特開 2024-28028 ワイヤレス給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024028028

(43)【公開日】2024-03-01

(54)【発明の名称】ワイヤレス給電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/90 20160101AFI20240222BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20240222BHJP

   B60M 7/00 20060101ALI20240222BHJP

   B60L 5/00 20060101ALI20240222BHJP

   B60L 53/122 20190101ALI20240222BHJP

【ＦＩ】

H02J50/90

H02J50/12

B60M7/00 X

B60L5/00 B

B60L53/122

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022131331

(22)【出願日】2022-08-19

(71)【出願人】

【識別番号】000125370

【氏名又は名称】学校法人東京理科大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】居村 岳広

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 晃大

【テーマコード（参考）】

5H105

5H125

【Ｆターム（参考）】

5H105AA20

5H105BA09

5H105BB05

5H105CC04

5H105CC19

5H105DD10

5H105EE15

5H105GG03

5H125AA01

5H125AC04

5H125BE02

5H125EE52

5H125EE61

(57)【要約】

【課題】低コストで効率及び安全性を担保できる給電回路の切り替え制御を行うワイヤレス給電システムを提供する。
【解決手段】ワイヤレス給電システム１０は、電気自動車１の走行方向に沿って所定の間隔で配置され、移動体へ非接触で給電する給電コイル１４と、複数の給電コイル１４のそれぞれに対応して設けられるスイッチ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃと、給電コイル１４に流れる電流値を測定する電流センサ１６と、複数の給電コイル１４のそれぞれから走行中の電気自動車１へ給電している際の電流値が所定の第１閾値を超えた期間と、該期間の間のインターバル期間との長さと、給電コイルの間隔と、を用いて電気自動車１の速度を推定し、電気自動車１の速度に基づいてスイッチ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃのそれぞれのオン又はオフの切り替えタイミングを制御するＤＳＰ１５と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体の走行方向に沿って所定の間隔で配置され、前記移動体へ非接触で給電する複数の給電コイルを備える給電回路と、
前記複数の給電コイルのそれぞれに対応して設けられ、各前記給電コイルへの電流の供給及び遮断を切り替えるスイッチと、
前記給電回路に流れる電流値を測定する電流センサと、
前記複数の給電コイルのそれぞれから走行中の前記移動体へ給電している際の前記電流値が所定の第１閾値を超えた期間と、該期間の間のインターバル期間との長さと、前記給電コイルの間隔と、を用いて前記移動体の速度を推定し、推定した前記移動体の速度に基づいて前記スイッチのそれぞれのオン、オフの切り替えタイミングを制御する制御装置と、
を備える、ワイヤレス給電システム。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記複数の給電コイルの中の第１給電コイルから走行中の前記移動体へ給電している際に前記電流値が所定の第１閾値を超えた第１期間と、前記走行方向で前記第１給電コイルの先にある前記複数の給電コイルの中の第２給電コイルから走行中の前記移動体へ給電している際に前記電流値が前記第１閾値を超えた第２期間と、前記第１期間と前記第２期間との間の第１インターバル期間と、前記第１給電コイルと前記第２給電コイルとの間隔の情報と、に基づいて前記移動体の速度を推定する推定部と、
前記推定部が推定した前記移動体の速度に基づいて、前記走行方向で前記第２給電コイルの先にある前記複数の給電コイルの中の第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチのオン、オフの切り替えタイミングを制御する切替制御部と、
を備える、請求項１に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項3】

前記切替制御部は、推定した前記移動体の速度から、前記移動体が前記第３給電コイルに所定の距離まで近付く時間を算出し、算出した時間になった時点で前記第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチをオフからオンに切り替え、前記電流値が前記第２閾値未満となった時点で前記第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチをオフする、請求項２に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項4】

前記切替制御部は、前記第２給電コイルと前記第３給電コイルとの間隔の情報に基づいて前記第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチのオン、オフの切り替えタイミングを制御する、請求項２に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項5】

前記推定部は、前記第３給電コイルから走行中の前記移動体へ給電している際に前記電流値が前記第１閾値を超えた第３期間と、前記第２期間と前記第３期間との間の第２インターバル期間と、前記第２給電コイルと前記第３給電コイルとの間隔の情報と、に基づいて前記移動体の速度を推定した結果、所定の閾値を超える又は下回る度に前記移動体の速度の再推定を行う、請求項２に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項6】

