JP2007043773A - マイクロ波の洩れ波監視・制御装置及びマイクロ波の洩れ波監視・制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吐水等の手段によってマイクロ波の洩れ波を吸収することなしに、給電時の安全性を確保しつつ、電動車両へのマイクロ波電力の供給を高効率で行うことを可能とするマイクロ波の洩れ波監視・制御装置及びマイクロ波の洩れ波監視・制御方法を提供すること。
【解決手段】路面側に設置されたマイクロ波送信設備から送信されるマイクロ波を受信することにより電力供給を受ける電動車両２６に設置されるマイクロ波の洩れ波監視・制御装置であって、電動車両２６左右側面下端領域におけるマイクロ波の洩れ波量を定量的に検出する洩れ波インジケータ１２を備え、前記マイクロ波の洩れ波量に応じて、前記マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を制御するための信号を前記マイクロ波送信設備へ向けて発信することを特徴とするマイクロ波の洩れ波監視・制御装置を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マイクロ波の洩れ波監視・制御装置及びマイクロ波の洩れ波監視・制御方法に関する。

路面側に設置されたマイクロ波送信設備から送信されるマイクロ波を受信することにより電力供給を受ける電動車両に関する従来の技術としては、電力受給システムとして、下記特許文献１に記載の電力受給システムがある。この電力受給システムにおいては、路面上に設置された車両位置センサにより車両の位置を検出し、車両の位置に基づいて、マイクロ波を送信するスロットアンテナを設定すると共に、車両の両側に相当する位置にある路上の噴水口を吐水すべき噴水口として設定し、設定したスロットアンテナからマイクロ波の送信と同時に設定した噴水口から吐水して水膜を形成する。水膜は、送信されたマイクロ波のうちレクテナで受信されなかったマイクロ波を吸収して加熱するので、未受信のマイクロ波のエネルギを熱エネルギとして回収することが可能となり、熱エネルギの再利用に資することができる。

特開２００２−１５２９９５号公報 学術論文"電子情報通信学会論文誌 A Vol.J-83-A No.10 pp.1-12"

上記従来例の様に、水膜にて、車両が受信しきれなかったマイクロ波を吸収して熱に変換することは可能と思われる。しかしながら、路面（送電）側に電力インフラストラクチャーだけでなく水道インフラストラクチャーも必要とされる為、そのシステム設定、及び設置が大掛かりになる。それに加えて、走行中給電を想定した場合、吐水の形態によっては、周囲の通行人等がその水はねを受ける可能性がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、吐水等の手段によってマイクロ波の洩れ波を吸収することなしに、給電時の安全性を確保しつつ、電動車両へのマイクロ波電力の供給を高効率で行うことを可能とするマイクロ波の洩れ波監視・制御装置及びマイクロ波の洩れ波監視・制御方法を提供することである。

路面側に設置されたマイクロ波送信設備からマイクロ波電力の供給を受ける電動車両に設置され、電動車両左右側面下端領域におけるマイクロ波の洩れ波量をマイクロ波の洩れ波インジケータによって定量的に検出し、該マイクロ波の洩れ波量に応じて、マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を制御するための信号をマイクロ波送信設備へ向けて発信することを特徴とするマイクロ波の洩れ波監視・制御装置を構成する。

周囲に洩れ波が発生し易い部位である、電動車両側面下部における洩れ波を定量的に検出し、その結果に基づいて、マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を制御するための信号をマイクロ波送信設備へ向けて発信することによって、吐水等の手段によってマイクロ波の洩れ波を吸収することなしに、給電時の安全性を確保しつつ、電動車両へのマイクロ波電力の供給を高効率で行うことを可能とするマイクロ波の洩れ波監視・制御装置及びマイクロ波の洩れ波監視・制御方法を提供することが可能となる。

上記非特許文献１によれば、路面側より電動車両下部へマイクロ波を照射することによる電力授受を想定した際の電磁界環境シミュレーション結果は、マイクロ波にて電力授受を行う場合に、電動車両側面下部から周囲に洩れ波が発生し易いことを示している。

