JP5983281B2

JP5983281B2 - 非接触給電システム

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Publication number: JP5983281B2
Application number: JP2012227057A
Authority: JP
Inventors: 福澤　成敏; 成敏福澤; 敏文田中; 道幸中澤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: JP2014082805A

Description

本発明は、移動体への給電を行う非接触給電システムであり、特に走行路に設けられた給電コイルから、走行路を移動する移動体に設けられた受電コイルに、非接触で電力を伝送する非接触給電システム、移動体に関する。

蓄電池を搭載し、電気モーターで走行する電気自動車のような移動体に対し、移動体が走行路を移動中（走行中）に、非接触で電力を伝送する非接触給電が注目されている。この非接触給電技術としては、例えば、給電装置に備えられた給電コイルから受電装置に備えられた受電コイルとの磁場結合を利用した、（Ａ）電磁誘導を利用するタイプ（電磁誘導タイプ）や、（Ｂ）磁場の共振現象を利用するタイプ（磁場共振タイプ）がある。移動体は受電コイルを備え、移動体が給電ポイントに進入すると、走行路に配置された給電ポイントに設けられた給電コイルから移動体の受電コイルへ非接触で電力が供給される。

例えば特許文献１には、固定側に設けられた複数の一次コイル（給電コイル）と、移動体に設けられた複数の二次コイル（受電コイル）とを備え、一次コイルから二次コイルへ給電する移動体給電装置が開示されている。この移動体給電装置では、複数の二次コイルは、移動体が移動する場合に、一次コイルに正対して対向する二次コイルが切り換わるように配置しており、予め設定した所定の条件成立時に特定した１の一次コイルのみ電力を供給するように、移動体の移動に伴って、電力を供給する一次コイルを切り換える切り替え手段を備えている。そして、走行路を移動中である移動体への非接触給電においては、給電コイルと受電コイルを正対して対向させることが、電力伝送効率向上に寄与し、他方、コイル同士の位置ずれにより電力伝送効率が低下することが記載されている。

特許文献２には、施設に設けられた給電コイルと、移動体に設けられた受電コイルと、給電コイルの位置を検出する手段と、移動体の位置を検出する手段と、給電コイルの位置及び移動体の位置に基づき、前記給電コイルが発生する磁界ベクトルの向きを算出し、前記磁界ベクトルの向きに一致するように前記給電コイルあるいは前記受電コイルの向きを調整する手段と、を有する給電システムが開示されている。これにより、給電コイルから受電コイルへ高効率で給電を行うことが記載されている。

また、特許文献３には、１次側共鳴コイル（給電コイル）及び２次側共鳴コイル（受電側コイル）の少なくとも一方が複数設けられ、１次側共鳴コイル及び２次側共鳴コイル間の距離を推定する距離推定手段と、前記距離推定手段により推定された距離から給電側設備と車載側設備との位置関係を推定する位置推定手段と、を備える共鳴型非接触充電システムが開示されている。

特開２０１１−１６７０３１号公報特開２０１０−９８８９６号公報特開２０１０−１８３８１３号公報

走行路を移動する移動体が給電ポイントに進入する際には、移動体の位置を前もって特定し、移動体と給電ポイントとの相対位置情報（例えば移動体と給電ポイントとの位置ずれや車速）を予め取得しておくことが望まれる。これにより、給電ポイントに移動体を適切に導くことが可能となる。

特許文献１、２では、移動体を給電ポイントへ導くために、ＧＰＳにより移動体位置を特定している。このため、ＧＰＳ衛星からの信号を取得することが困難なエリアにおいては移動体位置を特定できない。また、ＧＳＰ衛星からの信号を取得することが可能なエリアであっても、位置を特定するための精度が十分に得られずに、移動体が給電ポイントに進入した際に、移動体と給電ポイントとの位置ずれ、厳密に言えば、給電ポイントに含まれる給電コイルと、移動体に搭載される受電コイルの位置ずれが大きくなるおそれがある。

特許文献３では、走行路を移動する移動体が給電ポイント内に進入した後に、移動体と給電ポイントとの相対距離を推定することが可能となるが、移動体が給電ポイント内に入る前に相対距離を推定することは困難である。

本発明は、非接触給電システムないし移動体において、走行路を移動する移動体が給電ポイントに進入する前に、移動体に搭載された非接触給電用の受電コイルと給電ポイントに含まれる給電コイルとの相対位置情報、すなわち、両コイルの間の位置ずれや車速（相対速度）を、高い精度で導出することを目的とする。

本発明に係る移動体への非接触給電システムは、走行路に設けられ少なくとも一つの給電コイルを含む給電ポイントから、前記走行路を移動する移動体への給電を行う非接触給電システムであって、前記移動体は第一の受電コイルと前記給電コイルから電力を受電する第二の受電コイルと、を含み、前記走行路は前記移動体の走行方向に対して前記給電ポイントより手前にマーカーを含み、前記移動体が前記マーカーに含まれる複数の電流誘起手段を通過する際に、前記第一の受電コイルに誘起された受電量を検出する受電量検出手段と、前記受電量検出手段によって検出された前記受電量により、前記給電コイルと前記第二の受電コイルとの相対位置関係に換算する相対位置情報取得手段と、を備えたことを特徴とする。

この移動体への非接触給電システムによれば、走行路に配置される給電ポイントに進入する前に、給電ポイントにおける給電コイルと、移動体に設けられた第一の受電コイルおよび第二の受電コイルとの相対位置、即ち、移動体の進行方向に直交する方向のずれ、乃至は、移動体の進行方向の車速を導出できる。

