JP7461536B2 - 受電システム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、受電システムに関する。
近年、利用者が操作するショッピングカートなどのカート(移動台車)に電子機器を搭載して様々なサービスを提供するシステムが考案されている。カートに搭載する電子機器は、当該カートに搭載するバッテリを電源とするため、バッテリを充電する必要が生じる。カートに搭載したバッテリを受電する仕組みとしては、収納位置に収納したカートに非接触で給電する技術を適用することが考えられている。非接触電力伝送では、電力を効率良く伝送するために、コイル等の受電側のアンテナと送電側のアンテナとの位置合わせが重要である。非接触電力伝送技術を適用した給電システムは、カートに受電コイルを設け、収納位置に収納したカートの受電コイルに電力を供給する送電コイルを設ける構成となる。
しかしながら、カートは、収納位置にコンパクトに収納するため、一部を重ね合わせて並べる構成となっていることが多い。例えば、ショッピングカートは、商品を乗せるカゴの部分を入れ子状に連ねて収納する構成となっている。このようなカートに設けた受電コリルは、収納位置に収納した状態において前後のカートの受電コイルと近接する位置関係となることが多くなる。収納した状態において別のカートの受電コイルと近接する場合、受電コイルに対向するように設置する送電コイルも近接した状態で配置される。受電コイルが近接して並ぶと、隣接するコイルが電気的に結合して送電コイルから電力を受電するための共振周波数が変化し、伝送効率が低下する可能性がある。
特開2006-101577号公報
本発明が解決しようとする課題は、非接触で送電される電力を確実に受電できる受電システムを提供することである。
実施形態によれば、受電システムは、第1の受電コイルと第2の受電コイルと受電回路と切換回路と短絡回路と制御回路とを有する。第1の受電コイルは、カートにおける第1の箇所に受電面を設ける。第2の受電コイルは、カートにおける第1の箇所とは異なる第2の箇所に受電面を設ける。受電回路は、第1の受電コイルまたは第2の受電コイルが受信する電力から駆動用の電力を生成する。切換回路は、第1の受電コイルまたは第2の受電コイルのうち何れか一方の受電コイルを受電回路に接続させる。短絡回路は、前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルのうち前記切換回路により前記受電回路に接続されない受電コイルを短絡させる。制御回路は、前記切換回路を切り替えてどちらの受電コイルが送電コイルからの電力を受電したかを検出し、送電コイルからの電力を受電した方の受電コイルを受電回路に接続させる。
図1は、第1及び第2の実施形態に係る給電システムによって給電される受電装置を搭載するカートの構成例を示す斜視図である。 図2は、第1の実施形態に係る給電システムの構成例を示す斜視図である。 図3は、第1の実施形態に係る給電システムによって給電される受電システムを搭載するカートを収納位置に収納した状態を示す模式図である。 図4は、第1の実施形態に係る給電システムにおける制御系の構成例を示すブロック図である。 図5は、第1の実施形態の変形例に係る給電システムの構成例を示すブロック図である。 図6は、第2の実施形態に係る給電システムの構成例を示す斜視図である。 図7は、第2の実施形態に係る給電システムによって給電される受電システムを搭載するカートを収納位置に収納した状態を示す模式図である。 図8は、第2の実施形態に係る給電システムにおける制御系の構成例を示すブロック図である。
以下、各実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係る給電システムについて説明する。
給電システムは、各カートに設置する2つの受電器を含む受電システム(受電装置)と収納位置に収納する複数のカートの位置に対応して設置する送電器を含む送電システム(送電装置)とを有する。給電システムは、収納位置に収納されたカートの位置に対応して設置する送電コイルが、各カートに設置した受電コイルへ非接触で電力を伝送するシステムである。給電システムにおいて、送電システムの送電器は、受電システムの受電器23と物理的かつ電気的に接続されていない状態(非接触状態)で、電力を伝送する。
図1は、第1の実施形態に係る給電システムによって給電される電力を受電する受電システム(受電装置)20を搭載したカート1の構成例を示す図である。
カート1は、給電システムによって給電される電力を受電する受電システム20を搭載するショッピングカート(カート、移動台車、移動体)の例である。給電システムは、非接触で電力を伝送する送電側のシステム(送電システム)30と非接触で伝送された電力を受電する受電側のシステム(受電システム)20とで構成する。
受電システム20は、カート1に搭載される受電装置である。受電システム20は、非接触で伝送される電力を受電する受電器23を含む。例えば、受電システム20は、受電器23が非接触で受電する電力でカート1に搭載したバッテリ22を充電する。送電システム30は、カート1に搭載する受電システム20に電力を供給する送電装置である。送信システム30は、カート1に搭載した受電システム20が受電可能な電力を伝送する送電器32を含む。例えば、送電システム30は、送電器32により収納位置(カート置場)に収納したカート1に搭載される受電システム20に対して非接触で電力を伝送するように構成する。
また、カート1に搭載する受電システム20によって充電されるバッテリ22は、例えば、カート1に搭載する電子機器21に電力を供給する電源装置である。受電システム20によって充電されるバッテリ22は、カート1に搭載する電子機器21が具備するものとする。また、受電システム20によって充電されるバッテリ22は、電子機器21とは別の装置としてカート1に搭載され、電子機器21へ電力を供給するものであっても良い。
図1に示す構成例において、カート1は、商品や荷物などの物品を収納して移動可能なカート本体11にバッテリ22を具備する電子機器21および受電器23(23R、23L)を取付けて構成する。カート本体11は、利用者の操作によって商品を収納して移動する構成を有する。電子機器21は、利用者に対して情報を提供したり、サービスを提供したりするための機器である。バッテリ22は、電子機器21を動作させるための電源装置である。受電器23は、外部装置から伝送される電力を受電する。電子機器21は、受電器23Rまたは受電器23Lが受電する電力によってバッテリ22を充電する。
