(57)【要約】【課題】移動する受電器に対して安定した電力を伝送することができる送電器，受電器および無線電力伝送システムの提供を図る。【解決手段】連続的に配置された同一サイズの複数の送電コイル３２ａ〜３２ｆを含み、複数の前記送電コイルの近傍を移動する受電器の受電コイル１０に対して、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴を利用して無線により伝送する送電器であって、それぞれの前記送電コイルのサイズは、前記受電器の移動方向における前記受電コイルのサイズよりも小さく、前記受電コイルの平面内部に含まれる少なくとも１つの前記送電コイルを動作させ、前記受電コイルに対して電力を伝送する。【選択図】図４
2017131008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に配置された同一サイズの複数の送電コイルを含み、複数の前記送電コイルの近傍を移動する受電器の受電コイルに対して、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴を利用して無線により伝送する送電器であって、
それぞれの前記送電コイルのサイズは、前記受電器の移動方向における前記受電コイルのサイズよりも小さく、
前記受電コイルの平面内部に含まれる少なくとも１つの前記送電コイルを動作させ、前記受電コイルに対して電力を伝送する、
ことを特徴とする送電器。
【請求項２】
前記送電コイルは、前記受電器の移動方向における前記受電コイルのサイズの半分よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の送電器。
【請求項３】
前記受電コイルの平面内部に含まれる前記送電コイルは、共振特性を制御して共振動作を行わせ、
前記受電コイルの平面内部に含まれない前記送電コイルは、共振特性を制御して共振動作を停止させる、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の送電器。
【請求項４】
前記共振特性の制御は、それぞれの前記送電コイルにおける共振キャパシタに対して並列に設けられたスイッチを使用して行う、
ことを特徴とする請求項３に記載の送電器。
【請求項５】
さらに、
移動する前記受電器における前記受電コイルの位置情報を検出する受電コイル位置検出器を有し、
前記受電コイル位置検出器からの前記受電コイルの位置情報に基づいて、前記受電コイルの平面内部に含まれる前記送電コイルにおけるスイッチをオフして共振動作を行わせ、前記受電コイルの平面内部に含まれない前記送電コイルにおけるスイッチをオンして共振動作を停止させる、
ことを特徴とする請求項４に記載の送電器。
【請求項６】
連続的に配置された複数の送電コイルの近傍を移動し、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴を利用して無線により受電する受電コイルを含む受電器であって、
前記受電コイルの移動方向のサイズは、前記送電コイルのサイズよりも大きく、
前記受電コイルは、前記受電コイルの平面内部に含まれる少なくとも１つの前記送電コイルからの電力を受電する、
ことを特徴とする受電器。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の送電器と、
請求項６に記載の受電器と、を有し、
前記受電器における前記受電コイルの平面内部に含まれる、前記送電器における少なくとも１つの前記送電コイルを動作させ、前記受電コイルに対して無線により電力を伝送する、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願で言及する実施例は、送電器，受電器および無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源供給や充電を行うために、無線で電力を伝送する無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送：Wireless Power Transfer)技術が注目されている。例えば、携帯端末やノートパソコンを始めとした様々な電子機器や家電機器、或いは、自動車等の電力インフラ機器に対して、無線で電力伝送を行う無線電力伝送システムが研究・開発されている。
【０００３】
従来、無線電力伝送技術としては、一般的に、電磁誘導を利用した技術や電波を利用した技術が知られているが、近年、送電器と受電器の距離をある程度離しつつ無線による電力伝送が可能な磁界共鳴(磁界共振)を用いたワイヤレス電力伝送が有望視されている。
【０００４】
磁界共鳴を用いた無線電力伝送システムは、例えば、数Ｗ以上の電力を数ｃｍ〜数十ｃｍ離れた場所に伝送することができるため、上述した電子機器や家電機器、或いは、電力インフラ機器だけでなく、工場やオフィス内で使用される移動装置にも適用され得る。
【０００５】
