(57)【要約】【課題】無線電力伝送において電力伝送ユニット間への侵入検知を行うことを課題とする。【解決手段】無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置において、無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る所定のパラメータに与える影響の内容を示すプロファイル情報を予め保持し、取得された所定のパラメータ、または時間による所定のパラメータの変化の内容を、プロファイル情報と比較し、所定のパラメータまたは変化の内容とプロファイル情報との比較結果に応じて、侵入が発生したと判定することとした。【選択図】図４
2010252498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
取得された前記所定のパラメータが、時間の経過に応じて変化した場合に、前記侵入が発生したと判定する侵入判定手段と、
を備える無線電力伝送装置。
【請求項２】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータに与える影響の内容を示すプロファイル情報を予め保持する情報保持手段と、
前記一または複数の所定のパラメータを取得するパラメータ取得手段と、
取得された前記所定のパラメータ、または時間による前記所定のパラメータの変化の内容を、前記プロファイル情報と比較し、前記所定のパラメータまたは前記変化の内容と該プロファイル情報との比較結果に応じて、前記侵入が発生したと判定する侵入判定手段と、
を備える無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記情報保持手段は、前記侵入に係る物の種類または侵入の態様毎に、前記所定のパラメータに与える影響の内容を示す前記プロファイル情報を予め保持し、
前記侵入判定手段は、前記所定のパラメータまたは前記変化の内容が前記プロファイル情報に近似または一致すると判定された場合に、該プロファイル情報に対応した物の種類または態様の侵入が発生したと判定する、
請求項２に記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
前記送電ユニットに設けられた送電コイルと前記受電ユニットに設けられた受電コイルとの間で、磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、
前記一または複数の所定のパラメータは、前記送電コイルにおいて計測された送電効率、前記送電コイルと前記受電コイルとの共鳴状態、および送電電力に対する受電電力の割合を示す伝送効率、の何れかを含む、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入の発生を判定する侵入判定手段と、
前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定された場合に、前記電力伝送の停止を行う伝送停止手段と、
前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定されなくなった場合に、前記電力伝送を再開させる伝送再開手段と、
を備える、無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記伝送再開手段は、前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定されなくなった場合に、所定の時間の経過を待って前記電力伝送を再開させる、
請求項５に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定されなくなった場合、前記伝送再開手段による前記電力伝送の再開前に、電力伝送の再開を報知する報知出力手段を更に備える、
請求項５または請求項６に記載の無線電力伝送装置。
【請求項８】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入の発生を判定する侵入判定手段と、
前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定された場合に、警告の出力を行う警告出力手段と、
を備える、無線電力伝送装置。
【請求項９】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置が、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
取得された前記所定のパラメータが、時間の経過に応じて変化した場合に、前記侵入が発生したと判定する判定ステップと、
を実行する無線電力伝送方法。
【請求項１０】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置が、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータに与える影響の内容を示すプロファイル情報を予め保持する情報保持ステップと、
前記一または複数の所定のパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
取得された前記所定のパラメータ、または時間による前記所定のパラメータの変化の内容を、前記プロファイル情報と比較し、前記所定のパラメータまたは前記変化の内容と該プロファイル情報との比較結果に応じて、前記侵入が発生したと判定する判定ステップと、
を実行する無線電力伝送方法。
【請求項１１】
前記情報保持ステップでは、前記侵入に係る物の種類または侵入の態様毎に、前記所定のパラメータに与える影響の内容を示す前記プロファイル情報が予め保持され、
前記判定ステップでは、前記所定のパラメータまたは前記変化の内容が前記プロファイル情報に近似または一致すると判定された場合に、該プロファイル情報に対応した物の種類または態様の侵入が発生したと判定される、
