JP6988701B2 - 非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、非接触電力伝送システムに関し、より特定的には、送電装置の１次コイルから受電装置の２次コイルへ非接触で電力の伝送が行なわれる非接触電力伝送システムに関する。

ＩＥＣ（国際電気標準会議）６１９８０シリーズは、送電コイルと受電コイルとの相対位置（以下、「送受電コイルの相対位置」とも称する）の検出方式として、以下に説明するＬＰＥ（Low Power Excitation）方式及び低周波シグナル（LF Signal）方式を提示する。なお、送受電コイルの相対位置は、送電コイル及び受電コイルのうち一方を基準とした他方の位置を意味する。

上記のＬＰＥ方式では、低電力で電力伝送を行なったときの受電電力に基づいて送受電コイルの相対位置を検出する。しかし、こうした検出方式には、次のような課題がある。第１に、送電コイルと受電コイルとの間隔（以下、「コイル間ギャップ」とも称する）によっては位置検出の精度が不十分になる。第２に、送電コイルと受電コイルとを電力伝送が可能な程度まで近づけた状態でなければ、位置検出を行なうことができない。

上記の低周波シグナル方式では、送電装置と受電装置との間でのアンテナ無線通信を通じて送受電コイルの相対位置を検出する。こうした検出方式では、対象とする信号をアンテナで検知することによって送受電コイルの相対位置を検出する。しかし、アンテナの周囲には、対象とする信号以外の電磁波（反射波等）が多数存在しており、こうした電磁波がアンテナで検知されることによって誤検出が生じ得る。

ＩＥＣ６１９８０シリーズが提示する各方法の上述のような課題に鑑みて、別の方法も提案されている。たとえば、特開２０１５−３７３３６号公報（特許文献１）には、撮像装置を用いて送電コイルと受電コイルとの位置ずれ量（より特定的には、送電コイル及び受電コイルの中心位置間の３次元距離）を検出する方法が開示されている（特に、特許文献１の段落［００４２］参照）。

なお、特開２０１３−１５４８１５号公報（特許文献２）、特開２０１３−１４６１５４号公報（特許文献３）、特開２０１３−１４６１４８号公報（特許文献４）、特開２０１３−１１０８２２号公報（特許文献５）、及び特開２０１３−１２６３２７号公報（特許文献６）にも、非接触電力伝送に関する技術が開示されている。

特開２０１５−３７３３６号公報 特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報

特許文献１に記載される非接触電力伝送システムでは、送電コイル及び受電コイルの中心位置間の３次元距離が、送電コイルと受電コイルとの位置ずれ量（以下、「コイル間位置ずれ量」とも称する）を示すパラメータとして検出される。送電コイル及び受電コイルの中心位置間の３次元距離が大きいほどコイル間位置ずれ量は大きくなる。しかし、こうした３次元距離を撮像装置によって正確に検出することは困難である。そして、コイル間位置ずれ量の誤検出により送電コイルと受電コイルとが過度に位置ずれした状態で電力の伝送が行なわれると、電力の伝送効率（送電電力に対する受電電力の割合）が低くなるなどの不都合が生じ得る。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、送受電コイルの相対位置を撮像装置によって検出する非接触電力伝送システムにおいて、１次コイル（送電コイル）と２次コイル（受電コイル）とが過度に位置ずれした状態で電力の伝送が行なわれることをより確実に防ぐことである。

本開示の非接触電力伝送システムでは、送電装置の１次コイルから受電装置の２次コイルへ非接触で電力の伝送が行なわれる。送電装置及び受電装置のうち、一方が、撮像装置を備え、他方が、撮像装置により認識可能な第１パターン及び第２パターンを備える。第１パターンと第２パターンとは、互いに異なるパターンを有して１次コイル又は２次コイルの周囲に互いに離間して配置されている。そして、本開示の非接触電力伝送システムは、電力の伝送を開始する前に、撮像装置により認識された第１パターン及び第２パターンの各々と予め定められたパターンとを照合し、第１パターン及び第２パターンの両方について照合が成功した場合に電力の伝送の開始を許可する。

コイルの周囲に設けられたパターンを撮像装置によって認識し、認識されたパターンと予め定められたパターンとの照合（パターン照合）を行なうことで、１次コイルと２次コイルとの相対位置（コイル間位置ずれ量等）を検出することができる。しかし、１つのパターンのみによるパターン照合では、汚れや傷等によってパターンの認識が妨げられる可能性を否定できず、誤検出の可能性が高くなる。本開示の非接触電力伝送システムでは、電力の伝送を開始する前に、第１パターン及び第２パターンの各々についてパターン照合を行ない、複数のパターン（第１パターン及び第２パターン）の照合が成功した場合に電力の伝送の開始を許可する（すなわち、いずれかのパターンの照合が失敗した場合には電力の伝送の開始を許可しない）ことで、１次コイルと２次コイルとが過度に位置ずれした状態（より特定的には、コイル間位置ずれ量が許容範囲を超えている状態）で電力の伝送が行なわれることをより確実に防ぐことが可能になる。

また、第１パターンと第２パターンとが互いに異なるパターンを有して互いに離間して配置されていることで、撮像装置がいずれのパターンを先に認識したかに基づいて１次コイルと２次コイルとの相対的な位置関係を検出することができる。

本開示によれば、送受電コイルの相対位置を撮像装置によって検出する非接触電力伝送システムにおいて、１次コイルと２次コイルとが位置ずれした状態で電力の伝送が行なわれることをより確実に防ぐことが可能になる。

