JP2009261105A

JP2009261105A - 無線エネルギ伝送装置及び無線エネルギ伝送方法

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Publication number: JP2009261105A
Application number: JP2008105996A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Fukada; 善樹深田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: JP4665991B2

Abstract

【課題】無線伝送されるエネルギが盗まれていることを容易に検出できる無線エネルギ伝送装置を提供すること。
【解決手段】振動磁場を発生させる送電部２と、送電部２の振動磁場を受電アンテナ３１により受けて電力に変換する受電部３と、送電部２の周囲に形成される振動磁場を検知する検知部２３と、送電部２から受電部３に電力伝送している際に検知部２３により検知された振動磁場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断する盗電判断部２４を備えている。送受電されている振動磁場の状態に基づいて盗電を検出することにより、振動磁場の状態を検知することにより容易に盗電の検出が行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電線などを用いることなく無線でエネルギ伝送を行う無線エネルギ伝送装置に関するものである。

従来、無線でエネルギ伝送を行うシステムとして、例えば特開２００８−２２４２９号公報に記載されるように、所定の周波数の電磁波を送電アンテナから送電し、その送電した電磁波を受電アンテナで受けて電力を取り出すものが知られている。
特開２００８−２２４２９号公報

この種の無線伝送のシステムにあっては、伝送される電力が盗まれるおそれがある。例えば、エネルギを盗もうとする者が盗電用の受電アンテナを用意し、その盗電用の受電アンテナを所定の位置に配置することにより、送電アンテナから送電される電磁波を受けることができ、電力を盗むことができる。

この場合、盗電用の受電アンテナが設置されているか否かに基づいて盗電を検出することが考えられるが、盗電用の受電アンテナの設置を検出する物体検出装置などが必要となり、盗電の検出が容易ではない。

そこで本発明は、無線伝送されるエネルギが盗まれていることを容易に検出できる無線エネルギ伝送装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る無線エネルギ伝送装置は、振動磁場又は振動電場を発生させる送電部と、前記送電部の振動磁場又は振動電場を受電アンテナにより受けて電力に変換する受電部と、前記送電部の周囲に形成される振動磁場又は振動電場を検知する検知手段と、前記送電部から前記受電部に電力伝送している際に前記検知手段により検知された振動磁場又は振動電場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断する盗電判断手段とを備えて構成されている。

この発明によれば、送電部から受電部に電力伝送している際に検知手段により検知された振動磁場又は振動電場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断することにより、盗電されているか否かを容易に検出することができる。

また本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、前記送電部により発せられる振動磁場又は振動電場の出力状態を変更する出力変更手段を備えることが好ましい。

この発明によれば、送電部により発せられる振動磁場又は振動電場の出力状態を変更することにより、振動磁場又は振動電場の出力状態の変更後における振動磁場又は振動電場を検知し、振動磁場又は振動電場の出力変更に対し検知される振動磁場又は振動電場の変動が追従していない場合に盗電されていると判断することができる。

また本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、前記送電部により発せられる振動磁場又は振動電場の周波数を変更する周波数変更手段を備えることが好ましい。

この発明によれば、送電部により発せられる振動磁場又は振動電場の周波数を変更することにより、振動磁場又は振動電場の周波数の変更後における振動磁場又は振動電場を検知し、振動磁場又は振動電場の周波数変更に対し検知される振動磁場又は振動電場の変動が追従していない場合に盗電されていると判断することができる。

また本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、前記盗電判断手段により盗電されていると判断された場合に報知を行う報知手段を備えることが好ましい。

この発明によれば、盗電されていると判断された場合に報知を行うことにより、管理者などが盗電されていることを認識することができる。

さらに本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、前記盗電判断手段により盗電されていると判断された場合に電力伝送を停止する停止手段を備えることが好ましい。

この発明によれば、盗電されていると判断された場合に電力伝送を停止することにより、盗電を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、送電部の周囲に形成される振動磁場又は振動電場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断することにより、無線伝送される電力が盗まれていることを容易に検出することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は本発明の実施形態に係る無線エネルギ伝送装置の構成概要図である。

