WO2020241677A1

WO2020241677A1 - 送電装置および無線電力伝送システム

Info

Publication number: WO2020241677A1
Application number: PCT/JP2020/020893
Authority: WO
Inventors: 寿則佐藤; 英治高橋; 浩行細井
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2020-12-03

Abstract

無線電力伝送システムは、送電装置と、前記送電装置から無線で電力を受け取る複数の移動体と、を備える。前記送電装置は、各移動体における受電電極群と容量結合して前記受電電力群に電力を伝送する送電電極群と、前記送電電極群に交流電力を供給する送電回路と、前記送電電極群に対向する給電エリアへの移動体の侵入を阻止するための障害機構と、前記送電回路および前記障害機構を制御する制御回路とを備える。前記制御回路は、第１の移動体が前記送電電極群から前記電力を受け取っている状態において、前記障害機構を制御して、第２の移動体が前記給電エリアに侵入することを阻止する。

Description

送電装置および無線電力伝送システム

　本開示は、送電装置および無線電力伝送システムに関する。

　近年、携帯電話機および電気自動車などの移動性を伴う機器に、無線すなわち非接触で電力を伝送する無線電力伝送技術の開発が進められている。無線電力伝送技術には、磁界結合方式および電界結合方式などの方式がある。このうち、電界結合方式による無線電力伝送システムでは、一対の送電電極と一対の受電電極とが対向した状態で、一対の送電電極から一対の受電電極に無線で交流電力が伝送される。このような電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば床面に設けられた一対の送電電極からバッテリなどの負荷を備えた移動体に電力を供給する用途で用いられ得る。特許文献１は、そのような電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を開示している。

　他方、無人搬送車（ＡＧＶ）の搬送経路の途中に充電ポイントを設けたシステムにおいて、充電中のＡＧＶに対して後続するＡＧＶの干渉を防止する技術が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２０１０－１９３６９２号公報特開２０００－２７８８７０号公報

　電界結合方式による無線電力伝送技術を適用した移動体システムにおいて、送電装置が第１の移動体に電力を供給しているときに、第２の移動体の受電電極が当該送電装置の送電電極に対向すると、第１の移動体への電力伝送効率が低下する。

　本開示は、第１の移動体に電力を供給している最中に第２の移動体の受電電極が送電電極に対向することを回避するための技術を提供する。

　本開示の一態様に係る送電装置は、送電装置と、前記送電装置から無線で電力を受け取る複数の移動体と、を備える無線電力伝送システムにおいて用いられる。前記送電装置は、各移動体の移動方向における寸法よりも長い２つ以上の送電電極を含む送電電極群であって、各移動体における受電電極群と容量結合して前記受電電力群に電力を伝送する送電電極群と、前記送電電極群に交流電力を供給する送電回路と、前記送電電極群に対向する給電エリアへの移動体の侵入を阻止するための障害機構と、前記送電回路および前記障害機構を制御する制御回路と、を備える。前記制御回路は、第１の移動体が前記送電電極群から前記電力を受け取っている状態において、前記障害機構を制御して、第２の移動体が前記給電エリアに侵入することを阻止する。

　本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現され得る。あるいは、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

　本開示の技術によれば、第１の移動体に電力を供給している最中に第２の移動体の受電電極が送電電極に対向することを回避することができる。

電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。電界結合方式による無線電力伝送システムの他の例を模式的に示す図である。図３に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。送電電極群に第１の移動体が接近している状況を模式的に示す図である。第１の移動体が移動しながら充電している最中に、第２の移動体が送電電極群に接近している状況を示す図である。第１の移動体が充電している最中に、第２の移動体が送電電極群の上に到達した状況を示す図である。本実施形態における送電装置１００および移動体１０の構成を示すブロック図である。移動体システムの他の構成例を示すブロック図である。障害機構の構成例を模式的に示す図である。図７に示す無線電力伝送システムの動作を示す第１の図である。図７に示す無線電力伝送システムの動作を示す第２の図である。図７に示す無線電力伝送システムの動作を示す第３の図である。送電装置の動作の例を示すフローチャートである。障害機構の他の例を模式的に示す図である。図１０に示す無線電力伝送システムの動作を示す第１の図である。図１０に示す無線電力伝送システムの動作を示す第２の図である。図１０に示す無線電力伝送システムの動作を示す第３の図である。障害機構のさらに他の例を模式的に示す図である。磁気シールドの断面構造の例を示す図である。図１２Ａに示す無線電力伝送システムの動作を示す第１の図である。図１２Ａに示す無線電力伝送システムの動作を示す第２の図である。図１２Ａに示す無線電力伝送システムの動作を示す第３の図である。障害機構のさらに他の例を模式的に示す図である。障害機構のさらに他の例を模式的に示す図である。送電装置が障害機構として発信器を備える実施形態における動作を示す第１の図である。送電装置が障害機構として発信器を備える実施形態における動作を示す第２の図である。送電装置が障害機構として発信器を備える実施形態における動作を示す第３の図である。無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成を概略的に示すブロック図である。無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。インバータ回路の構成例を模式的に示す図である。整流回路の構成例を模式的に示す図である。送電電極群が壁などの側面に敷設された例を模式的に示す図である。送電電極群が天井に敷設された例を模式的に示す図である。

　（本開示の基礎となった知見）
　本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

　図１は、本発明者らが開発を進めている電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。図示されている無線電力伝送システムは、例えば工場または倉庫において物品の搬送に用いられる移動体１０に無線で電力を伝送するシステムである。この例における移動体１０は、無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｇｕｉｄｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）である。このシステムでは、床面３０に平板状の一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂが配置されている。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂは、第１の方向（図１におけるＹ方向）に延びた形状を有する。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂには、不図示の送電回路から交流電力が供給される。

　移動体１０は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する不図示の一対の受電電極を備えている。移動体１０は、送電電極１２０ａ、１２０ｂから伝送された交流電力を、一対の受電電極によって受け取る。受け取った電力は、移動体１０が有するモータ、二次電池、または蓄電用のキャパシタなどの負荷に供給される。これにより、移動体１０の駆動または充電が行われる。

　図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下の説明では、図示されているＸＹＺ座標を用いる。送電電極１２０ａ、１２０ｂが延びる方向をＹ方向、送電電極１２０ａ、１２０ｂの表面に垂直な方向をＺ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。Ｘ方向は、送電電極１２０ａ、１２０ｂが並ぶ方向である。なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

　図２は、図１に示す無線電力伝送システムの概略的な構成を示す図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、移動体１０とを備えている。送電装置１００は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を供給する送電回路１１０とを備えている。送電回路１１０は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路である。送電回路１１０は、不図示の電源から供給された直流電力または交流電力を、電力伝送用の交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。

　移動体１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備えている。受電装置２００は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を負荷３３０が要求する他の形態の電力に変換して負荷３３０に供給する受電回路２１０とを備えている。受電回路２１０は、負荷３３０が要求する所定の電圧の直流電力または所定の周波数および電圧の交流電力を出力する。受電回路２１０は、例えば整流回路または周波数変換回路等の各種の回路を含み得る。負荷３３０は、例えばモータ、蓄電用のキャパシタ、または二次電池などの、電力を消費または蓄える機器である。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合（「容量結合」とも称する）により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。

　送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの各々は、２つ以上の部分に分割されていてもよい。例えば、図３および図４に示すような構成を採用してもよい。

