(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設置された受信手段に対して電波を送信することで前記車両への給電を行う車両用給電装置であって、
前記受信手段に対して電波を送信する送信手段と、
前記送信手段を移動させて前記送信手段と前記受信手段との間の送受信ギャップを変化させる移動手段と、
前記移動手段を用いて、前記送信手段と前記受信手段との間の前記送受信ギャップが前記電波の半波長の整数倍と略一致する位置に前記送信手段を移動させることにより、前記送信手段により送信された電波が前記受信手段に到達するときの前記電波の位相を制御する位相制御手段と、
前記送信手段を移動させるためのガイドの内側に設けられた反射板により前記送信手段から送信された電波が反射されるように、前記移動手段を用いて前記送受信ギャップを増加させることにより、電波の指向性を向上させる指向性向上手段とを備えることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用給電装置において、
前記受信手段が前記電波を受信することにより得られた受電電力の情報を取得する情報取得手段をさらに備え、
前記位相制御手段は、前記情報取得手段により取得された情報に基づいて、前記受電電力が最大となる位置に前記送信手段を移動させることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用給電装置において、
前記位相制御手段は、前記送信手段と前記受信手段との間の送受信ギャップが前記電波の略半波長分だけ変化する範囲内で前記受電電力が最大となる位置に前記送信手段を移動させることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の車両用給電装置において、
前記位相制御手段は、前記送信手段と前記受信手段との間の送受信ギャップが前記電波の波長分を超えて変化する範囲内で前記受電電力が最大となる位置に前記送信手段を移動させることを特徴とする車両用給電装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両用給電装置において、
前記受信手段の受信面に対して前記送信手段を略平行方向に移動させる平行移動手段をさらに備えることを特徴とする車両用給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、道路に埋設された電力供給装置からマイクロ波などの電波を送信し、その電波を車両に設置されたレクテナにより受信して電力に変換することで、車両に対して給電を行うシステムが知られている。このようなシステムにおいて給電効率を高める技術として、特許文献１に開示される電力受給システムが提案されている。この電力受給システムは、道路に埋設された電力供給装置において、スロットアンテナの外周部に電波を反射する送信側反射板を設けると共に、車両に搭載される受電装置において、電波を受信するレクテナの外周部にマイクロ波を反射する受信側反射板を設けている。これにより、レクテナ外への電波の漏れを防ぎ、車両への給電効率を高めることとしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５２９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示される上記の電力受給システムでは、車両に反射板を設置する必要があるため、車両の外形に影響が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による車両用給電装置は、車両に設置された受信手段に対して電波を送信することで前記車両への給電を行う車両用給電装置であって、前記受信手段に対して電波を送信する送信手段と、前記送信手段を移動させて前記送信手段と前記受信手段との間の送受信ギャップを変化させる移動手段と、前記移動手段を用いて、前記送信手段と前記受信手段との間の前記送受信ギャップが前記電波の半波長の整数倍と略一致する位置に前記送信手段を移動させることにより、前記送信手段により送信された電波が前記受信手段に到達するときの前記電波の位相を制御する位相制御手段と、前記送信手段を移動させるためのガイドの内側に設けられた反射板により前記送信手段から送信された電波が反射されるように、前記移動手段を用いて前記送受信ギャップを増加させることにより、電波の指向性を向上させる指向性向上手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、車両の外形に影響が生じることなく、車両への給電効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第一の実施の形態−
本発明の第一の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムを図１に示す。この給電システムは、電動車両である車両１０に向けて、道路に埋設された車両用給電装置から電波を送信することにより、走行中の車両１０に対して給電を行うものである。図１（ａ）は、給電対象となる車両１０を前面方向から見たときの本給電システムの正面図を示している。
【０００８】
車両１０の下部には、レクテナ１１が設置されている。レクテナ１１には、図１（ｂ）に示すように、多数のレクテナ素子１１ｒが縦横に格子状に配置されている。なお、図１（ｂ）は、車両１０を下側すなわち路面側から見たときのレクテナ１１を示している。このレクテナ素子１１ｒの各々は、マイクロ波受信用のアンテナ部と、アンテナ部にて得られたマイクロ波成分を整流して直流電流に変換する整流回路部とを有している。
【０００９】
車両用給電装置の送信アンテナ２１からマイクロ波が送信され、レクテナ１１において受信されると、各レクテナ素子１１ｒの整流回路部により、受信したマイクロ波の強度に応じた直流電流が得られる。この直流電流は、レクテナ素子ごとに合成された後、レクテナ１１から車両１０内に設けられた駆動システム１２へと送られる。これにより、車両用給電装置から車両１０に対して給電が行われ、駆動システム１２において、受信したマイクロ波の強度に応じた受電電力が得られる。
【００１０】
