特許 6810084 ワイヤレス給電システム、及びその給電カップラの位置検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6810084

(24)【登録日】2020年12月14日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】ワイヤレス給電システム、及びその給電カップラの位置検出方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/90 20160101AFI20201221BHJP

   H02J 50/05 20160101ALI20201221BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/90

   H02J50/05

   H02J50/12

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2018-61232(P2018-61232)

(22)【出願日】2018年3月28日

(65)【公開番号】特開2019-176590(P2019-176590A)

(43)【公開日】2019年10月10日

【審査請求日】2019年7月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123674

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 亮

(74)【代理人】

【識別番号】100097559

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 浩司

(72)【発明者】

【氏名】小原 大輝

(72)【発明者】

【氏名】楠 正弘

【審査官】 佐藤 卓馬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１３６２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０５７４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８９４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１７４５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２００２５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２１７２１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／９０

Ｈ０２Ｊ ５０／０５

Ｈ０２Ｊ ５０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラと、
前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を測定する検出部と、
前記検出部の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定部と、を備え、
前記推定部は、前記検出部で測定された複数の電気的情報の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定し、
前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有する
ことを特徴とするワイヤレス給電システム。

【請求項2】

送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラと、
前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を測定する検出部と、
前記検出部の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定部と、を備え、
前記電気的情報は前記受電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含み、かつ、前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有する
ことを特徴とするワイヤレス給電システム。

【請求項3】

前記推定部は、前記検出部で測定された複数の電気的情報の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する
ことを特徴とする請求項２に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項4】

前記検出部により測定した測定結果を記憶する記憶部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項5】

前記電気的情報は前記送電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項6】

前記給電カップラは電界共鳴型カップラである
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項7】

前記送電用カップラは、第１の電極と、前記第１の電極と並列して配される第２の電極とを備え、
前記受電用カップラは、第３の電極と、前記第３の電極と並列して配される第４の電極とを備え、
前記第１および第２の電極が前記第３および第４の電極とそれぞれ対向して配置されることで、前記送電用カップラから前記受電用カップラに電界共鳴により電力が伝送される、
ことを特徴とする請求項６に記載のワイヤレス給電システム。

【請求項8】

送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラを備えたワイヤレス給電システムに用いられる前記給電カップラの位置検出方法であって、
前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにより取得されたデータと、比較対象となる参照データとの差分を算出する計算ステップと、
前記算出した差分に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定ステップと、を有し、
前記推定ステップは、
前記電気的情報ごとに、前記計算ステップの算出結果と所定の閾値を比較して前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の候補となるエリア候補を選択し、そのエリア候補の組合せに基づいて、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定し
前記電気的情報は複数あり、かつ、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有する
ことを特徴とするワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。

【請求項9】

送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラを備えたワイヤレス給電システムに用いられる前記給電カップラの位置検出方法であって、
前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにより取得されたデータと、比較対象となる参照データとの差分を算出する計算ステップと、
前記算出した差分に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定ステップと、を有し、
前記電気的情報は
前記受電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含み、
前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有する
ことを特徴とするワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。

【請求項10】

前記電気的情報は前記受電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項８に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法

【請求項11】

前記参照データは、前記取得ステップにより予め取得された事前取得データを含む
ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか1項に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。

【請求項12】

前記電気的情報は前記送電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。

【請求項13】

前記給電カップラは電界共鳴型カップラである
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。

【請求項14】

前記送電用カップラは、第１の電極と、前記第１の電極と並列して配される第２の電極とを備え、
前記受電用カップラは、第３の電極と、前記第３の電極と並列して配される第４の電極とを備え、
前記第１および第２の電極が前記第３および第４の電極とそれぞれ対向して配置されることで、前記送電用カップラから前記受電用カップラに電界共鳴により電力が伝送される、
ことを特徴とする請求項１３に記載のワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電界共鳴または磁界共鳴によってワイヤレスで電力伝送（給電）を行うワイヤレス給電システム、及びその給電カップラの位置検出方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ワイヤレス（無線、非接触）で交流電力を伝送するワイヤレス電力伝送の一つに、電磁界共鳴（電界共鳴、磁界共鳴の総称）を用いたものがある。ワイヤレス電力伝送の方式としては、他に電磁誘導方式、電界結合方式等があるが、電磁界共鳴方式は電磁誘導方式より距離を離して電力伝送できる利点がある。特に電界共鳴方式は、薄型化、軽量化できるため、小型で小回りの必要なロボット等への適用が期待されている。また、金属異物の誘導加熱の影響がないため、このような異物がある工場内等でも安全に利用できる利点がある。

