JPWO2012073349A1

JPWO2012073349A1 - 非接触給電設備、車両および非接触給電システムの制御方法

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Publication number: JPWO2012073349A1
Application number: JP2012515043A
Authority: JP
Inventors: 真士市川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2030-12-01
Also published as: KR101318848B1; CN102640395A; US9536655B2; US20130234503A1; WO2012073349A1; EP2651008A8; EP2651008A1; CN102640395B; KR20120102670A; EP2651008A4; RU2535951C1; JP5083480B2; EP2651008B1; BR112012013116A2

Abstract

電源装置（１１０）は、所定の周波数を有する電力を発生する。一次自己共振コイル（１４０）は、二次自己共振コイル（２１０）と電磁場を介して共鳴することにより二次自己共振コイル（２１０）へ非接触で送電する。電力センサ（１１５）は、電源装置（１１０）への反射電力を検出する。通信装置（１７０）は、車両（２００）の受電状況を受信する。ＥＣＵ（１６０）は、受電状況および反射電力と、一次自己共振コイル（１４０）に対する二次自己共振コイル（２１０）の位置ずれ量との予め求められた関係を用いて、車両（２００）の受電状況および反射電力に基づいて上記位置ずれ量を推定する。

Description

この発明は、非接触給電設備、車両および非接触給電システムの制御方法に関し、特に、送電ユニットと受電ユニットとが電磁場を介して共鳴することにより非接触で給電を行なう非接触給電設備およびそれから受電する車両、ならびに非接触給電システムの制御方法に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド自動車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した自動車や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した自動車等である。

ハイブリッド自動車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。

一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対のコイル）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ｍ）送電することも可能である。

特開２０１０−１４１９７６号公報（特許文献１）は、共鳴法により車両へ非接触で送電する非接触電力伝送装置を開示する。この非接触電力伝送装置は、交流電源と、交流電源に接続された一次コイルと、一次側共鳴コイルと、二次側共鳴コイルと、負荷（二次電池）が接続された二次コイルとを備え、交流電源と一次コイルとの間に設けられたインピーダンス可変回路をさらに備える。一次コイル、一次側共鳴コイル、二次側共鳴コイル、二次コイルおよび負荷は、共鳴系を構成する。そして、共鳴周波数における共鳴系の入力インピーダンスと、一次コイルより交流電源側のインピーダンスとが合うように、インピーダンス可変回路のインピーダンスが調整される。

この非接触電力伝送装置によれば、共鳴コイル間の距離や電力を受ける負荷が変化しても、交流電源の周波数を変更することなく交流電源から負荷へ効率よく電力を供給することができる（特許文献１参照）。

特開２０１０−１４１９７６号公報特開２０１０−１１９２４６号公報

一次側共鳴コイルに対して二次側共鳴コイルの位置ずれが生じると、コイル間の距離が変化することにより共鳴系のインピーダンスが変化し、給電設備から車両への送電効率が低下する。上記公報に開示される非接触電力伝送装置では、一次側共鳴コイルと二次側共鳴コイルとの間の距離が距離センサによって測定され、その測定結果に基づいてインピーダンス可変回路によりインピーダンスが調整される。

しかしながら、一次側共鳴コイルと二次側共鳴コイルとの間の距離を測定する距離センサを別途設けると、設備コストが増加する。

それゆえに、この発明の目的は、送電ユニットと受電ユニットとが電磁場を介して共鳴することにより非接触で給電を行なう非接触給電システムにおいて、送電ユニットと受電ユニットとの間の距離を測定するための距離センサを不要とすることである。

この発明によれば、非接触給電設備は、受電ユニットを含む受電装置へ非接触で給電する非接触給電設備であって、電源装置と、送電ユニットと、検出装置と、通信装置と、推定部とを備える。電源装置は、所定の周波数を有する電力を発生する。送電ユニットは、電源装置から電力を受け、受電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニットへ非接触で送電する。検出装置は、電源装置への反射電力を検出する。通信装置は、受電装置の受電状況を受信する。推定部は、受電状況および反射電力と、送電ユニットに対する受電ユニットの位置ずれ量との予め求められた関係を用いて、受電状況および反射電力に基づいて上記位置ずれ量を推定する。

