JPWO2017203579A1 - 非接触給電システムのコイル位置検出方法及び非接触給電システム - Google Patents

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Abstract

地上側の送電コイル（１２）から車両側の受電コイル（２２）に給電する非接触給電システム、受電コイルの位置を検出するコイル位置検出方法であり、送電コイル（１２）に対する受電コイル（２２）の位置に応じて、送電コイル（１２）の励磁電圧、及び励磁周波数を変更する。そして、送電コイル（１２）を励磁したときの、受電コイル（２２）での受電電圧に基づいて受電コイル（２２）の位置を検出する。

Description

本発明は、非接触で車両に電力を給電する非接触給電システムのコイル位置検出方法、及び非接触給電システムに関する。
従来より、非接触給電する際の駐車位置を支援するシステムとして特許文献１に開示された技術が知られている。特許文献１に開示された駐車支援システムでは、車両が後退しながら駐車する際に後方カメラの画像を表示して車両を誘導する。そして、給電ユニットが車両の下部に入り込んで撮影できなくなると、給電ユニットを通常の充電時よりも弱い電力で励磁し、受電ユニットで検出される電力の大きさに基づいて、給電ユニットと受電ユニットとの間の距離を算出し、車両の位置を判定していた。
特開２０１１−１５５４９号公報
しかしながら、特許文献１に開示された従来例は、車両が給電ユニットから離れている場合には、カメラで撮像した画像を用いて車両を誘導するので、給電ユニットより出力される磁束が車両に搭載される受電ユニットに鎖交しているか否か判断できない。従って、給電ユニットより出力される磁束が車両の周囲に影響を与える可能性がある。
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、給電装置より出力される磁束が車両の周囲に与える影響を回避することが可能な非接触給電システム及び非接触給電システムのコイル位置検出方法を提供することにある。
本発明の一態様に係るコイル位置検出方法は、送電コイルに対する受電コイルの位置に応じて、送電コイルの励磁電圧、及び励磁周波数を変更し、送電コイルを励磁したときの、受電コイルでの受電電圧に基づいて受電コイルの位置を検出する。
本発明の一態様に係る非接触給電システムは、送電コイルと受電コイルとの位置関係に応じて、送電コイルの励磁電圧、及び励磁周波数を変更する励磁電圧及び周波数変更回路を備える。更に、送電コイルを励磁したときの、受電コイルでの受電電圧に基づいて受電コイルの位置を検出する位置検出回路を備える。
本発明によれば、送電コイルの励磁電圧を変更し、受電コイルでの受電電圧に基づいて受電コイルの位置を検出するので、励磁により生じる磁束が周囲に与える影響を回避することが可能となる。
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２は、本発明の第１実施形態に係り、各結合係数における周波数と受電電圧との関係を示す特性図であり、微弱励磁の周波数をｆ１に設定した場合を示す。 図３は、本発明の第１実施形態に係り、各結合係数における周波数と受電電圧との関係を示す特性図であり、弱励磁の周波数を範囲Ｍ１（周波数ｆ２）に設定した場合を示す。 図４は、本発明の第１実施形態に係り、各結合係数における周波数と受電電圧との関係を示す特性図であり、弱励磁の周波数を範囲Ｍ２（周波数ｆ３）に設定した場合を示す。 図５は、本発明の第１実施形態に係り、結合係数と受電電圧との関係を示す特性図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係り、各周波数範囲における結合係数と受電電圧の関係を示す特性図である。 図７は、第１実施形態の変形例に係り、各結合係数における周波数と受電電圧との関係を示す特性図である。 図８は、本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、概略的な処理手順を示すフローチャートである。 図９は、本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、受電装置における処理手順を示すフローチャートである。 図１０は、本発明の第１実施形態に係る非接触給電システムの、給電装置における処理手順を示すフローチャートである。 図１１は、本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの、概略的な処理手順を示すフローチャートである。 図１２は、本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの、受電装置における処理手順を示すフローチャートである。 図１３は、本発明の第２実施形態に係る非接触給電システムの、給電装置における処理手順を示すフローチャートである。 図１４は、本発明の第３実施形態に係る非接触給電システムの、概略的な処理手順を示すフローチャートである。 図１５は、第３実施形態の変形例に係る非接触給電システムの、概略的な処理手順を示すフローチャートである。
［第１実施形態の説明］
以下、本発明を適用した一実施形態について図面を参照して説明する。
［非接触給電システムの構成］
図１は、本実施形態に係るコイル位置検出方法が採用され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、この非接触給電システム１は、地上側ユニットである給電装置１００と、車両側ユニットである受電装置２００を備えている。この非接触給電システム１は、給電スタンド等に配置された給電装置１００から電気自動車やハイブリッド車等の車両１０に搭載された受電装置２００に非接触で電力を供給し、車載バッテリを充電するものである。
給電装置１００は、給電スタンド近傍の駐車スペース２に配置された送電コイル１２を備えている。一方、受電装置２００は、車両１０の底面に設置された受電コイル２２を備えている。この受電コイル２２は、車両１０が駐車スペース２の所定位置（後述する給電可能位置）に停車したときに送電コイル１２に対向するように配置されている。
