JP2020005469A - 無線で電力を供給する送電装置及び異物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットなどの通常動いている物体を誤検出することなく、所定範囲内に人等の異物が進入したことを検知する送電装置を提供する。【解決手段】送電装置は、複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナ（１１０）と、検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第１の環境情報と、第１の環境情報を求めた後に求められた検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第２の環境情報とに基づき、検知範囲における異物の進入を検出する制御部（１５０）と、を備える。制御部は、アレイアンテナで受信した信号に基づき第２の環境情報を求め、第２の環境情報を求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンに対応する第２の環境情報を取得し、第１及び第２の環境情報に基づき検知範囲への異物の進入を検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、無線電力伝送において、電力の送電範囲を含む所定の検知範囲において人などの異物が進入したことを検出する装置に関する。

無線電力伝送により対象に給電する技術において、大電力を伝送するときに、電力伝送領域内に人が進入した場合に電波が人に与える影響が懸念されている。このため、従来、無線電力伝送技術においては、人などの物体が所定の領域に進入したか否かを検出し、進入が検出されたときには、電力伝送を停止することを行っている。

例えば、特許文献１の電力伝送システムでは、検知範囲に電波を送信し、送信した電波の反射波を複数の受信部で受信し、複数の受信部で受信した反射波の位相差の情報を用いることで異物の存在を検出し、異物が検出されたときに電力伝送を停止している。

特開２０１４−２０７７４９号公報

特許文献１のような検出技術を例えば工場のような、動いているロボットが存在する環境に適用した場合、動いているロボットが検知範囲に進入する場合もあり、その場合にロボットを異物として誤検出してしまうという問題がある。

本発明は、無線で電力を伝送する装置であって、ロボットなどの通常動いている物体を誤検出することなく、所定の検知範囲内に人などの異物が進入したことを検知する送電装置を提供する。

本開示の第１の態様において、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、受電装置に対して無線で電力を供給する送電装置が提供される。送電装置は、電力を供給するための電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、所定の検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第１の環境情報と、第１の環境情報を求めた後に、アレイアンテナで受信した信号に基づき求められた検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第２の環境情報とに基づき、検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備える。第１の環境情報は、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部は、アレイアンテナで受信した信号に基づき第２の環境情報を求め、第２の環境情報を求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む第１の環境情報を取得し、第２の環境情報と、取得した第１の環境情報との比較結果に基づき検知範囲における異物の進入の有無を検出する。

本開示の第２の態様において、上記の送電装置と、送電装置から無線で電力を受ける受電装置と、を備えた無線電力伝送システムが提供される。

本開示の第３の態様において、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境で使用される無線電力システムにおける異物検出方法が提供される。異物検出方法は、複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナを介して電力を供給するための電波を送信し、制御部により、検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき第１の環境情報を予め求めておく。第１の環境情報は、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部により、第１の環境情報を求めた後に、アレイアンテナで受信した信号に基づき検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第２の環境情報を求め、第２の環境情報を求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む第１の環境情報を取得し、取得した第１の環境情報と第２の環境情報とを比較し、その比較結果に基づき検知範囲における異物の進入の有無を検出する。

本開示の第４の態様において、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、所定の検知範囲における異物の進入を検出する異物検出装置が提供される。異物検出装置は、検知範囲に電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第１の環境情報と、第１の環境情報を求めた後にアレイアンテナで受信した信号に基づき求められた検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第２の環境情報とに基づき、検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備える。第１の環境情報は、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部は、アレイアンテナで受信した信号に基づき第２の環境情報を求め、第２の環境情報を求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む第１の環境情報を取得し、取得した第１の環境情報と第２の環境情報との比較結果に基づき検知範囲における異物の進入の有無を検出する。

本発明によれば、異物が存在しない通常の環境状態を示す環境情報との差分に基づき、検知範囲内への、人などの異物の進入を検出する。これにより、通常の環境状態において動きのある物体があったとしてもそれを誤検出することを防止でき、精度よく検知範囲への異物の進入を検出することができる。

本発明に係る物体検出装置の技術を無線電力伝送システムに適用した例を示す図 本発明の実施の形態１における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図 基準伝搬環境データの測定方法を説明した図 検知範囲に人がいないときの伝搬環境データ（基準伝搬環境データ）と、検知範囲に人が進入したときの伝搬環境データとを示した図 伝搬環境テーブルの例を示す図 無線電力伝送システムにおける伝搬環境データの測定を説明した図 実施の形態１の無線電力伝送システムにおける基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャート 実施の形態１の無線電力伝送システムにおける異物検出動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態２における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図 実施の形態２の無線電力伝送システムにおける基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャート 実施の形態２の無線電力伝送システムにおける異物検出動作を示すフローチャート