　図３および図４は、送電電極１２０ａ、１２０ｂおよび受電電極２２０ａ、２２０ｂの各々が２つの部分に分割された無線電力伝送システムの例を示す図である。この例では、送電装置１００は、２つの第１の送電電極１２０ａと、２つの第２の送電電極１２０ｂとを備える。受電装置２００も同様に、２つの第１の受電電極２２０ａと、２つの第２の受電電極２２０ｂとを備える。電力伝送時には、２つの第１の受電電極２２０ａは、２つの第１の送電電極１２０ａに対向し、２つの第２の受電電極２２０ｂは、２つの第２の送電電極１２０ｂにそれぞれ対向する。送電回路１１０は、交流電力を出力する２つの端子を備えている。一方の端子は、２つの第１の送電電極１２０ａに接続され、他方の端子は、２つの第２の送電電極１２０ｂに接続される。電力伝送の際、送電回路１１０は、２つの第１の送電電極１２０ａに第１の電圧を印加し、２つの第２の送電電極１２０ｂに、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧を印加する。これにより、４つの送電電極を含む送電電極群１２０と４つの受電電極を含む受電電極群２２０との間の容量結合によって電力が無線で伝送される。このような構成によれば、隣り合う任意の２つの送電電極の境界上の漏洩電界を抑制する効果を得ることができる。このように、送電装置１００および受電装置２００の各々において、送電または受電を行う電極の数は２個に限定されない。

　以下の実施形態では、図１および図２に示すように、送電装置１００が２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂを備え、受電装置２００が２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂを備えた構成を主に説明する。本開示の各実施形態において、各電極は、図３および図４に例示するように、複数の部分に分割されていてもよい。いずれの場合も、ある瞬間に第１の電圧が印加される電極と、第１の電圧とは逆の位相の第２の電圧が印加される電極とが交互に並ぶように配置される。ここで「逆の位相」とは、位相差が１８０度である場合に限らず、位相差が９０度から２７０度の範囲内である場合を含むものと定義する。本明細書において、送電装置１００が備える複数の送電電極を、まとめて「送電電極群１２０」と称し、受電装置２００が備える複数の受電電極を、まとめて「受電電極群２２０」と称する。

　上記のような無線電力伝送システムにより、移動体１０は、送電電極群１２０から無線で電力を受け取ることができる。移動体１０は、送電電極群１２０と受電電極群２２０とが近接して対向した状態を保ちながら、送電電極群１２０に沿って移動することができる。これにより、移動体１０は、例えばバッテリまたはキャパシタ等の蓄電装置を充電しながら移動することができる。

　本発明者らは、このような無線電力伝送システムにおいて、複数の移動体が同時に移動し、同時に充電され得るとき、以下の課題が生じることを見出した。

　図５Ａは、送電電極群１２０に第１の移動体１０Ａが接近している状況を模式的に示している。図５Ｂは、第１の移動体１０Ａが移動しながら充電している最中に、第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図５Ｃは、第１の移動体１０が充電している最中に、第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０の上に到達した状況を示している。複数の移動体を含む移動体システムにおいては、図５Ａから図５Ｃに示すような状況が生じ得る。

　図５Ｃに示すように、第１の移動体１０Ａへの給電が実施されている状態において、同一の送電電極群１２０に第２の移動体１０Ｂの受電電極群２２０が近接すると、送電電極群１２０から送出されたエネルギーの一部を第２の移動体１０Ｂが受け取ることになる。その結果、第１の移動体１０Ａに供給される電力の低下、伝送効率の低下、および送電電極付近での漏洩電界強度の増大などの課題が生じ得る。

　本発明者らは、以上の課題を見出し、これらの課題を解決するために、以下に説明する本開示の実施形態の構成に想到した。以下、本開示の実施形態の概要を説明する。

　上記構成によれば、前記制御回路は、第１の移動体が前記送電電極群から前記電力を受け取っている状態において、前記障害機構を制御して、第２の移動体が前記給電エリアに侵入することを阻止する。これにより、第１の移動体および第２の移動体の両方が同時に送電電極群に対向する状態を回避できるため、前述の課題を解決することができる。

　前記障害機構は、様々な構造によって実現され得る。例えば、前記障害機構は、前記送電電極群の端部に設けられた遮断機を含み得る。遮断機は、制御回路からの指令に応答して、第２の移動体の経路上に障害物を配置するように構成され得る。この場合、第２の移動体は、自身が有する障害物検知機能により、受電電極群の少なくとも一部が送電電極群の少なくとも一部に対向する前に停止する。これにより、第１の移動体への電力伝送効率の低下などの問題が生じることを回避することができる。

　前記遮断機は、前記送電電極群を含む筐体に設けられていてもよいし、筐体とは分離していてもよい。送電電極群を含む筐体は、箱状の構造を有していてもよいし、シート状の構造を有していてもよい。遮断機が筐体に設けられた構造によれば、送電装置をより小型化することができる。

　ある実施形態において、前記遮断機は、平板状の障壁を有し、前記制御回路からの指令に応答して、前記障壁が前記筐体上に伏した状態と、前記障壁が起立した状態とを切り替えるように構成され得る。そのような遮断機は、例えば送電電極群の、第２の移動体が到来する側（以下、「入り口側」と称することがある。）の端部の手前に配置され得る。そのような遮断機によれば、比較的コンパクトな構成で、第２の移動体の給電エリアへの侵入を阻止することができる。

　前記障害機構は、前記送電電極群の端部の周辺に、前記第２の移動体を停止させる送信波を送出する発信器を含んでいてもよい。送信波は、例えば、可視光、赤外線、もしくは電波などの電磁波、または超音波であり得る。発信器は、指向性を有する送信波を送出してもよいし、等方的に送信波を送出してもよい。この場合、第２の移動体は、当該送信波を検出するセンサを備え、送信波を検出すると、給電エリアに侵入する前に停止する。このような構成によっても、第１および第２の移動体の両方が送電電極群に対向する状態を回避することができる。

　前記障害機構は、各移動体を誘導する誘導体を遮蔽する構造を有していてもよい。前記誘導体は、例えば磁気テープであり得る。磁気テープは、各移動体の移動経路に沿って床面に配置され得る。この場合、各移動体は、磁気テープから生じる磁場を検知し、磁気テープに沿って移動する。前記障害機構は、前記磁気テープからの磁束を遮蔽する可動式の磁気シールドを含み得る。磁気シールドは、例えば強磁性体によって構成され、磁気テープを少なくとも部分的に覆う。制御回路が障害機構をアクティブにしたとき、磁気シールドの可動部が磁気テープを覆うことで、磁気テープと磁気シールドとの間で閉磁路が形成されるように構成され得る。そのような構成により、第２の移動体は給電エリアへ通じる磁気テープから生じる磁場を検知できなくなるため、第２の移動体が給電エリアに侵入することを阻止できる。

　誘導体は、磁気テープ以外にも、例えば白線のような他の誘導体であってもよい。各移動体は誘導体を検知し、誘導体に沿って移動するように構成され得る。障害機構は、制御回路からの指令に応答して、移動体による誘導体の検知を妨げる任意の機構を備え得る。

　前記制御回路は、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態にあることを検知したとき、前記送電回路に前記交流電力を出力させ、前記障害機構をアクティブにするように構成され得る。「障害機構をアクティブにする」とは、障害機構に、第２の移動体の給電エリアへの侵入を阻止する機能を発揮させる指令を送ることを意味する。

　前記制御回路は、前記送電電極群に対向する位置にいずれの移動体も存在しない状態において、前記交流電力よりも小さい微弱電力を前記送電回路に出力させてもよい。その状態で、前記制御回路は、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向する位置に到達した場合に生じる前記送電回路内の電気的応答に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態を検知してもよい。例えば、前記制御回路は、前記送電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの測定結果を利用して、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向する位置に到達したことを検知してもよい。

