JP6622523B2 - 移動体装置及び非接触電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、非接触で電力を送受電する技術に関する。

２００７年にＭＩＴ（Massachusetts Institute of Technology）が磁気共鳴による非接触電力伝送の実証実験を行って以来、無線電力伝送技術が広く研究開発されてきている。

特許文献１は、電気自動車等の移動体が走行路を移動中に非接触で電力供給を受ける技術を開示している。特許文献１において、移動体は、走行路の給電アンテナから電力を受電する電力伝送用アンテナと、走行路上にあるマーカーにより誘起される位置検出用アンテナとを備える。

特開２０１４−０８２８０５号公報

しかし、特許文献１の技術では、移動体は２つの受電アンテナを備える必要がある。複数の受電アンテナを搭載することは、移動体の小型化が要求される場合には不利となる。

本発明は、例えば、装置の小型化の点で有利な、非接触電力伝送を行う移動体装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、走行路を移動可能な移動体装置であって、前記走行路に配置された送電アンテナから非接触で受電する受電アンテナと、前記移動体装置の移動及び停止を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記走行路における前記移動体装置の位置に応じて変化する前記受電アンテナと前記送電アンテナとの結合状態を表す指標における極小値を前記移動体装置の移動中に検出したことに基づいて、前記移動体装置の停止を制御することを特徴とする移動体装置が提供される。

本発明によれば、例えば、装置の小型化の点で有利な、非接触電力伝送を行う移動体装置を提供することができる。

実施形態に係る非接触電力伝送システムの構成例を示す図。 実施形態における送電アンテナ及び受電アンテナの構成例を示す図。 受電アンテナの位置と結合係数と関係を表すグラフ。 第１実施形態における、台車の移動開始から停止するまでの処理を示すフローチャート。 第２実施形態における、台車の移動開始から停止するまでの処理を示すフローチャート。 送電アンテナの別の構成例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、自動搬送台車（ＡＧＶ(Automatic Guided Vehicle)）を用いて荷物の搬送を行う自動搬送システムに本発明を適用した例を示す。このような自動搬送システムは、工場内などで用いられうる。ＡＧＶには駆動用の充電式バッテリーが搭載されている。

ＡＧＶのバッテリー充電方法としては、ＡＧＶが充電スポットまで移動した後停車し、バッテリーの充電をする方法が一般的である。しかしこの方法では、ＡＧＶが走行しない時間が発生するため、その間荷物の搬送を別のＡＧＶが行うか、人が行う必要がある。これに対し、本実施形態では、ＡＧＶが走行している間に電力の伝送を行う移動中給電を非接触で行う非接触電力伝送システムを採用する。

ＡＧＶは荷物の搬送を行うため、指定された所定のポイントで停車する必要がある。そこで、ＡＧＶは、例えば床面に敷設された磁気マーカーを検知することで停車する。従来、ＡＧＶ側には、電力を受ける受電用のアンテナと、磁気マーカー検知用のアンテナを搭載する必要があった。複数のアンテナを搭載することになるため、ＡＧＶ本体の軽量化、小型化には不向きである。さらに床面に送電用のアンテナを敷設する際、磁気マーカーを敷設することで、磁気的な干渉を起こし、アンテナ特性が劣化する可能性がある。また、走行場所が変わるたびに磁気マーカーの位置を移し替える必要もある。そこで本実施形態では、一対の送受電アンテナのみで、電力の伝送を行うとともに、ＡＧＶが自ら停車する位置を検知し停車するシステムを実現する。

図１に本実施形態に係る非接触電力伝送システムの概要図を示す。非接触電力伝送システムは、Ｘ方向に延在する走行路１０に沿って配置される送電部１０１と、走行路１０上を移動可能な台車１０２（移動体装置）とを含む。台車１０２は、受電部１０３を備える。走行路１０に配置された送電部１０１は送電アンテナ２０１を有し、台車１０２は、送電アンテナ２０１から受電する受電アンテナ２０２を有する。また、台車１０２は、各種データを記憶する第１記憶部１０４及び第２記憶部１０５と、台車１０２の移動及び停車を制御する制御部１０６を有する。

図２は、本実施形態における送電アンテナ２０１と受電アンテナ２０２の構成例を示す図である。送電アンテナ２０１は、走行路１０に沿って受電アンテナ２０２との電磁的な結合状態が周期的に変動するように構成されている。例えば、送電アンテナ２０１は、図示のように、Ｘ方向に延在する走行路１０に沿って８の字状に配線された８の字型アンテナである。工場内の自動搬送システムのような大規模システムにおける大サイズのアンテナには、漏洩する磁界がなるべく小さいことが要求される。この点、８の字型アンテナは低漏洩なアンテナである。その原理について説明する。８の字型アンテナに交流電流を流すと、環２０１１及び環２０１２に流れる電流の向きが異なる。具体的には、環２０１１に右回りの電流が流れている時、環２０１２には左回りの電流が流れる。これにより、発生する磁界が打ち消し合い、低漏洩なアンテナとなる。なお、隣り合う環状導体の発生する磁界の向きが異なる形状になるのであれば、８の字型アンテナのかわりに、例えば図６に示されるような、走行路１０の方向に対して蛇行するように配線されたミアンダ型アンテナでもよい。

