JP2012249403A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電コイルと受電コイルとの間に混入された異物を検出する非接触給電装置を提供する。
【解決手段】少なくとも磁気的結合によって第１のコイルとの間で、非接触で電力を送電又は受電する第２のコイルと、第１のコイルと第２のコイルとの間の位置ずれを検出するための複数のセンサと、複数のセンサのそれぞれの出力値に基づいて、第１のコイルと第２のコイルとの相対的な位置を検出する位置検出手段と、複数のセンサのそれぞれの出力値を比較し、比較結果から第１のコイルと第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非接触給電装置に関するものである。

送電手段と、前記送電手段からの電力を非接触で受ける受電手段と、前記送電手段と前記受電手段間の伝送効率を検出する効率検出手段と、検出した前記伝送効率が規定値以上であるか否かを判定する判定手段と、前記伝送効率が前記規定値未満である場合に、障害物などにより正常な給電が妨げられたものと判定し、前記送電手段による送電を一時的に中止し、規定時間後に微小電力による送電を再開する制御手段と、を有する給電システムが知られている（特許文献１）。

特開２０１０−１１９２４６号公報

しかしながら、伝送効率は、送電コイルと受電コイルとの間に位置ずれが生じた場合にも下がるため、伝送効率の変化からは、送電コイルと受電コイルとの間に混入された異物を検出することができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、給電コイルと受電コイルとの間に混入された異物を検出する非接触給電装置を提供することである。

本発明は、第１のコイルと第２のコイルとの間の位置ずれを検出するための複数のセンサのそれぞれの出力値に基づいて、第１のコイルと第２のコイルとの相対的な位置を検出する位置検出手段と、複数のセンサのそれぞれの出力値を比較し、比較結果から第１のコイルと第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段とを備えることによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、異物が第１のコイルと第２のコイルとの間に混入された場合には、上記のセンサの出力値が変化するため、第１のコイルと第２のコイルとの相対的な位置を検出するためのセンサを利用して、コイル間の異物も検出することができる。

本発明の実施形態に係る非接触充電システムのブロック図である。 図１の非接触充電システムに含まれる送電コイル、受信部、受電コイル及び送信部の斜視図である。 図１の非接触給電システムに含まれる、送電コイル及び受電コイルが位置ずれせず、対向している状態を示す平面図ａ）と、斜視部ｂ）、ｃ）である。 図１の非接触給電システムに含まれる、送電コイル及び受電コイルが位置ずれし、対向している状態を示す平面図ａ）と、斜視部ｂ）、ｃ）である。 図１の非接触給電システムに含まれる、送電コイル及び受電コイルが位置ずれしつつ対向し、送電コイルと受電コイルとの間に異物が存在する状態を示す平面図ａ）と、斜視部ｂ）、ｃ）である。 本発明の他の実施形態に係る非接触充電システムに含まれる、非接触給電装置の制御手順を示すフローチャートである。 図６の遠隔通信制御の制御手順を示すフローチャートである。 図６の位置検出制御の制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
図１は、本発明の一実施形態に係る非接触給電装置を含む車両２００及び給電装置１００を備えた非接触充電システムのブロック図である。なお、本例の非接触給電装置の車両側のユニットは電気自動車に搭載されるが、ハイブリッド車両等の車両でもよい。

図１に示すように、本例の非接触充電システムは、車両側のユニットを含む車両２００と、地上側ユニットである給電装置１００とを備え、給電スタンドなどに設置される給電装置１００から、非接触で電力を供給し、車両２００に設けられるバッテリ２８を充電するシステムである。

給電装置１００は、電力制御部１１と、送電コイル１２と、受信部１３と、無線通信部１４と、制御部１５とを備えている。給電装置１００は、車両２００を駐車する駐車スペースに設けられており、車両２００が所定の駐車位置に駐車されるとコイル間の非接触給電により電力を供給する地上側のユニットである。

電力制御部１１は、交流電源３００から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に送電するための回路であり、整流部１１１と、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路１１２と、インバータ１１３と、センサ１１４とを備えている。整流部１１１は、交流電源３００に電気的に接続され、交流電源からの出力交流電力を整流する回路である。ＰＦＣ回路１１２は、整流部１１１からの出力波形を整形することで力率を改善するための回路であり、整流部１１１とインバータ１１３との間に接続されている。インバータ１１３は、平滑コンデンサやＩＧＢＴ等のスイッチング素子及びを有したＰＷＭ制御回路等を含む電力変換回路であって、制御部１５によるスイッチング制御信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に供給する。センサ１１４は、ＰＦＣ回路１１２とインバータ１１３との間に接続され、電流や電圧を検出する。送電コイル１２は、車両２００側に設けられている受電コイル２２に対して非接触で電力を供給するためのコイルであり、本例の非接触給電装置を設けた駐車スペースに設けられている。