請求項１０に記載の無線電力伝送方法。
【請求項１２】
前記無線電力伝送装置は、前記送電ユニットに設けられた送電コイルと前記受電ユニットに設けられた受電コイルとの間で、磁界共鳴を発生させることによって電力を送電し、
前記一または複数の所定のパラメータは、前記送電コイルにおいて計測された送電効率、前記送電コイルと前記受電コイルとの共鳴状態、および送電電力に対する受電電力の割合を示す伝送効率、の何れかを含む、
請求項９から請求項１１の何れか一項に記載の無線電力伝送方法。
【請求項１３】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置が、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入の発生を判定する侵入判定ステップと、
前記侵入判定ステップで前記侵入が発生したと判定された場合に、前記電力伝送の停止を行う伝送停止ステップと、
前記侵入判定ステップで前記侵入が発生したと判定されなくなった場合に、前記電力伝送を再開させる伝送再開ステップと、
を実行する、無線電力伝送方法。
【請求項１４】
前記伝送再開ステップでは、前記侵入判定ステップによって前記侵入が発生したと判定されなくなった場合に、所定の時間の経過を待って前記電力伝送が再開される、
請求項１３に記載の無線電力伝送方法。
【請求項１５】
前記侵入判定ステップで前記侵入が発生したと判定されなくなった場合、前記伝送再開ステップにおける前記電力伝送の再開前に、電力伝送の再開を報知する報知出力ステップを更に実行する、
請求項１３または請求項１４に記載の無線電力伝送方法。
【請求項１６】
送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置が、
無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入の発生を判定する侵入判定ステップと、
前記侵入判定ステップで前記侵入が発生したと判定された場合に、警告の出力を行う警告出力ステップと、
を実行する、無線電力伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電力伝送に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上輸送の分野においては、大気汚染や化石燃料の枯渇に対する懸念から、電力を使って走行する自動車の研究開発が盛んに行われている。電力を使って走行する自動車としては、例えば、二次電池に蓄えた電力で走行するタイプのものがある。自動車に搭載されている二次電池を充電する技術として、走行路に設けられた給電部から非接触で給電を受けて充電するもの（例えば、特許文献１を参照）がある。また、電力を無線伝送する技術として、磁気共鳴により離間している機器へ高い伝送効率で電力を送るものがある（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２０３５７号公報
【特許文献２】特開２００８−３０１９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、コイル間の電磁誘導による無線電力伝送技術がある。但し、電磁誘導による送電方式では、送電側と受電側の接点を露出させる必要がないという利点があるものの、コイル間隔が長くなるに従って伝送効率が極端に落ちてしまうため、実用においてはコイルを近接させた状態で用いられることが殆どであった。
【０００５】
このような電磁誘導方式に加えて、従来、共振周波数を合わせたコイル間における磁界共鳴（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ。磁気共鳴、磁場共鳴、磁界共振とも。）を利用した無線電力伝送技術がある。磁界共鳴による送電方式では、電磁誘導方式に比べてコイル間隔をより長くすることが出来る。しかし、磁界共鳴による送電方式では、電磁誘導に比べてコイル間隔を柔軟に設定可能であるために、電界・磁界内に物（動物を含む）が侵入する虞があり、このために、装置の電力伝送効率や、安全性に影響を与える可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記した問題に鑑み、無線電力伝送において電力伝送ユニット間への物の侵入に対して適切な対処を行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータを取得するパラメータ取得手段と、取得された前記所定のパラメータが、時間の経過に応じて所定の閾値以上変化した場合に、前記侵入が発生したと判定する侵入判定手段と、を備える無線電力伝送装置である。
【０００８】
即ち、本発明では、正常な送受電が行われている間に一または複数のパラメータを常に（例えば、一定時間毎に）作成し、この一または複数のパラメータに変化があったことが検出された場合に、侵入が発生したと判定する。なお、パラメータの変化に基づいて侵入の発生を直接検知する方法に変えて、予め準備したプロファイル情報とパラメータ等とを比較する方法が用いられてもよい。
【０００９】
例えば、本発明は、送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータに与える影響の内容を示すプロファイル情報を予め保持する情報保持手段と、前記一または複数の所定のパラメータを取得するパラメータ取得手段と、取得された前記所定のパラメータ、または時間による前記所定のパラメータの変化の内容を、前記プロファイル情報と比較し、記所定のパラメータまたは前記変化の内容と該プロファイル情報との比較結果に応じて（例えば、前記所定のパラメータまたは前記変化の内容が該プロファイル情報に近似または一致する場合に）、前記侵入が発生したと判定する侵入判定手段と、を備える無線電力伝送装置である。
【００１０】
