JP2020188649A - 走行中給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントのどこに異常が生じたかを容易に判断する。【解決手段】走行中給電システム１００は、インバータ回路３２、フィルタ回路３４、共振回路３６、送電コイル４０を有するセグメントＳＧが移動体に進行方向に沿って複数並列に接続されたセグメント群を有する送電セクションＳＣと、セグメントに電力を供給する電源回路１０と、セグメントの動作を制御する制御部１６と、を備え、制御部は、送電セクションに含まれる複数のセグメントのうち１つのセグメントを送電セグメントＳＧｍとし、他のセグメントを非送電セグメントＳＧｓとし、送電セグメントへの給電により送電セグメントの送電コイルに磁界を発生させ、磁界との磁気結合により非送電セグメントに生じた電流と電圧である電気特性と、送電セグメントの電流と電圧である電気特性と、を用いて送電セグメントと非送電セグメントの異常の有無を検出する。【選択図】図７

Description

本開示は、走行中の車両に非接触で電力を供給する走行中給電システムに関する。

特許文献１には、無線で電力を伝送する無線電力伝送システムが開示されている。この無線電力伝送システムは、電力コントロール装置と、送電装置と、中継装置と、受電装置とを備える。電力コントロール装置は、送電回路と主制御装置を備える。中継装置は負荷回路を備える。主制御装置は、第１負荷指令値を生成して送電回路に送り、第２負荷指令値を生成し、負荷回路に送る。送電装置は、第１負荷指令値を受信すると、第１応答信号および負荷回路に供給される交流電力の電圧値等の情報を返す。負荷回路は、第２負荷指令値を受信すると、第２応答信号を返す。主制御回路は、第２応答信号を第１期間内に受信せず、第１応答信号を受信し且つ電圧情報を第２期間内に受信しなかった場合、負荷回路の故障ではなく中継側受電回路が故障していると判断する。

特開２０１７−７０１８１号公報

特許文献１に記載の無線電力伝送システムは、送電装置と、中継装置と、受電装置とがシリーズに配置された構成における故障箇所特定方法であり、送電側のみ備える走行中給電システムにおいて、適用できないという問題があった。

本開示の一形態によれば、走行中給電システム（１００）が提供される。この走行中給電システムは、インバータ回路（３２）、フィルタ回路（３４）、共振回路（３６）、送電コイル（４０）を有するセグメント（ＳＧ）が移動体に進行方向に沿って複数並列に接続されたセグメント群を有する送電セクション（ＳＣ）と、前記セグメントに電力を供給する電源回路（１０）と、前記セグメントの動作を制御する制御部（１６）と、を備える。前記制御部は、前記送電セクションに含まれる複数の前記セグメントのうち１つの前記セグメントを送電セグメント（ＳＧｍ）とし、他の前記セグメントを非送電セグメント（ＳＧｓ）とし、前記送電セグメントへの給電により前記送電セグメントの送電コイルに磁界を発生させ、前記磁界との磁気結合により前記非送電セグメントに生じた電流と電圧である電気特性と、前記送電セグメントの電流と電圧である電気特性と、を用いて前記送電セグメントと前記非送電セグメントの異常の有無を検出する。この形態によれば、送電セグメントに電力を供給して、各セグメントの電流、電圧などの電気特性を取得することで、どのセグメントに異常があるかを容易に判断できる。

走行中非接触給電システムを示す説明図である。 送電セクションの概略構成を示す説明図である。 セグメントの回路構成を示す説明図である。 共振回路が並列のときのセグメントの回路構成を示す説明図である。 送電セグメントと非送電セグメントの設定例を示す説明図である。 送電セグメントと非送電セグメントの共振及び磁気結合を示す説明図である。 健全時の送電セグメントと非送電セグメントの電圧と電流を示すシミュレーション結果である。 制御部が一定時間ごとに実行するセグメントの異常判定のフローチャートである。 異常発生の一例として非送電セグメントの送電コイルがグラウンドに地絡した状態を示す説明図である。 異常発生の一例として非送電セグメントの送電コイルがグラウンドに地絡した状態における電気特性のシミュレーション結果である。 異常発生の一例として非送電セグメントの送電コイルが短絡した状態を示す説明図である。 異常発生の一例として非送電セグメントの送電コイルが開放した状態を示す説明図である。 異常発生の一例としてスイッチングトランジスタが短絡し常時オンと同等の状態になった例を示す説明図である。 異常発生の一例としてスイッチングトランジスタが短絡し常時オンと同等の状態になった時の電気特性のシミュレーション結果である。 異常発生の一例としてスイッチングトランジスタが開放し常時オフと同等の状態になった例を示す説明図である。 異常発生の一例としてスイッチングトランジスタが開放し常時オフと同等の状態になった時の電気特性のシミュレーション結果である。 送電セグメントＳＧｍをどこに設定するかの例を示したものである。 制御部が送電セグメントを順番に切り替える例である。 制御部が送電セグメントを順番に切り替える時に２個置きにする場合の例である。

