JP2013169064A - 移動車両及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化、複雑化、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。
【解決手段】移動車両としての電気自動車２は、モータ２１と、モータ２１を駆動する電力を供給する蓄電池２４と、外部の給電コイル１４から非接触で給電される受電コイル２５と、受電コイル２５が受電した電力を消費する負荷装置２８と、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の何れかに設定する電力供給先設定手段（コンタクタ２３及び充電装置２７）と、電力の供給先が負荷装置２８に設定された状態において受電された電力の電力量を示す受電量を求める演算部（電力量演算器３１）と、演算部で求められた受電量に基づいて移動すべき方向を示す信号提示部Ｄ１とを備える。
【選択図】図２

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。

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。

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。

以下の特許文献１〜６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。

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。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。以下の特許文献６には、充電用の二次側コイルに加えてセンサ用の二次側コイルを設け、これら二次側コイルによって得られる電力の強度の検出結果に基づいて充電用の一次側コイルと充電用の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。

特開平８−３３１１２号公報 特開２００６−３４５５８８号公報 特開２０１１−２０５８２９号公報 特開２０１０−２２６９４５号公報 特開２０１０−２５９１３６号公報 特開２０１１−１６０５１５号公報

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。

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。上述した特許文献６に開示された技術では、車両に設けられる二次側コイル及び回路の構成が複雑化するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大型化、複雑化、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。

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演算部と、前記演算部で求められた受電量に基づいて移動すべき方向を示す信号を提示する信号提示部とを備える、という手段を採用する。

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、前記演算部は、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、前記信号提示部は、前記受電量に代えて前記電力伝送効率に基づいて移動すべき方向を示す信号を提示する、という手段を採用する。

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、前記信号提示部は、前記移動すべき方向を示す信号を光又は音により提示する、という手段を採用する。

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。

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前記移動車両に出力する第２の出力部とを備える、という手段を採用する。

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前記移動車両に出力する第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。

また、本発明では、移動車両に係る第５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外部に出力する出力部とを備える、という手段を採用する。

また、本発明では、非接触電力伝送装置に係る第３の解決手段として、上記第５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、前記二次側コイルで受電された電力の電力量を示す受電量が入力される入力部と、前記一次側コイルから給電される電力の電力量を示す給電量を求め、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る演算部と、前記演算部で求められた電力伝送効率に基づいて移動すべき方向を示す信号を提示する信号提示部とを備える、という手段を採用する。

本発明では、非接触電力伝送装置に係る第４の解決手段として、前記信号提示部は、前記移動すべき方向を示す信号を光又は音により提示する、という手段を採用する。

本発明によれば、非接触電力伝送装置から移動車両への受電量を求め、この電力伝送効率に応じて、移動車両の移動すべき方向を示す信号を提示するようにしている。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、運転者の運転によって一次側コイルに対する二次側の位置を正確に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やセンサ用の二次側コイル等が不要であるため、大型化、複雑化、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出力すればよいので、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。

本発明の第１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。 本発明の第１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。 本発明の第２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。 本発明の第２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。 本発明の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。

以下、図面を参照して本発明の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。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。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１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。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。

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。

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。

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。

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。

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、負荷装置２８、及び信号提示器Ｄ１（信号提示部）等を備え、運転者による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の位置の調整を補助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。

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、制御器３４（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。

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、制御器３４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、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（詳細は後述する）の上昇時、つまり給電コイル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、電力伝送効率が上昇から一定あるいは下降に転じる、つま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。

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。

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。

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。

信号提示器Ｄ１は、非接触電力伝送装置１からの電力を用いて電気自動車２に搭載された蓄電池２４を充電する際に、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との位置調整のために、運転者に対して電気自動車２の移動すべき方向を示す信号を提示する。具体的に、信号提示器Ｄ１は、緑色ランプｄ１と赤色ランプｄ２とを備えており、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（詳細は後述する）に応じて、緑色ランプｄ１又は赤色ランプｄ２を点灯させることによって電気自動車２の移動すべき方向を示す信号を提示する。

例えば、信号提示器Ｄ１は、電力伝送効率が上昇する方向に電気自動車２が移動している場合には緑色ランプｄ１を点灯させ、電力伝送効率が下降する方向に電気自動車２が移動している場合には赤色ランプｄ２を点灯させる。尚、信号提示器Ｄ１は、電気自動車２の移動すべき方向を示す信号を光により提示しても良く、或いは音（例えば、短い音の繰り返し）により提示しても良い。

図２は、本発明の第１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。

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。

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）、及び無線通信装置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。

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。

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３４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。

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。

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。

電気自動車２は、上記のモータ２１〜負荷装置２８及び信号提示器Ｄ１に加えて、電圧測定器２９、電流測定器３０、電力量演算器３１、無線通信装置３２（入力部、出力部）、効率計算器３３、及び制御器３４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、負荷装置２８の入力電圧Ｖ２（ｔ）及び入力電流Ｉ２（ｔ）をそれぞれ測定する。なお、電気自動車２において、電力量演算器３１及び効率計算器３３は、本実施形態における演算部を構成する。

