(57)【要約】【課題】インバータの出力不足を解消して受電装置において定格受電電力を確保する。【解決手段】昇降装置２８０は、送電部２４０を移動させることによって送電部２４０と受電部３１０との間の距離（コイル間距離）を調整するように構成される。電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０及び昇降装置２８０を制御する。そして、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力が最大となるようにインバータ２２０を制御した場合に受電装置２０において定格受電電力が得られないとき、コイル間距離が大きくなる方向に昇降装置２８０を制御する。【選択図】図１
2017060280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置の受電コイルへ非接触で送電するように構成された送電コイルと、
前記送電コイルへ電力を供給するインバータと、
前記送電コイルを移動させることによって前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離を調整するように構成された調整装置と、
前記インバータ及び前記調整装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記インバータの出力が最大となるように前記インバータを制御した場合に前記受電装置において定格の受電電力が得られないとき、前記距離が大きくなる方向に前記調整装置を制御する、送電装置。
【請求項２】
送電装置の送電コイルから非接触で受電するように構成された受電コイルと、
前記受電コイルを移動させることによって前記受電コイルと前記送電コイルとの間の距離を調整するように構成された調整装置と、
前記調整装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記送電装置において前記送電コイルへ電力を供給するインバータの出力が最大となるように前記インバータが制御されている場合に定格の受電電力が得られないとき、前記距離が大きくなる方向に前記調整装置を制御する、受電装置。
【請求項３】
非接触で電力を送受するように構成された送電コイル及び受電コイルと、
前記送電コイルへ電力を供給するインバータと、
前記送電コイル及び前記受電コイルの少なくとも一方を移動させることによって前記送電コイルと前記受電コイルとの間の距離を調整するように構成された調整装置と、
前記インバータ及び前記調整装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記インバータの出力が最大となるように前記インバータを制御した場合に受電装置において定格の受電電力が得られないとき、前記距離が大きくなる方向に前記調整装置を制御する、電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送電装置、受電装置及び電力伝送システムに関し、特に、受電装置へ非接触で送電する送電装置、送電装置から非接触で受電する受電装置、及びそれらを用いた電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜７参照）。このような電力伝送システムについて、特開２０１４−１１７０５８号公報（特許文献１）は、送電コイルと受電コイルとの位置合わせ精度を確保可能な給電装置を開示する。この給電装置は、コイルユニットを上下方向に昇降させるアーム機構を備える。そして、スライド機構によりコイルユニットを車両の下方位置へ導いた後、アーム機構によりコイルユニットを上昇させて送電コイルが車両側の受電コイルに近づけられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１７０５８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９３６１７号公報
【特許文献３】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献５】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献６】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献７】特開２０１３−１２６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に記載の給電装置のように送電コイルと受電コイルとを近づけることで、コイル間の結合係数は大きくなる。ここで、送電装置（給電装置）において送電電力を生成するインバータからみた負荷インピーダンスは、後述のように結合係数の２乗に比例する。したがって、結合係数が過度に大きい場合には、インバータの出力電圧が不足する（上限にかかる）可能性がある。インバータの出力が不足すると、受電装置において定格の受電電力（充電電力）を得ることができない。
【０００５】
それゆえに、この発明の目的は、インバータの出力不足を回避して受電装置において定格の受電電力を確保可能な送電装置を提供することである。
【０００６】
また、この発明の別の目的は、送電装置におけるインバータの出力不足を回避して定格の受電電力を確保可能な受電装置を提供することである。
