JP6124119B2 - 給電装置及び受電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、非接触で電力を送受信する給電装置及び受電装置に関する。
従来、車輌に搭載された蓄電池を地上の給電装置を用いて充電する非接触充電システムが知られている。非接触充電システムでは、給電コイルと受電コイルとが精度良く位置合わせされていない状態で給電を行うと、漏洩磁界及び不要輻射が増大する。この場合には、例えばペースメーカの誤動作を引き起こす等により、安全性を確保することができないという課題がある。
従来、上記課題に対して、車輌を給電部まで誘導した後に充電を開始する非接触充電システムが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、車輌の受電部と地上の給電部とを対向させる位置まで車輌を移動させて駐車させる際に、駐車スペースの後方の位置決めマーカを車載カメラで撮像して、撮像画像を表示部に表示することで、車輌を最適位置に誘導する。駐車スペース後方の送信部は、車輌の駐車後に、基準位置信号を送信する。そして、給電部は、車輌の受信部により受信した基準位置信号の受信レベルが所定レベル以上の場合に給電を開始する。
特開２０１０−２２６９４５号公報
しかしながら、特許文献１においては、受電部と給電部とが対向した状態で車輌が駐車スペースに対して斜めに駐車した場合には、駐車スペース後方の送信部からの基準位置信号を受信部で受信した際の受信レベルが低いために、車輌が最適位置に駐車しているものとみなされずに給電を開始できないという問題がある。
本発明は、車輌の停車状態に関わらずに、給電部と受電部とが対向していることを検出することができる給電装置及び受電装置を提供することである。
本発明に係る給電装置は、外部にある受電コイルに対向して電磁力を用いて給電する給電装置であって、第１の中空部を有するスパイラル状の給電コイルと、前記第１の中空部を前記給電コイルの中心軸方向に投影した投影空間内でかつ、前記給電コイルの前記受電コイルと対向する対向面よりも前記受電コイルから離れた位置に配置されるアンテナを有し、前記受電コイルの近傍に設置された無線タグが送信する電磁波を前記アンテナにより受信して検出する通信部と、前記通信部が検出した電磁波に基づいて前記受電コイルの有無を判定する制御部と、を有する。
本発明に係る受電装置は、外部にある給電コイルに対向して電磁力を用いて給電される受電装置であって、第１の中空部を有するスパイラル状の受電コイルと、前記第１の中空部を前記給電コイルの中心軸方向に投影した投影空間内でかつ、前記給電コイルの前記受電コイルと対向する対向面よりも前記受電コイルから離れた位置に配置され、前記給電コイル側の通信部に対して前記給電コイルと前記受電コイルとが対向していることを検出させるための電磁波を送信する無線タグと、を有する。
本発明によれば、車輌の停車状態に関わらずに、給電部と受電部とが対向していることを検出することができる。
本発明の実施の形態１に係る給電システムの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１におけるリーダの構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１における給電コイル及びリーダの相対位置を示す図 本発明の実施の形態１におけるリーダ及び給電コイルの相対位置と電磁界及び受信レベルとの相違を示す図 本発明の実施の形態１における給電コイル及びリーダの好ましい相対位置を示す図 本発明の実施の形態１に係る受電装置の給電前の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係る給電装置の給電前の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１に係る給電装置の給電中の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態１における車輌の駐車状態を示す図 本発明の実施の形態１におけるリーダの位置に応じた通信可能レンジの変化を示す図 本発明の実施の形態２における受電コイル及びＲＦタブの相対位置を示す図 本発明の実施の形態２に係る受電装置の給電前の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係る給電装置の給電前の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係る受電装置の給電中の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態２に係る給電装置の給電中の動作を示すフロー図 本発明の実施の形態３における給電部の一部構成を示す図 本発明の実施の形態４における給電部の一部構成を示す図
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。
（実施の形態１）
＜充電システムの構成＞
本発明の実施の形態１における充電システム１０の構成について、図１を用いて説明する。
充電システム１０は、給電装置１００及び車輌１５０から主に構成されている。
なお、図１は、給電部１０２と受電部１５３とが対向した給電可能な状態を示す。
給電装置１００は、給電部１０２が地表Ｇから露出するように地面上に設置もしくは埋設される。給電装置１００は、例えば駐車スペースに設けられ、車輌１５０の駐車中に、車輌１５０の受電部１５３に対向して電磁力を用いて給電する。なお、給電装置１００の構成については後述する。
ここで、「給電部１０２と受電部１５３とが対向する」とは、所定の給電効率以上かつ給電可能な位置で給電部１０２と受電部１５３とが向き合うことである。具体的には、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとが、所定の給電効率以上かつ給電可能な位置で向き合うことをいう。
車輌１５０は、例えば、ＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle）またはＥＶ（Electric Vehicle）といった蓄電池１５５の電力で走行する自動車である。なお、車輌１５０の構成の詳細については後述する。
