JP7373789B2 - 無線給電システム、送電装置、及び受電装置 - Google Patents

Description

本発明は無線給電システム、送電装置、及び受電装置に関する。

従来、道路等の路面に設けられた送電装置が、車両に設置された受電装置に、無線で電力を供給する無線給電技術が知られている。例えば、特許文献１には、車両の下側に受電装置を備えることによって、路面に設けられた送電装置からの電力を受電可能な車両が開示されている。

特開２０１８－０６８０７７号公報

しかしながら、従来の無線給電技術では、道路等の路面に設けられた送電装置と、路面の上を走行する移動体に設置された受電装置との距離が離れている場合、送電装置と受電装置との間の空間に、小動物又は金属等の障害物が入り込み、障害物の周囲に渦電流が発生して、給電効率が低下するおそれがあった。また、送電装置と受電装置との間に入り込んだ小動物又は金属等が加熱され、発火するおそれがあった。このため、移動体に対して無線で電力を供給する無線給電技術の更なる有用性の向上が求められている。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、無線給電の有用性を向上させることができる、無線給電システム、送電装置、及び受電装置を提供することにある。

本発明に係る無線給電システムは、
道路に設置された送電装置であって、無線により電力を送電する送電コイルを備え、前記道路に設置された状態で、前記道路の幅方向断面において、前記送電コイルの少なくとも一部が、前記道路の路面よりも、前記路面に対して垂直方向上側に位置し、且つ前記送電コイルのコイル面が前記路面と略垂直となるように構成されている、送電装置と、
移動体に設置された受電装置であって、無線により電力を受電する受電コイルを備え、前記移動体の幅方向断面において、前記受電コイルのコイル面が、前記移動体の車輪の前記路面との接地面と略垂直となるように構成されている、受電装置と、
を含む。
本発明に係る無線給電システムによれば、送電コイルと受電コイルとの間の空間に障害物が入り込むおそれを低減させることができ、無線給電における給電効率を向上させることができる。このため、本発明に係る無線給電システムによれば、移動体に対して無線で電力を供給する無線給電技術の有用性が向上する。

本発明に係る無線給電システムでは、前記送電装置は、前記道路の延在方向に沿って複数並んで設置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、無線給電システムは、道路を走行中の移動体の受電装置に対して、電力を送電することができる。

本発明に係る無線給電システムでは、前記道路には少なくとも１つの走行レーンが設けられ、前記走行レーンには、前記走行レーンの幅方向に少なくとも１対の前記送電装置が設置されていることが好ましい。
かかる構成によれば、無線給電システムは、複数の車輪が移動体の幅方向に並んで取り付けられている場合に、それぞれの車輪に対して、電力を送電することができる。

本発明に係る無線給電システムでは、前記送電装置は、前記受電装置が前記送電装置から前記電力を受電可能な位置に存在すると判定した場合に、無線により電力を送電することが好ましい。
かかる構成によれば、無線給電システムは、受電装置が受電可能な位置に存在しない場合に、送電装置が無線により電力を送電することによる電力消費を低減させることができる。

本発明に係る無線給電システムでは、前記受電コイルの少なくとも一部は前記車輪に収容されていることが好ましい。
かかる構成によれば、無線給電システムは、送電コイルと受電コイルとの間の空間に障害物が入り込むおそれを更に低減させることができる。

本発明に係る無線給電システムでは、前記車輪は、タイヤ及びホイールから成るタイヤ・ホイール組立体であることが好ましい。
かかる構成によれば、無線給電システムは、タイヤ及びホイールにより車輪の内部空間が車輪の外部と区画されることで、送電コイルと受電コイルとの間の空間に障害物が入り込むおそれを低減させることができる。

本発明に係る送電装置は、無線により電力を送電する送電コイルを備え、道路に設置された状態で、前記道路の幅方向断面において、前記送電コイルの少なくとも一部が、前記道路の路面よりも、前記路面に対して垂直方向上側に位置し、且つ前記送電コイルのコイル面が前記路面と略垂直となるように構成されている。
本発明に係る送電装置によれば、受電装置を備える移動体が道路を走行中に、無線により電力を送電することができる。このため、本発明に係る送電装置によれば、移動体に対して無線で電力を供給する無線給電技術の有用性が向上する。

本発明に係る受電装置は、無線により電力を受電する受電コイルを備え、移動体に設置された状態で、前記移動体の幅方向断面において、前記受電コイルのコイル面が、前記移動体の車輪の路面との接地面と略垂直となるように構成されている。
本発明に係る受電装置によれば、移動体が道路を走行中に、道路に設置された送電装置から、無線により電力を受電することができる。これによって、移動体を駆動させる電力を移動体の外部から受電することができるため、移動体に設置される蓄電池の小型化及び軽量化を可能にし、ひいては、移動体の燃費向上を可能にする。このため、本発明に係る受電装置によれば、移動体に対して無線で電力を供給する無線給電技術の有用性が向上する。

