送電装置、受電装置、および、非接触充電システム

本発明は、予め設定された経路を循環走行し、かつ、前記経路上の予め設定された位置で停止する電動車両に搭載された受電装置、前記電動車両が停止する位置で、前記受電装置に非接触により電力を送電する送電装置、および、前記送電装置と前記受電装置とを有する非接触充電システムに関する。

例えば工場や倉庫内などで、予め設定された経路に沿って無人搬送車(AGV:Automated Guided Vehicle)を自動走行させて、荷物の搬送を行う無人搬送車システムが知られている。特許文献1には、荷物の積み下ろし位置に充電装置を配置しておき、荷物の積み下ろしのために停止している間に充電を行う無人搬送車システムが開示されている。特許文献1では、無人搬送車の停止中に、当該停止位置から次の停止位置まで走行するために必要な電力を充電することができるため、長時間充電する必要がなくなる。このため、充電装置や無人搬送車において、これまで用いられていた各種部品(大容量の二次電池やキャパシタ、大型の冷却部品、大型の冷却部品、大型の半導体デバイス、線形の太いパワーケーブル、大電流に耐えられるプリント基板など)を、小型のものあるいは性能の低いものすることができ、装置の大型化、重量化、および、コスト増加などを抑えることができる。

また、負荷と電源とを直接接続することなく、電源が出力する電力を非接触で負荷に伝送する技術が開発されている。当該技術は、一般的に、非接触電力伝送やワイヤレス給電と呼ばれている。当該技術は、無人搬送車への充電にも応用可能である。無人搬送車システムにおいて、非接触で電力伝送を行う発明が、特許文献2に開示されている。

特開2009−225491号公報

特開2005−261172号公報

しかしながら、小型の部品あるいは低性能な部品は、大型の部品あるいは高性能な部品に比べ、電流や電圧、熱などに対する耐久性が低下する傾向がある。したがって、送電装置および受電装置(無人搬送車)を、予め想定された限度を超えて過度に使用すると、これらに搭載される部品を故障させてしまう可能性がある。搭載される備品が故障すると、最悪の場合、送電・受電ができなくなる可能性がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、過度な使用を抑制することができる送電装置、受電装置、および、非接触充電システムを提供することにある。

本発明の第1の側面によって提供される送電装置は、予め設定された経路を循環走行し、かつ、前記経路上の予め設定された位置で停止する電動車両に搭載された受電装置に、前記電動車両が停止する位置で、非接触により電力を送電する送電装置であって、高周波電力を発生させる高周波電源装置と、少なくとも送電コイルを備え、前記高周波電源装置から入力される高周波電力を非接触で送電する送電ユニットと、単位時間に対する、前記受電装置に送電している時間の比率である送電装置使用率を算出し、当該送電装置使用率が予め設定された閾値を超えた場合に、送電を停止させる送電装置側制御手段と、を備える。この構成により、送電装置使用率が閾値を超えた場合に、送電装置からの送電が停止される。したがって、何らかの原因により送電装置が送電する時間が長くなってしまった場合などに、送電を停止するため、送電装置の過度な使用を抑制することができる。

前記送電装置の好ましい実施の形態において、前記送電装置側制御手段は、前記送電している時間を計時する送電装置側計時手段を有し、現在時刻から単位時間分過去の期間における、前記送電装置側計時手段により計時された前記送電している時間の総送電時間を算出し、当該総送電時間と前記単位時間とを用いて、前記送電装置使用率を算出する。この構成により、単位時間分直近の送電装置使用率が算出されるため、送電装置使用率が閾値を超えたときにすぐに送電を停止させることができる。なお、送電装置使用率は、(総送電時間/単位時間)×100で算出される。

本発明の第2の側面によって提供される受電装置は、予め設定された経路を循環走行し、かつ、前記経路上の予め設定された位置で停止する電動車両に搭載され、前記電動車両が停止したときに、送電装置から非接触により電力を受電する受電装置であって、少なくとも受電コイルを備え、前記送電装置から送電される高周波電力を非接触で受電する受電ユニットと、受電ユニットが受電した前記高周波電力を所定の電力特性に変換し、蓄電装置に供給することで、前記蓄電装置を充電する充電回路と、単位時間に対する、前記送電装置から受電している時間の比率である受電装置使用率を算出し、当該受電装置使用率が予め設定された閾値を超えた場合に、前記受電装置の受電を停止させる受電装置側制御手段と、を備える。この構成により、受電装置使用率が閾値を超えた場合に、受電装置は受電を停止する。したがって、何らかの原因により受電装置が受電する時間が長くなってしまった場合などに、受電を停止するため、受電装置の過度な使用を抑制することができる。

前記受電装置の好ましい実施の形態において、前記受電装置側制御手段は、前記受電している時間を計時する受電装置側計時手段を有し、現在時刻から単位時間分過去の期間における、前記受電装置側計時手段により計時された前記受電している時間の総受電時間を算出し、当該総受電時間と前記単位時間とを用いて、前記受電装置使用率を算出する。この構成により、単位時間分直近の受電装置使用率が算出されるため、受電装置使用率が閾値を超えたときにすぐに受電を停止することができる。なお、受電装置使用率は、(総受電時間/単位時間)×100で算出される。

本発明の第3の側面によって提供される非接触充電システムは、前記第1の側面によって提供される送電装置と、前記第2の側面によって提供される受電装置と、を備える。この構成により、送電装置および受電装置の双方ともに、過度な使用を抑制可能な非接触充電システムが実現される。

前記非接触充電システムの好ましい実施の形態において、前記受電装置側制御手段は、前記受電装置使用率が閾値を超えたときに、前記送電装置に送電の停止を伝達し、前記送電装置側制御手段が送電を停止させることで、前記高周波電力の受電を停止させる。この構成により、受電装置は受電を停止することができる。

前記非接触充電システムの好ましい実施の形態において、前記受電装置は、さらに、前記蓄電手段へ電力を供給するか遮断するかを切り替えるスイッチを備え、前記送電装置は、さらに、前記反射波電力を検出する電力検出器を備えており、前記受電装置側制御手段は、前記受電装置使用率が閾値を超えたときに、前記スイッチを切り替えることで、前記蓄電手段への電力供給を遮断し、前記高周波電源装置の出力端における反射波電力を強制的に上昇させ、前記送電装置側制御手段は、前記電力検出器が検出する前記反射波電力に基づき、送電を停止させる。この構成により、受電装置は、無線通信などの通信手段を用いることなく、送電装置に送電の停止を伝達することができる。

前記非接触充電システムの好ましい実施の形態において、前記送電装置側制御手段は、前記送電装置使用率が閾値を超えたときに、前記高周波電源装置による前記高周波電力の発生を停止することで、送電を停止させる。この構成により、送電装置は送電を停止することができる。

前記非接触充電システムの好ましい実施の形態において、1つの前記経路に対して、前記電動車両が1つ以上走行し、かつ、前記送電装置が1つ以上設置されており、前記1つの経路に対する、前記送電装置の数と前記電動車両の数とが異なる場合、前記送電装置使用率に対する閾値と前記受電装置使用率に対する閾値とで異なる閾値が設定されている。この構成により、送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値が異なるため、非接触充電システムを構成する電動車両の数と送電装置の数とが異なる場合に、適切な送電の停止および受電の停止を行うことができる。具体的には、電動車両の数が送電装置の数より多い場合、送電装置は、受電装置に比べ、使用頻度が高くなる。つまり、単位時間あたりの総送電時間が単位時間あたりの総受電時間より長くなる。したがって、送電装置使用率の閾値が受電装置使用率の閾値より大きく設定される。一方、電動車両の数が送電装置の数より少ない場合、送電装置は、受電装置に比べ、使用頻度が低くなる。つまり、単位時間あたりの総送電時間が単位時間あたりの総受電時間より短くなる。したがって、送電装置使用率の閾値が受電装置使用率の閾値より小さく設定される。

前記非接触充電システムの好ましい実施の形態において、前記送電装置側の単位時間および前記受電装置側の単位時間はともに、前記電動車両が前記経路を一周するまでに要する、前記電動車両の走行時間と前記電動車両の停止時間との和である。なお、送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値は、所定の算出方法により算出され、送電装置側制御手段および受電装置側制御手段に設定されている。この構成により、これらの閾値の算出が容易になる。

本発明によれば、第1の側面によって提供される前記送電装置において、単位時間に対する、送電している時間の比率である送電装置使用率が、予め設定された閾値を超えた場合に送電を停止させるようにした。また、第2の側面によって提供される前記受電装置において、単位時間に対する、受電している時間の比率である受電装置使用率が、予め設定された閾値を超えた場合に受電を停止させるようにした。さらに、第3の側面によって提供される前記非接触充電システムにおいて、第1の側面によって提供される前記送電装置と第2の側面によって提供される前記受電装置とを備えるようにした。これにより、送電装置、受電装置、および、非接触充電システムにおいて、過度な使用を抑制することができるため、これらに搭載する部品に、小型あるいは低性能の部品(耐久性の低い部品)を用いた場合であっても、これらの部品の故障を抑制することができる。