　前記制御回路は、前記送電電極群の入り口側の端部に取り付けられたセンサからの信号に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態を検知してもよい。移動体を検知するためのセンサは、送電装置に設けられていてもよいし、送電装置の外部に設けられていてもよい。前記制御回路は、前記送電電極群の入り口側の手前に取り付けられたセンサからの信号に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向しているときに前記第２の移動体が前記送電電極群に到達することを検知し、前記障害機構をアクティブにしてもよい。

　前記送電装置は、前記複数の移動体の運行を制御する制御装置との間で通信を行う通信回路をさらに備えていてもよい。前記制御回路は、前記通信回路を介して、前記制御装置から各移動体の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態にあることを検知してもよい。前記制御回路は、前記通信回路を介して、前記制御装置から各移動体の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態にあるときに、前記第２の移動体が前記送電電極群に到達することを検知し、前記障害機構をアクティブにしてもよい。

　前記制御回路は、前記第１の移動体が前記給電エリアを通過した後、前記障害機構を非アクティブ状態にして前記第２の移動体を前記給電エリアに侵入させてもよい。「非アクティブ」状態とは、障害機構が第２の移動体の給電経路への侵入を阻止していない状態を意味する。例えば、遮断機もしくは障壁が第２の移動体の進行を妨げていない状態、発信器がオフである状態、または磁気シールドの可動部が磁気テープなどの誘導体を覆っていない状態が「非アクティブ状態」に該当する。

　本開示の他の態様に係る無線電力伝送システムは、前述のいずれかに記載の送電装置と、少なくとも１つの移動体とを備える。無線電力伝送システムは、複数の移動体を備えていてもよい。無線電力伝送システムは、前記複数の移動体の運行を制御する制御装置をさらに備えていてもよい。以下の説明において、無線電力伝送システムを「移動体システム」とも称する。

　本開示における「移動体」は、前述の無人搬送車（ＡＧＶ）のような車両に限定されず、電力によって駆動される任意の可動物体を意味する。移動体には、例えば、電気モータおよび１以上の車輪を備える電動車両が含まれる。そのような車両は、例えば、前述のＡＧＶ、搬送ロボット、電気自動車（ＥＶ）、電動カート、電動車椅子であり得る。本開示における「移動体」には、車輪を有しない可動物体も含まれる。例えば、二足歩行ロボット、マルチコプターなどの無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ　Ａｅｒｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ、所謂ドローン）、および有人の電動航空機、およびエレベータも、「移動体」に含まれる。

　以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

　（実施形態）
　本開示の例示的な実施形態における移動体システムを説明する。本実施形態における移動体システムは、少なくとも１つの送電装置と、複数の移動体とを備える。送電装置と、各移動体は、前述の電界結合方式による無線電力伝送を行う。これにより、各移動体は、バッテリなどの蓄電装置を充電したり、供給された電力によってモータを駆動したりすることができる。本実施形態における各移動体は無人搬送車であり、予め設定された経路に沿って、または外部の中央制御装置からの指示に従って運行する。

　図６Ａは、本実施形態における送電装置１００および移動体１０の構成を示すブロック図である。送電装置１００は、送電回路１１０と、送電電極群１２０と、送電検出器１９０と、送電制御回路１５０と、障害機構１７０とを備える。送電回路１１０には、外部の交流電源２０から交流電力が供給される。送電回路１１０は、コンバータ回路およびインバータ回路を含み得る。送電回路１１０に供給された交流電力は、コンバータ回路によって直流電力に変換される。当該直流電力はインバータ回路によって電力伝送用の交流電力に変換される。送電回路１１０は、インバータ回路と送電電極群１２０との間にインピーダンス整合のための整合回路を備え得る。図６Ａには、１台の移動体１０が例示されているが、本システムは、図６Ａに示す移動体１０と同様の構成を有する複数の移動体１０を備える。

　送電電極群１２０は、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂを含む。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂは送電回路１１０に接続されている。送電電極群１２０は、送電回路１１０から出力された交流電力を無線で送電する。

　障害機構１７０は、例えば遮断機または発信器などの装置であり得る。障害機構１７０は、移動体１０が送電電極群１２０に対向する給電エリアに侵入することを阻止する機能を有する。障害機構１７０は、送電制御回路１５０からの指令に応答して、侵入阻止機能をアクティブにする。障害機構１７０についての構成および動作の詳細については、後述する。

　送電検出器１９０は、送電回路１１０内の特定の箇所における電力、電圧、および電流の少なくとも１つを測定する測定器である。送電検出器１９０は、その測定値を示すデータを送電制御回路１５０に送る。送電制御回路１５０は、その情報に基づいて送電回路１１０および障害機構１７０を制御したり、移動体１０における受電制御回路２５０にその情報を通知したりすることができる。

　移動体１０は、受電回路２１０と、受電電極群２２０と、受電検出器２９０と、受電制御回路２５０とを備える。移動体１０は、さらに、充放電制御回路３５０と、負荷制御回路３４０と、複数の負荷とを備える。複数の負荷は、蓄電装置３２０と、電気モータ３７０（以下、単に「モータ３７０」と称する）と、障害物センサ３６０とを含む。

　受電電極群２２０は、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂを含む。受電電極２２０ａ、２２０ｂは、送電電極１２０ａ、１２０ｂとそれぞれ容量結合する。これにより、受電電極群２２０は、送電電極群１２０から交流電力を受け取る。受電回路２１０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続されている。受電回路２１０は、例えば整流回路を含み得る。受電回路２１０は、整流回路に接続されたＤＣ－ＤＣコンバータを含んでいてもよい。受電回路２１０は、受電電極群２２０が受け取った交流電力を他の形態の電力に変換して出力する。本実施形態における受電回路２１０は、直流電力を出力するが、他の実施形態では交流電力を出力してもよい。

　受電検出器２９０は、受電回路２１０内の特定の箇所における電力、電圧、および電流の少なくとも１つを測定する測定器である。本実施形態では、一例として、受電検出器２９０は、受電回路２１０における整流回路から出力される電流を検出する。受電回路２１０は、その検出値を示す信号を受電制御回路２５０に送る。受電制御回路２５０は、その信号に基づいて受電状態を検知することができる。

　受電制御回路２５０は、受電検出器２９０から受電状態を示す信号を取得し、負荷制御回路３４０および／または送電制御回路１５０に送信する。当該信号に基づいて、負荷制御回路３４０は、モータ３７０を制御して移動体１０に所望の動作を実行させる。送電制御回路１５０は、受電制御回路２５０から送信された受電状態を示す信号に基づき、送電回路１１０におけるインバータ回路を制御する動作を行うことができる。これにより、例えば受電回路２１０に一定の電力または一定の電圧が供給されるようにインバータ回路を制御することができる。送電制御回路１５０と受電制御回路２５０との通信は、例えば受電制御回路２５０が受電回路２１０のインピーダンスを信号に応じて変化させるなどの方法によって行われ得る。

　受電回路２１０は、変換後の電力を、充放電制御回路３５０を介して蓄電装置３２０に供給する。蓄電装置３２０は、二次電池（バッテリー）または蓄電用のキャパシタであり得る。充放電制御回路３５０は、蓄電装置３２０による充放電を制御する。蓄電装置３２０に蓄積されたエネルギーは、負荷制御回路３４０によって各負荷に供給される。

　モータ３７０は、移動体１０を駆動するための駆動装置の一部である。負荷制御回路３４０は、モータ３７０の駆動方式に応じて、コンバータ回路および／またはインバータ回路を含み得る。負荷制御回路３４０は、モータ３７０を制御することによって移動体１０の動作を制御する。負荷制御回路３４０は、障害物センサ３６０による障害物検知などの制御も行う。

