JP2006296123A - Noncontact power supply system and power transmission method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受電部が自由に移動しながら、電子機器へ電力を供給するための電力供給装置および送電方法に関する。 The present invention relates to a power supply device and a power transmission method for supplying power to an electronic device while a power reception unit moves freely.
従来は、接触式給電ケーブルによる電力供給装置が用いられており、この電力供給装置は、使用者の移動範囲に対して十分長さを持つ電源装置から直接接続される給電ケーブルを通じて手持ち型電子機器へ電力を供給している。また、充電式のバッテリによる電力供給装置は、手持ち型電子機器に内蔵された充電式バッテリにより電力を供給している。
また、従来の非接触電力供給装置には、２つの装置が提案されている。第1には、発信回路からアンテナを介して放射される電磁波を、アンテナを介して受け取り、これを電源回路により、電力に変換するものである（例えば、特許文献１参照）。図４に示すように、識別情報発信装置１０が、識別情報記憶装置２０の電源を供給するための電源供給用の電磁波を発信するための発振回路１３をさらに有する構成とし、識別情報記憶装置２０が、識別情報発信装置１０の発振回路１３から発信された電磁波を受信し、受信した電磁波を電力に変換することで、動作電源を作る電源回路２３をさらに有する構成とすることができる。このようにすると、識別情報記憶装置２０が動作するための電力を供給することが可能となる。
第２には、固定側と移動側の何れか一方の装置に能動モジュ−ルＡを他方に受動モジュ−ルＢを備え、その両者間で電磁界もしくは光による電磁波を媒体として、電力は一方向に、情報信号は相互に授受する伝送制御手段を構成するものである（例えば、特許文献２参照）。図５は、能動モジュ−ルで受信した受動側装置からの情報信号の信号強度に基づいて、電力の発送出力を自動的に制御する手段を備えた装置の従来例を説明するブロック線図である。図中、Ａは能動モジュ−ル、Ｂは受動モジュ−ルを表わしており、能動モジュ−ルＡは電力や情報信号を扱う電力送信部および情報信号を受信する信号受信部などを有し、受動モジュ−ルＢは電力や情報信号を受けて処理する電力受信部および情報信号を送信する信号送受信部などを有している。能動モジュ−ルＡの電力送信部は、電力発送用周波数を発振するｆ１発振回路１の出力を、ＲＦ（高周波）バッファアンプ２を経て受けるＲＦパワ−アンプ３により電力増幅し、電力送信ヘッド４（ヘッドの構成は後述）からその電磁波を放射する。この電磁波は、受動モジュ−ルＢの電力受信ヘッド５に捕捉されたのち、整流平滑回路６により直流Ｅ１となり受動モジュ−ルＢ内の各回路および付加回路の動作用電源として供給されるので、受動側装置モジュ−ルＢは見掛け上無電源で動作をする。
Two devices have been proposed as conventional non-contact power supply devices. First, an electromagnetic wave radiated from a transmission circuit via an antenna is received via the antenna, and this is converted into electric power by a power supply circuit (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 4, the identification
Secondly, the active module A is provided on one of the fixed side and moving side devices, and the passive module B is provided on the other side. In the direction, the information signal constitutes a transmission control means for transmitting and receiving each other (see, for example, Patent Document 2). FIG. 5 is a block diagram for explaining a conventional example of a device provided with means for automatically controlling the output power output based on the signal strength of the information signal from the passive device received by the active module. is there. In the figure, A represents an active module, B represents a passive module, and the active module A has a power transmission unit that handles power and information signals, a signal reception unit that receives information signals, and the like. The passive module B has a power receiving unit for receiving and processing power and information signals, a signal transmitting / receiving unit for transmitting information signals, and the like. The power transmission unit of the active module A amplifies the power of the output of the f1 oscillation circuit 1 that oscillates the power transmission frequency by the RF power amplifier 3 that passes through the RF (high frequency) buffer amplifier 2, and the power transmission head 4 The electromagnetic waves are radiated from (the configuration of the head will be described later). Since this electromagnetic wave is captured by the power receiving head 5 of the passive module B, it becomes a direct current E1 by the rectifying and smoothing circuit 6 and is supplied as an operation power source for each circuit and additional circuit in the passive module B. The passive side device module B operates with no apparent power.
