特許 7069232 給電システム、給電装置、及び、給電方法

(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】

(24)【登録日】2022-05-09

(45)【発行日】2022-05-17

(54)【発明の名称】給電システム、給電装置、及び、給電方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/90 20160101AFI20220510BHJP

   H01Q 3/36 20060101ALI20220510BHJP

   H01Q 1/22 20060101ALI20220510BHJP

   H02J 50/20 20160101ALI20220510BHJP

【ＦＩ】

H02J50/90

H01Q3/36

H01Q1/22 A

H02J50/20

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020031361

(22)【出願日】2020-02-27

(65)【公開番号】P2021136778

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2021-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】藤井 正明

(72)【発明者】

【氏名】辻 直樹

【審査官】坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－７９０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１１７５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１３４９５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３１８８９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１２６１９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／９０

Ｈ０１Ｑ ３／３６

Ｈ０１Ｑ １／２２

Ｈ０２Ｊ ５０／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１物体に設けられ、前記第１物体と相対的に移動する第２物体が出現する第１方向に第１赤外線を出力する第１指向性を有し、前記第１赤外線を出力する第１赤外線出力部と、
前記第２物体に設けられ、再帰反射で第１赤外線を反射する反射体と、
前記第２物体に設けられ、相対的に移動する前記第１物体が存在する第２方向に第２赤外線を出力する第２指向性を有し、無線給電によって受電した電力で前記第２赤外線を出力する第２赤外線出力部と、
前記第１物体に設けられ、前記第１赤外線の前記反射体による反射赤外線、又は、前記第２赤外線を受光すると、前記反射赤外線、又は、前記第２赤外線の到来方向にビームを出力する、給電部と
を含む、給電システム。

【請求項2】

前記第２物体に設けられ、前記無線給電による受電量が所定の受電量以上になると、前記第２赤外線出力部に前記第２赤外線の出力を停止させる、出力制御部をさらに含む、請求項１記載の給電システム。

【請求項3】

前記第２赤外線出力部は、相対的に移動する前記第１物体の時系列的に変化する複数の位置に向けて互いに異なる前記第２指向性を有する複数の赤外線出力部を有する、請求項１又は２記載の給電システム。

【請求項4】

前記第１物体と前記第２物体は、相対的に移動して追い越す、又は、相対的に移動してすれ違う、請求項１乃至３のいずれか一項記載の給電システム。

【請求項5】

前記給電部は、
第１軸及び第２軸に沿って二次元的に配置される複数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、
電波発生源と、
前記アレイアンテナと前記電波発生源との間に設けられ、前記電波発生源から前記複数のアンテナ素子に供給される電力の位相を前記第１軸方向において調節する位相調節部と、
魚眼レンズを通じて画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部によって取得される画像に含まれるマーカの前記画像取得部に対する第１位置を、前記第１軸及び前記第２軸を含む第１平面上の極座標における第２位置に変換する位置変換部と、
前記第２位置に基づいて、前記第１位置を前記第１軸と第３軸とを含む第２平面に投影した投影位置の前記第２平面内での前記第３軸に対する仰角を求める仰角取得部と、
前記アレイアンテナが放射するビームの方向が前記第２平面内で前記仰角になるように前記位相調節部を制御する制御部と
を有する、請求項１乃至４のいずれか一項記載の給電システム。

【請求項6】

第１物体に設けられ、前記第１物体と相対的に移動する第２物体が出現する第１方向に第１赤外線を出力する第１指向性を有し、前記第１赤外線を出力する第１赤外線出力部と、
前記第１物体に設けられる給電部であって、前記第２物体に設けられ再帰反射で第１赤外線を反射する反射体による反射赤外線、又は、前記第２物体に設けられ相対的に移動する前記第１物体が存在する第２方向に第２赤外線を出力する第２指向性を有する第２赤外線出力部が無線給電によって受電した電力で出力した前記第２赤外線を受光すると、前記反射赤外線、又は、前記第２赤外線の到来方向にビームを出力する、給電部と
を含む、給電装置。

【請求項7】

第１物体に設けられ、前記第１物体と相対的に移動する第２物体が出現する第１方向に第１赤外線を出力する第１指向性を有し、前記第１赤外線を出力する第１赤外線出力部と、
前記第２物体に設けられ、再帰反射で第１赤外線を反射する反射体と、
前記第２物体に設けられ、相対的に移動する前記第１物体が存在する第２方向に第２赤外線を出力する第２指向性を有し、無線給電によって受電した電力で前記第２赤外線を出力する第２赤外線出力部と
を含む給電システムにおける給電方法であって、
前記第１赤外線の前記反射体による反射赤外線、又は、前記第２赤外線を前記第１物体側で受光すると、前記反射赤外線、又は、前記第２赤外線の到来方向にビームを出力する、給電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給電システム、給電装置、及び、給電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の非接触電力伝送システムでは、車両は、送電装置に対する位置合わせ時に、発光装置を点滅させるとともに、点滅周期情報を送電装置に送信する。そして、送電装置において、制御装置は、たとえば、撮像装置によって撮影された撮影画像に従って発光装置の点滅周期を認識し、通信装置によって受信された点滅周期情報が示す点滅周期と、撮影画像に従って認識された点滅周期とが同一である場合には、撮像装置によって撮影された車両を、撮影画像から認識された点滅周期を示す点滅周期情報を送信した車両と対応付ける（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１２１４８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の非接触電力伝送システムは、通信装置によって受信された点滅周期情報が示す点滅周期と、撮影画像に従って認識された点滅周期とが同一であるかどうかの判定を行うため、構成が複雑であった。

