JP2023000389A - 位置情報送信装置、位置情報送信方法及び移動体 - Google Patents

位置情報送信装置、位置情報送信方法及び移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】移動体と地上側装置との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う際に、電力伝送用の交流磁界が位置信号の送信に与える影響を低減することが可能な位置情報送信装置、位置情報送信方法及び移動体を提供する。【解決手段】非接触給電システム１’において、位置情報送信装置６’は、地上側装置２と、地上側装置との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う車両３との一方に設けられ、交流電力を発生させる交流電力発生回路６１と、交流電力が印加されたときに位置信号として交流磁界を発生させる交流磁界発生回路６２と、非接触電力伝送のために送電側共振回路４３から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の交流電力発生回路への流入を抑制する電力流入抑制部として用いられるフィルタ回路６６と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、位置情報送信装置、位置情報送信方法及び移動体に関する。
従来、磁界結合（電磁誘導）、電界結合、磁界共振結合（磁界共鳴）及び電界共振結合（電界共鳴）のような伝送方式を用いて、地面に設けられた地上側装置と車両のような移動体との間で電力を非接触で伝送する技術が知られている。特に、同一の共鳴周波数を有する送電側共振回路及び受電側共振回路を用いる磁界共振結合方式の非接触電力伝送では、送電側共振回路において発生させた交流磁界を介して、移動体と地上側装置とが離れた状態でも大きな電力を伝送することが可能となる。
しかしながら、地上側装置と移動体との間の電力伝送のために交流磁界を常に発生させることは電力の浪費をもたらす。また、交流磁界による電子機器等への影響も懸念される。このため、移動体が地上側装置の上を通過する適切なタイミングで電力伝送のための交流磁界を発生させることが望ましい。
これに関して、特許文献１には、車両から給電要求が無線送信されると、道路に埋め込まれた給電装置が、車両がその道路を通過するときに非接触で車両に電力を送信することが記載されている。
特開２０１８－１５７６８６号公報
しかしながら、地上側装置への車両の接近が無線通信によって検知される場合には、障害物等によって無線通信が妨げられることで、適切なタイミングで交流磁界を発生させることができないおそれがある。また、車両のような移動体が地上側装置の上を通過するときに送電側共振回路と受電側共振回路との位置ずれが生じていると、電力の伝送効率が低下する。
そこで、本願の発明者等は、鋭意検討の結果、地上側装置と移動体との相対的な位置関係を検知するための位置信号として交流磁界を用いることを見出した。しかしながら、電力伝送用の交流磁界が位置検知用の交流磁界を発生させるための回路に漏洩し、漏洩磁界によって発生した誘導起電力によって位置信号の送信が阻害されるおそれがある。
上記課題に鑑みて、本発明の目的は、移動体と地上側装置との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う際に、電力伝送用の交流磁界が位置信号の送信に与える影響を低減することにある。
本開示の要旨は以下のとおりである。
（１）地上側装置と、該地上側装置との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う移動体との一方に設けられた位置情報送信装置であって、交流電力を発生させる交流電力発生回路と、前記交流電力が印加されたときに位置信号として交流磁界を発生させる交流磁界発生回路と、前記非接触電力伝送のために送電側共振回路から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の前記交流電力発生回路への流入を抑制する電力流入抑制部とを備える、位置情報送信装置。
（２）前記電力流入抑制部は、前記交流電力を通過させ且つ前記誘導起電力を減衰させるフィルタ回路である、上記（１）に記載の位置情報送信装置。
（３）前記電力流入抑制部は、前記送電側共振回路から発せられる交流磁界を遮断する磁気シールド体である、上記（１）又は（２）に記載の位置情報送信装置。
（４）前記交流磁界発生回路は前記地上側装置及び前記移動体の一方に設けられ、前記送電側共振回路は前記地上側装置及び前記移動体の他方に設けられる、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の位置情報送信装置。
（５）地上側装置と移動体との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う非接触給電システムに適用される位置情報送信方法であって、交流電力発生回路によって交流電力を発生させることと、前記交流電力が印加されたときに交流磁界発生回路によって位置信号として交流磁界を発生させることと、前記非接触電力伝送のために送電側共振回路から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の前記交流電力発生回路への流入を抑制することとを含む、位置情報送信方法。
