JP6044124B2 - 移動車両及び非接触電力伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの動力によって移動可能な移動車両、及び該移動車両に対して電力を非接触で伝送可能な非接触電力伝送装置に関する。

近年、低炭素社会を実現すべく、動力発生源としてエンジンに代えて又はエンジンとともにモータを備える移動車両が多くなっている。エンジンに代えてモータを備える代表的な移動車両としては電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）が挙げられ、エンジンとともにモータを備える移動車両としてはハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）が挙げられる。このような移動車両は、モータを駆動する電力を供給する再充電が可能な蓄電池（例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池）を備えており、外部の電源装置から供給される電力によって蓄電池の充電が可能に構成されている。

現在実用化されつつある電気自動車やハイブリッド自動車（正確には、プラグイン・ハイブリッド自動車）において、蓄電池を充電するための電力は、電源装置と移動車両とを接続するケーブルを介して伝送されるのが殆どである。これに対し、近年においては、蓄電池を充電するための電力を非接触で移動車両に伝送する方法が提案されている。電力を非接触で効率的に伝送するには、電源装置に設けられる給電コイル（一次側コイル）と移動車両に設けられる受電コイル（二次側コイル）との相対的な位置関係を適切にする必要がある。

以下の特許文献１〜５には、非接触での電力伝送を効率的に行うために、一次側コイルと二次側コイルとの相対的な位置関係を調整する様々な方法が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、地上に敷設された一次側コイルの位置を検出する磁気センサの検出結果に応じて、二次側コイルの位置を調整する技術が開示されている。以下の特許文献２，３には、二次側コイルの位置に応じて一次側コイルの位置を調整する技術が開示されている。

また、以下の特許文献４には、駐車スペースに車両を駐車する際に、車両に設けられたカメラで撮像された位置決めマーカの画像を運転室内の表示装置に表示することによって、二次側コイルが設けられた車両を最適位置に誘導する技術が開示されている。更に、以下の特許文献５には、無人搬送車に設けられた被当接部材が、給電装置に設けられた当接部材に当接することによって、一次側コイルと二次側コイルとの位置合わせを行う技術が開示されている。

特開平８−３３１１２号公報 特開２００６−３４５５８８号公報 特開２０１１−２０５８２９号公報 特開２０１０−２２６９４５号公報 特開２０１０−２５９１３６号公報

ところで、上述した特許文献１〜３に開示された技術では、一次側コイルの位置に応じて二次側コイルの位置を調整し、或いは、二次側コイルの位置に応じて一次側コイルの位置を調整している。このため、一次側コイル又は二次側コイルの位置を調整するためのモータと駆動機構とが必要になり、大型化するとともにコストが上昇してしまうという問題があった。

上述した特許文献４に開示された技術では、位置合わせマーカの撮像画像を表示して車両を最適位置に誘導しており、上述した特許文献５に開示された技術では、無人搬送車を給電装置に当接させることによって位置合わせを行っている。このため、これらの技術において、大きさや二次側コイルの取り付け位置が異なる様々な車両や無人搬送車に対応するためには、車両や無人搬送車の種類毎に最適な位置合わせマーカや当接部材を用意しておき、車両や無人搬送車の種類に応じて位置合わせマーカや当接部材を選択する必要があり、現実的ではないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大型化及びコスト上昇を招くことなく、大きさやコイルの取り付け位置が異なっていても非接触での電力伝送を効率的に行うことができる移動車両及び非接触電力伝送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、移動車両に係る第１の解決手段として、移動のための動力を発生するモータと、該モータを駆動する電力を供給する蓄電池とを備える移動車両において、外部から非接触で給電される電力の受電あるいは蓄電池から供給された電力の外部への給電を行う車両側コイルと、車両側コイルが給電した電力の受電量が外部から入力される入力部と、受電量を参照しつつ、モータを制御して車両側コイルの外部に対する位置を調整する制御部とを備える、という手段を採用する。

本発明では、移動車両に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、車両側コイルが外部に給電する電力の給電量を求める給電量演算部をさらに備え、制御部は、受電量と給電量とに基づいて車両側コイルから外部への電力伝送効率を求め、受電量に代えて電力伝送効率を参照しつつモータを制御する、という手段を採用する。

本発明では、移動車両に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、制御部は、モータを制御して移動車両を前後方向に移動させることにより、外部に対する車両側コイルの位置を調整する、という手段を採用する。

本発明では、移動車両に係る第４の解決手段として、上記第１〜３のいずれか１つの解決手段において、車両側コイルの外部に対する位置調整が完了すると、車両側コイルによる電力の受電を開始する、という手段を採用する。

本発明では、移動車両に係る第５の解決手段として、上記第１〜３のいずれか１つの解決手段において、車両側コイルの位置調整が完了したことを示す位置調整完了通知を外部に出力する出力部を備え、位置調整完了通知を外部に出力すると、車両側コイルによる電力の受電を開始する、という手段を採用する。

また、本発明では、非接触電力伝送装置に係る第１の解決手段として、上記第１〜４のいずれか１つの解決手段に係る移動車両との間で地上側コイルを用いて電力を非接触で受電あるいは給電する非接触電力伝送装置であって、地上側コイルが車両側コイルから受電した電力を消費する負荷装置と、地上側コイルが車両側コイルから受電した電力の受電量を求める受電量演算部と、受電量演算部で求められた受電量を外部に出力する第２の出力部とを備え、車両側コイルの外部に対する位置調整が完了すると、地上側コイルから車両側コイルへの給電を開始する、という手段を採用する。

