JP2004274972A - Cable-less power supply apparatus - Google Patents

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JP2004274972A
JP2004274972A JP2003066414A JP2003066414A JP2004274972A JP 2004274972 A JP2004274972 A JP 2004274972A JP 2003066414 A JP2003066414 A JP 2003066414A JP 2003066414 A JP2003066414 A JP 2003066414A JP 2004274972 A JP2004274972 A JP 2004274972A
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power supply
power
electric double
layer capacitor
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JP2003066414A
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Inventor
Yukio Kadota
行生 門田
Kazuhiro Nakajima
和弘 中島
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cable-less power supply apparatus that does not require a power source, a charging device, or a charging cable, that improves flexibility in installation, and that is capable of supplying electric power even in a power failure. <P>SOLUTION: This cable-less power supply apparatus consists of an antenna 1, a tuning circuit 2 that is tuned to a particular frequency with the antenna 1, a rectifier circuit 3 that converts an AC transmitted via the antenna 1 and the tuning circuit 2 into an DC, and an electric double layer capacitor 4 that stores the electric energy converted into the DC by the rectifier circuit 3. The electric power stored in the capacitor 4 from the antenna 1 via the tuning circuit 2 and the rectifier circuit 3 is supplied to a load device 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間に存在する電磁エネルギーを集電し電気二重層キャパシタに蓄え、電気二重層キャパシタに蓄えた電気エネルギーを負荷装置に供給するケーブルレス電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
変電所等において遮断器は変電所が停電した場合でも開閉操作を行わなければならないため、停電時においても、遮断器の制御電源を供給する必要があり、そのためのバックアップ電源を必要とする。また、UPSは停電時や瞬低時においても負荷に一定電圧の電源を供給する責務を負うため、停電時や瞬低時のバックアップ電源を必要とする。
【0003】
図8はかかる目的で設置される従来のバックアップ電源の一例である。
【0004】
図8に示すように、従来のバックアップ電源装置は、充電装置82及び複数のバッテリセル84から構成されるバッテリユニット85により成り立ち、電源81から充電装置82に電力が供給され、充電装置82にて直流に変換された電力はバッテリーユニット85及び負荷装置83に出力される。
【0005】
ここで、電源81から充電装置82までの電力供給は充電用ケーブル86を介してなされる。また、バッテリセル84の端子電圧はDC1.2VからDC2.0V程度と低電圧であるが、通常バッテリユニット85の直流電圧はDC24V,DC48V,DC110Vといった高い電圧であるため、バッテリセル84を直列に接続してバッテリユニット85を構成する。
【0006】
続いて、従来のバックアップ電源の動作を説明する。
【0007】
負荷装置83としては、停電時にも運転を行う必要のあるUPSや遮断器等の装置が想定される。電源81が健全な時は、電源81からの充電装置82にて直流に変換された電力が負荷装置83に供給される。
【0008】
一方、電源81が停電したときあるいは瞬低が発生したときは、それに伴い充電装置82の出力が断たれるので、バッテリーユニット85から負荷装置83に電源が供給される。このようにして、電源81が停電したときあるいは瞬低が発生したときであっても、瞬断することなく負荷装置83に電源を供給し続けることが出来る。