（６）地上側装置から非接触で電力が伝送されるように構成された移動体であって、前記地上側装置に設けられた送電側共振回路から送信される電力を受信する受電側共振回路と、交流電力を発生させる交流電力発生回路と、前記交流電力が印加されたときに位置信号として交流磁界を発生させる交流磁界発生回路と、前記送電側共振回路から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の前記交流電力発生回路への流入を抑制する電力流入抑制部とを備える、移動体。
本発明によれば、移動体と地上側装置との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う際に、電力伝送用の交流磁界が位置信号の送信に与える影響を低減することができる。
図１は、本発明の第一実施形態に係る非接触給電システムの構成を概略的に示す図である。 図２は、地上側装置のコントローラの概略的な構成図である。 図３は、車両のＥＣＵの概略的な構成図である。 図４は、本発明の第二実施形態に係る非接触給電システムの構成を概略的に示す図である。 図５は、位置情報送信装置に設けられたフィルタ回路の一例を示す図である。 図６は、本発明の第三実施形態に係る非接触給電システムの構成を概略的に示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
＜第一実施形態＞
以下、図１～図３を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る非接触給電システム１の構成を概略的に示す図である。非接触給電システム１は、地上側装置２と車両３との間で磁界共振結合（磁界共鳴）による非接触電力伝送を行う。特に、本実施形態では、非接触給電システム１は、車両３が走行しているときに、地上側装置２と車両３との間の非接触電力伝送を行う。車両３は移動体の一例である。なお、非接触電力伝送は、非接触給電、ワイヤレス電力伝送又はワイヤレス給電とも称される。
非接触給電システム１は、非接触で電力を送信するように構成された送電装置４と、非接触で送電装置４から電力を受信するように構成された受電装置５とを備える。本実施形態では、送電装置４が地上側装置２に搭載され、受電装置５が車両３に搭載される。すなわち、地上側装置２が車両３の給電を行い、非接触給電システム１は非接触で地上側装置２から車両３に電力を伝送する。
図１に示されるように、地上側装置２は、送電装置４に加えて、電源２１及びコントローラ２２を備える。地上側装置２は、車両３が通過する道路に設けられ、例えば地中（路面の下）に埋め込まれる。なお、地上側装置２の少なくとも一部（例えば電源２１及びコントローラ２２）は路面の上に配置されてもよい。
電源２１は、送電装置４の電力源であり、送電装置４に電力を供給する。電源２１は、例えば、単相交流電力を供給する商用交流電源である。なお、電源２１は、三相交流電力を供給する交流電源等であってもよい。
送電装置４は、送電側整流回路４１、インバータ４２及び送電側共振回路４３を備える。送電装置４では、送電側整流回路４１及びインバータ４２を介して送電側共振回路４３に交流磁界を発生させるための交流電力（高周波電力）が供給される。
送電側整流回路４１は電源２１及びインバータ４２に電気的に接続される。送電側整流回路４１は、電源２１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換し、直流電力をインバータ４２に供給する。送電側整流回路４１は例えばＡＣ／ＤＣコンバータである。
インバータ４２は送電側整流回路４１及び送電側共振回路４３に電気的に接続される。インバータ４２は、送電側整流回路４１から供給された直流電力を、電源２１の交流電力よりも高い周波数の交流電力（高周波電力）に変換し、高周波電力を送電側共振回路４３に供給する。
送電側共振回路４３は、コイル４４及びコンデンサ４５から構成される共振器を有する。コイル４４及びコンデンサ４５の各種パラメータ（コイル４４の外径及び内径、コイル４４の巻数、コンデンサ４５の静電容量等）は、送電側共振回路４３の共振周波数が所定の設定値になるように定められる。所定の設定値は、例えば１０ｋＨｚ～１００ＧＨｚであり、好ましくは、非接触電力伝送用の周波数帯域としてＳＡＥ ＴＩＲ Ｊ２９５４規格によって定められた８５ｋＨｚである。
送電側共振回路４３は、コイル４４の中心が車線の中央に位置するように、車両３が通過する車線の中央に配置される。インバータ４２から供給された高周波電力が送電側共振回路４３に印加されると、送電側共振回路４３は、電力を送信するための交流磁界を発生させる。なお、電源２１が燃料電池又は太陽電池のような直流電源であってもよく、この場合に送電側整流回路４１が省略されてもよい。
コントローラ２２は、例えば汎用コンピュータであり、地上側装置２の各種制御を行う。例えば、コントローラ２２は、送電装置４のインバータ４２に電気的に接続され、送電装置４による電力送信を制御すべくインバータ４２を制御する。
図２は、コントローラ２２の概略的な構成図である。コントローラ２２はメモリ２３及びプロセッサ２４を備える。メモリ２３及びプロセッサ２４は信号線を介して互いに接続されている。なお、コントローラ２２は、地上側装置２と地上側装置２の外部との通信を可能とする通信インターフェース等を更に備えていてもよい。
メモリ２３は、例えば、揮発性の半導体メモリ（例えばＲＡＭ）及び不揮発性の半導体メモリ（例えばＲＯＭ）を有する。メモリ２３は、プロセッサ２４において実行されるプログラム、プロセッサ２４によって各種処理が実行されるときに使用される各種データ等を記憶する。
