JP2019075916A - 非接触充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 遠距離からの車両の誘導を実現可能な非接触充電システムを提供する。【解決手段】非接触充電システム１００は、蓄電池５１を有する車両５０と、蓄電池５１を非接触で充電する充電装置１０と、を備える。車両５０および充電装置１０のいずれか一方は、第１位置決め回路１１７を有する。第１位置決め回路１１７は、地上コイル１１５と、地上電流制御回路１２７と、地上制御部１２９とを含む。地上電流制御回路１２７は、直流成分を含む第１位置決め電流を出力可能である。地上制御部１２９は、充電装置１０が蓄電池５１を充電する充電段階よりも前の、車両５０と充電装置１０との相対位置を合わせる位置決め段階で、地上電流制御回路１２７を制御して、第１位置決め電流を地上コイル１１５に供給させる。【選択図】 図３

Description

本発明は、電気自動車等の車両に搭載された蓄電池を非接触で充電する非接触充電システムに関する。

現在、地上に設置された充電装置により、車両の蓄電池を非接触で充電する非接触充電システムが開発されている。典型的な非接触充電システムでは、車両は、蓄電池に接続された車上コイルを含み、充電装置は、高周波電源に接続された地上コイルを含む。車上コイルは、例えば、車両の底部に設置され、地上コイルは、例えば、駐車場の駐車枠内に設置される。車上コイルおよび地上コイルは、互いに電磁気的に結合し、非接触の電力伝送を実現する。

車上コイルおよび地上コイルの位置関係が最適な場合、車上コイルおよび地上コイルの電磁気的な結合の強度が最大となる。このとき、一般に、車上コイルおよび地上コイルの間の電力伝送の効率が最大となる。車上コイルおよび地上コイルの位置関係が最適点から外れると、コイル間の電力伝送の効率が低下する。したがって、車両および充電装置の位置合わせは、電力の伝送効率を向上する観点から重要である。

特許文献１は、車両および充電装置の位置を合わせる位置決め段階で、地上コイルに高周波電流を供給するシステムを開示している。車両は、車上コイルによる受電状況に基づいて地上コイルおよび車上コイルの間の距離を推定し、それを車両および充電装置の位置合わせに利用する。特許文献２，３も同趣旨のシステムを開示している。

ＷＯ１０／０５２７８５ ＷＯ１３／０７７３４０ ＷＯ１３／０６１４４０

地上コイルは、通電された高周波電流により高周波磁場を発生する。車両および充電装置の位置決め段階では、車両が駐車枠外に位置する場合など、車両が地上コイルを覆わずに高周波磁場の遮蔽物として働かない場合がある。この場合、地上コイルにより発生した高周波磁場が外部に漏洩する。

一方、国際非電離放射線防護委員会（ＩＣＮＩＲＰ）は、高周波磁場に関する一般公衆暴露限界を、約２７μＴ（１００ｋＨｚ付近）と規定している。

したがって、特許文献１〜３のような、位置決め段階で高周波磁場を発生するシステムでは、発生させる高周波磁場の強度を低いレベルに抑える必要がある。このため、遠距離からの車両の誘導を実現することが難しい。

本発明は、遠距離からの車両の誘導を実現可能な非接触充電システムを提供する。

本発明の一態様に係る非接触充電システムは、蓄電池を含む車両と、蓄電池を非接触で充電する充電装置と、を備える。車両および充電装置のいずれか一方は、第１位置決め回路を有する。第１位置決め回路は、第１コイルと、第１電流源と、第１制御部とを含む。第１電流源は、第１位置決め電流を出力可能である。第１制御部は、充電装置が蓄電池を充電する充電段階よりも前の、車両と充電装置との相対位置を合わせる位置決め段階で、第１電流源を制御して、第１位置決め電流を第１コイルに供給させる。

第１コイルは、位置決め段階で静磁場成分を含む磁場を発生させることになる。ＩＣＮＩＲＰは、静磁場に関する一般公衆暴露限界を、４００ｍＴと規定している。この静磁場に関する一般公衆暴露限界は、高周波磁場に関する一般公衆暴露限界よりも大きい。したがって、本非接触充電システムは、位置決め段階で第１コイルに比較的強い磁場を発生させることができ、このため、遠距離からの車両の誘導を実現可能とする。

また、充電装置が、第１位置決め回路を有してもよい。充電装置は、さらに、高周波電流成分を含む充電電流を出力可能な高周波電流源（充電電流源）を含んでもよい。第１制御部は、さらに、充電段階で、高周波電流源を制御して、充電電流を第１コイルに供給させてもよい。

これにより、第１コイルは、位置決め段階で利用される第１電流源および充電段階で利用される高周波電流源の両方に共用される。したがって、部品点数を削減できる。

また、第１制御部は、さらに、車両および充電装置の間の距離に応じて第１位置決め電流の大きさを変更してもよい。車両および充電装置の間の距離が小さいほど、第１位置決め電流が小さくてもよい。

これにより、車両および充電装置の間の距離に応じて、第１コイルにより発生される磁場の強度を最適化できる。例えば、車両および充電装置の間の距離が大きいとき、発生する磁場の強度が高い。このため、車両が充電装置から遠距離に位置していても、磁場の検出、ひいては、車両および充電装置の位置関係の推定、を高精度に実施できる。逆に、車両および充電装置の距離が小さいとき、発生する磁場の強度が低い。このため、発生した磁場が、他の磁場（例えば、他の車両および他の充電装置が車両誘導のために発生させている磁場）に干渉する可能性を低減できる。

