(57)【要約】【課題】送電電極対または受電電極対の敷設条件が設計時の条件と異なっている場合でも所望の電力伝送特性を確保する。【解決手段】  ある実施形態における送電システムは、電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる。前記送電システムは、第１の送電装置と、第２の送電装置とを備える。前記第１の送電装置は、第１の送電電極対と、前記第１の送電電極対に接続された第１の整合回路とを備える。前記第２の送電装置は、第２の送電電極対と、前記第２の送電電極対に接続された第２の整合回路とを備える。前記第１の送電電極対の間の寄生容量は、前記第２の送電電極対の間の寄生容量よりも小さい。前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。【選択図】図７
2019009981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界結合方式の送電システムまたは受電システムとして用いられるシステムであって、
第１の装置と、
第２の装置と、
を備え、
前記第１の装置および前記第２の装置の各々は、送電装置および受電装置の一方であり、
前記第１の装置は、
送電電極対または受電電極対である第１の電極対と、
前記第１の電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記第２の装置は、
送電電極対または受電電極対である第２の電極対と、
前記第２の電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の電極対の間の寄生容量は、前記第２の電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する、
システム。
【請求項２】
前記第１の装置は、第１の電力変換回路をさらに備え、
前記第１の整合回路は、前記第１の電力変換回路と前記第１の電極対との間に接続され、
前記第２の装置は、第２の電力変換回路をさらに備え、
前記第２の整合回路は、前記第２の電力変換回路と前記第２の電極対との間に接続されている、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路に並列容量素子が付加された構造を有する、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記並列容量素子は、前記第１の整合回路のうち、前記第１の電極対の側の端部に配置されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の電極対の長さは、前記第２の電極対の長さよりも短い、請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の整合回路の並列容量と前記第２の整合回路の並列容量との差をΔＣｃ１、前記第２の電極対の間の寄生容量と前記第１の電極対の間の寄生容量との差をΔＣｓｈ１とするとき、（ΔＣｃ１−ΔＣｓｈ１）／ΔＣｓｈ１の絶対値は、０．５以下である、請求項１から５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のシステムと、
前記第１および第２の装置のいずれとの間でも電力伝送が可能な他の装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載のシステムにおいて用いられる前記第１の装置。
【請求項９】
電界結合方式の無線電力伝送システムにおける送電装置または受電装置として用いられる装置であって、
送電電極対または受電電極対である電極対と、
前記電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える装置。
【請求項１０】
電力変換回路をさらに備え、
前記整合回路は、前記電力変換回路と前記電極対との間に接続されている、
請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記整合回路は、前記並列容量素子群を有し、
前記制御回路は、前記並列容量素子群のオン／オフの組み合わせを順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記並列容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定する、
請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記整合回路は、前記可変並列容量素子を有し、
前記制御回路は、前記可変並列容量素子の容量を順次変化させ、変化させる度に伝送効率に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記容量の最適値を決定する、
請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれかに記載の装置を用いて、前記装置における前記整合回路の容量の最適値を決定する電力伝送試験を行う調整方法。
【請求項１４】
請求項９から１２のいずれかに記載の装置である送電装置と、
請求項９から１２のいずれかに記載の装置である受電装置と、
を用いて、
前記送電装置および前記受電装置の一方における前記整合回路の容量の最適値を決定し、その後、前記送電装置および前記受電装置の他方における前記整合回路の容量の最適値を決定する、請求項１３に記載の調整方法。
【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、ならびに当該無線電力伝送システムに用いられる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、電磁誘導方式および電界結合方式などの方式がある。このうち、電界結合方式による無線電力伝送システムは、一対の送電電極（以下、「送電電極対」とも称する）と一対の受電電極（以下、「受電電極対」とも称する）とが対向した状態で、一対の送電電極から一対の受電電極に無線で交流電力が伝送される。このような電界結合方式による無線電力伝送システムは、例えば路面または床面に設けられた一対の送電電極から負荷に電力を伝送する用途で用いられる。特許文献１は、そのような電界結合方式による無線電力伝送システムの一例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９３６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電界結合方式による無線電力伝送システムでは、送電装置もしくは受電装置における電極対の長さ、または敷設された電極対の周囲の環境（例えば導電体の有無等）が、受電装置または送電装置の設計時に想定された条件と異なると、所望の電力伝送特性を得ることができなかった。本開示は、送電電極対または受電電極対の敷設条件が設計時の条件と異なっている場合でも所望の電力伝送特性を確保するための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る装置は、
電界結合方式の送電システムまたは受電システムにおいて用いられる装置であって、
前記送電システムまたは前記受電システムは、前記装置と、他の装置とを備え、
前記装置および前記他の装置の各々は、送電装置および受電装置の一方であり、
前記装置は、
送電電極対または受電電極対である第１の電極対と、
前記第１の電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記他の装置は、
送電電極対または受電電極対である第２の電極対と、
前記第２の電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の電極対の間の寄生容量は、前記第２の電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。
【０００６】
本開示のさらに他の態様に係る装置は、
電界結合方式の無線電力伝送システムにおける送電装置または受電装置として用いられる装置であって、
送電電極対または受電電極対である電極対と、
前記電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える。
【０００７】
本開示の他の態様に係るシステムは、
電界結合方式の送電システムまたは受電システムであるシステムとして用いられ、
第１の装置と、
第２の装置と、
を備え、
前記第１の装置および前記第２の装置の各々は、送電装置および受電装置の一方であり、
前記第１の装置は、
送電電極対または受電電極対である第１の電極対と、
前記第１の電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記第２の装置は、
送電電極対または受電電極対である第２の電極対と、
前記第２の電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の電極対の間の寄生容量は、前記第２の電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。
【０００８】
本開示の包括的または具体的な態様は、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、システム、装置、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】
【０００９】
本開示の技術によれば、送電電極対または受電電極対の敷設条件が設計時の条件と異なっている場合でも電力伝送特性を確保することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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、送電電極対１２０の長さが相対的に長い送電装置から搬送ロボット１０に電力が伝送されている状況を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、送電電極対１２０の長さが相対的に短い送電装置から搬送ロボット１０に電力が伝送されている状況を示す図である。
【図４】図４は、送電電極対１２０が敷設される床面の下に導電体である鉄骨５０が存在する場合の例を示している。
【図５Ａ】図５Ａは、鉄骨５００が存在しない場合に送電電極対１２０の間に形成される電気力線の例を模式的に示す断面である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、鉄骨５００が存在する場合に送電電極対１２０の間に形成される電気力線の例を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、伝送特性の変化を招き得る他の例を示す図である。
【図７】図７は、本開示の例示的な実施形態１における無線電力伝送システムを模式的に示す図である。
【図８】図８は、同一の幅および同一の長さをもつ２本の送電電極からなる送電電極対１２０を等価回路で表した図である。
