特許第6604459号(P6604459)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】6604459
(24)【登録日】2019年10月25日
(45)【発行日】2019年11月13日
(54)【発明の名称】給電システム
(51)【国際特許分類】
   H02J 50/10 20160101AFI20191031BHJP
   H02J 50/12 20160101ALI20191031BHJP
   H02J 7/00 20060101ALI20191031BHJP
【FI】
   H02J50/10
   H02J50/12
   H02J7/00 301D
【請求項の数】9
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2019-501732(P2019-501732)
(86)(22)【出願日】2017年6月5日
(86)【国際出願番号】JP2017020838
(87)【国際公開番号】WO2018225131
(87)【国際公開日】20181213
【審査請求日】2019年1月11日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000211307
【氏名又は名称】中国電力株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000176
【氏名又は名称】一色国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】沖段 和磨
(72)【発明者】
【氏名】谷川 博昭
(72)【発明者】
【氏名】大久保 典浩
(72)【発明者】
【氏名】林 儀一郎
【審査官】 田中 寛人
(56)【参考文献】
【文献】 特開平06−237668(JP,A)
【文献】 特開2010−098257(JP,A)
【文献】 登録実用新案第3149840(JP,U)
【文献】 特表2015−523070(JP,A)
【文献】 国際公開第2010/138944(WO,A2)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02J 50/10
H02J 7/00
H02J 50/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
非接触で電力を受電する受電コイルと、受電後の電力によって充電されるバッテリーと、前記バッテリーを電源として家畜の生体情報を取得する生体センサと、を含み、前記家畜における所定の高さの部位に取り付けられる受電装置と、
前記受電コイルに非接触で電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルが電力を送電するための電力線を接続または遮断するスイッチ装置と、を含み、前記家畜が収容される区画の仕切りに取り付けられる送電装置と、
前記家畜が前記区画に進入したか否かを検出する進入センサと、
を備え、
前記送電コイルは、前記家畜が収容される区画の仕切りの前記所定の高さにおいて水平方向に延びる長尺形状を呈し
前記送電装置は、前記家畜が前記区画に進入したときの前記進入センサの検出結果に基づいて、前記スイッチ装置が前記電力線を接続することによって、前記送電コイルから前記受電コイルへ電力を送電する
ことを特徴とする給電システム。
【請求項2】
前記送電装置は、前記家畜が前記区画に進入したことを前記進入センサが検出してから一定時間を経過した後に、前記スイッチ装置が前記電力線を接続することによって、前記送電コイルから前記受電コイルへ電力を送電する
ことを特徴とする請求項に記載の給電システム。
【請求項3】
前記進入センサは、前記区画の出入口に取り付けられる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の給電システム。
【請求項4】
前記家畜が前記区画から退出したか否かを検出する退出センサを更に備え、
前記送電装置は、前記家畜が前記区画から退出したときの前記退出センサの検出結果に基づいて、前記スイッチ装置が前記電力線を遮断することによって、前記送電コイルから前記受電コイルへの電力の送電を停止する
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項5】
前記送電装置は、前記家畜が前記区画から退出したことを前記退出センサが検出してから一定時間を経過した後に、前記スイッチ装置が前記電力線を遮断することによって、前記送電コイルから前記受電コイルへの電力の送電を停止する
ことを特徴とする請求項に記載の給電システム。
【請求項6】
前記退出センサは、前記区画の出入口に取り付けられる
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の給電システム。
【請求項7】
前記区画は、前記家畜に餌を与える場所である
ことを特徴とする請求項1〜請求項の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項8】
前記家畜はウシ科の動物であって、
前記受電装置は前記家畜の前脚又は後脚に取り付けられる
ことを特徴とする請求項1〜請求項の何れか一項に記載の給電システム。
【請求項9】
前記受電装置は、前記家畜の前脚又は後脚に巻き付けて取り付けられる形状を呈する
ことを特徴とする請求項に記載の給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、給電システムに関する。
【背景技術】
【0002】
