JP2015116013A - ワイヤレス給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】送電側コイルと受電側コイルとの位置ズレを抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することができるワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。
【解決手段】ワイヤレス給電システム１は、送電側コイル５ａと、受電側コイル６ａと、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を、少なくとも所定の平面内で移動可能に支持すると共に、固定状態と解放状態とに切り替え可能である可動支持機構１０と、可動支持機構１０を解放状態とし送電側コイル５ａ、受電側コイル６ａに直流電流を供給し発生した磁界の引付力によって送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせを行う位置合わせモードと、可動支持機構１０を固定状態とし送電側コイル５ａに交流電流を供給し受電側コイル６ａへ電力を伝送する給電モードと、を切り替えて実行する制御装置８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤレス給電システムに関する。

従来のワイヤレス給電システムは、例えば、ＥＶ車両（電気自動車）等への適用が検討されている。このようなＥＶ車両において、ワイヤレス給電システムを用いて充電を行う際には、給電源側装置に対して車両を所定の位置に駐車し、給電源側の送電側コイルと車両側の受電側コイルとを位置合わせをした後に、当該送電側コイルから当該受電側コイルへの電力の伝送が開始される。なお、車両が所定の位置に駐車されたことを検知するための装置として、例えば、特許文献１には、フラップ式駐車場用車両検知装置が開示されている。

特開２０１０−３１４９５号公報

ところで、上述のワイヤレス給電システムは、電力の伝送時に送電側コイルと受電側コイルとの相対位置が適正な位置に対して位置ズレしていると、電力の伝送効率が低下する傾向にある。このため、このようなワイヤレス給電システムでは、送電側コイルと受電側コイルとの位置ズレを抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することが望まれている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、送電側コイルと受電側コイルとの位置ズレを抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することができるワイヤレス給電システム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、本発明に係るワイヤレス給電システムは、電源からの電力が供給される送電側コイルと、前記送電側コイルからの電力を非接触で受電する受電側コイルと、前記受電側コイルに接続された蓄電装置と、前記送電側コイル、又は、前記受電側コイルの一方を、少なくとも所定の平面内で移動可能に支持すると共に、当該一方を前記所定の平面内の所定の位置で固定した固定状態と当該一方を前記所定の平面内で移動可能とした解放状態とに切り替え可能である可動支持機構と、前記可動支持機構を前記解放状態とし前記電源から前記送電側コイルに、前記蓄電装置から前記受電側コイルにそれぞれ直流電流を供給し発生した磁界の引付力によって前記送電側コイルと前記受電側コイルとの位置合わせを行う位置合わせモードと、前記可動支持機構を前記固定状態とし前記電源から前記送電側コイルに交流電流を供給し前記送電側コイルから前記受電側コイルへ電力を伝送する給電モードと、を切り替えて実行する制御装置とを備えることを特徴とする。

また、上記ワイヤレス給電システムでは、前記制御装置は、前記位置合わせモードを実行し前記送電側コイルと前記受電側コイルとの位置合わせが完了した後に、前記給電モードに切り替えるものとすることができる。

また、上記ワイヤレス給電システムでは、前記可動支持機構は、前記送電側コイル、又は、前記受電側コイルの前記一方を前記所定の平面内に支持する複数の弾性部材と、前記一方に対して接近離間可能に設けられた板状部材とを有し、前記板状部材が前記一方から離間した状態で、前記複数の弾性部材によって前記一方を弾性支持することで前記解放状態となり、前記板状部材が前記一方に接触することで前記固定状態となるものとすることができる。

また、上記ワイヤレス給電システムでは、前記可動支持機構は、前記送電側コイル、又は、前記受電側コイルの前記一方に設けられた突起部と、前記所定の平面内の第１方向に沿って設けられ前記突起部の前記第１方向への移動を案内すると共に前記突起部を支持した状態で前記所定の平面内の前記第１方向と交差する第２方向に沿って移動可能である第１ガイドレール部と、前記所定の平面内の前記第２方向に沿って設けられ前記突起部の前記第２方向への移動を案内すると共に前記突起部を支持した状態で前記所定の平面内の前記第１方向に沿って移動可能である第２ガイドレール部とを有し、前記第１ガイドレール部、及び、前記第２ガイドレール部が固定されることで前記固定状態となり、前記第１ガイドレール部、及び、前記第２ガイドレール部が解放されることで前記解放状態となるものとすることができる。

また、上記ワイヤレス給電システムでは、前記受電側コイル、及び、前記蓄電装置は、車両に搭載されるものとすることができる。

本発明に係るワイヤレス給電システムは、制御装置が位置合わせモードを実行することで、送電側コイルと受電側コイルとによる非接触の給電を開始する前に、送電側コイルと受電側コイルとの位置合わせを行うことができるので、送電側コイルと受電側コイルとの位置ズレを抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係るワイヤレス給電システムの概略構成を表す模式的な構成図である。 図２は、実施形態に係るワイヤレス給電システムの可動支持機構の一例を表す模式的な構成図である。 図３は、実施形態に係るワイヤレス給電システムの動作を説明する模式的な構成図である。 図４は、実施形態に係るワイヤレス給電システムにおける制御の一例を表すフローチャートである。 図５は、変形例に係るワイヤレス給電システムの可動支持機構の一例を表す模式的な構成図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１は、実施形態に係るワイヤレス給電システムの概略構成を表す模式的な構成図である。図２は、実施形態に係るワイヤレス給電システムの可動支持機構の一例を表す模式的な構成図である。図３は、実施形態に係るワイヤレス給電システムの動作を説明する模式的な構成図である。図４は、実施形態に係るワイヤレス給電システムにおける制御の一例を表すフローチャートである。