なお、バッテリ22は、電子機器21とは別に設けた電源装置(外部電源)とした構成であっても良い。外部電源としてのバッテリ22は、受電器23からの電力によって2次電池を充電する充電回路と電力を蓄電する二次電池とを含む構成とする。この場合、バッテリ22は、2次電池に蓄電した電力を電子機器21へ供給するように構成すれば良い。
カート本体11は、商品や荷物などの物品を収納する収納カゴ12を有する。収納カゴ12は、4つのキャスタ15(15Fr、15Fl、15Rr、15Rl)を設けたフレーム14によって支持する。4つのキャスタ15は、フレーム14の下部の四隅に設ける。各キャスタ15(15Fr、15Fl、15Rr、15Rl)は、それぞれ移動方向に回転する車輪13(13Fr、13Fl、13Rr、13Rl)を有する。カート本体11は、各キャスタ15の車輪13が床面上で回転することにより移動する。また、各キャスタ15は、車輪13の回転方向が自在に回動するように構成する。これにより、カート本体11は、移動方向を自在に変えることができる。
フレーム14において収納カゴ12の一面側には、ハンドル16が設けられる。ハンドル16は、利用者が把持する。例えば、利用者は、ハンドル16を把持してカート本体11を移動させる。本実施形態では、利用者が把持するハンドル16から収納カゴ12を押す方向を前進方向とするものとする。前進方向を基準として、キャスタ15Frが支持する車輪13Frは右の前輪とし、キャスタ15Flが支持する車輪13Flは左の前輪とする。また、キャスタ15Rrが支持する車輪13Rrは右の後輪とし、キャスタ15Rlが支持する車輪13Rlは左の後輪とする。
また、4つのキャスタ15が四隅に設けられるフレーム14の下部は、前進方向において前側が狭く、後方が広く形成される。このため、前輪を支持するキャスタ15Frおよび15Flは、後輪を支持するキャスタ15Rrおよび15Rlよりも左右の幅が狭くなる。これにより、複数のカートを前後に連ねて収納する場合、後ろのカートのフレームは、前のカートのフレームに沿って重なるように収納される。
また、実施形態においては、収納カゴ12に対してハンドル16側を手前側とし、その反対側を先端側と称するものとする。収納カゴ12は、手前側の面が下端を自由端として開閉可能な開閉面12aを有する。また、収納カゴ12は、開閉面12aとする手前側の面よりも先端側の面が小さく形成される。これにより、複数のカートを前後に連ねて収納する場合、後ろのカートは、前のカートの開閉面12aを押し上げて前後のカートの収納カゴ12が重なるように収納される。
電子機器21は、カート本体11に取り付けられる。図1に示す構成例において、電子機器21は、バッテリ22を具備し、収納カゴ12のハンドル16に取り付けられている。電子機器21は、バッテリ22からの電力によって駆動される。例えば、電子機器21は、利用者に情報を提供するためのタブレット端末などの情報端末、あるいは、利用者が選択した商品の情報を取得する商品リーダである。また、電子機器21は、バッテリ22からの電力によって利用者が所持する携帯端末(例えば、携帯電話機、スマートフォン、デジタルカメラなど)の電子機器を充電するための充電装置などであっても良い。
図1に示す構成例において、電子機器21としては、タブレット端末21Aおよび商品リーダ21Bを例示する。タブレット端末21Aは、タッチパネルを設けた表示部を有するコンピュータである。タブレット端末21Aは、ハンドル14側に位置する利用者に表示部を向けて設置される。例えば、タブレット端末21Aは、商品リーダによって読み取った商品の情報を表示する。また、タブレット端末21Aは、商品リーダにより読取った商品に対する精算処理を行うものであっても良い。
電子機器21としての商品リーダ21Bは、商品の情報を読取る装置である。商品リーダ21Bは、読取った商品の情報を表示する表示部を有するものであっても良い。例えば、商品リーダ21Bは、収納カゴ12に出し入れする商品に添付されたRFIDタグなどを読み取るRFIDタグリーダである。また、商品リーダ21Bは、商品に添付されたバーコードなどの商品識別情報を読み取るスキャナであっても良い。
なお、電子機器21としては、タブレット端末21Aに代えて利用者が所持する携帯端末(スマートフォン、タブレット端末など)を接続するためのインターフェース機器を設けても良い。電子機器21としてのインターフェース機器に接続する携帯端末は、上述したタブレット端末21Aと同様な処理を行うようにしても良い。また、電子機器21としてのインターフェース機器は、携帯端末が具備するバッテリを充電するものであっても良い。なお、電子機器21としてのインターフェース機器は、バッテリ22を内蔵するものであっても良いし、別途設けたバッテリ22に接続するものであっても良い。
本実施形態において、1つのカート1に対しては、複数の受電器23(23R、23L)が取り付けられる。図1に示す構成例では、2つの受電器23(23R、23L)がカート本体11に取り付けられる。受電器23Rは、カート本体11の右側の側面に取り付けられる。受電器23Lは、カート本体11の左側の側面に取り付けられる。2つの受電器23は、送電コイルからの電力を受電する受電コイルを有する。
図1に示す構成例において、受電器23Rの受電コイルは、カート本体11の右側面において右側に向けて取り付ける。受電器23Rは、受電コイルの受電面を床に対して略垂直の状態で右側に向けて後輪13Rrの上方に設ける。図1に示す構成によれば、受電器23Rの受電コイルは、収納位置に収納されたカート本体11の右側に設置した送電コイルから出力される電力を受電できる。
また、図1に示す構成例において、受電器23Lの受電コイルは、カート本体11の左側面において左側に向けて取り付ける。受電器23Lは、受電コイルの受電面を床に対して略垂直の状態で左側に向けて後輪13Rlの上方に設ける。図1に示す構成によれば、受電器23Lの受電コイルは、収納位置に収納されたカート本体11の左側に設置した送電コイルから出力される電力を受電できる。
