JP2015126658A - 受電装置およびそれを備える車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】送電コイルと受電コイルとの間の距離につき精度の高い情報を利用者に報知可能な受電装置を提供する。
【解決手段】測定装置210は、コイル間距離の検知が行なわれるときに受電電圧VRを測定する。報知装置520は、測定装置210の測定結果に基づいてコイル間距離を報知する。受電部100は、コイル間距離に対する受電電圧VRの特性がコイル間距離の変化に対して複数の極値を有するように構成される。車両ECU500は、位置合わせの実行時に受電電圧VRの極小値が検知されると、予め準備された受電電圧VRの特性を用いて、検知された受電電圧VRの極小値に対応するコイル間距離を報知するように報知装置520を制御する。
【選択図】図1

Description

この発明は、受電装置およびそれを備える車両に関し、特に、車両に搭載され、車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置およびそれを備える車両に関する。
特開2010−536620号公報(特許文献1)は、送電装置から非接触で受電する受電装置を搭載した車両の、送電装置への駐車制御技術を開示する。この駐車制御技術では、車両の駐車制御は2段階で行なわれる。第1段階では、カメラによる画像認識結果に基づいて送電装置へ車両が誘導される。第2段階では、送電装置の送電コイルから車両の受電コイルへの給電状況(代表的には受電電圧)に基づいて送電コイルと受電コイルとの間の距離が推定され、その推定された距離に基づいて送電コイルに対する受電コイルの位置合わせが行なわれる(特許文献1参照)。
特開2010−536620号公報 特開2011−254633号公報 特開2013−154815号公報 特開2013−146154号公報 特開2013−146148号公報 特開2013−110822号公報 特開2013−126327号公報
送電コイルから受電コイルへの送電効率を高めるには、送電コイルに対する受電コイルの位置合わせ(以下、単に「位置合わせ」と称する。)を行なう必要がある。送電装置から非接触で受電する受電装置を搭載した車両では、上記の特許文献1に記載のように、受電コイルの受電電圧に基づき推定される送電コイルと受電コイルとの間の距離(以下「コイル間距離」と称する。)に基づいて位置合わせを実行可能である。
位置合わせは、コイル間距離に基づいて自動制御で行なわれる場合もあれば、コイル間距離を利用者に報知して利用者により手動で行なわれる場合もある。あるいは、コイル間距離が利用者に報知され、その距離情報に基づいて車両の停止動作のみを利用者が行なう場合もある。いずれにせよ、電力伝送効率を高めるために精度の高い位置合わせを行なうには、コイル間距離を高精度に検知して利用者に報知することが重要である。
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、送電コイルと受電コイルとの間の距離につき精度の高い情報を利用者に報知可能な受電装置を提供することである。
この発明によれば、受電装置は、車両に搭載され、車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置であって、受電コイルと、測定装置と、報知装置と、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置の送電コイルから出力される電力を非接触で受電するように構成される。測定装置は、送電コイルから出力される電力を受電コイルにより受電するときの受電電圧に基づいてコイル間距離を検知するときに、受電電圧を測定するためのものである。報知装置は、測定装置の測定結果に基づいてコイル間距離を報知する。受電コイルは、コイル間距離に対する受電電圧の特性がコイル間距離の変化に対して複数の極値を有するように構成される。制御装置は、測定装置の測定結果に基づいて受電電圧の極小値が検知されると、予め準備された受電電圧の特性を用いて、検知された受電電圧の極小値に対応するコイル間距離を報知するように報知装置を制御する。
この受電装置においては、受電コイルは、コイル間距離に対する受電電圧の特性がコイル間距離の変化に対して複数の極値を有するように構成される。そして、測定装置の測定結果に基づいて受電電圧の極小値が検知されると、その受電電圧の極小値に対応するコイル間距離が報知装置よって利用者に報知される。受電電圧が極小値となるときのコイル間距離は、受電コイルの構成によって特有なものであり、コイル間距離に対して予め求められた受電電圧特性に基づいて精度良く検知可能である。したがって、この受電装置によれば、コイル間距離について精度の高い情報を利用者に報知することができる。
好ましくは、測定装置は、抵抗部と、電圧センサとを含む。抵抗部は、送電コイルからの受電時に受電コイルに生じる電流が流れる。電圧センサは、抵抗部に生じる電圧を検出する。抵抗部の抵抗値は、第1の抵抗値と、第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値とに変更可能に構成される。車両を移動させてコイル間距離に基づいて位置合わせが行なわれる場合に、測定装置の測定結果に基づいて受電電圧の極小値が少なくとも検知されるまでは、抵抗部の抵抗値は、第2の抵抗値に設定される。
抵抗部の抵抗値を小さくすることによって、受電装置のインピーダンスが小さくなり、遠方での受電特性が向上する。この受電装置においては、位置合わせの実行時に、受電電圧の極小値が少なくとも検知されるまでは、第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値に抵抗部の抵抗値が設定される。したがって、この受電装置によれば、広範囲なコイル間距離の測定が可能となる。
さらに好ましくは、位置合わせの実行に伴なう車両の移動中にコイル間距離が検知されるときは、抵抗部の抵抗値は、第2の抵抗値に設定される。車両の停止時にコイル間距離が検知されるときは、抵抗部の抵抗値は、第1の抵抗値に設定される。