駆動システム１２は、レクテナ１１からの直流電流を用いて車両１０を駆動させる。駆動システム１２は、たとえば、インバータ、蓄電機構、駆動モータ、各種の電気回路等により構成される。なお、駆動システム１２の構成は、電源に接続して充電を行う従来の電動車両において用いられているものと同様である。
【００１１】
車両用給電装置は、送信アンテナ２１、制御部２２、駆動部２３、信号発生部２４およびガイド２５を有している。送信アンテナ２１は、信号発生部２４から伝送される信号に基づいて、レクテナ１１に対してマイクロ波を送信する。このマイクロ波がレクテナ１１において受信されると、前述のようにして直流電流が得られる。これにより、車両１０への給電が行われる。なお、マイクロ波を効率良く送信するために、送信アンテナ２１の送信面は、レクテナ１１の受信面に対して略平行に設けられている。
【００１２】
制御部２２は、駆動部２３および信号発生部２４の動作の制御を行う。制御部２２は、たとえばマイクロコンピュータなどにより構成される。駆動部２３は、送信アンテナ２１をガイド２５に沿って図１の上下方向に移動させるための駆動機構を有しており、制御部２２からの制御に応じて、その駆動機構を動作させる。駆動部２３の駆動機構が動作することにより、送信アンテナ２１がガイド２５に沿って移動され、送信アンテナ２１とレクテナ１１の間の距離が変化する。すなわち、駆動部２３により送信アンテナ２１が上方向に移動されると、それに応じて送信アンテナ２１とレクテナ１１の間の距離が短くなる。反対に、駆動部２３により送信アンテナ２１が下方向に移動されると、それに応じて送信アンテナ２１とレクテナ１１の間の距離が長くなる。なお、以下の説明では、送信アンテナ２１からマイクロ波を送信する際の送信アンテナ２１とレクテナ１１の間の距離を、送受信ギャップと称する。
【００１３】
信号発生部２４は、制御部２２からの制御に応じて、送信アンテナ２１がマイクロ波を送信するための信号を発生し、送信アンテナ２１に対して伝送する。この信号発生部２４から伝送された信号に基づいて、所定の周波数によるマイクロ波が送信アンテナ２１において出力される。ガイド２５は、送信アンテナ２１が移動可能な方向を図１の上下方向に規制するための構造を有している。この構造により、駆動部２３が送信アンテナ２１をガイド２５に沿って移動させると、送信アンテナ２１が図１の上下方向に移動する。なお、ガイド２５の内側、すなわち送信アンテナ２１と隣接する部分には、マイクロ波を反射する性質を有する材料、たとえば金属などを用いた反射板が設けられている。
【００１４】
以上説明した給電システムにおいて、制御部２２が駆動部２３の動作を制御することにより、駆動部２３が送信アンテナ２１を移動させて送受信ギャップを変化させると、その変化に応じて、送信アンテナ２１により送信されたマイクロ波がレクテナ１１に到達するときのマイクロ波の位相が変化する。この位相の変化に応じて、レクテナ１１においてマイクロ波を受信することにより得られる受電電力が変化する。
【００１５】
図２のグラフは、本実施形態の給電システムを用いて、送受信ギャップとレクテナ１１による受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示している。図２において、横軸はレクテナ１１における受電電力を示しており、縦軸は送受信ギャップの長さを示している。なお、ここでは、マイクロ波の周波数を2.45GHzとしたときの実験結果を示している。このときのマイクロ波の波長をλとすると、λ≒122.4mmである。
【００１６】
図２のグラフを見ると、縦軸に示す送受信ギャップに対して、横軸に示す受電電力が周期的に変化していることが分かる。この変化の周期は、上記のマイクロ波の波長λの半分、すなわち61.2mmにほぼ等しい。換言すると、送受信ギャップがマイクロ波の半波長分だけ変化する度に、受電電力の極大点が表れる。また、符号３０に示す点において、最大の受電電力Ｐが得られる。このときの送受信ギャップは、上記のマイクロ波の波長λ、すなわち約122.4mmと略一致している。したがって、図１に示すように、送信アンテナ２１とレクテナ１１の間の送受信ギャップをｄ≒122.4mmに設定したときに、最も効率良く給電を行うことができる。なお、この送受信ギャップの大きさｄは、車両１０の最低地上高などを考慮したときに、十分に実現可能な値である。
【００１７】
以上説明したように、制御部２２は、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を所定の位置に移動させることで、送信アンテナ２１により送信されたマイクロ波がレクテナ１１に到達するときのマイクロ波の位相を制御することができる。このとき、送受信ギャップとマイクロ波の波長とが略一致する位置に送信アンテナ２１を移動させることにより、図２に示すように、受電電力を最大とすることができる。
【００１８】
なお、図２では、送受信ギャップがマイクロ波の波長と略一致する点において受電電力が最大となる実験結果の例を示したが、これ以外の極大点において受電電力が最大となる場合もある。たとえば、送受信ギャップがマイクロ波の波長のおよそ半分となるときに受電電力が最大となる場合や、送受信ギャップがマイクロ波の波長のおよそ３／２倍となるときに受電電力が最大となる場合などもあり得る。したがって、これらの場合にも対応できるようにするため、制御部２２は、点３０以外にも複数の受電電力の極大点、すなわち送受信ギャップがマイクロ波の半波長の整数倍と略一致する複数の位置に、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を移動可能とすることが好ましい。
【００１９】
以上説明した第一の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）送信アンテナ２１により、車両１０に設置されたレクテナ１１に対してマイクロ波を送信する。このマイクロ波がレクテナ１１に到達するときのマイクロ波の位相を、制御部２２により制御することとした。このようにしたので、車両１０の外形に影響が生じることなく、車両１０への給電効率を高めることができる。
【００２０】
