JP2015208157A - wireless power supply system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless power supply system, capable of stable power transmission without the need of a battery exchange for power reception equipment.SOLUTION: A power transmission device includes: direction control means for controlling the direction of power transmission from the power transmission device; and storage means for storing a power reception state at the power reception equipment, as information associated with the direction of power transmission controlled by the direction control means. The direction of the power transmission from the power transmission device is controlled based on the information stored in the storage means.

Description

本発明は、送電装置から受電機器に向けて無線による送電を行うワイヤレス給電システムに関する。   The present invention relates to a wireless power feeding system that performs wireless power transmission from a power transmission device to a power receiving device.

無線フィールド機器を用いてプラントは各種設備を構成する場合、通常は無線フィールド機器に一次電池を装着し、これを電源として利用している。無線フィールド機器では、主としてデータ通信のために電力を消費するので、データの更新周期を長くすることでデータ通信の頻度を減らし、電池の寿命を延ばすことができる。   When a plant constitutes various facilities using a wireless field device, a primary battery is usually mounted on the wireless field device and used as a power source. In the field wireless device, power is consumed mainly for data communication. Therefore, by extending the data update cycle, the frequency of data communication can be reduced and the battery life can be extended.

特開2013−030914号公報JP 2013-030914 A 特開2012−016087号公報JP 2012-016087 A 特開2008−204061号公報JP 2008-240661 A 特開2008−283804号公報JP 2008-283804 A

しかし、電池の寿命を数年とした場合には、例えば、通信頻度が数十秒に1回程度となるなど、電池の寿命を考慮するとデータの更新周期を短くしたい場合に対処できない。また、本来、無線フィールド機器は、例えば、鉄塔の上方や洋上のプラットフォームなど、人が頻繁に立ち入ることや接近することが困難な箇所へ設置する場合にこそ、有線機器に対して優位性があり、電池交換が必要となると無線フィールド機器を用いるメリットが損なわれる。このため、電池交換が不要であり、天候等に影響されることなく安定的で充分な送電を可能とするシステムが望まれる。   However, when the battery life is several years, it is impossible to cope with the case where it is desired to shorten the data update cycle in consideration of the battery life, for example, the communication frequency is about once every several tens of seconds. In addition, wireless field devices are inherently superior to wired devices when they are installed in places where it is difficult for people to enter and access frequently, for example, above steel towers or offshore platforms. When the battery needs to be replaced, the merit of using the wireless field device is impaired. Therefore, there is a need for a system that does not require battery replacement and enables stable and sufficient power transmission without being affected by weather or the like.

本発明の目的は、受電機器の電池交換が不要であり、安定的に送電が可能なワイヤレス給電システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a wireless power feeding system that does not require battery replacement of a power receiving device and can stably transmit power.

本発明のワイヤレス給電システムは、送電装置から受電機器に向けて無線による送電を行うワイヤレス給電システムにおいて、前記送電装置は、前記送電装置からの送電の方向を制御する方向制御手段と、前記受電機器における受電状態を、前記方向制御手段により制御される送電の方向と対応付けた情報として記憶する記憶手段と、を備え、前記送電装置からの送電の方向は、前記記憶手段に記憶された前記情報に基づいて制御されることを特徴とする。
このワイヤレス給電システムによれば、受電機器における受電状態を、送電の方向と対応付けた情報に基づいて送電の方向を制御するので、受電機器の電池交換が不要であり、かつ安定的な送電が可能となる。
The wireless power feeding system of the present invention is a wireless power feeding system that performs wireless power transmission from a power transmission device to a power receiving device, wherein the power transmission device controls a direction of power transmission from the power transmission device, and the power receiving device. Storage means for storing the power receiving state in the information associated with the direction of power transmission controlled by the direction control means, and the direction of power transmission from the power transmission device is the information stored in the storage means It is controlled based on.
According to this wireless power feeding system, the power receiving state in the power receiving device is controlled based on information associated with the direction of power transmission, so that battery replacement of the power receiving device is not necessary and stable power transmission is possible. It becomes possible.

前記受電機器は、当該受電機器の前記受電状態を前記送電装置に向けて無線送信する受電状態送信手段を備え、前記送電装置は、前記受電状態送信手段により無線送信された前記受電状態を受信する受電状態受信手段を備えてもよい。   The power receiving device includes a power reception state transmission unit that wirelessly transmits the power reception state of the power reception device toward the power transmission device, and the power transmission device receives the power reception state wirelessly transmitted by the power reception state transmission unit. You may provide a receiving condition receiving means.

