JP4784157B2 - マイクロ波を用いた電動車両への給電方法 - Google Patents

Description

本発明は、走行車両に車両外の路面等インフラ側から電力を供給する方法に係る。

マイクロ波による電力伝送において伝送効率向上の方法として、従来は、下記特許文献１に開示されているようにレクテナを大電力化する方法か、あるいは下記特許文献２で開示されている給電系の構造によりマイクロ波の散乱によるロスを低減する方法等が検討されていた。特に、後者の効率向上に関しては、以下のような方法が開示されている。なお、レクテナとはマイクロ波受信アンテナと整流回路とからなるマイクロ波受信装置である。

走行車両に対する電力受給システムとして下記特許文献２に記載のシステムが開示されている。この電力受給システムの基本構成は、インフラ側となる路面に埋設された電力供給装置と、受電側となる車両に搭載されている受信装置とで形成されている。電力供給装置はマイクロ波の形で送電されてくる電力の送電系としての導波管と、マイクロ波電力を放出するスロットアンテナとで構成されており、さらに、マイクロ波にある程度の方向性を持たせ、効率よく受信側に電力供給するための導電性材料により形成されている送信用反射板と、電力供給装置保護のためのマイクロ波を透過する覆いとが取り付けられている。

車両側に搭載されている受信装置は、マイクロ波を受信し整流するマイクロ波受信装置であるレクテナと、このレクテナで受電した電力を充電する充電池とで構成されており、さらに、送電されて来たマイクロ波を効率よく受信するための導電性材料により形成されている受信用反射板が取り付けられている。この構成により、電力受給の効率を向上させた電力受給システムとしている。

前者の大電力化の方法は、電動車両の場合のように電力送信側と受信側との相対位置関係が絶えず変動する場合に対しては、ロスを見越しての大電力伝送が必要となる。また、後者の構造的に効率を向上する方法においては、特定の車種に対しては効率向上はあるものの、送信側と受信側のアンテナの相対位置により給電の効率変動があり、また、車種による必要電力変動に対しても十分に対応出来ないと言う問題もあった。

特許第３３８５４７２号 特開２００２−１５２９９６号公報

前記の様に、路面（インフラ）側に送信側反射板、車両側に受信側反射板を設置し、更に送信側反射板の幅領域を全て覆う様に受信側反射板の幅領域を前記送信側反射板のそれよりも広く設定する事により、路面・車両間すなわち送受信間における車外へのマイクロ波の洩れ波は低減され、電力受給の効率を向上させることが可能と考えられる。

しかしながら、路面側、車両側共に反射板を設置する必要があるので、特に路面側のシステム設定、及びその設置が大掛りになる。加えて、例えば車両がコーナ部分あるいは車両を道路の進行方向に対して斜方向に配置した場合等、上方からみて路面の進行方向と車両の長手方向とが一致しない場合、具体的には前記送信側反射板と受信側反射板とが平行にならない様な場面においては、送電側のマイクロ波を受電側に対してある程度の方向性を持たせることが困難となり、前記の様な電力受給の効率を向上させる事は難しくなる、という問題点があった。このため本発明においては、このような問題を解決し、高効率でマイクロ波電力の受給を行う方法の提供を目的とした。

上記目的を達成するために、本発明においては路面側給電装置から電動車両に給電を行うに際して、先ず路面側給電装置は電動車両側から車種およびレクテナの構成に基づく受信可能電力等の車両情報を受信する。路面側給電装置には予め車種別にマップ化した送信電力−給電効率の関係が設定されており、この関係を用いて路面側給電装置と電動車両との間での送信電力を最適給電効率となるように制御する方法としている。

本発明によれば、受電側である電動車両の車種およびレクテナの構成に応じて必要とする電力を供給し、かつ路面側給電装置と電動車両とで給電する電力と給電効率とを監視することが出来、時々刻々供給電力を制御することができるため給電効率を高くすることが出来る。

以下、本発明を図により説明する。
（実施の形態１）
マイクロ波を用いた電動車両への給電方法の実施の形態１を図１に示す。図１（ａ）は、本実施の形態１の構成を上方より見たシステム構成図、同様に図１（ｂ）は、本実施の形態１の構成を側方より見たシステム構成図である。

路面側給電装置（マイクロ波送信設備）２０は基本的に、路面（インフラ）側電源ライン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、並びに送受信器２４とマイクロ波送信アンテナ制御回路２５にて構成される。マイクロ波発生ユニット２２は、前記インフラ側電源ライン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の集合で、マイクロ波を空間に送出するための手段であり、前記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マイクロ波受信装置であるレクテナ２７に向けてマイクロ波を放出する。

マイクロ波送信アンテナ制御回路２５には、図２にて示される“送信電力−給電効率 関係”を予めマップ化して設定しておく。例えば、図２において車種Ａまたは車種Ｂで示すように車種毎に最大給電効率が得られる送信電力となるように設定しておく。これにより、路面（インフラ）側給電装置２０が、給電対象となる電動車両２６の車種に応じて送信電力を最適制御する方法としている。

次に、受信側、すなわち電動車両２６側における電力受信系について説明する。レクテナ２７は、図示しないがマイクロ波受信アンテナと整流回路とで構成されている。図示しない前記マイクロ波受信アンテナは、路面側に設定した前記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。

加えて図示しない前記整流回路は、複数の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から直接直流電力を取り出す手段として機能する。従って前記電動車両２６は、前記レクテナ２７をその車体下部に設定することで、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、前記蓄電機構２８に蓄えた、もしくは前記レクテナ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の走行が可能となる。或いは電動車両２６内における電力消費状況（エアコンディショナやライトの有無等）に応じて、レクテナ２７から供給された電気エネルギをＤＣ／ＤＣコンバータ３０にて車両内電装系電圧に変換し、車両電装系用蓄電池３１を介して車両内電装ユニットへ供給される。

また電動車両２６には、路面側給電装置（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、路面側給電装置２０より電動車両２６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車両情報、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定（レクテナ２７の構成）、前記蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）情報の授受を給電動作と並行して行う。