コイル間の結合係数と伝送効率の関係について、抵抗部の抵抗値が大きいほど結合係数が大きいときに伝送効率が高くなることが知られており、コイル間距離が小さい場合(結合係数大)には、抵抗部の抵抗値が大きい方がコイル間の位置ずれを精度よく検知できる。そこで、この受電装置においては、位置合わせの実行に伴なう車両の移動中は、抵抗部の抵抗値は第2の抵抗値に設定され、位置合わせ終了後の車両の停止時は、抵抗部の抵抗値は第2の抵抗値よりも大きい第1の抵抗値に設定される。これにより、広範囲なコイル間距離の測定を可能にしつつ、コイル間距離が小さい場合(位置合わせ終了後の車両の停止時)にも、コイル間距離について精度の高い情報を利用者に報知することができる。
また、さらに好ましくは、位置合わせの実行中は、抵抗部の抵抗値は、第2の抵抗値に設定される。位置合わせの終了後にコイル間距離が検知されるときは、抵抗部の抵抗値は、第1の抵抗値に設定される。
この受電装置によれば、広範囲なコイル間距離の測定を可能にしつつ、位置合わせ終了後のコイル間距離が小さい場合にも、コイル間距離について精度の高い情報を利用者に報知することができる。
また、さらに好ましくは、位置合わせの実行時に測定装置の測定結果に基づいて受電電圧の極小値が検知されると、抵抗部の抵抗値は、第1の抵抗値に設定される。
この受電装置においては、位置合わせの実行時に、コイル間距離が縮まるにつれて受電電圧の極小値が検知されると、抵抗部の抵抗値は、第2の抵抗値よりも大きい第1の抵抗値に設定される。したがって、この受電装置によっても、広範囲なコイル間距離の測定を可能にしつつ、コイル間距離が小さい場合にもコイル間距離について精度の高い情報を利用者に報知することができる。
好ましくは、抵抗部は、第1の抵抗器と、第2の抵抗器とを含む。第1の抵抗器は、第1の抵抗値を有する。第2の抵抗器は、第1の抵抗器と選択的に用いられ、第2の抵抗値を有する。
この受電装置によれば、抵抗部の抵抗器を切替えるだけで、広範囲なコイル間距離の測定を可能にしつつ、コイル間距離が小さい場合にもコイル間距離について精度の高い情報を利用者に報知することができる。
好ましくは、抵抗部の抵抗値が第2の抵抗値であるときの極値の数は、抵抗部の抵抗値が第1の抵抗値であるときの極値の数よりも大きい。
抵抗部の抵抗値が小さいときは、上記の受電電圧の極小値に対応するコイル間距離よりも小さい範囲において、さらに複数の極値が発生するために受電電圧に基づいてコイル間距離を特定しにくい。この受電装置によれば、受電電圧の極小値が検知された後に抵抗部の抵抗値が第1の抵抗値に切替えられるので、コイル間距離が小さい範囲においてもコイル間距離を精度よく検知することができる。
好ましくは、受電コイルは、巻線と、巻線が巻回されるコアとを含む。受電コイルは、巻線の巻回軸が車両の前後方向に沿うように車両に搭載される。
このような受電コイルの構成において、送電コイルと受電コイルとの相対的な位置関係によって、コイル間距離が縮まるにつれて受電コイルの磁界が反転するポイントがあり、この位置において受電電圧の極小値が発生する。このポイントは、コイルの大きさおよびコイル間の相対的な位置関係によって一義的に決まる。したがって、この受電装置によれば、コイル間距離について精度の高い情報を利用者に報知することができる。
また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの受電装置を備える。
この発明によれば、送電コイルと受電コイルとの間の距離につき精度の高い情報を利用者に報知可能な受電装置を提供することができる。
この発明の実施の形態1による受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 車両を側方から見たときの受電部の配置を示した図である。 車両を上方から見たときの受電部の配置を示した図である。 位置合わせの実行時におけるコイル間距離と受電電圧との関係を示した図である。 コイル間距離がX3よりも大きいときの送電部および受電部に形成される磁界を示した図である。 コイル間距離がX3よりも小さいときの送電部および受電部に形成される磁界を示した図である。 位置合わせの実行時におけるコイル間距離の検知手順を説明するための第1のフローチャートである。 位置合わせの実行時におけるコイル間距離の検知手順を説明するための第2のフローチャートである。 測定装置の抵抗の抵抗値が大きいときと小さいときの、結合係数と電力伝送率との関係を示した図である。 実施の形態2による受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 測定装置の抵抗値が小さいときのコイル間距離と受電電圧との関係を示した図である。 測定装置の抵抗値が大きいときのコイル間距離と受電電圧との関係を示した図である。 位置合わせの実行時における測定装置の抵抗の切替手順を説明するフローチャートである。 実施の形態2の変形例1における測定装置の抵抗の切替手順を説明するフローチャートである。 実施の形態2の変形例2における測定装置の抵抗の切替手順を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図1を参照して、実施の形態1による電力伝送システムは、車両10と、送電装置20とを備える。車両10は、受電部100と、フィルタ回路150と、整流部200と、測定装置210と、リレー220,310と、蓄電装置300と、動力生成装置400とを備える。また、車両10は、車両ECU(Electronic Control Unit)500と、通信装置510と、報知装置520とを含む。
受電部100は、送電装置20の送電部700(後述)から出力される電力(交流)を非接触で受電するためのコイルを含む。受電部100は、受電した電力を整流部200へ出力する。この実施の形態1では、図2および図3に示されるように、送電装置20の送電部700が地表または地中に設けられるものとし、受電部100は、車体前方寄りの車体下部に設けられるものとする。
なお、受電部100の配置箇所はこれに限定されるものではない。たとえば、車体後方寄りの車体下部に設けてもよいし、仮に送電装置20が車両上方に設けられる場合には、受電部100を車体上部に設けてもよい。
フィルタ回路150は、受電部100と整流部200との間に設けられ、送電装置20からの受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路150は、たとえば複数のインダクタおよびキャパシタを含むLCフィルタによって構成される。整流部200は、受電部100によって受電された交流電力を整流する。
