JP6394182B2 - 非接触給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両内に配置された電子機器に対して非接触で給電を行う非接触給電装置に関する。

車両内における機器間通信において、従来有線通信であった部分を無線通信に置換することにより、ハーネス等にかかる重量やコストが削減され、ひいては車両全体の重量削減やコストダウンが実現されつつある。電力の供給について、特許文献１には、マイクロ波を用いて車両外から移動体（車両）に対して非接触で給電するシステムが提案されている。

特開２００８−９２７０３号公報

しかしながら、特許文献１に係る非接触給電システムは、マイクロ波を発生させる電磁波発生装置と、給電対象である車両との間の、マイクロ波の伝播経路に障害物が存在しないことが前提である。万一、マイクロ波の伝播経路に障害物が存在する場合、マイクロ波の減衰や拡散によって電力の伝送効率が著しく低下する。例えば、車両内の閉じた系において、車両内に配置された電子機器に対して、車両内の電磁波発生装置から給電を行う場合には、車両内に配置された他の部材が障害物となり、電力の伝送効率が低下する虞がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、障害物による電力の伝送効率の低下を抑制した非接触給電装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、車両内に配置された電子機器（２１０）に対してエネルギーの伝播媒体としての電磁波を照射して、電子機器に対する給電を行う非接触給電装置であって、電磁波が出射される出射面（１２）を有する複数の送電アンテナ（１０）を備え、複数の送電アンテナは、車両のボンネット（３２０）におけるエンジンルーム（３００）側の一面に沿って配置され、出射面は、エンジンルームに収められ給電対象としての電子機器を有するエンジンユニット（２００）に向くように配置され、複数の送電アンテナにおける電磁波の出射を制御する制御部（４０）をさらに備え、制御部は、複数の送電アンテナから、１つずつ順番に電磁波を出射させ、電子機器は、電磁波により受電した受電量の情報を制御部へ送信し、制御部は、複数の送電アンテナに対する電子機器の受電量に基づいて、電子機器に対する給電のために電磁波を出射させる送電アンテナを選択することを特徴としている。

ところで、エンジンユニットに備えられた電子機器に対して給電を行うとき、送電アンテナの出射面と電子機器との間には、エンジンユニットを構成する部材が存在する。そして、この部材は、エネルギーの伝播媒体としての電磁波の進行の障害となる。

上記発明によれば、エンジンユニットに備えられた電子機器に対して給電を行うとき、送電アンテナが、例えばフロントフェンダに配置されている場合に較べて、出射面と電子機器との間に介在する障害物の量を抑制することができるので、障害物による電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

あるいは、別の発明は、車両内に配置された電子機器に対してエネルギーの伝播媒体としての電磁波を照射して、電子機器に対する給電を行う非接触給電装置であって、電磁波が出射される出射面（１２）を有する複数の送電アンテナ（１０）を備え、複数の送電アンテナは、車両における車室（３３０）の内部空間の外縁に沿う一面に沿って配置され、出射面は、車室に向くように配置され、複数の送電アンテナにおける電磁波の出射を制御する制御部（４０）をさらに備え、制御部は、複数の送電アンテナから、１つずつ順番に電磁波を出射させ、電子機器は、電磁波により受電した受電量の情報を制御部へ送信し、制御部は、複数の送電アンテナに対する電子機器の受電量に基づいて、電子機器に対する給電のために電磁波を出射させる送電アンテナを選択することを特徴としている。

これによれば、車両内に配置された電子機器に対して、出射面と電子機器との間に介在する障害物の量を抑制することができるので、障害物による電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

第１実施形態に係る非接触給電装置が配置される車両前部の断面図である。 車両前部の上面図である。 送電アンテナの概略構成を示す斜視図である。 センサの概略構成を示すブロック図である。 制御部が実行する動作フローを示すフロー図である。 第１実施形態に係る非接触給電装置が配置される車両中央部の上面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１〜図４を参照して、本実施形態に係る非接触給電装置の概略構成について説明する。

