(57)【要約】【課題】車両への非接触電力伝送における電力伝送効率を向上する。【解決手段】非接触電力送電設備は、送電部２１０と、移動ユニット２６０と、整合部２２０とを備える。送電部２１０は、車両１００に搭載される受電部１１０へ非接触で送電する。移動ユニット２６０は、送電部２１０の設置場所における車両１００の進退予定方向に沿って送電部２１０を移動させる。整合部２２０は、受電部１１０および送電部２１０間のインピーダンスと、送電電力を生成する電源部２３０および送電部２１０間のインピーダンスとを整合させる。【選択図】図１
2015029373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される受電部へ非接触で送電するための送電部と、
前記送電部の設置場所における前記車両の進退予定方向に沿って前記送電部を移動させる移動ユニットと、
前記受電部および前記送電部間のインピーダンスと、送電電力を生成する電源部および前記送電部間のインピーダンスとを整合させる整合部とを備える、非接触電力送電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触電力送電設備に関し、特に、車両に搭載される受電部へ非接触で送電する非接触電力送電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送が注目されている。非接触電力伝送における送電効率を高める方法が各種提案されている。
【０００３】
特開２０１２−８５４７２号公報（特許文献１）は、車両用充電装置を開示している。この車両用充電装置は、車両に搭載される受電コイルと、地上側に設置され、受電コイルに非接触で送電する送電コイルとを含み、送電コイルが受電コイルに向けて上昇することによって送電コイルが受電コイルに接近するように構成される（特許文献１参照）。
【０００４】
国際公開第２０１３／０１１９０７号パンフレット（特許文献２）は、携帯電話等の機器を充電するための充電装置を開示している。この充電装置は、位置決め磁石が設けられる送電コイルと、送電コイルから非接触で受電する受電コイルとを有し、位置決め磁石に働く磁力によって送電コイルが受電コイルに接近するように構成される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−８５４７２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／０１１９０７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非接触電力伝送における送電効率を高めるには、送電コイルと、受電コイルとの位置関係が重要である。車両の前後方向における受電コイルの搭載位置は車両毎に異なるため、車両の幅方向における送電コイルと受電コイルとの間の位置ずれよりも車両の前後方向における位置ずれが大きくなる場合がある。また、車両の駐車位置を規定するための車輪止めが送電部の設置場所に設けられていない場合には、車両の前後方向のずれが大きくなる可能性が高い。
【０００７】
上記特許文献１に記載の方法では、送電コイルを上昇させたとしても車両の前後方向における位置ずれを解消することはできない。上記特許文献２に記載の方法は、携帯電話等の充電に向けられたものであるので、車両のバッテリを充電するための出力を有する送電装置を位置決め磁石が発生する磁力によって移動させることは困難である。
【０００８】
それゆえに、この発明の目的は、車両への非接触電力伝送における電力伝送効率を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、非接触電力送電設備は、送電部と、移動ユニットと、整合部とを備える。送電部は、車両に搭載される受電部へ非接触で送電する。移動ユニットは、送電部の設置場所における車両の進退予定方向に沿って送電部を移動させる。整合部は、受電部および送電部間のインピーダンスと、送電電力を生成する電源部および送電部間のインピーダンスとを整合させる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明においては、移動ユニットによって送電部を移動させることによって、車両の進退予定方向における受電部と送電部との位置ずれによる電力伝送効率への影響を低減することができる。さらに、整合部によって車両の車幅方向および上下方向の位置ずれによる影響を低減することができる。したがって、この発明によれば、車両への非接触電力伝送における電力伝送効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態による非接触電力送電設備が適用される電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す電力伝送システムの平面図である。
【図３】図１に示す電力伝送システムの側面図である。
【図４】送電部の移動距離と電力伝送効率との関係の一例を示す図である。
