WO2021171790A1 - 給電システム、給電装置、及び、給電方法 - Google Patents

給電システム、給電装置、及び、給電方法 Download PDF

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藤井　正明
辻　直樹
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MinebeaMitsumi Inc
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power supply system, a power supply device, and a power supply method.
  • the vehicle blinks the light emitting device and transmits the blinking cycle information to the power transmission device when the vehicle is aligned with the power transmission device.
  • the control device recognizes the blinking cycle of the light emitting device according to the captured image captured by the image pickup device, and recognizes the blinking cycle indicated by the blinking cycle information received by the communication device according to the captured image.
  • the blinking cycle is the same, the vehicle photographed by the imaging device is associated with the vehicle that has transmitted the blinking cycle information indicating the blinking cycle recognized from the captured image (see, for example, Patent Document 1).
  • the conventional non-contact power transmission system has a complicated configuration because it determines whether or not the blinking cycle indicated by the blinking cycle information received by the communication device and the blinking cycle recognized according to the captured image are the same. rice field.
  • the power supply system is provided on the first object and has a first directional property that outputs the first infrared ray in the first direction in which the second object that moves relative to the first object appears.
  • a first infrared output unit that outputs the first infrared ray, a reflector that is provided on the second object and reflects the first infrared ray by retroreflection, and a reflector that is provided on the second object and moves relatively.
  • a second infrared output unit that has a second directionality that outputs a second infrared ray in the second direction in which the first object exists and outputs the second infrared ray with the power received by wireless power supply, and the first object.
  • a feeding unit that is provided in the above and outputs a beam in the direction of arrival of the reflected infrared rays or the second infrared rays when the reflected infrared rays of the first infrared rays or the second infrared rays are received. ..
  • FIG. 1 is a diagram showing a power supply device 100 of the embodiment.
  • the power feeding device 100 includes an array antenna 110, a phase shifter 120, a microwave source 130, a camera 140, and a control device 150.
  • the plane view is an XY plane view.
  • the X-axis is an example of the first axis
  • the Y-axis is an example of the second axis
  • the Z-axis is an example of the third axis.
  • the XY plane is an example of the first plane
  • the XZ plane is an example of the second plane.
  • the array antenna 110 is grouped into four sub-arrays 110A, 110B, 110C, and 110D as an example.
  • the sub-arrays 110A to 110D are arranged in the X-axis direction, and each sub-array 110A to 110D includes four antenna elements 111 as an example. Therefore, the array antenna 110 includes 16 antenna elements 111 as an example.
  • the antenna element 111 is a patch antenna having a rectangular shape in a plan view.
  • the array antenna 110 may have a ground plate held at the ground potential on the ⁇ Z direction side of the antenna element 111. As an example, the center of the position of the 16 antenna elements 111 coincides with the origin of the XYZ coordinate system.
  • phase shifters 120 are provided corresponding to the four sub-arrays 110A to 110D, and the four phase shifters 120 are connected to the antenna elements 111 of the sub-arrays 110A to 110D, respectively.
  • the four antenna elements 111 are connected in parallel to one phase shifter 120.
  • the phase shifter 120 is an example of a phase adjusting unit.
  • each of the sub-arrays 110A to 110D power of the same phase is supplied to the four antenna elements 111. Further, the phases of the electric power output by the four phase shifters 120 to the sub-arrays 110A to 110D are different from each other. Therefore, the angle (elevation angle) of the beam formed by the radio waves radiated from the 16 antenna elements 111 can be controlled in the XZ plane. Further, the beam has a directivity of a narrow angle, and the directivity is, for example, about 5 degrees to about 15 degrees.
  • the beam formed by the radio waves radiated from the 16 antenna elements 111 is synonymous with the beam output by the array antenna 110. Further, the beam output by the array antenna 110 is synonymous with the beam output by the power feeding device 100.
  • the microwave generation source 130 is connected to four phase shifters 120 and supplies microwaves of a predetermined power.