なお、実施形態に係るカート1は、複数の受電器を含む受電システムを搭載するものであれば良く、左右に2つの受電コイルを設けるものに限定されるものではない。2つの受電コイルは、複数のカートを収納した状態において重ならない位置に配置されるものであれば良い。例えば、左右の何れかに1つの受電コイルを設け、もう1つの受電コイルをカート本体の底面に設けても良い。また、一方の側面または底面の異なる2か所に2つの受電コイルを設けても良い。
本実施形態において、1つのカート1に搭載する2つの受電器23R、23Lは、何れか一方で電力を受電するように制御される。後述するように、送電システムは、収納位置に収納した各カート1に対して、何れか一方側に配置した送電コイルから電力を伝送する。これに対応して、各カート1では、送電コイルに対向する側の受電器の受電コイルを有効とし、送電コイルが配置されていない側の受電器の受電コイルを短絡する。
送電コイルに対向する側の受電コイルの受電器(電力を受電可能とする受電コイルの受電器23)は、受電した電力を電子機器21またはバッテリ22へ供給する。これに対し、短絡された受電コイルは、別の受電コイル(前後に収納されるカートの受電コイル)に対向して設けた隣接する送電コイルからの非接触電力伝送に影響を与えないようにできる。なお、2つの受電器23を含む受電システムの制御系の構成については、後で詳細に説明するものとする。
次に、第1の実施形態に係る給電システムの構成について説明する。
図2は、第1の実施形態に係る給電システムによって給電される受電システムを搭載する複数のカート1を収納位置に収納した状態を示す斜視図である。
受電システム20を搭載する各カート1は、図2に示すように、所定の収納位置(カート置場)に収納される。図2では、2つのカート1(1A、1B)を収納位置に収納した状態を示すが、収納位置には2台以上のカート1が入れ子状に連なって収納されるものとする。複数のカート1が入れ子状に連なって収納された場合、各カート1に設ける受電コイルは、前後のカートの受電コイルと重ならないようにカートの所定位置に取り付けられる。
収納位置には、収納する各カート1における4つのキャスタ15の各車輪13を導くための4つのガイドレール31(31Rr、31Rl、31Fr、31Fl)が設けられる。ガイドレール31は、収納位置において各カート1を既定の位置に導くためのガイド装置である。図2に示す例では、カート1の後輪用に対応する1対のガイドレール31Rr、31Rlとカート1の前輪に対応する1対のガイドレール31Fr、31Flとを設置する。ただし、ガイドレール31は、収納位置において各カート1を既定の位置に導くものであれば良く、4つのガイドレールを配置する構成に限定されない。例えば、ガイドレール31は、4つのガイドレール31Rr、31Rl、31Fr、31Flのうち、何れか1つまたは2つを省略した構成としても良い。
収納位置において、各カート1は、ガイドレール31に沿って車輪が移動し、前後のカート同士が重なり合った状態で収納される。カート1における収納カゴ12の手前側の面は、下端を自由端として開閉可能な開閉面12aである。また、収納カゴ12は、開閉面12aとする手前側の面よりも先端側の面が小さく形成される。これにより、後方のカート1Bの収納カゴ12の先端側を前方のカート1Aの開閉面12aに押し込むと、前方のカートの開閉面12aは押し上げられる。前方のカート1Aの開閉面12aを押し上げたままさらに後方のカート1Bを押し込むと、カート1Bの収納カゴ12はカート1Aの収納カゴ12に重なるように収納される。
また、各カート1のフレーム14は、ガイドレール31に沿った移動方向に対する左右方向において、手前側が広く、先端側が狭くなるように形成される。このため、カート1の前輪13Fr、Flを支持するキャスタ15Fr、15Flは、後輪13Rr、13Rlを支持するキャスタ15Rr、15Rlよりも左右の幅が狭くなる。これにより、複数のカートを前後に連ねて収納する場合、後方のカート1Bのフレーム14は、前方のカート1Aのフレーム14に沿って重なるように収納される。
上述したように、複数のカート1(1A、1B)は、収納位置に収納した状態において前後のカート同士が重なり合った状態で収納される。各カート1は、収納位置においてガイドレール31に沿って車輪が移動するため、フレーム14および収納カゴ12の形状に応じて重なり合う状態が決まる。収納位置において重ねて収納される各カート1の前後の間隔が既定の距離であれば、各カート1の両側に設けた各受電器23(23R、23L)の受電コイルが配置される間隔も既定の距離となる。ただし、各カート1の受電器23R、23Lの受電コイルは、カート1を収納した状態において重なることないものとする。また、ここでは、カート1を収納した状態において、前後のカート1の受電コイルが、図2に示すように、近接した状態で隣接するように配置されることを想定するものとする。
送電器32(32R、32L)は、非接触で受電器23(23R、23L)が受電可能な電力を供給する。各送電器32は、送電コイルおよび送電回路などを有する。送電器32の送電コイルは、収納位置に収納される状態の各カート1に設けた受電器23の受電コイルに対向する位置に設ける。第1の実施形態に係る給電システムでは、送電器32の送電コイルは、図2に示すように、収納位置に並べて収納されるカート1の右側と左側とに交互に配置する。
図3は、第1の実施形態に係る給電システムにおける各カート1に設けた受電コイルと送電コイルとの関係を例示する図である。
図3は、収納位置に収納した5つのカート1に取り付ける受電コイルと収納位置に配置する送電コイルとの位置関係を模式的に示す。第1の実施形態に係る送電システムは、収納位置に並べる複数のカートに対して、先頭から奇数番目の各カート1の右側に送電器32Rの送電コイル(第1の送電コイル)を配置する。また、収納位置に並べた先頭から偶数番目の各カート1の左側面には、送電器32Lの送電コイル(第2の送電コイル)が対向するように配置する。
図3に示す例においては、送電器32Rの送電コイルは、収納位置に1、3、5番目に収納される各カート1の右側面に設ける受電器23Rの受電コイルに対向するように配置する。また、送電器32Lの送電コイルは、収納位置に2、4番目に収納される各カート1の左側面に設ける受電器23Lの受電コイルに対向するように配置する。これにより、送電システムは、収納位置に並べる複数のカートに対して、左右の両側において交互に送電コイルを配置する構成となる。
次に、第1の実施形態に係る給電システムの制御系の構成について説明する。