また、第１制御部は、位置決め段階よりも前の準備段階で、第１電流源を制御して、第１コイルへの電流の供給を停止させてもよい。車両および充電装置の一方と異なる他方は、第２位置決め回路を有してもよい。第２位置決め回路は、第１コイルから発生した磁気を検知する磁気センサと、磁気センサを制御して、準備段階で磁気センサに初期化を実行させる第２制御部と、を含んでもよい。

これにより、位置決め段階での磁気センサによる静磁場の強度の検出精度を高めることができる。この結果、磁気センサによる車両および充電装置の位置関係の推定の精度を高めることができる。

また、車両および充電装置の一方と異なる他方は、第２位置決め回路を有してもよい。第２位置決め回路は、第２コイルと、第２電流源と、第２制御部と、を含んでもよい。第２電流源は、直流成分を含む第２位置決め電流を出力可能である。第２制御部は、位置決め段階で、第２電流源を制御して、第２位置決め電流を第２コイルに供給させる。第１位置決め電流および第２位置決め電流は、第１コイルおよび第２コイルに磁気吸引力を発生させてもよい。車両および充電装置のいずれか一方または両方は、磁気吸引力により第１コイルおよび第２コイルの相対位置を変化させる相対位置可変手段をさらに含んでもよい。

これにより、第１コイルおよび第２コイルのいずれか一方または両方は、互いの磁気吸引力により、第１コイルおよび第２コイルの位置関係の最適点に達するまで自動的に変位する。すなわち、ドライバーによる車両の操作（ステアリング操作、前進、後退など）によらずに第１コイルおよび第２コイルの位置関係が適切に調整される。したがって、第１コイルおよび第２コイルの位置関係を容易に最適化することができる。

また、相対位置可変手段は、第１コイルまたは第２コイルを移動可能に支持する可動ステージでもよい。

これにより、比較的容易な設計で、相対位置可変手段を実現することができる。

また、相対位置可変手段は、車両を駆動する駆動モータをアシストするアシスト・システムであってもよい。

これにより、車両が有する駆動モータを流用して、相対位置可変手段を実現することができる。したがって、相対位置可変手段を実現するための追加のハードウェアを削減できる。特に、４輪が独立して自由に動くインホイール式車両の場合、第１コイルおよび第２コイルの位置関係を細かく調整することができる。

本発明に係る非接触充電システムは、遠距離からの車両の誘導を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る非接触充電システムのブロック図。 本発明の第１実施形態に係るナビゲーション画像の一例を示す図。 本発明の第１実施形態に係る非接触充電システムの回路図。 本発明の第１実施形態に係る非接触充電処理のシーケンス図。 本発明の第２実施形態に係る非接触充電システムのブロック図。 本発明の第２実施形態に係る非接触充電システムの回路図。 本発明の第３実施形態に係る非接触充電システムのブロック図。 本発明の第３実施形態に係る非接触充電システムの回路図。 本発明の第３実施形態に係る非接触充電処理のシーケンス図。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、非接触充電システム１００は、充電装置１０および車両５０を備える。充電装置１０は、例えば、駐車場などの地上に設置される。車両５０は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車などの自動車である。ただし、車両５０は、自動車に限らず、自走式の機械を指すものとする。

充電装置１０は、充電段階で利用される地上充電回路１３を有する。地上充電回路１３は、商用交流電源１１から、商用電圧および商用周波数を有する交流電力を受電し、非接触充電に適した電圧、電流および周波数を有する高周波電力を生成する。高周波電力は、地上コイル１１５および車上コイル１５５を通じて車両５０に供給される。車両５０は、充電段階で利用される車上充電回路５３を有する。車上充電回路５３は、高周波電力を受電し、蓄電池５１の充電に適した直流電圧および直流電流を有する直流電力を生成する。直流電力は、蓄電池５１に供給される。これにより、充電装置１０は、車両５０の蓄電池５１を非接触で充電できる。

充電装置１０は、さらに、車両５０と充電装置１０との相対位置を合わせる位置決め段階で利用される第１位置決め回路１１７を有する。第１位置決め回路１１７は、位置決め段階で、直流成分を含む第１位置決め電流を地上コイル１１５に供給する。これにより、静磁場成分を含む磁場（以下、単に「静磁場」という）が形成される。静磁場の中心軸は、地上コイル１１５の中心軸に一致する。車両５０は、さらに、位置決め段階で利用される第２位置決め回路１５７を有する。第２位置決め回路１５７は、地上コイル１１５により発生した静磁場の中心軸を検出可能な磁気センサ１７３を含む。これにより、車両５０は、車上コイル１５５および地上コイル１１５の位置関係、ひいては、車両５０および充電装置１０の位置関係を推定することができる。

なお、図１では、地上コイル１１５は、便宜上、地上充電回路１３および第１位置決め回路１１７とは別に描かれている。しかし、地上コイル１１５は、地上充電回路１３および第１位置決め回路１１７に共有されている。すなわち、地上コイル１１５は、地上充電回路１３の一部であり、第１位置決め回路１１７の一部でもある。

車両５０は、車両５０および充電装置１０の位置関係の推定結果を利用して、自動運転により、車両５０と充電装置１０との位置合わせを実施する。あるいは、車両５０は、車両５０内のディスプレイを通じて、車両５０と充電装置１０との位置合わせを支援するためのナビゲーション画像１，２をドライバーに提供する。あるいは、車両５０は、車両５０と充電装置１０との位置合わせを支援するため音声もしくは電子音で中心距離をドライバーに提供する。

