JP2014121126A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】非接触給電システムにおいて、車長方向におけるコイル間の位置合わせを図りつつ、物体がコイル間に進入することを監視する。
【解決手段】前側監視部１６０に係る検出ユニットにより、後輪ＲＬ，ＲＲの前側に検出光が配設される。ここで、検出光は、車両を車幅方向に跨いで配置される。後輪ＲＬ，ＲＲの前側に配置される検出光により、車両２００の駐車時には、規定の駐車位置Ｃｐに対して車両２００の後退が足りないことを監視することができ、また、充電時には、検出光が車体底部と地面との間の空間に存在するため、その空間を通じて物体がコイル間へ接近することを監視することができる。これにより、車両前後方向におけるコイル間の位置合わせを図りつつ、物体がコイル間に進入することを監視することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、非接触給電システムに関する。

従来より、一対のコイルの磁気的結合によって非接触で電力の供給を行う非接触給電システムが知られている。この非接触給電システムは、例えば電気自動車といった電動車両への適用が進められており、給電スタンドなどの駐車スペースには交流電源に接続する一方のコイルが設置され、電動車両にはバッテリに接続する他方のコイルが設置されている。そして、駐車スペース側のコイルを一次コイル、電動車両側のコイルを二次コイルとして利用することにより、一対のコイルの磁気的結合により、駐車スペース側の交流電源から車両側のバッテリへと電力を供給することができる。ところで、充電時には、コイル間には磁力が発生しているので、これに物体が接近してしまうことへの対策が望まれる。また、送電効率を向上させるため、また、磁力線の漏洩を抑制するために、車両の移動方向である車長方向（前後方向）におけるコイル間の位置合わせが適切であるか否かを監視する必要がある。

例えば特許文献１には、非接触給電システムが開示されている。この非接触給電システムは、電源から電力を受けて送電を行う一次自己共振コイルを含む送電装置と、一次自己共振コイルから送電された電力を受電する二次自己共振コイルを含む受電装置とを備えている。また、給電時に一次自己共振コイルと二次自己共振コイルとの間に位置する領域の周囲を取り囲むように、シールド部材が配置されている。

特開２０１０−９８８０７号公報

特許文献１に開示された手法によれば、車両重量の変動や駐車位置のずれに応じて、シールド部材の高さや設置範囲を調整しなければならず、また、コイル間の車長方向の位置が適切であるか否かを監視することができないという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触給電システムにおいて、車長方向におけるコイル間の位置合わせを図りつつ、物体がコイル間に進入することを監視することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、駐車位置に駐車する車両を基準として、車輪よりも内側に存在する車体底部と地面との間の空間に検出光を設定する検出ユニットを備える非接触給電システムを提供する。ここで、検出ユニットは、検出光を出力する発光器と検出光を受光する受光器とを備えており、発光器と受光器とを相対峙させることで車両を車幅方向に跨いで検出光を配置する。

本発明によれば、車輪の内側に配置される検出光により、車両の駐車時には、規定の駐車位置に対して車両の進入が足りないことを監視することができ、また、充電時には、検出光が車体底部と地面との間の空間に存在するため、その空間を通じて物体がコイル間へ
接近することを監視することができる。これにより、車長方向におけるコイル間の位置合わせを図りつつ、物体がコイル間に進入することを監視することができる。

非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図 駐車スペースに設置された送電コイルの状態を示す模式図 所定の駐車位置に駐車する車両と監視センサとの関係を示す説明図 所定の駐車位置に駐車する車両と監視センサとの関係を示す説明図 所定の駐車位置に駐車する車両と監視センサとの関係を示す説明図 所定の駐車位置に駐車する車両と監視センサとの関係を示す説明図 所定の駐車位置に駐車する車両と監視センサとの関係を示す説明図

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図である。非接触給電システムは、地上側ユニットである給電装置１００と、車両側ユニットを含む車両２００とを備え、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、車両２００の駐車スペースを備える充電スタンドなどに設置されており、車両２００に対して電力を供給する。この給電装置１００は、電力制御部１１と、送電コイル１２と、無線通信部１４と、制御部１５とを主体に構成されている。