従って、本発明においては、路面側から送信されたマイクロ波を車両下部にて受信することで給電・走行する電動車両において、マイクロ波を用いて上記方式にて給電を行う際に、最もマイクロ波の洩れ波が懸念される左右側面下端領域にマイクロ波の洩れ波量を定量的に検出する洩れ波インジケータであるマイクロ波受電素子（レクテナ）を設置し、その検出電力から得られる前記マイクロ波の洩れ波量に応じて、マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を制御するための信号をマイクロ波送信設備へ向けて発信することによって、マイクロ波による給電時の安全性を確保することができる。

以下に、発明の詳細について説明する。

本発明の実施対象となる電動車両と、それにマイクロ波にて電力を供給する、路面側に設置されたマイクロ波送信設備との概要を図１にて示す。

図１の（ａ）は、本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置を備えた電動車両２６を上方より見た模式図であり、図１の（ｂ）は、電動車両２６と路面側に設置されたマイクロ波送信設備２０とを側方より見た模式図である。

マイクロ波送信設備２０は、基本的に、インフラ電源ライン２１とマイクロ波発生ユニット２２と、マイクロ波送信アンテナ群２３と、送受信器２４と、マイクロ波送信アンテナ制御回路２５とにて構成される。

マイクロ波発生ユニット２２は、インフラ電源ライン２１より供給された電気エネルギをマイクロ波に変換する。マイクロ波送信アンテナ群２３はマイクロ波を送信する機構を備えたマイクロ波送信アンテナを集めたもので、マイクロ波を外部へ送信するための手段であり、マイクロ波発生ユニット２２にて変換されたマイクロ波を路面より上方、即ち電動車両２６の車体下部に設置されたレクテナ（マイクロ波受電素子）２７に向けてマイクロ波を照射する。

レクテナ２７は、マイクロ波受信アンテナと整流回路（図示割愛）より構成されている。前記マイクロ波受信アンテナは、路面側に設置されたマイクロ波送信アンテナ群２３より送信されたマイクロ波を受信する手段として機能する。加えて前記整流回路は、複数の入出力フィルタと整流ダイオードにて構成されており、これらにより前記マイクロ波受信アンテナにて受信されたマイクロ波より直接直流電力を取り出す手段として機能する。従って、電動車両２６は、レクテナ２７をその車体下部に設置することで、路面より受信したマイクロ波を電気エネルギに変換させ、蓄電機構２８に蓄えるか或いは直接モータジェネレータ２９へ供給する。モータジェネレータ２９は、蓄電機構２８に蓄えた、もしくはレクテナ２７より直接供給された電気エネルギを駆動力に変換させることで、電動車両２６の走行を可能とする。或いは、電動車両２６内における電力消費状況（空調機運転や照明の有無等）に応じて、電気エネルギをＤＣ/ＤＣコンバータ３０にて車両内電装系電圧に変換し、車両電装系用蓄電器３１を介して車両内電装ユニットへ供給する。

また、電動車両２６には、路面側のマイクロ波送信設備２０における送受信器２４と同様の送受信器３２が設置されており、路面給電装置側より電動車両側へのマイクロ波送信電力を最適制御するにあたって必要な情報、すなわち、マイクロ波送信設備２０が送信するマイクロ波をマイクロ波送信設備２０において制御するための信号、具体的には当該車両の車種（車格）やマイクロ波受電システムの設置（レクテナ構成）、蓄電機構２８の蓄電量（ＳＯＣ）等の情報の授受を並行して行う。

上述の様な前提条件において、本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置における、電動車両２６左右側面下端領域におけるマイクロ波の洩れ波量を定量的に検出する洩れ波インジケータの位置設定について、図２及び図３を用いて説明する。

図２は、洩れ波インジケータ１２の位置設定の一例を示したものであり、図の（ａ）は、電動車両２６を側方より見た模式図であり、図の（ｂ）は、電動車両２６を下方より見た模式図である。