図２に示されるナビゲーション画像１，２は、車両５０および充電装置１０の位置関係の推定結果に基づいて生成され、リアルタイムに更新される。ナビゲーション画像１，２は、地上コイル・アイコン３、車上コイル・アイコン５およびインジケータ７を含む。地上コイル・アイコン３および車上コイル・アイコン５の位置関係は、地上コイル１１５および車上コイル１５５の位置関係を反映している。インジケータ７は、車両５０を移動すべき方向を示す。ナビゲーション画像１は、車上コイル１５５および地上コイル１１５が最適点から外れた位置にある状況を示す。ナビゲーション画像２は、車上コイル１５５および地上コイル１１５が最適点にある状況を示す。ドライバーは、ナビゲーション画像１，２を頼りに、車両５０と充電装置１０との位置合わせをすることができる。

以下、図３および図４を参照して、非接触充電システム１００を詳細に説明する。

充電装置１０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１９、地上切替器２１、インバータ２３、地上チューニング回路２５、地上電流制御回路１２７、地上コイル１１５、地上制御部１２９および地上通信機３１を含む。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１９は、例えば、整流器、平滑コンデンサおよびＤＣ／ＤＣコンバータを含む電力コンバータである。ＡＣ／ＤＣコンバータ１９は、商用交流電源１１から商用交流電力を受電し、その商用交流電力から直流電力を生成する。

地上切替器２１は、地上制御部１２９からの指令に基づき、インバータ２３および地上電流制御回路１２７の何れかを選択的にＡＣ／ＤＣコンバータ１９に接続する。詳しくは、位置決め段階では、地上切替器２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１９と地上電流制御回路１２７とを接続する。充電段階では、地上切替器２１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１９とインバータ２３とを接続する。

インバータ２３は、例えば、４つのスイッチング素子を含むフル・ブリッジ・インバータである。インバータ２３は、地上制御部１２９からの指令に基づき、非接触充電に適した周波数の高周波電流を生成する。この高周波電流は、位置決め段階での直流成分を含む第１位置決め電流とは異なる充電のための充電電流である。すなわち、インバータ２３は、高周波電流成分を含む充電電流を出力可能な高周波電流源（充電電流源）として働く。

地上チューニング回路２５は、例えば、２つの可変キャパシタおよび１つのインダクタを含むパイ型チューニング回路である。地上チューニング回路２５は、地上制御部１２９からの指令に基づき、電源側（インバータ２３側）のインピーダンスと負荷側（地上コイル１１５側）のインピーダンスを適切にマッチングする。

地上電流制御回路１２７は、例えば、可変抵抗器またはＤＣ／ＤＣコンバータである。地上電流制御回路１２７は、地上制御部１２９からの指令に基づき、第１位置決め電流を生成する。すなわち、地上電流制御回路１２７は、直流成分を含む第１位置決め電流を出力可能な第１電流源として働く。第１位置決め電流は、直流成分に加えて、交流成分を含んでもよい。この交流成分は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数、あるいは、それらの整数倍の周波数を有する脈流成分である。脈流成分は、典型的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１９内の整流器により生じる。または、交流成分は、例えば、１０ｋＨｚから１００ＭＨｚまでの範囲内の何れかの周波数を有する高周波成分である。高周波成分は、典型的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１９内または地上電流制御回路１２７内のＤＣ／ＤＣコンバータにより生じる。交流成分は、ＩＣＮＩＲＰの規定の範囲内であれば意図的に含まれてもよい。

第１位置決め電流の大きさは、要求される静磁場の強度に応じて適切に設定される。静磁場の強度の上限は、ＩＣＮＩＲＰによる規定を勘案して、４００ｍＴとしてもよく、または、ＩＥＣ２００２による規定を勘案して、０．５ｍＴとしてもよい。静磁場の強度の下限は、地磁気の強度（３０μＴ〜５０μＴ）としてもよい。発生する静磁場の強度が高いと、遠距離に位置する車両５０でも、静磁場の検出、ひいては、車両５０および充電装置１０の位置関係の推定、を高精度に実施できる。静磁場の強度によっては、数１００ｍの距離でも静磁場の検出が可能である。逆に、発生する磁場の強度が低い場合、発生した磁場が、他の磁場（例えば、他の車両および他の充電装置が車両誘導のために発生させている磁場）に干渉する可能性を低減できる。加えて、発生する磁場の強度が低い場合、不要な磁性体（例えば、地上に落ちているスチール製ゴミなど）の吸引も防止または低減できる。このような事情を勘案して静磁場の強度を決定してもよい。また、第１位置決め電流により発生する静磁場の強度は、充電電流により発生する高周波磁場の強度よりも高くてもよい。

地上コイル１１５は、地上チューニング回路２５および地上電流制御回路１２７の両方に接続されている。地上切替器２１がインバータ２３をＡＣ／ＤＣコンバータ１９に接続しているとき、地上コイル１１５は、インバータ２３から高周波成分を含む充電電流を受ける。これにより、地上コイル１１５は、高周波磁場成分を含む磁場（以下、単に「高周波磁場」という）を発生できる。また、地上切替器２１が地上電流制御回路１２７をＡＣ／ＤＣコンバータ１９に接続しているとき、地上コイル１１５は、地上電流制御回路１２７から直流成分を含む第１位置決め電流を受ける。すなわち、地上コイル１１５は、第１位置決め電流を受ける第１コイルとして働く。これにより、地上コイル１１５は、静磁場を発生できる。