また、受電アンテナ２０２には、例えば図２に示されるようなスパイラル形状のアンテナを用いる。スパイラル形状のアンテナのかわりに、例えばヘリカル形状のアンテナを用いてもよい。

上記したように、送電アンテナ２０１は、走行路１０に沿って受電アンテナ２０２との電磁的な結合状態が周期的に変動するように構成されている。制御部１０６は、この結合状態を表すものとして、走行路１０における移動体装置の位置ごとに送電アンテナ２０１と受電アンテナ２０２との間の結合係数を算出又は取得する。図２の送受電アンテナの構成において、台車１０２の移動により受電アンテナ２０２がＸ＝０の点から正の方向へ移動した時の送電アンテナと受電アンテナとの結合状態を表す結合係数は、図３のグラフのようになる。図３において、横軸は受電アンテナのＸ方向の位置を示し、縦軸は送電アンテナと受電アンテナとの間の結合係数を示す。図３から分かるように、一定周期で結合係数がほぼ０となる極小値に対応する「ヌル点」が存在している。制御部１０６は、このヌル点を検出することで台車１０２の位置を特定し、台車１０２の走行及び停止を制御する。

図４は、台車１０２の移動開始から停止するまでの制御部１０６による処理を示すフローチャートである。まず、台車１０２が移動を開始する前に、第１記憶部１０４には、停車するまでに検出されるべきヌル点の数を表す所定値Ｎ（Ｎは１以上の整数）が予め記憶されている。また、第２記憶部１０５には、ヌル点を検出した回数を示すカウント値ｍの初期値として、０が記憶されている（Ｓ１）。その後、台車１０２は、走行路１０上（すなわち、送電アンテナ２０１上の）移動を開始する（Ｓ２）。台車１０２が移動中にヌル点を検出すると（Ｓ３）、第２記憶部１０５に記憶されているカウント値ｍに「１」を加える（インクリメントする）（Ｓ４）。次に、第２記憶部１０５に記憶されているカウント値ｍがＮ−１より小さいかを判定する（Ｓ５）。カウント値ｍがＮ−１より小さければ走行を続け、処理はＳ３に戻る。カウント値ｍがＮ−１と同じになると、減速を開始する（Ｓ６）。台車１０２は、減速走行において、Ｎ個目のヌル点を検出する（Ｓ７）。ここでカウント値ｍをインクリメントする（Ｓ８）。その後、台車１０２は停車する（Ｓ９）。最後に、台車１０２は、次の搬送に備え、第２記憶部１０５のカウント値ｍを初期値「０」にリセットしておく。

上記した実施形態によれば、移動体装置である台車１０２は、走行路１０に配された送電アンテナ２０１に対応する受電アンテナ２０２を１つ備えるだけでよい。すなわち、台車１０２は、従来技術よりも少ない数の受電アンテナ（受電コイル）で実現することができるため、装置の小型化において有利である。なお上記の実施形態では、送電アンテナ２０１と受電アンテナ２０２との電磁的な結合状態が周期的に変動するように、送電アンテナ２０１が構成される例を中心に説明したが、これに限らない。すなわち、送電アンテナ２０１と受電アンテナ２０２との結合状態が所定の間隔で変動するように送電アンテナ２０１が構成されていればよい。なお、所定の間隔は、一定間隔に限るものではない。

＜第２実施形態＞
実施形態１では台車１０２に記憶部が２つある場合の構成について述べた。本実施形態では、台車１０２にある記憶部が１つだけの場合でも、送受電アンテナを用いて移動体装置である台車が自ら停止位置を検出し、停車することが可能であることを述べる。なお、本実施形態におけるシステム構成は、図１と同様であるが、台車１０２には第１記憶部１０４があるが第２記憶部１０５はない構成を想定している。図５に本実施形態の台車１０２の移動開始から停止するまで処理のフローチャートを示す。第１記憶部１０４は、移動中に検出されるべきヌル点の残り数を示すカウント値ｎを記憶している。まず、台車１０２が移動を開始する前に、カウント値ｎを、移動中に検出されるべきヌル点の総個数Ｎに設定する（ｎ＝Ｎ）（Ｓ１１）。その後、台車１０２は送電アンテナ上の移動を開始する（Ｓ１２）。ヌル点を検出すると（Ｓ１３）、第１記憶部１０４に記憶されているカウント値ｎから「１」を引く（デクリメントする）（Ｓ１４）。次に、カウント値ｎが１より大きいか判定する（Ｓ１５）。カウント値ｎが１より大きければ走行を続け、処理はＳ１３に戻る。カウント値ｎが１になると、減速を開始する（Ｓ１６）。その後、台車１０２は、最後のヌル点を検出したことに応じて停車する。最後に、次の搬送に備え台車１０２は第１記憶部１０４のカウント値ｎを「Ｎ」にセットしておく。