測定装置210は、送電装置20から出力される電力を受電部100によって受電するときの受電電圧に基づいて送電部700と受電部100との間の距離(コイル間距離)を検知する際に、整流部200によって整流された受電電圧(直流)を測定する。測定装置210は、抵抗211と、リレー212と、電圧センサ218とを含む。抵抗211およびリレー212は、整流部200の出力線対間に設けられ、直列に接続される。電圧センサ218は、抵抗211に生じる受電電圧VRを検出し、その検出値を車両ECU500へ出力する。コイル間距離の検知が行なわれる際に車両ECU500によってリレー212がオンされ(後述のリレー220はオフされる。)、コイル間距離の検知用に送電部700から出力される電力が受電部100によって受電されることにより抵抗211に生じる受電電圧VRが電圧センサ218によって検出される。この受電電圧VRを用いてコイル間距離が検知される。
リレー220は、測定装置210と蓄電装置300との間に設けられ、送電装置20による蓄電装置300の充電時に車両ECU500によってオンされる(蓄電装置300の充電時は、測定装置210のリレー212はオフされる。)。なお、上述のように、コイル間距離の検知時は、リレー220はオフされる。
蓄電装置300は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオンやニッケル水素などの二次電池によって構成される。蓄電装置300の電圧は、たとえば200V程度である。蓄電装置300は、整流部200から出力される電力を蓄えるほか、動力生成装置400によって発電される電力も蓄える。そして、蓄電装置300は、その蓄えられた電力を動力生成装置400へ供給する。なお、蓄電装置300として大容量のキャパシタも採用可能である。特に図示しないが、整流部200と蓄電装置300との間に、整流部200の出力電圧を調整するDC−DCコンバータを設けてもよい。リレー310は、蓄電装置300と動力生成装置400との間に設けられ、動力生成装置400の起動が要求されると、車両ECU500によってオンされる。
動力生成装置400は、蓄電装置300に蓄えられる電力を用いて車両10の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力生成装置400は、たとえば、蓄電装置300から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力生成装置400は、蓄電装置300を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンとを含んでもよい。
車両ECU500は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置、入出力バッ
ファ等を含み(いずれも図示せず)、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両10における各機器の制御を行なう。一例として、車両ECU500は、車両10の走行制御や、送電装置20による蓄電装置300の充電制御等を実行する。
さらに、車両ECU500により実行される主要な制御として、車両ECU500は、送電部700に対する受電部100の位置合わせの実行時や、充電開始前の位置合わせ確認時に、コイル間距離を検知し、その検知されたコイル間距離を報知するように報知装置520を制御する。概略的には、測定装置210により測定される受電電圧VRの大きさはコイル間距離に依存するところ、コイル間距離に対する受電電圧VRの特性を予め準備しておき、車両ECU500は、そのコイル間距離に対する受電電圧VRの特性を用いて、測定装置210により測定される受電電圧VRに基づいてコイル間距離を検知する。このコイル間距離の検知および報知の方法については、後ほど詳しく説明する。
なお、車両ECU500は、位置合わせの実行時や確認時にコイル間距離を検知するときは、リレー212,220をそれぞれオン,オフに制御する。位置合わせが完了し、送電装置20による蓄電装置300の充電が行なわれるときは、車両ECU500は、リレー212,220をそれぞれオフ,オンに制御する。なお、リレー310については、車両10の移動が要求されるときは(通常走行時や位置合わせの実行時)、車両ECU500は、リレー310をオンにする。
また、車両ECU500は、位置合わせの実行時や、送電装置20による蓄電装置300の充電時には、通信装置510を用いて送電装置20と通信を行ない、充電の開始/停止や車両10の受電状況等の情報を送電装置20とやり取りする。
なお、車両ECU500により実行される上記の各制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
報知装置520は、車両ECU500によって制御され、測定装置210により測定される受電電圧VRに基づいて車両ECU500により検知されたコイル間距離を利用者に報知する。報知装置520は、代表的には、コイル間距離を視覚的に表示する表示装置であるが、音声やその他の手段を用いて報知してもよい。
一方、送電装置20は、電源部600と、フィルタ回路610と、送電部700と、電源ECU800と、通信装置810とを含む。電源部600は、商用系統電源等の外部電源900から電力を受け、所定の伝送周波数を有する交流電力を発生する。
送電部700は、車両10の受電部100へ非接触で送電するためのコイルを含む。送電部700は、伝送周波数を有する交流電力を電源部600から受け、送電部700の周囲に生成される電磁界を介して、車両10の受電部100へ非接触で送電する。
フィルタ回路610は、電源部600と送電部700との間に設けられ、電源部600から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路610は、たとえば複数のインダクタおよびキャパシタを含むLCフィルタによって構成される。
電源ECU800は、CPU、記憶装置、入出力バッファ等を含み(いずれも図示せず)、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、送電装置20における各機器の制御を行なう。一例として、電源ECU800は、伝送周波数を有する交流電力を電源部600が生成するように、電源部600のスイッチング制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
なお、電源ECU800は、位置合わせの実行時や車両10への送電時には、通信装置810を用いて車両10の通信装置510と通信を行ない、充電の開始/停止や車両10の受電状況等の情報を車両10とやり取りする。
