(57)【要約】【課題】受電コイルと送電コイルの相対的な位置関係を検出することを課題とする。【解決手段】無線電力伝送システムは、送電コイル１０２と受電コイル１０３との間で非接触で電力を伝送可能であって、送電コイル１０２に対する受電コイル１０３の所定方向へのずれ量を検出する。この無線電力伝送システムにおいて、第２のアンテナ３０４は、所定方向に配列されかつ磁界を送信する第１及び第２のループアンテナ素子を有し、受電コイル１０３の近傍に配置される。第１のアンテナ３０１は、第１及び第２のループアンテナ素子双方のループ軸とループ軸が直交し、第１及び第２のループアンテナから送信された磁界を受信する第３のループアンテナ素子を有し、送電コイル１０２の近傍に配置される。位置演算手段３０８は、第１のループアンテナ素子から受信した磁界と第２のループアンテナ素子から受信した磁界との差に基づき、ずれ量を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２コイル間で非接触で電力を伝送可能であって、一方のコイルに対する他方のコイルの所定方向へのずれ量を検出する無線電力伝送システムであって、
前記一方のコイル近傍に配置された第１及び第２のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記所定方向に配列された送信側アンテナと、
前記第１及び前記第２のループアンテナ素子のループ軸とループ軸が直交する第３のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記他方のコイル近傍に配置された受信側アンテナと、
前記第１及び前記第２のループアンテナ素子から送信された磁界を前記第３のループアンテナ素子が受信し、前記第３のループアンテナ素子による受信磁界の差に基づき、前記ずれ量を検出する位置演算手段を備える、無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記位置演算手段の処理の時、前記第１又は前記第２のループアンテナ素子と前記第３のループアンテナとの間の通信周波数と、前記非接触での電力伝送時の前記２コイルで発生する高周波磁界周波数とを異なる値になるよう、前記通信周波数および前記高周波磁界周波数の少なくとも一方を設定する整合回路をさらに備える、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記位置演算手段の処理の時、前記第１又は前記第２のループアンテナ素子と前記第３のループアンテナとの間の通信周波数と異なる周波数に、内部のマッチング周波数を設定する整合回路をさらに備える、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記位置演算手段の処理の時、前記第１又は前記第２のループアンテナ素子と前記第３のループアンテナとの間の通信周波数においてインピーダンス不整合になるように、前記非接触での電力伝送に用いられる発振源及び負荷回路の回路インピーダンスを変更するスイッチ回路をさらに備える、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
２コイル間で非接触で電力を伝送可能であって、一方のコイルに対する他方のコイルの所定方向へのずれ量を検出する無線電力伝送システムであって、
第１のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記一方のコイル近傍に配置された送信側アンテナと、
前記第１のループアンテナ素子のループ軸とループ軸が直交する第２及び第３のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記他方のコイル近傍に配置された受信側アンテナと、
前記第１のループアンテナ素子から送信された磁界を、前記第２及び前記第３のループアンテナ素子が受信し、前記第２及び前記第３のループアンテナ素子による受信磁界の差に基づき、前記ずれ量を検出する位置演算手段を備える、無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記位置演算手段の処理の時、前記第１のループアンテナ素子と前記第２又は前記第３のループアンテナとの間の通信周波数と、前記非接触での電力伝送時の前記２コイルで発生する高周波磁界周波数とを異なる値になるよう、前記通信周波数および前記高周波磁界周波数の少なくとも一方を設定する整合回路をさらに備える、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記位置演算手段の処理の時、前記第１のループアンテナ素子と前記第２又は前記第３のループアンテナとの間の通信周波数と異なる周波数に、内部のマッチング周波数を設定する整合回路をさらに備える、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
前記位置演算手段の処理の時、前記第１のループアンテナ素子と前記第２又は前記第３のループアンテナとの間の通信周波数においてインピーダンス不整合になるように、前記
非接触での電力伝送に用いられる発振源及び負荷回路の回路インピーダンスを変更するスイッチ回路をさらに備える、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
２コイル間で非接触で電力を伝送可能であって、一方のコイルに対する他方のコイルの所定方向へのずれ量を検出する無線電力伝送システムであって、
前記一方のコイルの近傍に配置され、２つのループ状の導体からなる第１のアンテナ素子と、
前記他方のコイルの近傍に配置され、２つのループ状の導体からなる第２のアンテナ素子と、
前記他方のコイルの近傍に配置され、２つのループ状の導体からなる第３のアンテナ素子と、を備え、
前記第２および第３のアンテナ素子から受信された磁界の各信号強度からコイル間の位置ずれ量を検出する無線電力伝送システム。
【請求項１０】
前記第２のアンテナ素子と前記第３のアンテナ素子の一方のアンテナ素子にてＸ方向の位置ずれ量を検出し、検出した位置ずれ量に基づいて他方のアンテナ素子にてＹ方向の位置ずれ量を検出することを特徴とする、請求項９に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
２コイル間で非接触で電力を伝送可能な無線電力伝送システムに用いられ、一方のコイルに対する他方のコイルの所定方向へのずれ量を検出する位置ずれ検知装置であって、