図１に示す本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、電源４からの電力を種々の機器に伝送する際に、少なくとも一部分をワイヤレスで伝送する非接触給電システムである。本実施形態のワイヤレス給電システム１は、いわゆるＥＶ車両（電気自動車）である車両２に給電するための給電システムに適用するものとして説明する。このワイヤレス給電システム１は、典型的には、車両２と給電源側装置３との間の電力の授受をワイヤレス化し、非接触電力伝送とするものである。ワイヤレス給電システム１は、例えば、給電源側装置３の構成要素のうち少なくとも後述の送電側コイル５ａが車両２の駐車領域の地面Ｇ等に埋設され、当該送電側コイル５ａから車両２の鉛直方向下面側に設けられた後述の受電側コイル６ａに非接触で電力を伝送し、当該車両２を充電する。

具体的には、ワイヤレス給電システム１は、図１に示すように、電源４と、送電部５と、受電部６と、蓄電装置としてのバッテリ７と、制御部としての制御装置８とを備える。制御装置８は、送電側制御装置８ａ、受電側制御装置８ｂとを含んで構成される。電源４、送電部５、及び、制御装置８の送電側制御装置８ａは、上述の給電源側装置３を構成する。受電部６と、バッテリ７、及び、制御装置８の受電側制御装置８ｂは、車両２側に搭載される。なお、給電源側装置３は、図１では、送電側コイル５ａを含む送電部５に加えて、電源４、及び、送電側制御装置８ａも便宜的に地面Ｇ側に図示しているが、実際の配置位置はこれに限らない。

電源４は、電力の供給源であり、給電源側装置３側に設けられる。電源４は、例えば、商用電源、自家発電機、バッテリ等の蓄電装置によって構成される。送電部５は、給電源側装置３側に設けられ、送電側コイル（１次側コイル）５ａと、送電回路５ｂとを含んで構成される。受電部６は、車両２側に設けられ、受電側コイル（２次側コイル）６ａと、受電回路６ｂとを含んで構成される。送電側コイル５ａは、種々のケーブル、コネクタ、送電回路５ｂ等を介して電源４と電気的に接続される。送電側コイル５ａは、上述したように、地面Ｇ等に埋設されている。送電回路５ｂは、インバータ等を含んで構成される。送電側コイル５ａは、電源４からの電力がこれら種々のケーブル、コネクタ、送電回路５ｂ等を介して供給される。送電側コイル５ａは、電源４からの電力を受電側コイル６ａに伝送する。受電側コイル６ａは、送電側コイル５ａからの電力を非接触で受電するものである。受電側コイル６ａは、上述したように、車両２の鉛直方向下面側に設けられ、上記送電側コイル５ａと鉛直方向に沿って対向可能な位置に設けられる。受電回路６ｂは、整流器等を含んで構成される。

一対の送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとは、図１の例では、例えば、ともに螺旋状のソレノイド導体コイルによって構成されるものを例示しているが、これに限らず、渦巻き状に巻かれた導体コイルによって構成されてもよい。一対の送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとは、軸方向（図１の例では鉛直方向）に互いに対向することで、１組の非接触給電用トランス９を構成する。非接触給電用トランス９は、例えば、電磁誘導方式、電磁界共鳴方式等、種々の方式によって送電側コイル５ａから受電側コイル６ａに非接触で電力を伝送することができる。ここで、電磁誘導方式とは、送電側コイル５ａに交流電流を流すことで発生する磁束を媒体として受電側コイル６ａに起電力を発生させる電磁誘導を用いて送電側コイル５ａから受電側コイル６ａに電力を伝送する方式である。また、電磁界共鳴方式とは、送電側コイル５ａに交流電流を流すことで送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとを特定の周波数で共鳴させ、当該電磁界の共鳴現象を用いて送電側コイル５ａから受電側コイル６ａに電力を伝送する方式である。ここでは、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとは、ともに螺旋状の軸線方向が鉛直方向に沿うような位置関係で配置されている。

より詳細には、非接触給電用トランス９は、送電側コイル５ａから受電側コイル６ａに電力を伝送する場合、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとが軸方向に互いに間隔をあけて対向した状態で、電源４からの電流が送電回路５ｂ等を介して、任意の周波数の交流電流に変換されて送電側コイル５ａに供給される。非接触給電用トランス９は、送電側コイル５ａに交流電流が供給されると、例えば、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとが電磁誘導結合し、送電側コイル５ａからの電力が電磁誘導や電磁界共鳴により非接触で受電側コイル６ａに受電される。受電側コイル６ａが受電した電力は、受電回路６ｂ等を介して、交流電流から直流電流に変換されて車両２で利用される。

バッテリ７は、車両２側に搭載される。バッテリ７は、電力を蓄電可能な二次電池である。バッテリ７は、受電回路６ｂを介して受電側コイル６ａに電気的に接続され、当該受電側コイル６ａで受電し受電回路６ｂを介して供給される電力によって充電され、当該電力を蓄電する。バッテリ７に蓄電された電力は、車両２を作動させるために利用される。