  • the microwave generation source 130 is an example of a radio wave generation source.
  • the microwave frequency is, for example, 915 MHz.
  • the mode in which the power feeding device 100 includes the microwave generation source 130 will be described here, the power feeding device 100 is not limited to microwaves, and may be radio waves having a predetermined frequency.
  • the camera 140 is arranged between the sub-arrays 110B and 110C.
  • the camera 140 has a fisheye lens 141 and a camera body 142.
  • the camera 140 is an example of an image acquisition unit.
  • the fisheye lens 141 is a lens that employs an equidistant projection method.
  • the position of the center of the fisheye lens 141 coincides with the center of the 16 antenna elements 111 and the origin of the XYZ coordinate system.
  • the camera body 142 may be a part of the camera 140 other than the fisheye lens 141, and may be a camera capable of receiving infrared rays having a predetermined wavelength.
  • the predetermined wavelength is 850 nm as an example, but it may be a wavelength other than 850 nm.
  • the camera 140 capable of receiving infrared rays of 850 nm is, for example, an infrared camera equipped with a filter capable of receiving infrared rays of 850 nm, or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) provided with a filter capable of receiving infrared rays and transmitting a wavelength of 850 nm. Image sensor etc.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • the camera 140 acquires an image including a marker through the fisheye lens 141 and outputs the image data to the control device 150.
  • the marker is attached to the target to which the beam output by the power feeding device 100 is to be irradiated.
  • the power feeding device 100 obtains the position of the marker included in the image acquired by the camera 140, and irradiates the beam toward the target.
  • the control device 150 includes a position conversion unit 151, an elevation angle acquisition unit 152, a control unit 153, and a memory 154.
  • the control device 150 is realized by a computer including a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
  • the position conversion unit 151, the elevation angle acquisition unit 152, and the control unit 153 show the function of the program executed by the control device 150 as a functional block.
  • the memory 154 functionally represents the memory of the control device 150.
  • FIG. 2 is a diagram showing a polar coordinate system of the array antenna 110.
  • FIG. 2 shows only the array antenna 110 and the camera 140 of the power feeding device 100. Further, FIG. 2 shows a polar coordinate system on a plane parallel to the XY plane.
  • the position of the marker in the XYZ coordinate system is P1
  • the elevation angle of the line segment connecting the origin O and the position P1 is ⁇
  • the azimuth angle is ⁇ .
  • the elevation angle is an angle with respect to the + Z direction
  • the azimuth is an angle with respect to the + X direction
  • counterclockwise is a positive value in a plan view.
  • the elevation angle of the line segment connecting the position P1a projected on the XZ plane and the origin O is defined as ⁇ a.
  • Position P1 is an example of the first position, and position P1a is an example of the projection position.
  • the origin O is an example of a reference point in the XYZ coordinate system.
  • the power feeding device 100 controls the elevation angle of the beam output by the array antenna 110 only in the XZ plane. This assumes that the position of the target does not deviate much from the XZ plane (for example, the elevation angle with respect to the Z axis in the YZ plane is within ⁇ 30 degrees). This is because if the target is in such a position, the target can be irradiated with the beam simply by controlling the elevation angle of the beam in the XZ plane.
  • the position conversion unit 151 performs image processing on the image acquired by the camera 140, and converts the equidistant projection image obtained through the fisheye lens 141 into polar coordinates on a plane parallel to the XY plane. By this image processing, the position P1 of the marker included in the image acquired by the camera 140 with respect to the array antenna 110 is converted to the position P2 in polar coordinates on the XY plane.
  • the position P2 is an example of the second position.
  • the position P2 is represented by a radius r from the origin O and an argument ⁇ .
  • the declination ⁇ is the same as the azimuth angle ⁇ .
  • the position conversion unit 151 obtains r ⁇ cos ⁇ that maps the radius r on the X axis by the above-mentioned image processing.
