JP2024061374A - 送電装置及び送電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波漏洩の抑制、伝送効率低下の防止を実現しつつ広い送電対応範囲で無線送電を実現する送電装置及び送電方法を提供する。【解決手段】送電装置は、複数の送電用のコイルを平面上に並設した送電部と、前記送電用のコイルそれぞれに対して、送電対象が前記コイルの上に載ったことを検知する検知部と、前記送電対象の物体が備える受電コイルへの送電を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記送電対象の物体が前記複数の送電用のコイルの内のいずれかのコイルの上に載ったことを前記検知部により検知している間、前記コイルへ送電する。【選択図】図１

Description

本発明は、自律型の移動体の駆動バッテリへの無線による送電装置及び送電方法に関する。

無線により電力を供給するワイヤレス給電が、実用化されている。ワイヤレス給電は、人手による操作を必要とするプラグイン充電よりも、自律的にホームポジションに戻ることができる移動体に備えられたバッテリへの給電に適している。

しかしながら、ワイヤレス給電では、受電側コイルと送電側コイルとの位置がずれると、高い結合係数を維持できなくなり、伝送効率が低下する。自律型の移動体に対する給電時の送電側コイルと受電側コイルとの位置合わせは、人間が運転する自動車や、人間が用いるスマートフォン等の人手によって位置合わせが可能なものよりも、更に困難である。しかも、送電対象が複数存在したとしても同時的に給電できることが望ましい。

ワイヤレス給電における位置ズレの問題を解決するために、特許文献１には、複数のコイルを使用したワイヤレス給電が提案されている（特許文献１等）。特許文献１では、電力に変換する電波を送受信するための複数のアンテナを用意しておき、効率よく電波を送受信できるアンテナを用いることが開示されている。

特開２０２０－１１５７４２号公報

上述したような位置ズレの問題に対応するために、受電側コイルの面積よりも十分に広い送電対応範囲を有する送電装置を使用することが望ましい。更には、１つの制御手段によって、送電対象が複数存在する場合であっても同時的に給電を可能とするためには、広い送電対応範囲を有することが望ましい。

受電側コイルの面積よりも十分に広い送電対応範囲を、１つの大きな送電側コイル（アンテナ）で実現した場合、送電側コイルと受電側コイルとの寸法比が偏る。送電側コイルのサイズが大きくなるほど、漏洩電磁界が問題となりやすい。漏洩電磁界に加えて寸法比が偏ると、結合係数を高く維持することが困難になるため、電力の伝送効率も低下する。

十分に広い送電対応範囲を、複数の送電側コイルを並べて実現する場合、対応する箇所の送電コイルのみから出力させるためには、どの送電コイルが対象なのかを決定する処理が必要になる。特許文献１には、複数のアンテナそれぞれで電波の送受信を試し、効率よく電波を送受信できるアンテナを選択しているが、選択に至る処理が複雑である上、逐次複数のアンテナに通電して試すことは、漏洩電磁界の抑制にならない。

複数の送電側コイルを並べた構成で、いずれのコイルを通電させるかを決定するために、送電対象の位置を検知するための検知部を各コイルに配置させてもよい。この場合、各検知部は、近傍のコイルからの電磁波によって支障をきたす可能性が高くなるので、複数のコイルと、各々のコイル用の検知部との間で適切な間隔を設けることが望ましい。適切な間隔を設けると、送電対応範囲の中に、充電が不可又は困難な領域が増大する問題が生
じる可能性がある。

並べられた複数の送電側コイルそれぞれに無線通信機を設け、送電対象の移動体に搭載されている無線通信機との間で交信を行ない、ペアリングが成功した無線通信機に対応する送電側コイルを選択して送電させることもできる。しかしながら、複数の送電側コイルを近接して並べた状況では、無線通信によって、送電対象が載ったコイルをどのように簡易な構成で選択するか、などの技術的課題もある。

本発明は、電磁波漏洩の抑制、伝送効率低下の防止を実現しつつ広い送電対応範囲で無線送電を実現する送電装置及び送電方法を提供することを目的とする。

本開示の一実施形態の送電装置は、複数の送電用のコイルを平面上に並設した送電部と、前記送電用のコイルそれぞれに対して、送電対象が前記コイルの上に載ったことを検知する検知部と、前記送電対象の物体が備える受電コイルへの送電を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記送電対象の物体が前記複数の送電用のコイルの内のいずれかのコイルの上に載ったことを前記検知部により検知している間、前記コイルへ送電する。

