CN106059115B - 无线供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线供电方法，解决位置偏离所引起的效率降低或电磁波泄漏的问题，并且不用为了与供电对象对位而另外使用专用系统，是利用送电、受电天线的结构要素来实现的。使用在送电天线(203)和受电天线(205)设置在同一平面上的调整用天线元件(208、209、210、211)中受电的电力量，来对送电天线和受电天线的旋转偏离以及位置偏离进行调整。

Description

无线供电方法

技术领域

本发明涉及用电磁波(微波)以无线将电力送电的无线供电方法。

背景技术

近年来，不断推进用电磁波传输电力、以无线进行供电的技术的开发。作为基于电磁波的无线供电技术的一例，使用数100kHz到数MHz的频率带的电磁波，有在电磁感应或磁共振这样数m以下的近距离使用磁场的耦合或共振的方法。

另外，作为从送电装置到受电装置的距离大的情况下的无线电力传输方法，有利用微波的系统。通过使用数百MHz到数GHz的微波束，能将电力传输到远方的受电装置。作为这样的无线电力传输系统的一例，有宇宙太阳能发电系统，将搭载了太阳能发电板的人造卫星发射到赤道上空，将通过太阳能发电的电力向地面的受电装置送电。另外，有向配置于远方的离岛的受电装置送电的系统等。

这样的基于微波的电力传输方法相比于其他方法在送电距离上的制约较少。为此，又提出向电动汽车或机器人这样的移动的物体(移动体)供电的系统。

但是，在这样的供电系统中，由于作为供电对象的移动体的移动，因而送电装置与受电装置之间的相对的位置会发生变动。为此，有不能将从送电装置发出的微波束合适地传输给移动体所具有的受电装置这样的问题。为此，有供电系统的送电效率的变动的问题、针对供电系统向外部泄漏的电磁波的安全性的问题、泄漏的电磁波给其他设备带来影响的问题、或泄漏的电磁波与其他电波的干扰的问题。

对于这样的问题，谋求不使微波束向外部泄漏、正确且效率良好地传输给受电装置的技术。作为这样的技术而已知：认知作为受电侧的移动体的位置并在供电位置感应移动体的方法(专利文献1)。另外，已知通过对送电侧的装置进行机械控制来实现与受电天线的位置一致的送电的方法(专利文献2)。

图11是表示现有的电力传输系统的构成的一例的图。从微波发生部101经由微波传输路102向送电天线103提供微波。在微波传输路102中包含分配器，且根据情况包含放大器。送电天线103具有能覆盖受电天线105的移动范围(位置偏离范围)的较大尺寸的送电面。在该送电面中，仅将与受电天线105的受电面对应的部分设为送电天线的开口104。设为从该开口104辐射电磁波，且不从开口104以外的部分辐射电磁波的结构。由此实现了有效率的微波送电。以受电天线105受电的电磁波在电力变换电路106中被变换成合适的电力后，向供电对象107进行电力提供。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2013-236524号公报

专利文献2：JP特开2008-92703号公报

但在现有的电力传输方法中，需要用于认知送电位置的结构。另外，在现有的电力传输方法中，需要使送电天线是尽可能覆盖受电天线的位置偏离的大型天线。为此，在现有的电力传输方法中，除了送电以及受电的基本功能以外，需要成为大型、复杂的结构，不是实用的结构。

发明内容

本公开所涉及的无线供电方法消除现有的电力传输方法中的问题点，解决位置偏离所引起的效率降低或电磁波泄漏的问题。另外，在本公开所涉及的无线供电方法中，不用为了与供电对象对位而另外使用专用系统，能使用送电以及受电天线的结构要素来实现送电天线和受电天线的旋转调整以及位置调整。

为了解决上述课题，本公开的无线供电方法用微波在将多个天线元件配置在平面上而构成的送电天线与受电天线之间进行电力传输，特征在于，在与受电天线同一平面上距受电天线的中心等距离地配置的多个调整用天线元件，对从送电天线辐射的微波束进行受电。之后基于受电的电力量来对送电天线和受电天线的旋转偏离以及位置偏离进行调整。