以上述べた、給電系の構成において、本実施の形態１に基づくマイクロ波を用いた電動車両への給電方法について図３、図４に示すフロー図により説明する。
まず、前記路面側給電装置２０が給電対象の電動車両２６を判別し、その判別結果に基づき給電を開始するまでの過程を、図３のフロー図により説明する。本発明においては、路面側給電装置２０から電動車両２６にマイクロ波により給電する際に、電動車両２６に搭載された第１の送受信器３２から路面側給電装置２０に設置されている第２の送受信器２４に対して電動車両２６の車種等の車両情報を送信し、路面側給電装置２０に内蔵のマイクロ波送信アンテナ制御回路２５に予めマップ化して設定されている「送信電力−給電効率」関係を用い、前記の車両情報に対して固有の最適給電効率が維持される送信電力範囲となるように送信電力を制御する給電方法としている。

ステップＳ０１にて、給電装置２０は給電対象である電動車両２６の車両情報を図１に示した送受信器２４および３２を用いて読み込む。この時、車両情報としては、電動車両２６の車種（車格）又は前記レクテナ２７の面積及び最大受電可能電力、前記蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣを読み込む。これらの情報の大部分は、図１における路面側給電装置２０と電動車両２６との間でマイクロ波による無線電力伝送時に必要な情報である。もし更に必要な情報があれば、それを適宜追加する形式で同じ情報伝達経路である送受信器２４および３２を用いるものとする。

ステップＳ０２では、前記ステップＳ０１にて読み込まれた前記電動車両２６の車種（車格）情報に基づき、予め路面側給電装置２０に設定し、“送信電力−給電効率 関係”からマップ化した給電対象である電動車両２６の「最適給電効率」領域を割り出す。この“送信電力−給電効率 関係”の一例を図２に示す。ここで、給電効率を向上するためにはレクテナ２７を大電力化すればよいが、この大電力化の方法としては
１）レクテナ２７の整流回路部に用いるダイオードを大電力化する
２）レクテナ２７の整流回路部に用いるダイオードを直列・並列に数多く接続する
３）１つの受信アンテナから得られたマイクロ波を複数の伝送線路に等分配し、それぞれの伝送経路にて整流し平滑出力する複数の整流回路を具備する
等が挙げられるが（前記特許文献１参照）、いずれの場合も定性的に図５に示される様な変換効率が“上に凸”の傾向を示す（図５：特許文献１の図２）。図５に示される様に、レクテナ２７において大電力化を試みると、その設定電力毎にレクテナ２７への入力電力に対するＲＦ−ＤＣ変換効率（マイクロ波を直流電力に変換する効率）の性質が異なる。図５で１１，１２，１３，１４の様に、前記ＲＦ−ＤＣ変換効率が最大値付近を維持する電力領域を、「最適給電効率」領域と定義すれば、この最適給電効率は送信側からのマイクロ波による入力電力により変化する。前記“ＲＦ−ＤＣ変換効率”は、本発明における“給電電力効率（受信電力／送信電力）”と等価に扱うことが可能である。この性質を利用すれば、図５に相当する複数の性質に対応した送信電力−給電効率の関係を路面側給電装置２０に予め算出手段として設定しておき、給電対象である電動車両に設定されたマイクロ波受信システムの設定（レクテナ２７の構成）を路面側給電装置２０にて把握する事で、前記最適給電効率を維持する領域に対応する送信電力にて前記電動車両２６への給電が可能となる。これにより無線伝達領域における洩れ波によるロスを最小限に留め、給電装置から電動車両への給電効率を高くすることができる。本発明における送信電力−給電効率の関係の具体例を図２に示す。図２の様に、予め複数の車種に対応した送信電力−給電効率の関係をマップ化させた上で、路面側給電装置２０に算出手段として設定しておけばよい。

図２において「最適給電効率」領域は、“車種Ａ”（比較的小型の車格で小電力にて駆動可能な車両を想定）に対しては右上がりの斜線でハッチングした領域で、“車種Ｂ”（普通〜大型の車格で大電力にて駆動される車両を想定）に対しては左上がりの斜線でハッチングした領域で示している。

これにより、予め路面側給電装置２０において給電対象となる電動車両２６が有する「最適給電効率」を把握しておき、最適給電効率値が維持される送信電力にて前記電動車両へ給電されることになるので、無線伝達領域における洩れ波によるロスを最小限に留め、路面側給電装置２０から電動車両２６への給電効率を高くすることができる。

ステップＳ０３では、給電対象の電動車両２６に対応する車種での送信電力−給電効率の関係から、ステップＳ０２にて割り出した最適給電効率領域における最高給電効率を予想最高給電効率とし、これに対応する送信電力値を予想送信電力値としてこの値を割り出し、この予想送信電力値にて路面側給電装置２０より電動車両２６へ給電を開始する。

図２のマップを用いて“車種Ａ”の場合を例として説明すると、前述の「最適給電効率」領域（右上がり斜線のハッチング部）において給電効率が最大となる点を「η_max」とし、これに対応する送信電力値（パワー）を「Ｐ_in_0」とする。この送信電力値「Ｐ_in_0」をデフォルトの送信電力値として路面側給電装置２０から電動車両２６への給電を開始する。

次にステップＳ０４では、マイクロ波を受信した前記電動車両２６が直流電力に変換した電力値を「Ｐ_out_0」として前記送受信機２４および３２を介して前記路面側給電装置２０へと送信する。これを受けてステップＳ０５では、前記路面側給電装置２０がステップＳ０３にて算出した「Ｐ_in_0」とステップＳ０４にて前記電動車両より受信した「Ｐ_out_0」とを用いて、デフォルトの給電効率「η_0」を算出する（ステップＳ０５）。

