発光標識システム及び無線電力送出装置
【課題】車両側から送電された無線電力により、インフラ側の発光素子を発光させる。
【解決手段】高周波電力を発生させる電力発生器１２１と、発生させた高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナ１３０とを有する車両側１０の無線電力送出装置１００と、照射された無線電力を受電する受電アンテナ３２０と受電した無線電力を直流電力に整流する整流素子３４０とを含むレクテナ３１０と、この整流された直流電流により発光する発光素子３６０とを有するインフラ側３０の発光標識装置３００とを備える。
【解決手段】高周波電力を発生させる電力発生器１２１と、発生させた高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナ１３０とを有する車両側１０の無線電力送出装置１００と、照射された無線電力を受電する受電アンテナ３２０と受電した無線電力を直流電力に整流する整流素子３４０とを含むレクテナ３１０と、この整流された直流電流により発光する発光素子３６０とを有するインフラ側３０の発光標識装置３００とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光標識システムに関し、特にインフラ（インフラストラクチャー infrastructure）側に設けられた発光標識装置に対し、車両側からマイクロ波送電により電力を供給して発光標識を発光させる発光標識システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インフラ側に設けられたガイドライトシステムとしては、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、道路の進行方向に沿って配置された複数の発光素子と、その発光状態を個別に制御できる制御部と、道路に沿って配置された車両の存在を検出する検知部とを備え、例えば車両がカーブに近づくと上記検知部からの信号により上記制御部が上記発光素子を順次発光させるガイドライトシステムが示されている。このシステムによれば、カーブに関する情報、対向車、先行車の情報をガイドライトの点灯により得ることができる。
【０００３】
しかしながら、このガイドライトシステムは、インフラ側の車両検知部と制御部と全発光素子とを相互にケーブルで接続させるとともに電力供給を行わなければならず、インフラ整備にかかる労力・費用等のコストが大きいという問題があった。この種のガイドライトシステムは特に山間部の道路において需要が見込まれるが、インフラ整備のコスト及びランニングコストの負担が大きく、実現が困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−２８３３９３号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、システム全体の設備コストを低減させることを目的とする。
本発明によれば、発生させた高周波電力を無線電力として照射する車両側の無線電力送出装置と、車両側から照射された無線電力を受電し、この無線電力を直流電力に整流し、整流された直流電流により発光素子を発光させるインフラ側の発光標識装置とを備えた発光標識システムが提供される。
【０００５】
本発明の発光標識システムは、車両側が道路等に設けられたインフラ側の装置を検出し、検出したインフラ側の装置に車両側から電力供給を行うため、インフラ側の設備コストを大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
＜第１実施形態＞
以下、図面に基づいて、本発明に係る第１実施形態の発光標識システム１０００を説明する。本実施形態の発光標識システム１０００は路車間において電力の供給を行うマイクロ波電力伝送機能を有する。図１に発光標識システムの全体概要図を示した。図１に示すように、車両側１０に搭載され、前方に向けて電磁波無線電力を送出する無線電力送出装置１００と、道路沿いに設けられた複数のインフラ３０ａ〜３０eに搭載され、電磁波無線電力を受電して発光する発光標識装置３００とを有する。本実施形態の発光標識装置３００は、例えば、ガードレールに設置される自発光式の誘導標識、道路のセンターラインなどに埋め込まれている自発光式のキャッツアイ、路側に設置される自発光式の道路標識などである。
【０００７】
図２に車両側１０の無線電力送出装置１００のブロック構成を示した。図２に示すように、車両側１０の車載装置は、無線電力送出装置１００とスイッチ１９０とを有する。無線電力送出装置１００は、高周波電力を発生させる高周波電力発生手段として機能する電力発生器１２０と、電力発生器１２０が発生した高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナ１３０と、発生させた無線電力の送出を制御する制御装置１１０とを有する。無線電力送出装置１００の制御装置１１０は、スイッチ１９０から入力された起動（ＯＮ）指令に呼応して、システムを起動させ、電力発生器１２０に高周波電力を発生させ、所望の指向性を持つ送出アンテナ１３０から無線電力を照射させる。本実施形態の無線電力は例えば2.45GHzの周波数の電磁波である。ここで送出アンテナ１３０は1素子のアンテナでも良いし、複数素子を用いたアレイアンテナでも良い。スイッチ１９０は、無線電力送出装置１００のＯＮ／ＯＦＦ入力を受け付ける。本実施形態では、ヘッドランプ、スモールランプ、フォグランプ等の車両用照明装置のスイッチをスイッチ１９０として用いた。
【０００８】
図３にインフラ側３０の発光標識装置３００のブロック構成を示した。図３に示すように、発光標識装置３００は、レクテナ３１０と発光素子３６０とを有する。発光素子３６０は、レクテナ３１０の整流素子３４０により整流された直流電流により発光する素子であり、例えばＬＥＤ等である。
【０００９】
レクテナ３１０は、車両側１０の無線電力送出装置１００から照射された無線電力を受電する受電アンテナ３２０と、受電した無線電力を送出された無線電力を直流電力に整流する整流素子３４０とを少なくとも有する。具体的に、本実施形態のレクテナ３１０は、無線電力を受電し高周波電力として回路に取り込む受電アンテナ３２０と、低域通過型あるいは帯域通過型の入力フィルタ３３０と、ダイオード等の整流素子３４０と、低域通過型の出力フィルタ（整流フィルタ）３５０とを有する。
