JP6213353B2 - 受電装置およびそれを備える車両 - Google Patents

Description

この発明は、受電装置およびそれを備える車両に関し、特に、車両に搭載され、車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置およびそれを備える車両に関する。

近年、車両に設けられた受電装置と、車両外部に設けられた送電装置との間で非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムについて各種提案されている（特許文献１〜７）。

上記のような非接触電力伝送システムにおいては、受電装置と送電装置との位置合わせをする必要がある。たとえば、特開２０１２−８０７７０号公報（特許文献１）は、車両外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電ユニットを用いて駐車支援を行なう車両を開示する。この車両は、受電ユニットの二次自己共振コイル（受電コイル）によって受電された交流電力を整流する整流器と、整流器の出力側の電力線対間に設けられ、直列に接続される距離検知用抵抗およびリレーと、距離検知用抵抗に生じる電圧を検出する電圧センサとが設けられる。駐車支援の実行時、送電ユニットの送電コイルから微弱電力が出力されるとともに上記リレーがオンされ、電圧センサにより検出される電圧を用いて駐車支援が実行される（特許文献１参照）。

特開２０１２−８０７７０号公報 国際公開第２０１０／０５２７８５号パンフレット 特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報

特許文献１に記載の車両では、送電コイルと受電コイルとの間の距離（以下「コイル間距離」と称する。）の検知用に、距離検知用抵抗と、リレーと、送電装置から出力される微弱電力の受電に応じて距離検知用抵抗に生じる電圧を検出する電圧センサとが設けられるので、車両の部品点数が増加し、コストが増加する。

それゆえに、この発明の目的は、車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置およびそれを備える車両において、上記のような部品を設けることなくコイル間距離を検知可能とすることである。

この発明によれば、受電装置は、車両に搭載され、車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置であって、受電コイルと、整流回路と、電圧センサと、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置の送電コイルから出力される電力を非接触で受電するように構成される。整流回路は、整流器と、整流器の出力側に設けられるキャパシタとを含み、受電コイルにより受電された電力を整流する。電圧センサは、整流回路の出力側に設けられる。制御装置は、電圧センサにより検出される電圧の立上りを検知し、予め準備された、前記電圧の立上りが生じるコイル間距離を基準として、車両の移動距離に基づいてコイル間距離を検知する。

この受電装置においては、距離検知用抵抗が設けられていないので、受電時に整流回路のキャパシタに蓄積される電荷が直ちに放電されない。このため、電圧センサにより検出される電圧は、コイル間距離の変化に応じて上昇側には変化するけれども、低下側にはコイル間距離の変化に応じた変化を示さない。したがって、電圧センサにより検出される電圧の検出値そのものによるコイル間距離の検知は難しい。そこで、この受電装置においては、電圧センサにより検出される電圧の立上りが検知され、その電圧の立上りが生じるコイル間距離を基準として、車両の移動距離に基づいてコイル間距離が検知される。したがって、この受電装置によれば、距離検知用抵抗およびリレー、ならびに距離検知用抵抗に生じる電圧を検出する専用の電圧センサを設けることなくコイル間距離を検知することができる。

好ましくは、受電装置は、報知装置をさらに備える。報知装置は、電圧センサにより検出される電圧の立上りが検知されたことを報知する。報知装置は、電圧の立上りが検知されると、その電圧の立上りが生じるときのコイル間距離を報知する。

この受電装置によれば、電圧センサにより検出される電圧の立上り検知に基づく正確なコイル間距離を利用者に報知することができる。

好ましくは、受電コイルは、受電コイルが送電コイルに近づくように車両が移動する場合に、コイル間距離と上記電圧との関係を示す電圧特性が、第１の立上りと、第１の立上りが生じる位置よりもコイル間距離が小さい第２の立上りとを有するように構成される。報知装置は、第１の立上りが検知されると、第１の立上りが検知されたことを報知し、第２の立上りが検知されると、第２の立上りが検知されたことを報知する。

さらに好ましくは、制御装置は、コイル間距離を検知し始めてから上記電圧の上昇率が予め定められた第１上昇率以上になると、第１の立上りが検知されたものとして、コイル間距離が第１所定距離であると判断する。制御装置は、さらに、コイル間距離が第１所定距離であると判断した後、上記電圧の上昇率が予め定められた第２上昇率（第１上昇率よりも大きい）以上になると、第２の立上りが検知されたものとして、コイル間距離が第２所定距離であると判断する。そして、制御装置は、第１の立上りが検知されてから第２の立上りが検知されるまでの間は、第１所定距離と車両の移動距離とに基づいてコイル間距離を算出し、第２の立上りが検知されると、第２所定距離と車両の移動距離とに基づいてコイル間距離を算出する。

さらに好ましくは、報知装置は、第１の立上りが検知されると、第１所定距離を報知し、第２の立上りが検知されると、第２所定距離を報知する。

上記の受電装置においては、第２所定距離よりも大きい第１所定距離を検知するための第１の立上りは、第２所定距離を検知するための第２の立上りのように急峻ではなく、第１上昇率の値には小さい値が設定される（第１上昇率＜第２上昇率）。このため、第１の立上りの検知精度は第２の立上りよりも低いが、第１の立上りを検知することによって、遠方の第１所定距離からコイル間距離を報知することができる。一方、第２の立上りは急峻であり、第２の立上りの検知精度は高い。そして、第２の立上りが検知されると、その後は第２所定距離に基づくコイル間距離が報知される。したがって、この受電装置によれば、遠方の第１所定距離からコイル間距離を報知可能としつつ、第２の立上りの検知後は第２所定距離に基づいてコイル間距離を精度良く報知することができる。

