JP2007267577A - エネルギー供給装置およびエネルギー供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成により高効率なエネルギー送電を実現することのできるエネルギー供給装置およびエネルギー供給システムを提供することを目的とする。
【解決手段】複数のマグネトロン６と、各マグネトロン６に対応して設けられ、マグネトロン６から発せられたマイクロ波を外部に対して送信する複数の送電アンテナ７とを備え、車両に搭載された受電アンテナ１２に対してエネルギーをマイクロ波として供給するエネルギー供給装置２であって、各送電アンテナ７から送信されるマイクロ波は非同期であり、かつ、送電アンテナ７は、隣接する送電アンテナ７から発せられたマイクロ波が、受電アンテナ１２の位置において干渉しないように、または、干渉したとしてもその干渉領域が全体の５０％以下となるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波等の無線波を用いて車両のバッテリを充電する技術に関するものである。

近年、化石燃料の利用による二酸化炭素排出量の増加に伴い、地球温暖化などの環境問題や化石燃料枯渇などのエネルギー問題がクローズアップされている。このためクリーンエネルギーの需要は年々高まっており、それらの問題に対する解決方法の一つとしてＳＳＰＳ（Space Solar Power System）が計画されている（特許文献１等参照）。
ＳＳＰＳとは、図３に示すように、巨大な太陽電池パネルを搭載した人口衛星１００を赤道上空に打ち上げ、太陽光によって発電した電力を太陽電池パネルの中の発振モジュールによりマイクロ波に変換して、送電アンテナにより地上に設けられた受電設備１０１に送り、地上において再び電力に変換して利用するという計画である（特許文献１等参照）。
このようなＳＳＰＳ等では、効率的な電力伝送を実現させるために、各アンテナから放射されるマイクロ波の位相を同期させて放射ビームを形成し、高精度な方向制御を行うことが必要とされる。そのため、ＳＳＰＳは、電力分配装置や位相器等からなる多くの部品やモジュールを備えており、複雑な構成とされている。
特開２００４−０３２８７９号公報（第１図、第２図）

ところで、近年、上述したマイクロ波によるエネルギー供給の技術を電気自動車の分野にも取り入れることが検討されている。しかしながら、上述したＳＳＰＳに利用されている技術を電気自動車のバッテリ充電等にそのまま適用すると、構成の複雑化、高コスト化等を招くという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、簡素な構成により高効率なエネルギー送電を実現することのできるエネルギー供給装置およびエネルギー供給システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数の無線波発生装置と、各前記無線波発生装置に対応して設けられ、該無線波発生装置から発せられた無線波を外部に対して送信する送電アンテナとを備え、移動体に搭載された受電アンテナに対してエネルギーを無線波として供給するエネルギー供給装置であって、各前記送電アンテナから送信される無線波が非同期であるエネルギー供給装置を提供する。

電波を取り扱う分野においては、送信する電波の位相を同期させることが常識的に行われているが、本発明は、この常識を覆し、電波の位相を非同期としたことに特徴を有する。このことにより、位相同期に必要となる構成や処理を不要とすることができるので、装置の簡素化、処理負担の低減、電力損失の抑制、およびコスト低減等を図ることが可能となる。
上記エネルギー供給装置において、前記受電アンテナの位置における各無線波の干渉部分が５０％以下となるように、各送電アンテナが配置されていても良い。このように、各送電アンテナから送信された無線波が受電アンテナの位置にて互いに干渉する干渉部分が各無線波の５０％以下（最小値はゼロであり、全く干渉が生じていない場合に相当する。）となるように、各送電アンテナを配置することで、無線波の干渉による電力損失を抑えることが可能となるので、上述のように非同期で各無線波を送信したとしても、高効率な電力伝送を実現させることができる。

本発明のエネルギー供給装置において、各前記送電アンテナは、例えば、前記無線波の受電率が５０％以上となるように配置されていても良い。好ましくは、７５％以上、より好ましくは９０％以上となるように配置されている。
本発明のエネルギー供給装置において、各前記送電アンテナは、例えば、送電周波数２．４５GHｚで、上記送電アンテナ開口面サイズが２０ｃｍ×２０ｃｍの場合には、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の距離に対して、各前記送電アンテナ間の距離の比が、約８分の１以上、好ましくは６分の１以上、より好ましくは約４分の１以上となるように配置されている。