送電コイル１２は、導電線からなる一次コイルによって構成され、受電コイル２２に電力を送電する。また、受電コイル２２は、同じく導電線からなる二次コイルによって構成され、送電コイル１２からの電力を受電する。両コイル間における電磁誘導作用により、送電コイル１２から受電コイル２２へ非接触で電力を供給することが可能となる。
地上側の給電装置１００は、電力制御部１１と、送電コイル１２と、無線通信部１３と、制御部１４とを備えている。
電力制御部１１は、交流電源１１０から送電される交流電力を高周波の交流電力に変換して送電コイル１２に送電するための回路である。そして、電力制御部１１は、整流部１１１と、ＰＦＣ回路１１２と、ＤＣ電源１１４と、インバータ１１３とを備えている。
整流部１１１は、交流電源１１０に電気的に接続され、交流電源１１０から出力される交流電力を整流する回路である。ＰＦＣ回路１１２は、整流部１１１から出力される波形を整形することで力率を改善するための回路（Power Factor Correction）であり、整流部１１１とインバータ１１３との間に接続されている。
インバータ１１３は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成されたＰＷＭ制御回路を備え、スイッチング制御信号に基づいて直流電力を交流電力に変換して送電コイル１２に供給する。ＤＣ電源１１４は、送電コイル１２を微弱励磁（詳細は後述する）とする際の直流電圧を出力する。
無線通信部１３は、車両１０側に設けられた無線通信部２３と双方向の通信を行う。
制御部１４は、給電装置１００全体を制御するものであり、インバータ制御部１４１と、ＰＦＣ制御部１４２と、シーケンス制御部１４３とを備えている。制御部１４は、車両１０が駐車スペース２に駐車するときに、駐車位置の判定処理を実行する。この際、ＰＦＣ制御部１４２は送電コイル１２の励磁電力指令を生成し、インバータ制御部１４１は励磁電力の周波数指令やデューティーを生成してインバータ１１３を制御する。これにより、制御部１４は、駐車位置を判定するための電力を送電コイル１２から受電コイル２２へ送電する。後述するように、駐車位置の判定処理を実施する際には、送電コイル１２を微弱励磁、或いは弱励磁とすることにより駐車位置判定用の電力を送電する。また、シーケンス制御部１４３は、無線通信部１３を介して受電装置２００とシーケンス情報をやり取りする。従って、制御部１４は、送電コイル１２に対する受電コイル２２の位置に応じて、送電コイル１２の励磁電圧、及び励磁周波数を変更する励磁電圧及び周波数変更回路としての機能を備えている。
一方、車両１０側の受電装置２００は、受電コイル２２と、無線通信部２３と、充電制御部２４と、整流部２５と、リレー部２６と、バッテリ２７と、インバータ２８と、モータ２９と、通知部３０とを備えている。
受電コイル２２は、車両１０を駐車スペース２の所定の停止位置に駐車すると、送電コイル１２の直上に正対し、送電コイル１２までの距離が所定の値となる位置に配置されている。
無線通信部２３は、給電装置１００側に設けられた無線通信部１３と双方向の通信を行う。
充電制御部２４は、バッテリ２７の充電を制御するためのコントローラであり、電圧判定部２４１を備えている。特に、充電制御部２４は、車両１０が駐車スペース２に駐車するときに、駐車位置の判定処理を実行する。この際、電圧判定部２４１は、受電コイル２２で受電される電力を監視する。そして、送電コイル１２を励磁したときの受電コイル２２での受電電圧に基づいて受電コイル２２の位置を検出する。即ち、充電制御部２４は、位置検出回路としての機能を備えている。駐車位置の判定処理の詳細については後述する。また、充電制御部２４は、無線通信部２３、通知部３０、リレー部２６等を制御しており、充電を開始する旨の信号を、無線通信部２３を介して給電装置１００の制御部１４に送信する。
整流部２５は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２２で受電した交流電力を直流に整流する整流回路によって構成されている。
リレー部２６は、充電制御部２４の制御によってオンオフが切り換えられるリレースイッチを備えている。また、リレー部２６は、リレースイッチをオフにすることで、バッテリ２７を含む主回路系と、充電回路部となる受電コイル２２及び整流部２５とを切り離している。
バッテリ２７は、複数の二次電池を接続して構成され、車両１０の電力源となる。
インバータ２８は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子で構成されたＰＷＭ制御回路を備え、スイッチング制御信号に基づいてバッテリ２７から出力される直流電力を交流電力に変換してモータ２９に供給する。
モータ２９は、例えば三相の交流電動機によって構成され、車両１０を駆動するための駆動源となる。
通知部３０は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイまたはスピーカ等によって構成され、充電制御部２４の制御に基づいて、ユーザに対して光や画像または音声等を出力する。
このような構成により、非接触給電システム１は、送電コイル１２と受電コイル２２との間の電磁誘導作用によって非接触状態で高周波電力の送電および受電を行う。即ち、送電コイル１２に電力を供給することによって、送電コイル１２と受電コイル２２との間に磁気的な結合が生じ、送電コイル１２から受電コイル２２へ電力が供給される。
［送電コイル１２の微弱励磁及び弱励磁の説明］
本実施形態に係る非接触給電システム１は、車両１０を駐車スペース２に駐車して非接触給電を行う際に、車両１０が給電可能な駐車位置に達したか否かを判定するための駐車位置の判定処理を実行する。以下では、送電コイル１２による送電電力を受電コイル２２で受電してバッテリ２７への給電が可能な駐車位置を「給電可能位置」という。即ち、車両１０が駐車スペース２の給電可能位置に駐車した場合には、送電コイル１２と受電コイル２２とが対向する位置となる。より詳細には、送電コイル１２と受電コイル２２との間の結合係数が一定の結合係数（これを、「許容結合係数」とする）に達する。ここで、「結合係数」とは送電コイル１２が励磁されて出力される磁束のうち、受電コイル２２に鎖交する磁束の割合を示す。従って、双方のコイル１２，２２が正対した際に結合係数が最大となる。また、「許容結合係数」は、非接触給電を実施する際の、最低限の結合係数を示す。