前記切替制御部は、前記移動体へ給電を行っている前記給電コイル以外の前記給電コイルに対応するスイッチをオフする、請求項２に記載のワイヤレス給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワイヤレス給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

走行中の電気自動車へ無線で電力伝送を行う、走行中ワイヤレス給電に関する技術が提案されている。

【0003】

非特許文献１は、送電側と受電側の双方に１つのコイルと２つのキャパシタとを備えた、ＬＣＣ－ＬＣＣ回路で構成された走行中ワイヤレス電力伝送システムにおいて、インバータからの出力電流を閾値とし、送電回路をセグメント毎に切り替え制御している技術を開示している。

【0004】

非特許文献２は、高速道路等での送電コイル上を短時間で通過することを考慮し、無線通信を利用しないコイルの検出方法を開示している。非特許文献２で開示する技術は、検出コイルに常に一定の電力を印加しており、受電コイルが近づいたことによる検出コイルの電圧の変化を閾値として、電力伝送用の回路の切り替えを行っている。

【0005】

非特許文献３は、車両側のコイルから検出用の信号を出力し、車両が道路にある送電用コイルを検出すると同時に、送電用コイルに流れる電流によって、送電用コイルも車両を検出し、電力の伝送を開始する技術を開示する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】K. Sasaki and T. Imura, "Combination of Sensorless Energized Section Switching System and Double-LCC for DWPT," 2020 IEEE PELS Workshop on Emerging Technologies: Wireless Power Transfer (WoW), 2020, pp. 62-67

【非特許文献2】D. Patil, J. M. Miller, B. Fahimi, P. T. Balsara and V. Galigekere, "A Coil Detection System for Dynamic Wireless Charging of Electric Vehicle," in IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 5, no. 4, pp. 988-1003, Dec. 2019

【非特許文献3】T. Hamada, D. Shirasaki, T. Fujita and H. Fujimoto, "Proposal of Sensorless Vehicle Detection Method for Start-up Current Control in Dynamic Wireless Power Transfer System," IECON 2021 - 47th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, 2021, pp. 1-6

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

走行中の電気自動車へ無線で電力伝送を行う走行中ワイヤレス給電では、低コストで効率及び安全性を担保できる給電回路の切り替え制御が重要となる。しかし、受電コイル又車両を検出するための個別の回路又は信号、無線通信を行うと、走行中ワイヤレス給電のためのシステムのコストが増大してしまう。

【0008】

本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストで効率及び安全性を担保できる給電回路の切り替え制御を行うワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の第１態様に係るワイヤレス給電システムは、移動体の走行方向に沿って所定の間隔で配置され、前記移動体へ非接触で給電する複数の給電コイルを備える給電回路と、前記複数の給電コイルのそれぞれに対応して設けられ、各前記給電コイルへの電流の供給及び遮断を切り替えるスイッチと、前記給電回路に流れる電流値を測定する電流センサと、前記複数の給電コイルのそれぞれから走行中の前記移動体へ給電している際の前記電流値が所定の第１閾値を超えた期間と、該期間の間のインターバル期間との長さと、前記給電コイルの間隔と、を用いて前記移動体の速度を推定し、推定した前記移動体の速度に基づいて前記スイッチのそれぞれのオン、オフの切り替えタイミングを制御する制御装置と、を備える。

【0010】

本開示の第２態様に係るワイヤレス給電システムは、第１態様に係るワイヤレス給電システムであって、前記制御装置は、前記複数の給電コイルの中の第１給電コイルから走行中の前記移動体へ給電している際に前記電流値が所定の第１閾値を超えた第１期間と、前記走行方向で前記第１給電コイルの先にある前記複数の給電コイルの中の第２給電コイルから走行中の前記移動体へ給電している際に前記電流値が前記第１閾値を超えた第２期間と、前記第１期間と前記第２期間との間の第１インターバル期間と、前記第１給電コイルと前記第２給電コイルとの間隔の情報と、に基づいて前記移動体の速度を推定する推定部と、前記推定部が推定した前記移動体の速度に基づいて、前記走行方向で前記第２給電コイルの先にある前記複数の給電コイルの中の第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチのオン、オフの切り替えタイミングを制御する切替制御部と、を備える。