また、好ましくは、制御装置は、コイル間距離を検知し始めてから上記電圧が予め定められた電圧以上になると、コイル間距離が第１所定距離であると判断する。制御装置は、さらに、コイル間距離が第１所定距離であると判断した後、上記電圧の上昇率が予め定められた上昇率以上になると、電圧の立上りが検知されたものとして、コイル間距離が第２所定距離であると判断する。そして、制御装置は、第１所定距離が検知されてから電圧の立上りが検知されるまでの間は、第１所定距離と移動距離とに基づいて距離を算出し、電圧の立上りが検知されると、第２所定距離と移動距離とに基づいて距離を算出する。

この受電装置においては、第２所定距離よりも大きい第１所定距離が検知されるときの電圧は小さいので、第１所定距離の検知精度は低いが、遠方の第１所定距離からコイル間距離を報知することができる。また、第１所定距離の検知後に検知される電圧の立上りは急峻であり、立上りの検知精度は高い。そして、電圧の立上りが検知されると、その後は第２所定距離に基づくコイル間距離が報知される。したがって、この受電装置によれば、遠方の第１所定距離からコイル間距離を報知可能としつつ、電圧の立上りの検知後は第２所定距離に基づいてコイル間距離を精度良く報知することができる。

好ましくは、車両は、車両駆動力を発生する電動機を含む。制御装置は、電動機の回転数に基づいて車両の移動距離を算出する。

この受電装置によれば、電圧の立上りに応じたコイル間距離が検知された後は、電動機の回転数に基づき算出される車両の移動距離に基づいて、コイル間距離を正確に検知することができる。

好ましくは、車両は、受電装置によって受電された電力を蓄える蓄電装置を含む。制御装置は、蓄電装置を充電するための、送電装置からの本送電時、電圧センサにより検出される電圧に基づいて送電装置からの受電電力を算出し、受電電力が所定値以下のとき、本送電を停止するための指令を送電装置へ送信する。

この受電装置によれば、本送電時に受電電力を測定するための電圧センサをコイル間距離の検知に流用できるので、部品点数をさらに削減することができる。

また、好ましくは、送電装置は、送電装置のインピーダンスを調整するための整合回路を含む。そして、電圧センサにより検出される電圧を用いて算出される受電効率に基づいて、整合回路においてインピーダンスが調整される。

この受電装置によれば、受電効率に基づき整合回路においてインピーダンスを調整するための電圧センサをコイル間距離の検知に流用できるので、部品点数をさらに削減することができる。

好ましくは、受電コイルは、巻線と、巻線が巻回されるコアとを含む。受電コイルは、巻線の巻回軸が車両の前後方向に沿うように車両に搭載される。

このような受電コイルの構成において、送電コイルと受電コイルとの相対的な位置関係によって、コイル間距離が縮まるにつれて受電コイルの磁界が反転するポイントがあり、これにより上記の電圧の立上りが発生し得る。このポイントは、コイルの大きさおよびコイル間の相対的な位置関係によって一義的に決まる。したがって、この受電装置によれば、コイル間距離を精度良く検知することができる。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの受電装置を備える。

この発明によれば、車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置およびそれを備える車両において、距離検知用抵抗等の専用部品を設けることなくコイル間距離を検知することができる。

この発明の実施の形態による受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 車両を側方から見たときの受電部の配置を示した図である。 車両を上方から見たときの受電部の配置を示した図である。 図１に示す受電部および送電部の回路構成の一例を示した図である。 図１に示す整流回路の構成の一例を示した図である。 図１に示す整合回路の構成の一例を示した図である。 位置合わせの実行時におけるコイル間距離と電圧センサにより検出される電圧との関係を示した図である。 コイル間距離がＸ４よりも大きいときの送電部および受電部に形成される磁界を示した図である。 コイル間距離がＸ４よりも小さいときの送電部および受電部に形成される磁界を示した図である。 位置合わせの実行時におけるコイル間距離の検知手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２において、位置合わせの実行時におけるコイル間距離の検知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。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態による受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システムは、車両１０と、送電装置２０とを備える。車両１０は、受電部１００と、整合回路１５０と、整流回路２００と、リレー２２０，３１０と、蓄電装置３００と、動力生成装置４００とを備える。また、車両１０は、電圧センサ２１０と、電流センサ２１２と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００と、通信装置５１０と、報知装置５２０とを含む。

受電部１００は、送電装置２０の送電部７００（後述）から出力される電力（交流）を非接触で受電するためのコイルを含む。受電部１００は、受電した電力を整流回路２００へ出力する。この実施の形態では、図２および図３に示されるように、送電装置２０の送電部７００が地表または地中に設けられるものとし、受電部１００は、車体前方寄りの車体下部に設けられるものとする。