図１に示すように、この非接触給電装置１００は、バルクヘッド３１０により車室と隔てられたエンジンルーム３００に格納されたエンジンユニット２００に対して電力を供給する装置である。エンジンユニット２００には、電子機器として、例えばエアフロメータや車速センサ、温度センサといった各種のセンサ２１０が配置されている。非接触給電装置１００は、これらのセンサ２１０に対して、非接触により電力を供給する。

非接触給電装置１００は、マイクロ波を外部空間に伝播させるための複数の送電アンテナ１０と、マイクロ波を発振するためのマイクロ波発振器２０と、マイクロ波発振器２０に電力を供給するバッテリ３０と、これらを制御する制御部４０と、を備えている。

送電アンテナ１０は、例えばマイクロストリップアンテナのような板状の平面アンテナである。本実施形態における送電アンテナ１０は、図１および図２に示すように、エンジンルーム３００と外界とを隔てるボンネット３２０のエンジンルーム３００に向く一面に沿って、並んで配置されている。送電アンテナ１０は、図３に示すように、誘電体の基板１１上に銅箔により形成された出射面１２と、マイクロ波発振器２０と出射面１２とを仲介して出射面１２へエネルギーを伝送するマイクロストリップ線路１３と、出射面１２からのマイクロ波の出射のオンオフを制御するスイッチ１４とを有している。

エネルギーの伝播媒体としてのマイクロ波は、出射面１２から出射される。マイクロ波の出射方向は出射面１２の略法線方向である。このため、送電アンテナ１０は、出射面１２がエンジンルーム３００に向くように配置され、ひいては、エンジンルーム３００に格納されたエンジンユニット２００に向くように配置されている。スイッチ１４は制御部４０からの制御信号に基づいてオンオフし、出射面１２からマイクロ波を出射するか、あるいはしないかを制御している。

マイクロ波発振器２０は、例えば周波数３００ＭＨｚから３ＴＨｚ程度の電磁波を発振させる装置であり、一般的に知られたマグネトロンなどを採用することができる。マイクロ波発振器２０により発生したマイクロ波はマイクロストリップ線路１３を通して出射面１２に伝送される。

バッテリ３０は、マイクロ波発振器２０へ電力を供給する。バッテリ３０は一般的に知られた二次電池を採用することができる。

制御部４０は、バッテリ３０における電力の残量等の情報に基づいてマイクロ波発振器２０によるマイクロ波の発振を制御する。制御部４０は、無線通信のための図示しない受信機を有しており、センサ２１０から送信される情報を受信可能になっている。なお、制御の詳細は後述する。

エンジンユニット２００は、エンジンやモータ、ラジエータ等を含む、エンジンルーム３００に格納された機構全体を指す。エンジンユニット２００は、電子制御装置（ＥＣＵ）のほか、エンジンユニット２００に含まれる装置の状態を検出する各種のセンサ２１０を有している。

センサ２１０は、図４に示すように、エンジンユニット２００に含まれる装置の状態を検出する検出部２１１と、送電アンテナ１０から出射されるマイクロ波を受ける受電アンテナ２１２と、受電アンテナ２１２により受電した電力を蓄積するセンサバッテリ２１３と、検出部２１１により検出された装置の状態や、センサバッテリ２１３の電力の残量等の情報を制御部４０に対して送信する送信機２１４を有している。受電アンテナ２１２により受電された電力は、例えば全波整流器などによって直流電力に整流されてセンサ２１０の駆動電力に供され、また、センサバッテリ２１３に蓄電される。

次に、図５を参照して、本実施形態における非接触給電装置１００の動作フローを説明する。

まず、制御部４０はステップＳ１を実行する。ステップＳ１は、制御部４０がバッテリ３０の電力の残量に関する情報をバッテリ３０から受信するステップである。

次いで、制御部４０はステップＳ２を実行する。ステップＳ２は、ステップＳ１において検出されたバッテリ３０の電力の残量に基づいて、制御部４０が送電アンテナ１０から出力可能な電力量を算出するステップである。このステップでは、送電アンテナ１０からマイクロ波として出射するエネルギー量の上限が決定される。