本発明によれば、移動体に対して無線で電力を供給する無線給電技術の有用性を向上させることができる、無線給電システム、送電装置、及び受電装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る無線給電システムを、車輪の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。 本発明の一実施形態に係る無線給電システムにおける車輪の一例としてのタイヤ・ホイール組立体を、車輪の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。 本発明の一実施形態に係る送電装置の構成例を概略的に示す、機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る送電装置が備える送電コイルのコイル面及びその傾きを、道路の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。 本発明の一実施形態に係る受電装置の構成例を概略的に示す、機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る受電装置が備える受電コイルのコイル面及びその傾きを、道路の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。 本発明の一実施形態に係る無線給電システムにおける送電装置の道路への設置例を示す、概略図である。 本発明の一実施形態に係る無線給電システムの変形例を、車輪の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。 本発明の一実施形態に係る無線給電システムの他の変形例を、車輪の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係る無線給電システム、送電装置、及び受電装置について、図面を参照して説明する。各図において共通する部品・部位には同一の符号を付している。本明細書において、車輪の幅方向とは、車輪の回転軸と平行な方向をいう。車輪の径方向とは、車輪の回転軸と直交する方向をいう。道路又は走行レーンの延在方向とは、道路又は走行レーンが延在する方向をいう。道路又は走行レーンの幅方向とは、延在方向と直交する方向をいう。移動体の幅方向とは、移動体が走行する方向と直交する方向をいう。

（無線給電システムの構成）
図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１の構成について説明する。

図１には、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１を、移動体５の車輪６の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図が示されている。無線給電システム１は、送電装置２と、受電装置３とを含む。送電装置２は、道路４に設置されている。受電装置３は、移動体５に設置されている。これによって、無線給電システム１では、移動体５が道路４上を道路４の延在方向に走行する際に、送電装置２から受電装置３に対して、無線による電力の送電が行われる。

送電装置２は、送電コイル２１を備えている。送電装置２は、送電コイル２１により、無線により電力を送電する。送電装置２は、送電コイル２１の少なくとも一部が、道路４の路面よりも、路面に対して垂直方向上側に位置するように、道路４に設置されている。

具体的には、送電装置２は、露出部２Ａと、埋設部２Ｂとを備えている。露出部２Ａは、送電装置２が道路４に設置された状態で、道路４の幅方向断面において、道路４の路面に対して垂直方向上側に突出している。埋設部２Ｂは、送電装置２が道路４に設置された状態で、道路４の路面よりも下に埋設されている。本実施形態では、送電装置２を道路４に安定して設置するために、送電装置２は埋設部２Ｂを備えているが、埋設部２Ｂは省略されていてもよい。送電装置２が埋設部２Ｂを備えていない場合、送電装置２を道路４の路面の上に容易に設置することができる。送電コイル２１の少なくとも一部は、送電装置２の露出部２Ａに収容されていることによって、道路４の路面よりも、路面に対して垂直方向上側に位置するように、道路４に設置されている。図１において、送電コイル２１は、説明の簡略のため、模式化して示されている。

受電装置３は、受電コイル３１を備えている。受電コイル３１は、送電装置２の送電コイル２１から無線により送電される電力を受電する。受電装置３は、移動体５に設置されている。本実施形態において、受電装置３は、受電コイル３１の少なくとも一部が移動体５の車輪６に収容されている。本実施形態では、受電装置３は、受電コイル３１の少なくとも一部が移動体５の車輪６に収容されるように、移動体５の車輪６に取り付けられている。しかしながら、受電装置３は、受電コイル３１の少なくとも一部が移動体５の車輪６に収容されるように、移動体５の本体に取り付けられていてもよい。図１において、受電コイル３１は、説明の簡略のため、模式化して示されている。

道路４は、移動体５による交通に用いられる路面を有する。本明細書では、「路面」は、移動体５が車輪６で走行する道路４の表面である。本実施形態では、道路４は、例えば車道である。しかしながら、道路４は、車道に限られず、歩道、農道、林道、滑走路、駐車場、空き地、及び広場等を含み得る。移動体５の交通には、移動体５の走行、停車及び駐車が含まれる。

道路４の路面には、少なくとも１つの走行レーン４１が設けられ得る。走行レーン４１は、移動体５が走行する領域として区画された路面の領域である。道路４には、並走可能な移動体５の数に応じて、複数の走行レーン４１が設けられていてもよい。道路４の路面には、走行レーン４１を示すために、白線等の区画線が引かれていてもよい。

本実施形態では、道路４の路面は、例えばアスファルトで舗装されている。しかしながら、道路４の路面は、アスファルトに限られず、コンクリート、石、煉瓦、土、及び砂利等で構成されていてもよい。

移動体５は、車輪６により道路４の路面を走行する。本実施形態では、移動体５は、例えば電気自動車又はハイブリッド車等の、動力源にモータが含まれる自動車である。自動車には、乗用車、トラック、バス、及び自動二輪車等が含まれる。しかしながら、移動体５には、自動車に限られず、トラクター等の農業用車両、ダンプカー等の工事用又は建設用車両、飛行機、ヘリコプター、原動機付自転車、電動自転車、並びに電動車いす等が含まれる。