前記受電機器が前記送電装置からの送電を受けている間に、前記受電状態が前記受電状態送信手段から前記受電状態受信手段に無線により転送されてもよい。   The power reception state may be wirelessly transferred from the power reception state transmission unit to the power reception state reception unit while the power reception device receives power transmission from the power transmission device.

前記送電装置は複数のアンテナを備え、前記方向制御手段は、前記複数のアンテナから放射される電波の位相を制御することにより送電の方向を制御してもよい。   The power transmission device may include a plurality of antennas, and the direction control means may control the direction of power transmission by controlling the phase of radio waves radiated from the plurality of antennas.

前記送電装置は耐圧防爆構造のケースに収容され、前記ケースに、前記複数のアンテナから放射される電波を透過する領域を設けてもよい。   The power transmission device may be housed in a case with a flameproof structure, and the case may be provided with a region that transmits radio waves radiated from the plurality of antennas.

前記ケースは円柱形状とされ、前記ケースにおける円柱形状の平面を前記領域として使用してもよい。   The case may have a cylindrical shape, and a cylindrical plane in the case may be used as the region.

本発明のワイヤレス給電システムによれば、受電機器における受電状態を、送電の方向と対応付けた情報に基づいて送電の方向を制御するので、受電機器の電池交換が不要であり、かつ安定的な送電が可能となる。   According to the wireless power feeding system of the present invention, the power receiving state in the power receiving device is controlled based on the information associated with the direction of power transmission, so that battery replacement of the power receiving device is unnecessary and stable. Power transmission is possible.

ワイヤレス給電システムの構成を示す平面図。The top view which shows the structure of a wireless electric power feeding system. 送電装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a power transmission apparatus. 送電装置の実装例を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図。It is a figure which shows the example of mounting of a power transmission apparatus, (a) is a front view, (b) is a side view. 無線フィールド機器に具備される充電回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the charging circuit with which a wireless field device is equipped. 受電アンテナの実装例を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図。It is a figure which shows the example of mounting of a receiving antenna, (a) is a front view, (b) is a side view. 送電装置の動作例を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation example of a power transmission apparatus.

以下、本発明によるワイヤレス給電システムの実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of a wireless power feeding system according to the present invention will be described.

図1は、本実施形態のワイヤレス給電システムの構成を示す平面図である。   FIG. 1 is a plan view showing the configuration of the wireless power feeding system of the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態のワイヤレス給電システムは、プラントや設備の一領域に配置される無線フィールド機器1A,1B,1Cと、無線フィールド機器1A,1B,1Cにそれぞれ接続される受電アンテナ2,2,2と、受電アンテナ2,2,2に向けて無線による送電を行う送電装置3と、送電装置3に接続される無線システム機器10と、を備える。   As shown in FIG. 1, the wireless power feeding system of the present embodiment is configured to receive power connected to the wireless field devices 1A, 1B, 1C and the wireless field devices 1A, 1B, 1C arranged in one area of the plant or facility. Antennas 2, 2, 2, a power transmission device 3 that performs wireless power transmission toward the power receiving antennas 2, 2, and 2, and a wireless system device 10 that is connected to the power transmission device 3.

無線フィールド機器1A,1B,1Cおよび無線システム機器10は、それぞれデータ通信用アンテナ11を備え、データ通信用アンテナ11を介して互いに無線によるデータ通信を行うことができる。なお、図1では、3台の無線フィールド機器が図示されているが、その台数は任意である。また、送電装置を複数使用することもできる。   Each of the field wireless devices 1A, 1B, 1C and the wireless system device 10 includes a data communication antenna 11, and can perform wireless data communication with each other via the data communication antenna 11. In FIG. 1, three wireless field devices are shown, but the number is arbitrary. A plurality of power transmission devices can also be used.

図2は、送電装置3の構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the power transmission device 3.

図2に示すように、送電装置3は送電のためのマイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置31と、マイクロ波発生装置31に電力を供給する電源32と、マイクロ波発生装置31により発生したマイクロ波を出力する送電アンテナ4,4,・・・と、送電アンテナ4,4,・・・に与えられるマイクロ波の位相をそれぞれ変化させる移相器34,34,・・・と、無線システム機器10に接続されるとともに、マイクロ波発生装置31および移相器34,34,・・・を制御する制御部35と、後述する受電情報を記憶する記憶部36と、を具備する。   As shown in FIG. 2, the power transmission device 3 includes a microwave generation device 31 that generates a microwave for power transmission, a power supply 32 that supplies power to the microwave generation device 31, and a microwave generated by the microwave generation device 31. , Which outputs waves, phase shifters 34, 34,... That change the phase of microwaves applied to the power transmission antennas 4, 4,. , A control unit 35 that controls the microwave generator 31 and the phase shifters 34, 34,..., And a storage unit 36 that stores power reception information to be described later.