本発明では、非接触電力伝送装置に係る第２の解決手段として、上記第５の解決手段に係る移動車両との間で地上側コイルを用いて電力を非接触で受電あるいは給電する非接触電力伝送装置であって、地上側コイルが車両側コイルから受電した電力を消費する負荷装置と、地上側コイルが車両側コイルから受電した電力の受電量を求める受電量演算部と、受電量演算部で求められた受電量を外部に出力する第２の出力部と、位置調整完了通知が入力される第２の入力部とを備え、第２の入力部に位置調整完了通知が入力されると、地上側コイルから車両側コイルへの給電を開始する、という手段を採用する。

本発明によれば、移動車両の車両側コイルから伝送されて外部（非接触電力伝送装置の地上側コイル）で受電された電力の受電量が入力され、この受電量を参照しつつモータを制御して外部（非接触電力伝送装置の地上側コイル）に対する車両側コイルの位置を調整するように制御している。このため、大きさや車両側コイルの取り付け位置が異なる移動車両であっても正確に位置を調整することができ、効率的に電力を伝送することができるという効果がある。また、地上側コイルや車両側コイルを単独で移動させる機構等が不要であるため、大型化及びコスト上昇を招くこともないという効果がある。また、本発明によれば、車両側コイルの位置調整時に、車両側コイルから地上側コイルに給電された電力を非接触電力伝送装置に設けられた負荷装置によって消費する構成となっているので、電気自動車に負荷装置を設け、地上側コイルから車両側コイルに給電された電力を上記負荷装置によって消費する構成になっている場合と比べて、移動車両の重量増加による移動性能の低下を防ぐことができる。

このような本発明では、車両側コイルと地上側コイルはいずれも受動的な（半導体のような能動的動作を行わない）回路素子であるため、車両側コイルと地上側コイルとの電磁気的な結合が強ければ、電力伝送の向き（車両側から地上側へ、地上側から車両側へ）によらず非接触電力伝送を効率良く行えることを用いている。すなわち、車両側コイルの位置を調整するときに、車両側コイルを送電コイルとして、地上側コイルを受電コイルとして使用して移動車両から非接触電力伝送装置への非接触電力伝送の受電量（もしくは電力伝送効率）が高くなるように調整することにより、車両側コイルを受電コイルとして、地上側コイルを送電コイルとして使用して非接触電力伝送装置から移動車両への非接触電力伝送を行う時の受電量（もしくは電力伝送効率）も高くなることを利用している。

本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の電力系統を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の制御系統を示す図である。 本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による移動車両の位置調整時における電力の流れを示す模式図である。 本発明の一実施形態による移動車両に対する給電時における電力の流れを示す模式図である。 本発明の一実施形態による非接触電力伝送装置に用いて好適な地上側コイルの設置例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の電力系統を示すブロック図である。尚、以下では、移動車両が動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車である場合を例に挙げて説明する。

図１に示す通り、本実施形態の非接触電力伝送装置１は、地表面に設置されており、地上を走行する移動車両としての電気自動車２が、予め定められた位置関係（後述する電磁気結合回路が形成される位置関係）で停車しているときに、電気自動車２に対して電力（蓄電池３３を充電するための電力）を非接触で伝送可能である。この非接触電力伝送装置１は、外部電源１１、整流回路１２、地上側給電回路１３、地上側受電回路１４、地上側スイッチ１５、地上側コイル１６及び負荷装置１７等を備える。

外部電源１１は、電気自動車２に伝送すべき電力を生成するために必要となる電力を供給する電源であり、例えば電圧が２００［Ｖ］である三相交流電力を供給する電源である。尚、この外部電源１１は、三相交流電源に限られることはなく、商用交流電源のような単相交流電力を供給する電源であっても良い。整流回路１２は、外部電源１１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換する回路である。なお、外部電源１１として燃料電池や太陽電池など直流電源を利用することも可能であり、この場合、整流回路１２を省略して、上記直流電源と地上側給電回路１３とを直接接続するようにしてもよい。

地上側給電回路１３は、整流回路１２から供給される直流電力を交流電力に変換し、地上側スイッチ１５によって地上側コイル１６と接続されている場合に、上記交流電力を地上側コイル１６に供給することで地上側コイル１６と後述する電気自動車２に設けられる車両側コイル３４とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で電気自動車２に電力を供給する。

地上側受電回路１４は、地上側スイッチ１５によって地上側コイル１６と接続されている場合に、電気自動車２の車両側コイル３４と地上側コイル１６とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で供給される電力（交流電力）を受電し、受電した電力を直流電力に変換して負荷装置１７に供給する。

地上側スイッチ１５は、制御部２２（図１では図示省略、図２参照）の制御の下、地上側コイル１６の接続先を地上側給電回路１３または地上側受電回路１４に選択的に切り替える。地上側スイッチ１５としては、半導体を利用した電子スイッチや、接点をソレノイドコイルにより物理的に動かして接触・非接触を切り替える機械的なコンタクタが利用可能である。具体的に、地上側スイッチ１５は、地上側コイル１６に対する電気自動車２の車両側コイル３４の位置調整時には、地上側コイル１６の接続先を地上側受電回路１４に切り替え、一方、位置調整完了後の電気自動車２に対する給電時には、地上側コイル１６の接続先を地上側給電回路１３に切り替える。