ところで、例えば、工場やオフィス内で使用される移動装置に対して、無線により電力伝送を行う無線電力伝送システムとしては、様々な提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２８４６９６号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２５９６０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】庄木 裕樹他(SHOKI Hiroki, et al.), 「ワイヤレス電力伝送技術に関する最新の標準化動向」, 電子情報通信学会技術研究報告(信学技報), WPT2011-19, December 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、例えば、工場やオフィス内で使用される移動装置に対して、磁界共鳴を利用したワイヤレス電力伝送を適用することが考えられている。例えば、家電製品や携帯端末を製造或いは修理する工場等において、タブレット等の検品用端末が搭載された部品集荷用台車(ピッキング台車)を作業者が手で押して、検品用端末に表示された部品を、所定の部品棚から取り出すことが行われている。
【０００９】
ところで、上述したピッキング台車(台車)は、作業者が手で押して部品のピッキング作業を行っている間に、例えば、台車が移動する床面に設けた送電器(送電コイル)から、タブレット等に使用する電力を無線により伝送(給電)することが望まれている。
【００１０】
ここで、例えば、床面に設けた送電コイルから、数ｃｍ〜数十ｃｍ離れた台車の受電器(受電コイル)に数Ｗ以上の電力を伝送することが可能なものとして、磁界共鳴を用いた無線電力伝送システムが好ましいと考えられる。
【００１１】
しかしながら、このような磁界共鳴を用いた無線電力伝送システムにおいて、受電器が設けられた移動する台車に対して送電器から安定した電力を伝送し、しかも、台車を手押しする作業者への磁界曝露を防止するのは困難なものとなっている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態によれば、連続的に配置された同一サイズの複数の送電コイルを含み、複数の前記送電コイルの近傍を移動する受電器の受電コイルに対して、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴を利用して無線により伝送する送電器が提供される。
【００１３】
それぞれの前記送電コイルのサイズは、前記受電器の移動方向における前記受電コイルのサイズよりも小さく、前記受電コイルの平面内部に含まれる少なくとも１つの前記送電コイルを動作させ、前記受電コイルに対して電力を伝送する。
【発明の効果】
【００１４】
開示の送電器，受電器および無線電力伝送システムは、移動する受電器に対して安定した電力を伝送することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、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における課題を説明するための図である。
【図３】図３は、無線電力伝送システムの第１実施例を説明するための図である。
【図４】図４は、図３に示す第１実施例の無線電力伝送システムの動作を説明するための図である。
【図５】図５は、図３に示す第１実施例の無線電力伝送システムの構成例を簡略化して示すブロック図である。
【図６】図６は、図５に示す無線電力伝送システムにおける共振コイルのオン／オフ制御を説明するための図である。
【図７】図７は、図３に示す第１実施例の無線電力伝送システムにおける送電コイルおよび受電コイルの一例を説明するための図である。
【図８】図８は、図７に示す無線電力伝送システムにおける送電器の構成例を説明するための図である。
【図９】図９は、図７に示す無線電力伝送システムにおいて、受電コイルが±４０ｃｍの距離を移動した場合のｋＱ積および効率(η)の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、図７に示す無線電力伝送システムにおける無線電力伝送処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１１は、無線電力伝送システムの第２実施例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、送電器，受電器および無線電力伝送システムの実施例を詳述する前に、無線電力伝送システムの一例およびその課題を、図１および図２を参照して説明する。図１は、無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図であり、例えば、工場において、作業者が部品集荷用台車(ピッキング台車)を手で押して、検品用端末(タブレット等)により指定された部品を部品棚から取り出す(ピッキングする)様子を示すものである。