（２）制御部２２は、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を所定の位置に移動させることにより、送受信ギャップ、すなわち送信アンテナ２１とレクテナ１１の間の距離を変化させ、マイクロ波の位相を制御することとした。このようにしたので、確実に給電効率の高い状態とすることができる。
【００２１】
（３）制御部２２は、駆動部２３に対して、送受信ギャップがマイクロ波の半波長の整数倍と略一致する位置に送信アンテナ２１を移動させることとした。このようにしたので、簡単な制御により給電効率の高い状態とすることができる。
【００２２】
−第二の実施の形態−
次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。上記の第一の実施の形態では、送受信ギャップがマイクロ波の半波長の整数倍と略一致する位置に送信アンテナ２１を移動させることにより、給電効率を向上させる例を説明した。これに対して、本実施の形態では、車両１０においてマイクロ波を受信することにより得られた受電電力に基づいて、給電効率を向上させる例を以下に説明する。
【００２３】
本実施形態による車両用給電装置を用いた給電システムを図３に示す。この給電システムは、図１に示す第一の実施の形態のものと比べて、さらに受信部２６を有している。また、駆動システム１２は、第一の実施の形態で説明したような機能に加えて、受電電力を計算し、その計算結果を車両用給電装置に対して送信する機能をさらに有している。
【００２４】
図３の給電システムにおいて、駆動システム１２は、レクテナ１１から出力された直流電流を受けると、その電流値に基づいて受電電力を計算する。そして、計算した受電電力値に基づく高周波信号をレクテナ１１を介して送信アンテナ２１へ送信する。送信アンテナ２１は、駆動システム１２から送信された高周波信号を受信すると、それを受信部２６へ出力する。受信部２６は、送信アンテナ２１において受信された高周波信号を復調し、制御部２２へ出力する。これにより、車両１０においてレクテナ１１がマイクロ波を受信することによって得られた受電電力の情報が、受信部２６により取得され、制御部２２へ出力される。
【００２５】
制御部２２は、上記のようにして受信部２６により取得された受電電力の情報に基づいて、駆動部２３を用いて、その受電電力が最大となる位置に送信アンテナ２１を移動させる。この移動後の位置において、送信アンテナ２１からレクテナ１１に対してマイクロ波を送信する。したがって、環境条件の変化や給電システムにおける部品特性の個体差などにより、受電電力が最大となる送信アンテナ２１の位置が変動しても、常に効率良く給電を行うことができる。
【００２６】
図４のグラフは、本実施形態の給電システムを用いて、送受信ギャップとレクテナ１１による受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示している。図４において、横軸はレクテナ１１における受電電力を示しており、縦軸は送受信ギャップの長さを示している。なお、このグラフにおいて、縦軸に示す送受信ギャップに対して、横軸に示す受電電力は、図２のグラフと同様に周期λ／２で周期的に変化している。
【００２７】
本実施形態の給電システムでは、送受信ギャップのデフォルト値ｄｆが予め設定されている。最初はこのデフォルト値ｄｆの位置において、送信アンテナ２１からレクテナ１１へマイクロ波を送信する。なお、通常の使用状態において最大の受電電力が得られるようにするため、デフォルト値ｄｆは、たとえば図２で説明したようにマイクロ波の波長λと略一致する値などを設定することができる。
【００２８】
しかし、環境条件の変化や給電システムにおける部品特性の個体差などにより、図４の符号３０に示すように、デフォルト値ｄｆの位置では受電電力が最大とならない場合がある。そこで、制御部２２は、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１をデフォルト値ｄｆの位置から上下に移動させつつ、送信アンテナ２１からレクテナ１１へマイクロ波を送信させる。なお、このときの送信アンテナ２１の移動範囲は、周期λ／２で周期的に変化する受電電力の極大点のうちいずれかを含むように、デフォルト値ｄｆの位置を中心として上下にそれぞれλ／４ずつ、合計でλ／２の範囲が設定される。すなわち、送受信ギャップがｄｆ±（λ／４）の範囲で変化するように送信アンテナ２１を移動させる。
【００２９】
上記のような範囲内で送信アンテナ２１を移動させているときに、駆動システム１２からレクテナ１１を介して受電電力の情報が送信されると、その情報が受信部２６によって取得される。こうして取得された情報に基づいて、制御部２２は、送信アンテナ２１の移動範囲内における受電電力の変化を検出し、最大の受電電力Ｐ０が得られた点３１に対応する送受信ギャップｄ０を特定する。こうして最大の受電電力Ｐ０に対応する送受信ギャップｄ０を特定したら、制御部２２は、駆動部２３を用いて再びその送受信ギャップｄ０の位置に送信アンテナ２１を移動させる。
【００３０】
以上説明したようにして、送信アンテナ２１が送受信ギャップｄ０の位置に移動されたら、送信アンテナ２１からレクテナ１１へマイクロ波を送信することにより、車両１０に対する給電を行う。これにより、受電電力が最大となる送信アンテナ２１の位置がデフォルト値ｄｆの位置から変動しても、常に効率良く給電を行うことができる。
【００３１】
なお、以上説明したように送受信ギャップｄ０を特定する際には、送信アンテナ２１からレクテナ１１に対して送信するマイクロ波の出力を、給電時より低く設定してもよい。すなわち、送受信ギャップｄ０が特定されるまではマイクロ波の出力を低く抑えておき、送受信ギャップｄ０が特定されたら、マイクロ波の出力を本来の値まで上昇させて、車両１０の給電を行う。このようにすれば、さらに給電効率を向上させることができる。
【００３２】
以上説明した第二の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）受信部２６により、レクテナ１１がマイクロ波を受信することにより得られた受電電力の情報を取得する。制御部２２は、この情報に基づいて、駆動部２３に対して、受電電力が最大となる位置に送信アンテナ２１を移動させることとした。このようにしたので、環境条件の変化や給電システムにおける部品特性の個体差などにより、受電電力が最大となる送信アンテナ２１の位置が変動しても、効率良く給電を行うことができる。