制御装置８は、ワイヤレス給電システム１による給電における各種制御、処理を行うものであり、上述したように送電側制御装置８ａ、受電側制御装置８ｂを含んで構成される。制御装置８は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。送電側制御装置８ａは、給電源側装置３側に設けられ、当該給電源側装置３側の各部を制御する。受電側制御装置８ｂは、車両２側に設けられ、当該車両２側の各部を制御する。受電側制御装置８ｂは、車両２の各部を統括的に制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって兼用されてもよい。送電側制御装置８ａと受電側制御装置８ｂとは、有線／無線により、相互に検出信号や駆動信号、制御指令等の情報の授受を行うことができる。送電側制御装置８ａと受電側制御装置８ｂとは、有線で情報の授受を行う場合には、例えば、車両２が給電源側装置３の近傍に停車した状態で、各種接続ポートを介して双方をつなぐように脱着可能なケーブルが接続され、当該ケーブル等を介して情報の授受を行う。送電側制御装置８ａと受電側制御装置８ｂとは、無線で情報の授受を行う場合には、例えば、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等、種々のワイヤレス通信方式によって情報の授受を行う。

ところで、本実施形態のワイヤレス給電システム１は、さらに、可動支持機構１０を備えると共に、制御装置８が電力の供給モードを、位置合わせモードと給電モードとに切り替えて実行することで、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置ズレを抑制し、非接触伝送時の電力の伝送効率の低下抑制を図っている。

具体的には、可動支持機構１０は、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を少なくとも所定の平面内で移動可能に支持する。本実施形態の可動支持機構１０は、給電源側装置３側の送電側コイル５ａを少なくとも所定の平面内で移動可能に支持する。すなわちここでは、非接触給電用トランス９のうち、送電側コイル５ａが可動コイル、受電側コイル６ａが固定コイルとなる。

またここでは、所定の平面とは、水平方向に沿いかつ互いに直交する２方向（以下、「ｘ方向、ｙ方向」という場合がある。）によって定義されるｘ−ｙ平面、すなわち、水平方向に沿った水平面である。なお、以下の説明では、所定の平面を「ｘ−ｙ水平面」という場合がある。また、当該所定の平面と直交する鉛直方向をｚ方向という場合がある。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、相互に直交する方向である。

可動支持機構１０は、可動コイルである送電側コイル５ａをｘ−ｙ水平面内で移動可能に支持する。そして、可動支持機構１０は、固定状態と解放状態とに切り替え可能である。ここで、固定状態とは、送電側コイル５ａをｘ−ｙ水平面内の所定の位置で固定した状態である。一方、解放状態とは、送電側コイル５ａをｘ−ｙ水平面内で移動可能とした状態である。可動支持機構１０は、送電側制御装置８ａと電気的に接続されており、当該送電側制御装置８ａの制御によって固定状態と解放状態とが切り替えられる。

図２を参照して、可動支持機構１０の具体的な構成の一例を説明する。

図２に例示する可動支持機構１０は、固定用フレーム１１と、複数の弾性部材１２と、板状部材としてのコイル裏側板１３と、駆動機構１４とを含んで構成される。固定用フレーム１１は、ロの字型に形成される枠状の部材である。固定用フレーム１１は、ｘ−ｙ水平面と平行になるように地面Ｇ（図１参照）側に配置される。固定用フレーム１１は、例えば、地面Ｇ側に設けられる基礎部材等に固定的に支持される。複数の弾性部材１２は、可動コイルである送電側コイル５ａをｘ−ｙ水平面内に支持するものである。ここでは、複数の弾性部材１２は、複数の引っ張りバネによって構成される。弾性部材１２は、ロの字型の固定用フレーム１１の各辺にそれぞれ１つずつ、合計４つ設けられる。各弾性部材１２は、一端が固定用フレーム１１の各辺にそれぞれ固定され、他端がそれぞれ送電側コイル５ａに接続される。各弾性部材１２は、固定用フレーム１１の中空部分内側に送電側コイル５ａを弾性支持する。各弾性部材１２は、固定用フレーム１１の中空部分内で送電側コイル５ａをｘ方向、及び、ｙ方向に移動可能に支持する。コイル裏側板１３は、送電側コイル５ａに対して接近離間可能に設けられるものである。コイル裏側板１３は、ロの字型の固定用フレーム１１の中空部分のほぼ全面を覆うような大きさに形成された矩形板状の部材であり、当該固定用フレーム１１の中空部分内側に配置される。コイル裏側板１３は、ｘ−ｙ水平面と平行になるように配置されると共に、ｚ方向、すなわち、鉛直方向に移動可能に設けられる。つまり、コイル裏側板１３は、送電側コイル５ａに対してｚ方向に沿って接近離間可能に設けられる。駆動機構１４は、コイル裏側板１３を送電側コイル５ａに対して接近離間可能に支持すると共に、実際にコイル裏側板１３を送電側コイル５ａに対して接近離間させるための駆動源を有している。駆動機構１４は、送電側制御装置８ａと電気的に接続されており、当該送電側制御装置８ａの制御によってその駆動が制御される。

上記のように構成される可動支持機構１０は、送電側制御装置８ａによって駆動機構１４が制御されることで、固定状態と解放状態とを切り替えることができる。すなわち、可動支持機構１０は、送電側制御装置８ａによって駆動機構１４が制御され、コイル裏側板１３が送電側コイル５ａ側とは反対側に移動することで、コイル裏側板１３が送電側コイル５ａから離間した状態となり、この状態で複数の弾性部材１２によって送電側コイル５ａを弾性支持することで解放状態となる。すなわち、可動支持機構１０は、解放状態では、コイル裏側板１３が送電側コイル５ａには接触しておらず、送電側コイル５ａがリリースされた状態となり、これにより、当該送電側コイル５ａが複数の弾性部材１２によってｘ方向、及び、ｙ方向に移動自在に弾性支持された状態となり、送電側コイル５ａのｘ方向、ｙ方向への位置自由度が確保される。この結果、可動支持機構１０は、送電側コイル５ａがｘ−ｙ水平面内で移動可能な状態となる。

