(57)【要約】  無線電力伝送システムは、送電装置と受電装置とを備える。前記送電装置は、送電用の充電用電力を出力する第１インバータ回路と、送電アンテナと、前記第１インバータ回路を制御する第１制御回路とを備える。前記受電装置は、受電アンテナと、前記受電アンテナに供給される、検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路とを備える。前記第１制御回路は、前記トリガー信号を検出したとき、前記第１インバータ回路に、前記充電用電力の出力を開始させる。
2019117140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、
前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、
前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、
前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、
前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、
前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、
を備え、
前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる、
無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記検知用電力の電圧は、前記充電用電力の電圧よりも小さい、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記受電装置は、第２電源から供給された電力を、前記検知用電力に変換して前記受電アンテナに供給する第２変換回路と、
前記第２変換回路を制御する第２制御回路と、
をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第１変換回路が前記充電用電力を出力していない状態で、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２変換回路から出力される前記検知用電力に前記トリガー信号を印加する、
請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記第２変換回路は、複数のスイッチング素子を含み、
前記第２制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に制御信号を与えることによって前記第２変換回路から前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２制御回路から前記第２変換回路に与えられる前記制御信号に、前記制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによって前記トリガー信号を前記検知用電力に印加する、
請求項３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路、または前記第２変換回路と前記第２電源との間のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させた後、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記検知用電力の出力および前記トリガー信号の印加を開始した後、前記受電アンテナが前記送電電極に対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記第２変換回路に前記検知用電力の出力を停止させ、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
請求項３または４に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、前記第２制御回路は、前記第２変換回路および前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
請求項３から５のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記検知用電力は、前記第１変換回路から前記送電アンテナを介して前記受電アンテナに供給され、
前記第１制御回路は、前記第１変換回路に前記検知用電力を出力させている状態で、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記検知用電力の出力を停止させ、前記充電用電力の出力を開始させる、
請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記トリガー信号を印加させた後、前記受電アンテナが前記送電電極に対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
請求項７に記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、
前記第２制御回路は、前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
請求項７または８に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１０】
前記トリガー印加回路は、前記受電アンテナと前記負荷との間の伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子およびスイッチを含み、前記スイッチのオンおよびオフの状態を制御することにより、前記トリガー信号を生成する、請求項１から９のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
前記送電アンテナは、一方向に延びた形状を有する一対の送電電極を含み、
前記受電アンテナは、前記充電用電力を受け取るときに、前記一対の送電電極に対向する一対の受電電極を含む、
請求項１から１０のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１２】
前記検知用電力は、前記充電用電力の電圧よりも小さい電圧を有し、前記充電用電力の周波数と実質的に等しい周波数を有する、請求項１から１１のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１３】
前記トリガー信号は、前記検知用電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１４】
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧が、前記トリガー信号の印加に起因して変動し始めた後、前記変動の１周期分の時間が経過する前に、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、請求項１から１３のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１５】
前記トリガー信号は、前記充電用電力の周波数の成分を含む信号であり、
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧の変動の波形が前記充電用電力の周波数の成分を含むとき、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、
請求項１から１４のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１６】
前記第１検出回路は、前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所に配置された、前記充電用電力の周波数の信号を選択的に通過させるフィルタ回路を含む、請求項１５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１７】
前記トリガー信号は、複数の周波数成分を含む、請求項１から１６のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける送電装置。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線電力伝送システム、送電装置、および受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。磁界結合方式では、送電コイルと受電コイルとの磁界結合によって電力が無線で伝送される。電界結合方式では、一対の送電電極と一対の受電電極との電界結合によって電力が無線で伝送される。電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０７７０８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、無人搬送車（ＡＧＶ）などの移動体への給電に適した無線電力伝送システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、送電装置と、受電装置と、を備える。前記送電装置は、第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、を備える。前記受電装置は、前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、を備える。前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる。【０００６】
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てもよい。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。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の技術によれば、移動体への給電により適した無線電力伝送システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、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２】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。
【図３Ａ】図３Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、移動体１０における受電電極２２０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、送電回路１１０が電力伝送用の比較的大きい電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、移動体１０ではなく金属異物４００が送電電極１２０の近傍に置かれた状態を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、誤認識によって送電回路１１０が送電用の電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、移動体１０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、移動体１０と送電回路１１０との間で通信が行われている状態を模式的に示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、通信確立後、送電回路１１０から移動体１０に電力が伝送されている状態を模式的に示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、送電装置における第１検出回路の配置の第１の例を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、送電装置における第１検出回路の配置の第２の例を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、送電装置における第１検出回路の配置の第３の例を示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、受電装置における第２検出回路の配置の第１の例を示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、受電装置における第２検出回路の配置の第２の例を示す図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、受電装置における第２検出回路の配置の第３の例を示す図である。
【図７】図７は、本開示の他の実施形態による無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図８Ａ】図８Ａは、トリガー印加回路２９０の第１の例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、トリガー印加回路２９０の第２の例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、トリガー検出のための構成の第１の例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、トリガー検出のための構成の第２の例を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、トリガー検出のための構成の第３の例を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９Ｃにおいて検出されるトリガー信号の成分を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、第２検出回路２７０が、第２インバータ回路２６０と第２直流電源３２０との間の電流および／または電圧を検出する場合の構成例を示すブロック図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図６または図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図６または図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、トリガー信号の印加を行わない場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本実施形態におけるトリガー信号を印加した場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、トリガー信号の周波数に対する検出強度の依存性の例を示す図である。
【図１５】図１５は、無線電力伝送システムの他の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、インバータ回路１６０の構成例を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、整流回路２１２の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（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。ここでは、電界結合方式による無線電力伝送システムを例示する。本開示の技術は、電界結合方式に限らず、磁界結合方式（例えば電磁誘導方式）による無線電力伝送システムにも適用され得る。
【００１０】
図１は、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。「電界結合方式」とは、複数の送電電極を含む送電電極群と複数の受電電極を含む受電電極群との間の容量結合（すなわち電界結合）により、送電電極群から受電電極群に無線で電力が伝送される伝送方式をいう。簡単のため、送電電極群および受電電極群の各々が、２つの電極の対によって構成される場合の例を説明する。送電電極群および受電電極群の各々は、３つ以上の電極を含んでいてもよい。
【００１１】
図１に示す無線電力伝送システムは、例えば工場内で物品の搬送に用いられる無人搬送車（ＡＧＶ）である移動体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。移動体１０は、電力伝送時に一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する一対の受電電極を備える。移動体１０は、一対の送電電極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。受け取られた電力は、移動体１０が備えるモータ、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。
【００１２】
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（すなわち、送電電極１２０ａ、１２０ｂが並ぶ方向）をＸ方向とする。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。
【００１３】
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、少なくとも一対の送電電極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、インバータ回路などの変換回路を含む交流出力回路であり得る。送電回路１１０は、不図示の直流電源から供給された直流電力を、交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。または、不図示の交流電源から供給された交流電力を、異なる周波数または電圧の交流電力に変換して、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電回路１１０との間に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されてもよい。
【００１４】
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、少なくとも一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を負荷３３０が要求する電力に変換して負荷３３０に供給する受電回路２１０とを備える。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。受電電極２２０ａ、２２０ｂと受電回路２１０との間に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されてもよい。
【００１５】
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積する機器である。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。
【００１６】
以下の説明において、送電電極１２０ａ、１２０ｂを区別せずに記載するときには、「送電電極１２０」の表記を用いる。同様に、受電電極２２０ａ、２２０ｂを区別せずに記載するときには、「受電電極２２０」の表記を用いる。
【００１７】
この例における送電回路１１０は、移動体１０の接近を検知する機能を備える。送電回路１１０は、移動体１０の接近を検知すると、送電を開始する。この機能について、図３Ａから図３Ｃを参照しながら説明する。
【００１８】
図３Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示している。移動体１０は、比較的高速で（例えば分速数十メートルから分速千メートル程度の速度で）送電電極１２０に接近し得る。この状態では、送電回路１１０は、周辺環境に影響を及ぼさない程度の微弱なエネルギー（すなわち電力）Ｐｗを間欠的に出力している。このとき、送電回路１１０は、送電電極１２０からの反射エネルギーを監視することで、送電電極１２０上に移動体１０が接近することを検知する。
【００１９】
図３Ｂは、移動体１０における受電電極２２０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示している。このとき、送電電極１２０から受電電極２２０に検知エネルギーの一部が伝送され始める。すると、送電回路１１０へ反射するエネルギーが変化することになり、送電回路１１０内の電流および電圧などの波形が変化する。送電回路１１０は、その変化を検出することにより、受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めたことを検知する。送電回路１１０は、受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めたことを検知すると、出力する電力を電力伝送用の比較的大きい電力に増加させる。
【００２０】
図３Ｃは、送電回路１１０が電力伝送用の比較的大きい電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示している。この状態で、送電電極１２０から受電電極２２０への電力伝送が行われる。電力伝送は、移動体１０が送電電極１２０に沿って移動している間に開始され、且つ移動中も継続され得る。
【００２１】
本発明者らは、このような動作を行う無線電力伝送システムにおいては、移動体１０とは異なる物体（以下、「異物」とも称する）が送電電極１２０に接近したときに、誤検知が生じ得ることを見出した。この課題について、以下に説明する。
【００２２】
図４Ａは、移動体１０ではなく物体４００が送電電極１２０の近傍に置かれた状態を模式的に示している。この状態においても、送電電極１２０に与えるインピーダンスの変化が、移動体１０の近接と類似した特性を示す可能性が否定できない。つまり、図３Ｂに示す状態と同様に、送電回路１１０が検出する反射エネルギーに変化が生じ得る。特に、物体４００が金属で構成されていたり、物体４００が一対の送電電極１２０間を跨ぐように配置されている場合に、その影響が大きくなり得る。この場合、送電回路１１０は、移動体１０が接近したものと誤って認識するおそれがある。本願の目的のためには、移動体の到来を短時間で判断することになる。その場合、物体４００の動き（例えば、送電電極１２０に落下する速度など）によっては、動きの前後で過渡的に反射エネルギーが増大し、誤検知が生じる確率が増大し得る。
【００２３】
図４Ｂは、誤認識によって送電回路１１０が送電用の電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示している。この状態では、移動体１０が送電電極１２０上に位置していないにもかかわらず電力Ｐｔが出力されている。このような状態では、送電回路１１０における回路の破壊などの問題が生じ得る。
【００２４】
上記の問題を回避するために、移動体１０と、送電装置との間で通信を確立し、送電回路１１０が移動体１０から要求されたときだけ送電を開始する対策が考えられる。この構成について、図５Ａから図５Ｄを参照しながら説明する。
【００２５】
図５Ａから図５Ｄに示す例では、送電装置は、第１通信装置１９０を備えている。第１通信装置１９０は、移動体１０との間で通信を行う。第１通信装置１９０が移動体１０から受信した信号に基づいて、送電回路１１０は、出力する交流電力を調整し得る。
【００２６】
図５Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示している。図５Ｂは、移動体１０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示している。図５Ｃは、移動体１０に搭載されている第２通信装置１９と第１通信装置１９０との間で通信が行われている状態を模式的に示している。図５Ｄは、通信確立後、送電回路１１０から移動体１０に電力が伝送されている状態を模式的に示している。
【００２７】
この例では、移動体１０に搭載されている第２通信装置１９は、図５Ａに示す位置から図５Ｂに示す位置に到達すると、図５Ｃに示すように、第１通信装置１９０に、電力伝送を要求する信号を送信する。この信号は、例えば、移動体１０の識別子（すなわちＩＤ）および要求電力に関する情報を含み得る。移動体１０は、受電回路２１０内の電流および電圧などの変化を検出することにより、受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めたことを検知できる。送電回路１１０は、第１通信装置１９０が移動体１０から電力伝送の要求を受け取ると、図５Ｄに示すように、出力電力を、送電用の電力Ｐｔに増加させ、送電を開始する。
【００２８】
このような動作により、移動体１０とは異なる物体が送電電極１２０に接近したとしても、誤認識を行うことなく、電力伝送を開始することができる。
【００２９】