【００１７】
ここで、図１(a)は、受電器(受電コイル)が設けられたピッキング台車(台車)の一例を模式的に示す斜視図であり、図１(b)は、作業者が台車を部品棚に沿って移動させ、指定された部品をピッキングする様子を示す図である。
【００１８】
図１(a)および図１(b)において、参照符号１００は台車(ピッキング台車)，１は受電器，１０は受電コイル，１１はタブレット(タブレット型コンピュータ)，１２はトレイ(部品収納トレイ)，２は部品棚，３は送電器，そして，４は作業者を示す。また、参照符号３１ａ〜３１ｃは、それぞれ送電コイルを示す。
【００１９】
図１(a)および図１(b)に示されるように、台車１００には、例えば、作業者４に対してピッキングする部品を表示して指示するタブレット１１、および、作業者４によりピッキングした部品を収納するトレイ１２等が設けられている。
【００２０】
ここで、作業者４に対しては、部品棚２，タブレット１１，トレイ１２または他の表示装置等により、例えば、ピッキングする部品が存在する部品棚２の所定位置やピッキングした部品を収納するトレイの位置等の様々な情報が与えられる。
【００２１】
また、台車１００には、タブレット１１或いは他の表示装置等に電力を供給するために、例えば、フリーアクセスフロアにより、その床下に配置された送電器３(複数の送電コイル３１)からの電力を受け取る受電器１(受電コイル１０)も設けられている。
【００２２】
台車１００は、例えば、作業者４により手押しされることで部品棚２の間を移動するようになっており、この部品棚２の間を移動しているときに、作業者４は、指定された部品を部品棚２から取り出してトレイ１２に収納する。
【００２３】
なお、送電コイル３１は、フリーアクセスフロアを使用してその床下に配置するものに限定されず、例えば、台車１００の側面近傍に配置してもよい。この場合、台車１００に設ける受電コイル１０の位置は、送電コイル３１の位置に従って、例えば、台車１００の側面に設けられることになる。
【００２４】
また、本明細書では、一例として、工場における部品のピッキングを行う台車(ピッキング台車)１００における無線電力伝送システムを説明するが、本実施例の適用は、このような部品のピッキングを行うものに限定されないのはもちろんである。
【００２５】
図２は、図１に示す無線電力伝送システムにおける課題を説明するための図である。ここで、図２(a)および図２(b)は、無線電力伝送システムの一例における送電コイルと受電コイルの関係を説明するための図であり、送電コイル３１ａ〜３１ｃと受電コイル１０のサイズ(台車の移動方向におけるサイズ)が等しい場合を説明するためのものである。
【００２６】
また、図２(c)および図２(d)は、無線電力伝送システムの他の例における送電コイルと受電コイルの関係を説明するための図であり、送電コイル３１ａ〜３１ｃのサイズが受電コイル１０ａ，１０ｂのサイズよりも大きい場合を説明するためのものである。なお、図２(a)〜図２(d)において、それぞれの送電コイル３１ａ〜３１ｃは、同一サイズで連続的に配置されている。
【００２７】
まず、図２(a)および図２(b)に示されるように、送電コイル３１ａ〜３１ｃと受電コイル１０のサイズが等しい場合、例えば、作業者４が台車１００を手押しして、送電コイル３１ａ→３１ｂ→３１ｃの上方を移動すると、作業者４への磁界曝露が生じる。
【００２８】
すなわち、図２(b)から明らかなように、台車１００の受電コイル１０が、送電コイル３１ｂの上方から送電コイル３１ｃの上方へ移動すると、台車１００を手押ししている作業者４は、送電コイル３１ｂからの磁界に曝されることになる。
【００２９】
また、受電コイル１０に均一な磁界を与えるには、送電コイル３１ａ〜３１ｃと受電コイル１０の相対位置に応じて出力を調整し、或いは、２つの送電コイルを跨いだ状態では、両方の送電コイルから同時に出力するため、運用および制御が複雑化することになる。
【００３０】
次に、図２(c)および図２(d)に示されるように、送電コイル３１ａ〜３１ｃのサイズが受電コイル１０ａ，１０ｂのサイズよりも大きい場合、上述した作業者４への磁界曝露の問題が生じる。
【００３１】
ここで、例えば、小さいサイズの受電コイル１０ａ，１０ｂに対して、図２(a)および図２(b)の受電コイル１０と同等の電力を供給するには、送電コイル３１ａ〜３１ｃによる磁界が大きくなるため、磁界曝露の問題はより深刻なものとなる。
【００３２】
さらに、上述した図２(a)〜図２(d)に共通するが、送電コイル３１ａ〜３１ｃは、できるだけ磁界の切れ目を発生させないように、隣接する送電コイル３１ａ〜３１ｃの間隔を狭くすると、送電コイル３１ａ〜３１ｃ間の結合強度を低減させるのが困難になる。
【００３３】
以下、送電器，受電器および無線電力伝送システムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。図３は、無線電力伝送システムの第１実施例を説明するための図であり、図３(a)および図３(b)は、第１実施例の無線電力伝送システムの送電コイルと受電コイルの関係を説明するためのものである。
