JP7011763B1 - 給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】離れた場所に位置する所望の給電対象に対して、移動体を向かわせて、位置調整機構によって位置合わせを容易にして給電を行うことができる給電システムを提供すること。【解決手段】本発明の一態様によれば、給電システムが提供される。この給電システムは、給電部と、位置調整機構と、移動体とを備える。給電部は、給電対象が備える受電部に対して、電力を供給するように構成される。位置調整機構は、給電部を有する。給電部の位置を受電部に合わせて調整可能に構成される。移動体は、給電部及び位置調整機構を別の場所に移動可能に構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、給電システムに関する。

近年、給電装置から受電装置に対しての給電が行われている。例えば特許文献１には、ロボットアームが接触デバイスを車両に備えられた受電部口に差し込んで給電する従来技術が開示されている。

特開２０１８－９３７１６号公報

しかしながら、場所的な制約上、このような従来技術に係るロボットを設置することができないことも数多くある。

本発明では上記事情に鑑み、離れた場所に位置する所望の給電対象に対して、移動体を向かわせて、位置調整機構によって位置合わせを容易にして給電を行うことができる給電システムを提供することとした。

（１）本発明の一態様によれば、給電システムが提供される。この給電システムは、給電部と、位置調整機構と、移動体とを備える。給電部は、給電対象が備える受電部に対して、電力を供給するように構成される。位置調整機構は、給電部を有する。給電部の位置を受電部に合わせて調整可能に構成される。移動体は、給電部及び位置調整機構を別の場所に移動可能に構成される。

このような態様によれば、離れた場所に位置する所望の給電対象に対して、移動体を向かわせて、位置調整機構によって位置合わせを容易にして給電を行うことができる。

本実施形態に係る給電ロボットシステム１０の構成を示すブロック図である。 非接触給電デバイス２１（給電部の一例）と、非接触受電デバイス３０（受電部の一例）の位置関係を示している。 図２に示した位置調整の軸ＸＹＺ方向に関する非接触給電デバイス２１の調整方法を示している。 駆動装置４２の作動図である。 遠隔操作による移動車両４０の車両基地から給電場所までの移動方法を示した図である。 自律移動による移動車両４０の車両基地から給電場所までの移動方法を示した図である。 データ通信システム６０を経由した遠隔操作による移動車両４０の車両基地から給電場所までの移動方法を示した図である。

［実施形態］
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

ところで、本実施形態に登場するソフトウェアを実現するためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体（Ｎｏｎ－Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ｒｅａｄａｂｌｅ Ｍｅｄｉｕｍ）として提供されてもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供されてもよいし、外部のコンピュータで当該プログラムを起動させてクライアント端末でその機能を実現（いわゆるクラウドコンピューティング）するように提供されてもよい。

また、本実施形態において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、例えば電圧・電流を表す信号値の物理的な値、０又は１で構成される２進数のビット集合体としての信号値の高低、又は量子的な重ね合わせ（いわゆる量子ビット）によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。

また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。

図１は、本実施形態に係る給電ロボットシステム１０の構成を示すブロック図である。本実施形態では、給電ロボットシステム１０は、給電装置２０と、移動体の一例である移動車両４０と、環境認識システム５０と、データ通信システム６０とを有する。なお、給電ロボットシステム１０に例示される「給電システム」とは、１つ又はそれ以上の装置又は構成要素からなるものである。したがって、例えば、給電装置２０と移動体４０とからなるものであっても「給電システム」の一例となる。

給電装置２０には、給電部の一例である非接触給電デバイス２１と、位置調整機構２２とを有しており、この位置調整機構に付帯したセンサ２２ａにより、図２に詳細を示す微調整を行うことができる。

図２は、非接触給電デバイス２１（給電部の一例）と、非接触受電デバイス３０（受電部の一例）の位置関係を示している。位置調整機構２２は、位置を固定された非接触受電デバイス３０に対して、センサ２２ａにより非接触給電デバイス２１との距離を計測して最適な給電位置関係に調整できるようＸＹＺ方向に自在に可動させることができる、いわゆるステージ機構が採用される。

上記を換言すると、非接触受電デバイス３０は、対向している非接触給電デバイス２１から非接触で電力を受電するように構成される。また、位置調整機構２２は、３軸自由度を有するステージとして構成される。そして好ましくは、センサ２２ａは、非接触受電デバイス３０の位置を取得するように構成される。位置調整機構２２は、取得した非接触受電デバイス３０の位置に基づいて、非接触給電デバイス２１の位置を自動的に調整するように構成される。