好ましくは、非接触給電設備は、インピーダンス可変装置と、インピーダンス調整部とをさらに備える。インピーダンス可変装置は、電源装置と送電ユニットとの間に設けられる。インピーダンス調整部は、上記位置ずれ量とインピーダンス可変装置のインピーダンスとの予め求められた関係を用いて、上記位置ずれ量に基づいてインピーダンスを調整する。

好ましくは、受電状況は、受電装置の受電電圧である。
また、好ましくは、受電状況は、受電装置の受電電力である。

好ましくは、受電装置は、与えられる指令に従って受電インピーダンスを所定値に固定可能に構成される。通信装置は、さらに、推定部による位置ずれ量の推定時に受電インピーダンスを所定値に固定するための指令を受電装置へ送信する。

好ましくは、送電ユニットは、一次コイルと、一次自己共振コイルとを含み、受電ユニットは、二次自己共振コイルと、二次コイルとを含む。一次コイルは、電源装置から電力を受ける。一次自己共振コイルは、一次コイルから電磁誘導により給電され、電磁場を発生する。二次自己共振コイルは、電磁場を介して一次自己共振コイルと共鳴することにより一次自己共振コイルから受電する。二次コイルは、二次自己共振コイルによって受電された電力を電磁誘導により取出して出力する。

好ましくは、受電装置は、車両に搭載される。
また、この発明によれば、車両は、送電ユニットを含む給電設備から非接触で受電可能な車両であって、受電ユニットと、検出装置と、通信装置と、推定部とを備える。受電ユニットは、送電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニットから非接触で受電する。検出装置は、受電ユニットによる受電状況を検出する。通信装置は、給電設備における反射電力の検出値を受信する。推定部は、受電状況および反射電力と、送電ユニットに対する受電ユニットの位置ずれ量との予め求められた関係を用いて、受電状況および反射電力に基づいて上記位置ずれ量を推定する。

また、この発明によれば、制御方法は、給電設備から受電装置へ非接触で給電する非接触給電システムの制御方法である。給電設備は、電源装置と、送電ユニットとを備える。電源装置は、所定の周波数を有する電力を発生する。送電ユニットは、電源装置から電力を受け、受電装置の受電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニットへ非接触で送電する。そして、制御方法は、電源装置への反射電力を検出するステップと、受電装置の受電状況を検出するステップと、受電状況および反射電力と送電ユニットに対する受電ユニットの位置ずれ量との予め求められた関係を用いて、受電状況および反射電力に基づいて上記位置ずれ量を推定するステップとを含む。

好ましくは、給電設備は、電源装置と送電ユニットとの間に設けられるインピーダンス可変装置をさらに備える。制御方法は、上記位置ずれ量とインピーダンス可変装置のインピーダンスとの予め求められた関係を用いて、上記位置ずれ量に基づいてインピーダンスを調整するステップをさらに含む。

この発明によれば、受電装置の受電状況および電源装置への反射電力に基づいて送電ユニットに対する受電ユニットの位置ずれ量が推定されるので、送電ユニットと受電ユニットとの間の距離を測定するための距離センサを不要とすることができる。

この発明の実施の形態による非接触給電システムの全体構成図である。図１に示すインピーダンス整合器の回路構成の一例を示した回路図である。共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図１に示す給電設備のＥＣＵの機能ブロック図である。受電電圧および反射電力と、一次自己共振コイルに対する二次自己共振コイルの位置ずれ量との関係を示した図である。一次自己共振コイルに対する二次自己共振コイルの位置ずれ量とインピーダンス整合器の調整値との関係についての一例を示した図である。給電設備のＥＣＵにより実行される処理の手順を説明するためのフローチャートである。

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。

図１は、この発明の実施の形態による非接触給電システムの全体構成図である。図１を参照して、この非接触給電システムは、給電設備１００と、車両２００とを備える。

給電設備１００は、電源装置１１０と、電力センサ１１５と、インピーダンス整合器１２０と、一次コイル１３０と、一次自己共振コイル１４０と、コンデンサ１５０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称する。）１６０と、通信装置１７０とを含む。

電源装置１１０は、所定の周波数を有する電力を発生する。一例として、電源装置１１０は、図示されない系統電源から電力を受け、１ＭＨｚ〜１０数ＭＨｚの所定の周波数を有する電力を発生する。電源装置１１０は、ＥＣＵ１６０から受ける指令に従って、電力の発生および停止ならびに出力電力を制御する。