プロセッサ２４は、一つ又は複数のＣＰＵ(Central Processing Unit)及びその周辺回路を有し、各種処理を実行する。なお、プロセッサ２４は、論理演算ユニット又は数値演算ユニットのような演算回路を更に有していてもよい。
一方、車両３は、図１に示されるように、受電装置５に加えて、モータ３１、バッテリ３２、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）３３及び電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３４を備える。本実施形態では、車両３は、内燃機関を搭載していない電気自動車（ＥＶ）であり、モータ３１が走行用の動力を出力する。
モータ３１は、例えば交流同期モータであり、電動機及び発電機として機能する。モータ３１は、電動機として機能するとき、バッテリ３２に蓄えられた電力を動力源として駆動される。モータ３１の出力は減速機及び車軸を介して車輪９０に伝達される。一方、車両３の減速時には車輪９０の回転によってモータ３１が駆動され、モータ３１は発電機として機能して回生電力を発電する。
バッテリ３２は、充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等から構成される。バッテリ３２は車両３の走行に必要な電力（例えばモータ３１の駆動電力）を蓄える。モータ３１によって発電された回生電力がバッテリ３２に供給されると、バッテリ３２が充電され、バッテリ３２の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）が回復する。なお、バッテリ３２は、車両３に設けられた充電ポートを介して地上側装置２以外の外部電源によっても充電可能であってもよい。
ＰＣＵ３３はバッテリ３２及びモータ３１に電気的に接続される。ＰＣＵ３３は、インバータ、昇圧コンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを有する。インバータは、バッテリ３２から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ３１に供給する。一方、インバータは、モータ３１によって発電された交流電力（回生電力）を直流電力に変換し、直流電力をバッテリ３２に供給する。昇圧コンバータは、バッテリ３２に蓄えられた電力がモータ３１に供給されるときに、必要に応じてバッテリ３２の電圧を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリ３２に蓄えられた電力がヘッドライト等の電子機器に供給されるときに、バッテリ３２の電圧を降圧する。
受電装置５は、受電側共振回路５１、受電側整流回路５４及び充電回路５５を備える。受電装置５は、送電装置４から電力を受信し、受信した電力をバッテリ３２に供給する。
受電側共振回路５１は、路面との距離が小さくなるように車両３の底部に配置される。本実施形態では、受電側共振回路５１は、車幅方向において車両３の中央に配置され、車両３の前後方向において前輪９０と後輪９０との間に配置される。
受電側共振回路５１は、送電側共振回路４３と同様の構成を有し、コイル５２及びコンデンサ５３から構成される共振器を有する。コイル５２及びコンデンサ５３の各種パラメータ（コイル５２の外径及び内径、コイル５２の巻数、コンデンサ５３の静電容量等）は、受電側共振回路５１の共振周波数が送電側共振回路４３の共振周波数と一致するように定められる。なお、受電側共振回路５１の共振周波数と送電側共振回路４３の共振周波数とのずれ量が小さければ、例えば受電側共振回路５１の共振周波数が送電側共振回路４３の共振周波数の±２０％の範囲内であれば、受電側共振回路５１の共振周波数は送電側共振回路４３の共振周波数と必ずしも一致している必要はない。
図１に示されるように受電側共振回路５１が送電側共振回路４３と対向しているときに、送電側共振回路４３に交流磁界が発生すると、交流磁界の振動が、送電側共振回路４３と同一の共振周波数で共鳴する受電側共振回路５１に伝達する。この結果、電磁誘導によって受電側共振回路５１に誘導電流が流れ、誘導電流によって受電側共振回路５１において誘導起電力が発生する。受電側共振回路５１において発生した誘導起電力は受電側整流回路５４及び充電回路５５を介してバッテリ３２に回収される。すなわち、送電側共振回路４３は受電側共振回路５１へ電力を送信し、受電側共振回路５１は送電側共振回路４３から電力を受信する。
受電側整流回路５４は受電側共振回路５１及び充電回路５５に電気的に接続される。受電側整流回路５４は、受電側共振回路５１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換し、直流電力を充電回路５５に供給する。受電側整流回路５４は例えばＡＣ／ＤＣコンバータである。
充電回路５５は受電側整流回路５４及びバッテリ３２に電気的に接続される。充電回路５５は、受電側整流回路５４から供給された直流電力をバッテリ３２の電圧レベルに変換してバッテリ３２に供給する。送電装置４から送信された電力が受電装置５によってバッテリ３２に供給されると、バッテリ３２が充電され、バッテリ３２のＳＯＣが回復する。充電回路５５は例えばＤＣ／ＤＣコンバータである。
ＥＣＵ３４は車両３の各種制御を行う。例えば、ＥＣＵ３４は、受電装置５の充電回路５５に電気的に接続され、送電装置４から送信された電力によるバッテリ３２の充電を制御すべく充電回路５５を制御する。また、ＥＣＵ３４は、ＰＣＵ３３に電気的に接続され、バッテリ３２とモータ３１との間の電力の授受を制御すべくＰＣＵ３３を制御する。