【0009】
【特許文献1】
特開平6−343225号公報
【0010】
【特許文献2】
特開2000−217250号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のバックアップ電源装置は、バッテリユニット85を電力蓄積要素として使用しており、バッテリーユニット85の自己放電率が大きいため、自己放電に見合うだけの電力を常時供給する必要があった。すなわち、常時、電源81から充電装置82を介してバッテリユニット85を充電して停電時に必要とされるだけの電力を蓄えておく必要があった。また電源81から充電装置82まで電源供給のための充電用ケーブル86を敷設する必要があるためバックアップ電源装置は設置上の制約を受けていた。
【0012】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電力蓄積要素としてバッテリより自己放電率が少ない電気二重層キャパシタを使用し、空間に存在する電磁エネルギーをアンテナで集電して電気二重層キャパシタに電力を蓄えるとともに負荷装置に電力を供給することにより、電源や充電装置や充電用ケーブルを不用とし設置自由度を向上させることが出来、かつ停電時にも負荷装置に電源供給することの出来るケーブルレス電源装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るケーブルレス電源装置は、空間に存在する電磁エネルギーを集電するアンテナと、前記アンテナにより集電した電磁エネルギーを直流電流に変換する整流手段と、前記整流手段により直流に変換された電気エネルギーを蓄積する電気二重層キャパシタと、を具備することを特徴とする。
【0014】
このように、本発明に係るケーブルレス電源装置によれば、空間に電磁波として存在する電磁エネルギーを集電してして電気二重層に電気エネルギーとして蓄積するので、電源や充電装置や充電用ケーブルを不用とし設置自由度を向上させることが出来る。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るケーブルレス電源装置の一実施の形態について、図1乃至図7を参照して詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明の第1の実施の形態の全体構成を示したものである。
【0017】
図1に示すように、本実施の形態においてケーブルレス電源装置は、アンテナ1、アンテナ1と相俟って特定の周波数に同調させる同調回路2、アンテナ1および同調回路2を介して伝達されてきた交流を直流に変換する整流回路3、整流回路3により直流に変換された電気エネルギーを蓄積する電気二重層キャパシタ4からなり、アンテナ1から同調回路2及び整流回路3を介して電気二重層キャパシタ4に蓄えられた電力は負荷装置5に供給される。
【0018】
なお、負荷装置5は直流負荷でもよいし、交流負荷にインバータを接続して直流電力を給電するようにしたものでもよい。また、同調回路2は必要に応じて設置するものであり、必ずしも必要とはしない。
【0019】
ここで、アンテナ1は、空間に電磁波として存在する電磁エネルギーを集電するもので、設置場所近傍の空間に存在する電磁波の特性に合わせてロッドアンテナ、パラボラアンテナ等もっとも効率よく集電できる形状のアンテナ1を用いる。
【0020】
同調回路2は、アンテナ1と相俟って特定の周波数に同調させることにより、空間中に種々存在する電磁波の中から特定の周波数の電磁エネルギーを選択的に効率よく集電するために設けたものである。
【0021】
図2(a)は同調回路2の一例を示す。
【0022】
この例では、同調回路2はリアクトル21とコンデンサ22からなり、コンデンサ22のキャパシタンスを変化させることにより回路の共振周波数を変化させ、その共振周波数の電磁波を選択的に集電する。
【0023】
本発明は、空間中に飛び交っている電磁波を電気エネルギーとして集電し蓄積するものであり、電磁波により搬送される信号を取り出すものではないので、図2(b)に示すように同調回路2を省略してもよい。
【0024】
整流回路3は、アンテナ1および同調回路2を介して伝達されてきた交流電力を電気二重層キャパシタ4に蓄積することが出来るよう直流に変換するものであり、一般的に用いられている整流回路を使えばよい。
【0025】
電気二重層キャパシタ4は、整流回路3により直流に変換された電気エネルギーを蓄積するものである。ここで、電気二重層キャパシタ4に蓄積される電気エネルギーが増大すると電気二重層キャパシタ4の端子電圧も増大し、端子電圧が増大すると自己放電により電気二重層キャパシタ4における損失も増大する。したがって、電気二重層キャパシタ4の端子電圧は、アンテナ1及び同調回路2により集電され整流回路3を介して電気二重層キャパシタ4に供給される電力と、電気二重層キャパシタ4における損失とがバランスする値まで増加する。すなわち、電気二重層キャパシタ4に蓄えられる電力は、供給と損失が釣り合う値でバランスする。
【0026】
そして、アンテナ1が空間に電磁波として存在する電磁エネルギーを集電しているときは、集電した電気エネルギーを同調回路2及び整流回路3を介し直流電流として負荷装置5に供給し、アンテナ1が電磁エネルギーを十分集電できないときは、電気二重層キャパシタ4に蓄えられた電力を負荷装置5に供給する。
