JPWO2016162940A1 - 非接触受電装置の温度推定装置及び温度推定方法 - Google Patents

Abstract

充電制御部（２５）は、無線通信にて給電装置（１００）より送電コイル（３１）の損失電力を取得する。温度推定部（３３）は、予め設定された受電装置（２００）の発熱量、及び送電コイル（３１）の損失電力に基づいて、受電コイル周辺温度を推定する。この際、温度推定部（３３）は、送電コイル（３１）と受電コイル（４１）の位置関係が正常な位置関係に対して位置ずれしている場合には、位置ずれ量の大きさに応じて送電コイル（３１）の損失電力による温度上昇の寄与度を高める。従って、受電コイル（４１）の周辺温度が異常に上昇することを防止することができる。

Description

本発明は、送電コイルより送電される電力を、非接触で受電する受電装置の温度を推定する非接触受電装置の温度推定装置及び温度推定方法に関する。

電動車両に搭載されるバッテリに、非接触で電力を供給して充電する非接触給電システムが提案されている。非接触給電システムは、地上側に設けられた送電装置から送電コイルにて送電し、送電された電力を車両に搭載される受電装置の受電コイルで受電する。そして、受電した電力をバッテリやモータ等の負荷に供給する。

このような非接触給電システムでは、送電コイルと受電コイルのギャップの変化、或いは送電コイルと受電コイルの間の平面的な位置ずれが生じた際には、送電コイルの損失電力が増大し、この損失電力の増大に起因して受電装置の温度が上昇するという問題が生じる。このため、受電装置の温度を監視する必要がある。

特許文献１には、電子機器の温度を計算により推定する温度制御装置が開示されている。該特許文献１では、動作モード情報と動作時間に基づいて熱量を積算し、温度を推定する。そして、推定温度が閾値に達した場合には、より発熱量の少ない動作モードに切り替える。しかし、特許文献１では、装置内部での動作モードを検出して温度を推定しており、外部機器の影響を考慮しているものではない。

特開平７−３３４２６３号公報

上述したように、非接触受電装置の温度上昇を防止するために、該非接触受電装置の温度を監視する必要がある。しかし、温度センサを設置すると、装置が大規模化し、且つコスト高になるという問題が生じるので、温度センサ等の機器を設置せずに、温度を推定したいという要望が高まっていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、受電コイルの周辺温度を高精度に推定することが可能な非接触受電装置の温度推定装置、及び非接触受電装置の温度推定方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る非接触受電装置の温度推定装置は、送電コイルの損失電力を取得する送電側損失電力取得部と、予め設定された受電装置の発熱量、及び前記送電コイルの損失電力に基づいて、受電コイルの周辺温度を推定する温度推定部を備える。温度推定部は、送電コイルと受電コイルの位置関係が正常な位置関係に対して位置ずれしている場合には、位置ずれ量の大きさに応じて送電コイルの損失電力による温度上昇の寄与度を高める。

本発明の一態様に係る非接触受電装置の温度推定方法は、送電コイルの損失電力を取得し、予め設定された受電装置の発熱量、及び送電コイルの損失電力に基づいて、受電コイルの周辺温度を推定する。受電装置の温度を推定する際に、送電コイルと受電コイルの位置関係が正常な位置関係に対して位置ずれしている場合には、位置ずれ量の大きさに応じて送電コイルの損失電力による温度上昇の寄与度を高める。

本発明の実施形態に係る温度推定装置が適用される非接触受電装置を含む非接触給電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係り、送電コイル部と受電コイル部との間に生じる磁束を示す説明図である。 （ａ）は送電コイル部と受電コイル部とのギャップがＧａであるときの磁束を示す説明図、（ｂ）はギャップがＧｂであるときの磁束を示す説明図、（ｃ）はギャップの二乗と補正係数Ｃとの関係を示す特性図である。 （ａ）は送電コイル部と受電コイル部の短辺方向に位置ずれが無い場合の磁束を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の場合の送電コイル部と受電コイル部との位置関係を示す説明図、（ｃ）は送電コイル部と受電コイル部の短辺方向に位置ずれが存在する場合の磁束を示す説明図、（ｄ）は（ｃ）の場合の送電コイル部と受電コイル部との位置関係を示す説明図である。 （ａ）は送電コイル部と受電コイル部の長辺方向に位置ずれが無い場合の磁束を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の場合の送電コイル部と受電コイル部との位置関係を示す説明図、（ｃ）は送電コイル部と受電コイル部の長辺方向に位置ずれが存在する場合の磁束を示す説明図、（ｄ）は（ｃ）の場合の送電コイル部と受電コイル部との位置関係を示す説明図である。 短辺方向及び長辺方向の位置ずれ量と補正係数Ｃとの関係を示す特性図である。 前方距離センサを用いて、Ｘ軸方向（短辺方向）の位置ずれ量を測定する様子を示す説明図である。 車両の俯瞰画像から、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向（長辺方向）の位置ずれ量を測定する様子を示す説明図である。 ギャップセンサを用いて、ギャップＧを測定する様子を示す説明図である。 送電コイル部と受電コイル部の等価回路図である。 送電コイル部と受電コイル部との間の位置ずれ量と、補正係数Ｃの関係を示すグラフである。 送電コイルと受電コイルの位置関係を示す説明図であり、（ａ）は短辺方向のプラス側に位置ずれが生じている場合、（ｂ）は短辺方向のマイナス側に位置ずれが生じている場合、（ｃ）は長辺方向に位置ずれが生じている場合を示す。 本発明の実施形態に係る温度推定処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る非接触給電システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る非接触給電システム１０１は、地上側に設けられて電力を送電する給電装置１００と、車両２０１に搭載されて給電装置１００より送電された電力を受電し、バッテリ２８に充電する受電装置２００（非接触受電装置）から構成されている。