【００３４】
図３(a)および図３(b)において、参照符号１００はピッキング台車(台車)，１は受電器，１０は受電コイル，３は送電器，３２ａ〜３２ｆは送電コイル，そして，４は作業者を示す。なお、図１(a)および図１(b)を参照して説明したのと同様に、台車１００は、例えば、作業者４の手押しにより部品棚２の間を移動し、また、台車１００には、タブレット１１，トレイ１２および受電コイル１０を含む受電器１等が設けられている。
【００３５】
図３(a)および図３(b)に示されるように、送電器３は、複数の送電コイル３２ａ〜３２ｆを含み、これらの送電コイル３２ａ〜３２ｆは、例えば、台車１００の移動方向において、直線状に連続的に配置されている。ここで、送電コイル３２ａ〜３２ｆは、全て同一サイズ、すなわち、同等の磁界を発生するようになっている。
【００３６】
台車１００に設けられた受電器１は、受電コイル１０を含み、この受電コイル１０は、送電コイル３２ａ〜３２ｆからの磁界を受け取って電力に変換するために、送電コイル３２ａ〜３２ｆの近傍を移動する位置に設けられている。すなわち、受電器１の受電コイル１０は、送電コイル３２ａ〜３２ｆからの電力を、磁界共鳴を利用して無線により受け取るようになっている。
【００３７】
ここで、それぞれの送電コイル３２ａ〜３２ｆのサイズは、台車１００(受電器１)の移動方向における受電コイル１０のサイズよりも小さくされている。また、隣接する送電コイル３２ａ〜３２ｆの間隔は、送電コイル間の結合強度を低減させるために広く設定されている。そして、受電コイル１０の平面内部(投影面の内側)に含まれる少なくとも１つの送電コイル３２ａ〜３２ｆを動作させることにより、受電コイル１０に対して電力を伝送するようになっている。
【００３８】
なお、図３(a)および図３(b)では、例えば、フリーアクセスフロアの床下に配置された送電器３(複数の送電コイル３２ａ〜３２ｆ)からの電力を、台車１００の下部に設けた受電コイル１０で受け取るようになっているが、この構成に限定されるものではない。
【００３９】
すなわち、送電コイル３２ａ〜３２ｆを、台車１００の側面近傍、例えば、一方の部品棚２に配置し、台車１００の受電コイル１０を、部品棚２に配置した送電コイル３２ａ〜３２ｆに対応した位置に設けることもできる。さらに、無線電力伝送システムの実施例の適用は、工場において部品のピッキングを行うシステムに限定されないのは、前述した通りである。
【００４０】
図４は、図３に示す第１実施例の無線電力伝送システムの動作を説明するための図であり、図４(a)〜図４(f)は、受電コイル１０(台車１００)が右から左へ順に移動するときの動作を示している。
【００４１】
まず、図４(a)に示されるように、作業者４が台車１００を右から左方向へ手で押して移動させる場合、右端の送電コイル３２ａが受電コイル１０の投影面の内側(平面内部)に含まれない状態では、全ての送電コイル３２ａ〜３２ｆは、オフ状態になっている。このとき、台車１００に設けられた受電器１の受電コイル１０も、オフ状態になっている。
【００４２】
次に、図４(b)に示されるように、右端の送電コイル３２ａのみが受電コイル１０の平面内部に含まれるようになると、右端の送電コイル３２ａおよび受電コイル１０をオン状態にする。これにより、送電コイル３２ａにより発生した磁界が受電コイル１０へ無線により伝送され、磁界共鳴により電力の伝送が行われる。
【００４３】
ここで、送電コイル３２ａおよび受電コイル１０(共振コイル)のオン／オフ制御は、後に、図６を参照して説明する。なお、送電コイル３２ａから受電コイル１０への磁界共鳴による無線電力伝送は、他に様々な制御等を行うことになるが、ここではそれらの説明は省略する。すなわち、本実施例の適用において、様々な変形および変更が可能である。
【００４４】
また、図４(c)に示されるように、右端の送電コイル３２ａが受電コイル１０の平面内部に含まれると共に、右端から２番目の送電コイル３２ｂも受電コイル１０の平面内部に含まれるようになり、さらに、図４(d)のようになると、送電コイルの切り替えを行う。
【００４５】
また、図４(c)に示されるように、右端の送電コイル３２ａが受電コイル１０の平面内部に含まれると共に、右端から２番目の送電コイル３２ｂも受電コイル１０の平面内部に含まれるようになり、さらに、図４(d)のようになると、送電コイルの切り替えを行う。
【００４６】
すなわち、図４(d)に示されるように、右端から２番目の送電コイル３２ｂが受電コイル１０の平面内部に含まれ、かつ、右端の送電コイル３２ａによる磁界が作業者４に影響を与えるようになる前に、送電コイル３２ａをオフして送電コイル３２ｂをオンする。
【００４７】
これにより、図４(e)に示されるように、例えば、作業者４が右端の送電コイル３２ａの上方に移動して来たとき、既に、右端の送電コイル３２ａはオフ状態となっているため、台車１００を手押しする作業者４への磁界曝露を防止することができる。