【0005】

そこで、簡易な構成で無線給電を可能とする給電システム、給電装置、及び、給電方法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】

【0006】

本発明の実施の形態の給電システムは、第１物体に設けられ、前記第１物体と相対的に移動する第２物体が出現する第１方向に第１赤外線を出力する第１指向性を有し、前記第１赤外線を出力する第１赤外線出力部と、前記第２物体に設けられ、再帰反射で第１赤外線を反射する反射体と、前記第２物体に設けられ、相対的に移動する前記第１物体が存在する第２方向に第２赤外線を出力する第２指向性を有し、無線給電によって受電した電力で前記第２赤外線を出力する第２赤外線出力部と、前記第１物体に設けられ、前記第１赤外線の前記反射体による反射赤外線、又は、前記第２赤外線を受光すると、前記反射赤外線、又は、前記第２赤外線の到来方向にビームを出力する、給電部とを含む。

【発明の効果】

【0007】

簡易な構成で無線給電を可能とする給電システム、給電装置、及び、給電方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態の給電装置１００を示す図である。

【図2】アレイアンテナ１１０の極座標系を示す図である。

【図3】給電装置１００の適用例を示す図である。

【図4】マーカ５０を示す図である。

【図5】給電システム２００における動作例を示す図である。

【図6】電装置１００の制御部１５３が実行する処理を示す図である。

【図7】マーカ５０以外の物体６０で反射された赤外線を給電装置１００が受光する場合の動作を示す図である。

【図8】給電システム２００における他の動作例を示す図である。

【図9】マーカ５０の制御部５４が実行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】

【0009】

以下、本発明の給電システム、給電装置、及び、給電方法を適用した実施の形態について説明する。

【0010】

＜実施の形態＞
実施の形態の給電システム及び給電方法について説明する前に、図１及び図２を用いて、実施の形態の給電装置１００について説明する。

【0011】

図１は、実施の形態の給電装置１００を示す図である。給電装置１００は、アレイアンテナ１１０、フェーズシフタ１２０、マイクロ波発生源１３０、カメラ１４０、及び制御装置１５０を含む。

【0012】

以下では、ＸＹＺ座標系を用いて説明する。平面視とはＸＹ平面視のことである。また、Ｘ軸は第１軸の一例であり、Ｙ軸は第２軸の一例であり、Ｚ軸は第３軸の一例である。また、ＸＹ平面は第１平面の一例であり、ＸＺ平面は第２平面の一例である。

【0013】

アレイアンテナ１１０は、一例として４つのサブアレイ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄにグループ分けされている。サブアレイ１１０Ａ～１１０Ｄは、Ｘ軸方向に配列されており、各サブアレイ１１０Ａ～１１０Ｄは、一例として４つのアンテナ素子１１１を含む。このため、アレイアンテナ１１０は、一例として１６個のアンテナ素子１１１を含む。アンテナ素子１１１は、平面視で矩形状のパッチアンテナである。アレイアンテナ１１０は、アンテナ素子１１１の－Ｚ方向側にグランド電位に保持されるグランド板を有していてもよい。なお、一例として、１６個のアンテナ素子１１１の位置の中心は、ＸＹＺ座標系の原点と一致している。

【0014】

フェーズシフタ１２０は、４つのサブアレイ１１０Ａ～１１０Ｄに対応して４つ設けられており、４つのフェーズシフタ１２０は、それぞれサブアレイ１１０Ａ～１１０Ｄのアンテナ素子１１１に接続されている。各サブアレイ１１０Ａ～１１０Ｄの中では、４つのアンテナ素子１１１は、１つのフェーズシフタ１２０に並列に接続されている。フェーズシフタ１２０は、位相調節部の一例である。

【0015】

各サブアレイ１１０Ａ～１１０Ｄの中では、４つのアンテナ素子１１１には同一の位相の電力が供給される。また、４つのフェーズシフタ１２０がサブアレイ１１０Ａ～１１０Ｄに出力する電力の位相は互いに異なる。このため、１６個のアンテナ素子１１１から放射される電波が形成するビームの角度（仰角）をＸＺ平面内で制御することができる。また、ビームは、挟角の指向性を有し、指向性は、一例として、約５度から約１５度である。

【0016】

１６個のアンテナ素子１１１から放射される電波が形成するビームは、アレイアンテナ１１０が出力するビームと同義である。また、アレイアンテナ１１０が出力するビームは、給電装置１００が出力するビームと同義である。

【0017】

マイクロ波発生源１３０は、４つのフェーズシフタ１２０に接続されており、所定の電力のマイクロ波を供給する。マイクロ波発生源１３０は、電波発生源の一例である。マイクロ波の周波数は、一例として９１５ＭＨｚである。なお、ここでは給電装置１００がマイクロ波発生源１３０を含む形態について説明するが、マイクロ波に限られるものではなく、所定の周波数の電波であればよい。

【0018】

カメラ１４０は、サブアレイ１１０Ｂと１１０Ｃの間に配置される。カメラ１４０は、魚眼レンズ１４１及びカメラ本体１４２を有する。カメラ１４０は、画像取得部の一例である。