給電装置１００は、車両２０１の駐車スペースを備える充電スタンド等に設置されており、車両２０１に対して非接触で電力を送電する。該給電装置１００は、主として電力制御部１１と、送電コイル部１２と、無線通信部１４、及び送電制御部１５から構成されている。更に、駐車スペースの上方から該駐車スペースに駐車している車両２０１を撮影するためのカメラ１３を備えている。

電力制御部１１は、交流電源３００（例えば、５０Ｈｚ、２００Ｖ）より出力される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル部１２に送電するための機能を備えている。該電力制御部１１は、整流部１１１と、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路１１２と、インバータ１１３とを備えている。

整流部１１１は、交流電源３００より出力される交流電力を直流電力に変換する。ＰＦＣ回路１１２は、例えば昇圧チョッパ回路などを含み、整流部１１１からの出力電流の波形を整形することで力率を改善するための回路である。ＰＦＣ回路１１２の出力は平滑コンデンサで平滑化される。

インバータ１１３は、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）を備えており、各スイッチング素子のオン、オフを制御することにより、直流電力を所望周波数の交流電力に変換する。

送電コイル部１２は、車両２０１が駐車スペースの所望位置に停車した際に、受電装置２００に設けられる受電コイル部２２と対向する位置に設けられている。そして、受電コイル部２２に対して、非接触で電力を送電する。該送電コイル部１２は、図２に示すように送電コイル３１、及び高透磁率の材料で形成され平面形状を成すフェライト板３５を備えている。

無線通信部１４は、受電装置２００に設けられた無線通信部２４との間で双方向通信を行う。この通信により、後述するように、給電装置１００で検出されるインバータ１１３の出力電圧Ｖinv、出力電流Ｉinv、送電コイル部１２における損失電力ＷGC、及び後述する結合係数κ等の各種のデータを受電装置２００に送信する。

送電制御部１５は、給電装置１００全体を総括的に制御する。該送電制御部１５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いて構成することができる。特に、該送電制御部１５は、電力制御部１１、無線通信部１４、及びカメラ１３を制御する。

一方、車両２０１に搭載される受電装置２００は、受電コイル部２２と、無線通信部２４と、充電制御部２５と、整流部２６と、リレー部２７と、温度推定部３３と、を備えている。更に、電力を蓄電してインバータ２９に直流電力を供給するバッテリ２８、及び、各種の情報を車両２０１の乗員に通知する通知部３７を備えている。インバータ２９は直流電力を交流電力に変換して、変換後の交流電力をモータ３０に供給する。

また、車両２０１の前端部には、該前端部から駐車スペースに設けられる壁面５２（図７参照）までの距離を測定するための前方距離センサ５１が設けられている。更に、車両２０１の底部には、該底部から送電コイル部１２までの距離を測定するためのギャップセンサ６１が設けられている。前方距離センサ５１、及びギャップセンサ６１として、例えば超音波センサを用いることができる。

受電コイル部２２は、送電コイル部１２より送電された電力を、非接触で受電するためのコイルである。該受電コイル部２２は、図２に示すように、送電コイル３１、及び高透磁率の材料で形成され平面形状を成すフェライト板３５を備えている。

無線通信部２４は、給電装置１００に設けられた無線通信部１４との間で双方向通信を行う。整流部２６は、受電コイル部２２に接続され、該受電コイル部２２より出力される交流電力を直流電力に変換して出力する。該整流部２６は、図２に示すように、車両２０１の底面近傍に設けられる電気箱４５内部の回路基板４４に搭載される。

リレー部２７は、充電制御部２５の制御によりオン及びオフが切り変わるリレースイッチを備えている。リレー部２７は、当該リレースイッチをオフにすることで、バッテリ２８を含む回路と、受電コイル部２２及び整流部２６を含む回路とを切り離すことできる。