【００４８】
そして、図４(f)に示されるように、右端から３番目の送電コイル３２ｃが受電コイル１０の平面内部に含まれ、かつ、２番目の送電コイル３２ｂによる磁界が作業者４に影響を与えるようになる前に、送電コイル３２ａをオフして送電コイル３２ｂをオンする。
【００４９】
このように、本実施例によれば、磁界共鳴を用いた無線電力伝送システムにおいて、受電器１が設けられた移動する台車１００に対して送電器３から安定した電力を伝送し、しかも、台車１００を手押しする作業者４への磁界曝露を防止すことが可能になる。
【００５０】
なお、図３(a)および図３(b)並びに図４(a)〜図４(f)において、受電コイル１０は、常に、１つの送電コイル３２ａ〜３２ｆからの磁界を受け取るようになっているが、同時に複数の送電コイルからの磁界を受け取ってもよいのはいうまでもない。また、隣接する送電コイルの間隔や送電コイルと受電コイルのサイズの比等は、伝送する電力の大きさや磁界共鳴の共振周波数等の様々な条件に基づいて適切な値に設定されることになる。
【００５１】
図５は、図３に示す第１実施例の無線電力伝送システムの構成例を簡略化して示すブロック図である。図５に示されるように、第１実施例の無線電力伝送システムは、例えば、送電コイル３２および送電共振キャパシタ３３による送電共振コイルを含む送電器３と、受電コイル１０および受電共振キャパシタ１３による受電共振コイルを含む受電器１と、を有する。
【００５２】
送電器３は、例えば、商用電源５により駆動され、送電共振コイル(送電コイル３２ａ〜３２ｆ)は、磁界共鳴を利用して無線により、受電共振コイル(受電コイル１０)に対して電力を伝送する。
【００５３】
受電器１が設けられた台車１００は、さらに、受電共振コイルからの電力を受け取って直流電圧に変換する受電回路１４、および、受電回路１４からの直流電圧を受け取ってバッテリを充電するバッテリ部１５を有する。
【００５４】
なお、バッテリ部１５の出力(電源電圧)は、例えば、図１(a)を参照して説明したタブレット(検品用端末)１１や他の表示装置等を駆動するために使用される。また、図５では、無線電力伝送システムを簡略化して示しているが、受電器１および送電器３、或いは、台車１００による部品のピッキングシステム等は、他に様々な構成を含むのはもちろんである。
【００５５】
図６は、図５に示す無線電力伝送システムにおける共振コイルのオン／オフ制御を説明するための図である。ここで、図６(a)は、共振キャパシタ３３(１３)に対して並列にスイッチ(共振スイッチ)３４を設けたものであり、図６(b)は、共振キャパシタ３３(１３)に対して直列にスイッチ(共振スイッチ)３５を設けたものである。
【００５６】
まず、図６(a)に示されるように、図５に示す送電共振コイル(送電コイル３２ａ〜３２ｆ)および受電共振コイル(受電コイル１０)は、それぞれの共振キャパシタ３３および１３に対して並列にスイッチ３４を設けることにより、オン／オフ制御することができる。すなわち、それぞれの共振コイルを、スイッチ３４をオフすることで共振動作を行わせ(ＯＮ)、スイッチ３４をオンすることで共振動作を停止させる(ＯＦＦ)ことができる。
【００５７】
或いは、図６(b)に示されるように、図５に示す送電共振コイル(３２ａ〜３２ｆ)および受電共振コイル(１０)は、それぞれの共振キャパシタ３３および１３に対して直列にスイッチ３５を設けることにより、オン／オフ制御することができる。すなわち、それぞれの共振コイルを、スイッチ３５をオンすることで共振動作を行わせ(ＯＮ)、スイッチ３５をオフすることで共振動作を停止させる(ＯＦＦ)ことができる。
【００５８】
なお、図６(b)に示す例では、スイッチ３５がＬＣ共振回路に直列に挿入されることになるため、スイッチ３５のオン抵抗の影響が出る虞があり、共振動作の安定といった面からは、図６(a)に示す例の方が好ましい。また、受電コイル１０(受電共振コイル)に関しては、共振のオン／オフ制御を行わずに、常にオン状態(共振動作が可能な状態)に保持しておいてもよい。もちろん、他の構成を適用して、共振コイルのオン／オフ制御を行うことができるのはいうまでもない。
【００５９】
図７は、図３に示す第１実施例の無線電力伝送システムにおける送電コイルおよび受電コイルの一例を説明するための図であり、後述する図９のシミュレーション結果を得るための構成例を示す。ここで、参照符号３２Ａ〜３２Ｄは、受電コイル１０の移動方向に直線的に配置された送電コイルを示す。
【００６０】
図７に示されるように、受電コイル１０の寸法を、移動方向(台車１００が移動する方向)が４０ｃｍで、幅方向(移動方向と直行する方向)が３０ｃｍの１ターンとした。また、それぞれの送電コイル３２Ａ〜３２Ｄの寸法を、移動方向が１５ｃｍで幅方向が３０ｃｍの１ターンとし、５ｃｍ間隔で連続的に直線状に配置した。
【００６１】