【００３３】
（２）制御部２２は、駆動部２３に対して、送受信ギャップがマイクロ波の略半波長分だけ変化する範囲内で受電電力が最大となる位置に送信アンテナ２１を移動させることとした。このようにしたので、送信アンテナ２１の移動範囲を最小限に抑えつつ、受電電力の極大点に対応する位置に送信アンテナ２１を確実に移動させることができる。
【００３４】
−第三の実施の形態−
次に、本発明の第三の実施の形態について説明する。上記の第二の実施の形態では、送受信ギャップがマイクロ波の略半波長分だけ変化する範囲内で受電電力が最大となる位置を特定し、その位置に送信アンテナ２１を移動させる例を説明した。これに対して、本実施の形態では、送受信ギャップがマイクロ波の略半波長分だけ変化する範囲を超えて受電電力が最大となる位置を特定する例を以下に説明する。
【００３５】
本実施形態による車両用給電装置を用いた給電システムを図５に示す。この給電システムは、図３に示す第二の実施の形態のものと同様の構成を有している。
【００３６】
図６は、本実施形態による車両用給電装置において、制御部２２により実行される給電制御処理のフローチャートである。ステップＳ０１において、制御部２２は、駆動部２３を用いて送受信アンテナ２１を移動させることにより、送受信ギャップを予め設定されたデフォルト値ｄ０に設定する。なお、送受信ギャップのデフォルト値ｄ０には、前述のように、マイクロ波の波長λと略一致する値などが設定される。
【００３７】
ステップＳ０２において、制御部２２は、信号発生部２４に所定の信号を発生させることにより、送信アンテナ２１からレクテナ１１へマイクロ波を送信させる。これにより、ステップＳ０１で設定した送受信ギャップｄ０においてマイクロ波の送信が行われる。
【００３８】
ステップＳ０３において、制御部２２は、送受信ギャップｄ０におけるマイクロ波の受電電力Ｐ０を検出する。このとき、ステップＳ０２で送信されたマイクロ波に対して、前述のように駆動システム１２からレクテナ１１を介して受電電力の情報が送信されると、その情報が受信部２６において取得され、制御部２２へ出力される。こうして受信部２６から出力された受電電力の情報に基づいて、制御部２２は、送受信ギャップｄ０におけるマイクロ波の受電電力Ｐ０を検出することができる。
【００３９】
なお、マイクロ波の出力を一定としたときには、レクテナ１１における受電電力の大きさが送受信ギャップに対して一意的に定まるため、送受信ギャップの値を変数とする関数により受電電力を表すことができる。たとえば受電電力の関数をＰとすると、上記の送受信ギャップｄ０における受電電力Ｐ０は、Ｐ０＝Ｐ（ｄ０）と表される。
【００４０】
ステップＳ０４において、制御部２２は、受電電力の最大値Ｐｍａｘに対して、ステップＳ０３で検出した受電電力Ｐ０を代入する。また、受電電力の最大値Ｐｍａｘに対応する送受信ギャップｄｍａｘに対して、送受信ギャップのデフォルト値ｄ０を代入する。これにより、Ｐｍａｘ＝Ｐ０、ｄｍａｘ＝ｄ０と仮設定される。
【００４１】
ステップＳ０５において、制御部２２は、駆動部２３を用いて送受信アンテナ２１を移動させることで送受信ギャップを所定の範囲内で変化させたときに、受電電力において極大値の得られる送受信ギャップの値を検出する。ここで検出された送受信ギャップの値を、ｄ１、ｄ２、・・・、ｄｎと表す。なお、ｎは送受信ギャップの変化範囲内における受電電力の極大値の数である。この極大値の数に応じて送受信ギャップが検出される。
【００４２】
上記のステップＳ０５において送受信ギャップを変化させる範囲は、受電電力において複数の極大値が得られるように設定する。すなわち、前述のように送受信ギャップに対してλ／２の周期で変化する受電電力に対して、少なくともその周期の２倍の範囲を含むように、λを超えて送受信ギャップを変化させる。たとえば、デフォルト値ｄ０を中心に、ｄ０±λ、またはｄ０±（λ／２）の範囲で、送受信ギャップを変化させる。
【００４３】
ステップＳ０６において、制御部２２は、変数ｉに対して１を設定する。この変数ｉは、後で説明するステップＳ１０およびＳ１０１の処理により、１からｎまで一つずつ加算されていく。
【００４４】
ステップＳ０７において、制御部２２は、ステップＳ０５で極大値の数に応じて検出された送受信ギャップｄ１〜ｄｎのうち、現在の変数ｉの値に対応する送受信ギャップｄｉを選択する。そして、選択した送受信ギャップｄｉにおいて、送信アンテナ２１からレクテナ１１へマイクロ波を送信する。このマイクロ波に対して駆動システム１２からレクテナ１１を介して受電電力の情報が送信されると、その情報が受信部２６において取得され、制御部２２へ出力される。こうして受信部２６から出力された受電電力の情報に基づいて、制御部２２は、送受信ギャップｄｉにおけるマイクロ波の受電電力Ｐｉを検出する。なお、このときのマイクロ波の出力をステップＳ０３と同じ出力に設定すると、前述の関数Ｐを用いて、Ｐｉ＝Ｐ（ｄｉ）と表すことができる。
【００４５】
ステップＳ０８において、制御部２２は、今回ステップＳ０７において検出された受電電力Ｐｉと、前回ステップＳ０７を実施したときに検出された受電電力Ｐｉ−１とを比較して、今回の受電電力Ｐｉが前回の受電電力Ｐｉ−１以上であるか否かを判定する。なお、変数ｉが１のときには、受電電力Ｐ１と、送受信ギャップのデフォルト値ｄ０における受電電力Ｐ０とが比較される。この比較結果により、Ｐｉ≧Ｐｉ−１であればステップＳ０９へ進み、そうでなければステップＳ１０へ進む。
【００４６】
ステップＳ０９において、制御部２２は、受電電力の最大値Ｐｍａｘに対して、ステップＳ０８で前回の受電電力Ｐｉ−１以上であると判定された受電電力Ｐｉを代入する。さらに、この受電電力Ｐｉに対応する送受信ギャップｄｉを、上記のＰｍａｘに対応する送受信ギャップｄｍａｘに対して代入する。これにより、Ｐｍａｘおよびｄｍａｘの値がそれぞれ置き換えられ、Ｐｍａｘ＝Ｐｉ、ｄｍａｘ＝ｄｉと設定される。
【００４７】