整合回路１５０は、受電部１００と整流回路２００との間に設けられ、車両１０側のインピーダンスを送電装置２０側のインピーダンスと整合させるためのものである。整合回路１５０は、たとえば、複数のインダクタおよびキャパシタを含むＬＣ回路によって構成される。

整流回路２００は、受電部１００によって受電された交流電力を整流する。整流回路２００は、整流器とともに平滑用のキャパシタを含んで構成される。整流回路２００の具体的な構成については、後ほど説明する。

電圧センサ２１０は、整流回路２００の出力側に設けられ、整流回路２００の出力電圧を示す電圧ＶＲを検出して車両ＥＣＵ５００へ出力する。電流センサ２１２は、整流回路２００から出力される電流ＩＲを検出し、その検出値を車両ＥＣＵ５００へ出力する。

リレー２２０は、整流回路２００と蓄電装置３００との間に設けられ、送電装置２０による蓄電装置３００の充電時に車両ＥＣＵ５００によってオンされる。なお、送電装置２０による蓄電装置３００の充電に先立って送電部７００と受電部１００との間の距離（コイル間距離）が検知されるところ、コイル間距離の検知が行なわれるときは、リレー２２０はオフされる。

蓄電装置３００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によって構成される。蓄電装置３００の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。

動力生成装置４００は、蓄電装置３００に蓄えられる電力を用いて車両１０の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力生成装置４００は、たとえば、蓄電装置３００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て車両駆動力を発生するモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力生成装置４００は、蓄電装置３００を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンとを含んでもよい。

車両ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１０における各機器の制御を行なう。一例として、車両ＥＣＵ５００は、車両１０の走行制御や、送電装置２０による蓄電装置３００の充電制御等を実行する。

さらに、車両ＥＣＵ５００により実行される主要な制御として、車両ＥＣＵ５００は、送電部７００に対する受電部１００の位置合わせの実行時や、充電開始前の位置合わせ確認時に、コイル間距離を検知するための制御を実行する。この車両１０においては、受電電圧に基づきコイル間距離を検知するための距離検知用抵抗が設けられていないところ、車両ＥＣＵ５００は、距離検知用抵抗を用いることなくコイル間距離を検知する。

具体的には、車両ＥＣＵ５００は、車両１０における受電効率の算出に用いられる電圧センサ２１０の検出値に基づいて、電圧センサ２１０により検出される電圧ＶＲの立上りを検知する。そして、車両ＥＣＵ５００は、予め準備された、電圧ＶＲの立上りが生じるコイル間距離を基準として、車両１０の移動距離に基づいてコイル間距離を検知する。このコイル間距離の検知の方法については、後ほど詳しく説明する。

なお、車両ＥＣＵ５００は、位置合わせの実行時や確認時にコイル間距離を検知するときは、リレー２２０をオフに制御する。位置合わせが完了し、送電装置２０による蓄電装置３００の充電が行なわれるときは、車両ＥＣＵ５００は、リレー２２０をオンに制御する。なお、リレー３１０については、車両１０の移動が要求されるときは（通常走行時や位置合わせの実行時）、車両ＥＣＵ５００は、リレー３１０をオンにする。

また、車両ＥＣＵ５００は、位置合わせの実行時や、送電装置２０による蓄電装置３００の充電時には、通信装置５１０を用いて送電装置２０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況（受電効率等）等の情報を送電装置２０とやり取りする。

報知装置５２０は、車両ＥＣＵ５００によって制御され、車両ＥＣＵ５００により電圧ＶＲの立上りが検知されると、その旨を報知する。好ましくは、報知装置５２０は、電圧ＶＲの立上りが検知されると、電圧ＶＲの立上りが生じるコイル間距離をそのタイミングで報知し、その後、車両１０の移動距離に基づき更新されるコイル間距離を報知する。報知装置５２０は、代表的には、視覚的に情報を表示する表示装置であるが、音声やその他の手段を用いて情報を報知してもよい。

一方、送電装置２０は、電源部６００と、整合回路６１０と、送電部７００と、電源ＥＣＵ８００と、通信装置８１０とを含む。電源部６００は、商用系統電源等の外部電源９００から電力を受け、所定の伝送周波数を有する交流電力を発生する。

送電部７００は、車両１０の受電部１００へ非接触で送電するためのコイルを含む。送電部７００は、伝送周波数を有する交流電力を電源部６００から受け、送電部７００の周囲に生成される電磁界を介して、車両１０の受電部１００へ非接触で送電する。送電部７００の具体的な構成については、受電部１００とともに後ほど説明する。

整合回路６１０は、電源部６００と送電部７００との間に設けられ、送電装置２０側のインピーダンスを車両１０側のインピーダンスと整合させるためのものである。具体的には、整合回路６１０は、通信装置８１０を用いて車両１０から受信される車両１０の受電効率等に基づいて、電源部６００と送電部７００との間のインピーダンスを変換（調整）する。なお、この整合回路６１０の具体的な構成についても、後ほど説明する。

電源ＥＣＵ８００は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、送電装置２０における各機器の制御を行なう。一例として、電源ＥＣＵ８００は、伝送周波数を有する交流電力を電源部６００が生成するように、電源部６００のスイッチング制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