さらに、受電コイル１０および送電コイル３２Ａ〜３２Ｄは、太さが１ｍｍ(φ１ｍｍ)の銅線としてシミュレーションを試行した後、８０％程度の効率(ｋＱ≒１０)の確保を目安として、送電コイル３２Ａ〜３２Ｄと受電コイル１０の間隙を６．５ｃｍに設定した。なお、ｋＱ積は、無線電力伝送システムにおける給電効率(送電効率)の性能指標を示し、ｋ(ｋ値)は、電磁界の結合の程度を示し、その値が大きいほど、結合の程度が大きいことを示し、また、Ｑ(Ｑ値)は、電磁界の損失の程度を示し、その値が大きいほど、損失の程度が小さいことを示す。
【００６２】
また、送電コイル３２Ａ〜３２Ｄおよび受電コイル１０は、両方とも共振コイルであり、磁界共鳴方式で電力伝送を行うものとした。また、図６(a)を参照して説明したように、送電コイル３２Ａ〜３２Ｄの共振キャパシタ３３には並列にスイッチ３４を設け、給電に使用する送電コイルはスイッチオフ(共振状態)し、それ以外の送電コイルはスイッチオン(非共振状態)となるように制御した。
【００６３】
これにより、送電コイル３２Ａ〜３２Ｄ間の結合強度を低減することができ、送電コイル３２Ａ〜３２Ｄと受電コイル１０間でのみ磁界共鳴方式によって効率よく電力伝送されることになる。また、本シミュレーションモデルでは、送電コイルと受電コイル間(共振：共振)の結合強度(ｋＱ積)に比べて、隣接する送電コイル間(共振：非共振)の結合強度は、約１／３０と十分小さいものとなるため、無視することが可能である。
【００６４】
図８は、図７に示す無線電力伝送システムにおける送電器の構成を説明するための図である。ここで、参照符号１６は、受電コイル１０に設けられた反射板を示し、３９Ａ〜３９Ｄは、送電コイル３２Ａ〜３２Ｄの近傍(例えば、床面)に設けられた反射型ＬＥＤセンサを示す。
【００６５】
なお、図８に示されるように、各送電コイル３２Ａ〜３２Ｄに対する給電は、例えば、設備コストを低減するため、１台の電源アンプ３６を準備し、その電源アンプ３６の出力を、制御器３８により制御されるセレクタ３７で選択して行うようになっている。また、制御器３８は、例えば、送電コイルおよび受電コイルの位置検出，送電コイルおよび受電コイルの共振スイッチ(３４，３５)のスイッチング制御，並びに，セレクタ３７の切り替え指示等を行う。
【００６６】
台車１００の下部に設けられた受電コイル１０の所定部分(例えば、受電コイル１０の中央近傍に対応する台車１００の下面)には、例えば、光を反射する反射板１６が設けられている。そして、この反射板１６により、送電コイル３２Ａ〜３２Ｄに対して設けられた反射型ＬＥＤセンサ３９Ａ〜３９Ｄからの光を反射して戻すことで、各送電コイル３２Ａ〜３２Ｄに対する受電コイル１０の位置を検出することができるようになっている。
【００６７】
すなわち、反射型ＬＥＤセンサ３９Ａ〜３９Ｄは、反射板１６で反射された光を検出し、制御器３８に対して出力する。制御器３８は、反射型ＬＥＤセンサ３９Ａ〜３９Ｄの出力に基づいて、移動する台車１００に設けられた受電コイル１０の位置を確認し、上述した送受電コイルの共振制御およびセレクタの切り替え等の制御を行う。
【００６８】
ここで、例えば、反射型ＬＥＤセンサ３９Ａ〜３９Ｄは、消費電力が微弱であり、また、送電器３の一部として設けることができるため、常時オンとしておいても実用上は差し支えない。ただし、現在、担当区間(受電コイル１０に対して磁界共鳴を使用して無線により電力伝送を行う送電コイルの区間)として検知されている送電コイルの直前および直後のみ、反射型ＬＥＤセンサをオンするように制御してもよい。また、反射板１６は、反射テープ等であってもよく、或いは、知られている他の様々な手法を利用して受電コイル１０の位置を検出することができるのはいうまでもない。
【００６９】
図９は、図７に示す無線電力伝送システムにおいて、受電コイルが±４０ｃｍの距離を移動した場合のｋＱ積および効率(η)の関係を示す図である。図９において、横軸は、受電コイル１０の位置を示し、左側の縦軸は、各位置におけるｋＱ積を示し、そして、右側の縦軸は、理論効率(η)を示す。なお、横軸の原点(０ｃｍ)は、受電コイル１０の位置で定義される。
【００７０】
また、受電コイル１０は、左から右に向かって−４０ｃｍ〜＋４０ｃｍの範囲を移動するが、２０ｃｍ移動するごとにワイヤレス給電(無線による電力伝送)に用いる送電コイルを３２Ａ→３２Ｂ→３２Ｃ→３２Ｄの流れで順次切換える。この際、図６(a)を参照して説明したように、共振スイッチ３４の切換えによって、ワイヤレス給電に使用する送電コイルのみを共振状態とし、残りの送電コイルは非共振状態とする。
【００７１】
図９に示されるように、図７および図８に示すに示す無線電力伝送システムのシミュレーションモデルにおいて、受電コイル１０を−４０ｃｍから＋４０ｃｍまで移動したとき、ｋＱ積および効率(η)は、ほぼ一定になっていることが分かる。すなわち、例えば、作業者(４)が台車１００を押して部品のピッキング等を行う場合、台車１００の進行方向に対して、ほぼ均一な効率特性(約８０％)が得られていることがわかる。