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る。この電力制御部１１は、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流を整流する。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、ＰＷＭ制御回路等を含む電力変換装置であり、制御部１５からの制御信号に基づいて、直流電流を高周波の交流電流に変換し、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側の受電コイル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、金属等の導電体からなる導線を巻回して構成されている。この送電コイル１２は、車両２００を駐車する駐車スペースといった目的箇所に設けられており、コイルの保護や保安上の観点から、筐体１２０（図２参照）の内部に収容されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、駐車スペースへの駐車形態が後ろ向き駐車であることを前提に説明することとし、車両２００が規定の駐車位置Ｃｐに駐車すると、車両２００側の受電コイル２２は送電コイル１２の下方に対峙することとなる。

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う。無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数には、インテリジェント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、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を総括的に制御する機能を担っている。例えば、制御部１５は、電力制御部１１、送電コイル１２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、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側からの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から供給される電力を制御する。この制御部１５としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。

また、本実施形態との関係において、制御部１５は、後述する監視センサ１６を利用して、送電コイル１２と受電コイル２２との位置合わせを監視したり、送電コイル１２と受電コイル２２との間に接近する物体を監視したりする。

車両２００は、受電コイル２２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、通知部３２とを備えている。

受電コイル２２は、給電装置１００側の送電コイル１２から非接触で電力を受けるためのコイルであり、金属等の導電体からなる導線を巻回して構成されている。この受電コイル２２は、例えば、車体底部における左右の後車輪ＲＲ，ＲＬ間に搭載されており、コイルの保護や保安上の観点から、筐体２２０（図４乃至図７参照）の内部に収容されている。受電コイル２２は、車両２００が駐車スペースの規定位置に駐車されると、給電装置１００側の送電コイル１２の上方に対峙する。

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、双方向に通信を行う。

整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２２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、充電制御部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。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側と、充電回路部側となる受電コイル２２及び整流部２６とを切り離すことができる。

バッテリ２８は、車両２００の電力源であり、例えば複数の二次電池を電気的に接続して構成されている。

インバータ２９は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子、ＰＷＭ制御回路等を含む電力変換装置であり、制御信号に基づいて、バッテリ２８から出力される直流電流を交流電流に変換し、当該交流電力をモータ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である。

通知部３２は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイ又はスピーカ等により構成され、車室内のインストルメントパネル等に配置されている。この通知部３２は、充電制御部２５による制御に基づいて、ユーザに対して光、画像又は音等を出力する。

充電制御部２５は、バッテリ２８の充電を制御する機能を担っている。例えば、充電制御部２５は、無線通信部２４及び通知部３２を制御する。充電制御部２５は、無線通信部２４及び無線通信部１４の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を給電装置１０
０側から受信したり、電力を受給したい旨の制御信号を車両２００側に送信したりする。

また、図示を省略しているが、充電制御部２５は、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２９のスイッチング制御や、バッテリ２８の充電状態（ＳＯＣ）を管理している。充電制御部２５は、コントローラから得られるバッテリ２８のＳＯＣに基づいて満充電を判断した場合に、充電を終了する旨の制御信号を給電装置１００側に送信する。

本実施形態に係る非接触給電システムでは、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を行う。すなわち、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。

以下、本実施形態の特徴の一つである監視センサ１６の構成について説明する。図２に示すように、給電装置１００側の送電コイル１２（筐体１２０）の周囲には、一対の側壁１７Ｌ，１７Ｒが設けられている。一方の側壁１７Ｌは、規定の駐車位置Ｃｐに駐車する車両２００を基準として、車両２００の左後輪ＲＬの左側方に配置されており、他方の側壁１７Ｒは、駐車位置Ｃｐに駐車する車両２００を基準として、車両２００の右後輪ＲＲの右側方に配置されている。これらの側壁１７Ｌ，１７Ｒは、車両２００が駐車位置Ｃｐへと駐車する際に、車幅方向（左右方向）の位置を規制する部材として機能するものであり、送電コイル１２と受電コイル２２との車幅方向の位置合わせを行うことができる。また、これらの側壁１７Ｌ，１７Ｒは、監視センサ１６を取り付けるための取付部材としても機能する。