【0003】

ワイヤレス電力伝送システムは、交流電源から給電された交流電力を受電側に送電する送電用カップラと、送電用カップラから送電された交流電力を受電する受電用カップラとを有する。送電用カップラは、給電される交流電力の周波数で共振する送電用ＬＣ共振回路を備え、受電用カップラは、送電用ＬＣ共振回路から交流電力を受電する受電用ＬＣ共振回路を備えており、これらのＬＣ共振回路のキャパシタ（電極等）間が電界共鳴又は磁界共鳴することによって、ＬＣ共振する周波数成分の交流電力をワイヤレスで伝送することができる。

【0004】

ワイヤレス電力伝送システムには、その伝送効率が最大となる送電用カップラと受電用カップラの位置関係が存在する。この位置がずれると伝送効率が低下する他、漏れ電界や漏れ磁束が大きくなって他の機器の誤動作を誘発したり、人体に影響を及ぼす恐れもある。

【0005】

このため、給電カップラの位置検出方法、及びそれを実現するワイヤレス給電システムが種々提案されている。例えば、特許文献１には、充電装置（送電用カップラ）に対する走行ロボット（受電用カップラ）の位置を検出するため、走行ロボットの左右に距離検出センサを設け、各センサと充電装置との距離、及び各距離の差を検出する走行装置充電システムが開示されている。

【0006】

また、特許文献２には、駐車設備の車止め本体、移動ガイド部、及び給電装置の給電部の各所に位置センサを備えることによって、給電部（送電用カップラ）に対する車両の受電部（受電用カップラ）の位置を検出する移動体システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１７−１４７８６８号公報

【特許文献2】ＷＯ２０１４／０５０７７８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、位置検出に用いられる上記センサは、電磁界共鳴型カップラに用いられる電磁界の強度が大きいことから、漏れ磁束、漏れ電界等の影響を受けて誤動作してしまう懸念がある。また、上記センサによって位置検出精度を高めるには、センサの数を増大する必要があり、高精度の位置検出を実現しようすると製造コストが増大してしまうのが実情である。

【0009】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、給電カップラの電気的情報によって、給電カップラの位置を検出できるワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記した目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムは、送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラと、前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を測定する検出部と、前記検出部の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定部と、を備え、前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有することを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記検出部により測定した測定結果を記憶する記憶部をさらに備えることを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記電気的情報が前記送電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記電気的情報が前記受電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記推定部が、前記検出部で測定された複数の電気的情報の測定結果に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定することを特徴とする。

【0015】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの他の態様は、前記給電カップラが電界共鳴型カップラであることを特徴とする。

【0016】

また、上記した目的を達成するために、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法は、送電用カップラから受電用カップラにワイヤレスで電力伝送する電界共鳴又は磁界共鳴型の給電カップラを備えたワイヤレス給電システムに用いられる前記給電カップラの位置検出方法であって、前記送電用カップラ又は前記受電用カップラの少なくとも一方の電気的情報を取得する取得ステップと、前記取得ステップにより取得されたデータと、比較対象となる参照データとの差分を算出する計算ステップと、前記算出した差分に基づき、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定する推定ステップと、を有し、前記電気的情報は、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの前記相対位置又は前記相対角度の変化に対して極値を有することを特徴とする。

【0017】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記参照データは、前記取得ステップにより予め取得された事前取得データを含むことを特徴とする。

【0018】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記電気的情報が複数あり、前記推定ステップは、前記電気的情報ごとに、前記計算ステップの算出結果と所定の閾値を比較して前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の候補となるエリア候補を選択し、そのエリア候補の組合せに基づいて、前記送電用カップラと前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の少なくとも一方を推定することを特徴とする。

【0019】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記電気的情報が前記送電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。

【0020】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記電気的情報は前記受電用カップラ側のコモンモード電流又は不要放射の少なくとも一方を含むことを特徴とする。

【0021】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記給電カップラが電界共鳴型カップラであることを特徴とする。

【0022】

また、本発明に係るワイヤレス給電システムの給電カップラの位置検出方法の他の態様は、前記送電用カップラが、第１の電極と、前記第１の電極と並列して配される第２の電極とを備え、前記受電用カップラが、第３の電極と、前記第３の電極と並列して配される第４の電極とを備え、前記第１および第２の電極が前記第３および第４の電極とそれぞれ対向して配置されることで、前記送電用カップラから前記受電用カップラに電界共鳴により電力が伝送されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、給電カップラの電気的情報によって、給電カップラの位置を検出できるワイヤレス給電システムを提供することを目的とする。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係るワイヤレス給電システムの一実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。

