JP2019180185A - 移動体および移動体システム - Google Patents

Abstract

【課題】２台の移動体が同時に送電電極に対向することを回避する。【解決手段】移動体は、送電装置における送電電極群と容量結合して前記送電電極群から交流電力を受け取る２つ以上の受電電極を含む受電電極群と、前記受電電極群に接続され、前記受電電極群が受け取った交流電力を他の形態の電力に変換して出力する受電回路と、送信波を周囲に送出する発信器と、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態において、前記送電電極群への他の移動体の接近を検知したとき、前記発信器に、前記他の移動体に向けて前記他の移動体を停止させる送信波を送出させることにより、前記他の移動体の受電電極群の少なくとも一部が前記送電電極群の少なくとも一部に対向することを阻止する制御回路と、を備える。【選択図】図７Ａ

Description

本開示は、無線で伝送された電力によって駆動される移動体、および移動体システムに関する。

近年、携帯電話機および電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線すなわち非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術の開発が進められている。無線電力伝送技術には、磁界結合方式および電界結合方式などの方式がある。このうち、電界結合方式による無線電力伝送システムでは、一対の送電電極と一対の受電電極とが対向した状態で、一対の送電電極から一対の受電電極に無線で交流電力が伝送される。このような電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば床面に設けられた一対の送電電極からバッテリなどの負荷を備えた移動体に電力を供給する用途で用いられ得る。特許文献１は、そのような電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を開示している。

他方、無人搬送車（ＡＧＶ）の搬送経路の途中に充電ポイントを設けたシステムにおいて、充電中のＡＧＶに対して後続するＡＧＶの干渉を防止する技術が知られている（例えば、特許文献２）。また、先行するＡＧＶとの衝突を回避するためのセンサーを備えるＡＧＶに関する技術が、例えば特許文献３に開示されている。

特開２０１０−１９３６９２号公報 特開２０００−２７８８７０号公報 特開平５−５３６４４号公報

電界結合方式による無線電力伝送技術を適用した移動体システムにおいて、送電装置が第１の移動体に電力を供給しているときに、第２の移動体の受電電極が当該送電装置の送電電極に対向すると、第１の移動体への電力伝送の伝送特性が劣化する。

本開示は、第１の移動体に電力を供給している最中に第２の移動体の受電電極が送電電極に対向することを回避するための技術を提供する。

本開示の一態様に係る移動体は、第１の方向に延びる２つ以上の送電電極を含む送電電極群を備える送電装置から無線で伝送された電力によって充電される。前記移動体の移動方向における寸法は、前記送電電極群の前記第１の方向における長さよりも短い。前記移動体は、前記送電電極群と容量結合して前記送電電極群から交流電力を受け取る２つ以上の受電電極を含む受電電極群と、前記受電電極群に接続され、前記受電電極群が受け取った交流電力を他の形態の電力に変換して出力する受電回路と、送信波を周囲に送出する発信器と、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態において、前記発信器に、前記他の移動体に向けて前記他の移動体を減速させる送信波を送出させることにより、前記他の移動体の受電電極群の少なくとも一部が前記送電電極群の少なくとも一部に対向することを阻止する制御回路と、を備える。

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、または記録媒体で実現され得る。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な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の技術によれば、第１の移動体に電力を供給している最中に第２の移動体の受電電極が送電電極に対向することを回避することができる。

図１は、電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図２は、図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。 図３は、電界結合方式による無線電力伝送システムの他の例を模式的に示す図である。 図４は、図３に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。 図５Ａは、移動体システムにおける課題を説明するための図である。 図５Ｂは、移動体システムにおける課題を説明するための図である。 図５Ｃは、移動体システムにおける課題を説明するための図である。 図６は、移動体システムにおける課題を説明するための図である。 図７Ａは、本開示の実施形態における送電装置１００および移動体１０の構成例を示すブロック図である。 図７Ｂは、本開示の実施形態における送電装置１００および移動体１０の他の構成例を示すブロック図である。 図８Ａは、本開示の実施形態における動作の例を示す第１の図である。 図８Ｂは、本開示の実施形態における動作の例を示す第２の図である。 図８Ｃは、本開示の実施形態における動作の例を示す第３の図である。 図８Ｄは、本開示の実施形態における動作の例を示す第４の図である。 図９Ａは、第１の移動体１０Ａの動作を示すフローチャートである。 図９Ｂは、第２の移動体１０Ｂの動作を示すフローチャートである。 図１０Ａは、変形例における動作を示す第１の図である。 図１０Ｂは、変形例における動作を示す第２の図である。 図１０Ｃは、変形例における動作を示す第３の図である。 図１０Ｄは、変形例における動作を示す第４の図である。 図１１は、移動体１０Ａに課される位置の制約を説明するための図である。 図１２は、無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成を概略的に示すブロック図である。 図１３は、無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。 図１４Ａは、インバータ回路１６０の構成例を模式的に示す図である。 図１４Ｂは、整流回路２６０の構成例を模式的に示す図である。 図１５Ａは、送電電極群１２０が壁などの側面に敷設された例を示す図である。 図１５Ｂは、送電電極群１２０が天井に敷設された例を示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

図１は、本発明者らが開発を進めている電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。図示されている無線電力伝送システムは、例えば工場または倉庫において物品の搬送に用いられる移動体１０に無線で電力を伝送するシステムである。この例における移動体１０は、無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）である。このシステムでは、床面３０に平板状の一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂが配置されている。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂは、第１の方向に延びた形状を有する。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂには、不図示の送電回路から交流電力が供給される。

移動体１０は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する不図示の一対の受電電極を備えている。移動体１０は、送電電極１２０ａ、１２０ｂから伝送された交流電力を、一対の受電電極によって受け取る。受け取った電力は、移動体１０が有するモータ、二次電池、または蓄電用のキャパシタなどの負荷に供給される。これにより、移動体１０の駆動または充電が行われる。

図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下の説明では、図示されているＸＹＺ座標を用いる。送電電極１２０ａ、１２０ｂが延びる方向をＹ方向、送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。Ｘ方向は、送電電極１２０ａ、１２０ｂが並ぶ方向である。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

図２は、図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、移動体１０とを備えている。送電装置１００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を供給する送電回路１１０とを備えている。送電回路１１０は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路である。送電回路１１０は、不図示の電源から供給された直流電力または交流電力を、電力伝送用の交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。

移動体１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備えている。受電装置２００は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を負荷３３０が要求する他の形態の電力に変換して負荷３３０に供給する受電回路２１０とを備えている。受電回路２１０は、負荷３３０が要求する所定の電圧の直流電圧または所定の周波数の交流電力を出力する。受電回路２１０は、例えば整流回路または周波数変換回路等の各種の回路を含み得る。負荷３３０は、例えばモータ、蓄電用のキャパシタ、または二次電池などの、電力を消費または蓄える機器である。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合（「容量結合」とも称する）により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。

