JP2017195675A - 非接触電力伝送システム、および、受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電装置に送電開始スイッチを設けることなく、送電を開始させることができる非接触電力伝送システムを提供する。
【解決手段】送電装置２から受電装置３に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システム１Ａにおいて、送電装置２が、高周波電力を出力する高周波電源装置２１と、高周波電源装置に接続された送電コイルＬｔと、通信を行う通信回路２３とを備え、受電装置３が、送電コイルＬｔに磁気的に結合される受電コイルＬｒと、通信回路２３と通信を行う通信回路３３と、操作者の操作によって、送電開始信号を出力する送電開始スイッチ３４１とを備え、送電装置２が、受電側の通信回路３３および送電側の通信回路２３を介して、送電開始信号を入力された時に、高周波電源装置２１を起動させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力の伝送を行う非接触電力伝送システム、および、受電装置に関する。

例えば工場内などで、予め設定された循環経路に沿って無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle）を自動走行させて、荷物の搬送を行う無人搬送車システムが知られている。無人搬送車システムにおいて、荷物の積み下ろし位置に充電装置を配置しておき、荷物の積み下ろしのために停止している間に充電を行えば、バッテリの蓄電量の減少を遅らせることができる。

また、負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する技術が開発されている。当該技術は、一般的に、非接触電力伝送やワイヤレス給電と呼ばれている。当該技術は、無人搬送車への充電にも応用可能である。非接触電力伝送の技術を適用すれば、充電装置とバッテリとを接続線で接続したり接続を解除する必要がなくなり、作業効率が向上する。無人搬送車システムにおいて、非接触で電力伝送を行う発明が、特許文献１に開示されている。

特許文献１では、無人搬送車の走行経路の途中に送電コイルを配置しておき、無人搬送車が、送電コイルの真上に来たことを検出して、送電装置に送電開始の指令を送信することで、送電が開始される。

特開２０１４−３３５２４号公報

無人搬送車の蓄電デバイスの充電量が不足した場合、無人搬送車は自動走行することができなくなる。この場合、無人搬送車を人手によって給電位置まで移動させて、手動により給電を行う必要がある。このため、送電装置には、送電を開始させるための送電開始スイッチが設けられている。しかしながら、無人搬送車が給電位置にないときに、誤って送電開始スイッチを押してしまった場合、送電装置に過電流が流れ、故障してしまう場合がある。

本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、送電装置に送電開始スイッチを設けることなく、送電を開始させることができる非接触電力伝送システムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される非接触電力伝送システムは、予め定めた給電位置で受電装置が送電装置に対して送電開始信号を出力し、もしくは、前記送電装置が前記受電装置に対して送電通知信号を出力して、前記送電装置が前記受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、前記受電装置は、操作者の操作に基づいて前記送電開始信号を出力する操作手段を備えたことを特徴とする。この構成によると、受電装置が操作手段を備えており、当該操作手段の操作に基づいて、送電開始信号が受電装置に送信される。したがって、送電装置に送電開始スイッチを設ける必要がない。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記送電装置は、高周波電力を出力する高周波電源装置と、前記高周波電源装置に接続された送電コイルと、通信を行う送電側通信回路とを備え、前記受電装置は、前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイルと、前記送電側通信回路と通信を行う受電側通信回路と、前記操作手段の制御回路とを備え、前記送電装置は、前記受電側通信回路および前記送電側通信回路を介して、前記送電開始信号を入力された時に、前記高周波電源装置を起動させることを特徴とする。この構成によると、受電側通信回路および送電側通信回路を介して通信が行われ、送電開始信号を入力された時に高周波電源装置を起動させることで、送電を開始することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電側通信回路および前記送電側通信回路は、指向性の高い通信方法で通信を行い、前記送電コイルと前記受電コイルとが磁気的に結合される位置にあるときに、通信可能となるように配置されている。この構成によると、送電コイルと受電コイルとが磁気的に結合される位置にない場合、通信を行うことができない。したがって、送電開始スイッチを操作しても、高周波電源装置が起動しないようにできる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電側通信回路と前記送電側通信回路とは、赤外線通信によって通信を行う。この構成によると、指向性の高い通信を行うことができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記操作手段は、さらに、操作者の操作に基づいて送電停止信号を出力し、前記送電装置は、前記受電側通信回路および前記送電側通信回路を介して、前記送電停止信号を入力された時に、前記高周波電源装置を停止させる。この構成によると、操作手段の操作によって、高周波電源装置が停止される。これにより、送電装置から受電装置への送電が停止される。つまり、送電の停止も受電装置側で行うことができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、前記受電コイルが前記送電コイルから受電していることを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に応じて、受電していることを報知する報知手段とをさらに備えている。この構成によると、報知手段による報知によって、受電中であるか否かを認識することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出手段は、電流センサを備えており、前記電流センサが電流を検出した場合に、前記受電コイルが前記送電コイルから受電していると判断する。この構成によると、電流に基づいて、受電コイルが送電コイルから受電していることを判断することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記報知手段は、さらに、前記受電側通信回路から送信された信号が前記送電側通信回路に受信されなかった場合に、その旨を報知する。この構成によると、報知手段による報知によって、通信が成立していないことを認識することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記送電装置から前記受電装置への送電方式は、磁界共鳴方式である。この構成によると、送電コイルと受電コイルとの距離を大きくすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、前記受電コイルからの電流を整流する整流回路をさらに備えており、整流された電流を蓄電デバイスに供給する。この構成によると、受電装置から蓄電デバイスに充電を行うことができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記蓄電デバイスはキャパシタであり、前記高周波電源装置が出力する高周波電力の周波数は５０［ｋＨｚ］以上であり、前記受電装置は、前記キャパシタに５０[Ａ]以上の電流で定電流充電を行う。この構成によると、蓄電デバイスを高速充電することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記受電装置は、無人搬送車に搭載され、前記受電コイルは、コイル面が床面に対して略垂直になるように、前記無人搬送車の車体側面に配置され、前記送電コイルは、コイル面が床面に対して略垂直になるように、前記送電装置内に配置される。この構成によると、無人搬送車の蓄電デバイスの充電システムとして用いることができる。また、循環経路および停止位置の検出機構と、送電コイルと受電コイルとの送受電とが、互いに干渉しないようにすることができる。