車両２００が所定の駐車位置に駐車されると、送電コイル１２は、受電コイル２２の下部であり、受電コイル２２と距離を保って、位置づけられる。送電コイル１２は、駐車スペースの表面と平行な円形形状のコイルである。

受信部１３は、受信用のアンテナにより構成されるセンサであり、地上側である給電装置１００に設けられ、受信用アンテナの近傍磁界を測定することで、送信部２３から送信される電磁波を受信する。受信用アンテナには、例えば磁界アンテナ等が用いられる。また、受信部１３と送信部２３との間で送受信される電磁波の周波数は、後述する無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数に対して、低い周波数が設定されている。また当該電磁波の周波数は、インテリジェンスキーなどの車両周辺機器で使用される周波数帯域に含まれ、あるいは、当該周波数帯域に近い周波数である。受信部１３と送信部２３との間の通信には、後述する無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信と比較して、近距離に適した通信方式が用いられている。

無線通信部１４は、車両２００側に設けられた無線通信部２４と、双方向に通信を行い、地上側である給電装置１００に設けられている。無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数には、受信部１３と送信部２３との間の信号の周波数や、インテリジェンスキーなどの車両周辺機器で使用される周波数より高い周波数が設定されているため、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信を行っても、車両周辺機器は、当該通信による干渉を受けにくい。無線通信部１４及び無線通信部２４との間の通信には、例えば各種の無線ＬＡＮ方式が用いられ、受信部１３と送信部２３との間の通信と比較して、遠距離に適した通信方式が用いられている。

制御部１５は、給電装置１００全体を制御する部分であり、距離測定部１５１、位置検出部１５２及び異物検出部１５３を備え、電力制御部１１、送電コイル１２、受信部１３及び無線通信部１４を制御する。制御部１５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信により、給電装置１００からの電力供給を開始する旨の制御信号を車両２００側に送信したり、車両２００側から給電装置１００から電力を受給したい旨の制御信号を受信したりする。制御部１５は、センサ１１４の検出電流に基づいて、インバータ１１３のスイッチング制御を行い、送電コイル１２から送電される電力を制御する。

車両２００は、受電コイル２２と、送信部２３と、無線通信部２４と、充電制御部２５と、整流部２６と、リレー部２７と、バッテリ２８と、インバータ２９と、モータ３０とを備えている。受電コイル２２は、車両２００の底面（シャシ）等で、後方の車輪の間に設けられている。そして当該車両２００が、所定の駐車位置に駐車されると、受電コイル２２は、送電コイル１２の上部であり、送電コイル１２と距離を保って、位置づけられる。受電コイル２２は、駐車スペースの表面と平行な円形形状のコイルである。

送信部２３は、送信用のアンテナにより構成されるセンサであり、車両２００に設けられ、受信部１３に電磁波を送信する。送信用アンテナには、例えば磁界アンテナ等が用いられる。無線通信部２４は、給電装置１００側に設けられた無線通信部１４と、双方向に通信を行い、車両２００に設けられている。

整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２６で受電された交流電力を直流に整流する整流回路により構成されている。リレー部２７は、制御部２５の制御によりオン及びオフが切り変わるリレースイッチを備えている。またリレー部２７は、当該リレースイッチをオフにすることで、バッテリ２８を含む強電系と、充電の回路部となる、受電コイル２２及び整流部２６の弱電系とを切り離す。

バッテリ２８は、複数の二次電池を接続することで構成され、車両２００の電力源となる。インバータ２９は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子を有したＰＷＭ制御回路等の制御回路であって、スイッチング制御信号に基づいて、バッテリ２８から出力される直流電力を交流電力にし、モータ３０に供給する。モータ３０は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両２００を駆動させるための駆動源となる。

充電制御部２５は、バッテリ２８の充電を制御するためのコントローラであり、送信部２３、無線通信部２４及び充電制御部２５を制御する。充電制御部２５は、充電を開始する旨の信号を、無線通信部２４及び無線通信部１４の通信により、制御部１５に送信する。また充電制御部２５は、図示しない、車両２００全体を制御するコントローラとＣＡＮ通信網で接続されている。当該コントローラは、インバータ２８のスイッチング制御や、バッテリ２２の充電状態（ＳＯＣ）を管理する。充電制御部１５は、当該コントローラにより、バッテリ２２のＳＯＣに基づいて満充電に達した場合に、充電を終了する旨の信号を、制御部１５に送信する。