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。

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３４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。

効率計算器３３は、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。
制御器３４は、図示しない操作装置が受け付ける運転者のオペレーション（運転操作）に応じたモータ２１の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３４は、上記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３４は、効率計算器３３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。

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。

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。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。

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、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。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。

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。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。

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３４は、コンタクタ２３を閉状態にして受電回路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。

すなわち、制御器３４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、上記動作において、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。

そして、電気自動車２において、非接触電力伝送装置１からの電力伝送がなされていない場合には、電流測定器３０で出力電流Ｉ２（ｔ）が測定されず、電力量演算器３１で求められる電力量Ｐ２が零である。このため、効率計算器３３で算出される電力伝送効率εも零になり、信号提示器Ｄ１に設けられた緑色ランプｄ１及び赤色ランプｄ２は、何れも点灯されない。

これに対し、非接触電力伝送装置１からの電力伝送がなされると、電流測定器３０で出力電流Ｉ２（ｔ）が測定され、測定された出力電流Ｉ２（ｔ）に応じた電力量Ｐ２が電力量演算器３１で求められる。尚、非接触電力伝送装置１が電力の伝送を行っている間は、給電回路１３に供給される電力の電力量Ｐ１が電力量演算器１７で常時求められ、その電力量Ｐ１を示す情報が無線通信装置１８から送信されている。

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を示す情報は効率計算器３３に入力され、効率計算器３３は、これら電力量Ｐ１，Ｐ２を用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。効率計算器３３で算出された電力伝送効率εは信号提示器Ｄ１に入力され、信号提示器Ｄ１は一定の時間間隔（例えば１／１０秒）毎に電力伝送効率εが上昇しているか否かを判断する。

ここで、運転者がセレクターをＤレンジに設定してアクセルを操作すると、制御器３４は、インバータ２２を制御してモータ２１を駆動させる。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。これによって、電気自動車２がゆっくりと前進する。電気自動車２の前進によって電力伝送効率εが上昇したと判断した場合には、信号提示器Ｄ１は緑色ランプｄ１を点灯し、電気自動車２の運転者に対して移動（前進）の継続を促す。

これに対し、電気自動車２の前進によって電力伝送効率εが一定であるか或いは下降したと判断した場合には、信号提示器Ｄ１は赤色ランプｄ２を点灯し、電気自動車２の運転者に対して停止或いは移動方向の変更（後進）を促す。電力伝送効率εは、信号提示器Ｄ１の緑色ランプｄ１が一旦点灯した後に、赤色ランプｄ２の点灯に切り替わった時点で最大になるため、運転者はこの時点で電気自動車２を停車させる。

一方、制御器３４は、電力伝送効率εが上昇から一定あるいは下降に転じると、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を無線通信装置３２に送信させる。すなわち、制御器３４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。

制御器３４は、電気自動車２が停止すると、充電装置２７を制御して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て、蓄電池２４の充電を開始させる。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。制御器３４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。

一方、非接触電力伝送装置１の制御部１９は、微小電力の伝送を開始した後に、無線通信装置３２によって受信された位置調整完了通知Ｎが入力されると、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）の伝送を開始する。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。

制御部１９は、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。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、充電が完了したと判断した場合には、給電回路１３を停止させて電力伝送を停止する。

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に応じて電気自動車２が移動すべき方向を示す信号を信号提示器Ｄ１により運転者に提示している。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であっても運転者の運転によって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やセンサ用の二次側コイル等が不要であるため、大型化、複雑化、及びコスト上昇を招くこともない。

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。

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出力すればよいので、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。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２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。また、図４は、本発明の第２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。上述した第１実施形態では、電気自動車の移動すべき方向を示す信号を提示する信号提示器が電気自動車側に設けられていたが、本実施形態では、その信号提示器が電気自動車の外部（非接触電力伝送装置）に設けられている。

つまり、図３，図４に示す通り、本実施形態の非接触電力伝送装置３は、図１，図２に示す非接触電力伝送装置１が備える外部電源１１〜制御部１９に効率計算器２０及び信号提示器Ｄ２（信号提示部）を加えた構成である。なお、非接触電力伝送装置３において、電力量演算器１７及び効率計算器２０は、本実施形態における演算部を構成する。

一方、本実施形態の電気自動車４は、図１，図２に示す電気自動車２が備える効率計算器３３及び信号提示器Ｄ１を省略した構成である。尚、非接触電力伝送装置３の無線通信装置１８（入力部）は、電気自動車４の電力量演算器３１（受電量演算部）で求められて無線通信装置３２（出力部）から送信されてくる電力量Ｐ２を示す情報を受信し、電気自動車４の無線通信装置３２は、電力量Ｐ２を示す情報を送信する。

