JP6986712B2 - 移動体および無線電力伝送システム - Google Patents
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Description
2つの送電電極を有する送電装置から無線で伝送された電力によって駆動される移動体であって、
前記2つの送電電極とそれぞれ容量結合して前記2つの送電電極から交流電力を受け取る2つの受電電極と、
前記2つの受電電極に接続され、前記2つの受電電極が受け取った交流電力を直流電力または他の交流電力に変換して、前記移動体を駆動する電気モータ、または前記移動体を駆動するための電力を蓄える二次電池に供給する受電回路と、
前記2つの受電電極が前記2つの送電電極に対向した状態で前記移動体が移動している間、前記送電装置からの前記電力の受け取りを停止すべき旨の指示を受けたとき、前記送電装置から見た前記移動体のインピーダンスを増加させる第1制御回路と、
を備える。
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。
2つの送電電極を有する送電装置から無線で伝送された電力によって駆動される移動体であって、
前記2つの送電電極とそれぞれ容量結合して前記2つの送電電極から交流電力を受け取る2つの受電電極と、
前記2つの受電電極に接続され、前記2つの受電電極が受け取った交流電力を直流電力または他の交流電力に変換して、前記移動体を駆動する電気モータ、または前記移動体を駆動するための電力を蓄える二次電池に供給する受電回路と、
前記2つの受電電極が前記2つの送電電極に対向した状態で前記移動体が移動している間、前記送電装置からの前記電力の受け取りを停止すべき旨の指示を受けたとき、前記送電装置から見た前記移動体のインピーダンスを増加させる第1制御回路と、
を備える。
前記移動体が前記2つの送電電極の近傍を走行している間、前記送電装置からの前記電力の受け取りを停止すべき旨の指示を受けたとき、前記送電装置から見た前記移動体のインピーダンスを増加させる第1制御回路を備える。
移動体は、前記送電装置から前記移動体への前記電力の送電状況、前記移動体の位置、および前記二次電池の残量の少なくとも1つの情報を取得し、前記情報に基づいて、前記送電装置からの前記電力を受け取るか否かを判断し、前記電力を受け取らないと判断したとき、前記第1制御回路に前記指示を送る第2制御回路をさらに備えていてもよい。
まず、本開示の例示的な第1の実施形態を説明する。本実施形態では、移動体が、送電装置から移動体への前記電力の送電状況が所定の条件に該当したとき、送電装置からの電力を受け取らないと判断する。より具体的には、移動体は、受電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも1つの値または時間変化率が閾値を超えたとき、送電装置からの電力を受け取らないように、送電装置から見た移動体のインピーダンスを増加させる。これにより、他の移動体への電力伝送の効率の低下を抑制することができる。
される。その後、直流電力はインバータ回路によって他の交流電力に変換される。一対の送電電極120a、120bは送電回路110に接続されている。一対の送電電極120a、120b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、または電流などを検出する。本実施形態では、一例として、送電検出器190は、送電回路110におけるインバータ回路から出力される電流を検出する。送電検出器190は、その検出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、その情報に基づく指令を送電回路110に送る。
を介して搬送ロボット10の車輪を回転させ、搬送ロボット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。
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。
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、低いインピーダンス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、高いインピーダンスとの整合に適している。よって、図13に示す構成のように、低いインピーダンスの電源側に直列共振回路を配置し、高いインピーダンスの電極側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。
次に、本開示の例示的な第2の実施形態を説明する。
ステップS201:受電制御回路250は、受電開始指令を受けたかを判定する。判定がYesの場合はステップS202に進む。判定がNoの場合はステップS203に進む。
ステップS202:受電制御回路250は、受電開始指令を受けると、送電制御回路150に、微弱送電から本格送電への切り替え指令を送る。
ステップS203:受電制御回路250は、受電停止指令を受けたかを判定する。判定がYesの場合はステップS204に進む。判定がNoの場合はステップS201に戻る。