【図2】図１に示す給電カップラの一実施形態である電界共鳴型カップラを示す断面図である。

【図3】図１に示す給電カップラの一実施形態である磁界共鳴型カップラを示す断面図である。

【図4】図２に示す電界共鳴型カップラの斜視図である。

【図5】図２に示す電界共鳴型カップラの上面図であり、（Ａ）は位置ずれを、（Ｂ）は角度（回転）ずれを説明する図である。

【図6】図１のワイヤレス給電システムにおいて、位置候補情報を取得する処理を示すフローチャートである。

【図7】図６のフローチャートによるデータ処理を説明する図であり、（Ａ）はデータ処理の流れを、（Ｂ）は取得された位置候補情報の実施例を示す。

【図8】位置候補情報を用いて給電カップラの位置を推定する処理を示すフローチャートである。

【図9】（Ａ）は電界共鳴型カップラの各電気的情報、（Ｂ）は（Ａ）の位置候補情報、（Ｃ）は（Ｂ）から推定された推定位置の実施例を示す。

【図10】図１のワイヤレス給電システムにおいて、エリア候補情報を取得し、給電カップラの位置を推定する処理を示すフローチャートである。

【図11】（Ａ）は電界共鳴型カップラのエリア分けされた各電気的情報、（Ｂ）は（Ａ）から推定された推定位置の実施例を示す。

【図12】電界共鳴型カップラのエリア分けされた各電気的情報の別の実施例を示す。

【図13】送電用カップラと受電用カップラとの相対位置変化に対するコモンモード電流の変化を示すグラフである。

【図14】送電用カップラと受電用カップラとの相対角度変化に対するコモンモード電流の変化を示すグラフである。

【図15】相対位置の変化に対して極値を有する電気的情報を用いて給電カップラの位置を推定する処理を示すフローチャートである。

【図16】（Ａ）は、第３実施形態で用いられる参照データＤmの一例を示す。（Ｂ）は、図１３のコモンモード電流のグラフを用いて、位置移動Δｘ、移動前後の電気的情報の差分ΔＤ２を視覚的に説明する図である。

【図17】相対角度の変化に対して極値を有する電気的情報を用いて給電カップラの位置を推定する処理を示すフローチャートである。

【図18】（Ａ）は、第４実施形態で用いられる参照データＤmの一例を示す。（Ｂ）は、図１４に示したコモンモード電流のグラフを用いて、角度移動Δθ、回転前後の電気的情報の差分ΔＤ２を視覚的に説明する図である。

【図19】相対位置の変化に対して極値を有する電気的情報を用いて給電カップラの位置を調整する処理を示すフローチャートである。

【図20】相対角度の変化に対して極値を有する電気的情報を用いて給電カップラの位置を調整する処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明の好ましい実施の形態におけるワイヤレス給電システム、及び、その給電カップラの位置検出方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

【0026】

まず、図１を用いて、本発明に係るワイヤレス給電システムの一実施形態の全体構成を示す。本実施形態に係るワイヤレス給電システム５０は、送電装置（交流電源）１０から受電装置２０（車両の充電電池等の負荷）にワイヤレス電力伝送（給電）を行う給電カップラ５００を有し、給電カップラ５００は、送電装置１０から給電された交流電力を受電側に送電する送電用（一次側）カップラ５１０と、送電用カップラ５１０から送電された交流電力を受電する受電用（二次側）カップラ５２０とを備える。送電用カップラ５１０は第１ケーブル１１で送電装置１０に接続され、受電用カップラ５２０は第２ケーブル２１で受電装置２０に接続されている。

【0027】

ワイヤレス給電システム５０は、送電用カップラ５１０又は受電用カップラ５２０の少なくとも一方の電気的情報を測定する検出部５４０と、検出部５４０の測定結果に基づき、送電用カップラ５１０と受電用カップラ５２０の相対位置又は相対角度のうち少なくとも一方を推定する推定部５６０とを備える。推定部５６０は、データ収集、演算も行う。さらに通信機能を備えていてもよく、例えばＭＰＵ等で実現できる。

【0028】

また、ワイヤレス給電システム５０は、検出部５４０の測定結果を記憶する記憶部５８０をさらに備えることが好ましい。これによって、予め測定した事前データを記憶部５８０に保存し、その事前データを推定部５６０に入力することによって、推定部５６０の推定精度をより高めることができる。記憶部５８０には、例えば汎用のメモリや記憶装置等を用いることができる。

【0029】

本実施形態において、検出部５４０は、送電側検出部５４１と受電側検出部５４２を具備し、それぞれが送電用カップラ５１０の電気的情報（入力電圧、入力電流、コモンモード電流）、受電用カップラ５２０の電気的情報（出力電圧、出力電流、コモンモード電流）を測定するが、これらの全て測定する必要はなく、少なくとも一方のカップラにおいて、複数の電気的情報を検出できればよい。また、電気的情報の種類は、括弧内で示したものに限られず、例えば、不要放射等であっても良い。

