CN104396120A - 无线供电系统、送电装置及受电装置 - Google Patents

Abstract

无线供电系统是经由电磁波以无线方式供电的无线供电系统。无线供电系统包括：发送电磁波(2)的送电部(1)；以及配置于能以旋转轴(8)为中心回转的旋转体(9)且接收电磁波(2)的多个受电部(3)。然后，无线供电系统所具备的多个受电部(3)配置为在送电部(1)发送的电磁波(2)所形成的覆盖区域内，至少包含一个受电部(3)。

Description

无线供电系统、送电装置及受电装置

技术领域

本发明涉及使用经由电磁波收发功率的电波方式、稳定地以无线方式供电的系统。更详细而言，涉及送电部向配置于旋转体或者移动体来移动的多个受电部稳定地发送电磁波的无线供电系统。

背景技术

具备消耗功率的功耗部(例如驱动部、传感器)的大型结构物为了在利用驱动部以其转轴为中心大幅度驱动的装置(例如观测天体用的大型望远镜、卫星通信用的大型抛物面天线、大型桥式起重机、自动加工机)中，极力抑制噪声的产生、提高维护性，因此，横跨较长距离铺设有多个粗电源电缆。除此以外，在要求驱动精度的装置中，为了不对驱动的装置施加电缆的张力，并排设置有复杂机构的电缆卷绕装置。

另一方面，作为使用电波方式即无线供电来进行供电的示例，专利文献1中记载有从外部对致动器发送电磁波的天线镜面调整装置，该致动器对搭载于人造卫星等宇宙飞行体的天线反射镜的镜面形状进行调整。该发明包括发送电磁波的发送机、将电磁波转换成功率的功率转换部、调整镜面形状的多个致动器、控制多个致动器的控制部，将电磁波的无线送电作为电源功率对天线反射镜的镜面形状进行调整。

此外，专利文献2中记载有能量传输系统，该能量传输系统从设置于路侧装置的送电机以无线方式向车辆的受电机传输能量。该发明包括：路侧装置，该路侧装置具有发送装置，该发送装置向车辆发送用于确定电磁波的发送方向的发送条件信息；以及车辆，该车辆具有信号发送机，该信号发送机接收发送来的发送条件信息，并将用于基于该发送条件信息对电磁波的发送方向进行校正的校正信息发送到路侧装置的信号接收机，由此提高电磁波的发送方向的精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平05-129830号公报

专利文献2：日本专利特开2009-178001号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

根据专利文献1所记载的现有的天线镜面调整装置，发送机发送电磁波，功率转换部接收该电磁波并转换成功率，驱动致动器等功率消耗装置。然而，该装置中存在如下问题：在发送机、功率转换部的位置相对较大地移动时，无法使电磁波追踪该移动，始终向功率转换部进行发送，不能稳定地进行供电。

此外，根据专利文献2所记载的能量输出系统，示出了能通过从供电装置照射电磁波从而向移动的车辆进行供电。然而，对于专利文献2那样移动的车辆，若供电装置、受电装置仅各具有一套，则仅能在从供电装置可看到受电装置的范围内进行供电，存在只能在所限制的驱动范围内进行供电的问题。

此外，在例如大型望远镜、抛物面天线的情况下，相对于高度(以下将“ELevation”简略记载为“EL”)轴而言的驱动范围为0°～90°，即使是一个固定送电部，也可大致在看到的范围内进行驱动。然而，存在相对于方位(以下将“AZimuth”简略记载为“AZ”。)轴的驱动范围可能为-270°～+270°这样较宽的情况，因此一个固定的送电部不能望到配置于旋转体(AZ旋转结构)并进行移动的多个受电部，离开了发送的电磁波的覆盖区域，因此，难以由能量传输系统利用电磁波进行供电。

本发明的目的在于，无论在具有驱动部等消耗功率的功耗部的天线等旋转体在较广的驱动范围内被驱动控制的情况、或移动体在直线轨道上移动的情况下，均不需要并排设置复杂结构的电缆卷绕装置。此外，本发明用于解决如下问题：即、在受电部配置于旋转体或移动体并进行移动的情况下，送电部不能向受电部发送电磁波，供电变得不稳定，其另一个目的在于，以简单的结构实现稳定的供电。