【図９】図９は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】図１０は、無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、送電回路１１０の構成例を模式的に示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、受電回路２１０の構成例を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、本開示の例示的な実施形態２における無線電力伝送システムの概略構成を示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の例示的な実施形態３における送電装置１００の構成を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、電力伝送試験の動作を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、実施形態３の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（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。
【００１２】
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。図示されている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）などの搬送ロボット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１２０が配置されている。搬送ロボット１０は、一対の送電電極１２０に対向する一対の受電電極を備えている。搬送ロボット１０は、一対の送電電極１２０から伝送された交流電力を、一対の受電電極によって受け取る。受け取った電力は、搬送ロボット１０が有するモータ、二次電池、または蓄電用のキャパシタなどの負荷に供給される。これにより、搬送ロボット１０の駆動または充電が行われる。
【００１３】
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。送電電極対１２０が延びる方向をＹ方向、送電電極対１２０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、すなわち送電電極対１２０の幅方向または配列方向を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。
【００１４】
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、搬送ロボット１０とを備えている。送電装置１００は、送電電極対１２０と、送電電極対１２０に交流電力を供給する送電回路１１０とを備えている。送電回路１１０は、例えば、インバータ回路を含む交流出力回路であり得る。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送電極対１２０に出力する。電源が交流電源である場合、送電回路１１０は、入力された交流電力を、電力伝送用の他の交流電力に変換する変換回路を含む。
【００１５】
搬送ロボット１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備えている。受電装置２００は、受電電極対２２０と、受電電極対２２０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とを備えている。受電回路２１０は、例えば整流回路または周波数変換回路等の各種の回路を含み得る。負荷３３０は、例えばモータ、蓄電用のキャパシタ、または二次電池などの、電力を消費または蓄積する機器である。送電電極対１２０と、受電電極対２２０との間の電界結合（以下、「容量結合」とも称する。）により、両者が対向した状態で電力が無線で伝送される。
【００１６】
図２には示されていないが、典型的には、送電電極対１２０と送電回路１１０との間、および受電電極対２２０と受電回路２１０との間には、整合回路が設けられる。整合回路は、電力伝送時のエネルギの反射を抑制するために設けられる。整合回路は、典型的には、容量素子およびコイルの少なくとも一方を含む。
【００１７】
このような無線電力伝送システムにおいて、所望の電力伝送特性を実現するためには、送電装置１００と受電装置２００とが、互いの構造または周囲の環境（以下、まとめて「敷設条件」と称する）に応じて適切に設計されている必要がある。電力伝送特性（以下、「送電特性」または「伝送特性」とも称する）には、例えば、伝送効率、電力、電圧、電流、または発熱量といった様々なファクターがある。所望の伝送特性は、ある例では、伝送効率が最大になる特性であり、他の例では、伝送される電力が所定値（例えば最大値）になる特性であり得る。
【００１８】
所望の伝送特性を実現するためには、例えば、送電電極対１２０の長さ、幅、それらの間隔（ギャップ）、送電電極対１２０と受電電極対２２０との距離、送電電極対１２０の周囲の構造物（例えば導電体）の配置などの各種の敷設条件に応じて、受電電極対１２０または受電装置２００内の整合回路が適切に設計されていることが望ましい。同様に、受電電極対２２０の長さ、幅、それらのギャップ、送電電極対１２０と受電電極対２２０との距離、受電電極対２２０の周囲の構造物（例えば導電体）の配置などの各種の敷設条件に応じて、送電電極対１２０または送電装置１００内の整合回路が適切に設計されていることが望ましい。
【００１９】
しかしながら、送電装置１００または受電装置２００の敷設条件は常に一定とは限らず、敷設条件によっては所望の伝送特性を実現できない場合がある。例えば、１つのシステム内に送電電極対１２０の長さが異なる複数の送電装置が混在している場合、特定の長さの送電電極対１２０との組み合わせに対して設計が最適化された受電装置２００は、他の送電電極対１２０との組み合わせでは所望の伝送特性を実現できないことがあり得る。また、送電電極対１２０の近傍に、受電装置２００の設計時には想定されていなかった導電体、半導体、もしくは誘電体などの構造物が存在する場合も、所望の伝送特性を実現できない場合がある。同様の課題は、１つの送電装置が、敷設条件の異なる複数の受電装置に同様の特性で電力を伝送することが求められる場合にも生じる。以下、図３Ａから図５Ｂを参照しながら、これらの課題の例を説明する。
【００２０】
図３Ａおよび図３Ｂは、送電電極対１２０の長さ（線路長とも称する）が異なる２つの送電装置を用いた電力伝送の例を示している。図３Ａは、送電電極対１２０の長さが相対的に長い送電装置から搬送ロボット１０に電力が伝送されている状況を示している。図３Ｂは、送電電極対１２０の長さが相対的に短い送電装置から搬送ロボット１０に電力が伝送されている状況を示している。図３Ａおよび図３Ｂに示す搬送ロボット１０は同一である。搬送ロボット１０が、図３Ａに示す送電電極対１２０に対して所望の伝送特性が実現するように設計されている場合、図３Ｂに示す送電電極対１２０との間では所望の伝送性を実現できない可能性がある。平行に延びる送電電極対１２０の長さが変化すると、それらの間の寄生容量の大きさが変化し、結果として図３Ａに示す送電電極対１２０と組み合わせた場合と比べて送電特性が変化し得るからである。送電電極対１２０の線路長は、敷設現場の状況に応じて柔軟に変更できることが望ましい。しかし、線路長を変更すると、寄生容量の変化により、同一の受電装置に同一の特性で電力を伝送できなくなることが起こりうる。
【００２１】
図４は、送電電極対１２０が敷設される床面の下に導電体である鉄骨５００が存在する場合の例を示している。この例において、搬送ロボット１０は、鉄骨５００が存在しない構成において所望の伝送特性が実現するように設計されている。鉄骨５００が存在する場合、送電電極対１２０と鉄骨５００との間で不要な結合が生じ、送電電極対１２０の間の寄生容量は増加する。その結果、送電電極対１２０から受電電極対２２０への電力伝送特性が変化し得る。
【００２２】
図５Ａは、鉄骨５００が存在しない場合に送電電極対１２０の間に形成される電気力線の例を模式的に示す断面である。図５Ｂは、鉄骨５００が存在する場合に送電電極対１２０の間に形成される電気力線の例を模式的に示す断面図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、電気力線は矢印で示されている。受電装置は、図５Ａに示すように送電電極対１２０の近傍に他の物体が存在しない状況において所望の伝送特性が実現するように設計されている。しかし、実際には、図５Ｂに示すように、送電電極対１２０の下部には鉄骨５００が存在するため、送電電極対１２０と鉄骨５００との間に不要な結合が生じる。その影響により、送電電極対１２０と受電電極対２２０との間の電力伝送の特性が変化する。
【００２３】
このような鉄骨５００は、床下に限らず、壁の内部に存在することもある。また、鉄骨５００に限らず、他の導電体が送電電極対１２０の近傍に存在する場合もある。敷設現場によっては、そのような導電体が床下または壁の内部に多く存在する場合もある。そのような導電体の存在は、受電装置の設計時には未定で、送電装置の敷設時に初めて明らかになる場合もある。そのような場合に、敷設現場の状況に合せて、所望の伝送特性を実現するための調整が可能であれば、電界結合方式の無線電力伝送システムの利便性が大きく向上する。しかし、そのような調整が可能なシステムは、従来知られていなかった。
【００２４】
図６は、伝送特性の変化を招き得る他の例を示している。この例では、搬送ロボット１０に搭載されたバッテリー６００に使用されている導電体の影響により、受電電極対２２０とバッテリー６００との間に不要な結合が生じ、受電電極対２２０の間の寄生容量が増加する。ここで、バッテリー６００自体に使用されている導電体以外にも、例えば内部にバッテリーを備えた金属筐体が寄生容量に影響を及ぼす場合もあり得る。そのような場合、例えば送電電極対１２０から受電電極対２２０への電力伝送の効率が低下するなど、所望の伝送特性を実現できない可能性がある。受電装置においては、バッテリー６００またはその筐体以外にも、例えば受電装置の筐体または回路などにも導電体が使用され得る。導電体以外にも、受電電極対２２０の近傍に配置された半導体または誘電体が伝送特性に影響を及ぼす可能性もある。そのような導電体などの構造物の配置は、受電装置によって異なる。したがって、特定の受電装置に対して所望の伝送特性が実現するように設計された送電装置は、他の受電装置に対しては所望の伝送特性を実現できない場合がある。
【００２５】
上記の例の他にも、床の材質が想定された材質と異なることによって所望の伝送特性が得られないことがある。さらに、システムの利用開始後に、湿度変化、結露、または経年劣化による床のたわみなどの環境の変化が生じ、伝送特性が悪化する場合がある。ここで、伝送特性の悪化には、効率の悪化だけでなく、出力電力の変動または出力電圧の変動も含まれる。
【００２６】
このように、電界結合方式の無線電力伝送システムにおける電力伝送特性は、送電電極対１２０もしくは受電電極対２２０の構造、またはそれらが敷設された環境の影響を受ける。送電装置１００または受電装置２００を設計する際には、それらの条件が不明である場合がある。このため、所望の伝送特性を実現するための調整を敷設現場でできることが望まれる。さらには、システムの利用開始後、周辺環境の変化に応じて適応的に所望の伝送特性を実現するための調整が可能であれば、さらに利便性を向上させることができる。
