用于使移动车辆移动以调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的相对位置的指令。
依据本发明的第2方式,在上述第1方式中,移动车辆还具备:第1受电量运算部,构成为求出由所述指令生成部使用的第1受电量;以及控制部,能够基于由所述指令生成部生成的指令,控制所述马达而调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
依据本发明的第3方式,在上述第2方式中,所述控制部控制所述马达而使移动车辆沿其前后方向移动,由此,调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
依据本发明的第4方式,在上述第2或第3方式中,移动车辆构成为,在所述控制部控制所述马达而进行所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整的情况下,将由所述次级侧线圈受电的电力用作驱动所述马达的电力。
依据本发明的第5方式,在上述第2至第4的任1个方式中,移动车辆还具备:充电装置,能够使用由所述次级侧线圈受电的电力来对所述蓄电池进行充电;以及开关电路,在进行所述充电装置对所述蓄电池的充电的情况下,将所述马达从所述蓄电池电断开。
依据本发明的第6方式,在上述第2至第5的任1个方式中,移动车辆还具备:从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及第1效率计算部,构成为使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率。另外,所述指令生成部基于由所述第1效率计算部求出的电力传输效率,生成所述指令。
依据本发明的第7方式,能够对外部非接触地传输电力的非接触电力传输装置,以能够将用于对上述第1至第6的任1个方式中的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈的方式构成。
依据本发明的第8方式,能够对外部非接触地传输电力并将用于对上述第6方式中的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈的非接触电力传输装置,具备:第1供电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的所述第1供电量输出至外部。
依据本发明的第9方式,在上述第1方式中,移动车辆还具备:第1负载装置,消耗所述次级侧线圈受电的电力;电力供给目的地设定单元,能够将所述次级侧线圈受电的电力的供给目的地设定为所述第1负载装置及所述蓄电池的任一方;第1受电量运算部,构成为在所述次级侧线圈受电的电力的供给目的地由所述电力供给目的地设定单元设定为所述第1负载装置的状态下,求出表示所述次级侧线圈受电的电能的第1受电量;以及控制部,能够基于由所述指令生成部生成的指令,控制所述马达而调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。另外,所述指令生成部使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量,生成所述指令。
依据本发明的第10方式,在上述第9方式中,所述控制部控制所述马达而使移动车辆沿其前后方向移动,由此,调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
依据本发明的第11方式,在上述第9或第10方式中,移动车辆还具备:从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及第1效率计算部,构成为使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率。另外,所述指令生成部基于由所述第1效率计算部求出的电力传输效率,生成所述指令。
依据本发明的第12方式,在上述第9至第11的任1个方式中,移动车辆还具备第1车辆侧输出部,该第1车辆侧输出部将表示所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成的位置调整完成通知输出至外部。
依据本发明的第13方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至上述第9至第12的任1个方式中的移动车辆的方式构成。
依据本发明的第14方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至上述第11方式中的移动车辆的方式构成。另外,该非接触电力传输装置具备:第1供电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部。
依据本发明的第15方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至上述第12方式中的移动车辆的方式构成。另外,该非接触电力传输装置具备:第1供电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部;以及第1装置侧输入部,输入从所述第1车辆侧输出部输出的位置调整完成通知。而且,该非接触电力传输装置构成为,在将所述位置调整完成通知输入至所述第1装置侧输入部的情况下,使从所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能增大。
依据本发明的第16方式,在上述第1方式中,移动车辆还具备:从外部输入第2受电量的第2车辆侧输入部,该第2供电量表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈受电的电能并由所述指令生成部使用;以及控制部,能够基于由所述指令生成部生成的指令,控制所述马达而调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
依据本发明的第17方式,在上述第16方式中,移动车辆还具备:第2供电量运算部,构成为求出表示所述次级侧线圈供电至所述初级侧线圈的电能的第2供电量;以及第2效率计算部,构成为使用由所述第2供电量运算部求出的第2供电量和输入至所述第2车辆侧输入部的第2受电量,求出从所述次级侧线圈向所述初级侧线圈的电力传输效率。另外,所述指令生成部基于所述第2效率计算部所求出的电力传输效率,生成所述指令。
依据本发明的第18方式,在上述第16或第17方式中,所述控制部,控制所述马达而使移动车辆沿其前后方向移动,由此,调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
依据本发明的第19方式,在上述第16至第18的任1个方式中,移动车辆构成为,在所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成时,开始由所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受电力。
依据本发明的第20方式,在上述第16至第18的任1个方式中,移动车辆还具备将表示所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成的位置调整完成通知输出至外部的第1车辆侧输出部。另外,该移动车辆构成为,在所述第1车辆侧输出部将位置调整完成通知输出至外部时,开始由所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受电力。
依据本发明的第21方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈在与上述第16至第19的任1个方式中的移动车辆之间非接触地接受电力或供给电力的方式构成。另外,该非接触电力传输装置具备:第2负载装置,消耗所述初级侧线圈从所述次级侧线圈受电的电力;第2受电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈受电的电能的第2受电量;以及第2装置侧输出部,将由所述第2受电量运算部求出的第2受电量输出至外部。而且,该非接触电力传输装置构成为,在所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成时,开始从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的供电。
依据本发明的第22方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈在与上述第20方式中的移动车辆之间非接触地接受电力或供给电力的方式构成。另外,该非接触电力传输装置具备:第2负载装置,消耗所述初级侧线圈从所述次级侧线圈受电的电力;第2受电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈受电的电能的第2受电量;第2装置侧输出部,将由所述第2受电量运算部求出的第2受电量输出至外部,以及第1装置侧输入部,输入从所述第1车辆侧输出部输出的位置调整完成通知。而且,该非接触电力传输装置构成为,在将所述位置调整完成通知输入至所述第1装置侧输入部时,开始从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的供电。
依据本发明的第23方式,在上述第1方式中,所述指令生成部作为将用于使移动车辆移动以调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的相对位置的指令作为表示移动车辆应该移动的方向的信号来提示的信号提示部而构成。
依据本发明的第24方式,在上述第23方式中,移动车辆还具备构成为求出表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈受电的电能并由所述指令生成部使用的第1受电量的第1受电量运算部。
依据本发明的第25方式,在上述第23或第24方式中,所述信号提示部构成为,通过光或声音来提示表示所述应该移动的方向的信号。
依据本发明的第26方式,在上述第23至第25的任1个方式中,移动车辆构成为,将由所述次级侧线圈受电的电力用作驱动所述马达的电力。
依据本发明的第27方式,在上述第23至第26的任1个方式中,移动车辆还具备:充电装置,能够使用由所述次级侧线圈受电的电力来对所述蓄电池进行充电;以及开关电路,在进行所述充电装置对所述蓄电池的充电的情况下,将所述马达从所述蓄电池电断开。
依据本发明的第28方式,在上述第24至第27的任1个方式中,移动车辆还具备:从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及第1效率计算部,构成为使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率。另外,所述指令生成部基于所述第1效率计算部所求出的电力传输效率,生成所述指令。
依据本发明的第29方式,非接触电力传输装置以能够将用于对上述第23至第28的任1个方式中的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈的方式构成。
依据本发明的第30方式,非接触电力传输装置以能够将用于对上述第28方式中的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈的方式构成。另外,该非接触电力传输装置,具备:第1供电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部。
依据本发明的第31方式,在上述第23方式中,移动车辆还具备:第1负载装置,消耗所述次级侧线圈受电的电力;电力供给目的地设定单元,能够将所述次级侧线圈受电的电力的供给目的地设定为所述第1负载装置及所述蓄电池的任一方;以及第1受电量运算部,构成为在所述次级侧线圈受电的电力的供给目的地由所述电力供给目的地设定单元设定为所述第1负载装置的状态下,求出表示由所述次级侧线圈受电的电能的第1受电量。另外,所述信号提示部构成为,使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量,提示表示所述应该移动的方向的信号。
依据本发明的第32方式,在上述第31方式中,所述信号提示部构成为通过光或声音来提示表示所述应该移动的方向的信号。
依据本发明的第33方式,在上述第31或第32方式中,移动车辆还具备:从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及第1效率计算部,使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率。另外,所述信号提示部构成为,基于由所述第1效率计算部求出的电力传输效率,提示表示所述应该移动的方向的信号。
依据本发明的第34方式,在上述第31至第33的任1个方式中,移动车辆还具备第1车辆侧输出部,该第1车辆侧输出部将表示所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成的位置调整完成通知输出至外部。
依据本发明的第35方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至上述第31至第34的任1个方式中的移动车辆的方式构成。
依据本发明的第36方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至上述第33方式中的移动车辆的方式构成。另外,该非接触电力传输装置具备:第1供电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部。
依据本发明的第37方式,非接触电力传输装置以能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至上述第34方式中的移动车辆的方式构成。另外,该非接触电力传输装置具备:第1供电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部;以及第1装置侧输入部,输入从所述第1车辆侧输出部输出的位置调整完成通知。而且,该非接触电力传输装置构成为,在将所述位置调整完成通知输入至所述第1装置侧输入部的情况下,使从所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能增大。
依据本发明的第38方式,移动车辆具备:马达,能够产生用于移动的动力;蓄电池,能够供给驱动该马达的电力;次级侧线圈,能够在与外部的初级侧线圈之间非接触地传输电力;第1受电量运算部,构成为求出表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈受电的电能的第1受电量;以及第2车辆侧输出部,将由所述第1受电量运算部求出的第1受电量输出至外部。
依据本发明的第39方式,在上述第38方式中,移动车辆构成为,将由所述次级侧线圈受电的电力用作驱动所述马达的电力。
依据本发明的第40方式,在上述第38或第39方式中,移动车辆还具备:充电装置,能够使用由所述次级侧线圈受电的电力来对所述蓄电池进行充电;以及开关电路,在进行所述充电装置对所述蓄电池的充电的情况下,将所述马达从所述蓄电池电断开。
依据本发明的第41方式,在上述第38至第40的任1个方式中,移动车辆还具备:第1负载装置,消耗所述次级侧线圈受电的电力;以及电力供给目的地设定单元,能够将所述次级侧线圈受电的电力的供给目的地设定为所述第1负载装置及所述蓄电池的任一方。另外,所述第1受电量运算部,在所述次级侧线圈受电的电力的供给目的地由所述电力供给目的地设定单元设定为所述第1负载装置的状态下,求出所述第1受电量。
依据本发明的第42方式,非接触电力传输装置以能够从所述初级侧线圈非接触地传输用于对上述第38至第41的任1个方式中的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力的方式构成。另外,该非接触电力传输装置具备:第1供电量运算部,构成为求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;第2装置侧输入部,输入表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈受电的电能的第1受电量;第3效率算出部,构成为使用由所述第1供电量运算部求出的第1供电量和输入至所述第2装置侧输入部的第1受电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率;以及信号提示部,能够基于由所述第3效率算出部求出的电力传输效率,提示表示移动车辆的应该移动的方向的信号。
依据本发明的第43方式,在上述第42方式中,所述信号提示部构成为通过光或声音来提示表示所述应该移动的方向的信号。
发明的效果
依据本发明,能够在非接触电力传输装置的初级侧线圈与移动车辆的次级侧线圈之间非接触地传输电力。能够使用表示次级侧线圈从初级侧线圈受电的电能的第1受电量或表示初级侧线圈从次级侧线圈受电的电能的第2受电量,生成用于使移动车辆移动的指令。通过基于该指令而手动或自动地使移动车辆移动,从而能够适当地调整次级侧线圈相对于初级侧线圈的相对位置。因此,即使是具备多种多样的大小和次级侧线圈的安装位置的移动车辆,也能够正确地调整其位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使初级侧线圈和次级侧线圈单独地移动的机构等,因而还能够抑制车辆的大型化及成本上升。
附图说明
图1是示出本发明的第1实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图;
图2是详细地示出本发明的第1实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图;
图3是示出本发明的第1实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的动作的流程图;
图4是示出用于本发明的第1实施方式中的非接触电力传输装置的供电线圈的设置示例的概略图;
图5是示出本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图;
图6是详细地示出本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图;
图7是示出本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的动作的流程图;
图8是示出本发明的第3实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图;
图9是详细地示出本发明的第3实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图;
图10是示出本发明的第3实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的动作的流程图;
图11是示出本发明的第3实施方式中的移动车辆的位置调整时的电力的流动的示意图;
图12是示出本发明的第3实施方式中的对移动车辆供电时的电力的流动的示意图;
图13是示出本发明的第4实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图;
图14是详细地示出本发明的第4实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图;
图15是示出本发明的第5实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图;
图16是详细地示出本发明的第5实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图;
图17是示出本发明的第6实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图;
图18是详细地示出本发明的第6实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图;
图19是示出本发明的第7实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图;
图20是详细地示出本发明的第7实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置详细地进行说明。此外,在以下的实施方式中举例说明的移动车辆是仅将马达用作动力产生源的电动汽车。
[第1实施方式]
图1是示出本发明的第1实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图。
