JPWO2018150678A1 - Contactless power supply system - Google Patents

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Abstract

給電対象が不規則的に自在に変位しても、安定的に高効率な非接触給電を行う。送電装置110から受電装置120に磁界共振結合により非接触で給電する非接触給電システム100であって、送電装置に設けられる送電コイル112と、受電装置に設けられる受電コイル122と、受電コイルに対する送電コイルの位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構115と、受電コイルの送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知する検知手段125と、検知手段による検知結果に基づいて、送電コイル位置・角度調整機構を介して受電コイルに対する送電コイルの位置及び相対角度を調整して、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。Even if the power supply target is irregularly and freely displaced, stable and efficient non-contact power supply is performed. A non-contact power supply system 100 that supplies power from a power transmission device 110 to a power reception device 120 in a non-contact manner by magnetic resonance coupling, and includes a power transmission coil 112 provided in the power transmission device, a power reception coil 122 provided in the power reception device, and power transmission to the power reception coil. Based on the detection result by the power transmission coil position / angle adjustment mechanism 115 that adjusts the position and relative angle of the coil, the detection unit 125 that detects the distance of the power reception coil from the power transmission coil and the inclination angle with respect to the vertical direction, A control unit that adjusts the position and relative angle of the power transmission coil with respect to the power reception coil via the power transmission coil position / angle adjustment mechanism, and controls the transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device to be a maximum value. It is characterized.

Description

本発明は、送電装置から受電装置に磁界共振結合により非接触で電力を供給する非接触給電システムに関する。本出願は、日本国において2017年2月17日に出願された日本特許出願番号特願2017−027568を基礎として優先権を主張するものであり、この出願を参照することにより、本出願に援用される。   The present invention relates to a non-contact power supply system that supplies electric power from a power transmission device to a power reception device in a contactless manner by magnetic resonance coupling. This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2017-027568 filed on Feb. 17, 2017 in Japan, and is incorporated herein by reference. Is done.

近年、給電装置から電源ケーブルを使用せずに電子機器等の負荷に対して電力を非接触で供給する非接触給電システム(ワイヤレス給電システム)の実用化が研究されている。非接触での電力供給を可能にする技術として、電磁誘導を用いた「電磁誘導方式」、電磁界の共振現象を利用した「電磁界共振方式」、及び電力をマイクロ波やレーザー等の電磁波に変換しアンテナを介して送受信する「電波方式」がある。   In recent years, the practical application of a non-contact power feeding system (wireless power feeding system) that supplies power to a load such as an electronic device in a non-contact manner without using a power cable from a power feeding device has been studied. Technologies that enable non-contact power supply include "electromagnetic induction method" using electromagnetic induction, "electromagnetic resonance method" using electromagnetic resonance phenomenon, and power to electromagnetic waves such as microwaves and lasers. There is a "radio wave system" that converts and transmits and receives via an antenna.

電磁誘導方式は、産業的にも最も実用化されている技術であり、数kWの電力を伝送可能であるが、伝送可能距離が数cmまでと短い上に、送電コイル・受電コイル間に位置ずれが生じると、コイル間の結合係数が低下し、伝送効率が著しく低下する。一方、電波方式による給電は、まだ依然として研究開発段階であり、数kWでの伝送が期待されているが、他方式と比較して伝送効率が低いこと、また、指向性が極めて高いため、受電側が僅かに動いた場合や、送電・受電装置間に障害物が介入した場合には、伝送不能となることが課題となっている。   The electromagnetic induction method is the most practical technology in the industry and can transmit several kW of power, but the transmission distance is as short as several centimeters, and it is located between the transmitting coil and the receiving coil. When the deviation occurs, the coupling coefficient between the coils is lowered, and the transmission efficiency is significantly lowered. On the other hand, power supply using the radio wave system is still in the research and development stage, and transmission at several kW is expected. However, the transmission efficiency is low compared to other systems, and the directivity is extremely high. When the side moves slightly, or when an obstacle intervenes between the power transmission / reception devices, transmission becomes impossible.

これに対して、送電側のLC回路の共振周波数と、受電側のLC回路の共振周波数を電源周波数に一致させる電磁界共振方式(磁界共振結合方式)は、伝送効率がコイル間の結合係数と、共振回路の共振の鋭さを表すQ値の積で決定され、送電距離がメートルオーダーで可能な上、多少のコイルずれによって結合係数が低下しても、Q値が高ければ伝送可能であるという利点がある。このため、磁界共振結合方式による非接触給電システムは、実用化の研究が進められ、例えば、特許文献1及び2に記載されているように、受電コイルを搭載した電気自動車への電力供給等に適用されている。   On the other hand, in the electromagnetic resonance method (magnetic resonance coupling method) in which the resonance frequency of the LC circuit on the power transmission side and the resonance frequency of the LC circuit on the power reception side coincide with the power supply frequency, the transmission efficiency is the coupling coefficient between the coils. It is determined by the product of the Q value that represents the sharpness of resonance of the resonance circuit, and the transmission distance can be in the order of meters, and even if the coupling coefficient decreases due to some coil deviation, transmission is possible if the Q value is high. There are advantages. For this reason, research on practical application of a contactless power supply system using a magnetic resonance coupling method has been promoted. For example, as described in Patent Documents 1 and 2, for power supply to an electric vehicle equipped with a receiving coil, etc. Has been applied.

特開2013−121261号公報JP2013-121261A 特開2016−192856号公報JP, 2006-192856, A

磁界共振結合方式に関しては、給電対象が電気自動車等のように、所定の方向に向けて規則的に移動する受電コイルに向けて、送電コイルから給電を行える場合には、電力伝送が行える。しかしながら、給電対象が人に装着された人工心臓やパワーアシストスーツ等の医療機器や、工場内の移動ロボットのように、不規則的に自在に動き回る場合には、送電コイルと受電コイルとの間の相対角度が90度に近くなることによって、双方のコイル間の結合係数がゼロに近づくことが不規則的に起こり得る。このため、送電装置と受電装置との間に伝送される電力の伝送効率が著しく低下して、安定した電力伝送が困難になる。   With respect to the magnetic field resonance coupling method, power can be transmitted when power can be supplied from a power transmission coil toward a power receiving coil that regularly moves in a predetermined direction, such as an electric vehicle. However, when the power supply target moves irregularly and freely, such as a medical device such as an artificial heart or a power assist suit worn by a person, or a mobile robot in a factory, it is between the power transmission coil and the power reception coil. When the relative angle of the coil approaches 90 degrees, the coupling coefficient between the two coils may be irregularly close to zero. For this reason, the transmission efficiency of the electric power transmitted between the power transmission device and the power receiving device is significantly reduced, and stable power transmission becomes difficult.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、給電対象が不規則的に自在に変位しても、安定的に高効率な非接触給電の可能な、新規かつ改良された非接触給電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is a new and improved non-contact power feeding capable of stably and highly efficient non-contact power feeding even when a power feeding target is irregularly and freely displaced. The purpose is to provide a system.

本発明の一態様は、送電装置から受電装置に磁界共振結合により非接触で給電する非接触給電システムであって、前記送電装置に設けられる送電コイルと、前記受電装置に設けられる受電コイルと、前記受電コイルに対する前記送電コイルの位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構と、前記受電コイルの前記送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知する検知手段と、前記検知手段による検知結果に基づいて、前記送電コイル位置・角度調整機構を介して前記受電コイルに対する前記送電コイルの前記位置及び前記相対角度を調整して、前記送電装置から前記受電装置への電力伝送効率が最大値となるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。   One embodiment of the present invention is a contactless power feeding system that feeds power from a power transmission device to a power reception device in a contactless manner by magnetic resonance coupling, a power transmission coil provided in the power transmission device, a power reception coil provided in the power reception device, A power transmission coil position / angle adjustment mechanism that adjusts the position and relative angle of the power transmission coil with respect to the power reception coil, a detection unit that detects a distance from the power transmission coil and a tilt angle of the power reception coil with respect to a vertical direction, and the detection unit The power transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device is adjusted by adjusting the position and the relative angle of the power transmission coil with respect to the power reception coil via the power transmission coil position / angle adjustment mechanism based on the detection result by the power transmission coil. And a control unit that controls the maximum value.

本発明の一態様によれば、受電側が不規則的に自在に変位しても、検知手段による検知結果に基づいて、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御するので、安定的に高効率な非接触給電が可能となる。   According to one aspect of the present invention, even if the power receiving side is irregularly and freely displaced, the position of the power transmission coil and the relative angle with respect to the power receiving coil are immediately adjusted based on the detection result by the detection unit. Since the transmission efficiency from the device to the power receiving device is controlled so as to become the maximum value, stable and highly efficient non-contact power feeding becomes possible.

このとき、本発明の一態様では、前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、及び前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することとしてもよい。   At this time, in one aspect of the present invention, the control unit is configured to detect the distance from the power transmission coil of the power reception coil detected by the detection unit, the inclination angle of the power reception coil, and the inclination of the power transmission coil with respect to the vertical direction. Control may be performed so that the transmission efficiency calculated from the relational expression based on the angle becomes a maximum value.

このようにすれば、受電側が不規則的に自在に変位しても、検知手段による検知結果に基づく関係式で算出される伝送効率が最大値となるように、即時に送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   In this way, even if the power receiving side is irregularly and freely displaced, the position of the power transmission coil and the power receiving are immediately adjusted so that the transmission efficiency calculated by the relational expression based on the detection result by the detection means becomes the maximum value. By adjusting the relative angle with respect to the coil, the transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device can be controlled to be the maximum value.

また、本発明の一態様では、前記検知手段は、前記受電コイルの近傍に設けられるセンサであることとしてもよい。   In the aspect of the invention, the detection unit may be a sensor provided in the vicinity of the power receiving coil.

このようにすれば、受電コイルの位置検出の精度が上がるので、受電側が不規則的に自在に変位しても、センサによる検知結果に基づいて、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   In this way, the accuracy of detecting the position of the power receiving coil is improved, so even if the power receiving side is irregularly and freely displaced, the position of the power transmitting coil and the relative angle with respect to the power receiving coil are immediately determined based on the detection result by the sensor. By adjusting to, the transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device can be controlled to be the maximum value.

また、本発明の一態様では、前記検知手段として、前記受電コイル又は前記送電コイルの少なくとも何れかを撮像可能な撮像装置が設けられることとしてもよい。   In one embodiment of the present invention, an imaging device capable of imaging at least one of the power reception coil and the power transmission coil may be provided as the detection unit.

このようにすれば、撮像装置によって受電コイルと送電コイルの位置関係を検知できるので、受電側が不規則的に自在に変位しても、撮像装置による検知結果に基づいて、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   In this way, the positional relationship between the power reception coil and the power transmission coil can be detected by the imaging device. Therefore, even if the power reception side is irregularly and freely displaced, the position of the power transmission coil and the power reception are determined based on the detection result by the imaging device. By immediately adjusting the relative angle with respect to the coil, the transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device can be controlled to be the maximum value.

また、本発明の一態様では、前記送電コイルと前記受電コイルとの間に設けられる中継コイルと、前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度を調整する中継コイル角度調整機構と、前記中継コイルを前記受電コイルに追従するように移動させる中継コイル移動手段と、を更に備え、前記検知手段は、前記中継コイルを介して前記受電コイルの前記送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知し、前記制御部は、前記検知手段による検知結果に基づいて、前記中継コイル角度調整機構を介して前記受電コイルに対する前記中継コイルの相対角度を調整して、前記中継コイル角度調整機構及び前記送電コイル位置・角度調整機構を介して前記送電コイルに対する前記中継コイルの相対角度を調整して、かつ、前記中継コイル移動手段を介して前記送電コイルから前記中継コイルまでの距離を調整することによって、前記送電装置から前記受電装置への伝送効率が最大値となるように制御することとしてもよい。   In one aspect of the present invention, a relay coil provided between the power transmission coil and the power reception coil, a relay coil angle adjustment mechanism that adjusts an inclination angle of the relay coil with respect to the vertical direction, and the relay coil. Relay coil moving means for moving the power receiving coil so as to follow the power receiving coil, and the detecting means detects a distance from the power receiving coil to the power transmitting coil and an inclination angle with respect to a vertical direction via the relay coil. The control unit adjusts the relative angle of the relay coil with respect to the power receiving coil via the relay coil angle adjustment mechanism based on the detection result by the detection means, and thereby the relay coil angle adjustment mechanism and the power transmission coil Adjusting the relative angle of the relay coil with respect to the power transmission coil via a position / angle adjustment mechanism, and the relay coil; By adjusting the distance from the power transmission coil to said relay coil via the motion means, transmission efficiency from the power transmitting device to the receiving device may be controlled to be a maximum value.

このようにすれば、送電装置と受電装置との距離が大きい場合でも、センサによる検知結果に基づいて、中継コイルを介して、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   In this way, even when the distance between the power transmission device and the power reception device is large, the position of the power transmission coil and the relative angle with respect to the power reception coil are immediately adjusted via the relay coil based on the detection result by the sensor. The transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device can be controlled to be the maximum value.

また、本発明の一態様では、前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、及び前記送電コイルから前記中継コイルまでの前記距離に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することとしてもよい。   Moreover, in one aspect of the present invention, the control unit is configured such that the distance from the power transmission coil of the power reception coil detected by the detection unit, the inclination angle of the power reception coil, the inclination angle of the power transmission coil with respect to the vertical direction, Control may be performed so that the transmission efficiency calculated from the relational expression based on the inclination angle of the relay coil with respect to the vertical direction and the distance from the power transmission coil to the relay coil becomes a maximum value.

このようにすれば、送電装置と受電装置との距離が大きい場合でも、受電側が不規則的に自在に変位した際に、検知手段による検知結果に基づく関係式で算出される伝送効率が最大値となるように、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   In this way, even when the distance between the power transmitting device and the power receiving device is large, the transmission efficiency calculated by the relational expression based on the detection result by the detecting means is maximum when the power receiving side is irregularly and freely displaced. Thus, by immediately adjusting the position of the power transmission coil and the relative angle to the power reception coil, the transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device can be controlled to the maximum value.

また、本発明の一態様では、前記中継コイルは、複数設けられ、前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記送電コイルから前記中継コイルまでの前記距離、及び前記中継コイルの個数に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することとしてもよい。   In the aspect of the invention, the relay coil is provided in a plurality, and the control unit is configured to detect the distance from the power transmission coil of the power reception coil detected by the detection unit, the inclination angle of the power reception coil, and the power transmission. The transmission efficiency calculated from the relational expression based on the inclination angle of the coil with respect to the vertical direction, the inclination angle of the relay coil with respect to the vertical direction, the distance from the power transmission coil to the relay coil, and the number of the relay coils. It is good also as controlling so that it may become the maximum value.

このようにすれば、送電装置と受電装置との距離がより大きく離れた場合でも、検知手段による検知結果に基づいて、複数の中継コイルを介して、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   According to this configuration, even when the distance between the power transmission device and the power reception device is further increased, the position of the power transmission coil and the relative angle with respect to the power reception coil are determined via the plurality of relay coils based on the detection result by the detection unit. By adjusting immediately, the transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device can be controlled to be the maximum value.

また、本発明の一態様では、前記検知手段は、前記受電コイル又は前記中継コイルの少なくとも何れか一方の近傍に設けられるセンサであることとしてもよい。   In the aspect of the invention, the detection unit may be a sensor provided in the vicinity of at least one of the power reception coil and the relay coil.

このようにすれば、受電コイルの位置検出の精度が上がるので、受電側が不規則的に自在に変位しても、センサによる検知結果に基づいて、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   In this way, the accuracy of detecting the position of the power receiving coil is improved, so even if the power receiving side is irregularly and freely displaced, the position of the power transmitting coil and the relative angle with respect to the power receiving coil are immediately determined based on the detection result by the sensor. By adjusting to, the transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device can be controlled to be the maximum value.

また、本発明の一態様では、前記検知手段として、前記受電コイル、前記送電コイル、又は前記中継コイルの少なくとも何れかを撮像可能な撮像装置が設けられることとしてもよい。   In one embodiment of the present invention, an imaging device capable of imaging at least one of the power reception coil, the power transmission coil, and the relay coil may be provided as the detection unit.