【００２７】
本発明者は、以上の考察に基づき、以下に説明する本開示の各態様を想到するに至った。
【００２８】
本開示の一態様に係る送電システムは、
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電システムであって、
第１の送電装置と、
第２の送電装置と、
を備え、
前記第１の送電装置は、
第１の送電電極対と、
前記第１の送電電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記第２の送電装置は、
第２の送電電極対と、
前記第２の送電電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の送電電極対の間の寄生容量は、前記第２の送電電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。
【００２９】
上記態様によれば、前記第１の送電電極対の間の寄生容量は、前記第２の送電電極対の間の寄生容量よりも小さい。例えば、前記第１の送電電極対の長さは、前記第２の送電電極対の長さよりも短い。あるいは、前記第２の送電電極対は、前記第１の送電電極対が配置される環境よりも、前記第２の送電電極対の間の寄生容量を大きくする環境に配置される。寄生容量を大きくする環境とは、例えば、第２の送電電極対の近傍に鉄骨などの導電体が配置される環境であり得る。
【００３０】
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。例えば、前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路に並列容量素子が付加された構造を有する。並列容量素子は、例えば、前記第１の整合回路のうち、前記第１の送電電極対の側の端部に配置され得る。
【００３１】
上記態様によれば、第２の送電電極対間の寄生容量と第１の送電電極対間の寄生容量との差を、第１の整合回路における追加の並列容量によって補うことができる。その結果、伝送特性の変動を抑制することができる。
【００３２】
ここで、第１の整合回路の並列容量と第２の整合回路の並列容量との差をΔＣｃ１とし、第２の送電電極対の間の寄生容量と第１の送電電極対の間の寄生容量との差をΔＣｓｈ１とする。第１の整合回路および第２の整合回路のそれぞれには、同じ特性のインバータ回路が接続されるものとする。この場合、ΔＣｃ１とΔＣｓｈ１とが一致していれば、第１の送電装置の送電特性と第２の送電装置の送電特性とがほぼ一致すると考えられる。しかし、ΔＣｃ１とΔＣｓｈ１とが一致していない場合でも、（ΔＣｃ１−ΔＣｓｈ１）／ΔＣｓｈ１の絶対値が０．５以下であれば、伝送特性の変動を十分に小さくすることができる。ΔＣｃ１は、より好ましくは、（ΔＣｃ１−ΔＣｓｈ１）／ΔＣｓｈ１の絶対値が０．２以下になるように設定される。さらに好ましくは、ΔＣｃ１は、（ΔＣｃ１−ΔＣｓｈ１）／ΔＣｓｈ１の絶対値が０．１以下になるように設定される。
【００３３】
上記態様に係る送電システムにおける第１の送電装置または第２の送電装置は、単独の製品として製造、販売され得る。よって、そのような単独の送電装置も本開示の範囲にまれる。当該送電システムと、前記第１および第２の送電装置のいずれとの間でも電力伝送が可能な受電装置とをさらに備える無線電力伝送システムを構成してもよい。
【００３４】
本開示の他の態様に係る受電システムは、
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電システムであって、
第１の受電装置と、
第２の受電装置と、
を備え、
前記第１の受電装置は、
第１の受電電極対と、
前記第１の受電電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記第２の受電装置は、
第２の受電電極対と、
前記第２の受電電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の受電電極対の間の寄生容量は、前記第２の受電電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。
【００３５】
上記態様によれば、前記第１の受電電極対の間の寄生容量は、前記第２の受電電極対の間の寄生容量よりも小さい。例えば、前記第１の受電電極対の長さは、前記第２の受電電極対の長さよりも短い。あるいは、前記第２の受電電極対は、前記第１の受電電極対が配置される環境よりも、前記第２の受電電極対の間の寄生容量を大きくする環境に配置される。寄生容量を大きくする環境は、例えば、第１の受電電極対の近傍に受電装置の筐体、回路、バッテリーなどに使用されている導電体が配置される環境であり得る。
【００３６】
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。例えば、前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路に並列容量素子が付加された構造を有する。並列容量素子は、例えば、前記第１の整合回路のうち、前記第１の受電極対の側の端部に配置され得る。
【００３７】
上記態様によれば、第２の受電電極対間の寄生容量と第１の受電電極対間の寄生容量との差を、第１の整合回路における追加の並列容量によって補うことができる。その結果、伝送特性の変動を抑制することができる。
【００３８】
ここで、第１の整合回路の並列容量と第２の整合回路の並列容量との差をΔＣｃ２とし、第２の受電電極対の間の寄生容量と第１の受電電極対の間の寄生容量との差をΔＣｓｈ２とする。この場合、ΔＣｃ２とΔＣｓｈ２とが一致していれば、第１の受電装置の受電特性と第２の受電装置の受電特性とがほぼ一致すると考えられる。しかし、ΔＣｃ２とΔＣｓｈ２とが一致していない場合でも、（ΔＣｃ２−ΔＣｓｈ２）／ΔＣｓｈ２の絶対値が０．５以下であれば、受電特性の変動を十分に小さくすることができる。ΔＣｃ２は、より好ましくは、（ΔＣｃ２−ΔＣｓｈ２）／ΔＣｓｈ２の絶対値が０．２以下になるように設定される。さらに好ましくは、ΔＣｃ２は、（ΔＣｃ２−ΔＣｓｈ２）／ΔＣｓｈ２の絶対値が０．１以下になるように設定される。
【００３９】
上記態様に係る受電システムにおける第１の受電装置または第２の受電装置は、単独の製品として製造、販売され得る。よって、そのような単独の受電装置も本開示の範囲に含まれる。当該受電装置と、前記第１および第２の受電装置のいずれとの間でも電力伝送可能な送電装置とを備える無線電力伝送システムを構築してもよい。
【００４０】
本開示の他の態様に係る装置は、
電界結合方式の送電システムまたは受電システムにおいて用いられる装置であって、
前記送電システムまたは前記受電システムは、前記装置と、他の装置とを備え、
前記装置および前記他の装置の各々は、送電装置および受電装置の一方であり、
前記装置は、
送電電極対または受電電極対である第１の電極対と、
前記第１の電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記他の装置は、
送電電極対または受電電極対である第２の電極対と、
前記第２の電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の電極対の間の寄生容量は、前記第２の電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する。
【００４１】
本開示の他の態様に係るシステムは、
前記装置である第１の装置と、
前記他の装置である第２の装置と、
を備える。
【００４２】
前記第１の装置は、第１の電力変換回路をさらに備えていてもよい。前記第１の整合回路は、前記第１の電力変換回路と前記第１の電極対との間に接続されていてもよい。前記第２の装置は、第２の電力変換回路をさらに備えていてもよい。前記第２の整合回路は、前記第２の電力変換回路と前記第２の電極対との間に接続されていてもよい。
【００４３】
第１および第２の装置が送電装置である場合、第１および第２の電力変換回路の各々は、例えばインバータ回路であり得る。一方、第１および第２の装置が受電装置である場合、第１および第２の電力変換回路の各々は、例えば整流回路であり得る。各電力変換回路は、インバータ回路または整流回路に限らず、例えば周波数変換回路または電圧変換回路であってもよい。
【００４４】
本開示のさらに他の態様に係る送電装置は、
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
送電電極対と、
前記送電電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える。
【００４５】
上記態様によれば、前記送電装置は、前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路を備える。
【００４６】
これにより、送電装置の敷設現場で、整合回路の並列容量を調整することができる。例えば、送電電極対の長さ、送電電極対の周辺の導電体などの配置状況、床の材質、または湿度などに応じて、整合回路の並列容量を最適値に調整することができる。このため、送電電極対の構造または敷設現場の環境などの条件によらず、電力伝送の特性の変動を抑制することができる。
【００４７】
整合回路が並列容量素子群を有する形態においては、前記制御回路は、前記並列容量素子群のオン／オフの組み合わせを順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記並列容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定してもよい。伝送特性に依存するパラメータとは、例えば、電圧、電力、発熱量などのパラメータであり得る。整合回路が可変並列容量素子を有する形態においては、前記制御回路は、前記可変並列容量素子の容量を順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記容量の最適値を決定してもよい。このような動作により、整合回路の並列容量を最適値に自動で設定することができる。
【００４８】
本開示のさらに他の態様に係る受電装置は、
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電装置であって、
受電電極対と、
前記受電電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える。
【００４９】
上記態様によれば、前記受電装置装置は、前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路を備える。
【００５０】
これにより、受電装置の敷設現場で、整合回路の並列容量を調整することができる。例えば、受電電極対の長さ、受電電極対の周辺の導電体などの配置状況、床の材質、または湿度などに応じて、整合回路の並列容量を最適値に調整することができる。このため、受電電極対の構造または敷設現場の環境などの条件によらず、電力伝送の特性の変動を抑制することができる。
【００５１】