送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの各々は、２つ以上の部分に分割されていてもよい。例えば、図３および図４に示すような構成を採用してもよい。

図３および図４は、送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの各々が２つの部分に分割された無線電力伝送システムの例を示す図である。この例では、送電装置１００は、２つの第１の送電電極１２０ａと、２つの第２の送電電極１２０ｂとを備える。受電装置２００も同様に、２つの第１の受電電極２２０ａと、２つの第２の受電電極２２０ｂとを備える。電力伝送時には、２つの第１の受電電極２２０ａは、２つの第１の送電電極１２０ａに対向し、２つの第２の受電電極２２０ｂは、２つの第２の送電電極１２０ａにそれぞれ対向する。送電回路１１０は、交流電力を出力する２つの端子を備えている。一方の端子は、２つの第１の送電電極１２０ａに接続され、他方の端子は、２つの第２の送電電極１２０ｂに接続される。電力伝送の際、送電回路１１０は、２つの第１の送電電極１２０ａに第１の電圧を印加し、２つの第２の送電電極１２０ｂに、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧を印加する。これにより、４つの送電電極を含む送電電極群１２０と４つの受電電極を含む受電電極群２２０との間の容量結合によって電力が無線で伝送される。このような構成によれば、隣り合う任意の２つの送電電極の境界上の漏洩電界を抑制する効果を得ることができる。このように、送電装置１００および受電装置２００の各々において、送電または受電を行う電極の数は２個に限定されない。

以下の実施形態では、図１および図２に示すように、送電装置１００が２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂを備え、受電装置２００が２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂを備えた構成を主に説明する。本開示の各実施形態において、各電極は、図３および図４に例示するように、複数の部分に分割されていてもよい。いずれの場合も、ある瞬間に第１の電圧が印加される電極と、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧が印加される電極とが交互に並ぶように配置される。ここで「逆の位相」とは、位相差が１８０度である場合に限らず、位相差が９０度から２７０度の範囲内である場合を含むものと定義する。本明細書において、送電装置１００が備える複数の送電電極を、まとめて「送電電極群１２０」と称し、受電装置２００が備える複数の受電電極を、まとめて「受電電極群２２０」と称する。

上記のような無線電力伝送システムにより、移動体１０は、送電電極群１２０に沿って移動しながら、無線で電力を受け取ることができる。移動体１０は、送電電極群１２０と受電電極群２２０とが近接して対向した状態を保ちながら、送電電極群１２０に沿って移動することができる。これにより、移動体１０は、例えばバッテリまたはキャパシタ等の蓄電装置を充電しながら移動することができる。

本発明者らは、このような無線電力伝送システムにおいて、複数の移動体が同時に移動し、同時に充電され得るとき、以下の課題が生じることを見出した。

図５Ａは、導電電極群１２０に１台目の移動体１０Ａが接近している状況を模式的に示している。図５Ｂは、１台目の移動体１０Ａが移動しながら充電している最中に、２台目の移動体１０Ｂが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図５Ｃは、１台目の移動体１０が充電している最中に、２台目の移動体１０Ｂが送電電極群１２０の上に到達した状況を示している。複数の移動体を含む移動体システムにおいては、図５Ａから図５Ｃに示すような状況が生じ得る。

図５Ｃに示すように、第１の移動体１０Ａへの給電が実施されている状態において、同一の送電電極群１２０に第２の移動体１０Ｂの受電電極群２２０が近接すると、送電電極群１２０から送出されたエネルギーの一部を第２の移動体１０Ｂが受け取ることになる。その結果、第１の移動体１０Ａへの出力電力の低下、および送電電極付近での漏洩電界強度の増大などの課題が生じ得る。

図６は、送電電極群１２０の上に第１の移動体１０Ａのみが位置する場合と、第１の移動体１０Ａと第２の移動体１０Ｂの両方が位置する場合の両方について、移動体１０Ａの受電回路からの出力電力を計算した結果を示すグラフである。移動体１０Ａおよび１０Ｂにおける負荷抵抗の値を変化させたときの出力電力の変化を解析した。各構成要素の寸法、配置、送受電極対間の結合容量などの各種パラメータの設定は、現実で使用され得る適切な設定を選択した。図６における■印は、送電電極群１２０の上に移動体１０Ａのみが位置する場合における結果を示している。電界方式の無線電力伝送の一例においては、負荷の変化に対し線形に電力を調整できることが分かる。一方、図６における●印は、送電電極群１２０の上に移動体１０Ａ、１０Ｂの両方が位置する場合における結果を示している。移動体１０Ａ、１０Ｂの両方が位置する場合については、移動体１０Ｂの受電電極と負荷との接続を切り離した状態で移動体１０Ａでの出力電力を計算した。

図６からわかるように、第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０上に位置する場合、第１の移動体１０Ａへの出力電力が低下する。この例では、第２の移動体１０Ｂが送電電極上に配置されたことによる影響を無視できるように、第２の移動体１０Ｂの受電電極群２２０と負荷との接続を切り離している。それにもかかわらず、送電電極群１２０と第１の移動体１０Ａの受電電極群２２０との間の電力伝送特性が劣化している。これは、第２の移動体１０Ｂにおける受電電極群２２０の内部に存在する寄生容量により、送電電極群１２０と第２の移動体１０Ｂの受電側回路との間で不要な結合が生じることに起因していると考えられる。第２の移動体１０Ｂの受電電極群２２０と負荷との接続が切り離されていない場合には、第１の移動体１０Ａの受電特性はさらに劣化する。

本発明者は、以上の課題を見出し、この課題を解決するための構成を検討した。その結果、以下の（１）または（２）の手段により、上記課題を解決できることに想到した。
（１）１台目の移動体が充電を行っている間、１台目の移動体が送電電極群の端部などの所定の位置で待機する、または当該位置を含む所定の範囲内を送電電極群に沿って移動する。２台目の移動体が備える衝突回避機能または衝突検知・停止機能を活用して、送電電極群と２台目の移動体の受電電極群との対向を回避する。
（２）１台目の移動体が充電を行っている間に１台目の移動体が、２台目の移動体に送信波を送出する。２台目の移動体は、送信波を検知すると、送電電極群と２台目の移動体の受電電極群とが対向する前に減速（例えば停止）する。