このようにすれば、撮像装置によって受電コイル、送電コイル、及び中継コイルの位置関係を検知できるので、受電側が不規則的に自在に変位しても、撮像装置による検知結果に基づいて、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。   In this way, since the positional relationship among the power receiving coil, the power transmitting coil, and the relay coil can be detected by the imaging device, even if the power receiving side is irregularly and freely displaced, the power transmitting coil is based on the detection result by the imaging device. By immediately adjusting the position and the relative angle with respect to the power receiving coil, the transmission efficiency from the power transmitting device to the power receiving device can be controlled to the maximum value.

以上説明したように本発明によれば、給電対象が不規則的に自在に変位しても、送電コイルの位置や受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御するので、安定的に高効率な非接触給電が実現される。   As described above, according to the present invention, even if the power supply target is irregularly and freely displaced, by immediately adjusting the position of the power transmission coil and the relative angle with respect to the power reception coil, the power transmission device can receive power from the power reception device. Since the transmission efficiency is controlled to the maximum value, stable and highly efficient non-contact power feeding is realized.

本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの一態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the one aspect | mode of the non-contact electric power feeding system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the non-contact electric power feeding system which concerns on one Embodiment of this invention. 送電コイルの角度制御の有無の場合における伝送効率の比較結果を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison result of the transmission efficiency in the case of the presence or absence of angle control of a power transmission coil. 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of the operation control of the non-contact electric power feeding system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of operation control of the non-contact electric power feeding system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの一変形例の回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the modification of the non-contact electric power feeding system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの他の変形例の回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the other modification of the non-contact electric power feeding system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの他の態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the other aspect of the non-contact electric power feeding system which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの一態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the one aspect | mode of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the outline of operation control of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of operation control of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの一変形例の回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the modification of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの他の変形例の回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the other modification of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの更に他の変形例の回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the other modification of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの更に他の変形例の回路構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the circuit structure of the other modification of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの他の態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the other aspect of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの更に他の態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the other aspect of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの更に他の態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the other aspect of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの更に他の態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the other aspect of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの更に他の態様の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the other aspect of the non-contact electric power feeding system which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.

(第1の実施形態)
まず、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの概略について、図面を使用しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの一態様の概略構成を示す説明図である。
(First embodiment)
First, an outline of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention will be described using the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of one aspect of a non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention.

本発明の一実施形態に係る非接触給電システム100は、送電装置110から給電対象となる受電装置120に磁界共振結合により非接触で給電する機能を有する。本実施形態の非接触給電システム100は、商用電源に接続された電源ステーション111に送電コイル112を取り付けたものを送電装置110として、受電コイル122が装着者の背中側に設けられるパワーアシストスーツ121を受電装置120として適用している。なお、送電装置110は、商用電源に接続された電源ステーション111に限定されず、受電装置120に対する電源となるものであれば、バッテリ等の電力供給手段に送電コイル112を取り付けたものであってもよい。   The contactless power supply system 100 according to an embodiment of the present invention has a function of supplying power from a power transmission device 110 to a power reception device 120 that is a power supply target in a contactless manner by magnetic resonance coupling. In the non-contact power supply system 100 of the present embodiment, a power assist suit 121 in which a power receiving coil 122 is provided on the wearer's back side is a power transmission device 110 in which a power transmission coil 112 is attached to a power station 111 connected to a commercial power source. Is applied as the power receiving apparatus 120. The power transmission device 110 is not limited to the power supply station 111 connected to a commercial power source, and may be a power supply unit such as a battery provided with a power transmission coil 112 as long as it is a power source for the power reception device 120. Also good.

送電装置110には、受電装置120に設けられた受電コイル122に対して、磁界共振結合により非接触で電力を供給する送電コイル112が設けられている。送電コイル112は、受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構となるジンバル機構115を介して電源ステーション111に取り付けられている。   The power transmission device 110 is provided with a power transmission coil 112 that supplies power to the power reception coil 122 provided in the power reception device 120 in a contactless manner by magnetic resonance coupling. The power transmission coil 112 is attached to the power supply station 111 via a gimbal mechanism 115 serving as a power transmission coil position / angle adjustment mechanism that adjusts the position and relative angle of the power transmission coil 112 with respect to the power reception coil 122.

本実施形態では、給電対象となる受電装置120が人に装着されるパワーアシストスーツ121であり、図1に示すように、その受電コイル122が人の背中に設けられているため、パワーアシストスーツ121を装着した人の位置や姿勢によって、送電コイル112に対する受電コイル122の位置や角度が不規則的に変化する。前述したように、送電コイル112と受電コイル122との間の相対角度が90度になると、双方のコイル間の結合係数がゼロに近づき、送電装置120と受電装置110との間に伝送される電力の伝送効率ηが著しく低下して、安定した電力伝送が困難になる。   In the present embodiment, the power receiving device 120 to be fed is a power assist suit 121 to be worn by a person, and the power receiving suit 122 is provided on the back of the person as shown in FIG. The position and angle of the power receiving coil 122 with respect to the power transmitting coil 112 vary irregularly depending on the position and posture of the person wearing the 121. As described above, when the relative angle between the power transmission coil 112 and the power reception coil 122 is 90 degrees, the coupling coefficient between the two coils approaches zero and is transmitted between the power transmission device 120 and the power reception device 110. The power transmission efficiency η is significantly lowered, and stable power transmission becomes difficult.

このため、本実施形態では、ジンバル機構115を介して送電コイル112が不規則的に変位する受電コイル122の位置及び角度を追従しながら、送電コイル112を支持するジンバル機構115のモータ等からなる駆動部116を駆動させて、送電コイル112の位置及び相対角度を調整するようになっている。すなわち、本実施形態では、磁界共振結合による電力伝送において、受電コイル122の角度に合わせて、送電コイル112の角度を制御することによって高い伝送効率を維持できるようにしている。なお、受電コイル122の角度に合わせた送電コイル112の角度制御動作の詳細については、後述する。   For this reason, in the present embodiment, the motor includes a motor of the gimbal mechanism 115 that supports the power transmission coil 112 while following the position and angle of the power reception coil 122 where the power transmission coil 112 is irregularly displaced via the gimbal mechanism 115. The drive unit 116 is driven to adjust the position and relative angle of the power transmission coil 112. That is, in this embodiment, in power transmission by magnetic field resonance coupling, high transmission efficiency can be maintained by controlling the angle of the power transmission coil 112 in accordance with the angle of the power reception coil 122. The details of the angle control operation of the power transmission coil 112 that matches the angle of the power reception coil 122 will be described later.

なお、本実施形態では、受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構としてジンバル機構115が適用されているが、ジンバル機構115のみでなく、送電コイル112の高さを調整できるように昇降機構を設けてもよい。また、受電装置120として、給電対象となる負荷がウェアラブルデバイスであるパワーアシストスーツ121以外にも、例えば、人工心臓等の体内植え込み型人工臓器や、工場内の移動ロボット等にも適用可能である。   In this embodiment, the gimbal mechanism 115 is applied as a power transmission coil position / angle adjustment mechanism that adjusts the position and relative angle of the power transmission coil 112 with respect to the power reception coil 122, but not only the gimbal mechanism 115 but also the power transmission coil 112. An elevating mechanism may be provided so that the height can be adjusted. Further, the power receiving device 120 can be applied to, for example, an in-vivo implantable artificial organ such as an artificial heart or a mobile robot in a factory other than the power assist suit 121 whose load to be supplied is a wearable device. .

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について、図面を使用しながら説明する。図2は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの回路構成の概略を示すブロック図である。   Next, the circuit configuration of the non-contact power feeding system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a block diagram showing an outline of a circuit configuration of the non-contact power feeding system according to one embodiment of the present invention.

本実施形態の非接触給電システム100は、図2に示すように、送電装置110と、駆動部116と、受電装置120と、センサ125と、及び制御部140とを備える。   As shown in FIG. 2, the contactless power supply system 100 according to the present embodiment includes a power transmission device 110, a drive unit 116, a power reception device 120, a sensor 125, and a control unit 140.

送電装置110は、図2に示すように、送電コイル112と、送電容量113と、送電側サブコイル114と、駆動部116と、変換器117と、インピーダンス整合回路118と、及び電源111と、を備える。一方、受電装置120は、図2に示すように、受電コイル122と、受電容量123と、受電側サブコイル124と、センサ125と、AC−DCコンバータ127と、及び負荷121と、を備える。   As shown in FIG. 2, the power transmission device 110 includes a power transmission coil 112, a power transmission capacity 113, a power transmission side subcoil 114, a drive unit 116, a converter 117, an impedance matching circuit 118, and a power source 111. Prepare. On the other hand, as shown in FIG. 2, the power receiving device 120 includes a power receiving coil 122, a power receiving capacity 123, a power receiving side subcoil 124, a sensor 125, an AC-DC converter 127, and a load 121.

送電装置110では、高周波電源等の商用電源やバッテリからなる電源111からの電流(電源111が商用電源の場合では、交流電流、電源111がバッテリの場合では、直流電流)をAC−ACコンバータやDC−ACインバータ等の変換器117で所望の周波数の交流電流に変換される。そして、変換器117で所望の周波数に変換された交流電流は、可変キャパシタや可変インダクタ等のインピーダンス整合回路118で送電装置110の回路全体を所望のインピーダンスに変換して、送電側サブコイル114から電磁誘導により送電コイル112と結合される。送電コイル112は、送電容量113と送電共振回路を構成して、磁界共振結合により受電装置120に向けて電力を供給する。   In the power transmission device 110, a current from a commercial power source such as a high frequency power source or a battery (an AC current when the power source 111 is a commercial power source and a direct current when the power source 111 is a battery) is converted into an AC-AC converter, The converter 117 such as a DC-AC inverter converts the AC current to a desired frequency. Then, the alternating current converted to a desired frequency by the converter 117 converts the entire circuit of the power transmission device 110 into a desired impedance by an impedance matching circuit 118 such as a variable capacitor or a variable inductor, and the electromagnetic current is transmitted from the power transmission side subcoil 114. The power transmission coil 112 is coupled by induction. The power transmission coil 112 constitutes a power transmission capacity 113 and a power transmission resonance circuit, and supplies power to the power receiving device 120 by magnetic field resonance coupling.

一方、受電装置120では、受電コイル122と受電容量123が受電共振回路を構成して、当該受電コイル122が受電側サブコイル124と電磁誘導で結合される。そして、受電側サブコイル124との電磁誘導による結合により発生した交流電流は、AC−DCコンバータ127で直流電流に変換されて、負荷121に電力供給される。   On the other hand, in the power receiving device 120, the power receiving coil 122 and the power receiving capacitor 123 constitute a power receiving resonance circuit, and the power receiving coil 122 is coupled to the power receiving side subcoil 124 by electromagnetic induction. The alternating current generated by the electromagnetic induction coupling with the power receiving side subcoil 124 is converted into a direct current by the AC-DC converter 127 and supplied to the load 121.

本実施形態の非接触給電システム100の回路構成をかかる構成とすることによって、電源111からの電流を変換器117で所望の周波数の交流電流に変換して、送電側サブコイル114を介して、送電コイル112と送電容量113により送電共振回路が構成されて、磁界共振結合状態が発生するようになる。そして、当該送電共振回路の周波数が変換器117により変換された交流電流の周波数及び受電コイル122と受電容量123により構成される受電共振回路の周波数と一致すると、共振して電力が発生して、受電側サブコイル124を介して交流をAC−DCコンバータ127で直流に変換して負荷121に電力供給されるようになっている。   By adopting such a circuit configuration of the contactless power feeding system 100 of the present embodiment, a current from the power source 111 is converted into an alternating current of a desired frequency by the converter 117, and power is transmitted via the power transmission side subcoil 114. The coil 112 and the power transmission capacitor 113 constitute a power transmission resonance circuit, and a magnetic resonance coupling state is generated. Then, when the frequency of the power transmission resonance circuit coincides with the frequency of the alternating current converted by the converter 117 and the frequency of the power reception resonance circuit configured by the power reception coil 122 and the power reception capacitance 123, power is generated by resonance. The alternating current is converted into direct current by the AC-DC converter 127 via the power receiving side subcoil 124, and power is supplied to the load 121.

駆動部116は、前述したように、送電コイル112の方向を変更可能とするジンバル機構115(図1参照)に支持される送電コイル112の方向を変更させる際に駆動させるモータ等からなる駆動源である。   As described above, the drive unit 116 is a drive source including a motor or the like that is driven when the direction of the power transmission coil 112 supported by the gimbal mechanism 115 (see FIG. 1) that can change the direction of the power transmission coil 112 is changed. It is.

センサ125は、受電コイル122の位置情報及び角度情報を検知する検知手段としての機能を有し、GPSセンサや、ジャイロセンサ(角速度センサ)、角度センサ、重力センサ、加速度センサ等の各種センサから構成される。本実施形態では、センサ125は、受電コイル122の位置情報として、当該受電コイル122の送電コイル112からの距離と方向を検知し、受電コイル122の角度情報として、当該受電コイル122の鉛直方向に対する傾き角度、すなわち、姿勢角情報を検知する機能を有する。   The sensor 125 has a function as a detection unit that detects position information and angle information of the power receiving coil 122, and includes a GPS sensor, a gyro sensor (angular velocity sensor), an angle sensor, a gravity sensor, and an acceleration sensor. Is done. In the present embodiment, the sensor 125 detects the distance and direction of the power receiving coil 122 from the power transmission coil 112 as the position information of the power receiving coil 122, and the angle information of the power receiving coil 122 with respect to the vertical direction of the power receiving coil 122. It has a function of detecting tilt angle, that is, posture angle information.

センサ125で検知された受電コイル122の位置情報と角度情報は、無線信号で制御部140に送信されて、送電コイル112の位置と角度を調整する動作にフィードバックされる。本実施形態では、センサ125で検知された受電コイル122の位置情報と角度情報を無線信号で送信する際に、消費電力を抑えるために、ある程度の変動幅に達してから当該位置情報及び角度情報を制御部140で送信するようにしている。また、本実施形態では、センサ125から受電コイル122の位置情報と角度情報を制御部140に送信する際における無線信号の周波数帯が非接触で給電する際における無線給電の周波数帯と干渉しないようにしている。例えば、無線給電の周波数帯が数MHzの場合には、無線信号の周波数帯を数百MHzとしている。   The position information and angle information of the power receiving coil 122 detected by the sensor 125 are transmitted to the control unit 140 as a radio signal and fed back to the operation of adjusting the position and angle of the power transmitting coil 112. In the present embodiment, when the position information and angle information of the power receiving coil 122 detected by the sensor 125 are transmitted by radio signals, the position information and angle information after reaching a certain fluctuation range in order to reduce power consumption. Is transmitted by the control unit 140. Further, in the present embodiment, the frequency band of the radio signal when transmitting the position information and the angle information of the power receiving coil 122 from the sensor 125 to the control unit 140 does not interfere with the frequency band of the wireless power supply when supplying power without contact. I have to. For example, when the frequency band of wireless power feeding is several MHz, the frequency band of the wireless signal is set to several hundred MHz.

さらに、本実施形態では、センサ125は、受電コイル122の近傍に設けられ、受電コイル122の位置検出の精度を向上させるために、受電コイル122の内側に設けられることが好ましい。なお、本実施形態では、センサ125によって受電コイル122の位置及び角度を検知しているが、受電コイル122の位置情報及び角度情報を検知する検知手段の変形例として、カメラやモーションキャプチャを用いた画像処理によって受電コイルの位置情報と角度情報を検知できるようにしてもよい。かかる検知手段の変形例の詳細については、後述する。   Furthermore, in the present embodiment, the sensor 125 is preferably provided in the vicinity of the power receiving coil 122 and is provided inside the power receiving coil 122 in order to improve the accuracy of position detection of the power receiving coil 122. In the present embodiment, the position and angle of the power receiving coil 122 are detected by the sensor 125, but a camera or a motion capture is used as a modification of the detection means for detecting the position information and angle information of the power receiving coil 122. The position information and angle information of the power receiving coil may be detected by image processing. Details of a modification of the detection means will be described later.