本発明は、無線による電力伝送において、電力伝送のために用いられる空間（電界・磁界）への侵入を検知するものである。本発明は、送電および受電に用いられる空間に対して異物等の侵入が発生する可能性がある無線電力伝送に適用することが出来る。なお、このような無線電力伝送としては、従来、電磁誘導による電力伝送、磁界共鳴を用いる電力伝送、マイクロ波等の電波を用いる電力伝送が知られている。また、本発明で検知の対象とされる侵入物には、電力伝送に与える影響が大きいと考えられる金属等の異物の他、動物（人間含む）も含まれる。
【００１１】
本発明では、このような無線電力伝送装置において、電力伝送に用いられる空間への侵入が無線電力伝送に係るパラメータに影響を与えることを利用して、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータを取得し、取得されたパラメータ、またはこのパラメータ取得によって得られたパラメータの変化の内容が、予め準備されたプロファイル情報に近似または一致した場合に、侵入が発生したと判定する。ここで取得される所定のパラメータは、装置に設けられた各種センサによって取得された測定値や、装置が備える各種要素の制御に用いられる制御値である。取得される所定のパラメータの具体的な内容については、後述する。
【００１２】
また、パラメータの変化の内容には、パラメータの時間当たりの変化量や、複数のパラメータ間のバランス、パラメータの変化の傾向等が含まれる。本発明では、このようなパラメータや、パラメータの変化内容を、予め準備されたプロファイル情報と比較し、プロファイル情報を基準とした所定の閾値の範囲内であるか否かを判定することで、プロファイル情報への近似または一致を判定することとしている。
【００１３】
本発明によれば、取得パラメータまたはパラメータ変化内容とプロファイル情報との比較に基づいて侵入検知を行うことで、送電停止や警告等の、検知された侵入に対する適切な処置を行うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明において、前記情報保持手段は、前記侵入に係る物の種類または侵入の態様毎に、前記所定のパラメータに与える影響の内容を示す前記プロファイル情報を予め保持し、前記侵入判定手段は、前記所定のパラメータまたは前記変化の内容が前記プロファイル情報に近似または一致すると判定された場合に、該プロファイル情報に対応した物の種類または態様の侵入が発生したと判定してもよい。
【００１５】
ここで、物の種類とは、侵入に係る物の、電力伝送に与える影響の大きさや種類に応じた分類であり、例として、金属、動物、人間、等が挙げられる。また、侵入の態様とは、侵入に係る要素のうち侵入物以外の要素であり、例えば、侵入した方向、侵入検知の対象となる空間における侵入位置、等が挙げられる。本発明では、このような物の種類や侵入の態様毎にプロファイル情報を用意し、侵入に係る物の種類や侵入の態様を判定可能とすることで、侵入が検知された場合に、より適切な対処をとることを可能としている。
【００１６】
また、本発明に係る無線電力伝送装置は、前記送電ユニットに設けられた送電コイルと前記受電ユニットに設けられた受電コイルとの間で、磁界共鳴を発生させることによって電力を送電する無線電力伝送装置であって、前記一または複数の所定のパラメータは、前記送電コイルにおいて計測された送電効率、前記送電コイルと前記受電コイルとの共鳴状態、および送電電力に対する受電電力の割合を示す伝送効率、の何れかを含んでもよい。
【００１７】
ここで、送電コイルにおいて計測される送電効率は、例えば、送電コイルにおいて検出した反射波に基づいて算出された送電効率（例えば、進行波と反射波に基づいて算出された定在波比が用いられてよい）や、外部電源からの入力電力に対する、送電アンプから実際に送電コイルへ送られた電力の割合を示す送電ユニット送電能力、等である。また、受電コイルで受電した電流の位相の変化を取得し、取得された位相の変化を所定のプロファイル情報と比較することで、共鳴状態の変化に基づく侵入の検知を行うことが出来る。
【００１８】
また、本発明は、送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入の発生を判定する侵入判定手段と、前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定された場合に、前記電力伝送の停止を行う伝送停止手段と、前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定されなくなった場合に、前記電力伝送を再開させる伝送再開手段と、を備える、無線電力伝送装置である。
【００１９】
このような伝送停止手段、および伝送再開手段を備えることで、侵入が発生したと判定されなくなった場合に、一旦停止されていた無線による電力伝送を再開させることが出来る。
【００２０】
また、前記伝送再開手段は、前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定されなくなった場合に、所定の時間の経過を待って前記電力伝送を再開させてもよい。このようにすることで、侵入が繰り返されることによって電力伝送の停止と再開が短い時間内に繰り返されることを防止することが出来る。また、再度の侵入がないことを確認してから電力伝送を再開するために、より安全な電力伝送を行うことが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る無線電力伝送装置は、前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定されなくなった場合、前記伝送再開手段による前記電力伝送の再開前に、電力伝送の再開を報知する報知出力手段を更に備えてもよい。このようにすることで、ユーザや侵入者に対して注意を喚起し、より安全な電力伝送を行うことが可能となる。
【００２２】
