JP6369304B2

JP6369304B2 - ワイヤレス電力伝送システム

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Publication number: JP6369304B2
Application number: JP2014237280A
Authority: JP
Inventors: 明後谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: JP2015128370A

Description

本発明は、ワイヤレス電力伝送システムに関する。

電源コードを用いることなく電力を伝送する技術、いわゆる、ワイヤレス電力伝送技術が注目されている。ワイヤレス電力伝送技術は、給電機器から受電機器へワイヤレスで電力を供給できることから、電気自動車やハイブリッド自動車等の移動体への応用が期待されている。

電気自動車やハイブリッド車等の移動体へのワイヤレス電力伝送においては、地上側に配置される給電コイルと、移動体側に搭載される受電コイルとの間で電磁場を介して電力が伝送される。このような場合、給電コイルと受電コイルとの位置ずれを考慮する必要があり、例えば、特許文献１では、床部に配置された一次コイルを横長形状、車両に搭載あれた二次コイルを縦長形状とすることで、一次コイルと二次コイルの軸心位置が多少異なっても、大量の電力を安定して提供する検討がなされている。

特開２０１１−９７６７１号公報

ところで、移動体を所定の場所に正確に停車させることは難しく、停車スペースに対して移動体が斜めにずれて停車されることが想定される。しかしながら、特許文献１に開示される技術では、平面視して移動体の進行方向と移動体の進行方向に直交する方向の位置ずれしか考慮されておらず、特許文献１に記載の横長形状あるいは縦長形状のようなコイルを用いた場合、給電コイルと受電コイルの軸心位置が一致したとしても必ずしも所望の電力伝送効率を得られるとは限らないおそれがあった。つまり、停車スペースに対する移動体の停車角度のずれが大きくなると、電力伝送効率が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、給電コイルと受電コイル間の電力伝送効率を最適化できるワイヤレス電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明に係るワイヤレス電力伝送システムは、給電コイルと受電コイルが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送システムであって、交流電流が供給されて交流磁界を発生する給電コイルと、交流磁界を介して電力を受電する受電コイルと、給電コイルと受電コイルの相対位置関係を検知する位置検知手段と、を備え、位置検知手段は、給電コイルと受電コイルの対向方向と直交する方向の平面方向ずれ量と対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角の回転方向ずれ量を計測し、当該計測結果に基づいて給電コイルと受電コイルの相対位置関係を検知することを特徴とする。

本発明によれば、位置検知手段が給電コイルと受電コイルの対向方向と直交する方向の平面方向ずれ量と対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角の回転方向ずれ量を計測し、当該計測結果に基づいて給電コイルと受電コイルの相対位置関係を検知している。そのため、位置検知手段により検知した給電コイルと受電コイルの相対位置関係に基づいて、平面方向ずれ量と回転方向ずれ量が許容範囲に収まるように移動体を誘導することが可能となり、給電コイルと受電コイル間の電力伝送効率を最適化することができる。

好ましくは、生体の有無を検知する生体検知手段をさらに備え、生体検知手段は、平面方向ずれ量の最大許容値と回転方向ずれ量の最大許容値に基づいて、生体検知エリアを画定するとよい。ところで、ワイヤレス電力伝送技術を移動体に適用した場合、給電開始前や給電中に移動体近傍における生体の存在を検知する必要がある。ところが、停車スペースに対して移動体が斜めにずれて停車されると、給電コイルから発生する磁束の放射パターンと受電コイルを搭載した移動体の位置関係が変化する。これによって、移動体近傍における生体の存在の検知が必要なエリアも変化してしまうために、本来であれば生体の検知を行う必要のあるエリアであっても検知がなされないということが懸念される。また、たとえ移動体を平面方向ずれ量と回転方向ずれ量が許容範囲に収まるように誘導したとしても、給電コイルと受電コイルの相対位置関係を完全に一致させることは難しく、給電コイルと受電コイルに僅かな位置ずれが生じていることも考えられるため、給電コイルと受電コイルの位置ずれに応じた生体検知エリアを画定する必要がある。これに対して、本発明では、給電コイルと受電コイルが平面方向ずれ量と回転方向ずれ量ともに最大許容値に基づいて、生体検知エリアを画定していることから、生体検知が必要なエリアの検知を確実に行うことができる。