【０００７】
また、この発明の別の目的は、インバータの出力不足を回避して定格の受電電力を確保可能な電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による送電装置は、送電コイルと、インバータと、調整装置と、制御装置とを備える。送電コイルは、受電装置の受電コイルへ非接触で送電するように構成される。インバータは、送電コイルへ電力を供給する。調整装置は、送電コイルを移動させることによって送電コイルと受電コイルとの間の距離（コイル間距離）を調整するように構成される。制御装置は、インバータ及び調整装置を制御する。そして、制御装置は、インバータの出力が最大となるようにインバータを制御した場合に受電装置において定格の受電電力が得られないとき、コイル間距離が大きくなる方向に調整装置を制御する。
【０００９】
この送電装置においては、インバータの出力を最大にしても受電装置において定格の受電電力が得られないとき、コイル間距離が大きくなる方向に調整装置が制御される。これにより、コイル間の結合係数が低下し、インバータの出力電圧不足が解消する。したがって、この送電装置によれば、インバータの出力不足を回避して受電装置において定格の受電電力を確保することができる。
【００１０】
また、この発明による受電装置は、受電コイルと、調整装置と、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非接触で受電するように構成される。調整装置は、受電コイルを移動させることによって受電コイルと送電コイルとの間の距離（コイル間距離）を調整するように構成される。制御装置は、調整装置を制御する。そして、制御装置は、送電装置において送電コイルへ電力を供給するインバータの出力が最大となるようにインバータが制御されている場合に定格の受電電力が得られないとき、コイル間距離が大きくなる方向に調整装置を制御する。
【００１１】
この受電装置においては、送電装置においてインバータの出力を最大にしても定格の受電電力が得られないとき、コイル間距離が大きくなる方向に調整装置が制御される。これにより、コイル間の結合係数が低下し、送電装置におけるインバータの出力電圧不足が解消する。したがって、この受電装置によれば、送電装置におけるインバータの出力不足を回避して定格の受電電力を確保することができる。
【００１２】
また、この発明による電力伝送システムは、送電コイル及び受電コイルと、インバータと、調整装置と、制御装置とを備える。送電コイル及び受電コイルは、非接触で電力を送受するように構成される。インバータは、送電コイルへ電力を供給する。調整装置は、送電コイル及び受電コイルの少なくとも一方を移動させることによって送電コイルと受電コイルとの間の距離（コイル間距離）を調整するように構成される。制御装置は、インバータ及び調整装置を制御する。そして、制御装置は、インバータの出力が最大となるようにインバータを制御した場合に受電装置において定格の受電電力が得られないとき、コイル間距離が大きくなる方向に調整装置を制御する。
【００１３】
この電力伝送システムにおいては、インバータの出力を最大にしても定格の受電電力が得られないとき、コイル間距離が大きくなる方向に調整装置が制御される。これにより、コイル間の結合係数が低下し、インバータの出力電圧不足が解消する。したがって、この電力伝送システムによれば、インバータの出力不足を回避して定格の受電電力を確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、送電装置におけるインバータの出力不足を回避して、受電装置において定格の受電電力を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１による電力伝送システムの全体構成図である。
【図２】図１に示す昇降装置により送電部を上昇させた様子を示した図である。
【図３】図１に示す電力伝送システムについて、インバータ以降の回路構成を概略的に示した図である。
【図４】コイル間距離と結合係数との定性的な関係を示した図である。
【図５】送電装置の昇降装置によりコイル間距離が調整される様子を示した図である。
【図６】図１に示す電源ＥＣＵによって実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】図６に示すステップＳ４０において実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２による電力伝送システムの全体構成図である。
【図９】図８に示す昇降装置により受電部を下降させた様子を示した図である。
【図１０】受電装置の昇降装置によりコイル間距離が調整される様子を示した図である。
【図１１】図８に示す充電ＥＣＵによって実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１１に示すステップＳ２４０において実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又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。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によ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、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。受電装置２０は、送電装置１０から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両に搭載される。