整合回路が並列容量素子群を有する形態においては、前記制御回路は、前記並列容量素子群のオン／オフの組み合わせを順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記並列容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定してもよい。伝送特性に依存するパラメータとは、例えば、電圧、電力、発熱量などのパラメータであり得る。整合回路が可変並列容量素子を有する形態においては、前記制御回路は、前記可変並列容量素子の容量を順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記容量の最適値を決定してもよい。このような動作により、整合回路の並列容量を最適値に自動で設定することができる。
【００５２】
本開示の他の態様に係る装置は、
電界結合方式の無線電力伝送システムにおける送電装置または受電装置として用いられる装置であって、
送電電極対または受電電極対である電極対と、
前記電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える。
【００５３】
本開示は、上記の送電装置および／または受電装置を用いて、送電装置および／または受電装置における整合回路の容量の最適値を決定する電力伝送試験を行う方法を含む。このような電力伝送試験を送電装置または受電装置の敷設時に行うことにより、敷設現場の状況に応じた整合回路の設定を自動で行うことが可能になる。
【００５４】
さらには、上記のような電力伝送試験を、システム構築後、定期的に、または不定期的に行い、伝送特性に依存するパラメータの変化に応じて、並列容量を適応的に調整してもよい。このような調整を随時行うことにより、湿度の変化、経年劣化による床のたわみ、または電極表面を保護するシート材の厚さの低下などが生じた場合でも、その影響を抑えることができる。
【００５５】
なお、本開示において、上記のような並列容量の調整機能を設けることは必須の要件ではない。例えば、送電装置または受電装置の製造時または導入作業時に、作業者が測定器を用いて整合回路における並列容量の値を決定し、最適な値になるように、１つ以上の並列容量素子の回路への接続の態様を決定してもよい。この際、例えば半田付けなどの作業によって並列容量素子の回路への接続を行ってもよい。そのようなシステムは、整合回路の並列容量が第１の値である装置と、整合回路の並列容量が第１の値とは異なる第２の値である装置とを含む。並列容量を調整する作業は、送電装置または受電装置の製造時または導入作業時にのみ行われてもよい。言い換えれば、システム運用中は、並列容量が固定されていてもよい。
【００５６】
次に、本明細書において使用されるいくつかの用語の定義を説明する。
【００５７】
「電界結合方式」とは、前述のように、送電電極対と受電電極対との間の容量結合により、送電電極対から受電電極対に無線で電力が伝送される無線電力伝送の方式をいう。
【００５８】
「整合回路」とは、送電装置におけるインバータ回路と送電電極対との間、または、受電装置における受電電極対と整流回路との間でインピーダンス整合を実現するための回路を意味する。整合回路は、典型的には、少なくとも１つの容量素子（キャパシタ）、および／または少なくとも１つのコイル（インダクタ）を含む。インピーダンス整合が不要な場合、整合回路は容量素子およびコイルのいずれも有していなくてもよい。その場合、整合回路は、インバータ回路と送電電極対との間の２本の導電線のみを含むものと考えることができる。
【００５９】
「寄生容量」とは、送電電極対または受電電極対が敷設された状態において、電力伝送時に電極対間に発生する不要な容量成分を意味する。
【００６０】
整合回路の「並列容量」とは、整合回路に含まれる２本の導電線の間に生じる容量成分を意味する。「並列容量素子」とは、整合回路に含まれる２本の導電線の間に並列に接続された容量素子を意味する。
【００６１】
「送電電極対の長さ」とは、送電電極対における２つの送電電極の各々の長さを意味する。「受電電極対の長さ」とは、受電電極対における２つの受電電極の各々の長さを意味する。本開示の典型的な実施形態における送電電極および受電電極は、一方向に延びる形状を有する。当該方向における寸法が「長さ」に該当する。
【００６２】
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、前述の搬送ロボットのような車両に限定されず、電力によって駆動される任意の可動物体を意味する。移動体には、例えば、電気モータおよび１以上の車輪を備える電動車両が含まれる。そのような車両は、例えば、前述の搬送ロボットなどの無人搬送車（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＡＧＶ）、フォークリフト、電気自動車（ＥＶ）、電動カート、電動車椅子であり得る。本開示における「移動体」には、車輪を有しない可動物体も含まれる。例えば、二足歩行ロボット、マルチコプターなどの無人航空機（Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＵＡＶ、所謂ドローン）、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。
【００６３】
送電電極対および受電電極対の各対において、２つの電極の各々は、複数の部分に分割されていてもよい。当該複数の部分は、同一の方向に延びた構造を有し、ほぼ平行に配置され得る。当該複数の部分には、同位相の交流電圧が印加される。これらの電極の隣り合う任意の２つの部分には、互いに逆位相の交流電圧が印加される。言い換えれば、ある瞬間において正電圧が印加させる電極と、負電圧が印加される電極とが交互に配置される。そのような構成によれば、隣り合う２つの電極の境界上の漏洩電界を抑制する効果も得ることができる。
【００６４】
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。
【００６５】
（実施形態１）
図７は、本開示の例示的な実施形態１における送電システムを模式的に示す図である。この送電システムは、電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる。送電システムは、第１の送電装置１００Ａと第２の送電装置１００Ｂとを備えている。第１の送電装置１００Ａは、第１の送電電極対１２０Ａと、第１のインバータ回路１１４Ａと、第１の整合回路１８０Ａとを備えている。第２の送電装置１００Ｂは、第２の送電電極対１２０Ｂと、第２のインバータ回路１１４Ｂと、第２の整合回路１８０Ｂとを備えている。無線電力伝送システムは、第１の送電装置１００Ａおよび第２の送電装置１００Ｂとの間で電力伝送が可能な受電装置をさらに備え得る。各送電装置および受電装置の基本的な構成は、図１および図２を参照して説明した構成と同様である。このため、重複する説明を省略する。
【００６６】
第１の送電電極対１２０Ａの長さＬａは、第２の送電電極対１２０Ｂの長さＬｂよりも短い。第１の送電電極対１２０Ａの各々の幅は、第２の送電電極対１２０Ｂの各々の幅に等しい。第１の送電電極対１２０Ａの間のギャップは、第２の送電電極対１２０Ｂの間のギャップに等しい。ＬａがＬｂよりも小さいため、第１の送電電極対１２０Ａの間の寄生容量は、第２の送電電極対１２０Ｂの間の寄生容量よりも小さい。この寄生容量の差のため、仮に第１の整合回路１８０Ａが第２の整合回路１８０Ｂと同じ構成であった場合、第２の送電装置１００Ｂに適合するように設計された受電装置は、第１の送電装置１００Ａから同等の伝送特性で受電することができない。
【００６７】
そこで、本実施形態では、第１の整合回路１８０Ａが、第２の整合回路１８０Ｂの並列容量よりも大きい並列容量を有するように構成されている。より具体的には、第１の整合回路１８０Ａは、第２の整合回路１８０Ｂに並列容量素子１８２が付加された構造を有する。図７の例では、並列容量素子１８２は、第１の整合回路１８０Ａのうち、第１の送電電極対１２０Ａの側の端部、すなわち第１の整合回路１８０Ａの最終段に配置されている。
【００６８】
並列容量素子１８２の容量は、第２の送電電極対１２０Ｂの間の寄生容量と第１の送電電極対１２０Ａの間の寄生容量との差と実質的に等しい値に設定されている。すなわち、送電電極対１２０Ａ、１２０Ｂの長さの差に起因する寄生容量の減少分が、並列容量素子１８２によって補償される。これにより、受電装置は、第１の送電装置１００Ａおよび第２の送電装置１００Ｂの双方から、同等の伝送特性で受電することができる。
【００６９】
並列容量素子１８２は、第１の整合回路１８０Ａの最終段に限らず、第１の整合回路１８０Ａ内の他の位置に配置されてもよい。あるいは、並列容量素子１８２を追加する代わりに、第２の整合回路１８０Ｂに含まれる並列容量成分の大きさを増加させることによって第１の整合回路１８０Ａを構成してもよい。
【００７０】
並列容量素子１８２は、チップコンデンサまたはフィルムコンデンサなどの集中定数素子であってよい。また、実装される場所は、整合回路１８０Ａを搭載した基板上、または整合回路および他の回路（例えば周波数変換回路など）を搭載した筐体内であってよい。一方で、別の実施の形態として、並列容量素子は、回路基板の入出力端子からアンテナ電極までを接続する配線上の任意の場所に形成されてもよい。ここで「アンテナ電極」とは、送電電極または受電電極を意味し、電力伝送に必要な結合容量を確保するために正負電圧が印加される電極対が共に十分な電極幅を確保している領域を指す。当該領域から外れて、例えば線が細くなっている領域は、アンテナ電極ではなく、給電線路であるものとする。集中定数回路素子でなく、配線対間に生じる分布定数素子としての容量成分を並列容量素子として用いてもよい。集中定数素子と分布定数素子の両者を合成して本願の並列容量素子としての効果を得てもよい。
【００７１】
第１の送電電極対の長さＬａ、および第２の送電電極対の長さＬｂは、第１および第２の送電電極対１２０Ａ、１２０Ｂから伝送される交流電力の周波数ｆ１に対応する自由空間波長λ（＝ｃ／ｆ１）よりも十分に短い値に設定されている。ｃは真空中の光速度（約３．０×１０８ｍ／ｓ）である。Ｌａ、Ｌｂは、例えば、λの１／１０未満、より好ましくは１／１６未満、さらに好ましくは１／２０未満に設定され得る。これらの条件は、後述の議論において、電極対によって構成される伝送線路のインダクタンスを無視できる条件として課されるが、必須の要件ではない。周波数ｆ１が例えば５００ｋＨｚである場合、λは約６００ｍである。この場合、線路長Ｌａ、Ｌｂは、例えば６０ｍ未満、より好ましくは３７．５ｍ未満、さらに好ましくは３０ｍ未満に設定され得る。
【００７２】
ここで、図８を参照しながら、本実施形態の原理を説明する。
【００７３】
図８は、同一の幅および同一の長さをもつ２本の送電電極からなる送電電極対１２０を等価回路で表した図である。図８（ａ）は、平行に敷設された送電電極対１２０を示している。この送電電極対１２０は、平行結合伝送線路と考えることができる。このため、送電電極対１２０は、図８（ｂ）に示すように、直列に接続された複数の微小なインダクタンスｄＬと、並列に接続された微小な容量ｄＣｓｈとを有する連続体（分布定数回路）であると近似することができる。さらに、本実施形態のように伝送周波数が線路長に対して比較的低い場合には、図８（ｃ）に示すように、送電電極対１２０は、直列のインダクタンスＬと並列の容量Ｃｓｈとを有する集中定数回路であると近似することができる。並列の容量Ｃｓｈは、ｄＣｓｈおよび線路長に比例する。
