(57)【要約】【課題】伝送する電力が大きく、負荷が変動する場合でも、大型化や構成の複雑化を招くことなく、電界結合により非接触で電力を供給する無線給電装置およびこれを用いた多軸ロボットを提供する。【解決手段】無線給電装置１０は、蓄電部４１、５１と、負荷部４２、５２と、スイッチ部４３、５３とを備える。蓄電部４１、５１は、送受電ユニット１３、１４にそれぞれ接続され、受電部２１、２３で受け取った電力を蓄える。負荷部４２、５２は、蓄電部４１、５１を挟んで送受電ユニット１３、１４に接続する。スイッチ部４３、５３は、送受電ユニット１３、１４と負荷部４２、５２との間に設けられ、送受電ユニット１３、１４と負荷部４２、５２との間を断続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ（１１）で生成された高周波の電力で励振する送電電極部（１２）と、
受電部（２１、２３）および送電部（２２）を有する複数の送受電ユニット（１３、１４）と、を備え、
前記送電電極部（１２）の励振によって出力される高周波の電力、または隣り合う前記送受電ユニット（１３、１４）の前記送電部（２２）の励振によって出力される高周波の電力を、前記受電部（２１、２３）において電界結合によって非接触で受け取るとともに受け取った電力で前記送電部（２２）を励振可能な無線給電装置であって、
複数の前記送受電ユニット（１３、１４）にそれぞれ接続され、前記受電部（２１、２３）で受け取った電力を蓄える蓄電部（４１、５１）と、
前記蓄電部（４１、５１）を挟んで前記送受電ユニット（１３、１４）に接続する負荷部（４２、５２）と、
前記送受電ユニット（１３、１４）と前記負荷部（４２、５２）との間に設けられ、前記送受電ユニット（１３、１４）と前記負荷部（４２、５２）との間を断続するスイッチ部（４３、５３）と、
を備える無線給電装置。
【請求項２】
前記スイッチ部（４３、５３）の断続を制御するスイッチ制御部（４４、５４）をさらに備え、
前記スイッチ制御部（４４、５４）は、隣り合う複数の前記送受電ユニット（１３、１４）の前記スイッチ部（４３、５３）を時分割で断続する請求項１記載の無線給電装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部（４４、５４）は、隣り合う複数の前記送受電ユニット（１３、１４）の前記スイッチ部（４３、５３）を相反して断続する請求項２記載の無線給電装置。
【請求項４】
前記インバータ（１１）を予め設定した比率でオンまたはオフするとともに、前記スイッチ制御部（４４、５４）を通して前記スイッチ部（４３、５３）を制御する主制御部（１６）をさらに備え、
前記主制御部（１６）は、前記インバータ（１１）がオフされているとき前記スイッチ部（４３、５３）を駆動する請求項２または３記載の無線給電装置。
【請求項５】
前記主制御部（１６）は、
複数の前記送受電ユニット（１３、１４）に接続する前記スイッチ部（４３、５３）がいずれもオフされているとき、前記インバータ（１１）をオフする請求項４記載の無線給電装置。
【請求項６】
前記受電部（２１、２３）で受け取った高周波の電力を整流する整流部（４５、５５）をさらに備え、
前記スイッチ部（４３、５３）は、前記整流部（４５、５５）と前記蓄電部（４１、５１）との間に設けられ、前記整流部（４５、５５）で整流された電流を断続する請求項２から５のいずれか一項記載の無線給電装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項記載の無線給電装置（１０）を備える多軸ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線給電装置およびこれを用いた多軸ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁誘導、磁界共鳴あるいは電界結合などを用いて非接触で電力を供給する無線給電装置が公知である。例えば、特許文献１は、電界結合を用いた無線給電装置を開示している。このような電界結合では、送電電極部から受電電極部への電力の伝送に高周波が用いられる。そのため、電界結合の場合、送電側と受電側との間で高い精度のインピーダンスの整合が要求される。ところで、受電側に接続される負荷で消費される電力が刻々と変化したり、負荷の数が変化したりする場合、受電側のインピーダンスはこれらにあわせて変化する。そのため、受電側では、負荷の変動に追従してインピーダンスを変化する必要があり、大規模な可変整合回路が求められる。