ところが、従来の接触式給電ケーブルによる電力供給装置は、給電ケーブルを外す事ができないので、ケーブルが他の機器に干渉して必要な場所に届かなかったり、ケーブルが絡んで作業性を損なったり、損傷して断線したり、巻取作業に手間を要するという問題があった。
また、充電式のバッテリによる電力供給装置の場合は、バッテリの重量のための電子機器の重量増、設置体積のための電子機器の大型化という問題があり、更に使用時間の制限を受けるという致命的な問題もあった。更に、手持ち型電子機器と上位機器との情報通信を行うためには、給電ケーブルと複合される情報伝送線を通じて、あるいは電力線に重畳される情報信号による通信、あるいは送受信回路およびアンテナによる無線通信を行う必要があった。
また、従来の非接触給電方式による電力供給装置の場合は、遮蔽物がある場合、電磁波がアンテナで受信できず、電力変換できないという問題が生じていた。さらには、受信部が移動する場合、発信部からの距離や角度などによっては、電波強度が低減するために、効率的な電力変換ができないという問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、給電ケーブルによる物理的な取り回しの制限を排除するとともに、バッテリによる使用時間の制限を排除することができ、同時に付加情報の伝送を可能とし、遮蔽物の回避を行いながら効率的な電力供給ができる電力供給装置を提供することを目的とする。
However, since the power supply device using the conventional contact type power supply cable cannot remove the power supply cable, the cable interferes with other devices and does not reach the necessary place, or the cable becomes tangled and the workability is impaired. There was a problem that it was damaged and disconnected, and that it took time and labor to take up the winding work.
In addition, in the case of a power supply device using a rechargeable battery, there are problems such as an increase in the weight of the electronic device due to the weight of the battery and an increase in the size of the electronic device due to the installation volume. There was also a problem. Furthermore, in order to perform information communication between the handheld electronic device and the host device, communication by an information signal superimposed on the power line or information signal superimposed on the power line, or wireless communication by a transmission / reception circuit and an antenna is performed. There was a need to do.
Further, in the case of a conventional power supply apparatus using a non-contact power feeding method, when there is a shield, there is a problem that electromagnetic waves cannot be received by the antenna and power conversion cannot be performed. Furthermore, when the receiving unit moves, there is a problem that efficient power conversion cannot be performed because the radio wave intensity is reduced depending on the distance and angle from the transmitting unit.
The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to eliminate the limitation of physical handling by a power supply cable and the limitation of the usage time by a battery, and at the same time, transmission of additional information. It is an object of the present invention to provide a power supply device that can enable efficient power supply while avoiding shielding.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、送電する電磁波を制御する送電制御回路と、送電アンテナから電磁波を用いて電力を供給する電磁波供給回路と、送電された電力を受信する受電アンテナと、前記受電アンテナからの電力を制御する受電制御回路と、前記受電制御回路からの電力を所望の電圧に変換する電力変換供給回路とからなる非接触電力供給装置において、送電部に複数個配置された移動可能な前記送電アンテナと、移動可能な受電部に複数個配置された前記受電アンテナとからなるものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記電力変換供給回路が、電子機器の消費電力を検出する機能を有するものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記受電制御回路と相互に通信する前記送電制御回路により、最適な位置に配置された前記送電アンテナへ切り替えながら、１基以上の送電アンテナより１基以上の前記受電アンテナを指向する電磁波を照射し、電磁波の供給を行うものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記送電部からの電磁波に付加情報信号を重畳することにより、電源供給に加えて付加情報の伝送を行うものである。
また、請求項５に記載の発明は、送電する電磁波を制御する送電制御回路と、送電アンテナから電磁波を用いて電力を供給する電磁波供給回路と、送電された電力を受信する受電アンテナと、前記受電アンテナからの電力を制御する受電制御回路と、前記受電制御回路からの電力を所望の電圧に変換する電力変換供給回路とからなる非接触電力供給装置の送電方法において、受電部の移動に伴う位置と姿勢の変化を検出するステップと、電磁波の照射角度と照射電力とを最適に変化させるステップと、前記受電アンテナに指向性の高い前記送電アンテナを検出するステップと、送電する前記送電アンテナを切り替えるステップと、電磁波を送電するステップとからなるものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a power transmission control circuit that controls electromagnetic waves to be transmitted, an electromagnetic wave supply circuit that supplies electric power using electromagnetic waves from a power transmission antenna, a power receiving antenna that receives transmitted power, and the power receiving antenna In a non-contact power supply device comprising a power reception control circuit that controls power from the power supply and a power conversion supply circuit that converts power from the power reception control circuit into a desired voltage, a plurality of movable power terminals arranged in a power transmission unit The power transmission antenna includes a plurality of power reception antennas arranged in a movable power reception unit.