本発明の第２の側面によって提供される受電装置は、予め定めた給電位置で受電装置が送電装置に対して、もしくは前記送電装置が前記受電装置に対して送電開始信号を出力して、前記送電装置が前記受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムの受電装置であって、前記受電装置は、操作者の操作に基づいて前記送電開始信号を出力する操作手段を備えたことを特徴とする。この構成によると、受電装置が操作手段を備えており、当該操作手段の操作に基づいて、送電開始信号が受電装置に送信される。したがって、送電装置に送電開始スイッチを設ける必要がない。

本発明によると、受電装置が操作手段を備えており、当該操作手段の操作に基づいて、送電開始信号が受電装置に送信される。したがって、送電装置に送電開始スイッチを設ける必要がない。つまり、送電装置に送電開始スイッチを設けることなく、送電を開始させることができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す概略図である。 送電装置の送電コイルと受電装置の受電コイルとが、少しの距離を空けて互いに向き合っている状態を示している。 手動給電制御処理を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態に係る受電装置の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、本発明に係る非接触電力伝送システムを無人搬送車の充電システムとして用いた場合を例として、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下に記載する各寸法、形状、材質、各種の値などは、説明のための例示であって、記載されたものに限定されない。仕様に応じて、適宜変更可能である。また、各図面において、同一または類似の要素には同一の符号を付しており、重複する説明を省略している。

図１は、第１実施形態に係る非接触電力伝送システムの全体構成を示す概略図である。

非接触電力伝送システム１Ａは、無人搬送車４の車体に備えられたキャパシタ４１を充電するための給電システムである。

無人搬送車４は、あらかじめ設定された循環経路に沿って自動走行し、循環経路上の予め設定された複数の停止位置で停止する。各停止位置では、荷物の積み込みや荷下ろしが行われる。なお、無人搬送車が循環経路や停止位置を検出する方法は限定されない。例えば、循環経路に沿って床面に磁気テープや反射テープを貼っておき、無人搬送車が磁気センサや光学センサで検出するようにしてもよいし、無人搬送車が自身の位置を検出しながら走行および停止するようにしてもよい。

各停止位置には、送電装置２が配置されている。また、無人搬送車４には、受電装置３が搭載されている。受電装置３の受電コイルＬｒは、例えば、渦巻状に巻回された平面コイルであり、コイル面が床面に対して略垂直になるように、無人搬送車４の車体側面に配置されている。また、送電装置２の送電コイルＬｔは、例えば、渦巻状に巻回された平面コイルであり、コイル面が床面に対して略垂直になるように配置されている。送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとは、同じ高さとなるようにそれぞれ配置されている。無人搬送車４が停止位置に停止した場合に、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとが少しの距離を空けて互いに向き合うことになるように、送電装置２は、停止位置の所定の位置に所定の向きで配置されている。図２は、無人搬送車４が停止位置に停止して、送電装置２の送電コイルＬｔと受電装置３の受電コイルＬｒとが、少しの距離を空けて互いに向き合っている状態を示している。無人搬送車４が停止位置に停止している間、停止位置に配置された送電装置２は、無人搬送車４に搭載された受電装置３に、非接触で送電を行う。つまり、停止位置が給電位置になる。受電装置３が受電した電力は、キャパシタ４１に蓄積される。無人搬送車４は、キャパシタ４１に蓄積された電力を用いてモータ４３を駆動し、車輪を回転させることで走行する。

無人搬送車４が走行などで使用する電気エネルギーが送電装置２から送電されて蓄積される電気エネルギーより大きい状態が続くと、キャパシタ４１の充電量が減少してゆき、モータ４３を駆動することができなくなる。また、無人搬送車４を長時間使用しなかった場合などにも、キャパシタ４１の充電量が不足して、モータ４３を駆動することができなくなる。これらの場合は、人手によって無人搬送車４を停止位置（給電位置）まで移動させて、手動により、送電装置２から受電装置３への給電をさせる必要がある。この場合の給電を制御するための処理（以下では、「手動給電制御処理」とする）については後述する。

図１に示すように、送電装置２は、高周波電源装置２１、送電ユニット２２、通信回路２３、および、制御回路２４を備えている。

高周波電源装置２１は、高周波電力を送電ユニット２２に供給するものである。高周波電源装置２１は、図示しない直流電源装置およびインバータ回路を備えている。

直流電源装置は、直流電力を生成して出力するものである。直流電源装置は、整流回路、平滑コンデンサ、および、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を備えている。直流電源装置は、商用電源から入力される交流電圧（例えば、商用電圧２００［Ｖ］など）を整流回路によって整流し、平滑コンデンサによって平滑することで、直流電圧に変換する。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路によって、所定のレベル（目標電圧）の直流電圧に変換して、インバータ回路に出力する。なお、直流電源装置の構成は限定されず、所定のレベルの直流電圧を出力するものであればよい。

インバータ回路は、直流電力を高周波電力に変換するものであり、直流電源装置より入力される直流電圧を高周波電圧に変換して、送電ユニット２２に出力する。インバータ回路は、例えば、単相フルブリッジ型のインバータ回路であり、４個のスイッチング素子を備えている。スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ）などが用いられる。