本開示の実施の形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成図である。 図１に示した車両を下から見た図である。 図１に示した送電装置及び受電装置の断面構造を示す図である。 図１及び図３に示した送電装置を上から見た図である。 図１及び図３に示した受電装置を下から見た図である。 本開示の実施の形態に係る非接触電力伝送システムにおいて送受電コイルの相対位置を検出する方法を説明するための図である。 本開示の実施の形態に係る非接触電力伝送システムによる電力伝送制御を示すフローチャートである。

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

以下で用いられる図中の矢印Ｆ，Ｂ，Ｒ，Ｌ，Ｕ，Ｄは、車両を基準とする方向を示しており、矢印Ｆは「前方」、矢印Ｂは「後方」、矢印Ｒは「右」、矢印Ｌは「左」、矢印Ｕは「上」、矢印Ｄは「下」を示している。以下では、電子制御ユニット（Electronic Control Unit）を、「ＥＣＵ」と称する。

図１は、本開示の実施の形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成図である。この電力伝送システム１０は、充電設備１（地上器）及び車両２を含む。

充電設備１は、送電装置１００と、送電装置１００を制御する送電ＥＣＵ１５０と、送電装置１００へ電力を供給する交流電源７００とを備える。送電装置１００は地面Ｆ１０（たとえば、駐車場の床面）に設置されている。交流電源７００の例としては、家庭用電源（たとえば、電圧２００Ｖ、周波数５０Ｈｚの交流電源）が挙げられる。

車両２は、受電装置２００と、受電装置２００が受電した電力によって充電される蓄電装置３００と、受電装置２００を制御する車両ＥＣＵ５００とを備える。受電装置２００は、車両２の下面Ｆ２０（床下）に設置された蓄電装置３００の下面（路面側）に設けられている。

蓄電装置３００は、たとえば二次電池（リチウムイオン電池やニッケル水素電池等）と、車両ＥＣＵ５００によってＯＮ／ＯＦＦ制御される充電リレーと、蓄電装置３００の状態を監視する監視ユニットと（いずれも図示せず）を含んで構成される。監視ユニットは、蓄電装置３００の状態（温度、電流、電圧等）を検出する各種センサを含み、検出結果を車両ＥＣＵ５００へ出力する。車両ＥＣＵ５００は、監視ユニットの出力に基づいて蓄電装置３００の状態（ＳＯＣ（State Of Charge）等）を取得する。充電リレーは、受電装置２００による蓄電装置３００の充電時にＯＮ（導通状態）にされる。蓄電装置３００は、たとえば図示しない車両駆動装置（インバータ及び駆動モータ等）へ電力を供給する。車両２は、蓄電装置３００に蓄えられた電力のみを用いて走行可能な電気自動車であってもよいし、蓄電装置３００に蓄えられた電力とエンジン（図示せず）の出力との両方を用いて走行可能なハイブリッド車であってもよい。

送電装置１００は、車両２の受電装置２００が送電装置１００に対向するように車両２の位置合せが行なわれた状態において、受電装置２００へ磁界を通じて非接触で送電するように構成される。受電装置２００は、送電装置１００からの電力を非接触で受電する。非接触（ワイヤレス）での電力伝送方式は、たとえば磁界共鳴方式である。しかしこれに限られず、他の方式（電磁誘導方式等）を採用してもよい。

上記各ＥＣＵ（送電ＥＣＵ１５０、車両ＥＣＵ５００）は、演算装置、記憶装置、入出力ポート、及び通信ポート（いずれも図示せず）等を含む。演算装置は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むマイクロプロセッサによって構成される。記憶装置は、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、プログラム等を保存するストレージ（ＲＯＭ（Read Only Memory）や、書き換え可能な不揮発性メモリ等）とを含む。記憶装置に記憶されているプログラムを演算装置が実行することで、各種制御が実行される。送電ＥＣＵ１５０においては、たとえば、演算装置と、演算装置により実行されるプログラムとによって、送電制御部１５１及び検出部１５２が具現化される。これら送電制御部１５１及び検出部１５２の詳細については後述する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

充電設備１は通信部１６０をさらに備え、車両２は通信部６００をさらに備える。通信部１６０及び６００は、充電設備１と車両２との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。充電設備１の通信部１６０と車両２の通信部６００との間で無線通信が行なわれることによって、送電ＥＣＵ１５０と車両ＥＣＵ５００との間で情報のやり取りを行なうことが可能になる。

車両２は、車両ＥＣＵ５００から入力される情報や信号を表示する表示部４００をさらに備える。車両ＥＣＵ５００は、表示部４００を通じてユーザへの報知を行なうことができる。表示部４００の例としては、タッチパネルディスプレイが挙げられる。表示部４００はスピーカー機能を備えていてもよい。

図２は、図１に示した車両２を下から見た図である。図２を参照して、車両２の下面Ｆ２０には、前述した蓄電装置３００及び受電装置２００のほか、車体の一部（アンダーボディ）を構成するフロアパネル２１、及び排気系２２が露出している。排気系２２は、たとえば排気管、排気浄化装置、及びマフラを含む。

以下、図３〜図５を参照して、送電装置１００及び受電装置２００の構成について説明する。図３は、図１に示した送電装置１００及び受電装置２００の断面構造を示す図である。図４は、図１及び図３に示した送電装置１００を上から見た図である。図５は、図１及び図３に示した受電装置２００を下から見た図である。

