JP2014193013A - 給電装置、受電装置および充電システム - Google Patents

給電装置、受電装置および充電システム Download PDF

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Abstract

【課題】地面に対して磁束の水平方向成分の輻射を抑制する給電装置、受電装置および充電システムを提供すること。
【解決手段】この給電装置は、車両に設けられた受電装置に、電磁力を用いて電力を給電する地上側に設けられた給電装置であって、スパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む給電部と、前記給電部から前記受電装置への給電効率の周波数特性を取得する周波数特性取得部と、前記給電効率の周波数特性におけるピークを判定するピーク判定部と、２つのピークが判定された場合、前記２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数近傍の周波数を高い方の周波数近傍の周波数より優先的に、給電に用いる駆動周波数として決定する駆動周波数決定部と、を具備する構成を採る。
【選択図】図２

Description

本発明は、地上側に設けられた給電装置と、給電装置から電磁力を利用して給電される電力を非接触で受電する、車両に設けられた受電装置と、これらの装置を備える充電システムに関する。
近年、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）等の電気で走行する自動車（以下、単に「車両」という）が普及しつつある。このような車両は、大容量の蓄電池を搭載しており、外部から給電された電気エネルギーを蓄電池に蓄え、蓄えられた電気エネルギーを用いて走行する。
外部から車両の蓄電池に給電する方法として、地上側に設けられた給電装置の一次側コイルと、車両側に設けられた受電装置の二次側コイルとの間で、電磁力を用いて非接触給電する方法が知られている。また、この非接触給電方法では、コイル間の結合係数が高い状態において給電効率の周波数特性は、２つのピーク（共振点）を有する双峰性となることが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、特に、車両用の非接触給電では、ギャップ、位置ずれ、電池の状態によって双峰性の形状が異なり、また、ピークの位置も常に変化しうるため、都度これらを確認する必要がある。
特許文献１には、送電コイルから送電する電力の周波数を順次変化させて、受電コイルが受電する電力の周波数特性を検出し、受電電力が最大となる周波数を用いて、送電する技術が開示されている。
特開２０１１−１４２７６９号公報
上述した給電効率の周波数特性が２つのピークを有する場合、高周波側のピークと低周波側のピークとでは、それぞれのピークにおける周波数を用いて給電した場合、コイル間に形成される磁場形状が異なることが分かっている。地上にある一次側コイルから車両底面に設けられた二次側コイルへの給電を考えた場合、地面に対して水平方向の磁束が不要輻射となりうる。このため、地面に対して磁束の水平方向成分の輻射を抑制すれば、車両の外側へ漏えいする不要輻射を低減することができる。
しかしながら、上述した特許文献１に開示の非接触給電方法では、高い給電効率を得るために周波数を選定しており、２つのピークで同じ給電効率が得られる場合、いずれのピークにおける周波数を用いるかについては開示も示唆もされていない。
本発明の目的は、地面に対して磁束の水平方向成分の輻射を抑制する給電装置、受電装置および充電システムを提供することである。
本発明の一態様に係る給電装置は、車両に設けられた受電装置に、電磁力を用いて電力を給電する地上側に設けられた給電装置であって、スパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む給電部と、前記給電部から前記受電装置への給電効率の周波数特性を取得する周波数特性取得部と、前記給電効率の周波数特性におけるピークを判定するピーク判定部と、２つのピークが判定された場合、前記２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数近傍の周波数を高い方の周波数近傍の周波数より優先的に、給電に用いる駆動周波数として決定する駆動周波数決定部と、を具備する構成を採る。
本発明の一態様に係る受電装置は、地上側に設けられた給電装置から電磁力を用いて給電された電力を受電する、車両に設けられた受電装置であって、前記給電装置から給電された電力を受電するスパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む受電部と、前記受電部によって受電された電力を蓄える蓄電池と、を具備する構成を採る。
