JP2012523217A

JP2012523217A - Ｒｆエネルギー捕集を介して電力供給されるセンサ装置

Info

Publication number: JP2012523217A
Application number: JP2012504685A
Authority: JP
Inventors: アイオット、ジェフリー; アランバーネット、トマス
Original assignee: マスココーポレーション
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2012-09-27
Also published as: AR076229A1; BRPI1014235A2; IL214602A0; EP2417691A2; MX2011008679A; CL2010000249A1; KR20110134879A; ZA201105843B; CN102388523A; CA2753826A1; WO2010117571A2; WO2010117571A3; US20100253156A1

Abstract

無線システム用のセンサ装置の一実施例は、受信機、エネルギー捕集機、及び送信機を有する。該受信機は信号を受信し、該エネルギー捕集機は該信号を利用可能な形態のエネルギーに変換する。該送信機は、この利用可能な形態のエネルギーを活用して負荷を選択的に起動する。

Description

本発明は一般にセンサ装置に関し、特に、データ列を伝送可能で且つ、高周波（ＲＦ）エネルギーの捕集を介して常時電力を供給されるセンサ装置に関する。

無線交信可能であり、且つ電力供給先装置を起動するセンサ装置が、既知センサ装置として知られている。例えば、無線光スイッチは、照明器具と光スイッチ間の有線ベースの電気的接続を必要とせずに、該照明器具を制御する。即ち、該無線光スイッチは、該照明器具と接続された受信機と無線交信して、該照明器具を点灯又は消灯する。

この種のセンサ装置は、通常、限定された時間内でのみ利用可能なエネルギー源により電力を供給される。例えば、これらのセンサ装置の多くは内蔵された送信機を有し、該送信機は機械的エネルギーを電力に変換して、該センサ装置から該受信機への交信を可能にする。該エネルギー源は、例えばユーザーの指によるセンサ装置への接触のような、ユーザーのセンサ装置への接触により提供される。このエネルギー源は限定された時間内でのみ利用可能なので、（点灯／消灯状態、低輝度レベル、サイレントスイッチ、夜間照明の諸機能のような）センサ装置の他の様々な機能を実現させる立場からは不充分なエネルギー量しか一般には供給し得ない。

他の既知のセンサ装置は、機械的，光学的、電池依存、又は有線ベースのエネルギー源により電力を供給される。該センサ装置の多くの実際的利用に際して、これらの電力源へのアクセスはしばしば制限される。つまり、例えば、センサ装置は壁の奥に設置されていて取り外すのに相当な労力を要する、又は、容易には届かない高い場所に設置されている、という状況が存在し得る。

無線システムの一実施例は、建造物構造を含む。送信機が、該建造物構造内に配置されている。該無線システムはまた、該送信機と交信するセンサ装置を含む。該センサ装置は、該送信機から受信された信号により常時電力を供給される。電力供給先装置が、該センサ装置により選択的に起動される。

少なくとも一個のセンサ装置を有する無線システムにおける方法の一実施例は、該センサ装置外部から受信した信号に基づき該センサ装置に常時電力を供給する段階、を含む。

以下の本発明の詳細な説明を読まれれば、技術に習熟した人にとり、本開示の様々な特徴と利点は明白になるであろう。この詳細な説明の添付図面は、簡単に以下のように説明される。

建造物構造の無線システムの一実施例を示す概略図である。図１の無線システム内で使用されるセンサ装置の一実施例を示す図である。図１の無線システムの一実施例の実装形態を示す図である。図３に図示された無線システムの一センサ装置の様々な補充機能を示す図である。図１の無線システムの他の実施例の実装形態を示す図である。

図１は、建造物構造１２の無線システム１０を示す。図示された該無線システム１０は、該建造物構造１２の特定の種類に何ら限定されず、居住用建造物、商業用建造物、等を含んでいて良い。無線システム１０自体も、無線システム１０の特定の種類に何ら限定されない。無線システム１０の実装形態のこうした非限定実施例は、照明システム、サーモスタットシステム、センサシステム、セキュリティシステム、等を含む。以下の非限定実施例により例示されるように、高周波（ＲＦ）エネルギーの捕集を介して負荷と交信する異なる様々な方法において、無線システム１０は活用し得る。