【0030】

なお、コモンモード電流は、地面等を介し第１、第２ケーブルに流れる不要電流である。すなわち、電気的情報には、給電カップラ５００に接続された第１、第２ケーブル等の電気的情報も含まれるものとする。

【0031】

後述するように、推定部５６０の推定精度をより高めるためには、この電気的情報として、送電用カップラ５１０と前記受電用カップラとの相対位置又は相対角度の変化に対して極値を有するものを用いることが好ましい。例えば、コモンモード電流、不要放射が挙げられる。

【0032】

本実施形態に係る給電カップラ５００は、電界共鳴又は磁界共鳴型であり、図２に電界共鳴型カップラ１００の実施例を、図３に磁界共鳴型カップラ２００の実施例をそれぞれ示す。
図２は、電界共鳴型カップラ１００の送電方向に沿った断面図である。電界共鳴型カップラ１００は、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０とを有し、送電用カップラ１１０には第１ケーブル１１が、受電用カップラ１２０には第２ケーブル２１が接続されている。

【0033】

電界共鳴型カップラ１００の送電用カップラ１１０は、送電用ＬＣ共振回路として、２つの送電用電極（第１電極１１１と第２電極１１２）と２つの共振コイル（第１共振コイル１１３と第２共振コイル１１４）とを備える。第１電極１１１の第２電極１１２に近接する側の長辺とこれに対向する第２電極１１２の長辺とを所定の間隔を設けて略平行に配置することで、第１電極１１１、第２電極１１２はキャパシタを形成している。第１共振コイル１１３、第２共振コイル１１４は、それぞれの一端が第１電極１１１、第２電極１１２の端部にそれぞれ接続されている。これらの二つの送電用電極１１１、１１２と２つの共振コイル１１３、１１４が共振回路（送電用ＬＣ共振回路）を形成している。送電用ＬＣ共振回路の共振周波数は、給電される交流電力の周波数と略一致するように設計されている。

【0034】

同様に受電用カップラ１２０も、２つの受電用電極１２１、１２２（第３電極と第４電極）と２つの共振コイル（第３共振コイルと第４共振コイル）１２３、１２４とを備える。第３電極１２１と第４電極１２２の対向する２つの長辺を所定の間隔を設けて略平行に配置することで、第３電極１２１、第４電極１２２はキャパシタを形成している。そして、第３共振コイル１２３、第４共振コイル１２４のそれぞれの一端が第３電極１２１、第４電極１２２の端部にそれぞれ接続されて共振回路（受電用ＬＣ共振回路）を形成している。受電用ＬＣ共振回路の共振周波数は、受電する交流電力の周波数と略一致するように設計されている。すなわち、受電用ＬＣ共振回路の共振周波数は、上記した送電用ＬＣ共振回路の共振周波数と略一致する。

【0035】

電界共鳴型カップラ１００は、送電用電極１１１、１１２と、受電用電極１２１、１２２とを対向配置することによって、送電用ＬＣ共振回路と受電用ＬＣ共振回路との間で電界共鳴させる。すなわち、送電用電極１１１と１１２、受電用電極１２１と１２２とをそれぞれ所定の間隔を設けて対向配置させ、送電用ＬＣ共振回路に所定周波数の交流電力を供給すると、送電用電極１１１、１１２と受電用電極１２１、１２２との間で電界共鳴が生じて、送電用カップラ１１０から受電用カップラ１２０に電力が供給される。

【0036】

また、送電用ＬＣ共振回路、受電用ＬＣ共振回路はそれぞれ、外部への不要放射波をシールドする効果のある送電（一次）側シールドケース１１５、受電（二次）側シールドケース１２５内に収納されている。これらのシールドケース１１５（１２５）は、一部が開放されており、この開放部に電極１１１（１２１）、１１２（１２２）が配置され、開放部を介して、送電用カップラ１１０の電極１１１（１１２）と、受電用カップラ１２０の電極１２１（１２２）が電界共鳴する。送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０は、開放部及び電極が対向するように所定の間隔をおいて配置される。

【0037】

第１、第２ケーブル１１、２１には、例えば平行２線ケーブルや同軸ケーブルを用いることができる。本実施形態において、第１ケーブル１１の外導体は送電側シールドケース１１５及び接地電位（ＧＮＤ）と導通している。

【0038】

図３は、磁界共鳴型カップラ２００の送電方向に沿った断面図である。磁界共鳴型カップラ２００は、送電用カップラ２１０と受電用カップラ２２０とを有し、送電用カップラ１１０には第１ケーブル１１が、受電用カップラ１２０には第２ケーブル２１が接続されている。