電力センサ１１５は、電源装置１１０における進行波電力および反射電力を検出し、それらの各検出値をＥＣＵ１６０へ出力する。なお、進行波電力は、電源装置１１０から出力される電力である。また、反射電力は、電源装置１１０から出力された電力が反射して電源装置１１０へ戻った電力である。なお、この電力センサ１１５には、電源装置における進行波電力および反射電力を検出可能な種々の公知のセンサを用いることができる。

インピーダンス整合器１２０は、電源装置１１０と一次コイル１３０との間に設けられ、内部のインピーダンスを変更可能に構成される。インピーダンス整合器１２０は、ＥＣＵ１６０から受ける指令に従ってインピーダンスを変更することにより、一次コイル１３０、一次自己共振コイル１４０およびコンデンサ１５０、ならびに車両２００の二次自己共振コイル２１０、コンデンサ２２０および二次コイル２３０（後述）を含む共鳴系の入力インピーダンスを電源装置１１０の出力インピーダンスと整合させる。

図２は、図１に示したインピーダンス整合器１２０の回路構成の一例を示した回路図である。図２を参照して、インピーダンス整合器１２０は、可変コンデンサ１２２，１２４と、コイル１２６とを含む。可変コンデンサ１２２は、電源装置１１０（図１）に並列に接続される。可変コンデンサ１２４は、一次コイル１３０（図１）に並列に接続される。コイル１２６は、電源装置１１０と一次コイル１３０との間に配設される電力線対の一方において、可変コンデンサ１２２，１２４の接続ノード間に接続される。

このインピーダンス整合器１２０においては、ＥＣＵ１６０（図１）から受ける指令に従って可変コンデンサ１２２，１２４の少なくとも一方の容量が変更されることにより、インピーダンスが変化する。これにより、インピーダンス整合器１２０は、ＥＣＵ１６０から受ける指令に従って、共鳴系の入力インピーダンスを電源装置１１０の出力インピーダンスと整合させる。

なお、特に図示しないが、コイル１２６を可変コイルで構成し、可変コイルのインダクタンスを変更することによってインピーダンスを変更可能としてもよい。

再び図１を参照して、一次コイル１３０は、一次自己共振コイル１４０と所定の間隔をおいて一次自己共振コイル１４０と略同軸上に配設される。一次コイル１３０は、電磁誘導により一次自己共振コイル１４０と磁気的に結合し、電源装置１１０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル１４０へ供給する。

一次自己共振コイル１４０は、一次コイル１３０から電磁誘導により電力を受け、車両２００に搭載される二次自己共振コイル２１０（後述）と電磁場を介して共鳴することにより二次自己共振コイル２１０へ送電する。なお、一次自己共振コイル１４０には、コンデンサ１５０が設けられる。コンデンサ１５０は、たとえば一次自己共振コイル１４０の両端部間に接続される。そして、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるように一次自己共振コイル１４０のコイル径および巻数ならびにコンデンサ１５０の容量が適宜設計される。

なお、一次コイル１３０は、電源装置１１０から一次自己共振コイル１４０への給電を容易にするために設けられるものであり、一次コイル１３０を設けずに一次自己共振コイル１４０に電源装置１１０を直接接続してもよい。また、一次自己共振コイル１４０の浮遊容量を利用して、コンデンサ１５０を設けない構成としてもよい。

ＥＣＵ１６０は、給電設備１００から車両２００への給電時、反射電力および進行波電力の検出値を電力センサ１１５から受け、通信装置１７０により受信される車両２００側の受電状況を通信装置１７０から受ける。なお、車両２００の受電状況には、車両２００における受電電圧や受電電流、受電電力等の情報が含まれる。また、ＥＣＵ１６０は、受電状況のほか、車両２００に搭載される蓄電装置２８０（後述）の充電状態（以下「ＳＯＣ（State Of Charge）」と称する。）に関する情報や給電開始／終了指令等も通信装置１７０から受ける。