【0019】

魚眼レンズ１４１は、等距離射影方式を採用したレンズである。魚眼レンズ１４１の中心の位置は、一例として、１６個のアンテナ素子１１１の中心及びＸＹＺ座標系の原点と一致している。カメラ本体１４２は、カメラ１４０のうち魚眼レンズ１４１以外の部分であり、所定の波長の赤外線を受光できるカメラであればよい。所定の波長は、一例として、８５０ｎｍであるが、８５０ｎｍ以外の波長であってもよい。

【0020】

８５０ｎｍの赤外線を受光可能なカメラ１４０は、例えば、８５０ｎｍの波長を透過するフィルタを備えた赤外線カメラ、又は、赤外線を受光可能で８５０ｎｍの波長を透過するフィルタを備えたＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等である。

【0021】

カメラ１４０は、魚眼レンズ１４１を通じてマーカを含む画像を取得し、画像データを制御装置１５０に出力する。マーカは、給電装置１００が出力するビームを照射したいターゲットに取り付けられている。給電装置１００は、カメラ１４０で取得した画像に含まれるマーカの位置を求め、ターゲットに向けてビームを照射する。

【0022】

制御装置１５０は、位置変換部１５１、仰角取得部１５２、制御部１５３、及びメモリ１５４を有する。制御装置１５０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)及びメモリを含むコンピュータによって実現される。位置変換部１５１、仰角取得部１５２、制御部１５３は、制御装置１５０が実行するプログラムの機能（ファンクション）を機能ブロックとして示したものである。また、メモリ１５４は、制御装置１５０のメモリを機能的に表したものである。

【0023】

ここで、位置変換部１５１、仰角取得部１５２、制御部１５３、メモリ１５４については、図１に加えて図２を用いて説明する。図２は、アレイアンテナ１１０の極座標系を示す図である。図２には、給電装置１００のうちのアレイアンテナ１１０とカメラ１４０のみを示す。また、図２には、ＸＹ平面に平行な平面上における極座標系を示す。

【0024】

また、ＸＹＺ座標系におけるマーカの位置をＰ１とし、原点Ｏと位置Ｐ１を結ぶ線分の仰角をθ、方位角をφとする。仰角は＋Ｚ方向に対する角度であり、方位角は＋Ｘ方向に対する角度であり、平面視で反時計回りを正の値とする。また、位置Ｐ１をＸＺ平面に投影した位置Ｐ１ａと原点Ｏとを結ぶ線分の仰角をθａとする。

【0025】

位置Ｐ１は、第１位置の一例であり、位置Ｐ１ａは、投影位置の一例である。また、原点ＯはＸＹＺ座標系の基準点の一例である。

【0026】

給電装置１００は、アレイアンテナ１１０が出力するビームの仰角をＸＺ平面内でのみ制御する。これは、ターゲットの位置がＸＺ平面からあまりずれていない（例えば、ＹＺ平面内でのＺ軸に対する仰角で±３０度以内程度）ことを想定している。このような位置にあるターゲットであれば、ビームの仰角をＸＺ平面内で制御するだけで、ターゲットにビームを照射できるからである。

【0027】

位置変換部１５１は、カメラ１４０が取得した画像に対して画像処理を行い、魚眼レンズ１４１を通じて得た等距離射影の画像をＸＹ平面に平行な平面上における極座標に変換する。この画像処理により、カメラ１４０によって取得される画像に含まれるマーカのアレイアンテナ１１０に対する位置Ｐ１は、ＸＹ平面上の極座標における位置Ｐ２に変換される。位置Ｐ２は、第２位置の一例である。

【0028】

位置Ｐ２は、原点Ｏからの動径ｒと偏角φによって表される。動径ｒは、魚眼レンズ１４１の焦点距離をｆ_Ｌとすると、ｒ＝ｆ_Ｌθで表される。偏角φは方位角φと同一である。位置変換部１５１は、上述の画像処理によって、動径ｒをＸ軸に写像したｒ・ｃｏｓφを求める。

【0029】

仰角取得部１５２は、位置Ｐ２をＸ軸に写像した写像位置Ｐ２ａのＸ座標（ｒ・ｃｏｓφ）を魚眼レンズ１４１の焦点距離ｆ_Ｌで除算した値（ｒ・ｃｏｓφ／ｆ_Ｌ）を、仰角θａとして取得（計算）する。このようにして仰角θａを取得できる理由については後述する。

【0030】

制御部１５３は、アレイアンテナ１１０が放射するビームの方向がＸＺ平面内で仰角θａになるようにフェーズシフタ１２０を制御する。仰角θａは、仰角取得部１５２によって取得される。また、制御部１５３は、マイクロ波発生源１３０の出力制御、及び、カメラ１４０の撮影制御等を行う。

【0031】

メモリ１５４は、位置変換部１５１、仰角取得部１５２、制御部１５３が処理を行う際に実行するプログラム、プログラムの実行に伴い利用するデータ、プログラムの実行によって生じるデータ、及び、カメラ１４０が取得する画像データ等を格納する。

