JP2021010273A - 受電装置、給電装置、および受給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明が解決しようとする課題は、非接触での給電に関し、給電装置から受電装置への給電効率の低下を抑制することができる受電装置、給電装置、および受給電システムを提供することである。【解決手段】実施形態のカート１は、置台２０から非接触で電力の供給を受ける受電装置である。カート１は、水平方向に移動可能な本体２と、下方に向けて形成されるとともに本体２の水平方向の移動により置台２０の給電面３１と対向可能な受電面１０を有する受電ユニット９と、受電面１０よりも下方に突出して設けられたクリーニング部材１１とを備えたものである。【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、受電装置、給電装置、および受給電システムに関する。

従来、移動作業ロボットが備える充電池に非接触で充電を行えるようにしたものが知られている。（特許文献１）

特許文献１のものは、移動作業ロボットを充電ユニット上に載置してセットすると、充電ユニットに上向きに形成された電極面と、移動作業ロボットに下向きに形成された電極面とがギャップを介して対向して非接触で充電を行うことができる。そして、充電している状態では、上記ギャップが外部から遮断される構成とすることで、充電中の磁気干渉やギャップへ異物混入を防止して、充電効率の低下を防止するというものである。

特許文献１のものでは、移動作業ロボットが充電ユニットにセットされる前に充電ユニットの電極に異物が載置されてしまうと、そのまま充電されて充電効率の低下が発生するおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、非接触での給電に関し、給電効率の低下を抑制することができる受電装置、給電装置、および受給電システムを提供することである。

実施形態の受電装置は、給電装置から非接触で電力の供給を受ける受電装置であって、水平方向に移動可能な移動体に設けられ、下方に向けて形成されるとともに前記移動体の水平方向の移動により前記給電装置の給電面と対向可能な受電面を有する受電ユニットと、前記受電面よりも下方に突出して設けられたクリーニング部材とを備えたものである。

実施形態の給電装置は、水平方向に移動可能な受電装置に非接触で電力を供給する給電装置であって、下方に向けて形成されるとともに前記受電装置の水平方向の移動により前記受電装置の受電面と対向可能な給電面を有する給電ユニットと、前記給電面よりも下方に突出して設けられたクリーニング部材とを備えたものである。

実施形態の受給電システムは、受電面を有し、水平方向に移動可能な受電装置と、前記受電装置の水平方向の移動により前記受電面と対向可能な給電面を有し、前記受電装置に非接触で電力を供給する給電装置と、を有する受給電システムであって、上下方向に対向可能な前記受電面および前記給電面のうち、上の面側から下の面側へ突出して設けられたクリーニング部材を備えたものである。

図１は、第１の実施形態に係る受電装置の斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る受電装置を下方からみた下面図である。 図３は、第１の実施形態に係る受電ユニットを示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態に係るクリーニング部材の一部を示す斜視図である。 図５は、第１の実施形態に係る給電装置の斜視図である。 図６は、第１の実施形態に係る受給電システムの斜視図である。 図７は、第１の実施形態に係るクリーニング部材の動作を説明する図である。 図８は、第１の実施形態に係るクリーニング部材の動作を説明する図である。 図９は、第２の実施形態に係るクリーニング部材の動作を説明する図である。 図１０は、第２の実施形態に係るクリーニング部材の動作を説明する図である。 図１１は、クリーニング部材の変形例を示す図である。

以下、第１の実施形態の受電装置、給電装置、およびこれら両装置からなる受給電システムについて図面を参照して説明する。実施形態では、給電装置から非接触で電力の供給を受ける受電装置の一例としてスキャナを備えたカートを適用する。また、給電装置の一例として、カートの置台を適用する。しかしながら、受電装置および給電装置の形態は任意であり、これらに限られるものではない。