本実施形態では、送電のためのマイクロ波の周波数を、無線フィールド機器1A,1B,1Cおよび無線システム機器10間におけるデータ通信とは異なる周波数としている。これにより、送電とデータ通信とを同時に実行することが可能である。例えば、データ通信の周波数を2.45GHz、送電のためのマイクロ波の周波数を5.77GHzとすることができる。   In the present embodiment, the frequency of the microwave for power transmission is set to a frequency different from the data communication between the wireless field devices 1A, 1B, 1C and the wireless system device 10. Thereby, it is possible to perform power transmission and data communication simultaneously. For example, the frequency of data communication can be set to 2.45 GHz, and the frequency of microwaves for power transmission can be set to 5.77 GHz.

図3は、送電装置3の実装例を示す図であり、図3(a)は正面図、図3(b)は側面図である。   FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating an implementation example of the power transmission device 3, in which FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a side view.

図3(a)および図3(b)に示すように、送電装置3は、平板状の基板42(図3(b))上に形成されたパッチアンテナ41,41,・・・と、基板42を収容するアルミダイカスト製の円筒状部材43と、円筒状部材43に嵌め込まれる耐圧ガラス44と、円筒状部材43に取り付けられた脚部45と、を備える。円筒状部材43および耐圧ガラス44などにより耐圧防爆構造のケースが構成され、少なくとも内部にパッチアンテナ41,41,・・・と、基板42とが収容される。パッチアンテナ41,41,・・・からのマイクロ波は耐圧ガラス44を透過して放射される。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the power transmission device 3 includes a patch antenna 41, 41,... Formed on a flat substrate 42 (FIG. 3B), and a substrate. A cylindrical member 43 made of an aluminum die-casting housing 42, a pressure-resistant glass 44 fitted into the cylindrical member 43, and a leg 45 attached to the cylindrical member 43. A case with a pressure-proof explosion-proof structure is formed by the cylindrical member 43 and the pressure-resistant glass 44, and the patch antennas 41, 41,... The microwaves from the patch antennas 41, 41,...

隣接するパッチアンテナ41間の間隔は、放射されるマイクロ波の波長をλとすると、0.5λ〜1.0λとされる。図3(a)では、16個のパッチアンテナ41,41,・・・を設ける例を示しているが、その数は任意に選択できる。   The spacing between adjacent patch antennas 41 is 0.5λ to 1.0λ, where λ is the wavelength of the emitted microwave. 3A shows an example in which 16 patch antennas 41, 41,... Are provided, the number thereof can be arbitrarily selected.

なお、円筒状部材43および耐圧ガラス44により形成される耐圧防爆構造のケースの内部に、送電装置3(図2)の全体またはその一部を適宜収容することができる。   In addition, the whole power transmission apparatus 3 (FIG. 2) or a part thereof can be appropriately accommodated in the case of the explosion-proof explosion-proof structure formed by the cylindrical member 43 and the pressure-resistant glass 44.

耐圧防爆構造を得るために、円筒状部材43は例えば7mm程度の厚みの板材により、耐圧ガラス44は例えば10mm程度の厚みのガラス板により、それぞれ形成することができる。   In order to obtain a pressure-resistant explosion-proof structure, the cylindrical member 43 can be formed by a plate material having a thickness of about 7 mm, for example, and the pressure-resistant glass 44 can be formed by a glass plate having a thickness of about 10 mm, for example.