【0032】

次に、仰角θａを求める方法について説明する。

【0033】

仰角θａは、方位角φと仰角θを用いると、位置Ｐ１と位置Ｐ１ａの幾何学的関係から次式（１）で求めることができる。

【0034】

【数1】

式（１）を展開すると、式（２）が得られる。

【0035】

【数2】

ここで、仰角θが十分に小さい場合にはｔａｎθ≒θであり、方位角φが十分に小さい場合にはｃｏｓφ≒１であり、方位角φが90度に近い場合にはｃｏｓφ≒0であるので、式（２）は次式（３）に変形できる。

【0036】

【数3】

すなわち、ターゲットの位置がＸＺ平面からあまりずれていない場合には、仰角θａは式（３）のように近似することができる。

【0037】

また、上述したように、魚眼レンズ１４１の焦点距離をｆ_Ｌとすると、動径ｒは次式（４）で表される。
ｒ＝ｆ_Ｌθ （４）
式（３）、（４）より、仰角θａは次式（５）で表すことができる。
θａ＝ｒ・ｃｏｓφ／ｆ_Ｌ （５）
このように、式（５）を用いて、仰角θａを近似的に求めることができる。

【0038】

以上のように、アレイアンテナ１１０のビームの仰角をＸＺ平面内でのみ制御する場合には、等距離射影によって得られた位置Ｐ１をＸＹ平面に平行な平面上における極座標に変換して位置Ｐ２を求め、さらに位置Ｐ２をＸ軸に写像した写像位置Ｐ２ａのＸ座標（ｒ・ｃｏｓφ）を魚眼レンズ１４１の焦点距離ｆ_Ｌで除算することで、仰角θａ（＝ｒ・ｃｏｓφ／ｆ_Ｌ）を求めることができる。

【0039】

図３は、給電装置１００の適用例を示す図である。給電装置１００は、一例として車両３０に搭載されており、トンネルの内壁１０にはターゲットとしてのアンテナ２０が設けられている。アンテナ２０にはマーカ５０が接続されている。マーカ５０は、再帰反射（再帰性反射）で赤外線を反射する反射体を含む。ここで、車両３０は、第１物体の一例であり、トンネルの内壁１０は、第２物体の一例である。車両３０が＋Ｘ方向に進行すると、車両３０とトンネルの内壁１０とは相対的に移動するため、車両３０とマーカ５０も相対的に移動することになる。車両３０に搭載された給電装置１００に対するマーカ５０の相対移動方向は、－Ｘ方向である。ここでは、車両３０がマーカ５０を相対的に追い越すように移動する形態について説明する。ここでは、マーカ５０が停止している場合について説明するが、追い越すとは、相手が停止している場合、又は、同一方向に進行している場合に、相手を後ろから抜いて先に行くことである。

【0040】

車両３０が＋Ｘ方向に走行する際に、カメラ１４０でマーカ５０の位置をＸＹ平面に平行な平面上における極座標に変換し、さらにＸ軸に写像した写像位置（Ｐ２ａに相当する写像位置）のＸ座標（ｒ・ｃｏｓφ）を魚眼レンズ１４１の焦点距離ｆ_Ｌで除算して求まる仰角θａ（＝ｒ・ｃｏｓφ／ｆ_Ｌ）を用いて、アンテナ２０にビームを照射することができる。

【0041】

例えば、トンネルの内壁１０に取り付けてあるジェットファンや標識等のインフラ構造物を内壁１０に固定する固定部に、アンテナ２０と、固定部のボルト等の緩みを監視するセンサと、レクテナと、キャパシタと、無線通信モジュールとを設けておき、車両３０で走行しながら給電装置１００からアンテナ２０にビームを放射すると、アンテナ２０に接続されたレクテナがマイクロ波を電力に変換する。レクテナによって変換された電力は、キャパシタに蓄積され、マーカとセンサおよび無線通信モジュールを起動する。そして、マーカが所定の動作を行い、無線通信モジュールがセンサの出力を表す信号を送信し、車両３０側で受信することにより、走行しながらインフラ構造物の固定状態を検査することができる。なお、固定部のボルト等の緩みを監視するセンサは、一例として、ワッシャに組み込まれてボルトとともに締結され、ボルトの緩みを検出する。なお、マーカの所定の動作については後述する。

【0042】

また、ＸＺ平面からずれたアンテナ２０の位置からＸ軸に写像した写像位置（Ｐ２ａに相当する写像位置）のＸ座標（ｒ・ｃｏｓφ）を求め、Ｘ座標（ｒ・ｃｏｓφ）を魚眼レンズ１４１の焦点距離ｆ_Ｌで除算した値（ｒ・ｃｏｓφ／ｆ_Ｌ）を仰角θａとして使用してビームを制御するので、Ｘ軸方向に走行する車両３０がＹ軸のプラスマイナスのどちらかにシフトとしている場合でも、その位置ずれを吸収して仰角θａを求めることができる。

【0043】

ここで、図４を用いてマーカ５０の詳細について説明する。図４は、マーカ５０を示す図である。マーカ５０は、筐体５１、反射体５２、ＬＥＤ５３（５３Ａ～５３Ｇ）、及び制御部５４を含む。筐体５１は、円筒状のケースである。筐体５１の外周面には、２つの反射体５２と、複数のＬＥＤ５３（５３Ａ～５３Ｇ）が露出している。また、筐体５１の内部には、制御部５４が設けられている。