本発明は、外部に対して無線波を送出するエネルギー供給装置と、移動体に搭載され、前記エネルギー供給装置からの無線波を受信して電力に変換する受電装置とを備えるエネルギー供給システムであって、前記エネルギー供給装置は、複数の無線波発生装置と、各前記無線波発生装置に対応して設けられ、該無線波発生装置から発せられた無線波を外部に対して送信する送電アンテナとを有し、前記受電装置は、前記エネルギー供給装置からの無線波を受信する受電アンテナと、前記受電アンテナを整流する整流手段とを有し、前記エネルギー供給装置における各前記送電アンテナから送信される無線波は非同期であり、かつ、前記受電アンテナの位置における各無線波の干渉部分が５０％以下となるように、各送電アンテナが配置されているエネルギー供給システムを提供する。
本発明におけるエネルギー供給システムは、主に、車両に搭載されたバッテリの充電に利用されて好適なものである。

本発明によれば、簡素な構成により高効率なエネルギー送電を実現することができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係るエネルギー供給システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るエネルギー供給システムの概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、エネルギー供給システム１は、外部に対してマイクロ波を送出するエネルギー供給装置２と、車両（移動体）３に搭載され、エネルギー供給装置２からのマイクロ波を受信して電力に変換する受電装置４とを備えている。

エネルギー供給装置２は、車両３が停車または駐車される空間に取り付けられている。例えば、図１に示すように、車両３が駐車される駐車スペースの地面に埋設されている。
エネルギー供給装置２は、複数のマグネトロン（無線波発生装置）６と、各マグネトロン６に対応して設けられた電源１６と、電源１６とマグネトロン６との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ１５と、各マグネトロン６に対応して設けられ、該マグネトロン６から発せられたマイクロ波（無線波）を外部に対して送信する複数の送電アンテナ７とを備えている。更に、エネルギー供給装置２は、エネルギーを送信する相手先である受電装置４が受電できる状態にあることを検知する検知部８と、検知部８等からの信号に基づいてエネルギー供給装置２の各部を制御する制御装置１０を備えている。
上記構成において、送電アンテナ７としては、例えば、スロットアンテナ等を採用することができる。各送電アンテナ７は、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に約一定の間隔で配置されている。検知部８は、例えば、駐車スペースの周辺に配置された車両の位置を検出する赤外線センサ等の車両位置センサである。制御装置１０は、例えば、電子制御ユニット等により構成されている。

車両３に搭載された受電装置４は、レクテナ１１を備えている。レクテナ１１は、エネルギー供給装置２から送信されたマイクロ波を受信する受電アンテナ１２と、受電アンテナ１２からの電力を整流してバッテリ１４へ供給する整流回路１３とを備えている。
受電アンテナ１２は、例えば、円形パッチアンテナなどを採用することができる。受電アンテナ１２の車両における設置位置は、エネルギー供給元であるエネルギー供給装置２の配置に応じた位置とされる。具体的には、受電アンテナ１２は、エネルギー供給装置２の送電アンテナ７に対向する位置に配置される。例えば、図１に示すように、エネルギー供給装置２の送電アンテナ７が地面に配置されていた場合には、受電アンテナ１２は、車両の底面に配置されることとなる。この場合において、受電アンテナ１２は、エネルギー供給装置２からの受電率を高めるために、車両の底面の大部分において、つまり、広範囲に渡って配置されることが望ましい。

次に、本発明の特徴である送電アンテナ７と受電アンテナ１２との相対的な設置位置関係について図を参照して説明する。
図２に、送電アンテナ７からの距離Ｒと隣接する送電アンテナ７から発せられたマイクロ波の干渉状態との関係の一例を示す。図２において、縦軸は送電アンテナ７からの距離Ｒを示し、横軸は隣接する送電アンテナ７間の距離Ｌを示している。
この図からわかるように、隣接する送電アンテナ７間の距離Ｌを一定とした場合、送電アンテナ７からの距離Ｒが大きくなるほど、隣接した送電アンテナ７から発せられたマイクロ波の重なり部分（以下、「干渉部分」という。）は大きくなる。また、送電アンテナ７からの距離Ｒを一定とした場合には、送電アンテナ７間の距離Ｌが小さいほど、マイクロ波の干渉部分が大きくなる。そして、マイクロ波の干渉部分が大きいほど、受電アンテナ１２における受電率が低下する。
つまり、このことは、受電アンテナ１２における受電率が、隣接する送電アンテナ７間の距離Ｌおよび送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離Ｒによって決定されることを意味する。