＜車輌の構成＞
本発明の実施の形態１における車輌１５０の構成について、図１を用いて説明する。
車輌１５０は、蓄電池１５５及び受電装置１６０から主に構成されている。
蓄電池１５５は、給電装置１００から受電装置１６０を介して供給される電力を蓄える。
受電装置１６０は、給電装置１００から給電された電力を蓄電池１５５に供給する。なお、受電装置１６０の構成の詳細については後述する。
＜給電装置の構成＞
本発明の実施の形態１に係る給電装置１００の構成について、図１を用いて説明する。
給電装置１００は、給電側通信部１０１と、給電部１０２と、リーダ１０３と、給電側制御部１０４とから主に構成されている。
給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５２からの給電許可信号または給電不許可信号を受信する。給電側通信部１０１は、受信した給電許可信号または給電不許可信号を給電側制御部１０４に出力する。給電側通信部１０１は、給電側制御部１０４から入力されたＲＦタグ１５４とリーダ１０３のアンテナとが対向している検出結果を、車輌側通信部１５２に送信する。
給電部１０２は、スパイラル状の給電コイル１０２ａを有している。給電コイル１０２ａは、例えば、平面上のスパイラルコイルである。給電コイル１０２ａは、中空部１０２ｂを有している。給電コイル１０２ａは、給電側制御部１０４の制御に従って、対向する受電コイル１５３ａに対して給電する。給電コイル１０２ａは、例えば電磁誘導方式または磁気共鳴方式（磁界共鳴方式ともいう）により給電する。
リーダ１０３は、給電コイル１０２ａの受電コイル１５３ａとの対向面よりも受電コイル１５３ａから離れた位置であって、給電コイル１０２ａの中空部１０２ｂの中心にアンテナ（図１において省略）が位置するように配置されている。リーダ１０３は、ＲＦタグ１５４と通信することにより、ＲＦタグ１５４と対向しているか否かを検出する。なお、リーダ１０３の構成及び配置については後述する。また、本実施の形態では、リーダ１０３のアンテナは、１つである場合を例にしている。
給電側制御部１０４は、給電側通信部１０１から給電許可信号が入力された際かつリーダ１０３からＲＦタグ１５４と対向している検出結果が入力された際に、受電コイル１５３ａが有ると判定して給電を許可し、給電を開始するように給電部１０２を制御する。この際、給電側制御部１０４は、ＲＦタグ１５４とリーダ１０３のアンテナとが対向している検出結果を給電側通信部１０１に出力する。給電側制御部１０４は、給電側通信部１０１より給電不許可信号が入力された場合、または、リーダ１０３からＲＦタグ１５４と対向している検出結果が入力されない場合に、給電を開始させないかまたは給電を停止するように給電部１０２を制御する。
＜受電装置の構成＞
本発明の実施の形態１に係る受電装置１６０の構成について、図１を用いて説明する。
受電装置１６０は、車輌側制御部１５１と、車輌側通信部１５２と、受電部１５３と、ＲＦタグ１５４とから主に構成されている。
車輌側制御部１５１は、入力された各種信号に基づいて、車輌側通信部１５２及び受電部１５３を制御する。車輌側制御部１５１は、ＲＦタグ１５４とリーダ１０３のアンテナとが対向している検出結果が車輌側通信部１５２から入力された際に、受電を開始するように受電部１５３を制御する。車輌側制御部１５１は、ＲＦタグ１５４とリーダ１０３のアンテナとが対向している検出結果が車輌側通信部１５２から入力されない場合に、受電を開始させないかまたは受電を停止するように受電部１５３を制御する。
車輌側通信部１５２は、車輌側制御部１５１の制御に従って、給電を許可する給電許可信号または給電を許可しない給電不許可信号を生成し、生成した給電許可信号または給電不許可信号を給電装置１００に送信する。車輌側通信部１５２は、給電側通信部１０１から受信したＲＦタグ１５４とリーダ１０３のアンテナとが対向している検出結果を車輌柄制御部１５１に出力する。
受電部１５３は、スパイラル状の受電コイル１５３ａを有している。受電部１５３は、中空部１５３ｂを有している。受電コイル１５３ａは、対向する給電コイル１０２ａより給電される。受電部１５３は、車輌側制御部１５１の制御に従って、受電コイル１５３ａに給電された電力を蓄電池１５５に供給する。受電部１５３は、車輌１５０の底部において外部に露出した状態で設けられている。
ＲＦタグ１５４は、無線タグであり、受電コイル１５３ａの給電コイル１０２ａとの対向面よりも給電コイル１０２ａから離れた位置であって、受電コイル１５３ａの中空部１５３ｂの中心に配置されている。なお、ＲＦタグ１５４の配置については後述する。また、本実施の形態では、ＲＦタグ１５４は、１つである場合を例にしている。
＜リーダの構成＞
本発明の実施の形態１におけるリーダ１０３の構成について、図２を用いて説明する。
リーダ１０３は、アンテナ２０１と、送受信部２０２と、制御部２０３とから主に構成されている。
送受信部２０２は、制御部２０３の制御に従って、アンテナ２０１を介して所定の電磁波を送信する。送受信部２０２は、アンテナ２０１を介して受信した信号を制御部２０３に出力する。
制御部２０３は、給電側制御部１０４の制御に従って、送受信部２０２に対して電磁波を送信するように制御する。制御部２０３は、送受信部２０２より信号が入力された際に、ＲＦタグ１５４からの信号であるか否かを判定し、ＲＦタグ１５４からの信号である場合には、ＲＦタグ１５４と対向している検出結果を給電側制御部１０４に出力する。ＲＦタグ１５４からの信号であるか否かは、ＲＦタグ１５４固有のＩＤデータを受信したか否かにより判定する。
＜給電コイル及びリーダの配置＞
本発明の実施の形態１における給電コイル１０２ａ及びリーダ１０３の配置について、図３を用いて説明する。
図３（ａ）は、給電コイル１０２ａ及びリーダ１０３の平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
本実施の形態では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、パッシブ型ＲＦＩＤである。即ち、本実施の形態では、リーダ１０３はＲＦタグ１５４に向けて電磁波を送信し、ＲＦタグ１５４はリーダ１０３が送信した電磁波を反射波として送信する際に例えばＩＤデータを重畳する。本実施の形態において、リーダ１０３を上記の配置にする理由は、リーダ１０３が最初に電磁波を送信する送信側であるため、電磁波の送信範囲を狭めて位置検出精度を向上させるためである。