如图1所示,本实施方式的非接触电力传输装置11设置于地表面。非接触电力传输装置11能够在作为行驶于地面的移动车辆的电动汽车12以预定的位置关系(形成后述的电磁耦合电路的位置关系)停车时,对电动汽车12非接触地传输电力(用于对蓄电池124进行充电的电力)。该非接触电力传输装置11具备外部电源111、整流电路112、供电电路113及供电线圈114(初级侧线圈)等。
外部电源111是供给为了生成应该传输至电动汽车12的电力而需要的电力的电源,是供给例如电压为200[V]的三相交流电力的电源。此外,该外部电源111不限于三相交流电源,也可以是像商用交流电源那样的供给单相交流电力的电源。整流电路112是对从外部电源111供给的交流电力进行整流而转换为直流电力的电路。
作为外部电源111,还能够利用燃料电池或太阳能电池等直流电源。在该情况下,能够省略整流电路112。
供电电路113将从整流电路112供给的电力经由由供电线圈114和设在电动汽车12的受电线圈125形成的电磁耦合电路而非接触地供给至电动汽车12。具体而言,供电电路113将来自整流电路112的直流电力转换为交流电力并提供至供电线圈114,由此,实现对电动汽车12的非接触供电。
供电线圈114设置于地表面,是用于将从供电电路113供给的交流电力非接触地供电至电动汽车12的线圈。该供电线圈114和设在电动汽车12的受电线圈125配置成接近的状态,由此,形成上述的电磁耦合电路。所谓该电磁耦合电路,意味着供电线圈114和受电线圈125电磁耦合而进行从供电线圈114向受电线圈125的非接触的供电的电路。该电磁耦合电路也可以是以“电磁感应方式”进行供电的电路和以“电磁场共振方式”进行供电的电路的任一个电路。
如图1所示,作为移动车辆的电动汽车12具备马达121、逆变器122、接触器123(开关电路)、蓄电池124、受电线圈125(次级侧线圈)、受电电路126及充电装置127等。这些部件中的蓄电池124及充电装置127与直流总线1B1连接,逆变器122、受电电路126及充电装置127与直流总线1B2连接。
马达121作为产生用于使电动汽车12移动的动力的动力产生源而搭载于电动汽车12,产生与逆变器122的驱动相应的动力。作为该马达121,能够使用永磁体型同步马达、感应马达等马达。逆变器122,在控制部132(在图1中省略图示,参照图2)的控制下,使用从蓄电池124经由接触器123而供给的电力来驱动马达121。
接触器123设在直流总线1B1与直流总线1B2之间,在控制部132的控制下,将直流总线1B1与直流总线1B2切换为连接状态或切断状态。具体而言,在对蓄电池124的电力进行放电的情况下,接触器123被控制为使直流总线1B1与直流总线1B2成为连接状态,由此,将蓄电池124、逆变器122及受电电路126连接。相对于此,在对蓄电池124进行充电的情况下,被控制为使直流总线1B1与直流总线1B2成为切断状态,由此,将蓄电池124、逆变器122及受电电路126切断,将马达121从蓄电池124电断开。
蓄电池124是搭载于电动汽车12的能够再充电的电池(例如,锂离子电池或镍氢电池等二次电池),供给用于驱动马达121的电力。
受电线圈125是设在电动汽车12的底部并用于非接触地接受从设在非接触电力传输装置11的供电线圈114供给的电力(交流电力)的线圈。该受电线圈125接近非接触电力传输装置11的供电线圈114,由此,形成前述的电磁耦合电路。即,受电线圈125以能够在与车辆外部的供电线圈114之间非接触地传输电力的方式构成。
受电电路126接受经由由非接触电力传输装置11的供电线圈114和受电线圈125形成的电磁耦合电路而非接触地供给的电力(交流电力),将所接受的电力转换为直流电力而供给至直流总线1B2。充电装置127是使用从受电电路126经由直流总线1B2而供给的电力(直流电力)来进行蓄电池124的充电的装置。
此外,上述的供电电路113、供电线圈114、受电线圈125及受电电路126的构成和动作的详细情况,在例如日本特开2009-225551号公报(「電力伝送システム」(“电力传输系统”))或者日本特开2008-236916号公报(「非接触電力伝送装置」(“非接触电力传输装置”))中公开。
图2是详细地示出本发明的第1实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。此外,在图2中,对与图1所示的构成相同的构成标记同一符号。如图2所示,上述的非接触电力传输装置11的整流电路112由三相全波整流电路(桥式整流电路)实现。另外,非接触电力传输装置11的供电电路113由将开关桥臂1L1、1L2(由串联连接的两个晶体管和与这两个晶体管分别并联连接的二极管构成的电路)并联连接而成的电路实现。
此外,在供电电路113与供电线圈114之间设有两个电容器114a。该电容器114a与供电线圈114一起形成串联谐振电路。供电线圈114的一端经由一方的电容器114a而与供电电路113的开关桥臂1L1连接,供电线圈114的另一端经由另一方的电容器114a而与供电电路113的开关桥臂1L2连接。
除了上述的外部电源111~供电线圈114之外,非接触电力传输装置11还具备电压测量器115、电流测量器116、电能运算器117(第1供电量运算部)及无线通信装置118(第1装置侧输出部)。电压测量器115及电流测量器116设在整流电路112与供电电路113之间,分别测量供电电路113的输入电压V1(t)及输入电流I1(t)。
电能运算器117使用由电压测量器115测量的输入电压V1(t)和由电流测量器116测量的输入电流I1(t)来求出供给至供电电路113的电力的电能P1(第1供电量)。具体而言,将V1(t)与I1(t)相乘而算出电能P1。此外,如果供电电路113及供电线圈114的损失为零,则供给至供电电路113的电力的电能P1与从供电线圈114供电的电力的电能(供电量)相等。电能P1表示供电线圈114供电至受电线圈125的电能。
无线通信装置118能够与设在电动汽车12的无线通信装置131进行各种信息的无线通信,将例如表示由电能运算器117求出的电能P1的信息发送至无线通信装置131。此外,在电动汽车12的无线通信装置131位于以无线通信装置118的设置位置为中心的半径为数米左右的区内的情况下,该无线通信装置118能够进行与无线通信装置131的通信。
另外,如图2所示,电动汽车12的受电电路126通过由4个二极管构成的桥式整流电路和与桥式整流电路的输出端并联连接的电容器而实现。此外,在受电线圈125与受电电路126之间并联连接有电容器125a,在马达121安装有检测马达121的旋转角的旋转变压器或编码器等旋转角检测器121a。
除了上述的马达121~充电装置127之外,电动汽车12还具备电压测量器128、电流测量器129、电能运算器130(第1受电量运算部)、无线通信装置131(第1车辆侧输入部)及控制部132。电压测量器128及电流测量器129设在受电电路126与充电装置127之间(图1所示的直流总线1B2),分别测量受电电路126的输出电压V2(t)及输出电流I2(t)。
电能运算器130使用由电压测量器128测量的输出电压V2(t)和由电流测量器129测量的输出电流I2(t)来求出由受电电路126接受的电力的电能P2(第1受电量)。具体而言,将V2(t)和I2(t)相乘而算出电能P2。此外,如果受电线圈125及受电电路126的损失为零,则由受电电路126接受的电力的电能P2与由受电线圈125接受的电力的电能(受电量)相等。电能P2表示受电线圈125从供电线圈114接受的电能。
无线通信装置131能够与设在非接触电力传输装置11的无线通信装置118进行各种信息的无线通信,接收例如表示从无线通信装置118发送的电能P1的信息。此外,在非接触电力传输装置11的无线通信装置118位于以无线通信装置131自身为中心的半径为数米左右的区内的情况下,无线通信装置131能够进行与无线通信装置118的通信。
控制部132通过控制图1、图2所示的各块而控制电动汽车12的动作。例如,对安装于马达121的旋转角检测器121a的检测结果始终进行监视,同时,对驱动马达121的逆变器122进行控制,由此,控制电动汽车12的行驶。另外,在对蓄电池124进行充电的情况下,控制部132一边参照从非接触电力传输装置11向电动汽车12的电力传输效率ε,一边使在非接触电力传输装置11的设置场所或其附近停车的电动汽车12低速移动(行驶),来调整电动汽车12的停车位置。
为了调整对上述的蓄电池124进行充电时的停车位置,该控制部132具备效率计算器132a(第1效率计算部)、指令值生成器132b(指令生成部)及控制器132c(控制部)。
效率计算器132a基于表示由电能运算器130求出的电能P2和由无线通信装置131接收的电能P1的信息,算出从非接触电力传输装置11向电动汽车12的电力传输效率ε。具体而言,通过用电能P2除以电能P1而算出电力传输效率ε。
指令值生成器132b根据由效率计算器132a算出的电力传输效率ε,生成马达121的旋转角指令值。控制器132c基于由指令值生成器132b生成的旋转角指令值,一边监视旋转角检测器121a的检测结果,一边对逆变器122输出转矩指令值。
指令值生成器132b构成为,基于效率计算器132a使用电能P1及电能P2来算出的电力传输效率ε,生成用于使电动汽车12向适当的方向移动的指令(旋转角指令值)。换言之,指令值生成器132b使用电能P1及电能P2来生成用于使电动汽车12移动的指令。另外,指令值生成器132b构成为将所生成的指令输出至控制器132c,控制器132c构成为能够基于由指令值生成器132b生成的指令(旋转角指令值)而控制马达121。
马达121经由减速比已知的减速机(省略图示)而使半径已知的轮胎旋转,因而马达121的旋转角与电动汽车12的移动量处于一定的关系。
具体而言,如果将轮胎的半径设为r并将减速机的减速比设为n,则在马达旋转1周时,电动汽车12移动距离(2πr/n)。因此,通过控制马达121的旋转角,从而能够控制电动汽车12的移动量。
接着,对上述构成中的非接触电力传输装置11及电动汽车12的动作进行说明。图3是示出本发明的第1实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的动作的流程图。此外,以下,主要对使用从非接触电力传输装置11供给的电力来对搭载于电动汽车12的蓄电池124进行充电的情况下的动作进行说明。
首先,用户驾驶电动汽车12,使电动汽车12移动至非接触电力传输装置11的设置场所或其附近并停车。此时,非接触电力传输装置11判断车辆(电动汽车12)是否处于能够进行电力传输的区内(步骤S111)。例如,根据非接触电力传输装置11的无线通信装置118是否能够与电动汽车12的无线通信装置131进行无线通信而判断电动汽车12是否处于能够进行电力传输的区内。
在判断为电动汽车12未处于能够进行电力传输的区内的情况下(在步骤S111的判断结果为“否”的情况下),图3所示的非接触电力传输装置11的一系列的处理结束。相对于此,在判断为电动汽车12处于能够进行电力传输的区内的情况下(在步骤S111的判断结果为“是”的情况下),非接触电力传输装置11使供电电路113进行动作而开始电力的传输(步骤S112)。此外,在电动汽车12处于能够进行电力传输的区内的情况下,由非接触电力传输装置11的供电线圈114和电动汽车12的受电线圈125形成电磁耦合电路。
在使电动汽车12移动至非接触电力传输装置11的设置场所或其附近并停车之后,如果用户对电动汽车12进行充电指示,则首先,控制部132控制接触器123而使直流总线1B1与直流总线1B2成为切断状态,控制受电电路126而使其开始动作,另一方面,控制充电装置127而使其停止动作(步骤S121)。
接着,控制部判断来自非接触电力传输装置11的电力传输是否开始(步骤S122)。例如,判断是否从非接触电力传输装置11的无线通信装置118发送表示电力传输开始的信号。
在判断为电力传输未开始的情况下(在步骤S122的判断结果为“否”的情况下),控制部132重复进行上述的判断。相对于此,在判断为电力传输开始的情况下(在步骤S122的判断结果为“是”的情况下),控制部132控制逆变器122而使电动汽车12开始前进(步骤S123)。此时,将从非接触电力传输装置11传输的电力用作驱动马达121的电力。
如果使电动汽车12开始前进,则控制部132(指令值生成器132b)判断是否由于电动汽车12的前进而导致由效率计算器132a算出的电力传输效率ε上升(步骤S124)。在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S124的判断结果为“是”的情况下),控制部132控制逆变器122而使电动汽车12的低速前进继续(步骤S125)。接着,控制部132再次判断是否由于电动汽车12的前进而导致由效率计算器132a算出的电力传输效率ε上升(步骤S126)。
在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S126的判断结果为“是”的情况下),控制部132控制逆变器122而使电动汽车12的低速前进继续(步骤S125)。相对于此,在判断为电力传输效率ε未上升的情况下(在步骤S126的判断结果为“否”的情况下),控制部132控制逆变器122而使电动汽车12停止(步骤S127)。在该停止的时间点,受电线圈125相对于供电线圈114的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
另一方面,在刚刚使电动汽车12开始前进之后,在判断为未因电动汽车12的前进而导致由效率计算器132a算出的电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S124的判断结果为“否”的情况下),控制部132(指令值生成器132b)控制逆变器122而使电动汽车12开始后退(步骤S128)。接着,控制部132使电动汽车12的低速后退继续(步骤S129),判断是否由于后退而导致由效率计算器132a算出的电力传输效率ε上升(步骤S130)。
在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S130的判断结果为“是”的情况下),控制部132控制逆变器122而使电动汽车12的低速后退继续(步骤S129)。相对于此,在判断为电力传输效率ε未上升的情况下(在步骤S130的判断结果为“否”的情况下),控制部132控制逆变器122而使电动汽车12停止(步骤S131)。在该停止的时间点,受电线圈125相对于供电线圈114的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
如果通过步骤S127或步骤S131的处理而使电动汽车12停止,则控制部132控制充电装置127而使其开始动作,另一方面,控制逆变器122而使其停止动作(步骤S132)。由此,进行蓄电池124的充电(步骤S133)。具体而言,来自非接触电力传输装置11的交流电力经由由供电线圈114和受电线圈125形成的电磁耦合电路而非接触地传输至电动汽车12并由受电电路126接受。由受电电路126接受的交流电力转换为直流电力,该转换后的直流电力供给至充电装置127。接着,使用该直流电流的蓄电池124的充电由充电装置127进行。如果通过充电装置127而进行的充电导致蓄电池124成为充满状态,则控制部132使充电装置127停止而使蓄电池124的充电停止(步骤S134)。
非接触电力传输装置11当在步骤S112中开始电力的传输之后,判断搭载于电动汽车12的蓄电池124的充电是否完成(步骤S113)。例如,判断是否从电动汽车12的无线通信装置131发送表示蓄电池124的充电完成的信号。在判断为充电未完成的情况下(在步骤S113的判断结果为“否”的情况下),非接触电力传输装置11重复进行上述的判断。相对于此,在判断为充电完成的情况下(在步骤S113的判断结果为“是”的情况下),非接触电力传输装置11使供电电路113停止而停止电力传输(步骤S114)。
如以上那样,在本实施方式中,通过求出从非接触电力传输装置11向电动汽车12的电力传输效率ε,一边参照该电力传输效率ε,一边使电动汽车12前后移动,从而调整非接触电力传输装置11的供电线圈114和电动汽车12的受电线圈125的位置。因此,即使是大小和受电线圈125的安装位置不同的电动汽车12,也能够正确地调整位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使供电线圈114和受电线圈125单独地移动的机构等,因而也不招致大型化及成本上升。
另外,在本实施方式中,基于供给至非接触电力传输装置11的供电电路113的电力的电能P1和由电动汽车12的受电电路126接受的电力的电能P2,求出从非接触电力传输装置11向电动汽车12的电力传输效率ε。该电力传输效率ε不但是供电线圈114与受电线圈125之间的电力传输效率,而且还是包括供电电路113和受电电路126的电力传输效率,与实际的电力传输效率大致相同。因此,能够将非接触电力传输装置11的供电线圈114和电动汽车12的受电线圈125的位置调整为更适当的位置,使得实际的电力传输效率变得最大。
而且,在本实施方式中,在使电动汽车12前后移动而进行非接触电力传输装置11的供电线圈114和电动汽车12的受电线圈125的位置调整时,将从非接触电力传输装置11传输的电力用作驱动马达121的电力。因此,即使蓄电池124的剩余容量为零,也能够进行上述的位置调整。
以上,对本发明的第1实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置进行了说明,但本发明不限制于上述实施方式,能够在本发明的范围内自由地变更。
例如,在上述实施方式中,参照从非接触电力传输装置11向电动汽车12的电力传输效率ε并同时使电动汽车12前后移动而进行位置调整,但也可以代替电力传输效率ε一边参照由电能运算器130求出的电能P2(由受电电路126接受的电力)一边使电动汽车12前后移动而进行位置调整。即,指令值生成器132b也可以构成为,使用由电能运算器130求出的电能P2,生成作为用于使电动汽车12移动的指令的旋转角指令值,将该旋转角指令值输出至控制器132c。
非接触电力传输装置11及供电线圈114也可以未严格地与地表面一致地设置。例如,也可以在不使非接触电力传输的效率显著地下降的范围内埋入而比地表面更低地设置,也可以在不对电动汽车12的行驶显著地造成障碍的范围内突出而比地表面更高地设置。
另外,在上述的实施方式中,举例说明了使电动汽车12前后移动而进行位置调整的情况,但如果是能够沿左右方向直线地移动的移动车辆,则能够使其沿左右方向移动而进行位置调整。此外,移动车辆如果不操作转向装置,则仅能够前后移动,一般不能沿左右方向直线地移动。因此,期望使用即使产生左右方向的位置偏离,也不招致传输效率的大幅的下降的供电线圈。
图4是示出适合用于本发明的第1实施方式中的非接触电力传输装置的供电线圈的设置示例的图。如图4所示,非接触电力传输装置11的供电线圈114是俯视形状为长方形状的线圈,例如,在停车场W,以其长度方向与划分线W正交并从车挡ST离开1米左右的方式设置在划分线W之间。这样地设置的供电线圈114的能够进行电力传输的区在与划分线W正交的方向上较长,因而即使产生划分线W之间的电动汽车12的左右方向的一些偏离,也能够防止传输效率的大幅的下降。
另外,在上述实施方式中,在进行位置调整时,使电动汽车12连续地前进或者后退,但也可以不是连续移动,而是微小距离的间歇移动。在电动汽车12进行微小距离的移动的情况下,由于所接受的电力用作驱动马达121的电力,因而输出电流I2(t)流动,能够求出电力传输效率ε。然而,在停止的情况下,由于输出电流I2(t)不流动,因而不能求出电力传输效率ε。
因此,在进行微小距离的间歇移动的情况下,重复以下这一动作:使充电装置127停止,驱动马达121,进行微小距离的移动,在停止后,使充电装置127进行动作,进行蓄电池124的充电。由此,由于在停止中,接受的电力用于蓄电池124的充电,因而在停止中也能够求出电力传输效率ε。此外,与进行间歇移动之前的电力传输效率ε和进行1次间歇动作之后的电力传输效率ε进行比较而判断电力传输效率ε上升还是下降。
另外,在上述实施方式中,在图3中的步骤S111中,根据非接触电力传输装置11的无线通信装置118是否能够与电动汽车12的无线通信装置131进行无线通信而判断电动汽车12是否处于能够进行电力传输的区内。然而,也可以基于通过GPS(Global Positioning System:全球定位系统)等而得到的电动汽车12的位置,判断电动汽车12是否处于能够进行电力传输的区内。
此外,在将非接触电力传输装置11设置于电动汽车12的移动方向被限制为一个方向的场所(例如,限制为仅前进的场所)的情况下,在电动汽车12刚刚进入能够进行电力传输的区之后使电动汽车12停车即可。即,以受电线圈125配置于能够进行电力传输的区的外缘的附近的方式使电动汽车12停车即可。
由此,如果使电动汽车12前进,则电力传输效率ε上升,图3中的步骤S124的判断结果始终成为“是”,因而能够防止电动汽车12后退。