（第１の実施形態）
まず、受電装置の一例であるカート１について説明する。カート１は、スーパーマーケットなどの店舗内で利用される手押し車であり、顧客が購入する商品を積載して運搬可能である。図１に示すように、カート１は、複数のフレームからなる本体２、ハンドル部３、買い物カゴなどを載置するカゴ載置部４、キャスター５、タブレット端末６、スキャナ７、バッテリホルダ８、受電ユニット９を備える。本体２は、移動体を構成するものであって、キャスター５によって水平方向に移動可能に支持される。キャスター５は、本体２を水平方向に移動可能に支持する支持体として機能する。

ハンドル部３は、本体２のフレームの一部で構成され、顧客がカート１を移動させるために設けられている。カゴ載置部４は、ハンドル部３に隣接して形成され、顧客が購入する商品を収納するカゴを載置するものである。キャスター５は、カート１の４本の脚にそれぞれ回転自在に取り付けられている。ハンドル部３側に近い一対のキャスター５、５間の間隔は、他の一対のキャスター５、５間の間隔より広くなっている。実施形態においては、間隔が狭い一対のキャスター５、５が設けられている側を前側、間隔が広い一対のキャスター５、５が設けられている側を後側とする。

タブレット端末６は、本体２に着脱可能に設けられている。スキャナ７は、電源コードを介して本体２に着脱可能に設けられている。スキャナ７は、顧客が購入しようとする商品に付されたバーコードの情報を顧客自身が読取るために使用される。タブレット端末６は、スキャナ７で読取られたバーコードの情報に基づいて、当該バーコードが付された商品の商品情報を登録する。そして、図示しない会計機が、タブレット端末６から送信された商品情報に基づいて会計処理を行う。会計処理とは、商品情報に基づいて、取引に係る合計金額や税額の表示、顧客から預かった預り金に基づいて釣銭を計算して表示する処理、商品情報や決済情報（合計金額、預り金額、釣銭額等）を印字したレシートを発行する処理等をいう。バッテリホルダ８は、スキャナ７に電源を供給するバッテリを保持する。

続いて、受電ユニット９について、図２〜図４を参照して説明する。受電ユニット９は、キャスター５によって水平方向に移動可能な本体２に設けられ、後述する給電ユニットから電力を供給されるものである。受電ユニット９は、下方に向く平面上の受電面１０と、クリーニング部材１１と、図示しない受電コイルを備えた受電回路と、充電回路とを備える。受電面１０は、電極面であって、前側のキャスター５と後側のキャスター５の間に配置される。受電コイルは、受電面１０に沿って配置される。上記受電回路は、給電ユニットから電力を受電する。上記充電回路は、受電した電力を直流電圧に変換してバッテリの充電を行う。

クリーニング部材１１は、受電面１０よりも下方に突出して設けられる。図２、図３に示すように、クリーニング部材１１は、受電面１０の前側に配置され、受電面１０の前縁に沿って設けられている。すなわち、クリーニング部材１１は、カート１が後述する置台に収容される際に移動する方向（以下、移動方向という）において、受電面１０よりも前側に配置されている。クリーニング部材１１の左右方向（移動方向と直行する方向）の幅は、好ましくは受電面１０の左右方向の幅より広いことが望ましい。クリーニング部材１１は、受電ユニット９の保持部(図示せず)に着脱可能に取り付けられる取付部１１Ａと、取付部１１Ａに設けられたブラシ１１Ｂとからなる。ブラシ１１Ｂは、例えば弾力性のある繊維質の毛で構成されていて、その下端が受電面１０よりも下方に突出している。クリーニング部材１１は、毛状のものでなく薄い板状のゴムブレードなどでもよく、前後方向に撓むことが可能であることが望ましい。クリーニング部材１１は、ブラシ１１Ｂが変形するなどしてブラシとしての機能が低下した場合に交換できるように、受電ユニット９に着脱可能な構成となっている。

次に、給電装置である置台２０について、図５を参照して説明する。置台２０は、スーパーマーケットの店舗内のカート置場に配置されて、使用されていない複数のカートを置いて収容するものである。置台２０は、ガイド２１、ストッパ２２、複数（実施形態では４つ）の給電ユニット３０を備える。