发明的效果

如以上那样，根据本公开的方式所涉及的无线供电方法，由于使用实际的电力传输中所用的微波束，根据其电力量来进行旋转调整以及位置调整，因此能实现高精度且泄漏电力少的安全的无线供电。

附图说明

图1是表示本发明的1个实施方式所涉及的无线供电方法的图。

图2是表示在所述无线供电方法中使用的调整用天线元件的配置的图。

图3是表示在调整前的受电天线上的电力分布的图。

图4是表示在调整后的受电天线上的电力分布的图。

图5是表示在所述无线供电方法中使用的调整方法的流程图。

图6是表示在所述无线供电方法中使用的旋转方向调整的图。

图7是表示相对于在所述无线供电方法中使用的受电面进行平行移动调整的图。

图8是表示相对于在所述无线供电方法中使用的受电面进行垂直移动调整的图。

图9是表示能在所述无线供电方法中使用的3个调整用天线元件的配置的图。

图10是表示能在所述无线供电方法中使用的2个调整用天线元件的配置的图。

图11是表示现有的无线供电方法的图。

标号的说明

101 微波发生部

102 微波传输路

103 送电天线

104 开口

105 受电天线

106 电力变换电路

107 供电对象

201 微波发生部

202 微波传输路

203 送电天线

204 微波束

205 受电天线

206 电力变换电路

207 供电对象

208 调整用天线元件

209 调整用天线元件

210 调整用天线元件

211 调整用天线元件

301 轴

302 轴

401 微波束中心的位置

401a 在微波束中心的位置的电力量

402 受电天线的中心的位置

403 电力量

404 电力量

405、406 调整用天线元件的位置

405a、406a 调整用天线元件的位置上的电力量

500 控制装置

501 移动机构

502 旋转机构

503 判定部

504 垂直方向移动机构

505 运算部

508、509、510、511 电力计

519 搜索部

520 存储部

具体实施方式

以下参考附图来说明本公开的实施方式。

图1是表示用于实施本实施方式中的无线供电方法以及无线供电方法的无线供电装置的图。

无线供电通过用微波束204在将多个天线元件配置在平面上而构成的送电天线203与受电天线205之间进行电力传输来进行。更具体如以下那样进行。

首先，从微波发生部201经由微波传输路202(包含分配器，根据情况包含位相器、放大器)向送电天线203进行电力提供。送电天线203辐射来自多个天线的被合成的微波束204。辐射的微波束204被受电天线205受电。所受电的微波束204在电力变换电路206中被变换成合适的直流电力。使用该直流电力向供电对象207进行电力提供。

在此，在本实施方式中，特征在于，在进行电力提供前，由设置在与受电天线205同一平面上的4个调整用天线元件208、209、210、211受电从送电天线203辐射的微波束204。根据该所受电的电力量分别检测出送电天线203与受电天线205的位置偏离和旋转偏离，并进行调整。

在图2示出关于调整用天线元件208、209、210、211的配置的一例。轴301以及轴302都位于与受电天线205同一平面上。并且，轴301以及轴302在受电天线205的中心的位置402相互正交交叉。受电天线205进行以轴301、轴302为旋转轴的旋转动作；沿着轴301、轴302的平行移动；以及相对于受电天线205的受电面进行垂直移动。

调整用天线元件208和调整用天线元件210位于轴302上，距受电天线205的中心的位置402等距离且位于对称的位置。调整用天线元件209和调整用天线元件211位于轴301上，距受电天线205的中心的位置402等距离而位于对称的位置。配置在相同的轴302上的调整用天线元件208和调整用天线元件210具有相同的形状以及相同的结构。另外，配置在相同的轴301上的调整用天线元件209和调整用天线元件211具有相同的形状以及相同的结构。作为一例，在本实施方式中，受电天线205、4个调整用天线元件208、209、210、211、和送电天线203构成为矩形形状。