インバータ回路は、図示しない制御回路から高周波制御信号を入力され、当該高周波制御信号に応じて各スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることで、直流電力を高周波電力に変換する。高周波制御信号は、所定の周波数ｆ₀（例えば、８５［ｋＨｚ］）でハイレベルとローレベルとを繰り返すパルス信号（なお、正弦波信号などでもよい）である。周波数ｆ₀は、スイッチング素子をスイッチングさせる周波数なので、以下では「スイッチング周波数ｆ₀」と記載する場合がある。スイッチング素子は、高周波制御信号がローレベルのときオフ状態になり、高周波制御信号がハイレベルのときオン状態になる。

インバータ回路の出力端には、出力電圧を検出するための電圧センサ（図示なし）が設けられている。制御回路は、当該電圧センサが検出した出力電圧を、所定の目標電圧に一致させるようにフィードバック制御を行っている。具体的には、制御回路は、電圧センサが検出した出力電圧と設定された目標電圧との偏差をゼロにするための制御パルス信号を生成する。そして、当該制御パルス信号を図示しないドライブ回路で増幅して、高周波制御信号としてインバータ回路に出力する。これにより、インバータ回路の出力電圧は、設定された目標電圧に制御される。なお、インバータ回路および制御回路の構成は上記したものに限られず、出力電圧を設定された目標電圧に制御できるものであればよい。

なお、高周波電源装置２１の構成は、上記したものに限定されない。本実施形態においては、高周波電源装置２１のスイッチング周波数ｆ₀は８５［ｋＨｚ］なので、送電ユニット２２が出力する高周波電力の周波数（出力周波数）も８５［ｋＨｚ］となる。なお、出力周波数（スイッチング周波数ｆ₀）は、８５［ｋＨｚ］に限定されず、５０［ｋＨｚ］以上であればよい。また、高周波電源装置２１は、大電流を出力するので、送電ユニット２２が出力する高周波電流も大電流である。なお、高周波電源装置２１の出力電流は限定されず、後述するキャパシタ４１を充電する電流が５０［Ａ］以上になればよい。

送電ユニット２２は、送電コイルＬｔおよび共振コンデンサＣｔを備えている。送電コイルＬｔは、高周波電源装置２１より供給される高周波電力を、受電装置３に送電するものである。なお、送電コイルＬｔの形状および巻き数は限定されない。共振コンデンサＣｔは、送電コイルＬｔに直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。

送電コイルＬｔおよび共振コンデンサＣｔは、共振周波数が高周波電源装置２１より供給される高周波電力の周波数ｆ₀（スイッチング周波数ｆ₀）と一致するように設計される。すなわち、送電コイルＬｔの自己インダクタンスＬ_tと、共振コンデンサＣｔのキャパシタンスＣ_tとが、下記（１）式の関係になるように設計される。なお、スイッチング周波数ｆ₀が高い場合は、送電コイルＬｔの巻線間の浮遊キャパシタンスを共振コンデンサＣｔとして用いるようにしてもよい。

通信回路２３は、受電装置３の通信回路３３との間で双方向の無線通信を行うものである。通信回路２３は、通信回路３３より受信した信号を、制御回路２４に出力する。また、通信回路２３は、制御回路２４より入力された信号を、通信回路３３に送信する。本実施形態においては、通信回路２３は、通信回路３３との間で赤外線通信を行う。

制御回路２４は、送電装置２を制御するものであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を備えるマイクロコンピュータやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で構成される。制御回路２４は、通信回路２３が受信した信号を入力され、また、所定の信号を通信回路２３に出力して、送信させる。通信回路２３が受信する信号には、送電開始を指示する送電開始信号や、送電停止を指示する送電停止信号などがある。また、通信回路２３が送信する信号には、送電開始信号や送電停止信号を受信したときに送信する応答信号、送電中に検出された送電電力や送電効率などの情報、エラーが発生したことを知らせるエラー信号などがある。また、制御回路２４は、高周波電源装置２１の起動および停止を制御する。制御回路２４は、通信回路２３を介して、受電装置３の通信回路３３から送電開始信号を受信した場合に、高周波電源装置２１を起動させる。また、制御回路２４は、通信回路２３を介して、受電装置３の通信回路３３から送電停止信号を受信した場合に、高周波電源装置２１を停止させる。なお、制御回路２４は、高周波電源装置２１に異常が発生した場合や、高周波電源装置２１が起動してから所定時間が経過した場合などにも、高周波電源装置２１を停止させる。

受電装置３は、無人搬送車４に搭載されており、受電ユニット３１、整流平滑回路３２、通信回路３３、操作パネル３４、および、制御回路３５を備えている。なお、受電装置３は、キャパシタ４１から電力を供給されるのではなく、図示しない電源を備えており、当該電源から通信回路３３および制御回路３５に電力を供給する。したがって、キャパシタ４１の充電量が不足していても、稼働することができる。

受電ユニット３１は、受電コイルＬｒ、および、共振コンデンサＣｒを備えている。受電コイルＬｒは、送電コイルＬｔと磁気結合して、非接触で受電するものである。なお、受電コイルＬｒの形状および巻き数は限定されない。共振コンデンサＣｒは、受電コイルＬｒに直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。

受電コイルＬｒおよび共振コンデンサＣｒは、送電コイルＬｔおよび共振コンデンサＣｔと同様に、共振周波数が高周波電源装置２１より供給される高周波電力の周波数ｆ₀（スイッチング周波数ｆ₀）と一致するように設計される。なお、スイッチング周波数ｆ₀が高い場合は、受電コイルＬｒの巻線間の浮遊キャパシタンスを共振コンデンサＣｒとして用いるようにしてもよい。

受電コイルＬｒが送電コイルＬｔと磁気結合することで、受電装置３は、送電装置２から送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電コイルＬｔに高周波電流が流れることで磁束が変化し、この磁束に鎖交する受電コイルＬｒに高周波電流が流れる。これにより、送電装置２から受電装置３に、非接触で電力を供給することができる。図２は、受電コイルＬｒが送電コイルＬｔと磁気結合した状態を示している。