制御部140は、非接触給電システム100の各種制御を行う機能を有する。本実施形態の非接触給電システム100は、受電コイル122の近傍に設けられるセンサ125によって検知される受電コイル122の位置情報及び角度情報に基づいて、制御部140による動作制御を介して送電コイル112の位置と角度を調整する動作が制御される。   The control unit 140 has a function of performing various controls of the non-contact power feeding system 100. The non-contact power feeding system 100 according to the present embodiment includes a power transmission coil 112 through operation control by the control unit 140 based on position information and angle information of the power reception coil 122 detected by a sensor 125 provided in the vicinity of the power reception coil 122. The operation of adjusting the position and angle of the is controlled.

本実施形態では、制御部140は、図2に示すように、算出部144と指令部146を有するCPU142と、記憶部148とを備える。   In the present embodiment, the control unit 140 includes a CPU 142 having a calculation unit 144 and a command unit 146, and a storage unit 148, as shown in FIG.

CPU142は、ROM等の記憶部148に記憶されている各種プログラムに従って、非接触給電システム100に備わる各構成要素の動作を制御する機能を有する。また、CPU142は、これらの各種処理を実行する際に、必要なデータ等を一時的に記憶するRAM(図示せず)に適宜記憶させる機能を有する。   The CPU 142 has a function of controlling the operation of each component included in the non-contact power feeding system 100 according to various programs stored in the storage unit 148 such as a ROM. Further, the CPU 142 has a function of appropriately storing necessary data or the like in a RAM (not shown) that temporarily stores data when executing these various processes.

算出部144は、センサ125による受電コイル122の位置情報及び角度情報の検知結果に基づいて、送電装置110から受電装置120への電力の伝送効率ηが最大値となるような送電コイル112の位置及び受電コイル122に対する相対角度を算出する機能を有する。本実施形態では、算出部144は、センサ125で検知した受電コイル122の送電コイル112から距離r2、受電コイル122の傾き角度θ、及び送電コイル112の鉛直方向に対する傾き角度θに基づいて、関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、送電コイル112の位置及び角度の好適値を算出する。なお、算出部144における関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、送電コイル112の位置及び角度の好適値の算出方法の詳細については、後述する。The calculation unit 144 determines the position of the power transmission coil 112 such that the transmission efficiency η of power from the power transmission device 110 to the power reception device 120 becomes the maximum value based on the detection result of the position information and angle information of the power reception coil 122 by the sensor 125. And a function of calculating a relative angle with respect to the power receiving coil 122. In the present embodiment, the calculation unit 144 is based on the distance r2 from the power transmission coil 112 of the power reception coil 122 detected by the sensor 125, the inclination angle θ 2 of the power reception coil 122, and the inclination angle θ 0 of the power transmission coil 112 with respect to the vertical direction. The preferred value of the position and angle of the power transmission coil 112 is calculated so that the transmission efficiency η calculated from the relational expression becomes the maximum value. Details of a method for calculating a suitable value of the position and angle of the power transmission coil 112 will be described later so that the transmission efficiency η calculated from the relational expression in the calculation unit 144 becomes the maximum value.

指令部146は、算出部144による算出結果に基づいて、駆動部116を動作制御するように指令する機能を有する。本実施形態では、算出部144で算出された伝送効率ηが最大値となる送電コイル112の位置及び角度の好適値となるように、ジンバル機構115で送電コイル112を支持する駆動部116を駆動させる。   The command unit 146 has a function of commanding the drive unit 116 to control the operation based on the calculation result by the calculation unit 144. In the present embodiment, the drive unit 116 that supports the power transmission coil 112 is driven by the gimbal mechanism 115 so that the transmission efficiency η calculated by the calculation unit 144 becomes a suitable value of the position and angle of the power transmission coil 112 that has the maximum value. Let

このようにして、本実施形態では、センサ125による検知結果に基づいて、送電コイル位置・角度調整機構となるジンバル機構115を介して、即時に受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度を調整して、送電装置110から受電装置120への電力の伝送効率が最大値となるように制御される。このため、給電対象が不規則的に自在に変位しても、送電コイル112の位置や受電コイル122に対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置110から受電装置120への伝送効率ηが最大値となるように制御されるので、安定的に高効率な非接触給電が実現される。   In this way, in the present embodiment, the position and relative angle of the power transmission coil 112 with respect to the power reception coil 122 are immediately determined via the gimbal mechanism 115 serving as the power transmission coil position / angle adjustment mechanism based on the detection result of the sensor 125. It adjusts and it controls so that the transmission efficiency of the electric power from the power transmission apparatus 110 to the power receiving apparatus 120 becomes the maximum value. For this reason, even if the power supply target is irregularly and freely displaced, the transmission efficiency η from the power transmission device 110 to the power reception device 120 is adjusted by immediately adjusting the position of the power transmission coil 112 and the relative angle with respect to the power reception coil 122. Since the maximum value is controlled, stable and highly efficient non-contact power feeding is realized.

すなわち、従来のように、変位する受電コイルに対して送電コイルを固定したままの場合は、図3に示すように、送電コイルと受電コイルの相対角度が0度から大きくなるにつれて、伝送効率ηが減少していき、当該相対角度が90度になると伝送効率ηが0に近づいていた。これに対して、本実施形態では、変位する受電コイル122の位置情報及び角度情報に対して送電コイル112の位置及び角度を好適値となるように移動させるので、図3に示すように、送電コイル112と受電コイル122の相対角度が0度から大きくなっても、伝送効率ηを低下させずに、上昇させることができる。   That is, when the power transmission coil is fixed with respect to the displacing power reception coil as in the prior art, as shown in FIG. 3, as the relative angle between the power transmission coil and the power reception coil increases from 0 degrees, the transmission efficiency η As the relative angle reached 90 degrees, the transmission efficiency η approached zero. On the other hand, in the present embodiment, the position and angle of the power transmission coil 112 are moved so as to be suitable values with respect to the position information and angle information of the power receiving coil 122 that is displaced. Even if the relative angle between the coil 112 and the power receiving coil 122 increases from 0 degree, the transmission efficiency η can be increased without decreasing.

なお、本実施形態では、制御部140は、センサ125による検知結果に基づいて、センサ125で検知した受電コイル122の送電コイル112から距離、受電コイル122の傾き角度、及び送電コイル112の鉛直方向に対する傾き角度に基づく関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、即時に受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度を調整して制御しているが、他の態様で伝送効率ηが最大値となる送電コイル112の位置及び相対角度を調整してもよい。   In the present embodiment, the control unit 140 determines the distance from the power transmission coil 112 of the power reception coil 122 detected by the sensor 125, the inclination angle of the power reception coil 122, and the vertical direction of the power transmission coil 112 based on the detection result by the sensor 125. The position and the relative angle of the power transmission coil 112 with respect to the power receiving coil 122 are immediately adjusted and controlled so that the transmission efficiency η calculated from the relational expression based on the inclination angle with respect to the maximum value is obtained. You may adjust the position and relative angle of the power transmission coil 112 in which the transmission efficiency (eta) becomes the maximum value.

例えば、制御部140は、センサ125による検知結果に基づいて、算出部144で送電コイル112から伝送される電力と、受電コイル122に伝送される電力の比を求めて、これらの比率から伝送効率ηが最大値となるように、受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度を算出して、指令部146で当該位置及び相対角度となるように調整するよう指令してもよい。   For example, the control unit 140 obtains a ratio between the power transmitted from the power transmission coil 112 by the calculation unit 144 and the power transmitted to the power reception coil 122 based on the detection result by the sensor 125, and the transmission efficiency is calculated from these ratios. The position and relative angle of the power transmission coil 112 with respect to the power receiving coil 122 may be calculated so that η becomes the maximum value, and the command unit 146 may be instructed to adjust the position and relative angle.

また、制御部140は、センサ125による検知結果に基づいて、記憶部148に記憶されたデータテーブルから、伝送効率ηが最大値となるように、算出部144で受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度の好適値を算出して、指令部146で当該好適値に設定してもよい。すなわち、記憶部148に受電コイル122の送電コイル112から距離、受電コイル122の傾き角度、及び送電コイル112の鉛直方向に対する傾き角度の各データの場合における受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度の好適値のデータテーブルが記憶され、センサ125による検知結果に基づいて、かかるデータテーブルを参照して、受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度の好適値を設定してもよい。   In addition, based on the detection result of the sensor 125, the control unit 140 causes the calculation unit 144 to calculate the power transmission coil 112 with respect to the power reception coil 122 so that the transmission efficiency η becomes the maximum value from the data table stored in the storage unit 148. A preferred value of the position and relative angle may be calculated and set to the preferred value by the command unit 146. That is, the position and relative position of the power transmission coil 112 with respect to the power reception coil 122 in the case of the data of the distance from the power transmission coil 112 of the power reception coil 122 to the storage unit 148, the inclination angle of the power reception coil 122, and the inclination angle of the power transmission coil 112 with respect to the vertical direction. A suitable angle data table may be stored, and based on the detection result of the sensor 125, the position of the power transmission coil 112 and the relative angle of the power receiving coil 122 may be set with reference to the data table.

さらに、制御部140による送電装置110から受電装置120への伝送効率ηが最大値となるように制御する態様は、センサ125による検知結果に基づくものに限定されない。例えば、送電装置110の電源から出力した電力と、受電装置120で消費される電力を計測して、双方の電力の比に基づいて、伝送効率ηを計算してから、送電コイル112の角度を動かした際の伝送効率ηの変動結果に基づいて、送電コイル112の角度を定めてもよい。具体的には、伝送効率ηが向上したら、更に動かした側に送電コイル112を動かし、伝送効率ηが低下したら、動かした方向と別方向に送電コイル112を動かことによって,送電コイル112の角度を調整する。このとき、受電側の電力情報は、無線通信等により制御部140に送信される。   Furthermore, the aspect in which the control unit 140 controls the transmission efficiency η from the power transmission device 110 to the power reception device 120 to the maximum value is not limited to that based on the detection result by the sensor 125. For example, the power output from the power source of the power transmission device 110 and the power consumed by the power receiving device 120 are measured, and the transmission efficiency η is calculated based on the ratio between the two powers. The angle of the power transmission coil 112 may be determined based on the fluctuation result of the transmission efficiency η when moved. Specifically, when the transmission efficiency η is improved, the power transmission coil 112 is moved further to the moved side, and when the transmission efficiency η is lowered, the power transmission coil 112 is moved in a direction different from the moved direction. Adjust. At this time, the power information on the power receiving side is transmitted to the control unit 140 by wireless communication or the like.

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作制御について、図面を使用しながら説明する。図4は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示すフロー図であり、図5は、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示す説明図である。   Next, operation control of the non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a flowchart showing an outline of operation control of the non-contact power feeding system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows an outline of operation control of the non-contact power feeding system according to one embodiment of the present invention. It is explanatory drawing shown.

まず、センサ125によって、受電コイル122の位置情報として送電コイル112からの距離と方向が検知され、受電コイル122の角度情報として、鉛直方向に対する傾き角度が検知される(工程S11)。例えば、センサ125がGPSセンサとジャイロセンサで構成されている場合には、GPSセンサで受電コイル122の位置情報を検知し、ジャイロセンサで受電コイル122の角度情報を検知する。   First, the sensor 125 detects the distance and direction from the power transmission coil 112 as position information of the power receiving coil 122, and detects the tilt angle with respect to the vertical direction as angle information of the power receiving coil 122 (step S11). For example, when the sensor 125 includes a GPS sensor and a gyro sensor, position information of the power receiving coil 122 is detected by the GPS sensor, and angle information of the power receiving coil 122 is detected by the gyro sensor.

次に、センサ125による受電コイル122の位置及び角度の検知結果に基づいて、制御部140の算出部144によって、送電装置110から受電装置120への電力の伝送効率ηが最大値となるような送電コイル112の位置及び受電コイル122に対する相対角度を算出する(工程S12)。すなわち、工程S12では、センサ125から無線信号で制御部140に送信された受電コイル122の位置情報と角度情報に基づいて、制御部140の算出部144が送電装置110から受電装置120への電力の伝送効率ηを最大値にする送電コイル112の位置及び受電コイル122に対する相対角度を算出する。   Next, based on the detection result of the position and angle of the power receiving coil 122 by the sensor 125, the power transmission efficiency η from the power transmission device 110 to the power reception device 120 is maximized by the calculation unit 144 of the control unit 140. The relative angle with respect to the position of the power transmission coil 112 and the power reception coil 122 is calculated (step S12). That is, in step S <b> 12, based on the position information and angle information of the power receiving coil 122 transmitted from the sensor 125 to the control unit 140 as a wireless signal, the calculation unit 144 of the control unit 140 transmits power from the power transmission device 110 to the power reception device 120. The position of the power transmission coil 112 that maximizes the transmission efficiency η and the relative angle with respect to the power reception coil 122 are calculated.

本実施形態では、工程S12において、算出部144は、図5に示すセンサ125で検知した送電コイル112の中心O1から受電コイル122の中心O2までの距離r2、鉛直方向線L2に対する受電コイル122の傾き角度θ、及び鉛直方向線L1に対する送電コイル112の傾き角度θに基づいて、下記の関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、送電コイル112の位置及び角度の好適値を算出する。In the present embodiment, in step S12, the calculation unit 144 calculates the distance r2 from the center O1 of the power transmission coil 112 to the center O2 of the power reception coil 122 detected by the sensor 125 illustrated in FIG. Based on the inclination angle θ 2 and the inclination angle θ 0 of the power transmission coil 112 with respect to the vertical direction line L1, the position and angle of the power transmission coil 112 are set so that the transmission efficiency η calculated from the following relational expression becomes the maximum value. A suitable value is calculated.

Figure 2018150678
Figure 2018150678

また、工程S12における算出部144での演算で使用する伝送効率ηの具体的な関係式の一例を以下に示す。なお、下記の関係式において、Q、Qは、それぞれ送電コイル112、受電コイル122のQ値を表す。An example of a specific relational expression of the transmission efficiency η used in the calculation in the calculation unit 144 in step S12 is shown below. In the following relational expressions, Q 0 and Q 2 represent the Q values of the power transmission coil 112 and the power reception coil 122, respectively.

Figure 2018150678
Figure 2018150678

また、上記の関係式におけるkは、送電コイル112と受電コイル122の結合係数であり、結合係数kは、下記の式により定まる。なお、下記の式のAは、送電コイル112と受電コイル122の巻き数等の形状によって定まる定数であり、θr2は、鉛直方向線L1に対する送電コイル112の中心O1から受電コイル122の中心O2への方向ベクトルの方向の角度を示す。Further, k in the above relational expression is a coupling coefficient between the power transmission coil 112 and the power receiving coil 122, and the coupling coefficient k is determined by the following expression. A in the following equation is a constant determined by the shape of the winding of the power transmission coil 112 and the power reception coil 122, and θ r2 is a center O2 of the power reception coil 122 from the center O1 of the power transmission coil 112 with respect to the vertical direction line L1. Indicates the angle of the direction vector direction.

Figure 2018150678
Figure 2018150678

工程S12で送電装置110から受電装置120への電力の伝送効率ηが最大値となるような送電コイル112の位置及び受電コイル122に対する相対角度の好適値を算出したら、当該好適値になるように、送電コイル112の位置及び傾き角度を調整する(工程S13)。本実施形態では、算出部144で算出された伝送効率ηが最大値となる送電コイル112の位置及び角度の好適値となるように、指令部146がジンバル機構115で送電コイル112を支持する駆動部116に指令して、当該駆動部116を駆動させる。   When the preferred value of the position of the power transmission coil 112 and the relative angle with respect to the power reception coil 122 is calculated such that the transmission efficiency η of power from the power transmission device 110 to the power reception device 120 is the maximum value in step S12, the suitable value is obtained. Then, the position and inclination angle of the power transmission coil 112 are adjusted (step S13). In the present embodiment, the command unit 146 supports the power transmission coil 112 with the gimbal mechanism 115 so that the transmission efficiency η calculated by the calculation unit 144 becomes a maximum value of the position and angle of the power transmission coil 112 at which the maximum value is obtained. The unit 116 is commanded to drive the drive unit 116.