【0011】

本開示の第３態様に係るワイヤレス給電システムは、第２態様に係るワイヤレス給電システムであって、前記切替制御部は、推定した前記移動体の速度から、前記移動体が前記第３給電コイルに所定の距離まで近付く時間を算出し、算出した時間になった時点で前記第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチをオフからオンに切り替え、前記電流値が前記第２閾値未満となった時点で前記第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチをオフする。

【0012】

本開示の第４態様に係るワイヤレス給電システムは、第２態様に係るワイヤレス給電システムであって、前記切替制御部は、前記第２給電コイルと前記第３給電コイルとの間隔の情報に基づいて前記第３給電コイルへ電流を供給するためのスイッチのオン、オフの切り替えタイミングを制御する。

【0013】

本開示の第５態様に係るワイヤレス給電システムは、第２態様に係るワイヤレス給電システムであって、前記推定部は、前記第３給電コイルから走行中の前記移動体へ給電している際に前記電流値が前記第１閾値を超えた第３期間と、前記第２期間と前記第３期間との間の第２インターバル期間と、前記第２給電コイルと前記第３給電コイルとの間隔の情報と、に基づいて前記移動体の速度を推定した結果、所定の閾値を超える又は下回る度に前記移動体の速度の再推定を行う。

【0014】

本開示の第６態様に係るワイヤレス給電システムは、第２態様に係るワイヤレス給電システムであって、前記切替制御部は、前記移動体へ給電を行っている前記給電コイル以外の前記給電コイルに対応するスイッチをオフする。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、低コストで効率及び安全性を担保できる給電回路の切り替え制御を行う給電制御システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係るワイヤレス給電システムの概略構成を示す図である。

【図2】電気自動車及びワイヤレス給電システムが有するコイル及び共振回路を示す図である。

【図3】本実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成例を示す図である。

【図4】ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）の機能構成の例を示すブロック図である。

【図5】入力電流Ｉｉｎと結合係数ｋとの関係例を示すグラフである。

【図6】ワイヤレス給電システムによる制御処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】実験条件と実験に用いた回路のパラメータを示す図である。

【図8】ＤＳＰによる速度推定結果を示す図である。

【図9】給電コイルの個数に応じた電力量と効率換算結果を示す図である。

【図10】給電コイルの個数に応じた電力量と効率換算結果のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0018】

図１は、本実施形態に係るワイヤレス給電システムの概略構成を示す図である。

【0019】

図１に示したワイヤレス給電システム１０は、走行中の電気自動車１へ無線で電力伝送を行うことを目的としたシステムである。電気自動車１は、本開示の移動体の一例である。ワイヤレス給電システム１０は、ＤＣ（直流）電源１１、インバータ１２、複数の共振回路１３及び複数の給電コイル１４を有する。

【0020】

ＤＣ電源１１は、共振回路１３を通じて給電コイル１４に流す電流を供給する電源である。ＤＣ電源１１からの直流電流は、ＤＣバス２１を通じてインバータ１２に送られる。

【0021】

インバータ１２は、ＤＣ電源１１からの直流電流を交流電流に変換する。インバータ１２によって変換された交流電流は、ＡＣバス２２を通じて共振回路１３に送られる。

【0022】

共振回路１３及び給電コイル１４は、電気自動車１が走行する道路に備えられ、電気自動車１が備えるコイル及び共振回路（図示せず）へ電力を供給する。本実施形態では、共振回路１３は１つのコイルと２つのキャパシタとを備えたＬＣＣ回路で構成されている。なお、給電コイル１４の間隔は一定であってもよく、給電コイル１４間で異なっていてもよい。

【0023】

図２は、電気自動車１及びワイヤレス給電システム１０が有するコイル及び共振回路の例を示す図である。電源ｖ１はワイヤレス給電システム１０の交流電源に対応し、コイルＬ０、キャパシタＣ１ｐ、Ｃ１ｓは、ワイヤレス給電システム１０の共振回路１３に対応し、コイルＬ１はワイヤレス給電システムの給電コイル１４に対応する。また、Ｌ２は電気自動車１の受電コイルに対応し、コイルＬ’０、キャパシタＣ２ｐ、Ｃ２ｓは、電気自動車１の共振回路に対応し、負荷ＲＬは電気自動車１の負荷、電圧ｖ２は負荷ＲＬの両端の電圧に対応する。