【００１８】
送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ（Power  Factor  Correction））回路２１０と、インバータ２２０と、送電部２４０と、昇降装置２８０とを含む。また、送電装置１０は、電源ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）２５０と、通信部２６０と、電圧センサ２７０と、電流センサ２７２とをさらに含む。
【００１９】
ＰＦＣ回路２１０は、交流電源１００（たとえば系統電源）から受ける交流電力を整流及び昇圧してインバータ２２０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路２１０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２１０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。
【００２０】
インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０によって制御され、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の伝送周波数を有する送電電力（交流）に変換して送電部２４０へ供給する。インバータ２２０は、電圧形インバータであり、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。
【００２１】
送電部２４０は、伝送周波数を有する送電電力（交流）をインバータ２２０から受け、送電部２４０の周囲に生成される電磁界を通じて、受電装置２０の受電部３１０へ非接触で送電する。送電部２４０は、受電部３１０へ非接触で送電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。
【００２２】
昇降装置２８０は、送電部２４０を地面に対して上下方向に移動（昇降）させることによって、送電部２４０に含まれる送電コイル（後述）を上下方向に移動させる。昇降装置２８０は、電源ＥＣＵ２５０によって制御され、送電部２４０（送電コイル）を移動させることによって、送電部２４０の送電コイルと受電装置２０における受電部３１０の受電コイル（後述）との間の距離（コイル間距離）を調整することができる。
【００２３】
なお、この実施の形態１では、昇降装置２８０は、送電部２４０を地面に対して上下方向に移動（昇降）するように構成されるが、送電部２４０を上下方向に移動（昇降）するとともに地面に沿って平面的に移動可能なものであってもよい。昇降装置２８０の具体的な機構については、公知の種々の構成を採用し得る。
【００２４】
電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電流センサ２７２は、インバータ２２０の出力電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電圧センサ２７０及び電流センサ２７２の検出値に基づいて、インバータ２２０から送電部２４０へ供給される送電電力（送電部２４０から受電装置２０の受電部３１０へ出力される電力）を検出することができる。なお、送電電力の検出には、ＰＦＣ回路２１０とインバータ２２０との間の直流ラインにおいて電圧及び電流を検出することにより送電電力を算出してもよい。
【００２５】
電源ＥＣＵ２５０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）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を行なう。各種制御については、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。
【００２６】
電源ＥＣＵ２５０により実行される主要な制御として、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０に対する車両の位置合わせの実行時に、送電部２４０から位置合わせ用の電力（微弱電力）が出力されるようにインバータ２２０を制御する。また、電源ＥＣＵ２５０は、車両の位置合わせが終了すると、送電部２４０が地面の待機位置から受電装置２０の受電部３１０に向けて上昇するように昇降装置２８０を制御する。そして、昇降装置２８０による送電部２４０の移動が完了すると、電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０から受電装置２０の受電部３１０へ送電電力が出力されるようにインバータ２２０を制御する。
【００２７】
