(57)【要約】【課題】入庫を完了する前に給電装置と受電装置との間の障害物を検知する受電装置及び障害物検知方法を提供する。【解決手段】車輌側制御部１５４は、給電効率変動パターン記憶部１５３に記憶された、障害物がない状態における給電効率変動パターンを読み出し、読み出した給電効率変動パターンの給電効率ｋｐｉから、サンプリングされた給電効率ｋｉを減算した値を給電効率の誤差Δｉとして給電効率ｋｉをサンプリングするたびに算出し、算出した誤差Δｉの総和Δａｌｌと、サンプリング番号毎に予め用意された所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、誤差の総和Δａｌｌが閾値Δｔｈｉを超えたタイミングで障害物を検知したと判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輌の外部に設けられた給電装置から電磁誘導を利用して給電される電力を非接触で受電する、車輌に設けられた受電装置であって、
前記給電装置と前記受電装置との間に障害物のない状態における前記給電装置に対する前記受電装置の位置に応じて変動する給電効率のパターンを、前記車輌の進入経路ごとに予め給電効率変動パターンとして記憶する記憶手段と、
前記給電装置に対する前記車輛の進入経路を検出する進入経路検出手段と、
検出された前記進入経路のいずれの位置に前記給電装置が存在するかを検出する位置検出手段と、
前記車輛の移動に伴い給電効率ｋｉを算出し、検出された前記進入経路に対応する給電効率のパターンを前記記憶手段から読み出し、読み出した給電効率のパターンのうち検出された前記位置に対応する給電効率ｋｐｉから前記給電効率ｋｉを減算した値を給電効率の誤差Δｉとし、前記誤差Δｉの総和Δａｌｌと、サンプリング番号ｉ毎に定められた所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、前記閾値判定の結果に基づいて、障害物の検知を判断する制御手段と、
を具備する受電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記誤差の総和Δａｌｌが前記閾値Δｔｈｉを超えた場合、障害物を検知したと判断する請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記制御手段は、サンプリング番号ｉの取り得る値が最大のとき、前記誤差の総和Δａｌｌが前記閾値Δｔｈｉ未満の場合、障害物を未検知と判断する請求項１に記載の受電装置。
【請求項４】
車輌の外部に設けられた給電装置から電磁誘導を利用して給電される電力を非接触で受電する、車輌に設けられた受電装置における障害物検知方法であって、
前記給電装置に対する前記車輌の進入経路を検出し、
検出された前記進入経路のいずれの位置に前記給電装置が存在するかを検出し、
前記車輌の移動に伴い給電効率ｋｉをサンプリングし、
前記給電装置と前記受電装置との間に障害物のない状態における前記給電装置に対する前記受電装置の位置に応じて変動する給電効率のパターンが、前記車輌の進入経路ごとに予め定められ、検出された前記進入経路に対応する給電効率のパターンのうち、検出された前記位置に対応する給電効率ｋｐｉから前記給電効率ｋｉを減算した値を給電効率の誤差Δｉとして前記サンプリングのたびに算出し、
算出された前記誤差Δｉの総和Δａｌｌと、サンプリング番号ｉ毎に定められた所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、
前記閾値判定の結果に基づいて、障害物の検知を判断する、
障害物検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地上側に設けられた給電装置から電磁誘導を利用して給電される電力を非接触で受電する、車輌に設けられた受電装置及び受電装置における障害物検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波を用いて、車輌に搭載された蓄電池を充電するエネルギー供給技術が知られている。このエネルギー供給技術では、駐車場等の地面に設置された給電装置のマイクロ波電源から電力がマグネトロンに供給され、マグネトロンによりマイクロ波が生成される。各マグネトロンから発生したマイクロ波は、各送電アンテナを介して車輌の底面に配置されている受電装置へ送られる。受電装置にて受信されたマイクロ波は、電力に変換されるとともに整流され、直流電力に変換された後に、蓄電池へ供給される。
【０００３】
一方、このようなエネルギー供給技術では、マイクロ波の給電側と受電側との間に障害物が介在した場合、この障害物によりマイクロ波の伝送効率が低下し、さらに、障害物が人または動物等の生き物である場合、生き物がマイクロ波による影響を受けるという課題がある。
【０００４】
