共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置および共鳴型非接触受電装置の位置決め方法
【課題】ワイヤレスでの受電状態の良好さの程度を精度良く検出し、位置決めすることが可能な共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置を提供する。
【解決手段】制御装置１８０は、自己共振コイル１１２の位置の検出開始後の初期段階に、位相検波器１１６で測定した測定値をメモリ１８１に記録し、メモリ１８１に記録した測定値に対して現在位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転するまで初期段階よりも自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転してから受電電圧センサ１９０で測定した受電電圧ＶＲに基づいて自己共振コイル１１２の位置合わせを行なうための制御を実行する。
【解決手段】制御装置１８０は、自己共振コイル１１２の位置の検出開始後の初期段階に、位相検波器１１６で測定した測定値をメモリ１８１に記録し、メモリ１８１に記録した測定値に対して現在位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転するまで初期段階よりも自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転してから受電電圧センサ１９０で測定した受電電圧ＶＲに基づいて自己共振コイル１１２の位置合わせを行なうための制御を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置および共鳴型非接触受電装置の位置決め方法に関し、特に、自己共振コイルを含む共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置および共鳴型非接触受電装置の位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題への対策として、電気自動車やハイブリッド自動車が注目されている。これらの自動車に搭載されたバッテリに車両外部の電源からワイヤレスで充電電力を受電するために、共鳴法が検討されている。
【０００３】
特開２００９−１０６１３６号公報（特許文献１）は、共鳴法によって車両外部の電源からワイヤレスで充電電力を受電し、車載の蓄電装置を充電可能な電動車両を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／００８６４６号パンフレット
【特許文献３】特開２００８−２８８８８９号公報
【特許文献４】特開２００７−０９７３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワイヤレスでの受電では、送電装置と受電装置の位置関係が正しくないと効率良く受電が行なわれない。したがって、本格的な送電に際し、事前に受電が正しく行なえるか確認することが望ましい。そして、この確認は、受電状態の良好さの程度を精度良く検出して受電装置の位置決めを行なうことが望ましい。
【０００６】
特開２００９−１０６１３６号公報では、受電状態を精度良く検出し、位置決めをするための技術については特に言及されていない。
【０００７】
この発明の目的は、ワイヤレスでの受電状態の良好さの程度を精度良く検出し、位置決めすることが可能な共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置および共鳴型非接触受電装置の位置決め方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、要約すると、共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置であって、共鳴法によって電力を受電する自己共振コイルに生じる電流の位相を測定するための位相測定部と、自己共振コイルの受電電圧を測定するための受電電圧測定部と、位相および受電電圧を記録する記録部と、自己共振コイルの位置決め制御を実行する制御部とを備える。制御部は、自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に位相測定部で測定した測定値を記録部に記録し、記録部に記録した測定値に対して現在位相測定部で測定した測定値の符号が反転するまで初期段階よりも自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、位相測定部で測定した測定値の符号が反転してから受電電圧測定部で測定した受電電圧に基づいて自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行する。
【０００９】
好ましくは、自己共振コイルは車両に搭載される。制御部は、自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるために、車両の駆動輪を駆動する。
【００１０】
好ましくは、自己共振コイルは車両に搭載される。制御部は、自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるために、運転者に車両の移動方向を指示する。
【００１１】
好ましくは、制御部が記録部に記録する測定値は、少なくとも自己共振コイルの直径の半分より大きい距離だけ自己共振コイルが目標位置から遠ざかっている時に測定された値である。
【００１２】
好ましくは、位置決め支援装置は、車両の周囲状況を撮影するカメラをさらに備える。制御部は、カメラで撮影された映像に基づいて、自己共振コイルの位置を目標位置に近づけてから、位相測定部および受電電圧測定部の測定結果に基づいて自己共振コイルの位置の微調整を行なう。
【００１３】
この発明は、他の局面では、自己共振コイルを含む共鳴型非接触受電装置の位置決め方法であって、自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に自己共振コイルに生じる電流の位相を測定して記録するステップと、記録するステップで記録した測定値に対して現在測定した電流の位相の測定値の符号が反転するまで初期段階よりも自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行するステップと、測定した電流の位相の符号が反転してから自己共振コイルの受電電圧に基づいて自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ワイヤレスでの受電状態の良好さの程度を精度良く検出することが可能となり、自己共振コイルを受電が良好となる位置に位置合わせすることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態による電動車両が適用される充電システムの全体構成図である。
【図２】充電時の車両の位置合わせについて説明するための図である。
【図３】共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
【図４】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図５】図１、図２に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
【図６】図５に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。
【図７】車両の目標位置までの距離と受電電圧の関係を示した図である。
【図８】一次自己共振コイルと二次自己共振コイルのズレについて説明するための模式図である。
【図９】ズレ量Ｄ＝０である状態を示した図である。
【図１０】ズレ量Ｄ＝０のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１１】ズレ量Ｄ＝Ｄ１である状態を示した図である。
【図１２】ズレ量Ｄ＝Ｄ１のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１３】ズレ量Ｄ＝Ｄ２である状態を示した図である。
【図１４】ズレ量Ｄ＝Ｄ２のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１５】ズレ量Ｄ＝Ｄ３である状態を示した図である。
【図１６】ズレ量Ｄ＝Ｄ３のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１７】図５の制御装置１８０が実行する駐車支援制御を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１７のステップＳ２００の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１９】位相検波器１１６の概略構成を示した図である。
【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。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。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態による電動車両が適用される充電システムの全体構成図である。図１において位相検波器１１６を設ける点がこの充電システムの特徴である。
【００１８】
図１を参照して、この充電システムは、電動車両１００と、給電装置２００とを備える。電動車両１００は、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、蓄電装置１５０とを含む。また、電動車両１００は、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）１６６と、モータ１７４とをさらに含む。なお、自己共振コイルは、共鳴コイルとも称される。
【００１９】
二次自己共振コイル１１２は、車体下部に配設される。この二次自己共振コイル１１２は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置２００の一次自己共振コイル２３４と磁場の共鳴により磁気的に結合され、一次自己共振コイル２３４から電力を受電可能に構成される。具体的には、二次自己共振コイル１１２は、蓄電装置１５０の電圧や、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との間の距離、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００２０】
二次コイル１１４は、電磁誘導によって二次自己共振コイル１１２から受電可能に構成され、好ましくは二次自己共振コイル１１２と同軸上に配設される。そして、二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２から受電した電力を整流器１４０へ出力する。整流器１４０は、二次コイル１１４から受ける高周波の交流電力を整流して蓄電装置１５０へ出力する。なお、整流器１４０に代えて、二次コイル１１４から受ける高周波の交流電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換するＡＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。
【００２１】
蓄電装置１５０は、充放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を含む。蓄電装置１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置１５０は、整流器１４０から供給される電力を蓄えるほか、後述のようにモータ１７４によって発電された電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６６へ供給する。
【００２２】
なお、蓄電装置１５０として、大容量のキャパシタも採用可能であり、整流器１４０やモータ１７４からの電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６６へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２３】
ＰＣＵ１６６は、蓄電装置１５０から供給される電力を交流電圧に変換してモータ１７４へ出力し、モータ１７４を駆動する。また、ＰＣＵ１６６は、モータ１７４により発電された電力を整流して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。
【００２４】
モータ１７４は、ＰＣＵ１６６を介して蓄電装置１５０から供給される電力を受けて車両駆動力を発生し、その発生した駆動力を車輪へ出力する。また、モータ１７４は、車輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーを受けて発電し、その発電した電力をＰＣＵ１６６へ出力する。
【００２５】
一方、給電装置２００は、高周波電源装置２１０と、一次コイル２３２と、一次自己共振コイル２３４とを含む。
【００２６】
高周波電源装置２１０は、車両外部の系統電源から受ける電力を、磁場共鳴により一次自己共振コイル２３４から車両側の二次自己共振コイル１１２へ送電可能な高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル２３２へ供給する。
【００２７】
一次コイル２３２は、電磁誘導によって一次自己共振コイル２３４へ送電可能に構成され、好ましくは一次自己共振コイル２３４と同軸上に配設される。そして、一次コイル２３２は、高周波電源装置２１０から受電した電力を一次自己共振コイル２３４へ出力する。
【００２８】
一次自己共振コイル２３４は、地面近傍に配設される。この一次自己共振コイル２３４は、両端がオープンのＬＣ共振コイルであり、電動車両１００の二次自己共振コイル１１２と磁場の共鳴により磁気的に結合され、二次自己共振コイル１１２へ電力を送電可能に構成される。具体的には、一次自己共振コイル２３４は、一次自己共振コイル２３４から送電される電力によって充電される蓄電装置１５０の電圧や、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との間の距離、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００２９】
電動車両１００は、さらに、二次コイル１１４に発生する電流の位相を検出する位相検波器１１６をさらに含む。二次コイル１１４に発生する電流の位相を検出することで二次自己共振コイル１１２の電流の位相が検出できる。なお、二次自己共振コイル１１２の電流の位相を直接検出するように位相検波器１１６を接続しても良い。
【００３０】