無線システム１０の該実施例は、専用電力供給源送信機１４、センサ装置１６、受信機１８、及び電力供給先装置２０を有する。図示された該実施例において、接続線２１で一般的に表現されているように、電力供給源２２が該電力供給先装置２０と選択的に電気的交信を行う。接続線２９で一般的に表現されているように、該受信機１８は、該電力供給源２２と該電力供給先装置２０を電気的に接続する。例えば、受信機１８は、電力供給先装置２０を電力供給源２２に選択的に電気的に接続する。受信機１８は、この機能を実装する為のハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの双方を含み得る。受信機１８は電力供給先装置２０から分離した形態の構成要素として図示されているが、本開示の様々な特徴と利点は、一体型（即ち、内蔵された）受信機を含む電力供給先装置２０の起動に対して適用可能である。

受信機１８は、一実施例として、電力供給先装置２０の動作を制御する単一チャンネル受信機である。受信機１８は、他の実施例として、補充電力供給先装置２３のような一個又はそれ以上の補充電力供給先装置の動作を制御可能な多チャンネル受信機、であり得る。一例として、受信機１８は、ヴァーブリビングシステム社製製品番号Ｘ２１１０受信機でもよい。電力供給先装置２０、２３は、各々、別々の部屋（又は、別々の建物）Ｒ１，Ｒ２内に配置され得て、異なる機能も有し得る。例えば、電力供給先装置２０は照明装置で、一方、補充電力供給先装置２３は送風機であり得る。

幾つかの実施例において、無線システム１０の受信機１８は、無線システム１０の動作を高度化する補充構成要素を含み得る。例えば、受信機１８は、ソフトウェアモジュール１８ａおよび／またはメモリモジュール１８ｂを含み得る。該ソフトウェアモジュール１８ａは、受信機１８に受信された一個又はそれ以上のセンサ装置１６からの信号の分析を容易化し得る。幾つかのセンサ装置１６が存在する実施例において、ソフトウェアモジュール１８ａは、センサ装置１６の特定の一個と関連する受信信号（例えば、符号化信号）を識別し、望ましい出力応答を生成する。例えば、ある一個のセンサ装置１６からの信号に応答して、ソフトウェアモジュール１８ａは、電力供給先装置２０が稼動されるべきか否かを決定し、他の一個のセンサ装置１６からの信号に応答して、補充電力供給先装置２３が稼動されるべきか否かを決定し得る。従って、ソフトウェアモジュール１８ａは、複数個のセンサ装置１６と複数個の異なる電力供給先装置の出力を、受信機１８が管理することを可能にする。

該専用電力供給源送信機１４は、該建造物構造１２内の任意の位置に設置される。専用電力供給源送信機１４は、建造物構造１２内の電力供給戦略上重要な位置に設置され、一個又はそれ以上のセンサ装置１６と交信する為の専用周波数に特に同調された送信機である。一例として、専用電力供給源送信機１４はパワーキャスト送信機である。他の例として、専用電力供給源送信機１４はイトリシティ送信機である。無線システム１０の該実施例は単一の専用電力供給源送信機１４のみで図示されているが、複数個の専用電力供給源送信機１４が建造物構造１２内に広く設置され得ることが理解されるべきである。

本開示の恩恵を受け得る、普通程度に技術に習熟した人ならば、常時センサ装置１６に電力を供給する為に、専用電力供給源送信機１４を建造物構造１２内の電力供給戦略上重要な位置に設置できるであろう。専用電力供給源送信機１４は、ＲＦエネルギーを含むような信号２４を常時センサ装置１６に送信する。これは即ち、専用電力供給源送信機１４はデータ列を伝送可能である、という事である。しかしながら、無線システム１０自体は、該信号の特定の種類に何ら限定されない。

センサ装置１６は、専用電力供給源送信機１４から受信した該ＲＦエネルギーを捕集し、自身に電力供給する為に該ＲＦエネルギーを貯蔵する。図２に関連して以下に更に説明されるように、センサ装置１６は、この捕集、貯蔵機能を実装する為に必要なハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの双方を含む。

センサ装置１６は、該貯蔵された、利用可能な形態のエネルギーを活用して、受信機１８と選択的に無線交信する。これによって、センサ装置１６は電力供給先装置２０の機能を制御する。例えば、センサ装置１６の操作のような状態動作の変化に応答して、センサ装置１６は、ＲＦ信号のような信号２５を受信機１８に送信する。この変化以外の他の何らかの刺激もまた、センサ装置１６から受信機１８への該信号２５の送信の引き金になり得て、該送信を発動させる。とにかく一旦受信機１８がセンサ装置１６からＲＦ信号を受信すれば、受信機１８は、例えば照明を点灯するなどして電力供給先装置２０を起動する。