家畜(例えばウシ科の牛、山羊等)を飼育管理するために、家畜の生体情報(例えば体温、脈拍、排卵日等)を取得するセンサが知られている。例えば、このセンサは、家畜の所定の部位(例えば首、胴等)に取り付けられ、バッテリーを電源として動作するように設計されている。そのため、バッテリーの残容量が予め定められた容量値を下回るまで減少した場合、当該バッテリーを満充電のバッテリーに交換するか、当該バッテリーを充電器と接続して充電する必要がある。前者の場合、バッテリーの交換作業に相当の労力と時間を要し、又、後者の場合、バッテリーの充電作業に相当の労力と時間を要することに加えて、バッテリーを充電している最中に家畜が充電器とバッテリーとの間を接続する充電ケーブルを誤って噛んでしまうと漏電や感電の事故に繋がる問題もあった。
【0003】
そこで、上記の問題を解決する方法として、家畜が給餌用区画に侵入したときに、家畜の首に取り付けられたセンサに非接触で電力を供給し、センサに内蔵されているバッテリーを充電する技術が知られている(例えば特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平6−237668号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1の場合、センサに非接触で電力を供給するための充電部は、給餌用区画内の所定の位置に設置されているに過ぎないため、給餌用区画内において家畜が充電部から離れてしまうと、充電部からセンサへ電力を供給することができなくなる問題があった。又、充電部からセンサへ電力が安定的に供給されるように、家畜の姿勢に応じて充電部の設置位置を都度変更してもよいが、設置作業が繁雑となる問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、家畜が区画内に入ると、生体センサを動作させるためのバッテリーを確実に充電することが可能な給電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】
【0007】
前述した課題を解決する主たる本発明は、非接触で電力を受電する受電コイルと、受電後の電力によって充電されるバッテリーと、前記バッテリーを電源として家畜の生体情報を取得する生体センサと、を含み、前記家畜における所定の高さの部位に取り付けられる受電装置と、前記受電コイルに非接触で電力を送電する送電コイルと、前記送電コイルが電力を送電するための電力線を接続または遮断するスイッチ装置と、を含み、前記家畜が収容される区画の仕切りに取り付けられる送電装置と、前記家畜が前記区画に進入したか否かを検出する進入センサと、を備えた給電システムであって、前記送電コイルは、前記家畜が収容される区画の仕切りの前記所定の高さにおいて水平方向に延びる長尺形状を呈し、前記送電装置は、前記家畜が前記区画に進入したときの前記進入センサの検出結果に基づいて、前記スイッチ装置が前記電力線を接続することによって、前記送電コイルから前記受電コイルへ電力を送電する
【0008】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、家畜が区画内に入ると、生体センサを動作させるためのバッテリーを確実に充電することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本実施形態に係る給電システムによって電力の給電が行われる家畜用区画の一例を示す上面図である。
図2】本実施形態に係る給電システムによって電力の給電が行われる家畜用区画の一例を示す側面図である。
図3】本実施形態に係る給電システムによって電力の給電が行われる家畜用区画の一例を示す正面図である。
図4】本実施形態に係る給電システムを示す回路ブロック図である。
図5】本実施形態に係る給電システムにおいて、共鳴周波数と伝送電力との関係を示す特性図である。
図6】本実施形態に係る給電システムにおいて、伝送距離Dと負荷電流との関係を示す特性図である。
図7】本実施形態に係る給電システムにおいて、送電装置を構成する制御装置のハードウエアの一例を示すブロック図である。
図8】本実施形態に係る給電システムにおいて、送電装置を構成する制御装置の機能の一例を示すブロック図である。
図9】本実施形態に係る給電システムにおいて、送電装置を構成する制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。
図10】本実施形態に係る給電システムにおいて、可変コンデンサの容量値と送電回路を流れる電流との関係の一例を示す図である。
図11】本実施形態に係る給電システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【0012】
===家畜用区画===
図1は、本実施形態に係る給電システムによって電力の給電が行われる家畜用区画の一例を示す上面図である。図2は、本実施形態に係る給電システムによって電力の給電が行われる家畜用区画の一例を示す側面図である。図3は、本実施形態に係る給電システムによって電力の給電が行われる家畜用区画の一例を示す正面図である。
【0013】
家畜用区画1は、例えばウシ科の動物(例えば牛、山羊等)を家畜として飼育するための仕切られた空間であって、一頭の家畜2が給餌や搾乳のために出入りするのに必要十分な広さを有している。家畜用区画1は、家畜2が給餌や搾乳の際に出入りする出入口3と、出入口3を除く周囲を取り囲む仕切り4〜6と、を有している。出入口3は、家畜2が家畜用区画1に対して出入りするのに必要十分な幅を有している。仕切り4は、出入口3とは反対側であって、家畜2が家畜用区画1に進入したときに家畜2の頭部と対向する側に設置される柵である。仕切り5は、家畜2が家畜用区画1に進入したときに家畜2の右側胴部と対向する側に設置される柵である。仕切り6は、家畜2が家畜用区画1に進入したときに家畜2の左側胴部と対向する側に設置される柵である。仕切り5,6は、家畜2が家畜用区画1からはみ出ることがないように、家畜2の全長と同等以上の幅を有している。