【００７４】
前述のように、送電電極対１２０の長さが伝送周波数に対応する自由空間波長λよりも十分に短い場合には、送電電極対１２０のインダクタンスは無視できる。この場合、送電線路対１２０は、図８（ｄ）に示すように線路長に値が比例する並列の容量Ｃｓｈで近似できる。この容量Ｃｓｈを送電電極対１２０間の寄生容量と考えることができる。
【００７５】
本実施形態では、第１の送電装置１００Ａと受電装置との間の電力伝送、および第２の送電装置１００Ｂと受電装置との間の電力伝送は、空気を介して行われる。言い換えれば、各送電電極対と受電電極対との間には、結合容量を増加させるような誘電体は存在しない。このため、各送電電極対と受電電極対との間の結合容量は比較的小さく、寄生容量Ｃｓｈを無視することができない。
【００７６】
第１の送電電極対１２０Ａの長さは、第２の送電電極対１２０Ｂの長さよりも（Ｌｂ−Ｌａ）だけ短い。この差（Ｌｂ−Ｌａ）に比例して、第２の送電電極対１２０Ａの間の寄生容量と、第１の送電電極対１２０Ａの間の寄生容量との間には差が生じる。この差を補償するために、第１の整合回路１８０Ａに並列容量素子１８２が付加される。並列容量素子１８２の容量値を適切に設定すれば、第１の送電電極対１２０Ａおよび並列容量素子１８２からなる系の容量と、第２の送電電極対１２０Ｂの容量とを一致させることができる。
【００７７】
次に、本実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成をより詳細に説明する。以下の説明において、第１の送電装置１００Ａおよび第２の送電装置１００Ｂを区別せずに、単に送電装置１００と表現する。インバータ回路１１４、整合回路１８、および送電電極対１２０についても同様である。送電装置１００についての以下の説明は、第１の送電装置１００Ａおよび第２の送電装置１００Ｂのいずれにも該当する。なお、以下に説明するシステムの構成は一例であり、要求される機能および性能に応じて、適宜変更してもよい。
【００７８】
図９は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける電力伝送に関する構成を概略的に示すブロック図である。送電装置１００は、外部の電源３１０から供給される直流電力を交流電力に変換する送電回路１１０と、交流電力を送電する送電電極対１２０と、送電回路１１０と送電電極対１２０との間に接続された整合回路１８０とを備える。送電回路１１０は、図７に示すインバータ回路１１４を含む。送電回路１１０は、整合回路１８０を介して送電電極対１２０に電気的に接続され、送電電極対１２０に交流電力を出力する。なお、電源３１０が交流電源である場合には、送電回路１１０は、入力された交流電力を電力伝送用の他の交流電力に変換する変換回路を含む。搬送ロボット１０は、受電装置２００と、負荷３３０とを備える。
【００７９】
受電装置２００は、送電電極対１２０と容量結合して電力を受け取る受電電極対２２０と、受電電極対２２０に接続された整合回路２８０と、整合回路２８０に接続され、受け取った交流電力を直流電力に変換して出力する受電回路２１０とを有する。受電回路２１０は、整流回路を含む。受電電極対２２０は、送電電極対１２０と対向したときに、送電電極対１２０との間に容量結合を形成する。この容量結合を介して交流電力が送電装置１００から受電装置２００に非接触で伝送される。なお、負荷３３０に交流電力を供給する用途では、受電回路３１０は、整流回路に代えて、受電した交流電力を、負荷３３０が要求する他の交流電力に変換する回路を含み得る。
【００８０】
本実施形態における搬送ロボット１０の筐体、送電電極対１２０、および受電電極対２２０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。各送電電極の長さ（Ｙ方向のサイズ）は、例えば５０ｃｍ〜２０ｍの範囲内に設定され得る。各送電電極のそれぞれの幅（Ｘ方向のサイズ）は、例えば０．５ｃｍ〜２ｍの範囲内に設定され得る。搬送ロボット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。各受電電極の長さ（進行方向におけるサイズ）は、例えば５ｃｍ〜２ｍの範囲内に設定され得る。各受電電極の幅（横方向におけるサイズ）は、例えば２ｃｍ〜２ｍの範囲内に設定され得る。送電電極対の間のギャップ、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。送電電極と受電電極との距離は、例えば５ｍｍから３０ｍｍ程度であり得る。但し、これらの数値範囲に限定されない。
【００８１】
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、受電回路２１０から出力された電力によって駆動または充電される。
【００８２】
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搬送ロボット１０の車輪を回転させ、搬送ロボット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（電力）の周波数（伝送周波数）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。
【００８３】
蓄電用のキャパシタは、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタなどの、高容量かつ低抵抗のキャパシタであり得る。このようなキャパシタを蓄電器として用いることにより、バッテリー（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を蓄えることができる。搬送ロボット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。
【００８４】
搬送ロボット１０が移動すると、キャパシタまたは二次電池の蓄電量（充電量）が低下する。このため、移動を継続するためには、再充電が必要になる。そこで、搬送ロボット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。
【００８５】
図１０は、無線電力伝送システムのより詳細な構成例を示す回路図である。図示される例では、送電装置１００における整合回路１８０は、送電回路１１０に接続された直列共振回路１３０ｓと、送電電極対１２０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、送電回路１１０のインピーダンスと送電電極対１２０のインピーダンスとを整合させる機能を有する。送電装置１００における直列共振回路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。
【００８６】
受電装置２００における整合回路２８０は、受電電極対２２０に接続された並列共振回路２３０ｐと、受電回路２１０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、受電電極対２２０のインピーダンスと、受電回路２１０のインピーダンスとを整合させる機能を有する。並列共振回路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Ｌ３と第４のコイルＬ４とは、所定の結合係数で結合する変圧器を構成する。第３のコイルＬ３と第４のコイルＬ４との巻数比は、所望の変圧比を実現する値に設定される。
【００８７】
なお、整合回路１８０、２８０の構成は、図１０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、送電回路１１０におけるインバータ回路と送電電極対１２０とが直接接続される。この場合、整合回路１８０は、インバータ回路と送電電極対１２０との間の２本の伝送線路のみを含むと解釈してもよい。整合回路２８０を省略する場合、受電回路２１０における整流回路と受電電極対２２０とが直接接続される。この場合、整合回路２８０は、受電電極対２２０と整流回路との間の２本の伝送線路のみを含むと解釈してもよい。
【００８８】
図１１Ａは、送電回路１１０の構成例を模式的に示す図である。この例では、送電回路１１０は、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ型のインバータ回路と、制御回路１１２とを有する。各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタであり得る。制御回路１１２は、各スイッチング素子のオン（導通）およびオフ（非導通）の状態を制御する制御信号を出力するゲートドライバと、ゲートドライバに制御信号を出力させるマイクロコントローラ等のプロセッサとを有する。図示されるフルブリッジ型のインバータ回路の代わりに、ハーフブリッジ型のインバータ回路、または、Ｅ級などの他の発振回路を用いてもよい。送電回路１１０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。電源３１０が交流電源の場合、送電回路１１０は、入力された交流電力を、周波数または電圧の異なる他の形態の交流電力に変換する。
【００８９】
なお、本開示は、電力伝送の目的ではなく、データを送信する目的で微弱な交流信号例えばパルス信号）を受電装置２００に送信する形態も含まれる。そのような形態でも、微弱な電力が伝送されるといえるため、微弱な交流信号（例えばパルス信号）を伝送することも、「送電」または「電力伝送」の概念に含まれる。また、そのような微弱な交流信号も、「交流電力」の概念に含まれる。
【００９０】
図１１Ｂは、受電回路２１０の構成例を模式的に示す図である。この例では、受電回路２１０は、ダイオードブリッジと平滑コンデンサとを含む全波整流回路である。受電回路２１０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を負荷３３０が利用可能な直流エネルギに変換する。直列共振回路２４０ｓから出力される電圧および電流などを測定する各種のセンサが受電回路２１０に含まれていてもよい。
【００９１】
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。
【００９２】
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。電源３１０は直流電源に限らず、交流電源であってもよい。
【００９３】
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ｆ１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ｆ１に厳密に一致していなくてもよい。各々の共振周波数ｆ０は、例えば、伝送周波数ｆ１の５０〜１５０％程度の範囲内の値に設定されていてもよい。電力伝送の周波数ｆ１は、例えば５０Ｈｚ〜３００ＧＨｚ、ある例では２０ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、他の例では２０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚ、さらに他の例では８０ｋＨｚ〜１４ＭＨｚに設定され得る。
【００９４】