そして、ＥＣＵ１６０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、所定の処理を実行する。

具体的には、ＥＣＵ１６０は、電源装置１１０の動作を制御する。また、ＥＣＵ１６０は、車両２００の受電状況および電源装置１１０への反射電力に基づいて、一次自己共振コイル１４０に対する二次自己共振コイル２１０の位置ずれ量（以下、単に「位置ずれ量」と称する。）を推定する。なお、一次自己共振コイル１４０と二次自己共振コイル２１０とは中心軸が互いに平行になるように配設され、一次自己共振コイル１４０の中心軸に対する二次自己共振コイル２１０の中心軸のオフセット量を「位置ずれ量」と称する。また、ＥＣＵ１６０は、推定された位置ずれ量に基づいて、インピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整する。なお、これらの処理については、後ほど詳しく説明する。

通信装置１７０は、車両２００と通信を行なうための通信インターフェースである。通信装置１７０は、車両２００の受電状況や蓄電装置２８０のＳＯＣ等の情報を車両２００から受信してＥＣＵ１６０へ出力する。また、通信装置１７０は、位置ずれ量の推定およびインピーダンス調整を含む一連の処理（以下、単に「調整処理」とも称する。）の開始を指示する指令や、蓄電装置２８０を充電するための本格的な給電の開始を指示する指令をＥＣＵ１６０から受けて車両２００へ送信する。

一方、車両２００は、二次自己共振コイル２１０と、コンデンサ２２０と、二次コイル２３０と、整流器２４０と、切替装置２５０と、充電器２７０と、蓄電装置２８０と、動力出力装置２８５とを含む。また、車両２００は、電圧センサ２６２と、電流センサ２６４と、ＥＣＵ２９０と、通信装置３００とをさらに含む。

二次自己共振コイル２１０は、給電設備１００の一次自己共振コイル１４０と電磁場を介して共鳴することにより一次自己共振コイル１４０から受電する。なお、二次自己共振コイル２１０には、コンデンサ２２０が設けられる。コンデンサ２２０は、たとえば二次自己共振コイル２１０の両端部間に接続される。そして、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるように二次自己共振コイル２１０のコイル径および巻数ならびにコンデンサ２２０の容量が適宜設計される。

二次コイル２３０は、二次自己共振コイル２１０と所定の間隔をおいて二次自己共振コイル２１０と略同軸上に配設される。二次コイル２３０は、電磁誘導により二次自己共振コイル２１０と磁気的に結合可能であり、二次自己共振コイル２１０によって受電された電力を電磁誘導により取出して整流器２４０へ出力する。

なお、二次コイル２３０は、二次自己共振コイル２１０からの電力の取出しを容易にするために設けられるものであり、二次コイル２３０を設けずに二次自己共振コイル２１０に整流器２４０を直接接続してもよい。また、二次自己共振コイル２１０の浮遊容量を利用して、コンデンサ２２０を設けない構成としてもよい。

整流器２４０は、二次コイル２３０から出力される電力（交流）を整流する。充電器２７０は、整流器２４０から出力される直流電力を蓄電装置２８０の充電電圧に電圧変換して蓄電装置２８０へ出力する。蓄電装置２８０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から成る。蓄電装置２８０は、充電器２７０から受ける電力を蓄えるほか、動力出力装置２８５によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置２８０は、その蓄えた電力を動力出力装置２８５へ供給する。なお、蓄電装置２８０として大容量のキャパシタも採用可能である。

動力出力装置２８５は、蓄電装置２８０に蓄えられる電力を用いて車両２００の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力出力装置２８５は、たとえば、蓄電装置２８０から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力出力装置２８５は、蓄電装置２８０を充電するための発電機と、発電機を駆動可能なエンジンを含んでもよい。

切替装置２５０は、整流器２４０と充電器２７０との間に設けられる。切替装置２５０は、リレー２５２，２５４と、抵抗素子２５６とを含む。リレー２５２は、整流器２４０と充電器２７０との間の電力線に設けられる。リレー２５４および抵抗素子２５６は、リレー２５２よりも整流器２４０側において、整流器２４０と充電器２７０との間の電力線対間に直列に接続される。

そして、給電設備１００による蓄電装置２８０の充電時、リレー２５２，２５４はそれぞれオン，オフされる。一方、調整処理時は、リレー２５２，２５４はそれぞれオフ，オンされる。この切替装置２５０は、位置ずれ量の推定およびインピーダンスの調整を安定的に行なうために、ＳＯＣによってインピーダンスが変化する蓄電装置２８０を切離して所定のインピーダンスを有する抵抗素子２５６を接続するためのものである。