地上側コイル１６は、地表面に設置され、両端が地上側スイッチ１５に接続されている。この地上側コイル１６は、外部磁界が作用すると電磁誘導によって起電力を発生し、地上側スイッチ１５によって地上側受電回路１４に接続されている場合に、地上側スイッチ１５を介して地上側受電回路１４に上記起電力を出力する。一方、地上側コイル１６は、地上側スイッチ１５によって地上側給電回路１３に接続されている場合に、電気自動車２に設けられた車両側コイル３４と近接した状態に配置されることで、地上側給電回路１３から地上側スイッチ１５を介して供給された交流電力に基づいて電気自動車２の車両側コイル３４に非接触給電を行う。

つまり、地上側コイル１６と電気自動車２に設けられた車両側コイル３４とによって電磁気結合回路が形成される。この電磁気結合回路は、地上側コイル１６と車両側コイル３４とが電磁気的に結合して地上側コイル１６から車両側コイル３４へ、または車両側コイル３４から地上側コイル１６への非接触の給電が行われる回路を意味し、「電磁誘導方式」で給電を行う回路と、「電磁界共鳴方式」で給電を行う回路との何れの回路であっても良い。
負荷装置１７は、地上側受電回路１４に接続されている。このような負荷装置１７は、例えば所定の抵抗値を有する抵抗器であり、地上側受電回路１４から供給される直流電力を消費する。

図１に示す通り、移動車両としての電気自動車２は、モータ３１、インバータ３２、蓄電池３３、車両側コイル３４、車両側スイッチ３５、車両側受電回路３６、車両側給電回路３７及び充電装置３８等を備え、上記非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６に対する車両側コイル３４の位置を自動調整する機能を有している。

モータ３１は、電気自動車２を移動させるための動力を発生する動力発生源として電気自動車２に搭載されており、インバータ３２の駆動に応じた動力を発生する。このモータ３１としては、永久磁石型同期モータ、誘導モータ等のモータを用いることができる。インバータ３２は、制御部４３（図１では図示省略、図２参照）の制御の下で、蓄電池３３から供給される電力を用いてモータ３１を駆動する。

蓄電池３３は、電気自動車２に搭載された再充電が可能な電池（例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池）であり、モータ３１を駆動するための電力を供給する。
車両側コイル３４は、電気自動車２の底部に設けられており、両端が車両側スイッチ３５に接続されている。この車両側コイル３４は、外部磁界が作用すると電磁誘導によって起電力を発生し、車両側スイッチ３５によって車両側受電回路３６に接続されている場合に、車両側スイッチ３５を介して車両側受電回路３６に上記起電力を出力する。一方、車両側コイル３４は、車両側スイッチ３５によって車両側給電回路３７に接続されている場合に、車両側給電回路３７から車両側スイッチ３５を介して交流電力が供給されると、該交流電力に基づいて非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６に非接触給電を行う。

車両側スイッチ３５は、制御部４３の制御の下で、車両側コイル３４の接続先を車両側受電回路３６または車両側給電回路３７に選択的に切り替える。車両側スイッチ３５としては、半導体を利用した電子スイッチや、接点をソレノイドコイルにより物理的に動かして接触・非接触を切り替える機械的なコンタクタが利用可能である。具体的に、車両側スイッチ３５は、地上側コイル１６に対する車両側コイル３４の位置調整時には、車両側コイル３４の接続先を車両側給電回路３７に切り替え、一方、位置調整完了後の電気自動車２に対する給電時には、車両側コイル３４の接続先を車両側受電回路３６に切り替える。

車両側受電回路３６は、車両側スイッチ３５によって車両側コイル３４と接続されている場合に、非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６と車両側コイル３４とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で供給される電力（交流電力）を受電し、受電した電力を直流電力に変換して充電装置３８に供給する。

車両側給電回路３７は、蓄電池３３から供給される直流電力を交流電力に変換し、車両側スイッチ３５によって車両側コイル３４と接続されている場合に、上記交流電力を車両側コイル３４に供給することで車両側コイル３４と非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６とによって形成される電磁気結合回路を介して非接触で非接触電力伝送装置１に電力を供給する。
充電装置３８は、車両側受電回路３６から供給される電力（直流電力）を用いて蓄電池３３の充電を行う装置である。

尚、上述した地上側給電回路１３、地上側受電回路１４、地上側コイル１６、車両側コイル３４、車両側受電回路３６及び車両側給電回路３７の構成と動作については、例えば特開２００９−２２５５５１号公報（「電力伝送システム」）或いは特開２００８−２３６９１６号公報（「非接触電力伝送装置」）に開示されている。

図２は、本発明の一実施形態における移動車両及び非接触電力伝送装置の制御系統を詳細に示す図である。尚、図２において、図１に示す構成と同じ構成については同一の符号を付している。図２に示す通り、上述した非接触電力伝送装置１の整流回路１２は、三相全波整流回路（ブリッジ整流回路）で実現されている。また、非接触電力伝送装置１の地上側給電回路１３は、スイッチングレッグＬ１，Ｌ２（直列接続された２つのトランジスタと、これら２つのトランジスタにそれぞれ並列接続されたダイオードとからなる回路）が並列接続された回路（インバータ）で実現されている。尚、トランジスタとしては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などを使用することができる。