另外,在正在进行位置调整时,电力传输效率ε显著地下降的情况下,期望电动汽车12的控制部132进行使电动汽车12停止的控制,经由无线通信装置131而将电力传输效率ε显著地下降的意思通知至非接触电力传输装置11,使电力的传输停止。由此,能够防止正在进行位置调整时产生的未预料到的异常。
另外,在上述实施方式中,举例说明了供电对象为搭载有蓄电池的电动汽车的情况,但本发明还能够适用于插电式混合动力汽车,还能够适用于输送车。而且,还能够适用于无人式移动车辆。
[第2实施方式]
接着,参照附图,对本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置详细地进行说明。图5是示出本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图。
如图5所示,本实施方式的非接触电力传输装置21设置于地表面。非接触电力传输装置21能够在作为行驶于地面的移动车辆的电动汽车22以预定的位置关系(形成后述的电磁耦合电路的位置关系)停车时,对电动汽车22非接触地传输电力(用于对蓄电池224进行充电的电力)。该非接触电力传输装置21具备外部电源211、整流电路212、供电电路213及供电线圈214(初级侧线圈)等。
外部电源211是供给为了生成应该传输至电动汽车22的电力而需要的电力的电源,是供给例如电压为200[V]的三相交流电力的电源。此外,该外部电源211不限于三相交流电源,也可以是像商用交流电源那样的供给单相交流电力的电源。整流电路212是对从外部电源211供给的交流电力进行整流而转换为直流电力的电路。
作为外部电源211,还能够利用燃料电池或太阳能电池等直流电源。在该情况下,能够省略整流电路212。
供电电路213将从整流电路212供给的电力经由由供电线圈214和设在电动汽车22的受电线圈225形成的电磁耦合电路而非接触地供给至电动汽车22。具体而言,供电电路213将来自整流电路212的直流电力转换为交流电力并提供至供电线圈214,由此,实现对电动汽车22的非接触供电。
供电线圈214设置于地表面,是用于将从供电电路213供给的交流电力非接触地供电至电动汽车22的线圈。该供电线圈214和设在电动汽车22的受电线圈225配置成接近的状态,由此,形成上述的电磁耦合电路。所谓该电磁耦合电路,意味着供电线圈214和受电线圈225电磁耦合而进行从供电线圈214向受电线圈225的非接触的供电的电路。该电磁耦合电路也可以是以“电磁感应方式”进行供电的电路和以“电磁场共振方式”进行供电的电路的任一个电路。
如图5所示,作为移动车辆的电动汽车22具备马达221、逆变器222、接触器223、蓄电池224、受电线圈225(次级侧线圈)、受电电路226、充电装置227及负载装置228(第1负载装置)等。另外,电动汽车22具有自动调整受电线圈225相对于上述非接触电力传输装置21的供电线圈214的位置的功能。上述构成要素中的逆变器222、蓄电池224及充电装置227与直流总线2B1连接,接触器223、受电电路226及充电装置227与直流总线2B2连接。另外,接触器223及充电装置227构成本实施方式中的电力供给目的地设定单元。
马达221作为产生用于使电动汽车22移动的动力的动力产生源而搭载于电动汽车22,产生与逆变器222的驱动相应的动力。作为该马达221,能够使用永磁体型同步马达、感应马达等马达。逆变器222在控制部233(在图5中省略图示,参照图6)的控制下,使用从蓄电池224供给的电力来驱动马达221。
接触器223设在负载装置228与直流总线2B2之间、即受电电路226与负载装置228之间,在控制部233的控制下,切换受电电路226与负载装置228的连接状态和切断状态。具体而言,接触器223在受电线圈225相对于供电线圈214的位置调整时,为了将受电电路226与负载装置228连接而成为闭合状态,在位置调整完成后,为了将受电电路226与负载装置228切断而成为断开状态。
蓄电池224是搭载于电动汽车22的能够再充电的电池(例如,锂离子电池或镍氢电池等二次电池),供给用于驱动马达221的电力。
受电线圈225是设在电动汽车22的底部并用于非接触地接受从设在非接触电力传输装置21的供电线圈214供给的电力(交流电力)的线圈。该受电线圈225接近非接触电力传输装置21的供电线圈214,由此,形成前述的电磁耦合电路。即,受电线圈225以能够在与车辆外部的供电线圈214之间非接触地传输电力的方式构成。
受电电路226接受经由由非接触电力传输装置21的供电线圈214和受电线圈225形成的电磁耦合电路而非接触地供给的电力(交流电力),将所接受的电力转换为直流电力而供给至直流总线2B2。充电装置227是使用从受电电路226经由直流总线2B2而供给的电力(直流电力)来进行蓄电池224的充电的装置。负载装置228经由接触器223而与直流总线2B2连接。这样的负载装置228是例如具有既定的电阻值的电阻器,在通过接触器223而与受电电路226连接的状态的情况下,消耗从受电电路226供给的直流电力。
此外,上述的供电电路213、供电线圈214、受电线圈225及受电电路226的构成和动作的详细情况,在例如日本特开2009-225551号公报(「電力伝送システム」(“电力传输系统”))或者日本特开2008-236916号公报(「非接触電力伝送装置」(“非接触电力传输装置”))中公开。
图6是详细地示出本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。此外,在图6中,对与图5所示的构成相同的构成标记同一符号。如图6所示,上述的非接触电力传输装置21的整流电路212由三相全波整流电路(桥式整流电路)实现。另外,非接触电力传输装置21的供电电路213由将开关桥臂2L1、2L2(由串联连接的两个晶体管和与这两个晶体管分别并联连接的二极管构成的电路)并联连接而成的电路(逆变器)实现。此外,作为晶体管,能够使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)或功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)等。
此外,在供电电路213与供电线圈214之间设有两个电容器214a。该电容器214a与供电线圈214一起形成串联谐振电路。供电线圈214的一端经由一方的电容器214a而与供电电路213的开关桥臂2L1连接,供电线圈214的另一端经由另一方的电容器214a而与供电电路213的开关桥臂2L2连接。
除了上述的外部电源211~供电线圈214之外,非接触电力传输装置21还具备电压测量器215、电流测量器216、电能运算器217(第1供电量运算部)、无线通信装置218(第1装置侧输入部、第1装置侧输出部)及控制部219。上述电压测量器215及电流测量器216设在整流电路212与供电电路213之间,分别测量供电电路213的输入电压V1(t)及输入电流I1(t)。
电能运算器217使用由电压测量器215测量的输入电压V1(t)和由电流测量器216测量的输入电流I1(t)来求出供给至供电电路213的电力的电能P1(第1供电量)。具体而言,将V1(t)与I1(t)相乘而算出电能P1。此外,如果供电电路213及供电线圈214的损失为零,则供给至供电电路213的电力的电能P1与从供电线圈214供电的电力的电能(供电量)相等。电能P1表示供电线圈214供电至受电线圈225的电能。
无线通信装置218能够与设在电动汽车22的无线通信装置232进行各种信息的无线通信,将例如表示由电能运算器217求出的电能P1的信息发送至无线通信装置232,接收控制器233c输出的位置调整完成通知N(后述)。此外,在电动汽车22的无线通信装置232位于以无线通信装置218的设置位置为中心的半径为数米左右的区内的情况下,该无线通信装置218能够进行与无线通信装置232的通信。
控制部219根据无线通信装置218与无线通信装置232的通信而控制供电电路213。即,该控制部219根据无线通信装置218从无线通信装置232接收的信号(后述的位置调整完成通知N),使供电电路213输出至供电线圈214的电力切换为微小电力和大电力。
另外,如图6所示,电动汽车22的受电电路226通过由4个二极管构成的桥式整流电路和与桥式整流电路的输出端并联连接的电容器而实现。此外,在受电线圈225与受电电路226之间并联连接有电容器225a,在马达221安装有检测马达221的旋转角的旋转变压器或编码器等旋转角检测器221a。
除了上述的马达221~负载装置228之外,电动汽车22还具备电压测量器229、电流测量器230、电能运算器231(第1受电量运算部)、无线通信装置232(第1车辆侧输入部、第1车辆侧输出部)及控制部233。电压测量器229及电流测量器230设在受电电路226与负载装置228之间,分别测量从受电电路226向负载装置228的输入电压V2(t)及输入电流I2(t)。
电能运算器231使用由电压测量器229测量的输入电压V2(t)和由电流测量器230测量的输入电流I2(t),求出由受电电路226接受的电力的电能P2。即,电能运算器231构成为,求出受电线圈225接受的电力的供给目的地设定为负载装置228的情况下的由受电电路226接受的电能P2(第1受电量)。具体而言,将V2(t)与I2(t)相乘而算出电能P2。此外,如果受电线圈225及受电电路226的损失为零,则由受电电路226接受的电力的电能P2与由受电线圈225接受的电力的电能(受电量)相等。电能P2表示受电线圈225从供电线圈214接受的电能。
无线通信装置232能够与设在非接触电力传输装置21的无线通信装置218进行各种信息的无线通信,接收例如表示从无线通信装置218发送的电能P1的信息,发送控制器233c输出的位置调整完成通知N(后述)。此外,在非接触电力传输装置21的无线通信装置218位于以无线通信装置232自身为中心的半径为数米左右的区内的情况下,无线通信装置232能够进行与无线通信装置218的通信。
控制部233通过控制图5、图6所示的各块而控制电动汽车22的动作。例如,一边对安装于马达221的旋转角检测器221a的检测结果始终进行监视,一边对驱动马达221的逆变器222进行控制,由此,控制电动汽车22的行驶。另外,控制部233,在对蓄电池224进行充电的情况下,一边参照从非接触电力传输装置21向电动汽车22的电力传输效率ε,一边使在非接触电力传输装置21的设置场所或其附近停车的电动汽车22低速移动(行驶),调整电动汽车22的停车位置。
该控制部233,为了调整对上述的蓄电池224进行充电时的停车位置,具备效率计算器233a(第1效率计算部)、指令值生成器233b及控制器233c(指令生成部、控制部)。
效率计算器233a,在供电线圈214和受电线圈225的位置调整时,基于表示由电能运算器231求出的电能P2和由无线通信装置232接收的电能P1的信息,算出从非接触电力传输装置21向电动汽车22的电力传输效率ε。具体而言,通过用电能P2除以电能P1而算出电力传输效率ε。
指令值生成器233b根据由效率计算器233a算出的电力传输效率ε而生成马达221的旋转角指令值。控制器233c基于由指令值生成器233b生成的旋转角指令值,一边监视旋转角检测器221a的检测结果,一边对逆变器222输出转矩指令值。
控制器233c构成为,基于效率计算器233a使用电能P1及电能P2来算出的电力传输效率ε,生成用于使电动汽车22向适当的方向移动的内部指令,并且,基于该指令而经由逆变器222而控制马达221。即,控制器233c具有本发明中的指令生成部和控制部的两个功能。另外,作为上述指令生成部的指令值生成器233b,使用电能P1及电能P2,生成用于使电动汽车22移动的指令。此外,也可以与上述的第1实施方式同样地使指令值生成器233b具备作为本发明中的指令生成部的功能。
另外,控制器233c在通过驾驶者的操作而从未图示的操作装置输入充电指示的情况下,控制接触器223而使受电电路226与负载装置228成为连接状态。而且,控制器233c在由效率计算器233a算出的电力传输效率ε从上升转变成一定或者下降的时机,控制接触器223而使受电电路226与负载装置228成为切断状态,并且,将位置调整完成通知N输出至无线通信装置232。
马达221经由减速比已知的减速机(省略图示)而使半径已知的轮胎旋转,因而马达221的旋转角与电动汽车22的移动量处于一定的关系。
具体而言,如果将轮胎的半径设为r并将减速机的减速比设为n,则在马达旋转1周时,电动汽车22移动距离(2πr/n)。因此,通过控制马达221的旋转角,从而能够控制电动汽车22的移动量。
接着,对上述构成中的非接触电力传输装置21及电动汽车22的动作进行说明。图7是示出本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的动作的流程图。此外,以下,主要对使用从非接触电力传输装置21供给的电力来对搭载于电动汽车22的蓄电池224进行充电的情况下的动作进行说明。
首先,驾驶者驾驶电动汽车22,使电动汽车22移动至非接触电力传输装置21的设置场所或其附近并停车。此时,非接触电力传输装置21的控制部219判断车辆(电动汽车22)是否处于能够进行电力传输的区内(步骤S211)。例如,控制部219根据无线通信装置218是否能够与电动汽车22的无线通信装置232进行无线通信而判断电动汽车22是否处于能够进行电力传输的区内。
在控制部219判断为电动汽车22未处于能够进行电力传输的区内的情况下(在步骤S211的判断结果为“否”的情况下),结束图7所示的非接触电力传输装置21的一系列的处理。相对于此,在控制部219判断为电动汽车22处于能够进行电力传输的区内的情况下(在步骤S211的判断结果为“是”的情况下),使供电电路213进行动作而使微小电力的传输开始(步骤S212)。此外,在电动汽车22处于能够进行电力传输的区内的情况下,由非接触电力传输装置21的供电线圈214和电动汽车22的受电线圈225形成电磁耦合电路。
驾驶者在使电动汽车22移动至非接触电力传输装置21的设置场所或其附近并停车之后,对电动汽车22的未图示的操作装置进行充电指示。根据该指示,电动汽车22的控制器233c通过使接触器223成为闭合状态,从而使受电电路226与负载装置228成为连接状态,控制受电电路226而使受电动作开始,另一方面,控制充电装置227而使其停止动作(步骤S221)。
即,控制器233c在受电线圈225相对于供电线圈214的位置调整的开始的同时,将受电电路226的电力供给目的地从充电装置227切换为负载装置228。此外,负载装置228相对于受电电路226的负载比充电装置227大幅减轻。因此,控制部219在上述步骤S212中,在受电电路226的电力供给目的地设定为充电装置227的状态下,使供电电路213进行动作,从而将比供电至电动汽车22的电力大幅减小的微小电力供电至电动汽车22。
接着,控制器233c判断来自非接触电力传输装置21的上述微小电力的电力传输是否开始(步骤S222)。例如,判断是否从非接触电力传输装置21的无线通信装置218发送表示电力传输开始的信号。控制器233c在判断为电力传输未开始的情况下(在步骤S222的判断结果为“否”的情况下),重复进行上述的判断。相对于此,控制器233c在判断为电力传输开始的情况下(在步骤S222的判断结果为“是”的情况下),控制逆变器222而使电动汽车22开始前进(步骤S223)。此时,逆变器222使用从蓄电池224供给的电力来驱动马达221。
控制器233c如果使电动汽车22开始前进,则判断是否由于电动汽车22的前进而导致由效率计算器233a算出的电力传输效率ε上升(步骤S224)。控制器233c在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S224的判断结果为“是”的情况下),控制逆变器222而使电动汽车22的低速前进继续(步骤S225)。接着,控制器233c再次判断是否由于电动汽车22的前进而导致由效率计算器233a算出的电力传输效率ε上升(步骤S226)。
控制器233c在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S226的判断结果为“是”的情况下),控制逆变器222而使电动汽车22的低速前进继续(步骤S225)。相对于此,控制器233c在判断为电力传输效率ε未上升的情况下(在步骤S226的判断结果为“否”的情况下),控制逆变器222而使电动汽车22停止(步骤S227)。即,控制器233c在电动汽车22前进时,在电力传输效率ε从上升转变为一定或者下降的情况下,使电动汽车22停止。在该停止的时间点,受电线圈225相对于供电线圈214的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
另一方面,控制器233c在刚刚使电动汽车22开始前进之后,在判断为未因电动汽车22的前进导致由效率计算器233a算出的电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S224的判断结果为“否”的情况下),控制逆变器222而使电动汽车22开始后退(步骤S228)。接着,控制器233c使电动汽车22的低速后退继续(步骤S229),判断是否由于后退而导致由效率计算器233a算出的电力传输效率ε上升(步骤S230)。
控制器233c在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S230的判断结果为“是”的情况下),控制逆变器222而使电动汽车22的低速后退继续(步骤S229)。相对于此,控制器233c在判断为电力传输效率ε未上升的情况下(在步骤S230的判断结果为“否”的情况下),控制逆变器222而使电动汽车22停止(步骤S231)。即,控制器233c在电动汽车22后退时,在电力传输效率ε从上升转变为一定或者下降的情况下,使电动汽车22停止。在该停止的时间点,受电线圈225相对于供电线圈214的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
如果通过步骤S227或步骤S231的处理而使电动汽车22停止,则控制器233c使接触器223成为断开状态而使受电电路226与负载装置228成为切断状态。而且,控制器233c将通知位置调整完成且电动汽车22停止且使接触器223成为切断状态(断开状态)的位置调整完成通知N发送至无线通信装置232(步骤S232)。即,控制器233c将受电电路226的电力供给目的地从负载装置228切换为充电装置227。接着,控制器233c在步骤S232之后,控制充电装置227而使充电动作开始,另一方面,控制逆变器222而使其停止动作(步骤S233)。
其结果是,在电动汽车22中,由充电装置227进行蓄电池224的充电(步骤S234)。具体而言,来自非接触电力传输装置21的交流电力经由由供电线圈214和受电线圈225形成的电磁耦合电路而非接触地传输至电动汽车22并由受电电路226接受。由受电电路226接受的交流电力转换为直流电力,该转换后的直流电力供给至充电装置227。因而,使用该直流电流的蓄电池224的充电由充电装置227进行。接着,如果通过充电装置227而进行的充电导致蓄电池224成为充满状态,则控制器233c使充电装置227停止而使蓄电池224的充电停止(步骤S235)。
另一方面,当在步骤S212中开始微小电力的传输之后,如果无线通信装置218从无线通信装置232接收上述的位置调整完成通知N(接触器223的切断状态的通知),则非接触电力传输装置21的控制部219控制供电电路213而使增大的用于充电的电力(对蓄电池224进行充电的大电力)的传输从供电线圈214开始(步骤S213)。即,控制部219将从供电线圈214传输的电力从微小电力切换为充电用的大电力。
控制部219,当在步骤S213中使增大的用于充电的电力的传输开始之后,判断搭载于电动汽车22的蓄电池224的充电是否完成(步骤S214)。
例如,控制部219判断是否从电动汽车22的无线通信装置232发送表示蓄电池224的充电完成的信号。控制部219在判断为充电未完成的情况下(在步骤S214的判断结果为“否”的情况下),重复进行上述步骤S214的判断。相对于此,控制部219在判断为充电完成的情况下(在步骤S214的判断结果为“是”的情况下),使供电电路213停止而使电力传输停止(步骤S215)。
如以上那样,在本实施方式中,通过求出从非接触电力传输装置21向电动汽车22的电力传输效率ε,一边参照该电力传输效率ε,一边使电动汽车22前后移动,从而调整非接触电力传输装置21的供电线圈214和电动汽车22的受电线圈225的位置。因此,即使是大小和受电线圈225的安装位置不同的电动汽车22,也能够正确地调整位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使供电线圈214和受电线圈225单独地移动的机构等,因而也不招致大型化及成本上升。