送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力を目標電力に制御するためのフィードバック制御を実行する。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティ（duty）を調整することによって、送電電力を目標電力に制御する。出力電圧のデューティとは、出力電圧波形（矩形波）の周期に対する正（又は負）の電圧出力時間の比として定義される。インバータ２２０のスイッチング素子（オン／オフデューティ０．５）の動作タイミングを変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。目標電力は、たとえば、受電装置２０の受電状況に基づいて生成され得る。この実施の形態１では、受電装置２０において、受電電力の定格値（目標値）と検出値との偏差に基づいて送電電力の目標電力が生成され、受電装置２０から送電装置１０へ送信される。
【００２８】
さらに、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力が最大（インバータ出力電圧のデューティが最大）となるようにインバータ２２０を制御しても受電装置２０において定格の受電電力が得られない場合、送電部２４０と受電部３１０との間の距離（コイル間距離）が大きくなるように昇降装置２８０を制御する。すなわち、電源ＥＣＵ２５０は、昇降装置２８０を制御することによって送電部２４０を所定量下降させる。これにより、インバータ２２０の出力電圧不足が解消され、受電装置２０において定格の受電電力が確保される。この点については、後ほど詳しく説明する。
【００２９】
通信部２６０は、受電装置２０の通信部３７０と無線通信するように構成され、受電装置２０から送信される送電電力の目標値（目標電力）を受信するほか、送電の開始／停止や受電装置２０の受電状況等の情報を受電装置２０とやり取りする。
【００３０】
一方、受電装置２０は、受電部３１０と、整流部３３０と、リレー回路３４０と、蓄電装置３５０とを含む。また、受電装置２０は、充電ＥＣＵ３６０と、通信部３７０と、電圧センサ３８０と、電流センサ３８２とをさらに含む。
【００３１】
受電部３１０は、送電装置１０の送電部２４０から出力される電力（交流）を非接触で受電する。受電部３１０は、送電部２４０から非接触で受電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。そして、受電部３１０は、受電した電力を整流部３３０へ出力する。整流部３３０は、受電部３１０によって受電される交流電力を整流して蓄電装置３５０へ出力する。
【００３２】
蓄電装置３５０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電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。蓄電装置３５０は、整流部３３０から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置３５０は、その蓄えられた電力を走行用モータ等の図示しない車両駆動装置へ供給する。なお、蓄電装置３５０として大容量のキャパシタも採用可能である。
【００３３】
リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられ、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時にオンされる。なお、特に図示しないが、整流部３３０と蓄電装置３５０との間（たとえば、整流部３３０とリレー回路３４０との間）に、整流部３３０の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。
【００３４】
電圧センサ３８０は、整流部３３０の出力電圧（受電電圧）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電流センサ３８２は、整流部３３０からの出力電流（受電電流）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電圧センサ３８０及び電流センサ３８２の検出値に基づいて、受電部３１０による受電電力（すなわち、蓄電装置３５０の充電電力）を検出することができる。なお、受電電力の検出については、受電部３１０と整流部３３０との間の電力線において電圧及び電流を検出することにより受電電力を検出してもよい。
【００３５】
充電ＥＣＵ３６０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）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。各種制御については、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。
【００３６】
充電ＥＣＵ３６０により実行される主要な制御として、充電ＥＣＵ３６０は、送電装置１０からの受電中に、受電装置２０における受電電力が定格値（目標値）となるように、送電装置１０における送電電力の目標値（目標電力）を生成する。具体的には、充電ＥＣＵ３６０は、受電電力の定格値（目標値）と検出値との偏差に基づいて、送電装置１０における送電電力の目標値を生成する。そして、充電ＥＣＵ３６０は、生成された送電電力の目標値を通信部３７０によって送電装置１０へ送信する。