本発明に係る無人搬送車システムの概要図である。

本発明の第1実施形態に係る無人搬送車システムの全体構成例を示すブロック図である。

本発明の第1実施形態に係る送電装置の一部の詳細な構成例を示すブロック図である。

本発明の第1実施形態に係る無人搬送車の一部の詳細な構成例を示すブロック図である。

送電装置(制御部)が行う送電停止制御を示すフロー図である。

無人搬送車(制御部)が行う受電停止制御を示すフロー図である。

送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値を説明するための図(その1)である。

送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値を説明するための図(その2)である。

送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値を説明するための図(その3)である。

送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値を説明するための図(その4)である。

送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値を説明するための図(その5)である。

送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値を説明するための図(その6)である。

本発明の第2実施形態に係る無人搬送車システムの全体構成例を示すブロック図である。

変形例に係る送電装置使用率に対する閾値および受電装置使用率に対する閾値を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明において、非接触充電システムとして、工場や倉庫内で荷物(被搬送物)の搬送を行う無人搬送車システムに適用した場合を例に説明する。

図1は、第1実施形態に係る無人搬送車システムS1の概要を説明するための図である。図1(a)は、当該無人搬送車システムS1の全体構成を示す概略平面図である。図1(b)は、無人搬送車Vおよび送電装置Aの構成を示す概略図である。

図1(a)に示すように、無人搬送車システムS1は、送電装置A、無人搬送車V、および、循環経路Lを備えている。図1(a)においては、2台の送電装置A1,A2、4台の無人搬送車V1〜V4、1つの循環経路Lを備えた場合を図示している。なお、送電装置Aおよび無人搬送車Vの台数は限定されない。

無人搬送車Vは、予め設定された循環経路Lに沿って自動走行し、循環経路L上の予め設定された停止位置Hで停止する。図1(a)においては、2箇所の停止位置H1,H2があり、停止位置H1では、荷物Wの積み込みが行われ、停止位置H2では、荷物Wの荷下ろしが行われる。なお、荷物Wの積み下ろしは、作業者が手作業で行ってもよいし、コンベアやロボットを利用してもよい。また、停止位置H2で別の荷物Wを積み込んで、停止位置H1で当該荷物Wを荷下ろしするようにしてもよい。なお、停止位置Hが2箇所の場合を図示しているが、これに限られず、停止位置Hの数は限定されない。一部の停止位置Hでは、荷物Wの積み下ろしを行わずに、積載したままで加工処理を行うようにしてもよいし、単に待機するだけでもよい。

無人搬送車Vが停止位置Hで停止する停止時間Tsは、予め設定されている。停止時間Tsの間に、荷物Wの積み下ろしが行われる。停止時間Tsは、荷物Wの積み下ろしの作業時間などに応じて、適宜設定される。

無人搬送車システムS1においては、4台の無人搬送車Vが循環経路L上を、平面視において時計方向周りに走行している。図1(a)において、無人搬送車V1は、停止位置H1に停止して、荷物Wが積み込まれている。無人搬送車V2は、荷物Wを停止位置H2に向けて搬送中であり、停止位置H1と停止位置H2との間の経路L1に沿って走行している。無人搬送車V3は、停止位置H2に停止して、荷物Wが荷下ろしされている。無人搬送車V4は、停止位置H2と停止位置H1との間の経路L2に沿って走行している。図1(a)においては、無人搬送車Vは、停止位置H1で停止し、荷物Wを積み込む工程、停止位置H1から停止位置H2まで走行する工程、停止位置H2で停止し、荷物Wを荷下ろしする工程、および、停止位置H2から停止位置H2まで走行する工程の4つの工程が繰り返される。以下の説明においては、1台の無人搬送車Vが行うこの一連の工程(上記4つの工程)を1サイクルと表現する。

なお、無人搬送車Vが循環経路Lや停止位置Hを検出する方法は限定されない。例えば、循環経路Lに沿って床面に磁気テープや反射テープを貼っておき、無人搬送車Vが磁気センサや光学センサで検出するようにしてもよいし、無人搬送車Vが自身の位置を検出しながら走行および停止するようにしてもよい。また、無人搬送車Vが、循環経路Lに沿って敷設されたレール上を走行するようにしてもよいし、循環経路Lに沿って走行し、停止位置Hで停止するように、各車輪の駆動をプログラムにより制御するようにしてもよい。無人搬送車Vを循環経路L上で走行させ、停止位置Hで停止させるものであれば、どのような方法でも構わない。

無人搬送車Vは、内蔵するキャパシタ31(後述)に蓄積された電気を動力源とし、循環経路L上を自動走行する。無人搬送車Vは、キャパシタ31に蓄積された電力を用いてモータ32を駆動し、車輪を回転させることで走行している。また、無人搬送車Vは受電装置Bを備えており、受電装置Bが受電した電力はキャパシタ31に蓄積される(充電される)。

送電装置Aは、無人搬送車Vに非接触で電力を送電するものである。送電装置Aは、図1(a)に示すように、各停止位置Hに設置されている。無人搬送車Vが停止位置Hに停止している間、停止位置Hに配置された送電装置Aは、無人搬送車Vに搭載された受電装置Bに、非接触で送電を行う。図1(a)においては、停止位置H1に停止している無人搬送車V1の受電装置Bが送電装置A1から受電しており、停止位置H2に停止している無人搬送車V3の受電装置Bが送電装置A2から受電している。

受電装置Bの受電コイルLrは、例えば、渦巻状に巻回された平面コイルであり、コイル面が床面に対して略垂直になるように、無人搬送車Vの車体側面(図1においては右側面)に配置されている。また、送電装置Aの送電コイルLtは、例えば、渦巻状に巻回された平面コイルであり、コイル面が床面に対して略垂直になるように配置されている。無人搬送車Vが停止位置Hに停止した場合に、送電コイルLtと受電コイルLrとが少しの距離を空けて互いに向き合うことになるように、送電装置Aは、停止位置Hの所定の位置に所定の向きで配置されている。図1(a)においては、受電コイルLrが無人搬送車Vの右側面に配置され、無人搬送車Vが時計回りに循環走行するので、送電装置Aは、循環経路Lの内側に、送電コイルLtが循環経路Lに略平行となるように配置されている。なお、無人搬送車Vが反時計回りに循環走行する場合、または、受電コイルLrが無人搬送車Vの左側面に配置されている場合は、送電装置Aは、循環経路Lの外側に配置される。また、図1(b)に示すように、送電コイルLtと受電コイルLrとは、同じ高さとなるように配置されている。なお、送電コイルLtおよび受電コイルLrの形状および巻き数は限定されない。

なお、受電コイルLrをコイル面が床面に対して略平行になるように無人搬送車Vの車体底面に配置して、送電コイルLtをコイル面が床面に対して略平行になるように床面に配置してもよい。この場合、床面と無人搬送車Vの車体底面との距離が一定なので、無人搬送車Vが停止位置Hに停止したときの、受電コイルLrのコイル面と送電コイルLtのコイル面との距離を、一定の距離にすることができる。なお、この場合は、無人搬送車Vの循環経路Lおよび停止位置Hの検出機構と、送電コイルLtと受電コイルLrとの送受電とが、互いに干渉しないようにする必要がある。

図2〜図4は、第1実施形態に係る送電装置Aおよび無人搬送車Vの具体的な機能構成について、説明するためのブロック図である。図2は、送電装置Aおよび無人搬送車Vの全体構成例を示している。図2においては、無人搬送車Vが停止位置Hに停止して、送電装置Aの送電コイルLtと受電装置Bの受電コイルLrとが、少しの距離を空けて互いに向き合っている状態を示している。図3は、送電装置Aの一部の詳細な構成例を示している。図4は、無人搬送車Vの一部の詳細な構成例を示している。

図2に示すように、送電装置Aは、高周波電源装置11、停車検出部12、制御部13、および、送電ユニット14を備えている。また、無人搬送車Vは、受電装置B、キャパシタ31、モータ32、および、モータ制御部33を備えている。

高周波電源装置11は、高周波電力を送電ユニット14に供給するものである。高周波電源装置11は、図3に示すように、直流電源装置111、インバータ回路112、および、電力検出器113を備えている。なお、高周波電源装置11において、インバータ回路112と電力検出器113との間に、インピーダンスを整合する整合回路を設けておいてもよい。