図１に示すように、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置１は、送電部２から受電部３に無線で電力エネルギを伝送する装置である。

送電部２は、振動磁場を発生させるものであり、送電アンテナ２１、送電発信部２２を備えている。送電アンテナ２１は、交流電力を入力されることにより振動磁場を発生するアンテナであって、例えばコイルアンテナが用いられる。送電発信部２２は、送電アンテナ２１に対し交流電力を与えるものであり、例えば発振周波数を変更可能な発振器を備えたものが用いられる。

また、送電部２は、検知部２３、盗電判断部２４、報知部２５を備えている。検知部２３は、送電部２の周囲に形成される振動磁場を検知する検知手段として機能するものであり、例えばコイルによって構成される。この検知部２３は、例えば送電アンテナ２１から所定の距離隔てた位置に設置される。これにより、検知部２３によって盗電者の受電器が発する振動磁場や送電部２が発する振動磁場を検知することができる。

盗電判断部２４は、検知部２により振動磁場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断する盗電判断手段として機能するものであり、例えば検知信号解析装置などにより構成される。報知部２５は、盗電判断部２４により盗電されていると判断された場合に無線エネルギ伝送装置１の使用者若しくは管理者にその旨を報知するものである。報知部２５における報知の方法は、例えば音声やブザーなど聴覚を通じて報知するものであってもよいし、モニタ表示やランプなどの点灯、点滅など視覚を通じて報知するものであってもよい。

また、盗電判断部２４により盗電されていると判断された場合に電力伝送を停止させてもよい。例えば、盗電判断部２４により盗電されていると判断された場合に盗電検出信号が送電発信部２２に出力され、送電発信部２２における交流電力の出力を停止することにより電力伝送が停止される。この場合、盗電されている場合にすぐに電力伝送が停止されるため、盗電を効果的に抑制できる。

また、無線エネルギ伝送装置１は、周波数制御部２６、通信部２７を備えることが好ましい。周波数制御部２６は、振動磁場の周波数を制御するものであり、送電発信部２２に対し周波数制御信号を入力し、その周波数制御信号に応じた周波数の交流電力を送電発信部２２から出力させる。この場合、周波数制御部２６は、送電部２により発せられる振動磁場の周波数を変更する周波数変更部として機能する。送電の振動磁場の周波数を変更することにより、盗電による受電が行いにくくなり、盗電の抑制が図れる。

通信部２７は、受電部３側と情報の通信を行う通信手段であって、少なくとも送電部２により変更される振動磁場の周波数の情報を送信する。送信された情報は、受電部３の通信部３４を通じて共振周波数制御部３３に入力される。周波数の情報信号は、暗号化して送信することが好ましい。この場合、盗電する者に変更される振動磁場の周波数の情報を知られることを防止することができ、盗電の抑制が図れる。

通信部２７の通信媒体は、情報通信を行えるものであればいずれのものであってもよく、例えば電波、光、赤外線などが用いられる。この通信部２７により送電部２により変更される振動磁場の周波数の情報を受電部３側に送信することにより、受電部３において受電アンテナ３１の共振周波数を振動磁場の周波数に合わせることが可能となる。

なお、本実施形態において、周波数制御部２６、通信部２７の設置を省略する場合もある。

受電部３は、送電部２の振動磁場を受けて電力に変換するものであり、受電アンテナ３１、受電電力変換部３２、共振周波数制御部３３、通信部３４、共振周波数変更部３５を備えている。

受電アンテナ３１は、送電部２の振動磁場を受けて電力に変換するアンテナであって、例えばコイルアンテナが用いられる。この受電アンテナ３１は、共振周波数を変更可能に構成されており、送電部２の振動磁場の周波数に合わせて共振周波数が変更される。また、受電アンテナ３１は、送電アンテナ２１と同一の共振周波数のものを用いることが好ましい。受電アンテナ３１の共振周波数の変更と同時に送電アンテナ２１の共振周波数も変更することが好ましい。

受電電力変換部３２は、受電アンテナ３１で受電した電力を入力して変換するものであり、例えば受電アンテナ３１で受電した交流電力を直流電力に変換する。また、受電電力変換部３２は、振動磁場と同じ周波数で受電アンテナ３１に交流信号を送信する場合もある。この場合、通信部３４から周波数情報を入力して行えばよい。

