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技術 移動体用光給電システム、移動体用光給電方法

出願人 日産自動車株式会社
発明者 廣田正樹飯尾慎一太田最実
出願日 2015年3月18日 (4年3ヶ月経過) 出願番号 2015-054597
公開日 2016年9月29日 (2年9ヶ月経過) 公開番号 2016-174514
状態 特許登録済
技術分野 電磁波による給配電方式 電車への給配電 電池等の充放電回路 電気的推進車両の集電装置 車両の電気的な推進・制動
主要キーワード 非変形状態 車両用駆動モータ ルーフ面 給電エリア 給電制御処理 車両側通信装置 ガウス分布状 給電要求
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図面 (18)

課題

光電変換部に対する均一な照射を図る。

解決手段

受光によって発電する光電変換部21、及び光電変換部21で発電した電力充電する充電部22を、車両14に搭載する。そして、光照射部31によって光電変換部21に光を照射すると共に、光電変換部21の受光範囲28を検出し、検出した受光範囲28に応じて、可動光学系32を介してレーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御する。すなわち、検出した受光範囲28に応じて、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央にしたり、レーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体にしたりする。光電変換部21の温度分布や、光電変換部21における区画ごとの発電量に応じて、光電変換部21の受光範囲28を検出する。

概要

背景

特許文献1に記載の従来技術では、光電変換部を有する移動体の位置をGPSによって検出し、この移動体を自動追尾しながら光電変換部に対してレーザビーム照射することにより、給電を行なうことを提案している。

概要

光電変換部に対する均一な照射をる。受光によって発電する光電変換部21、及び光電変換部21で発電した電力充電する充電部22を、車両14に搭載する。そして、光照射部31によって光電変換部21に光を照射すると共に、光電変換部21の受光範囲28を検出し、検出した受光範囲28に応じて、可動光学系32を介してレーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御する。すなわち、検出した受光範囲28に応じて、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央にしたり、レーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体にしたりする。光電変換部21の温度分布や、光電変換部21における区画ごとの発電量に応じて、光電変換部21の受光範囲28を検出する。

目的

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請求項1

動体に搭載され、受光によって発電する光電変換部と、前記移動体に搭載され、前記移動体を駆動するために前記光電変換部が発電した電力充電する充電部と、前記光電変換部に光を照射する光照射部と、前記光照射部による光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を変更可能な可動光学系と、前記光照射部、及び前記可動光学系を制御する制御部と、前記光電変換部の受光範囲を検出する受光範囲検出部と、を備え、前記制御部は、前記受光範囲検出部で検出した受光範囲に応じて、前記可動光学系を制御することを特徴とする移動体用光給電システム

請求項2

前記制御部は、光の照射方向を前記光電変換部の中央に変位させる制御、及び光の照射範囲を前記光電変換部の全体に拡散させる制御の少なくとも一方を行なうことを特徴とする請求項1に記載の移動体用光給電システム。

請求項3

前記制御部は、光の照射方向を前記光電変換部の中央に変位させる制御を行なってから、光の照射範囲を前記光電変換部の全体に拡散させる制御を行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載の移動体用光給電システム。

請求項4

前記受光範囲検出部は、前記光電変換部の温度分布に応じて、前記光電変換部の受光範囲を検出することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項5

前記受光範囲検出部は、前記光電変換部における予め定めた区画ごとの発電量に応じて、前記光電変換部の受光範囲を検出することを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項6

前記受光範囲検出部は、前記移動体に搭載され、前記制御部は、インフラストラクチャ側に設けられ、前記受光範囲検出部で検出した受光範囲を、前記移動体との無線通信により取得することを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項7

前記制御部は、インフラストラクチャ側に設けられ、前記充電部の充電状態を、前記移動体との無線通信により取得し、取得した前記充電部の充電状態に応じて、前記光照射部を制御することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項8

前記可動光学系は、屈折光学系を有することを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項9

前記可動光学系は、回折光学系を有することを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項10

前記可動光学系は、反射光学系を有することを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項11

前記受光範囲検出部は、前記光電変換部を撮像する赤外線カメラを備えることを特徴とする請求項4に記載の移動体用光給電システム。

請求項12

前記光電変換部は、面方向に並べた複数の受光素子からなり、中央から外側に向かうほど、面積の大きな前記受光素子が配置されることを特徴とする請求項1〜11の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項13

前記光電変換部は、面方向に並べた複数の受光素子からなり、複数の前記受光素子を同心円状にグループ分けし、同一のグループに属する前記受光素子だけが直列に接続されることを特徴とする請求項1〜12の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。