ここで、本発明においては、予め電動車両２６の車種により変更されるマイクロ波受信システムの設定（レクテナ２７の構成）毎に路面側給電装置２０からの送信電力を用いて給電効率「η_0」を算出する際に、給電対象となる電動車両２６の車種等車両情報から該電動車両２６におけるレクテナ２７の構成を含むマイクロ波受信システムの設定を判断し、この判断結果から得られる送信電力範囲内において上記の算出された給電効率の最大値を最適給電効率として電動車両２６に送電する給電方法としている。

また、これにより、路面側給電装置２０から電動車両２６に給電する際に、電動車両２６各固体のばらつき、蓄電量（ＳＯＣ）を考慮して、予め定められた最適給電効率の範囲を維持する送信電力領域における最大電力値で給電を行うようにしている。これにより、路面側給電装置２０から電動車両２６への給電効率を高めることが出来、急速な給電をも可能としている。

ステップＳ０６では、前記算出した給電効率「η_0」が、図２として前記給電装置２０に設定されている最大給電効率値「η_max」相当であるか否かを判断する。すなわち、給電効率「η_0」が最大給電効率値「η_max」に等しいか否かを判断している。但し、前記電動車両２６における車両個体のばらつきや、図１における蓄電機構２８のインピーダンス、或いは経時劣化等による影響を考慮し、図２に示す様に規定幅Ｓ［％］を持たせ、これらの差分（「η_0」−「η_max」）がこのばらつきである規定幅Ｓ内に収まっていればよい。

前記規定幅Ｓ［％］の値は電動車両２６側のマイクロ波受信システムの設定（特にレクテナ２７の構成やレクテナ２７単体の性能ばらつき）等で異なることが予想されるが、概ね３〜１０［％］程度と考えられる。ステップＳ０６にて給電効率「η_0」が最大給電効率「η_max」に対しＳ［％］内に収まらなかった場合（ステップＳ０６；Ｎｏ）は、車両不具合と判断し給電を停止する（ステップＳ０６１）。

続いて、給電対象の電動車両２６毎における個体ばらつきを考慮して、電動車両２６に最も適した送信電力値を導出する過程を、図４のフローチャートにて説明する。ここにおいては、前記路面側給電装置２０から電動車両２６に給電する際に、給電対象である電動車両２６から路面側給電装置２０に当該車種の車両情報を送信し、路面側給電装置２０は前記車両情報に基づき「最適給電効率」を維持し得る送信電力でマイクロ波を送信する。この車両情報にはレクテナ２７の構成に関する情報も含まれているため、マイクロ波の放射範囲を決定することが出来る。

この送信されたマイクロ波を受信した電動車両２６は受信電力値を電動車両２６側に内蔵の第１の送受信器３２および第２の送受信器２４を経由して路面側給電装置２０に送信し、路面側給電装置２０は路面側給電装置２０が送信した送信電力値と、当該電動車両２６より受信した受信電力値とから給電効率を算出し、その算出した給電効率値が前記最適給電効率値に対し、予め定められた範囲内に収まる電力領域となるように送信電力を制御する方法としている。

以下、図により説明する。最初のタスクに限り、図３のステップＳ０７にて給電装置２０は、前記ステップＳ０３にてデフォルト設定した送信電力値「Ｐ_in_0」、ステップＳ０５にて算出した給電効率値「η_0」をそれぞれ「Ｐ_in_0→Ｐ_in_n-1」,「η_0→η_n-1」としてイニシャライズを行う。

ステップＳ０８において、送信電力を「Ｐ_in_L」とし、直前タスクの送信電力値「Ｐ_in_n-1」に対してΔＰ_inだけ減力させ電動車両２６へ給電を行う。給電装置２０は、送信電力値「Ｐ_in_L」を送信した時の電動車両２６における受信電力値情報「Ｐ_out_L」を図１における送受信機２４および３２を介して得た（ステップＳ０９）後、これらの値（Ｐ_in_LおよびＰ_out_L）から減力時の給電効率「η_L」を算出する（ステップＳ１０）。

減力した量ΔＰ_inの値としては、電動車両側２６のマイクロ波受信システムの設定（特にレクテナ２７の構成やレクテナ２７単体の性能）や給電装置２０における設定可変幅等で異なることが予想される。当然減力した量ΔＰ_inとしては小さな値で設定した方が、きめ細かい送信電力精度が得られる。例えば、図２における給電効率最大点「η_max」に対応する送信電力（パワー）である「Ｐ_in_0」の１［％］程度に前記ΔＰ_inを設定すると、送信電力はその逆数、即ち１００段階程度の精度にてコントロールすることが可能になると考えられる。

ステップＳ１１では、ΔＰ_inだけ減力した際の給電効率「η_L」が、ΔＰ_in減力前の直前タスクにおける給電効率「η_n-1」より大きいか否かを判定する。もしη_Lの方が大きければ（Ｓ１１；Ｙｅｓ）、ΔＰ_in減力側、即ち直前タスクにて設定された送信電力「Ｐ_in_n-1」よりも小さい送信電力側に「最大給電効率 η_max」が存在するはずである。これは前述の様に、マイクロ波受電素子（レクテナ）２７の電力変換効率というのは、その入力電力に対して定性的に図５に示す「入力電力−ＲＦ・ＤＣ変換効率」の様な“上に凸”の傾向を示す、という根拠に基づく。従って、現タスクにおける送信電力「Ｐ_in_n」を「Ｐ_in_L」，給電効率「η_n」を「η_L」へ修正する（ステップＳ１２）。この後、前記電動車両２６における蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが運転可能範囲である規定値「Ｃｐ」に達しているか否かを判別し（ステップＳ１３）、Ｃｐ未満であれば更に給電が必要で、且つ現タスクでの給電電力より減力側に「最大給電効率 η_max」に対応する給電電力ポイントがあると考えられるので、前記最大給電効率点に達するまで、ステップＳ０８〜ステップＳ１３１のシーケンスを繰返すフェーズに移行する。但し、その過程におけるステップＳ１３において、前記蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが、前記規定値「Ｃｐ」以上となった場合は、給電完了と判断し終了（ＥＮＤ）する。前述規定値「Ｃｐ」は、時々刻々における電動車両の状態により、０〜１００［％］の範囲で設定されるものとする。

