JP7355076B2 - 信号発信機器及び信号送受信システム - Google Patents

Description

本開示は、信号発信機器及び信号送受信システムに関する。

磁界結合（電磁誘導）、電界結合、磁界共振結合（磁界共鳴）及び電界共振結合（電界共鳴）のような伝送方式を用いて、地面に設けられた地上側給電装置から、走行中の車両へ電力を非接触で伝送する非接触給電システムが検討されている。このように地上側給電装置から車両へ非接触で電力を伝送するためには、車両から地上側給電装置に、車両に関する情報を送信し、この情報に基づいて地上側給電装置を制御することが必要である。このような非接触給電システムとして、車両走行中において、車両から給電要求が無線送信されると、地上側給電装置から走行中の車両に非接触で電力を伝送する非接触給電システムが検討されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１８－１５７６８６号公報

ところで、車両から地上側給電装置に車両に関する情報を送信するにあたって、地上側給電装置の周辺の外部環境によっては、地上側給電装置に情報を適切に送信することができない可能性がある。

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、地上側給電装置の周辺の外部環境によらずに車両から地上側給電装置に情報を送信することができる信号発信機器等を提供することにある。

本開示の要旨は以下のとおりである。

（１）地上側給電装置から非接触電力伝送される車両に設けられた信号発信機器であって、
無線で前記地上側給電装置へ向けて、前記車両に関する情報を含む信号を発信する信号発信装置と、
前記地上側給電装置の周辺における外部環境に関する情報を取得する外部環境取得部と、
前記信号発信装置を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記外部環境に応じて、前記信号発信装置の無線による信号発信態様を変更する、信号発信機器。
（２）前記信号発信装置は、電波を利用せずに磁界を利用して前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する磁界信号発信装置と、電波を利用して前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する電波信号発信装置と、を有し、
前記制御部は、前記外部環境に応じて、前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信するのに用いる装置を前記磁界信号発信装置と前記電波信号発信装置との間で切り替える、上記（１）に記載の信号発信機器。
（３）前記外部環境取得部は、前記外部環境に関する情報として前記地上側給電装置の周辺における降水の有無に関する情報を取得し、
前記制御部は、前記地上側給電装置の周辺において降水中である場合に前記磁界信号発信装置に前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、上記（２）に記載の信号発信機器。
（４）前記外部環境取得部は、前記外部環境に関する情報として前記地上側給電装置の周辺の道路における水分量を取得し、
前記制御部は、前記水分量が所定の基準水分量以上である場合には、前記磁界信号発信装置に前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、上記（２）又は（３）に記載の信号発信機器。
（５）前記制御部は、前記地上側給電装置へ送信すべき前記情報の量が基準情報量以上である場合には、前記外部環境にかかわらず、前記電波信号発信装置に前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、上記（２）～（４）のいずれか１つに記載の信号発信機器。
（６）前記信号発信装置は、異なる周波数の電波により無線で前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する電波信号発信装置を有し、
前記外部環境取得部は、前記外部環境に関する情報として前記地上側給電装置の周辺における降水の有無に関する情報を取得し、
前記制御部は、前記地上側給電装置の周辺において降水中である場合には、降水中以外である場合に比べて、低い周波数の電波により前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、上記（１）に記載の信号発信機器。
（７）前記制御部は、前記車両の速度が相対的に遅い場合には、前記車両の速度が相対的に速い場合に比べて、前記情報の発信頻度を高くする、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の信号発信機器。
（８）上記（１）～（７）のいずれか１つに記載の信号発信機器と、前記地上側給電装置に設けられた信号検出機器とを有する信号送受信システムであって、
前記信号検出機器は、前記信号発信機器から異なる信号発信態様で発信された前記信号を検出する、信号送受信システム。

本開示によれば、地上側給電装置の周辺の外部環境によらずに車両から地上側給電装置に情報を送信することができる信号発信機器等が提供される。

図１は、非接触給電システムの構成を概略的に示す図である。 図２は、コントローラ及びコントローラに接続された機器の概略的な構成図である。 図３は、ＥＣＵ及びＥＣＵに接続された機器の概略的な構成図である。 図４は、ＥＣＵのプロセッサの、車両から地上側給電装置への情報通信に関する機能ブロック図である。 図５は、信号送受信システムを構成する信号発信機器によって行われる信号発信処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、車両の速度と、電波信号発信装置又は磁界信号発信装置によって信号を発する頻度との関係を示す図である。 図７は、第二実施形態に係る非接触給電システムの構成を概略的に示す図である。 図８は、第二実施形態に係る信号発信機器によって行われる信号発信処理の流れを示す、図５と同様なフローチャートである。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
以下、図１～図６を参照して、第一実施形態に係る情報送受信システムを有する非接触給電システム１について説明する。

図１は、非接触給電システム１の構成を概略的に示す図である。非接触給電システム１は、地上側給電装置２と、道路１００上の走行する車両３とを有し、地上側給電装置２から車両３へ磁界共振結合（磁界共鳴）による非接触電力伝送を行う。特に、本実施形態では、非接触給電システム１は、車両３が走行しているときに、地上側給電装置２から車両３への非接触電力伝送を行う。地上側給電装置２は、非接触で送電するように構成された送電装置４を有し、車両３は、非接触で送電装置４から受電するように構成された受電装置５を有する。図１に示したように、送電装置４は車両３が走行する道路１００内（地中）に埋め込まれる。

＜地上側給電装置の構成＞
図１に示したように、地上側給電装置２は、送電装置４に加えて、電源２１及びコントローラ２２を備える。電源２１及びコントローラ２２は、道路１００内に埋め込まれてもよいし、道路１００内とは別の場所（地上を含む）に配置されてもよい。