図３及び図４を参照して、送電装置１００は、１次コイル１０１と、１次コイル１０１を収容する筐体１０２と、撮像装置１０３とを備える。図４において、基準面Ｐ１１は、前後方向（Ｆ−Ｂ方向）の軸に直交する平面（ＬＲ−ＵＤ面）であり、コイル中心軸Ｐ１０を含む。基準面Ｐ１２は、左右方向（Ｌ−Ｒ方向）の軸に直交する平面（ＦＢ−ＵＤ面）であり、コイル中心軸Ｐ１０を含む。コイル中心軸Ｐ１０は、１次コイル１０１の中心軸であり、基準面Ｐ１１と基準面Ｐ１２との交線に相当する。

１次コイル１０１は、伝送周波数（伝送される電力の周波数）において共振する共振回路を構成する。共振回路の共振強度を示すＱ値は１００以上であることが好ましい。筐体１０２内には、１次コイル１０１のほか、フェライト板（１次コイル１０１のコア）、電磁遮蔽用の金属板、回路基板、及び監視ユニット等（いずれも図示せず）がさらに収容されている。回路基板は、交流電源７００（図１）から受ける電力に所定の電力変換処理を行なう電力変換部（ＡＣ／ＤＣコンバータ、インバータ、及びフィルタ回路等）を含む。また、監視ユニットは、回路基板の状態（温度、電流、電圧等）を検出する各種センサを含み、検出結果を送電ＥＣＵ１５０（図１）へ出力する。送電ＥＣＵ１５０が電力変換部を制御することにより、所定の大きさ及び周波数の交流電力が１次コイル１０１に供給される。

撮像装置１０３は、たとえば筐体１０２の上面の中央部（コイル中心軸Ｐ１０付近）に設けられている。撮像装置１０３はレンズ及びイメージセンサを含んで構成される。イメージセンサは結像面に配置され、レンズを通った光はイメージセンサによって電気信号に変換される。撮像装置１０３のイメージセンサとしては、たとえばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、又はＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサを採用できる。また、この実施の形態では、撮像装置１０３のレンズとして魚眼レンズを採用する。これにより、撮像装置１０３によって広範囲（広角）の空間が撮影可能になる。撮像装置１０３は、周囲の空間を撮影して画像データ（以下、「撮影画像」と称する）を得て、撮影画像を送電ＥＣＵ１５０へ出力する。この実施の形態では、送電装置１００が備える撮像装置の数が１つであるが、送電装置１００に複数の撮像装置を設けてもよい。

図３及び図５を参照して、受電装置２００は、受電部２１０と、基板２２０と、傾斜部２２１，２２２と、複数の発光部Ｌｂ１〜Ｌｂ１１が形成するパターンＰｂ（第１パターン）と、複数の発光部Ｌｆ１〜Ｌｆ１１が形成するパターンＰｆ（第２パターン）とを備える。図５において、基準面Ｐ２１は、前後方向（Ｆ−Ｂ方向）の軸に直交する平面（ＬＲ−ＵＤ面）であり、コイル中心軸Ｐ２０を含む。基準面Ｐ２２は、左右方向（Ｌ−Ｒ方向）の軸に直交する平面（ＦＢ−ＵＤ面）であり、コイル中心軸Ｐ２０を含む。コイル中心軸Ｐ２０は、２次コイル２０１の中心軸であり、基準面Ｐ２１と基準面Ｐ２２との交線に相当する。

受電部２１０及びパターンＰｂ，Ｐｆは、基板２２０の下面に設置されている。また、傾斜部２２１及び２２２の各々の一端は基板２２０の下面に接続されている。基板２２０と傾斜部２２１，２２２とは互いに一体的に形成されていてもよい。パターンＰｂとパターンＰｆとは、２次コイル２０１の周囲に互いに離間して配置されている。パターンＰｂとパターンＰｆとは、２次コイル２０１を挟んで対向しており、２次コイル２０１の後方（Ｂ側）にパターンＰｂが、２次コイル２０１の前方（Ｆ側）にパターンＰｆが配置されている。また、パターンＰｂの後方には傾斜部２２１が設けられ、パターンＰｆの前方には傾斜部２２２が設けられている。

傾斜部２２１及び２２２の各々は、基板２２０に対して傾斜した板状部材であり、基端（基板２２０との接続部）から受電部２１０側に向かって延び、基板２２０から下方へ遠ざかるほど受電部２１０に近づく。傾斜部２２１、２２２の先端はそれぞれパターンＰｂ、Ｐｆの近傍に位置する。傾斜部２２１，２２２は、パターンＰｂ，Ｐｆを構成する発光部（発光部Ｌｂ１〜Ｌｂ１１及びＬｆ１〜Ｌｆ１１）を保護しており、各発光部の位置決めなどに用いることもできる。

受電部２１０は、２次コイル２０１と、２次コイル２０１を収容する筐体２０２とを含む。２次コイル２０１は、伝送周波数において共振する共振回路を構成する。共振回路の共振強度を示すＱ値は１００以上であることが好ましい。筐体２０２内には、２次コイル２０１のほか、フェライト板（２次コイル２０１のコア）、電磁遮蔽用の金属板、回路基板、及び監視ユニット等（いずれも図示せず）がさらに収容されている。回路基板は、フィルタ回路、整流回路、及び平滑用のキャパシタ等を含む。また、監視ユニットは、回路基板の状態（温度、電流、電圧等）を検出する各種センサを含み、検出結果を車両ＥＣＵ５００（図１）へ出力する。２次コイル２０１が受電した交流電力は上記の回路基板によって直流電力に変換される。これにより、受電装置２００の出力電力として直流電力が蓄電装置３００（図１）に供給される。