【図５】図１に示す送電ＥＣＵによる送電部の位置合わせ処理に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態による非接触電力送電設備が適用される電力伝送システム１０の全体構成図である。図１を参照して、電力伝送システム１０は、車両１００と、送電装置２００とを備える。
【００１４】
まず、送電装置２００の構成について説明する。送電装置２００は、電源装置２０５と、送電部２１０と、移動ユニット２６０とを含む。
【００１５】
電源装置２０５は、所定の伝送周波数を有する交流電力を発生する。一例として、電源装置２０５は、商用電源等の外部電源から電力を受け、所定の伝送周波数を有する交流電力を発生する。電源装置２０５は、発生された交流電力を送電部２１０へ供給する。送電部２１０は、送電部２１０の周囲に発生する電磁界を介して、車両１００の受電部１１０へ非接触で電力を供給する。
【００１６】
送電部２１０は、電源装置２０５から受けた電力を受電部１１０のコイルへ非接触で送電するためのコイルを含む。なお、送電部２１０は、共振回路を構成するためのキャパシタをさらに含んでもよい。
【００１７】
電源装置２０５は、整合部２２０と、電源部２３０と、送電ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）２４０と、通信部２５０とを含む。
【００１８】
電源部２３０は、送電ＥＣＵ２４０からの制御信号ＭＯＤによって制御され、外部電源から受ける電力を、所定の伝送周波数を有する交流電力に変換する。電源部２３０は、たとえば、スイッチング素子を含むスイッチング電源によって構成される。そして、電源部２３０は、生成された交流電力を、整合部２２０を介して送電部２１０へ供給する。
【００１９】
また、電源部２３０は、図示されない電圧センサおよび電流センサによってそれぞれ検出される送電電圧Ｖｔｒおよび送電電流Ｉｔｒの各検出値を送電ＥＣＵ２４０へ出力する。送電ＥＣＵ２４０は、この送電電圧Ｖｔｒおよび送電電流Ｉｔｒの各検出値に基づいて、受電部１１０への送電電力を演算する。演算された送電電力は、送電部２１０から受電部１１０への電力伝送効率の演算に用いられる。
【００２０】
整合部２２０は、電源部２３０と送電部２１０との間に設けられる。整合部２２０は、電源部２３０と送電部２１０との間のインピーダンスを変換（調整）し、受電部１１０および送電部２１０間のインピーダンスと、電源部２３０および送電部２１０間のインピーダンスとを整合させる。整合部２２０は、送電ＥＣＵ２４０からの制御信号ＳＥ１０に基づいてインピーダンスが調整される。
【００２１】
通信部２５０は、送電装置２００と車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースであり、車両１００の通信部１５０と各種情報の授受を行なう。通信部２５０は、たとえば、ＷｉＦｉ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ(登録商標)などを用いて無線通信を行う。通信部２５０は、車両１００の通信部１５０から送信される車両情報や、送電の開始および停止を指示する信号等を受信し、その受信した情報や信号等を送電ＥＣＵ２４０へ出力する。
【００２２】
送電ＥＣＵ２４０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）、各センサ等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２００における各機器の制御を行なう。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。
【００２３】
移動ユニット２６０は、送電部２１０の設置場所における車両１００の進退予定方向に沿って送電部２１０を移動させるためのものである。移動ユニット２６０は、送電ＥＣＵからの制御信号ＳＥ２０に基づいて送電部２１０を移動させる。移動ユニット２６０については、後ほど詳しく説明する。
【００２４】
次に、車両１００の構成について説明する。車両１００は、受電部１１０と、整流回路１２０と、蓄電装置１３０と、車両ＥＣＵ１４０と、通信部１５０とを含む。
【００２５】
車両１００は、蓄電装置１３０に蓄えられた電力を用いて走行可能な車両である。車両１００は、例えば、電気自動車、ハイブリッド車両、または燃料電池を搭載した燃料電池車等である。
【００２６】
受電部１１０は、送電部２１０のコイルから非接触で電力を受電するためのコイルを含む。受電部１１０は、送電部２１０から受電した電力を整流回路１２０へ出力する。なお、受電部１１０は、共振回路を構成するためのキャパシタをさらに含んでもよく、インピーダンスを調整するための整合部をさらに含んでもよい。
【００２７】
また、受電部１１０は、受電部１１０の受電電圧Ｖｒｅおよび受電電流Ｉｒｅをそれぞれ検出するための電圧センサおよび電流センサが設けられる（いずれも図示せず）。これらの各センサの検出値は、車両ＥＣＵ１４０へ出力される。車両ＥＣＵ１４０は、この受電電圧Ｖｒｅおよび受電電流Ｉｒｅの各検出値に基づいて、受電部１１０の受電電力を演算する。演算された受電電力は、電力伝送効率の演算に用いられる。
【００２８】
