JP5263391B2 - 非接触受電装置およびそれを備える車両 - Google Patents

Description

この発明は、非接触受電装置およびそれを備える車両に関し、特に送電コイルから送電された電力を電磁共鳴により受電するように構成された受電コイルを備える非接触受電装置および車両に関する。

特開２００６−３４５５８８号公報（特許文献１）は、電磁誘導を用いた非接触給電システムにおいて、給電効率取得手段によって得られた給電効率を最大とするように、一次コイルの位置を移動させる位置決め手段を備えることが開示されている。

特開２００６−３４５５８８号公報 特開平９−１８２２１２号公報 国際公開第２００７／００８６４６号パンフレット

電源コードや送電ケーブルを用いずに非接触で送電する非接触送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電技術、マイクロ波を用いた送電技術、および共鳴法による送電技術の３つの技術が知られている。このうち、共鳴法は、１対の共鳴器（１対の自己共振コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数メートル）送電することも可能である。

上記の特開２００６−３４５５８８号公報に開示される非接触給電装置は、一次コイルを移動可能に支持する位置決め手段を給電設備側に設ける必要があるので、装置が大掛かりなものとなる。今後、一般の乗用車向けの普及を図るためには、より簡易なシステム構成が望まれる。また共鳴法において、簡易な位置検出方法を工夫する必要もある。

この発明の目的は、給電設備への駐車精度を確保しつつ、構成が簡単な非接触受電装置およびそれを備える車両を提供することである。

この発明は、要約すると、電源から電力を受けて送電を行なう送電コイルから電力を受電する非接触受電装置であって、送電コイルから送電された電力を電磁共鳴により受電するように構成された受電コイルと、受電コイルによって受電した電力を整流するように構成された整流器と、整流器で整流された電力が供給されるように配置された負荷と、受電コイルから整流器を経由して負荷に電力を送るための電力線対に設けられ、電力線対間に直列に接続される抵抗および接続スイッチと、受電コイルの位置が送電コイルに対して受電可能な位置であるか否かを判断するために、接続スイッチを制御する制御装置とを備える。制御装置は、受電コイルの位置を判断する場合には接続スイッチを導通させ、受電コイルから整流器を経由して負荷に電力を送る場合には、接続スイッチを非導通とさせる。

好ましくは、非接触受電装置は、車両を走行させるモータと、モータに供給する電力を蓄電する蓄電装置とをさらに備える。負荷は、蓄電装置に充電を行なう充電器を含む。抵抗および接続スイッチは、電力線対の一部であって整流器と蓄電装置とを接続する部分に配置される。

好ましくは、非接触受電装置は、車両を走行させるモータと、モータに供給する電力を蓄電する蓄電装置と、受電コイルと電力授受可能な二次コイルとをさらに備える。負荷は、蓄電装置に充電を行なう充電器を含む。抵抗および接続スイッチは、電力線対の一部であって整流器と二次コイルとを接続する部分に配置される。

より好ましくは、非接触受電装置は、抵抗の両端に生じる電圧を検出する交流ピーク検出用の電圧センサをさらに備える。制御装置は、電圧センサの検出結果に基づいて、受電コイルの位置を判断する。

好ましくは、電源および送電コイルは、車両の外部の給電装置に設けられる。制御装置は、車両の運転者から給電する旨の指示が与えられた場合には、接続スイッチを導通させるとともに給電装置に対してテスト用送電を開始させ、抵抗の両端に生じる電圧の大きさに基づいて、受電コイルの位置が送電コイルに対して受電可能な位置であるか否かを判断する。

より好ましくは、制御装置は、受電コイルの位置が送電コイルに対して受電可能な位置であるか否かを判断することを繰返しながら、受電コイルが送電コイルに対して受電可能な位置となるように、車両を移動させる方向を決定する。

好ましくは、抵抗のインピーダンスは、電源のインピーダンスにマッチングされている。

この発明は、他の局面では、上記いずれかの非接触受電装置を搭載する車両である。

本発明によれば、共鳴法を用いた場合において簡易な構成で車両の位置が適切か否かを判断することができる。

この発明の実施の形態による車両用給電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 図１に示した車両１００の詳細を示す構成図である。 車両側の受電ユニット１１０と給電装置側の送電ユニット２２０についてより詳細に説明するための回路図である。 図４に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。 非接触給電を実行する際に車両位置を調整する段階で実行される制御を説明するためのフローチャートである。 一次側電圧と距離Ｌの関係を示した図である。 二次側電圧と距離Ｌの関係を示した図である。 一次側電流と距離Ｌとの関係を示した図である。 距離Ｌの微分値が零となる様子を示した図である。 本発明の実施の形態において充電動作を説明するための動作波形図である。 実施の形態２においてテスト信号検出用の抵抗の位置を説明するための図である。 電圧センサ１９０Ａの構成の一例を示した図である。