また、地上側給電回路１３と地上側スイッチ１５との間には２つのコンデンサ１６ａが設けられている。このコンデンサ１６ａは、地上側スイッチ１５を介して地上側コイル１６に接続された場合に、地上側コイル１６とともに直列共振回路を形成する。地上側コイル１６は、地上側スイッチ１５によって地上側給電回路１３に接続された場合に、一端が、一方のコンデンサ１６ａを介して地上側給電回路１３のスイッチングレッグＬ１に接続されており、他端が、他方のコンデンサ１６ａを介して地上側給電回路１３のスイッチングレッグＬ２に接続されている。

また、地上側受電回路１４は、４つのダイオードからなるブリッジ整流回路と、ブリッジ整流回路の出力端に並列接続されたコンデンサとによって実現されている。尚、地上側受電回路１４と地上側スイッチ１５との間にはコンデンサ１６ｂが並列接続されている。

非接触電力伝送装置１は、上記の外部電源１１〜負荷装置１７に加えて、電圧測定器１８、電流測定器１９、電力量演算器２０（受電量演算部）、無線通信装置２１（第２の入力部、第２の出力部）及び制御部２２を備える。

上記電圧測定器１８及び電流測定器１９は、地上側受電回路１４と負荷装置１７との間に設けられており、負荷装置１７の入力電圧Ｖ１（ｔ）及び入力電流Ｉ１（ｔ）をそれぞれ測定する。
電力量演算器２０は、電圧測定器１８で測定された入力電圧Ｖ１（ｔ）と電流測定器１９で測定された入力電流Ｉ１（ｔ）とを用いて地上側受電回路１４で受電された電力の電力量Ｐ１を求める。具体的には、Ｖ１（ｔ）とＩ１（ｔ）を乗じて電力量Ｐ１を算出する。尚、地上側受電回路１４、地上側スイッチ１５及び地上側コイル１６の損失が零であれば、地上側受電回路１４で受電された電力の電力量Ｐ１は、地上側コイル１６で受電される電力の電力量（受電量）と等しくなる。

無線通信装置２１は、電気自動車２に設けられた無線通信装置４２と各種情報の無線通信が可能であり、例えば電力量演算器２０で求められた電力量Ｐ１を示す情報を無線通信装置４２に送信し、電気自動車２の制御器４３ｃ（後述）が出力する位置調整完了通知Ｎ（後述）を受信する。尚、無線通信装置２１は、その設置位置を中心として半径が数メートル程度のエリア内に電気自動車２の無線通信装置４２が位置する場合に無線通信装置４２との通信が可能である。

制御部２２は、無線通信装置２１と無線通信装置４２との通信に応じて地上側給電回路１３及び地上側スイッチ１５を制御する。すなわち、この制御部２２は、無線通信装置２１が無線通信装置４２から受信する信号に応じて地上側給電回路１３を制御することにより地上側給電回路１３から地上側コイル１６に出力する電力を制御すると共に、地上側スイッチ１５を制御することにより地上側コイル１６の接続先を地上側給電回路１３または地上側受電回路１４に切り替える。

また、図２に示す通り、電気自動車２の車両側受電回路３６は、４つのダイオードからなるブリッジ整流回路と、ブリッジ整流回路の出力端に並列接続されたコンデンサとによって実現されている。尚、車両側受電回路３６と車両側スイッチ３５との間にはコンデンサ３４ａが並列接続されており、モータ３１にはモータ３１の回転角を検出するレゾルバやエンコーダ等の回転角検出器３１ａが取り付けられている。

また、車両側給電回路３７は、スイッチングレッグＬ１ａ，Ｌ２ａ（直列接続された２つのトランジスタと、これら２つのトランジスタにそれぞれ並列接続されたダイオードとからなる回路）が並列接続された回路（インバータ）で実現されている。尚、トランジスタとしては、非接触電力伝送装置１の地上側給電回路１３と同様に、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどを使用することができる。

また、車両側給電回路３７と車両側スイッチ３５との間には２つのコンデンサ３４ｂが設けられている。このコンデンサ３４ｂは、車両側スイッチ３５を介して車両側コイル３４に接続された場合に、車両側コイル３４とともに直列共振回路を形成する。車両側コイル３４は、車両側スイッチ３５によって車両側給電回路３７に接続された場合に、一端が、一方のコンデンサ３４ｂを介して車両側給電回路３７のスイッチングレッグＬ１ａに接続されており、他端が、他方のコンデンサ３４ｂを介して地上側給電回路１３のスイッチングレッグＬ２ａに接続されている。

電気自動車２は、上記のモータ３１〜充電装置３８に加えて、電圧測定器３９、電流測定器４０、電力量演算器４１（給電量演算部）、無線通信装置４２（入力部、出力部）及び制御部４３を備える。