給電装置２００から送電が可能な位置に車両が停止しているかを確認するために、位相検波器１１６で検波された結果が用いられる。この結果に基づき充電時の車両の位置合わせをする精度を向上させることができる。
【００３１】
図２は、充電時の車両の位置合わせについて説明するための図である。
図２を参照して、車両用給電システム１０は、車両１００と、給電装置２００とを備える。車両１００は、受電ユニット１１０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０とを含む。
【００３２】
受電ユニット１１０は、車体底面に設置され、給電装置２００の送電ユニット２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電ユニット１１０は、自己共振コイルを含み、送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニット２２０から非接触で受電する。カメラ１２０は、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０との位置関係を検知するために設けられ、たとえば車両後方を撮影可能に車体に取付けられる。通信ユニット１３０は、車両１００と給電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。
【００３３】
給電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電ユニット２２０と、目印２３０と、通信ユニット２４０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえば系統電源から供給される商用交流電力を高周波の電力に変換して送電ユニット２２０へ出力する。なお、高周波電源装置２１０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚである。
【００３４】
送電ユニット２２０は、駐車場の床面に固定され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電ユニット１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電ユニット２２０は、自己共振コイルを含み、受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニット１１０へ非接触で送電する。目印２３０は、送電ユニット２２０上に複数設けられ、送電ユニット２２０の位置を示すために設けられる。目印２３０は、たとえば発光ダイオードなどを含む。通信ユニット２４０は、給電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。
【００３５】
この車両用給電システム１０においては、給電装置２００の送電ユニット２２０から高周波の電力が送出され、車両１００の受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルとが電磁場を介して共鳴することにより、給電装置２００から車両１００へ給電される。
【００３６】
ここで、給電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００を給電装置２００へ誘導して車両１００の受電ユニット１１０と給電装置２００の送電ユニット２２０との位置合わせを行なう必要がある。
【００３７】
位置合わせは、まず、第１段階においては、カメラ１２０によって撮影される画像に基づいて車両１００の受電ユニット１１０と給電装置２００の送電ユニット２２０との位置関係が検知され、その検知結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両を誘導するように車両が制御される。より詳しくは、送電ユニット２２０上に設けられた複数の目印２３０（発光部など）がカメラ１２０によって撮影され、複数の目印２３０の位置および向きが画像認識される。そして、その画像認識の結果に基づいて送電ユニット２２０と車両との位置および向きが認識され、その認識結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両が誘導される。
【００３８】
ここで、受電ユニット１１０および送電ユニット２２０の対向面積は、車体底面の面積よりも小さいので、送電ユニット２２０が車体下部に入り込むことによってカメラ１２０により送電ユニット２２０を撮影できなくなる。すると、位置合わせ制御は第１段階から第２段階に切替わる。この第２段階においては、送電ユニット２２０から受電ユニット１１０への給電が行なわれ、その給電状況に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離が検知される。そして、その距離情報に基づいて、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせを行なうように車両が制御される。
【００３９】
なお、上記の第２段階時に送電ユニット２２０からテスト信号として送出される電力の大きさは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせの完了後に送電ユニット２２０から受電ユニット１１０へ供給される充電のための電力よりも小さく設定される。上記第２段階時に送電ユニット２２０から電力を送出するのは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離を検知するためであり、本格的な給電を行なう際の大電力は不要だからである。
【００４０】
なお、第１段階のカメラによる自動誘導に代えて、直接の目視またはカメラで撮影されたバックモニタを運転者が見て手動で大まかな位置合わせを行なうようにしても良い。
【００４１】
次に、この実施の形態による車両用給電システム１０に用いられる非接触給電方法について説明する。この実施の形態による車両用給電システム１０では、共鳴法を用いて給電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。
【００４２】
図３は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
図３を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
【００４３】
具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。
【００４４】
なお、図２との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図２の受電ユニット１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図２の送電ユニット２２０に対応する。
【００４５】
図４は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
図４を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。
【００４６】
この中でも波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域があるが、共鳴法では、この近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
【００４７】
図５は、図１、図２に示した車両１００の詳細を示す構成図である。本実施の形態は、電気自動車、ハイブリッド自動車のいずれにも適用可能である。図１では、電気自動車と共通する要素のみが示されているが、図５では、エンジンをモータと併用するハイブリッド自動車の構成がより詳細に示されている。
【００４８】
図５を参照して、車両１００は、蓄電装置１５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ１６２と、インバータ１６４，１６６と、モータジェネレータ１７２，１７４と、エンジン１７６と、動力分割装置１７７と、駆動輪１７８とを含む。
【００４９】
車両１００は、さらに、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と、システムメインリレーＳＭＲ２と、電圧センサ１９０とを含む。
【００５０】
車両１００は、さらに、制御装置１８０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０と、給電ボタン１２２とを含む。
【００５１】
この車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を動力源として搭載する。エンジン１７６およびモータジェネレータ１７２，１７４は、動力分割装置１７７に連結される。そして、車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン１７６が発生する動力は、動力分割装置１７７によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪１７８へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１７２へ伝達される経路である。
【００５２】
モータジェネレータ１７２は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７２は、動力分割装置１７７によって分割されたエンジン１７６の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン１７６が始動してモータジェネレータ１７２により発電が行なわれ、蓄電装置１５０が充電される。
【００５３】
モータジェネレータ１７４も、交流回転電機であり、モータジェネレータ１７２と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７４は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１７２により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１７４の駆動力は、駆動輪１７８に伝達される。
【００５４】
また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪１７８を介してモータジェネレータ１７４の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ１７４が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ１７４は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ１７４により発電された電力は、蓄電装置１５０に蓄えられる。
【００５５】
動力分割装置１７７は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車を使用することができる。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１７６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ１７２の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ１７４の回転軸および駆動輪１７８に連結される。
【００５６】
蓄電装置１５０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を含む。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７２，１７４によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００（図１、図２）から供給される電力やモータジェネレータ１７２，１７４からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００５７】
システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ１は、制御装置１８０からの信号ＳＥ１が活性化されると、蓄電装置１５０を昇圧コンバータ１６２と電気的に接続し、信号ＳＥ１が非活性化されると、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間の電路を遮断する。昇圧コンバータ１６２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置１５０から出力される電圧以上の電圧に昇圧する。なお、この昇圧コンバータ１６２は、たとえば直流チョッパ回路を含む。
【００５８】
インバータ１６４，１６６は、それぞれモータジェネレータ１７２，１７４に対応して設けられる。インバータ１６４は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１７２を駆動し、インバータ１６６は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１７４を駆動する。なお、インバータ１６４，１６６は、たとえば三相ブリッジ回路を含む。
【００５９】
二次自己共振コイル１１２は、両端がスイッチ（リレー１１３）を介してコンデンサ１１１に接続されており、スイッチ（リレー１１３）が導通状態となったときに給電装置２００の一次共振コイルと電磁場を介して共鳴する。この共鳴により給電装置２００から受電が行なわれる。なお、図５ではコンデンサ１１１を設けた例を示したが、コンデンサに代えてコイルの浮遊容量によって共振するように、一次自己共振コイルとの調整をしてもよい。
【００６０】
なお、二次自己共振コイル１１２については、給電装置２００の一次自己共振コイルとの距離や、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値（たとえばＱ＞１００）およびその結合度を示すκなどが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００６１】
二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１４０へ出力する。なお、二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４は、図１に示した受電ユニット１１０を形成する。
【００６２】
整流器１４０は、二次コイル１１４によって取出された交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＤに基づいて、整流器１４０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。
【００６３】
システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と蓄電装置１５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、制御装置１８０からの信号ＳＥ２が活性化されると、蓄電装置１５０をＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、蓄電装置１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電路を遮断する。電圧センサ１９０は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電圧ＶＲを検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。
【００６４】
制御装置１８０は、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ１６２およびモータジェネレータ１７２，１７４をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。制御装置１８０は、生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６へ出力する。そして、車両の走行時、制御装置１８０は、信号ＳＥ１を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオンさせるとともに、信号ＳＥ２を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオフさせる。
【００６５】
また、給電装置２００（図２）から車両１００への給電が行なわれるとき、カメラ１２０によって撮影された画像がカメラ１２０から制御装置１８０に送信される。また、給電装置２００から送出される交流信号を二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４で受信した結果に応じて電圧センサ１９０の出力する電圧ＶＲや位相検波器１１６の出力が変化する。制御装置１８０は、画像や位相検波器１１６および電圧センサ１９０の出力に基づいて、給電装置２００の送電ユニット２２０（図１）へ当該車両を誘導するように車両の駐車制御を実行する。制御装置１８０は、メモリ１８１に電圧センサ１９０の出力する電圧ＶＲや位相検波器１１６の出力を記憶させ、大きさや符号の変化を随時監視する。
【００６６】
車両の位置合わせが完了していない状態では給電装置２００から大きな電力を送ることは好ましくない。したがって、位置合わせが完了するまでは微弱電力で送信を行なって受電状態を確認する。
【００６７】
駐車制御が完了すると、制御装置１８０は、通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ給電指令を送信するとともに、信号ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせる。そして、制御装置１８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を駆動するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。
【００６８】
図６は、図５に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。
図６を参照して、制御装置１８０は、ＩＰＡ（Intelligent Parking Assist）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４１０と、ＥＰＳ（Electric Power Steering）４２０と、ＭＧ（Motor-Generator）−ＥＣＵ４３０と、ＥＣＢ（Electronically Controlled Brake）４４０と、ＥＰＢ（Electric Parking Brake）４５０と、共鳴ＥＣＵ４６０と、ＨＶ（Hybrid Vehicle）−ＥＣＵ４７０と、記憶部４７１とを含む。記憶部４７１は、図５に示すメモリ１８１に対応するものであり、いずれかのＥＣＵに内蔵されるメモリであっても良い。
【００６９】
ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、車両の動作モードが充電モードのとき、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて、給電装置２００の送電ユニット２２０（図２）へ車両を誘導する誘導制御を実行する。
【００７０】
具体的には、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて送電ユニット２２０を認識する。ここで、送電ユニット２２０には、送電ユニット２２０の位置および向きを示す複数の目印２３０(例えば発光部)が設けられており、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０に映し出された複数の目印２３０の映像に基づいて送電ユニット２２０との位置関係（おおよその距離および向き）を認識する。そして、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、その認識結果に基づいて、送電ユニット２２０へ適切な向きで車両が誘導されるようにＥＰＳ４２０へ指令を出力する。
【００７１】
また、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、送電ユニット２２０に車両が近づくことによって送電ユニット２２０が車体下部に入り込み、カメラ１２０によって送電ユニット２２０を撮影できなくなると、カメラ１２０からの画像情報に基づく誘導制御（第１の誘導制御）の終了をＨＶ−ＥＣＵ４７０へ通知する。ＥＰＳ４２０は、第１の誘導制御時、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０からの指令に基づいてステアリングの自動制御を行なう。
【００７２】
ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を制御する。詳しくは、ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を駆動するための信号を生成してそれぞれインバータ１６４，１６６および昇圧コンバータ１６２へ出力する。
【００７３】
ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、車両の制動を制御する。詳しくは、ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、油圧ブレーキの制御を行なうとともに、油圧ブレーキとモータジェネレータ１７４による回生ブレーキとの協調制御を行なう。ＥＰＢ４５０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、電動パーキングブレーキの制御を行なう。
【００７４】
共鳴ＥＣＵ４６０は、給電装置２００（図１）から送出される電力の情報を給電装置２００から通信ユニット１３０を介して受ける。また、共鳴ＥＣＵ４６０は、車両における受電状態を示す位相検波器１１６および電圧センサ１９０の出力を受ける。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、たとえば位相検波器１１６および電圧センサ１９０の出力の変化を観察することによって、給電装置２００の送電ユニット２２０と車両の受電ユニット１１０との距離の変化を検知する。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、検出した距離の変化に基づいて車両１００を誘導するための第２の車両誘導処理を行なう。
【００７５】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、第１および第２の車両誘導処理のいずれかの結果に基づいて車両を駆動するＭＧ−ＥＣＵ４３０を制御して車両１００を移動させる。ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０が画像では送電ユニット２２０の位置を検出できなくなってからＭＧ−ＥＣＵ４３０に所定距離を超えて車両を移動させても受電ユニット１１０が送電ユニット２２０から受電する電力が所定の受電可能条件を満たさない場合には、車両１００の移動を停止させるための処理を行なう。この処理は、自動でブレーキをかける処理であっても良いし、運転者にブレーキを踏むように指示する処理でも良い。
【００７６】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０が画像では送電ユニット２２０の位置を検出できなくなってからＭＧ−ＥＣＵ４３０に所定距離を超えて車両を移動させても受電ユニット１１０が送電ユニット２２０から受電する電力が所定の受電可能条件を満たさない場合には、受電ユニット１１０による電力の受電を停止させ共鳴ＥＣＵ４６０による誘導を中断する。
【００７７】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０が画像では送電ユニット２２０の位置を検出できなくなってから所定距離だけ車両が移動する間に受電ユニット１１０が送電ユニット２２０から受電する電力が所定の受電可能条件を満たした場合には、共鳴ＥＣＵ４６０による誘導を終了し、送電ユニット２２０から車載の蓄電装置１５０への充電を行なう準備を開始する。
【００７８】
図７は、車両の目標位置までの距離（コイルのズレ量）と受電電圧の関係を示した図である。
【００７９】
本願発明者の検討によれば、Ｄ４→Ｄ３→Ｄ２→Ｄ１の順に車両を目標位置に近づけていくと、受電電圧が単調に増加するのではなく、図７に示すように一度極小となる点（Ｄ２）を経た後に再び受電電圧が増加することが分かった。したがって、電圧のしきい値電圧をＤ３での受電電圧よりも低く設定すると、Ｄ３〜Ｄ４の位置で車両の位置合わせが完了すると誤判定をしてしまう。また、受電電圧の増減を監視しておきこれに基づいて目標との距離を判断する場合、Ｄ２〜Ｄ３の位置は目標に近づくと受電電圧が低下するので注意が必要である。
【００８０】
図７に示すように、電磁界解析のシミュレーション結果とこのような特性の実測値とは良く一致している。また、電磁界解析のシミュレーション結果では、Ｄ２に示す極小点の前後では、二次自己共振コイルの周囲にできる磁束の向きが変わっていることが判明した。この現象について図を用いて詳しく説明する。
【００８１】
図８は、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルのズレについて説明するための模式図である。
【００８２】
図８を参照して、一次自己共振コイル２３４の中心軸をＹ１とし、二次自己共振コイル１１２の中心軸をＹ２とすると、ズレ量はＤで規定される。後に図１０等で示される磁界観測面はコイルが配置される空間を図８の破線で示される面で切った断面である。
【００８３】
図９は、ズレ量Ｄ＝０である状態を示した図である。
図１０は、ズレ量Ｄ＝０のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００８４】
図９を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流Ｉが流れる。そして共鳴によって二次自己共振コイル１１２にも同じ方向の電流Ｉが流れる。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１０の矢印に示すような磁界が発生している。
【００８５】
図１１は、ズレ量Ｄ＝Ｄ１である状態を示した図である。
図１２は、ズレ量Ｄ＝Ｄ１のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００８６】
図１１を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流が流れる。そして共鳴によって二次自己共振コイル１１２にも同じ方向の電流が流れる。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１２の矢印に示すような磁界が発生している。このとき受電電圧はズレ量Ｄが増加した分ズレ量Ｄ＝０の時よりも低くなる。
【００８７】
図１３は、ズレ量Ｄ＝Ｄ２である状態を示した図である。
図１４は、ズレ量Ｄ＝Ｄ２のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００８８】
図１３を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流が流れる。しかし、ズレ量Ｄは図１１の場合よりも増加しコイル径のちょうど半分となっており、二次自己共振コイル１１２には電流はわずかしか流れなくなる。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１４の矢印に示すような磁界が発生している。このとき受電電圧は極小となる。
【００８９】
図１５は、ズレ量Ｄ＝Ｄ３である状態を示した図である。
図１６は、ズレ量Ｄ＝Ｄ３のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００９０】
図１５を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流が流れる。今度は、ズレ量Ｄはさらに大きくなりコイル径と同じくらいになっている。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１６の矢印に示すような磁界が発生している。二次自己共振コイル１１２の周囲の磁束の向きは、図１０、図１１に示した場合と逆向きであり、二次自己共振コイル１１２の電流Ｉも図９に示した場合とは逆向きとなる。
【００９１】
再び図７を参照して、ズレ量がＤ３の位置とＤ１の位置で二次自己共振コイル１１２には電流が逆向きに流れる。すなわち電流位相が反転しているので、車両を目標位置に近づける際に、電流位相が反転することを検出してから受電電圧が増加するように位置合わせを行なうと精度良く位置合わせを行なうことができる。
【００９２】
図１７は、図５の制御装置１８０が実行する駐車支援制御を説明するためのフローチャートである。
【００９３】
図５、図１７を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１００において制御装置１８０は、カメラ１２０で撮影した画像を用いて駐車支援を実行する。駐車支援は、自動でハンドル角を制御したりアクセルやブレーキを制御したりするのでもよいし、目標位置との距離をディスプレイ上に示すなど運転者が車両を移動させるための情報を表示するのでも良い。このステップＳ１００に代えて、運転者が目視で目標位置近傍に車両を移動させるようにしても良い。
