特許 6347683 非接触電力伝送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6347683

(24)【登録日】2018年6月8日

(45)【発行日】2018年6月27日

(54)【発明の名称】非接触電力伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20180618BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20180618BHJP

   H02J 50/90 20160101ALI20180618BHJP

   A63H 23/10 20060101ALI20180618BHJP

   A63H 29/22 20060101ALI20180618BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 301D

   H02J7/00 H

   H02J50/12

   H02J50/90

   A63H23/10 A

   A63H29/22 L

【請求項の数】6

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-139315(P2014-139315)

(22)【出願日】2014年7月7日

(65)【公開番号】特開2016-19317(P2016-19317A)

(43)【公開日】2016年2月1日

【審査請求日】2016年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005810

【氏名又は名称】マクセルホールディングス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】宮内 靖

(72)【発明者】

【氏名】戸高 義弘

(72)【発明者】

【氏名】長野 満幸

(72)【発明者】

【氏名】井戸 寛

【審査官】 赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０８７２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０６１４４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０５０１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７７０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０００９６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／００−５０／９０

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ａ６３Ｈ １／００−３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電コイルと共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイルと共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の磁界共鳴を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
液体で内部が満たされた筐体を備え、
前記送電コイルは、前記筐体の床部あるいは天井部に配置され、
前記筺体内かつ前記液体内に充電可能領域と充電不能領域を具備し、前記充電可能領域は前記送電コイルの近傍に存在し、
前記受電装置は、移動機構と、充電と放電が可能な蓄電装置と、前記筺体内における位置を検知する位置検知手段を備え、
複数個の前記受電装置が前記筺体内かつ前記液体内に配置され、
前記位置検知手段に基づいて、前記受電装置が前記充電可能領域に存在することを検知した時に、前記送電コイルから前記受電コイルへ非接触で電力が伝送されることにより前記蓄電装置が充電され、
前記蓄電装置の充電を停止する前記蓄電装置の上限の電圧レベルと、前記蓄電装置の放電を停止する前記蓄電装置の下限の電圧レベルが、前記受電装置毎で異なっており、
前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されることで、前記受電装置が移動することを特徴とする非接触電力伝送システム。

【請求項2】

送電コイルと共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイルと共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の磁界共鳴を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
液体で内部が満たされた筐体を備え、
前記送電コイルは、前記筐体の床部あるいは天井部に配置され、
前記筺体内かつ前記液体内に充電可能領域と充電不能領域を具備し、前記充電可能領域は前記送電コイルの近傍に存在し、
前記受電装置は、移動機構と、充電と放電が可能な蓄電装置と、前記筺体内における位置を検知する位置検知手段を備え、
複数個の前記受電装置が前記筺体内かつ前記液体内に配置され、
前記位置検知手段に基づいて、前記受電装置が前記充電可能領域に存在することを検知した時に、前記送電コイルから前記受電コイルへ非接触で電力が伝送されることにより前記蓄電装置が充電され、
前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されることで、前記受電装置が移動し、
前記受電装置毎の充電モードと放電モードのタイミングを制御するモード制御装置を備え、
前記モード制御装置は、単位時間当たりの前記充電可能領域内に存在する前記受電装置の数を同じにすることを特徴とする非接触電力伝送システム。

【請求項3】

送電コイルと共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイルと共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の磁界共鳴を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、
液体で内部が満たされた筐体を備え、
前記送電コイルは、前記筐体の床部あるいは天井部に配置され、
前記筺体内かつ前記液体内に充電可能領域と充電不能領域を具備し、前記充電可能領域は前記送電コイルの近傍に存在し、
前記受電装置は、移動機構と、充電と放電が可能な蓄電装置と、前記筺体内における位置を検知する位置検知手段を備え、
複数個の前記受電装置が前記筺体内かつ前記液体内に配置され、
前記位置検知手段に基づいて、前記受電装置が前記充電可能領域に存在することを検知した時に、前記送電コイルから前記受電コイルへ非接触で電力が伝送されることにより前記蓄電装置が充電され、
前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されることで、前記受電装置が移動し、
前記受電装置は、センサーを備え、
前記受電装置は、個別の遊泳可能領域が定められ、
前記センサーが検出した前記受電装置の水深位置に基づいて、前記受電装置が前記個別の遊泳可能領域を遊泳するように制御されることを特徴とする非接触電力伝送システム。

【請求項4】

前記送電コイルは、前記筐体の天井部に配置され、
前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給される時の前記受電装置の進行方向は、前記筺体の床部に対して角度を持って前記液体内を床部に向けて沈下する方向であり、
前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されない時の前記受電装置の進行方向は、前記筺体の床部に対して角度を持って前記液体内を天井部に向けて浮上する方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。

【請求項5】

前記送電コイルは、前記筐体の床部に配置され、
前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給される時の前記受電装置の進行方向は、前記筺体の床部に対して角度を持って前記液体内を天井部に向けて浮上する方向であり、
前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されない時の前記受電装置の進行方向は、前記筺体の床部に対して角度を持って前記液体内を床部に向けて沈下する方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。

【請求項6】

前記受電装置が前記充電可能領域に存在しない時間を設け、前記時間は送電を停止し、
前記位置検知手段に基づいて、前記受電装置が前記充電可能領域に存在することを検知した時に、前記送電装置が前記受電装置に送電を開始することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非接触電力伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送電装置に具備された送電コイルと受電装置に具備された受電コイルを介して、非接触（ワイヤレス）で電力の伝送を行う非接触電力伝送システムに関する。特に、送電装置に対して移動する受電装置に電力の伝送を行うものである。

【背景技術】

【0002】

非接触で電力を伝送する方法として、電磁誘導（数１００ｋＨｚ）による電磁誘導型、電界または磁界共鳴を介したＬＣ共振間伝送による電界・磁界共鳴型、電波（数ＧＨｚ）によるマイクロ波送電型、あるいは可視光領域の電磁波（光）によるレーザ送電型が知られている。この中で既に実用化されているのは、電磁誘導型である。これは簡易な回路（トランス方式）で実現可能であるなどの優位性はあるが、送電距離が短いという課題もある。

【0003】

そこで、最近になって近距離伝送（〜２ｍ）が可能な電界・磁界共鳴型の電力伝送が注目を浴びてきた。このうち、電界共鳴型の場合、伝送経路中に手などを入れると、人体が誘電体であるため、エネルギーを熱として吸収して誘電体損失を生じる。これに対して磁界共鳴型の場合、人体がエネルギーをほとんど吸収せず、誘電体損失を避けられる。この点から磁界共鳴型に対する注目度が上昇してきている。

【0004】

ところで、磁界共鳴型における電力伝送距離は、送電コイルと受電コイルの大きさ（コイルが円形の場合、直径）で制限される。送電コイルと受電コイルの大きさが異なる場合、電力伝送距離は、小さい方のコイルの大きさで制約されてしまう。そこで、特開２０１３−１８８００２号公報は、送電コイルと受電コイルとは別に、送電コイルとほぼ同じ直径の補助コイルを設け、受電コイルが小さい場合でも、効率的に送電することができる手法を開示している。