以下、本開示の実施形態の概要を説明する。

本開示の一態様に係る移動体は、第１の方向に延びる２つ以上の送電電極を含む送電電極群を備える送電装置から無線で伝送された電力によって充電される。前記移動体の移動方向における寸法は、前記送電電極群の前記第１の方向における長さよりも短い。前記移動体は、前記送電電極群と容量結合して前記送電電極群から交流電力を受け取る２つ以上の受電電極を含む受電電極群と、前記受電電極群に接続され、前記受電電極群が受け取った交流電力を他の形態の電力に変換して出力する受電回路と、送信波を周囲に送出する発信器と、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態において、前記発信器に、前記他の移動体に向けて前記他の移動体を減速（例えば停止）させる送信波を送出させることにより、前記他の移動体の受電電極群の少なくとも一部が前記送電電極群の少なくとも一部に対向することを阻止する制御回路と、を備える。

上記態様によれば、前記制御回路は、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態において、前記発信器に、前記他の移動体に向けて前記他の移動体を減速（例えば停止）させる送信波を送出させる。これにより、前記他の移動体の受電電極群の少なくとも一部が前記送電電極群の少なくとも一部に対向することを阻止することができる。その結果、前記移動体への電力伝送特性を安定化し、出力電力の低下を抑制することができる。

前記制御回路は、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態において、前記発信器に常に前記送信波を送出させてもよい。あるいは、前記送電電極群への他の移動体の接近を検知したときに限り、前記発信器に前記送信波を送出させてもよい。

前記他の移動体は、前記発信器から送出された前記送信波を検知する受信器を備える。本明細書では、発信器と受信器の両方を含む概念として、「通信器」の用語を用いることがある。前記他の移動体は、前記送信波を検知すると、減速（例えば停止）の動作を行うように構成され得る。前記他の移動体は、前記送信波を検知したとき、停止してもよいし、停止せずに減速した状態で移動してもよい。

本開示の実施形態における無線電力伝送システムは、充電時の送受電極間の高精度な位置合わせを不要にできる。このため、特に短時間で頻繁に充電を行うシステムを容易に構成しうる。上記のシステムでは、各移動体が充電のために送電電極上の空間に留まる時間は短時間である可能性がある。この場合、上記他の移動体を停止させず、減速させることによっても、送電電極に到達するまでの時間を遅らせることができる。このため、「２台目の移動体の受電電極が同時に送電電極と対向する状態の回避」という目的を達成しうる条件も頻繁にありうる。すなわち、１台目の移動体が充電を完了する残り時間までに、２台目の移動体が送電電極端に到達しないよう減速を開始させるべきタイミング迄に、２台目の移動体に送信波が到達するよう制御することで上記の目的を達成しうる。

停止・減速のいずれを行うべきかの判断基準となる１台目の移動体の残りの充電時間などの情報の少なくとも一部を、送信波に重畳させることも可能である。検知した情報を基に停止すべきか減速すべきかの判断を行うのは、第２の移動体に搭載された制御回路であっても構わないし、第１の移動体が停止命令または減速命令を送信しても構わない。

また、第１の移動体は、充電を開始した時点から充電を停止する時点までの期間内におけるある時点までは、上記停止命令を他の移動体に向けて送信し、充電停止が近づいてきたある時点で、他の移動体に向けて送信する命令を減速命令へ変更してもよい。この制御により、２台の移動体が送電電極に同時に対向する好ましくない状態を効果的に回避した上で、第２の移動体が送電電極へ到達するまでに要する時間を短縮することが可能となる。この効果により、移動体システムに含まれる全ての移動体の電池残量低下のリスクを効果的に低減することが可能となる。

本開示において、「送信波」は、例えば超音波または電磁波であり、必ずしも「信号」が重畳されていることを要しない。送信波は、ある移動体から他の移動体に存在を伝えることができればよく、必ずしも信号を重畳するために変調されている必要はない。

前記制御回路が前記発信器に前記送信波を送出させるときの前記送電電極群の前記他の移動体が到来する側の端部からの前記移動体の距離をａ、前記他の移動体が前記送信波を受信してから停止するまでに移動する距離をｂ、前記他の移動体が前記発信器から送出される前記送信波を検知可能な前記移動体と前記他の移動体との最大距離をｃとする。このとき、前記制御回路は、ｃ＞ａ＋ｂを満足する強度で前記送信波を前記発信器に送出させる。

他の移動体が前記送信波を検知してから直ちに停止する場合には、距離ｂはゼロになる。しかし、他の移動体がある速度で移動しているときに前記送信波を検知した場合、直ちに停止せず、慣性によって有限の距離ｂだけ進んでから停止する。

前記制御回路は、前記発信器に送出させる前記送信波の強度を、距離ａおよびｂに応じて変化させてもよい。前記制御回路は、移動体を移動させながら前記発信器に前記送信波を送出させ、前記移動体の位置の変化に応じて、前記送信波の強度を変化させてもよい。例えば、ｃ＞ａ＋ｂを満足する最低限の強度で送信波を送出させれば、消費電力の低減につながる。

前記移動体が、前記他の移動体と同一の方向に移動する場合、前記制御回路は、前記移動体が前記送電電極群の前記端部に到達してから経過した時間、および前記移動体の速度に基づいて、距離ａを算出することができる。前記移動体の速度が一定ではない場合は、速度を時間で積分することにより、移動距離を算出できる。前記移動体が、前記他の移動体と逆方向に移動する場合、前記制御回路は、前記移動体が前記送電電極群の他の端部に到達してから経過した時間、前記移動体の速度、および前記送電電極群の長さの組み合わせに基づいて、距離ａを算出することができる。この場合、送電電極群の長さから、移動体が電極上に侵入してからの移動距離を引けば、距離ａを算出できる。

前記制御回路は、前記他の移動体の速度に基づいて、距離ｂを算出することができる。距離ｂは、他の移動体の速度指令値と、他の移動体が減速する際の加速度（＜０）が既知であれば、それらの情報から算出することができる。前記制御回路は、それらの情報を、各移動体の移動を制御する中央制御装置から取得してもよい。

前記発信器は、超音波または光波などを用いた発信器、または電波を利用した発信器であり得る。前記発信器は、例えばレーザ光源を含んでいてもよい。あるいは、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信規格に準拠した通信モジュールを利用してもよい。

前記発信器は、指向性を有する発信器でもよいし、等方的に送信波を発する発信器でもよい。前記発信器は、例えば前記移動体の後方を含む少なくとも１つの方向に前記送信波を送出する。前記発信器は、前記移動体の前方にも前記送信波を送出してもよい。他の移動体が常に送電電極群の一端側から到来するとは限らず、他端側から到来する場合もある。このため、移動体は、前方への指向性を有する発信器と、後方への指向性を有する発信器の両方を備えていてもよい。