パターンＰｂ，Ｐｆを形成する発光部Ｌｂ１〜Ｌｂ１１及びＬｆ１〜Ｌｆ１１の各々は、点灯及び消灯が可能な発光体であり、各発光部の状態（点灯／消灯）は車両ＥＣＵ５００によって制御される。この実施の形態では、各発光部としてＬＥＤ（発光ダイオード）を採用するが、他の発光体（白熱電球等）を使用してもよい。

この実施の形態では、パターンＰｂ及びＰｆの各々として、各発光部の状態（点灯／消灯）によって２値化された１０個以上（より特定的には、１１個）のデータ（２値データ）からなる１次元コードを採用する。図５において、発光部Ｌｂ１〜Ｌｂ１１及びＬｆ１〜Ｌｆ１１のうち、模様（ドット模様）が付されたものは、点灯している発光部を示しており、模様がないものは、消灯している発光部を示している。点灯している発光部を「１」、消灯している発光部を「０」と表す場合、パターンＰｂは右から左へ向かって「０１０１０００１０１０」となり、パターンＰｆは右から左へ向かって「０１０１０１０１０１０」となる。このように、パターンＰｂとパターンＰｆとは互いに異なるパターンを有する。

撮像装置１０３によってパターンＰｂ及びＰｆを認識する場合、パターンＰｂ及びＰｆの各々を形成する発光部のうち点灯している発光部が認識される。各パターンは、点灯している発光部の数と、点灯している発光部のサイズ（点灯している発光部が連続して並ぶ数）と、点灯している発光部同士のギャップ（点灯している発光部の間に存在する消灯している発光部の数）とによって表すことができる。なお、パターンＰｂ，Ｐｆは、図５に示すパターンに限られず適宜変更可能である。

この実施の形態に係る電力伝送システム１０では、送電ＥＣＵ１５０が、送電を開始する前に、送受電コイルの相対位置（１次コイル１０１と２次コイル２０１との相対位置）を検出する。この実施の形態では、１次コイル１０１の中心軸（図４に示すコイル中心軸Ｐ１０）と２次コイル２０１の中心軸（図５に示すコイル中心軸Ｐ２０）とが一致する状態を基準（位置ずれ無し）にして、１次コイル１０１と２次コイル２０１との位置ずれ量及び位置ずれの方向が、送受電コイルの相対位置として検出される。

１次コイル１０１と２次コイル２０１との位置ずれ量（コイル間位置ずれ量）が所定の許容範囲内にある場合には送電ＥＣＵ１５０によって電力の伝送が開始され、コイル間位置ずれ量が上記の許容範囲内にない場合には、たとえば以下に示すように１次コイル１０１と２次コイル２０１との位置合わせ（位置の補正）が行なわれる。

送電ＥＣＵ１５０は、２次コイル２０１の中心軸が１次コイル１０１の中心軸に対してどのようにずれているか（たとえば、１次コイル１０１と２次コイル２０１との位置ずれ量及び位置ずれの方向）を表示部４００（図１）に表示させる。車両２の運転者は、この表示を参照しながらハンドル、アクセル、及びブレーキ（いずれも図示せず）等を操作して、１次コイル１０１の中心軸と２次コイル２０１の中心軸とのずれ量が小さくなるように車両２を移動させることができる。コイル間位置ずれ量が許容範囲内になるまで送受電コイルの相対位置の検出と車両２の移動とを繰り返すことによって１次コイル１０１と２次コイル２０１との位置合わせを行なうことができる。なお、車両２の移動は、自動運転によって行なわれてもよい。

上記のような位置合わせ（位置の補正）によってコイル間位置ずれ量が許容範囲内になった場合には、送電ＥＣＵ１５０によって電力の伝送が開始される。

以下、送受電コイルの相対位置の検出方法について検討する。１次コイル１０１及び２次コイル２０１の中心位置間の３次元距離が大きいほどコイル間位置ずれ量は大きくなるため、こうした３次元距離をコイル間位置ずれ量を示すパラメータとして検出することも考えられる。しかし、こうした３次元距離を撮像装置１０３によって正確に検出することは困難である。そして、コイル間位置ずれ量の誤検出により１次コイル１０１と２次コイル２０１とが過度に位置ずれした状態で電力の伝送が行なわれると、電力の伝送効率が低くなるなどの不都合が生じ得る。

上記に鑑みて、この実施の形態に係る電力伝送システム１０では、２次コイル２０１の周囲に設けられたパターンを撮像装置１０３によって認識し、認識されたパターンと予め定められたパターンとの照合（パターン照合）を行なうことで、１次コイル１０１と２次コイル２０１との相対位置を検出する。しかしながら、１つのパターンのみによるパターン照合では、パターンを形成する発光部の表面に汚れや傷が付いたり、車両２の床下構造（フロアパネル２１や排気系２２等）で光が遮られたりすることによって、パターンの認識が妨げられる可能性を否定できず、誤検出の可能性が高くなる。そこで、この実施の形態に係る電力伝送システム１０では、複数のパターンＰｂ及びＰｆを採用している。