また、本発明は、送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置であって、無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入の発生を判定する侵入判定手段と、前記侵入判定手段によって前記侵入が発生したと判定された場合に、警告の出力を行う警告出力手段と、を備える、無線電力伝送装置である。このようにすることで、侵入した物が動物や人であった場合に、電力伝送に用いられる空間からの退去を促したり、ユーザに侵入物の除去を促したりすることが出来る。
【００２３】
更に、本発明は、無線電力伝送装置が実行する方法、又は無線電力伝送装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムとしても把握することが可能である。本発明に係る無線電力伝送装置の制御方法または本発明に係る無線電力伝送装置の制御プログラムを、無線電力伝送装置に実行させることにより、上記説明したものと同様の機能および効果を発揮することが可能である。尚、そのようなプログラムは、コンピュータその他の装置、機械等が読み取り可能な記録媒体に記録して提供すること、または通信回線を利用してコンピュータへのダウンロードにより提供することが可能である。ここで、コンピュータ等
が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。
【００２４】
例えば、本発明は、送電ユニットと受電ユニットとの間で無線による電力伝送を行うための無線電力伝送装置が、無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数の所定のパラメータに与える影響の内容を示すプロファイル情報を予め保持する情報保持ステップと、前記一または複数の所定のパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、取得された前記所定のパラメータ、または時間による前記所定のパラメータの変化の内容を、前記プロファイル情報と比較し、前記所定のパラメータまたは前記変化の内容と該プロファイル情報との比較結果に応じて、前記侵入が発生したと判定する判定ステップと、を実行する無線電力伝送方法である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、無線電力伝送において電力伝送ユニット間への物の侵入に対して適切な対処を行えるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る無線電力伝送システムの構成を示す図である。
【図２】実施形態において用いられる送電コイルおよび受電コイルの構成を示す図である。
【図３】実施形態における３コイル構成の概要を示す図である。
【図４】実施形態に係る無線電力伝送システムにおいて行われる侵入検知処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】ユニットの背面側に金属板のみを配置した場合の渦電流が発生する様子と、ユニット背面側の金属板に磁気シールドシートを配置した場合の渦電流の発生が抑制される様子とを比較した図である。
【図６】地面に設置される送電コイルの背面、および車両に設置される受電コイルの背面に、磁気シールドシートを設けた様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る無線電力伝送装置および無線電力伝送方法の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態に係る無線電力伝送システム１は、車載バッテリに充電される電力を車両側に送電するためのシステムであり、送電ユニットは車両が停止する位置の地面側に、受電ユニットは車両側に設けられる。但し、本発明に係る送電システムは車両用途に限定されず、家電、情報機器、玩具等、電力を用いる様々な機器に適用することが可能である。
【００２８】
＜無線電力伝送システムの構成＞
図１は、本実施形態に係る無線電力伝送システム１の構成を示す図である。無線電力伝送システム１は、大きく分けて送電ユニット１０および受電ユニット２０の、２つの無線電力伝送装置を備える。このうち、送電ユニット１０は、車両が停止する位置（例えば、駐車スペース）の地面側に設けられ、送電コントローラ１７、コンバータ１３、送電アンプ１４、送電コイル１５、共振制御ユニット１６、発振回路１８、侵入センサ１１、方向性結合器１９、進行波電力計測器１９ａ、反射波電力計測器１９ｂ、負荷整合器１９ｃおよびデータ送受信ユニット１２を備える。ここで、送電コイル１５は、例えば、駐車スペースの車止めを基準とした所定位置等、車両が停止した場合の位置合わせが容易な位置に、車両底面に設けられた受電コイル２５に対向するように設けられることが好ましい。
【００２９】
送電コントローラ１７は、記憶装置に接続され、制御プログラムを実行することで、送
電ユニット１０を、情報保持手段、パラメータ取得手段、および侵入判定手段を備える送電ユニット１０として動作させるコンピュータである。送電コントローラ１７は、予め設定された送電用の設定内容、データ送受信ユニット１２による受電ユニット２０とのデータ送受信結果、および送電アンプ１４から得られた送電電力モニタ結果に従って、発振回路１８、共振制御ユニット１６、コンバータ１３を制御する。データ送受信ユニット１２は、アンテナに接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、コンバータ１３は、供給された交流または直流の電力を直流電流へ変換し、送電アンプ１４へ送る。なお、コンバータ１３による出力電圧は、送電コントローラ１７によって制御される。また、送電アンプ１４は、コンバータ１３から送られた電力を、発振回路１８から与えられた周波数で、送電コイル１５へ入力する。ここで、発振回路１８によって与えられる周波数は、送電コントローラ１７によって制御される。