【0027】
ここではケーブルレス電源装置から負荷装置5に停電の有無にかかわらず直流電源を供給することとしているが、停電時にのみバックアップ電源としてこのケーブルレス電源装置を使用することとしてもよいことは言うまでもない。
【0028】
次に、本実施の形態において、アンテナ1を商用電源周波数に同調させて使用する例を図3に示す。
【0029】
これは、変電所等の変圧器や電力用ケーブルから商用周波数(50Hzまたは60Hz)の電磁波8として放射され空間中に無駄に捨てられる電磁エネルギーを商用周波数で同調させたアンテナ1で効率よく集電するものである。
【0030】
ここでは、アンテナ1を変圧器61の近傍に設置し、変圧器61からの電磁波8を集電し、同調回路2及び整流回路3を介して電気二重層キャパシタ4に蓄積すると共に、負荷装置5に直流電源として電力を供給する。
【0031】
続いて、本実施の形態において、アンテナ1をインバータ62のスイッチング周波数に同調させて使用する例を図4に示す。
【0032】
周知の通り、インバータ等の電力変換器からはインバータ等を駆動するためのスイッチング回路のスイッチング周波数の電磁波8が電力変換器の周囲に放射されそのエネルギーが無駄に捨てられている。ここでは、アンテナ1をインバータ62の近傍に設置し、インバータ62から空間中に無駄に放射されているスイッチング周波数の電磁波8をスイッチング周波数で同調させたアンテナ1で効率よく集電する。集電された電力は同調回路2及び整流回路3を介して電気二重層キャパシタ4に蓄積すると共に、負荷装置5に直流電源として電力を供給する。
【0033】
同様に、インバータ等の電力変換器からはインバータ等を駆動するためのスイッチング回路のスイッチングサージ周波数の電磁波8が電力変換器の周囲に放射されそのエネルギーが無駄に捨てられている。したがって、図4において、アンテナ1をインバータ62の近傍に設置し、インバータ62から無駄に放射されているスイッチングサージ周波数の電磁波8をスイッチングサージ周波数で同調させたアンテナ1で集電することとしてもよい。
【0034】
このように第1の実施の形態によれば、アンテナ1が空間に電磁波として存在する電磁エネルギーを集電しているときは、集電した電気エネルギーを同調回路2及び整流回路3を介し直流電流として負荷装置5に供給し、アンテナ1が電磁エネルギーを十分集電できないときは、電気二重層キャパシタ4に蓄えられた電力を負荷装置5に供給する。したがって、停電時にも負荷装置5に電源供給が出来るので、バックアップ電源としての機能を果たすことが出来る。
【0035】
また、空間に電磁波6として存在する電磁エネルギーを集電してして電気二重層キャパシタ4に電気エネルギーとして蓄積し、負荷装置5に電源供給するので、電源81や充電装置82や充電用ケーブル86を不用とし、ケーブルの引き回しといった制約がなくなることから、設置自由度を向上させることが出来る。
【0036】
さらに、アンテナ1を商用周波数やスイッチング周波数やスイッチングサージ周波数に同調させることにより、変圧器61やインバータ62等の電力機器から放射される電磁エネルギーを効率よく集電することが出来るので、従来周囲の空間に無駄に放射されていた電磁エネルギーの有効活用を図ることができる。
【0037】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図5は、本発明の第2の実施の形態の全体構成を示したものである。
【0038】
図5に示すように、本実施の形態は第1の実施の形態の構成に、電磁波発生装置6を付加したものである。
【0039】
前述のように第1の実施の形態のケーブルレス電源装置において、電気二重層キャパシタ4の端子電圧は電圧が増加するにつれ損失も増加する。したがって電気二重層キャパシタ4に蓄積出来る電力は、アンテナ1及び同調回路2により集電され整流回路3を介して電気二重層キャパシタ4に供給される電力と、電気二重層キャパシタ4における損失とがバランスする点までに制限される。
【0040】
第2の実施の形態は、電気二重層キャパシタ4に蓄積される電力が十分でない場合、言い換えれば空間に存在する電磁エネルギーが十分でなく、アンテナ1が集電する電力が十分でない場合、アンテナ1の近傍に電磁波発生装置6を設置して電磁波8という形でアンテナ1へ不足する電力を供給するものである。
【0041】
なお、アンテナ1を商用周波数やスイッチング周波数やスイッチングサージ周波数に同調させ、変圧器61やインバータ62等の電力機器から放射される電磁エネルギーを効率よく集電するようにした場合において、さらに電磁波発生装置6をアンテナ1の近傍に設置することとしてもよいことは言うまでもない。
【0042】
このように、第2の実施の形態によれば第1の実施の形態における効果に加え、負荷装置5を駆動するのに十分なエネルギーをアンテナ1近傍の空間から集電できないときであっても、近傍に電磁波発生装置6を設置することにより、アンテナ1で必要な電力を集電することができ、電気二重層キャパシタ4にて負荷装置5を駆動するのに十分な電力を蓄積することが出来るという効果が得られる。
【0043】
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図6(a)は、本発明の第3の実施の形態の全体構成を示したものである。