図4は、第1の実施形態に係る給電システムにおける制御系の構成例を示すブロック図である。
給電システムは、非接触で電力を伝送するシステムであり、受電側のシステム(受電システム、受電装置)20と送電側のシステム(送電システム、送電装置)30とで構成する。受電システム20は、受電器23が非接触で電力を受電し、受電した電力をバッテリ22あるいは電子機器21へ供給するシステムである。送電システム30は、収納位置に収納した各カート1に搭載された受電器23へ非接触で電力を伝送するためのシステムである。送電システム30は、収納位置のガイドレール31に沿って設置する複数の送電器32を有する。各送電器32は、商用電源に接続するACアダプタなどを介して直流電力が供給される。
図4に示す構成において、送電システム30を構成する各送電器32は、送電回路48および送電コイル47を有する。なお、送電器32は、各回路を制御するための制御回路を備えるものであっても良い。制御回路は、例えば、演算処理を実行するプロセッサおよびプロセッサが実行するプログラムを記憶するメモリなど実現しても良い。また、送電器32は、それぞれが外部の交流電源からの電圧を各回路の動作に適した電圧に変換する電源回路を具備しても良い。さらに、送電器32は、動作状態に応じて表示色を切り替えるインジケータなどの表示部を備えても良い。
送電回路48は、送電コイル47から出力する送電電力を生成する。送電回路48は、生成した送電電力を送電コイル47に供給する。例えば、送電回路48は、電源から供給される直流電力をスイッチングすることにより送電電力としての交流電力を生成する。 送電コイル47は、送電回路48から供給される送電電力に応じて受電器23が受電可能な電力を出力する。送電コイル47は、電力を送電する送電面が平面状に形成される。送電コイル47の送電面は、床面に対して略垂直になる状態で、受電器23の受電コイル45の受電面に対向するように配置される。
例えば、送電コイルは、共振用のコンデンサと直列あるいは並列接続されることにより共振回路(送電共振回路)を構成する。送電共振回路を構成する送電コイル47は、送電回路48からの交流電力に応じた磁界を発生させる。送電コイル47は、例えば、絶縁された電線が巻かれた巻線構造として構成されていても良いし、プリント基板上にコイルパターンが形成されて構成されていても良い。
次に、受電システム20について説明する。
図4に示す構成例において、各カート1に搭載する受電システム20は、2つの受電器23R、23Lと制御器40とを含む。各受電器23(23R、23L)は、受電コイル45(45R、45L)、短絡回路46(46R、46L)を有する。制御器40は、切換回路41、受電回路42および制御回路43を有する。また、受電システム20は、動作状態を表示する表示器を設けても良い。
図4に示す構成例において、受電器23Rは、受電コイル45Rおよび短絡回路46Rを有し、受電器23Lは、受電コイル45Rおよび短絡回路46Rを有する。
受電コイル45(45R、45L)は、送電コイル47(47R、47L)からの送電電力を受電するための受電用のコイルを含む。受電用のコイルは、絶縁された電線が巻かれた巻線構造として構成されていても良いし、プリント基板上にコイルパターンが形成されて構成されていても良い。例えば、受電コイル45は、受電用のコイルがコンデンサと直列あるいは並列接続されることにより共振回路(受電共振回路)を構成する。短絡回路46で短絡されていなければ、各受電コイル45は、近接する送電コイル47と電磁結合し、送電コイル47から出力された磁界によって誘導電流を発生させる。これにより、受電コイル45は、送電コイル47からの電力を交流電力として受電する。
受電コイル45は、送電コイル47から交流電力を受電する間、交流電源として機能する。また、電力伝送に磁界共振方式を利用する場合、受電コイル45としての受電共振回路の自己共振周波数は、送電器32R又は32Lが送電する周波数と略同一となるように構成する。これにより、受電コイル45の受電用のコイルと送電コイル47の送電用のコイルとが電磁結合した場合の電力の伝送効率が向上する。
受電コイル45は、電力を受電する受電用のコイルが形成する受電面が平面状となるように構成する。受電コイル45の受電面は、収納位置に配置される送電コイル47の送電面に応じた位置および向きでカート本体11に設置される。例えば、図2に示す構成例において、受電コイル45は、受電面が床面に対して略垂直になる状態でカート本体11の側面に設置される。これにより、収納位置に収納した各カート1の受電コイル45R又は45Lは、左右交互に床面に対して略垂直になる状態で配置される送電コイル47の送電面に対向する。
図4に示す構成において、各受電コイル45には、短絡回路46が接続される。受電コイル45は、送電コイルからの電力を受電可能なコイルとして無効にするための回路である。例えば、短絡回路46は、受電コイル45を短絡させることにより無効化する。また、短絡回路46は、受電コイル45を接地させることにより無効化するようにしても良い。また、短絡回路46は、制御器40の制御回路43からの制御信号に応じて受電コイル45を短絡させて無効化する。
また、制御器40は、切換回路41、受電回路42および制御回路43を有する。図4に示す構成例において、制御器40は、受電器23Rおよび受電器23Lとは別に設けられ、カート11本体に取り付けられるものとする。また、制御器40は、受電器23Rまたは受電器23Lの何れかと一体的に構成するようにしても良い。制御器40の切換回路41は、受電コイル45Rおよび45Lに接続する。また、制御器40の制御回路43は、受電器23Rの短絡回路46Rおよび受電器23Lの短絡回路46Lに接続される。
短絡回路46に短絡されていない受電コイル45は、送電コイル47からの電力を受電する。受電コイル45は、受電した電力を切換回路41を介して受電回路42へ供給する。切換回路41は、受電コイル45Rまたは受電コイル45Lの何れか一方を受電回路42に接続する。切換回路41は、受電コイル45Rまたは受電コイル45Lの何れかをオンする(受電回路42に接続させる)スイッチング回路などで構成する。