【００３７】
通信部３７０は、送電装置１０の通信部２６０と無線通信するように構成され、充電ＥＣＵ３６０において生成される送電電力の目標値を送電装置１０へ送信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を送電装置１０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を送電装置１０へ送信したりする。
【００３８】
図２は、図１に示した昇降装置２８０により送電部２４０を上昇させた様子を示した図である。図２を参照して、車両３０は、図１に示した受電装置２０を搭載する。送電装置１０に対する車両３０の位置合わせが完了すると、昇降装置２８０によって送電部２４０が地面４０の待機位置から受電部３１０へ向けて上昇する。基本的には、送電部２４０は、受電部３１０に接するまで上昇する。
【００３９】
図３は、図１に示した電力伝送システムについて、インバータ２２０以降の回路構成を概略的に示した図である。図３を参照して、送電部２４０は、送電コイル２４２と、キャパシタ２４４とを含む。キャパシタ２４４は、送電電力の力率を補償するために設けられ、送電コイル２４２に直列に接続される。受電部３１０は、受電コイル３１２と、キャパシタ３１４とを含む。キャパシタ３１４は、受電電力の力率を補償するために設けられ、受電コイル３１２に直列に接続される。なお、このような回路構成は、ＳＳ方式（一次直列二次直列方式）とも称される。
【００４０】
等価抵抗３８５は、受電装置２０における受電部３１０以降の回路によって構成される負荷のインピーダンスであり、具体的には、整流部３３０と蓄電装置３５０とによって構成される負荷のインピーダンスである。
【００４１】
送電コイル２４２のインダクタンスをＬ１、受電コイル３１２のインダクタンスをＬ２、インバータ２２０から出力される送電電力（交流）の周波数をω、送電コイル２４２と受電コイル３１２との結合係数をｋ、等価抵抗３８５の大きさをＲとすると、インバータ２２０からみた負荷インピーダンスＺｉｎは、次式によって示される。
【００４２】
Ｚｉｎ＝ω2・ｋ2・Ｌ１・Ｌ２／Ｒ  …（１）
式（１）に示されるように、インバータ２２０の負荷インピーダンスＺｉｎは、送電コイル２４２と受電コイル３１２との結合係数ｋの２乗に比例するので、結合係数ｋが大きいほどインバータ２２０の負荷インピーダンスＺｉｎは大きくなる。
【００４３】
ここで、図４に示されるように、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の距離（コイル間距離）が小さいほど、送電コイル２４２と受電コイル３１２との結合係数ｋは大きくなる。したがって、図２に示したように、昇降装置２８０により送電部２４０を上昇させて送電部２４０が受電部３１０に接するまでに送電部２４０と受電部３１０とを近接させると、送電コイル２４２と受電コイル３１２との結合係数ｋが大きくなり、インバータ２２０の負荷インピーダンスＺｉｎが大きくなる。これにより、受電装置２０において定格の受電電力を得るための送電電力をインバータ２２０が出力するに際し、インバータ２２０の出力電圧が不足する（上限にかかる）可能性がある。インバータ２２０の出力が不足すると、受電装置２０において定格の受電電力（蓄電装置３５０への定格充電電力）を得ることができない。
【００４４】
そこで、この実施の形態１に従う電力伝送システムでは、インバータ２２０の出力を最大にしても受電装置２０において定格の受電電力が得られない場合には、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の距離（コイル間距離）が大きくなるように昇降装置２８０が制御される。
【００４５】
図５は、昇降装置２８０によりコイル間距離が調整される様子を示した図である。この図５は、上記の図２に対応するものである。図５を参照して、インバータ２２０の出力を最大にしても受電装置２０において定格の受電電力が得られない場合には、昇降装置２８０が制御されて送電部２４０の高さが図２に示される状態から下げられる。これにより、コイル間距離が大きくなることによってコイル間の結合係数ｋが低下し、その結果、インバータ２２０の出力電圧不足が解消する。したがって、インバータ２２０の出力不足を回避して受電装置２０において定格の受電電力を確保することができる。
【００４６】
図６は、図１に示した電源ＥＣＵ２５０によって実行される処理の手順を示すフローチャートである。図６を参照して、まず、送電装置１０に対する車両３０の位置合わせが実行される（ステップＳ１０）。電源ＥＣＵ２５０は、この位置合わせの実行時、送電部２４０から位置合わせ用の電力（微弱電力）が出力されるようにインバータ２２０を制御する。
【００４７】
車両３０の位置合わせが終了すると、電源ＥＣＵ２５０は、昇降装置２８０を制御することによって、送電部２４０（送電コイル２４２）を地面４０の待機位置から受電装置２０の受電部３１０へ向けて上昇させる（ステップＳ２０）。そして、送電部２４０の上昇が完了すると、電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０から受電部３１０へ送電電力を出力するようにインバータ２２０を駆動する（ステップＳ３０）。
【００４８】