【0044】

このようなマーカ５０は、一例として、トンネルの内壁１０（図３参照）の予め決められた位置に取り付けられる。予め決められた位置とは、一例として、トンネルを進行方向に垂直な平面で切断して得る断面における所定の位置であり、進行方向を向いて内壁１０の左側の所定の高さの位置である。トンネルに沿ってこのような位置に一定間隔でマーカ５０を取り付ければ、車両３０でトンネルを走行する場合に、車両３０の進行方向における左斜め上前方に繰り返しマーカ５０が出現することになる。

【0045】

反射体５２は、再帰反射（再帰性反射）で赤外線を反射する反射体であり、筐体５１の外周面の上側と下側に設けられている。反射体５２は、入射する赤外線を入射方向に沿って反射する再帰反射体（再帰性反射体）であり、例えば、フィルム状、又は、反射板型のものを用いることができる。反射体５２が反射する方向は、赤外線の入射方向に略等しい。

【0046】

ＬＥＤ５３（５３Ａ～５３Ｇ）は、筐体５１の外周面で、上側の反射体５２と下側の反射体５２との間で周方向に沿って複数設けられており、波長が８５０ｎｍの赤外線を出力する赤外線ＬＥＤである。ＬＥＤ５３は、第２赤外線出力部の一例であり、ＬＥＤ５３（５３Ａ～５３Ｇ）が出力する赤外線は、第２赤外線の一例である。

【0047】

マーカ５０は、一例として、トンネルの内壁１０（図３参照）に取り付けるので、複数のＬＥＤ５３（５３Ａ～５３Ｇ）は、一例として、トンネルの内壁１０側に位置しない半周の部分（図４で見える部分）にわたって設けられていればよい。すなわち、複数のＬＥＤ５３は、図４に示すように、手前側の半周分の外周面に設けられており、一例として、７つのＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇを示す。以下では、ＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇを特に区別しない場合には、単にＬＥＤ５３と称す。

【0048】

ＬＥＤ５３は、赤外線を挟角で出力する指向性を有する。ＬＥＤ５３の指向性は、一例として、約１０度から約２０度である。各ＬＥＤ５３の点灯は、制御部５４によって制御される。ＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇは、向かって一番左側に位置するＬＥＤ５３Ａから、向かって一番右側に位置するＬＥＤ５３Ｇの順に配列されている。

【0049】

制御部５４は、アンテナ２０で受電され、キャパシタに蓄積される電力で起動し、キャパシタに蓄積された電力を利用してＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇを１つずつ順番に点灯させる。点灯させる順番は、ＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇの順である。これは、車両３０がマーカ５０に近づいてくるときに、ＬＥＤ５３Ａから順番に点灯させることによって、各ＬＥＤ５３が出力する赤外線が車両３０に搭載された給電装置１００のカメラ１４０に照射されるようにするためである。

【0050】

なお、ＬＥＤ５３毎にその指向性の方向にレクテナを具備することによって、マイクロ波が照射されているレクテナに接続されているＬＥＤ５３が点灯するようにしてもよい。車両３０の移動に伴い、車両３０とマーカ５０の相対的な角度変位に応じて最適な位置にあるＬＥＤ５６が順次点灯していくため、ＬＥＤ５３の指向性の方向の設定について特段の制御を行う必要はないことから設計の簡易化が図れる。

【0051】

次に、給電装置１００を含む給電システム２００について説明する。図５は、給電システム２００における動作例を示す図である。図５では、給電システム２００とマーカ５０との位置関係を車両３０の移動方向における右側から見た状態を示す。このため、図５では、右方向が＋Ｘ方向である。また、マーカ５０（Ａ）、５０（Ｂ）は、それぞれ、車両３０に対する相対的な位置（Ａ）、（Ｂ）におけるマーカ５０を示す。マーカ５０の相対移動方向は、－Ｘ方向である。

【0052】

給電システム２００は、給電装置１００と、マーカ５０とを含む。マーカ５０は、トンネルの内壁１０に固定されており、給電装置１００は、車両３０に搭載されている。給電装置１００は、図１及び図２に示す構成要素に加えて、さらに赤外線出力部１６０を含む。

【0053】

赤外線出力部１６０は、一例として、波長が８５０ｎｍの赤外線を出力する赤外線投光器である。赤外線出力部１６０は、アレイアンテナ１１０の近傍に設けられており、一例として、約１０度から約２０度の指向性を有する。赤外線出力部１６０の指向性は、第１指向性の一例であり、赤外線出力部１６０は、照射範囲１６０Ａに赤外線を照射する。照射範囲１６０Ａは、赤外線出力部１６０の指向性によって得られるものであり、車両３０の進行に伴って、トンネル内でマーカ５０が出現する左斜め上前方を向いている。照射範囲１６０Ａが向く方向は、車両３０がトンネル内を進行した場合に、マーカ５０が出現する方向である。

【0054】

また、図５には、アレイアンテナ１１０から出力されるビーム１１５Ａ（１１５Ａ１、１１５Ａ２）を示す。ビーム１１５Ａ（１１５Ａ１、１１５Ａ２）の指向性は、約５度から約１５度である。アレイアンテナ１１０のビーム１１５Ａは、ビーム１１５Ａ１として示す位置や、ビーム１１５Ａ２として示す方向に向けることができる。

