JP2014183621A - 受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要最小限のコイル数にて、給電中の位置ずれを検知する受電装置を提供すること。
【解決手段】この受電装置は、給電装置から電磁力を用いて給電された電力を受電する受電装置であって、前記給電装置から給電された電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルの近傍に配置され、前記給電装置から発生する磁束によって誘起電圧が生じる検知コイルと、前記検知コイルに生じた誘起電圧の変化量に基づいて、前記給電装置との間の位置ずれを検知する比較手段と、を具備する構成を採る。
【選択図】図１

Description

本発明は、給電装置から電磁力を利用して給電される電力を非接触で受電する受電装置に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）等の電気で走行する自動車（以下、単に「車両」という）が普及しつつある。このような車両は、大容量の蓄電池を搭載しており、外部から給電された電気エネルギーを蓄電池に蓄え、蓄えられた電気エネルギーを用いて走行する。

外部から車両の蓄電池に給電する方法として、地上側に設けられた給電装置の一次側コイルと、車両側に設けられた受電装置の二次側コイルとの間で、電磁力を用いて非接触給電する方法が知られている。この方法では、一次側コイルと二次側コイルに位置ずれが生じている場合、コイル間の磁束密度が低くなり、給電効率が低下してしまう。このため、コイル間の位置ずれを検知する充電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、受電コイルの外側であって、受電コイルの主点を点対称とする位置に複数の位置検知コイルを配置し、それぞれの位置検知コイルで検知された磁束密度に応じて、位置ずれを検知する充電システムが開示されている。

特開２００９−８９４６４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示の充電システムでは、給電開始前および給電中の位置ずれを検知可能であり、また、ずれた方向も検知可能であるが、給電中の位置ずれを検知することに特化した場合には、ずれた方向を検知する必要はなく、複数の位置検知コイルは冗長な構成となる。

本発明の目的は、必要最小限のコイル数にて、給電中の位置ずれを検知する受電装置を提供することである。

本発明の受電装置は、給電装置から電磁力を用いて給電された電力を受電する受電装置であって、前記給電装置から給電された電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルの近傍に配置され、前記給電装置から発生する磁束によって誘起電圧が生じる検知コイルと、前記検知コイルに生じた誘起電圧の変化量に基づいて、前記給電装置との間の位置ずれを検知する比較手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、必要最小限のコイル数にて、給電中の位置ずれを検知することができる。

本発明の一実施の形態に係る充電システムの構成を示すブロック図 補正テーブルの一例を示す図 図１に示した受電コイルおよび検知コイルの配置関係を示す図 図１に示した車両側制御部の動作を示すフロー図 図１に示した給電側制御部の動作を示すフロー図 給電コイルと受電コイルとの位置ずれを説明するための図 位置ずれと検知コイルの誘起電圧との関係を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
＜充電システムの構成＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る充電システム１０の構成について、図１を用いて説明する。

充電システム１０は、給電装置１００と、車両１５０と、給電側操作部１７０とを有している。なお、図１は、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとが対向した給電可能な状態を示す。

給電装置１００は、給電部１０３が地表ｇから露出するように地面上に設置もしくは埋設される。給電装置１００は、例えば駐車スペースに設けられ、車両１５０の駐車中に、受電部１５４に対向することにより受電部１５４に対して給電する。ここで、給電とは、給電コイル１０３ａから受電コイル１５４ａに電力を供給することを言う。給電装置１００の構成については後述する。

車両１５０は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）またはＥＶ（Electric Vehicle）といった蓄電池１５２の電力で走行する自動車である。なお、車両１５０の構成については後述する。

給電側操作部１７０は、外部からの操作により、給電の開始を示す給電開始信号または給電の停止を示す給電停止信号を給電装置１００に出力する。

＜車両の構成＞
車両１５０は、車両側操作部１５１と、蓄電池１５２と、車両側制御部１５３と、受電部１５４と、車両側通信部１５５と、記憶部１５６と、検知コイル１５７と、電圧検知部１５８とから主に構成されている。