共振周波数制御部３３は、受電アンテナ３１の共振周波数を制御するものであり、送電部２の振動磁場の周波数の変更に応じて受電アンテナ３１の共振周波数を制御する共振周波数制御手段として機能する。この共振周波数制御部３３は、変更すべき共振周波数の情報を通信部３４から取得し、その共振周波数になるように共振周波数変更部３５に制御信号を出力する。

通信部３４は、送電部２側と情報の通信を行う通信手段であって、少なくとも送電部２により変更される振動磁場の周波数の情報を受信する。その際、受信した情報信号が暗号化されている場合には、暗号の解読機能を備えたものが用いられる。

共振周波数変更部３５は、受電アンテナ３１の共振周波数を変更するものであり、送電部２の振動磁場の周波数の変更に応じて受電アンテナ３１の共振周波数を変更する共振周波数変更手段として機能する。この共振周波数変更部３５としては、例えば受電アンテナ３１のインダクタンスを変更することにより共振周波数を変更するものが用いられる。受電アンテナ３１の近傍に鉄などの強磁性体３５ｂをコアとしたコイル３５ａが配置され、このコイル３５ａに流す直流電流の大きさを変えることにより強磁性体３５ｂの透磁率を変化させて受電アンテナ３１のインダクタンスを変化させる。これにより、受電アンテナ３１の共振周波数を変更することができる。また、コイル３５ａ及び強磁性体３５ｂを用いずに、受電アンテナ３１のコイル３１ａに直流電流を流すことにより受電アンテナ３１のインダクタンスを変化させて共振周波数を変更してもよい。

また、共振周波数変更部３５は、受電アンテナ３１のキャパシタを変更することにより共振周波数を変更するものであってもよい。例えば、受電アンテナ３１にバリキャップ（図示なし）を付加し、そのバリキャップの容量を変化させることにより、受電アンテナ３１の共振周波数を変更してもよい。

また、受電電力変換部３２において、受電して取り出す電流を共振周波数と同期して変化させることによりコンデンサやコイルが存在するのと等価な状態を作り出すことができる。これによって受電アンテナ３１の共振周波数を変更させてもよい。具体的には、受電電力変換部３２に流入する電流とその端子間の電圧の位相がずれるように電流を制御することにより共振回路にコンデンサやコイルが存在するのと等価な状態にすればよい。

受電アンテナ３１の共振周波数の変更と同時に送電アンテナ２１の共振周波数も変更する場合、例えば図２に示すように、送電部２に共振周波数変更部２８を設けることが好ましい。この共振周波数変更部２８は、送電アンテナ２１の共振周波数を変更するものであり、受電部３の共振周波数変更部３５と同様に構成され、例えば送電アンテナ２１のインダクタンスを変更することにより共振周波数を変更するものが用いられる。送電アンテナ２１の近傍に鉄などの強磁性体２８ｂをコアとしたコイル２８ａが配置され、このコイル２８ａに流す直流電流の大きさを変えることにより強磁性体２８ｂの透磁率を変化させて送電アンテナ２１のインダクタンスを変化させる。これにより、送電アンテナ２１の共振周波数を変更することができる。また、コイル２８ａ及び強磁性体２８ｂを用いずに、送電アンテナ２１のコイル２１ａに直流電流を流すことにより送電アンテナ２１のインダクタンスを変化させて共振周波数を変更してもよい。

また、共振周波数変更部２８は、送電アンテナ２１のキャパシタを変更することにより共振周波数を変更するものであってもよい。例えば、送電アンテナ２１にバリキャップ（図示なし）を付加し、そのバリキャップの容量を変化させることにより、送電アンテナ２１の共振周波数を変更してもよい。

なお、受電部３において、共振周波数の変更を行わず受電する場合、共振周波数制御部３３、通信部３４、共振周波数変更部３５の設置を省略してもよい。その場合、送電部２の共振周波数変更部２８の設置も省略される。

