JP2016086575A - 受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電用コイルと受電用コイルの位置決めをより適正に行なう。
【解決手段】位置検出用ソレノイドコイル３７ａを巻回軸が車両前後方向となるように且つ受電用コイル３４の中心位置となるように配置する。車両が後進して受電用コイル３４が送電用コイル１３４に近づいたときに、送電用コイル１３４が送電している微弱電力によって誘起する位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉを検出する。そして、誘起電圧Ｖｉが極大値に至ったときに送電用コイル１３４の半径に等しい距離やそれより若干短い距離を移動推奨距離として出力する。こうした移動推奨距離を用いて車両を移動させることにより、送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めをより適正に行なうことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、受電装置に関し、詳しくは、車両に搭載され、円形の送電用コイルから非接触で電力を受電する受電用コイルを有する受電装置に関する。

従来、この種の車載された受電装置としては、車外に設置された送電装置から送電された微弱電力を受電することにより位置を検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、送電装置に近づくと、送電装置に位置検出用の微弱電力の送電を要求し、この要求に対して送電された微弱電力を受電することによって送電装置の送電用コイルに対する受電装置の受電用コイルの位置を検出する。そして、この検出信号を用いて車両を移動させて送電用コイルと受電用コイルの位置決めを行なう。

特開２０１４−１０３７４６号公報

しかしながら、上述の車載された受電装置では、受電装置が車両の底面を形成する金属製のフロアパネルに配置されているため、車両の種類や受電装置の搭載位置によっては、フロアパネルの影響により送電用コイルのインダクタンスが変動する場合がある。送電用コイルのインダクタンスが変動すると、送受電の効率を低下させる場合が生じる。一方、送電用コイルや受電用コイルに円形コイルを用いると、ソレノイドコイルを用いる場合に比して結合係数が小さくなりやすく送受電効率が低下しやすい。このため、送電用コイルと受電用コイルの位置決めをより正確に行なうことが望まれる。

本発明の受電装置は、送電用コイルと受電用コイルの位置決めをより適正に行なうことを主目的とする。

本発明の受電装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の受電装置は、
車両に搭載され、車外の円形コイルとして構成された送電用コイルから非接触で電力を受電する受電用コイルを有する受電装置であって、
前記送電用コイルの中心位置では結合せずに該中心位置から離れた位置で結合するよう配置されたソレノイドコイルと、
前記送電用コイルから出力されている小電力に対して前記ソレノイドコイルで誘起される誘起電圧に基づいて前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置決めに関する情報を出力する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の受電装置では、円形コイルとして構成された送電用コイルの中心位置では結合せずに該中心位置から離れた位置で結合するようにソレノイドコイルを配置する。そして、送電用コイルから出力されている小電力に対してソレノイドコイルで誘起される誘起電圧に基づいて受電用コイルと送電用コイルとの位置決めに関する情報を出力する。ソレノイドコイルで誘起される誘起電圧は、送電用コイルの中心位置から離れた位置で高くなり、その位置から送電用コイルの中心位置に近づくにつれて小さくなる。このため、ソレノイドコイルの誘起電圧が最大に至った位置とその位置以降で誘起電圧が最も小さくなる位置とにより送電用コイルと受電用コイルとの距離を算出することができる。この送電用コイルと受電用コイルとの距離を位置決めに用いるのである。これにより、送電用コイルと受電用コイルとの位置決めをより適正に行なうことができる。ここで、「位置決めに関する情報」としては、送電用コイルと受電用コイルとの距離だけでなく、位置決め完了の信号や、位置決めのための制御信号などが含まれる。また、ソレノイドコイルは受電用コイルの中心に配置されているものとすることもできる。こうすれば、ソレノイドコイルの誘起電圧が最大に至った位置以降で誘起電圧が最も小さくなる位置が位置決め位置となる。また、ソレノイドコイルは、巻回の中心軸が車両前後方向となるように配置されているのが好ましい。

こうした本発明の受電装置において、前記制御手段は、前記ソレノイドコイルの誘起電圧が最大となった位置のときに移動推奨距離を位置決めに関する情報として出力するものとしてもよいし、前記ソレノイドコイルの誘起電圧が最大となった位置を超えて閾値未満に至ったときに位置決め完了を位置決めに関する情報として出力するものとしてもよいし、前記ソレノイドコイルの誘起電圧が最大となった位置を超えてから前記誘起電圧の変化量の符号が変化したときに位置決め完了を位置決めに関する情報として出力するものとしてもよい。

