JP2022118856A - 制御装置、プログラム、およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の形状に依存しない効率の高い無線充電を実現する。【解決手段】給電ユニットと移動体に搭載される受電ユニットの間における無線充電を制御する制御部、を備え、前記制御部は、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、制御装置が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、制御装置、プログラム、およびシステムに関する。

近年、無線によりバッテリを充電する技術が開発されている。例えば、特許文献１
には、車両に搭載されるバッテリを無線充電するシステムが開示されている。

特開２０１６－５４５７５号公報

特許文献１に開示されるような無線充電においては、給電コイルと受電コイルとの間の距離が充電効率に大きく影響する。しかし、より多くの車種に対応するシステムを構築しようとする場合、例えば、車高の最も低い車種に合わせて給電コイルを設置することなどが求められる。この場合、車高が高い車種では充電効率が低下する可能性がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、移動体の形状に依存しない効率の高い無線充電を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、給電ユニットと移動体に搭載される受電ユニットの間における無線充電を制御する制御部、を備え、前記制御部は、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、制御装置が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータに、給電ユニットと移動体に搭載される受電ユニットの間における無線充電を制御する制御機能、を実現させ、前記制御機能に、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、プログラムが提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、給電ユニットと、移動体に搭載される受電ユニットと、前記給電ユニットと前記受電ユニットとの間における無線充電を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、システムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、移動体の形状に依存しない効率の高い無線充電を実現することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るシステム１の構成例を示すブロック図である。 同実施形態に係る制御部３１０による制御について説明するための模式図である。 同実施形態に係るシステム１による処理の流れの一例を示すシーケンス図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．実施形態＞
＜＜１．１．システム構成例＞＞
まず、本発明の一実施形態に係るシステム１の構成例について述べる。

図１は、本発明の一実施形態に係るシステム１の構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係るシステム１は、給電ユニット１０、車両などの移動体４０に搭載される受電ユニット２０、および制御装置３０を備えてもよい。

（給電ユニット１０）
図１に示すように、本実施形態に係る給電ユニットは、電源１１０、給電コイル１２０、および無線通信部１３０を備えてもよい。

電源１１０は、給電コイル１２０に電力を供給する。電源１１０から供給される交流電力は、より周波数の高い高周波電力に変化されて給電コイルに供給されてもよい。

給電コイル１２０は、移動体５０に搭載される受電コイル２２０との間において磁界結合を形成し、受電コイル２２０に電力を伝送する。

また、本実施形態に係る給電コイル１２０は、制御装置３０による制御に従い、位置が変更可能に設けられてもよい。

無線通信部１３０は、移動体４０に搭載される無線通信部２３０との間において規定の通信規格に準拠した無線信号の送受信を行う。

上記の無線信号は、例えば、無線通信部１３０と無線通信部２３０との間の距離を推定する測距に用いられる。

本実施形態に係る規定の通信規格には、例えば、超広帯域（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）無線が挙げられる。

なお、上記はあくまで一例であり、本実施形態に係る規定の通信規格は係る例に限定されない。本実施形態に係る規定の通信規格には、無線通信部１３０と無線通信部２３０との間の距離の推定に利用可能な任意の通信規格が採用されてよい。

（受電ユニット２０）
本実施形態に係る受電ユニット２０は、車両などの移動体４０に搭載される。

図１に示すように、本実施形態に係る受電ユニット２０は、バッテリ２１０、受電コイル２２０、および無線通信部２３０を備えてもよい。

バッテリ２１０は、電力を蓄え、また移動体４０に搭載される各構成に電力を供給する。

受電コイル２２０は、給電コイル１２０との間において磁界結合を形成し、給電コイル１２０から高周波電力を受電する。

受電コイル２２０により受電された高周波電力は直流電力に変換されバッテリ２１０に蓄えられる。

また、本実施形態に係る受電コイル２２０は、制御装置３０による制御に従い、位置が変更可能に設けられてもよい。

無線通信部２３０は、給電ユニット１０に備えられる無線通信部１３０との間において規定の通信規格に準拠した無線信号の送受信を行う。

（制御装置３０）
図１示すように、本実施形態に係る制御装置３０は、制御部３１０を備える。

本実施形態に係る制御部３１０は、給電ユニット１０と移動体４０に搭載される受電ユニットの間における無線充電を制御する。

また、本実施形態に係る制御部３１０は、上記無線充電に係る伝送効率に基づいて、給電ユニット１０に備えられる給電コイル１２０または受電ユニット２０に備えられる受電コイル２２０のうちの少なくとも一方を、給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させることを特徴の一つとする。