直流電源装置111は、直流電力を生成して出力するものである。直流電源装置111は、整流回路、平滑コンデンサ、および、DC−DCコンバータ回路を備えている。直流電源装置111は、商用電源から入力される交流電圧(例えば、商用電圧200[V]など)を整流回路によって整流し、平滑コンデンサによって平滑することで、直流電圧に変換する。そして、DC−DCコンバータ回路によって、所定のレベル(目標電圧)の直流電圧に変換して、インバータ回路112に出力する。なお、直流電源装置111の構成は限定されず、所定のレベルの直流電圧を出力するものであればよい。

インバータ回路112は、直流電力を高周波電力に変換するものであり、直流電源装置111より入力される直流電圧を高周波電圧に変換して、送電ユニット14に出力する。インバータ回路112は、例えば、単相フルブリッジ型のインバータ回路であり、4個のスイッチング素子を備えている。本実施形態では、スイッチング素子として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を使用している。なお、スイッチング素子はMOSFETに限定されず、バイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor : 絶縁ゲート・バイポーラトランジスタ)などであってもよい。

インバータ回路112は、制御部13から高周波制御信号S_INVを入力され、当該高周波制御信号S_INVに応じて各スイッチング素子のオン状態とオフ状態とを切り替えることで、直流電力を高周波電力に変換する。高周波制御信号S_INVは、所定の周波数f₀でハイレベルとローレベルとを繰り返すパルス信号(なお、正弦波信号などでもよい)である。周波数f₀は、スイッチング素子をスイッチングさせる周波数なので、以下では「スイッチング周波数f₀」と記載する場合がある。スイッチング素子は、高周波制御信号S_INVがローレベルのときオフ状態になり、高周波制御信号S_INVがハイレベルのときオン状態になる。

電力検出器113は、設置位置における進行波電力Pfおよび反射波電力Prを検出するものである。電力検出器113は、方向性結合器を含み、当該方向性結合器から高周波電圧に含まれる進行波電圧Vfと反射波電圧Vrとを検出する。そして、進行波電圧Vfを進行波電力Pfに、反射波電圧Vrを反射波電力Prに変換して、これらを制御部13に出力する。

停車検出部12は、送電装置Aの送電位置(送電装置Aが設置された停止位置H)に無人搬送車Vが停止(停車)したか否かを検出するものである。停車検出部12は、例えば、可視光あるいは赤外線などを用いた光学式非接触センサ(光電センサ)などにより構成され、当該光電センサが物体(無人搬送車V)を検出したとき、無人搬送車Vが停止していると判断する。なお、停車検出部12は、送電装置Aの送電位置に無人搬送車Vが停止していることを検出できるものであれば、具体的な構成はこれに限定されない。

制御部13は、高周波電源装置11を制御するものであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、および、RAM(Random Access Memory)を備えるマイクロコンピュータやFPGA(Field-Programmable Gate Array)、および、各種情報を記憶するメモリなどを含んで構成される。図3に示すように、制御部13は、記憶部131、計時部132、使用率算出部133、および、送電制御部134を含んで構成される。

記憶部131は、フラッシュメモリあるいはHDD(ハードディスクドライブ)などの記憶装置であり、制御部13が行う送電装置Aの送電制御における各種情報を記憶している。

計時部132は、送電装置Aが送電を実行している時間(以下、「送電実行時間」という。)および送電装置Aが送電を停止している時間(以下、「送電停止時間」)を計時するものである。具体的には、計時部132は、電力検出器113から入力される進行波電力Pfを監視し、当該進行波電力Pfが検出されているとき、送電が実行されていると判断する。一方、進行波電力Pfが検出されないとき、送電が停止されていると判断する。計時部132は、これらの判断に基づき、送電実行時間および送電停止時間を計時する。計時部132により計時された送電実行時間および送電停止時間は、送電履歴として、記憶部131に随時記憶される。

使用率算出部133は、送電装置Aの使用率(以下、「送電装置使用率」という。)R1を算出するものである。使用率算出部133は、送電装置使用率R1として、単位時間に対する送電実行時間の比率((送電実行時間/単位時間)×100)[%]を算出する。したがって、送電装置使用率R1は、単位時間あたりにどれだけ送電装置Aを使用しているかを示した指標である。本実施形態においては、単位時間としては、無人搬送車Vの1サイクルに必要な時間を用いている。具体的には、使用率算出部133は、記憶部131に記憶される送電履歴から、現在時刻から単位時間分過去までの期間における、送電実行時間の総和(総送電実行時間)を算出する。そして、総送電実行時間と単位時間とを用いて、上記演算式を演算することで、送電装置使用率R1を算出する。なお、記憶部131には、少なくとも、現在時刻から単位時間分過去までの送電履歴が記憶されていればよい。

送電制御部134は、高周波電源装置11を制御することで、送電装置Aからの高周波電力の送電を制御するものである。具体的には、送電制御部134は、インバータ回路112に高周波制御信号S_INVを入力することで、高周波電源装置11から高周波電力を出力させる。これにより、送電装置Aから高周波電力が送電される。また、送電制御部134は、インバータ回路112への高周波制御信号S_INVの入力を停止することで、高周波電力の出力を停止させる。これにより、送電装置Aからの高周波電力の送電が停止される。本実施形態においては、送電制御部134は、停車検出部12の検出結果に応じて、送電装置Aの送電位置に無人搬送車Vが存在する場合に、すなわち、停止位置Hに無人搬送車Vが停止している場合に、高周波電源装置11から高周波電力を出力させる。一方、送電制御部134は、停車検出部12の検出結果に応じて、送電装置Aの送電位置に無人搬送車Vが存在しない場合に、すなわち、停止位置Hに無人搬送車Vが停止していない場合に、高周波電源装置11からの高周波電力の出力を停止させる。

送電制御部134は、電力検出器113から入力される進行波電力Pfに基づき、進行波電力Pfが予め設定された設定値(目標電力値)になるように、高周波制御信号S_INVを生成する。前記目標電力値は、送電装置Aが設置された停止位置Hから無人搬送車Vが走行し、次の停止位置Hに到達するまで(例えば、図1において、停止位置H1から停止位置H2まで)に必要な電力量(必要電力量)に基づき、少なくとも当該必要電力量が停止位置Hでの停止中に供給されるように設定されている。本実施形態においては、無人搬送車Vは停止位置Hでの停止時間Tsが予め定まっているため、上記必要電力量を蓄積するための電力(送電する電力)が決定される。また、送電制御部134は、電力検出器113から入力される反射波電力Prを監視し、当該反射波電力Prが予め設定された閾値以上となったとき、高周波制御信号S_INVの生成を停止する。これにより、高周波制御信号S_INVの出力が停止するので、高周波電力の送電が停止される。

さらに、送電制御部134は、使用率算出部133から入力される送電装置使用率R1が当該送電装置使用率R1に対して設定された閾値X1を超えた場合、高周波制御信号S_INVの生成を止め、高周波電源装置11からの高周波電力の出力を停止させる。これにより、送電装置Aの送電が停止する。本実施形態においては、送電装置使用率R1に対する閾値X1は、記憶部131に予め記憶されている。なお、送電装置使用率R1に対する閾値X1の設定値については、後述する。

図5は、制御部13が行う送電装置使用率R1に基づく送電停止制御を示すフロー図である。制御部13は、当該図5に示す送電停止制御を繰り返し実行する。

制御部13は、電力検出器113が検出する進行波電力Pfに基づき、送電中であるか否かを判断する(ステップS101)。ここで、送電していないと判断した場合、計時部132は送電停止時間を計時し、送電履歴として記憶部131に記憶する(ステップS103)。一方、送電中であると判断した場合、計時部132は、送電実行時間を計時し、送電履歴として記憶部131に記憶する(ステップS105)。

次に、使用率算出部133は、記憶部131に記憶される送電履歴を読み出し、当該送電履歴に基づき、送電装置使用率R1を算出する(ステップS107)。使用率算出部133は、算出した送電装置使用率R1を送電制御部134に出力する。

送電制御部134は、使用率算出部133から入力される送電装置使用率R1と閾値X1とを比較し、送電装置使用率R1が閾値X1を超えたか否かを判断する(ステップS109)。送電装置使用率R1が閾値X1を超えていない場合、ステップS101の処理に戻る。一方、送電装置使用率R1が閾値X1を超えた場合、送電制御部134は、送電装置Aからの送電を停止させる(ステップS111)。

制御部13は、上記図5に示す送電停止制御を実行することで、送電装置使用率R1に基づき、高周波電力の送電を停止することができる。

図2に戻り、送電ユニット14は、送電コイルLtおよび共振コンデンサCtを備えている。送電コイルLtは、高周波電源装置11より供給される高周波電力を、受電装置B(無人搬送車V)に送電するものである。共振コンデンサCtは、送電コイルLtに直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。なお、共振コンデンサCtを送電コイルLtに並列接続させて、並列共振回路を構成してもよい。