地上制御部１２９は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力バッファ等とを含むマイクロコンピュータによって構成される。地上制御部１２９は、メモリに保存されたプログラムの実行により、準備段階、位置決め段階および充電段階の各段階で、地上切替器２１、インバータ２３、地上チューニング回路２５、地上電流制御回路１２７および地上通信機３１の各コンポーネントにそれぞれ指令を送り、各コンポーネントを適切に制御する。なお、各種制御については、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）により処理することも可能である。一例として、地上制御部１２９は、位置決め段階で、地上切替器２１および地上電流制御回路１２７を制御して、第１位置決め電流を地上コイル１１５に供給させる。すなわち、地上制御部１２９は、位置決め段階で、第１電流源を制御して第１位置決め電流を第１コイルに供給させる第１制御部として働く。別の例として、地上制御部１２９は、充電段階で、地上切替器２１およびインバータ２３を制御して、充電電流を地上コイル１１５に供給させる。すなわち、地上制御部１２９は、充電段階で、高周波電流源（充電電流源）を制御して充電電流を第１コイルに供給させる第１制御部として働く。その他の地上制御部１２９による非接触充電処理の詳細については、後に図４を参照しながら説明する。

地上通信機３１は、無線通信規格に準拠した無線通信を実行可能な通信機である。無線通信規格は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｐに準拠したＶ２Ｘである。無線通信規格は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｐに限らず、他の無線ＬＡＮ規格、または、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）でもよい。地上通信機３１は、車上通信機７１にデータ、指令および応答を送信し、そして、車上通信機７１からのデータ、指令および応答を受信する。

車両５０は、蓄電池５１、整流器５９、車上チューニング回路６５、車上コイル１５５、磁気センサ１７３、車上制御部１６９および車上通信機７１を含む。

車上コイル１５５は、地上コイル１１５により発生した高周波磁場から、高周波成分を含む電流を生成する。

車上チューニング回路６５は、例えば、２つの可変キャパシタおよび１つのインダクタを含むパイ型チューニング回路である。車上チューニング回路６５は、車上制御部１６９からの指令に基づき、電源側（車上コイル１５５側）のインピーダンスと負荷側（整流器５９側）のインピーダンスを適切にマッチングする。

整流器５９は、例えば、４つのダイオードを含むダイオード・ブリッジ整流器である。整流器５９は、高周波電力を受電し、その高周波電力から直流電力を生成する。

蓄電池５１は、例えば、リチウムイオン電池である。蓄電池５１は、車両５０内の駆動モータに電力を供給する。

磁気センサ１７３は、地上コイル１１５により発生した静磁場の強度および方位を検出する。磁気センサ１７３は、例えば、初期化可能な磁気センサである。初期化とは、地磁気および周囲の磁性部品による磁場の影響を除去するための較正処理である。また、磁気センサ１７３は、例えば、静磁場の強度のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の成分をそれぞれ独立して検出可能な３軸磁気センサである。Ｘ方向およびＹ方向は、互いに直交し、いずれも地表面に平行な方向である。Ｚ方向は、地表面に垂直な方向である。磁気センサ１７３は、好ましくは、車上コイル１５５と固定的な位置関係にある。これにより、磁気センサ１７３の検出結果から、車上コイル１５５および地上コイル１１５の位置関係（距離および方位）を容易に推定できる。磁気センサ１７３は、車上コイル１５５に固定的な位置として、例えば、車上コイル１５５の中心軸上に位置する。

車上制御部１６９は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力バッファ等とを含むマイクロコンピュータによって構成される。車上制御部１６９は、メモリに保存されたプログラムの実行により、準備段階、位置決め段階および充電段階の各段階で、磁気センサ１７３、車上チューニング回路６５、整流器５９および車上通信機７１の各コンポーネントにそれぞれ指令を送り、各コンポーネントを適切に制御する。なお、各種制御については、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）により処理することも可能である。一例として、車上制御部１６９は、磁気センサ１７３を制御して、準備段階で磁気センサ１７３に初期化を実行させる。すなわち、車上制御部１６９は、準備段階で磁気センサ１７３に初期化を実行させる第２制御部として働く。また、別の例として、車上制御部１６９は、位置決め段階で、磁気センサ１７３の検出結果に基づき、車上コイル１５５および地上コイル１１５の位置関係（距離および方位）を推定する。その他の車上制御部１６９による非接触充電処理の詳細については、後に図４を参照しながら説明する。

車上通信機７１は、無線通信規格に準拠した無線通信を実行可能な通信機である。無線通信規格は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｐに準拠したＶ２Ｘである。無線通信規格は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｐに限らず、他の無線ＬＡＮ規格、または、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）でもよい。車上通信機７１は、地上通信機３１にデータ、指令および応答を送信し、そして、地上通信機３１からのデータ、指令および応答を受信する。

図１中の地上充電回路１３は、図３中のＡＣ／ＤＣコンバータ１９、インバータ２３、地上チューニング回路２５および地上コイル１１５に該当する。図１中の第１位置決め回路１１７は、図３中のＡＣ／ＤＣコンバータ１９、地上電流制御回路１２７、地上コイル１１５および地上制御部１２９に該当する。図１中の車上充電回路５３は、図３中の車上コイル１５５、車上チューニング回路６５および整流器５９に該当する。図１中の第２位置決め回路１５７は、図３中の磁気センサ１７３および車上制御部１６９に該当する。