しかし、このような構成では、移動体１０と送電回路１１０との間のコネクションの確立および信号の送受信の処理に比較的長い時間を要する。コネクションの確立には、第１通信装置１９０と移動体１０に搭載されている第２通信装置１９との間で双方向の通信を行う必要がある。また、コネクションの確立後、移動体１０が第１通信装置１９０に、例えば数ビット以上の信号を送信し、送電装置１００内の制御回路がその信号を復号化するための時間を要する。このため、送電の開始が遅れるという課題が生じる。特に、移動体１０が送電電極１２０に沿って移動しながら充電する形態では、通信に基づく判断に要する時間に起因して送電の開始が遅延すると、全体の充電時間が大きく減少するおそれがある。この課題は、ＡＧＶに限らず、エレベータなどの他の移動体に非接触給電を適用する場合にも同様に生じ得る。特に、移動速度が高速になるほどこの課題は深刻になる。
【００３０】
本発明者は、以上の課題を見出し、上記課題を解決するための構成を検討した。その結果、以下の構成を適用することによって上記の課題を解決し得ることを見出した。
【００３１】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、
送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、
前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、
前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、
前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、
前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、
前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、
を備え、
前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる。
【００３２】
上記態様によれば、前記受電装置は、前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力にトリガー信号を印加するトリガー印加回路を備える。前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる。
【００３３】
このような構成により、受電装置とは異なる物体を受電装置と誤認することなく、充電用電力の送電を適切なタイミングで開始できる。また、受電装置と送電装置との間で通信を行う構成と比較して、送電開始までの時間を短縮することができる。
【００３４】
本明細書において、充電用電力を「第１交流電力」と称し、検知用電力を「第２交流電力と称することがある。
【００３５】
本開示の実施形態において、検知用電力は、送電用の充電用電力とは異なり、送電装置が受電装置の存在を検知するために使用される。検知用電力は、送電装置によって生成されてもよいし、受電装置によって生成されてもよい。
【００３６】
検知用電力が受電装置によって生成される形態では、前記受電装置は、第２電源から供給された電力を、前記検知用電力に変換して前記受電アンテナに供給する第２変換回路と、前記第２変換回路を制御する第２制御回路とをさらに備える。前記第２制御回路は、前記第１変換回路が前記充電用電力を出力していない状態で、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させる。前記トリガー印加回路は、前記第２変換回路から出力される前記検知用電力に前記トリガー信号を印加する。
【００３７】
このような構成によれば、受電装置から送電装置に、受電装置の存在を伝えるための検知用電力およびトリガー信号が送られる。送電装置から送電用の充電用電力とは異なる検知用電力を伝送させることなく、上記の効果を得ることができる。
【００３８】
検知用電力が送電装置によって生成される形態では、前記検知用電力は、前記第１変換回路から前記送電アンテナを介して前記受電アンテナに供給される。前記第１制御回路は、前記第１変換回路に前記検知用電力を出力させている状態で、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記検知用電力の出力を停止させ、前記充電用電力の出力を開始させる。
【００３９】
このような構成によれば、受電装置に検知用電力を生成する第２変換回路を設けることなく、上記の効果を実現できる。
【００４０】
第１電源および第２電源の各々は、直流電源であってもよいし交流電源であってもよい。各電源は、例えば系統電源のような低い周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚなど）の交流電力を出力する電源であってもよい。第１電源が直流電源である場合、第１変換回路は、第１電源から出力された直流電力を充電用電力または検知用電力に変換するインバータ回路であり得る。同様に、第２電源が直流電源である場合、第２変換回路は、第２電源から出力された直流電力を検知用電力に変換するインバータ回路であり得る。第１変換回路および第２変換回路の各々は、交流電源から入力された交流電力を、異なる周波数または電圧の交流電力に変換する回路であってもよい。
【００４１】
検知用電力が受電装置によって生成される形態において、前記第２変換回路は、複数のスイッチング素子を含み得る。前記第２制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に制御信号を与えることによって前記第２変換回路から前記検知用電力を出力させる。前記トリガー印加回路は、前記第２制御回路から前記第２変換回路に与えられる前記制御信号に、前記制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによって前記トリガー信号を前記検知用電力に印加することができる。
【００４２】
前記トリガー印加回路は、前記受電アンテナと前記負荷との間の伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子およびスイッチを含んでいてもよい。前記スイッチのオンおよびオフの状態を制御することにより、前記トリガー信号を生成することができる。
【００４３】
インピーダンス素子は、例えば抵抗器、インダクタ、およびキャパシタの少なくとも１つを含む。「シャント条件で配置される」とは、伝送線路を流れる電流を分流させる態様で伝送線路に接続されることを意味する。例えば、インピーダンス素子は、受電アンテナまたは受電回路に並列に接続され得る。
【００４４】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路、または前記第２変換回路と前記第２電源との間のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備えていてもよい。前記第２制御回路は、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させた後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断したとき、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させてもよい。前記第２制御回路は、前記検知用電力の出力および前記トリガー信号の印加を開始した後、前記受電アンテナが前記送電電極に対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記第２変換回路に前記検知用電力の出力を停止させ、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させてもよい。
【００４５】
これにより、充電用電力の伝送が開始される前に、受電装置からの検知用電力の出力およびトリガー信号の印加を停止できる。さらに、第２変換回路およびトリガー印加回路と、充電用電力の伝送経路とのそれぞれの接続箇所に、スイッチを設けてもよい。その場合、充電用電力の伝送時に、第２変換回路およびトリガー印加回路を、充電用電力の電流経路から分離しておくことが可能となる。例えば、第２制御回路は、検知用電力の出力およびトリガー信号の印加を停止するときに、当該スイッチをオフにしてもよい。これにより、第２変換回路およびトリガー印加回路に、充電用電力による大電流が流れることを回避できる。このため、受電装置内の回路の安全性を高めることができる。
【００４６】
前記負荷は二次電池またはキャパシタなどの蓄電器を含んでいてもよい。前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、前記第２制御回路は、前記第２変換回路および前記トリガー印加回路の動作を停止させてもよい。これにより、蓄電器のエネルギー残量が十分多い場合に、不要な充電動作が開始されることを回避できる。
【００４７】
送電装置が検知用電力を生成する形態において、第１変換回路は、電力伝送用の充電用電力を出力する変換回路と、受電回路の存在を検知するための検知用電力を出力する他の変換回路とに分かれていてもよい。本開示における「第１変換回路」の用語は、そのような２つの変換回路を包含する意味でも使用される。充電用電力を出力する変換回路と、検知用電力を出力する変換回路とが、異なる電源に接続されていてもよい。
【００４８】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備えていてもよい。前記第２制御回路は、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断したとき、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させてもよい。前記第２制御回路は、前記トリガー信号を印加させた後、前記受電アンテナが前記送電電極に対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させてもよい。
【００４９】
これにより、充電用電力の伝送が開始される前に、受電装置からの検知用電力の出力およびトリガー信号の印加を停止できる。さらに、トリガー印加回路と、充電用電力の伝送経路との接続箇所に、スイッチを設けてもよい。その場合、充電用電力の伝送時に、トリガー印加回路を、充電用電力の電流経路から分離しておくことが可能となる。例えば、第２制御回路は、トリガー信号の印加を停止するときに、当該スイッチをオフにしてもよい。これにより、トリガー印加回路に充電用電力による大電流が流れることを回避できる。このため、受電装置内の回路の安全性を高めることができる。
【００５０】
充電用電力の電圧と、検知用電力の電圧とは、異なる値に設定され得る。例えば、検知用電力の電圧は、充電用電力の電圧よりも小さい値に設定され得る。検知用電力の周波数は、充電用電力の周波数と実質的に等しい値に設定され得る。本開示において、２つの周波数が「実質的に等しい」とは、２つの周波数の比が、９０％以上１１１％以下であることを意味する。ある例において、検知用電力の電圧は、充電用電力の電圧の９８％以上１０２％以下であり得る。
【００５１】
前記トリガー信号は、前記検知用電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含み得る。
【００５２】
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧が、前記トリガー信号の印加に起因して変動し始めた後、前記変動の１周期分の時間が経過する前に、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させてもよい。
【００５３】
前記トリガー信号は、前記充電用電力の周波数の成分を含む信号であってもよい。前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧の変動の波形が前記充電用電力の周波数の成分を含むとき、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させてもよい。
【００５４】
前記第１検出回路は、前記直流電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所に配置された、前記充電用電力の周波数の信号を選択的に通過させるフィルタ回路を含んでいてもよい。フィルタ回路は、例えばローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタのうちの少なくとも１つを含み得る。
【００５５】
本開示における送電アンテナおよび受電アンテナの各々は、磁界結合または電界結合によって電力を伝送するための要素である。ある実施形態において、送電アンテナは、一方向に延びた形状を有する一対の送電電極を含み、受電アンテナは、送電アンテナから充電用電力を受け取るときに、一対の送電電極に対向する一対の受電電極を含む。そのような構成では、一対の送電電極と一対の受電電極との間の電界結合によって電力が伝送される。送電アンテナおよび受電アンテナの各々は、３つ以上の電極を含む電極群であってもよい。その場合、電極群における隣り合う任意の２つの電極には例えば逆位相の電圧が印加され得る。そのような構成では、電極間の隙間の上の漏洩電界を抑制することができる。送電アンテナおよび受電アンテナの各々は、電極ではなくコイル（すなわちインダクタ）を含んでいてもよい。その場合、送電コイルと受電コイルとの間の磁界結合によって電力が伝送される。
【００５６】
受電装置は、例えば移動体に搭載され得る。本開示における「移動体」は、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、前述の無人搬送車、フォークリフト、天井走行式搬送機構（Ｏｖｅｒｈｅａｄ  Ｈｏｉｓｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＯＨＴ）、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）、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。
【００５７】
以下、本開示の実施形態をより具体的に説明する。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。
【００５８】
（実施形態）
図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００とを備える。図６には、送電装置１００および受電装置２００の外部の要素である第１直流電源３１０、負荷３３０、および第２直流電源３２０も示されている。第１直流電源３１０は送電装置１００に含まれていてもよい。負荷３３０および第２直流電源３２０は、受電装置２００に含まれていてもよい。
【００５９】
本実施形態では、第１電源の一例として、第１直流電源３１０が用いられ、第２電源の一例として、第２直流電源３２０が用いられている。また、第１変換回路の一例として、第１インバータ回路１６０が用いられ、第２変換回路の一例として、第２インバータ回路２６０が用いられる。本実施形態の構成は、第１電源および第２電源の各々が交流電源である場合にも同様に適用できる。第１電源が交流電源である場合には、第１インバータ回路に代えて、交流−交流変換回路が用いられる。同様に、第２電源が交流電源である場合には、第２インバータ回路に代えて、交流−交流変換回路が用いられる。
【００６０】
本実施形態における送電装置１００は、送電回路１１０と、送電アンテナ１２０と、第１制御回路１５０と、第１検出回路１７０とを備える。送電回路１１０は、第１インバータ回路１６０と、第１整合回路１８０とを含む。
【００６１】
送電アンテナ１２０は、第１整合回路１８０を介して第１インバータ回路１６０に間接的に接続される。第１整合回路１８０が省略される場合には、送電アンテナ１２０は、第１インバータ回路１６０に直接的に接続され得る。送電アンテナ１２０は、第１インバータ回路１６０から出力された第１交流電力を空間に送出する。送電アンテナ１２０は、例えば２つ以上の送電電極または１つ以上の送電コイルを含む。本開示では、図１に示すように、送電アンテナ１２０が２つの送電電極を含む例を主に説明する。本明細書においては、送電アンテナおよび送電電極の両方について、参照符号「１２０」を用いる。
【００６２】
第１インバータ回路１６０は、第１直流電源３１０に接続される。第１インバータ回路１６０は、第１直流電源３１０から供給された第１直流電力を、電力伝送のための第１交流電力に変換して出力する。第１インバータ回路１６０は、例えばフルブリッジインバータまたはハーフブリッジインバータの回路構成を備える。第１インバータ回路１６０は、複数のスイッチング素子を備える。各スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、入力された直流電力を交流電力に変換して出力することができる。第１インバータ回路１６０は、第１制御回路１５０からの制御に従って動作する。
【００６３】
第１整合回路１８０は、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間に接続される。第１整合回路１８０は、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間のインピーダンスの整合度を向上させる。第１整合回路１８０は、必要がなければ省略してもよい。
【００６４】
第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０に接続される。第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０を制御する。第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０における各スイッチング素子のオン・オフを切り替える制御信号を各スイッチング素子に与える。これにより、第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０から所望の交流電力を出力させることができる。第１制御回路１５０は、例えば、ゲートドライバ回路と、ゲートドライバ回路を制御するコントローラとを含み得る。第１制御回路１５０は、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）などの、プロセッサとメモリとを備えた集積回路によって実現され得る。
【００６５】
第１検出回路１７０は、第１直流電源３１０から送電アンテナ１２０までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する。第１検出回路１７０は、例えば、第１直流電源３１０と第１インバータ回路１６０との間、または、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間の何れかの箇所に挿入され得る。
【００６６】
図６Ｂから図６Ｄは、第２検出回路２７０の接続態様の例を示す図である。これらの図に示されるように、第１検出回路１７０の接続態様は多様である。
【００６７】
図６Ｂは、第１検出回路１７０が、第１整合回路１８０と送電アンテナ１２０との間の伝送線路に接続された送電装置１００の例を示している。このような構成によれば、第１整合回路１８０によって変換された交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００６８】
図６Ｃは、第１検出回路１７０が、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０との間の伝送線路に接続された送電装置１００の例を示している。このような構成によれば、第１インバータ回路１６０から出力される交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００６９】
図６Ｄは、第１検出回路１７０が、第１直流電源３１０と第１インバータ回路１６０との間の伝送線路に接続された送電装置１００の例を示している。このような構成によれば、第１直流電源３１０から出力される直流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００７０】
第１検出回路１７０および第１制御回路１５０の一部または全部の機能が、１つのハードウェアによって実現されていてもよい。
【００７１】
受電装置２００は、例えば図１に示すような移動体１０に搭載され得る。図６Ａに示すように、受電装置２００は、受電アンテナ２２０と、受電回路２１０と、第２インバータ回路２６０と、第２制御回路２５０と、トリガー印加回路２９０と、第２検出回路２７０とを備える。受電回路２１０は、第２整合回路２８０と、整流回路２１２とを含む。
【００７２】
受電アンテナ２２０は、送電アンテナ１２０と電磁的に結合し、送電アンテナ１２０から送出された第１交流電力を受け取る。受電アンテナ２２０は、例えば２つ以上の受電電極または１つ以上の受電コイルを含む。本開示では、図２に示すように、受電アンテナ２２０が２つの受電電極を含む例を主に説明する。本明細書においては、受電アンテナおよび受電電極の両方について、参照符号「２２０」を用いる。
【００７３】
整流回路２１２は、第２整合回路２８０を介して受電アンテナ２２０に間接的に接続される。第２整合回路２８０が省略される場合は、整流回路２１２は、受電アンテナ２２０に直接的に接続され得る。整流回路２１２は、受電アンテナ２２０が受け取った第１交流電力を、直流電力に変換して負荷３３０に供給する。負荷３３０が交流電力によって駆動される場合には、整流回路２１２に代えて、交流−交流変換回路が用いられ得る。負荷３３０が三相交流によって駆動されるモータなどの機器である場合には、受電回路２１０は、三相インバータを含み得る。このように、受電回路２１０は、第１交流電力を、第１交流電力とは異なる交流電力または直流電力に変換して負荷３３０に供給する。受電回路２１０を電力変換回路と呼ぶこともできる。
【００７４】
第２整合回路２８０は、受電アンテナ２２０と受電回路２１０との間に接続される。第２整合回路２８０は、受電アンテナ２２０と受電回路２１０との間のインピーダンスの整合度を向上させる。第２整合回路２８０は、必要がなければ省略してもよい。
【００７５】
第２インバータ回路２６０は、受電アンテナ２２０に直接的に、またはスイッチなどの素子または回路を介して間接的に接続される。第２インバータ回路２６０は、第２直流電源３２０から供給された第２直流電力を第２交流電力に変換して受電アンテナ２２０に供給する。第２交流電力は、後述するように、受電装置２００の存在を送電装置１００に伝えるために使用される。第２インバータ回路２６０は、例えばフルブリッジインバータまたはハーフブリッジインバータの回路構成を備える。第２インバータ回路２６０は、複数のスイッチング素子を備える。各スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、入力された直流電力を交流電力に変換して出力することができる。第２インバータ回路２６０は、第２制御回路２５０からの制御に従って動作する。
【００７６】
第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０に接続される。第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０を制御する。第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０における各スイッチング素子のオン・オフを切り替える制御信号を各スイッチング素子に与える。これにより、第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０から所望の交流電力を出力させることができる。第２制御回路２５０は、例えば、ゲートドライバ回路と、ゲートドライバ回路を制御するコントローラとを含み得る。第２制御回路２５０は、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）などの、プロセッサとメモリとを備えた集積回路によって実現され得る。
【００７７】
トリガー印加回路２９０は、第２インバータ回路２６０から出力される第２交流電力にトリガー信号を印加する。トリガー印加回路２９０は、例えば、第２制御回路２５０から第２インバータ回路２６０の各スイッチング素子に与えられる制御信号に、当該制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによってトリガー信号を第２交流電力に印加することができる。トリガー印加回路２９０は、受電アンテナ２２０と負荷３３０との間の伝送線路のいずれかの箇所に配置されたシャント抵抗器などのインピーダンス素子およびスイッチを含んでいてもよい。当該スイッチのオンおよびオフを制御することにより、トリガー信号を生成することができる。トリガー信号は、例えば第２交流電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含み得る。トリガー信号は、第２交流電力の周期とは異なる周期をもつ信号であり得る。例えば、トリガー信号は、第２交流電力の周波数よりも低い周波数の成分をもつ信号であり得る。
【００７８】