【0044】
図6(a)に示すように、本実施の形態は第1の実施の形態の構成に、電気二重層キャパシタ4に並列に電圧クランプ回路7を付加したものである。図6(b)に電圧クランプ回路7の一例を示す。
【0045】
本例では、ツェナーダイオード10と抵抗11を直列に接続した回路とし、電圧が所定の値を超えたときツェナーダイオード10が導通状態となって所定の電圧以上に上昇することを防止している。
【0046】
前述のように第1の実施の形態のケーブルレス電源装置において、電気二重層キャパシタ4の端子電圧が増加するにつれ損失も増加する。したがって電気二重層キャパシタ4の端子電圧は、アンテナ1及び同調回路2により集電され整流回路3を介して電気二重層キャパシタ4に供給される電力と、電気二重層キャパシタ4における損失とがバランスする点までに上昇する。
【0047】
第3の実施の形態は、アンテナ1が集電する電力が大きすぎて電気二重層キャパシタ4の端子電圧が上昇しすぎる場合に、過電圧保護のため、電気二重層キャパシタ4と並列に電圧クランプ回路7を付加するものである。
【0048】
なお、アンテナ1を商用周波数やスイッチング周波数やスイッチングサージ周波数に同調させ、変圧器61やインバータ62等の電力機器から放射される電磁エネルギーを効率よく集電するようにした場合において、さらに過電圧保護のため、電気二重層キャパシタ4と並列に電圧クランプ回路7を付加することとしてもよいことは言うまでもない。
【0049】
このように、第3の実施の形態によれば第1の実施の形態における効果に加え、電圧クランプ回路7により電気二重層キャパシタ4の端子電圧を定格電圧以下に抑えた上で、負荷装置を駆動するのに十分な電力を蓄積することが出来るという効果が得られる。
【0050】
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。図7は、本発明の第4の実施の形態の全体構成を示したものである。
【0051】
図7に示すように、本実施の形態は第1の実施の形態に示した回路構成のケーブルレス電源装置を、電気二重層キャパシタ4の部分で直列に接続したものである。
【0052】
図7において、電気二重層キャパシタ4を直列に接続して電気二重層キャパシタユニット12を構成する。電気二重層キャパシタユニット12は直列に接続する電気二重層キャパシタ4の個数を増減することで負荷装置5に電力を供給するのに適した出力電圧となるよう調整する。あるいは、電気二重層キャパシタユニット12と負荷装置5の間にDC/DCコンバータを接続して、電気二重層キャパシタユニット12の出力電圧をDC/DCコンバータで変換して負荷装置5に供給してもよい。
【0053】
このように、第3の実施の形態によれば第1の実施の形態における効果に加え、負荷装置5に適した電圧レベルに電気二重層キャパシタユニット12の出力電圧を調整することができ、また複数の電気二重層キャパシタ4に電力を蓄積するので十分な貯蔵電力および出力を確保することが出来るという効果が得られる。
【0054】
【発明の効果】
上記のように、本発明に係るケーブルレス電源装置によれば、空間に電磁波として存在する電磁エネルギーを集電してして電気二重層に電気エネルギーとして蓄積し、負荷装置に電源を供給するので、ケーブルの引き回しといった制約がなくなることから、電源や充電装置や充電用ケーブルを不用とし設置自由度を向上させることが出来るとともに、停電時にも負荷装置に電源供給することが出来る。
【0055】
また、変圧器やインバータ等の電力機器から電磁波として周囲の空間に放射される電磁エネルギーを集電することが出来るので、従来周囲の空間に無駄に捨てられていた電磁エネルギーの有効活用を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の全体構成を示したものである。
【図2】図2(a)は同調回路2の一例を示し、図2(b)は同調回路を省略した場合を示したものである。
【図3】第1の実施の形態においてアンテナ1を商用電源周波数に同調させて使用する例を示したものである。
【図4】第1の実施の形態においてアンテナ1をインバータ62のスイッチング周波数に同調させて使用する例を示したものである。
【図5】本発明の第2の実施の形態の全体構成を示したものである。
【図6】図6(a)は、本発明の第3の実施の形態の全体構成を示したものであり、図6(b)は電圧クランプ回路7の一例を示したものである。
【図7】本発明の第4の実施の形態の全体構成を示したものである。
【図8】従来のバックアップ電源の一例を示したものである。
【符号の説明】
1 アンテナ
2 同調回路
3 整流回路
4 電気二重層キャパシタ
5 負荷装置
6 電磁波発生装置
7 電圧クランプ回路
12 電気二重層キャパシタユニット
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cableless power supply that collects electromagnetic energy existing in a space, stores the current in an electric double layer capacitor, and supplies the electric energy stored in the electric double layer capacitor to a load device.