図１に示すように、走行中非接触給電システムは、道路１０５側の走行中給電システム１００と、車両２０２側の走行中受電システム２００とを備える。走行中非接触給電システムは、車両２０２の走行中に走行中給電システム１００から車両２０２に給電することが可能なシステムである。車両２０２は、例えば、電気自動車やハイブリッド車として構成される。図１において、ｘ軸方向は車両２０２の進行方向を示し、ｙ軸方向は車両２０２の幅方向を示し、ｚ軸方向は鉛直上方向を示す。

道路１０５側の走行中給電システム１００は、複数の送電用のコイル４０（以下「送電コイル４０」とも呼ぶ。）と、複数の送電コイル４０のそれぞれに交流電圧を供給する複数の送電回路３０と、複数の送電回路３０に直流電圧を供給する電源回路１０と、受電コイル位置検出部２０とを備えている。

複数の送電コイル４０は、ｘ方向に沿って設置されている。送電回路３０は、電源回路１０から供給される直流電圧を高周波の交流電圧に変換して送電コイル４０に印加する回路であり、インバータ回路、フィルタ回路、共振回路を含んでいる。送電コイル４０と送電回路３０とを合わせた１つのユニットを「セグメントＳＧ」と呼ぶ。電源回路１０は、直流電圧を送電回路３０に供給する回路である。例えば、電源回路１０は、商用電源から供給される交流電圧を整流して直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣコンバータ回路として構成される。なお、電源回路１０が出力する直流電圧は、完全な直流電圧でなくてもよく、ある程度の変動（リップル）を含んでいても良い。

受電コイル位置検出部２０は、車両２０２に搭載されている受電用のコイル２４０（以下「受電コイル２４０」とも呼ぶ。）の位置を検出する。受電コイル位置検出部２０は、例えば、複数の送電回路３０における送電電力や送電電流の大きさから受電コイル２４０の位置を検出しても良く、あるいは、車両２０２との無線通信や車両２０２の位置を検出する位置センサを利用して受電コイル２４０の位置を検出しても良い。複数の送電回路３０は、受電コイル位置検出部２０で検出された受電コイル２４０の位置に応じて、受電コイル２４０に近い１つ以上の送電コイル４０を用いて送電を実行する。

車両２０２は、メインバッテリ２１０と、補機バッテリ２１５と、制御装置２２０と、受電回路２３０と、受電コイル２４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０と、インバータ回路２７０と、モータジェネレータ２８０と、補機２９０と、を備えている。受電コイル２４０は、受電回路２３０に接続されており、受電回路２３０の出力には、メインバッテリ２１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０の高圧側と、インバータ回路２７０と、が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０の低圧側には、補機バッテリ２１５と、補機２９０とが接続されている。インバータ回路２７０には、モータジェネレータ２８０が接続されている。

受電コイル２４０は、送電コイル４０との間の電磁誘導によって誘導起電力を生じる装置である。受電回路２３０は、共振回路、フィルタ回路及び受電コイル２４０から出力される交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含む。なお、受電回路２３０は、整流回路にて生成した直流の電圧を、メインバッテリ２１０の充電に適した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ回路を含んでいても良い。受電回路２３０から出力される直流電圧は、メインバッテリ２１０の充電や、インバータ回路２７０を介したモータジェネレータ２８０の駆動に利用することができ、また、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０を用いて降圧することで、補機バッテリ２１５の充電や、補機２９０の駆動にも利用可能である。

メインバッテリ２１０は、モータジェネレータ２８０を駆動するための比較的高い直流電圧を出力する２次電池である。モータジェネレータ２８０は、３相交流モータとして動作し、車両２０２の走行のための駆動力を発生する。モータジェネレータ２８０は、車両２０２の減速時にはジェネレータとして動作し、３相交流電圧を発生する。インバータ回路２７０は、モータジェネレータ２８０がモータとして動作するとき、メインバッテリ２１０の直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータ２８０に供給する。インバータ回路２７０は、モータジェネレータ２８０がジェネレータとして動作するとき、モータジェネレータ２８０が出力する３相交流電圧を直流電圧に変換してメインバッテリ２１０に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０は、メインバッテリ２１０の直流電圧を、より低い直流電圧に変換して補機バッテリ２１５及び補機２９０に供給する。補機バッテリ２１５は、補機２９０を駆動するための比較的低い直流電圧を出力する２次電池である。補機２９０は、車両２０２の空調装置や電動パワーステアリング装置、ヘッドライト、ウインカ、ワイパー等の周辺装置や車両２０２の様々なアクセサリーを含む。