電源２１は、送電装置４に電力を供給する。電源２１は、例えば、単層交流電力を供給する商用交流電源である。なお、電源２１は、三相交流電力を供給する交流電源等であってもよいし、燃料電池又は太陽電池のような直流電源であってもよい。

送電装置４は、電源２１から供給された電力を車両３へ送る。送電装置４は、送電側整流回路４１、インバータ４２及び送電側共振回路４３を有する。送電装置４では、電源２１から供給される交流電力が送電側整流回路４１において整流されて直流電流に変換され、この直流電流がインバータ４２において交流電力に変換され、この交流電力が送電側共振回路４３に供給される。

送電側整流回路４１は、電源２１及びインバータ４２に電気的に接続される。送電側整流回路４１は、電源２１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換し、直流電力をインバータ４２に供給する。送電側整流回路４１は例えばＡＣ／ＤＣコンバータである。

インバータ４２は送電側整流回路４１及び送電側共振回路４３に電気的に接続される。インバータ４２は、送電側整流回路４１から供給された直流電力を、電源２１の交流電力よりも高い周波数の交流電力（高周波電力）に変換し、高周波電力を送電側共振回路４３に供給する。

送電側共振回路４３は、コイル４４及びコンデンサ４５から構成される共振器を有する。コイル４４及びコンデンサ４５の各種パラメータ（コイル４４の外径及び内径、コイル４４の巻数、コンデンサ４５の静電容量等）は、送電側共振回路４３の共振周波数が所定の設定値になるように定められる。所定の設定値は、例えば１０ｋＨｚ～１００ＧＨｚであり、好ましくは、非接触電力伝送用の周波数帯域としてＳＡＥ ＴＩＲ Ｊ２９５４規格によって定められた８５ｋＨｚである。

送電側共振回路４３は、コイル４４の中心が車線の中央に位置するように、車両３が通過する車線の中央に配置される。インバータ４２から供給された高周波電力が送電側共振回路４３に印加されると、送電側共振回路４３は、送電するための交流磁界を発生させる。なお、電源２１が直流電源である場合には、送電側整流回路４１は省略されてもよい。

コントローラ２２は、例えば汎用コンピュータであり、地上側給電装置２の各種制御を行う。例えば、コントローラ２２は、送電装置４のインバータ４２に電気的に接続され、送電装置４による電力送信を制御すべくインバータ４２を制御する。

図２は、コントローラ２２及びコントローラ２２に接続された機器の概略的な構成図である。コントローラ２２は、通信インターフェース２２１、メモリ２２２及びプロセッサ２２３を備える。通信インターフェース２２１、メモリ２２２及びプロセッサ２２３は信号線を介して互いに接続されている。

通信インターフェース２２１は、地上側給電装置２を構成する各種機器（例えば、インバータ４２、後述する磁界検出機７１及び電波検出機７６など）にコントローラ２２を接続するためのインターフェース回路を有する。コントローラ２２は、通信インターフェース２２１を介して他の機器と通信する。

メモリ２２２は、例えば、揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ）及び不揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＯＭ）を有する。メモリ２２２は、プロセッサ２２３において各種処理を実行するためのコンピュータプログラムや、プロセッサ２２３によって各種処理が実行されるときに使用される各種データ等を記憶する。

プロセッサ２２３は、一つ又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）及びその周辺回路を有する。プロセッサ２２３は、論理演算ユニット又は数値演算ユニットのような演算回路を更に有していてもよい。プロセッサ２２３は、メモリ２２２に記憶されたコンピュータプログラムに基づいて、各種処理を実行する。

＜車両の構成＞
一方、車両３は、図１に示したように、受電装置５に加えて、モータ３１、バッテリ３２、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）３３及び電子制御ユニット（ＥＣＵ）３４を備える。本実施形態では、車両３は、モータ３１が車両３を駆動する電動車両（ＥＶ）である。しかしながら、車両３は、モータ３１に加えて内燃機関が車両３を駆動するハイブリッド車両（ＨＶ）であってもよい。

モータ３１は、例えば交流同期モータであり、電動機及び発電機として機能する。モータ３１は、電動機として機能するとき、バッテリ３２に蓄えられた電力を動力源として駆動される。モータ３１の出力は減速機及び車軸を介して車輪３０に伝達される。一方、車両３の減速時には車輪３０の回転によってモータ３１が駆動され、モータ３１は発電機として機能して回生電力を発電する。

バッテリ３２は、充電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等から構成される。バッテリ３２は車両３の走行に必要な電力（例えばモータ３１の駆動電力）を蓄える。モータ３１によって発電された回生電力がバッテリ３２に供給されると、バッテリ３２が充電され、バッテリ３２の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）が回復する。なお、バッテリ３２は、車両３に設けられた充電ポートを介して地上側給電装置２以外の外部電源によっても充電可能であってもよい。

ＰＣＵ３３はバッテリ３２及びモータ３１に電気的に接続される。ＰＣＵ３３は、インバータ、昇圧コンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを有する。インバータは、バッテリ３２から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ３１に供給する。一方、インバータは、モータ３１によって発電された交流電力（回生電力）を直流電力に変換し、直流電力をバッテリ３２に供給する。昇圧コンバータは、バッテリ３２に蓄えられた電力がモータ３１に供給されるときに、必要に応じてバッテリ３２の電圧を昇圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリ３２に蓄えられた電力がヘッドライト等の電子機器に供給されるときに、バッテリ３２の電圧を降圧する。

