JP2021078238A - 無線給電システム及び無線給電システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】給電効率の高い無線給電システムを提供する。【解決手段】レール２２と、レール２２に沿って移動可能に設けられた受電装置３０と、レール２２と対向する位置に連続して設けられた複数の送電装置４０と、受電装置３０の位置を検出する位置検出センサ４２と、送電装置４０ａ、送電装置４０ｂ、送電装置４０ｃ・・・を含む複数の送電装置４０の送電を制御する制御ユニット５０と、を備える。この無線給電システム２０は、レール２２に沿って移動する受電装置３０に送電装置４０から送電し、受電装置３０に無線給電する。このとき、位置検出センサ４４によって検出された受電装置３０の位置に基づいて送電装置４０からの送電が制御ユニット５０によって制御される。こうすることにより、送電効率を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、無線給電システム及び無線給電システムの制御方法に関する。

従来、給電効率の低下を抑制できる移動車両給電システムが知られている。例えば、特許文献１では、給電エリア内に位置する移動車両に対して非接触給電を行う移動車両給電システムであって、移動車両に設けられた受電コイルと、給電エリア内において互いに異なる位置に配設された複数の給電コイル等と、給電エリア内における受電コイルの位置を検出する位置検出手段及び該位置検出手段の検出結果に基づいて、複数の給電コイル等のうち、受電コイルに対応する位置に配設された給電コイルを選択し、該選択した給電コイルから非接触給電を行わせる制御手段を具備する制御装置が記載されている。この移動車両給電システムでは、給電エリア内に複数の給電手段を用意し、給電エリア内における移動車両に設けられた受電手段の位置を検出して、複数の給電手段のうち、非接触給電に関して最適な位置に配設されている給電手段を選択して給電を行うことで、給電効率の低下を抑制することができる。

特開２０１３−６６２９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の移動車両給電システムでは、複数の給電手段から最適な給電手段を選択することで電力に対する給電効率の低下を防止することができたとしても、最適な給電手段を選択することにより、時間あたりの給電効率は低下することになるという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、給電速度が速く、かつ、消費電力の少ない給電効率の高い無線給電システムを提供することを主目的とする。また、給電効率の高い無線給電システムの制御方法を提供することも目的とする。

本発明は、上述の目的の少なくとも一つを達成するために以下の手段を採った。

本発明の無線給電システムは、
送電コイルを有する送電装置と、
受電コイルを有する受電装置と、
前記受電装置の位置を検出する位置検出手段と、
前記送電装置の送電を制御する制御手段と、
を備え、
前記受電装置は、連続して配置された複数の前記送電装置と対向する位置に移動可能に設けられ、
前記制御手段は、複数の前記送電装置のうち、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置に前記送電装置が位置すると位置検出手段が検出した際、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置の前記送電装置の送電を行うことを特徴とする、
ものである。

この無線給電システムは、連続して配置された複数の送電装置と、複数の送電装置と対向する位置に移動可能に設けられた受電装置と、受電装置の位置を検出する位置検出手段と、送電装置の送電を制御する制御手段と、を備え、位置検出手段によって、受電装置の少なくとも一部が対向する位置に位置する送電装置の送電を制御手段が制御する。こうすることにより、受電装置と対向する位置に位置しない送電装置が送電を行わないことになるため、不必要な電磁波の発生を抑制し、例えば、人体に近い場所で使用した場合であっても、電磁波の人体暴露を抑制することができる。また、全ての送電装置から送電する場合と比較して、使用電力を低減し、送電効率を高めることができる。同時に、受電装置の少なくとも一部が対向する位置に位置する送電装置から送電することにより、例えば、いずれか一つの送電装置から送電する場合と比較して、受電装置に送電する総電量を増大させ、高速で、高い送電効率が得られる。

本発明の無線給電システムにおいて、前記受電装置は、複数の前記受電コイルと平行な位置に設けられたレールに沿って移動し、前記受電装置が移動する際、前記受電コイルの中心が前記送電コイルの中心の直上を通過することを特徴としてもよい。こうすることにより、受電装置がレールに沿って移動する際、受電コイルの中心が送電コイルの中心の直上を通過することになるため、受電コイルが最も送電効率の高い位置を通過することになるため、高い送電効率が得られる。

本発明の無線給電システムにおいて、前記送電コイルの外側直径の長さは、前記受電コイルの外側直径の長さの１．０倍以上１．５倍以下であることを特徴としてもよい。こうすることにより、１又は隣接する二つの送電コイルと対向する位置に常に受電コイルが位置することになるため、隣接する二つの送電コイルからの送電を制御することで、受電コイルへの送電を制御することができる。付言すると、３以上の送電コイルの送電を制御する必要がないため、送電コイルを制御する労力を低減することができる。