一方、可動支持機構１０は、送電側制御装置８ａによって駆動機構１４が制御され、コイル裏側板１３が送電側コイル５ａ側に移動することで、当該コイル裏側板１３が送電側コイル５ａに接触した状態となり、この状態で送電側コイル５ａの動きがコイル裏側板１３との間に生じる摩擦力によって規制されることで固定状態となる。すなわち、可動支持機構１０は、固定状態では、コイル裏側板１３が送電側コイル５ａに接触することで、送電側コイル５ａとコイル裏側板１３との間に生じる摩擦力によって送電側コイル５ａがｘ−ｙ水平面内の所定の位置で固定された状態となる。

そして、本実施形態の制御装置８は、送電側コイル５ａが可動支持機構１０によって支持された構成にあって、位置合わせモードと給電モードとを切り替えて実行可能である。ここで、制御装置８によって実行される位置合わせモードとは、可動支持機構１０を解放状態とし電源４から送電側コイル５ａに、バッテリ７から受電側コイル６ａにそれぞれ直流電流を供給し発生した磁界の引付力によって送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせを行う電力モードである。一方、制御装置８によって実行される給電モードとは、可動支持機構１０を固定状態とし電源４から送電側コイル５ａに交流電流を供給し送電側コイル５ａから受電側コイル６ａへ電力を伝送する電力モードである。

図３を参照して、制御装置８によって実行される位置合わせモードについてより詳細に説明する。

制御装置８は、位置合わせモードの際には、送電側制御装置８ａの制御により可動支持機構１０が解放状態とされる。そして、制御装置８は、送電側制御装置８ａと受電側制御装置８ｂとが相互に信号を授受して連携し、送電側コイル５ａ、及び、受電側コイル６ａに直流電流を供給する制御を行う。この場合、送電側制御装置８ａは、送電回路５ｂに位置合わせモード開始信号を送信し、電源４から送電回路５ｂを介して送電側コイル５ａに直流電流を供給する。同様に、受電側制御装置８ｂは、受電回路６ｂに位置合わせモード開始信号を送信し、バッテリ７から受電回路６ｂを介して受電側コイル６ａに直流電流を供給する。

なお、本実施形態の送電回路５ｂは、電源４から送電側コイル５ａに交流電流を供給する回路に加えて、電源４から送電回路５ｂに直流電流を供給する回路も含んで構成される。また、本実施形態の受電回路６ｂは、受電側コイル６ａで受電した電力を交流電流から直流電流に変換する回路に加えて、バッテリ７から受電回路６ｂに直流電流を供給する回路も含んで構成される。つまり、このワイヤレス給電システム１は、位置合わせモードの際には、電源４が送電側コイル５ａ側の直流用電源として機能し、バッテリ７が受電側コイル６ａ側の直流用電源として機能する。

送電側コイル５ａ、及び、受電側コイル６ａは、上記のように位置合わせモードの際に直流電流が供給されると、図３に例示するように、磁界が発生し、電磁力を発生させる電磁石となる。このとき、送電側制御装置８ａ、受電側制御装置８ｂは、直流電流によって電磁石となった送電側コイル５ａ、及び、受電側コイル６ａにおいて、鉛直方向に沿って互いに対向する面の磁極が相互に異なる磁極となるように、送電側コイル５ａ、受電側コイル６ａに流れる直流電流の方向を制御する。図３の例では、送電側コイル５ａは、受電側コイル６ａと対向する面（鉛直方向上面）がＳ極となり、受電側コイル６ａは、送電側コイル５ａと対向する面（鉛直方向下面）がＮ極となっている。

この結果、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとは、位置合わせモードでは直流電流が供給されることで電磁石となり、発生した磁界の電磁力によって、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの間に引付力（互いに引き付けられる方向に作用する力）が作用する。このとき、位置合わせモードでは可動支持機構１０が解放状態となっているので、可動コイルである送電側コイル５ａは、発生した磁界の引付力によって固定コイルである受電側コイル６ａ側に引き付けられることとなる。この結果、送電側コイル５ａは、受電側コイル６ａに近接して対向した位置、言い換えれば、電力伝送効率が相対的に高くなる位置（以下、「高効率伝送位置」という場合がある。）に位置合わせされる。

そして、制御装置８は、上記のように位置合わせモードを実行し送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせが完了した後に、給電モードに切り替える。この場合、制御装置８は、位置合わせモードによる位置合わせが完了した後に、送電側制御装置８ａの制御により可動支持機構１０が固定状態とされる。これにより、可動コイルである送電側コイル５ａは、上述したように、受電側コイル６ａと対向する高効率伝送位置に位置決めされる。

そして、送電側制御装置８ａは、送電回路５ｂに位置合わせモード終了信号を送信し、送電側コイル５ａへの直流電流の供給を終了する。同様に、受電側制御装置８ｂは、受電回路６ｂに位置合わせモード終了信号を送信し、受電側コイル６ａへの直流電流の供給を終了する。その後、送電側制御装置８ａは、送電回路５ｂに給電モード開始信号を送信し、電源４から送電回路５ｂを介して送電側コイル５ａに交流電流の供給を開始する。これにより、このワイヤレス給電システム１は、給電モードに切り替わり、送電側コイル５ａから受電側コイル６ａへの非接触での電力伝送が開始され、車両２のバッテリ７の充電が開始される。