図４に、非接触充電処理のシーケンスを示す。本非接触充電処理は、充電装置１０の地上制御部１２９および車両５０の車上制御部１６９がそれぞれプログラムを実行することにより実施される。充電装置１０および車両５０の間の通信は、地上通信機３１および車上通信機７１を通じて実施される。

非接触充電処理は、準備段階、位置決め段階および充電段階を含む。当初、充電装置１０および車両５０は、それぞれ待機状態にある（Ｓ１０１，Ｓ２０１）。

車両５０は、充電開始イベントの発生を受けて、充電装置１０に充電要求指令を送信する（Ｓ２０３）。充電装置１０は、車両５０からの充電要求指令を受けて起動する（Ｓ１０３）。充電開始イベントは、一例として、ドライバーによる充電開始ボタンの押下である。これにより、非接触充電処理がドライバーの手動により開始される。また、別の例として、充電開始イベントは、充電装置１０から発信されているパイロット信号の受信である。これにより、非接触充電処理が自動的に開始される。

車両５０は、次に、充電装置１０にペアリング要求指令を送信する（Ｓ２０５）。充電装置１０は、車両５０による充電を許可する（Ｓ１０５）。その後、車両５０および充電装置１０は、ペアリングを確立する（Ｓ１０７，Ｓ２０７）。

車両５０は、次に、磁気センサ１７３の初期化を実行する（Ｓ２０９）。これにより、磁気センサ１７３は、磁気センサ１７３の周囲の磁性部品および地磁気の影響が除去された検出結果を得ることができる。また、磁気センサ１７３の初期化中、充電装置１０は、地上コイル１１５への電流の供給を停止する（Ｓ１０９）。詳細には、地上制御部１２９が、地上切替器２１、インバータ２３および地上電流制御回路１２７を制御して、インバータ２３および地上電流制御回路１２７のどちらの出力もゼロとする。これにより、位置決め段階での磁気センサ１７３による静磁場の強度の検出精度を高め、この結果、磁気センサ１７３による車両５０および充電装置１０の位置関係の推定精度を高めることができる。

車両５０は、次に、充電装置１０に位置決め要求指令を送信する（Ｓ２１１）。充電装置１０は、車両５０からの位置決め要求指令を受けて、地上コイル１１５への第１位置決め電流の通電を開始する（Ｓ１１１）。充電装置１０は、その後、第１位置決め電流の安定を示す応答を車両５０に送信する（Ｓ１１３）。車両５０は、充電装置１０からの応答を受けて、磁気センサ１７３による静磁場の検出を開始する（Ｓ２１３）。これにより、車両５０は、磁気センサ１７３の検出結果から、車上コイル１５５および地上コイル１１５の位置関係（距離および方位）を推定できる。

車両５０は、自動運転またはドライバーによる運転により移動し（Ｓ２１５）、磁気センサ１７３の方位に関する検出結果が所定方向を示す位置で停止する（Ｓ２１７）。所定方向は、磁気センサ１７３と車上コイル１１５との位置関係に依存する。例えば、磁気センサ１７３が車上コイル１１５の中心軸上に配置されている場合、所定方向は鉛直方向となる。

車両５０の移動中、充電装置１０は、第１位置決め電流の大きさを、車両５０および充電装置１０の間の距離に応じて変更してもよい。詳細には、車両５０および充電装置１０の間の距離が小さいほど、第１位置決め電流が小さくてもよい。これにより、車両５０および充電装置１０の間の距離に応じて、地上コイル１１５により発生する磁場の強度を最適化できる。車両５０および充電装置１０の間の距離は、例えば、第１位置決め電流の大きさ、および、磁気センサ１７３の検出結果に基づいて推定できる。車両５０は、現行の第１位置決め電流の大きさを含むデータを充電装置１０から受信することで、現行の第１位置決め電流の大きさを認識できる。車両５０は、この第１位置決め電流の大きさ、および、磁気センサ１７３の検出結果に基づいて、車両５０および充電装置１０の間の距離を推定する。充電装置１０は、推定された距離を含むデータを車両５０から受信することで、車両５０および充電装置１０の間の距離を認識できる。第１位置決め電流の大きさの変化は、連続的でも段階的でもよい。

上記に代えて、充電装置１０は、第１位置決め電流の大きさを、車両５０および充電装置１０の間の距離にかかわらず固定してもよい。これにより、非接触充電処理の設計を容易にできる。

車両５０は、次に、充電装置１０に位置決め完了指令を送信する（Ｓ２１９）。充電装置１０は、車両５０からの位置決め完了指令を受けて、地上コイル１１５への第１位置決め電流の通電を終了する（Ｓ１１９）。

充電装置１０は、次に、地上切替器２１を操作して、インバータ２３をＡＣ／ＤＣコンバータ１９に接続する（Ｓ１２１）。充電装置１０は、その後、地上コイル１１５への充電電流の通電を開始する（Ｓ１２３）。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、充電装置１０が、静磁場を発生するための第１位置決め回路１１７を有し、車両５０が、静磁場を検出するための第２位置決め回路１５７を有する。これとは逆に、図５に示す非接触充電システム２００のように、充電装置１０が、第２位置決め回路２５７を有し、車両５０が、第１位置決め回路２１７を有してもよい。第２実施形態では、車上コイル２５５は、位置決め段階および充電段階で利用される。地上コイル２１５は、充電段階で利用され、位置決め段階では利用されなくてもよい。

