WO2022123789A1 - 受電装置、送電装置、電動車両、電力伝送システム、および情報処理方法 - Google Patents

Abstract

受電装置は、充電ステーションと、前記充電ステーションから供給される電力によって充電される電動車両と、前記電動車両の貸出状態を管理するサーバコンピュータと、を備えるレンタル車両システムにおける前記電動車両に取り付けられる。前記受電装置は、前記充電ステーションが備える送電器から送出された電力を受け取り、受け取った電力の少なくとも一部を、前記電動車両に搭載されたバッテリに供給する受電器と、前記電動車両が貸出中として管理されている状態において、前記受電器が前記送電器から受電し始めたとき、前記電動車両に搭載された通信器に、前記電動車両の返却を通知するための信号を前記サーバコンピュータに送信するように指示する受電制御回路と、を備える。

Description

受電装置、送電装置、電動車両、電力伝送システム、および情報処理方法

　本開示は、受電装置、送電装置、電動車両、電力伝送システム、および情報処理方法に関する。

　電動車両をユーザに貸し出すシェアモビリティサービスが普及しつつある。例えば、電動スクータ、電動アシスト自転車、または電気自動車などの電動車両のシェアモビリティサービスが既に一部の都市で提供されている。そのようなサービスにおいては、レンタル車両の貸出および返却の状態を適切に管理することが重要である。

　特許文献１は、ユーザの携帯端末とレンタル車両に搭載された発信機とを用いて、レンタル車両の貸出および返却の状態を管理するシステムを開示している。当該システムでは、固有の信号を発する発信機がレンタル車両に搭載される。レンタル車両を借用しているユーザは、携帯端末を携帯する。ユーザが、貸出しステーションに存在するレンタル車両に接近すると、携帯端末が、発信機からの信号を受信し、当該信号から車両ＩＤを貸出し車両ＩＤとして特定する。ユーザがレンタル車両を返却し、そのレンタル車両から離れると、携帯端末は、発信機からの信号を受信できなくなる。その場合、携帯端末は、当該車両の車両ＩＤを返却車両ＩＤとして特定する。

　一方、特許文献２は、非接触充電が可能な電動アシストレンタサイクル用駐輪装置を開示している。当該駐輪装置は、太陽光発電装置と、駐輪管理装置と、駐輪ラックとを備える。駐輪管理装置は、レンタル情報管理機能、蓄電機能、および電力供給機能を備える。駐輪管理装置は、無線通信によって遠隔管理される。太陽光発電装置は電源として機能する。駐輪ラックは、無線通信によって電動アシストレンタサイクルの拘束および拘束の解除を行う。駐輪ラックは、無線送電機能を有する給電部を備える。電動アシストレンタサイクルは、無線受電機能を有する受電部を備える。給電部から受電部に無線で伝送される電力によって電動アシストレンタサイクルのバッテリが充電される。

特開２０１９－７５１００号公報 実用新案登録第３１９４６７６号

　本開示は、レンタル電動車両の貸出状態を管理するための改善された方法およびシステムを提供する。

　本開示の一態様に係る受電装置は、充電ステーションと、前記充電ステーションから供給される電力によって充電される電動車両と、前記電動車両の貸出状態を管理するサーバコンピュータと、を備えるレンタル車両システムにおける前記電動車両に取り付けられる。前記受電装置は、前記充電ステーションが備える送電器から送出された電力を受け取り、受け取った電力の少なくとも一部を、前記電動車両に搭載されたバッテリに供給する受電器と、前記電動車両が貸出中として管理されている状態において、前記受電器が前記送電器から受電し始めたとき、前記電動車両に搭載された通信器に、前記電動車両の返却を通知するための信号を前記サーバコンピュータに送信するように指示する受電制御回路と、を備える。

　本開示の他の態様に係る送電装置は、充電ステーションと、前記充電ステーションから供給される電力によって充電される電動車両と、前記電動車両の貸出状態を管理するサーバコンピュータと、を備えるレンタル車両システムにおける前記充電ステーションに取り付けられる。前記送電装置は、前記電動車両に取り付けられた受電器に電力を送出する送電器と、前記電動車両が貸出中として管理されている状態において、前記受電器が前記送電器から受電し始めたとき、前記充電ステーションに搭載された通信器に、前記電動車両の返却を通知するための信号を前記サーバコンピュータに送信するように指示する送電制御回路と、を備える。

　本開示のさらに他の態様に係る情報処理方法は、前記受電装置または前記送電装置に、ネットワークを介して接続される情報処理装置によって実行される。前記情報処理方法は、前記受電装置または前記送電装置から、前記電動車両の返却を通知するための前記信号を受信するステップと、前記信号を受信したとき、記録媒体に格納された、前記電動車両の貸出状態を管理するデータベースにおいて、前記電動車両の前記貸出状態を、貸出中の状態から返却済の状態に変更するステップと、を含む。

　本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体によって実現され得る。あるいは、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、および記録媒体の任意の組み合わせによって実現されてもよい。

　本開示の実施形態によれば、電動車両が充電ステーションから受電し始めたことをトリガーとして、電動車両が返却されたものと判定される。これにより、電動車両の返却の状態をより適切に管理することができる。

本開示の例示的な実施形態によるレンタル車両システムの構成を模式的に示す図である。 充電ステーションと電動車両のより詳細な構成例を示すブロック図である。 送電回路に含まれるインバータ回路の構成例を模式的に示す図である。 受電回路に含まれる整流回路の構成例を模式的に示す図である。 非接触式の電力伝送方式の一例を示す模式図である。 接触式の電力伝送方式の一例を示す模式図である。 電動車両が充電ステーションに侵入してから、充電して離脱するまでの動作の一例を示す図である。 サーバの記録媒体に格納されるデータベースの例を示す図である。 電動車両が充電ステーションに返却される場合における各装置の動作の例を示す図である。 図７に示す例における電動車両の動作を示すフローチャートである。 充電ステーションの動作のより詳細な例を示すフローチャートである。 送電装置の動作の他の例を示すフローチャートである。 無線電力伝送システムの他の構成例を示す図である。 結合係数推定方法の動作原理を説明するための図である。 無線電力伝送システムの回路構成のより詳細な例を示す図である。

　本開示の具体的な実施形態を説明する前に、本開示の実施形態の概要を説明する。

　本開示は、レンタル車両システム、ならびに当該レンタル車両システムにおいて用いられる受電装置、送電装置、電動車両、充電ステーション、サーバコンピュータ、および電力伝送システムに関する。レンタル車両システムは、充電ステーションと、当該充電ステーションから供給される電力によって充電される電動車両と、当該電動車両の貸出状態を管理するサーバコンピュータとを備える。充電ステーションは、送電装置を備える。電動車両は、受電装置を備える。送電装置から受電装置に電力が伝送される。この電力によって電動車両が充電される。ここで「電動車両が充電される」とは、電動車両に搭載されたバッテリが充電されることを意味する。電動車両および充電ステーションの少なくとも一方は、通信器を備える。通信器は、ネットワークを介してサーバコンピュータと通信することができる。サーバコンピュータは、当該通信器から送信される信号に基づいて、電動車両の貸出状態を管理する。例えば、サーバコンピュータは、電動車両が貸出中であるか、返却済みであるかを、データベースによって管理する。

　本開示において、「電動車両」とは、電気エネルギによって駆動される任意の車両を意味する。電動車両には、充電可能なバッテリ、すなわち二次電池が取り付けられる。電動車両は、駆動用の電気モータと、電気モータを制御するモータ制御回路と、バッテリの充電および放電を制御する充放電制御回路とを備え得る。電気モータは、バッテリに蓄積された電気エネルギによって駆動される。レンタル車両システムは、複数の電動車両を含んでいてもよい。

　本開示において、「充電ステーション」とは、電動車両に電力を供給する装置を意味する。充電ステーションは、「充電スタンド」または「充電スポット」と呼ばれることもある。本システムを用いたレンタル車両サービスの提供エリアには、複数の充電ステーションが配置されていてもよい。充電ステーションから電動車両への給電は、接触・非接触のいずれの方法で行われてもよい。

　本開示の一実施形態による受電装置は、レンタル車両システムにおける電動車両に取り付けられて使用される。前記受電装置は、受電器と、受電制御回路とを備える。前記受電器は、前記充電ステーションが備える送電器から送出された電力を受け取り、受け取った電力の少なくとも一部を、前記電動車両に搭載されたバッテリに供給する。前記受電制御回路は、前記電動車両が貸出中として管理されている状態において、前記受電器が前記送電器から受電し始めたとき、前記電動車両に搭載された通信器に、前記電動車両の返却を通知するための信号を前記サーバコンピュータに送信するように指示する。