【００３０】
共振制御ユニット１６は、送電コントローラ１７による指示に従って、送電コイル１５に設けられたコンデンサ（キャパシタ）の容量を制御する等の方法で、送電ユニット１０の共振周波数を、発振回路１８の発振周波数と一致するように制御する。また、発振回路１８は、送電コントローラ１７による指示に従って、送電コイル１５へ発振される周波数を、所定の値となるように制御する。
【００３１】
方向性結合器１９は、送電アンプ１４から送電コイル１５に入力される電力の進行波と反射波とを取り出す。進行波電力計測器１９ａおよび反射波電力計測器１９ｂは、方向性結合器１９によって取り出された進行波の電力と、反射波の電力とを計測し、計測結果を、送信電力モニタ値および反射電力モニタ値として送電コントローラ１７へ通知する。なお、負荷整合器１９ｃは、送電アンプ１４と負荷との整合を行う。
【００３２】
また、受電ユニット２０は、車両に設けられ、受電コントローラ２７、受電コイル２５、共振制御ユニット２６、整流回路２８、ＤＣ／ＤＣコンバータ２９、侵入センサ２１およびデータ送受信ユニット２２を備える。共振制御ユニット２６は、前記共振制御ユニット１６と同様に、受電コントローラ２７による指示に従って受電ユニット２０の共振周波数を発振回路１８の発振周波数と一致するように制御する。その結果、送電ユニット１０の共振周波数と受電ユニット２０の共振周波数とは一致するように制御され、磁界共鳴による無線電力伝送が可能となる。ここで、受電コイル２５は、車両底面の、地面に設置された送電ユニット１０と対向する位置に設けられることが好ましい。また、受電ユニット２０は、車載の充放電制御装置３１を介して、車載バッテリ３３と接続されている。なお、充放電制御装置３１は、アクセル操作に応じて車載バッテリ３３から車両駆動用の電力を放電させ、また、ブレーキが操作された場合には、モータ３２によって発電された電力が車載バッテリ３３に充電されるように制御される。
【００３３】
受電コントローラ２７は、記憶装置に接続され、この記憶装置に接続された制御プログラムを実行することで、受電ユニット２０を、情報保持手段、パラメータ取得手段、および侵入判定手段を備える受電ユニット２０として動作させるコンピュータである。受電コントローラ２７は、予め設定された受電用の設定内容、データ送受信ユニット２２による送電ユニット１０とのデータ送受信結果、および整流回路２８から得られた受電電力モニタ結果に従って、共振制御ユニット２６、整流回路２８およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９を制御する。データ送受信ユニット２２は、アンテナに接続された、無線通信のための通信インターフェースである。また、受電コイル２５には、送電コイル１５との間の磁界共鳴によって電流が流れる。ここで、受電コントローラ２７は、送電コイル１５との間で磁界共鳴を発生させるために、受電コイル２５の共振周波数が送電ユニット１０と一致するように共振制御ユニット２６を制御する。
【００３４】
整流回路２８（ＡＣ／ＤＣコンバータ）およびＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、充放電制
御側による取り出し電力を一定に保つことで、送電側の電圧変更による受電側の見かけの負荷抵抗の制御を可能とする。
【００３５】
侵入センサ１１、２１は、車両周辺や車両の下部空間、受電コイル２５の下部空間、送電コイル１５の上部空間への物体の進入を、カメラ撮像された映像を解析する方式や、音波や電波の反射を用いる方式、光線の遮断を用いる方式、赤外線検知方式、等の手段を用いて検出するためのセンサである。本実施形態では、無線電力伝送に係るパラメータまたはパラメータ変化内容とプロファイル情報とを比較することで侵入検知を行う方法について主に説明するが、この方法に加えて、侵入センサ１１、２１による侵入検知が補助的に、または別途独立して用いられてもよい。例えば、コントローラ１７、２７は、侵入センサ１１、２１を用いて、車両周辺や車両の下部空間、受電コイル２５の下部空間、送電コイル１５の上部空間にある物体を検知すると同時に、この物体への、侵入検知のための所定の基準（例えば、送電コイル１５または受電コイル２５）からの距離を取得し、この物体への距離が所定の閾値以下となった場合や、この物体への距離が所定の閾値以下となった状態が所定時間以上継続した場合に、侵入が発生したと判定することとしてもよい。なお、本実施形態では、無線電力伝送に係るパラメータ等とプロファイル情報との比較による侵入検知以外の侵入検知方式についても説明しているが、侵入センサ１１、２１を補助的にまたは独立して侵入検知に用いない場合には、侵入センサ１１、２１は省略されてもよい。
【００３６】
図２は、本実施形態において用いられる送電コイル１５および受電コイル２５の構成を示す図である。図２に示したコイルは、送電コイル１５として第一送電コイル１５ａおよび第二送電コイル１５ｂを用い、受電コイル２５として第一受電コイル２５ａおよび第二受電コイル２５ｂを用いる、４コイル構成のコイルである。なお、ここで、第一送電コイル１５ａは、直径１７０ｍｍ、２ターンのコイルであり、第二送電コイル１５ｂおよび第一受電コイル２５ａは、直径２５０ｍｍ、１０ターンのコイルであり、第二受電コイル２５ｂは、直径１５７ｍｍ、１ターンのコイルである。
【００３７】