制御装置２２０は、車両２０２内の各部を制御する。制御装置２２０は、走行中非接触給電を受ける際には、受電回路２３０を制御して受電を実行する。

図２に示すように、送電セクションＳＣの各々は、並列接続された複数のセグメントＳＧを有するセグメント群と、電源回路１０と、を有する。電源回路１０は、整流回路１１と、力率改善回路１２（図２では「ＰＦＣ」と記載）とを備える。整流回路１１は、商用電源１５から電線ＰＬ１、ＰＬ２に供給される交流を直流に変換する。力率改善回路１２は、入力電流に発生する高調波電流を抑制し、力率を１に近づける回路である。本実施形態では、１つの電源回路１０は、複数のセグメントＳＧに接続されている。スイッチＳＷ１は、各セクションＳＣへの電力供給をオンし、あるいはオフするスイッチである。

各セグメントＳＧの内部には、図３Ａに示すように、送電回路３０と、送電コイル４０とが設けられている。送電回路３０は、インバータ回路３２と、フィルタ回路３４と、共振回路３６と、を備える。インバータ回路３２は、４つのスイッチングトランジスタＴｒ１からＴｒ４と、コンデンサＣ３を備える。４つのスイッチングトランジスタＴｒ１からＴｒ４は、Ｈブリッジ回路を構成している。スイッチングトランジスタＴｒ１とＴｒ３が直列に接続され、スイッチングトランジスタＴｒ２とＴｒ４が直列に接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２は、プラス側電源ラインＶ＋に接続され、スイッチングトランジスタＴｒ３、Ｔｒ４は、マイナス側電源ラインＶ−に接続されている。スイッチングトランジスタＴｒ１とＴｒ３の中間ノードと、スイッチングトランジスタＴｒ２とＴｒ４の中間ノードは、フィルタ回路３４に接続されている。コンデンサＣ３は、プラス側電源ラインＶ＋とマイナス側電源ラインＶ−との間に設けられた平滑コンデンサである。フィルタ回路３４は、２つのインダクタＬ１及びＬ２と、コンデンサＣ２と、を有するＴ型フィルタ回路である。共振回路３６は、送電コイル４０と、フィルタ回路３４のインダクタＬ１との間に直列に挿入されたコンデンサＣ１により形成されている。なお、共振回路３６は、図３Ｂに示すように、コンデンサＣ１が送電コイル４０と並列に接続される共振回路であってもよい。この場合、フィルタ回路３４は、例えば、インダクタＬｂｐｆとコンデンサＣｂｐｆとが直列に接続されたバンドパスフィルタ回路であってもよい。制御部１６は、４つのスイッチングトランジスタＴｒ１からＴｒ４のオンオフを制御する。スイッチングトランジスタＴｒ１とＴｒ４がオンされるときは、スイッチングトランジスタＴｒ２とＴｒ３はオフであり、スイッチングトランジスタＴｒ２とＴｒ３がオンされるときは、スイッチングトランジスタＴｒ１とＴｒ４はオフである。なお、セグメントＳＧが後述する非送電セグメントになるときには、４つのスイッチングトランジスタＴｒ１からＴｒ４は、オフである。

図４に示すように、セクションに含まれる複数のセグメントＳＧは、走行中給電システム１００の検査を実行するときには、送電セグメントと非送電セグメントに分けられる。送電セグメントは、送電される（ＯＮ）セグメントであり、セクションＳＣに含まれるセグメントＳＧのうち１つが送電セグメントとなる。図４の例では、セグメントＳＧ３が送電セグメントとなっている。非送電セグメントは、送電されない（ＯＦＦ）セグメントであり、セクションＳＣに含まれるセグメントＳＧのうち送電セグメント以外のセグメントが非送電セグメントとなる。図４の例では、セグメントＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ４、ＳＧ５が非送電セグメントとなっている。なお、セグメントＳＧを区別する場合には、その符号番号の末尾に数字を付記し、例えばＳＧｎ（ｎは自然数）のように記載して区別する。他の構成についても同様である。

送電セグメントであるセグメントＳＧ３に送電されると、セグメントＳＧ３のインバータ回路３２３、フィルタ回路３４３、共振回路３６３には、それぞれ、Ｖ１３、Ｖ２３、Ｖ３３の電圧が掛かり、インバータ回路３２３、フィルタ回路３４３、共振回路３６３からそれぞれＩ１３、Ｉ２３、Ｉ３３の電流が出力される。ここで電圧、電流の符号番号の末尾の「３」は、セグメントＳＧ３の末尾の「３」に対応している。