　ここで、「信号を前記サーバコンピュータに送信する」とは、最終的にその信号がサーバコンピュータによって受信される任意の態様で送信することを意味する。当該信号は、電動車両から直接サーバコンピュータに送信されてもよいし、他の装置を介してサーバコンピュータに送信されてもよい。当該他の装置には、例えば、無線基地局における通信装置、およびサーバコンピュータに接続されたネットワーク機器が含まれ得る。当該信号は、例えば充電ステーションまたはユーザが使用する携帯端末を経由してサーバコンピュータに送信されてもよい。通信器は、受電装置の外部の要素であってもよいし、受電装置に含まれていてもよい。

　サーバコンピュータ（以下、「サーバ」と称する。）は、電動車両の貸出状態を、記録媒体に格納されたデータベースによって管理する情報処理装置である。電動車両の貸出状態には、「貸出中」および「返却済」などの状態が含まれ得る。電動車両がユーザに貸し出されているとき、その電動車両は、貸出中として管理される。

　上記の構成によれば、電動車両が貸出中として管理されている状態において、受電器が送電器から受電し始めると、その電動車両の返却を通知するための信号がサーバに送信される。サーバは、その信号を受信すると、データベースにおける当該電動車両の状態を「貸出中」から「返却済」に変更する。すなわち、電動車両のバッテリへの充電が適切に開始されたことをもって電動車両が返却されたものと判定される。これにより、バッテリへの充電が適切になされない状態で電動車両が返却されたものと判断されることが回避される。したがって、電動車両が返却された後にバッテリを充電するためにスタッフがその電動車両を充電可能な位置に移動させるなどの労力を省くことができる。

　前記受電制御回路は、前記バッテリへの給電が開始された後、前記バッテリの蓄電量が閾値を超えたとき、前記通信器に、送電の停止を要求する信号を前記充電ステーションに送信するように指示してもよい。閾値は、例えばバッテリの容量に近い値、例えば容量の８０％以上の値に設定され得る。このような動作により、充電が完了した後、送電が直ちに停止されるため、充電完了後のエネルギのロスを抑えることができる。

　前記受電制御回路は、前記受電器が前記送電器から受電し始めた後、受電された電力の大きさが所定のレベルを超えない場合、返却不備であることを示す情報をインジケータに提示させてもよい。前記インジケータは、前記電動車両のユーザが使用する携帯端末、前記充電ステーション、および前記電動車両の少なくとも１つに設けられ得る。上記の構成によれば、ユーザに、返却不備であることを通知し、電動車両を充電可能な状態にするように促すことができる。インジケータは、例えばディスプレイ、ランプ、またはスピーカなどの、画像、光、または音などで情報を提示することが可能な任意のデバイスであり得る。インジケータは、受電装置または送電装置に含まれていてもよい。

　前記送電器は、電力を無線で送出するように構成され、前記受電器は、前記送電器から送出された前記電力を無線で受け取るように構成され得る。例えば、前記送電器は、送電共振器を備え、前記受電器は、前記送電共振器と電磁的に結合する受電共振器を備え得る。ここで２つの共振器が「電磁的に結合する」とは、磁界および電界の少なくとも一方を介して、両者の間でエネルギの伝達が行われる関係にあることを意味する。このような構成によれば、受電器を送電器に近接させるだけで充電が可能になるため、返却に要するユーザの手間を少なくすることができる。

　送電共振器は、送電コイルを含み得る。受電共振器は、受電コイルを含み得る。送電コイルと受電コイルとの間の誘導結合（「磁界結合」とも称する。）によって電力が伝送され得る。送電共振器は、２つ以上の送電電極を含んでいてもよい。その場合、受電共振器は２つ以上の受電電極を含む。送電電極と受電電極との間の容量結合（「電界結合」とも称する。）によって電力を無線電伝送することもできる。

　前記受電制御回路は、前記送電共振器と前記受電共振器との間の結合の度合いを示す情報を、充電ステーション、電動車両、または携帯端末のインジケータに提示させてもよい。例えば、送電共振器と受電共振器との間の結合係数を計算または推定し、その値に応じた情報をインジケータに提示させてもよい。このような構成によれば、ユーザに、共振器間の位置合わせの目安を与え、より効率的な充電を促すことができる。

　上記の実施形態では、電動車両の返却を通知するための信号（以下、「返却通知」と称することがある。）は、受電装置によって送信される。当該信号は、送電装置によって送信されてもよい。その場合、送電装置は、受電装置から受信した信号に基づいて返却通知をサーバに送信してもよいし、送電装置が自ら受電装置による受電の開始を検知して返却通知をサーバに送信してもよい。

　本開示の他の実施形態による送電装置は、レンタル車両システムにおける充電ステーションに取り付けて使用される。前記送電装置は、前記電動車両に取り付けられた受電器に電力を送出する送電器と、前記電動車両が貸出中として管理されている状態において、前記受電器が前記送電器から受電し始めたことを検知したとき、前記充電ステーションに搭載された通信器に、前記電動車両の返却を通知するための信号を前記サーバコンピュータに送信するように指示する送電制御回路とを備える。

　上記の構成では、受電装置ではなく、送電装置が、電動車両の返却を通知するための信号をサーバコンピュータに送信する。このような構成であっても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

　ここで、受電器が送電器から受電し始めたことを検知する方法には、種々の方法がある。例えば、送電器または受電器の内部の電流または電圧の変化に基づいて、受電の開始を検知することができる。受電装置が受電の開始を検知する場合、受電開始を示す信号が受電装置から送電装置に送信されてもよい。送電装置は、その信号を受けて、サーバに返却通知を送信することができる。

　前記充電ステーションは、前記電動車両の接近を検知するセンサを備えていてもよい。前記送電制御回路は、前記センサが前記電動車両の接近を検知したとき、前記送電器に前記電力の送出を開始するように指示するように構成されていてもよい。このような構成によれば、電動車両が充電ステーションに近付いた場合にのみ、送電が実行されるため、不要な送電に伴うエネルギの損失を抑制することができる。

　前記通信器が前記電動車両から送電の停止を要求する信号を受信したとき、前記送電制御回路は、前記送電器に、送電を停止するように指示してもよい。このような構成によれば、電動車両が受電する必要のない状態、例えば、充電が完了した状態においては、送電が停止される。このため、不要な送電に伴うエネルギの損失を抑制することができる。

　前記送電制御回路は、前記送電器が送電を開始した後、前記受電器によって受け取られた前記電力の大きさが所定のレベルを超えない場合、返却不備であることを示す情報を、前記電動車両のユーザが使用する携帯端末、前記充電ステーション、および前記電動車両の少なくとも１つが備えるインジケータに表示させてもよい。

　前記送電器は、電力を無線で送出するように構成され、前記受電器は、前記送電器から送出された前記電力を無線で受け取るように構成されていてもよい。

　前記送電器は、送電共振器を備え、前記受電器は、前記送電共振器と電磁的に結合する受電共振器を備えていてもよい。前記送電制御回路は、前記送電共振器と前記受電共振器との間の結合の度合いを示す情報を、前記電動車両のユーザが使用する携帯端末、前記充電ステーション、および前記電動車両の少なくとも１つが備えるインジケータに表示させてもよい。

　本開示のさらに他の実施形態による電動車両は、前述のいずれかの実施形態による受電装置と、前記バッテリに蓄積された電力によって駆動される電気モータとを備える。

　本開示のさらに他の実施形態による電力伝送システムは、前述のいずれかの実施形態による受電装置と、前記充電ステーションに取り付けられ、前記受電装置に電力を供給する送電装置と、を備える。

　本開示のさらに他の実施形態による電力伝送システムは、前述のいずれかの実施形態による送電装置と、前記送電装置の前記送電器から送出された電力を受け取る受電器を備え、前記電動車両に取り付けられる受電装置と、を備える。

　本開示のさらに他の実施形態による情報処理方法は、前記受電装置または前記送電装置に、ネットワークを介して接続される情報処理装置によって実行される。前記情報処理方法は、前記受電装置または前記送電装置から、前記電動車両の返却を通知するための前記信号を受信するステップと、前記信号を受信したとき、記録媒体に格納された、前記電動車両の貸出状態を管理するデータベースにおいて、前記電動車両の前記貸出状態を、貸出中の状態から返却済の状態に変更するステップと、を含む。

　本開示における情報処理方法は、当該方法を規定するコンピュータプログラムを、上記の情報処理装置におけるプロセッサが実行することによって実現され得る。

　（実施形態）
　以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似の構成要素については、同じ参照符号を付している。

　図１は、本開示の実施形態によるレンタル車両システムの構成を模式的に示す図である。このレンタル車両システムは、充電ステーション１００と、電動車両２００と、携帯端末３００と、サーバ４００とを備える。図１には、レンタル車両システムの外部の要素である基地局５００も示されている。基地局５００は、電気通信事業者が管理する無線局である。基地局５００およびサーバ４００は、インターネットなどのネットワーク（ＮＷ）を介して互いに接続される。充電ステーション１００、電動車両２００、および携帯端末３００は、基地局５００を介してサーバ４００と通信することができる。