送電ユニット２２および受電ユニット３１は、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット２２から受電ユニット３１へは、磁界共鳴方式により、非接触で電力伝送が行われる。受電ユニット３１が受電した電力は、整流平滑回路３２に出力される。

整流平滑回路３２は、受電ユニット３１より出力される高周波電流を整流して、直流電流に変換するものである。整流平滑回路３２は、４つのダイオードをブリッジ接続した全波整流回路を備えている。また、整流平滑回路３２は、整流後の出力を平滑するための平滑回路も備えている。なお、整流平滑回路３２の構成は限定されず、高周波電流を直流電流に変換するものであればよい。整流平滑回路３２から出力される直流電流は、キャパシタ４１に供給される。

送電ユニット２２および受電ユニット３１はいずれも直列共振回路であり、送電ユニット２２から受電ユニット３１へは、磁界共鳴方式により、非接触で電力伝送が行われる。この場合、受電ユニット３１から出力される電流の大きさは、送電ユニット２２に入力される電圧の大きさに比例する。また、高周波電源装置２１は出力電圧の大きさを一定に制御して送電ユニット２２に出力している。したがって、受電ユニット３１から出力される電流の大きさは、接続される負荷のインピーダンスなどに関係なく、一定である。つまり、受電ユニット３１の出力は、一定の大きさの電流を出力する定電流源と考えることができる。また、受電ユニット３１の出力電流は一定の大きさになるので、整流平滑回路３２によって整流および平滑化された電流は一定になる。したがって、キャパシタ４１に供給される電流は、キャパシタ４１の充電状態に関係なく一定になる。つまり、キャパシタ４１は、定電流充電される。定電流充電により充電電流が過大になることを防ぐので、過電流による素子の破壊および損失の増加を防ぐことができる。

通信回路３３は、送電装置２の通信回路２３との間で双方向の無線通信を行うものである。通信回路３３は、通信回路２３より受信した信号を、制御回路３５に出力する。また、通信回路３３は、制御回路３５より入力された信号を、通信回路２３に送信する。本実施形態においては、通信回路３３は、通信回路２３との間で赤外線通信を行う。

図２に示すように、通信回路２３は、送電装置２の、送電コイルＬｔが配置されている側の面に、赤外線を出射し、赤外線を入射される面（以下では、「出射入射面」とする）が露出するようにして配置されている。同様に、通信回路３３は、受電装置３の、受電コイルＬｒが配置されている側の面に、出射入射面が露出するようにして配置されている。そして、無人搬送車４が停止位置（給電位置）に停止して、送電装置２の送電コイルＬｔと受電装置３の受電コイルＬｒとが向き合っている状態（送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとが磁気的に結合される位置にある状態）のときに、互いの出射入射面が向き合う状態になるように、通信回路２３および通信回路３３は、それぞれ配置されている。したがって、無人搬送車４が停止位置（給電位置）に停止したときには、通信回路２３と通信回路３３とが通信を行うことができる。人手によって無人搬送車４を停止位置（給電位置）に移動させた場合は、自動走行の場合と異なり、無人搬送車４を停止位置（給電位置）に正確に配置できない場合もある。この場合でも、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとが非接触電力伝送できる程度のずれであれば、通信が可能となるように、通信回路２３および通信回路３３の指向性は調整されている。

操作パネル３４は、送電装置２を操作するための操作スイッチ、および、送電状態などを報知するためのランプなどが備えられており、受電装置３の筐体の表面に配置されている。操作パネル３４は、各操作スイッチが操作された場合に、操作信号を制御回路３５に出力する。また、制御回路３５から入力される報知信号に応じて、各ランプを点灯および消灯させる。操作パネル３４は、送電開始スイッチ３４１、送電停止スイッチ３４２、受電中ランプ３４３、および、通信異常ランプ３４４を備えている。なお、その他のスイッチやランプなどを備えていてもよいが、図１では省略している。送電開始スイッチ３４１および送電停止スイッチ３４２は、押しボタン式の自動復帰型スイッチであり、押圧された時に操作信号を出力する。なお、各スイッチの構成はこれに限られない。送電開始スイッチ３４１および送電停止スイッチ３４２に代えて、１つの切り替えスイッチとし、開始に切り替えたときと停止に切り替えたときとで異なる操作信号を出力するようにしてもよい。また、各操作スイッチに代えて、操作パネル３４にキーボードを設け、所定のコマンド入力に応じて対応する操作信号を出力するようにしてもよい。また、各ランプに代えて、モニタなどの表示画面を設け、入力される報知信号に応じて対応する表示を行うようにしてもよい。また、報知はブザーや音声などによって行うようにしてもよい。操作パネル３４および制御回路３５が、本発明の「操作手段」および「報知手段」に相当する。

制御回路３５は、受電装置３を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを備えるマイクロコンピュータやＦＰＧＡで構成される。制御回路３５は、通信回路３３が受信した信号を入力され、また、所定の信号を通信回路３３に出力して送信させる。通信回路３３が受信する信号には、応答信号、送電電力や送電効率などの情報、エラー信号などがある。また、通信回路３３が送信する信号には、送電開始信号や送電停止信号などがある。また、制御回路３５は、操作パネル３４から操作信号を入力され、また、操作パネル３４に報知信号を出力する。

制御回路３５は、無人搬送車４が所定の受電位置に位置した場合に、無人搬送車４の制御装置からの指令を受けて、送電開始信号を通信回路３３に送信させる。なお、無人搬送車４が受電位置に位置したことを検知するための手法は限定されない。また、制御回路３５は、操作パネル３４から送電開始スイッチ３４１の操作信号を入力された場合にも、送電開始信号を通信回路３３に送信させる。また、制御回路３５は、無人搬送車４が所定の受電位置に位置しなくなる場合（受電位置から移動する場合）に、無人搬送車４の制御装置からの指令を受けて、送電停止信号を通信回路３３に送信させる。また、制御回路３５は、操作パネル３４から送電停止スイッチの操作信号を入力された場合にも、送電停止信号を通信回路３３に送信させる。さらに、無人搬送車４のキャパシタ４１が満充電になったことを検知した場合や、キャパシタ４１などに異常が発生した場合などにも、送電停止信号を通信回路３３に送信させる。受電装置３は、キャパシタ４１の充電電圧を検出する電圧センサを備えており、制御回路３５は、電圧センサが検出した充電電圧が所定の閾値以上になった場合に、キャパシタ４１が満充電状態になったと判断する。