本実施形態では、送電電極対１２０と受電電極対２２０との間は空隙であり、その距離は比較的長い（例えば、１０ｍｍ〜２００ｍｍ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、送電電極対１２０、および受電電極対２２０の入出力インピーダンスは非常に高い（例えば、数ｋΩ程度）。これに対し、送電回路１１０および受電回路２１０の入出力インピーダンスは、例えば数Ω程度と低い。本実施形態では、送電電極対１２０、および受電電極対２２０に近い側に並列共振回路１４０ｐ、２３０ｐがそれぞれ配置され、送電回路１１０および受電回路２１０に近い側に直列共振回路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、低い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。一方、並列共振回路は、共振時にインピーダンスが無限大になるため、高い入出力インピーダンスの外部回路との整合に適している。よって、図１０に示す構成のように、低い入力インピーダンスの電源電源側との接続点に直列共振回路を配置し、高い出力インピーダンスの電極側との接続点に並列共振回路を配置することにより、インピーダンス整合を容易に実現することができる。同様に、電極側に並列共振回路を配置し、負荷側に直列共振回路を配置することにより、受電装置２００におけるインピーダンス整合を好適に実現することができる。
【００９５】
なお、送電電極対１２０と受電電極対２２０との間の距離を短くしたり、間に誘電体を配置したりした構成では、電極のインピーダンスが低くなる。その場合には、上記のような非対称な共振回路の構成にする必要はない。
【００９６】
本実施形態において、送電電極対１２０の表面は同一平面上になくてもよい。各送電電極および各受電電極の表面は、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、各送電電極は、路面または床面に対して傾斜していてもよい。
【００９７】
本実施形態においては、無線電力伝送システムが２つの送電装置を備えているが、３つ以上の送電装置を備えていてもよい。第１の送電電極対１２０Ａの長さと第２の送電電極対１２０Ｂの長さとが同一であってもよい。例えば第２の送電電極対１２０Ｂの近傍に、第１の送電電極対１２０Ａの近傍にある構造物よりも寄生容量の増加を招く導電体などの構造物が存在している場合に、本実施形態と同様の整合回路の構成を採用できる。本実施形態によれば、送電装置によって線路長または周囲の導電体の配置条件が異なっている場合であっても、各整合回路に付加される並列容量の値を適切に調整することにより、各送電装置から受電装置への電力伝送特性の変動を緩和することができる。
【００９８】
本実施形態では、各送電装置がインバータ回路を備えているが、本開示における送電装置または無線電力伝送システムは、インバータ回路を備えていなくてもよい。そのような送電装置または無線電力伝送システムは、インバータ回路とは独立して製造、販売され得る。
【００９９】
本実施形態の構成は、送電システムに限らず、複数の受電装置を備える受電システムにも同様に適用することができる。送電装置における電極対および整合回路に関して行った上記の説明は、受電装置における電極対および整合回路についても同様に適用できる。本実施形態と同様の構成を受電システムに適用する場合も同様に、各受電電極対の長さは、例えば、伝送周波数に対応する自由空間波長λの１／１０未満、より好ましくは１／１６未満、さらに好ましくは１／２０未満に設定され得る。
【０１００】
（実施形態２）
図１２は、本開示の例示的な実施形態２における無線電力伝送システムの概略構成を示す図である。この無線電力伝送システムは、第１の受電装置２００Ａと、第２の受電装置２００Ｂとを備える。第１の受電装置２００Ａは、第１の受電電極対２２０Ａと、第１の整流回路２１４Ａと、第１の整合回路２８０Ａとを備えている。第２の受電装置２００Ｂは、第２の受電電極対２２０Ｂと、第２の整流回路２１４Ｂと、第２の整合回路２８０Ｂとを備えている。無線電力伝送システムは、第１の受電装置２００Ａおよび第２の受電装置２００Ｂとの間で電力伝送が可能な送電装置をさらに備え得る。各送電装置および受電装置の基本的な構成は、実施形態１の構成と同様である。このため、重複する説明を省略する。
【０１０１】
第１の受電電極対２２０Ａおよび第２の受電電極対２２０Ｂは、同一の幅および長さを有する。第１の受電電極対２２０Ａの間のギャップも、第２の受電電極対２２０Ｂの間のギャップと同一である。しかし、第２の受電電極対２２０Ｂの近傍には、比較的大きい導電体６１０Ａが配置され、第１の受電電極対２２０Ａの近傍には、比較的小さい導電体６１０Ｂが配置されている。導電体６１０Ａ、６１０Ｂは、例えばバッテリー、回路、または筐体に含まれる金属であり得る。導電体６１０Ｂが導電体６１０Ａよりも大きいため、第１の受電電極対２２０Ａの間の寄生容量は、第２の受電電極対２２０Ｂの間の寄生容よりも小さくなる。このため、仮に第１の整合回路２８０Ａが第２の整合回路２８０Ｂと同じ構成であった場合、第２の受電装置２００Ｂに適合するように設計された送電装置は、第１の受電装置２００Ａに所望の伝送特性で送電することができない。
【０１０２】
そこで、本実施形態では、第１の整合回路２８０Ａが、第２の整合回路２８０Ｂの並列容量よりも大きい並列容量を有するように構成されている。より具体的には、第１の整合回路２８０Ａは、第２の整合回路２８０Ｂに並列容量素子２８２が付加された構造を有する。図１２の例では、並列容量素子２８２は、第１の整合回路２８０Ａのうち、第１の受電電極対２２０Ａの側の端部、すなわち第１の整合回路２８０Ａの最終段に配置されている。
【０１０３】
並列容量素子２８２の容量は、第２の受電電極対２２０Ｂの間の寄生容量と第１の受電電極対２２０Ａの間の寄生容量との差と実質的に等しい値に設定されている。すなわち、受電電極対２２０Ｂの寄生容量に対する受電電極対２２０Ａの寄生容量の不足分が、並列容量素子２８２によって補償される。これにより、送電装置は、第１の受電装置２００Ａおよび第２の受電装置２００Ｂの双方に、同等の伝送特性で送電することができる。
【０１０４】
並列容量素子２８２は、第１の整合回路２８０Ａの最終段に限らず、第１の整合回路２８０Ａ内の他の位置に配置されてもよい。あるいは、並列容量素子２８２を追加する代わりに、第２の整合回路２８０Ｂに含まれる並列容量成分の大きさを増加させることによって第１の整合回路２８０Ａを構成してもよい。
【０１０５】
本実施形態においては、無線電力伝送システムが２つの受電装置を備えているが、３つ以上の受電装置を備えていてもよい。導電体６１０Ａ、６１０Ｂの影響によって第１および第２の受電電極対２２０Ａ、２２０Ｂの寄生容量に差が生じる形態に限らず、第１の受電電極対２２０Ａの長さと第２の受電電極対２２０Ｂの長さとが異なっている構成であってもよい。その場合でも、長さの差に起因する寄生容量の差を、整合回路における追加の並列容量によって緩和することができる。本実施形態によれば、受電装置によって線路長または周囲の導電体の配置条件が異なっている場合であっても、各整合回路に付加される並列容量の値を適切に調整することにより、送電装置から各受電装置への電力伝送特性の変動を緩和することができる。
【０１０６】
本実施形態では、各受電装置が整流回路を備えているが、本開示における受電装置または無線電力伝送システムは、整流回路を備えていなくてもよい。そのような受電装置または無線電力伝送システムは、整流回路とは独立して製造、販売され得る。
【０１０７】
本実施形態の構成は、受電システムに限らず、複数の送電装置を備える送電システムにも同様に適用することができる。受電装置における電極対および整合回路に関して行った上記の説明は、送電装置における電極対および整合回路についても同様に適用できる。
【０１０８】
（実施形態３）
図１３は、本開示の例示的な実施形態３における送電装置１００の構成を模式的に示す図である。本実施形態における送電装置１００は、送電電極対１２０と、インバータ回路１１４と、インバータ回路１１４と送電電極対１２０との間に接続された整合回路１８０と、制御回路１１２とを備える。整合回路１８０は、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群１８４を備える。制御回路１１２は、複数の並列容量素子の各々のオン／オフを切り替えることにより、整合回路１８０の全体の並列容量成分を制御することができる。ここで「オン」とは、電圧が印加されることを意味し、「オフ」とは、電圧が印加されないことを意味する。各容量素子のオン／オフは、その容量素子に接続されたスイッチによって切り替えることができる。
【０１０９】
並列容量素子群１８４における各容量素子は、例えばフィルムコンデンサなどのキャパシタである。これらの容量素子は、互いに異なる容量を有しており、オンにする容量素子の組み合わせを変えることによって整合回路１８０の全体の並列容量を変化させることができる。これにより、送電装置１００の敷設現場において、手動でまたは自動で最適な容量値を決定することができる。例えば、送電電極対１２０の長さ、現場の鉄骨の配置、床の材質、または湿度に応じて、整合回路１８０の容量値を適切に設定することができる。
【０１１０】
本実施形態における送電装置１００は、敷設時または送電開始前に電力伝送試験を自動で行い、容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定することができる。以下、電力伝送試験の例を説明する。
【０１１１】
図１４は、電力伝送試験の動作の一例を示すフローチャートである。この例では、所望の伝送特性として、伝送効率を最大化する特性を実現するための容量素子群の組み合わせを、送電装置が自動で決定する。まず、送電装置と受電装置との位置合わせが行われる（ステップＳ１００）。位置合わせとは、送電電極対１２０と受電電極対２２０とが対向する状態になるように、受電装置を移動させる動作を意味する。位置合わせは、例えばカメラもしくは距離センサを用いた画像処理、または送電回路もしくは受電回路内の電圧、電流、電力などの測定値の変動に基づいて行われ得る。次に、制御回路１１２は、容量素子群１８４の組み合わせを初期状態にして送電する（ステップＳ１１０）。この送電は、通常の送電とは異なり、例えば試験用の微弱な送電であり得る。使用される周波数も、通常の送電時の周波数とは異なっていてもよい。制御回路１１２は、伝送効率を測定し、制御回路１１２内のメモリに記録する（ステップＳ１２０）。このステップＳ１２０は、容量素子群の組み合わせを変更しながら、その都度行われる（ステップＳ１３０、Ｓ１４０）。伝送効率は、例えば、送電装置１００における電圧および電流の測定値から計算される送電電力と、受電装置２００における電圧および電流の測定値から計算される受電電力との比から計算することができる。制御回路１１２は、受電装置２００における受電電力を知るために、不図示の通信回路を介して、受電電力の情報を取得してもよい。
【０１１２】
容量素子群の全ての組み合わせについて測定が完了すると（ステップＳ１３０におけるＹｅｓ）、制御回路１１２は、伝送効率の測定結果を比較し、伝送効率が最大になる容量素子の組み合わせを決定する（ステップＳ１５０）。そして、決定した組み合わせに含まれる容量素子をオンに設定する（ステップＳ１６０）。
【０１１３】