前記制御回路は、例えば、前記受電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの測定結果を利用して、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態を検知できる。この場合、前記移動体は、前記受電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つを測定する測定器を備え得る。前記制御回路は、前記受電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの値が閾値を超えたとき、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っていると判断することができる。あるいは、前記制御回路は、前記受電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの時間変化率が閾値を超えたとき、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っていると判断してもよい。

本開示の他の態様に係る移動体システムは、前述のいずれかの態様における移動体と、前記送電装置と、を備える。前記移動体システムは、前記他の移動体をさらに備えていてもよい。前記移動体システムは、３台以上の移動体を備えていてもよい。前記移動体システムにおける全ての移動体が、前述の移動体と同じ構成を備えていてもよいし、移動体によって異なる構成を備えていてもよい。本明細書において、移動体システムを、「無線電力伝送システム」とも称する。

本開示における「移動体」は、前述の無人搬送車（ＡＧＶ）のような車両に限定されず、電力によって駆動される任意の可動物体を意味する。移動体には、例えば、電気モータおよび１以上の車輪を備える電動車両が含まれる。そのような車両は、例えば、前述のＡＧＶ、搬送ロボット、電気自動車（ＥＶ）、電動カート、電動車椅子であり得る。本開示における「移動体」には、車輪を有しない可動物体も含まれる。例えば、二足歩行ロボット、マルチコプターなどの無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ、所謂ドローン）、および有人の電動航空機、およびエレベータも、「移動体」に含まれる。

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および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ことを避け、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、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

（実施形態）
本開示の例示的な実施形態における移動体システムを説明する。本実施形態における移動体システムは、少なくとも１つの送電装置と、複数の移動体とを備える。送電装置と、各移動体は、前述の電界結合方式による無線電力伝送を行う。これにより、各移動体は、バッテリなどの蓄電装置を充電したり、供給された電力によってモータを駆動したりすることができる。本実施形態における各移動体は無人搬送車であり、予め設定された経路に沿って、または外部の中央制御装置からの指示に従って運行する。

図７Ａは、本実施形態における送電装置１００および移動体１０の構成を示すブロック図である。送電装置１００は、送電回路１１０と、送電電極群１２０と、送電検出器１９０と、送電制御回路１５０とを有する。送電回路１１０には、外部の交流電源２０から交流電力が供給される。送電回路１１０は、コンバータ回路およびインバータ回路を含み得る。送電回路１１０に供給された交流電力は、コンバータ回路によって直流電力に変換される。当該直流電力はインバータ回路によって電力伝送用の交流電力に変換される。送電回路１１０は、インバータ回路と送電電極群１２０との間にインピーダンス整合のための整合回路を備え得る。

送電電極群１２０は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂを含む。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂは送電回路１１０に接続されている。送電電極群１２０は、送電回路１１０から出力された交流電力を無線で送電する。

送電検出器１９０は、送電回路１１０内の特定の箇所における電力、電圧、および電流の少なくとも１つを測定する測定器である。送電検出器１９０は、その測定値を示すデータを送電制御回路１５０に送る。送電制御回路１５０は、その情報に基づいて送電回路１１０を制御したり、移動体１０における受電制御回路２５０にその情報を通知したりすることができる。

移動体１０は、受電回路２１０と、受電電極群２２０と、受電検出器２９０と、受電制御回路２５０とを備える。移動体１０は、さらに、充放電制御回路３５０と、負荷制御回路３４０と、複数の負荷とを備える。複数の負荷は、蓄電装置３２０と、電気モータ３７０（以下、単に「モータ３７０」と称する）と、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ）３６０と、通信器３８０とを含む。なお、ＬＲＦ３６０は、不要であれば省略してもよい。

受電電極群２２０は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂを含む。受電電極２２０ａ、２２０ｂは、送電電極１２０ａ、１２０ｂとそれぞれ容量結合する。受電電極群２２０は、送電電極群１２０から交流電力を受け取る。受電回路２１０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続されている。受電回路２１０は、例えば整流回路を含み得る。受電回路２１０は、整流回路に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを含んでいてもよい。受電回路２１０は、受電電極群２２０が受け取った交流電力を他の形態の電力に変換して出力する。本実施形態における受電回路２１０は、直流電力を出力するが、他の実施形態では交流電力を出力してもよい。

受電検出器２９０は、受電回路２１０内の特定の箇所における電力、電圧、および電流の少なくとも１つを測定する測定器である。本実施形態では、一例として、受電検出器２９０は、受電回路２１０における整流回路から出力される電流を検出する。受電回路２１０は、その検出値を示す信号を受電制御回路２５０に送る。受電制御回路２５０は、その信号に基づいて受電状態を検知することができる。

受電制御回路２５０は、受電検出器２９０から受電状態を示す信号を取得し、負荷制御回路３４０および／または送電制御回路１５０に送信する。当該信号に基づいて、負荷制御回路３４０は、モータ３７０を制御して移動体１０に所望の動作を実行させる。送電制御回路１５０は、受電制御回路２５０から送信された受電状態を示す信号に基づき、送電回路１１０におけるインバータ回路を制御する動作を行うことができる。これにより、例えば受電回路２１０に一定の電力または一定の電圧が供給されるように制御され得る。送電制御回路１５０と受電制御回路２５０との通信は、例えば受電制御回路２５０が受電回路２１０のインピーダンスを信号に応じて変化させるなどの方法によって行われ得る。

受電回路２１０は、変換後の電力を、充放電制御回路３５０を介して蓄電装置３２０に供給する。蓄電装置３２０は、二次電池（バッテリー）または蓄電用のキャパシタであり得る。充放電制御回路３５０は、蓄電装置３２０による充放電を制御する。蓄電装置３２０に蓄積されたエネルギーは、負荷制御回路３４０によって各負荷に供給される。

モータ３７０は、移動体１０を駆動するための駆動装置の一部である。負荷制御回路３４０は、モータ３５０の駆動方式に応じて、コンバータ回路および／またはインバータ回路を含み得る。負荷制御回路３４０は、モータ３７０を制御することによって移動体１０の動作を制御する。負荷制御回路３４０は、ＬＲＦ３６０による障害物検知および他の移動体の検知、および通信器３８０を介した送信波の送出および検知などの制御も行う。

ＬＲＦ３６０は、移動体１０の周囲に存在する物体を検知するために用いられる。負荷制御回路３４０は、ＬＲＦ３６０を利用して、移動体１０の周囲に存在する他の移動体が送電電極群１２０に接近しているかを検知することができる。他の移動体の検知方法はＬＲＦ３６０を利用する方法に限定されない。例えば、外部の中央制御装置または他の移動体からの通知を受けて他の移動体の接近を検知してもよい。なお、本実施形態では移動体１０は他の移動体の接近を検知する機能を有するが、この機能を省略してもよい。その場合、他の移動体の接近の有無に関わらず、受電中に常時または断続的に送信波を発する動作が行われ得る。