【００１０】
受電アンテナ３２０で受電した高周波電力は入力フィルタ３３０を通過して整流素子３４０に入力される。整流素子３４０では、例えばダイオード１つを使った半波整流が行われ直流成分が取り出される。なお、整流素子３４０としてダイオードを用いた場合、入力された高周波電力の周波数の整数倍の周波数を示す高調波成分が発生するが、入力フィルタ３３０によりカットされるため、高調波の再放射は抑制される。整流素子３４０により整流された電力は、出力フィルタ３５０でさらに整流されて直流電力として出力される。この直流電流を用いて発光素子３６０を発光させる。
【００１１】
本実施形態では、キャパシタや二次電池等の蓄電素子３７０を設けた。蓄電素子３７０は必要に応じて設置すればよい。蓄電素子３７０を設けることにより、受電した電力を蓄電することができ、無線電力が途切れた後もしばらくの間、発光素子３７０を発光させることができる。
【００１２】
本実施形態に係る発光標識システム１０００の動作を、図４のフローチャートに基づいて説明する。スイッチ１９０に起動命令が入力されたら（Ｓ１１０でＹ）、システムを起動する（Ｓ１１１）。車両側１０の無線電力送出装置１００の電力発生器１２０は高周波電力を発生させ、送出アンテナ３２０は発生した高調波電力を無線電力としてインフラ側３０へ向けて照射する（Ｓ１３０）。無線電力の照射強度は、インフラ側３０の発光標識装置３００を駆動させる強度であることが好ましい。インフラ側３０の発光標識装置３００は、受電した無線電力を用いて発光素子３６０を発光させる（Ｓ１４０）。
【００１３】
本実施形態の発光標識システム１０００は、車両側が道路等に設けられたインフラ側の装置を検出し、検出した装置に向けて電力供給を行う。このため、インフラ側３０に車両検知装置、制御装置、電源を設ける必要がなく、構成を簡素化することができ、インフラの整備コスト、管理運営コストを低減させることができる。発光素子を無線電力で動作させるため、電源を併設する必要がなく、既存のガードレール等に簡単に付加的に設置することができる。特に需要が見込まれる山間部等においても低コストでインフラを整備することができる。
【００１４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の発光標識システム１１００は、車両側１０の無線電力送出装置１０１が、インフラ側３０のレクテナ３１１から放射された高調波の検出結果に基づいて無線電力の照射を制御する点を特徴とする。本実施形態の基本的な構成は第１実施形態と共通するので、ここでは異なる点を中心に説明する。
【００１５】
図５に本実施形態の車両側１１の無線電力送出装置１０１のブロック構成を示した。図５に示すように、本実施形態の無線電力送出装置１０１は、第１の実施形態の構成に加えて、インフラ側３１のレクテナ３１１から放出される高調波成分を検出する高調波検出手段１４０と、高調波を受信する第２のアンテナ１３２とを備えている。また、本実施形態の制御装置１１１は、高調波検出手段１４０による検出結果に基づいて無線電力の照射を制御する。制御手法は特に限定されないが、制御装置１１１は、高調波成分を検出した場合は無線電力の送出を開始させ、高調波成分を検出しない場合は無線電力の送出を停止させて、高調波検出の有無に応じて無線電力の送出のオンオフを制御してもよい。制御手段は、高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強め、高調波成分を検出しない場合は無線電力出力強度を弱め、高調波検出の有無に応じて無線電力の出力強度を制御してもよい。制御装置１１１は、高調波成分を検出した場合は無線電力の出力間隔を短時間とし、高調波成分を検出しない場合は無線電力出力間隔を長くして、高調波検出の有無に応じて無線電力の出力のタイミングを制御してもよい。
【００１６】
本実施形態の制御装置１１１は、まず、強度の弱い無線電力を放射させ、インフラ側のレクテナから放射された高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強める。
【００１７】
図６にインフラ側３１の発光標識装置３０１のブロック構成を示した。本実施形態の発光標識装置３０１は、受電する無線電力の周波数の略２倍の高調波成分を通過させる、第１実施形態のとは通過特性が異なる入力フィルタ３３１と、無線電力を受電して高周波電力として回路に取り込む第1のアンテナ３２１と、整流素子３４０にて発生した高調波を再放射する第2のアンテナ３２２とを備える。これら２つのアンテナは1のアンテナで構成してもよい。なお、本実施形態では、２つのアンテナを効率よく動作させるためにサーキュレータ３８０を設けた。
【００１８】
発光標識装置３０１の第１のアンテナ３２１が無線電力を受電し、高周波電力として回路に取り込む。高周波電力はショットキバリヤダイオード等の整流素子３４０に給電され、直流電力に整流されるとともに高周波電力の一部は整流素子にて高調波となる。受電した高周波電力の周波数の２倍の周波数の高調波成分は、入力フィルタ３３１を通過して第２のアンテナ３２２から再び放射される。
【００１９】
通常、無線電力伝送システムに用いられるレクテナは、整流ダイオードによって発生する高調波の再放射を防ぐために低域通過型乃至は帯域通過型の入力フィルタを備える。これに対し、本実施形態の発光標識装置３０１は、受電する無線電力の周波数の2倍の周波数の高調波成分を通過させる特性を備えた入力フィルタ３３１を有する。このように、本実施形態のレクテナ３１１は高調波をあえて再放射させるので、高調波の検出によりレクテナ３１１又はこれを有する発光標識装置３０１の存在を検出することができる。
【００２０】
本実施形態の発光標識システムの動作手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ１００〜Ｓ１１１までは、図４に示す処理と共通する。システム起動後、制御装置１１１は、まず、強度の弱い無線電力を送出する（Ｓ１２０）。この無線電力の強度は、レクテナの検出には十分であるが、発光標識の駆動には足らない程度の弱いものである。本実施形態のレクテナ３１１が無線電力を受電した場合、無線電力の周波数の略２倍の高調波成分が入力フィルタ３３１を通過して再放射され、無線電力送出装置１０１の高調波検出手段１４０がこれを検出する。