本例の非接触給電装置では、送電コイル１２と受電コイル２２との間で、電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の送電及び受電を行う。言い換えると、送電コイル１２に電圧が加わると、送電コイル１２と受電コイル２２との間には磁気的な結合が生じ、送電コイル１２から受電コイル２２へ電力が供給される。

次に、図２を用いて、受信部１３及び送信部２３の構成を説明する。図２は本例の非接触給電装置の一部である、送電コイル１２、受信部１３、受電コイル２２及び送信部２３の斜視図である。

受信部１３は、４個の受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄにより構成され、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄは、送電コイル１２の周囲に設けられている。また受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄは、送電コイル１２の中心に対して、対象になるよう配置されている。送信部２３は、１個の送信用アンテナにより構成され、当該送信用アンテナは、受電コイル２３の中心点に設けられている。

送電コイル１２及び受信部１３は地上側である給電装置１００に設けられているため、送電コイル１２及び受信部１３のそれぞれの位置は変わらない。一方、受電コイル２２及び送信部２３は、車両２００に設けられているため、所定の駐車スペースに対する車両２００の駐車位置に応じて、受電コイル２２及び送信部２３のそれぞれの位置は、送電コイル１２及び受信部１３のそれぞれの位置に対して、相対的に変わる。

受電コイル２２の中心点と送電コイル１２の中心点が、それぞれのコイル面の方向、言い換えると、受電コイル２２及び送電コイル１２の平面方向において、合致するように、車両２００が所定の駐車スペースに駐車された場合に、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄのそれぞれの位置から、送信部２３の位置までの距離は、それぞれ等しくなるように、受信部１３及び送信部２３が配置されている。

受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄは、送信部２３のアンテナから送信される信号をそれぞれ受信する。そして、受電コイル１３の中心点と送電コイル２３の中心点が、受電コイル１３及び送電コイル２３の平面方向において合致している場合には、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄのそれぞれで受信される信号強度は等しくなる。一方、受電コイル１３の中心点と送電コイル２３の中心点とがずれている場合には、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄのそれぞれで受信される信号強度は等しくならない。すなわち、本例は、後述する通り、受信部１３及び送信部２３で構成される複数のセンサの出力値から、送電コイル１２と受電コイル２２との相対的な位置を検出することで、コイルの位置ずれを検出する。

次に、図１及び図２を用いて、制御部１５及び充電制御部２５による制御内容を説明する。

制御部１５は、初期化制御として、給電装置１００の各システムが正常に動作するか否かを診断するシステムチェックを行う。充電制御部２５は、同様に、初期化制御として、車両２００の充電システムが正常に動作するか否かを診断するシステムチェックを行う。システムチェックの結果、車両２００でシステム異常が生じている場合には、車両２００のユーザに通知し、充電装置１００でシステム異常が生じている場合には、充電装置１００を管理するセンター等に通知する。一方、システムチェックが正常な場合には、制御部１５は、無線通信部１４を起動させて、信号を受信可能な状態にする。なお、給電装置１００側のシステムチェックは、例えば所定の周期で定期的に行い、車両２００側のシステムチェックは、例えば車両２００を駆動させるためのメインスイッチがオンになった時に行う。

制御部１５及び充電制御部２５は、無線通信部１４及び無線通信部２４をそれぞれ制御し、以下の遠隔通信制御を行う。まず、充電制御部２５は、車両２００に設けられているＧＰＳ機能より、車両２００の現在値の情報を取得し、車両の現在地が、予め設定されている充電ポイント領域内にあるか否かを判断する。ここで、充電ポイント領域とは、各給電装置１００に応じて、それぞれ設定される範囲であって、例えば、地図上で、給電装置１００の位置を中心とした円状に表示される範囲である。車両２００が充電ポイント領域内にあるということは、バッテリ２８を充電する際に、当該充電ポイント領域に対応した給電装置１００で充電が行われるということを示す。

そして、車両２００の現在地が充電ポイント領域内にある場合には、充電制御部２５は無線通信部２４を起動させて、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信可能な状態にする。無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信可能な状態になると、充電制御部２５は、リンクを確立するための信号を、無線通信部２４から無線通信部１４に送信する。そして、制御部１５は、当該信号を受信した旨の信号を、無線通信部１４から無線通信部２４に送り返す。これにより、無線通信部１４と無線通信部２４との間でリンクが確立する。