送電コイルLtおよび共振コンデンサCtは、共振周波数が高周波電源装置11より供給される高周波電力の周波数f₀(スイッチング周波数f₀)と一致するように設計される。すなわち、送電コイルLtの自己インダクタンスL_tと、共振コンデンサCtのキャパシタンスC_tとが、下記(1)式の関係になるように設計される。なお、スイッチング周波数f₀が高い場合は、送電コイルLtの巻線間の浮遊キャパシタンスを共振コンデンサCtとして用いるようにしてもよい。

受電装置Bは、送電装置Aから送電された高周波電力を非接触で受電するものである。受電装置Bは、受電した高周波電力を所定の電気特性に変換し、キャパシタ31に供給し、キャパシタ31を充電する。受電装置Bは、受電ユニット21、充電回路22、および、制御部23を含んで構成される。

受電ユニット21は、受電コイルLr、および、共振コンデンサCrを備えている。受電コイルLrは、送電コイルLtと磁気結合して、送電装置A(送電ユニット14)から送電される高周波電力を、非接触で受電するものである。共振コンデンサCrは、受電コイルLrに直列接続されて、直列共振回路を構成するためのものである。なお、共振コンデンサCrを受電コイルLrに並列接続させて、並列共振回路を構成してもよい。

受電コイルLrおよび共振コンデンサCrは、送電コイルLtおよび共振コンデンサCtと同様に、共振周波数が高周波電源装置11より供給される高周波電力の周波数f₀(スイッチング周波数f₀)と一致するように設計される。なお、スイッチング周波数f₀が高い場合は、受電コイルLrの巻線間の浮遊キャパシタンスを共振コンデンサCrとして用いるようにしてもよい。

受電コイルLrが送電コイルLtと磁気結合することで、受電装置Bは、送電装置Aから送電される高周波電力を受電する。すなわち、送電コイルLtに高周波電流が流れることで磁束が変化し、この磁束に鎖交する受電コイルLrに高周波電流が流れる。これにより、送電装置Aから受電装置Bに、非接触で電力を供給することができる。図2は、受電コイルLrが送電コイルLtと磁気結合した状態を示している。

送電ユニット14および受電ユニット21は、いずれも共振回路であり、共鳴して結合される。すなわち、送電ユニット14から受電ユニット21へは、磁界共鳴方式により、非接触で電力伝送が行われる。受電ユニット21が受電した電力は、充電回路22に出力される。

本実施形態において、受電ユニット21の出力を定電流出力とすることが望ましい。例えば、インバータ回路112が電圧型インバータの場合、送電ユニット14を、送電コイルLtと共振コンデンサCtとの直列共振回路で構成し、かつ、受電ユニット21を、受電コイルLrと共振コンデンサCrとの直列共振回路で構成する。一方、インバータ回路112が電流型インバータの場合、送電ユニット14を送電コイルLtと共振コンデンサCtとの直列共振回路で構成し、かつ、受電ユニット21を受電コイルLrと共振コンデンサCrとの並列共振回路で構成する。また、インバータ回路112が電流型インバータの場合であっても、受電ユニット21の後段に電圧出力を電流出力に変換する電圧−電流変換回路を設けている場合には、送電ユニット14を、送電コイルLtと共振コンデンサCtとの直列共振回路で構成し、かつ、受電ユニット21を、受電コイルLrと共振コンデンサCrとの直列共振回路で構成してもよい。

充電回路22は、受電ユニット21から入力される高周波電力を所定の電力特性(直流電力)に変換し、キャパシタ31に供給するものである。充電回路22は、図4に示すように、整流平滑回路221、スイッチ222、および、電圧検出器223を含んで構成される。

整流平滑回路221は、受電ユニット21より入力される高周波電流を整流して、直流電流に変換するものである。整流平滑回路221は、4つのダイオードをブリッジ接続した全波整流回路を備えている。また、整流平滑回路221は、整流後の出力を平滑するための平滑回路も備えている。なお、整流平滑回路221の構成は限定されず、高周波電流を直流電流に変換するものであればよい。整流平滑回路221から出力される直流電流は、キャパシタ31に供給される。

スイッチ222は、整流平滑回路221から入力される直流電流をキャパシタ31に供給するか遮断するかを切り替えるものである。本実施形態においては、スイッチ222は、整流平滑回路221の高電位側の出力端子に直列に接続されている。なお、スイッチ222は、整流平滑回路221の低電位側の出力端子に直列に接続されていてもよい。また、スイッチ222を、受電ユニット21と整流平滑回路221との間に接続させてもよい。このとき、受電ユニット21の出力が電流源出力となる場合、並列に接続しておき、一方、受電ユニット21の出力が電圧源出力となる場合、直列に接続しておく。

スイッチ222は、例えば、MOSFETで構成され、制御部23から入力される開閉信号S_SWに基づき、導通状態と開放状態とを切り替える。具体的には、制御部23からスイッチ222にオン電圧の開閉信号S_SWが入力されると、スイッチ222が導通状態となり、キャパシタ31への電流経路が導通し、直流電力がキャパシタ31に供給される。これにより、キャパシタ31の充電が行われる。一方、制御部23からスイッチ222にオフ電圧の開閉信号S_SWが入力されると、スイッチ222が開放状態となり、キャパシタ31への電流経路が遮断され、直流電力がキャパシタ31に供給されない、すなわち、キャパシタ31への電力供給が遮断される。これにより、キャパシタ31の充電が停止される。なお、スイッチ222は、上記したMOSFETではなく、その他の電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)などの半導体スイッチ、あるいは、リレースイッチなどの機械的なスイッチであってもよい。

電圧検出器223は、キャパシタ31の充電電圧を検出するものである。電圧検出器223は検出した充電電圧を制御部23に出力する。

制御部23は、充電回路22を制御するものであり、例えば、CPU、ROM、および、RAMを備えるマイクロコンピュータやFPGA、および、各種情報を記憶するメモリなどを含んで構成される。制御部23は、記憶部231、計時部232、使用率算出部233、および、スイッチ切替制御部234を含んで構成される。

記憶部231は、フラッシュメモリあるいはHDDなどの記憶装置であり、制御部23が行うキャパシタ31の充電制御における各種情報を記憶している。

計時部232は、受電装置Bが送電装置Aから電力を受電している時間(以下、「受電実行時間」という。)および送電装置Aから受電していない時間(以下、「受電停止時間」という。)を計時するものである。具体的には、計時部232は、電圧検出器223から入力される充電電圧を監視し、当該充電電圧が上昇しているとき、送電装置Aから電力を受電していると判断する。一方、充電電圧が低下しているとき、受電していないと判断する。なお、充電電圧に変化がないときは、送電装置Aから電力を受電していないと判断する。計時部232は、これらの判断に基づき、受電実行時間および受電停止時間を計時する。計時部232により計時された受電実行時間および受電停止時間は、受電履歴として、記憶部231に随時記憶される。

使用率算出部233は、受電装置Bの使用率(以下、「受電装置使用率」という。)R2を算出するものである。使用率算出部233は、受電装置使用率R2として、単位時間に対する受電実行時間の比率((受電実行時間/単位時間)×100)[%]を算出する。したがって、受電装置使用率R2は、単位時間当たりにどれだけ受電装置Bを使用しているかを示す指標である。本実施形態においては、単位時間としては、送電装置Aに設定される単位時間と同様に、無人搬送車Vの1サイクルに必要な時間を用いている。なお、送電装置Aとは異なる値であってもよい。具体的には、使用率算出部233は、記憶部231に記憶される受電履歴から、現在時刻から単位時間分過去までの期間における、受電実行時間の総和(総受電実行時間)を算出する。そして、総受電実行時間と単位時間とを用いて、上記演算式を演算することで、受電装置使用率R2を算出する。なお、記憶部231には、少なくとも、現在時刻から単位時間分過去までの受電履歴が記憶されていればよい。

スイッチ切替制御部234は、充電回路22のスイッチ222の切り替えを制御するものである。スイッチ切替制御部234は、通常スイッチ222を導通状態にしておき、使用率算出部233から入力される受電装置使用率R2が、当該受電装置使用率R2に対して設定された閾値X2を超えると、スイッチ222を導通状態から開放状態に切り替える。本実施形態においては、受電装置使用率R2に対する閾値X2は、記憶部231に予め記憶されている。なお、受電装置使用率R2に対する閾値X2の設定値については、後述する。