　障害物センサ３６０は、移動体１０の周囲に存在する物体を検知するために用いられる。障害物センサ３６０は、例えばレーザーレンジファインダーなどの、光源装置と光検出器とを備えた装置であり得る。負荷制御回路３４０は、障害物センサ３６０によって障害物が検知された場合、移動体１０を停止させたり、当該障害物を回避するように移動体１０の経路を変更したりすることができる。このような障害物センサ３６０を設ける代わりに、例えばバンパースイッチを設けて、移動体１０が物体に衝突した場合に、停止するようにしてもよい。

　送電制御回路１５０、受電制御回路２５０、負荷制御回路３４０の各々は、例えばマイクロプロセッサとメモリとを含む。メモリには、本実施形態における動作を規定するコンピュータプログラムが格納され得る。プロセッサが当該プログラムを実行することにより、本実施形態における動作が実現する。

　図６Ｂは、移動体システムの他の構成例を示すブロック図である。この例における移動体システムは、複数の移動体１０の運行を制御する中央制御装置３００をさらに備える。送電装置１００は、中央制御装置３００との間で無線通信を行う通信回路１３０をさらに備える。同様に、移動体１０は、中央制御装置３００との間で無線通信を行う通信回路２３０をさらに備える。

　中央制御装置３００は、通信回路１３０、２３０を介して、送電制御回路１５０および受電制御回路２５０と通信することができる。中央制御装置３００は、各移動体の位置を常時監視する。送電制御回路１５０は、通信回路１３０を介して、中央制御装置３００から各移動体１０の位置情報を取得し、当該位置情報に基づいて、各種の制御を行ってもよい。例えば、送電制御回路１５０は、移動体１０の位置情報に基づいて、移動体１０が給電エリアに存在するか否かを判断し、その結果に基づいて障害機構１７０を制御してもよい。

　以下、本実施形態における動作の例を説明する。

　図７は、本実施形態における障害機構１７０の構成例を模式的に示す図である。この例における障害機構１７０は、送電電極群１２０の端部の近傍に配置された遮断機１７０Ａである。遮断機１７０Ａは、一方向に延びた構造を有する可動部１７１を備える。可動部１７１は、移動体１０の給電エリアへの侵入を阻止するゲートとして機能する。可動部１７１は、不図示のモータによって駆動される。この例における可動部１７１は、Ｙ方向に平行な軸を中心に回転するように駆動される。遮断機１７０Ａは、送電制御回路１５０からの指令に応答して、可動部１７１を駆動する。これにより、移動体１０が受電している最中に、他の移動体が送電電極群１２０に対向する給電エリアに侵入することを阻止することができる。

　図８Ａから図８Ｃは、第１の移動体１０Ａが受電している最中に第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０に接近した場合の一連の動作の例を示している。図８Ａは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図８Ｂは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０の上で充電しながら移動している状態で、後続の第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０の手前に到達した状況を示している。図８Ｃは、第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過した状況を示している。

　図８Ａに示すように、第１の移動体１０Ａは、充電動作を行うとき、送電電極群１２０に向かって移動する。第１の移動体１０Ａは、例えば蓄電装置３２０の蓄電量が所定の閾値を下回ったとき、充電のために送電電極群１２０の位置に向かう。送電制御回路１５０は、受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向する位置まで到達したことを検知すると、送電回路１１０に送電を開始させる。このとき、送電制御回路１５０は、遮断機１７０Ａに、可動部を下げるように指示する。移動体１０Ａは、送電電極群１２０に沿って移動しながら充電を行う。

　この状態で第２の移動体１０Ｂが接近すると、図８Ｂに示すように、第２の移動体１０Ｂは、自身が備える障害物検知機能または衝突検知・停止機能によって送電電極群１２０の端部の手前で停止する。これにより、第２の移動体１０Ｂの受電電極群２２０の少なくとも一部が送電電極群１２０の少なくとも一部に対向することが阻止される。第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０の他方の端部を通過すると、送電制御回路１５０は、遮断機１７０Ａに、可動部を上げるように指示する。図８Ｃに示すように、障害物である遮断機１７０Ａの可動部が前方に存在しなくなると、第２の移動体１０Ｂは、移動を再開する。

　図９は、上記の例における送電装置１００の動作を示すフローチャートである。この例では、送電制御回路１５０は、送電電極群１２０に対向する位置にいずれの移動体も存在しない状態で、送電回路１１０に予備送電を開始させる（ステップＳ１０１）。「予備送電」とは、移動体が送電電極群１２０の近傍に位置するかを検知するために行われる微弱な電力による送電を意味する。予備送電時の電力は、電力伝送時の電力よりも低い。例えば、予備送電時の電力は、電力伝送時の電力の１０分の１未満であり得る。

　送電制御回路１５０は、予備送電を行っている状態で、移動体１０Ａが給電エリアに侵入したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。例えば、送電制御回路１５０は、送電検出器１９０を介して、送電回路１１０内の電気的応答を監視する。その電気的応答に基づいて、移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向した状態にあるか否かを判断することができる。送電制御回路１５０は、送電回路１１０における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの測定結果を利用して、第１の移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向する位置に到達したことを検知することができる。送電制御回路１５０は、例えば、送電回路１１０内の電力、電圧、または電流の、基準値からの変化量が閾値を超えたか否かを、所定時間ごとに判断する。この変化量が閾値を超えた場合、送電電極群１２０に対向する給電エリアに移動体１０Ａの受電電極群２２０が侵入したと判断できる。その場合、送電制御回路１５０は、遮断機１７０Ａをアクティブにして本送電を開始する（ステップＳ１０３）。「本送電」とは、電力伝送用の比較的大きい電力による送電を意味する。送電制御回路１５０は、送電回路１１０におけるインバータ回路を制御して出力電力を増加させることにより、本送電を開始する。

　この例において、遮断機１７０Ａがアクティブの状態とは、図８Ｂに示すように、遮断機１７０Ａの可動部が後続の第２の移動体１０Ｂの経路上に障害物として存在している状態を意味する。この状態において、第２の移動体１０Ｂは、給電エリアの手前で停止する。第１の移動体１０Ａは、充電しながら送電電極群１２０に沿って移動する。

　送電制御回路１５０は、本送電開始後、第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過したかを所定時間ごとに判断する（ステップＳ１０４）。この判断も、例えば送電回路１１０内の電気的応答に基づいて行われ得る。第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過したと判断すると、送電制御回路１５０は、遮断機１７０Ａを非アクティブにする（ステップＳ１０５）。この例において、「非アクティブ」とは、遮断機１７０Ａの可動部が上方に持ち上がり、移動体１０Ｂの侵入を阻止していない状態を指す。図８Ｃに示すように、遮断機１７０Ａのゲートが開き、第２の移動体１０Ｂが進行できるようになる。

　以上のように、本実施形態では、送電電極群１２０の端部の近傍に遮断機１７０Ａが設置されている。送電制御回路１５０は、第１の移動体１０Ａが給電エリアに侵入したことを検知すると、本送電を開始し、同時に遮断機１７０Ａの可動部すなわちゲートを下ろす。これにより、第２の移動体１０Ｂは、送電電極群１２０の手前で停止する。第１の移動体１０Ａは、第２の移動体１０Ｂによって充電を妨げられることなく、給電エリアを通行できる。第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過すると、ほぼ同時に、送電制御回路１５０は、遮断機１７０Ａのゲートを上げる。これにより、第２の移動体１０Ｂは直ちに給電エリアに侵入することができる。以後、後続する他の移動体に対しても、同様の動作が繰り返される。