このようにして、本実施形態では、センサ125の検知結果に基づいて、即時に受電コイル122に対する送電コイル112の位置及び相対角度を調整して、送電装置110から受電装置120への電力の伝送効率が最大値となるように制御される。すなわち、センサ125で検知された受電コイル122の位置情報と角度情報が制御部140にフィードバックされて、送電コイル112の好適な位置と相対角度に調整される。このため、給電対象が人に装着された人工心臓やパワーアシストスーツ等の医療機器、工場内の移動ロボットのように、不規則的に自在に変位しても、送電コイル112の位置や受電コイル122に対する相対角度を即時に調整して、送電装置110から受電装置120への伝送効率ηが最大値となるように制御されることによって、安定的に高効率な磁界共振結合による非接触給電が実現される。   As described above, in the present embodiment, the position and relative angle of the power transmission coil 112 with respect to the power receiving coil 122 are immediately adjusted based on the detection result of the sensor 125, and power is transmitted from the power transmission device 110 to the power receiving device 120. The efficiency is controlled to a maximum value. That is, the position information and angle information of the power receiving coil 122 detected by the sensor 125 are fed back to the control unit 140 and adjusted to a suitable position and relative angle of the power transmitting coil 112. For this reason, even if the power supply target is irregularly and freely displaced, such as a medical device such as an artificial heart or power assist suit worn by a person, or a mobile robot in a factory, the position of the power transmission coil 112 or the power reception coil By adjusting the relative angle with respect to 122 immediately and controlling the transmission efficiency η from the power transmitting apparatus 110 to the power receiving apparatus 120 to a maximum value, stable non-contact power feeding by magnetic resonance coupling with high efficiency is achieved. Realized.

なお、本実施形態では、受電コイル122の位置情報と角度情報を検知する検知手段として、センサ125が適用されているが、前述したように、受電コイル122の位置情報及び角度情報を検知する検知手段は、他の態様としてもよい。例えば、図6に示すように、送電コイル112の近傍に撮像装置となるカメラ119を設置し、給電対象の人やロボットに取り付けた受電装置120の位置情報と角度情報を画像処理から求めるようにしてもよい。   In the present embodiment, the sensor 125 is applied as the detecting means for detecting the position information and the angle information of the power receiving coil 122. However, as described above, the detection for detecting the position information and the angle information of the power receiving coil 122 is performed. The means may take other forms. For example, as shown in FIG. 6, a camera 119 serving as an imaging device is installed in the vicinity of the power transmission coil 112, and the position information and angle information of the power reception device 120 attached to the power supply target person or robot are obtained from image processing. May be.

すなわち、本実施形態の一変形例となる非接触給電システム101では、送電コイル112の近傍に設けたカメラ119で給電対象となる受電装置120を撮像して、当該カメラ119で得られた映像情報を画像処理演算部149で受電装置120に搭載される受電コイル122の位置情報と角度情報にデジタル変換してから、制御部140に無線信号で送信されて、画像処理による受電コイル122の位置情報と角度情報を検知するようにしてもよい。なお、画像処理演算部149は、カメラ119と制御部140の間の何れかに設けられていればよいので、カメラ119又は制御部140の何れかの内部に設置する構成としてもよい。   That is, in the non-contact power feeding system 101 that is a modification of the present embodiment, the camera 119 provided in the vicinity of the power transmission coil 112 images the power receiving device 120 that is a power feeding target, and the video information obtained by the camera 119 is obtained. Is digitally converted into position information and angle information of the power receiving coil 122 mounted on the power receiving device 120 by the image processing calculation unit 149, and then transmitted to the control unit 140 by a wireless signal, and the position information of the power receiving coil 122 by image processing And angle information may be detected. Note that since the image processing calculation unit 149 may be provided between the camera 119 and the control unit 140, the image processing calculation unit 149 may be installed inside either the camera 119 or the control unit 140.

本変形例では、カメラ119を送電コイル112の近傍に設けているが、カメラ119の設置箇所は、送電コイル112又は受電コイル122の少なくとも何れか一方を撮像可能な箇所であれば、他の設置箇所としてもよい。すなわち、送電コイル112に対する受電コイル122の位置や角度の関係を把握可能な場所であれば、例えば、受電コイル122の近傍や、送電コイル112と受電コイル122の双方を同時に撮像可能な監視カメラのように双方のコイル112、122から離れた他の位置に設置するようにしても良い。   In this modification, the camera 119 is provided in the vicinity of the power transmission coil 112, but the installation location of the camera 119 is another location as long as at least one of the power transmission coil 112 and the power reception coil 122 can be imaged. It may be a place. That is, if it is a place where the relationship between the position and angle of the power receiving coil 122 with respect to the power transmitting coil 112 can be grasped, for example, the vicinity of the power receiving coil 122 or a monitoring camera that can simultaneously image both the power transmitting coil 112 and the power receiving coil 122. In this way, it may be installed at another position away from both the coils 112 and 122.

また、図7に示すように、かかる検知手段として送電コイル112の近傍にカメラ119を設置し、受電コイル122の近傍にセンサ125を設置しても良い。すなわち、本実施形態の他の変形例となる非接触給電システム102では、送電コイル112の近傍に設けたカメラ119で給電対象となる受電装置120を撮像する。そして、当該カメラ119で得られた映像情報は、画像処理演算部149で受電装置120に搭載される受電コイル122の位置情報と角度情報にデジタル変換されてから、かかる位置情報と角度情報が制御部140に無線信号で送信されて、画像処理による受電コイル122の位置情報と角度情報が検知される。当該他の変形例の非接触給電システム102では、カメラ119の画角から給電対象となる受電装置120が外れた場合でも、当該受電装置120の位置情報等をGPS等のセンサ125で追跡できるようにしている。   Further, as shown in FIG. 7, a camera 119 may be installed in the vicinity of the power transmission coil 112 and a sensor 125 may be installed in the vicinity of the power receiving coil 122 as such detection means. That is, in the non-contact power feeding system 102 which is another modified example of the present embodiment, the power receiving device 120 to be fed is imaged by the camera 119 provided in the vicinity of the power transmission coil 112. The video information obtained by the camera 119 is digitally converted into position information and angle information of the power receiving coil 122 mounted on the power receiving device 120 by the image processing calculation unit 149, and then the position information and angle information are controlled. The position information and the angle information of the power receiving coil 122 are detected by image processing by being transmitted to the unit 140 as a wireless signal. In the non-contact power feeding system 102 of the other modified example, even when the power receiving device 120 to be powered is removed from the angle of view of the camera 119, the position information of the power receiving device 120 can be tracked by the sensor 125 such as GPS. I have to.

さらに、本実施形態の非接触給電システム100の適用対象は、他の態様にも適用できる。例えば、図8に示すように、給電対象となる受電装置160が大型カメラ161にジンバル機構165を介して受電コイル162を取り付けた受電ドローン166として、送電装置150がジンバル機構155を介して送電コイル152を取り付けたバッテリ151を送電用ドローン158で移動可能とした送電装置150として、非接触給電システム103を構成してもよい。すなわち、不規則的に自在に変位する受電装置160に対して、送電装置150が当該受電装置160を追従可能な機能を備える構成としてもよい。   Furthermore, the application object of the non-contact electric power feeding system 100 of this embodiment is applicable also to another aspect. For example, as shown in FIG. 8, a power receiving device 160 as a power supply target is a power receiving drone 166 in which a power receiving coil 162 is attached to a large camera 161 via a gimbal mechanism 165, and the power transmitting device 150 is transmitted via a gimbal mechanism 155. The non-contact power feeding system 103 may be configured as the power transmission device 150 in which the battery 151 to which the 152 is attached can be moved by the power transmission drone 158. In other words, the power transmission device 150 may have a function capable of following the power reception device 160 with respect to the power reception device 160 that is irregularly and freely displaced.

(第2の実施形態)
次に、本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの概略について、図面を使用しながら説明する。図9は、本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの一態様の概略構成を示す説明図である。
(Second Embodiment)
Next, an outline of a non-contact power feeding system according to another embodiment of the present invention will be described using the drawings. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of one aspect of the non-contact power feeding system according to another embodiment of the present invention.

本発明の他の実施形態に係る非接触給電システム200は、送電装置210から給電対象となる受電装置220に磁界共振結合により非接触で給電する機能を有する。本実施形態では、送電コイル212と受電コイル222との距離が離れているので、その間に中継コイル232を取り付けたリピータコイル装置230を設けることによって、送受電間の伝送距離を大きくすることを特徴とする。このとき、コイル間距離を例えば1m程度にする場合には、送電コイル212と中継コイル232の直径は、500mm程度かそれ以上の大きさとして、人に装着する受電コイル222の直径は、300mm程度あることが望ましい。   A non-contact power feeding system 200 according to another embodiment of the present invention has a function of feeding power from a power transmitting device 210 to a power receiving device 220 that is a power feeding target in a contactless manner by magnetic resonance coupling. In this embodiment, since the distance between the power transmission coil 212 and the power reception coil 222 is long, the transmission distance between power transmission and reception is increased by providing the repeater coil device 230 to which the relay coil 232 is attached. And At this time, when the distance between the coils is set to about 1 m, for example, the diameter of the power transmission coil 212 and the relay coil 232 is about 500 mm or more, and the diameter of the power reception coil 222 to be worn by a person is about 300 mm. It is desirable to be.

リピータコイル装置230は、中継コイル232の鉛直方向に対する傾き角度を調整する中継コイル角度調整機構となるジンバル機構235を介して、中継コイル移動手段となる自律移動ロボット237に取り付けられることによって構成されている。すなわち、本実施形態では、中継コイル232は、ジンバル機構235を介して、受電コイル232に追従するように移動させる自律移動ロボット237に取り付けられおり、モータ等の駆動部236を介してジンバル機構235に駆動可能に支持されている。   The repeater coil device 230 is configured by being attached to an autonomous mobile robot 237 serving as a relay coil moving means via a gimbal mechanism 235 serving as a relay coil angle adjusting mechanism that adjusts an inclination angle of the relay coil 232 with respect to the vertical direction. Yes. That is, in this embodiment, the relay coil 232 is attached to the autonomous mobile robot 237 that moves so as to follow the power receiving coil 232 via the gimbal mechanism 235, and the gimbal mechanism 235 via the drive unit 236 such as a motor. Is supported to be drivable.

また、本実施形態の非接触給電システム200は、第1の実施形態と同様に、商用電源に接続された電源ステーション211に送電コイル212を取り付けたものを送電装置210として、受電コイル222が装着者の背中側に設けられるパワーアシストスーツ221を受電装置220として適用している。なお、送電装置210は、商用電源に接続された電源ステーション211に限定されず、受電装置220に対する電源となるものであれば、バッテリ等の電力供給手段に送電コイル212を取り付けたものであってもよい。   Further, as in the first embodiment, the contactless power feeding system 200 of the present embodiment is equipped with a power receiving coil 222 as a power transmitting device 210 in which a power transmitting coil 212 is attached to a power station 211 connected to a commercial power source. A power assist suit 221 provided on the back side of the person is applied as the power receiving device 220. The power transmission device 210 is not limited to the power supply station 211 connected to the commercial power source, and may be a power supply unit such as a battery provided with a power transmission coil 212 as long as it is a power source for the power reception device 220. Also good.

送電装置210には、受電装置220に設けられた受電コイル222に対して、磁界共振結合により非接触で電力を供給する送電コイル212が設けられている。送電コイル212は、受電コイル222に対する送電コイル212の位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構となるジンバル機構215を介して電源ステーション211に取り付けられている。   The power transmission device 210 is provided with a power transmission coil 212 that supplies electric power to the power reception coil 222 provided in the power reception device 220 in a non-contact manner by magnetic resonance coupling. The power transmission coil 212 is attached to the power station 211 via a gimbal mechanism 215 serving as a power transmission coil position / angle adjustment mechanism that adjusts the position and relative angle of the power transmission coil 212 with respect to the power reception coil 222.

本実施形態では、給電対象となる受電装置220が人に装着されるパワーアシストスーツ221であり、図9に示すように、その受電コイル222が人の背中に設けられているため、パワーアシストスーツ221を装着した人の位置や姿勢によって、送電コイル212に対する受電コイル222の位置や角度が不規則的に変化する。前述したように、送電コイル212と受電コイル222との間の相対角度が90度になると、双方のコイル間の結合係数がゼロに近づき、送電装置220と受電装置210との間に伝送される電力の伝送効率ηが著しく低下して、安定した電力伝送が困難になる。また、本実施形態では、送電コイル210と受電コイル220との距離が磁界共振結合による給電が困難な程度に離れている。   In the present embodiment, the power receiving device 220 to be fed is a power assist suit 221 to be worn by a person, and the power receiving coil 222 is provided on the back of the person as shown in FIG. The position and angle of the power receiving coil 222 with respect to the power transmitting coil 212 vary irregularly depending on the position and posture of the person wearing the 221. As described above, when the relative angle between the power transmission coil 212 and the power reception coil 222 reaches 90 degrees, the coupling coefficient between the two coils approaches zero and is transmitted between the power transmission device 220 and the power reception device 210. The power transmission efficiency η is significantly lowered, and stable power transmission becomes difficult. Further, in the present embodiment, the distance between the power transmission coil 210 and the power reception coil 220 is separated to such an extent that power feeding by magnetic field resonance coupling is difficult.

このため、本実施形態では、リピータコイル装置230に備わる自律移動ロボット237及びジンバル機構235を介して、中継コイル232が不規則的に変位する受電コイル222の位置及び角度を追従しながら、送電装置210に備わるジンバル機構215を介して、傾き角度が調整される送電コイル212から伝送される電力が中継される。そして、送電コイル212を支持するジンバル機構215のモータ等からなる駆動部216を駆動させて、送電コイル212の位置及び相対角度を調整するようになっている。   Therefore, in the present embodiment, the power transmission device follows the position and angle of the power receiving coil 222 where the relay coil 232 is irregularly displaced via the autonomous mobile robot 237 and the gimbal mechanism 235 provided in the repeater coil device 230. The power transmitted from the power transmission coil 212 whose tilt angle is adjusted is relayed via the gimbal mechanism 215 included in 210. And the drive part 216 which consists of a motor etc. of the gimbal mechanism 215 which supports the power transmission coil 212 is driven, and the position and relative angle of the power transmission coil 212 are adjusted.

すなわち、本実施形態では、磁界共振結合による電力伝送において、受電コイル222の角度に合わせて、中継コイル232を介して送電コイル212の角度を制御することによって、送電コイル212と受電コイル222との距離が離れていても、高い伝送効率を維持できるようにしている。なお、受電コイル222の角度に合わせた送電コイル212の角度制御動作の詳細については、後述する。   That is, in the present embodiment, in power transmission by magnetic resonance coupling, the angle between the power transmission coil 212 and the power reception coil 222 is controlled by controlling the angle of the power transmission coil 212 via the relay coil 232 in accordance with the angle of the power reception coil 222. Even if the distance is long, high transmission efficiency can be maintained. The details of the angle control operation of the power transmission coil 212 in accordance with the angle of the power reception coil 222 will be described later.

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの回路構成について、図面を使用しながら説明する。図10は、本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成の概略を示すブロック図である。   Next, the circuit configuration of the non-contact power feeding system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a block diagram showing an outline of a circuit configuration of a non-contact power feeding system according to another embodiment of the present invention.

本実施形態の非接触給電システム200は、図10に示すように、送電装置210と、駆動部216と、受電装置220と、センサ225と、リピータコイル装置230と、及び制御部240とを備える。   As shown in FIG. 10, the non-contact power feeding system 200 of the present embodiment includes a power transmission device 210, a drive unit 216, a power reception device 220, a sensor 225, a repeater coil device 230, and a control unit 240. .