また、本発明に係わる移動体への非接触給電システムにおいて、前記マーカーに含まれる複数の電流誘起手段の少なくとも２つは、前記移動体の進行方向に対し、斜めに配置されていることが好ましい。この発明は、前記給電コイルと第二の受電コイルとの相対位置、すなわち、直交方向のずれと車速、の導出を同時に達成できる最小の、かつ効果的な配置であり、安価な非接触給電システムの構築に寄与する好ましい配置である。

また、本発明に係わる移動体への非接触給電システムにおいて、前記電流誘起手段は、前記電流誘起手段としてのコイルに電力を供給する電源部を含む非接触給電システムであることが好ましい。この発明により、電流誘起手段は、移動体の第一の受電コイルへ電流を、電磁誘導により、効率的に誘起することが可能となる。

また、本発明に係わる移動体への非接触給電システムにおいて、前記電流誘起手段は強磁性体で構成されることが好ましい。
この構成により、電流誘起手段は、移動体の第一の受電コイルへ電流を誘起することが可能であり、かつ、前記電流誘起手段へ電力の供給が不要になるため、省消費電力で、簡便／安価なシステム構築が可能となる。

また、本発明に係わる移動体への非接触給電システムにおいて、好ましくは、前記第一の受電コイルと第二の受電コイルは、同一のコイルであることを特徴とする。この構成により、移動体の構成が簡素化され、移動体重量軽減と共に、第一の受電コイルと第二の受電コイルの位置関係把握の必要がなくなり、給電ポイントにおける給電コイルと、受電コイルの位置ずれを更に少ない演算量で導出することができる。

また、本発明に係わる移動体として、走行路に設けられ少なくとも一つの給電コイルを含む給電ポイントから、前記走行路を移動する移動体への給電を行う非接触給電システムにおいて、前記移動体は第一の受電コイルと前記給電コイルから電力を受電する第二の受電コイルと、を含み、前記移動体が走行方向に対して前記給電ポイントより手前のマーカーに含まれる複数の電流誘起手段を通過する際に、前記第一の受電コイルに誘起された受電量を検出する受電量検出手段と、前記受電量検出手段によって検出された前記受電量により、前記給電コイルと前記第二の受電コイルとの相対位置関係に換算する相対位置情報取得手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の、移動体への非接触給電システム、ないし移動体は、走行路に配置される、給電ポイントに進入する前に、給電ポイントにおける給電コイルと、移動体に設けられた第一の受電コイルとの相対位置、即ち、移動体の進行方向に直交する方向のずれ、乃至は、移動体の進行方向の車速を精度よく導出できる。

本発明に係る非接触給電システムを示す構成図である。給電ポイント２の詳細な構成を示した説明図である。移動体４の構成を示した説明図である。電流誘起手段６の１つの形態を示した説明図である。受電量検出手段４５を示した説明図である。電流誘起手段６を横切る移動体４と給電コイル２との位置関係を示した説明図である。電流誘起手段６を横切る移動体４と給電コイル２との位置関係を示した説明図である。電流誘起手段６を横切る移動体４と給電コイル２との位置関係を示した説明図である。図６の位置関係において、受電量検出手段により検出された電流応答を示した説明図である。電流ピーク値から、給電コイルと受電コイルの直交方向の相対位置を算出する手法を示した説明図である。本移動体への非接触給電システムにより、高効率で移動体へ非接触給電を行う方法を示すフローチャートを示した説明図である。第二の実施形態に係わる走行路と給電コイルと電流誘起手段の配置を示した説明図である。図１０の給電コイルおよび電流誘起手段の配置において、移動体がマーカーに対し、進入する様子を示した説明図である。移動体が、図１１で示した状態で、マーカーを横切った際に、各電流誘起手段により、誘起された受電コイルに流れる電流値の時間に対する応答を示した説明図である。定義した重み係数と、移動体が、図１１で示した状態で、マーカーを横切った際に、各電流誘起手段により、誘起された受電コイルに流れる電流値ピークの説明図である。移動体がマーカーを横切る際の、重み係数と検出された電流値ピークの積の和と直交方向のずれ量の関係を説明した図である。第三の実施形態に係わる電流誘起手段９の形態を示した説明図である。第四の実施形態に係わる移動体の構成を示した説明図である。

以下において、図面を用いて本発明に係わる実施の形態につき詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態における移動体への非接触給電システム１００を模式的に示した図である。第１実施形態における非接触給電システム１００では、移動体４と、移動体４が移動する（走行する、進行する）走行路１に設けられた給電ポイント２とマーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６とを含む。

給電ポイント２は、移動体４に非接触で電力を伝送（供給）するための３つの給電コイル３１を含む。

それぞれ給電コイル３１は、移動体４の進行方向に沿って等間隔に配置される。

移動体４は、移動体４の外部から電力を受電するための第一の受電コイル５５５と第二の受電コイル５、及び第一の受電コイル５５５の受電量を検出する受電量検出手段４５と、検出した受電量から相対位置関係を換算する相対位置情報取得手段４６５を含む。受電量検出手段４５および相対位置情報取得手段４６５の詳細については後述する。

マーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６は、走行路１を移動する移動体４が移動する方向（進行方向、移動方向）に対して、給電ポイント２よりも手前側に配置される。
ここで、手前側とは、走行路１を走行中の移動体４は、マーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６を通過した後に給電ポイント２を通過するということを指す。当然、長い走行路１には、複数の給電ポイントが配置されることが考えられる。その際も、移動体４は、マーカー６０、給電ポイント２を順次通過する。