　以上の動作により、第１の移動体に電力を供給している最中に第２の移動体の受電電極が送電電極に対向することを回避することができる。これにより、第１の移動体１０Ａに供給される電力の低下、伝送効率の低下、および送電電極群１２０の近傍での漏洩電界強度の増大などの課題を解決することができる。

　本実施形態では、送電制御回路１５０は、微弱電力の送電を行い、その電気的応答を検知することによって移動体の給電エリアへの侵入を検知する。このような方法に限らず、例えば送電電極群１２０の端部またはその近傍に配置されたセンサから出力される信号に基づいて移動体の侵入を検知してもよい。ここで、図５Ａから図５Ｃに示す例のように、第１の移動体１０Ａと第２の移動体１０Ｂとが送電電極群１２０に接近する状況を考える。送電制御回路１５０は、送電電極群１２０の入り口側の端部に取り付けられたセンサからの信号に基づいて、第１の移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向する位置に到達したことを検知することができる。送電制御回路１５０はまた、送電電極群１２０の入り口側の手前に取り付けられたセンサからの信号に基づいて、第１の移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向し、かつ第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０に到達することを検知してもよい。送電制御回路１５０は、そのような状態を検知したとき、障害機構１７０をアクティブにするように構成され得る。あるいは、図６Ｂに示す構成においては、中央制御装置３００から各移動体１０Ａ、１０Ｂの位置情報を取得することによって移動体１０Ａ、１０Ｂの侵入を検知してもよい。例えば、送電制御回路１５０は、通信回路１３０を介して、中央制御装置３００から各移動体１０Ａ、１０Ｂの位置情報を取得し、当該位置情報に基づいて、第１の移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向した状態にあること、および、第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０に到達することを検知してもよい。送電制御回路１５０は、そのような状態を検知したとき、障害機構１７０をアクティブにするように構成され得る。

　本実施形態には多様な変形例が考えられる。以下、いくつかの変形例を説明する。

　図１０は、障害機構１７０の他の例を模式的に示す図である。この例における障害機構１７０は、図７の例とは異なる構造を有する遮断機１７０Ｂを備える。遮断機１７０Ｂは、送電電極群１２０を含むシート状の筐体１４０（以下、「送電シート１４０」と称することがある。）に設けられており、平板状の部分を有する。この平板状の部分を「障壁」と称する。遮断機１７０Ｂは、制御回路１５０からの指令に応答して、障壁が筐体１４０上に伏した状態と、障壁が起立した状態とを切り替えるように構成されている。遮断機１７０Ｂは、障壁を動かす不図示のモータも内蔵している。このように、遮断機１７０Ｂは、折り畳み式の板のような構造を有する。障壁の高さは、移動体１０の障害物検知機能または衝突検知・停止機能が機能する最小限の高さ以上の値に設定される。障壁の高さは、例えば１０ｃｍから５０ｃｍ程度の範囲内の値に設定され得る。障壁の厚さは、障壁が倒れた状態において、移動体１０が乗り越えられる程度の厚さに設定される。

　図１１Ａから図１１Ｃは、この例における動作の流れを模式的に示している。図１１Ａは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図１１Ｂは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０の上で充電しながら移動している状態で、後続の第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０の手前に到達した状況を示している。図１１Ｃは、第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過した状況を示している。

　図１１Ａに示すように、送電電極群１２０の上にいずれの移動体も存在しない状態において、遮断機１７０Ｂの障壁は、送電シート１４０の上に倒れた状態になっている。この状態においては、移動体１０Ａは、遮断機１７０Ｂの障壁を乗り越えて給電エリアに侵入することができる。送電制御回路１５０は、移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向する位置まで到達したことを検知すると、送電回路１１０に送電を開始させる。このとき、送電制御回路１５０は、遮断機１７０Ｂに、障壁を立ち上げるように指示する。これにより、図１１Ｂに示すように、遮断機１７０Ｂの障壁が立ち上がる。

　この状態で第２の移動体１０Ｂが接近すると、第２の移動体１０Ｂは、自身が備える障害物検知機能または衝突検知・停止機能によって送電電極群１２０の端部の手前で停止する。これにより、第２の移動体１０Ｂの受電電極群２２０の少なくとも一部が送電電極群１２０の少なくとも一部に対向することが阻止される。第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０の他方の端部を通過すると、送電制御回路１５０は、遮断機１７０Ｂに、障壁を倒すように指示する。図１１Ｃに示すように、障害物である遮断機１７０Ｂの障壁が前方に存在しなくなると、第２の移動体１０Ｂは、移動を再開する。

　このように、図１０から図１１Ｃに示す例では、送電シート１４０において送電電極群１２０が配置されていない入口側の端部に遮断機１７０Ｂが設置されている。このため、省スペースの構成で給電エリアへの移動体１０Ｂの侵入を阻止することができる。

　図１２Ａは、障害機構のさらに他の例を模式的に示す図である。この例では、移動体１０の移動経路に磁気テープ６０が配置されている。移動体１０は、磁気テープ６０を検知するセンサを備え、磁気テープ６０に沿って移動するように構成されている。

　この例における障害機構１７０Ｃは、磁気テープ６０からの磁束を遮蔽する可動式の磁気シールド１７３を含む。磁気シールド１７３は、例えば鉄、コバルト、またはニッケルなどの強磁性体を含む材料によって構成され得る。図１２Ａに示す磁気シールド１７３は、平板状の構造を有し、障害機構１７０Ｃがアクティブ状態のとき、磁気テープ６０を覆うように制御される。

　図１２Ａには示されていないが、障害機構１７０Ｃは、磁気シールド１７３の下部に配置される他の磁気シールドを備え得る。図１２Ｂは、そのような他の磁気シールド１７４の断面構造の例を示す図である。この例では、ＸＺ面に平行な断面において、磁気テープ６０が磁気シールド１７３、１７４によって囲まれる。このような構成によれば、磁気シールド１７３、１７４と磁気テープ６０との間で閉磁路が形成され、外部への磁束の漏出を防ぐことができる。

　この例において、磁気シールド１７３は、磁気テープ６０からの磁束を遮蔽する蓋として機能する。磁気シールド１７３が閉じられた状態では、移動体１０は磁気テープ６０からの磁束を検知できず、その場で停止する。磁気シールド１７３が開いた状態では、移動体１０は磁気テープ６０からの磁束を検知して、給電エリアに侵入することができる。

　図１２Ｂに示す例では、障害機構１７０Ｃがアクティブ状態のとき、磁気テープ６０の下側にある磁気シールド１７４と、蓋として機能する磁気シールド１７３とが密着する。このような構造に限らず、アクティブ状態において、下側の磁気シールド１７４と、上側の磁気シールド１７３との間に隙間が生じてもよい。そのような構成であっても、移動体１０が検知する磁場または磁束密度が予め設定された閾値を下回る程度の遮蔽効果があれば、障害機構として機能する。その場合、移動体１０は、検知された磁場または磁束密度が閾値を下回る場合、その場で停止するように構成される。

　図１３Ａから図１３Ｃは、この例における動作の流れを模式的に示している。図１３Ａは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図１３Ｂは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０の上で充電しながら移動している状態で、後続の第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０の手前に到達した状況を示している。図１３Ｃは、第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過した状況を示している。