【0014】
===給電システムの取付例===
<<給電システム>>
給電システム10は、受電装置100及び送電装置200を含んで構成され、家畜2の生体情報を取得する生体センサの電源となるバッテリーが充電されるように、送電装置200から受電装置100へ非接触で電力を供給するシステムである。
【0015】
<<受電装置>>
受電装置100は、受電コイル101、バッテリー102、生体センサ103、筐体104、ベルト105を含んで構成されている。受電コイル101は、送電装置200から送電される電力を非接触で受電する。バッテリー102は、受電コイル101によって受電された電力によって充電される。生体センサ103は、バッテリー102を電源として動作し、家畜2の生体情報(例えば体温、脈拍、排卵日等)を取得する。筐体104は、小型の収容ケースであって、上記の受電コイル101、バッテリー102、生体センサ103が一体となって収容されている。ベルト105は、受電装置100を家畜2に取り付けることができるように、筐体104と結合されている。本実施形態において、受電装置100は、後述する送電コイルの側を向くように、例えば家畜2の左前脚にベルト105を巻き付けることによって取り付けられることとする。
【0016】
<<送電装置>>
送電装置200は、送電コイル201と筐体202を含んで構成されている。送電コイル201は、受電コイル101に非接触で電力を送電する。送電コイル201は、成育した家畜2(例えば成牛、成山羊等)の平均的な全長と同程度の長さであって長尺形状を呈するように巻回されている。筐体202は、長尺形状を呈し、送電コイル201が安定的に収容されている。そして、筐体202は、生育した家畜2の左前脚に受電装置100を取り付けたときの地上から受電装置100までの平均的な高さにおいて、水平方向に延びるように仕切り6に取り付けられている。受電装置100を家畜2の前脚又は後脚に取り付けた場合、家畜2が給餌や搾乳のために姿勢を変えたとしても、地上から受電装置100までの高さに変化は生じない。従って、家畜2が家畜用区画1に進入すると、受電装置100は家畜2の姿勢に関わらず送電装置200と対向することとなり、送電装置200から受電装置100へ電力を安定的に供給することが可能になる。
【0017】
===給電システムの構成例===
図4は、本実施形態に係る給電システムを示す回路ブロック図である。図5は、本実施形態に係る給電システムにおいて、共鳴周波数と伝送電力との関係を示す特性図である。図6は、本実施形態に係る給電システムにおいて、伝送距離Dと負荷電流との関係を示す特性図である。
【0018】
以下、図4を参照しつつ、給電システム10、受電装置100、送電装置200の回路構成の一例について説明する。
【0019】
<<給電システム>>
給電システム10は、電磁界の共鳴現象を用いて送電装置200から受電装置100へ非接触で電力を供給するシステムである。給電システム10は、受電装置100、送電装置200、進退センサ300、制御装置400を含んで構成されている。
【0020】
受電装置100は、バッテリー102を充電するために、送電装置200から供給される電力を非接触で受電する装置である。
【0021】
送電装置200は、家畜2が家畜用区画1に進入したときに対向することとなる受電装置100に対して非接触で電力を送電する装置である。
【0022】
進退センサ300(進入センサ、退出センサ)は、家畜2が出入口3を通って家畜用区画1内に進入したのか、又は、家畜2が出入口3を通って家畜用区画1から退出したのかを検出するセンサであって、例えば出入口3の付近に取り付けられている。進退センサ300としては、家畜2の所在を検出するために例えば赤外線、超音波、可視光等を用いる周知のセンサを採用することが可能である。本実施形態の場合、進退センサ300は、例えば赤外線を用いるセンサであって、発光部300A,300B及び受光部300C,300Dを含んで構成されていることとする。発光部300Aは、仕切り5における出入口3の付近に取り付けられている。受光部300Cは、発光部300Aとペアとなって、発光部300Aから出射される赤外線を受光することができるように、仕切り6における出入口3の付近に取り付けられている。発光部300Bは、仕切り5において発光部300Aの出入口3の側とは反対側に並んで取り付けられている。受光部300Dは、発光部300Bとペアとなって、発光部300Bから出射される赤外線を受光することができるように、仕切り6において受光部300Cの出入口3の側とは反対側に並んで取り付けられている。上記のような位置関係を有するように発光部300A,300B及び受光部300C,300Dを取り付けることによって、制御装置400は、受光部300Cが赤外線の受光を停止した後に受光部300Dが赤外線の受光を停止し、続いて、受光部300Cが赤外線の受光を再開した後に受光部300Dが赤外線の受光を再開すると、家畜2が家畜用区画1に進入したものと判定し、一方、受光部300Dが赤外線の受光を停止した後に受光部300Dが赤外線の受光を停止し、続いて、受光部300Dが赤外線の受光を再開した後に受光部300Cが赤外線の受光を再開すると、家畜2が家畜用区画1から退出したものと判定することとなる。
【0023】