本発明の一態様に係る充電システムは、地上側に設けられた給電装置と、前記給電装置から電磁力を用いて給電された電力を受電する、車両に設けられた受電装置とを有する充電システムであって、前記受電装置は、前記給電装置から給電された電力を受電するスパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む受電部と、前記受電部によって受電された電力を蓄える蓄電池と、を有し、前記給電装置は、スパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む給電部と、前記給電部から前記受電部への給電効率の周波数特性を取得する周波数特性取得部と、前記給電効率の周波数特性におけるピークを判定するピーク判定部と、２つのピークが判定された場合、前記２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数近傍の周波数を高い方の周波数近傍の周波数より優先的に、給電に用いる駆動周波数として決定する駆動周波数決定部と、を有する構成を採る。
本発明によれば、地面に対して水平方向成分の輻射を抑制することができる。
本発明の実施の形態１に係る充電システムの構成を示すブロック図 図１に示した給電装置の内部構成を示すブロック図 図１に示した給電部と受電部のコイルの配置を示す図 図１に示した給電装置の動作を示すフロー図 図４に示した周波数特性取得処理の手順を示すフロー図 図４に示したピーク判定処理の手順を示すフロー図 動作周波数全体で周波数特性を取得する様子を説明するための図 図４に示した駆動周波数決定処理の手順を示すフロー図 動作周波数の低周波側で周波数特性を取得する様子を説明するための図 給電コイルと受電コイルとの間に形成される磁場形状を示す概念図 給電部と受電部にソレノイドコイルを用いた場合のコイルの配置を示す図 本発明の実施の形態１に係る周波数特性取得処理の手順を示すフロー図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
＜充電システムの構成＞
本発明の実施の形態１に係る充電システム１００の構成について、図１を用いて説明する。
充電システム１００は、給電装置１２０、車両１０を備えている。なお、図１は、給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａとが対向した給電可能な状態を示す。
給電装置１２０は、給電部１２１が地表ｇから露出するように、地面上に設置もしくは地中に埋設される。給電装置１２０は、例えば、駐車スペース等に設けられ、車両１０の駐車中に受電部１５３に対向することにより受電部１５３に対して給電する。ここで、給電とは、給電コイル１２１ａから受電コイル１５３ａに電力を供給することを言う。また、給電には、蓄電池１７０に電力を供給する前において、周波数を順次変更しながら給電効率の周波数特性を取得するために行う給電（以下、「試験給電」と記載する）と、蓄電池１７０に電力を供給するために試験給電より大電力で行う給電（以下、「本給電」と記載する）とがある。なお、以下の説明において、単に「給電」と記載しているものについては、試験給電と本給電との両方を含むものとする。また、給電装置１２０の構成については後述する。
車両１０は、受電装置１５０、蓄電池１７０及び位置合わせ用カメラ１８０を備え、蓄電池１７０を動力源として走行する。車両１０は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）またはＥＶ（Electric Vehicle）といった蓄電池１７０の電力で走行する自動車である。
＜受電装置の構成＞
受電装置１５０は、給電装置１２０から給電される電力を蓄電池１７０に供給する。
蓄電池１７０は、受電装置１５０により供給される電力を蓄える。
位置合わせ用カメラ１８０は、車両１０外部を撮像し、給電装置１２０の近傍に配置したマーカを読み取るなどし、読み取った画像を車両側制御部１５１に出力する。
受電装置１５０は、車両側制御部１５１、車両側通信部１５２及び受電部１５３を備える。
車両側制御部１５１は、位置合わせ用カメラ１８０から出力された画像に基づいて、給電部１２１と受電部１５３とが対向して位置するか否かを判定し、対向して位置し（位置合わせがなされた）、かつ、図示せぬ入力部から充電開始指示が入力された場合、車両側通信部１５２及び受電部１５３に対して、充電開始に伴う各種処理を行うように制御する。また、車両側制御部１５１は、受電コイル１５３ａで受電した受電電力を検出し、受電電力の検出結果を受電電力情報として車両側通信部１５２に出力する。さらに、車両側制御部１５１は、図示せぬ入力部から充電停止指示が入力された場合、車両側通信部１５２及び受電部１５３に対して、充電停止に伴う各種処理を行うように制御する。