電圧測定器３９及び電流測定器４０は、車両側給電回路３７と蓄電池３３との間に設けられており、車両側給電回路３７の入力電圧Ｖ２（ｔ）及び入力電流Ｉ２（ｔ）をそれぞれ測定する。
電力量演算器４１は、電圧測定器３９で測定された入力電圧Ｖ２（ｔ）と電流測定器４０で測定された入力電流Ｉ２（ｔ）とを用いて車両側給電回路３７に供給される電力の電力量Ｐ２を求める。具体的には、Ｖ２（ｔ）とＩ２（ｔ）を乗じて電力量Ｐ２を算出する。尚、車両側コイル３４、車両側スイッチ３５及び車両側給電回路３７の損失が零であれば、車両側給電回路３７に供給される電力の電力量Ｐ２は、車両側コイル３４から給電される電力の電力量（給電量）と等しくなる。

無線通信装置４２は、非接触電力伝送装置１に設けられた無線通信装置２１と各種情報の無線通信が可能であり、例えば無線通信装置２１から送信されてくる電力量Ｐ１を示す情報を受信し、制御器４３ｃが出力する位置調整完了通知Ｎ（後述）を送信する。尚、無線通信装置４２は、自身を中心として半径が数メートル程度のエリア内に非接触電力伝送装置１の無線通信装置２１が位置する場合に無線通信装置２１との通信が可能である。

制御部４３は、図１，図２に示す各ブロックを制御することによって、電気自動車２の動作を制御する。例えば、モータ３１に取り付けられた回転角検出器３１ａの検出結果を常時モニタしつつモータ３１を駆動するインバータ３２を制御することによって、電気自動車２の走行を制御する。また、制御部４３は、非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６に対する車両側コイル３４の位置調整時には、電気自動車２から非接触電力伝送装置１への電力伝送効率ε（後述）を参照しつつ、非接触電力伝送装置１の設置場所又はその近くに停車された電気自動車２をゆっくり移動（走行）させて、電気自動車２の停車位置を調整する。

この制御部４３は、上述した蓄電池３３を充電するときの停車位置を調整するために、効率計算器４３ａ、指令値生成器４３ｂ、及び制御器４３ｃを備える。効率計算器４３ａは、地上側コイル１６と車両側コイル３４との位置調整時において、電力量演算器４１で求められた電力量Ｐ２と無線通信装置４２で受信された電力量Ｐ１を示す情報とに基づいて、電気自動車２から非接触電力伝送装置１への電力伝送効率εを算出する。具体的には、電力量Ｐ１を電力量Ｐ２で除算することによって電力伝送効率εを算出する。

指令値生成器４３ｂは、効率計算器４３ａで算出された電力伝送効率εに応じて、モータ３１の回転角指令値を生成する。制御器４３ｃは、指令値生成器４３ｂで生成された回転角指令値に基づいて、回転角検出器３１ａの検出結果をモニタしつつ、インバータ３２に対してトルク指令値を出力する。また、制御器４３ｃは、図示しない操作装置から運転者の操作によって充電指示が入力された場合には、車両側スイッチ３５を制御して車両側スイッチ３５の接続先を車両側給電回路３７に切り替える。さらに、制御器４３ｃは、効率計算器４３ａで算出された電力伝送効率εが上昇から一定あるいは下降に転じるタイミングで車両側スイッチ３５を制御して車両側スイッチ３５の接続先を車両側受電回路３６に切り替えると共に位置調整完了通知Ｎを無線通信装置４２に出力する。

ここで、モータ３１は、減速比が既知の減速機（図示省略）を介して半径が既知のタイヤを回転させるため、モータ３１の回転角と電気自動車２の移動量は一定の関係にある。具体的には、タイヤの半径をｒ、減速機の減速比をｎとすると、モータが１回転したときに電気自動車２は距離（２πｒ／ｎ）だけ移動する。このため、モータ３１の回転角を制御することにより、電気自動車２の移動量を制御することができる。

次に、上記構成における非接触電力伝送装置１及び電気自動車２の動作について説明する。図３は、本発明の一実施形態による移動車両及び非接触電力伝送装置の動作を示すフローチャートである。

まず、運転者が電気自動車２を運転して、電気自動車２を非接触電力伝送装置１の設置場所又はその近くに移動させて停車させた後に、電気自動車２の図示しない操作装置に対して充電指示を行う。すると、電気自動車２の制御器４３ｃは、充電装置３８を制御して動作を停止させ（ステップＳ１１）、車両側スイッチ３５を制御して車両側コイル３４の接続先を車両側給電回路３７に切り替え（ステップＳ１２）、電力伝送効率εを測定するために車両側給電回路３７を動作させて微小電力の伝送を開始させる（ステップＳ１３）。尚、電気自動車２が非接触電力伝送装置１の給電可能エリア内にいる場合には、非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６と電気自動車２の車両側コイル３４とによって電磁気結合回路が形成される。

一方、非接触電力伝送装置１の制御部２２は、電気自動車２が非接触電力伝送装置１の給電可能エリア内にいるか否かを判断する。例えば、制御部２２は、無線通信装置２１が、電気自動車２の無線通信装置４２と無線通信が可能であるか否かによって、電気自動車２が非接触電力伝送装置１の給電可能エリア内にいるか否かを判断する。
制御部２２は、電気自動車２が非接触電力伝送装置１の給電可能エリア内にいると判断した場合、地上側スイッチ１５を制御して地上側コイル１６の接続先を地上側受電回路１４に切り替える（ステップＳ３１）。これによって、図４に示すように、地上側コイル１６が電気自動車２から受電した電力は、地上側スイッチ１５及び地上側受電回路１４を介して負荷装置１７に供給される。