前記ステップＳ１１において、もしΔＰ_inだけ減力した際の前記給電効率「η_L」が、ΔＰ_in減力前の直前タスクにおける給電効率「η_n-1」以下であった場合は（Ｓ１１；Ｎｏ）、ステップＳ１１１において、送信電力を「Ｐ_in_H」とし、直前タスクの送信電力値「Ｐ_in_n-1」に対してΔＰ_inだけ増力させ前記電動車両２６へ給電を行う。給電装置２０は、増力された送信電力「Ｐ_in_H」を送信した時の電動車両２０における受信電力値情報「Ｐ_out_H」を、前記の送受信機２４および３２を介して読み込んだ後（ステップＳ１１２）後、これらの値（Ｐ_in_HおよびＰ_out_H）から減力時の給電効率「η_H」を算出する（ステップＳ１１３）。ここでΔＰ_inの定義は前記減力の場合と同様である。

次にステップＳ１１４にて、ΔＰ_inだけ増力した際の前記給電効率「η_H」が、ΔＰ_in増力前の直前タスクにおける給電効率「η_n-1」以上か否かを判定する。もしη_Hがη_n-1以上であれば（ステップＳ１１４；Ｙｅｓ）、ΔＰ_inの増力側、即ち直前タスクにて設定された送信電力「Ｐ_in_n-1」よりも大きい送信電力側に「最大給電効率 η_max」が存在するはずである。これは前述の様に「マイクロ波受電素子（レクテナ）２７の電力変換効率というのは、その入力電力に対して定性的に図５に示される様な“上に凸”の傾向を示す」という根拠に基づく。従って、現タスクにおける送信電力「Ｐ_in_n」を「Ｐ_in_H」，給電効率「η_n」を「η_H」へ修正する（ステップＳ１１５）。この後、電動車両２６における蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが規定値「Ｃｐ」に達しているか否かを判別し（ステップＳ１１６）、蓄電量ＳＯＣが規定値「Ｃｐ」未満（ステップＳ１１６；Ｎｏ）であれば更に給電が必要で、且つ現タスクでの送信電力より増力側に「最大給電効率 η_max」に対応する送信電力ポイントがあると考えられるので、前記の最大給電効率点（η_max）に達するまで、ステップＳ１１１〜ステップＳ１１６１のシーケンスを繰返すフェーズに移行する。但し、その過程におけるステップＳ１１６において、前記蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが、前記規定値「Ｃｐ」以上となった場合（ステップＳ１１６；Ｙｅｓ）は、給電完了と判断し終了（ＥＮＤ）する。前記の規定値「Ｃｐ」は、時々刻々における電動車両の状態により、０〜１００［％］の範囲で設定されるものとする。

前述ステップＳ１１４において、もしΔＰ_inだけ増力した際の前記給電効率「η_H」が、ΔＰ_in増力前の直前タスクにおける給電効率「η_n-1」未満であった場合（ステップＳ１１４；Ｎｏ）は同時に、前記ステップＳ１１において、ΔＰ_inだけ減力した際の前記給電効率「η_L」が、ΔＰ_in減力前の直前タスクにおける給電効率「η_n-1」以下であった場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）でもあるので、これは即ち直前タスクにおける給電効率「η_n-1」が、「最大給電効率 η_max」相当に達している事を意味する。

従って、直前タスクの送信電力「Ｐ_in_n-1」が最適送信電力となるので、現タスクの送信電力「Ｐ_in_n」として給電装置２０より電動車両２６へ給電を行い（ステップＳ１１４１）、ステップＳ１１４１〜ステップＳ１１４５１のシーケンスを繰返すフェーズに移行する。その過程におけるステップＳ１１４５において、前記蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが、前記規定値「Ｃｐ」以上となった場合（ステップＳ１１４５；Ｙｅｓ）は、給電完了と判断し終了（ＥＮＤ）する。

このフェーズにおいては、基本的に送信電力は「Ｐ_in_n」のまま変化させないが、給電時における安全性を確保する為に、給電装置２０は送信電力「Ｐ_in_ｎ」送信時の電動車両２６における受信電力値情報「Ｐ_out_ｎ」を、図１における送受信機２４および３２を介して読み込んだ（ステップＳ１１４２）後、これらの値から減力時の給電効率「η_ｎ」を算出し（ステップＳ１１４３）、この給電効率値「η_ｎ」が図２にて規定されている「最大給電効率 η_max」に対して、規定値Ｓ［％］の範囲内にあるか否かをモニタしておく（ステップＳ１１４４）。もし、ステップＳ１１４４にて規定値ばらつきの範囲よりもさらに下回る給電効率となった場合は、電動車両２６側に何らかの不具合が発生したと判断し、給電を中止し（ステップＳ１１４４１）処理を終了する。

この様にして、電動車両２６に搭載されたマイクロ波受電システムの設定（特にレクテナ２７の構成やレクテナ２７単体の性能）の性質に着目し、その「最適給電効率」領域内で対応する送信電力にて最適制御することにより、無線伝達領域での洩れ波によるロスを最小限に留め、給電装置２０から電動車両２６への給電効率を高くすることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２におけるシステム構成は実施の形態１の場合と同様であり、このため図１（ａ）および（ｂ）を使用する。また、本実施の形態２は実施の形態１に対して、主に給電装置２０が給電対象である電動車両２６の車種等を判別し、その判別結果に基づき給電を開始するまでの過程が異なるので、その部分を中心に図６のフロー図により説明する。また給電対象の電動車両２６における車種（車格）としては、図２記載の“車種Ａ”を想定し、これを例として説明する。