  • the elevation angle acquisition unit 152 uses the value (r ⁇ cos ⁇ / f L ) obtained by dividing the X coordinate (r ⁇ cos ⁇ ) of the mapping position P2a, which is the mapping of the position P2 on the X axis, by the focal length f L of the fisheye lens 141 as the elevation angle ⁇ a. Get (calculate). The reason why the elevation angle ⁇ a can be obtained in this way will be described later.
  • the control unit 153 controls the phase shifter 120 so that the direction of the beam emitted by the array antenna 110 is the elevation angle ⁇ a in the XZ plane.
  • the elevation angle ⁇ a is acquired by the elevation angle acquisition unit 152.
  • the control unit 153 controls the output of the microwave generation source 130, controls the shooting of the camera 140, and the like.
  • the memory 154 is acquired by the position conversion unit 151, the elevation angle acquisition unit 152, the program executed when the control unit 153 performs processing, the data used in the execution of the program, the data generated by the execution of the program, and the camera 140. Stores image data, etc.
  • the elevation angle ⁇ a can be obtained by the following equation (1) from the geometrical relationship between the position P1 and the position P1a by using the azimuth angle ⁇ and the elevation angle ⁇ .
  • Equation (2) when the elevation angle ⁇ is sufficiently small, tan ⁇ , when the azimuth angle ⁇ is sufficiently small, cos ⁇ 1, and when the azimuth angle ⁇ is close to 90 degrees, cos ⁇ 0. Therefore, the equation (2) can be transformed into the following equation (3).
  • the elevation angle ⁇ a can be approximated as in Eq. (3).
  • the radius r is expressed by the following equation (4).
  • r f L ⁇ (4)
  • the elevation angle ⁇ a can be expressed by the following equation (5).
  • ⁇ a r ⁇ cos ⁇ / f L (5) In this way, the elevation angle ⁇ a can be approximately obtained by using the equation (5).
  • the position P1 obtained by equal-distance projection is converted into polar coordinates on a plane parallel to the XY plane to change the position P2.
  • FIG. 3 is a diagram showing an application example of the power feeding device 100.
  • the power feeding device 100 is mounted on the vehicle 30 as an example, and an antenna 20 as a target is provided on the inner wall 10 of the tunnel.
  • a marker 50 is connected to the antenna 20.
  • the marker 50 includes a reflector that reflects infrared rays by retroreflection (retroreflection).
  • the vehicle 30 is an example of the first object
  • the inner wall 10 of the tunnel is an example of the second object.
  • the vehicle 30 and the inner wall 10 of the tunnel move relatively, so that the vehicle 30 and the marker 50 also move relatively.
  • the relative movement direction of the marker 50 with respect to the power feeding device 100 mounted on the vehicle 30 is the ⁇ X direction.
  • the camera 140 converts the position of the marker 50 into polar coordinates on a plane parallel to the XY plane, and further maps the X of the mapping position (the mapping position corresponding to P2a) on the X axis.
  • an antenna 20, a sensor that monitors looseness of bolts, etc., a rectenna, and a capacitor are attached to a fixing portion that fixes an infrastructure structure such as a jet fan or a sign attached to the inner wall 10 of a tunnel to the inner wall 10.
  • the wireless communication module is provided, and when the beam is radiated from the power feeding device 100 to the antenna 20 while traveling in the vehicle 30, the rectenna connected to the antenna 20 converts the microwave into electric power.
  • the power converted by the rectenna is stored in the capacitor, activating the marker and sensor and wireless communication module.
  • the marker performs a predetermined operation
  • the wireless communication module transmits a signal representing the output of the sensor, and the signal is received on the vehicle 30 side, so that the fixed state of the infrastructure structure can be inspected while traveling.
  • a sensor that monitors the looseness of bolts or the like in the fixed portion is incorporated in a washer and fastened together with the bolts to detect the looseness of the bolts. The predetermined operation of the marker will be described later.