移动机构501能使受电天线205在沿着轴301的方向以及沿着轴302的方向上直线移动。另外，垂直方向移动机构504能使受电天线205在与受电天线205的天线面垂直的方向上移动。另外，旋转机构502能使接收天线205绕着轴301、以及绕着轴302旋转。

作为移动机构501以及垂直方向移动机构504，分别作为一例，能由供电对象207自身所具有的驱动装置构成。

另外，作为移动机构501以及垂直方向移动机构504各自的另外示例，还能与供电对象207的驱动装置分开构成。

作为旋转机构502，作为一例，能由供电对象207自身所具有的驱动装置构成。另外，作为旋转机构502的另外示例，能与供电对象207的驱动装置分开构成。

在此，使用图3以及图4来说明辐射的微波束204的位置与在受电天线205上的受电电力的分布的关系。横轴表示在受电天线面上的被辐射的微波束204的位置，纵轴表示在各位置受电的电力量。在此，将受电天线205的中心的位置设为402。另外，将调整用天线元件208以及210的位置分别设为405、406。将调整用天线元件209以及211的位置分别设为405、406。调整用天线元件208以及210、或209以及211的位置405和406距受电天线205的中心的位置402等距离而成为对称的位置关系。另外，在某状态下的受电天线205上的电力分布中，将最大电力量的点设为微波束中心的位置401。

在图3示出受电天线205相对于送电天线203的位置和角度产生了偏离的状态下受电天线205上的受电电力分布。在该状态下，调整用天线元件208以及210、或209以及211的位置405与406上的电力量405a与406a不一致。与此相伴，微波束204的中心的位置401与受电天线205的中心的位置402不一致，其电力量401a成为小于所期望的电力量403的值。

另一方面，在图4示出相对于送电天线203调整了受电天线205的位置和角度的状态下的电力分布。在该状态下，调整用天线元件208以及210、或209以及211的位置405与406的电力量在表示为404的值处一致。与此相伴，微波束中心的位置401与受电天线205的中心的位置402一致，其电力量401a成为大于所期望的电力量403的值。将这样的状态设为送电天线203和受电天线205的位置及旋转调整完成的状态。

因此，在本实施方式中，从图3所示那样的位置以及角度偏离的状态(即，调整用天线元件208以及210、或209以及211的位置405与406上的受电量不一致的状态)起，由移动机构501、垂直方向移动机构504以及旋转机构502进行旋转动作以及位置移动动作。然后，通过调整成图4所示那样的调整用天线元件208以及210、或209以及211的位置405与406的电力量的值在电力量404处一致的状态，来进行送电天线203和受电天线205的位置及旋转调整。

用于调整旋转和位置的装置由电力计508、509、510、511、存储部520、搜索部519、运算部505、判定部503、控制装置500、移动机构501、垂直方向移动机构504以及旋转机构502构成。

电力计508、509、510、511分别用于测量调整用天线元件208、209、210、211的电力。

控制装置500与电力计508、509、510、511、存储部520、搜索部519、运算部505、判定部503、和移动机构501、垂直方向移动机构504以及旋转机构502连接。并且，根据由电力计508、509、510、511检测出的电力量，使搜索部519进行搜索动作或使运算部505进行运算动作，并使判定部503进行判定动作。然后，移动机构501、垂直方向移动机构504或旋转机构502独立进行驱动控制。

在图5示出调整图2所示的受电天线205的旋转和位置的方法的流程图，使用图6、图7和图8来说明各步骤。这些调整动作在控制装置500的控制动作下进行。

调整的基本流程由进行旋转方向的调整的第1步骤S1、相对于受电面进行平行移动的调整的第2步骤S2、和相对于受电面进行垂直移动的调整的第3步骤S3构成。将用调整用天线元件208受电的电力量设为P208。将用调整用天线元件209受电的电力量设为P209。将用调整用天线元件210受电的电力量设为P210。将用调整用天线元件211受电的电力量设为P211。一边分别用电力计508、509、510、511检测这些电力量P208、P209、P210、P211的值，一边进行旋转和平行移动各自的调整。