【0024】

図２に示したＬＣＣ－ＬＣＣ回路では、電源の角周波数をω０として数式（１）のような共振条件を満たす。

【0025】

【数1】

【0026】

また本実施形態に係るＬＣＣ－ＬＣＣ回路を用いたワイヤレス電力伝送方式では、結合係数ｋに依存する形で共振回路１３への入力電流Ｉｉｎが変動する。すなわち、ＬＣＣ－ＬＣＣ回路を用いたワイヤレス電力伝送方式は、給電側のコイルと受電側のコイルとの間の結合係数ｋが低い状況では、給電側の回路に過大な電流が流れない。

【0027】

共振回路１３への入力電流Ｉｉｎが結合係数ｋに依存するということは、電気自動車１の位置に対して入力電流Ｉｉｎが変化するともいえる。そこで本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、電気自動車１の位置によって変動する入力電流Ｉｉｎの特性を利用して電気自動車１の速度を推定し、推定した電気自動車１の速度を用いて、電流を供給する共振回路の切り替えタイミングを制御することを特徴とする。

【0028】

図３は、本実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成例を示す図である。図３に示したワイヤレス給電システム１０は、ＤＣ（直流）電源１１、インバータ１２、第１共振回路１３Ａ、第２共振回路１３Ｂ、第３共振回路１３Ｃ、第１給電コイル１４Ａ、第２給電コイル１４Ｂ、第３給電コイル１４Ｃ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１５、電流センサ１６、第１スイッチ１７Ａ、第２スイッチ１７Ｂ、第３スイッチ１７Ｃを有する。ここでは、図１に示されていない構成であるＤＳＰ１５、電流センサ１６及びスイッチ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃについて説明する。

【0029】

ＤＳＰ１５は、本開示の制御装置の一例である。ＤＳＰ１５は、電流センサ１６が測定した第１共振回路１３Ａ、第２共振回路１３Ｂ、第３共振回路１３Ｃのいずれかに流れる入力電流Ｉｉｎの値の情報を用いて、第１給電コイル１４Ａ、第２給電コイル１４Ｂ、第３給電コイル１４Ｃの上（以下「上部」ともいう）を走行する電気自動車１の速度を推定する。そして、ＤＳＰ１５は、入力電流Ｉｉｎの値又は推定した電気自動車１の速度に基づいて、第１スイッチ１７Ａ、第２スイッチ１７Ｂ、第３スイッチ１７Ｃのオン又はオフの切り替えタイミングを制御する。

【0030】

つまり、ＤＳＰ１５は、電気自動車１の速度を推定し、電気自動車１が上部を通過し始めようとするタイミングで第１給電コイル１４Ａ、第２給電コイル１４Ｂ、第３給電コイル１４Ｃにそれぞれ対応して設けられる第１スイッチ１７Ａ、第２スイッチ１７Ｂ、第３スイッチ１７Ｃをオンする。そしてＤＳＰ１５は、電気自動車１が上部を通過し終えようとするタイミングで第１給電コイル１４Ａ、第２給電コイル１４Ｂ、第３給電コイル１４Ｃにそれぞれ対応して設けられる第１スイッチ１７Ａ、第２スイッチ１７Ｂ、第３スイッチ１７Ｃをオフする。

【0031】

電流センサ１６は、入力電流Ｉｉｎの値を測定するセンサである。入力電流Ｉｉｎの値はＤＳＰ１５に送られて、電気自動車１の速度の推定に用いられる。

【0032】

第１スイッチ１７Ａ、第２スイッチ１７Ｂ、第３スイッチ１７Ｃは、上述したように第１給電コイル１４Ａ、第２給電コイル１４Ｂ、第３給電コイル１４Ｃにそれぞれ対応して設けられている。なお本実施形態では、第１スイッチ１７Ａ、第２スイッチ１７Ｂ、第３スイッチ１７ＣはそれぞれＮ型ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタが直列に接続された構成となっているが、本開示では各スイッチの構成は係る例に限定されるものでは無い。