  • the X coordinate (r ⁇ cos ⁇ ) of the mapping position (the mapping position corresponding to P2a) mapped to the X axis is obtained from the position of the antenna 20 deviated from the XZ plane, and the X coordinate (r ⁇ cos ⁇ ) is the focus of the fisheye lens 141. Since the beam is controlled using the value divided by the distance f L (r ⁇ cos ⁇ / f L ) as the elevation angle ⁇ a, when the vehicle 30 traveling in the X-axis direction shifts to either plus or minus of the Y-axis. However, the elevation angle ⁇ a can be obtained by absorbing the positional deviation.
  • FIG. 4 is a diagram showing a marker 50.
  • the marker 50 includes a housing 51, a reflector 52, LEDs 53 (53A to 53G), and a control unit 54.
  • the housing 51 is a cylindrical case. Two reflectors 52 and a plurality of LEDs 53 (53A to 53G) are exposed on the outer peripheral surface of the housing 51. Further, a control unit 54 is provided inside the housing 51.
  • such a marker 50 is attached to a predetermined position on the inner wall 10 of the tunnel (see FIG. 3).
  • the predetermined position is, for example, a predetermined position in a cross section obtained by cutting a tunnel in a plane perpendicular to the traveling direction, and is a predetermined height position on the left side of the inner wall 10 facing the traveling direction. .. If the markers 50 are attached to such positions along the tunnel at regular intervals, the markers 50 will repeatedly appear diagonally upward to the left and forward in the traveling direction of the vehicle 30 when the vehicle 30 travels in the tunnel.
  • the reflector 52 is a reflector that reflects infrared rays by retroreflection (retroreflective), and is provided on the upper side and the lower side of the outer peripheral surface of the housing 51.
  • the reflector 52 is a retroreflector (retroreflector) that reflects incident infrared rays along the incident direction, and for example, a film-like reflector or a reflector-type reflector can be used.
  • the direction in which the reflector 52 reflects is substantially equal to the incident direction of infrared rays.
  • a plurality of LEDs 53 are provided along the circumferential direction between the upper reflector 52 and the lower reflector 52 on the outer peripheral surface of the housing 51, and output infrared rays having a wavelength of 850 nm. It is an infrared LED.
  • the LED 53 is an example of the second infrared output unit, and the infrared rays output by the LEDs 53 (53A to 53G) are an example of the second infrared rays.
  • the plurality of LEDs 53 are, as an example, a half-circumferential portion not located on the inner wall 10 side of the tunnel (the portion visible in FIG. 4). ) May be provided. That is, as shown in FIG. 4, the plurality of LEDs 53 are provided on the outer peripheral surface of the front half circumference, and seven LEDs 53A to 53G are shown as an example.
  • LED53 when LEDs 53A to 53G are not particularly distinguished, they are simply referred to as LED53.
  • the LED 53 has directivity to output infrared rays at a narrow angle.
  • the directivity of the LED 53 is, for example, about 10 degrees to about 20 degrees.
  • the lighting of each LED 53 is controlled by the control unit 54.
  • the LEDs 53A to 53G are arranged in the order of the LED 53A located on the leftmost side and the LED53G located on the rightmost side.
  • the control unit 54 is activated by the electric power received by the antenna 20 and stored in the capacitor, and lights the LEDs 53A to 53G one by one by using the electric power stored in the capacitor.
  • the order of lighting is the order of LEDs 53A to 53G. This means that when the vehicle 30 approaches the marker 50, the LEDs 53A are turned on in order so that the infrared rays output by each LED 53 are irradiated to the camera 140 of the power feeding device 100 mounted on the vehicle 30. Because.
  • each LED 53 may be provided with a rectenna in the direction of its directivity so that the LED 53 connected to the rectenna irradiated with microwaves is turned on.
  • the LED 56 at the optimum position lights up in sequence according to the relative angular displacement of the vehicle 30 and the marker 50. Therefore, it is necessary to perform special control for setting the directivity direction of the LED 53. Since there is no such thing, the design can be simplified.
  • FIG. 5 is a diagram showing an operation example in the power supply system 200.