解决技术问题所采用的技术方案

无线供电系统是经由电磁波以无线方式进行供电的无线供电系统。无线供电系统包括：发送电磁波的送电部；以及配置于能以旋转轴为中心回转的旋转体、接收电磁波的多个受电部。多个受电部配置为在送电部发送的电磁波所形成的覆盖区域内，包含至少一个受电部。

发明的效果

根据本发明，由于不使用重且粗的电源电缆，因此无需并排设置复杂的电源电缆的卷绕装置，减轻了重量、节省了空间，并提高了维护性。此外，能在不产生因电源电缆的强张力而引起的外部干扰的情况下进行驱动，因此提高了驱动精度。此外，起到如下效果：对于一个送电部，在旋转体或移动体配置多个受电部，通过向在较广的驱动范围内被驱动并移动的多个受电部发送电磁波，从而无需停止卫星通信用天线、望远镜、桥式起重机等的运用，能实现稳定的无线供电。

附图说明

图1A是实施方式1所涉及的无线供电系统的结构说明图。

图1B是实施方式1所涉及的无线供电系统的结构说明图。

图2是实施方式1所涉及的无线供电系统的框图。

图3是实施方式2所涉及的无线供电系统的框图。

图4是实施方式3所涉及的无线供电系统的结构说明图。

图5是实施方式3所涉及的无线供电系统的框图。

图6是实施方式4所涉及的无线供电系统的结构说明图。

图7是实施方式4所涉及的无线供电系统的框图。

图8是其它实施方式所涉及的无线供电系统的结构说明图。

图9是电磁波的照射方向和受电面所成角度的说明图。

具体实施方式

实施方式1.

图1A及图1B是本实施方式所涉及的无线供电系统的结构说明图。图1A是从正面观察到的结构图。图1B是图1A的箭头A-A的向视图，未图示出作为轴对象的部分。在图1A及图1B中，1为送电部、2为送电部1发送的电磁波、3为接收电磁波2的受电部、4为进行回转的旋转体即配置有多个受电部3的AZ旋转结构、5为驱动AZ旋转结构4的AZ驱动部、6为AZ旋转机构4所具有的消耗功率的功耗部、7为功耗部6所包含的EL驱动部、8为AZ旋转机构4的回转中心即AZ轴、9为AZ旋转机构4所具有的、配置有多个受电部3的EL台架、10为以自由回转的方式来支承AZ旋转机构4的台架部。

接着，对本实施方式的结构、配置进行详细说明。如图1A所示，在AZ旋转结构4的周围能看到多个受电部3的多个场所(图中，包含未图示的部分为4个位置)设置送电部1，将图中以箭头表示的电磁波2发送到多个受电部3。

如图1B的箭头A-A向视图所示，多个受电部3配置在AZ旋转结构4所具有的EL台架9的外周上的多处。若AZ旋转结构4因AZ驱动部5而回转，则多个受电部3与其一同旋转、移动，并配置在例如同一圆周上的多处(图中，包含未图示的部分为10个位置)，使得在至少1个受电部3通过并被包含在4个送电部1分别发送的电磁波2的覆盖区域内时，接收电磁波2。它们与AZ旋转结构4所设置的消耗功率的功耗部6相连接，将接收到的电磁波2转换成功率并提供给功耗部6。另外，AZ驱动部5固定于台架部10，因此经由电源电缆供电。

功耗部6是EL驱动部7、传感器等的消耗功率的部位。作为传感器例如具有温度传感器、旋转角传感器、加速度计等。这些传感器例如安装于AZ旋转结构4。此外，AZ旋转结构4具有的、为了对反射镜内部的空气进行搅拌使内部温度保持均匀、并为了抑制变形而安装于反射镜的风扇或者为了保持反射镜的镜面精度而对镜面形状进行控制的致动器等也包含在功耗部6内。