車輪６は、移動体５の移動に用いられる。車輪６は、移動体５に取り付けられた状態で、道路４の路面と接する接地面を有している。本実施形態では、車輪６は、タイヤ６１をホイール６２に装着させたタイヤ・ホイール組立体であるが、これに限られない。本明細書において、車輪６の「接地面」は、車輪６がタイヤ・ホイール組立体である場合、タイヤ６１の接地面、即ち、タイヤ６１を適用リムに装着し、規定内圧を充填し、最大荷重を負荷した状態で、路面と接する、タイヤ６１の表面をいう。

本明細書において、「適用リム」とは、空気入りタイヤが生産され、使用される地域に有効な産業規格であって、日本ではＪＡＴＭＡ（日本自動車タイヤ協会）のＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ、欧州ではＥＴＲＴＯ（Ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｔｙｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ）のＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬ、米国ではＴＲＡ（Ｔｈｅ Ｔｉｒｅ ａｎｄ Ｒｉｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．）のＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等に記載されているまたは将来的に記載される、適用サイズにおける標準リム（ＥＴＲＴＯのＳＴＡＮＤＡＲＤＳ ＭＡＮＵＡＬではＭｅａｓｕｒｉｎｇ Ｒｉｍ、ＴＲＡのＹＥＡＲ ＢＯＯＫではＤｅｓｉｇｎ Ｒｉｍ）を指すが、これらの産業規格に記載のないサイズの場合は、空気入りタイヤのビード幅に対応した幅のリムをいう。「適用リム」には、現行サイズに加えて将来的に前述の産業規格に含まれ得るサイズも含まれる。「将来的に記載されるサイズ」の例として、ＥＴＲＴＯ ２０１３年度版において「ＦＵＴＵＲＥ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＳ」として記載されているサイズが挙げられ得る。

本明細書において、「規定内圧」とは、前述したＪＡＴＭＡ ＹＥＡＲ ＢＯＯＫ等の産業規格に記載されている、適用サイズ・プライレーティングにおける単輪の最大負荷能力に対応する空気圧（最高空気圧）をいい、前述した産業規格に記載のないサイズの場合は、タイヤを装着する車両ごとに規定される最大負荷能力に対応する空気圧（最高空気圧）をいうものとする。また、本明細書において、「最大荷重」とは、前述した産業規格に記載されている適用サイズのタイヤにおける最大負荷能力に対応する荷重、又は、前述した産業規格に記載のないサイズの場合には、タイヤを装着する車両ごとに規定される最大負荷能力に対応する荷重を意味する。

図２には、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１における車輪６の一例としてのタイヤ・ホイール組立体を、車輪６の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図が示されている。

図２に示されるように、タイヤ６１は、一対のビード部６１１と、一対のサイドウォール部６１２と、トレッド部６１３とを有している。ビード部６１１は、タイヤ６１をホイール６２のリム部６２１に装着させたときに、ビード部６１１の径方向内側及び幅方向外側がリム部６２１に接するように構成されている。サイドウォール部６１２は、トレッド部６１３とビード部６１１との間に延在している。サイドウォール部６１２は、ビード部６１１よりも、車輪６の径方向外側に位置している。トレッド部６１３は、サイドウォール部６１２よりも車輪６の径方向外側に位置し、タイヤ６１の接地面を含む。

タイヤ６１は、天然ゴム及び合成ゴム等のゴムで形成されており、カーカス、ベルト及びビードワイヤ等、スチール等の金属で形成されている部品を含み得る。例えば、カーカス、ベルト及びビードワイヤ等の部品の少なくとも一部は、非磁性材料で形成されていてもよい。これによって、タイヤ６１は、タイヤ６１の強度を維持しつつ、送電装置２と受電装置３との間に金属が存在することで、送電コイル２１が生成した磁界が受電コイル３１に到達するまでに減衰することを軽減し、ひいては、送電装置２から受電装置３への無線給電の給電効率を向上させることができる。但し、カーカス、ベルト及びビードワイヤ等の部品の少なくとも一部は、非磁性材料で形成されていなくてもよい。

非磁性材料には、透磁率が小さい、常磁性体及び反磁性体が含まれ得る。非磁性材料として、例えば、ポリエステル及びナイロン等の熱可塑性樹脂、ビニルエステル樹脂及び不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、並びにその他の合成樹脂を含む、樹脂材料を用いることができる。樹脂材料には、更に、補強繊維として、ガラス、カーボン、グラファイト、アラミド、ポリエチレン、及びセラミック等の繊維を含ませることができる。非磁性材料として、樹脂に限らず、ゴム、ガラス、カーボン、グラファイト、アラミド、ポリエチレン、及びセラミック等を含む、任意の非金属材料を用いることができる。更に、非磁性材料として、アルミ等の常磁性体、又は銅等の反磁性体を含む、金属材料を用いることができる。

