JP7070262B2 - 非接触電力伝送システム - Google Patents
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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、送電ユニットの1次コイルから受電ユニットの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。
送電ユニットの1次コイル(以下、「送電コイル」とも称する)から受電ユニットの2次コイル(以下、「受電コイル」とも称する)へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムが知られている(特許文献1~6参照)。また、受電ユニットが車両に搭載され、送電ユニットが駐車スペースに設置される非接触電力伝送システムでは、送電ユニットから受電ユニットに供給される電力によって車載バッテリを充電することができる。こうした非接触電力伝送システムでは、電力の伝送に先立ち、送電コイルと受電コイルとの位置合わせ(以下、「送受電コイルの位置合わせ」とも称する)が行なわれる。送受電コイルの位置合わせにおいては、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)が検出され、検出された送受電コイルの相対位置に基づいて、送電コイルと受電コイルとが所望の位置関係になるように、車両の位置が調整される。
たとえば、国際公開第2015/114782号(特許文献1)に記載される非接触電力伝送システムでは、駐車スペースに設置された地上マークを車両のカメラで撮像し、撮像により得た画像に基づいて送受電コイルの相対位置を検出するようにしている。
上記特許文献1に記載される送受電コイルの相対位置の検出方法において、車止めブロックのような部材を地上マークとして採用した場合、外光の影響によってカメラが地上マークを認識しにくいと考えられる。そこで、地上マークとして、自発光する発光マーカを採用することが考えられる。発光マーカから光が発せられることで、カメラによって地上マークが認識されやすくなる。
しかし、上記特許文献1に記載される方法において地上マークとして発光マーカを採用した場合にも、車両が駐車スペースに進入する角度(車両の進入角度)によっては、送受電コイルの相対位置を高い精度で検出することができないことがある。車両のカメラで撮像された画像における地上マークの位置及び大きさ等は、送受電コイルの相対位置だけでなく、車両の進入角度によっても変化するからである。なお、撮像により得た画像に基づいて、送電コイルと受電コイルとの相対的な向き(相対コイル角度)を検出することも可能ではあるが、車両の進入角度を高い精度で検出できるほどに鮮明な画像を得ることは困難である。
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、撮像装置によって送受電コイルの相対位置を検出する場合において、車両の進入角度によらず送受電コイルの相対位置を高い精度で検出することである。
本開示の非接触電力伝送システムは、1次コイルを含む送電ユニットと、2次コイルを含む受電ユニットとを備える。受電ユニットは、車両に搭載されている。送電ユニットは、駐車スペースに設けられている。送電ユニット及び受電ユニットのうち、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マーカを備える。本開示の非接触電力伝送システムでは、1次コイルから2次コイルへ非接触で電力の伝送が行なわれる。
そして、本開示の非接触電力伝送システムは、位置取得部及び補正部をさらに備える。位置取得部は、撮像装置を用いてマーカを撮像することにより、1次コイルと2次コイルとの相対位置に相関する位置情報を取得するように構成される。補正部は、位置取得部により取得される位置情報から求められる車両の軌跡を用いて、車両が駐車スペースに進入するときの車両の進入角度を検出し、検出された車両の進入角度を用いて、位置取得部により取得された位置情報を補正するように構成される。
単純な画像解析のみによって車両の進入角度を高い精度で検出することは困難であるが、撮像装置を用いて検出される車両の軌跡を用いることで、車両の進入角度を高い精度で検出することが可能になる。このため、上記非接触電力伝送システムによれば、車両の進入角度に起因したずれを補正して、送受電コイルの相対位置を高い精度で検出することが可能になる。
なお、1次コイルと2次コイルとの相対位置は、1次コイル及び2次コイルのうち一方を基準とした他方の位置を意味する。1次コイルと2次コイルとの相対位置には、路面に平行な面における各コイルの位置座標のほか、1次コイルと2次コイルとの間隔なども含まれる。また、位置取得部によって取得される位置情報は、1次コイルと2次コイルとの相対位置そのものであってもよいし、1次コイルと2次コイルとの相対位置を求めるための情報であってもよい。