【0033】

図４は、ＤＳＰ１５の機能構成の例を示すブロック図である。

【0034】

図４に示すように、ＤＳＰ１５は、機能構成として、推定部１０１、及び切替制御部１０２を有する。各機能構成は、ＤＳＰ１５が内部のＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み出し、実行することにより実現される。

【0035】

推定部１０１は、電流センサ１６が測定した第１共振回路１３Ａ、第２共振回路１３Ｂ、第３共振回路１３Ｃのいずれかに流れる電流の電流値の情報を用いて、第１給電コイル１４Ａ、第２給電コイル１４Ｂ、第３給電コイル１４Ｃの上を走行する電気自動車１の速度を推定する。

【0036】

ここで、推定部１０１による電気自動車１の速度の推定処理の具体例を説明する。

【0037】

図５は、複数の給電コイル１４の上を、受電コイルを備えた電気自動車１が順次通過する際の、入力電流Ｉｉｎと結合係数（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ｋとの関係例を示すグラフである。図５の上段は、複数の給電コイル１４の上を、受電コイルを備えた電気自動車１が順次通過する際の入力電流Ｉｉｎの時間変化のグラフであり、図５の下段は、複数の給電コイル１４の上を、受電コイルを備えた電気自動車１が順次通過する際の結合係数ｋの時間変化のグラフである。

【0038】

図５に示したように、結合係数ｋの値の変化に応じて、入力電流Ｉｉｎが変動していることがわかる。推定部１０１は、電気自動車１の速度の推定に際し、速度推定用電流閾値Ｉｔｈ＿ｓｐを超えた期間ｔ１、及びその次のＩｔｈ＿ｓｐを超えた期間ｔ３、期間ｔ１とｔ３との間の期間ｔ２、及びそれぞれに対応する給電コイル１４間の間隔の情報を用いる。速度推定用電流閾値Ｉｔｈ＿ｓｐは本開示の第１閾値の一例、期間ｔ１は本開示の第１期間の一例、期間ｔ３は本開示の第２期間の一例、期間ｔ２は本開示の第１インターバル期間の一例である。

【0039】

推定部１０１は、期間ｔ１、ｔ２、ｔ３から時間ｔを計測し、給電コイル１４間の間隔Ｌを時間ｔで割ることで電気自動車１の推定速度ｖｅｓｔを求める。なお、時間ｔは以下の数式（２）で求めることが出来る。
ｔ＝ｔ１／２＋ｔ３／２＋ｔ２ （２）

【0040】

なお、本実施形態では入力電流Ｉｉｎの値の測定に電流センサ１６が測定した電流値を用いているが、電流センサ１６での測定値にノイズが乗る可能性を考慮し、速度推定用電流閾値Ｉｔｈ＿ｓｐには所定の幅を設けてもよい。

【0041】

切替制御部１０２は、推定部１０１が推定した電気自動車１の速度に基づいて、電気自動車１の走行方向で、電気自動車１の速度の推定に用いた第２給電コイルの先にある給電コイルへ電流を供給するためのスイッチのオン、オフの切り替えタイミングを制御する。例えば、推定部１０１が第１給電コイル１４Ａ及び第２給電コイル１４Ｂを用いて電気自動車１の速度を推定した場合、切替制御部１０２は、電気自動車１の進行方向で第２給電コイル１４Ｂの先にある第３給電コイル１４Ｃに対応するスイッチ１７Ｃのオン、オフの切り替えタイミングを制御する。

【0042】

切替制御部１０２は、切り替えのタイミングを決める基準として、図５に示すように、速度推定と同様に入力電流Ｉｉｎの値を利用する。切替制御部１０２は、入力電流Ｉｉｎが回路切り替えの閾値Ｉｔｈ＿ｓｗを下回ったタイミングで給電コイルに対応するスイッチをオフにする。また、切替制御部１０２は、閾値Ｉｔｈ＿ｓｗを超える電流が流れる位置に電気自動車１が来るまでのスイッチオフ時間ｔｗａｉｔを計算してスイッチをオンにするタイミングを決定する。具体的には、切替制御部１０２は、ｔｗａｉｔの計算終了時にスイッチオフ時間ｔｏｆｆの計測を開始し、スイッチオフ時間ｔｏｆｆがｔｗａｉｔを超えたら次の共振回路のスイッチをオンにする。すなわち、切替制御部１０２は、電気自動車１の速度に基づいて、電気自動車１が第３給電コイル１４Ｃまで所定の距離まで近付くまでの時間を算出し、算出した時間に達するとスイッチ１７Ｃをオフからオンに切り替え、入力電流Ｉｉｎが回路切り替えの閾値Ｉｔｈ＿ｓｗを下回ったタイミングでスイッチ１７Ｃをオンからオフに切り替える。