【００２１】
Ｓ１２１において、高調波検出手段１４０が第２のアンテナ１３２を介して高調波を検出した場合（Ｓ１２１でＹ）、制御装置１１１は、本システムの発光標識装置３０１が存在すると判断して発光標識装置３０１を駆動するに足る強電力の高周波電力を電力発生器１２１に発生させ、第1のアンテナ１３１を介して無線電力として送出する（Ｓ１３０）。他方、高調波が検出できない場合（Ｓ１２１でＮ）、本実施形態の発光標識装置３０１が存在しないと判断してＳ１２０に戻り、強度の弱い無線電力を送出する（Ｓ１２０）。送出される無線電力は、発光標識装置３０１を駆動することはできないが、高調波検出手段１４０が高調波成分を検出できる程度の弱い無線電力である。高調波が検出された場合は、強度の強い無線電力を送出する（Ｓ１３０）。この送出された無線電力を用いてインフラ側３１の発光素子を発光させる。
【００２２】
高調波検出手段１４０は第２のアンテナ１３２を介して高調波成分が検出されるか否かを継続してモニタし（Ｓ１３１）、高調波成分が検出されている間（Ｓ１３１でYesの間）は強度の強い無線電力の送出を継続し、高調波成分が検出されなくなったら（１３１がNoになったら）Ｓ１２０に戻る。なお、本フローチャートには終了を記述しなかったが、スイッチ１９０がOffあるいは車両側10の電源Offによって、いかなる段階にあっても処理を終了する。
【００２３】
本実施形態によれば、車両側１０は、高調波の検出結果に基づいて電力供給対象となる発光標識装置３０１が無線電力送出範囲内に存在するか否かを確認することができる。これにより、車両側１０の無線電力送出装置１０１は、常に強電力の無線電力を送出する必要がなく、電力供給対象が存在する場合にのみ発光用の無線電力を照射することができる。
【００２４】
本実施形態では、起動後、強度の弱い無線電力を送出し、この無線電力を受電したレクテナ３１１から再放射された高調波を検出した場合（本システムの発光標識装置３０１が存在すると推測できる場合）に限って強度の強い無線電力を送出するため、不要なエネルギー放出を抑えることができ、システムのエネルギー効率を向上させることができる。
【００２５】
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、無線電力送出装置１００から照射される無線電力の照射パターンを切換える点を特徴とする。本実施形態は、無線電力の送出範囲を、図８に示す第1の無線電力照射パターン２００と第２の無線電力照射パターン２１０の２段階で切換える。基本的な構成及び動作は、第１実施形態又は第２実施形態と共通するので、ここでは異なる点を中心に説明する。
【００２６】
図８に指向性を絞った第１の無線電力照射パターン２００と、比較的指向性が絞られていない無線電力照射パターン２１０とを示した。自車両１００から離隔した（遠くにある）インフラ側の受電アンテナに所望の電力を供給する電磁波を送出するためには、指向性を絞った、第１の無線電力照射パターン２００が適している。しかし、第１の無線電力照射パターンでは、車両１０に近い位置にある発光標識装置３１が照射範囲外となり、給電することができずに、発光標識装置３１を発光させることができない。本実施形態では、指向性の鋭い第１の無線電力照射パターン２００と指向性の比較的鋭くない第２の無線電力照射パターン２１０とを順次切換えることにより、自車両から離隔した位置にある発光標識装置３０ａ〜３０ｄと、自車両の周辺近くに存在する発光標識装置３１の両方に電力を供給して、広い範囲に存在する発光標識装置３００，３０１を動作させることができる。
【００２７】
図９に本実施形態の無線電力送出装置１０２のブロック構成を示した。図９に示すように、無線電力送出装置１０２は、第1の無線電力照射パターン２００で無線電力を照射する第1のアンテナ１３１と、第２の無線電力照射パターン２１０で無線電力を照射する第２のアンテナ１３２と、これら2つのアンテナを切換えて照射パターンを切り換える照射パターン切換手段１５０とを備える。照射パターン切換手段１５０は、制御装置１１０の照射パターン切換え指令に基づいて２つのアンテナ１３１，１３２を切換えて無線電力を送出する。これにより、２つの照射パターン２００及び２１０をカバーする範囲に無線電力を送出することができる。
【００２８】
本実施形態の処理手順を図１０に示した。図１０のＳ２００〜Ｓ２１４は図７に示すＳ１００〜Ｓ１３０と共通する。高調波の送出後、照射パターン切換手段１５０は、制御装置１１０の指令に従い、アンテナを切り換えてＳ２１２に戻る。
【００２９】
本実施形態によれば、広い範囲に無線電力を照射することができるため、多くの発光標識装置３００に給電することができ、利便性の高い標識をユーザに示すことができる。
【００３０】
＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第３実施形態と同様に、無線電力送出装置１００から照射される無線電力の照射パターンを切換える点を特徴とする。本実施形態は、指向性を絞った無線電力を走査させることにより、自車両から離隔した位置にある発光標識装置３０及び自車両の周囲近くにある発光標識装置３１の両方に電力供給を行い、無線電力の送出範囲の拡大を図る。基本的な構成及び動作は、第１実施形態又は第２実施形態と共通するので、ここでは異なる点を中心に説明する。
【００３１】
本実施形態の送出アンテナ１３３は、図１１に示すように、鋭く絞った無線電力照射パターン220を220a、220b、220c、220d、220e、220f、220gのように照射範囲を順次走査する。このように照射範囲を走査させることによって、自車両から離隔した位置にある発光標識装置３０及び自車両周辺に位置する発光標識装置３１のいずれをも照射可能となる。
【００３２】
本実施形態の無線電力送出装置１０３は１又は２以上の送出アンテナ１３３を備え、送出アンテナ１３３に照射範囲を走査させるアンテナ走査手段１６０を有する。
【００３３】