第２検出回路２７０は、受電アンテナ２２０から負荷３３０までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する。第２検出回路２７０は、例えば受電アンテナ２２０と受電回路２１０との間、または受電回路２１０と負荷３３０との間のいずれかの箇所に挿入され得る。
【００７９】
図６Ｅから図６Ｇは、第２検出回路２７０の接続態様の例を示す図である。なお、図６Ｅから図６Ｇでは、見やすくするために、トリガー印加回路２９０の図示は省略されている。これらの図に示されるように、第２検出回路２７０の接続態様は多様である。
【００８０】
図６Ｅは、第２検出回路２７０が、受電アンテナ２２０と第２整合回路２８０との間の伝送線路に接続された受電装置２００の例を示している。このような構成によれば、受電アンテナ２２０が受電した交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００８１】
図６Ｆは、第２検出回路２７０が、第２整合回路２８０と整流回路２１２との間の伝送線路に接続された受電装置２００の例を示している。このような構成によれば、第２整合回路において変換された交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００８２】
図６Ｇは、第２検出回路２７０が、整流回路２１２と負荷３３０との間の伝送線路に接続された受電装置２００の例を示している。このような構成によれば、整流回路２１２によって整流された直流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００８３】
第２制御回路２５０、トリガー印加回路２９０、および第２検出回路２７０の一部または全部の機能は、１つのハードウェアによって実現されていてもよい。
【００８４】
再び図６Ａを参照する。第２制御回路２５０およびトリガー印加回路２９０は、第２検出回路２７０の検出結果に基づく動作を行う。例えば、第２制御回路２５０およびトリガー印加回路２９０は、第２検出回路２７０の検出結果に基づいて受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが対向し始めたことを検出した場合に、各々の動作を開始し得る。あるいは、第２制御回路２５０およびトリガー印加回路２９０は、受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが少なくとも部分的に対向する前に、各々の動作を開始してもよい。例えば、受電装置２００は、第２交流電力を出力しながら送電アンテナ１２０に接近し、受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが対向し始めたことを検出した場合に、トリガー信号の印加を開始してもよい。あるいは、受電装置２００は、トリガー信号が印加された第２交流電力を出力しながら送電アンテナ１２０に接近してもよい。
【００８５】
第２制御回路２５０は、第１インバータ回路１６０が第１交流電力を出力していない状態で、第２インバータ回路２６０に第２交流電力を出力させ、トリガー印加回路２９０にトリガー信号を印加させる。第１制御回路１５０は、第１検出回路１７０の検出結果に基づいてトリガー信号を検出する。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、第１インバータ回路１６０に、第１交流電力の出力を開始させる。
【００８６】
本実施形態では、受電装置２００は、充電のために送電アンテナ１２０に接近するとき、送電装置１００に、第２交流電力を検知用エネルギーとして供給する。第２交流電力にはトリガー信号が重畳される。受電アンテナ２２０が充電可能領域に侵入し始めると、送電装置１００内でトリガー信号の検出強度が増加し始める。送電装置１００は、このトリガー信号を検出する。これにより、送電装置１００は、異物と誤認することなく、ごく短い時間で送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との対向（以下、「交差」とも称する）を検出できる。
【００８７】
図７は、本開示の他の実施形態による無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、検知用エネルギーが送電装置１００から受電装置２００に供給される点で、図６Ａの構成とは異なる。以下、図６Ａの構成とは異なる点を中心に説明する。
【００８８】
図７の構成では、受電装置２００は、第２インバータ回路２６０を備えていない。検知用エネルギーである第２交流電力は、送電装置１００における第１インバータ回路１６０から出力される。つまり、第１インバータ回路１６０は、電力伝送用の第１交流電力だけでなく、受電装置２００の存在を検出するための第２交流電力も出力する。受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０は、送電装置１００から送られてきた第２交流電力にトリガー信号を印加する。送電装置１００における第１制御回路１５０は、第１検出回路１７０によって検出された送電装置１００内の電流および／または電圧の変化に基づいて、トリガー信号を検出する。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始めたと判断する。その場合、第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０に、検知用の第２交流電力の出力を停止させ、送電用の第１交流電力の出力を開始させる。
【００８９】
このように、図７に示す実施形態では、受電アンテナ２２０が充電可能な領域に侵入し始めると、送電装置１００から受電装置２００に供給される検知用エネルギーに、受電装置２００の側からトリガー信号が重畳される。送電装置１００がこのトリガー信号を検出することで、異物と誤認することなく、ごく短い時間で送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出できる。
【００９０】
図６Ａおよび図７には示されていないが、トリガー印加回路２９０と第１交流電力の伝送経路との接続箇所には、スイッチが設けられ得る。図６Ａの構成では、第２インバータ回路２６０と第１交流電力の伝送経路との接続箇所にもスイッチが設けられ得る。各スイッチは、第２制御回路２５０によって制御され、受電装置２００の検出動作時にはオンに、電力伝送時にはオフに設定され得る。これにより、電力伝送時（すなわち第１交流電力の伝送時）に大電流がトリガー印加回路２９０および第２インバータ回路２６０に流入することを回避できる。
【００９１】
次に、受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０の構成例を説明する。
【００９２】
図８Ａは、トリガー印加回路２９０の第１の例を示す図である。この例では、トリガー印加回路２９０は、受電アンテナ２２０から負荷３３０までの伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子（インピーダンス値：Ｘｔｒ）およびシャントスイッチの直列回路を備える。シャントスイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、検出エネルギーにトリガー信号を印加できる。図８Ａにおいてインピーダンス素子として記載されているブロックは、インダクタ素子、容量素子、および抵抗素子のいずれか、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得る。各素子の抵抗値、インダクタンス値、および／またはキャパシタンス値は、本実施形態の効果を効果的に得られるよに適切な値に設定される。
【００９３】
トリガー信号は、例えば検知用の第２交流電力の周波数Ｆｏとは異なる周波数Ｆｔｒの周期的なパルス信号であり得る。トリガー信号の周波数Ｆｔｒは、例えば第２交流電力の周波数Ｆｏよりも低い値（例えば、数ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度）に設定され得る。なお、第２交流電力の周波数Ｆｏは、送電用の第１交流電力の周波数と実質的に同じ値に設定され得る。周波数Ｆｏを伝送周波数と称することがある。伝送周波数Ｆｏは、例えば数百ｋＨｚから数ＭＨｚの範囲に設定され得る。
【００９４】
電力伝送時（すなわち第１交流電力の伝送時）には、トリガー用のスイッチはオフに設定され得る。これにより、電力伝送時の電流がインピーダンス素子に流入することを回避できる。
【００９５】
図８Ａに示すトリガー印加回路２９０の構成は、図６に示す構成および図７に示す構成の両方に適用することができる。
【００９６】
図８Ｂは、トリガー印加回路２９０の第２の例を示す図である。この例は、図６Ａに示す構成に適用することができる。第２インバータ回路２６０は、周波数Ｆｏの第２交流電力を検知用エネルギーとして出力する。トリガー印加回路２９０は、周波数Ｆｏよりも低い周波数Ｆｔｒのトリガー信号を第２交流電力に重畳する。これにより、トリガー信号が重畳された検知用エネルギーが、送電装置１００に供給される。
【００９７】
次に、送電装置１００におけるトリガー検出のための構成の例を説明する。
【００９８】
図９Ａは、トリガー検出のための構成の第１の例を示す図である。この例では、送電装置１００は、第１直流電源３１０と第１インバータ回路１６０との間に、平滑回路１６２を備えている。第１検出回路１７０は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１７２を備えている。ここでは、図７に示す構成に適用される場合の例を説明する。
【００９９】
受電装置２００を検知するために、第１インバータ回路１６０は、検知用の第２交流電力を出力する。第２交流電力は、例えば周波数Ｆｏのパルス信号であり得る。第２交流電力の電圧Ｖｐは、電力伝送用の第１交流電力の電圧よりも低い値に設定され得る。
【０１００】
ハイパスフィルタ１７２は、第１直流電源３１０と平滑回路１６２との間の電流における直流成分を除去し、トリガー信号の周波数Ｆｔｒを含む高周波成分を抽出する。これにより、第１検出回路１７０は、直流成分が除去された電流の時間変化を示す信号を出力する。第１制御回路１５０は、この信号に基づいて、周波数Ｆｔｒをもつトリガー信号を容易に検出できる。
【０１０１】
なお、第１検出回路１７０の配置は、図９Ａに示す配置とは異なっていてもよい。例えば、第１検出回路１７０は、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間の電流を検出してもよい。電流に代えて、電圧または電力を検出してもよい。
【０１０２】
図７および図９Ａの構成において、電力伝送用の第１交流電力を出力するインバータ回路と、受電装置２００を検知するための第２交流電力を出力するインバータ回路とを個別に配置してもよい。その場合、これらの２つのインバータ回路をまとめて「第１インバータ回路」と称する。第２交流電力の電圧は、第１交流電力の電圧よりも低い値、例えば、１０分の１以下の値に設定され得る。
【０１０３】
図９Ｂは、トリガー検出のための構成の第２の例を示す図である。この構成は、図６Ａに示す構成に適用され得る。この例では、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０との間にスイッチ１６４が設けられている。スイッチ１６４は、受電装置２００の検出時には、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０との接続を切断し、検出回路１７０と第１整合回路１８０とを接続する。電力伝送時には、スイッチ１６４は、検出回路１７０と第１整合回路１８０との接続を切断し、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０とを接続する。
【０１０４】
この構成では、受電装置２００の検出時には、図９Ｂにおいて破線枠で示す第１直流電源３１０、平滑回路１６２、および第１インバータ回路１６０は動作しない。このため、受電装置２００から送られてくる検知用エネルギーのトリガー成分を終端する回路が設けられてもよい。その例として、図９Ｂの構成では、第１検出回路１７０は、ＨＰＦ１７２に接続された終端抵抗１７４を備えている。
【０１０５】
図９Ｃは、トリガー検出のための構成の第３の例を示す図である。この構成は、図７に示す構成に適用され得る。この例では、第１検出回路１７０がＨＰＦ１７２に加えてローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７６を備えている点で、図９Ａに示す構成とは異なる。この例では、ＨＰＦ１７２およびＬＰＦ１７６によって電流の直流成分および不要な高周波成分を除去し、トリガー信号の周波数Ｆｔｒの成分を抽出することができる。ＨＰＦ１７２およびＬＰＦ１７６に代えて、バンドパスフィルタを用いてもよい。
【０１０６】
図９Ｄは、図９Ｃにおいて検出されるトリガー信号の成分を模式的に示す図である。この例では、トリガー信号の成分は正弦波状の信号である。第１制御回路１５０は、第１検出回路１７０の出力から、周波数Ｆｔｒの成分を抽出し、その１周期分の時間が経過する前に、トリガー信号を検出することができる。例えば、第１制御回路１５０は、以下の動作によってトリガー信号を検出できる。まず、図９Ｄに示す時刻ｔａにおいて、何らかの信号が到来したことを検出する。次に時刻ｔｂにおいて、最大点を過ぎたことを検出すると、そのタイミングを記録しておく。さらに、時刻ｔｃにおいてゼロ点を検出すると、最大点からゼロ点までの時間が、トリガー信号の周期の４分の１に一致するか否かを判断する。その判断により、その信号がトリガー信号に該当するかを判断できる。さらに、時刻ｔｄにおいて、最小点を過ぎたことを確認すれば、より確実に、その信号がトリガー信号に該当するかを判断できる。
【０１０７】
このように、第１制御回路１５０は、電流波形における周波数Ｆｔｒの成分の時間変化に基づいて、トリガー信号を１周期よりも短い時間（例えば、１／４周期から半周期程度）で検出できる。ここでは正弦波を利用する場合を例示したが、周波数Ｆｔｒの高調波を利用しても検出できる。
【０１０８】
次に、受電装置２００の動作の例をより詳細に説明する。
【０１０９】
図６Ａおよび図７に示す受電装置２００は、受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが交差状態になったことを検出する機能を備えている。この検出は、第２検出回路２７０を用いて行われる。図６Ａの例では、第２制御回路２５０は、第２検出回路２７０の出力からアンテナ間の交差を検出すると、第１交流電力の送電が開始される前に、検知用の第２交流電力の伝送およびトリガー印加を停止する。さらに、第２制御回路２５０は、第１交流電力の送電が開始される前に、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０と、第１交流電力の伝送経路とのそれぞれの接続箇所にある不図示のスイッチをオフにする。他方、図７の例では、第２制御回路２５０は、アンテナ間の交差を検出すると、第１交流電力の送電が開始される前に、トリガー印加を停止する。さらに、第２制御回路２５０は、第１交流電力の送電が開始される前に、トリガー印加回路２９０と、第１交流電力の伝送経路との接続箇所にある不図示のスイッチをオフにする。このような動作により、短時間で受電装置２００の検出を適切に完了し、かつ受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１０】
図６Ａの例では、第２検出回路２７０は、受電アンテナ２２０から負荷３３０までのいずれかの箇所の電流および／または電圧を検出する。この例に限らず、第２検出回路２７０は、第２インバータ回路２６０と第２直流電源３２０との間のいずれかの箇所の電流および／または電圧を検出してもよい。図１０は、第２検出回路２７０が、第２インバータ回路２６０と第２直流電源３２０との間の電流および／または電圧を検出する場合の構成例を示すブロック図である。図１０に示すような構成を採用してもよい。
【０１１１】
次に、図１１Ａから図１２Ｂを参照して、本実施形態における動作の例をより詳細に説明する。
【０１１２】
図１１Ａは、図６Ａまたは図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。この例では、まず、受電装置２００は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始める前に、検知用の第２交流電力を生成し、トリガー信号を印加する（ステップＳ２０１）。この動作は、第２インバータ回路２６０、第２制御回路２５０、およびトリガー印加回路２９０によって行われる。次に、受電装置２００は、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出する（ステップＳ２０２）。この動作は、第２検出回路２７０および第２制御回路２５０によって行われる。受電装置２００は、アンテナ間の交差を検出すると、第２交流電力の送電およびトリガー印加を停止する（ステップＳ２０３）。このとき、第２制御回路２５０は、前述のように、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０を、第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００は、受電装置２００から送られてきたトリガー信号を検出する（ステップＳ１０１）。この動作は、第１検出回路１７０および第１制御回路１５０によって行われる。送電装置１００は、トリガー信号を検出すると、第１交流電力の送電を開始する（ステップＳ１０２）。
【０１１３】
このような動作により、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、第２交流電力の伝送およびトリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１４】
図１１Ｂは、図６Ａまたは図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。この例では、まず、受電装置２００は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始める前に、検知用の第２交流電力を生成する（ステップＳ２１１）。この段階では、まだトリガー信号は印加されない。次に、受電装置２００は、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０とが交差し始めたことを検出する（ステップＳ２１２）。受電装置２００は、アンテナ間の交差を検出すると、第２交流電力にトリガー信号を印加する（ステップＳ２１３）。その後、受電装置２００は、第２交流電力の出力およびトリガー信号の印加を停止する（ステップＳ２１４）。このとき、第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０を第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００は、受電装置２００から送られてきたトリガー信号を検出する（ステップＳ１１１）。送電装置１００は、トリガー信号を検出すると、第１交流電力の送電を開始する（ステップＳ１１２）。
【０１１５】
このような動作によっても、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、第２交流電力の伝送およびトリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１６】
図１２Ａは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。この例では、まず、送電装置１００における第１インバータ回路１６０および第１制御回路１５０は、検知用の第２交流電力を生成する（ステップＳ１３１）。受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０は、第２交流電力にトリガー信号を印加する（ステップＳ２３１）。第２交流電力の生成およびトリガー信号の印加は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始める前に開始される。次に、受電装置２００における第２制御回路２５０は、第２検出回路２７０の出力に基づき、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出する（ステップＳ２３２）。その後、受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０は、トリガー信号の印加を停止する（ステップＳ２３３）。このとき、第２制御回路２５０は、トリガー印加回路２９０を、第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００における第１制御回路１５０は、ステップＳ２３１の後、第１検出回路１７０の出力に基づき、第２交流電力に重畳されたトリガー信号を検出する。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、第１インバータ回路１６０に第２交流電力を停止させ、第１交流電力の送電を開始させる（ステップＳ１３３）。
【０１１７】
このような動作により、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１８】
図１２Ｂは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。この例では、まず、送電装置１００は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差する前に、検知用の第２交流電力を生成する（ステップＳ１４１）。受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始めると、受電装置２００における第２制御回路２５０は、第２検出回路２７０の出力に基づき、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出する（ステップＳ２４１）。すると、トリガー印加回路２９０は、第２交流電力にトリガー信号を印加する（ステップＳ２４２）。その後、トリガー印加回路２９０は、トリガー信号の印加を停止する（ステップＳ２４３）。このとき、第２制御回路２５０は、トリガー印加回路２９０を第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００における第１制御回路１５０は、ステップＳ２４２の後、第１検出回路の出力に基づき、第２交流電力に重畳されたトリガー信号を検出する（ステップＳ１４２）。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、第１インバータ回路１６０に第２交流電力を停止させ、第１交流電力の送電を開始させる（ステップＳ１４３）。
【０１１９】
このような動作によっても、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１２０】
以上のように、本実施形態によれば、大電力の送電を開始する前に、受電装置２００から送電装置１００に、受電装置２００の存在を通知するためのトリガー信号が送られる。このトリガー信号は、従来の負荷変調方式の通信によって送信されるデータ列とは異なり、例えば単パルスまたは数パルス程度の信号で足りる。送電装置１００は、送電装置１００内の電流および／電圧の変動に基づいて、トリガー信号を短時間で検出することができる。
【０１２１】
負荷３３０は、二次電池またはキャパシタなどの蓄電器を含み得る。その場合、第２制御回路２５０は、蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、第２インバータ回路２６０および／またはトリガー印加回路２９０の動作を停止させてもよい。そのような制御により、蓄電器のエネルギー残量が十分多い場合に、不要な充電動作の開始を回避できる。
【０１２２】
次に、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照しながら、実施例およびその効果を説明する。
【０１２３】
図１３Ａは、トリガー信号の印加を行わない場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。図１３Ｂは、本実施形態におけるトリガー信号を印加した場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。図１３Ａおよび図１３Ｂに示す電流の波形は、不要な高周波成分を除去した後の波形である。この例では、図７および図９Ａに示す構成を採用した。送電アンテナ１２０として一対の送電電極を使用し、受電アンテナ２２０として一対の受電電極を使用した。送電電極および受電電極の各々について、１５ｃｍの幅の電極を２本使用し、２つの電極の間隙を１５ｃｍとした。トリガー印加回路２９０として、図８Ａに示す構成を採用した。インピーダンス素子として１２ｍΩのシャント抵抗を用いた。電力の伝送周波数を５００ｋＨｚ、交差電極長を４０ｃｍ、受電装置２００が送電電極１２０に向かって１２．５ｍ／秒の速度で移動するものとした。なお、交差電極長とは、送電電極および受電電極の交差する部分の最大の長さを意味する。