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

（適用例）
まず、本開示に係る異物検出装置が適用される場面の一例を説明する。本開示に係る異物検出装置は、例えば、製造工場において無線で電力伝送を行うで用いられる無線電力伝送システムに適用することができる。

図１は、本開示に係る異物検出装置を無線電力伝送システムに適用した例を示す図である。無線電力伝送システム１０は、無線により給電対象の装置に電力を送電するシステムである。無線電力伝送システム１０は送電装置１００と受電装置２００とで構成される。送電装置１００は例えばマイクロ波により受電装置２００に電力を供給する。受電装置２００は、送電装置１００からマイクロ波を受け、受けたマイクロ波の電力で稼働する。受電装置２００は例えば、製造工場内に配置されるセンサである。送電装置１００は電力送信のためにアレイアンテナ１１０を備える。アレイアンテナ１１０は、複数のアンテナ素子１１２を備え、指向性を有した電波の送信及び受信が可能である。

この無線電力伝送システム１０によれば、送電装置１００がアレイアンテナ１１０から電波（マイクロ波）を送信することで、所定の給電範囲Ｐ内にある複数の受電装置２００に対して電力を伝送する。さらに、送電装置１００は、アレイアンテナ１１０で、給電範囲Ｐを含む所定の検知範囲Ｓ（詳細は後述）内にある物体からの反射波を受信し、受信した電波に基づき、そのときの検知範囲Ｓ内の空間における電波の伝搬環境を検出する。そして、送電装置１００は、検出した伝搬環境に基づき、検知範囲Ｓ内に異物が進入したか否かを検出する。ここで、異物とは、無線電力伝送システム１０の動作中に検知範囲Ｓ内において本来配置されない又は存在しない物体であり、例えば、人、動物または移動機械である。

送電装置１００は、人４２０などの異物の進入を検出したときは、受電装置２００に対する給電を停止するか、または、伝送する電力の値を人体に影響のないレベルまでに低減させるような処理を行う。これにより、人体や機械に対する、電力伝送のための電波の影響を低減することができる。

検知範囲Ｓ内に、人４２０などの異物が存在するときと、存在しないときとでは、検知範囲Ｓ内の空間における電波の伝搬環境が変化する。そこで、送電装置１００は、人４２０などの異物が存在するときと、存在しないときとでの伝搬環境の差異を利用して、検知範囲Ｓ内への人４２０などの異物の進入を検出する。このように、検知範囲Ｓ内に人４２０などの異物が存在するときと、存在しないときとでの伝搬環境の差異を利用することで、検知範囲Ｓ内にロボット４００のような動く物体が存在する場合であっても、精度よく、検知範囲Ｓ内への異物の進入を検出することが可能となる。

（実施の形態１）
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る無線電力伝送システム及び異物検出装置の実施の形態を説明する。

１．構成
図２は、本開示の実施の形態１における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。実施の形態１における無線電力伝送システム１０は、電力を無線で伝送する送電装置１００と、送電装置１００から伝送された電力を受ける受電装置２００とで構成される。

送電装置１００は、指向性を有するアレイアンテナ１１０と、アレイアンテナの指向性を制御する指向性制御部１２０と、電力を伝送するための給電信号を生成する給電信号生成部１３０と、アレイアンテナ１１０を介して伝搬環境を示す電波を受信する受信部１４０と、送電装置１００の動作を制御する制御部１５０と、基準となる伝搬環境データを示す伝搬環境テーブルを格納するメモリ１６０と、を備える。

アレイアンテナ１１０は複数のアンテナ素子１１２を含み、所望の放射指向性を実現できる。例えば、アレイアンテナ１１０において、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のアンテナ素子１１２を適宜配列し、その全部あるいは一部を励振し、励振電流（電圧）の振幅と位相を制御することで、所望の放射指向性（放射パターン）を得ることができる。

給電信号生成部１３０は、制御部１５０からの制御にしたがい、電力を搬送するマイクロ波を生成するための給電信号を生成する回路である。給電信号生成部１３０は、例えば、ガンダイオード等の半導体発振器、又はマグネトロン等のマイクロ波発振器である。

指向性制御部１２０は、制御部１５０からの制御にしたがい、アレイアンテナ１１０から放射する信号の指向性を制御する回路であり、給電信号生成部１３０からの給電信号に基づき各アンテナ素子１１２に給電する信号を生成する。