【0039】

磁界共鳴型カップラ２００は、図３に示すように、上記した電界共鳴型カップラ１００と比較して、電極とコイルの位置関係が逆になっており、送電側の共振コイル１１３と、受電側の共振コイル１２３とを対向配置することによって、送電用ＬＣ共振回路と受電用ＬＣ共振回路との間で磁界共鳴を発生させる点が異なる。すなわち、これらのコイルをそれぞれ所定の間隔を設けて対向配置させ、送電用ＬＣ共振回路に所定周波数の交流電力を供給すると、送電側の共振コイル１１３と、受電側の共振コイル１２３との間で磁界共鳴が生じて、送電用カップラ２１０から受電用カップラ２２０に電力が供給される。

【0040】

このように電界共鳴型カップラ１００と磁界共鳴型カップラ２００は、類似の構成を有していることから、以下においては主として電界共鳴型カップラ１００について説明するが、磁界共鳴型カップラ２００についても同様に適用可能である。

【0041】

次に、図４を参照して、給電カップラ５００として電界共鳴型カップラ１００を例に、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０の位置関係について説明する。図示するように、位置関係は、ｘ（Shift）方向、ｙ（Gap）方向、θ（角度）方向の三つで規定される。
上記したように電界共鳴型カップラ１００は電界共鳴を用いることから、送電用の電極が近距離で略平行に対向することが望ましく、この位置関係がずれると、伝送効率が低下する他、漏れ電界や漏れ磁束が大きくなって他の機器の誤動作を誘発したり、人体に影響を及ぼす恐れがある。

【0042】

この位置関係のずれについて図５を参照して説明する。図５は、電界共鳴型カップラ１００の上面図であり、（Ａ）はｘ方向及びｙ方向の位置ずれを、（Ｂ）は角度方向の回転ずれを示す。図５（Ａ）のように、位置ずれは、ｙ方向の対向距離Gapと、ｘ方向の中心間距離Shiftによって表せる。また、図５（Ｂ）のように、回転ずれは、送電用カップラ１１０に対して受電用カップラ１２０の対向面を時計回りに回転させた角度を＋θ、反時計回りに回転させた角度を−θと定義する。なお、図４及び図５（Ｂ）に示すように、＋θ方向、−θの回転軸は異なっているが、このように定義することで、いずれの方向であっても角度の絶対値が大きいほど回転ずれが大きい状態を指し示せる。

【0043】

以下、ワイヤレス給電システム５０によって、給電カップラ５００の位置を推定する具体的な処理方法について各実施形態を用いて説明する。
（第１実施形態）
図６は、本発明の第１実施形態に係る給電カップラ５００の位置検出方法において、給電カップラ５００の位置候補情報を取得する処理を示すフローチャートである。

【0044】

ワイヤレス給電システム５０は、まず、検出部５４０が給電カップラ５００の電気的情報Ｄdetを複数の測定点において測定する（ステップＳ１）。その際、図５（Ａ）に示すように、中心間距離Shift、対向距離Gapを明確にした状態で、前者をｍ＝１…ｍまで、後者をｎ＝１…ｎまで、任意の測定点だけ順次変化させ、図７（Ａ）のような各地点の電気的情報Ｄdetの参照データ（マッピングデータ）Ｄmap(m,n)を作成する。この参照データは、予め取得され、記憶部５８０に記憶されていることが好ましい。

【0045】

そして、次に、位置検出時（中心間距離Shift、対向距離Gapが不明確な状態）における電気的情報Ｄdetを取得し、取得データＤdetと上記した参照データＤmap(m,n)との差分ΔＤ(m,n)の絶対値を算出する（ステップＳ２）。そして、算出された差分ΔＤ(m,n)と所定の閾値を比較し（ステップＳ３）、差分ΔＤ(m,n)が閾値より小さい場合（ステップＳ３、Ｙｅｓ）には位置候補情報として１を出力し、その情報を記憶部５８０に保存する（ステップＳ４）。差分ΔＤ(m,n)が閾値より小さくない場合（ステップＳ３、Ｎｏ）には、次の測定点の参照データＤmap(m',n')との比較へと進む（ステップＳ６）。このような参照データとの差分計算（ステップＳ２）と比較（ステップＳ３）を参照データの数だけ繰り返し、全参照データについて処理したら位置候補情報の取得は終了となる。