第１実施形態においては、マーカー６０を構成する二つの電流誘起手段６は、移動体４の進行方向に沿って斜めに配置される。

走行路１に沿って、移動体４が給電ポイント２に進入し、給電コイル３１と第二の受電コイルが相対した際に、給電ポイント２から移動体４へ非接触給電（ワイヤレス給電）される。

非接触で電力を給電／受電する際には、既知の非接触給電技術を用いればよい。例えば、給電コイルから受電コイルとの磁場結合を利用した、（Ａ）電磁誘導を利用するタイプ（電磁誘導タイプ）や、（Ｂ）磁場の共振現象を利用するタイプ（磁場共振タイプ）を用いることができるが、給電コイルと受電コイルとのコイル間距離を比較的大きくできる磁場共振タイプを用いるのが好ましい。

図２は、給電ポイント２の詳細な構成を示している。給電ポイントは、少なくとも給電コイル３１を備える。なお、移動体への非接触給電を長時間行う目的で、複数の給電コイル３１を用いても構わない。

また、給電ポイント２は、エキサイトコイル３１１、電力経路を切り替えるためのスイッチ３２、および、商用周波数を変換するためのＡＣ／ＡＣ変換部３３、ＡＣ電源部３４と電源制御部３５で構成されている。なお電力経路を切り替えるためのスイッチ３２を省くこともできるが、その際は、１つの給電コイル３１ごとにＡＣ／ＡＣ変換部や電源部が必要となる。

また、給電ポイント２は、給電側情報送受信部３６を備え、給電ポイント２における給電コイルの配置情報を、複数の電流誘起手段６の配置情報を、移動体へ送信することができる。

移動体４の進入により、給電コイル３１と第二の受電コイル５が相対したタイミングで、電源制御部３５からの指令に基づき、ＡＣ電源部３４から給電コイル３１を介して、移動体４の第二の受電コイル５へ電力が伝送される。

移動体のさらなる移動（進行）に伴い、スイッチ３２を切り替えることによって、電力伝送に用いる給電コイル３１を変更し、順次電力の伝送を実施することもできる。

図３は、本発明の移動体４の構成を詳しく示す図である。移動体には、給電コイル３１からの非接触給電のために、第二の受電コイル５が少なくとも設けられる。

また、移動体４には、ロードコイル５１が設けられ、整流器４２により交流電力が直流電力に変換される。直流電力はフィルター機能を有する安定化回路部４３にて、いわゆるリップル等が補正される。そして給電コイル３１からの電力は、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の充放電可能な二次電池系で構成される蓄電池部４４にて最終的に蓄電（充電）される。

図４は、マーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６の１つの形態を、詳しく示す図である。電流誘起手段６は、少なくともコイル、ここでは、マーカーコイル６１を備える。また、電流誘起手段６は、マーカーコイル６１へ電力を供給する手段としてのＡＣ電源部６４を備え、ＡＣ電源６４からの電力は、商用周波数を変換できるＡＣ／ＡＣ変換部６３、エキサイトコイル６２を経て、マーカーコイル６１へ供給される。ＡＣ電源６４は、マーカー側情報送受信部６６と接続された電源制御部６５により制御される。

マーカー側情報送受信部６６は、マーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６の配置情報、および給電ポイント２を構成する給電コイル３１の配置情報を移動体４へ無線で送信する。ただし、先に記載した給電ポイントにおける給電側情報送受信部３６において、マーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６の配置情報、および給電ポイント２を構成する給電コイル３１の配置情報を移動体４へ無線で送信する場合は、マーカー側情報送受信部は必ずしも必要はない。給電側情報送受信部３６、あるいは、マーカー側情報送受信部６６、いずれでもかまわないが、移動体４へ、マーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６の配置情報、および給電ポイント２を構成する給電コイル３１の配置情報を送信することが本質である。

マーカーコイル６１は、電源制御部６５の指示に従い、ＡＣ電源部６４から電力が供給され、励起（励磁）された状態で、適宜、待機し、移動体４の通過に備える。

マーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６は、それぞれ少なくとも一つのコイル、ここではマーカーコイル６１を含む。すなわちマーカー６０には、複数のコイル、ここではマーカーコイル６１が少なくとも複数含まれる。

ただし、それら複数のコイル、ここでは複数のマーカーコイル６１へ、電力を供給する、ＡＣ電源部６４、ＡＣ／ＡＣ変換部６３、電源制御部６５は、それぞれの電流誘起手段６に対し、各々１つずつ含む必要は必ずしもない。例えば、複数の電流誘起手段６のマーカーコイル６１に対し、単一のＡＣ電源部を用い、ＡＣ電源部からの電力の経路を切り替えながら、それぞれのマーカーコイル６１に順次、電力を供給し、それぞれのマーカーコイル６１を励起（励磁）させても構わないし、単一のＡＣ電源部から同時に、それぞれのマーカーコイル６１に電力を供給し、それぞれのマーカーコイル６１を励起（励磁）させても構わない。

移動体４の第一の受電コイル５５５は、走行路１上に配置された待機中の複数の電流誘起手段６を横切る毎に、電力伝送が行われる結果、電流が誘起される。誘起された電流は、整流器４２１で直流化され、受電量検出手段４５で直流電流値、電圧値、さらには電力値が計測される。

図５は受電量検出手段４５の１つの形態を、詳しく示した説明図である。受電量検出手段４５は、電流検出素子４５１もしくは電圧検出素子４５２の双方、またはいずれか一方を備える。