なお、電源ＥＣＵ８００は、位置合わせの実行時や車両１０への送電時には、通信装置８１０を用いて車両１０の通信装置５１０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況（受電効率等）等の情報を車両１０とやり取りする。

送電装置２０において、電源部６００から整合回路６１０を介して送電部７００へ、所定の伝送周波数を有する交流電力が供給される。送電部７００および車両１０の受電部１００の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部７００および受電部１００の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。

電源部６００から整合回路６１０を介して送電部７００へ交流電力が供給されると、送電部７００のコイルと、受電部１００のコイルとの間に形成される電磁界を通じて、送電部７００から受電部１００へエネルギ（電力）が移動する。そして、受電部１００へ移動したエネルギ（電力）は、整合回路１５０および整流回路２００を介して蓄電装置３００へ供給される。

図２は、車両１０を側方から見たときの受電部１００の配置を示した図である。図３は、車両１０を上方から見たときの受電部１００の配置を示した図である。図２および図３を参照して、駐車枠３０内に送電装置２０の送電部７００が配設され、駐車枠３０に沿って車両１０が駐車される。この実施の形態では、車両１０は後方駐車されるものとするが、前方駐車であってもよい。

受電部１００および送電部７００の各々は、上述のようにコイルを含んで構成される。各コイルは、巻線と、巻線が巻回されるコアとを含む。受電部１００は、巻線の巻回軸が車両１０の前後方向に沿うように車両１０に搭載される。送電部７００は、巻線の巻回軸が駐車枠３０内の車両移動方向に沿うように配設される。図２に示されるように、車両１０の移動方向に沿った、送電部７００の中央部と受電部１００の中央部との間の距離Ｌが「コイル間距離」である。

駐車枠３０への車両１０の駐車に伴ない、送電部７００に対する受電部１００の位置合わせが行なわれる。位置合わせの実行時には、送電部７００から一定の位置確認用電力が出力され、車両ＥＣＵ５００によってコイル間距離Ｌが検知される。なお、上述のように、位置確認用電力は、たとえば蓄電装置３００の充電時に出力される電力の１／１００以下に設定される。

図４は、図１に示した受電部１００および送電部７００の回路構成の一例を示した図である。図４を参照して、受電部１００は、コイル１０２と、キャパシタ１０４とを含む。キャパシタ１０４は、コイル１０２に直列に接続されてコイル１０２と共振回路を形成する。キャパシタ１０４は、受電部１００の共振周波数を調整するために設けられる。

送電部７００は、コイル７０２と、キャパシタ７０４とを含む。キャパシタ７０４は、コイル７０２に直列に接続されてコイル７０２と共振回路を形成する。キャパシタ７０４は、送電部７００の共振周波数を調整するために設けられる。

図５は、図１に示した整流回路２００の構成の一例を示した図である。図５を参照して、整流回路２００は、整流器と、整流器の出力側に設けられたキャパシタ２０２と、整流器とキャパシタ２０２との間に挿入されるチョークコイルとを含む。整流器は、たとえば４つのダイオードを含むダイオードブリッジ回路によって構成される。チョークコイルは設けなくてもよい。整合回路１５０（図１）を通った交流電力が整流器により直流電力に整流され、キャパシタ２０２により平滑化されて蓄電装置３００（図１）へ出力される。

図６は、図１に示した整合回路６１０の構成の一例を示した図である。なお、車両１０の整合回路１５０も、同様の構成を有する。図６を参照して、整合回路６１０は、コイル６１２，６１６，６２０と、キャパシタ６１４，６１８とを含む。コイル６１２，６１６，６２０は、電源部６００（図１）と送電部７００との間の電力線対の一方に設けられ、この実施の形態では、コイル６１２，６１６，６２０は、端子Ｔ９，Ｔ１１間において直列に接続される。キャパシタ６１４は、コイル６１２，６１６間において電力線対間に接続される。キャパシタ６１８は、コイル６１６，６２０間において電力線対間に接続される。

図７は、位置合わせの実行時におけるコイル間距離Ｌと電圧センサ２１０により検出される電圧ＶＲとの関係を示した図である。図７を参照して、コイル間距離Ｌを示す横軸において「前方」とは、受電部１００が送電部７００に対して正対する位置をコイル間距離０として、その正対位置よりも車両移動方向の前方に車両１０が位置していることを示し、コイル間距離Ｌとして正の値をとるものとする。

曲線Ｓ１は、駐車枠３０（図３）外から駐車枠３０内に車両１０が後方駐車されるとともにコイル間の位置合わせが行なわれるときの電圧特性を示す。コイル間距離ＬがＸ１になると、電圧ＶＲが上昇し始める（第１の立上り）。その後、コイル間距離Ｌが小さくなるに従って電圧ＶＲは上昇し、コイル間距離ＬがＸ３（Ｘ３＜Ｘ１）よりも小さくなると電圧ＶＲの上昇が一旦止まる。そして、車両１０がさらに後退してコイル間距離ＬがＸ２（Ｘ２＜Ｘ３）になると電圧ＶＲは再び上昇し始め（第２の立上り）、コイル間距離Ｌが０のとき（正対位置）において電圧ＶＲは最大となる。