本実施形態に係る制御部３１０が有する機能は、各種のプロセッサにより実現される。本実施形態に係る制御部３１０が有する機能の詳細については別途説明する。

また、本実施形態に係る制御装置３０は、給電ユニット１０または受電ユニット２０との間で情報通信を行う通信部（図示しない）を備えてよい。

以上、本実施形態に係るシステム１の構成例について述べた。なお、図１を用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本実施形態に係るシステム１の構成は係る例に限定されない。

本実施形態に係るシステム１の構成は、例えば、後述するように、無線充電に係る伝送効率の推定手法に応じて適宜設計されてよい。

なお、図１には、無線充電に係る伝送効率の推定に、規定の通信規格に準拠した無線信号を用いる場合の構成例が示されている。

＜＜１．２．制御の詳細＞＞
次に、本実施形態に係る制御装置３０が有する制御機能について詳細に説明する。

図２は、本実施形態に係る制御部３１０による制御について説明するための模式図である。

図２には、地面と平行な設置面Ｓに給電コイル１２０が設置され、また、受電コイル２２０が移動体４０の底面に配置される場合の一例が示されている。

この際、給電コイル１２０から受電コイル２２０に伝送される電力の伝送効率は、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離に大きく影響される。

給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離が大きく離れている場合、電力の伝送効率は著しく低下する。

一方、給電コイル１２０と受電コイル２２０とが接触してしまうと、給電コイル１２０や受電コイル２２０が損傷を受ける可能性がある。

また、電力の伝送効率は、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離がある程度以下となると飽和状態となり、ほぼ変化がなくなる。

これらのことから、給電ユニット１０と受電ユニット２０との間における無線充電は、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離が、０より大きく（すなわち、接触せず）、かつ電力の伝送効率が規定以上となる範囲であることが望ましい。

しかし、ここで、システム１をより多くの車種に対応させようとした場合、車高の最も低い車種に合わせて給電コイル１２０を設置することが求められる。この場合、車高が高い車種では電力の伝送効率が低下する可能性がある。

本発明に係る技術思想は上記のような点に着目して発想されたものであり、移動体の形状に依存しない効率の高い無線充電を実現するものである。

このために、本実施形態に係る制御装置３０の制御部３１０は、無線充電に係る伝送効率に基づいて、給電コイル１２０または受電コイル２２０のうちの少なくとも一方を、給電コイル１２０が設置される設置面に対して直交する方向に移動させることを特徴の一つとする。

この際、本実施形態に係る制御部３１０は、無線充電に係る伝送効率が規定の範囲となるよう、給電コイル１２０と受電コイルとを接近させてもよい。

例えば、図２に示すように、本実施形態に係る制御部３１０は、給電コイル１２０が受電コイル２２０に対して接近するように、給電コイル１２０の位置を制御してもよい。

一方、本実施形態に係る制御部３１０は、受電コイル２２０が給電コイル１２０に対して接近するように、受電コイル２２０の位置を制御してもよい。

他方、本実施形態に係る制御部３１０は、給電コイル１２０と受電コイル２２０とが互いに接近するように、給電コイル１２０および受電コイル２２０の位置を制御してもよい。

上記に挙げたような制御によれば、移動体４０の形状に依らず、移動体４０ごとに適した距離で給電コイル１２０から受電コイル２２０への電力の伝送を行うことが可能となる。

なお、上記のような位置制御に用いられる無線充電に係る伝送効率の推定には、いくつかの方法が想定される。

例えば、本実施形態に係る無線充電に係る伝送効率は、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間における磁界結合の強度に基づいて推定されてもよい。

この場合、例えば、給電コイル１２０は、上記磁界結合の強度を測定し、測定の結果を無線通信部１３０などを介して制御装置３０に送信してもよい。

制御部３１０は、受信した測定の結果に基づいて、無線充電に係る伝送効率が規定の範囲内となるよう、給電コイル１２０または受電コイル２２０のうちの少なくとも一方の位置を制御してもよい。

一方、本実施形態に係る無線充電に係る伝送効率は、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離に基づいて推定されてもよい。