監視センサ１６は、前側監視部１６０と、後側監視部１６１とで構成されている。前側監視部１６０は、規定の駐車位置Ｃｐを基準として、その後輪ＲＬ，ＲＲよりも内側（本実施形態では、前側）に存在する車体底部と地面との間の空間に検出光を設定し、当該検出光により監視を行うものである。一方、後側監視部１６１は、規定の駐車位置Ｃｐを基準として、その後輪ＲＬ，ＲＲよりも外側（本実施形態では、後側）に存在する車体底部と地面との間の空間に検出光を設定し、当該検出光により監視を行うものである。

ここで、図３乃至図７は、規定の駐車位置Ｃｐに駐車する車両２００と、監視センサ１６との関係を示す説明図である。ここで、図３は、前側監視部１６０及び後側監視部１６１の構成を車両左側から示すものである。また、図４は、前側監視部１６０の構成を示すものであり、図５は、後側監視部１６１の構成を示すものである。さらに、図６は、前側監視部１６０及び後側監視部１６１の構成を車両内側から示すものであり、図７は、前側監視部１６０及び後側監視部１６１の構成を車両底面側から示すものである。

前側監視部１６０は、３つの検出ユニットを備えている。個々の検出ユニットは、検出光を出力する発光器１６０ａと検出光を受光する受光器１６０ｂとを備えており、発光器１６０ａと受光器１６０ｂとを相対峙させることで、車両２００を車幅方向に跨いで検出光を配置している。

３つの検出ユニットは、車高方向（上下方向）の位置が異なるように配設されている。下段に位置する検出ユニットは、車両２００が駐車位置Ｃｐに存在する場合に、発光器１６０ａから受光器１６０ｂに至る検出光が後輪ＲＬ，ＲＲによって遮断されない位置に設定されている。一方、上段に位置する検出ユニットは、車両２００が駐車位置Ｃｐに存在する場合に、発光器１６０ａから受光器１６０ｂに至る検出光が後輪ＲＬ，ＲＲによって遮断される位置に設定されている。中段に位置する検出ユニットは、下段の検出ユニットと上段の検出ユニットとの間にあれば足りるが、本実施形態では、車両２００が駐車位置
Ｃｐに存在する場合に、発光器１６０ａから受光器１６０ｂに至る検出光が後輪ＲＬ，ＲＲによって遮断されない位置に設定されている。これらの検出ユニットは、３つの検出ユニットに係る検出光の状態（遮断・非遮断）の組み合わせから、後輪ＲＬ，ＲＲの輪郭位置を検出することとなる。

なお、本実施形態では、３つの検出ユニットは、車高方向に沿って直線状に配列されているが、前述したような条件を満たすものであれば、前後方向にオフセットしていてもよい。

また、前側監視部１６０において、３つの検出ユニットは、検出光の向きが互い違いとなるように設定されている。具体的には、上段及び下段の検出ユニットは、検出光の向きが一致するが、中段の検出ユニットは、上段及び下段の検出ユニットと較べて、検出光の向きが逆を向くこととなる。このため、上段及び下段の検出ユニットは、車両２００の左側に発光器１６０ａを配置し、その右側に受光器１６０ｂを配置する。一方、中段の検出ユニットは、車両２００の右側に発光器１６０ａを配置し、その左側に受光器１６０ｂを配置している。

これに対して、後側監視部１６１は、２つの検出ユニットを備えている。個々の検出ユニットは、検出光を出力する発光器１６１ａと検出光を受光する受光器１６１ｂとを備えている。一方の検出ユニットに係る発光器１６１ａは、車両２００の左側に配置され、他方の検出ユニットに係る発光器１６１ａは車両２００の右側に配置され、それぞれ後輪ＲＬ，ＲＲの近傍に配置されている。

また、個々の検出ユニットにおいて、受光器１６１ｂは、発光器１６１ａよりも後側にずらした位置に設けられているとともに、発光器１６１ａよりも上側にずらした位置に設けられている。そして、受光器１６１ｂは、発光器１６１ａと相対峙させることにより車両２００を車幅方向に跨いで検出光を配置している。

図３乃至７に示すように、一対の検出ユニットによって配設される検出光は互いに交差する関係、具体的には、Ｘ字状に設定される。また、一対の検出光によって規定される平面は、後輪ＲＬ，ＲＲに近い側が低く、後輪ＲＬ，ＲＲから遠い側が高くなるように三次元的に設定されている。