受電装置５は、送電装置４から受電し、受電した電力をバッテリ３２に供給する。受電装置５は、受電側共振回路５１、受電側整流回路５４及び充電回路５５を有する。

受電側共振回路５１は、路面との距離が小さくなるように車両３の底部に配置される。本実施形態では、受電側共振回路５１は、車幅方向において車両３の中央に配置される。受電側共振回路５１は、送電側共振回路４３と同様の構成を有し、コイル５２及びコンデンサ５３から構成される共振器を有する。コイル５２及びコンデンサ５３の各種パラメータ（コイル５２の外径及び内径、コイル５２の巻数、コンデンサ５３の静電容量等）は、受電側共振回路５１の共振周波数が送電側共振回路４３の共振周波数と一致するように定められる。なお、受電側共振回路５１の共振周波数と送電側共振回路４３の共振周波数とのずれ量が小さければ、例えば受電側共振回路５１の共振周波数が送電側共振回路４３の共振周波数の±２０％の範囲内であれば、受電側共振回路５１の共振周波数は送電側共振回路４３の共振周波数と必ずしも一致している必要はない。

図１に示したように受電側共振回路５１が送電側共振回路４３と対向しているときに、送電側共振回路４３によって交流磁界が生成されると、交流磁界の振動が、送電側共振回路４３と同一の共振周波数で共鳴する受電側共振回路５１に伝達される。この結果、電磁誘導によって受電側共振回路５１に誘導電流が流れ、誘導電流によって受電側共振回路５１において誘導起電力が発生する。すなわち、送電側共振回路４３は受電側共振回路５１へ送電し、受電側共振回路５１は送電側共振回路４３から受電する。

受電側整流回路５４は受電側共振回路５１及び充電回路５５に電気的に接続される。受電側整流回路５４は、受電側共振回路５１から供給される交流電力を整流して直流電力に変換し、直流電力を充電回路５５に供給する。受電側整流回路５４は例えばＡＣ／ＤＣコンバータである。

充電回路５５は受電側整流回路５４及びバッテリ３２に電気的に接続される。充電回路５５は、受電側整流回路５４から供給された直流電力をバッテリ３２の電圧レベルに変換してバッテリ３２に供給する。送電装置４から送電された電力が受電装置５によってバッテリ３２に供給されると、バッテリ３２が充電される。充電回路５５は例えばＤＣ／ＤＣコンバータである。

ＥＣＵ３４は車両３の各種制御を行う。例えば、ＥＣＵ３４は、受電装置５の充電回路５５に電気的に接続され、送電装置４から送信された電力によるバッテリ３２の充電を制御すべく充電回路５５を制御する。また、ＥＣＵ３４は、ＰＣＵ３３に電気的に接続され、バッテリ３２とモータ３１との間の電力の授受を制御すべくＰＣＵ３３を制御する。さらに、ＥＣＵ３４は、後述する磁界信号発信装置６１及び電波信号発信装置６６を含む信号発信装置を制御する。

図３は、ＥＣＵ３４及びＥＣＵ３４に接続された機器の概略的な構成図である。ＥＣＵ３４は、通信インターフェース３４１、メモリ３４２及びプロセッサ３４３を有する。通信インターフェース３４１、メモリ３４２及びプロセッサ３４３は信号線を介して互いに接続されている。

通信インターフェース３４１は、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ネットワークにＥＣＵ３４を接続するためのインターフェース回路を有する。ＥＣＵ３４は、通信インターフェース３４１を介して他の機器と通信する。

メモリ３４２は、例えば、揮発性の半導体メモリ（例えば、ＲＡＭ）及び不揮発性の半導体メモリ（例えばＲＯＭ）を有する。メモリ３４２は、プロセッサ３４３において各種処理を実行するためのコンピュータプログラムや、プロセッサ３４３によって各種処理が実行されるときに使用される各種データ等を記憶する。

プロセッサ３４３は、一つ又は複数のＣＰＵ(Central Processing Unit)及びその周辺回路を有する。プロセッサ３４３は、論理演算ユニット又は数値演算ユニットのような演算回路を更に有していてもよい。プロセッサ３４３は、メモリ３４２に記憶されたコンピュータプログラムに基づいて、各種処理を実行する。

また、図３に示したように、車両３は、ＧＮＳＳ受信機３５、ストレージ装置３６、複数のセンサ３７及び通信モジュール３８を更に備える。ＧＮＳＳ受信機３５、ストレージ装置３６及びセンサ３７はＥＣＵ３４に電気的に接続される。

ＧＮＳＳ受信機３５は、複数（例えば３つ以上）の測位衛星から得られる測位情報に基づいて、車両３の現在位置（例えば車両３の緯度及び経度）を検出する。具体的には、ＧＮＳＳ受信機３５は、複数の測位衛星を捕捉し、測位衛星から発信された電波を受信する。そして、ＧＮＳＳ受信機３５は、電波の発信時刻と受信時刻との差に基づいて測位衛星までの距離を算出し、測位衛星までの距離及び測位衛星の位置（軌道情報）に基づいて車両３の現在位置を検出する。ＧＮＳＳ受信機３５の出力、すなわちＧＮＳＳ受信機３５によって検出された車両３の現在位置はＥＣＵ３４に送信される。このＧＮＳＳ受信機３５として、例えば、ＧＰＳ受信機が用いられる。

ストレージ装置３６は、データを記憶する。ストレージ装置３６は、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）又は光記録媒体を備える。本実施形態では、ストレージ装置３６は、地図情報を記憶する。地図情報には、道路に関する情報に加えて、地上側給電装置２の設置位置及び種類、並びに地上側給電装置２の周りの外部環境（例えば、地上側給電装置２が設けられた道路の舗装の種類など）に関する情報等が含まれる。ＥＣＵ３４はストレージ装置３６から地図情報を取得する。なお、ストレージ装置が車両３の外部（例えばサーバ等）に設けられ、ＥＣＵ３４は通信モジュール３８を介して車両３の外部から地図情報を取得してもよい。