好ましくは、生体の有無を検知する生体検知手段をさらに備え、生体検知手段は、位置検知手段が計測した平面方向ずれ量と回転方向ずれ量とに基づいて、生体検知エリアを画定するとよい。上述したように、ワイヤレス電力伝送技術を移動体に適用した場合、給電開始前や給電中に移動体近傍における生体の存在を検知する必要がある。ところが、停車スペースに対して移動体が斜めにずれて停車されると、給電コイルから発生する磁束の放射パターンと受電コイルを搭載した移動体の位置関係が変化する。これによって、移動体近傍における生体の存在の検知が必要なエリアも変化してしまうために、本来であれば生体の検知を行う必要のあるエリアであっても検知がなされないということが懸念される。また、たとえ移動体を平面方向ずれ量と回転方向ずれ量が許容範囲に収まるように誘導したとしても、給電コイルと受電コイルの相対位置関係を完全に一致させることは難しく、給電コイルと受電コイルに僅かな位置ずれが生じていることも考えられるため、給電コイルと受電コイルの位置ずれに応じた生体検知エリアを画定する必要がある。これに対して、本発明では、生体検知手段が位置検知手段により計測した平面方向ずれ量と回転方向ずれ量に基づいて、生体検知エリアを画定していることから、生体検知が必要なエリアの最適化を図ることができ、生体検知を効率よく確実に行うことができる。

本発明によれば、給電コイルと受電コイル間の電力伝送効率を最適化できるワイヤレス電力伝送システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを示す概略図である。立入り制限エリアと生体検知エリアの関係を示す模式図である。本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電動作を示すフローチャートである。給電コイルと受電コイルの位置関係・回転角度関係を示す模式図である。給電コイルと受電コイルの回転方向ずれ量が０〔°〕の状態を示す模式図である。給電コイルと受電コイルの回転方向ずれ量が９０〔°〕あるいは２７０〔°〕の状態を示す模式図である。給電コイルと受電コイルの相対位置が一致している状態の生体検知エリアを示す模式図である。給電コイルと受電コイルの相対位置がずれている状態の生体検知エリアを示す模式図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムを示す概略図である。ワイヤレス電力伝送システム１０は、給電設備２０と、移動体３０と、を備える。移動体３０としては、電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）やハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、工場などで荷物などを移動する際に使用する電動搬送機などが挙げられる。

給電設備２０は、図１に示されるように、給電コイル２１と、給電装置２２と、位置検知手段２３と、生体検知手段２４と、給電側通信機器２５と、を備える。なお、本例においては、給電設備２０の停車スペース２６に移動体３０が停車した状態となっている。

給電コイル２１は、銅やアルミニウム等の金属線が巻回されて構成される。その巻き数は、給電コイル２１と後述する受電コイル３１との間の離間距離や所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。このように構成された給電コイル２１は、絶縁性を有する筐体に収容されてパッケージングされる。また、給電コイル２１は、後述する給電装置２２に接続されており、交流電流が供給されて交流磁界を発生する。この給電コイル２１に後述する受電コイル３１が対向すると、給電コイル２１が発生させた交流磁界に基づいた交流電流が後述する受電コイル３１に流れる。つまり、給電コイル２１は、ワイヤレスにて交流電力を送電する給電部としての機能を果たすこととなる。本実施形態では、給電コイル２１は、給電設備２０の停車スペース２６の地面近傍に設置されている。なお、停車スペース２６は、移動体３０が停車可能に区画されたエリアであって、長方形状を呈している。

給電装置２２は、上述したように、給電コイル２１に交流電流を供給する電源部としての役割を担っている。例えば、商用電源から入力される商用周波数の交流電力を直流電力に変換するコンバーター（図示しない）とこのコンバーターから入力される直流電圧を交流電圧に変換するブリッジ接続されたスイッチング素子からなるインバーター（図示しない）から構成され、インバーターから出力される交流電圧に基づいた交流電流が給電コイル２１に流れるように構成されている。

位置検知手段２３は、給電装置２２に接続されており、給電コイル２１と後述する受電コイル３１の相対位置関係を検知する機能を有する。具体的には、位置検知手段２３は、給電設備２０に設置された給電コイル２１を認識し、給電コイル２１の給電コイル２１と後述する受電コイル３１の対向方向（以下、単に「対向方向」と記す。）と直交する方向の
位置と対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角度とを計測する。同様に、位置検知手段２３は、移動体３０に搭載された後述する受電コイル３１を認識し、後述する受電コイル３１の対向方向と直交する方向の位置と対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角度とを計測する。ここで、後述する受電コイル３１の搭載箇所によっては位置検知手段２３によって直接認識できない場合も考えられる。このような場合は、位置検知手段２３は、移動体３０の外観を認識し、その外観情報と予め記憶された移動体３０に対する受電コイル３１の取り付け位置情報を基にして、対向方向と直交する方向の位置と対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角度とを算出するようにすればよい。そして、位置検知手段２３は、これら計測結果から対向方向と直交する方向の平面方向ずれ量と対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角の回転方向ずれ量を算出することにより、給電コイル２１と後述する受電コイル３１の相対位置関係を検知することが可能となっている。位置検知手段２３は、この相対位置関係を後述する給電側通信機器２５に出力している。この位置検知手段２３としては、光学カメラ、赤外線カメラ、超音波センサ、ミリ波レーダーなどが挙げられる。なお、位置検知手段２３に光学カメラを用いた場合、光学カメラの視認性を高めるために、給電コイル２１を収容した筐体および後述する受電コイルを収容した筐体に特徴的な模様を設けると好ましい。本実施形態においては、位置検知手段２３は、給電装置２２に接続されているが、移動体３０に搭載されていてもよい。この場合、検知した給電コイル２１と後述する受電コイル３１の相対位置関係を直接ユーザー（運転者）に表示するようにすればよい。