送電アンテナ4,4,・・・(図2)は、パッチアンテナ41,41,・・・によるフェーズドアレイとして構成され、パッチアンテナ41,41,・・・のそれぞれは、送電アンテナ4,4,・・・に振り分けられる。送電アンテナ4,4,・・・により放射されるマイクロ波の位相を移相器34,34,34によって変化させることによりマイクロ波の放射方向を細かく制御することができる。例えば、すべての送電アンテナ4,4,・・・から放射されるマイクロ波の位相が揃っていれば基板42の面の法線方向にマイクロ波が放射され、位相をずらすことにより、上記法線方向から角度をもった方向にマイクロ波の放射方向を変化させることができる。マイクロ波の放射方向は左右、上下の両方向で変化させることができる。図1では、マイクロ波の放射方向を無線フィールド機器1Aの方向へ振った状態での放射範囲を実線により、マイクロ波の放射方向を無線フィールド機器1Cの方向へ振った状態での放射範囲を点線により、それぞれ例示している。   .. (FIG. 2) is configured as a phased array with patch antennas 41, 41,..., And each of the patch antennas 41, 41,. ... By changing the phase of the microwaves radiated from the power transmission antennas 4, 4,... By the phase shifters 34, 34, 34, the radiation direction of the microwaves can be finely controlled. For example, if the phases of the microwaves radiated from all the power transmission antennas 4, 4,... Are aligned, the microwaves are radiated in the normal direction of the surface of the substrate 42. The microwave radiation direction can be changed in a direction having an angle from the direction. The microwave radiation direction can be changed in both left and right and up and down directions. In FIG. 1, the radiation range when the microwave radiation direction is swayed toward the wireless field device 1A is indicated by a solid line, and the radiation range when the microwave radiation direction is swayed toward the wireless field device 1C is indicated by a dotted line Respectively.

送電アンテナ4,4,・・・の指向性は、送電出力、受電アンテナ2の利得、受電アンテナ2が受けたマイクロ波の電力を充電の電力に変換する際の効率、送電アンテナ4,4,・・・から無線フィールド機器1A,1B,1Cまでの距離等に応じて適宜選択されるが、例えば、25〜30dBi程度とすることができる。   The directivity of the power transmitting antennas 4, 4,... Is the power transmission output, the gain of the power receiving antenna 2, the efficiency when converting the microwave power received by the power receiving antenna 2 into the power for charging, the power transmitting antennas 4, 4,. .. To the field wireless devices 1A, 1B, 1C, etc., as appropriate, but can be, for example, about 25 to 30 dBi.

また、例えば、日本国内の電波防護基準5mW/cm(6分間平均値)に準拠させることなどを目的として、間欠送電を行うようにしてもよい。 Further, for example, intermittent power transmission may be performed for the purpose of complying with Japanese radio wave protection standards of 5 mW / cm 2 (average value for 6 minutes).

なお、位相の制御によりマイクロ波の放射方向を変化させる技術は公知であるため、その詳細説明は省略する。   In addition, since the technique which changes the radiation direction of a microwave by phase control is well-known, the detailed description is abbreviate | omitted.

本実施形態では、パッチアンテナ41,41,・・・によるフェーズドアレイを構成し、位相を制御することによりマイクロ波の放射方向を変化させているので、機械的な回転機構等が不要となり、本質的に防爆構造を得られやすくなる。また、回転機構を備える場合と比較して装置のコンパクト化を図ることができるため、装置を耐圧ケースに収容して耐圧防爆構造を得る際のコストを軽減することができる。また、回転機構を備える装置を耐圧防爆構造のケースに収容する場合には、ケースの材質として、広い放射方向についてマイクロ波を透過する材質を用いる必要があり、ケースの作成が困難になるという問題もある。この点に関し、送電装置3では、パッチアンテナ41,41,・・・と、耐圧ガラス44とを互いに接近させて配置しているため、耐圧ガラス44の面積を抑制でき、他の大部分を強度や密閉性が容易に確保できる金属などにより形成できる。   In the present embodiment, a phased array is configured by the patch antennas 41, 41,... And the microwave radiation direction is changed by controlling the phase. This makes it easier to obtain an explosion-proof structure. In addition, since the device can be made more compact as compared with the case where the rotation mechanism is provided, the cost when the device is accommodated in the pressure-resistant case to obtain the pressure-proof explosion-proof structure can be reduced. In addition, when a device having a rotation mechanism is accommodated in a case with a flameproof structure, it is necessary to use a material that transmits microwaves in a wide radiation direction as a material of the case, which makes it difficult to create the case. There is also. In this regard, in the power transmission device 3, the patch antennas 41, 41,... And the pressure-resistant glass 44 are arranged close to each other, so that the area of the pressure-resistant glass 44 can be suppressed, and most of the other strength is obtained. Or a metal that can be easily sealed.

図4は、無線フィールド機器1Aに具備される充電回路を示す回路図である。無線フィールド機器1Bおよび無線フィールド機器1Cにも同様の回路が実装される。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a charging circuit provided in the wireless field device 1A. A similar circuit is mounted on the wireless field device 1B and the wireless field device 1C.