電流検出素子４５１や電圧検出素子４５２として、例えばホール素子や磁気抵抗素子を用いることができる。電流検出素子と電圧検出素子の双方を備えることにより電力量の算出も可能となる。よって、本受電量検出手段により、第一の受電コイル５５５が複数の電流誘起手段６から受電した量を検出することが可能になる。

複数の電流誘起手段６からのそれぞれの受電量は、Ａ／Ｄ変換部／メモリ部４５３により、デジタル化され、時間情報とともに格納される。格納された受電量、および時間情報は、相対位置取得手段４６５に送信される。

相対位置取得手段４６５は、第一の受電コイル５５５と、第二の受電コイル５、給電コイル３１と電流誘起手段６の相対位置関係を換算する機能をする。相対位置取得手段４６５の一つの形態とし、直交方向位置計測換算部４６１、車速計測換算部４６２、メモリー部４６４、移動体側情報送受信部４６３から構成される。

移動体側情報送受信部４６３は、給電ポイント２における給電コイル３１の配置情報および、マーカー６０における電流誘起手段６の配置情報を受信する。受信した配置情報は、メモリー部４６４に格納する。

直交方向位置計測換算部４６１は、メモリー部４６４に格納された給電コイル３１および電流誘起手段６の配置情報と、受電量検出手段４５からの受電量の情報から、最終的に、移動体４の第二の受電コイル５と給電ポイント２における給電コイル３１の、移動体進行方向に対し直交方向の相対位置、即ちコイル間のずれを換算し、出力するために設ける。コイル間のずれの換算方法に関しては後述する。

車速計測換算部４６２は、メモリー部４６４に格納された給電コイル３１および電流誘起手段６の配置情報と、受電量検出手段４５からの受電量の情報から、最終的に、移動体進行方向の、第二の受電コイル５の進行速度、すなわち車速を換算し、出力するために設ける。車速の換算方法に関しては後述する。直交方向位置計測換算部４６１および車速計測換算部４６２は、後述する換算方法をプログラミングしたマイコン等の演算素子で構成することができる。

次に、移動体進行方向に対し直交方向の相対位置、即ちコイル間のずれ及び車速の換算方法に関して記載する。図６は、電流誘起手段６を横切る際の移動体４と給電コイル３１との位置関係を示している。電流誘起手段６０１、６０２は、移動体４の進行方向に沿って斜めに配置される。電流誘起手段６０１，６０２の配置は、給電コイル位置や、走行路の幅、法廷速度を加味し、適切に決められるべきものであるが、ここでは、仮に、直交方向の間隔および進行方向の間隔が、それぞれ３ｍとし、給電ポイントにおける給電コイルの中央線１２に対し、直交方向に等距離になるように配置する。

Ａは、移動体４の第一の受電コイル５５５と給電コイル３１が中央線１２上の位置関係、Ｂは、第一の受電コイル５５５が、中央線１２より右側にずれた位置関係、Ｃは、第一の受電コイル５５５が中央線１２より左側にずれた位置関係を示す。また、ここでは、簡略化のために、第一の受電コイル５５５と第二の受電コイル５の中心軸は直交方向にずれが無い配置としている。

図７は、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃの各位置関係において、電流誘起手段６０１および電流誘起手段６０２により誘起された第一の受電コイル５５５の電流値を受電量検出手段４５で検出した際の応答を示している。ピークαは、電流誘起手段６０１に、ピークβは電流誘起手段６０２により誘起された電流値に対応する。

図６Ａでは、第一の受電コイル５５５の中心軸と、電流誘起手段６０１および電流誘起手段６０２の中心軸の直交方向のずれ量が、等しい状況で横切るため、第一の受電コイルと電流誘起手段６０１間の電力伝送効率と、第一の受電コイルと電流誘起手段６０２間の電力伝送効率が等しくなる。即ち、ピークαとピークβの大きさは等しくなる。

図６Ｂでは、第一の受電コイル５５５と電流誘起手段６０１のコイル中心軸が概一致し、電力伝送効率が大きくなる。他方、第一の受電コイルと電流誘起手段６０２は直交方向で大きくずれているため、電力伝送効率が低下し、電流誘起は小さくなる。よってピークαは、図６Ａの位置関係のときよりも大きくなり、ピークβは図６Ａの位置関係のときよりも小さくなる。

図６Ｃでは、第一の受電コイル５５５と電流誘起手段６０２のコイル中心軸が概一致し、電力伝送効率が大きくなる。他方、第一の受電コイルと電流誘起手段６０１は直交方向で大きくずれているため、電力伝送効率が低下し、電流誘起は小さくなる。よってピークβは、図６Ａの位置関係のときよりも大きくなり、ピークαは図６Ａの位置関係のときよりも小さくなる。

即ち、ピークαとβの大きさは、コイル間のずれ量と電力伝送効率が比例するため、第一の受電コイル５５５が、直交方向で、電流誘起手段６０１もしくは６０２のいずれかに、より近接して横切ったのかを線形的に示す。よって、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃのいずれにも該当しない場合、例えば、直交方向に、ＡとＢとの中間の位置（図６では図示せず）を移動体が横切るとすると、図７におけるＤのように、ピークαの値は、図６Ａの状態におけるピークαと図６Ｂの状態におけるピークαとの中間の値に一致する。