制御装置400は、家畜2が家畜用区画2に進入したときに送電装置200から受電装置100へ非接触で電力を供給することができるように、進退センサ300の検出結果を契機として送電装置200の動作を制御する装置である。制御装置400としては、例えばマイコンを採用することが可能である。
【0024】
<<送電装置>>
送電装置200は、1次側となる送電コイル201、交流電源203、自動点滅器204、可変コンデンサ205、電流検出装置206、制御装置207、サーボモータ208を含み、これらの要素を筐体202内に適切に収容して構成されている。
【0025】
交流電源203の両端は、自動点滅器204、可変コンデンサ205、送電コイル201からなる直列体の両端に接続されている。電流検出装置206は、交流電源203の一端と送電コイル201の一端との間に接続されている。このようにして、送電装置200には、磁気共鳴によって交流電力を非接触で送電するための回路が形成される。
【0026】
交流電源203としては、例えば商用電源を採用することができる。
【0027】
自動点滅器204は、進退センサ300の検出結果に応じて、交流電源203と可変コンデンサ205との間の電力線を接続又は遮断するスイッチ機能を有する装置である。自動点滅器204は、家畜2が家畜用区画2内に進入したことが進退センサ300によって検出されると、制御装置400からの指示に従って交流電源203と可変コンデンサ205との間の電力線を接続し、一方、家畜2が家畜用区画2内から退出したことが進退センサ300によって検出されると、制御装置400からの指示に従って交流電源203と可変コンデンサ205との間の電力線を遮断する。つまり、送電コイル201は、交流電源203と可変コンデンサ205との間の電力線が接続されているときのみ、非接触で電力を送電することが可能になる。
【0028】
可変コンデンサ205は、送電装置200を形成する回路に流れる電流が最大となるように容量値を変更可能なコンデンサである。本実施形態において、例えば、可変コンデンサ205の容量値を変更するための回動ツマミ(不図示)を備え、回動ツマミの回転量に応じて可変コンデンサ205の容量値を連続的に変化させることとする。
【0029】
電流検出装置206は、送電装置200を形成する回路に流れる交流電流を直流電流に変換し、直流電流の大きさを検出する。電流検出装置206は、例えば、送電装置200を形成する回路の電力線を流れる電流を、当該電力線に対して電気的に絶縁された状態で測定するクランプ式の電流計であることとする。電流検出装置206としてクランプ式の電流計を採用することによって、送電装置200に対して電気的な影響を与えずに電流を確実に検出することが可能になる。
【0030】
サーボモータ208は、可変コンデンサ205の容量値を変更する際に、回動ツマミに対して回動力を与える。制御装置207は、電流検出装置206の検出結果に従って、送電装置200を形成する回路を流れる電流が最大となるように、サーボモータ208の回動方向及び回動量の情報を含む制御信号をサーボモータ208に供給する。サーボモータ208は、制御信号に含まれる情報に従って、所定の回動方向に所定の回動量だけ回動する。これによって、可変コンデンサ205の容量値を変更することが可能になる。
【0031】
<<受電装置>>
受電装置100は、2次側となる受電コイル101、バッテリー102、生体センサ103、コンデンサ106、整流回路107、定電流回路108を含み、これらの要素を筐体104内に適切に配置して構成されている。
【0032】
受電コイル101は、家畜2が家畜用区画1内に進入することによって送電コイル201と対向する位置関係を有するようになると、送電コイル201から供給される交流電力を非接触で受電することが可能になる。
【0033】
コンデンサ106は、受電コイル101の両端に並列に接続されている。整流回路107は、受電コイル101及びコンデンサ106の両端に並列に接続されている。バッテリー102及び生体センサ103は、整流回路107の出力側において、受電コイル101、コンデンサ106、整流回路107の両端に並列に接続されている。定電流回路108は、整流回路107の出力側の一端とバッテリー102及び生体センサ103の一端との間に接続されている。このようにして、受電装置100には、生体センサ103のための電源となるバッテリー102に対して充電を行うことができるように、送電装置200から供給される交流電力を非接触で受電する受電回路が形成される。
【0034】
受電コイル101は、送電コイル201から供給される交流電力を非接触で効率よく受電することができるように、受電装置100における共鳴周波数を定めるための一要素となっている。コンデンサ106は、容量値が固定されており、受電装置100における共鳴周波数を定めるための他の一要素となっている。整流回路107は、受電コイル101で受電される交流電力を直流電力に変換する。定電流回路108は、整流回路107から供給される直流電流の値が予め定められた値を超えている場合、直流電流の値を一定の値に制限する回路である。
【0035】
バッテリー102としては、例えばニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を採用することができる。そして、バッテリー102は、当該バッテリー102に含まれる充電装置(不図示)が定電流回路108から出力される電源電圧を検出したことを契機として、バッテリー102の残容量に応じて定電圧充電又は定電流充電が行われる。尚、バッテリー102の充電が必要であることを管理者に知らせる手段として、例えば、バッテリー102の残容量が所定の容量値以下であるか否かを監視する監視装置(不図示)と、バッテリー102の残容量が所定の容量値以下になったときに点灯又は点滅するランプ(不図示)と、を受電装置100に備えてもよいし、又、バッテリー102の残容量が所定の容量値以下であるか否かを監視する監視装置(不図示)と、バッテリー102の残容量が所定の容量値以下になったことを管理者のサーバに知らせる通信装置(不図示)と、を受電装置100に備えてもよい。このようにして、生体センサ103は、電源の供給が途切れることなく、家畜2の生体情報を継続して取得することが可能になる。