次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１における制御の一例を説明する。

まず、制御装置８の送電側制御装置８ａは、給電源側装置３による車両２への給電要求を検知すると、可動コイル固定機構である可動支持機構１０を解除し、当該可動支持機構１０を固定状態から解放状態とする（ステップＳＴ１）。ここで、送電側制御装置８ａは、種々の手法によって、給電源側装置３による車両２への給電要求の検知を行うことができる。送電側制御装置８ａは、例えば、車両２が給電源側装置３近傍の所定の給電位置に停車したことを検知した場合や車両２から給電要求信号を受信した場合等に、給電源側装置３による車両２への給電要求を検知し、可動支持機構１０を解放状態とする。

次に、制御装置８は、位置合わせモードを開始する。すなわち、送電側制御装置８ａは、送電回路５ｂに位置合わせモード開始信号を送信し、送電側コイル５ａに直流電流を印加する。また、送電側制御装置８ａは、受電側制御装置８ｂに位置合わせモード開始指令信号を送信する。位置合わせモード開始指令信号を受信した受電側制御装置８ｂは、受電回路６ｂに位置合わせモード開始信号を送信し、受電側コイル６ａに直流電流を印加する（ステップＳＴ２）。

次に、送電側制御装置８ａは、位置合わせモードを開始してから予め設定された所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳＴ３）。ここで、所定時間経過は、例えば、位置合わせモードを開始してから、送電側コイル５ａが受電側コイル６ａと対向する高効率伝送位置に移動するまでの平均的な所要時間等に基づいて設定される。送電側制御装置８ａは、位置合わせモードを開始してから所定時間経過していないと判定した場合（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、位置合わせモードを開始してから所定時間経過したと判定するまでこの判定を繰り返し行う。

送電側制御装置８ａは、位置合わせモードを開始してから所定時間経過したと判定した場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、可動支持機構１０を解放状態から固定状態とし、可動コイルである送電側コイル５ａを現在の位置で固定する（ステップＳＴ４）。

次に、制御装置８は、位置合わせモードを一旦終了し、給電モードを試行する。すなわち、送電側制御装置８ａは、送電回路５ｂに位置合わせモード終了信号を送信し、送電側コイル５ａへの直流電流の印加を終了する。また、送電側制御装置８ａは、受電側制御装置８ｂに位置合わせモード終了指令信号を送信する。位置合わせモード終了指令信号を受信した受電側制御装置８ｂは、受電回路６ｂに位置合わせモード終了信号を送信し、受電側コイル６ａへの直流電流の印加を終了する。そして、送電側制御装置８ａは、送電回路５ｂに給電モード開始信号を送信し、送電側コイル５ａに交流電流を印加する（ステップＳＴ５）。

次に、送電側制御装置８ａは、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせが完了したか否かを判定する（ステップＳＴ６）。送電側制御装置８ａは、例えば、給電モードでの電力の伝送効率等に基づいて位置合わせが完了したか否を判断することができる。この場合、送電側制御装置８ａは、例えば、給電モードでの電力の伝送効率が予め設定された所定効率以上である場合に位置合わせが完了したと判断することができる。

送電側制御装置８ａは、位置合わせが完了していないと判定した場合（ステップＳＴ６：Ｎｏ）、ステップＳＴ３の処理に戻って以降の処理を繰り返し実行する。送電側制御装置８ａは、位置合わせが完了したと判定した場合（ステップＳＴ６：Ｙｅｓ）、このまま給電モードを継続し（ステップＳＴ７）、本制御フローを終了する。

上記のように構成されるワイヤレス給電システム１は、制御装置８が給電モードの前に位置合わせモードを実行することで、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとによる非接触の給電を開始する前に、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせを行うことができる。この結果、ワイヤレス給電システム１は、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置ズレを抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

より詳細には、制御装置８は、位置合わせモードでは可動支持機構１０を解放状態とした上で、送電側コイル５ａ、受電側コイル６ａに直流電流を供給することで、電磁石となった送電側コイル５ａ、受電側コイル６ａ自身を用いて、当該送電側コイル５ａと受電側コイル６ａと位置合わせすることができる。ここでは、可動コイルである送電側コイル５ａは、電磁石となった当該送電側コイル５ａ、及び、受電側コイル６ａの磁界の引付力によって受電側コイル６ａと対向する高効率伝送位置に移動し、位置合わせされる。ここで、このようなワイヤレス給電システム１は、電力の伝送時に送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置が適正な位置に対して位置ズレすると、電力の伝送効率が低下する傾向にある。しかしながら、本実施形態のワイヤレス給電システム１は、上記のように車両２との間での電力の伝送前に、位置合わせモードによって送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとが位置合わせされることから、給電源側装置３側の送電側コイル５ａと車両２側の受電側コイル６ａとの位置ズレを抑制することができる。この結果、ワイヤレス給電システム１は、車両２に対して安定して電力を供給することができると共に電力の伝送効率を向上することができる。

以上で説明したワイヤレス給電システム１によれば、電源４からの電力が供給される送電側コイル５ａと、送電側コイル５ａからの電力を非接触で受電する受電側コイル６ａと、受電側コイル６ａに接続されたバッテリ７と、可動支持機構１０と、制御装置８とを備える。可動支持機構１０は、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を、少なくとも所定の平面内で移動可能に支持すると共に、当該一方を所定の平面内の所定の位置で固定した固定状態と当該一方を所定の平面内で移動可能とした解放状態とに切り替え可能である。制御装置８は、位置合わせモードと、給電モードと、を切り替えて実行する。位置合わせモードは、可動支持機構１０を解放状態とし電源４から送電側コイル５ａに、バッテリ７から受電側コイル６ａにそれぞれ直流電流を供給し発生した磁界の引付力によって送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせを行うモードである。給電モードは、可動支持機構１０を固定状態とし電源４から送電側コイル５ａに交流電流を供給し送電側コイル５ａから受電側コイル６ａへ電力を伝送するモードである。したがって、ワイヤレス給電システム１は、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置ズレを抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することができる。また、ワイヤレス給電システム１は、非接触給電に用いる送電側コイル５ａ、及び、受電側コイル６ａ自身を、当該送電側コイル５ａと当該受電側コイル６ａとの位置合わせを行うための装置として兼用することができるので、当該ワイヤレス給電システム１の構成部品点数を抑制することができ、システムの小型化、低コスト化を図ることができる。