具体的には、指向性制御部１２０は、給電信号生成部１３０によって生成された給電信号をＮ個の給電信号（マイクロ波）に分配する。さらに、指向性制御部１２０は、Ｎ個の給電信号のそれぞれの位相を個別に調整する。指向性制御部１２０のこの機能は、例えば、移相器で実現できる。さらに、指向性制御部１２０は、Ｎ個のマイクロ波の振幅を個別に調整する。指向性制御部１２０のこの機能は、例えば、可変利得増幅器等の電力増幅器で実現できる。

受信部１４０は、アレイアンテナ１１０を介して受信した電波を電気信号として取り出す回路である。

制御部１５０は、送電装置１００の動作全体の制御を司り、例えば、プログラムを実行することで所定の機能を実現する。制御部１５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を含む。制御部１５０は、ＣＰＵに変えて、他の種類の汎用プロセッサ、例えばＭＰＵを備えてもよい。または、ＣＰＵに変えて、所定の機能を実現するように専用に設計されたプロセッサを用いてもよい。すなわち、制御部１５０はＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等、種々のプロセッサを含むことができる。

メモリ１６０は情報を記録する記録媒体であり、例えば、フラッシュメモリである。メモリ１６０は不揮発性の記録媒体であれば、他の種類の記録媒体（例えば、ハードディスク、ＳＳＤ）でもよい。特に、メモリ１６０は、検知範囲Ｓにおいて人等の異物が存在しない環境で測定された伝搬環境データを予め格納している（詳細は後述）。

受電装置２００は、送電装置１００から電力を受け、受けた電力で駆動する。受電装置２００は、例えば、センサである。受電装置２００は、給電信号を示す電波を受信するアンテナ２１０と、アンテナ２１０で受けた電波を処理する受信部２２０と、受電装置２００の動作を制御する制御部２３０とを備える。受信部２２０は、アンテナ２１０で受けた給電信号から電力を生成するための回路を含む。制御部２３０は受電装置２００の機能を実現する制御回路を含む。

また、送電装置１００は、他の機器と通信を行うためのインタフェース回路（図示せず）を介して、ロボット４００を制御する制御装置３００に接続される。

２．動作
以上のような構成を有する無線電力伝送システム１０における動作を以下に説明する。特に、以下では、無線電力伝送システム１０における異物検出動作について説明する。

無線電力伝送システム１０において、送電装置１００は電力伝送中、検知範囲Ｓの空間における電波の伝搬環境を監視し、電波の伝搬環境の状態に基づいて検知範囲内に人等の異物が進入したか否かを検出する。ここで、所定の検知範囲Ｓは、アレイアンテナ１１０が電波を受信できる範囲である。検知範囲Ｓは、アレイアンテナ１１０の感度や指向性を調整することで制御できる。検知範囲Ｓは、例えば、給電範囲Ｐと同じ範囲に設定してもよいし、それよりも大きい範囲に設定してもよい。

このため、本実施の形態の無線電力伝送システム１０では、予め、人等の異物がない状態においてロボット４００を通常に動作させた状態で、検知範囲Ｓの空間における電波の伝搬環境を測定する。以下、電波の伝搬環境を示す情報を「伝搬環境データ」という。本実施の形態では、伝搬環境データの例として、ドップラー効果を示す情報を採用している。

具体的には、予め、図３に示すように、検知範囲Ｓにおいて人等の異物がない環境において、ロボット４００を通常に動作させ、かつ、受電装置２００（例えば、センサ）に給電した状態（以下「基準状態」という）で、アレイアンテナ１１０により、周囲の環境から電波を受信する。このとき受信される電波は、電力伝送のためにアレイアンテナ１１０から送信されたマイクロ波が、検知範囲Ｓの空間内にあるロボット４００や受電装置２００等により反射された反射波である。ロボット４００は動いているため、この反射波も時間とともに変化する。図４は、アレイアンテナ１１０により受信された反射波の変化の例を示す図である。図４の実線Ａは、基準状態でアレイアンテナ１１０により受信された反射波の波形を示している。

以上のようにして基準状態で求められた伝搬環境データ（以下「基準伝搬環境データ」という）は、伝搬環境テーブルとして、メモリ１６０に格納される。

図５は、基準伝搬環境データを含む伝搬環境テーブルの例を示した図である。ロボット４００は複数の動作パターンで動作可能である。伝搬環境テーブルは、ロボット４００の動作パターンと、その動作パターンの動作期間（開始時刻から終了時刻）と、その動作パターンの動作中に測定された基準伝搬環境データとを含む。伝搬環境データは、ドップラー効果を示す情報を数値化したデータである。このように基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボット４００が各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。