駐車位置の判定処理では、車両１０が給電可能位置に接近していることが検出されたときに、送電コイル１２に判定用の電力として微弱電力を供給して、送電コイル１２を微弱励磁とする。更に、車両１０が給電可能位置に接近し、受電コイル２２で受電される電圧が予め設定した第１閾値電圧Ｖth１を上回った場合には、上記の微弱電力よりも大きい電力である弱電力を送電コイル１２に供給して、送電コイル１２を弱励磁とする。例えば、車両１０が駐車スペース２の給電可能位置に接近することにより受電コイル２２の一部が送電コイル１２に重複し、受電コイル２２に電圧が発生し、この電圧が第１閾値電圧Ｖth１に達した場合に、送電コイル１２を微弱励磁から弱励磁に切り替える。
更に、送電コイル１２を弱励磁とした後に、受電コイル２２での受電電力が予め設定した第２閾値電圧Ｖth２を上回ったとき、車両１０が給電可能位置に達したものと判断する。換言すれば、送電コイル１２と受電コイル２２との結合係数が許容結合係数に達したものと判断する。以下、送電コイル１２を微弱励磁から、弱励磁に切り替える理由について説明する。
車両１０が給電可能位置に接近しつつある場合には、駐車スペース２の適所に設置される送電コイル１２に人間が近づくことや、送電コイル１２の近傍に金属製の異物が置かれる恐れがある。従って、送電コイル１２が励磁された際に、人体や異物に影響を与える可能性があるので、できるだけ送電コイル１２の励磁を弱くすることが望まれる。そこで、車両１０が駐車スペース２から離れた位置に存在する場合には、送電コイル１２を微弱励磁とする。
一方、送電コイル１２が微弱励磁とされている場合には、受電コイル２２での受電電力、即ち、検出される電圧は極めて低い電圧となる。このため、一般的に用いられている安価な検出機器では、受電コイル２２に生じる電圧を高精度に測定することが難しい。このため、高機能を有する検出機器が必要となる。つまり、人体や異物への影響を低減することと、電圧の検出精度を向上させることは二律背反となる。
本実施形態では、送電コイル１２を微弱励磁とする際には、より高い受電電圧が得られるように、送電コイル１２と受電コイル２２の共振点付近の周波数で送電コイルを励磁する。そして、高機能を有する検出機器を用いることなく電圧を検出可能とする。一方、車両１０が給電可能位置に接近した場合には、微弱励磁から弱励磁に切り替えることにより、高い精度で車両１０の位置を検出する。
以下、送電コイル１２を微弱励磁とする際の励磁周波数を、送電コイル１２と受電コイル２２の共振点付近の周波数に設定する理由について詳細に説明する。
図２は、励磁周波数と受電電圧、及び送電コイル１２と受電コイル２２との結合係数との関係を示す特性図である。図２に示す曲線群Ｐ１は、送電コイル１２を微弱励磁（微弱電圧による励磁）としたときの、各結合係数での周波数と受電電圧［ｄＢＶ］との関係を示す。なお、受電電圧［ｄＢＶ］は対数を示している。曲線群Ｐ２は、送電コイル１２を弱励磁（微弱電圧よりも大きい弱電圧による励磁）としたときの各結合係数での周波数と受電電圧［ｄＢＶ］との関係を示している。
曲線群Ｐ１において、曲線ｐ１、ｐ２、ｐ３（ｐ３-1）の順に、結合係数が大きくなっている。そして、各曲線ｐ１〜ｐ３は２つの共振点の周波数ｑ１、ｑ１ａ付近で受電電圧が高くなっている。
一方、曲線群Ｐ２において、曲線ｐ３（ｐ３-2）、ｐ４、ｐ５、ｐ６、ｐ７の順に結合係数が大きくなっている。なお、曲線群Ｐ１に含まれる曲線ｐ３（ｐ３-1と表記）と、曲線群Ｐ２に含まれる曲線ｐ３（ｐ３-2と表記）は同一の結合係数である。従って、共振点が一致している。
また、曲線群Ｐ２に含まれる曲線ｐ７は、結合係数が最大となったときの特性を示し、曲線ｐ５は、結合係数が許容結合係数に達したときの特性を示す。前述したように、許容結合係数とは、送電コイル１２と受電コイル２２の位置関係が、非接触給電を実行可能な状態になったときの結合係数を示している。従って、送電コイル１２と受電コイル２２の結合係数が許容結合係数を上回った場合に、非接触給電が可能となる。なお、以下では図２に示す各曲線ｐ１〜ｐ７の結合係数をそれぞれＫ１〜Ｋ７とする。
図２の各曲線群Ｐ１、Ｐ２から理解されるように、送電コイル１２と受電コイル２２からなる回路は、２つの共振点（ピーク周波数）を有している。そして、低い方の共振点（ピーク周波数））は同相共振点であり、高い方の共振点（ピーク周波数）は逆相共振点である。更に、曲線群Ｐ２は、結合係数が大きくなるほど、２つの共振点の間隔が広がっている。同相共振点、逆相共振点は周知の技術であるので、詳細な説明を省略する。
そして、本実施形態では、送電コイル１２を微弱励磁とする際には、送電コイル１２を励磁する際の周波数を、送電コイル１２と受電コイル２２で形成される回路の共振周波数の近傍の周波数に設定する。例えば、図２に示すように、同相共振点ｑ１の近傍の周波数ｆ１に設定する。こうすることにより、微弱励磁であっても、受電コイル２２にてより高い受電電圧を得ることができる。つまり、高精度な検出器を使用することなく受電電圧の検出が可能となる。
送電コイル１２を微弱励磁とした状態で、車両１０が駐車スペース２の給電可能位置に接近し、受電コイル２２の受電電圧が図２に示す第１閾値電圧Ｖth１に達した場合には、送電コイル１２を微弱励磁から弱励磁に切り替える。例えば、結合係数がＫ３（曲線ｐ３-1）となったときに、受電電圧が第１閾値電圧Ｖth１を上回った場合には、この時点で送電コイル１２を微弱励磁から弱励磁に切り替える。なお、図２の周波数ｆ１において、「×」印は第１閾値電圧Ｖth１に達していないことを示し、「○」印は第１閾値電圧Ｖth１に達していることを示している。
ここで、弱励磁に切り替える際には、これと同時に送電コイル１２を励磁する際の周波数を変更する。この際、下記（Ａ）、（Ｂ）に示す周波数範囲のうち、いずれかの範囲の周波数に設定する。
（Ａ）結合係数が最大結合係数Ｋ７となったときの共振点、即ち曲線ｐ７のピーク（図２のｑ２）よりも低い一定の範囲の周波数（図３のＭ１で表記）