【0046】

図７（Ｂ）に、このようにして出力された電界共鳴型カップラ１００の位置候補情報の例を示す。位置候補情報がステップＳ３において１と出力されない場合は、全て０と表すこととしたが、ステップＳ３においてＮｏの場合には０を出力するようにしても良い。また、所定の閾値を複数設定したり、電気的情報Ｄdetの種類によって重みづけを変えることによって、０、１の２値でなく、０、１、２等、３値以上で位置候補情報を表しても良い。

【0047】

図９（Ａ）に電界共鳴型カップラ１００における複数の電気的情報（送電側の入力電圧Volt、送電側のコモンモード電流Com１、受電側のコモンモード電流Com2、受電側の出力電力Precv）の測定結果の例と、図９（Ｂ）に各電気的情報ごとに取得した位置候補情報を示す。

【0048】

次に、図９（Ｂ）に示す位置候補情報を用いて、給電カップラ５００の位置を推定する処理を、図８のフローチャートを参照して説明する。各電気的情報ごとに取得した位置候補情報を統合（マージ）すると（ステップＳ１１）、位置候補情報が最大となる位置（ｍ,ｎ）を選択できる（ステップＳ１２）。

【0049】

図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）の複数の位置候補情報を、各位置（ｍ,ｎ）ごとに積算した結果を示す。位置候補情報の最大値は４であり、その位置は（ｍ,ｎ）＝（２,４）であることがわかる。これによって、送電用カップラ１１０に対する受電用カップラ１２０の位置が中心間距離Shift＝１６ｃｍ、対向距離Gap＝８ｃｍにあることが推定できる。なお、マージ方法は積算に限られず、乗算等を適宜用いることができる。

【0050】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る給電カップラ５００の位置検出方法について説明する。図１０は、ワイヤレス給電システム５０において、給電カップラ５００のエリア候補情報を取得し、複数のエリア候補情報から給電カップラ５００の位置を推定する処理を示すフローチャートである。

【0051】

ワイヤレス給電システム５０は、まず、検出部５４０が給電カップラ５００の第１の電気的情報Ｄdetを複数の測定点において測定する（ステップＳ２１）。取得方法は、第１実施形態のステップＳ１と同様であり、参照データ（マッピングデータ）Ｄmap(m,n)を作成する。この参照データは、予め取得され、記憶部５８０に記憶されていることが好ましい。

【0052】

図１１（Ａ）に、参照データＤmap(m,n)の例として、電界共鳴型カップラ１００における第１の電気的情報（送電側の入力電圧Volt）を示す。図示するように、これらの参照データＤmap(m,n)を、所定の閾値によってに予めエリア分けする。第１の電気的情報は、エリアＡ１〜Ａ３の３つにエリア分けされている。

【0053】

そして、位置推定時（中心間距離Shift、対向距離Gapが不明確な状態）における電気的情報Ｄdetを取得し、第１の電気的情報について、取得データＤdetと上記エリア分けに用いた閾値を比較する（ステップＳ２２）。次に、エリアＡ１〜Ａ３の中から該当する第１の候補エリアＡｘを選択する（ステップＳ２３）。

【0054】

第２の電気的情報（送電側のコモンモード電流Com１）についても、第１の電気的情報のステップＳ２１〜Ｓ２３と同様の処理を行う（ステップＳ２４〜Ｓ２６）。そして、ステップＳ２３で得られた第１の候補エリアＡｘと、ステップＳ２６で得られた第２の候補エリアＢｘとを組み合わせ（重ね合せ）、両エリアＡｘとＢｘが一致したエリアから給電カップラ５００の位置を推定する（ステップＳ２７）。

【0055】

図１１（Ｂ）に示すように、第１の電気的情報はエリアＡ２に該当し、第２の電気的情報はエリアＢ５に該当するため、Ａ２とＢ５の組合せにより、送電用カップラ１１０に対する受電用カップラ１２０の位置が中心間距離Shift＝２４ｃｍ、対向距離Gap＝６〜７ｃｍにあることが推定できる。

【0056】

さらに、図１２に示すように電気的情報の数を増やすと、候補エリアの組合せにより一致するエリアが狭まるため、より推定の精度を高めることが出来る。第３の電気的情報は受電側のコモンモード電流Com2、第４の電気的情報は受電側の出力電力Precvである。

【0057】

なお、上記した実施形態においては、電界共鳴型カップラ１００に回転ずれがない（θ＝０°）として、位置関係を示す変数（ｘ,ｙ）のみを推定する例を示したが、θが不明な場合には、（ｘ,ｙ,θ）の３変数として上記した給電カップラの位置検出方法を適用すれば良い。また、３変数のうち２変数が明らかである場合には、不明な１変数のみを適用すれば良い。

【0058】

次に、位置関係（ｘ,ｙ,θ）の変化に対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を推定する方法について説明する。まず、このような電気的情報について図１３〜１４に示すコモンモード電流のデータを例に説明する。