このような構成の監視センサ１６を備える非接触給電システムにおいて、制御部１５は、車両２００のバッテリ２８の充電に伴う給電装置１００から車両２００への給電時には、その給電動作に先駆けて監視動作を行う。具体的には、制御部１５は、車両２００が駐車位置Ｃｐへの接近する際に、各監視部１６０，１６１の検出ユニットが備える発光器１６０ａ，１６１ａを動作させるとともに、対応する受光器１６０ｂ，１６１ｂの検出信号を読み込む。

まず、制御部１５は、前側監視部１６０に係る３つの検出ユニット（受光器１６０ｂ）において検出光が遮断された状態であることを判定する。この場合、制御部１５は、車両２００が後退して、後輪ＲＬ，ＲＬが前側監視部１６０を通過していることを判定する。つぎに、制御部１５は、上段の検出ユニットにおいて検出光が遮断されたまま、下段及び中段の検出ユニットにおいて検出光が遮断状態から非遮断状態へと変化すると、後輪ＲＬ，ＲＲが適正位置まで進められたと判断することができる。すなわち、車両２００の後退が適切になされ、規定の駐車位置Ｃｐよりも前側に止まったままの状態から脱したことを判定することができる。

つぎに、制御部１５は、後側監視部１６１に係る２つの検出ユニット（受光器１６１ｂ
）において検出光が遮断されていない状態であることを判定する。この場合、制御部１５は、後輪ＲＬ，ＲＲが適正位置に存在していると判断することができる。すなわち、かかる状態では、規定の駐車位置Ｃｐよりも車両２００が後退し過ぎる状態へと至っていないことを判定することができる。

なお、車両２００が規定の駐車位置Ｃｐより後退しすぎると、前側監視部１６０に係る上段の検出ユニットが遮断状態から非遮断状態へと切り換わる。あるいは、後側監視部１６１に係る各検出ユニットが非遮断状態から遮断状態へと切り換わる。制御部１５は、このような状態変化に基づいて、車両２００の駐車位置が不適当であることを判定することができる。

制御部１５は、車両２００が規定の駐車位置Ｃｐに存在している状態が所定時間だけ継続していることを判断すると、車両２００が駐車位置Ｃｐに適切に駐車していることを判断する。そして、制御部１５は、充電動作を開始するとこれが終了するまで、コイル間に接近する物体を監視する。具体的には、制御部１５は、前側監視部１６０及び後側監視部１６１に係る検出ユニットにおいて、非遮断状態にある検出光が遮断状態へと切り換わったことを条件に、コイル間に物体が接近したことを判定する。

制御部１５は、物体の接近を判定した場合には、充電を停止したり、給電動作時における送電コイル１２からの出力を制限したりすることができる。また、制御部１５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信を行い、車両２００の通知部３２を動作させることもできる。

このように本実施形態において、前側監視部１６０に係る検出ユニットにより、後輪ＲＬ，ＲＲの前側に検出光が配設される。ここで、検出光は、車両を車幅方向に跨いで配置される。

かかる構成によれば、後輪ＲＬ，ＲＲの前側に配置される検出光により、車両２００の駐車時には、規定の駐車位置Ｃｐに対して車両２００の後退が足りないことを監視することができ、また、充電時には、検出光が車体底部と地面との間の空間に存在するため、その空間を通じて物体がコイル間へ接近することを監視することができる。これにより、車両前後方向におけるコイル間の位置合わせを図りつつ、物体がコイル間に進入することを監視することができる。

また、本実施形態において、検出ユニットは、車高方向の位置が異なるように複数設けられている。かかる構成によれば、車高方向の異なる位置を検出することで、後輪ＲＬ，ＲＲの円弧状の輪郭を検出することができるので、これを通じて、規定の駐車位置Ｃｐと車両２００とに関する車長方向の位置の適否を判定することができる。これにより、コイル間の位置合わせを適切に行うことができる。

また、本実施形態において、複数の検出ユニットは、検出光の向きが互い違いとなるように設定されている。個々の検出光の向きを同じとした場合、受光器１６１ｂも同一方向を向いて配置されるため、ノイズ光などが存在している場合には、全ての検出ユニットに影響がでてしまう。しかしながら、本実施形態によれば、受光器１６１ｂの配置も互い違いとすることができるので、ノイズの影響が全ての検出ユニットに波及してしまうといった事態を抑制することができる。