　充電ステーション１００は、電動車両２００に電力を供給する装置である。図１に示す充電ステーション１００は、送電装置１１０と、通信器１２０と、ディスプレイ１３０と、センサ１４０とを備える。本実施形態における送電装置１１０は、無線で電力を送出するように構成されている。送電装置１１０は、通信器１２０、ディスプレイ１３０、およびセンサ１４０に電気的に接続されている。通信器１２０は、無線通信回路を備えており、電動車両２００およびサーバ４００と通信することができる。ディスプレイ１３０は、充電の状況を表示するインジケータとして機能する。

　図１の右上の点線枠内に、ディスプレイ１３０の表示例が示されている。この例におけるディスプレイ１３０は、送電装置１１０から受電装置２１０への送電中、送電装置１１０内の送電共振器と受電装置２１０内の受電共振器との結合の強さをゲージで表示する。このような表示により、電動車両２００が充電ステーション１００から適切に受電できているか否かを確認することができる。このような表示は、充電ステーション１００が備えるディスプレイ１３０に限らず、電動車両２００が備えるディスプレイ２３０、または携帯端末３００のディスプレイに表示されてもよい。また、ディスプレイに限らず、ランプまたはスピーカなどの、他の種類のインジケータに、結合の状態を表示させてもよい。

　本実施形態では、通信器１２０、ディスプレイ１３０、およびセンサ１４０の各々は、送電装置１１０から分離した個別の要素であるが、これは一例にすぎない。通信器１２０、ディスプレイ１３０、およびセンサ１４０の各々は、送電装置１１０に含まれていてもよい。

　本実施形態における電動車両２００は、電動スクータである。電動車両２００は、電動スクータに限らず、電動アシスト自転車または電気自動車などの、電力で動作する任意の車両であってよい。電動車両２００には充電可能なバッテリ２６０が搭載される。電動車両２００は、バッテリ２６０に蓄積された電気エネルギによって駆動される。バッテリ２６０は、電動車両２００から取り外したり、電動車両２００に取り付けたりすることが可能である。

　電動車両２００は、受電装置２１０と、通信器２２０と、ディスプレイ２３０とを備える。受電装置２１０は、送電装置１１０から伝送された電力を受け取り、必要な電力変換を行った上でバッテリ２６０に供給する。通信器２２０は、無線通信回路を備えており、充電ステーション１００、携帯端末３００、および基地局５００と通信することができる。ディスプレイ２３０は、電動車両２００の動作の状態、例えば走行速度または充電の状態を表示するインジケータとして機能する。

　本実施形態では、通信器２２０およびディスプレイ２３０の各々は、受電装置２１０から分離した個別の要素であるが、これは一例にすぎない。通信器２２０およびディスプレイ２３０の各々は、受電装置２１０に含まれていてもよい。

　携帯端末３００は、例えばスマートフォンまたはタブレットコンピュータなどの携帯情報機器である。携帯端末３００は、電動車両２００のユーザによって使用される。携帯端末３００には、本実施形態のシステムを利用したレンタル車両サービスに係るアプリケーションがインストールされる。ユーザは、当該アプリケーションを利用して、電動車両２００のレンタルの予約および決済処理などの手続を行うことができる。

　サーバ４００は、レンタル車両サービスを提供する事業者が管理する情報処理装置である。サーバ４００は、電動車両２００の貸出状態を管理する。サーバ４００は、インターネットなどのネットワークを介して基地局５００に接続される。サーバ４００は、基地局５００を介して、充電ステーション１００、電動車両２００、および携帯端末３００などの他の装置と通信することができる。

　サーバ４００は、処理回路４１０と、記録媒体４２０と、通信インタフェース（ＩＦ）４３０とを備える。記録媒体４２０は、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのメモリ、ならびにハードディスクなどの磁気記録媒体を含み得る。処理回路４１０は、例えばＣＰＵなどのプロセッサを含む。記録媒体４２０には、処理回路４１０によって実行されるコンピュータプログラム、およびレンタル車両サービスの提供に必要な種々のデータベースが格納される。処理回路４１０は、通信インタフェース４３０を介して、充電ステーション１００、電動車両２００、および携帯端末３００などの装置と通信することができる。

　充電ステーション１００、電動車両２００、および携帯端末３００の各々と、サーバ４００との間の通信は、例えば３Ｇ、４Ｇ、または５Ｇなどの無線通信規格に基づいて行われ得る。充電ステーション１００と電動車両２００との間の通信、および電動車両２００と携帯端末３００との間の通信は、例えばＷ－ＬＡＮまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標）などの規格に基づいて直接行われてもよいし、基地局５００を介して行われてもよい。

　本実施形態のシステムを利用したサービスを利用するユーザは、電動車両２００をレンタルしようとするとき、携帯端末３００またはパーソナルコンピュータなどのコンピュータを用いて、レンタルの申込を行う。すると、サーバ４００が、当該申込に関する情報をデータベースに記録し、電動車両２００の使用をユーザに許可する。その後、ユーザは、充電ステーション１００の近傍に充電された状態で配置された電動車両２００の使用を開始する。

　本実施形態において、ユーザが電動車両２００を使用した後、返却する方法には、２種類の方法がある。第１の方法は、ユーザが任意の場所で電動車両２００を乗り捨て、携帯端末３００などのコンピュータを用いて返却処理を行う方法である。第２の方法は、ユーザが充電ステーション１００の位置まで電動車両２００を返却する方法である。サービスの提供者にとっては、次の貸出に備えて、第２の方法で返却されることが好ましい。そこで、ユーザが充電ステーション１００の位置まで電動車両２００を戻すことを促す仕組みが望まれる。例えば、貸出時に保証金を預かり、充電ステーション１００に返却された場合には全額返金し、乗り捨てられた場合には一部のみを返金するといった仕組みを導入することが考えられる。あるいは、レンタル時間に応じて課金するシステムにおいては、充電ステーション１００に返却された場合には、乗り捨てられた場合よりも、単位時間あたりの料金を安価にすることが考えられる。このように、第２の方法で返却された場合の料金は、第１の方法で返却された場合の料金よりも低く設定され得る。

　ここで、第２の方法で返却される場合、サービス提供者にとっては、単に充電ステーション１００の近傍に電動車両２００が戻されるだけでなく、充電できる状態で返却されることが重要である。充電できない状態で返却された場合、スタッフが電動車両２００を充電可能な状態に配置し直す作業が発生し、人件費の増加を招く。

　そこで、本実施形態では、電動車両２００が単に充電ステーション１００の場所に戻されただけでなく、給電が実際に行われたことをもって返却されたものと判定される。乗り捨ての場合は、その場に停止しただけか、レンタル終了かの判定が難しいため、ユーザによる返却の手続が要求される。これに対し、充電ステーション１００に戻す場合は、戻すという動作をトリガーに、自動的に返却処理がなされる。ユーザはそれ以上の手続を行う必要はない。ユーザが電動車両２００を充電可能な状態に戻したとき、電動車両２００は、サーバ４００に返却通知を送信する。サーバ４００は、この通知を受けると、電動車両２００が返却されたものとして管理する。このとき、携帯端末３００は、返却が完了したことを示す情報を表示してもよい。

　以下、本実施形態における各装置の構成および動作をより詳細に説明する。

　図２は、充電ステーション１００と電動車両２００のより詳細な構成例を示すブロック図である。この例における充電ステーション１００は、送電装置１１０、通信器１２０、ディスプレイ１３０、およびセンサ１４０に加えて、電源６００を備える。電源６００は直流電力を送電装置１１０に供給する。

　送電装置１１０は、送電器１１２と、送電制御回路１１４とを備える。送電器１１２は、送電回路１１５と、送電共振器１１６とを含む。送電回路１１５は、例えばインバータ回路を含み、電源１０５から供給された直流電力を交流電力に変換して送電共振器１１６に出力する。この例における送電共振器１１６は、送電コイルを含み、送電回路１１５から出力された交流電力を送出する。送電制御回路１１４は、例えばマイクロコントローラユニットなどの集積回路によって実現され得る。送電制御回路１１４は、送電回路１１５、通信器１２０、ディスプレイ１３０、およびセンサ１４０に電気的に接続されている。送電制御回路１１４は、通信器１２０およびセンサ１４０から出力された信号を受け、それらの信号に基づいて送電回路１１５およびディスプレイ１３０を制御する。

　図２に示す電動車両２００は、受電装置２１０、通信器２２０、ディスプレイ２３０に加えて、充放電制御回路２７０と、バッテリ２６０と、モータ制御回路２８０と、電気モータ２９０とを備える。電気モータ２９０は、モータ制御回路２８０によって制御され、電動車両２００における１以上の駆動輪を回転させる。充放電制御回路２７０は、バッテリ２６０の充電状態を監視し、充電および放電を制御する。