ステップS204:受電制御回路250は、受電停止指令を受けると、インピーダンスを増加させる指令をモータ制御回路340に送る。モータ制御回路340は、この指令を受けて、モータ330を停止させる。
ステップS205:次に、受電制御回路250は、再び受電開始指令を受けたかを判定する。判定がYesの場合、ステップS206に進む。判定がNoの場合、再びステップS205を実行する。
ステップS206:受電制御回路250は、再び受電開始指令を受けると、インピーダンスを低下させる指令をモータ制御回路340に送る。モータ制御回路340は、この指令を受けて、モータ330を再び駆動させる。
前提:
(1)システム内に含まれる全ての送電電極120の位置情報を保持している。
(2)各送電電極120について、送電装置が送電を行っているか否かの情報を常時、取得している。
(3)システム内に含まれる全ての移動体10の位置情報および電池320の充電残量情報を常時、取得している。
(4)ある移動体10が送電電極120に近づくと、その移動体10とは異なる他の移動体10が送電電極120上にいる場合には、それらの移動体10に対して“受電開始/停止”の判断を行い、指令を送る。
・基準1:先方優先
先に送電電極上にいる移動体を優先して、近づいてきた移動体に“受電停止”指令を送る。
・基準2:充電残量優先
充電残量の少ない移動体を優先し、充電残量の多い移動体に“受電停止”指令を送る。
・基準3:後方優先
後から来た移動体を優先して、送電電極上に先にいる移動体に“受電停止”指令を送る。
S301:送電装置100から送電状態情報を取得する。
S302:後の移動体10aから移動体位置情報および充電状態情報を取得する。
S303:先の移動体10bから移動体位置情報および充電状態情報を取得する。
なお、ステップS301〜S303は、どの順序で行ってもよい。
S304:後の移動体10aと送電電極120との距離が指定値以下になったかを判定する。判定がNoの場合は、ステップS301〜S303に戻る。判定がYesの場合は、ステップS305に進む。なお、移動体10aと送電電極120との距離は、各送電電極および各移動体の位置情報から計算され得る。
S305:送電装置100が送電中か否かを判定する。判定がYesの場合はステップS306に進む。判定がNoの場合はステップS309に進む。
S306:先の移動体10bの位置が送電電極上か否かを判定する。判定がYesの場合、ステップS307に進む。判定がNoの場合、ステップS309に進む。
S307:後の移動体10aの電池残量が指定値よりも大きいか否かを判定する。判定がYesの場合はステップS308に進む。Noの場合はステップS312に進む。
S308:後の移動体10aに受電停止指令を発信する。
S309:先の移動体10bに受電停止指令を発信する。
S310:後の移動体10aに受電開始指令を発信する。
S311:送電装置100に送電開始指令を発信する。
S312:後の移動体10aの電池残量が先の移動体10bの電池残量よりも大きいかを判定する。判定がYesの場合はステップS313に進む。Noの場合はステップS309に移行する。
S313:後の移動体10aに受電停止指令を発信する。
2つの送電電極を有する送電装置から無線で伝送された電力によって駆動される移動体であって、
前記2つの送電電極とそれぞれ容量結合して前記2つの送電電極から交流電力を受け取る2つの受電電極と、
前記2つの受電電極に接続され、前記2つの受電電極が受け取った交流電力を直流電力または他の交流電力に変換して、前記移動体を駆動する電気モータ、または前記移動体を駆動するための電力を蓄える二次電池に供給する受電回路と、
前記2つの受電電極が前記2つの送電電極に対向した状態で前記移動体が移動している間、前記送電装置からの前記電力の受け取りを停止すべき旨の指示を受けたとき、前記送電装置から見た前記移動体のインピーダンスを増加させる第1制御回路と、
を備える移動体。
前記送電装置から前記移動体への前記電力の送電状況、前記移動体の位置、および前記二次電池の残量の少なくとも1つの情報を取得し、前記情報に基づいて、前記送電装置からの前記電力を受け取るか否かを判断し、前記電力を受け取らないと判断したとき、前記第1制御回路に前記指示を送る第2制御回路をさらに備える、項目1に記載の移動体。
前記第2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つの値または時間変化率が閾値を超えたとき、前記第1制御回路に前記指示を送る、項目1または2に記載の移動体。
前記送電装置が前記移動体とは異なる他の移動体に送電しているとき、前記受電回路における電力、電圧、および電流の前記少なくとも1つの値または時間変化率は、前記閾値を超え、
前記送電装置が前記移動体とは異なる他の移動体に送電していないとき、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つの値または時間変化率は、前記閾値を超えない、項目3に記載の移動体。