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。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による車両用給電システムの全体構成図である。

図１を参照して、車両用給電システム１０は、車両１００と、給電装置２００とを備える。車両１００は、受電ユニット１１０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０とを含む。

受電ユニット１１０は、車体底面に設置され、給電装置２００の送電ユニット２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電ユニット１１０は、後に説明する自己共振コイルを含み、送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニット２２０から非接触で受電する。カメラ１２０は、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０との位置関係を検知するために設けられ、たとえば車両後方を撮影可能に車体に取付けられる。通信ユニット１３０は、車両１００と給電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

給電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電ユニット２２０と、発光部２３０と、通信ユニット２４０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえば系統電源から供給される商用交流電力を高周波の電力に変換して送電ユニット２２０へ出力する。なお、高周波電源装置２１０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚである。

送電ユニット２２０は、駐車場の床面に固定され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電ユニット１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電ユニット２２０は、自己共振コイルを含み、受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニット１１０へ非接触で送電する。発光部２３０は、送電ユニット２２０上に複数設けられ、送電ユニット２２０の位置を示すために設けられる。発光部２３０は、たとえば発光ダイオードなどを含む。通信ユニット２４０は、給電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

この車両用給電システム１０においては、給電装置２００の送電ユニット２２０から高周波の電力が送出され、車両１００の受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルとが電磁場を介して共鳴することにより、給電装置２００から車両１００へ給電される。

ここで、給電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００を給電装置２００へ誘導して車両１００の受電ユニット１１０と給電装置２００の送電ユニット２２０との位置合わせを行なう必要がある。

位置合わせは、まず、第１段階においては、カメラ１２０によって撮影される画像に基づいて車両１００の受電ユニット１１０と給電装置２００の送電ユニット２２０との位置関係が検知され、その検知結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両を誘導するように車両が制御される。より詳しくは、送電ユニット２２０上に設けられた複数の発光部２３０がカメラ１２０によって撮影され、複数の発光部２３０の位置および向きが画像認識される。そして、その画像認識の結果に基づいて送電ユニット２２０と車両との位置および向きが認識され、その認識結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両が誘導される。

ここで、受電ユニット１１０および送電ユニット２２０の対向面積は、車体底面の面積よりも小さいところ、送電ユニット２２０が車体下部に入り込むことによってカメラ１２０により送電ユニット２２０を撮影できなくなると、第１段階から第２段階に切替わる。この第２段階においては、送電ユニット２２０から受電ユニット１１０への給電が行なわれ、その給電状況に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離が検知される。そして、その距離情報に基づいて、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせを行なうように車両が制御される。

なお、上記の第２段階時に送電ユニット２２０からテスト信号として送出される電力の大きさは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせの完了後に送電ユニット２２０から受電ユニット１１０へ供給される充電のための電力よりも小さく設定される。上記第２段階時に送電ユニット２２０から電力を送出するのは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離を検知するためであり、本格的な給電を行なう際の大電力は不要だからである。

次に、この実施の形態による車両用給電システム１０に用いられる非接触給電方法について説明する。この実施の形態による車両用給電システム１０では、共鳴法を用いて給電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。

図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。

なお、図１との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図１の受電ユニット１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図１の送電ユニット２２０に対応する。

図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
図３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。

この中でも波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域があるが、共鳴法では、この近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。

図４は、図１に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
図４を参照して、車両１００は、蓄電装置１５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ１６２と、インバータ１６４，１６６と、モータジェネレータ１７２，１７４と、エンジン１７６と、動力分割装置１７７と、駆動輪１７８とを含む。

車両１００は、さらに、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と、システムメインリレーＳＭＲ２と、電圧センサ１９０とを含む。

車両１００は、さらに、車両外部の電源１９４から受電するためのプラグイン充電用としてインレット１９２と、充電器１９１とを含む。車両１００は、さらに、制御装置１８０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０と、給電ボタン１２２とを含む。