[0002]
[Prior art]
In a substation or the like, a circuit breaker must be opened and closed even when a power outage occurs in the substation. Therefore, it is necessary to supply control power to the circuit breaker even in the event of a power outage, and a backup power supply is required. In addition, since the UPS is responsible for supplying a constant voltage power to the load even at the time of power failure or momentary voltage drop, a backup power supply at the time of power failure or voltage drop is required.
[0003]
FIG. 8 shows an example of a conventional backup power supply installed for such a purpose.
[0004]
As shown in FIG. 8, the conventional backup power supply device includes a battery unit 85 including a charging device 82 and a plurality of battery cells 84, and power is supplied from a power supply 81 to the charging device 82. The DC converted power is output to the battery unit 85 and the load device 83.
[0005]
Here, power is supplied from the power supply 81 to the charging device 82 via a charging cable 86. The terminal voltage of the battery cell 84 is as low as DC 1.2 V to DC 2.0 V, but the DC voltage of the battery unit 85 is usually a high voltage such as DC 24 V, DC 48 V, and DC 110 V. The battery unit 85 is configured by being connected.
[0006]
Next, the operation of the conventional backup power supply will be described.
[0007]
As the load device 83, a device such as a UPS or a circuit breaker that needs to be operated even during a power failure is assumed. When the power supply 81 is healthy, the electric power converted into DC by the charging device 82 from the power supply 81 is supplied to the load device 83.
[0008]
On the other hand, when the power supply 81 loses power or a momentary voltage drop occurs, the output of the charging device 82 is cut off accordingly, so that power is supplied from the battery unit 85 to the load device 83. In this way, even when the power supply 81 has lost power or a momentary voltage drop has occurred, it is possible to continue to supply power to the load device 83 without interruption.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-343225
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-217250
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional backup power supply uses the battery unit 85 as a power storage element, and the self-discharge rate of the battery unit 85 is large, so that it is necessary to always supply power sufficient to self-discharge. That is, it is necessary to always charge the battery unit 85 from the power supply 81 via the charging device 82 to store the necessary power during a power failure. Further, since it is necessary to lay a charging cable 86 for supplying power from the power supply 81 to the charging device 82, the backup power supply device is subject to installation restrictions.
[0012]
The present invention has been made in view of the above problems, and uses an electric double layer capacitor having a lower self-discharge rate than a battery as a power storage element, and collects electromagnetic energy existing in a space with an antenna to collect electric power. By storing power in the multilayer capacitor and supplying power to the load device, it is possible to eliminate the need for a power supply, a charging device and a charging cable, thereby improving the degree of freedom in installation, and to supply power to the load device even during a power failure. It is an object of the present invention to provide a cableless power supply device capable of performing the above.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The cableless power supply device according to the present invention has an antenna that collects electromagnetic energy existing in a space, a rectifier that converts the electromagnetic energy collected by the antenna into a DC current, and a DC that is converted into DC by the rectifier. And an electric double-layer capacitor for storing electric energy.
[0014]
As described above, according to the cableless power supply device according to the present invention, since the electromagnetic energy existing as electromagnetic waves in the space is collected and stored as electric energy in the electric double layer, the power supply, the charging device, and the charging cable are used. And the degree of freedom of installation can be improved.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a cableless power supply device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0016]
FIG. 1 shows the overall configuration of the first embodiment of the present invention.
[0017]
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the cableless power supply device is transmitted via an antenna 1, a tuning circuit 2 that tunes to a specific frequency together with the antenna 1, and the antenna 1 and the tuning circuit 2. A rectifier circuit 3 for converting an alternating current into a direct current, and an electric double layer capacitor 4 for storing the electric energy converted into a direct current by the rectifier circuit 3. The electric double layer capacitor is transmitted from the antenna 1 via the tuning circuit 2 and the rectifier circuit 3. The electric power stored in 4 is supplied to the load device 5.
[0018]
The load device 5 may be a DC load, or may be a device in which an inverter is connected to an AC load to supply DC power. Further, the tuning circuit 2 is provided as needed, and is not always necessary.