　受電装置２１０は、受電器２１２と、受電制御回路２１４とを備える。受電器２１２は、受電共振器２１６と、受電回路２１５とを含む。受電共振器２１６は、送電コイルと磁気的に結合する受電コイルを含む。送電コイルと受電コイルとが対向した状態で、送電コイルから受電コイルに電力が無線で伝送される。受電回路２１５は、受電共振器２１６が受け取った電力を、直流電力に変換して充放電制御回路２７０に出力する整流回路を含む。受電制御回路２１４は、例えばマイクロコントローラユニットなどの集積回路によって実現され得る。受電制御回路２１４は、受電器２１２、通信器２２０、ディスプレイ２３０に電気的に接続される。受電制御回路２１４は、受電回路２１５内の電流および電圧の少なくとも一方を計測し、その計測値に基づいて受電が開始されたことを検知する。受電制御回路２１４は、受電の開始を検知すると、その旨を示す信号、すなわち返却通知を、サーバ４００および携帯端末３００に送信するように通信器２２０に指示する。受電制御回路２１４はまた、ディスプレイ２３０に、充電状態を示す情報を表示する。サーバ４００は、返却通知を受信すると、電動車両２００のステータスを、「貸出中」から「返却済」に変更する。携帯端末３００は、返却通知を受けると、返却が正常に完了した旨を表示する。

　バッテリ２６０は、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの、充電可能な二次電池である。電動車両２００は、バッテリ２６０に蓄えられた電力によってモータ２９０を駆動して移動することができる。二次電池に代えて、蓄電用のキャパシタを用いてもよい。例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタなどの、高容量かつ低抵抗のキャパシタを利用することができる。そのようなキャパシタも、本開示においては「バッテリ」に該当するものとする。

　モータ２９０は、例えば永久磁石同期モータ、誘導モータ、ステッピングモータ、リラクタンスモータ、直流モータなどの、任意のモータであり得る。モータ２９０は、シャフトおよびギア等の伝達機構を介して電動車両２００の車輪を回転させ、電動車両２００を移動させる。

　モータ制御回路２８０は、モータ２９０を制御して電動車両２００に所望の動作を実行させる。モータ制御回路２８０は、モータ２９０の種類に応じて設計されたインバータ回路などの各種の回路を含み得る。

　図３Ａは、送電回路１１５に含まれるインバータ回路の構成例を模式的に示す図である。この例では、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型のインバータ回路が用いられる。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタスイッチであり得る。送電制御回路１１４は、例えば、各スイッチング素子のオン（導通）およびオフ（非導通）の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに制御信号を出力させるマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）とを含み得る。図示されるフルブリッジ型のインバータの代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ、または、Ｅ級などの発振回路を用いてもよい。

　図３Ｂは、受電回路２１５に含まれる整流回路の構成例を模式的に示す図である。この例では、整流回路は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。整流回路は、図示されるものとは異なる回路構成を有していてもよい。整流回路は、受け取った交流エネルギをバッテリ２６０などの負荷が利用可能な直流エネルギに変換する。

　図４Ａは、充電ステーション１００と電動車両２００との間の電力伝送に関する構成の一例を示す模式図である。図４Ａに示す例では、電動車両２００の軸２０２に、受電回路２１５および受電共振器２１６が配置されている。図４Ａに示すように、受電共振器２１６における受電コイルが送電共振器１１６における送電コイルに対向する状態で給電が行われる。

　本実施形態では、コイル間の誘導結合によって電力が無線で伝送されるが、代わりに電極間の容量結合によって電力が無線で伝送されてもよい。さらには、接触式あるいは有線による電力伝送が行われてもよい。

　図４Ｂは、接触式の電力伝送方式の一例を示す図である。この例では、送電器１１２が金属端子１１７を含むコネクタを有し、受電器２１２が金属端子２１７を含むコネクタを有する。電動車両２００が充電ステーション１００に挿入されると、送電器１１２における金属端子１１７と、受電器２１２における金属端子２１７とが嵌合し、互いに接触する。これにより、電力が送電器１１２から受電器２１２に伝送される。この例では、受電器２１２がプラグ形状のコネクタを有し、送電器１１２がソケット形状のコネクタを有するが、逆でもよい。金属端子２１７にはカバーが設けられていてもよい。充電ステーション１００に挿入したときにのみ、金属端子２１７が露出するように構成されていてもよい。

　図５は、電動車両２００が充電ステーション１００に侵入してから、充電して離脱するまでの動作の一例を示す図である。この例における充電ステーション１００は、電動車両２００が進入する部分に扉があり、その扉の開閉を検知するセンサ１４０と、電動車両２００の充電中に扉をロックするロック機構１５０とが設けられている。電動車両２００が充電ステーション１００の給電エリアに侵入すると、扉が開き、センサ１４０は、電動車両２００が送電器１１２に接近したことを示す信号を、送電制御回路１１４に送信する。送電制御回路１１４は、この信号を受けると、送電回路１１５に、送電を開始させる。充電時は、ロック機構１５０が作動し、扉がロックされる。充電が完了し、次に電動車両２００が使用されるときには、ロック機構１５０は、ロックを解除する。

　この例では、センサ１４０が電動車両２００の接近を検知した場合にのみ、送電器１１２は送電を行う。このような動作によれば、受電器２１２の接近を検知するために、送電器１１２が微弱な送電を常時行う必要がない。このため、微弱送電による待機電力を不要にできる。

　センサ１４０は、扉の開閉を検知する機構に限らず、他の機構によって電動車両２００の接近を検知してもよい。例えば、光または音波を利用して電動車両２００の接近を検知してもよい。

　センサ１４０を用いる代わりに、送電器１１２が微弱送電を常時行い、送電器１１２内の電流および／または電圧の変動に基づいて、受電器２１２の接近を検知してもよい。この場合、送電器１１２は、受電器２１２の接近を検知したとき、伝送する電力を増加させ、通常の送電に移行する。このような動作によれば、微弱送電のための待機電力が必要であるが、センサ１４０を不要にできる。

　次に、サーバ４００が管理するデータベースの例を説明する。

　図６は、サーバ４００の記録媒体４２０に格納されるデータベース（ＤＢ）の例を示す図である。この例では、記録媒体４２０には、顧客管理データベースと、車両管理データベースと、貸出管理データベースとが格納される。サービス提供者は、これらのデータベースにより、顧客、車両、および貸出状態を管理する。

　顧客管理ＤＢは、顧客情報を記録する。顧客情報には、例えば、顧客ＩＤ、顧客名、パスワード、決済手段などの情報が含まれ得る。決済手段は、例えばクレジットカード番号などの情報を含み得る。

　車両ＤＢは、車両情報を記録する。車両情報には、例えば、車両ＩＤ、位置、貸出状態、充電状態、貸出可否などの情報が含まれ得る。位置は、その車両がどの場所にあるかを示す。位置は、例えば電動車両２００に搭載されたＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）受信機などのＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）受信機によって特定され、その位置データはサーバ４００に定期的に送信され得る。貸出状態は、その車両が貸出中か、返却済かを示す。充電状態は、充電が完了したか否かを示す。貸出可否は、ユーザに貸出すことが可能か否かを示す。

　貸出管理ＤＢは、貸出情報を記録する。貸出情報には、例えば、貸出ＩＤ、車両ＩＤ、顧客ＩＤ、貸出開始日時、貸出終了日時、貸出開始場所、貸出終了場所、返却種別などの情報が含まれ得る。返却種別は、例えば、充電返却か、非充電返却かを示す。充電返却は、電動車両２００が充電ステーション１００から充電可能な状態で返却されたことを示す。非充電返却は、例えば乗り捨ての場合のように、電動車両２００が充電ステーション１００から充電されない状態で返却されたことを示す。貸出管理データベースに記録された情報に基づいて、顧客への課金が行われる。例えば、貸出期間が長いほど、料金が高く設定され得る。また、充電返却よりも非充電返却の方が料金が高く設定され得る。

　図７は、本実施形態における電動車両２００が充電ステーション１００に返却される場合、すなわち充電返却の場合における各装置の動作の例を示す図である。この例においては、まず、電動車両２００がユーザによって充電ステーション１００の場所に返却される（ステップＳ２０１）。すると、充電ステーション１００のセンサ１４０は、電動車両２００の侵入を検知する（ステップＳ１０１）。この検知をトリガーとして、送電器１１２は、送電を開始する（ステップＳ１０２）。このとき、まず微弱電力による予備送電が行われ、送電器１１２と受電器２１２との位置合わせが完了した後、通常の電力による本送電が行われてもよい。本送電が開始されると、電動車両２００の受電制御回路２１４は、受電の開始を検知する（ステップＳ２０２）。より具体的には、受電制御回路２１４は、受電回路２１５内の電流および／または電圧に基づき、受電が開始したことを検知する。受電開始を検知すると、受電制御回路２１４は、通信器２２０を介して、受電開始を示す信号を充電ステーション１００に送信する（ステップＳ２０３）。充電ステーション１００の送電制御回路１１４は、この信号を受けると、通信器１２０を介して、電動車両２００の返却を通知するための信号をサーバ４００に送信する（ステップＳ１０３）。サーバ４００は、この信号を受けると、データベースを更新する（ステップＳ４０１）。具体的には、車両ＤＢにおける貸出状態を、「貸出中」から「返却済」に変更する。さらに、貸出管理ＤＢにおける貸出終了日時、貸出終了場所、および返却種別に、データを記録する。この場合、返却種別は、「充電返却」として記録される。サーバ４００は、データベースを更新すると、携帯端末３００に通知を送る（ステップＳ４０２）。携帯端末３００は、この通知を受けると、電動車両２００の返却が完了したことをユーザに通知する。例えば、携帯端末３００のディスプレイに、返却完了を示す情報が表示される（ステップＳ３０１）。これにより、返却処理が完了する。