温度推定部３３は、整流部２６を搭載する電気箱４５（図２参照）の内部に搭載される回路基板４４の損失電力ＷJB、受電コイル部２２における損失電力ＷVC、及び送電コイル部１２における損失電力ＷGCに基づき、後述する手法を用いて、フェライト板４２、コイルの銅線、その他の回路素子等の、受電コイル部２２の周辺温度（受電コイル周辺温度）を推定する。詳細については、後述する。ここで、回路基板４４の損失電力ＷJB及び受電コイル部２２における損失電力ＷVCに起因して生じる発熱量が、受電装置の発熱量である。

通知部３７は、ディスプレイ等の表示部を備えており、非接触給電に関する情報を含む各種の情報を車両２０１の乗員に通知する。特に、後述するように、温度推定部３３にて、受電コイル部２２の周辺温度が閾値温度を上回ると推定された場合には、その旨をディスプレイに表示する。また、周辺温度が閾値温度を上回ると推定されたことにより、給電装置１００からの送電電力が低減され（詳細については後述）、これに伴ってバッテリ２８の充電に要する時間が変更される場合には、その旨をディスプレイに表示して乗員に通知する。

充電制御部２５は、受電装置２００を総括的に制御する。特に、無線通信部２４を経由して給電装置１００より送信されるインバータ１１３の出力電圧Ｖinv、出力電流Ｉinvの情報を取得する。更に、送電コイル部１２における損失電力ＷGCを取得する。即ち、充電制御部２５は、送電コイル部１２の損失電力を取得する送電側損失電力取得部としての機能を備えている。

更に、充電制御部２５は、前方距離センサ５１で検出される壁面５２までの距離、及びギャップセンサ６１で検出される送電コイル部１２までの距離に基づいて、送電コイル部１２に対する受電コイル部２２の平面的な位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ、及び、ギャップＧを取得する位置ずれ量取得部としての機能を備えている。充電制御部２５、及び温度推定部３３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いて構成することができる。

そして、図１に示す非接触給電システム１０１では、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間で、電磁誘導作用により非接触状態で電力の送電を行う。即ち、送電コイル部１２に電流が流れると、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間に磁気的な結合が生じ、送電コイル部１２から受電コイル部２２へ非接触で電力を送電することができる。

更に、本実施形態では、電力の送電時に受電コイル部２２の周辺温度が予め設定した閾値温度に達した場合には、送電電力を低減することにより、受電コイル部２２の周辺温度が異常に過熱することを防止する。

次に、電力の送電時に受電コイル部２２の温度が上昇する要因について図２を参照して説明する。図２は、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間に生じる磁束を示す説明図である。

図２に示す受電コイル部２２の周辺温度が上昇する要因として、電気箱４５内での損失電力ＷJBが含まれる。図２に示すように、電気箱４５内には、回路基板４４が配置されており、該回路基板４４には、整流部２６を含む各種の電子部品が実装されている。従って、該回路基板４４は、作動時に生じる損失電力ＷJBに起因して発熱し、受電コイル部２２の周辺温度が上昇する要因となる。

更に、受電コイル部２２の周辺温度が上昇する要因として、受電コイル部２２の損失電力ＷVC、及び送電コイル部１２の損失電力ＷGCを挙げることができる。従って、受電コイル部２２の上昇温度をΔＴとすると、この上昇温度ΔＴは補正係数Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、下記の（１）式で示すことができる。
ΔＴ＝Ａ*ＷJB＋Ｂ*ＷVC＋Ｃ*ＷGC …（１）
なお、ΔＴは十分に時間が経過した後の上昇温度である。

そして、（１）式に基づいて、上昇温度ΔＴを算出し、更に給電装置１００、或いは車両２０１の適所に設けられる周囲温度センサ（図示省略）で検出される周囲温度に基づき、受電コイル部２２の周辺温度を推定することができる。具体的には、周囲温度に上昇温度ΔＴを加算することにより、受電コイル部２２の周辺温度を求めることができる。

また、（１）式において、各損失電力ＷJB、ＷVC、ＷGCは、銅損であり電流の二乗に比例するので、電気箱４５内の回路基板４４に流れる電流、受電コイル部２２の回路基板４３を含む回路に流れる電流、及び送電コイル部１２に流れる電流に基づいて演算することができる。更に、補正係数Ａ、Ｂは、受電装置２００で固有の数値であるから、既知である。従って、送電コイル部１２における損失電力ＷGCの補正係数Ｃを求めることができれば、上記（１）式より上昇温度ΔＴを演算することができる。補正係数Ｃは、送電コイル部１２と受電コイル部２２の相対的な位置関係に応じて変化する数値であり、算出方法については後述する。

次に、送電コイル部１２から受電コイル部２２に非接触で電力を送電している際に、受電コイル部２２が発熱する原理、及び補正係数Ｃとの関係について説明する。図２に示すように、送電コイル部１２は、フェライト板３５と、該フェライト板３５の上面に巻回された送電コイル３１から構成されている。また、受電コイル部２２は、フェライト板４２と、該フェライト板４２の下面に巻回された受電コイル４１を備え、更にフェライト板４２の上面には各種の電子部位品を搭載した回路基板４３が設けられている。