【００９４】
続いて、制御装置１８０は、ステップＳ２００において、微弱電力を一次自己共振コイル２３４から送電するように給電装置２００に対して要求し、二次自己共振コイル１１２の受電状態に基づいて車両位置を微調整するように駐車支援を実行する。
【００９５】
そして駐車位置が確定したら、制御装置１８０は、ステップＳ３００において給電装置に対して充電用の電力を一次自己共振コイル２３４から送電するように要求し、非接触受電を本格的に開始し、充電が完了するとステップＳ４００において処理が終了する。
【００９６】
図１８は図１７のステップＳ２００の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【００９７】
図５、図１８を参照して、ステップＳ１〜Ｓ４において車両の位置合わせのための初期信号の捕捉処理が実行される。つづいてステップＳ５〜Ｓ６において、図７で説明した極小点の捕捉処理が実行される。さらにステップＳ７〜Ｓ８において位置ずれ判定処理が実行される。その後Ｓ９で車両の停止が行なわれた後、ステップＳ１０において制御は図１７のフローチャートに戻されステップＳ３００の受電制御が実行される。
【００９８】
まず、図１７においてステップＳ１００からステップＳ２００に処理が進むと、ステップＳ１で二次自己共振コイル１１２の受電状態に基づく車両の位置検出動作が作動開始する。たとえば具体的には、制御装置１８０は、リレー１１３を導通させ、給電装置との間で通信を行ない、微弱な位置検出用の送電を開始するように要求する。
【００９９】
続いて、ステップＳ２において車両が目標に近づけるように移動されるとともに、位相検波器１１６による位相測定が実行される。
【０１００】
図１９は、位相検波器１１６の概略構成を示した図である。
図１９を参照して、位相検波器１１６は、二次自己共振コイル１１２で受電され、二次コイル１１４に伝達された微弱電力に起因する受信信号を受ける入力ノード５０２と、参照信号を発生する信号源５０４と、参照信号と受信信号とが入力される掛算器５０６と、掛算器５０６の出力を受けるローパスフィルタ（ＬＰＦ）５０８とを含む。信号源５０４が発生する参照信号は、入力信号と周波数が等しく、位相が固定された信号である。
【０１０１】
掛算器５０６では２つの正弦波が乗算され、信号位相に応じたＤＣレベルがＬＰＦ５０８の出力ＦＯＵＴとして得られる。
【０１０２】
入力信号をｓｉｎαとし、入力信号と周波数が等しい参照信号をｓｉｎβとすると、掛算器５０６の出力は、次式で与えられる。
ｓｉｎα・ｓｉｎβ＝（ｃｏｓ（α−β）−ｃｏｓ（α＋β））／２
ここで、位相が一致するとα＝βであるので、これを代入すると式の右辺は（ｃｏｓ（０）−ｃｏｓ（２α））／２＝（１−ｃｏｓ（２α））／２となる。これは、入力信号の振幅に比例した直流分と、入力信号の周波数の２倍の周波数の交流分である。交流分をローパスフィルタで除去すると、直流分が得られることになる。なお、参照信号は方形波であっても良く、一般的なアナログ式ロックアンプでは、参照信号に方形波が採用され、掛算器として入力信号の正転および反転信号を方形波に応じて切り替えるスイッチが採用されることもある。
【０１０３】
位相がずれると、この直流分は位相のズレに応じて変化する。またノイズなど参照信号と非同期な入力信号の場合は、長期的には位相検波器１１６の出力はゼロとなる。
【０１０４】
つまり、位相検波器１１６への入力信号が正弦波なら、掛算する参照信号が正弦波でも方形波でも、基本波の位相を基準にすれば、入力信号の信号振幅Ａ、位相差Δαとすると、平均出力は、Ａ×ｃｏｓ（Δα）に比例する。
【０１０５】
入力信号と参照信号との位相差が一定ならば、出力は入力信号の振幅に比例し振幅検波になる。位相差ゼロで振幅感度最大、位相感度最小である。入力信号の振幅が一定なら、位相検波器１１６の出力は信号位相の関数であり位相検波になる。位相＋９０°または−９０°で位相検波器１１６の出力は出力ゼロ、位相感度最大となる。
【０１０６】
再び、図５、図１８を参照して、ステップＳ２において位相が測定された後に、ステップＳ３において、測定値がしきい値Ｖ１より大きいか否かが判断される。ステップＳ３で測定値がしきい値Ｖ１より大きくなければ、ステップＳ２に処理が戻り再び車両の移動と位相の測定が実行される。
【０１０７】
ステップＳ３において測定値がしきい値Ｖ１より大きい場合には、ステップＳ４に処理が進む。なお、ステップＳ２、Ｓ３は、ステップＳ４で位相測定を行なうためのタイミングを決めるための処理であり、同期された入力信号が確認されればよいので、ステップＳ８で実施するような受電電圧が所定値（ただしこの所定値はステップＳ８の目標値よりも小さい）に到達したことを確認する処理に代えても良い。
【０１０８】
ステップＳ４では、制御装置１８０は、位相検波器１１６で測定した位相を図５のメモリ１８１（図６では記憶部４７１）に記録させる。測定値は、記録値Ｋとしてメモリ１８１に保存される。この記録値Ｋを記録するときの車両位置は、図７のＤ２よりずれ量が小さくなる位置ではよくない。位相の測定値が車両を目標に向けて移動させても反転しなくなっているからである。
【０１０９】
したがって、ステップＳ１，Ｓ２で位相測定を開始し始めるタイミングは、あまり目標位置に近いと良くなく、目標位置からある程度ずれていることが分かっている位置（たとえばズレ量Ｄが少なくともコイル径の半分以上であることが分かっている位置）から位相測定を開始する必要がある。目視やカメラで大まかな位置合わせを行なう際にあまりズレ量Ｄを小さくしすぎないようにして、わざとずらした位置にしてからステップＳ１、Ｓ２の処理が開始される。車両を目標位置に一致させることは難しいが、確実にずれているようにするのは容易である。なお、目視やカメラで大まかな位置合わせを行なうことと並行して、位相の測定を開始しておいても良い。そうすれば、図７のＤ２〜Ｄ４の間の山を見逃してズレ量がＤ２より小の位置で測定値を記録してしまうことを回避できる。
【０１１０】
そして、ステップＳ５に処理が進み、再び車両の移動および位相の測定処理が実行される。図７の極小点を与える距離Ｄ２の前後で、位相の符号は反転する。これを検出するためにステップＳ６において、位相を示す測定値の符号が記録値Ｋの符号に対して反転したか否かが判断される。ステップＳ６において符号の反転が認められない場合には、図７の極小点を与える距離Ｄ２〜Ｄ４の間に対応する位置に車両があると考えられる。したがって、図７の距離Ｄ１〜Ｄ２に対応する車両位置のように車両を目標に向けて移動させると受電電圧が単純に増加する状態とするには、目標に向けてさらに車両を移動させる必要がある。
【０１１１】
ステップＳ６において符号の反転が認められた場合には、車両は図７の距離Ｄ１〜Ｄ２に対応する位置にあるので、受電電圧による位置ずれ判定処理を開始する。ステップＳ７において車両の移動と電圧測定を実行する。ステップＳ８において受電電圧が目標値（図７の検出しきい値Ｖｔｈ）に到達していない場合にはステップＳ７の処理を繰返す。ステップＳ８において受電電圧が目標値に到達した場合には、ステップＳ９において車両を停止させ、ステップＳ１０において制御は図１７に戻り、その後ステップＳ３００の充電が開始される。
【０１１２】
なお、ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ７の車両の移動は、車両が自動で行なっても行なわなくてもよい。自動で行なわない場合には、制御装置１８０がディスプレイ等を使用して車両を移動させるべき方向を運転者に指示し、運転者がその指示に従って車両を動かすようにすればよい。
【０１１３】
このように電圧測定による位置検出に先立って、位相が反転する車両位置を認識すれば、受電電圧に極小点があっても正確に受電コイルの位置合わせを行なうことができる。
【０１１４】
最後に、再び図を参照して本実施の形態について総括する。図５を参照して、本実施の形態に開示される共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置は、共鳴法によって電力を受電する二次自己共振コイル１１２に生じる電流の位相を測定するための位相検波器１１６と、二次自己共振コイル１１２の受電電圧を測定するための受電電圧センサ１９０と、位相および受電電圧を記録するメモリ１８１と、二次自己共振コイル１１２の位置決め制御を実行する制御装置１８０とを備える。制御装置１８０は、二次自己共振コイル１１２の位置の検出開始後の初期段階に、位相検波器１１６で測定した測定値をメモリ１８１に記録し、メモリ１８１に記録した測定値に対して現在位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転するまで初期段階よりも二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転してから受電電圧センサ１９０で測定した受電電圧ＶＲに基づいて二次自己共振コイル１１２の位置合わせを行なうための制御を実行する。
【０１１５】
好ましくは、二次自己共振コイル１１２は車両に搭載される。制御装置１８０は、二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるために、車両の駆動輪１７８を駆動する。
【０１１６】
好ましくは、二次自己共振コイル１１２は車両に搭載される。制御装置１８０は、二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるために、運転者に車両の移動方向を指示する。
【０１１７】
好ましくは、制御装置１８０がメモリ１８１に記録する測定値は、少なくとも所定距離（例えば二次自己共振コイル１１２の直径の半分より大きい距離）だけ自己共振コイルが目標位置から遠ざかっている時に測定された値である。
【０１１８】
好ましくは、位置決め支援装置は、車両の周囲状況を撮影するカメラ１２０をさらに備える。制御装置１８０は、カメラ１２０で撮影された映像に基づいて、二次自己共振コイル１１２の位置を目標位置に近づけてから、位相検波器１１６および受電電圧センサ１９０の測定結果に基づいて二次自己共振コイル１１２の位置の微調整を行なう。
【０１１９】
図５、図１８を参照して、この発明は、他の局面では、二次自己共振コイル１１２を含む共鳴型非接触受電装置の位置決め方法であって、二次自己共振コイル１１２の位置の検出開始後の初期段階に二次自己共振コイル１１２に生じる電流の位相を測定して記録するステップＳ４と、記録するステップで記録した記録値Ｋに対して現在測定した電流の位相の測定値の符号が反転するまで、初期段階よりも二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるための制御を実行するステップＳ５，Ｓ６と、測定した電流の位相の符号が反転してから二次自己共振コイル１１２の受電電圧に基づいて二次自己共振コイル１１２の位置合わせを行なうための制御を実行するステップＳ７，Ｓ８とを備える。
【０１２０】
本実施の形態では、極小点の前後で二次自己共振コイルの電流波形の状態が変化（位相変化）すること検出し、その後の受電電圧に基づく距離検出の精度を向上させることにこれを役立てることができる。
【０１２１】
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】
【０１２２】
１０ 車両用給電システム、１００ 車両、１１０ 受電ユニット、１１１ コンデンサ、１１２，３４０ 二次自己共振コイル、１１３ リレー、１１４，３５０ 二次コイル、１１６ 位相検波器、１２０ カメラ、１２２ 給電ボタン、１３０，２４０ 通信ユニット、１４０ 整流器、１４２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０ 蓄電装置、１６２ 昇圧コンバータ、１６４，１６６ インバータ、１７２，１７４ モータジェネレータ、１７６ エンジン、１７７ 動力分割装置、１７８ 駆動輪、１８０ 制御装置、１８１ メモリ、１９０ 電圧センサ、２００ 給電装置、２１０ 高周波電源装置、２２０ 送電ユニット、２３０ 目印、２３２，３２０ 一次コイル、２３４，３３０ 一次自己共振コイル、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、４１０ ＩＰＡ−ＥＣＵ、４６０ 共鳴ＥＣＵ、４７０ ＨＶ−ＥＣＵ、４７１ 記憶部、５０２ 入力ノード、５０４ 信号源、５０６ 掛算器、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置および共鳴型非接触受電装置の位置決め方法に関し、特に、自己共振コイルを含む共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置および共鳴型非接触受電装置の位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題への対策として、電気自動車やハイブリッド自動車が注目されている。これらの自動車に搭載されたバッテリに車両外部の電源からワイヤレスで充電電力を受電するために、共鳴法が検討されている。
【０００３】
特開２００９−１０６１３６号公報（特許文献１）は、共鳴法によって車両外部の電源からワイヤレスで充電電力を受電し、車載の蓄電装置を充電可能な電動車両を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３６号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／００８６４６号パンフレット
【特許文献３】特開２００８−２８８８８９号公報
【特許文献４】特開２００７−０９７３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワイヤレスでの受電では、送電装置と受電装置の位置関係が正しくないと効率良く受電が行なわれない。したがって、本格的な送電に際し、事前に受電が正しく行なえるか確認することが望ましい。そして、この確認は、受電状態の良好さの程度を精度良く検出して受電装置の位置決めを行なうことが望ましい。
【０００６】
特開２００９−１０６１３６号公報では、受電状態を精度良く検出し、位置決めをするための技術については特に言及されていない。
【０００７】