[0019]
Here, the antenna 1 collects electromagnetic energy existing as electromagnetic waves in the space, and has a shape such as a rod antenna, a parabolic antenna, or the like that can collect current most efficiently according to the characteristics of the electromagnetic waves existing in the space near the installation location. An antenna 1 is used.
[0020]
The tuning circuit 2 is provided for selectively and efficiently collecting electromagnetic energy of a specific frequency from various electromagnetic waves existing in the space by tuning to a specific frequency in cooperation with the antenna 1. Things.
[0021]
FIG. 2A shows an example of the tuning circuit 2.
[0022]
In this example, the tuning circuit 2 includes a reactor 21 and a capacitor 22, and changes the capacitance of the capacitor 22 to change the resonance frequency of the circuit, and selectively collects electromagnetic waves having the resonance frequency.
[0023]
The present invention collects and accumulates electromagnetic waves flying in the space as electric energy and does not extract signals carried by the electromagnetic waves. Therefore, as shown in FIG. It may be omitted.
[0024]
The rectifier circuit 3 converts AC power transmitted through the antenna 1 and the tuning circuit 2 into DC power so that it can be stored in the electric double layer capacitor 4. You can use
[0025]
The electric double layer capacitor 4 stores the electric energy converted into direct current by the rectifier circuit 3. Here, when the electric energy stored in the electric double layer capacitor 4 increases, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 4 also increases, and when the terminal voltage increases, the loss in the electric double layer capacitor 4 increases due to self-discharge. Therefore, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 4 balances the power collected by the antenna 1 and the tuning circuit 2 and supplied to the electric double layer capacitor 4 via the rectifier circuit 3 and the loss in the electric double layer capacitor 4. To the value you want. That is, the power stored in the electric double layer capacitor 4 is balanced with a value at which supply and loss are balanced.
[0026]
When the antenna 1 collects electromagnetic energy existing as electromagnetic waves in the space, the collected electric energy is supplied to the load device 5 as a direct current through the tuning circuit 2 and the rectifier circuit 3, and the antenna 1 When the electromagnetic energy cannot be sufficiently collected, the electric power stored in the electric double layer capacitor 4 is supplied to the load device 5.
[0027]
Here, the DC power is supplied from the cableless power supply to the load device 5 irrespective of the presence or absence of the power failure. However, it goes without saying that the cableless power supply may be used as a backup power only at the time of the power failure.
[0028]
Next, FIG. 3 shows an example in which the antenna 1 is used by tuning it to the commercial power frequency in the present embodiment.
[0029]
This is because the antenna 1 tuned at the commercial frequency efficiently collects electromagnetic energy radiated as electromagnetic waves 8 at the commercial frequency (50 Hz or 60 Hz) from a transformer or a power cable at a substation and wasted in the space. Is what you do.
[0030]
Here, the antenna 1 is installed near the transformer 61, the electromagnetic wave 8 from the transformer 61 is collected, stored in the electric double layer capacitor 4 via the tuning circuit 2 and the rectifier circuit 3, and Power as a DC power supply.
[0031]
Subsequently, FIG. 4 shows an example in which the antenna 1 is used in this embodiment in synchronization with the switching frequency of the inverter 62.
[0032]
As is well known, a power converter such as an inverter emits electromagnetic waves 8 having a switching frequency of a switching circuit for driving the inverter or the like around the power converter and wastes its energy. Here, the antenna 1 is installed in the vicinity of the inverter 62, and the electromagnetic wave 8 of the switching frequency that is wastefully radiated from the inverter 62 into the space is efficiently collected by the antenna 1 tuned at the switching frequency. The collected power is stored in the electric double layer capacitor 4 via the tuning circuit 2 and the rectifier circuit 3 and is supplied to the load device 5 as DC power.
[0033]
Similarly, from a power converter such as an inverter, an electromagnetic wave 8 of a switching surge frequency of a switching circuit for driving the inverter or the like is radiated around the power converter, and the energy is wasted. Therefore, in FIG. 4, the antenna 1 may be installed near the inverter 62, and the electromagnetic wave 8 of the switching surge frequency wastefully radiated from the inverter 62 may be collected by the antenna 1 tuned at the switching surge frequency. .