そして、車両２０１が駐車スペースの所望位置に停車した際には、送電コイル部１２と対向する位置に受電コイル部２２が設置される。従って、この状態で送電コイル３１に電流を供給して励磁すると、矢印Ｙ１に示すように磁束が形成される。この磁束は、受電コイル部２２のフェライト板４２を通過し、受電コイル４１と鎖交するので、該受電コイル４１に電力が送電されることになる。

また、フェライト板４２を通過する磁束は、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間の相対的な位置関係に応じて変化する。即ち、駐車スペース内の所望位置に車両２０１を停車させていない場合には、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間には平面的な位置ずれが発生する。更に、車両２０１に乗車している乗員数等に応じて、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間の距離（ギャップＧ）が変化する。このような位置ずれが生じた場合には、フェライト板４２を通過する磁束が変化し、高密度磁束部が発生するので、磁気飽和が発生して発熱の原因となる。即ち、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間の相対的な位置関係に応じて、発熱量が変化することになる。

以下、図３を参照して送電コイル部１２と受電コイル部２２とのギャップＧに応じて受電コイル部２２のフェライト板４２を通過する磁束が変化することについて説明する。

図３（ａ）は、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間の距離であるギャップＧが、基準値Ｇａである場合の磁束を示し、図３（ｂ）は、ギャップＧが基準値Ｇａよりも長いＧｂとなった場合の磁束を示している。図３（ａ）、（ｂ）から理解されるように、ギャップＧが長くなることにより、送電コイル部１２から受電コイル部２２に到達する磁束が減少する。即ち、矢印Ｙ１１で示す磁束に対して、矢印Ｙ１２で示す磁束が減少している。より詳細には、図３（ａ）に示す領域Ｒ１１、Ｒ１２を通過する磁束に対して、図３（ｂ）に示す領域Ｒ２１、Ｒ２２を通過する磁束が減少している。

その結果、受電コイル部２２のフェライト板４２を通過する磁束が減少し、該フェライト板４２の発熱量が低下する。この際、フェライト板４２を通過する磁束は、ギャップＧの二乗に反比例して減少するので、発熱量はギャップＧの二乗に反比例して低下することになる。従って、図３（ｃ）に示すように、上述した補正係数Ｃを、ギャップＧの二乗に対して反比例する特性を有するように設定すれば良いことになる。

次に、送電コイル部１２に対する受電コイル部２２の、平面的な位置ずれ量に応じた発熱量の変化について、図４〜図６に示す説明図を参照して説明する。図４（ａ）は、受電コイル部２２が送電コイル部１２に対して位置ずれしていない場合の、Ｘ軸方向の断面図であり、矢印Ｙ１３は磁束を示している。また、図４（ｂ）は、このときの平面図を模式的に示している。なお、図４（ｂ）に示すように、受電コイル４１は長方形状を成しており、このうち短辺方向をＸ軸方向としている。

一方、図４（ｃ）は、受電コイル部２２のＸ軸方向に、距離Ｌ１だけ位置ずれが生じた場合のＸ軸方向の断面図であり、矢印Ｙ１４は磁束を示している。また、図４（ｄ）は、このときの平面図を模式的に示している。

図４（ａ）、（ｃ）を対比して理解されるように、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間にＸ軸方向の位置ずれが生じることにより、双方のコイル間の結合係数（これを「κ」で示す）が低下する。従って、給電装置１００の送電制御部１５は、所望する電力が受電コイル部２２に発生するように、送電コイル部１２に供給する電力を増大させる。その結果、図４（ｃ）に示すように送電コイル３１より出力される磁束が増大し、これに伴ってフェライト板４２を通過する磁束も増大する。このため、フェライト板４２において磁束の集中が発生し、受電コイル部２２の周辺温度上昇の原因となる。また、受電コイル部２２の周辺温度は、Ｘ軸方向の位置ずれ量に対して直線的に増加することになる。

次に、Ｙ軸方向（Ｘ軸に直交する方向）への位置ずれについて説明する。図５（ａ）は、受電コイル部２２が送電コイル部１２に対して位置ずれしていない場合の、Ｙ軸方向の断面図であり、矢印Ｙ１５は磁束を示している。また、図５（ｂ）は、このときの平面図を模式的に示している。なお、図５（ｂ）に示すように、受電コイル４１は長方形状を成しており、このうち長辺方向をＹ軸方向としている。

一方、図５（ｃ）は、受電コイル部２２のＹ軸方向に、距離Ｌ１だけ位置ずれが生じた場合のＹ軸方向の断面図であり、矢印Ｙ１６は磁束を示している。また、図５（ｄ）は、このときの平面図を模式的に示している。