これに対し、電気自動車２の制御器４３ｃは、微小電力の伝送を開始すると、インバータ３２を制御して電気自動車２の前進を開始させる（ステップＳ１４）。このとき、インバータ３２は、蓄電池３３から供給される電力に基づいてモータ３１を駆動する。

制御器４３ｃは、電気自動車２の前進を開始させると、電気自動車２の前進によって効率計算器４３ａで算出される電力伝送効率εが上昇したか否かを判断する（ステップＳ１５）。制御器４３ｃは、電力伝送効率εが上昇したと判断した場合（ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、インバータ３２を制御して電気自動車２のゆっくりとした前進を継続させる（ステップＳ１６）。そして、制御器４３ｃは、電気自動車２の前進によって効率計算器４３ａで算出される電力伝送効率εが上昇したか否かを再び判断する（ステップＳ１７）。

制御器４３ｃは、電力伝送効率εが上昇したと判断した場合（ステップＳ１７の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、インバータ３２を制御して電気自動車２のゆっくりとした前進を継続させる（ステップＳ１６）。これに対し、制御器４３ｃは、電力伝送効率εが上昇しないと判断した場合（ステップＳ１７の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、インバータ３２を制御して電気自動車２を停止させる（ステップＳ１８）。すなわち、制御器４３ｃは、電気自動車２が前進している時に、電力伝送効率εが上昇から一定あるいは下降に転じた場合には、電気自動車２を停止させる。

他方、制御器４３ｃは、電気自動車２の前進を開始させた直後に、電気自動車２の前進によって効率計算器４３ａで算出される電力伝送効率εが上昇しないと判断した場合（ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、インバータ３２を制御して電気自動車２の後進を開始させる（ステップＳ１９）。そして、制御器４３ｃは、電気自動車２のゆっくりとした後進を継続させ（ステップＳ２０）、後進によって効率計算器４３ａで算出される電力伝送効率εが上昇したか否かを判断する（ステップＳ２１）。

制御器４３ｃは、電力伝送効率εが上昇したと判断した場合（ステップＳ２１の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、インバータ３２を制御して電気自動車２のゆっくりとした後進を継続させる（ステップＳ２０）。これに対し、制御器４３ｃは、電力伝送効率εが上昇しないと判断した場合（ステップＳ２１の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、インバータ３２を制御して電気自動車２を停止させる（ステップＳ２２）。すなわち、制御器４３ｃは、電気自動車２が後進している時に、電力伝送効率εが上昇から一定あるいは下降に転じた場合には、電気自動車２を停止させる。

制御器４３ｃは、ステップＳ１８又はステップＳ２２の処理によって電気自動車２を停止させると、電力伝送効率εを測定するための微小電力の伝送を停止すると共に車両側スイッチ３５を制御して車両側コイル３４の接続先を車両側受電回路３６に切り替え、さらに位置調整が完了して電気自動車２が停止しかつ微小電力の伝送を停止したことを通知する位置調整完了通知Ｎを無線通信装置４２に送信させる（ステップＳ２３）。そして、制御器４３ｃは、ステップＳ２３の後に、充電装置３８を制御して充電動作を開始させる一方でインバータ３２を制御して動作を停止させる（ステップＳ２４）。

一方、非接触電力伝送装置１の制御部２２は、ステップＳ３１の後に、無線通信装置２１が上述した位置調整完了通知Ｎを無線通信装置４２から受信すると、地上側スイッチ１５を制御して地上側コイル１６の接続先を地上側給電回路１３に切り替え、地上側給電回路１３を制御して地上側コイル１６から充電用の電力（蓄電池３３を充電する大電力）の伝送を開始させる（ステップＳ３２）。つまり、制御部２２は、地上側コイル１６から充電用の大電力を伝送する。

この結果、電気自動車２では、充電装置３８によって蓄電池３３の充電が行われる（ステップＳ２５）。具体的に、図５に示すように、非接触電力伝送装置１からの交流電力は、地上側コイル１６と車両側コイル３４とによって形成される電磁気結合回路を介して電気自動車２に非接触で伝送されて車両側受電回路３６で受電される。車両側受電回路３６で受電された交流電力は直流電力に変換され、この変換された直流電力が充電装置３８に供給される。そして、この直流電流を用いた蓄電池３３の充電が充電装置３８によって行われる。続いて、制御器４３ｃは、充電装置３８による充電によって蓄電池３３が満状態になると、充電装置３８を停止させて蓄電池３３の充電を停止させる（ステップＳ２６）。

制御部２２は、ステップＳ３２で充電用の電力の伝送を開始した後に、電気自動車２に搭載された蓄電池３３の充電が完了したか否かを判断する（ステップＳ３３）。例えば、制御部２２は、電気自動車２の無線通信装置４２から蓄電池３３の充電完了を示す信号が送信されてきたか否かを判断する。制御部２２は、充電が完了していないと判断した場合（ステップＳ３３の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、上記ステップＳ３３の判断を繰り返す。これに対し、制御部２２は、充電が完了したと判断した場合（ステップＳ３３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、地上側給電回路１３を停止させて電力伝送を停止させる（ステップＳ３４）。