この場合、無線充電に係る伝送効率が規定の範囲内となる給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離の範囲が求められる。

制御部３１０は、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離が上記のように求められた規定の範囲となるよう、給電コイル１２０または受電コイル２２０のうちの少なくとも一方の位置を制御してもよい。

なお、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離は、無線通信部１３０と無線通信部２３０との間において送受信される規定の通信規格に準拠した無線信号を用いた測距により推定されてもよい。

上記の測距は、例えば、無線通信部１３０または無線通信部２３０のうちの一方が送信する第１の測距用信号と、無線通信部１３０または無線通信部２３０のうちの他方が、第１の測距用信号への応答として送信する第２の測距用信号に基づいて行われてもよい。

ここでは、無線通信部１３０が第１の測距用信号を送信し、無線通信部２３０が受信した第１の測距用信号への応答として第２の測距用信号を送信する場合を想定する。

この場合、無線通信部１３０は、第１の測距用信号を送信した時刻から第２の測距用信号を受信する時刻までの時間ΔＴ１と、無線通信部２３０が第１の測距用信号を受信した時刻から第２の測距用信号を送信するまでの時間ΔＴ２とに基づいて、無線通信部２３０との間における距離の推定値である測距値を算出することが可能である。

より具体的には、無線通信部１３０は、時間ΔＴ１から時間ΔＴ２を差し引くことにより第１の測距用信号および第２の測距用信号の伝搬に要した時間（すなわち往復の通信に要した時間）を算出することができ、また当該時間を２で割ることにより、第１の測距用信号または第２の測距用信号のいずれかの伝搬に要した時間（すなわち片道の通信に要した時間）を算出することができる。

さらには、無線通信部１３０は、（時間ΔＴ１－時間ΔＴ２）／２の値に信号の速度を掛けることで、測距値を算出することが可能である。

一方、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離は、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離は、無線通信部１３０または無線通信部２３０のうちの一方が送信する規定の通信規格に準拠した無線信号に由来する反射波に基づいて推定されてもよい。

例えば、無線通信部１３０または無線通信部２３０のうちの一方は、物体検知用の信号を繰り返し送信してもよい。この場合、上記物体検知用の信号を送信した無線通信部１３０または無線通信部２３０のうちの一方は、上記物体検知用の信号が給電コイル１２０または受電コイル２２０に到達することで発生する反射波を受信することができる。

上記検知用の信号および反射波の伝搬速度は一定であることから、検知用信号が直線的に給電コイル１２０または受電コイル２２０に到達し、反射波を直線的に受信されるまでの時間は、給電コイル１２０または受電コイル２２０との間の距離に応じて変化する。

このことから、無線通信部１３０または無線通信部２３０は、上記時間に基づいて給電コイル１２０または受電コイル２２０との間の距離を推定することができる。

他方、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離は、カメラやＴｏＦセンサなどを用いて推定されてもよい。

なお、図２においては、制御部３１０が、給電コイル１２０を設置面Ｓに対して直交する方向に移動させる場合を例示したが、制御部３１０による制御は係る例に限定されない。

本実施形態に係る制御部３１０は、無線充電に係る伝送効率に基づいて、給電コイル１２０または受電コイル２２０のうちの少なくとも一方を、給電コイル１２０が設置される設置面Ｓに対して水平方向に移動させてもよい。

この場合、制御部３１０は、上記水平方向における給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離が０に近づくよう、給電コイル１２０または受電コイル２２０のうちの少なくとも一方を制御してもよい。

上記のような制御によれば、上記水平方向における給電コイル１２０と受電コイル２２０との位置ずれを補正し、より効率的な無線充電を実現することができる。

また、図２においては、給電コイル１２０が地面と平行な設置面Ｓに設置される場合を例示したが、本実施形態に係る設置面Ｓは、例えば壁などであってもよい。この場合、受電コイル２２０は、移動体４０の側面に配置されればよい。