生体検知手段２４は、給電装置２２に接続されており、移動体３０近傍における生体の存在の有無を検知する機能を有する。生体検知手段２４は、給電開始前および給電中に移動体３０近傍における生体検知を実施し、生体の存在を検知した場合は給電動作を停止するように指示し、生体の存在を検知しない場合は給電動作を開始あるいは給電動作を継続するように指示する。具体的には、移動体３０が停車スペース２６に停車した際の移動体３０近傍の画像を取得し、その画像と生体検知を実施した場合の移動体３０近傍の画像とを比較して、差異があれば生体が存在すると判定している。この判定結果は、給電装置２２に設置されるモニター（図示しない）に表示させるように構成されている。生体検知手段２４としては、光学カメラ、赤外線カメラ、超音波センサ、ミリ波レーダーなどが挙げられ、好ましくは位置検知手段２３に用いられる光学カメラを兼用すればよい。本実施形態においては、生体検知手段２４は、給電設備２０に設置されているが、移動体３０に搭載されていてもよい。なお、生体検知手段２４は、予め生体の存在する有無を検知する生体検知エリアを画定し、この生体検知エリアに基づいて生体検知が実施される。

ここで、図２を参照して、生体検知手段２４が生体の存在の有無を検知する生体検知エリア４２について詳細に説明する。図２は、立入り制限エリアと生体検知エリアの関係を示す模式図である。

立入り制限エリア４１は、給電動作中に生体が存在してはならないエリアのことである。立入り制限エリア４１は、給電コイル２１と後述する受電コイル３１から発生する電界ならびに磁界の強度に基づいて適宜画定される。つまり、生体検知手段２４は、生体が立入り制限エリア４１に向かって来る移動速度と生体検知手段２４が生体を検知してから給電が停止するまでに必要な時間の積から計算される距離を立入り制限エリア４１の外周から拡大させたエリアを検知すればよい。但し、給電コイル２１と後述する受電コイル３１は必ずしも正対するとは限らないため、生体検知手段２４は、給電コイル２１と後述する受電コイル３１の位置ずれ量を考慮して適切な生体検知エリアを画定する必要がある。本実施形態では、生体検知手段２４は、平面方向ずれ量の最大許容値と回転方向ずれ量の最大許容値に基づいて、生体検知エリア４２を画定している。したがって、給電コイル２１と後述する受電コイル３１に位置ずれが生じたとしても、生体の存在の有無を検知する必要のあるエリアを漏れなく検知することができる。

給電側通信機器２５は、後述する受電側通信機器３４と無線信号による情報の伝達を行う機能を有する。つまり、給電設備２０と移動体３０との間の情報の伝達を行っている。本実施形態では、給電装置２２に接続され、位置検知手段２３が検知した相対位置関係の情報を含む信号を後述する受電側通信機器３４に送信する機能と、移動体３０と給電装置２２との位置関係を特定するための信号を送受信する機能を有している。

移動体３０は、図１に示されるように、受電コイル３１と、整流器３２と、バッテリ３３と、受電側通信機器３４と、を備える。

受電コイル３１は、銅やアルミニウム等の金属線が巻回されて構成される。その巻き数は、給電コイル２１と受電コイル３１との間の離間距離や所望の電力伝送効率に基づいて適宜設定される。このように構成された受電コイル３１は、絶縁性を有する筐体に収容されてパッケージングされる。受電コイル３１は、給電コイル２１と所定の距離を空けて対向することにより、磁気的に結合し、給電コイル２１が発生させた交流磁界に基づく交流電流が流れる。すなわち、受電コイル３１は、給電コイル２１からワイヤレスにて電力を受電する受電部としての機能を果たすこととなる。本実施形態では、受電コイル３１は、移動体３０の底部に搭載されている。この受電コイル３１が受電した交流電力は、後述する整流器３２に出力される。

整流器３２は、受電コイル３１が受電した交流電力を直流電力へ変換し、この直流電力をバッテリ３３へ出力する。整流器３２としては、半波整流回路や全波整流回路などの複数のダイオードがブリッジ接続されたブリッジ型回路と、このブリッジ型回路に並列に接続され、整流された電圧を平滑して直流電圧を生成する平滑コンデンサから構成される整流回路などが挙げられる。