車両側通信部１５２は、車両側制御部１５１から出力された受電電力情報を給電側通信部１２３に送信する。また、車両側通信部１５２は、車両側制御部１５１の制御に従って、給電開始信号または給電停止信号を生成し、生成した給電開始信号または給電停止信号を給電側通信部１２３に送信する。
受電部１５３は、車両１０の底面に受電コイル１５３ａ（２次コイル）を有する。受電コイル１５３ａは、平板状のスパイラルコイルであり、車両側制御部１５１の制御に従って、給電部１２１から送電された電力を受電し、受電した電力を蓄電池１７０に供給する。受電部１５３は、車両１０の底部において外部に露出した状態で設けられている。
＜給電装置の構成＞
給電装置１２０は、給電部１２１、給電側制御部１２２、給電側通信部１２３及び記憶部１２４を備える。
給電部１２１は、受電装置１５０の受電部１５３に給電する際に非接触状態で受電部１５３と対向する。給電部１２１は、給電コイル１２１ａ（１次コイル）を有し、給電コイル１２１ａは、平板状のスパイラルコイルである。給電部１２１は、給電側制御部１２２の制御に従って、周波数を順次変更しながら給電コイル１２１ａより試験給電を行い、また、決定された駆動周波数で本給電を行う。この給電は、例えば、電磁誘導方式、電界共鳴方式、または、磁界共鳴方式にて行われる。
給電側制御部１２２は、給電側通信部１２３から給電開始信号が出力されると、給電コイル１２１ａに対して周波数を順次変更させながら受電コイル１５３ａに対して試験給電を行うように給電部１２１を制御する。給電側制御部１２２は、給電コイル１２１ａから試験給電する際の給電電力と、給電側通信部１０１から入力された受電電力情報とに基づいて、周波数毎に給電効率を求め、求めた給電効率を記憶部１２４に記憶させる。給電側制御部１２２は、記憶部１２４に記憶された周波数毎の給電効率に基づいて、給電効率が極大となるピークにおける周波数を選定し、選定した周波数を用いて、給電部１２１に対して本給電を開始するよう制御する。また、給電側制御部１２２は、給電側通信部１２３から入力された給電停止信号に従って、給電部１２１に対して給電を停止するように制御する。
給電側通信部１２３は、車両側通信部１５２から送信された受電電力情報を受信し、受信した受電電力情報を給電側制御部１２２に出力する。また、給電側通信部１２３は、車両側通信部１５２からの給電開始信号または給電停止信号を受信し、受信した給電開始信号または給電停止信号を給電側制御部１２２に出力する。
記憶部１２４は、給電側制御部１２２から出力された周波数毎の給電効率を記憶する。
＜給電装置の詳細な構成＞
次に、上述した給電装置１２０の内部構成のうち、給電部１２１及び給電側制御部１２２の詳細な構成について説明する。図２は、図１に示した給電装置１２０の内部構成を示すブロック図である。
給電部１２１は、電源部２０１、切替部２０２、電圧検知部２０３、給電側インバータ２０４、電流検知部２０５及び給電コイル１２１ａを備える。
電源部２０１は、切替部２０２を介して給電側インバータ２０４に対して所定の電圧及び電流の直流電力を供給する。
切替部２０２は、電力供給制御部２１４の制御に従って、電源部２０１とインバータ２０３との接続を開閉する。
電圧検知部２０３は、電源部２０１から給電側インバータ２０４に供給される直流電力の電圧値を検知し、検知した電圧値を周波数特性取得部２１１に出力する。
給電側インバータ２０４は、試験給電する際に、電力供給制御部２１４の制御に従って周波数を順次変更しながら、電源部２０１から供給される直流電力を交流電力に変換して給電コイル１２１ａに供給する。また、給電側インバータ２０４は、本給電する際に、電力供給制御部２１４の制御に従って、電源部２０１から供給される直流電力を交流電力に変換して給電コイル１２１ａに供給する。
電流検知部２０５は、給電側インバータ２０４から給電コイル１２１ａに供給される交流電力の電流値を検知し、検知した電流値を周波数特性取得部２１１に出力する。
給電コイル１２１ａは、給電側インバータ２０４より交流電力の供給を受けることにより受電コイル１５３ａに対して給電する。
なお、電源部２０１と給電側インバータ２０４との間に電圧検知部２０３を設けたが、給電側インバータ２０４と給電コイル１２１ａとの間に電圧検知部２０３を設けてもよい。また、給電側インバータ２０４と給電コイル１２１ａとの間に電流検知部２０５を設けたが、電源部２０１と給電側インバータ２０４との間に電流検知部２０５を設けてもよい。
給電側制御部１２２は、周波数特性取得部２１１、ピーク判定部２１２、駆動周波数決定部２１３及び電力供給制御部２１４を備える。