　図１３Ａに示すように、送電電極群１２０の上にいずれの移動体も存在しない状態において、障害機構１７０Ｃの磁気シールド１７３は、開いた状態になっている。この状態においては、移動体１０Ａは、給電エリアに侵入することができる。送電制御回路１５０は、移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向する位置まで到達したことを検知すると、送電回路１１０に送電を開始させる。このとき、送電制御回路１５０は、障害機構１７０Ｃに、磁気シールド１７３を倒すように指示する。これにより、図１３Ｂに示すように、磁気シールド１７３によって磁気テープ６０の一部が覆われる。

　この状態で第２の移動体１０Ｂが接近すると、第２の移動体１０Ｂは、磁気シールド１７３の手前で磁気テープ６０からの磁束を検知できなくなるため、その場で停止する。これにより、第２の移動体１０Ｂが給電エリアに侵入することが回避される。第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過すると、送電制御回路１５０は、障害機構１７０Ｃに、磁気シールド１７３を持ち上げるように指示する。図１３Ｃに示すように、磁気シールド１７３が持ち上がると、第２の移動体１０Ｂは、移動を再開する。

　このように、図１２Ａから図１３Ｃに示す例では、送電電極群１２０の一端の手前に、可動式の磁気シールド１７３を含む障害機構１７０Ｃが設置されている。これにより、第１の移動体１０Ａへの給電中に、第２の移動体１０Ｂが給電エリアに侵入することを回避できる。

　なお、この例では磁気テープ６０が誘導体として使用されているが、他の誘導体を使用するシステムにおいても、同様の障害機構を適用することができる。例えば、移動体が白線を検知して移動経路を認識するシステムにおいては、白線を覆うことにより、移動体の給電エリアへの侵入を阻止することができる。そのような構成においては、移動体は、イメージセンサと、イメージセンサから出力された画像信号を処理する信号処理回路とを備える。信号処理回路は、出力された画像信号を解析することにより、白線などの誘導体を認識する。

　図１４は、障害機構のさらに他の例を模式的に示す図である。この例における障害機構は、上下にスライド可能な可動部１７５を備える遮断機１７０Ｄである。可動部１７５は、Ｘ方向に沿って延びた構造を有している。遮断機１７０Ｄは、制御回路１５０からの指令に応答して、可動部１７５を上下にスライドさせる。このような構造によっても、移動体１０の給電エリアへの侵入を阻止することができる。

　図１５は、障害機構のさらに他の例を模式的に示す図である。この例における障害機構１７０Ｅは、図１２Ａに示す例と同様、磁気テープ６０に沿って移動する移動体に給電するシステムにおいて用いられる。障害機構１７０Ｅは、平板状の磁気シールド１７３を、Ｘ方向に沿ってスライドさせることができる。このような構造によっても磁気テープ６０からの磁束を遮蔽し、移動体１０の給電エリアへの侵入を阻止することができる。

　以上の実施形態では、障害機構は、少なくとも１つの可動部を有し、可動部の作用により、移動体が給電エリアに侵入することを阻止する。障害機構は、このような機械的な手段とは異なる手段によって他の移動体が給電エリアに侵入することを阻止してもよい。例えば、障害機構は、送電電極群１２０の端部の周辺に、移動体を停止させる送信波を送出する発信器を含んでいてもよい。その場合、移動体は、当該送信波を検出するセンサを備える。移動体は、送信波を検出すると停止するように構成される。

　図１６Ａから図１６Ｃは、そのような実施形態における動作の流れを模式的に示している。図１６Ａは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０に接近している状況を示している。図１６Ｂは、第１の移動体１０Ａが送電電極群１２０の上で充電しながら移動している状態で、後続の第２の移動体１０Ｂが送電電極群１２０の手前に到達した状況を示している。図１６Ｃは、第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過した状況を示している。

　この例における送電装置１００は、発信器１７０Ｆを備える。発信器１７０Ｆは、超音波または光波を用いた発信器、または電波を利用した発信器であり得る。発信器１７０Ｆは、例えばレーザ光源などの高い指向性を有する光源を含んでいてもよい。発信器１７０Ｆは、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信規格に準拠した通信モジュールを備えていてもよい。

　発信器１７０Ｆは、指向性を有する発信器でもよいし、等方的に送信波を発する発信器でもよい。図１６Ａの例では、発信器１７０Ｆは、送電電極群１２０の端部の近傍に配置されている。

　第１の移動体１０Ａは、発信器１７０Ｆから送出される送信波を検出するセンサ８０を備える。図１６Ａに示すように、送電電極群１２０の上にいずれの移動体も存在しない状態において、送電制御回路１５０は、発信器１７０Ｆを非アクティブの状態にする。この状態では、発信器１７０Ｆから送信波は送出されない。第１の移動体１０Ａは、送信波を検出しないため、給電エリアに侵入することができる。

　送電制御回路１５０は、第１の移動体１０Ａの受電電極群２２０が送電電極群１２０に対向する位置まで到達したことを検知すると、送電回路１１０に送電を開始させる。このとき、送電制御回路１５０は、発信器１７０Ｆをアクティブ状態にする。これにより、図１６Ｂに示すように、発信器１７０Ｆから送信波が送出される。この状態で第２の移動体１０Ｂが接近すると、第２の移動体１０Ｂは、送信波を検出して停止する。これにより、第２の移動体１０Ｂが給電エリアに侵入することが回避される。

　第１の移動体１０Ａが給電エリアを通過すると、送電制御回路１５０は、発信器１７０Ｆを非アクティブの状態にする。これにより、図１６Ｃに示すように、送信波の送出が停止されるため、第２の移動体１０Ｂは、移動を再開する。

　このように、図１６Ａから図１６Ｃに示す例では、送電電極群１２０の一端の近傍に、発信器１７０Ｆを含む障害機構が設けられている。第１の移動体１０Ａへの給電中に、第２の移動体１０Ｂを停止させる送信波を発することにより、第２の移動体１０Ｂが給電エリアに侵入することを阻止することができる。

　以上の各実施形態において、障害機構は、送電電極群１２０の一端の近傍にのみ配置されているが、他端の近傍にも同様の障害機構を配置してもよい。移動体が常に送電電極群１２０の一端側から到来するとは限らず、他端側から到来する場合もあり得る。送電電極群１２０の両端に前述のいずれかの障害機構を適用した場合、送電電極群１２０の両端のいずれからも移動体が到来し得るシステムにおいても、前述の課題を解決することができる。

　次に、本実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成をより詳細に説明する。なお、本明細書において説明するシステムおよび各装置の構成は一例であり、要求される機能および性能に応じて、適宜変更してもよい。

　図１７Ａは、無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成を概略的に示すブロック図である。送電装置１００は、外部の直流電源３１０から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ回路１６０と、交流電力を送電する２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂと、インバータ回路１６０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとの間に接続された整合回路１８０とを備える。直流電源３１０は、外部から供給された交流電力を、コンバータ回路で直流電力に変換した電源であってもよい。本実施形態では、インバータ回路１６０は、整合回路１８０を介して第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂに電気的に接続され、第１および第２の送電電極１２０ａ、１２０ｂに交流電力を出力する。移動体１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備える。

　受電装置２００は、２つの送電電極１２０ａ、１２０ｂと容量結合して電力を受け取る２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂと、２つの受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続された整合回路２８０と、整合回路２８０に接続され、受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する整流回路２６０とを有する。第１の受電電極２２０ａは、第１の送電電極１２０ａと対向したときに、第１の送電電極１２０ａとの間に容量結合を形成する。第２の受電電極２２０ｂは、第２の送電電極１２０ｂと対向したときに、前記第２の送電電極との間に容量結合を形成する。これらの２つの容量結合を介して交流電力が送電装置１００から受電装置２００に非接触で伝送される。