（Ｂ）許容結合係数Ｋ５のときの曲線ｐ５と最大結合係数Ｋ７のときの曲線ｐ７が交わる周波数ｑ３と、上記の周波数ｑ２との間の周波数（図３のＭ２で表記）
［上記（Ａ）の範囲に周波数に切り替える場合］
以下、上記（Ａ）の範囲の周波数とする場合について、図３に示す特性図を参照して説明する。送電コイル１２を微弱励磁から弱励磁に切り替える際に、これと同時に励磁周波数を切り替える。この際、送電コイル１２の励磁電圧が変化することから、結合係数Ｋ３のときの特性は、曲線ｐ３-1から、曲線ｐ３-2に切り替わる。また、微弱励磁での受電電圧（図２に示すＶth１）よりも弱励磁での受電電圧（図３に示すＶth３；下限閾値電圧）の方が大きくなるように設定される。即ち、図３に示すように、結合係数が上昇し、微弱励磁から弱励磁への切り替えが行われると、受電電圧は、Ｖth１からＶth３（Ｖth３＞Ｖth１）に切り替わる。図５は、結合係数と受電電圧との関係を示す特性図であり、微弱励磁から弱励磁に切り替わることにより、曲線Ｓ１から曲線Ｓ２に切り替わる。
更に、弱励磁に切り替えた際の励磁周波数を図３に示す範囲Ｍ１の周波数、例えば、周波数ｆ２に設定する。こうすることにより、図３に示すように、結合係数の上昇に伴って（曲線ｐ３-2，ｐ４，ｐ５，ｐ６，ｐ７の順に）、受電コイル２２での受電電圧が単調増加する。なお、図３の周波数ｆ２において、「×」印は第２閾値電圧Ｖth２に達していないことを示し、「○」印は第２閾値電圧Ｖth２に達していることを示している。
従って、励磁周波数を周波数ｆ２に設定した状態で、車両１０を給電可能位置に向けて徐々に接近させると、許容結合係数Ｋ５（曲線ｐ５）のときの受電電圧である第２閾値電圧Ｖth２を上回り、更に、結合係数が最大値に接近した位置で車両１０を停車させれば、最大結合係数Ｋ７、或いはその近傍にて車両１０を停車させることが可能となる。
即ち、受電電圧が第２閾値電圧Ｖth２に達したことが、例えば図１に示した通知部３０にて通知された場合には、その後適当な位置で車両１０を停車させれば、車両１０は給電可能位置に停車することになる。
図６は、結合係数と受電電圧［ｄＢＶ］との関係を示す特性図であり、曲線Ｓ１１は、周波数を上記（Ａ）の条件に設定したときの結合係数と受電電圧の関係を示している。そして、曲線Ｓ１１から理解されるように、結合係数の増加に伴い、受電電圧は単調増加するので、上述したように、容易な操作で結合係数が最大、或いはその近傍の位置に合わせることが可能となる。
なお、上記では、最大結合係数Ｋ７のときの曲線ｐ７の同相共振点の周波数ｑ２よりも低い周波数に設定する例について説明したが、図２に示す逆相共振点の周波数ｑ２ａよりも高い周波数に設定することも可能である。この場合においても、図２から明らかなように、結合係数の増加に伴って受電電圧が単調増加するので、上記と同様の効果を達成することが可能となる。また、範囲Ｍ１の下限値は周波数ｑ２よりも低い任意の周波数に設定することができる。
［上記（Ｂ）の範囲に周波数に切り替える場合］
次に、上記（Ｂ）の範囲の周波数とする場合について、図４に示す特性図を参照して説明する。この例では、送電コイル１２を微弱励磁から弱励磁に切り替えたとき、これと同時に図４に示す範囲Ｍ２の周波数に設定する。詳細には、許容結合係数Ｋ５のときの曲線ｐ５と最大結合係数Ｋ７のときの曲線ｐ７が交わる周波数をｑ３とし、この周波数ｑ３から上記の周波数ｑ２までの範囲Ｍ２の周波数に設定する。
この場合には、図４に示すように結合係数が増加すると、これに伴って受電電圧が上昇するが、ある一定のレベルで受電電圧は下降に転じる。つまり、単調増加ではなく、図４に示す符号ａ１、ａ３、ａ２の順に変化する。しかし、受電電圧が下降に転じた場合でも、許容結合係数Ｋ５のときの受電電圧（第２閾値電圧Ｖth２）よりも下回ることはない。即ち、図６の曲線Ｓ１２に示すように、結合係数が増加すると受電電圧は第２閾値電圧Ｖth２（結合係数Ｋ５のときの受電電圧；基準電圧）を超えて最大電圧に達する。その後、受電電圧は下降に転じるが、第２閾値電圧Ｖth２を下回ることはない。
従って、前述した範囲Ｍ１の場合と同様に、受電電圧が第２閾値電圧Ｖth２に達したことが、例えば図１に示した通知部３０にて通知された場合には、その後適当な位置で車両１０を停車させれば、車両１０は給電可能位置に停車することになる。
なお、ここでの説明では同相共振点について説明したが、逆相共振点についても同様の効果を得ることが可能である。
［上記（Ａ）、（Ｂ）の範囲以外の周波数に切り替える場合］
次に、弱励磁に切り替えた際の周波数を、上記（Ａ）、（Ｂ）に示した範囲以外の周波数に設定した場合について説明する。図４に示すように、周波数ｑ３よりも高い周波数の範囲Ｍ３に設定すると、結合係数の増加に伴って受電電圧は図６の曲線Ｓ１３に示すように変化する。具体的には、結合係数の増加に伴って受電電圧が上昇し、許容結合係数Ｋ５を上回ると（第２閾値電圧Ｖth２を上回ると）、受電電圧は下降に転じる。また、受電電圧は許容結合係数Ｋ５のときの受電電圧である第２閾値電圧Ｖth２を下回ることになる。即ち、結合係数の変化に伴って受電電圧が図６の曲線Ｓ１３に示すように変化するので、ある受電電圧が得られた場合に、この受電電圧がＫ５よりも大きい結合係数で生じたものか、或いはＫ５よりも小さい結合係数で生じたものかの判断ができなくなる。従って、車両１０が給電可能位置であるか否かの判断ができなくなる可能性がある。即ち、送電コイル１２を弱励磁とする際には、上記の（Ａ）、（Ｂ）に示した周波数の範囲Ｍ１またはＭ２に設定することにより、確実に車両１０を給電可能位置に停車させることが可能となる。なお、図６に示す曲線Ｓ１４は、周波数ｑ２の場合、曲線Ｓ１５は周波数ｑ３の場合を示している。
このように、本実施形態では、車両１０が給電可能位置に接近する際に、初期的には微弱励磁とする。この際、送電コイル１２の励磁周波数を受電コイル２２による受電電圧がより高くなるように、共振点近傍の周波数に設定する。その後、車両１０が給電可能位置に接近した場合、例えば、受電コイル２２が送電コイル１２の一部と重複した場合には、弱励磁に切り替える。この際、励磁周波数を、上述した（Ａ）、（Ｂ）に示した範囲Ｍ１、Ｍ２の周波数に設定する。こうすることにより、検出精度の高い検出機器を使用することなく、且つ、車両１０を確実に給電可能位置に導くことが可能であることが理解される。