【0055】

図５に示すように、赤外線出力部１６０が照射範囲１６０Ａに赤外線を照射しながら車両３０が進行し、照射範囲１６０Ａに位置（Ａ）のマーカ５０が入ると、マーカ５０の反射体５２が再帰反射によって赤外線を入射方向に反射する。

【0056】

給電装置１００は、カメラ１４０で反射光を受光し、位置変換部１５１が画像処理や極座標への変換を行い、仰角取得部１５２が位置（Ａ）に相当する仰角θａを取得し、制御部１５３がフェーズシフタ１２０を制御して、アレイアンテナ１１０が仰角θａの方向にビームを出力する。これにより、位置（Ａ）のマーカ５０にビーム１１５Ａ１が出力され、マーカ５０の近傍のアンテナ２０が電力を受電する。

【0057】

車両３０は進行しており、車両３０に対するマーカ５０の位置は、位置（Ａ）から位置（Ｂ）に相対的に移動している。マーカ５０は、車両３０との相対的な位置（Ｂ）において、ＬＥＤ５３Ａから赤外線を出力する。ＬＥＤ５３Ａは、車両３０が予め決められた速度でトンネル内を走行する場合に、位置（Ａ）でアンテナ２０が受電してから、位置（Ｂ）でＬＥＤ５３Ａが赤外線を出力した場合に、車両３０がＬＥＤ５３Ａから赤外線を受光できる方向に赤外線を出力する指向性を有する。

【0058】

給電装置１００のカメラ１４０が位置（Ｂ）においてＬＥＤ５３Ａから出力された赤外線を受光すると、位置変換部１５１が画像処理や極座標への変換を行い、仰角取得部１５２が位置（Ｂ）に相当する仰角θａを取得し、制御部１５３がフェーズシフタ１２０を制御して、アレイアンテナ１１０が仰角θａの方向にビームを出力する。これにより、位置（Ｂ）のマーカ５０にビーム１１５Ａ２が出力され、マーカ５０の近傍のアンテナ２０が電力を受電する。

【0059】

その後は、車両３０がさらに進行し、アンテナ２０が受電する度に、キャパシタに蓄積された電力を利用して、マーカ５０はＬＥＤ５３Ｂ～５３Ｇに赤外線を順次出力させる。給電装置１００がＬＥＤ５３Ｂ～５３Ｇからの赤外線を受光すると、給電装置１００は、マーカ５０の位置を特定し、マーカ５０に向けてビーム１１５Ａを出力する。

【0060】

ＬＥＤ５３Ｂの指向性の向きは、ＬＥＤ５３Ａの指向性の向きに対して、給電装置１００から見た位置（Ａ）と位置（Ｂ）との間の角度の分だけずらされており、同様に、ＬＥＤ５３Ｃ～５３Ｇの指向性の向きは、ＬＥＤ５３Ｂの指向性の向きに対して、位置（Ａ）と位置（Ｂ）との間の角度の分だけ順次ずらされている。

【0061】

また、ＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇの挟角の指向性は、マーカ５０に対して車両３０が位置する距離の範囲内で、ＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇの各々の赤外線の照射範囲が重ならない程度に狭くなるように設定されている。

【0062】

このような給電装置１００によるビーム１１５Ａの出力と、マーカ５０によるＬＥＤ５３からの赤外線の出力とは、給電装置１００がＬＥＤ５３Ｇからの赤外線を受光したことに対してビーム１１５Ａを出力し、給電装置１００がＬＥＤ５３からの赤外線を受光しなくなるまで行われる。

【0063】

図６は、給電装置１００の制御部１５３が実行する処理を示す図である。図６に示す処理は、実施の形態の給電方法の処理を示す。

【0064】

制御部１５３は、処理がスタートすると、赤外線出力部１６０から赤外線を出力する（ステップＳ１）。

【0065】

制御部１５３は、マーカ５０から赤外線を受光したかどうかを判定する（ステップＳ２）。給電装置１００がマーカ５０から受光する赤外線は、最初（１回目）は赤外線出力部１６０から出力された赤外線の反射光であり、２回目以降は、マーカ５０のＬＥＤ５３が出力した赤外線である。

【0066】

制御部１５３は、赤外線を受光した（Ｓ２：ＹＥＳ）と判定すると、アレイアンテナ１１０にビーム１１５Ａを出力させる（ステップＳ３）。より具体的には、位置変換部１５１が画像処理や極座標への変換を行い、仰角取得部１５２が位置（Ｂ）に相当する仰角θａを取得し、制御部１５３がフェーズシフタ１２０を制御して、アレイアンテナ１１０が仰角θａの方向にビームを出力する。

【0067】

ステップＳ３の処理が終了すると、制御部１５３はフローをステップＳ２にリターンさせる。

【0068】

制御部１５３は、ステップＳ２において、赤外線を受光していない（Ｓ２：ＮＯ）と判定すると、一連の処理を終了する（エンド）。処理が終了するのは、例えば、給電装置１００がＬＥＤ５３Ｇからの赤外線を受光したことに対してビーム１１５Ａを出力し、給電装置１００がＬＥＤ５３からの赤外線を受光しなかった場合と、マーカ５０以外の物体で反射された赤外線を受光した場合である。

【0069】

図７は、マーカ５０以外の物体６０で反射された赤外線を給電装置１００が受光する場合の動作を示す図である。図６において、物体６０（Ａ）、６０（Ｂ）は、それぞれ、車両３０に対する相対的な位置（Ａ）、（Ｂ）における物体６０を示す。