送電装置１００は、通常の送電動作中において、アレイアンテナ１１０を介して周囲の環境からの反射波を受信する。送電装置１００は、受信した反射波から伝搬環境データを求める。

例えば、図６に示すように、人４２０が検知範囲Ｓ内に進入した場合、アレイアンテナ１１０は、人４２０からの反射波を受信する。このため、アレイアンテナ１１０を介して受信される電波は、人４２０がいない基準状態で測定されたものとは異なるものになる。よって、例えば、図４において、基準状態で求めた波形が実線Ａで示す波形であるのに対して、人４２０がいる場合は、破線Ｂで示すような波形となり、両者は異なる。

そこで、送電装置１００は、通常の送電動作中に求めた伝搬環境データと、人等の異物がいない基準状態で予め求めていた基準伝搬環境データとを比較し、その差異を検出することで、人等の異物が検知範囲Ｓ内に進入したか否かを検出する。

以下、本実施の形態の無線電力伝送システム１０の送電装置１００における基準伝搬環境データの測定動作と、異物検出動作を伴う電力伝送動作とを説明する。

２．１ 基準伝搬環境データの測定
図７は、無線電力伝送システム１０の送電装置１００における基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャートである。図７に示す処理は、無線電力伝送システム１０が設置された環境において、通常の送電動作の開始前に予め実施される。また、無線電力伝送システム１０が設置された環境において、検知範囲Ｓ内においてロボット４００が配置されているとする。

送電装置１００の制御部１５０はまず、受電装置２００に対して給電動作を開始する（Ｓ１０）。このために、制御部１５０は、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子(i)１１２に入力する電力Ｐout_iと位相θout_iと周波数ｆoutとを示す制御信号を給電信号生成部１３０と指向性制御部１２０とに送信する。給電信号生成部１３０は周波数ｆoutのマイクロ波による給電信号を生成する。指向性制御部１２０は、給電信号生成部１３０からの給電信号を変調し、アンテナ素子(i)１１２毎に、電力Ｐout_i、位相θout_i、周波数ｆoutとなる給電信号を生成し、各アンテナ素子(i)１１２に送信する。これにより、アレイアンテナ１１０から所望の指向性を持った電波（給電信号）が送信される。

次に、制御部１５０は制御変数Ｎを１に設定する（Ｓ１１）。次に制御部１５０は、ロボット４００を制御する制御装置３００に対して、Ｎ番目の動作パターンでロボット４００を動作させるように指示を行う（Ｓ１２）。これにより、ロボット４００はＮ番目の動作パターンで動作する。

送電装置１００はアレイアンテナ１１０の各アンテナ素子１１２を介して環境から電波を受信する（Ｓ１３）。

制御部１５０は、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子１１２により受信した信号に基づきドップラー効果情報を算出する（Ｓ１４）。具体的には、まず、受信部１４０は、各アンテナ素子１１２により受信した信号から、送信周波数ｆoutと同じ周波数成分を除去し、環境により変動した成分（例えば、ロボット４００からの反射波）のみを含む信号を生成する。そして、制御部１５０は、この環境による変動成分を含む信号をフーリエ変換して、複数のドップラー周波数とその強度（振幅）を得る。そして、ドップラー周波数とその強度（振幅）の情報をドップラー効果情報とする。なお、ドップラー効果情報については例えば特開2017-211348号に開示されている。

各動作パターンに対するドップラー効果情報の算出（Ｓ１２〜Ｓ１４）をロボット４００が有する全ての動作パターンに対して実行する（Ｓ１５、Ｓ１７）。全ての動作パターンについて上記の処理（Ｓ１２〜Ｓ１４）が実行されると、制御部１５０は、算出したドップラー効果情報（ドップラー周波数とその強度（振幅）の情報）に基づき、図５に示すような基準伝搬環境データを生成し、メモリ１６０内の伝搬環境テーブルに登録する（Ｓ１６）。

以上のようにして、ドップラー効果に関する基準伝搬環境データを求めることができる。

２．２ 異物検出動作を伴う電力伝送
次に、無線電力伝送システム１０の異物検出動作を伴う電力伝送動作を説明する。図８は、無線電力伝送システム１０の送電装置１００における物体検知動作を伴う電力伝送動作を示すフローチャートである。図８に示す処理は所定時間間隔で定期的に実行される。