本開示によれば、撮像装置によって送受電コイルの相対位置を検出する場合において、車両の進入角度によらず送受電コイルの相対位置を高い精度で検出することが可能になる。
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。以下では、電子制御ユニット(Electronic Control Unit)を、「ECU」と称する。
以下で用いられる各図において、矢印Fは車両の前方、矢印Bは車両の後方、矢印Rは車両の右側方、矢印Lは車両の左側方を示している。また、互いに直交するX軸及びY軸のうち、X軸は送電ユニットの長さ方向を、Y軸は送電ユニットの幅方向を示している。矢印X1及びX2はX軸における一方及び他方を、矢印Y1及びY2はY軸における一方及び他方を示している。また、矢印Dは鉛直下向き(すなわち、重力方向)、矢印Uは鉛直上向きを示している。各図においては、矢印F,B,R,Lによって、車両及び受電ユニットの向きが示され、矢印X1,X2,Y1,Y2によって、送電ユニットの向きが示される。図1及び図2においては、矢印F,B,R,Lの向きがそれぞれ矢印X1,X2,Y1,Y2の向きに一致する。
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。図1を参照して、この非接触電力伝送システム10は、充電設備1及び車両2を含む。
充電設備1は、送電ユニット100と、送電ユニット100を制御する送電ECU150と、送電ユニット100へ電力を供給する交流電源700とを備える。送電ユニット100は、駐車スペースの地表面F10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、受電ユニット200と、受電ユニット200が受電した電力によって充電される蓄電装置300と、受電ユニット200を制御する車両ECU500とを備える。受電ユニット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又は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、受電ユニット200による蓄電装置300の充電時にON状態(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。
車両2は駐車スペースに駐車した状態で送電ユニット100から電力の供給を受ける。駐車の際に、車両2の受電ユニット200が駐車スペース内の送電ユニット100に対向するように車両2の位置合わせ(ひいては、送受電コイルの位置合わせ)が行なわれる。車両2の受電ユニット200が送電ユニット100に対向した状態において、送電ユニット100から受電ユニット200へ非接触で電力が伝送される。送電ユニット100は、受電ユニット200へ磁界を通じて非接触で送電する。受電ユニット200は、送電ユニット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、ストレージ(ROM(Read Only Memory)及び書き換え可能な不揮発性メモリ等)とを含む。ストレージには、送電ユニット100及び受電ユニット200に関する設計値や、各種プログラム等が予め記憶されている。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、位置取得部152、及び補正部153が具現化される。これら送電制御部151、位置取得部152、及び補正部153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は通信装置160をさらに備え、車両2は通信装置600をさらに備える。通信装置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の通信装置160と車両2の通信装置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装置400をさらに備える。車両ECU500は、表示装置400を通じてユーザへの報知を行なうことができる。表示装置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。表示装置400はスピーカー機能を備えていてもよい。また、表示装置400として、携帯機器(スマートフォン等)を採用してもよい。
以下、図2~図4を参照して、送電ユニット100及び受電ユニット200の構成について説明する。図2は、図1に示した送電ユニット100及び受電ユニット200の断面構造を示す図である。図3は、図1及び図2に示した送電ユニット100を上から見た図である。図4は、図1及び図2に示した受電ユニット200を下から見た図である。