【0036】
以下、図5及び図6を参照しつつ、受電装置100及び送電装置200の共鳴周波数について説明する。
【0037】
<<共鳴周波数>>
図5は、送電コイル201から受電コイル101へ伝送される電力が共鳴周波数fにおいて最大になることを示している。又、図6は、伝送距離Dが共鳴周波数fに対応する距離から離れるにつれて定電流回路108から出力される出力電流が小さくなることを示している。
【0038】
定電流回路108から出力される出力電流の値は、受電装置100の共鳴周波数に基づいて定まる。換言すると、出力電流の値は、送電コイル201と受電コイル101との間の伝送距離D、受電装置100のインピーダンス等に基づいて定まる。
【0039】
送電装置200に形成される送電回路の固有共振周波数fは、式(1)で表される。
【0040】
【数1】
但し、Lは送電回路のインダクタンス値、Cは送電回路の容量値を示している。
【0041】
送電装置200に形成される送電回路の共鳴周波数fは、式(2)で表される。
【0042】
【数2】
但し、kは送電コイル201と受電コイル101との間の結合係数を示している。
【0043】
受電装置100に形成される受電回路の共鳴周波数fは、式(3)で表される。
【0044】
【数3】
但し、Lは受電回路のインダクタンス値、Cは受電回路の容量値を示している。
【0045】
送電回路において、結合係数kは伝送距離Dに応じて変化し、固有共振周波数fは送電回路の容量値に応じて変化する。換言すると、共鳴周波数fは伝送距離D及び可変コンデンサ205の容量値に応じて変化する。一方、受電回路において、コンデンサ106が受電コイル101に並列に接続されているため、共鳴周波数fは受電回路のインダクタンス値及び容量値に関わらず一定である。従って、伝送距離Dが変化した場合、送電回路を形成する可変コンデンサ205の容量値を調整することによって、共鳴周波数fを一定の値に維持することが可能になる。
【0046】
<<送電装置及び受電装置の設定>>
例えば、進退センサ300の検出結果に従って、家畜2が家畜用区画1内に進入したものと判定し、その後、家畜2が家畜用区画1内で停止するまでの時間として予め定められた一定時間が経過すると、受電コイル101が送電コイル201と対向しているものとして、このときの送電コイル201と受電コイル101との間の伝送距離D11に対応する出力電流が最大となるように、換言すると、伝送距離D11において共鳴周波数fで交流電力が伝送されるように、送電回路の可変コンデンサ205の容量値は初期設定値から増減して調整される。
【0047】
<<出力電流の値の維持>>
例えば、家畜2が家畜用区画1内を移動することによって、送電コイル201と受電コイル101との間の伝送距離DがD11からD12(>D11)に変化すると、共鳴周波数fの変化に伴って、出力電流はA11からA12(<A11)に変化する。この場合、可変コンデンサ205の容量値を調整することによって、伝送距離DがD11であるときの共鳴周波数fの値に戻し、出力電流をA11に維持することが可能になる。
【0048】
<<制御装置>>
図7は、本実施形態に係る給電システムにおいて、送電装置を構成する制御装置のハードウエアの一例を示すブロック図である。図8は、本実施形態に係る給電システムにおいて、送電装置を構成する制御装置の機能の一例を示すブロック図である。図9は、本実施形態に係る給電システムにおいて、送電装置を構成する制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。図10は、本実施形態に係る給電システムにおいて、可変コンデンサの容量値と送電回路を流れる電流との関係の一例を示す図である。尚、図9の制御動作を実行する主体は、制御装置207の機能を実現する容量判定部、電流比較部、制御部である。
【0049】
以下、図7及び図8を参照しつつ、制御装置207の構成について説明する。
【0050】
制御装置207は、ハードウエアとして、CPU207A、記憶装置207B、入力装置207C、表示装置207D、通信装置207Eを含んで構成されている。CPU207Aは、記憶装置207Bに予め記憶されているプログラムデータの解読結果に従って、入力装置207C、表示装置207D、通信装置207Eのための制御動作を実行する。記憶装置207Bには、CPU207Aが制御動作を実行するためのプログラムデータ、CPU207Aが制御動作を実行する際に必要となる各種情報等が予め記憶されている。入力装置207Cは、CPU207Aが制御動作を実行するために必要となる情報を管理者が入力するための装置(キーボード、マウス等)である。表示装置207Dは、CPU207Aの動作状況、入力装置207Cの入力情報等を視覚的に表示する装置(ディスプレイ)である。通信装置207Eは、電流検出装置206とサーボモータ208との間で通信を行う装置であって、電流検出装置206で検出される電流の情報を受信し、当該電流の値に応じて算出されるサーボモータ208の回動方向及び回動量の情報を含む制御信号を送信する。
【0051】