前記一方のコイル近傍には、第１及び第２のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記所定方向に配列された送信側アンテナが備わり、
前記位置ずれ検知装置は、
前記第１及び前記第２のループアンテナ素子のループ軸とループ軸が直交する第３のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記他方のコイル近傍に配置された受信側アンテナと、
前記第１及び前記第２のループアンテナ素子から送信された磁界を前記第３のループアンテナ素子が受信し、前記第３のループアンテナ素子による受信磁界の差に基づき、前記ずれ量を検出する位置演算手段を備える、位置ずれ検知装置。
【請求項１２】
２コイル間で非接触で電力を伝送可能な無線電力伝送システムに用いられ、一方のコイルに対する他方のコイルの所定方向へのずれ量を検出する位置ずれ検知装置であって、
前記一方のコイル近傍には、第１のループアンテナ素子を少なくとも有する送信側アンテナが備わり、
前記位置ずれ検知装置は、
前記第１のループアンテナ素子のループ軸とループ軸が直交する第２及び第３のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記他方のコイル近傍に配置された受信側アンテナと、
前記第１のループアンテナ素子から送信された磁界を、前記第２及び前記第３のループアンテナ素子が受信し、前記第２及び前記第３のループアンテナ素子による受信磁界の差に基づき、前記ずれ量を検出する位置演算手段を備える、位置ずれ検知装置。
【請求項１３】
２コイル間で非接触で電力を伝送可能な無線電力伝送システムに用いられ、一方のコイルに対する他方のコイルの所定方向のずれ量を検出する位置ずれ検知装置であって、
前記一方のコイル近傍には、２つのループ状の導体からなる第１のループアンテナ素子を有する送信側アンテナが備わり、
前記位置ずれ検知装置は、
前記他方のコイル近傍に配置され、２つのループ状の導体からなる第２のアンテナ素子及び２つのループ状の導体からなる第３のアンテナ素子を有する受信側アンテナと、
前記第１のループアンテナ素子から送信された磁界を、前記第２のループアンテナ及び第３のループアンテナ素子が受信し、前記第２のループアンテナ及び第３のループアンテ
ナ素子による受信磁界の差に基づき、前記ずれ量を検出する位置演算手段を備える、位置ずれ検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電コイルおよび受電コイルの間の位置関係を検出可能な無線電力伝送システム及び位置ずれ検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、電気自動車などへの非接触充電のために、無線電力伝送システムが開発されている。この無線電力伝送システムにおいては、充電装置側に送電コイルが、電気自動車側に受電コイルが設けられ、電磁誘導方式を用いることにより非接触で高効率の伝送効率を実現してきた。
【０００３】
しかしながら、この電磁誘導による無線電力伝送システムでは、例えば、送電コイルに対する受電コイルの位置ずれにより、伝送効率が大きく劣化することが知られている。
【０００４】
伝送効率の劣化防止のため、従来の無線電力伝送システムは、両コイル間の位置ずれにより生じた相互インダクタンスの変化を電気的に検出することにより位置ずれを検出し、システムの動作を制御していた（例えば特許文献１、２、３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０１５７８号公報
【特許文献２】特開平１０−３２２２４７号公報
【特許文献３】特開２００８−２８８８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１、２、３の構成では、両コイル間の位置ずれを検出することはできても、例えば、送電コイルに対する受電コイルの位置を知ることはできないため、両コイル同士の位置合わせをすることはできなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題に鑑み、両コイルの相対位置を検出できる無線電力伝送システム及び位置ずれ検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、２コイル間で非接触で電力を伝送可能であって、一方のコイルに対する他方のコイルの所定方向へのずれ量を検出する無線電力伝送システムであって、前記一方のコイル近傍に配置された第１及び第２のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記所定方向に配列された送信側アンテナと、前記第１及び前記第２のループアンテナ素子のループ軸とループ軸が直交する第３のループアンテナ素子を少なくとも有し、前記他方のコイル近傍に配置された受信側アンテナと、前記第１及び前記第２のループアンテナ素子から送信された磁界を前記第３のループアンテナ素子が受信し、前記第３のループアンテナ素子による受信磁界の差に基づき、前記ずれ量を検出する位置演算手段を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
以上の構成により、本発明によれば、受電コイルと送電コイルとの相対的な位置関係を求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における無線電力伝送システムの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１におけるループアンテナ素子のループ軸方向が一致しない場合の第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における受電コイル１０３の位置情報検出手順を示した図
【図５】本発明の実施の形態１におけるＹ座標に対するデータＡＢ、データＢＡの実験結果を示す図
【図６】本発明の実施の形態１におけるＹ座標に対するデータＡＢ、データＢＡの差の実験結果を示す図
【図７】本発明の実施の形態１における送信アンテナ素子が１個の場合の第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図
【図８】本発明の実施の形態１におけるＸ方向の位置情報を検出する場合の第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図