受電回路42は、切換回路41により接続される受電コイル45Rまはた受電コイル45Lからの受電電力をバッテリ22又は電子機器21へ供給可能な電力に変換する。例えば、受電回路42は、受電コイル45から供給される受電電力を整流し、直流に変換する。受電回路42は、例えば、複数のダイオードにより構成する整流ブリッジを含む回路により実現される。この場合、整流ブリッジの一対の入力端子は、切換回路41を介して受電コイル45としての受電共振回路に接続される。受電回路42は、受電コイル45から供給された受電電力を全波整流することにより、直流電力を一対の出力端子から出力する。
制御回路43は、受電システム20における各回路の動作を制御する。制御回路43は、マイコンなどにより構成しても良い。制御回路43は、無効とする受電コイルに設けた短絡回路に短絡を指示する信号を出力する。これにより、制御回路43は、2つの受電コイル45R、45Lのうち送電コイルからの電力の受電を行わない受電コイルを短絡させる制御を行う。また、制御回路43は、切換回路41に対して電力を受電する受電コイルを示す信号を出力する。これにより、制御回路43は、2つの受電コイル45R、45Lのうち受電回路42に接続する受電コイルを制御する。
制御回路43は、カート1が収納位置に収納された場合、2つの受電コイル45R、45Lのうち実際に送電コイルからの電力を受電する受電コイルを特定する。例えば、制御回路43は、切換回路41を切り替えてどちらの受電コイル45R、45Lが送電コイルからの電力を受電したかを検出する。
送電コイル47Rまたは47Lからの電力を受電した受電コイル45Rまたは45Lを特定すると、制御回路43は、電力を受電していない方の受電コイル45Lまたは45Rを対応する短絡回路46Lまたは46Rによって短絡させる。また、制御回路43は、送電コイル47Rまたは47Lから電力を受電している側の受電コイル45Rまたは45Lを受電回路42に接続させるように切換回路41をセットする。
例えば、受電コイル45Rが送電コイル47Rからの電力を受電した場合、制御回路43は、短絡回路46Lにより受電コイル45Lを短絡させる。受電コイル45Lを短絡させるとともに、制御回路43は、切換回路41により受電コイル45Rと受電回路42とを接続させる。これにより、制御回路43は、対向する位置に送電コイルが配置されていない受電コイルを短絡させて無効化する制御が実現できる。
以上のように、第1の実施形態に係る給電システムによれば、カートを収納位置に収納した場合、対向する位置に送電コイルが配置されていない受電コイルを短絡し、隣接する別のコイル間の結合を阻害することを防止できる。この結果、収納位置に収納したカートに設けた受電システムは効率良く送電システムからの電力を受電できる。
(第1の実施形態の変形例)
次に、上述した第1の実施形態の変形例について説明する。
上述した第1の実施形態では、送電コイルから電力を受電している受電コイルを特定し、電力を受電していない方の受電コイルを短絡するものとしたが、短絡する受電コイルは別の手法によって特定するようにしても良い。例えば、第1の変形例では、各カート1に搭載する受電システムが無線通信部を有するものとする。受電システムは、直前に収納されているカートの受電システムから電力を受電している受電コイルを示す情報を取得し、自カートにおいて短絡する受電コイルを判定する。
図5は、上述した第1の実施形態の変形例に係る受電システムの構成例を示すブロック図である。
図5に示す変形例は、図1乃至図4を用いて説明した第1の実施形態の受電システム20に無線通信部(無線通信回路)50を設けたものである。無線通信部50以外の構成については、上述した第1の実施形態と同様なもので実現できるため、詳細な説明を省略するものとする。
無線通信部50は、他のカート1に搭載された無線通信部と通信する機能を有する。例えば、無線通信部50は、自身を搭載するカート1の前に収納されるカートに搭載される無線通信部50と通信する。これにより、制御回路43は、前に収納されたカートが左右のどちらの受電コイルで電力を受電するかを示す情報を無線通信部50による無線通信で取得する。制御回路43は、前のカート1に搭載した受電システムが電力を受電する受電コイルとは、逆側の受電コイルで電力を受電するように制御する。例えば、制御回路43は、前のカートが右側に設けた受電コイル45Rで電力を受電している場合、自カートの受電システムでは左側の受電コイル45Lで電力を受電するよう制御する。
なお、無線通信部50は、送電システム30の送電器32と無線通信する機能を有するものとしても良い。この場合、送電システム30の送電器32は、無線通信を行うための無線通信部を設ける。これにより、受電システム20の制御回路43は、送電器32との通信によって取得する設定情報などの情報に基づいて各部の制御を行うようにしても良い。また、受電システム20と送電器32との無線通信は、例えば、負荷変調を利用して電力伝送の周波数と同一の周波数で無線通信する無線通信回路で実現しても良い。
以上のように、第1の実施形態および第1の実施形態の変形例に係る給電システムは、カートに取り付ける受電システムとカートの収納位置に配置する送電システムとを有する。受電システムは、各カートにおいて第1の箇所に取り付ける第1の受電コイルと第2の箇所に取り付ける受電コイルとを有する。送電システムは、収納位置に並べて収納される複数のカートに対して第1の箇所に対向する位置と第2の箇所に対向する位置とに交互に配置する複数の送電コイルを有する。受電システムは、カートを収納位置に収納した場合、送電コイルからの電力を受電しない方(対向する位置に送電コイルが配置されていない方)の受電コイルを短絡させる。
これにより、第1の実施形態に係る給電システムは、カートを収納位置に収納した場合に、対向する位置に送電コイルが配置されていない受電コイルを短絡でき、隣接する別のコイル間の結合を阻害することを防止できる。この結果として、収納位置に収納したカートに設けた受電システムが効率良く、送電システムからの電力を受電できる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
図6は、第2の実施形態に係る給電システムを構成する受電システム20´および送電システム30´の構成例を示す斜視図である。
図6に示す構成は、図2に示す構成と比べて、送電コイルの配置が異なる。図6に示す構成では、送電システム30´を構成する送電コイルを有する送電器32´(32R´、32L´)は、収納する各カート1に設ける2つの受電コイルに対向する位置にそれぞれ配置する。ただし、カート1の収納位置に沿って配置する送電コイルを含む送電器32R´、32L´以外の構成は、図2に示す第1の実施形態で説明したものと同様な構成で実現できるため、詳細な説明を省略する。