[0034]
As described above, according to the first embodiment, when the antenna 1 collects electromagnetic energy existing as electromagnetic waves in space, the collected electric energy is supplied to the DC current through the tuning circuit 2 and the rectifier circuit 3. When the antenna 1 cannot sufficiently collect the electromagnetic energy, the power stored in the electric double layer capacitor 4 is supplied to the load device 5. Therefore, power can be supplied to the load device 5 even during a power outage, so that the load device 5 can function as a backup power supply.
[0035]
In addition, since the electromagnetic energy existing in the space as the electromagnetic wave 6 is collected, stored as electric energy in the electric double layer capacitor 4 and supplied to the load device 5, the power supply 81, the charging device 82, the charging cable 86 Is eliminated, and the restriction such as cable routing is eliminated, so that the degree of freedom in installation can be improved.
[0036]
Further, by tuning the antenna 1 to a commercial frequency, a switching frequency, or a switching surge frequency, electromagnetic energy radiated from power devices such as the transformer 61 and the inverter 62 can be efficiently collected. Electromagnetic energy that has been wastedly radiated into space can be effectively used.
[0037]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the overall configuration of the second embodiment of the present invention.
[0038]
As shown in FIG. 5, the present embodiment is obtained by adding an electromagnetic wave generator 6 to the configuration of the first embodiment.
[0039]
As described above, in the cableless power supply device according to the first embodiment, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 4 increases in loss as the voltage increases. Therefore, the power that can be stored in the electric double layer capacitor 4 balances the power collected by the antenna 1 and the tuning circuit 2 and supplied to the electric double layer capacitor 4 via the rectifier circuit 3 and the loss in the electric double layer capacitor 4. Is limited to
[0040]
In the second embodiment, when the electric power stored in the electric double layer capacitor 4 is not enough, in other words, when the electromagnetic energy existing in the space is not enough and the power to be collected by the antenna 1 is not enough, the antenna 1 The electromagnetic wave generator 6 is installed in the vicinity of the antenna 1 to supply insufficient power to the antenna 1 in the form of an electromagnetic wave 8.
[0041]
In the case where the antenna 1 is tuned to a commercial frequency, a switching frequency, or a switching surge frequency to efficiently collect electromagnetic energy radiated from power devices such as the transformer 61 and the inverter 62, an electromagnetic wave generator is further provided. Needless to say, the antenna 6 may be installed near the antenna 1.
[0042]
As described above, according to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, even when energy sufficient to drive the load device 5 cannot be collected from the space near the antenna 1, By installing the electromagnetic wave generator 6 in the vicinity, it is possible to collect the necessary power with the antenna 1 and to store sufficient power for driving the load device 5 with the electric double layer capacitor 4. The effect that can be obtained is obtained.
[0043]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6A shows the entire configuration of the third embodiment of the present invention.
[0044]
As shown in FIG. 6A, this embodiment is obtained by adding a voltage clamp circuit 7 in parallel to the electric double layer capacitor 4 to the configuration of the first embodiment. FIG. 6B shows an example of the voltage clamp circuit 7.
[0045]
In this embodiment, a zener diode 10 and a resistor 11 are connected in series to prevent the zener diode 10 from being turned on when the voltage exceeds a predetermined value, and preventing the voltage from rising to a predetermined voltage or higher.
[0046]
As described above, in the cableless power supply according to the first embodiment, the loss increases as the terminal voltage of the electric double layer capacitor 4 increases. Therefore, the terminal voltage of the electric double layer capacitor 4 balances the power collected by the antenna 1 and the tuning circuit 2 and supplied to the electric double layer capacitor 4 via the rectifier circuit 3 and the loss in the electric double layer capacitor 4. Rise to the point.
[0047]
In the third embodiment, when the power collected by the antenna 1 is too large and the terminal voltage of the electric double layer capacitor 4 is too high, a voltage clamp circuit is provided in parallel with the electric double layer capacitor 4 for overvoltage protection. 7 is added.
[0048]
In the case where the antenna 1 is tuned to a commercial frequency, a switching frequency, or a switching surge frequency to efficiently collect electromagnetic energy radiated from power devices such as the transformer 61 and the inverter 62, overvoltage protection is further provided. Therefore, it goes without saying that the voltage clamp circuit 7 may be added in parallel with the electric double layer capacitor 4.
[0049]
As described above, according to the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the voltage clamp circuit 7 suppresses the terminal voltage of the electric double layer capacitor 4 to the rated voltage or less, and then loads the load device. The effect is obtained that sufficient power for driving can be stored.
[0050]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows the overall configuration of the fourth embodiment of the present invention.