インバータ２２０が駆動されて送電部２４０から受電部３１０への送電が開始されると、電源ＥＣＵ２５０は、送電部２４０と受電部３１０との間の距離（すなわち、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間のコイル間距離）を調整するための処理を実行する（ステップＳ４０）。
【００４９】
図７は、図６に示したステップＳ４０において実行される処理の手順を示す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、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００５０】
図７を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力が最大であり、かつ、受電装置２０において受電電力（検出値）が定格電力（目標値）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。なお、インバータ２２０の出力が最大であるか否かについては、インバータ２２０の出力電圧のデューティが最大（０．５）となっているか否かによって判定される。また、受電電力（検出値）が定格電力（目標値）よりも小さいか否かについては、受電電力の検出値及び定格受電電力の情報を受電装置２０から受信して電源ＥＣＵ２５０において判定してもよいし、受電装置２０において判定された結果を受電装置２０から受信してもよい。
【００５１】
ステップＳ１１０において、インバータ２２０の出力は最大ではない、又は、受電電力（検出値）が定格電力（目標値）以上であると判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、以降の処理を実行することなくステップＳ１４０へ処理を移行する。
【００５２】
ステップＳ１１０において、インバータ２２０の出力が最大であり、かつ、受電装置２０において受電電力（検出値）が定格電力（目標値）よりも小さいと判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、電源ＥＣＵ２５０は、昇降装置２８０による送電部２４０（送電コイル２４２）の高さは最低状態であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。送電部２４０の高さが最低状態であるとは、送電部２４０が地面の待機位置まで降下した状態である。
【００５３】
そして、ステップＳ１２０において送電部２４０の高さは最低状態ではないと判定されると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、電源ＥＣＵ２５０は、昇降装置２８０を制御することによって、送電部２４０（送電コイル２４２）の高さを所定量だけ下げる（ステップＳ１３０）。なお、所定量は、コイル待機位置（地面）から受電部３１０までの距離に比べて十分に小さい量であり、送電部２４０を段階的に下げるために設定されるものである。
【００５４】
なお、ステップＳ１２０において送電部２４０の高さは最低状態であると判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、それ以上送電部２４０を下降させることはできないので、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１４０へ処理を移行する。
【００５５】
以上のように、この実施の形態１においては、インバータ２２０の出力を最大にしても受電装置２０において定格の受電電力が得られないとき、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の距離（コイル間距離）が大きくなる方向に昇降装置２８０が制御される。これにより、コイル間の結合係数が低下し、インバータ２２０の出力電圧不足が解消する。したがって、この実施の形態１によれば、インバータ２２０の出力不足を回避して受電装置２０において定格の受電電力を確保することができる。
【００５６】
［実施の形態２］
実施の形態１では、送電装置１０に昇降装置２８０が設けられ、昇降装置２８０によって送電部２４０を昇降させるものとしたが、この実施の形態２では、受電装置２０に昇降装置が設けられ、受電装置２０の受電部３１０が昇降可能とされる。
【００５７】
図８は、実施の形態２による電力伝送システムの全体構成図である。図８を参照して、この電力伝送システムは、送電装置１０Ａと、受電装置２０Ａとを備える。送電装置１０Ａは、図１に示した送電装置１０において、昇降装置２８０を備えない構成から成る。送電装置１０Ａのその他の構成は、送電装置１０と同じである。
【００５８】
一方、受電装置２０Ａは、図１に示した受電装置２０の構成において、昇降装置３９０をさらに含み、充電ＥＣＵ３６０に代えて充電ＥＣＵ３６０Ａを含む。昇降装置３９０は、受電部３１０を上下方向に移動（昇降）させることによって、受電部３１０の受電コイル３１２を上下方向に移動させる。昇降装置３９０は、充電ＥＣＵ３６０Ａによって制御され、受電部３１０（受電コイル３１２）を移動させることによって、送電装置１０Ａの送電コイル２４２と受電部３１０の受電コイル３１２との間の距離（コイル間距離）を調整することができる。
【００５９】