図１においては、全ての電力供給先装置２０、２３が同一の該建造物構造１２内に配置される形態として図示されている。しかしながら、Ｒ１とＲ２は分離した別々の建物を表示し得るし、又、電力供給先装置２０、２３が該建造物構造１２外に配置され得るし、又、このような電力供給先装置２０、２３がセンサ装置１６のＲＦ周波数範囲内に存在する限り、電力供給先装置２０、２３はやはりセンサ装置１６からの該ＲＦ信号の送信により起動され得る、ことが理解されるべきである。

図２は、図１と継続的に関連した形で、上記の無線システム１０内で使用されるセンサ装置１６の一実施例を示す。センサ装置１６は受信機３０を含み、該受信機３０は、専用電力供給源送信機１４から該信号２４を受信するアンテナ３２を有する。該アンテナ３２は、専用電力供給源送信機１４から放射される該信号周波数に整合するように特に同調されている。普通程度に技術に習熟した人ならば、有線アンテナ、ナノドープされたプラスチックアンテナ、等を含めた（しかし、これらに限定はされない）センサ装置内で使用するべき適切なアンテナ、を選択できるであろう。センサ装置１６内の電力管理装置３４は、受信機３０により受信された該ＲＦエネルギーを管理し、該エネルギーを貯蔵し、更に信号を電力供給先装置２０に送信して電力供給先装置２０に電力を供給する。

センサ装置１６は、更にエネルギー捕集機３６を含む。該エネルギー捕集機３６は、急速充電装置３８とエネルギー貯蔵装置４０を含む。急速充電装置３８は、専用電力供給源送信機１４から受信した該ＲＦエネルギーを、該利用可能な形態のエネルギーに変換する。例えば、急速充電装置３８は、受信したＲＦエネルギーの電圧を増大させることにより、ＲＦエネルギーを利用可能な形態のエネルギーに変換する。次に、この利用可能な形態のエネルギーは、該エネルギー貯蔵装置４０内に貯蔵される。一例として、エネルギー貯蔵装置４０は低漏洩コンデンサーである。しかしながら、他の貯蔵装置の使用が本開示の範囲内で許容され得る。エネルギー貯蔵装置４０内に貯蔵された該エネルギーは、センサ装置１６により如何なる場合でも利用可能である。例えば、センサ装置１６は、何らかの刺激に応答して、該エネルギーを利用して該信号２５を受信機１８に送信する。専用電力供給源送信機１４から受信したＲＦエネルギーを介して、センサ装置１６は連続的に電力を供給される。即ち、建造物構造１２内に設置された専用電力供給源送信機１４からＲＦエネルギーを捕集することにより、センサ装置１６は連続的に電力を供給される。

センサ装置１６内の送信機４２は、無線システム１０の受信機１８と交信して、電力供給先装置２０を起動する。この点に関連して、センサ装置１６は、該送信機４２に加えて、ハードウェア（例えば、タイミング回路、論理回路、マイクロプロセッサ、等）、ソフトウェア、又はこれらの双方を含み得る。これらの構成要素の目的は、例えば特定のセンサ装置１６を識別する符号化信号のような、望ましい種類の信号を提供すること、又は、捕集された電力量を監視する、および／または送信機４２とセンサ装置１６への電力供給を制御する“スマート（ｓｍａｒｔ）”機能を提供することである。

上記図示例において、センサ装置１６は、更にセンサ４４を含む。該センサ４４は、センサ装置１６の各構成要素の位置を検出するか、又はセンサ装置１６の状態の変化を検出する。例えば、無線システム１１０が照明システム（図３参照）である場合、センサ４４は、光スイッチの位置を検出する。このように、例えば磁石とリードスイッチ又はホール効果センサの使用を介する形態で、センサ装置１６はサイレント動作が可能である。

図３は、該無線システム１０の一実施例の実装形態を示す。この実施例において、無線システムは、図１で説明した無線システム１０に多少とも類似した照明システム１１０のような、建造物制御システムである。本開示において、類似した参照番号は類似した構成要素を示し、又、１００又はその倍数を加えた参照番号は変更された構成要素を示す。該変更構成要素は、特に言及しない限り、対応する元々の構成要素と同一の特徴と利点を併合することが理解されるべきである。