整流回路１２０は、受電部１１０から受ける交流電力を整流し、その整流された直流電力を蓄電装置１３０へ出力する。整流回路１２０としては、たとえば、ダイオードブリッジおよび平滑用のキャパシタ（いずれも図示せず）を含む静止型の回路構成とすることができる。整流回路１２０として、スイッチング制御を用いて整流を行なう、いわゆるスイッチングレギュレータを用いることも可能である。
【００２９】
蓄電装置１３０は、再充電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１３０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子によって構成される。蓄電装置１３０は、受電部１１０により受電されて整流回路１２０により整流された電力を蓄電する。蓄電装置１３０は、蓄えられた電力を車両の走行駆動力を発生する駆動装置（図示せず）へ供給する。
【００３０】
通信部１５０は、車両１００と送電装置２００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースであり、送電装置２００の通信部２５０と各種情報の授受を行なう。通信部１５０は、たとえば、ＷｉＦｉ（登録商標）やＺｉｇＢｅｅ(登録商標)などを用いて無線通信を行う。
【００３１】
車両ＥＣＵ１４０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）、各センサ等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１００における各機器の制御を行なう。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。
【００３２】
車両ＥＣＵ１４０は、後述するように送電部２１０と受電部１１０との位置関係を示す位置検出結果を算出する。位置検出結果は、たとえば、送電部２１０から受電部１１０への電力伝送効率である。電力伝送効率は、電源部２３０の送電電力に対する受電部１１０の受電電力の割合に基づいて算出される。車両ＥＣＵ１４０は、通信部１５０，２５０を介して位置検出結果を送電ＥＣＵ２４０へ送信する。
【００３３】
以上のような構成において、送電部２１０と受電部１１０との間で電力を伝送する際には、送電部２１０が受電部１１０に対して鉛直方向に対向するように車両１００が移動される。しかしながら、送電装置２００が設置されている場所に車両１００を移動する際には、送電部２１０が受電部１１０に対して鉛直方向に対向する位置からずれて駐車される可能性がある。送電部２１０が受電部１１０に対してずれて位置すると、受電部１１０と送電部２１０との間の電力伝送効率が低下してしまう。
【００３４】
本実施の形態においては、車両１００の停車後に、移動ユニット２６０によって送電部２１０を移動させることによって、車両１００の進退予定方向における受電部１１０と送電部２１０との位置ずれによる電力伝送効率への影響を低減する。さらに、整合部２２０によって車両１００の車幅方向および上下方向の位置ずれによる影響を低減する。これによって、送電部２１０から受電部１１０への電力伝送効率を向上することができる。以下、この方法について詳しく説明する。
【００３５】
図２は、図１に示す電力伝送システム１０の平面図である。図３は、図１に示す電力伝送システム１０の側面図である。図２および図３を参照して、車両１００は、進退予定方向を示す矢印Ｐに沿って移動し、駐車スペース３００上へ停止する。駐車スペース３００には、送電装置２００が設けられる。
【００３６】
送電装置２００の移動ユニット２６０は、送電部２１０を収容するケースと、ケース内において送電部２１０を移動させる駆動部とを含む。ケースは、進退予定方向に沿って設けられる。進退予定方向におけるケースの長さは、駐車スペース３００に駐車される車両の大きさに対応できる長さに設定される。このため、送電部２１０の移動可能距離を調整することにより、異なる大きさの車両に対応することができる。
【００３７】
また、ケースは、駐車スペース３００の地面へ埋め込まれて設置されることができる。この場合、ケースが駐車スペース３００における障害となることを回避することができる。
【００３８】
送電部２１０がケース内を移動する構成とすることによって、駐車スペース３００に石などの障害部が存在する場合であっても、送電部２１０の移動が妨げられない。駆動部は、たとえば、送電部２１０の位置を制御するためのモータを含み、送電ＥＣＵ２４０からの制御信号ＳＥ２０基づいて送電部２１０を進退予定方向に移動させる。ここで、送電ＥＣＵ２４０は、送電部２１０から受電部１１０への電力伝送効率が高くなる位置に送電部２１０を移動させる。
【００３９】
図４は、送電部２１０の移動距離と電力伝送効率との関係の一例を示す図である。図４を参照して、横軸には、送電部２１０の進退予定方向に沿った移動距離が示され、縦軸には、送電部２１０から受電部１１０への電力伝送効率が示される。図４を参照して、送電部２１０のコイルの中心軸が受電部１１０のコイルの中心軸に一致する位置Ｘにおいて電力伝送効率が最大となる。送電部２１０の位置が位置Ｘから離れるにつれて電力伝送効率が低下する。
【００４０】