なお、この実施の形態２では、昇降装置３９０は、受電部３１０を車体下面に対して上下方向に移動（昇降）するように構成されるが、受電部３１０を上下方向に移動（昇降）するとともに車体下面に沿って平面的に移動可能なものであってもよい。昇降装置３９０の具体的な機構については、公知の種々の構成を採用し得る。
【００６０】
充電ＥＣＵ３６０Ａは、送電装置１０Ａに対する車両の位置合わせが終了すると、受電部３１０が車体下面の待機位置から送電装置１０Ａの送電部２４０に向けて下降するように昇降装置３９０を制御する。
【００６１】
また、送電装置１０Ａから受電装置２０Ａへの電力伝送の実行時に、充電ＥＣＵ３６０Ａは、送電装置１０Ａにおいてインバータ２２０の出力が最大（インバータ出力電圧のデューティが最大）となるようにインバータ２２０が制御されても定格の受電電力が得られない場合、送電部２４０と受電部３１０との間の距離（コイル間距離）が大きくなるように昇降装置３９０を制御する。すなわち、充電ＥＣＵ３６０Ａは、昇降装置３９０を制御することによって受電部３１０を所定量上昇させる。これにより、送電装置１０Ａにおいてインバータ２２０の出力電圧不足が解消され、受電装置２０Ａにおいて定格の受電電力が確保される。
【００６２】
なお、充電ＥＣＵ３６０Ａのその他の機能は、実施の形態１における充電ＥＣＵ３６０と同じである。
【００６３】
図９は、図８に示した昇降装置３９０により受電部３１０を下降させた様子を示した図である。図９を参照して、車両３０Ａは、図１に示した受電装置２０Ａを搭載する。送電装置１０Ａに対する車両３０Ａの位置合わせが完了すると、昇降装置３９０によって受電部３１０が車体下面の待機位置から送電部２４０へ向けて下降する。基本的には、受電部３１０は、送電部２４０に接するまで下降する。
【００６４】
図９に示されるように、昇降装置３９０により受電部３１０を下降させて受電部３１０が送電部２４０に接するまでに受電部３１０と送電部２４０とを近接させると、受電コイル３１２と送電コイル２４２との結合係数ｋが大きくなり、インバータ２２０の負荷インピーダンスＺｉｎが大きくなる（式（１））。これにより、受電装置２０Ａにおいて定格の受電電力を得るための送電電力をインバータ２２０が出力するに際し、インバータ２２０の出力電圧が不足する（上限にかかる）可能性がある。
【００６５】
そこで、この実施の形態２に従う電力伝送システムでは、インバータ２２０の出力を最大にしても受電装置２０Ａにおいて定格の受電電力が得られない場合には、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の距離（コイル間距離）が大きくなるように受電装置２０Ａの昇降装置３９０が制御される。
【００６６】
図１０は、受電装置２０Ａの昇降装置３９０によりコイル間距離が調整される様子を示した図である。この図１０は、上記の図９に対応するものである。図１０を参照して、インバータ２２０の出力を最大にしても受電装置２０Ａにおいて定格の受電電力が得られない場合には、昇降装置３９０が制御されて受電部３１０の高さが図９に示される状態から上げられる。これにより、コイル間距離が大きくなることによってコイル間の結合係数ｋが低下し、その結果、インバータ２２０の出力電圧不足が解消する。したがって、インバータ２２０の出力不足を回避して受電装置２０Ａにおいて定格の受電電力を確保することができる。
【００６７】
図１１は、図８に示した充電ＥＣＵ３６０Ａによって実行される処理の手順を示すフローチャートである。図１１を参照して、まず、充電ＥＣＵ３６０Ａは、送電装置１０Ａに対する車両３０Ａの位置合わせを実行する（ステップＳ２１０）。ここでは、送電装置１０Ａの送電部２４０から位置合わせ用の電力（微弱電力）が出力され、充電ＥＣＵ３６０Ａは、受電電力（受電電圧でもよい）の変化に基づいて車両３０Ａの位置合わせを実行する。
【００６８】
車両３０Ａの位置合わせが終了すると、充電ＥＣＵ３６０Ａは、昇降装置３９０を制御することによって、受電部３１０（受電コイル３１２）を車体下面の待機位置から送電装置１０Ａの送電部２４０へ向けて下降させる（ステップＳ２２０）。そして、受電部３１０の下降が完了すると、充電ＥＣＵ３６０Ａは、送電部２４０から受電部３１０への送電の開始を指示する指令を送電装置１０Ａへ送信する（ステップＳ２３０）。
【００６９】
上記の送電開始指令に応じて送電部２４０から受電部３１０への送電が開始されると、充電ＥＣＵ３６０Ａは、送電部２４０と受電部３１０との間の距離（すなわち、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間のコイル間距離）を調整するための処理を実行する（ステップＳ２４０）。
【００７０】
図１２は、図１１に示したステップＳ２４０において実行される処理の手順を示す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、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。
【００７１】
図１２を参照して、充電ＥＣＵ３６０Ａは、送電装置１０Ａにおいてインバータ２２０の出力が最大であり、かつ、受電装置２０Ａにおいて受電電力（検出値）が定格電力（目標値）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３１０）。インバータ２２０の出力が最大であるか否かについては、送電装置１０Ａにおいて判定され、その判定結果が受電装置２０Ａへ送信される。