図８は、受電量検出手段４５で得られた図７の電流値検出結果を基に、電流ピーク値αおよびβから、給電コイル３１と第二の受電コイル５の直交方向のずれを算出する手法について示している。先のＡからＤを含め、様々なずれ方で移動体が、電流誘起手段６０１、６０２を横切った際の電流ピーク値であるα、βを計測し、その差分値であるα―βを定義する。Ｘ軸をα−β、Ｙ軸を給電コイル３１と第二の受電コイル５の直交方向のずれ量とした際の関係を図８に図示する。Ａでは先に記載したようにα−β＝０と同時に、給電コイル３１と第一の受電コイル５５５および第二の受電コイル５の間のずれがないので図８の原点に位置する。Ｂ、Ｃは先に記載したように電流誘起手段６０１あるいは６０２と第一の受電コイル５５５の中心が一致する状況なので、α−βの絶対値は、極大に近く、また、給電コイル３１と、第一の受電コイル５５５もしくは第二の受電コイル５の直交方向のずれ量（Ｙ軸の値）は１．５ｍとできる。

ここで、図８の網掛け部分に関して説明する。図８の網掛け部分は、電流誘起手段６０１もしくは６０２のいずれか一方と第一の受電コイル５５５間が、電力伝送が不可能なほど、大きくずれて横切ったことを示す領域になる。すなわち、ピークαまたはピークβのいずれか一方が、全く検出できない領域となる。この領域では、直交方向のずれ量およびずれの方向も導出ができない。このため、ピークαまたはピークβのいずれか一方が検出できない場合、給電ポイントにおける非接触給電を中止するシステムの制御することが好ましい。他方、ピークαまたはピークβが検出できない事態をさけるため、例えば、車線で走行路幅を規制することが考えられるし、第二の実施形態として後述するように、マーカーにおける電流誘起手段の数を増やし、移動体がマーカーからそれること抑制することが好ましい。

給電コイル３１と第二の受電コイル５の直交方向のずれの方向は、前述したように給電ポイント２あるいはマーカー６０から送信され、格納されている給電コイル３１と複数の電流誘起手段６の配置情報と、第一の受電コイル５５５と第二の受電コイル５の位置関係から導出できる。ここでは、最初に横切る電流誘起手段６が給電コイル３１の右方にあるので、α−βが正（＋）なら直交方向で右にずれていることになる。また、第一の受電コイル５５５と第二の受電コイル５の間で直交方向にずれがあると、その分の補正量を加味する必要がある。このため、演算量を減らす目的で、第一の受電コイル５５５と第二の受電コイル５は、直交方向にずれが無いことが好ましく、後述するように第一の受電コイル５５５と第二の受電コイル５が同一であることが好ましい。

給電コイル３１と第二の受電コイル５の直交方向のずれ量は、図８の関係が既知ならば、計測されるα−βと一致するＹ軸の値で換算される。他方、図８の関係が未知ならば、α−βの絶対値を算出することで、ここでは、ずれの方向およびずれ量の誤差が１．５ｍの範囲で導出される。

即ち、移動体側情報送受信部４６３により、電流誘起手段６０１と６０２、そして給電コイル３１の走行路における配置情報を受信し、受電量検出手段４５により検出されたαおよびβから、直交方向位置計測換算部４６１によりα―βを演算し、絶対値により直交方向のずれが判明し、図８のような関係が既知ならば、直交方向位置計測換算部で、α―βに対応するＹ軸の値に換算することで、給電コイル３１と第二の受電コイル５５５の相対位置関係、すなわち直交方向のずれを精度よく導出することができる。

なお、電流値の代わりに、電圧値や電力値のピーク値をαまたはβと定義し、α―βを演算し、換算しても同様の効果が得られるし、αとβの値をピーク値ではなく、面積値とすることもできる。また、α―β値を規格化して、計測することもでき、例えば、（α−β）／（α＋β）でもよい。

次に車速の導出方法について説明する。移動体側情報送受信部４６３により、電流誘起手段６０１と６０２、そして給電コイル３１の走行路における配置情報を受信すると共に、受電量検出手段４５により検出された電流ピーク値であるαとβの時間的な間隔を計測する。ここでは、例えば、αとβの時間的な間隔を０．２０秒とすると、電流誘起手段６０１と６０２の進行方向の配置間隔は３ｍとしたので、車速は、時速５４ｋｍと導出される。車速計測換算部４６２において、電流誘起手段６の進行方向の配置間隔を、αとβの時間間隔で除する換算を実施することにより、移動体の車速を精度よく導出することができる。

すなわち、本実施形態である、走行路に設けられ少なくとも一つの給電コイルを含む給電ポイントから、前記走行路を移動する移動体への給電を行う非接触給電システムであって、前記移動体は第一の受電コイルと前記給電コイルから電力を受電する第二の受電コイルと、を含み、前記走行路は前記移動体の走行方向に対して前記給電ポイントより手前にマーカーを含み、前記移動体が前記マーカーに含まれる複数の電流誘起手段を通過する際に、前記第一の受電コイルに誘起された受電量を検出する受電量検出手段と、前記受電量検出手段によって検出された前記受電量により、前記給電コイルと前記第二の受電コイルとの相対位置関係に換算する相対位置情報取得手段と、を備えたことを特徴とする非接触給電システムは、走行路を移動する移動体が給電ポイントに進入する前に、高い精度で、移動体の第二の受電コイルと給電ポイントとの相対位置情報、直交方向の位置ずれと車速を、導出することが可能である。

更には、給電コイルと第二の受電コイルの相対位置、すなわち、直交方向の位置ずれ、および車速を元に、給電コイルと第二の受電コイルの直交方向のずれを補正することにより、給電ポイントにおける給電コイルと、第二の受電コイルをずれなく相対させることができ、車速を補正することにより、給電コイルと第二の受電コイルの進行方向のずれが抑制され、高効率の電力が移動体に伝送できる、移動体への非接触給電システムの構築が可能となる。