このような課題を解決する方法として、給電側と受電側との間の障害物の有無を検出し、障害物がないことを確認してからマイクロ波の送電を開始するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１には、給電側と受電側との間の障害物を検知する方法として、給電装置から送出されたマイクロ波の反射波の受電レベルに基づいて障害物を検知する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６７５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に開示の障害物検知方法では、地上側に設けられた給電装置上部に受電装置が位置するように、車輌を一度駐車場等に入庫して初めて、障害物を検知することができるようになるため、障害物を検知するまでに時間を要するという問題がある。また、障害物が検知された場合には、車輌の移動、障害物の除去を行った後、再度車輌を入庫しなければならず、ユーザの手間が多い。
【０００８】
本発明の目的は、入庫を完了する前に給電装置と受電装置との間の障害物を検知する受電装置及び障害物検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の受電装置は、車輌の外部に設けられた給電装置から電磁誘導を利用して給電される電力を非接触で受電する、車輌に設けられた受電装置であって、前記給電装置と前記受電装置との間に障害物のない状態における前記給電装置に対する前記受電装置の位置に応じて変動する給電効率のパターンを、前記車輌の進入経路ごとに予め給電効率変動パターンとして記憶する記憶手段と、前記給電装置に対する前記車輛の進入経路を検出する進入経路検出手段と、検出された前記進入経路のいずれの位置に前記給電装置が存在するかを検出する位置検出手段と、前記車輛の移動に伴い給電効率ｋｉを算出し、検出された前記進入経路に対応する給電効率のパターンを前記記憶手段から読み出し、読み出した給電効率のパターンのうち検出された前記位置に対応する給電効率ｋｐｉから前記給電効率ｋｉを減算した値を給電効率の誤差Δｉとし、前記誤差Δｉの総和Δａｌｌと、サンプリング番号ｉ毎に定められた所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、前記閾値判定の結果に基づいて、障害物の検知を判断する制御手段と、を具備する構成を採る。
【００１０】
本発明の障害物検知方法は、車輌の外部に設けられた給電装置から電磁誘導を利用して給電される電力を非接触で受電する、車輌に設けられた受電装置における障害物検知方法であって、前記給電装置に対する前記車輌の進入経路を検出し、検出された前記進入経路のいずれの位置に前記給電装置が存在するかを検出し、前記車輌の移動に伴い給電効率ｋｉをサンプリングし、前記給電装置と前記受電装置との間に障害物のない状態における前記給電装置に対する前記受電装置の位置に応じて変動する給電効率のパターンが、前記車輌の進入経路ごとに予め定められ、検出された前記進入経路に対応する給電効率のパターンのうち、検出された前記位置に対応する給電効率ｋｐｉから前記給電効率ｋｉを減算した値を給電効率の誤差Δｉとして前記サンプリングのたびに算出し、算出された前記誤差Δｉの総和Δａｌｌと、サンプリング番号ｉ毎に定められた所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、前記閾値判定の結果に基づいて、障害物の検知を判断するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば入庫を完了する前に給電装置と受電装置との間の障害物を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る充電システムの構成を示すブロック図
【図２】進入経路に応じた給電効率変動パターンの説明に供する図
【図３】給電部の給電コイルと受電部の受電コイルとの位置関係に応じた給電効率の説明に供する図
【図４】給電効率変動パターン作成方法の説明に供する図
【図５】障害物がある場合の給電効率の変動パターンを示す図
【図６】誤差の説明に供する図
【図７】車輌側制御部における障害物検出方法の手順を示すフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（一実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係る充電システム１００の構成を示すブロック図である。充電システム１００は、給電装置１２０、車輌１３０、受電装置１５０及び蓄電池１７０を有する。
【００１５】
給電装置１２０は、給電部１２１が地表ｇから露出するように、地面上に設置もしくは地中に埋設される。給電装置１２０は、例えば、駐車スペース等に設けられ、車輌１３０の駐車中に受電装置１５０に対して給電する。なお、給電装置１２０の詳細については後述する。
【００１６】