【０００３】
しかしながら、可変整合回路の搭載は、伝送する電力が大きくなるほど、機器の大型化や構成の複雑化を招く。そのため、負荷が変動する小型の機器において、電界結合による非接触の電力の供給は困難であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−６８０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、伝送する電力が大きく、負荷が変動する場合でも、大型化や構成の複雑化を招くことなく、電界結合により非接触で電力を供給する無線給電装置およびこれを用いた多軸ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明では、送電電極部から出力された高周波の電力は、電界結合による非接触で複数の送受電ユニットへ伝送される。複数の送受電ユニットは、それぞれ電力を消費する負荷部に接続し、負荷部と送受電ユニットとの間にはスイッチ部および蓄電部が接続している。これにより、送受電ユニットの受電部から得られた電力は、蓄電部に貯えられ、負荷部の負荷の変動による影響を受けない。そのため、送電電極部と複数の送受電ユニットとの間では、負荷部における負荷の変動にあわせてインピーダンスの整合を図る必要がない。すなわち、蓄電部に電力を貯えることにより、負荷部における負荷が変動しても、インピーダンスの変化は生じない。その結果、インピーダンスを可変する可変整合回路は不要となる。したがって、伝送する電力が大きく、負荷が変動する場合でも、大型化や構成の複雑化を招くことなく、電界結合により非接触で電力を供給することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、スイッチ制御部は、隣り合う送受電ユニットにおけるスイッチ部を時分割で開閉する。すなわち、スイッチ制御部は、隣り合う送受電ユニットにおいて、それぞれ異なる時期にスイッチ部をオンにする。これにより、１つの送電電極部に対して、複数の送受電ユニットが直列に連なる場合でも、１つの送電電極部から高周波の電力を受け取る送受電ユニット、およびこの送受電ユニットで受け取った電力を蓄える蓄電部は１つとなる。そのため、複数の送受電ユニットにおいて各蓄電部の特性が均一であれば、インピーダンス特性も均一となる。その結果、送電電極部から電力を受け取る送受電ユニットが変化しても、受電側のインピーダンス特性は変化しない。したがって、送電側においても可変整合回路が不要となり、送電先となる送受電ユニットが変化する場合でも、大型化や構成の複雑化を招くことなく、電界結合により非接触で電力を供給することができる。
【０００８】
請求項７記載の発明では、請求項１から６のいずれか一項記載の無線給電装置を備えている。これにより、固定部と可動部との間は、ケーブルや配線を用いることなく非接触で電力や信号が電送される。したがって、ケーブルや配線による重量の増加を抑えることができるとともに、ケーブルや配線の切断による機器の停止を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態による無線給電装置の電気的な構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態による無線給電装置を適用した多軸ロボットを示す模式的な斜視図
【図３】第１実施形態による無線給電装置の作動の流れを示すタイムチャートの概略図
【図４】第２実施形態による無線給電装置の電気的な構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、無線給電装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による無線給電装置１０を示している。無線給電装置１０は、インバータ１１、送電電極部１２、および複数の送受電ユニット１３、１４を備えている。インバータ１１は、例えばＥ級インバータであり、高周波を生成する。インバータ１１で生成した高周波は、整合回路部１５を通して送電電極部１２に供給される。整合回路部１５は、例えばコイルやコンデンサなどを有し、特定のインピーダンスに設定されたＬＣ回路を含んでいる。送電電極部１２は、例えば金属板などで構成され、インバータ１１で生成された高周波を後述する受電電極部２１へ非接触で伝える。
【００１１】