图2是本实施方式所涉及的无线供电系统的框图。图2中，11为设置于送电部1、用于获取与发送方向有关的信息的发送方向信息获取部，15为与送电部1发送的方向有关的信息即发送方向信息、18为发送方向信息获取部11根据发送方向信息15计算出的发送方向指示、22为设置于送电部1、根据发送方向指示18进行发送的方向控制发送部，51为驱动控制AZ驱动部5的AZ驱动控制部，52为用于指示AZ驱动部5的驱动控制的AZ驱动控制数据。

接着，参照图2对无线供电系统的动作进行说明。AZ驱动控制部51将用于驱动控制AZ驱动部5的AZ驱动控制数据52输出至AZ驱动部5。AZ驱动部5根据AZ驱动控制数据52以AZ轴8为中心进行回转(向正反两方向旋转)，并追随卫星等。此处，AZ驱动控制数据52为如下指令数据：取得前一个步骤时刻的旋转角度信息，计算出下一个步骤时刻的旋转角度、角速度、角加速度等，并进行驱动控制。

此外，AZ驱动控制部51基于AZ驱动控制数据52，预测与旋转体(AZ旋转结构4)的回转一起移动的受电部3的位置，运算并输出与送电部1分别发送电磁波2的方向有关的信息即发送方向信息15。各个送电部1中，发送方向信息获取部11从AZ驱动控制部51获取发送方向信息15。接着，方向控制发送部22基于根据发送方向信息15计算出的发送方向指示18，向正在移动的至少一个对应的受电部3发送电磁波2。

在AZ旋转结构4具有的EL台架9的外周上所配置的多个受电部3中，包含于送电部1发送的电磁波所形成的覆盖区域内的对应的受电部3在移动的同时接收电磁波2，并将接收到的电磁波2转换成功率。功耗部6从多个受电部3接收功率并进行动作。此外，例如在追随特定的静止卫星的情况下，AZ旋转结构4(旋转体)保持一定角度并基本静止，因此能容易地进行供电。

接着，对发送方向控制的详细情况进行叙述。本实施方式的送电部1通过使发送的电磁波2的覆盖区域为狭窄细束状，以受电部3的方向为目标，准确地照射(发送)电磁波2，从而提高供电效率。发送电磁波2的方向根据发送方向信息15计算得到。此处，发送方向信息15为用于确定送电部1发送电磁波2的方向的信息，是在下一个步骤时刻，旋转、移动的多个受电部3来到的位置、各个送电部1发送的受电部3的方向、频率等信息。该发送方向信息15根据前一个步骤时刻的旋转角度信息计算得到。例如，发送方向信息15根据固定于旋转体的坐标系中的各受电部3的坐标值、角速度、角加速度等计算得到。

各送电部1分别具有发送方向信息获取部11及方向控制发送部22。发送方向信息获取部11分别基于从AZ驱动控制部51获得的发送方向信息15计算出发送方向指示18。发送方向指示18是方向控制发送部22用于电子或机械性地发送电磁波2的信息。

方向控制发送部22在以电子方式变更射束的照射方向的情况下，具有相控阵天线。然后，方向控制发送部22根据发送方向指示18向对应的受电部3照射高速且覆盖区域狭窄的细束状的电子射束。在以机械方式变更射束的照射方向的情况下，方向控制发送部22具有以机械方式驱动来照射电磁波2的天线。然后，方向控制发送部22朝向发送方向指示18的方向，以机械方式驱动天线并进行照射(发送)，发送方向指示18根据从发送方向信息获取部11输出的发送方向信息15计算出。

如上所述，根据本实施方式，由于不使用重且粗的电源电缆，因此无需并排设置复杂的电源电缆的卷绕装置，减轻了重量、节省了空间，并提高维护性。此外，能在不产生因电源电缆的强张力而引起的外部干扰的情况下进行驱动，因此提高了驱动精度。此外，对于一个送电部1，在AZ旋转结构4(旋转体)配置有多个受电部3，通过向在较广范围内进行移动的多个受电部3发送电磁波2，从而无需停止卫星通信用天线、望远镜的运用而能稳定地实现无线供电。并且，利用AZ驱动控制数据52，获取送电部1发送的发送方向，朝向配置于AZ旋转结构4的旋转和移动的多个受电部2中的、将来到发送方向的至少一个对应的受电部3照射射束，因此起到供电效率优异的效果。

另外，通过在受电部3到功耗部6之间设置将直流电压转换成其它的直流电压的DC-DC转换器、电容器、将受电部3接收到的电磁波2转换成功率并进行储存的小型电池等，即使在暂时无法进行接收的情况下，也能使提供给功耗部6的功率更稳定。

并且，将更大型的电池设置于AZ旋转结构4，当AZ旋转机构4在预先设定的AZ角度范围内被驱动时，还能进行对大型电池进行充电的运用。在该情况下，能削减送电部1及受电部3等的个数。

实施方式2.