【図９】本発明の実施の形態１における電気推進車両４００への搭載例を示した図
【図１０】本発明の実施の形態２におけるステップ２およびステップ３の磁界通信における無線電力伝送システムの等価回路を示した図
【図１１】本発明の実施の形態３における台座３０３、３０６を金属製とした場合のＹ座標に対する磁界受信レベルの実験結果を示す図
【図１２】本発明の実施の形態３における台座３０３、３０６を金属製とした場合のＹ座標に対する受信レベルの差の実験結果を示す図
【図１３】本発明の実施の形態３における受電コイル１０３の位置情報検出手順を示した図
【図１４】本発明の実施の形態３における台座３０３、３０６を金属製とした場合のＹ座標に対するデータ受信Ｂ、データ受信Ａの実験結果を示す図
【図１５】本発明の実施の形態３における台座３０３、３０６を金属製とした場合のＹ座標に対する磁界受信レベルの実験結果を示す図
【図１６】本発明の実施の形態４における車両誘導シーンでの第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図
【図１７】本発明の実施の形態４における車両誘導シーンでの受電コイル１０３の位置情報検出手順を示した図
【図１８】本発明の実施の形態４における車両誘導シーンでのＹ座標に対するデータＡＢ、データＢＡの実験結果を示す図
【図１９】本発明の実施の形態４における車両誘導シーンでのＹ座標に対するデータＡＢ、データＢＡの差の実験結果を示す図
【図２０】本発明の実施の形態４における車両誘導シーンでのＸ座標に対するデータＡＤ、データＢＣの実験結果を示す図
【図２１】本発明の実施の形態４における車両誘導シーンでのＸ座標に対するデータＭの実験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の無線電力伝送システムを実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
以下に、本発明の無線電力伝送システムの実施の形態１の詳細について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の無線電力伝送システムの構成を示す図である。図１において、無線電
力伝送システムは、所定の場所に配置される送電装置１０と、移動体側に設置される受電装置２０とを備えている。
【００１４】
ここで、本発明の無線電力伝送システムは、典型的には、例えば、電気自動車のような電気推進車両の非接触給電システムに応用される。この場合、受電装置２０は、移動体としての電気推進車両に設置され、送電装置１０は、典型的には駐車場に固定的に設置される。なお、送電装置１０は、固設に限らず、移動可能に構成されてもかまわない。
【００１５】
送電装置１０は、高周波発振源１０１と、送電コイル１０２と、受信側アンテナとして機能する第１のアンテナ３０１と、位置演算手段３０８と、送電側位置情報通知手段３０９と、送電側ＧＰＳ受信機３１１と、送電側無線通信手段２０２と、送電側制御手段２０１とを備えている。
【００１６】
また、受電装置２０は、受電コイル１０３と、負荷回路１０４と、送信側アンテナとして機能する第２のアンテナ３０４と、磁界出力手段３０７と、受電側位置情報通知手段３１０と、受電側ＧＰＳ受信機３１２と、受電側無線通信手段２０４と、受電側制御手段２０３とを備えている。
【００１７】
高周波発振源１０１は、高周波電力を生成し出力する発振源である。送電コイル１０２は、高周波発振源１０１に接続され、高周波の磁界を発生するコイルである。
【００１８】
受電コイル１０３は、送電コイル１０２から発生する磁界をうけて電力を得るコイルである。負荷回路１０４は、受電コイル１０３に接続され、受電コイル１０３から得られた電力を供給する整流回路、電池などを含む回路である。
【００１９】
送電側制御手段２０１は、例えば、マイクロコンピュータやプロセッサを含んでおり、後述する各種処理を行う。その一例として、送電側制御手段２０１は、無線通信手段である送電側無線通信手段２０２を用いて後述する受電側制御手段２０３と制御情報をやり取りする。
【００２０】
受電側制御手段２０３は、例えば、マイクロコンピュータやプロセッサを含んでおり、後述する各種処理を行う。その一例として、受電側制御手段２０３は、無線通信手段である受電側無線通信手段２０４を用いて送電側制御手段２０１と制御情報をやり取りする。
【００２１】
なお、送電側無線通信手段２０２は、後述する第１のアンテナ３０１を用いて無線通信を行ってもよい。また、受電側無線通信手段２０４は後述する第２のアンテナ３０４を用いて無線通信を行ってもよい。
【００２２】
第１のアンテナ３０１は、送電コイル１０２の近辺に配置され、後述する第２のアンテナ３０４の発生する磁界を受信するアンテナ（受信アンテナ）である。第２のアンテナ３０４は、受電コイル１０３の近辺に配置され、磁界を送信するアンテナ（送信アンテナ）である。
【００２３】
図２は、第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図である。図中、Ｘ、ＹおよびＺは、各々の座標軸を示しており、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交する。図２において、第１のアンテナ３０１は、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂを有している。第２のアンテナ３０４は、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂを有している。台座３０３は、送電コイル１０２および第１のアンテナ３０１を、台座３０６は受電コイル１０３および第２のアンテナ３０４を設置する台座である。
【００２４】
ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂ、３０４ａ、３０４ｂの配置は、磁界を送信するループアンテナ素子と、送信された磁界を受信するループアンテナ素子の互いのループ軸方向が直交するように配置する。これにより第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４間のＸＹ平面における位置の変化に対する磁界の受信レベルの変化特性が、第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４間のＺ方向の距離が変動しても、大きく変わらないため、良好な位置検知精度を得ることができる。
【００２５】