図６に示すように、車両５０は、車上切替器６１を含む。車上切替器６１は、車上制御部２６９からの指令に基づき、整流器５９および車上電流制御回路２６７の何れかを選択的に蓄電池５１に接続する。詳しくは、位置決め段階では、車上切替器６１は、車上電流制御回路２６７と蓄電池５１とを接続する。充電段階では、車上切替器６１は、整流器５９と蓄電池５１とを接続する。

車両５０は、さらに、第１位置決め回路２１７として、車上コイル２５５、車上電流制御回路２６７および車上制御部２６９を含む。車上電流制御回路２６７は、例えば、可変抵抗器またはＤＣ／ＤＣコンバータである。車上電流制御回路２６７は、車上制御部２６９からの指令に基づき、第１位置決め電流を生成する。車上コイル２５５は、車上チューニング回路６５および車上電流制御回路２６７の両方に接続されている。車上電流制御回路２６７は、位置決め段階では、車上切替器６１および車上電流制御回路２６７を制御して、第１位置決め電流を車上コイル２５５に供給させる。これにより、車上コイル２５５は、静磁場を発生できる。車上電流制御回路２６７は、充電段階では、車上切替器６１、整流器５９および車上チューニング回路６５を制御して、これらに蓄電池５１を充電させる。

充電装置１０は、第２位置決め回路２５７として、磁気センサ２７３および地上制御部２２９を有する。磁気センサ２７３は、車上コイル２５５により発生した静磁場の強度および方位を検出する。地上制御部２２９は、磁気センサ２７３の検出結果に基づき、車両５０および充電装置１０の位置関係を推定する。充電装置１０は、推定した位置関係を含むデータを車両５０に送信することで、車両５０にその位置関係を通知する。

第２実施形態によっても、車両５０および充電装置１０の位置関係を適切に合わせることができる。

＜第３実施形態＞
図７に示すように、非接触充電システム３００は、充電装置１０および車両５０を備える。充電装置１０は、位置決め段階で、地上コイル３１５に直流成分を含む第１位置決め電流を供給する第１位置決め回路３１７を有する。一方、車両５０は、位置決め段階で、車上コイル３５５に直流成分を含む第２位置決め電流を供給する第２位置決め回路３５７を有する。第１位置決め電流および第２位置決め電流は、地上コイル３１５および車上コイル３５５に磁気吸引力を発生させる。第１位置決め電流の大きさは、要求される静磁場の強度に応じて適切に設定される。第２位置決め電流の大きさについても、同様である。

充電装置１０は、さらに、地上コイル３１５および車上コイル３５５の相対位置を変化させる相対位置可変手段３３３を有する。相対位置可変手段３３３は、地上コイル３１５の位置を変化させることで、地上コイル３１５および車上コイル３５５の相対位置を変化させる。ただし、これに限らず、相対位置可変手段３３３が、車両５０に設けられ、車上コイル３５５の位置を変化させてもよい。さらに、相対位置可変手段３３３が、充電装置１０および車両５０に１台ずつ設けられてもよい。

相対位置可変手段３３３は、一例として、地上コイル３１５をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の少なくとも一つの方向に移動可能に支持する可動ステージである。可動ステージは、地上コイル３１５および車上コイル３５５により発生する磁気吸引力を駆動力として、地上コイル３１５を変位させる。これにより、地上コイル３１５および車上コイル３５５の位置関係を容易に最適化することができる。可動ステージは、自由な移動を規制するロック機構を有してもよい。これにより、可動ステージの位置を固定して、地上コイル３１５および車上コイル３５５の位置関係を維持することができる。

相対位置可変手段３３３は、別の例として、車両５０を駆動する駆動モータをアシストするアシスト・システムでもよい。アシスト・システムは、例えば、磁気吸引力により車両５０の車軸に働く回転トルクを検知し、検知された回転トルクに応じた補助駆動力を生成し、生成された補助駆動力を車両５０の駆動モータに供給する。車両５０は、地上コイル３１５および車上コイル３５５により発生する磁気吸引力により前進または後退しようとする。このとき、車両５０の車軸に回転トルクが働く。アシスト・システムは、この回転トルクを検知して補助駆動力を駆動モータに供給する。これにより、地上コイル３１５および車上コイル３５５の相対位置関係を変化させることができる。

地上充電回路１３および車上充電回路５３は、第１実施形態と同様である。

以下、図８および図９を参照して、非接触充電システム３００を詳細に説明する。

図８に示すように、充電装置１０は、第１位置決め回路３１７として、地上電流制御回路３２７、地上コイル３１５および地上制御部３２９を含む。地上電流制御回路３２７は、直流成分を含む第１位置決め電流を出力可能な第１電流源として働く。地上コイル３１５は、位置決め段階で、第１位置決め電流を受ける第１コイルとして働く。地上制御部３２９は、位置決め段階で、地上切替器２１および地上電流制御回路３２７を制御して、地上コイル３１５に第１位置決め電流を供給させる第１制御部として働く。

車両５０は、第２位置決め回路３５７として、車上電流制御回路３６７、車上コイル３５５および車上制御部３６９を含む。車上電流制御回路３６７は、直流成分を含む第２位置決め電流を出力可能な第２電流源として働く。車上コイル３５５は、位置決め段階で、第２位置決め電流を受ける第２コイルとして働く。車上制御部３６９は、位置決め段階で、車上切替器６１および車上電流制御回路３６７を制御して、車上コイル３５５に第２位置決め電流を供給させる第２制御部として働く。