本発明の一実施例としての非接触送受電システム１０の構成の概略を示す構成図である。 本発明の一実施例としての非接触送受電システム１０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の非接触送受電システム１０における送電用コイル１３４と受電用コイル３４と位置検出用ソレノイドコイル３７ａの配置を説明する説明図である。 位置決めの際に車両ＥＣＵ７０により実行される位置決め支援処理の一例を示すフローチャートである。 車両の位置と誘起電圧Ｖｉとの関係の一例を示す説明図である。 変形例の位置決め支援処理の一例を示すフローチャートである。 変形例における車両の位置と誘起電圧Ｖｉとの関係の一例を示す説明図である。 変形例における車両の位置と誘起電圧Ｖｉとの関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１や図２は、本発明の一実施例としての非接触送受電システム１０の構成の概略を示す構成図であり、図３は、実施例の非接触送受電システム１０における送電用コイル１３４と受電用コイル３４と位置検出用ソレノイドコイル３７ａの配置を説明する説明図である。実施例の非接触送受電システム１０は、図１や図２に示すように、駐車場などに設置された送電装置１３０と、バッテリ２６と送電装置１３０から非接触で受電してバッテリ２６を充電可能な受電装置３０とを搭載する自動車２０と、を備える。

送電装置１３０は、家庭用電源（例えば２００Ｖ，５０Ｈｚなど）などの交流電源１９０に接続される送電ユニット１３１と、送電ユニット１３１を制御する送電用電子制御ユニット（以下、「送電ＥＣＵ」という）１７０と、送電ＥＣＵ１７０と通信すると共に自動車２０の通信ユニット８０（後述）と無線通信を行なう通信ユニット１８０と、を備える。

送電ユニット１３１は、送電用共振回路１３２と、交流電源１９０と送電用共振回路１３２との間に設けられた高周波電源回路１４０と、を備える。ここで、送電用共振回路１３２は、駐車場の床面などに設置されて円形コイルとして構成された送電用コイル１３４と、送電用コイル１３４に直列に接続されたコンデンサ１３６と、を有する。この送電用共振回路１３２は、共振周波数が所定周波数Ｆｓｅｔ（数十〜数百ｋＨｚ程度）となるように設計されている。高周波電源回路１４０は、交流電源１９０からの電力を所定周波数Ｆｓｅｔの電力に変換して送電用共振回路１３２に出力する回路として構成されており、フィルタや周波数変換回路，漏電ブレーカなどを有する。

送電ＥＣＵ１７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。送電ＥＣＵ１７０には、送電用共振回路１３２に流れる交流電流を検出する電流センサ１５０からの送電用共振回路１３２の電流Ｉｔｒ，送電用共振回路１３２の端子間の交流電圧を直流電圧に変換して検出する電圧検出ユニット１５２からの送電用共振回路１３２の端子間電圧（送電電圧）Ｖｔｒなどが入力ポートを介して入力されている。なお、電圧検出ユニット１５２は、整流回路と電圧センサとを有する。送電ＥＣＵ１７０からは、高周波電源回路１４０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。

自動車２０は、電気自動車として構成されており、走行用のモータ２２と、モータ２２を駆動するためのインバータ２４と、インバータ２４を介してモータ２２と電力をやりとりするバッテリ２６と、インバータ２４とバッテリ２６との間に設けられたシステムメインリレー２８と、バッテリ２６に接続される受電ユニット３１と、位置検出ユニット３７と、車両全体を制御する車両用電子制御ユニット（以下、「車両ＥＣＵ」という）７０と、車両ＥＣＵ７０と通信すると共に送電装置１３０の通信ユニット１８０と無線通信を行なう通信ユニット８０と、を備える。