電動車両２６において、その左右側面下端領域１１中央に洩れ波インジケータ１２を設置し、その両側に路面へ向けて情報を提示することを目的とした発光体１３を設置する。洩れ波インジケータ１２にて、マイクロ波にて給電している際のマイクロ波の洩れ波を適切に、定量的に検出し、その際の電動車両２６に設置したマイクロ波受電システムにて設置したレクテナ２７にて受信した電力も考慮に入れて電動車両２６の周囲における電界強度分布を推定する。更に、その電界強度分布結果を発光体１３にて地面に提示することで、電動車両２６の周囲にもマイクロ波にて給電している旨を強調し、注意を喚起することができる。

洩れ波インジケータ１２の別の設置例を図３に示す。図の（ａ）は、電動車両２６を側方より見た模式図であり、図の（ｂ）は、電動車両２６を下方より見た模式図である。

洩れ波インジケータ１２を、電動車両２６の左右側面下端領域１１に設置するのは同様であるが、電動車両２６における前後輪の傍、或いはマイクロ波受電システムにて設置したレクテナ２７の端部に対応する部分に洩れ波インジケータ１２を設置する。この方式にすると、電動車両１台に対して洩れ波インジケータ１２は４台必要となるが、図２の設置方式に比べて、洩れ波検出箇所の増加により情報量も増えるので、電界強度分布の推定精度が向上する。

洩れ波インジケータ１２に併せて、電動車両２６には、その周囲における人や物体を感知して反応する対人対物センサ（図示省略）が適宜設置されている。これは、基本的に、従来車両で用いられているコーナセンサやバックソナー等と同等の精度のものでよい。

（第一実施の形態例）
本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置の第一実施の形態例を図４にて示し、説明する。

図４の（ａ）は、駐車場等で停車している電動車両２６へ、通常のマイクロ波送信電力にて電力が供給されている状態を示す。この状態では、電動車両２６に設置されたマイクロ波受信システムのレクテナ２７が最大給電効率にて機能する様に、マイクロ波送信電力が決定されているので、電動車両２６の周囲には、ある程度の洩れ波が発生しており、これを洩れ波インジケータ１２（図４においては省略）にて検出し、レクテナ２７における受信電力情報と併せて電動車両２６周囲における電界強度分布を制御回路（図４においては省略）にて算出し、発光体１３を用いて地面に提示している。この時、発光体１３は、その電界強度に応じて色別に地面に表示することが可能であるとする。

ここで、図４の（ｂ）に示したように、電動車両２６に隣接する領域に別の駐車車両５０が来ると、電動車両２６に設置された対人対物センサ（図示省略）がこれを感知し、制御回路３３（図１）にその情報を送る。制御回路３３は、前記センサ情報と現在の電界強度分布から、給電時におけるマイクロ波の洩れ波による隣接した駐車車両５０への影響を計算し、電動車両２６におけるレクテナ２７のうち、その影響を与え得る領域に存在するレクテナ２７ｂに対応する前記路面側マイクロ波送信アンテナを停止もしくは送信電力を減力する旨を、送受信機２４、３２を介して、マイクロ波送信設備２０へ、マイクロ波送信設備２０が送信するマイクロ波を制御するための信号として、送る。

マイクロ波送信設備２０のマイクロ波送信アンテナ制御回路２５は、前記命令を受信した後、上述の然るべき制御を行う。これにより、レクテナ２７のうちのレクテナ２７ｂを除いた部分であるレクテナ２７ａのみへマイクロ波電力が供給され、駐車車両５０へは、電動車両２６におけるマイクロ波給電による洩れ波の影響が無くなり安全性が確保される。

同時に、前述の駐車車両５０の出現によるマイクロ波送信電力制御にて、電動車両２６周囲における電界強度分布にも変化が現れるが、これは電動車両２６に設置された洩れ波インジケータ１２にて検出され、その結果は発光体１３にて地面にも提示されるので、駐車車両５０やその乗員が、マイクロ波の洩れ波に曝露されない安全性が確保されたことを確認することができる。