【0043】

ＤＳＰ１５は、係る機能構成を有することで、電気自動車１との無線通信を行ったり、追加のセンサコイル等を利用したりすることなく、電流センサ１６のみで電気自動車１の速度の推定を行うことができる。そして、ＤＳＰ１５は、電気自動車１の速度の推定を行うことで、電気自動車１への給電に必要なタイミングにおいてのみ、電気自動車１へ給電する給電コイルに対応するスイッチをオンすることができる。

【0044】

ＤＳＰ１５は、各給電コイルから電気自動車１へ給電する度に、電気自動車１の速度を再計算し、更新することができるため、直前の給電コイル１４からの給電時に計算した速度と、現在の給電コイル１４からの給電時に計算した速度とを比較することで、電気自動車１に加速度が生じているかどうかを算出することもできる。

【0045】

なお、本実施形態では、電気自動車１の進行方向において最も前に位置する第１スイッチ１７Ａはオン状態で待機し、電気自動車１の通過によってオフ状態になり、その後またオン状態で待機する。切替制御部１０２は、電気自動車１が第１給電コイル１４Ａを通過した時点（すなわち電流値が閾値Ｉｔｈ＿ｓｗを下回った時点）で、第１スイッチ１７Ａを再びオン状態に切り替えてもよい。また切替制御部１０２は、法定速度等を基に最短の車間距離を推定し、第１スイッチ１７Ａを再びオン状態に切り替えて待機状態に遷移するまでのタイミングを調整してもよい。また切替制御部１０２は、過去に通過した電気自動車１の速度から最短の車間距離を推定し、第１スイッチ１７Ａを再びオン状態に切り替えて待機状態に遷移するまでのタイミングを調整してもよい。また切替制御部１０２は、過去に通過した電気自動車１の間隔を推定し、第１スイッチ１７Ａを再びオン状態に切り替えて待機状態に遷移するまでのタイミングを調整してもよい。また切替制御部１０２は、上述した調整を組み合わせて第１スイッチ１７Ａをオフ状態からオン状態へ切り替えてもよい。さらには、第１給電コイル１４Ａの手前に、電気自動車１の接近を検知するためのセンサを備えておき、切替制御部１０２は、電気自動車１が接近するまでは第１スイッチ１７Ａをオフ状態に維持し、電気自動車１が接近すると第１スイッチ１７Ａをオフ状態からオン状態に切り替える制御を行ってもよい。

【0046】

次に、ワイヤレス給電システム１０の作用について説明する。

【0047】

図６は、ワイヤレス給電システム１０による制御処理の流れを示すフローチャートである。ＤＳＰ１５が内部のＲＯＭから制御プログラムを読み出して、内部のＲＡＭに展開して実行することにより、制御処理が行われる。なお、図６に示した制御処理は、Ｎ個の給電コイルを備えたワイヤレス給電システム１０による制御処理であるとして説明する。

【0048】

ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０１において、変数ｎを１に初期化する。

【0049】

ステップＳ１０１に続いて、ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０２において、第ｎスイッチをオンにする。変数ｎが１であれば、ＤＳＰ１５は第１スイッチ１７Ａをオンにする。スイッチがＭＯＳトランジスタで構成されている場合は、ＤＳＰ１５は、ＭＯＳトランジスタをオンにするための電位をゲート端子に与える。

【0050】

ステップＳ１０２に続いて、ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０３において、電流センサ１６が測定した入力電流Ｉｉｎが回路切り替え用電流閾値Ｉｔｈ＿ｓｗ未満になったかどうか判断する。

【0051】

ステップＳ１０３の判断の結果、入力電流Ｉｉｎが回路切り替え用電流閾値Ｉｔｈ＿ｓｗ未満でなければ（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、ＤＳＰ１５は、入力電流Ｉｉｎが回路切り替え用電流閾値Ｉｔｈ＿ｓｗ未満になるまでステップＳ１０３の判断を繰り返す。