制御装置207は、機能として、容量判定部207F、電流比較部207G、制御部207Hを含んで構成されている。容量判定部207Fは、可変コンデンサ205の容量値が上限値又は下限値の何れか一方であるか否かを判定する。例えば、容量判定部206は、回動ツマミの回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ205の容量値が上限値、下限値、上限値及び下限値の間の値の何れの値であるかを判定する。尚、可変コンデンサ205の上限値及び下限値は、可変コンデンサ205の仕様に応じて予め定められる値であって、入力装置207Cから入力されて記憶装置207Bに記憶される。そして、可変コンデンサ205の容量値は、制御信号に従って上限値及び下限値の範囲内の何れかの値に調整される。電流比較部207Gは、第1時刻において電流検出装置206で検出されている送電回路の交流電流に相当する直流電流の値と、第1時刻の直前の第2時刻において電流検出装置206で検出されている送電回路の交流電流に相当する直流電流の値と、を比較する。制御部207Hは、容量判定部207Fの判定結果と、電流比較部207Gの比較結果と、に基づいて、サーボモータ208の回動方向及び回動量を制御し、送電回路を流れる交流電流の値が最大となるように可変コンデンサ205の容量値を調整する。
【0052】
以下、図9を参照しつつ、制御装置207の動作の一例について説明する。
【0053】
初期状態として、家畜2が家畜用区画1に進入して一定時間が経過した後における送電コイル201と受電コイル101との間の伝送距離D11に対応する出力電流が最大となるように、可変コンデンサ205の容量値は初期設定値から増減して調整されていることとする。又、説明の便宜上、送電装置200と受電装置100との間の伝送距離DがD11からD12(>D11)へ変化した場合の制御装置207の動作の一例について説明する。
【0054】
制御装置207は、例えば、電流検出装置206で検出される直流電流の変化を伝送距離Dの変化と見なしてこの変化を契機として、可変コンデンサ205の容量値を調整するための制御動作を開始する。又、制御装置207は、入力装置207Cに対する制御動作開始信号の入力を契機として、可変コンデンサ205の容量値を調整するための制御動作を開始してもよい。又、制御装置207は、所定時間(数ms)を経過する度に、可変コンデンサ205の容量値を調整するための制御動作を開始してもよい。
【0055】
先ず、制御部207Hは、制御動作の開始に伴って、電流検出装置206で検出されている最新の直流電流の値を、第2時刻の直流電流の値In−1として取得する(ステップS1)。
【0056】
次に、容量判定部207Fは、例えば回動ツマミの回動位置を示す情報を取得し、可変コンデンサ205の容量値が上限値であるか否かを判定する(ステップS2)。そして、可変コンデンサ205の容量値が上限値ではない場合(ステップS2:NO)、制御部207Hは、可変コンデンサ205の容量値を所定の容量値であるΔCだけ増加させるための制御信号を発生する。サーボモータ208は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ205の容量値がΔCだけ増加するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる。尚、変数n+1は、可変コンデンサ205の容量値をΔCだけ増加させることを示している(ステップS3)。
【0057】
次に、制御部207Hは、電流検出装置206で検出された最新の直流電流の値を、第1時刻の直流電流の値Iとして取得する。このようにして、制御部207Hは、最新(第1時刻)の直流電流の値Iと直前(第2時刻)の直流電流の値In−1とを取得した状態になる(ステップS4)。
【0058】
次に、電流比較部207Gは、最新の直流電流の値Iと直前の直流電流の値In−1とを比較する(ステップS5)。最新の直流電流の値Iが直前の直流電流の値In−1より大きい場合(ステップS5:YES)、最新の直流電流の値Iが最大値であるか否かをその時点では判断できないため、最新の直流電流の値Iが直前の直流電流の値In−1より小さくなるまで、上記のステップS2〜S5を繰り返し実行する。
【0059】
一方、可変コンデンサ205の容量値が上限値であるか(ステップS2:YES)、又は、最新の直流電流の値Iが直前の直流電流の値In−1より小さくなった場合(ステップS5:NO)、可変コンデンサ205の容量値が最大値を介して上昇から下降へ転じ、容量判定部207Fは、可変コンデンサ205の容量値が下限値であるか否かを判定する(ステップS6)。そして、可変コンデンサ205の容量値が下限値ではない場合(ステップS6:NO)、制御部207Hは、可変コンデンサ205の容量値を所定の容量値であるΔCだけ減少させるための制御信号を発生する。サーボモータ208は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ205の容量値がΔCだけ減少するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる。尚、変数n−1は、可変コンデンサ2Jの容量値をΔCだけ減少させることを示している(ステップS7)。
【0060】
次に、制御部207Hは、電流検出装置206で検出された最新の直流電流の値を、第1時刻の直流電流の値Iとして取得する。このようにして、制御部207Hは、最新(第1時刻)の直流電流の値Iと直前(第2時刻)の直流電流の値In−1とを取得した状態になる(ステップS8)。
【0061】