また、受電装置３は、整流平滑回路３２からキャパシタ４１に流れる電流を検出する電流センサ３６を備えており、制御回路３５は、電流センサ３６が電流を検出している間、受電が行われていると判断する。この場合、制御回路３５は、操作パネル３４に受電中ランプ３４３を点灯させる報知信号を出力する。一方、制御回路３５は、電流センサ３６が電流を検出しなくなると、受電が停止したと判断する。この場合、制御回路３５は、操作パネル３４に受電中ランプ３４３を消灯させる報知信号を出力する。電流センサ３６および制御回路３５が、本発明の「検出手段」に相当する。なお、電流センサ３６は、受電ユニット３１から整流平滑回路３２に流れる電流を検出するようにしてもよい。なお、受電装置３が受電していることを検出する方法は、電流センサ３６による電流の検出に限定されない。電圧センサで検出したキャパシタ４１の充電電圧の変化に基づいて、受電装置３が受電していることを検出してもよい。

また、制御回路３５は、通信回路３３による通信が成立しているか否かを検出する。具体的には、制御回路３５は、送電開始信号や送電定信号などの信号を通信回路３３に送信させたにもかかわらず、通信回路３３が所定時間内に応答信号を受信できなかった場合に、通信が成立していないと判断する。この場合、制御回路３５は、操作パネル３４に通信異常ランプ３４４を点灯させる報知信号を出力する。これにより、通信異常ランプ３４４が点灯するので、操作者は、通信が成立していないことを認識することができる。

次に、制御回路３５が行う手動給電制御処理について説明する。手動給電制御処理は、手動による給電を制御するための処理である。

図３は、制御回路３５が行う手動給電制御処理を説明するためのフローチャートである。当該手動給電制御処理は、受電装置３が起動したときに開始され、受電装置３が稼働している間、実行される。

まず、送電開始スイッチが操作されたか否かが判別される（Ｓ１）。具体的には、操作パネル３４から送電開始スイッチ３４１の操作信号が入力されたか否かが判別される。操作されていない場合（Ｓ１：ＮＯ）、操作されるまでステップＳ１の判別が繰り返される。つまり、送電開始スイッチが操作されるまでは、具体的な処理を行わない。送電開始スイッチが操作された場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、送電開始信号が通信回路３３に出力される（Ｓ２）。送電開始信号は、通信回路３３から通信回路２３に送信される。

次に、送電開始信号に対する応答信号が受信されたか否かが判別される（Ｓ３）。具体的には、所定時間内に通信回路３３から応答信号が入力されたか否かが判別される。応答信号が受信されなかった場合（Ｓ３：ＮＯ）、通信が成立していないと判断され、通信異常ランプ３４４が点灯されて（Ｓ１１）、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１の判別が繰り返される。具体的には、通信異常ランプ３４４を点灯させる報知信号が、操作パネル３４に出力される。操作パネル３４は、当該報知信号を入力されて、通信異常ランプ３４４を点灯させる。これにより、操作者は、通信が成立していないことを認識することができる。操作者は、通信回路３３が通信回路２３と通信できるように無人搬送車４を移動したり、通信回路３３などの異常を修理するなどした後に、再度、送電開始スイッチを操作する。再度の操作で応答信号を受信した場合は、通信異常ランプ３４４は消灯される。

一方、応答信号が受信された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、受電コイルＬｒが受電しているか否かが判別される（Ｓ４）。具体的には、電流センサが電流を検出しているか否かが判別される。電流センサが電流を検出している場合、受電コイルＬｒは受電していると判断され、電流を検出していない場合、受電コイルＬｒは受電していないと判断される。受電していない場合（Ｓ４：ＮＯ）、受電されるまでステップＳ４の判別が繰り返される。一方、受電した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、受電中ランプ３４３が点灯される（Ｓ５）。具体的には、受電中ランプ３４３を点灯させる報知信号が、操作パネル３４に出力される。操作パネル３４は、当該報知信号を入力されて、受電中ランプ３４３を点灯させる。これにより、操作者は、受電中であることを認識することができる。

次に、送電停止スイッチが操作されたか否かが判別される（Ｓ６）。具体的には、操作パネル３４から送電停止スイッチ３４２の操作信号が入力されたか否かが判別される。操作されていない場合（Ｓ６：ＮＯ）、操作されるまでステップＳ６の判別が繰り返される。一方、操作された場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、送電停止信号が通信回路３３に出力される（Ｓ７）。送電停止信号は、通信回路３３から通信回路２３に送信される。なお、ステップＳ６の判別が繰り返されている間にキャパシタ４１が満充電になった場合は、送電停止スイッチが操作されなくても、ステップＳ７に進んで、送電停止信号が通信回路３３に出力される。

次に、送電停止信号に対する応答信号が受信されたか否かが判別される（Ｓ８）。具体的には、所定時間内に通信回路３３から応答信号が入力されたか否かが判別される。応答信号が受信された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、受電コイルＬｒが受電しているか否かが判別される（Ｓ９）。具体的には、電流センサが電流を検出しているか否かが判別される。受電している場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、受電が停止されるまでステップＳ９の判別が繰り返される。一方、受電が停止した場合（Ｓ９：ＮＯ）、受電中ランプ３４３が消灯される（Ｓ１０）。具体的には、受電中ランプ３４３を消灯させる報知信号が、操作パネル３４に出力される。操作パネル３４は、当該報知信号を入力されて、受電中ランプ３４３を消灯させる。これにより、操作者は、受電が終了したことを認識することができる。そして、手動給電制御処理は、ステップＳ１に戻り、次の送電開始まで、ステップＳ１の判別が繰り返される。