図2及び図3を参照して、送電ユニット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3において、基準面P11は、X軸に直交する平面であり、コイル中心軸P10を含む。基準面P12は、Y軸に直交する平面であり、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、送電ユニット100が備える撮像装置の数が1つであるが、送電ユニット100に複数の撮像装置を設けてもよい。
図2及び図4を参照して、受電ユニット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が形成する発光マーカPbと、複数の発光部Lf1~Lf11が形成する発光マーカPfとを備える。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。図4において、基準面P21は、車両2の前後方向(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、車両2の左右方向(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。
図2に示されるように、受電部210及び発光マーカ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。発光マーカPbと発光マーカ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。発光マーカPbと発光マーカ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)に発光マーカPbが、2次コイル201の前方(F側)に発光マーカPfが配置されている。また、発光マーカPbの後方には傾斜部221が設けられ、発光マーカ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の先端はそれぞれ発光マーカPb、Pfの近傍に位置する。傾斜部221,222は、発光マーカ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。
2次コイル201は、筐体202内に収容され、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、受電ユニット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。
発光マーカ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。
図4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、発光マーカPbのパターンは車両2の右から左へ向かって「01010101010」となり、発光マーカPfのパターンは車両2の右から左へ向かって「01010001010」となる。このように、発光マーカPbと発光マーカPfとは、互いに異なるパターンを有する。ただし、発光マーカPb,Pfのパターンは、図4に示すパターンに限られず適宜変更可能である。
なお、発光マーカPb,Pfのパターンは、固定パターンであってもよいし、車両2の状況等に応じて可変であってもよい。発光マーカPb,Pfのパターンが固定パターンである場合には、消灯させる発光体を割愛し、点灯させる発光体のみでパターン(ひいては、発光マーカ)を形成してもよい。また、発光体から発せられる光が傾斜部221,222を透過するように、傾斜部221,222(特に、点灯させる発光体に対応する部位)にスリットを設けてもよい。
この実施の形態に係る非接触電力伝送システム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(すなわち、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、送受電コイルの相対位置として、路面(たとえば、図1に示す地表面F10)に平行な面(X-Y面)における2次コイル201の位置座標と、1次コイル101と2次コイル201との間隔(以下、「コイル間ギャップ」とも称する)とが検出される。なお、2次コイル201の位置座標は、1次コイル101の中心軸(たとえば、図3に示すコイル中心軸P10)と2次コイル201の中心軸(たとえば、図4に示すコイル中心軸P20)とが一致する位置を原点(X,Y=0,0)とする2次コイル201のX座標及びY座標である。送受電コイルの相対位置の検出方法の詳細については後述する。
この実施の形態では、送電ECU150が、上記2次コイル201の位置座標を検出し、2次コイル201の位置座標が所定範囲内(たとえば、原点周辺)にあるか否かに基づいて、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(以下、「コイル間位置ずれ量」とも称する)が許容範囲内であるか否かを判断する。2次コイル201の位置座標が所定範囲内にない場合にはコイル間位置ずれ量が許容範囲を超えていると判断され、たとえば以下に示すように送受電コイルの位置合わせ(すなわち、1次コイル101と2次コイル201との位置合わせ)が行なわれる。