另外,在本实施方式中,基于供给至非接触电力传输装置21的供电电路213的电力的电能P1和由电动汽车22的受电电路226接受的电力的电能P2,求出从非接触电力传输装置21向电动汽车22的电力传输效率ε。该电力传输效率ε不但是供电线圈214与受电线圈225之间的电力传输效率,而且还是包括供电电路213和受电电路226的电力传输效率,与实际的电力传输效率大致相同。因此,能够将非接触电力传输装置21的供电线圈214和电动汽车22的受电线圈225的位置调整为更适当的位置,使得实际的电力传输效率变得最大。
另外,在本实施方式中,在进行供电线圈214和受电线圈225的位置调整时,使用蓄电池224的电力来对马达221进行驱动控制。即,不使用从供电线圈214供电的电力就进行上述位置调整。由此,在位置调整时,没有必要从供电线圈214供给用于驱动马达221的电力,只要供给位置调整所需要的最低限度的微小电力即可。作为结果,能够减小从供电线圈214输出的电力内的未被受电线圈225接受的电力损失。
以上,对本发明的第2实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置进行了说明,但本发明不限制于上述第2实施方式,能够在本发明的范围内自由地变更。例如,在上述第2实施方式中,一边参照从非接触电力传输装置21向电动汽车22的电力传输效率ε一边使电动汽车22前后移动而进行位置调整,但也可以代替电力传输效率ε一边参照由电能运算器231求出的电能P2(由受电电路226接受的电力)一边使电动汽车22前后移动而进行位置调整。即,控制器233c也可以构成为,使用由电能运算器231求出的电能P2,生成用于使电动汽车22向适当的方向移动的内部指令,并且,基于该指令而经由逆变器222而控制马达221。
非接触电力传输装置21及供电线圈214也可以未严格地与地表面一致地设置。例如,也可以在不使非接触电力传输的效率显著地下降的范围内埋入而比地表面更低地设置,也可以在不对电动汽车22的行驶显著地造成障碍的范围内突出而比地表面更高地设置。
另外,在上述第2实施方式中,举例说明了使电动汽车22前后移动而进行位置调整的情况,但如果是能够沿左右方向直线地移动的移动车辆,则能够使其沿左右方向移动而进行位置调整。此外,移动车辆如果不操作转向装置,则仅能够前后移动,一般不能沿左右方向直线地移动。因此,期望使用即使产生左右方向的位置偏离,也不招致传输效率的大幅的下降的供电线圈。
因而,也可以将非接触电力传输装置21的供电线圈214以与上述的第1实施方式的图4中的供电线圈114同样的构成配置。
另外,在上述第2实施方式中,在进行位置调整时,使电动汽车22连续地前进或者后退,但也可以不是连续移动,而是微小距离的间歇移动。此外,比较进行间歇移动之前的电力传输效率ε和进行1次间歇动作之后的电力传输效率ε而判断电力传输效率ε上升还是下降。
另外,在上述第2实施方式中,在图7中的步骤S211中,根据非接触电力传输装置21的无线通信装置218是否能够与电动汽车22的无线通信装置232进行无线通信而判断电动汽车22是否处于能够进行电力传输的区内。然而,也可以基于通过GPS(Global Positioning System:全球定位系统)等而得到的电动汽车22的位置,判断电动汽车22是否处于能够进行电力传输的区内。
此外,在将非接触电力传输装置21设置于电动汽车22的移动方向限制为一个方向的场所(例如,限制为仅前进的场所)的情况下,在电动汽车22刚刚进入能够进行电力传输的区之后使电动汽车22停车即可。即,以受电线圈225配置于能够进行电力传输的区的外缘的附近的方式使电动汽车22停车即可。
由此,如果使电动汽车22前进,则电力传输效率ε上升,图7中的步骤S224的判断结果始终成为“是”,因而能够防止电动汽车22后退。
另外,在正在进行位置调整时,电力传输效率ε显著地下降的情况下,期望电动汽车22的控制器233c进行使电动汽车22停止的控制,经由无线通信装置232而将电力传输效率ε显著地下降的意思通知至非接触电力传输装置21,使电力的传输停止。由此,能够防止正在进行位置调整时产生的未预料到的异常。
另外,在上述第2实施方式中,举例说明了供电对象为搭载有蓄电池的电动汽车的情况,但本发明还能够适用于插电式混合动力汽车,还能够适用于输送车。而且,还能够适用于无人式移动车辆。
另外,在上述第2实施方式中,将接触器223用作切换电力的供给路的单元,但也可以使用继电器或FET(Field Effect Transistor:场效应晶体管)等电子开关,以代替接触器223。
另外,在上述第2实施方式中,将电阻器用作负载装置228,但只要是能够消耗微小电力(几W左右)的负载装置228,也可以使用电子负载装置。例如,也可以由转换器对微小电力的一部分进行电压转换,用作电动汽车22内部的各种设备(电子负载装置)的控制电源的辅助。
另外,在上述第2实施方式中,在位置调整时,使接触器223成为连接状态(闭合状态),并且,停止充电装置227,另外,在位置调整完成时,使接触器223成为切断状态(断开状态),并且,使充电装置227开始充电动作。由此,将受电线圈225接受的电力的供给目的地切换为负载装置228或者蓄电池224(充电装置227)。可是,本发明不限定于此。例如,也可以在负载装置228与直流总线2B2的连接点,设置将受电电路226的连接目的地切换为充电装置227或者负载装置228的开关电路,以代替接触器223。即,开关电路也可以通过将受电电路226的连接目的地切换为充电装置227或者负载装置228,从而将受电线圈225接受的电力的供给目的地切换为负载装置228或者蓄电池224(充电装置227)。其结果是,在位置调整时,受电电路226与充电装置227成为切断状态,因而没有必要使充电装置227停止。
另外,在上述第2实施方式中,非接触电力传输装置21,在电动汽车22的位置调整时和充电时,将从供电线圈214传输的电力切换为微小电力或者充电用的大电力,但本发明不限定于此。例如,非接触电力传输装置21也可以在位置调整时和充电时不切换从供电线圈214传输的电力,而是继续从供电线圈214传输一定的充电用大电力。但是,此时,有必要将电动汽车22的负载装置228设定为能够消耗充电用大电力的负载。在该情况下,电动汽车22没有必要将位置调整完成通知N发送至非接触电力传输装置21。
而且,也可以将电动汽车和非接触电力传输装置构成为能够一起实施上述的第1及第2实施方式。例如,也可以构成为基于既定的条件而将用于车辆的位置调整的电力的供给目的地在蓄电池224与负载装置228切换。
[第3实施方式]
接着,参照附图,对本发明的第3实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置详细地进行说明。图8是示出本发明的第3实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图。
如图8所示,本实施方式的非接触电力传输装置31设置于地表面。非接触电力传输装置31能够在作为行驶于地面的移动车辆的电动汽车32以预定的位置关系(形成后述的电磁耦合电路的位置关系)停车时,对电动汽车32非接触地传输电力(用于对蓄电池333进行充电的电力)。该非接触电力传输装置31具备外部电源311、整流电路312、地面侧供电电路313、地面侧受电电路314、地面侧开关315、地面侧线圈316(初级侧线圈)及负载装置317(第2负载装置)等。
外部电源311是供给为了生成应该传输至电动汽车32的电力而需要的电力的电源,是供给例如电压为200[V]的三相交流电力的电源。此外,该外部电源311不限于三相交流电源,也可以是像商用交流电源那样的供给单相交流电力的电源。整流电路312是对从外部电源311供给的交流电力进行整流而转换为直流电力的电路。此外,作为外部电源311,还能够利用燃料电池或太阳能电池等直流电源。在该情况下,也可以省略整流电路312,将上述直流电源与地面侧供电电路313直接连接。
地面侧供电电路313将从整流电路312供给的直流电力转换为交流电力,在通过地面侧开关315而与地面侧线圈316连接的情况下,将上述交流电力供给至地面侧线圈316。由此,地面侧供电电路313经由由地面侧线圈316和后述的设在电动汽车32的车辆侧线圈334形成的电磁耦合电路而非接触将电力供给至电动汽车32。
地面侧受电电路314在通过地面侧开关315而与地面侧线圈316连接的情况下,接受经由由电动汽车32的车辆侧线圈334和地面侧线圈316形成的电磁耦合电路而非接触地供给的电力(交流电力),将所接受的电力转换为直流电力而供给至负载装置317。
地面侧开关315在控制部322(在图8中省略图示,参照图9)的控制下,将地面侧线圈316的连接目的地选择性地切换为地面侧供电电路313或地面侧受电电路314。作为地面侧开关315,能够利用利用半导体的电子开关或由螺线管线圈使接点物理地活动而切换接触/非接触的机械的接触器。具体而言,地面侧开关315在电动汽车32的车辆侧线圈334相对于地面侧线圈316的位置调整时,将地面侧线圈316的连接目的地切换为地面侧受电电路314。另一方面,地面侧开关315在对位置调整完成后的电动汽车32供电时,将地面侧线圈316的连接目的地切换为地面侧供电电路313。
地面侧线圈316设置于地表面,两端与地面侧开关315连接。如果外部磁场(车辆侧线圈334导致的磁场)进行作用,则该地面侧线圈316由于电磁感应而产生电动势。地面侧线圈316在通过地面侧开关315而与地面侧受电电路314连接的情况下,经由地面侧开关315而将上述电动势输出至地面侧受电电路314。另一方面,地面侧线圈316在通过地面侧开关315而与地面侧供电电路313连接的情况下,配置成与设在电动汽车32的车辆侧线圈334接近的状态,由此,使用从地面侧供电电路313经由地面侧开关315而供给的交流电力来非接触供电至电动汽车32的车辆侧线圈334。
即,由地面侧线圈316和设在电动汽车32的车辆侧线圈334形成电磁耦合电路。该电磁耦合电路意味着地面侧线圈316和车辆侧线圈334电磁耦合而进行从地面侧线圈316向车辆侧线圈334或从车辆侧线圈334向地面侧线圈316的非接触的供电的电路。该电磁耦合电路也可以是以“电磁感应方式”进行供电的电路和以“电磁场共振方式”进行供电的电路的任一个电路。
负载装置317与地面侧受电电路314连接。这样的负载装置317是例如具有既定的电阻值的电阻器,消耗从地面侧受电电路314供给的直流电力。
如图8所示,作为移动车辆的电动汽车32具备马达331、逆变器332、蓄电池333、车辆侧线圈334(次级侧线圈)、车辆侧开关335、车辆侧受电电路336、车辆侧供电电路337及充电装置338等。另外,电动汽车32具有自动调整车辆侧线圈334相对于上述非接触电力传输装置31的地面侧线圈316的位置的功能。
马达331作为产生用于使电动汽车32移动的动力的动力产生源而搭载于电动汽车32,产生与逆变器332的驱动相应的动力。作为该马达331,能够使用永磁体型同步马达、感应马达等马达。逆变器332,在控制部343(在图8中省略图示,参照图9)的控制下,使用从蓄电池333供给的电力来驱动马达331。
蓄电池333是搭载于电动汽车32的能够再充电的电池(例如,锂离子电池或镍氢电池等二次电池),供给用于驱动马达331的电力。
车辆侧线圈334设在电动汽车32的底部,两端与车辆侧开关335连接。如果外部磁场(地面侧线圈316导致的磁场)进行作用,则该车辆侧线圈334由于电磁感应而产生电动势,在通过车辆侧开关335而与车辆侧受电电路336连接的情况下,经由车辆侧开关335而将上述电动势输出至车辆侧受电电路336。另一方面,车辆侧线圈334在通过车辆侧开关335而与车辆侧供电电路337连接的情况下,如果从车辆侧供电电路337经由车辆侧开关335而供给交流电力,则使用该交流电力来非接触供电至非接触电力传输装置31的地面侧线圈316。即,车辆侧线圈334以能够在与车辆外部的地面侧线圈316之间非接触地传输电力的方式构成。
车辆侧开关335在控制部343的控制下,将车辆侧线圈334的连接目的地选择性地切换为车辆侧受电电路336或车辆侧供电电路337。作为车辆侧开关335,能够利用利用半导体的电子开关或由螺线管线圈使接点物理地活动而切换接触/非接触的机械的接触器。具体而言,车辆侧开关335在车辆侧线圈334相对于地面侧线圈316的位置调整时,将车辆侧线圈334的连接目的地切换为车辆侧供电电路337。另一方面,车辆侧开关335在对位置调整完成后的电动汽车32供电时,将车辆侧线圈334的连接目的地切换为车辆侧受电电路336。
车辆侧受电电路336,在通过车辆侧开关335而与车辆侧线圈334连接的情况下,接受经由由非接触电力传输装置31的地面侧线圈316和车辆侧线圈334形成的电磁耦合电路而非接触地供给的电力(交流电力),将所接受的电力转换为直流电力而供给至充电装置338。
车辆侧供电电路337将从蓄电池333供给的直流电力转换为交流电力,在通过车辆侧开关335而与车辆侧线圈334连接的情况下,将上述交流电力供给至车辆侧线圈334,由此,经由由车辆侧线圈334和非接触电力传输装置31的地面侧线圈316形成的电磁耦合电路而非接触地将电力供给至非接触电力传输装置31。
充电装置338是使用从车辆侧受电电路336供给的电力(直流电力)来进行蓄电池333的充电的装置。
此外,关于上述的地面侧供电电路313、地面侧受电电路314、地面侧线圈316、车辆侧线圈334、车辆侧受电电路336及车辆侧供电电路337的构成和动作,在例如日本特开2009-225551号公报(「電力伝送システム」(“电力传输系统”))或者日本特开2008-236916号公报(「非接触電力伝送装置」(“非接触电力传输装置”))中公开。
图9是详细地示出本发明的一个实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。此外,在图9中,对与图8所示的构成相同的构成标记同一符号。如图9所示,上述的非接触电力传输装置31的整流电路312由三相全波整流电路(桥式整流电路)实现。另外,非接触电力传输装置31的地面侧供电电路313由将开关桥臂3L1、3L2(由串联连接的两个晶体管和与这两个晶体管分别并联连接的二极管构成的电路)并联连接而成的电路(逆变器)实现。此外,作为晶体管,能够使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)或功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)等。
另外,在地面侧供电电路313与地面侧开关315之间设有两个电容器316a。该电容器316a在经由地面侧开关315而与地面侧线圈316连接的情况下,与地面侧线圈316一起形成串联谐振电路。地面侧线圈316在通过地面侧开关315而与地面侧供电电路313连接的情况下,一端经由一方的电容器316a而与地面侧供电电路313的开关桥臂3L1连接,另一端经由另一方的电容器316a而与地面侧供电电路313的开关桥臂3L2连接。
另外,地面侧受电电路314通过由4个二极管构成的桥式整流电路和与桥式整流电路的输出端并联连接的电容器而实现。此外,在地面侧受电电路314与地面侧开关315之间并联连接有电容器316b。
除了上述的外部电源311~负载装置317之外,非接触电力传输装置31还具备电压测量器318、电流测量器319、电能运算器320(第2受电量运算部)、无线通信装置321(第1装置侧输入部、第2装置侧输出部)及控制部322。
上述电压测量器318及电流测量器319设在地面侧受电电路314与负载装置317之间,分别测量负载装置317的输入电压V1(t)及输入电流I1(t)。
电能运算器320使用由电压测量器318测量的输入电压V1(t)和由电流测量器319测量的输入电流I1(t),求出由地面侧受电电路314接受的电力的电能P1(第2受电量)。具体而言,将V1(t)与I1(t)相乘而算出电能P1。此外,如果地面侧受电电路314、地面侧开关315及地面侧线圈316的损失为零,则由地面侧受电电路314接受的电力的电能P1与由地面侧线圈316接受的电力的电能(受电量)相等。电能P1表示地面侧线圈316从车辆侧线圈334接受的电能。
无线通信装置321能够与设在电动汽车32的无线通信装置342进行各种信息的无线通信,将例如表示由电能运算器320求出的电能P1的信息发送至无线通信装置342,接收电动汽车32的控制器343c(后述)输出的位置调整完成通知N(后述)。此外,在电动汽车32的无线通信装置342位于以无线通信装置321的设置位置为中心的半径为数米左右的区内的情况下,该无线通信装置321能够进行与无线通信装置342的通信。
控制部322根据无线通信装置321与无线通信装置342的通信而控制地面侧供电电路313及地面侧开关315。即,该控制部322根据无线通信装置321从无线通信装置342接收的信号而控制地面侧供电电路313,由此,控制从地面侧供电电路313输出至地面侧线圈316的电力。另外,控制部322控制地面侧开关315,由此,将地面侧线圈316的连接目的地切换为地面侧供电电路313或地面侧受电电路314。
另外,如图9所示,电动汽车32的车辆侧受电电路336通过由4个二极管构成的桥式整流电路和与桥式整流电路的输出端并联连接的电容器而实现。此外,在车辆侧受电电路336与车辆侧开关335之间并联连接有电容器334a,在马达331安装有检测马达331的旋转角的旋转变压器或编码器等旋转角检测器331a。
另外,车辆侧供电电路337由将开关桥臂3L1a、3L2a(由串联连接的两个晶体管和与这两个晶体管分别并联连接的二极管构成的电路)并联连接而成的电路(逆变器)实现。此外,作为晶体管,能够与非接触电力传输装置31的地面侧供电电路313与同样地使用IGBT或功率MOSFET等。
另外,在车辆侧供电电路337与车辆侧开关335之间设有两个电容器334b。该电容器334b在经由车辆侧开关335而与车辆侧线圈334连接的情况下,与车辆侧线圈334一起形成串联谐振电路。车辆侧线圈334在通过车辆侧开关335而与车辆侧供电电路337连接的情况下,一端经由一方的电容器334b而与车辆侧供电电路337的开关桥臂3L1a连接,另一端经由另一方的电容器334b而与地面侧供电电路313的开关桥臂3L2a连接。
除了上述的马达331~充电装置338.之外,电动汽车32还具备电压测量器339、电流测量器340、电能运算器341(第2供电量运算部)、无线通信装置342(第2车辆侧输入部、第1车辆侧输出部)及控制部343。
电压测量器339及电流测量器340设在车辆侧供电电路337与蓄电池333之间,分别测量车辆侧供电电路337的输入电压V2(t)及输入电流I2(t)。
电能运算器341,使用由电压测量器339测量的输入电压V2(t)和由电流测量器340测量的输入电流I2(t),求出供给至车辆侧供电电路337的电力的电能P2(第2供电量)。具体而言,将V2(t)与I2(t)相乘而算出电能P2。此外,如果车辆侧线圈334、车辆侧开关335及车辆侧供电电路337的损失为零,则供给至车辆侧供电电路337的电力的电能P2与从车辆侧线圈334供电的电力的电能(供电量)相等。电能P2表示车辆侧线圈334供电至地面侧线圈316的电能。
无线通信装置342能够与设在非接触电力传输装置31的无线通信装置321进行各种信息的无线通信,接收例如表示从无线通信装置321发送的电能P1的信息,发送控制器343c输出的位置调整完成通知N(后述)。此外,在非接触电力传输装置31的无线通信装置321位于以无线通信装置342自身为中心的半径为数米左右的区内的情况下,无线通信装置342能够进行与无线通信装置321的通信。
控制部343通过控制图8、图9所示的各块而控制电动汽车32的动作。例如,一边对安装于马达331的旋转角检测器331a的检测结果始终进行监视,一边对驱动马达221的逆变器332进行控制,由此,控制电动汽车32的行驶。另外,控制部343在车辆侧线圈334相对于非接触电力传输装置31的地面侧线圈316的位置调整时,一边参照从电动汽车32向非接触电力传输装置31的电力传输效率ε(后述),一边使在非接触电力传输装置31的设置场所或其附近停车的电动汽车32低速移动(行驶),调整电动汽车32的停车位置。
该控制部343为了调整对上述的蓄电池333进行充电时的停车位置,具备效率计算器343a(第2效率计算部)、指令值生成器343b及控制器343c(指令生成部、控制部)。
效率计算器343a在地面侧线圈316和车辆侧线圈334的位置调整时,基于表示由电能运算器341求出的电能P2和由无线通信装置342接收的电能P1的信息,算出从电动汽车32向非接触电力传输装置31的电力传输效率ε。具体而言,通过用电能P1除以电能P2而算出电力传输效率ε。
指令值生成器343b根据由效率计算器343a算出的电力传输效率ε而生成马达331的旋转角指令值。控制器343c基于由指令值生成器343b生成的旋转角指令值,一边监视旋转角检测器331a的检测结果,一边对逆变器332输出转矩指令值。