第１のアンテナ３０１および第２のアンテナ３０４が有する各ループアンテナ素子は位置を検知する方向に並べて配置する。例えば、Ｙ方向の位置を検知する場合、第１のアンテナ３０１および第２のアンテナ３０４が有する各ループアンテナ素子は、図２のようにＹ方向に沿って配置する。
【００２６】
図３は、ループアンテナ素子のループ軸方向が一致しない場合の第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図である。
【００２７】
ループアンテナ素子３０４ａから送信される磁界をループアンテナ素子３０１ｂが受信し、ループアンテナ素子３０４ｂから送信される磁界をループアンテナ素子３０１ａが受信する場合、送受信するループアンテナ素子同士の互いのループ軸方向が直交していれば、図３に示すように、第１のアンテナ３０１および第２のアンテナ３０４のそれぞれが有するループアンテナ素子のループ軸方向が一致していなくても良い。
【００２８】
再度、図１を参照する。磁界出力手段３０７は、高周波電力を生成し、第２のアンテナ３０４へ出力する発振源である。磁界出力手段３０７により、第２のアンテナ３０４から磁界を出力する。また、磁界出力手段３０７は、第２のアンテナ３０４が備える複数のループアンテナ素子（図２参照）のうちいずれかを選択して出力する。
【００２９】
位置演算手段３０８は、例えば、マイクロコンピュータやプロセッサを含んでおり、マイクロコンピュータなどにより、第１のアンテナ３０１から受信した磁界の強度に基づいて受電コイル１０３の位置を算出する。なお、本実施形態では、上記位置演算手段３０８および第１のアンテナ３０１が位置ずれ検知装置３０を構成する。
【００３０】
送電側位置情報通知手段３０９は、送電側制御手段２０１に接続されるディスプレイやスピーカを含んでいる。この送電側位置情報通知手段３０９は、受電コイル１０３の位置情報を、スピーカやディスプレイから音や画像などとして出力し、ユーザに通知する。
【００３１】
受電側位置情報通知手段３１０は、受電側制御手段２０３に接続されるディスプレイやスピーカを含んでいる。この受電側位置情報通知手段３１０は、受電コイル１０３の位置情報を、スピーカやディスプレイから音や画像などとして出力し、ユーザに通知する。
【００３２】
送電側ＧＰＳ受信機３１１は、送電側制御手段２０１に接続され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することにより自分が存在する位置のデータ（以下、位置データという）を出力するＧＰＳ受信機である。
【００３３】
受電側ＧＰＳ受信機３１２は、受電側制御手段２０３に接続され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することにより、自分が存在する位置データ（以下、位置データという）を出力するＧＰＳ受信機である。
【００３４】
以上のように構成された無線電力伝送システムについて、その動作を説明する。ここでは、Ｙ方向の位置情報を検出する場合を例にとり説明する。
【００３５】
図４は、受電コイル１０３の位置情報検出手順を示した図である。
【００３６】
まず、ステップ１において、送電側制御手段２０１および受電側制御手段２０３は、送電側ＧＰＳ受信機３１１と受電側ＧＰＳ受信機３１２が出力する位置データより、送電装置１０と受電装置２０の間の距離を算出する。この距離算出のために、送電側制御手段２０１は、送電側ＧＰＳ受信機３１１の出力位置データを、送電側無線通信手段２０２を介して受電装置２０に送る。
【００３７】
受電装置２０においては、受電側制御手段２０３は、受電側無線通信手段２０４を介して送電装置１０からの位置データを受け取り、受け取った位置データと、受電側ＧＰＳ受信機３１２の出力位置データとを用いて、送電装置１０及び受電装置２０の間の距離を算出する。なお、送電側制御手段２０１も、同様の方法で、受電装置２０の位置データを受け取り、これを用いて送電装置１０及び受電装置２０の間の距離を算出する。
【００３８】
この算出した距離がある所定距離以下になった場合、受電装置２０および送電装置１０が互いに近接したエリア内にあるとみなして、送電側制御手段２０１および受電側制御手段２０３は位置情報検出を開始する。なお、送電側無線通信手段２０２、受電側無線通信手段２０４を介して送電側制御手段２０１および受電側制御手段２０３間の無線通信ができるかどうかによって受電装置２０および送電装置１０が互いに近接したエリア内にあるか判別し、送電側制御手段２０１および受電側制御手段２０３は位置情報検出を開始するとしてもよい。
【００３９】
なお、第１のアンテナ３０１および第２のアンテナ３０４間の磁界通信ができるかどうかによって受電装置２０および送電装置１０が互いに近接したエリア内にあるか判別し、送電側制御手段２０１および受電側制御手段２０３は位置情報検出を開始するとしてもよい。磁界通信ができるかどうかは、第１のアンテナ３０１で受信する磁界強度が所定の値以上であるか、または磁界通信信号を変調信号とし、第１のアンテナ３０１で正常に受信できたかによって判断する。
【００４０】
ステップ２において、磁界出力手段３０７は高周波電力を生成し、ループアンテナ素子３０４ａに出力する。ループアンテナ素子３０４ａは、与えられた高周波電力に応じて磁界を出力する。出力する信号は無変調信号であっても、変調された信号であってもよい。
【００４１】
ステップ３において、位置演算手段３０８は、ループアンテナ素子３０４ａからの磁界をループアンテナ素子３０１ｂにて受信し、磁界強度を測定する。ステップ２において、出力する信号を変調信号とした場合、ステップ３においては、所望の変調信号であることを認識できた場合にのみ磁界強度を測定するようにしてもよい。これによりノイズによる誤受信を防ぐことができる。
【００４２】
ステップ４において、位置演算手段３０８は、ステップ３で得られた磁界強度の測定値をデータＡＢとして保持する。
【００４３】
ステップ５においては、磁界出力手段３０７は、高周波電力を生成し、ループアンテナ素子３０４ｂに出力する。ループアンテナ素子３０４ｂは、与えられた高周波電力に応じて磁界を出力する。
【００４４】
ステップ６において、位置演算手段３０８は、ループアンテナ素子３０４ｂからの磁界をループアンテナ素子３０１ａにて受信し、磁界強度を測定する。
【００４５】
ステップ７において、位置演算手段３０８は、ステップ６で得られた磁界強度の測定値
をデータＢＡとして保持する。
【００４６】
ステップ８において、位置演算手段３０８はデータＡＢとデータＢＡの差を算出する。