ステップＳ１０において、制御部２２は、現在設定されている変数ｉの値が、ステップＳ０５で得られた送受信ギャップの数、すなわち送受信ギャップの変化範囲内における受電電力の極大値の数であるｎと等しいか否かを判定する。ｉ＝ｎである場合、すなわちステップＳ０５で検出された全ての送受信ギャップに対して、ステップＳ０７において受電電力を検出済みである場合は、ステップＳ１１へ進む。一方、ｉ＝ｎでない場合、すなわち変数ｉがｎよりも小さい場合は、ステップＳ１０１へ進む。ステップＳ１０１において、制御部２２は、変数ｉに１を加える。その後、制御部２２は、ステップＳ０７へ戻って上記のような処理を繰り返す。
【００４８】
ステップＳ１１において、制御部２２は、駆動部２３を用いて送受信アンテナ２１を移動させ、上記のステップＳ０１〜Ｓ１０の処理により最終的に決定されたｄｍａｘと等しくなるように送受信ギャップを設定する。そして、予め設定された電力に応じて、送信アンテナ２１からマイクロ波を送信することにより、車両１０に対する給電を開始する。ステップＳ１１を実行したら、制御部２２は図６のフローチャートを終了し、決定された送受信ギャップにより車両１０への給電を継続する。
【００４９】
図７のグラフは、本実施形態の給電システムを用いて、送受信ギャップとレクテナ１１による受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示している。図７において、横軸はレクテナ１１における受電電力を示しており、縦軸は送受信ギャップの長さを示している。なお、このグラフにおいて、縦軸に示す送受信ギャップに対して、横軸に示す受電電力は、図２および４のグラフと同様に、周期λ／２で周期的に変化している。
【００５０】
図６のフローチャートでステップＳ０３の処理が実行されると、図７のグラフで符号３０に示す点において、送受信ギャップのデフォルト値ｄ０における受電電力Ｐ０が検出される。この受電電力Ｐ０は、前述のように関数Ｐを用いてＰ０＝Ｐ（ｄ０）と表される。さらに、ステップＳ０５の処理が実行されることにより、図７に示すように、デフォルト値ｄ０を中心に送受信ギャップが±λ、または±（λ／２）の範囲で変化して、受電電力の極大値が検出される。なお、これ以上の範囲で送受信ギャップを変化させてもよい。
【００５１】
上記の処理により、符号３１に示す点において、送受信ギャップｄ１に対応する受電電力の極大値Ｐ１が検出される。この受電電力Ｐ１は、Ｐ０と同様に、関数Ｐを用いてＰ１＝Ｐ（ｄ１）と表される。また、送受信ギャップｄ１は、たとえばｄ１＝ｄ０＋（λ／２）と表すことができる。そして、ステップＳ０９およびＳ１１の処理により、送受信ギャップがｄ１となるように送信アンテナ２１が図５の符号２１ａに示す位置に移動され、この位置において車両１０への給電が行われる。
【００５２】
以上説明したような給電制御処理を制御部２２が行うことにより、送受信ギャップに応じて得られる受電電力の複数の極大値のうちで最も高い受電電力に対応する位置に、送信アンテナ２１を確実に移動させることができる。したがって、受電電力が最大となる位置が送受信ギャップのデフォルト値ｄ０の付近にない場合であっても、効率の良い給電を車両１０に対して行うことができる。
【００５３】
以上説明した第三の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）制御部２２は、駆動部２３に対して、送受信ギャップがマイクロ波の波長分を超えて変化する範囲内で受電電力が最大となる位置に送信アンテナ２１を移動させることとした。このようにしたので、受電電力が最大となる位置に送信アンテナ２１を確実に移動させることができる。
【００５４】
−第四の実施の形態−
次に、本発明の第四の実施の形態について説明する。上記の第一乃至第三の実施の形態では、送信アンテナ２１を上下方向のみに移動させる例を説明した。これに対して、本実施の形態では、さらに送信アンテナ２１をその移動方向に対して垂直な方向、すなわち左右方向にも移動させ、受電電力が最大となる位置において車両１０への給電を行う例を以下に説明する。
【００５５】
本実施形態による車両用給電装置を用いた給電システムを図８に示す。この給電システムにおいて、駆動部２３は、制御部２２の制御により、送信アンテナ２１を図の上下方向に加えて左右方向、すなわちレクテナ１１の受信面に対して略平行方向にも、移動範囲ｅの間で移動させることができる。
【００５６】
図９は、本実施形態による車両用給電装置において、制御部２２により実行される給電制御処理のフローチャートである。ステップＴ０１において、制御部２２は、図６のステップＳ０１と同様に、駆動部２３を用いて送受信アンテナ２１を移動させることにより、送受信ギャップを予め設定されたデフォルト値ｄ０に設定する。
【００５７】
ステップＴ０２において、制御部２２は、図６のステップＳ０２と同様に、信号発生部２４に所定の信号を発生させることにより、送信アンテナ２１からレクテナ１１へマイクロ波を送信させる。これにより、ステップＴ０１で設定した送受信ギャップｄ０においてマイクロ波の送信が行われる。
【００５８】
ステップＴ０３において、制御部２２は、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を横方向に０〜ｅの範囲で移動させつつ、マイクロ波の受電電力を検出する。この際、送信アンテナ２１から送信されたマイクロ波に対して、駆動システム１２からレクテナ１１を介して受電電力の情報が送信される。この受電電力の情報が受信部２６において取得され、制御部２２へ出力されることで、制御部２２は受電電力を検出する。これにより、送受信ギャップｄ０における最大の受電電力Ｐ０を検出する。さらに、この受電電力Ｐ０が得られたときの送信アンテナ２１の横方向位置ｅ０を検出する。
【００５９】
なお、マイクロ波の出力を一定とすることで、送受信ギャップと送信アンテナ２１の横方向位置の組み合わせに対して、レクテナ１１における受電電力の大きさが一意的に定まる。したがって、送受信ギャップの値と、送信アンテナ２１の横方向位置の値とを変数とする関数により、受電電力を表すことができる。すなわち、前述のように受電電力の関数をＰとすると、送受信ギャップｄ０における最大受電電力Ｐ０は、Ｐ０＝Ｐ（ｄ０，ｅ０）と表される。
【００６０】