各カート1には、図1及び図2に示す構成と同様に、カート本体11の両側面にそれぞれ設ける受電コイルを含む受電器23´(23R´、23L´)が設けられる。2つの受電器23´(23R´、23L´)は、1つのカートに搭載する受電システム20´を構成する。受電システム20´が搭載される各カート1は、第1の実施形態で説明したように、所定の収納位置(カート置場)に入れ子状に並べて収納される。
第2の実施形態に係る送電システム30´では、ガイドレール31Rrの右側にガイドレール31Rrに沿って複数の送電器32R´が並べて配置される。ガイドレール31Rlの左側には、ガイドレール31Rlに沿って複数の送電器32L´が並べて配置される。送電器32R´の送電コイルおよび送電器32L´の送電コイルは、収納位置に収納されたカートの間隔に応じた間隔で並べて配置される。収納位置に収納した個々のカート1の左右に位置する送電器32R´と送電器32L´とは、1つのカート1に搭載した受電システム20´に電力を送電する送電装置として機能する。送電システム30は、収納位置に収納した複数のカート1に搭載された複数の受電システムへ電力を供給するシステムとして構成される。
送電器32´(32R´、32L´)は、非接触で受電器23´(23R´、23L´)が受電可能な電力を供給する。各送電器32´は、送電コイルおよび送電回路などを有する。第2の実施形態に係る送電システム30´では、収納位置に並べて収納する各カート1の左右に送電器32Rの送電コイルと送電器32Lの送電コイルとをそれぞれ配置する。また、送電システム30´において、1つのカートに対応する送電器32Rと送電器32Lとは、1つの受電システム20´に対する1組の送電装置として制御される。
図7は、第2の実施形態に係る給電システムにおける各カート1に設けた受電コイルを含む受電器23´と送電コイルを含む送電器32´との位置関係を例示する図である。 図7は、収納位置に収納した5つのカート1に取り付ける受電コイルと収納位置に配置する送電コイルとの位置関係を模式的に示す。第2の実施形態に係る送電システムは、収納位置に並べる全てのカートに対し、各カート本体11の右側に送電器32R´の送電コイルを配置し、各カート本体11の左側に送電器32L´の送電コイルを配置する。
図7に示す例において、1つのカート1に対応する送電器32R´と送電器32L´とは、何れか一方が電力伝送を行うように制御される。例えば、収納位置の右側に並べて配置される複数の送電器32R´(または32L´)は、収納位置におけるカートの並び方向に対して交互に送電を行うように制御される。
言い換えると、複数の送電コイル32R´(複数の第1の送信コイル)のうち、並んで収納されたカートにおいて1つおきの各カートに対向する各送電コイル32R´からは電力を送電させ、電力を送電しない各送電コイル32R´は短絡させる。他方、複数の送電コイル32L´(複数の第2の送信コイル)のうち、反対側に配置した送電コイル32R´(第1の送信コイル)から電力が供給されない各カートに対向する位置に配置された各送電コイル32L´からは電力を送電するとともに、電力を送電しない各送電コイル32L´は短絡させる。
ここで、送電を行わない送電器32R´(または32L´)の送電コイルは、後述する制御回路による制御に基づいて短絡回路によって短絡される。これに対して、もう一方の送電器32L´(又は32R)は、対となる送電器32R´が送電を行う場合には短絡され、対となる送電器32R´が短絡される場合には送電を行う。すなわち、第2の実施形態に係る送電システム30は、収納位置の左右に並べた各送電コイルが交互に電力を送電し、送電しない送電コイルを短絡する。
次に、第2の実施形態に係る給電システムの制御系の構成について説明する。
図8は、第2の実施形態に係る給電システムにおける制御系の構成例を示すブロック図である。
図8に示すように、収納位置の右側に並べる送電器32R´と収納位置の左側に並べる送電器32L´と制御器70とで1つのカートの受電システム20´に対する送電装置を構成する。第2の実施形態に係る送電システム30´は、収納位置に収納する複数のカート1に対する送電を行う。1つのカートに対応する送電器32R´と送電器32L´とは、1つの制御器70によって制御される。送電システム30´において、各制御器70は、互いに通信可能に接続される。
図8に示す構成において、各送電器32´(32R´、32L´)は、送電コイル75(75R、75L)および短絡回路76(76R、76L)を有する。制御器70は、切換回路71、送電回路72および制御回路73を有する。
図8に示す構成例において、送電器32R´は、送電コイル75Rおよび短絡回路76Rを有する。送電器32L´は、送電コイル75Rおよび短絡回路76Rを有する。 送電コイル75は、受電器23´の受電コイル65が受電可能な電力を出力する。送電コイル75は、電力を送電する送電面が平面状となるように形成する送電用のコイルを有する。送電コイル75の送電面は、床面に対して略垂直になる状態で、受電器23´の受電コイルの受電面に対向するように配置される。例えば、送電コイル75は、送電用のコイルが共振用のコンデンサと直列あるいは並列接続されることにより共振回路(送電共振回路)を構成する。送電用のコイルは、例えば、絶縁された電線が巻かれた巻線構造として構成されていても良いし、プリント基板上にコイルパターンが形成されて構成されていても良い。送電共振回路を構成する送電コイル75は、送電回路72からの交流電力に応じた磁界を発生させる。
送電コイル75の送電面は、収納位置に収納されたカート1の受電コイル65の受電面に対向するような位置および向きで設置される。例えば、図6に示す構成例において、送電コイル75は、送電面が床面に対して略垂直になる状態でカート本体11の側面に対向するように設置される。これにより、送電コイル75は、収納位置に収納した各カート1の受電コイル65に対向するように配置される。
図8に示す構成において、各送電コイル75には、短絡回路76が接続される。送電コイル75は、送電用のコイルとして無効にするための回路である。例えば、短絡回路76は、送電コイル75を短絡させることにより無効化する。また、短絡回路76は、送電コイル75を接地させることにより無効化するようにしても良い。また、短絡回路76は、制御器70の制御回路73からの制御信号に応じて送電コイル75の何れかを短絡させて無効化する。