無線給電装置１０は、主制御部１６および通信部１７を有している。主制御部１６は、例えばマイクロコンピュータを有しており、インバータにおける高周波の生成を制御する。具体的には、主制御部１６は、インバータ１１を予め設定した比率Ｄでオンまたはオフする。インバータ１１は、主制御部１６による制御によって、高周波の生成をオンまたはオフする。通信部１７は、主制御部１６に接続されており、主制御部１６からの指示によって通信する。これらインバータ１１、送電電極部１２、整合回路部１５、主制御部１６および通信部１７は、送電側ユニットを構成している。
【００１２】
無線給電装置１０は、複数の送受電ユニット１３、１４を備えている。図１に示す第１実施形態の場合、無線給電装置１０は、送受電ユニット１３および送受電ユニット１４の２つの送受電ユニットを備えている。図１に示す第１実施形態では、２つの送受電ユニット１３、１４を備える無線給電装置１０について説明する。なお、無線給電装置１０は、２つに限らず、３つ以上の送受電ユニットを備えていてもよい。
【００１３】
第１実施形態の場合、送受電ユニット１３および送受電ユニット１４は、直列に配置されている。送受電ユニット１３は、受電部２１および送電部２２を有している。また、送受電ユニット１４は、受電部２３を有している。図１に示す第１実施形態のように２つの送受電ユニット１３、１４を備える無線給電装置１０の場合、末端側に位置する送受電ユニット１４は送電部を省略することができる。送受電ユニット１３の受電部２１と送電部２２とは、電気的に接続されている。送受電ユニット１３の受電部２１および送電部２２、ならびに送受電ユニット１４の受電部２３は、いずれも例えば板状のアンテナによって構成されている。
【００１４】
送受電ユニット１３の受電部２１は、送電電極部１２と対向している。また、送受電ユニット１４の受電部２３は、送受電ユニット１３の送電部２２と対向している。これら送電電極部１２、受電部２１、送電部２２および受電部２３は、いずれも例えば板状のアンテナなどによって平面的に対向している。これら対向する送電電極部１２と受電部２１との間、および送電部２２と受電部２３との間は、空気が存在する状態で非接触となっている。そのため、送電電極部１２に高周波を印加することにより、送電電極部１２と送受電ユニット１３の受電部２１との間には、電界結合によって非接触で電力が伝送される。また、受電部２１と送電部２２とは電気的に接続されていることから、送受電ユニット１３の送電部２２と送受電ユニット１４の受電部２３との間においても、電界結合によって非接触で電力が伝送される。すなわち、インバータ１１で生成した高周波で送電電極部１２を励振すると、送受電ユニット１３の受電部２１は電界結合によって送電電極部１２から非接触で電力を受け取る。送受電ユニット１３は、受電部２１で受け取った高周波で送電部２２を励振することができる。これにより、送受電ユニット１４の受電部２３は、電界結合によって送受電ユニット１３の送電部２２から非接触で電力を受け取る。
【００１５】
上記のような無線給電装置１０は、例えば多軸ロボットに適用される。図２は、無線給電装置１０を適用する多軸ロボットの一例として３軸のロボット３０を示している。無線給電装置１０をロボット３０に適用する場合、インバータ１１や送電電極部１２などで構成される送電側ユニットは設備などに固定されている。無線給電装置１０の送電電極部１２は、Ｘ軸方向へ延びるレール３１に設けられている。ロボット３０は、レール３１に沿って移動する可動部３２を有している。可動部３２は、このレール３１に沿ってＸ軸方向へ往復移動する。送受電ユニット１３の受電部２１は、可動部３２に設けられ、レール３１に設けられている送電電極部１２と対向している。また、送受電ユニット１３の送電部２２は、ロボット３０の可動部３２に設けられている。送受電ユニット１３の送電部２２は、ロボット３０の可動部３２においてＸ軸と垂直なＹ軸方向へ延びている。送受電ユニット１４の受電部２３は、この送電部２２と対向している。送受電ユニット１４の受電部２３は、送電部２２に対して移動可能または固定のいずれであってもよい。
【００１６】
このようなロボット３０の構成により、ロボット３０は、無線給電装置１０によって非接触で電力の供給を受ける。具体的には、ロボット３０の可動部３２は、受電部２１によってレール３１に沿った送電電極部１２から電力を受け取る。可動部３２の送電部２２は、受電部２１で受け取った電力で励振される。送電部２２が励振されることによって、電力は送受電ユニット１４の受電部２３に伝送される。