次に、電流比較部207Gは、最新の直流電流の値Iと直前の直流電流の値In−1とを比較する(ステップS9)。最新の直流電流の値Iが直前の直流電流の値In−1より大きい場合(ステップS9:YES)、最新の直流電流の値Iが最大値であるか否かをその時点では判断できないため、最新の直流電流の値Iが直前の直流電流の値In−1より小さくなるまで、上記のステップS6〜S9を繰り返し実行する。そして、最新の直流電流の値Iが直前の直流電流の値In−1より小さくなった場合(ステップS9:NO)、制御部207Hは、可変コンデンサ205の容量値を所定の容量値であるΔCだけ増加させるための制御信号を発生する。サーボモータ208は、制御信号に含まれる情報に従って、可変コンデンサ205の容量値がΔCだけ増加するように、回動ツマミを指定された回動方向に指定された回動量だけ回動させる(ステップS10)。そして、容量判定部207F、電流比較部207G、制御部207Hは制御動作を終了する。
【0062】
一方、可変コンデンサ205の容量値が下限値である場合も(ステップS6:YES)、容量判定部207F、電流比較部207G、制御部207Hは制御動作を終了する。
【0063】
以上より、可変コンデンサ205の容量値は、電流検出装置206で検出される直流電流の値が最大値Dmaxとなる共鳴条件を満足する値に調整されることとなる。
【0064】
以下、図10を参照しつつ、図9に示す制御装置207の動作を更に説明する。尚、説明の便宜上、可変コンデンサ205の容量値のうち下限値及び上限値をそれぞれCmin,Cmaxとし、制御装置207が制御動作を開始したときの可変コンデンサ205の容量値をC1とし、送電回路を流れる直流電流が最大値Dmaxとなるときの可変コンデンサ205の容量値をC4とし、可変コンデンサ205の容量値を上限値Cmaxに向かってC1→C2→C3→C4→C5の順にΔCずつ増加させ、その後、可変コンデンサ205の容量値を下限値Cminに向かってC5→C4→C3の順にΔCずつ減少させ、その後、可変コンデンサ205の容量値を上限値Cmaxに向かってC3→C4の順にΔCだけ増加させることとする。
【0065】
図9のステップS1〜S5を実行すると、可変コンデンサ205の容量値はC1からC5まで段階的に増加し、電流検出装置206で検出される直流電流は、P11からP14まで段階的に増加した後、P14からP15まで減少する。つまり、可変コンデンサ205の容量値がC4であるとき、電流検出装置206で検出される直流電流が最大値Dmax(=P14)になることが分かる。次に、図9のステップS6〜S9を実行すると、可変コンデンサ205の容量値はC5からC3まで段階的に減少し、電流検出装置206で検出される直流電流は、P15からP14まで増加した後、P14からP13まで減少する。つまり、つまり、可変コンデンサ205の容量値がC4であるとき、電流検出装置206で検出される直流電流が最大値Dmax(=P14)になることを再確認できる。そこで、図9のステップS10を実行すると、可変コンデンサ205の容量値はC3からC4まで増加し、電流検出装置206で検出される直流電流はP13からP14まで増加する。このようにして、電流検出装置206で検出される直流電流は最大値Dmaxとなって送電回路の共鳴条件を満足することとなる。
【0066】
従って、家畜2が家畜用区画1内に進入した後に家畜用区画1内を前方又は後方へ移動したとしても、送電コイル201から受電コイル101へ常に最大電流を供給することが可能になり、家畜2の生体情報を安定的に収集することが可能になる。
【0067】
===給電システムの動作例===
図11は、本実施形態に係る給電システムの動作の一例を示すフローチャートである。尚、動作の制御を行う主体は制御装置400である。
【0068】
先ず、制御装置400は、進退センサ300の検出結果を監視し、家畜2が家畜用区画1内に進入したか否かを判定する(ステップS11)。具体的には、進退センサ300において、受光部300Cが赤外線の受光を停止した後に受光部300Dが赤外線の受光を停止し、続いて、受光部300Cが赤外線の受光を再開した後に受光部300Dが赤外線の受光を再開すると、制御装置400は、家畜2が家畜用区画1内に進入したものと判定する。
【0069】
制御装置400は、進退センサ300の検出結果に従って、家畜2が家畜用区画1内に進入したものと判定した場合(ステップS11:YES)、制御装置400に含まれるタイマー400Aの計時を開始する(ステップS12)。一方、制御装置400は、家畜2が家畜用区画1内に進入していないと判定した場合(ステップS11:NO)、ステップS11の判定処理を繰り返し実行する。
【0070】
次に、制御装置400は、タイマー400Aが予め定められた一定時間を計時したか否かを判定する(ステップS13)。
【0071】
制御装置400は、タイマー400Aが一定時間を計時したものと判定した場合(ステップS13:YES)、家畜用区画1内において家畜2の姿勢が安定したものとして、自動点滅器204が交流電源203と可変コンデンサ205との間の電力線を接続するように、送電装置200に対して指示信号を出力する(ステップS14)。このようにして、送電装置200は、送電コイル201から受電コイル101へ非接触で電力を供給することが可能となる。そして、受電装置100に含まれるバッテリー102を安定的に充電することが可能になる。一方、制御装置400は、タイマー400Aが一定時間を計時していない場合(ステップS13:NO)、タイマー400Aが一定時間を計時するまで計時処理を継続する。
【0072】
次に、制御装置400は、進退センサ300の検出結果を監視し、家畜2が家畜用区画1内から退出したか否かを判定する(ステップS15)。具体的には、進退センサ300において、受光部300Dが赤外線の受光を停止した後に受光部300Dが赤外線の受光を停止し、続いて、受光部300Dが赤外線の受光を再開した後に受光部300Cが赤外線の受光を再開すると、制御装置400は、家畜2が家畜用区画1から退出したものと判定する。