この車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を動力源として搭載する。エンジン１７６およびモータジェネレータ１７２，１７４は、動力分割装置１７７に連結される。そして、車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン１７６が発生する動力は、動力分割装置１７７によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪１７８へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１７２へ伝達される経路である。

モータジェネレータ１７２は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７２は、動力分割装置１７７によって分割されたエンジン１７６の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン１７６が始動してモータジェネレータ１７２により発電が行なわれ、蓄電装置１５０が充電される。

モータジェネレータ１７４も、交流回転電機であり、モータジェネレータ１７２と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７４は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１７２により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１７４の駆動力は、駆動輪１７８に伝達される。

また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪１７８を介してモータジェネレータ１７４の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ１７４が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ１７４は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ１７４により発電された電力は、蓄電装置１５０に蓄えられる。

動力分割装置１７７は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車を使用することができる。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１７６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ１７２の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ１７４の回転軸および駆動輪１７８に連結される。

蓄電装置１５０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を含む。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７２，１７４によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００（図１）から供給される電力やモータジェネレータ１７２，１７４からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ１は、制御装置１８０からの信号ＳＥ１が活性化されると、蓄電装置１５０を昇圧コンバータ１６２と電気的に接続し、信号ＳＥ１が非活性化されると、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間の電路を遮断する。昇圧コンバータ１６２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置１５０から出力される電圧以上の電圧に昇圧する。なお、この昇圧コンバータ１６２は、たとえば直流チョッパ回路を含む。

インバータ１６４，１６６は、それぞれモータジェネレータ１７２，１７４に対応して設けられる。インバータ１６４は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１７２を駆動し、インバータ１６６は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１７４を駆動する。なお、インバータ１６４，１６６は、たとえば三相ブリッジ回路を含む。

二次自己共振コイル１１２は、両端がスイッチ（リレー１１３）を介してコンデンサ１１１に接続されており、スイッチ（リレー１１３）が導通状態となったときに給電装置２００の一次共振コイルと電磁場を介して共鳴する。この共鳴により給電装置２００から受電が行なわれる。なお、図４ではコンデンサ１１１を設けた例を示したが、コンデンサに代えてコイルの浮遊容量によって共振するように、一次自己共振コイルとの調整をしてもよい。

なお、二次自己共振コイル１１２については、給電装置２００の一次自己共振コイルとの距離や、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値（たとえばＱ＞１００）およびその結合度を示すκなどが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１４０へ出力する。なお、二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４は、図１に示した受電ユニット１１０を形成する。

整流器１４０は、二次コイル１１４によって取出された交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＤに基づいて、整流器１４０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。

システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と蓄電装置１５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、制御装置１８０からの信号ＳＥ２が活性化されると、蓄電装置１５０をＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、蓄電装置１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電路を遮断する。電圧センサ１９０は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電圧ＶＲを検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。

整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間には直列に接続された抵抗１４４およびリレー１４６が設けられる。リレー１４６は、後に説明するように、車両１００が非接触給電を行なう場合に車両位置を調整する際に制御装置１８０によって導通状態に制御される。

制御装置１８０は、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ１６２およびモータジェネレータ１７２，１７４をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。制御装置１８０は、生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６へ出力する。そして、車両の走行時、制御装置１８０は、信号ＳＥ１を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオンさせるとともに、信号ＳＥ２を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオフさせる。

また、給電装置２００（図１）から車両１００への給電が行なわれるとき、制御装置１８０は、カメラ１２０によって撮影された画像をカメラ１２０から受ける。また、制御装置１８０は、給電装置２００から送出される電力の情報（電圧および電流）を給電装置２００から通信ユニット１３０を介して受け、電圧センサ１９０によって検出される電圧ＶＲの検出値を電圧センサ１９０から受ける。そして、制御装置１８０は、これらのデータに基づいて、給電装置２００の送電ユニット２２０（図１）へ当該車両を誘導するように後述の方法により車両の駐車制御を実行する。

送電ユニット２２０への駐車制御が完了すると、制御装置１８０は、通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ給電指令を送信するとともに、信号ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせる。そして、制御装置１８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を駆動するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。