【００１７】
次に、ロボット３０に適用する無線給電装置１０の構成の詳細について説明する。
図１に示すように無線給電装置１０は、蓄電部４１、負荷部４２、スイッチ部４３およびスイッチ制御部４４を備えている。また、無線給電装置１０は、整流回路部４５、電源回路部４６、負荷駆動部４７および通信部４８を備えている。これら、蓄電部４１、負荷部４２、スイッチ部４３、スイッチ制御部４４、整流回路部４５、電源回路部４６、負荷駆動部４７および通信部４８は、送受電ユニット１３に接続している。送受電ユニット１３の受電部２１において受け取られた高周波の電力は、整流回路部４５において整流される。すなわち、交流である高周波の電力は、整流回路部４５において直流に整流される。スイッチ部４３は、この整流回路部４５と送受電ユニット１３との間に設けられており、これらの間を断続する。整流回路部４５で整流された直流の電力は、電源回路部４６を通して蓄電部４１に供給される。蓄電部４１は、例えばキャパシタや二次電池を有している。電源回路部４６は、これらキャパシタおよび二次電池などの蓄電部４１へ供給される電力を制御する。すなわち、電源回路部４６は、蓄電部４１における容量を検出しつつ、蓄電部４１へ適切な電力を提供する。負荷部４２は、例えば可動部３２を駆動するモータなどを有している。負荷部４２は、ドライバである負荷駆動部４７を通して、蓄電部４１に蓄えられた電力によって駆動される。このように、負荷部４２は、送受電ユニット１３において受け取られて蓄電部４１に蓄えられた電力を消費する。
【００１８】
スイッチ制御部４４は、電源回路部４６で検出する蓄電部４１の容量に基づいてスイッチ部４３の断続を制御する。通信部４８は、スイッチ制御部４４に接続し、送電側ユニットの通信部１７と通信可能である。通信部４８は、スイッチ制御部４４で取得したスイッチ部４３のオンまたはオフの状態を、通信部１７を通して主制御部１６へ出力する。また、通信部４８は、主制御部１６が出力する制御信号を通信部１７から受け取る。スイッチ制御部４４は、通信部４８を通して主制御部１６から受け取った制御信号を用いてスイッチ部４３のオンまたはオフを制御する。
【００１９】
また、無線給電装置１０は、蓄電部５１、負荷部５２、スイッチ部５３、スイッチ制御部５４、整流回路部５５、電源回路部５６、負荷駆動部５７および通信部５８を備えている。これら、蓄電部５１、負荷部５２、スイッチ部５３、スイッチ制御部５４、整流回路部５５、電源回路部５６および負荷駆動部５７は、送受電ユニット１４に接続している。送受電ユニット１４の受電部２３において受け取られた高周波の電力は、整流回路部５５において整流される。すなわち、交流である高周波の電力は、整流回路部５５において直流に整流される。スイッチ部５３は、この整流回路部５５と送受電ユニット１４との間に設けられており、これらの間を断続する。整流回路部５５で整流された直流の電力は、電源回路部５６を通して蓄電部５１に供給される。蓄電部５１は、例えばキャパシタや二次電池を有している。電源回路部５６は、これらキャパシタおよび二次電池などの蓄電部５１へ供給される電力を制御する。すなわち、電源回路部５６は、蓄電部５１における容量を検出しつつ、蓄電部５１へ適切な電力を提供する。負荷部５２は、例えばモータなどを有している。負荷部５２は、これらに加え、機能部であるロボットハンド５９などを有していてもよい。負荷部５２は、ドライバである負荷駆動部４７を通して、蓄電部５１に蓄えられた電力によって駆動される。また、ロボットハンド５９は、図示しない制御部を通して、蓄電部５１に蓄えられた電力によって駆動される。このように、負荷部５２は、送受電ユニット１４において受け取られて蓄電部５１に蓄えられた電力を消費する。
【００２０】
スイッチ制御部５４は、電源回路部５６で検出する蓄電部５１の容量に基づいてスイッチ部５３の断続を制御する。通信部５８は、スイッチ制御部５４に接続し、送電側ユニットの通信部１７と通信可能である。通信部５８は、スイッチ制御部５４で取得したスイッチ部５３のオンまたはオフの状態を、通信部１７を通して主制御部１６へ出力する。また、通信部５８は、主制御部１６が出力する制御信号を通信部１７から受け取る。スイッチ制御部５４は、通信部５８を通して主制御部１６から受け取った制御信号を用いてスイッチ部５３のオンまたはオフを制御する。通信部１７と通信部４８および通信部５８との間は、有線の伝送経路、無線の伝送経路または非接触の電力伝送経路を通して通信可能である。