図９は、本実施の形態の移動体への非接触給電システムにより、移動体へ非接触給電を行う方法を示すフローチャートである。なお、以下の本実施の形態の説明では、図１から図８に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付して説明する。図９の「ステップ」は以下、単にＳとして説明する。

移動体４が給電ポイント２に近づき、移動体側情報送受信部４６３と給電側情報送受信部３６およびマーカー側情報送受信部６６が、送受信可能な領域に進入すると、Ｓ１が開始される。この時に、蓄電部４４の蓄電状態（充電状態、いわゆるＳＯＣ）等、給電コイル３１と第二の受電コイル５が、電磁共鳴あるいは誘導条件を満たすために必要な周波数や回路定数、許容される電力等の非接触電力伝送を行う際の条件情報群、課金を行うための決済情報等が、移動体４と給電ポイント２の間でやりとりされる。次に移動体４の給電の必要性を判定するＳ２が設定される。

Ｓ３は、移動体４に給電を実施するかどうかの分岐ステップをしめす。給電ポイント２における、非接触で電力を伝送するための伝送周波数や伝送電力量に対し、移動体４が対応可能か否か、更に、移動体４が給電を必要としているかにより、ステップが分岐する。Ｓ３の分岐により、移動体４に給電を行うことが決定されると、Ｓ４へ移行する。Ｓ４では、給電ポイント２における給電コイル３１や、複数の電流誘起手段６の配置情報および、給電ポイント２を通過する際の好ましい車速指示値が、給電ポイント２および／またはマーカー６０から移動体４の移動体側情報送受信部４６３へ送信され、メモリー部４６４に格納される。なお、予め前記配置情報および車速指示値の取り決めが実施されていた場合、Ｓ４は不要となる。

Ｓ５は、移動体４がマーカー６０を通過したかどうかの判定ステップとなる。Ｓ６は移動体がマーカー６０を通過し始めたかどうかの分岐ステップである。移動体４が電流誘起手段６を横切り始め、前述の電流誘起手段により、電流誘起手段６が第一の受電コイル５５５に電流を誘起し、受電量検出手段４５により受電量が検出されると、移動体４がマーカー６０を通過し始めたと判定され、Ｓ７へ移行する。

複数の電流誘起手段６により、誘起された受電コイル５の複数の電流、電圧、もしくは電力値等の受電量は、順次、受電量検出部４５で検出され、適宜、相対位置取得手段４６５に送信され、その中のメモリー部４６４に格納される。

Ｓ４で格納済の電流誘起手段６および給電コイル３１の配置情報と、Ｓ６で格納される受電量から、直交方向位置換算部４６１により、移動体の直交方向のずれ量が、Ｓ７で換算され、メモリー部４６４に格納される。

Ｓ４で格納済の電流誘起手段６および給電コイル３１の配置情報と、Ｓ６で格納される受電のタイミングから、車速計測換算部４６２により、移動体の車速が、Ｓ８で換算され、メモリー部４６４に格納される。

Ｓ９では、Ｓ４にて格納済の電流誘起手段および給電コイル配置図情報と、Ｓ７で得られた直交方向のずれ量、Ｓ８で得られた車速から、給電コイル３と第二の受電コイル５を、直交方向にずれなく相対させると共に、適切な車速にするための補正量を算出する。本実施形態では、直交方向位置計測換算部４６１および車速計測換算部４６２にて、補正量を算出しているが、別途、演算部を設けてもよい。

Ｓ１０では、Ｓ９における前記補正量を、移動体の運転者に指示するため、指示値表示用モニター４７に表示する。また、移動体４に、操舵やモーター回転数をアクチュエーター等の既知の手法でもって、自動制御する補正操舵角および車速補正自動制御部４８を設けると共に、Ｓ９における前記補正量を元に、自動で移動体の直交方向のずれおよび車速を補正するステップを設けてもよい。

Ｓ１１およびＳ１２は、運転者が、Ｓ１０で指示された補正量を元に、移動体の補正を実施した後においても、継続して横切る複数の電流誘起手段６にて誘起され、受電量検出手段４５により検出される、第一の受電コイル５５５の電流、電圧、電力といった受電量を用いて、更なる位置および車速補正が行えることを示す。

Ｓ１３は、複数の電流誘起手段６を通過しきった後の、最終的な直交方向の給電コイル３１と第二の受電コイル５の直交方向のずれ、および車速情報を元に、給電が実施できるか判定を行う。Ｓ１４は、最終的に給電が可能か否かの分岐ステップとなる。大きく給電コイルと受電コイルがずれている、例えば、給電コイルの直前に、走行路レーンを変更したような場合、給電動作を中止する。

直交方向のずれ量が補正され、指示された車速をもって給電ポイント２に進入しようとする移動体４へは、給電コイル３１と第二の受電コイル５の相対が予想されるタイミングにおいて、電力伝送が実施される。

電力伝送を実施するタイミングは、Ｓ１５で移動体４から給電ポイント２へ送信される、車速および電流誘起手段を通過しきった時刻情報等から決定される。給電ポイント２が、複数の給電コイル３１を有する場合、車速から予測される、それぞれの給電コイル３１と第二の受電コイル５が相対するタイミングで、順次、スイッチ３２を切り替えながら、Ｓ１６において移動体４への非接触給電を行う。