電圧センサ２６２は、整流器２４０によって整流された受電電圧Ｖを検出し、その検出値をＥＣＵ２９０へ出力する。電流センサ２６４は、整流器２４０から出力される受電電流Ｉを検出し、その検出値をＥＣＵ２９０へ出力する。

ＥＣＵ２９０は、受電電圧Ｖおよび受電電流Ｉの検出値をそれぞれ電圧センサ２６２および電流センサ２６４から受ける。また、ＥＣＵ２９０は、調整処理の開始を指示する指令や、蓄電装置２８０の充電開始を指示する指令を通信装置３００から受ける。そして、ＥＣＵ２９０は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、上記指令に従って切替装置２５０および充電器２７０の動作を制御する。

通信装置３００は、給電設備１００と通信を行なうための通信インターフェースである。通信装置３００は、車両２００の受電状況や蓄電装置２８０のＳＯＣ等の情報をＥＣＵ２９０から受けて給電設備１００へ送信する。また、通信装置３００は、調整処理の開始を指示する指令や、蓄電装置２８０の充電開始を指示する指令を受信してＥＣＵ２９０へ出力する。

この非接触給電システムにおいては、一次自己共振コイル１４０および二次自己共振コイル２１０が電磁場を介して共鳴することにより、給電設備１００から車両２００への給電が行なわれる。給電設備１００から車両２００への給電時、車両２００において受電状況が検出され、給電設備１００において電源装置１１０への反射電力が検出される。そして、車両２００の受電状況および反射電力に基づいて位置ずれ量が推定される。さらに、その推定された位置ずれ量に基づいて、共鳴系の入力インピーダンスが電源装置１１０の出力インピーダンスと整合するようにインピーダンス整合器１２０のインピーダンスが調整される。

図３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３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、電源装置１１０に一次コイル１３０を接続し、電磁誘導により一次コイル１３０と磁気的に結合される一次自己共振コイル１４０へ１Ｍ〜１０数ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル１４０は、コンデンサ１５０とともにＬＣ共振器を形成し、一次自己共振コイル１４０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル２１０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１４０から二次自己共振コイル２１０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２１０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２１０と磁気的に結合される二次コイル２３０によって取出され、整流器２４０（図１）以降の負荷３５０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１４０と二次自己共振コイル２１０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。

図４は、図１に示した給電設備１００のＥＣＵ１６０の機能ブロック図である。図４を参照して、ＥＣＵ１６０は、通信制御部４００と、電力制御部４１０と、位置ずれ量推定部４２０と、整合器調整部４３０とを含む。

通信制御部４００は、通信装置１７０（図１）による車両２００との通信を制御する。具体的には、通信制御部４００は、通信装置１７０と車両２００側の通信装置３００との間の通信の確立を行なう。また、通信制御部４００は、給電設備１００による車両２００の蓄電装置２８０（図１）の充電に先立って調整処理の開始を指示する指令や、調整処理の終了後、蓄電装置２８０を充電するための本格的な給電の開始を指示する指令を通信装置１７０によって車両２００へ送信する。また、通信制御部４００は、車両２００側の受電状況や蓄電装置２８０のＳＯＣに関する情報、給電開始／終了指令等を通信装置１７０によって車両２００から受信する。

電力制御部４１０は、電源装置１１０を制御することによって車両２００への給電電力を制御する。ここで、調整処理時は、蓄電装置２８０を充電するための本格的な給電時よりも小さい電力（調整用電力）を出力するように電源装置１１０を制御する。

位置ずれ量推定部４２０は、車両２００から受信した受電状況に含まれる受電電圧および電力センサ１１５（図１）により検出される反射電力に基づいて、一次自己共振コイル１４０に対する二次自己共振コイル２１０の位置ずれ量δを推定する。

図５は、受電電圧および反射電力と、位置ずれ量δとの関係を示した図である。図５を参照して、位置ずれ量δが小さいときは、車両２００における受電電圧は高く、給電設備１００における反射電力は小さい。一方、位置ずれ量δが大きいときは、受電電圧は低く、反射電力は大きい。

そこで、このような受電電圧および反射電力と、位置ずれ量との関係を予め求めてマップ等を作成しておき、そのマップ等を用いて、給電設備１００から車両２００への送電時に検出される受電電圧および反射電力に基づいて位置ずれ量δが推定される。