【００２１】
次に、無線給電装置１０の作動について詳細に説明する。
主制御部１６は、通信部１７および通信部４８を通してスイッチ制御部４４へ制御信号を出力する。これとともに、スイッチ制御部４４は、電源回路部４６を通して蓄電部４１の電圧、つまり蓄電部４１の蓄電容量を検出する。スイッチ制御部４４は、検出した蓄電部４１の電圧Ｖｃ１、または主制御部１６から出力された制御信号に基づいてスイッチ部４３をオンまたはオフする。具体的には、スイッチ制御部４４は、電源回路部４６から蓄電部４１の電圧Ｖｃ１を取得する。蓄電部４１の電圧Ｖｃ１は、蓄電部４１における蓄電容量に相関する。そのため、スイッチ制御部４４は、電源回路部４６を通して蓄電部４１の電圧Ｖｃ１を検出することにより、蓄電部４１において蓄電可能な電力の残量を検出する。そして、スイッチ制御部４４は、蓄電部４１における電圧Ｖｃ１が予め設定した設定電圧Ｖｄを超えたことを電源回路部４６から取得すると、スイッチ部４３をオフする。そして、スイッチ制御部４４は、通信部４８を通してスイッチ部４３がオンまたはオフのいずれの状態にあるかを主制御部１６へ出力する。また、スイッチ制御部４４は、主制御部１６から出力される制御信号によってもスイッチ部４３をオンまたはオフすることができる。
【００２２】
同様に、主制御部１６は、通信部１７および通信部５８を通してスイッチ制御部５４へ制御信号を出力する。これとともに、スイッチ制御部５４は、電源回路部５６を通して蓄電部５１の電圧、つまり蓄電部５１の蓄電容量を検出する。スイッチ制御部５４は、検出した蓄電部５１の電圧Ｖｃ２、または主制御部１６から出力された制御信号に基づいてスイッチ部５３をオンまたはオフする。具体的には、スイッチ制御部５４は、電源回路部５６から蓄電部５１の電圧Ｖｃ２を取得する。蓄電部５１の電圧Ｖｃ２は、蓄電部５１における蓄電容量に相関する。そのため、スイッチ制御部５４は、電源回路部５６を通して蓄電部５１の電圧Ｖｃ２を検出することにより、蓄電部５１において蓄電可能な電力の残量を検出する。そして、スイッチ制御部５４は、蓄電部５１における電圧Ｖｃ２が予め設定した設定電圧Ｖｄを超えたことを電源回路部５６から取得すると、スイッチ部５３をオフする。そして、スイッチ制御部５４は、通信部５８を通してスイッチ部５３がオンまたはオフのいずれの状態にあるかを主制御部１６へ出力する。また、スイッチ制御部５４は、主制御部１６から出力される制御信号によってもスイッチ部５３をオンまたはオフすることができる。
【００２３】
図３に基づいて、インバータ１１、スイッチ部４３およびスイッチ部５３の作動、ならびに蓄電部４１の電圧Ｖｃ１および蓄電部５１の電圧Ｖｃ２の変化を説明する。
無線給電装置１０がＴ０において起動すると、主制御部１６はインバータ１１を予め設定された比率Ｄでオンまたはオフする。すなわち、主制御部１６は、インバータ１１を駆動する。主制御部１６は、通信部４８を通してスイッチ制御部４４の状態つまりスイッチ部４３のオンまたはオフを取得するとともに、通信部５８を通してスイッチ制御部５４の状態つまりスイッチ部５３のオンまたはオフを取得する。ここで、蓄電部４１の電圧Ｖｃ１および蓄電部５１の電圧Ｖｃ２のいずれも設定電圧Ｖｄ以下であるとする。このとき、スイッチ部４３がオンされることにより蓄電部４１は充電され、スイッチ部５３がオンされることにより蓄電部５１は充電される。
【００２４】
第１実施形態の場合、スイッチ部４３とスイッチ部５３とは、互いに相反してオンまたはオフされる。すなわち、主制御部１６は、スイッチ部４３がオンであるときスイッチ部５３をオフする。一方、主制御部１６は、スイッチ部４３がオフであるときスイッチ部５３をオンする。このように、スイッチ部４３とスイッチ部５３とは、同時にオンになることなく、時分割によってオンされる。スイッチ部４３とスイッチ部５３とを時分割によってオンすることにより、インバータ１１から出力される高周波の電力は２つのうちいずれか１つの蓄電部４１または蓄電部５１だけに供給される。すなわち、２つの送受電ユニット１３、１４が配置されている場合でも、インバータ１１から出力される高周波の電力は送受電ユニット１３に接続する蓄電部４１、または送受電ユニット１４に接続する蓄電部５１のいずれか一方のみに供給される。
【００２５】