ホイール６２は、タイヤ６１を装着するための円筒状のリム部６２１と、リム部６２１の径方向内側に設けられ、移動体５のシャフト５２に固定されるハブ部６２２と、ハブ部６２２に支持固定されると共にリム部６２１を支持固定するディスク部６２３と、を有している。

ホイール６２は、スチール等の金属で形成され得るが、これに限られない。ホイール６２のリム部６２１、ハブ部６２２、及びディスク部６２３の少なくとも一部は、前述した非磁性材料で形成されていてもよい。これによって、ホイール６２の強度を維持しつつ、送電装置２と受電装置３との間にスチール等の金属が存在することで、送電コイル２１が生成した磁界が受電コイル３１に到達するまでに減衰することを軽減し、ひいては、送電装置２から受電装置３への無線給電の給電効率を向上させることができる。但し、ホイール６２のリム部６２１、ハブ部６２２、及びディスク部６２３の少なくとも一部は、非磁性材料で形成されていなくてもよい。

図２において、受電装置３は、ホイール６２のハブ部６２２に取り付けられている。この状態において、受電コイル３１の少なくとも一部は、車輪６に収容されている。「車輪に収容される」とは、車輪の外周面よりも径方向内側で、車輪の幅方向の両端よりも内側に配置されることを意味する。本実施形態では、受電コイル３１の全体が、車輪６に収容されている。但し、受電コイル３１は、車輪６に収容されなくてもよい（図８参照）。

受電装置３は、ホイール６２のハブ部６２２のカバー等、車輪６の回転に伴って回転しない車輪６の部位に設置されている。これによって、受電装置３は、タイヤ６１の回転に応じて車輪６の内部における受電コイル３１の相対的な位置が変わらないため、車輪６の外部から無線により電力を安定的に供給することが容易になる。

（送電装置の構成）
次に、図３及び図４を参照して、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１に含まれる送電装置２の構成について説明する。

図３には、本発明の一実施形態に係る送電装置２の構成例を概略的に示す、機能ブロック図が示されている。図３に示されるように、送電装置２は、送電コイル２１に加えて、電力変換部２２、蓄電部２３、検出部２４、通信部２５、記憶部２６、及び制御部２７を備えている。送電コイル２１、電力変換部２２、蓄電部２３、検出部２４、通信部２５、記憶部２６、及び制御部２７は、例えばＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して、有線又は無線で互いに通信可能に接続されている。

送電コイル２１は、交流磁界を生成する。本実施形態では、送電コイル２１は、全体を環状に構成されている。本明細書において、環状の送電コイル２１によって囲まれている平面を、送電コイル２１のコイル面Ｓ１ともいう。換言すれば、送電コイル２１は、コイル面Ｓ１を形成するようにコイル面Ｓ１の面内方向に巻き回されている。送電コイル２１は、送電コイル２１に対して垂直方向に向けて、即ち、コイル面Ｓ１の垂線が延びる方向に向けて交流磁界を生成することができる。

図４には、本発明の一実施形態に係る送電装置２が備える送電コイル２１のコイル面Ｓ１及びその傾きを、道路の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図が示されている。図４に示されるように、送電装置２は、道路４に設置された状態で、道路４の幅方向断面において、送電コイル２１のコイル面Ｓ１が路面と略垂直となるように構成されている。より具体的には、送電コイル２１は、送電装置２が道路４に設置された状態で、道路４の幅方向断面において、コイル面Ｓ１が路面と略垂直となるように、支持部材２１１を介して送電装置２の筐体に支持固定されている。支持部材２１１及び送電装置２の筐体の少なくとも一部、特に送電装置２の露出部２Ａの少なくとも一部は、前述した非磁性材料で形成されていてもよい。これによって、送電コイル２１が生成した磁界が支持部材２１１及び送電装置２の筐体を通過する際に減衰しにくい。

本明細書において、例えば、面Ａが面Ｂと「略垂直である」とは、好ましくは、面Ａが面Ｂと垂直である。ただし、完全に垂直である必要はなく、面Ａが面Ｂの垂線に対して、±５度程度傾斜していてもよい。

再び図３を参照して、電力変換部２２は、送電コイル２１と接続されている。電力変換部２２は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びインバータ等を含む。電力変換部２２は、送電装置２の外部にある電源Ｐ又は蓄電部２３から送電された電力を変換して、送電コイル２１に送電する。

蓄電部２３は、電力変換部２２と接続されている。蓄電部２３は、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン電池、及びナトリウム硫黄電池などの充放電可能な蓄電池を含む。蓄電部２３は、蓄電池に限られず、キャパシタ等を含んでいてもよい。蓄電部２３は、電力変換部２２を介して、電源Ｐから送電された電力を蓄電し、或いは、送電コイル２１に電力を送電する。

検出部２４は、例えば赤外線センサ、画像センサ、モーションセンサ、及び圧力センサ等のセンサを含む。検出部２４は、受電装置３が送電装置２から受電可能な位置に存在することを検出する。