  • FIG. 5 shows a state in which the positional relationship between the power supply system 200 and the marker 50 is viewed from the right side in the moving direction of the vehicle 30. Therefore, in FIG. 5, the right direction is the + X direction.
  • the markers 50 (A) and 50 (B) indicate the markers 50 at the positions (A) and (B) relative to the vehicle 30, respectively.
  • the relative movement direction of the marker 50 is the ⁇ X direction.
  • the power supply system 200 includes a power supply device 100 and a marker 50.
  • the marker 50 is fixed to the inner wall 10 of the tunnel, and the power feeding device 100 is mounted on the vehicle 30.
  • the power feeding device 100 further includes an infrared output unit 160 in addition to the components shown in FIGS. 1 and 2.
  • the infrared output unit 160 is, for example, an infrared projector that outputs infrared rays having a wavelength of 850 nm.
  • the infrared output unit 160 is provided in the vicinity of the array antenna 110, and has a directivity of about 10 degrees to about 20 degrees as an example.
  • the directivity of the infrared output unit 160 is an example of the first directivity, and the infrared output unit 160 irradiates the irradiation range 160A with infrared rays.
  • the irradiation range 160A is obtained by the directivity of the infrared output unit 160, and faces diagonally upward to the left and forward where the marker 50 appears in the tunnel as the vehicle 30 advances.
  • the direction in which the irradiation range 160A faces is the direction in which the marker 50 appears when the vehicle 30 travels in the tunnel.
  • FIG. 5 shows the beams 115A (115A1, 115A2) output from the array antenna 110.
  • the directivity of the beams 115A (115A1, 115A2) is from about 5 degrees to about 15 degrees.
  • the beam 115A of the array antenna 110 can be directed to the position indicated as the beam 115A1 or the direction indicated as the beam 115A2.
  • the infrared output unit 160 irradiates the irradiation range 160A with infrared rays and the marker 50 at the position (A) enters the irradiation range 160A
  • the reflector 52 of the marker 50 recurs. Infrared rays are reflected in the incident direction by reflection.
  • the camera 140 receives the reflected light
  • the position conversion unit 151 performs image processing and conversion to polar coordinates
  • the elevation angle acquisition unit 152 acquires the elevation angle ⁇ a corresponding to the position (A)
  • the control unit 153 Controls the phase shifter 120, and the array antenna 110 outputs a beam in the direction of the elevation angle ⁇ a.
  • the beam 115A1 is output to the marker 50 at the position (A), and the antenna 20 in the vicinity of the marker 50 receives electric power.
  • the vehicle 30 is moving, and the position of the marker 50 with respect to the vehicle 30 is relatively moving from the position (A) to the position (B).
  • the marker 50 outputs infrared rays from the LED 53A at a position (B) relative to the vehicle 30.
  • the LED 53A is used when the vehicle 30 travels in a tunnel at a predetermined speed, the antenna 20 receives power at the position (A), and then the LED 53A outputs infrared rays at the position (B). It has a directivity to output infrared rays in a direction in which infrared rays can be received from the LED 53A.
  • the position conversion unit 151 performs image processing and conversion to polar coordinates
  • the elevation angle acquisition unit 152 has an elevation angle corresponding to the position (B).
  • the control unit 153 controls the phase shifter 120, and the array antenna 110 outputs a beam in the direction of the elevation angle ⁇ a.
  • the beam 115A2 is output to the marker 50 at the position (B), and the antenna 20 in the vicinity of the marker 50 receives electric power.
  • the marker 50 sequentially outputs infrared rays to the LEDs 53B to 53G by using the electric power stored in the capacitor.
  • the power feeding device 100 receives infrared rays from the LEDs 53B to 53G, the power feeding device 100 identifies the position of the marker 50 and outputs the beam 115A toward the marker 50.
  • the directivity direction of the LED 53B is shifted by the angle between the position (A) and the position (B) seen from the power feeding device 100 with respect to the directivity direction of the LED 53A.