首先，作为第1步骤S1，进行旋转方向的调整。在该调整中，使用配置在进行旋转调整的旋转轴上的调整用天线元件所受电的电力量。由此，在旋转动作中，送电天线203与调整用天线元件的距离不改变，仅角度改变，由此能忽略与旋转动作相伴的距离变化的影响，能搜索可最有效率地进行受电的角度。

在图6中，作为一例而对以轴301为旋转轴来旋转的情况进行说明。由旋转机构502将受电天线205绕着轴301旋转调整到使电力量P209或电力量P211的值成为最大的角度。以下说明求取使电力量P209或电力量P211的值成为最大的角度的方法。

从当前的初始角度起，以轴301为旋转轴，一边由旋转机构502使受电天线205在正转或反转方向上分别旋转到一定角度例如到90度，一边检测电力量P209或电力量P211的值。然后，将各个角度下的电力量的值经由控制装置500保存在存储部520中。接下来，在控制装置500的控制下，由搜索部519从保存在该存储部520的电力量的值之中搜索最大值，由旋转机构502使受电天线205绕着轴301旋转到与搜索部519搜索到的最大值对应的角度。

接下来，将轴302作为旋转轴来检测电力量P208或电力量P210的值，将各个角度下的电力量经由控制装置500保存在存储部520中。接下来，在控制装置500的控制下，由搜索部519从保存在该存储部520中的电力量的值之中搜索最大值，由旋转机构502使受电天线205绕着轴302旋转到与搜索部519搜索到的最大值对应的角度。

如此调整受电天线205的角度。

另外，关于绕着轴301的旋转和绕着轴302的旋转，哪一者在先都可以。在该旋转调整的步骤中，将调整前和调整后的旋转角度保存在存储部520中。

接下来，说明作为第2步骤S2而相对于受电天线205的受电面进行的平行移动的调整。该方法是如下方法：用调整用天线元件208、209、210、211对微波进行受电，检测其电力量，进行移动调整，直到消除其电力差为止。实际上，设置能视为没有电力差的阈值，由移动机构501进行受电天线205的移动调整，直到电力差进入到该阈值内为止。

例如在图7示出使用调整用天线元件208和调整用天线元件210的情况。由运算部505算出调整用天线元件208所受电的电力量P208与调整用天线元件210所受电的电力量P210的电力差。将由该运算部505算出的电力差的绝对值设为ΔP1。若由判定部503判定为ΔP1大于阈值且电力量P208的值大于电力量P210的值，则使受电天线205沿着轴301向调整用天线元件208的方向移动。然后，由移动机构501对受电天线205的位置进行调整，直到由判定部503判定为ΔP1进入到阈值内为止。反之，若由判定部503判定为电力量P208的值小于电力量P210的值，则由移动机构501使受电天线205沿着轴301向调整用天线元件210的方向移动。然后，对受电天线205的位置进行调整，直到ΔP1进入到阈值内为止。

关于沿着轴302的动作，也同样由运算部505算出调整用天线元件209所受电的电力量P209与调整用天线元件211所受电的电力量P211的电力差。将由该运算部505算出的电力差的绝对值设为ΔP2。若由判定部503判定为ΔP2大于阈值、且电力量P209的值大于电力量P211的值，则由移动机构501使受电天线205沿着轴302向调整用天线元件209的方向移动。由移动机构501对受电天线205的位置进行调整，直到ΔP2进入到阈值内为止。反之，若由判定部503判定为电力量P209的值小于电力量P211的值，则由移动机构501使受电天线205沿着轴302向调整用天线元件211的方向移动。然后，由移动机构501对受电天线205的位置进行调整，直到ΔP2进入到阈值内为止。