バッテリ３３は、繰り返し充電可能な二次電池であって、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などが挙げられる。バッテリ３３は、整流器３２によって変換された直流電力が供給される。

受電側通信機器３４は、給電側通信機器２５と無線信号による情報の伝達を行う機能を有する。つまり、給電設備２０と移動体３０との間の情報の伝達を行っている。本実施形態では、給電側通信機器２５から給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係の情報を含む信号を受信する機能と、移動体３０と給電装置２２との位置関係を特定するための信号を送受信する機能を有している。

このような構成により、給電設備２０に設置された給電コイル２１と移動体３０に搭載された受電コイル３１が対向することにより、ワイヤレスにて電力が伝送される。

次に、図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０の給電動作について詳細に説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの給電動作を示すフローチャートである。

まず、給電側通信機器２５は、定期的に信号を送信する（ステップＳ０１）。移動体３０に搭載された受電側通信機器３４は、給電側通信機器２５が送信した信号を受信すると、給電側通信機器２５に信号を受信したことを通知する信号を送信する（ステップＳ０２）。ステップＳ０２において、給電側通信機器２５が受電側通信機器３４からの信号を受信すると、給電側通信機器２５は、位置検知手段２３に位置検知を開始するように指示する（ステップ０２Ｙ）。逆に、給電側通信機器２５は、受電側通信機器３４からの信号を受信しない場合、移動体３０が給電設備２０から遠く離れた位置に存在していると認識し、ステップＳ０１に戻り信号を定期的に送信し続ける（ステップＳ０２Ｎ）。このように、移動体３０が給電設備２０にある程度近接してから位置検知を開始することにより、電力の消費を抑えることができる。

続いて、位置検知手段２３は、給電側通信機器２５から位置検知を開始する旨の指示を受けると、給電コイル２１の位置を画像認識する（ステップＳ０３）。このとき、位置検知手段２３は、給電コイル２１の予め設定された基準位置からの対向方向と直交する方向の位置Ｘ１，Ｙ１〔ｃｍ〕を計測する。同時に、位置検知手段２３は、給電コイル２１の対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角度θ１〔°〕を計測する。ここで、

続いて、位置検知手段２３は、移動体３０の外観を画像認識する（ステップＳ０４）。このとき、位置検知手段２３は、取得した移動体３０の外観情報と予め記憶された移動体３０に対する受電コイル３１の取り付け位置情報に基づいて、受電コイル３１の予め設定された基準位置からの対向方向と直交する方向の位置Ｘ２，Ｙ２〔ｃｍ〕を計測する。同時に、位置検知手段２３は、受電コイル３１の対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角度θ２〔°〕を計測する。

続いて、位置検知手段２３は、計測した給電コイル２１の位置Ｘ１，Ｙ１〔ｃｍ〕と回転角度θ１〔°〕および計測した受電コイル３１の位置Ｘ２，Ｙ２〔ｃｍ〕と回転角度θ２〔°〕に基づいて、給電コイル２１と受電コイル３１の平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕と回転方向ずれ量θｍ〔°〕を算出して給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係を検知し、給電側通信機器２５に出力する（ステップＳ０５）。

ここで、図４を参照して、給電コイル２１の位置Ｘ１，Ｙ１〔ｃｍ〕、回転角度θ１〔°〕、受電コイル３１の位置Ｘ２，Ｙ２〔ｃｍ〕、回転角度θ２、および、給電コイル２１と受電コイル３１の平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕、回転方向ずれ量θｍ〔°〕について詳細に説明する。なお、本例においては、説明の便宜上、給電コイル２１および受電コイル３１は長方形状のコイルを用いた。

まず、停車スペース２６の長辺方向をＸ方向、短辺方向をＹ方向とする。位置検知手段２３の中心を基準位置とし、その基準位置から給電コイル２１の中心までの距離のうちＸ方向成分をＸ１〔ｃｍ〕、Ｙ方向成分をＹ１〔ｃｍ〕とする。また、停車スペース２６の短辺と、給電コイル２１の長辺と平行に延びる、給電コイル２１の中心を通る仮想線とのなす角度を回転角度θ１〔°〕とする。

同様に、基準位置から受電コイル３１の中心までの距離のうちＸ方向成分をＸ２〔ｃｍ〕、Ｙ方向成分をＹ２〔ｃｍ〕とする。また、停車スペース２６の短辺と、受電コイル３１の長辺と平行に延びる、受電コイル３１の中心を通る仮想線とのなす角度を回転角度θ２〔°〕とする。