送電セグメントであるセグメントＳＧ３の送電コイル４０３は、隣接する非送電セグメントであるセグメントＳＧ２、ＳＧ４の送電コイル４０２、４０４と磁気結合している。また、セグメントＳＧ２の送電コイル４０２は、セグメントＳＧ１、ＳＧ３の送電コイル４０１、４０３と磁気結合している。セグメントＳＧ４の送電コイル４０４は、セグメントＳＧ３、ＳＧ５の送電コイル４０３、４０５と磁気結合している。そのため、送電セグメントであるセグメントＳＧ３の送電コイル４０３に交流電力を供給すると、隣接する非送電セグメントであるセグメントＳＧ２、ＳＧ４の送電コイル４０２、４０４に誘起電圧Ｖ３２、Ｖ３４が生じ、誘導電流Ｉ３２、Ｉ３４が流れる。さらに、隣接する非送電セグメントであるセグメントＳＧ１、ＳＧ５の送電コイル４０１、４０５に誘起電圧Ｖ３１、Ｖ３５が生じ、誘導電流Ｉ３１、Ｉ３５が流れる。このように、送電コイル４０１、４０２、４０４、４０５に誘起電圧が発生し、共振回路３６１、３６２、３６４、３６５に誘導電流が流れることで、さらに、フィルタ回路３４１、３４２、３４４、３４５に電流Ｉ２１、Ｉ２２、Ｉ２４、Ｉ２５が流れ、電圧がＶ２１、Ｖ２２、Ｖ２４、Ｖ２５が掛かり、インバータ回路３２１、３２２、３２４、３２５に、電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１４、Ｉ１５が流れ、電圧がＶ１１、Ｖ１２、Ｖ１４、Ｖ１５が掛かる。制御部１６は、これらの電流や電圧を測定することで、セグメントＳＧｎが正常なのか、あるいは、異常が生じているか、が判断可能である。さらに、異常が生じている場合、どのセグメントＳＧｎに異常が生じているか、セグメントＳＧｎのどの回路に異常が生じているか、を判断可能である。

図５を用いて、送電セグメントＳＧｍと、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の共振及び磁気結合について説明する。ここで、送電セグメントＳＧｍは、複数のセグメントＳＧｎのうちの１つのセグメントである。非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２は、送電セグメントＳＧｍに隣接するセグメントである。送電コイル４０のインダクタンスをＬｔ、共振回路３６のコンデンサＣ１のキャパシタンスをＣｔ、フィルタ回路３４のインダクタＬ１、Ｌ２のインダクタンスをＬｉｍｉ、フィルタ回路３４のコンデンサＣ２のキャパシタンスをＣｉｍｉ、インバータ回路３２の動作における周波数をｆ、角周波数をωとすると、共振条件は、例えば以下の式で示される。
ω＝２πｆ
ωＬｔ＝１／（ωＣｔ）
ωＬｉｍｉ＝１／（ωＣｉｍｉ）

送電セグメントＳＧｍの送電コイル４０と、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の送電コイル４０とは、磁気結合しているので、送電セグメントＳＧｍの送電コイル４０に電流Ｉｍを流すと、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の送電コイル４０に電流Ｉｓ１、Ｉｓ２が生じ、共振回路３６に電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２が掛かる。

図６は、健全時の送電セグメントＳＧｍと非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の電圧Ｖｍ、Ｖｓ１、Ｖｓ２と、電流Ｉｍ、Ｉｓ１、Ｉｓ２を示すシミュレーション結果である。送電セグメントＳＧｍにおける電圧Ｖｍに対し、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２における電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２は、π／２に相当する分だけ位相が遅れている。送電セグメントＳＧｍにおける電流Ｉｍに対し、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２における電流Ｉｓ１、Ｉｓ２は、π／２に相当する分だけ位相が進んでいる。制御部１６は、送電セグメントＳＧｍを駆動し、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２に電流Ｉｓ１、電圧Ｖｍ、Ｖｓ１、Ｖｓ２及び電流Ｉｍ、Ｉｓ１、Ｉｓ２を用いて、どのセグメントＳＧに異常が生じたかを判断できる。なお、図６に示すグラフは、シミュレーション結果であり、ロスを考慮していないものである。後述する他のシミュレーション結果についても同様である。

図７に、制御部１６が一定時間ごとに実行するセグメントの異常判定のフローチャートを示す。なお、この異常判定は、制御部１６よりも上位の制御部が行ってもよい。ステップＳ１０では、制御部１６は、セクションＳＣに属する全てのセグメントＳＧへの電力供給を停止する。なお、セクションＳＣの上に、当該セクションＳＣから電力供給を受ける車両が存在している場合には、車両に電力を供給するため、セクションＳＣをオフにしない。そのため、制御部１６は、セクションＳＣの上に当該セクションＳＣから電力供給を受ける車両が存在していないときに、ステップＳ１０以降の処理を実行する。制御部１６は、セクションＳＣの上に当該セクションＳＣから電力供給を受ける車両が存在している場合には、当該車両が存在しなくなってからステップＳ１０以降の処理を実行してもよく、また、一定時間経過してからステップＳ１０以降の処理を実行してもよい。