　本実施形態における各移動体１０の筐体、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂのそれぞれのサイズは、特に限定されないが、例えば以下のサイズに設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂの長さ（Ｙ方向のサイズ）は、例えば５０ｃｍ～２０ｍの範囲内に設定され得る。送電電極１２０ａ、１２０ｂのそれぞれの幅（Ｘ方向のサイズ）は、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。移動体１０の筐体の進行方向および横方向におけるそれぞれのサイズは、例えば、２０ｃｍ～５ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａの長さ（進行方向におけるサイズ）は、例えば５ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。受電電極２２０ａの幅（横方向におけるサイズ）は、例えば２ｃｍ～２ｍの範囲内に設定され得る。送電電極間のギャップ、および受電電極間のギャップは、例えば１ｍｍ～４０ｃｍの範囲内に設定され得る。但し、これらの数値範囲に限定されない。

　負荷３３０は、例えば駆動用のモータおよび蓄電用のキャパシタまたはバッテリを含み得る。負荷３３０は、受電回路２１０から出力された直流電力によって駆動または充電される。

　モータは、直流モータ、永久磁石同期モータ、誘導モータ、ステッピングモータ、リラクタンスモータなどの、任意のモータであり得る。モータは、シャフトおよびギア等を介して移動体１０の車輪を回転させ、移動体１０を移動させる。モータの種類に応じて、受電回路２１０は、整流回路、インバータ回路、インバータ制御回路などの、各種の回路を含み得る。

　蓄電用のキャパシタは、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタなどの、高容量かつ低抵抗のキャパシタであり得る。このようなキャパシタを蓄電器として用いることにより、バッテリ（二次電池）を用いた場合よりも、急速な充電が可能である。キャパシタに代えて、二次電池（例えば、リチウムイオン電池等）を用いてもよい。その場合、充電に要する時間は増加するが、より多くのエネルギーを蓄えることができる。移動体１０は、キャパシタまたは二次電池に蓄えられた電力によってモータを駆動して移動する。

　移動体１０が移動すると、キャパシタまたは二次電池の蓄電量（充電量）が低下する。このため、移動を継続するためには、再充電が必要になる。そこで、移動体１０は、移動中に充電量が所定の閾値を下回ると、送電装置１００から充電を行う。

　図１７Ｂは、無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。図示される例では、送電装置１００における整合回路１８０は、送電回路１１０に接続された直列共振回路１８０ｓと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに接続され、直列共振回路１８０ｓと誘導結合する並列共振回路１８０ｐとを有する。整合回路１８０は、インバータ回路１６０の出力インピーダンスと送電電極１２０ａ、１２０ｂの入力インピーダンスとを整合させる機能を有する。送電装置１００における直列共振回路１８０ｓは、第１のコイルＬ１と第１のキャパシタＣ１とが直列に接続された構成を有する。送電装置１００における並列共振回路１８０ｐは、第２のコイルＬ２と第２のキャパシタＣ２とが並列に接続された構成を有する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２との巻数比は、所望の変圧比（昇圧比または降圧比）を実現する値に設定される。

　受電装置２００における整合回路２８０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂに接続された並列共振回路２８０ｐと、整流回路２６０に接続され、並列共振回路２８０ｐと誘導結合する直列共振回路２８０ｓとを有する。整合回路２８０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂの出力インピーダンスと、受電回路２１０の入力インピーダンスとを整合させる機能を有する。並列共振回路２８０ｐは、第３のコイルＬ３と第３のキャパシタＣ３とが並列に接続された構成を有する。受電装置２００における直列共振回路２８０ｓは、第４のコイルＬ４と第４のキャパシタＣ４とが直列に接続された構成を有する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４との巻数比は、所望の変圧比を実現する値に設定される。

　なお、整合回路１８０、２８０の構成は、図１７Ｂに示す構成に限定されない。例えば、直列共振回路１８０ｓ、２８０ｓのそれぞれに代えて、並列共振回路を設けてもよい。また、並列共振回路１８０ｐ、２８０ｐのそれぞれに代えて、直列共振回路を設けてもよい。さらには、整合回路１８０、２８０の一方または両方を省略してもよい。整合回路１８０を省略する場合、インバータ回路１６０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとが直接接続される。整合回路２８０を省略する場合、整流回路２６０と受電電極２２０ａ、２２０ｂとが直接接続される。本明細書においては、整合回路１８０を設けた構成も、インバータ回路１６０と送電電極１２０ａ、１２０ｂとが電気的に接続された構成に該当する。同様に、整合回路２８０を設けた構成も、整流回路２６０と受電電極２２０ａ、２２０ｂとが電気的に接続された構成に該当する。

　図１８Ａは、インバータ回路１６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、インバータ回路１６０は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型のインバータ回路と、送電制御回路１５０とを有する。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはＧａＮ等のトランジスタによって実現され得る。送電制御回路１５０は、各スイッチング素子のオン（導通）およびオフ（非導通）の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに制御信号を出力させるマイクロコントローラ（マイコン）等のプロセッサとを有する。図示されるフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、Ｅ級などの他の発振回路を用いてもよい。インバータ回路１６０は、通信用の変復調回路や電圧・電流などを測定する各種センサを有していてもよい。通信用の変復調回路を有する場合、交流電力に重畳してデータを受電装置２００に送信することができる。

　図１８Ｂは、整流回路２６０の構成例を模式的に示す図である。この例では、受電回路２１０は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。整流回路２６０は、他の整流器の構成を有していてもよい。整流回路２６０の他にも、定電圧・定電流制御回路、通信用の変復調回路などの各種の回路を含んでいてもよい。整流回路２６０は、受け取った交流エネルギーを負荷３３０が利用可能な直流エネルギーに変換する。直列共振回路２８０ｓから出力される電圧および電流などを測定する各種のセンサが整流回路２６０に含まれていてもよい。

　共振回路１８０ｓ、１８０ｐ、２８０ｐ、２８０ｓにおける各コイルは、例えば、回路基板上に形成された平面コイルもしくは積層コイル、または、銅線、リッツ線、もしくはツイスト線などを用いた巻き線コイルであり得る。共振回路１８０ｓ、１８０ｐ、２８０ｐ、２８０ｓにおける各キャパシタには、例えばチップ形状またはリード形状を有するあらゆるタイプのキャパシタを利用できる。空気を介した２配線間の容量を各キャパシタとして機能させることも可能である。各コイルが有する自己共振特性をこれらのキャパシタの代わりに用いてもよい。

　電源３１０は、例えば、商用電源、一次電池、二次電池、太陽電池、燃料電池、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）電源、高容量のキャパシタ（例えば電気二重層キャパシタ）、商用電源に接続された電圧変換器などの任意の電源であってよい。

　共振回路１８０ｓ、１８０ｐ、２８０ｐ、２８０ｓの共振周波数ｆ０は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数ｆ１に一致するように設定される。共振回路１８０ｓ、１８０ｐ、２８０ｐ、２８０ｓの各々の共振周波数ｆ０は、伝送周波数ｆ１に厳密に一致していなくてもよい。各々の共振周波数ｆ０は、例えば、伝送周波数ｆ１の５０～１５０％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数ｆ１は、例えば５０Ｈｚ～３００ＧＨｚ、ある例では２０ｋＨｚ～１０ＧＨｚ、他の例では２０ｋＨｚ～２０ＭＨｚ、さらに他の例では８０ｋＨｚ～１４ＭＨｚに設定され得る。