本実施の形態２においては、以下の手順を基本とする給電方法としている。すなわち、給電開始に際して、給電対象となる電動車両２０は路面側給電装置２０に当該電動車両２６の最適給電効率値を、図１に記載の第１の送受信器３２から路面側給電装置２０に設置されている第２の送受信器に送信する。路面側給電装置２０においてはこの送信されてきた最適給電効率値より、当該電動車両２６の車種及びマイクロ波受信システムの設定、すなわちレクテナ２７の構成に基づく受信可能電力等を判断し、この判断結果に基づく送信電力でマイクロ波を送信する。

マイクロ波を受信した電動車両２６は受信電力値を前記第１の送受信器を介して路面側給電装置２０に設置されている第２の送受信器に向けて送信する。路面側給電装置２０においては路面側給電装置２０から送信した電力値と電動車両２６の第１の送受信器から送信されてきた受信電力値とから給電効率を算出し、その算出した給電効率値が予め設定されている最適給電効率値の範囲内に収まる電力領域となるように前記送信電力を制御する。

以下この手順を図６のフロー図により具体的に説明する。
ステップＴ０１において給電装置２０は、給電対象である電動車両２６にプリセットされた当該電動車両２６の最大給電効率値η_Pを、図１に示した送受信器２４および３２を用いて読み込む。このη_Pは、予め電動車両２６毎に、例えば生産過程にて計測される等で明らかにされた値で、即ちその車両における個体ばらつきも内包されている。

ステップＴ０２では、路面側給電装置２０は最大給電効率値η_Pから、予め給電装置２０に記憶させた“送信電力−給電効率 関係”（図２）を用いて、給電対象である電動車両２６の車種（車格）、およびマイクロ波受信システムの設定、すなわちレクテナ２７の構成に基づく受信可能電力の割り出しを行う。

次に、路面側給電装置２０より電動車両２６へのデフォルト送信電力「Ｐ_in_P」を決定する為に、前記最大給電効率値η_Pと図２において予め当該電動車両２６相当の車両（車格）に対して設定されている「最適給電電力」領域内における最大給電効率値η_maxとを比較する（ステップＴ０３）。図２における“車種Ａ”の「最適給電効率」領域を拡大したものを図７に示す。ステップＴ０３において、η_Pが前記η_max以上である（当該電動車両２６の給電効率が、最大給電効率値の水準よりも優れている）場合は、図７に示す様に“η_P＝η_max”と置き換えて、図２、図７マップ上のη_maxに対応する送信電力値Ｐ_in_0を給電装置のデフォルト送電電力（送信電力）Ｐ_in_Pとして電動車両２６への給電を開始する（ステップＴ０４）。前記η_Pが前記η_max未満である（当該電動車両２６の給電効率が、水準よりも下回る）場合は、図７に示す様に前記η_Pに対応する送信電力値Ｐ_in_a，Ｐ_in_bのうち、小電力側であるＰ_in_aをデフォルト送信電力Ｐ_in_Pとして前記電動車両２６へ給電を開始する（ステップＴ０３１）。

ステップＴ０５では、前述実施の形態１におけるステップＳ０４（図３参照）と同様、マイクロ波を受信した前記電動車両２６が直流電力に変換した電力値を「Ｐ_out_0」として送受信機２４および３２を介して路面側給電装置２０へと送信する。これを受けてステップＴ０６では、路面側給電装置２０がステップＴ０４、又はステップＴ０３１にて算出したデフォルト送信電力「Ｐ_in_P」とステップＴ０５にて前記電動車両２６より受信した「Ｐ_out_0」とを用いて、デフォルトの給電効率「η_0」を算出する（ステップＴ０６）。

ステップＴ０７では、前記算出したデフォルトの給電効率「η_0」が、図２として給電装置２０に設定されている最大給電効率値「η_max」相当であるか否かを判断する。但し、電動車両２６における車両個体ばらつきや図１における蓄電機構２８のインピーダンス、或いは経時劣化等による影響を考慮し、図２，図７に示す様に規定幅として「Ｓ」を持たせ、このばらつきである規定幅Ｓ内に収まっていればよい。規定幅「Ｓ」の値は電動車両２６側のマイクロ波受信システムの設定（特にレクテナ２７の構成やレクテナ２７単体の性能）等で異なることが予想されるが、概ね３〜１０［％］程度と考えられる。

ステップＴ０７において給電効率「η_0」が最大給電効率「η_max」に対しＳ［％］内に収まらなかった場合（ステップＴ０７；Ｎｏ）は、車両不具合と判断し警告処理にて給電を停止する（ステップＴ０７１）。この処理により、電動車両２６に搭載されているレクテナ２７の構成が電動車両２６にプリセットされている最大給電効率「η_P」相当で機能しているか否かを検査・確認することが可能となる。

この過程に続いて、給電対象の電動車両２６における個体ばらつきを考慮して、その電動車両２６に最も適した送信電力値を導出する過程に関しては、前記実施の形態１と同等で、図６のステップＴ０８から図４のステップＳ０８に接続して動作する。

この様にして、電動車両に搭載されたマイクロ波受信装置の設定（レクテナ２７の構成）の性質に着目し、その「最適給電効率」領域内で対応する送信電力で最適制御することにより、電力の無線伝達領域での洩れ波によるロスを最小限に留め、給電装置２０から電動車両２６への給電効率を高くすることができる。
また、給電開始後は前記電動車両２６から受信電力値情報を得ることにより時々刻々における給電効率を算出し、その算出した給電効率値と前記最適給電効率値とを比較する事で路面側給電装置２０から前記電動車両２６への送信電力を最適制御することが可能となるので、無線伝達領域での洩れ波によるロスを最小限に留め、給電装置から電動車両への給電効率を高くすることができる。

さらに、本実施の形態２においては、給電対象の電動車両２６にそれぞれの最高給電効率値を記憶させているので、デフォルトの送信電力でかなり給電効率が良いと考えられ、最適送電電力に到達するまでのタスク数が減り、結果として制御レスポンスが良くなるというメリットが得られると考えられる。

（実施の形態３）
本実施の形態３に関しても、機械的構成に関しては前記実施の形態１および２と同様であるので、図１をそのまま踏襲し、前記実施の形態１および２に対して異なる部分を中心にして説明する。すなわち、図１（ａ）は、本実施の形態３を上方より見た模式図であり、同様に（ｂ）は、本実施の形態３を側方より見た模式図である。