車輌１３０は、受電装置１５０及び蓄電池１７０を有し、蓄電池１７０を動力源として走行する。車輌１３０は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）またはＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）、ＥＶ（Electric Vehicle）といった蓄電池１７０の電力で走行する自動車である。
【００１７】
受電装置１５０は、給電装置１２０から給電される電力を蓄電池１７０に供給する。なお、受電装置１５０の詳細については後述する。
【００１８】
蓄電池１７０は、受電装置１５０により供給される電力を蓄える。
【００１９】
給電装置１２０は、給電部１２１と、給電側制御部１２２と、給電側通信部１２３とを有する。
【００２０】
給電部１２１は、受電部１５７に給電する際に非接触状態で受電部１５７と対向し、給電部１２１の筐体の一部となる給電面１２１ａを有する。給電面１２１ａは、磁界により加熱されない部材で形成される。給電部１２１は、受電部１５７と対向する円形の給電コイル（１次コイル）を用いた電磁誘導により、受電部１５７に給電する。この給電は、例えば、電磁誘導方式、または、磁気共鳴方式にて行われる。
【００２１】
給電側制御部１２２は、給電側通信部１２３から入力された給電開始信号に従って、給電部１２１に対して給電を開始するよう制御する。このとき、給電側制御部１２２は、給電電力値を給電側通信部１２３に出力する。また、給電側制御部１２２は、給電側通信部１２３から入力された給電停止信号に従って、給電部１２１に対して給電を停止するように制御する。
【００２２】
給電側通信部１２３は、車輌側通信部１５６からの給電開始信号または給電停止信号を受信する。給電側通信部１２３は、受信した給電開始信号または給電停止信号を給電側制御部１２２に出力する。また、給電側通信部１２３は、給電側制御部１２２から入力された給電電力値を車輌側通信部１５６に送信する。
【００２３】
受電装置１５０は、進入経路検出部１５１と、位置検出部１５２、給電効率変動パターン記憶部１５３と、車輌側制御部１５４と、表示部１５５、車輌側通信部１５６と、受電部１５７とを有する。
【００２４】
進入経路検出部１５１は、車輛の給電装置に対する移動経路を検出し、検出した移動経路を車輌側制御部１５４に出力する。この「進入経路」とは、具体的には、車輛の進行方向を含む直線と、給電装置が備える給電コイルの中心との位置関係を表すものである。
【００２５】
位置検出部１５２は、進入経路検出部１５１が検出した進入経路のいずれの位置に給電装置があるかを検出し、検出した位置を車輌側制御部１５４に出力する。この「位置」とは、具体的には、給電装置１２０が、車輛の進行方向を含む直線上のいずれの位置にあるかを表すものである。
【００２６】
なお、進入経路検出部１５１、および、位置検出部１５２は、車輛１３０外部を撮像するカメラが、給電装置１２０の近傍に配置したマーカを読み取るなどして検出することにより実現可能である。
【００２７】
給電効率変動パターン記憶部１５３は、給電装置１２０の給電面１２１ａに対する車輌１３０の受電コイルの位置と、障害物のない状態における給電効率ｋｐｉとの対応関係を示す変動パターンを、進入経路ごとに記憶している。
【００２８】
ここで、進入経路に応じた給電効率変動パターンについて図２を用いて説明する。図２を参照するに、車輛１３０の進行方向を含む直線に対する、給電装置１２０が備える給電コイルの中心を通る垂線の長さが同じなら、給電効率変動パターンは同じになる。すなわち、進入経路Ａと進入経路Ｂは同じ給電効率変動パターンになる。なお、進入経路Ｃは、進入経路Ａ及び進入経路Ｂと垂線の長さが異なるので、進入経路Ｃの給電効率変動パターンも進入経路Ａ及び進入経路Ｂの給電効率変動パターンとは異なる。そこで、給電効率変動パターンは、垂線の長さごとに記憶することで記憶容量を削減することが可能となる。
【００２９】
このように、給電効率変動パターン記憶部１５３が記憶する車輌１３０の受電コイルの位置は、車輛１３０の進行方向を含む直線と垂線の交点から給電コイルの中心までの距離表すことができる。
【００３０】
車輌側制御部１５４は、進入経路検出部１５１が検出した進入経路に対応する給電効率変動パターンを給電効率変動パターン記憶部１５３から読み出す。また、車輌側制御部１５４は、車輛１３０の移動に伴い受電部１５７から入力された受電電力値と、車輌側通信部１５６から入力された給電電力値とから給電効率ｋｉを算出し、読み出した給電効率のパターンのうち位置検出部１５２が検出した進入経路上の位置に対応する給電効率ｋｐｉから給電効率ｋｉを減算した値の絶対値を給電効率の誤差Δｉとして算出する。また、車輌側制御部１５４は、誤差Δｉのｉが増える毎に誤差の総和Δａｌｌを算出し、算出したΔａｌｌとサンプリング番号毎に予め用意された所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行う。閾値判定の結果、ΔａｌｌがΔｔｈｉ以上であれば、車輌側制御部１５４は、障害物を検知したと判断し、車輌側通信部１５６及び受電部１５７に対して、受電停止に伴う各種処理を開始するように制御する。