リーダ１０３は、図３（ｂ）に示すように、中空部１０２ｂを給電コイル１０２ａの中心軸Ｐ方向（図３（ｂ）の上下方向）に投影した投影空間内でかつ、給電コイル１０２ａにおける受電コイル１５３ａとの対向面３０１よりも受電コイル１５３ａから離れた位置にアンテナ２０１が位置するように配置されている。また、リーダ１０３は、図３（ａ）に示すように、中心軸Ｐ方向と平行な、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとの対向方向（図３（ｂ）のＳ１方向）から見て、給電コイル１０２ａの中空部１０２ｂの中心にアンテナ２０１が位置するように配置されている。なお、リーダ１０３のアンテナ２０１は、給電コイル１０２ａの中空部１０２ｂの中心から多少ずれた位置に配置されてもよい。
リーダ１０３の送受信部２０２及び制御部２０３は、給電コイル１０２ａ及び受電コイル１５３ａからできるだけ離れた位置に配置されるようにすることが好ましい。
＜リーダ及び給電コイルの相対位置と電磁界及び受信レベルとの相違＞
本発明の実施の形態１におけるリーダ１０３及び給電コイル１０２ａの相対位置と電磁界及び受信レベルとの相違について、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、従来のリーダＲ１及び給電コイルＣ１の相対位置と電磁界及び受信レベルとを示す。図４（ｂ）は、本実施の形態のリーダ１０３及び給電コイル１０２ａの相対位置と電磁界及び受信レベルとを示す。
図４に示すように、本実施の形態では、給電コイル１０２ａにおける受電コイル１５３ａとの対向面３０１よりも受電コイル１５３ａから離れた位置にリーダ１０３を配置する。これにより、給電コイル１０２ａは、リーダ１０３から送信された電磁波の広がりを遮蔽する遮蔽物として機能する。従って、ＲＦタグ１５４は、従来よりも狭い範囲で所定の受信レベルを得ることができる。また、リーダ１０３が送信する電磁波に対して指向性を持たせることができる。
これにより、給電側制御部１０４は、閾値を設定することなく、リーダ１０３によりＲＦタグ１５４からの信号を受信した際に、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとが対向した状態であることを判定することができる。
一方、リーダ１０３の受信レベルの充電可能範囲Ｗ２方向の広がりは、リーダ１０３のアンテナ２０１の位置に応じて変動する。従って、給電装置１００は、リーダ１０３のアンテナ２０１の位置に応じて最適な閾値を設定し、受信レベルが閾値以上の場合に給電を開始するようにしてもよい。
また、図４（ｂ）より、受電コイル１５３ａは、ＲＦタグ１５４の中心軸Ｒと破線Ｓ１とが重なる位置から、ＲＦタグ１５４の中心軸Ｒと破線Ｓ２とが重なる位置までの範囲において給電を受けることができる。これより、給電コイル１０２ａの内径ｄは、範囲Ｗ３（Ｗ３＝Ｗ２／２）以上であることが好ましい。この場合には、給電時において磁界の影響が低減する中空部１０２ｂが受電コイル１５３ａと重なるので、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとが対向しているか否かの判定における精度を向上させることができる。
給電コイル１０２ａとリーダ１０３とは、図５に示す相対位置になるように配置することが好ましい。即ち、給電コイル１０２ａとリーダ１０３とは、リーダ１０３の中心部から受電コイル１５３ａに向けて放射状に延びるとともに給電コイル１０２ａの内壁３０２と対向面３０１との接続部３０３を通過する仮想直線Ｌが、受電コイル１５３ａの給電コイル１０２ａとの対向面３０４と受電コイル１５３ａの外壁３０５との接続部３０６を通過するような相対位置に配置される。これにより、ＲＦタグ１５４は、角度θの範囲に入るまで、リーダ１０３から送信された電磁波を受信できない。従って、給電装置１００は、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとを、精度良く位置合わせした状態で給電することができる。
＜受電装置の給電前の動作＞
本発明の実施の形態１に係る受電装置１６０の給電前の動作について、図６を用いて説明する。図６では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、パッシブ型ＲＦＩＤである。
まず、車輌側制御部１５１は、給電前において、受電コイル１５３ａと給電コイル１０２ａとの距離が所定距離内であるか否かを判定する（ステップＳＴ５０１）。例えば、車輌側制御部１５１は、カーナビゲーションシステム等を用いて、地図情報における給電装置１００の位置と、ＧＰＳ衛星の信号から算出した車輌１５０の現在位置情報とに基づいて、所定距離内であるか否かを判定する。
車輌側制御部１５１は、所定距離外である場合（ステップＳＴ５０１：Ｎｏ）には、ステップＳＴ５０１の処理を繰り返す。
一方、車輌側通信部１５２は、所定距離内である場合（ステップＳＴ５０１：Ｙｅｓ）には、位置検知開始要求を送信する（ステップＳＴ５０２）。ここで、位置検知とは、ＲＦタグ１５４とリーダ１０３のアンテナ２０１とが対向している検出結果を得ることを意味する。
次に、車輌側制御部１５１は、給電部１０２への車輌１５０の誘導を完了したか否かを判定する（ステップＳＴ５０３）。
車輌側制御部１５１は、給電部１０２への車輌１５０の誘導を完了していない場合（ステップＳＴ５０３：Ｎｏ）には、ステップＳＴ５０３の処理を繰り返す。
一方、車輌側通信部１５２は、給電部１０２への車輌１５０の誘導を完了した場合（ステップＳＴ５０３：Ｙｅｓ）には、位置検知終了要求を送信し（ステップＳＴ５０４）、処理を終了する。
＜給電装置の給電前の動作＞
本発明の実施の形態１に係る給電装置１００の給電前の動作について、図７を用いて説明する。図７では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、パッシブ型ＲＦＩＤである。