電力伝送システム１０では、送電ＥＣＵ１５０が、電力の伝送を開始する前に、撮像装置１０３により認識されたパターンＰｂ及びＰｆの各々と予め定められたパターンとを照合（パターン照合）し、パターンＰｂ及びＰｆの両方について照合が成功した場合に電力の伝送の開始を許可する。パターンＰｂ及びＰｆの少なくとも一方で照合が成功しない期間においては、電力の伝送が開始されない。これにより、１次コイル１０１と２次コイル２０１とが過度に位置ずれした状態（より特定的には、コイル間位置ずれ量が許容範囲を超えている状態）で電力の伝送が行なわれることをより確実に防ぐことが可能になる。

図６は、電力伝送システム１０において送受電コイルの相対位置を検出する方法を説明するための図である。図６において、ΔＸは、前後方向（Ｆ−Ｂ方向）の位置ずれ量を示している。コイル間位置ずれ量が許容範囲内であることは、前後方向（Ｆ−Ｂ方向）の位置ずれ量ΔＸと左右方向（Ｌ−Ｒ方向）の位置ずれ量ΔＹ（図示せず）との各々が許容範囲内であることを意味する。また、ΔＺは、コイル間ギャップを示している。ΔＺは、位置合わせには直接関係しない。しかし、ΔＺは、１次コイル１０１と２次コイル２０１との結合係数等に相関するため、撮像装置１０３を用いてΔＺを検出するようにしてもよい。また、撮像装置１０３とは別に、ΔＺを検出するための距離センサを設けてもよい。

図１とともに図６を参照して、電力伝送に先立ち、送電装置１００は、撮像装置１０３による監視を開始する。こうした状況において、車両２（ひいては、受電装置２００）は、蓄電装置３００の充電を行なうべく送電装置１００に近づく。図６に示す例では、送電装置１００が設置された充電スペースに車両２が後向きで進入して停車する。そして、車両２の受電装置２００が送電装置１００に近づくことによって、パターンＰｆ（前方パターン）よりも先にパターンＰｂ（後方パターン）が撮像装置１０３で認識可能な範囲内に入る。この場合、送電ＥＣＵ１５０は、車両２が後向きで充電スペースに停車すると判断する。このように、送電ＥＣＵ１５０は、パターンＰｂ及びＰｆのいずれが先に撮像装置１０３で認識されるかに基づいて、車両２の向きを検出することができる。たとえば、所定の向き（前向き又は後向き）で充電スペースに停車しなければ適切な充電を行なうことができない充電設備において、対象車両が異なる向きで停車すると判断される場合には、車の向きが適切でない旨を対象車両に報知するようにしてもよい。

車両２の受電装置２００がさらに送電装置１００に近づき、パターンＰｂ及びＰｆの両方が撮像装置１０３で認識可能な範囲内に入った場合には、パターンＰｂ及びＰｆの各々についてパターン照合が行なわれる。パターン照合には、以下に説明する第１照合情報及び第２照合情報が使用される。

パターン照合に先立ち、送電ＥＣＵ１５０の記憶装置には、第１パターン（パターンＰｂ）を示す第１照合情報と、第２パターン（パターンＰｆ）を示す第２照合情報とが予め記憶される。たとえば、充電設備１について決められた第１パターン、第２パターンを示す第１照合情報、第２照合情報が送電ＥＣＵ１５０の記憶装置に予め記憶されており、表示、音声、又は通信等により、第１パターン及び第２パターンの内容（すなわち、どのようなパターンで照合を行なうか）が車両２に報知されるようにしてもよい。また、パターン照合を行なう前に、車両２から充電設備１へパターンＰｂ及びＰｆの内容（すなわち、どのようなパターンか）が送信されて、送電ＥＣＵ１５０において第１照合情報及び第２照合情報が生成され、記憶装置に格納されてもよい。また、充電設備１と車両２との両方に通信可能に接続されるサーバ（図示せず）によって、充電設備１と車両２との各々に第１パターン及び第２パターンの内容が送信されるようにしてもよい。この場合、車両２においては、パターンＰｂ、Ｐｆとして上記の第１パターン、第２パターンが形成されるように車両ＥＣＵ５００が発光部Ｌｂ１〜Ｌｂ１１、Ｌｆ１〜Ｌｆ１１を制御し、充電設備１においては、送電ＥＣＵ１５０が上記の第１パターン、第２パターンを示す第１照合情報、第２照合情報を生成し、記憶装置に格納する。

送電ＥＣＵ１５０は、撮像装置１０３によって取得した撮影画像の所定領域（以下、「パターン認識領域」とも称する）内において上記の第１照合情報及び第２照合情報によるパターン照合を実行する。そして、第１照合情報が示す第１パターンがパターン認識領域内に存在するときに第１パターン（パターンＰｂ）の照合が成功したと判断され、第２照合情報が示す第２パターンがパターン認識領域内に存在するときに第２パターン（パターンＰｆ）の照合が成功したと判断される。こうした照合は、公知の画像認識技術を用いて行なうことができる。なお、パターン認識領域は、単一の領域であってもよいし、離間した２つの領域（パターンごとに定められた領域）であってもよい。