請求項14

移動体を駆動するために、受光によって発電する光電変換部、及び前記光電変換部で発電した電力を充電する充電部を、前記移動体に搭載し、光照射部によって前記光電変換部に光を照射すると共に、前記光電変換部の受光範囲を検出し、検出した受光範囲に応じて、可動光学系を介して光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御することを特徴とする移動体用光給電方法

技術分野

0001

本発明は、移動体用光給電システム、移動体用光給電方法に関する。

背景技術

0002

特許文献1に記載の従来技術では、光電変換部を有する移動体の位置をGPSによって検出し、この移動体を自動追尾しながら光電変換部に対してレーザビーム照射することにより、給電を行なうことを提案している。

先行技術

0003

特開2010−166675号公報

発明が解決しようとする課題

0004

光電変換部への光照射が不均一になると、一部だけが高温になり発電効率が低下する可能性がある。
本発明の課題は、光電変換部に対する均一な照射を図ることである。

課題を解決するための手段

0005

本発明の一態様に係る移動体用光給電システムは、受光によって発電する光電変換部、及び光電変換部で発電した電力充電する充電部を、移動体に搭載する。そして、光照射部によって光電変換部に光を照射すると共に、光電変換部の受光範囲を検出し、検出した受光範囲に応じて、可動光学系を介して光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御する。

発明の効果

0006

本発明によれば、光電変換部の受光範囲を検出し、検出した受光範囲に応じて、光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御することにより、光電変換部に対する均一な照射を図ることができる。

図面の簡単な説明

0007

光給電システムを示す概略構成図である。
光電変換部を備えた車両の外観である。
受光範囲検出部の参考図である。
可動光学系の概略構成図である。
光源側光給電制御処理の一例を示すフローチャートである。
車両側光給電制御処理の一例を示すフローチャートである。
可動光学系の動作について説明した図である。
赤外線カメラを追加した光給電システムの概略構成図である。
第2実施形態における可動光学系の動作について説明した図である。
第3実施形態における可動光学系の動作について説明した図である。
反射光学系の変形例を示す図である。
受光素子の配置例を示す図である。
レーザ光強度分布について説明した図である。
受光素子毎発電電流を示すグラフである。
受光素子の回路構成を示す図である。
受光素子毎の発電電流を示すグラフである。
受光素子を細分化した図である。

実施例

0008

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

0009

《第1実施形態》
《構成》
図1は、光給電システムの概略構成図である。
光給電システム11は、車載システム12と、光源システム13と、を備える。
車載システム12は、移動体としての車両14に搭載されるシステムであり、光電変換部21と、充電部22と、受光範囲検出部23と、車両側通信装置24と、車両側制御部25と、を備える。
光源システム13は、インフラストラクチャ側のシステムであり、光照射部31と、可動光学系32と、光源側通信装置34と、光源側制御部35と、を備える。

0010

図2は、光電変換部を備えた車両の外観である。
光電変換部21は、例えば結晶シリコン系太陽電池や、カルコパイライト系太陽電池等の太陽光パネルからなり、車両14のルーフ面に設けられ、照射された光によって発電を行ない、電力を出力する。
充電部22は、例えばリチウムイオンバッテリニッケル水素バッテリからなり、光電変換部21から出力される電力を充電する。充電部22に充電された電力は、図示しない車両用駆動モータへと供給され、車両14の駆動に用いられる。

0011

受光範囲検出部23は、光電変換部21の受光範囲を検出する。例えば、光電変換部21の裏面に所定間隔で配列させた複数の熱電対を設け、これらの熱電対によって検出した温度分布に応じて、光電変換部21の受光範囲を検出する。また、光電変換部21の裏面を赤外線センサによってモニタし、赤外線センサによって検出した温度分布によって、光電変換部21の受光範囲を検出してもよい。また、光電変換部21を予め定めた複数の区画に分割しておき、出力電圧及び電流の少なくとも一方から区画ごとの発電量を検出し、検出した発電量に応じて、光電変換部21の受光範囲を検出してもよい。

0012

図3は、受光範囲検出部の参考図である。
図中の(a)は、光電変換部21の裏面に、9つの熱電対26a〜26iを所定間隔で配列させた状態である。ここでは、縦3列、横3列に配列させており、これらの熱電対26a〜26iで検出した温度分布に応じて、光電変換部21の受光範囲を検出する。
図中の(b)は、光電変換部21を、9つの区画27a〜27iに分割し、区画ごとの発電量を検出し、検出した発電量に応じて、光電変換部21の受光範囲を検出する。

0013

車両側通信装置24は、例えばIEEE802.11やBluetooth(登録商標)等の無線通信を利用し、光源側通信装置34を介した光源システム13との通信を行なう。
車両側制御部25は、例えばマイクロコンピュータからなり、後述する車両側光給電制御処理を実行し、光電変換部21で発電した電力の充電部22への充電を制御し、且つ光電変換部21の受光範囲を検出する。また、車両側制御部25は、車両側通信装置24と光源側通信装置34との通信を介して、光源システム13と各種情報送受信を行なう。例えば、後述する光給電要求を受信したり、充電状態や受光範囲を送信したりする。