蓄電部４１および蓄電部５１は、充電時における電気的な特性がおおむね一定である。そのため、蓄電部４１に接続する電源回路部４６または蓄電部５１に接続する電源回路部５６は、いずれも対応する蓄電部４１または蓄電部５１にあわせてインピーダンス整合を図ればよい。すなわち、送受電ユニット１３の場合、刻々と負荷が変化する負荷部４２と異なり、蓄電部４１は充電時における電気的な特性の変化が小さい。そのため、電源回路部４６は、蓄電部４１にあわせてインピーダンス整合を図れば足りる。また、送受電ユニット１４の場合も同様に、刻々と負荷が変化する負荷部５２と異なり、蓄電部５１は充電時における電気的な特性の変化が小さい。そのため、電源回路部５６は、蓄電部５１にあわせてインピーダンス整合を図れば足りる。これにより、電源回路部４６および電源回路部５６は、負荷部４２および負荷部５２などのインピーダンスの変化にあわせた可変性が要求されず、小型化かつ簡略化が図られる。
【００２６】
第１実施形態の場合、送受電ユニット１３に接続する蓄電部４１と送受電ユニット１４に接続する蓄電部５１とは、充電時における電気的な特性が概ね同一のものが用いられる。すなわち、インバータ１１から出力される高周波の電力は、みかけ上の電気的な特性が同一の送受電ユニット１３の蓄電部４１、または送受電ユニット１４の蓄電部５１のいずれか一方に供給される。そのため、出力側の整合回路部１５は、送受電ユニット１３または送受電ユニット１４のいずれか一方にあわせて整合を図ればよい。つまり、２つの送受電ユニット１３および送受電ユニット１４は、同時にオンされることがない。そのため、整合回路部１５は、同一の電気的な特性を有する蓄電部４１または蓄電部５１にあわせて１種類のインピーダンス整合を図ればよい。その結果、負荷部４２と負荷部５２との間に電気的な特性の差がある場合でも、送電側の整合回路部１５の特性は変更する必要がない。
【００２７】
主制御部１６は、スイッチ部４３およびスイッチ部５３におけるオンまたはオフの切り替えを、予め設定された比率Ｄでオンまたはオフするインバータ１１においてオフつまりインバータ１１のデッドタイムの間に実行する。このようにインバータ１１がオフされている期間にスイッチ部４３およびスイッチ部５３のオンまたはオフを切り替えることにより、電圧や電流のサージが緩和される。これにより、送電側および受電側のインピーダンスの急変は低減される。そのため、素子の耐性向上や容量の向上が不要となり、機器の小型化が図られる。
【００２８】
主制御部１６は、比率Ｄでオンまたはオフするインバータ１１のデッドタイムの時期に合わせてスイッチ部４３およびスイッチ部５３のオンまたはオフを切り替える。これにより、蓄電部４１は、スイッチ部４３がオンの期間に充電される。すなわち、送受電ユニット１３において送電電極部１２から受け取った高周波の電力は、整流回路部４５において直流に整流される。直流に整流された電力は、電源回路部４６を通して蓄電部４１に充電される。電源回路部４６は、蓄電部４１の電圧Ｖｃ１を検出することにより、蓄電部４１の充電が完了したか否かを監視する。同様に、蓄電部５１は、スイッチ部５３がオンの期間に充電される。すなわち、送受電ユニット１４において送受電ユニット１３から受け取った高周波の電力は、整流回路部５５において直流に整流される。直流に整流された電力は、電源回路部５６を通して蓄電部５１に充電される。電源回路部５６は、蓄電部５１の電圧Ｖｃ２を検出することにより、蓄電部５１の充電が完了したか否かを監視する。
【００２９】
スイッチ制御部４４は、電源回路部４６から蓄電部４１の電圧Ｖｃ１が設定電圧Ｖｄを超えたことを取得すると、スイッチ部４３をオフにする。これにより、送受電ユニット１３で受電した電力の蓄電部４１への充電は終了する。そして、スイッチ制御部４４は、電源回路部４６から取得した蓄電部４１の電圧Ｖｃ１が設定電圧Ｖｄ以下になると、再びスイッチ部４３をオンにして、蓄電部４１の充電を実行する。この間、通信部４８は、スイッチ部４３のオンまたはオフの状態を主制御部１６へ出力する。同様に、スイッチ制御部５４は、電源回路部５６から蓄電部５１の電圧Ｖｃ２が設定電圧Ｖｄを超えたことを取得すると、スイッチ部５３をオフにする。そして、スイッチ制御部５４は、電源回路部５６から取得した蓄電部５１の電圧Ｖｃ２が設定電圧Ｖｄ以下になると、再びスイッチ部５３をオンにして、蓄電部５１の充電を実行する。この間、通信部５８は、スイッチ部５３のオンまたはオフの状態を主制御部１６へ出力する。これらの場合、主制御部１６は、スイッチ部４３およびスイッチ部５３が同時にオンにならないようにスイッチ制御部４４およびスイッチ制御部５４に指示を出力する。
【００３０】