  • the LED 53C The directivity direction of the to 53G is sequentially shifted by the angle between the position (A) and the position (B) with respect to the directivity direction of the LED 53B.
  • the directivity of the sandwich angle of the LEDs 53A to 53G is set so as to be narrow so that the infrared irradiation ranges of the LEDs 53A to 53G do not overlap within the range of the distance where the vehicle 30 is located with respect to the marker 50. ing.
  • the output of the beam 115A by the power feeding device 100 and the output of infrared rays from the LED 53 by the marker 50 are such that the power feeding device 100 outputs the beam 115A in response to the reception of infrared rays from the LED 53G, and the power feeding device 100 outputs the beam 115A. This is performed until the infrared rays from the LED 53 are no longer received.
  • FIG. 6 is a diagram showing a process executed by the control unit 153 of the power feeding device 100. The process shown in FIG. 6 shows the process of the power feeding method of the embodiment.
  • control unit 153 When the process starts, the control unit 153 outputs infrared rays from the infrared output unit 160 (step S1).
  • the control unit 153 determines whether or not infrared rays have been received from the marker 50 (step S2).
  • the infrared rays received from the marker 50 by the power feeding device 100 are the reflected light of the infrared rays output from the infrared output unit 160 for the first time (first time), and the infrared rays output by the LED 53 of the marker 50 for the second and subsequent times.
  • control unit 153 determines that it has received infrared rays (S2: YES), it causes the array antenna 110 to output the beam 115A (step S3). More specifically, the position conversion unit 151 performs image processing and conversion to polar coordinates, the elevation angle acquisition unit 152 acquires the elevation angle ⁇ a corresponding to the position (B), and the control unit 153 controls the phase shifter 120. , The array antenna 110 outputs a beam in the direction of the elevation angle ⁇ a.
  • step S3 When the process of step S3 is completed, the control unit 153 returns the flow to step S2.
  • control unit 153 determines in step S2 that it has not received infrared rays (S2: NO), it ends a series of processes (end).
  • the processing ends, for example, when the power feeding device 100 outputs the beam 115A when the power feeding device 100 receives the infrared rays from the LED 53G and the power feeding device 100 does not receive the infrared rays from the LED 53, and when the power feeding device 100 does not receive the infrared rays from the LED 53, other than the marker 50. This is the case when infrared rays reflected by an object are received.
  • FIG. 7 is a diagram showing an operation when the power feeding device 100 receives infrared rays reflected by an object 60 other than the marker 50.
  • the objects 60 (A) and 60 (B) indicate the objects 60 at the positions (A) and (B) relative to the vehicle 30, respectively.
  • the vehicle 30 advances while the infrared output unit 160 irradiates the irradiation range 160A with infrared rays, the object 60 at the position (A) enters the irradiation range 160A, and the infrared rays reflected by the object 60 are captured by the camera. It is assumed that the light is received by 140.
  • the object 60 is an object other than the marker 50, and is an object facing the vehicle 30 at the position (A) or a retroreflector provided on the inner wall 10 of the tunnel.
  • the camera 140 receives the reflected light
  • the position conversion unit 151 performs image processing and conversion to polar coordinates
  • the elevation angle acquisition unit 152 acquires the elevation angle ⁇ a corresponding to the position (A)
  • the control unit 153 Controls the phase shifter 120, and the array antenna 110 outputs a beam in the direction of the elevation angle ⁇ a.
  • the beam 115A1 is output toward the object 60 at the position (A).
  • the vehicle 30 is moving, and the position of the marker 50 with respect to the vehicle 30 is relatively moving from the position (A) to the position (B).
  • the power feeding device 100 Infrared rays are not received from the object 60 at position (B).
  • step S1 the power supply device 100 ends the process.
  • step S2 the flowchart shown in FIG. 6, it is determined that infrared rays are irradiated in step S1, YES in step S2, beam 115A is output in step S3, and NO is determined in the returned step S2, and the process is completed.