この発明の目的は、ワイヤレスでの受電状態の良好さの程度を精度良く検出し、位置決めすることが可能な共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置および共鳴型非接触受電装置の位置決め方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、要約すると、共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置であって、共鳴法によって電力を受電する自己共振コイルに生じる電流の位相を測定するための位相測定部と、自己共振コイルの受電電圧を測定するための受電電圧測定部と、位相および受電電圧を記録する記録部と、自己共振コイルの位置決め制御を実行する制御部とを備える。制御部は、自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に位相測定部で測定した測定値を記録部に記録し、記録部に記録した測定値に対して現在位相測定部で測定した測定値の符号が反転するまで初期段階よりも自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、位相測定部で測定した測定値の符号が反転してから受電電圧測定部で測定した受電電圧に基づいて自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行する。
【０００９】
好ましくは、自己共振コイルは車両に搭載される。制御部は、自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるために、車両の駆動輪を駆動する。
【００１０】
好ましくは、自己共振コイルは車両に搭載される。制御部は、自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるために、運転者に車両の移動方向を指示する。
【００１１】
好ましくは、制御部が記録部に記録する測定値は、少なくとも自己共振コイルの直径の半分より大きい距離だけ自己共振コイルが目標位置から遠ざかっている時に測定された値である。
【００１２】
好ましくは、位置決め支援装置は、車両の周囲状況を撮影するカメラをさらに備える。制御部は、カメラで撮影された映像に基づいて、自己共振コイルの位置を目標位置に近づけてから、位相測定部および受電電圧測定部の測定結果に基づいて自己共振コイルの位置の微調整を行なう。
【００１３】
この発明は、他の局面では、自己共振コイルを含む共鳴型非接触受電装置の位置決め方法であって、自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に自己共振コイルに生じる電流の位相を測定して記録するステップと、記録するステップで記録した測定値に対して現在測定した電流の位相の測定値の符号が反転するまで初期段階よりも自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行するステップと、測定した電流の位相の符号が反転してから自己共振コイルの受電電圧に基づいて自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ワイヤレスでの受電状態の良好さの程度を精度良く検出することが可能となり、自己共振コイルを受電が良好となる位置に位置合わせすることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態による電動車両が適用される充電システムの全体構成図である。
【図２】充電時の車両の位置合わせについて説明するための図である。
【図３】共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
【図４】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図５】図１、図２に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
【図６】図５に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。
【図７】車両の目標位置までの距離と受電電圧の関係を示した図である。
【図８】一次自己共振コイルと二次自己共振コイルのズレについて説明するための模式図である。
【図９】ズレ量Ｄ＝０である状態を示した図である。
【図１０】ズレ量Ｄ＝０のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１１】ズレ量Ｄ＝Ｄ１である状態を示した図である。
【図１２】ズレ量Ｄ＝Ｄ１のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１３】ズレ量Ｄ＝Ｄ２である状態を示した図である。
【図１４】ズレ量Ｄ＝Ｄ２のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１５】ズレ量Ｄ＝Ｄ３である状態を示した図である。
【図１６】ズレ量Ｄ＝Ｄ３のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【図１７】図５の制御装置１８０が実行する駐車支援制御を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１７のステップＳ２００の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１９】位相検波器１１６の概略構成を示した図である。
【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。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。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態による電動車両が適用される充電システムの全体構成図である。図１において位相検波器１１６を設ける点がこの充電システムの特徴である。
【００１８】
図１を参照して、この充電システムは、電動車両１００と、給電装置２００とを備える。電動車両１００は、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、蓄電装置１５０とを含む。また、電動車両１００は、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）１６６と、モータ１７４とをさらに含む。なお、自己共振コイルは、共鳴コイルとも称される。
【００１９】
二次自己共振コイル１１２は、車体下部に配設される。この二次自己共振コイル１１２は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置２００の一次自己共振コイル２３４と磁場の共鳴により磁気的に結合され、一次自己共振コイル２３４から電力を受電可能に構成される。具体的には、二次自己共振コイル１１２は、蓄電装置１５０の電圧や、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との間の距離、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００２０】
二次コイル１１４は、電磁誘導によって二次自己共振コイル１１２から受電可能に構成され、好ましくは二次自己共振コイル１１２と同軸上に配設される。そして、二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２から受電した電力を整流器１４０へ出力する。整流器１４０は、二次コイル１１４から受ける高周波の交流電力を整流して蓄電装置１５０へ出力する。なお、整流器１４０に代えて、二次コイル１１４から受ける高周波の交流電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換するＡＣ／ＤＣコンバータを用いてもよい。
【００２１】
蓄電装置１５０は、充放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を含む。蓄電装置１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置１５０は、整流器１４０から供給される電力を蓄えるほか、後述のようにモータ１７４によって発電された電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６６へ供給する。
【００２２】
なお、蓄電装置１５０として、大容量のキャパシタも採用可能であり、整流器１４０やモータ１７４からの電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６６へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２３】
ＰＣＵ１６６は、蓄電装置１５０から供給される電力を交流電圧に変換してモータ１７４へ出力し、モータ１７４を駆動する。また、ＰＣＵ１６６は、モータ１７４により発電された電力を整流して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。
【００２４】
モータ１７４は、ＰＣＵ１６６を介して蓄電装置１５０から供給される電力を受けて車両駆動力を発生し、その発生した駆動力を車輪へ出力する。また、モータ１７４は、車輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーを受けて発電し、その発電した電力をＰＣＵ１６６へ出力する。
【００２５】
一方、給電装置２００は、高周波電源装置２１０と、一次コイル２３２と、一次自己共振コイル２３４とを含む。
【００２６】
高周波電源装置２１０は、車両外部の系統電源から受ける電力を、磁場共鳴により一次自己共振コイル２３４から車両側の二次自己共振コイル１１２へ送電可能な高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル２３２へ供給する。
【００２７】
一次コイル２３２は、電磁誘導によって一次自己共振コイル２３４へ送電可能に構成され、好ましくは一次自己共振コイル２３４と同軸上に配設される。そして、一次コイル２３２は、高周波電源装置２１０から受電した電力を一次自己共振コイル２３４へ出力する。
【００２８】
一次自己共振コイル２３４は、地面近傍に配設される。この一次自己共振コイル２３４は、両端がオープンのＬＣ共振コイルであり、電動車両１００の二次自己共振コイル１１２と磁場の共鳴により磁気的に結合され、二次自己共振コイル１１２へ電力を送電可能に構成される。具体的には、一次自己共振コイル２３４は、一次自己共振コイル２３４から送電される電力によって充電される蓄電装置１５０の電圧や、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との間の距離、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２との共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００２９】
電動車両１００は、さらに、二次コイル１１４に発生する電流の位相を検出する位相検波器１１６をさらに含む。二次コイル１１４に発生する電流の位相を検出することで二次自己共振コイル１１２の電流の位相が検出できる。なお、二次自己共振コイル１１２の電流の位相を直接検出するように位相検波器１１６を接続しても良い。
【００３０】
給電装置２００から送電が可能な位置に車両が停止しているかを確認するために、位相検波器１１６で検波された結果が用いられる。この結果に基づき充電時の車両の位置合わせをする精度を向上させることができる。
【００３１】
図２は、充電時の車両の位置合わせについて説明するための図である。
図２を参照して、車両用給電システム１０は、車両１００と、給電装置２００とを備える。車両１００は、受電ユニット１１０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０とを含む。
【００３２】
受電ユニット１１０は、車体底面に設置され、給電装置２００の送電ユニット２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電ユニット１１０は、自己共振コイルを含み、送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニット２２０から非接触で受電する。カメラ１２０は、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０との位置関係を検知するために設けられ、たとえば車両後方を撮影可能に車体に取付けられる。通信ユニット１３０は、車両１００と給電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。
【００３３】
給電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電ユニット２２０と、目印２３０と、通信ユニット２４０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえば系統電源から供給される商用交流電力を高周波の電力に変換して送電ユニット２２０へ出力する。なお、高周波電源装置２１０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚである。
【００３４】
送電ユニット２２０は、駐車場の床面に固定され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電ユニット１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電ユニット２２０は、自己共振コイルを含み、受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニット１１０へ非接触で送電する。目印２３０は、送電ユニット２２０上に複数設けられ、送電ユニット２２０の位置を示すために設けられる。目印２３０は、たとえば発光ダイオードなどを含む。通信ユニット２４０は、給電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。
【００３５】
この車両用給電システム１０においては、給電装置２００の送電ユニット２２０から高周波の電力が送出され、車両１００の受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルとが電磁場を介して共鳴することにより、給電装置２００から車両１００へ給電される。
【００３６】
ここで、給電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００を給電装置２００へ誘導して車両１００の受電ユニット１１０と給電装置２００の送電ユニット２２０との位置合わせを行なう必要がある。
【００３７】
位置合わせは、まず、第１段階においては、カメラ１２０によって撮影される画像に基づいて車両１００の受電ユニット１１０と給電装置２００の送電ユニット２２０との位置関係が検知され、その検知結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両を誘導するように車両が制御される。より詳しくは、送電ユニット２２０上に設けられた複数の目印２３０（発光部など）がカメラ１２０によって撮影され、複数の目印２３０の位置および向きが画像認識される。そして、その画像認識の結果に基づいて送電ユニット２２０と車両との位置および向きが認識され、その認識結果に基づいて送電ユニット２２０へ車両が誘導される。