图3是本实施方式所涉及的无线供电系统的框图。以下，参照图3对实施方式2的无线供电系统的结构及动作进行说明。结构与图1A及图1B大致相同。本实施方式中，将送电部1发送的电磁波2所形成的覆盖区域设为覆盖1～2个以上受电部3的程度那样宽的风扇状，不控制发送的发送方向。如图3所示，比实施方式1个数要多的多个受电部3配置于AZ旋转结构4具有的EL台架9的外周上。若AZ旋转结构4因AZ驱动部5而以AZ轴8为中心驱动，则多个受电部3也与其一同旋转和移动，当至少1个受电部3通过并包含于4个送电部1分别发送的电磁波2的覆盖区域内时，接收电磁波2。因此，由从4个送电部1接收到电磁波2的4个以上的受电部3向功耗部6供电。

如上所述，根据本实施方式2，与实施方式1相同，不使用重且粗的电源电缆，因此减轻了重量，节省了空间，并提高了维护性。此外，能在不产生因电源电缆的强张力而引起的外部干扰的情况下进行驱动，因此提高了驱动精度。

并且，由于没有朝向受电部3的方向可靠地进行发送(照射)，因此供电效率降低，但无需控制送电部1发送的射束(电磁波)的方向，通过增加多个受电部3的个数，即使在驱动范围较广的情况下，也能稳定地向配置于AZ旋转结构4(旋转体)外周上的多个受电部供电。其结果是，结构简单的受电部3的个数增加，但起到送电部1的结构变得比较简单的效果。

实施方式3.

图4是本实施方式所涉及的无线供电系统的框图。图4中，12为AZ旋转结构4具有的进行回转的旋转体，为配置有多个受电部3的EL旋转结构，13为AZ旋转结构4具有的、EL旋转结构12所包含的副镜部支承部，14为被副镜部支承部13所支承、配置有多个受电部3的副镜部，16为EL旋转结构12的旋转中心即EL轴。

与实施方式1大致相同，图4所示的受电部3a配置于EL台架9外周的多个位置(图1B的情况下为10个位置)，向EL驱动部7等供电。受电部3b、3c配置于EL旋转结构12外周的多处，向EL旋转结构12具有的功耗部6供电。送电部1与实施方式2大致相同，配置于天线周围的多个位置(图1B的情况下为4个位置)。送电部1d向副镜部14具有的受电部3d供电，因此设置于眺望副镜部14的位置处。在大型望远镜的情况下，能在以覆盖望远镜的方式设置的圆顶上设置送电部1d。

图5是本实施方式所涉及的无线供电系统的框图。图5所示的AZ/EL驱动控制部71输出控制AZ驱动部5的驱动的AZ驱动控制数据52，并且输出控制EL驱动部7的驱动的EL驱动控制数据72。并且，AZ/EL驱动控制部71基于这些AZ驱动控制数据52及EL驱动控制数据72，向各送电部1的发送方向信息获取部11输出发送方向信息15，以便不仅向配置于EL台架9外周的多个受电部3a，也能向配置于以EL轴16为中心回转的EL旋转结构12外周的多个受电部3b、3c，照射电磁波2。

图4中，送电部1a获取发送方向信息15并计算出发送方向。然后，送电部1a基于计算出的发送方向，不仅追踪AZ轴的回转，也追踪EL轴16的回转，以时分割方式向受电部3照射电磁波束。此时，送电部1a几乎同时向EL台架9的受电部3a照射电磁波2a，向EL旋转结构12的受电部3b、3c照射电磁波2b。设置于眺望副镜部14的位置的送电部1d向配置于副镜部14外周的多个受电部3d照射电磁波2d，向驱动副镜部14的副镜部驱动部等供电。

如上所述，送电部1分别获取AZ/EL驱动控制部71基于驱动控制数据计算得到的发送方向信息15，基于获取到的发送方向信息15计算出电磁波2的发送方向。然后，送电部1基于计算出的发送方向，朝向EL台架9的受电部3及配置于EL旋转结构12的多个受电部3中特定的受电部3以时分割方式照射电磁波2。因此，无线供电系统中照射失误较少，能稳定地向AZ旋转结构4具有的EL驱动部7、功耗部6等进行供电。

实施方式4.