送電装置20において、電源部600からフィルタ回路610を介して送電部700へ、所定の伝送周波数を有する交流電力が供給される。送電部700および車両10の受電部100の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部700および受電部100の共振強度を示すQ値は、100以上であることが好ましい。なお、送電部700および受電部100の各々において、キャパシタは、コイルに直列に接続されてもよいし、コイルに並列に接続されてもよい。また、キャパシタを備えることなく所望の共振周波数を達成できる場合には、キャパシタを備えない構成としてもよい。
電源部600からフィルタ回路610を介して送電部700へ交流電力が供給されると、送電部700のコイルと、受電部100のコイルとの間に形成される電磁界を通じて、送電部700から受電部100へエネルギ(電力)が移動する。そして、受電部100へ移動したエネルギ(電力)は、フィルタ回路150および整流部200を介して蓄電装置300へ供給される。
なお、位置合わせの実行時や確認時にコイル間距離を検知するときは、リレー220がオフされることにより蓄電装置300への電力供給は行なわれず、測定装置210のリレー212をオンさせることにより、受電電力に応じた電圧を抵抗211に発生させる。このとき抵抗211に発生する受電電圧VRに基づいてコイル間距離が検知され、報知装置520によって報知される。なお、位置合わせの実行時や確認時に送電装置20から出力される電力は、蓄電装置300の充電時に出力される電力よりも小さく、たとえば充電時の出力電力の1/100以下に設定される。
なお、特に図示しないが、送電装置20において、送電部700と電源部600との間(たとえば送電部700とフィルタ回路610との間)に絶縁トランスを設けてもよい。また、車両10においても、受電部100と整流部200との間(たとえば受電部100とフィルタ回路150との間)に絶縁トランスを設けてもよい。
図2は、車両10を側方から見たときの受電部100の配置を示した図である。図3は、車両10を上方から見たときの受電部100の配置を示した図である。図2および図3を参照して、駐車枠30内に送電装置20の送電部700が配設され、駐車枠30に沿って車両10が駐車される。この実施の形態1では、車両10は後方駐車されるものとするが、前方駐車であってもよい。
受電部100および送電部700の各々は、上述のようにコイルによって構成される。各コイルは、巻線と、巻線が巻回されるコアとを含む。受電部100は、巻線の巻回軸が車両10の前後方向に沿うように車両10に搭載される。送電部700は、巻線の巻回軸が駐車枠30内の車両移動方向に沿うように配設される。図2に示されるように、車両10の移動方向に沿った、送電部700の中央部と受電部100の中央部との間の距離Lが「コイル間距離」である。
駐車枠30への車両10の駐車に伴ない、送電部700に対する受電部100の位置合わせが行なわれる。位置合わせの実行時には、送電部700から一定の位置確認用電力が出力され、測定装置210(図1)により測定される受電電圧VRに基づいてコイル間距離Lが検知される。なお、上述のように、位置確認用電力は、たとえば蓄電装置300の充電時に出力される電力の1/100以下に設定される。
図4は、位置合わせの実行時におけるコイル間距離Lと受電電圧VRとの関係を示した図である。図4を参照して、コイル間距離Lを示す横軸において「前方」とは、受電部100が送電部700に対して正対する位置をコイル間距離0として、その正対位置よりも車両移動方向の前方に車両10が位置していることを示し、コイル間距離Lとして正の値をとるものとする。
駐車枠30(図3)内に車両10が後方駐車されるとともにコイル間の位置合わせが行なわれるものとする。コイル間距離LがX1になると、受電電圧VRが上昇し始める。その後、コイル間距離Lが小さくなるに従って受電電圧VRは上昇するけれども、コイル間距離LがX2(X2<X1)の地点で受電電圧VRは一旦極大値をとり、その後、コイル間距離LがX3(X3<X2)の地点で受電電圧VRは極小値をとる。そして、車両10がさらに後退するに従って受電電圧VRは上昇し、コイル間距離Lが0のとき(正対位置)において受電電圧VRは最大となる。
なお、コイル間距離Lが負の場合も同様の受電電圧特性を示し、コイル間距離LがX4の地点で受電電圧VRは極小値をとり、コイル間距離LがX5(X5<X4)の地点で極大値をとった後、コイル間距離LがX6(X6<X5)の地点で受電電圧VRはほぼ0となる。
なお、以下では、コイル間距離LがX1よりも大きいときを「状態1」と定義し、コイル間距離LがX1≧L>X2のときを「状態2」と定義する。また、コイル間距離LがX2≧L>X3のときを「状態3」と定義し、コイル間距離LがX3≧L>X4のときを「状態4」と定義する。さらに、コイル間距離LがX4≧L>X5のときを「状態5」と定義し、コイル間距離LがX5≧L>X6のときを「状態6」と定義する。そして、コイル間距離LがX6以下のときを「状態7」と定義する。
次に、コイル間距離LがX3,X4の地点で受電電圧VRが極小値をとる原理について以下に説明する。
図5は、コイル間距離LがX3よりも大きいときの送電部700および受電部100に形成される磁界を示した図である。図6は、コイル間距離LがX3よりも小さいときの送電部700および受電部100に形成される磁界を示した図である。なお、送電部700および受電部100には、電源部600(図1)が発生する交流電力に応じて交流磁界が生成されるところ、図5,6では、送電部700において端部E1から端部E2へ向かう方向に磁界が形成している時点の様子が示されている。
図5を参照して、コイル間距離LがX3よりも大きいときは、送電部700の端部E2から受電部100の端部E3へ向かい、受電部100のコアを通って受電部100の端部E4から送電部700の端部E1へ戻る磁界が形成される。受電部100のコアには、端部E3から端部E4へ向かう方向の磁界が形成され、その磁界の方向に応じた電流が受電部100の巻線に誘起される。
一方、図6を参照して、コイル間距離LがX3よりも小さいときは、送電部700の端部E2から受電部100の端部E4へ向かい、受電部100のコアを通って受電部100の端部E3から送電部700の端部E1へ戻る磁界が形成される。受電部100のコアには、端部E4から端部E3へ向かう方向の磁界が形成され、その磁界の方向に応じた電流が受電部100の巻線に誘起される。