車両側操作部１５１は、ユーザによる各種操作を受け付け、受け付けた操作に応じた各種信号を車両側制御部１５３に出力する。

蓄電池１５２は、給電装置１００から受電部１５４を介して供給される電力を蓄える。

車両側制御部１５３は、車両側操作部１５１から入力された各種信号に基づいて、受電部１５４及び車両側通信部１５５に対して、充電に伴う各種処理または充電停止に伴う各種処理を行うように制御する。車両側制御部１５３は、受電コイル１５４ａで受電した受電電力を検出し、受電電力の検出結果を受電電力情報として車両側通信部１５５に出力する。車両側制御部１５３は、電圧検知部１５８が検知した検知コイル１５７の誘起電圧を取得し、誘起電圧に基づいて、充電停止の判断および制御を行う。

受電部１５４は、受電コイル１５４ａを有している。受電コイル１５４ａは、給電部１０３の給電コイル１０３ａから給電される。受電部１５４は、車両側制御部１５３の制御に従って、受電コイル１５４ａで受電した電力を蓄電池１５２に供給する。受電部１５４は、車両１５０の底部において外部に露出した状態で設けられている。

車両側通信部１５５は、車両側制御部１５３から入力された受電電力情報を給電側通信部１０１に対して送信する。車両側通信部１５５は、車両側制御部１５３の制御に従って、充電を許可する充電許可信号または充電を許可しない充電不許可信号を生成し、生成した充電許可信号または充電不許可信号を給電側通信部１０１に対して送信する。ここで、充電不許可信号は、例えば、給電中に位置ずれが検知された場合、蓄電池１５２が満充電の状態である場合等に送信される。

記憶部１５６は、給電コイル出力と補正係数とを対応付けた補正テーブルを予め記憶し、必要に応じて誘起電圧補正部１６２に補正係数を出力する。図２に補正テーブルの一例を示す。補正テーブルは、図２に示すように、所定の給電コイル出力［％］が大きくなるほど、小さい補正係数が対応付けられている。

検知コイル１５７は、受電コイル１５４ａの外側近傍に設けられ、給電部１０３の給電コイル１０３ａから発生する磁束により誘起電圧が生じ、誘起電圧を電圧検知部１５８に出力する。受電コイル１５４ａと検知コイル１５７との配置関係を図３に示す。図３は、受電コイル１５４ａと検知コイル１５７とを地上側から見た正面図である。

電圧検知部１５８は、検知コイル１５７から出力された誘起電圧の電圧値を検知し、検知した誘起電圧値を車両側制御部１５３に出力する。

＜車両側制御部の構成＞
車両側制御部１５３は、初期誘起電圧取得部１６１と、誘起電圧補正部１６２と、誘起電圧比較部１６３と、車両側給電制御部１６４とから主に構成されている。

初期誘起電圧取得部１６１は、給電装置１００からの給電開始時における検知コイル１５７の初期誘起電圧値を電圧検知部１５８から取得し、取得した初期誘起電圧値を誘起電圧比較部１６３に出力する。

誘起電圧補正部１６２は、記憶部１５６から給電コイル出力に対応する補正係数を取得し、電圧検知部１５８から出力された給電中の誘起電圧値に、取得した補正係数を乗算する。これにより、誘起電圧補正部１６２は、補正誘起電圧値を求め、求めた補正誘起電圧値を誘起電圧比較部１６３に出力する。ここで、誘起電圧を補正する理由は、例えば、蓄電池１５２が満充電に近づいた場合などでは、給電側制御部１０２の指令により、給電コイル出力が低下し、これに伴い誘起電圧も低下してしまうことから、このような影響による誘起電圧の低下を補正するためである。この補正により、位置ずれの検知精度を向上させることができる。

誘起電圧比較部１６３は、誘起電圧補正部１６２から出力された補正誘起電圧値と、初期誘起電圧取得部１６１から出力された初期誘起電圧値とを比較し、初期誘起電圧値と補正誘起電圧値との差分（誘起電圧の変化量）が所定値以上の場合に、車両側給電制御部１６４に充電停止を指示する。なお、差分が所定値未満の場合には、車両側給電制御部１６４への指示は行わない。