控制器343c构成为,基于效率计算器343a使用电能P1及电能P2来算出的电力传输效率ε,生成用于使电动汽车32向适当的方向移动的内部指令,并且,基于该指令而经由逆变器332而控制马达331。即,控制器343c具有本发明中的指令生成部和控制部的两个功能。另外,作为上述指令生成部的指令值生成器343b,使用电能P1及电能P2,生成用于使电动汽车32移动的指令。此外,也可以与上述的第1实施方式同样地使指令值生成器343b具备作为本发明中的指令生成部的功能。
另外,控制器343c在通过驾驶者的操作而从未图示的操作装置输入充电指示的情况下,控制车辆侧开关335而将车辆侧开关335的连接目的地切换为车辆侧供电电路337。而且,控制器343c在由效率计算器343a算出的电力传输效率ε从上升转变成一定或者下降的时机,控制车辆侧开关335而将车辆侧开关335的连接目的地切换为车辆侧受电电路336,并且,将位置调整完成通知N输出至无线通信装置342。
马达331经由减速比已知的减速机(省略图示)而使半径已知的轮胎旋转,因而马达331的旋转角与电动汽车32的移动量处于一定的关系。
具体而言,如果将轮胎的半径设为r并将减速机的减速比设为n,则在马达旋转1周时,电动汽车32移动距离(2πr/n)。因此,通过控制马达331的旋转角,从而能够控制电动汽车32的移动量。
接着,对上述构成中的非接触电力传输装置31及电动汽车32的动作进行说明。图10是示出本发明的第3实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的动作的流程图。
首先,驾驶者驾驶电动汽车32,使电动汽车32移动至非接触电力传输装置31的设置场所或其附近并停车,然后,对电动汽车32的未图示的操作装置进行充电指示。此时,电动汽车32的控制器343c控制充电装置338而使其停止动作(步骤S311),控制车辆侧开关335而将车辆侧线圈334的连接目的地切换为车辆侧供电电路337(步骤S312),为了测量电力传输效率ε,使车辆侧供电电路337进行动作,使微小电力的传输开始(步骤S313)。此外,在电动汽车32处于能够进行非接触电力传输装置31的供电的区内的情况下,由非接触电力传输装置31的地面侧线圈316和电动汽车32的车辆侧线圈334形成电磁耦合电路。
另一方面,非接触电力传输装置31的控制部322判断电动汽车32是否处于能够进行非接触电力传输装置31的供电的区内。例如,控制部322根据无线通信装置321是否能够与电动汽车32的无线通信装置342进行无线通信,来判断电动汽车32是否处于能够进行非接触电力传输装置31的供电的区内。
控制部322,在判断为电动汽车32处于能够进行非接触电力传输装置31的供电的区内的情况下,控制地面侧开关315而将地面侧线圈316的连接目的地切换为地面侧受电电路314(步骤S331)。由此,如图11所示,地面侧线圈316从电动汽车32接受的电力经由地面侧开关315及地面侧受电电路而供给至负载装置317。此外,在图11中,由符号F1表示用于效率测量的电力的流动,由符号F2表示用于驱动马达331的电力的流动。
相对于此,如果开始微小电力的传输,则电动汽车32的控制器343c控制逆变器332而使电动汽车32开始前进(步骤S314)。此时,逆变器332基于从蓄电池333供给的电力而驱动马达331。
控制器343c如果使电动汽车32开始前进,则判断是否由于电动汽车32的前进而导致由效率计算器343a算出的电力传输效率ε上升(步骤S315)。控制器343c在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S315的判断结果为“是”的情况下),控制逆变器332而使电动汽车32的低速前进继续(步骤S316)。接着,控制器343c再次判断是否由于电动汽车32的前进而导致由效率计算器343a算出的电力传输效率ε上升(步骤S317)。
控制器343c在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S317的判断结果为“是”的情况下),控制逆变器332而使电动汽车32的低速前进继续(步骤S316)。相对于此,控制器343c在判断为电力传输效率ε未上升的情况下(在步骤S317的判断结果为“否”的情况下),控制逆变器332而使电动汽车32停止(步骤S318)。即,控制器343c在电动汽车32前进时,在电力传输效率ε从上升转变为一定或者下降的情况下,使电动汽车32停止。在该停止的时间点,车辆侧线圈334相对于地面侧线圈316的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
另一方面,控制器343c在刚刚使电动汽车32开始前进之后,在判断为未因电动汽车32的前进导致由效率计算器343a算出的电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S315的判断结果为“否”的情况下),控制逆变器332而使电动汽车32开始后退(步骤S319)。接着,控制器343c使电动汽车32的低速后退继续(步骤S320),判断是否由于后退而导致由效率计算器343a算出的电力传输效率ε上升(步骤S321)。
控制器343c,在判断为电力传输效率ε上升的情况下(在步骤S321的判断结果为“是”的情况下),控制逆变器332而使电动汽车32的低速后退继续(步骤S320)。相对于此,控制器343c在判断为电力传输效率ε未上升的情况下(在步骤S321的判断结果为“否”的情况下),控制逆变器332而使电动汽车32停止(步骤S322)。即,控制器343c在电动汽车32后退时,在电力传输效率ε从上升转变为一定或者下降的情况下,使电动汽车32停止。在该停止的时间点,车辆侧线圈334相对于地面侧线圈316的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
如果通过步骤S318或步骤S322的处理而使电动汽车32停止,则控制器343c停止用于测量电力传输效率ε的微小电力的传输,并且,控制车辆侧开关335而将车辆侧线圈334的连接目的地切换为车辆侧受电电路336。而且,控制器343c将通知位置调整完成且电动汽车32停止且停止微小电力的传输的位置调整完成通知N发送至无线通信装置342(步骤S323)。接着,在步骤S323之后,控制器343c控制充电装置338而使充电动作开始,另一方面,控制逆变器332而使其停止动作(步骤S324)。
另一方面,非接触电力传输装置31的控制部322在步骤S331之后,如果无线通信装置321从无线通信装置342接收上述的位置调整完成通知N,则控制地面侧开关315而将地面侧线圈316的连接目的地切换为地面侧供电电路313,控制地面侧供电电路313而使充电用的电力(对蓄电池333进行充电的大电力)的传输从地面侧线圈316开始(步骤S332)。即,控制部322从地面侧线圈316传输充电用的大电力。
其结果是,在电动汽车32中,由充电装置338进行蓄电池333的充电(步骤S325)。具体而言,如图12所示,来自非接触电力传输装置31的交流电力,经由由地面侧线圈316和车辆侧线圈334形成的电磁耦合电路而非接触地传输至电动汽车32并由车辆侧受电电路336接受。此外,在图12中,由符号F3表示用于充电的电力的流动。由车辆侧受电电路336接受的交流电力转换为直流电力,该转换后的直流电力供给至充电装置338。因而,使用该直流电力的蓄电池333的充电由充电装置338进行。接着,如果通过充电装置338而进行的充电导致蓄电池333成为充满状态,则控制器343c使充电装置338停止而使蓄电池333的充电停止(步骤S326)。
当在步骤S332中开始充电用的电力的传输之后,控制部322判断搭载于电动汽车32的蓄电池333的充电是否完成(步骤S333)。例如,控制部322判断是否从电动汽车32的无线通信装置342发送表示蓄电池333的充电完成的信号。控制部322在判断为充电未完成的情况下(在步骤S333的判断结果为“否”的情况下),重复进行上述步骤S333的判断。相对于此,控制部322在判断为充电完成的情况下(在步骤S333的判断结果为“是”的情况下),使地面侧供电电路313停止而使电力传输停止(步骤S334)。
这样的本实施方式,使用这样的原理:由于车辆侧线圈334和地面侧线圈316全都是无源的(不进行像半导体那样的有源的动作)电路元件,因而如果车辆侧线圈334与地面侧线圈316的电磁耦合强,则不论电力传输的方向(从车辆侧向地面侧、从地面侧向车辆侧)如何,都可效率良好地进行非接触电力传输。即,利用这样的原理:在调整车辆侧线圈334的位置时,将车辆侧线圈334用作输电线圈,将地面侧线圈316用作受电线圈,进行调整使得从电动汽车32向非接触电力传输装置31的非接触电力传输的电力传输效率变高,由此,将车辆侧线圈334用作受电线圈并将地面侧线圈316用作输电线圈而进行从非接触电力传输装置31向电动汽车32的非接触电力传输时的电力传输效率也变高。
如以上那样,在本实施方式中,通过求出从电动汽车32向非接触电力传输装置31的电力传输效率ε,一边参照该电力传输效率ε,一边使电动汽车32前后移动,从而调整非接触电力传输装置31的地面侧线圈316和电动汽车32的车辆侧线圈334的位置。因此,即使是大小和车辆侧线圈334的安装位置不同的电动汽车32,也能够正确地调整位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使地面侧线圈316和车辆侧线圈334单独地移动的机构等,因而也不招致大型化及成本上升。
另外,在本实施方式中,成为在车辆侧线圈334的位置调整时,由设在非接触电力传输装置31的负载装置317消耗从车辆侧线圈334供电至地面侧线圈316的电力的构成,因而与在电动汽车32设有负载装置并由上述负载装置消耗从地面侧线圈316供电至车辆侧线圈334的电力的构成的情况相比,能够防止电动汽车32的重量增加导致的移动性能的下降。
以上,对本发明的一个实施方式进行了说明,但本发明不限制于上述第3实施方式,能够在本发明的范围内自由地变更。例如,在上述第3实施方式中,一边参照从电动汽车32向非接触电力传输装置31的电力传输效率ε,一边使电动汽车32前后移动,进行位置调整,但也可以代替电力传输效率ε一边参照电能P1(由非接触电力传输装置31接受的电力),一边使电动汽车32前后移动,进行位置调整。即,控制器343c也可以构成为,使用从无线通信装置321输入至无线通信装置342的电能P1,生成用于使电动汽车32向适当的方向移动的内部指令,并且,基于该指令而经由逆变器332而控制马达331。
非接触电力传输装置31及地面侧线圈316也可以未严格地与地表面一致地设置。例如,也可以在不使非接触电力传输的效率显著地下降的范围内埋入而比地表面更低地设置,也可以在不对电动汽车32的行驶显著地造成障碍的范围内突出而比地表面更高地设置。
另外,在上述的实施方式中,举例说明了使电动汽车32前后移动而进行位置调整的情况,但如果是能够沿左右方向直线地移动的移动车辆,则能够使其沿左右方向移动而进行位置调整。此外,移动车辆如果不操作转向装置,则仅能够前后移动,一般不能沿左右方向直线地移动。因此,期望使用即使产生左右方向的位置偏离,也不招致传输效率的大幅的下降的地面侧线圈。
因而,也可以将非接触电力传输装置31的地面侧线圈316以与上述的第1实施方式的图4中的供电线圈114同样的构成配置。
另外,在上述第3实施方式中,在进行位置调整时,使电动汽车32连续地前进或者后退,但也可以不是连续移动,而是微小距离的间歇移动。此外,比较进行间歇移动之前的电力传输效率ε和进行1次间歇动作之后的电力传输效率ε而判断电力传输效率ε上升还是下降。
另外,在上述第3实施方式中,在图10中的步骤S331中,根据非接触电力传输装置31的无线通信装置321与电动汽车32的无线通信装置342是否能够进行无线通信而判断电动汽车32是否处于能够供电的区内。然而,也可以基于通过GPS(Global Positioning System:全球定位系统)等而得到的电动汽车32的位置,判断电动汽车32是否处于能够供电的区内。
此外,在将非接触电力传输装置31设置于电动汽车32的移动方向限制为一个方向的场所(例如,限制为仅前进的场所)的情况下,在电动汽车32刚刚进入能够供电的区之后使电动汽车32停车即可。即,以车辆侧线圈334配置于能够供电的区的外缘的附近的方式使电动汽车32停车即可。
由此,如果使电动汽车32前进,则电力传输效率ε上升,图10中的步骤S315的判断结果始终成为“是”,因而能够防止电动汽车32后退。
另外,在正在进行位置调整时,电力传输效率ε显著地下降的情况下,期望电动汽车32的控制器343c进行使电动汽车32停止的控制,并且,使电力的传输停止,经由无线通信装置342而将电力传输效率ε显著地下降的意思通知至非接触电力传输装置31。由此,能够防止正在进行位置调整时产生的未预料到的异常。
另外,在上述步骤S314~322中,如果即使改变电动汽车32的位置,电力传输效率ε(电能P1)的值也依然小,则电动汽车32的控制器343c判断为不能开始充电,向非接触电力传输装置31发出通知。在该情况下,电动汽车32及非接触电力传输装置31全都停止动作。
另外,在上述第3实施方式中,举例说明了供电对象为搭载有蓄电池的电动汽车的情况,但本发明还能够适用于插电式混合动力汽车,还能够适用于输送车。而且,还能够适用于无人式移动车辆。
另外,在上述第3实施方式中,将电阻器用作负载装置317,但只要是能够消耗微小电力(几W左右)的负载装置317,也可以使用电子负载装置。例如,也可以由转换器对微小电力的一部分进行电压转换,用作非接触电力传输装置31内部的各种设备的控制电源的辅助。
另外,在上述第3实施方式中,将位置调整完成通知N从电动汽车32发送至非接触电力传输装置31,非接触电力传输装置31当接收到位置调整完成通知N,则从受电切换为供电,但本发明不限定于此。例如,即使在电动汽车32未发送位置调整完成通知N的情况下,在非接触电力传输装置31中,控制部322也可以基于电能P1而判断位置调整的完成,从受电切换为供电。
而且,也可以将电动汽车和非接触电力传输装置构成为能够一起实施上述的第1~第3实施方式。例如,也可以基于既定的条件而选择性地将地面侧线圈316接受的电能(第2受电量)及车辆侧线圈334接受的电能(第1受电量)的一方用作控制器343c(指令生成部)用于车辆的位置调整的受电量。
[第4实施方式]
图13是示出本发明的第4实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图。如图13所示,本实施方式的非接触电力传输装置41设置于地表面。非接触电力传输装置41,能够在作为行驶于地面的移动车辆的电动汽车42以预定的位置关系(形成后述的电磁耦合电路的位置关系)停车时,对电动汽车42非接触地传输电力(用于对蓄电池424进行充电的电力)。该非接触电力传输装置41具备外部电源411、整流电路412、供电电路413及供电线圈414(初级侧线圈)等。
外部电源411是供给为了生成应该传输至电动汽车42的电力而需要的电力的电源,是供给例如电压为200[V]的三相交流电力的电源。此外,该外部电源411不限于三相交流电源,也可以是像商用交流电源那样的供给单相交流电力的电源。整流电路412是对从外部电源411供给的交流电力进行整流而转换为直流电力的电路。
作为外部电源411,还能够利用燃料电池或太阳能电池等直流电源。在该情况下,能够省略整流电路412。
供电电路413将从整流电路412供给的电力经由由供电线圈414和设在电动汽车42的受电线圈425形成的电磁耦合电路而非接触地供给至电动汽车42。具体而言,供电电路413将来自整流电路412的直流电力转换为交流电力并提供至供电线圈414,由此,实现对电动汽车42的非接触供电。
供电线圈414设置于地表面,是用于将从供电电路413供给的交流电力非接触地供电至电动汽车42的线圈。该供电线圈414和设在电动汽车42的受电线圈425配置成接近的状态,由此,形成上述的电磁耦合电路。该电磁耦合电路意味着供电线圈414和受电线圈425电磁耦合而进行从供电线圈414向受电线圈425的非接触的供电的电路。该电磁耦合电路也可以是以“电磁感应方式”进行供电的电路和以“电磁场共振方式”进行供电的电路的任一个电路。
如图13所示,作为移动车辆的电动汽车42具备马达421、逆变器422、接触器423(开关电路)、蓄电池424、受电线圈425(次级侧线圈)、受电电路426、充电装置427及信号提示器4D1(指令生成部、信号提示部)等。这些部件中的蓄电池424及充电装置427与直流总线4B1连接,逆变器422、受电电路426及充电装置427与直流总线4B2连接。
马达421作为产生用于使电动汽车42移动的动力的动力产生源而搭载于电动汽车42,产生与逆变器422的驱动相应的动力。作为该马达421,能够使用永磁体型同步马达、感应马达等马达。逆变器422在控制器433(在图13中省略图示,参照图14)的控制下,使用从蓄电池424经由接触器423而供给的电力来驱动马达421。
接触器423设在直流总线4B1与直流总线4B2之间,在搭载于电动汽车42的控制装置(省略图示)的控制下,将直流总线4B1与直流总线4B2切换为连接状态或切断状态。具体而言,接触器423在对蓄电池424的电力进行放电的情况下,被控制为使直流总线4B1与直流总线4B2成为连接状态,由此,将蓄电池424、逆变器422及受电电路426连接。相对于此,在对蓄电池424进行充电的情况下,被控制为使直流总线4B1与直流总线4B2成为切断状态,由此,将蓄电池424、逆变器422及受电电路426切断,将马达421从蓄电池424电断开。
蓄电池424是搭载于电动汽车42的能够再充电的电池(例如,锂离子电池或镍氢电池等二次电池),供给用于驱动马达421的电力。
受电线圈425是设在电动汽车42的底部并用于非接触地接受从设在非接触电力传输装置41的供电线圈414供给的电力(交流电力)的线圈。该受电线圈425接近非接触电力传输装置41的供电线圈414,由此,形成前述的电磁耦合电路。即,受电线圈425以能够在与车辆外部的供电线圈414之间非接触地传输电力的方式构成。
受电电路426接受经由由非接触电力传输装置41的供电线圈414和受电线圈425形成的电磁耦合电路而非接触地供给的电力(交流电力),将所接受的电力转换为直流电力而供给至直流总线4B2。充电装置427是使用从受电电路426经由直流总线4B2而供给的电力(直流电力)来进行蓄电池424的充电的装置。
此外,上述的供电电路413、供电线圈414、受电线圈425及受电电路426的构成和动作的详细情况,在例如日本特开2009-225551号公报(「電力伝送システム」(“电力传输系统”))或者日本特开2008-236916号公报(「非接触電力伝送装置」(“非接触电力传输装置”))中公开。
信号提示器4D1在使用来自非接触电力传输装置41的电力来对搭载于电动汽车42的蓄电池424进行充电时,为了进行非接触电力传输装置41的供电线圈414和电动汽车42的受电线圈425的位置调整,对驾驶者提示表示电动汽车42的应该移动的方向的信号。具体而言,信号提示器4D1具备绿色灯4d1和红色灯4d2,根据从非接触电力传输装置41向电动汽车42的电力传输效率(详细情况后述),使绿色灯4d1或红色灯4d2点亮,由此,提示表示电动汽车42的应该移动的方向的信号。换言之,信号提示器4D1构成为,基于上述电力传输效率而生成用于使电动汽车42向适当的方向移动的指令,将该指令作为表示电动汽车42应该移动的方向的信号来提示。
例如,信号提示器4D1在电动汽车42沿电力传输效率上升的方向移动的情况下,使绿色灯4d1点亮,在电动汽车42沿电力传输效率下降的方向移动的情况下,使红色灯4d2点亮。此外,信号提示器4D1也可以利用光来提示表示电动汽车42的应该移动的方向的信号,或者,也可以利用声音(例如,短音的重复)来提示。
图14是详细地示出本发明的第4实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。此外,在图14中,对与图13所示的构成相同的构成标记同一符号。如图14所示,上述的非接触电力传输装置41的整流电路412由三相全波整流电路(桥式整流电路)实现。另外,非接触电力传输装置41的供电电路413由将开关桥臂4L1、4L2(由串联连接的两个晶体管和与这两个晶体管分别并联连接的二极管构成的电路)并联连接而成的电路实现。
此外,在供电电路413与供电线圈414之间设有两个电容器414a。该电容器414a与供电线圈414一起形成串联谐振电路。供电线圈414的一端经由一方的电容器414a而与供电电路413的开关桥臂4L1连接,供电线圈414的另一端经由另一方的电容器414a而与供电电路413的开关桥臂4L2连接。
除了上述的外部电源411~供电线圈414之外,非接触电力传输装置41还具备电压测量器415、电流测量器416、电能运算器417(第1供电量运算部)及无线通信装置418(第1装置侧输出部)。电压测量器415及电流测量器416设在整流电路412与供电电路413之间,分别测量供电电路413的输入电压V1(t)及输入电流I1(t)。