【００４７】
ステップ９において、位置演算手段３０８はステップ８で得られたデータＡＢとデータＢＡの差から、第１のアンテナ３０１と第２のアンテナ３０４間の位置関係を算出する。
【００４８】
第１のアンテナ３０１と第２のアンテナ３０４間の位置関係と、データＡＢとデータＢＡの差分量との関係を事前に実験などにより求め、その結果を用いて差分量から位置を計算する。受電コイル１０３と第２のアンテナ３０４の位置関係より、送電コイル１０２に対する受電コイル１０３の位置が算出される。
【００４９】
図５にＹ座標に対するデータＡＢおよびデータＢＡの実験結果を示す。図６にＹ座標に対するデータＡＢとデータＢＡの差の実験結果を示す。図５、図６ともに、送電コイル１０２と受電コイル１０３の中心が一致している条件では、Ｙ＝２５０ｍｍである。ループアンテナ素子間の距離は約４５０ｍｍに設定して実験した結果である。第１のアンテナ３０１および送電コイル１０２のみをＹ方向に変化させて、他の構成要素は固定して実験した結果である。
【００５０】
データＡＢおよびデータＢＡは位置の変化に対して、互いに反対の変化を示している。これは送受信するアンテナ素子の位置関係がＺＸ平面に対して対称となるためである。
【００５１】
これらデータＡＢとデータＢＡの差をとることにより、位置の変化に対して変化量が大きいデータとすることができ、良好な位置検知精度を得ることができる。
【００５２】
さらに、データＡＢとデータＢＡの差をとることにより、位置を評価するデータを、絶対値ではなく相対値とすることができる。第１のアンテナ３０１と第２のアンテナ３０４間のＺ方向の距離が変動して磁界強度の絶対値が変化しても、大きくばらつかないため、位置検知精度の劣化を低減することができる。
【００５３】
磁界強度の差分量により位置を算出するため、送受信のアンテナ素子同士が対向し、磁界強度が最大となる位置までしか位置検知できない。送信アンテナを２つ設け、ＺＸ面に対して対称となるアンテナ素子同士で送受信することにより、アンテナ素子間の距離をとることができ、送信アンテナが１個のときに比べて検知範囲を広げることができる。
【００５４】
再度、図４を参照する。ステップ１０において、送電側位置情報通知手段３０９、受電側位置情報通知手段３１０は、受電コイル１０３の位置情報を使用者などへ通知する。
【００５５】
なお、位置検知精度向上のため、データＡＢおよびデータＢＡをそれぞれ複数回取得し、平均値、あるいは中央値、あるいは最大値を算出することによりデータＡＢ、データＢＡを算出してもよい。これによりノイズなどの影響によりデータＡＢ、データＢＡの値がばらつくことによる位置検知精度の劣化を防ぐことができる。
【００５６】
なお、位置検知精度は劣化するが、図５に示すように位置により受信レベルが変化することを利用して、データＡＢもしくはデータＢＡのみを用いて位置を算出してもよい。
【００５７】
図７は、送信アンテナ素子が１個の場合の第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図である。図７に示すように、位置検知範囲は劣化するが、送信アンテナ素子を１個としてもよい。これにより送信アンテナの切り替え処理を省略できる。
【００５８】
図８は、Ｘ方向の位置情報を検出する場合の第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図である。図８に示すようにアンテナ素子を、位置を検知すべきＸ方向に並べることでＸ方向の位置情報を検出することができる。図２および図８を両方備えることでＸ方向、Ｙ方向の位置情報を検出することができる。
【００５９】
図９は、本発明の無線電力伝送システムの電気推進車両（以下単に車両という）４００への搭載例を示した図である。複数の送電コイル１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが地上側に、受電コイル１０３が電気推進車両４００側に搭載される例を示す。上記の手順により受電コイル１０３の位置を算出し、高周波発振源１０１は複数の送電コイルのうちもっとも受電コイル１０３に近接した送電コイルを選択して受電コイル１０３へ送電を行う。送電コイルを複数用いた場合について述べたが、受電コイルを複数用いてもよい。
【００６０】
なお、送電コイル１０２側に第１のアンテナ３０１および位置演算手段３０８を、受電コイル１０３側に第２のアンテナ３０４および磁界出力手段３０７を備える構成例について説明したが、受電コイル１０３側に第１のアンテナ３０１および位置演算手段３０８を、送電コイル１０２側に第２のアンテナ３０４および磁界出力手段３０７を備える構成であってもよい。
【００６１】
ただし、第２のアンテナ３０４および磁界出力手段３０７の構成は、磁界を発生するため、安全上、人間ができるだけ接近しない箇所に設置されることが望ましい。例えば、図９のような構成の場合、送電装置１０側の送電コイル近辺に配置されるアンテナは、受電装置２０が設置される車両が移動して存在しない状態では、人間が接近することが可能な状態となる。
【００６２】
一方、受電装置２０側の受電コイル近辺に配置されるアンテナは、車両の底部へ配置される場合、人間が接近することが困難となる。従って、第２のアンテナ３０４および磁界出力手段３０７の構成は、受電装置２０側に設置されることが望ましい。
【００６３】
以上により、本発明の無線電力伝送システムは、コイルの位置検出を実現できる。
【００６４】
なお、上述の実施の形態では、電気推進車両の非接触給電システムへの応用例を説明したが、これに限らず、例えば、受電装置２０は、移動体の他の例としての携帯機器に設置し、また、送電装置１０は、この携帯機器向けの充電器に設置されてもかまわない。
【００６５】
（実施の形態２）
以下に、本発明の無線電力伝送システムの実施の形態２について詳細を説明する。図１０は、ステップ２およびステップ３の磁界通信における無線電力伝送システムの等価回路を示す図である。
【００６６】
Ｌ１は第２のアンテナ３０４のループアンテナ素子３０４ａ、Ｌ２は第１のアンテナ３０１のループアンテナ素子３０１ｂ、Ｌ３は送電コイル１０２、Ｌ４は受電コイル１０３のインダクタンスを示している。これらのインダクタンス間の結合係数をそれぞれｋ１２、ｋ２３、ｋ３４、ｋ１４、ｋ１３、ｋ２４とする。
【００６７】
Ｚ１は磁界出力手段３０７、Ｚ２は位置演算手段３０８、Ｚ３は高周波発振源１０１、Ｚ４は負荷回路１０４の回路インピーダンスを示している。
【００６８】