［駐車位置の判定処理の説明］
次に、本実施形態に係るコイル位置検出方法を用いて車両１０の駐車位置を判定する処理を図８〜図１０に示すフローチャートを参照して説明する。図８は、全体の流れを概略的に示すフローチャートである。また、図９は、車両１０に搭載される受電装置２００による処理手順を示し、図１０は、給電装置１００による処理手順を示す。
図８に示すように、本実施形態に係る非接触給電システム１は、ステップＳ１において、車両１０側に設けられる受電装置２００と、地上側に設けられる給電装置１００との間の通信を開始する。
次いで、ステップＳ２において、送電コイル１２を微弱励磁とし、ステップＳ３において、車両１０が給電可能位置に接近したか否かを判断する。
その後、ステップＳ４において、送電コイル１２を弱励磁に切り替え、ステップＳ５において、車両１０が給電可能位置に駐車したか否かを判断する。そして、車両１０が給電可能位置に停車したものと判断した場合には、ステップＳ６において、非接触給電を実行する。
次に、図９に示すフローチャートを参照して、車両１０に搭載される受電装置２００の処理手順について説明する。初めに、ステップＳ１１において、受電装置２００の充電制御部２４は、地上側の給電装置１００との間の通信を開始し、該給電装置１００に微弱励磁要求信号を送信する。この通信は、無線通信部２３と無線通信部１３の間で実行される。この際、通信開始のトリガーは、ユーザによる手動操作、自動駐車システムの起動、受電装置２００によるサーチ等により行うことができる。その結果、送電コイル１２は微弱励磁とされる（後述する図１０のＳ３２参照）。
ステップＳ１２において、充電制御部２４は、受電コイル２２での受電電圧Ｖａを取得し、更に、ステップＳ１３において、この受電電圧Ｖａが予め設定した第１閾値電圧Ｖth１に達したか否かを判断する。
具体的には、前述した図２の曲線群Ｐ１に示したように、送電コイル１２が周波数ｆ１で微弱励磁とされている際に、車両１０が給電可能位置に接近して送電コイル１２と受電コイル２２の間の結合係数が増加すると、曲線ｐ１、ｐ２，ｐ３-1の順に受電電圧（これをＶａとする）が上昇し、結合係数Ｋ３（曲線ｐ３-1）となった際に第１閾値電圧Ｖth１に達する。例えば、送電コイル１２に対して受電コイル２２の一部が重複して受電電圧Ｖａが発生し、この受電電圧Ｖａが第１閾値電圧Ｖth１に達する。
受電電圧Ｖａが第１閾値電圧Ｖth１を上回った場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４において、充電制御部２４は無線通信部２３により給電装置１００に、車両１０が給電可能位置に接近したことを示す接近信号Ｑ１を送信する。その結果、送電コイル１２は微弱励磁から弱励磁に切り替えられる（後述する図１０のＳ３４参照）。この際、励磁周波数は、図３に示した範囲Ｍ１或いはＭ２に示す周波数に設定される。
ステップＳ１５において、充電制御部２４は、受電コイル２２での受電電圧（これをＶｂとする）を取得し、更に、ステップＳ１６において、この受電電圧Ｖｂが予め設定した第２閾値電圧Ｖth２に達したか否かを判断する。前述したように、送電コイル１２と受電コイル２２との間の結合係数が許容結合係数Ｋ５に達するときの受電電圧Ｖｂを、第２閾値電圧Ｖth２に設定している。
従って、受電電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖth２を上回った場合には（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７において、充電制御部２４は、車両１０が給電可能位置に達していることを示す信号である確認信号Ｑ２を送信する。
この際、前述したように弱励磁の周波数が図３のＭ１に示す範囲である場合には、結合係数の増加に伴って、受電電圧が単調増加するので、受電電圧が最大値となった位置で車両１０を停車させることにより、容易且つ確実に車両１０を給電可能位置に停車させることができる。
また、弱励磁の周波数が図３のＭ２に示す範囲である場合には、車両１０が給電可能位置に達して、受電電圧は単調増加とならないものの、許容結合係数となったときの受電電圧を下回らないので、受電電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖth２を上回った後に車両を停車させることにより、容易かつ確実に車両１０を給電可能位置に停車させることが可能となる。
一方、図９のステップＳ１６において、受電電圧Ｖｂが第２閾値電圧Ｖth２に達していない場合には（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１８において、充電制御部２４は、受電電圧Ｖｂが予め設定した第３閾値電圧Ｖth３を上回っているか否かを判断する。第３閾値電圧Ｖth３は、送電コイル１２を弱励磁としている際に、送電コイル１２が受電コイル２２から離間したものと判断するための電圧である（図５の曲線Ｓ２参照）。
従って、受電電圧Ｖｂが第３閾値電圧Ｖth３を下回った場合には（ステップＳ１８でＮＯ）、ステップＳ１９にて検出ＮＧ信号を送信する。この検出ＮＧ信号により、送電コイル１２は弱励磁から再度微弱励磁に切り替えられ、ステップＳ１２の処理に戻る。
また、受電電圧Ｖｂが第３閾値電圧Ｖth３を下回らない場合には（ステップＳ１８でＹＥＳ）、ステップＳ１５に処理を戻す。
次に、図１０に示すフローチャートを参照して、給電装置１００による処理手順を説明する。初めに、ステップＳ３１において、給電装置１００の制御部１４は、微弱励磁要求信号が取得されたか否かを判断する。微弱励磁要求信号は、図９のステップＳ１１の処理で受電装置２００の無線通信部２３より送信される信号である。
微弱励磁要求信号が取得された場合には（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ステップＳ３２において、制御部１４は、送電コイル１２に微弱励磁の電力を供給して、該送電コイル１２を微弱励磁とする。この際、前述したように、励磁周波数は共振点近傍の周波数に設定する。例えば、図２に示す周波数ｆ１に設定する。