＜＜１．３．処理の流れ＞＞
次に、本実施形態に係るシステム１による処理の流れについて一例を挙げて詳細に説明する。

図３は、本実施形態に係るシステム１による処理の流れの一例を示すシーケンス図である。

なお、図３には、給電コイル１２０と受電コイル２２０との間の距離が、規定の通信規格に準拠した無線信号を用いた測距により推定される場合の一例が示されている。

また、図３には、無線通信部１３０が第１の測距用信号を送信し、無線通信部２３０が第１の測距用信号への応答として第２の測距用信号を送信する場合の一例が示されている。

また、図３には、制御部３１０が測距値に基づいて、給電コイル１２０の位置を制御する場合の一例が示されている。

図３に示す一例の場合、まず、制御装置３０の制御部３１０が、給電ユニットの無線通信部１３０に対して測距実行指示を送信する（Ｓ１０２）。

ステップＳ１０２において測距実行指示を受信した無線通信部１３０は、第１の測距用信号を送信する（Ｓ１０４）。

ステップＳ１０４において第１の測距用信号を受信した受電ユニット２０の無線通信部２３０は、第１の測距用信号への応答として第２の測距用信号を送信する（Ｓ１０６）。

ステップＳ１０６において第２の測距用信号を受信した無線通信部１３０は、第１の測距用信号と第２の測距用信号を算出する（Ｓ１０８）。

また、無線通信部１３０は、ステップＳ１０８において算出した測距値を制御部３１０に送信する（Ｓ１１０）。

次に、制御部３１０は、ステップＳ１１０において受信した測距値に基づいて、給電コイル１２０の位置を制御する（Ｓ１１２）。

＜２．補足＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

また、本明細書において説明した各装置による一連の処理は、ソフトウェア、ハードウェア、及びソフトウェアとハードウェアとの組合せのいずれを用いて実現されてもよい。ソフトウェアを構成するプログラムは、例えば、各装置の内部又は外部に設けられる記録媒体（非一時的な媒体：ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｍｅｄｉａ）に予め格納される。そして、各プログラムは、例えば、コンピュータによる実行時にＲＡＭに読み込まれ、ＣＰＵなどのプロセッサにより実行される。上記記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。

１０：給電ユニット、１１０：電源、１２０：給電コイル、１３０：無線通信部、２０：受電ユニット、２１０：バッテリ、２２０：受電コイル、２３０：無線通信部、３０：制御装置、３１０：制御部、４０：移動体

Claims (11)

1. 給電ユニットと移動体に搭載される受電ユニットの間における無線充電を制御する制御部、
   を備え、
   前記制御部は、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、
   制御装置。
2. 前記制御部は、前記無線充電に係る伝送効率が規定の範囲となるよう、前記給電コイルと前記受電コイルとを接近させる、
   請求項１に記載される制御装置。
3. 前記無線充電に係る伝送効率は、前記給電コイルと前記受電コイルとの間における磁界結合の強度に基づいて推定される、
   請求項１または請求項２のうちいずれか一項に記載の制御装置。
4. 前記無線充電に係る伝送効率は、前記給電コイルと前記受電コイルとの間の距離に基づいて推定される、
   請求項１または請求項２のうちいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記制御部は、前記給電コイルと前記受電コイルとの間の距離が規定の範囲となるよう、前記給電コイルまたは前記受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電ユニットが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、
   請求項４に記載の制御装置。
6. 前記給電コイルと前記受電コイルとの間の距離は、前記給電ユニットと前記受電ユニットとの間において送受信される規定の通信規格に準拠した無線信号を用いた測距により推定される、
   請求項４または請求項５のうちいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記給電コイルと前記受電コイルとの間の距離は、前記給電ユニットまたは前記受電ユニットのうちの一方が送信する規定の通信規格に準拠した無線信号に由来する反射波に基づいて推定される、
   請求項４または請求項５のうちいずれか一項に記載の制御装置。
8. 前記規定の通信規格は、超広帯域無線を含む、
   請求項６または請求項７のうちいずれか一項に記載の制御装置。
9. 前記制御部は、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して水平方向に移動させる、
   請求項１から請求項８までのうちいずれか一項に記載の制御装置。
10. コンピュータに、
    給電ユニットと移動体に搭載される受電ユニットの間における無線充電を制御する制御機能、
    を実現させ、
    前記制御機能に、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、
    プログラム。
11. 給電ユニットと、
    移動体に搭載される受電ユニットと、
    前記給電ユニットと前記受電ユニットとの間における無線充電を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記無線充電に係る伝送効率に基づいて、前記給電ユニットに備えられる給電コイルまたは前記受電ユニットに備えられる受電コイルのうちの少なくとも一方を、前記給電コイルが設置される設置面に対して直交する方向に移動させる、
    システム。
    

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