ＬＲＦ３６０は、障害物センサとしても利用され得る。負荷制御回路３４０は、ＬＲＦ３６０によって障害物が検知された場合、当該障害物を回避するように移動体１０の経路を変更したり、移動体１０を停止させたりすることができる。このような障害物センサを設ける代わりに、例えばバンパースイッチを設けて、移動体１０が物体に衝突した場合に、停止するようにしてもよい。

移動体１０は、他の移動体の接近を検知するためのセンサと、障害物を検知するためのセンサとを個別に備えていてもよい。多くの場合、他の移動体の接近の検知と障害物の検知とでは、求められる性能が異なる。このため、他の移動体の接近の検知に適したセンサと、障害物を検知するためのセンサとを個別に備えることは合理的である。なお、移動体１０は、障害物を検知するためのセンサを備えていなくてもよい。

通信器３８０は、他の移動体に存在を伝える発信器の機能と、他の移動体から送出された送信波を検知する受信器の機能とを備える。通信器３８０は、例えば、公知の無線通信規格に準拠した通信を行う通信モジュールであり得る。通信器３８０は、超音波または可視光もしくは赤外線などの光を介して送出される送信波を送出または検知してもよい。通信器３８０は、指向性を有する送信波を送出してもよいし、等方的に送信波を送出してもよい。発信器が光信号を発する場合、受信器は当該光信号を検出する光検出器を有する。

送電制御回路１５０、受電制御回路２５０、負荷制御回路３４０の各々は、例えばマイクロプロセッサとメモリとを含む。メモリには、本実施形態における動作を規定するコンピュータプログラムが格納され得る。プロセッサが当該プログラムを実行することにより、本実施形態における動作が実現する。

図７Ｂは、他の構成例を示すブロック図である。この例における移動体システムは、中央制御装置３００をさらに備える。中央制御装置３００は、送電制御回路１５０および受電制御回路２５０と通信することができる。中央制御装置３００は、送電制御回路１５０に送電の開始および停止を指示したり、受電制御回路２５０に、移動および／または充電の開始および停止を指示したりすることができる。

以下、本実施形態における動作を説明する。

図８Ａから図８Ｄは、第１の移動体１０Ａが充電中に第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０に接近した場合の一連の動作の例を示している。図８Ａは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図８Ｂは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０に沿って移動しながら充電している状態で、第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図８Ｃは、第２の移動体１０Ｂが、第１の移動体１０Ａから送出された送信波を検知して送電電極群１２０の手前で停止した状況を示している。図８Ｄは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０上から離脱して第２の移動体１０Ｂが移動を再開する状況を示している。この例では、各移動体１０Ａ、１０Ｂは、後部の通信器３８０ａと、前部の通信器３８０ｂとを備える。各通信器は、発信機能と受信機能の両方を有する。

図８Ａに示すように、移動体１０Ａは、充電動作を行うとき、送電電極群１２０に向かって移動する。移動体１０Ａは、例えば蓄電装置３２０の蓄電量が所定の閾値を下回ったとき、または中央制御装置３００から指示を受けたとき、充電のために送電電極群１２０の位置に向かう。受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向する位置まで到達すると、充電が開始される。充電しながら移動しているとき、移動体１０Ａの制御回路３４０は、後部の通信器３８０ａに送信波を送出させる。移動体１０Ｂは、前部の通信器３８０ｂで当該送信波を検知すると、図８Ｃに示すように、送電電極群１２０の端部に到達する前に停止する。これにより、移動体１０Ｂの受電電極群２２０の少なくとも一部が送電電極群１２０の少なくとも一部に対向することが阻止される。移動体１０Ａが充電を終え、送電電極群１２０が敷設された充電可能エリアから抜けると、移動体１０Ａの制御回路３４０は、通信器３８０ａに送信波の送出を停止させる。すると、図８Ｄに示すように、移動体１０Ｂの制御回路３４０は、移動体１０Ｂの移動を再開させる。

充電が完了したか否かは、例えば蓄電装置３２０の蓄電量に基づいて判断される。制御回路３４０は、受電電極群２２０が交流電力を受け取っている状態において、蓄電装置３４０の蓄電量が閾値を超える場合には、充電が完了したと判断できる。その場合、制御回路３４０は、移動体１０Ａを送電電極群１２０から離脱させる。充電が完了するまでは、制御回路３４０は、移動体１０Ａを低速で移動させたり、送電電極群１２０の上で停止させたりしてもよい。

移動体１０Ａが送電電極群１２０から離脱した後、移動体１０Ｂの制御回路３４０は、移動を再開させる。移動体１０Ｂは、先の移動体１０Ａと同様に、送電電極群１２０の上を移動しながら充電を行う。移動体１０Ｂは、さらに他の移動体が送電電極群１２０に接近していることを検知した場合には、移動体１０Ａが行った前述の動作と同じ動作を行う。

図９Ａは、上記の例における第１の移動体１０Ａの動作を示すフローチャートである。図９Ａに示すように、移動体１０Ａの制御回路３４０は、まず、受電回路２１０が受電状態にあるかを検知する（ステップＳ１０１）。本実施形態における送電装置１００は、いずれの移動体も充電を行っていない状態においては、微弱な電力を送出して移動体１０の到来を待機する。移動体１０Ａが送電電極群１２０の端部に到達すると、当該微弱電力によって受電回路２１０内の電流、電圧、電力の少なくとも１つが変化する。受電検出器２９０は、その微弱な変化を検出する。受電制御回路２５０および負荷制御回路３４０は、受電検出器２９０によって測定された電流、電圧、電力の少なくとも１つが閾値を超えたとき、移動体１０Ａが受電状態にあるか否かを判断できる。負荷制御回路３４０は、移動体１０Ａが受電状態にあると判断すると、通信器３８０ａに送信波を送出させ、充電を開始する（ステップＳ１０２）。このとき、例えば受電制御回路２５０は送電制御回路１５０に送電開始要求を送る。送電制御回路１５０は、この要求を受けて、送電電極群１２０から送出される電力を増加させる。この状態で、移動体１０Ａの負荷制御回路３４０は、一定時間毎に、受電状態が継続しているかを判断する（ステップＳ１０３）。移動体１０Ａが送電電極群１２０の上から離脱すると、受電状態が終了したと判断される。受電状態が終了すると、制御回路３４０は、通信器３８０ａに送出を停止させる（ステップＳ１０４）。