前記第1制御回路は、前記2つの受電電極が、前記2つの送電電極にそれぞれ対向している状態において、前記受電回路における電力、電圧、および電流の前記少なくとも1つの値または時間変化率が前記閾値を超えずに所定時間が経過したとき、前記送電装置に送電を要求する、項目3または4に記載の移動体。
前記第1制御回路は、前記移動体の運行を管理する中央制御装置から、前記指示を受けたとき、前記送電装置から見た前記移動体のインピーダンスを増加させる、項目1から5のいずれかに記載の移動体。
前記中央制御装置は、前記送電装置から前記移動体への前記電力の送電状況、前記移動体の位置、および前記二次電池の残量の少なくとも1つの情報を取得し、前記情報に基づいて、前記移動体に前記送電装置からの前記電力を受電させるか否かを判断し、前記移動体に前記送電装置からの前記電力を受電させないと判断したとき、前記第1制御回路に前記指示を送る、項目6に記載の移動体。
前記第1制御回路は、前記電気モータを制御するモータ制御回路を含み、前記モータ制御回路が前記電気モータに停止指令を送ることにより、前記送電装置から見た前記移動体の前記インピーダンスを増加させる、項目1から7のいずれかに記載の移動体。
前記第1制御回路は、前記電気モータに前記停止指令を送った後、所定時間が経過したとき、前記電気モータに駆動を再開させる指令を送る、項目8に記載の移動体。
前記第1制御回路は、前記電気モータに前記停止指令を送った後、前記受電回路における電力、電圧、および電流の前記少なくとも1つの値または時間変化率が前記閾値以下の第2の閾値よりも低くなったとき、前記電気モータに駆動を再開させる指令を送る、項目8または9に記載の移動体。
前記受電回路は、前記2つの受電電極と前記電気モータとの間の電気的な接続を切替えるスイッチを有し、
前記第1制御回路は、前記スイッチに前記接続をオフにする指令を送ることにより、前記送電装置から見た前記移動体の前記インピーダンスを増加させる、項目1から10のいずれかに記載の移動体。
前記制御回路は、前記スイッチに前記指令を送った後、所定時間が経過したとき、前記スイッチに前記接続をオンにする指令を送る、項目11に記載の移動体。
前記受電回路は、
整流回路と、
前記2つの受電電極と前記整流回路との間に接続され、前記スイッチを含むスイッチ回路と、
を有する、項目11または12に記載の移動体。
前記受電回路は、
整流回路と、
前記整流回路と前記電気モータとの間に接続され、前記スイッチを含むスイッチ回路と、
を有する、項目11または12に記載の移動体。
前記受電回路は、
整流回路と、
前記2つの受電電極と前記整流回路との間に接続されたインピーダンス整合回路と、
前記2つの受電電極と前記インピーダンス整合回路との間、または、前記インピーダンス整合回路と前記整流回路との間に接続され、前記スイッチを含むスイッチ回路と、
を有する、項目12または13に記載の移動体。
前記第1制御回路は、前記受電回路に、前記受電回路が有する抵抗、インダクタンスおよびキャパシタンスの少なくとも1つの値を変更する指令を送ることにより、前記送電装置から見た前記移動体の前記インピーダンスを高くする、項目1から15のいずれかに記載の移動体。
前記電気モータをさらに備える、項目1から16のいずれかに記載の移動体。
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つを検出する検出器をさらに備える、項目1から17のいずれかに記載の移動体。
前記移動体は、無人搬送車である、項目1から18のいずれかに記載の移動体。
項目1から19のいずれかに記載の移動体と、
前記送電装置と、
を備える無線電力伝送システム。
項目6または7に記載の移動体と、
前記送電装置と、
前記中央制御装置と、
を備える無線電力伝送システム。
20 交流電源
30 路面
100 送電装置
110 送電回路
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
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
255 スイッチ制御回路
260 整流回路
270 スイッチ回路
280 整合回路
290 受電検出器
310 直流電源
320 二次電池
330 負荷、電気モータ
340 モータ制御回路
350 充放電制御回路
Claims (21)
- 2つの送電電極を有する送電装置から無線で伝送された電力によって駆動される移動体であって、
前記2つの送電電極とそれぞれ容量結合して前記2つの送電電極から交流電力を受け取る2つの受電電極と、
前記2つの受電電極に接続され、前記2つの受電電極が受け取った交流電力を直流電力または他の交流電力に変換して、前記移動体を駆動する電気モータ、または前記移動体を駆動するための電力を蓄える二次電池に供給する受電回路と、
前記2つの受電電極が前記2つの送電電極に対向した状態で前記移動体が移動している間、前記送電装置からの前記電力の受け取りを停止すべき旨の指示を受けたとき、前記送電装置から見た前記移動体のインピーダンスを増加させる第1制御回路と、