このように、制御回路１１２は、並列容量素子群のオン／オフの組み合わせを順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータ（この例では伝送効率）を測定し、当該パラメータの測定結果を比較して並列容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定する。このような動作により、電力伝送試験を自動で行うことができるため、現場の作業を省力化することができる。
【０１１４】
なお、図１３の構成および図１４の動作は一例にすぎず、様々な変形が可能である。例えば、容量素子群１８４に含まれる容量素子の数および配置は適宜変更してもよい。また、図１４に示す動作を、複数の周波数のそれぞれについて実行し、最も伝送効率の高い容量素子群１８４の組み合わせを決定してもよい。伝送効率に代えて、電力、電圧、発熱量などの、伝送特性に依存する他のパラメータの測定結果を比較して、所望の伝送特性を実現する最適な容量を決定してもよい。
【０１１５】
このような電力伝送試験は、比較的短時間で行うことができる。例えば３つの周波数について４つの容量素子の組み合わせの中から最適なものを選択する試験では、１回の測定に５０ｍｓ要するとして、０．６秒程度の時間で試験を完了することができる。
【０１１６】
図１５は、本実施形態の変形例を示す図である。この例では、整合回路１８０は、可変容量素子１８６を有している。制御回路１１２は、可変容量素子１８６の容量を順次変化させ、変化させる度に伝送効率を測定し、伝送効率の測定結果を比較して容量の最適値を決定することができる。可変容量素子１８６は、端子間に電圧を印加することによって静電容量が変化するキャパシタである。制御回路１１２は、可変容量素子１８６に印加する電圧を変化させることにより、その容量値を変化させる。この変形例における動作は、基本的には図１４に示す動作と同じである。制御回路１１２は、容量素子群の組み合わせを変更する代わりに、可変容量素子１８６への印加電圧を変化させることによって整合回路１８０の容量を変化させる。
【０１１７】
図１５の構成と図１３の構成とを組み合わせてもよい。すなわち、可変容量素子と、スイッチによるオン／オフが可能な容量素子とを組み合わせてもよい。
【０１１８】
図１３および図１５に示す構成は、送電装置１００に限らず、受電装置２００にもほぼそのまま適用することができる。すなわち、受電装置２００における整合回路は、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変容量素子の少なくとも一方を有していてもよい。受電装置２００における制御回路は、複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または可変容量素子の容量を制御することにより、整合回路の全体の容量を最適値に設定することができる。受電装置２００を用いた電力伝送試験も、例えば図１４に示す方法と同様の方法で行うことができる。
【０１１９】
このように、本実施形態によれば、前述した自動調整機能を有する送電装置および受電装置の少なくとも一方を用いて、送電装置および受電装置の少なくとも一方における整合回路の容量の最適値を決定する電力伝送試験を行うことができる。送電装置および受電装置の両方を用いて、両方の整合回路の容量の最適値を決定する電力伝送試験を行ってもよい。そのような電力伝送試験は、送電装置および受電装置の一方における整合回路の容量の最適値を決定してから、送電装置および受電装置の他方における整合回路の容量の最適値を決定する。送電装置における整合回路の容量の最適値をまず決定し、次に、受電装置における整合回路の容量の最適値を決定してもよい。逆に、受電装置における整合回路の容量の最適値を決定した後、送電装置における前記整合回路の容量の最適値を決定してもよい。このような電力伝送試験は、敷設現場に限らず、製造現場で実行することもできる。また、電力伝送試験は、システム運用開始後、定期的に、または不定期的に実行してもよい。これにより、時間の経過とともに電極の周辺の環境が変化したとしても、伝送特性の悪化を抑制することができる。
【０１２０】
複数の送電装置と、複数の受電装置とを備える無線電力伝送システムにおいては、各送電装置および各受電装置を制御する管理装置が配置され得る。管理装置は、送電装置と受電装置のペア毎に、決定された容量と、電力伝送特性との関係を示すデータを収集してもよい。各送電装置は、それぞれの受電装置に送電したときの伝送特性を示すデータと、そのときに選択された容量素子の組み合わせを示すデータとを、管理装置に送信してもよい。管理装置は、送電装置と受電装置のペアごとに、送電装置および受電装置の容量をどのように設定するかを決定し、送電装置および受電装置に指示してもよい。
【０１２１】
図１３から図１５の例における送電装置は、受電装置に電力を伝送するとき、整合回路１８０の並列容量の値を変化させながら予備的な電力伝送を行い、最も伝送効率の高い容量を決定する。この動作における並列容量の選択順序を、管理装置が決定してもよい。管理装置は、送電装置と受電装置のペアごとに、過去に選択された容量と、伝送特性との関連を示すデータを収集している。そのデータを統計的に処理することにより、キャパシタの組み合わせの最適な順序を決定できる。
【０１２２】
管理装置は、送電中に、送電装置または受電装置から、容量の変化が及ぼす特性変動に関するデータを収集してもよい。収集したデータに基づいて、次に同じ送電装置と受電装置との組み合わせで電力伝送が行われるときに、過去に効率が低かった容量への設定を回避する制御を実行してもよい。言い換えれば、管理装置は、伝送効率が高い一部のキャパシタンス状態のみを、送電装置または受電装置に設定するように指示してもよい。
【０１２３】
上記のようなデータの収集は、システムの敷設または導入時の試験充電時、または出荷前に行ってもよいし、システムの運用開始後に行ってもよい。送電装置または管理装置における記録媒体に、送電装置と受電装置の組み合わせごとに最適なキャパシタンス状態を示すデータを記録してもよい。そのような調整を予め実行しておくことにより、さらに効率的な送電動作を実現できる。
【０１２４】
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。搬送ロボット１０は、物品を積載する荷台を有し、工場内を自律的に移動して物品を必要な場所に搬送する台車として機能する。しかし、本開示における無線電力伝送システムおよび移動体は、このような用途に限らず、他の様々な用途に利用され得る。例えば、移動体は、ＡＧＶに限らず、他の産業機械、サービスロボット、電気自動車、マルチコプター（ドローン）等であってもよい。無線電力伝送システムは、工場内に限らず、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。
【０１２５】
以上のように、本開示は、以下の項目に記載の装置、システム、送電システム、受電システム、無線電力伝送システム、送電装置、受電装置、および調整方法を含む。
【０１２６】
［項目１］
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電システムであって、
第１の送電装置と、
第２の送電装置と、
を備え、
前記第１の送電装置は、
第１の送電電極対と、
前記第１の送電電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記第２の送電装置は、
第２の送電電極対と、
前記第２の送電電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の送電電極対の間の寄生容量は、前記第２の送電電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する、
送電システム。
【０１２７】
［項目２］
前記第１の送電装置は、第１のインバータ回路をさらに備え、
前記第１の整合回路は、前記第１のインバータ回路と前記第１の送電電極対との間に接続され、
前記第２の送電装置は、第２のインバータ回路をさらに備え、
前記第２の整合回路は、前記第２のインバータ回路と前記第２の送電電極対との間に接続されている、
項目１に記載の送電システム。
【０１２８】
［項目３］
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路に並列容量素子が付加された構造を有する、項目１または２に記載の送電システム。
【０１２９】
［項目４］
前記並列容量素子は、前記第１の整合回路のうち、前記第１の送電電極対の側の端部に配置されている、項目３に記載の送電システム。
【０１３０】
［項目５］
前記第１の送電電極対の長さは、前記第２の送電電極対の長さよりも短い、項目１から４のいずれかに記載の送電システム。
【０１３１】
［項目６］
前記第１の整合回路の並列容量と前記第２の整合回路の並列容量との差をΔＣｃ１、前記第２の送電電極対の間の寄生容量と前記第１の送電電極対の間の寄生容量との差をΔＣｓｈ１とするとき、（ΔＣｃ１−ΔＣｓｈ１）／ΔＣｓｈ１の絶対値は、０．５以下である、項目１から５のいずれかに記載の送電システム。
【０１３２】
［項目７］
項目１から６のいずれかに記載の送電システムと、
前記第１および第２の送電装置のいずれとの間でも電力伝送が可能な受電装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【０１３３】
［項目８］
送電装置と、他の送電装置とを備える電界結合方式の送電システムにおける送電装置であって、
前記送電装置は、
第１の送電電極対と、
前記第１の送電電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記他の送電装置は、
第２の送電電極対と、
前記第２の送電電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の送電電極対の間の寄生容量は、前記第２の送電電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する、
送電装置。
【０１３４】
［項目９］
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電システムであって、
第１の受電装置と、
第２の受電装置と、
を備え、
前記第１の受電装置は、
第１の受電電極対と、
前記第１の受電電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記第２の受電装置は、
第２の受電電極対と、
前記第２の受電電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の受電電極対の間の寄生容量は、前記第２の受電電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する、
受電システム。
【０１３５】
［項目１０］
前記第１の受電装置は、第１の整流回路をさらに備え、
前記第１の整合回路は、前記第１の受電電極対と前記第１の整流回路との間に接続され、
前記第２の受電装置は、第２の整流回路をさらに備え、
前記第２の整合回路は、前記第２の受電電極対と前記第２の整流回路との間に接続されている、
項目９に記載の受電システム。
【０１３６】
［項目１１］