そこで、本実施形態におけるエネルギー供給システム１においては、隣接する送電アンテナ７から発せられたマイクロ波が、受電アンテナ１２の位置において干渉しないように、または、干渉したとしてもその干渉部分がマイクロ波の波形の約５０％以下となるように、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離（図２における「距離Ｒ」に相当する。）および隣接する送電アンテナ７間の距離Ｌを設定し、この設定値に基づいて各送電アンテナ７および受電アンテナ１２を配置している。
具体的には、受電アンテナ１２におけるマイクロ波の受電率が５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上となるように、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離Ｒ、および各送電アンテナ７間の距離Ｌを設定している。より具体的には、送電アンテナ７と受電アンテナ１２との間の距離Ｒに対して、隣接する送電アンテナ７間の距離Ｌの比が、約８分の１以上、好ましくは６分の１以上、より好ましくは約４分の１以上となるように設定している。

また、好ましい一例としては、送電周波数２．４５GHｚで、上記送電アンテナ開口面サイズが２０ｃｍ×２０ｃｍの場合に、上記送電アンテナ７と受電アンテナ１２との距離Ｒが約３０ｃｍ、各送電アンテナ７間の中心間距離Ｌが約２５ｃｍとなるように、各送電アンテナ７および受電アンテナ１２を配置している。
各送電アンテナ７および受電アンテナ１２をこのように配置することで、後述のように、各マグネトロン６から発生されたマイクロ波を非同期で外部に送信したとしても、受電アンテナ１２における受電率の低下を回避でき、高効率なエネルギー供給を実現させることが可能となる。

次に、上述した本実施形態に係るエネルギー供給システム１の作用について説明する。
まず、車両３が駐車スペースに駐車されたことが検知部８により検知されると、検知部８から制御装置１０に対して受電開始指令が出力される。制御装置１０は、検知部８からの受電開始指令を受け付けると、各スイッチ１５をＯＮ状態とする。これにより、電源１６から電力がマグネトロン６へ供給され、マグネトロン６によりマイクロ波が生成される。マグネトロン６から発生したマイクロ波は、互いに同期されることなく、つまり、非同期で送電アンテナ７から出力される。送電アンテナ７から送信されたマイクロ波は、互いに干渉することなく、或いは、その一部（５０％以下）が干渉した状態で、車両３の底面に配置されている受電アンテナ１２に受信される。受電アンテナ１２にて受信されたマイクロ波は、電力に変換されて整流回路１３に出力され、整流回路１３にて整流されて直流電力に変換された後に、バッテリ１４へ供給される。

以上、説明してきたように、本実施形態に係るエネルギー供給システム１によれば、エネルギー供給装置２は、非同期でマイクロ波を送信するので、マイクロ波を同期させるために必要となる移送器等が不要となる。これにより、装置の小型化、軽量化、電力損失の低減、および処理負担の低減等を図ることができる。
更に、本実施形態に係る送電アンテナ７および受電アンテナ１２は、隣接する送電アンテナ７から発せられたマイクロ波が、受電アンテナ１２の位置において干渉しないように、または、干渉したとしてもその干渉領域が全体の５０％以下となるように配置されているので、各マイクロ波が非同期で送電アンテナ７から発せられたとしても、それらのマイクロ波は互いに干渉することなく、或いは、大部分が干渉することなく、受電アンテナ１２にて受電されることとなる。これにより、高効率なエネルギー供給を実現させることが可能となる。