【００７２】
このように、本実施例によれば、移動する受電コイル１０(受電器１)に対して安定した電力を伝送することができる。また、前述したように、作業者が出力中の送電コイルに近づいたら、前方の送電コイルへ出力を順次切換えていくことにより、作業者の磁界曝露を回避することが可能になる。さらに、隣接する送電コイルの間隔を拡げることが比較的容易なため、送電コイル同士の磁界干渉を低減することもできる。
【００７３】
図１０は、図７に示す無線電力伝送システムにおける無線電力伝送処理の一例を説明するためのフローチャートである。図１０に示されるように、無線電力伝送処理が開始すると、ステップＳＴ１において、台車が進入する方向の最端の送電コイルが担当する区間において、受電コイルを検出するかどうかを判定する。例えば、ステップＳＴ１において、右端の送電コイル３２Ａの区間で受電コイル１０を検出したかどうか、すなわち、右端の送電コイル３２Ａが受電コイル１０の平面内部に含まれるかどうかを判定する。なお、受電コイル１０の位置の検出は、例えば、図８を参照して説明した反射板１６および反射型ＬＥＤセンサ３９Ａ〜３９Ｄを使用して行われる。
【００７４】
ステップＳＴ１において、最端の送電コイル担当区間で受電コイルを検出したと判定すると、ステップＳＴ２に進み、担当区間の送電コイル共振をオンし、アンプを接続して送電経路を確保し、ワイヤレス給電(出力)を開始して、ステップＳＴ３に進む。
【００７５】
具体的に、ステップＳＴ２では、例えば、上述した制御器３８により、右端の送電コイル３２Ａの共振を開始(例えば、図６(a)におけるスイッチ３４をオフ)し、セレクタ３７を制御して電源アンプ３６の出力を送電コイル３２Ａに接続する。これにより、送電コイル３２Ａから磁界が発生し、受電コイル１０に対して磁界共鳴を利用した無線電力伝送を行い、ステップＳＴ３に進む。なお、ステップＳＴ１では、最端の送電コイル担当区間で受電コイルを検出したと判定するまで、同様の処理を繰り返す。
【００７６】
ステップＳＴ３では、受電コイルが担当区間外に移動したかどうか、或いは、担当区間内で受電コイルが未検出かどうかを判定し、受電コイルが担当区間外に移動した、または、担当区間内で受電コイルが未検出と判定すると、ステップＳＴ４に進む。すなわち、ステップＳＴ３において、ワイヤレス給電中に定期的に受電コイル１０の位置検出を行い、受電コイル１０が出力中の送電コイルの担当区間内に存在するかを定期的に確認する。なお、ステップＳＴ３では、受電コイルが担当区間外に移動した、または、担当区間内で受電コイルが未検出と判定するまで、同様の処理を繰り返す。
【００７７】
ステップＳＴ４では、出力を停止し、アンプを非接続とし、そして、送電コイル共振をオフして、ステップＳＴ５に進む。ステップＳＴ４では、例えば、電源アンプ３６の出力を停止し、セレクタ３７を制御して電源アンプ３６の出力を送電コイル３２Ａから切り離して送電経路を一旦非接続とし、送電コイル３２Ａの共振を停止(例えば、図６(a)におけるスイッチ３４をオン)する。これにより、送電コイル３２Ａから受電コイル１０に対する無線電力伝送(ワイヤレス給電)が終了する。
【００７８】
ステップＳＴ５では、上述したステップＳＴ１と同様に、最端の送電コイルに隣接する送電コイルの担当区間で受電コイルを検出したかどうか、すなわち、右端から２番目の送電コイル３２Ｂが受電コイル１０の平面内部に含まれるかどうかを判定する。ステップＳＴ５において、隣接する(次の)送電コイルの担当区間で受電コイルを検出したと判定すると、ステップＳＴ２に戻り同様の処理を行う。
【００７９】
このようにして、右端の送電コイルから左に隣接する送電コイルへ順番に３２Ａ→３２Ｂ→３２Ｃ→３２Ｄと処理を行う。そして、受電コイル１０が左端の送電コイル３２Ｄの担当区間まで来ると、ステップＳＴ５において、隣接する送電コイルの担当区間で受電コイルを検出しないと判定して無線電力伝送処理を終了する。或いは、ステップＳＴ５において、隣接する送電コイルの担当区間で受電コイルを検出したと判定する以外の場合、受電コイル１０(台車１００)が想定外の状態にあるものと判断して、無線電力伝送処理を終了する。
【００８０】
図１１は、無線電力伝送システムの第２実施例を説明するための図である。図１１と、前述した図３(a)の比較から明らかなように、第２実施例の無線電力伝送システムの送電器３において、複数の送電コイル３２ａ’〜３２ｈ’は、直線状ではなく、千鳥状に配置されている。
【００８１】
すなわち、受電コイル１０を設ける台車１００における寸法的な制約により、例えば、受電コイル１０のアスペクト比を大きく確保するのが難しい等の場合には、送電コイル３２ａ’〜３２ｈ’を直線状ではなく、例えば、千鳥状に配置することができる。
【００８２】
なお、図１１の第２実施例において、送電コイル３２ａ’〜３２ｈ’は、円形形状とされているが、第１実施例と同様に矩形形状とすることができる。また、第２実施例では、受電コイル１０の形状もほぼ正方形形状となっているが、台車１００の形状等に応じて様々に変形することが可能である。さらに、送電コイルの配置も、千鳥状に限定されず、様々な変形および変更が可能なのはもちろんである。