　その後、電動車両２００の受電制御回路２１４は、充電の完了を検知する（ステップＳ２０４）。具体的には、受電制御回路２１４は、バッテリ２６０の蓄電量（例えば、Ｓｔａｔｅ　ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）が閾値を超えたとき、充電が完了したと判定する。このとき、受電制御回路２１４は、通信器２２０を介して、送電の停止を要求する信号を充電ステーション１００に送信する（ステップＳ２０５）。充電ステーション１００の送電制御回路１１４は、この信号を受けると、送電回路１１５に、送電を停止させる（ステップＳ１０３）。電動車両２００の受電制御回路２１４はさらに、通信器２２０を介して、サーバ４００に充電が完了したことを示す信号を送信する（ステップＳ２０６）。サーバ４００は、この信号を受けると、貸出管理ＤＢにおける貸出可否を「不可」から「可」に変更する。以後、当該電動車両２００は、再び貸出可能な状態になる。

　図７に示す例では、ステップＳ２０２において電動車両２００が受電の開始を検知したとき、電動車両２００から充電ステーション１００に通知が送られ、充電ステーション１００はその通知を受けて、サーバ４００に返却通知を送る。このような動作に代えて、電動車両２００が直接サーバ４００に返却通知を送ってもよい。このとき、電動車両２００は、携帯端末３００にも通知を送ってもよい。携帯端末３００は、その通知を受けて、返却の完了を表示してもよい。その場合、サーバ４００から携帯端末３００への通知（ステップＳ４０２）は省略され得る。また、充電完了後のサーバ４００への通知（ステップＳ２０６）は、電動車両２００の代わりに充電ステーション１００が行ってもよい。

　図８は、図７に示す例における電動車両２００の動作を示すフローチャートである。この例ではまず、受電制御回路２１４は、受電が開始されたかを判定する（ステップＳ２１１）。受電制御回路２１４は、例えば、受電回路２１５内のいずれかの箇所における電流および／または電圧を計測し、その計測値が所定の閾値を超えている場合に、受電が開始したと判定することができる。ここで、受電制御回路２１４は、受電器２１２が送電器１１２から受電し始めた後、受電された電流、電圧、または電力の大きさが所定のレベルを超えない場合、返却不備であることを示す情報を、ディスプレイ２３０に表示させてもよい。これにより、ユーザに、正しい位置に電動車両２００を設置するように促すことができる。受電制御回路２１４は、返却不備であることを示す情報を、携帯端末３００または充電ステーション１００のディスプレイ１３０に表示するように指示してもよい。

　受電制御回路２１４は、受電が正常に開始されたと判断すると、充電ステーション１００にその旨の通知を行う（ステップＳ２１２）。充電ステーション１００は、この通知を受けると、サーバ４００に、返却通知を送信する。

　受電制御回路２１４は、受電開始後、バッテリ２６０の充電状態を監視する。受電制御回路２１４は、バッテリ２６０の蓄電量に基づいて、充電の完了を検知する（ステップＳ２１３）。例えば、充放電制御回路２７０によって計測されたバッテリ２６０の残容量（ＳＯＣ）が閾値を超えたか否かによって、充電の完了を検知することができる。受電制御回路２１４は、充電の完了を検知すると、通信器２２０を介して、充電ステーション１００に、充電完了の通知を送る（ステップＳ２１４）。

　図９は、充電ステーション１００の動作のより詳細な例を示すフローチャートである。この例では、送電制御回路１１４は、まず、センサ１４０から出力される信号に基づいて、電動車両２００の接近を検知する（ステップＳ１１１）。送電制御回路１１４は、電動車両２００の接近を検知すると、送電回路１１５内のインバータ回路に、送電の開始を指示する（ステップＳ１１２）。

　送電開始後、送電制御回路１１４は、一定時間内に受電開始の通知を電動車両２００から受信したか否かを判定する（ステップＳ１１３）。当該通知を受信した場合は、送電制御回路１１４は、サーバ４００に、充電返却が行われた旨の通知を送る（ステップＳ１１４）。一方、電動車両２００から受電開始の通知を一定時間内に受信しなかった場合、送電制御回路１１４は、サーバ４００に、充電返却が正しく行われなかった旨の通知を送る（ステップＳ１１５）。このとき、送電制御回路１１４は、携帯端末３００にも、充電返却が正しく行われなかった旨の通知を送り、ユーザに注意喚起してもよい。この場合、サーバ４００は、当該電動車両２００については、非充電返却、すなわち乗り捨てによる返却が行われたものとして処理する。その後、送電制御回路１１４は、送電回路１１５に送電を停止させる（ステップＳ１１７）。

　ステップＳ１１４の後、送電制御回路１１４は、電動車両２００から、充電完了通知を受信したか否かを判定する（ステップＳ１１６）。充電完了通知を受信すると、送電制御回路１１４は、送電回路１１５に送電を停止させる（ステップＳ１１７）。

　図１０は、送電装置１１０の動作の他の例を示すフローチャートである。この例では、センサ１４０を用いる代わりに、微弱電力による送電がまず行われ、送電器１１２内の任意の箇所の周波数または電圧などの計測値に基づいて、電動車両２００の接近が検知される。まず、送電制御回路１１４は、送電回路１１５に、微弱な電力による送電を開始させる（ステップＳ１２２）。送電制御回路１１４は、さらに、ディスプレイ１３０に、送電共振器と受電共振器との間の結合の度合いを示す情報を表示させる。例えば、送電制御回路１１４は、送電共振器１１６と受電共振器２１６との間の結合係数を推定し、その大きさに応じた情報をディスプレイ１３０に表示させる。結合の度合いを示す情報は、ディスプレイ１３０に限らず、電動車両２００のディスプレイ２３０または携帯端末３００に表示されてもよい。結合係数を推定する方法の詳細については後述する。次に、送電制御回路１１４は、一定時間内に結合係数が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１２３）。一定時間内に結合係数が閾値を超えない場合、送電制御回路１１４は、通信器１２０を介して、携帯端末３００に通知を送る（ステップＳ１２４）。携帯端末３００は、この通知を受けると、受電が適切に行われていないことをユーザに通知する。その後、送電制御回路１１４は、微弱送電開始から所定時間が経過しているか否かを判定する（ステップＳ１２５）。所定時間が経過していない場合、ステップＳ１２３に戻り、同様の動作が繰り返される。ステップＳ１２５において、所定時間が経過している場合、送電制御回路１１４は、サーバ４００に、充電返却が正しく行われなかった旨の通知を送る（ステップＳ１２６）。この場合、サーバ４００は、当該電動車両２００については、非充電返却、すなわち乗り捨てによる返却が行われたものとして処理する。その後、送電制御回路１１４は、送電回路１１５に送電を停止させる（ステップＳ１３１）。

　ステップＳ１２３において、一定時間内に結合係数が閾値を超えたと判定すると、送電制御回路１１４は、送電回路１１５内のインバータ回路に、本送電の開始を指示する（ステップＳ１２７）。例えば、送電制御回路１１４は、インバータ回路の各スイッチング素子のオン時間比率を増加させることにより、伝送される電力を増加させる。本送電開始後、送電制御回路１１４は、受電開始の通知を電動車両２００から受信したか否かを判定する（ステップＳ１２８）。当該通知を受信すると、送電制御回路１１４は、サーバ４００に、充電返却が行われた旨の通知を送る（ステップＳ１２９）。

　ステップＳ１２９の後、送電制御回路１１４は、電動車両２００から、充電完了通知を受信したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。充電完了通知を受信すると、送電制御回路１１４は、送電回路１１５に送電を停止させる（ステップＳ１３１）。

　次に、ステップＳ１２３における結合係数を推定する方法の一例を説明する。

　図１１は、結合係数を推定するための構成の一例を示すブロック図である。この例における送電装置は、電動車両２００に送電するだけでなく、電動車両２００における受電共振器２１６の位置が送電共振器１１６に対して適切な位置（すなわち充電可能な位置）にあるか否かを検出することができる。この検出を、本明細書では「位置あわせ」と呼ぶ。その検出結果は、例えば充電ステーション１００または電動車両２００に設けられた光源、ディスプレイ、スピーカなどのインジケータ１９２または２９０から光、映像、音声などの情報として使用者に通知され得る。本明細書における「インジケータ」は、視覚的情報を提示する素子に限定されず、聴覚的情報（音または音声）のみを提示する装置をも広く含む。