送電ECU150は、検出した2次コイル201の位置座標を車両ECU500に送信する。車両ECU500は、受信した2次コイル201の位置座標に基づいて表示装置400に表示させる画像データを作成し、作成した画像データを表示装置400に表示させる。より具体的には、車両ECU500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を表示装置400に表示させる。この実施の形態では、位置ずれ量(たとえば、目標位置までの残距離)及び位置ずれの方向(たとえば、目標位置の方角)が表示装置400に表示される。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、コイル間位置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送受電コイルの位置合わせを行なうことができる。コイル間位置ずれ量が許容範囲内になった場合には、その旨が表示装置400に表示される。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。
1次コイル101から2次コイル201への電力の伝送は、2次コイル201の位置座標が所定範囲内にある状態(すなわち、コイル間位置ずれ量が許容範囲内である状態)で開始される。2次コイル201の位置座標が所定範囲内にない場合には、上記のような送受電コイルの位置合わせによって2次コイル201の位置座標が所定範囲内に調整される。
また、送電ECU150は、上記2次コイル201の位置座標に加えて、コイル間ギャップも検出する。コイル間ギャップは、1次コイル101と2次コイル201との結合係数に相関するため、送電ECU150がコイル間ギャップを検出することで、1次コイル101と2次コイル201との結合係数に応じて適切な送電制御を行なうことが可能になる。
次に、この実施の形態に係る送受電コイルの相対位置(より特定的には、2次コイル201の位置座標、及びコイル間ギャップ)の検出方法について説明する。以下では、車両2が後向きで駐車スペースに駐車する場合を例にとって位置検出の方法について説明するが、車両2が前向きで駐車スペースに駐車する場合も同様に位置検出を行なうことができる。
図5は、送受電コイルの位置合わせが行なわれるときの車両2の動きを示す図である。図5には、タイミングAにおける車両2(以下、「車両2A」とも称される)と、タイミングAから所定時間経過したタイミングBにおける車両2(以下、「車両2B」とも称される)とが示されている。図5において、軸Avは、車両2の前後方向(F-B方向)の軸(ひいては、車両2が駐車スペースPSに進入するときの車両2の移動方向)に相当する。また、XA、YAは、それぞれタイミングAにおける2次コイル201のX座標、Y座標を示し、XB、YBは、それぞれタイミングBにおける2次コイル201のX座標、Y座標を示す。また、θは、車両2が駐車スペースPSに進入するときの車両2の進入角度に相当する。車両2の進入角度は、所定の進入基準軸(この実施の形態では、送電ユニット100の長さ方向に相当するX軸)と、車両2が駐車スペースPSに進入するときの車両2の移動方向(軸Av)とがなす角度である。
図1とともに図5を参照して、車両2が充電設備1の通信範囲内が入ると、充電設備1の通信装置160と車両2の通信装置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。無線通信の接続が確立すると、送電ECU150の送電制御部151が、車両2に位置合わせを要求する。また、送電ECU150において、送電制御部151は位置取得部152に位置情報の取得を要求する。これにより、位置取得部152が、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、受電ユニット200を搭載した車両2は、蓄電装置300の充電を行なうべく送電ユニット100に近づく。そして、車両2が後向きで送電ユニット100に近づくことによって、発光マーカPf(前方マーカ)よりも先に発光マーカPb(後方マーカ)が撮像装置103で認識可能な範囲内に入る。これにより、送電ECU150は、車両2が後向きで近づいてくることを検知することができる。このように、送電ECU150は、発光マーカ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)で駐車スペースに駐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近づいてくる場合には、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。