なお、特に図示しないが、受電電圧に代えて受電電力を用いることもできる。すなわち、位置ずれ量δが小さいときは、車両２００における受電電力は大きく、給電設備１００における反射電力は小さい。一方、位置ずれ量δが大きいときは、受電電力は小さく、反射電力は大きい。そこで、受電電力および反射電力と、位置ずれ量との関係を予め求めてマップ等を作成しておき、そのマップ等を用いて、給電設備１００から車両２００への送電時に検出される受電電力および反射電力に基づいて位置ずれ量δを推定してもよい。

再び図４を参照して、整合器調整部４３０は、位置ずれ量推定部４２０により推定された位置ずれ量δに基づいて、共鳴系の入力インピーダンスと電源装置１１０の出力インピーダンスとが整合するようにインピーダンス整合器１２０（図１，２）のインピーダンスを調整する。

図６は、位置ずれ量δとインピーダンス整合器１２０の調整値との関係についての一例を示した図である。図６を参照して、Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ可変コンデンサ１２２，１２４（図２）の調整値を示す。このように、位置ずれ量δによって調整値Ｃ１，Ｃ２は変化する。

そこで、位置ずれ量δと調整値Ｃ１，Ｃ２との関係を予め求めてマップ等を作成しておき、そのマップ等を用いて、受電電圧および反射電力に基づき推定された位置ずれ量δに基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスが調整される。

再び図４を参照して、インピーダンスの調整が終了すると、電力制御部４１０は、車両２００の蓄電装置２８０を充電するための本格的な給電を行なうように電源装置１１０を制御する。

図７は、給電設備１００のＥＣＵ１６０により実行される処理の手順を説明するためのフローチャートである。図７を参照して、ＥＣＵ１６０は、車両２００との通信が確立したか否かを判定する（ステップＳ１０）。車両２００との通信が確立していないときは、以降の一連の処理は実行されずにステップＳ１２０へ処理が移行される。

ステップＳ１０において車両２００との通信が確立していると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１６０は、調整処理の開始を指示する指令を通信装置１７０（図１）によって車両２００へ送信する（ステップＳ２０）。なお、車両２００においては、この指令が受信されると、リレー２５２，２５４（図１）がそれぞれオフ，オンされる。これにより、抵抗素子２５６が電気的に接続され、蓄電装置２８０は電気的に切離される。

その後、抵抗素子２５６が接続された旨のアンサーバックを受けると、ＥＣＵ１６０は、調整用電力を出力するように電源装置１１０を制御する（ステップＳ３０）。なお、この調整用電力は、蓄電装置２８０を充電するための本格的な給電時よりも小さい所定の電力である。

次いで、ＥＣＵ１６０は、二次側（車両）の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を通信装置１７０によって受信する（ステップＳ４０）。さらに、ＥＣＵ１６０は、電力センサ１１５（図１）によって検出される電源装置１１０への反射電力を電力センサ１１５から受ける（ステップＳ５０）。

そして、ＥＣＵ１６０は、車両２００の受電電圧および給電設備１００における反射電力と、位置ずれ量との関係を示す、予め準備された位置ずれ量推定マップを用いて、受信された受電電圧および検出された反射電力に基づいて位置ずれ量δを推定する（ステップＳ６０）。さらに、ＥＣＵ１６０は、一次自己共振コイル１４０に対する二次自己共振コイル２１０の位置ずれ量とインピーダンス整合器１２０の調整値との関係を示す、予め準備された整合器調整マップを用いて、ステップＳ６０において推定された位置ずれ量δに基づいてインピーダンス整合器１２０を調整する（ステップＳ７０）。

次いで、ＥＣＵ１６０は、反射電力および車両２００の受電電力が所定範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ８０）。この判定処理は、電源装置１１０から出力される電力（進行波電力）に対して反射電力および受電電力の大きさが妥当か否かを判断するためのものである。