図５は、車両側の受電ユニット１１０と給電装置側の送電ユニット２２０についてより詳細に説明するための回路図である。

図５を参照して、高周波電源装置２１０は、高周波交流電源２１３と、電源のインピーダンスを示す抵抗２１１とで表わされる。

送電ユニット２２０は、高周波電源装置２１０に接続される一次コイル２３２と、電磁誘導により一次コイル２３２と磁気的に結合される一次自己共振コイル２３４と、一次自己共振コイル２３４の両端に接続されたコンデンサ２４２とを含む。

受電ユニット１１０は、一次自己共振コイル２３４と、電磁場を介して共鳴する二次自己共振コイル１１２と、二次自己共振コイル１１２の両端に直列に接続されるコンデンサ１１１およびリレー１１３とを含む。リレー１１３は、受電する場合に導通状態に制御される。

受電ユニット１１０は、二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合される二次コイル１１４をさらに含む。二次コイル１１４で受電された交流電力は整流器１４０で整流される。整流器１４０の出力にはコンデンサＣ１が接続されており、車両と給電設備との位置を調整する場合に用いられるリレー１４６および抵抗１４４がコンデンサＣ１の電極間に接続されている。整流器１４０の出力側にはさらに充電器１４２（ＤＣ／ＤＣコンバータ）が接続され適切な充電電圧に電圧が変換され、変換後の充電電圧はバッテリ(蓄電装置１５０）に与えられる。

抵抗１４４は、たとえば５０Ωのインピーダンスに設定されており、この値は高周波電源装置２１０の抵抗２１１で表わされるインピーダンスとマッチングするように調整されている。

電圧センサ１９０は、車両に非接触給電が行なわれる際に車両の停止位置を調整する際には抵抗１４４の両端の電圧を検出して、検出値ＶＲを制御装置１８０に出力する。

一方車両位置の調整が完了し外部電源から車両に非接触給電により充電が行なわれている場合には、充電器１４２に対する入力電圧を検出値ＶＲとして電圧センサ１９０が検出する。

図６は、図４に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。
図６を参照して、制御装置１８０は、ＩＰＡ（Intelligent Parking Assist）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４１０と、ＥＰＳ（Electric Power Steering）４２０と、ＭＧ（Motor-Generator）−ＥＣＵ４３０と、ＥＣＢ（Electronically Controlled Brake）４４０と、ＥＰＢ（Electric Parking Brake）４５０と、共鳴ＥＣＵ４６０と、ＨＶ（Hybrid Vehicle）−ＥＣＵ４７０とを含む。

ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、車両の動作モードが充電モードのとき、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて、給電装置２００の送電ユニット２２０（図１）へ車両を誘導する誘導制御を実行する（第１の誘導制御）。

具体的には、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて送電ユニット２２０を認識する。ここで、送電ユニット２２０には、送電ユニット２２０の位置および向きを示す複数の発光部２３０が設けられており、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０に映し出された複数の発光部２３０の映像に基づいて送電ユニット２２０との位置関係（おおよその距離および向き）を認識する。そして、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、その認識結果に基づいて、送電ユニット２２０へ適切な向きで車両が誘導されるようにＥＰＳ４２０へ指令を出力する。

また、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、送電ユニット２２０に車両が近づくことによって送電ユニット２２０が車体下部に入り込み、カメラ１２０によって送電ユニット２２０を撮影できなくなると、カメラ１２０からの画像情報に基づく誘導制御（第１の誘導制御）の終了をＨＶ−ＥＣＵ４７０へ通知する。ＥＰＳ４２０は、第１の誘導制御時、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０からの指令に基づいてステアリングの自動制御を行なう。

ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を制御する。詳しくは、ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を駆動するための信号を生成してそれぞれインバータ１６４，１６６および昇圧コンバータ１６２へ出力する。

ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、車両の制動を制御する。詳しくは、ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、油圧ブレーキの制御を行なうとともに、油圧ブレーキとモータジェネレータ１７４による回生ブレーキとの協調制御を行なう。ＥＰＢ４５０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、電動パーキングブレーキの制御を行なう。

共鳴ＥＣＵ４６０は、給電装置２００（図１）から送出される電力の情報を給電装置２００から通信ユニット１３０を介して受ける。また、共鳴ＥＣＵ４６０は、車両における受電電圧を示す電圧ＶＲの検出値を電圧センサ１９０（図４）から受ける。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、たとえば給電装置２００からの送電電圧と電圧ＶＲとを比較することによって、給電装置２００の送電ユニット２２０と車両の受電ユニット１１０との距離を検知する。