車両側給電制御部１６４は、受電コイル１５４ａで受電した受電電力を検出し、受電電力の検出結果を受電電力情報として車両側通信部１５５に出力する。また、車両側給電制御部１６４は、誘起電圧比較部１６３から充電停止の指示を受けた場合、受電部１５４及び車両側通信部１５５に対して、充電停止に伴う各種処理を行うように制御する。

＜給電装置の構成＞
給電装置１００は、給電側通信部１０１と、給電側制御部１０２と、給電部１０３とから主に構成されている。

給電側通信部１０１は、車両側通信部１５５から受電電力情報と、充電許可信号または充電不許可信号とを受信し、受信した受電電力情報、及び、充電許可信号または充電不許可信号を給電側制御部１０２に出力する。

給電側制御部１０２は、給電側操作部１７０から給電開始信号が入力されるとともに給電側通信部１０１から充電許可信号が入力された際に、給電コイル１０３ａに対して受電コイル１５４ａへの給電を行うように給電部１０３を制御する。

給電側制御部１０２は、給電中において、給電側操作部１７０より給電停止信号が入力された場合、または給電側通信部１０１より充電不許可信号が入力された場合に、給電を開始させないかまたは給電を停止するように給電部１０３を制御する。

給電部１０３は、給電コイル１０３ａを有している。給電部１０３は、給電側制御部１０２の制御に従って、給電コイル１０３ａより給電を行う。給電部１０３は、例えば、電磁誘導方式、電界共鳴方式または磁界共鳴方式により給電する。

＜車両側制御部の動作＞
次に、図１に示した車両側制御部１５３の動作について、図４を用いて説明する。

ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）２０１では、車両側制御部１５３は、充電要求があるかを判定し、充電要求がある（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ２０２へ移行し、充電要求がない（ＮＯ）場合には、充電要求があるまでＳＴ２０１の処理を繰り返す。なお、充電要求は、ユーザが車両側操作部１５１に充電開始操作を行った場合、または、ユーザが給電側操作部１７０で充電開始操作を行った場合、これらの操作情報が車両側制御部１５３に通知されることにより実現される。

ＳＴ２０２では、車両側制御部１５３は、車両の位置決めが完了したかを判定する。これは、例えば、車両制御部１５３が、車両１５０に搭載されている図示せぬカメラにより撮像した画像を解析して、給電コイル１０３ａ上に受電コイル１５４ａが位置した場合、車両の位置決めが完了したと判定する。車両の位置決めが完了した（ＹＥＳ）場合、ＳＴ２０３に移行し、車両の位置決めが完了していない（ＮＯ）場合、車両側制御部１５３の動作を終了する。

ＳＴ２０３では、初期誘起電圧取得部１６１は、電圧検知部１５８から検知コイル１５７の初期誘起電圧Ｖｄを取得し、ＳＴ２０４では、車両側制御部１５３は、充電開始要件を満たしているかを判定する。充電開始要件は、漏電検知がないことなどが挙げられる。充電開始要件を満たしている（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ２０５に移行し、充電開始要件を満たしていない（ＮＯ）場合には、車両側制御部１５３の動作を終了する。

ＳＴ２０５では、車両側給電制御部１６４は、充電開始に伴う各種処理を行うように車両側通信部１５５を制御し、車両側通信部１５５から充電許可信号を給電装置１００に送信する。

ＳＴ２０６では、車両側制御部１５３は、充電が完了したかを判定する。充電が完了した（ＹＥＳ）場合には、車両側制御部１５３の動作を終了し、充電が完了していない（ＮＯ）場合には、ＳＴ２０７に移行する。

ＳＴ２０７では、誘起電圧補正部１６２は、電圧検知部１５８から検知コイル１５７の誘起電圧Ｖｎを取得し、ＳＴ２０８では、誘起電圧Ｖｎを補正し、補正誘起電圧Ｖｎ’を得る。誘起電圧Ｖｎの補正は、給電コイル出力に応じた補正係数ｋをＶｎに乗算することによって行われる。