図１２に本実施形態の２つの無線電力送出装置１０３ａ及び１０３ｂのブロック構成を示した。図１２（Ａ）に示した無線電力出力装置１０３ａは、鋭い指向性を持つアンテナ１３３と、このアンテナ１３３の向きを機械的に変える駆動機構と、駆動機構を制御する駆動制御部とを有するアンテナ走査手段１６０ａとを備える。アンテナ走査手段１６０ａは、制御装置１１０からの信号に従い、ローテータのように機械的にアンテナ１３３の向きを変えて各無線電力照射パターン２２０ａ〜２２０ｇを順次走査する。図１２（Ｂ）に示した無線電力送出装置１０３ｂは、アンテナ素子１３３ａ〜１３３ｇからなるアレイアンテナに対し、それぞれのアンテナ素子に出力する高周波電力の位相を変化させて電子的に無線電力照射パターン２２０ａ〜２２０ｇを走査させるアンテナ走査手段１５０ｂを有する。なお、鋭い指向性を持つアンテナを所望の数備え、それぞれのアンテナを切換えて照射してもよい。
【００３４】
本実施形態の処理手順を図１３に示した。図１３のＳ２００〜Ｓ２１４は図７に示すＳ１００〜Ｓ１３０と共通する。高調波の送出後、アンテナ走査手段１６０ａ，１６０ｂは、制御装置１１０の指令に従い、アンテナを走査させて、Ｓ２１２以降を繰り返す。
【００３５】
本実施形態によれば、広い範囲に無線電力を照射することができるため、多くの発光標識装置３００に給電することができ、利便性の高い標識をユーザに示すことができる。
【００３６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態の発光標識システムの概要を示す図である。
【図２】第１実施形態の車両側の無線電力送出装置のブロック構成図である。
【図３】第１実施形態のインフラ側の発光標識装置のブロック構成図である。
【図４】第１実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【図５】第２実施形態の車両側の無線電力送出装置のブロック構成図である。
【図６】第２実施形態のインフラ側の発光標識装置のブロック構成図である。
【図７】第２実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【図８】第３実施形態の発光標識システムの概要を示す図である。
【図９】第３実施形態の車両側の無線電力送出装置のブロック構成図である。
【図１０】第３実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【図１１】第４実施形態の発光標識システムの概要を示す図である。
【図１２】（A）は第４実施形態の車両側の無線電力送出装置の第１のブロック構成図、 （Ｂ）は第４実施形態の車両側の無線電力送出装置の第２のブロック構成図である。
【図１３】第４実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０・・・車両
１００，１０１，１０２，１０２ａ，１０３ｂ・・・無線電力送出装置
１１０・・・制御装置
１２０・・・高周波電力発生器
１３０，１３１，１３２，１３３ａ〜ｇ・・・送出アンテナ
１４０・・・高調波検出手段
１５０・・・照射パターン切換手段
１６０ａ，１６０ｂ・・・アンテナ走査手段
３０・・・インフラ側の発光標識装置
３１０・・・レクテナ
３２０・・・受電アンテナ
３３０・・・入力フィルタ
３４０・・・整流素子
３５０・・・出力フィルタ
３６０・・・発光素子
３８０・・・サーキュレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光標識システムに関し、特にインフラ（インフラストラクチャー infrastructure）側に設けられた発光標識装置に対し、車両側からマイクロ波送電により電力を供給して発光標識を発光させる発光標識システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
インフラ側に設けられたガイドライトシステムとしては、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、道路の進行方向に沿って配置された複数の発光素子と、その発光状態を個別に制御できる制御部と、道路に沿って配置された車両の存在を検出する検知部とを備え、例えば車両がカーブに近づくと上記検知部からの信号により上記制御部が上記発光素子を順次発光させるガイドライトシステムが示されている。このシステムによれば、カーブに関する情報、対向車、先行車の情報をガイドライトの点灯により得ることができる。
【０００３】
しかしながら、このガイドライトシステムは、インフラ側の車両検知部と制御部と全発光素子とを相互にケーブルで接続させるとともに電力供給を行わなければならず、インフラ整備にかかる労力・費用等のコストが大きいという問題があった。この種のガイドライトシステムは特に山間部の道路において需要が見込まれるが、インフラ整備のコスト及びランニングコストの負担が大きく、実現が困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−２８３３９３号公報
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、システム全体の設備コストを低減させることを目的とする。
本発明によれば、発生させた高周波電力を無線電力として照射する車両側の無線電力送出装置と、車両側から照射された無線電力を受電し、この無線電力を直流電力に整流し、整流された直流電流により発光素子を発光させるインフラ側の発光標識装置とを備えた発光標識システムが提供される。
【０００５】
本発明の発光標識システムは、車両側が道路等に設けられたインフラ側の装置を検出し、検出したインフラ側の装置に車両側から電力供給を行うため、インフラ側の設備コストを大幅に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
＜第１実施形態＞
以下、図面に基づいて、本発明に係る第１実施形態の発光標識システム１０００を説明する。本実施形態の発光標識システム１０００は路車間において電力の供給を行うマイクロ波電力伝送機能を有する。図１に発光標識システムの全体概要図を示した。図１に示すように、車両側１０に搭載され、前方に向けて電磁波無線電力を送出する無線電力送出装置１００と、道路沿いに設けられた複数のインフラ３０ａ〜３０eに搭載され、電磁波無線電力を受電して発光する発光標識装置３００とを有する。本実施形態の発光標識装置３００は、例えば、ガードレールに設置される自発光式の誘導標識、道路のセンターラインなどに埋め込まれている自発光式のキャッツアイ、路側に設置される自発光式の道路標識などである。