を備える移動体。 - 前記送電装置から前記移動体への前記電力の送電状況、前記移動体の位置、および前記二次電池の残量の少なくとも1つの情報を取得し、前記情報に基づいて、前記送電装置からの前記電力を受け取るか否かを判断し、前記電力を受け取らないと判断したとき、前記第1制御回路に前記指示を送る第2制御回路をさらに備える、請求項1に記載の移動体。
- 前記第2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つの値または時間変化率が閾値を超えたとき、前記第1制御回路に前記指示を送る、請求項1または2に記載の移動体。
- 前記送電装置が前記移動体とは異なる他の移動体に送電しているとき、前記受電回路における電力、電圧、および電流の前記少なくとも1つの値または時間変化率は、前記閾値を超え、
前記送電装置が前記移動体とは異なる他の移動体に送電していないとき、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つの値または時間変化率は、前記閾値を超えない、請求項3に記載の移動体。 - 前記第1制御回路は、前記2つの受電電極が、前記2つの送電電極にそれぞれ対向している状態において、前記受電回路における電力、電圧、および電流の前記少なくとも1つの値または時間変化率が前記閾値を超えずに所定時間が経過したとき、前記送電装置に送電を要求する、請求項3または4に記載の移動体。
- 前記第1制御回路は、前記移動体の運行を管理する中央制御装置から、前記指示を受けたとき、前記送電装置から見た前記移動体のインピーダンスを増加させる、請求項1から5のいずれかに記載の移動体。
- 前記中央制御装置は、前記送電装置から前記移動体への前記電力の送電状況、前記移動体の位置、および前記二次電池の残量の少なくとも1つの情報を取得し、前記情報に基づいて、前記移動体に前記送電装置からの前記電力を受電させるか否かを判断し、前記移動体に前記送電装置からの前記電力を受電させないと判断したとき、前記第1制御回路に前記指示を送る、請求項6に記載の移動体。
- 前記第1制御回路は、前記電気モータを制御するモータ制御回路を含み、前記モータ制御回路が前記電気モータに停止指令を送ることにより、前記送電装置から見た前記移動体の前記インピーダンスを増加させる、請求項1から7のいずれかに記載の移動体。
- 前記第1制御回路は、前記電気モータに前記停止指令を送った後、所定時間が経過したとき、前記電気モータに駆動を再開させる指令を送る、請求項8に記載の移動体。
- 前記第1制御回路は、前記電気モータに前記停止指令を送った後、前記受電回路における電力、電圧、および電流の前記少なくとも1つの値または時間変化率が前記閾値以下の第2の閾値よりも低くなったとき、前記電気モータに駆動を再開させる指令を送る、請求項8または9に記載の移動体。
- 前記受電回路は、前記2つの受電電極と前記電気モータとの間の電気的な接続を切替えるスイッチを有し、
前記第1制御回路は、前記スイッチに前記接続をオフにする指令を送ることにより、前記送電装置から見た前記移動体の前記インピーダンスを増加させる、請求項1から10のいずれかに記載の移動体。 - 前記制御回路は、前記スイッチに前記指令を送った後、所定時間が経過したとき、前記スイッチに前記接続をオンにする指令を送る、請求項11に記載の移動体。
- 前記受電回路は、
整流回路と、
前記2つの受電電極と前記整流回路との間に接続され、前記スイッチを含むスイッチ回路と、
を有する、請求項11または12に記載の移動体。 - 前記受電回路は、
整流回路と、
前記整流回路と前記電気モータとの間に接続され、前記スイッチを含むスイッチ回路と、
を有する、請求項11または12に記載の移動体。 - 前記受電回路は、
整流回路と、
前記2つの受電電極と前記整流回路との間に接続されたインピーダンス整合回路と、
前記2つの受電電極と前記インピーダンス整合回路との間、または、前記インピーダンス整合回路と前記整流回路との間に接続され、前記スイッチを含むスイッチ回路と、
を有する、請求項12または13に記載の移動体。 - 前記第1制御回路は、前記受電回路に、前記受電回路が有する抵抗、インダクタンスおよびキャパシタンスの少なくとも1つの値を変更する指令を送ることにより、前記送電装置から見た前記移動体の前記インピーダンスを高くする、請求項1から15のいずれかに記載の移動体。
- 前記電気モータをさらに備える、請求項1から16のいずれかに記載の移動体。
- 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つを検出する検出器をさらに備える、請求項1から17のいずれかに記載の移動体。
- 前記移動体は、無人搬送車である、請求項1から18のいずれかに記載の移動体。
- 請求項1から19のいずれかに記載の移動体と、
前記送電装置と、
を備える無線電力伝送システム。 - 請求項6または7に記載の移動体と、
前記送電装置と、
前記中央制御装置と、
を備える無線電力伝送システム。
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