[0051]
As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the cableless power supply device having the circuit configuration shown in the first embodiment is connected in series at the electric double layer capacitor 4.
[0052]
In FIG. 7, the electric double layer capacitor unit 12 is configured by connecting the electric double layer capacitors 4 in series. The electric double layer capacitor unit 12 adjusts the output voltage to be suitable for supplying power to the load device 5 by increasing or decreasing the number of electric double layer capacitors 4 connected in series. Alternatively, a DC / DC converter may be connected between the electric double layer capacitor unit 12 and the load device 5, and the output voltage of the electric double layer capacitor unit 12 may be converted by the DC / DC converter and supplied to the load device 5. Good.
[0053]
As described above, according to the third embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the output voltage of the electric double layer capacitor unit 12 can be adjusted to a voltage level suitable for the load device 5, and Since power is stored in the plurality of electric double-layer capacitors 4, an effect that sufficient stored power and output can be ensured can be obtained.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the cableless power supply device according to the present invention, the electromagnetic energy existing as electromagnetic waves in the space is collected, stored in the electric double layer as electric energy, and power is supplied to the load device. In addition, since there is no restriction such as cable routing, a power source, a charging device and a charging cable are not required, so that the degree of freedom in installation can be improved, and power can be supplied to the load device even during a power failure.
[0055]
In addition, since it is possible to collect electromagnetic energy radiated from power equipment such as transformers and inverters into the surrounding space as electromagnetic waves, it is necessary to effectively utilize electromagnetic energy that was previously wasted in the surrounding space. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an overall configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2A shows an example of a tuning circuit 2, and FIG. 2B shows a case where the tuning circuit is omitted.
FIG. 3 shows an example in which the antenna 1 is used in synchronization with a commercial power frequency in the first embodiment.
FIG. 4 shows an example in which the antenna 1 is used in synchronization with the switching frequency of the inverter 62 in the first embodiment.
FIG. 5 shows an overall configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 6A shows an entire configuration of a third embodiment of the present invention, and FIG. 6B shows an example of a voltage clamp circuit 7.
FIG. 7 shows an overall configuration of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 shows an example of a conventional backup power supply.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 antenna 2 tuning circuit 3 rectifier circuit 4 electric double layer capacitor 5 load device 6 electromagnetic wave generator 7 voltage clamp circuit 12 electric double layer capacitor unit

Claims (7)

空間に存在する電磁エネルギーを集電するアンテナと、
前記アンテナにより集電した電磁エネルギーを直流電流に変換する整流手段と、
前記整流手段により直流に変換された電気エネルギーを蓄積する電気二重層キャパシタと、
を具備することを特徴とするケーブルレス電源装置。
An antenna that collects electromagnetic energy that exists in space,
Rectifying means for converting the electromagnetic energy collected by the antenna to a direct current,
An electric double-layer capacitor that stores electric energy converted into direct current by the rectifier,
A cable-less power supply device comprising:
電磁波を発生して前記アンテナに電磁エネルギーを供給する電磁波発生装置を付加したことを特徴とする請求項1に記載のケーブルレス電源装置。The cableless power supply according to claim 1, further comprising an electromagnetic wave generator that generates electromagnetic waves and supplies electromagnetic energy to the antenna. 前記電気二重層キャパシタに電圧クランプ回路を付加したことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のケーブルレス電源装置。The cable-less power supply device according to claim 1, wherein a voltage clamp circuit is added to the electric double-layer capacitor. 前記アンテナを商用電源周波数に同調させ、電力用機器の近傍に設置することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のケーブルレス電源装置。The cableless power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna is tuned to a commercial power supply frequency and installed near a power device. 前記アンテナを特定のスイッチング周波数に同調させ、当該特定のスイッチング周波数で駆動する電力変換器の近傍に設置することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のケーブルレス電源装置。The cableless power supply according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna is tuned to a specific switching frequency and installed near a power converter driven at the specific switching frequency. apparatus. 前記アンテナをスイッチングサージ周波数に同調させ、当該スイッチングサージを発生する電力変換器の近傍に設置することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のケーブルレス電源装置。The cableless power supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein the antenna is tuned to a switching surge frequency, and is installed near a power converter that generates the switching surge. 前記電気二重層キャパシタを複数個直列に接続したことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のケーブルレス電源装置。The cable-less power supply device according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of the electric double layer capacitors are connected in series.
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