【0059】

図１３は、電界共鳴型カップラ１００において、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０とのｘ（Shift）方向の位置変化に対するコモンモード電流の変化を示すグラフである。具体的には、図５（Ａ）のように送電用カップラ１１０を固定し、受電用カップラ１２０の位置をｘ方向に移動させ、各測定点で、送電用カップラ１１０に接続された第1ケーブル１１の外導体に流れる電流（コモンモード電流）を測定したデータである。なお、電界共鳴型カップラ１００は図２に示すようにｘ方向に対して対称であって、＋ｘ方向、−ｘ方向の変化に対して対称な変化を示すと言えるため、−ｘ方向のデータは、＋ｘ方向のデータを用いた。
なお、θ（角度）方向は、θ＝０°で一定である。

【0060】

図１３から明らかなように、中心間距離Shiftの絶対値が大きくなる（位置ずれが大きくなる）と全体傾向としてコモンモード電流は増大する。コモンモード電流は中心間距離Shift ＝０ｃｍの位置ずれがない時が最小であり、中心間距離の変化に対して極値を有するとも言える。

【0061】

また、図１４は、電界共鳴型カップラ１００において、送電用カップラ１１０と受電用カップラ１２０との±θ（角度）方向の位置変化に対するコモンモード電流の変化を示すグラフである。具体的には、図５（Ｂ）のように送電用カップラ１１０を固定し、受電用カップラ１２０の対向面を回転させて、各測定点で、送電用カップラ１１０に接続された第1ケーブル１１の外導体に流れる電流（コモンモード電流）を測定したデータである。
なお、ｘ（Shift）方向は０ｃｍ、ｙ（Gap）方向は７ｃｍで一定である。

【0062】

図１４から明らかなように、角度θの絶対値が大きくなる（回転ずれが大きくなる）とコモンモード電流は増大する。コモンモード電流は角度θ ＝０°の回転ずれがない時が最小であって、角度の変化に対して極値を有すると言える。

【0063】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態として、図１３のコモンモード電流のように、位置の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置検出方法について説明する。
図１５は、中心間距離Shiftに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を検出する処理を示すフローチャートである。対向距離Gap及び角度θは既知であり、中心間距離Shiftを検出する流れを示す。

【0064】

ワイヤレス給電システム５０は、まず、第１、第２実施形態同様に、検出部５４０が電気的情報Ｄdetを複数の測定点において測定し、その測定値を参照データＤmとする。図１６（Ａ）は参照データＤmの一例であって、図１３に示したコモンモード電流（角度θ＝０°）の対向距離Gap＝７ｃｍにおけるデータを参照データＤmとして抽出したものである。

【0065】

次に、中心間距離Shiftが不明確な状態で、検出部５４０が電気的情報Ｄdet-beforeを現在（移動前）の中心間距離Shiftにおいて測定する（ステップＳ３１）。この取得データＤdet-beforeと各中心間距離Shiftの参照データＤmとの差分ΔＤ１を算出し（ステップＳ３２）、ΔＤ１が最小値となる中心間距離Shiftの候補を選出する（ステップＳ３３）。この際、データの対称性からｘ（Shift）方向において、＋ｘ方向、−ｘ方向の２点の位置候補が選出される。

【0066】

その後、受電用カップラ５２０をｘ方向へΔｘだけ移動させて（ステップＳ３４）、移動後の中心間距離Shiftにおいて電気的情報Ｄdet-afterを測定する（ステップＳ３５）。そして、移動前後の電気的情報の差分ΔＤ２＝(Ｄdet-before)−(Ｄdet-after)を算出する（ステップＳ３６）。図１６（Ｂ）は、図１３に示したコモンモード電流の対向距離Gap＝７ｃｍにおけるグラフ上で、Δｘ、ΔＤ２を視覚的に説明する図である。

【0067】

次に、差分ΔＤ２を０と比較し（ステップＳ３７）、０より大きい場合（ステップＳ３７、Ｙｅｓ）には、ステップＳ３３において選出された２点の位置候補のうち＋ｘ方向の位置情報を選択する（ステップＳ３８）。それ以外の場合（ステップＳ３７、Ｎｏ）には、逆に−ｘ方向の位置情報を選択する（ステップＳ３９）。このようにして、送電用カップラ１１０に対する受電用カップラ１２０の位置が推定される。

【0068】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態として、図１４のコモンモード電流のように、角度の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置検出方法について説明する。
図１７は、角度θに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を検出する処理を示すフローチャートである。中心間距離Shift及び対向距離Gapは既知であり、角度θを検出する流れを示す。