ステップＳ２０では、制御部１６は、送電セグメントＳＧｍを駆動する。送電セグメントＳＧｍの送電コイル４０と、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の送電コイル４０との間の磁気結合により、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の送電コイル４０及び共振回路３６には、図５に示すように、電流Ｉｓ１、Ｉｓ２が流れ、電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２が掛かる。

ステップＳ３０では、制御部１６は、全てのセグメントＳＧの電気特性を取得する。電気特性とは、例えば、図５に示すように、送電コイル４０に流れる電流Ｉｍ、Ｉｓ１、Ｉｓ２と、共振回路３６に掛かる電圧Ｖｍ、Ｖｓ１、Ｖｓ２である。なお、ここでは、送電セグメントＳＧｍにおける電流、電圧には、末尾に添え字「ｍ」を付し、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２における電圧、電流には、末尾に添え字「ｓ１」、「ｓ２」を付してどこの電圧、電流であるかを区別している。

ステップＳ４０では、制御部１６は、取得した電気特性を用いて、セグメントＳＧの異常を判定する。制御部１６が、取得した電気特性を用いてどのようにセグメントＳＧの異常を判定するか、については、いくつかの例を挙げて後述する。

ステップＳ５０では、制御部１６は、電気特性からどのセグメントＳＧに異常が生じていたか、否かを判断し、セグメントＳＧに異常が生じていた場合には、ステップＳ６０に移行し、セグメントＳＧに異常が生じていなかった場合には、処理を終了する。
たか、異常判定を行う。

ステップＳ６０では、制御部１６は、異常と判定したセグメントＳＧへの電力供給を停止する。なお、制御部１６は、異常と判定したセグメントＳＧを含むセクションＳＣへの電力供給を停止してもよい。なお、ステップＳ６０において、制御部１６は、異常と判定したセグメントＳＧの停止や異常と判定したセグメントＳＧを含むセクションＳＣを停止せずに、異常の報知をするにとどめてもよい。

以下に、ステップＳ４０における異常例を示す。
・インバータ回路３２のスイッチングトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４、平滑コンデンサＣ３の地絡、短絡、開放
・フィルタ回路３４のインダクタンスＬ１、Ｌ２、コンデンサＣ２について、地絡、短絡、開放
・共振回路３６のコンデンサＣ１の地絡、短絡、開放
・送電コイル４０の地絡、短絡、開放
なお、制御部１６は、上記異常の全てを検出する必要は無く、インバータ回路３２、フィルタ回路３４、共振回路３６、送電コイル４０のうちの少なくとも１つについて、地絡、短絡、開放のうちの少なくとも１つを検出できれば良い。以下、いくつかの異常について、想定と、その異常が生じたと想定したときの電気特性のシミュレーション結果について説明する。

図８に示すように、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０がグラウンドに地絡したと想定する。この場合、図９のシミュレーション結果に示すように、送電コイル４０が地絡した非送電セグメントＳＧｓ１における電圧Ｖｓ１がゼロとなり、電流Ｉｓ１がゼロとなる。なお、送電コイル４０が地絡していないセグメントＳＧｓ２の電圧Ｖｓ２、電流Ｉｓ２は、変わりない。そのため、制御部１６は、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２と、電流Ｉｓ１、Ｉｓ２を用いて、許容範囲と比較することで、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０に異常が生じた、と判断できる。

図１０に示すように、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０が短絡したと想定した場合、図９のシミュレーション結果と同様のシミュレーション結果が得られた。すなわち、送電コイル４０が短絡した非送電セグメントＳＧｓ１における電圧Ｖｓ１がゼロとなり、電流Ｉｓ１がゼロとなる。なお、送電コイル４０が短絡していないセグメントＳＧｓ２の電圧Ｖｓ２、電流Ｉｓ２は、変わりない。そのため、制御部１６は、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２と、電流Ｉｓ１、Ｉｓ２を用いて、許容範囲と比較することで、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０に異常が生じた、と判断できる。

図１１に示すように、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０が開放したと想定した場合も、図９のシミュレーション結果と同様のシミュレーション結果が得られた。すなわち、送電コイル４０が開放した非送電セグメントＳＧｓ１における電圧Ｖｓ１がゼロとなり、電流Ｉｓ１がゼロとなる。なお、送電コイル４０が開放していないセグメントＳＧｓ２の電圧Ｖｓ２、電流Ｉｓ２は、変わりない。そのため、制御部１６は、非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２と、電流Ｉｓ１、Ｉｓ２を用いて、許容範囲と比較することで、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０に異常が生じた、と判断できる。