【０１２４】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示す時刻３．０ミリ秒のタイミングで受電電極２２０と送電電極１２０とが交差（対向）し始め、時刻７．０ミリ秒のタイミングで、交差電極長の１２．５％である５ｃｍが交差した。図１３Ｂに示すように、時刻３．５ミリ秒のタイミングから、トリガー信号として、周波数５ｋＨｚの矩形パルスを５回印加した。なお、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す電極の交差前における電流のリップルは、無負荷状態での検知用エネルギーの印加に伴うインバータ動作に起因して生じている。このリップルは、本開示の技術の原理とは無関係であるとともに、本実施例の好ましい効果に影響を与えない。
【０１２５】
図１３Ｂに示すように、トリガー信号の印加に伴い、送電装置１００内の電流が大きく変動する。トリガー信号による電流の変動が開始してから、１／４周期から数周期という短い時間で受電装置２００の到来を検出可能であることがわかる。仮にトリガー信号の周期Ｔｔｒと同じ時間で移動体が到来したことを判断した場合、この実施例では、送電電極１２０と受電電極２２０との交差の開始から送電電極の長さの２．２％分だけ受電電極２２０が充電エリアに侵入した時点で検出できたことになる。
【０１２６】
本発明者らは、本実施例の構成をエレベータに適用することも想定し、移動速度が２０ｍ／秒、交差電極長が７５ｃｍ、充電エリアの長さ（すなわち送電電極長）が３ｍの場合についても同様の検討を行った。その場合、受電電極が２．６４ｃｍだけ充電エリアに侵入した時点で検出できることが確認できた。これは、送電電極長のわずか０．８８％に相当する。
【０１２７】
このように、本実施形態の構成を採用することにより、非常に短い時間で受電装置２００の到来を検出できる。高速で移動する移動体でも、敷設された送電電極に対向した状態で受電電極が移動する時間のほぼ全てに亘り、充電時間に有効に割り当てることが可能となった。
【０１２８】
図１４は、トリガー信号の周波数に対する検出強度の依存性の例を示す図である。この例でも、前述の実施例と同様の構成を採用した。検知用エネルギーである第２交流電力の周波数（伝送周波数と称する）を５００ｋＨｚとし、トリガー信号の周波数（変調周波数と称する）を変化させて、変調周波数の電流成分を測定した。電流成分は、受電電極長の１３．３％が送電電極と交差した条件で測定した。図１４に示す結果から、変調周波数が伝送周波数の１／５００倍以上１／５０倍以下のとき、検出強度が高くなることがわかる。特に、変調周波数が伝送周波数の１／２００倍以上１／８０倍のとき、良好なＳ／Ｎが期待できる。
【０１２９】
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の例を説明する。ここでも、受電装置２００が移動体に搭載され、送電アンテナおよび受電アンテナの各々が、一対の電極によって構成される場合の例を説明する。以下に説明する構成は一例であり、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。
【０１３０】
図１５は、無線電力伝送システムの他の構成例を示す図である。本実施形態における無線電力伝送システムは、図１に示すように、路面に敷設された一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂから、移動体１０に搭載された一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂに、無線で電力が伝送される。なお、図１５では、図６Ａ、７、１０に示されている第１制御回路１５０、第１検出回路１７０、第２検出回路２７０、トリガー印加回路２９０、第２インバータ回路２６０、および第２制御回路２５０の図示は省略されている。
【０１３１】
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（すなわち、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（すなわち、Ｘ方向のサイズ）は、例えば０．５ｃｍ〜１ｍ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、２２０ｂのそれぞれの長さ（すなわち、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、２２０ｂのそれぞれの幅（すなわち、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。送電電極対の間のギャップ、および受電電極対の間のギャップは、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。
【０１３２】
負荷３３０は、例えば駆動用の電気モータおよび蓄電用のキャパシタまたは二次電池を含み得る。負荷３３０は、整流回路２１２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。
【０１３３】
電気モータは、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。受電回路２１０は、交流モータを駆動するために、受電したエネルギー（すなわち交流電力）の周波数を、モータを駆動するための周波数に直接変換するコンバータ回路を含んでいてもよい。
【０１３４】
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、二次電池を用いた場合よりも、急速な充電が可能である。なお、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。
【０１３５】
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（すなわち、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の近傍まで移動し、充電を行う。この移動は、不図示の中央管理装置による制御の元で行われてもよいし、移動体１０が自律的に判断して行ってもよい。送電装置１００は、工場内の複数の箇所に設置され得る。
【０１３６】
図示される例では、送電装置１００における整合回路１８０は、インバータ回路１６０に接続された直列共振回路１３０ｓと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに接続され、直列共振回路１３０ｓと誘導結合する並列共振回路１４０ｐとを有する。整合回路１８０は、インバータ回路１６０のインピーダンスと送電電極１２０ａ、１２０ｂのインピーダンスとを整合させる。送電装置１００における直列共振回路１３０ｓ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１４０ｐ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。
【０１３７】
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２３０ｐと、整流回路２１２に接続され、並列共振回路２３０ｐと誘導結合する直列共振回路２４０ｓとを有する。整合回路２８０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂのインピーダンスと、整流回路２１２のインピーダンスとを整合させる。並列共振回路２３０ｐ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２４０ｓ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のコイルと第４のコイルとは、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。
【０１３８】
なお、整合回路１８０、２８０の構成は、図１５に示す構成に限定されない。例えば、直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓ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１４０ｐ、２３０ｐ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２１２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２１２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。
【０１３９】
図１６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である。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタによって構成され得る。第１制御回路１５０は、各スイッチング素子の導通（オン）および非導通（オフ）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プロセッサとを有する。プロセッサは、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）におけるＣＰＵであり得る。図１６に示す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。
【０１４０】
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。なお、図６Ａに示す第２インバータ回路２６０についても、第１インバータ回路１６０と同様の構成で実現できる。
【０１４１】
図１７は、整流回路２１２の構成例を模式的に示す図である。この例では、整流回路２１２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２１２は、他の整流器の構成を有していてもよい。受電回路２１０は、整流回路２１２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。受電回路２１０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２４０ｓから出力される電圧・電流などを測定する各種センサが受電回路２１０に含まれていてもよい。
【０１４２】
共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓ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１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓ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。
【０１４３】
直流電源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。
【０１４４】
共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの共振周波数ｆ０は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数ｆに一致するように設定される。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの各々の共振周波数ｆ０は、伝送周波数ｆ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ｆ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ｆ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。
【０１４５】
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、５ｍｍから３０ｍｍ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、インバータ回路１６０および整流回路２１２のインピーダンスは、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１４０ｐ、２３０ｐがそれぞれ配置され、インバータ回路１６０および整流回路２１２に近い側に直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓ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、低いインピーダンス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、高いインピーダンスとの整合に適している。よって、図１５に示す構成のように、低いインピーダンスの電源側に直列共振回路を配置し、高いインピーダンスの電極側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実現し易くすることができる。
【０１４６】
なお、上記のような非対称な共振回路の構成にすることは必須の要件ではない。例えば、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの距離を短くしたり、これらの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、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。
【０１４７】
上記の実施形態における各電極は、同一の方向に平行に延びた構造を有しているが、用途によってはそのような構造でなくてもよい。例えば、各電極が、正方形などの矩形形状を有していてもよい。そのような矩形形状の複数の電極が一方向に並ぶ形態であれば、本開示の技術を適用できる。また、全ての電極の表面が同一平面上にあることは必須の要件ではない。さらに、各電極の表面は、完全に平面的な形状を有している必要はなく、例えば湾曲した形状または凹凸を含む形状を有していてもよい。そのような表面も、概略的に平面的であれば、「平面状の表面」に該当する。また、各電極は、路面に対して傾斜していてもよい。
【０１４８】
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、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、フォークリフト、マルチコプター（ドローン）、エレベータ等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場内に限らず、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。
【０１４９】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載の無線電力伝送システム、送電装置、および受電装置を含む。
【０１５０】
［項目１］
送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、
前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、
前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、
前記電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、
前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、
前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、
を備え、
前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる、
無線電力伝送システム。
【０１５１】
［項目２］
前記検知用電力の電圧は、前記充電用電力の電圧よりも小さい、項目１に記載の無線電力伝送システム。
【０１５２】
［項目３］
前記受電装置は、第２電源から供給された電力を、前記検知用電力に変換して前記受電アンテナに供給する第２変換回路と、
前記第２変換回路を制御する第２制御回路と、
をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第１変換回路が前記充電用電力を出力していない状態で、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２変換回路から出力される前記検知用電力に前記トリガー信号を印加する、
項目１または２に記載の無線電力伝送システム。
【０１５３】
［項目４］
前記第２変換回路は、複数のスイッチング素子を含み、
前記第２制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に制御信号を与えることによって前記第２変換回路から前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２制御回路から前記第２変換回路に与えられる前記制御信号に、前記制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによって前記トリガー信号を前記検知用電力に印加する、
項目３に記載の無線電力伝送システム。
【０１５４】
［項目５］
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路、または前記第２変換回路と前記第２電源との間のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させた後、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記検知用電力の出力および前記トリガー信号の印加を開始した後、前記受電アンテナが前記送電電極に対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記第２変換回路に前記検知用電力の出力を停止させ、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
項目３または４に記載の無線電力伝送システム。
【０１５５】
［項目６］
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、前記第２制御回路は、前記第２変換回路および前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
項目３から５のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１５６】
［項目７］
前記検知用電力は、前記第１変換回路から前記送電アンテナを介して前記受電アンテナに供給され、
前記第１制御回路は、前記第１変換回路に前記検知用電力を出力させている状態で、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記検知用電力の出力を停止させ、前記充電用電力の出力を開始させる、
項目１または２に記載の無線電力伝送システム。
【０１５７】
［項目８］
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記トリガー信号を印加させた後、前記受電アンテナが前記送電電極に対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
項目７に記載の無線電力伝送システム。
【０１５８】
［項目９］
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、
前記第２制御回路は、前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
項目７または８に記載の無線電力伝送システム。
【０１５９】
［項目１０］
前記トリガー印加回路は、前記受電アンテナと前記負荷との間の伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子およびスイッチを含み、前記スイッチのオンおよびオフの状態を制御することにより、前記トリガー信号を生成する、項目１から９のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６０】
［項目１１］
前記送電アンテナは、一方向に延びた形状を有する一対の送電電極を含み、
前記受電アンテナは、前記充電用電力を受け取るときに、前記一対の送電電極に対向する一対の受電電極を含む、
項目１から１０のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６１】
［項目１２］
前記検知用電力は、前記充電用電力の電圧よりも小さい電圧を有し、前記充電用電力の周波数と実質的に等しい周波数を有する、項目１から１１のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６２】
［項目１３］
前記トリガー信号は、前記検知用電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含む、項目１から１２のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６３】
［項目１４］
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧が、前記トリガー信号の印加に起因して変動し始めた後、前記変動の１周期分の時間が経過する前に、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、項目１から１３のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６４】
［項目１５］
前記トリガー信号は、前記充電用電力の周波数の成分を含む信号であり、
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧の変動の波形が前記充電用電力の周波数の成分を含むとき、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、
項目１から１４のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６５】
［項目１６］
前記第１検出回路は、前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所に配置された、前記充電用電力の周波数の信号を選択的に通過させるフィルタ回路を含む、項目１５に記載の無線電力伝送システム。
【０１６６】
［項目１７］
前記トリガー信号は、複数の周波数成分を含む、項目１から１６のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６７】
［項目１８］
項目１から１７のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける送電装置。
【０１６８】
［項目１９］
項目１から１７のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける受電装置。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
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、電気自動車（ＥＶ）、工場で用いられる無人搬送車（ＡＧＶ）、フォークリフト、無人航空機（ＵＡＶ）、またはエレベータなどの移動体に利用され得る。
【符号の説明】
【０１７０】
１０    移動体
３０    路面
１００  送電装置
１１０  送電回路
１２０  送電電極（送電アンテナ）
１３０ｓ  直列共振回路
１４０ｐ  並列共振回路
１５０  第１制御回路
１６０  第１インバータ回路
１６２  平滑回路
１６４  スイッチ
１７０  第１検出回路
１７２  ハイパスフィルタ
１７４  終端抵抗
１７６  ローパスフィルタ
１８０  第１整合回路
１９０  通信回路
２００  受電装置
２１０  受電回路
２１２  整流回路
２２０  受電電極（受電アンテナ）
２３０ｐ  並列共振回路
２４０ｓ  直列共振回路
２５０  第２制御回路
２６０  第２インバータ回路
２７０  第２検出回路
２８０  第２整合回路
２９０  トリガー印加回路
３１０、３２０  直流電源
３３０  負荷
４００  金属異物
【図１】
2019117140.tif 000003
【図２】
2019117140.tif 000004
【図３Ａ】
2019117140.tif 000005
【図３Ｂ】
2019117140.tif 000006
【図３Ｃ】
2019117140.tif 000007
【図４Ａ】
2019117140.tif 000008
【図４Ｂ】
2019117140.tif 000009
【図５Ａ】
2019117140.tif 000010
【図５Ｂ】
2019117140.tif 000011
【図５Ｃ】
2019117140.tif 000012