【0005】

特開２０１３−１８８００２号公報の手法では、補助コイルの共振周波数を最適化することにより、送電コイルと補助コイル間の受電空間内において一様な受電パワーが得られることが特徴である。これにより、小型の受電コイルを搭載した受電装置を受電空間内のいかなる位置に配置しても、良好な電力伝送が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−１８８００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１記載の従来技術では、送電コイルと補助コイル間の距離が近くて全体の共振周波数が双方特性（密結合）となる場合には、一様な磁場強度の受電空間を得ることができる。しかしながら、送電コイルと補助コイル間の距離が長くなり、共振周波数が双方特性から単峰特性（疎結合）へ変化した状態では、一様な磁場強度の受電空間を得ることができなくなる。すなわち、送電コイルと補助コイル間の距離が長い場合など、必ずしも一様な磁場強度の受電空間を形成できるとは限らない。

【0008】

ところで、自ら移動可能な小型の受電装置を受電空間内に配置し、受電空間内を移動している蓄電装置を内蔵した小型の受電装置に充電を行いたい場合がある。一様な磁場強度が得られない受電空間の場合、受電装置が存在する位置によっては磁場強度が弱く、蓄電装置への充電ができなくなる。受電装置が磁場強度の弱い位置に定位し続けると、最終的に、蓄電装置の容量が低下して受電装置が動かなくなり、受電装置への充電が不能となってしまう。

【0009】

本発明は、このような従来技術における問題点を解決するものであり、一様でない磁場強度の受電空間を移動する蓄電装置を搭載した受電装置への充電／放電を制御することにより、移動する受電装置に対して安定に電力伝送を可能とする非接触電力伝送システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送システムは、送電コイルと共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイルと共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の磁界共鳴を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、液体で内部が満たされた筐体を備え、前記送電コイルが、前記筐体の床部あるいは天井部に配置され、充電可能領域と充電不能領域を具備し、前記充電可能領域は前記送電コイルの近傍に存在し、前記受電装置は、移動機構と、充電と放電が可能な蓄電装置と、前記筺体内における位置を検知する位置検知手段を備え、複数個の前記受電装置が前記筺体内かつ前記液体内に配置され、前記位置検知手段に基づいて、前記受電装置が前記充電可能領域に存在することを検知した時に、前記送電コイルから前記受電コイルへ非接触で電力が伝送されることにより前記蓄電装置が充電され、前記蓄電装置の充電を停止する前記蓄電装置の上限の電圧レベルと、前記蓄電装置の放電を停止する前記蓄電装置の下限の電圧レベルが、前記受電装置毎で異なっており、前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されることで、前記受電装置が移動することを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送システムは、送電コイルと共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイルと共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の磁界共鳴を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、液体で内部が満たされた筐体を備え、前記送電コイルは、前記筐体の床部あるいは天井部に配置され、前記筺体内かつ前記液体内に充電可能領域と充電不能領域を具備し、前記充電可能領域は前記送電コイルの近傍に存在し、前記受電装置は、移動機構と、充電と放電が可能な蓄電装置と、前記筺体内における位置を検知する位置検知手段を備え、複数個の前記受電装置が前記筺体内かつ前記液体内に配置され、前記位置検知手段に基づいて、前記受電装置が前記充電可能領域に存在することを検知した時に、前記送電コイルから前記受電コイルへ非接触で電力が伝送されることにより前記蓄電装置が充電され、前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されることで、前記受電装置が移動し、前記受電装置毎の充電モードと放電モードのタイミングを制御するモード制御装置を備え、前記モード制御装置は、単位時間当たりの前記充電可能領域内に存在する前記受電装置の数を同じにすることを特徴とする。
さらに、上記課題を解決するために、本発明の非接触電力伝送システムは、送電コイルと共振容量により構成された送電共振器を有する送電装置と、受電コイルと共振容量により構成された受電共振器を有する受電装置とを備え、前記送電コイルと前記受電コイルの間の磁界共鳴を介して前記送電装置から前記受電装置へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムにおいて、液体で内部が満たされた筐体を備え、前記送電コイルは、前記筐体の床部あるいは天井部に配置され、前記筺体内かつ前記液体内に充電可能領域と充電不能領域を具備し、前記充電可能領域は前記送電コイルの近傍に存在し、前記受電装置は、移動機構と、充電と放電が可能な蓄電装置と、前記筺体内における位置を検知する位置検知手段を備え、複数個の前記受電装置が前記筺体内かつ前記液体内に配置され、前記位置検知手段に基づいて、前記受電装置が前記充電可能領域に存在することを検知した時に、前記送電コイルから前記受電コイルへ非接触で電力が伝送されることにより前記蓄電装置が充電され、前記蓄電装置から前記移動機構に電力が供給されることで、前記受電装置が移動し、前記受電装置は、センサーを備え、前記受電装置は、個別の遊泳可能領域が定められ、前記センサーが検出した前記受電装置の水深位置に基づいて、前記受電装置が前記個別の遊泳可能領域を遊泳するように制御されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、一様でない磁場強度の受電空間を移動する蓄電装置を搭載した受電装置へ電力伝送を行う場合において、受電装置の位置に応じて充電モードと放電モードを制御することにより、受電装置の移動制御が可能となる非接触電力伝送システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態１における磁界共鳴型の非接触電力伝送システムの構成を示す模式断面図

【図2A】本発明の実施の形態１における充電モードＡを示すブロック図

【図2B】本発明の実施の形態１における放電モードＢを示すブロック図

【図3】本発明の実施の形態１における二次電池の充電モードＡと放電モードＢのタイミングチャート

【図4】本発明の実施の形態２における磁界共鳴型の非接触電力伝送システムの構成を示す模式断面図

【図5A】本発明の実施の形態２における魚型ロボットの充電モードＣを示すブロック図

【図5B】本発明の実施の形態２における魚型ロボットの放電モードＤを示すブロック図

【図5C】本発明の実施の形態２における魚型ロボットの浮上モードＥを示すブロック図

【図6】本発明の実施の形態２における二次電池の充電モードＣと放電モードＤと浮上モードＥのタイミングチャート

【図7】本発明の実施の形態３における磁界共鳴型の非接触電力伝送システムの構成を示す模式断面図

【図8A】本発明の実施の形態３における充電モードＡを示すブロック図

【図8B】本発明の実施の形態３における放電モードＢ（α）を示すブロック図

【図8C】本発明の実施の形態３における放電モードＢ（β）を示すブロック図

【図8D】本発明の実施の形態３における放電モードＢ（γ）を示すブロック図

【図9】本発明の実施の形態３における魚型ロボットの水深と充電モードと放電モードの関係を示すタイミングチャート

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各実施の形態は、本発明を具現化する為の一例を示したものであり、これに限定されるものではない。

【0014】

なお、本発明における非接触電力伝送は、送電コイルと受電コイルとの間の作用を介して送電装置から受電装置へ電力を伝送する。作用としては、磁界共鳴あるいは電磁誘導を用いても同様の効果が得られるが、磁界共鳴を利用した方が遠くまで電力を伝送することができるので好ましい。以下では、磁界共鳴型を例にとって説明する。