センサ３７は、車両３の状態及び車両３の周辺における外部環境を検出する。本実施形態では、センサ３７は、車両３の状態を検出するセンサとして、例えば、車両３の速度を検出する速度センサを含む。また、センサ３７は、車両３の周辺における外部環境を検出するセンサとして、車両３に表面上の雨滴を検出するレインセンサを含む。これらセンサ３７の出力は、ＥＣＵ３４に入力される。

通信モジュール３８は、車両３と車両３の外部のサーバ（図示せず）との広域通信を可能とする機器であり、例えば、データ通信モジュール（ＤＣＭ：Data Communication Module）である。広域通信は、通信距離が１０メートル程度から１０キロメートル程度である通信であり、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）等が用いられる。

＜信号送受信システムの構成＞
上述したように、非接触給電システム１は、送電装置４の送電側共振回路４３において発生させた交流磁界を介して、地上側給電装置２から車両３に電力を伝送する。このような非接触電力伝送を行うには、走行中の車両３から地上側給電装置２へ、車両識別情報や要求給電量などの車両に関する情報（以下、「車両情報」という）を送信し、地上側給電装置２はこの車両情報に基づいて送電装置４を制御することが必要になる。このため、本実施形態の非接触給電システム１は、車両３から地上側給電装置２へ車両情報を含む信号を送信する信号送受信システムを有する。

信号送受信システムは、車両３から地上側給電装置２へ車両情報を含む信号を無線で発信する信号発信機器６と、信号発信機器６から発信された信号を検出する信号検出機器７とを有する。本実施形態では、信号発信機器６は、電波を利用せずに磁界を利用して地上側給電装置へ向けて信号を発信する磁界信号発信装置６１と、電波を利用して地上側給電装置へ向けて信号を発信する電波信号発信装置６６と、これら磁界信号発信装置６１及び電波信号発信装置６６を制御するＥＣＵ３４とを含む。信号検出機器７は、磁界信号発信装置６１によって発信された信号を含む磁界を検出する磁界検出機７１と、電波信号発信装置６６によって発信された信号を含む電波を検出する電波検出機７６と、これら磁界検出機７１及び電波検出機７６に接続されたコントローラ２２とを含む。

信号発信機器６の磁界信号発信装置６１は、交流磁界を介して、地上側給電装置２へ車両３の車両情報を送信する。磁界信号発信装置６１は交流電力発生回路６２及び交流磁界発生回路６３を備える。

交流電力発生回路６２は、バッテリ３２及び交流磁界発生回路６３に電気的に接続される。交流電力発生回路６２は、交流電力を発生させ、交流電力を交流磁界発生回路６３に供給する。例えば、交流電力発生回路６２は、発振回路、変調回路及び増幅器を有する。発振回路は、搬送波を生成し、変調回路は送信すべき車両情報に応じて搬送波を変調し、増幅器は変調された交流電力を増幅する。

図１に示したように、交流磁界発生回路６３は、路面との距離が小さくなるように車両３の底部に配置される。本実施形態では、交流磁界発生回路６３は、車幅方向において車両３の中央に配置され、車両３の前後方向において受電側共振回路５１よりも前方に配置される。なお、交流磁界発生回路６３は車両３の前後方向において受電側共振回路５１と同一の位置又は受電側共振回路５１よりも後方に配置されてもよい。

交流磁界発生回路６３は、送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１と同様の構成を有し、コイル６４及びコンデンサ６５から構成される共振器を有する。コイル６４及びコンデンサ６５の各種パラメータ（コイル６４の外径及び内径、コイル６４の巻数、コンデンサ６５の静電容量等）は、交流磁界発生回路６３の共振周波数が所定の設定値になるように定められる。所定の設定値は、送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数、すなわち磁界共振結合の共振周波数とは異なる値に設定される。また、交流電力発生回路６２から交流磁界発生回路６３に供給される交流電力の周波数は交流磁界発生回路６３の共振周波数と同一の値に設定される。交流電力発生回路６２から供給された交流電力が交流磁界発生回路６３に印加されると、交流磁界発生回路６３は、変調された交流電力に応じた、情報発信用の交流磁界を発生させる。

図１に示したように、交流電力発生回路６２はＥＣＵ３４に電気的に接続され、ＥＣＵ３４は交流電力発生回路６２を制御する。交流電力発生回路６２は、ＥＣＵ３４からの指令に基づいて、バッテリ３２から供給された直流電力を、車両情報に応じて変調された交流電力に変換し、交流電力を交流磁界発生回路６３に供給する。

例えば、ＥＣＵ３４は、地上側給電装置２の設置位置と車両３との間の距離が所定値以下になったときに、交流電力発生回路６２を制御して交流磁界発生回路６３によって情報発信用の交流磁界を所定の時間間隔で発生させる。地上側給電装置２の設置位置と車両３との間の距離は、例えば、ＧＮＳＳ受信機３５によって検出された車両３の現在位置と、ストレージ装置３６に記憶された地上側給電装置２の設置位置とを照合することによって算出される。なお、ＥＣＵ３４は、地上側給電装置２の手前に設けられた路側機から通信モジュール３８を介して所定の信号を受信したときに、交流電力発生回路６２を制御して交流磁界発生回路６３によって情報送信用の交流磁界を発生させてもよい。また、ＥＣＵ３４は、車両３が走行しているときに、交流磁界発生回路６３によって微弱な交流磁界を常に一定時間間隔で発生させてもよい。

信号検出機器７の磁界検出機７１は周囲の磁界を検出する。磁界検出機７１は、例えば、磁気インピーダンス（ＭＩ：Magneto-Impedance）センサである。磁界検出機７１の駆動電力は、例えば電源２１等から駆動回路を介して磁界検出機７１に供給される。