本発明の無線給電システムの制御方法は、
送電コイルを有する送電装置と、受電コイルを有する受電装置と、前記受電装置の位置を検出する位置検出手段と、前記送電装置の送電を制御する制御手段と、を備え、前記受電装置が連続して配置された複数の前記送電装置と対向する位置に移動可能に設けられた無線給電システムを制御する制御方法であって、
複数の前記送電装置のうち、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置に前記送電装置が位置すると位置検出手段が検出した際、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置の前記送電装置の送電を行う送電ステップと、
を含むことを特徴とする、
ものである。

この無線給電システムの制御方法は、連続して配置された複数の送電装置と、複数の送電装置と対向する位置に移動可能な受電装置と、受電装置の位置を検出する位置検出手段と、送電装置の送電を制御する制御手段と、を備え、位置検出手段によって、受電装置の少なくとも一部が対向する位置に位置する送電装置の送電を制御手段が制御する。こうすることにより、受電装置と対向する位置に位置しない送電装置が送電を行わないことになるため、不必要な電磁波の発生を抑制し、例えば、人体に近い場所で使用した場合であっても、電磁波の人体暴露を抑制することができる。また、全ての送電装置から送電する場合と比較して、使用電力を低減し、送電効率を高めることができる。同時に、受電装置の少なくとも一部が対向する位置に位置する送電装置から送電することにより、例えば、いずれか一つの送電装置から送電する場合と比較して、受電装置に送電する総電量を増大させ、高速で、高い送電効率が得られる。

図１は、無線給電システム２０の構成の概略を示す斜視図である。 図２は、送電装置４０の構成の概略を示す斜視図である。 図３は、無線給電システム２０の電気的な接続を説明するためのブロック図である。 図４は、送電制御処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態の一例として、無線給電システム２０について詳しく説明する。以下に説明する実施の形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。なお、各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号を付す。また、以下の説明において、図１に示すように、受電装置３０が移動する方向を一方側方向及び他方側方向と呼ぶ。また、無線給電システム２０の制御方法の一例を示すことで、本発明の無線給電システムの制御方法の一例も明らかにする。

本発明の実施の形態の一例である無線給電システム２０は、図１に示すように、レール２２に沿って移動可能に設けられた受電装置３０と、レール２２と対向する位置に連続して設けられた複数の送電装置４０と、受電装置３０の位置を検出する位置検出センサ４４と、送電装置４０ａ、送電装置４０ｂ、送電装置４０ｃ及び送電装置４０ｄを含む複数の送電装置４０の送電を制御する制御ユニット５０（図３参照）と、を備えている。この無線給電システム２０は、レール２２に沿って移動する受電装置３０に送電装置４０から送電し、受電装置３０に無線給電する。このとき、位置検出センサ４４によって検出された受電装置３０の位置に基づいて送電装置４０からの送電が制御ユニット５０によって制御される。具体的には、受電装置３０の少なくとも一部が対向する位置に設けられた送電装置４０から送電され、受電装置３０と対向する位置以外の位置に設けられた送電装置４０からは送電を行わない。こうすることにより、受電装置３０から最も近い位置に設けられた送電装置４０のみから送電する場合と比較して、より短時間で送電することができるため、送電効率を高めることができる。また、全ての送電装置４０から送電する場合と比較して、総電力量を低減することができるため、送電時の送電ロスを低減し、送電効率を高めることができる。

受電装置３０は、中央部に受電コイル３２が設けられた箱状の装置であり、受電装置３０がレール２２に沿って移動する際、受電コイル３２の中心が送電コイル４２の中心の直上を通過する位置であって、図示しないローラの駆動によりレール２２に沿って移動可能に設けられている。こうすることにより、受電装置３０がレール２２に沿って移動する際、受電コイル３２の中心が送電コイル４２の中心の直上を通過して移動することになるため、送電コイル４２から受電コイル３２に送電する送電効率を高めることができる。

送電装置４０は、図２に示すように、中央部に送電コイル４２が、受電装置３０と対向する側に複数の位置検出センサ４４が、それぞれ設けられた箱状の装置であり、図１に示すように、複数の送電装置４０が、一方側方向から他方側方向に連続して設けられている。このとき、複数の送電装置４０に設けられた送電コイル４２の中心が一方側から他方側に一直線上に配置されており、この仮想線とレール２２とは、互いに平行な位置関係にある。こうすることにより、レール２２に沿って受電装置３０が移動した際、送電コイル４２と受電コイル３２との間の距離が一定に保たれるため、送電装置４０から送電する際、送電量を安定させることができる。また、複数の送電装置４０は、それぞれ制御ユニット５０と電気的に接続されており、制御ユニット５０からの制御信号に基づいて、送電が制御される。