このように、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０に、地絡、短絡、開放等の異常が生じたと想定した場合には、シミュレーション結果から、異常が生じたセグメントＳＧｓ１の電流Ｉｓ１がゼロとなり、電圧Ｖｓ１がゼロとなるため、非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０に異常が生じたことがわかる。なお、非送電セグメントＳＧｓ２の送電コイル４０に異常が生じたと想定した場合も同様である。したがって、電流Ｉｓ１あるいはＩｓ２が許容範囲よりも低く、電圧Ｖｓ１あるいはＶｓ２が許容範囲よりも低い場合には、非送電セグメントＳＧｓ１あるいはＳＧ２の送電コイル４０に、地絡、短絡、開放のいずれかの異常が生じていると判断できる。

次にインバータ回路３２に異常があると想定した場合について説明する。図１２に示す例は、スイッチングトランジスタＴｒ４が短絡し、常時オンと同等の状態になったと想定した例である。この場合、図１３のシミュレーション結果に示すように、短絡したスイッチングトランジスタＴｒ４を有する非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０に流れる電流Ｉｓ１は、スイッチングトランジスタＴｒ４が短絡していない場合に比べて低下する。また、共振回路３６に掛かる電圧Ｖｓ１は、スイッチングトランジスタＴｒ４が短絡していない場合に比べて低下する。そのため、制御部１６は、例えば、非送電セグメントＳＧｓ１の電流Ｉｓ１と電圧Ｖｓ１が許容範囲よりも低い場合には、非送電セグメントＳＧｓ１のインバータ回路３２のスイッチングトランジスタＴｒ４が短絡したと判断できる。逆に、非送電セグメントＳＧｓ２の電流Ｉｓ２と電圧Ｖｓ２が許容範囲よりも低い場合も同様である。

図１４に示す例は、スイッチングトランジスタＴｒ４が開放し、常時オフと同等の状態となったと想定した例である。この場合、図１５のシミュレーション結果に示すように、開放したスイッチングトランジスタＴｒ４を有する非送電セグメントＳＧｓ１の送電コイル４０に流れる電流Ｉｓ１は、スイッチングトランジスタＴｒ４が開放していない場合に比べて増加する。また、送電セグメントＳＧｍの送電コイル４０に流れる電流Ｉｍは、もうひとつの非送電セグメントＳＧｓ２の送電コイル４０の電流の位相とほぼ一致するまで位相が進んでいる。共振回路３６に掛かる電圧Ｖｓ１は、スイッチングトランジスタＴｒ４が開放していない場合に比べて増加する。また、送電セグメントＳＧｍの電圧Ｖｍは、減少する。そのため、電流Ｉｓ１が許容範囲よりも大きく、電流Ｉｍの位相が進み、電圧Ｖｓ１が許容範囲よりも大きく、電圧Ｖｍが許容範囲よりも小さい場合には、非送電セグメントＳＧｓ１のインバータ回路３２のスイッチングトランジスタＴｒ４が開放したと判断できる。

上記説明した例は、異常が生じた場所の一例である。上記説明した異常と異なる異常が生じた場合、例えば、スイッチングトランジスタＴｒ４が地絡した場合、他のスイッチングトランジスタＴｒ１からＴｒ３に短絡、開放、地絡が生じた場合についても、各セグメントＳＧの電流Ｉｍ、Ｉｓ１、Ｉｓ２、電圧Ｖｍ、Ｖｓ１、Ｖｓ２がどのように変化するかを、予めシミュレーションにより求めておけば、その結果を用いて、どこに異常が生じたかを判断できる。また、非送電セグメントＳＧｓのフィルタ回路３４に異常がある場合や、送電セグメントＳＧｍの各回路３２、３４、３６、送電コイル４０に異常がある場合も同様に、各セグメントＳＧの電流Ｉｍ、Ｉｓ１、Ｉｓ２、電圧Ｖｍ、Ｖｓ１、Ｖｓ２がどのように変化するかを予めシミュレーションにより求めておけば、その結果を用いて、どこに異常が生じたかを判断できる。なお、これらのシミュレーション結果については、説明を省略する。