【0015】

また、受電装置に搭載されている蓄電装置はリチウムイオン電池等の二次電池とした。ただし、蓄電装置は二次電池に限るものではなく、例えば、スーパーキャパシタであってもよい。

【0016】

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における磁界共鳴型の非接触電力伝送システムの構成を示す模式断面図である。

【0017】

水を入れた水槽１の天井部に電力を伝送するための共振容量が接続された送電コイル２を配置し、水槽１内に受電体としての魚型ロボット３が存在する。魚型ロボット３は、送電コイル２から電力の供給を受けて、尾ひれ等を機械的に動かすことにより水槽１の中を遊泳する。なお、送電コイル２は水槽１の天井部ではなく、水槽１内へ配置することも可能であり、この場合、送電コイル２は、水に接してもよいし、接しなくてもよい。

【0018】

送電コイル２には交流電源（例えば、ＡＣ１００Ｖ）の電力を送電可能な高周波電力に変換する高周波電力ドライバーを含む送電回路４が接続されている。図示は省略するが、送電コイル２には共振容量が接続されて、送電コイル２と共振容量とで送電共振器を構成している。

【0019】

魚型ロボット３には、図２Ａ若しくは図２Ｂに示したように、少なくとも受電コイル５と、検波回路（整流回路ともいう）８と、充電回路１７と、二次電池１１が搭載されている。受電コイル５には図示しない共振容量が接続されて、受電コイル５と共振容量とで受電共振器を構成している。なお、図２Ａ及び図２Ｂについては、後で詳細に説明する。

【0020】

送電コイル２や受電コイル５に接続される共振容量としては、回路素子として可変コンデンサ（バリコンあるいはトリマコンデンサなど）あるいは固定コンデンサを接続してもよいし、浮遊容量を利用した構成としてもよい。

【0021】

送電コイル２から送電された高周波電力は、非接触で受電コイル５により受電される。非接触の電力伝送の手段としては、磁界共鳴型を用いるので、送電共振器と受電共振器が所定の共振周波数で共鳴することにより、非接触で送電コイル２から受電コイル５へ電力が非接触で伝送される。

【0022】

受電された高周波電力は、図２Ａに示す検波回路８によって所定の直流電圧に変換された後、充電回路１７を経て二次電池１１に充電される。以下では、この充電動作を「充電モードＡ」と呼ぶ。

【0023】

次に、二次電池１１の放電動作について説明する。二次電池１１に蓄えられた電力は負荷１２へ給電される。魚型ロボット３の負荷１２としては、例えば、魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系である。電磁コイルはドーナツ形状であって、尾ひれの端についており、左右に固定されている磁石に引き寄せられることにより尾ひれが左右に振られる構造となっている。以下では、この放電動作を「放電モードＢ」と呼ぶ。

【0024】

ところで、送電コイル２近辺の磁界強度は強いが、送電コイル２から離れるに従って磁界強度が弱くなってしまう。すなわち、送電コイル２近辺に受電コイル５が存在する場合には非接触の電力伝送が可能であるが、受電コイル５が送電コイル２から離れるに従って電力伝送が難しくなる。図１に示した水槽１でいうと、魚型ロボット３に搭載された二次電池１１の充電に必要な電力が得られる充電可能領域６と、二次電池１１の充電に必要な電力が得られない充電不能領域７とに分かれる。

【0025】

この二つの領域は、送電コイル２や受電コイル５の特性（例えば各コイルの形状やＱ値など）、あるいは送電コイル２と受電コイル５との結合状態によって決まる。本発明では、送電コイル２から受電コイル５への電力伝送により検波回路８で得られる検波電圧が、予め設定した電圧Ｖ１以上が得られる領域を充電可能領域６と定義している。Ｖ１の値としては、魚型ロボット３に搭載されている二次電池１１の最大電池電圧よりも高い電圧レベルであることが好ましい。二次電池１１にリチウムイオン電池を用いる場合には、最大電池電圧は約４．２Ｖ程度であるので、例えば、Ｖ１＝５Ｖとするのが好ましい。

【0026】

実施の形態１では、魚型ロボット３が充電可能領域６に位置する場合と充電不能領域７に位置する場合とで魚型ロボット３に搭載されている二次電池１１に対する充電／放電を切り替える。すなわち、魚型ロボット３が充電可能領域６に存在する場合は充電モードＡで動作し、魚型ロボット３が充電不能領域７に存在する場合は放電モードＢで動作する。

【0027】

以下、図１を用いて、充電モードＡと放電モードＢについて詳細に説明する。
（１）充電モードＡ
魚型ロボット３に搭載された二次電池１１の容量が下限の所定値以下になった場合、魚型ロボット３は充電モードＡとなる。充電モードＡにおいては、魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系への給電が停止し、魚型ロボット３は浮力により水槽１の上部に浮かんでいくように設計されている。したがって、魚型ロボット３はいずれ充電可能領域６に位置することになり、魚型ロボット３が充電可能領域６に到達すると、魚型ロボットに内蔵された二次電池１１に充電が開始される。充電可能領域６では磁界強度が強いので、送電コイル２からの受電コイル５に非接触で電力の伝送を行うことができる。

【0028】

魚型ロボット３に搭載された二次電池１１は保護回路が付いている。保護回路は常に二次電池１１の電圧レベルを監視しており、電圧レベルが上限の所定値に到達した時に充電を完了する。あるいは、充電を開始してからの任意の時間になった時、魚型ロボット３の外部からの無線通信等により充電を停止する命令があった時などに、充電を完了してもよい。

【0029】

充電モードＡによる充電の完了後は放電モードＢへ移行する。放電モードＢに移行すると、二次電池１１に蓄えられた電力は、魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系に供給され、魚型ロボット３が動き始める。次に放電モードＢについて説明する。
（２）放電モードＢ
魚型ロボット３に内蔵されている二次電池１１の充電が完了し放電モードＢに移行すると、魚型ロボット３の二次電池１１は尾ひれ等を駆動する電磁コイルに電力を供給し、魚型ロボット３は充電可能領域６から充電不能領域７に移動するように設計されている。やがて、魚型ロボット３は充電不能領域７に到達するが、魚型ロボット３に内蔵された二次電池から魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系に電力が供給され続けるので、魚型ロボット３は充電不能領域７に位置している場合でも、自由に遊泳することができる。

【0030】

放電モードＢの時は、魚型ロボット３の進行方向が水槽１の床側に所定の角度で下向きになるように魚型ロボット３の浮力バランスが調整されている。このような、魚型ロボット３の浮力バランスは、例えば、魚型ロボット３の前側に適当な重りをセットすることにより実現できる（浮上タイプ）。