図７は、非接触給電を実行する際に車両位置を調整する段階で実行される制御を説明するためのフローチャートである。図７において左半分には車両側で実行される制御が示され、右半分には給電装置側で実行される制御が示されている。

図１、図７を参照して、まず車両側でステップＳ１において停車処理が行なわれ、続いてステップＳ２において給電ボタン１２２がオン状態に設定されたか否かが検出される。給電ボタンがオン状態に設定されていない場合には制御装置１８０は給電ボタンがオンに設定されるまで待つ。ステップＳ２において給電ボタン１２２がオン状態に設定されたことが検出された場合にはステップＳ３に処理が進む。ステップＳ３では、制御装置１８０は通信ユニット１３０を使用して給電装置２００と通信を開始する。

ここで給電装置側においてはステップＳ５１において処理が開始されると車両側から通信があるまでステップＳ５２において待っており、通信の開始が要求された場合にはステップＳ５３において通信を開始する。そしてステップＳ５４においてテスト信号送電要求がオン状態になるのを待つ。

車両側ではステップＳ３の通信開始の処理に続いてステップＳ４においてリレー１１３をオン状態に設定する制御が実行される。そしてステップＳ５において駐車制御の開始が行なわれる。駐車制御は、第１段階では、カメラを用いたＩＰＡ（インテリジェントパーキングアシスト）システムが用いられる。

そして車両が給電位置にある程度近づくと制御装置１８０内部で距離検出要求がオン状態に設定される。するとステップＳ６からステップＳ７に処理が進み、制御装置１８０はリレー１４６をオン状態に設定する。そしてステップＳ８において給電装置側にテスト信号送電要求をオン状態にしたことを送信する。すると給電装置はステップＳ５４においてテスト信号送電要求がオン状態に設定されたことを検出してステップＳ５５に処理を進めてテスト信号を車両に送電する。このテスト信号は、充電開始後に送電する場合と同様な電力を送信してもよいが、本格的な送電時に送る信号よりも弱い信号に設定することが好ましい。

そしてこのテスト信号を用いて抵抗１４４の両端に生じる電圧がある電圧に到達したことをもって給電可能な距離に車両が到達したことが検出される。

図８は、一次側電圧と距離Ｌの関係を示した図である。
図９は、二次側電圧と距離Ｌの関係を示した図である。

具体的には、図８に示すような一定の一次側電圧（給電装置２００からの出力電圧）に対して、二次側電圧（車両１００の受電電圧）は、図９に示すように、給電装置２００の送電ユニット２２０と車両１００の受電ユニット１１０との間の距離Ｌに応じて変化する。そこで、この図８、図９に示される一次側電圧および二次側電圧の関係を予め測定するなどしてマップ等を作成しておき、二次側電圧を示す電圧ＶＲの検出値に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離を検出することができる。

なお、一次側電流に基づいて距離を検出することも可能である。
図１０は、一次側電流と距離Ｌとの関係を示した図である。

図１０に示すように、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離Ｌに応じて一次側電流（給電装置２００からの出力電流）も変化するが、この関係を用いて、給電装置２００からの出力電流の検出値に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離を検知してもよい。

再び図６を参照して、共鳴ＥＣＵ４６０は、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離を検知すると、その距離情報をＨＶ−ＥＣＵ４７０へ出力する。また、共鳴ＥＣＵ４６０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０から充電開始指令を受けると、システムメインリレーＳＭＲ２へ出力される信号ＳＥ２を活性化することによってシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせる。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を駆動するための信号を生成してＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。

ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、車両の動作モードが走行モードのとき、アクセルペダル／ブレーキペダルの操作状況や車両の走行状況等に応じて、ＭＧ−ＥＣＵ４３０およびＥＣＢ４４０へ制御指令を出力する。また、パーキングブレーキスイッチが操作される等して運転者によりパーキングブレーキの作動が指示されると、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＥＰＢ４５０へ動作指令を出力する。

一方、車両の動作モードが充電モードのとき、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、通信ユニット１３０によって給電装置２００（図１）との通信を確立し、給電装置２００を起動するための起動指令を通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ出力する。給電装置２００が起動すると、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、給電装置２００の送電ユニット２２０上に設けられる発光部２３０の点灯指令を通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ出力する。そして、発光部２３０が点灯すると、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、車両１００を送電ユニット２２０へ誘導する誘導制御を実行中であることを示す誘導制御中信号を通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ出力するとともに、カメラ１２０からの画像情報に基づく誘導制御（第１の誘導制御）の実行を指示する指令をＩＰＡ−ＥＣＵ４１０へ出力する。