上記のように、本実施の形態例において、本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置は、洩れ波インジケータ１２によってマイクロ波の洩れ波量を定量的に検出し、そのマイクロ波の洩れ波量から電動車両２６周囲におけるマイクロ波の洩れ波による電界強度分布を推定し、その電界強度分布と、電動車両２６周囲における状況変化（駐車車両５０が隣接して存在）とに基づいて、マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を制御するための信号をマイクロ波送信設備２０へ向けて発信する。マイクロ波送信設備２０は、この信号を受信して、その内容に応じて、路面側マイクロ波送信アンテナの一部を送信停止とするかもしくは送信電力を減力する。このようにして、本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置は、安全性が確保された状態で、マイクロ波の洩れ波を制御することができる。

また、本実施の形態例では電動車両２６に駐車車両５０が隣接した場合を想定しているが、同様の送信電力制御は、電動車両２６周囲に通行人等が、発光体１３による注意喚起にも関わらず近づいた場合にも適用する。この場合は、近づいてきた通行人等を、本実施の形態例における駐車車両５０と置換えて解釈すればよい。

以上のようにして、電界強度分布を定量的な尺度とし、電動車両２６周囲における状況変化（隣接領域に駐車車両が出現する、車両周囲に通行人等が現れる）に応じて、路面側におけるマイクロ波送信電力を制御するので、電動車両２６への給電電力を削減するのは最小限に抑えつつ、マイクロ波による給電時の安全性を確保することができる。

（第二実施の形態例）
本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置の第二実施の形態例を図５にて示し、説明する。

図５の（a）は、駐車場等で停車した電動車両２６から、乗員６１が降車して間もない状態を示している。電動車両２６は停止、キーオフの状態ではあるが、電動車両２６は、前記対人対物センサ（図示省略）、或いは降車して間もない乗員６１が所持するインテリジェントキー６２にて、乗員６１が電動車両２６周囲に居ることを検知することが可能である。この様な場合において、マイクロ波による給電を実行すると、乗員６１がマイクロ波の洩れ波に曝露される可能性が非常に高いので、マイクロ波の洩れ波監視・制御装置からの信号に基づいて、マイクロ波送信設備２０より電動車両２６へのマイクロ波による給電を行わない。

その後、乗員６１によるキーロック操作に加え、前記センサ、或いはインテリジェントキー６２にて乗員６１が電動車両２６周囲から十分遠ざかる、具体的には、電動車両２６におけるレクテナ２７に対しマイクロ波による給電を行っても、その洩れ波にて乗員６１に影響が及ばない程度の距離を確保したという情報を、前記対人対物センサ、或いはインテリジェントキー６２から確認した段階にて、マイクロ波給電を開始する様に制御回路３３（図１の（ｂ））から路面側マイクロ波送信設備２０へ送受信機２６、３２を介して制御信号を送る。

その制御信号にてマイクロ波送信設備２０よりマイクロ波送信が開始される。その状態を図５の（ｂ）として示す。同時に、前述マイクロ波送信にて電動車両２６周囲における電界強度分布は変化するが、これは洩れ波インジケータ（レクテナ）１２にて検出することが可能である。洩れ波インジケータ（レクテナ）１２にて洩れ波が検出されると、その検出電力と電動車両２６におけるレクテナ１７の受信電力を入力情報として制御回路３３は電動車両２６周囲における電界強度分布を推定し、その電界強度推定に基づき発光体１３を発光させ、マイクロ波による電力授受時の電界強度情報を周囲に提示し注意を喚起する。

加えて、発光体１３における第一エネルギ源としては、洩れ波インジケータ（レクテナ）１２にて検出した洩れ波による電力を用いる。これにより、本来は洩れ波として空気中に無駄に放散されていたマイクロ波エネルギを有効利用することができ、同時に安全性も向上する。洩れ波にて検出した電力にて発光体１３を駆動させるには、その電気エネルギが不足している場合に限り、電動車両２６に搭載された車両電装系用蓄電池３１よりエネルギを発光体１３へ供給する。