図３は、ＥＣＵ３４の概略的な構成図である。ＥＣＵ３４は、通信インターフェース３５、メモリ３６及びプロセッサ３７を有する。通信インターフェース３５、メモリ３６及びプロセッサ３７は信号線を介して互いに接続されている。
通信インターフェース３５は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ネットワークにＥＣＵ３４を接続するためのインターフェース回路を有する。
メモリ３６は、例えば、揮発性の半導体メモリ（例えばＲＡＭ）及び不揮発性の半導体メモリ（例えばＲＯＭ）を有する。メモリ３６は、プロセッサ３７において実行されるプログラム、プロセッサ３７によって各種処理が実行されるときに使用される各種データ等を記憶する。
プロセッサ３７は、一つ又は複数のＣＰＵ(Central Processing Unit)及びその周辺回路を有し、各種処理を実行する。なお、プロセッサ３７は、論理演算ユニット又は数値演算ユニットのような演算回路を更に有していてもよい。
また、図３に示されるように、車両３は、ＧＮＳＳ受信機３８、地図データベース３９及び通信装置４０を更に備える。ＧＮＳＳ受信機３８、地図データベース３９及び通信装置４０はＥＣＵ３４に電気的に接続される。
ＧＮＳＳ受信機３８は、複数（例えば３つ以上）の測位衛星から得られる測位情報に基づいて、車両３の現在位置（例えば車両３の緯度及び経度）を検出する。具体的には、ＧＮＳＳ受信機３８は、複数の測位衛星を捕捉し、測位衛星から発信された電波を受信する。そして、ＧＮＳＳ受信機３８は、電波の発信時刻と受信時刻との差に基づいて測位衛星までの距離を算出し、測位衛星までの距離及び測位衛星の位置（軌道情報）に基づいて車両３の現在位置を検出する。ＧＮＳＳ受信機３８の出力、すなわちＧＮＳＳ受信機３８によって検出された車両３の現在位置はＥＣＵ３４に送信される。
なお、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全球測位衛星システム）は、米国のＧＰＳ、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ、欧州のＧａｌｉｌｅｏ、日本のＱＺＳＳ、中国のＢｅｉＤｏｕ、インドのＩＲＮＳＳ等の衛星測位システムの総称である。したがって、ＧＮＳＳ受信機３８にはＧＰＳ受信機が含まれる。
地図データベース３９は地図情報を記憶している。地図情報には、地上側装置２の設置エリアの位置情報等が含まれる。ＥＣＵ３４は地図データベース３９から地図情報を取得する。なお、地図データベース３９が車両３の外部（例えばサーバ等）に設けられ、ＥＣＵ３４は車両３の外部から地図情報を取得してもよい。
通信装置４０は、車両３と車両３の外部との通信を可能とする機器（例えば、路車間通信機、データ通信モジュール（ＤＣＭ：Data communication module）等）である。ＥＣＵ３４は通信装置４０を介して車両３の外部と通信する。
上記のように、非接触給電システム１は、送電装置４の送電側共振回路４３において発生させた交流磁界を介して、地上側装置２から車両３に電力を伝送する。しかしながら、地上側装置２と車両３との間の電力伝送のために交流磁界を常に発生させることは電力の浪費をもたらす。また、交流磁界による電子機器等への影響も懸念される。
このため、車両３が地上側装置２の上を通過する適切なタイミングで電力伝送のための交流磁界を発生させることが望ましい。しかしながら、地上側装置２への車両３の接近が無線通信によって検知される場合には、障害物等によって無線通信が妨げられることで、適切なタイミングで交流磁界を発生させることができないおそれがある。また、車両３が地上側装置２の上を通過するときに送電側共振回路４３と受電側共振回路５１との位置ずれが生じていると、電力の伝送効率が低下する。
そこで、本実施形態では、非接触給電システム１は、位置情報送信装置６及び磁界検出器７を備え、位置情報送信装置６及び磁界検出器７を用いて送電装置４の送電側共振回路４３と受電装置５の受電側共振回路５１との相対的な位置関係を検知する。本実施形態では、図１に示されるように、位置情報送信装置６は車両３に設けられ、磁界検出器７は地上側装置２に設けられる。
位置情報送信装置６は交流電力発生回路６１及び交流磁界発生回路６２を備える。位置情報送信装置６は、交流磁界を介して、地上側装置２と車両３との相対的な位置関係に関する情報、本実施形態では車両３の位置情報を送信する。
交流電力発生回路６１は、バッテリ３２及び交流磁界発生回路６２に電気的に接続される。交流電力発生回路６１は、交流電力を発生させ、交流電力を交流磁界発生回路６２に供給する。例えば、交流電力発生回路６１は発振回路及び増幅器を有する。発振回路は、例えばインバータから構成され、バッテリ３２から供給された直流電力を所定周波数の交流電力に変換する。増幅器は発振回路の出力電力（交流電力）を増幅する。
図１に示されるように、交流磁界発生回路６２は、路面との距離が小さくなるように車両３の底部に配置される。本実施形態では、交流磁界発生回路６２は、車幅方向において車両３の中央に配置され、車両３の前後方向において受電側共振回路５１よりも後方に配置される。なお、交流磁界発生回路６２は車両３の前後方向において受電側共振回路５１と同一の位置又は受電側共振回路５１よりも前方に配置されてもよい。