【0052】

一方、ステップＳ１０３の判断の結果、入力電流Ｉｉｎが回路切り替え用電流閾値Ｉｔｈ＿ｓｗ未満であれば（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０４において、第ｎスイッチをオフにする。

【0053】

ステップＳ１０４に続いて、ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０５において、変数ｎが１であるかどうか判断する。

【0054】

ステップＳ１０５の判断の結果、変数ｎが１でなければ（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、続いてＤＳＰ１５は、ステップＳ１０６において電気自動車１の推定速度ｖｅｓｔ及び閾値Ｉｔｈ＿ｓｗを超える電流が流れる位置に電気自動車１が来るまでのスイッチオフ時間ｔｗａｉｔを計算し、またスイッチオフ時間ｔｏｆｆの計測を開始する。

【0055】

ステップＳ１０６に続いて、ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０７において、スイッチオフ時間ｔｏｆｆがｔｗａｉｔを超えたかどうか判断する。

【0056】

ステップＳ１０７の判断の結果、スイッチオフ時間ｔｏｆｆがｔｗａｉｔを超えてなければ（ステップＳ１０７；Ｎｏ）、ＤＳＰ１５は、スイッチオフ時間ｔｏｆｆがｔｗａｉｔを超えるまでステップＳ１０７の判断を繰り返す。

【0057】

一方、ステップＳ１０７の判断の結果、スイッチオフ時間ｔｏｆｆがｔｗａｉｔを超えれば（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）、ＤＳＰ１５は、続いてステップＳ１０８において変数ｎを１つ増加させる。

【0058】

また、ステップＳ１０５の判断の結果、変数ｎが１でなければ（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、ＤＳＰ１５は、続いてステップＳ１０８において変数ｎを１つ増加させる。

【0059】

変数ｎが１かどうかで処理を変えているのは、ＤＳＰ１５は、電気自動車１の速度を推定する際に、少なくとも２つの給電コイルからの給電時の入力電流Ｉｉｎを用いているので、２番目の給電コイルからの給電時には電気自動車１の速度の推定が完了していないからである。

【0060】

ステップＳ１０８に続いて、ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０９において、変数ｎが給電コイルの数Ｎと一致しているかどうか判断する。

【0061】

ステップＳ１０９の判断の結果、変数ｎがＮでなければ（ステップＳ１０９；Ｎｏ）、ＤＳＰ１５は、ステップＳ１０２に戻り、処理を継続する。

【0062】

一方、ステップＳ１０９の判断の結果、変数ｎがＮであれば（ステップＳ１０９；Ｙｅｓ）、ＤＳＰ１５は、一連の処理を終了する。

【0063】

ＤＳＰ１５は、一連の処理を実行することで、電気自動車１との無線通信を行ったり、追加のセンサコイル等を利用したりすることなく、電流センサ１６のみで電気自動車１の速度の推定を行うことができる。そして、ＤＳＰ１５は、電気自動車１の速度の推定を行うことで、電気自動車１への給電に必要なタイミングにおいてのみ、電気自動車１へ給電する給電コイルに対応するスイッチをオンすることができる。

【0064】

ＤＳＰ１５は、スイッチの切り替えタイミングを決定するための電気自動車１の速度推定に、電気自動車１へ給電している際の電流情報を利用するため、電力伝送を行う回路以外に電力を消費することが無く、待機損失を抑えてワイヤレス給電システム１の全体の効率を高めることができる。さらにＤＳＰ１５は、電気自動車１が給電コイル上に無い場合には給電コイルからの給電を停止させることができるため、給電を行わない給電コイルから発生する漏洩磁界を抑制することができる。

【0065】

ＤＳＰ１５による電気自動車１の速度推定法を用いたスイッチの切り替えシステムの実験結果を３個の給電コイルを用いて検証する。給電コイルのサイズはすべて５００ｍｍ×２５０ｍｍであり、受電コイルのサイズは２５０ｍｍ×２５０ｍｍとした。給電コイルの中心から中心の距離は１０００ｍｍ、給電コイルと受電コイルとの間のエアギャップは８０ｍｍとした。図７は、実験条件と実験に用いた回路のパラメータを示す図である。回路のパラメータは図２に示したものにそれぞれ対応する。そして実験において、受電コイルの速度ｖは５００ｍｍ／ｓ（Ｃａｓｅ１）、１０００ｍｍ／ｓ（Ｃａｓｅ２）、２０００ｍｍ／ｓ（Ｃａｓｅ３）の３通りの速度で給電コイルの上を通過させた。