【０００７】
図２に車両側１０の無線電力送出装置１００のブロック構成を示した。図２に示すように、車両側１０の車載装置は、無線電力送出装置１００とスイッチ１９０とを有する。無線電力送出装置１００は、高周波電力を発生させる高周波電力発生手段として機能する電力発生器１２０と、電力発生器１２０が発生した高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナ１３０と、発生させた無線電力の送出を制御する制御装置１１０とを有する。無線電力送出装置１００の制御装置１１０は、スイッチ１９０から入力された起動（ＯＮ）指令に呼応して、システムを起動させ、電力発生器１２０に高周波電力を発生させ、所望の指向性を持つ送出アンテナ１３０から無線電力を照射させる。本実施形態の無線電力は例えば2.45GHzの周波数の電磁波である。ここで送出アンテナ１３０は1素子のアンテナでも良いし、複数素子を用いたアレイアンテナでも良い。スイッチ１９０は、無線電力送出装置１００のＯＮ／ＯＦＦ入力を受け付ける。本実施形態では、ヘッドランプ、スモールランプ、フォグランプ等の車両用照明装置のスイッチをスイッチ１９０として用いた。
【０００８】
図３にインフラ側３０の発光標識装置３００のブロック構成を示した。図３に示すように、発光標識装置３００は、レクテナ３１０と発光素子３６０とを有する。発光素子３６０は、レクテナ３１０の整流素子３４０により整流された直流電流により発光する素子であり、例えばＬＥＤ等である。
【０００９】
レクテナ３１０は、車両側１０の無線電力送出装置１００から照射された無線電力を受電する受電アンテナ３２０と、受電した無線電力を送出された無線電力を直流電力に整流する整流素子３４０とを少なくとも有する。具体的に、本実施形態のレクテナ３１０は、無線電力を受電し高周波電力として回路に取り込む受電アンテナ３２０と、低域通過型あるいは帯域通過型の入力フィルタ３３０と、ダイオード等の整流素子３４０と、低域通過型の出力フィルタ（整流フィルタ）３５０とを有する。
【００１０】
受電アンテナ３２０で受電した高周波電力は入力フィルタ３３０を通過して整流素子３４０に入力される。整流素子３４０では、例えばダイオード１つを使った半波整流が行われ直流成分が取り出される。なお、整流素子３４０としてダイオードを用いた場合、入力された高周波電力の周波数の整数倍の周波数を示す高調波成分が発生するが、入力フィルタ３３０によりカットされるため、高調波の再放射は抑制される。整流素子３４０により整流された電力は、出力フィルタ３５０でさらに整流されて直流電力として出力される。この直流電流を用いて発光素子３６０を発光させる。
【００１１】
本実施形態では、キャパシタや二次電池等の蓄電素子３７０を設けた。蓄電素子３７０は必要に応じて設置すればよい。蓄電素子３７０を設けることにより、受電した電力を蓄電することができ、無線電力が途切れた後もしばらくの間、発光素子３７０を発光させることができる。
【００１２】
本実施形態に係る発光標識システム１０００の動作を、図４のフローチャートに基づいて説明する。スイッチ１９０に起動命令が入力されたら（Ｓ１１０でＹ）、システムを起動する（Ｓ１１１）。車両側１０の無線電力送出装置１００の電力発生器１２０は高周波電力を発生させ、送出アンテナ３２０は発生した高調波電力を無線電力としてインフラ側３０へ向けて照射する（Ｓ１３０）。無線電力の照射強度は、インフラ側３０の発光標識装置３００を駆動させる強度であることが好ましい。インフラ側３０の発光標識装置３００は、受電した無線電力を用いて発光素子３６０を発光させる（Ｓ１４０）。
【００１３】
本実施形態の発光標識システム１０００は、車両側が道路等に設けられたインフラ側の装置を検出し、検出した装置に向けて電力供給を行う。このため、インフラ側３０に車両検知装置、制御装置、電源を設ける必要がなく、構成を簡素化することができ、インフラの整備コスト、管理運営コストを低減させることができる。発光素子を無線電力で動作させるため、電源を併設する必要がなく、既存のガードレール等に簡単に付加的に設置することができる。特に需要が見込まれる山間部等においても低コストでインフラを整備することができる。
【００１４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の発光標識システム１１００は、車両側１０の無線電力送出装置１０１が、インフラ側３０のレクテナ３１１から放射された高調波の検出結果に基づいて無線電力の照射を制御する点を特徴とする。本実施形態の基本的な構成は第１実施形態と共通するので、ここでは異なる点を中心に説明する。
【００１５】
図５に本実施形態の車両側１１の無線電力送出装置１０１のブロック構成を示した。図５に示すように、本実施形態の無線電力送出装置１０１は、第１の実施形態の構成に加えて、インフラ側３１のレクテナ３１１から放出される高調波成分を検出する高調波検出手段１４０と、高調波を受信する第２のアンテナ１３２とを備えている。また、本実施形態の制御装置１１１は、高調波検出手段１４０による検出結果に基づいて無線電力の照射を制御する。制御手法は特に限定されないが、制御装置１１１は、高調波成分を検出した場合は無線電力の送出を開始させ、高調波成分を検出しない場合は無線電力の送出を停止させて、高調波検出の有無に応じて無線電力の送出のオンオフを制御してもよい。制御手段は、高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強め、高調波成分を検出しない場合は無線電力出力強度を弱め、高調波検出の有無に応じて無線電力の出力強度を制御してもよい。制御装置１１１は、高調波成分を検出した場合は無線電力の出力間隔を短時間とし、高調波成分を検出しない場合は無線電力出力間隔を長くして、高調波検出の有無に応じて無線電力の出力のタイミングを制御してもよい。
【００１６】
本実施形態の制御装置１１１は、まず、強度の弱い無線電力を放射させ、インフラ側のレクテナから放射された高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強める。
【００１７】