送電装置１００の制御部１５０は、ロボット４００を制御する制御装置３００から、稼働中のロボット４００の動作パターンを示す動作パターン番号を取得する（Ｓ２１）。制御部１５０は、取得した動作パターン番号に基づき、メモリ１６０に格納された伝搬環境テーブルを参照して、現在のロボットの動作パターンに対応する基準伝搬環境データを取得する（Ｓ２２）。

制御部１５０は、アレイアンテナ１１０で受信した電波に基づき、現在の伝搬環境データを測定する（Ｓ２３）。具体的には、送電装置１００が送電を行っている場合、受信部１４０は、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子１１２により受信した信号から、送信周波数ｆoutと同じ周波数成分を除去し、環境により変動した成分（例えば、ロボット４００からの反射波）のみを抽出し、制御部１５０に送信する。一方、送電装置１００が送電を行っていない場合は、送電装置１００は非常に短い間送電し、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子１１２により受信した信号から、送信周波数ｆoutと同じ周波数成分を除去し、環境により変動した成分のみを抽出し、制御部１５０に送信する。制御部１５０は、受信部１４０から受信した信号を用いてドップラー効果情報（ドップラー周波数と強度）を算出して、伝搬環境データの測定値を得る。

制御部１５０は、メモリ１６０に格納された基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとを比較する（Ｓ２４）。

両者が一致している場合（Ｓ２４でＹＥＳ）、制御部１５０は、給電が実施されていないときは、給電を開始し、既に給電されているときは、給電を継続する（Ｓ２５）。この場合は、電波の電伝搬環境状態は、基準状態と変わっていないと判断でき、検知範囲Ｓに人等の異物が進入していないと考えられるため、給電を停止する必要がない。なお、一致とは、基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとが完全に一致する場合と、それらの差分が所定の許容範囲内にある場合との双方を含む。

一方、両者が一致していない場合（Ｓ２４でＮＯ）、制御部１５０は給電を停止する（Ｓ２６）。この場合、検知範囲Ｓに人等の異物が進入していると考えられるため、給電を停止する必要がある。なお、給電を停止せずに、人等の物体に対して影響のないレベルまで、伝送する電力の大きさを低減した状態で給電を継続させてもよい。

３．まとめ
以上のように本実施の形態の無線電力伝送システム１０は、送電装置１００、複数の動作パターンで可動するロボット４００が配置された環境において、受電装置２００に対して無線で電力を供給する。送電装置１００は、電力を供給するための電波を送信する複数のアンテナ素子１１２を備えたアレイアンテナ１１０と、検知範囲Ｓ内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲Ｓ内に異物が存在しない状態（基準状態）においてアレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき予め求められた基準伝搬環境データ（第１の環境情報の一例）と、基準伝搬環境データを求めた後に、アレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき求められた検知範囲Ｓにおける電波の伝搬環境の状態を示す伝搬環境データ（第２の環境情報の一例）とに基づき、検知範囲Ｓにおける異物の進入を検出する制御部１５０と、を備える。基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部１５０は、アレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき伝搬環境データ（第２の環境情報の一例）を求め、伝搬環境データを求めた時のロボット４００の動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボット４００が動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む基準伝搬環境データを取得し、求めた伝搬環境データと、取得した基準伝搬環境データとの比較結果に基づき検知範囲Ｓにおける異物の進入の有無を検出する。

以上のように、本実施の形態の無線電力伝送システム１０では、異物検出時にアレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき求めた伝搬環境データと、基準状態で予め測定した基準伝搬環境データとの差分に基づき検知範囲Ｓにおける異物の進入の有無を検出する。これにより、通常の動作環境において検知範囲Ｓ内にロボットのような動く物体がある場合でも、誤検出することなく、アレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき精度よく異物を検出することができる。

また、本実施の形態は、複数の動作パターンで可動するロボット４００が配置された環境で使用される無線電力伝送システム１０における異物検出方法を開示する。異物検出方法は、複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナ１１０を介して電力を供給するための電波を送信し、制御部１５０により、検知範囲Ｓ内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナで受信した信号に基づき基準伝搬環境データを予め求める。基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部１５０により、基準伝搬環境データを求めた後、アレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき検知範囲Ｓにおける電波の伝搬環境の状態を示す伝搬環境データを求め、伝搬環境データを求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む基準伝搬環境データを取得する。さらに、制御部１５０により、求めた伝搬環境データと、取得した基準伝搬環境データを比較し、その比較結果に基づき検知範囲Ｓにおける異物の進入の有無を検出する。