本開示の一実施形態の送電方法は、平面上に並設された複数の送電用のコイルそれぞれに対して、送電対象が前記コイルの上に載ったことを各々検知し、前記送電対象の物体が、前記送電対象の物体が前記複数の送電用のコイルの内のいずれかのコイルの上に載ったことを検知している間、前記コイルへ送電する。

本開示の送電装置及び送電方法では、複数の送電コイルを配置した送電対応範囲のうち、送電対象物を検知する検知部を、コイルからの電磁波の影響を抑制可能に配置した。

本開示によれば、十分に広い送電対応範囲のうち、送電対象物が乗った場所に対応する送電側コイルのみからの出力を支障なく実現可能である。

送電装置の概要図である。 送電装置の略示断面図である。 送電装置の構成を示すブロック図である。 柔軟な収容体を用いた場合の送電装置の概要図である。 送電装置による処理手順の一例を示すフローチャートである。 変形例１における送電装置の概要図である。 変形例２における送電装置の概要図である。 第２実施形態の送電装置による処理手順の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態の送電装置の概要図である。 第２実施形態の他の送電装置の概要図である。

本開示をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。以下の実施の形態では、本開示の送電装置について説明する。

（第１実施形態）
図１は、送電装置１の概要図であり、図２は、送電装置１の略示断面図であり、図３は、送電装置１の構成を示すブロック図である。図１及び図２、並びに以下の説明では、送
電装置１からの送電対象として、受電コイル及びバッテリを備えたドローンＤを例とするが、送電対象はこれに限られない。例えば、送電対象は、スマートフォンのような可搬型のデバイスであってもよい。

送電装置１は、送電部１０と、検知部１１と、電源部１２と、制御部１３とを収容体１４内に含む。収容体１４は、平板形状を有している。収容体１４は、複数のコイル１００を平面上に並べた送電部１０を収容している。送電装置１は、複数のコイル１００それぞれに対応する複数のセグメントＳに区分けされている。複数のセグメントＳにはそれぞれ、コイル１００の上部に対象物が存在することを検知する検知部１１が設けられている。

検知部１１は、送電部１０の下方に設けられており、送電部１０のコイル１００からの電磁波の影響を軽減してある。図２に示すように、コイル１００と検知部１１との間には、セグメント毎に、電磁界を送電用のコイル１００側へ戻すための磁性体からなるシールド１０１が設けられていることが好ましい。検知部１１における検知に支障がなければシールド１０１は設けられていなくてもよい。

電源部１２は、送電部１０の下方又は側方に設けられている。電源部１２は、セグメント毎、即ち送電部１０の複数のコイル１００に接続されている。電源部１２は、複数のコイル１００それぞれに対し、個別に通電可能である。

制御部１３は、電源部１２と、各セグメントＳの検知部１１とに接続されている。制御部１３は、検知部１１の検知結果をセグメントＳ毎に識別可能である。制御部１３は、検知部１１における検知結果に応じて、電源部１２による各セグメントＳのコイル１００への個別の通電のＯＮとＯＦＦとの切り替えを制御する。

収容体１４は、セグメントＳ毎に、上面に送電対象物が載ったことを検知部１１で検知できる構成である。収容体１４は例えば、図１に示すように、上面が長手方向を分けるように区分けされている。この場合、収容体１４の上面に送電対象が載ったことを、その重さの変化によってセグメントＳ毎に検知できる。収容体１４は、他の例では、上面が柔軟な素材で形成されており、送電対象のドローンＤが載った箇所のみ、下方に力が働いて検知部１１で検知できるように構成されてもよい。図４は、柔軟な収容体１４を用いた場合の送電装置１の概要図である。

送電装置１の制御部１３は、検知部１１によって送電対象物が載っていると判断できるセグメントＳに対し、電源部１２からコイル１００への通電をＯＮへ切り替え、送電対象物が載っていないと判断できた場合には通電をＯＦＦへと切り替える。

送電装置１の制御部１３は、プロセッサ１３０、メモリ１３１、入出力回路１３２を含む。プロセッサ１３０、メモリ１３１及び入出力回路１３２は、１つの基板上に集積されてマイクロコントローラとして構成されてよいし、各々の構成部として実装されてもよい。

プロセッサ１３０は、電源部１２から供給される電力により、メモリ１３１に記憶してあるプログラムＰ１を読み出して実行して後述の制御処理を実現する。プロセッサ１３０は、入出力回路１３２を介して検知部１１から出力される信号を入出力可能である。

メモリ１３１は、不揮発性メモリを用いる。メモリ１３１にはプログラム（プログラムプロダクト）Ｐ１が記憶されている。プログラムＰ１は、送電装置１の製造時にメモリ１３１に組み込まれている。プログラムＰ１は、コンピュータ（プロセッサ）により読み取り可能な記録媒体に記録されているものを、プロセッサ１３０が読み取ってメモリ１３１
に記憶したものであってもよい。