また、充電制御部２５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信で、車両２００のＩＤを、制御部１５に送信する。制御部１５は、車両２００側から送信されたＩＤが、予め制御部１５に登録されているＩＤと合致するか否かを判定することで、ＩＤ認証を行う。本例の非接触給電システムでは、予め給電可能な車両２００が給電装置１００毎に予めＩＤにより登録されている。そのため、上記のＩＤ認証により、登録ＩＤと合致した車両２００が給電することができる。

リンク確立及びＩＤ認証を終えると、車両２００が充電ポイント領域に対応した給電装置１００に近づきつつ、充電制御部２５は、無線通信部２４から無線通信部１４に信号を所定の周期で送信する。制御部１５は、距離測定部１５１により、車両２００と給電装置１００との距離を測定する。無線通信部１４は、無線通信部２４から周期的に送信される信号を受信する。距離測定部１５１は、受信した信号の電界強度から、車両２００と給電装置１００との距離を測定する。

制御部１５には、車両２００と給電装置１００との距離が近づき、送電コイル１２及び受電コイル２２の平面方向におけるコイル間の距離が近くなっていることを示すための閾値が、車両接近閾値として、予め設定されている。受信信号の強度は、車両２００と給電装置１００との距離と相関性をもつため、本例では、車両接近閾値を信号強度により規定している。

制御部１５は、受信信号の電界強度と車両接近閾値とを比較して、車両２００と給電装置１００との距離が所定の距離より短いか否かを判定する。そして、車両２００と給電装置１００との距離が所定の距離より短くなると、制御部１５は、受信部１３を起動し、また無線通信部１４から無線通信部２４に制御信号を送信する。充電制御部２５は、当該制御信号を受信すると、送信部２３を起動させる。

これにより、本例は、受信部１３及び送信部２３による信号の送受信を常に行わず、車両２００が給電装置１００に接近した場合に、受信部１３及び送信部２３を起動させて、信号の送受信を行う。

次に、制御部１５及び充電制御部２５は、上記の遠隔通信制御を終えると、以下の位置検出制御を行う。充電制御部２５は、車両２００が停車してことを確認すると、送信部２３の送信アンテナから、受信部１３の受信アンテナ１３ａ〜１３ｄに対して、信号を送信する。制御部１５は、各受信アンテナ１３ａ〜１３ｄにより受信された信号の出力値を測定し、まず受信アンテナ１３ａ〜１３ｄ及び送信アンテナが正常であるか否かを判定する。制御部１５には、アンテナの異常を判定するための異常判定閾値として上限値及び下限値が予め設定されている。受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの全ての出力値が、下限値から上限値までの範囲内であれば、制御部１５は受信部１３及び送信部２３が正常に動作している、と判定する。一方、受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値が、上限値より高い、または、下限値より低い場合には、制御部１５は受信部１３又は送信部２３の少なくとも一方が故障していると判定する。そして、受信部１３又は送信部２３が故障していると判定した場合には、制御部１５は無線通信部１４及び無線通信部２４を介して、異常を示す信号を、充電制御部２５に送信し、充電制御部２５は、受信部１３又は送信部２３の異常をユーザに通知する。あるいは、制御部１５は、受信部１３又は送信部２３の異常を、給電制御部１００を管理するセンターに通知する。

受信部１３及び送信部２３が正常である場合には、制御部１５は、以下の要領で、
位置検出部１５２によりコイルの位置ずれ、言い換えると、送電コイル１２及び順コイルの重なり状態を検出し、異物検出部１５３によりコイル間に存在する異物を検出する。図３〜５を用いて、コイルの位置ズレの検出する制御及びコイル間の異物を検出する制御を、それぞれ説明する。図３は送電コイル１２及び受電コイル２２が位置ずれせず、対向している状態を示す平面図ａ）と、斜視部ｂ）、ｃ）である。図４は送電コイル１２及び受電コイル２２が位置ずれし、対向している状態を示す平面図ａ）と、斜視部ｂ）、ｃ）である。図５は図４に対して異物４０が送電コイル１２上に存在する状態を示す平面図ａ）と、斜視部ｂ）、ｃ）である。Ｘ軸及びＹ軸は、送電コイル１２及び受電コイル２２の平面方向を示し、Ｚ軸は高さ方向を示す。

図３に示すように、送電コイル１２及び受電コイル２２の平面方向において、送電コイル１２の中心点と受電コイルの中心点とが一致する場合には、送信部２３の送電アンテナから受信部１３の各受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄまでのそれぞれの距離は等しくなるため、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄで受信される信号の出力値は同じ値になる。ここで、図３に示す場合の、各受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値をＳとする。