再び図4を参照して、コイル間距離LがX3,X4の前後において、受電部100に誘起される電流の位相が反転し、コイル間距離LがX3,X4のときに受電部100の受電電力は原理的に0となる。実際には、整流部200(図1)に設けられる平滑用のキャパシタによって、測定装置210により測定される受電電圧VRは0にはならずに極小値をとる。このように、コイル間距離Lに対する受電電圧VRの特性は、コイル間距離Lの変化に対して複数の極値を有する。
受電電圧VRの大きさは、コイル間距離Lだけでなく、コイル間のギャップ変動(すなわち車高の変動)や、車両左右方向の位置ずれ(オフセット量)の影響を受ける。このため、受電電圧VRの大きさに基づくコイル間距離Lの検知はばらつきが大きい。一方、受電電圧VRの極小値を生じるコイル間距離(X3,X4)は、受電電圧VRの大きさほどはコイル間のギャップ変動やオフセット量の影響を受けない。そこで、この実施の形態1では、コイル間距離Lに対する受電電圧VRの特性が複数の極値を有することを利用し、受電電圧VRの極値が検知されると、その極値に対応するコイル間距離Lが報知される。特に、受電電圧VRの極小値が検知されると、その極小値に対応するコイル間距離Lが報知される。
なお、極値間のコイル間距離Lについては、駆動輪や駆動輪を駆動するモータの回転数(回転速度)を積算することによって車両の移動距離を算出し、その算出された移動距離に基づいてコイル間距離Lを算出することができる。好ましくは、受電電圧VRの立上りが検知されると(図4のX1)、その立上り検知に対応するコイル間距離(X1)からの移動距離を算出してコイル間距離Lを報知し、受電電圧VRの極値(特に極小値)が検知されると、その極値に対応するコイル間距離(特にX3)で、移動距離に基づき算出されるコイル間距離Lを補正するとよい。
図7および図8は、位置合わせの実行時におけるコイル間距離Lの検知手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、たとえば、車両10から送電装置20へ位置確認用電力の出力要求が送信されると開始され、位置合わせが終了して車両10から送電装置20へ位置確認用電力の停止要求が送信されると終了する。
図7とともに図4を参照して、送電装置20から車両10への位置確認用電力の出力が確認されると(ステップS10)、車両ECU500は、車両10が後退しているか否かを判定する(ステップS20)。車両10が後退しているものと判定されると(ステップS20においてYES)、車両ECU500は、測定装置210によって測定される受電電圧VRが所定の閾値よりも高いか否かを判定する(ステップS30)。この閾値は、コイル間距離LがX1のときの受電電圧VRの立上りを検知するためのものである。受電電圧VRが閾値を超えると(ステップS30においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX1をセットするとともに(ステップS40)、コイル間距離Lを状態2であると判定する(ステップS50)。
なお、車両ECU500は、受電電圧VRの極値に基づく次のコイル間距離Lがセットされるまでは、駆動輪や駆動輪を駆動するモータの回転数(回転速度)から算出される車両の移動距離に基づいてコイル間距離Lを更新する。そして、車両ECU500は、コイル間距離Lを報知するように報知装置520を制御する。
次いで、車両ECU500は、車両10の後退中に受電電圧VRの極大を検知したか否かを判定する(ステップS60)。受電電圧VRの極大は、受電電圧VRの微分値の極性変化を検知することによって検知可能である。そして、車両10の後退中に受電電圧VRの極大が検知されると(ステップS60においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX2をセットするとともに(ステップS70)、コイル間距離Lを状態3であると判定する(ステップS80)。
次いで、車両ECU500は、車両10の後退中に受電電圧VRの極小を検知したか否かを判定する(ステップS90)。受電電圧VRの極小も、受電電圧VRの微分値の極性変化を検知することによって検知可能である。そして、車両10の後退中に受電電圧VRの極小が検知されると(ステップS90においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX3をセットするとともに(ステップS100)、コイル間距離Lを状態4であると判定する(ステップS110)。
なお、ステップS60において受電電圧VRの極大が検知されず(ステップS60においてNO)、コイル間距離LがX1よりも大きいと判定されると(ステップS120においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離Lを状態1であると判定する(ステップS130)。その後、車両ECU500は、ステップS20へ処理を戻す。
また、ステップS90において受電電圧VRの極小が検知されず(ステップS90においてNO)、コイル間距離LがX2よりも大きいと判定されると(ステップS140においてYES)、車両ECU500は、ステップS50へ処理を移行し、コイル間距離Lは状態2であると判定される。
ステップS20において、車両10が後退していないものと判定されたときは(ステップS20においてNO)、車両ECU500は、車両10が前進しているか否かを判定する(ステップS150)。車両10が前進もしていないときは(ステップS150においてNO)、ステップS20へ処理が戻される。ステップS150において車両10が前進しているものと判定されると(ステップS150においてYES)、車両ECU500は、受電電圧VRが閾値よりも高いか否かを判定する(ステップS160)。この閾値は、コイル間距離LがX6のときの受電電圧VRの立上りを検知するためのものである。受電電圧VRが閾値を超えると(ステップS160においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX6をセットする(ステップS170)。その後、車両ECU500は、図8に示されるステップS220へ処理が移行され、コイル間距離Lが状態6であると判定される。