【００８３】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【００８４】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
連続的に配置された同一サイズの複数の送電コイルを含み、複数の前記送電コイルの近傍を移動する受電器の受電コイルに対して、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴を利用して無線により伝送する送電器であって、
それぞれの前記送電コイルのサイズは、前記受電器の移動方向における前記受電コイルのサイズよりも小さく、
前記受電コイルの平面内部に含まれる少なくとも１つの前記送電コイルを動作させ、前記受電コイルに対して電力を伝送する、
ことを特徴とする送電器。
【００８５】
（付記２）
それぞれの前記送電コイルは、前記受電器の移動方向に直線状に配置される、
ことを特徴とする付記１に記載の送電器。
【００８６】
（付記３）
それぞれの前記送電コイルは、前記受電器の移動方向に対して千鳥状に配置される、
ことを特徴とする付記１に記載の送電器。
【００８７】
（付記４）
前記送電コイルは、前記受電器の移動方向における前記受電コイルのサイズの半分よりも小さい、
ことを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１項に記載の送電器。
【００８８】
（付記５）
前記受電コイルの平面内部に含まれる前記送電コイルは、共振特性を制御して共振動作を行わせ、
前記受電コイルの平面内部に含まれない前記送電コイルは、共振特性を制御して共振動作を停止させる、
ことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載の送電器。
【００８９】
（付記６）
前記共振特性の制御は、それぞれの前記送電コイルにおける共振キャパシタに対して並列に設けられたスイッチを使用して行う、
ことを特徴とする付記５に記載の送電器。
【００９０】
（付記７）
さらに、
移動する前記受電器における前記受電コイルの位置情報を検出する受電コイル位置検出器を有し、
前記受電コイル位置検出器からの前記受電コイルの位置情報に基づいて、前記受電コイルの平面内部に含まれる前記送電コイルにおけるスイッチをオフして共振動作を行わせ、前記受電コイルの平面内部に含まれない前記送電コイルにおけるスイッチをオンして共振動作を停止させる、
ことを特徴とする付記６に記載の送電器。
【００９１】
（付記８）
連続的に配置された複数の送電コイルの近傍を移動し、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴を利用して無線により受電する受電コイルを含む受電器であって、
前記受電コイルの移動方向のサイズは、前記送電コイルのサイズよりも大きく、
前記受電コイルは、前記受電コイルの平面内部に含まれる少なくとも１つの前記送電コイルからの電力を受電する、
ことを特徴とする受電器。
【００９２】
（付記９）
付記１乃至付記７のいずれか１項に記載の送電器と、
付記８に記載の受電器と、を有し、
前記受電器における前記受電コイルの平面内部に含まれる、前記送電器における少なくとも１つの前記送電コイルを動作させ、前記受電コイルに対して無線により電力を伝送する、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【００９３】
（付記１０）
複数の前記送電コイルは、フリーアクセスフロアにより、当該フリーアクセスフロアの床下に配置され、
前記受電コイルは、前記フリーアクセスフロア上を、複数の前記送電コイルが配置された経路に従って移動する台車の下部に配置される、
ことを特徴とする付記９に記載の無線電力伝送システム。
【符号の説明】
【００９４】
１    受電器
２    部品棚
３    送電器
４    作業者
５    商用電源
１０，１０ａ，１０ｂ    受電コイル
１１    タブレット(検品用端末)
１２    トレイ(部品収納トレイ)
１３    受電共振キャパシタ
１４    受電回路部
１５    バッテリ部
１６    反射板
３１，３１ａ〜３１ｃ，３２，３２ａ〜３２ｆ，３２ａ’〜３２ｈ’，３２Ａ〜３２Ｄ    送電コイル
３３    送電共振キャパシタ
３４，３５    スイッチ
３６    電源アンプ
３７    セレクタ
３８    制御器
３９Ａ〜３９Ｄ    反射型ＬＥＤセンサ
１００    ピッキング台車(台車)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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