以上のとおり、本実施形態によれば、台車にある記憶部が１つだけの場合でも、送受電アンテナを用いて移動体装置である台車が自ら停止位置を検出し、停車することが可能である。

なお、上述の各実施形態では送受電アンテナの結合係数の値に基づいて台車の停止制御を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の送受電アンテナの結合状態を表す指標を用いてもよい。例えば、結合係数のかわりに、受電側で消費される電力、受電側で検出される電流、または電圧に基づいて、台車の停止制御を行ってもよい。

また、上述の各実施形態では、送受電アンテナの結合係数の値がほぼ０となる極小値をとるヌル点の検出回数をカウントすることで、台車の停止位置を検知した。しかし、図３のグラフに示されるように、ヌル点以外の点も周期的に観測されうる。極値を検出した回数によって台車の位置を特定することができる。極値としては、極小値又は極大値、又はその両方を用いることができる。例えば、ヌル点に対応する極小値ではなく、極大値となる点をカウントすることでも、台車の停止位置を検知してもよい。
なお、上述の各実施形態では送受電アンテナの結合係数の値が一定の間隔を保ち周期的に変化しているが、一定の間隔である必要はない。

（他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０１：送電部、１０２：台車（移動体装置）、１０３：受電部、１０４：第１記憶部、１０５：第２記憶部、１０６：制御部、２０１：送電アンテナ、２０２：受電アンテナ

Claims (13)

1. 走行路を移動可能な移動体装置であって、
   前記走行路に配置された送電アンテナから非接触で受電する受電アンテナと、
   前記移動体装置の移動及び停止を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記走行路における前記移動体装置の位置に応じて変化する前記受電アンテナと前記送電アンテナとの結合状態を表す指標における極小値を前記移動体装置の移動中に検出したことに基づいて、前記移動体装置の停止を制御することを特徴とする移動体装置。
2. 前記制御部は、前記指標の変化における極小値及び極大値を検出したことに基づいて、前記移動体装置の停止を制御することを特徴とする請求項１に記載の移動体装置。
3. 走行路を移動可能な移動体装置であって、
   前記走行路に配置された送電アンテナから非接触で受電する受電アンテナと、
   前記移動体装置の移動及び停止を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記走行路における前記移動体装置の位置に応じて変化する前記受電アンテナと前記送電アンテナとの結合状態を表す指標における２以上の極値を前記移動体装置の移動中に検出したことに基づいて、前記移動体装置の停止を制御することを特徴とする移動体装置。
4. 前記制御部は、前記移動体装置の移動中に前記極値を検出した数が所定値Ｎになったことに基づいて、前記移動体装置を停止させることを特徴とする請求項３に記載の移動体装置。
5. 前記制御部は、前記移動体装置の移動中に前記極値を検出した数が前記所定値Ｎ−１になったことに基づいて、前記移動体装置の減速を開始することを特徴とする請求項４に記載の移動体装置。
6. 前記２以上の極値は、前記指標における極小値を含むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の移動体装置。
7. 前記２以上の極値は、前記指標における極大値を含むことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の移動体装置。
8. 前記結合状態は、周期的に変化することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の移動体装置。
9. 前記制御部は、前記指標として、前記走行路における前記移動体装置の位置ごとの、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の結合係数を取得することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の移動体装置。
10. 前記制御部は、前記指標として、前記走行路における前記移動体装置の位置ごとの、前記受電アンテナで検出される電力、電流、又は電圧を取得することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の移動体装置。
11. 前記送電アンテナは、前記走行路に沿って８の字状に配線された８の字型アンテナであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の移動体装置。
12. 前記送電アンテナは、前記走行路の方向に対して蛇行するように配線されたミアンダ型アンテナであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の移動体装置。
13. 走行路に沿って配置された送電アンテナと、
    前記送電アンテナから非接触で受電する受電アンテナを備え、前記走行路を移動可能な移動体装置と、
    を含む非接触電力伝送システムであって、
    前記送電アンテナは、前記走行路に沿って前記受電アンテナとの結合状態が変化するように構成されており、
    前記移動体装置は、前記移動体装置の移動及び停止を制御する制御部を有し、
    前記制御部は、前記結合状態に基づいて前記移動体装置の停止を制御することを特徴とする非接触電力伝送システム。

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