位置演算のためのＬ１、Ｌ２間の磁界通信の周波数はｆ１、無線電力伝送のためのＬ３、Ｌ４間の高周波磁界の周波数はｆ２とする。
【００６９】
各インダクタンスは電力供給条件が最大となるように、インピーダンス整合回路を介して回路インピーダンスへ接続されている。Ｌ１、Ｌ２は周波数ｆ１にて、Ｌ３、Ｌ４は周波数ｆ２にてインピーダンス整合されるように整合回路５０１、５０２、５０３、５０４が設けられる。
【００７０】
位置演算のためのＬ１、Ｌ２間の磁界通信は、結合係数ｋ１２による磁界結合を用いて行われる。しかし、Ｌ１、Ｌ２は、無線電力伝送のためのＬ３、Ｌ４と結合係数ｋ２３、ｋ１４、ｋ１３、ｋ２４により磁界結合を生じる。結合係数ｋ２３、ｋ１４、ｋ１３、ｋ２４による磁界結合によりＬ１より発生した周波数ｆ１の磁界をＬ３、Ｌ４が受信すると、Ｌ２に受信される電力レベルが低下し、Ｌ１、Ｌ２間の位置演算のための磁界通信が妨害される。
【００７１】
磁界通信周波数ｆ１は、無線電力伝送周波数ｆ２と異なる値となるように周波数値を設定する。これによりＬ３、Ｌ４が受信する周波数ｆ１の電力がインピーダンス不整合のため低下し、磁界通信妨害の影響を軽減することができる。
【００７２】
または、位置演算時は整合回路５０３、５０４のマッチング周波数を磁界通信周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ３となるように設定する。これによりＬ３、Ｌ４が受信する周波数ｆ１の電力がインピーダンス不整合のため低下し、磁界通信妨害の影響を軽減することができる。
【００７３】
または、上記の整合回路５０３，５０４の代わりに、位置演算時は、周波数ｆ１においてインピーダンス不整合となるように回路インピーダンスＺ３、Ｚ４の値を切り替える切替回路を備えていても構わない。具体的には、インバータ回路などで構成される高周波発振源１０１、負荷回路１０４の電源を入れる、もしくは電源を切断する、あるいは、高周波発振源１０１、負荷回路１０４の両端子をスイッチ回路６０１、６０２にて短絡する、あるいは、高周波発振源１０１、負荷回路１０４と整合回路との接続をスイッチ回路６０３、６０４にて切断する切替回路である。
【００７４】
これにより、Ｌ３、Ｌ４が受信する周波数ｆ１の電力が低下し、磁界通信妨害の影響を軽減することができる。
【００７５】
（実施の形態３）
以下に、本発明の無線電力伝送システムの実施の形態３について詳細に説明する。図１１に台座３０３および３０６を金属製とした場合のＹ座標に対するデータＡＢおよびデータＢＡの実験結果を示す。図１２に台座３０３および３０６を金属製とした場合のＹ座標に対するデータＡＢ、データＢＡの差の実験結果を示す。図１１からわかるように磁界受信レベルの特性は、第１のアンテナ３０１および第２のアンテナ３０４の設置環境によって変化し、一部の位置にて受信レベルの低下が生じる。
【００７６】
このため、図１２からわかるように、位置を算出する際に用いられる受信レベル差の特性は、一部の距離にて直線性が失われ、位置検知精度が劣化する。設置環境の影響による位置検知精度の劣化を防ぐため、図４のステップ２、５において、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂの両方から所定の出力レベル差にて磁界を出力し、それぞれに対して磁界強度を測定する。
【００７７】
図１３は、受電コイル１０３の位置情報検出手順を示した図である。図４との違いについて以下に説明する。
【００７８】
ステップ２において、ループアンテナ素子３０４ｂは、与えられた高周波電力に応じて
磁界を出力する。出力レベルは、ループアンテナ素子３０４ａの出力より、所定の出力レベル差だけ低いものとする。
【００７９】
ステップ３において、ループアンテナ素子３０４ｂからの磁界をループアンテナ素子３０１ｂにて受信し、磁界強度を測定する。
【００８０】
ステップ４において、磁界強度の測定値をデータＢＢとして保持する。
【００８１】
ステップ５において、ループアンテナ素子３０４ａは、与えられた高周波電力に応じて磁界を出力する。出力レベルは、ループアンテナ素子３０４ｂの出力より、所定の出力レベル差だけ低いものとする。
【００８２】
ステップ６において、ループアンテナ素子３０４ａからの磁界をループアンテナ素子３０１ａにて受信し、磁界強度を測定する。
【００８３】
ステップ７において、磁界強度の設定値をデータＡＡとして保持する。
【００８４】
ステップ８において、位置演算手段３０８はステップ４で取得したデータＢＢとデータＡＢの最大値（データ受信Ｂ）と、ステップ７で取得したデータＢＡとデータＡＡの最大値（データ受信Ａ）をもとめ、データ受信Ｂとデータ受信Ａの差を算出する。
【００８５】
次に実験結果を示す。
【００８６】
図１１に台座３０３および３０６を金属製とした場合のＹ座標に対するデータＢＢ、データＡＡの実験結果を示す。
【００８７】
図１４に台座３０３および３０６を金属製とした場合のＹ座標に対するデータ受信Ｂ、データ受信Ａの実験結果を示す。
【００８８】
図１２に台座３０３および３０６を金属製とした場合のＹ座標に対するデータ受信Ｂとデータ受信Ａの差の実験結果を示す。
【００８９】
図１１における磁界受信レベル特性において受信レベルの低下の影響を防止するように出力レベル差は４２ｄＢに調整した。
【００９０】
図１４からわかるように、磁界受信レベルの特性は改善され、このため図１２からわかるように受信レベル差の特性は、直線性が改善していることがわかる。
【００９１】
ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂのそれぞれから所定の出力レベル差にて磁界を出力する場合について記載したが、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂに対して同時に給電しても良い。同時給電した場合の実験結果を示す。
【００９２】
ループアンテナ素子３０４ａの出力レベルは、ループアンテナ素子３０４ｂの出力レベルより４２ｄＢだけ低く設定して実験した。また、給電位相差を変化させて実験した。
【００９３】
図１５に台座３０３および３０６を金属製とした場合のＹ座標に対する磁界受信レベルの実験結果を示す。給電位相差によって磁界受信レベルの特性が変化し、給電位相差９０度付近でもっとも磁界受信レベルの特性が改善されることがわかる。
【００９４】
ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂに対して位相差給電を行うことにより、図１３