位置取得部152は、撮像装置103により発光マーカPbを撮像するとともに、撮像された発光マーカPbの画像を用いて、送受電コイルの相対位置(すなわち、2次コイル201の位置座標又はコイル間ギャップ)に相関する位置情報を取得する。以下、図6を用いて、位置取得部152によって取得される位置情報について説明する。
図6は、撮像装置103によって撮像された画像(より特定的には、発光マーカPbの画像を含む撮影画像)を示す図である。図6の画像は、魚眼レンズを通じて得た画像(より特定的には、魚眼レンズによって得た画像を平面画像に変換したもの)である。図6において、点P30は、撮影画像IMGにおけるコイル中心軸P10(図3)の位置を示している。点P30は、たとえば撮像装置103のレンズの光軸に一致する。軸Ax、Ayは、それぞれ点P30で直交するX軸、Y軸を示している。
図6を参照して、位置取得部152(図1)は、撮影画像IMGから、発光マーカPb(図4)のX位置(以下、「rx」とも称する)、Y位置(以下、「ry」とも称する)、及びマーカ長(以下、「Wimg」とも称する)を取得する。この実施の形態に係るrx、ry、及びWimgの各々は、本開示に係る「位置情報」の一例に相当する。
rxは、撮影画像IMGにおける点P30と発光マーカPbとのX軸方向の距離に相当する。ryは、撮影画像IMGにおける点P30と発光マーカPbとのY軸方向の距離に相当する。Wimgは、撮影画像IMGにおける発光マーカPbの長さに相当する。
発光マーカPbの長さとしては、発光マーカPbにおいて点灯している発光部のうち両端に位置する2つの発光部の間隔(たとえば、図4に示される発光部Lb2から発光部Lb10までの長さ)を採用する。ただしこれに限られず、発光マーカPbの長さとしては、発光マーカPbにおける任意の部分の長さを採用することができる。発光マーカPbの長さは、所定の点灯領域の長さ(たとえば、点灯している発光部が連続して並ぶ部分の長さ)であってもよいし、所定の消灯領域の長さ(たとえば、点灯している発光部間の長さ)であってもよい。
2次コイル201のX座標が原点から離れるほど、rxが大きくなる傾向がある。また、2次コイル201のY座標が原点から離れるほど、ryが大きくなる傾向がある。また、2次コイル201の位置座標が原点から離れるほどWimgが小さくなり、コイル間ギャップが小さいほどWimgが大きくなる傾向がある。
この実施の形態では、位置取得部152が上記位置情報(rx、ry、及びWimg)を取得する。位置取得部152は、車両2が所定の進入基準軸(この実施の形態では、X軸)に沿って駐車スペース(たとえば、図5に示される駐車スペースPS)に進入する場合に、撮像装置103により得た撮影画像から正確なWimgを測定できるように調整されている。このため、車両2の進行方向が進入基準軸(X軸)に対して平行でない場合(すなわち、車両2が斜めに駐車スペースへ進入する場合)には、位置取得部152によるWimgの測定値がWimgの真値からずれる傾向がある。以下、図7及び図8を用いて、車両2が斜めに駐車スペースへ進入する場合におけるWimgの測定値とWimgの真値との関係について説明する。なお、図7及び図8において、θは、車両2が駐車スペースに進入するときの車両2の進入角度に相当する。
図7は、車両2が斜めに駐車スペースへ進入する場合における実際の発光マーカPbと発光マーカPbの撮影画像との関係を示す図である。図7に示されるように、車両2の進入角度がθ(鋭角)であるときには、撮像装置103におけるイメージセンサの結像面Fxと発光マーカPbの長さ方向(この実施の形態では、車両2の左右方向)とのなす角度もθ(鋭角)になる。これにより、撮影画像におけるWimgは実際の発光マーカPbの長さよりも短くなる。θ(すなわち、車両2の進入角度)が大きくなるほど、撮影画像におけるWimg(すなわち、Wimgの測定値)は短くなる傾向がある。
図8は、車両2が斜めに駐車スペースへ進入する場合におけるWimgの測定値とWimgの真値との関係を示す図である。図8に示されるように、Wimgの測定値とWimgの真値とは、式「Wimgの真値=Wimgの測定値/cosθ」(以下、「式A」とも称する)で表されるような関係を有する。
上記のように、車両2が斜めに駐車スペースへ進入する場合には、位置取得部152によるWimgの測定値がWimgの真値よりも短くなり、Wimgの測定誤差が大きくなる。Wimgの測定誤差が大きくなると、Wimgに基づく位置検出(より特定的には、座標検出及びギャップ検出)の精度が低下する。そこで、この実施の形態に係る非接触電力伝送システム10における送電ECU150は、位置取得部152に加えて、位置取得部152によって取得されたWimgを補正する補正部153を備える(図1参照)。
補正部153は、位置取得部152によって逐次取得される位置情報(たとえば、rx,ry)から求められる車両2の軌跡(すなわち、位置の推移)を用いて、車両2が駐車スペースに進入するときの車両2の進入角度(θ)を求める。車両2の進入角度(θ)の求め方の詳細については後述する(図11のS12参照)。