【００３１】
また、車輌側制御部１５４は、表示部１５５から受電開始指示が入力された場合に、車輌側通信部１５６及び受電部１５７に対して、受電に伴う各種処理を開始するように制御する。車輌側制御部１５４は、表示部１５５から受電停止指示が入力された場合に、車輌側通信部１５６及び受電部１５７に対して、受電停止に伴う各種処理を開始するように制御する。
【００３２】
表示部１５５は、受電開始または受電停止のユーザからの指示を受け付けるメニュー画面を表示する。表示部１５５は、メニュー画面において受電開始または受電停止の指示をユーザから受けた際に、ユーザの指示に応じて受電開始指示または受電停止指示を車輌側制御部１５４に出力する。
【００３３】
車輌側通信部１５６は、車輌側制御部１５４の制御に従って、受電開始信号または受電停止信号を生成し、生成した受電開始信号または受電停止信号を給電側通信部１２３に送信する。また、車輌側通信部１５６は、給電側通信部１２３から入力された給電電力値を車輌側制御部１５４に通知する。
【００３４】
受電部１５７は、車輌１３０の底面に設けられた円形の受電コイル（２次コイル）を備え、電磁誘導を利用して蓄電池１７０を充電する際に、受電コイルが給電部１２１の給電面１２１ａと非接触状態で対向する。受電部１５７は、車輌側制御部１５４の制御に従って、給電部１２１から給電された電力を蓄電池１７０に供給すると共に、受電電力値を車輌側制御部１５４に出力する。
【００３５】
ここで、給電部１２１の給電コイルと受電部１５７の受電コイルとの位置関係に応じた給電効率について図３を用いて説明する。図３は、給電コイルを真上から見たとき、給電コイルの中心を０とし、車輌１３０の幅方向に対応するｘ軸、車輌１３０の長さ方向に対応するｙ軸を定義している。このとき、給電効率に応じて原点０を中心とする３つの同心円が形成され、半径ａの円内は７０％以上、半径ｂ（＞ａ）の円内は６５％以上、半径ｃ（＞ｂ）の円内は６０％以上の給電効率となることを示している。すなわち、給電コイルの中心と受電コイルの中心と距離が近いほど給電効率は高く、この距離が遠いほど給電効率は低くなる。
【００３６】
このような前提のもと、給電効率変動パターン記憶部１５３に記憶させる給電効率変動パターンの作成方法について図４を用いて説明する。ここでは、給電コイルと受電コイルとの間に障害物がない状態も前提としている。図４（ａ）は、給電コイルの中心と受電コイルの中心とが一致するように、車輌１３０が移動する進入経路を示している。図４（ｂ）は、給電コイルの中心と受電コイルの中心とがずれるように、車輌が移動する進入経路を示している。
【００３７】
車輌１３０の移動に伴い、給電コイルの中心と受電コイルの中心とが近づくに従って、給電効率は０から進入経路毎に異なる最大値をとる。この様子を示したのが図４（ｃ）である。図４（ｃ）において、実線で示した曲線が図４（ａ）に示した進入経路における給電効率の変動パターンを示し、点線で示した曲線が図４（ｂ）に示した進入経路における給電効率の変動パターンを示している。なお、図４（ｃ）において、ｙ軸の負方向の曲線を示していないのは、車輌１３０が輪留め等により停止することを想定している。
【００３８】
次に、障害物がある場合の給電効率の変動パターンについて図５を用いて説明する。図５において、点線で示した曲線は、ある進入経路Ａにおける障害物がない状態の給電効率の変動パターン（予め記憶された給電効率変動パターン）を示し、実線で示した曲線は、進入経路Ａにおける障害物がある状態の給電効率の変動パターンを示している。この図から分かるように、障害物がある状態では、障害物がない状態と比べ、給電効率が劣化する。これは、給電コイルから放射される電力エネルギーが障害物によって吸収又は反射され、受電コイルに到達するエネルギーが低下するためである。この劣化した度合いを誤差として算出する様子を図６に示す。
【００３９】
図６では、給電効率ｋｉを車輛１３０の移動に伴い一定のタイミングでサンプリング（算出）し、サンプリング番号ｉを０〜８とする。給電効率ｋｉをサンプリングするたびに、既知の給電効率ｋｐｉとサンプリングした給電効率ｋｉとの誤差Δｉを求め、誤差Δｉを累積加算する。図６の例では、ｉ＝０〜４では、誤差が生じておらず、ｉ＝５〜８において、誤差が生じていることが分かる。
【００４０】
次に、上述した車輌側制御部１５４における障害物検出方法について、図７を用いて説明する。図７において、車輌１３０の移動（例えば、後進）に伴い、受電コイルの中心と給電コイルの中心とが所定の距離内となった場合、車輌側制御部１５４では、以下のステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）２０１以降の予備的な給電処理を開始する。