磁界検出機７１は、送電装置４が設けられた道路において、車両３の進行方向において送電装置４の送電側共振回路４３よりも手前に配置され、車両３が通過する車線の中央に配置される。磁界検出機７１は地中（路面の下）又は路面の上に配置される。磁界検出機７１の周囲の車両３から情報送信用の交流磁界が発せられると、磁界検出機７１は情報送信用の交流磁界を検出する。

磁界検出機７１はコントローラ２２に電気的に接続され、磁界検出機７１の出力はコントローラ２２に送信される。コントローラ２２は、磁界検出機７１の出力に基づいて車両３から送信された車両情報を求め、この車両情報に基づいて地上側給電装置２を制御する。すなわち、コントローラ２２は、交流磁界発生回路６３から発せられた情報送信用の交流磁界を検出することによって、車両３から送信された車両情報を取得する。

本実施形態では、情報送信用の交流磁界の周波数は送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数と異なる。このため、電力伝送のために送電側共振回路４３において発生する交流磁界と、情報送信のために交流磁界発生回路６３において発生する交流磁界との識別が容易となる。好ましくは、情報送信用の交流磁界の周波数は送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数よりも低い値に設定される。このことによって、情報送信用の交流磁界をより容易に発生させることができる。例えば、送電側共振回路４３及び受電側共振回路５１の共振周波数が８５ｋＨｚである場合、情報送信用の交流磁界の周波数は、５００Ｈｚ～５０ｋＨｚ、例えば１ｋＨｚに設定される。

信号発信機器６の電波信号発信装置６６は、電波により、地上側給電装置２へ車両３の車両情報を送信する。電波信号発信装置６６は、交流電流発生回路６７及びアンテナ６８を備える。

交流電流発生回路６７は、バッテリ３２及びアンテナ６８に電気的に接続される。交流電流発生回路６７は、交流電流を発生させ、交流電流をアンテナ６８に供給する。例えば、交流電流発生回路６７は、発振回路、変調回路及び増幅器を有する。発振回路は、搬送波を生成し、変調回路は送信すべき車両情報に応じて搬送波を変調し、増幅器は変調された交流電流を増幅する。

アンテナ６８は、本実施形態では、路面との距離が小さくなるように車両３の底部に配置される。本実施形態では、アンテナ６８は、車幅方向において車両３の中央に配置され、車両３の前後方向において受電側共振回路５１よりも前方に配置される。なお、アンテナ６８は、車両３の前後方向において受電側共振回路５１と同一の位置又は受電側共振回路５１よりも後方に配置されてもよい。また、アンテナ６８は、車両３が地上側給電装置２に近づいたときにのみ地上側給電装置２のアンテナ７７へ電波を送信することができれば、車両３の底部以外に配置されてもよい。

アンテナ６８は、交流電流発生回路６７に電気的に接続され、アンテナ６８には、交流電流発生回路６７において発生された交流電流が供給される。アンテナ６８は、交流電流発生回路６７から交流電流が供給されると、変調された交流電流に応じた、情報発信用の電波を発生させる。発生される電波の周波数は、例えば、数百ｋＨｚ～数ＧＨｚである。

信号検出機器７の電波検出機７６は、電波信号発信装置６６から発信される特定の周波数の電波を検出する。電波検出機７６は、送電装置４が設けられた道路において、車両３の進行方向において送電装置４の送電側共振回路４３よりも手前に配置され、車両３が通過する車線の中央に配置される。電波検出機７６は地中（路面の下）又は路面の上に配置される。電波検出機７６の周囲の車両３から情報送信用の電波が発せられると、電波検出機７６は情報送信用の電波を検出する。

電波検出機７６は、アンテナ７７、増幅器及び復調回路を有する。アンテナ７７は、アンテナ７７の周りを飛び交う電波を電気信号波に変換する。増幅器は、アンテナ７７で変換された信号波を増幅する。復調回路は、増幅器で増幅された信号波からこの信号波にのせられた情報、具体的には車両情報を取り出す。

電波検出機７６はコントローラ２２に電気的に接続され、電波検出機７６の出力はコントローラ２２に送信される。コントローラ２２は、電波検出機７６の出力に基づいて車両３から送信された車両情報を取得し、この車両情報に基づいて地上側給電装置２を制御する。すなわち、コントローラ２２は、アンテナ６８から発せられた電波を検出することによって、車両３から送信された車両情報を取得する。

特に、本実施形態では、電波信号発信装置６６及び電波検出機７６は、通信距離が１０メートル未満の狭域通信（Dedicated Short Range Communication）を行うように構成される。狭域通信としては、例えば、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）、Bluetooth（登録商標）、又はZigBee（登録商標）などが用いられる。

＜信号送受信システムの制御＞
上述したように、本実施形態に係る信号送受信システムは、二つの異なる方法により、車両３から地上側給電装置２へ車両情報を送信することができる。一つ目の方法は、磁界信号発信装置６１及び磁界検出機７１により電波を利用せずに磁界を利用して車両情報を含む信号を送受信する方法である。二つ目の方法は、電波信号発信装置６６及び電波検出機７６により電波を利用して車両情報を含む信号を送受信する方法である。

ところで、磁界を利用した信号の送受信では、生成される交流磁界の周波数を一定以上に上げることができない。交流磁界を介して単位時間に伝達することができる情報量は、基本的に、周波数が高くなるほど多くなることから、磁界を利用した信号の送受信では、それほど多くの情報を伝達することはできない。一方で、電波を利用した信号の送受信は、比較的高い周波数の電波によって行われる。したがって、電波を介して伝達することができる情報量は多い。したがって、多くの情報を伝達するという観点からは、電波を利用して信号の送受信を行うことが好ましい。