まず、給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５２から送信される位置検知開始要求を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ６０１）。
給電側通信部１０１は、位置検知開始要求を受信していない場合（ステップＳＴ６０１：Ｎｏ）には、ステップＳＴ６０１の処理を繰り返す。
一方、給電側制御部１０４は、給電側通信部１０１において位置検知開始要求を受信した場合（ステップＳＴ６０１：Ｙｅｓ）には、リーダ１０３の動作を開始させる（ステップＳＴ６０２）。これにより、リーダ１０３は、電磁波を送信する。
また、給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５２から送信される位置検知終了要求を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ６０３）。
給電側通信部１０１は、位置検知終了要求を受信していない場合（ステップＳＴ６０３：Ｎｏ）には、ステップＳＴ６０３の処理を繰り返す。
一方、リーダ１０３は、給電側通信部１０１において位置検知終了要求を受信した場合（ステップＳＴ６０３：Ｙｅｓ）には、ＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信したか否かを判定する（ステップＳＴ６０４）。
給電側制御部１０４は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信した場合（ステップＳＴ６０４：Ｙｅｓ）には、給電許可フラグを設定する（ステップＳＴ６０５）。この場合、リーダ１０３は、充電可能範囲Ｗ２（図４（ｂ）参照）内に存在するＲＦタグ１５４からＩＤデータを受信する。
そして、給電側制御部１０４は、リーダ１０３の動作を停止させ（ステップＳＴ６０６）、処理を終了する。これにより、リーダ１０３は、電磁波の送信を停止する。
一方、給電側制御部１０４は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信していない場合（ステップＳＴ６０４：Ｎｏ）には、ステップＳＴ６０５の処理をスキップしてステップＳＴ６０６の処理を行う。
＜給電装置の給電中の動作＞
本発明の実施の形態１に係る給電装置１００の給電中の動作について、図８を用いて説明する。図８では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、パッシブ型ＲＦＩＤである。
まず、給電側制御部１０４は、給電許可フラグが設定されているか否かを判定する（ステップＳＴ７０１）。
給電装置１００は、給電側制御部１０４において給電許可フラグが設定されていない場合（ステップＳＴ７０１：Ｎｏ）には、処理を終了する。この際、給電装置１００は、給電できないことを車輌１５０に通知してもよい。給電できないことを通知された車輌１５０は、運転者に対して駐車のやり直しを促す報知を行うようにしてもよい。
一方、給電側制御部１０４は、給電許可フラグが設定されている場合（ステップＳＴ７０１：Ｙｅｓ）には、給電部１０２に給電を開始させる（ステップＳＴ７０２）。
次に、給電側制御部１０４は、リーダ１０３の動作を開始させる（ステップＳＴ７０３）。これにより、リーダ１０３は、電磁波を送信する。
次に、リーダ１０３は、ＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信したか否かを判定する（ステップＳＴ７０４）。
給電側通信部１０１は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信した場合（ステップＳＴ７０４：Ｙｅｓ）には、給電停止要求を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ７０５）。
給電側通信部１０１は、給電停止要求を受信していない場合（ステップＳＴ７０５：Ｎｏ）には、ステップＳＴ７０４の処理に戻る。
一方、給電側制御部１０４は、給電側通信部１０１において給電停止要求を受信した場合（ステップＳＴ７０５：Ｙｅｓ）には、給電を停止するように給電部１０２を制御する（ステップＳＴ７０６）。
また、給電側制御部１０４は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信していない場合（ステップＳＴ７０４：Ｎｏ）には、給電を停止するように給電部１０２を制御する（ステップＳＴ７０６）。これは、例えば、車輌１５０が給電中に移動してしまったために、ＲＦタグ１５４が充電可能範囲Ｗ２（図４（ｂ）参照）内に存在しなくなったことにより起こる。
そして、給電側制御部１０４は、リーダ１０３の動作を停止させ（ステップＳＴ７０７）、処理を終了する。
＜車輌の駐車パターン＞
本発明の実施の形態１における車輌の駐車パターンについて、図９を用いて説明する。
図９（ａ）は、駐車枠８００に沿って車輌１５０を駐車した場合を示し、図９（ｂ）は、駐車枠８００に対して斜めに車輌１５０を駐車した場合を示す。
図９（ａ）に示す正常駐車状態の場合には、従来及び本実施の形態の何れでも給電可能である。この際、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとは対向した状態になっている。
一方、図９（ｂ）に示すように、駐車枠８００に対して斜めに車輌１５０を駐車した際には、従来は、車輌側通信部Ｑ２と地上側通信部Ｑ１とが対向しないため通信が成立せず、車輌１５０が給電のための最適な位置に駐車しているものとみなされない。従って、従来は、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとが対向しているにも関わらず、給電できない。本実施の形態は、リーダ１０３のアンテナ２０１を給電コイル１０２ａの中空部１０２ｂの中心に配置するとともに、ＲＦタグを受電コイル１５３ａの中空部１５３ｂの中心に配置することにより、駐車枠８００に対して斜めに車輌１５０を駐車した場合であっても、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとが対向している場合には、リーダ１０３とＲＦタグ１５４との間で通信できるので、給電することができる。
＜実施の形態１の効果＞