これらを用いて、給電コイル２１の位置Ｘ１〔ｃｍ〕と受電コイル３１の位置Ｘ２〔ｃｍ〕から、それらの差分である給電コイル２１と受電コイル３１の平面方向ずれ量Ｘｍ〔ｃｍ〕を算出する。同様に、給電コイル２１の位置Ｙ１〔ｃｍ〕と受電コイル３１の位置Ｙ２〔ｃｍ〕から、それらの差分である給電コイル２１と受電コイル３１の平面方向ずれ量Ｙｍ〔ｃｍ〕を算出する。さらに同様に、給電コイル２１の回転角度θ１〔°〕と受電コイル３１の回転角度θ２〔°〕から、それらの差分である給電コイル２１と受電コイル３１の回転方向ずれ量θｍ〔°〕を算出する。

ところで、給電コイル２１と受電コイル３１の回転方向ずれ量θｍ〔°〕は、給電コイル２１および受電コイル３１の形状、種類、組み合わせによって、ワイヤレス電力伝送システム１０の電力伝送効率を決定する大きな要因となり得る。ここで、図５を参照して、回転方向ずれ量θｍ〔°〕によって電力伝送効率が変動する原理について詳細に説明する。図５ａは、給電コイルと受電コイルの回転方向ずれ量が０〔°〕の状態を示す模式図である。図５ｂは、給電コイルと受電コイルの回転方向ずれ量が９０〔°〕あるいは２７０〔°〕の状態を示す模式図である。なお、図５において、給電コイル２１および受電コイル３１は、棒状または板状の磁性コアに金属線が巻回された、いわゆるソレノイドコイルを用い、平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕はともに０〔ｃｍ〕の状態とする。

図５ａに示されるように、給電コイル２１と受電コイル３１の回転方向ずれ量が０〔°〕の状態の場合は、給電コイル２１が発生する磁束と受電コイル３１が発生する磁束の主磁束方向が一致し、給電コイル２１が発生する磁束の大部分は、受電コイル３１に鎖交することから、高い電力伝送効率を実現することができる。一方、図５ｂに示されるように、給電コイル２１と受電コイル３１の回転方向ずれ量が９０〔°〕あるいは２７０〔°〕の状態の場合は、給電コイル２１が発生する磁束と受電コイル３１が発生する磁束の主磁束方向が互いに直交するため、給電コイル２１が発生する磁束を受電コイル３１に十分に鎖交し難くなり、電力伝送効率は低くなってしまう。

このように、給電コイル２１と受電コイル３１にソレノイドコイルを用いた場合、回転方向ずれ量θｍが給電コイル２１と受電コイル３１間の電力伝送効率に大きな影響を与える。そのため、位置検知手段２３が回転方向ずれ量θｍを検知することは非常に重要である。なお、回転方向ずれ量θｍが給電コイル２１と受電コイル３１間の電力伝送効率に大きな影響を与えるコイルの形状、種類、組み合わせの例を表１に示す。なお、表１中、「スパイラルコイル」とは、巻線を平面状に巻回したコイルであり、「真円以外」とは、コイル軸方向から見た外形形状が楕円形、多角形などのことである。また、「スパイラルコイル×２」とは、２つのスパイラルコイルを並置し、双方のコイルを鎖交する磁束を発生するように接続したコイルのことである。

続いて、給電側通信機器２５は、受電側通信機器３４に向けて相対位置関係の情報を含む信号を送信する（ステップＳ０６）。

続いて、ユーザー（運転者）は、位置検知手段２３が検知した給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係に基づいて、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置が許容範囲内に収まるように移動体３０を給電設備２０の停車スペース２６に停車動作を開始する。このとき、給電装置２２は、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置が許容範囲内に収まるように移動体３０が停車しているか否かを判定する（ステップＳ０７）。ステップＳ０７において、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置の許容範囲内に移動体３０が停車されると、給電可能位置に移動体３０が停車したことをユーザーに通知する（ステップＳ０７Ｙ）。ステップＳ０７において、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置の許容範囲内に移動体３０が停車していないと判定された場合、ユーザー（運転者）は、位置検知手段２３が検知した給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係に基づいて、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置が許容範囲内に収まるように移動体３０を給電設備２０の停車スペース２６に停車動作を継続する（ステップＳ０７Ｎ）。

ステップＳ０７Ｙにおいて、給電可能位置に移動体３０が停車したことを受けて、ユーザーは、生体検知手段２４に移動体３０近傍における生体の存在の有無を検知するよう指示する（ステップＳ０８）。

続いて、生体検知手段２４は、生体検知を開始する指示を受けると、移動体３０近傍の画像を取得し、この画像を基準画像とする（ステップＳ０９）。生体検知手段２４は、生体検知を開始する指示を受けるより以前から電源がオンの状態でもよいが、生体検知を開始する指示を受けた後に生体検知手段２４の電源がオフからオンに切り替わる、もしくは、スタンバイモード（必要最低限の電力を使った状態）からオンに切り替わることにより、電力の消費を抑えることができる。