周波数特性取得部２１１は、電圧検知部２０３から出力された電圧値と、電流検知部２０５から出力された電流値とより、試験給電における給電電力を順次算出する。周波数特性取得部２１１は、算出した給電電力と給電側通信部１２３から出力された受電電力情報とに基づいて、給電効率を順次算出し、算出した給電効率を記憶部１２４に記憶させると共に、ピーク判定部２１２に順次出力する。なお、周波数特性取得方法の詳細については後述する。
ピーク判定部２１２は、記憶部１２４に記憶されている前回以前に算出した給電効率と、周波数特性取得部２１１から出力された今回の給電効率との比較結果に基づいて、給電効率の周波数特性におけるピーク判定処理を行う。ピーク判定部２１２は、ピーク判定結果を駆動周波数決定部２１３に出力する。なお、ピーク判定方法の詳細については後述する。
駆動周波数決定部２１３は、給電側通信部１２３から給電開始信号が出力された場合、試験給電を開始するために、予め設定された周波数の開始値、終了値及び周波数を変更するステップ値を電力供給制御部２１４に出力する。また、駆動周波数決定部２１３は、ピーク判定部２１２から出力されたピーク判定結果が示す２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数を本給電のための駆動周波数として決定し、決定した駆動周波数を電力供給制御部２１４に通知する。
電力供給制御部２１４は、給電側通信部１２３から給電開始信号が出力された場合、試験給電を開始するために、切替部２０２を閉じて電源部２０１とインバータ２０３とを接続状態にすると共に、駆動周波数決定部２１３から出力された周波数の開始値、終了値及びステップ値を用いて、給電コイル１２１ａに供給する交流電力の周波数を変更させるように給電側インバータ２０４を制御する。また、電力供給制御部２１４は、駆動周波数決定部２１３から本給電のための駆動周波数が出力された場合、切替部２０２を閉じたままにして電源部２０１と給電側インバータ２０４との接続状態を維持し、駆動周波数に基づいて給電コイル１２１ａに供給する交流電力の周波数を変更させるように給電側インバータ２０４を制御する。
電力供給制御部２１４は、給電を開始した後、給電側通信部１２３より給電停止信号が出力された場合には、切替部２０２を開いて電源部２０１と給電側インバータ２０４とを非接続状態にする。
＜コイルの配置＞
次に、上述した給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａの配置について図３を用いて説明する。図３では、給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａとの位置合わせがなされた状態を示す。また、ｘ軸は車両１０の横方向（＋ｘ方向を車両１０の右方向、−ｘ方向を車両１０の左方向）を示し、ｙ軸は車両１０の前後方向（＋ｙ方向を車両１０の後方、−ｙ方向を車両１０の前方）を示し、ｚ軸は地上に対して垂直方向（＋ｚ方向を車両１０の上方、−ｚ方向を車両１０の下方）を示す。図３（ａ）はｘｙ平面を、図３（ｂ）はｙｚ平面を、図３（ｃ）はｘｚ平面をそれぞれ示す。また、図３（ｄ）は給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａの斜視図を示す。
このように、給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａにそれぞれ平板状のスパイラルコイルを用い、スパイラルコイルはその平板面が地面ｇと平行に配置される。
＜給電装置の動作＞
次に、上述した給電装置１２０の動作について、図４を用いて説明する。
ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）３０１において、給電装置１２０の給電側通信部１２３は、車両側通信部１５２より給電開始信号を受信したか否かを判定し、給電開始信号を受信した（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ３０２に移行し、給電開始信号を受信していない（ＮＯ）場合には、ＳＴ３０１の処理を繰り返す。
ＳＴ３０２において、周波数特性取得部２１１は、給電効率の周波数特性取得処理を行う。なお、周波数特性取得方法の詳細については後述する。
ＳＴ３０３において、ピーク判定部２１２は、記憶部１２４に記憶されている前回以前に算出した給電効率と、周波数特性取得部２１１より取得した今回の給電効率とに基づいて、ピーク判定処理を行う。なお、ピーク判定方法の詳細については後述する。