一方、図４に示すように、受電コイル２２が送電コイル１２に対してＸ軸方向にずれている場合には、送信部２３から受信用アンテナ１３ａ、１３ｄまでの距離が、送信部２３から受信用アンテナ１３ｂ、１３ｃまでの距離より短くなる。そして、送信部２３から受信用アンテナ１３ａ、１３ｄまでの距離は、図３に示す送信部２３から各受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄまでの距離より短くなるため、受電コイル１３ａ、１３ｄの出力値は出力値（Ｓ）より大きくなり、例えばＳ＋３０となる。一方、送信部２３から受信用アンテナ１３ｂ、１３ｃまでの距離は、図３に示す送信部２３から各受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄまでの距離より長くなるため、受電コイル１３ｂ、１３ｃの出力値は出力値（Ｓ）より小さくなり、例えばＳ−３０となる。

そのため、位置検出部１５２は、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値と、基準となる出力値Ｓとを比較して、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄの各出力値のずれを演算することで、送電コイル１２に対する受電コイル２３の相対的な位置を検出する。

次に、異物検出部１５３による異物検知の制御内容を説明する。図５に示すように、図４と同様なコイルの位置関係において、受信用アンテナ１３ａの付近に異物４０が存在する場合には、送信部１３から受信用アンテナ１３ａに送信される信号が異物４０により遮られてしまうため、受信用アンテナ１３ａの出力値は、図４の受信用アンテナ１３ａの出力値（Ｓ＋３０）より小さくなり、例えばＳ−６００となる。一方、受信用アンテナ１３ｂ〜１３ｄの出力値は、図４の受信用アンテナ１３ｂ〜１３ｄの出力値と同様な値となり、例えば、それぞれＳ−３０、Ｓ−３０及びＳ＋３０となる。

異物検出部１５３は、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値のそれぞれの差分の絶対値をとり、当該差分の絶対値と閾値とを比較し、当該差分が閾値より大きい場合に、コイル間に異物が存在すると判定する。当該閾値は、異物が存在するか否かを判定するための異物判定閾値であり、予め設定されている値である。本例では、異物判定閾値を６０とする。
図４及び図５に示す例において、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値を、それぞれａ〜ｄとすると、図４に示す例では、異物検出部１５３により、それぞれの差分の絶対値は以下のように演算される。

そして、異物検出部１５３は、上記のそれぞれの差分の絶対値と異物判定閾値とを比較し、全ての差分が異物判定閾値（＝６０）以下となるため、送電コイル１２と受電コイル２２との間に異物は存在しない、と判定する。
一方、図５に示す例では、異物検出部１５３により、それぞれの差分の絶対値は以下のように演算される。

異物検出部１５３は、上記のそれぞれの差分の絶対値と異物判定閾値とを比較し、差分｜ｂ−ａ｜、｜ｃ−ａ｜及び｜ｄ−ａ｜が異物判定閾値より大きくなるため、異物が存在する、と判定する。さらに、異物判定閾値より大きい差分のうち、出力値ａが共通しているため、異物検出部１５３は、受信用アンテナ１３ａの付近に異物が存在すると判定することができる。これにより、異物検出部１５３は、送電コイル１２と受電コイル２２との間に異物が存在するか否かを検出し、異物の場所を特定する。
制御部１５は、位置検出部１５２により検出された、送電コイル１２に対する受電コイル２２の相対的な位置を、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信を介して、車両２００側に送信する。また、制御部１５は、異物検出部１５３により異物を検出した場合には、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信を介して、車両２００側に送信する。

そして、制御部１５及び充電制御部２５は、上記の位置検出制御を終えると、以下の充電制御を行う。充電制御部２５は、無線通信部２４により受信した、コイルの位置ずれの情報から、充電時間を算出する。送電コイル１２から受電コイル２２に供給される電力の送電効率は、送電コイル１２と受電コイル２２との結合係数に依存し、当該結合係数は送電コイル１２と受電コイル２２との相対的な位置関係と相関している。そのため、充電制御部２５は、送電コイル１２から送電される電力に対して、送電コイル１２と受電コイル２２との相対的な位置が分かれば、受電コイルで受電される電力を算出することができる。そして、充電制御部２５は、コイルの位置ずれに基づく受電電力に対応した充電電力と、図示しないコントローラにより管理されるバッテリ２８のＳＯＣとから、充電時間を算出することができる。そして、ユーザが充電制御部２５により算出された充電時間で充電を行ってもよいと判断した場合には、ユーザの操作に基づいて、充電制御部２５は、充電を開始する旨の信号を、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信で、給電装置１００に送信する。制御部１５は、当該信号に基づいて、給電を開始する。一方、ユーザが充電制御部２５により算出された充電時間で充電を行わないと判断した場合には、ユーザは、充電時間を短縮させるために、再駐車させて、コイルの位置ずれを小さくする。充電制御部２５は、バッテリ２８が満充電になると、無線通信部２４から無線通信部１４に、充電を終える旨の制御信号を送信し、制御部１５は当該制御信号に基づいて、給電を停止させる。