送電装置210は、図10に示すように、送電コイル212と、送電容量213と、送電側サブコイル214と、駆動部216と、変換器217と、インピーダンス整合回路218と、及び電源211を備える。一方、受電装置220は、図10に示すように、受電コイル222と、受電容量223と、受電側サブコイル224と、センサ225と、AC−DCコンバータ227と、及び負荷221を備える。また、リピータコイル装置230は、図10に示すように、中継コイル232と、中継容量233と、駆動部236と、自律移動部238を備える。   As illustrated in FIG. 10, the power transmission device 210 includes a power transmission coil 212, a power transmission capacity 213, a power transmission side subcoil 214, a drive unit 216, a converter 217, an impedance matching circuit 218, and a power source 211. On the other hand, as shown in FIG. 10, the power receiving device 220 includes a power receiving coil 222, a power receiving capacity 223, a power receiving side subcoil 224, a sensor 225, an AC-DC converter 227, and a load 221. Further, the repeater coil device 230 includes a relay coil 232, a relay capacitor 233, a drive unit 236, and an autonomous moving unit 238, as shown in FIG.

リピータコイル装置230に備わる駆動部236は、中継コイル232の方向を変更可能とするジンバル機構235(図9参照)に支持される送電コイル232の方向を変更させる際に駆動させるモータ等からなる駆動源である。   The drive unit 236 provided in the repeater coil device 230 is a drive composed of a motor or the like that is driven when the direction of the power transmission coil 232 supported by the gimbal mechanism 235 (see FIG. 9) that can change the direction of the relay coil 232 is changed. Is the source.

リピータコイル装置230に備わる自律移動部238は、中継コイル232の方向を変更可能とするジンバル機構235(図9参照)に支持される送電コイル232の位置を変更させる際に駆動させる自律移動ロボット237の駆動源である。   The autonomous mobile unit 238 provided in the repeater coil device 230 is an autonomous mobile robot 237 that is driven when the position of the power transmission coil 232 supported by the gimbal mechanism 235 (see FIG. 9) that can change the direction of the relay coil 232 is changed. Drive source.

送電装置210では、高周波電源等の商用電源やバッテリからなる電源211からの電流(電源211が商用電源の場合は、交流電流、電源211がバッテリの場合では、直流電流)をAC−ACコンバータやDC−ACインバータ等の変換器217で所望の周波数の交流電流に変換される。そして、変換器217で所望の周波数に変換された交流電流は、可変キャパシタや可変インダクタ等のインピーダンス整合回路218で送電装置210の回路全体を所望のインピーダンスに変換して、送電側サブコイル214から電磁誘導により送電コイル212と結合される。送電コイル212は、送電容量213と送電共振回路を構成して、磁界共振結合により受電装置220に向けて電力を供給する。   In the power transmission apparatus 210, a current from a commercial power source 211 such as a high frequency power source or a battery (an AC current when the power source 211 is a commercial power source or a direct current when the power source 211 is a battery) is converted into an AC-AC converter, The converter 217 such as a DC-AC inverter converts the AC current to a desired frequency. Then, the alternating current converted to a desired frequency by the converter 217 converts the entire circuit of the power transmission device 210 into a desired impedance by the impedance matching circuit 218 such as a variable capacitor or a variable inductor, and the electromagnetic current is transmitted from the power transmission side subcoil 214 to the electromagnetic current. The power transmission coil 212 is coupled by induction. The power transmission coil 212 forms a power transmission capacity 213 and a power transmission resonance circuit, and supplies power toward the power receiving device 220 by magnetic field resonance coupling.

一方、受電装置220では、受電コイル222と受電容量223が受電共振回路を構成して、当該受電コイル222が受電側サブコイル224と電磁誘導で結合される。そして、受電側サブコイル224との電磁誘導による結合により発生した交流電流は、AC−DCコンバータ227で直流電流に変換されて、負荷221に電力供給される。   On the other hand, in the power receiving device 220, the power receiving coil 222 and the power receiving capacitor 223 constitute a power receiving resonance circuit, and the power receiving coil 222 is coupled to the power receiving side subcoil 224 by electromagnetic induction. The alternating current generated by the electromagnetic induction coupling with the power receiving side subcoil 224 is converted into a direct current by the AC-DC converter 227 and supplied to the load 221.

本実施形態の非接触給電システム200の回路構成をかかる構成とすることによって、電源211からの電流を変換器217で所望の周波数の交流電流に変換して、送電側サブコイル214を介して、送電コイル212と送電容量213により送電共振回路が構成されて、磁界共振結合状態が発生するようになる。そして、当該送電共振回路の周波数が変換器117により変換された交流電流の周波数及び中継コイル232と中継容量233により構成される中継共振回路の周波数と一致すると、共振して電力が中継され、当該中継共振回路の周波数が受電コイル222と受電容量223により構成される受電共振回路の周波数と一致すると、共振して電力が発生して、受電側サブコイル224を介して交流をAC−DCコンバータ227で直流に変換して負荷221に電力供給されるようになっている。   By adopting such a circuit configuration of the contactless power feeding system 200 of the present embodiment, the current from the power source 211 is converted into an alternating current of a desired frequency by the converter 217, and power is transmitted via the power transmission side subcoil 214. The coil 212 and the power transmission capacitor 213 constitute a power transmission resonance circuit, and a magnetic resonance coupling state is generated. When the frequency of the power transmission resonance circuit matches the frequency of the alternating current converted by the converter 117 and the frequency of the relay resonance circuit configured by the relay coil 232 and the relay capacitor 233, the power is resonated and the power is relayed. When the frequency of the relay resonance circuit coincides with the frequency of the power reception resonance circuit configured by the power reception coil 222 and the power reception capacitance 223, power is generated by resonation, and alternating current is generated by the AC-DC converter 227 via the power reception side subcoil 224. The power is supplied to the load 221 after being converted into direct current.

送電装置210に備わる駆動部216は、前述したように、送電コイル212の方向を変更可能とするジンバル機構215(図9参照)に支持される送電コイル212の方向を変更させる際に駆動させるモータ等からなる駆動源である。   As described above, the drive unit 216 provided in the power transmission device 210 is a motor that is driven when the direction of the power transmission coil 212 supported by the gimbal mechanism 215 (see FIG. 9) that can change the direction of the power transmission coil 212 is changed. It is a drive source consisting of the

センサ225は、受電コイル222の位置情報及び角度情報を検知する検知手段としての機能を有し、GPSセンサや、ジャイロセンサ(角速度センサ)、角度センサ、重力センサ、加速度センサ等の各種センサから構成される。本実施形態では、センサ225は、受電コイル222の位置情報として、中継コイル232を介して当該受電コイル222の送電コイル212からの距離と方向を検知し、受電コイル222の角度情報として、中継コイル232を介して当該受電コイル122の鉛直方向に対する傾き角度、すなわち、姿勢角情報を検知する機能を有する。   The sensor 225 has a function as a detecting unit that detects position information and angle information of the power receiving coil 222, and includes various sensors such as a GPS sensor, a gyro sensor (angular velocity sensor), an angle sensor, a gravity sensor, and an acceleration sensor. Is done. In the present embodiment, the sensor 225 detects the distance and direction of the power receiving coil 222 from the power transmission coil 212 via the relay coil 232 as position information of the power receiving coil 222, and uses the relay coil as angle information of the power receiving coil 222. The power receiving coil 122 has a function of detecting an inclination angle with respect to the vertical direction of the power receiving coil 122, that is, posture angle information.

センサ225で検知された受電コイル222の位置情報と角度情報は、無線信号で制御部240に送信されて、送電コイル212の位置と角度を調整する動作にフィードバックされる。本実施形態では、センサ225で検知された受電コイル222の位置情報と角度情報を無線信号で送信する際に、消費電力を抑えるために、ある程度の変動幅に達してから当該位置情報及び角度情報を制御部240で送信するようにしている。また、本実施形態では、センサ225から受電コイル222の位置情報と角度情報を制御部240に送信する際における無線信号の周波数帯が非接触で給電する際における無線給電の周波数帯と干渉しないようにしている。例えば、無線給電の周波数帯が数MHzの場合には、無線信号の周波数帯を数百MHzとしている。   The position information and angle information of the power receiving coil 222 detected by the sensor 225 are transmitted to the control unit 240 as a radio signal and fed back to the operation of adjusting the position and angle of the power transmitting coil 212. In the present embodiment, when the position information and angle information of the power receiving coil 222 detected by the sensor 225 are transmitted by radio signals, the position information and angle information are reached after reaching a certain fluctuation range in order to reduce power consumption. Is transmitted by the control unit 240. In the present embodiment, the frequency band of the radio signal when transmitting the position information and the angle information of the power receiving coil 222 from the sensor 225 to the control unit 240 does not interfere with the frequency band of the wireless power feeding when power is supplied in a non-contact manner. I have to. For example, when the frequency band of wireless power feeding is several MHz, the frequency band of the wireless signal is set to several hundred MHz.

さらに、本実施形態では、センサ225は、受電コイル222の近傍に設けられ、受電コイル222の位置検出の精度を向上させるために、受電コイル222の内側に設けられることが好ましい。なお、本実施形態では、センサ225によって受電コイル222の位置及び角度を検知しているが、受電コイル222の位置情報及び角度情報を検知する検知手段の変形例として、カメラやモーションキャプチャを用いた画像処理によって受電コイルの位置情報と角度情報を検知できるようにしてもよい。かかる検知手段の変形例の詳細については、後述する。   Furthermore, in the present embodiment, the sensor 225 is preferably provided in the vicinity of the power receiving coil 222 and is provided inside the power receiving coil 222 in order to improve the accuracy of position detection of the power receiving coil 222. In the present embodiment, the position and angle of the power receiving coil 222 are detected by the sensor 225. However, a camera or a motion capture is used as a modification of the detection means for detecting the position information and angle information of the power receiving coil 222. The position information and angle information of the power receiving coil may be detected by image processing. Details of a modification of the detection means will be described later.

制御部240は、非接触給電システム200の各種制御を行う機能を有する。本実施形態の非接触給電システム200は、受電コイル222の近傍に設けられるセンサ225によって検知される受電コイル222の位置情報及び角度情報に基づいて、制御部240による動作制御を介して送電コイル212及び中継コイル232の位置と角度を調整する動作が制御される。   The control unit 240 has a function of performing various controls of the non-contact power feeding system 200. The non-contact power feeding system 200 according to the present embodiment includes a power transmission coil 212 through operation control by the control unit 240 based on position information and angle information of the power reception coil 222 detected by a sensor 225 provided in the vicinity of the power reception coil 222. The operation of adjusting the position and angle of the relay coil 232 is controlled.

本実施形態では、制御部240は、図10に示すように、算出部244と指令部246を有するCPU242と、記憶部248とを備える。   In the present embodiment, the control unit 240 includes a CPU 242 having a calculation unit 244 and a command unit 246, and a storage unit 248, as shown in FIG.

CPU242は、ROM等の記憶部248に記憶されている各種プログラムに従って、非接触給電システム200に備わる各構成要素の動作を制御する機能を有する。また、CPU242は、これら各種処理を実行する際に、必要なデータ等を一時的に記憶するRAM(図示せず)に適宜記憶させる機能を有する。   The CPU 242 has a function of controlling the operation of each component included in the non-contact power feeding system 200 according to various programs stored in the storage unit 248 such as a ROM. Further, the CPU 242 has a function of appropriately storing necessary data or the like in a RAM (not shown) that temporarily stores data when executing these various processes.

算出部244は、センサ225による受電コイル222の位置情報及び角度情報の検知結果に基づいて、送電装置210から受電装置220への電力の伝送効率ηが最大値となるような中継コイル232の位置、中継コイル232の傾斜角度、送電コイル212の位置、及び受電コイル222に対する相対角度を算出する機能を有する。本実施形態では、算出部244は、センサ225で検知した受電コイル222の送電コイル212から距離、受電コイル222の傾き角度、送電コイル212の鉛直方向に対する傾き角度、中継コイル232の鉛直方向に対する傾き角度、及び送電コイル212から中継コイル232までの距離に基づいて、関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、送電コイル212及び中継コイル232の位置、角度の好適値を算出する。なお、算出部244における関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、送電コイル212及び中継コイル232の位置、角度の好適値の算出方法の詳細については、後述する。   The calculation unit 244 determines the position of the relay coil 232 such that the transmission efficiency η of power from the power transmission apparatus 210 to the power reception apparatus 220 becomes the maximum value based on the detection result of the position information and angle information of the power reception coil 222 by the sensor 225. And a function of calculating a tilt angle of the relay coil 232, a position of the power transmission coil 212, and a relative angle with respect to the power reception coil 222. In the present embodiment, the calculation unit 244 detects the distance from the power transmission coil 212 of the power reception coil 222 detected by the sensor 225, the inclination angle of the power reception coil 222, the inclination angle of the power transmission coil 212 with respect to the vertical direction, and the inclination of the relay coil 232 with respect to the vertical direction. Based on the angle and the distance from the power transmission coil 212 to the relay coil 232, the preferred values of the positions and angles of the power transmission coil 212 and the relay coil 232 are calculated so that the transmission efficiency η calculated from the relational expression becomes the maximum value. To do. The details of the calculation method of the suitable values of the positions and angles of the power transmission coil 212 and the relay coil 232 will be described later so that the transmission efficiency η calculated from the relational expression in the calculation unit 244 becomes the maximum value.

指令部246は、算出部244による算出結果に基づいて、送電装置210の駆動部216、リピータコイル装置230の駆動部236及び自律移動部238を動作制御するように指令する機能を有する。本実施形態では、算出部244で算出された伝送効率ηが最大値となる送電コイル212の位置及び角度、中継コイル232の位置及び角度のそれぞれが好適値となるように、ジンバル機構215で送電コイル212を支持する駆動部216を駆動させ、ジンバル機構235で中継コイル232を支持する駆動部236を駆動させ、かつ、自律移動ロボット237の駆動源となる自律移動部238を駆動させる。   The command unit 246 has a function of commanding operation control of the drive unit 216 of the power transmission device 210, the drive unit 236 of the repeater coil device 230, and the autonomous moving unit 238 based on the calculation result by the calculation unit 244. In the present embodiment, power is transmitted by the gimbal mechanism 215 so that each of the position and angle of the power transmission coil 212 and the position and angle of the relay coil 232 at which the transmission efficiency η calculated by the calculation unit 244 becomes the maximum value is a suitable value. The driving unit 216 that supports the coil 212 is driven, the driving unit 236 that supports the relay coil 232 is driven by the gimbal mechanism 235, and the autonomous moving unit 238 that is the driving source of the autonomous mobile robot 237 is driven.

このようにして、本実施形態では、センサ225による検知結果に基づいて、送電コイル位置・角度調整機構となるジンバル機構215を介して、即時に受電コイル222に対する送電コイル212の位置及び相対角度を調整して、送電装置210から受電装置220への電力の伝送効率ηが最大値となるように制御される。このため、給電対象が不規則的に自在に変位しても、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御されるので、安定的に高効率な非接触給電が実現される。   In this way, in the present embodiment, the position and relative angle of the power transmission coil 212 with respect to the power reception coil 222 are immediately determined via the gimbal mechanism 215 serving as a power transmission coil position / angle adjustment mechanism based on the detection result by the sensor 225. The power transmission efficiency η from the power transmitting apparatus 210 to the power receiving apparatus 220 is adjusted to be controlled so as to become the maximum value. For this reason, even if the power supply target is irregularly and freely displaced, the transmission efficiency η from the power transmission device 210 to the power reception device 220 is adjusted by immediately adjusting the position of the power transmission coil 212 and the relative angle with respect to the power reception coil 222. Since the maximum value is controlled, stable and highly efficient non-contact power feeding is realized.