この図示例において、該照明システム１１０は、複数個の床Ｆｎを有する建造物構造１１２内に位置する。専用電力供給源送信機１１４Ａは１階の床Ｆ１上に位置し、他の専用電力供給源送信機１１４Ｂは２階の床Ｆ２上に位置し、更に、専用電力供給源送信機１１４ｎはＮ階の床Ｆｎ上に位置する。即ち、この例においては、各一個の専用電力供給源送信機１１４が、該建造物構造１１２の各床上に位置する。本開示の恩恵を受け得る、普通程度に技術に習熟した人ならば、該補充専用電力供給源送信機１１４が建造物構造１２内に位置され得ることを理解されよう。建造物構造１２内の各専用電力供給源送信機１１４の実際の位置は、建造物構造１２の規模と全体的照明の必要要件を含めた（しかし、これらに限定はされない）設計上の固有パラメータに応じて変化する。

各床Ｆ１、Ｆ２、及びＦｎは、複数個のセンサ装置１１６を各々含む。該センサ装置１１６は、専用電力供給源送信機１１４Ａ，１１４Ｂ、及び１１４ｎから捕集されたエネルギーにより連続的に電力を供給される。一例において、該センサ装置１１６は無線光スイッチである。センサ装置１１６は、専用電力供給源送信機１１４Ａ，１１４Ｂ、及び１１４ｎから受信したエネルギーを活用して、建造物構造１１２内に広く位置する複数個の照明器具１２０を起動する。受信機１１８は、センサ装置１１６と無線交信して、該照明器具１２０への供給電力を制御する。

図４は、該無線照明システム１１０の該実施例内のセンサ装置１１６の補充機能を示す。この例では、センサ装置１１６は光スイッチ１４０である。該補充機能は、点灯／消灯状態表示器１５０、低輝度レベル表示器１６０、一体型夜間照明灯１７０、等を含み得る（しかし、これらに限定はされない）。充分な電力がセンサ装置１１６から容易に入手可能であり、これらの補充機能と他の任意の補充機能に電力を供給する。充分な電力が容易に入手可能な理由は、センサ装置１１６は、専用電力供給源送信機１１４から放射されるＲＦエネルギーの捕集を介して連続的に電力を供給されているからである。

図５は、該無線システム１０の他の実施例の実装形態を示す。この実施例において、無線システムは、該無線システム１０に多少とも類似したセキュリティシステム２１０のような、建造物制御システムである。該セキュリティシステム２１０は、建造物構造２１２に対応、随伴した形態で設計されている。この点に関連して、セキュリティシステム２１０は、様々な異なった方式で建造物構造内のセキュリティを監視する為に使用し得る。

セキュリティシステム２１０の該実施例は、専用電力供給源送信機２１４を含む。該専用電力供給源送信機２１４は、ＲＦエネルギーの捕集をさせて連続的にセンサ装置２１６に電力を供給する。該センサ装置２１６は、該建造物構造２１２内に位置する専用電力供給源送信機２１４から受信した該エネルギーを活用して、セキュリティ装置２２０を起動する。受信機２１８は、センサ装置２１６と無線交信して、該セキュリティ装置２２０を起動する。

例えば、センサ装置２１６は、建造物構造２１２のある部分２２２に接続、結合し得る。ある部分２２２とは、例えば窓、ドア、引き出し、棚、門、又は他の部分２２２を指し、そこでセキュリティを監視して有益な結果を得る場所である。セキュリティに関連した何らかの出来事といったある刺激に応答して、センサ装置２１６は無線信号２２４を該受信機２１８に送信する。受信機２１８はセキュリティ装置２２０を起動して、セキュリティ応答を発動させる。一例において、該刺激とは、建造物構造２１２のドア、引き出し、門、窓、又は他の部分２２２を開く行為を指す。

発動される該セキュリティ応答の種類は、何ら特定の種類に限定されず、例えば視覚表示応答、聴覚表示応答、通信応答を含み、あるいは機械的応答さえ含み得る。普通程度に技術に習熟した人ならば，建造物構造２１２全体のセキュリティ監視の実現の為には、セキュリティシステム２１０の該実施例は複数個の専用電力供給源送信機２１４、センサ装置２１６、受信機２１８、及びセキュリティ装置２２０を含み得る、ことを理解されよう。本開示は、無線システム１０を、照明システム１１０とセキュリティシステム２１０のような建造物制御システムとして説明している。しかしながら、無線システム１０は又、サーモスタットシステム、湿度センサシステム、環境制御システム、等を含み得て、それによって無線式で電池不要のネットワークインフラ基盤の能力を拡大し得る、ことが理解されるべきである。