入出力回路１３２は、検知部１１からの信号を受け、電源部１２へ制御信号を出力するための回路である。

セグメントＳ毎に設けられた検知部１１はそれぞれ、一例では荷重センサである。セグメントＳに掛かる荷重を出力する。検知部１１は、荷重を検知することに限られない。検知部１１は、セグメントＳが送電対象の物体で覆われたことを検知する光量センサを用いてもよい。

送電装置１における送電制御を、フローチャートを参照して説明する。図５は、送電装置１による処理手順の一例を示すフローチャートである。

送電装置１の制御部１３は、検知部１１からの出力をセグメント毎に参照する（ステップＳ１０１）。制御部１３は、検知部１１からの出力により、いずれかのセグメントＳに、送電対象が載ったか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２にて、送電対象が載ったと判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、制御部１３は、対象のセグメントＳのコイル１００への電源部１２から通電をＯＮとする（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０２において制御部１３は、検知部１１からの出力に基づき、セグメントＳに掛かる荷重が、あらかじめメモリ１３１に記憶してある設定情報に含まれる送電対象の重量が加わった荷重の範囲に含まれるか否かを判断する。これにより、対象外の物体が偶然にセグメントＳ上に載った場合に、これを送電対象として通電をＯＮとすることを防止する。

ステップＳ１０２にて、送電対象が載っていないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、制御部１３は、そのまま処理をステップＳ１０４へ進める。

制御部１３は、検知部１１からの出力により、いずれかのセグメントＳから、送電対象が離脱したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４にて、送電対象が離れたと判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、制御部１３は、対象のセグメントのコイルへの電源部１２から通電をＯＦＦとし（ステップＳ１０５）、処理を終了する。

ステップＳ１０４において制御部１３は、検知部１１からの出力に基づき、セグメントＳに掛かる荷重が、あらかじめメモリ１３１に記憶してある設定情報に含まれる送電対象なしの範囲に含まれるか否かを判断する。

ステップＳ１０４にて、送電対象が離れていないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ
）、制御部１３は、そのまま処理を終了する。

第１実施形態の送電装置１の構成により、送電用のコイル１００と、送電対象の受電用のコイルとの間に、電磁波の影響を受けるセンサを用いず、且つ簡易な構成で、必要な送電用のコイル１００のみを通電させることができる。また、図１に示したように、十分に広い送電対応範囲を設けつつ、制御部１３がセグメントＳ毎に送電用のコイル１００への通電のＯＮとＯＦＦとを切り替えることができる。このため、漏洩電磁界の問題をクリアしつつ、複数の送電対象が存在しても同時的に給電が可能である。

第１実施形態では、制御部１３が検知部１１からの出力に基づき、プログラムＰ１に基
づいて対象の送電用のコイル１００への通電を制御する構成とした。これに限らず、機械的に、即ち、検知部１１からの出力が所定値以上となった場合に通電をＯＮとさせる回路を構成して実現してもよい。

（変形例１）
図６は、変形例１における送電装置１の概要図である。変形例１において、収容体１４の上面がセグメント毎に切り分けられており、且つ、バネ等の収縮可能な収縮体が送電用のコイルと、検知部１１との間に設けられている。変形例１では、図６に示すように、送電対象物がセグメントの上に載ると、セグメント自体が鉛直方向に沈み込む。これにより、送電対象物がセグメント内に収まる可能性が高まる。

（変形例２）
図７は、変形例２における送電装置１の概要図である。変形例２において、収容体１４の上面には、送電対象がセグメントＳを跨がないように、セグメントＳとセグメントＳとの間に仕切り１４１が設けられている。仕切り１４１は、例えば樹脂製であって、セグメントＳの境界に沿って立設されている。変形例２では、図７に示すように、仕切り１４１はテーパ面を有し、送電対象物が仕切り１４１に載ったとしても、滑ってセグメントＳ内に収まる可能性が高まる。

（第２実施形態）
図１に示したように、第１実施形態の送電装置１では、送電対象が跨がないことを想定して制御した。第２実施形態では、送電対象が複数のセグメントに亘って送電装置１の上に載った場合であっても、適切に通電する送電用のコイル１００を選択する。

第２実施形態の送電装置１のハードウェア構成は、第１実施形態におけるハードウェア構成と同様である。したがって、第２実施形態の送電装置１の構成のうち、第１実施形態の送電装置１と共通する構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。以下、第２実施形態の送電装置１による制御内容についてフローチャートを参照して説明する。