なお、電圧ＶＲの「第１の立上り」および「第２の立上り」は、以下のようにして検知される。第１の立上りについては、電圧ＶＲの上昇率（変化率）が予め定められた第１上昇率以上になったときに、第１の立上りが検知される。第２の立上りについては、電圧ＶＲの上昇率が予め定められた第２上昇率（第２上昇率＞第１上昇率）以上になったときに、第２の立上りが検知される。なお、電圧ＶＲの上昇率については、ノイズの影響を除去するために、上昇率の平均値（移動平均等）を用いるのが好ましい。

第１の立上りは、第２の立上りのように急峻ではなく、第１上昇率の値には小さい値が設定される（第１上昇率＜第２上昇率）。このため、第１の立上りの検知精度は第２の立上りよりも低いが、第１の立上りを検知することによって、遠方からのコイル間距離Ｌの検知が可能となる。一方、第２の立上りは急峻であり、第２の立上りの検知精度は高い。そして、第２の立上りが検知されると、その後は、コイル間距離ＬがＸ２の地点を基準としてコイル間距離Ｌが検知される。このように、本実施の形態によれば、遠方からコイル間距離Ｌを検知可能としつつ、第２の立上りの検知後は、コイル間距離ＬがＸ２の地点を基準としてコイル間距離Ｌを精度良く検知することができる。

コイル間距離ＬがＸ３よりも小さい領域において、コイル間距離Ｌの変化に対して図７に示すような電圧ＶＲの特性を示す理由について以下に説明する。

図８は、コイル間距離ＬがＸ４（Ｘ２＜Ｘ４＜Ｘ３、図７参照）よりも大きいときの送電部７００および受電部１００に形成される磁界を示した図である。図９は、コイル間距離ＬがＸ４よりも小さいときの送電部７００および受電部１００に形成される磁界を示した図である。なお、送電部７００および受電部１００には、電源部６００（図１）が発生する交流電力に応じて交流磁界が生成されるところ、図８，９では、送電部７００において端部Ｅ１から端部Ｅ２へ向かう方向に磁界が形成している時点の様子が示されている。

図８を参照して、コイル間距離ＬがＸ４よりも大きいときは、送電部７００の端部Ｅ２から受電部１００の端部Ｅ３へ向かい、受電部１００のコアを通って受電部１００の端部Ｅ４から送電部７００の端部Ｅ１へ戻る磁界が形成される。受電部１００のコアには、端部Ｅ３から端部Ｅ４へ向かう方向の磁界が形成され、その磁界の方向に応じた電流が受電部１００の巻線に誘起される。

一方、図９を参照して、コイル間距離ＬがＸ４よりも小さいときは、送電部７００の端部Ｅ２から受電部１００の端部Ｅ４へ向かい、受電部１００のコアを通って受電部１００の端部Ｅ３から送電部７００の端部Ｅ１へ戻る磁界が形成される。受電部１００のコアには、端部Ｅ４から端部Ｅ３へ向かう方向の磁界が形成され、その磁界の方向に応じた電流が受電部１００の巻線に誘起される。

再び図７を参照して、コイル間距離ＬがＸ４の前後において、受電部１００に誘起される電流の位相が反転し、コイル間距離ＬがＸ４のときに受電部１００の受電電力は原理的に０となる（点線）。しかしながら、実際には、整流回路２００（図１）に設けられる平滑用のキャパシタ２０２（図５）によって、曲線Ｓ１に示されるように、電圧センサ２１０により測定される電圧ＶＲは低下しない。そして、コイル間距離Ｌがさらに小さくなり、コイル間距離ＬがＸ２になると、電圧ＶＲが再び上昇し始める。

このように、コイル間距離Ｌが変化してもキャパシタ２０２により電圧ＶＲの変化（低下）が抑制される領域が存在するので、電圧ＶＲの検出値そのものに基づくコイル間距離Ｌの検知は難しい。そこで、この実施の形態では、コイル間距離ＬがＸ１，Ｘ２の地点における電圧ＶＲの立上り（コイル間距離ＬがＸ１の地点における「第１の立上り」、およびコイル間距離ＬがＸ２の地点における「第２の立上り」）を検知し、その電圧ＶＲの立上り検知に応じてコイル間距離Ｌ（Ｘ１，Ｘ２）が検知される。そして、コイル間距離ＬがＸ１，Ｘ２の地点を基準として、その基準地点からの車両１０の移動距離に基づいてコイル間距離Ｌを検知することとしたものである。

なお、車両１０の移動距離は、動力生成装置４００（図１）に含まれる、車両駆動力を発生するモータや駆動輪の回転数に基づいて算出することができる。モータや駆動輪の回転数は、回転数そのものをカウントしてもよいし、モータや駆動輪の回転速度を積算することによって算出してもよい。

なお、電圧ＶＲが最大となる地点、すなわちコイル間距離Ｌが０となる地点を一旦通り過ぎた後は、キャパシタ２０２により電圧ＶＲの変化が抑制されるので、電圧ＶＲの特性は曲線Ｓ２のようになる。