电能运算器417使用由电压测量器415测量的输入电压V1(t)和由电流测量器416测量的输入电流I1(t)来求出供给至供电电路413的电力的电能P1(第1供电量)。具体而言,将V1(t)与I1(t)相乘而算出电能P1。此外,如果供电电路413及供电线圈414的损失为零,则供给至供电电路413的电力的电能P1与从供电线圈414供电的电力的电能(供电量)相等。电能P1表示供电线圈414供电至受电线圈425的电能。
无线通信装置418能够与设在电动汽车42的无线通信装置431进行各种信息的无线通信,将例如表示由电能运算器417求出的电能P1的信息发送至无线通信装置431。此外,在电动汽车42的无线通信装置431位于以无线通信装置418的设置位置为中心的半径为数米左右的区内的情况下,无线通信装置418能够进行与无线通信装置431的通信。
另外,如图14所示,电动汽车42的受电电路426通过由4个二极管构成的桥式整流电路和与桥式整流电路的输出端并联连接的电容器而实现。此外,在受电线圈425与受电电路426之间并联连接有电容器425a,在马达421安装有检测马达421的旋转角的旋转变压器或编码器等旋转角检测器421a。
除了上述的马达421~充电装置427及信号提示器4D1之外,电动汽车42还具备电压测量器428、电流测量器429、电能运算器430(第1受电量运算部)、无线通信装置431(第1车辆侧输入部)、效率计算器432(第1效率计算部)及控制器433。电压测量器428及电流测量器429设在受电电路426与充电装置427之间(图13所示的直流总线4B2),分别测量受电电路426的输出电压V2(t)及输出电流I2(t)。
电能运算器430使用由电压测量器428测量的输出电压V2(t)和由电流测量器429测量的输出电流I2(t)来求出由受电电路426接受的电力的电能P2(第1受电量)。具体而言,将V2(t)和I2(t)相乘而算出电能P2。此外,如果受电线圈425及受电电路426的损失为零,则由受电电路426接受的电力的电能P2与由受电线圈425接受的电力的电能(受电量)相等。电能P2表示受电线圈425从供电线圈414接受的电能。
无线通信装置431能够与设在非接触电力传输装置41的无线通信装置418进行各种信息的无线通信,接收例如表示从无线通信装置418发送的电能P1的信息。此外,在非接触电力传输装置41的无线通信装置418位于以无线通信装置431自身为中心的半径为数米左右的区内的情况下,无线通信装置431能够进行与无线通信装置418的通信。
效率计算器432基于表示由电能运算器430求出的电能P2和由无线通信装置431接收的电能P1的信息,算出从非接触电力传输装置41向电动汽车42的电力传输效率ε。具体而言,通过用电能P2除以电能P1而算出电力传输效率ε。控制器433基于与驾驶者的操作(驾驶操作)相应的马达421的旋转角指令值,一边对旋转角检测器421a的检测结果进行监视,一边对逆变器422输出转矩指令值。
马达421经由减速比已知的减速机(省略图示)而使半径已知的轮胎旋转,因而马达421的旋转角与电动汽车42的移动量处于一定的关系。
具体而言,如果将轮胎的半径设为r并将减速机的减速比设为n,则在马达旋转1周时,电动汽车42移动距离(2πr/n)。因此,通过控制马达421的旋转角,从而能够控制电动汽车42的移动量。
接着,对上述构成中的非接触电力传输装置41及电动汽车42的动作进行说明。此外,以下,主要对使用从非接触电力传输装置41供给的电力来对搭载于电动汽车42的蓄电池424进行充电的情况下的动作进行说明。
首先,用户驾驶电动汽车42,使电动汽车42移动至非接触电力传输装置41的设置场所或其附近并停车。于是,非接触电力传输装置41判断电动汽车42是否处于能够进行电力传输的区内。例如,根据非接触电力传输装置41的无线通信装置418是否能够与电动汽车42的无线通信装置431进行无线通信而判断电动汽车42是否处于能够进行电力传输的区内。
在判断为电动汽车42处于能够进行电力传输的区内的情况下,非接触电力传输装置41使供电电路413进行动作而开始电力的传输。此外,在电动汽车42处于能够进行电力传输的区内的情况下,由非接触电力传输装置41的供电线圈414和电动汽车42的受电线圈425形成电磁耦合电路。
在使电动汽车42移动至非接触电力传输装置41的设置场所或其附近并停车之后,如果用户对电动汽车42进行充电指示,则搭载于电动汽车42的未图示的控制装置首先控制接触器423而使直流总线4B1与直流总线4B2成为切断状态,控制受电电路426而使其开始动作,另一方面,控制充电装置427而使其停止动作。
在不进行来自非接触电力传输装置41的电力传输的情况下,未由电流测量器429测量输出电流I2(t),由电能运算器430求出的电能P2为零。
因此,由效率计算器432算出的电力传输效率ε也成为零,设在信号提示器4D1的绿色灯4d1及红色灯4d2全都不点亮。
相对于此,如果进行来自非接触电力传输装置41的电力传输,则由电流测量器429测量输出电流I2(t),由电能运算器430求出与所测量的输出电流I2(t)相应的电能P2。此外,在非接触电力传输装置41进行电力的传输的期间,始终由电能运算器417求出供给至供电电路413的电力的电能P1,从无线通信装置418发送表示该电能P1的信息。
表示由电能运算器430求出的电能P2和由无线通信装置431接收的电能P1的信息输入至效率计算器432,效率计算器432使用这些电能P1、P2来算出从非接触电力传输装置41向电动汽车42的电力传输效率ε。由效率计算器432算出的电力传输效率ε输入至信号提示器4D1,信号提示器4D1每隔一定的时间间隔(例如1/10秒)而判断电力传输效率ε是否上升。
如果用户将选择器设定为D档并操作加速器,则从非接触电力传输装置41传输的电力用作驱动马达421的电力,电动汽车42以低速前进。在判断为由于电动汽车42的前进而导致电力传输效率ε上升的情况下,信号提示器4D1将绿色灯4d1点亮,催促电动汽车42的驾驶者继续移动(前进)。
相对于此,在判断为由于电动汽车42的前进而导致电力传输效率ε一定或者下降的情况下,信号提示器4D1将红色灯4d2点亮,催促电动汽车42的驾驶者停止或者变更移动方向(后退)。电力传输效率ε当在信号提示器4D1的绿色灯4d1一时点亮之后切换为红色灯4d2的点亮的时间点变得最大,因而驾驶者在该时间点使电动汽车42停车。在该停止的时间点,受电线圈425相对于供电线圈414的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
如果电动汽车42停止,则未图示的控制装置控制充电装置427而使其开始动作,另一方面,控制逆变器422而使其停止动作,使蓄电池424的充电开始。具体而言,来自非接触电力传输装置41的交流电力经由由供电线圈414和受电线圈425形成的电磁耦合电路而非接触地传输至电动汽车42并由受电电路426接受。由受电电路126接受的交流电力转换为直流电力,该转换后的直流电力供给至充电装置427。因而,使用该直流电流的蓄电池424的充电由充电装置427进行。如果通过充电装置427而进行的充电导致蓄电池424成为充满状态,则未图示的控制装置使充电装置427停止而使蓄电池424的充电停止。
非接触电力传输装置41,在开始电力的传输之后,判断搭载于电动汽车42的蓄电池424的充电是否完成。例如,判断是否从电动汽车42的无线通信装置431发送表示蓄电池424的充电完成的信号。在判断为充电完成的情况下,非接触电力传输装置41使供电电路413停止而停止电力传输。
如以上那样,在本实施方式中,求出从非接触电力传输装置41向电动汽车42的电力传输效率ε,根据该电力传输效率ε而由信号提示器4D1对驾驶者提示表示电动汽车42应该移动的方向的信号。因此,即使是大小或受电线圈425的安装位置不同的电动汽车42,也能够通过驾驶者的驾驶而正确地调整位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使供电线圈414和受电线圈425单独地移动的机构或传感器用的次级侧线圈等,因而也不招致大型化、复杂化及成本上升。
另外,在本实施方式中,基于供给至非接触电力传输装置41的供电电路413的电力的电能P1和由电动汽车42的受电电路426接受的电力的电能P2,求出从非接触电力传输装置41向电动汽车42的电力传输效率ε。该电力传输效率ε不但是供电线圈414与受电线圈425之间的电力传输效率,而且还是包括供电电路413和受电电路426的电力传输效率,与实际的电力传输效率大致相同。因此,能够将非接触电力传输装置41的供电线圈414和电动汽车42的受电线圈425的位置调整为更适当的位置,使得实际的电力传输效率变得最大。
而且,在本实施方式中,在使电动汽车42前后移动而进行非接触电力传输装置41的供电线圈414和电动汽车42的受电线圈425的位置调整时,将从非接触电力传输装置41传输的电力用作驱动马达421的电力。因此,即使蓄电池424的剩余容量为零,也能够进行上述的位置调整。
[第5实施方式]
图15是示出本发明的第5实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图。另外,图16是详细地示出本发明的第5实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。在上述的第4实施方式中,提示表示电动汽车的应该移动的方向的信号的信号提示器设在电动汽车侧,但在本实施方式中,该信号提示器设在电动汽车的外部(非接触电力传输装置)。
即,如图15、图16所示,本实施方式的非接触电力传输装置43具有在图13、图14所示的非接触电力传输装置41所具备的外部电源411~电能运算器417添加无线通信装置418A(第2装置侧输入部)、效率计算器419(第3效率算出部)及信号提示器4D2(信号提示部)的构成。另外,本实施方式的电动汽车44具有省略图13、图14所示的电动汽车42所具备的效率计算器432及信号提示器4D1并使用无线通信装置431A(第2车辆侧输出部)以代替无线通信装置431的构成。此外,非接触电力传输装置43的无线通信装置418A接收从电动汽车44的无线通信装置431A发送的表示电能P2的信息,电动汽车44的无线通信装置431A发送表示电能P2的信息。
效率计算器419基于表示由电能运算器417求出的电能P1和由无线通信装置418A接收的电能P2的信息,算出从非接触电力传输装置43向电动汽车44的电力传输效率ε。具体而言,通过用电能P2除以电能P1而算出电力传输效率ε。信号提示器4D2与信号提示器4D1同样,但施行过防水处理等并设置于例如杆440上。
在上述构成中的非接触电力传输装置43及电动汽车44中,在非接触电力传输装置43中,算出从非接触电力传输装置43向电动汽车44的电力传输效率ε,根据该电力传输效率ε的算出结果而进行设在信号提示器4D2的绿色灯4d1或红色灯4d2的点亮。电动汽车44的位置调整时的动作及搭载于电动汽车44的蓄电池424的充电时的动作与前述的第4实施方式同样,因而省略其说明。
如以上那样,在本实施方式中,求出从非接触电力传输装置43向电动汽车44的电力传输效率ε,根据该电力传输效率ε而由信号提示器4D2对驾驶者提示表示电动汽车44应该移动的方向的信号。因此,即使是大小或受电线圈425的安装位置不同的电动汽车44,也能够通过驾驶者的驾驶而正确地调整位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使供电线圈414和受电线圈425单独地移动的机构或传感器用的次级侧线圈等,因而也不招致大型化、复杂化及成本上升。
另外,在本实施方式中,也基于供给至非接触电力传输装置43的供电电路413的电力的电能P1和由电动汽车44的受电电路426接受的电力的电能P2,求出从非接触电力传输装置43向电动汽车44的电力传输效率ε。该电力传输效率ε不但是供电线圈414与受电线圈425之间的电力传输效率,而且还是包括供电电路413和受电电路426的电力传输效率,与实际的电力传输效率大致相同。因此,能够将非接触电力传输装置43的供电线圈414和电动汽车44的受电线圈425的位置调整为更适当的位置,使得实际的电力传输效率变得最大。
而且,在本实施方式中,在使电动汽车44前后移动而进行非接触电力传输装置43的供电线圈414和电动汽车44的受电线圈425的位置调整时,将从非接触电力传输装置43传输的电力用作驱动马达421的电力。因此,即使蓄电池424的剩余容量为零,也能够进行上述的位置调整。
以上,对本发明的实施方式的移动车辆及非接触电力传输装置进行了说明,但本发明不限制于上述第4、第5实施方式,能够在本发明的范围内自由地变更。例如,在上述第4、第5实施方式中,根据从非接触电力传输装置41、43向电动汽车42、44的电力传输效率ε来提示表示应该移动的方向的信号,但也可以代替电力传输效率ε而根据由电能运算器430求出的电能P2(由受电电路426接受的电力)提示表示应该移动的方向的信号。即,信号提示器4D1或4D2也可以构成为,使用由电能运算器430求出的电能P2,提示表示电动汽车42或44的应该移动的方向的信号。
非接触电力传输装置41、43及供电线圈414也可以未严格地与地表面一致地设置。例如,也可以在不使非接触电力传输的效率显著地下降的范围内埋入而比地表面更低地设置,也可以在不对电动汽车42、44的行驶显著地造成障碍的范围内突出而比地表面更高地设置。
另外,在上述的第4、第5实施方式中,举例说明了使电动汽车42、44前后移动而进行位置调整的情况,但如果是能够沿左右方向直线地移动的移动车辆,则能够使其沿左右方向移动而进行位置调整。此外,移动车辆如果不操作转向装置,则仅能够前后移动,一般不能沿左右方向直线地移动。因此,期望使用即使产生左右方向的位置偏离,也不招致传输效率的大幅的下降的供电线圈。
因而,也可以将非接触电力传输装置41、43的供电线圈414以与上述的第1实施方式的图4中的供电线圈114同样的构成配置。
此外,在非接触电力传输装置41、43设置于电动汽车42、44的移动方向限制为一个方向的场所(例如,限制为仅前进的场所)的情况下,在电动汽车42、44刚刚进入能够进行电力传输的区之后,使电动汽车42、44停车。即,以受电线圈425配置于能够进行电力传输的区的外缘的附近的方式使电动汽车42停车。由此,由于随着电动汽车42、44前进,电力传输效率ε上升,因而能够防止电动汽车42、44后退。
另外,在正在进行位置调整时,电力传输效率ε显著地下降的情况下,如果是第4实施方式,则期望点亮信号提示器4D1的红色灯4d2,催促驾驶者停止,经由无线通信装置431、418而将电力传输效率ε显著地下降的意思通知至非接触电力传输装置41,使电力的传输停止。另外,如果是第5实施方式,则期望点亮信号提示器4D2的红色灯4d2而催促驾驶者停止,使非接触电力传输装置43停止电力的传输。由此,能够防止正在进行位置调整时产生的未预料到的异常。
另外,也可以将信号提示器4D1、4D2设在多个部位,提示同一信号。例如,在第5实施方式中,将提示同一信号的信号提示器4D2设在电动汽车44应该停车的位置的前后,由此,驾驶者容易识别。
另外,在上述第4、第5实施方式中,举例说明了供电对象为搭载有蓄电池的电动汽车的情况,但本发明还能够适用于插电式混合动力汽车,还能够适用于输送车。而且,还能够适用于无人式移动车辆。
而且,也可以将电动汽车和非接触电力传输装置构成为能够一起实施上述的第1~第5实施方式。例如,也可以基于既定的条件而选择性地切换如第1~第3实施方式所示的自动地进行车辆的位置调整的情况和如第4、第5实施方式所示的驾驶者进行车辆的位置调整的情况。
[第6实施方式]
图17是示出本发明的第6实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图。如图17所示,本实施方式的非接触电力传输装置51设置于地表面。非接触电力传输装置51,能够在作为行驶于地面的移动车辆的电动汽车52以预定的位置关系(形成后述的电磁耦合电路的位置关系)停车时,对电动汽车52非接触地传输电力(用于对蓄电池524进行充电的电力)。该非接触电力传输装置51具备外部电源511、整流电路512、供电电路513及供电线圈514(初级侧线圈)等。
外部电源511是供给为了生成应该传输至电动汽车52的电力而需要的电力的电源,是供给例如电压为200[V]的三相交流电力的电源。此外,该外部电源511不限于三相交流电源,也可以是像商用交流电源那样的供给单相交流电力的电源。整流电路512是对从外部电源511供给的交流电力进行整流而转换为直流电力的电路。
作为外部电源511,还能够利用燃料电池或太阳能电池等直流电源。在该情况下,能够省略整流电路512。
供电电路513将从整流电路512供给的直流电力转换为交流电力,将该交流电力经由由供电线圈514和设在电动汽车52的受电线圈525形成的电磁耦合电路而非接触地供给至电动汽车52。具体而言,供电电路513将来自整流电路512的直流电力转换为交流电力并提供至供电线圈514,由此,实现对电动汽车52的非接触供电。
供电线圈514设置于地表面,是用于将从供电电路513供给的交流电力非接触地供电至电动汽车52的线圈。该供电线圈514和设在电动汽车52的受电线圈525配置成接近的状态,由此,形成上述的电磁耦合电路。该电磁耦合电路意味着供电线圈514和受电线圈525电磁耦合而进行从供电线圈514向受电线圈525的非接触的供电的电路。该电磁耦合电路也可以是以“电磁感应方式”进行供电的电路和以“电磁场共振方式”进行供电的电路的任一个电路。
如图17所示,作为移动车辆的电动汽车52具备马达521、逆变器522、接触器523、蓄电池524、受电线圈525(次级侧线圈)、受电电路526、充电装置527、负载装置528(第1负载装置)及信号提示器5D1(指令生成部、信号提示部)等。另外,电动汽车52具有辅助由驾驶者进行的受电线圈525相对于上述非接触电力传输装置51的供电线圈514的位置的调整的功能。上述构成要素中的逆变器522、蓄电池524及充电装置527与直流总线5B1连接,接触器523、受电电路526及充电装置527与直流总线5B2连接。另外,接触器523及充电装置527构成本实施方式中的电力供给目的地设定单元。
马达521作为产生用于使电动汽车52移动的动力的动力产生源而搭载于电动汽车52,产生与逆变器522的驱动相应的动力。作为该马达521,能够使用永磁体型同步马达、感应马达等马达。逆变器522,在控制部534(在图17中省略图示,参照图18)的控制下,使用从蓄电池524供给的电力来驱动马达521。
接触器523设在负载装置528与直流总线5B2之间、即受电电路526与负载装置528之间,在控制器534的控制下,切换受电电路526与负载装置528的连接状态和切断状态。具体而言,接触器523在从非接触电力传输装置51向电动汽车52的电力传输效率(详细情况后述)的上升时,即受电线圈525相对于供电线圈514的位置调整时,为了将受电电路526和负载装置528连接而成为闭合状态,在电力传输效率从上升转变为一定或者下降,即位置调整完成后,为了将受电电路526和负载装置528切断而成为断开状态。
蓄电池524是搭载于电动汽车52的能够再充电的电池(例如,锂离子电池或镍氢电池等二次电池),供给用于驱动马达521的电力。
受电线圈525是设在电动汽车52的底部并用于非接触地接受从设在非接触电力传输装置51的供电线圈514供给的电力(交流电力)的线圈。该受电线圈525接近非接触电力传输装置51的供电线圈514,由此,形成前述的电磁耦合电路。即,受电线圈525以能够在与车辆外部的供电线圈514之间非接触地传输电力的方式构成。
受电电路526接受经由由非接触电力传输装置51的供电线圈514和受电线圈525形成的电磁耦合电路而非接触地供给的电力(交流电力),将所接受的电力转换为直流电力而供给至直流总线5B2。充电装置527是使用从受电电路526经由直流总线5B2而供给的电力(直流电力)来进行蓄电池524的充电的装置。负载装置528经由接触器523而与直流总线5B2连接。这样的负载装置528是例如具有既定的电阻值的电阻器,在通过接触器523而与受电电路526连接的状态的情况下,消耗从受电电路526供给的直流电力。
此外,上述的供电电路513、供电线圈514、受电线圈525及受电电路526的构成和动作的详细情况,在例如日本特开2009-225551号公报(「電力伝送システム」(“电力传输系统”))或者日本特开2008-236916号公报(「非接触電力伝送装置」(“非接触电力传输装置”))中公开。
信号提示器5D1在使用来自非接触电力传输装置51的电力来对搭载于电动汽车52的蓄电池524进行充电时,为了进行非接触电力传输装置51的供电线圈514和电动汽车52的受电线圈525的位置调整,对驾驶者提示表示电动汽车52的应该移动的方向的信号。具体而言,信号提示器5D1具备绿色灯5d1和红色灯5d2,根据从非接触电力传输装置51向电动汽车52的电力传输效率(详细情况后述),使绿色灯5d1或红色灯5d2点亮,由此,提示表示电动汽车52的应该移动的方向的信号。换言之,信号提示器5D1构成为,基于上述电力传输效率而生成用于使电动汽车52向适当的方向移动的指令,将该指令作为表示电动汽车52应该移动的方向的信号来提示。