スイッチ切替制御部234は、スイッチ222を導通状態から開放状態に切り替えることで、充電回路22からキャパシタ31への直流電力の供給を遮断する。このとき、キャパシタ31の充電で消費していた電力が消費されなくなるため、電力検出器113が検出する反射波電力Prが急激に上昇する。そして、この反射波電力Prの急激な上昇により、反射波電力Prが閾値以上となるため、送電制御部134は、受電装置Bから送電の停止が指示されたと判断し、高周波電源装置11からの高周波電力の出力を停止させる。これにより、送電装置Aからの送電が停止されるため、受電装置Bは受電を停止することになる。したがって、スイッチ切替制御部234は、受電装置使用率R2が閾値X2を超えた場合に、スイッチ222を導通状態から開放状態に切り替えることで、受電装置Bによる高周波電力の受電を停止している。

図6は、制御部23が行う受電装置使用率R2に基づく受電停止制御を示すフロー図である。制御部23は、当該図6に示す受電停止制御を繰り返し実行する。

制御部23は、電圧検出器223が検出する充電電圧に基づき、受電中であるか否かを判断する(ステップS201)。ここで、受電していないと判断した場合、計時部232は受電停止時間を計時し、受電履歴として記憶部231に記憶する(ステップS203)。一方、受電していると判断した場合、計時部232は、受電実行時間を計時し、受電履歴として記憶部231に記憶する(ステップS205)。

次に、使用率算出部233は、記憶部231に記憶される受電履歴を読み出し、当該受電履歴に基づき、受電装置使用率R2を算出する(ステップS207)。使用率算出部233は、算出した受電装置使用率R2をスイッチ切替制御部234に出力する。

スイッチ切替制御部234は、使用率算出部233から入力される受電装置使用率R2と閾値X2とを比較し、受電装置使用率R2が閾値X2を超えたか否かを判断する(ステップS209)。受電装置使用率R2が閾値X2を超えていない場合、ステップS201の処理に戻る。このとき、スイッチ切替制御部234は、スイッチ222を導通状態のままとし、キャパシタ31への電流経路の導通を維持する。一方、受電装置使用率R2が閾値X2を超えた場合、スイッチ切替制御部234は、スイッチ222を開放状態に切り替え、キャパシタ31への電流経路を遮断し、キャパシタ31の充電を停止させる。これにより、受電装置Bは、反射波電力Prを急激に上昇させ、送電装置Aに送電の停止を伝達する。そして、送電装置Aが送電を停止することで、受電装置Bの受電が停止する(ステップS211)。

制御部23は、上記図6に示す受電停止制御を実行することで、受電装置使用率R2に基づき、受電装置Bの受電を停止することができる。

図2に戻り、キャパシタ31は、電気を蓄積するものであり、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キャパシタを、必要な充電容量が得られるように、直並列接続したものである。キャパシタは、他の蓄電デバイスと比較すると、充放電による劣化が少なく製品寿命が長いこと、また、大電流による急速充電が可能といった特徴を有しており、短時間で充放電を繰り返し行う充電システムに適している。本実施形態においては、受電ユニット21が受電した当該高周波電流は充電回路22(整流平滑回路221)で整流されて、キャパシタ31に入力される。これにより、キャパシタ31が充電される。また、キャパシタ31は、モータ制御部33を介して、モータ32に電力を供給する。

なお、本実施形態においては、キャパシタ31を用いた場合を例に説明するが、電気を蓄積する蓄電手段であれば、これに限定されない。このような一例を挙げると、鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの二次電池がある。

モータ32は、入力される駆動電流あるいは駆動電圧により、回転動力を発生させるものである。本実施形態においては、モータ32は、発生させた回転動力を無人搬送車Vの車輪に伝達し、車輪を回転させる。これにより、無人搬送車Vが走行する。モータ32は、例えば、DCモータにより構成される。なお、モータ32をACモータにより構成してもよい。

モータ制御部33は、キャパシタ31に蓄積された電力を用いて、モータ32の駆動を制御するものである。モータ制御部33は、例えば、DC−DCコンバータにより構成され、キャパシタ31から入力される電圧を、モータ32を駆動するための電圧(例えば、24[V]や48[V])に変圧して、モータ32に印加する。キャパシタ31は充電量によって電圧が変化するので、モータ制御部33は、モータ32に印加する電圧を所定の駆動電圧にするために設けられている。なお、モータ制御部33の構成はこれに限定されず、モータ32の種別に応じて適宜変更すればよい。

モータ制御部33は、無人搬送車Vが停止位置Hに着いたときにモータ32を停止させ、無人搬送車Vを走行させるときにモータ32を駆動させる。モータ32を駆動させるための電力は、キャパシタ31から供給される。よって、無人搬送車Vの走行時には、モータ32が駆動されるので、キャパシタ31に蓄積された電気エネルギーが消費される。

次に、送電装置Aに設定される送電装置使用率R1に対する閾値X1および無人搬送車V(受電装置B)に設定される受電装置使用率R2に対する閾値X2について、説明する。これら閾値X1,X2は、無人搬送車システムS1の構成に基づき、適宜設定される。

図7は、1つの循環経路Lに対して、2台の送電装置A1,A2と2台の無人搬送車V1,V2を有する無人搬送車システムS1における閾値X1,X2を説明するための図である。図7においては、停止位置H1,H2での無人搬送車V1,V2の停止時間Tsがともに20秒である。また、停止位置H1から停止位置H2まで、および、停止位置H2から停止位置H1までの無人搬送車V1,V2の走行時間はともに40秒としている。

図7(a)は、当該無人搬送車システムS1の概要を示している。なお、停止位置H1,H2にある荷物Wの図示は省略する。図7(b)は、図7(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の送電装置A1における送電実行時間および送電停止時間の推移を示している。図7(c)は、図7(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の送電装置A2における送電実行時間および送電停止時間の推移を示している。なお、図7(b),(c)において、送電実行時間を黒色で塗りつぶしており、理解の便宜上、いずれの無人搬送車(V1,V2)に送電するかを、白抜きの文字で記載している。図7(d)は、図7(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の無人搬送車V1における受電実行時間および受電停止時間の推移を示している。図7(e)は、図7(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の無人搬送車V2における受電実行時間および受電停止時間の推移を示している。なお、図7(d),(e)において、受電実行時間を黒色で塗りつぶしており、理解の便宜上、いずれの送電装置(A1,A2)から受電するかを、白抜きの文字で記載している。

図7(b)〜(e)は、無人搬送車V1(V2)が停止位置H1(H2)に到達した時点を0秒としており、240秒(4分)後までの状況を示している。図7では、1サイクルに必要な時間は、120秒(=20秒+40秒+20秒+40秒)であるので、上記単位時間は120秒である。

図7に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2はともに、1サイクル(120秒)のうち、各無人搬送車V1,V2にそれぞれ20秒ずつ送電し、合計40秒送電することになる。したがって、各送電装置A1,A2の、単位時間(1サイクル)における総送電実行時間の比率(以下、「想定比率」と表現する。)はともに、33.3[%](≒(40秒/120秒)×100)と想定される。よって、各送電装置A1,A2が前記想定比率を超えて送電が行われないように、各送電装置A1,A2における送電装置使用率R1の閾値X1を33.3%に設定しておけばよい。

また、各無人搬送車V1,V2は、1サイクル(120秒)のうち、各送電装置A1,A2からそれぞれ20秒ずつ受電し、合計40秒受電することになる。したがって、各無人搬送車V1,V2の、単位時間(1サイクル)における総受電実行時間の想定比率はともに、33.3[%](≒(40秒/120秒)×100)と想定される。よって、各無人搬送車V1,V2が前記想定比率を超えて受電しないように、各無人搬送車V1,V2における受電装置使用率R2の閾値X2を33.3%に設定しておけばよい。

以上のことから、図7に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2は、使用率算出部133により算出される送電装置使用率R1が33.3%を超えた時点で送電を停止し、各無人搬送車V1,V2は、使用率算出部233により算出される受電装置使用率R2が33.3%を超えた時点で受電を停止する。

図8は、上記図7と比較し、停止位置H1から停止位置H2まで、および、停止位置H2から停止位置H1までの無人搬送車V1,V2の走行時間が40秒より長い60秒とした場合の無人搬送車システムS1における閾値X1,X2を説明するための図である。図8(a)〜(e)はそれぞれ、図7(a)〜(e)に対応する図である。

図8では、1サイクルに必要な時間は、160秒(=20秒+60秒+20秒+60秒)であるので、上記単位時間は160秒である。

図8に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2はともに、1サイクル(160秒)のうち、各無人搬送車V1,V2にそれぞれ20秒ずつ送電し、合計40秒送電することになる。したがって、各送電装置A1,A2の、単位時間(1サイクル)における総送電実行時間の想定比率はともに、25.0[%](=(40秒/160秒)×100)と想定される。よって、各送電装置A1,A2が前記想定比率を超えて送電しないように、各送電装置A1,A2における送電装置使用率R1の閾値X1を25.0%に設定しておけばよい。