以上、本実施形態によれば、走行中非接触給電システム１００は、セグメントＳＧであってインバータ回路３２と、フィルタ回路３４と、共振回路３６と、送電コイル４０と、を有するセグメントＳＧが、複数並列に接続されたセグメント群を有する送電セクションＳＣ（以下「セクションＳＣ」とも呼ぶ。）と、セグメントＳＧに電力を供給する電源１０と、セグメントの動作を制御する制御部１６とを備える。制御部１６は、セクションＳＣに含まれる複数のセグメントＳＧのうち１つのセグメントＳＧを送電セグメントＳＧｍとし、他のセグメントＳＧを非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２とし、送電セグメントＳＧｍへの給電により送電セグメントＳＧｍの送電コイル４０に磁界を発生させ、送電セグメントＳＧｍの送電コイル４０の電流Ｉｍと電圧Ｖｍである電気特性と、磁界との結合により非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の送電コイル４０に生じさせた電流Ｉｓ１、Ｉｓ２と電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２である電気特性を取得する。制御部１６は、電気特性の結果を許容範囲と比較することで、送電セグメントＳＧｍと非送電セグメントＳＧｓの異常の有無を容易に判断できる。さらに、異常が、回路のどこで生じたかを判断できる。

上記実施形態では、制御部１６は、送電セグメントＳＧｍ及び送電セグメントＳＧｍに隣接して配置された非送電セグメントＳＧｓ１、ＳＧｓ２の電流Ｉｍ、Ｉｓ１、Ｉｓ２、電圧Ｖｍ、Ｖｓ１、Ｖｓ２を用いて送電セグメントＳＧｍと非送電セグメントＳＧｓの異常の有無を判断している。さらに、制御部１６は、送電セグメントＳＧｍに隣接する非送電セグメントＳＧｓ１にさらに隣接する非送電セグメントＳＧｓｘの電流Ｉｓｘ、電圧Ｖｓｘも用いて、非送電セグメントＳＧｓｘの異常を判断することも可能である。

図１６は、送電セグメントＳＧｍをどのセグメントＳＧにするかの例を示したものである。セクションＳＣに含まれるセグメントＳＧの数が奇数の場合、制御部１６は、セクションＳＣの中の中央に配置されたセグメントＳＧを送電セグメントＳＧｍとする。セクションＳＣに含まれるセグメントＳＧの数が偶数の場合、制御部１６は、セクションＳＣの中の中央に配置された２つのセグメントのうちの一方のセグメントＳＧを送電セグメントＳＧｍとする。一般に、送電セグメントＳＧｍから離れた非送電セグメントＳＧｓの電流Ｉｓは、離れていない非送電セグメントＳＧｓの電流よりも小さく、電圧Ｖｓも同様に小さい。セクションＳＣの中のほぼ中央に配置されるセグメントＳＧを送電セグメントＳＧｍとすると、送電セグメントＳＧｍを端部に設けるよりも、送電セグメントＳＧｍから最も離れた非送電セグメントＳＧｓまでの距離を短くできるので、電流Ｉｓや電圧Ｖｓが小さくなりにくい。そのため、送電セグメントＳＧｍから最も離れた非送電セグメントＳＧｓにおける異常の判断を容易にできる。

図１７に示す例は、制御部１６が送電セグメントＳＧｍを順番に切り替える例である。制御部１６は、１回目は、セグメントＳＧ１を送電セグメントＳＧｍとし、２回目は、セグメントＳＧ２を送電セグメントＳＧｍとし、３回目は、セグメントＳＧ３を送電セグメントＳＧｍとするように、送電セグメントＳＧｍを順番に切り替える。この場合、制御部１６は、送電セグメントＳＧｍと、送電セグメントＳＧｍに隣接する２つの非送電セグメントＳＧｓ１、Ｓｇｓ２の電流Ｉｍ、Ｉｓ１，Ｉｓ２と、電圧Ｖｍ、Ｖｓ１、Ｖｓ２を取得し、送電セグメントＳＧｍと２つの非送電セグメントＳＧｓ１、Ｓｇｓ２の異常を判断する。すなわち、制御部１６は、送電セグメントＳＧｍに隣接しない非送電セグメントＳＧｓの電流Ｉｓや電圧Ｖｓは、取得しなくても良い。この形態によれば、制御部１６は、全てのセグメントＳＧを順に送電セグメントＳＧｍにできる。その結果、ある非送電セグメントＳＧｓは、ある時には送電セグメントＳＧｍから遠く離れていても、別の時には送電セグメントＳＧｍに隣接する。そして、その非送電セグメントの異常の有無は、送電セグメントＳＧｍが隣接したときに判断すれば、非送電セグメントＳＧｓの電流Ｉｓや電圧Ｖｓが大きなときに判断できる。その結果、より正確非送電セグメントＳＧｓの異常の有無を判断できる。なお、制御部１６は、図７に示すフローチャートを実行するときに、１つのループにおいて全てのセグメントＳＧを順次送電セグメントＳＧｍとしてもよく、１つのループで１つのセグメントＳＧを送電セグメントＳＧｍとし、次のループで次のセグメントＳＧを送電セグメントＳＧｍとしてもよい。