According to a second aspect of the present invention, the power conversion supply circuit has a function of detecting power consumption of an electronic device.
According to a third aspect of the present invention, the power transmission control circuit that communicates with the power reception control circuit switches one or more power transmission antennas from one or more power transmission antennas while switching to the power transmission antenna disposed at an optimal position. The electromagnetic wave directed to the power receiving antenna is irradiated to supply the electromagnetic wave.
According to a fourth aspect of the present invention, the additional information signal is transmitted in addition to the power supply by superimposing the additional information signal on the electromagnetic wave from the power transmission unit.
The invention according to claim 5 is a power transmission control circuit that controls electromagnetic waves to be transmitted, an electromagnetic wave supply circuit that supplies power using electromagnetic waves from a power transmission antenna, a power receiving antenna that receives transmitted power, and In a power transmission method of a non-contact power supply device including a power reception control circuit that controls power from a power reception antenna and a power conversion supply circuit that converts power from the power reception control circuit into a desired voltage, accompanying the movement of a power reception unit A step of detecting a change in position and orientation; a step of optimally changing an irradiation angle and irradiation power of electromagnetic waves; a step of detecting the power transmitting antenna having high directivity for the power receiving antenna; and the power transmitting antenna for transmitting power It consists of a step of switching and a step of transmitting electromagnetic waves.
請求項１に記載の発明によると、接触式給電ケーブルによる物理的な取り回しの制限を排除することができ、バッテリによる使用時間の制限を排除することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、電子機器の負荷状況に応じた最適な電力を供給することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、複数個の送電アンテナおよび受電アンテナを備え、受電アンテナに指向する送電アンテナを選択することで遮蔽物の回避を行いながら効率的な電力供給ができる。
また、請求項４に記載の発明によると、電磁波に付加情報を重畳することにより、付加情報の伝送を非接触に実現することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、指向性の高い送電アンテナを選択するステップを行うことで、遮蔽物の回避を行いながら効率的な電力供給ができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to eliminate the limitation of physical handling by the contact type power supply cable, and it is possible to eliminate the limitation of the usage time by the battery.
Moreover, according to the invention of Claim 2, the optimal electric power according to the load condition of an electronic device can be supplied.
In addition, according to the invention described in claim 3, a plurality of power transmission antennas and power reception antennas are provided, and efficient power supply can be performed while avoiding a shield by selecting a power transmission antenna directed to the power reception antenna.
According to the invention described in claim 4, the additional information can be transmitted in a non-contact manner by superimposing the additional information on the electromagnetic wave.