図8を参照して、ステップS110においてコイル間距離Lが状態4であると判定されると、車両ECU500は、車両10がさらに後退して受電電圧VRの極小を検知したか否かを判定する(ステップS180)。そして、車両10の後退中に受電電圧VRの極小が検知されると(ステップS180においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX4をセットするとともに(ステップS190)、コイル間距離Lを状態5であると判定する(ステップS200)。
次いで、車両ECU500は、コイル間距離LがX5よりも小さいか否かを判定する(ステップS210)。コイル間距離LがX5よりも小さいと判定されると(ステップS210においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離Lを状態6であると判定する(ステップS220)。続いて、車両ECU500は、コイル間距離LがX6よりも小さいか否かを判定する(ステップS230)。コイル間距離LがX6よりも小さいと判定されると(ステップS230においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離Lを状態7であると判定する(ステップS240)。その後、車両10を前進して受電電圧VRが閾値を超えると(ステップS250においてYES)、車両ECU500は、ステップS220へ処理を移行し、コイル間距離Lは状態6であると判定される。
なお、ステップS180において受電電圧VRの極小が検知されない場合には(ステップS180においてNO)、車両ECU500は、車両10が前進して受電電圧VRの極小を検知したか否かを判定する(ステップS260)。そして、受電電圧VRの極小が検知されると(ステップS260においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX3をセットする(ステップS270)。その後、車両ECU500は、図7に示されるステップS80へ処理を移行し、コイル間距離Lは状態3であると判定される。
また、ステップS210においてコイル間距離LがX5以上であると判定された場合には(ステップS210においてNO)、車両ECU500は、車両10が前進して受電電圧VRの極小を検知したか否かを判定する(ステップS280)。そして、受電電圧VRの極小が検知されると(ステップS280においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX4をセットする(ステップS290)。その後、車両ECU500は、図7に示されるステップS110へ処理を移行し、コイル間距離Lは状態4であると判定される。
また、ステップS230においてコイル間距離LがX6以上であると判定された場合には(ステップS230においてNO)、車両ECU500は、車両10が前進して受電電圧VRの極大を検知したか否かを判定する(ステップS300)。そして、受電電圧VRの極大が検知されると(ステップS300においてYES)、車両ECU500は、コイル間距離LにX5をセットする(ステップS310)。その後、車両ECU500は、ステップS200へ処理を移行し、コイル間距離Lは状態5であると判定される。
以上のように、この実施の形態1においては、測定装置210の測定結果に基づいて受電電圧VRの極小値が検知されると、その受電電圧VRの極小値に対応するコイル間距離Lが報知装置520よって利用者に報知される。受電電圧VRが極小値となるときのコイル間距離Lは、コイル間距離Lに対して予め求められた受電電圧特性(図4)に基づいて精度良く検知可能である。したがって、この実施の形態1によれば、コイル間距離Lについて精度の高い情報を利用者に報知することができる。
[実施の形態2]
図9は、測定装置210の抵抗211の抵抗値が大きいときと小さいときの、結合係数と電力伝送率との関係を示した図である。図9を参照して、縦軸には、コイル間の電力伝送率が示されているが、送電部700からの送電電力を一定とすると、電力伝送率の変化は受電電圧VRの変化を示しているといえる。
曲線L1は、抵抗211の抵抗値が大きい場合を示し、曲線L2は、抵抗211の抵抗値が小さい場合を示す。抵抗211の抵抗値が小さいときは、抵抗値が大きいときと比べて、結合係数が小さい領域において電力伝送率が高い。このことから、抵抗211の抵抗値を小さくすることによって、コイル間距離Lが大きいとき(結合係数小)の電力伝送率を高めることができ、より遠方において受電電圧VRを検知してコイル間距離Lを検知することが可能となる。
また、整流部には、平滑用のキャパシタが一般的に設けられているところ、このキャパシタは受電電圧VRの変動を抑制するので、抵抗211の抵抗値が大きいと、車両10の移動時(コイル間距離Lの変化時)に受電電圧VRの極小点が明確に現れない可能性もある。コイル間距離Lの検知範囲、および受電電圧VRの極小点の検知を考慮すると、抵抗211の抵抗値は小さい方が好ましい。
一方、抵抗211の抵抗値が大きいときは、抵抗値が小さいときと比べて、結合係数が大きい領域において電力伝送率が高い。このことは、抵抗値が大きいほど、電力伝送率(受電電圧VR)によって、受電部100が送電部700に正対するとき(コイル間距離L=0であり結合係数大)と、正対位置からずれているとき(コイル間距離≠0であり結合係数小)との区別をつけやすいことを意味する。なお、抵抗値が小さい場合に、結合係数が大きくなると電力伝送率が低下するのは、受電部100と送電部700との間の相互インダクタンスの影響によるものと考えられる。
そこで、測定装置の抵抗の抵抗値を可変とし、少なくとも受電電圧VRの極小値が検知されるまでは、抵抗値を小さくすることによって、広範囲なコイル間距離Lの検知を実現するとともに受電電圧VRの極小点の検知を容易にし、コイル正対位置の近傍においては、抵抗値を大きくすることによって位置ずれの検知精度を高めることができる。この実施の形態2では、位置合わせを行なう際に、車両10の移動中(位置合わせの実行中)は測定装置の抵抗の抵抗値を小さくし、車両10が停止すると(位置合わせの完了)抵抗値が大きくされる。
図10は、実施の形態2による受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図10を参照して、この電力伝送システムにおける車両10は、図1に示した実施の形態1における車両10の構成において、測定装置210に代えて測定装置210Aを含む。測定装置210Aは、抵抗213,215と、リレー214,216と、電圧センサ218とを含む。