【0073】
制御装置400は、進退センサ300の検出結果に従って、家畜2が家畜用区画1内から退出したものと判定した場合(ステップS15:YES)、制御装置400に含まれるタイマー400Aをリセットしてその計時を開始する(ステップS16)。一方、制御装置400は、家畜2が家畜用区画1内から退出していないと判定した場合(ステップS15:NO)、ステップS15の判定処理を繰り返し実行する。
【0074】
次に、制御装置400は、タイマー400Aが予め定められた一定時間を計時したか否かを判定する(ステップS17)。
【0075】
制御装置400は、タイマー400Aが一定時間を計時したものと判定した場合(ステップS17:YES)、家畜用区画1内から家畜2が完全に退出したものとして、自動点滅器204が交流電源203と可変コンデンサ205との間の電力線を切断するように、送電装置200に対して指示信号を出力する(ステップS18)。このようにして、送電装置200は、送電コイル201から受電コイル101へ非接触で電力を供給することを停止する。一方、制御装置400は、タイマー400Aが一定時間を計時していない場合(ステップS17:NO)、タイマー400Aが一定時間を計時するまで計時処理を継続した後、ステップS18の処理を実行する。
【0076】
===まとめ===
以上説明したように、本実施形態に係る給電システム10は、非接触で電力を受電する受電コイル101と、受電後の電力によって充電されるバッテリー102と、バッテリー102を電源として家畜の生体情報を取得する生体センサ103と、を含み、家畜2における所定の高さの部位として左前脚に取り付けられる受電装置100と、受電コイル101に非接触で電力を送電する送電コイル201を含み、家畜2が収容される家畜用区画1の仕切り6に取り付けられる送電装置200と、を備え、送電コイル201は、家畜2が収容される家畜用区画1の仕切り6の前記所定の高さにおいて水平方向に延びる長尺形状を呈している。本実施形態によれば、家畜2が家畜用区画1内に進入すると、バッテリー102を確実に充電することが可能になる。
【0077】
又、本実施形態に係る給電システム10は、家畜2が家畜用区画1内に進入したのか、又は、家畜2が家畜用区画1から退出したのかを検出する進退センサ300を更に備えている。そして、送電装置200は、家畜2が家畜用区画1内に進入したことを進退センサ300が検出すると、送電コイル201から受電コイル101へ電力を送電し、一方、家畜2が家畜用区画1から退出したことを進退センサ300が検出すると、送電コイル201から受電コイル101への電力の送電を停止する。本実施形態によれば、家畜2が家畜用区画1内に進入したときのみ、バッテリー102を確実に充電することが可能になる。
【0078】
又、本実施形態に係る給電システム10において、送電装置200は、家畜2が家畜用区画1内に進入したことを進退センサ300が検出してから一定時間を経過した後に、送電コイル201から受電コイル101へ電力を送電し、家畜2が家畜用区画1から退出したことを進退センサ300が検出してから一定時間を経過した後に、送電コイル201から受電コイル101への電力の送電を停止する。本実施形態によれば、家畜2が安定した姿勢を維持しているときに、バッテリー102を確実に充電することが可能になる。
【0079】
又、本実施形態に係る給電システム10において、進退センサ300は、家畜用区画1の出入口3の付近に取り付けられる。本実施形態によれば、家畜用区画1に対する家畜2の侵入及び退出を確実に検出することが可能になる。
【0080】
又、本実施形態に係る給電システム10が使用される家畜用区画1は、家畜2に餌を与える場所である。本実施形態によれば、家畜2に餌を与えているときに、バッテリー102を確実に充電することが可能になる。
【0081】
又、本実施形態に係る給電システム10において、受電装置100が取り付けられる家畜2は、ウシ科の動物(例えば牛、山羊等)であって、受電装置100は家畜2の前脚又は後脚に取り付けられる。本実施形態によれば、給餌や搾乳のときの家畜2の姿勢に関わらず、受電装置100の高さ位置は変化しないため、バッテリー102を確実に充電することが可能になる。
【0082】
又、本実施形態に係る給電システム10において、受電装置100は、家畜2の前脚又は後脚に巻き付けて取り付けられる形状を呈する。本実施形態によれば、家畜2の所定の高さ位置に受電装置100を確実に取り付けることが可能になる。
【0083】
尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【0084】
1 家畜用区画
2 家畜
3 出入口
4〜6 仕切り
10 給電システム
100 受電装置
101 受電コイル
102 バッテリー
103 生体センサ
104 筐体
105 ベルト
106 コンデンサ
107 整流回路
108 定電流回路
200 送電装置
201 送電コイル
202 筐体
203 交流電源
204 自動点滅器
205 可変コンデンサ
206 電流検出装置
207 制御装置
207A CPU
207B 記憶装置
207C 入力装置
207D 表示装置
207E 通信装置
207F 容量判定部
207G 電流比較部
207H 制御部
208 サーボモータ
300 進退センサ
300A,300B 発光部
300C,300D 受光部
400 制御装置
400A タイマー






図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11