また、前述の様に、路面側マイクロ波送信設備２０より電動車両２６へマイクロ波を用いて電力授受時においては、洩れ波インジケータ（レクテナ）１２による洩れ波検出電力に応じて制御回路３３は、発光体１３にて電動車両２６周囲における電界強度分布を地面に提示するが、併せて、その際の時々刻々における電動車両２６でのレクテナ１７が受信した受信電力、電動車両２６に搭載された蓄電源である蓄電機構２８における蓄電量（ＳＯＣ）を用いて、「目標蓄電量までの推定所要充電時間」も地面に照射し、情報を提示する。前記目標蓄電量は満充電（ＳＯＣ＝100％）をデフォルトとするが、この値は、乗員６１等が任意の値に変更することが可能である。上述の「蓄電量（ＳＯＣ）」及び「目標蓄電量までの推定所要充電時間」を発光体１３にて地面に提示（描画）した際の一例を、図５の６３にて示す。このようにして、車両保有者により多くの有益な情報を提示することができる。

これら上述の実施の形態例における一連の制御を、図６のフローチャートにて示す。

まず、マイクロ波送信設備２０から電動車両２６へのマイクロ波による給電が開始されると、車両側制御回路３３はその受信電力と蓄電機構２８における蓄電量（ＳＯＣ）を読み込む（ステップＳ１）。

次に、その給電状態におけるマイクロ波の洩れ波を洩れ波インジケータ１２にて検出（ステップＳ２）し、前記ステップＳ１における受信電力値情報と併せて、電動車両２６周囲における電界強度を推定する（ステップＳ３）。

次に、電動車両２６における対人対物センサ、インテリジェントキー６２からの情報を基に、前記ステップＳ３にて推定した電界強度にてマイクロ波による給電を実施しても周囲に影響を及ぼさないか否かを判断する（ステップＳ４、ステップＳ５）。ここで、例えば、前述第一実施の形態例の様に駐車車両が隣接し、通常のマイクロ波による給電態勢では影響を及ぼすと判断された場合は、然るべきマイクロ波送信電力制御をマイクロ波送信設備２０にて行う（ステップＳ４１、ステップＳ５１）。

その後、電動車両２６における蓄電機構２８の蓄電量（ＳＯＣ）が前期設定蓄電量を越えたか否かを判断し（ステップＳ７）、越えた場合は前期発光体１３による電界強度等の各種情報提示を停止の上（ステップＳ８）、給電を終了（ＥＮＤ）させる。もし越えてなければ（ステップＳ７にて“Ｎｏ”判断の場合）、前期ステップＳ４〜ステップＳ６における各種送信電力制御にて変更された受信電力値と蓄電量（ＳＯＣ）を再読込し（ステップＳ７１）、そのマイクロ波送信環境におけるマイクロ波の洩れ波を、マイクロ波の洩れ波インジケータ（レクテナ）１２にて検出し（ステップＳ７２）、電動車両２６周囲における電界強度を推定（ステップＳ７３）する。そして前記推定結果に基づき、発光体１３を作動させて電動車両２６周囲における電界強度分布を地面に描画の上、情報を提示する（ステップＳ７４）と同時に、その時点における蓄電機構２８の蓄電量（ＳＯＣ）と、目標蓄電量までの所要時間も地面に描画し、乗員６１に対して更なる有益な情報を提示する（ステップＳ７５）。

その後、前記ステップＳ４にリターンし、前述の制御シーケンスを継続する。

もしマイクロ波による給電中に、キー開錠（ＵＮＬＯＣＫ）信号を受信した場合は、電動車両２６周囲に乗員６１が戻ってきたと判断の上、ステップＳ６からステップＳ６１に移行し、前記第二実施の形態例の様に発光体１３を用いて、その時点における「蓄電量（ＳＯＣ）」及び「設定蓄電量までの所要時間」を地面に提示した後、乗員６１への影響を考慮してマイクロ波による給電を終了（ＥＮＤ）させる。

この様にして、電動車両における左右側面下端領域にマイクロ波を用いた電力授受の際に発生し得るマイクロ波の洩れ波を検出するレクテナを設置し、これらの検出電力情報と前記電動車両が受信している電力情報より電動車両周囲における電界強度分布を推定し、時々刻々における前記電動車両周囲の電界強度分布を予め車両側面下部に設置した発光体にて地面に提示する。同時に、この電界強度分布にて影響を与える様な環境変化（具体的には隣接領域に駐車車両が現れる、近くを通行人が往来する等）を検知した場合は、前記環境変化を許容する様に路面側マイクロ波送信システムを制御する。このように、本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置に基づくこれらの作用により、前述マイクロ波を用いた電力授受においても安全性が向上する。