図５（ａ）、（ｃ）を対比して理解されるように、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間にＹ軸方向の位置ずれが生じることにより、双方のコイル間の結合係数κが低下する。従って、給電装置１００の送電制御部１５は、所望する電力が受電コイル部２２に発生するように、送電コイル部１２に供給する電力を増大させる。その結果、図５（ｃ）に示すように送電コイル３１より出力される磁束が増大し、これに伴ってフェライト板４２を通過する磁束も増大する。このため、フェライト板４２において磁束の集中が発生し、受電コイル部２２の周辺温度上昇の原因となる。また、受電コイル部２２の周辺温度は、Ｙ軸方向の位置ずれ量に対して直線的に増加することになる。

また、前述したＸ軸方向への位置ずれに対して、Ｙ軸方向への位置ずれの方が温度上昇に対する影響が大きい。即ち、同一のずれ量の場合には、Ｘ軸方向（短辺方向）よりもＹ軸方向（長辺方向）にずれた場合の方が発熱量が大きくなる。従って、図６に示すように、Ｘ軸方向の位置ずれ量に対して、補正係数Ｃが直線的に変化するように設定し（直線Ｑ３参照）、且つ、Ｙ軸方向（長辺方向）の位置ずれ量に対して、補正係数Ｃが直線的に変化するように設定すれば良い（直線Ｑ２参照）。この際、直線Ｑ２の方が直線Ｑ３よりも傾きが大きくなるように設定する。

そして、上記の内容をまとめると、補正係数Ｃとコイル間の位置関係との間には、以下の（Ａ）、（Ｂ）の関係があることが判る。
（Ａ）補正係数Ｃは、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間のギャップＧの二乗に反比例する。
（Ｂ）補正係数Ｃは、Ｘ軸方向の位置ずれ量（これを「Ｌｘ」とする）、及びＹ軸方向の位置ずれ量（これを「Ｌｙ」とする）に対して直線的に変化する。

従って、上記（Ａ）、（Ｂ）に基づいて、補正係数Ｃを決定すれば、送電側コイルの損失電力ＷGCに起因する発熱量を補正することができる。具体的には、補正係数Ｃは、係数ａ、ｂ、ｃを用いて以下に示す（２）式で求めることができる。
Ｃ＝（ａ*Ｌｘ＋ｂ*Ｌｙ＋ｃ）／Ｇ^２ …（２）

そして、図１に示す温度推定部３３では、上記の位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ、及びギャップＧを求めることにより、補正係数Ｃを演算し、この補正係数Ｃを前述した（１）式に代入し、送電コイル３１の損失電力ＷGCに乗じることにより、上昇温度ΔＴを求める。即ち、位置ずれ量の大きさに応じて変化する補正係数Ｃを用いて、送電コイル３１による温度上昇の寄与度を変更している。そして、受電コイル部２２の周辺温度に上記の上昇温度ΔＴを加算することにより受電コイル部２２の周辺温度を推定し、この推定温度が予め設定した閾値温度に達した場合には、送電電力を抑制してこれ以上の温度上昇を抑えるように制御する。

次に、平面的な位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙの検出方法について、図７、図８を参照して説明する。図７は、Ｘ軸方向の位置ずれ量Ｌｘを検出する第１の方法を示す説明図である。図７に示すように、車両２０１の前端部に設けられる前方距離センサ５１より超音波信号を送信し、駐車スペースの適所に設けられる壁面５２までの距離Ｌを測定する。そして、送電コイル部１２の中心点Ｃ２から壁面５２までの距離Ｌｇ（既知の数値）と、受電コイル部２２の中心点Ｃ１から前端部までの距離Ｌｖ（既知の数値）、及び距離Ｌ（測定値）に基づき、以下の（３）式でそれぞれの中心点Ｃ１、Ｃ２間の距離、即ち、Ｘ軸方向のずれ量Ｌｘを演算する。
Ｌｘ＝Ｌｇ−Ｌｖ−Ｌ …（３）
こうして、Ｘ軸方向のずれ量Ｌｘを求めることができる。

図８は、Ｘ軸方向の位置ずれ量Ｌｘ、及びＹ軸方向の位置ずれ量Ｌｙを検出する第２の方法を示す説明図である。給電装置１００に設けられたカメラ１３で駐車スペースの駐車枠５４に停車している車両２０１を上方から撮影する。その結果、図８に示す如くの俯瞰画像を得ることができる。そして、車両２０１と駐車枠５４との位置関係に基づいて、送電コイル部１２の中心点Ｃ２と、受電コイル部２２の中心点Ｃ１との平面的な位置ずれ量を測定する。具体的には、図８に示すように、Ｘ軸方向の位置ずれ量Ｌｘ、及びＹ軸方向の位置ずれ量Ｌｙを取得することができる。

次に、図９、図１０を参照して、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間のギャップＧの検出方法について説明する。図９に示すように、車両２０１の底部に設置したギャップセンサ６１より超音波信号を送信し、この反射信号を受信することにより、ギャップＧを測定することができる。