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路に並列容量素子が付加された構造を有する、項目９または１０に記載の受電システム。
【０１３７】
［項目１２］
前記並列容量素子は、前記第１の整合回路のうち、前記第１の受電電極対の側の端部に配置されている、項目１１に記載の受電システム。
【０１３８】
［項目１３］
前記第１の受電電極対の長さは、前記第２の受電電極対の長さよりも短い、項目９から１２のいずれかに記載の受電システム。
【０１３９】
［項目１４］
前記第１の整合回路の並列容量と前記第２の整合回路の並列容量との差をΔＣｃ２、前記第２の受電電極対の間の寄生容量と前記第１の受電電極対の間の寄生容量との差をΔＣｓｈ２とするとき、（ΔＣｃ２−ΔＣｓｈ２）／ΔＣｓｈ２の絶対値は０．５以下である、項目９から１３のいずれかに記載の受電システム。
【０１４０】
［項目１５］
項目９から１４のいずれかに記載の受電システムと、
前記第１および第２の受電装置のいずれとの間でも電力伝送が可能な送電装置と、
を備える無線電力伝送システム。
【０１４１】
［項目１６］
受電装置と、他の受電装置とを備える電界結合方式の受電システムにおける受電装置であって、
前記受電装置は、
第１の受電電極対と、
前記第１の受電電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記他の受電装置は、
第２の受電電極対と、
前記第２の受電電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の受電電極対の間の寄生容量は、前記第２の受電電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する、
受電装置。
【０１４２】
［項目１７］
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる送電装置であって、
送電電極対と、
前記送電電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える送電装置。
【０１４３】
［項目１８］
インバータ回路をさらに備え、
前記整合回路は、前記インバータ回路と前記送電電極対との間に接続されている、
項目１７に記載の送電装置。
【０１４４】
［項目１９］
前記整合回路は、前記並列容量素子群を有し、
前記制御回路は、前記並列容量素子群のオン／オフの組み合わせを順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記並列容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定する、
項目１７または１８に記載の送電装置。
【０１４５】
［項目２０］
前記整合回路は、前記可変並列容量素子を有し、
前記制御回路は、前記可変並列容量素子の容量を順次変化させ、変化させる度に伝送効率に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記容量の最適値を決定する、
項目１７に記載の送電装置。
【０１４６】
［項目２１］
電界結合方式の無線電力伝送システムにおいて用いられる受電装置であって、
受電電極対と、
前記受電電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える受電装置。
【０１４７】
［項目２２］
整流回路をさらに備え、
前記整合回路は、前記受電電極対と前記整流回路との間に接続されている、
項目２１に記載の受電装置。
【０１４８】
［項目２３］
前記整合回路は、前記並列容量素子群を有し、
前記制御回路は、前記並列容量素子群のオン／オフの組み合わせを順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記並列容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定する、
項目２１または２２に記載の受電装置。
【０１４９】
［項目２４］
前記整合回路は、前記可変並列容量素子を有し、
前記制御回路は、前記可変並列容量素子の容量を順次変化させ、変化させる度に伝送効率に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記容量の最適値を決定する、
項目２１または２２に記載の受電装置。
【０１５０】
［項目２５］
項目１７から２０のいずれかに記載の送電装置、および項目２１から２４のいずれかに記載の受電装置の少なくとも一方を用いて、前記送電装置および前記受電装置の前記少なくとも一方における前記整合回路の容量の最適値を決定する電力伝送試験を行う調整方法。
【０１５１】
［項目２６］
前記送電装置および前記受電装置の一方における前記整合回路の容量の最適値を決定してから、前記送電装置および前記受電装置の他方における前記整合回路の容量の最適値を決定する、項目２５に記載の調整方法。
【０１５２】
［項目２７］
電界結合方式の送電システムまたは受電システムとして用いられるシステムであって、
第１の装置と、
第２の装置と、
を備え、
前記第１の装置および前記第２の装置の各々は、送電装置および受電装置の一方であり、
前記第１の装置は、
第１の電極対と、
前記第１の電極対に接続された第１の整合回路と、
を備え、
前記第２の装置は、
第２の電極対と、
前記第２の電極対に接続された第２の整合回路と、
を備え、
前記第１の電極対の間の寄生容量は、前記第２の電極対の間の寄生容量よりも小さく、
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路の並列容量よりも大きい並列容量を有する、
システム。
【０１５３】
［項目２８］
前記第１の装置は、第１の電力変換回路をさらに備え、
前記第１の整合回路は、前記第１の電力変換回路と前記第１の電極対との間に接続され、
前記第２の装置は、第２の電力変換回路をさらに備え、
前記第２の整合回路は、前記第２の電力変換回路と前記第２の電極対との間に接続されている、
項目２７に記載のシステム。
【０１５４】
［項目２９］
前記第１の整合回路は、前記第２の整合回路に並列容量素子が付加された構造を有する、項目２７または２８に記載のシステム。
【０１５５】
［項目３０］
前記並列容量素子は、前記第１の整合回路のうち、前記第１の電極対の側の端部に配置されている、項目２９に記載のシステム。
【０１５６】
［項目３１］
前記第１の電極対の長さは、前記第２の電極対の長さよりも短い、項目２７から３０のいずれかに記載のシステム。
【０１５７】
［項目３２］
前記第１の整合回路の並列容量と前記第２の整合回路の並列容量との差をΔＣｃ１、前記第２の電極対の間の寄生容量と前記第１の電極対の間の寄生容量との差をΔＣｓｈ１とするとき、（ΔＣｃ１−ΔＣｓｈ１）／ΔＣｓｈ１の絶対値は、０．５以下である、項目２７から３１のいずれかに記載のシステム。
【０１５８】
［項目３３］
項目２７から３２のいずれかに記載のシステムと、
前記第１および第２の装置のいずれとの間でも電力伝送が可能な他の装置と、を備える、無線電力伝送システム。
【０１５９】
［項目３４］
項目２７から３２のいずれかに記載のシステムにおいて用いられる前記第１の装置。
【０１６０】
［項目３５］
電界結合方式の無線電力伝送システムにおける送電装置または受電装置として用いられる装置であって、
送電電極対または受電電極対である電極対と、
前記電極対に接続された整合回路であって、オン／オフの選択が可能な複数の並列容量素子を含む並列容量素子群、および可変並列容量素子の少なくとも一方を有する整合回路と、
前記複数の並列容量素子の各々のオン／オフ、または前記可変並列容量素子の容量を制御する制御回路と、
を備える装置。
【０１６１】
［項目３６］
電力変換回路をさらに備え、
前記整合回路は、前記電力変換回路と前記送電電極対との間に接続されている、
項目３５に記載の装置。
【０１６２】
［項目３７］
前記整合回路は、前記並列容量素子群を有し、
前記制御回路は、前記並列容量素子群のオン／オフの組み合わせを順次変化させ、変化させる度に伝送特性に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記並列容量素子群のオン／オフの最適な組み合わせを決定する、
項目３５または３６に記載の装置。
【０１６３】
［項目３８］
前記整合回路は、前記可変並列容量素子を有し、
前記制御回路は、前記可変並列容量素子の容量を順次変化させ、変化させる度に伝送効率に依存するパラメータを測定し、前記パラメータの測定結果を比較して前記容量の最適値を決定する、
項目３７に記載の装置。
【０１６４】
［項目３９］
項目３５から３８のいずれかに記載の装置を用いて、前記装置における前記整合回路の容量の最適値を決定する電力伝送試験を行う調整方法。
【０１６５】
［項目４０］
項目３５から３８のいずれかに記載の装置である送電装置と、
項目３５から３８のいずれかに記載の装置である受電装置と、
を用いて、
前記送電装置および前記受電装置の一方における前記整合回路の容量の最適値を決定し、その後、前記送電装置および前記受電装置の他方における前記整合回路の容量の最適値を決定する、項目３９に記載の調整方法。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
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）、無人搬送車（ＡＧＶ）、または無人航空機（ＵＡＶ）などの移動体に利用され得る。
【符号の説明】
【０１６７】
１０    搬送ロボット
３０    路面
１００  送電装置
１１０  送電回路
１１４  インバータ回路
１２０  送電電極
１３０ｓ  直列共振回路
１４０ｐ  並列共振回路
１８０  整合回路
１８２  並列容量素子
１８４  並列容量素子群
２００  受電装置
２１０  受電回路
２１４  整流回路
２２０  受電電極
２３０ｐ  並列共振回路
２４０ｓ  直列共振回路
２８０  整合回路
２８２  並列容量素子
３１０  直流電源
３３０  負荷
５００  鉄骨
６００  バッテリー
６１０Ａ、６１０Ｂ  導電体
【図１】
2019009981.tif 000003
【図２】
2019009981.tif 000004
【図３Ａ】
2019009981.tif 000005
【図３Ｂ】
2019009981.tif 000006
【図４】
2019009981.tif 000007
【図５Ａ】
2019009981.tif 000008
【図５Ｂ】
2019009981.tif 000009
【図６】
2019009981.tif 000010
【図７】
2019009981.tif 000011
【図８】
2019009981.tif 000012
【図９】
2019009981.tif 000013
【図１０】
2019009981.tif 000014
【図１１Ａ】
2019009981.tif 000015
【図１１Ｂ】
2019009981.tif 000016
【図１２】
2019009981.tif 000017
【図１３】
2019009981.tif 000018
【図１４】
2019009981.tif 000019
【図１５】
2019009981.tif 000020