【0070】

図７に示すように、赤外線出力部１６０が照射範囲１６０Ａに赤外線を照射しながら車両３０が進行し、照射範囲１６０Ａに位置（Ａ）の物体６０が入り、物体６０で反射された赤外線がカメラ１４０によって受光されたとする。物体６０は、マーカ５０以外の物体であり、位置（Ａ）において車両３０の方を向いていた物体や、トンネルの内壁１０に設けられた再帰反射体である。

【0071】

給電装置１００は、カメラ１４０で反射光を受光し、位置変換部１５１が画像処理や極座標への変換を行い、仰角取得部１５２が位置（Ａ）に相当する仰角θａを取得し、制御部１５３がフェーズシフタ１２０を制御して、アレイアンテナ１１０が仰角θａの方向にビームを出力する。これにより、位置（Ａ）の物体６０に向けてビーム１１５Ａ１が出力される。

【0072】

車両３０は進行しており、車両３０に対するマーカ５０の位置は、位置（Ａ）から位置（Ｂ）に相対的に移動している。

【0073】

しかしながら、物体６０は、アンテナ２０のように受電可能な構成要素には接続されておらず、アンテナ２０のように受電可能な構成要素を含まず、ＬＥＤ５３を有していないため、給電装置１００が位置（Ｂ）の物体６０から赤外線を受信することはない。

【0074】

この結果、給電装置１００は処理を終了する。これは、図６に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１で赤外線を照射、ステップＳ２でＹＥＳ、ステップＳ３でビーム１１５Ａを出力、リターンしたステップＳ２でＮＯと判定して処理が終了するパターンである。

【0075】

このため、給電装置１００がマーカ５０以外の物体６０から偶然的に赤外線の反射光を受光した場合には、ビーム１１５Ａを一度出力するだけで処理が終了することになる。この結果、無駄にビーム１１５Ａを出力することが抑制される。

【0076】

図８は、給電システム２００における他の動作例を示す図である。マーカ５０（Ａ）、５０（Ｂ）、５０（Ｃ）は、それぞれ、車両３０に対する相対的な位置（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）におけるマーカ５０を示す。

【0077】

図８において、位置（Ａ）から位置（Ｂ）までは、図５に示す動作と同一である。図８では、位置（Ｂ）よりも後の位置（Ｃ）における動作が図５とは異なる。

【0078】

給電装置１００が位置（Ｂ）のマーカ５０にビーム１１５Ａ２を出力し、マーカ５０の近傍のアンテナ２０が電力を受電する。

【0079】

このときに、マーカ５０の制御部５４が、アンテナ２０で受電され、キャパシタに蓄積された電力が所定量以上になったと判定すると、制御部５４は、ＬＥＤ５３Ｂの点灯を行わずに、ＬＥＤ５３の点灯処理を終了する。

【0080】

例えば、固定部のボルト等の緩みを監視するセンサが検出を行い、検出データを無線通信モジュールが送信するのに十分な電力があると制御部５４が判定した場合には、それ以上電力を受電しなくてもよいため、ＬＥＤ５３の点灯制御を終了する。ＬＥＤ５３の点灯制御を終了すれば、給電装置１００は、ビーム１１５Ａを出力しなくなる。

【0081】

この結果、位置（Ｃ）では、マーカ５０は、ＬＥＤ５３の点灯を行わない。このため、マーカ５０が位置（Ｃ）にあるときには、給電装置１００は、ビーム１１５Ａを出力しない。

【0082】

このように、マーカ５０の制御部５４が、アンテナ２０によって受電され、キャパシタに蓄積された電力が所定量以上になった場合にＬＥＤ５３の点灯処理を終了するようにすれば、必要以上にビーム１１５Ａや赤外線の出力を行わずに済む。

【0083】

図９は、マーカ５０の制御部５４が実行する処理を示すフローチャートである。

【0084】

制御部５４は、処理がスタートすると、キャパシタからの電力供給があるかどうかを判定する（ステップＳ１１）。

【0085】

制御部５４は、電力供給がある（Ｓ１１：ＹＥＳ）と判定すると、ＬＥＤ５３を点灯する（ステップＳ１２）。図９に示すフローが繰り返し実行される度に、ステップＳ１２では、ＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇが、１つずつ順番に点灯される。

【0086】

制御部５４は、キャパシタに蓄積されている電力が所定量以上であるかどうかを判定する（ステップＳ１３）。

【0087】

制御部５４は、電力が所定量以上である（Ｓ１３：ＹＥＳ）と判定すると、ＬＥＤ５３の点灯を終了する（ステップＳ１４）。

【0088】

制御部５４は、ステップＳ１４の処理を終えると、一連の処理を終了する（エンド）。

【0089】

また、制御部５４は、ステップＳ１３において、電力が所定量以上ではない（Ｓ１３：ＮＯ）と判定すると、フローをステップＳ１１にリターンする。

【0090】

また、制御部５４は、ステップＳ１１において、電力供給がない（Ｓ１１：ＹＥＳ）と判定した場合にも、一連の処理を終了する（エンド）。

【0091】

制御部５４が図９に示すような処理を行うことにより、図８に示すように、位置（Ｃ）では、マーカ５０はＬＥＤ５３を点灯しなくなる制御が行われ、給電装置１００はビーム１１５Ａを出力しなくなる。これは、図９において、マーカ５０が位置（Ａ）及び（Ｂ）にいるときに、ステップＳ１１でＹＥＳ、ステップＳ１２、ステップＳ１３でＮＯでステップＳ１１にリターンする処理が行われた後に、マーカ５０が位置（Ｃ）に相対的に移動すると、ステップＳ１３でＹＥＳと判定し、ステップＳ１４でＬＥＤ５３を点灯しなくなることに相当する。