另外，关于执行沿着轴301的移动调整和沿着轴302的移动调整的顺序，哪一者在先都可以，也可以同时进行，也可以仅进行任意一者。另外，在该移动调整的步骤S2中，将调整前和调整后的移动量保存在存储部520中。

在旋转调整的第1步骤S1和平行移动调整的第2步骤S2结束后，旋转调整和平行移动调整完成，由判定部503判别是否进入到接下来的第3步骤S(步骤S2A)。具体如以下那样。

将保存在存储部520中的在第1步骤S1所旋转的角度设为α1，将保存在存储部520中的在第2步骤S2所移动的移动量设为Δ1。在由判定部503能判别为这些α1以及Δ1小于某阈值、且不需要再度进行旋转调整以及移动调整的情况下，由判定部503判别为完成了旋转调整以及移动调整。

反之，在由判定部503判别为α1大于某阈值、或Δ1大于阈值的任一者、或者两方成立的情况下，由判定部503判别为需要再度调整。在该情况下，再度返回第1步骤S1，重复调整。重复该调整，直到由判定部503能判别为旋转以及移动调整完成为止，在完成后前进到第3步骤S3。

接下来，作为第3步骤S3，由垂直方向移动机构504进行受电天线205的向受电面的垂直方向的调整。在图8示出其方法。使受电天线205向与受电天线205的受电面垂直的方向移动，使调整用天线元件208和210的电力量P208和P210与图4所示的调整完成状态下的电力量404一致。实际上，对电力量P208与电力量404的电力差、以及电力量P210与电力量404的电力差进行检测。在相对于能视作没有该电力差的阈值而由判定部503判定为电力差进入到阈值内的情况下，由判定部503判别为完成了垂直移动的调整(步骤S3A)。反之，在由判定部503判定为电力量P208和P210的任一者、或两方与电力量404比较而未进入到阈值以内的情况下，返回第1步骤S1，进行再度调整。另外，在与移动相伴的电力量P208与P210的电力差变大而由判定部503判定为成为必须进行第2步骤S2的移动调整的状态的情况下，返回第1步骤S1，进行再度调整。另外，在此，使用调整用天线元件208和210的电力量P208和P210来进行调整，但也可以用同样的方法，使用调整用天线元件209和211的电力量P209和P211来进行调整。

在完成了经过该第1步骤S1、第2步骤S2而到第3步骤S3为止的调整的时间点，视为完成了送电天线203和受电天线205的旋转及位置调整。另外，在此，分别作为第1步骤S1而进行旋转调整，作为第2步骤S2而进行移动调整，但也可以作为第1步骤S1而进行移动调整，作为第2步骤S2而进行旋转调整。

根据本实施方式所涉及的所述方法，能实现利用实际的微波束的旋转及位置调整，能实现高精度的定位。

另外，在图2示出了能进行2轴的旋转调整和2方向的移动调整的调整用天线元件的配置。另一方面，关于2轴的旋转调整、和仅1个方向的移动调整，能通过如图9那样配置3个调整用天线元件208、209、211来实现。在轴302上配置调整用天线元件208，并在轴301上距受电天线205的中心等距离地配置调整用天线元件209、211。如此，能进行以轴301以及轴302为旋转轴的旋转调整、和沿着轴301的平行移动调整。

另外，在1轴的旋转调整和仅1个方向的移动调整中，能通过如图10所示那样配置2个调整用天线元件209、211来实现。通过在轴301上距受电天线中心等距离地配置调整用天线元件209、211，能进行以轴301为旋转轴的旋转调整和沿着轴301的平行移动调整。