図１０は、位置合わせの実行時におけるコイル間距離Ｌの検知手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、たとえば、車両１０から送電装置２０へ位置確認用電力の出力要求が送信されると開始され、位置合わせが終了して車両１０から送電装置２０へ位置確認用電力の停止要求が送信されると終了する。

なお、位置合わせが終了すると、リレー２２０（図１）が接続され、送電装置２０から大きな電力の伝送（本送電）が開始される。なお、蓄電装置３００の充電時に送電装置２０から出力される電力は、位置合わせの実行時や確認時に出力される電力よりも大きく、たとえば、位置合わせ時の電力の１００倍程度に設定される。

そして、蓄電装置３００の充電中において、車両ＥＣＵ５００は、電圧センサ２１０により検知される電圧と、電流センサ２１２により検知される電流とに基づいて受電電力を算出する。また、電源ＥＣＵ８００は、送電装置２０からの送電中において、通信装置８１０から通信装置５１０へ送電電力値を送信する。

車両ＥＣＵ５００は、受信された送電電力値が所定値よりも大きくても、受電電力が所定値よりも小さい場合には、送電装置２０へ送電停止指令を送信する。この場合には、電力伝送に何らかの異常がある可能性があるからである。

このように、本実施の形態に係るシステムにおいては、電圧センサ２１０は、位置合わせ時における受電電圧の測定と、本送電時の受電電力の測定とに兼用されている。このように、電圧センサ２１０が上記２つの機能に兼用されることで、部品点数の削減を図ることができる。

図１０とともに図１，７を参照して、車両ＥＣＵ５００は、まず、コイル間の位置合わせが終了しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。位置合わせが終了している場合には（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、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において位置合わせは終了していないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、車両ＥＣＵ５００は、位置合わせのための制御を開始する（ステップＳ２０）。具体的には、車両ＥＣＵ５００は、リレー２２０，３１０（図１）をそれぞれオフ，オンにし、駐車枠３０への車両１０の移動を許可する。なお、車両１０の駆動は、自動で行なわれてもよいし、利用者が行なうものとしてもよい。

位置合わせに伴なう車両１０の移動中、車両ＥＣＵ５００は、電圧センサ２１０（図１）により検出される電圧ＶＲの第１の立上りを検知したか否かを判定する（ステップＳ３０）。上述のように、この第１の立上りは、コイル間距離ＬがＸ１の地点における電圧ＶＲの立上りに相当するものである（図７）。電圧ＶＲの第１の立上りが検知されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ５００は、コイル間距離ＬにＸ１をセットするとともに（ステップＳ４０）、報知装置５２０による所定の報知処理を実行する（ステップＳ５０）。なお、このステップＳ５０における報知処理は、たとえば、電圧ＶＲの第１の立上りが検知された旨を音声で報知するものであってもよいし、コイル間距離ＬをＸ１として表示するものであってもよい。

その後、車両ＥＣＵ５００は、コイル間距離ＬがＸ１の地点を基準として、車両駆動力を発生するモータ（駆動輪を用いてもよい。）の回転数（または回転速度の積算値）に基づき算出される車両１０の移動距離に基づいてコイル間距離Ｌを算出する（ステップＳ６０）。なお、算出されたコイル間距離Ｌは、報知装置５２０により報知される。

次いで、車両ＥＣＵ５００は、電圧センサ２１０により検出される電圧ＶＲの第２の立上りを検知したか否かを判定する（ステップＳ７０）。この第２の立上りは、コイル間距離ＬがＸ２の地点における電圧ＶＲの立上りに相当するものである（図７）。電圧ＶＲの第２の立上りが検知されると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ５００は、コイル間距離ＬにＸ２をセットするとともに（ステップＳ８０）、報知装置５２０による所定の報知処理を実行する（ステップＳ９０）。なお、このステップＳ９０における報知処理は、たとえば、電圧ＶＲの第２の立上りが検知された旨を音声で報知するものであってもよいし、コイル間距離ＬをＸ２として更新表示するものであってもよい。

その後、車両ＥＣＵ５００は、コイル間距離ＬがＸ２の地点を基準として、車両駆動力を発生するモータ（または駆動輪）の回転数（または回転速度の積算値）に基づき算出される車両１０の移動距離に基づいてコイル間距離Ｌを算出する（ステップＳ１００）。なお、ステップＳ１００において算出されたコイル間距離Ｌによって、報知装置５２０におけるコイル間距離Ｌの表示が更新される。

そして、コイル間距離Ｌが所定範囲内に収まることにより位置合わせが完了したものと判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、ステップＳ１２０へ処理が移行され、一連の処理が終了する。

なお、車両が所定範囲を通り越した後は、電圧ＶＲは曲線Ｓ２（図７）のような動きを示すので、電圧ＶＲでは位置を特定することができない。本実施の形態に係るシステムでは、明確な基準Ｘ２を用いることで、モータの回転数やステアリングの舵角等により正確にコイル間距離を算出することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、電圧センサ２１０により検出される電圧ＶＲの立上りが検知され、その電圧ＶＲの立上りが生じるコイル間距離（Ｘ１，Ｘ２）を基準として、車両１０の移動距離に基づいてコイル間距離Ｌが検知される。したがって、この実施の形態１によれば、距離検知用抵抗を設けることなくコイル間距離Ｌを検知することができる。