図4に示すように、無線フィールド機器1Aには、送電アンテナ4,4,・・・から放射され受電アンテナ2により受信されたマイクロ波を整流して蓄電するためのローパスフィルタ12、ダイオード13、λ/4線路14およびコンデンサ15からなり、蓄電池16を充電する充電回路が設けられている。充電された蓄電池16が機器内部の各回路の電源として機能する。   As shown in FIG. 4, the wireless field device 1A includes a low-pass filter 12 for rectifying and storing microwaves radiated from the power transmitting antennas 4, 4,. A charging circuit that is composed of the λ / 4 line 14 and the capacitor 15 and charges the storage battery 16 is provided. The charged storage battery 16 functions as a power source for each circuit inside the device.

また、無線フィールド機器1Aには、例えば蓄電池16の出力電圧に基づいて蓄電池の現時点での充電量を検出するための充電量検出回路17が設けられ、充電量検出回路17により検出された充電量などの充電状態が通信回路18およびデータ通信用アンテナ11を介して送信される。後述するように、この充電状態は送電装置3における送電の制御に使用される。   In addition, the wireless field device 1A is provided with a charge amount detection circuit 17 for detecting the current charge amount of the storage battery based on the output voltage of the storage battery 16, for example, and the charge amount detected by the charge amount detection circuit 17 And the like are transmitted via the communication circuit 18 and the data communication antenna 11. As will be described later, this state of charge is used to control power transmission in the power transmission device 3.

図5は、受電アンテナ2の実装例を示す図であり、図5(a)は正面図、図5(b)は側面図である。   FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating an example of mounting the power receiving antenna 2, in which FIG. 5A is a front view and FIG. 5B is a side view.

図5(a)および図5(b)に示すように、受電アンテナ2は平板状の基板(不図示)上に形成されたパッチアンテナ21,21,・・・によるアレイと、パッチアンテナ21,21,・・・を収容するアルミダイカスト製のケース22と、パッチアンテナ21,21,・・・の形成面に沿うようにケース22の前面に嵌め込まれる耐圧ガラス23と、パッチアンテナ21,21,・・・により得られる電力を引き出すリード線24と、を具備する。リード線24を介して引き出された電力は、無線フィールド機器1A,1B,1Cのローパスフィルタ12に与えられる(図4)。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the power receiving antenna 2 includes an array of patch antennas 21, 21,... Formed on a flat substrate (not shown), a patch antenna 21, Are made of aluminum die-casting, a pressure-resistant glass 23 fitted to the front surface of the case 22 so as to follow the formation surface of the patch antennas 21, 21,. And a lead wire 24 for drawing out the electric power obtained by. The electric power drawn out via the lead wire 24 is given to the low-pass filter 12 of the field wireless devices 1A, 1B, 1C (FIG. 4).

ケース22は例えば7mm程度の厚みの板材により、耐圧ガラス23は例えば10mm程度の厚みのガラス板により、それぞれ形成することができる。なお、受電アンテナ2は大きな電力を取り扱うものではないため、本質安全防爆構造とすることができる。   The case 22 can be formed by a plate material having a thickness of about 7 mm, for example, and the pressure-resistant glass 23 can be formed by a glass plate having a thickness of about 10 mm, for example. In addition, since the power receiving antenna 2 does not handle large electric power, it can have an intrinsically safe explosion-proof structure.

受電効率を高めるため、受電アンテナ2は、パッチアンテナ21,21,・・・の形成面が送電装置3に極力正対するように設置される。   In order to increase the power receiving efficiency, the power receiving antenna 2 is installed so that the formation surfaces of the patch antennas 21, 21,.

次に、送電装置3の動作について説明する。   Next, the operation of the power transmission device 3 will be described.

図6は送電装置3の動作例を示すフローチャートである。図6に示す動作は送電装置3の制御部35(図2)の制御に基づいて実行される。   FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the power transmission device 3. The operation illustrated in FIG. 6 is executed based on the control of the control unit 35 (FIG. 2) of the power transmission device 3.

図6のステップS1〜ステップS8は、受電状態を算出して送電装置3の記憶部36(図2)に格納するための一連の処理を示している。この処理は、無線フィールド機器1A,1B,1Cの設置時や設備の変更時などに、あるいは定期的に、後述する受電情報を更新する際に行われる。   Steps S1 to S8 in FIG. 6 show a series of processes for calculating the power reception state and storing it in the storage unit 36 (FIG. 2) of the power transmission device 3. This process is performed when the power receiving information described later is updated when the field wireless devices 1A, 1B, 1C are installed, when the equipment is changed, or periodically.

図6のステップS1では、送電アンテナ4,4,・・・からのマイクロ波の放射方向を設定する。   In step S1 of FIG. 6, the radiation direction of the microwaves from the power transmission antennas 4, 4,.