【0092】

以上のように、給電装置１００は、赤外線（反射光又はＬＥＤ５３の赤外線）を受光すると、赤外線の到来方向に向けてビーム１１５Ａを出力する。赤外線がマーカ５０から到来した場合には、給電装置１００は、再び赤外線を受信することになり、赤外線を受信する度にビーム１１５Ａを出力することになる。この結果、無線通信モジュールがセンサの出力を表す信号を放射し、車両３０側で受信することにより、走行しながらインフラ構造物の固定状態を検査することができる。また、赤外線がマーカ５０以外の物体６０から到来した場合には、物体６０はビーム１１５Ａを受電しないので、そこで処理を終える。

【0093】

このように、給電装置１００が二回目以降にビーム１１５Ａを出力するかどうかは、最初に赤外線出力部１６０が出力した赤外線を反射する物体が、マーカ５０であるかマーカ５０以外の物体６０であるかによって決まり、マーカ５０であるかどうかを特に識別しているわけではない。

【0094】

このため、非常に簡単な構成でマーカ５０に対してビーム１１５Ａを出力して給電を行うことができる。

【0095】

したがって、簡易な構成で無線給電を可能とする給電システム２００、給電装置１００、及び、給電方法を提供することができる。

【0096】

また、挟角の指向性を有するＬＥＤ５３（５３Ａ～５３Ｇ）を含むマーカ５０を用いることにより、反射源がマーカ５０であるかどうかを識別することなく、マーカ５０にのみ継続的に給電を行うことが可能になっている。

【0097】

また、マーカ５０は、電源を持たずに、アンテナ２０がビームを受信することによってキャパシタに蓄えられた電力で駆動するパッシブタイプであるため、電力を供給するためのケーブルやバッテリ等が不要であり、ランニングコストが低く、メインテナンス性に優れている。

【0098】

また、マーカ５０は、再帰反射（再帰性反射）で赤外線を反射する反射体５２を有するので、給電装置１００の赤外線出力部１６０に向けて赤外線を反射できる。そして、給電装置１００は、赤外線の反射源であるマーカ５０が存在する方向を表す仰角θaの方向にビーム１１５Ａを出力し、マーカ５０の近傍に配置されたアンテナ２がビーム１１５Ａを受電する。このため、相対的に移動するマーカ５０に確実に電力を供給することができ、信頼性の高い給電システム２００を提供できる。

【0099】

また、給電装置１００は、アレイアンテナ１１０が出力するビームの仰角をＸＺ平面内でのみ制御するため、仰角をＸＺ平面内とＹＺ平面内の両方で制御する場合に比べてフェーズシフタ１２０の数が４分の１で済む。このため、給電装置１００を安価に実現することができる。

【0100】

なお、以上では、給電装置１００からアンテナ２０を介してマーカ５０に電力が供給される度に、マーカ５０がＬＥＤ５３Ａ～５３Ｇを点灯させる形態について説明した。１つのアンテナ２０から複数のセンサに電力が供給されて、各センサが検出した検出データを順番に無線通信モジュールが送信する場合に、１回の出力によるビーム１１５Ａがどの程度の電力量を有するかは、センサの数、１回の出力によるビーム１１５Ａで動作するセンサの数、キャパシタの容量等に応じて決定すればよい。

【0101】

また、以上では、車両３０がマーカ５０を相対的に追い越すように移動する形態について説明したが、車両３０とマーカ５０がすれ違うように移動する形態であってもよい。すれ違うとは、車両３０とマーカ５０が互いに反対方向に移動しているときに、入れ違いになることである。

【0102】

また、以上では、魚眼レンズ１４１の中心が１６個のアンテナ素子１１１の中心と一致している形態について説明した。しかしながら、魚眼レンズ１４１の中心は、１６個のアンテナ素子１１１の中心からずれていてもよい。この場合には、位置ずれの分だけアレイアンテナ制御位相計算の座標原点をずらせばよい。

【0103】

また、ここでは図３を用いて給電装置１００がトンネルの内壁１０に設けられた無線通信モジュールと通信する形態について説明したが、無線通信モジュールはトンネルの内壁１０に設けられているものに限らず、様々な場所等に設置されていてよい。このようにすれば、給電装置１００を通信装置として利用することができる。

【0104】

以上、本発明の例示的な実施の形態の給電システム、給電装置、及び、給電方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0105】

５０ マーカ
５２ 反射体
５３、５３Ａ～５３ ＧＬＥＤ
１００ 給電装置
１１０ アレイアンテナ
１１０Ａ～１１０Ｄ サブアレイ
１１１ アンテナ素子
１２０ フェーズシフタ
１３０ マイクロ波発生源
１４０ カメラ
１４１ 魚眼レンズ
１５０ 制御装置
１５１ 位置変換部
１５２ 仰角取得部
１５３ 制御部
１６０ 赤外線出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】