【0031】

放電モードＢの時であって二次電池からの放電を停止している状態では、魚型ロボットの進行方向が水槽１の床側に下向きになったままで送電コイル２に向かって水中を浮上する。放電モードＢの時であって二次電池から電磁コイルに電力が供給され、魚型ロボット３が移動している時には、図１の放電モードＢに示すように、水槽１の底に向かって大きな角度を持って下向き方向に移動する。
この放電モードＢの時には、魚型ロボット３が本物の魚のように見せるために、いくつかのパターンで魚型ロボット３が泳ぐように設計されている。例えば、３秒間放電することにより水槽１の底に向かって移動し、次に２秒間放電を停止することにより天井方向へ浮上し、また３秒間放電することにより水槽１の底に向かって移動し、さらに２秒間放電を停止することにより天井方向へ浮上することを繰り返し行う。

【0032】

以上の、放電モードＢが継続している間も、魚型ロボット３に搭載された二次電池の電圧レベルを受電側制御回路１３が監視しており、この受電側制御回路１３が魚型ロボット３に内蔵された二次電池の電圧レベルが下限の所定値にったことを検出すると、受電側制御回路１３は、魚型ロボット３を放電モードＢから充電モードＡに移行させる。充電モードＡの時は、二次電池から魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系への給電が停止される。充電モードＡへの移行は、放電を開始してからの任意の時間になった時、魚型ロボット３の外部からの無線通信等により放電を停止する命令があった時でもよい。魚型ロボット３が充電不能領域７に存在する時に、放電モードＢから充電モードＡに移行すると、魚型ロボット３は、魚型ロボット３の進行方向が水槽１の床側に下向きになったままで送電コイル２に向かって充電可能領域６に入るまで水中を浮上する。そして、充電可能領域６に入ると二次電池１１への充電が開始される。

【0033】

以上が、実施の形態１における充電モードＡと放電モードＢの説明である。

【0034】

魚型ロボット３が充電可能領域６に入ってからの充電開始のタイミングとしては、後で詳細に説明するが、魚型ロボット３に内蔵された受電側制御回路１３が検波回路８における検波電圧が前記所定の電圧Ｖ１を超えたことを検知して充電を開始してもよいし、魚型ロボット３の水槽１に対する位置をセンサーで検知して、充電可能領域６に受電コイル５が入ったことを確認した後に充電を開始してもよい。例えば、魚型ロボット３に圧力センサーや水深センサーを搭載することにより、魚型ロボット３の水深位置を知ることができる。

【0035】

ただし、圧力センサーや水深センサーを用いなくても充電開始のタイミングは生成可能である。例えば、魚型ロボット３の浮上が開始して充電モードＡとなった時点を基準として、一定時間が経過してから充電を開始すればよい。先に述べたように、充電モードＡでは、二次電池から魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系への給電が停止し、魚型ロボット３は浮力により水槽１の上部に浮かんでいくように設計されている。

【0036】

そこで、魚型ロボット３が浮上することにより充電可能領域６に到達するための最長時間を予め求めておき、充電モードＡに移行してからその最長時間よりも長い時間が経過してから充電を開始する。魚型ロボット３が充電可能領域６に到達するまでの時間を十分見込んでいるので、充電の開始時には魚型ロボット３が充電可能領域６に位置することになり、水槽１に設けられた送電コイル２からの魚型ロボット３に内蔵された受電コイル５に非接触で電力の伝送を行うことができる。

【0037】

次に、受電装置としての魚型ロボット３が１個の場合における充電モードＡと放電モードＢの切り換え手段について、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を用いて詳しく説明する。

【0038】

図２Ａ及び図２Ｂは、魚型ロボット３に内蔵された回路ブロック図であって、図２Ａは充電モードＡの場合の動作を示し、図２Ｂは放電モードＢの場合の動作を示す。スイッチ９とスイッチ１０のオン／オフが受電側制御回路１３によりコントロールされて、受電コイル５が受電した電力を二次電池１１に充電する充電モードＡと、二次電池１１の電力を負荷１２に供給する放電モードＢを切り替える。なお、スイッチ９とスイッチ１０はリレーのような機械的接点を持つものでも構わないが、小型化の観点から半導体スイッチ、特にＦＥＴスイッチを用いることが好ましい。

【0039】

図３は、図２Ａと図２Ｂの回路ブロック動作時におけるタイミングチャートを示す。図３は、二次電池１１の電圧レベルが下限の所定値Ｃ２にある魚型ロボット３が充電可能領域６に位置する状態を基準に充電モードＡと放電モードＢの切り替えのタイミングを示している。

【0040】

図３の上から、二次電池１１の電圧レベル、二次電池１１の充電／放電状態、検波回路８と二次電池１１の間にあるスイッチ９のオン／オフ状態、二次電池１１と負荷１２との間にあるスイッチ１０のオン／オフ状態を示している。

【0041】

時刻ｔ１の時、二次電池の電圧レベルが下限の所定値Ｃ２である。そして、図２Ａに示したように、魚型ロボット３に内蔵された受電側制御回路１３が検波回路８における検波電圧が前記所定の電圧Ｖ１を超えたことを検知して魚型ロボット３は充電可能領域６に位置しているものと認識する。そこで、受電側制御回路１３は魚型ロボット３を充電モードＡとする。充電モードＡでは、受電側制御回路１３はスイッチ９をオン、スイッチ１０をオフとする。

【0042】

図２Ａに示したように、充電モードＡでスイッチ９がオン、スイッチ１０がオフとなると、充電可能領域６に存在する魚型ロボット３に対して送電コイル２から受電コイル５に非接触で電力伝送を行い、検波回路８とスイッチ９を介して二次電池１１に充電できるようになる。この時、スイッチ９がオンの状態では、検波回路８の検波電圧がＶ１以上であるので、スイッチ９に示した矢印の方向に電流が流れ、検波回路８から充電回路１７を経て二次電池１１が充電される。また、充電回路１７には、ダイオードなどを用いた二次電池１１からの電力の逆流を防止するための回路が備わっている。

【0043】

図３に示したように、二次電池１１への充電が開始されると、二次電池１１の電圧レベルが時間と共に上昇していく。図２に示した受電側制御回路１３は、この二次電池１１の電圧レベルを常時監視している、そして、二次電池１１の電圧レベルが、上限の所定値Ｃ１になった時、図３の時刻ｔ２の時に受電側制御回路１３は二次電池１１への充電を停止し、充電モードＡが終了し放電モードＢへ移行する。

【0044】

時刻ｔ２に放電モードＢに移行すると、図２Ｂに示したように、スイッチ９がオフ、スイッチ１０がオンとなる。これにより、スイッチ１０を介して二次電池１１から負荷１２（魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系）への電力の供給が開始される。魚型ロボット３は図１に示した充電可能領域６から充電不能領域７に向けて移動を開始する。

【0045】

図３に示したように、放電モードＢでは、二次電池１１から負荷１２への電力の供給により二次電池１１の電圧レベルが時間と共に低下していく。そして、二次電池１１の電圧レベルが、下限の所定値Ｃ２になった時、図３の時刻ｔ３の時に受電側制御回路１３は二次電池１１から負荷１２への電力の供給を停止し、放電モードＢが終了し充電モードＡへ移行する。