【図５Ｄ】
2019117140.tif 000013
【図６Ａ】
2019117140.tif 000014
【図６Ｂ】
2019117140.tif 000015
【図６Ｃ】
2019117140.tif 000016
【図６Ｄ】
2019117140.tif 000017
【図６Ｅ】
2019117140.tif 000018
【図６Ｆ】
2019117140.tif 000019
【図６Ｇ】
2019117140.tif 000020
【図７】
2019117140.tif 000021
【図８Ａ】
2019117140.tif 000022
【図８Ｂ】
2019117140.tif 000023
【図９Ａ】
2019117140.tif 000024
【図９Ｂ】
2019117140.tif 000025
【図９Ｃ】
2019117140.tif 000026
【図９Ｄ】
2019117140.tif 000027
【図１０】
2019117140.tif 000028
【図１１Ａ】
2019117140.tif 000029
【図１１Ｂ】
2019117140.tif 000030
【図１２Ａ】
2019117140.tif 000031
【図１２Ｂ】
2019117140.tif 000032
【図１３Ａ】
2019117140.tif 000033
【図１３Ｂ】
2019117140.tif 000034
【図１４】
2019117140.tif 000035
【図１５】
2019117140.tif 000036
【図１６】
2019117140.tif 000037
【図１７】
2019117140.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月3日(2020.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、
前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、
前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、
前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、
前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、
前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、
を備え、
前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる、
無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記検知用電力の電圧は、前記充電用電力の電圧よりも小さい、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記受電装置は、第２電源から供給された電力を、前記検知用電力に変換して前記受電アンテナに供給する第２変換回路と、
前記第２変換回路を制御する第２制御回路と、
をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第１変換回路が前記充電用電力を出力していない状態で、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２変換回路から出力される前記検知用電力に前記トリガー信号を印加する、
請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記第２変換回路は、複数のスイッチング素子を含み、
前記第２制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に制御信号を与えることによって前記第２変換回路から前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２制御回路から前記第２変換回路に与えられる前記制御信号に、前記制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによって前記トリガー信号を前記検知用電力に印加する、
請求項３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路、または前記第２変換回路と前記第２電源との間のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させた後、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記検知用電力の出力および前記トリガー信号の印加を開始した後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記第２変換回路に前記検知用電力の出力を停止させ、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
請求項３または４に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、前記第２制御回路は、前記第２変換回路および前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
請求項３から５のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記検知用電力は、前記第１変換回路から前記送電アンテナを介して前記受電アンテナに供給され、
前記第１制御回路は、前記第１変換回路に前記検知用電力を出力させている状態で、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記検知用電力の出力を停止させ、前記充電用電力の出力を開始させる、
請求項１または２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記トリガー信号を印加させた後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
請求項７に記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、
前記第２制御回路は、前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
請求項７または８に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１０】
前記トリガー印加回路は、前記受電アンテナと前記負荷との間の伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子およびスイッチを含み、前記スイッチのオンおよびオフの状態を制御することにより、前記トリガー信号を生成する、請求項１から９のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
前記送電アンテナは、一方向に延びた形状を有する一対の送電電極を含み、
前記受電アンテナは、前記充電用電力を受け取るときに、前記一対の送電電極に対向する一対の受電電極を含む、
請求項１から１０のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１２】
前記検知用電力は、前記充電用電力の電圧よりも小さい電圧を有し、前記充電用電力の周波数と実質的に等しい周波数を有する、請求項１から１１のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１３】
前記トリガー信号は、前記検知用電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１４】
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧が、前記トリガー信号の印加に起因して変動し始めた後、前記変動の１周期分の時間が経過する前に、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、請求項１から１３のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１５】
前記トリガー信号は、前記充電用電力の周波数の成分を含む信号であり、
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧の変動の波形が前記充電用電力の周波数の成分を含むとき、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、
請求項１から１４のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１６】
前記第１検出回路は、前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所に配置された、前記充電用電力の周波数の信号を選択的に通過させるフィルタ回路を含む、請求項１５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１７】
前記トリガー信号は、複数の周波数成分を含む、請求項１から１６のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける送電装置。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける受電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線電力伝送システム、送電装置、および受電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。磁界結合方式では、送電コイルと受電コイルとの磁界結合によって電力が無線で伝送される。電界結合方式では、一対の送電電極と一対の受電電極との電界結合によって電力が無線で伝送される。電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０７７０８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、無人搬送車（ＡＧＶ）などの移動体への給電に適した無線電力伝送システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、送電装置と、受電装置と、を備える。前記送電装置は、第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、を備える。前記受電装置は、前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、を備える。前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる。
【０００６】
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てもよい。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。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の技術によれば、移動体への給電により適した無線電力伝送システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、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２】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。
【図３Ａ】図３Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、移動体１０における受電電極２２０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、送電回路１１０が電力伝送用の比較的大きい電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、移動体１０ではなく金属異物４００が送電電極１２０の近傍に置かれた状態を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、誤認識によって送電回路１１０が送電用の電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、移動体１０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、移動体１０と送電回路１１０との間で通信が行われている状態を模式的に示す図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、通信確立後、送電回路１１０から移動体１０に電力が伝送されている状態を模式的に示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、送電装置における第１検出回路の配置の第１の例を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、送電装置における第１検出回路の配置の第２の例を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、送電装置における第１検出回路の配置の第３の例を示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、受電装置における第２検出回路の配置の第１の例を示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、受電装置における第２検出回路の配置の第２の例を示す図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、受電装置における第２検出回路の配置の第３の例を示す図である。
【図７】図７は、本開示の他の実施形態による無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図８Ａ】図８Ａは、トリガー印加回路２９０の第１の例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、トリガー印加回路２９０の第２の例を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、トリガー検出のための構成の第１の例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、トリガー検出のための構成の第２の例を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、トリガー検出のための構成の第３の例を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図９Ｃにおいて検出されるトリガー信号の成分を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、第２検出回路２７０が、第２インバータ回路２６０と第２直流電源３２０との間の電流および／または電圧を検出する場合の構成例を示すブロック図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図６または図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図６または図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、トリガー信号の印加を行わない場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本実施形態におけるトリガー信号を印加した場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、トリガー信号の周波数に対する検出強度の依存性の例を示す図である。
【図１５】図１５は、無線電力伝送システムの他の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、インバータ回路１６０の構成例を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、整流回路２１２の構成例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（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。ここでは、電界結合方式による無線電力伝送システムを例示する。本開示の技術は、電界結合方式に限らず、磁界結合方式（例えば電磁誘導方式）による無線電力伝送システムにも適用され得る。
【００１０】
図１は、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。「電界結合方式」とは、複数の送電電極を含む送電電極群と複数の受電電極を含む受電電極群との間の容量結合（すなわち電界結合）により、送電電極群から受電電極群に無線で電力が伝送される伝送方式をいう。簡単のため、送電電極群および受電電極群の各々が、２つの電極の対によって構成される場合の例を説明する。送電電極群および受電電極群の各々は、３つ以上の電極を含んでいてもよい。
【００１１】
図１に示す無線電力伝送システムは、例えば工場内で物品の搬送に用いられる無人搬送車（ＡＧＶ）である移動体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。移動体１０は、電力伝送時に一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに対向する一対の受電電極を備える。移動体１０は、一対の送電電極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。受け取られた電力は、移動体１０が備えるモータ、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。
【００１２】
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（すなわち、送電電極１２０ａ、１２０ｂが並ぶ方向）をＸ方向とする。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。
【００１３】
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、少なくとも一対の送電電極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、インバータ回路などの変換回路を含む交流出力回路であり得る。送電回路１１０は、不図示の直流電源から供給された直流電力を、交流電力に変換して一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。または、不図示の交流電源から供給された交流電力を、異なる周波数または電圧の交流電力に変換して、一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂに出力する。送電電極１２０ａ、１２０ｂと、送電回路１１０との間に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されてもよい。
【００１４】
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、少なくとも一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂと、受電電極２２０ａ、２２０ｂが受け取った交流電力を負荷３３０が要求する電力に変換して負荷３３０に供給する受電回路２１０とを備える。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。受電電極２２０ａ、２２０ｂと受電回路２１０との間に、インピーダンスの不整合を低減する整合回路が挿入されてもよい。
【００１５】
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積する機器である。一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂと、一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂとの間の電界結合により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。
【００１６】
以下の説明において、送電電極１２０ａ、１２０ｂを区別せずに記載するときには、「送電電極１２０」の表記を用いる。同様に、受電電極２２０ａ、２２０ｂを区別せずに記載するときには、「受電電極２２０」の表記を用いる。
【００１７】
この例における送電回路１１０は、移動体１０の接近を検知する機能を備える。送電回路１１０は、移動体１０の接近を検知すると、送電を開始する。この機能について、図３Ａから図３Ｃを参照しながら説明する。
【００１８】
図３Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示している。移動体１０は、比較的高速で（例えば分速数十メートルから分速千メートル程度の速度で）送電電極１２０に接近し得る。この状態では、送電回路１１０は、周辺環境に影響を及ぼさない程度の微弱なエネルギー（すなわち電力）Ｐｗを間欠的に出力している。このとき、送電回路１１０は、送電電極１２０からの反射エネルギーを監視することで、送電電極１２０上に移動体１０が接近することを検知する。
【００１９】
図３Ｂは、移動体１０における受電電極２２０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示している。このとき、送電電極１２０から受電電極２２０に検知エネルギーの一部が伝送され始める。すると、送電回路１１０へ反射するエネルギーが変化することになり、送電回路１１０内の電流および電圧などの波形が変化する。送電回路１１０は、その変化を検出することにより、受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めたことを検知する。送電回路１１０は、受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めたことを検知すると、出力する電力を電力伝送用の比較的大きい電力に増加させる。
【００２０】
図３Ｃは、送電回路１１０が電力伝送用の比較的大きい電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示している。この状態で、送電電極１２０から受電電極２２０への電力伝送が行われる。電力伝送は、移動体１０が送電電極１２０に沿って移動している間に開始され、且つ移動中も継続され得る。
【００２１】
本発明者らは、このような動作を行う無線電力伝送システムにおいては、移動体１０とは異なる物体（以下、「異物」とも称する）が送電電極１２０に接近したときに、誤検知が生じ得ることを見出した。この課題について、以下に説明する。
【００２２】
図４Ａは、移動体１０ではなく物体４００が送電電極１２０の近傍に置かれた状態を模式的に示している。この状態においても、送電電極１２０に与えるインピーダンスの変化が、移動体１０の近接と類似した特性を示す可能性が否定できない。つまり、図３Ｂに示す状態と同様に、送電回路１１０が検出する反射エネルギーに変化が生じ得る。特に、物体４００が金属で構成されていたり、物体４００が一対の送電電極１２０間を跨ぐように配置されている場合に、その影響が大きくなり得る。この場合、送電回路１１０は、移動体１０が接近したものと誤って認識するおそれがある。本願の目的のためには、移動体の到来を短時間で判断することになる。その場合、物体４００の動き（例えば、送電電極１２０に落下する速度など）によっては、動きの前後で過渡的に反射エネルギーが増大し、誤検知が生じる確率が増大し得る。
【００２３】
図４Ｂは、誤認識によって送電回路１１０が送電用の電力Ｐｔを出力している状態を模式的に示している。この状態では、移動体１０が送電電極１２０上に位置していないにもかかわらず電力Ｐｔが出力されている。このような状態では、送電回路１１０における回路の破壊などの問題が生じ得る。
【００２４】
上記の問題を回避するために、移動体１０と、送電装置との間で通信を確立し、送電回路１１０が移動体１０から要求されたときだけ送電を開始する対策が考えられる。この構成について、図５Ａから図５Ｄを参照しながら説明する。
【００２５】
図５Ａから図５Ｄに示す例では、送電装置は、第１通信装置１９０を備えている。第１通信装置１９０は、移動体１０との間で通信を行う。第１通信装置１９０が移動体１０から受信した信号に基づいて、送電回路１１０は、出力する交流電力を調整し得る。
【００２６】