一方、電波を利用した信号の送受信では、電波信号発信装置６６と電波検出機７６との間に水分が存在すると、電波のエネルギが水分に吸収され、電波が減衰される。したがって、水分が存在する場合には、電波検出機７６による電波の受信感度が低下する。一方、磁界を利用した信号の送受信では、磁界信号発信装置６１と磁界検出機７１との間に水分が存在しても、磁界のエネルギは水分にほとんど吸収されず、よって交流磁界はほとんど減衰しない。したがって、水分が存在するときには、磁界を利用して信号の送受信を行うことが好ましい。

そこで、本実施形態では、地上側給電装置２の周辺における外部環境に応じて、特に、地上側給電装置２の周辺における降水の有無に応じて、車両３から地上側給電装置２へ車両情報を送信する方法を変更するようにしている。

図４は、ＥＣＵ３４のプロセッサ３４３の、車両３から地上側給電装置２への情報通信に関する機能ブロック図である。図４に示したように、プロセッサ３４３は、地上側給電装置の周辺における外部環境を取得する外部環境取得部３４４と、車両３の速度及び地上側給電装置２へ送信すべき情報などの情報を取得する情報取得部３４５と、磁界信号発信装置６１及び電波信号発信装置６６を含む信号発信装置を制御する制御部３４６と、を有する。プロセッサ３４３が有するこれら機能ブロックは、例えば、プロセッサ３４３上に動作するコンピュータプログラムにより実現される。或いは、プロセッサ３４３が有するこれら機能ブロックは、プロセッサ３４３に設けられる専用の演算回路であってもよい。

外部環境取得部３４４には、外部環境を検出するセンサ３７の出力や、ストレージ装置３６に記憶された外部環境に関する情報が入力される。外部環境取得部３４４は、このようにして入力された外部環境に関する情報（外部環境情報）を制御部３４６に出力する。

情報取得部３４５には、車両の状態を検出するセンサ３７の出力や、ストレージ装置３６に記憶された地上側給電装置２の種類に関する情報が入力される。情報取得部３４５は、このようにして入力された情報を制御部３４６に出力する。

制御部３４６には、外部環境取得部３４４から外部環境情報が入力され、情報取得部３４５から車両の状態に関する情報等が入力される。制御部３４６は、外部環境情報、車両の状態に関する情報等に基づいて、信号発信機器６を制御する。特に、制御部３４６は、これら情報などに基づいて、地上側給電装置２へ向けて信号を発信するのに用いる装置を、磁界信号発信装置６１と電波信号発信装置６６との間で切り替える。

図５は、信号送受信システムを構成する信号発信機器６によって行われる信号発信処理の流れを示すフローチャートである。図示した信号発信処理は一定の時間間隔毎に実行される。

まず、外部環境取得部３４４は、車両３の現在位置及び車両３の現在位置の周りの地図情報を取得する（ステップＳ１１）。外部環境取得部３４４は、ＧＮＳＳ受信機３５から車両３の現在位置を取得する。また、外部環境取得部３４４は、ストレージ装置３６から、車両３の現在位置の周りの地図情報、具体的には現在位置の周りの地上側給電装置２の設置位置及び種類を取得する。

次いで、外部環境取得部３４４は、車両３が地上側給電装置２付近にいるか否か、すなわち車両３の進行方向において最寄りの地上側給電装置２の設置位置と車両３の現在位置との間の距離が所定の基準距離以下であるかを判定する（ステップＳ１２）。地上側給電装置２の設置位置と車両３の現在位置との間の距離は、ステップＳ１１にて取得された車両３の現在位置と、地上側給電装置２の設置位置とに基づいて算出される。基準距離は、例えば、一般に車両３が基準距離を走行している間に、車両３が信号発信機器６による信号の発信準備を整えることができるような距離に設定される。ステップＳ１２において車両３が地上側給電装置２付近にいないと判定された場合には、制御部３４６は、信号発信機器６による信号発信を停止させる（ステップＳ１３）。

一方、ステップＳ１２において車両３が地上側給電装置２付近にいると判定された場合には、外部環境取得部３４４は、その地上側給電装置２の周りの外部環境に関する情報を取得する。加えて、本実施形態では、情報取得部３４５が、車両３の速度及び地上側給電装置２へ送信すべき情報を取得する（ステップＳ１４）。

本実施形態では、外部環境取得部３４４は、外部環境として、センサ３７の一つであるレインセンサによって検出された車両３の表面上の雨滴量に基づいて、車両３の周りにおける降水の有無に関する情報を取得し、したがって車両３付近の地上側給電装置２の周りにおける降水の有無に関する情報を取得する。情報取得部３４５は、センサ３７の一つである速度センサによって検出された車両３の現在の速度を取得する。

また、本実施形態では、情報取得部３４５は、例えば、車両３付近の地上側給電装置２の種類に基づいて、地上側給電装置２へ送信すべき情報を取得する。ここで、地上側給電装置２から車両３への給電を適切に行うためには、車両３から地上側給電装置２へ、車両識別情報や要求給電量などを含む車両情報を送信することが必要になる。このうち、信号発信機器６及び信号検出機器７を含む信号送受信システムでは、地上側給電装置２上に位置して地上側給電装置２から給電が行われる車両３を特定するために、車両識別情報を送信することは必須である。一方で、例えば、要求給電量などの車両情報は、車両識別情報に関連付けて、通信モジュール３８及びサーバを介して地上側給電装置２へ予め送信することができれば、必ずしも信号送受信システムで送信する必要はない。したがって、車両３付近の地上側給電装置２が、事前に要求給電量などの車両情報を通信モジュール３８からサーバを介して送信しておくことのできる種類である場合には、情報取得部３４５は、送信すべき情報として車両識別情報を取得する。一方、車両３付近の地上側給電装置２が、事前に要求給電量などの車両情報を通信モジュール３８からサーバを介して送信しておくことのできない種類である場合には、情報取得部３４５は、送信すべき情報として車両識別情報に加えて要求給電量などのその他の情報を含む車両情報を取得する。