諸々の特徴の組み合わせが、図示された例において提示された。しかしながら、本開示の様々な実施例の恩恵を実現させる為に、これらの特徴の全てを組み合わせる必要があるわけではない。換言すれば、本開示の中の一個の実施例に従って設計されたシステムは、任意の図中に表示された各特徴、又は図中に概略表示された全部分、を必ずしも含むわけではない。更に、一実施例の選択された特徴は、他の実施例の選択された特徴と組み合わせ得る。

前述の説明はあくまで例示を目的としたものであり、如何なる限定的意味にも解釈されるべきではない。普通程度に技術に習熟した人ならば，ある程度の変更が本開示の範囲内で為し得ることを理解されよう。これらの理由により、本開示の真の範囲と内容を決定する為に、以下に述べる請求範囲が検討されるべきである。

Claims

信号を受信する受信機と、
前記信号を利用可能な形態のエネルギーに変換するエネルギー捕集機と、
前記利用可能な形態のエネルギーを活用して負荷を選択的に起動する送信機を備えることを特徴とする無線システム用のセンサ装置。
前記センサ装置は、前記センサ装置の外部に配置された専用電力供給源送信機から連続的に電力を供給されることを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ装置。
前記センサ装置は照明システムの構成要素であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ装置。
前記センサ装置はセキュリティシステムの構成要素であることを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ装置。
前記エネルギー捕集機は、前記信号を前記利用可能な形態のエネルギーに変換する電荷増幅装置と、前記利用可能な形態のエネルギーを貯蔵するエネルギー貯蔵装置を含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ装置。
前記受信機は前記信号を受信するアンテナを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ装置。
前記信号は高周波（ＲＦ）エネルギーを含むことを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ装置。
前記送信機はデータ列を送信して前記負荷と交信することを特徴とする請求の範囲第１項記載のセンサ装置。
建造物構造と、
前記建造物構造内に配置される送信機と、
前記送信機と交信するセンサ装置を備え、前記センサ装置は前記送信機から受信した信号により常時電力を供給され、更に
前記センサ装置により起動される電力供給先装置を備えることを特徴とする無線システム。
前記信号はＲＦエネルギーを含むことを特徴とする請求の範囲第９項記載の無線システム。
前記センサ装置と無線交信する受信機を更に備え、前記受信機は前記センサ装置から第二信号を受信して前記電力供給先装置を起動することを特徴とする請求の範囲第９項記載の無線システム。
前記建造物構造は複数個の床を含み、前記送信機は複数個の送信機を含み、前記複数個の床の各々は前記複数個の送信機の少なくとも一個を含むことを特徴とする請求の範囲第９項記載の無線システム。
前記センサ装置は複数個のセンサ装置を含み、前記複数個のセンサ装置の少なくとも一個が前記複数個の床の各々上に配置されることを特徴とする請求の範囲第９項記載の無線システム。
前記電力供給先装置は複数個の電力供給先装置を含み、前記複数個の電力供給先装置の少なくとも一個が前記複数個の床の各々上に配置されることを特徴とする請求の範囲第９項記載の無線システム。
少なくとも一個のセンサ装置を有する無線システムにおいて使用される方法であって、
前記少なくとも一個のセンサ装置の外部から受信した信号を用いて、前記少なくとも一個のセンサ装置に常時電力を供給する段階ａ）から成ることを特徴とする方法。
前記無線システムは専用電力供給源送信機を含み、更に
前記専用電力供給源送信機を建造物構造内に配置する段階ｂ）と、
信号を前記専用電力供給源送信機から前記少なくとも一個のセンサ装置へ送信して、前記少なくとも一個のセンサ装置に常時電力を供給する段階ｃ）を含むことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の方法。
前記信号はＲＦエネルギーを含むことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の方法。
前記少なくとも一個のセンサ装置により受信した前記信号を、利用可能な形態のエネルギーに変換する段階ｂ）を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１５項記載の方法。
前記利用可能な形態のエネルギーを前記少なくとも一個のセンサ装置内に貯蔵する段階ｃ）を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。
前記無線システムは受信機と、前記受信機と電気的に交信する電力供給先装置を含み、更に
前記利用可能な形態のエネルギーを活用して信号を前記受信機に送信する段階ｃ）と、
前記少なくとも一個のセンサ装置からの前記信号の受信に応答して、前記電力供給先装置を起動する段階ｄ）を含むことを特徴とする請求の範囲第１８項記載の方法。