なお、上記実施形態に係るエネルギー供給装置２の構成は一例であり、例えば、マグネトロン６と送電アンテナ７との間に導波管を設ける構成としても良い。
また、上記実施形態では、エネルギー供給装置２を地面に埋設していたが、この態様に限られることなく、例えば、路面上に設けられていても良い。また、駐車スペースを車庫等とした場合には、エネルギー供給装置２は、その車庫の天井、壁等に設置されていても良い。この場合において、受電装置４が備える受電アンテナ１２の位置は、エネルギー供給装置２が備える送電アンテナ７に対向する位置に設けられることとなる。このとき、エネルギー供給時における送電アンテナ７と受電装置４の受電アンテナ１２との間の距離は図２に示した関係とされている。

更に、車両に搭載された受電アンテナ１２及び／又はエネルギー供給装置２が備える送電アンテナ７を可動式とし、両者間の距離Ｒを変更可能な構成としても良い。この場合、受電アンテナ１２と送電アンテナ７との距離Ｒを計測する距離計測手段（例えば、距離センサ等）を設け、距離計測手段による計測結果に基づいて、受電アンテナ１２と送電アンテナ７を移動させることにより、エネルギー供給時における受電アンテナ１２と送電アンテナ７との距離Ｒを最適な値に設定することとしても良い。

また、上記態様の他に、各送電アンテナ７間の距離Ｌを調節できる調節機構を備えるとともに、受電アンテナ１２と送電アンテナ７との距離Ｒを計測する距離計測手段を設け、距離計測手段による計測結果に基づいて、各送電アンテナ７間の距離を調節することにより、エネルギー供給時における各送電アンテナ７間の距離Ｌを最適な値に設定することとしても良い。このような構成とすることにより、車両等の種別によらずに、常に高効率なエネルギー供給を実現させることが可能となる。

更に、上述の実施形態では、赤外線センサ等の検知部８により車両が所定位置に配置されたことを検知していたが、この態様に代えて、ユーザが受電開始を指示するための手動スイッチを設けておき、この手動スイッチがユーザによって操作されたことを受けて上述の制御装置１０が各スイッチをＯＮ状態とすることとしても良い。また、車両が適切な位置に停止したことを検出するスイッチを路面に設けておき、このスイッチがタイヤなどにより押下されたことをもって、制御装置１０が各スイッチをＯＮ状態とすることとしても良い。なお、受電開始の手法については、これらの手法に限られず、様々な態様を取ることが可能である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態に係るエネルギー供給システムの概略構成を模式的に示した図である。 送電アンテナからの距離と隣接する送電アンテナから発せられたマイクロ波の干渉状態との関係の一例を示した図である。 宇宙太陽発電システムの概略構成を模式的に示した図である。

符号の説明

１ エネルギー供給システム
２ エネルギー供給装置
３ 車両
４ 受電装置
６ マグネトロン
７ 送電アンテナ
８ 検知部
１０ 制御装置
１１ レクテナ
１２ 受電アンテナ
１３ 整流回路
１４ バッテリ
１５ スイッチ
１６ 電源

Claims (4)

1. 複数の無線波発生装置と、各前記無線波発生装置に対応して設けられ、該無線波発生装置から発せられた無線波を外部に対して送信する送電アンテナとを備え、移動体に搭載された受電アンテナに対してエネルギーを無線波として供給するエネルギー供給装置であって、
   各前記送電アンテナから送信される無線波が非同期であるエネルギー供給装置。
2. 各前記送電アンテナは、前記無線波の受電率が５０％以上となるように配置されている請求項１に記載のエネルギー供給装置。
3. 各前記送電アンテナは、前記送電アンテナと前記受電アンテナとの間の距離に対して、各前記送電アンテナ間の距離の比が、約８分の１以上となるように配置されている請求項１または請求項２に記載のエネルギー供給装置。
4. 外部に対して無線波を送出するエネルギー供給装置と、移動体に搭載され、前記エネルギー供給装置からの無線波を受信して電力に変換する受電装置とを備えるエネルギー供給システムであって、
   前記エネルギー供給装置は、
   複数の無線波発生装置と、
   各前記無線波発生装置に対応して設けられ、該無線波発生装置から発せられた無線波を外部に対して送信する送電アンテナと
   を有し、
   前記受電装置は、
   前記エネルギー供給装置からの無線波を受信する受電アンテナと、
   前記受電アンテナを整流する整流手段と
   を有し、
   前記エネルギー供給装置における各前記送電アンテナから送信される無線波は非同期であるエネルギー供給システム。

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