続いて、生体検知手段２４は、給電動作が完了するまで移動体３０近傍の画像を取得し続け、取得した画像と基準画像とを比較する（ステップＳ１０）。このとき、生体検知手段２４は、取得した画像と基準画像を比較した結果に差異があれば生体が存在すると判定し、この判定結果を給電装置２２に設置されるモニター（図示しない）に表示させてユーザーに通知するとともに、給電動作を制限（給電動作の開始を行わない）する（ステップＳ１０Ｙ）。一方、生体検知手段２４は、取得した画像と基準画像を比較した結果に一定の期間差異がなければ生体が存在しないと判定し、給電装置２２に給電動作を開始するよう指示する（ステップＳ１０Ｎ）。なお、ステップＳ１０Ｙにおいて、生体が存在すると判定された場合、生体検知手段２４は、取得した画像と基準画像を比較し続け、差異がなくなれば生体が存在しないと判定し、給電装置２２に給電動作を開始するよう指示する（ステップＳ１０Ｎ）。

続いて、給電装置２２は、給電動作開始の指示を受けると、給電コイル２１に交流電流を供給する。給電コイル２１は、交流電流が流れると交流磁界を発生し、この交流磁界に基づく交流電流が対向する受電コイル３１に流れる。つまり、給電コイル２１から受電コイル３１にワイヤレスにて交流電力の伝送が開始される（ステップＳ１１）。

ここで、上述したように、給電装置２２による給電動作中においても、生体検知手段２４は、移動体３０近傍の画像を取得し続け、取得した画像と基準画像とを比較する（ステップＳ１２）。給電動作中に取得した画像と基準画像とを比較した結果に差異があれば生体が生体検知エリア４２に進入したと判定し、給電装置２２の給電動作を速やかに停止させる（ステップＳ１２Ｙ）。一方、給電動作中に取得した画像と基準画像とを比較した結果に差異がなければ生体検知エリア４２に生体の進入はないと判定し、給電装置２２は、充電完了まで給電動作を継続させる（ステップＳ１２Ｎ）。なお、ステップＳ１２Ｙにおいて、給電装置２２の給電動作を停止させた後、生体検知手段２４は、取得した画像と基準画像を比較し続ける（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、生体検知手段２４は、一定の期間中に、取得した画像と基準画像を比較した結果に差異がなくなれば生体検知エリア４２に生体が存在しないと判定し、給電装置２２に給電動作を再開するよう指示する（ステップＳ１３Ｎ）。ステップＳ１３において、生体検知手段２４は、一定の期間経過後に取得した画像と基準画像とを比較した結果に差異があれば生体が生体検知エリア４２に存在すると判定し、この判定結果を給電装置２２に設置されるモニター（図示しない）に表示させてユーザーに通知する（ステップＳ１３Ｙ）。また、ステップＳ１３Ｙにおいて、生体が存在すると判定された場合、生体検知手段２４は、取得した画像と基準画像を比較し続ける（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、生体検知手段２４は、取得した画像と基準画像とを比較した結果に差異があれば生体が生体検知エリア４２に存在すると判定し、取得した画像と基準画像を比較し続ける（ステップＳ１４Ｙ）。ステップＳ１４において、生体検知手段２４は、取得した画像と基準画像を比較した結果に差異がなくなれば生体検知エリア４２に生体が存在しないと判定し、給電装置２２に給電動作を再開するよう指示する（ステップＳ１４Ｎ）。

続いて、ステップＳ１２Ｎにおいて、充電が完了すると、給電装置２２は、給電動作を停止させる（ステップＳ１５）。

続いて、ステップＳ１５において、給電装置２２の給電動作が停止した後、生体検知手段２４による生体検知も停止させる（ステップＳ１６）。生体検知手段２４は、生体検知を停止した後も電源がオンの状態でもよいが、生体検知を停止した後に生体検知手段２４の電源がオンからオフに切り替わる、もしくは、オフからスタンバイモード（必要最低限の電力を使った状態）に切り替わることにより、電力の消費を抑えることができる。