のステップ８における最大値を算出する処理を省くことができる。
【００９５】
以上により、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂの両方から所定の出力レベル差にて磁界を出力することで、設置環境の影響による位置検知精度の劣化を防止できる。
【００９６】
（実施の形態４）
以下に、本発明の無線電力伝送システムの実施の形態４について図１６〜図２１に基づいて詳細に説明する。送電コイル１０２が地上側に、受電コイル１０３は電気推進車両４００側に搭載され、電気推進車両４００がＸ方向から進入して、送電コイル１０２と受電コイル１０３がＹ方向に位置ずれすることなく停車するように、Ｙ方向の位置ずれ情報を進入時に随時通知する利用シーン（以降、車両誘導シーンという）を想定した場合のシステム構成について説明する。
【００９７】
図１６は、車両誘導シーンにおける第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の構成を示す図である。図２との違いについて以下に説明する。
【００９８】
図１６において、第１のアンテナ３０１は、Ｙ方向の位置ずれを検知するループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂに加えて、Ｘ方向の位置ずれを検知するループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄを有している。
【００９９】
ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄのループ軸方向は、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂのループ軸方向と一致しているほうが望ましい。詳細は後述するが、ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄの受信レベルはＹ方向に対して変動し、変動ができるだけ小さいほうがＸ方向を検知することに適している。これは、ループ軸方向が一致していたほうが、Ｙ方向に対する受信レベルの変動が小さくなるためである。
【０１００】
また、送電コイル１０２および受電コイル１０３のインダクタンスが、第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４の有するループアンテナ素子のインダクタンスに比べて大きい場合、実施の形態２で説明したように、送電コイル１０２および受電コイル１０３による磁界通信妨害の影響が大きくなる。
【０１０１】
このため、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂの送受信する方向（Ｘ軸の正方向）、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂの送受信する方向（Ｘ軸の負方向）には、送電コイル１０２および受電コイル１０３が存在しないほうが望ましい。従って、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂは、送電コイル１０２に対してＸ軸の正方向に設けられる。また、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂは、受電コイル１０３に対してＸ軸の負方向に設けられる。
【０１０２】
ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄは、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂに対してＸ軸の負方向に配置される。ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄの位置は、図１６では、送電コイル１０２に対してＸ軸の負方向に存在するが、送電コイル１０２との位置関係にはよらない。
【０１０３】
ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂは、Ｙ方向（位置を検知する方向）に並べて配置する。
【０１０４】
ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄは、Ｙ方向（位置を検知する方向）に並べて配置する。
【０１０５】
以上のように構成された無線電力伝送システムについて、その動作を説明する。ここで
はＹ方向の位置情報を検出する場合を例にとり説明する。
【０１０６】
図１７は、車両誘導シーンにおける受電コイル１０３の位置情報検出手順を示した図である。図４との違いについて以下に説明する。
【０１０７】
ステップ３において、位置演算手段３０８は、ループアンテナ素子３０４ａからの磁界をループアンテナ素子３０１ｄにて受信し、磁界強度を測定する。
【０１０８】
ステップ４において、位置演算手段３０８は、ステップ３で得られた磁界強度の測定値をデータＡＤとして保持する。
【０１０９】
ステップ６において、位置演算手段３０８は、ループアンテナ素子３０４ｂからの磁界をループアンテナ素子３０１ｃにて受信し、磁界強度を測定する。
【０１１０】
ステップ７において、位置演算手段３０８は、ステップ６で得られた磁界強度の測定値をデータＢＣとして保持する。
【０１１１】
ステップ８において、位置演算手段３０８は、データＡＢとデータＢＡの差を算出する。また、データＡＤとデータＢＣのうち磁界強度レベルの高いほうのデータをデータＭとして保持する。
【０１１２】
ステップ９において、位置演算手段３０８は、ステップ８で得られたデータＭから第１のアンテナ３０１と第２のアンテナ３０４間のＸ方向の位置関係を算出する。Ｘ方向の算出結果と、データＡＢとデータＢＡの差から、第１のアンテナ３０１、第２のアンテナ３０４間のＹ方向の位置関係を算出する。
【０１１３】
第１のアンテナ３０１と第２のアンテナ３０４間の位置関係と、データＭ、データＡＢとデータＢＡの差分量との関係を事前に実験などにより求め、その結果に基づいてデータＭおよび差分量から位置を計算する。受電コイル１０３と第２のアンテナ３０４の位置関係により送電コイル１０２に対する受電コイル１０３の位置が算出される。
【０１１４】
次に、実験結果を用いて説明する。以下の実験結果の図において、送電コイル１０２と受電コイル１０３の中心が一致している条件では、Ｘ＝０ｍｍ、Ｙ＝２５０ｍｍである。
【０１１５】