また、本実施形態では、送電装置210と受電装置220との距離が大きい場合でも、センサ235による検知結果に基づいて、受電コイル222をトラッキングする自律移動ロボット237に搭載された中継コイル232を介して、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度をリアルタイムに調整することによって、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御できる。このため、送電装置210から離れた給電対象となる受電装置220が不規則的に自在に変位しても、ジンバル機構235を介して中継コイル232を搭載した自律移動ロボット237が受電コイル222を搭載した受電装置220を追従させながら、即時に中継コイル232を好適な位置及び角度に調整することによって、長距離、かつ常時高効率な給電が実現される。   In the present embodiment, even when the distance between the power transmission device 210 and the power reception device 220 is large, the relay coil 232 mounted on the autonomous mobile robot 237 that tracks the power reception coil 222 based on the detection result by the sensor 235 is used. Thus, by adjusting the position of the power transmission coil 212 and the relative angle with respect to the power reception coil 222 in real time, the transmission efficiency η from the power transmission device 210 to the power reception device 220 can be controlled to a maximum value. For this reason, even if the power receiving device 220 that is the power supply target away from the power transmitting device 210 is irregularly and freely displaced, the autonomous mobile robot 237 equipped with the relay coil 232 via the gimbal mechanism 235 carries the power receiving coil 222. By immediately adjusting the relay coil 232 to a suitable position and angle while causing the power receiving device 220 to follow, long-distance and always highly efficient power feeding is realized.

なお、本実施形態では、制御部240は、センサ225による検知結果に基づいて、センサ225で検知した受電コイル222の送電コイル212から距離、受電コイル222の傾き角度、送電コイル212の鉛直方向に対する傾き角度、中継コイル232の鉛直方向に対する傾き角度、及び送電コイル212から中継コイル232までの距離に基づく関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、即時に受電コイル222に対する送電コイル212の位置及び相対角度を調整して制御しているが、他の態様で伝送効率ηが最大値となる送電コイル212及び中継コイル232の位置及び相対角度を調整してもよい。   In the present embodiment, the control unit 240 determines the distance from the power transmission coil 212 of the power reception coil 222 detected by the sensor 225, the inclination angle of the power reception coil 222, and the vertical direction of the power transmission coil 212 based on the detection result by the sensor 225. Power transmission to the power receiving coil 222 immediately so that the transmission efficiency η calculated from the relational expression based on the tilt angle, the tilt angle of the relay coil 232 with respect to the vertical direction, and the distance from the power transmission coil 212 to the relay coil 232 becomes the maximum value. Although the control is performed by adjusting the position and relative angle of the coil 212, the position and relative angle of the power transmission coil 212 and the relay coil 232 at which the transmission efficiency η is maximized may be adjusted in another manner.

例えば、制御部240は、センサ225による検知結果に基づいて、算出部244で送電コイル212から伝送される電力と、受電コイル222に伝送される電力の比を求めて、これらの比率から伝送効率ηが最大値となるように、受電コイル222に対する送電コイル212の位置及び相対角度を算出して、指令部246で当該位置及び相対角度となるように調整するよう指令してもよい。   For example, the control unit 240 obtains a ratio between the power transmitted from the power transmission coil 212 by the calculation unit 244 and the power transmitted to the power reception coil 222 based on the detection result by the sensor 225, and the transmission efficiency is calculated from these ratios. The position and the relative angle of the power transmission coil 212 with respect to the power receiving coil 222 may be calculated so that η becomes the maximum value, and the command unit 246 may be instructed to adjust the position and the relative angle.

また、制御部240は、センサ225による検知結果に基づいて、記憶部248に記憶されたデータテーブルから、伝送効率ηが最大値となるように、算出部244で受電コイル222に対する送電コイル212の位置及び相対角度の好適値を算出して、指令部246で当該好適値に設定してもよい。すなわち、記憶部248に受電コイル222の送電コイル212から距離、受電コイル222の傾き角度、送電コイル212の鉛直方向に対する傾き角度、中継コイル232の鉛直方向に対する傾き角度、及び送電コイル212から中継コイル232までの距離の各データの場合における受電コイル222に対する中継コイル232及び送電コイル212の位置及び相対角度の好適値のデータテーブルが記憶され、センサ225による検知結果に基づいて、かかるデータテーブルを参照して、受電コイル222に対する送電コイル212の位置及び相対角度の好適値を設定してもよい。   In addition, the control unit 240 determines, based on the detection result of the sensor 225, from the data table stored in the storage unit 248 that the calculation unit 244 sets the power transmission coil 212 to the power reception coil 222 so that the transmission efficiency η becomes the maximum value. A preferred value of the position and relative angle may be calculated and set to the preferred value by the command unit 246. That is, the distance from the power transmission coil 212 of the power reception coil 222 to the storage unit 248, the inclination angle of the power reception coil 222, the inclination angle of the power transmission coil 212 with respect to the vertical direction, the inclination angle of the relay coil 232 with respect to the vertical direction, A data table of suitable values of the positions and relative angles of the relay coil 232 and the power transmission coil 212 with respect to the power receiving coil 222 in the case of each data of distance up to 232 is stored, and the data table is referred to based on the detection result by the sensor 225 Then, a suitable value of the position and relative angle of the power transmission coil 212 with respect to the power reception coil 222 may be set.

さらに、制御部240による送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御する態様は、センサ225による検知結果に基づくものに限定されない。例えば、送電装置210の電源から出力した電力と、受電装置220で消費される電力を計測して、双方の電力の比に基づいて、伝送効率ηを計算してから、送電コイル212の角度を動かした際の伝送効率ηの変動結果に基づいて、送電コイル212の角度を定めてもよい。具体的には、伝送効率ηが向上したら、更に動かした側に送電コイル212を動かし、伝送効率ηが低下したら、動かした方向と別方向に送電コイル212を動かことによって、送電コイル212の角度を調整する。このとき、受電側の電力情報は、無線通信等により制御部240に送信される。   Furthermore, the mode of controlling the control unit 240 so that the transmission efficiency η from the power transmitting device 210 to the power receiving device 220 becomes the maximum value is not limited to that based on the detection result by the sensor 225. For example, the power output from the power source of the power transmission device 210 and the power consumed by the power receiving device 220 are measured, and the transmission efficiency η is calculated based on the ratio between the two powers. The angle of the power transmission coil 212 may be determined based on the fluctuation result of the transmission efficiency η when moved. Specifically, when the transmission efficiency η is improved, the power transmission coil 212 is moved further to the moved side, and when the transmission efficiency η is lowered, the power transmission coil 212 is moved in a direction different from the moved direction, whereby the angle of the power transmission coil 212 is increased. Adjust. At this time, the power information on the power receiving side is transmitted to the control unit 240 by wireless communication or the like.

次に、本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作制御について、図面を使用しながら説明する。図11は、本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示すフロー図であり、図12は、本発明の他の実施形態に係る非接触給電システムの動作制御の概略を示す説明図である。   Next, operation control of the non-contact power feeding system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 11 is a flowchart showing an outline of operation control of a contactless power feeding system according to another embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a flowchart of operation control of the contactless power feeding system according to another embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows an outline.

まず、センサ225によって、受電コイル222の位置情報として送電コイル212からの距離と方向が検知され、受電コイル222の角度情報として、鉛直方向に対する傾き角度が検知される(工程S21)。例えば、センサ225がGPSセンサとジャイロセンサで構成されている場合には、GPSセンサで受電コイル222の位置情報を検知し、ジャイロセンサで受電コイル222の角度情報を検知する。   First, the sensor 225 detects the distance and direction from the power transmission coil 212 as position information of the power reception coil 222, and detects the tilt angle with respect to the vertical direction as angle information of the power reception coil 222 (step S21). For example, when the sensor 225 includes a GPS sensor and a gyro sensor, the GPS sensor detects position information of the power receiving coil 222 and the gyro sensor detects angle information of the power receiving coil 222.

次に、センサ225による受電コイル222の位置及び角度の検知結果に基づいて、制御部240の算出部244によって、送電装置210から受電装置220への電力の伝送効率ηが最大値となるような中継コイル232の位置及び傾き角度と、送電コイル212の位置及び受電コイル222に対する相対角度をそれぞれ算出する(工程S22)。すなわち、工程S22では、センサ225から無線信号で制御部240に送信された受電コイル222の位置情報と角度情報に基づいて、制御部240の算出部244が送電装置210から受電装置220への電力の伝送効率ηを最大値にする送電コイル212の位置及び受電コイル222に対する相対角度を算出する。   Next, based on the detection result of the position and angle of the power receiving coil 222 by the sensor 225, the transmission efficiency η of power from the power transmitting device 210 to the power receiving device 220 is maximized by the calculation unit 244 of the control unit 240. The position and inclination angle of the relay coil 232, and the position of the power transmission coil 212 and the relative angle with respect to the power reception coil 222 are calculated (step S22). That is, in step S <b> 22, based on the position information and angle information of the power receiving coil 222 transmitted from the sensor 225 to the control unit 240 as a wireless signal, the calculation unit 244 of the control unit 240 supplies power from the power transmission device 210 to the power reception device 220. The position of the power transmission coil 212 that maximizes the transmission efficiency η and the relative angle with respect to the power reception coil 222 are calculated.

本実施形態では、工程S22において、算出部244は、センサ225(図10参照)で検知した送電コイル212の中心O1から受電コイル222の中心O2までの距離r2(図12参照)、鉛直方向線L2に対する受電コイル222の傾き角度θ(図12参照)、鉛直方向線L1に対する送電コイル212の傾き角度θ(図12参照)、中継コイル232の鉛直方向に対する傾き角度θ(図12参照)、及び送電コイル212の中心O1から中継コイル232の中心O3までの距離r1(図12参照)に基づいて、下記の関係式から算出される伝送効率ηが最大値となるように、中継コイル232の位置及び傾き角度と、送電コイル212の位置及び傾き角度の好適値を算出する。In the present embodiment, in step S22, the calculation unit 244 determines the distance r2 (see FIG. 12) from the center O1 of the power transmission coil 212 detected by the sensor 225 (see FIG. 10) to the center O2 of the power reception coil 222, and the vertical direction line. The inclination angle θ 2 of the power receiving coil 222 with respect to L2 (see FIG. 12), the inclination angle θ 0 of the power transmission coil 212 with respect to the vertical line L1 (see FIG. 12), and the inclination angle θ 1 of the relay coil 232 with respect to the vertical direction (see FIG. 12). ) And the distance r1 (see FIG. 12) from the center O1 of the power transmission coil 212 to the center O3 of the relay coil 232 so that the transmission efficiency η calculated from the following relational expression becomes the maximum value. The preferred values of the position and inclination angle of 232 and the position and inclination angle of the power transmission coil 212 are calculated.

Figure 2018150678
Figure 2018150678

工程S22で送電装置210から受電装置220への電力の伝送効率ηが最大値となるような中継コイル232の位置r1及び傾き角度θと、送電コイル212の位置r2及び傾き角度θの好適値を算出したら、当該好適値になるように、中継コイル232の位置r1及び傾き角度θと、送電コイル212の位置r2及び傾き角度θを調整する(工程S23)。本実施形態では、算出部244で算出された伝送効率ηが最大値となる中継コイル232の位置r1及び傾き角度θと、送電コイル212の位置r2及び傾き角度θの好適値となるように、指令部246が送電装置210の駆動部216と、リピータコイル装置230の駆動部236と、及びリピータコイル装置230の自律移動部238に指令して、当該駆動部216、236、及び自律移動部238を駆動させる。Power transmission efficiency η of from the power transmission device 210 to the power receiving device 220 is a position r1 and the inclination angle theta 1 of the relay coil 232 such that the maximum value in step S22, the preferred position r2 and the inclination angle theta 2 of the power transmission coil 212 After calculating the value, so that the preferred value, for adjusting the position r1 and the inclination angle theta 1 of the relay coil 232, the position r2 and the inclination angle theta 2 of the power transmission coil 212 (step S23). In this embodiment, the position r1 and the inclination angle theta 1 of the relay coil 232 calculating unit 244 transmission efficiency η calculated in becomes the maximum value, to be a suitable value of the position r2 and the inclination angle theta 2 of the power transmission coil 212 In addition, the command unit 246 commands the drive unit 216 of the power transmission device 210, the drive unit 236 of the repeater coil device 230, and the autonomous movement unit 238 of the repeater coil device 230, and the drive units 216, 236 and autonomous movement. The unit 238 is driven.

このようにして、本実施形態では、センサ225の検知結果に基づいて、中継コイル232を介して、即時に受電コイル222に対する送電コイル212の位置及び相対角度を調整して、送電装置210から受電装置220への電力の伝送効率が最大値となるように制御される。すなわち、センサ225で検知された受電コイル222の位置情報と角度情報が制御部240にフィードバックされて、送電コイル212の好適な位置と相対角度に調整される。このため、給電対象が人に装着された人工心臓やパワーアシストスーツ等の医療機器、工場内の移動ロボットのように、不規則的に自在に変位しても、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度を即時に調整して、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御されることによって、安定的に高効率な磁界共振結合による非接触給電が実現される。   In this manner, in the present embodiment, the position and relative angle of the power transmission coil 212 with respect to the power reception coil 222 are immediately adjusted via the relay coil 232 based on the detection result of the sensor 225 to receive power from the power transmission device 210. Control is performed so that the transmission efficiency of power to the apparatus 220 becomes the maximum value. That is, the position information and angle information of the power receiving coil 222 detected by the sensor 225 are fed back to the control unit 240 and adjusted to a suitable position and relative angle of the power transmitting coil 212. For this reason, the position of the power transmission coil 212 and the power receiving coil even if the power supply target is irregularly and freely displaced, such as a medical device such as an artificial heart or a power assist suit worn by a person, or a mobile robot in a factory. By adjusting the relative angle with respect to 222 immediately and controlling so that the transmission efficiency η from the power transmission apparatus 210 to the power reception apparatus 220 becomes the maximum value, non-contact power feeding by magnetic resonance coupling with high efficiency is stably performed. Realized.

また、本実施形態では、送電装置210と受電装置220との距離が大きい場合でも、センサ235による検知結果に基づいて、受電コイル222をトラッキングする自律移動ロボット237に搭載された中継コイル232を介して、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度をリアルタイムに調整できる。このため、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御されるので、送電装置210から離れた給電対象となる受電装置220が不規則的に自在に変位しても、ジンバル機構235を介して中継コイル232を搭載した自律移動ロボット237が受電コイル222を搭載した受電装置220を追従させながら、即時に中継コイル232を好適な位置及び角度に調整される。これによって、送電装置210による給電範囲を拡大しながら、長距離、かつ常時高効率な給電が実現される。   In the present embodiment, even when the distance between the power transmission device 210 and the power reception device 220 is large, the relay coil 232 mounted on the autonomous mobile robot 237 that tracks the power reception coil 222 based on the detection result by the sensor 235 is used. Thus, the position of the power transmission coil 212 and the relative angle to the power reception coil 222 can be adjusted in real time. For this reason, since the transmission efficiency η from the power transmission device 210 to the power reception device 220 is controlled to be the maximum value, the power reception device 220 that is the power supply target away from the power transmission device 210 is irregularly and freely displaced. In addition, the autonomous mobile robot 237 equipped with the relay coil 232 follows the power receiving device 220 equipped with the power receiving coil 222 via the gimbal mechanism 235, and the relay coil 232 is immediately adjusted to a suitable position and angle. Thereby, long-distance and always highly efficient power feeding is realized while expanding the power feeding range of the power transmission device 210.

なお、本実施形態では、受電コイル222の位置情報と角度情報を検知する検知手段として、受電コイル222の近傍にセンサ225を設置しているが、図13に示すように、中継コイル232の近傍にもセンサ231を設置しても良い。例えば、受電コイル222の近傍にセンサ225として、受電コイル222の位置情報を得るGPSセンサと受電コイル222の角度情報を得るジャイロセンサを設けて、中継コイル232の近傍にセンサ231として、中継コイル232の位置情報を得るGPSセンサと中継コイル232の角度情報を得るジャイロセンサを設けてもよい。すなわち、本実施形態の一変形例となる非接触給電システム201では、これらのセンサ225、231で検知した位置情報と角度情報を無線信号で制御部240にフィードバックして、中継コイル232を介して、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度をリアルタイムに調整できる。このため、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御される。   In the present embodiment, a sensor 225 is installed in the vicinity of the power receiving coil 222 as a detecting means for detecting the position information and angle information of the power receiving coil 222. However, as shown in FIG. Alternatively, the sensor 231 may be installed. For example, a GPS sensor that obtains positional information of the power receiving coil 222 and a gyro sensor that obtains angle information of the power receiving coil 222 are provided as the sensor 225 in the vicinity of the power receiving coil 222, and the relay coil 232 is used as the sensor 231 in the vicinity of the relay coil 232. A GPS sensor that obtains the position information and a gyro sensor that obtains the angle information of the relay coil 232 may be provided. That is, in the non-contact power feeding system 201 which is a modified example of the present embodiment, the position information and angle information detected by these sensors 225 and 231 are fed back to the control unit 240 by radio signals and passed through the relay coil 232. The position of the power transmission coil 212 and the relative angle to the power reception coil 222 can be adjusted in real time. For this reason, the transmission efficiency η from the power transmission device 210 to the power reception device 220 is controlled to be the maximum value.