通信部２５は、１つ以上の通信モジュールを含む。通信モジュールは、例えば、有線ＬＡＮ通信モジュール又は無線ＬＡＮ通信モジュール、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信モジュール等である。通信部２５は、インターネット等のネットワークを介して、外部のコンピュータ等との通信を実現する。

記憶部２６は、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等である。記憶部２６は、例えば主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能する。記憶部２６は、送電装置２の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部２６は、システムプログラム、アプリケーションプログラム、及び組み込みソフトウェア等を記憶する。

制御部２７は、１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサ等であってもよい。制御部２７は、プロセッサに限られず、１つ以上の専用回路を含んでもよい。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）であってもよい。制御部２７は、前述した、送電コイル２１、電力変換部２２、蓄電部２３、検出部２４、通信部２５、及び記憶部２６を制御して、送電装置２の機能を実現する。

制御部２７は、受電装置３が送電装置２から電力を受電可能な位置に存在するか否かを判定することができる。具体的には、制御部２７は、検出部２４により、受電装置３を検出することで、受電装置３が送電装置２から受電可能な位置に存在すると判定する。制御部２７は、検出部２４により、移動体５又は車輪６を検出することで、間接的に受電装置３が送電装置２から受電可能な位置に存在すると判定してもよい。或いは、制御部２７は、通信部２５を介して、受電装置３又は外部のコンピュータから受電装置３が送電装置２から受電可能な位置に存在することを示す情報を取得してもよい。

制御部２７は、受電装置３が送電装置２から電力を受電可能な位置に存在すると判定した場合に、無線により電力を送電することができる。具体的には、制御部２７は、送電コイル２１、電力変換部２２、及び蓄電部２３の少なくとも１つを制御して、送電コイル２１のコイル面Ｓ１の垂線が延びる方向に向けて交流磁界を生成することができる。

（受電装置の構成）
次に、図５及び図６を参照して、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１に含まれる受電装置３の構成について説明する。

図５には、本発明の一実施形態に係る受電装置３の構成例を概略的に示す、機能ブロック図が示されている。図５に示されるように、受電装置３は、受電コイル３１に加えて、電力変換部３２、蓄電部３３、検出部３４、通信部３５、記憶部３６、及び制御部３７を備えている。受電コイル３１、電力変換部３２、蓄電部３３、検出部３４、通信部３５、記憶部３６、及び制御部３７は、例えばＣＡＮ等のネットワークを介して、有線又は無線で互いに通信可能に接続されている。

受電コイル３１は、無線により電力を受電する。本実施形態では、受電コイル３１は、全体を環状に構成されている。本明細書において、環状の受電コイル３１によって囲まれている平面を、受電コイル３１のコイル面Ｓ２ともいう。換言すれば、受電コイル３１は、コイル面Ｓ２を形成するようにコイル面Ｓ２の面内方向に巻き回されている。受電コイル３１は、送電コイル２１等が生成した、コイル面Ｓ２を貫く交流磁界が変化することで、電磁誘導による起電力が生成され、電流が流れる。

図６には、本発明の一実施形態に係る受電装置３が備える受電コイル３１のコイル面Ｓ２及びその傾きを概略的に示す、概略図が示されている。図６に示されるように、受電装置３は、受電コイル３１の少なくとも一部が移動体５の車輪６に収容された状態で、移動体５の幅方向断面において、受電コイル３１のコイル面Ｓ２が、車輪６の路面との接地面と略垂直となるように構成されている。より具体的には、受電コイル３１は、受電コイル３１の少なくとも一部が移動体５の車輪６に収容された状態で、移動体５の幅方向断面において、受電コイル３１のコイル面Ｓ２が、車輪６の路面との接地面と略垂直となるように、支持部材３１１を介して受電装置３の筐体に固定されている。これによって、移動体５が道路４を走行中に、受電コイル３１のコイル面Ｓ２が送電コイル２１のコイル面Ｓ１に対向することで、送電コイル２１から受電コイル３１へ電磁誘導方式による無線給電が行われる。支持部材３１１及び受電装置３の筐体の少なくとも一部は、前述した非磁性材料で形成されていてもよい。これによって、送電コイル２１が生成した磁界が支持部材３１１及び受電装置３の筐体を通過する際に減衰しにくい。

ここで、本明細書において、例えば、面Ａ（の少なくとも一部）が面Ｂと「対向する」とは、面Ｂが延在する範囲において面Ｂの垂直方向に延びる領域内（換言すれば、面Ｂを断面とする、柱状の領域内）に、面Ａ（の少なくとも一部）が重なることをいう。

再び図５を参照して、電力変換部３２は、受電コイル３１と接続されている。電力変換部３２は、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ及びインバータ等を備える。電力変換部３２は、受電コイル３１に生じた電力を移動体５に搭載された車載装置５１に送電する。

車載装置５１は、例えばモータである。かかる場合、モータである車載装置５１は、受電装置３から送電された電力を消費して、車輪６を駆動させる。より具体的には、本実施形態では、車載装置５１は、車輪６に搭載されている、インホイールモータである。しかしながら、車載装置５１は、移動体５の本体に搭載され、移動体５のシャフト５２を回転させることで、車輪６を駆動させる、オンボードモータであってもよい。