ＳＴ２０９では、誘起電圧比較部１６３は、ＳＴ２０３において取得した初期誘起電圧Ｖｄと、ＳＴ２０８において得られた補正誘起電圧Ｖｎ’との差分の絶対値（変化量に相当）が所定電圧Ｖｓ以上かを判定する。この判定は、位置ずれの検知に相当する。この差分の絶対値が所定電圧Ｖｓ以上である（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ２１０に移行し、差分の絶対値が所定電圧Ｖｓ未満である（ＮＯ）場合には、ＳＴ２０６に戻る。

ＳＴ２１０では、車両側給電制御部１６４は、充電停止に伴う各種処理を行うように車両側通信部１５５を制御し、車両側通信部１５５から充電不許可信号を給電装置１００に送信する。

このように、車両側制御部１５３は、給電中、誘起電圧の比較を継続することにより、位置ずれを監視し、位置ずれを検知した場合には、給電装置１００に給電を停止させる。

なお、上記の説明では、ＳＴ２０９において、初期誘起電圧Ｖｄと補正誘起電圧Ｖｎ’との差分の絶対値が所定電圧Ｖｓ以上か否かを判定することによって、位置ずれが生じたかを判定したが、予め許容できる位置ずれの範囲に応じた誘起電圧を記憶しておき、この範囲に補正誘起電圧Ｖｎ’が含まれるか否かによって位置ずれを判定してもよい。

＜給電側制御部の動作＞
次に、図１に示した給電側制御部１０２の動作について、図５を用いて説明する。

ＳＴ３０１では、給電側制御部１０２は、給電側操作部１７０から給電開始信号を受信したかを判定し、給電開始信号を受信した（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ３０２に移行し、給電開始信号を受信していない（ＮＯ）場合には、給電開始信号を受信するまでＳＴ３０１の処理を繰り返す。

ＳＴ３０２では、給電側制御部１０２は、受電開始要件を満たしているか否かを判定する。ここで、受電開始要件とは、コイル間の位置ずれ検知、漏電検知、設備検索、設備認証、コイル間の異物検知などであり、これらに異常がない場合に受電開始要件を満たすとする。受電開始要件を満たしている（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ３０３に移行し、受電開始要件を満たしていない（ＮＯ）場合には、ＳＴ３０４に移行する。

ＳＴ３０３では、給電側制御部１０２は、図示せぬ給電側インバータを起動し、ＳＴ３０４において、給電側操作部１７０から給電停止信号を受信したかを判定する。給電停止信号を受信した（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ３０５に移行し、給電停止信号を受信していない（ＮＯ）場合には、ＳＴ３０２に戻る。

ＳＴ３０５では、給電側制御部１０２は、給電側インバータを停止し、給電側制御部１０２の動作を終了する。

＜コイル間の位置ずれ＞
次に、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとの位置ずれについて、図６を用いて説明する。図６において、Ｘ方向は車両の左右方向を示し、Ｙ方向は地面ｇに対して垂直方向を示し、Ｚ方向は車両の前後方向を示すものとする。また、図６では、ＸＹ平面における給電コイル１０３ａ、受電コイル１５４ａおよび検知コイル１５７を示している。

図６に示すように、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとが完全に対向せず、Ｘ方向（ただし、Ｘ方向に限らない）に位置ずれしている場合であっても、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａのずれ幅が許容範囲内であれば、車両側制御部１５３は、車両の位置決めが完了したと判定する。すなわち、図６に示す状態でも、給電が可能である。

＜位置ずれと検知コイルの誘起電圧との関係＞
次に、位置ずれと検知コイル１５７の誘起電圧との関係について、図７を用いて説明する。図７において、縦軸は誘起電圧［Ｖ］を、横軸は位置ずれ［ｍｍ］を示している。横軸の０は、給電コイル１０３ａと受電コイル１５４ａとが完全に対向した状態である。また、実線は車両の前後方向の位置ずれを、点線は車両の左右方向の位置ずれを示している。