0014

光照射部31は、例えばレーザダイオード(LD)、及びドライバを備え、ドライバを介した駆動によってレーザダイオードからレーザ光を照射する。光照射部31は、例えば車両14を駐車又は停車可能な予め定めた光給電エリアの上方に設けられ、光給電エリアに駐車又は停車された車両14のルーフ面に設けられた光電変換部21に向かってレーザ光を照射する。

0015

レーザ光の波長は、レーザダイオードのバンドギャップによって決定され、レーザ光の光強度は、ドライバを介してレーザダイオードに印加される電圧によって決定される。レーザ光の波長は、光電変換部21の吸収端整合する範囲に設定され、これにより発電効率の向上が図られる。例えば、光電変換部21が結晶系シリコン太陽電池からなる場合、そのバンドギャップが1.1[eV]となるため、1100[nm]付近が吸収端となるため、レーザ光の波長は1100[nm]程度の赤外線を照射する。
可動光学系32は、光照射部31から照射されるレーザ光の照射方向及び照射範囲を変更可能な駆動機構からなる。

0016

図4は、可動光学系の概略構成図である。
可動光学系32は、屈折レンズ36を備え、この屈折レンズ36を光軸の軸直角方向に変位させると、レーザ光の照射方向が変化し、また屈折レンズ36を光軸の軸方向に変位させると、レーザ光の照射範囲が変化する。例えば、光学系の手振れ補正等に用いられるボイスコイルモータVCM:Voice Coil Motor)の駆動により、屈折レンズ36を軸直角方向に変位させ、レーザ光の照射方向を変化させる。また、光学系のオートフォーカス等に用いられる超音波モータの駆動により、屈折レンズ36を軸方向に変位させ、コリメート集光)又はデフォーカス拡散)によって照射範囲を変更させる。

0017

光源側通信装置34は、例えばIEEE802.11やBluetooth(登録商標)等の無線通信を利用し、車両側通信装置24を介した車載システム12との通信を行なう。
光源側制御部35は、例えばマイクロコンピュータからなり、後述する光源側光給電制御処理を実行し、光照射部31によるレーザ光の照射を制御すると共に、可動光学系32を介してレーザ光の照射範囲及び照射方向の少なくとも一方を制御する。また、光源側制御部35は、光源側通信装置34と車両側通信装置24との通信を介して、車載システム12と各種情報の送受信を行なう。例えば、後述する充電状態や受光範囲を受信したり、光給電要求を送信したりする。

0018

次に、光源側制御部35で実行する光源側光給電制御処理について説明する。
図5は、光源側光給電制御処理の一例を示すフローチャートである。
先ずステップS101では、光給電要求があるか否かを判定する。具体的には、ユーザによる予め定めた光給電開始操作の有無に応じて、光給電要求があるか否かを判定する。ここで、ユーザによる光給電開始操作がないときには、光給電要求はないと判断してステップS102に移行する。一方、ユーザによる光給電開始操作があるときには、光給電要求があると判断してステップS103に移行する。

0019

ステップS102では、光照射部31の駆動を中止状態にする、つまり光給電を中止状態にしてから所定のメインプログラム復帰する。
ステップS103では、光給電要求を、車載システム12へ送信する。
続くステップS104では、車載システム12より、充電部22の充電状態(SOC)を受信したか否かを判定する。ここでは、充電部22の充電状態を受信するまで待機し、充電状態を受信したときにステップS105に移行する。

0020

ステップS105では、充電部22は充電可能であるか否かを、充電状態に応じて判定する。充電部22の充電状態が満充電であるときには、充電不可能であると判断してステップS106に移行する。一方、充電部22の充電状態が満充電でないときには、充電可能であると判断してステップS108に移行する。
ステップS106では、充電状態が満充電である旨を報知する。例えば、ユーザが視認可能なインジケータ点灯又は点滅させることにより報知する。

0021

続くステップS107では、光給電要求を解除リセット)してからステップS102に移行する。
ステップS108では、光照射部31を駆動し、光電変換部21に向かってレーザ光を照射することにより、光給電を実行する。
続くステップS109では、車載システム12より、光電変換部21の受光範囲を受信したか否かを判定する。ここで、光電変換部21の受光範囲を受信していないときには、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、光電変換部21の受光範囲を受信しているときにはステップS110に移行する。

0022

ステップS110では、受光範囲が光電変換部21の中央であるか否かを判定する。ここで、受光範囲が光電変換部21の中央でないときにはステップS111に移行する。一方、受光範囲が光電変換部21の中央であるときにはステップS112に移行する。
ステップS111では、可動光学系32を駆動し、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央に変位(シフト)させてからステップS112に移行する。