このような本実施形態は、車両側コイル３４と地上側コイル１６はいずれも受動的な（半導体のような能動的動作を行わない）回路素子であるため、車両側コイル３４と地上側コイル１６との電磁気的な結合が強ければ、電力伝送の向き（車両側から地上側へ、地上側から車両側へ）によらず非接触電力伝送を効率良く行えることを用いている。すなわち、車両側コイル３４の位置を調整するときに、車両側コイル３４を送電コイルとして、地上側コイル１６を受電コイルとして使用して電気自動車２から非接触電力伝送装置１への非接触電力伝送の電力伝送効率が高くなるように調整することにより、車両側コイル３４を受電コイルとして、地上側コイル１６を送電コイルとして使用して非接触電力伝送装置１から電気自動車２への非接触電力伝送を行う時の電力伝送効率も高くなることを利用している。

以上の通り、本実施形態では、電気自動車２から非接触電力伝送装置１への電力伝送効率εを求め、この電力伝送効率εを参照しつつ電気自動車２を前後に移動させることにより、非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６と電気自動車２の車両側コイル３４との位置を調整している。このため、大きさや車両側コイル３４の取り付け位置が異なる電気自動車２であっても正確に位置を調整することができ、効率的に電力を伝送することができる。また、地上側コイル１６や車両側コイル３４を単独で移動させる機構等が不要であるため、大型化及びコスト上昇を招くこともない。

また、本実施形態では、車両側コイル３４の位置調整時に、車両側コイル３４から地上側コイル１６に給電された電力を非接触電力伝送装置１に設けられた負荷装置１７によって消費する構成となっているので、電気自動車２に負荷装置を設け、地上側コイル１６から車両側コイル３４に給電された電力を上記負荷装置によって消費する構成になっている場合と比べて、電気自動車２の重量増加による移動性能の低下を防ぐことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、電気自動車２から非接触電力伝送装置１への電力伝送効率εを参照しつつ電気自動車２を前後に移動させて位置調整を行っていたが、電力伝送効率εに代えて電力量Ｐ１（非接触電力伝送装置１で受電された電力）を参照しつつ電気自動車２を前後に移動させて位置調整を行っても良い。

非接触電力伝送装置１及び地上側コイル１６は、厳密に地表面に一致して設置されていなくてもよい。例えば、非接触電力伝送の効率を著しく低下させない範囲で埋め込んで地表面より低く設置してもよいし、電気自動車２の走行に著しく支障しない範囲で突出させて地表面より高く設置してもよい。

また、上述した実施形態では、電気自動車２を前後に移動させて位置調整を行う場合を例に挙げて説明したが、左右方向に直線的に移動可能な移動車両であれば、左右方向に移動させて位置調整を行うことができる。ここで、移動車両は、ステアリングを操作しなければ前後にのみ移動可能であり、左右方向に直線的に移動することはできないものが殆どである。このため、左右方向の位置ずれが生じても伝送効率の大幅な低下を招くことのない地上側コイルを用いるのが望ましい。

図６は、本発明の一実施形態による非接触電力伝送装置に用いて好適な地上側コイルの設置例を示す図である。図６に示す通り、非接触電力伝送装置１の地上側コイル１６は、平面視形状が長方形状のコイルであって、例えば駐車場において、その長手方向が区画線Ｗに直交し、車止めＳＴから１メートル程度離間するように区画線Ｗの間に設置される。このように設置された地上側コイル１６の電力伝送可能エリアは、区画線Ｗに直交する方向に長いため、区画線Ｗの間における電気自動車２の左右方向の多少のずれが生じたとしても伝送効率の大幅な低下を招くことはない。

また、上記実施形態では、位置調整を行う際に電気自動車２を連続的に前進或いは後進させていたが、連続移動ではなく微小距離の間欠移動であってもよい。尚、電力伝送効率εが上昇しているか下降しているかは、間欠移動を行う前の電力伝送効率εと１回の間欠動作を行った後の電力伝送効率εとを比較して判断すれば良い。

また、上記実施形態では、図３中のステップＳ３１において、電気自動車２が給電可能エリア内にいるか否かを、非接触電力伝送装置１の無線通信装置２１と電気自動車２の無線通信装置４２とが無線通信が可能であるか否かによって判断していた。しかしながら、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）等によって得られる電気自動車２の位置に基づいて、電気自動車２が給電可能エリア内にいるか否かを判断するようにしても良い。

尚、電気自動車２の移動方向が一方向に制限される場所（例えば、前進のみに制限される場所）に非接触電力伝送装置１が設置されている場合には、電気自動車２が給電可能エリアに進入した直後に電気自動車２を停車させれば良い。つまり、車両側コイル３４が給電可能エリアの外縁の近くに配置されるように電気自動車２を停車させれば良い。
これにより、電気自動車２を前進させれば電力伝送効率εが上昇して図３中のステップＳ１５の判断結果が常に「ＹＥＳ」になるため、電気自動車２が後進するのを防止することができる。

また、位置調整を行っている最中に電力伝送効率εが著しく低下した場合には、電気自動車２の制御器４３ｃは、電気自動車２を停止させる制御を行うとともに電力の伝送を停止させ、無線通信装置４２を介して電力伝送効率εが著しく低下した旨を非接触電力伝送装置１に通知するのが望ましい。これにより、位置調整を行っている最中に生ずる想定外の異常を防止することができる。