ＳＴ３０４において、ピーク判定部２１２は、給電効率の周波数特性においてピークが２つ現れるか否かを判定し、２つのピークが現れる（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ３０５に移行し、２つのピークが現れない（ＮＯ）場合には、給電装置１２０の動作を終了する。
ＳＴ３０５において、駆動周波数決定部２１３は、ピーク判定部２１２によって判定された２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数を本給電のための駆動周波数Ｆｋとして決定する。なお、駆動周波数決定方法の詳細については後述する。
ＳＴ３０６において、電力供給制御部２１４は、充電開始要件を満たしているか否かを判定する。ここで、充電開始要件とは、嵌合コイル間の位置ずれ検知、漏電検知、設備検索、設備認証、コイル間の異物検知などであり、これらに異常がない場合に充電開始要件を満たすとする。充電開始要件を満たしている（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ３０７に移行し、充電開始要件を満たしていない（ＮＯ）場合には、給電装置１２０の動作を終了する。
ＳＴ３０７において、電力供給制御部２１４は、本給電のための駆動周波数Ｆｋに基づいて、給電側インバータ２０４を起動し、ＳＴ３０８において、給電側通信部１２３が車両側通信部１５２より給電停止信号を受信したか否かを判定する。給電停止信号を受信した（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ３１０に移行し、給電停止信号を受信していない（ＮＯ）場合には、ＳＴ３０６に戻る。
ＳＴ３０９において、電力供給制御部２１４は、給電側インバータ２０４を停止し、給電装置１２０の動作を終了する。
＜周波数特性取得方法＞
次に、上述した周波数特性取得方法について、図５を用いて説明する。
ＳＴ４０１において、駆動周波数決定部２１３は、試験給電のための駆動周波数Ｆの開始値Ｆａ、終了値Ｆｂ及びステップ値Ｆｓを設定し、ＳＴ４０２において、電力供給制御部２１４は、駆動周波数Ｆとして開始値Ｆａを設定する。
ＳＴ４０３において、電力供給制御部２１４は、駆動周波数Ｆ、所定電力Ｗｓで給電側インバータ２０４を起動する。ここで、所定電力Ｗｓは、試験給電における電力であるため、本給電における給電電力よりも低い電力である。ＳＴ４０４において、周波数特性取得部２１１は、車両側通信部１５２より給電側通信部１２３を介して受電電力Ｗｊの受電電力情報を受信する。
ＳＴ４０５において、周波数特性取得部２１１は、所定電力（給電電力）ＷｓとＳＴ４０４において受信した受電電力Ｗｊとに基づいて、給電効率ηを算出する。例えば、周波数特性取得部２１１は、受電電力Ｗｊを所定電力Ｗｓで除算（Ｗｊ／Ｗｓ）することにより給電効率ηを算出する。周波数特性取得部２１１は、算出した給電効率ηを駆動周波数Ｆと共に記憶部１２４に記憶させる。
ＳＴ４０６において、電力供給制御部２１４は、駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算し、ＳＴ４０７において、電力供給制御部２１４は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上であるか否かを判定する。駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上である（ＹＥＳ）場合には、ＳＴ４０８に移行し、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ未満である（ＮＯ）場合には、ＳＴ４０３に戻る。
ＳＴ４０８において、電力供給制御部２１４は、切替部２０２を開いて電源部２０１と給電側インバータ２０４とを非接続状態にし、給電側インバータ２０４を停止させ、周波数特性処理を終了する。
なお、図５では、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも高周波数側に設定することにより、ＳＴ４０６において駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算したが、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも低周波数側に設定することにより、ＳＴ４０６において駆動周波数Ｆからステップ値Ｆｓを減算してもよい。また、駆動周波数Ｆを上げたり下げたりしてもよい。また、ステップ値Ｆｓの刻み幅は等間隔ではなく、不均一であってもよい。
＜ピーク判定方法＞
次に、上述したピーク判定方法について、図６を用いて説明する。
ピーク判定処理は、上述した周波数特性取得方法によって取得した給電効率の周波数特性を用いて行う。