【００３８】
ここで、受電ユニット１１０および送電ユニット２２０の対向面積は、車体底面の面積よりも小さいので、送電ユニット２２０が車体下部に入り込むことによってカメラ１２０により送電ユニット２２０を撮影できなくなる。すると、位置合わせ制御は第１段階から第２段階に切替わる。この第２段階においては、送電ユニット２２０から受電ユニット１１０への給電が行なわれ、その給電状況に基づいて送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との距離が検知される。そして、その距離情報に基づいて、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせを行なうように車両が制御される。
【００３９】
なお、上記の第２段階時に送電ユニット２２０からテスト信号として送出される電力の大きさは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との位置合わせの完了後に送電ユニット２２０から受電ユニット１１０へ供給される充電のための電力よりも小さく設定される。上記第２段階時に送電ユニット２２０から電力を送出するのは、送電ユニット２２０と受電ユニット１１０との間の距離を検知するためであり、本格的な給電を行なう際の大電力は不要だからである。
【００４０】
なお、第１段階のカメラによる自動誘導に代えて、直接の目視またはカメラで撮影されたバックモニタを運転者が見て手動で大まかな位置合わせを行なうようにしても良い。
【００４１】
次に、この実施の形態による車両用給電システム１０に用いられる非接触給電方法について説明する。この実施の形態による車両用給電システム１０では、共鳴法を用いて給電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。
【００４２】
図３は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
図３を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。
【００４３】
具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ１Ｍ〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。
【００４４】
なお、図２との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図２の受電ユニット１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図２の送電ユニット２２０に対応する。
【００４５】
図４は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
図４を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。
【００４６】
この中でも波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域があるが、共鳴法では、この近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
【００４７】
図５は、図１、図２に示した車両１００の詳細を示す構成図である。本実施の形態は、電気自動車、ハイブリッド自動車のいずれにも適用可能である。図１では、電気自動車と共通する要素のみが示されているが、図５では、エンジンをモータと併用するハイブリッド自動車の構成がより詳細に示されている。
【００４８】
図５を参照して、車両１００は、蓄電装置１５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ１６２と、インバータ１６４，１６６と、モータジェネレータ１７２，１７４と、エンジン１７６と、動力分割装置１７７と、駆動輪１７８とを含む。
【００４９】
車両１００は、さらに、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と、システムメインリレーＳＭＲ２と、電圧センサ１９０とを含む。
【００５０】
車両１００は、さらに、制御装置１８０と、カメラ１２０と、通信ユニット１３０と、給電ボタン１２２とを含む。
【００５１】
この車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を動力源として搭載する。エンジン１７６およびモータジェネレータ１７２，１７４は、動力分割装置１７７に連結される。そして、車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン１７６が発生する動力は、動力分割装置１７７によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪１７８へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１７２へ伝達される経路である。
【００５２】
モータジェネレータ１７２は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７２は、動力分割装置１７７によって分割されたエンジン１７６の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン１７６が始動してモータジェネレータ１７２により発電が行なわれ、蓄電装置１５０が充電される。
【００５３】
モータジェネレータ１７４も、交流回転電機であり、モータジェネレータ１７２と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機を含む。モータジェネレータ１７４は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１７２により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１７４の駆動力は、駆動輪１７８に伝達される。
【００５４】
また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪１７８を介してモータジェネレータ１７４の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ１７４が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ１７４は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ１７４により発電された電力は、蓄電装置１５０に蓄えられる。
【００５５】
動力分割装置１７７は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車を使用することができる。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１７６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ１７２の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ１７４の回転軸および駆動輪１７８に連結される。
【００５６】
蓄電装置１５０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を含む。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７２，１７４によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００（図１、図２）から供給される電力やモータジェネレータ１７２，１７４からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００５７】
システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ１は、制御装置１８０からの信号ＳＥ１が活性化されると、蓄電装置１５０を昇圧コンバータ１６２と電気的に接続し、信号ＳＥ１が非活性化されると、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間の電路を遮断する。昇圧コンバータ１６２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、正極線ＰＬ２の電圧を蓄電装置１５０から出力される電圧以上の電圧に昇圧する。なお、この昇圧コンバータ１６２は、たとえば直流チョッパ回路を含む。
【００５８】
インバータ１６４，１６６は、それぞれモータジェネレータ１７２，１７４に対応して設けられる。インバータ１６４は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１７２を駆動し、インバータ１６６は、制御装置１８０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１７４を駆動する。なお、インバータ１６４，１６６は、たとえば三相ブリッジ回路を含む。
【００５９】
二次自己共振コイル１１２は、両端がスイッチ（リレー１１３）を介してコンデンサ１１１に接続されており、スイッチ（リレー１１３）が導通状態となったときに給電装置２００の一次共振コイルと電磁場を介して共鳴する。この共鳴により給電装置２００から受電が行なわれる。なお、図５ではコンデンサ１１１を設けた例を示したが、コンデンサに代えてコイルの浮遊容量によって共振するように、一次自己共振コイルとの調整をしてもよい。
【００６０】
なお、二次自己共振コイル１１２については、給電装置２００の一次自己共振コイルとの距離や、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値（たとえばＱ＞１００）およびその結合度を示すκなどが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。
【００６１】
二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１４０へ出力する。なお、二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４は、図１に示した受電ユニット１１０を形成する。
【００６２】
整流器１４０は、二次コイル１１４によって取出された交流電力を整流する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＤに基づいて、整流器１４０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。
【００６３】
システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と蓄電装置１５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、制御装置１８０からの信号ＳＥ２が活性化されると、蓄電装置１５０をＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、蓄電装置１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電路を遮断する。電圧センサ１９０は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電圧ＶＲを検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。
【００６４】
制御装置１８０は、アクセル開度や車両速度、その他種々のセンサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ１６２およびモータジェネレータ１７２，１７４をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成する。制御装置１８０は、生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６へ出力する。そして、車両の走行時、制御装置１８０は、信号ＳＥ１を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオンさせるとともに、信号ＳＥ２を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオフさせる。
【００６５】
また、給電装置２００（図２）から車両１００への給電が行なわれるとき、カメラ１２０によって撮影された画像がカメラ１２０から制御装置１８０に送信される。また、給電装置２００から送出される交流信号を二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４で受信した結果に応じて電圧センサ１９０の出力する電圧ＶＲや位相検波器１１６の出力が変化する。制御装置１８０は、画像や位相検波器１１６および電圧センサ１９０の出力に基づいて、給電装置２００の送電ユニット２２０（図１）へ当該車両を誘導するように車両の駐車制御を実行する。制御装置１８０は、メモリ１８１に電圧センサ１９０の出力する電圧ＶＲや位相検波器１１６の出力を記憶させ、大きさや符号の変化を随時監視する。
【００６６】
車両の位置合わせが完了していない状態では給電装置２００から大きな電力を送ることは好ましくない。したがって、位置合わせが完了するまでは微弱電力で送信を行なって受電状態を確認する。
【００６７】
駐車制御が完了すると、制御装置１８０は、通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ給電指令を送信するとともに、信号ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせる。そして、制御装置１８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を駆動するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。
【００６８】
図６は、図５に示した制御装置１８０の機能ブロック図である。
図６を参照して、制御装置１８０は、ＩＰＡ（Intelligent Parking Assist）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４１０と、ＥＰＳ（Electric Power Steering）４２０と、ＭＧ（Motor-Generator）−ＥＣＵ４３０と、ＥＣＢ（Electronically Controlled Brake）４４０と、ＥＰＢ（Electric Parking Brake）４５０と、共鳴ＥＣＵ４６０と、ＨＶ（Hybrid Vehicle）−ＥＣＵ４７０と、記憶部４７１とを含む。記憶部４７１は、図５に示すメモリ１８１に対応するものであり、いずれかのＥＣＵに内蔵されるメモリであっても良い。