図８は、第２実施形態の送電装置１による処理手順の一例を示すフローチャートである。

送電装置１の制御部１３は、検知部１１からの出力をセグメント毎に参照する（ステップＳ２０１）。制御部１３は、検知部１１からの出力により、送電対象の重量が載った場合の所定の範囲の荷重が掛かるセグメントを特定する（ステップＳ２０２）。制御部１３は、特定したセグメントＳのコイル１００への電源部１２から通電をＯＮとする（ステップＳ２０３）。

制御部１３は、ステップＳ２０２で特定したセグメントＳ以外で、隣り合う複数のセグメントＳであって、送電対象の重量が載った場合の荷重が掛かっているセグメントＳを特定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４において制御部１３は、隣り合うセグメントＳそれぞれに対して掛かる重量を加算し、加算結果が、送電対象の重量が加わった荷重の範囲に含まれるか否かを判断する。加算結果が、送電対象の重量が加わった荷重の範囲に含まれるか否かを判断して特定する。

ステップＳ２０４において制御部１３は、隣り合うセグメントそれぞれに対して掛かる重量の比を、例えば２：８のようにして求めてもよい。

制御部１３は、ステップＳ２０４で特定した複数のセグメントＳのコイル１００それぞ
れへの電源部１２から通電をＯＮとする（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０４において、複数のセグメントＳへの重量の比が求められている場合、制御部１３は、比に応じて送電用のコイル１００からの出力に強弱をつけてもよい。

制御部１３は、ステップＳ２０２及びステップＳ２０４で特定したセグメントＳ以外のセグメントＳの送電用のコイル１００への通電をＯＦＦとし（ステップＳ２０６）、処理を終了する。

第２実施形態の送電装置１の構成においても、送電用のコイル１００と、送電対象の受電用のコイルとの間に、電磁波の影響を受けるセンサを用いず、且つ簡易な構成で、必要な送電用のコイル１００のみを通電させることができる。

図９は、第２実施形態の送電装置１の概要図である。第２実施形態では、送電対象が、図９に示すように、複数のセグメントＳに跨ぐようにして載ったとしても、必要なコイル１００のみをＯＮとして、電磁波漏洩を抑制しつつ給電が可能である。

また、第２実施形態に示した処理を実行できる送電装置１の場合、送電部１０は、送電用のコイル１００をより密に敷き詰めた構成としてもよい。図１０は、第２実施形態の送電装置１の他の例の概要図である。図１０に示す送電装置１は、セグメントＳはハニカム状に区分けされている。図１０に示す例においても、セグメントＳ毎に、送電用のコイル１００と、コイル１００の上部に対象物が存在することを検知する検知部１１とが設けられている。制御部１３は、複数のコイル１００それぞれに対し、電源部１２から個別に通電可能である。これにより、送電対象が、図１０に示すように、複数のセグメントＳに跨ぐようにして載ったとしても、必要なコイル１００のみをＯＮとして、電磁波漏洩を抑制しつつ給電が可能である。

上述のように開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

１ 送電装置
１０ 送電部
１００ コイル
１０１ シールド
１１ 検知部
１２ 電源部
１３ 制御部
１３０ プロセッサ
１３１ メモリ
１３２ 入出力回路
１４ 収容体
Ｓ セグメント
Ｄ ドローン
Ｐ１ プログラム

Claims (5)

1. 複数の送電用のコイルを平面上に並設した送電部と、
   前記送電用のコイルそれぞれに対して、送電対象が前記コイルの上に載ったことを検知する検知部と、
   前記送電対象の物体が備える受電コイルへの送電を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記送電対象の物体が前記複数の送電用のコイルの内のいずれかのコイルの上に載ったことを前記検知部により検知している間、前記コイルへ送電する
   送電装置。
2. 前記検知部は、前記複数の送電用のコイルそれぞれの下方に設けられ、荷重を検知するセンサである
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記検知部と、前記コイルとの間に、前記コイルからの電磁界を前記コイルへ戻す電磁遮蔽材が設けられている
   請求項２に記載の送電装置。
4. 前記制御部は、複数の送電用のコイルに跨って前記送電対象の物体が載ったことを前記検知部により検知している間、前記複数の送電用のコイルへ送電する
   請求項１に記載の送電装置。
5. 平面上に並設された複数の送電用のコイルそれぞれに対して、送電対象が前記コイルの上に載ったことを各々検知し、
   前記送電対象の物体が、前記送電対象の物体が前記複数の送電用のコイルの内のいずれかのコイルの上に載ったことを検知している間、前記コイルへ送電する
   送電方法。

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