交流磁界発生回路６２は、送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１と同様の構成を有し、コイル６３及びコンデンサ６４から構成される共振器を有する。コイル６３及びコンデンサ６４の各種パラメータ（コイル６３の外径及び内径、コイル６３の巻数、コンデンサ６４の静電容量等）は、交流磁界発生回路６２の共振周波数が所定の設定値になるように定められる。所定の設定値は、送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数、すなわち磁界共振結合の共振周波数とは異なる値に設定される。また、交流電力発生回路６１から交流磁界発生回路６２に供給される交流電力の周波数は交流磁界発生回路６２の共振周波数と同一の値に設定される。
交流電力発生回路６１から供給された交流電力が交流磁界発生回路６２に印加されると、交流磁界発生回路６２は、送電側共振回路４３と受電側共振回路５１との相対的な位置関係を検知するための交流磁界（以下、「位置検知用の交流磁界」と称する）を発生させる。すなわち、交流磁界発生回路６２は、交流電力が印加されたときに位置信号として交流磁界を発生させる。
図１に示されるように、交流電力発生回路６１はＥＣＵ３４に電気的に接続され、ＥＣＵ３４は交流電力発生回路６１を制御する。交流電力発生回路６１は、ＥＣＵ３４からの指令に基づいて、バッテリ３２から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を交流磁界発生回路６２に供給する。
例えば、ＥＣＵ３４は、地上側装置２の設置エリアと車両３との間の距離が所定値以下になったときに、交流電力発生回路６１を制御して交流磁界発生回路６２によって位置検知用の交流磁界を発生させる。地上側装置２の設置エリアと車両３との間の距離は、例えば、ＧＮＳＳ受信機３８によって検出された車両３の現在位置と、地図データベース３９に記憶された地上側装置２の設置エリアの位置とを照合することによって算出される。なお、ＥＣＵ３４は、地上側装置２の手前に設けられた路側機から通信装置４０を介して所定の信号を受信したときに、交流電力発生回路６１を制御して交流磁界発生回路６２によって位置検知用の交流磁界を発生させてもよい。また、ＥＣＵ３４は、車両３が走行しているときに、交流磁界発生回路６２によって微弱な交流磁界を常に発生させてもよい。
また、ＰＣＵ３３が交流電力発生回路６１として機能してもよい。この場合、ＰＣＵ３３は交流磁界発生回路６２に電気的に接続され、ＥＣＵ３４はＰＣＵ３３を制御して交流磁界発生回路６２によって位置検知用の交流磁界を発生させる。
磁界検出器７は周囲の磁界を検出する。磁界検出器７は、例えば、磁気インピーダンス（ＭＩ：Magneto-Impedance）センサである。磁界検出器７の駆動電力は、例えば電源２１等から駆動回路を介して磁界検出器７に供給される。なお、磁界検出器７は、ホールセンサ、磁気抵抗効果（ＭＲ：Magneto Resistive）センサ等であってもよい。
磁界検出器７は、送電装置４が設けられた道路において、車両３の進行方向において送電装置４の送電側共振回路４３よりも手前に配置され、車両３が通過する車線の中央に配置される。磁界検出器７は地中（路面の下）又は路面の上に配置される。磁界検出器７の周囲の車両３から位置検知用の交流磁界が発せられると、磁界検出器７は位置検知用の交流磁界を検出する。なお、磁界検出器７は車両３の進行方向と垂直な方向に沿って複数配置されていてもよい。
磁界検出器７はコントローラ２２に電気的に接続され、磁界検出器７の出力はコントローラ２２に送信される。コントローラ２２は、磁界検出器７の出力に基づいて送電側共振回路４３と受電側共振回路５１との相対的な位置関係を推定し、推定した位置関係に基づいて地上側装置２と車両３との間の非接触電力伝送を制御する。
すなわち、コントローラ２２は、交流磁界発生回路６２から発せられた位置検知用の交流磁界を検出することによって、送電側共振回路４３と受電側共振回路５１との相対的な位置関係を推定する。位置信号として交流磁界を用いることによって、信号の送受信における障害物の影響を低減することができる。また、地上側装置２の周囲に存在する金属等によって定常磁界（直流磁界）が生じている場合であっても、斯かる定常磁界と位置信号（交流磁界）との識別が容易となる。
さらに、本実施形態では、位置検知用の交流磁界の周波数は送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数と異なる。このため、電力伝送のために送電側共振回路４３において発生する交流磁界と、位置検知のために交流磁界発生回路６２において発生する交流磁界との識別が容易となる。したがって、位置検知用の信号として、電力伝送用の交流磁界とは異なる周波数の交流磁界を用いることによって、送電側共振回路４３と受電側共振回路５１との相対的な位置関係を精度良く検知することができる。
好ましくは、位置検知用の交流磁界の周波数は送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数よりも低い値に設定される。このことによって、位置検知用の交流磁界をより容易に発生させることができる。例えば、送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数が８５ｋＨｚである場合、位置検知用の交流磁界の周波数は、５０Ｈｚ～５０ｋＨｚ、例えば１ｋＨｚに設定される。
また、本実施形態では、送電側共振回路４３及び磁界検出器７が地上側装置２に設けられ、受電側共振回路５１及び交流磁界発生回路６２が車両３に設けられている。すなわち、送電側共振回路４３及び磁界検出器７が車両３及び地上側装置２の一方に設けられ、受電側共振回路５１及び交流磁界発生回路６２が車両３及び地上側装置２の他方に設けられている。この場合、電力伝送用の交流磁界の発生源と位置検知用の交流磁界の発生源とが異なるため、磁界検出器７によって検出される信号強度の時間変化が位置検知用の交流磁界と電力伝送用の交流磁界との間で異なるものとなる。この結果、位置検知用の交流磁界と電力伝送用の交流磁界との識別がより容易となり、ひいては送電側共振回路４３と受電側共振回路５１との相対的な位置関係をより精度良く検知することができる。