【0069】

図１７のフローチャートのステップＳ４１からＳ４９で示すように、第４実施形態は、第３実施形態と比較して検出変数が角度θである点が異なるが、それ以外は同様である。図１８（Ａ）は、第４実施形態で用いられる参照データＤmの一例であって、図１４に示したコモンモード電流におけるデータを抽出したものである。図１８（Ｂ）は、図１４に示したコモンモード電流のグラフ上で、Δθ、ΔＤ２を視覚的に説明する図である。

【0070】

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態として、図１３のコモンモード電流のように、位置の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置調整方法について説明する。
図１９は、中心間距離Shiftに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を調整する処理を示すフローチャートである。対向距離Gap及び角度θは既知であり、中心間距離Shiftを調整する流れを示す。

【0071】

ワイヤレス給電システム５０は、まず、中心間距離Shiftが不明確な状態で、検出部５４０が電気的情報Ｄdet-beforeを現在（移動前）の中心間距離Shiftにおいて測定する（ステップＳ５１）。次に、受電用カップラ５２０をｘ方向へΔｘだけ移動させて（ステップＳ５２）、移動後の中心間距離Shiftにおいて電気的情報Ｄdet-afterを測定する（ステップＳ５３）。そして、移動前後の電気的情報の差分ΔＤ＝(Ｄdet-before)−(Ｄdet-after)を算出する（ステップＳ５４）。

【0072】

算出された差分ΔＤの絶対値と所定の閾値を比較し（ステップＳ５５）、閾値より小さい場合（ステップＳ５５、Ｙｅｓ）には、前記閾値に対応する位置（ｘ（Shift）＝０±５ｃｍ）になったとして中心間距離Shiftの調整処理を終了する。逆に、小さくない場合（ステップＳ５５、Ｎｏ）には、差分ΔＤの正負を判定する（ステップＳ５６）。差分ΔＤが負の場合（ステップＳ５６、Ｙｅｓ）には移動方向を反転させた後に（ステップＳ５７）、それ以外の場合（ステップＳ５７、Ｎｏ）にはそのまま、ステップＳ５１に戻って繰り返す。

【0073】

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態として、図１４のコモンモード電流のように、角度の変化に対して極値を有する電気的情報を用いた給電カップラ５００の位置調整方法について説明する。
図２０は、角度θに対して極値を有する電気的情報を用いて、給電カップラ５００の位置を調整する処理を示すフローチャートである。対向距離Gap及び中心間距離Shiftは既知であり、角度θを調整する流れを示す。

【0074】

図２０のフローチャートのステップＳ６１からＳ６７で示すように、第６実施形態は、第５実施形態と比較して調整変数が角度θである点が異なるが、それ以外は同様である。

【0075】

このように極値を有する電気的情報を用いて第５、第６実施形態の位置調整方法を実現することができる。尚、この様に極値を有する電気的情報を検出対象とすると、予め取得した参照データを用いなくとも、相対的な電気的情報の変化に基づいて適切な位置（極値となる位置）に調整することが可能となる。
上記においては、それぞれ中心間距離Shift、角度θを検出、調整する実施例を示したが、第１から第６実施形態を適宜組み合わせてもよい。より多くの変数に対応することができるようになり、より検出、調整精度を高められる。

【0076】

尚、電界共鳴による電力伝送においては相対するカップラの回転によって給電状態の影響を受けやすいため、電界共鳴による電力伝送においては送受電用カップラ間の角度θに対して極値を有する電気的情報を用いることが好ましい。またこの場合の回転軸はｘ（Shift）方向、ｙ（Gap）方向、ならびにｘ（Shift）方向およびｙ（Gap）方向に垂直なｚ方向の３つの回転軸全てとしても良いし、所定の一方向（例えばｚ方向）を回転軸とした回転角度に対して極値を有する電気的情報を用いてもよい。

【0077】

本発明によれば、給電カップラ５００の電気的情報によって、センサを用いずに位置を検出可能であるが、さらに検出精度を向上する目的等で、センサと併用してもよい。

【0078】

なお、各実施形態の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、送電用ＬＣ共振回路、受電用ＬＣ共振回路には、通常共振回路として使用される種々様々な回路を適用することができる。

【符号の説明】

【0079】

１０ 送電装置
１１ 第１ケーブル
２０ 受電装置
２１ 第２ケーブル
５０ ワイヤレス給電システム
１００ 電界共鳴型カップラ
１１０、２１０、５１０ 送電用カップラ
１２０、２２０、５２０ 受電用カップラ
１１１、１１２、１２１、１２２ 電極
５００ 給電カップラ
５４０ 検出部
５６０ 推定部
５８０ 記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】