また充電制御部２５は、無線通信部２４により、異物を検出した旨の信号を受信した場合には、図示しないコントローラを介して、ユーザに対して異物の存在を通知する。ユーザは、通知に基づき、異物を排除することで、充電を開始させることができる。また制御部１５は、異物を検出した場合には、給電を行わない。

次に、図６〜図８を用いて、本例の非接触給電システムの制御手順を説明する。図６は本例の非接触給電システムの制御手順を示すフローチャートであり、図７は図６の遠隔通信制御の制御手順を示すフローチャートであり、図８は図６の位置検出制御の制御手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、制御部１５及び充電制御部２５は、初期化制御として、システムチェックを行う。ステップＳ２にて、制御部１５及び充電制御部２５は、遠隔通信制御を行う。

ステップＳ２の遠隔通信制御について、図７に示すように、ステップＳ２１にて、充電制御部２５は、図示しないコントローラのＧＰＳ機能により、車両２００の現在地を取得する。ステップＳ２２にて、充電制御部２５は、取得した現在地が給電装置１００の充電ポイント領域内にあるか否かを判定する。現在地が充電ポイント領域内にない場合には、ステップＳ２１に戻る。現在地が充電ポイント領域内にある場合には、ステップＳ２３にて、充電制御部２５は無線通信部２４を起動させる。

ステップＳ２４にて、制御部１５及び充電制御部２５は、無線通信部１４と無線通信部５との間でリンクを確立するための信号を送受信し、リンクが確立したか否かを判定する。リンクが確立していない場合には、ステップＳ２４に戻り、再び、無線通信部１４と無線通信部５との間で信号を送受信する。リンクが確立した場合には、ステップＳ２５にて、充電制御部２５は、給電装置１００に車両２００のＩＤを送信する。制御部１５は、無線通信部１４により受信した信号に含まれるＩＤと、給電装置１００に登録されているＩＤとを照合することで、ＩＤ認証を行う。

ＩＤが認証されない場合には、本例の制御を終了する。一方、ＩＤが認証された場合には、ステップＳ２６にて、充電制御部２５は、車両２００が給電装置１００に近づいていることを示すために、無線通信部２４から信号を所定の周期で送信する。制御部１５は、距離測定部１５１により、無線通信部１４で受信される受信信号の電界強度を測定することで、車両２００と給電装置１００との間の距離を測定する。そして、ステップＳ２７にて、制御部１５は、受信信号の電界強度が車両接近閾値より大きいか否かを判定する。受信信号の電界強度が車両接近閾値以下である場合には、受信部１３及び送信部２３を起動させてコイルの位置ずれを検出するほど、車両２００が給電装置１００に近づいていないと判断して、ステップＳ２６に戻る。一方、受信信号の電界強度が車両接近閾値より大きい場合には、車両２００が給電装置１００に近づいていると判断して、ステップＳ３に移り、ステップＳ２の遠隔通信制御を終了する。

ステップＳ３の位置検出制御について、図８に示すように、ステップＳ３１にて、制御部１５は受信部１３を起動させ、位置検出制御を開始させる旨の信号を無線通信部１４から無線通信部２４に送信する。ステップＳ３２にて、充電制御部２５は、ステップＳ３１で送信された信号に基づき、送信部２３を起動させる。ステップＳ３３にて、制御部１５は、送信部２３から送信され、受信部１３の受信アンテナ１３ａ〜１３ｄで受信される受信信号の出力値をそれぞれ測定する。ステップＳ３４にて、制御部１５は、それぞれの受信信号の出力値が、異常判定の下限値より大きく、かつ、異常判定の上限値より小さいか否かを判断する。