次いで、制御部４０はステップＳ３を実行する。ステップＳ３は、制御部４０が送電アンテナ１０からマイクロ波として出射するエネルギー（電力量）を決定するステップである。このステップで決定されるマイクロ波のエネルギーは、ステップＳ２において算出されたエネルギーの上限を超えないように設定される。

次いで、制御部４０はステップＳ４を実行する。ステップＳ４は、ステップＳ３で決定された電力量となるようにマイクロ波発振器２０がマイクロ波の発振を行うとともに、制御部４０が複数の送電アンテナ１０のうち、一つの送電アンテナ１０のスイッチ１４をオンにするステップである。このステップにより、一つの送電アンテナ１０の出射面１２からエンジンユニット２００に向けてマイクロ波が出射される。

次いで、制御部４０はステップＳ５を実行する。ステップＳ５は、各センサ２１０が、出射されたマイクロ波により受電した自身の電力量（以下、受電量という）を測定し、受電量の情報を送信機２１４から制御部４０の受信機に対して送信するステップである。制御部４０は、ステップＳ４において選択された一つの送電アンテナ１０が出射したマイクロ波による、各センサ２１０の受電量を記録する。

次いで、制御部４０はステップＳ６を実行する。ステップＳ６は、制御部４０が、すべての送電アンテナ１０について、各センサ２１０の受電量が記録されたか否かを判定するステップである。ステップＳ６による判定結果がＮＯ判定であれば、動作フローはステップＳ４に戻る。すなわち、制御部４０は、ステップＳ４においてオンにする送電アンテナ１０を、ステップＳ６を経る直前にオンされていた送電アンテナ１０とは異なる送電アンテナ１０に切り替えてステップＳ４，Ｓ５を実行する。制御部４０はこれを繰り返し、すべての送電アンテナ１０について、各センサ２１０の受電量が記録されたことを以って、ステップＳ６の判定結果はＹＥＳ判定となる。ステップＳ６による判定結果がＹＥＳ判定であれば、ステップＳ７に進む。なお、ステップＳ６においてＹＥＳ判定となった時点で、制御部４０は、各送電アンテナ１０と、各送電アンテナ１０に対するセンサ２１０の受電量とが対応して記載されたリスト（以下、受電量リストという）を有する状態になっている。制御部４０は、この受電量リストを参照することにより、あるセンサ２１０の受電量を最大にするための送電アンテナ１０を確定させることができる。

ステップＳ７は、ステップＳ１と同様に、制御部４０がバッテリ３０の電力の残量に関する情報をバッテリ３０から受信するステップである。

次いで、制御部４０は、ステップＳ２と同様に、ステップＳ８を実行する。ステップＳ８は、ステップＳ７において検出されたバッテリ３０の電力の残量に基づいて、制御部４０が送電アンテナ１０から出力可能な電力量を算出するステップである。

次いで、制御部４０はステップＳ９を実行する。ステップＳ９は、制御部４０が、すべての送電アンテナ１０の中から、マイクロ波を出射する送電アンテナ１０を選択するとともに、マイクロ波として出射する電力量を決定するステップである。このステップで決定されるマイクロ波の総電力量は、ステップＳ８において算出されたエネルギーの上限を超えないように設定される。

ステップＳ９において、マイクロ波が出射される送電アンテナの選択については、種々条件を任意に設定可能であるが、例えば、以下に記載するような条件を設定すると良い。

＜各センサ２１０の受電量に基づいて送電アンテナ１０を決定する場合＞
例えば、制御部４０は、上記した受電量リストを参照して、受電量が予め設定された電力量以上になっているセンサ２１０に対応する送電アンテナ１０を、マイクロ波を出射する送電アンテナ１０として選択する。そして、選択された送電アンテナ１０から出射されるマイクロ波の総電力量は、ステップＳ８において算出されたエネルギーの上限を超えないように設定される。