主制御部１６は、通信部４８からスイッチ部４３の状態、および通信部５８からスイッチ部５３の状態を取得する。そして、主制御部１６は、スイッチ部４３およびスイッチ部５３のいずれもがオフになると、インバータ１１を停止する。スイッチ部４３およびスイッチ部５３がオフのとき、送電電極部１２から出力された電力は蓄電部４１または蓄電部５１のいずれにおいても受け取られない。すなわち、出力された高周波を受け取る対象は存在しない。そこで、無用なエネルギーの消費および高周波の出力ともなうノイズの影響を低減するために、主制御部１６はインバータ１１を停止する。
【００３１】
以上説明した第１実施形態では、送電電極部１２から出力された高周波の電力は、電界結合による非接触で複数の送受電ユニット１３、１４へ伝送される。送受電ユニット１３の受電部２１で受け取られた電力は、蓄電部４１に貯えられ、負荷部４２の負荷の変動による影響を受けない。また、送受電ユニット１４の受電部２３で受け取られた電力は、蓄電部５１に蓄えられ、負荷部５２の負荷の変動による影響を受けない。そのため、送電電極部１２と複数の送受電ユニット１３および送受電ユニット１４との間では、負荷部４２における負荷の変動または負荷部５２における負荷の変動にあわせてインピーダンスの整合を図る必要がない。すなわち、蓄電部４１または蓄電部５１に電力を貯えることにより、負荷部４２または負荷部５２における負荷が変動しても、インピーダンスの変化は生じない。その結果、インピーダンスを可変する可変整合回路は不要となる。したがって、伝送する電力が大きく、負荷が変動する場合でも、大型化や構成の複雑化を招くことなく、電界結合により非接触で電力を供給することができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、スイッチ制御部４４およびスイッチ制御部５４は、隣り合う送受電ユニット１３と送受電ユニット１４との間において、スイッチ部４３またはスイッチ部５３を時分割でオンまたはオフする。これにより、１つの送電電極部１２に対して、送受電ユニット１３と送受電ユニット１４とが直列に連なる場合でも、１つの送電電極部１２から高周波の電力を受け取る蓄電部４１または蓄電部５１は１つとなる。蓄電部４１および蓄電部５１の特性が均一であれば、インピーダンス特性も均一となる。そのため、送電電極部１２から電力を受け取る対象が送受電ユニット１３または送受電ユニット１４に変化しても、受電側のインピーダンス特性は変化しない。したがって、送電側の整合回路部１５が簡略化され、送電先が送受電ユニット１３または送受電ユニット１４に変化する場合でも、大型化や構成の複雑化を招くことなく、電界結合により非接触で電力を供給することができる。
【００３３】
具体的には、第１実施形態では、スイッチ部４３とスイッチ部５３とは、互いに相反してオンまたはオフされる。すなわち、主制御部１６は、スイッチ部４３がオンであるときスイッチ部５３をオフする。一方、主制御部１６は、スイッチ部４３がオフであるときスイッチ部５３をオンする。このように、スイッチ部４３とスイッチ部５３とは、同時にオンになることなく、時分割によってオンされる。スイッチ部４３とスイッチ部５３とを時分割によってオンすることにより、インバータ１１から出力される高周波の電力は２つのうちいずれか１つの蓄電部４１または蓄電部５１だけに供給される。蓄電部４１および蓄電部５１は、電力を蓄える充電時における電気的な特性がおおむね一定である。そのため、蓄電部４１に接続する電源回路部４６または蓄電部５１に接続する電源回路部５６は、それぞれ対応する蓄電部４１または蓄電部５１に整合を図ればよい。したがって、電源回路部４６および電源回路部５６は、インピーダンスの変化にあわせた可変性が要求されず、小型化かつ簡略化が図られる。
【００３４】
第１実施形態では、主制御部１６は、スイッチ部４３およびスイッチ部５３におけるオンまたはオフの切り替えを、予め設定された比率Ｄでオンまたはオフするインバータ１１がデッドタイムにある間に実行する。このようにインバータ１１がオフされている期間にスイッチ部４３およびスイッチ部５３のオンまたはオフを切り替えることにより、電圧や電流のサージが緩和される。これにより、送電側および受電側のインピーダンスの急変は低減される。したがって、素子の耐性向上や容量の向上が不要となり、機器の小型化や簡略化を図ることができる。
【００３５】