受電ユニット３１は、受電用共振回路３２と、受電用共振回路３２とバッテリ２６との間に設けられた充電回路４０と、受電用共振回路３２と充電回路４０との間に設けられた充電用リレー４２と、受電用共振回路３２と充電用リレー４２との間で且つ受電用共振回路と並列で且つ互いに直列に接続されたリレー４４および抵抗４６と、を備える。ここで、受電用共振回路３２は、車体底面（フロアパネル）などに設置されて円形コイルとして構成された受電用コイル３４と、受電用コイル３４に直列に接続されたコンデンサ３６と、を有する。この受電用共振回路３２は、共振周波数が上述の所定周波数Ｆｓｅｔ（送電用共振回路１３２の共振周波数）付近の周波数（理想的には所定周波数Ｆｓｅｔ）となるように設計されている。充電回路４０は、受電用共振回路３２により受電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ２６に供給可能な回路として構成されており、整流回路や平滑回路などを有する。充電用リレー４２は、受電用共振回路３２側と充電回路４２側との接続および接続の解除を行なう。リレー４４は、受電用共振回路３２と充電用リレー４２との間の正極側ラインと、受電用共振回路３２と充電用リレー４２との間の負極側ラインに一方の端子が接続された抵抗の他方の端子と、の接続および接続の解除を行なう。

位置検出ユニット３７は、図２に示すように、位置検出用ソレノイドコイル３７ａと、位置検出用ソレノイド３７ａの両端子に接続された電圧検出用の抵抗３７ｂと、抵抗３７ｂの両端子の電圧（位置検出用ソレノイド３７ａの誘起電圧）Ｖｉを検出する電圧センサ３７ｃとを備える。位置検出用ソレノイドコイル３７ａは、図３に示すように、車両前後方向が巻回の軸となるように、且つ、受電用コイル３４の中心位置となるように、配置されている。このように配置することにより、送電用コイル１３４とその中心位置では結合せず、中心位置から離れた位置で結合する。

車両ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。車両ＥＣＵ７０には、モータ２２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからのモータ２２の回転子の回転位置θｍや、モータ２２の三相コイルの各相に流れる相電流を検出する電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ，バッテリ２６の端子間に設置された電圧センサ２７ａからの電池電圧Ｖｂ，バッテリ２６の正極側端子に取り付けられた電流センサ２７ｂからの電池電流Ｉｂ，バッテリ２６の温度を検出する温度センサからの電池温度Ｔｂが入力ポートを介して入力されている。また、車両ＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）からのイグニッション信号，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサからの車速Ｖが入力ポートを介して入力されている。さらに、車両ＥＣＵ７０には、受電用共振回路３２に流れる交流電流を検出する電流センサ５０からの受電用共振回路３２の電流Ｉｒｅ，電圧検出ユニット５２からの受電用共振回路３２の端子間電圧（受電電圧）Ｖｒｅ１，電圧検出ユニット５４からの充電回路４０の入力側の端子間電圧Ｖｒｅ２，電圧検出ユニット５６からの抵抗４６の端子間電圧Ｖｒｅ３，受電用共振回路３２が取り付けられた基板などに取り付けられた温度センサからの受電用共振回路３２の温度Ｔｒｅ，電圧センサ３７ｃからの誘起電圧Ｖｉが入力ポートを介して入力されている。電圧検出ユニット５２は、受電用共振回路３２の端子間の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、変換後の直流電圧を検出する電圧センサと、を有する。電圧検出ユニット５４は、充電回路４０と充電用リレー４２との間に設けられると共に正極側ライン−負極側ライン間の交流電圧（充電回路４０の入力側の端子間電圧）を直流電圧に変換する整流回路と、変換後の直流電圧を検出する電圧センサと、を有する。電圧検出ユニット５６は、抵抗４６の端子間の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、変換後の直流電圧を検出する電圧センサと、を有する。車両ＥＣＵ７０からは、インバータ２４の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号，システムメインリレー２８へのオンオフ信号，充電用リレー４２へのオンオフ信号，リレー４４へのオンオフ信号，情報を表示出力するディスプレイ７２（例えばナビゲーション装置のディスプレイ）への表示制御信号などが出力ポートを介して出力されている。車両ＥＣＵ７０は、電流センサ２７ｂにより検出されたバッテリ２６の電池電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ２６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。