また、無人搬送車V1,V2はともに、1サイクル(160秒)のうち、各送電装置A1,A2からそれぞれ20秒ずつ受電し、合計40秒受電することになる。したがって、無人搬送車V1,V2の、単位時間(1サイクル)における総受電実行時間の想定比率はともに、25.0[%](=(40秒/160秒)×100)と想定される。よって、無人搬送車V1,V2が前記想定比率を超えて受電しないように、各無人搬送車V1,V2における受電装置使用率R2の閾値X2を25.0%に設定しておけばよい。

以上のことから、図8に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2は、使用率算出部133により算出される送電装置使用率R1が25.0%を超えた時点で送電を停止し、各無人搬送車V1,V2は、使用率算出部233により算出される受電装置使用率R2が25.0%を超えた時点で受電を停止する。

図9は、1つの循環経路Lに対して、2台の送電装置A1,A2と4台の無人搬送車V1〜V4を有する無人搬送車システムS1における閾値X1,X2を説明するための図である。図9は、図7と比較し、無人搬送車Vの台数が多くなっている。図9においては、図7と同様に、停止位置H1,H2での無人搬送車V1〜V4の停止時間Tsがともに20秒であり、停止位置H1から停止位置H2まで、および、停止位置H2から停止位置H1までの無人搬送車V1〜V4の走行時間がともに40秒としている。

図9(a)は、当該無人搬送車システムS1の概要を示している。なお、図7と同様に、停止位置H1,H2にある荷物Wの図示は省略している。図9(b),(c)はそれぞれ、図9(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の各送電装置A1,A2における送電実行時間および送電停止時間の推移を示している。なお、図9(b),(c)において、送電実行時間を黒色で塗りつぶしており、理解の便宜上、いずれの無人搬送車(V1〜V4)に送電するかを、白抜きの文字で記載している。図9(d)〜(g)はそれぞれ、図9(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の各無人搬送車V1〜V4における受電実行時間および受電停止時間の推移を示している。なお、図9(d)〜(g)において、受電実行時間を黒色で塗りつぶしており、理解の便宜上、いずれの送電装置(A1,A2)から受電しているかを、白抜きの文字で記載している。

図9では、図7と同様に、1サイクルに必要な時間は、120秒(=20秒+40秒+20秒+40秒)であるので、上記単位時間は120秒である。

図9に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2はともに、1サイクル(120秒)のうち、各無人搬送車V1〜V4にそれぞれ20秒ずつ送電し、合計80秒送電することになる。したがって、各送電装置A1,A2の、単位時間(1サイクル)における総送電実行時間の想定比率はともに、66.7[%](≒(80秒/120秒)×100)と想定される。よって、各送電装置A1,A2が前記想定比率を超えて送電が行われないように、各送電装置A1,A2における送電装置使用率R1の閾値X1を66.7%に設定しておけばよい。

また、各無人搬送車V1〜V4はそれぞれ、1サイクル(120秒)のうち、各送電装置A1,A2からそれぞれ20秒ずつ受電し、合計40秒受電することになる。したがって、各無人搬送車V1〜V4の、単位時間(1サイクル)における総受電実行時間の想定比率はともに、33.3[%](≒(40秒/120秒)×100)と想定される。よって、各無人搬送車V1〜V4が前記想定比率を超えて受電しないように、各無人搬送車V1〜V4における受電装置使用率R2の閾値X2を33.3%に設定しておけばよい。

以上のことから、図9に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2は、使用率算出部133により算出される送電装置使用率R1が66.7%を超えた時点で送電を停止し、各無人搬送車V1〜V4は、使用率算出部233により算出される受電装置使用率R2が33.3%を超えた時点で受電を停止する。

図10は、上記図9と比較し、停止位置H1から停止位置H2まで、および、停止位置H2から停止位置H1までの無人搬送車V1〜V4の走行時間が40秒より長い60秒とした場合の無人搬送車システムS1における閾値X1,X2を説明するための図である。図10(a)〜(g)はそれぞれ、図9(a)〜(g)に対応する図である。

図10では、1サイクルに必要な時間は、160秒(=20秒+60秒+20秒+60秒)であるので、上記単位時間は160秒である。

図10に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2はともに、1サイクル(160秒)のうち、各無人搬送車V1〜V4にそれぞれ20秒ずつ送電し、合計80秒送電することになる。したがって、各送電装置A1,A2の、単位時間(1サイクル)における総送電実行時間の想定比率はともに、50.0[%](=(80秒/160秒)×100)と想定される。よって、各送電装置A1,A2が前記想定比率を超えて送電しないように、各送電装置A1,A2における送電装置使用率R1の閾値X1を50.0%に設定しておけばよい。

また、無人搬送車V1〜V4はそれぞれに、1サイクル(160秒)のうち、各送電装置A1,A2からそれぞれ20秒ずつ受電し、合計40秒受電することになる。したがって、単位時間(1サイクル)における総受電実行時間の想定比率はともに、25.0[%](=(40秒/160秒)×100)と想定される。よって、各無人搬送車V1〜V4が前記想定比率を超えて受電しないように、各無人搬送車V1〜V4における受電装置使用率R2の閾値X2を25.0%に設定しておけばよい。

以上のことから、図10に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2は、使用率算出部133により算出される送電装置使用率R1が50.0%を超えた時点で送電を停止し、各無人搬送車V1〜V4は、使用率算出部233により算出される受電装置使用率R2が25.0%を超えた時点で受電を停止する。

図11は、1つの循環経路Lに対して、2台の送電装置A1,A2と1台の無人搬送車V1を有する無人搬送車システムS1における閾値X1,X2を説明するための図である。図11は、図7と比較し、無人搬送車Vの台数が少なくなっている。図11においては、図7と同様に、停止位置H1,H2での無人搬送車V1の停止時間Tsがともに20秒であり、停止位置H1から停止位置H2まで、および、停止位置H2から停止位置H1までの無人搬送車V1の走行時間がともに40秒としている。

図11(a)は、当該無人搬送車システムS1の概要を示している。なお、図7と同様に、停止位置H1,H2にある荷物Wの図示は省略している。図11(b),(c)はそれぞれ、図11(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の各送電装置A1,A2における送電実行時間および送電停止時間の推移を示している。なお、図11(b),(c)において、送電実行時間を黒色で塗りつぶしており、理解の便宜上、無人搬送車V1に送電していることを、白抜きの文字で記載している。図11(d)は、図11(a)のように構成された無人搬送車システムS1が想定通りに稼働した場合の無人搬送車V1における受電実行時間および受電停止時間の推移を示している。なお、図11(d)において、受電実行時間を黒色で塗りつぶしており、理解の便宜上、いずれの送電装置(A1,A2)から受電するかを、白抜きの文字で記載している。

図11では、図7と同様に、1サイクルに必要な時間は、120秒(=20秒+40秒+20秒+40秒)であるので、上記単位時間は120秒である。

図11に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2はともに、1サイクル(120秒)のうち、無人搬送車V1に20秒送電することになる。したがって、各送電装置A1,A2の、単位時間(1サイクル)における総送電実行時間の想定比率はともに、16.7[%](≒(20秒/120秒)×100)と想定される。よって、各送電装置A1,A2が前記想定比率を超えて送電が行われないように、各送電装置A1,A2における送電装置使用率R1の閾値X1を16.7%に設定しておけばよい。

また、無人搬送車V1は、1サイクル(120秒)のうち、各送電装置A1,A2からそれぞれ20秒ずつ受電し、合計40秒受電することになる。したがって、無人搬送車V1の、単位時間(1サイクル)における総受電実行時間の想定比率は、33.3[%](≒(40秒/120秒)×100)と想定される。よって、無人搬送車V1が前記想定比率を超えて受電しないように、無人搬送車V1における受電装置使用率R2の閾値X2を33.3%に設定しておけばよい。

以上のことから、図11に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2は、使用率算出部133により算出される送電装置使用率R1が16.7%を超えた時点で送電を停止し、無人搬送車V1は、使用率算出部233により算出される受電装置使用率R2が33.3%を超えた時点で受電を停止する。

図12は、上記図11と比較し、停止位置H1から停止位置H2まで、および、停止位置H2から停止位置H1までの無人搬送車V1の走行時間が40秒より長い60秒とした場合の無人搬送車システムS1における閾値X1,X2を説明するための図である。図12(a)〜(d)はそれぞれ、図11(a)〜(d)に対応する図である。