なお、電圧ＶＲの第１の立上りに基づいてコイル間距離Ｌを検知する場合は、より遠方からコイル間距離Ｌを検知可能であるけれども、図７に示されるように、コイル間距離ＬがＸ２の地点における電圧ＶＲの第２の立上りほど電圧ＶＲの立上りが急峻でなく、電圧ＶＲの立上りの検知精度がポイントとなる。一方、電圧ＶＲの第２の立上りに基づいてコイル間距離Ｌを検知する場合は、第１の立上りに基づいてコイル間距離Ｌを検知する場合に比べてコイル間距離Ｌの検知範囲が狭くなるけれども、電圧ＶＲの立上りが急峻であるので電圧ＶＲの立上りを精度良く検知可能であり、コイル間距離Ｌの検知精度は高い。

［実施の形態２］
実施の形態１では、電圧ＶＲの２つの立上り（「第１の立上り」および「第２の立上り」）を検知するものとしたが、電圧ＶＲの立上り検知は、１つのみ、すなわち実施の形態１における「第２の立上り」のみであってもよい。

この実施の形態２では、駐車枠３０（図３）外から駐車枠３０内に車両１０が後方駐車されるとともにコイル間の位置合わせが行なわれるとき、電圧ＶＲが上昇し始めて予め定められた電圧以上になると、コイル間距離ＬがＸ１であると判断される。その後、コイル間距離Ｌが小さくなるに従って電圧ＶＲが上昇し、電圧ＶＲの立上り（実施の形態１における「第２の立上り」に相当）が検知されると、コイル間距離ＬがＸ２であると判断される。この実施の形態２では、実施の形態１における「第１の立上り」の検知に代えて、電圧ＶＲの大きさに基づいてコイル間距離ＬがＸ１であることが判断され、電圧ＶＲの立上り検知が１つのみである点で、実施の形態２は実施の形態１と異なる。実施の形態２のその他の点は、実施の形態１と同じである。

この実施の形態２においては、コイル間距離ＬがＸ１であるときの電圧ＶＲは小さいので、距離Ｘ１の検知精度は低いが、遠方の距離Ｘ１からコイル間距離Ｌを報知することができる。また、コイル間距離ＬがＸ２であるときの電圧ＶＲの立上りは急峻であり、立上りの検知精度は高い。そして、電圧ＶＲの立上りが検知されると、その後は距離Ｘ２に基づくコイル間距離Ｌが報知される。このように、本実施の形態２によれば、遠方の距離Ｘ１からコイル間距離Ｌを報知可能としつつ、電圧ＶＲの立上りの検知後は距離Ｘ２に基づいてコイル間距離Ｌを精度良く報知することができる。

図１１は、実施の形態２において、位置合わせの実行時におけるコイル間距離Ｌの検知手順を説明するためのフローチャートである。図１１を参照して、このフローチャートは、図１０に示した実施の形態１におけるフローチャートにおいて、ステップＳ３０，Ｓ７０に代えてそれぞれステップＳ３５，Ｓ７５を含む。

すなわち、ステップＳ２０において位置合わせのための制御が開始されると、位置合わせに伴なう車両１０の移動中、車両ＥＣＵ５００は、電圧センサ２１０（図１）により検出される電圧ＶＲが予め定められたしきい値以上になったか否かを判定する（ステップＳ３５）。電圧ＶＲがしきい値以上になったと判定されると（ステップＳ３５においてＹＥＳ）、ステップＳ４０へ処理が移行され、コイル間距離ＬにＸ１がセットされる。

また、ステップＳ６０においてコイル間距離Ｌが算出されると、車両ＥＣＵ５００は、電圧ＶＲの立上りを検知したか否かを判定する（ステップＳ７５）。この立上りは、コイル間距離ＬがＸ２の地点における電圧ＶＲの立上りに相当するものである（図７）。そして、電圧ＶＲの立上りが検知されると（ステップＳ７５においてＹＥＳ）、ステップＳ８０へ処理が移行され、コイル間距離ＬにＸ２がセットされる。

以上のように、この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様に、距離検知用抵抗を設けることなくコイル間距離Ｌを精度よく検知することができる。

なお、上記の各実施の形態において、送電装置２０における整合回路６１０のキャパシタ６１４，６１８は、可変キャパシタであってもよい。そして、車両１０における受電効率等に基づいてキャパシタ６１４，６１８の容量を調整し、送電装置２０のインピーダンスを調整するようにしてもよい。ここで、受電効率は、車両１０の電圧センサ２１０（図１）により検出される電圧を用いて算出される。詳しくは、受電効率は、電圧センサ２１０により検出される電圧ＶＲおよび電流センサ２１２（図１）により検出される電流ＩＲから算出される受電電力と、送電装置２０から出力される送電電力との比である。すなわち、車両１０の電圧センサ２１０は、整合回路６１０によるインピーダンスの調整に用いられる。