図１８に示す例は、図１７の変形例であり、制御部１６が送電セグメントＳＧｍを順番に切り替えるときに、隣接するセグメントＳＧではなく、間に送電セグメントＳＧｍにしないセグメントＳＧが存在するように、送電セグメントＳＧｍを切り替える。図１８の例では、制御部１６は、１回目は、セグメントＳＧ１を送電セグメントＳＧｍとし、２回目は、セグメントＳＧ２とＳＧ３を置いて、セグメントＳＧ４を送電セグメントＳＧｍとし、３回目は、セグメントＳＧ５とＳＧ６を置いて、セグメントＳＧ７を送電セグメントＳＧｍとするように、２つのセグメントＳＧを飛ばして、送電セグメントＳＧｍを順番に切り替える。このようにすれば、全てのセグメントの異常を判断するための送電セグメントＳＧｍの数を少なくできるので、全てのセグメントの異常を判断するための時間を短くできる。図１８に示す例では、制御部１６は、２個置きに送電セグメントＳＧｍを切り替えたが、１個置きに送電セグメントＳＧｍを切り替えてもよく、一般にＮ個置き（ｎは自然数）に送電セグメントＳＧｍを切り替えても良い。但し、Ｎは、１か２が好ましい。判定対象の非送電セグメントＳＧｓは、必ず送電セグメントＳＧｍに隣接し、電流Ｉｓや電圧Ｖｍが大きいため、セグメントＳＧの異常を容易に判断できる。また、図１８に示す例では、制御部１６は、一番端のセグメントＳＧ１を１回目の送電セグメントＳＧｍとしたが、一番端のセグメントＳＧ１に隣接するセグメントＳＧ２を１回目の送電セグメントＳＧｍとしてもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０ 電源回路 １６ 制御部 ３２ インバータ回路 ３４ フィルタ回路 ３６ 共振回路 ４０ 送電コイル １００ 走行中非接触給電システム ＳＣ （送電）セクション ＳＧ セグメント ＳＧｍ 送電セグメント ＳＧｓ 非送電セグメント

Claims (8)

1. 走行中給電システム（１００）であって、
   インバータ回路（３２）、フィルタ回路（３４）、共振回路（３６）、送電コイル（４０）を有するセグメント（ＳＧ）が移動体に進行方向に沿って複数並列に接続されたセグメント群を有する送電セクション（ＳＣ）と、
   前記セグメントに電力を供給する電源回路（１０）と、
   前記セグメントの動作を制御する制御部（１６）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記送電セクションに含まれる複数の前記セグメントのうち１つの前記セグメントを送電セグメント（ＳＧｍ）とし、他の前記セグメントを非送電セグメント（ＳＧｓ）とし、
   前記送電セグメントへの給電により前記送電セグメントの送電コイルに磁界を発生させ、
   前記磁界との磁気結合により前記非送電セグメントに生じた電流と電圧である電気特性と、前記送電セグメントの電流と電圧である電気特性と、を用いて前記送電セグメントと前記非送電セグメントの異常の有無を検出する、
   走行中給電システム。
2. 請求項１に記載の走行中給電システムであって、
   前記制御部は、前記セグメントに異常を検出した場合には、異常が検出された前記セグメントを含む前記送電セクションへの電力供給を停止する、走行中給電システム。
3. 請求項１に記載の走行中給電システムであって、
   前記制御部は、前記セグメントに異常を検出した場合には、異常が検出された前記セグメントへの電力供給を停止する、走行中給電システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の走行中給電システムであって、
   前記制御部は、複数の前記セグメントのうち１つの前記セグメントを、順番に前記送電セグメントに切り替える、走行中給電システム。
5. 請求項４に記載の走行中給電システムであって、
   前記制御部は、前記非送電セグメントのうち前記送電セグメントに隣接して配置された前記非送電セグメントの送電コイルに生じる電流と電圧である電気特性と、前記送電セグメントの電流と電圧である電気特性と、を用いて前記送電セグメントと前記非送電セグメントの異常の有無を検出する、走行中給電システム。
6. 請求項４または請求項５に記載の走行中給電システムであって、
   前記制御部は、前記送電セグメントを切り替えるときに、Ｎ個置き（Ｎは１以上の自然数）に切り替える、走行中給電システム。
7. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の走行中給電システムであって、
   前記制御部は、複数の前記セグメントのうち、中央に配置された前記セグメントを前記送電セグメントとする、走行中給電システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の走行中給電システムであって、
   前記制御部は、
   前記インバータ回路と、前記フィルタ回路と、前記共振回路と、前記送電コイルの少なくとも１つについて、地絡と、短絡と、開放のうちの少なくとも１つの異常を判断する、走行中給電システム。

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