次に本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置１の動作について説明する。

図１において、まず、送電発信部２２は、所定の周波数の交流電力を送電アンテナ２１に出力する。そして、送電アンテナ２１は、その周波数に応じた振動磁場を生じさせる。送電発信部２２から出力される交流電流の周波数は、周波数制御部２６から出力される周波数制御信号に応じて設定される。

このとき、交流電流の周波数は、一定のものであってもよいが、時間経過と共に変更するものであることが好ましい。振動磁場の周波数を変更することにより、盗電が困難となり、盗電の抑制が図れる。例えば、図３に示すように、振動磁場の周波数を増減させて変更させる。また、その際、その周波数の時間的な減少率（減少速度）に対し増加率（増加速度）を大きくすることが好ましい。つまり、周波数が徐々に低くされ急激に高くされるように周波数変更することが好ましい。

これにより、送電部２の振動磁場の周波数を徐々に低くし急激に高くして変更することができ、盗電者の受電効率を著しく低くすることができ、盗電の抑制が図れる。図４に示すように、送電部２の振動磁場の周波数に対し受電部側の周波数が低いと受電効率が低くなる。このため、送電部２の振動磁場の周波数を急激に高くすることにより、盗電者の受電周波数を低くすることで受電効率を低くすることができる。

図１において、周波数制御部２６は、送電発信部２２に周波数制御信号を出力すると共に通信部２７にも周波数制御信号を出力する。周波数制御信号を受けた通信部２７は、その周波数情報を受電部３の通信部３４に送信する。その送信により、受電部３側は、振動磁場の周波数情報を取得することができる。

受電部３側では、送電アンテナ２１により発せられた振動磁場を受電アンテナ３１が受信する。その際、受電アンテナ３１の共振周波数が振動磁場の周波数と合うように変更されているため、効率よく受電することができる。すなわち、通信部３４が周波数情報を受信し、その周波数情報を共振周波数制御部３３に出力する。共振周波数制御部３３が受電アンテナ３１の共振周波数が周波数情報の周波数と同一になるように共振周波数変更部３５に制御信号を出力する。これにより、受電アンテナ３１の共振周波数が振動磁場の周波数と合うように変更され、振動磁場の周波数が変更されても効率よく受電を行うことができる。

このように送電部２から受電部３に電力伝送を行う場合、送電部２が形成する磁界が受電部３で共振して結合することにより、送電部２から高い指向性で送電しなくても受電部３において効率よく受電することができ、送電部２と受電部３が離れて配置されていても磁界エネルギを高めなくても電力の伝送が可能となる。

ここで、送電部２から受電部３に電力伝送を行っている時に、検知部２３が送電部２の周囲に形成される振動磁場を検知している。検知部２３で検知された振動磁場は、盗電判断部２４に入力される。盗電判断部２４は、振動磁場の状態に基づいて伝送されるべき電力が盗電されていないか否かを判断する。

例えば、盗電されてない通常の電力伝送時における振動磁場における波形を記憶しておき、検知時において検知された振動磁場の波形を記憶している通常時の波形と比較し、検知された振動磁場の波形が通常時の波形に対し振幅や位相などが所定値以上異なる場合に盗電されていると判断する。

また、このとき送電部２が形成する振動磁場の周波数を変更し、その周波数変更後において検知される振動磁場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断することが好ましい。例えば、図５（ａ）に示すように送電部２及び受電部３の送受電における振動磁場の周波数を変更すると、図５（ｂ）のように盗電者の受電機から発せられる振動磁場はその周波数変更に追従できない。このため、図５（ｃ）に示すように、検知部２３に検知される振動磁場は、異なる周波数の複数の振動磁場を重畳したようなものとなり、振幅などが通常の送受信時のものと異なるものとなる。この波形の相違に基づいて盗電を判断することができる。

また、送電部２が形成する振動磁場の出力を変更し、その出力変更後において検知される振動磁場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断してもよい。例えば、図６（ａ）に示すように送電部２及び受電部３における送受電における振動磁場の出力を低減すると、図６（ｂ）のように盗電者の受電機から発せられる振動磁場はその出力変更に追従できない。このため、図６（ｃ）に示すように、検知部２３に検知される振動磁場は、送電部２及び受電部３の送受電における振動磁場の出力状態より大きなものとなる。この振動磁場の振幅に基づいて盗電を判断することができる。