ステップＳ３３において、制御部１４は、図９のステップＳ１４の処理による接近信号Ｑ１が受信されたか否かを判断する。接近信号Ｑ１が受信された場合には（ステップＳ３３でＹＥＳ）、ステップＳ３４において、制御部１４は、送電コイル１２に供給する電力を増大して弱励磁に切り替える。この際、前述したように、弱励磁とする際の送電コイル１２の励磁周波数は、図３に示した範囲Ｍ１或いは範囲Ｍ２の周波数となるように設定する。
ステップＳ３５において、制御部１４は、図９のステップＳ１７の処理による確認信号Ｑ２が受信されたか否かを判断する。
確認信号Ｑ２が受信されない場合、即ち、車両１０が給電可能位置に達していない場合には（ステップＳ３５でＮＯ）、ステップＳ３７において、制御部１４は、図９のステップＳ１９の処理による検出ＮＧ信号が受信されたか否かを判断する。
検出ＮＧ信号が受信されない場合には（ステップＳ３７でＮＯ）、ステップＳ３４に処理を戻し、弱励磁を継続する。一方、検出ＮＧ信号が受信された場合には（ステップＳ３７でＹＥＳ）、ステップＳ３８において制御部１４は、弱励磁を停止する。更に、ステップＳ３２に処理を戻して、送電コイル１２を微弱励磁とする。
また、ステップＳ３５の処理で確認信号Ｑ２が受信された場合には（ステップＳ３５でＹＥＳ）、ステップＳ３６において、制御部１４は、車両１０は駐車スペース２の給電可能位置に停車しているものと判断し、非接触給電が可能であると判断する。
こうして、車両１０を非接触充電用の駐車スペース２に駐車する際には、初めに送電コイル１２を微弱励磁とし、車両１０が給電可能位置に接近した場合に、送電コイル１２を弱励磁に切り替える。そして、車両１０が給電可能位置に達した場合に、給電可能であると判断し、非接触充電を行うことになる。
このようにして、本実施形態に係るコイル位置検出方法を採用した非接触給電システム１では、送電コイル１２に対する受電コイル２２の位置に応じて、送電コイル１２の励磁電圧、及び励磁周波数を変更する。そして、受電コイル２２で検出される受電電圧に基づいて受電コイル２２の位置を検出する。従って、高精度な検出機器を用いることなく、且つ確実に送電コイル１２に対する受電コイル２２の位置を検出することが可能となる。
また、車両１０が非接触給電を行う駐車スペース２の給電可能位置に達するまでの間は、送電コイル１２を微弱励磁とする。即ち、第１の周波数（ｆ１）で第１の励磁電圧の第１励磁（微弱励磁）とする。その後、車両１０が駐車スペース２に接近して、給電可能位置に達した場合、つまり、受電電圧が第１の閾値電圧Ｖth１に達した場合には、送電コイル１２を弱励磁に切り替える。即ち、第２の周波数（ｆ２）で第２の励磁電圧の第２励磁（弱励磁）に切り替える。そして、弱励磁とした際に、結合係数が許容結合係数に達した場合には、給電可能であると判断する。
従って、車両１０が駐車スペース２に接近しつつある場合には、送電コイル１２を微弱励磁（第１励磁）とするので、たとえ送電コイル１２の近傍に人間が存在したり、或いは金属製の異物が置かれている場合でも、これらに与える影響を回避することができる。更に、車両１０が給電可能位置に達した場合には、図３、図４に示した範囲Ｍ１、Ｍ２の励磁周波数の弱励磁（第１励磁よりも相対的に励磁電圧が大きい第２励磁）とするので、車両１０を確実に給電可能位置に導くことができる。
即ち、弱励磁に切り替えた際に、励磁周波数を図３に示した範囲Ｍ１或いは範囲Ｍ２の周波数に設定するので、結合係数の変化に伴い、図６に示した曲線Ｓ１１、或いはＳ１２に示すように受電電圧が変化するので、受電電圧が２閾値電圧Ｖth２を上回った場合には確実に車両１０が給電可能位置に達したものと判断できる。従って、確実かつ容易に車両１０を給電可能位置に停車させることができる。
また、微弱励磁とする際の周波数（第１の周波数）を共振周波数近傍の周波数に設定するので（図２のｆ１参照）、受電コイル２２に生じる受電電圧が大きい値になり、比較的安価な汎用的な検出機器で受電電圧を検出することが可能となる。
更に、送電コイル１２を弱励磁（第２励磁）とした後、受電電圧が下限閾値電圧Ｖth３を下回った場合には、微弱励磁（第１励磁）に戻すので、例えば、駐車スペース２の附近で車両１０を切り返す場合等に、一旦駐車スペース２に近付いた後に、再度遠ざかるような場合でも、確実に弱励磁と微弱励磁を切り替えることが可能となる。
また、弱励磁とするときの周波数（第２の周波数）を、図３、図４に示す範囲Ｍ１、Ｍ２内の周波数としている。詳細には、結合係数が増加して許容結合係数に達したときの受電電圧を基準電圧（例えば、第２閾値電圧Ｖth２）としたとき、その後、結合係数が増加した際に、受電電圧が基準電圧を下回らない特性を有する周波数に設定する。従って、受電電圧が基準電圧に達した場合には、車両は確実に給電可能位置に停車しているので、確実に非接触給電を実行することが可能となる。
更に、弱励磁とするときの周波数（第２の周波数）を、図３に示す同相共振点の周波数ｆ２よりも低い周波数（範囲Ｍ１）、或いは、図３に示す逆相共振点の周波数よりも高い周波数に設定することにより、結合係数の増加に伴って受電電圧が単調増加するので、確実に車両を給電可能位置に停車させることが可能となる。
また、弱励磁（第２励磁）としたときの最小受電電圧を、微弱励磁（第１励磁）としたときの最大受電電圧よりも高く設定している。具体的には、図５に示す下限閾値電圧Ｖth３の方が、第１閾値電圧Ｖth１よりも大きくなるように設定している。このような設定により、微弱励磁から弱励磁に切り替わった際に、受電電圧が上昇するので、円滑に受電電圧を検出することが可能となる。
［第１実施形態の変形例の説明］
次に、前述した第１実施形態の変形例について説明する。第１実施形態では、送電コイル１２を微弱励磁とした際に、受電コイル２２での受電電圧Ｖａが第１閾値電圧Ｖth１に達した場合に、弱励磁に切り替える例について示した。