また、本実施形態では、受電コイル222の位置情報と角度情報を検知する検知手段として、センサ225が適用されているが、前述したように、受電コイル222の位置情報及び角度情報を検知する検知手段は、他の態様としてもよい。例えば、図14に示すように、受電コイル222の位置情報及び角度情報を検知する検知手段として、中継コイル232の近傍にカメラ234とセンサ231を設置してもよい。   Further, in the present embodiment, the sensor 225 is applied as a detection unit that detects the position information and the angle information of the power receiving coil 222. However, as described above, the detection is performed to detect the position information and the angle information of the power receiving coil 222. The means may take other forms. For example, as shown in FIG. 14, a camera 234 and a sensor 231 may be installed in the vicinity of the relay coil 232 as detection means for detecting position information and angle information of the power receiving coil 222.

すなわち、本実施形態の他の変形例となる非接触給電システム202では、中継コイル232の近傍に設けたカメラ234で給電対象となる受電装置220を撮像して、当該カメラ234で得られた映像情報を画像処理演算部234aで受電装置220に搭載される受電コイル222の位置情報と角度情報にデジタル変換してから、制御部240に無線信号で送信されて、画像処理による受電コイル222の位置情報と角度情報を検知する。そして、中継コイル232の位置情報と角度情報がセンサ231で検知されて、制御部240に無線信号で送信させる。なお、画像処理演算部234aは、カメラ234と制御部240の間の何れかに設けられていればよいので、カメラ234又は制御部240の何れかの内部に設置する構成としてもよい。   In other words, in the non-contact power feeding system 202 as another modification of the present embodiment, the power receiving device 220 to be fed is imaged by the camera 234 provided in the vicinity of the relay coil 232, and the image obtained by the camera 234 is captured. The information is digitally converted into position information and angle information of the power receiving coil 222 mounted on the power receiving device 220 by the image processing calculation unit 234a, and then transmitted to the control unit 240 by a wireless signal, and the position of the power receiving coil 222 by image processing. Detect information and angle information. Then, the position information and angle information of the relay coil 232 are detected by the sensor 231 and transmitted to the control unit 240 by a radio signal. Note that the image processing calculation unit 234a may be provided inside either the camera 234 or the control unit 240 as long as it is provided between the camera 234 and the control unit 240.

このように、本実施形態の他の変形例となる非接触給電システム202では、カメラ234とセンサ231で検知した位置情報と角度情報を無線信号で制御部240にフィードバックして、中継コイル232を介して、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度をリアルタイムに調整できる。このため、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御される。なお、本実施形態の他の変形例では、カメラ234を中継コイル232の近傍に設けているが、カメラ234の設置箇所は、送電コイル212、受電コイル222、又は中継コイル232の少なくとも何れかを撮像可能な箇所であれば、他の設置箇所としてもよい。すなわち、中継コイル232を介して送電コイル212に対する受電コイル222の位置や角度の関係を把握可能な場所であれば、例えば、受電コイル222の近傍や、送電コイル212、受電コイル222、及び中継コイル232を同時に撮像可能な監視カメラのように、何れのコイル212、222、232からも離れた他の位置に設置するようにしても良い。   As described above, in the non-contact power feeding system 202 which is another modified example of the present embodiment, the position information and the angle information detected by the camera 234 and the sensor 231 are fed back to the control unit 240 by wireless signals, and the relay coil 232 is installed. Thus, the position of the power transmission coil 212 and the relative angle with respect to the power reception coil 222 can be adjusted in real time. For this reason, the transmission efficiency η from the power transmission device 210 to the power reception device 220 is controlled to be the maximum value. In another modification of the present embodiment, the camera 234 is provided in the vicinity of the relay coil 232, but the camera 234 is installed at least one of the power transmission coil 212, the power reception coil 222, and the relay coil 232. Other locations may be used as long as they can be imaged. That is, if it is a place where the relationship between the position and angle of the power reception coil 222 with respect to the power transmission coil 212 can be grasped via the relay coil 232, for example, the vicinity of the power reception coil 222, the power transmission coil 212, the power reception coil 222, and the relay coil. Like the surveillance camera that can simultaneously image 232, it may be installed at another position away from any of the coils 212, 222, and 232.

さらに、図15に示すように、受電コイル222の位置情報及び角度情報を検知する検知手段として、中継コイル232の近傍にカメラ234を設置して、当該中継コイル232の位置情報及び角度情報を検知する検知手段として、送電コイル212の近傍にカメラ219を設置してもよい。すなわち、本実施形態の更に他の変形例となる非接触給電システム203では、中継コイル232の近傍に設けたカメラ234で給電対象となる受電装置220を撮像して、当該カメラ234で得られた映像情報を画像処理演算部234aで受電装置220に搭載される受電コイル222の位置情報と角度情報にデジタル変換してから、制御部240に無線信号で送信されて、画像処理による受電コイル222の位置情報と角度情報を検知する。そして、中継コイル232の位置情報と角度情報は、送電コイル212の近傍に設置したカメラ219の映像情報を画像処理演算部219aで中継コイル232の位置情報と角度情報にデジタル変換してから、制御部240に無線信号で送信されて、画像処理による中継コイル232の位置情報と角度情報を検知する。   Further, as shown in FIG. 15, as a detecting means for detecting the position information and angle information of the power receiving coil 222, a camera 234 is installed in the vicinity of the relay coil 232 to detect the position information and angle information of the relay coil 232. As a detection means to perform, a camera 219 may be installed in the vicinity of the power transmission coil 212. That is, in the non-contact power feeding system 203 which is still another modified example of the present embodiment, the power receiving device 220 to be fed is imaged by the camera 234 provided in the vicinity of the relay coil 232 and obtained by the camera 234. The video information is digitally converted into position information and angle information of the power receiving coil 222 mounted on the power receiving device 220 by the image processing calculation unit 234a, and then transmitted to the control unit 240 by a radio signal, and the power receiving coil 222 by image processing is transmitted. Detect position information and angle information. The position information and angle information of the relay coil 232 are obtained by digitally converting the video information of the camera 219 installed in the vicinity of the power transmission coil 212 into the position information and angle information of the relay coil 232 by the image processing calculation unit 219a, and then controlling the information. The position information and angle information of the relay coil 232 detected by image processing are transmitted to the unit 240 as a wireless signal.

このように、本実施形態の他の変形例となる非接触給電システム203では、カメラ219、234と画像処理演算部219a、234aを介して検知した位置情報と角度情報を無線信号で制御部240にフィードバックして、中継コイル232を介して、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度をリアルタイムに調整できる。このため、送電装置210から受電装置220の距離が離れていても、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御される。なお、画像処理演算部219a、234aは、それぞれ送電コイル212と制御部240との間、カメラ234と制御部240の間の何れかに設けられていればよいので、送電装置210、カメラ234又は制御部240の何れかの内部に設置する構成としてもよい。   As described above, in the non-contact power feeding system 203 which is another modified example of the present embodiment, the position information and the angle information detected via the cameras 219 and 234 and the image processing calculation units 219a and 234a are wireless signals and the control unit 240. The position of the power transmission coil 212 and the relative angle with respect to the power reception coil 222 can be adjusted in real time via the relay coil 232. For this reason, even if the distance between the power transmission apparatus 210 and the power reception apparatus 220 is long, the transmission efficiency η from the power transmission apparatus 210 to the power reception apparatus 220 is controlled to be the maximum value. The image processing calculation units 219a and 234a may be provided between the power transmission coil 212 and the control unit 240 and between the camera 234 and the control unit 240, respectively. It is good also as a structure installed in any one of the control parts 240.

また、図16に示すように、受電コイル222の位置情報及び角度情報を検知する検知手段として、中継コイル232の近傍に設置したカメラ234と受電コイル222の近傍に設置したセンサ225を設けて、中継コイル232の位置情報及び角度情報を検知する検知手段として、送電コイル212の近傍に設置したカメラ219と中継コイル232の近傍に設置したセンサ231を設けてもよい。すなわち、本実施形態の更に他の変形例となる非接触給電システム204では、中継コイル232の近傍に設けたカメラ234で給電対象となる受電装置220を撮像して、当該カメラ234で得られた映像情報を画像処理演算部234aで受電装置220に搭載される受電コイル222の位置情報と角度情報にデジタル変換してから、制御部240に無線信号で送信されて、画像処理による受電コイル222の位置情報と角度情報を検知する。また、当該他の変形例の非接触給電システム204では、カメラ234の画角から給電対象となる受電装置220が外れた場合でも、当該受電装置220の位置情報等をGPS等のセンサ225で追跡できるようにしている。   Also, as shown in FIG. 16, as detection means for detecting position information and angle information of the power receiving coil 222, a camera 234 installed in the vicinity of the relay coil 232 and a sensor 225 installed in the vicinity of the power receiving coil 222 are provided. As detection means for detecting position information and angle information of the relay coil 232, a camera 219 installed in the vicinity of the power transmission coil 212 and a sensor 231 installed in the vicinity of the relay coil 232 may be provided. That is, in the non-contact power feeding system 204 which is still another modified example of the present embodiment, the power receiving device 220 to be fed is imaged by the camera 234 provided in the vicinity of the relay coil 232 and obtained by the camera 234. The video information is digitally converted into position information and angle information of the power receiving coil 222 mounted on the power receiving device 220 by the image processing calculation unit 234a, and then transmitted to the control unit 240 by a radio signal, and the power receiving coil 222 by image processing is transmitted. Detect position information and angle information. Further, in the non-contact power feeding system 204 of the other modified example, even when the power receiving device 220 to be powered is removed from the angle of view of the camera 234, the position information of the power receiving device 220 is tracked by the sensor 225 such as GPS. I can do it.

そして、中継コイル232の位置情報と角度情報は、送電コイル212の近傍に設置したカメラ219の映像情報を画像処理演算部219aで中継コイル232の位置情報と角度情報にデジタル変換してから、制御部240に無線信号で送信されて、画像処理による中継コイル232の位置情報と角度情報を検知する。また、当該他の変形例の非接触給電システム204では、カメラ219の画角から給電対象となる中継コイル232が外れても、当該中継コイル232の位置情報等をGPS等のセンサ231で追跡できるようにしている。   The position information and angle information of the relay coil 232 are obtained by digitally converting the video information of the camera 219 installed in the vicinity of the power transmission coil 212 into the position information and angle information of the relay coil 232 by the image processing calculation unit 219a, and then controlling the information. The position information and angle information of the relay coil 232 detected by image processing are transmitted to the unit 240 as a wireless signal. Further, in the non-contact power feeding system 204 of the other modified example, even if the relay coil 232 to be fed is removed from the angle of view of the camera 219, the position information of the relay coil 232 can be tracked by the sensor 231 such as GPS. I am doing so.

このように、本実施形態の更に他の変形例となる非接触給電システム204では、カメラ219、234と画像処理演算部219a、234aを介して検知した位置情報と角度情報を無線信号で制御部240にフィードバックして、中継コイル232を介して、送電コイル212の位置や受電コイル222に対する相対角度をリアルタイムに調整できる。このため、送電装置210から受電装置220の距離が離れていても、送電装置210から受電装置220への伝送効率ηが最大値となるように制御される。   As described above, in the non-contact power feeding system 204 which is still another modified example of the present embodiment, the position information and the angle information detected via the cameras 219 and 234 and the image processing calculation units 219a and 234a are controlled by a wireless signal. The position of the power transmission coil 212 and the relative angle with respect to the power reception coil 222 can be adjusted in real time via the relay coil 232 by feeding back to 240. For this reason, even if the distance between the power transmission apparatus 210 and the power reception apparatus 220 is long, the transmission efficiency η from the power transmission apparatus 210 to the power reception apparatus 220 is controlled to be the maximum value.

なお、本実施形態の非接触給電システム200の適用対象は、他の態様にも適用できる。例えば、非接触給電システム205として、図17に示すように、天井に取りつけた電源ステーション211aにジンバル機構215a及び駆動部216aを介して送電コイル212aを支持して構成される送電装置210aから、ドローン237aによってジンバル機構235a及び駆動部236aによって中継コイル232aを支持して構成されるリピータコイル装置230aを介して、受電装置220として給電対象となるパワーアシストスーツ221の受電コイル222に磁界共振結合による非接触給電を行う態様にも適用できる。   In addition, the application object of the non-contact electric power feeding system 200 of this embodiment is applicable also to another aspect. For example, as shown in FIG. 17, a non-contact power feeding system 205 includes a power station 211a attached to a ceiling and a power transmission device 210a configured by supporting a power transmission coil 212a via a gimbal mechanism 215a and a drive unit 216a. The power receiving suit 220 as the power receiving device 220 is supplied with power via the repeater coil device 230a configured by supporting the relay coil 232a with the gimbal mechanism 235a and the driving unit 236a by the 237a. It is applicable also to the aspect which performs contact electric power feeding.

また、図18に示すように、非接触給電システム206は、給電対象となる受電装置をVRゴーグルやスマートクラスのように目を覆うグラス類220bとした場合にも適用できる。例えば、非接触給電システム202は、天井に取りつけた電源ステーション211aに昇降・回転・伸縮アーム217b、ジンバル機構215a及び駆動部216aを介して送電コイル212bを支持して構成される送電装置210bから、直接、給電を行ったり、中継コイル232、ジンバル機構235、及び自律移動ロボット237から構成されるリピータコイル装置230を介して、非接触に給電を行う態様にも適用できる。   As shown in FIG. 18, the non-contact power supply system 206 can also be applied to a case where the power receiving device that is a power supply target is a glass 220 b that covers eyes like VR goggles or a smart class. For example, the non-contact power supply system 202 includes a power transmission device 210b configured to support a power transmission coil 212b via an elevating / rotating / extending / contracting arm 217b, a gimbal mechanism 215a, and a driving unit 216a on a power station 211a attached to a ceiling. The present invention can also be applied to a mode in which power is supplied directly, or power is supplied in a non-contact manner through a repeater coil device 230 that includes a relay coil 232, a gimbal mechanism 235, and an autonomous mobile robot 237.

さらに、図19に示すように、非接触給電システム207は、給電対象となる受電装置を電動車椅子220cとした場合にも適用できる。例えば、非接触給電システム203は、商用電源に接続された電源ステーション211に送電コイル212を取り付けたものを送電装置210として、自律移動ロボット237及びジンバル機構235、駆動部236によって中継コイル232を移動可能に支持するリピータコイル装置230を介して、給電対象となる電動車椅子220cに非接触給電を行う態様にも適用できる。   Furthermore, as illustrated in FIG. 19, the non-contact power feeding system 207 can be applied to a case where the power receiving device to be fed is an electric wheelchair 220c. For example, the non-contact power supply system 203 uses the power station 211 connected to the commercial power source with the power transmission coil 212 as a power transmission device 210, and moves the relay coil 232 by the autonomous mobile robot 237, the gimbal mechanism 235, and the drive unit 236. The present invention can also be applied to a mode in which contactless power feeding is performed to the electric wheelchair 220c to be fed via the repeater coil device 230 that is supported.