0023

ステップS112では、受光範囲が光電変換部21の全体であるか否かを判定する。ここで、受光範囲が光電変換部21の全体でないときにはステップS113に移行する。一方、受光範囲が光電変換部21の全体であるときには、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。
ステップS113では、可動光学系32を駆動し、レーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体に拡散(デフォーカス)させてから所定のメインプログラムに復帰する。
上記が光源側光給電制御処理である。

0024

次に、車両側制御部25で実行する車両側光給電制御処理について説明する。
図6は、車両側光給電制御処理の一例を示すフローチャートである。
先ずステップS131では、光源システム13より、光給電要求を受信したか否かを判定する。ここで、光給電要求を受信していないときには、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、光給電要求を受信しているときにはステップS132に移行する。

0025

ステップS132では、充電部22の充電状態(SOC)を、光源システム13へ送信する。
続くステップS133では、検出フラグがfd=0にリセットされているか否かを判定する。検出フラグfdは、光電変換部21の受光範囲が検出済であるか否かを表すフラグであり、検出フラグがfd=0にリセットされているときには、光電変換部21の受光範囲が未検出であると判断してステップS134に移行する。一方、検出フラグがfd=1にセットされているときには、光電変換部21の受光範囲が検出済であると判断して、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。なお、ユーザによって予め定めた光給電開始操作がなされたときには、検出フラグはfd=0にリセットされているものとする。

0026

ステップS134では、光給電が開始されてから予め定めた時間が経過したか否かを判定する。予め定めた定めた時間とは、光給電が開始されてから光電変換部21の受光範囲を検出できる程度の時間であり、数分程度である。すなわち、光給電を開始してから光電変換部21の温度分布が判明するまで、又は光電変換部21の区画ごとの発電量が判明するまでの時間に相当する。ここで、予め定めた時間が経過していないときには、光電変換部21の受光範囲は検出できないと判断して、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、予め定めた時間が経過したときには、光電変換部21の受光範囲を検出できると判断してステップS135に移行する。

0027

ステップS135では、受光範囲検出部23により、光電変換部21の受光範囲を検出する。
続くステップS136では、光電変換部21の受光範囲を、光源システム13へ送信する。
続くステップS137では、検出フラグをfd=1にセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
上記が車両側光給電制御処理である。

0028

《作用》
次に、第1実施形態の作用について説明する。
光給電の要求があり(ステップS101の判定が“Yes”)、且つ充電部22が満充電ではないときに(ステップS105の判定が“Yes”)、光電変換部21に向かってレーザ光を照射することにより、光給電を実行する(ステップS108)。このとき、光電変換部21への光照射が不均一になると、一部だけが高温になり発電効率が低下する可能性がある。
そこで、光電変換部21の受光範囲を検出し(ステップS135)、検出した受光範囲に応じて、可動光学系32を介して光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御する(ステップS110〜S113)。

0029

図7は、可動光学系の動作について説明した図である。
図中の(a)は、屈折レンズ36が初期位置にある状態を示す。このとき、光照射部31から照射されたレーザ光は、屈折レンズ36によって集光され、且つ屈折レンズ36の軸方向に沿って照射される。ここでは、受光範囲28が光電変換部21の中央からずれている(ステップS110の判定が“No”)。なお、光電変換部21の受光範囲28は、略円形であるものとする。
そこで、屈折レンズ36を軸直角方向に変位させることにより、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央に寄せる(ステップS111)。

0030

図中の(b)は、屈折レンズ36を軸直角方向に変位させた状態を示す。こうして、光照射部31から照射されたレーザ光は、屈折レンズ36によって集光され、且つ屈折されて照射されることになり、受光範囲28が光電変換部21の中央に寄る(ステップS110の判定が“Yes”)。しかしながら、受光範囲28は、光電変換部21の全体に拡がっていない(ステップS112の判定が“No”)。
そこで、屈折レンズ36を軸方向に変位させることにより、レーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体に拡散させる(ステップS113)。

0031

図中の(c)は、屈折レンズ36を軸方向に変位させた状態を示す。こうして、光照射部31から照射されたレーザ光は、屈折レンズ36によって拡散され、且つ屈折されて照射されることになり、受光範囲28が光電変換部21の全体に拡がる(ステップS112の判定が“Yes”)。ここでは、照射エネルギー損失を可及的に低減するために、受光範囲28が光電変換部21に内接するように拡散しているが、これに限定されるものではない。すなわち、受光範囲28が光電変換部21に外接するように拡散し、光電変換部21の全体に隙間なくレーザ光を照射するようにしてもよい。