しかしながら、位置信号として交流磁界が用いられる場合には、無線通信による位置検知の場合とは異なる以下のような問題が生じうる。すなわち、送電装置４の送電側共振回路４３から交流磁界が発せられると、受電側共振回路５１と共に車両３に設けられた交流磁界発生回路６２において漏洩磁界が生じる。この結果、交流磁界発生回路６２においても誘導起電力が発生し、この誘導起電力によって位置情報送信装置６による位置信号の送信が阻害されるおそれがある。具体的には、交流磁界発生回路６２において発生した誘導起電力が過電圧として交流電力発生回路６１に流入し、この結果、交流電力発生回路６１が適切な交流電力を交流磁界発生回路６２に供給できなくなるおそれがある。
そこで、本実施形態では、位置情報送信装置６は電力流入抑制部を備え、電力流入抑制部は、非接触電力伝送のために送電側共振回路４３から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の交流電力発生回路６１への流入を抑制する。このことによって、送電側共振回路４３から発せられる交流磁界が位置情報送信装置６による位置信号の送信に与える影響を低減することができる。
本実施形態では、電力流入抑制部として磁気シールド体６５が用いられ、位置情報送信装置６は磁気シールド体６５を備える。磁気シールド体６５は交流磁界発生回路６２のコイル６３を覆うように交流磁界発生回路６２（例えば交流磁界発生回路６２の底部）に設けられる。例えば、磁気シールド体６５は、シート形状を有し、粘着剤によって交流磁界発生回路６２に貼り付けられる。
磁気シールド体６５は、高透磁率の磁性材料から構成され、所定周波数の磁界を遮断するように構成される。本実施形態では、磁気シールド体６５は、送電側共振回路４３から発せられる交流磁界、すなわち送電側共振回路４３の共振周波数の交流磁界を遮断する。すなわち、磁気シールド体６５は、電力伝送用の交流磁界によって交流磁界発生回路６２において誘導起電力が発生することを抑制し、このことによって誘導起電力の交流電力発生回路６１への流入を抑制する。
また、本実施形態では、交流磁界発生回路６２が車両３に設けられ、送電側共振回路４３が地上側装置２に設けられている。すなわち、交流磁界発生回路６２が地上側装置２及び車両３の一方に設けられ、送電側共振回路４３が地上側装置２及び車両３の他方に設けられている。この場合、地上側装置２が車両３に電力を伝送するときに交流磁界発生回路６２において漏洩磁界が生じ、他の車両の給電のために地上側装置２から交流磁界が発せられるときには交流磁界発生回路６２において漏洩磁界は生じない。したがって、電力伝送用の交流磁界に起因する誘導起電力の交流電力発生回路６１への流入をより効果的に抑制することができる。
＜第二実施形態＞
第二実施形態に係る非接触給電システムの構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る非接触給電システムの構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図４は、本発明の第二実施形態に係る非接触給電システム１’の構成を概略的に示す図である。第二実施形態では、電力流入抑制部として磁気シールド体６５の代わりにフィルタ回路６６が用いられ、位置情報送信装置６’はフィルタ回路６６を備える。フィルタ回路６６は、交流電力発生回路６１と交流磁界発生回路６２との間に設けられ、交流電力発生回路６１及び交流磁界発生回路６２に電気的に接続される。
フィルタ回路６６は所定周波数の電力を減衰させるように構成される。本実施形態では、フィルタ回路６６は、交流電力発生回路６１から供給される交流電力を通過させ、送電側共振回路４３から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力を減衰させる。すなわち、フィルタ回路６６は、交流磁界発生回路６２から位置信号として交流磁界が発せられるときには、交流電力発生回路６１から交流磁界発生回路６２に供給される交流電力を通過させる。一方、フィルタ回路６６は、電力伝送用の交流磁界を介して交流磁界発生回路６２において誘導起電力が発生したときには、交流磁界発生回路６２から交流電力発生回路６１に供給される誘導起電力を減衰させる。したがって、フィルタ回路６６を用いることによって、交流磁界発生回路６２において誘導起電力が発生したとしても、誘導起電力の交流電力発生回路６１への流入を抑制することができる。
交流磁界発生回路６２において発生する誘導起電力の周波数は、電力伝送用の交流磁界の周波数、すなわち送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数と等しい。誘導起電力の周波数が、交流電力発生回路６１から供給される交流電力の周波数よりも低い場合には、例えば、フィルタ回路６６としてハイパスフィルタ（ＨＰＦ）が用いられる。一方、誘導起電力の周波数が、交流電力発生回路６１から供給される交流電力の周波数よりも高い場合には、例えば、フィルタ回路６６としてローパスフィルタ（ＬＰＦ）が用いられる。なお、フィルタ回路６６として、交流電力の周波数を含み且つ誘導起電力の周波数を含まない特定の周波数帯の信号のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）が用いられてもよい。