さらに、本実施形態において、後側監視部１６１に係る一対の検出ユニットにより、後輪ＲＬ，ＲＲの後側に検出光がそれぞれ配設される。ここで、一対の検出光は、それぞれが車両２００を車幅方向に跨いで配置される一方、互いに交差するように設定されている
。

かかる構成によれば、後輪ＲＬ，ＲＲの後側に配置される一対の検出光により、車両２００の駐車時には、規定の駐車位置Ｃｐよりも車両２００が後に下がり過ぎてしまうことを監視することができ、また、充電時には、検出光が車体底部と地面との間の空間に存在するため、その空間を通じて物体がコイル間へ接近することを監視することができる。特に、後輪ＲＬ，ＲＲの後側は、前輪が存在する後輪ＲＬ，ＲＲの前側と比較して、物体が進入し易い構造となっているが、一対の検出光を交差して配置することでその空間内を有効に監視することができる。これにより、車両前後方向におけるコイル間の位置合わせを図りつつ、物体がコイル間に進入することを監視することができる。

また、本実施形態において、検出ユニットのそれぞれは、発光器１６１ａを受光器１６１ｂよりも車長方向の後側にずらした位置に設けるとともに車高方向の上側にずらした位置に設けている。

かかる構成によれば、物体の進入経路となる空間を、三次元的に配設される検出光によりカバーすることができる。これにより、コイル間に接近する物体を適切に監視することができる。また、送電コイル１２に近い側に配置される発光器１６１ａが、低い位置に配置されることとなるので、背の低い物体も、送電コイル１２の直前で最終的に検出することができる。

また、本実施形態では、受光器１６１ｂよりも低い位置に発光器１６１ａを設定して両者を対峙させることにより、受光器１６１ｂは、発光器１６１ａに向けて下方を臨むように配置されることとなる。このため、照明や太陽光といった外乱光が受光器１６１ｂに入射し難くなるので、検出ユニットによる検出精度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態において、発光器１６１ａは、後輪ＲＬ，ＲＲの近傍に配置されている。かかる構成によれば、図７に示すように、交差した検出光を、コイル間に生じる磁束の範囲Ａ１，Ａ２を取り囲むように設定することができる。これにより、コイル近傍に近づく物体を有効に監視することができる。

なお、本実施形態では、左右の後輪ＲＬ，ＲＲの間に受電コイル２２を配置する関係上、後輪ＲＬ，ＲＲの前側と後側とに分けて監視部を設けている。しかしながら、前輪間に受電コイル２２を配置する場合に、前述の監視部を適用してもよく、この場合、車輪に対して内側（すなわち、前輪に対する後側）と外側（すなわち、前輪に対する前側）との領域で監視部をそれぞれ設ければ足りる。

また、非接触給電システムの車両２００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。

以上、非接触充電システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。

１００ 給電装置
１１ 電力制御部
１２ 送電コイル
１２０ 筐体
１５ 制御部
１６ 監視センサ
１６０ 前側監視部
１６０ａ 発光器
１６０ｂ 受光器
１６１ 後側監視部
１６１ａ 発光器
１６１ｂ 受光器
１７Ｌ 側壁
１７Ｒ 側壁
２００ 車両
２２ 受電コイル
後輪 ＲＬ
後輪 ＲＲ

Claims (3)

1. 車体底部において左右の車輪間に搭載される第２のコイルとの間で非接触で電力の授受を行うために、車両の駐車位置に配設される第１のコイルと、
   前記駐車位置に駐車する車両を基準として、車輪よりも内側に存在する車体底部と地面との間の空間に検出光を設定する検出ユニットと、を備え、
   前記検出ユニットは、前記検出光を出力する発光器と前記検出光を受光する受光器とを備えており、前記発光器と前記受光器とを相対峙させることで車両を車幅方向に跨いで検出光を配置することを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記検出ユニットは、車高方向の位置が異なるように複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載された非接触給電システム。
3. 前記検出ユニットのそれぞれは、前記検出光の向きが互い違いとなるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載された非接触給電システム。

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