この場合にも、電圧センサ２１０は、位置合わせ時における受電電圧の測定と、整合回路６１０によるインピーダンス調整時の受電効率の測定とに兼用される。電圧センサ２１０が２つの機能に兼用されることで、部品点数の削減を図ることができる。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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、２０ 送電装置、３０ 駐車枠、１００ 受電部、１０２，６１２，６１６，６２０，７０２ コイル、１０４，２０２，７０４ キャパシタ、１５０，６１０ 整合回路、２００ 整流回路、２１０ 電圧センサ、２１２ 電流センサ、２２０，３１０ リレー、３００ 蓄電装置、４００ 動力生成装置、５００ 車両ＥＣＵ、５１０，８１０ 通信装置、５２０ 報知装置、６００ 電源部、６１４，６１８ キャパシタ、７００ 送電部、８００ 電源ＥＣＵ、９００ 外部電源。

Claims (9)

1. 車両に搭載され、前記車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置であって、
   前記送電装置の送電コイルから出力される電力を非接触で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り受電された電力を整流する整流回路とを備え、
   前記整流回路は、
   整流器と、
   前記整流器の出力側に設けられるキャパシタとを含み、さらに
   前記整流回路の出力側に設けられる電圧センサと、
   前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離を検知するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記電圧センサにより検出される電圧の立上りを検知し、予め準備された、前記電圧の立上りが生じる前記距離を基準として、前記車両の移動距離に基づいて前記距離を検知し、
   前記受電コイルは、前記受電コイルが前記送電コイルに近づくように前記車両が移動する場合に、前記距離と前記電圧との関係を示す電圧特性が、第１の立上りと、前記第１の立上りが生じる位置よりも前記距離が小さい位置において生じる第２の立上りとを有するように構成され、
   前記制御装置は、前記距離を検知し始めてから前記電圧の上昇率が予め定められた第１上昇率以上になると、前記第１の立上りが検知されたものとして、前記距離が第１所定距離であると判断し、
   前記制御装置は、さらに、前記距離が前記第１所定距離であると判断した後、前記電圧の上昇率が、前記第１上昇率よりも大きい予め定められた第２上昇率以上になると、前記第２の立上りが検知されたものとして、前記距離が第２所定距離であると判断し、
   前記制御装置は、前記第１の立上りが検知されてから前記第２の立上りが検知されるまでの間は、前記第１所定距離と前記移動距離とに基づいて前記距離を算出し、前記第２の立上りが検知されると、前記第２所定距離と前記移動距離とに基づいて前記距離を算出する、受電装置。
2. 前記電圧の立上りが検知されたことを報知する報知装置をさらに備え、
   前記報知装置は、前記第１の立上りが検知されると、前記第１所定距離を報知し、前記第２の立上りが検知されると、前記第２所定距離を報知する、請求項１に記載の受電装置。
3. 車両に搭載され、前記車両の外部に設けられる送電装置から出力される電力を非接触で受電する受電装置であって、
   前記送電装置の送電コイルから出力される電力を非接触で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り受電された電力を整流する整流回路とを備え、
   前記整流回路は、
   整流器と、
   前記整流器の出力側に設けられるキャパシタとを含み、さらに
   前記整流回路の出力側に設けられる電圧センサと、
   前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離を検知するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記電圧センサにより検出される電圧の立上りを検知し、予め準備された、前記電圧の立上りが生じる前記距離を基準として、前記車両の移動距離に基づいて前記距離を検知し、
   前記制御装置は、前記距離を検知し始めてから前記電圧が予め定められた電圧以上になると、前記距離が第１所定距離であると判断し、
   前記制御装置は、さらに、前記距離が前記第１所定距離であると判断した後、前記電圧の上昇率が予め定められた上昇率以上になると、前記電圧の立上りが検知されたものとして、前記距離が第２所定距離であると判断し、
   前記制御装置は、前記第１所定距離が検知されてから前記電圧の立上りが検知されるまでの間は、前記第１所定距離と前記移動距離とに基づいて前記距離を算出し、前記電圧の立上りが検知されると、前記第２所定距離と前記移動距離とに基づいて前記距離を算出する、受電装置。
4. 前記電圧の立上りが検知されたことを報知する報知装置をさらに備え、
   前記報知装置は、前記電圧の立上りが検知されると、前記電圧の立上りが生じる前記距離を報知する、請求項３に記載の受電装置。
5. 前記車両は、車両駆動力を発生する電動機を含み、
   前記制御装置は、前記電動機の回転数に基づいて前記車両の移動距離を算出する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の受電装置。
6. 前記車両は、前記受電装置によって受電された電力を蓄える蓄電装置を含み、
   前記制御装置は、前記蓄電装置を充電するための、前記送電装置からの本送電時、前記電圧センサにより検出される電圧に基づいて前記送電装置からの受電電力を算出し、前記受電電力が所定値以下のとき、前記本送電を停止するための指令を前記送電装置へ送信する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の受電装置。
7. 前記送電装置は、前記送電装置のインピーダンスを調整するための整合回路を含み、
   前記電圧センサにより検出される電圧を用いて算出される受電効率に基づいて、前記整合回路において前記インピーダンスが調整される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の受電装置。
8. 前記受電コイルは、
   巻線と、
   前記巻線が巻回されるコアとを含み、
   前記受電コイルは、前記巻線の巻回軸が前記車両の前後方向に沿うように前記車両に搭載される、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の受電装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の受電装置を備える車両。

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