ガイド２１は、カート１の一対の前側キャスター５をガイドするもので、置台２０の長手方向（以下、前後方向という）に沿って一対形成されたガイド溝２５を備えている。ガイド溝２５は、前後方向の後側に幅広の案内部２６を有している。また、ガイド溝２５は、位置決め部２７を備えている。位置決め部２７は、ガイド溝２５の底面に形成された凹部で構成され、カート１の前側キャスター５が入り込むことで、カート１を給電ユニットに対応した位置に位置決めする。位置決め部２７は、ガイド溝２５の前後方向に所定間隔をおいて給電ユニット３０と同数設けられている。

ストッパ２２は、置台２０の前後方向の前端に位置して、上方に突出するよう設けられている。ストッパ２２の左右方向の幅は、ガイド２１の幅より広い。ストッパ２２は、ガイド２１に案内されたカート１が置台２０から前側に飛び出さないように押さえる機能を有する。

給電ユニット３０は、一対のガイド溝２５、２５間に位置し、置台２０の前後方向に沿って複数設けられている。給電ユニット３０は、上方に向く平面上の電極面からなる給電面３１と、図示しない給電コイルを備えた給電回路とを備える。給電ユニット３０は、位置決め部２７と対応して設けられている。カート１が位置決め部２７によって所定位置に位置決めされると、給電面３１は、カート１の受電面１０と１センチメートル程度の距離を介して対向する。この状態で給電コイルに通電して電磁誘導が生じることで、給電ユニット３０は、受電ユニット９に非接触で電力を給電する。非接触給電の方式としては、電磁誘導式、磁界共振式など様々な方式が知られているが、各種方式を用いることができる。なお、本実施形態では、「非接触」の用語を、電力伝送が無線により行われるものとして、使用している。そのため、仮に、給電面３１と受電面１０とが、意図するしないにかかわらず、何らかの要因で、給電時に接触していたとしても、電力伝送が無線により行われているものであれば、非接触で給電しているものとする。

給電ユニット３０は、給電面３１の前側に位置する異物収納溝３２と、異物収納溝３２の前側に位置するブラシ収納溝３３とを備えている。異物収納溝３２、ブラシ収納溝３３は、それぞれの左右方向の幅が給電面３１の左右方向の幅と同じか若干広くなっている。また、ブラシ収納溝３３の深さは異物収納溝３２の深さより浅い。

図６は、４台のカート１が置台２０に置かれている状態を示している。よく知られているように、顧客に使用されていない各カート１は、その一部が前後方向に重なって置けるようになっている。この状態では、各カート１の受電面１０は、置台２０の各給電面３１にそれぞれ上下方向に対向する。この例では、受電面１０が上側の面を、給電面３１が下側の面を、それぞれ構成する。そして、カート１が使用されておらず、置台２０に収容されているときに、受電ユニット９は、給電ユニット３０から受電した電力でカート１のバッテリを充電する。受電装置であるカート１と給電装置である置台２０によって、受給電システムが構成される。

次に、カート１が置台２０に置かれて受電ユニット９が給電ユニット３０から受電される点について説明する。顧客が買い物を終えると、顧客またはスーパーマーケットの従業員（以下、顧客等という）は、カート１の前側キャスター５を置台２０の案内部２６を通してガイド溝２５内に移動させる。置台２０にカート１が１台も置かれていない場合、カート１は、置台２０の最も前側に位置する給電面３１に対応する位置で位置決めされる。

顧客等は、カート１のハンドル部３を押して前側キャスター５をガイド溝２５内で前側に移動させる。このとき、前側キャスター５は、案内部２６側にある位置決め部２７に一度入り込むが、顧客等がさらにカート１を前方に押すことでこの位置決め部２７を超えることができる。そして、前側キャスター５は、３か所の位置決め部２７を超えた後、最も前側に位置する位置決め部２７に入り込む。顧客等が誤ってさらに前方に押しても、カート１は、その前端部がストッパ２２に接して、それ以上前側に移動することがない。こうして、位置決め部２７によって、カート１が所定位置に位置決めされると、受電ユニット９の受電面１０と給電ユニット３０の給電面３１が上下方向に対向して非接触で給電が行われる。