ＳＴ５０１において、ピーク判定部２１２は、サーチを開始し、ＳＴ５０２において、記憶部１２４に記憶されている前回以前の給電効率ηを読み出す。
ＳＴ５０３において、ピーク判定部２１２は、ピークを検出したか否かを判定する。例えば、ピーク判定部２１２は、前回算出した給電効率が前々回算出した給電効率よりも高く、且つ今回算出した給電効率が前回算出した給電効率よりも低い場合に、前回算出した給電効率がピークであるものと判定する。ピークを検出した（ＹＥＳ）と判定した場合には、ＳＴ５０４に移行し、ピークを検出していない（ＮＯ）と判定した場合には、サーチを終了する（ステップＳＴ５０５）。
ＳＴ５０４において、ピーク検出部２１２は、ピーク数として「１」を加算し、給電効率がピークとなる周波数Ｆｐｌを記憶部１２４に記憶させる。なお、ＳＴ５０１〜ＳＴ５０５の繰り返し処理において、２つ目のピークが検出された場合には、２つ目のピークとなる周波数Ｆｐｈ（ただし、Ｆｐｌ＜Ｆｐｈとする）を記憶部１２４に記憶させ、サーチを終了する（ステップＳＴ５０５）。
なお、ピーク判定処理において、ＳＴ５０１〜ＳＴ５０５のサーチは、周波数特性を取得する際の周波数の範囲と同じ範囲またはそれよりも狭い範囲で行う。
このように、ピーク判定処理では、ピーク判定部２１２が、給電効率が極大となるピークにおける周波数を選定する。なお、周波数特性取得処理とピーク判定処理とを並行して行ってもよい。
ここで、動作周波数全体で周波数特性を取得する様子を図７に示す。図７において、丸及び楕円で囲んだ部分にピークが検出される。なお、図７では、ギャップ、位置ずれ、電池の状態によって異なる４つの周波数特性を示している。
＜駆動周波数決定方法＞
次に、上述した駆動周波数決定方法について、図８を用いて説明する。
ＳＴ６０１において、駆動周波数決定部２１３は、ピーク判定部２１２によって判定された２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数Ｆｐｌを取得する。
ＳＴ６０２において、駆動周波数決定部２１３は、周波数Ｆｐｌ付近で、所定の給電効率η以上となる周波数を本給電のための駆動周波数Ｆｋとして決定する。ここでは、駆動周波数Ｆｋを周波数Ｆｐｌまたは周波数Ｆｐｌ付近とする。
このように、駆動周波数決定部２１３は、２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数を駆動周波数Ｆｋと決定する。一方で、ピークとピークとの間に位置する極小値（関数が極小のときにとる値）における周波数は、条件によって変わるものではない。これらのことから、周波数特性取得処理において、谷の周波数以下の範囲で周波数特性取得処理を行ってもよい。この様子を図９に示す。これにより、周波数特性取得に要する時間を短縮することができる。
＜磁束の方向＞
図１０は、２つのピークにおける周波数を用いた場合に給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａとの間に形成される磁場形状を示す概念図である。この図は、図３に示したｙｚ平面またはｘｚ平面を示す。図１０（ａ）は２つのピークのうち高い方の周波数を用いた場合の磁場形状を示し、図１０（ｂ）は２つのピークのうち低い方の周波数を用いた場合の磁場形状を示す。
図１０（ａ）より、磁束（図中、太い矢印）が水平方向を向いており、図１０（ｂ）より、磁束（図中、太い矢印）が＋ｚ方向、すなわち、車両１０の方向を向いていることが分かる。このように、低い周波数を用いることにより、磁束が車両１０を向くため、不要輻射が外部に漏れることを防止することができる。
＜実施の形態の効果＞
このように、実施の形態１の充電システム１００では、給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａとをそれぞれ平板状のスパイラルコイルとし、これらのコイルが対向する位置において、給電効率の周波数特性から得られる、給電効率が極大となる２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数またはその付近の周波数を用いて本給電を行う。これにより、給電コイル１２１ａと受電コイル１５３ａとの間に形成される磁束を車両１０側に向けることができ、不要輻射を抑制することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、図５に示したように、周波数特性取得において給電効率を算出する場合について説明した。本発明の実施の形態２では、給電コイル１２１ａの電圧一定の下、給電コイル１２１ａの電流値を検出して、電流値の周波数特性を取得する場合について説明する。なお、本発明の実施の形態２に係る充電システムの構成は、実施の形態１の図１及び図２に示した構成と同様であるため、実施の形態１と異なる機能について図１及び図２を援用して説明する。