ここで、第一送電コイル１５ａは、送電アンプ１４から直接電力が与えられるコイルである。送電アンプ１４によって第一送電コイル１５ａに電流が流されると、第一送電コイル１５ａと第二送電コイル１５ｂとの間で電磁誘導が発生し、第二送電コイル１５ｂに電流が流れる。そして、電磁誘導によって第二送電コイル１５ｂに電流が流れると、共振周波数が合わせられた第二送電コイル１５ｂと第一受電コイル２５ａとの間で磁界共鳴が発生し、第一受電コイル２５ａに電流が流れる。更に、磁界共鳴によって第一受電コイル２５ａに電流が流れると、第一受電コイル２５ａと第二受電コイル２５ｂとの間で電磁誘導が発生し、第二受電コイル２５ｂに電流が流れる。図２に示した例では、送電アンプ１４から電流が直接流されるコイルおよび受電側の負荷抵抗に直接接続されたコイル（ここでは、第一送電コイル１５ａおよび第二受電コイル２５ｂ）と、磁界共鳴による電力伝送に用いられるコイル（ここでは、第二送電コイル１５ｂおよび第一受電コイル２５ａ）と、を物理的に接続せず、電磁誘導によって接続することで、送電アンプ１４や負荷抵抗等の構成が、磁界共鳴に用いるコイルの共振周波数等に与える影響を抑えることとしている。
【００３８】
なお、図２では、代表的な例として、送電側２コイル、受電側２コイルの４コイル構成を図示したが、本発明は、送電コイル１５と受電コイル２５との間での磁界共鳴による無線電力伝送を用いたシステムに適用可能なものであり、コイル数は上記４コイル構成に限定されない。例えば、送電側１コイル、受電側１コイルの２コイル構成が採用されてもよいし、送電側１コイル、受電側２コイルの３コイル構成が採用されてもよい。なお、３コイル構成における受電側の２コイルは、電磁誘導で接続される上記第一受電コイル２５ａおよび第二受電コイル２５ｂである。図３は、本実施形態における３コイル構成の概要を示す図である。
【００３９】
＜侵入検知処理＞
図４は、本実施形態に係る無線電力伝送システム１において行われる侵入検知処理の流れを示すフローチャートである。本フローチャートに示された処理は、車両側に設けられた受電コイル２５と駐車場等に設けられた送電コイル１５とが位置合わせされ、また、共振周波数を合わせる処理等が完了して、送電準備が完了したことを契機として開始される。なお、本フローチャートに示された処理の具体的な内容および順序は一例であり、処理内容および順序には、実施の形態に適したものが適宜採用されることが好ましい。
【００４０】
ステップＳ１０１では、送受電が開始される。送電コントローラ１７は、予め設定されている内容か、またはデータ送受信ユニット１２、２２を介した受電側との通信結果に従って発振回路１８を制御し、決定された周波数および電圧でコイルに電流を流す。この周波数は送電ユニット１０および受電ユニット２０の共振周波数であるため、この送電によって送電コイル１５と受電コイル２５との間で磁界共鳴が起き、受電ユニット２０は電力を受電することが出来る。その後、処理はステップＳ１０２へ進む。
【００４１】
ステップＳ１０２では、無線電力伝送に係る各種パラメータが取得される。送電コントローラ１７および受電コントローラ２７は、無線電力伝送システム１に設けられた各種センサから、無線電力伝送に係るパラメータを取得する。ここで、無線電力伝送システム１に設けられた各種センサおよびコントローラ１７、２７は、本発明に係るパラメータ取得手段に相当する。具体的には、送電コントローラ１７は、コンバータ１３から入力電力を取得し、送電アンプ１４から送電電力を取得し、進行波電力計測器１９ａから進行波の電力を取得し、反射波電力計測器１９ｂから反射波の電力を取得する。また、受電コントローラ２７は、整流回路２８から、受電周波数、および受電電力を取得する。ここで、受電コントローラ２７で取得されたパラメータは、データ送受信ユニット１２、２２を介して、送電コントローラ１７へ送られ、送電コントローラ１７で取得されたパラメータは、データ送受信ユニット１２、２２を介して、受電コントローラ２７へ送られる。本実施形態では、送電コントローラ１７および受電コントローラ２７がデータ送受信ユニット１２、２２を介してパラメータを送受信することで、コントローラ１７、２７の何れにおいても、送電コイル１５と受電コイル２５との間の空間に対する侵入検知を行うことを可能としている。
【００４２】
更に、送電コントローラ１７および受電コントローラ２７は、取得された一次的なパラメータに基づいて、（１）送電コイル１５における送電効率、（２）入力電力に対する送電ユニット１０全体の送電能力、および（３）送電コイル１５と受電コイル２５との間の電力の伝送効率、等の二次的なパラメータを、センサ類から取得された一次的なパラメータに基づいて算出することで取得する。
【００４３】
（１）送電コイル１５における送電効率
より具体的には、コントローラ１７、２７は、送電コイル１５において進行波電力計測器１９ａおよび反射波電力計測器１９ｂによって検出された進行波の電力と反射波の電力とに基づいて、送電コイル１５における送電効率を算出する。なお、算出される送電効率は、送電コイル１５に入力された電力のうち、実際に受電側へ送電された割合（送電の効率）を把握可能な情報であればよいが、例えば、送電効率として、進行波の電力と反射波の電力とに基づく定在波比が算出されてもよい。
【００４４】
（２）入力電力に対する送電ユニット１０全体の送電能力
また、コントローラ１７、２７は、外部電源からの入力電力に対する、送電アンプ１４から実際に送電コイル１５へ送られた電力の割合を算出することで、入力電力に対する送電ユニットの送電能力を算出する。
【００４５】
（３）送電コイル１５と受電コイル２５との間の電力の伝送効率
また、コントローラ１７、２７は、送電アンプ１４でモニタされた送電電力に対する、整流回路２８でモニタされた受電電力の割合を算出することで、伝送効率を算出する。なお、送電コントローラ１７は、データ送受信ユニット１２、２２を介して、受電ユニット２０側から受電電力を取得することが出来、受電コントローラ２７は、データ送受信ユニット１２、２２を介して、送電ユニット１０側から送電電力を取得することが出来る。
【００４６】
このようにして算出されたパラメータについても、送電コントローラ１７および受電コントローラ２７間で、データ送受信ユニット１２、２２を介して送受信される。なお、取得されたパラメータは、パラメータの変化の内容を継続的に監視するため、少なくとも一定期間、記憶装置に保持される。また、本実施形態では、侵入検知に用いられるパラメータとして、少なくとも上記例示したパラメータを取得することとしているが、取得されるパラメータは、実施の形態に応じて適宜選択されることが好ましい。侵入検知に用いられるパラメータが全て取得されると、処理はステップＳ１０３へ進む。