【００７２】
ステップＳ３１０において、インバータ２２０の出力は最大ではない、又は、受電電力（検出値）が定格電力（目標値）以上であると判定されると（ステップＳ３１０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ３６０Ａは、以降の処理を実行することなくステップＳ３４０へ処理を移行する。
【００７３】
ステップＳ３１０において、インバータ２２０の出力が最大であり、かつ、受電装置２０Ａにおいて受電電力（検出値）が定格電力（目標値）よりも小さいと判定されると（ステップＳ３１０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ３６０Ａは、昇降装置３９０による受電部３１０（受電コイル３１２）の高さは最高状態であるか否かを判定する（ステップＳ３２０）。受電部３１０の高さが最高状態であるとは、受電部３１０が車体下面の待機位置まで上昇した状態である。
【００７４】
そして、ステップＳ３２０において、受電部３１０の高さは最高状態ではないと判定されると（ステップＳ３２０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ３６０Ａは、昇降装置３９０を制御することによって、受電部３１０（受電コイル３１２）の高さを所定量だけ上げる（ステップＳ３３０）。なお、所定量は、コイル待機位置（車体下面）から送電部２４０までの距離に比べて十分に小さい量であり、受電部３１０を段階的に上げるために設定されるものである。
【００７５】
なお、ステップＳ３２０において受電部３１０の高さは最高状態であると判定されると（ステップＳ３２０においてＹＥＳ）、それ以上受電部３１０を上昇させることはできないので、充電ＥＣＵ３６０Ａは、ステップＳ３４０へ処理を移行する。
【００７６】
以上のように、この実施の形態２においては、送電装置１０Ａにおいてインバータ２２０の出力を最大にしても受電装置２０Ａにおいて定格の受電電力が得られないとき、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の距離（コイル間距離）が大きくなる方向に受電装置２０の昇降装置３９０が制御される。これにより、コイル間の結合係数が低下し、送電装置１０Ａにおけるインバータ２２０の出力電圧不足が解消する。したがって、この実施の形態２によれば、送電装置１０Ａにおけるインバータ２２０の出力不足を回避して受電装置２０Ａにおいて定格の受電電力を確保することができる。
【００７７】
なお、上記の各実施の形態１，２において、送電装置１０，１０Ａのインバータ２２０と送電部２４０との間にトランス特性を有するノイズフィルタ回路（たとえば４次のＬＣフィルタ）を設けてもよい。また、受電装置２０，２０Ａにおいても、受電部３１０と整流部３３０との間にノイズフィルタ回路を設けてもよい。
【００７８】
また、昇降装置２８０を備える実施の形態１の送電装置１０と、昇降装置３９０を備える実施の形態２の受電装置２０Ａとを組合わせて、送電部２４０及び受電部３１０の双方を昇降可能な電力伝送システムを構成してもよい。
【００７９】
なお、上記において、昇降装置２８０は、この発明における「送電コイルを移動させることによって送電コイルと受電コイルとの間の距離を調整するように構成された調整装置」の一実施例に対応する。また、電源ＥＣＵ２５０は、この発明における「インバータ及び調整装置を制御する制御装置」の一実施例に対応する。
【００８０】
さらに、昇降装置３９０は、この発明における「受電コイルを移動させることによって受電コイルと送電コイルとの間の距離を調整するように構成された調整装置」の一実施例に対応する。また、充電ＥＣＵ３６０Ａは、この発明における「調整装置を制御する制御装置」の一実施例に対応する。
【００８１】
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及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】
【００８２】
１０，１０Ａ  送電装置、２０，２０Ａ  受電装置、３０，３０Ａ  車両、４０  地面、１００  交流電源、２１０  ＰＦＣ回路、２２０  インバータ、２４０  送電部、２４２  送電コイル、２４４，３１４  キャパシタ、２５０  電源ＥＣＵ、２６０，３７０  通信部、２７０，３８０  電圧センサ、２７２，３８２  電流センサ、２８０，３９０  昇降装置、３１０  受電部、３３０  整流部、３４０  リレー回路、３５０  蓄電装置、３６０，３６０Ａ  充電ＥＣＵ、３８５  等価抵抗。
【図１】
2017060280.tif 000003
【図２】
2017060280.tif 000004
【図３】
2017060280.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2017060280.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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