図５は、位置情報送信装置６’に設けられたフィルタ回路６６の一例を示す図である。交流電力発生回路６１は発振回路６１ａ及び増幅器６１ｂから構成され、フィルタ回路６６は増幅器６１ｂと交流磁界発生回路６２との間に設けられる。
図５の例では、フィルタ回路６６は、コイル（インダクタ）とコンデンサとが組み合わされたＬＣフィルタであり、具体的にはＴ型のローパスフィルタ（ＬＰＦ）である。この場合、交流磁界発生回路６２において発生する誘導起電力の周波数、すなわち送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数は例えば８５ｋＨｚであり、交流電力発生回路６１から供給される交流電力の周波数は、５０Ｈｚ～５０ｋＨｚ、例えば１ｋＨｚである。フィルタ回路６６は、交流電力発生回路６１の増幅器６１ｂから供給された交流電力を交流磁界発生回路６２へ通過させ、交流磁界発生回路６２において発生した誘導起電力を減衰させる。
＜第三実施形態＞
第三実施形態に係る非接触給電システムの構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る非接触給電システムの構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図６は、本発明の第三実施形態に係る非接触給電システム１”の構成を概略的に示す図である。上述したように、車両３のバッテリ３２は、モータ３１によって発電された回生電力によって充電可能である。しかしながら、バッテリ３２のＳＯＣが高いときには回生電力をバッテリ３２に供給することができない。また、バッテリ３２のＳＯＣが高い状態が維持されると、バッテリ３２の劣化が促進される。このため、車両３の走行中にバッテリ３２のＳＯＣを減少させるニーズが存在する。
そこで、第三実施形態では、第一実施形態と異なり、送電装置４が車両３に搭載され、受電装置５が地上側装置２に搭載される。すなわち、非接触給電システム１”は、車両３が走行しているときに、非接触で車両３から地上側装置２に電力を伝送する。
第三実施形態では、送電装置４はインバータ４２及び送電側共振回路４３を備える。また、送電装置４の電力源としてバッテリ３２が用いられ、車両３から地上側装置２への電力伝送によってバッテリ３２の電力が消費される。
インバータ４２はバッテリ３２及び送電側共振回路４３に電気的に接続される。インバータ４２は、バッテリ３２から供給された直流電力を高周波電力に変換し、高周波電力を送電側共振回路４３に供給する。インバータ４２から供給された高周波電力が送電側共振回路４３に印加されると、送電側共振回路４３は、電力を伝送するための交流磁界を発生させる。ＥＣＵ３４は、送電装置４のインバータ４２に電気的に接続され、送電装置４による電力送信を制御すべくインバータ４２を制御する。なお、インバータ４２が省略され、ＰＣＵ３３が、送電側共振回路４３に電気的に接続され、送電装置４のインバータとして機能してもよい。
一方、受電装置５は、第一実施形態と同様に、受電側共振回路５１、受電側整流回路５４及び充電回路５５を備える。地上側装置２は蓄電池２５を備え、送電装置４から受電装置５へ送信された電力は蓄電池２５に供給される。蓄電池２５は、充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等から構成される。
図６に示されるように受電側共振回路５１が送電側共振回路４３と対向しているときに、送電側共振回路４３に交流磁界が発生すると、交流磁界の振動が、送電側共振回路４３と同一の共振周波数で共鳴する受電側共振回路５１に伝達する。この結果、電磁誘導によって受電側共振回路５１に誘導電流が流れ、誘導電流によって受電側共振回路５１において誘導起電力が発生する。受電側共振回路５１において発生した誘導起電力は蓄電池２５に回収される。
充電回路５５は、受電側整流回路５４及び蓄電池２５に電気的に接続され、受電側整流回路５４から供給された直流電力を蓄電池２５の電圧レベルに変換して蓄電池２５に供給する。送電装置４から送信された電力が受電装置５によって蓄電池２５に供給されると、蓄電池２５が充電される。
また、第三実施形態では、位置情報送信装置６が地上側装置２に設けられ、磁界検出器７が車両３に設けられる。位置情報送信装置６は、第一実施形態と同様に、交流電力発生回路６１、交流磁界発生回路６２及び磁気シールド体６５を備える。
交流磁界発生回路６２は、車両３が通過する車線の中央に配置され、車両３の進行方向において受電側共振回路５１よりも手前に配置される。なお、交流磁界発生回路６２は車両３の進行方向において受電側共振回路５１と同一の位置又は受電側共振回路５１よりも前方に配置されてもよい。
交流電力発生回路６１は蓄電池２５及び交流磁界発生回路６２に電気的に接続される。交流電力発生回路６１はコントローラ２２に電気的に接続され、コントローラ２２は交流電力発生回路６１を制御する。交流電力発生回路６１は、コントローラ２２からの指令に基づいて、蓄電池２５から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を交流磁界発生回路６２に供給する。
例えば、地上側装置２の手前に設けられた路側機が車両３を検知し、コントローラ２２は、この路側機からの信号を受信したときに、交流電力発生回路６１を制御して交流磁界発生回路６２によって位置検知用の交流磁界を発生させる。なお、コントローラ２２は、所定の時間帯（例えば夜間以外の時間帯）において又は終日、交流磁界発生回路６２によって微弱な交流磁界を常に発生させてもよい。