図９Ｂは、上記の例における第２の移動体１０Ｂの動作を示すフローチャートである。第２の移動体１０Ｂにおける制御回路３４０は、まず前方の他の移動体（この例では移動体１０Ａ）から送信波を検知したかを判断する（ステップＳ２０１）。検知していない場合、そのまま移動を継続する。検知した場合、制御回路３４０は、移動体１０Ｂを停止させる（ステップＳ２０２）。次に、所定時間毎に、前方の移動体１０Ａからの送信波の検知が継続しているかを判断する（ステップＳ２０３）。前方の移動体１０Ａからの送信波を検知しなくなると、制御回路３４０は、移動体１０Ｂの移動を再開させる（ステップＳ２０４）。その後のステップＳ１０１からＳ１０５の動作は、図９Ａを参照して説明した動作と同じであるため、説明を省略する。

以上の動作により、移動体１０Ａは、他の移動体１０Ｂが後方から接近してきた場合に、他の移動体１０Ｂによって充電が妨げられることを回避することができる。さらに、他の移動体１０Ｂは、送電電極群１２０上に移動体１０Ａが存在する場合には、手前で停止し、移動体１０Ａの充電を妨げないようにすることができる。

本実施形態には多様な変形例が考えられる。以下、いくつかの変形例を説明する。

図１０Ａから図１０Ｄは、本実施形態の変形例における移動体１０Ａ、１０Ｂの動作の流れを示している。この例では、図１０Ｂに示すように、移動体１０Ａが送電電極群１２０に沿って移動している状態で、送電電極群１２０の前方側の端部に向かって他の移動体１０Ｂが逆向きで接近している。このような場合、移動体１０Ａの制御回路３４０は、移動体１０Ｂが送電電極群１２０の端部に接近していることを検知して、図１０Ｂに示すように、前方側の通信器３８０ｂに送信波を送出させる。他の移動体１０Ｂは、この送信波を受けると、図１０Ｃに示すようにその場で停止する。移動体１０Ａの制御回路３４０は、蓄電量が十分になると、移動体１０Ａを逆走させ、送電電極群１２０から離脱させる。制御回路３４０は、移動体１０Ａが送電電極群１２０に対向しない状態を検知すると、送出を停止する。すると、他の移動体１０Ｂは、図１０Ｄに示すように、移動を再開し、充電を開始する。このような制御によれば、他の移動体１０Ｂが送電電極群１２０の何れの側から接近する場合でも、侵入を阻止することができる。

以上の各例において、各移動体は、指向性を有する発信器ではなく、例えば電波を利用して等方的に送信波を発する発信器を利用してもよい。

図１１は、発信器が発する送信波の強度と、各移動体１０Ａ、１０Ｂの位置との関係を説明するための図である。移動体１０Ａが発する送信波を移動体１０Ｂが検知できる最大の距離をｃとし、移動体１０Ｂが物体を検知してから停止するまでに慣性で移動する距離をｂとし、移動体１０Ａが送信波を発するときの移動体１０Ａの端部と送電電極群１２０の端部１２０ｅとの距離をａとする。移動体１０Ａの制御回路３４０は、ｃ＞ａ＋ｂを満たす強度で発振器に送信波を送出させる。これにより、後方に位置する移動体１０Ｂが送電電極群１２０の端部１２０ｅに到達することを阻止することができる。

移動体１０Ａの移動に伴って上記の距離ａが変化する。移動体１０Ａの制御回路３４０は、この距離ａの変化に伴って発信器に送出させる送信波の強度を変化させてもよい。例えば、移動体１０Ａが他の移動体１０Ｂから遠ざかる向きに移動している場合、制御回路３４０は、送信波の強度を徐々に強くする。逆に、移動体１０Ａが他の移動体１０Ｂに向かって進む場合は、送信波の強度を徐々に弱くする。この際、ｃ＞ａ＋ｂを満たす必要最小限の強度で送信波を送出させれば、消費電力を抑えることができる。

移動体１０Ａが他の移動体１０Ｂから遠ざかる向きに移動している場合、距離ａは、移動体１０ａが送電電極群１２０の端部１２０ｅに到達してから経過した時間、および移動体１０ａの速度の組み合わせに基づいて計算できる。移動体１０Ａが他の移動体１０Ｂに向かって移動している場合、距離ａは、移動体１０ａが送電電極群１２０の他の端部に到達してから経過した時間、移動体１０ａの速度、および送電電極群１２０の長さの組み合わせに基づいて計算できる。後者の場合、送電電極群１２０の長さから、移動体１０Ａが送電電極群１２０に沿って移動した距離を引けば、距離ａを算出できる。

他の移動体１０Ｂは、送信波を受けたとき、停止するのではなく、減速してもよい。他の移動体１０Ｂは、例えば、以下の（ａ）〜（ｄ）の少なくとも１つの動作を行ってもよい。
（ａ）検知した送信波の強度に応じて減速度を大きくする（すなわち走行速度を下げる）。
（ｂ）上記（ａ）に加え、予め設定された最大強度の送信波を検知した場合に停止する。
（ｃ）送信波を検知すると、通常時（すなわち非充電時）の走行速度よりも低い任意の速度（例えば、予め設定された最低の走行速度）まで減速する。
（ｄ）上記（ｃ）に加え、さらに、衝突回避機能が動作する距離まで近接した場合には即停止する。

他の移動体１０Ｂが以上のような動作を行うことにより、移動体１０Ａおよび１０Ｂの両方が同時に送電電極群１２０に対向する状況を効果的に回避することができる。また、他の移動体１０Ｂが送電電極群１２０上に到達するまでに要する時間を短縮することができる。このような効果により、移動体システムに含まれる各移動体の電池残量低下のリスクを効果的に低減することができる。

次に、本実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成をより詳細に説明する。なお、以下に説明するシステムの構成は一例であり、要求される機能および性能に応じて、適宜変更してもよい。

図１２は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成を概略的に示すブロック図である。送電装置１００は、外部の直流電源３１０から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１６０と、交流電力を送電する２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂと、インバータ回路１６０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとの間に接続された整合回路１８０とを備える。直流電源３１０は、外部から供給された交流電力を、コンバータ回路で直流電力に変換した電源であってもよい。本実施形態では、インバータ回路１６０は、整合回路１８０を介して第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂに電気的に接続され、第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を出力する。移動体１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備える。

受電装置２００は、２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂと容量結合して電力を受け取る２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂと、２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続された整合回路２８０と、整合回路２８０に接続され、受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路２６０とを有する。第１の受電電極２２０ａは、第１の送電電極１２０ａと対向したときに、第１の送電電極１２０ａとの間に容量結合を形成する。第２の受電電極２２０ｂは、第２の送電電極１２０ａと対向したときに、前記第２の送電電極との間に容量結合を形成する。これらの２つの容量結合を介して交流電力が送電装置１００から受電装置２００に非接触で伝送される。