さらに、以上で説明したワイヤレス給電システム１によれば、制御装置８は、位置合わせモードを実行し送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせが完了した後に、給電モードに切り替える。したがって、このワイヤレス給電システム１は、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとによる非接触の給電を開始する前に、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置合わせを行うことができる。

さらに、以上で説明したワイヤレス給電システム１によれば、可動支持機構１０は、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を所定の平面内に支持する複数の弾性部材１２と、当該一方に対して接近離間可能に設けられたコイル裏側板１３とを有する。可動支持機構１０は、コイル裏側板１３が当該一方から離間した状態で、複数の弾性部材１２によって一方を弾性支持することで解放状態となり、コイル裏側板１３が当該一方に接触することで固定状態となる。したがって、ワイヤレス給電システム１は、複数の弾性部材１２とコイル裏側板１３とによって、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を、所定の平面内の所定の位置で固定した固定状態と、所定の平面内で移動可能とした解放状態とに切り替えることができる。

さらに、以上で説明したワイヤレス給電システム１によれば、受電側コイル６ａ、及び、バッテリ７は、車両２に搭載される。したがって、ワイヤレス給電システム１は、車両２が給電源側装置３に対して多少ずれた位置に停車した場合であっても、所定範囲内のずれであれば、位置合わせモードを行うことで、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとを位置合わせをした後に、当該送電側コイル５ａから当該受電側コイル６ａへの電力の伝送を開始することができる。

なお、上述した本発明の実施形態に係るワイヤレス給電システムは、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

図５は、変形例に係るワイヤレス給電システムの可動支持機構の一例を表す模式的な構成図である。

図５に示す変形例に係るワイヤレス給電システム１は、可動支持機構１０（図２参照）にかえて、可動支持機構２１０を備える。可動支持機構２１０は、可動支持機構１０と同様に、可動コイルである送電側コイル５ａをｘ−ｙ水平面内で移動可能に支持する。そして、可動支持機構２１０は、固定状態と解放状態とに切り替え可能である。本実施形態の可動支持機構２１０は、固定用フレーム２１１と、突起部２１２と、第１ガイドレール部２１３と、第２ガイドレール部２１４と、第１レール２１５と、第２レール２１６と、第１ロック機構２１７と、第２ロック機構２１８とを備える。

固定用フレーム２１１は、ロの字型に形成される枠状の部材である。固定用フレーム２１１は、ｘ−ｙ水平面と平行になるように地面Ｇ（図１参照）側に配置される。固定用フレーム２１１は、例えば、地面Ｇ側に設けられる基礎部材等に固定的に支持される。突起部２１２は、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方、ここでは、可動コイルである送電側コイル５ａに設けられた突起を含む部分である。突起部２１２は、連結機構等を介して送電側コイル５ａに連結される。突起部２１２は、ｚ方向に沿って突出した形状となっている。突起部２１２は、送電側コイル５ａと一体となってｘ−ｙ水平面内で移動可能である。

第１ガイドレール部２１３は、所定の平面、ここでは、ｘ−ｙ水平面内の第１方向に沿って設けられる。ここでは、第１の方向は、ｘ方向である。第１ガイドレール部２１３は、突起部２１２のｘ方向への移動を案内すると共に突起部２１２を支持した状態でｘ−ｙ水平面内のｘ方向と交差する第２方向、ここではｙ方向に沿って移動可能である。より詳細には、第１ガイドレール部２１３は、ｘ方向に沿って延設される一対の棒部材２１３ａ、２１３ｂによって構成される。一対の棒部材２１３ａ、２１３ｂは、ともにｘ方向に沿って固定用フレーム２１１の一方の端部から他方の端部まで延在している。一対の棒部材２１３ａ、２１３ｂは、ｙ方向に所定の間隔をあけて、両端部が連結部材２１３ｃ、２１３ｄによって連結され一体化されている。連結部材２１３ｃ、２１３ｄによって一体化された棒部材２１３ａ、２１３ｂは、両端部がそれぞれ第１レール２１５によって、ｙ方向に移動可能に支持される。第１レール２１５は、固定用フレーム２１１のｙ方向に沿った辺に一対で設けられる。一対の第１レール２１５は、ともにｙ方向に沿って固定用フレーム２１１の一方の端部から他方の端部まで延在している。一体化された棒部材２１３ａ、２１３ｂは、一対の第１レール２１５に支持されながらｙ方向に沿って移動可能である。第１ロック機構２１７は、一体化された棒部材２１３ａ、２１３ｂの一方の端部に設けられており、一体化された棒部材２１３ａ、２１３ｂの移動を規制可能なものである。第１ロック機構２１７は、例えば、歯車やネジ等を含んで構成され、ロック状態となることで一体化された棒部材２１３ａ、２１３ｂを第１レール２１５に固定することができる。第１ロック機構２１７は、解除状態となることで一体化された棒部材２１３ａ、２１３ｂを、一対の第１レール２１５に支持されながらｙ方向に沿って移動可能な状態にすることができる。第１ロック機構２１７は、送電側制御装置８ａと電気的に接続されており、当該送電側制御装置８ａの制御によってその駆動が制御される。