本実施の形態によれば、中空部１０２ｂを給電コイル１０２ａの中心軸Ｐ方向に投影した投影空間内でかつ、給電コイル１０２ａの受電コイル１５３ａと対向する対向面３０１よりも受電コイル１５３ａから離れた位置にアンテナ２０１が位置するようにリーダ１０３を配置することにより、車輌の停車状態に関わらずに、給電部と受電部とが対向していることを検出することができる。
また、本実施の形態では、中空部１０２ｂを給電コイル１０２ａの中心軸Ｐ方向に投影した投影空間内でかつ、給電コイル１０２ａの受電コイル１５３ａと対向する対向面３０１よりも受電コイル１５３ａから離れた位置にアンテナ２０１が位置するようにリーダ１０３を配置した。これにより、本実施の形態によれば、リーダ１０３からの電磁波の送信範囲を狭くできるので、受電コイル１５３ａと給電コイル１０２ａとの位置を精度良く合わせることができる。
また、本実施の形態によれば、リーダ１０３を給電コイル１０２ａの中心軸Ｐにおくとともに、ＲＦタグ１５４を受電コイル１５３ａの中心軸Ｒにおくことにより、リーダ１０３の中心軸Ｐ方向における受電コイル１５３ａからの距離の調整のみで、ＲＦタグ１５４との通信可能レンジを均等に調整可能にすることができる。例えば、中心軸Ｐ方向における受電コイル１５３ａとリーダ１０３との距離を大きくすることにより通信可能レンジを狭くすることができ、上記距離を小さくすることにより通信可能レンジを広くすることができる。給電コイル１０２ａは、スパイラル状であるので、いずれの方向にも均等に通信可能レンジを調整することができる。
図１０より、リーダ１０３の中心軸Ｐ方向における受電コイル１５３ａからの距離が図１０（ａ）よりも図１０（ｂ）の方が遠い場合には、図１０（ａ）の通信可能レンジの角度θ１よりも図１０（ｂ）の通信可能レンジの角度θ２の方が小さい（θ１＞θ２）。即ち、図１０（ｂ）の方が、図１０（ａ）よりも通信可能レンジを狭くすることができる。
また、本実施の形態によれば、給電側にリーダ１０３を設け、車輌１５０に耐久性に優れたＲＦタグ１５４を設けたので、故障等の少ない耐久性に優れた給電システムを提供することができる。
また、本実施の形態によれば、給電コイル１０２ａから離れた位置にリーダ１０３を配置するので、給電コイル１０２ａから生じる磁界によるリーダ１０３に対する影響を少なくすることができる。
また、本実施の形態によれば、給電コイル１０２ａの内径ｄを充電可能範囲の半分の範囲Ｗ３以上にした場合には、給電時において磁界の影響が低減する中空部が受電コイル１５３ａと重なるので、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとが対向しているか否かの判定における精度を向上させることができる。
＜実施の形態１の変形例＞
本実施の形態において、ＲＦタグ１５４は、受電コイル１５３ａの給電コイル１０２ａとの対向面の位置にＲＦタグ１５４の底面が位置するようにしたが、リーダ１０３と同様に受電コイル１５３ａの給電コイル１０２ａとの対向面よりも給電コイル１０２ａから離れた位置に配置されてもよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における給電システム、給電装置及び受電装置の構成は、給電コイル１０２ａとリーダ１０３との相対位置及び受電コイル１５３ａとＲＦタグ１５４との相対位置以外は図１から図３と同一構成であるので、その説明を省略する。なお、本実施の形態においては、上記実施の形態１と同一符号を用いて各装置の説明をする。
＜ＲＦタグ及び受電コイルの相対位置＞
本発明の実施の形態２におけるＲＦタグ１５４及び受電コイル１５３ａの相対位置について、図１１を用いて説明する。
本実施の形態では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、アクティブ型ＲＦＩＤである。即ち、本実施の形態では、ＲＦタグ１５４は、電池を内蔵しており、例えばＩＤデータを重畳した電磁波を、自らの電力でリーダ１０３に向けて送信する。本実施の形態において、ＲＦタグ１５４を上記の配置にする理由は、ＲＦタグ１５４が電磁波を送信する送信側であるため、電磁波の送信範囲を狭めて位置検出精度を向上させるためである。
図１１に示すように、本実施の形態では、受電コイル１５３ａにおける給電コイル１０２ａとの対向面４０１よりも給電コイル１０２ａから離れた位置にＲＦタグ１５４を配置する。これにより、受電コイル１５３ａは、ＲＦタグ１５４から送信された電磁波の広がりを遮蔽する遮蔽物として機能する。従って、リーダ１０３は、従来よりも狭い範囲で所定の受信レベルを得ることができる。また、ＲＦタグ１５４が送信する電磁波に対して指向性を持たせることができる。
＜受電装置の給電前の動作＞
本発明の実施の形態２に係る受電装置１６０の給電前の動作について、図１２を用いて説明する。図１２では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、アクティブ型ＲＦＩＤである。
まず、車輌側制御部１５１は、給電前において、受電コイル１５３ａと給電コイル１０２ａとの距離が所定距離内であるか否かを判定する（ステップＳＴ９０１）。例えば、車輌側制御部１５１は、カーナビゲーションシステム等を用いて、地図情報における給電装置１００の位置と、ＧＰＳ衛星の信号から算出した車輌１５０の現在位置情報とに基づいて、所定距離内であるか否かを判定する。
車輌側制御部１５１は、所定距離外である場合（ステップＳＴ９０１：Ｎｏ）には、ステップＳＴ９０１の処理を繰り返す。
一方、車輌側通信部１５２は、所定距離内である場合（ステップＳＴ９０１：Ｙｅｓ）には、位置検知開始信号を送信する（ステップＳＴ９０２）。
次に、車輌側制御部１５１は、ＲＦタグ１５４の動作を開始させる（ステップＳＴ９０３）。これにより、ＲＦタグ１５４は、電磁波を送信する。
次に、車輌側制御部１５１は、給電部１０２への車輌１５０の誘導を完了したか否かを判定する（ステップＳＴ９０４）。
車輌側制御部１５１は、給電部１０２への車輌１５０の誘導を完了していない場合（ステップＳＴ９０４：Ｎｏ）には、ステップＳＴ９０４の処理を繰り返す。
一方、車輌側通信部１５２は、給電部１０２への車輌１５０の誘導を完了した場合（ステップＳＴ９０４：Ｙｅｓ）には、位置検知終了要求を送信する（ステップＳＴ９０５）。