【００４１】
ＳＴ２０１では、進入経路検出部１５１が検出した進入経路に応じた給電効率変動パターンを給電効率変動パターン記憶部１５３から読み出し、ＳＴ２０２では、車輌側通信部１５６及び受電部１５７に対して、受電に伴う各種処理を開始するように制御し、受電部１５７から通知された受電電力値と、車輌側通信部１５６から入力された給電電力値とから給電効率ｋｉを算出する。
【００４２】
ＳＴ２０３では、読み出した給電効率のパターンのうち位置検出部１５２が検出した進入経路上の位置に対応する給電効率ｋｐｉから給電効率ｋｉを減算した値の絶対値を給電効率の誤差Δｉとして算出し、ＳＴ２０４では、ｍ＝０に設定する。
【００４３】
ＳＴ２０５では、誤差の総和Δａｌｌを次式（１）に従って算出する。
【数１】
2013132121.tif 000003
【００４４】
ＳＴ２０６では、誤差の総和Δａｌｌと所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、Δａｌｌが閾値Δｔｈｉ未満であれば、ＳＴ２０７に移行し、Δａｌｌが閾値Δｔｈｉ以上であれば、ＳＴ２１０に移行する。
【００４５】
ＳＴ２０７では、ｍ＝Ｍ（Ｍはｉの取り得る最大値）であるか否かを判定し、ｍ＝Ｍではない場合、ＳＴ２０８においてｍをインクリメントし、ＳＴ２０５に戻る。一方、ｍ＝Ｍである場合、ＳＴ２０９において、障害物を未検知と判断し、処理を終了する。
【００４６】
ＳＴ２１０では、障害物を検知したと判断し、ＳＴ２１１では、車輌側通信部１５６及び受電部１５７に対して、受電停止に伴う各種処理を開始するように制御する。
【００４７】
このように、車輌側制御部１５４が給電効率ｋｉをサンプリングするたびに、給電効率の誤差の総和Δａｌｌを算出し、算出した誤差の総和Δａｌｌと所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、誤差の総和Δａｌｌが閾値Δｔｈｉを超えたタイミングで障害物を検知したと判断できるので、ユーザは車輌の入庫を完了する前に障害物を除去できるので、ユーザの手間を省くことができる。
【００４８】
なお、車輌側制御部１５４は、障害物検知後、一定時間毎に給電をリトライし、障害物が除去できたか判定し、障害物を検知しなくなれば、給電を行うようにしてもよい。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、障害物がない状態で予め取得された給電効率ｋｐｉから、サンプリングされた給電効率ｋｉを減算した値を給電効率の誤差Δｉとして給電効率ｋｉをサンプリングするたびに算出し、算出した誤差Δｉの総和Δａｌｌと、サンプリング番号毎に予め用意された所定の閾値Δｔｈｉとの閾値判定を行い、誤差の総和Δａｌｌが閾値Δｔｈｉを超えたタイミングで障害物を検知したと判断することにより、入庫を完了する前に給電装置と受電装置との間の障害物を検知することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、給電効率変動パターンが予め記憶されているものとして説明したが、本発明はこれに限らず、障害物がない状態でサンプリングした給電効率を給電効率変動パターンとして蓄積するようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施の形態では、障害物を検知した場合には、警告を発するようにしてもよい。また、給電を再開する場合にも、警告を発するようにしてもよい。警告としては、例えば、音声や音波などが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明にかかる受電装置及び障害物検知方法は、車輌充電システム等に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００  充電システム
１２０  給電装置
１２１  給電部
１２１ａ  給電面
１２２  給電側制御部
１２３  給電側通信部
１３０  車輌
１５０  受電装置
１５１  進入経路検出部
１５２  位置検出部
１５３  給電効率変動パターン記憶部
１５４  車輌側制御部
１５５  表示部
１５６  車輌側通信部
１５７  受電部
１７０  蓄電池
【図１】
2013132121.tif 000004
【図２】
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【図３】
2013132121.tif 000006
【図４】
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【図５】
2013132121.tif 000008
【図６】
2013132121.tif 000009
【図７】
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