図６にインフラ側３１の発光標識装置３０１のブロック構成を示した。本実施形態の発光標識装置３０１は、受電する無線電力の周波数の略２倍の高調波成分を通過させる、第１実施形態のとは通過特性が異なる入力フィルタ３３１と、無線電力を受電して高周波電力として回路に取り込む第1のアンテナ３２１と、整流素子３４０にて発生した高調波を再放射する第2のアンテナ３２２とを備える。これら２つのアンテナは1のアンテナで構成してもよい。なお、本実施形態では、２つのアンテナを効率よく動作させるためにサーキュレータ３８０を設けた。
【００１８】
発光標識装置３０１の第１のアンテナ３２１が無線電力を受電し、高周波電力として回路に取り込む。高周波電力はショットキバリヤダイオード等の整流素子３４０に給電され、直流電力に整流されるとともに高周波電力の一部は整流素子にて高調波となる。受電した高周波電力の周波数の２倍の周波数の高調波成分は、入力フィルタ３３１を通過して第２のアンテナ３２２から再び放射される。
【００１９】
通常、無線電力伝送システムに用いられるレクテナは、整流ダイオードによって発生する高調波の再放射を防ぐために低域通過型乃至は帯域通過型の入力フィルタを備える。これに対し、本実施形態の発光標識装置３０１は、受電する無線電力の周波数の2倍の周波数の高調波成分を通過させる特性を備えた入力フィルタ３３１を有する。このように、本実施形態のレクテナ３１１は高調波をあえて再放射させるので、高調波の検出によりレクテナ３１１又はこれを有する発光標識装置３０１の存在を検出することができる。
【００２０】
本実施形態の発光標識システムの動作手順を図７のフローチャートに基づいて説明する。Ｓ１００〜Ｓ１１１までは、図４に示す処理と共通する。システム起動後、制御装置１１１は、まず、強度の弱い無線電力を送出する（Ｓ１２０）。この無線電力の強度は、レクテナの検出には十分であるが、発光標識の駆動には足らない程度の弱いものである。本実施形態のレクテナ３１１が無線電力を受電した場合、無線電力の周波数の略２倍の高調波成分が入力フィルタ３３１を通過して再放射され、無線電力送出装置１０１の高調波検出手段１４０がこれを検出する。
【００２１】
Ｓ１２１において、高調波検出手段１４０が第２のアンテナ１３２を介して高調波を検出した場合（Ｓ１２１でＹ）、制御装置１１１は、本システムの発光標識装置３０１が存在すると判断して発光標識装置３０１を駆動するに足る強電力の高周波電力を電力発生器１２１に発生させ、第1のアンテナ１３１を介して無線電力として送出する（Ｓ１３０）。他方、高調波が検出できない場合（Ｓ１２１でＮ）、本実施形態の発光標識装置３０１が存在しないと判断してＳ１２０に戻り、強度の弱い無線電力を送出する（Ｓ１２０）。送出される無線電力は、発光標識装置３０１を駆動することはできないが、高調波検出手段１４０が高調波成分を検出できる程度の弱い無線電力である。高調波が検出された場合は、強度の強い無線電力を送出する（Ｓ１３０）。この送出された無線電力を用いてインフラ側３１の発光素子を発光させる。
【００２２】
高調波検出手段１４０は第２のアンテナ１３２を介して高調波成分が検出されるか否かを継続してモニタし（Ｓ１３１）、高調波成分が検出されている間（Ｓ１３１でYesの間）は強度の強い無線電力の送出を継続し、高調波成分が検出されなくなったら（１３１がNoになったら）Ｓ１２０に戻る。なお、本フローチャートには終了を記述しなかったが、スイッチ１９０がOffあるいは車両側10の電源Offによって、いかなる段階にあっても処理を終了する。
【００２３】
本実施形態によれば、車両側１０は、高調波の検出結果に基づいて電力供給対象となる発光標識装置３０１が無線電力送出範囲内に存在するか否かを確認することができる。これにより、車両側１０の無線電力送出装置１０１は、常に強電力の無線電力を送出する必要がなく、電力供給対象が存在する場合にのみ発光用の無線電力を照射することができる。
【００２４】
本実施形態では、起動後、強度の弱い無線電力を送出し、この無線電力を受電したレクテナ３１１から再放射された高調波を検出した場合（本システムの発光標識装置３０１が存在すると推測できる場合）に限って強度の強い無線電力を送出するため、不要なエネルギー放出を抑えることができ、システムのエネルギー効率を向上させることができる。
【００２５】
＜第３実施形態＞
第３実施形態は、無線電力送出装置１００から照射される無線電力の照射パターンを切換える点を特徴とする。本実施形態は、無線電力の送出範囲を、図８に示す第1の無線電力照射パターン２００と第２の無線電力照射パターン２１０の２段階で切換える。基本的な構成及び動作は、第１実施形態又は第２実施形態と共通するので、ここでは異なる点を中心に説明する。
【００２６】
図８に指向性を絞った第１の無線電力照射パターン２００と、比較的指向性が絞られていない無線電力照射パターン２１０とを示した。自車両１００から離隔した（遠くにある）インフラ側の受電アンテナに所望の電力を供給する電磁波を送出するためには、指向性を絞った、第１の無線電力照射パターン２００が適している。しかし、第１の無線電力照射パターンでは、車両１０に近い位置にある発光標識装置３１が照射範囲外となり、給電することができずに、発光標識装置３１を発光させることができない。本実施形態では、指向性の鋭い第１の無線電力照射パターン２００と指向性の比較的鋭くない第２の無線電力照射パターン２１０とを順次切換えることにより、自車両から離隔した位置にある発光標識装置３０ａ〜３０ｄと、自車両の周辺近くに存在する発光標識装置３１の両方に電力を供給して、広い範囲に存在する発光標識装置３００，３０１を動作させることができる。
【００２７】
図９に本実施形態の無線電力送出装置１０２のブロック構成を示した。図９に示すように、無線電力送出装置１０２は、第1の無線電力照射パターン２００で無線電力を照射する第1のアンテナ１３１と、第２の無線電力照射パターン２１０で無線電力を照射する第２のアンテナ１３２と、これら2つのアンテナを切換えて照射パターンを切り換える照射パターン切換手段１５０とを備える。照射パターン切換手段１５０は、制御装置１１０の照射パターン切換え指令に基づいて２つのアンテナ１３１，１３２を切換えて無線電力を送出する。これにより、２つの照射パターン２００及び２１０をカバーする範囲に無線電力を送出することができる。
【００２８】