また、制御器70は、切換回路71、送電回路72および制御回路73を有する。図8に示す構成例において、制御器70は、送電器32R´および送電器32L´とは別に設けられる。また、制御器70は、送電器32R´、または、送電器32L´の何れかと一体的に構成するようにしても良い。制御器70の切換回路71は、送電コイル75Rと送電コイル75Lとに接続する。また、制御器70の制御回路73は、送電器32R´の短絡回路76Rおよび送電器32L´の短絡回路76Lに接続される。
短絡回路76に短絡されていない送電コイル75は、受電コイル65が受電可能な電力を出力する。送電コイル75は、切換回路71を介して接続される送電回路72から与えられる電力を出力する。切換回路71は、送電コイル75Rまたは送電コイル75Lの何れか一方を送電回路72に接続する。切換回路71は、送電コイル75Rまたは送電コイル75Lの何れかをオンする(送電回路72に接続する)スイッチング回路などで構成する。
制御回路73は、送電システム30´における各回路の動作を制御する。制御回路73は、例えば、マイコンなどにより構成しても良い。制御回路73は、無効とする送電コイル75に設けた短絡回路76に短絡を指示する信号を出力する。これにより、制御回路73は、2つの送電コイル75R、75Lのうち受電システム20´への電力を出力しない送電コイルを短絡させる。また、制御回路73は、切換回路71に対して受電システム20´への電力の送電を行う送電コイルを示す信号を出力する。これにより、制御回路73は、2つの送電コイル75R、75Lのうち送電回路72に接続する送電コイルを制御する。
制御回路73は、2つの送電コイル75R、75Lのうち実際に電力を送電する送電コイルを特定する。制御回路73は、収納位置の右側に並べる送電コイルと左側に並べる送電コイルとがそれぞれ交互に電力を出力するように制御する。制御回路73は、制御対象となる送電コイルの前後にある送電コイルを制御する制御回路と通信し、前後の送電コイルが交互に電力を出力するようにする。
また、制御回路73は、送電コイル75Rまたは75Lのうち電力を送電していない方の送電コイル75Lまたは75Rを対応する短絡回路76Lまたは76Rによって短絡させる。また、制御回路73は、電力を送電している側の送電コイル75Rまたは75Lを送電回路72に接続させるように切換回路71をセットする。例えば、送電コイル75Rから電力を送電する場合、制御回路73は、短絡回路76Lにより送電コイル75Lを短絡させる。さらに、送電コイル75Lを短絡させるとともに、制御回路73は、切換回路71により送電コイル75Rと送電回路72とを接続させる。
次に、受電システム20´について説明する。
図8に示す構成例において、各カート1に搭載する受電システム20´は、2つの受電器23R´、23L´と制御器60とを有する。各受電器23´(23R´、23L´)は、受電コイルを有する。制御器60は、切換回路61および受電回路62を有する。
図8に示す構成例において、受電コイル65(65R、65L)は、送電コイル75(75R、75L)からの送電電力を受電するための受電用のコイルを含む。例えば、受電コイル65は、受電用のコイルがコンデンサと直列あるいは並列接続されることにより共振回路(受電共振回路)を構成する。受電コイル65は、電力を送電する送電コイル75と電磁結合し、送電コイル75から出力された磁界によって誘導電流を発生させる。これにより、受電コイル65は、送電コイル75からの電力を交流電力として受電する。
図8に示す構成例において、制御器60は、切換回路61および受電回路62を有する。また。図8に示す構成例では、制御器60は、受電器23R´および受電器23L´とは別に設けられる。ただし、制御器60は、受電器23R´または受電器23L´の何れかと一体的に構成するようにしても良い。
制御器60の切換回路61は、受電コイル65Rまたは受電コイル65Lの何れか一方と受電回路とを接続させる。切換回路61は、受電コイル65Rまたは受電コイル65Lの何れかをオンする(受電回路42に接続させる)スイッチング回路などで構成する。図8に示す構成例では、切換回路61は、送電コイル75からの電力を受電した受電コイル45と受電回路62とを接続するように作用する。なお、切換回路61は、別途設けた制御回路の制御によってスイッチングを行うようにしても良い。
受電回路62は、切換回路71により接続される受電コイル65Rまはた受電コイル65Lからの受電電力をバッテリ22又は電子機器21へ供給可能な電力に変換する。例えば、受電回路62は、受電回路42と同様に、受電コイル65から供給される受電電力を整流し、直流に変換する。
なお、図8に示す構成例において、受電システム20´の構成は、図4または図5に示すような構成としても良い。すなわち、第2の実施形態に係る受電システム20´は、各受電コイルにそれぞれ短絡回路を接続し、短絡回路および切換回路を制御する制御回路を設けても良い。これにより、受電システムにおいても、受電を行わない受電コイルを短絡して無効化することができる。
以上のように、第2の実施形態に係る給電システムは、カートに取り付ける受電システムとカートの収納位置に配置する送電システムとを有する。受電システムは、各カートにおける第1の箇所に取り付ける第1の受電コイルと第2の箇所に取り付ける第2の受電コイルとを有する。受電システムは、第1の受電コイルまたは第2の受電コイルの何れか一方で送電コイルからの電力を受電する。
送電システムは、収納位置に並べて収納する複数のカートに対し、全てのカートの第1の箇所に対向する位置と第2の箇所に対向する位置とにそれぞれ送電コイルを配置する。送電システムにおいて、第1の箇所に対向する位置の送電コイルと第2の箇所に対向する位置の送電コイルとは交互に電力を送電するように制御する。さらに、送電システムにおいて、電力を送電しない送電コイルは短絡する。
これにより、第2の実施形態に係る給電システムは、カートの2か所に設けた受電コイルに対向する位置に対応して並べた送電コイルが交互に電力を出力するとともに、電力を出力しない送電コイルを短絡できる。この結果、隣接する別のコイル間の結合を阻害することを防止できる。この結果として、収納位置に収納したカートに設けた受電コイルが効率良く送電コイルからの電力を受電できる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載した内容を付記する。