ステップＳ８において、応答信号が受信されなかった場合（Ｓ８：ＮＯ）は、通信が成立していないと判断され、通信異常ランプ３４４が点灯されて（Ｓ１２）、ステップＳ９に進む。送電開始後の通信異常で送電停止信号が送信できなかった場合でも、送電装置２の制御回路２４は、高周波電源装置２１が起動してから所定時間が経過した場合や、高周波電源装置２１に異常が発生したと判断した場合には高周波電源装置２１を停止させるので、送電状態が不当に継続することはない。送電装置２側の制御で送電が停止した場合でも、受電コイルＬｒは受電できなくなるので、ステップＳ９で受電が停止したと判別され（Ｓ９：ＮＯ）、受電中ランプ３４３が消灯される（Ｓ１０）。操作者は、通信異常ランプ３４４が点灯していることを見て、通信が成立していないことを認識し、通信回路３３が通信回路２３と通信できるように無人搬送車４を移動したり、通信回路３３などの異常を修理する。

なお、手動給電制御処理の処理手順は、これに限られない。例えば、通信異常の場合（Ｓ３：ＮＯ，Ｓ８：ＮＯ）は、通信異常ランプ３４４を点灯してから（Ｓ１１，Ｓ１２）、手動給電制御処理を終了するようにしてもよい。また、手動給電制御処理は、キャパシタ４１の充電量が不足する状態になった場合に開始されるようにしてもよい。

図１に戻って、キャパシタ４１は、電気を蓄積するものであり、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キャパシタを、必要な充電容量が得られるように、直並列接続したものである。なお、大容量の１つのキャパシタで構成してもよい。キャパシタは、他の蓄電デバイスと比較すると、充放電による劣化が少なく製品寿命が長いこと、また、大電流による急速充電が可能といった特徴を有しており、充放電を繰り返し行う充電システムに適している。上記したように、送電ユニット２２は、高い周波数（８５［ｋＨｚ］）の大きな高周波電流を出力する。受電ユニット３１が受電した当該高周波電流は整流平滑回路３２で整流されて、キャパシタ４１に出力される。したがって、キャパシタ４１は、直流の大電流で定電流充電される。本実施形態においては、５０［Ａ］でキャパシタ４１を充電する。したがって、キャパシタ４１は、短い時間で大きな電気エネルギーを蓄えることができる。なお、キャパシタ４１を充電する電流は限定されず、５０［Ａ］以上であればよい。また、キャパシタ４１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４２を介して、モータ４３に電力を供給する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４２は、キャパシタ４１から出力される電圧を、モータ４３を駆動するための駆動電圧（例えば２４［Ｖ］や４８［Ｖ］）に変圧して、モータ４３に印加する。キャパシタ４１は充電量によって電圧が変化するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４２は、モータ４３に印加する電圧を所定の駆動電圧にするために設けられている。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４２の構成は限定されない。

モータ４３は、無人搬送車４の車輪を回転させる。無人搬送車４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路４２やモータ４３を制御するための、図示しない制御装置を備えている。当該制御装置は、無人搬送車４が停止位置に着いたときにモータ４３を停止させ、無人搬送車４を走行させるときにモータ４３を駆動させる。モータ４３を駆動させるための電力は、キャパシタ４１から供給される。また、制御装置にも、キャパシタ４１から電力が供給される。したがって、キャパシタ４１に蓄積された電気エネルギーが不足した場合は、モータ４３を駆動できないだけでなく、無人搬送車４の制御もできない。

次に、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａの作用効果について説明する。

本実施形態によると、受電装置３は操作パネル３４に送電開始スイッチ３４１を備えている。操作者は、送電開始スイッチ３４１を操作することで、通信回路２３および通信回路３３を介して、送電装置２の制御回路２４に送電開始信号を入力することができる。制御回路２４は、送電開始信号を入力された場合、高周波電源装置２１を起動する。これにより、送電装置２から受電装置３への送電が開始される。したがって、送電装置２に送電開始スイッチを設ける必要がない。

また、本実施形態によると、受電装置３は操作パネル３４に送電停止スイッチ３４２を備えている。操作者は、送電停止スイッチ３４２を操作することで、通信回路２３および通信回路３３を介して、送電装置２の制御回路２４に送電停止信号を入力することができる。制御回路２４は、送電停止信号を入力された場合、高周波電源装置２１を停止させる。これにより、送電装置２から受電装置３への送電が停止される。つまり、送電の停止も受電装置３側で行うことができる。

また、本実施形態によると、受電装置３は操作パネル３４に受電中ランプ３４３を備えている。制御回路３５は、電流センサ３６の検出結果に応じて、受電中ランプ３４３を点灯および消灯させる。したがって、操作者は、受電中であるか否かを認識することができる。また、受電装置３は操作パネル３４に通信異常ランプ３４４を備えている。制御回路３５は、通信が成立していないと判断した場合に、通信異常ランプ３４４を点灯させる。したがって、操作者は、通信が成立していないことを認識することができる。

また、本実施形態によると、通信回路２３および通信回路３３は、赤外線通信を行っており、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとが磁気的に結合される位置にあるときに通信可能となるように配置されている。したがって、無人搬送車４が停止位置（給電位置）に位置したときには、通信回路２３と通信回路３３とが通信を行うことができるので、送電の開始および停止の操作を、受電装置３側で行うことができる。一方、無人搬送車４が停止位置（給電位置）に位置しないときには、通信回路２３と通信回路３３とが通信を行うことができないので、送電開始スイッチ３４１を操作しても、高周波電源装置２１を起動することができない。これにより、送電開始スイッチ３４１を誤操作した場合でも、送電が開始されることを防ぐことができる。