よって、本フローチャートに従えば、走行路に配置される、給電ポイントに進入する前に、給電ポイントにおける給電コイルと、移動体に設けられた受電コイルとの相対位置、即ち直交方向のずれ量と車速を、給電ポイント進入前に導出でき、給電コイルと受電コイルのずれを補正することにより、高効率で移動体への非接触給電が可能となる。

［第２実施形態］
ここでは、マーカーに含まれる複数の電流誘起手段の配置に関して、別の実施形態を示す。ただし、特に明言が無い場合は、第１実施形態と同様とする。

図１０にマーカー６０を構成する複数の電流誘起手段６の配置を示す。電流誘起手段を示す、６１１Ｒおよび６１６Ｓは、直交方向に等間隔で、それぞれ４つ連なり、走行路の幅一杯に、かつ、移動体４がマーカー６のどこを横切ろうとも、４つ内いずれかの電流誘起手段のごく近傍を通過するように配置されている。電流誘起手段６１１Ｒおよび６１１Ｓの役割は、主に、移動体４がマーカー６０を横切り始めた時間および横切り終えた時間（時刻）を計測することにある。ここでは、直交方向の各電流誘起手段の間隔は、１ｍとする。

次に、図１０中の４つの電流誘起手段６１２から６１５までを説明する。電流誘起手段６１２から６１５は、移動体進行方向に対して、斜めに配置される。そして、直交方向のずれの換算が簡便になるように、６１３と６１４の中央線と、給電コイルの中央線が一致するように、ここでは配置される。さらに、進行方向および直交方向の間隔は、電流誘起手段６１１Ｒおよび６１６Ｓを含め、等間隔になるように配置している。ここでは、直交方向および進行方向ともに各電流誘起手段の間隔を１ｍとする。

図１１に、図１０の給電コイル３１および電流誘起手段の配置において、移動体４がマーカー６０に対し、進入する様子を示す。Ｅは、給電コイル３１の中央線を基準して、直交方向の左側にずれて進入する場合、Ｆは直交方向にずれないで進入する場合、Ｇは直交方向でわずかに右側にずれて進入する場合を示す。

図１２に、図１１で示しＥ、Ｆ、Ｇの各状況で移動体４がマーカー６０を横切った際に、各電流誘起手段６により、誘起された第一の受電コイル５５５に流れる電流値の時間に対する応答を示す。電流誘起手段６１１Ｒおよび６１６Ｓによる電流値（６１１ＲＰおよび６１６ＳＰ）は、Ｅ、Ｆ、Ｇのいずれの状態においても検出される。よって移動体４は、マーカー６０を横切り始めた時間と横切り終えた瞬間を識別でき、その時間（時刻）を取得できる。

図１１で示したＥの状態において、第一の受電コイル５５５は、電流誘起手段６１１Ｒによって電流誘起された後、電流誘起手段６１２からは、かなり離れているため電流値は検出されず（図１２中のＥの状態の６１２Ｐの位置に電流応答なし）、少し離れた電流誘起手段６１３によってわずかに電流誘起され電流値が検出される（図１２中の６１３ＰのＥの状態の位置の電流値ピーク）。その後、電流誘起手段６１４および６１５からは等価な距離にあるため、６１３の電流値ピークよりやや大きめで、かつ等しい電流値が検出される（図１２中のＥの状態の６１４Ｐおよび６１５Ｐの位置の電流値ピーク）。ＦおよびＧの状態での電流応答挙動も同様の理由から説明できる。

次に、図１２で示される、検出された第二の受電コイルに流れる電流応答挙動から、直交方向の、給電コイル３１に対する第二の受電コイル５のずれ方向および、ずれ量を導出する方法を記載する。ここでは、第１実施形態と同じく、第一の受電コイル５５５と第二の受電コイル５の直交方向のずれはないものとする。仮に第一の受電コイルと第二の受電コイルとの間に、直行方向のずれがあっても、そのずれ量を最後に補正すればよく、本発明の本質とは関連がない。電流誘起手段から誘起され、第一の受電コイル５５５に流れる電流量は、電流誘起手段と第一の受電コイルとの近接度合いと比例することは既に記載した。即ち、状態Ｇにおける電流誘起手段６１３からの誘起される電流値が最も大きい（図１２におけるＧの状態の６１３Ｐの電流値ピーク）。ここで、電流値を０．３とすれば、各状態Ｅ、Ｆ、Ｇにおけるそれぞれの電流誘起手段６１２〜６１５から誘起される電流値も、図１２のようにあらわせる（図１２における各電流ピークの右上の数値）。

他方、電流誘起手段６１２または６１５から誘起される電流値が大きいほど、第二の受電コイル５は、給電コイルから直交方向にずれていることを示す。そこで、重み係数を定義し、定量的に直交方向のずれ量を示せるようにする。重み係数は、給電コイルの中央線から直交方向に離れた電流誘起手段による寄与（誘起）ほど、絶対値を大きくする。また、重み係数の符号は、直交方向右側に配置される電流誘起手段からの寄与（誘起）には正（＋）を、直交方向左側に配置される電流誘起手段からの寄与（誘起）には負（−）とする。

図１３に、定義した重み係数と、各状態Ｅ、Ｆ、Ｇにおける、電流誘起手段６１２〜６１５からの誘起された電流ピーク値を改めて示す。給電コイル３１に対する第二の受電コイル５のずれ方向および、ずれ量を導出するために、以下の演算（換算）を実施する。
はじめに、各電流誘起手段６１２〜６１５から誘起され、検出された第一の受電コイルの電流値ピークと、各電流誘起手段６１２〜６１５に対し先に定義した重み係数との積を求める。