【００４７】
ステップＳ１０３では、パラメータの変化の内容が取得される。送電コントローラ１７および受電コントローラ２７は、ステップＳ１０２で取得された各種パラメータと、以前に取得された各種パラメータとの差分や、パラメータの時間当たりの変化量、複数のパラメータ間のバランス、パラメータの変化の傾向等を算出することで、パラメータの変化の内容を取得する。例えば、コントローラ１７、２７は、受電コイル２５において受電した電流の、時間の経過に伴う位相の変化（ズレ）を取得することで、磁界共鳴の共鳴状態の変化の内容を取得する。また、コントローラ１７、２７は、同様に、時間の経過に伴う送電効率や送電ユニット送電能力の変化、伝送効率の変化、等を、パラメータの変化の内容として取得する。その後、処理はステップＳ１０４へ進む。
【００４８】
ステップＳ１０４およびステップＳ１０５では、取得されたパラメータおよびパラメータの変化内容がプロファイル情報と比較され、侵入検知が行われる。コントローラ１７、２７は、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３で取得された、パラメータおよびパラメータの変化内容を、記憶装置から読み出されたプロファイル情報と比較する。ここで、コントローラ１７、２７は、本発明に係る侵入判定手段に相当する。
【００４９】
本実施形態において、プロファイル情報は、無線電力伝送システム１における送電コイル１５と受電コイル２５の間の空間等、無線電力伝送に影響を与える空間に対する物の侵入が、無線電力伝送に係る一または複数のパラメータに与える影響の内容を示す情報である。また、プロファイル情報は、予め侵入物および侵入態様毎に実験またはシミュレーションを行うことで計測されたパラメータまたはパラメータの変化内容が、マップまたは関係式として、侵入物または侵入態様に関連付けられた状態で記憶装置に保持されている。即ち、記憶装置およびコントローラ１７、２７は、本発明に係る情報保持手段に相当する。このため、コントローラ１７、２７は、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３で得られたパラメータおよびパラメータの変化内容に近似または一致するプロファイル情報を特定することで、侵入の検知に併せて、侵入物または侵入態様についても特定する。なお、コントローラ１７、２７は、取得されたパラメータ等（パラメータまたはパラメータの変化内容）が、プロファイル情報を基準とした所定の範囲内にあるか否かを判定することで、取得されたパラメータ等と、プロファイル情報とが近似または一致するか否かを判定することが出来る。
【００５０】
パラメータ等がプロファイル情報に近似または一致することで、侵入が発生したと判定された場合、処理はステップＳ１０６へ進む。侵入が発生していないと判定された場合、処理はステップＳ１０２へ進む。即ち、本フローチャートに示された処理では、送受電の
開始後、ステップＳ１０２からステップＳ１０５に示された処理が繰り返し実行されることで、送受電中の侵入の有無が監視される。
【００５１】
ステップＳ１０６では、安全制御が実行される。コントローラ１７、２７は、無線電力伝送システム１の各要素に対して、安全を確保するために必要な制御を行う。具体的には、送電の停止、送電電力の抑制、警告・警報の出力、不具合からの復帰方法の指示、等が行われる。例えば、送電の停止が行われる場合、コントローラ１７、２７は、コンバータ１３または送電アンプ１４に対して指示を与えることで、外部電源からの電力供給を遮断する、または送電コイル１５への電力の入力を停止する、等の制御を行い、送電を停止する。ここで、コントローラ１７、２７は、本発明に係る伝送停止手段に相当する。
【００５２】
なお、本実施形態では、侵入物または侵入態様が特定可能であるため、特定された侵入物または侵入態様に応じた安全制御が行われる。例えば、検知された侵入物が金属等であり、受電側の電圧または電流が安全な動作のために問題のない規定値を超えていることが検知された場合には、受電側の回路等を保護するために、送電が停止されるか、送電電力が抑制されることが好ましい。送電電力の抑制が行われる場合には、コントローラ１７、２７は、送電アンプ１４に対して指示を与えることで、送電コイル１５に対して入力される電力を下げ、受電側の受電電力を規定値以内に収まるようにし、受電側の回路等を保護する。なお、送電電力の抑制は、急速充電中において侵入が検知された場合に、充電モードを急速充電から通常充電に切り替えることで行われてもよい。
【００５３】
また、警告・警報出力、および不具合からの復帰方法の指示は、独立して行われてもよいが、上記説明した送電の停止または送電電力の抑制と併せて行われてもよい。コントローラ１７、２７は、無線電力伝送システム１に接続されたディスプレイやスピーカ等の警告出力装置３４、４４に対して、警告・警報出力指示信号または復帰方法出力指示信号を与えることで、カーナビゲーションシステムやダッシュボードのディスプレイ等おける警告・警報の表示および復帰方法の表示、カーオーディオシステムのスピーカ等における警告・警報音の出力および復帰方法の音声出力を行う。ここで、コントローラ１７、２７および警告出力装置３４、４４は、本発明に係る警告出力手段に相当する。その他、警告・警報は、車両下部に進入した動物や人間に対して出力されてもよい。警告・警報は、音声や画像等の、動物や人間が知覚可能な方法で出力される。
【００５４】