次に、車輌側通信部１５２は、給電側通信部１０１から送信された位置検知終了応答を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ９０６）。
車輌側通信部１５２は、位置検知終了応答を受信していない場合（ステップＳＴ９０６：Ｎｏ）には、ステップＳＴ９０６の処理を繰り返す。
一方、車輌側制御部１５１は、車輌側通信部１５２において位置検知終了応答を受信した場合（ステップＳＴ９０６：Ｙｅｓ）には、ＲＦタグ１５４の動作を停止させ（ステップＳＴ９０７）、処理を終了する。これにより、ＲＦタグ１５４は、電磁波の送信を停止する。
＜給電装置の給電前の動作＞
本発明の実施の形態２に係る給電装置１００の給電前の動作について、図１３を用いて説明する。図１３では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、アクティブ型ＲＦＩＤである。
まず、給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５２から送信される位置検知開始信号を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ１００１）。
給電側通信部１０１は、位置検知開始要求を受信していない場合（ステップＳＴ１００１：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１００１の処理を繰り返す。
一方、給電側制御部１０４は、給電側通信部１０１において位置検知開始要求を受信した場合（ステップＳＴ１００１：Ｙｅｓ）には、リーダ１０３の動作を開始させる（ステップＳＴ１００２）。これにより、リーダ１０３は、ＲＦタグ１５４が充電可能範囲Ｗ２（図４（ｂ）参照）内に存在する場合に、ＲＦタグ１５４から送信された電磁波を受信することができる。
また、給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５２から送信される位置検知終了要求を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ１００３）。
給電側通信部１０１は、位置検知終了要求を受信していない場合（ステップＳＴ１００３：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１００３の処理を繰り返す。
一方、リーダ１０３は、給電側通信部１０１において位置検知終了要求を受信した場合（ステップＳＴ１００３：Ｙｅｓ）には、ＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信したか否かを判定する（ステップＳＴ１００４）。
給電側制御部１０４は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信した場合（ステップＳＴ１００４：Ｙｅｓ）には、給電許可フラグを設定する（ステップＳＴ１００５）。この場合、リーダ１０３は、充電可能範囲Ｗ２（図４（ｂ）参照）内に存在するＲＦタグ１５４からＩＤデータを受信する。
次に、給電側通信部１０１は、位置検知終了応答を送信する（ステップＳＴ１００６）。
そして、給電側制御部１０４は、リーダ１０３の動作を停止させ（ステップＳＴ１００７）、処理を終了する。
一方、給電側制御部１０４は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信していない場合（ステップＳＴ１００４：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１００５の処理をスキップしてステップＳＴ１００６の処理を行う。
＜受電装置の給電中の動作＞
本発明の実施の形態２に係る受電装置１６０の給電中の動作について、図１４を用いて説明する。
まず、受電部１５３は、給電部１０２が給電を開始することにより給電される（ステップＳＴ１１０１）。
次に、車輌側通信部１５２は、位置検知開始信号を送信する（ステップＳＴ１１０２）。
次に、車輌側制御部１５１は、ＲＦタグ１５４の動作を開始させる（ステップＳＴ１１０３）。これにより、ＲＦタグ１５４は、電磁波を送信する。
次に、車輌側制御部１５１は、給電停止要求があるか否かを判定する（ステップＳＴ１１０４）。
車輌側制御部１５１は、給電停止要求がない場合（ステップＳＴ１１０４：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１１０４の処理を繰り返す。
一方、車輌側通信部１５２は、給電停止要求がある場合（ステップＳＴ１１０４：Ｙｅｓ）には、給電停止要求を送信する（ステップＳＴ１１０５）。
次に、車輌側制御部１５１は、ＲＦタグ１５４の動作を停止させ（ステップＳＴ１１０６）、処理を終了する。これにより、ＲＦタグ１５４は、電磁波の送信を停止する。
＜給電装置の給電中の動作＞
本発明の実施の形態２に係る給電装置１００の給電中の動作について、図１５を用いて説明する。図１５では、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４は、アクティブ型ＲＦＩＤである。
まず、給電側制御部１０４は、給電許可フラグが設定されているか否かを判定する（ステップＳＴ１２０１）。
給電装置１００は、給電側制御部１０４において給電許可フラグが設定されていない場合（ステップＳＴ１２０１：Ｎｏ）には、処理を終了する。
一方、給電側制御部１０４は、給電許可フラグが設定されている場合（ステップＳＴ１２０１：Ｙｅｓ）には、給電部１０２に給電を開始させる（ステップＳＴ１２０２）。
次に、給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５２から送信された位置検知開始信号を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ１２０３）。
給電側通信部１０１は、位置検知開始信号を受信していない場合（ステップＳＴ１２０３：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１２０３の処理を繰り返す。