カート１が置台２０の所定位置に置かれる過程でのクリーニング部材１１の機能に関して、図７、図８を参照して説明する。顧客等がカート１を置台２０に出し入れする際等にゴミ等の異物を置台２０の給電面上に落とすことがある。図７において、このようなゴミなどの異物をＧとして示す。

顧客等が案内部２６にカート１の前側キャスター５を位置させた後、カート１をガイド２１に沿って移動させると、その移動方向において受電面１０よりも前側に設けられたクリーニング部材１１の下端は給電ユニット３０の上面Ａに当接して若干撓んだ状態となる。この状態から顧客等がカート１を押すと、図７に示すように、カート１が移動することによって、クリーニング部材１１は、給電ユニット３０の上面Ａやこれと同一面を形成する給電面３１に当接しながら移動する。このときに、クリーニング部材１１は、給電ユニット３０の上面Ａや給電面３１を掃いて、これらに載置されている異物を除去する。

クリーニング部材１１は、最も前側に位置する給電面３１上に載置された異物Ｇを掃いて異物収納溝３２に落とす。その後、カート１はさらに移動されて所定位置で位置決めされる（図８）。この位置では、受電面１０と給電面３１とが上下に対向する。また、クリーニング部材１１の先端は、ブラシ収納溝３３内に位置し、クリーニング部材１１は、撓んだ状態から自然状態に戻る。

実施形態のものでは、受電装置が水平方向に移動して受電面と給電面が対向する構成において、受電面１０と給電面３１とが上下方向に対向しているので、これらが水平方向に対向するものと比較して、以下に説明するような利点がある。給電ユニット３０から受電ユニット９への給電を行うには、受電面１０と給電面３１とが適切な状態で対向する必要がある。適切な状態とは、受電面１０と給電面３１とが対向する方向の両者の距離と、面に沿う方向の両者の位置と、が給電可能となる所定の関係になっていることである。

そして、カート１のようにキャスター５が接地して床面との距離が一定の状態で移動するものにおいては、受電面１０と給電面３１とを上下方向に対向させること、言い換えれば、受電面１０と給電面３１とを移動方向に沿って形成させることで、両者が対向する方向の両者の距離は一定に維持される。したがって、受電面１０と給電面３１とを水平方向に対向させた場合に必要となる構成、すなわち両者が対向する方向の距離を一定とするような位置決めの構成が不要となるという利点がある。実施形態では、この構成を前提として、さらに以下に述べる効果を得ることができる。

実施形態によれば、上述したように、受電面１０と給電面３１を対向させるようにカート１を移動させると、受電面１０の前側（カート１の移動方向の前側）に設けられて下方に突出したクリーニング部材１１が、給電面３１に当接しながら給電面３１の上面を掃く。これにより、給電面３１の上面に載置されている異物を除去することができるので、給電ユニット３０から受電ユニット９への給電効率の低下を抑制することができる。より詳細には、給電面３１に異物例えば金属が載置されて受電面１０と給電面３１との間に位置した状態で給電が行われた場合、金属が給電ユニット３０から磁束エネルギーを受けて発熱することでロスが生じて給電効率が低下するが、実施形態によればこのような給電効率の低下を抑制できる。しかも、カート１を所定位置に収容させる操作に伴って給電面３１上の異物の除去が行われるので、顧客等は、異物除去のための格別な操作を何ら行う必要がなく、容易に給電効率の低下を抑制することができる。