第１パターン（パターンＰｂ）及び第２パターン（パターンＰｆ）の両方について照合が成功した場合には、パターン認識領域内にパターンＰｂ及びＰｆの両方が存在すると判断される。パターン認識領域内にパターンＰｂ及びＰｆが存在することは、コイル間位置ずれ量が許容範囲内であることを意味する。このため、パターンＰｂ及びＰｆの両方について照合が成功した場合には、電力の伝送の開始が許可される。他方、第１パターン（パターンＰｂ）及び第２パターン（パターンＰｆ）の少なくとも一方について照合が失敗した場合には、パターンＰｂ及びＰｆの少なくとも一方がパターン認識領域内に存在しないと判断される。パターンＰｂ及びＰｆの少なくとも一方がパターン認識領域内に存在しないことは、コイル間位置ずれ量が許容範囲を超えていることを意味する。このため、パターンＰｂ及びＰｆの少なくとも一方について照合が失敗した場合には、電力の伝送の開始が許可されない。この場合、送電ＥＣＵ１５０は、１次コイル１０１と２次コイル２０１との位置ずれ量及び位置ずれの方向（より特定的には、パターン認識領域に対してパターンＰｂ及びＰｆがいずれの方向にどの程度ずれているか）を、送受電コイルの相対位置として検出する。そして、送電ＥＣＵ１５０は、表示、音声、又は通信等により、前述の位置合わせ（位置の補正）の実行を車両２に促す。

この実施の形態に係る電力伝送システム１０では、第１パターン及び第２パターンの両方について照合が成功した場合に電力の伝送が開始される。また、電力の伝送中には、送受電コイルの相対位置の検出（以下、単に「位置検出」とも称する）と、金属異物の検出（以下、単に「異物検出」とも称する）と、生体侵入の検出（以下、単に「侵入検出」とも称する）とが行なわれる。

異物検出及び侵入検出では、１次コイル１０１と２次コイル２０１との間の空間（以下、「コイル間」とも称する）に異物（より特定的には、金属異物及び動物）が存在するか否かが判断される。異物検出では、コイル間に金属異物（飲料缶や小銭等）が存在するか否かが判断される。侵入検出では、コイル間に生体（たとえば、猫や犬のような動物）が侵入したか否かが判断される。この実施の形態では、異物検出及び侵入検出の方法として、撮像装置１０３を用いた方法を採用し、撮像装置１０３を用いて得た画像を送電ＥＣＵ１５０において解析することにより金属異物及び生体侵入の各々を検出する。たとえば、パターンＰｂ及びＰｆの各々を形成する発光部Ｌｂ１〜Ｌｂ１１及びＬｆ１〜Ｌｆ１１のうち点灯している発光部で照らされるコイル間の空間を撮像装置１０３で監視してもよい。この場合、異物からの反射光が撮像装置１０３で検知されたときにコイル間に金属異物が存在すると判断されてもよい。また、撮像装置１０３により検出されるコイル間の空間の明度が異物の有無に応じて変化することに基づいてコイル間に異物が存在するか否かが判断されてもよい。なお、異物検出及び侵入検出の方法は、上記に限られず任意であり、他の方法を採用してもよい。たとえば、送電装置１００及び受電装置２００の少なくとも一方に異物検知用のコイルを設けてもよい。

再び図１を参照して、送電ＥＣＵ１５０は、送電制御部１５１及び検出部１５２を含む。送電制御部１５１は、電力の伝送を制御するように構成される。より具体的には、送電制御部１５１は、筐体１０２（図３）内の電力変換部を制御することにより、１次コイル１０１から２次コイル２０１へ供給される電力を調整できる。検出部１５２は、送電制御部１５１からの制御信号に従って送電前検出モードと送電中検出モードと非検出モードとのいずれかを選択し、非検出モードが選択された場合には検出を行なわず、他のモードが選択された場合には、選択されたモードによる検出を実行し、検出結果を送電制御部１５１へ出力する。初期においては、非検出モードが選択されている。送電前検出モードは、電力伝送が開始される前（送電準備中）に選択され、送電中検出モードは、電力伝送中（送電実行中）に選択される。この実施の形態では、送電前検出モード及び送電中検出モードを以下のように設定する。

送電前検出モードでは、位置検出が実行され、異物検出及び侵入検出は実行されない。送電前検出モードにおける位置検出（以下、「第１位置検出」とも称する）の方法は、前述したとおりであり、第１照合情報及び第２照合情報によるパターン照合を通じて送受電コイルの相対位置が検出される。

送電中検出モードでは、位置検出、異物検出、及び侵入検出が実行される。ただし、送電中検出モードにおける位置検出（以下、「第２位置検出」とも称する）では、第１照合情報及び第２照合情報の一方のみ（たとえば、第１照合情報のみ）によるパターン照合を通じて送受電コイルの相対位置が検出される。第２位置検出では、パターン照合の対象ではないパターン（たとえば、パターンＰｆを形成する発光部Ｌｆ１〜Ｌｆ１１）を消灯してもよい。また、パターンＰｂ及びＰｆの両方（発光部Ｌｂ１〜Ｌｂ１１及びＬｆ１〜Ｌｆ１１）を点灯したまま、パターン認識領域を１つのパターン（たとえば、パターンＰｂ）に対応する領域のみに絞ってもよい。第２位置検出において、照合に成功した場合には送電の続行が許可され、照合に失敗した場合には実行中の送電が停止する。異物検出では、コイル間が監視され、コイル間に金属異物の存在が検知された場合には送電が停止する。侵入検出では、コイル間が監視され、コイル間への生体の侵入が検知された場合には送電が停止する。