なお、本実施形態においては、通信回路２３および通信回路３３が赤外線通信を行う場合について説明したが、これに限られない。通信回路２３および通信回路３３の通信方式や用いる電磁波の種類は限定されない。指向性の低い通信方法を採用した場合、通信範囲が広くなるので、人手によって無人搬送車４を停止位置（給電位置）に移動させたときの位置ずれを許容しやすい。また、通信回路２３および通信回路３３の配置場所の自由度が高くなる。しかし、指向性が低すぎると、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとが非接触電力伝送できない配置の場合でも通信が可能となりうる。一方、指向性が高すぎると、無人搬送車４の停止位置（給電位置）での位置ずれを許容しがたくなる。つまり、わずかなずれでも通信ができなくなって、手動による給電が困難になる。したがって、本実施形態のように、指向性の高い赤外線通信を採用して、指向性を適度に調整するのが望ましい。

本実施形態においては、通信回路２３および通信回路３３が双方向通信を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、通信回路３３が送信のみを行い、通信回路２３が受信のみを行うようにしてもよい。この場合、通信回路２３から通信回路３３に応答信号などを送信することはできないが、通信回路３３から通信回路２３に送電開始信号および送信停止信号を送信することができるので、受電装置３側で送電の開始および停止を操作することはできる。

本実施形態においては、送電停止スイッチ３４２の操作により送電を停止できるようにした場合について説明したが、これに限られない。送電停止スイッチ３４２を設けずに、満充電になった場合などにのみ送電を停止するようにしてもよい。また、送電を停止するためのスイッチを、送電装置２に設けるようにしてもよい。

本実施形態においては、受電装置３の筐体に設けられた操作パネル３４の各操作スイッチを操作する場合について説明したが、これに限られない。例えば、操作パネル３４に代えて、操作パネル３４と同じ機能を有する操作リモコン３４’を設け、受電装置３に操作リモコン３４’と通信を行うための第２通信回路３７を設け、操作リモコン３４’と第２通信回路３７との間で無線通信により、操作信号および報知信号の送受信を行うようにしてもよい（図４参照）。また、操作リモコン３４’と第２通信回路３７とを通信ケーブルで接続して、有線通信を行うようにしてもよい。なお、操作リモコン３４’の代わりに、汎用性のあるコンピュータや携帯機器などにソフトウエアをインストールしたものを用いてもよい。

本実施形態においては、無人搬送車４が、受電位置に位置したことを検知して、受電装置３に指令を送り、受電装置３が送電開始信号を送電装置２に送信する場合について説明したが、これに限られない。送電装置２が、無人搬送車４を検知して、送電通知信号を受電装置２に送信し、高周波電源装置２１を起動するようにしてもよい。

本実施形態においては、送電ユニット２２および受電ユニット３１をどちらも直列共振回路としているが、両者を並列共振回路としてもよい。また、本実施形態においては、高周波電源装置２１が一定の大きさの高周波電圧を出力する定電圧源である場合について説明したが、これに限られない。高周波電源装置２１が一定の大きさの高周波電流を出力する定電流源であってもよい。この場合、送電ユニット２２および受電ユニット３１の一方を直列共振回路とし、他方を並列共振回路とすることで、受電ユニット３１の出力を定電流源として、キャパシタ４１を定電流充電することができる。

本実施形態においては、送電装置２から受電装置３への送電方式が磁界共鳴方式である場合について説明したが、これに限られない。例えば、電磁誘導方式でもよいし、電界共鳴方式でもよい。

本実施形態においては、蓄電デバイスとしてキャパシタ４１を用いた場合について説明したが、これに限られない。キャパシタ４１に代えて、鉛蓄電池、リチウムイオン電池などの他の蓄電デバイスを用いるようにしてもよい。

本実施形態においては、手動により給電を行う場合、無人搬送車４を循環経路上の停止位置に移動させて給電を行っているが、これに限られない。循環経路外の所定の位置に送電装置２を配置し、当該送電装置２から給電するようにしてもよい。

本実施形態においては、受電装置３をあらかじめ組み込んでいる無人搬送車４について説明したが、これに限られない。従来ある無人搬送車に、充電システムとして、後から受電装置３を搭載して、蓄電デバイスに接続するようにしてもよい。また、従来ある無人搬送車から蓄電デバイスを取り外し、電源システムとして、後から受電装置３およびキャパシタ４１を搭載するようにしてもよい。これらの場合、従来から使用していた無人搬送車を用いることができるので、受電装置３が搭載された無人搬送車４を新たに購入する場合より費用を削減することができる。

本実施形態においては、送電コイルＬｔおよび受電コイルＬｒを、コイル面が床面に対して略垂直になるように配置した場合について説明したが、これに限られない。例えば、受電コイルＬｒをコイル面が床面に対して略平行になるように無人搬送車４の車体底面に配置して、送電コイルＬｔをコイル面が床面に対して略平行になるように床面に配置してもよい。この場合、床面と無人搬送車４の車体底面との距離が一定なので、無人搬送車４が停止位置（給電位置）に停止したときの、受電コイルＬｒのコイル面と送電コイルＬｔのコイル面との距離を、一定の距離にすることができる。また、送電装置２を、作業や通行の妨げにならないように配置することもできる。なお、この場合は、無人搬送車４の循環経路および停止位置の検出機構と、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとの送受電とが、互いに干渉しないようにする必要がある。

上記第１実施形態においては、本発明に係る非接触電力伝送システムを、無人搬送車４に内蔵されたキャパシタ４１の充電に利用する場合を例として説明したが、これに限られない。例えば、電気自動車のバッテリなどへの充電にも、利用することができる。つまり、受電装置３を電気自動車に搭載するようにしてもよい。また、携帯機器やノートパソコン、電動工具などの電気製品の蓄電デバイスに充電を行う場合にも、本発明を適用することができる。