＜周波数特性取得方法＞
本発明の実施の形態２に係る周波数特性取得方法について、図１１を用いて説明する。なお、図１１において、図５と同一の処理には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
ＳＴ７０１において、電力供給制御部２１４は、給電コイル１２１ａの電圧値を所定電圧Ｖｓに設定する。ここで、所定電圧Ｖｓは、試験給電における電圧であるため、本給電における電圧より低くてもよい。
ＳＴ７０２において、電力供給制御部２１４は、駆動周波数Ｆ、所定電圧Ｖｓで給電側インバータ２０４を起動し、ＳＴ７０３において、周波数特性取得部２１１は、給電コイル１２１ａの電流値Ｉｋを検出し、算出した電流値Ｉｋを駆動周波数Ｆと共に記憶部１２４に記憶させる。
このように、本実施の形態では、給電コイル１２１ａの電圧を一定とした場合、給電コイル１２１ａの電流が給電効率と同様の周波数特性を有することを利用している。
なお、本実施の形態では、給電コイル１２１ａの電圧を一定としたが、給電コイル１２１ａの電流を一定とし、給電コイル１２１ａの電圧値を検出するようにしてもよい。この場合においても、給電コイル１２１ａの電圧が給電効率と同様の周波数特性を有するものである。また、これらの方法に限らず、給電効率の周波数特性を取得できれば、どのような方法でも構わない。
なお、上記各実施の形態では、全駆動時間を低い方の周波数を用いるものとして説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、全駆動時間のうち半分以上に低い方の周波数を用い、残りを高い方の周波数を用いてもよい。換言すれば、高い方の周波数より低い方の周波数を優先的に用いればよい。
また、上記各実施の形態では、平板状のスパイラルコイルを用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、図１２に示すように、ソレノイドコイルを用いてもよい。図１２においても、図３と同様、給電コイルＳＣと受電コイルＲＣとの位置合わせがなされた状態を示し、図１２（ａ）はｘｙ平面を、図１２（ｂ）はｘｚ平面を、図１２（ｃ）はｙｚ平面をそれぞれ示す。また、図１２（ｄ）は給電コイルＳＣと受電コイルＲＣの斜視図を示す。このように、給電コイルＳＣと受電コイルＲＣにそれぞれ用いたソレノイドコイルが、その中心軸を地面ｇと平行に配置される。
また、上記各実施の形態では、給電装置１２０が記憶部１２４を備える場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、給電装置１２０は記憶部１２４を備えなくてもよい。この場合、給電側制御部１２２が駆動周波数Ｆを変化させ、電流値、電圧値、効率、コイル電流位相差が所定の値になった時に、駆動周波数Ｆの変化を停止し、その時の周波数を駆動周波数とする。
また、一次側コイルと二次側コイルに流れる電流の位相差によって駆動周波数Ｆｋを決めてもよい。スパイラルコイル及びソレノイドコイルは共に、一次側コイルと二次側コイルを流れる電流が同相のときに、低周波側のピークで駆動しており、逆位相の時は高周波側のピークで駆動している。このため、周波数をある値から変化させながら、位相が同相になった時に、駆動周波数Ｆの変化を停止し、その時の周波数を駆動周波数Ｆｋとする。
一次側コイルと二次側コイルに流れる電流の位相差によって駆動周波数Ｆｋを決定する場合、電流検知部２０５が給電コイル１２１ａに流れる電流位相を検知し、車両側制御部１５１が受電コイル１５３ａに流れる電流位相を検知する。また、ピーク判定部２１２におけるピーク判定処理は、図６のＳＴ５０２において、「コイル電流位相差を読み出し」、ＳＴ５０３において、「読み出したコイル電流位相差が同相か否かを判定する」に読み替える。この結果、駆動周波数決定部２１３は、コイル電流位相差が同相となる周波数を駆動周波数Ｆｋとして決定する。
本発明にかかる給電装置、受電装置および充電システムは、地面に対して水平方向成分の輻射を抑制するのに有用である。
１０ 車両
１２０ 給電装置
１２１ 給電部
１２１ａ 給電コイル
１２２ 給電側制御部
１２３ 給電側通信部
１２４ 記憶部
１５０ 受電装置
１５１ 車両側制御部
１５２ 車両側通信部
１５３ 受電部
１５３ａ 受電コイル
１７０ 蓄電池
１８０ 位置合わせ用カメラ
２０１ 電源部
２０２ 切替部
２０３ 電圧検知部
２０４ 給電側インバータ
２０５ 電流検知部
２１１ 周波数特性取得部
２１２ ピーク判定部
２１３ 駆動周波数決定部
２１４ 電力供給制御部

Claims (14)

  1. 車両に設けられた受電装置に、電磁力を用いて電力を給電する地上側に設けられた給電装置であって、
    スパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む給電部と、
    前記給電部から前記受電装置への給電効率の周波数特性を取得する周波数特性取得部と、
    前記給電効率の周波数特性におけるピークを判定するピーク判定部と、
    ２つのピークが判定された場合、前記２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数近傍の周波数を高い方の周波数近傍の周波数より優先的に、給電に用いる駆動周波数として決定する駆動周波数決定部と、
    を具備する給電装置。
  2. 前記受電装置が受電した受電電力を、当該受電装置から取得する取得部を具備し、
    前記周波数特性取得部は、前記給電における給電電力と、前記受電電力とにより、前記給電効率の周波数特性を取得する、
    請求項１に記載の給電装置。
  3. 前記給電部は、電圧一定で前記給電を行い、
    前記周波数特性取得部は、前記給電部の電流値の周波数特性を前記給電効率の周波数特性として取得する、
    請求項１に記載の給電装置。
  4. 前記給電部は、電流一定で前記給電を行い、
    前記周波数特性取得部は、前記給電部の電圧値の周波数特性を前記給電効率の周波数特性として取得する、
    請求項１に記載の給電装置。
  5. 前記給電部は、
    前記周波数特性取得部にて前記給電効率の周波数特性を取得するために、前記受電装置に対して周波数を順次変更しながら給電する試験給電を行う、
    請求項１から請求項４のいずれかに記載の給電装置。
  6. 前記給電部は、前記２つのピーク間にある極小値を表す所定の周波数以下の範囲で前記試験給電を行う、
    請求項５に記載の給電装置。
  7. 前記スパイラルコイルは、当該スパイラルコイルが有する巻き線の中心軸が地面に対して垂直に配置される、
    請求項１から請求項６のいずれかに記載の給電装置。
  8. 前記ソレノイドコイルは、当該ソレノイドコイルが有する巻き線の中心軸が地面に対して平行に配置される、
    請求項１から請求項６のいずれかに記載の給電装置。
  9. 前記駆動周波数決定部は、前記２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数から所定の値ずらした周波数を前記駆動周波数として決定する、
    請求項１から請求項８のいずれかに記載の給電装置。
  10. 前記駆動周波数決定部は、前記受電コイルに流れる電流と、前記給電部のコイルに流れる電流との位相差が同相となる周波数を逆相となる周波数より優先的に駆動周波数として決定する、
    請求項１に記載の給電装置。
  11. 地上側に設けられた給電装置から電磁力を用いて給電された電力を受電する、車両に設けられた受電装置であって、
    前記給電装置から給電された電力を受電するスパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む受電部と、
    前記受電部によって受電された電力を蓄える蓄電池と、
    を具備する受電装置。
  12. 前記スパイラルコイルは、当該スパイラルコイルが有する巻き線の中心軸が地面に対して垂直に配置される、
    請求項１１に記載の受電装置。
  13. 前記ソレノイドコイルは、当該ソレノイドコイルが有する巻き線の中心軸が地面に対して平行に配置される、
    請求項１１に記載の受電装置。
  14. 地上側に設けられた給電装置と、前記給電装置から電磁力を用いて給電された電力を受電する、車両に設けられた受電装置とを有する充電システムであって、
    前記受電装置は、
    前記給電装置から給電された電力を受電するスパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む受電部と、
    前記受電部によって受電された電力を蓄える蓄電池と、
    を有し、
    前記給電装置は、
    スパイラルコイルまたはソレノイドコイルを含む給電部と、
    前記給電部から前記受電部への給電効率の周波数特性を取得する周波数特性取得部と、
    前記給電効率の周波数特性におけるピークを判定するピーク判定部と、
    ２つのピークが判定された場合、前記２つのピークにおける周波数のうち、低い方の周波数近傍の周波数を高い方の周波数近傍の周波数より優先的に、給電に用いる駆動周波数として決定する駆動周波数決定部と、
    を有する、
    充電システム。
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