　このような機能により、使用者は、電動車両２００を充電ステーション１００に近づける際、受電共振器２１６が送電可能な適切な位置に到達したことを知ることができる。このため、電動車両２００の位置あわせを容易に行うことができる。

　図１１に示される例における送電装置は、前述の構成要素に加えて、発振回路１１８と測定回路１１９とをさらに備える。

　この例における送電共振器１１６は、後述するように、送電コイルと、送電コイルに直列に接続されたコンデンサとを含む共振回路である。送電共振器１１６の共振状態は、発振回路１１８によって制御される。本実施形態では、送電共振器１１６が位置検出のための共振器を兼ねているが、位置検出のための共振器を送電共振器１１６とは別に設けてもよい。

　発振回路１１８は、送電共振器１１６に接続されており、受電共振器２１６の共振周波数ｆｒとは異なる２つの周波数で発振可能である。それらの２つの周波数は共振周波数ｆｒよりも低い第１の周波数ｆ１と、共振周波数よりも高い第２の周波数ｆ２に設定される。第１の周波数ｆ１は、共振周波数ｆｒの例えば８５％以下に設定され得る。第２の周波数ｆ２は、共振周波数ｆｒの例えば１１５％以上に設定され得る。なお、本送電時には、受電共振器２１６の共振周波数ｆｒに実質的に等しい周波数の交流エネルギが送電共振器１１６から受電共振器２１６に伝送され得る。本送電時の周波数は、受電共振器２１６の共振周波数ｆｒに完全に一致する必要はなく、共振周波数ｆｒの８５～１１５％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。また、本送電時の周波数は、共振周波数ｆｒの８５～１１５％の範囲とは異なる周波数帯を用いてもよい。例えば、本送電における周波数帯を１００ｋＨｚ～２００ｋＨｚとし、位置検出用の周波数を１０００ｋＨｚ程度の値に設定してもよい。

　測定回路１１９は、発振回路１１８から出力される交流エネルギの周波数（以下、「発振周波数」と称することがある。）またはインダクタンス値の変化を検出することによって受電共振器２１６の検出を行う。例えば、測定回路１１９は、第１の周波数ｆ１で発振回路１１８が発振しているときに送電共振器１１６のインダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ１）を測定する。また、測定回路１１９は、第２の周波数ｆ２で発振回路１１８が発振しているときに送電共振器１１６のインダクタンス値Ｌｉｎ（ｆ２）を測定する。測定回路１１９は、後述する原理から、２つのインダクタンス値の比に基づいて送電共振器１１６に対する受電共振器２１６の相対位置を検出することができる。

　この例における受電共振器２１６は、後に図１３を参照して詳しく説明するように、受電コイルと、受電コイルＬ２に並列に接続されたコンデンサとを含む共振回路である。共振周波数は所定の値ｆｒに設定されている。受電共振器２１６が送電共振器１１６から空間を介して非接触で受け取った交流エネルギは、受電回路２１５によって適切な形態に変換され、負荷２８２に供給される。なお、ここでは、受電回路２１５から出力される電力によって充電されるバッテリ、および当該電力によって動作するモータなどの装置を、まとめて「負荷２８２」と称する。

　本実施形態では、コイル対を用いる磁界共振によって無線電力伝送を行うが、無線電力伝送は、コンデンサ対を用いる電界共振によって行うことも可能である。本開示の位置検出方法は、コイル対の位置あわせのほか、コンデンサ対の位置あわせにも適用できる。以下、コイル対の位置あわせを例に位置あわせの原理を説明するが、この原理はコンデンサ対の位置あわせにも適用され得る。

　図１２は、本実施形態における位置あわせに使用される結合係数推定方法の動作原理を説明するための図である。

　送電コイルＬ１（インダクタンス値もＬ１と表す。）と周波数ｆｒで共振する受電コイルＬ２（インダクタンス値もＬ２と表す。）とが結合係数ｋで電磁的に結合しているとき、送電コイルから見た入力インダクタンスＬｉｎは次式で求められる。
　Ｌｉｎ（ｆ）＝Ｌ１｛１－ｋ²／（１－（ｆｒ／ｆ）²）｝　　・・・式１

　図１２のグラフは、式１の関係を模式的に示している。

　周波数ｆ＜＜ｆｒにおいて、受電共振器２１６の両端は実質的に開放されて見える。ｆｒよりも低い第１の周波数ｆ１で測定した入力インダクタンス値をＬｉｎ（ｆ１）とする。一方、周波数ｆ＞＞ｆｒにおいて、受電共振器２１６における並列コンデンサの両端は実質的に短絡しているように見える。ｆｒよりも高い第２の周波数ｆ２で測定した入力インダクタンス値をＬｉｎ（ｆ２）とする。

　ｆ１、ｆ２の大きさが適切に設定されると、式１から以下の近似式が得られる。
　　Ｌｉｎ（ｆ１）≒Ｌ１
　　Ｌｉｎ（ｆ２）≒Ｌ１（１－ｋ²）

　これらの２つの近似式から、以下の式２が得られる。
　ｋ²≒１－Ｌｉｎ（ｆ２）／Ｌｉｎ（ｆ１）　　・・・式２

　この式２によれば、測定値であるＬｉｎ（ｆ１）およびＬｉｎ（ｆ２）の比に基づいて結合係数ｋを算出することができる。ただし、式２は、受電コイル端を完全に開放にした場合の入力インダクタンクスＬｉｎ＿ｏｐｅｎ（ｆ）と受電コイル端を完全に短絡にした場合の入力インダクタンクスＬｉｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｆ）との間に以下の式３、４の関係が成立する条件に基づく。
　Ｌｉｎ＿ｏｐｅｎ（ｆ１）＝Ｌｉｎ＿ｏｐｅｎ（ｆ２）　　・・・式３
　Ｌｉｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｆ１）＝Ｌｉｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｆ２）　　・・・式４

　逆に言えば、式３、４が成立するように適切な周波数ｆ１とｆ２を選定すれば、式２が成立し、結合係数ｋの推定が可能となる。通常、これらの周波数ｆ１、ｆ２は、共振器の寸法が波長に比べて十分小さいとみなせる周波数範囲に設定すれば実用上問題ない。

　なお、自励式の発振回路を用いると、入力インダクタンスの変化を発振周波数の変化に直接変換することができる。すなわち、入力インダクタンスは発振周波数の２乗の逆数で決まるため、結合係数ｋは次式で書き換えることもできる。
　　ｋ²≒１－ｆ１²／ｆ２²　　・・・式５

　実用上は回路の線形・非線形要素などを含むため、式２、式５は補正が必要であるが、原理的にはこれらの式から結合係数ｋが推定可能である。

　以上のことから、ｆ１とｆ２の各周波数で発振する動作を連続的に切り替えながら２つの周波数における入力インダクタンス値または発振周波数を測定すれば、測定結果から結合係数ｋを推定できる。結合係数ｋは送受電コイル間の距離に応じて変化するから、例えば、推定した結合係数ｋが所定の閾値以上になった場合、受電コイルが送電コイルに対向する位置に到達したとみなすことができる。位置あわせが完了すると、送電制御回路１１４は、発振回路１１８の代わりに送電回路１１５を用いて送電を開始する。これにより、安全かつ高効率に電動車両２００に無線で電力を供給できる。

　以下、図１１に示す各要素をより詳細に説明する。

　測定回路１１９は、送電共振器１１６の電気特性（例えば、入力インダクタンス、発振周波数、および、これらに依存して変化するパラメータ）を測定する。発振回路１１８は、受電共振器２１６の共振周波数とは異なる２つの周波数で発振可能である。

　送電共振器１１６は、コイルと、コイルに直列に接続されたコンデンサを含む。コイルは基板パターンで形成された薄型の平面コイルのほか、銅線やリッツ線、ツイスト線などを用いた巻き線コイルなどを用いることができる。十分な検出感度を確保するためには、コイルのＱ値は、例えば１００以上に設定され得るが、１００よりも小さい値に設定されていてもよい。コンデンサは必要に応じて設けられ、省略されていてもよい。その場合、コイル自身が有する自己共振特性を利用して送電共振器１１６を形成してもよい。

　電源１０５は、例えば、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、もしくは商用電源に接続された電圧変換器、またはそれらの任意の組み合わせを用いて実現され得る。

　送電制御回路１１４は、送電装置全体の動作を制御するプロセッサであり、例えばＣＰＵとコンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。送電制御回路１１４は、本実施形態の動作を実現するように構成された専用のハードウェアであってもよい。送電制御回路１１４は、発振回路１１８の発振周波数の切替、送電回路１１５による送電状態の調整、および測定回路１１９の検出結果に基づくインジケータ１９２の表示の制御を行う。具体的には、位置あわせモード（すなわち微弱送電モード）においては、送電回路１１５の動作を停止し、発振回路１１８を駆動する。本送電モードにおいては、発振回路１１８の動作を停止し、送電回路１１５を駆動する。送電制御回路１１４は、位置検出装置の測定結果に応じて送電開始周波数および送電電圧を決定する。