そして、反射電力および受電電力は所定範囲内であると判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１６０は、蓄電装置２８０を充電するための本格的な給電の開始を指示する指令を通信装置１７０（図１）によって車両２００へ送信する（ステップＳ９０）。なお、車両２００においては、この指令が受信されると、リレー２５２，２５４がそれぞれオン，オフされる。これにより、充電器２７０が整流器２４０と電気的に接続され、抵抗素子２５６は電気的に切離される。その後、ＥＣＵ１６０は、蓄電装置２８０を充電するための充電電力を出力するように電源装置１１０を制御する（ステップＳ１００）。

一方、ステップＳ８０において反射電力および受電電力が所定範囲内にないと判定されると（ステップＳ８０においてＮＯ）、ＥＣＵ１６０は、電源装置１１０を停止し、給電設備１００による蓄電装置２８０の充電を中止する（ステップＳ１１０）。

以上のように、この実施の形態においては、車両２００の受電状況および給電設備１００における反射電力に基づいて、一次自己共振コイル１４０に対する二次自己共振コイル２１０の位置ずれ量δが推定される。したがって、この実施の形態によれば、一次自己共振コイル１４０と二次自己共振コイル２１０との間の距離を測定するための距離センサを不要とすることができる。

また、この実施の形態においては、推定された位置ずれ量δに基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスが調整される。したがって、この実施の形態によれば、送電効率の低下を抑制することができる。

なお、上記の実施の形態においては、給電設備１００のＥＣＵ１６０において位置ずれ量δを推定するものとしたが、車両２００のＥＣＵ２９０において位置ずれ量δを推定してもよい。この場合には、給電設備１００から車両２００へ反射電力の検出値が送信され、位置ずれ量δの推定結果が車両２００から給電設備１００へ送信される。

また、上記においては、推定された位置ずれ量δに基づいてインピーダンス整合器１２０のインピーダンスを調整するものとしたが、推定された位置ずれ量δに基づいて、給電設備１００に対する車両２００の位置調整を行なってもよい。

また、上記においては、インピーダンス整合器１２０は、一次側の給電設備１００のみに設けられるものとしたが、二次側の車両２００にインピーダンス整合器を設けてもよい。そして、インピーダンス整合器が車両２００に設けられる場合においても、上記の実施の形態と同様に、受電電圧（または受電電力）および反射電力に基づいて位置ずれ量δを推定し、その推定結果に基づいて車両２００のインピーダンス整合器を調整することができる。

また、上記においては、給電設備１００の一次自己共振コイル１４０と車両２００の二次自己共振コイル２１０とを共鳴させて送電するものとしたが、一対の高誘電体ディスクによって送電ユニットおよび受電ユニットを構成してもよい。高誘電体ディスクは、高誘電率材から成り、たとえばＴｉＯ₂やＢａＴｉ₄Ｏ₉、ＬｉＴａＯ₃等が用いられる。

なお、上記において、一次コイル１３０、一次自己共振コイル１４０およびコンデンサ１５０は、この発明における「送電ユニット」の一実施例を形成し、二次自己共振コイル２１０、コンデンサ２２０および二次コイル２３０は、この発明における「受電ユニット」の一実施例を形成する。また、電力センサ１１５は、この発明における「反射電力を検出するための検出装置」の一実施例に対応し、ＥＣＵ１６０（位置ずれ量推定部４２０）は、この発明における「推定部」の一実施例に対応する。

さらに、インピーダンス整合器１２０は、この発明における「インピーダンス可変装置」の一実施例に対応し、ＥＣＵ１６０（整合器調整部４３０）は、この発明における「インピーダンス調整部」の一実施例に対応する。また、さらに、電圧センサ２６２および電流センサ２６４は、この発明における「受電状況を検出するための検出装置」の一実施例に対応する。

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、上記した実施の形態の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。

１００給電設備、１１０電源装置、１１５電力センサ、１２０インピーダンス整合器、１２２，１２４可変コンデンサ、１２６コイル、１３０一次コイル、１４０一次自己共振コイル、１５０，２２０コンデンサ、１６０，２９０ＥＣＵ、１７０，３００通信装置、２００車両、２３０二次コイル、２４０整流器、２５０切替装置、２５２，２５４リレー、２５６抵抗素子、２６２電圧センサ、２６４電流センサ、２７０充電器、２８０蓄電装置、２８５動力出力装置、３５０負荷、４００通信制御部、４１０電力制御部、４２０位置ずれ量推定部、４３０整合器制御部。