また、図20に示すように、送電装置310と受電装置320との距離が大きく離れている場合には、中継コイル332a、332bを複数設けてもよい。例えば、非接触給電システム300は、地面に設置した電源ステーション311の送電コイル312を給電ワイヤ318、及びジンバル機構315を介して取り付けて、当該送電コイル312をドローン317で三次元的に自在に移動可能とした送電装置310から、給電対象となる電線上の高圧線点検ロボット320に対して、複数のリピータコイル装置330a、330bを介して、長距離での非接触給電をする態様にも適用できる。   In addition, as illustrated in FIG. 20, when the distance between the power transmission device 310 and the power reception device 320 is greatly separated, a plurality of relay coils 332 a and 332 b may be provided. For example, the non-contact power supply system 300 attaches the power transmission coil 312 of the power station 311 installed on the ground via the power supply wire 318 and the gimbal mechanism 315, and freely moves the power transmission coil 312 three-dimensionally by the drone 317. The power transmission device 310 can be applied to a mode in which contactless power feeding is performed over a long distance to the high-voltage line inspection robot 320 on the electric power supply target via the plurality of repeater coil devices 330a and 330b. .

このとき、中継コイル332a、332bは、ドローン337a、337bとジンバル機構335a、335bを介して、移動可能になっており、高電圧線点検ロボット320に対して、電力の伝送効率が最高値になるように整列させるように、移動させるように制御することが好ましい。このように、送電装置310と受電装置320との距離がより大きく離れた場合でも、不図示のセンサによる検知結果に基づいて、複数の中継コイル332a、332bを介して、送電コイル312の位置や不図示の受電コイルに対する相対角度を即時に調整することによって、送電装置310から受電装置320への伝送効率が最大値となるように制御できる。   At this time, the relay coils 332a and 332b are movable via the drones 337a and 337b and the gimbal mechanisms 335a and 335b, and the power transmission efficiency becomes the maximum value with respect to the high-voltage line inspection robot 320. It is preferable to control the movement so that they are aligned. As described above, even when the distance between the power transmission device 310 and the power reception device 320 is further increased, the position of the power transmission coil 312 or the like via the plurality of relay coils 332a and 332b based on the detection result by a sensor (not shown). By immediately adjusting the relative angle with respect to the power receiving coil (not shown), the transmission efficiency from the power transmitting apparatus 310 to the power receiving apparatus 320 can be controlled to the maximum value.

さらに、図21に示すように、1つの送電装置410から複数の受電装置となる給電対象ロボット420a、420bに対して、それぞれ異なるリピータコイル装置430a、430b、430c、430dを介して、長距離の非接触給電を行う場合にも適用できる。例えば、非接触給電システム400は、地面に設置した電源ステーション410から自律移動ロボット437とジンバル機構437aによって中継コイル432aを移動可能に支持するリピータコイル装置430aを介して、給電対象ロボット420aに非接触給電を行うと同時に、ドローンによって三次元的に移動可能になっている複数のリピータコイル装置430b、430c、430dを介して、他の給電対象ロボット420bに非接触給電を行ってもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 21, a long-distance transmission is performed via different repeater coil devices 430 a, 430 b, 430 c, and 430 d for power supply target robots 420 a and 420 b that are a plurality of power receiving devices from one power transmission device 410. The present invention can also be applied when performing non-contact power feeding. For example, the non-contact power supply system 400 contacts the power supply target robot 420a via the repeater coil device 430a that supports the relay coil 432a so that the relay coil 432a can be moved by the autonomous mobile robot 437 and the gimbal mechanism 437a from the power station 410 installed on the ground. At the same time as supplying power, non-contact power supply may be performed to another power supply target robot 420b via a plurality of repeater coil devices 430b, 430c, and 430d that can be moved three-dimensionally by a drone.

また、中継コイルを備えるリピータコイル装置が複数設けられる場合には、制御部は、センサで検知した受電コイルの送電コイルから距離、受電コイルの傾き角度、送電コイルの鉛直方向に対する傾き角度、中継コイルの鉛直方向に対する傾き角度、送電コイルから中継コイルまでの距離、及び中継コイルの個数に基づく関係式から算出される伝送効率が最大値となるように制御することが好ましい。   In addition, when a plurality of repeater coil devices including relay coils are provided, the control unit determines the distance from the power transmission coil of the power reception coil detected by the sensor, the inclination angle of the power reception coil, the inclination angle of the power transmission coil with respect to the vertical direction, and the relay coil. It is preferable to control so that the transmission efficiency calculated from the relational expression based on the inclination angle with respect to the vertical direction, the distance from the power transmission coil to the relay coil, and the number of relay coils becomes the maximum value.

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、給電対象が不規則的に自在に変位しても、リアルタイムで常に最高効率を維持するコイル配置を算出して、当該コイル配置に調整するので、即時に送電装置から受電装置への伝送効率が最大値となるように制御できる。このため、磁界共振結合による安定的に高効率な非接触給電が確実に実現される。   As described above, according to each embodiment of the present invention, even if the power supply target is irregularly and freely displaced, the coil arrangement that always maintains the maximum efficiency in real time is calculated and adjusted to the coil arrangement. Therefore, the transmission efficiency from the power transmission apparatus to the power reception apparatus can be controlled immediately so as to become the maximum value. For this reason, stable and highly efficient non-contact power feeding by magnetic resonance coupling is reliably realized.

また、本発明の各実施形態によれば、給電対象が不規則的に自在に変位しても、磁界共振結合により非接触で電力を供給できるので、植込みデバイスの電池交換手術や、皮膚貫通ケーブル給電による感染症の問題が解決される。さらに、給電対象がパワードスーツのようなウェアラブルデバイスの場合、大型バッテリの搭載が不要になる上で、ケーブル給電による動きの制約が解消する。このように、植込み・ウェアラブルデバイスの給電に関する制約を解決することで、当該デバイスの大きな普及が見込める。   In addition, according to each embodiment of the present invention, even if the power supply target is irregularly and freely displaced, power can be supplied in a non-contact manner by magnetic resonance coupling. The problem of infectious diseases caused by power supply is solved. Furthermore, when the power supply target is a wearable device such as a powered suit, it is not necessary to install a large battery, and the restriction of movement due to cable power supply is eliminated. In this way, the device can be widely spread by solving the restrictions on the power supply of the implantable / wearable device.

さらに、複数の送電コイルやリピータコイル装置を空間・地上中に分散し、給電対象の動きに合わせて最適に配置することで、工事現場や災害現場等の所定の空間内において、どの場所にいても給電できる状態を作り出す非接触給電のネットワークシステムへの応用展開も可能である。また、給電対象が不規則的に自在に変位しても、当該給電対象に追従するように送電装置やリピータコイル装置をドローンや自動車等の移動手段で移動可能にすることによって、給電対象への給電効率を高められることから、例えば、給電対象として電気自動車にも適用可能となるので、極めて大きな工業的価値を有する。   In addition, multiple power transmission coils and repeater coil devices are distributed throughout the space and the ground, and are optimally arranged according to the movement of the power supply target. It is also possible to apply to non-contact power supply network systems that create a power supply state. In addition, even if the power supply target is irregularly and freely displaced, the power transmission device and the repeater coil device can be moved by a moving means such as a drone or an automobile so as to follow the power supply target. Since the power supply efficiency can be increased, for example, it can be applied to an electric vehicle as a power supply target, and thus has an extremely large industrial value.

なお、上記のように本発明の各実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。   Although each embodiment of the present invention has been described in detail as described above, it is easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. It will be possible. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention.

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、非接触給電システムの構成、動作も本発明の各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。   For example, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. Further, the configuration and operation of the non-contact power feeding system are not limited to those described in the embodiments of the present invention, and various modifications can be made.

100、101、102、103、200、201、202、203、204、205、206、207、300、400 非接触給電システム、110、150、210、210a、210b、310、410 送電装置、111、151、211、211a、211b、311、411 電源、112、152、212、212a、212b、312、412 送電コイル、133、213 送電容量、115、155、215、215a、215b、315 ジンバル機構(送電コイル位置・角度調整機構)、116、156、216、216a、216b 駆動部、119、219、234 カメラ(撮像装置)、219a、234a 画像処理演算部、120、160、220、220b、320、420a、420b 受電装置、121、161、221、221c 負荷、122、162、222、222c 受電コイル、123、223 受電容量、125、225、231 センサ(検知手段)、140、240 制御部、142、242 CPU、144、244 算出部、146、246 指令部、148、248 記憶部、230、230a、330a、330b、430a、430b、430c、430d リピータコイル装置、232、232a、332a、332b 中継コイル、235、235a、335a、335b ジンバル機構(中継コイル角度調整機構)236、236a 駆動部、237、237a、337a、337b 中継コイル移動手段、238 自律移動部 100, 101, 102, 103, 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 300, 400 Contactless power supply system, 110, 150, 210, 210a, 210b, 310, 410 Power transmission device, 111, 151, 211, 211a, 211b, 311, 411 Power supply, 112, 152, 212, 212a, 212b, 312, 412 Power transmission coil, 133, 213 Power transmission capacity, 115, 155, 215, 215a, 215b, 315 Gimbal mechanism (power transmission Coil position / angle adjustment mechanism), 116, 156, 216, 216a, 216b Drive unit, 119, 219, 234 Camera (imaging device), 219a, 234a Image processing operation unit, 120, 160, 220, 220b, 320, 420a 420b Power receiving device 12 161, 221, 221c Load, 122, 162, 222, 222c Power receiving coil, 123, 223 Power receiving capacity, 125, 225, 231 Sensor (detection means), 140, 240 Control unit, 142, 242 CPU, 144, 244 Calculation Unit, 146, 246 Command unit, 148, 248 Storage unit, 230, 230a, 330a, 330b, 430a, 430b, 430c, 430d Repeater coil device, 232, 232a, 332a, 332b Relay coil, 235, 235a, 335a, 335b Gimbal mechanism (relay coil angle adjustment mechanism) 236, 236a Driving unit, 237, 237a, 337a, 337b Relay coil moving means, 238 Autonomous moving unit

Claims (9)

送電装置から受電装置に磁界共振結合により非接触で給電する非接触給電システムであって、
前記送電装置に設けられる送電コイルと、
前記受電装置に設けられる受電コイルと、
前記受電コイルに対する前記送電コイルの位置及び相対角度を調整する送電コイル位置・角度調整機構と、
前記受電コイルの前記送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知する検知手段と、
前記検知手段による検知結果に基づいて、前記送電コイル位置・角度調整機構を介して前記受電コイルに対する前記送電コイルの前記位置及び前記相対角度を調整して、前記送電装置から前記受電装置への電力伝送効率が最大値となるように制御する制御部と、を備えることを特徴とする非接触給電システム。
A non-contact power feeding system that feeds power from a power transmitting device to a power receiving device in a contactless manner by magnetic resonance coupling,
A power transmission coil provided in the power transmission device;
A power receiving coil provided in the power receiving device;
A power transmission coil position / angle adjustment mechanism for adjusting the position and relative angle of the power transmission coil with respect to the power reception coil;
Detecting means for detecting a distance of the power receiving coil from the power transmitting coil and a tilt angle with respect to a vertical direction;
Based on the detection result by the detection means, the position and the relative angle of the power transmission coil with respect to the power reception coil are adjusted via the power transmission coil position / angle adjustment mechanism, and the power from the power transmission device to the power reception device is adjusted. And a control unit that controls the transmission efficiency to be a maximum value.
前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、及び前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の非接触給電システム。   The control unit is calculated from a relational expression based on the distance from the power transmission coil of the power reception coil detected by the detection unit, the tilt angle of the power reception coil, and the tilt angle of the power transmission coil with respect to the vertical direction. The contactless power feeding system according to claim 1, wherein the transmission efficiency is controlled to be a maximum value. 前記検知手段は、前記受電コイルの近傍に設けられるセンサであることを特徴とする請求項1又は2に記載の非接触給電システム。   The non-contact power feeding system according to claim 1, wherein the detection unit is a sensor provided in the vicinity of the power receiving coil. 前記検知手段として、前記受電コイル又は前記送電コイルの少なくとも何れかを撮像可能な撮像装置が設けられることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の非接触給電システム。   The non-contact power feeding system according to claim 1, wherein an imaging device capable of imaging at least one of the power receiving coil or the power transmitting coil is provided as the detection unit. 前記送電コイルと前記受電コイルとの間に設けられる中継コイルと、
前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度を調整する中継コイル角度調整機構と、
前記中継コイルを前記受電コイルに追従するように移動させる中継コイル移動手段と、を更に備え、
前記検知手段は、前記中継コイルを介して前記受電コイルの前記送電コイルからの距離及び鉛直方向に対する傾き角度を検知し、
前記制御部は、前記検知手段による検知結果に基づいて、前記中継コイル角度調整機構を介して前記受電コイルに対する前記中継コイルの相対角度を調整して、前記中継コイル角度調整機構及び前記送電コイル位置・角度調整機構を介して前記送電コイルに対する前記中継コイルの相対角度を調整して、かつ、前記中継コイル移動手段を介して前記送電コイルから前記中継コイルまでの距離を調整することによって、前記送電装置から前記受電装置への伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項1に記載の非接触給電システム。
A relay coil provided between the power transmission coil and the power reception coil;
A relay coil angle adjusting mechanism for adjusting an inclination angle of the relay coil with respect to the vertical direction;
A relay coil moving means for moving the relay coil so as to follow the power receiving coil;
The detecting means detects a distance from the power transmission coil and a tilt angle with respect to a vertical direction of the power receiving coil via the relay coil,
The control unit adjusts a relative angle of the relay coil with respect to the power receiving coil via the relay coil angle adjustment mechanism based on a detection result by the detection unit, so that the relay coil angle adjustment mechanism and the power transmission coil position are adjusted. Adjusting the relative angle of the relay coil with respect to the power transmission coil via an angle adjustment mechanism, and adjusting the distance from the power transmission coil to the relay coil via the relay coil moving means; The contactless power feeding system according to claim 1, wherein transmission efficiency from a device to the power receiving device is controlled so as to become a maximum value.
前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、及び前記送電コイルから前記中継コイルまでの前記距離に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項5に記載の非接触給電システム。   The control unit includes the distance of the power reception coil detected by the detection unit from the power transmission coil, the inclination angle of the power reception coil, the inclination angle of the power transmission coil with respect to the vertical direction, and the inclination of the relay coil with respect to the vertical direction. The contactless power feeding system according to claim 5, wherein the transmission efficiency calculated from a relational expression based on an angle and the distance from the power transmission coil to the relay coil is a maximum value. 前記中継コイルは、複数設けられ、
前記制御部は、前記検知手段で検知した前記受電コイルの前記送電コイルから前記距離、前記受電コイルの前記傾き角度、前記送電コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記中継コイルの前記鉛直方向に対する傾き角度、前記送電コイルから前記中継コイルまでの前記距離、及び前記中継コイルの個数に基づく関係式から算出される前記伝送効率が最大値となるように制御することを特徴とする請求項5に記載の非接触給電システム。
A plurality of the relay coils are provided,
The control unit includes the distance of the power reception coil detected by the detection unit from the power transmission coil, the inclination angle of the power reception coil, the inclination angle of the power transmission coil with respect to the vertical direction, and the inclination of the relay coil with respect to the vertical direction. The control is performed so that the transmission efficiency calculated from a relational expression based on an angle, the distance from the power transmission coil to the relay coil, and the number of the relay coils becomes a maximum value. Contactless power supply system.
前記検知手段は、前記受電コイル又は前記中継コイルの少なくとも何れか一方の近傍に設けられるセンサであることを特徴とする請求項5乃至7の何れか1項に記載の非接触給電システム。   The contactless power supply system according to claim 5, wherein the detection unit is a sensor provided in the vicinity of at least one of the power receiving coil and the relay coil. 前記検知手段として、前記受電コイル、前記送電コイル、又は前記中継コイルの少なくとも何れかを撮像可能な撮像装置が設けられることを特徴とする請求項5乃至8の何れか1項に記載の非接触給電システム。   The non-contact according to claim 5, wherein an imaging device capable of imaging at least one of the power reception coil, the power transmission coil, and the relay coil is provided as the detection unit. Power supply system.
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