図１８に、車両誘導シーンにおけるＹ座標に対するデータＡＢ、データＢＡの実験結果を示す。
【０１１６】
図１９に、車両誘導シーンにおけるＹ座標に対するデータＡＢ、データＢＡの差の実験結果を示す。
【０１１７】
Ｙ方向の受信特性は、Ｘ方向の位置によって変化することがわかる。これは、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂと、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂのＸ方向の距離が離れるにつれて、Ｙ方向の磁界受信レベルの変化が小さくなるためである。よって、Ｘ方向の位置に関わらず、Ｙ方向の位置ずれを検知するために、最初にＸ方向の位置を算出して、その算出結果に基づきＹ方向の位置を算出する。
【０１１８】
車両誘導シーンのような送電コイル１０２と受電コイル１０３のＸ方向における位置が大きく離れている場合、実施の形態１にて説明した検知方向であるＸ方向に複数のアンテナを配置して位置を算出するアンテナ構成をとることができない。このため、検知方向であるＸ方向に対して送受信それぞれ１つのアンテナ素子を用いて、磁界受信レベルを取得
し、位置を算出する。
【０１１９】
ここで、Ｙ方向の位置に関わらず、Ｘ方向の位置を精度良く算出しなければならない。しかしながら、Ｘ方向の受信特性は、Ｙ方向の位置によって送受信アンテナ間の距離が変化するため、異なる。そこで、図１７で説明したように、送受信するアンテナ素子の位置関係がＺＸ平面に対して対称となるようにデータＡＤおよびデータＢＣを取得する。
【０１２０】
図２０に、車両誘導シーンにおけるＸ座標に対するデータＡＤ、データＢＣの実験結果を示す。
【０１２１】
データＡＤおよびデータＢＣは、Ｙ方向の位置の変化に対して、互いに反対の変化を示している。データＡＤとデータＢＣのうち磁界強度レベルの高いほうのデータ（データＭ）をとることで、Ｙ方向の位置に関わらず、安定したＸ方向の受信特性を得ることができる。
【０１２２】
図２１に、車両誘導シーンにおけるＸ座標に対するデータＭの実験結果を示す。
【０１２３】
データＭは、Ｙ方向の位置に関わらず、安定したＸ方向の受信特性が得られることがわかる。データＭの磁界受信レベルにてＸ方向の位置を算出する。
【０１２４】
また、Ｘ方向を検知する送受信のアンテナ素子同士が対向し、磁界強度が最大となる位置までしか位置検知できない。ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄを、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂに対してＸ軸の負方向に、一定間隔だけ離れた位置に配置することで、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂが配置されているＸ座標の位置の前後における位置検知が可能となる。
【０１２５】
また、Ｘ方向の位置検知可能範囲に影響するが、省スペース化のために、ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄを、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂと同じ位置に配置しても良い。さらに、構成の簡素化のために、位置検知精度が劣化するが、ループアンテナ素子３０１ｃ、３０１ｄによるＸ方向の位置検知を、ループアンテナ素子３０１ａ、３０１ｂにて行ってもよい。
【０１２６】
以上により、車両誘導シーンにおける位置検出を実現できる。
【０１２７】
なお、磁界の出力は、実施の形態３で述べたように、設置環境の影響による位置検知精度の劣化を防止するために、ループアンテナ素子３０４ａ、３０４ｂの両方から所定の出力レベル差にて磁界を出力する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の無線電力伝送システムは、コイルの位置検出ができる。よって、本発明の無線電力伝送システムを、例えば、携帯機器、電気推進車両などの非接触充電器として適用できる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０１  高周波発振源
１０２、１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  送電コイル
１０３  受電コイル
１０４  負荷回路
２０１  送電側制御手段
２０２  送電側無線通信手段
２０３  受電側制御手段
２０４  受電側無線通信手段
３０１  第１のアンテナ（受信側アンテナ）
３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ  ループアンテナ素子
３０３、３０６  台座
３０４  第２のアンテナ（送信側アンテナ）
３０４ａ、３０４ｂ  ループアンテナ素子
３０７  磁界出力手段
３０８  位置演算手段
３０９  送電側位置情報通知手段
３１０  受電側位置情報通知手段
３１１  送電側ＧＰＳ受信機
３１２  受電側ＧＰＳ受信機
４００  電気推進車両
５０１、５０２、５０３、５０４  整合回路
６０１、６０２、６０３、６０４  スイッチ回路
【図１】
2012200130.tif 000003
【図２】
2012200130.tif 000004
【図３】
2012200130.tif 000005
【図４】
2012200130.tif 000006
【図５】
2012200130.tif 000007
【図６】
2012200130.tif 000008
【図７】
2012200130.tif 000009
【図８】
2012200130.tif 000010
【図９】
2012200130.tif 000011
【図１０】
2012200130.tif 000012
【図１１】
2012200130.tif 000013
【図１２】
2012200130.tif 000014
【図１３】
2012200130.tif 000015
【図１４】
2012200130.tif 000016
【図１５】
2012200130.tif 000017
【図１６】
2012200130.tif 000018
【図１７】
2012200130.tif 000019
【図１８】
2012200130.tif 000020
【図１９】
2012200130.tif 000021
【図２０】
2012200130.tif 000022
【図２１】
2012200130.tif 000023