Claims

受電ユニット（２１０，２２０，２３０）を含む受電装置（２００）へ非接触で給電する非接触給電設備であって、
所定の周波数を有する電力を発生する電源装置（１１０）と、
前記電源装置から電力を受け、前記受電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより前記受電ユニットへ非接触で送電するための送電ユニット（１３０，１４０，１５０）と、
前記電源装置への反射電力を検出するための検出装置（１１５）と、
前記受電装置の受電状況を受信するための通信装置（１７０）と、
前記受電状況および前記反射電力と、前記送電ユニットに対する前記受電ユニットの位置ずれ量との予め求められた関係を用いて、前記受電状況および前記反射電力に基づいて前記位置ずれ量を推定する推定部（４２０）とを備える非接触給電設備。
前記電源装置と前記送電ユニットとの間に設けられるインピーダンス可変装置（１２０）と、
前記位置ずれ量と前記インピーダンス可変装置のインピーダンスとの予め求められた関係を用いて、前記位置ずれ量に基づいて前記インピーダンスを調整するインピーダンス調整部（４３０）とをさらに備える、請求の範囲第１項に記載の非接触給電設備。
前記受電状況は、前記受電装置の受電電圧である、請求の範囲第１項または第２項に記載の非接触給電設備。
前記受電状況は、前記受電装置の受電電力である、請求の範囲第１項または第２項に記載の非接触給電設備。
前記受電装置は、与えられる指令に従って受電インピーダンスを所定値に固定可能に構成され、
前記通信装置は、さらに、前記推定部による前記位置ずれ量の推定時に前記受電インピーダンスを前記所定値に固定するための前記指令を前記受電装置へ送信する、請求の範囲第１項または第２項に記載の非接触給電設備。
前記送電ユニットは、
前記電源装置から電力を受ける一次コイル（１３０）と、
前記一次コイルから電磁誘導により給電され、前記電磁場を発生する一次自己共振コイル（１４０）とを含み、
前記受電ユニットは、
前記電磁場を介して前記一次自己共振コイルと共鳴することにより前記一次自己共振コイルから受電する二次自己共振コイル（２１０）と、
前記二次自己共振コイルによって受電された電力を電磁誘導により取出して出力する二次コイル（２３０）とを含む、請求の範囲第１項または第２項に記載の非接触給電設備。
前記受電装置は、車両に搭載される、請求の範囲第１項または第２項に記載の非接触給電設備。
送電ユニット（１３０，１４０，１５０）を含む給電設備（１００）から非接触で受電可能な車両であって、
前記送電ユニットと電磁場を介して共鳴することにより前記送電ユニットから非接触で受電するための受電ユニット（２１０，２２０，２３０）と、
前記受電ユニットによる受電状況を検出するための検出装置（２６２，２６４）と、
前記給電設備における反射電力の検出値を受信するための通信装置（３００）と、
前記受電状況および前記反射電力と、前記送電ユニットに対する前記受電ユニットの位置ずれ量との予め求められた関係を用いて、前記受電状況および前記反射電力に基づいて前記位置ずれ量を推定する推定部（２９０）とを備える車両。
給電設備（１００）から受電装置（２００）へ非接触で給電する非接触給電システムの制御方法であって、
前記給電設備は、
所定の周波数を有する電力を発生する電源装置（１１０）と、
前記電源装置から電力を受け、前記受電装置の受電ユニット（２１０，２２０，２３０）と電磁場を介して共鳴することにより前記受電ユニットへ非接触で送電するための送電ユニット（１３０，１４０，１５０）とを備え、
前記制御方法は、
前記電源装置への反射電力を検出するステップと、
前記受電装置の受電状況を検出するステップと、
前記受電状況および前記反射電力と、前記送電ユニットに対する前記受電ユニットの位置ずれ量との予め求められた関係を用いて、前記受電状況および前記反射電力に基づいて前記位置ずれ量を推定するステップとを含む、非接触給電システムの制御方法。
前記給電設備は、前記電源装置と前記送電ユニットとの間に設けられるインピーダンス可変装置（１２０）をさらに備え、
前記制御方法は、前記位置ずれ量と前記インピーダンス可変装置のインピーダンスとの予め求められた関係を用いて、前記位置ずれ量に基づいて前記インピーダンスを調整するステップをさらに含む、請求の範囲第９項に記載の非接触給電システムの制御方法。