【００６９】
ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、車両の動作モードが充電モードのとき、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて、給電装置２００の送電ユニット２２０（図２）へ車両を誘導する誘導制御を実行する。
【００７０】
具体的には、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０から受ける画像情報に基づいて送電ユニット２２０を認識する。ここで、送電ユニット２２０には、送電ユニット２２０の位置および向きを示す複数の目印２３０(例えば発光部)が設けられており、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、カメラ１２０に映し出された複数の目印２３０の映像に基づいて送電ユニット２２０との位置関係（おおよその距離および向き）を認識する。そして、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、その認識結果に基づいて、送電ユニット２２０へ適切な向きで車両が誘導されるようにＥＰＳ４２０へ指令を出力する。
【００７１】
また、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０は、送電ユニット２２０に車両が近づくことによって送電ユニット２２０が車体下部に入り込み、カメラ１２０によって送電ユニット２２０を撮影できなくなると、カメラ１２０からの画像情報に基づく誘導制御（第１の誘導制御）の終了をＨＶ−ＥＣＵ４７０へ通知する。ＥＰＳ４２０は、第１の誘導制御時、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０からの指令に基づいてステアリングの自動制御を行なう。
【００７２】
ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を制御する。詳しくは、ＭＧ−ＥＣＵ４３０は、モータジェネレータ１７２，１７４および昇圧コンバータ１６２を駆動するための信号を生成してそれぞれインバータ１６４，１６６および昇圧コンバータ１６２へ出力する。
【００７３】
ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、車両の制動を制御する。詳しくは、ＥＣＢ４４０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、油圧ブレーキの制御を行なうとともに、油圧ブレーキとモータジェネレータ１７４による回生ブレーキとの協調制御を行なう。ＥＰＢ４５０は、ＨＶ−ＥＣＵ４７０からの指令に基づいて、電動パーキングブレーキの制御を行なう。
【００７４】
共鳴ＥＣＵ４６０は、給電装置２００（図１）から送出される電力の情報を給電装置２００から通信ユニット１３０を介して受ける。また、共鳴ＥＣＵ４６０は、車両における受電状態を示す位相検波器１１６および電圧センサ１９０の出力を受ける。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、たとえば位相検波器１１６および電圧センサ１９０の出力の変化を観察することによって、給電装置２００の送電ユニット２２０と車両の受電ユニット１１０との距離の変化を検知する。そして、共鳴ＥＣＵ４６０は、検出した距離の変化に基づいて車両１００を誘導するための第２の車両誘導処理を行なう。
【００７５】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、第１および第２の車両誘導処理のいずれかの結果に基づいて車両を駆動するＭＧ−ＥＣＵ４３０を制御して車両１００を移動させる。ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０が画像では送電ユニット２２０の位置を検出できなくなってからＭＧ−ＥＣＵ４３０に所定距離を超えて車両を移動させても受電ユニット１１０が送電ユニット２２０から受電する電力が所定の受電可能条件を満たさない場合には、車両１００の移動を停止させるための処理を行なう。この処理は、自動でブレーキをかける処理であっても良いし、運転者にブレーキを踏むように指示する処理でも良い。
【００７６】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０が画像では送電ユニット２２０の位置を検出できなくなってからＭＧ−ＥＣＵ４３０に所定距離を超えて車両を移動させても受電ユニット１１０が送電ユニット２２０から受電する電力が所定の受電可能条件を満たさない場合には、受電ユニット１１０による電力の受電を停止させ共鳴ＥＣＵ４６０による誘導を中断する。
【００７７】
ＨＶ−ＥＣＵ４７０は、ＩＰＡ−ＥＣＵ４１０が画像では送電ユニット２２０の位置を検出できなくなってから所定距離だけ車両が移動する間に受電ユニット１１０が送電ユニット２２０から受電する電力が所定の受電可能条件を満たした場合には、共鳴ＥＣＵ４６０による誘導を終了し、送電ユニット２２０から車載の蓄電装置１５０への充電を行なう準備を開始する。
【００７８】
図７は、車両の目標位置までの距離（コイルのズレ量）と受電電圧の関係を示した図である。
【００７９】
本願発明者の検討によれば、Ｄ４→Ｄ３→Ｄ２→Ｄ１の順に車両を目標位置に近づけていくと、受電電圧が単調に増加するのではなく、図７に示すように一度極小となる点（Ｄ２）を経た後に再び受電電圧が増加することが分かった。したがって、電圧のしきい値電圧をＤ３での受電電圧よりも低く設定すると、Ｄ３〜Ｄ４の位置で車両の位置合わせが完了すると誤判定をしてしまう。また、受電電圧の増減を監視しておきこれに基づいて目標との距離を判断する場合、Ｄ２〜Ｄ３の位置は目標に近づくと受電電圧が低下するので注意が必要である。
【００８０】
図７に示すように、電磁界解析のシミュレーション結果とこのような特性の実測値とは良く一致している。また、電磁界解析のシミュレーション結果では、Ｄ２に示す極小点の前後では、二次自己共振コイルの周囲にできる磁束の向きが変わっていることが判明した。この現象について図を用いて詳しく説明する。
【００８１】
図８は、一次自己共振コイルと二次自己共振コイルのズレについて説明するための模式図である。
【００８２】
図８を参照して、一次自己共振コイル２３４の中心軸をＹ１とし、二次自己共振コイル１１２の中心軸をＹ２とすると、ズレ量はＤで規定される。後に図１０等で示される磁界観測面はコイルが配置される空間を図８の破線で示される面で切った断面である。
【００８３】
図９は、ズレ量Ｄ＝０である状態を示した図である。
図１０は、ズレ量Ｄ＝０のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００８４】
図９を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流Ｉが流れる。そして共鳴によって二次自己共振コイル１１２にも同じ方向の電流Ｉが流れる。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１０の矢印に示すような磁界が発生している。
【００８５】
図１１は、ズレ量Ｄ＝Ｄ１である状態を示した図である。
図１２は、ズレ量Ｄ＝Ｄ１のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００８６】
図１１を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流が流れる。そして共鳴によって二次自己共振コイル１１２にも同じ方向の電流が流れる。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１２の矢印に示すような磁界が発生している。このとき受電電圧はズレ量Ｄが増加した分ズレ量Ｄ＝０の時よりも低くなる。
【００８７】
図１３は、ズレ量Ｄ＝Ｄ２である状態を示した図である。
図１４は、ズレ量Ｄ＝Ｄ２のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００８８】
図１３を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流が流れる。しかし、ズレ量Ｄは図１１の場合よりも増加しコイル径のちょうど半分となっており、二次自己共振コイル１１２には電流はわずかしか流れなくなる。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１４の矢印に示すような磁界が発生している。このとき受電電圧は極小となる。
【００８９】
図１５は、ズレ量Ｄ＝Ｄ３である状態を示した図である。
図１６は、ズレ量Ｄ＝Ｄ３のときの自己共振コイルの周囲の磁界を示した図である。
【００９０】
図１５を参照して、一次コイル２３２に高周波交流電流を流すと、一次自己共振コイル２３４に電磁誘導によって電流が流れる。今度は、ズレ量Ｄはさらに大きくなりコイル径と同じくらいになっている。このとき、図８で示した磁界観測面においては、一次自己共振コイル２３４と二次自己共振コイル１１２の周囲には図１６の矢印に示すような磁界が発生している。二次自己共振コイル１１２の周囲の磁束の向きは、図１０、図１１に示した場合と逆向きであり、二次自己共振コイル１１２の電流Ｉも図９に示した場合とは逆向きとなる。
【００９１】
再び図７を参照して、ズレ量がＤ３の位置とＤ１の位置で二次自己共振コイル１１２には電流が逆向きに流れる。すなわち電流位相が反転しているので、車両を目標位置に近づける際に、電流位相が反転することを検出してから受電電圧が増加するように位置合わせを行なうと精度良く位置合わせを行なうことができる。
【００９２】
図１７は、図５の制御装置１８０が実行する駐車支援制御を説明するためのフローチャートである。
【００９３】
図５、図１７を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１００において制御装置１８０は、カメラ１２０で撮影した画像を用いて駐車支援を実行する。駐車支援は、自動でハンドル角を制御したりアクセルやブレーキを制御したりするのでもよいし、目標位置との距離をディスプレイ上に示すなど運転者が車両を移動させるための情報を表示するのでも良い。このステップＳ１００に代えて、運転者が目視で目標位置近傍に車両を移動させるようにしても良い。
【００９４】
続いて、制御装置１８０は、ステップＳ２００において、微弱電力を一次自己共振コイル２３４から送電するように給電装置２００に対して要求し、二次自己共振コイル１１２の受電状態に基づいて車両位置を微調整するように駐車支援を実行する。
【００９５】
そして駐車位置が確定したら、制御装置１８０は、ステップＳ３００において給電装置に対して充電用の電力を一次自己共振コイル２３４から送電するように要求し、非接触受電を本格的に開始し、充電が完了するとステップＳ４００において処理が終了する。
【００９６】
図１８は図１７のステップＳ２００の処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【００９７】
図５、図１８を参照して、ステップＳ１〜Ｓ４において車両の位置合わせのための初期信号の捕捉処理が実行される。つづいてステップＳ５〜Ｓ６において、図７で説明した極小点の捕捉処理が実行される。さらにステップＳ７〜Ｓ８において位置ずれ判定処理が実行される。その後Ｓ９で車両の停止が行なわれた後、ステップＳ１０において制御は図１７のフローチャートに戻されステップＳ３００の受電制御が実行される。
【００９８】
まず、図１７においてステップＳ１００からステップＳ２００に処理が進むと、ステップＳ１で二次自己共振コイル１１２の受電状態に基づく車両の位置検出動作が作動開始する。たとえば具体的には、制御装置１８０は、リレー１１３を導通させ、給電装置との間で通信を行ない、微弱な位置検出用の送電を開始するように要求する。
【００９９】
続いて、ステップＳ２において車両が目標に近づけるように移動されるとともに、位相検波器１１６による位相測定が実行される。
【０１００】
図１９は、位相検波器１１６の概略構成を示した図である。
図１９を参照して、位相検波器１１６は、二次自己共振コイル１１２で受電され、二次コイル１１４に伝達された微弱電力に起因する受信信号を受ける入力ノード５０２と、参照信号を発生する信号源５０４と、参照信号と受信信号とが入力される掛算器５０６と、掛算器５０６の出力を受けるローパスフィルタ（ＬＰＦ）５０８とを含む。信号源５０４が発生する参照信号は、入力信号と周波数が等しく、位相が固定された信号である。
【０１０１】
掛算器５０６では２つの正弦波が乗算され、信号位相に応じたＤＣレベルがＬＰＦ５０８の出力ＦＯＵＴとして得られる。
【０１０２】
入力信号をｓｉｎαとし、入力信号と周波数が等しい参照信号をｓｉｎβとすると、掛算器５０６の出力は、次式で与えられる。
ｓｉｎα・ｓｉｎβ＝（ｃｏｓ（α−β）−ｃｏｓ（α＋β））／２
ここで、位相が一致するとα＝βであるので、これを代入すると式の右辺は（ｃｏｓ（０）−ｃｏｓ（２α））／２＝（１−ｃｏｓ（２α））／２となる。これは、入力信号の振幅に比例した直流分と、入力信号の周波数の２倍の周波数の交流分である。交流分をローパスフィルタで除去すると、直流分が得られることになる。なお、参照信号は方形波であっても良く、一般的なアナログ式ロックアンプでは、参照信号に方形波が採用され、掛算器として入力信号の正転および反転信号を方形波に応じて切り替えるスイッチが採用されることもある。
【０１０３】
位相がずれると、この直流分は位相のズレに応じて変化する。またノイズなど参照信号と非同期な入力信号の場合は、長期的には位相検波器１１６の出力はゼロとなる。
【０１０４】
つまり、位相検波器１１６への入力信号が正弦波なら、掛算する参照信号が正弦波でも方形波でも、基本波の位相を基準にすれば、入力信号の信号振幅Ａ、位相差Δαとすると、平均出力は、Ａ×ｃｏｓ（Δα）に比例する。
【０１０５】
入力信号と参照信号との位相差が一定ならば、出力は入力信号の振幅に比例し振幅検波になる。位相差ゼロで振幅感度最大、位相感度最小である。入力信号の振幅が一定なら、位相検波器１１６の出力は信号位相の関数であり位相検波になる。位相＋９０°または−９０°で位相検波器１１６の出力は出力ゼロ、位相感度最大となる。
【０１０６】
再び、図５、図１８を参照して、ステップＳ２において位相が測定された後に、ステップＳ３において、測定値がしきい値Ｖ１より大きいか否かが判断される。ステップＳ３で測定値がしきい値Ｖ１より大きくなければ、ステップＳ２に処理が戻り再び車両の移動と位相の測定が実行される。