0032

このように、光電変換部21の受光範囲28を検出し、この受光範囲28に応じて、レーザ光の照射方向及び照射範囲を制御することにより、光電変換部21に対する均一な照射を図ることができる。特に、レーザ光の照射方向を制御してから照射範囲を制御することにより、光電変換部21からレーザ光がはみ出して照射エネルギーを損失するといった事態を可及的に低減することができる。すなわち、最も合理的な光給電を行なうことができる。
また、熱電対26a〜26iや赤外線センサを用い、光電変換部21の温度分布を検出すれば、光電変換部21の受光範囲28を、正確に、且つ容易に検出することができる。
また、光電変換部21における区画27a〜27iごとの発電量を検出すれば、光電変換部21の受光範囲28を、正確に、且つ速やかに検出することができる。

0033

《変形例》
第1実施形態では、光電変換部21の受光範囲28の検出を、車両側制御部25で実行しているが、これに限定されるものではなく、光源側制御部35で実行してもよい。
図8は、赤外線カメラを追加した光給電システムの概略構成図である。
ここでは、光源システム13に赤外線カメラ33を追加すると共に、車載システム12から受光範囲検出部23を削除している。赤外線カメラ33は、光電変換部21を上方から撮像し、光源側制御部35は、赤外線カメラ33で撮像した画像に基づいて、光電変換部21の受光範囲28を検出する。これにより、車載システム12と光源システム13との間でなされる受光範囲28の送受信を省略できるので、データ通信量の増大を抑制することができる。

0034

第1実施形態では、可動光学系32により、レーザ光の照射方向及び照射範囲の双方を制御しているが、これに限定されるものではなく、レーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方だけを制御するようにしてもよい。すなわち、レーザ光の照射方向が、光電変換部21の中央からずれていても、照射範囲を拡大するだけで、受光範囲28を光電変換部21の全体に拡げることは可能である。また、レーザ光の照射範囲を予め拡散しておけば、レーザ光の照射方向を制御するだけで、光電変換部21の全体を受光範囲28に含めることが可能である。したがって、レーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方だけを制御する構成としてもよい。

0035

第1実施形態では、レーザ光の受光範囲28が光電変換部21の中央からずれているときに、可動光学系32の駆動により、レーザ光の照射方向を変化させているが、これに限定されるものではない。すなわち、レーザ光と光電変換部21との水平方向における相対的な位置関係によって、レーザ光の受光範囲28を光電変換部21の中央に寄せることができる。したがって、レーザ光の受光範囲28が光電変換部21の中央になるように、車両14の移動を活用してもよい。例えば、車両14は車体前後方向に容易に移動できるため、車体前後方向のずれは、車両14の移動によって調整し、車体左右方向のずれは、可動光学系32の駆動によって調整してもよい。また、四輪操舵によって車体前後方向及び車体左右方向の双方に容易に移動できる車両14であれば、車両14の移動だけで調整してもよい。また、水平方向にスライド可能なパレットに車両14を乗せている場合には、このパレットのスライドも活用できる。

0036

第1実施形態では、レーザ光の受光範囲28が光電変換部21の全体でないときに、可動光学系32の駆動により、レーザ光の照射範囲を変化させているが、これに限定されるものではない。すなわち、レーザ光と光電変換部21との垂直方向の相対的な位置関係によって、レーザ光の受光範囲28を拡大することができる。したがって、車両14の上下方向の変位を活用してもよい。例えば、エアサスペンション等の車高制御機能を有する車両14であれば、車両14の車高制御によって調整してもよい。さらに、垂直方向に昇降可能なパレットに車両14を乗せている場合には、このパレットの昇降も活用できる。

0037

対応関係
光電変換部21が「光電変換部」に対応する。充電部22が「充電部」に対応する。光照射部31が「光照射部」に対応する。可動光学系32が「可動光学系」に対応する。光源側制御部35で実行するステップS111、S113の処理が「制御部」に対応する。受光範囲検出部23、及び車両側制御部25で実行するステップS135の処理が「受光範囲検出部」に対応する。

0038

《効果》
次に、第1実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、受光によって発電する光電変換部21、及び光電変換部21で発電した電力を充電する充電部22を、車両14に搭載する。そして、光照射部31によって光電変換部21に光を照射すると共に、光電変換部21の受光範囲28を検出し、検出した受光範囲28に応じて、可動光学系32を介してレーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御する。
このように、光電変換部21の受光範囲28を検出し、受光範囲28に応じて、レーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御することにより、光電変換部21に対する均一な照射を図ることができる。

0039

(2)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央に変位させる制御、及びレーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体に拡散させる制御の少なくとも一方を行なう。
このように、レーザ光レーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御することにより、光電変換部21に対する均一な照射を図ることができる。