ステップＴ０４において、制御部２２は、受電電力の最大値Ｐｍａｘに対して、ステップＴ０３で検出した送受信ギャップｄ０における最大受電電力Ｐ０を代入する。また、受電電力の最大値Ｐｍａｘに対応する送受信ギャップｄｍａｘおよび送信アンテナ２１の横方向位置ｅｍａｘに対して、送受信ギャップのデフォルト値ｄ０と、上記の受電電力Ｐ０が得られたときの送信アンテナ２１の横方向位置ｅ０とをそれぞれ代入する。これにより、Ｐｍａｘ＝Ｐ０、ｄｍａｘ＝ｄ０、ｅｍａｘ＝ｅ０と仮設定される。
【００６１】
ステップＴ０５において、制御部２２は、図６のステップＳ０５と同様に、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を上下方向に移動させることで送受信ギャップを所定の範囲内で変化させ、受電電力が極大となる送受信ギャップｄ１、ｄ２、・・・、ｄｎを検出する。ｎは前述のように、送受信ギャップの変化範囲内における受電電力の極大値の数を表す。この際の送受信ギャップの変化範囲は、受電電力において複数の極大値を得るために、前述のようにデフォルト値ｄ０を中心に、たとえばｄ０±λ、またはｄ０±（λ／２）の範囲に設定される。なお、このとき送信アンテナ２１の横方向位置は、０〜ｅの範囲内においていずれかの値に固定される。
【００６２】
ステップＴ０６において、制御部２２は、変数ｉに対して１を設定する。この変数ｉは、後で説明するステップＴ１０およびＴ１０１の処理により、１からｎまで一つずつ加算されていく。
【００６３】
ステップＴ０７において、制御部２２は、ステップＴ０５で極大値の数に応じて検出された送受信ギャップｄ１〜ｄｎのうち、現在の変数ｉの値に対応する送受信ギャップｄｉを選択する。この送受信ギャップｄｉにおいて、送信アンテナ２１からレクテナ１１へマイクロ波を送信しつつ、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を横方向に０〜ｅの範囲で移動させ、前述のように受信部２６により取得される受電電力の情報に基づいて、マイクロ波の受電電力を検出する。そして、送受信ギャップｄｉにおける最大の受電電力Ｐｉを検出すると共に、その受電電力Ｐｉが得られたときの送信アンテナ２１の横方向位置ｅｉを検出する。なお、このときマイクロ波の出力をステップＴ０３と同じ出力に設定すると、前述の関数Ｐを用いて、Ｐｉ＝Ｐ（ｄｉ，ｅｉ）と表すことができる。
【００６４】
ステップＴ０８において、制御部２２は、今回ステップＴ０７において検出された受電電力Ｐｉと、前回ステップＴ０７を実施したときに検出された受電電力Ｐｉ−１とを比較して、今回の受電電力Ｐｉが前回の受電電力Ｐｉ−１以上であるか否かを判定する。なお、変数ｉが１のときには、受電電力Ｐ１と、送受信ギャップのデフォルト値ｄ０における受電電力Ｐ０とが比較される。この比較結果により、Ｐｉ≧Ｐｉ−１であればステップＴ０９へ進み、そうでなければステップＴ１０へ進む。
【００６５】
ステップＴ０９において、制御部２２は、受電電力の最大値Ｐｍａｘに対して、ステップＴ０８で前回の受電電力Ｐｉ−１以上であると判定された受電電力Ｐｉを代入する。さらに、この受電電力Ｐｉに対応する送受信ギャップｄｉおよび送信アンテナ２１の横方向位置ｅｉを、上記のＰｍａｘに対応する送受信ギャップｄｍａｘ、横方向位置ｅｍａｘに対してそれぞれ代入する。これにより、Ｐｍａｘ、ｄｍａｘおよびｅｍａｘの値がそれぞれ置き換えられ、Ｐｍａｘ＝Ｐｉ、ｄｍａｘ＝ｄｉ、ｅｍａｘ＝ｅｉと設定される。
【００６６】
ステップＴ１０において、制御部２２は、現在設定されている変数ｉの値が、ステップＴ０５で送受信ギャップの数として得られた受電電力の極大値の数ｎと等しいか否かを判定する。ｉ＝ｎである場合、すなわちステップＴ０５で検出された全ての送受信ギャップに対して、ステップＴ０７において最大の受電電力を検出済みである場合は、ステップＴ１１へ進む。一方、ｉ＝ｎでない場合、すなわち変数ｉがｎよりも小さい場合は、ステップＴ１０１へ進む。ステップＴ１０１において、制御部２２は、変数ｉに１を加える。その後、制御部２２は、ステップＴ０７へ戻って上記のような処理を繰り返す。
【００６７】
ステップＴ１１において、制御部２２は、駆動部２３を用いて送受信アンテナ２１を移動させ、最終的に決定されたｄｍａｘおよびｅｍａｘと等しくなるように、送受信ギャップおよび横方向位置を設定する。そして、予め設定された電力に応じて、送信アンテナ２１からマイクロ波を送信することにより、車両１０に対する給電を開始する。ステップＴ１１を実行したら、制御部２２は図９のフローチャートを終了し、決定された送受信ギャップと送信アンテナ２１の横方向位置により、車両１０への給電を継続する。
【００６８】
図１０のグラフは、本実施形態の給電システムを用いて、送受信ギャップとレクテナ１１による受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示している。図１０において、横軸はレクテナ１１における受電電力を示しており、縦軸は送受信ギャップの長さを示している。
【００６９】
図９のフローチャートでステップＴ０３の処理が実行されると、図１０のグラフで符号３０に示す点において、送受信ギャップのデフォルト値ｄ０における最大の受電電力Ｐ０と、その受電電力Ｐ０が得られたときの送信アンテナ２１の横方向位置ｅ０とが検出される。この受電電力Ｐ０は、前述のように関数Ｐを用いてＰ０＝Ｐ（ｄ０，ｅ０）と表される。さらに、ステップＴ０５の処理が実行されることにより、図１０に示すように、デフォルト値ｄ０を中心に、送受信ギャップがたとえば±λ、または±（λ／２）の範囲で変化して、受電電力の極大値が検出される。
【００７０】
上記の処理により、符号３２に示す点において、送受信ギャップｄ１に対応する受電電力の極大値が検出される。なお、送受信ギャップｄ１は、たとえばｄ１＝ｄ０＋（λ／２）と表すことができる。この受電電力の極大値は、送信アンテナ２１が横方向に移動するのに応じて、たとえば符号３３の矢印に示すような範囲内で変化する。このように変化する受電電力の極大値をＰ１ｖと表すと、これは関数Ｐを用いてＰ１ｖ＝Ｐ（ｄ１，ｅｖ）と表すことができる。なお、ｅｖは、０〜ｅの範囲内で変化する送信アンテナ２１の横方向位置を表している。
【００７１】