図３は、図２に示した位置調整の軸ＸＹＺ方向に関する非接触給電デバイス２１の調整方法を示している。Ｘ軸方向には、左右に配置された回転車輪２２ｂが前後進することにより位置決めされ、Ｙ軸方向には、左右の回転車輪２２ｂが各々時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＷ）に回転するとともに揺動車輪２２ｃが旋回（θ）し、再び回転車輪２２ｂを前後進させることにより位置決めされ、Ｚ軸方向には、回転車輪２２ｂの軸と前後の揺動車輪２２ｃ側に配置されたアクチュエータ２２ｄによりリンク２２ｅを上下に揺動させることにより位置決めされ、非接触受電デバイス３０に対する非接触給電デバイス２１を最適な給電位置に調整することができる。

非接触給電デバイス２１は、非接触受電デバイス３０との位置が最適である情報を取得すると給電準備状態に遷移する。その後、給電デバイスは受電側に搭載されたバッテリ電力残量に応じて給電を開始する。

なお好ましくは、非接触給電デバイス２１は、位置調整機構２２において上向きに設けられ、その上方に対向する非接触受電デバイス３０に位置合わせされる。

図１に示した移動車両４０は、電力装置４１と、駆動装置４２とを有し、給電装置２０に接続された電力装置４１から上述した給電を行う。なお、給電時には車両は停止しており、駆動装置４２は、給電装置２０の展開または格納を行う。好ましくは、給電装置２０を格納したときにのみ上述した給電を行うことができる。

電力装置４１は、給電制御部４１ａと、充放電回路４１ｂと、蓄電池４１ｃと、発電装置４１ｄとを有し、給電制御部４１ａは、給電時に給電装置２０が上述した給電準備状態に遷移した情報を取得すると、充放電回路４１ｂを介して蓄電池４１ｃまたは発電装置４１ｄから電力を出力する。

充放電回路４１ｂは、上述した給電装置２０に電力を出力するモードと移動車両４０の移動の際に駆動装置４２へ電力を出力するモードを有している。

駆動装置４２は、駆動部４２ａと、駆動制御部４２ｂとを有し、図４にその作動方法の詳細を示す。図４は、駆動装置４２の作動図である。駆動装置４２は、給電装置２０を格納した状態でＸＹα方向に自在に移動することができる。Ｘ軸方向には、左右に配置された駆動車輪４２ｃが前後進することにより移動し、Ｙ軸方向には、左右の駆動車輪４２ｃが各々時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＷ）に回転するとともに従動車輪４２ｄが旋回（θ）するとともに、車体が回転（α）することにより前後進または回転や操舵を行うことができる。

環境認識システム５０は、遠隔制御部５１と、コントローラ５２と、カメラ５３と、自律制御部５４と、センサ５５と、モニタ５６とを有しており、移動車両４０に対して走行制御を行うことができる。遠隔制御部５１は、移動車両と有線または無線により接続されたコントローラの指令に基づき駆動装置４２を制御することができる。自律制御部５４は、予め記録された走行ルート及び、地図データに従い駆動装置を自律制御することができる。

図５は、遠隔操作による移動車両４０の車両基地から給電場所までの移動方法を示した図である。図５に示すようにオペレータ７０は、移動車両４０を直視またはカメラ５３の映像を見ながら移動車両の車両基地から給電を必要とするロボットや電気自動車など（給電対象）が停止している給電場所にＸＹ方向を確認しながら移動させることができる。また予めモニタ５６に表示されたルートに準じて上記移動を行うことも可能である。

好ましくは、移動車両４０は、自律移動可能に構成される。図６は、自律移動による移動車両４０の車両基地から給電場所までの移動方法を示した図である。図６に示すように上述した自律制御において、上述した遠隔操作により車両基地から給電場所までの走行ルート及び、地図データをセンサ５５により作成することが可能で、遠隔操作に頼らずに予め計画された行動規律で移動車両４０を給電場所まで移動させることができる。

換言すると、移動車両４０は、位置調整機構２２及び非接触給電デバイス２１を給電対象に接近させるべく移動するように構成される。位置調整機構２２は、移動車両４０が給電対象に接近したあとに、非接触給電デバイス２１の位置を非接触受電デバイス３０に合わせて調整するように構成される。

データ通信システム６０は、通信部６１と、サーバ６２と、モニタ６３と、コントローラ６４とを有し、このデータ通信システム６０を使用すると移動車両４０から離れた遠隔地からでも上述した給電を可能とする。図７は、データ通信システム６０を経由した遠隔操作による移動車両４０の車両基地から給電場所までの移動方法を示した図である。図７に示すようにオペレータ７０は、移動車両４０または、環境認識システム５０とネットワークを介して、サーバ６２経由でカメラ５３の映像をモニタ６３で確認しながらコントローラ６４で遠隔操作により移動車両を給電場所まで移動させることができる。