続いて、給電側通信機器２５が受電側通信機器３４との間で通信が確立されているか否かを判定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、給電側通信機器２５と受電側通信機器との間の通信が確立されていると判定された場合、給電装置２２は、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置が許容範囲内に収まるように移動体３０が停車しているか否かを判定する（ステップＳ１８）。ここで、ステップＳ１８において、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置の許容範囲内に移動体３０が停車されると、給電可能位置に移動体３０が停車したことをユーザーに通知する（ステップＳ１８Ｙ）。ステップＳ１８において、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置の許容範囲内に移動体３０が停車していないと判定された場合、ステップＳ１７に戻る（ステップＳ１８Ｎ）。また、ステップＳ１８Ｙにおいて、給電可能位置に移動体３０が停車すると、給電装置２２は、ユーザーにより生体検知の開始を指示されたか否かを判定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９において、ユーザーにより生体検知の開始を指示されると、ステップＳ０９に戻る（ステップＳ１９Ｙ）。ステップＳ１９において、ユーザーにより生体検知の開始を指示されない場合は、ステップＳ１７に戻る（ステップＳ１９Ｎ）。一方、ステップＳ１７において、給電側通信機器２５が受電側通信機器３４との間で通信が確立されていないと判定された場合、位置検知手段２３による位置検知を停止させる（ステップＳ２０）。以上により、ワイヤレス電力伝送システム１０の給電動作が終了する。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、位置検知手段２３が給電コイル２１と受電コイル３１の対向方向と直交する方向の平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍと対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角の回転方向ずれ量θｍを計測し、当該計測結果に基づいて給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係を検知している。そのため、位置検知手段２３により検知した給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係に基づいて、平面方向ずれ量と回転方向ずれ量が許容範囲に収まるように移動体３０を誘導することが可能となり、給電コイル２１と受電コイル３１間の電力伝送効率を最適化することができる。

また、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０においては、生体の有無を検知する生体検知手段２４を備え、生体検知手段２４は、平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍの最大許容値と回転方向ずれ量θｍの最大許容値に基づいて、生体検知エリアを画定している。ところで、ワイヤレス電力伝送技術を移動体に適用した場合、給電開始前や給電中に移動体３０近傍における生体の存在を検知する必要がある。ところが、停車スペース２６に対して移動体３０が斜めにずれて停車されると、給電コイル２１から発生する磁束の放射パターンと受電コイル３１を搭載した移動体３０の位置関係が変化する。これによって、移動体３０近傍における生体の存在の検知が必要なエリアも変化してしまうために、本来であれば生体の検知を行う必要のあるエリアであっても検知がなされないということが懸念される。また、たとえ移動体３０を平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕と回転方向ずれ量θｍ〔°〕が許容範囲に収まるように誘導したとしても、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係を完全に一致させることは難しく、給電コイル２１と受電コイル３１に僅かな位置ずれが生じていることも考えられるため、給電コイル２１と受電コイル３１の位置ずれに応じた生体検知エリアを画定する必要がある。これに対して、本実施形態では、給電コイル２１と受電コイル３１が平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍと回転方向ずれ量θｍともに最大許容値に基づいて、生体検知エリア４２を画定していることから、生体検知が必要なエリアの検知を確実に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０について説明する。図６ａは、給電コイルと受電コイルの相対位置が一致している状態の生体検知エリアを示す模式図である。図６ｂは、給電コイルと受電コイルの相対位置がずれている状態の生体検知エリアを示す模式図である。第２実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、生体検知手段２４によって画定される生体検知エリア５２の点において、第１実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０と相違する。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態においては、生体検知手段２４は、位置検知手段２３が計測した平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍと回転方向ずれ量θｍとに基づいて、生体検知エリア５２を画定している。ここで、生体の存在を検知する必要のあるエリアは、平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍと回転方向ずれ量θｍに応じて変化する。つまり、生体検知手段２４は、平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍと回転方向ずれ量θｍを考慮して、生体の存在を検知する必要のあるエリアが漏れないように生体検知エリア５２を画定する必要がある。

まず、図６ａを参照して、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置が一致している場合の生体検知エリア５２ａについて説明する。図６ａは、平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍはともに０〔ｃｍ〕、回転方向ずれ量θｍは０〔°〕の状態を示している。図６ａに示す例においては、生体の存在を検知する必要のあるエリアは、給電コイル２１を中心として、移動体３０の底部と、移動体３０の進行方向と直交する方向の移動体３０側面近傍に拡がるエリアとなる。したがって、生体検知手段２４は、移動体３０の底部から移動体３０の進行方向と直交する方向の移動体３０側面近傍に拡がるエリアを生体検知エリア５２ａとして画定すればよい。