  • the power feeding device 100 accidentally receives the reflected infrared light from the object 60 other than the marker 50, the process is completed only by outputting the beam 115A once. As a result, the unnecessary output of the beam 115A is suppressed.
  • FIG. 8 is a diagram showing another operation example in the power supply system 200.
  • the markers 50 (A), 50 (B), and 50 (C) indicate the markers 50 at the positions (A), (B), and (C) relative to the vehicle 30, respectively.
  • the power feeding device 100 outputs the beam 115A2 to the marker 50 at the position (B), and the antenna 20 in the vicinity of the marker 50 receives electric power.
  • control unit 54 of the marker 50 determines that the power received by the antenna 20 has reached a predetermined amount or more, the control unit 54 lights the LED 53 without lighting the LED 53B. End the process.
  • the control unit 54 determines that the wireless communication module has sufficient power to transmit the detected data, it receives more power. Since it is not necessary to do so, the lighting control of the LED 53 is terminated. When the lighting control of the LED 53 is finished, the power feeding device 100 stops outputting the beam 115A.
  • the marker 50 does not light the LED 53. Therefore, when the marker 50 is in the position (C), the power feeding device 100 does not output the beam 115A.
  • the control unit 54 of the marker 50 ends the lighting process of the LED 53 when the power received by the antenna 20 and the electric power stored in the capacitor exceeds a predetermined amount, the beam 115A is more than necessary. And infrared output is not required.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a process executed by the control unit 54 of the marker 50.
  • control unit 54 determines whether or not there is power supply from the capacitor (step S11).
  • step S12 When the control unit 54 determines that there is power supply (S11: YES), the control unit 54 turns on the LED 53 (step S12). Each time the flow shown in FIG. 9 is repeatedly executed, the LEDs 53A to 53G are turned on one by one in order in step S12.
  • the control unit 54 determines whether or not the electric power stored in the capacitor is equal to or greater than a predetermined amount (step S13).
  • control unit 54 determines that the electric power is equal to or greater than a predetermined amount (S13: YES)
  • the control unit 54 ends the lighting of the LED 53 (step S14).
  • control unit 54 finishes the process of step S14, the control unit 54 ends a series of processes (end).
  • control unit 54 determines in step S13 that the electric power is not equal to or greater than the predetermined amount (S13: NO)
  • the control unit 54 returns the flow to step S11.
  • control unit 54 ends a series of processes (end) even when it is determined in step S11 that there is no power supply (S11: YES).
  • the control unit 54 controls that the marker 50 does not light the LED 53 at the position (C) as shown in FIG. 8, and the power feeding device 100 outputs the beam 115A. Will not be.
  • the markers 50 are in the positions (A) and (B), after the processing of returning to YES in step S11, step S12, and NO in step S13 to step S11 is performed, the marker 50 is performed.
  • it is determined as YES in step S13, which corresponds to turning off the LED 53 in step S14.
  • the power feeding device 100 when the power feeding device 100 receives infrared rays (reflected light or infrared rays of LED 53), it outputs a beam 115A in the direction of arrival of infrared rays.
  • the power feeding device 100 receives the infrared rays again, and outputs the beam 115A each time the infrared rays are received.
  • the wireless communication module emits a signal representing the output of the sensor and receives it on the vehicle 30 side, so that the fixed state of the infrastructure structure can be inspected while traveling.
  • infrared rays come from an object 60 other than the marker 50, the object 60 does not receive the beam 115A, so that the process ends there.
  • whether or not the power feeding device 100 outputs the beam 115A from the second time onward depends on whether the object that reflects the infrared rays first output by the infrared output unit 160 is the marker 50 or the object 60 other than the marker 50. It is determined by the fact that the marker 50 or not is not particularly identified.
  • the beam 115A can be output to the marker 50 to supply power with a very simple configuration.
  • the marker 50 including the LEDs 53 (53A to 53G) having the directivity of the narrow angle power is continuously supplied only to the marker 50 without distinguishing whether the reflection source is the marker 50 or not. Is possible.