効率計算器２０は、電力量演算器１７で求められた電力量Ｐ１と無線通信装置１８で受信された電力量Ｐ２を示す情報とに基づいて、非接触電力伝送装置３から電気自動車４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。信号提示器Ｄ２は、信号提示器Ｄ１と同様のものであるが、防水処理等が施されて例えばポール４０上に設置される。

上記構成における非接触電力伝送装置３及び電気自動車４では、非接触電力伝送装置３において、非接触電力伝送装置３から電気自動車４への電力伝送効率εが算出され、その電力伝送効率εの算出結果に応じて信号提示器Ｄ２に設けられた緑色ランプｄ１又は赤色ランプｄ２の点灯がなされる。また、制御部１９は、効率計算器２０から入力される電力伝送効率εに基づいて給電コイル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。さらに、制御部１９は、電力伝送効率εを無線通信装置１８に送信させる。

一方、電気自動車４の制御器３４は、無線通信装置３２によって受信された電力伝送効率εに基づいてインバータ２２、コンタクタ２３及び充電装置２７の制御を前述した第１実施形態と同様に制御する。なお、電気自動車４に搭載された蓄電池２４の充電時の動作は、前述した第１実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。

以上の通り、本実施形態では、非接触電力伝送装置３から電気自動車４への電力伝送効率εを求め、この電力伝送効率εに応じて電気自動車４が移動すべき方向を示す信号を信号提示器Ｄ２により運転者に提示している。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４であっても運転者の運転によって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やセンサ用の二次側コイル等が不要であるため、大型化、複雑化、及びコスト上昇を招くこともない。

また、本実施形態においても、非接触電力伝送装置３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４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３から電気自動車４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３の給電コイル１４と電気自動車４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。

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。

以上、本発明の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１，３から電気自動車２，４への電力伝送効率εに応じて移動すべき方向を示す信号を提示していたが、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）に応じて移動すべき方向を示す信号を提示しても良い。

非接触電力伝送装置１，３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２，４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。

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。

図５は、本発明の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５に示す通り、非接触電力伝送装置１，３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２，４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。

尚、電気自動車２，４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１，３が設置されている場合には、電気自動車２，４が電力伝送可能エリアに進入した直後に電気自動車２，４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２，４を前進させれば電力伝送効率εが上昇することになるため、電気自動車２，４が後進するのを防止することができる。

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、第１実施形態であれば信号提示器Ｄ１の赤色ランプｄ２を点灯して運転者に停止を促し、無線通信装置３２，１８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。また、第２実施形態であれば信号提示器Ｄ２の赤色ランプｄ２を点灯して運転者に停止を促し、非接触電力伝送装置３に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。

また、信号提示器Ｄ１，Ｄ２を複数箇所に設け、同一の信号を提示するようにしても良い。例えば、第２実施形態では、電気自動車４が停車すべき位置の前後に同一の信号を提示する信号提示器Ｄ２を設けることにより、運転者が認知しやすくなる。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。

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。

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。

また、上記実施形態において、非接触電力伝送装置１、３は、電気自動車２、４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、３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、４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、４は、位置調整完了通知を非接触電力伝送装置１、３に送信しなくてもよくなる。

１，３ 非接触電力伝送装置
２，４ 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
２０ 効率計算器
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 効率計算器
３４ 制御器
Ｄ１，Ｄ２信号提示器

Claims (9)

1. 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演算部と、
   前記演算部で求められた受電量に基づいて移動すべき方向を示す信号を提示する信号提示部と
   を備えることを特徴とする移動車両。
2. 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、
   前記演算部は、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、
   前記信号提示部は、前記受電量に代えて前記電力伝送効率に基づいて移動すべき方向を示す信号を提示することを特徴とする請求項１記載の移動車両。
3. 前記信号提示部は、前記移動すべき方向を示す信号を光又は音により提示することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動車両。
4. 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ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の移動車両。
5. 請求項２または請求項３に記載の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前記移動車両に出力する第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。
6. 請求項４に記載の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前記移動車両に出力する第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特徴とする非接触電力伝送装置。
7. 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外部に出力する出力部と
   を備えることを特徴とする移動車両。
8. 請求項７に記載の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、
   前記二次側コイルで受電された電力の電力量を示す受電量が入力される入力部と、
   前記一次側コイルから給電される電力の電力量を示す給電量を求め、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る演算部と、
   前記演算部で求められた電力伝送効率に基づいて移動すべき方向を示す信号を提示する信号提示部とを備えることを特徴とする非接触電力伝送装置。
9. 前記信号提示部は、前記移動すべき方向を示す信号を光又は音により提示することを特徴とする請求項８に記載の非接触電力伝送装置。
   
   
   
   
   
   

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