また、このとき、送電コイル４２の外側直径は、受電コイル３２の外側直径より長く形成されている。こうすることにより、受電装置３０の移動に伴って移動する受電コイル３２に送電する際、送電効率を高めることができる。具体的には、送電コイル４２の外側直径は、受電コイル３２の外側直径よりも１．０から１．５倍の長さとすることが好ましい。こうすることで、高い送電効率が得られる。

位置検出センサ４４は、本発明の位置検出手段に相当する公知の光学センサである。この位置検出センサ４４は、図３に示すように、制御ユニット５０と電気的に接続されており、受電装置３０が存在する場合には、受電装置３０が存在することを示す位置検出信号を制御ユニット５０に送信する。こうすることにより、受電装置３０の位置を検出することができる。この位置検出センサ４４は、送電装置４０の受電装置３０と対向する面の両端部に設けられている。具体的には、図２に示すように、送電装置４０ａの一端側に位置検出センサ４４ａａが、送電装置４０ａの他端側に位置検出センサ４４ａｂが、送電装置４０ｂの一端側に位置検出センサ４４ｂａが、送電装置４０ｂの他端側に位置検出センサ４４ｂｂが、送電装置４０ｃの一端側に位置検出センサ４４ｃａが、送電装置４０ａの他端側に位置検出センサ４４ｃｂが、送電装置４０ｄの一端側に位置検出センサ４４ｄａが、送電装置４０ａの他端側に位置検出センサ４４ｄｂが、それぞれ設けられている。受電装置３０は、レール２２に沿って一方側から他方側（又は一方側から他方側）方向に移動する。このとき、受電装置３０の長さが送電装置４０の長さよりも短いため、最後に送信された位置検出信号を送信した位置検出センサ４４を判別することで、受電装置３０の位置を検出することができる。

制御ユニット５０は、図３に示すように、ＣＰＵ５１を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、送電装置４０からの送電を制御する各種制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ５２と、受電装置３０の位置情報等を一時的に記憶するＲＡＭ５３と、受電装置３０の位置情報等を記憶する記憶手段５４と、位置検出センサ４４や受電装置３０、送電装置４０、記憶手段５４等との間の各種信号の送受信を行うインタフェース５５（以下、「Ｉ／Ｆ５５」と言う。）がそれぞれバス５６を介して電気的に接続されている。この制御ユニット５０は、本発明の制御手段に相当し、送電装置４０の送電を制御する。

次に、送電装置４０から送電する際の送電制御方法について、制御ユニット５０によって実行される送電制御処理ルーチンを一例に説明する。この送電制御処理ルーチンは、無線給電システム２０に電力が供給された際に繰り返し実行される。なお、ここで図４は、送電制御処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

ＣＰＵ５１によってＲＯＭ５２に記憶された送電制御処理ルーチンが読み出され、実行されると、ＣＰＵ５１は、位置検出センサ４４からの位置検出信号を受信し、受電装置３０の位置を検出する（ステップＳ１１０）。具体的には、送電装置４０の一端側に設けられた位置検出センサ４４ａａ及び他端側に設けられた位置検出センサ４４ａｂから送信された位置検出信号に基づいて、受電装置３０の位置を検出する。例えば、送電装置４０が一方側から他方側に移動している際、送電装置４０ａの一方端に位置する位置検出センサ４４ａａから位置検出信号を受信してから、他方端に位置する位置検出センサ４４ａｂから位置検出信号を受信するまでは、送信装置４０ａに対向する位置に受信装置３０が位置すると判定することができる。また、送電装置４０ｂの一方端側に位置する位置検出センサ４４ｂａから位置検出信号を受信した際には、受電装置３０は、送電装置４０ａ及び送電装置４０ｂの両方に対向する位置に位置すると判定することができる。

続いて、ＣＰＵ５１は、受電装置３０が対向する位置に存在する送電装置４０に送電開始信号を送信し、送電装置４０から送電を開始する（ステップＳ１２０）。こうすることにより、受電装置３０と対向する位置に受電装置３０が存在する場合にのみ送電装置４０から送電されるため、全ての送電装置４０から送電される場合と比較して、送電効率を高めることができる。また、受電装置３０が、隣接する送電装置４０の両方に対向する位置に存在する場合には、両方の送電装置４０から送電されるため、１つの送電装置４０で送電する場合と比較して、送電速度を高めることができる。