図９に、非接触充電処理のシーケンスを示す。非接触充電処理は、準備段階、位置決め段階および充電段階を含む。準備段階の処理は、第１実施形態と類似している。すなわち、第３実施形態の処理Ｓ１３１〜Ｓ１３７は、第１実施形態の処理Ｓ１０１〜Ｓ１０７と同じであり、第３実施形態の処理Ｓ２３１〜Ｓ２３７は、第１実施形態の処理Ｓ２０１〜Ｓ２０７と同じである。以下、位置決め段階および充電段階の処理を説明する。

車両５０は、充電装置１０に位置決め要求指令を送信し（Ｓ２３９）、車上コイル３５５への第２位置決め電流の通電を開始する（Ｓ２４１）。その後、第２位置決め電流は、安定する（Ｓ２４３）。充電装置１０は、車両５０からの位置決め要求指令を受けて、地上コイル３１５への第１位置決め電流の通電を開始する（Ｓ１３９）。その後、第１位置決め電流は、安定する（Ｓ１４１）。

車両５０は、第２位置決め電流の安定を受けて、相対位置可変手段３３３のロック解除指令を送信する（Ｓ２４３）。充電装置１０は、第１位置決め電流の安定、および、車両５０からのロック解除指令を受けて、相対位置可変手段３３３のロックを解除する（Ｓ１４３）。これにより、相対位置可変手段３３３が自由に移動可能となる。このとき、地上コイル３１５および車上コイル３５５は、磁気吸引力により互いに引き付け合う。相対位置可変手段３３３は、磁気吸引力により地上コイル３１５を移動させ、地上コイル３１５および車上コイル３５５の位置関係を最適化する（Ｓ１４５）。

第１位置決め電流の通電中、充電装置１０は、第１位置決め電流の大きさを、車両５０および充電装置１０の間の距離に応じて変更してもよい。詳細には、車両５０および充電装置１０の間の距離が小さいほど、第１位置決め電流が大きくてもよい。これにより、地上コイル３１５を車上コイル３５５に強力な磁気吸引力で引き付けることができる。逆に、車両５０および充電装置１０の間の距離が小さいほど、第１位置決め電流が小さくてもよい。これにより、車両５０および充電装置１０の間の距離に応じて、地上コイル３１５により発生する磁場の強度を最適化できる。これに代えて、または、これに加えて、車両５０は、第２位置決め電流の大きさを、車両５０および充電装置１０の間の距離に応じて変更してもよい。詳細には、車両５０および充電装置１０の間の距離が小さいほど、第２位置決め電流が大きくてもよい。これにより、地上コイル３１５を車上コイル３５５に強力な磁気吸引力で引き付けることができる。逆に、車両５０および充電装置１０の間の距離が小さいほど、第２位置決め電流が小さくてもよい。これにより、車両５０および充電装置１０の間の距離に応じて、車上コイル３５５により発生する磁場の強度を最適化できる。車両５０および充電装置１０の間の距離は、例えば、磁気的、光学的または電気的等の物理的な手段で測定可能である。車両５０が車両５０および充電装置１０の間の距離を測定し、測定された距離を含むデータを充電装置１０に送信してもよい。これにより、車両５０および充電装置１０の両方が距離を認識できる。代わりに、充電装置１０が距離を測定し、車両５０に通知してもよい。

第１位置決め電流および第２位置決め電流の大きさの変化は、連続的でも段階的でもよい。例えば、車両５０が駐車場の駐車枠外にあり地上コイル３１５を覆わないときと、車両５０が駐車場の駐車枠内にあり地上コイル３１５を覆うときの２段階でもよい。

上記に代えて、充電装置１０および車両５０は、第１位置決め電流および第２位置決め電流の大きさを、車両５０および充電装置１０の間の距離にかかわらず固定してもよい。これにより、非接触充電処理の設計を容易にできる。

充電装置１０は、次に、相対位置可変手段３３３をロックする（Ｓ１４７）。これにより、第１位置決め電流および第２位置決め電流の通電を終了しても、地上コイル３１５および車上コイル３５５の位置関係を最適点に維持できる。相対位置可変手段３３３のロックは、車両５０および充電装置１０の位置関係の検出を受けて実施してもよく、ロック解除からの所定時間経過を受けて実施してもよい。ロックは、相対位置可変手段３３３の位置を固定できれば、どのような手段でもよい。

車両５０は、充電装置１０からの相対位置可変手段３３３のロックの応答を受けて、第２位置決め電流の通電を終了する（Ｓ２４７）。充電装置１０は、第１位置決め電流の通電を終了する（Ｓ１４９）。

充電装置１０は、次に、地上切替器２１を操作して、インバータ２３をＡＣ／ＤＣコンバータ１９に接続する（Ｓ１５１）。車両５０は、車上切替器６１を操作して、整流器５９を蓄電池５１に接続する（Ｓ２５１）。充電装置１０は、その後、地上コイル３１５への充電電流の通電を開始する（Ｓ１５３）。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の３つの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態および変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。