そこで、送電ＥＣＵ２４０は、所定の電力を送電しながら送電部２１０を移動させ、このときに検出される電力伝送効率に基づいて送電部２１０の位置を決定する位置合わせ処理を実行する。なお、所定の電力は、送電部２１０の位置を決定するために送電する電力であって、エネルギを伝送するための電力よりも小さい電力である。
【００４１】
図５は、図１に示す送電ＥＣＵ２４０による送電部２１０の位置合わせ処理に関するフローチャートである。なお、図５に示されるフローチャート中の各ステップについては、送電ＥＣＵ２４０に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期もしくは所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。あるいは、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００４２】
図５を参照して、送電ＥＣＵ２４０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、駐車スペース３００への車両１００の停車が完了したか否かを判定する。具体的には、送電ＥＣＵ２４０は、ユーザの操作に基づいて停車が完了したか否かを判定してもよいし、車両１００からの情報に基づいて停車が完了したか否かを判定してもよい。
【００４３】
車両１００の停車が完了していないと判定された場合は(Ｓ１００にてＮＯ)、以降の処理はスキップされて処理がメインルーチンに戻される。
【００４４】
車両１００の停車が完了したと判定された場合は(Ｓ１００にてＹＥＳ)、送電ＥＣＵ２４０は、送電部２１０が所定の電力の送電を開始するように電源部２３０を制御する（Ｓ１１０）。送電ＥＣＵ２４０は、電源部２３０の送電電力を算出し、算出された送電電力を示す情報を車両１００へ送信する。
【００４５】
一方、車両１００の受電部１１０は、送電部２１０から送電された電力を受電する。車両ＥＣＵ１００は、受電部１１０の受電電力を算出する。車両ＥＣＵ１００は、送電電力および受電電力に基づいて電力伝送効率を算出する。
【００４６】
続いてＳ１２０にて、送電ＥＣＵ２４０は、送電部２１０が車両１００の進退予定方向に沿って移動するように移動ユニット２６０を制御する。
【００４７】
続いてＳ１３０にて、送電ＥＣＵ２４０は、送電部２１０の移動に応じた位置検出結果を車両ＥＣＵ１４０から受信する。ここで、車両ＥＣＵ１４０は、送電部２１０が移動する毎に電力伝送効率を算出し、電力伝送効率を位置検出結果として送電ＥＣＵ２４０へ送信する。
【００４８】
続いてＳ１４０にて、送電ＥＣＵ２４０は、送電部２１０の位置を決定する。具体的には、送電ＥＣＵ２４０は、電力伝送効率がピークを示す位置を送電部２１０が移動されるべき位置として決定する。
【００４９】
続いてＳ１５０にて、送電ＥＣＵ２４０は、Ｓ１４０にて決定された位置へ送電部２１０が移動するように移動ユニット２６０を制御する。
【００５０】
このようにして、送電部２１０が適切な位置へ移動されると、送電ＥＣＵ２４０は、受電部１１０および送電部２１０間のインピーダンスと、電源部２３０および送電部２１０間のインピーダンスとが整合するように整合部２２０を制御する。そして、送電ＥＣＵ２４０は、送電部２１０から受電部１１０への送電を実行する。
【００５１】
なお、上記においては、位置検出結果として電力伝送効率が車両ＥＣＵ１４０から送電ＥＣＵへ送信されるものとしたが、位置検出結果は受電電力、受電電圧、または受電電流を示す情報であってもよい。
【００５２】
以上のように、この実施の形態においては、移動ユニット２６０によって送電部２１０を移動させることによって、車両１００の進退予定方向における受電部１１０と送電部２１０との位置ずれによる電力伝送効率への影響を低減することができる。さらに、整合部２２０によって車両１００の車幅方向および上下方向の位置ずれによる影響を低減することができる。したがって、この実施の形態によれば、車両１００への非接触電力伝送における電力伝送効率を向上することができる。
【００５３】
また、この実施の形態においては、車両１００が駐車スペース３００に停止する際または停止後に受電部１１０と送電部２１０との位置ずれが発生した場合であっても、位置ずれを解消するためにユーザが車両１００を再度移動させる必要がない。よって、ユーザの利便性を高めることができる。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１０  電力伝送システム、１００  車両、１１０  受電部、１２０  整流回路、１３０  蓄電装置、１４０  車両ＥＣＵ、２００  送電装置、２０５  電源装置、２１０  送電部、２２０  整合部、２３０  電源部、２４０  送電ＥＣＵ、２６０  移動ユニット、１５０，２５０  通信部、３００  駐車スペース。
【図１】
2015029373.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015029373.tif 000005
【図４】
2015029373.tif 000006
【図５】
2015029373.tif 000007