以上詳述した実施の形態によれば、送電装置４０に対向する位置に設けられたレール２２に沿って受電装置３０が移動する際、複数の送電装置４０の中から、受電装置３０と少なくとも一部が対向する送電装置４０のみから送電することにより、全ての送電装置４０から送電する場合と比較して、受電装置３０に給電する際の電力を低減することができる。また、いずれか１つの送電装置４０から送電する場合と比較して、短時間で給電することができる。付言すると、高い送電効率を得ることができる。

また、送電装置４０がレール２２に沿って移動する際、複数の送電コイル４２の中心の直上を受電コイル３２の中心が通過するため、送電コイル４２の中心と受電コイル３２の中心位置が直上でない場合と比較して、高い送電効率を得ることができる。

更に、送電コイル４２の外側直径の長さは、受電コイル３２の外側直径の長さよりも１．０倍以上１．５倍以下の長さに形成されるため、送電コイル４２の外側直径の長さよりも受電コイル３２の外側直径の長さが長い場合と比較して、高い送電効率を得ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施の形態では、送電装置４０に設けられた位置検出センサ４４によって受電装置３０の位置を検出するものとしたが、位置検出センサ４４の位置はこの位置に限定されるものではなく、例えば、レール２２や受電装置３０等、受電装置３０の移動経路上で受電装置３０の位置を検出できる位置であれば、いずれの位置に設けられていても良い。いずれの場合も、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。

上述した実施の形態では、受電装置３０の位置を検出する位置検出手段として、位置検出センサ４４を用いるものとしたが、受電装置３０の位置を検出することができる手段であればこれに限定されるものではなく、例えば、受電装置３０をモータ駆動により回転する車輪によって移動する場合にはモータの回転数や車輪、車輪を連結する車軸等の回転数から受電装置３０の移動距離を算出することにより受電装置３０の位置を算出する等、受電装置３０の移動に伴って変動する値から受電装置３０の位置を算出することで、受電装置３０の位置を特定してもよい。こうすることにより、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。

上述した実施の形態では、送電装置４０は、送電装置４０ａ、送電装置４０ｂ、送電装置４０ｃ及び送電装置４０ｄを含むものとしたが、送電装置４０の個数はこれに限定されるものではなく、２以上であれば良い。こうすることにより、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。

上述した実施の形態で示すように、無線給電分野、特に移動する受電回路に無線給電する手段として利用することができる。

２０…無線給電システム、２２…レール、３０…受電装置、３２…受電コイル、４０…送電装置、４０ａ…送電装置、４０ｂ…送電装置、４０ｃ…送電装置、４０ｄ…送電装置、４２…送電コイル、４４…位置検出センサ、４４ａａ…位置検出センサ、４４ａｂ…位置検出センサ、４４ｂａ…位置検出センサ、４４ｂｂ…位置検出センサ、４４ｃａ…位置検出センサ、４４ｃｂ…位置検出センサ、４４ｄａ…位置検出センサ、４４ｄｂ…位置検出センサ、５０…制御ユニット、５１…ＣＰＵ、５２…ＲＯＭ、５３…ＲＡＭ、５４…記憶手段、５５…インタフェース、５６…バス。

Claims (4)

1. 送電コイルを有する送電装置と、
   受電コイルを有する受電装置と、
   前記受電装置の位置を検出する位置検出手段と、
   前記送電装置の送電を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記受電装置は、連続して配置された複数の前記送電装置と対向する位置に移動可能に設けられ、
   前記制御手段は、複数の前記送電装置のうち、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置に前記送電装置が位置すると前記位置検出手段が検出した際、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置の前記送電装置の送電を行うことを特徴とする、
   無線給電システム。
2. 前記受電装置は、複数の前記受電コイルと平行な位置に設けられたレールに沿って移動し、
   前記受電装置が移動する際、前記受電コイルの中心が前記送電コイルの中心の直上を通過することを特徴とする、
   請求項１に記載の無線給電システム。
3. 前記送電コイルの外側直径の長さは、前記受電コイルの外側直径の長さの１．０倍以上１．５倍以下であることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の無線給電システム。
4. 送電コイルを有する送電装置と、受電コイルを有する受電装置と、前記受電装置の位置を検出する位置検出手段と、前記送電装置の送電を制御する制御手段と、を備え、前記受電装置が連続して配置された複数の前記送電装置と対向する位置に移動可能に設けられた無線給電システムを制御する制御方法であって、
   複数の前記送電装置のうち、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置に前記送電装置が位置すると前記位置検出手段が検出した際、前記受電装置の少なくとも一部と対向する位置の前記送電装置の送電を行う送電ステップと、
   を含むことを特徴とする、
   無線給電システムの制御方法。

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