外部環境に関する情報を取得すると、制御部３４６は、地上側給電装置２の周辺において降水中であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。加えて、制御部３４６は、地上側給電装置２へ送信すべき情報量が所定の基準情報量以上であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで、基準情報量は、最小限の情報量（例えば、車両識別情報のみ）よりも多く且つ最大限の情報量（例えば、要求給電量など、給電に必要な全ての情報）よりも少ない任意の量である。

ステップＳ１５において地上側給電装置２の周辺では降水中ではないと判定された場合、又は、ステップＳ１５において地上側給電装置２の周辺において降水中であり且つステップＳ１６において送信すべき情報量が基準情報量以上であると判定された場合には、制御部３４６は、地上側給電装置２へ車両情報を含む信号を発信する装置として、電波信号発信装置６６を設定する（ステップＳ１７）。一方、ステップＳ１５において地上側給電装置２の周辺において降水中であり且つステップＳ１６において送信すべき情報量が基準情報量未満であると判定された場合には、制御部３４６は、地上側給電装置２へ車両情報を含む信号を発信する装置として、磁界信号発信装置６１を設定する（ステップＳ１８）。

その後、制御部３４６は、車両３の速度に基づく頻度にて、電波信号発信装置６６及び磁界信号発信装置６１のうちステップＳ１７又はＳ１８において設定された装置に、車両情報を含む信号を発信させる（ステップＳ１９）。図６は、車両３の速度と、電波信号発信装置６６又は磁界信号発信装置６１によって信号を発する頻度との関係を示す図である。図６に示したように、本実施形態では、車両３の速度が速くなるにつれて、発信頻度が多くなる。これにより、信号発信機器６によって信号を発信する距離間隔を一定にすることができ、よって信号検出機器７による検出漏れを抑制することができる。

なお、本実施形態では、車両３の速度が速くなるにつれて連続的に発信頻度が多くなっているが、車両３の速度が速くなると段階的に発信頻度が多くなってもよい。したがって、制御部３４６は、車両３の速度が相対的に遅い場合には、車両３の速度が相対的に速い場合に比べて、情報の発信頻度を低くしているといえる。

以上説明したように、本実施形態では、基本的に、降水中である場合には磁界信号発信装置６１により磁界を利用した信号発信が行われ、降水中でない場合には電波信号発信装置６６により電波を利用した信号発信が行われる。このため、地上側給電装置２おける受信感度を低下させることなく、信号を送信することができる。したがって、地上側給電装置２の周辺の外部環境によらずに車両３から地上側給電装置２に情報を送信することができる。

ただし、本実施形態では、地上側給電装置２へ送信すべき情報量が多い場合には、降水の有無にかかわらずに電波を利用した信号発信が行われる。このため、磁界を利用した信号発信によっては十分に情報を伝達することができない場合には、多少水分による電波の減衰があるものの、電波を利用した信号発信が行われる。これによって、十分に情報を伝達することができなくなることが抑制される。

＜変形例＞
上記実施形態では、地上側給電装置２の周辺においる降水の有無に基づいて、信号発信機器６による信号発信態様を変更している。しかしながら、地上側給電装置２の周辺における道路上又は道路内における水分の量に関する他のパラメータに基づいて、信号発信機器６による信号発信態様を変更してもよい。

具体的には、外部環境取得部３４４は、例えば、地上側給電装置２の周辺における道路上又は道路内における水分量を取得してもよい。この場合、外部環境取得部３４４は、例えば、通信モジュール３８を介してサーバから各地の降水量を取得し、この降水量に基づいて地上側給電装置２の周辺の道路における水分量を推定する。制御部３４６は、このようにして推定された水分量が所定の基準水分量以上である場合には、磁界信号発信装置６１に地上側給電装置２へ向けて信号を発信させる。一方、制御部３４６は、このようにして推定された水分量が所定の基準水分量未満である場合には、電波信号発信装置６６に地上側給電装置２へ向けて信号を発信させる。なお、基準水分量は、電波信号発信装置６６から発信された電波が減衰されて、電波検出機７６によって適切に電波を検出することができなくなるような水分量である。

また、制御部３４６は、送信すべき情報量とは無関係に、地上側給電装置２の周辺において降水中であるか否かに基づいて、磁界信号発信装置６１及び電波信号発信装置６６のうちのいずれによって信号を発信するかを切り替えてもよい。この場合、制御部３４６は、地上側給電装置２の周辺において降水中である場合には磁界信号発信装置６１により地上側給電装置２へ向けて信号発信させ、降水中でない場合には電波信号発信装置６６により地上側給電装置２へ向けて信号を発信させることになる。

＜第二実施形態＞
次に、図７及び図８を参照して、第二実施形態に係る情報送信システムを有する非接触給電システムについて説明する。以下では、第一実施形態に係る非接触給電システム１と異なる箇所を中心に説明する。

図７は、第二実施形態に係る非接触給電システム１の構成を概略的に示す図である。図７からわかるように、第二実施形態に係る非接触給電システム１では、信号発信機器６は、電波信号発信装置６６を有するが、磁界信号発信装置６１を有していない。同様に、信号検出機器７は、電波検出機７６を有するが、磁界検出機７１を有していない。ただし、電波信号発信装置６６は、異なる周波数の電波により無線で地上側給電装置へ向けて信号を発信することができる。具体的には、電波信号発信装置６６は、低周波の電波信号（例えば、数百ｋＨｚ～数十ＭＨｚ）と、高周波の電波信号（例えば、数百Ｍｈｚ～数ＧＨｚ）を発生させることができる。

