JP2019013100A - Wireless power feeding system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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.
特許文献1は、電波防護指針を遵守しつつ、開空間無線電力配電方式で、大電力を必要とするアクチュエータなどの無線機器に電力を供給する無線電力配電システムを開示している。
特許文献1に記載のシステムは、室内空間に人が存在すれば、人体に影響を与えるおそれのない小電力の波動を室内空間に送信し、室内空間に人が存在しなければ、大電力の波動を室内空間に送信する。
The system described in
特許文献1に記載のシステムは、人体に影響を与えることを回避しつつ、人体とは異なる位置にある無線機器に電力を供給するものにすぎない。すなわち、特許文献1のシステムは、人体を避けて、大電力を伝送するという発想である。
The system described in
一方、本開示は、特許文献1の発想とは逆に、ウェアラブル機器を装着した人体に向けて、積極的に電力を伝送するという新規な着想に基づくものである。
On the other hand, the present disclosure is based on a novel idea of actively transmitting power toward a human body wearing a wearable device, contrary to the idea of
本開示の一つの側面は、電磁波によってワイヤレス電力伝送をする電力伝送器と、電磁波によってワイヤレス給電されるウェアラブル機器を装着した人体と前記電力伝送器との間の距離を測定する距離センサと、前記人体と前記電力伝送器との間の距離に応じて、前記電力伝送器から伝送される電磁波の強度を、前記ウェアラブル機器を装着した前記人体に不要な生体作用を及ぼさない程度に調整するコントローラと、を備え、前記ウェアラブル機器は、前記人体に不要な生体作用を及ぼさない程度以下の電磁波強度で給電可能な機器であり、前記電力伝送器は、前記ウェアラブル機器を装着した前記人体に不要な生体作用を及ぼさずに、前記人体に装着された前記ウェアラブル機器に対してワイヤレス給電するワイヤレス給電システムである。 One aspect of the present disclosure includes a power transmitter that wirelessly transmits power by electromagnetic waves, a distance sensor that measures a distance between a human body wearing a wearable device that is wirelessly powered by electromagnetic waves and the power transmitter, and A controller that adjusts the intensity of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter according to the distance between the human body and the power transmitter to such an extent that the human body wearing the wearable device does not have unnecessary biological effects. The wearable device is a device capable of supplying power with an electromagnetic wave intensity of an extent that does not exert unnecessary biological effects on the human body, and the power transmitter is an unnecessary biological body attached to the human body wearing the wearable device. A wireless power feeding system that wirelessly feeds the wearable device attached to the human body without affecting the human body. .
本開示の他の側面は、複数の方向に電磁波を放射して、ワイヤレス電力伝送をする電力伝送器と、複数の方向において、人体と前記電力伝送器との間の距離を測定する距離センサと、前記距離センサによって測定された複数の方向における距離に応じて、前記電力伝送器から伝送される電磁波の方向毎の強度を、電磁波によってワイヤレス給電されるウェアラブル機器を装着した人体に不要な生体作用を及ぼさない程度に調整するコントローラと、を備え、前記ウェアラブル機器は、前記人体に不要な生体作用を及ぼさない程度以下の電磁波強度で給電可能な機器であり、前記電力伝送器は、前記ウェアラブル機器を装着した前記人体に不要な生体作用を及ぼさずに、前記人体に装着された前記ウェアラブル機器に対してワイヤレス給電するワイヤレス給電システムである。 Another aspect of the present disclosure includes a power transmitter that radiates electromagnetic waves in a plurality of directions to perform wireless power transmission, and a distance sensor that measures a distance between a human body and the power transmitter in a plurality of directions. The biological action unnecessary for the human body wearing the wearable device wirelessly fed by the electromagnetic wave according to the distances in a plurality of directions measured by the distance sensor, for each direction of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter. The wearable device is a device capable of supplying power with an electromagnetic wave intensity below the level that does not exert unnecessary biological effects on the human body, and the power transmitter is the wearable device. Wireless power feeding to the wearable device attached to the human body without causing unnecessary biological effects on the human body wearing the Iyaresu is a power supply system.
