(57)【要約】【課題】受電器の位置の許容度を大きくする非接触送電システムを提供する。【解決手段】非接触送電システムは、電力を送電する送電器１と送電器１から送電された電力を非接触で受電する移動可能な受電器２とを備えた非接触送電システムであって、送電器１は、受電器２との間で、大電力を送電する送電コイル１１と、微弱電力で通信する通信コイル１２とを備え、受電器２は、送電器１との間で、送電コイル１１から電力を受電する受電コイル２１と、通信コイル１２との間で通信する複数のコイル群２２、２３と、複数のコイル群のうち何れのコイルが通信コイル１２とアクティブ状態にあるか否かを検出する制御回路とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を送電する送電器と該送電器から送電された電力を非接触で受電する移動可能な受電器とを備えた非接触送電システムであって、
前記送電器は、前記受電器との間で、大電力を送電する送電コイルと、微弱電力で通信する通信コイルとを備え、
前記受電器は、前記送電器との間で、前記送電コイルから電力を受電する受電コイルと、前記通信コイルとの間で通信する複数のコイル群と、該複数のコイル群のうち何れのコイルが前記通信コイルとアクティブ状態にあるか否かを検出する制御回路とを備える、
非接触送電システム。
【請求項２】
前記受電器は、前記複数のコイル群のうちの２つのコイルが同時にアクティブ状態になり得るように該２つのコイルを配置した、
請求項１に記載の非接触送電システム。
【請求項３】
前記制御回路は、前記複数のコイル群のうちの２つのコイルの同時アクティブ状態に応じて前記受電器を移動させる、
請求項１または２に記載の非接触送電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触送電システムに関し、特に、電力を送電する送電器と非接触で電力を受電する機能を有する受電器とを備え、電力が受電器に確実に供給されるように送電器と通信する自律移動機能を有する受電器の通信コイルを配置した非接触送電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
サービスロボットはこれまでの専用のロボットとは異なり、一台で案内・誘導、搬送、巡回・見回りなどのサービスを提供するロボットである。サービスロボットはバッテリ運用による自律移動機能を有する。
【０００３】
このようなサービスロボットには、送電された電力を無人運転により非接触で充電する自動充電機能が必須である。非接触で自動充電による電力送電を行う場合、安全な出力でかつ適切な送電対象物に電力を送電する必要がある。このため、従来は、送電側のマイコンが動作可能なレベルの微弱電力を常時送電し、受電側のマイコンの応答により送電側により受電側が適切な送電相手であることが確認できた場合にのみ、送電側から大電力送電を開始する、といった手順を取っている。
【０００４】
この微弱電波は安全のため非常に弱いものであるため、送電できる範囲が限られている。しかるに、送電器への自動接続の際はある程度の精度が要求されるが、環境により精度が悪化する可能性がある。従来の移動型ロボットにおける充電機構において、大容量の電流を必要とする駆動部とロジック部があるにもかかわらず、明確に分離されておらず、移動ロボットの電源が受電する際の該移動ロボットの移動の制御としては必ずしも最適であるとはいえなかった。
【０００５】
特許文献１に記載の移動作業用ロボットは、位置ずれ検出コイルにより位置ずれがおきていることを検知し、充電電圧を切り換えて調整することにより、充電用のコイルに安定した充電電圧を安全に供給し効率よく充電するように構成したものである。
【０００６】
【特許文献１】特許番号２６５８３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の移動作業用ロボットには、送電器に対する受電器の位置の通信許容度が限られており、万一、通信可能範囲に到達できなかった場合は、位置修正のための情報がなんら得られることがなかった。
それゆえ、本発明は、上記問題を解決し、ドッキングの際の受電器との位置誤差の許容度を、その位置関係を知る手段を安価な回路の追加のみで、大きくする非接触送電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る非接触送電装置は、電力を送電する送電器と該送電器から送電された電力を非接触で受電する移動可能な受電器とを備えた非接触送電システムであって、前記送電器は、前記受電器との間で、大電力を送電する送電コイルと、微弱電力で通信する通信コイルとを備え、前記受電器は、前記送電器との間で、前記送電コイルから電力を受電する受電コイルと、前記通信コイルとの間で通信する複数のコイル群と、該複数のコイル群のうち何れのコイルが前記通信コイルとアクティブ状態にあるか否かを検出する制御回路とを備える。
【０００９】
上記非接触送電装置において、前記受電器は、前記複数のコイル群のうちの２つのコイルが同時にアクティブ状態になり得るように該２つのコイルを配置する。
【００１０】