ここで、例えば、車両が前後方向に１ｃｍ位置ずれした状態で給電を開始し、給電中に車両が前後方向に２ｃｍ位置ずれしたとする。このとき、初期誘起電圧Ｖｄから誘起電圧Ｖｎ（＞Ｖｄ）に変化している。

位置ずれと検知コイル１５７の誘起電圧とが図７に示すような関係を有することから、初期誘起電圧から誘起電圧の変化を監視することにより、検知コイル１５７を１つ配置するだけで給電中の位置ずれを検知できることが分かる。

このように、本実施の形態の充電システム１０では、受電コイル１５４ａ近傍に検知コイル１５７を１つ配置し、給電開始時に検知した検知コイル１５７の初期誘起電圧と、給電時に検知した検知コイル１５７の誘起電圧とに基づいて、位置ずれを検知する。これにより、必要最小限のコイル数にて、給電中の位置ずれを検知することができる。

なお、本実施の形態では、給電コイル出力と補正係数とを対応付けた補正テーブルを用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、受電コイルに流れる電流または受電コイルにかかる電圧と、補正係数とを対応付けた補正テーブルを用いてもよい。

また、本実施の形態では、検知コイル１５７を１つ配置する場合について説明したが、本発明は検知コイルが１つの場合に限るものではない。

なお、本実施の形態では、車両に搭載した受電装置について記載したが、本発明は、給電装置から電磁力を利用して給電される電力を非接触で受電する受電装置であれば、車両に搭載した受電装置以外の受電装置にも適用可能である。

本発明にかかる受電装置は、必要最小限のコイル数にて、給電中の位置ずれを検知するのに有用である。

１０ 充電システム
１００ 給電装置
１０１ 給電側通信部
１０２ 給電側制御部
１０３ 給電部
１０３ａ 給電コイル
１５０ 車両
１５１ 車両側操作部
１５２ 蓄電池
１５３ 車両側制御部
１５４ 受電部
１５４ａ 受電コイル
１５５ 車両側通信部
１５６ 記憶部
１５７ 検知コイル
１５８ 電圧検知部
１６１ 初期誘起電圧取得部
１６２ 誘起電圧補正部
１６３ 誘起電圧比較部
１６４ 車両側給電制御部
１７０ 給電側操作部

Claims (9)

1. 給電装置から電磁力を用いて給電された電力を受電する受電装置であって、
   前記給電装置から給電された電力を受電する受電コイルと、
   前記受電コイルの近傍に配置され、前記給電装置から発生する磁束によって誘起電圧が生じる検知コイルと、
   前記検知コイルに生じた誘起電圧の変化量に基づいて、前記給電装置との間の位置ずれを検知する比較手段と、
   を具備する受電装置。
2. 前記比較手段は、給電開始時における前記検知コイルに生じた初期誘起電圧と、給電中における前記誘起電圧とを比較し、前記誘起電圧が前記初期誘起電圧から所定の電圧値以上変化したことによって、前記位置ずれが生じたものとして検知する、
   請求項１に記載の受電装置。
3. 前記検知コイルは、１つだけ配置される、
   請求項１または請求項２に記載の受電装置。
4. 給電中における前記誘起電圧を補正する補正手段を具備する、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の受電装置。
5. 前記補正手段は、前記給電装置の出力に応じた補正係数を用いて、前記誘起電圧を補正する、
   請求項４に記載の受電装置。
6. 前記補正手段は、前記受電コイルに流れる電流または前記受電コイルにかかる電圧に応じた補正係数を用いて、前記誘起電圧を補正する、
   請求項４に記載の受電装置。
7. 前記検知コイルは、前記受電コイルの外側に配置された、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載の受電装置。
8. 前記位置ずれが生じたことが検知された場合、給電の停止を指示する給電制御手段を具備する、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載の受電装置。
9. 地上側に設置された前記給電装置から電力を受電し、車両に設置された、
   請求項１から請求項８のいずれかに記載の受電装置。
   

Images