次に、ステップS2では、ステップS1で設定された方向にマイクロ波が放射されるように移相器34,34,・・・を制御するとともに、マイクロ波発生装置31からマイクロ波を発生させることにより、ステップS1で設定された方向に向けて送電を実行する。   Next, in step S2, the phase shifters 34, 34,... Are controlled so that the microwave is radiated in the direction set in step S1, and the microwave is generated from the microwave generator 31. Thus, power transmission is executed in the direction set in step S1.

次に、ステップS3では、無線フィールド機器1A,1B,1Cから送信されてくる充電状態を無線システム機器10を介して受信する。上記のように、この充電状態は無線フィールド機器1A,1B,1Cに実装された蓄電池16の充電量などを示すデータである。   Next, in step S3, the charging state transmitted from the wireless field devices 1A, 1B, 1C is received via the wireless system device 10. As described above, this state of charge is data indicating the amount of charge of the storage battery 16 mounted on the wireless field devices 1A, 1B, and 1C.

次に、ステップS4では、ステップS1で設定された方向に向けて送電を開始してから一定時間が経過したか否か判断し、判断が肯定されればステップSへ進み、判断が否定されればステップS2へ戻って送電を継続する。   Next, in step S4, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the start of power transmission in the direction set in step S1, and if the determination is affirmed, the process proceeds to step S, and the determination is denied. If so, the process returns to step S2 to continue power transmission.

ステップS5では、マイクロ波発生装置31の動作を停止させて送電を停止する。   In step S5, the operation of the microwave generator 31 is stopped to stop power transmission.

次に、ステップS6では、ステップS3において受信された充電状態に基づいて、各無線フィールド機器1A,1B,1Cごとに、上記一定時間の送電による充電量の増加量、すなわち受電量を算出する。   Next, in step S6, based on the state of charge received in step S3, the amount of increase in the amount of charge due to power transmission for a certain period of time, that is, the amount of received power is calculated for each wireless field device 1A, 1B, 1C.

次に、ステップS7では、ステップS6において算出された受電量を、各無線フィールド機器1A,1B,1Cごとに送電方向、すなわちステップS1で設定された方向と対応付けた受電情報として記憶部36に格納する。   Next, in step S7, the amount of power received calculated in step S6 is stored in the storage unit 36 as power reception information associated with the power transmission direction for each wireless field device 1A, 1B, 1C, that is, the direction set in step S1. Store.

次に、ステップS8では、予定されているすべての送電方向について、ステップS2〜ステップS7の処理が終了したか否か判断し、判断が肯定されれば処理を終了し、判断が否定されればステップS1へ戻る。後者の場合には、ステップS1において送電方向を変化させてステップS2〜ステップS7の処理が繰り返される。   Next, in step S8, it is determined whether or not the processing in steps S2 to S7 has been completed for all scheduled power transmission directions. If the determination is affirmative, the processing is ended, and if the determination is negative. Return to step S1. In the latter case, the power transmission direction is changed in step S1, and the processes in steps S2 to S7 are repeated.

このように、ステップS1〜ステップS8の処理では、送電装置3からの送電の方向を変えながら一定時間送電を行い、無線フィールド機器1A,1B,1Cにおける充電量の変化量を算出している。この処理において、例えば、上下方向、左右方向のすべてについて送電方向を変化させながら充電量の変化量を算出、記憶することにより、記憶部36には、各無線フィールド機器1A,1B,1Cにおける単位時間当たりの受電量と送電方向とを対応付けた情報が、受電情報として記憶されることになる。これによって、例えば、各無線フィールド機器1A,1B,1Cについて単位時間当たりの受電量が最大となる送電方向を把握することも可能となる。   As described above, in the processing of Step S1 to Step S8, power transmission is performed for a certain time while changing the direction of power transmission from the power transmission device 3, and the amount of change in the charge amount in the wireless field devices 1A, 1B, and 1C is calculated. In this processing, for example, by calculating and storing the amount of change in the charge amount while changing the power transmission direction in all of the vertical and horizontal directions, the storage unit 36 stores the unit in each wireless field device 1A, 1B, 1C. Information in which the amount of power received per hour is associated with the direction of power transmission is stored as power reception information. Accordingly, for example, it is possible to grasp the power transmission direction in which the amount of power received per unit time is maximum for each of the wireless field devices 1A, 1B, and 1C.