本実施形態における各移動体１０の筐体、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂのそれぞれのサイズは、特に限定されないが、例えば以下のサイズに設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂの長さ（Ｙ方向のサイズ）は、例えば５０ｃｍ〜２０ｍの範囲内に設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂのそれぞれの幅（Ｘ方向のサイズ）は、例えば５ｃｍ〜２ｍの範囲内に設定され得る。移動体１０の筐体の進行方向および横方向におけるそれぞれのサイズは、例えば、２０ｃｍ〜５ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａの長さ（進行方向におけるサイズ）は、例えば５ｃｍ〜２ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａの幅（横方向におけるサイズ）は、例えば２ｃｍ〜２ｍの範囲内に設定され得る。送電電極間のギャップ、および受電電極間のギャップは、例えば１ｍｍ〜４０ｃｍの範囲内に設定され得る。但し、これらの数値範囲に限定されない。但し、これらの数値範囲に限定されない。

負荷３３０は、例えば駆動用のモータおよび蓄電用のキャパシタまたはバッテリを含み得る。負荷３３０は、受電回路２１０から出力された直流電力によって駆動または充電される。

モータは、直流モータ、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などの、任意のモータであり得る。モータは、シャフトおよびギア等を介して移動体１０の車輪を回転させ、移動体１０を移動させる。モータの種類に応じて、受電回路２１０は、整流回路、インバータ回路、インバータ制御回路などの、各種の回路を含み得る。

蓄電用のキャパシタは、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であり得る。このようなキャパシタを蓄電器として用いることにより、バッテリ（二次電池）を用いた場合よりも、急速な充電が可能である。キャパシタに代えて、二次電池（例えば、リチウムイオン電池等）を用いてもよい。その場合、充電に要する時間は増加するが、より多くのエネルギを蓄えることができる。移動体１０は、キャパシタまたは二次電池に蓄えられた電力によってモータを駆動して移動する。

移動体１０が移動すると、キャパシタまたは二次電池の蓄電量（充電量）が低下する。このため、移動を継続するためには、再充電が必要になる。そこで、移動体１０は、移動中に充電量が所定の閾値を下回ると、送電装置１００から充電を行う。

図１３は、無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。図示される例では、送電装置１００における整合回路１８０は、送電回路１１０に接続された直列共振回路１３０ｓと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに接続され、直列共振回路１３０ｓと誘導結合する並列共振回路１４０ｐとを有する。整合回路１８０は、インバータ回路１６０のインピーダンスと送電電極１２０ａ、１２０ｂのインピーダンスとを整合させる機能を有する。送電装置１００における直列共振回路１３０ｓは、第１のコイルＬ１と第１のキャパシタＣ１とが直列に接続された構成を有する。送電装置１００における並列共振回路１４０ｐは、第２のコイルＬ２と第２のキャパシタＣ２とが並列に接続された構成を有する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２との巻数比は、所望の変圧比（昇圧比または降圧比）を実現する値に設定される。

受電装置２００における整合回路２８０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続された並列共振回路２３０ｐと、整流回路２６０に接続され、並列共振回路２３０ｐと誘導結合する直列共振回路２４０ｓとを有する。整合回路２８０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂのインピーダンスと、受電回路２１０のインピーダンスとを整合させる機能を有する。並列共振回路２３０ｐは、第３のコイルＬ３と第３のキャパシタＣ３とが並列に接続された構成を有する。受電装置２００における直列共振回路２４０ｓは、第４のコイルＬ４と第４のキャパシタＣ４とが直列に接続された構成を有する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４との巻数比は、所望の変圧比を実現する値に設定される。

なお、整合回路１８０、２８０の構成は、図１３に示す構成に限定されない。例えば、直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓのそれぞれに代えて、並列共振回路を設けてもよい。また、並列共振回路１４０ｐ、２３０ｐのそれぞれに代えて、直列共振回路を設けてもよい。さらには、整合回路１８０、２８０の一方または両方を省略してもよい。整合回路１８０を省略する場合、インバータ回路１６０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとが直接接続される。整合回路２８０を省略する場合、整流回路２６０と受電電極２２０ａ、２２０ｂとが直接接続される。本明細書においては、整合回路１８０を設けた構成も、インバータ回路１６０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとが電気的に接続された構成に該当する。同様に、整合回路２８０を設けた構成も、整流回路２６０と受電電極２２０ａ、２２０ｂとが電気的に接続された構成に該当する。

図１４Ａは、インバータ回路１６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、インバータ回路１６０は、４つのスイッチング素子（例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタ）を含むフルブリッジ型のインバータ回路と、送電制御回路１５０とを有する。送電制御回路１５０は、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（マイコン）等のプロセッサとを有する。図示されるフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、Ｅ級などの他の発振回路を用いてもよい。インバータ回路１６０は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。通信用の変復調回路を有する場合、交流電力に重畳してデータを受電装置２００に送信することができる。

なお、本開示は、電力伝送の目的ではなく、データを送信する目的で微弱な交流信号（例えばパルス信号）を受電装置２００に送信する形態も含まれる。そのような形態でも、微弱な電力が伝送されるといえるため、微弱な交流信号（例えばパルス信号）を伝送することも、「送電」または「電力伝送」の概念に含まれる。また、そのような微弱な交流信号も、「交流電力」の概念に含まれる。

図１４Ｂは、整流回路２６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、受電回路２１０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２６０は、他の整流器の構成を有していてもよい。整流回路２６０の他にも、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んでいてもよい。整流回路２６０は、受け取った交流エネルギを負荷３３０が利用可能な直流エネルギに変換する。直列共振回路２４０ｓから出力される電圧および電流などを測定する各種のセンサが整流回路２６０に含まれていてもよい。

共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓにおける各コイルは、例えば、回路基板上に形成された平面コイルもしくは積層コイル、または、銅線、リッツ線、もしくはツイスト線などを用いた巻き線コイルであり得る。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓにおける各キャパシタには、例えばチップ形状またはリード形状を有するあらゆるタイプのキャパシタを利用できる。空気を介した２配線間の容量を各キャパシタとして機能させることも可能である。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。

電源３１０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）、商用電源に接続された電圧変換器などの任意の電源であってよい。

共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの共振周波数ｆ０は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数ｆ１に一致するように設定される。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの各々の共振周波数ｆ０は、伝送周波数ｆ１に厳密に一致していなくてもよい。各々の共振周波数ｆ０は、例えば、伝送周波数ｆ１の５０〜１５０％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数ｆ１は、例えば５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、ある例では２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、他の例では２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、さらに他の例では８０ｋＨｚ〜１４ＭＨｚに設定され得る。