ところで、電波を利用した信号の送受信では、電波の周波数が高いほど、電波を介して単位時間に伝達することができる情報量が多くなる。したがって、多くの情報を伝達するという観点からは、高周波の電波を利用して信号の送受信を行うことが好ましい。一方で、上述したように、電波を利用した信号の送受信では、電波信号発信装置６６と電波検出機７６との間に水分が存在すると、電波のエネルギが水分に吸収され、電波が減衰される。このような電波の減衰は、低周波に比べて高周波の方が大きい。したがって、水分が存在するときには、低周波の電波を利用して信号の送受信を行うことが好ましい。

そこで、本実施形態では、地上側給電装置２の周辺における外部環境に応じて、特に、地上側給電装置２の周辺における降水の有無に応じて、車両３から地上側給電装置２へ車両情報を送信する際の電波の周波数を変更するようにしている。

図８は、第二実施形態に係る信号発信機器６によって行われる信号発信処理の流れを示す、図５と同様なフローチャートである。図示した信号発信処理は一定の時間間隔毎に実行される。なお、図５と同様なステップについては説明を省略する。

ステップＳ１５において地上側給電装置２の周辺では降水中ではないと判定された場合、又は、ステップＳ１５において地上側給電装置２の周辺では降水中であり且つステップＳ１６において送信すべき情報量が基準情報量以上であると判定された場合には、制御部３４６は、電波信号発信装置６６から発信する電波として高周波の電波を設定する（ステップＳ２１）。一方、ステップＳ１５において地上側給電装置２の周辺では降水中であり且つステップＳ１６において送信すべき情報量が基準情報量未満であると判定された場合には、制御部３４６は、電波信号発信装置６６から発信する電波として低周波の電波を設定する（ステップＳ２２）。

なお、制御部３４６は、送信すべき情報量とは無関係に、地上側給電装置２の周辺において降水中であるか否かに基づいて、電波信号発信装置６６から発信する電波の周波数を設定してもよい。この場合、電波信号発信装置６６は、地上側給電装置２の周辺において降水中である場合には、降水中でない場合に比べて、低い周波数の電波により地上側給電装置２へ向けて信号を発信することになる。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。

１ 非接触給電システム
２ 地上側給電装置
３ 車両
４ 送電装置
５ 受電装置
６ 信号発信機器
７ 信号検出機器

Claims (6)

1. 地上側給電装置から非接触電力伝送される車両に設けられた信号発信機器であって、
   無線で前記地上側給電装置へ向けて、前記車両に関する情報を含む信号を発信する信号発信装置と、
   前記地上側給電装置の周辺における外部環境に関する情報を取得する外部環境取得部と、
   前記信号発信装置を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記外部環境に応じて、前記信号発信装置の無線による信号発信態様を変更し、
   前記信号発信装置は、電波を利用せずに磁界を利用して前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する磁界信号発信装置と、電波を利用して前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する電波信号発信装置と、を有し、
   前記制御部は、前記外部環境に応じて、前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信するのに用いる装置を前記磁界信号発信装置と前記電波信号発信装置との間で切り替え、
   前記外部環境取得部は、前記外部環境に関する情報として前記地上側給電装置の周辺における降水の有無に関する情報を取得し、
   前記制御部は、前記地上側給電装置の周辺において降水中である場合に前記磁界信号発信装置に前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、信号発信機器。
2. 地上側給電装置から非接触電力伝送される車両に設けられた信号発信機器であって、
   無線で前記地上側給電装置へ向けて、前記車両に関する情報を含む信号を発信する信号発信装置と、
   前記地上側給電装置の周辺における外部環境に関する情報を取得する外部環境取得部と、
   前記信号発信装置を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記外部環境に応じて、前記信号発信装置の無線による信号発信態様を変更し、
   前記信号発信装置は、電波を利用せずに磁界を利用して前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する磁界信号発信装置と、電波を利用して前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する電波信号発信装置と、を有し、
   前記制御部は、前記外部環境に応じて、前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信するのに用いる装置を前記磁界信号発信装置と前記電波信号発信装置との間で切り替え、
   前記外部環境取得部は、前記外部環境に関する情報として前記地上側給電装置の周辺の道路における水分量を取得し、
   前記制御部は、前記水分量が所定の基準水分量以上である場合には、前記磁界信号発信装置に前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、信号発信機器。
3. 前記制御部は、前記地上側給電装置へ送信すべき前記情報の量が基準情報量以上である場合には、前記外部環境にかかわらず、前記電波信号発信装置に前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、請求項１又は２に記載の信号発信機器。
4. 地上側給電装置から非接触電力伝送される車両に設けられた信号発信機器であって、
   無線で前記地上側給電装置へ向けて、前記車両に関する情報を含む信号を発信する信号発信装置と、
   前記地上側給電装置の周辺における外部環境に関する情報を取得する外部環境取得部と、
   前記信号発信装置を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記外部環境に応じて、前記信号発信装置の無線による信号発信態様を変更し、
   前記信号発信装置は、異なる周波数の電波により無線で前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信する電波信号発信装置を有し、
   前記外部環境取得部は、前記外部環境に関する情報として前記地上側給電装置の周辺における降水の有無に関する情報を取得し、
   前記制御部は、前記地上側給電装置の周辺において降水中である場合には、降水中以外である場合に比べて、低い周波数の電波により前記地上側給電装置へ向けて前記信号を発信させる、信号発信機器。
5. 前記制御部は、前記車両の速度が相対的に遅い場合には、前記車両の速度が相対的に速い場合に比べて、前記情報の発信頻度を低くする、請求項１～４のいずれか１項に記載の信号発信機器。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の信号発信機器と、前記地上側給電装置に設けられた信号検出機器とを有する信号送受信システムであって、
   前記信号検出機器は、前記信号発信装置から異なる信号発信態様で発信された前記信号を検出する、信号送受信システム。

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