図12では、1サイクルに必要な時間は、160秒(=20秒+60秒+20秒+60秒)であるので、上記単位時間は160秒である。

図12に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、送電装置A1,A2はともに、1サイクル(160秒)のうち、無人搬送車V1に20秒送電することになる。したがって、各送電装置A1,A2の、単位時間(1サイクル)における総送電実行時間の想定比率はともに、12.5[%](=(20秒/160秒)×100)と想定される。よって、各送電装置A1,A2が前記想定比率を超えて送電しないように、各送電装置A1,A2における送電装置使用率R1の閾値X1を12.5%に設定しておけばよい。

また、無人搬送車V1は、1サイクル(160秒)のうち、各送電装置A1,A2からそれぞれ20秒ずつ受電し、合計40秒受電することになる。したがって、単位時間(1サイクル)における総受電実行時間の想定比率は、25.0[%](=(40秒/160秒)×100)と想定される。よって、無人搬送車V1が前記想定比率を超えて受電しないように、無人搬送車V1における受電装置使用率R2の閾値X2を25.0%に設定しておけばよい。

以上のことから、図12に示す無人搬送車システムS1を想定した場合、各送電装置A1,A2は、使用率算出部133により算出される送電装置使用率R1が12.5%を超えた時点で送電を停止し、無人搬送車V1は、使用率算出部233により算出される受電装置使用率R2が25.0%を超えた時点で受電を停止する。

上記した図7〜図12において、図7と図9と図11と(図8と図10と図12と)を比較すると、1つの循環経路Lに対する、送電装置Aの台数と無人搬送車V(受電装置B)の台数に応じて、設定される閾値X1と閾値X2との大小関係が異なっていることが分かる。具体的には、1つの循環経路Lに対して、送電装置Aの台数と無人搬送車Vの台数とが同じ場合(図7あるいは図8)、閾値X1,X2は同じ値が設定される。1つの循環経路Lに対して、送電装置Aの台数が無人搬送車Vの台数より少ない場合(図9あるいは図10)、送電装置Aに設定される閾値X1は、無人搬送車Vに設定される閾値X2より大きい。一方、1つの循環経路Lに対して、送電装置Aの台数が無人搬送車Vの台数より多い場合(図11あるいは図12)、送電装置Aに設定される閾値X1は、無人搬送車Vに設定される閾値X2より小さい。

また、上記した図7〜図12において、図7と図8と(図9と図10と、あるいは、図11と図12と)を比較すると、1サイクルに必要な時間に対する移動時間に応じて、設定される閾値X1,X2の値が異なっていることが分かる。具体的には、1サイクルに必要な時間のうちの、停止位置H間での移動時間が相対的に短いほど(すなわち、停止位置Hにおける停止時間Tsが相対的に長いほど)、送電装置Aに設定される閾値X1および無人搬送車Vに設定される閾値X2は大きい。一方、1サイクルにかかる時間のうちの、停止位置H間での移動時間が相対的に長いほど(すなわち、停止位置Hにおける停止時間Tsが相対的に短いほど)、送電装置Aに設定される閾値X1および無人搬送車Vに設定される閾値X2は小さい。

以上のようにして、想定される無人搬送車システムS1の構成に応じて、送電装置Aに設定される閾値X1および無人搬送車V(受電装置B)に設定される閾値X2が決められる。なお、図7〜図12において、無人搬送車Vが停止位置Hに到達した時点を0秒としており、このときを起点にして単位時間(1サイクルに必要な時間)先の状態までの送電装置Aおよび受電装置Bの使用状況を考慮し、想定比率を算出したが、その他の状態のときを起点にして想定比率を算出しても、同じ値が得られる。したがって、ある任意の状態のときを起点にして想定比率を算出し、当該算出した想定比率を閾値X1,X2とすればよい。また、循環経路L上の停止位置H間の走行時間(距離)が均等となるように、停止位置Hを配置している場合を例に説明したが、停止位置H間の走行時間(距離)が異なる場合においても、同様に閾値X1,X2を算出すればよい。

次に、本発明の第1実施形態に係る無人搬送車システムS1の作用について説明する。

本実施形態によれば、送電装置Aは、送電実行時間を計時し、当該送電実行時間に基づき、送電装置使用率R1を算出するようにした。そして、当該送電装置使用率R1が予め設定された閾値X1を超えたときに、送電を停止するようにした。これにより、送電装置Aの過度の利用を抑制することができ、送電装置Aに搭載される各部品の故障を抑制することができる。例えば、無人搬送車Vが停止位置Hで停止する時間が、想定される時間より長くなってしまった場合、送電装置Aの送電実行時間が長くなり、送電装置使用率R1が閾値X1を超えてしまう。このとき、送電装置Aは、高周波電力の送電を自動的に停止させるため、送電装置Aの過度な利用が抑制される。

本実施形態によれば、無人搬送車V(受電装置B)は、受電実行時間を計時し、当該受電実行時間に基づき、受電装置使用率R2を算出するようにした。そして、当該受電装置使用率R2が、予め設定された閾値X2を超えたときに、受電を停止するようにした。これにより、無人搬送車V(受電装置B)の過度の利用を抑制することができ、無人搬送車V(受電装置B)に搭載される各部品の故障を抑制することができる。例えば、無人搬送車Vが停止位置Hで停止する時間が、想定される時間より長くなってしまった場合、無人搬送車Vの受電実行時間が長くなり、受電装置使用率R2が閾値X2を超えてしまう。このとき、無人搬送車Vは、送電装置Aからの受電を自動的に停止させるため、無人搬送車V(受電装置B)の過度な利用が抑制される。

本実施形態によれば、無人搬送車システムS1において、無人搬送車V(受電装置B)は、受電装置使用率R2が閾値X2を超えたときに、スイッチ222を開放状態にして、反射波電力Prを急激に上昇させるようにした。そして、送電装置Aは、当該反射波電力Prの急激な上昇により、反射波電力Prが予め設定された閾値以上となるので、送電を停止させる。これにより、無人搬送車V(受電装置B)の受電が停止される。したがって、無人搬送車V(受電装置B)は、通信手段を用いることなく、送電の停止を送電装置Aに伝達することができ、送電装置Aからの送電を停止させることで、高周波電力の受電を停止させることができる。

本実施形態によれば、送電装置Aの使用率算出部133が、現在時刻から単位時間分直近の送電履歴に基づき、送電装置使用率R1を算出するようにした。これにより、送電装置Aは、単位時間分直近の送電装置使用率R1に基づき、送電の停止を判断することができる。したがって、送電装置Aは、送電装置使用率R1が閾値X1を超えた時点ですぐに送電を停止することができる。また、無人搬送車V(受電装置B)の使用率算出部233が、現在時刻から単位時間分直近の受電履歴に基づき、受電装置使用率R2を算出するようにした。これにより、無人搬送車V(受電装置B)は、単位時間分直近の受電装置使用率R2に基づき、受電の停止を判断することができる。したがって、無人搬送車V(受電装置B)は、受電装置使用率R2が閾値X2を超えた時点ですぐに受電を停止することができる。

図13は、第2実施形態に係る無人搬送車システムS2を示す図であり、上記第1実施形態における図2に対応する図である。なお、上記第1実施形態と同一あるいは類似の要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。無人搬送車システムS2は、上記第1実施形態に係る無人搬送車システムS1と比較し、送電装置Aと無人搬送車Vの間で無線通信可能に構成されている。

送電装置Aは、さらに通信部19を備えている。通信部19は、送電装置Aの通信機能を実現させるものである。通信部19は、無人搬送車Vから送信される信号を受信し、また、無人搬送車Vに信号を送信する。

無人搬送車V(受電装置B)は、さらに通信部29を備えている。通信部29は、無人搬送車Vの通信機能を実現させるものである。通信部29は、送電装置Aから送信される信号を受信し、また、送電装置Aに信号を送信する。

本実施形態において、無人搬送車Vは、停止位置Hに停止したとき、停止したことを示す停車信号を、通信部29を介して、送電装置Aに送信する。送電装置Aは、通信部19を介して、受信した停車信号に基づき、送電を開始する。具体的には、モータ制御部33は、モータ32を停止させたときに、当該停止させた情報を通信部29に出力し、通信部29が、上記停車信号を送電装置Aに送信する。そして、通信部19は、受信した停車信号を制御部13に出力し、制御部13が当該停車信号に基づき、高周波制御信号S_INVを生成し、インバータ回路112へ出力する。これにより、送電装置Aからの送電が開始される。したがって、無人搬送車システムS2において、送電装置Aは、停車検出部12を備えておらず、無線通信により、無人搬送車Vの停車を判断し、送電を開始している。