第２ガイドレール部２１４は、ｘ−ｙ水平面内の第２方向に沿って設けられる。ここでは、第２の方向は、ｙ方向である。第２ガイドレール部２１４は、突起部２１２のｙ方向への移動を案内すると共に突起部２１２を支持した状態でｘ−ｙ水平面内の第１方向、ここではｘ方向に沿って移動可能である。より詳細には、第２ガイドレール部２１４は、ｙ方向に沿って延設される一対の棒部材２１４ａ、２１４ｂによって構成される。一対の棒部材２１４ａ、２１４ｂは、ともにｙ方向に沿って固定用フレーム２１１の一方の端部から他方の端部まで延在している。一対の棒部材２１４ａ、２１４ｂは、ｘ方向に所定の間隔をあけて、両端部が連結部材２１４ｃ、２１４ｄによって連結され一体化されている。連結部材２１４ｃ、２１４ｄによって一体化された棒部材２１４ａ、２１４ｂは、両端部がそれぞれ第２レール２１６によって、ｘ方向に移動可能に支持される。第２レール２１６は、固定用フレーム２１１のｘ方向に沿った辺に一対で設けられる。一対の第２レール２１６は、ともにｘ方向に沿って固定用フレーム２１１の一方の端部から他方の端部まで延在している。一体化された棒部材２１４ａ、２１４ｂは、一対の第２レール２１６に支持されながらｘ方向に沿って移動可能である。第２ロック機構２１８は、一体化された棒部材２１４ａ、２１４ｂの一方の端部に設けられており、一体化された棒部材２１４ａ、２１４ｂの移動を規制可能なものである。第２ロック機構２１８は、例えば、歯車やネジ等を含んで構成され、ロック状態となることで一体化された棒部材２１４ａ、２１４ｂを第２レール２１６に固定することができる。第２ロック機構２１８は、解除状態となることで一体化された棒部材２１４ａ、２１４ｂを、一対の第２レール２１６に支持されながらｘ方向に沿って移動可能な状態にすることができる。第２ロック機構２１８は、送電側制御装置８ａと電気的に接続されており、当該送電側制御装置８ａの制御によってその駆動が制御される。

そして、可動支持機構２１０は、突起部２１２が第１ガイドレール部２１３の一対の棒部材２１３ａ、２１３ｂ、及び、第２ガイドレール部２１４の一対の棒部材２１４ａ、２１４ｂの間に支持される。つまり、突起部２１２は、第１ガイドレール部２１３の一対の棒部材２１３ａ、２１３ｂと第２ガイドレール部２１４の一対の棒部材２１４ａ、２１４ｂとが交差する部分に支持される。突起部２１２は、送電側コイル５ａと一体となって第１ガイドレール部２１３、及び、第２ガイドレール部２１４に支持される。

上記のように構成される可動支持機構２１０は、送電側制御装置８ａによって第１ロック機構２１７、第２ロック機構２１８が制御されることで、固定状態と解放状態とを切り替えることができる。すなわち、可動支持機構２１０は、送電側制御装置８ａによって第１ロック機構２１７、第２ロック機構２１８が制御され、ともに解除状態とされ、第１ガイドレール部２１３、及び、第２ガイドレール部２１４が解放されることで、当該第１ガイドレール部２１３、第２ガイドレール部２１４がｘ方向、ｙ方向に移動できるようになり、解放状態となる。すなわち、可動支持機構２１０は、解放状態では、第１ガイドレール部２１３がｙ方向に移動でき、第２ガイドレール部２１４がｘ方向に移動できるので、これらに支持されている突起部２１２が送電側コイル５ａと共に、当該第１ガイドレール部２１３、当該第２ガイドレール部２１４に案内されてｘ方向、及び、ｙ方向に移動することができる。この結果、可動支持機構２１０は、送電側コイル５ａのｘ方向、ｙ方向への位置自由度が確保され、送電側コイル５ａがｘ−ｙ水平面内で移動可能な状態となる。

一方、可動支持機構２１０は、送電側制御装置８ａによって第１ロック機構２１７、第２ロック機構２１８が制御され、ともに固定状態とされ、第１ガイドレール部２１３、及び、第２ガイドレール部２１４が固定されることで、第１ガイドレール部２１３、第２ガイドレール部２１４のｘ方向、ｙ方向への移動が規制され固定状態となる。すなわち、可動支持機構２１０は、固定状態では、第１ロック機構２１７、第２ロック機構２１８がロック状態となることで、第１ガイドレール部２１３、第２ガイドレール部２１４のｘ方向、ｙ方向への移動が規制され、これらに支持されている突起部２１２が送電側コイル５ａと共にｘ−ｙ水平面内の所定の位置で固定された状態となる。

この場合であっても、ワイヤレス給電システム１は、突起部２１２と、第１ガイドレール部２１３と、第２ガイドレール部２１４とによって、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を、所定の平面内の所定の位置で固定した固定状態と、所定の平面内で移動可能とした解放状態とに切り替えることができる。したがって、ワイヤレス給電システム１は、送電側コイル５ａと受電側コイル６ａとの位置ズレを抑制し、電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

なお、以上の説明では、可動支持機構１０、２１０は、給電源側装置３側の送電側コイル５ａを少なくとも所定の平面（ｘ−ｙ水平面）内で移動可能に支持するものとして説明したが、車両２側の受電側コイル６ａを少なくとも所定の平面内で移動可能に支持するものであってもよい。つまり、ワイヤレス給電システム１は、受電側コイル６ａが可動コイル、送電側コイル５ａが固定コイルであってもよい。