図５Ａは、移動体１０が送電電極１２０に近づきつつある状態を模式的に示している。図５Ｂは、移動体１０が送電電極１２０上に差し掛かった状態を模式的に示している。図５Ｃは、移動体１０に搭載されている第２通信装置１９と第１通信装置１９０との間で通信が行われている状態を模式的に示している。図５Ｄは、通信確立後、送電回路１１０から移動体１０に電力が伝送されている状態を模式的に示している。
【００２７】
この例では、移動体１０に搭載されている第２通信装置１９は、図５Ａに示す位置から図５Ｂに示す位置に到達すると、図５Ｃに示すように、第１通信装置１９０に、電力伝送を要求する信号を送信する。この信号は、例えば、移動体１０の識別子（すなわちＩＤ）および要求電力に関する情報を含み得る。移動体１０は、受電回路２１０内の電流および電圧などの変化を検出することにより、受電電極２２０が送電電極１２０に対向し始めたことを検知できる。送電回路１１０は、第１通信装置１９０が移動体１０から電力伝送の要求を受け取ると、図５Ｄに示すように、出力電力を、送電用の電力Ｐｔに増加させ、送電を開始する。
【００２８】
このような動作により、移動体１０とは異なる物体が送電電極１２０に接近したとしても、誤認識を行うことなく、電力伝送を開始することができる。
【００２９】
しかし、このような構成では、移動体１０と送電回路１１０との間のコネクションの確立および信号の送受信の処理に比較的長い時間を要する。コネクションの確立には、第１通信装置１９０と移動体１０に搭載されている第２通信装置１９との間で双方向の通信を行う必要がある。また、コネクションの確立後、移動体１０が第１通信装置１９０に、例えば数ビット以上の信号を送信し、送電装置１００内の制御回路がその信号を復号化するための時間を要する。このため、送電の開始が遅れるという課題が生じる。特に、移動体１０が送電電極１２０に沿って移動しながら充電する形態では、通信に基づく判断に要する時間に起因して送電の開始が遅延すると、全体の充電時間が大きく減少するおそれがある。この課題は、ＡＧＶに限らず、エレベータなどの他の移動体に非接触給電を適用する場合にも同様に生じ得る。特に、移動速度が高速になるほどこの課題は深刻になる。
【００３０】
本発明者は、以上の課題を見出し、上記課題を解決するための構成を検討した。その結果、以下の構成を適用することによって上記の課題を解決し得ることを見出した。
【００３１】
本開示の一態様に係る無線電力伝送システムは、
送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、
前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、
前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、
前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、
前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、
前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、
を備え、
前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる。
【００３２】
上記態様によれば、前記受電装置は、前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力にトリガー信号を印加するトリガー印加回路を備える。前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる。
【００３３】
このような構成により、受電装置とは異なる物体を受電装置と誤認することなく、充電用電力の送電を適切なタイミングで開始できる。また、受電装置と送電装置との間で通信を行う構成と比較して、送電開始までの時間を短縮することができる。
【００３４】
本明細書において、充電用電力を「第１交流電力」と称し、検知用電力を「第２交流電力と称することがある。
【００３５】
本開示の実施形態において、検知用電力は、送電用の充電用電力とは異なり、送電装置が受電装置の存在を検知するために使用される。検知用電力は、送電装置によって生成されてもよいし、受電装置によって生成されてもよい。
【００３６】
検知用電力が受電装置によって生成される形態では、前記受電装置は、第２電源から供給された電力を、前記検知用電力に変換して前記受電アンテナに供給する第２変換回路と、前記第２変換回路を制御する第２制御回路とをさらに備える。前記第２制御回路は、前記第１変換回路が前記充電用電力を出力していない状態で、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させる。前記トリガー印加回路は、前記第２変換回路から出力される前記検知用電力に前記トリガー信号を印加する。
【００３７】
このような構成によれば、受電装置から送電装置に、受電装置の存在を伝えるための検知用電力およびトリガー信号が送られる。送電装置から送電用の充電用電力とは異なる検知用電力を伝送させることなく、上記の効果を得ることができる。
【００３８】
検知用電力が送電装置によって生成される形態では、前記検知用電力は、前記第１変換回路から前記送電アンテナを介して前記受電アンテナに供給される。前記第１制御回路は、前記第１変換回路に前記検知用電力を出力させている状態で、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記検知用電力の出力を停止させ、前記充電用電力の出力を開始させる。
【００３９】
このような構成によれば、受電装置に検知用電力を生成する第２変換回路を設けることなく、上記の効果を実現できる。
【００４０】
第１電源および第２電源の各々は、直流電源であってもよいし交流電源であってもよい。各電源は、例えば系統電源のような低い周波数（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚなど）の交流電力を出力する電源であってもよい。第１電源が直流電源である場合、第１変換回路は、第１電源から出力された直流電力を充電用電力または検知用電力に変換するインバータ回路であり得る。同様に、第２電源が直流電源である場合、第２変換回路は、第２電源から出力された直流電力を検知用電力に変換するインバータ回路であり得る。第１変換回路および第２変換回路の各々は、交流電源から入力された交流電力を、異なる周波数または電圧の交流電力に変換する回路であってもよい。
【００４１】
検知用電力が受電装置によって生成される形態において、前記第２変換回路は、複数のスイッチング素子を含み得る。前記第２制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に制御信号を与えることによって前記第２変換回路から前記検知用電力を出力させる。前記トリガー印加回路は、前記第２制御回路から前記第２変換回路に与えられる前記制御信号に、前記制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによって前記トリガー信号を前記検知用電力に印加することができる。
【００４２】
前記トリガー印加回路は、前記受電アンテナと前記負荷との間の伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子およびスイッチを含んでいてもよい。前記スイッチのオンおよびオフの状態を制御することにより、前記トリガー信号を生成することができる。
【００４３】
インピーダンス素子は、例えば抵抗器、インダクタ、およびキャパシタの少なくとも１つを含む。「シャント条件で配置される」とは、伝送線路を流れる電流を分流させる態様で伝送線路に接続されることを意味する。例えば、インピーダンス素子は、受電アンテナまたは受電回路に並列に接続され得る。
【００４４】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路、または前記第２変換回路と前記第２電源との間のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備えていてもよい。前記第２制御回路は、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させた後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断したとき、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させてもよい。前記第２制御回路は、前記検知用電力の出力および前記トリガー信号の印加を開始した後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記第２変換回路に前記検知用電力の出力を停止させ、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させてもよい。
【００４５】
これにより、充電用電力の伝送が開始される前に、受電装置からの検知用電力の出力およびトリガー信号の印加を停止できる。さらに、第２変換回路およびトリガー印加回路と、充電用電力の伝送経路とのそれぞれの接続箇所に、スイッチを設けてもよい。その場合、充電用電力の伝送時に、第２変換回路およびトリガー印加回路を、充電用電力の電流経路から分離しておくことが可能となる。例えば、第２制御回路は、検知用電力の出力およびトリガー信号の印加を停止するときに、当該スイッチをオフにしてもよい。これにより、第２変換回路およびトリガー印加回路に、充電用電力による大電流が流れることを回避できる。このため、受電装置内の回路の安全性を高めることができる。
【００４６】
前記負荷は二次電池またはキャパシタなどの蓄電器を含んでいてもよい。前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、前記第２制御回路は、前記第２変換回路および前記トリガー印加回路の動作を停止させてもよい。これにより、蓄電器のエネルギー残量が十分多い場合に、不要な充電動作が開始されることを回避できる。
【００４７】
送電装置が検知用電力を生成する形態において、第１変換回路は、電力伝送用の充電用電力を出力する変換回路と、受電回路の存在を検知するための検知用電力を出力する他の変換回路とに分かれていてもよい。本開示における「第１変換回路」の用語は、そのような２つの変換回路を包含する意味でも使用される。充電用電力を出力する変換回路と、検知用電力を出力する変換回路とが、異なる電源に接続されていてもよい。
【００４８】
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備えていてもよい。前記第２制御回路は、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断したとき、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させてもよい。前記第２制御回路は、前記トリガー信号を印加させた後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させてもよい。
【００４９】
これにより、充電用電力の伝送が開始される前に、受電装置からの検知用電力の出力およびトリガー信号の印加を停止できる。さらに、トリガー印加回路と、充電用電力の伝送経路との接続箇所に、スイッチを設けてもよい。その場合、充電用電力の伝送時に、トリガー印加回路を、充電用電力の電流経路から分離しておくことが可能となる。例えば、第２制御回路は、トリガー信号の印加を停止するときに、当該スイッチをオフにしてもよい。これにより、トリガー印加回路に充電用電力による大電流が流れることを回避できる。このため、受電装置内の回路の安全性を高めることができる。
【００５０】
充電用電力の電圧と、検知用電力の電圧とは、異なる値に設定され得る。例えば、検知用電力の電圧は、充電用電力の電圧よりも小さい値に設定され得る。検知用電力の周波数は、充電用電力の周波数と実質的に等しい値に設定され得る。本開示において、２つの周波数が「実質的に等しい」とは、２つの周波数の比が、９０％以上１１１％以下であることを意味する。ある例において、検知用電力の電圧は、充電用電力の電圧の９８％以上１０２％以下であり得る。
【００５１】
前記トリガー信号は、前記検知用電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含み得る。
【００５２】
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧が、前記トリガー信号の印加に起因して変動し始めた後、前記変動の１周期分の時間が経過する前に、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させてもよい。
【００５３】
前記トリガー信号は、前記充電用電力の周波数の成分を含む信号であってもよい。前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧の変動の波形が前記充電用電力の周波数の成分を含むとき、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させてもよい。
【００５４】
前記第１検出回路は、前記直流電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所に配置された、前記充電用電力の周波数の信号を選択的に通過させるフィルタ回路を含んでいてもよい。フィルタ回路は、例えばローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタのうちの少なくとも１つを含み得る。
【００５５】
本開示における送電アンテナおよび受電アンテナの各々は、磁界結合または電界結合によって電力を伝送するための要素である。ある実施形態において、送電アンテナは、一方向に延びた形状を有する一対の送電電極を含み、受電アンテナは、送電アンテナから充電用電力を受け取るときに、一対の送電電極に対向する一対の受電電極を含む。そのような構成では、一対の送電電極と一対の受電電極との間の電界結合によって電力が伝送される。送電アンテナおよび受電アンテナの各々は、３つ以上の電極を含む電極群であってもよい。その場合、電極群における隣り合う任意の２つの電極には例えば逆位相の電圧が印加され得る。そのような構成では、電極間の隙間の上の漏洩電界を抑制することができる。送電アンテナおよび受電アンテナの各々は、電極ではなくコイル（すなわちインダクタ）を含んでいてもよい。その場合、送電コイルと受電コイルとの間の磁界結合によって電力が伝送される。
【００５６】
受電装置は、例えば移動体に搭載され得る。本開示における「移動体」は、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、前述の無人搬送車、フォークリフト、天井走行式搬送機構（Ｏｖｅｒｈｅａｄ  Ｈｏｉｓｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ：ＯＨＴ）、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）、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。
【００５７】
以下、本開示の実施形態をより具体的に説明する。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。
【００５８】
（実施形態）
図６Ａは、本開示の例示的な実施形態における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００とを備える。図６には、送電装置１００および受電装置２００の外部の要素である第１直流電源３１０、負荷３３０、および第２直流電源３２０も示されている。第１直流電源３１０は送電装置１００に含まれていてもよい。負荷３３０および第２直流電源３２０は、受電装置２００に含まれていてもよい。
【００５９】
本実施形態では、第１電源の一例として、第１直流電源３１０が用いられ、第２電源の一例として、第２直流電源３２０が用いられている。また、第１変換回路の一例として、第１インバータ回路１６０が用いられ、第２変換回路の一例として、第２インバータ回路２６０が用いられる。本実施形態の構成は、第１電源および第２電源の各々が交流電源である場合にも同様に適用できる。第１電源が交流電源である場合には、第１インバータ回路に代えて、交流−交流変換回路が用いられる。同様に、第２電源が交流電源である場合には、第２インバータ回路に代えて、交流−交流変換回路が用いられる。
【００６０】
本実施形態における送電装置１００は、送電回路１１０と、送電アンテナ１２０と、第１制御回路１５０と、第１検出回路１７０とを備える。送電回路１１０は、第１インバータ回路１６０と、第１整合回路１８０とを含む。
【００６１】
送電アンテナ１２０は、第１整合回路１８０を介して第１インバータ回路１６０に間接的に接続される。第１整合回路１８０が省略される場合には、送電アンテナ１２０は、第１インバータ回路１６０に直接的に接続され得る。送電アンテナ１２０は、第１インバータ回路１６０から出力された第１交流電力を空間に送出する。送電アンテナ１２０は、例えば２つ以上の送電電極または１つ以上の送電コイルを含む。本開示では、図１に示すように、送電アンテナ１２０が２つの送電電極を含む例を主に説明する。本明細書においては、送電アンテナおよび送電電極の両方について、参照符号「１２０」を用いる。
【００６２】
第１インバータ回路１６０は、第１直流電源３１０に接続される。第１インバータ回路１６０は、第１直流電源３１０から供給された第１直流電力を、電力伝送のための第１交流電力に変換して出力する。第１インバータ回路１６０は、例えばフルブリッジインバータまたはハーフブリッジインバータの回路構成を備える。第１インバータ回路１６０は、複数のスイッチング素子を備える。各スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、入力された直流電力を交流電力に変換して出力することができる。第１インバータ回路１６０は、第１制御回路１５０からの制御に従って動作する。
【００６３】
第１整合回路１８０は、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間に接続される。第１整合回路１８０は、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間のインピーダンスの整合度を向上させる。第１整合回路１８０は、必要がなければ省略してもよい。
【００６４】
第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０に接続される。第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０を制御する。第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０における各スイッチング素子のオン・オフを切り替える制御信号を各スイッチング素子に与える。これにより、第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０から所望の交流電力を出力させることができる。第１制御回路１５０は、例えば、ゲートドライバ回路と、ゲートドライバ回路を制御するコントローラとを含み得る。第１制御回路１５０は、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）などの、プロセッサとメモリとを備えた集積回路によって実現され得る。
【００６５】
第１検出回路１７０は、第１直流電源３１０から送電アンテナ１２０までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する。第１検出回路１７０は、例えば、第１直流電源３１０と第１インバータ回路１６０との間、または、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間の何れかの箇所に挿入され得る。
【００６６】
図６Ｂから図６Ｄは、第２検出回路２７０の接続態様の例を示す図である。これらの図に示されるように、第１検出回路１７０の接続態様は多様である。
【００６７】
図６Ｂは、第１検出回路１７０が、第１整合回路１８０と送電アンテナ１２０との間の伝送線路に接続された送電装置１００の例を示している。このような構成によれば、第１整合回路１８０によって変換された交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００６８】
図６Ｃは、第１検出回路１７０が、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０との間の伝送線路に接続された送電装置１００の例を示している。このような構成によれば、第１インバータ回路１６０から出力される交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００６９】
図６Ｄは、第１検出回路１７０が、第１直流電源３１０と第１インバータ回路１６０との間の伝送線路に接続された送電装置１００の例を示している。このような構成によれば、第１直流電源３１０から出力される直流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００７０】
第１検出回路１７０および第１制御回路１５０の一部または全部の機能が、１つのハードウェアによって実現されていてもよい。
【００７１】
受電装置２００は、例えば図１に示すような移動体１０に搭載され得る。図６Ａに示すように、受電装置２００は、受電アンテナ２２０と、受電回路２１０と、第２インバータ回路２６０と、第２制御回路２５０と、トリガー印加回路２９０と、第２検出回路２７０とを備える。受電回路２１０は、第２整合回路２８０と、整流回路２１２とを含む。
【００７２】
受電アンテナ２２０は、送電アンテナ１２０と電磁的に結合し、送電アンテナ１２０から送出された第１交流電力を受け取る。受電アンテナ２２０は、例えば２つ以上の受電電極または１つ以上の受電コイルを含む。本開示では、図２に示すように、受電アンテナ２２０が２つの受電電極を含む例を主に説明する。本明細書においては、受電アンテナおよび受電電極の両方について、参照符号「２２０」を用いる。
【００７３】
整流回路２１２は、第２整合回路２８０を介して受電アンテナ２２０に間接的に接続される。第２整合回路２８０が省略される場合は、整流回路２１２は、受電アンテナ２２０に直接的に接続され得る。整流回路２１２は、受電アンテナ２２０が受け取った第１交流電力を、直流電力に変換して負荷３３０に供給する。負荷３３０が交流電力によって駆動される場合には、整流回路２１２に代えて、交流−交流変換回路が用いられ得る。負荷３３０が三相交流によって駆動されるモータなどの機器である場合には、受電回路２１０は、三相インバータを含み得る。このように、受電回路２１０は、第１交流電力を、第１交流電力とは異なる交流電力または直流電力に変換して負荷３３０に供給する。受電回路２１０を電力変換回路と呼ぶこともできる。
【００７４】
第２整合回路２８０は、受電アンテナ２２０と受電回路２１０との間に接続される。第２整合回路２８０は、受電アンテナ２２０と受電回路２１０との間のインピーダンスの整合度を向上させる。第２整合回路２８０は、必要がなければ省略してもよい。
【００７５】
第２インバータ回路２６０は、受電アンテナ２２０に直接的に、またはスイッチなどの素子または回路を介して間接的に接続される。第２インバータ回路２６０は、第２直流電源３２０から供給された第２直流電力を第２交流電力に変換して受電アンテナ２２０に供給する。第２交流電力は、後述するように、受電装置２００の存在を送電装置１００に伝えるために使用される。第２インバータ回路２６０は、例えばフルブリッジインバータまたはハーフブリッジインバータの回路構成を備える。第２インバータ回路２６０は、複数のスイッチング素子を備える。各スイッチング素子のオン・オフを切り替えることにより、入力された直流電力を交流電力に変換して出力することができる。第２インバータ回路２６０は、第２制御回路２５０からの制御に従って動作する。
【００７６】
第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０に接続される。第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０を制御する。第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０における各スイッチング素子のオン・オフを切り替える制御信号を各スイッチング素子に与える。これにより、第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０から所望の交流電力を出力させることができる。第２制御回路２５０は、例えば、ゲートドライバ回路と、ゲートドライバ回路を制御するコントローラとを含み得る。第２制御回路２５０は、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）などの、プロセッサとメモリとを備えた集積回路によって実現され得る。
【００７７】