なお、送電前検出モード及び送電中検出モードは、上記に限られず適宜変更可能である。たとえば、送電前検出モードにおいて、位置検出に加えて異物検出及び／又は侵入検出が実行されてもよい。そして、パターンＰｂ及びＰｆの両方について照合が成功し、かつ、コイル間に異物（金属異物や生体等）が存在しない場合に電力の伝送が開始されるようにしてもよい。

図７は、この実施の形態に係る電力伝送システム１０による電力伝送制御を示すフローチャートである。図７において、ステップＳ１１〜Ｓ１５（以下、単に「Ｓ１１」〜「Ｓ１５」と称する）は、送電ＥＣＵ１５０の送電制御部１５１によって実行される。また、ステップＳ２１〜Ｓ２３（以下、単に「Ｓ２１」〜「Ｓ２３」と称する）は、送電ＥＣＵ１５０の検出部１５２によって実行される。

図７を参照して、充電設備１の通信部１６０と車両２の通信部６００との間での無線通信の接続（たとえば、無線ＬＡＮへの接続）が確立することによって、Ｓ１１の処理が実行される。Ｓ１１においては、送電制御部１５１が検出部１５２に送電前の検出を要求する。また、送電制御部１５１は、Ｓ１１の処理後、車両２に位置合わせを要求する（Ｓ１２）。

一方、検出部１５２は、上記の送電前検出要求を送電制御部１５１から受信すると、送電前検出モードを選択する（Ｓ２１）。送電前検出モードが選択されると、検出部１５２によって第１位置検出（すなわち、２つのパターンを用いた高精度の位置検出）が実行される。より具体的には、送電前検出モードが選択されている期間においては、検出部１５２が、所定時間経過毎又は所定条件成立毎に、パターンＰｂ及びＰｆの両方について照合を行ない、照合結果（パターン認識領域内にパターンＰｂ及びＰｆの両方が存在するか否か）を送電制御部１５１へ出力する。

送電制御部１５１は、検出部１５２から照合結果を受信し、照合結果が失敗であれば車両２に位置合わせ（位置の補正）を再度要求し（Ｓ１２）、照合結果が成功であれば位置合わせが完了したと判断して検出部１５２に送電中の検出を要求する（Ｓ１３）。また、送電制御部１５１は、Ｓ１３の処理後、１次コイル１０１から２次コイル２０１への送電（電力の伝送）を開始する（Ｓ１４）。この送電により、蓄電装置３００が充電される。

一方、検出部１５２は、上記の送電中検出要求を送電制御部１５１から受信すると、送電中検出モードを選択する（Ｓ２２）。送電中検出モードが選択されると、検出部１５２によって、第２位置検出（すなわち、１つのパターンを用いた簡易的な位置ずれ検出）と、異物検出と、侵入検出とが実行される。

より具体的には、送電中検出モードが選択されている期間においては、検出部１５２が所定時間経過毎に第２位置検出（たとえば、パターンＰｂの照合）を実行し、照合に失敗した場合（すなわち、許容範囲を超える位置ずれが検知された場合）には、その旨を示す信号（以下、「第１異常信号」と称する）を送電制御部１５１へ送信する。また、送電中検出モードが選択されている期間においては、検出部１５２がコイル間を監視する。検出部１５２は、コイル間に金属異物の存在を検知した場合にはその旨を示す信号（以下、「第２異常信号」と称する）を送電制御部１５１へ送信し、コイル間に生体の侵入を検知した場合にはその旨を示す信号（以下、「第３異常信号」と称する）を送電制御部１５１へ送信する。送電制御部１５１は、送電中に上記第１〜第３異常信号のいずれかを受信した場合（すなわち、送電中に異常が生じた場合）には、実行中の送電を強制的に停止させて、送電を終了させる（Ｓ１５）。

また、送電制御部１５１は、送電中に所定の完了条件を満たした場合（すなわち、送電が正常に完了した場合）にも、実行中の送電を停止させて、送電を終了させる（Ｓ１５）。完了条件は任意に設定できる。たとえば、完了条件は、送電中に蓄電装置３００のＳＯＣが所定のＳＯＣ値以上になった場合に成立してもよい。所定のＳＯＣ値は、車両ＥＣＵ５００等によって自動的に設定されてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。また、送電時間（送電を開始した時からの経過時間）が所定値よりも長くなった場合に完了条件が成立するようにしてもよい。また、送電中にユーザから送電停止の指示があった場合に完了条件が成立するようにしてもよい。

送電制御部１５１は、Ｓ１５において、送電を終了させた後、検出部１５２に検出の終了を要求する。検出部１５２は、この検出終了要求を送電制御部１５１から受信すると、非検出モードを選択して、全ての検出を終了させる（Ｓ２３）。

上記図７の処理では、電力の伝送の開始前には、検出部１５２が、発光部が形成するパターンＰｂ及びＰｆ（以下、「第１マーク」と称する場合がある）を撮像装置１０３により撮像するとともに、撮像された第１マークを用いて１次コイル１０１と２次コイル２０１との相対位置を検出する（Ｓ２１）。一方、電力の伝送中には、検出部１５２が、パターンＰｂ（以下、「第２マーク」と称する場合がある）を撮像装置１０３により撮像するとともに、撮像された第２マークを用いて１次コイル１０１と２次コイル２０１との相対位置を検出する（Ｓ２２）。