【0066】

図８は、図７の条件で実験を行った際の、ＤＳＰ１５による速度推定結果を示す図である。図８に示したように、ＤＳＰ１５による推定速度ｖｅｓｔの推定結果の速度ｖとの誤差εは、Ｃａｓｅ１～Ｃａｓｅ３のどの速度域でも０．６％以内に収まっている。すなわち、本実施形態に係るＤＳＰ１５による速度推定処理の正確性が示されている。従って、ＤＳＰ１５による電気自動車１の速度推定結果は、スイッチのオン、オフの切り替えタイミングの制御に用いることが可能である。

【0067】

本実施形態に係るＤＳＰ１５による速度推定処理は、１台の電気自動車１に対してオンにするスイッチを常に１つとすることができるため、電気自動車１が給電コイル上に無い場合の待機損失の低減効果が期待できる。そこで、給電コイルを全て待機させた待機システムと、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１との比較を行った。本実施形態に係るワイヤレス給電システム１では、給電及び受電の総電力量と、給電コイルが設けられた区間内のＤＣ間効率とにおいて、３個の給電コイルで行った実験結果を換算する形で、３個から１０個の給電コイルが実験と同じ間隔で存在する場合を示した。なお、待機システムの給電側の総給電電力量をＥｉｎ＿ｓｔａｎｄ、受電側の総受電電力量をＥｏｕｔ＿ｓｔａｎｄとする。同様に、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１の総給電電力量をＥｉｎ＿ｐｒｏｐ、受電側の総受電電力量をＥｏｕｔ＿ｐｒｏｐとする。さらに、待機システムのＤＣ間効率をηｓｔａｎｄ、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１のＤＣ間効率をηｐｒｏｐとする。

【0068】

図９は、給電コイルの個数に応じた電力量と効率換算結果を示す図である。図１０は、給電コイルの個数に応じた電力量と効率換算結果のグラフである。図９、１０により、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、待機システムにおける待機期間中に発生する無駄な電力を削減することができており、その効果はコイルの個数が増えるごとに現れることが分かる。本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、給電コイルが増えた場合でも７８％程度の効率を達成しており、待機損失の影響を殆ど受けていない。なお、受電コイルが１個の給電コイル上を通過した際の効率は約８０％である。

【0069】

さらに、本実施形態に係るワイヤレス給電システム１の受電電力量も待機システムと殆ど変わらず、十分に給電を行えていることが分かる。また本実施形態に係るワイヤレス給電システム１は、共振回路のスイッチをオフにすることで給電コイルに流れる電流も遮断できるため、待機時に給電コイルから発生する漏洩磁界を抑制する効果も期待できる。

【0070】

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらの変更例または修正例についても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0071】

例えば、上記実施形態では給電側及び受電側にＬＣＣ共振回路を備えたワイヤレス給電システムを示したが、本実施形態は係る例に限定されるものではなく、その他の共振回路を備えたワイヤレス給電システムにおいても同様に電気自動車１の速度を推定可能である。

【0072】

また、上記実施形態において記載された効果は、説明的又は例示的なものであり、上記実施形態において記載されたものに限定されない。つまり、本開示に係る技術は、上記実施形態において記載された効果とともに、又は上記実施形態において記載された効果に代えて、上記実施形態における記載から、本開示の技術分野における通常の知識を有する者には明らかな他の効果を奏しうる。

【0073】

なお、上記各実施形態でＤＳＰがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した制御処理を、ＤＳＰ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、制御処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。

【0074】

また、上記各実施形態では、制御処理のプログラムがＲＯＭまたはストレージに予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の非一時的（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）記録媒体に記録された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【符号の説明】

【0075】

１ 電気自動車
１０ ワイヤレス給電システム
１１ ＤＣ電源
１２ インバータ
１３ 共振回路
１４ 給電コイル
１５ ＤＳＰ
１６ 電流センサ
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】