また、本実施の形態は、複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、検知範囲Ｓにおける異物の進入を検出する異物検出装置の思想を開示する。異物検出装置は、検知範囲Ｓに電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナ１１０と、検知範囲Ｓにおける電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、検知範囲内に異物が存在しない状態においてアレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき予め求められた基準伝搬環境データと、基準伝搬環境データを求めた後にアレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき求められた検知範囲Ｓにおける電波の伝搬環境の状態を示す伝搬環境データとに基づき、検知範囲Ｓにおける異物の進入を検出する制御部１５０と、を備える。基準伝搬環境データは、動作パターン毎に求められ、ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む。制御部１５０は、アレイアンテナ１１０で受信した信号に基づき伝搬環境データを求め、伝搬環境データを求めた時のロボットの動作パターンを取得し、取得した動作パターンでロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む基準伝搬環境データを取得し、取得した基準伝搬環境データと、求めた伝搬環境データとの比較結果に基づき検知範囲Ｓにおける異物の進入の有無を検出する。

（実施の形態２）
実施の形態１では、電波の伝搬環境データとして、ドップラー効果情報を採用した。これに対して、本実施の形態では、電波の伝搬環境データとして伝搬係数を採用する。以下、本実施の形態の無線電力伝送システムについて説明する。

図９は、本発明の実施の形態２における無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線電力伝送システム１０ｂでは、送電装置１００ｂにおいて、受電装置２００ｂに対してビーコン信号の送信要求を出力する送信部１７０をさらに備えている点が実施の形態１のものと異なる。受電装置２００ｂは、ビーコン信号を生成しアンテナ２１０を介して送信するビーコン送信部２４０を備えている点が実施の形態１のものと異なる。ビーコン信号は、例えば受電装置２００ｂのシリアル番号などの固有情報を含む非常に短いRF信号である。

本実施の形態では、送電装置１００ｂは、受電装置２００ｂから受信したビーコン信号の状態に基づき基準状態の伝搬環境との差異を検出し、検出結果にしたがい検知範囲Ｓ内への異物の進入を検知する。すなわち、異物がない基準状態のときに受電装置２００ｂから受信したビーコン信号に対して、電力伝送動作中に受電装置２００ｂから受信したビーコン信号に変動があるか否かを検出する。そして、変動が検出された場合に、検知範囲Ｓ内への人等の異物の進入があったことを検出する。受電装置２００ｂから送信されたビーコン信号は、アレイアンテナ１１０により受信されるまでに、検知範囲Ｓ内への異物の進入により変調される。よって、アレイアンテナ１１０により受信されたビーコン信号を観察することによっても、検知範囲Ｓ内への異物の進入を検出することができる。

図１０は、実施の形態２の無線電力伝送システム１０ｂにおける基準伝搬環境データの測定動作を示すフローチャートである。図１０に示す処理は、無線電力伝送システム１０ｂが設置された環境において、通常の送電動作の開始前に予め実施される。また、無線電力伝送システム１０ｂが設置された環境において、検知範囲Ｓ内においてロボット４００が配置されているとする。

送電装置１００ｂの制御部１５０はまず、受電装置２００ｂに対して給電動作を開始する（Ｓ４０）。次に、送電装置１００は、受電装置２００ｂに対してビーコン信号の送信を要求する（Ｓ４１）。このため、制御部１５０は、送信部１７０に対して、ビーコン信号の送信要求を送信するよう指示する。送信部１７０は、アレイアンテナ１１０を介して、ビーコン信号の送信要求を送信する。受電装置２００ｂは、送電装置１００ｂからのビーコン信号の送信要求を受信すると、ビーコン送信部２４０によりビーコン信号の送信を開始する。

送電装置１００ｂの制御部１５０は制御変数Ｎを１に設定する（Ｓ４２）。制御部１５０は、ロボット４００を制御する制御装置３００に対して、Ｎ番目の動作パターンでロボット４００を動作させるように指示を行う（Ｓ４３）。これにより、ロボット４００はＮ番目の動作パターンで動作する。

送電装置１００ｂの受信部１４０は、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子１１２を介して受電装置２００ｂからのビーコン信号を受信する（Ｓ４４）。

制御部１５０は、アレイアンテナ１１０の各アンテナ素子１１２により受信したビーコン信号に基づき伝搬係数を算出する（Ｓ４５）。伝搬係数は、下記に示すチャンネル行列Ｈの要素である。
ｙ＝Ｈｘ＋ｗ （１）
ここで、ｙはアレイアンテナ１１０の各アンテナ素子１１２で受信した受信信号の強度、ｘは送信信号の強度、ｗはアレイアンテナの各アンテナ素子で受信されたノイズである（特開2008-086003号等参照）。