0040

(3)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央に変位させる制御を行なってから、レーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体に拡散させる制御を行なう。
このように、レーザ光の照射方向を制御してから照射範囲を制御することにより、光電変換部21からレーザ光がはみ出して照射エネルギーを損失するといった事態を可及的に低減することができる。すなわち、最も合理的な光給電を行なうことができる。
(4)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、光電変換部21の温度分布に応じて、光電変換部21の受光範囲28を検出する。
このように、温度分布を検出することにより、光電変換部21の受光範囲28を、正確に、且つ容易に検出することができる。

0041

(5)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、光電変換部21における区画ごとの発電量に応じて、光電変換部21の受光範囲28を検出する。
このように、光電変換部21における区画ごとの発電量を検出することにより、光電変換部21の受光範囲28を、正確に、且つ速やかに検出することができる。
(6)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、インフラストラクチャ側の光源側制御部35が、車両14との無線通信により受光範囲28を取得する。
このように、光源側制御部35は、車両14との無線通信により受光範囲28を取得することにより、正確な受光範囲28を認識することができる。

0042

(7)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、インフラストラクチャ側の光源側制御部35が、車両14との無線通信により充電部22の充電状態を取得し、取得した充電状態に応じて、光照射部31を制御する。
このように、光源側制御部35は、車両14との無線通信により充電状態を取得することにより、正確な充電状態を認識することができる。また、充電状態に応じて、光照射を制御することにより、充電部22の過充電を抑制することができる。

0043

(8)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、屈折レンズ36を有する可動光学系32を用いる。
このように、屈折レンズ36を有する可動光学系32を用いることにより、少ない光学要素で効率的に照射方向や照射範囲を変更することができる。
(9)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、光電変換部21を赤外線カメラ33で撮像した画像に応じて、受光範囲28を検出する。
このように、赤外線カメラ33を用いることにより、光電変換部21の裏面に熱電対や赤外線センサを設ける構成と比較して、光電変換部21の薄型化や軽量化を図ることができる。

0044

(10)第1実施形態に係る移動体用光給電方法は、車両14を駆動するために、受光によって発電する光電変換部21、及び光電変換部21で発電した電力を充電する充電部22を、車両14に搭載する。そして、光照射部31によって光電変換部21に光を照射すると共に、光電変換部21の受光範囲28を検出し、検出した受光範囲28に応じて、可動光学系32を介してレーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御する。
このように、光電変換部21の受光範囲28を検出し、受光範囲28に応じて、レーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御することにより、光電変換部21に対する均一な照射を図ることができる。

0045

《第2実施形態》
《構成》
第2実施形態は、回折レンズを有する可動光学系32を用いたものである。
システム構成につては、前述した第1実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

0046

《作用》
次に、第2実施形態の作用について説明する。
図9は、第2実施形態における可動光学系の動作について説明した図である。
図中の(a)は、回折レンズ37が初期位置にある状態を示す。このとき、光照射部31から照射されたレーザ光は、回折レンズ37を介して照射される。ここでは、受光範囲28が光電変換部21の中央からずれている(ステップS110の判定が“No”)。なお、光電変換部21の受光範囲28は、略円形であるものとする。
そこで、回折レンズ37を軸直角方向に変位させることにより、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央に寄せる(ステップS111)。

0047

図中の(b)は、回折レンズ37を軸直角方向に変位させた状態を示す。こうして、光照射部31から照射されたレーザ光は、回折レンズ37を介して照射されることになり、受光範囲28が光電変換部21の中央に寄る(ステップS110の判定が“Yes”)。しかしながら、受光範囲28は、光電変換部21の全体に拡がっていない(ステップS112の判定が“No”)。

0048

そこで、回折レンズ37を軸方向に変位させることにより、レーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体に拡散させる(ステップS113)。
図中の(c)は、回折レンズ37を軸方向に変位させた状態を示す。こうして、光照射部31から照射されたレーザ光は、回折レンズ37を介して照射されることになり、受光範囲28が光電変換部21の全体に拡がる(ステップS112の判定が“Yes”)。

0049

このように、光電変換部21の受光範囲28を検出し、この受光範囲28に応じて、レーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御することにより、光電変換部21に対する均一な照射を図ることができる。
第2実施形態において、前述した第1実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。

0050

《効果》
次に、第2実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第2実施形態に係る移動体用光給電システムは、回折レンズ37を有する可動光学系32を用いる。
このように、回折レンズ37を有する可動光学系32を用いることにより、より小さい光学要素で効率的に照射方向や照射範囲を変更することができる。

0051

《第3実施形態》
《構成》
第3実施形態は、反射光学系となるデフォーマブル凹面鏡38を有する可動光学系32を用いたものである。
システム構成につては、前述した第1実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