  • the marker 50 is a passive type that does not have a power supply and is driven by the electric power stored in the capacitor by the antenna 20 receiving the beam, a cable or a battery for supplying the electric power is unnecessary. , Low running cost and excellent maintainability.
  • the marker 50 has a reflector 52 that reflects infrared rays by retroreflective (retroreflective), infrared rays can be reflected toward the infrared output unit 160 of the power feeding device 100. Then, the power feeding device 100 outputs the beam 115A in the direction of the elevation angle ⁇ a indicating the direction in which the marker 50, which is the reflection source of infrared rays, exists, and the antenna 2 arranged in the vicinity of the marker 50 receives the beam 115A. Therefore, it is possible to reliably supply electric power to the relatively moving marker 50, and it is possible to provide a highly reliable power supply system 200.
  • the power feeding device 100 controls the elevation angle of the beam output by the array antenna 110 only in the XZ plane, the number of phase shifters 120 is larger than that in the case where the elevation angle is controlled in both the XZ plane and the YZ plane. Only a quarter is needed. Therefore, the power feeding device 100 can be realized at low cost.
  • the form in which the marker 50 lights the LEDs 53A to 53G each time power is supplied from the power feeding device 100 to the marker 50 via the antenna 20 has been described.
  • the wireless communication module transmits the detection data detected by each sensor in order, how much power the beam 115A by one output has. May be determined according to the number of sensors, the number of sensors operating on the beam 115A with one output, the capacity of the capacitor, and the like.
  • the vehicle 30 and the marker 50 may move so as to pass each other. Passing each other means that when the vehicle 30 and the marker 50 are moving in opposite directions, they are misaligned.
  • the center of the fisheye lens 141 coincides with the center of the 16 antenna elements 111 has been described.
  • the center of the fisheye lens 141 may be deviated from the center of the 16 antenna elements 111.
  • the coordinate origin of the array antenna control phase calculation may be shifted by the amount of the positional deviation.
  • the wireless communication module is not limited to the one provided on the inner wall 10 of the tunnel. , It may be installed in various places. In this way, the power feeding device 100 can be used as a communication device.

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Abstract

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。　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。

Description

給電システム、給電装置、及び、給電方法
　本発明は、給電システム、給電装置、及び、給電方法に関する。
　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）。
特開２０１８－１２１４８９号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
実施の形態の給電装置を示す図である。 アレイアンテナの極座標系を示す図である。 給電装置の適用例を示す図である。 マーカを示す図である。 給電システムにおける動作例を示す図である。 電装置の制御部が実行する処理を示す図である。 マーカ以外の物体で反射された赤外線を給電装置が受光する場合の動作を示す図である。 給電システムにおける他の動作例を示す図である。 マーカの制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
　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。
　＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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ｆＬとすると、ｒ＝ｆＬθ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。
　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ｆＬで除算した値（ｒ・ｃｏｓφ／ｆＬ）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。
　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。
　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。
　次に、仰角θａを求める方法について説明する。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　式（１）を展開すると、式（２）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　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。
　また、上述したように、魚眼レンズ１４１の焦点距離をｆＬとすると、動径ｒは次式（４）で表される。
ｒ＝ｆＬθ　　　（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／ｆＬ　　　（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。
　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ｆＬで除算することで、仰角θａ（＝ｒ・ｃｏｓφ／ｆＬ）を求めることができる。
　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。
　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ｆＬで除算して求まる仰角θａ（＝ｒ・ｃｏｓφ／ｆＬ）を用いて、アンテナ２０にビームを照射することができる。
　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。
　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ｆＬで除算した値（ｒ・ｃｏｓφ／ｆＬ）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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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）。
　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）。
　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）。
　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。
　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）。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　なお、本国際出願は、２０２０年２月２７日に出願した日本国特許出願２０２０－０３１３６１号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
　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

Claims (7)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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