【０１０７】
ステップＳ３において測定値がしきい値Ｖ１より大きい場合には、ステップＳ４に処理が進む。なお、ステップＳ２、Ｓ３は、ステップＳ４で位相測定を行なうためのタイミングを決めるための処理であり、同期された入力信号が確認されればよいので、ステップＳ８で実施するような受電電圧が所定値（ただしこの所定値はステップＳ８の目標値よりも小さい）に到達したことを確認する処理に代えても良い。
【０１０８】
ステップＳ４では、制御装置１８０は、位相検波器１１６で測定した位相を図５のメモリ１８１（図６では記憶部４７１）に記録させる。測定値は、記録値Ｋとしてメモリ１８１に保存される。この記録値Ｋを記録するときの車両位置は、図７のＤ２よりずれ量が小さくなる位置ではよくない。位相の測定値が車両を目標に向けて移動させても反転しなくなっているからである。
【０１０９】
したがって、ステップＳ１，Ｓ２で位相測定を開始し始めるタイミングは、あまり目標位置に近いと良くなく、目標位置からある程度ずれていることが分かっている位置（たとえばズレ量Ｄが少なくともコイル径の半分以上であることが分かっている位置）から位相測定を開始する必要がある。目視やカメラで大まかな位置合わせを行なう際にあまりズレ量Ｄを小さくしすぎないようにして、わざとずらした位置にしてからステップＳ１、Ｓ２の処理が開始される。車両を目標位置に一致させることは難しいが、確実にずれているようにするのは容易である。なお、目視やカメラで大まかな位置合わせを行なうことと並行して、位相の測定を開始しておいても良い。そうすれば、図７のＤ２〜Ｄ４の間の山を見逃してズレ量がＤ２より小の位置で測定値を記録してしまうことを回避できる。
【０１１０】
そして、ステップＳ５に処理が進み、再び車両の移動および位相の測定処理が実行される。図７の極小点を与える距離Ｄ２の前後で、位相の符号は反転する。これを検出するためにステップＳ６において、位相を示す測定値の符号が記録値Ｋの符号に対して反転したか否かが判断される。ステップＳ６において符号の反転が認められない場合には、図７の極小点を与える距離Ｄ２〜Ｄ４の間に対応する位置に車両があると考えられる。したがって、図７の距離Ｄ１〜Ｄ２に対応する車両位置のように車両を目標に向けて移動させると受電電圧が単純に増加する状態とするには、目標に向けてさらに車両を移動させる必要がある。
【０１１１】
ステップＳ６において符号の反転が認められた場合には、車両は図７の距離Ｄ１〜Ｄ２に対応する位置にあるので、受電電圧による位置ずれ判定処理を開始する。ステップＳ７において車両の移動と電圧測定を実行する。ステップＳ８において受電電圧が目標値（図７の検出しきい値Ｖｔｈ）に到達していない場合にはステップＳ７の処理を繰返す。ステップＳ８において受電電圧が目標値に到達した場合には、ステップＳ９において車両を停止させ、ステップＳ１０において制御は図１７に戻り、その後ステップＳ３００の充電が開始される。
【０１１２】
なお、ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ７の車両の移動は、車両が自動で行なっても行なわなくてもよい。自動で行なわない場合には、制御装置１８０がディスプレイ等を使用して車両を移動させるべき方向を運転者に指示し、運転者がその指示に従って車両を動かすようにすればよい。
【０１１３】
このように電圧測定による位置検出に先立って、位相が反転する車両位置を認識すれば、受電電圧に極小点があっても正確に受電コイルの位置合わせを行なうことができる。
【０１１４】
最後に、再び図を参照して本実施の形態について総括する。図５を参照して、本実施の形態に開示される共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置は、共鳴法によって電力を受電する二次自己共振コイル１１２に生じる電流の位相を測定するための位相検波器１１６と、二次自己共振コイル１１２の受電電圧を測定するための受電電圧センサ１９０と、位相および受電電圧を記録するメモリ１８１と、二次自己共振コイル１１２の位置決め制御を実行する制御装置１８０とを備える。制御装置１８０は、二次自己共振コイル１１２の位置の検出開始後の初期段階に、位相検波器１１６で測定した測定値をメモリ１８１に記録し、メモリ１８１に記録した測定値に対して現在位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転するまで初期段階よりも二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、位相検波器１１６で測定した測定値の符号が反転してから受電電圧センサ１９０で測定した受電電圧ＶＲに基づいて二次自己共振コイル１１２の位置合わせを行なうための制御を実行する。
【０１１５】
好ましくは、二次自己共振コイル１１２は車両に搭載される。制御装置１８０は、二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるために、車両の駆動輪１７８を駆動する。
【０１１６】
好ましくは、二次自己共振コイル１１２は車両に搭載される。制御装置１８０は、二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるために、運転者に車両の移動方向を指示する。
【０１１７】
好ましくは、制御装置１８０がメモリ１８１に記録する測定値は、少なくとも所定距離（例えば二次自己共振コイル１１２の直径の半分より大きい距離）だけ自己共振コイルが目標位置から遠ざかっている時に測定された値である。
【０１１８】
好ましくは、位置決め支援装置は、車両の周囲状況を撮影するカメラ１２０をさらに備える。制御装置１８０は、カメラ１２０で撮影された映像に基づいて、二次自己共振コイル１１２の位置を目標位置に近づけてから、位相検波器１１６および受電電圧センサ１９０の測定結果に基づいて二次自己共振コイル１１２の位置の微調整を行なう。
【０１１９】
図５、図１８を参照して、この発明は、他の局面では、二次自己共振コイル１１２を含む共鳴型非接触受電装置の位置決め方法であって、二次自己共振コイル１１２の位置の検出開始後の初期段階に二次自己共振コイル１１２に生じる電流の位相を測定して記録するステップＳ４と、記録するステップで記録した記録値Ｋに対して現在測定した電流の位相の測定値の符号が反転するまで、初期段階よりも二次自己共振コイル１１２の位置を目標方向に移動させるための制御を実行するステップＳ５，Ｓ６と、測定した電流の位相の符号が反転してから二次自己共振コイル１１２の受電電圧に基づいて二次自己共振コイル１１２の位置合わせを行なうための制御を実行するステップＳ７，Ｓ８とを備える。
【０１２０】
本実施の形態では、極小点の前後で二次自己共振コイルの電流波形の状態が変化（位相変化）すること検出し、その後の受電電圧に基づく距離検出の精度を向上させることにこれを役立てることができる。
【０１２１】
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】
【０１２２】
１０ 車両用給電システム、１００ 車両、１１０ 受電ユニット、１１１ コンデンサ、１１２，３４０ 二次自己共振コイル、１１３ リレー、１１４，３５０ 二次コイル、１１６ 位相検波器、１２０ カメラ、１２２ 給電ボタン、１３０，２４０ 通信ユニット、１４０ 整流器、１４２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０ 蓄電装置、１６２ 昇圧コンバータ、１６４，１６６ インバータ、１７２，１７４ モータジェネレータ、１７６ エンジン、１７７ 動力分割装置、１７８ 駆動輪、１８０ 制御装置、１８１ メモリ、１９０ 電圧センサ、２００ 給電装置、２１０ 高周波電源装置、２２０ 送電ユニット、２３０ 目印、２３２，３２０ 一次コイル、２３４，３３０ 一次自己共振コイル、３１０ 高周波電源、３６０ 負荷、４１０ ＩＰＡ−ＥＣＵ、４６０ 共鳴ＥＣＵ、４７０ ＨＶ−ＥＣＵ、４７１ 記憶部、５０２ 入力ノード、５０４ 信号源、５０６ 掛算器、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共鳴法によって電力を受電する自己共振コイルに生じる電流の位相を測定するための位相測定部と、
前記自己共振コイルの受電電圧を測定するための受電電圧測定部と、
前記位相および前記受電電圧を記録する記録部と、
前記自己共振コイルの位置決め制御を実行する制御部とを備え、
前記制御部は、前記自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に前記位相測定部で測定した測定値を前記記録部に記録し、前記記録部に記録した測定値に対して現在前記位相測定部で測定した測定値の符号が反転するまで前記初期段階よりも前記自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、前記位相測定部で測定した測定値の符号が反転してから前記受電電圧測定部で測定した受電電圧に基づいて前記自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行する、共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項２】
前記自己共振コイルは車両に搭載され、
前記制御部は、前記自己共振コイルの位置を前記目標方向に移動させるために、前記車両の駆動輪を駆動する、請求項１に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項３】
前記自己共振コイルは車両に搭載され、
前記制御部は、前記自己共振コイルの位置を前記目標方向に移動させるために、運転者に車両の移動方向を指示する、請求項１に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項４】
前記制御部が前記記録部に記録する前記測定値は、少なくとも前記自己共振コイルの直径の半分より大きい距離だけ前記自己共振コイルが目標位置から遠ざかっている時に測定された値である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項５】
車両の周囲状況を撮影するカメラをさらに備え、
前記制御部は、前記カメラで撮影された映像に基づいて、前記自己共振コイルの位置を目標位置に近づけてから、前記位相測定部および前記受電電圧測定部の測定結果に基づいて前記自己共振コイルの位置の微調整を行なう、請求項１〜４のいずれか１項に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項６】
自己共振コイルを含む共鳴型非接触受電装置の位置決め方法であって、
前記自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に自己共振コイルに生じる電流の位相を測定して記録するステップと、
前記記録するステップで記録した測定値に対して現在測定した電流の位相の測定値の符号が反転するまで前記初期段階よりも前記自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行するステップと、
測定した電流の位相の符号が反転してから前記自己共振コイルの受電電圧に基づいて前記自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行するステップとを備える、共鳴型非接触受電装置の位置決め方法。
【請求項１】
共鳴法によって電力を受電する自己共振コイルに生じる電流の位相を測定するための位相測定部と、
前記自己共振コイルの受電電圧を測定するための受電電圧測定部と、
前記位相および前記受電電圧を記録する記録部と、
前記自己共振コイルの位置決め制御を実行する制御部とを備え、
前記制御部は、前記自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に前記位相測定部で測定した測定値を前記記録部に記録し、前記記録部に記録した測定値に対して現在前記位相測定部で測定した測定値の符号が反転するまで前記初期段階よりも前記自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行し、前記位相測定部で測定した測定値の符号が反転してから前記受電電圧測定部で測定した受電電圧に基づいて前記自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行する、共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項２】
前記自己共振コイルは車両に搭載され、
前記制御部は、前記自己共振コイルの位置を前記目標方向に移動させるために、前記車両の駆動輪を駆動する、請求項１に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項３】
前記自己共振コイルは車両に搭載され、
前記制御部は、前記自己共振コイルの位置を前記目標方向に移動させるために、運転者に車両の移動方向を指示する、請求項１に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項４】
前記制御部が前記記録部に記録する前記測定値は、少なくとも前記自己共振コイルの直径の半分より大きい距離だけ前記自己共振コイルが目標位置から遠ざかっている時に測定された値である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項５】
車両の周囲状況を撮影するカメラをさらに備え、
前記制御部は、前記カメラで撮影された映像に基づいて、前記自己共振コイルの位置を目標位置に近づけてから、前記位相測定部および前記受電電圧測定部の測定結果に基づいて前記自己共振コイルの位置の微調整を行なう、請求項１〜４のいずれか１項に記載の共鳴型非接触受電装置の位置決め支援装置。
【請求項６】
自己共振コイルを含む共鳴型非接触受電装置の位置決め方法であって、
前記自己共振コイルの位置の検出開始後の初期段階に自己共振コイルに生じる電流の位相を測定して記録するステップと、
前記記録するステップで記録した測定値に対して現在測定した電流の位相の測定値の符号が反転するまで前記初期段階よりも前記自己共振コイルの位置を目標方向に移動させるための制御を実行するステップと、
測定した電流の位相の符号が反転してから前記自己共振コイルの受電電圧に基づいて前記自己共振コイルの位置合わせを行なうための制御を実行するステップとを備える、共鳴型非接触受電装置の位置決め方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−２５４６３３（Ｐ２０１１−２５４６３３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２７００８（Ｐ２０１０−１２７００８）
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]