ここで、実施例では、受電装置３０としては、主として、受電ユニット３１と車両ＥＣＵ７０と通信ユニット８０とが該当する。

こうして構成される実施例の非接触送受電システム１０では、送電用共振回路１３２の送電用コイル１３４と受電用共振回路３２の受電用コイル３４とが接近しており且つ充電用リレー４２またはリレー４４がオンとなっているときに、交流電源１９０から高周波電源回路１４０を介して送電用共振回路１３２に所定周波数Ｆｓｅｔの電力が供給されると、送電用コイル１３４と受電用コイル３４とが電磁場を介して共鳴して、送電用コイル１３４から受電用コイル３４にエネルギ（電力）が伝送される。なお、この共鳴によるエネルギの伝送は、送電用コイル１３４と受電用コイル３４との共鳴強度を示すＱ値が所定値Ｑｒｅｆ（例えば１００など）以上のときに行なわれる。

次に、車両を送電装置１３０に近づけた際に行なわれる送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めの際の動作について説明する。図４は、位置決めの際に車両ＥＣＵ７０により実行される位置決め支援処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、位置検出ユニット３７の電圧センサ３７ｃにより誘起電圧Ｖｉが検出されたとき（例えば、誘起電圧Ｖｉが所定値以上になったとき）に実行される。なお、実施例では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａに誘起電圧Ｖｉが生じるように、送電装置１３０から微弱電力を送電している。

位置決め支援処理が実行されると、車両ＥＣＵ７０は、電圧センサ３７ｃにより検出される位置検出用ソレノイド３７ａの誘起電圧Ｖｉを入力する処理（ステップＳ１００）と、誘起電圧Ｖｉが極大値となっているか否かを判定する処理（ステップＳ１１０）とを、誘起電圧Ｖｉが極大値になるまで繰り返す。そして、誘起電圧Ｖｉが極大値となっていると判定すると、その位置から予め定められた距離（例えば、送電用コイル１３４の半径に等しい距離やそれより若干短い距離）を移動推奨距離としてディスプレイ７２などに出力して（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。図５は、車両の位置と誘起電圧Ｖｉとの関係の一例を示す説明図である。いま、車両の後進により車載された受電装置３０が送電装置１３０に向かっているときを考える。このとき、受電用コイル３４の中心に配置された位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉは、送電用コイル１３４の外周側から近づくにつれて徐々に大きくなり、位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４の周上（巻回線上）近傍に至ったときに最大になる。その後、誘起電圧Ｖｉは、位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４の中心に近づくにつれて小さくなり、位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４に至ったときに値０となる。誘起電圧Ｖｉは、車両がさらに後進すると、位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４の周上（巻回線上）近傍に至るまで大きくなり、位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４から遠ざかるにしたがって小さくなる。この様子が図５に示されている。実施例では、誘起電圧Ｖｉが最大値（極大値）に至ったときに、その位置から位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４の中心に至るまでの距離を移動推奨距離として出力するのである。

以上説明した実施例の非接触送受電システム１０における受電装置３０では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａを巻回軸が車両前後方向となるように且つ受電用コイル３４の中心位置となるように配置する。車両が後進して受電用コイル３４が送電用コイル１３４に近づいたときに、送電用コイル１３４が送電している微弱電力によって誘起する位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉを検出する。そして、誘起電圧Ｖｉが極大値に至ったときに送電用コイル１３４の半径に等しい距離やそれより若干短い距離を移動推奨距離として出力する。こうした移動推奨距離を用いて車両を移動させることにより、送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めをより適正に行なうことができる。

実施例の非接触送受電システム１０における受電装置３０では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａを受電用コイル３４の中心位置に配置するものとしたが、位置検出用ソレノイドコイル３７ａを受電用コイル３４の中心位置より車両前後方向において後方や前方に配置するものとしてもよい。この場合、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至ったときには、位置検出用ソレノイドコイル３７ａと受電用コイル３４の中心位置との距離を送電用コイル１３４の半径に等しい距離やそれより若干短い距離から増減して移動推奨距離として出力すればよい。

実施例の非接触送受電システム１０における受電装置３０では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至ったときに移動推奨距離をディスプレイ７２に表示出力するものとしたが、給電のために車両を自動運転する態様の自動車では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至ったときに移動推奨距離だけ後進するように制御信号を出力するものとしてもよい。この場合、モータ２２を駆動制御して移動推奨距離だけ後進させればよい。