図１において、盗電判断部２４により盗電されていると判断された場合には、報知部２５により無線エネルギ伝送装置１の使用者若しくは管理者にその旨が報知される。また、盗電判断部２４により盗電されていると判断された場合には、電力伝送を停止させることが好ましい。例えば、盗電判断部２４から盗電検出信号が送電発信部２２に出力され、送電発信部２２における交流電力の出力を停止することにより電力伝送が停止される。これにより、盗電されている場合にすぐに電力伝送が停止されるため、盗電を効果的に抑制できる。

以上のように、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置１によれば、送電部２から受電部３に電力伝送している際に検知部２３により検知された振動磁場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断することにより、盗電されているか否かを容易に検出することができる。この場合、振動磁場の状態に基づいて盗電を検出するため、盗電者や盗電者の受電機などの存在を検出しなくても盗電を検出することができる。

また、送電部２により発せられる振動磁場の出力状態を変更することにより、振動磁場の出力状態の変更後における振動磁場を検知し、振動磁場の出力変更に対し検知される振動磁場又は振動電場の変動が追従していない場合に盗電されていると判断することができる。

また、送電部２により発せられる振動磁場の周波数を変更することにより、振動磁場の周波数の変更後における振動磁場を検知し、振動磁場の周波数変更に対し検知される振動磁場の変動が追従していない場合に盗電されていると判断することができる。

また、盗電されていると判断された場合に報知を行うことにより、管理者などが盗電されていることを認識することができる。

さらに、盗電されていると判断された場合に電力伝送を停止することにより、盗電を効果的に抑制することができる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る無線エネルギ伝送装置の一例を示すものである。本発明に係る無線エネルギ伝送装置は、このようなものに限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る無線エネルギ伝送装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置では、通信部２３、３４を通じて振動磁場の周波数を送電部２から受電部３に送信するものについて説明したが、送電部２及び受電部３において予め周波数の変更を時刻などに応じて設定しておき、その設定に応じて振動磁場の周波数及び受電アンテナ３１の共振周波数を変更してもよい。

また、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置では、振動磁場により電力を伝送する場合について説明したが、送電部２により振動電場を形成しその振動電場により電力を伝送するものであってもよい。

本発明の実施形態に係る無線エネルギ伝送装置の構成概要図である。図１の無線エネルギ伝送装置の変形例の説明図である。図１の無線エネルギ伝送装置における送電周波数の説明図である。図１の無線エネルギ伝送装置における受電効率の説明図である。図１の無線エネルギ伝送装置における振動磁場の周波数変更の説明図である。図１の無線エネルギ伝送装置における振動磁場の出力変更の説明図である。

符号の説明

１…無線エネルギ伝送装置、２…送電部、３…受電部、２１…送電アンテナ、２２…送電発信部、２３…検知部、２４…盗電判断部、２５…報知部、２６…周波数制御部、２７…通信部、２８…共振周波数変更部、３１…受電アンテナ、３２…受電電力変換部、３３…共振周波数制御部、３４…通信部、３５…共振周波数変更部、Ａ…盗電者。

Claims

振動磁場又は振動電場を発生させる送電部と、
前記送電部の振動磁場又は振動電場を受電アンテナにより受けて電力に変換する受電部と、
前記送電部の周囲に形成される振動磁場又は振動電場を検知する検知手段と、
前記送電部から前記受電部に電力伝送している際に前記検知手段により検知された振動磁場又は振動電場の状態に基づいて盗電されているか否かを判断する盗電判断手段と、
を備えた無線エネルギ伝送装置。
前記送電部により発せられる振動磁場又は振動電場の出力状態を変更する出力変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギ伝送装置。
前記送電部により発せられる振動磁場又は振動電場の周波数を変更する周波数変更手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の無線エネルギ伝送装置。
前記盗電判断手段により盗電されていると判断された場合に報知を行う報知手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線エネルギ伝送装置。
前記盗電判断手段により盗電されていると判断された場合に電力伝送を停止する停止手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線エネルギ伝送装置。