あるいは、制御部４０は、上記した受電量リストを参照して、受電量について降順に並べて上位となる送電アンテナ１０を選択するようにしてもよい。この場合、選択される送電アンテナ１０の数、すなわち、上位のいくつまで選択するか、は任意に設定することができる。

＜バッテリ３０の電力の残量に基づいて送電アンテナ１０を決定する場合＞
例えば、制御部４０は、上記した受電量リストを参照して、受電量について降順に並べて上位となる送電アンテナ１０を選択する。そして、選択される送電アンテナ１０の数の決定に際して、制御部４０はバッテリ３０の電力の残量の情報を取得する。制御部４０は、その残量に基づいて、選択される送電アンテナ１０の数を決定する。例えば、バッテリ３０が十分に充電されている場合には、選択される送電アンテナ１０の数を比較的多く設定することができ、逆に、バッテリ３０が十分に充電されていない場合には、選択される送電アンテナ１０の数を比較的少なく設定する。

上記した２つの条件において、センサ２１０が具備するセンサバッテリ２１３の充電状態を受電量リストに反映させてもよい。センサバッテリ２１３の電力の残量が少ない場合には該当するセンサ２１０が要求する電力量が大きくなる。制御部４０は、受電量リストに、各センサ２１０の要求する電力量を記録する。そして、受電量が比較的大きく、且つ、要求する電力量が比較的大きいセンサ２１０に対して十分な電力供給が可能な送電アンテナ１０の優先度を高く設定する。

制御部４０は、設定された優先度に基づいて、マイクロ波を出射する送電アンテナ１０として選択する。選択される送電アンテナ１０の数、すなわち、上位のいくつまで選択するかは任意に設定することができるし、あるいはバッテリ３０の電力の残量に基づいて、選択される送電アンテナ１０の数を決定することもできる。

ステップＳ９の終了後、制御部４０はステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０は、ステップＳ９で決定された電力量となるようにマイクロ波発振器２０がマイクロ波の発振を行うとともに、制御部４０がすべての送電アンテナ１０のうち、ステップＳ９において選択された送電アンテナ１０のスイッチ１４をオンにするステップである。このステップにより、選択された送電アンテナ１０の出射面１２からエンジンユニット２００に向けてマイクロ波が出射される。

次いで、制御部４０はステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１は、各センサ２１０が、出射されたマイクロ波により受電した自身の受電量を測定し、受電量の情報を送信機２１４から制御部４０の受信機に対して送信するステップである。これにより受電量リストが更新される。

ステップＳ１１の終了後、制御部４０はステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２は、制御部４０が、送電アンテナ１０による電力伝送、すなわち送電が実施可能か否かを判断するステップである。例えば、ステップＳ１２の時点でイグニッションスイッチがオフされた状況であれば、送電アンテナ１０からの電力伝送は不可能であるから、ＹＥＳ判定となり、処理を終了する。一方、引き続き電力の伝送が可能であればＮＯ判定となる。

ステップＳ１２においてＮＯ判定の場合は、制御部４０は動作フローをステップＳ７に戻し、ステップＳ７〜ステップＳ１１を繰り返して、センサ２１０への電力供給を行う。

なお、ステップＳ１２が終了した後、ステップＳ７ではなく、動作フローをステップＳ１に戻して、ステップＳ１〜ステップＳ１１を巡回させてもよい。ただし、一度の走行において、バッテリ３０およびセンサバッテリ２１３の電力の残量や、エンジンルーム３００内部のマイクロ波に対する障害物の状態が大幅に変化することは稀である。よって、ステップＳ１〜ステップＳ６のフローは、車両のイグニッションスイッチをオンした時点のみ実行し、走行中においてはステップＳ７〜ステップＳ１１を繰り返すようにすればよい。