例如,信号提示器5D1在电动汽车52沿电力传输效率上升的方向移动的情况下,使绿色灯5d1点亮,在电动汽车52沿电力传输效率下降的方向移动的情况下,使红色灯5d2点亮。此外,信号提示器5D1也可以利用光来提示表示电动汽车52的应该移动的方向的信号,或者,也可以利用声音(例如,短音的重复)来提示。
图18是详细地示出本发明的第6实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。此外,在图18中,对与图17所示的构成相同的构成标记同一符号。如图18所示,上述的非接触电力传输装置51的整流电路512由三相全波整流电路(桥式整流电路)实现。另外,非接触电力传输装置51的供电电路513由将开关桥臂5L1、5L2(由串联连接的两个晶体管和与这两个晶体管分别并联连接的二极管构成的电路)并联连接而成的电路(逆变器)实现。此外,作为晶体管,能够使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极晶体管)或功率MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)等。
此外,在供电电路513与供电线圈514之间设有两个电容器514a。该电容器514a与供电线圈514一起形成串联谐振电路。供电线圈514的一端经由一方的电容器514a而与供电电路513的开关桥臂5L1连接,供电线圈514的另一端经由另一方的电容器514a而与供电电路513的开关桥臂5L2连接。
除了上述的外部电源511~供电线圈514之外,非接触电力传输装置51还具备电压测量器515、电流测量器516、电能运算器517(第1供电量运算部)、无线通信装置518(第1装置侧输入部、第1装置侧输出部)及控制部519。上述电压测量器515及电流测量器516设在整流电路512与供电电路513之间,分别测量供电电路513的输入电压V1(t)及输入电流I1(t)。
电能运算器517使用由电压测量器515测量的输入电压V1(t)和由电流测量器516测量的输入电流I1(t)来求出供给至供电电路513的电力的电能P1(第1供电量)。具体而言,将V1(t)与I1(t)相乘而算出电能P1。此外,如果供电电路513及供电线圈514的损失为零,则供给至供电电路513的电力的电能P1与从供电线圈514供电的电力的电能(供电量)相等。电能P1表示供电线圈514供电至受电线圈525的电能。
无线通信装置518能够与设在电动汽车52的无线通信装置532进行各种信息的无线通信,将例如表示由电能运算器517求出的电能P1的信息发送至无线通信装置532,接收控制器534输出的位置调整完成通知N(后述)。此外,在电动汽车52的无线通信装置532位于以无线通信装置518的设置位置为中心的半径为数米左右的区内的情况下,该无线通信装置518能够进行与无线通信装置532的通信。
控制部519根据无线通信装置518与无线通信装置532的通信而控制供电电路513。即,该控制部519根据无线通信装置518从无线通信装置532接收的信号(后述的位置调整完成通知N),使供电电路513输出至供电线圈514的电力切换为微小电力和大电力。
另外,如图18所示,电动汽车52的受电电路526通过由4个二极管构成的桥式整流电路和与桥式整流电路的输出端并联连接的电容器而实现。此外,在受电线圈525与受电电路526之间并联连接有电容器525a,在马达521安装有检测马达521的旋转角的旋转变压器或编码器等旋转角检测器521a。
除了上述的马达521~负载装置528及信号提示器5D1之外,电动汽车52还具备电压测量器529、电流测量器530、电能运算器531(第1受电量运算部)、无线通信装置532(第1车辆侧输入部、第1车辆侧输出部)、效率计算器533(第1效率计算部)及控制器534。电压测量器529及电流测量器530,设在受电电路526与负载装置528之间,分别测量负载装置528的输入电压V2(t)及输入电流I2(t)。此外,在电动汽车52中,电能运算器531及效率计算器533构成本实施方式中的运算部。
电能运算器531使用由电压测量器529测量的输入电压V2(t)和由电流测量器530测量的输入电流I2(t),求出由受电电路526接受的电力的电能P2。即,电能运算器531构成为,求出受电线圈525接受的电力的供给目的地设定为负载装置528的情况下的由受电电路526接受的电能P2(第1受电量)。具体而言,将V2(t)与I2(t)相乘而算出电能P2。此外,如果受电线圈525及受电电路526的损失为零,则由受电电路526接受的电力的电能P2与由受电线圈525接受的电力的电能(受电量)相等。电能P2表示受电线圈525从供电线圈514接受的电能。
无线通信装置532能够与设在非接触电力传输装置51的无线通信装置518进行各种信息的无线通信,接收例如表示从无线通信装置518发送的电能P1的信息,发送控制器534输出的位置调整完成通知N(后述)。此外,在非接触电力传输装置51的无线通信装置518位于以无线通信装置532自身为中心的半径为数米左右的区内的情况下,无线通信装置532能够进行与无线通信装置518的通信。
效率计算器533基于表示由电能运算器531求出的电能P2和由无线通信装置532接收的电能P1的信息,算出从非接触电力传输装置51向电动汽车52的电力传输效率ε。具体而言,通过用电能P2除以电能P1而算出电力传输效率ε。
控制器534基于与未图示的操作装置所接受的驾驶者的操作(驾驶操作)相应的马达521的旋转角指令值,一边对旋转角检测器521a的检测结果进行监视,一边对逆变器522输出转矩指令值。另外,控制器534,在根据驾驶者的操作而从上述操作装置输入充电指示的情况下,控制接触器523而使受电电路526和负载装置528成为连接状态。而且,控制器534在由效率计算器533算出的电力传输效率ε从上升转变为一定或者下降的时机,控制接触器523而使受电电路526和负载装置528成为切断状态,并且,将位置调整完成通知N输出至无线通信装置532。
马达521经由减速比已知的减速机(省略图示)而使半径已知的轮胎旋转,因而马达521的旋转角与电动汽车52的移动量处于一定的关系。
具体而言,如果将轮胎的半径设为r并将减速机的减速比设为n,则在马达旋转1周时,电动汽车52移动距离(2πr/n)。因此,通过控制马达521的旋转角,从而能够控制电动汽车52的移动量。
接着,对上述构成中的非接触电力传输装置51及电动汽车52的动作进行说明。此外,以下,主要对使用从非接触电力传输装置51供给的电力来对搭载于电动汽车52的蓄电池524进行充电的情况下的动作进行说明。
首先,驾驶者驾驶电动汽车52,使电动汽车52移动至非接触电力传输装置51的设置场所或其附近并停车。此时,非接触电力传输装置51的控制部519判断电动汽车52是否处于能够进行电力传输的区内。例如,控制部519根据无线通信装置518是否能够与电动汽车52的无线通信装置532进行无线通信而判断电动汽车52是否处于能够进行电力传输的区内。
控制部519在判断为电动汽车52处于能够进行电力传输的区内的情况下,使供电电路513进行动作而使微小电力的传输开始。此外,在电动汽车52处于能够进行电力传输的区内的情况下,由非接触电力传输装置51的供电线圈514和电动汽车52的受电线圈525形成电磁耦合电路。
驾驶者在使电动汽车52移动至非接触电力传输装置51的设置场所或其附近并停车之后,对电动汽车52的未图示的操作装置进行充电指示。根据该指示,电动汽车52的控制器534使接触器523成为闭合状态,使受电电路526与负载装置528成为连接状态,控制受电电路526而使受电动作开始,另一方面,控制充电装置527而使其停止动作。
即,控制器534在受电线圈525相对于供电线圈514的位置调整的开始的同时,将受电电路526的电力供给目的地从充电装置527切换为负载装置528。此外,负载装置528相对于受电电路526的负载比充电装置527大幅减轻。因此,控制部519在上述动作中,在受电电路526的电力供给目的地设定为充电装置527的状态下,使供电电路513进行动作,从而将比供电至电动汽车52的电力大幅减小的微小电力供电至电动汽车52。
在电动汽车52中,在不进行来自非接触电力传输装置51的电力传输的情况下,未由电流测量器530测量输出电流I2(t),由电能运算器531求出的电能P2为零。因此,由效率计算器533算出的电力传输效率ε也成为零,设在信号提示器5D1的绿色灯5d1及红色灯5d2全都不点亮。
相对于此,如果进行来自非接触电力传输装置51的电力传输,则由电流测量器530测量输出电流I2(t),由电能运算器531求出与所测量的输出电流I2(t)相应的电能P2。此外,在非接触电力传输装置51进行电力的传输的期间,始终由电能运算器517求出供给至供电电路513的电力的电能P1,从无线通信装置518发送表示该电能P1的信息。
表示由电能运算器531求出的电能P2和由无线通信装置532接收的电能P1的信息输入至效率计算器533,效率计算器533使用这些电能P1、P2来算出从非接触电力传输装置51向电动汽车52的电力传输效率ε。由效率计算器533算出的电力传输效率ε输入至信号提示器5D1,信号提示器5D1每隔一定的时间间隔(例如1/10秒)而判断电力传输效率ε是否上升。
如果驾驶者将选择器设定为D档并操作加速器,则控制器534控制逆变器522而使马达521驱动。此时,逆变器522基于从蓄电池524供给的电力而驱动马达521。由此,电动汽车52以低速前进。在判断为由于电动汽车52的前进而导致电力传输效率ε上升的情况下,信号提示器5D1点亮绿色灯5d1,催促电动汽车52的驾驶者继续移动(前进)。
相对于此,在判断为由于电动汽车52的前进而导致电力传输效率ε一定或者下降的情况下,信号提示器5D1将红色灯5d2点亮,催促电动汽车52的驾驶者停止或者变更移动方向(后退)。电力传输效率ε当在信号提示器5D1的绿色灯5d1一时点亮之后切换为红色灯5d2的点亮的时间点变得最大,因而驾驶者在该时间点使电动汽车52停车。在该停止的时间点,受电线圈525相对于供电线圈514的相对位置被调整为适合于电力的非接触传输的位置。
另一方面,如果电力传输效率ε从上升转变为一定或者下降,则控制器534使接触器523成为断开状态,使受电电路526和负载装置528成为切断状态,进一步使通知位置调整完成且电动汽车52停止且使接触器523成为切断状态(断开状态)的位置调整完成通知发送至无线通信装置532。即,控制器534将受电电路526的电力供给目的地从负载装置528切换为充电装置527。
如果电动汽车52停止,则控制器534控制充电装置527而使其开始动作,另一方面,控制逆变器522而使其停止动作,使蓄电池524的充电开始。具体而言,来自非接触电力传输装置51的交流电力经由由供电线圈514和受电线圈525形成的电磁耦合电路而非接触地传输至电动汽车52并由受电电路526接受。由受电电路526接受的交流电力转换为直流电力,该转换后的直流电力供给至充电装置527。因而,使用该直流电流的蓄电池524的充电由充电装置527进行。如果通过充电装置527而进行的充电导致蓄电池524成为充满状态,则控制器534使充电装置527停止而使蓄电池524的充电停止。
另一方面,非接触电力传输装置51的控制部519,如果在开始微小电力的传输之后,将由无线通信装置532接收的位置调整完成通知N输入,则控制供电电路513而从供电线圈514开始增大以用于充电的电力(对蓄电池524进行充电的大电力)的传输。即,控制部519将从供电线圈514传输的电力从微小电力切换为充电用的大电力。
控制部519在使增大的用于充电的电力的传输开始之后,判断搭载于电动汽车52的蓄电池524的充电是否完成。例如,控制部519判断是否从电动汽车52的无线通信装置532发送表示蓄电池524的充电完成的信号。控制部519在判断为充电完成的情况下,使供电电路513停止,停止电力传输。
如以上那样,在本实施方式中,求出从非接触电力传输装置51向电动汽车52的电力传输效率ε,根据该电力传输效率ε而由信号提示器5D1对驾驶者提示表示电动汽车52应该移动的方向的信号。因此,即使是大小或受电线圈525的安装位置不同的电动汽车52,也能够通过驾驶者的驾驶而正确地调整位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使供电线圈514和受电线圈525单独地移动的机构或传感器用的次级侧线圈等,因而也不招致大型化、复杂化及成本上升。
另外,在本实施方式中,基于供给至非接触电力传输装置51的供电电路513的电力的电能P1和由电动汽车52的受电电路526接受的电力的电能P2,求出从非接触电力传输装置51向电动汽车52的电力传输效率ε。该电力传输效率ε不但是供电线圈514与受电线圈525之间的电力传输效率,而且还是包括供电电路513和受电电路526的电力传输效率,与实际的电力传输效率大致相同。因此,能够将非接触电力传输装置51的供电线圈514和电动汽车52的受电线圈525的位置调整为更适当的位置,使得实际的电力传输效率变得最大。
另外,在本实施方式中,在进行供电线圈514和受电线圈525的位置调整时,使用蓄电池524的电力来对马达521进行驱动控制。即,不使用从供电线圈514供电的电力就进行上述位置调整。由此,在位置调整时,没有必要从供电线圈514供给用于驱动马达521的电力,输出位置调整所需要的最低限度的微小电力即可。作为结果,能够减小从供电线圈514输出的电力内的未被受电线圈525接受的电力损失。
[第7实施方式]
图19是示出本发明的第7实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的主要部分构成的框图。另外,图20是详细地示出本发明的第7实施方式中的移动车辆及非接触电力传输装置的电构成的图。在上述的第6实施方式中,提示表示电动汽车的应该移动的方向的信号的信号提示器设在电动汽车侧,但在本实施方式中,该信号提示器设在电动汽车的外部(非接触电力传输装置)。
即,如图19、图20所示,本实施方式的非接触电力传输装置53具有在图17、图18所示的非接触电力传输装置51所具备的外部电源511~电能运算器517及控制部519添加无线通信装置518A(第2装置侧输入部)、效率计算器520(第3效率算出部)及信号提示器5D2(信号提示部)的构成。此外,在非接触电力传输装置53中,电能运算器517及效率计算器520构成本实施方式中的运算部。
另一方面,本实施方式的电动汽车54具有省略图17、图18所示的电动汽车52所具备的效率计算器533及信号提示器5D1并使用无线通信装置532A(第2车辆侧输出部)以代替无线通信装置532的构成。此外,非接触电力传输装置53的无线通信装置518A,接收表示由电动汽车54的电能运算器531(第1受电量运算部)求出并从无线通信装置532A发送的电能P2的信息,电动汽车54的无线通信装置532A,发送表示电能P2的信息。
效率计算器520基于表示由电能运算器517求出的电能P1和由无线通信装置518A接收的电能P2的信息,算出从非接触电力传输装置53向电动汽车54的电力传输效率ε。具体而言,通过用电能P2除以电能P1而算出电力传输效率ε。信号提示器5D2具有与信号提示器5D1同样的构成,但施行过防水处理等并设置于例如杆540上。
在上述构成中的非接触电力传输装置53及电动汽车54中,在非接触电力传输装置53中,算出从非接触电力传输装置53向电动汽车54的电力传输效率ε,根据该电力传输效率ε的算出结果而进行设在信号提示器5D2的绿色灯5d1或红色灯5d2的点亮。另外,控制部519基于从效率计算器520输入的电力传输效率ε,将从供电线圈514传输的电力从微小电力切换为充电用的大电力。而且,控制部519使电力传输效率ε发送至无线通信装置518A。
另一方面,电动汽车54的控制器534,基于由无线通信装置532A接收的电力传输效率ε,与前述的第6实施方式同样地控制逆变器522、接触器523及充电装置527的控制。此外,搭载于电动汽车54的蓄电池524的充电时的动作,与前述的第6实施方式同样,因而省略其说明。
如以上那样,在本实施方式中,求出从非接触电力传输装置53向电动汽车54的电力传输效率ε,根据该电力传输效率ε而由信号提示器5D2对驾驶者提示表示电动汽车54应该移动的方向的信号。因此,即使是大小或受电线圈525的安装位置不同的电动汽车54,也能够通过驾驶者的驾驶而正确地调整位置,能够高效地传输电力。另外,由于不需要使供电线圈514和受电线圈525单独地移动的机构或传感器用的次级侧线圈等,因而也不招致大型化、复杂化及成本上升。
另外,在本实施方式中,基于供给至非接触电力传输装置53的供电电路513的电力的电能P1和由电动汽车54的受电电路526接受的电力的电能P2,求出从非接触电力传输装置53向电动汽车54的电力传输效率ε。该电力传输效率ε不但是供电线圈514与受电线圈525之间的电力传输效率,而且还是包括供电电路513和受电电路526的电力传输效率,与实际的电力传输效率大致相同。因此,能够将非接触电力传输装置53的供电线圈514和电动汽车54的受电线圈525的位置调整为更适当的位置,使得实际的电力传输效率变得最大。
另外,在本实施方式中,在进行供电线圈514和受电线圈525的位置调整时,使用蓄电池524的电力来对马达521进行驱动控制。即,不使用从供电线圈514供电的电力就进行位置调整。由此,在位置调整时,只要从供电线圈514供给位置调整所需要的最低限度的微小电力即可,因而能够减小从供电线圈514输出的电力内的未被受电线圈525接受的电力损失。
以上,对本发明的实施方式的移动车辆及非接触电力传输装置进行了说明,但本发明不限制于上述第6、第7实施方式,能够在本发明的范围内自由地变更。例如,在上述第6、第7实施方式中,根据从非接触电力传输装置51、53向电动汽车52、54的电力传输效率ε来提示表示应该移动的方向的信号,但也可以代替电力传输效率ε而根据由电能运算器531求出的电能P2(由受电电路526接受的电力)提示表示应该移动的方向的信号。即,信号提示器5D1或5D2也可以构成为,使用由电能运算器531求出的电能P2,提示表示电动汽车52或54的应该移动的方向的信号。
非接触电力传输装置51、53及供电线圈514也可以未严格地与地表面一致地设置。例如,也可以在不使非接触电力传输的效率显著地下降的范围内埋入而比地表面更低地设置,也可以在不对电动汽车52、54的行驶显著地造成障碍的范围内突出而比地表面更高地设置。
另外,在上述的第6、第7实施方式中,举例说明了使电动汽车52前后移动而进行位置调整的情况,但如果是能够沿左右方向直线地移动的移动车辆,则能够使其沿左右方向移动而进行位置调整。此外,移动车辆如果不操作转向装置,则仅能够前后移动,一般不能沿左右方向直线地移动。因此,期望使用即使产生左右方向的位置偏离,也不招致传输效率的大幅的下降的供电线圈。
因而,也可以将非接触电力传输装置51、53的供电线圈514以与上述的第1实施方式的图4中的供电线圈114同样的构成配置。
此外,在非接触电力传输装置51、53设置于电动汽车52、54的移动方向限制为一个方向的场所(例如,限制为仅前进的场所)的情况下,在电动汽车52、54刚刚进入能够进行电力传输的区之后,使电动汽车52、54停车。即,以受电线圈525配置于能够进行电力传输的区的外缘的附近的方式使电动汽车52停车。由此,由于随着电动汽车52、54前进,电力传输效率ε上升,因而能够防止电动汽车52、54后退。
另外,在正在进行位置调整时,电力传输效率ε显著地下降的情况下,如果是第6实施方式,则期望点亮信号提示器5D1的红色灯5d2,催促驾驶者停止,经由无线通信装置532、518而将电力传输效率ε显著地下降的意思通知至非接触电力传输装置51,使电力的传输停止。另外,如果是第7实施方式,则期望点亮信号提示器5D2的红色灯5d2而催促驾驶者停止,使非接触电力传输装置53停止电力的传输。由此,能够防止正在进行位置调整时产生的未预料到的异常。
另外,也可以将信号提示器5D1、5D2设在多个部位,提示同一信号。例如,在第7实施方式中,将提示同一信号的信号提示器5D2设在电动汽车54应该停车的位置的前后,由此,驾驶者容易识别。另外,在上述第6、第7实施方式中,举例说明了供电对象为搭载有蓄电池的电动汽车的情况,但本发明还能够适用于插电式混合动力汽车,还能够适用于输送车。而且,还能够适用于无人式移动车辆。
另外,在上述第6、第7实施方式中,将接触器523用作切换电力的供给路的单元,但也可以使用继电器或FET(Field Effect Transistor:场效应晶体管)等电子开关,以代替接触器523。
另外,在上述第6、第7实施方式中,将电阻器用作负载装置528,但只要是能够消耗微小电力(几W左右)的负载装置528,也可以使用电子负载装置。例如,也可以由转换器对微小电力的一部分进行电压转换,用作电动汽车52内部的各种设备(电子负载装置)的控制电源的辅助。