0052

《作用》
次に、第3実施形態の作用について説明する。
図10は、第3実施形態における可動光学系の動作について説明した図である。
図中の(a)は、デフォーマブル凹面鏡38が非変形状態で、且つ初期位置にある状態を示す。このとき、光照射部31から照射されたレーザ光は、デフォーマブル凹面鏡38に反射して照射される。ここでは、受光範囲28が光電変換部21の中央からずれている(ステップS110の判定が“No”)。なお、光電変換部21の受光範囲28は、略円形であるものとする。

0053

そこで、デフォーマブル凹面鏡38の角度を変位させることにより、レーザ光の照射方向を光電変換部21の中央に寄せる(ステップS111)。
図中の(b)は、デフォーマブル凹面鏡38の角度を変位させた状態を示す。こうして、光照射部31から照射されたレーザ光は、角度を変位させたデフォーマブル凹面鏡38に反射して照射されることになり、受光範囲28が光電変換部21の中央に寄る(ステップS110の判定が“Yes”)。しかしながら、受光範囲28は、光電変換部21の全体に拡がっていない(ステップS112の判定が“No”)。

0054

そこで、デフォーマブル凹面鏡38を変形させることにより、レーザ光の照射範囲を光電変換部21の全体に拡散させる(ステップS113)。
図中の(c)は、デフォーマブル凹面鏡38を変形させた状態を示す。こうして、光照射部31から照射されたレーザ光は、変形させたデフォーマブル凹面鏡38に反射して照射されることになり、受光範囲28が光電変換部21の全体に拡がる(ステップS112の判定が“Yes”)。

0055

このように、光電変換部21の受光範囲28を検出し、この受光範囲28に応じて、レーザ光の照射方向及び照射範囲の少なくとも一方を制御することにより、光電変換部21に対する均一な照射を図ることができる。
第3実施形態において、前述した第1実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。

0056

《変形例》
第3実施形態では、デフォーマブル凹面鏡38を有する可動光学系32を用いたが、これに限定されるものではなく、より簡易的な反射光学系を用いてもよい。
図11は、反射光学系の変形例を示す図である。
ここでは、変形可能な平面鏡39を有する可動光学系32を用いる。図中の(a)は、平面鏡39が非変形状態にあり、且つ初期位置にある状態を示す。図中の(b)は、平面鏡39の角度を変位させた状態を示す。図中の(c)は、平面鏡39を変形させた状態を示す。このように、平面鏡39の角度変位や変形により、レーザ光の照射方向や照射範囲を変更してもよい。

0057

《効果》
次に、第3実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第3実施形態に係る移動体用光給電システムは、デフォーマブル凹面鏡38を有する可動光学系32を用いる。
このように、デフォーマブル凹面鏡38を有する可動光学系32を用いることにより、照度ムラを抑制し、より均一な光密度で照射範囲を変更することができる。

0058

《第4実施形態》
《構成》
第4実施形態は、面方向に並べた複数の受光素子(セル)によって光電変換部21を構成し、中央から外側に向かうほど、面積の大きな受光素子を配置するものである。
システム構成につては、前述した第1実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

0059

図12は、受光素子の配置例を示す図である。
光電変換部21は、面方向に並べた11の受光素子41a〜41kからなり、中央から外側に向かうほど、面積の大きな受光素子を配置している。ここでは、中心に配置された一つの受光素子41aの面積が最も小さい。また、受光素子41aの周囲に配置された4つの受光素子41b〜41eの面積は全て同一であり、受光素子41aの面積よりも大きい。また、受光素子41b〜41eの周囲に配置された6つの受光素子41f〜41kの面積は全て同一であり、受光素子41b〜41eの面積よりも大きい。受光素子41a〜41kは、直列に接続されている。

0060

《作用》
次に、第4実施形態の作用について説明する。
図13は、レーザ光の強度分布について説明した図である。
図中の(a)は、光電変換部21の受光範囲28を示しており、色が濃いほど、レーザ光の強度が強いことを表している。図中の(b)は、レーザ光における輪郭半径放射強度との関係を示している。レーザ光は、中心から径方向外側に向かうほど、強度が弱くなり、ガウス分布状になる。このように、受光範囲28が光電変換部21の中央にあり、且つ略全体にあるとしても、光電変換部21への光照射を完全に均一にすることは困難であり、発電電流にもばらつきが生じてしまうので、直列に接続された回路における電流の流れを抑制してしまう。
そこで、複数の受光素子を面方向に並べ、中央から外側に向かうほど、面積の大きな受光素子を配置する。すなわち、レーザ光の強度が弱い位置にある受光素子ほど、面積を大きくする。

0061

図14は、受光素子毎の発電電流を示すグラフである。
中心の受光素子41aは、レーザ光の強度が強いため、面積を小さくしている。受光素子41aの周囲に位置する受光素子41b〜41eは、レーザ光の強度が中程度であるため、面積も中程度にしている。受光素子41f〜41kは、レーザ光の強度が弱いため、面積を大きくしている。