本実施形態の処理手順を図１０に示した。図１０のＳ２００〜Ｓ２１４は図７に示すＳ１００〜Ｓ１３０と共通する。高調波の送出後、照射パターン切換手段１５０は、制御装置１１０の指令に従い、アンテナを切り換えてＳ２１２に戻る。
【００２９】
本実施形態によれば、広い範囲に無線電力を照射することができるため、多くの発光標識装置３００に給電することができ、利便性の高い標識をユーザに示すことができる。
【００３０】
＜第４実施形態＞
第４実施形態は、第３実施形態と同様に、無線電力送出装置１００から照射される無線電力の照射パターンを切換える点を特徴とする。本実施形態は、指向性を絞った無線電力を走査させることにより、自車両から離隔した位置にある発光標識装置３０及び自車両の周囲近くにある発光標識装置３１の両方に電力供給を行い、無線電力の送出範囲の拡大を図る。基本的な構成及び動作は、第１実施形態又は第２実施形態と共通するので、ここでは異なる点を中心に説明する。
【００３１】
本実施形態の送出アンテナ１３３は、図１１に示すように、鋭く絞った無線電力照射パターン220を220a、220b、220c、220d、220e、220f、220gのように照射範囲を順次走査する。このように照射範囲を走査させることによって、自車両から離隔した位置にある発光標識装置３０及び自車両周辺に位置する発光標識装置３１のいずれをも照射可能となる。
【００３２】
本実施形態の無線電力送出装置１０３は１又は２以上の送出アンテナ１３３を備え、送出アンテナ１３３に照射範囲を走査させるアンテナ走査手段１６０を有する。
【００３３】
図１２に本実施形態の２つの無線電力送出装置１０３ａ及び１０３ｂのブロック構成を示した。図１２（Ａ）に示した無線電力出力装置１０３ａは、鋭い指向性を持つアンテナ１３３と、このアンテナ１３３の向きを機械的に変える駆動機構と、駆動機構を制御する駆動制御部とを有するアンテナ走査手段１６０ａとを備える。アンテナ走査手段１６０ａは、制御装置１１０からの信号に従い、ローテータのように機械的にアンテナ１３３の向きを変えて各無線電力照射パターン２２０ａ〜２２０ｇを順次走査する。図１２（Ｂ）に示した無線電力送出装置１０３ｂは、アンテナ素子１３３ａ〜１３３ｇからなるアレイアンテナに対し、それぞれのアンテナ素子に出力する高周波電力の位相を変化させて電子的に無線電力照射パターン２２０ａ〜２２０ｇを走査させるアンテナ走査手段１５０ｂを有する。なお、鋭い指向性を持つアンテナを所望の数備え、それぞれのアンテナを切換えて照射してもよい。
【００３４】
本実施形態の処理手順を図１３に示した。図１３のＳ２００〜Ｓ２１４は図７に示すＳ１００〜Ｓ１３０と共通する。高調波の送出後、アンテナ走査手段１６０ａ，１６０ｂは、制御装置１１０の指令に従い、アンテナを走査させて、Ｓ２１２以降を繰り返す。
【００３５】
本実施形態によれば、広い範囲に無線電力を照射することができるため、多くの発光標識装置３００に給電することができ、利便性の高い標識をユーザに示すことができる。
【００３６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態の発光標識システムの概要を示す図である。
【図２】第１実施形態の車両側の無線電力送出装置のブロック構成図である。
【図３】第１実施形態のインフラ側の発光標識装置のブロック構成図である。
【図４】第１実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【図５】第２実施形態の車両側の無線電力送出装置のブロック構成図である。
【図６】第２実施形態のインフラ側の発光標識装置のブロック構成図である。
【図７】第２実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【図８】第３実施形態の発光標識システムの概要を示す図である。
【図９】第３実施形態の車両側の無線電力送出装置のブロック構成図である。
【図１０】第３実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【図１１】第４実施形態の発光標識システムの概要を示す図である。
【図１２】（A）は第４実施形態の車両側の無線電力送出装置の第１のブロック構成図、 （Ｂ）は第４実施形態の車両側の無線電力送出装置の第２のブロック構成図である。
【図１３】第４実施形態に発光標識システムの制御手順を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０・・・車両
１００，１０１，１０２，１０２ａ，１０３ｂ・・・無線電力送出装置
１１０・・・制御装置
１２０・・・高周波電力発生器
１３０，１３１，１３２，１３３ａ〜ｇ・・・送出アンテナ
１４０・・・高調波検出手段
１５０・・・照射パターン切換手段
１６０ａ，１６０ｂ・・・アンテナ走査手段
３０・・・インフラ側の発光標識装置
３１０・・・レクテナ
３２０・・・受電アンテナ
３３０・・・入力フィルタ
３４０・・・整流素子
３５０・・・出力フィルタ
３６０・・・発光素子
３８０・・・サーキュレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力を発生させる高周波電力発生手段と、発生させた高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナとを有する車両側の無線電力送出装置と、
前記無線電力送出装置から照射された無線電力を受電する受電アンテナと受電した無線電力を直流電力に整流する整流素子とを含むレクテナと、前記整流素子により整流された直流電流により発光する発光素子とを有するインフラ側の発光標識装置とを備えた発光標識システム。
【請求項２】
前記車両側の無線電力送出装置は、前記インフラ側のレクテナから放射される高調波成分を検出する高調波検出手段と、前記高調波検出手段による検出結果に基づいて無線電力の照射を制御する制御手段とを、さらに備えた請求項１に記載の発光標識システム。
【請求項３】
前記発光標識装置のレクテナは、受電する無線電力の周波数の略２倍の高調波成分を通過させるフィルタを備えた請求項２に記載の発光標識システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記高調波検出手段による検出結果に基づいて前記無線電力の出力強度を制御する請求項２又は３に記載の発光標識システム。
【請求項５】