【0046】

充電モードＡへ移行すると、魚型ロボット３は浮上し、魚型ロボット３に内蔵された二次電池１１の充電に必要な電力が得られる充電可能領域６へ移動する。ここで、放電モードＢから充電モードＡに切り替わるときに魚型ロボット３が水槽の底近くにいる場合には、充電モードＡに切り替わっても、魚型ロボット３が充電可能領域６に到達するまでの間は充電が開始されない。そのため、充電モードＡに切り替わって充電が開始されるまでは二次電池１１の電圧レベルがＣ２のままであるが、充電若しくは放電の時間に比べて短い時間であるので、簡単のため図２では省略して記載している。

【0047】

以上の動作を繰り返すことにより、魚型ロボット３の動作が継続される。なお、二次電池１１が通常動作する電圧範囲の中心の値である５０％程度の電圧を挟んで上限の所定値Ｃ１と下限の所定値Ｃ２を設定すれば、二次電池１１のサイクル特性向上が見込めるので好ましい。

【0048】

以上では、魚型ロボット３の浮力を調整して、随時、魚型ロボットの進行方向が水槽１の床側に角度を持って下向きになるようにし、放電していない停止状態では、魚型ロボットの進行方向が水槽１の床側に下向きになったままで送電コイル２に向かって水中を浮上させた（以下、浮上タイプという）。

【0049】

一方、魚型ロボット３の浮力の大きさを最適化して、随時、魚型ロボットの進行方向が水槽１の床側に角度を持って上向きになるようにし、放電していない停止状態では、魚型ロボット３の進行方向が水槽１の床側に上向きになったままで送電コイル２に向かって水中を沈下させることもできる（以下、沈下タイプという）。また、魚型ロボット３の尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系への給電をオン／オフを制御することにより魚型ロボット３が移動している時には、水槽１の天井に向かって大きな角度を持って上向き方向のみに移動するようにしてもよい。

【0050】

ただし、このような沈下タイプの魚型ロボット３を用いる場合には、送電コイル２は水槽１の床側に配置する。即ち、充電可能領域６は水槽１の床側に存在することになる。水槽１内にサンゴなどを配置する場合には、サンゴなどが充電可能領域６に配置されることになり、魚型ロボット３がサンゴなどにより充電可能領域６に辿り着けない可能性がある。そのため、浮上タイプの魚型ロボット３を用い、充電可能領域６を水槽１の天井部に設ける方が好ましい。

【0051】

浮上タイプの魚型ロボット３に搭載する受電コイル５は背中側に、沈下タイプの魚型ロボット３に搭載する受電コイル５は腹側に設けると、電力伝送効率を上げることができる。実施の形態１では、磁界共鳴型を用いているが、代わりに電磁誘導型を用いる場合はこのような受電コイル５の配置が好ましい。

【0052】

以上は、魚型ロボット３が水槽１に１個存在する場合を例に説明したが、複数の魚型ロボットを水槽に入れる場合も考えられる。ただし、複数の魚型ロボットを用いた場合に、全ての魚型ロボットで二次電池における上限の所定値Ｃ１と下限の所定値Ｃ２を同じに設定していると、全ての魚型ロボットが同時に充電モードとなり、魚型ロボットが一匹も水槽内を泳いでいない状態が生じる場合がある。

【0053】

例えば、長時間にわたって停電した時や、動作が必要でない為に長時間にわたって送電回路の電源をオフした場合には、最終的に全ての魚型ロボットが充電モードＡとなり、その結果、すべての魚型ロボットが充電可能領域６に移動することになる。しかし、送電回路がオフのため、魚型ロボットが充電可能領域６に到達しても送電コイル２から受電コイル５への電力伝送は行われない。その後、送電回路がオンになると、送電コイル２から受電コイル５へ電力伝送が行われ、各魚型ロボットに搭載した二次電池に充電が開始される。そして、ほぼ同じ時間にすべての魚型ロボットが上限の所定値Ｃ１に達し充電を完了し、その後、放電モードに移行して一斉に動き出す。さらに、すべての魚型ロボットがほぼ同じ時間に下限の所定値Ｃ２に達して充電モードに移行し、充電可能領域６に移動する。

【0054】

以上のように、全ての魚型ロボットで二次電池における上限の所定値Ｃ１と下限の所定値Ｃ２を同じに設定していると、魚型ロボットが一匹も水槽内を泳いでいない状態が生じることがある。そこで、実施の形態１において複数の魚型ロボットを水槽内に配置する場合は、上限の所定値Ｃ１を魚型ロボット毎で変えている。例えば３個の魚型ロボットを用いた場合、上限の所定値Ｃ１を、それぞれＣ１a＜Ｃ１b＜Ｃ１cと大きさを変えて設定しておく。

【0055】

まず、上限の所定値Ｃ１aの魚型ロボットが充電を完了し放電モードに移行して動き出す。その後、上限の所定値Ｃ１bの魚型ロボットが充電を完了し放電モードに移行して動き出す。そして最後に上限の所定値Ｃ１cの魚型ロボットが充電を完了し放電モードに移行して動き出す。これにより、実施の形態１において複数の魚型ロボットを水槽内に配置する場合に、魚型ロボットが一匹も水槽内を泳いでいない状態が生じることがなくなるので好ましい。

【0056】

なお、上限の所定値Ｃ１に替え、下限の所定値Ｃ２を魚型ロボット毎で変えておいても、放電モードの終了する時間を変えることができ、同様の効果が得られる。

【0057】

以上では、二次電池の電圧レベルに基づいて充電モードと放電モードの切り替えを行ったが、二次電池の残量計を設けて、二次電池の残量に基づいて前記切り替えを行うこともできる。
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、複数の魚型ロボットが水槽内に存在する場合は、上限の所定値Ｃ１若しくは下限の所定値Ｃ２を魚型ロボット毎で変えておくことにより、魚型ロボットが一匹も水槽内を泳いでいない状態が発生することを防止した。

【0058】

実施の形態２では、複数の魚型ロボットが水槽内に存在している場合において、送電側と受電側で通信を行うことにより、送電側から充電可能領域６に存在させる魚型ロボットの数を制御する。なお、以下の説明では浮上タイプの魚型ロボットを例に説明する。

【0059】

複数個の魚型ロボットを何ら制御しないで水槽内で泳がすと、充電可能領域６に存在する魚型ロボットの数が時間に応じて大きく異なってくる場合がある。一方、充電対象が複数近接すると、充電対象間で相互インダクタンスが無視できなくなり、その結果、送受電系の共振周波数が異なってくる。このような場合においても効率よく非接触電力伝送を行うためには、送電装置における送電パワーや全体の共振周波数を適宜調整する必要がある。

【0060】

このような課題を解決するため、実施の形態２では、各魚型ロボットのモードを管理し、必要に応じて各魚型ロボットのモードを切り替える。これにより、所定数の魚型ロボットを充電可能領域６に存在させることができるとともに、魚型ロボットが一匹も水槽内を泳いでいない状態が発生することを防止できる。