なお、送電方向を一定方向として充電量の変化を計測する時間(ステップS4による判断の基準となる一定時間)は、フィールド機器に使用する充電池16の特性に応じて設定される。   It should be noted that the time for measuring the change in the charge amount with the power transmission direction as a fixed direction (a fixed time serving as a criterion for determination in step S4) is set according to the characteristics of the rechargeable battery 16 used for the field device.

次に、図6のステップS11〜ステップS14は、記憶部36に格納された受電情報を用いて無線フィールド機器1A,1B,1Cに対して送電を行うための一連の処理を示している。この処理は、ステップS1〜ステップS8による受電情報の格納後、常時、実行することができる。   Next, steps S11 to S14 in FIG. 6 show a series of processes for performing power transmission to the wireless field devices 1A, 1B, and 1C using the power reception information stored in the storage unit 36. This process can be executed at any time after storing the power reception information in steps S1 to S8.

図6のステップS11では、無線フィールド機器1A,1B,1Cから送信されてくる充電状態を無線システム機器10を介して受信する。上記のように、この充電状態は無線フィールド機器1A,1B,1Cに実装された蓄電池16の充電量などを示すデータである。   In step S <b> 11 of FIG. 6, the charging state transmitted from the wireless field devices 1 </ b> A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C is received via the wireless system device 10. As described above, this state of charge is data indicating the amount of charge of the storage battery 16 mounted on the wireless field devices 1A, 1B, and 1C.

次に、ステップS12では、記憶部36から受電情報を取得する。   Next, in step S <b> 12, power reception information is acquired from the storage unit 36.

次に、ステップS13では、ステップS11において受信した各無線フィールド機器1A,1B,1Cの充電状態およびステップS12において取得された受電情報に基づいて、送電方向および送電時間を設定する。   Next, in step S13, a power transmission direction and a power transmission time are set based on the charging state of each wireless field device 1A, 1B, 1C received in step S11 and the power reception information acquired in step S12.

次に、ステップS14では、ステップS13で設定された方向にマイクロ波が放射されるように移相器34,34,・・・を制御するとともに、マイクロ波発生装置31からマイクロ波を発生させ、ステップS13で設定された方向に向けてステップS13で設定された時間だけ送電を実行し、ステップS11へ戻る。   Next, in step S14, the phase shifters 34, 34,... Are controlled so that the microwave is radiated in the direction set in step S13, and the microwave is generated from the microwave generator 31, Power transmission is executed for the time set in step S13 in the direction set in step S13, and the process returns to step S11.

このように、ステップS11〜ステップS14の処理では、現時点における各無線フィールド機器の充電状態と記憶部36に格納された受電情報とに基づいて送電方向および送電時間を設定したうえで、送電を実行している。このため、各無線フィールド機器の充電状態に応じて適切な送電を行うことができ、充電切れを起こすことのない安定した送電を行うことができる。この処理におけるアルゴリズムは任意に選択できるが、例えば、電池残量がなくなりそうな無線フィールド機器が存在する場合、その機器における単位時間当たりの受電量が最大となる送電方向に向けて送電を行うことにより、充電切れを確実に回避することができる。   As described above, in the processing of Step S11 to Step S14, the power transmission direction and the power transmission time are set based on the charging state of each wireless field device at the present time and the power reception information stored in the storage unit 36, and then power transmission is performed. doing. For this reason, it is possible to perform appropriate power transmission according to the state of charge of each wireless field device, and it is possible to perform stable power transmission without causing the battery to run out of charge. The algorithm in this process can be selected arbitrarily.For example, when there is a wireless field device that is likely to run out of battery power, power is transmitted toward the direction of power transmission that maximizes the amount of power received per unit time. Thus, it is possible to reliably avoid a charge failure.

また、ステップS11〜ステップS14の処理を行いながら、各無線フィールド機器の受電情報を受信して、単位時間当たりの受電量を算出、記憶する処理を実行することにより、受電情報を随時更新することもできる。このように、ステップS11〜ステップS14の処理と並行して受電情報を更新することにより、状況の変化に対応したより正確な受電情報を迅速に得ることが可能となる。   In addition, while receiving the power reception information of each wireless field device while performing the processing of step S11 to step S14, the power reception information is updated at any time by executing a process of calculating and storing the power reception amount per unit time. You can also. In this way, by updating the power reception information in parallel with the processing of steps S11 to S14, it is possible to quickly obtain more accurate power reception information corresponding to the change in the situation.