上記非接触送電装置において、前記制御回路は、前記複数のコイル群のうちの２つのコイルの同時アクティブ状態に応じて前記受電器を移動させる。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態に係る非接触送電装置によれば、受電器は、送電器の送電コイルから電力を受電する受電コイルと送電器の通信コイルと通信する複数のコイル群とを有し、受電器の何れのコイルが送電器の通信コイルとアクティブ状態にあるかに応じて次回のドッキングの位置精度を上げる。受電器は、通信範囲の限られた通信コイルを共通回路にて複数設置し、送電器と受電器との間の位置ずれ量を定量的に知り、次回のドッキングを適正な位置で行うための情報を受電器に提供し、安全な位置での充電制御を行うことを補助する構成としたので、例えば通信コイルの従来の許容範囲の約２倍の範囲で、ドッキングが可能となる。
【００１２】
また、小さなコイルの追加と小規模な回路の追加のみでよいため、その他のセンサを追加するより安価に製作でき、また、同時にその対象物が適切な送電対象であることも確認もできるため、ひいては安全で確実な充電動作が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は第１実施形態に係る非接触で電力を送受電する送電器および受電器におけるコイルの配置を示す図であり、（Ａ）は送電器のコイルの配置を示す図であり、（Ｂ）は受電器のコイルの配置を示す図である。
【００１４】
図１の（Ａ）に示す送電器１は、電力の送電コイル１１が設けられ、送電コイル１１とは別に、送電コイル１１の直下に通信コイル１２が設けられている。図１の（Ｂ）に示す受電器２は、電力の受電コイル２１と、受電コイル２１の下方水平位置に通信コイル２２および２３とが設けられている。
【００１５】
図２は図１に示す送電器および受電器がサービスロボットの場合の外観を示す図である。送電器１はフロアに設置されたサービスロボット１０に塔載され、受電器２は送電器１の周辺を移動可能なサービスロボット２０に塔載されている。送電器１の送電コイル１１と受電器２の受電コイル２１は電力を送電するためフロアから同一の高さに配置される。
【００１６】
送電器１と受電器２とがドッキングする際、送電器１の通信コイル１２と受電器２の通信コイル２２または２３が通信した場合、受電器２の左右方向の位置をどれだけ修正すればよいか、すなわち受電器２をどれだけ左右方向に移動させればよいかが分かるように、かつ通信感度を上げるため通信コイル１２と通信コイル２２および２３はフロアから同一の高さに配置される。また、送電器１に通信コイル１２を受電器２に２つの通信コイル２２および２３を搭載するが、送電器１および受電器２の外形寸法は変えない。
【００１７】
通信コイルを単数のみ設けた場合、ドッキング時に送電器１と受電器２との間で受電器２の移動方向のズレがどれ位あるのか不明であったが、上述したように、受電器２に２つの通信コイル２２および２３を設けることで、受電器２の通信コイルの数が単数の場合の約２倍の範囲でドッキング精度の確認が可能となる。
【００１８】
図１の（Ｂ）に示すようにドッキング時の受電器２の移動方向のズレが±３８ｍｍ＝±（２０＋９＋９）ｍｍの範囲で再調整可能な範囲の指標となるように受電器２内に通信コイル２２および２３を設置する。
【００１９】
図１の（Ｂ）に示すように通信コイル２２および２３が設置された場合、通信コイル１２と通信コイル２２または２３との通信が成立した場合は、例えば通信コイル１２と通信コイル２２との通信が成立し通信コイル１２と通信コイル２３との通信が不成立した場合、次回のドッキング時に受電器２は無条件に右方向に２０ｍｍ移動し、通信コイル１２と通信コイル２２との通信が不成立し通信コイル１２と通信コイル２３との通信が成立した場合、次回のドッキング時に受電器２は左方向に無条件に２０ｍｍ移動するように設計されている。
【００２０】
つまり、通信コイル２２および２３は水平方向±２０ｍｍの範囲内で通信可能であり、電力の送電コイル１１および受電コイル２１は、±２０ｍｍの範囲内で最大限の送受電が保障される。換言すれば、通信可能であれば受電コイル２１には最大の電力が送電可能であるという設計になっている。したがって、通信コイル１２と通信コイル２２および２３との間の通信可能範囲はフル電力送電可能な範囲（±２０ｍｍ）となる。
【００２１】
上述したように、通信コイル２２および２３とを設けることで、通信コイル１２と複数の通信コイル２２および２３のうちの何れの通信コイルとの間の通信が最適であるかを検知することで、次回のドッキング（再接続）の際の受電器２の移動方向に対する位置の補正方向および補正量を知ることができる。
【００２２】
図３は図１の（Ｂ）に示す受電器における通信コイルの配置において２つの通信コイル間の距離を短くした第２実施形態を示す図である。図３は２つの通信コイル２２および２３が同時にアクティブ状態になり得るように２つの通信コイル２２および２３を配置した例を示す。
【００２３】
２つの通信コイル２２および２３の各通信範囲に共通する部分があるように、すなわちオーバラップする部分（図３のＯＶＲ１、ＯＶＲ２）があるように、２つの通信コイル２２および２３を配置する。第２実施形態によれば、２つの通信コイルが同時にアクティブとなることを確認することで、正確なずれ量を知ることができる。