本実施の形態３による給電方法は以下の手順を基本的方法としている。路面側給電装置２０が電動車両２６に給電する際、先ず、給電対象である電動車両２６から路面側給電装置２０に対して当該電動車両２６の最適給電効率値を電動車両２６に搭載の第１の送受信器３２から路面側給電装置２０に設置されている第２の送受信器２４に送信する。次いで、路面側給電装置２０においては送信されてきた最適給電効率値を基に、当該電動車両２６の車種及びマイクロ波受信装置の設定、すなわちレクテナ２７の構成による受信可能電力を判断し、路面側給電装置２０はこの判断結果に基づく送信電力でマイクロ波を送信し、同時に路面側給電装置２０は送信電力値を前記第２の送受信器２４を介して当該電動車両２６に搭載の第１の送受信器３２に送信する。

前記マイクロ波を受信した電動車両２６においては路面側給電装置２０からの送信電力値と送信されたマイクロ波の実際の受信電力値とから給電効率値を算出し、この算出結果を路面側給電装置２０に設置されている第２の送受信器に上記第１の送受信器を経由して送信し、路面側給電装置２０は電動車２６の第１の送受信器から送信されてきた算出結果である給電効率値が最適給電効率値に対し、予め定められた範囲に収まる電力領域となるように送信電力を制御する方法としている。

以下、本実施の形態３に基づくマイクロ波を用いた電動車両２６への給電方法のフロー図を図８，図９にて示し、これらにより説明する。
まず、路面側給電装置２０が給電対象の電動車両２６を判別し、その判別結果に基づき給電を開始するまでの過程を、図８のフロー図にて説明する。尚、給電対象の電動車両２６における車種（車格）としては、図２記載の“車種Ａ”を想定し、説明する。

ステップＵ０１にて路面側給電装置２０は、給電対象である電動車両２６にプリセットされた最大給電効率値η_Pを、図１に示した送受信器２４および３２を用いて読み込む。このη_Pは、電動車両２６毎に、例えば生産過程にて計測される等で明らかにされた値で、すなわち電動車両２６毎における個体ばらつきも加味されている。

ステップＵ０２では、路面側給電装置２０は電動車両２６にプリセットされている最大給電効率値「η_P」から、予め路面側給電装置２０に記憶させた“送信電力−給電効率 関係”（図２）を用いて、給電対象である電動車両２６の車種（車格）、及びマイクロ波受信システムの設定（レクテナ２７の構成に基づく受信可能電力）を割り出す。

次に、給電装置２０より電動車両２６へのデフォルト送信電力「Ｐ_in_P」を決定する為に、電動車両２６にプリセットされている最大給電効率値「η_P」と図２により当該電動車両２６相当の車種（車格）に対して予め記憶されている「最適給電効率」の領域内における最大給電効率値η_maxを比較する（ステップＵ０３）。図２における“車種Ａ”の「最適給電効率」領域を拡大したものを図７に示す。ステップＵ０３において、「η_P」が前記「η_max」以上である、すなわち当該電動車両２６の給電効率が、最適給電効率の領域内における最大給電効率値の水準よりも優れている）場合は、図７に示す様に“η_P＝η_max”と置き換えて、図２、図７マップ上の「η_max」に対応する送信電力値「Ｐ_in_0」を路面側給電装置２０のデフォルト送電電力Ｐ_in_Pとして電動車両２６へ給電を開始する（ステップＵ０４）。

前記「η_P」が前記「η_max」未満である（当該電動車両の給電効率が、上記の水準よりも下回る）場合は、図７に示す様に前記η_Pに対応する送信電力値Ｐ_in_ａ，Ｐ_in_ｂのうち、小電力側であるＰ_in_ａをデフォルト送電電力Ｐ_in_Pとして前記電動車両２６へ給電を開始する（ステップＵ０３１）。同時に路面側給電装置２０は、前記デフォルト送信電力値Ｐ_in_P情報を、図１に示した送受信器２４および３２を用いて電動車両２６へ送信する（ステップＵ０５）。マイクロ波を受けた電動車両２６は、直流電力に変換した電力値を用いて給電効率値「η_0」を算出し、送受信機２４および３２を介して路面側給電装置２０へと送信する（ステップＵ０６）。

ステップＵ０７において、電動車両２６で算出され路面側給電装置２０が受信した給電効率値「η_0」が、電動車両２６に記憶されている最大給電効率値「η_P」相当であるか否かを判断する。但し、電動車両２６における車両個体ばらつきや、前記図１における蓄電機構２８のインピーダンス、或いは経時劣化等による影響を考慮し、図２、図７に示す様に規定幅としてＳ［％］を持たせ、このばらつき内に収まっていればよい。

この規定幅「Ｓ」の値は実施の形態１、実施の形態２と同様に、電動車両２６側のマイクロ波受信システムの設定（特にレクテナ２７の構成やレクテナ２７単体性能）等で異なることが予想されるが、概ね３〜１０［％］程度と考えられる。ステップＵ０７にて給電効率「η_0」が電動車両２６に記憶されている最大給電効率「η_max」に対しＳ［％］内に収まらなかった場合（ステップＵ０７；Ｎｏ）は、車両不具合と判断し、警告処理にて給電を停止する（ステップＵ０７１）。この処理により、電動車両２６の電力受信システム（レクテナ２７の構成）が電動車両２６にプリセットされている最大給電効率「η_P」相当で機能しているか否かを検査・確認することが可能となる。

続いて、給電対象の電動車両２６における個体ばらつきを考慮して、その車両に最も適した送信電力値を導出する過程を、図９のフロー図により説明する。
最初のタスクに限り、ステップＵ０８にて路面側給電装置２０は、前記ステップＵ０４、又はステップＵ０３１にてデフォルト設定した送信電力値、ステップＳ０７において算出した給電効率値をそれぞれ「Ｐ_in_Ｐ→Ｐ_in_n-1」,「η_0 →η_n-1」としてイニシャライズを行う。