[1]
カートに設置する受電システムであって、
前記カートにおける第1の箇所に受電面を設ける第1の受電コイルと、
前記カートにおける前記第1の箇所とは異なる第2の箇所に受電面を設ける第2の受電コイルと、
前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルが受信する電力から駆動用の電力を生成する受電回路と、
前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルのうち電力を送電する送電コイルに対向する位置にある何れか一方の受電コイルを前記受電回路に接続させる切換回路と、 を有する受電システム。
[2]
さらに、前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルのうち前記切換回路により前記受電回路に接続されない受電コイルを短絡させる短絡回路を有する、
[2]に記載の受電システム。
[3]
収納位置に並んで収納するカートに搭載する受電システムと前記受電システムへ電力を送電する送電システムとを含む給電システムであって、
前記受電システムは、
前記カートにおける第1の箇所に受電面を設ける第1の受電コイルと、
前記カートにおける前記第1の箇所とは異なる第2の箇所に受電面を設ける第2の受電コイルと、
前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルが受信する電力から駆動用の電力を生成する受電回路と、
前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルのうち電力を送電する送電コイルの送電面に受電面が対向する何れか一方の受電コイルを前記受電回路に接続させる切換回路と、を有し、
前記送電システムは、
収納位置に並んで収納される複数のカートにおいて1つおきの各カートの前記第1の箇所に向けて電力を送電する複数の第1の送電コイルと、
前記収納位置に並んで収納される複数のカートにおいて前記第1の送電コイルからの電力を送電されない各カートの前記第2の箇所に向けて電力を送電する複数の第2の送電コイルと、を有する、
給電システム。
[4]
前記第1の送電コイルは、前記収納位置に並んで収納される複数のカートにおいて1つおきの各カートの前記第1の箇所に対向する位置に配置し、
前記第2の送電コイルは、前記収納位置に並べて収納される複数のカートにおいて前記第1の送電コイルが配置されない各カートの前記第2の箇所に対向する位置に配置する、 [3]に記載の給電システム。
[5]
前記第1の送電コイルは、前記収納位置に並んで収納される各カートの前記第1の箇所に対向する位置に並べて配置し、
前記第2の送電コイルは、前記収納位置に並べて収納される各カートの前記第2の箇所に対向する位置に並べて配置し、
前記複数の送電コイルにおいて前記1つおきの各カートに対向する第1の送電コイルから電力を送電させるとともに電力を送電しない第1の送電コイルを短絡し、
前記複数の第2の送電コイルにおいて前記第1の送電コイルから電力を送電しない各カートに対向する位置に配置された前記第2の送電コイルから電力を送電するとともに、電力を送電しない前記第2の送電コイルを短絡する、
[3]に記載の給電システム。
1(1A、1B)…ショッピングカート(カート)、20、20´…受電システム(受電装置)、23(23R、23L)、23´(23R´、23L´)…受電器、30、30´…送電システム(送電装置)、32(32R、32L)、32´(32R´、32L´)…送電器、40…制御器、41…切換回路、42…送電回路、42…受電回路、43…制御回路、45(45R、45L)…受電コイル、46(46R、46L)…短絡回路、47(47R、47L)…送電コイル、48…送電回路、50…無線通信部、60…制御器、61…切換回路、62…受電回路、65(65R、65L)…受電コイル、70…制御器、71…切換回路、72…送電回路、72…受電回路、73…制御回路、75…送電回路、75(75R、75L)…送電コイル、76(76R、76L)…短絡回路。

Claims (4)

  1. カートに設置する受電システムであって、
    前記カートにおける第1の箇所に受電面を設ける第1の受電コイルと、
    前記カートにおける前記第1の箇所とは異なる第2の箇所に受電面を設ける第2の受電コイルと、
    前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルが受信する電力から駆動用の電力を生成する受電回路と、
    前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルのうち何れか一方の受電コイルを前記受電回路に接続させる切換回路と
    前記第1の受電コイルまたは前記第2の受電コイルのうち前記切換回路により前記受電回路に接続されない受電コイルを短絡させる短絡回路と、
    前記切換回路を切り替えてどちらの受電コイルが送電コイルからの電力を受電したかを検出し、送電コイルからの電力を受電した方の受電コイルを受電回路に接続させる制御回路と、
    を有する受電システム。
  2. 前記カートは、収納位置において他のカートに対して前後方向に並べられて収納され、
    前記第1の受電コイルの受電面は、前記カートの右側の側面における第1の箇所に取り付けられ、
    前記第2の受電コイルの受電面は、前記カートの左側の側面における第2の箇所に取り付けられる、
    請求項1に記載の受電システム。
  3. 前記第1の受電コイルの受電面および前記第2の受電コイルの受電面は、床に対して垂直の状態で取り付けられる、
    請求項2に記載の受電システム。
  4. 前記カートは、前輪と左右の後輪とを有し、
    前記第1の受電コイルの受電面は、前記カートにおける右側の後輪の上方を第1の箇所として取り付けられ、
    前記第2の受電コイルの受電面は、前記カートにおける左側の後輪の上方を第2の箇所として取り付ける、
    請求項3に記載の受電システム。
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