さらに、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、第１の誘導制御の終了通知をＩＰＡ−ＥＣＵ４１０から受けると、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離情報に基づく誘導制御を実行する（第２の誘導制御）。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、給電装置２００の送電ユニット２２０と車両の受電ユニット１１０との距離情報を共鳴ＥＣＵ４６０から受け、その距離情報に基づいて、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離が最小となるように、車両の駆動および制動をそれぞれ制御するＭＧ−ＥＣＵ４３０およびＥＣＢ４４０へ指令を出力する。

なお、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離が最小であることの判断は、たとえば、共鳴ＥＣＵ４６０から受ける送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離Ｌの微分値が零となるときに基づいてなされる。

図１１は、距離Ｌの微分値が零となる様子を示した図である。図１１に示すｄＬ／Ｄｔ＝０となった時点で車両を停止させればよい。送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせが完了すると、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＥＰＢ４５０へ動作指令を出力する。

再び図７を参照して、ステップＳ１０では、制御装置１８０は、受電コイル（二次自己共振コイル１１２）の位置が送電コイル（一次自己共振コイル２３４）に対して受電可能な位置であるか否かを判断することを繰返しながら、受電コイルが送電コイルに対して受電可能な位置となるように、車両を移動させる方向を決定する。

ステップＳ１０において駐車位置が確定し駐車終了と判断された場合にはステップＳ１０からステップＳ１１に処理が進み、車両の制御装置１８０はテスト信号送電要求をオフ状態に設定する。その設定が通信によって給電装置に連絡されると、ステップＳ５６においてテスト信号送電要求がオフ状態に変化したことが検出されテスト信号の送電が中止される。

給電装置では、続いてステップＳ５７において給電要求がオン状態に変化するか否かが検出される。

車両側ではステップＳ１１においてテスト信号送電要求をオフ状態に設定した後ステップＳ１２において電圧ＶＲが所定値より小さくなったか否かが判断される。ステップＳ１２において電圧ＶＲが所定値より小さくなるまで時間待ちが行なわれた後、ステップＳ１２からステップＳ１３に処理が進む。

ステップＳ１３ではリレー１４６がオン状態からオフ状態に制御される。ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、その後、給電装置２００からの給電を指示する給電指令を通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ出力するとともに共鳴ＥＣＵ４６０へ充電開始指令を出力する。そしてステップＳ１４において、ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、給電装置に向けて給電要求をオン状態にしたことを通信する。

給電装置側ではステップＳ５７において給電要求がオン状態になったことが検出されてステップＳ５８において給電を開始する。これに伴い車両側ではステップＳ１５において受電が開始される。

図１２は、本発明の実施の形態において充電動作を説明するための動作波形図である。
図１２を参照して、時刻ｔ１において給電装置の電源がオフ状態からオン状態に起動されこれに伴い給電装置の制御ＥＣＵもオフ状態からオン状態に起動される。

時刻ｔ２において車両の起動スイッチが操作される。続いて時刻ｔ３において通信ユニットによる通信が開始され通信がオフ状態からオン状態に変化する。

続いて時刻ｔ４において充電ボタン（図４の給電ボタン１２２）がオフ状態からオン状態に設定されるとこのときインレット１９２からプラグイン充電が行なわれるか否かを示す信号ＣＮＣＴの入力の有無が判定される。信号ＣＮＣＴがオン状態であれば外部電源１９４からのプラグイン充電が実行される場合であり、信号ＣＮＣＴがオフ状態であればプラグイン充電を使用せずに非接触充電が行なわれる場合である。この判定は充電ボタンがオフ状態からオン状態に設定されたタイミングで行なわれる。そして図１２で示した場合には時刻ｔ４においては信号ＣＮＣＴはオフ状態であるのでモード判定は非接触充電であると判定されている。非接触部充電が可能とされるためにリレー１１３がオフ状態からオン状態に設定変更される。これにより二次自己共振コイル１１２のインピーダンスが一次自己共振コイル２３４のインピーダンスとマッチングするようになり共鳴法による電力伝送が可能となる。