受信信号の出力値が、下限値より高く、かつ、上限値より低い場合には、ステップＳ３５にて、制御部１５は、各受信アンテナ１３ａ〜１３ｄで受信される出力値の、それぞれの差を演算する。ステップＳ３６にて、制御部１５は、異物検出部１５３により、それぞれの出力値の差の絶対値が異物判定閾値以下であるか否かを判定する。それぞれの出力値の差の絶対値が異物判定閾値以下である場合には、ステップＳ３７にて、異物検出部１５３は、送電コイル１２と受電コイル２２との間に異物が存在しないと判定する。ステップＳ３８にて、制御部１５は、位置検出部１５２により、ステップＳ３３で測定した受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値から、送電コイル１３に対する受電コイル２３の相対的な位置を検出することで、送電コイル１３に対する受電コイル２３の位置ずれを検出して、検出結果を車両２００側に送信して、ステップＳ４に移り、位置検出制御を終了する。

ステップＳ３６に戻り、受信用アンテナ１３ａ〜１３ｄのそれぞれの出力値の差の絶対値が異物判定閾値より大きい場合には、ステップＳ３６１にて、異物検出部１５３は異物有りと判定する。そして、ステップＳ３６２にて、制御部１５は、異物が存在する旨の信号を、無線通信部１４を介して、車両２００に送信する。充電制御部２５は、無線通信部２４により受信された当該信号に基づいて、ユーザに、異物が存在することを通知する。異物が存在する場合には、ステップＳ４の充電制御に移ることなく本例の制御を終了する。

ステップＳ３４に戻り、受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値が、下限値より小さい、または、上限値より大きい場合には、ステップＳ３４１にて、制御部１５は、受信部１３または送信部２３に異常が生じている、と判定する。そして、ステップＳ３６２にて、制御部１５は、送信部１３又は受信部２３に異常が生じている旨の信号を、無線通信部１４を介して、車両２００に送信する。充電制御部２５は、無線通信部２４に受信された当該信号に基づいて、ユーザに、異常が生じていることを通知する。受信部１３または送信部２３に異常が生じている場合には、ステップＳ４の充電制御に移ることなく本例の制御を終了する。

図６に戻り、ステップＳ４にて、充電制御部２５は、位置検出部１５２により検出されたコイルの位置ずれの情報と、バッテリ２８のＳＯＣとを用いて、充電時間を算出し、ユーザに通知する。そして、ユーザの操作に基づき、充電制御部２５は、充電を開始する旨の信号を給電装置１００に送信する。制御部１５は、当該信号を受信すると、送電コイル１２から受電コイル２２への給電を開始する。給電開始の際には、制御部１５は受信部１３を停止し、充電制御部２５は送信部２３を停止する。そして、バッテリ２８が満充電に達すると、制御部１５は給電を停止し、本例の充電制御を終了する。

上記のように、本例は、送信部２３及び複数の受信アンテナ１３ａ〜１３ｄを備え、位置検出部１５２により、当該受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値に基づいて、送電コイル１２と受電コイル２２との相対的な位置を検出し、また異物検出部１５３により、当該受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値を比較し、比較結果から送電コイル１２と受電コイル２２との間の異物を検出する。これにより、本例は、送電コイル１２と受電コイル２２との相対的な位置を検出するためのセンサである、送信部２３及び受信アンテナ１３ａ〜１３を利用して、コイル間の異物を検出することができ、その結果として、異物検知用のセンサを別途、設ける必要がない。また本例は異物を検出し、ユーザ等に異物の存在を通知することで、異物をコイル間から排除することができるため、非接触給電による異物からの発熱を防ぐことができる。また本例は、複数のセンサを用いて、異物を検出するため、異物の場所を特定することができる。

また本例は、異物検出部１５３により、受信アンテナ１３ａ〜１３ｄのそれぞれの出力値の差分に基づいて、異物を検出する。これにより、受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値の差分をとることで、コイルの位置ずれによる出力値のずれ量が相殺されるため、異物の検出精度を高めることができる。

なお、本例は、異物検出部１５３により、異物を検出した場合には、位置検出部１５２によるコイルの位置検出を行わないが、異物が４つの受信アンテナ１３ａ〜１３ｄから一つのアンテナに偏った位置に存在する場合には、残りの３つの受信アンテナの出力値を用いて、位置検出部１５２により、送電コイル１２と受電コイル２２との相対的な位置を検出してもよい。これにより、本例は、コイルの位置ずれの検出と、異物の検出を両方行うことができ、より利便性の高い非接触給電システムを提供することができる。