图6是本实施方式所涉及的无线供电系统的结构说明书。天线的整体结构、受电部3、送电部1的配置与实施方式2相同。在多个受电部3的中心附近设置有发送导频信号23的导频信号发送部20。送电部1除了发送方向信息获取部11及方向控制发送部22以外，还具有导频信号接收部21。

图7是本实施方式所涉及的无线供电系统的框图。多个受电部3分别具有的导频信号发送部20发送导频信号23。多个受电部3通过旋转和移动而来到包含于电磁波2的覆盖区域内的位置时，进行受电。送电部1根据导频信号接收部21接收到的导频信号23，检测出导频信号23来到的方向，获取发送方向信息15。发送方向信息获取部11向方向控制发送部22输出发送方向指示18，使得方向控制发送部22向基于发送方向信息15计算出的发送方向，照射电磁波2。方向控制发送部22根据该发送方向指示18、以机械方式或电子方式变更发送方向，并照射电磁波2。

例如，图6所示的送电部1d接收来自设置于副镜部14的受电部3d的导频信号23，获取发送方向信息15。送电部1d向基于发送方向信息15计算出的发送方向、即副镜部14的受电部3d照射电磁波2d。

如上所述，送电部1分别基于从受电部3接收到的导频信号23获取发送方向信息15，并基于发送方向信息15计算出电磁波2的发送方向。然后，送电部1基于计算出的发送方向，以特定受电部3为目标来照射电磁波2。因此，无线供电系统的照射失误较少、能高效地进行供电。特别在不能利用来自驱动控制部的控制信息的情况、像副反射镜那样被驱动为绕AZ轴、EL轴及副镜部驱动轴、驱动误差较大、进行复杂移动的情况下，无线供电系统能高效、稳定地进行供电。

另外，本发明中，对旋转体进行了说明，但对直线移动也起到同样的效果。例如，在对设置于大型仓库等的顶部的桥式起重机进行供电的情况下，如图8所示。图8中，81为配置有向驱动部等进行供电的多个受电部3的、悬吊重物等进行往返移动的移动体即车架，82为形成直线轨道、引导车架81的行驶的行驶轨道，83为使用由多个受电部3提供的功率、如图中箭头所表示的那样驱动车架81的驱动部。送电部1配置在地面上的多个位置。粘贴于移动体即车架81的多个受电部3以电磁波2的照射方向和受电部3的受电面的法线所成角度θ满足-θ’＜θ＜θ’的条件，配置为在送电部1发送的电磁波2所形成的覆盖区域内至少包含一个受电部3。此处，图9示出电磁波2的照射方向与受电面的法线所成角度θ的关系。图9中，若θ’＝60°，则受电部3对于电磁波2的照射方向的投影面积为1/2。即，受电功率变为一半。因此，θ根据所需功率、电磁波2的功率大小而改变，例如优选为-60°＜θ＜60°。

通过如此配置送电部1与受电部3，无需用于供电的电源电缆，即使桥式起重机在运用中，也能稳定地向受电部3进行供电，起到与上述实施方式所述效果相同的效果。尤其，图8所示的情况与实施方式4相同，送电部1分别接收受电部3具有的导频信号发送部20发送的导频信号23，基于其获取发送方向信息15，以特定的受电部3为目标向计算出的发送方向照射电磁波2，因此无线供电系统能高效地进行供电。

上述实施方式均可在本发明的要点范围内进行各种变形。上述实施方式用于说明本发明，而并非对本发明的范围作出限定。本发明的范围由所附加的权利要求来表示而并非由实施方式来表示。在权利要求的范围内，以及与发明的权利要求等同的范围内所完成的各种变形均包含在本发明的范围内。