（ａ）第１実施形態では、地上コイル１１５は、地上充電回路１３および第１位置決め回路１１７に共有されているが、本発明は、これに限らない。充電装置１０が、地上充電回路１３専用のコイルと、第１位置決め回路１１７専用のコイルとを含んでもよい。これにより、用途に適したコイルの設計が可能となる。例えば、第１位置決め回路１１７専用のコイルは、地上充電回路１３専用のコイルよりも小さなコイル径を有してもよい。これにより、磁気センサ１７３によるコイルの位置検出の精度を高められる。同様に、第２実施形態では、車両５０が、車上充電回路５３専用のコイルと、第１位置決め回路２１７専用のコイルを含んでもよい。第３実施形態も同様である。

（ｂ）位置決め段階は、第１または第２実施形態を採用した前処理と、第３実施形態を採用した後処理を含んでもよい。すなわち、車上コイル１５５、２５５、３５５および地上コイル１１５を、前処理で粗く位置決めし、後処理で細かく位置決めしてもよい。例えば、車両５０が駐車場の駐車枠外にあるときは、第１または第２実施形態を採用して、静磁場および磁気センサ１７３、２７３により車両５０を誘導する。車両５０が駐車枠内にあるときは、第３実施形態を採用して、磁気吸引力により車上コイル１５５、２５５、３５５および地上コイル１１５の位置関係を最適化する。これにより、相対位置可変手段３３３の可動範囲を比較的狭い範囲（例えば、駐車枠内）に限定でき、相対位置可変手段３３３を容易に実現できる。

１００，２００，３００ ：非接触充電システム
１０ ：充電装置
２３ ：インバータ（充電電流源）
５０ ：車両
５１ ：蓄電池
１１５ ：地上コイル（第１コイル）
１１７ ：第１位置決め回路
１２７ ：地上電流制御回路（第１電流源）
１２９ ：地上制御部（第１制御部）
１５５ ：車上コイル
１５７ ：第２位置決め回路
１６９ ：車上制御部（第２制御部）
１７３ ：磁気センサ
２１５ ：地上コイル
２１７ ：第１位置決め回路
２２９ ：地上制御部（第２制御部）
２５５ ：車上コイル（第１コイル）
２５７ ：第２位置決め回路
２６７ ：車上電流制御回路（第１電流源）
２６９ ：車上制御部（第１制御部）
２７３ ：磁気センサ
３１５ ：地上コイル（第１コイル）
３１７ ：第１位置決め回路
３２７ ：地上電流制御回路（第１電流源）
３２９ ：地上制御部（第１制御部）
３３３ ：相対位置可変手段
３５５ ：車上コイル（第２コイル）
３５７ ：第２位置決め回路
３６７ ：車上電流制御回路（第２電流源）
３６９ ：車上制御部（第２制御部）

Claims (7)

1. 蓄電池を含む車両と、前記蓄電池を非接触で充電する充電装置と、を備え、
   前記車両および前記充電装置のいずれか一方は、第１位置決め回路を有し、
   前記第１位置決め回路は、
   第１コイルと、
   第１位置決め電流を出力可能な第１電流源と、
   前記充電装置が前記蓄電池を充電する充電段階よりも前の、前記車両と前記充電装置との相対位置を合わせる位置決め段階で、前記第１電流源を制御して、前記第１位置決め電流を前記第１コイルに供給させる第１制御部と、
   を含む非接触充電システム。
2. 前記充電装置が、前記第１位置決め回路を有し、
   前記充電装置は、さらに、前記第１位置決め電流とは異なる充電電流を出力可能な充電電流源を有し、
   前記第１制御部は、さらに、前記充電段階で、前記充電電流源を制御して、前記充電電流を前記第１コイルに供給させる、請求項１に記載の非接触充電システム。
3. 前記第１制御部は、さらに、前記車両および前記充電装置の間の距離に応じて前記第１位置決め電流の大きさを、前記車両および前記充電装置の間の距離が小さいほど、前記第１位置決め電流が小さくなるよう変更する、
   請求項１または２に記載の非接触充電システム。
4. 前記第１制御部は、前記位置決め段階よりも前の準備段階で、前記第１電流源を制御して、前記第１コイルへの電流の供給を停止させ、
   前記車両および前記充電装置の前記一方と異なる他方は、第２位置決め回路を有し、
   前記第２位置決め回路は、
   前記第１コイルから発生した磁気を検知する磁気センサと、
   前記磁気センサを制御して、前記準備段階で前記磁気センサに初期化を実行させる第２制御部と、
   を含む請求項１から３のいずれか１項に記載の非接触充電システム。
5. 前記車両および前記充電装置の前記一方と異なる他方は、第２位置決め回路を有し、
   前記第２位置決め回路は、
   第２コイルと、
   第２位置決め電流を出力可能な第２電流源と、
   前記位置決め段階で、前記第２電流源を制御して、前記第２位置決め電流を前記第２コイルに供給させる第２制御部と、を含み、
   前記第１位置決め電流および前記第２位置決め電流は、前記第１コイルおよび前記第２コイルに磁気吸引力を発生させ、
   前記車両および前記充電装置のいずれか一方または両方は、
   前記磁気吸引力により前記第１コイルおよび前記第２コイルの相対位置を変化させる相対位置可変手段をさらに含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の非接触充電システム。
6. 前記相対位置可変手段は、前記第１コイルまたは前記第２コイルを移動可能に支持する可動ステージである、
   請求項５に記載の非接触充電システム。
7. 前記相対位置可変手段は、前記車両を駆動する駆動モータをアシストするアシスト・システムである、
   請求項５に記載の非接触充電システム。