抵抗213およびリレー214は、整流部200の出力線対間に設けられ、直列に接続される。抵抗215およびリレー216も、整流部200の出力線対間に設けられ、直列に接続される。抵抗215の抵抗値は、抵抗213の抵抗値よりも小さい。そして、位置合わせが行なわれる際に、車両10の移動中(位置合わせの実行中)は、車両ECU500によってリレー214,216がそれぞれオフ,オンされる(リレー220はオフされる。)。車両10が停止すると(位置合わせの完了)、車両ECU500によってリレー214,216はそれぞれオン,オフされる。すなわち、位置合わせの実行に伴なう車両10の移動中は、抵抗213よりも抵抗値の小さい抵抗215を用いてコイル間距離Lが検知される。位置合わせが完了して車両10が停止すると、抵抗215よりも抵抗値の大きい抵抗213を用いてコイル間距離Lが検知(確認)される。
なお、車両10のその他の構成は、図1に示した実施の形態1における車両10と同じである。また、送電装置20の構成は、図1に示した実施の形態1における送電装置20と同じである。
図11は、測定装置210Aの抵抗値が小さいときのコイル間距離Lと受電電圧VRとの関係を示した図である。一方、図12は、測定装置210Aの抵抗値が大きいときのコイル間距離Lと受電電圧VRとの関係を示した図である。
図11および図12を参照して、測定装置210Aの抵抗値が小さいとき、すなわち測定装置210Aにおいて抵抗215が電気的に接続されているときは(図11)、測定装置210Aの抵抗値が大きいとき、すなわち測定装置210Aにおいて抵抗213が電気的に接続されているとき(図12)に比べて、受電電圧VRの感度が高い。具体的には、測定装置210Aの抵抗値が小さいときは、抵抗値が大きいときに比べて、大きなコイル間距離Lに対して受電電圧VRを検知可能であり、コイル間距離Lの検知範囲が広い。また、コイル間距離LがX3,X4の位置における受電電圧VRの極小値も、抵抗値の小さい方が明確に現れ、検知が容易である。
一方、コイル間距離Lが小さいX3<L<X4の範囲では、測定装置210Aの抵抗値が小さい場合、コイル間の相互インダクタンスの影響により受電電圧VRの特性が歪み(極大ピークが2つに割れる。)、受電電圧VRに基づくコイル間距離Lの検知が難しくなる。一方、測定装置210Aの抵抗値が大きい場合には、抵抗値が小さい場合のような歪みは発生せず、受電電圧VRに基づくコイル間距離Lの検知は容易である。
そこで、この実施の形態2では、車両10の移動時は、測定装置210Aの抵抗値を小さくすることによって、コイル間距離Lの検知範囲を広げるとともに受電電圧VRの極小点の検知を容易にし、位置合わせ完了後の車両10の停止時は、測定装置210Aの抵抗値を大きくすることとしたものである。
図13は、位置合わせの実行時における測定装置210Aの抵抗213,215の切替手順を説明するフローチャートである。図13を参照して、車両ECU500は、まず、コイル間の位置合わせが終了しているか否かを判定する(ステップS510)。位置合わせが終了している場合には(ステップS510においてYES)、後述のステップS570へ処理が移行される。
位置合わせは終了していないと判定されると(ステップS510においてNO)、車両ECU500は、リレー214,216(図10)をそれぞれオフ,オンさせる(ステップS520)。これにより、抵抗値の小さい抵抗215(第2抵抗器)が電気的に接続される。このとき、リレー220はオフされる。この状態で、車両10を移動させ、受電電圧VRの測定値に基づく位置合わせが実行される(ステップS530)。位置合わせの方法については、上記の実施の形態1と基本的に同じであり、この実施の形態2では、車両10の移動中は、測定装置210Aにおいて抵抗値の小さい抵抗215を用いてコイル間距離Lが推定される。なお、位置合わせ実行時の車両10の制御は、コイル間距離Lに基づいて自動で行なわれてもよいし、運転者が行なうものとしてもよい。
位置合わせの実行中、車両ECU500は、受電電圧VRの極小を検知したか否かを判定する(ステップS540)。受電電圧VRの極小が検知されると(ステップS540においてYES)、車両ECU500は、図11に示した受電電圧特性を用いて、受電電圧VRが極小となるときのコイル間距離Lを検知し、その検知されたコイル間距離Lを報知するように報知装置520を制御する報知処理を実行する(ステップS550)。その後、車両10が停止し、位置合わせが完了すると(ステップS560においてYES)、車両ECU500は、リレー214,216をそれぞれオン,オフさせる(ステップS570)。これにより、測定装置210Aにおいて、抵抗値の大きい抵抗213(第1抵抗器)が電気的に接続される。
その後、車両ECU500は、抵抗213を用いて検知される受電電圧VRに基づいて、図12に示した受電電圧特性を用いてコイル間距離Lを検知し、その検知したコイル間距離Lに基づいて位置合わせの確認処理を行なう(ステップS580)。位置合わせが完了してから直ちに充電が開始されないことも想定されるところ(たとえば、深夜の所定時刻に充電を行なうような場合)、この位置合わせ確認処理は、たとえば充電の開始直前に位置合わせの確認を行なうものである。この位置合わせ確認処理が実行されるときは、車両10は停止しており、この実施の形態2では、測定装置210Aにおいて抵抗値の大きい抵抗213を用いてコイル間距離Lが検知される。
なお、上記においては、測定装置210Aは、2つの抵抗213,215を用いて抵抗値を切替えるものとしたが、可変抵抗を用いて抵抗値を切替可能としてもよい。
以上のように、この実施の形態2によれば、広範囲なコイル間距離Lの測定を可能にしつつ、コイル間距離Lが小さい場合(位置合わせ終了後の車両10の停止時)にも、コイル間距離Lについて精度の高い情報を利用者に報知することができる。
[実施の形態2の変形例1]
上記の実施の形態2では、車両10の移動中は、測定装置210Aにおいて抵抗値の小さい抵抗215を用いてコイル間距離Lを検知し、車両10の停止時は、抵抗値の大きい抵抗213を用いてコイル間距離Lを検知するものとしたが、位置合わせの実行中は、抵抗215を用いてコイル間距離Lを検知し、位置合わせ完了後の位置合わせ確認時は、抵抗213を用いてコイル間距離Lを検知するものとしてもよい。
図14は、実施の形態2の変形例1における測定装置210Aの抵抗213,215の切替手順を説明するフローチャートである。図14を参照して、このフローチャートは、図13に示したフローチャートにおいて、ステップS530,S560に代えてそれぞれステップS535,S565を含む。