また、補正部153は、車両2の軌跡から求めた車両2の進入角度(θ)を用いて、位置取得部152により取得されたWimgを補正し、補正されたWimgを用いてコイル間ギャップを求める。
補正部153は、たとえば式「Gap=mfWm/Wimg」(以下、「式B」とも称する)を用いてコイル間ギャップを求めることができる。式Bにおいて、Gapはコイル間ギャップを、Wmは発光マーカPbの長さを、f、mはそれぞれ撮像装置103における魚眼レンズの焦点距離、拡大率を表す。補正部153は、補正されたWimgを式B中のWimgに代入する。補正部153は、たとえば、前述した式Aを用いてWimgを補正することができる。また、式B中のf、m、及びWmとしては、たとえば予め送電ECU150の記憶装置に記憶されている設計値を用いることができる。
また、補正部153は、上記のようにして得たコイル間ギャップと、位置取得部152が取得したrx,ryとを用いて、2次コイル201の位置座標を求める。以下、図9及び図10を用いて、2次コイル201のX座標の求め方について説明する。なお、2次コイル201のY座標も、基本的には、以下に説明するX座標の求め方と同様の方法で求めることができる。
図9は、2次コイル201のX座標に相関するパラメータを示す図である。図9において、Gapはコイル間ギャップを、θxは、発光マーカPbから撮像装置103への光の入射角度を示している。また、pos_xは2次コイル201のX座標を、pos_xaは、コイル中心軸P10と発光マーカPbとのX軸方向の距離を、pos_xbは、コイル中心軸P20と発光マーカPbとのX軸方向の距離を示している。
図9を参照して、2次コイル201のX座標はコイル中心軸P10の位置を原点(X,Y=0,0)として表されるため、pos_x、pos_xa、及びpos_xbは、式「pos_x=pos_xa+pos_xb」(以下、「式C」とも称する)で表されるような関係を有する。
図10は、2次コイル201のX座標の求め方を説明するための図である。図10中のθxは、図9中のθxと同じである。
図9とともに図10を参照して、θxとrx(図6参照)とは、式「θx=tan-1(rx/mf}」(以下、「式D」とも称する)で表されるような関係を有する。補正部153は、式Dを用いてθx(ひいては、tanθx)を求めることができる。式D中のrxは、位置取得部152によって取得される。式D中のf及びmとしては、たとえば予め送電ECU150の記憶装置に記憶されている設計値を用いることができる。f、mはそれぞれ、撮像装置103における魚眼レンズ103aの焦点距離、拡大率である。焦点距離(f)は、たとえば、撮像装置103における魚眼レンズ103aの焦点Pxと、撮像装置103におけるイメージセンサの結像面Fxとの距離に一致する。拡大率(m)は、たとえば、結像面Fxでの1mmに相当するピクセル数を示す比率である。
さらに、補正部153は、上記のようにして得たtanθxの値を式「pos_xa=Gap・tanθx」(以下、「式E」とも称する)中のtanθxに代入することによって、pos_xaを求める。式E中のGapには、式Bを用いて求めたコイル間ギャップが代入される。
補正部153は、前述した式Cを用いて2次コイル201のX座標を求めることができる。より具体的には、式C中のpos_xbとしては、予め送電ECU150の記憶装置に記憶されている設計値を用いることができる。このため、式Eを用いて得たpos_xaの値を式C中のpos_xaに代入することによって、2次コイル201のX座標(pos_x)を求めることができる。pos_xaとpos_xbとの和がpos_xに相当する。
この実施の形態では、上記のような方法により、送受電コイルの相対位置として、2次コイル201の位置座標とコイル間ギャップとが検出される。以下、図11を用いて、こうした位置検出において送電ECU150が行なう処理の詳細について説明する。
図11は、送電ECU150により実行される位置検出の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、たとえば送電制御部151が位置取得部152に位置情報の取得を要求したときに開始される。
図11を参照して、ステップ(以下、単に「S」とも表記する)11では、位置取得部152が、撮像装置103により発光マーカPb又はPfを撮像するとともに、撮像された発光マーカPb又はPfの画像(たとえば、図6参照)を用いてrx、ry、及びWimgを取得する。車両2が後向きで駐車スペースに駐車する場合には発光マーカPbの画像が使用され、車両2が前向きで駐車スペースに駐車する場合には発光マーカPfの画像が使用される。
位置取得部152は、上記のようにして取得したrx、ry、及びWimgを送電ECU150の記憶装置に保存する。位置情報(rx、ry、及びWimg)は、1回目の位置情報,2回目の位置情報,・・・のように、取得タイミングごとに区別されて保存される。S11が実行されるたびにrx、ry、及びWimgが記憶装置に蓄積されることで、rx、ry、及びWimgの各々の推移を示すデータ群が記憶装置に格納される。