Further, according to the invention described in claim 5, by performing the step of selecting a power transmission antenna having high directivity, efficient power supply can be performed while avoiding a shielding object.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の電力供給装置の構成を示すブロック図である。ここでは、電力が供給される装置に手持ち型電子機器でロボットを操作することを例に説明する。図において、１０１は送電制御回路であり、電磁波供給源１０２と３台の送電アンテナ１０３を制御する。２台の受電アンテナ１０５と受電制御回路１０６および電力変換供給回路１０８は、使用者が着用する衣服１０７に備えられており、３台の送電アンテナ１０３の中で受電アンテナ１０５に指向性の高い送電アンテナ１０３から照射された電磁波１０４を受電して電力変換供給回路１０８により電力変換し、給電コネクタ１０９に接続された電力供給ケーブル１１０を通じて手持ち型電子機器へ電力を供給する。
ここで、受電アンテナ１０５は、フェルト生地、アンテナパッチや地板に相当する部分は導電性布からなり、誘電体基板にフェルトを誘電材料として用い、折り曲げ可能で衣服にも縫い付けることができるマイクロストリップアンテナを例に説明する。
また、衣服の胸部に装着する例で説明したが、背部や腕部、大腿部でもよく、使用者の負荷が軽減できる場所であれば良い。さらには電子機器自体にへの内蔵や、保護帽に装着しても良い。
このように衣服や保護帽に受電アンテナを備えることにより、広い面積で電力を受電できるとともに、受電アンテナが電磁波を吸収するので使用者の電磁波シールドを兼ねており、安全に作業できる効果もある。
本発明が従来技術と異なる部分は、移動可能な複数個の送電アンテナおよび移動可能な複数個の受電アンテナを備え、受電アンテナに指向する１基以上の送電アンテナを選択する部分である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the power supply apparatus of the present invention. Here, an example will be described in which a robot is operated with a handheld electronic device on a device to which power is supplied. In the figure,
Here, the
Moreover, although demonstrated in the example with which it mounts | wears on the chest part of clothes, a back part, an arm part, and a thigh part may be sufficient as long as it can reduce a user's load. Furthermore, it may be incorporated in the electronic device itself or attached to a protective cap.
By providing the power receiving antenna in the clothes and the protective cap in this way, power can be received in a wide area, and the power receiving antenna absorbs electromagnetic waves, so that it also serves as an electromagnetic wave shield for the user, and there is an effect that the work can be performed safely.
The present invention is different from the prior art in that it includes a plurality of movable power transmitting antennas and a plurality of movable power receiving antennas, and selects one or more power transmitting antennas directed to the power receiving antenna.
図２は処理の流れ図である。その動作は、ステップ２０１と２０２で送電制御回路１０１と受電制御回路１０６間の通信確立を行う。
次に、ステップ２０３から２０５で使用者の位置と姿勢を把握して送電アンテナ１０３の照射角度を変更する。
次に、ステップ２０６から２０８で電子機器の消費電力に応じて送電電力を変更する。
次に、ステップ２０９と２１０にて障害物による使用者の隠蔽を把握して送電アンテナ１０３を最適な位置に配置された送電アンテナ１０３に切り替える。
ここで、使用者の位置と姿勢を把握する方法としては、常時、複数の送電アンテナ１０３により電力供給を行っており、受電制御回路１０６が送電アンテナ１０３から受信した電磁波の強度の差を検出することにより、送電アンテナ１０３を検出する。
この一連の動作により、使用者の位置と姿勢および電子機器の消費電力に応じて最適な電力供給ができる。
FIG. 2 is a flowchart of the process. The operation establishes communication between the power
Next, in
Next, in
Next, in
Here, as a method of grasping the position and orientation of the user, power is always supplied by a plurality of
Through this series of operations, an optimal power supply can be performed according to the position and posture of the user and the power consumption of the electronic device.