すなわち、ステップS520においてリレー214,216(図10)がそれぞれオフ,オンされると、受電電圧VRの測定値に基づく位置合わせが実行される(ステップS535)。位置合わせの方法については、上記の実施の形態1,2と基本的に同じである。
また、ステップS550において、受電電圧VRが極小となるときのコイル間距離Lを報知する報知処理が実行され、その後、位置合わせが完了したものと判定されると(ステップS565においてYES)、ステップS570へ処理が移行され、リレー214,216がそれぞれオン,オフされる。なお、フローチャートにおけるその他の処理は、実施の形態2と同じである。
この実施の形態2の変形例1によっても、広範囲なコイル間距離Lの測定を可能にしつつ、位置合わせ完了後のコイル間距離Lが小さい場合にも、コイル間距離Lについて精度の高い情報を利用者に報知することができる。
[実施の形態2の変形例2]
上記の変形例1では、位置合わせの完了後に測定装置210Aの抵抗値を切替えるものとしたが、受電電圧VRの極小点が検知されたタイミングで測定装置210Aの抵抗値を切替えてもよい。
図15は、実施の形態2の変形例2における測定装置210Aの抵抗213,215の切替手順を説明するフローチャートである。図15を参照して、このフローチャートは、図14に示したフローチャートにおいて、ステップS565とステップS570との処理の順序を入替えたものである。
すなわち、ステップS550において、受電電圧VRが極小となるときのコイル間距離Lを報知する報知処理が実行されると、車両ECU500は、リレー214,216(図10)をそれぞれオン,オフさせる(ステップS570)。これにより、測定装置210Aにおいて使用される抵抗が、抵抗値の小さい抵抗215から抵抗値の大きい抵抗213に切替えられる。
その後、位置合わせが完了したものと判定されると(ステップS565においてYES)、ステップS580へ処理が移行され、抵抗値の大きい抵抗213を用いて検知されるコイル間距離Lに基づいて位置合わせの確認処理が行なわれる。
この実施の形態2の変形例2によっても、広範囲なコイル間距離Lの測定を可能にしつつ、コイル間距離Lが小さい場合にも、コイル間距離Lについて精度の高い情報を利用者に報知することができる。
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 車両、20 送電装置、30 駐車枠、100 受電部、150,610 フィルタ回路、200 整流部、210,210A 測定装置、211,213,215 抵抗、212,214,216,220,310 リレー、218 電圧センサ、300 蓄電装置、400 動力生成装置、500 車両ECU、510,810 通信装置、520 報知装置、600 電源部、700 送電部、800 電源ECU、900 外部電源。

Claims (9)

  1. 車両に搭載され、前記車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置であって、
    前記送電装置の送電コイルから出力される電力を非接触で受電するように構成された受電コイルと、
    前記送電コイルから出力される電力を前記受電コイルにより受電するときの受電電圧に基づいて前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離を検知するときに、前記受電電圧を測定するための測定装置と、
    前記測定装置の測定結果に基づいて前記距離を報知する報知装置とを備え、
    前記受電コイルは、前記距離に対する前記受電電圧の特性が前記距離の変化に対して複数の極値を有するように構成され、さらに
    前記測定装置の測定結果に基づいて前記受電電圧の極小値が検知されると、予め準備された前記受電電圧の特性を用いて、検知された前記受電電圧の極小値に対応する前記距離を報知するように前記報知装置を制御する制御装置を備える、受電装置。
  2. 前記測定装置は、
    前記送電コイルからの受電時に前記受電コイルに生じる電流が流れる抵抗部と、
    前記抵抗部に生じる電圧を検出する電圧センサとを含み、
    前記抵抗部の抵抗値は、第1の抵抗値と、前記第1の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値とに変更可能に構成され、
    前記車両を移動させて前記距離に基づいて前記送電コイルと前記受電コイルとの位置合わせが行なわれる場合に、前記測定装置の測定結果に基づいて前記受電電圧の極小値が少なくとも検知されるまでは、前記抵抗部の抵抗値は、前記第2の抵抗値に設定される、請求項1に記載の受電装置。
  3. 前記位置合わせの実行に伴なう前記車両の移動中に前記距離が検知されるときは、前記抵抗部の抵抗値は、前記第2の抵抗値に設定され、
    前記車両の停止時に前記距離が検知されるときは、前記抵抗部の抵抗値は、前記第1の抵抗値に設定される、請求項2に記載の受電装置。
  4. 前記位置合わせの実行中は、前記抵抗部の抵抗値は、前記第2の抵抗値に設定され、
    前記位置合わせの終了後に前記距離が検知されるときは、前記抵抗部の抵抗値は、前記第1の抵抗値に設定される、請求項2に記載の受電装置。
  5. 前記位置合わせの実行時に前記測定装置の測定結果に基づいて前記受電電圧の極小値が検知されると、前記抵抗部の抵抗値は、前記第1の抵抗値に設定される、請求項2に記載の受電装置。
  6. 前記抵抗部は、
    前記第1の抵抗値を有する第1の抵抗器と、
    前記第1の抵抗器と選択的に用いられ、前記第2の抵抗値を有する第2の抵抗器とを含む、請求項2から5のいずれか1項に記載の受電装置。
  7. 前記抵抗部の抵抗値が前記第2の抵抗値であるときの前記極値の数は、前記抵抗部の抵抗値が前記第1の抵抗値であるときの前記極値の数よりも大きい、請求項2から6のいずれか1項に記載の受電装置。
  8. 前記受電コイルは、
    巻線と、
    前記巻線が巻回されるコアとを含み、
    前記受電コイルは、前記巻線の巻回軸が前記車両の前後方向に沿うように前記車両に搭載される、請求項1から7のいずれか1項に記載の受電装置。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載の受電装置を備える車両。
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