本申请以2012年7月3日提出申请，且包含有说明书、专利权利要求的范围，附图、以及摘要的日本专利申请2012－149334号为基础主张优先权。作为基础的该专利申请的公开内容通过引用作为整体包含于本申请中。

标号说明

1 送电部、

2 电磁波、

3 受电部、

4 AZ旋转结构(旋转体)、

5 AZ驱动部(驱动部)、

6 功耗部、

7 EL驱动部、

8 AZ轴(旋转轴)、

9 EL台架(旋转体)、

10 台架部、

11 发送方向信息获取部(发送方向信息获取单元)、

12 EL旋转结构(旋转体)、

13 副镜部支承部(旋转体)、

14 副镜部(旋转体)、

15 发送方向信息、

16 EL轴(旋转轴)、

18 发送方向指示、

20 导频信号发送部、

21 导频信号接收部、

22 方向控制发送部(方向控制发送单元)、

23 导频信号、

51 AZ驱动控制部、

52 AZ驱动控制数据、

71 AZ/EL驱动控制部、

72 EL驱动控制数据、

81 车架(移动体)、

82 行驶轨道(轨道)、

83 驱动部。

Claims (8)

1.一种无线供电系统，该无线供电系统经由电磁波以无线方式进行供电，其特征在于，包括：

送电部，该送电部发送所述电磁波；以及

多个受电部，该多个受电部配置于能以旋转轴为中心回转的旋转体，并接收所述电磁波，

多个所述受电部配置为在所述送电部发送的电磁波所形成的覆盖区域内，至少包含一个受电部。

2.如权利要求1所述的无线供电系统，其特征在于，

所述送电部具备：

发送方向信息获取单元，该发送方向信息获取单元获取发送方向信息，该发送方向信息用于确定向所述覆盖区域内包含的所述受电部发送所述电磁波的发送方向；以及

方向控制发送单元，该方向控制发送单元朝向基于所述发送方向信息计算出的方向发送所述电磁波。

3.如权利要求2所述的无线供电系统，其特征在于，

包括驱动控制部，该驱动控制部根据驱动控制所述旋转体的回转的驱动控制数据计算出所述发送方向信息。

4.如权利要求2所述的无线供电系统，其特征在于，

多个所述受电部具有：

分别发送导频信号的导频信号发送部，

所述送电部具有：

接收所述导频信号的导频信号接收部，

所述发送方向信息获取单元基于所述导频信号获取所述发送方向信息。

5.如权利要求1至4中任一项的所述的无线供电系统，其特征在于，

多个所述受电部具有：

将至少一个所述受电部接收到的电磁波转换成功率并进行储存的电池或者将直流电压转换成其它的直流电压的DC-DC转换器。

6.一种送电装置，该送电装置经由电磁波以无线方式进行供电，其特征在于，包括：

送电部，该送电部向配置于能以旋转轴为中心回转的旋转体的多个受电部发送所述电磁波，

所述送电部包括：

发送方向信息获取单元，该发送方向信息获取单元获取发送方向信息，该发送方向信息用于确定向配置为所述电磁波形成的覆盖区域内至少包含一个受电部的多个所述受电部中的所述覆盖区域内包含的所述受电部发送所述电磁波的发送方向；以及

方向控制发送单元，该方向控制发送单元向基于所述发送方向信息计算出的方向发送所述电磁波。

7.一种受电装置，该受电装置经由电磁波以无线方式接收功率，其特征在于，包括：

多个受电部，该多个受电部配置于能以旋转轴为中心回转的旋转体，并接收送电部发送的所述电磁波，

多个所述受电部配置为所述电磁波形成的覆盖区域内至少包含一个受电部。

8.一种无线供电系统，该无线供电系统经由电磁波以无线方式进行供电，其特征在于，包括：

送电部，该送电部发送所述电磁波；以及

多个受电部，该多个受电部配置于能在直线轨道上进行往返移动的移动体，并接收所述电磁波，

多个所述受电部配置为在所述送电部发送的电磁波所形成的覆盖区域内，至少包含一个受电部。