トリガー印加回路２９０は、第２インバータ回路２６０から出力される第２交流電力にトリガー信号を印加する。トリガー印加回路２９０は、例えば、第２制御回路２５０から第２インバータ回路２６０の各スイッチング素子に与えられる制御信号に、当該制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによってトリガー信号を第２交流電力に印加することができる。トリガー印加回路２９０は、受電アンテナ２２０と負荷３３０との間の伝送線路のいずれかの箇所に配置されたシャント抵抗器などのインピーダンス素子およびスイッチを含んでいてもよい。当該スイッチのオンおよびオフを制御することにより、トリガー信号を生成することができる。トリガー信号は、例えば第２交流電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含み得る。トリガー信号は、第２交流電力の周期とは異なる周期をもつ信号であり得る。例えば、トリガー信号は、第２交流電力の周波数よりも低い周波数の成分をもつ信号であり得る。
【００７８】
第２検出回路２７０は、受電アンテナ２２０から負荷３３０までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する。第２検出回路２７０は、例えば受電アンテナ２２０と受電回路２１０との間、または受電回路２１０と負荷３３０との間のいずれかの箇所に挿入され得る。
【００７９】
図６Ｅから図６Ｇは、第２検出回路２７０の接続態様の例を示す図である。なお、図６Ｅから図６Ｇでは、見やすくするために、トリガー印加回路２９０の図示は省略されている。これらの図に示されるように、第２検出回路２７０の接続態様は多様である。
【００８０】
図６Ｅは、第２検出回路２７０が、受電アンテナ２２０と第２整合回路２８０との間の伝送線路に接続された受電装置２００の例を示している。このような構成によれば、受電アンテナ２２０が受電した交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００８１】
図６Ｆは、第２検出回路２７０が、第２整合回路２８０と整流回路２１２との間の伝送線路に接続された受電装置２００の例を示している。このような構成によれば、第２整合回路において変換された交流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００８２】
図６Ｇは、第２検出回路２７０が、整流回路２１２と負荷３３０との間の伝送線路に接続された受電装置２００の例を示している。このような構成によれば、整流回路２１２によって整流された直流の電流および／または電圧における変動を検出することができる。
【００８３】
第２制御回路２５０、トリガー印加回路２９０、および第２検出回路２７０の一部または全部の機能は、１つのハードウェアによって実現されていてもよい。
【００８４】
再び図６Ａを参照する。第２制御回路２５０およびトリガー印加回路２９０は、第２検出回路２７０の検出結果に基づく動作を行う。例えば、第２制御回路２５０およびトリガー印加回路２９０は、第２検出回路２７０の検出結果に基づいて受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが対向し始めたことを検出した場合に、各々の動作を開始し得る。あるいは、第２制御回路２５０およびトリガー印加回路２９０は、受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが少なくとも部分的に対向する前に、各々の動作を開始してもよい。例えば、受電装置２００は、第２交流電力を出力しながら送電アンテナ１２０に接近し、受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが対向し始めたことを検出した場合に、トリガー信号の印加を開始してもよい。あるいは、受電装置２００は、トリガー信号が印加された第２交流電力を出力しながら送電アンテナ１２０に接近してもよい。
【００８５】
第２制御回路２５０は、第１インバータ回路１６０が第１交流電力を出力していない状態で、第２インバータ回路２６０に第２交流電力を出力させ、トリガー印加回路２９０にトリガー信号を印加させる。第１制御回路１５０は、第１検出回路１７０の検出結果に基づいてトリガー信号を検出する。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、第１インバータ回路１６０に、第１交流電力の出力を開始させる。
【００８６】
本実施形態では、受電装置２００は、充電のために送電アンテナ１２０に接近するとき、送電装置１００に、第２交流電力を検知用エネルギーとして供給する。第２交流電力にはトリガー信号が重畳される。受電アンテナ２２０が充電可能領域に侵入し始めると、送電装置１００内でトリガー信号の検出強度が増加し始める。送電装置１００は、このトリガー信号を検出する。これにより、送電装置１００は、異物と誤認することなく、ごく短い時間で送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との対向（以下、「交差」とも称する）を検出できる。
【００８７】
図７は、本開示の他の実施形態による無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。この無線電力伝送システムは、検知用エネルギーが送電装置１００から受電装置２００に供給される点で、図６Ａの構成とは異なる。以下、図６Ａの構成とは異なる点を中心に説明する。
【００８８】
図７の構成では、受電装置２００は、第２インバータ回路２６０を備えていない。検知用エネルギーである第２交流電力は、送電装置１００における第１インバータ回路１６０から出力される。つまり、第１インバータ回路１６０は、電力伝送用の第１交流電力だけでなく、受電装置２００の存在を検出するための第２交流電力も出力する。受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０は、送電装置１００から送られてきた第２交流電力にトリガー信号を印加する。送電装置１００における第１制御回路１５０は、第１検出回路１７０によって検出された送電装置１００内の電流および／または電圧の変化に基づいて、トリガー信号を検出する。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始めたと判断する。その場合、第１制御回路１５０は、第１インバータ回路１６０に、検知用の第２交流電力の出力を停止させ、送電用の第１交流電力の出力を開始させる。
【００８９】
このように、図７に示す実施形態では、受電アンテナ２２０が充電可能な領域に侵入し始めると、送電装置１００から受電装置２００に供給される検知用エネルギーに、受電装置２００の側からトリガー信号が重畳される。送電装置１００がこのトリガー信号を検出することで、異物と誤認することなく、ごく短い時間で送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出できる。
【００９０】
図６Ａおよび図７には示されていないが、トリガー印加回路２９０と第１交流電力の伝送経路との接続箇所には、スイッチが設けられ得る。図６Ａの構成では、第２インバータ回路２６０と第１交流電力の伝送経路との接続箇所にもスイッチが設けられ得る。各スイッチは、第２制御回路２５０によって制御され、受電装置２００の検出動作時にはオンに、電力伝送時にはオフに設定され得る。これにより、電力伝送時（すなわち第１交流電力の伝送時）に大電流がトリガー印加回路２９０および第２インバータ回路２６０に流入することを回避できる。
【００９１】
次に、受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０の構成例を説明する。
【００９２】
図８Ａは、トリガー印加回路２９０の第１の例を示す図である。この例では、トリガー印加回路２９０は、受電アンテナ２２０から負荷３３０までの伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子（インピーダンス値：Ｘｔｒ）およびシャントスイッチの直列回路を備える。シャントスイッチのオン状態とオフ状態とを切り替えることにより、検出エネルギーにトリガー信号を印加できる。図８Ａにおいてインピーダンス素子として記載されているブロックは、インダクタ素子、容量素子、および抵抗素子のいずれか、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得る。各素子の抵抗値、インダクタンス値、および／またはキャパシタンス値は、本実施形態の効果を効果的に得られるよに適切な値に設定される。
【００９３】
トリガー信号は、例えば検知用の第２交流電力の周波数Ｆｏとは異なる周波数Ｆｔｒの周期的なパルス信号であり得る。トリガー信号の周波数Ｆｔｒは、例えば第２交流電力の周波数Ｆｏよりも低い値（例えば、数ｋＨｚから数十ｋＨｚ程度）に設定され得る。なお、第２交流電力の周波数Ｆｏは、送電用の第１交流電力の周波数と実質的に同じ値に設定され得る。周波数Ｆｏを伝送周波数と称することがある。伝送周波数Ｆｏは、例えば数百ｋＨｚから数ＭＨｚの範囲に設定され得る。
【００９４】
電力伝送時（すなわち第１交流電力の伝送時）には、トリガー用のスイッチはオフに設定され得る。これにより、電力伝送時の電流がインピーダンス素子に流入することを回避できる。
【００９５】
図８Ａに示すトリガー印加回路２９０の構成は、図６に示す構成および図７に示す構成の両方に適用することができる。
【００９６】
図８Ｂは、トリガー印加回路２９０の第２の例を示す図である。この例は、図６Ａに示す構成に適用することができる。第２インバータ回路２６０は、周波数Ｆｏの第２交流電力を検知用エネルギーとして出力する。トリガー印加回路２９０は、周波数Ｆｏよりも低い周波数Ｆｔｒのトリガー信号を第２交流電力に重畳する。これにより、トリガー信号が重畳された検知用エネルギーが、送電装置１００に供給される。
【００９７】
次に、送電装置１００におけるトリガー検出のための構成の例を説明する。
【００９８】
図９Ａは、トリガー検出のための構成の第１の例を示す図である。この例では、送電装置１００は、第１直流電源３１０と第１インバータ回路１６０との間に、平滑回路１６２を備えている。第１検出回路１７０は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１７２を備えている。ここでは、図７に示す構成に適用される場合の例を説明する。
【００９９】
受電装置２００を検知するために、第１インバータ回路１６０は、検知用の第２交流電力を出力する。第２交流電力は、例えば周波数Ｆｏのパルス信号であり得る。第２交流電力の電圧Ｖｐは、電力伝送用の第１交流電力の電圧よりも低い値に設定され得る。
【０１００】
ハイパスフィルタ１７２は、第１直流電源３１０と平滑回路１６２との間の電流における直流成分を除去し、トリガー信号の周波数Ｆｔｒを含む高周波成分を抽出する。これにより、第１検出回路１７０は、直流成分が除去された電流の時間変化を示す信号を出力する。第１制御回路１５０は、この信号に基づいて、周波数Ｆｔｒをもつトリガー信号を容易に検出できる。
【０１０１】
なお、第１検出回路１７０の配置は、図９Ａに示す配置とは異なっていてもよい。例えば、第１検出回路１７０は、第１インバータ回路１６０と送電アンテナ１２０との間の電流を検出してもよい。電流に代えて、電圧または電力を検出してもよい。
【０１０２】
図７および図９Ａの構成において、電力伝送用の第１交流電力を出力するインバータ回路と、受電装置２００を検知するための第２交流電力を出力するインバータ回路とを個別に配置してもよい。その場合、これらの２つのインバータ回路をまとめて「第１インバータ回路」と称する。第２交流電力の電圧は、第１交流電力の電圧よりも低い値、例えば、１０分の１以下の値に設定され得る。
【０１０３】
図９Ｂは、トリガー検出のための構成の第２の例を示す図である。この構成は、図６Ａに示す構成に適用され得る。この例では、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０との間にスイッチ１６４が設けられている。スイッチ１６４は、受電装置２００の検出時には、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０との接続を切断し、検出回路１７０と第１整合回路１８０とを接続する。電力伝送時には、スイッチ１６４は、検出回路１７０と第１整合回路１８０との接続を切断し、第１インバータ回路１６０と第１整合回路１８０とを接続する。
【０１０４】
この構成では、受電装置２００の検出時には、図９Ｂにおいて破線枠で示す第１直流電源３１０、平滑回路１６２、および第１インバータ回路１６０は動作しない。このため、受電装置２００から送られてくる検知用エネルギーのトリガー成分を終端する回路が設けられてもよい。その例として、図９Ｂの構成では、第１検出回路１７０は、ＨＰＦ１７２に接続された終端抵抗１７４を備えている。
【０１０５】
図９Ｃは、トリガー検出のための構成の第３の例を示す図である。この構成は、図７に示す構成に適用され得る。この例では、第１検出回路１７０がＨＰＦ１７２に加えてローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７６を備えている点で、図９Ａに示す構成とは異なる。この例では、ＨＰＦ１７２およびＬＰＦ１７６によって電流の直流成分および不要な高周波成分を除去し、トリガー信号の周波数Ｆｔｒの成分を抽出することができる。ＨＰＦ１７２およびＬＰＦ１７６に代えて、バンドパスフィルタを用いてもよい。
【０１０６】
図９Ｄは、図９Ｃにおいて検出されるトリガー信号の成分を模式的に示す図である。この例では、トリガー信号の成分は正弦波状の信号である。第１制御回路１５０は、第１検出回路１７０の出力から、周波数Ｆｔｒの成分を抽出し、その１周期分の時間が経過する前に、トリガー信号を検出することができる。例えば、第１制御回路１５０は、以下の動作によってトリガー信号を検出できる。まず、図９Ｄに示す時刻ｔａにおいて、何らかの信号が到来したことを検出する。次に時刻ｔｂにおいて、最大点を過ぎたことを検出すると、そのタイミングを記録しておく。さらに、時刻ｔｃにおいてゼロ点を検出すると、最大点からゼロ点までの時間が、トリガー信号の周期の４分の１に一致するか否かを判断する。その判断により、その信号がトリガー信号に該当するかを判断できる。さらに、時刻ｔｄにおいて、最小点を過ぎたことを確認すれば、より確実に、その信号がトリガー信号に該当するかを判断できる。
【０１０７】
このように、第１制御回路１５０は、電流波形における周波数Ｆｔｒの成分の時間変化に基づいて、トリガー信号を１周期よりも短い時間（例えば、１／４周期から半周期程度）で検出できる。ここでは正弦波を利用する場合を例示したが、周波数Ｆｔｒの高調波を利用しても検出できる。
【０１０８】
次に、受電装置２００の動作の例をより詳細に説明する。
【０１０９】
図６Ａおよび図７に示す受電装置２００は、受電アンテナ２２０と送電アンテナ１２０とが交差状態になったことを検出する機能を備えている。この検出は、第２検出回路２７０を用いて行われる。図６Ａの例では、第２制御回路２５０は、第２検出回路２７０の出力からアンテナ間の交差を検出すると、第１交流電力の送電が開始される前に、検知用の第２交流電力の伝送およびトリガー印加を停止する。さらに、第２制御回路２５０は、第１交流電力の送電が開始される前に、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０と、第１交流電力の伝送経路とのそれぞれの接続箇所にある不図示のスイッチをオフにする。他方、図７の例では、第２制御回路２５０は、アンテナ間の交差を検出すると、第１交流電力の送電が開始される前に、トリガー印加を停止する。さらに、第２制御回路２５０は、第１交流電力の送電が開始される前に、トリガー印加回路２９０と、第１交流電力の伝送経路との接続箇所にある不図示のスイッチをオフにする。このような動作により、短時間で受電装置２００の検出を適切に完了し、かつ受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１０】
図６Ａの例では、第２検出回路２７０は、受電アンテナ２２０から負荷３３０までのいずれかの箇所の電流および／または電圧を検出する。この例に限らず、第２検出回路２７０は、第２インバータ回路２６０と第２直流電源３２０との間のいずれかの箇所の電流および／または電圧を検出してもよい。図１０は、第２検出回路２７０が、第２インバータ回路２６０と第２直流電源３２０との間の電流および／または電圧を検出する場合の構成例を示すブロック図である。図１０に示すような構成を採用してもよい。
【０１１１】
次に、図１１Ａから図１２Ｂを参照して、本実施形態における動作の例をより詳細に説明する。
【０１１２】
図１１Ａは、図６Ａまたは図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。この例では、まず、受電装置２００は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始める前に、検知用の第２交流電力を生成し、トリガー信号を印加する（ステップＳ２０１）。この動作は、第２インバータ回路２６０、第２制御回路２５０、およびトリガー印加回路２９０によって行われる。次に、受電装置２００は、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出する（ステップＳ２０２）。この動作は、第２検出回路２７０および第２制御回路２５０によって行われる。受電装置２００は、アンテナ間の交差を検出すると、第２交流電力の送電およびトリガー印加を停止する（ステップＳ２０３）。このとき、第２制御回路２５０は、前述のように、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０を、第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００は、受電装置２００から送られてきたトリガー信号を検出する（ステップＳ１０１）。この動作は、第１検出回路１７０および第１制御回路１５０によって行われる。送電装置１００は、トリガー信号を検出すると、第１交流電力の送電を開始する（ステップＳ１０２）。
【０１１３】
このような動作により、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、第２交流電力の伝送およびトリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１４】
図１１Ｂは、図６Ａまたは図１０に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。この例では、まず、受電装置２００は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始める前に、検知用の第２交流電力を生成する（ステップＳ２１１）。この段階では、まだトリガー信号は印加されない。次に、受電装置２００は、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０とが交差し始めたことを検出する（ステップＳ２１２）。受電装置２００は、アンテナ間の交差を検出すると、第２交流電力にトリガー信号を印加する（ステップＳ２１３）。その後、受電装置２００は、第２交流電力の出力およびトリガー信号の印加を停止する（ステップＳ２１４）。このとき、第２制御回路２５０は、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０を第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００は、受電装置２００から送られてきたトリガー信号を検出する（ステップＳ１１１）。送電装置１００は、トリガー信号を検出すると、第１交流電力の送電を開始する（ステップＳ１１２）。
【０１１５】
このような動作によっても、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、第２交流電力の伝送およびトリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、第２インバータ回路２６０およびトリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１６】
図１２Ａは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の例を示す図である。この例では、まず、送電装置１００における第１インバータ回路１６０および第１制御回路１５０は、検知用の第２交流電力を生成する（ステップＳ１３１）。受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０は、第２交流電力にトリガー信号を印加する（ステップＳ２３１）。第２交流電力の生成およびトリガー信号の印加は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始める前に開始される。次に、受電装置２００における第２制御回路２５０は、第２検出回路２７０の出力に基づき、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出する（ステップＳ２３２）。その後、受電装置２００におけるトリガー印加回路２９０は、トリガー信号の印加を停止する（ステップＳ２３３）。このとき、第２制御回路２５０は、トリガー印加回路２９０を、第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００における第１制御回路１５０は、ステップＳ２３１の後、第１検出回路１７０の出力に基づき、第２交流電力に重畳されたトリガー信号を検出する。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、第１インバータ回路１６０に第２交流電力を停止させ、第１交流電力の送電を開始させる（ステップＳ１３３）。
【０１１７】
このような動作により、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１１８】
図１２Ｂは、図７に示す送電装置１００および受電装置２００の動作の他の例を示す図である。この例では、まず、送電装置１００は、受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差する前に、検知用の第２交流電力を生成する（ステップＳ１４１）。受電アンテナ２２０が送電アンテナ１２０に交差し始めると、受電装置２００における第２制御回路２５０は、第２検出回路２７０の出力に基づき、送電アンテナ１２０と受電アンテナ２２０との交差を検出する（ステップＳ２４１）。すると、トリガー印加回路２９０は、第２交流電力にトリガー信号を印加する（ステップＳ２４２）。その後、トリガー印加回路２９０は、トリガー信号の印加を停止する（ステップＳ２４３）。このとき、第２制御回路２５０は、トリガー印加回路２９０を第１交流電力の伝送経路から切り離す。他方、送電装置１００における第１制御回路１５０は、ステップＳ２４２の後、第１検出回路の出力に基づき、第２交流電力に重畳されたトリガー信号を検出する（ステップＳ１４２）。第１制御回路１５０は、トリガー信号を検出すると、第１インバータ回路１６０に第２交流電力を停止させ、第１交流電力の送電を開始させる（ステップＳ１４３）。
【０１１９】
このような動作によっても、受電装置２００は、大電力の第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガーの印加を停止できる。また、第１交流電力の伝送が開始される前に、トリガー印加回路２９０は、第１交流電力の伝送経路から切り離される。このため、受電装置２００内の回路を破壊することなく、大電力の送電を開始することができる。
【０１２０】
以上のように、本実施形態によれば、大電力の送電を開始する前に、受電装置２００から送電装置１００に、受電装置２００の存在を通知するためのトリガー信号が送られる。このトリガー信号は、従来の負荷変調方式の通信によって送信されるデータ列とは異なり、例えば単パルスまたは数パルス程度の信号で足りる。送電装置１００は、送電装置１００内の電流および／または電圧の変動に基づいて、トリガー信号を短時間で検出することができる。
【０１２１】
負荷３３０は、二次電池またはキャパシタなどの蓄電器を含み得る。その場合、第２制御回路２５０は、蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、第２インバータ回路２６０および／またはトリガー印加回路２９０の動作を停止させてもよい。そのような制御により、蓄電器のエネルギー残量が十分多い場合に、不要な充電動作の開始を回避できる。
【０１２２】
次に、図１３Ａおよび図１３Ｂを参照しながら、実施例およびその効果を説明する。
【０１２３】