その後時刻ｔ５〜ｔ６において距離検出を行ないながら駐車位置の調整が行なわれる。まず距離検出の要求がオフ状態からオン状態に変更され続いてリレー１４６がオフ状態からオン状態に変更され続いてテスト信号要求がオフ状態からオン状態に変更される。これに応じて給電装置は距離検出用にテスト送電を開始する。これに応じて電圧ＶＲは変化する。車両側では制御装置１８０が図９に示した関係を用いて給電ユニットと受電ユニットの距離を検出する。距離が適切な位置であることが検出されると（距離検出オンからオフに変化）テスト信号要求もオン状態からオフ状態に変化しリレー１４６もオン状態からオフ状態に変化し充電器１４２に電力が入力可能な状態となる。

ここで時刻ｔ６においてシフト動作すなわちパーキング位置にシフトが変更されたことが検出されると図４のシステムメインリレーＳＭＲ２が導通状態に制御されその後車両から給電要求が給電装置に向けて行なわれるとともに電力指令が数値で通信される。これにより充電器１４２に電圧ＶＲが印加され充電が開始されバッテリの充電状態ＳＯＣが徐々に増加する。

時刻ｔ８において充電状態ＳＯＣが充電停止に相当するしきい値に到達すると車両から給電装置に対する給電要求がオフ状態に変化するとともに、電力指令も０に変化する。そしてこれに応答して給電装置は出力電力を０に戻し送電が停止される。そして図５のコンデンサＣ１にチャージされていた電荷が抜けるまで時間待ちが行なわれた後に図４のシステムメインリレーＳＭＲ２がオン状態からオフ状態に制御され充電処理の完了となる。

以上説明したように、実施の形態１では、給電装置の電源のインピーダンスにマッチングさせた抵抗１４４を整流器１４０と充電器１４２に接続してテスト送電結果によって距離を検出している。これにより、簡易な方法により、精度よく小電力で距離検出を行なうことができる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては図５に示したように整流器１４０と充電器１４２との間にテスト送電信号検出用の抵抗１４４を配置した。この抵抗１４４の位置は他の位置であってもよい。

図１３は、実施の形態２においてテスト信号検出用の抵抗の位置を説明するための図である。

図１３においては、抵抗１４４Ａとリレー１４６Ａが、二次コイル１１４の端子間に直列に接続されている。そしてコンデンサＣ２が同様に二次コイル１１４の端子間に接続されている。

リレー１４６Ａは距離を検出しながら駐車位置を決定するときに導通状態に制御され、充電器１４２を経由してバッテリ(蓄電装置１５０）に充電が行なわれている場合にはオフ状態に制御される。二次コイル１１４からは交流信号が出力されるため、これを検出する電圧センサ１９０Ａは交流ピーク検出用の電圧センサを使用する必要がある。この交流はメガヘルツ帯の周波数であるため、電圧センサとしてサンプリング周波数が高く設定されたＡＤコンバータを内蔵したものが利用される。

図１４は、電圧センサ１９０Ａの構成の一例を示した図である。
図１４を参照して、電圧センサ１９０Ａは、二次コイル１１４の両端にそれぞれ接続される端子Ｔ１，Ｔ２と、端子Ｔ１，Ｔ２の間に印加される電圧ＶＲを分圧するための直列に接続された抵抗５１２，５１６と、抵抗５１２に並列接続されるキャパシタ５１０と、抵抗５１６に並列接続されるキャパシタ５１４とを含む。

抵抗５１２，５１６の接続ノードからは分圧された電圧が取出される。分圧比を決定する抵抗５１２，５１６の抵抗値は、入力電圧ＶＲとＡＤコンバータの入力レンジとの関係で設定される。

電圧センサ１９０Ａは、分圧電圧のノイズを除去するためのフィルタを構成するコイル５０６およびキャパシタ５０８と、このコイル５０６およびキャパシタ５０８で構成されたフィルタからの出力を受けるＡＤコンバータ５０４と、ＡＤコンバータでデジタル値に変更された測定値を取込むＣＰＵ５０２とを含む。ＣＰＵ５０２は、図４の制御装置１８０に対して電圧値ＶＲを出力する。

実施の形態２で示した位置に、距離検出用の抵抗を距離検出時に接続する場合でも、実施の形態１と同様に、簡易な方法により、精度よく小電力で距離検出を行なうことができる。