また、他の方法として、送電コイル３１と受電コイル４１との間の結合係数κ、及び上述した各位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙに基づいて、ギャップＧを求めることができる。以下、これを図１０、図１１を参照して説明する。図１０は、送電コイル部１２と受電コイル部２２の等価回路図であり、負荷ＲＬは、図１に示すバッテリ２８に相当する。特開２０１３−８１２７５号公報に記載されているように、送電コイル３１に生じる電圧Ｖと送電コイル３１に流れる電流Ｉ、及び、送電コイル３１と受電コイル４１の結合係数κとの間には、以下の（４）式に示す関係があることが知られている。

但し、Ｋ１〜Ｋ７は既知の数値である。

従って、送電コイル３１に生じる電圧Ｖ、及び送電コイル３１に流れる電流Ｉを測定することにより、結合係数κを求めることができる。この結合係数κは、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信により、充電制御部２５にて取得される。即ち、充電制御部２５は、送電コイル３１と受電コイル４１との間の結合係数κを取得する結合係数取得部としての機能を備えている。

更に、Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙと、結合係数κが決まれば、ギャップＧを求めることができる。本実施形態では、Ｌｘ、Ｌｙ、κと、ギャップＧとの関係を示すマップを温度推定部３３が有する記憶領域（図示省略）に設定しておき、上記の処理で求められた位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ、及びκをこのマップに当てはめることにより、ギャップＧを求めることができる。

そして、前述した方法により、位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ、及びギャップＧが求められるので、前述した（２）式に基づき、補正係数Ｃを求めることができる。本実施形態では、位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ及びギャップＧと、補正係数Ｃとの関係を示す対応マップを予め作成しておき、この対応マップに各数値を代入して補正係数Ｃを算出する。

以下、位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ及びギャップＧと、補正係数Ｃとの関係を、図１１に示すグラフ、及び図１２に示す説明図を参照して説明する。

図１１は、実際に位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ及びギャップＧを変化させる実験を行った際に求められた補正係数Ｃの変化を示すグラフである。符号ｑ１は、Ｌｘ＝１００ｍｍ、Ｌｙ＝０ｍｍ、Ｇ＝１００ｍｍのときの補正係数Ｃを示している。図１２は、送電コイル３１と受電コイル４１との相対的な位置関係を示す説明図であり、図１１に示す符号ｑ１は、図１２（ａ）に示すように、受電コイル４１の中心Ｃ１が送電コイル３１の中心Ｃ２に対してＸ軸のプラス方向に１００ｍｍだけずれている状態を示している。図１１の符号ｑ１に示しているように、この場合には補正係数Ｃは０．１０となる。

同様に、図１１に示す符号ｑ２は、Ｌｘ＝−１００ｍｍ、Ｌｙ＝０ｍｍ、Ｇ＝１００ｍｍのときの補正係数Ｃを示しており、図１２（ｂ）に示すように、受電コイル４１の中心Ｃ１が送電コイル３１の中心Ｃ２に対してＸ軸のマイナス方向に１００ｍｍだけずれている状態を示している。図１１の符号ｑ２に示しているように、この場合には補正係数Ｃは０．１５となる。

図１１に示す符号ｑ３は、Ｌｘ＝０ｍｍ、Ｌｙ＝１００ｍｍ、Ｇ＝１００ｍｍのときの補正係数Ｃを示しており、図１２（ｃ）に示すように、受電コイル４１の中心Ｃ１が送電コイル３１の中心Ｃ２に対してＹ軸方向に１００ｍｍだけずれている状態を示している。図１１の符号ｑ３に示しているように、この場合には補正係数Ｃは０．２５となる。

更に、図１１に示す符号ｑ４はＬｘ＝０ｍｍ、Ｌｙ＝０ｍｍ、Ｇ＝１５０ｍｍのときの補正係数Ｃを示し、符号ｑ５はＬｘ＝１００ｍｍ、Ｌｙ＝０ｍｍ、Ｇ＝１５０ｍｍのときの補正係数Ｃを示し、符号ｑ６はＬｘ＝−１００ｍｍ、Ｌｙ＝０ｍｍ、Ｇ＝１５０ｍｍのときの補正係数Ｃを示し、符号ｑ７はＬｘ＝０ｍｍ、Ｌｙ＝１００ｍｍ、Ｇ＝１５０ｍｍのときの補正係数Ｃを示している。

このように、位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ及びギャップＧを予め設定した対応マップに当てはめることにより、補正係数Ｃを求めることができることになる。
更に、上記の補正係数Ｃの実測値に基づいて、以下に示す（２）式の各係数ａ、ｂ、ｃを求め、これらの係数ａ、ｂ、ｃを用いて補正係数Ｃを演算してもよい。
Ｃ＝（ａ*Ｌｘ＋ｂ*Ｌｙ＋ｃ）／Ｇ^２ …（２）
このような演算方法を採用することにより、Ｌｘ、Ｌｙ、Ｇを演算式に代入するという極めて簡単な方法で補正係数Ｃを算出することが可能になる。