ステップＵ０９において、路面側給電装置２０の送信電力を「Ｐ_in_H」とし、直前タスクの送信電力値「Ｐ_in_n-1」に対してΔＰ_inだけ増力させ電動車両２６へ給電を行う。同時に路面側給電装置２０は、送信電力値Ｐ_in_H情報を、図１に示した送受信器２４および３２を用いて電動車両２６へ送信する（ステップＵ１０）。マイクロ波を受けた電動車両２６は、直流電力に変換した電力値を用いて給電効率値「η_H」を算出し、送受信機２４および３２を介して路面側給電装置２０へと送信する（ステップＵ１１）。ΔＰ_inの定義としては、前記の実施の形態１の場合と同様である。

次にステップＵ１２にて、ΔＰ_inだけ増力した際の前記給電効率「η_H」が、ΔＰ_in増力前の直前タスクにおける給電効率「η_n-1」以上か否かを判定する。もし「η_H」が「η_n-1」以上であれば（Ｕ１２；Ｙｅｓ）、ΔＰ_in増力側、即ち直前タスクにて設定された送信電力「Ｐ_in_n-1」よりも大きい送信電力側に「最大給電効率 η_max」が存在するはずである。これは前述の様に「マイクロ波受電素子（レクテナ２７）の電力変換効率というのは、その入力電力に対して定性的に図５に示される様な“上に凸”の傾向を示す」という根拠に基づく。従って、現タスクにおける送信電力「Ｐ_in_n」を「Ｐ_in_H」、給電効率「η_n」を「η_H」へ修正する（ステップＵ１３）。この後、電動車両２６における蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが電動車両２６の運転可能である蓄電量としての規定値「Ｃｐ」に達しているか否かを判別し（ステップＵ１４）、Ｃｐ未満であれば（ステップＵ１４；Ｎｏ）更に給電が必要で、且つ現タスクでの送信電力より増力側に「最大給電効率 η_max」に対応する送信電力ポイントがあると考えられるので、前記最大給電効率点に達するまで、ステップＵ０９〜ステップＵ１４１のシーケンスを繰返すフェーズに移行する。但し、その過程におけるステップＵ１４において、前記蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが、前記規定値「Ｃｐ」以上となった場合（ステップＵ１４；Ｙｅｓ）は、給電完了と判断し終了（ＥＮＤ）する。

前述ステップＵ１２において、もしΔＰ_inだけ増力した際の前記給電効率「η_H」が、ΔＰ_in増力前の直前タスクにおける給電効率「η_n-1」未満であった場合（ステップＵ１２；Ｎｏ）は、給電時間短縮等を目的として送電電力を上げても、逆に給電効率が低下するので、結果として電動車両２６における受信電力が低下するか、もしくは車外へのマイクロ波の洩れ波が増加する事を意味する。従って、直前タスクの送信電力「Ｐ_in_n-1」が最適送信電力と判断し、現タスクの送信電力「Ｐ_in_n」に設定して給電装置２０より電動車両２６への給電を行い、（ステップＵ１２１）。ステップＵ１２１〜ステップＵ１２５１のシーケンスを繰返すフェーズに移行する。その過程におけるステップＵ１２５において、蓄電機構２８の蓄電量ＳＯＣが、前記規定値「Ｃｐ」以上となった場合（ステップＵ１２５；Ｙｅｓ）は、給電完了と判断し終了（ＥＮＤ）する。Ｃｐの定義は前述と同様である。

このフェーズにおいては、基本的に送信電力は「Ｐ_in_n」のまま変化させないが、給電時における安全性を確保する為に、電動車両２６は当該車両における受信電力値から給電効率をタスク毎に算出し、送受信機２４および３２を介して「η_ｎ」として路面側給電装置２０に送信し（ステップＵ１２３）、この給電効率値「η_ｎ」が図２にて規定されている「最大給電効率 η_max」に対して、規定幅Ｓ［％］未満とならないか否かをモニタしておく（ステップＵ１２４）。もし、ステップＵ１２４にて前記規定値を下回る給電効率となった場合（ステップＵ１２４；Ｎｏ）は、電動車両２６側に何らかの不具合が発生したと判断し、給電を中止する（ステップＵ１２４１）。

この様にして、電動車両２６に搭載されたマイクロ波受電システムの設定（レクテナ２７の構成やレクテナ２７単体性能）の性質に着目し、その「最適給電効率」領域内で対応する送信電力にて最適制御することにより、無線伝達領域での洩れ波によるロスを最小限に留め、路面側給電装置２０から電動車両２６への給電効率を高くすることができる。また本実施の形態３においては給電対象の電動車両２６にそれぞれの最高給電効率値を記憶させているので、デフォルトの送信電力にてかなり給電効率が良いと考えられ、図９に示す様に送信電力の最適制御を増力側にのみ行うことで制御ロジックがシンプルになる。加えて本実施の形態３においては、電動車両２６側において路面側給電装置２０から送信電力値情報を得て給電効率を計算することが可能であることから、電動車両２６側でも給電効率を把握する事が出来るというメリットがある。

なお、実施の形態１乃至実施の形態３においては、予め給電対象の車種およびレクテナ２７の構成に基づく受信可能な電力を判断した上で給電電力を最適化しているので、一仕様の路面側給電装置のみで複数の車種への給電を可能としている。さらに、車種（車格）情報から「最適給電効率」を算出し、給電開始後は電動車両２６から受信電力値情報を得ることにより時々刻々における給電効率を算出し、その算出した給電効率値と前記最適給電効率値を比較する事で路面側給電装置から電動車両２６への送信電力を最適制御することが可能となるので、無線伝達領域での洩れ波によるロスを最小限に留め、前記給電装置から前記電動車両への給電効率を高くすることができる。以上のように本発明においては、マイクロ波による無線伝達領域での洩れ波によるロスを最小限に留めるように制御しているため、特に車外における人体や生物へのマイクロ波の曝露に対する安全性も向上する。