S12では、補正部153が、上記S11で位置取得部152によって取得されたrx,ryを送電ECU150の記憶装置から読み出して、それらrx,ryに基づいて車両2の軌跡を求めるとともに、車両2の軌跡を用いて車両2の進入角度を求める。車両2の軌跡は、現在の車両2の位置と過去の車両2の位置とによって表すことができる。また、rx,ryは車両2の位置に相関する。このため、車両2の軌跡は、現在のrx,ry(たとえば、今回のS11で取得された値)及び過去のrx,ry(たとえば、現在よりも所定時間前にS11で取得された値)によって表すことができる。たとえば、図5においてタイミングB(車両2Bのタイミング)が現在であるとすれば、車両2Bのrx,ryが現在のrx,ryであり、車両2Aのrx,ryが過去のrx,ryである。車両2の軌跡は、車両2の位置の推移を示すため、車両2の軌跡から車両2の進入角度(θ)を求めることができる。たとえば、過去のrx,ryをrx1,ry1、現在のrx,ryをrx2,ry2と表した場合、車両2の進入角度(θ)は、式「θ=tan-1{(ry1-ry2)/(rx1-rx2)}」(以下、「式F」とも称する)で表すことができる。車両2の軌跡と車両2の進入角度との関係を示す情報(たとえば、式F)を予め送電ECU150の記憶装置に格納しておくことで、補正部153が、こうした情報を参照して、車両2の軌跡から車両2の進入角度を求めることが可能になる。
S13では、補正部153が、上記S12で求められた車両2の進入角度(θ)を用いてWimgを補正する。Wimgは真値に近づくように補正される。たとえば、車両2の進入角度とWimgの補正係数との関係を示す情報(たとえば、前述した式A)が、送電ECU150の記憶装置に予め記憶されている。補正部153は、こうした情報を参照して、車両2の進入角度に対応する補正量でWimgを補正することができる。なお、式Aにおいては「1/cosθ」が補正係数に相当する。
S14では、補正部153が、上記S13で補正されたWimgを用いてコイル間ギャップを求める。補正部153は、直近のS13(今回のS13)で補正されたWimg(現在のWimg)を用いてコイル間ギャップを求める。より具体的には、Wimgとコイル間ギャップとの関係を示す情報(たとえば、前述した式B)が、送電ECU150の記憶装置に予め記憶されている。補正部153は、こうした情報を参照して、Wimgからコイル間ギャップを求めることができる。
S15では、補正部153が、上記S14で求められたコイル間ギャップと、上記S11で位置取得部152によって取得されたrx及びryとを用いて、2次コイル201の位置座標(X座標及びY座標)を求める。たとえば、コイル間ギャップとrx,ryと2次コイル201の位置座標との関係を示す情報(数式又はマップ等)が、送電ECU150の記憶装置に予め記憶されている。補正部153は、こうした情報を参照して、コイル間ギャップ及びrx,ryから2次コイル201の位置座標を求めることができる。コイル間ギャップ(Gap)とrxと2次コイル201のX座標(pos_x)との関係を示す情報の例としては、前述した式C~Eが挙げられる。
S16では、送電制御部151が、送受電コイルの位置合わせが完了したか否かを判断する。より具体的には、上記S15で求められた2次コイル201の位置座標が所定範囲内(たとえば、原点周辺を示す所定の座標範囲内)にあるか否かが判断される。2次コイル201の位置座標が所定範囲内にない場合には、送受電コイルの位置合わせは完了していない(S16にてNO)と判断され、2次コイル201の位置座標が所定範囲内にある場合には、送受電コイルの位置合わせは完了した(S16にてYES)と判断される。
S16において送受電コイルの位置合わせは完了していないと判断されると、送電制御部151は、再び位置取得部152に位置情報の取得を要求する。これにより、処理はS11に戻る。
他方、S16において送受電コイルの位置合わせは完了したと判断されると、図11の処理は終了する。そして、図11の処理の終了後に、送受電コイルの位置合わせが完了したこと以外の送電条件(以下、「他の送電条件」とも称する)が成立すると、1次コイル101から2次コイル201への電力の伝送が送電制御部151によって開始される。他の送電条件は任意に設定できる。他の送電条件の例としては、1次コイル101と2次コイル201との間に異物(金属異物及び動物等)が存在しないことが挙げられる。
図11のS14で求められたコイル間ギャップは、たとえば送電制御部151に設定される。コイル間ギャップが送電制御部151に設定されることで、送電制御部151は、コイル間ギャップに基づいて送電制御を行なうことができる。送電制御部151は、たとえばコイル間ギャップに基づいて送電電力の大きさを決定してもよい。