上記実施形態では、一定時間の充電量の変化に基づいて単位時間当たりの受電量を算出しているが、受電量の算出方法は任意である。例えば、送電を受けている際の各無線フィールド機器におけるマイクロ波の受信強度を測定し、単位時間当たりの受電量に換算してもよい。   In the above embodiment, the amount of received power per unit time is calculated based on the change in the amount of charge for a certain time, but the method for calculating the amount of received power is arbitrary. For example, the reception intensity of microwaves in each wireless field device when receiving power transmission may be measured and converted into the amount of power received per unit time.

上記実施形態では、送電装置等を防爆構造としているが、本発明は防爆構造を採らない機器についても適用できる。   In the above embodiment, the power transmission device or the like has an explosion-proof structure, but the present invention can also be applied to a device that does not have an explosion-proof structure.

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、送電装置から受電機器に向けて無線による送電を行うワイヤレス給電システムに対し、広く適用することができる。   The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be widely applied to a wireless power feeding system that performs wireless power transmission from a power transmission device to a power receiving device.

1A,1B,1C 無線フィールド機器(受電機器)
3 送電装置
4 送電アンテナ(アンテナ)
10 無線システム機器(受電状態受信手段)
35 制御部(方向制御手段)
36 記憶部(記憶手段)
17 充電量検出回路(受電状態送信手段)
18 通信回路(受電状態送信手段)
43 円筒状部材(ケース)
44 耐圧ガラス(ケース)
1A, 1B, 1C Wireless field device (power receiving device)
3 Power transmission device 4 Power transmission antenna (antenna)
10 Wireless system equipment (power reception status receiving means)
35 Control unit (direction control means)
36 storage unit (storage means)
17 Charge amount detection circuit (power reception state transmission means)
18 Communication circuit (power reception state transmission means)
43 Cylindrical member (case)
44 Pressure-resistant glass (case)

Claims (6)

送電装置から受電機器に向けて無線による送電を行うワイヤレス給電システムにおいて、
前記送電装置は、
前記送電装置からの送電の方向を制御する方向制御手段と、
前記受電機器における受電状態を、前記方向制御手段により制御される送電の方向と対応付けた情報として記憶する記憶手段と、
を備え、
前記送電装置からの送電の方向は、前記記憶手段に記憶された前記情報に基づいて制御されることを特徴とするワイヤレス給電システム。
In a wireless power feeding system that performs wireless power transmission from a power transmission device to a power receiving device,
The power transmission device is:
Direction control means for controlling the direction of power transmission from the power transmission device;
Storage means for storing a power reception state in the power receiving device as information associated with a direction of power transmission controlled by the direction control means;
With
A wireless power feeding system, wherein a direction of power transmission from the power transmission device is controlled based on the information stored in the storage unit.
前記受電機器は、当該受電機器の前記受電状態を前記送電装置に向けて無線送信する受電状態送信手段を備え、
前記送電装置は、前記受電状態送信手段により無線送信された前記受電状態を受信する受電状態受信手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス給電システム。
The power receiving device includes a power receiving state transmitting unit that wirelessly transmits the power receiving state of the power receiving device toward the power transmission device,
The wireless power feeding system according to claim 1, wherein the power transmission device includes a power reception state reception unit that receives the power reception state wirelessly transmitted by the power reception state transmission unit.
前記受電機器が前記送電装置からの送電を受けている間に、前記受電状態が前記受電状態送信手段から前記受電状態受信手段に無線により転送されることを特徴とする請求項2に記載のワイヤレス給電システム。   3. The wireless according to claim 2, wherein the power receiving state is wirelessly transferred from the power receiving state transmitting unit to the power receiving state receiving unit while the power receiving device receives power transmission from the power transmitting device. Power supply system. 前記送電装置は複数のアンテナを備え、
前記方向制御手段は、前記複数のアンテナから放射される電波の位相を制御することにより送電の方向を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のワイヤレス給電システム。
The power transmission device includes a plurality of antennas,
The wireless power feeding system according to claim 1, wherein the direction control unit controls a direction of power transmission by controlling phases of radio waves radiated from the plurality of antennas.
前記送電装置は耐圧防爆構造のケースに収容され、
前記ケースに、前記複数のアンテナから放射される電波を透過する領域を設けることを特徴とする請求項4に記載のワイヤレス給電システム。
The power transmission device is housed in a case with a flameproof structure,
The wireless power feeding system according to claim 4, wherein a region that transmits radio waves radiated from the plurality of antennas is provided in the case.
前記ケースは円柱形状とされ、
前記ケースにおける円柱形状の平面を前記領域として使用することを特徴とする請求項5に記載のワイヤレス給電システム。
The case has a cylindrical shape,
The wireless power feeding system according to claim 5, wherein a cylindrical plane in the case is used as the region.
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