車載装置５１には、モータに限られず、蓄電池、通信機器、カーナビゲーションシステム、メディアプレイヤ、及び車載センサ等の、移動体５に設置された任意の電子装置が含まれていてもよい。

蓄電部３３は、電力変換部３２と接続されている。蓄電部３３は、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン電池、及びナトリウム硫黄電池などの充放電可能な電池を含む。蓄電部３３は、蓄電池に限られず、キャパシタを含んでもよい。蓄電部３３がキャパシタを含む場合、蓄電池等に比べて短時間で充放電を行うことができ、高い即応性を求められる状況において、有利である。蓄電部３３は、電力変換部３２を介して、受電コイル３１から送電された電力を蓄電し、或いは、車載装置５１に電力を送電する。

検出部３４は、例えば電圧センサ及び電流センサ等の、センサを含む。検出部３４は、受電コイル３１が無線により受電した電力を検出する。

通信部３５は、１つ以上の通信モジュールを含む。通信モジュールは、例えば、有線ＬＡＮ通信モジュール又は無線ＬＡＮ通信モジュール、ＣＡＮ通信モジュール等である。通信部３５は、インターネット等のネットワークを介して、送電装置２を含む外部のコンピュータ、或いは移動体５の車載装置５１等と通信を行う。

記憶部３６は、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等である。記憶部３６は、例えば主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能する。記憶部３６は、受電装置３の動作に用いられる任意の情報を記憶する。例えば、記憶部３６は、システムプログラム、アプリケーションプログラム、及び組み込みソフトウェア等を記憶する。

制御部３７は、１つ以上のプロセッサを含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ等の汎用のプロセッサ、又は特定の処理に特化した専用のプロセッサ等であってもよい。制御部３７は、プロセッサに限られず、１つ以上の専用回路を含んでもよい。専用回路は、例えば、ＦＰＧＡ、又はＡＳＩＣであってもよい。制御部３７は、前述した、受電コイル３１、電力変換部３２、蓄電部３３、検出部３４、通信部３５、及び記憶部３６を制御して、受電装置３の機能を実現させる。

制御部３７は、受電装置３が無線により受電している電力を計測することができる。具体的には、制御部３７は、検出部３４により検出された情報に基づいて、受電コイル３１が無線により受電した電力の強度を計測する。電力の強度は、例えば電力、電力量、電圧、電流、磁束、又は磁束密度等の、任意の数値情報で表されてもよい。

制御部３７は、受電装置３が無線により受電した電力を、移動体５に搭載された車載装置５１に送電することができる。具体的には、制御部３７は、受電コイル３１から、受電コイル３１に発生した電力を車載装置５１に送電することができる。或いは、制御部３７は、受電コイル３１に発生した電力を蓄電部３３に蓄電したのち、蓄電部３３から車載装置５１に送電してもよい。

（送電装置の道路への設置例）
以下に、図１及び図７を参照して、無線給電システム１における送電装置２の道路４への設置例について、説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る無線給電システムにおける送電装置の道路への設置例を示す、概略図である。図７は、図１に示された無線給電システム１を斜視図で示したものである。

本実施形態では、無線給電システム１には、複数の送電装置２が含まれる。送電装置２は、道路４の延在方向に沿って複数並んで設置されている。具体的には、図７に示されるように、道路４の走行レーン４１の幅方向外側において、複数の送電装置２が、所定の間隔Ｄで道路４の延在方向に並んで設置されている。所定の間隔Ｄは、任意に定められてもよい。

更に、道路４の走行レーン４１には、走行レーン４１の幅方向に少なくとも１対の送電装置２が設置されている。具体的には、１対の送電装置２それぞれの送電コイル２１が、道路４の走行レーン４１の幅方向外側から走行レーン４１を挟んで、互いに対向するように設置されている。これによって、道路４を走行する移動体５の車輪６に収容された受電装置３の受電コイル３１に対して、移動体５の幅方向外側から無線により電力を送電することができる。そのため、移動体５が道路４を走行中に、車輪６が送電装置２の上側を走行して、車輪６からの荷重により送電装置２が損傷するおそれを低減させることができる。

以下に、図８及び図９を参照して、無線給電システム１の変形例について、説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る無線給電システムの変形例を、車輪の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。図９は、本発明の一実施形態に係る無線給電システムの他の変形例を、車輪の幅方向断面を用いて概略的に示す、概略図である。

図８に示されるように、受電装置３は、車輪６の幅方向外側に設置されていてもよい。車輪６の幅方向外側の位置としては、例えば、ホイール６２に隣接した位置とすることができる。移動体５が道路４を走行する際における、送電装置２と受電装置３との間の距離が短くなるような位置に受電装置３が設置されることで、給電効率を更に向上させることができる。図８では、受電装置３全体を車輪６の幅方向外側に配置しているが、受電装置３のうち受電コイル３１を含む一部のみを車輪６の幅方向外側に配置してもよい。