ステップＳＴ０７の処理が実行されると、送受信ギャップがｄ１となるように、送信アンテナ２１が図８の符号２１ｂに示す位置に移動される。この位置において、送信アンテナ２１の横方向位置が変化され、上記の受電電力の極大値Ｐ１ｖにおける最大値が検出される。これにより、送受信ギャップｄ１における最大の受電電力Ｐ１が検出されると共に、その受電電力Ｐ１が得られたときの送信アンテナ２１の横方向位置ｅ１が検出される。その後、ステップＴ０９の処理により、受電電力の最大値Ｐｍａｘに対応する送受信ギャップｄｍａｘおよび横方向位置ｅｍａｘが最終的に決定され、ステップＴ１１の処理により、この位置に送信アンテナ２１が移動されて、車両１０への給電が行われる。
【００７２】
以上説明したような給電制御処理を制御部２２が行うことにより、最も高い受電電力が得られる送受信ギャップにおいて、送信アンテナ２１をレクテナ１１の受信面に対して略平行方向に移動させ、さらに受電電力を高めることができる。したがって、より一層効率の良い給電を車両１０に対して行うことができる。
【００７３】
以上説明した第四の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）制御部２２は、駆動部２３を用いて、レクテナ１１の受信面に対して送信アンテナ２１をさらに略平行方向に移動させることとした。このようにしたので、より一層効率の良い給電を車両１０に対して行うことができる。
【００７４】
−第五の実施の形態−
次に、本発明の第五の実施の形態について説明する。本実施の形態では、送信アンテナ２１を下方向に移動させて送受信ギャップを増加させることにより、マイクロ波の指向性を向上させる例を以下に説明する。
【００７５】
本実施形態による車両用給電装置を用いた給電システムを図１１に示す。この給電システムにおいて、送信アンテナ２１の中心位置は、レクテナ１１の中心から距離ｄｃだけ離れている。このような場合、制御部２２は、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を下方向に距離ｄｖだけ移動させる。このとき、移動後の送受信ギャップが受信電力の極大値に対応する前述の送受信ギャップｄ１〜ｄｎのいずれかと等しくなるように、移動距離ｄｖを設定することが好ましい。
【００７６】
たとえば、送受信ギャップｄ１〜ｄｎのうち、レクテナ１１に設けられた各レクテナ素子１１ｅにおける受電電力が所定値未満であり、かつレクテナ１１全体で最大の受電電力が検出される送受信ギャップをｄｈとする。この送受信ギャップｄｈから、前述した送受信ギャップのデフォルト値ｄｆを減ずることにより、移動距離ｄｖを決定することができる。なお、レクテナ素子１１ｅは、レクテナ１１において送信アンテナ２１に近い側の端部に位置するレクテナ素子を表している。
【００７７】
上記のようにすると、ガイド２５の内側に設けられた反射板においてマイクロ波が反射されることにより、マイクロ波の拡がりが抑えられ、マイクロ波の指向性が向上する。したがって、送信アンテナ２１の中心位置がレクテナ１１の中心から大きく離れていても、レクテナ１１外へのマイクロ波の漏れが抑制され、給電効率を向上させることができる。さらに、不要なマイクロ波の漏れによる周囲への悪影響を低減し、電波環境の改善を図ることもできる。
【００７８】
以上説明した第五の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）制御部２２は、駆動部２３を用いて送信アンテナ２１を移動させ、送受信ギャップを増加させることにより、ガイド２５の内側に設けられた反射板においてマイクロ波が反射されるようにし、マイクロ波の指向性を向上させることとした。このようにしたので、送信アンテナ２１の中心位置がレクテナ１１の中心から大きく離れているような場合であっても、給電効率を向上させることができる。
【００７９】
−第六の実施の形態−
次に、本発明の第六の実施の形態について説明する。本実施の形態では、送信アンテナ２１を移動させずに給電効率を向上させる例を以下に説明する。
【００８０】
本実施形態による車両用給電装置を用いた給電システムを図１２に示す。この給電システムは、図１に示す第一の実施の形態のものと比べて、送信アンテナ２１を移動させるための駆動部２３およびガイド２５がなく、代わりに信号変化部２７を有している。この信号変化部２７は、制御部２２の制御に応じて、信号発生部２４から発生する信号の位相または周波数のいずれか少なくとも一方を変化させる。これにより、送信アンテナ２１から送信されるマイクロ波の位相または周波数が変化する。なお、マイクロ波の位相と周波数のうちいずれか一方のみを変化させるようにしてもよいし、あるいは、その両方を変化させてもよい。
【００８１】
上記のように、制御部２２が信号変化部２７を用いて送信アンテナ２１から送信されるマイクロ波の位相または周波数を変化させると、その変化に応じて、送信アンテナ２１により送信されたマイクロ波がレクテナ１１に到達するときのマイクロ波の位相が変化する。この位相の変化に応じて、レクテナ１１においてマイクロ波を受信することにより得られる受電電力が変化する。したがって、送信アンテナ２１を移動させず、図のように送受信ギャップをｄｐに固定したままでも、前述したように受電電力の極大点において効率良く給電を行うことができる。
【００８２】
たとえば、送受信ギャップｄｐに対して、レクテナ１１に到達するときのマイクロ波の位相が±ｎπ（ｎは自然数）となるような位相または周波数が、制御部２２において予め設定されているとする。この場合、制御部２２は、送信アンテナ２１から送信されるマイクロ波の位相または周波数がこの設定値となるように、信号変化部２７を制御して、信号発生部２４から発生する信号の位相または周波数のいずれか少なくとも一方を変化させる。その結果、レクテナ１１において得られる受電電力を極大値とすることができる。
【００８３】
なお、図１２に示す給電システムにおいて、さらに受信部２６を備えることとしてもよい。このようにすれば、制御部２２は、受信部２６からの情報に基づいて受電電力を検出することができる。したがって、制御部２２においてマイクロ波の位相または周波数が予め設定されていなくても、最大受電電力が得られるように、マイクロ波の位相または周波数のいずれか少なくとも一方を調節することができる。さらにこのとき、第四の実施の形態において説明したように、送信アンテナ２１の位置を横方向に移動させるようにしてもよい。このようにすれば、さらに効率の良い給電を行うことができる。