　発振回路１１８には、例えばコルピッツ発振回路、ハートレー発振回路、クラップ発振回路、フランクリン発振回路、またはピアス発振回路などの、ＬＣ共振原理に基づく公知の自励式の発振回路を用いることができる。本実施形態では、コイルＬ１のインピーダンスの変化が、周波数の変化に換算されて高精度に検出される。そのような検出が可能である限り、上記のものに限定されず、他の発振回路および回路トポロジを用いてもよい。なお、送電時に発振回路１１８を焼損する可能性がある場合は、送電共振器１１６と発振回路１１８との間にスイッチを設けて両者の間を送電時に電気的に遮断してもよい。また、結合係数ｋの決定に式２を用いる場合は、発振回路１１８と送電回路１１５の機能は同一なので両回路１１５、１１８を共用してもよい。

　測定回路１１９は、前述の発振周波数を測定したり、送電コイルＬ１の電圧・電流を測定して入力インダクタンスを算出するために用いられる。なお、図示されていないが、測定回路１１９の少なくとも一部の機能と送電制御回路１１４の少なくとも一部の機能は、半導体パッケージ（例えばマイクロコントローラやカスタムＩＣ）によって実現されてもよい。

　インジケータ１９２は、測定回路１１９による検出結果を使用者に通知するように構成されている。インジケータ１９２は、近接または結合の程度を表示するように構成されている。インジケータ１９２は、前述のディスプレイ１３０に限らず、例えばＬＥＤまたは有機ＥＬなどの光源、または複数の光源の集合体であってもよい。インジケータ１９２は、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との間の距離に応じて、複数の光源のうちの異なる光源を発光させたり、発光させる光源の数を段階的に変動させてもよい。インジケータ１９２は、液晶表示素子または有機ＥＬ表示素子のようなディスプレイであってもよい。ディスプレイを用いると、画像または文字などで検出結果や位置あわせのレベルを表示させることができる。インジケータ１９２は、光とともに、または光に代えて、音または音声で検出結果や位置あわせのレベルを提示するように構成されていてもよい。

　次に、電動車両２００の構成要素を説明する。

　受電共振器２１６は、受電コイルと、受電コイルに並列に接続されたコンデンサを含む。受電コイルとコンデンサは、送電共振器１１６における送電コイルおよびコンデンサと同様のものであってもよいし、異なっていてもよい。本実施形態においては、インピーダンスＺ２＝１／ｊωＣ２が周波数ｆ１では相対的に大きくなるように設定され、周波数ｆ２では相対的に小さくなるように設定される。ここで、ｊは虚数単位、ωは角周波数であり、ω＝２π×周波数の関係が成立する。

　受電共振器２１６と受電回路２１５との間に直列コンデンサを挿入してもよい。なお、受電共振器２１６は、不要であればコンデンサを含まなくても良く、コイル自身が有する自己共振特性を含めて受電共振器２１６を形成してもよい。

　受電回路２１５は、整流回路または周波数変換回路、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含み得る。受電回路２１５は、受け取った交流エネルギを負荷２８２が利用可能な直流エネルギまたは低周波の交流エネルギに変換するように構成されている。また、受電共振器２１６の電圧・電流などを測定する各種センサを受電回路２１５中に含めてもよい。

　本実施形態における受電制御回路２１４は、受電装置の全体の動作を制御するプロセッサであり、例えばＣＰＵとコンピュータプログラムを格納したメモリとの組み合わせによって実現され得る。受電制御回路２１４は、この例に限定されず、本実施形態の動作を実現するように構成された専用のハードウェアであってもよい。受電制御回路２１４は、負荷２８２への充給電制御、およびインジケータ２９２の制御を行う。

　本実施形態における発振周波数は、並列コンデンサＣ２が、ある程度、集中定数回路とみなせる２０ｋＨｚ～２０ＭＨｚの低周波域に設定され得る。高い周波数ほど分解能が高く、高速に位置検出できるため、１０μｓｅｃ以下の周期で検出する場合には、発振周波数はその逆数である１００ｋＨｚ～１００ＭＨｚに設定され得る。低速でもよい場合は、数ｋＨｚ～１００ｋＨｚに設定され得る。

　図１３は、無線電力伝送システムの回路構成のより詳細な例を示す図である。

　この例における送電共振器１１６は、送電コイルＬ１と、送電コイルＬ１に直列に接続されたコンデンサＣ１とを有している。一方、受電共振器２１６は、受電コイルＬ２と、受電コイルＬ２に並列に接続されたコンデンサＣ２ｐと、受電コイルＬ２に直列に接続されたコンデンサＣ２ｓとを有している。

　この例では、送電コイルＬ１の外形は３９ｍｍでインダクタンスはＬ１＝１３．６μＨに設定されている。受電コイルＬ２の外形は３４ｍｍでインダクタンスはＬ２＝１５．８μＨに設定されている。直列コンデンサＣ１の容量は１８０ｎＦ、直列コンデンサＣ２ｓおよび並列コンデンサＣ２ｐの容量は、それぞれ、Ｃ２ｓ＝１２０ｎＦ、Ｃ２ｐ＝１５９０ｐＦに設定されている。送電コイルＬ１は１００ｋＨｚで共振し、受電コイルＬ２は、１１５ｋＨｚと１０００ｋＨｚとで共振する。

　送電コイルＬ１は、スイッチＳ１、Ｓ２を介して発振回路１１８に接続されている。この例における発振回路１１８は、自励式のＬＣ発振回路として機能するピアス発振回路である。発振回路１１８が有する抵抗Ｒｆと抵抗Ｒｄは、回路の励振レベルを調整する素子である。発振回路１１８は、さらに発振周波数を変更するための調整インダクタＬｍとスイッチＳ３を備えている。受電コイルの共振周波数ｆｒ＝１１５ｋＨｚ，ｆｒ＝１０００ｋＨｚとは異なる２つの周波数、ｆ１＝４００ｋＨｚ（Ｓ１とＳ２オン、Ｓ３オフ）、ｆ２＝１５００ｋＨｚ（Ｓ１とＳ２オン、Ｓ３オン）で発振するようＬｍおよびＣ１１、Ｃ１２の値を決定した。Ｃ１およびＣ２ｓはｆ１、ｆ２において短絡に見え、Ｃ２ｐはｆ１では開放、ｆ２では短絡に見えるため、結合係数推定に係る主となるコンデンサはＣ２ｐであると考えてよい。なお、本実施例での結合係数の推定式は、式５を補正した次式（式６）が採用され得る。
　ｋ²≒１－ｆ１²／（ｆ２²－ｆ３²）・・・式６

　発振周波数ｆ３はＳ１とＳ２をオフ、Ｓ３をオンにした場合の発振周波数である。すなわち、周波数ｆ３を測定することは、調整インダクタＬｍのインダクタンス値を測定していることと等価である。送電コイルＬ１が周波数ｆ２で発振しているとき、その発振周波数には、送電コイルＬ１の入力インダクタンス値に基づく成分と、調整インダクタＬｍのインダクタンス値に基づく成分とが含まれている。このため、式６の第二項の分母においては、調整インダクタＬｍの影響を取り除いた上で結合係数を算出している。このように、測定回路１１９は、式５の代わりに式６に基づく補正式７によって算出される結合係数ｋに基づいて送電共振器１１６に対する受電共振器１２６の相対位置を検出してもよい。なお、自励式のＬＣ発振回路は、前述の通り種々の回路トポロジが存在するため、補正式は式６に限定されない。当業者であれば、異なる回路トポロジを採用したとしても、式５の補正式の導出は容易である。同様に、式２を用いる場合も、回路トポロジに応じて式２を補正した補正式を用いて結合係数ｋを算出してもよい。

　以上の構成により、送電共振器１１６と受電共振器２１６との間の結合係数を推定し、その大きさに応じた情報をインジケータに表示させることができる。なお、結合係数の推定方法の詳細は、米国特許第９９４１７５３号明細書に開示されている。当該米国特許の開示内容の全体を本願明細書に援用する。

　次に、本実施形態のシステムにおける課金方法の一例を説明する。

　本実施形態における課金方法には、例えば以下の方法が考えられる。

　Ａ：貸出時に保証金を預かり、返却時に返還する方法
　この課金方法では、充電返却の場合には、保証金の全額が返還されるが、非充電返却の場合には保証金の一部しか返還されないようにする。

　Ｂ：返却時にレンタル時間に応じて課金する方法
　この課金方法では、充電返却の場合には、単位時間当たりの料金が、非充電返却の場合よりも安価に設定される。

　本実施形態のシステムによれば、上記のＡおよびＢの課金方法を実現することが可能になる。本実施形態においては、電動車両２００が返却されたときに、サーバ４００に、充電返却か非充電返却かを示す情報が通知される。このため、サーバ４００は、充電返却か非充電返却かを示す情報に基づいて、課金される金額を決定することができる。