なお、本例は、受信部１３を、４つのアンテナで構成するが、必ずしも４つである必要はなく、複数のアンテナで構成すればよい。また、受信部１３は必ずしも地上側に設ける必要はなく車両２００側に設けてもよく、送信部２３は必ずしも車両２００側に設ける必要はなく地上側に設けてもよい。また本例は、送信部２３の送信アンテナと、受信部１３の受信アンテナ１３ａ〜１３ｄにより、複数のセンサを構成するが、複数のセンサを、必ずしも送信部２３及び受信部１３による対となる構成にする必要はなく、地上側又は車両２００側のいずれ一方のみ設けたセンサにより構成してもよい。例えば、地上側に車両に向けて発信する赤外線センサを複数設け、反射される赤外線の強度から、上記と同様に、異物検出及びコイルの位置検出を行ってもよい。

なお本例において、異物検出部１５３は、受信アンテナ１３ａ〜１３ｄの出力値の差分から異物を検出したが、異物検出部１５３は、受信アンテナ１３ａ〜１３ｄのそれぞれの出力値を乗算し、加算し、または、除算し、その演算結果を比較することで、異物を検出してもよい。

また本例において、異物検出部１５３は、送電コイル１２から受電コイル２２へ電力を供給している時に、異物検出をしてもよい。そして、異物検出部１５３が、電力供給中に、異物を検出した場合には、制御部１５は送電コイル１２からの送電を停止させ、車両２００側に、異物が混入されたことを無線通信で通知する。

なお、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信に基づく距離計測は、受信部１３と送信部２３との間の通信に基づくコイルの位置ずれ検出と比較して、計測単位が大きいため、距離計測の際の、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周期を、受信部１３と送信部２３との間の通信周期と比べて長くしてもよい。また、受信部１３と送信部２３との間の通信は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信のように、制御信号の双方向通信を行わない分、送信するデータ量を少なくてもよいが、コイル間の位置ずれの精度を高めるために、システムチェック時のパリティを行うとよい。

また位置検出部１５２は、送電コイル１２から受電コイル２２への電力供給中に、コイルの位置検出を行ってもよい。例えば、制御部１５は、電力供給を行ってから、所定の期間経過後に電力供給を停止し、停止中に位置検出部１５２によりコイルの位置を検出し、検出後に再び電力供給を開始させるように制御すればよい。これにより、本例は、電力供給中に、コイルの位置ずれが生じていなかいか確認することができる。

また、本例は、無線通信部１４の受信信号の電界強度から、車両２００と給電装置１００との距離を測定するが、受信信号の時間差等に基づき、距離を測定してもよい。また距離を測定するための、遠隔通信用の通信手段として、車両２００と給電装置１００との距離を直接的に測定するセンサを設けてもよい。

上記送電コイル１２または受電コイル２２の一方のコイルが本発明に係る第１のコイルに、他方のコイルが本発明に係る第２のコイルに相当し、送信部２３及び受信部１３の受信アンテナ１３ａ〜１３ｄが本発明に係る複数のセンサに相当し、位置検出部１５２が本発明に係る位置検出手段に、異物検出部１５３が本発明に係る異物検出手段に相当する。

１００…給電装置
１１…電力制御部
１１１…整流部
１１２…ＰＦＣ回路
１１３…インバータ
１１４…センサ
１２…送電コイル
１３…受信部
１３ａ〜１３ｄ…受信アンテナ
１４…無線通信部
１５…制御部
１５１…距離測定部
１５２…位置検出部
１５３…異物検出部
２００…車両
２２…受電コイル
２３…送信部
２４…無線通信部
２５…充電制御部
２６…整流部
２７…リレー部
２８…バッテリ
２９…インバータ
３０…モータ
４０…異物
３００…交流電源

Claims (3)

1. 少なくとも磁気的結合によって第１のコイルとの間で、非接触で電力を送電又は受電する第２のコイルと、
   前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の位置ずれを検出するための複数のセンサと、
   前記複数のセンサのそれぞれの出力値に基づいて、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの相対的な位置を検出する位置検出手段と、
   前記複数のセンサのそれぞれの出力値を比較し、比較結果から前記第１のコイルと前記第２のコイルとの間の異物を検出する異物検出手段とを備える
   ことを特徴とする非接触給電装置。
2. 前記異物検出手段は、
   前記複数のセンサのそれぞれの出力値の差分に基づいて、前記異物を検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。
3. 前記複数のセンサは、少なくとも４個のセンサにより構成され、
   前記位置検出手段は、
   前記４個のセンサのうち、少なくとも３個のセンサのそれぞれの出力値に基づいて、前記第１のコイルと前記第２のコイルとの相対的な位置を検出する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の非接触給電装置。

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