【0061】

図４は、実施の形態２における非接触電力伝送システムの構成を示す模式断面図である。図１に示した実施の形態１と同様に電力を伝送するための送電コイル２を水槽１の天井部に配置したが、水槽１内に受電体としての３個の浮上タイプの魚型ロボット３１、３２、３３が存在し、魚型ロボット３１、３２、３３が送電側制御回路１４と通信をする点で実施の形態１と異なる。魚型ロボット３１、３２、３３と送電側制御回路１６の通信手段としては、例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いることができる。あるいは、赤外線や音波や光などで通信を行ってもよい。

【0062】

図４において、充電モードＣでは魚型ロボット３１が充電モードに入って充電可能領域６内で魚型ロボット３１に内蔵された二次電池に充電を行い、その他の魚型ロボット３２と魚型ロボット３３は放電モードで充電不能領域７に存在している。

【0063】

すなわち、実施の形態２では、電可能領域６に存在する魚型ロボイットの個数を１個に制御する場合について説明する。

【0064】

また、放電モードＤは、魚型ロボット３１に内蔵された二次電池１１から移動機構に電力を供給することで、魚型ロボット３１が充電可能領域６から充電不能領域７に移動し、替わりに魚型ロボット３２が充電モードに入って充電可能領域６内で魚型ロボット３２に内蔵された二次電池に充電をしている様子を示している。

【0065】

実施の形態２においては、充電モードと放電モードに加え、浮上モードを設けて、各魚型ロボットの二次電池における充電／放電状態を制御する。浮上モードは、放電モードから充電モードへ移行する時に、魚型ロボットが充電可能領域６に向かって浮上している状態をいう。浮上モードの時には魚型ロボットに内蔵された二次電池への充電は行われない。

【0066】

図５Ａ及び図５Ｂ及び図５Ｃは、実施の形態２における水槽１に設けられた送電側回路ブロック４０と魚型ロボットに内蔵された受電側回路ブロック４１を示す図である。魚型ロボット３１〜３３は、それぞれ同じ受電側回路ブロック４１を搭載している。図５Ａは充電モードＣの場合の動作を示し、図５Ｂは放電モードＤの場合の動作を示し、図５Ｃは浮上モードＥの場合の動作を示す。

【0067】

図６は、送電側制御回路１４が各魚型ロボットにおける図５Ａ及び図５Ｂ及び図５Ｃに示した各モードを制御し、充電可能領域６に存在する魚型ロボイットの個数を１個に制御した場合のタイミングチャートである。

【0068】

以下、図４〜図６を用いて実施の形態２を詳細に説明する。

【0069】

まず、魚型ロボット３１は充電可能領域６に存在し充電モードの状態であるとする。魚型ロボット３２と３３は充電不能領域７に存在し放電モードの状態にあるとする。

【0070】

すなわち、図４の充電モードＣのように、魚型ロボット３１のみが充電可能領域６に存在して魚型ロボット３１に内蔵された二次電池１１に充電を行う状態とする。魚型ロボット３２と３３は充電不能領域７に存在し、内蔵された二次電池１１から移動機構に電力が供給されている状態にある。図５Ａのように、充電モードＣにおいて魚型ロボット３１の二次電池１１が充電されている状態では、魚型ロボット３１の受電側制御回路１３の指令によりスイッチ９がオンに、スイッチ１０はオフとなっている。

【0071】

そして、充電により魚型ロボット３１の二次電池１１の電池電圧レベルが上昇していき、最終的に二次電池１１の電圧レベルが上限の所定値Ｃ１に到達すると同時に魚型ロボット３１の受電側制御回路１３は二次電池１１への充電を停止する為に、図５Ｂのように、魚型ロボット３１の受電側制御回路１３はスイッチ９をオフ、スイッチ１０をオンにし、更に充電モード終了信号を送電側制御回路１４に送信する。これにより魚型ロボット３１は充電モードＣが終了し放電モードＤへ移行する。魚型ロボット３１において充電モードＣが終了し放電モードＤへ移行するのは、図６のタイミングチャートの時刻ｔ２の時点である。そして、魚型ロボット３１は充電不能領域７に向けて移動を開始する。

【0072】

次に、時刻ｔ２で魚型ロボット３１の充電モードが終了したことを受け、送電側制御回路１４は魚型ロボット３２に放電モード終了信号を送信する。図６に示したように、時刻ｔ２で送電側制御回路１４から放電モード終了信号を受信した魚型ロボット３２の受電側制御回路１３は、魚型ロボット３２の二次電池１１の放電を終了させ、魚型ロボット３２を浮上モードＥに移行させる為に、図５Ｃのように、魚型ロボット３２の受電側制御回路１３はスイッチ９をオフ、スイッチ１０をオフにする。

【0073】

魚型ロボット３２は浮上を開始し、やがて充電可能領域６に達する。魚型ロボット３１と３３は充電不能領域７に存在し、内蔵された二次電池１１から移動機構系に電力が供給されている状態にある。魚型ロボット３２の受電側制御回路１３が検波回路８における検波電圧が前記所定の電圧Ｖ１を超えたことを検知して、魚型ロボット３２の受電側制御回路１３は魚型ロボット３２が充電可能領域６に位置しているものと認識する。魚型ロボット３２の受電側制御回路１３は、魚型ロボット３２を浮上モードＥから充電モードＣに移行させる。充電モードＣでは、図５Ａに示したように、スイッチ９がオンすることにより二次電池１１への充電が始まる。魚型ロボット３２が浮上モードＥから充電モードＣへ移行するのは、図６のタイミングチャートの時刻ｔ３の時点である。

【0074】

充電モードＣの魚型ロボット３２は充電可能領域６に存在して魚型ロボット３２に内蔵された二次電池１１に充電を行う。そして、充電により魚型ロボット３２搭載の二次電池１１の電池電圧レベルが上昇していき、最終的に二次電池１１の電圧レベルが上限の所定値Ｃ１に到達すると同時に魚型ロボット３２の受電側制御回路１３は二次電池１１への充電を停止する為に、図５Ｂのように、魚型ロボット３２の受電側制御回路１３はスイッチ９をオフ、スイッチ１０をオンにし、更に充電モード終了信号を送電側制御回路１４に送信する。これにより魚型ロボット３２は充電モードＣが終了し放電モードＤへ移行する。魚型ロボット３２の充電モードＣが終了し放電モードＤへ移行するのは、図６のタイミングチャートの時刻ｔ４の時点である。

【0075】

さらに、時刻ｔ４で魚型ロボット３２の充電モードが終了したことを受け、送電側制御回路１４は魚型ロボット３３に放電モード終了信号を送信する。図６に示したように、時刻ｔ４で送電側制御回路１４から放電モード終了信号を受信した魚型ロボット３３の受電側制御回路１３は、魚型ロボット３３の二次電池１１の放電を終了させ、魚型ロボット３３を浮上モードＥに移行させる為に、図５Ｃのように、魚型ロボット３３の受電側制御回路１３はスイッチ９をオフ、スイッチ１０をオフにする。