撮像装置１０３によって第１マーク及び第２マークを認識する場合、各マークを構成する発光部のうち点灯している発光部が認識される。第１マーク（パターンＰｂ及びＰｆ）を構成する発光部のうち点灯している発光部は９個（発光部Ｌｂ２、Ｌｂ４、Ｌｂ８、Ｌｂ１０、Ｌｆ２、Ｌｆ４、Ｌｆ６、Ｌｆ８、及びＬｆ１０）である。第２マーク（パターンＰｂ）を構成する発光部のうち点灯している発光部は４個（発光部Ｌｂ２、Ｌｂ４、Ｌｂ８、及びＬｂ１０）である。すなわち、上記図７の処理によれば、電力伝送開始前に、第２マークよりも情報量（点灯している発光部の数）が多い第１マークを用いて送受電コイルの相対位置を高い精度で検出することによって、１次コイル１０１と２次コイル２０１との位置合わせを高い精度で行なうことができる。

また、電力伝送中には、情報量の少ない第２マークを用いて送受電コイルの相対位置を検出する。電力伝送中において送受電コイルの相対位置を監視することで、上記の位置合わせが完了した後に許容範囲を超える位置ずれが生じたか否かを判断することが可能になる。電力伝送開始前に高い精度で位置合わせが行なわれていれば、電力伝送中における送受電コイルの相対位置の監視は、情報量の少ない第２マークでも適切に行なうことができる。そして、位置検出に第２マークを用いる場合には、第１マークを使用する場合よりも、位置検出のための情報処理の負荷が小さくなる。上記のように、この実施の形態に係る電力伝送システム１０によれば、情報処理の負荷を過剰に大きくすることなく、電力伝送中において送受電コイルの相対位置（ひいては、許容範囲を超える位置ずれが生じたか否か）を適切に監視することが可能になる。これにより、電力伝送中において上記位置検出と同時に他の情報処理（たとえば、異物検知のための情報処理等）を行ないやすくなる。

上記実施の形態では、第２位置検出において、パターンＰｂ及びＰｆのうち、点灯している発光部の数が少ないパターンＰｂのみについてパターン照合が行なわれる。パターンＰｆではなくパターンＰｂを選ぶことで、第２位置検出のための情報処理の負荷を軽減することができる。

第２位置検出においてパターンＰｂ及びＰｆの一方（以下、「対象パターン」と称する）についてパターン照合を行なう場合、対象パターンの全体ではなく一部のみについてパターン照合を行なうようにしてもよい。たとえば、対象パターンがパターンＰｆである場合、パターンＰｆを形成する発光部のうち点灯している発光部は５個であるが、パターン認識領域を絞って４個又は３個の発光部についてのみパターン照合を行なうようにしてもよい。こうすることで、第２位置検出のための情報処理の負荷を軽減することができる。

パターン照合に用いられるパターンは、上記の１次元コードに限られない。たとえば、縦及び横に並べられた複数（たとえば、９個（＝３×３）以上）の発光部が形成する２次元コードを採用してもよい。また、非接触電力伝送システムにおいてパターンを表示する表示部は、発光部に限られず、ラベル等であってもよい。ラベル等に印刷されたパターンを撮像装置１０３によって認識してもよい。

上記実施の形態では、送電装置１００が撮像装置１０３を備え、受電装置２００が、撮像装置１０３により認識可能なパターンＰｂ及びＰｆを備える。しかしこれに限られず、受電装置２００が撮像装置を備え、送電装置１００が、撮像装置により認識可能なパターン（第１パターン及び第２パターン）を備えてもよい。この場合も、送電装置１００において第１パターンと第２パターンとが互いに異なるパターンを有して互いに離間して配置されていれば、受電装置２００の撮像装置がいずれのパターンを先に認識したかに基づいて１次コイル１０１と２次コイル２０１との相対的な位置関係を検出することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 充電設備、２ 車両、１０ 電力伝送システム、２１ フロアパネル、２２ 排気系、１００ 送電装置、１０１ １次コイル、１０２，２０２ 筐体、１０３ 撮像装置、１５０ 送電ＥＣＵ、１５１ 送電制御部、１５２ 検出部、１６０，６００ 通信部、２００ 受電装置、２０１ ２次コイル、２１０ 受電部、２２０ 基板、２２１，２２２ 傾斜部、３００ 蓄電装置、４００ 表示部、５００ 車両ＥＣＵ、７００ 交流電源、Ｌｂ１〜Ｌｂ１１，Ｌｆ１〜Ｌｆ１１ 発光部、Ｐｂ，Ｐｆ パターン。

Claims (1)

1. 送電装置の１次コイルから受電装置の２次コイルへ非接触で電力の伝送が行なわれる非接触電力伝送システムであって、
   前記送電装置及び前記受電装置のうち、一方が、撮像装置を備え、他方が、前記撮像装置により認識可能な第１パターン及び第２パターンを備え、
   前記第１パターンと前記第２パターンとは、互いに異なるパターンを有して前記１次コイル又は前記２次コイルの周囲に互いに離間して配置され、
   前記電力の伝送を開始する前に、前記撮像装置により認識された前記第１パターン及び前記第２パターンの各々と予め定められたパターンとを照合し、前記第１パターン及び前記第２パターンの両方について照合が成功した場合に前記電力の伝送の開始を許可する、非接触電力伝送システム。

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