図５は、第２実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ｂの全体構成を示す概略図であり、本発明に係る非接触電力伝送システムを、携帯機器４’の充電システムとして用いる場合を示している。非接触電力伝送システム１Ｂは、受電装置３が携帯機器４’に搭載されて、蓄電デバイス４１’に電力を供給する点で、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａ（図１参照）と異なる。送電装置２は例えば卓上に配置される箱形状の筐体を備えており、送電コイルＬｔは、コイル面が水平になるようにして、筐体の上面側に配置されている。受電装置３は携帯機器４’に搭載されており、受電コイルＬｒは、携帯機器４’の１つの面の内側に当該面に平行になるように配置されている。受電コイルＬｒが配置されている面を下に向けて、携帯機器４’を送電装置２の筐体上面の上に載置した場合、送電コイルＬｔと受電コイルＬｒとが磁気的に結合可能になって、送電可能になる。送電装置２および受電装置３がそれぞれ備える内部構成は、第１実施形態に係る非接触電力伝送システム１Ａと同様である。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明に係る非接触電力伝送システムおよび受電装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る非接触電力伝送システムおよび受電装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１Ａ，１Ｂ 非接触電力伝送システム
２ 送電装置
２１ 高周波電源装置
２２ 送電ユニット
Ｌｔ 送電コイル
Ｃｔ 共振コンデンサ
２３ 通信回路（送電側通信回路）
２４ 制御回路
３ 受電装置
３１ 受電ユニット
Ｌｒ 受電コイル
Ｃｒ 共振コンデンサ
３２ 整流平滑回路（整流回路）
３３ 通信回路（受電側通信回路）
３４ 操作パネル（操作手段、報知手段）
３４１ 送電開始スイッチ
３４２ 送電停止スイッチ
３４３ 受電中ランプ
３４４ 通信異常ランプ
３４’ 操作リモコン（操作手段、報知手段）
３５ 制御回路（検出手段、操作手段、報知手段）
３６ 電流センサ（検出手段）
３７ 第２通信回路
４ 無人搬送車（車）
４’ 携帯機器
４１ キャパシタ（蓄電デバイス）
４１’ 蓄電デバイス
４２ ＤＣ−ＤＣコンバータ回路
４３ モータ

Claims (13)

1. 予め定めた給電位置で受電装置が送電装置に対して送電開始信号を出力し、もしくは、前記送電装置が前記受電装置に対して送電通知信号を出力して、前記送電装置が前記受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
   前記受電装置は、操作者の操作に基づいて前記送電開始信号を出力する操作手段を備えたことを特徴とする非接触電力伝送システム。
2. 前記送電装置は、
   高周波電力を出力する高周波電源装置と、
   前記高周波電源装置に接続された送電コイルと、
   通信を行う送電側通信回路と、
   を備え、
   前記受電装置は、
   前記送電コイルに磁気的に結合される受電コイルと、
   前記送電側通信回路と通信を行う受電側通信回路と、
   前記操作手段の制御回路と、
   を備え、
   前記送電装置は、前記受電側通信回路および前記送電側通信回路を介して、前記送電開始信号を入力された時に、前記高周波電源装置を起動させる、
   請求項１に記載の非接触電力伝送システム。
3. 前記受電側通信回路および前記送電側通信回路は、
   指向性の高い通信方法で通信を行い、
   前記送電コイルと前記受電コイルとが磁気的に結合される位置にあるときに、通信可能となるように配置されている、
   請求項２に記載の非接触電力伝送システム。
4. 前記受電側通信回路と前記送電側通信回路とは、赤外線通信によって通信を行う。
   請求項３に記載の非接触電力伝送システム。
5. 前記操作手段は、さらに、操作者の操作に基づいて送電停止信号を出力し、
   前記送電装置は、前記受電側通信回路および前記送電側通信回路を介して、前記送電停止信号を入力された時に、前記高周波電源装置を停止させる、
   請求項２ないし４のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
6. 前記受電装置は、
   前記受電コイルが前記送電コイルから受電していることを検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に応じて、受電していることを報知する報知手段と、
   をさらに備えている、
   請求項２ないし５のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
7. 前記検出手段は、電流センサを備えており、前記電流センサが電流を検出した場合に、前記受電コイルが前記送電コイルから受電していると判断する、
   請求項６に記載の非接触電力伝送システム。
8. 前記報知手段は、さらに、前記受電側通信回路から送信された信号が前記送電側通信回路に受信されなかった場合に、その旨を報知する、
   請求項６または７に記載の非接触電力伝送システム。
9. 前記送電装置から前記受電装置への送電方式は、磁界共鳴方式である、
   請求項２ないし８のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
10. 前記受電装置は、
    前記受電コイルからの電流を整流する整流回路をさらに備えており、
    整流された電流を蓄電デバイスに供給する、
    請求項２ないし９のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。
11. 前記蓄電デバイスはキャパシタであり、
    前記高周波電源装置が出力する高周波電力の周波数は５０［ｋＨｚ］以上であり、
    前記受電装置は、前記キャパシタに５０[Ａ]以上の電流で定電流充電を行う、
    請求項１０に記載の非接触電力伝送システム。
12. 前記受電装置は、無人搬送車に搭載され、
    前記受電コイルは、コイル面が床面に対して略垂直になるように、前記無人搬送車の車体側面に配置され、
    前記送電コイルは、コイル面が床面に対して略垂直になるように、前記送電装置内に配置される、
    請求項１０または１１に記載の非接触電力伝送システム。
13. 予め定めた給電位置で受電装置が送電装置に対して、もしくは前記送電装置が前記受電装置に対して送電開始信号を出力して、前記送電装置が前記受電装置に非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムの受電装置であって、
    前記受電装置は、操作者の操作に基づいて前記送電開始信号を出力する操作手段を備えたことを特徴とする受電装置。

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