另外，通过以微弱的小电力进行位置及旋转调整中的微波送电，在位置以及旋转偏离的状态下送电微波时泄漏的电力量微弱，不会无谓地消耗电力，能进行安全的调整。在此，作为以微弱的小电力进行微波送电的一例，切换微波传输路将从送电天线203送电的微波束切换为微弱的电磁波(例如，送电天线面积每1平方米10W以下的微弱的电磁波)。如此，能调整送电天线203和受电天线205的旋转偏离以及位置偏离。

根据本实施方式所涉及的无线供电方法，为了送电天线203与受电天线205之间的旋转调整以及位置调整，而在受电天线侧具备调整用天线元件208、209、210、211。通过该构成，能用调整用天线元件208、209、210、211的受电量即电力量进行旋转调整以及位置调整。因而，能解决位置偏离所引起的效率降低或电磁波泄漏的问题。与此相伴，能不用为了与供电对象207对位而另外使用专用系统，而使用送电天线203以及受电天线205的结构要素，就能实现送电天线203和受电天线205的旋转调整以及位置调整。因而根据本实施方式，与过去不同，除了送电以及受电的基本功能以外，不需要大型且复杂的结构，能作为实用的结构。

另外，通过将以上说明的各种实施方式或变形例当中任意的实施方式或变形例适宜进行组合，能起到各自所具有的效果。另外，还能进行实施方式彼此的组合或实施例彼此的组合或实施方式和实施例的组合，并且还能进行不同的实施方式或实施例中的特征彼此的组合。

本公开的无线供电方法，为了进行送电天线与受电天线之间的旋转及位置调整，在受电天线侧具备调整用天线元件，利用该天线元件的受电量来进行调整。由此，由于是不需要另外特别的调整装置、且利用了微波自身的高精度的调整方法，因而是能利用为向作为供电对象的实用的移动体供电的无线供电装置的无线供电方法。

Claims (3)

1.一种无线供电方法，通过微波在将多个天线元件配置在平面上而构成的送电天线与受电天线之间进行电力传输，

在与所述受电天线同一平面上距所述受电天线的中心等距离地配置的多个调整用天线元件，对从所述送电天线辐射的微波束进行受电，

基于在所述多个调整用天线元件中受电的电力量，来对所述送电天线和所述受电天线的旋转偏离以及位置偏离进行调整，

所述多个调整用天线元件设置在与所述受电天线同一平面上、且在经过所述受电天线的所述中心的至少1个旋转轴上，

当基于在这些多个调整用天线元件中受电的电力量来对所述送电天线和所述受电天线的旋转偏离以及位置偏离进行调整时，

在设置于所述旋转轴上的所述多个调整用天线元件中检测电力量，将所述受电天线旋转调整到使检测出的电力量的值成为最大的角度，并且算出在设置于与所述受电天线同一平面上、且在经过所述受电天线的所述中心的所述旋转轴上的所述多个调整用天线元件中检测出的所述电力量之差，将所述受电天线沿着所述旋转轴移动，直到使算出的差成为阈值以内为止。

2.根据权利要求1所述的无线供电方法，其中，

所述旋转轴设为在所述受电天线的所述中心处相互正交的2个轴，所述多个调整用天线元件针对各个旋转轴而设置在距所述受电天线的所述中心等距离的2处，

当基于在这些多个调整用天线元件中受电的电力量来对所述送电天线和所述受电天线的旋转偏离以及位置偏离进行调整时，

在设置于所述2个旋转轴的各个旋转轴上的所述多个调整用天线元件中检测电力量，将所述受电天线旋转调整到使检测出的电力量的值成为最大的角度，并且算出在设置于所述2个旋转轴当中的至少1个旋转轴上的所述多个调整用天线元件中检测出的所述电力量之差，将所述受电天线沿着所述1个旋转轴移动，直到使算出的差成为阈值以内为止。

3.根据权利要求1或2所述的无线供电方法，其中，

当对所述送电天线和所述受电天线的旋转偏离以及位置偏离进行调整时，将从所述送电天线送电的所述微波束切换为微弱的电磁波来对所述旋转偏离以及位置偏离进行调整。