また通信部６１は、移動車両４０または、環境認識システム５０から給電状態や給電回数、蓄電状態、発電状態、走行距離、走行ルート、地図データ、現在地などの情報をサーバ６２に蓄積することができる。換言すると、移動車両４０または環境認識システム５０は、不図示の通信部を備えている。

換言すると、給電システムは、自律制御部５４等の制御部をさらに備える。このような制御部は、給電対象の位置情報と、予め取得した地図データとに基づいて、移動車両４０を給電対象の位置に移動させるよう制御する。

データ通信システム６０においては、サーバ６２に蓄積された情報を活用して学習させることにより、最適な給電方法や電力需要を予測することができる。

以上をまとめると、本実施形態に係る給電ロボットシステム１０（給電システム）は、非接触給電デバイス２１（給電部）と、位置調整機構２２と、移動車両４０とを備える。非接触給電デバイス２１は、給電対象が備える非接触受電デバイス３０（受電部）に対して、電力を供給するように構成される。位置調整機構２２は、非接触給電デバイス２１を有する。位置調整機構２２は、非接触給電デバイス２１の位置を非接触受電デバイス３０に合わせて調整可能に構成される。移動車両４０は、非接触給電デバイス２１及び位置調整機構２２を別の場所に移動可能に構成される。

なお、移動車両４０による移動可能なストロークは、位置調整機構２２による移動可能なストロークよりも大きいことに留意されたい。移動車両４０は、別の場所への移動を目的とするものであり、位置調整機構２２は、給電対象の近くにいることを前提として、非接触給電デバイス２１と、非接触受電デバイス３０との位置合わせに用いられることに留意されたい。

このような態様によれば、所望の給電対象に対して位置合わせを容易にして給電を行うことができる。さらに例えば、位置調整機構に取り付けてあるセンサによりロボットや電気自動車に搭載されている非接触受電デバイスの形状を認識しかつ、非接触給電デバイスとの現位置に対するＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸方向の差異を計測しかつ、その差異を基準に受電感度を高められる位置に非接触給電デバイスの位置を調整することが可能で、効率的に受電デバイスを介して効率的にロボットや電気自動車のバッテリに充電することが可能となる。

［その他］
前述の実施形態に係る給電システムに関して、以下のような態様を採用してもよい。

例えば、位置調整機構２２に付帯したセンサ２２ａは、カメラによる画像認識を適用してもよい。
また、回転車輪２２ｂは、無限軌道を適用してもよい。

また、移動車両４０の電力装置４１は車両の外側に連結させて給電装置２０に電力を供給する方式を適用してもよい。
また、移動車両４０の駆動装置４２は人力で作動できる方式を適用してもよい。
また、移動車両４０は、人が搭乗して運転する方式を適用してもよい。

また、非接触受電デバイス３０は、戸建て住宅やマンションに設置してあるデバイスに適用してもよい。

給電装置は、敷地に装置を常設せずに電力を供給できることから、フレキシブルな電力供給を必要とするシステムに対して広く適用可能である。

さらに例えば、位置調整機構が搭載された給電装置を移動車両に格納することにより、給電装置を駐車場などに常設することなく、任意の場所に停車している電気自動車などへ給電することが可能となる。

さらに例えば、環境認識装置を搭載した移動車両は遠隔または自律で移動して、任意の場所に停車している電気自動車などへ給電することが可能となる。

さらに例えば、移動車両の移動や給電履歴をネットワーク通信でクラウドなどのサーバにデータとして記録することにより、ユーザーの使用状況を解析してユーザーにおける将来の電力需要を予測し、地図情報と連携して予め地域的に必要量の移動車両を配置して、ユーザーからの給電要求に迅速に応えることが可能となる。

さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。

（２）前記給電システムにおいて、前記給電部は、非接触給電デバイスであり、前記受電部は、非接触受電デバイスであり、対向している前記給電部から非接触で電力を受電するように構成される、もの。

このような態様によれば、位置合わせをさらに容易にすることができる。

（３）前記給電システムにおいて、前記位置調整機構は、３軸自由度を有するステージとして構成される、もの。

このような態様によれば、給電対象の受電部の位置にある程度のバリエーションやバラツキがあった場合にも、給電を実行することができる。

（４）前記給電システムにおいて、センサをさらに備え、前記センサは、前記受電部の位置を取得するように構成され、前記位置調整機構は、取得した前記受電部の位置に基づいて、前記給電部の位置を自動的に調整するように構成される、もの。