具体的には、まず、受信部１４０は、各アンテナ素子(i)１１２により受信したビーコン信号から、ビーコン信号の電力Ｐiと位相θiを算出する。制御部１５０は、ビーコン信号の電力Ｐiと位相θiに基づき伝搬係数（Ｈの各要素）を算出する。

各動作パターンに対する伝搬係数の算出処理（Ｓ４３〜Ｓ４５）をロボット４００が有する全ての動作パターンに対して実行する（Ｓ４６、Ｓ４８）。全ての動作パターンについて上記の処理（Ｓ４３〜Ｓ４５）が実行されると（Ｓ４６でＹＥＳ）、制御部１５０は、算出した伝搬係数に基づき、図５に示すような基準伝搬環境データを生成し、メモリ１６０内の伝搬環境テーブルに登録する（Ｓ４７）。

以上のようにして、伝搬係数に関する基準伝搬環境データを求めることができる。

次に、無線電力伝送システム１０ｂの物体検知動作を伴う電力伝送動作を説明する。図１１は、無線電力伝送システム１０ｂの送電装置１００ｂにおける物体検知動作を伴う電力伝送動作を示すフローチャートである。図１１に示す処理は所定時間間隔で定期的に実行される。

送電装置１００ｂの制御部１５０はまず、受電装置２００ｂに対してビーコン信号の送信要求を送信する（Ｓ５０）。受電装置２００は、ビーコン信号の送信要求を受けると、ビーコン信号の送信を開始する。

制御部１５０は、ロボット４００を制御する制御装置３００から、稼働中のロボット４００の現在の動作パターンを示す動作パターン番号を取得する（Ｓ５１）。制御部１５０は、取得した動作パターン番号に基づき、メモリ１６０に格納された伝搬環境テーブルを参照して、現在のロボットの動作パターンに対応する基準伝搬環境データを取得する（Ｓ５２）。

制御部１５０は、アレイアンテナ１１０で受信したビーコン信号に基づき、現在の伝搬環境データを測定する（Ｓ５３）。具体的には、制御部１５０は、ビーコン信号の電力Ｐiと位相θiに基づき伝搬係数を算出する。

制御部１５０は、メモリ１６０に格納された基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとを比較する（Ｓ５４）。

両者が一致している場合（Ｓ５４でＹＥＳ）、制御部１５０は、現在給電を実施していないときは、給電を開始し、既に給電しているときは、給電を継続する（Ｓ５５）。この場合は、電波の伝搬環境状態は、基準状態と変わっていないと判断でき、検知範囲Ｓに人等の異物が進入していないと考えられるため、給電を停止する必要がない。なお、一致とは、基準伝搬環境データと、測定により得られた現在の伝搬環境データとが完全に一致する場合と、それらの差分が所定の許容範囲内にある場合との双方を含む。

一方、両者が一致していない場合（Ｓ５４でＮＯ）、制御部１５０は給電を停止する（Ｓ５６）。この場合、検知範囲Ｓに人等の異物が進入していると考えられるため、給電を停止する必要がある。なお、給電を停止せずに、人または移動機械等に対して影響のないレベルまで、伝送する電力の大きさを低減した上で給電を継続させてもよい。

以上のように、電波の伝搬環境を示す指標として、電力伝送環境における電波の伝搬係数を用いても良い。

（他の実施の形態）
上記の実施の形態では、本開示の物体検出装置を無線電力伝送システムに適用した例を説明したが、本開示の物体検出装置は他の装置やシステムに適用してもよい。すなわち、本開示の物体検出装置は、所定信号をアレイアンテナを介して送信するとともに、そのアレイアンテナにより信号を受信できる任意の装置またはシステムに対して適用することができる。

上記の実施の形態では、電波の伝搬環境データとして、ドップラー効果情報及び伝搬係数を採用したが、他の種類の情報を採用してもよい。すなわち、異物を検出する範囲（例えば、検知範囲Ｓ）の空間における電波の伝搬特性を示す情報であれば、任意の情報を採用することができる。

上記の実施の形態では、基準伝搬環境データは送電装置１００、１００ｂに内蔵されるメモリ１６０内に格納されたが、基準伝搬環境データは送電装置１００、１００ｂの外部の装置または記録媒体に格納されてもよい。送電装置１００、１００ｂは、外部の装置から基準伝搬環境データを取得するようにしてもよい。例えば、送電装置１００、１００ｂは基準伝搬環境データを、ネットワークを介して外部のサーバから取得するようにしてもよい。