また、以上の説明では、所定の平面とは、水平方向に沿ったｘ−ｙ水平面であるものとして説明したがこれに限らない。所定の平面は、ｘ方向、ｚ方向によって定義されるｘ−ｚ鉛直平面やｙ方向、ｚ方向によって定義されるｙ−ｚ鉛直平面であってもよい。さらに、所定の平面は、ｘ−ｙ水平面、ｘ−ｚ鉛直平面、ｙ−ｚ鉛直平面に対して所定の傾斜を有する傾斜面であってもよい。

また、以上で説明した可動支持機構１０、２１０は、所定の平面（ｘ−ｙ水平面）内に加えて当該平面に直交する方向（ｚ方向）を含む３次元方向に、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を移動可能に支持するものであってもよい。また、逆に、可動支持機構１０、２１０は、所定の平面（ｘ−ｙ水平面）内の１次元方向に、送電側コイル５ａ、又は、受電側コイル６ａの一方を移動可能に支持するものであってもよい。つまり、可動支持機構１０、２１０は、２次元方向への自由度を確保したものに限られず、１次元方向への自由度を確保したものであってもよいし、３次元方向への自由度を確保したものであってもよい。

また、以上で説明した可動支持機構１０は、板状部材としてのコイル裏側板１３が送電側コイル５ａに対して接近離間することで、固定状態と解放状態とが切り替えられるものとして説明したがこれに限らない。例えば、可動支持機構１０は、コイル裏側板１３がｚ方向に対して移動しないように固定された上で、当該コイル裏側板１３にグリッド状に多数の係合孔を形成しておき、送電側コイル５ａ（可動コイル）側にｚ方向に沿って移動可能なピン部材を設けることで構成してもよい。この場合、可動支持機構１０は、ピン部材がｚ方向に沿って移動し、コイル裏側板１３に設けられた係合孔のいずれかに係合することで固定状態となる。一方、この場合、可動支持機構１０は、ピン部材がｚ方向に沿って移動し、当該係合孔からはずれることで解放状態となる。

以上の説明では、ワイヤレス給電システム１は、車両２に対する給電システムに適用するものとして説明したがこれに限らず、車両２以外の他の機器（例えば、車載機器、通信端末機器、車外機器）等に対する給電システムに適用されてもよい。

１ ワイヤレス給電システム
２ 車両
３ 給電源側装置
４ 電源
５ 送電部
５ａ 送電側コイル
６ 受電部
６ａ 受電側コイル
７ バッテリ（蓄電装置）
８ 制御装置
９ 非接触給電用トランス
１０、２１０ 可動支持機構
１２ 弾性部材
１３ コイル裏側板（板状部材）
２１２ 突起部
２１３ 第１ガイドレール部
２１４ 第２ガイドレール部

Claims (5)

1. 電源からの電力が供給される送電側コイルと、
   前記送電側コイルからの電力を非接触で受電する受電側コイルと、
   前記受電側コイルに接続された蓄電装置と、
   前記送電側コイル、又は、前記受電側コイルの一方を、少なくとも所定の平面内で移動可能に支持すると共に、当該一方を前記所定の平面内の所定の位置で固定した固定状態と当該一方を前記所定の平面内で移動可能とした解放状態とに切り替え可能である可動支持機構と、
   前記可動支持機構を前記解放状態とし前記電源から前記送電側コイルに、前記蓄電装置から前記受電側コイルにそれぞれ直流電流を供給し発生した磁界の引付力によって前記送電側コイルと前記受電側コイルとの位置合わせを行う位置合わせモードと、前記可動支持機構を前記固定状態とし前記電源から前記送電側コイルに交流電流を供給し前記送電側コイルから前記受電側コイルへ電力を伝送する給電モードと、を切り替えて実行する制御装置とを備えることを特徴とする、
   ワイヤレス給電システム。
2. 前記制御装置は、前記位置合わせモードを実行し前記送電側コイルと前記受電側コイルとの位置合わせが完了した後に、前記給電モードに切り替える、
   請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
3. 前記可動支持機構は、前記送電側コイル、又は、前記受電側コイルの前記一方を前記所定の平面内に支持する複数の弾性部材と、前記一方に対して接近離間可能に設けられた板状部材とを有し、前記板状部材が前記一方から離間した状態で、前記複数の弾性部材によって前記一方を弾性支持することで前記解放状態となり、前記板状部材が前記一方に接触することで前記固定状態となる、
   請求項１又は請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
4. 前記可動支持機構は、前記送電側コイル、又は、前記受電側コイルの前記一方に設けられた突起部と、前記所定の平面内の第１方向に沿って設けられ前記突起部の前記第１方向への移動を案内すると共に前記突起部を支持した状態で前記所定の平面内の前記第１方向と交差する第２方向に沿って移動可能である第１ガイドレール部と、前記所定の平面内の前記第２方向に沿って設けられ前記突起部の前記第２方向への移動を案内すると共に前記突起部を支持した状態で前記所定の平面内の前記第１方向に沿って移動可能である第２ガイドレール部とを有し、前記第１ガイドレール部、及び、前記第２ガイドレール部が固定されることで前記固定状態となり、前記第１ガイドレール部、及び、前記第２ガイドレール部が解放されることで前記解放状態となる、
   請求項１又は請求項２に記載のワイヤレス給電システム。
5. 前記受電側コイル、及び、前記蓄電装置は、車両に搭載される、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム。

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