次に、本実施形態における非接触給電装置１００の作用効果について説明する。

エンジンルーム３００は、一般的に略直方体であり、エンジンルーム３００に格納されたエンジンユニット２００も略直方体である。そして、エンジンユニット２００は、直方体のうち最も面積の大きい２面が、天地面となるように配置されている。換言すれば、直方体のうち最も面積の大きい２面のうちの１つの面がボンネット３２０に対向している。そして、本実施形態における非接触給電装置１００は、送電アンテナ１０がボンネット３２０におけるエンジンルーム３００に面する一面に配置され、出射面１２がエンジンユニット２００に向くようになっている。つまり、出射面１２は、エンジンユニット２００に見立てた略直方体の天地面に略対向している。

このような配置においては、送電アンテナ１０が例えばフェンダに配置されている場合に比べて、出射面１２から出射したマイクロ波がエンジンユニット２００を貫く長さを短くすることができる。このため、エンジンルーム３００内に配置された電子機器としてのセンサ２１０に対して、出射面１２とセンサ２１０との間に介在する障害物の量を抑制することができるので、障害物による電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

また、本実施形態における非接触給電装置１００は、複数の送電アンテナ１０を備えているから、一つのセンサ２１０に対して、給電のための送電アンテナ１０を複数割り当てることができる。このため、送電アンテナ１０が一つである構成に較べて、大電力を送電することができる。換言すれば、一つのセンサ２１０を給電するための時間を短縮することができる。

さらに、本実施形態における非接触給電装置１００は、図５に示す動作フローのステップ９にて、必要とされる送電アンテナ１０だけをオン状態にする。換言すれば、エネルギーの伝送効率が悪い送電アンテナ１０や、十分に充電がなされているセンサ２１０への給電を担当する送電アンテナ１０をオフ状態にする。これにより、すべての送電アンテナ１０をオン状態にする構成に較べて省電力化を実現することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、送電アンテナ１０がボンネットに配置される例について説明した。これに対して、本実施形態では、送電アンテナ１０が車室に面する部位に配置される例について説明する。なお、本実施形態における非接触給電装置１００は、第１実施形態に対してその配置場所が変更されたものであり、その構成や動作フローは第１実施形態と同様である。また、本実施形態における非接触給電装置１００の給電対象は、エンジンユニット２００に配置された電子機器ではなく、車室３３０内に配置された車室内温度センサや湿度センサ、アクセルペダルの回転角センサ、さらには搭乗者が所有する携帯電話やスマートフォンといったタブレット端末等の電子機器である。

本実施形態における非接触給電装置１００は、図６に示すように、送電アンテナ１０が、車両におけるドア３４０、ルーフ３５０、フロントピラー３６０、およびリアピラー３７０に配置され、マイクロ波の出射面１２は、車室を向くようになっている。ドア３４０、ルーフ３５０、フロントピラー３６０、およびリアピラー３７０のような部位は、車室３３０の外縁に沿って形成されており、車室３３０との間に薄い金属層や、その他、薄い断熱層などの障害物が存在するのみである。よって、例えば、第１実施形態のように、ボンネット３２０に配置された送電アンテナ１０によって車室３３０内の電子機器に給電する場合に較べて、出射面１２とセンサとの間に介在する障害物の量を抑制することができるので、障害物による電力の伝送効率の低下を抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態の動作フローにおいて、ステップＳ９における送電アンテナ１０の選択方法として、各センサ２１０の受電量に基づいて送電アンテナ１０を決定する場合と、バッテリ３０の電力の残量に基づいて送電アンテナ１０を決定する場合の、２例について説明したが、これらの例に限定されない。予め規定されたルールに沿って、すべての送電アンテナ１０から、条件に沿った送電アンテナ１０を選択してマイクロ波を出射させるように構成することにより、省電力を実現することができる。