これに対して、変形例に係るコイル位置検出方法では、送電コイル１２が微弱励磁とされているとき、受電コイル２２で受電電圧が検出されたことを条件として、送電コイル１２を弱励磁に切り替える。即ち、微弱励磁としている際には、検出される受電電圧は極めて小さく、受電コイル２２の一部が送電コイル１２に重複した場合に、受電電圧が検出されることとなる。
即ち、図７に示すように、励磁周波数をｆ１として微弱励磁している場合には、結合係数が一定のレベル（図では、曲線ｐ３の場合）に達した場合に、受電電圧が検出される。図７では、結合係数がＫ３（曲線ｐ３-1）に達しない場合（受電電圧がＶth１未満の場合）には、受電電圧が発生しないので特性曲線は空白となっている。そして、この受電電圧が検出された際に弱励磁に切り替える。即ち、送電コイル１２を第１励磁（微弱励磁）とし、受電コイル２２で受電電圧が検出された際に、第２励磁（弱励磁）に切り替える。このような手順とした場合においても、前述した第１実施形態と同様の効果を達成することが可能となる。
［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。前述した第１実施形態では、送電コイル１２が微弱励磁とされているときに、車両１０が駐車スペース２の給電可能位置に接近して受電コイル２２で検出される受電電圧Ｖａが第１閾値電圧Ｖth１を上回った際に、送電コイル１２を弱励磁に切り替える例について説明した。
これに対して、第２実施形態では、受電電圧Ｖａが第１閾値電圧Ｖth１を上回った後、車両１０が停車した場合に、送電コイル１２を弱励磁に切り替える。システムの構成は、図１に示したものと同一であるので構成説明を省略する。
以下、第２実施形態に係るコイル検出方法が採用された非接触給電システムの処理手順を、図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は、全体の流れを概略的に示すフローチャートである。また、図１２は、車両１０に搭載される受電装置２００による処理手順を示し、図１３は、給電装置１００による処理手順を示す。
図１１に示すように、第１変形例に係る非接触給電システム１は、ステップＳ１において、車両１０側に設けられる受電装置２００と、地上側に設けられる給電装置１００との間の通信を開始する。
次いで、ステップＳ２において、送電コイル１２を微弱励磁とし、ステップＳ３において、車両１０が給電可能位置に接近したか否かを判断する。ステップＳ３ａにおいて、車両１０が停車したか否かを判断する。その後、ステップＳ４において、送電コイル１２を弱励磁に切り替え、ステップＳ５において、車両１０が給電可能位置に停車したか否かを判断する。そして、車両１０が給電可能位置に停車したものと判断した場合には、非接触充電を実行する。
次に、図１２に示すフローチャートを参照して、受電装置２００の処理手順について説明する。図１２に示す処理は、前述した図９に示した処理と対比して、ステップＳ１４ａ、Ｓ１４ｂの処理が追加されている点で相違する。それ以外の処理、即ち、ステップＳ１１〜Ｓ１４、Ｓ１５〜Ｓ１９の処理は、図９に示した処理と同一であるので、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
図１２のステップＳ１４において、接近信号Ｑ１を送信すると、充電制御部２４は、車速Ｖ１が予め設定した閾値速度Ｖ０未満であるか否かを判断する。閾値速度Ｖ０は、車両１０の停車を判定するための数値であり、車両１０が停車している場合には、Ｖ１＜Ｖ０となる。
そして、車両１０が停車している場合には（ステップＳ１４ａでＹＥＳ）、ステップＳ１４ｂにおいて、充電制御部２４は、車両停車信号を送信する。その後、ステップＳ１５の処理に移行する。
次に、図１３に示すフローチャートを参照して、給電装置１００の処理手順について説明する。図１３に示す処理は、前述した図１０に示した処理と対比して、ステップＳ３３ａの処理が追加されている点で相違する。それ以外の処理、即ち、ステップＳ３１〜Ｓ３３、Ｓ３４〜Ｓ３８の処理は、図１０に示した処理と同一であるので、同一のステップ番号を付して説明を省略する。
図１３のステップＳ３３において、制御部１４は、接近信号Ｑ１を受信すると、次いで、ステップＳ３３ａにおいて、車両停車信号を受信したか否かを判断する。そして、車両停車信号を受信した場合に（ステップＳ３３ａでＹＥＳ）、ステップＳ３４に処理を進めて、送電コイルを弱励磁とする。
このように、第２実施形態に係るコイル位置検出方法が採用された非接触給電システム１では、送電コイル１２を微弱励磁として車両１０が給電可能位置に接近した場合に、その後、車両１０が停車した際に、送電コイルの励磁を微弱励磁から弱励磁に切り替える。車両１０が停車するという条件を設定することにより、安全に微弱励磁から弱励磁に切り替えることが可能となる。更に、車両が停車した際に、何等かの切替条件を設定することも可能である。
［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。前述した第１実施形態では、車両１０に搭載される受電装置２００と、非接触給電を行う給電装置１００が一対一で対応する場合について説明した。これに対して、第３実施形態では、複数の駐車スペースが存在する場合について説明する。この場合には、車両１０と非接触給電用の駐車スペース２との間のペアリング処理が必要となる。
以下、図１４に示すフローチャートを参照して、第３実施形態に係る非接触給電システム１の作用について説明する。前述した図８と対比して、ステップＳ１の後に、ステップＳ１ａの処理が追加されている点で相違する。そして、ステップＳ１ａの処理において、ペアリング処理を実行する。この処理は、無線ＬＡＮを用いて車両１０と、各駐車スペースに設けられる複数の給電装置との間で通信を行う。そして、通信により、給電を実施する給電装置１００が決定した場合には、この給電装置１００に設けられる送電コイル１２により弱励磁を開始する。その後の処理は、前述した図８と同様であるので、説明を省略する。
このように、第３実施形態では、車両１０と駐車スペースとの間でペアリングを実行するので、車両１０に搭載される受電装置２００と、該車両１０とペアリングされた駐車スペースの給電装置１００との間での通信により、前述した微弱励磁、弱励磁の切り替えが行われる。従って、複数の駐車スペースが存在する場合でも、確実に所望の駐車スペース無いの給電可能位置に停車させることが可能となる。