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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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 車両用給電システム、１００ 車両、１１０ 受電ユニット、１１１，１１３，２４２，Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、１１２，３４０ 二次自己共振コイル、１１４，３５０ 二次コイル、１２０ カメラ、１２２ 給電ボタン、１３０ 通信ユニット、１４０ 整流器、１４２，１９１ 充電器、１４４，１４４Ａ，２１１，５１２，５１６ 抵抗、１４６，１４６Ａ リレー、１５０ 蓄電装置、１６２ 昇圧コンバータ、１６４，１６６ インバータ、１７２，１７４ モータジェネレータ、１７６ エンジン、１７７ 動力分割装置、１７８ 駆動輪、１８０ 制御装置、１９０，１９０Ａ 電圧センサ、１９２ インレット、１９４ 外部電源、２００ 給電装置、２１０ 高周波電源装置、２１３ 高周波交流電源、２２０ 送電ユニット、２３０ 発光部、２３２，３２０ 一次コイル、２３４，３３０ 一次自己共振コイル、２４０ 通信ユニット、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、４１０ ＩＰＡ−ＥＣＵ、４２０ ＥＰＳ、４３０ ＭＧ−ＥＣＵ、４４０ ＥＣＢ、４５０ ＥＰＢ、４６０ 共鳴ＥＣＵ、４７０ ＨＶ−ＥＣＵ、５０２ ＣＰＵ、５０４ ＡＤコンバータ、５０６ コイル、５０８，５１０，５１４ キャパシタ、ＰＬ２ 正極線、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー、Ｔ１ 端子。

Claims (9)

1. 電源から電力を受けて送電を行なう送電コイルから電力を受電する非接触受電装置であって、
   前記送電コイルから送電された電力を非接触給電により受電するように構成された受電コイルと、
   前記受電コイルによって受電した電力を整流するように構成された整流器と、
   前記整流器で整流された電力が供給されるように配置された負荷と、
   前記受電コイルから前記負荷に電力を送るための電力線対に設けられ、前記電力線対間に直列に接続される抵抗および接続スイッチと、
   前記接続スイッチを制御する制御装置とを備える、非接触受電装置。
2. 前記制御装置は、前記受電コイルの位置を判断する場合には前記接続スイッチを導通させ、前記受電コイルから前記整流器を経由して前記負荷に電力を送る場合には、前記接続スイッチを非導通とさせる、請求項１に記載の非接触受電装置。
3. 車両を走行させるモータと、
   前記モータに供給する電力を蓄電する蓄電装置とをさらに備え、
   前記負荷は、
   前記蓄電装置に充電を行なう充電器を含み、
   前記抵抗および前記接続スイッチは、前記電力線対の一部であって前記整流器と前記蓄電装置とを接続する部分に配置される、請求項１に記載の非接触受電装置。
4. 車両を走行させるモータと、
   前記モータに供給する電力を蓄電する蓄電装置と、
   前記受電コイルと電力授受可能な二次コイルとをさらに備え、
   前記負荷は、
   前記蓄電装置に充電を行なう充電器を含み、
   前記抵抗および前記接続スイッチは、前記電力線対の一部であって前記整流器と前記二次コイルとを接続する部分に配置される、請求項１に記載の非接触受電装置。
5. 前記抵抗の両端に生じる電圧を検出する交流ピーク検出用の電圧センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記電圧センサの検出結果に基づいて、前記受電コイルの位置を判断する、請求項４に記載の非接触受電装置。
6. 前記電源および前記送電コイルは、車両の外部の給電装置に設けられ、
   前記制御装置は、前記車両の運転者から給電する旨の指示が与えられた場合には、前記接続スイッチを導通させるとともに前記給電装置に対してテスト用送電を開始させ、前記抵抗の両端に生じる電圧の大きさに基づいて、前記受電コイルの位置が前記送電コイルに対して受電可能な位置であるか否かを判断する、請求項１に記載の非接触受電装置。
7. 前記制御装置は、前記受電コイルの位置が前記送電コイルに対して受電可能な位置であるか否かを判断することを繰返しながら、前記受電コイルが前記送電コイルに対して受電可能な位置となるように、車両を移動させる方向を決定する、請求項６に記載の非接触受電装置。
8. 前記抵抗のインピーダンスは、前記電源のインピーダンスにマッチングされている、請求項１に記載の非接触受電装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の非接触受電装置を搭載する車両。

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