受電装置３の受電コイル３１は、前述した位置に限られず、車輪６の任意の位置に設置されてもよい。受電装置３の受電コイル３１は、例えば、ホイール６２のリム部６２１の内周面、或いはリム部６２１の外周面に設置されていてもよい。更に、受電装置３の受電コイル３１は、タイヤ６１のトレッド部６１３の内周面に設置されていてもよく、或いはタイヤ６１のトレッド部６１３の内部に設置されていてもよい。更に、受電装置３は、車輪６に限られず、移動体５の本体の側面の外壁面に設置されてもよい。

また、図９に示される無線給電システム１の変形例では、１対の送電装置２が、道路４の走行レーン４１のうち移動体５の車輪６が接地する路面の位置よりも幅方向内側に並んで設置されている。また、受電装置３は、ホイール６２のリム部６２１の外周面に設置されている。これによって、道路４の走行レーン４１を走行する移動体５の車輪６に収容された受電装置３に対して、移動体５の幅方向内側から無線により電力を送電することができる。そのため、送電コイル２１と受電コイル３１との間の空間が道路４の路面、移動体５の本体、及び車輪６により囲まれており、当該空間に障害物が入り込みにくい。

以上述べたように、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１は、送電装置２と、受電装置３と、を含む。送電装置２は、道路４に設置された送電装置２であって、無線により電力を送電する送電コイル２１を備え、道路４に設置された状態で、道路４の幅方向断面において、送電コイル２１の少なくとも一部が、道路４の路面よりも、路面に対して垂直方向上側に位置し、且つ送電コイル２１のコイル面が路面と略垂直となるように構成されている。受電装置３は、移動体５に設置された受電装置３であって、無線により電力を受電する受電コイル３１を備え、移動体５の幅方向断面において、受電コイル３１のコイル面が、移動体５の車輪６の路面との接地面と略垂直となるように構成されている。かかる構成を有する無線給電システム１によれば、送電コイル２１と受電コイル３１との間の空間に障害物が入り込むおそれを低減させることができる。このため、無線給電システム１は、無線給電における給電効率を向上させることができる。このため、本発明の一実施形態に係る無線給電システム１によれば、移動体５に対して無線で電力を供給する無線給電技術の有用性が向上する。

本発明の一実施形態に係る無線給電システム１では、送電装置２は、道路４の延在方向に沿って複数並んで設置されていることが好ましい。かかる構成によれば、無線給電システム１は、道路４を走行中の移動体５の車輪６に収容された受電装置３に対して、複数の送電装置２から無線により電力を送電することができる。

本発明の一実施形態に係る無線給電システム１では、道路４には少なくとも１つの走行レーン４１が設けられ、走行レーン４１には、走行レーン４１の幅方向に少なくとも１対の送電装置２が設置されていることが好ましい。かかる構成によれば、無線給電システム１は、四輪車等のように、複数の車輪６が移動体５の幅方向に並んで取り付けられている場合に、それぞれの車輪６に対して、それぞれの送電装置２から無線により電力を送電することができる。

本発明の一実施形態に係る無線給電システム１では、送電装置２は、受電装置３が送電装置２から電力を受電可能な位置に存在すると判定した場合に、無線により電力を送電することが好ましい。かかる構成によれば、無線給電システム１は、送電装置２が、受電装置３が受電可能な位置に存在しない場合に無線により電力を送電することによる、送電装置２の電力消費を低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る無線給電システム１では、受電コイル３１の少なくとも一部は移動体５の車輪に収容されていることが好ましい。かかる構成によれば、無線給電システム１は、車輪６により、車輪６の内部空間が車輪６の外部と区画されることで、受電コイル３１の近傍に障害物が近寄りにくい。これによって、無線給電システム１は、送電コイル２１と受電コイル３１との間の空間に障害物が入り込むおそれを更に低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る無線給電システム１では、車輪６は、タイヤ６１及びホイール６２から成るタイヤ・ホイール組立体であることが好ましい。かかる構成によれば、無線給電システム１は、タイヤ６１及びホイール６２により車輪６の内部空間が車輪６の外部と区画されることで、送電コイル２１と受電コイル３１との間の空間に障害物が入り込むおそれを低減させることができる。

本発明の一実施形態に係る送電装置２は、無線により電力を送電する送電コイル２１を備え、道路４に設置された状態で、道路４の幅方向断面において、送電コイル２１の少なくとも一部が、道路４の路面よりも、路面に対して垂直方向上側に位置し、且つ送電コイル２１のコイル面が路面と略垂直となるように構成されている。かかる構成によれば、送電装置２は、受電装置３を備える移動体５が道路４を走行中に、無線により電力を送電することができる。更に、送電装置２は、移動体５が道路４を走行中に、移動体５の車輪６が送電装置２の上側を走行して、車輪６からの荷重により送電装置２が損傷するおそれを低減させることができる。このため、本発明の一実施形態に係る送電装置２によれば、移動体５に対して無線で電力を供給する無線給電技術の有用性が向上する。