このような態様によれば、人の手を煩わせることなく容易に位置合わせをすることができる。

（５）前記給電システムにおいて、前記給電部は、前記位置調整機構において上向きに設けられ、その上方に対向する前記受電部に位置合わせされる、もの。

このような態様によれば、給電対象の下側に設置された受電部のさらに下方に本システムを潜り込ませて給電を行うことができる。

（６）前記給電システムにおいて、前記移動体は、自律移動可能に構成され、前記位置調整機構及び前記給電部を前記給電対象に接近させるべく移動するように構成され、前記位置調整機構は、前記移動体が前記給電対象に接近したあとに、前記給電部の位置を前記受電部に合わせて調整するように構成される、もの。

このような態様によれば、人が操作せずに、遠隔にある給電対象に自動的に給電を行うことができ、高いユーザビリティを実現することができる。

（７）前記給電システムにおいて、制御部をさらに備え、前記制御部は、前記給電対象の位置情報と、予め取得した地図データとに基づいて、前記移動体を前記給電対象の位置に移動させるよう制御する、もの。

このような態様によれば、効率的に移動体を移動させて、所望の給電対象のもとに届けることができる。

（８）前記給電システムにおいて、前記給電対象は、ロボット又は電気自動車である、もの。

このような態様によれば、給電設備を設置することなく給電を行うことができるため、ロボットや電気自動車の普及に貢献することができ、環境にも配慮することができる。
もちろん、この限りではない。

最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ ：給電ロボットシステム
２０ ：給電装置
２１ ：非接触給電デバイス
２２ ：位置調整機構
２２ａ ：センサ
２２ｂ ：回転車輪
２２ｃ ：揺動車輪
２２ｄ ：アクチュエータ
２２ｅ ：リンク
３０ ：非接触受電デバイス
４０ ：移動車両
４１ ：電力装置
４１ａ ：給電制御部
４１ｂ ：充放電回路
４１ｃ ：蓄電池
４１ｄ ：発電装置
４２ ：駆動装置
４２ａ ：駆動部
４２ｂ ：駆動制御部
４２ｃ ：駆動車輪
４２ｄ ：従動車輪
５０ ：環境認識システム
５１ ：遠隔制御部
５２ ：コントローラ
５３ ：カメラ
５４ ：自律制御部
５５ ：センサ
５６ ：モニタ
６０ ：データ通信システム
６１ ：通信部
６２ ：サーバ
６３ ：モニタ
６４ ：コントローラ
７０ ：オペレータ

Claims (7)

1. 給電システムであって、
   給電部と、位置調整機構と、移動体とを備え、
   前記給電部は、給電対象が備える受電部に対して、電力を供給するように構成され、
   前記位置調整機構は、
   前記給電部を有し、
   前記給電部の位置を前記受電部に合わせて３軸自由度を有して調整可能に構成され、
   前記移動体は、本給電システムが前記給電対象の付近にない場合に、前記給電部及び前記位置調整機構を前記給電対象の位置する場所に搬送可能に構成され、
   さらに、前記位置調整機構は、揺動車輪と、一対の回転車輪とを備え、
   前記揺動車輪が回転することで、前記給電部の位置を水平一軸の移動方向に並進移動可能に構成され、前記一対の回転車輪に回転差を設けて前記位置調整機構の向きを変更することで、前記移動方向を変更可能に構成され、
   前記揺動車輪を軸支する支持体の角度を変更することで、前記給電部の位置を鉛直一軸方向に並進移動可能に構成される、もの。
2. 請求項１に記載の給電システムにおいて、
   前記給電部は、非接触給電デバイスであり、
   前記受電部は、非接触受電デバイスであり、対向している前記給電部から非接触で電力を受電するように構成される、もの。
3. 請求項１又は請求項２に記載の給電システムにおいて、
   センサをさらに備え、
   前記センサは、前記受電部の位置を取得するように構成され、
   前記位置調整機構は、取得した前記受電部の位置に基づいて、前記給電部の位置を自動的に調整するように構成される、もの。
4. 請求項１～請求項３の何れか１つに記載の給電システムにおいて、
   前記給電部は、前記位置調整機構において上向きに設けられ、その上方に対向する前記受電部に位置合わせされる、もの。
5. 請求項１～請求項４の何れか１つに記載の給電システムにおいて、
   前記移動体は、
   自律移動可能に構成され、
   前記位置調整機構及び前記給電部を前記給電対象に接近させるべく移動するように構成され、
   前記位置調整機構は、前記移動体が前記給電対象に接近したあとに、前記給電部の位置を前記受電部に合わせて調整するように構成される、もの。
6. 請求項５に記載の給電システムにおいて、
   制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記給電対象の位置情報と、予め取得した地図データとに基づいて、前記移動体を前記給電対象の位置に移動させるよう制御する、もの。
7. 請求項１～請求項６の何れか１つに記載の給電システムにおいて、
   前記給電対象は、ロボット又は電気自動車である、もの。

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