続いて、図６ｂを参照して、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置がずれている場合の生体検知エリア５２ｂについて説明する。図６ｂは、平面方向ずれ量Ｘｍが−５〔ｃｍ〕、平面方向ずれ量Ｙｍが＋５〔ｃｍ〕、回転方向ずれ量θｍが１０〔°〕の状態を示している。図６ｂに示す例においては、生体の存在を検知する必要のあるエリアは、受電コイル３１がずれた方向に対して、平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ分減少し、受電コイル３１がずれた方向と反対方向に対して、平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ分増加する。また、生体の存在を検知する必要のあるエリアは、移動体３０が給電コイル２１に対して回転方向ずれ量θｍ分傾いていることから、移動体３０の進行方向に減少する傾向となり、移動体の進行方向と直交する方向に増加する傾向となる。そして、これら増加分と減少分を合算したものが生体の存在を検知する必要のあるエリアとなる。ここで、図６ａにおける生体検知エリア５２ａを採用した場合、本来であれば生体の存在を検知する必要のあるエリアであるにも関わらず、漏れてしまうことが懸念される。これに対して、本実施形態では、生体検知手段２４は、位置検知手段２３が計測した平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕と回転方向ずれ量θｍ〔°〕とに基づいて、生体検知エリア５２ｂを画定していることから、生体検知が必要なエリアの最適化を図ることができ、生体検知を効率よく確実に行うことができる。

以上のように、本実施形態に係るワイヤレス電力伝送システム１０は、生体の有無を検知する生体検知手段２４を備え、生体検知手段２４は、位置検知手段２３が計測した平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕と回転方向ずれ量θｍ〔°〕とに基づいて、生体検知エリア５２を画定している。上述したように、ワイヤレス電力伝送技術を移動体に適用した場合、給電開始前や給電中に移動体３０近傍における生体の存在を検知する必要がある。ところが、停車スペース２６に対して移動体３０が斜めにずれて停車されると、給電コイル２１から発生する磁束の放射パターンと受電コイル３１を搭載した移動体３０の位置関係が変化する。これによって、移動体３０近傍における生体の存在の検知が必要なエリアも変化してしまうために、本来であれば生体の検知を行う必要のあるエリアであっても検知がなされないということが懸念される。また、たとえ移動体３０を平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕と回転方向ずれ量θｍ〔°〕が許容範囲に収まるように誘導したとしても、給電コイル２１と受電コイル３１の相対位置関係を完全に一致させることは難しく、給電コイル２１と受電コイル３１に僅かな位置ずれが生じていることも考えられるため、給電コイル２１と受電コイル３１の位置ずれに応じた生体検知エリアを画定する必要がある。これに対して、本実施形態では、生体検知手段２４が位置検知手段２３により計測した平面方向ずれ量Ｘｍ，Ｙｍ〔ｃｍ〕と回転方向ずれ量θｍ〔°〕に基づいて、生体検知エリア５２を画定していることから、生体検知が必要なエリアの最適化を図ることができ、生体検知を効率よく確実に行うことができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。例えば、上述した実施形態では、ワイヤレス電力伝送システムを移動体に適用した例を用いて説明したがこれに限られず、携帯電話やスマートフォンといった通信機器にも適用することができる。

１０…ワイヤレス電力伝送システム、２０…給電設備、２１…給電コイル、２２…給電設備、２３…位置検知手段、２４…生体検知手段、２５…給電側通信機器、２６…停車スペース、３０…移動体、３１…受電コイル、３２…整流器、３３…バッテリ、３４…受電側通信機器、４１…立入り制限エリア、４２，５２，５２ａ，５２ｂ…生体検知エリア。

Claims

給電コイルと受電コイルが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送システムであって、
交流電流が供給されて交流磁界を発生する前記給電コイルと、
交流磁界を介して電力を受電する前記受電コイルと、
前記給電コイルと前記受電コイルの相対位置関係を検知する位置検知手段と、
生体の有無を検知する生体検知手段と、を備え、
前記位置検知手段は、前記給電コイルと前記受電コイルの対向方向と直交する方向の平面方向ずれ量と前記対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角の回転方向ずれ量を計測し、当該計測結果に基づいて前記給電コイルと前記受電コイルの相対位置関係を検知し、
前記生体検知手段は、前記平面方向ずれ量の最大許容値と前記回転方向ずれ量の最大許容値に基づいて、生体検知エリアを画定することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。
給電コイルと受電コイルが対向することによりワイヤレスにて電力が伝送されるワイヤレス電力伝送システムであって、
交流電流が供給されて交流磁界を発生する前記給電コイルと、
交流磁界を介して電力を受電する前記受電コイルと、
前記給電コイルと前記受電コイルの相対位置関係を検知する位置検知手段と、
生体の有無を検知する生体検知手段と、を備え、
前記位置検知手段は、前記給電コイルと前記受電コイルの対向方向と直交する方向の平面方向ずれ量と前記対向方向から見たコイル中心を回転軸とした回転角の回転方向ずれ量を計測し、当該計測結果に基づいて前記給電コイルと前記受電コイルの相対位置関係を検知し、
前記生体検知手段は、前記位置検知手段が計測した前記平面方向ずれ量と前記回転方向ずれ量とに基づいて、生体検知エリアを画定することを特徴とするワイヤレス電力伝送システム。