上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

１０、１０ｂ 無線電力伝送システム
１００、１００ｂ 送電装置
１１０ アレイアンテナ
１１２ アンテナ素子
１２０ 指向性制御部
１３０ 給電信号生成部
１４０ 受信部
１５０ 制御部
１６０ メモリ
１７０ 送信部
２００、２００ｂ 受電装置（例えば、センサ）
２１０ アンテナ
３００ 制御装置
４００ ロボット
４２０ 人
Ｐ 給電範囲
Ｓ 検知範囲

Claims (10)

1. 複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、受電装置に対して無線で電力を供給する送電装置であって、
   電力を供給するための電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、
   所定の検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、前記検知範囲内に異物が存在しない状態において前記アレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第１の環境情報と、前記第１の環境情報を求めた後に、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき求められた前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第２の環境情報とに基づき、前記検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備え、
   前記第１の環境情報は、前記動作パターン毎に求められ、前記ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含み、 前記制御部は、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき前記第２の環境情報を求め、前記第２の環境情報を求めた時の前記ロボットの動作パターンを取得し、前記取得した動作パターンで前記ロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む前記第１の環境情報を取得し、前記取得した第１の環境情報と前記第２の環境情報との比較結果に基づき前記検知範囲における異物の進入の有無を検出する、
   送電装置。
2. 前記第１及び第２の環境情報は、前記アレイアンテナで受信した電波のドップラー効果を示す情報を含む、請求項１に記載の送電装置。
3. 前記１及び第２の環境情報は、前記アレイアンテナで受信した電波の伝搬係数を示す情報を含む、請求項１に記載の送電装置。
4. 前記受電装置からビーコン信号を受信する受信部をさらに備え、
   前記制御部は、受信したビーコン信号から前記第１及び第２の環境情報を生成する、
   請求項３に記載の送電装置。
5. 前記第１の環境情報を予め格納した記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記記憶部から前記第１の環境情報を取得する、
   請求項１に記載の送電装置。
6. 前記制御部は、前記第１の環境情報を前記送電装置の外部から取得する、
   請求項１に記載の送電装置。
7. 前記制御部は、前記検知範囲における異物の進入を検出した場合、前記受電装置への電力伝送の停止または前記受電装置へ伝送する電力の低減を行う、請求項１に記載の送電装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の送電装置と、
   前記送電装置から無線で電力を受ける受電装置と、
   を備えた無線電力伝送システム。
9. 複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境で使用される無線電力伝送システムにおける異物検出方法であって、
   複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナを介して電力を供給するための電波を送信し、 制御部により、検知範囲内の電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、前記検知範囲内に異物が存在しない状態において前記アレイアンテナで受信した信号に基づき第１の環境情報を予め求めておき、
   前記第１の環境情報は、前記動作パターン毎に求められ、前記ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含み、
   前記制御部により、前記第１の環境情報を求めた後に、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第２の環境情報を求め、 前記制御部により、前記第２の環境情報を求めた時の前記ロボットの動作パターンを取得し、
   前記制御部により、前記取得した動作パターンで前記ロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む前記第１の環境情報を取得し、
   前記制御部により、前記取得した第１の環境情報と、前記第２の環境情報とを比較し、その比較結果に基づき前記検知範囲における異物の進入の有無を検出する、
   異物検出方法。
10. 複数の動作パターンで可動するロボットが配置された環境において、所定の検知範囲における異物の進入を検出する異物検出装置であって、
    前記検知範囲に電波を送信する複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナと、
    前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す情報であって、前記検知範囲内に異物が存在しない状態において前記アレイアンテナで受信した信号に基づき予め求められた第１の環境情報と、前記第１の環境情報を求めた後に、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき求められた前記検知範囲における電波の伝搬環境の状態を示す第２の環境情報とに基づき、前記検知範囲における異物の進入を検出する制御部と、を備え、
    前記第１の環境情報は、前記動作パターン毎に求められ、前記ロボットが各動作パターンで動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含み、
    前記制御部は、前記アレイアンテナで受信した信号に基づき前記第２の環境情報を求め、前記第２の環境情報を求めた時の前記ロボットの動作パターンを取得し、前記取得した動作パターンで前記ロボットが動作したときの一定時間毎の電波の伝搬環境の状態の変化を含む前記第１の環境情報を取得し、取得した前記第１の環境情報と前記第２の環境情報との比較結果に基づき前記検知範囲における異物の進入の有無を検出する、
    異物検出装置。

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