一方、給電側制御部１０４は、給電側通信部１０１において位置検知開始信号を受信した場合（ステップＳＴ１２０３：Ｙｅｓ）には、リーダ１０３の動作を開始させる（ステップＳＴ１２０４）。これにより、リーダ１０３は、ＲＦタグ１５４が充電可能範囲Ｗ２（図４（ｂ）参照）内に存在する場合に、ＲＦタグ１５４から送信された電磁波を受信することができる。
次に、リーダ１０３は、ＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信したか否かを判定する（ステップＳＴ１２０５）。
給電側通信部１０１は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信した場合（ステップＳＴ１２０５：Ｙｅｓ）には、給電停止要求を受信したか否かを判定する（ステップＳＴ１２０６）。
給電側通信部１０１は、給電停止要求を受信していない場合（ステップＳＴ１２０６：Ｎｏ）には、ステップＳＴ１２０５の処理に戻る。
一方、給電側制御部１０４は、給電側通信部１０１において給電停止要求を受信した場合（ステップＳＴ１２０６：Ｙｅｓ）には、給電を停止するように給電部１０２を制御する（ステップＳＴ１２０７）。
また、給電制御部１０４は、リーダ１０３においてＲＦタグ１５４のＩＤデータを受信していない場合（ステップＳＴ１２０５：Ｎｏ）には、給電を停止するように給電部１０２を制御する（ステップＳＴ１２０７）。
そして、給電側制御部１０４は、リーダ１０３の動作を停止させ（ステップＳＴ１２０８）、処理を終了する。
＜実施の形態２の効果＞
本実施の形態によれば、車輌の停車状態に関わらずに、給電部と受電部とが対向していることを検出することができる。
また、本実施の形態では、受電コイル１５３ａの対向面４０１よりも給電コイル１０２ａから離れた位置であって、受電コイル１５３ａの中空部１５３ｂの中心にＲＦタグ１５４を配置した。これにより、本実施の形態によれば、ＲＦタグ１５４からの電磁波の送信範囲を狭くできるので、受電コイル１５３ａと給電コイル１０２ａとの位置を精度良く合わせることができる。
また、本実施の形態によれば、給電側にリーダ１０３を設け、車輌１５０に耐久性に優れたＲＦタグ１５４を設けたので、故障等の少ない耐久性に優れた給電システムを提供することができる。
また、本実施の形態によれば、受電コイル１５３ａから離れた位置にＲＦタグ１５４を配置するので、受電コイル１５３ａから生じる磁界によるＲＦタグ１５４に対する影響を少なくすることができる。
＜実施の形態２の変形例＞
本実施の形態において、リーダ１０３は、給電コイル１０２ａの受電コイル１５３ａとの対向面の位置にリーダ１０３の上面が位置するようにしたが、ＲＦタグ１５４と同様に給電コイル１０２ａの受電コイル１５３ａとの対向面よりも受電コイル１５３ａから離れた位置に配置されてもよい。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における給電システムの構成は、図１と同一構成であるので、その説明を省略する。
＜給電部の構成＞
本発明の実施の形態３における給電部１３００の構成について、図１６を用いて説明する。なお、図１６において、図１及び図３と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
給電部１３００は、給電コイル１０２ａと、絶縁体１３０１と、磁性体１３０２と、取付台１３０３とから主に構成されている。なお、図１６では、給電コイル１０２ａを収納する筐体の記載を省略している。
給電部１３００は、取付台１３０３、磁性体１３０２、絶縁体１３０１及び給電コイル１０２ａの順番に積層されている。
絶縁体１３０１は、給電コイル１０２ａと磁性体１３０２との間に設けられており、給電コイル１０２ａと磁性体１３０２とを絶縁している。
磁性体１３０２は、給電コイル１０２ａの対向面３０１と反対面側において、取付台１３０３と絶縁体１３０１との間に設けられている。磁性体１３０２は、給電コイル１０２ａから生じる給電時の磁界を強磁界にするために設けられている。磁性体１３０２は、例えばフェライトである。
取付台１３０３は、絶縁性の材料により形成され、地表Ｇと磁性体１３０２との間に設けられている。
リーダ１０３のアンテナ２０１は、磁性体１３０２よりも受電コイル１５３ａから離れた位置に配置される。これにより、リーダ１０３は、磁性体１３０２を設けたことにより生じる磁界の影響を受けにくい。また、リーダ１０３のアンテナ２０１は、磁性体１３０２を設けたことにより生じる破線矢印で示す給電時の磁界よりも地表Ｇ側になるように配置されることが好ましい。この場合、取付台１３０３は、磁性体１３０２の底面とリーダ１０３の上面との間に隙間Ｈが形成される地表Ｇからの高さにする。なお、リーダ１０３における上記以外の構成は上記実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。
なお、本実施の形態における給電装置１００及び受電装置１６０の動作は、図６から図８と同一であるので、その説明を省略する。
＜実施の形態３の効果＞
本実施の形態によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、磁性体１３０２よりも地表Ｇ側にリーダ１０３のアンテナ２０１を設けることにより、アンテナ２０１が給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとの間に生じる磁界の影響を受けて、起電圧を発生することを防ぐことができる。
また、本実施の形態によれば、アンテナ２０１に対する磁界の影響を低減できるので、起電圧に対する保護回路をリーダ１０３に設ける必要がないことにより、安価なリーダ１０３を用いることができ、製造コストを低減することができる。
＜実施の形態３の変形例＞
本実施の形態において、給電部１３００に磁性体１３０２を設けたが、受電部に磁性体を設けて、磁性体よりも給電コイルから離れた位置にＲＦタグ１５４を配置してもよい。この場合、磁性体は、受電コイル１５３ａの対向面４０１と反対面側に設けられる。また、この場合の給電装置及び受電装置の動作は、図１２から図１５と同一であるので、その説明を省略する。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における給電システムの構成は、図１と同一構成であるので、その説明を省略する。