また、送電のためのエネルギーの伝播媒体として、マイクロ波を例に説明したが、媒体となる電磁波の振動数は任意である。

また、送電アンテナ１０としてマイクロストリップアンテナを例に説明したが、アンテナの形式は限定されるものではなく、送電アンテナ１０が板状の平面アンテナであれば、本発明を適用可能である。

１０…送電アンテナ，２０…マイクロ波発振器，３０…バッテリ，４０…制御部，２００…エンジンユニット，２１０…電子機器（センサ），３００…エンジンルーム，３２０…ボンネット

Claims (7)

1. 車両内に配置された電子機器（２１０）に対してエネルギーの伝播媒体としての電磁波を照射して、前記電子機器に対する給電を行う非接触給電装置であって、
   前記電磁波が出射される出射面（１２）を有する複数の送電アンテナ（１０）を備え、
   複数の前記送電アンテナは、前記車両のボンネット（３２０）におけるエンジンルーム（３００）側の一面に沿って配置され、
   前記出射面は、前記エンジンルームに収められ給電対象としての前記電子機器を有するエンジンユニット（２００）に向くように配置され、
   複数の前記送電アンテナにおける前記電磁波の出射を制御する制御部（４０）をさらに備え、
   前記制御部は、複数の前記送電アンテナから、１つずつ順番に電磁波を出射させ、
   前記電子機器は、電磁波により受電した受電量の情報を前記制御部へ送信し、
   前記制御部は、複数の前記送電アンテナの各々に対する前記電子機器の受電量に基づいて、前記電子機器に対する給電のために前記電磁波を出射させる前記送電アンテナを選択することを特徴とする非接触給電装置。
2. 車両内に配置された電子機器に対してエネルギーの伝播媒体としての電磁波を照射して、前記電子機器に対する給電を行う非接触給電装置であって、
   前記電磁波が出射される出射面（１２）を有する複数の送電アンテナ（１０）を備え、
   複数の前記送電アンテナは、前記車両における車室（３３０）の内部空間の外縁に沿う一面に沿って配置され、
   前記出射面は、前記車室に向くように配置され、
   複数の前記送電アンテナにおける前記電磁波の出射を制御する制御部（４０）をさらに備え、
   前記制御部は、複数の前記送電アンテナから、１つずつ順番に電磁波を出射させ、
   前記電子機器は、電磁波により受電した受電量の情報を前記制御部へ送信し、
   前記制御部は、複数の前記送電アンテナの各々に対する前記電子機器の受電量に基づいて、前記電子機器に対する給電のために前記電磁波を出射させる前記送電アンテナを選択することを特徴とする非接触給電装置。
3. 前記制御部は、複数の前記送電アンテナのうち、前記電子機器に対する給電量が所定の閾値よりも大きい前記送電アンテナを選択し、選択された前記送電アンテナから前記電磁波を出射させることを特徴とする請求項１又は２に記載の非接触給電装置。
4. 複数の前記送電アンテナに電力を供給するバッテリ（３０）を備え、
   前記制御部は、前記バッテリにおける電力の残量に基づいて、前記電磁波を出射させる前記送電アンテナを選択することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触給電装置。
5. 前記制御部は、前記バッテリにおける電力の残量が多いときには、少ないときと比較して、選択する送電アンテナの数を増やすことを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。
6. 前記制御部は、前記電子機器の要求する電力量と、前記電子機器の受電量と、に基づいて前記電磁波を出射するべき前記送電アンテナの優先度を決定するとともに、
   前記バッテリにおける電力の残量に基づいて、前記優先度の高い順に前記送電アンテナを選択し、選択された前記送電アンテナから前記電磁波を出射させることを特徴とする請求項４に記載の非接触給電装置。
7. 前記制御部は、前記送電アンテナについて、各々の前記送電アンテナと、該送電アンテナに対する前記電子機器の受電量を対応させたリストを所定のタイミングで更新することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の非接触給電装置。

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