図１３Ａは、トリガー信号の印加を行わない場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。図１３Ｂは、本実施形態におけるトリガー信号を印加した場合における送電装置１００内の電流の時間変化の一例を示す図である。図１３Ａおよび図１３Ｂに示す電流の波形は、不要な高周波成分を除去した後の波形である。この例では、図７および図９Ａに示す構成を採用した。送電アンテナ１２０として一対の送電電極を使用し、受電アンテナ２２０として一対の受電電極を使用した。送電電極および受電電極の各々について、１５ｃｍの幅の電極を２本使用し、２つの電極の間隙を１５ｃｍとした。トリガー印加回路２９０として、図８Ａに示す構成を採用した。インピーダンス素子として１２ｍΩのシャント抵抗を用いた。電力の伝送周波数を５００ｋＨｚ、交差電極長を４０ｃｍ、受電装置２００が送電電極１２０に向かって１２．５ｍ／秒の速度で移動するものとした。なお、交差電極長とは、送電電極および受電電極の交差する部分の最大の長さを意味する。
【０１２４】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示す時刻３．０ミリ秒のタイミングで受電電極２２０と送電電極１２０とが交差（対向）し始め、時刻７．０ミリ秒のタイミングで、交差電極長の１２．５％である５ｃｍが交差した。図１３Ｂに示すように、時刻３．５ミリ秒のタイミングから、トリガー信号として、周波数５ｋＨｚの矩形パルスを５回印加した。なお、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す電極の交差前における電流のリップルは、無負荷状態での検知用エネルギーの印加に伴うインバータ動作に起因して生じている。このリップルは、本開示の技術の原理とは無関係であるとともに、本実施例の好ましい効果に影響を与えない。
【０１２５】
図１３Ｂに示すように、トリガー信号の印加に伴い、送電装置１００内の電流が大きく変動する。トリガー信号による電流の変動が開始してから、１／４周期から数周期という短い時間で受電装置２００の到来を検出可能であることがわかる。仮にトリガー信号の周期Ｔｔｒと同じ時間で移動体が到来したことを判断した場合、この実施例では、送電電極１２０と受電電極２２０との交差の開始から送電電極の長さの２．２％分だけ受電電極２２０が充電エリアに侵入した時点で検出できたことになる。
【０１２６】
本発明者らは、本実施例の構成をエレベータに適用することも想定し、移動速度が２０ｍ／秒、交差電極長が７５ｃｍ、充電エリアの長さ（すなわち送電電極長）が３ｍの場合についても同様の検討を行った。その場合、受電電極が２．６４ｃｍだけ充電エリアに侵入した時点で検出できることが確認できた。これは、送電電極長のわずか０．８８％に相当する。
【０１２７】
このように、本実施形態の構成を採用することにより、非常に短い時間で受電装置２００の到来を検出できる。高速で移動する移動体でも、敷設された送電電極に対向した状態で受電電極が移動する時間のほぼ全てに亘り、充電時間に有効に割り当てることが可能となった。
【０１２８】
図１４は、トリガー信号の周波数に対する検出強度の依存性の例を示す図である。この例でも、前述の実施例と同様の構成を採用した。検知用エネルギーである第２交流電力の周波数（伝送周波数と称する）を５００ｋＨｚとし、トリガー信号の周波数（変調周波数と称する）を変化させて、変調周波数の電流成分を測定した。電流成分は、受電電極長の１３．３％が送電電極と交差した条件で測定した。図１４に示す結果から、変調周波数が伝送周波数の１／５００倍以上１／５０倍以下のとき、検出強度が高くなることがわかる。特に、変調周波数が伝送周波数の１／２００倍以上１／８０倍のとき、良好なＳ／Ｎが期待できる。
【０１２９】
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の例を説明する。ここでも、受電装置２００が移動体に搭載され、送電アンテナおよび受電アンテナの各々が、一対の電極によって構成される場合の例を説明する。以下に説明する構成は一例であり、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。
【０１３０】
図１５は、無線電力伝送システムの他の構成例を示す図である。本実施形態における無線電力伝送システムは、図１に示すように、路面に敷設された一対の送電電極１２０ａ、１２０ｂから、移動体１０に搭載された一対の受電電極２２０ａ、２２０ｂに、無線で電力が伝送される。なお、図１５では、図６Ａ、７、１０に示されている第１制御回路１５０、第１検出回路１７０、第２検出回路２７０、トリガー印加回路２９０、第２インバータ回路２６０、および第２制御回路２５０の図示は省略されている。
【０１３１】
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（すなわち、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（すなわち、Ｘ方向のサイズ）は、例えば０．５ｃｍ〜１ｍ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、２２０ｂのそれぞれの長さ（すなわち、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、２２０ｂのそれぞれの幅（すなわち、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。送電電極対の間のギャップ、および受電電極対の間のギャップは、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。
【０１３２】
負荷３３０は、例えば駆動用の電気モータおよび蓄電用のキャパシタまたは二次電池を含み得る。負荷３３０は、整流回路２１２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。
【０１３３】
電気モータは、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。受電回路２１０は、交流モータを駆動するために、受電したエネルギー（すなわち交流電力）の周波数を、モータを駆動するための周波数に直接変換するコンバータ回路を含んでいてもよい。
【０１３４】
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、二次電池を用いた場合よりも、急速な充電が可能である。なお、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。
【０１３５】
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（すなわち、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の近傍まで移動し、充電を行う。この移動は、不図示の中央管理装置による制御の元で行われてもよいし、移動体１０が自律的に判断して行ってもよい。送電装置１００は、工場内の複数の箇所に設置され得る。
【０１３６】
図示される例では、送電装置１００における整合回路１８０は、インバータ回路１６０に接続された直列共振回路１３０ｓと、送電電極１２０ａ、１２０ｂに接続され、直列共振回路１３０ｓと誘導結合する並列共振回路１４０ｐとを有する。整合回路１８０は、インバータ回路１６０のインピーダンスと送電電極１２０ａ、１２０ｂのインピーダンスとを整合させる。送電装置１００における直列共振回路１３０ｓ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１４０ｐ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。
【０１３７】
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２３０ｐと、整流回路２１２に接続され、並列共振回路２３０ｐと誘導結合する直列共振回路２４０ｓとを有する。整合回路２８０は、受電電極２２０ａ、２２０ｂのインピーダンスと、整流回路２１２のインピーダンスとを整合させる。並列共振回路２３０ｐ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２４０ｓ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のコイルと第４のコイルとは、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。
【０１３８】
なお、整合回路１８０、２８０の構成は、図１５に示す構成に限定されない。例えば、直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓ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１４０ｐ、２３０ｐ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２１２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２１２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。
【０１３９】
図１６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である。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタによって構成され得る。第１制御回路１５０は、各スイッチング素子の導通（オン）および非導通（オフ）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プロセッサとを有する。プロセッサは、例えばマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）におけるＣＰＵであり得る。図１６に示す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。
【０１４０】
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。なお、図６Ａに示す第２インバータ回路２６０についても、第１インバータ回路１６０と同様の構成で実現できる。
【０１４１】
図１７は、整流回路２１２の構成例を模式的に示す図である。この例では、整流回路２１２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２１２は、他の整流器の構成を有していてもよい。受電回路２１０は、整流回路２１２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。受電回路２１０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２４０ｓから出力される電圧・電流などを測定する各種センサが受電回路２１０に含まれていてもよい。
【０１４２】
共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓ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１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓ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。
【０１４３】
直流電源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。
【０１４４】
共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの共振周波数ｆ０は、典型的には、電力伝送時の伝送周波数ｆに一致するように設定される。共振回路１３０ｓ、１４０ｐ、２３０ｐ、２４０ｓの各々の共振周波数ｆ０は、伝送周波数ｆ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ｆ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ｆ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。
【０１４５】
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、５ｍｍから３０ｍｍ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、インバータ回路１６０および整流回路２１２のインピーダンスは、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１４０ｐ、２３０ｐがそれぞれ配置され、インバータ回路１６０および整流回路２１２に近い側に直列共振回路１３０ｓ、２４０ｓ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、低いインピーダンス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、高いインピーダンスとの整合に適している。よって、図１５に示す構成のように、低いインピーダンスの電源側に直列共振回路を配置し、高いインピーダンスの電極側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実現し易くすることができる。
【０１４６】
なお、上記のような非対称な共振回路の構成にすることは必須の要件ではない。例えば、送電電極１２０ａ、１２０ｂと受電電極２２０ａ、２２０ｂとの距離を短くしたり、これらの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、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。
【０１４７】
上記の実施形態における各電極は、同一の方向に平行に延びた構造を有しているが、用途によってはそのような構造でなくてもよい。例えば、各電極が、正方形などの矩形形状を有していてもよい。そのような矩形形状の複数の電極が一方向に並ぶ形態であれば、本開示の技術を適用できる。また、全ての電極の表面が同一平面上にあることは必須の要件ではない。さらに、各電極の表面は、完全に平面的な形状を有している必要はなく、例えば湾曲した形状または凹凸を含む形状を有していてもよい。そのような表面も、概略的に平面的であれば、「平面状の表面」に該当する。また、各電極は、路面に対して傾斜していてもよい。
【０１４８】
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、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、フォークリフト、マルチコプター（ドローン）、エレベータ等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場内に限らず、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。
【０１４９】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載の無線電力伝送システム、送電装置、および受電装置を含む。
【０１５０】
［項目１］
送電装置と、
受電装置と、
を備え、
前記送電装置は、
第１電源から供給された電力を、前記受電装置における充電のための充電用電力に変換して出力する第１変換回路と、
前記第１変換回路から出力された前記充電用電力を送出する送電アンテナと、
前記第１変換回路を制御する第１制御回路と、
前記電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第１検出回路と、
を備え、
前記受電装置は、
前記送電アンテナから送出された前記充電用電力を受け取る受電アンテナと、
前記受電アンテナが受け取った前記充電用電力を、前記充電用電力とは異なる周波数の交流電力、または直流電力に変換して負荷に供給する受電回路と、
前記送電アンテナ側または前記受電回路側から前記受電アンテナに供給される、検知用電力に、前記受電装置の存在を前記送電装置に伝えるためのトリガー信号を印加するトリガー印加回路と、
を備え、
前記トリガー信号が印加された前記検知用電力が前記受電アンテナに供給されているとき、前記第１制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記充電用電力の出力を開始させる、
無線電力伝送システム。
【０１５１】
［項目２］
前記検知用電力の電圧は、前記充電用電力の電圧よりも小さい、項目１に記載の無線電力伝送システム。
【０１５２】
［項目３］
前記受電装置は、第２電源から供給された電力を、前記検知用電力に変換して前記受電アンテナに供給する第２変換回路と、
前記第２変換回路を制御する第２制御回路と、
をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第１変換回路が前記充電用電力を出力していない状態で、前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２変換回路から出力される前記検知用電力に前記トリガー信号を印加する、
項目１または２に記載の無線電力伝送システム。
【０１５３】
［項目４］
前記第２変換回路は、複数のスイッチング素子を含み、
前記第２制御回路は、前記複数のスイッチング素子の各々に制御信号を与えることによって前記第２変換回路から前記検知用電力を出力させ、
前記トリガー印加回路は、前記第２制御回路から前記第２変換回路に与えられる前記制御信号に、前記制御信号の周波数よりも低い周波数の信号を重畳させることによって前記トリガー信号を前記検知用電力に印加する、
項目３に記載の無線電力伝送システム。
【０１５４】
［項目５］
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路、または前記第２変換回路と前記第２電源との間のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記第２変換回路に前記検知用電力を出力させた後、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記検知用電力の出力および前記トリガー信号の印加を開始した後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記第２変換回路に前記検知用電力の出力を停止させ、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
項目３または４に記載の無線電力伝送システム。
【０１５５】
［項目６］
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、前記第２制御回路は、前記第２変換回路および前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
項目３から５のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１５６】
［項目７］
前記検知用電力は、前記第１変換回路から前記送電アンテナを介して前記受電アンテナに供給され、
前記第１制御回路は、前記第１変換回路に前記検知用電力を出力させている状態で、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記トリガー信号を検出すると、前記第１変換回路に、前記検知用電力の出力を停止させ、前記充電用電力の出力を開始させる、
項目１または２に記載の無線電力伝送システム。
【０１５７】
［項目８］
前記受電装置は、前記受電アンテナから前記負荷までの伝送線路のいずれかの箇所における電流および／または電圧の変動を検出する第２検出回路をさらに備え、
前記第２制御回路は、
前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する前に、または、前記第２検出回路の検出結果に基づいて前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向する位置まで移動したと判断すると、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号を印加させ、
前記トリガー信号を印加させた後、前記受電アンテナが前記送電アンテナに対向している状態で、前記第１変換回路から前記充電用電力が出力されるまでの間に、前記トリガー印加回路に前記トリガー信号の印加を停止させる、
項目７に記載の無線電力伝送システム。
【０１５８】
［項目９］
前記負荷は蓄電器を含み、
前記蓄電器のエネルギー残量が所定値よりも多い場合、
前記第２制御回路は、前記トリガー印加回路の動作を停止させる、
項目７または８に記載の無線電力伝送システム。
【０１５９】
［項目１０］
前記トリガー印加回路は、前記受電アンテナと前記負荷との間の伝送線路のいずれかの箇所にシャント条件で配置されたインピーダンス素子およびスイッチを含み、前記スイッチのオンおよびオフの状態を制御することにより、前記トリガー信号を生成する、項目１から９のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６０】
［項目１１］
前記送電アンテナは、一方向に延びた形状を有する一対の送電電極を含み、
前記受電アンテナは、前記充電用電力を受け取るときに、前記一対の送電電極に対向する一対の受電電極を含む、
項目１から１０のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６１】
［項目１２］
前記検知用電力は、前記充電用電力の電圧よりも小さい電圧を有し、前記充電用電力の周波数と実質的に等しい周波数を有する、項目１から１１のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６２】
［項目１３］
前記トリガー信号は、前記検知用電力の周期よりも長い時間幅をもつ少なくとも１つのパルスを含む、項目１から１２のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６３】
［項目１４］
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧が、前記トリガー信号の印加に起因して変動し始めた後、前記変動の１周期分の時間が経過する前に、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、項目１から１３のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６４】
［項目１５］
前記トリガー信号は、前記充電用電力の周波数の成分を含む信号であり、
前記第１制御回路は、前記第１検出回路によって検出された前記電流および／または電圧の変動の波形が前記充電用電力の周波数の成分を含むとき、前記トリガー信号が印加されたと判断し、前記第１変換回路に前記充電用電力の出力を開始させる、
項目１から１４のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６５】
［項目１６］
前記第１検出回路は、前記第１電源から前記送電アンテナまでの伝送線路のいずれかの箇所に配置された、前記充電用電力の周波数の信号を選択的に通過させるフィルタ回路を含む、項目１５に記載の無線電力伝送システム。
【０１６６】
［項目１７］
前記トリガー信号は、複数の周波数成分を含む、項目１から１６のいずれかに記載の無線電力伝送システム。
【０１６７】
［項目１８］
項目１から１７のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける送電装置。
【０１６８】
［項目１９］
項目１から１７のいずれかに記載の無線電力伝送システムにおける受電装置。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
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、電気自動車（ＥＶ）、工場で用いられる無人搬送車（ＡＧＶ）、フォークリフト、無人航空機（ＵＡＶ）、またはエレベータなどの移動体に利用され得る。
【符号の説明】
【０１７０】
１０    移動体
３０    路面
１００  送電装置
１１０  送電回路
１２０  送電電極（送電アンテナ）
１３０ｓ  直列共振回路
１４０ｐ  並列共振回路
１５０  第１制御回路
１６０  第１インバータ回路
１６２  平滑回路
１６４  スイッチ
１７０  第１検出回路
１７２  ハイパスフィルタ
１７４  終端抵抗
１７６  ローパスフィルタ
１８０  第１整合回路
１９０  通信回路
２００  受電装置
２１０  受電回路
２１２  整流回路
２２０  受電電極（受電アンテナ）
２３０ｐ  並列共振回路
２４０ｓ  直列共振回路
２５０  第２制御回路
２６０  第２インバータ回路
２７０  第２検出回路
２８０  第２整合回路
２９０  トリガー印加回路
３１０、３２０  直流電源
３３０  負荷
４００  金属異物
【国際調査報告】
2019117140.tif 000039
2019117140.tif 000040
2019117140.tif 000041
2019117140.tif 000042
2019117140.tif 000043