【0076】

魚型ロボット３３は浮上を開始し、やがて充電可能領域６に達する。魚型ロボット３２と３３は充電不能領域７に存在し、内蔵された二次電池１１から移動機構系に電力が供給されている状態にある。魚型ロボット３３の受電側制御回路１３が検波回路８における検波電圧が前記所定の電圧Ｖ１を超えたことを検知して、魚型ロボット３３の受電側制御回路１３は魚型ロボット３３が充電可能領域６に位置しているものと認識する。魚型ロボット３３の受電側制御回路１３は、魚型ロボット３３を浮上モードＥから充電モードＣに移行させる。充電モードＣでは、図５Ａに示したように、スイッチ９がオンすることにより二次電池１１への充電が始まる。魚型ロボット３３が浮上モードＥから充電モードＣへ移行するのは、図６のタイミングチャートの時刻ｔ５の時点である。

【0077】

充電モードＣの魚型ロボット３３は充電可能領域６に存在して魚型ロボット３３に内蔵された二次電池１１に充電を行う。そして、充電により魚型ロボット３３搭載の二次電池１１の電池電圧レベルが上昇していき、最終的に二次電池１１の電圧レベルが上限の所定値Ｃ１に到達すると同時に魚型ロボット３３の受電側制御回路１３は二次電池１１への充電を停止する為に、図５Ｂのように、魚型ロボット３３の受電側制御回路１３はスイッチ９をオフ、スイッチ１０をオンにし、充電モード終了信号を送電側制御回路１４に送信する。これにより魚型ロボット３３は充電モードＣが終了し放電モードＤへ移行する。魚型ロボット３３の充電モードＣが終了し放電モードＤへ移行するのは、図６のタイミングチャートの時刻ｔ６の時点である。

【0078】

そして、時刻ｔ６で魚型ロボット３３の充電モードが終了したことを受け、送電側制御回路１４は魚型ロボット３１に放電モード終了信号を送信する。図６に示したように、時刻ｔ６で送電側制御回路１４から放電モード終了信号を受信した魚型ロボット３１の受電側制御回路１３は、魚型ロボット３１の二次電池１１の放電を終了させ、魚型ロボット３１を浮上モードＥに移行させる為に、図５Ｃのように、魚型ロボット３１の受電側制御回路１３はスイッチ９をオフ、スイッチ１０をオフにする。

【0079】

魚型ロボット３１は浮上を開始し、やがて充電可能領域６に達する。魚型ロボット３１の受電側制御回路１３が検波回路８における検波電圧が前記所定の電圧Ｖ１を超えたことを検知して、魚型ロボット３１が充電可能領域６に位置しているものと認識する。魚型ロボット３１の受電側制御回路１３は、魚型ロボット３１を浮上モードＥから充電モードＣに移行させる。充電モードＣでは、図５Ａに示したように、スイッチ９がオンすることにより二次電池１１への充電が始まる。魚型ロボット３１が浮上モードＥから充電モードＣへ移行するのは、図６のタイミングチャートの時刻ｔ７の時点である。

【0080】

充電モードＣの魚型ロボット３１は充電可能領域６に存在して魚型ロボット３１に内蔵された二次電池１１に充電を行う。以後、魚型ロボット３１〜３３について順次充電が繰り返される。

【0081】

以上のとおり、送電側制御回路１４と魚型ロボット３１〜３３に搭載された受電側制御回路１３の間で通信を行い、送電側制御回路１４が魚型ロボット３１〜３３のモードを制御することによって、充電可能領域６に存在する魚型ロボットの個数を１個に制御した。

【0082】

なお、実施の形態２では、送受電装置間の通信制御による１周期Ｔ２を、送受電装置間の通信制御をせずに下限の所定値Ｃ２により放電モードを終了する１周期Ｔ１（充電モードＡ＋放電モードＢ）よりも短くしている。そうすれば、魚型ロボット３３が充電モードの時に魚型ロボット３１が充電モードに入ることはない。従って、充電可能領域６に存在する魚型ロボイットの個数を１個に制御できる。

【0083】

実施の形態２では充電可能領域６で充電を行う魚型ロボットを１個にしたが、もちろん複数個を同時に充電することも可能である。このように、魚型ロボットごとに充電／放電のモードを制御することにより、単位時間当たりの充電可能領域内６に存在する魚型ロボットの数を同じにすることができる。これにより、予め定められた数の魚型ロボットの充電が可能となり、送電装置における送電パワーや全体の共振周波数を調整する必要がなくなるので好ましい。

【0084】

また、場合によっては、充電可能領域６に魚型ロボットが１個も存在しない時間を設け、その時間帯は送電を停止し、充電可能領域６に魚型ロボットが来たことを検知してから送電を開始するようにしてもよい。この場合には、省エネの効果が大きい。

【0085】

なお、魚型ロボットが充電可能領域６に存在していることについては、例えば、図５Ａ〜図５Ｃに示したように、送電側制御回路１４と受電側制御回路１３との通信により充電可能領域６に充電中の魚型ロボットが存在するかどうかを検知すればよい。あるいは魚型ロボットに位置センサーを搭載して充電可能領域６に受電コイル５が入った情報に基づいて充電可能領域６に充電中の魚型ロボットが存在するかどうかを検知しても良いし、魚型ロボット３に圧力センサーや水深センサーを搭載して検知しても良い。

【0086】

それぞれの各魚型ロボットに関する情報（電池容量、共振電圧。受電電圧、受電電流、受電パワーなど）を送電側制御回路で管理し、この情報に基づいてそれぞれの受電装置に搭載している二次電池の充電モードと放電モードを制御するようにしてもよい。
＜実施の形態３＞
一般的に、浮上タイプでは水槽の底部で泳ぐことが多くなり、沈下タイプでは水槽の天井部で泳ぐことが多くなる。すなわち、魚型ロボットが浮上タイプ、沈下タイプのいずれであっても、魚型ロボットが遊泳する範囲は、水槽の一部に限られてしまう場合がある。

【0087】

この問題を対策するために、実施の形態３では、放電モードＢの時に魚型ロボットが泳ぐ領域を予め規定して、所定の場所で所定の魚型ロボットが泳ぐようにした。実施の形態３の手法を用いれば、水槽内で泳ぐ魚型ロボットの遊泳範囲を魚型ロボット個別に自由に設定できるので、複数の魚型ロボットを水槽に配置した場合でも、魚型ロボットが遊泳する範囲が水槽の一部に限られてしまうという問題を解決できる。

【0088】

以下、実施の形態３について詳しく説明する。図７は、実施の形態３における非接触電力伝送システムの構成を示す模式断面図である。図１に示した実施の形態１と同様に電力を伝送するための送電コイル２を水槽１の天井部に配置した。送電コイル２付近に充電可能領域６が存在し、送電コイル２から離れた領域に充電不能領域７が存在する点も同様である。ただし、実施の形態３では、所定遊泳領域１５が存在する点で実施の形態１と相違する。放電モードＢをさらに複数のモードに分割し、魚型ロボットを、所定遊泳領域１５で遊泳するように制御する。