次に、各電流誘起手段６１２〜６１５における重み係数と検出された電流値ピークの積の和を求める。重み係数に正負の符号を割り当てたので、言わば差分とも言える。この演算により求められる重み係数と検出された電流値ピークの積の和の符号により、直交方向ずれ方向が判別できる。ここでは、正（＋）なら直交方向で右側に、負（−）なら直交方向左側にずれていることを示す。
また、この演算により求められる重み係数と検出された電流値の積の和の絶対値により、直交方向のずれ量が示される。絶対値が大きいほど、ここでは給電コイル３１と第二の受電コイル５が直行方向にずれていることを示す。

図１４に移動体がマーカー６０を横切る状態であるＥ、Ｆ、Ｇの各状態において、重み係数と検出された電流値ピークの積の和をＸ軸に、実際のずれ量をＹ軸に示す。直交方向にずれなく進入した状態Ｆは原点に位置する。そして状態Ｆ、状態Ｅおよび状態Ｇは、ほぼ線形関係で表現できる。即ち、図１４の関係が既知であれば、重み係数と検出された電流値ピークの積の和に対応する、Ｙ軸値により、ずれ量が導出できる。他方、未知であっても、ここでは、５０ｃｍの誤差範囲で、やはり、給電コイル３１と第二の受電コイル５の直交方向のずれ量を導出することができる。

次に、第２実施形態における車速の導出方法について説明する。電流誘起手段６１１Ｒおよび６１６Ｓは、走行路の幅一杯に、かつ、移動体４がマーカー６のどこを横切ろうとも、電流誘起手段のごく近傍を通過するように配置されていることは記載した。よって、電流誘起手段６１１Ｒを横切る時刻と電流誘起手段６１６Ｓを横切る時刻および、移動体側情報送受信部４６３による電流誘起手段の配置情報、即ち、電流誘起手段６１１Ｒと６１６Ｓの距離から簡単に車速を導出できる。なお、車速の導出のために他の電流誘起手段６１２〜６１５からの電流値を車速の導出に利用することもできる。その場合、より多くのサンプリング量となるため精度が向上する。

［第３実施形態］
図１５は、本発明における電流誘起手段の１つの形態を示す図である。第一の受電コイル５５５に電流を誘起する、電流誘起手段９として、図４に示す電流誘起手段の構成例に代えて、強磁性体９０１を用いている。強磁性体９０１の構成としては、コストや耐久性の観点からハードフェライトを用いることが好ましく、また強磁性体９０１は、磁場に異方性を有することが好ましく、図９の矢印の方向に大きな異方性を有することが更に好ましい。移動体４の第一の受電コイル５５５は、強磁性体９０１を横切る際に、強磁性体の磁場による電磁誘導により、電流が誘起される。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

［第４実施形態］
第１実施形態において、移動体に設けられる、給電ポイントにおける給電コイルから伝送される電力を受電する第二の受電コイル、および、マーカーを構成する電流誘起手段により電流が誘起される、第一の受電コイルを例示したが、これらの第１の受電コイルと第二の受電コイルを、共用して、同一とすることもできる。

図１６に、受電コイルを共用して（同一にして）用いる形態を示す。図１６の構成以外は、第１実施形態と同様である。移動体４に設けられる受電コイル５Ａは、電流誘起手段６上と給電コイル３１上、いずれも電流誘起また電力伝送のために用いられる。

第一の受電コイルと第二の受電コイルが同一であった方が、第一の受電コイルと第二の受電コイルの相対位置を補正するための演算が不要、システムの簡便さ、移動体重量の観点で好ましいことは言うまでもない。また、本実施形態によれば、非接触給電用の受電コイルをそのまま相対位置の導出に用いるため、別途位置検出用の光学的／ＧＰＳ／ジャイロセンサ等によるセンシングシステムを備えたものより、安価かつ簡便であり、前記別途位置検出センシングシステムと受電コイルとの位置関係を補正する必要がないため、少ない演算量で、簡便かつ高精度で、移動体の受電コイルと給電ポイントとの相対位置情報を導出することが可能である。

本発明に係わる移動体への非接触給電システムは、走行路における、電気自動車やプラグインハイブリッド車への電力供給システムに用いることができる。

１走行路
２給電ポイント
３１給電コイル
４移動体
５第二の受電コイル
５５５第一の受電コイル
４５受電量検出手段
４６５相対位置情報取得手段
６０マーカー
６電流誘起手段
１２給電ポイントの中心を横切る走行路に沿った中央線

Claims

走行路に設けられ少なくとも一つの給電コイルを含む給電ポイントから、前記走行路を移動する移動体への給電を行う非接触給電システムであって、
前記移動体は、第一の受電コイルと前記給電コイルから電力を受電する第二の受電コイルと、を含み、
前記走行路は、前記移動体の走行方向に対して前記給電ポイントより手前にマーカーを含み、
前記移動体が前記マーカーに含まれる複数の電流誘起手段を通過する際に前記第一の受電コイルに誘起された受電量を検出する受電量検出手段と、
前記受電量検出手段によって検出された前記受電量により、前記給電コイルと前記第二の受電コイルとの相対位置関係に換算する相対位置情報取得手段と、
を備え、
前記マーカーに含まれる複数の電流誘起手段の少なくとも２つは、前記移動体の進行方向に対し、斜めに配置されていることを特徴とする非接触給電システム。
前記電流誘起手段はコイルであり、コイルに電力を供給する電源部を含むことを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
前記電流誘起手段は強磁性体からなることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
前記第一の受電コイルと第二の受電コイルは、同一のコイルであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の移動体への非接触給電システム。