＜給電部の構成＞
本発明の実施の形態４における給電部の構成について、図１７を用いて説明する。なお、図１７において、図３と同一構成である部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施の形態における給電部は、給電コイル１０２ａの中空部１０２ｂを形成する内壁３０２を覆う電磁波吸収体１５０１を有している。電磁波吸収体１５０１は、ＲＦタグ１５４とリーダ１０３との間で送受信する際の周波数帯以外の周波数帯の電磁波を吸収する。
なお、本実施の形態における給電装置１００及び受電装置１６０の動作は、図６から図８と同一であるので、その説明を省略する。
＜実施の形態４の効果＞
本実施の形態では、給電コイル１０２ａの内壁を覆う電磁波吸収体１５０１を設けて、ＲＦタグ１５４とリーダ１０３との間で送受信する際の周波数帯以外の周波数帯の電磁波を吸収する。これにより、本実施の形態によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、周囲に電磁界が漏れないので、筐体等の金属物を加熱してしまう等の弊害を抑制することができる。
＜実施の形態４の変形例＞
本実施の形態において、給電コイル１０２ａの内壁を覆う電磁波吸収体１５０１を設けたが、受電コイル１５３ａの内壁を覆う電磁波吸収体を設けてもよい。この場合の給電装置及び受電装置の動作は、図１２から図１５と同一であるので、その説明を省略する。
＜全ての実施の形態に共通の変形例＞
上記実施の形態１〜実施の形態４において、地上側にリーダ１０３を設けるとともに車輌１５０にＲＦタグ１５４を設けたが、地上側にＲＦタグ１５４を設けるとともに車輌１５０にリーダ１０３を設けてもよい。この場合には、車輌１５０において受電コイル１５３ａと給電コイル１０２ａとが対向しているか否かを判定する。
また、上記実施の形態１〜実施の形態４において、位置検知用にリーダ１０３及びＲＦタグ１５４を用いたが、リーダ１０３及びＲＦタグ１５４以外の位置検知用の装置若しくはシステムを用いることができる。即ち、上記実施の形態１〜実施の形態４において、電磁波を用いた無線通信により相互に通信が確立できる方式であればよく、ＲＦタグ以外に、ＮＦＣ（near field communication：近距離無線通信）または位置検知用のコイルを用いてもよい。ＮＦＣ及び位置検知用のコイルは、いずれも無線タグに相当する。この際、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとの対向面よりも給電コイル１０２ａまたは受電コイル１５３ａから離れた位置であって、給電コイル１０２ａと受電コイル１５３ａとの対向方向から見て給電コイル１０２ａ若しくは受電コイル１５３ａの中空部１５３ｂの中心にＮＦＣのアンテナまたは位置検知用のコイルを配置する。
また、上記実施の形態１〜実施の形態４において、ＲＦタグ１５４は１つであるように説明したが複数個、備えるようにしてもよい。例えば、受電コイル１５３ａの中空部１５３ｂにＲＦタグ１５４を複数個備えてもよい。
本発明にかかる給電装置及び受電装置は、非接触で電力を送受信するのに好適である。
１０ 給電システム
１００ 給電装置
１０１ 給電側通信部
１０２ 給電部
１０２ａ 給電コイル
１０２ｂ、１５３ｂ 中空部
１０３ リーダ
１０４ 給電側制御部
１５０ 車輌
１５１ 車輌側制御部
１５２ 車輌側通信部
１５３ 受電部
１５３ａ 受電コイル
１５４ ＲＦタグ
１５５ 蓄電池
１６０ 受電装置

Claims (9)

  1. 外部にある受電コイルに対向して電磁力を用いて給電する給電装置であって、
    第１の中空部を有するスパイラル状の給電コイルと、
    前記第１の中空部を前記給電コイルの中心軸方向に投影した投影空間内でかつ、前記給電コイルの前記受電コイルと対向する対向面よりも前記受電コイルから離れた位置に配置されるアンテナを有し、前記受電コイルの近傍に設置された無線タグが送信する電磁波を前記アンテナにより受信して検出する通信部と、
    前記通信部が検出した電磁波に基づいて前記受電コイルの有無を判定する制御部と、
    を有する給電装置。
  2. 前記受電コイルは、
    第２の中空部を有するスパイラル状のコイルであり、
    前記無線タグは、
    前記第２の中空部、かつ、前記受電コイルの中心軸上に配置され、
    前記アンテナは、
    前記給電コイルの中心軸上に配置される、
    請求項１記載の給電装置。
  3. 前記制御部は、
    前記受電コイルが有ると判定した場合に、前記給電を許可する、
    請求項１記載の給電装置。
  4. 前記第１の中空部を形成する前記給電コイルの内壁に電磁波吸収体をさらに有する、
    請求項１記載の給電装置。
  5. 前記給電コイルの前記対向面の反対面側に配置される磁性体をさらに有し、
    前記アンテナは、
    前記磁性体よりも前記受電コイルから離れた位置に配置される、
    請求項１記載の給電装置。
  6. 車輛に搭載された前記受電コイルに対向して電磁力を用いて給電する、
    請求項１記載の給電装置。
  7. 外部にある給電コイルに対向して電磁力を用いて給電される受電装置であって、
    第１の中空部を有するスパイラル状の受電コイルと、
    前記第１の中空部を前記給電コイルの中心軸方向に投影した投影空間内でかつ、前記給電コイルの前記受電コイルと対向する対向面よりも前記受電コイルから離れた位置に配置され、前記給電コイル側の通信部に対して前記給電コイルと前記受電コイルとが対向していることを検出させるための電磁波を送信する無線タグと、
    を有する受電装置。
  8. 前記給電コイルは、
    第２の中空部を有するスパイラル状のコイルであり、
    前記通信部は、
    前記第２の中空部、かつ、前記給電コイルの中心軸上に配置されるアンテナを有する、
    請求項７記載の受電装置。
  9. 前記第１の中空部を形成する前記受電コイルの内壁に電磁波吸収体をさらに有する、
    請求項７記載の受電装置。
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