另外,在上述第6、第7实施方式中,在位置调整时,使接触器523成为连接状态(闭合状态),并且,停止充电装置527,另外,在位置调整完成时,使接触器523成为切断状态(断开状态),并且,使充电装置527开始充电动作。由此,将受电线圈525接受的电力的供给目的地切换为负载装置528或者蓄电池524(充电装置527)。可是,本发明不限定于此。例如,也可以在负载装置528与直流总线5B2的连接点,设置将受电电路526的连接目的地切换为充电装置527或者负载装置528的开关电路,以代替接触器523。即,开关电路也可以通过将受电电路526的连接目的地切换为充电装置527或者负载装置528,从而将受电线圈525接受的电力的供给目的地切换为负载装置528或者蓄电池524(充电装置527)。其结果是,在位置调整时,受电电路526与充电装置527成为切断状态,因而没有必要使充电装置527停止。
另外,在上述第6、第7实施方式中,非接触电力传输装置51、53,在电动汽车52、54的位置调整时和充电时,将从供电线圈514传输的电力切换为微小电力或者充电用的大电力,但本发明不限定于此。例如,非接触电力传输装置51、53也可以在位置调整时和充电时不切换从供电线圈514传输的电力,而是继续从供电线圈514传输一定的充电用大电力。但是,此时,有必要将电动汽车52、54的负载装置528设定为能够消耗充电用大电力的负载。在该情况下,电动汽车52、54没有必要将位置调整完成通知发送至非接触电力传输装置51、53。
而且,也可以将电动汽车和非接触电力传输装置构成为能够一起实施上述的第1~第7实施方式。例如,也可以基于既定的条件而选择性地切换如第1~第3实施方式所示的自动地进行车辆的位置调整的情况和如第4~第7实施方式所示的驾驶者进行车辆的位置调整的情况。此外,在上述的实施方式中,通过使用线圈的电磁感应方式而非接触地传输电力,但在利用电磁场共振方式的情况下,也可以不但使用线圈,而且还使用电容器等。
产业上的可利用性
本发明能够广泛利用于能够利用马达的动力而移动的移动车辆及能够对该移动车辆非接触地传输电力的非接触电力传输装置。
符号说明
11、21、31、41、43、51、53    非接触电力传输装置
12、22、32、42、44、52、54    电动汽车(移动车辆)
114、214、414、514    供电线圈(初级侧线圈)
117、217、417、517    电能运算器(第1供电量运算部)
118、418    无线通信装置(第1装置侧输出部)
121、221、331、421、521    马达
123、423    接触器(开关电路)
124、224、333、424、524    蓄电池
125、225、425、525    受电线圈(次级侧线圈)
127、227、338、427、527    充电装置
130、231、430、531    电能运算器(第1受电量运算部)
131、431    无线通信装置(第1车辆侧输入部)
132a、233a、432、533    效率计算器(第1效率计算部)
132b    指令值生成器(指令生成部)
132c    控制器(控制部)
218、518 无线通信装置(第1装置侧输入部、第1装置侧输出部)
228、528    负载装置(第1负载装置)
232、532无线通信装置(第1车辆侧输入部、第1车辆侧输出部)
233c、343c    控制器(指令生成部、控制部)
316    地面侧线圈(初级侧线圈)
317    负载装置(第2负载装置)
320    电能运算器(第2受电量运算部)
321    无线通信装置(第1装置侧输入部、第2装置侧输出部)
334    车辆侧线圈(次级侧线圈)
343a    效率计算器(第2效率计算部)
341    电能运算器(第2供电量运算部)
342    无线通信装置(第2车辆侧输入部、第1车辆侧输出部)
418A    无线通信装置(第2装置侧输入部)
419、520    效率计算器(第3效率算出部)
431A    无线通信装置(第2车辆侧输出部)
518A    无线通信装置(第2装置侧输入部)
532A    无线通信装置(第2车辆侧输出部)
4D1、5D1    信号提示器(指令生成部、信号提示部)
4D2、5D2    信号提示器(信号提示部)。

Claims (43)

1. 一种移动车辆,具备产生用于移动的动力的马达和供给驱动该马达的电力的蓄电池,所述移动车辆具备:
次级侧线圈,能够在与外部的初级侧线圈之间非接触地传输电力;以及
指令生成部,使用表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受的电能的第1受电量或表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈接受的电能的第2受电量,生成用于使移动车辆移动以调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的相对位置的指令。
2. 如权利要求1所述的移动车辆,还具备:
第1受电量运算部,求出由所述指令生成部使用的第1受电量;以及
控制部,基于由所述指令生成部生成的指令,控制所述马达而调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
3. 如权利要求2所述的移动车辆,所述控制部控制所述马达而使移动车辆沿其前后方向移动,由此调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
4. 如权利要求2所述的移动车辆,构成为在所述控制部控制所述马达而进行所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整的情况下,将由所述次级侧线圈接受的电力用作驱动所述马达的电力。
5. 如权利要求2所述的移动车辆,还具备:
充电装置,使用由所述次级侧线圈接受的电力来对所述蓄电池进行充电;以及
开关电路,在进行所述充电装置对所述蓄电池的充电的情况下,将所述马达从所述蓄电池电断开。
6. 如权利要求2所述的移动车辆,还具备:
从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及
第1效率计算部,使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率,
所述指令生成部基于由所述第1效率计算部求出的电力传输效率,生成所述指令。
7. 一种非接触电力传输装置,能够对外部非接触地传输电力,
将用于对权利要求1~6的任一项所述的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈。
8. 如权利要求6所述的非接触电力传输装置,能够对外部非接触地传输电力,并将用于对权利要求2所述的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈,所述非接触电力传输装置具备:
第1供电量运算部,求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及
第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的所述第1供电量输出至外部。
9. 如权利要求1所述的移动车辆,还具备:
第1负载装置,消耗所述次级侧线圈接受的电力;
电力供给目的地设定单元,将所述次级侧线圈接受的电力的供给目的地设定为所述第1负载装置及所述蓄电池的任一方;
第1受电量运算部,在所述次级侧线圈接受的电力的供给目的地由所述电力供给目的地设定单元设定为所述第1负载装置的状态下,求出表示所述次级侧线圈接受的电能的第1受电量;以及
控制部,基于由所述指令生成部生成的指令,控制所述马达而调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置,
所述指令生成部使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量,生成所述指令。
10. 如权利要求9所述的移动车辆,所述控制部控制所述马达而使移动车辆沿其前后方向移动,由此调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
11. 如权利要求9所述的移动车辆,还具备:
从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及
第1效率计算部,使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率,
所述指令生成部基于由所述第1效率计算部求出的电力传输效率,生成所述指令。
12. 如权利要求9所述的移动车辆,还具备第1车辆侧输出部,该第1车辆侧输出部将表示所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成的位置调整完成通知输出至外部。
13. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至权利要求9~12的任一项所述的移动车辆。
14. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至权利要求11所述的移动车辆,所述非接触电力传输装置具备:
第1供电量运算部,求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及
第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部。
15. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至权利要求12所述的移动车辆,所述非接触电力传输装置具备:
第1供电量运算部,求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;
第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部;以及
第1装置侧输入部,输入从所述第1车辆侧输出部输出的位置调整完成通知,
构成为在将所述位置调整完成通知输入至所述第1装置侧输入部的情况下,使从所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能增大。
16. 如权利要求1所述的移动车辆,还具备:
从外部输入第2受电量的第2车辆侧输入部,该第2供电量表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈接受的电能并由所述指令生成部使用;以及
控制部,基于由所述指令生成部生成的指令,控制所述马达而调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
17. 如权利要求16所述的移动车辆,还具备:
第2供电量运算部,求出表示所述次级侧线圈供电至所述初级侧线圈的电能的第2供电量;以及
第2效率计算部,使用由所述第2供电量运算部求出的第2供电量和输入至所述第2车辆侧输入部的第2受电量,求出从所述次级侧线圈向所述初级侧线圈的电力传输效率,
所述指令生成部基于所述第2效率计算部所求出的电力传输效率,生成所述指令。
18. 如权利要求16所述的移动车辆,所述控制部控制所述马达而使移动车辆沿其前后方向移动,由此调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置。
19. 如权利要求16所述的移动车辆,构成为在所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成时,开始由所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受电力。
20. 如权利要求16所述的移动车辆,还具备第1车辆侧输出部,该第1车辆侧输出部将表示所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成的位置调整完成通知输出至外部,
构成为在所述第1车辆侧输出部将位置调整完成通知输出至外部时,开始由所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受电力。
21. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈在与权利要求16~19的任一项所述的移动车辆之间非接触地接受电力或供给电力,所述非接触电力传输装置具备:
第2负载装置,消耗所述初级侧线圈从所述次级侧线圈接受的电力;
第2受电量运算部,求出表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈接受的电能的第2受电量;以及
第2装置侧输出部,将由所述第2受电量运算部求出的第2受电量输出至外部,
构成为在所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成时,开始从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的供电。
22. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈在与权利要求20所述的移动车辆之间非接触地接受电力或供给电力,所述非接触电力传输装置具备:
第2负载装置,消耗所述初级侧线圈从所述次级侧线圈接受的电力;
第2受电量运算部,求出表示所述初级侧线圈从所述次级侧线圈接受的电能的第2受电量;
第2装置侧输出部,将由所述第2受电量运算部求出的第2受电量输出至外部,以及
第1装置侧输入部,输入从所述第1车辆侧输出部输出的位置调整完成通知,
构成为在将所述位置调整完成通知输入至所述第1装置侧输入部时,开始从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的供电。
23. 如权利要求1所述的移动车辆,所述指令生成部是将用于使移动车辆移动以调整所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的相对位置的指令作为表示移动车辆应该移动的方向的信号来提示的信号提示部。
24. 如权利要求23所述的移动车辆,还具备求出第1受电量的第1受电量运算部,该第1受电量表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受的电能并由所述指令生成部使用。
25. 如权利要求23所述的移动车辆,所述信号提示部通过光或声音来提示表示所述应该移动的方向的信号。
26. 如权利要求23所述的移动车辆,构成为将由所述次级侧线圈接受的电力用作驱动所述马达的电力。
27. 如权利要求23所述的移动车辆,还具备:
充电装置,使用由所述次级侧线圈接受的电力来对所述蓄电池进行充电;以及
开关电路,在进行所述充电装置对所述蓄电池的充电的情况下,将所述马达从所述蓄电池电断开。
28. 如权利要求24所述的移动车辆,还具备:
从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及
第1效率计算部,使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率,
所述指令生成部基于所述第1效率计算部所求出的电力传输效率,生成所述指令。
29. 一种非接触电力传输装置,能够将用于对权利要求23~28的任一项所述的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈。
30. 一种非接触电力传输装置,能够将用于对权利要求28所述的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力从所述初级侧线圈非接触地传输至所述次级侧线圈,所述非接触电力传输装置具备:
第1供电量运算部,求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及
第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部。
31. 如权利要求23所述的移动车辆,还具备:
第1负载装置,消耗所述次级侧线圈接受的电力;
电力供给目的地设定单元,将所述次级侧线圈接受的电力的供给目的地设定为所述第1负载装置及所述蓄电池的任一方;以及
第1受电量运算部,在所述次级侧线圈接受的电力的供给目的地由所述电力供给目的地设定单元设定为所述第1负载装置的状态下,求出表示由所述次级侧线圈接受的电能的第1受电量,
所述信号提示部构成为,使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量,提示表示所述应该移动的方向的信号。
32. 如权利要求31所述的移动车辆,所述信号提示部通过光或声音来提示表示所述应该移动的方向的信号。
33. 如权利要求31所述的移动车辆,还具备:
从外部输入第1供电量的第1车辆侧输入部,该第1供电量表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能;以及
第1效率计算部,使用由所述第1受电量运算部求出的第1受电量和输入至所述第1车辆侧输入部的第1供电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率,
所述信号提示部构成为,基于由所述第1效率计算部求出的电力传输效率,提示表示所述应该移动的方向的信号。
34. 如权利要求31所述的移动车辆,还具备第1车辆侧输出部,该第1车辆侧输出部将表示所述次级侧线圈相对于所述初级侧线圈的位置调整完成的位置调整完成通知输出至外部。
35. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至权利要求31~34的任一项所述的移动车辆。
36. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至权利要求33所述的移动车辆,所述非接触电力传输装置具备:
第1供电量运算部,求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;以及
第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部。
37. 一种非接触电力传输装置,能够使用所述初级侧线圈将电力非接触地传输至权利要求34所述的移动车辆,所述非接触电力传输装置具备:
第1供电量运算部,求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;
第1装置侧输出部,将由所述第1供电量运算部求出的第1供电量输出至外部;以及
第1装置侧输入部,输入从所述第1车辆侧输出部输出的位置调整完成通知,
构成为在将所述位置调整完成通知输入至所述第1装置侧输入部的情况下,使从所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能增大。
38. 一种移动车辆,具备产生用于移动的动力的马达和供给驱动该马达的电力的蓄电池,所述移动车辆具备:
次级侧线圈,能够在与外部的初级侧线圈之间非接触地传输电力;
第1受电量运算部,求出表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受的电能的第1受电量;以及
第2车辆侧输出部,将由所述第1受电量运算部求出的第1受电量输出至外部。
39. 如权利要求38所述的移动车辆,构成为将由所述次级侧线圈接受的电力用作驱动所述马达的电力。
40. 如权利要求38所述的移动车辆,还具备:
充电装置,使用由所述次级侧线圈接受的电力来对所述蓄电池进行充电;以及
开关电路,在进行所述充电装置对所述蓄电池的充电的情况下,将所述马达从所述蓄电池电断开。
41. 如权利要求38所述的移动车辆,还具备:
第1负载装置,消耗所述次级侧线圈接受的电力;以及
电力供给目的地设定单元,将所述次级侧线圈接受的电力的供给目的地设定为所述第1负载装置及所述蓄电池的任一方,
所述第1受电量运算部在所述次级侧线圈接受的电力的供给目的地由所述电力供给目的地设定单元设定为所述第1负载装置的状态下,求出所述第1受电量。
42. 一种非接触电力传输装置,能够从所述初级侧线圈非接触地传输用于对权利要求38~41的任一项所述的移动车辆所具备的所述蓄电池进行充电的电力,所述非接触电力传输装置具备:
第1供电量运算部,求出表示所述初级侧线圈供电至所述次级侧线圈的电能的第1供电量;
第2装置侧输入部,输入表示所述次级侧线圈从所述初级侧线圈接受的电能的第1受电量;
第3效率算出部,使用由所述第1供电量运算部求出的第1供电量和输入至所述第2装置侧输入部的第1受电量,求出从所述初级侧线圈向所述次级侧线圈的电力传输效率;以及
信号提示部,基于由所述第3效率算出部求出的电力传输效率,提示表示移动车辆的应该移动的方向的信号。
43. 如权利要求42所述的非接触电力传输装置,所述信号提示部通过光或声音来提示表示所述应该移动的方向的信号。
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