また、実施形態によれば、カート１を所定位置に収容させる操作に伴って除去された異物を収納する異物収納溝３２を設けたので、除去した異物が散乱することがない。このため、異物収納溝３２を清掃すればよく、わずらわしい掃除を行う必要がない。また、異物収納溝３２に着脱可能なカートリッジを設ければ、異物の廃棄がより容易にすることができる。

加えて、実施形態によれば、カート１が受電面１０と給電面３１とが対向する所定位置に位置決めされた状態でブラシ１１Ｂの先端を受け入れるブラシ収納溝３３を設けたので、クリーニング部材１１の耐久性低下を抑制できる。すなわち、ブラシ１１Ｂは、給電面３１上を掃いて異物を除去するという機能を持つので、給電ユニット３０上にあるときには撓んだ状態であるが、カート１が所定位置に収容されて長時間置かれるときには自然状態となる。したがって、ブラシ１１Ｂの変形を抑えることができ、結果としてクリーニング部材１１の耐久性低下を抑制できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図９、図１０を参照して説明する。図９、図１０は、カート１と置台２０の一部を示したものである。前述した実施形態と異なる点は、置台に設けられている給電ユニットが１つであること、給電面が上側の面を構成して下向きに、受電面が下側の面を構成して上向きにそれぞれ形成されていること、クリーニング部材が置台側に設けられて受電面を掃くものであること、である。

置台４０は、水平方向に移動可能な受電装置に非接触で電力を供給する給電装置を構成するものであって、底面部４１と支持アーム４２と給電ユニット４３とを備える。底面部４１には、異物収納溝４４が設けられている。支持アーム４２は、底面部４１から上方に延びて形成されるもので、給電ユニット４３を底面部４１から上方に離間した状態で支持する。給電ユニット４３は、下向きの形成される給電面４５と、この給電面４５の後方に位置して設けられたクリーニング部材４６とを備えている。ここでは、カート５０を受け入れる側（図９の右側）を後側とする。

一方、カート５０は、その前端部には支持部５１を備えている。支持部５１には、給電ユニット４３と平行となる受電ユニット５２が設けられている。受電ユニット５２に形成される受電面５３は、上向きに形成されて、給電面４５と上下方向に対向可能となっている。

上記構成において、カート５０が置台４０の所定位置に置かれるまでの経過におけるクリーニング部材４６の機能に関して、図９、図１０を参照して説明する。顧客が買い物中にカート１に設けられた受電面５３にゴミ等の異物Ｇが載置されてしまうことがある。クリーニング部材４６は、カート５０を置台４０に収容する動作に連動して受電面５３上の異物Ｇを除去する。

図７、図８の説明と同様に、カート５０が矢印の方向に移動されると、給電ユニット４３に設けられたクリーニング部材４６は、その下端が受電ユニット５２の上面Ｂに当接して若干撓んだ状態となる。この状態からさらにカート５０が移動すると、クリーニング部材４６は、受電ユニット５２の上面Ｂやこれと同一面を形成する受電面５３に当接する。このときに、クリーニング部材４６は、受電ユニット５２の上面Ｂや受電面５３を掃いて、これらに載置されている異物を除去する。

その後、さらにカート５０が移動されて、受電面５３と給電面４５とが上下方向に対向する所定位置になると、カート５０は置台４０に位置決めされる。この状態では、図１０に示すように、クリーニング部材４６は、受電ユニット５２の上面Ｂから離反して自然状態に戻る。このとき、クリーニング部材４６で除去された異物Ｇは、異物収納溝４４に収納される。

第２の実施形態によれば、上述したように、カート５０が移動して、クリーニング部材４６が受電面５３を掃いて、これらに載置されている異物を除去する。したがって、給電ユニット４３から受電ユニット５２への給電を行う前に、上向きに形成された受電面５３上の異物を除去することができる。このため、前述した実施形態と同様に、受電面５３と給電面４５との間に異物が位置した状態で給電が行われることを防止でき、給電効率の低下を抑制できる。