次に、本実施形態に係る温度推定装置の処理動作について、図１３に示すフローチャートを参照して説明する。図１３に示すフローチャートは、図１に示す温度推定部３３による処理、及び送電制御部１５による処理を示している。

初めに、温度推定部３３はステップａ１１において、送電コイル部１２に対する受電コイル部２２の平面的な位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙのデータを取得する。この処理は、前述した図７、図８に示した方法を採用することができる。

ステップａ１２において、温度推定部３３は、受電コイル部２２における受電電力Ｐｂ、受電電圧Ｖｂ、及び受電コイル４１に流れる電流Ｉ２を取得する。これらのデータは、受電コイル部２２に設けられる電圧計、電流計（図示省略）の検出値から取得することができる。

ステップｂ１１において、送電制御部１５は、インバータ１１３の出力電圧Ｖinv、及び出力電流Ｉinvを測定し、これらのデータを、無線通信部１４、及び無線通信部２４を通じて温度推定部３３に送信する。

ステップａ１３において、温度推定部３３は、各種のデータに基づいて、各損失電力ＷJB、ＷVC、ＷGCを演算する。前述したように、各損失電力は銅損であり、電流の二乗に比例するので、この関係に基づいて演算することができる。

ステップａ１４において、送電コイル部１２と受電コイル部２２との間のギャップＧを演算する。この処理では、前述した図９、図１０に示した方法を採用してギャップＧを求めることができる。

ステップａ１５において、温度推定部３３は、損失電力ＷGCを補正するための補正係数Ｃを求める。即ち、ステップａ１１の処理で平面方向の位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙが取得され、ステップａ１４の処理でギャップＧが取得されたので、この数値に基づき前述した手法を用いて、補正係数Ｃを求める。

ステップａ１６において、温度推定部３３は、上記の処理で求められた補正係数Ｃを用いて、以下に示す（１）式に代入して受電コイル部２２の上昇温度ΔＴを算出する。
ΔＴ＝Ａ*ＷJB＋Ｂ*ＷVC＋Ｃ*ＷGC …（１）

ステップａ１７において、温度推定部３３は、車両２０１の周囲温度Ｔａを取得し、この周囲温度Ｔａに上昇温度ΔＴを加算する。そして、下記（５）式が成立するように、上昇温度ΔＴを制御する。
Ｔａ＋ΔＴ＋Ｔｍ≦（部品許容温度） …（５）
但し、Ｔｍはマージンである。

即ち、「Ｔａ＋ΔＴ＋Ｔｍ」が「部品許容温度」に達する場合には、上昇温度ΔＴが小さくなるように、受電コイル部２２に生じる電力の許容値である許容電力Ｐｘを設定し、この許容電力Ｐｘのデータを無線通信部２４、及び無線通信部１４を経由して給電装置１００に送信する。

その後、ステップｂ１２において、送電制御部１５は、受電コイル部２２に生じる電力が許容電力Ｐｘとなるように、送電コイル部１２より送電する電力を制御する。こうして、受電コイル部２２の周辺温度が部品許容温度に達しないように制御することができるのである。

このようにして、本実施形態に係る温度推定装置では、地上側に設けられた送電コイル３１と、車両２０１に設けられた受電コイル４１との位置関係が、正常な位置関係に対して位置ずれしている場合には、この位置ずれ量の大きさに応じて送電コイル３１の損失電力ＷGCによる温度上昇の寄与度を変更している。従って、受電コイル４１の周辺温度を測定するための温度センサを設けることなく、受電コイル部２２の周辺温度を高精度に推定することができる。

また、受電コイル部２２の周辺温度が部品制限温度に上昇しないように、給電装置１００による送電電力を制御することができ、受電コイル部２２及びその周辺の電子部品の過剰な温度上昇を防止することができる。

更に、送電コイル部１２からの送電電力が低減するように制御すると、バッテリ２８の充電時間が長くなる。本実施形態では、温度推定部３３により、送電電力を低減するように制御した場合には、充電時間が長くなったことを示す情報を通知部３７に表示して、車両２０１の乗員に知らせる。こうすることにより、車両２０１の乗員は、充電に要する時間が長引くことを予め認識することができ、乗員に安心感を与えることができる。

また、温度推定部３３は、送電コイル３１と受電コイル４１との位置ずれ量に基づいて補正係数Ｃを求め、送電コイル３１の損失電力ＷGCに補正係数Ｃを乗じることにより、該送電コイル３１の損失電力ＷGCによる温度上昇の寄与度を変更している。従って、より高精度に受電コイル部２２の周辺温度を推定することができる。