本発明の一実施形態に係る受電装置３は、無線により電力を受電する受電コイル３１を備え、移動体５に設置された状態で、移動体５の幅方向断面において、受電コイル３１のコイル面が、移動体５の車輪６の路面との接地面と略垂直となるように構成されている。かかる構成によれば、受電装置３は、移動体５が道路４を走行中に、道路４に設置された送電装置２から、無線により電力を受電することができる。これによって、受電装置３は、移動体５を駆動させる電力を移動体５の外部から受電することができるため、移動体５に設置される蓄電池の小型化及び軽量化を可能にし、ひいては、移動体５の燃費向上を可能にする。このため、本発明の一実施形態に係る受電装置３によれば、移動体５に対して無線で電力を供給する無線給電技術の有用性が向上する。

本発明を諸図面及び実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本発明に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各実施形態又は各実施例に含まれる構成又は機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能である。また、各実施形態に含まれる構成又は機能等は、他の実施形態又は他の実施例に組み合わせて用いることができ、複数の構成又は機能等を１つに組み合わせたり、分割したり、或いは一部を省略したりすることが可能である。

例えば、前述した実施形態において、送電装置２の制御部２７又は受電装置３の制御部３７の機能又は処理として説明された機能又は処理の全部又は一部が、例えばスマートフォン又はパーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータの機能又は処理として実現されてもよい。具体的には、本実施形態に係る送電装置２の制御部２７又は受電装置３の制御部３７の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、コンピュータのメモリに記憶させ、コンピュータのプロセッサによって当該プログラムを読み出して実行させることができる。したがって、本実施形態に係る発明は、プロセッサが実行可能なプログラムとしても実現可能である。例えば、移動体５の制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）が、受電装置３の制御部３７として機能する構成とされてもよい。

更に、前述した実施形態において、送電装置２の制御部２７が実行する動作及び処理の一部又は全部を、受電装置３の制御部３７が実行するように送電装置２及び受電装置３が構成されてもよい。例えば、送電装置２が設置された道路４を移動体５が走行する際に、受電装置３の制御部３７が送電装置２を制御して、送電装置２に無線による電力の送電をさせてもよい。

また例えば、前述した実施形態において、タイヤ６１は、空気を充填されるものとして説明したが、この限りではない。例えば、タイヤ６１には、窒素等の気体を充填することができる。また、例えば、タイヤ６１には、気体に代えて又は加えて、液体、ゲル状物質、又は粉粒体等を含む、任意の流体を充填することができる。

１：無線給電システム、 ２：送電装置、 ２Ａ：露出部、 ２Ｂ：埋設部、 ２１：送電コイル、 ２１１：支持部材、 ２２：電力変換部、 ２３：蓄電部、 ２４：検出部、 ２５：通信部、 ２６：記憶部、 ２７：制御部、 ３：受電装置、 ３１：受電コイル、 ３１１：支持部材、 ３２：電力変換部、 ３３：蓄電部、 ３４：検出部、 ３５：通信部、 ３６：記憶部、 ３７：制御部、 ４：道路、 ４１：走行レーン、 ５：移動体、 ５１：車載装置、 ５２：シャフト、 ６：車輪、 ６１：タイヤ、 ６１１：ビード部、 ６１２：サイドウォール部、 ６１３：トレッド部、 ６２：ホイール、 ６２１：リム部、 ６２２：ハブ部、 ６２３：ディスク部、 Ｐ：電源、 Ｓ１、Ｓ２：コイル面

Claims (5)

1. 道路に設置された送電装置であって、無線により電力を送電する送電コイルを備え、前記道路に設置された状態で、前記道路の幅方向断面において、前記送電コイルの少なくとも一部が、前記道路の路面よりも、前記路面に対して垂直方向上側に位置し、且つ前記送電コイルのコイル面が前記路面と略垂直となるように構成されている、送電装置と、
   移動体に設置された受電装置であって、無線により電力を受電する受電コイルを備え、前記移動体の幅方向断面において、前記受電コイルのコイル面が、前記移動体の車輪の前記路面との接地面と略垂直となるように構成されている、受電装置と、
   を含み、
   前記道路には少なくとも１つの走行レーンが設けられ、前記走行レーンには、前記走行レーンの幅方向に１対の前記送電装置が設置されており、
   前記１対の送電装置の前記送電コイルのコイル面の各々は、前記走行レーンの幅方向外側に向けて互いに異なる方向に、無線により電力を送電可能に構成されている、無線給電システム。
2. 前記送電装置は、前記道路の延在方向に沿って複数並んで設置されている、請求項１に記載の無線給電システム。
3. 前記送電装置は、前記受電装置が前記送電装置から前記電力を受電可能な位置に存在すると判定した場合に、無線により電力を送電する、請求項１又は２に記載の無線給電システム。
4. 前記受電コイルの少なくとも一部は前記車輪に収容されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の無線給電システム。
5. 前記車輪は、タイヤ及びホイールから成るタイヤ・ホイール組立体である、請求項４に記載の無線給電システム。
   

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