また、コントローラ１７、２７は、送電の停止を行った場合、所定の条件が満たされた場合に送電を再開させる。例えば、コントローラ１７、２７は、侵入が検知されなくなってから時間の経過カウントを開始し、経過時間を所定の閾値と比較することで、侵入が検知されなくなってから所定時間が経過した後に、送電を再開させることが出来る。但し、実施の形態によっては、侵入が検知されなくなった直後に送電が再開されてもよい。ここで、コントローラ１７、２７は、本発明に係る伝送再開手段に相当する。また、送電が再開される際には、コントローラ１７、２７は、警告出力装置３４、４４に対して、ユーザや侵入者に対して送電再開の報知を行うための指示を出力してもよい。ここで、コントローラ１７、２７および警告出力装置３４、４４は、本発明に係る報知出力手段に相当する。送電が再開される前に送電再開の報知が行われることで、再度の侵入による送電停止を抑制することが出来る。
【００５５】
なお、本実施形態に係る無線電力伝送システム１では、上記説明したプロファイル比較による侵入検知以外にも、不具合状態を検知し、送電の停止、送電電力の抑制、警告・警報の出力、不具合からの復帰方法の指示、等の対処を行うこととしている。例えば、送電コイル１５と受電コイル２５との位置のズレや、受電回路の不具合、異物や動物等の侵入、想定された対象（本実施形態では、車両）以外に設けられた受電装置（共振周波数が一致するもの）による受電、送電装置の故障、データ送受信ユニット１２、２２間の通信途
切れ、等が不具合状態として検知されることが好ましい。
【００５６】
このような不具合状態は、例えば、伝送効率や、送電効率、送電ユニット送電能力、受電側情報、入力電力等を取得し、取得された値を閾値と比較する等して評価することで、検知することが出来る。ここで、伝送効率、送電効率および送電ユニット送電能力等の算出方法は、上記説明した通りであるため、説明を省略する。なお、伝送効率については、算出された現在の伝送効率が予め設定された所定の伝送効率（閾値）以下である場合に、送電効率については、算出された現在の送電効率が予め設定された所定の送電効率（閾値）以下である場合に、送電ユニット送電能力については、算出された現在の送電ユニット送電能力が予め設定された所定の送電ユニット送電能力（閾値）以下である場合に、不具合状態であると判定することが出来る。例えば、送電ユニット送電能力によれば、送電装置の故障を検知することが出来る。
【００５７】
受電側情報は、送電コントローラ１７が、受電ユニット２０側からのデータ送受信ユニット１２、２２を介した通信の途絶を検出することで、取得することが出来る。また、入力電力については、コンバータ１３から取得された現在の入力電力が予め設定された所定の入力電力（閾値）以上である場合に、不具合状態であると判定することが出来る。また、不具合状態は、送電周波数を所定の周波数前後で掃引し、そのときの進行波電力、反射波電力の変化の状況を予め想定された変化の状況（プロファイル情報）と比較することによって検知されてもよい。
【００５８】
また、不具合状態は、車両下部等の領域への物体の進入を、遮光式や赤外線検知式等の手段で検出する侵入センサ１１、２１によって検知されてもよい。更に、シートセンサ、ドアセンサ等を用いて乗車中検知を行うことで、乗車中には無線電力伝送を行わないこととしてもよい。
【００５９】
本実施形態に係る無線電力伝送システム１によれば、無線電力伝送において電力伝送に用いられる空間への異物の侵入や、無線電力伝送において発生する可能性がある不具合状態を検知し、無線電力伝送における安全性を向上させることが出来る。特に、無線電力伝送に係るパラメータ等とプロファイル情報とを比較する侵入検知方式によれば、別途侵入検知用のセンサを設けることなく、侵入検知を行うことが可能である。
【００６０】
ところで、ワイヤレス送電を行うための送電側ユニットおよび受電側ユニットを、受電側装置および送電側設備に取り付けた場合、ユニット背面側等に鉄板等の磁性体が存在する場合がある。例えば、自動車に受電側ユニットを設置した場合、どうしても自動車のシャーシやボディ等の磁性体（鉄板）が受電側ユニットの背面等に存在することになる。この場合、磁性体に送電による磁気が達することになって磁性体内に渦電流が発生し、結果渦電流によるエネルギー喪失を招いて送電効率が低下することになる。
【００６１】
そこで、本実施形態においては、ワイヤレス送電を行う送電側、受電側のそれぞれのコイルの近傍、具体的には背面に磁気シールドシートを配置している。尚、この磁気シールドシートとしては、偏平状軟磁性粉末を含んだ合成ゴムシート（例えば、大同特殊鋼株式会社製フレキシブルノイズ抑制シート「ＤＰＲ」等）等を用いることができる。図５は、ユニットの背面側に金属板のみを配置した場合の渦電流が発生する様子と、ユニット背面側の金属板に磁気シールドシートを配置した場合の渦電流の発生が抑制される様子とを比較した図である。
【００６２】
具体的には、例えば、図６のように送受電のそれぞれのコイルを対面配置させ、送電側は送電コイルの背面に磁気シールドシート、受電側である車側は受電コイル、磁気シールドシート、車（ＢＯＤＹ）の順に配置することが好ましい。磁気シールドシートの大きさ
はコイルを覆うことができるようにコイルの直径よりも十分大きいことが好ましい。また、コイル及び磁気シールドシートの方向、配置、距離等は、送電効率を考慮して、例えば実験で確かめながら適宜設定されることが好ましい。もちろん、効率を考慮し、シートの折り曲げ（コイルの覆い方）、及び形状、厚み、大きさ等も、実験等を通して適宜設計されることが好ましい。
【００６３】
また、このような実施形態によれば、磁気シールドシート背後への磁気は遮蔽されるため、受電する車両側の乗客及び電子機器への送電エネルギーの影響が殆どなくなるといった効果を得ることも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  無線電力伝送システム
１０  送電ユニット
１５  送電コイル
１７  送電コントローラ
２０  受電ユニット
２５  受電コイル
２７  受電コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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