前記制御手段は、まず強度の弱い無線電力を照射させ、前記インフラ側のレクテナから放射された高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強める請求項４に記載の発光標識システム。
【請求項６】
前記インフラ側の発光標識装置は、蓄電器をさらに備えた請求項１〜５のいずれかに記載の発光標識システム。
【請求項７】
前記車両側の無線電力送出装置は、無線電力の照射範囲パターンを切換える照射パターン切換手段をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の発光標識システム。
【請求項８】
前記車両側の無線電力送出装置は１又は２以上の送出アンテナを備え、前記送出アンテナに照射範囲を走査させるアンテナ走査手段を有する請求項１〜６のいずれかに記載の発光標識システム。
【請求項９】
前記アンテナ走査手段は、前記送出アンテナの向きを変える駆動機構と、前記駆動機構を制御する駆動制御部とを有する請求項８に記載の発光標識システム。
【請求項１０】
前記アンテナ走査手段は、前記２以上の走査アンテナに照射させる無線電力の位相を制御することにより、照射範囲を走査させる請求項８に記載の発光標識システム。
【請求項１１】
車両に搭載された無線電力送出装置であって、
高周波電力を発生させる高周波電力発生手段と、
発生させた高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナと、
前記送出アンテナから照射された無線電力を受電し、受電した無線電力を直流電力に整流する整流素子を含むレクテナを有するインフラ側から放射される高調波成分を検出する高調波検出手段と、
前記高調波検出手段による検出結果に基づいて無線電力の出力強度を制御する制御手段と、を有する無線電力送出装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、まず強度の弱い無線電力を照射させ、前記インフラ側のレクテナから放射された高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強める請求項１１に記載の無線電力送出装置。
【請求項１】
高周波電力を発生させる高周波電力発生手段と、発生させた高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナとを有する車両側の無線電力送出装置と、
前記無線電力送出装置から照射された無線電力を受電する受電アンテナと受電した無線電力を直流電力に整流する整流素子とを含むレクテナと、前記整流素子により整流された直流電流により発光する発光素子とを有するインフラ側の発光標識装置とを備えた発光標識システム。
【請求項２】
前記車両側の無線電力送出装置は、前記インフラ側のレクテナから放射される高調波成分を検出する高調波検出手段と、前記高調波検出手段による検出結果に基づいて無線電力の照射を制御する制御手段とを、さらに備えた請求項１に記載の発光標識システム。
【請求項３】
前記発光標識装置のレクテナは、受電する無線電力の周波数の略２倍の高調波成分を通過させるフィルタを備えた請求項２に記載の発光標識システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記高調波検出手段による検出結果に基づいて前記無線電力の出力強度を制御する請求項２又は３に記載の発光標識システム。
【請求項５】
前記制御手段は、まず強度の弱い無線電力を照射させ、前記インフラ側のレクテナから放射された高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強める請求項４に記載の発光標識システム。
【請求項６】
前記インフラ側の発光標識装置は、蓄電器をさらに備えた請求項１〜５のいずれかに記載の発光標識システム。
【請求項７】
前記車両側の無線電力送出装置は、無線電力の照射範囲パターンを切換える照射パターン切換手段をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載の発光標識システム。
【請求項８】
前記車両側の無線電力送出装置は１又は２以上の送出アンテナを備え、前記送出アンテナに照射範囲を走査させるアンテナ走査手段を有する請求項１〜６のいずれかに記載の発光標識システム。
【請求項９】
前記アンテナ走査手段は、前記送出アンテナの向きを変える駆動機構と、前記駆動機構を制御する駆動制御部とを有する請求項８に記載の発光標識システム。
【請求項１０】
前記アンテナ走査手段は、前記２以上の走査アンテナに照射させる無線電力の位相を制御することにより、照射範囲を走査させる請求項８に記載の発光標識システム。
【請求項１１】
車両に搭載された無線電力送出装置であって、
高周波電力を発生させる高周波電力発生手段と、
発生させた高周波電力を無線電力として照射する送出アンテナと、
前記送出アンテナから照射された無線電力を受電し、受電した無線電力を直流電力に整流する整流素子を含むレクテナを有するインフラ側から放射される高調波成分を検出する高調波検出手段と、
前記高調波検出手段による検出結果に基づいて無線電力の出力強度を制御する制御手段と、を有する無線電力送出装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、まず強度の弱い無線電力を照射させ、前記インフラ側のレクテナから放射された高調波成分を検出した場合は無線電力の出力強度を強める請求項１１に記載の無線電力送出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１６３６０９（Ｐ２００６−１６３６０９Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５１５９５（Ｐ２００４−３５１５９５）
【出願日】平成１６年１２月３日（２００４．１２．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月３日（２００４．１２．３）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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