本実施形態では、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間は空隙であり、その距離は比較的長い（例えば、１０ｍｍ程度）。そのため、電極間のキャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２は非常に小さく、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂの入出力インピーダンスは非常に高い（例えば、数ｋΩ程度）。これに対し、送電回路１１０および受電回路２１０の入出力インピーダンスは、例えば数Ω程度と低い。

本実施形態では、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂに近い側に並列共振回路１４０ｐ、２３０ｐがそれぞれ配置され、送電回路１１０および受電回路２１０に近い側に直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓがそれぞれ配置される。このような構成により、インピーダンスの整合を容易に行うことができる。直列共振回路は、共振時にインピーダンスがゼロ（０）になるため、低い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。一方、並列共振回路は、共振時にインピーダンスが無限大になるため、高い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。よって、図１３に示す構成のように、低い入力インピーダンスの電源回路側との接続点に直列共振回路を配置し、高い出力インピーダンスの電極側との接続点に並列共振回路を配置することにより、インピーダンス整合を容易に実現することができる。同様に、電極側に並列共振回路を配置し、負荷側に直列共振回路を配置することにより、受電装置２００におけるインピーダンス整合を好適に実現することができる。

なお、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の距離を短くしたり、間に誘電体を配置したりした構成では、電極のインピーダンスが低くなるため、上記のような非対称な共振回路の構成にする必要はない。また、インピーダンス整合の問題がない場合は、整合回路１８０、２８０自体を省略してもよい。

以上の実施形態では、送電電極群１２０は、地面に敷設されているが、送電電極群１２０は、壁などの側面、または天井などの上面に敷設されていてもよい。送電電極群１２０が敷設される場所および向きに応じて、移動体１０の受電電極群２２０の配置および向きが決定される。

図１５Ａは、送電電極群１２０が壁などの側面に敷設された例を示している。この例では、受電電極群２２０は、移動体１０の側方に配置される。図１５Ｂは、送電電極群１２０が天井に敷設された例を示している。この例では、受電電極群２２０は、移動体１０の天板に配置される。これらの例のように、送電電極群１２０および受電電極群２２０の配置には様々なバリエーションがある。

本開示の実施形態における無線電力伝送システムは、前述のように、工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体１０は、物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。しかし、本開示における無線電力伝送システムおよび移動体は、このような用途に限らず、他の様々な用途に利用され得る。例えば、移動体は、ＡＧＶに限らず、他の産業機械、サービスロボット、電気自動車、マルチコプター（ドローン）等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場または倉庫に限らず、例えば、店舗、病院、家庭、道路、滑走路その他のあらゆる場所で利用され得る。

本開示の技術は、電力によって駆動される任意の機器に利用できる。例えば、無人搬送車（ＡＧＶ）などの電動車両に好適に利用できる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 移動体
２０ 電源
３０ 床面
１００ 送電装置
１１０ 送電回路
１２０ 送電電極群
１２０ａ、１２０ｂ 送電電極
１３０ｓ 直列共振回路
１４０ｐ 並列共振回路
１５０ 送電制御回路
１６０ インバータ回路
１８０ 整合回路
１９０ 送電検出器
２００ 受電装置
２１０ 受電回路
２２０ 受電電極群
２２０ａ、２２０ｂ 受電電極
２３０ｐ 並列共振回路
２４０ｓ 直列共振回路
２５０ 受電制御回路
２６０ 整流回路
２８０ 整合回路
２９０ 受電検出器
３２０ 蓄電装置電池
３３０ 負荷
３４０ 負荷制御回路
３５０ 充放電制御回路
３６０ レーザレンジファインダ
３７０ モータ
３８０ 通信器

Claims (13)

1. 第１の方向に延びる２つ以上の送電電極を含む送電電極群を備える送電装置から無線で伝送された電力によって充電される移動体であって、
   前記移動体の移動方向における寸法は、前記送電電極群の前記第１の方向における長さよりも短く、
   前記送電電極群と容量結合して前記送電電極群から交流電力を受け取る２つ以上の受電電極を含む受電電極群と、
   前記受電電極群に接続され、前記受電電極群が受け取った交流電力を他の形態の電力に変換して出力する受電回路と、
   送信波を周囲に送出する発信器と、
   前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態において、前記発信器に、他の移動体に向けて前記他の移動体を減速させる送信波を送出させることにより、前記他の移動体の受電電極群の少なくとも一部が前記送電電極群の少なくとも一部に対向することを阻止する制御回路と、
   を備える、移動体。
2. 前記制御回路は、前記送電電極群への他の移動体の接近を検知したとき、前記発信器に前記送信波を送出させる、請求項１に記載の移動体。
3. 前記制御回路が前記発信器に前記送信波を送出させるときの前記送電電極群の前記他の移動体が到来する側の端部からの前記移動体の距離をａ、
   前記他の移動体が前記送信波を検知してから停止するまでに移動する距離をｂ、
   前記他の移動体が前記発信器から送出される前記送信波を検知可能な前記移動体と前記他の移動体との最大距離をｃとするとき、
   前記制御回路は、ｃ＞ａ＋ｂを満足する強度で前記送信波を前記発信器に送出させる、
   請求項１または２に記載の移動体。
4. 前記制御回路は、前記発信器に送出させる前記送信波の強度を、距離ａおよびｂに応じて変化させる、請求項３に記載の移動体。
5. 前記制御回路は、前記移動体が前記送電電極群の前記端部に到達してから経過した時間および前記移動体の速度の組み合わせ、または、前記移動体が前記送電電極群の他の端部に到達してから経過した時間、前記移動体の速度、および電極の長さの組み合わせに基づいて、距離ａを算出する、請求項２または３に記載の移動体。
6. 前記制御回路は、前記他の移動体の速度に基づいて、距離ｂを算出する、請求項２から５のいずれかに記載の移動体。
7. 前記制御回路は、
   移動体を移動させながら、前記発信器に前記送信波を送出させ、
   前記移動体の位置の変化に応じて、前記送信波の強度を変化させる、
   請求項１から６のいずれかに記載の移動体。
8. 前記発信器は、指向性を有する発信器、または等方的な送信波を発する発信器である、請求項１から７のいずれかに記載の移動体。
9. 前記発信器は、前記移動体の後方を含む少なくとも１つの方向に前記送信波を送出する、請求項８に記載の移動体。
10. 前記制御回路は、前記受電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの測定結果を利用して、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っている状態を検知する、
    請求項１から９のいずれかに記載の移動体。
11. 前記制御回路は、前記受電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの値が閾値を超えたとき、前記受電電極群が前記交流電力を受け取っていると判断する、請求項８に記載の移動体。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の移動体と、
    前記送電装置と、
    を備える移動体システム。
13. 前記他の移動体をさらに備える、請求項１２に記載の移動体システム。

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