更に、送電コイル３１と受電コイル４１との位置ずれ量である、平面的な位置ずれ量Ｘ、Ｙ及びギャップＧを取得し、これらに基づいて補正係数Ｃを求めている。更に、該補正係数Ｃを損失電力ＷGCに乗じ、更に前述した（１）により上昇温度ΔＴを求めている。従って、より高精度に受電コイル部２２の周辺温度を推定することが可能となる。

また、送電コイル３１と受電コイル４１との間の結合係数κを取得し、該結合係数κ、及び平面的な位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙに基づいてギャップＧを取得することにより、ギャップＧを測定するためのギャップセンサ６１を不要とすることができ、装置規模を小型化することができる。

更に、前述した（２）式に示した係数ａ、ｂ、ｃを測定し、更に、位置ずれ量Ｌｘ、Ｌｙ、及びギャップＧを（２）式に代入して補正係数Ｃを求めることにより、補正係数Ｃを高精度に求めることができ、ひいては上昇温度ΔＴを高精度に推定することが可能となる。

以上、本発明の非接触受電装置の温度推定装置、及び温度推定方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

１１ 電力制御部
１２ 送電コイル部
１３ カメラ
１４ 無線通信部
１５ 送電制御部
２２ 受電コイル部
２４ 無線通信部
２５ 充電制御部
２６ 整流部
２７ リレー部
２８ バッテリ
２９ インバータ
３０ モータ
３１ 送電コイル
３３ 温度推定部
３５ フェライト板
３７ 通知部
４１ 受電コイル
４２ フェライト板
４３ 回路基板
４４ 回路基板
４５ 電気箱
５１ 前方距離センサ
５２ 壁面
５４ 駐車枠
６１ ギャップセンサ
１００ 給電装置
１０１ 非接触給電システム
１１１ 整流部
１１２ ＰＦＣ回路
１１３ インバータ
２００ 受電装置
２０１ 車両
３００ 交流電源

Claims (6)

1. 送電コイルより送電された電力を、受電コイルにて非接触で受電する受電装置の、受電コイル周辺温度を推定する温度推定装置であって、
   前記送電コイルの損失電力を取得する送電側損失電力取得部と、
   予め設定された受電装置の発熱量、及び前記送電コイルの損失電力に基づいて、前記受電コイル周辺温度を推定する温度推定部と、
   を備え、
   前記温度推定部は、前記送電コイルと受電コイルの位置関係が、正常な位置関係に対して位置ずれしている場合には、位置ずれ量の大きさに応じて前記送電コイルの損失電力による温度上昇の寄与度を変更すること
   を特徴とする非接触受電装置の温度推定装置。
2. 前記送電コイルと受電コイルとの位置ずれ量を取得する位置ずれ量取得部を更に備え、
   前記温度推定部は、前記送電コイルの損失電力に、前記位置ずれ量の大きさに応じて決定される補正係数を乗じることにより、損失電力による温度上昇の寄与度を変更すること
   を特徴とする請求項１に記載の非接触受電装置の温度推定装置。
3. 前記位置ずれ量取得部は、
   前記送電コイルと受電コイルとの間のギャップ、及び、送電コイルと受電コイルとの平面的な位置ずれ量を取得し、前記ギャップ、及び平面的な位置ずれ量に基づいて前記補正係数を決定すること
   を特徴とする請求項２に記載の非接触受電装置の温度推定装置。
4. 前記送電コイルと受電コイルとの間の結合係数を取得する結合係数取得部を更に備え、
   前記位置ずれ量取得部は、前記平面的な位置ずれ量、及び前記結合係数に基づいて前記ギャップを取得すること
   を特徴とする請求項３に記載の非接触受電装置の温度推定装置。
5. 前記位置ずれ量取得部は、平面的な位置ずれ量として、Ｘ軸方向の位置ずれ量、及び前記Ｘ軸と直交するＹ軸方向の位置ずれ量を取得し、更に、前記ギャップに基づき、下式にて前記補正係数を演算すること
   を特徴とする請求項２または３に記載の非接触受電装置の温度推定装置。
   Ｃ＝（ａ*Ｌｘ＋ｂ*Ｌｙ＋ｃ）／Ｇ^２
   但し、ａ、ｂ、ｃは係数、Ｇは送電コイルと受電コイルのギャップ、Ｌｘ、ＬｙはＸ軸方向、Ｙ軸方向の位置ずれ量。
6. 送電コイルより送電された電力を、受電コイルにて非接触で受電する受電装置の、受電コイル周辺温度を推定する温度推定方法であって、
   前記送電コイルの損失電力を取得し、
   予め設定された受電装置の発熱量、及び前記送電コイルの損失電力に基づいて、前記受電コイル周辺温度を推定し、
   前記受電コイル周辺温度を推定する際に、前記送電コイルと受電コイルの位置関係が、正常な位置関係に対して位置ずれしている場合には、位置ずれ量の大きさに応じて前記送電コイルの損失電力による温度上昇の寄与度を高めること
   を特徴とする非接触受電装置の温度推定方法。

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