【0089】

図８Ａ〜図８Ｄは、実施の形態３の魚型ロボット３４に内蔵された回路ブロック図である。図８Ａは充電モードＡの場合の動作を示し、図８Ｂは放電モードＢ（α）の場合の動作を示し、図８Ｃは放電モードＢ（β）の場合の動作を示し、図８Ｄは放電モードＢ（γ）の場合の動作を示す。実施の形態３における、回路ブロック図は、実施の形態１で示した図２Ａ及び図２Ｂの回路に、水深センサー１６が加わった構成になっている。

【0090】

図９は図８Ａ〜図８Ｄの動作時におけるタイミングチャートを示したものである。

【0091】

以下、図７〜図９を用いて実施の形態３を詳細に説明する。

【0092】

まず、図７の充電モードＡは、魚型ロボット３４が充電可能領域６に存在して魚型ロボット３４に内蔵された二次電池１１に充電を行っている状態を示す。図８Ａのように、充電モードＡでは、受電側制御回路１３がスイッチ９をオンに、スイッチ１０をオフとする。受電側制御回路１３は、この二次電池１１の電圧レベルを常時監視している。そして、二次電池１１の電圧レベルが、上限の所定値Ｃ１になった時、すなわち、図９の時刻ｔ２の時に受電側制御回路１３は二次電池１１への充電を停止し、充電モードＡが終了し放電モードＢ（α）へ移行する。

【0093】

図８Ｂのように、魚型ロボット３４が放電モードＢ（α）に移行すると、スイッチ９がオフ、スイッチ１０がオンとなる。これにより、スイッチ１０を介して二次電池１１から負荷１２への電力の供給が開始される。ここでの負荷１２は、尾ひれ等を駆動する為の電磁コイルに給電する駆動回路を含む移動機構系に相当する。

【0094】

図７の放電モードＢ（α）に示したように、魚型ロボット３は充電可能領域６から充電不能領域７へ移動を開始する。

【0095】

図７の放電モードＢ（α）Ｄ２に示したように、放電モードＢ（α）で魚型ロボット３４の移動が継続するに従って、魚型ロボット３４の水深は深くなっていき、魚型ロボット３４はやがて水深Ｄ２に達する。図９に示したように、魚型ロボット３４は時刻ｔ３で水深Ｄ２に達する。この時、図８Ｃのように、魚型ロボット３４に搭載された水深センサー１６が、魚型ロボット３４の水深がＤ２であることを検出し、その情報を受電側制御回路１３に伝送する。

【0096】

時刻ｔ３において、魚型ロボット３４の水深がＤ２である情報を受け取った受電側制御回路１３は、図７の放電モードＢ（β）に示したように、魚型ロボット３４を放電モードＢ（β）に移行させ、魚型ロボット３は浮上し始める。具体的には、図８Ｃに示したように、受電側制御回路１３はスイッチ９とスイッチ１０を共にオフとする。この場合、二次電池１１から負荷１２への電力の供給が停止されるので、推進力を失い、その結果、魚型ロボット３４は浮上し始める。

【0097】

放電モードＢ（β）で魚型ロボット３の移動が継続するに従って、魚型ロボット３４の水深は浅くなっていき、図７の放電モードＢ（β）Ｄ１に示したように、魚型ロボット３４はやがて水深Ｄ１に達する。図９に示したように、魚型ロボット３４は時刻ｔ４で水深Ｄ１に達する。この時、魚型ロボット３４に搭載された水深センサー１５が、魚型ロボット３４の水深がＤ１であることを検出し、その情報を受電側制御回路１３に伝送する。

【0098】

時刻ｔ４において、魚型ロボット３４の水深がＤ１である情報を受け取った受電側制御回路１３は、図７の放電モードＢ（γ）に示したように、魚型ロボット３４を放電モードＢ（γ）に移行させ、魚型ロボット３４は沈下し始める。具体的には、図８Ｄに示したように、受電側制御回路１３はスイッチ９をオフとし、スイッチ１０をオンとする。この場合、スイッチ１０を介して二次電池１１から負荷１２への電力の供給が開始されるので、推進力を獲得し、その結果、魚型ロボット３４は沈下し始める。

【0099】

放電モードＢ（γ）で魚型ロボット３４の移動が継続するに従って、魚型ロボット３４の水深は深くなっていき、魚型ロボット３４はやがて時刻ｔ５で水深Ｄ２に達する。この時、魚型ロボット３に搭載された水深センサー１６が、魚型ロボット３４の水深がＤ２であることを検出し、その情報を受電側制御回路１３に伝送する。

【0100】

時刻ｔ５において、魚型ロボット３４の水深がＤ２である情報を受け取った受電側制御回路１３は、魚型ロボット３４を放電モードＢ（β）に移行させる。

【0101】

以後は、図９に示したように、放電モードＢ（β）と放電モードＢ（γ）の繰り返しで、魚型ロボット３４は、水深がＤ１からＤ２の所定遊泳領域１５に位置するように制御される。

【0102】

そして、魚型ロボット３４に内蔵された二次電池１１の放電が進み、やがて二次電池１１の電圧レベルが所定の下限値Ｃ２になると、受電側制御回路１３は、魚型ロボット３４を充電モードＡに移行させる。図９に示したタイミングチャートでは、時刻ｔｎで充電モードＡに移行することになる。充電モードＡでは、二次電池１１の放電が停止し、魚型ロボット３４は浮上していく。そして、魚型ロボット３４が充電可能領域６に入ることにより充電が開始される。

【0103】

なお、ここでは魚型ロボットは１個の場合を示すが、複数個存在していても同様な方法で各魚型ロボットを制御できる。魚型ロボットごとに異なった所定遊泳領域を設定しておけば、複数の魚型ロボットを水槽に配置した場合でも、魚型ロボットが遊泳する範囲が水槽の一部に限られてしまうという問題を解決できる。

【0104】

例えば３個の魚型ロボットを用いた場合は、１つ目の魚型ロボットを底付近で泳がせ、２つ目の魚型ロボットを天井側で泳がせ、３つ目の魚型ロボットをその間の中央部で泳がすことができる。魚型ロボットの水深は、圧力センサーやジャイロなどを用いてもよい。

【0105】

このように本発明によれば、水槽などの中に二次電池を搭載した移動可能な魚型ロボットを配置し、魚型ロボットへの電力伝送において充電および放電状態を制御することにより、魚型ロボットの移動制御が可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0106】

本発明の非接触電力伝送装置は、小型の移動が可能な受電装置への充電／放電状態を制御する非接触電力伝送システムであり、例えば、インテリア水槽内に入れた魚型ロボットへの電力伝送に好適である。

【符号の説明】

【0107】

１ 水槽
２ 送電コイル
３、３１、３２、３３、３４ 魚型ロボット
４ 送電回路
５ 受電コイル
６ 充電可能領域
７ 充電不能領域
８ 検波回路
９、１０ スイッチ
１１ 二次電池
１２ 負荷
１３ 受電側制御回路
１４ 送電側制御回路
１５ 所定遊泳領域
１６ 水深センサー
１７ 充電回路
４０ 送電側回路ブロック
４１ 受電側回路ブロック

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9】