また、本実施形態において、無人搬送車Vは、受電装置使用率R2が閾値X2を超えた場合、送電を停止させる送電停止指令を、通信部29を介して、送電装置Aに送信する。送電装置Aは、受信した送電停止指令に基づき、送電を停止させる。具体的には、制御部23は、受電装置使用率R2が閾値X2を超えると、送電を停止させる旨の送電停止指令を生成し、通信部29に出力する。そして、通信部29が上記送電停止指令を送電装置Aに送信する。通信部19は、受信した送電停止指令を制御部13に出力し、制御部13が当該送電停止指令に基づき、高周波制御信号S_INVの生成を停止する。これにより、送電装置Aからの送電が停止され、無人搬送車Vは受電を停止することができる。このようにして、無人搬送車Vは、受電装置使用率R2が閾値X2を超えた場合に、無線通信により、送電装置Aに送電の停止を伝達し、送電装置Aが送電を停止することで、受電を停止する。したがって、上記第1実施形態のように、反射波電力Prを上昇させて、送電の停止を伝達する必要がないため、無人搬送車Vは、スイッチ222およびスイッチ切替制御部234を備えなくてもよい。

上記のように構成された第2実施形態に係る無人搬送車システムS2においても、上記第1実施形態に係る無人搬送車システムS1と同様の効果を奏することができる。

上記第1実施形態および上記第2実施形態においては、送電装置Aおよび無人搬送車Vに設定される単位時間として、無人搬送車システムS1(S2)における1サイクルに必要な時間を用いた場合を例に説明したが、これに限定されない。例えば、任意の所定時間を設定してもよい。ただし、単位時間として任意の所定時間を用いた場合、無人搬送車システムS1(S2)がどのような状態のときを起点にして所定時間先の状態までの送電装置Aおよび受電装置Bの使用状況を考慮するかに応じて、算出される閾値X1,X2の値が異なる場合がある。これについて、以下に述べる。

例えば、図7(a)に示す無人搬送車システムS1において、単位時間として任意の所定時間140秒を用いた場合を説明する。なお、各停止位置H1,H2の停止時間Tsおよび経路L1,L2の走行時間も図7(a)と同じとする。このような無人搬送車システムS1において、無人搬送車V1が停止位置H1に停止したすぐの状態を起点にして所定時間先の状態までの送電装置A1の想定比率を算出すると、送電装置A1は140秒の間に60秒送電しているので、42.9%(≒(60秒/140秒)×100)となる(図14(a)参照)。続いて、無人搬送車V1が停止位置H1に停止して10秒経過後の状態を起点にして所定時間先の状態までの送電装置A1の想定比率を算出すると、送電装置A1は140秒の間に50秒送電しているので、35.7%(≒(50秒/140秒)×100)となる(図14(b)参照)。また、無人搬送車V1が停止位置H1に停止して20秒経過後の状態を起点にして所定時間先までの送電装置A1の想定比率を算出すると、送電装置A1は140秒の間に40秒送電しているので、28.6%(≒(40秒/140秒)×100)となる。

このように、単位時間として任意の所定時間を用いた場合、無人搬送車V1がどのような状態のときを起点にするかで、算出される想定比率が異なってしまう。この場合、算出される想定比率のうち、最も高いときが一番使用されているときであるので、最も高い想定比率を閾値X1として設定すればよい。なお、図14では、送電装置A1に設定される閾値X1について説明したが、送電装置A2に設定される閾値X1、および、無人搬送車V1,V2に設定される閾値X2も、上記の説明と同様に考えられるため、その説明は省略する。また、図7と同様の無人搬送車システムS1を想定したが、図8〜図12も同様に考えられる。

なお、単位時間として所定時間を用いた場合、無人搬送車システムS1(S2)がどのような状態のときを起点にして所定時間先の状態までの使用状況を想定するかに応じて、算出される想定比率が異なる場合があるが、上記したように単位時間として1サイクルに必要な時間を用いた場合には、算出される想定比率は同じになる。したがって、単位時間として1サイクルに必要な時間を用いた場合の方が、閾値X1,X2の算出が容易なものとなる。

上記第1実施形態および上記第2実施形態においては、送電装置使用率R1に対する閾値X1を制御部13に、および、受電装置使用率R2に対する閾値X2を制御部23に予め設定されている場合を説明したが、これに限定されない。例えば、1つの循環経路Lに対する送電装置Aの台数および無人搬送車Vの台数と、各停止位置Hでの停止時間Tsおよび各停止位置H間の無人搬送車Vの走行時間との情報を制御部13および制御部23に入力することで、制御部13および制御部23が閾値X1,X2を求め、自動的に設定されるようにしてもよい。

上記第1実施形態および上記第2実施形態においては、計時部132が電力検出器113から入力される進行波電力Pfに基づき、送電実行時間を計時する場合を例に説明したが、計時部132が送電実行時間を計時する手法は上記したものに限定されない。例えば、電力検出器113から入力される反射波電力Prに基づき、送電実行時間を計時してもよい。また、送電制御部134がインバータ回路112に高周波制御信号S_INVを出力しているときを送電しているときと判断し、送電実行時間を計時してもよい。また、インバータ回路112と送電ユニット14との間に電流検出器や電圧検出器を接続し、電圧検出器が検出する電流あるいは電圧検出器が検出する電圧に基づき、送電実行時間を計時してもよい。すなわち、計時部132が送電実行時間を計時可能に構成されていればよい。

上記第1実施形態および上記第2実施形態においては、計時部232が電圧検出器223から入力される充電電圧に基づき、受電実行時間を計時する場合を例に説明したが、計時部232が受電実行時間を計時する手法は上記したものに限定されない。例えば、電圧検出器223の代わりに、電流検出器を用いて、当該電流検出器から入力される電流値に基づき、受電実行時間を計時してもよい。具体的には、電流検出器により電流が検出されているとき、受電していると判断し、一方、電流が検出されないとき、受電していないと判断する。なお、電流検出器を用いた場合には、受電ユニット21とキャパシタ31との間であれば、その設置位置は限定されない。すなわち、計時部232が受電実行時間を計時可能に構成されていればよい。

上記第1実施形態および上記第2実施形態においては、使用率算出部133が、現在時刻から単位時間分過去までの期間における送電履歴から、送電装置使用率R1を算出する場合を例に説明したが、送電装置使用率R1を算出する手法はこれに限定されない。例えば、送電装置Aの稼働時間全体に対する送電装置Aの送電実行時間に基づき、送電装置使用率R1を算出するようにしてもよい。具体的には、計時部132が、送電実行時間の他に、送電装置Aが起動したときからカウントされる稼働時間を計時するようにしておき、使用率算出部133が、当該稼働時間に対する送電実行時間の比率((総送電実行時間/稼働時間)×100)を算出することで送電装置使用率R1を算出するようにしてもよい。また、使用率算出部233においても同様に、使用率算出部233が、現在時刻から単位時間分過去までの期間における受電履歴から、受電装置使用率R2を算出する場合を例に説明したが、受電装置使用率R2を算出する手法はこれに限定されない。例えば、受電装置Bの稼働時間全体に対する受電装置Bの受電実行時間に基づき、受電装置使用率R2を算出するようにしてもよい。具体的には、計時部232が、受電実行時間の他に、受電装置Bが起動したときからカウントされる稼働時間を計時するようにしておき、使用率算出部233が、当該稼働時間に対する受電実行時間の比率((総受電実行時間/稼働時間)×100)を算出することで受電装置使用率R2を算出するようにしてもよい。なお、このとき、上記稼働時間が単位時間に相当する。

上記第1実施形態および上記第2実施形態においては、無人搬送車Vを用いた無人搬送車システムS1(S2)を例に説明したが、これに限定されない。無人搬送車Vの代わりに、無人フォークリフト、工具台車、ターレットトラックなどに適用することも可能である。また、荷物Wを搬送するものではなく、人を搬送するものであってもよい。したがって、キャパシタや二次電池に蓄積された電気を動力源として、予め設定された経路を循環走行する各種電動車両を充電する非接触充電システムに適用することができる。

以上、本発明に係る送電装置、受電装置、および、非接触充電システムについて説明したが、上記した実施形態および変形例に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した内容を逸脱しなければ、各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

S1、S2:無人搬送車システム L :循環経路 W :荷物 H,H1,H2:停止位置 A、A1、A2:送電装置 11 :高周波電源装置 111 :直流電源装置 112 :インバータ回路 113 :電力検出器 12 :停車検出部 13 :制御部 131 :記憶部 132 :計時部 133 :使用率算出部 134 :送電制御部 14 :送電ユニット 19 :通信部 Lt :送電コイル Ct :共振コンデンサ V、V1、V2、V3、V4:無人搬送車 B :受電装置 21 :受電ユニット Lr :受電コイル Cr :共振コンデンサ 22 :充電回路 221 :整流平滑回路 222 :スイッチ 223 :電圧検出器 23 :制御部 231 :記憶部 232 :計時部 233 :使用率算出部 234 :スイッチ切替制御部 29 :通信部 31 :キャパシタ(蓄電装置) 32 :モータ 33 :モータ制御部