【００２４】
図４は第１および第２実施形態に係る受電器内の回路構成の概要を示すブロック図である。図４に示す制御回路４０は、受電器４０２の複数個の、この例では３つの通信コイル４２２、４２３および４２４の何れがアクティブ状態にあるか否かを検出し、充電装置４５に充電する回路である。また、制御回路４０は、複数のコイル４２２〜４２４のうちの２つのコイルの同時アクティブ状態をロボットへ知らせ受電器４０２を移動させる。
【００２５】
制御回路４０において、３つの通信コイル４２２〜４２４からの信号を受信する最適位相・電圧認識回路４１は受信する信号に共通で使用できるため、通信コイル４２２が１つの場合と比して制御回路４０は小さなコイルの追加と小規模な回路の追加のみで構成できる。それゆえ、受電器４０２に送電器４０１を検出するためのセンサを新たに追加するよりも安価に製作できる。
【００２６】
受電器４０２の３つの通信コイル４２２〜４２４は送電器４０１の通信コイル４１２のフロアからの高さと同一高さに等間隔で設けられる。図３に示す通信コイルを２つ設けた受電器２と比して図４に示す通信コイルを３つ設けた受電器４０２は、送電器４０１と受電器４０２とのドッキング時における受電器４０２の移動方向への位置精度を上げる。
【００２７】
図４に示すように複数の通信コイル４２２〜４２４を受電器４０２に設けたので、ドッキング精度が向上し、受電器４０２が適切な送電対象物であるか否かも確認もでき、受電器４０２の充電装置４５への安全で確実な充電が可能となる。
【００２８】
図５は図４に示す最適位相認識回路の出力電圧波形を示すタイムチャートである。図５において横軸は時間を示し、縦軸は２つの通信コイルから信号を受けている時の最適位相認識回路４１の出力信号であってコイル発信回路４２への入力信号を示す。
【００２９】
図５において、電圧波形５１は通信コイル４２２が受信した信号の電圧波形を示し、電圧波形５２は通信コイル４２３が受信した信号の電圧波形を示す。図５において電圧波形５１の方が電圧波形５２より振幅がＡＳ（Amp Shift：振幅ずれ）だけ大きいことが判る。これは通信コイル４２２の方が通信コイル４２３より受電器４０１の通信コイル４１２に近くに位置していることを示す。
【００３０】
図５から電圧波形５１と電圧波形５２には位相ずれＰＳ（Phase Shift）があることが判る。ＰＳが一致したとき、互いの距離が同距離であり、同時アクティブであることがわかるよう、調節される。
【００３１】
図４において、マイクロコンピュータ４３は最適位相・電圧認識回路４１およびコイル発信回路４２からの出力を受け、受電器４０２を搭載する不図示のロボットを移動するよう制御する。
【００３２】
スイッチ４４はマイクロコンピュータ４３からの制御により送電器４０１から供給される電力をロボットへ供給する。
【００３３】
（付記１）
電力を送電する送電器と該送電器から送電された電力を非接触で受電する移動可能な受電器とを備えた非接触送電システムであって、
前記送電器は、前記受電器との間で、大電力を送電する送電コイルと、微弱電力で通信する通信コイルとを備え、
前記受電器は、前記送電器との間で、前記送電コイルから電力を受電する受電コイルと、前記通信コイルとの間で通信する複数のコイル群と、該複数のコイル群のうち何れのコイルが前記通信コイルとアクティブ状態にあるか否かを検出する制御回路とを備える、
非接触送電システム。
【００３４】
（付記２）
前記受電器は、前記複数のコイル群のうちの２つのコイルが同時にアクティブ状態になり得るように該２つのコイルを配置した、
付記１に記載の非接触送電システム。
【００３５】
（付記３）
前記制御回路は、前記複数のコイル群のうちの２つのコイルの同時アクティブ状態に応じて前記受電器を移動させる、
付記１または２に記載の非接触送電システム。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態に係る非接触で電力を送受電する送電器および受電器におけるコイルの配置を示す図であり、（Ａ）は送電器のコイルの配置を示す図であり、（Ｂ）は受電器のコイルの配置を示す図である。
【図２】図１に示す送電器および受電器がサービスロボットの場合の外観を示す図である。
【図３】図１の（Ｂ）に示す受電器における通信コイルの配置において２つの通信コイル間の距離を短くした第２実施形態を示す図である。
【図４】第１および第２実施形態に係る受電器内の回路構成の概要を示すブロック図である。
【図５】図４に示す最適位相認識回路の出力電圧波形を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１    送電器
２    受電器
１１    送電コイル
１２、２２、２３    通信コイル
２１    受電コイル
４０    制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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