　本実施形態では、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間は空隙であり、その距離は比較的長い（例えば、１０ｍｍ程度）。そのため、電極間のキャパシタンスＣｍ１、Ｃｍ２は非常に小さく、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂの入出力インピーダンスは非常に高い（例えば、数ｋΩ程度）。これに対し、送電回路１１０および受電回路２１０の入出力インピーダンスは、例えば数Ω程度と低い。本実施形態では、送電電極１２０ａ、１２０ｂ、および受電電極２２０ａ、２２０ｂに近い側に並列共振回路１８０ｐ、２８０ｐがそれぞれ配置され、送電回路１１０および受電回路２１０に近い側に直列共振回路１８０ｓ、２８０ｓがそれぞれ配置される。このような構成により、インピーダンスの整合を容易に行うことができる。直列共振回路は、共振時にインピーダンスがゼロ（０）になるため、低い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。一方、並列共振回路は、共振時にインピーダンスが無限大になるため、高い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。よって、図１７Ｂに示す構成のように、低い入力インピーダンスの電源回路側との接続点に直列共振回路を配置し、高い出力インピーダンスの電極側との接続点に並列共振回路を配置することにより、インピーダンス整合を容易に実現することができる。同様に、電極側に並列共振回路を配置し、負荷側に直列共振回路を配置することにより、受電装置２００におけるインピーダンス整合を好適に実現することができる。

　なお、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の距離を短くしたり、間に誘電体を配置したりした構成では、電極のインピーダンスが低くなるため、上記のような非対称な共振回路の構成にする必要はない。また、インピーダンス整合の問題がない場合は、整合回路１８０、２８０自体を省略してもよい。

　以上の実施形態では、送電電極群１２０は、地面に敷設されているが、送電電極群１２０は、壁などの側面、または天井などの上面に敷設されていてもよい。送電電極群１２０が敷設される場所および向きに応じて、移動体１０の受電電極群２２０の配置および向きが決定される。

　図１９Ａは、送電電極群１２０が壁などの側面に敷設された例を示している。この例では、受電電極群２２０は、移動体１０の側方に配置される。図１９Ｂは、送電電極群１２０が天井に敷設された例を示している。この例では、受電電極群２２０は、移動体１０の天板に配置される。これらの例のように、送電電極群１２０および受電電極群２２０の配置には様々なバリエーションがある。

　本開示の実施形態における無線電力伝送システムは、前述のように、例えば倉庫または工場内における物品の搬送用のシステムとして利用され得る。移動体１０は、物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。しかし、本開示における無線電力伝送システムおよび移動体は、このような用途に限らず、他の様々な用途に利用され得る。例えば、移動体は、ＡＧＶに限らず、他の産業機械、サービスロボット、電気自動車、マルチコプター（ドローン）等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場または倉庫に限らず、例えば、店舗、病院、家庭、道路、滑走路その他のあらゆる場所で利用され得る。

　本開示の技術は、電力によって駆動される任意の機器に利用できる。例えば、無人搬送車（ＡＧＶ）などの電動車両に好適に利用できる。

　１０、１０Ａ、１０Ｂ　移動体
　２０　　電源
　３０　　床面
　６０　　誘導テープ
　８０　　センサ
　１００　送電装置
　１１０　送電回路
　１２０　送電電極群
　１２０ａ、１２０ｂ　送電電極
　１４０　筐体
　１５０　送電制御回路
　１６０　インバータ回路
　１７０　障害機構
　１８０　整合回路
　１８０ｓ　直列共振回路
　１８０ｐ　並列共振回路
　１９０　送電検出器
　２００　受電装置
　２１０　受電回路
　２２０　受電電極群
　２２０ａ、２２０ｂ　受電電極
　２５０　受電制御回路
　２６０　整流回路
　２８０　整合回路
　２８０ｐ　並列共振回路
　２８０ｓ　直列共振回路
　２９０　受電検出器
　３２０　蓄電装置電池
　３３０　負荷
　３４０　負荷制御回路
　３５０　充放電制御回路
　３６０　障害物センサ
　３７０　モータ

Claims

　送電装置と、前記送電装置から無線で電力を受け取る複数の移動体と、を備える無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
　各移動体の移動方向における寸法よりも長い２つ以上の送電電極を含む送電電極群であって、各移動体における受電電極群と容量結合して前記受電電力群に電力を伝送する送電電極群と、
　前記送電電極群に交流電力を供給する送電回路と、
　前記送電電極群に対向する給電エリアへの移動体の侵入を阻止するための障害機構と、
　前記送電回路および前記障害機構を制御する制御回路と、
を備え、
　前記制御回路は、第１の移動体が前記送電電極群から前記電力を受け取っている状態において、前記障害機構を制御して、第２の移動体が前記給電エリアに侵入することを阻止する、
　送電装置。
　前記障害機構は、前記送電電極群の端部に設けられた遮断機を含む、請求項１に記載の送電装置。
　前記遮断機は、前記送電電極群を含む筐体に設けられている、請求項２に記載の送電装置。
　前記遮断機は、平板状の障壁を有し、前記制御回路からの指令に応答して、前記障壁が前記筐体上に伏した状態と、前記障壁が起立した状態とを切り替えるように構成されている、請求項３に記載の送電装置。
　前記障害機構は、前記送電電極群の端部の周辺に、前記第２の移動体を停止させる送信波を送出する発信器を含む、請求項１に記載の送電装置。
　前記障害機構は、各移動体を誘導する誘導体を遮蔽する構造を有する、請求項１に記載の送電装置。
　前記誘導体は磁気テープであり、
　前記障害機構は、前記磁気テープからの磁束を遮蔽する可動式の磁気シールドを含む、
　請求項６に記載の送電装置。
　前記制御回路は、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態にあることを検知したとき、前記送電回路に前記交流電力を出力させ、前記障害機構をアクティブにする、請求項１から７のいずれかに記載の送電装置。
　前記制御回路は、
　前記送電電極群に対向する位置にいずれの移動体も存在しない状態において、前記交流電力よりも小さい微弱電力を前記送電回路に出力させ、
　前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向する位置に到達した場合に生じる前記送電回路内の電気的応答に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態を検知する、
　請求項８に記載の送電装置。
　前記制御回路は、前記送電回路における電力、電圧、および電流の少なくとも１つの測定結果を利用して、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向する位置に到達したことを検知する、請求項９に記載の送電装置。
　前記制御回路は、前記送電電極群の入り口側の端部に取り付けられたセンサからの信号に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向する位置に到達したことを検知する、請求項８に記載の送電装置。
　前記複数の移動体の運行を制御する制御装置との間で通信を行う通信回路をさらに備え、
　前記制御回路は、前記通信回路を介して、前記制御装置から各移動体の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態にあることを検知する、
　請求項８に記載の送電装置。
　前記制御回路は、前記送電電極群の入り口側の手前に取り付けられたセンサからの信号に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向しているときに、前記第２の移動体が前記送電電極群に到達することを検知し、前記障害機構をアクティブにする、請求項８に記載の送電装置。
　前記複数の移動体の運行を制御する制御装置との間で通信を行う通信回路をさらに備え、
　前記制御回路は、前記通信回路を介して、前記制御装置から各移動体の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて、前記第１の移動体の前記受電電極群が前記送電電極群に対向した状態にあるときに、前記第２の移動体が前記送電電極群に到達することを検知し、前記障害機構をアクティブにする、請求項８に記載の送電装置。
　前記制御回路は、前記第１の移動体が前記給電エリアを通過した後、前記障害機構を非アクティブ状態にして前記第２の移動体を前記給電エリアに侵入させる、請求項１から１４のいずれかに記載の送電装置。
　請求項１から１５のいずれかに記載の送電装置と、
　少なくとも１つの移動体と、
を備える無線電力伝送システム。