本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置が搭載されている電動車両とマイクロ波送信設備との間でマイクロ波による電力授受を行うシステムの概要図である（ただし、洩れ波インジケータを表示せず）。 本発明における電動車両でのマイクロ波の洩れ波レクテナ設置位置を示す図である。 本発明における電動車両でのマイクロ波の洩れ波レクテナ設置位置を示す図である。 本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置を用いた第一実施の形態例を示す図である。 本発明に係るマイクロ波の洩れ波監視・制御装置を用いた第二実施の形態例を示す図である。 本発明における制御フローチャートである。

符号の説明

１１：左右側面下端領域、１２：洩れ波インジケータ、１３：発光体、２０：マイクロ波送信設備、２１：インフラ電源ライン、２２：マイクロ波発生ユニット、２３：マイクロ波送信アンテナ群、２４：送受信器、２５：マイクロ波送信アンテナ制御回路、２６：電動車両、２７、２７ａ、２７ｂ：レクテナ、２８：蓄電機構、２９：モータジェネレータ、３０：ＤＣ/ＤＣコンバータ、３１：車両電装系用蓄電池、３２：送受信器、３３：制御回路、５０：駐車車両、６１：乗員、６２：インテリジェントキー、６３：表示例。

Claims (7)

1. 路面側に設置されたマイクロ波送信設備から送信されるマイクロ波を受信することにより電力供給を受ける電動車両に設置されるマイクロ波の洩れ波監視・制御装置であって、
   前記電動車両左右側面下端領域におけるマイクロ波の洩れ波量を定量的に検出する洩れ波インジケータを備え、
   前記マイクロ波の洩れ波量に応じて、前記マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を前記マイクロ波送信設備において制御するための信号を前記マイクロ波送信設備へ向けて発信することを特徴とするマイクロ波の洩れ波監視・制御装置。
2. 前記マイクロ波の洩れ波量から前記電動車両周囲におけるマイクロ波の洩れ波による電界強度分布を推定し、該電界強度分布に基づいて前記マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を前記マイクロ波送信設備において制御するための信号を前記マイクロ波送信設備へ向けて発信することを特徴とする請求項１記載のマイクロ波の洩れ波監視・制御装置。
3. 前記電界強度分布と、前記電動車両周囲における状況変化とに基づいて、前記マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を前記マイクロ波送信設備において制御するための信号を前記マイクロ波送信設備へ向けて発信することを特徴とする請求項２記載のマイクロ波の洩れ波監視・制御装置。
4. 前記電界強度分布を、前記電動車両左右側面下部領域に設置した発光体が発する光によって、地面に表示することを特徴とする請求項２または３記載のマイクロ波の洩れ波監視・制御装置。
5. 前記発光体は、前記洩れ波インジケータの出力を第一エネルギ源とすることを特徴とする請求項４記載のマイクロ波の洩れ波監視・制御装置。
6. 前記発光体は、前記電界強度分布以外に、前記電動車両に搭載された蓄電源の蓄電量と、前記蓄電量及びマイクロ波による給電時の受信電力から算出される充電所要時間とを地面に表示することを特徴とする請求項４または５記載のマイクロ波の洩れ波監視・制御装置。
7. 路面側に設置されたマイクロ波送信設備から送信されるマイクロ波を受信することにより電力供給を受ける電動車両におけるマイクロ波の洩れ波監視・制御方法であって、
   前記電動車両左右側面下端領域におけるマイクロ波の洩れ波量を定量的に検出し、該マイクロ波の洩れ波量から前記電動車両周囲におけるマイクロ波の洩れ波による電界強度分布を推定し、該電界強度分布に基づいて前記マイクロ波送信設備が送信するマイクロ波を前記マイクロ波送信設備において制御するための信号を前記マイクロ波送信設備へ向けて発信することを特徴とするマイクロ波の洩れ波監視・制御方法。

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