上記図11の処理では、位置取得部152が、撮像装置103を用いて発光マーカPb又はPfを撮像することにより、1次コイル101と2次コイル201との相対位置に相関する位置情報(rx、ry、及びWimg)を取得する(S11)。そして、補正部153が、上記の位置情報(特に、rx及びry)から求められる車両2の軌跡を用いて、車両2が駐車スペース(たとえば、図5に示される駐車スペースPS)に進入するときの車両2の進入角度(たとえば、図5に示されるθ)を検出し(S12)、検出された車両2の進入角度を用いて、位置取得部152により取得された位置情報(Wimg)を補正する(S13)。撮像装置103を用いて検出される車両2の軌跡(S11及びS12参照)を用いることで、車両2の進入角度を高い精度で検出することが可能になる。これにより、車両2の進入角度に起因したずれを補正して、送受電コイルの相対位置(たとえば、2次コイル201の位置座標及びコイル間ギャップ)を高い精度で検出することが可能になる。
上記のように、この実施の形態に係る非接触電力伝送システム10によれば、撮像装置103によって送受電コイルの相対位置を検出する場合において、車両2の進入角度によらず(すなわち、車両2が斜めに駐車スペースへ進入しても)送受電コイルの相対位置を高い精度で検出することが可能になる。
上記実施の形態では、補正部153が送受電コイルの相対位置を検出している(図11のS14及びS15参照)が、送受電コイルの相対位置は、位置取得部152及び補正部153のいずれで検出されてもよい。位置取得部152で送受電コイルの相対位置が検出される場合には、位置取得部152により検出された送受電コイルの相対位置が補正部153によって補正される。
車両2の軌跡は、rx,ryの代わりに、2次コイル201の位置座標を用いて求められてもよい。車両2の軌跡は、現在の2次コイル201の位置座標(たとえば、図5に示されるXB及びYB)と過去の2次コイル201の位置座標(たとえば、図5に示されるXA及びYA)とによって表すことができる。この場合、車両2の進入角度(θ)は、式「θ=tan-1{(YA-YB)/(XA-XB)}」で表すことができる。
上記実施の形態では、位置情報としてrx,ry,Wimgを採用しているが、位置情報はrx,ry,Wimgに限定されない。位置情報としては、1次コイルと2次コイル201との相対位置に相関する任意の情報を採用できる。また、1次コイルと2次コイル201との相対位置も、2次コイル201の位置座標及びコイル間ギャップには限定されない。たとえば、2次コイル201の位置座標及びコイル間ギャップのいずれか一方のみが採用されてもよい。
上記実施の形態では、送電ユニット100が撮像装置103を備え、受電ユニット200が、撮像装置103により認識可能な発光マーカPb及びPfを備える。しかしこれに限られず、受電ユニット200が撮像装置を備え、送電ユニット100が、撮像装置により認識可能な発光マーカを備えてもよい。
マーカは、発光マーカに限られず、撮像装置により認識可能なものであれば任意である。たとえば、所定の位置に所定の形状で設置された立体マーカ、又はラベル等に印刷されたマーカのような非発光マーカも採用できる。
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 非接触電力伝送システム、100 送電ユニット、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 位置取得部、153 補正部、160,600 通信装置、200 受電ユニット、201 2次コイル、210 受電部、220 基板、221,222 傾斜部、300 蓄電装置、400 表示装置、500 車両ECU、700 交流電源、Lb1~Lb11,Lf1~Lf11 発光部、Pb,Pf 発光マーカ、PS 駐車スペース。
Claims (1)
- 1次コイルを含む送電ユニットと、2次コイルを含む受電ユニットとを備え、前記1次コイルから前記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、
前記受電ユニットは、車両に搭載されており、
前記送電ユニットは、駐車スペースに設けられており、
前記送電ユニット及び前記受電ユニットのうち、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マーカを備え、
前記撮像装置を用いて前記マーカを撮像することにより、前記1次コイルと前記2次コイルとの相対位置に相関する位置情報を取得する位置取得部と、
前記位置情報から求められる前記車両の軌跡を用いて、前記車両が前記駐車スペースに進入するときの前記車両の進入角度を検出し、前記検出された車両の進入角度を用いて、前記位置取得部により取得された前記位置情報を補正する補正部とをさらに備える、非接触電力伝送システム。
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