また、電気自動車２の制御器４３ｃは、上記ステップＳ１４〜２２において、電気自動車２の位置を変えても、電力伝送効率ε（電力量Ｐ１）の値が小さいままであれば、充電開始不可能と判断して、非接触電力伝送装置１へ通知する。その場合、電気自動車２及び非接触電力伝送装置１いずれも動作停止するようにする。

また、上記実施形態では、給電対象が蓄電池を搭載した電気自動車である場合を例に挙げて説明したが、本発明はプラグイン・ハイブリッド自動車に適用することもでき、搬送車にも適用することができる。更には、無人式移動車両にも適用することができる。

また、上記実施形態では、抵抗器を負荷装置１７として用いたが、微小電力（数Ｗ程度）を消費できる負荷装置１７であれば、電子負荷装置を用いてもよい。例えば、微小電力の一部をコンバータで電圧変換し、非接触電力伝送装置１内部の各種機器の制御電源の補助として使用してもよい。

また、上記実施形態では、電気自動車２から非接触電力伝送装置１に位置調整完了通知Ｎを送信し、非接触電力伝送装置１は、位置調整完了通知Ｎを受信すると、受電から給電に切り替えるが、本発明はこれに限定されない。例えば、電気自動車２が位置調整完了通知Ｎを送信しない場合でも、非接触電力伝送装置１において、制御部２２は、電力量Ｐ１に基づいて位置調整の完了を判断して、受電から給電に切り替えるようにしてもよい。

１ 非接触電力伝送装置
２ 電気自動車（移動車両）
１１ 外部電源
１２ 整流回路
１３ 地上側給電回路
１４ 地上側受電回路
１５ 地上側スイッチ
１６ 地上側コイル
１７ 負荷装置
１６ａ コンデンサ
１６ｂ コンデンサ
１８ 電圧測定器
１９ 電流測定器
２０ 電力量演算器（受電量演算部）
２１ 無線通信装置（第２の入力部、第２の出力部）
２２ 制御部
３１ モータ
３２ インバータ
３３ 蓄電池
３４ 車両側コイル
３５ 車両側スイッチ
３６ 車両側受電回路
３７ 車両側給電回路
３８ 充電装置
３４ａ コンデンサ
３４ｂ コンデンサ
３９ 電圧測定器
４０ 電流測定器
４１ 電力量演算器（給電量演算部）
４２ 無線通信装置（入力部、出力部）
４３ 制御部
３１ａ 回転角検出器

Claims (7)

1. 移動のための動力を発生するモータと、該モータを駆動する電力を供給する蓄電池とを備える移動車両において、
   外部から給電される電力の受電あるいは前記蓄電池から供給された電力の外部の所定の抵抗値を有する負荷装置への給電を非接触で行う車両側コイルと、
   前記車両側コイルが給電した電力の受電量が外部から入力される入力部と、
   前記受電量を参照しつつ、前記モータを制御して前記車両側コイルの外部に対する位置を調整する制御部と
   を備えることを特徴とする移動車両。
2. 前記車両側コイルが外部に給電する電力の給電量を求める給電量演算部をさらに備え、
   前記制御部は、前記受電量と前記給電量とに基づいて前記車両側コイルから外部への電力伝送効率を求め、前記受電量に代えて前記電力伝送効率を参照しつつ前記モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の移動車両。
3. 前記制御部は、前記モータを制御して移動車両を前後方向に移動させることにより、外部に対する前記車両側コイルの位置を調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動車両。
4. 前記車両側コイルの外部に対する位置調整が完了すると、前記車両側コイルによる電力の受電を開始することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の移動車両。
5. 前記車両側コイルの位置調整が完了したことを示す位置調整完了通知を外部に出力する出力部を備え、
   位置調整完了通知を外部に出力すると、前記車両側コイルによる電力の受電を開始することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の移動車両。
6. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の移動車両との間で地上側コイルを用いて電力を非接触で受電あるいは給電する非接触電力伝送装置であって、
   前記地上側コイルが前記車両側コイルから受電した電力を消費する前記負荷装置と、
   前記地上側コイルが前記車両側コイルから受電した電力の受電量を求める受電量演算部と、
   前記受電量演算部で求められた前記受電量を外部に出力する第２の出力部とを備え、
   前記車両側コイルの外部に対する位置調整が完了すると、前記地上側コイルから前記車両側コイルへの給電を開始することを特徴とする非接触電力伝送装置。
7. 請求項５に記載の移動車両との間で地上側コイルを用いて電力を非接触で受電あるいは給電する非接触電力伝送装置であって、
   前記地上側コイルが前記車両側コイルから受電した電力を消費する前記負荷装置と、
   前記地上側コイルが前記車両側コイルから受電した電力の受電量を求める受電量演算部と、
   前記受電量演算部で求められた前記受電量を外部に出力する第２の出力部と、
   前記位置調整完了通知が入力される第２の入力部とを備え、
   前記第２の入力部に前記位置調整完了通知が入力されると、前記地上側コイルから前記車両側コイルへの給電を開始することを特徴とする非接触電力伝送装置。

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