図３は本発明の第２の実施例を示すブロック図である。図において、１０３は送電アンテナであり、受電アンテナ１０５に対して電力供給用の電磁波１０４を照射している。１１２は前記電磁波に重畳された付加情報信号であり、送電制御回路１０１と受電制御回路１０６の間で送受信されている。付加情報１１３は、送電制御回路１０１と上位機器１１４との間で授受され、また受電制御回路１０６と手持ち型電子機器１１１との間で授受される。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In the figure,
このように、電力供給用の電磁波に付加情報信号が重畳される構成をしているので、上位機器と手持ち型電子機器との間の情報伝送を行うことができる。 As described above, since the additional information signal is superimposed on the electromagnetic wave for power supply, information transmission between the host device and the handheld electronic device can be performed.
本発明により、負荷の位置と消費電力に対して最適に制御された電磁波を照射することによって負荷機器に対して非接触で連続的に電力供給することができるので、屋外にて長期間にわたって稼働する移動体に連続的に電力供給を行うという用途にも適用できる。 According to the present invention, it is possible to continuously supply power to a load device in a non-contact manner by irradiating electromagnetic waves optimally controlled with respect to the position of the load and power consumption, so that it can be operated outdoors for a long period of time. It can also be applied to applications in which power is continuously supplied to a moving body.
Ａ 能動モジュール
Ｂ 受動モジュール
１ ｆ１発信回路
２ ＲＦバッファアンプ
３ ＲＦパワーアンプ
４ 電力送信ヘッド
５ 電力受信ヘッド
６ 整流平滑回路
１０ 識別情報発信回路
１３ 発振回路
２０ 識別情報記憶装置
２３ 電源回路
１０１ 送電制御回路
１０２ 電磁波供給源
１０３ 送電アンテナ
１０４ 電磁波
１０５ 受電アンテナ
１０６ 受電制御回路
１０７ 受電アンテナ装着衣服
１０８ 電力変換供給回路
１０９ 給電コネクタ
１１０ 電力供給ケーブル
１１１ 手持ち型電子機器
１１２ 付加情報信号
１１３ 付加情報
１１４ 上位機器
A Active module B Passive module 1 f1 transmission circuit 2 RF buffer amplifier 3 RF power amplifier 4 Power transmission head 5 Power reception head 6
Claims (5)
送電部に複数個配置された移動可能な前記送電アンテナと、移動可能な受電部に複数個配置された前記受電アンテナとからなることを特徴とする非接触電力供給装置。 A power transmission control circuit that controls electromagnetic waves to be transmitted, an electromagnetic wave supply circuit that supplies power using electromagnetic waves from a power transmission antenna, a power reception antenna that receives transmitted electromagnetic waves, and a power reception control circuit that controls power from the power reception antenna And a non-contact power supply device comprising a power conversion supply circuit that converts power from the power reception control circuit into a desired voltage.
A contactless power supply apparatus comprising: a plurality of movable power transmission antennas arranged in a power transmission unit; and a plurality of power reception antennas arranged in a movable power reception unit.
受電部の移動に伴う位置と姿勢の変化を検出するステップと、電磁波の照射角度と照射電力とを最適に変化させるステップと、前記受電アンテナに指向性の高い前記送電アンテナを検出するステップと、送電する前記送電アンテナを切り替えるステップと、電磁波を送電するステップとからなることを特徴とする非接触電力供給装置の送電方法。 A power transmission control circuit that controls electromagnetic waves to be transmitted, an electromagnetic wave supply circuit that supplies power using electromagnetic waves from a power transmission antenna, a power reception antenna that receives transmitted power, and a power reception control circuit that controls power from the power reception antenna And in a power transmission method of a non-contact power supply device comprising a power conversion supply circuit that converts power from the power reception control circuit into a desired voltage,
Detecting a change in position and orientation associated with the movement of the power reception unit, optimally changing the irradiation angle and irradiation power of the electromagnetic wave, detecting the power transmission antenna with high directivity in the power reception antenna, and A power transmission method for a non-contact power supply apparatus, comprising: a step of switching the power transmission antenna to transmit power; and a step of transmitting electromagnetic waves.
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