本発明によるシステム構成図、（ａ）図は上方から見た平面図、（ｂ）図は側方から見た側面図。 送信電力−給電効率 関係図。 実施の形態１を示すフロー図。 図３に続く実施の形態１を示すフロー図。 入力−ＲＦ・ＤＣ変換効率 関係図。 実施の形態２を示すフロー図。 車種Ａの最適給電効率領域の拡大図。 実施の形態３を示すフロー図。 図８に続く実施の形態３を示すフロー図。

符号の説明

２０：路面側給電装置 ２１：インフラ側電源ライン
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：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

Claims (7)

1. 受信アンテナを介して受信したマイクロ波により電力供給を受ける電動車両に向けて、電力の供給源である路面側給電装置からマイクロ波を放射するマイクロ波送信アンテナを備えたマイクロ波電力伝送システムに用いられる前記電動車両への給電方法であって、
   前記路面側給電装置より前記電動車両へ給電する際に、
   前記路面側給電装置は前記電動車両からの車両情報を受信し、
   該車両情報に基づいて、前記路面側給電装置内に予めマップ化して設定されている「送信電力−給電効率」関係を用い、前記路面側給電装置のマイクロ波送信アンテナからの送信電力を最適制御すること、
   を特徴とするマイクロ波を用いた電動車両への給電方法。
2. 請求項１に記載のマイクロ波を用いた前記電動車両への給電方法において、
   前記路面側給電装置は、給電対象となる前記電動車両の車両情報を受信し、
   該車両情報に対して固有の最適給電効率が維持される送信電力範囲となるように前記電動車両への送信電力を制御すること、
   を特徴とするマイクロ波を用いた電動車両への給電方法。
3. 請求項２記載のマイクロ波を用いた前記電動車両への給電方法において、
   前記路面側給電装置からの送信電力を用いて給電効率を算出する際に、
   給電対象となる前記電動車両の車両情報から該電動車両における前記マイクロ波受信システムであるレクテナの構成を判断し、該判断結果から得られる送信電力範囲内において、前記算出された給電効率の最大値を最適給電効率とすること、
   を特徴とする請求項２記載のマイクロ波を用いた電動車両への給電方法。
4. 請求項３に記載のマイクロ波を用いた電動車両への給電方法において、
   前記路面側給電装置にて電動車両に給電する際に、当該電動車両の個体ばらつきや蓄電量を考慮し、予め定められた前記「最適給電効率」の範囲を維持する送信電力領域における最大電力値にて給電を行うこと、
   を特徴とする請求項３記載のマイクロ波を用いた電動車両への給電方法。
5. 請求項４に記載のマイクロ波を用いた前記電動車両への給電方法において、
   前記路面側給電装置から前記電動車両に給電する際に、
   給電対象の前記電動車両から前記路面側給電装置に当該車種の車両情報を送信し、
   前記路面側給電装置は前記車両情報に基づき前記「最適給電効率」を維持し得る送信電力にてマイクロ波を送信し、
   前記マイクロ波を受信した前記電動車両は内蔵の第１の送受信器を介して前記路面側給電装置に内蔵の第２の送受信器に受信電力値を送信し、
   前記路面側給電装置は前記路面側給電装置が送信した送信電力値と、当該電動車両から送信されてきた受信電力値とから給電効率を算出し、該算出した給電効率値が前記最適給電効率値に対し、予め定められた範囲内に収まる電力領域となるように前記送信電力を制御すること、
   を特徴とするマイクロ波を用いた電動車両への給電方法。
6. 請求項４記載のマイクロ波を用いた前記電動車両への給電方法において、
   前記路面側給電装置にて前記電動車両に給電する際に、
   給電対象の前記電動車両は前記路面側給電装置に当該電動車両の最適給電効率値を前記電動車両に搭載の第１の送受信器を介して送信し、
   前記路面側給電装置は該送信されて来た前記最適給電効率値より、当該電動車両の車種及びマイクロ波受信システムの設定を判断し、
   前記路面側給電装置は前記判断結果に基づく送信電力にてマイクロ波を送信し、
   該マイクロ波を受信した当該電動車両は受信電力値を前記第１の送受信器を介して前記路面側給電装置に設置されている第２の送受信器に向けて送信し、
   前記路面側給電装置は前記路面側給電装置における送信電力値と当該電動車両の前記第１の送受信器から送信されてきた受信電力値とから給電効率を算出し、
   該算出した給電効率値が前記最適給電効率値に対し、予め定められた範囲内に収まる電力領域となるように前記送信電力を制御すること、
   を特徴とする請求項４記載のマイクロ波を用いた電動車両への給電方法。
7. 請求項４記載のマイクロ波を用いた電動車両への給電方法において、
   前記路面側給電装置にて前記電動車両に給電する際に、
   給電対象の前記電動車両から前記路面側給電装置に当該電動車両の最適給電効率値を前記電動車両に搭載の第１の送受信器により送信し、
   前記路面側給電装置は前記最適給電効率値より、当該電動車両の車種及びマイクロ波受信システムの設定を判断し、
   前記路面側給電装置は前記判断結果に基づく送信電力にてマイクロ波を送信し、同時に前記路面側給電装置は該送信電力値を路面側給電装置に設置の第２の送受信器を介して当該電動車両搭載の第１の送受信器に送信し、
   前記マイクロ波を受信した当該電動車両は、前記路面側給電装置からの送信電力値と前記送信されて来たマイクロ波の受信電力値とから給電効率値を算出して、該算出結果を前記路面側給電装置に設置されている前記第２の送受信器に送信し、
   前記路面側給電装置は前記電動車両の前記第１の送受信器から送信されて来た前記算出結果である給電効率値が前記最適給電効率値に対し、予め定められた範囲に収まる電力領域となるように前記送信電力を制御すること、
   を特徴とするマイクロ波を用いた電動車両への給電方法。

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