［第３実施形態の変形例の説明］
次に、第３実施形態の変形例について説明する。変形例では、微弱励磁を用いてペアリングを実行する。即ち、図１５のフローチャートに示すように、ステップＳ２の処理で各駐車スペースに設けられる給電装置１００の送電コイル１２を微弱励磁する。更に、ステップＳ２ａにおいて、微弱励磁する際の電力に通信データを重畳し、微弱励磁電力を検出することにより、ペアリングを行う。その後、ステップＳ３以降の処理を実行する。
このような構成としても、車両１０と複数の給電装置１００うちの一つをペアリングさせることが可能となり、ペアリングされた給電装置１００の駐車スペースに車両１０を停車して、非接触給電を行うことができる。
また、微弱励磁を用いてペアリングを行うので、他の通信を行う必要がなく、構成を簡素化することができる。また、この変形例では、複数の給電装置１００に設けられる送電コイル１２が全て微弱励磁されることになるが、励磁電力が小さいので周囲の人間や金属製の異物に影響を与える可能性は極めて低い。
以上、本発明の非接触給電システムのコイル位置検出方法及び非接触給電システム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。
１ 非接触給電システム
２ 駐車スペース
１０ 車両
１１ 電力制御部
１２ 送電コイル
１３ 無線通信部
１４ 制御部
２２ 受電コイル
２３ 無線通信部
２４ 充電制御部
２５ 整流部
２６ リレー部
２７ バッテリ
２８ インバータ
２９ モータ
３０ 通知部
１００ 給電装置
１１０ 交流電源
１１１ 整流部
１１２ ＰＦＣ回路
１１３ インバータ
１１４ ＤＣ電源
１４１ インバータ制御部
１４２ ＰＦＣ制御部
１４３ シーケンス制御部
２００ 受電装置
２４１ 電圧判定部
図１１に示すように、第２実施形態に係る非接触給電システム１は、ステップＳ１において、車両１０側に設けられる受電装置２００と、地上側に設けられる給電装置１００との間の通信を開始する。

Claims (9)

  1. 地上側の送電コイルから車両側の受電コイルに給電する非接触給電システムの、前記受電コイルの位置を検出するコイル位置検出方法であって、
    前記送電コイルに対する前記受電コイルの位置に応じて、前記送電コイルの励磁電圧、及び励磁周波数を変更し、
    前記送電コイルを励磁したときの、前記受電コイルでの受電電圧に基づいて前記受電コイルの位置を検出すること
    を特徴とする非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  2. 前記送電コイルを第１の周波数且つ第１の励磁電圧の第１励磁とし、前記受電コイルで検出される受電電圧が第１閾値電圧に達した際に、前記送電コイルを第２の周波数且つ前記第１の励磁電圧よりも大きい第２の励磁電圧の第２励磁とし、
    前記送電コイルを第２励磁とした際の、前記受電コイルでの受電電圧に基づいて前記受電コイルの位置を検出すること
    を特徴とする請求項１に記載の非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  3. 前記送電コイルを前記第２励磁とした際に、前記受電コイルでの受電電圧が下限閾値電圧（Ｖth３）を下回った際に、前記送電コイルを前記第１励磁とすること
    を特徴とする請求項２に記載の非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  4. 前記送電コイルを第１の周波数且つ第１の励磁電圧の第１励磁とし、前記受電コイルで受電電圧が検出された際に、前記送電コイルを第２の周波数且つ前記第１の励磁電圧よりも大きい第２の励磁電圧の第２励磁とし、
    前記送電コイルを第２励磁とした際の、前記受電コイルでの受電電圧に基づいて前記受電コイルの位置を検出すること
    を特徴とする請求項１に記載の非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  5. 前記第１の周波数を、前記受電コイルと前記送電コイルで形成される回路の共振周波数近傍の周波数に設定すること
    を特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  6. 前記第２の周波数を、
    結合係数が増加して許容結合係数に達したときの受電電圧を基準電圧としたとき、その後、結合係数が増加した際に、受電電圧が前記基準電圧を下回らない特性を有する周波数に設定すること
    を特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  7. 前記第２の周波数を、
    送電コイルと受電コイルの結合係数が最大となったときの、周波数と受電電圧の特性曲線の２つのピーク周波数のうち、低い方のピーク周波数よりも低い周波数、或いは高い方の周波数よりも高い周波数に設定すること
    を特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  8. 前記送電コイルを前記第２励磁としたときの、前記受電コイルの最小受電電圧を、前記送電コイルを前記第１励磁としたときの、前記受電コイルの最大受電電圧よりも高く設定すること
    を特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の非接触給電システムのコイル位置検出方法。
  9. 地上側の送電コイルから車両側の受電コイルに給電する非接触給電システムであって、
    前記送電コイルに対する前記受電コイルの位置に応じて、前記送電コイルの励磁電圧、及び励磁周波数を変更する励磁電圧及び周波数変更回路と、
    前記送電コイルを励磁したときの、前記受電コイルでの受電電圧に基づいて前記受電コイルの位置を検出する位置検出回路と、
    を備えたことを特徴とする非接触給電システム。
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