第１実施形態では、主制御部１６は、比率Ｄでオンまたはオフするインバータ１１のオンおよびオフの時期に合わせてスイッチ部４３およびスイッチ部５３のオンまたはオフを切り替える。これにより、蓄電部４１はスイッチ部４３がオンの期間に充電され、蓄電部５１はスイッチ部５３がオンの期間に充電される。したがって、インバータ１１のオンおよびオフの時期にあわせて、蓄電部４１または蓄電部５１を時分割で充電することができる。
【００３６】
第１実施形態では、主制御部１６は、通信部４８からスイッチ部４３の状態、および通信部５８からスイッチ部５３の状態を取得する。そして、主制御部１６は、スイッチ部４３およびスイッチ部５３のいずれもがオフになると、インバータ１１を停止する。スイッチ部４３およびスイッチ部５３がオフのとき、送電電極部１２から出力された高周波の電力は蓄電部４１または蓄電部５１のいずれにおいても受け取られない。すなわち、出力された高周波を受け取る対象は存在しない。したがって、無用なエネルギーの消費および励振にともなうノイズの影響を低減することができる。
【００３７】
第１実施形態による無線給電装置１０を備えるロボット３０は、レール３１などの固定部と可動部３２との間が、ケーブルや配線を用いることなく非接触で電力や信号が電送される。したがって、ケーブルや配線による重量の増加を抑えることができるとともに、ケーブルや配線の切断による機器の停止を低減することができる。また、ロボット３０の可動部３２やロボットハンド５９などのように消費電力の大きな負荷部４２および負荷部５２に電力を供給する場合でも、電源回路部４６および電源回路部５６の小型化および簡略化を図ることができ、軽量化によるロボット３０の消費電力の低減など性能の向上を図ることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
第２実施形態による無線給電装置を図４に示す。
図４に示す第２実施形態による無線給電装置１０は、スイッチ部４３およびスイッチ部５３の接続位置が第１実施形態と異なる。第２実施形態の場合、送受電ユニット１３に接続しているスイッチ部４３は、整流回路部４５と蓄電部４１との間に設けられている。また、送受電ユニット１４に接続しているスイッチ部５３は、整流回路部５５と蓄電部５１との間に設けられている。これらのように、第２実施形態の場合、スイッチ部４３は整流回路部４５で整流された電力を断続するとともに、スイッチ部５３は整流回路部５５で整流された電力を断続する。
【００３９】
整流回路部４５は、送受電ユニット１３で受け取った高周波の電力を直流に整流する。そのため、スイッチ部４３は、整流回路部４５から蓄電部４１へ供給される直流の電力を断続する。同様に、整流回路部５５は、送受電ユニット１４で受け取った高周波の電力を直流に整流する。そのため、スイッチ部５３は、整流回路部５５から蓄電部５１へ供給される直流の電力を断続する。高周波の電力を断続する場合、スイッチ部４３は、送受電ユニット１３の受電部２１から出力される高周波の周波数にあわせた性能を有する必要がある。同様に、スイッチ部５３は、送受電ユニット１４の受電部２３から出力される高周波にあわせて性能を有する必要がある。そのため、第１実施形態の場合、スイッチ部４３およびスイッチ部５３は駆動周波数の高いスイッチング素子などを用いる必要がある。一方、第２実施形態の場合、スイッチ部４３またはスイッチ部５３は、整流された直流を断続する。そのため、スイッチ部４３またはスイッチ部５３は、高周波の周波数や位相にあわせる必要がなく、単純な構造のスイッチの適用が可能となる。
【００４０】
第２実施形態では、スイッチ部４３およびスイッチ部５３は、負荷部４２または負荷部５２に供給される直流の経路を断続する。したがって、スイッチ部４３およびスイッチ部５３の構造を簡略化することができ、安価な素子を用いることができる。また、スイッチ部４３およびスイッチ部５３の制御も簡略化することができる。
【００４１】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００４２】
図面中、１０は無線給電装置、１１はインバータ、１２は送電電極部、１３、１４は送受電ユニット、１６は主制御部、２１、２３は受電部、２２は送電部、３０はロボット、４１、５１は蓄電部、４２、５２は負荷部、４３、５３はスイッチ部、４４、５４はスイッチ制御部、４５、５５は整流回路部を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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