第一実施形態と同様に、磁気シールド体６５は、交流磁界発生回路６２のコイル６３を覆うように交流磁界発生回路６２（例えば交流磁界発生回路６２の上部）に設けられ、送電側共振回路４３から発せられる交流磁界を遮断する。このことによって、電力伝送用の交流磁界に起因する誘導起電力の交流電力発生回路６１への流入を抑制することができる。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、位置検知用の交流磁界を発生させる交流磁界発生回路６２は、磁界共振結合を用いる必要はないため、コンデンサ６４を有していなくてもよい。
また、位置検知用の交流磁界の周波数の信号を通過させ且つ送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数の信号を減衰させるように構成されたフィルタ回路が磁界検出器７とコントローラ２２又はＥＣＵ３４との間に設けられてもよい。この場合、コントローラ２２又はＥＣＵ３４は、このフィルタ回路によってフィルタ処理された磁界検出器７の出力を取得する。
また、車両３は、走行用の動力源として内燃機関及びモータを備えたハイブリッド車両（ＨＶ）又はプラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ）であってもよい。また、車両３は、車両３の加速、操舵及び減速（制動）の少なくとも一部が自動的に制御される自動運転車両であってもよい。さらに、地上側装置２と電力の授受を行う移動体は、バス又はトラックのような商用車、無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle）、ドローン等であってもよい。
また、図１に示される第一実施形態において、位置情報送信装置６が地上側装置２に設けられ、磁界検出器７が車両３に設けられてもよい。この場合、ＥＣＵ３４が磁界検出器７の出力に基づいて送電側共振回路４３と受電側共振回路５１との相対的な位置関係を推定し、推定された相対的な位置関係が例えば車両３の表示装置（ＨＭＩ等）を介してドライバに提示される。このことによって、ドライバは、電力の伝送量を増加させるために、必要に応じて車両３の減速、操舵等を行うことができる。なお、推定された相対的な位置関係に基づいて、電力の伝送量が増加するように車両３が自動的に制御されてもよい。
また、上述した実施形態は、任意に組み合わせて実施可能である。例えば、第三実施形態において、第二実施形態と同様に、電力流入抑制部として磁気シールド体６５の代わりにフィルタ回路６６が用いられてもよい。また、電力流入抑制部として磁気シールド体６５及びフィルタ回路６６が併用されてもよい。
１、１’、１” 非接触給電システム
２ 地上側装置
３ 車両
４３ 送電側共振回路
６、６’ 位置情報送信装置
６１ 交流電力発生回路
６２ 交流磁界発生回路
６５ 磁気シールド体
６６ フィルタ回路

Claims (6)

  1. 地上側装置と、該地上側装置との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う移動体との一方に設けられた位置情報送信装置であって、
    交流電力を発生させる交流電力発生回路と、
    前記交流電力が印加されたときに位置信号として交流磁界を発生させる交流磁界発生回路と、
    前記非接触電力伝送のために送電側共振回路から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の前記交流電力発生回路への流入を抑制する電力流入抑制部と
    を備える、位置情報送信装置。
  2. 前記電力流入抑制部は、前記交流電力を通過させ且つ前記誘導起電力を減衰させるフィルタ回路である、請求項１に記載の位置情報送信装置。
  3. 前記電力流入抑制部は、前記送電側共振回路から発せられる交流磁界を遮断する磁気シールド体である、請求項１又は２に記載の位置情報送信装置。
  4. 前記交流磁界発生回路は前記地上側装置及び前記移動体の一方に設けられ、前記送電側共振回路は前記地上側装置及び前記移動体の他方に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の位置情報送信装置。
  5. 地上側装置と移動体との間で磁界共振結合による非接触電力伝送を行う非接触給電システムに適用される位置情報送信方法であって、
    交流電力発生回路によって交流電力を発生させることと、
    前記交流電力が印加されたときに交流磁界発生回路によって位置信号として交流磁界を発生させることと、
    前記非接触電力伝送のために送電側共振回路から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の前記交流電力発生回路への流入を抑制することと
    を含む、位置情報送信方法。
  6. 地上側装置から非接触で電力が伝送されるように構成された移動体であって、
    前記地上側装置に設けられた送電側共振回路から送信される電力を受信する受電側共振回路と、
    交流電力を発生させる交流電力発生回路と、
    前記交流電力が印加されたときに位置信号として交流磁界を発生させる交流磁界発生回路と、
    前記送電側共振回路から発せられる交流磁界に起因する誘導起電力の前記交流電力発生回路への流入を抑制する電力流入抑制部と
    を備える、移動体。
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