【００８４】
以上説明した第六の実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
（１）信号発生部２４により、マイクロ波を送信するための信号を送信アンテナ２１に対して伝送する。さらに、信号変化部２７により、この信号の位相または周波数のいずれか少なくとも一方または両方を変化させる。制御部２２は、この信号変化部２７を用いて信号の位相または周波数のいずれか少なくとも一方または両方を変化させることにより、マイクロ波の位相を制御することとした。このようにしたので、送信アンテナ２１を移動させずに給電効率を向上させることができる。その結果、最低地上高などの車両要件に対する設計自由度を確保しつつ、簡単な構造により、給電効率の高い給電システムを実現することができる。
【００８５】
なお、以上説明した各実施の形態では、所定の法令や指針等に基づいてマイクロ波の強度を設定することが好ましい。たとえば、最適な送受信ギャップが決定される前は、マイクロ波がレクテナ１１外へ漏れるおそれがあるため、マイクロ波の送信強度を10W/m2未満とする。最適な送受信ギャップに設定した後は、マイクロ波の送信強度を上げて車両１０への給電を行うようにする。
【００８６】
また、以上説明した各実施の形態では、マイクロ波の周波数を2.45GHzとして説明したが、本発明において使用可能な電波の周波数はこの限りでない。すなわち、他の周波数によるマイクロ波を用いることもできるし、マイクロ波以外の電波を用いることもできる。たとえば、5.8GHz帯のマイクロ波などを使用してもよい。
【００８７】
さらに、上記の各実施の形態では、給電対象とする車両１０を電動車両として説明したが、必ずしも電動車両である必要はない。どのような種類の車両に対して給電を行うシステムであっても、本発明は適用可能である。
【００８８】
以上説明した各実施の形態のうち、第二乃至第五の実施の形態では、駆動システム１２において計算された受電電力の情報をレクテナ１１を介して送信アンテナ２１へ送信することとして、受電電力の情報の伝達系統を給電系統と共通化した例を説明した。しかし、受電電力の情報の伝達系統を、給電系統とは別にしてもよい。あるいは、レクテナ１１から予め決められた所定の送信電力による電波を送信し、その電波を送信アンテナ２１により受信することで、車両用給電装置において受電電力を算出するようにしてもよい。
【００９０】
以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、各実施の形態における記載事項と特許請求の範囲の記載事項との対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第一の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムを示す図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムにおいて送受信ギャップと受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムを示す図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムにおいて送受信ギャップと受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示す図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムを示す図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態による車両用給電装置において実行される給電制御処理のフローチャートである。
【図７】本発明の第三の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムにおいて送受信ギャップと受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示す図である。
【図８】本発明の第四の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムを示す図である。
【図９】本発明の第四の実施の形態による車両用給電装置において実行される給電制御処理のフローチャートである。
【図１０】本発明の第四の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムにおいて送受信ギャップと受電電力との関係を計測した実験結果の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第五の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムを示す図である。
【図１２】本発明の第六の実施の形態による車両用給電装置を用いた給電システムを示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０：車両
１１：レクテナ
１２：駆動システム
２１：送信アンテナ
２２：制御部
２３：駆動部
２４：信号発生部
２５：ガイド
２６：受信部
２７：信号変化部
【図１】
0005256672.tif 000002
【図２】
0005256672.tif 000003
【図３】
0005256672.tif 000004
【図４】
0005256672.tif 000005
【図５】
0005256672.tif 000006
【図６】
0005256672.tif 000007
【図７】
0005256672.tif 000008
【図８】
0005256672.tif 000009
【図９】
0005256672.tif 000010
【図１０】
0005256672.tif 000011
【図１１】
0005256672.tif 000012
【図１２】
0005256672.tif 000013