実施例の非接触送受電システム１０における受電装置３０では、位置決め支援処理として、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至ったときに移動推奨距離を出力するものとしたが、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至った以降に、送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めの完了を出力するものとしてもよい。変形例の位置決め支援処理の一例を図６に示し、車両の位置と誘起電圧Ｖｉとの関係の一例を図７に示す。図６に例示する位置決め支援処理では、位置検出用ソレノイド３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至るのを待ち（ステップＳ２００、Ｓ２１０）、誘起電圧Ｖｉが極大値に至ると、その後、誘起電圧Ｖｉが所定値Ｖｒｅｆ未満に至るのを待つ（ステップＳ２２０、Ｓ２３０）。そして、誘起電圧Ｖｉが所定値Ｖｒｅｆ未満に至ると、送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めの完了を出力して（ステップＳ２４０）、処理を終了する。ここで、所定値Ｖｒｅｆは、誘起電圧Ｖｉが略値０に至ったと判定できる程度に値０より若干大きな値である。図７に示すように、誘起電圧Ｖｉが極大値に至った以降に所定値Ｖｒｅｆ未満に至るのは、位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４の中心位置近傍に至ったときとなる。このように位置決め完了を出力することにより、送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めをより適正に行なうことができる。

上述の図６の位置決め支援処理では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至った以降に所定値Ｖｒｅｆ未満に至ったときに送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めの完了を出力するものとしたが、給電のために車両を自動運転する態様の自動車では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至った以降に所定値Ｖｒｅｆ未満に至ったときにモータ２２を停止するものとしてもよい。

また、図６の位置決め支援処理では、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至った以降に所定値Ｖｒｅｆ未満に至ったときに送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めの完了を出力するものとしたが、位置検出用ソレノイドコイル３７ａの誘起電圧Ｖｉが極大値に至った以降の誘起電圧Ｖｉの単位走行距離当たりの変化量や単位時間当たりの変化量の符号が変化したとき、即ち、マイナスからプラスに転じたときに送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めの完了を出力したり、給電のために車両を自動運転する態様の自動車においてはモータ２２を停止するものとしてもよい。図８に示すように、誘起電圧Ｖｉの変化量は、極大値に至った以降はマイナスの値でその絶対値が徐々に小さくなるが、位置検出用ソレノイドコイル３７ａが送電用コイル１３４の中心位置を僅かでも超えると、その符号はプラスに転じる。この変形例では、この現象を用いて送電用コイル１３４と受電用コイル３４との位置決めするのである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車の製造産業などに利用可能である。

１０ 非接触送受電システム、２０ 自動車、２２ モータ、２４ インバータ、２６ バッテリ、２７ａ 電圧センサ、２７ｂ 電流センサ、２８ システムメインリレー、３０ 受電装置、３１ 受電ユニット、３２ 受電用共振回路、３４ 受電用コイル、３６ コンデンサ、３７ 位置検出ユニット、３７ａ 位置検出用ソレノイドコイル、３７ｂ 抵抗、３７ｃ 電圧センサ、４０ 充電回路、４２ 充電用リレー、４４ リレー、４６ 抵抗、５０ 電流センサ、５２，５４，５６ 電圧検出ユニット、７０ 車両用電子制御ユニット（車両ＥＣＵ）、７２ ディスプレイ、８０ 通信ユニット、１３０ 送電装置、１３１ 送電ユニット、１３２ 送電用共振回路、１３４ 送電用コイル、１３６ コンデンサ、１４０ 高周波電源回路、１５０ 電流センサ、１５２ 電圧検出ユニット、１７０ 送電用電子制御ユニット（送電ＥＣＵ）、１８０ 通信ユニット、１９０ 交流電源。

Claims (1)

1. 車両に搭載され、車外の円形コイルとして構成された送電用コイルから非接触で電力を受電する受電用コイルを有する受電装置であって、
   前記送電用コイルの中心位置では結合せずに該中心位置から離れた位置で結合するよう配置されたソレノイドコイルと、
   前記送電用コイルから出力されている小電力に対して前記ソレノイドコイルで誘起される誘起電圧に基づいて前記受電用コイルと前記送電用コイルとの位置決めに関する情報を出力する制御手段と、
   を備える受電装置。

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