　上記のような課金方法により、ユーザに充電返却を促すことができる。

　貸出期間に加え、返却時のバッテリの残量からフル充電（あるいは貸出可能な十分な充電量）になるまでの時間を考慮して課金してもよい。その場合、送電装置または受電装置は、サーバに、返却時のバッテリの残量を示す情報を送信するように構成される。非充電返却の場合には、最寄りの充電ステーションまでの距離に応じて課金してもよい。例えば、電動車両が乗り捨てられた地点から、最寄りの充電ステーションまでの距離を走行するのに必要なバッテリ充電量に応じた金額を上乗せて課金するなどの方法が考えられる。そのような課金方法を採用する場合、受電装置は、返却時に、乗り捨てられた地点の位置情報と、バッテリ残量を示す情報とを送信するように構成され得る。

　電動車両２００は、充電ステーション１００以外の給電装置、例えばユーザが有する充電装置で充電できるように構成されていてもよい。その場合、充電ステーション１００以外の給電装置で充電された場合は、充電返却および非充電返却の判定を行わずに、使用継続として処理される。充電ステーション１００による充電か、他の給電装置による充電かを判別するために、充電開始前に、給電装置と受電装置との間で、給電装置の認証を行ってもよい。認証によって充電ステーション１００からの充電であると判定された場合のみ、返却されたものと判定される。そのような構成により、１度のレンタルで、充電ステーション１００から１回で充電できるバッテリ容量の走行可能距離以上に走行を継続することができる。

　ユーザが有する給電装置には、種々のタイプのものが考えられる。例えば、ＡＣアダプタで直接バッテリに有線で接続するタイプ、非接触の送電ユニットを備え、非接触で充電するタイプ、または、モバイルバッテリから充電可能なタイプの給電装置が考えられる。

　なお、上記の各実施形態における各装置の構成および動作、ならびに各データベースに記録されるデータの種類およびデータ形式は例示的なものであり、要求される仕様に応じて適宜変更してもよい。例えば、サーバ４００は、複数のコンピュータの組み合わせによって構成されていてもよい。また、上記の各データベースは、サーバ４００内の記録媒体４２０に限らず、サーバ４００の外部のストレージデバイスに格納されていてもよい。データベースは、複数のストレージデバイスに分散して格納されていてもよい。本開示は、電動車両が受電を開始したことをもって当該電動車両の返却が行われたものとして処理される任意の形態を含む。

　本開示の技術は、例えば、充電ステーションと、当該充電ステーションから供給される電力によって充電される電動車両とを備えるシステムにおいて利用可能である。

　１００　充電ステーション
　１０５　電源
　１１０　送電装置
　１１２　送電器
　１１４　送電制御回路
　１１５　送電回路
　１１６　送電共振器
　１１７　金属端子
　１１８　発振回路
　１１９　測定回路
　１２０　通信器
　１３０　ディスプレイ
　１４０　センサ
　１５０　ロック機構
　１９２　インジケータ
　２００　電動車両
　２０２　電動車両の軸
　２１０　受電装置
　２１２　受電器
　２１４　受電制御回路
　２１５　受電回路
　２１６　受電共振器
　２１７　金属端子
　２２０　通信器
　２３０　ディスプレイ
　２６０　バッテリ
　２８０　モータ制御回路
　２８２　負荷
　２９０　電気モータ
　２９２　インジケータ
　３００　携帯端末
　４００　サーバ
　４１０　処理回路
　４２０　記録媒体
　４３０　通信インタフェース
　５００　基地局

Claims (16)

1. 　充電ステーションと、前記充電ステーションから供給される電力によって充電される電動車両と、前記電動車両の貸出状態を管理するサーバコンピュータと、を備えるレンタル車両システムにおける前記電動車両に取り付けられる受電装置であって、
   　前記充電ステーションが備える送電器から送出された電力を受け取り、受け取った電力の少なくとも一部を、前記電動車両に搭載されたバッテリに供給する受電器と、
   　前記電動車両が貸出中として管理されている状態において、前記受電器が前記送電器から受電し始めたとき、前記電動車両に搭載された通信器に、前記電動車両の返却を通知するための信号を前記サーバコンピュータに送信するように指示する受電制御回路と、
   を備える受電装置。
2. 　前記受電制御回路は、前記バッテリへの給電が開始された後、前記バッテリの蓄電量が閾値を超えたとき、前記通信器に、送電の停止を要求する信号を前記充電ステーションに送信するように指示する、請求項１に記載の受電装置。
3. 　前記受電制御回路は、前記受電器が前記送電器から受電し始めた後、受電された電力の大きさが所定のレベルを超えない場合、返却不備であることを示す情報を、前記電動車両のユーザが使用する携帯端末、前記充電ステーション、および前記電動車両の少なくとも１つが備えるインジケータに提示させる、請求項１または２に記載の受電装置。
4. 　前記送電器は、電力を無線で送出し、
   　前記受電器は、前記送電器から送出された前記電力を無線で受け取る、
   請求項１から３のいずれかに記載の受電装置。
5. 　前記送電器は、送電共振器を備え、
   　前記受電器は、前記送電共振器と電磁的に結合する受電共振器を備え、
   　前記受電制御回路は、前記送電共振器と前記受電共振器との間の結合の度合いを示す情報を、前記電動車両のユーザが使用する携帯端末、前記充電ステーション、および前記電動車両の少なくとも１つが備えるインジケータに提示させる、
   請求項１から４のいずれかに記載の受電装置。
6. 　前記インジケータをさらに備える、請求項３または５に記載の受電装置。
7. 　充電ステーションと、前記充電ステーションから供給される電力によって充電される電動車両と、前記電動車両の貸出状態を管理するサーバコンピュータと、を備えるレンタル車両システムにおける前記充電ステーションに取り付けられる送電装置であって、
   　前記電動車両に取り付けられた受電器に電力を送出する送電器と、
   　前記電動車両が貸出中として管理されている状態において、前記受電器が前記送電器から受電し始めたとき、前記充電ステーションに搭載された通信器に、前記電動車両の返却を通知するための信号を前記サーバコンピュータに送信するように指示する送電制御回路と、
   を備える送電装置。
8. 　前記充電ステーションは、前記電動車両の接近を検知するセンサを備え、
   　前記送電制御回路は、前記センサが前記電動車両の接近を検知したとき、前記送電器に前記電力の送出を開始するように指示する、
   請求項７に記載の送電装置。
9. 　前記通信器が前記電動車両から送電の停止を要求する信号を受信したとき、前記送電制御回路は、前記送電器に、送電を停止するように指示する、請求項７または８に記載の送電装置。
10. 　前記送電制御回路は、前記送電器が送電を開始した後、前記受電器によって受け取られた前記電力の大きさが所定のレベルを超えない場合、返却不備であることを示す情報を、前記電動車両のユーザが使用する携帯端末、前記充電ステーション、および前記電動車両の少なくとも１つが備えるインジケータに提示させる、請求項７から９のいずれかに記載の送電装置。
11. 　前記送電器は、電力を無線で送出するように構成され、
    　前記受電器は、前記送電器から送出された前記電力を無線で受け取る、
    請求項７から１０のいずれかに記載の送電装置。
12. 　前記送電器は、送電共振器を備え、
    　前記受電器は、前記送電共振器と電磁的に結合する受電共振器を備え、
    　前記送電制御回路は、前記送電共振器と前記受電共振器との間の結合の度合いを示す情報を、前記電動車両のユーザが使用する携帯端末、前記充電ステーション、および前記電動車両の少なくとも１つが備えるインジケータに提示させる、
    請求項１１に記載の送電装置。
13. 　請求項１から６のいずれかに記載の受電装置と、
    　前記バッテリに蓄積された電力によって駆動される電気モータと、
    を備える電動車両。
14. 　請求項１から６のいずれかに記載の受電装置と、
    　前記充電ステーションに取り付けられ、前記送電器を備える送電装置と、
    を備える電力伝送システム。
15. 　請求項７から１２のいずれかに記載の送電装置と、
    　前記送電装置の前記送電器から送出された電力を受け取る受電器を備え、前記電動車両に取り付けられる受電装置と、
    を備える電力伝送システム。
16. 　請求項１から６のいずれかに記載の受電装置、または請求項７から１２のいずれかに記載の送電装置に、ネットワークを介して接続される情報処理装置による情報処理方法であって、
    　前記受電装置または前記送電装置から、前記電動車両の返却を通知するための前記信号を受信するステップと、
    　前記信号を受信したとき、記録媒体に格納された、前記電動車両の貸出状態を管理するデータベースにおいて、前記電動車両の前記貸出状態を、貸出中の状態から返却済の状態に変更するステップと、
    を含む情報処理方法。

Images