0062

これにより、中心に位置する受光素子41aも、その周囲に位置する受光素子41b〜eも、それらの周囲に位置する受光素子41f〜41kも、発電電流を略同等にすることができる。したがって、直列に接続された回路における電流の流れを抑制することなく、発電効率を高めることができる。
第4実施形態において、前述した第1実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。

0063

《効果》
次に、第4実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第4実施形態に係る移動体用光給電システムは、光電変換部21が、面方向に並べた複数の受光素子41a〜41kからなり、中央から外側に向かうほど、面積の大きな受光素子が配置される。
このように、中央から外側に向かうほど、面積の大きな受光素子を配置することで、各受光素子における発電量の均一化を図ることができる。

0064

《第5実施形態》
《構成》
第5実施形態は、面方向に並べた複数の受光素子によって光電変換部21を構成し、複数の受光素子を同心円状にグループ分けし、同一のグループに属する受光素子だけを直列に接続するものである。
システム構成につては、前述した第1実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

0065

図15は、受光素子の回路構成を示す図である。
光電変換部21は、面方向に並べた16の受光素子51a〜51pからなり、各受光素子を同心円状にグループ分けし、同一のグループに属する各受光素子だけを直列に接続している。また、各グループは並列に接続している。ここでは、縦4列、横4列に配列させており、中央に配置された4つの受光素子51a〜51dを直列に接続している。また、受光素子51a〜51dの周囲に配置された8つの受光素子51e〜51lのうち、4つの受光素子51e〜51hを直列に接続し、且つ4つの受光素子51i〜51lを直列に接続している。また、四隅に配置された4つの受光素子51m〜51pを直列に接続している。

0066

《作用》
次に、第5実施形態の作用について説明する。
前述したように、レーザ光の強度はガウス分布状になり、発電電流にばらつきが生じてしまうので、直列に接続された回路における電流の流れを抑制してしまう。
そこで、面方向に並べた複数の受光素子によって光電変換部21を構成し、複数の受光素子を同心円状にグループ分けし、同一のグループに属する受光素子だけを直列に接続する。すなわち、レーザ光の強度に応じてグループ分けし、強度が略同一となる受光素子だけを直列に接続する。

0067

図16は、受光素子毎の発電電流を示すグラフである。
レーザ光の強度が強い位置にある受光素子51a〜51dを直列に接続することで、発電電流のばらつきが抑制される。また、レーザ光の強度が中程度の位置にある受光素子51e〜51hを直列に接続することで、発電電流のばらつきが抑制される。また、レーザ光の強度が中程度の位置にある受光素子51i〜51lを直列に接続することで、発電電流のばらつきが抑制される。また、レーザ光の強度が弱い位置にある受光素子51m〜51pを直列に接続することで、発電電流のばらつきが抑制される。

0068

このように、同一のグループに属する各受光素子の発電電流を略同等にすることができる。したがって、直列に接続された回路における電流の流れを抑制することなく、発電効率を高めることができる。
第5実施形態において、前述した第1実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。

0069

《変形例》
第5実施形態では、光電変換部21を、面方向に並べた16の受光素子51a〜51pから構成しているが、これに限定されるものではなく、16未満や16以上の受光素子から構成してもよい。
図17は、受光素子を細分化した図である。
ここでは、前述した受光素子51m、51n、51o、及び51pを、さらに4つずつに細分化し、夫々、4つの受光素子を直列に接続している。このように、受光素子を細分化して直列に接続することにより、電流は小さくなるが、その分、高い電圧を出力することができる。

0070

《効果》
次に、第5実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、光電変換部21が、面方向に並べた複数の受光素子51a〜51pからなり、複数の受光素子51a〜51pを同心円状にグループ分けし、同一のグループに属する受光素子が直列に接続される。
このように、複数の受光素子51a〜51pを同心円状にグループ分けし、同一のグループに属する受光素子を直列に接続することで、同一のグループに属する各受光素子の発電電流を略同等にすることができる。したがって、直列に接続された回路における電流の流れを抑制することなく、発電効率を高めることができる。
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。また、各実施形態は、任意に組み合わせて採用することができる。

0071

11光給電システム
12車載システム
13光源システム
14 車両
21光電変換部
22充電部
24車両側通信装置
25車両側制御部
26a〜26i熱電対
27a〜27i区画
28受光範囲
31光照射部
32可動光学系
33赤外線カメラ
34光源側通信装置
35 光源側制御部
36屈折レンズ
37回折レンズ
38デフォーマブル凹面鏡
39平面鏡
41a〜41k受光素子
51a〜51p 受光素子

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