次に、クリーニング部材１１に関する変形例について図１１を参照して説明する。図１１は、第１の実施形態における受電ユニット９または第２の実施形態における給電ユニット４３の変形例を示している。ここでは、第１の実施形態の受電ユニット９として説明することとし、給電ユニット４３については、対応する構成の番号をかっこ書きで記載するにとどめる。

第１の実施形態と異なる点は、クリーニング部材１１が受電面１０を挟んでカート１の移動方向の前側および後側にそれぞれ配置されていることである。カート１の移動方向とは、カート１がガイド２１に沿って移動する方向である。

上記構成によれば、カート１が受電面１０と給電面３１とが対向する所定位置に移動されるときに、誤って所定位置を超えた位置まで移動されてしまい、その状態で一定時間放置されたとしても、給電前に給電面３１上の異物を除去することができる。所定位置を超えた位置から所定位置にカート１を戻す際に、受電面１０の後側に配置されたクリーニング部材１１が給電面３１を掃くことができるからである。第２の実施形態におけるクリーニング部材４６を、給電面４５を挟んでカート１の移動方向の前側および後側にそれぞれ配置すれば、給電前に受電面５３上の異物を除去することができるという、同等の効果が得られる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

例えば、実施形態では、受電装置を、カートを用いたＰＯＳシステムのカートに適用した例で説明したが、例えば、バッテリを備えた自走式ロボットに適用することも可能である。また、実施形態では、給電装置を、複数の給電ユニットを備えた置台に適用した例で説明したが、１つの給電ユニットだけを備えるものに適用してもよい。

実施形態では、受電装置を床などの被載置面上で移動可能に支持する構成としてキャスターを用いたが、水平方向に移動可能に支持する構成であれば、キャスターに限らない。また、クリーニング部材として、対向する給電面や受電面に当接する長さの可撓性を有するブラシを採用したが、載置された面の異物を除去できるものであれば、必ずしも受電面や給電面に当接するものでなくてもよく、その場合は可撓性も要しない。

１ カート（受電装置）
２ 本体（移動体）
９ 受電ユニット
１０ 受電面
１１ クリーニング部材
２０ 置台（給電装置）
３０ 給電ユニット
３１ 給電面
３２ 異物収納溝（溝）
４０ 置台（給電装置）
４３ 給電ユニット
４４ 異物収納溝（溝）
４５ 給電面
４６ クリーニング部材
５０ カート（受電装置）
５２ 受電ユニット
５３ 受電面

特開２００５−３１２０９６号公報

Claims (6)

1. 給電装置から非接触で電力の供給を受ける受電装置であって、
   水平方向に移動可能な移動体に設けられ、下方に向けて形成されるとともに前記移動体の水平方向の移動により前記給電装置の給電面と対向可能な受電面を有する受電ユニットと、
   前記受電面よりも下方に突出して設けられたクリーニング部材と、
   を備えたことを特徴とする受電装置。
2. 前記クリーニング部材は、前記受電面を間において前記移動体が移動する方向の前側と後側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
3. 水平方向に移動可能な受電装置に非接触で電力を供給する給電装置であって、
   下方に向けて形成されるとともに前記受電装置の水平方向の移動により前記受電装置の受電面と対向可能な給電面を有する給電ユニットと、
   前記給電面よりも下方に突出して設けられたクリーニング部材と
   を備えたことを特徴とする給電装置。
4. 前記クリーニング部材は、前記給電面を間において前記受電装置が移動する方向の前側と後側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の給電装置。
5. 受電面を有し、水平方向に移動可能な受電装置と、前記受電装置の水平方向の移動により前記受電面と対向可能な給電面を有し、前記受電装置に非接触で電力を供給する給電装置と、を有する受給電システムであって、
   上下方向に対向可能な前記受電面および前記給電面のうち、上の面側から下の面側へ突出して設けられたクリーニング部材を
   備えたことを特徴とする受給電システム。
6. 前記クリーニング部材で除去された異物を収容する溝を前記下の面に隣接して設けたことを特徴とする請求項５に記載の受給電システム。

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