[1.ワイヤレス給電システムの概要] [1. Overview of wireless power supply system]
(1)実施形態に係るワイヤレス給電システムは、電磁波によってワイヤレス電力伝送をする電力伝送器を備える。ワイヤレス電力伝送とは、非接触で電力を伝送する方式である。電力伝送器は、電力伝送のため、電磁波を放射する。電磁波の周波数は、特に限定されないが、例えば、300MHzから3THzの範囲内の周波数である。300MHzから3THzの周波数は、マイクロ波と呼ばれる。 (1) A wireless power feeding system according to an embodiment includes a power transmitter that performs wireless power transmission using electromagnetic waves. Wireless power transmission is a method for transmitting power in a contactless manner. The power transmitter radiates electromagnetic waves for power transmission. The frequency of the electromagnetic wave is not particularly limited, but is, for example, a frequency within a range of 300 MHz to 3 THz. The frequency from 300 MHz to 3 THz is called microwave.
実施形態に係るワイヤレス給電システムは、距離センサを備える。距離センサは、電磁波によってワイヤレス給電されるウェアラブル機器を装着した人体と、前記電力伝送器と、の間の距離を測定する。距離センサは、例えば、超音波、電波、又は光を出射し、距離測定の対象物からの反射に基づいて、距離を測定するものである。距離測定方式は、三角測量方式であってもよいし、出射した光等が反射して戻るまでの時間で距離を求める方式であってもよい。また、距離センサは、例えば、人体と電力伝送器とが撮影された画像から、人体と電力伝送器との間の距離を計算するものであってもよい。このように、距離の測定方式は、特に限定されるものではなく、距離が測定できればどのような方式であってもよい。 The wireless power feeding system according to the embodiment includes a distance sensor. The distance sensor measures a distance between a human body wearing a wearable device that is wirelessly powered by electromagnetic waves and the power transmitter. The distance sensor, for example, emits ultrasonic waves, radio waves, or light, and measures the distance based on reflection from an object for distance measurement. The distance measurement method may be a triangulation method, or a method for obtaining a distance by the time until the emitted light is reflected and returned. In addition, the distance sensor may calculate a distance between the human body and the power transmitter from an image obtained by photographing the human body and the power transmitter, for example. Thus, the method for measuring the distance is not particularly limited, and any method may be used as long as the distance can be measured.
人体と電力伝送器との間の距離は、人体に装着されたウェアラブル機器と電力伝送器との間の距離として測定されてもよい。距離センサは、電力伝送器の近傍に設けられていてもよいし、電力伝送器とは離れて設けられていてもよい。距離センサは、人体に設けられていてもよいし、人体の近傍に設けられていてもよいし、人体から離れて設けられていてもよい。距離センサは、人体及び電力伝送器のいずれかも離れた位置に設けられていてもよい。 The distance between the human body and the power transmitter may be measured as the distance between the wearable device attached to the human body and the power transmitter. The distance sensor may be provided in the vicinity of the power transmitter, or may be provided apart from the power transmitter. The distance sensor may be provided on the human body, may be provided in the vicinity of the human body, or may be provided apart from the human body. The distance sensor may be provided at a position away from either the human body or the power transmitter.
距離センサが、超音波、電波、又は光等の送信素子と、超音波、電波、又は光等を受信素子と、を有する場合、送信素子及び受信素子のいずれか一方が、人体(又はウェアラブル機器)側に設けられ、他方が電力伝送器側に設けられていてもよい。 When the distance sensor includes a transmitting element such as an ultrasonic wave, radio wave, or light and a receiving element that receives ultrasonic wave, radio wave, light, or the like, one of the transmitting element and the receiving element is a human body (or wearable device). ) Side, and the other side may be provided on the power transmitter side.
ウェアラブル機器は、人体に装着される装置をいう。ウェアラブル機器は、ワイヤレス給電された電力によって動作するものであればよく、その種類は特に限定されない。ウェアラブル機器は、人体の外部に装着されてもよいし、人体の内部に装着されてもよい。ウェアラブル機器は、人体のどの部位に装着されていてもよく、例えば、手、足、胴体、頭部のいずれであってもよい。 A wearable device refers to a device worn on the human body. The wearable device is not particularly limited as long as the wearable device operates with wirelessly powered power. The wearable device may be worn outside the human body or may be worn inside the human body. The wearable device may be attached to any part of the human body, and may be any of hands, feet, torso, and head, for example.
実施形態に係るワイヤレス給電システムは、コントローラを備える。コントローラは、例えば、コンピュータプログラムを実行するコンピュータによって構成される。コントローラは、ハードウェアロジックで動作するものであってもよい。 The wireless power supply system according to the embodiment includes a controller. The controller is configured by a computer that executes a computer program, for example. The controller may operate with hardware logic.
コントローラは、電力伝送器から伝送される電磁波の強度を調整する。電力伝送器は、人体に装着されたウェアラブル機器へ電磁波を放射するが、電磁波の強度は、人体と電力伝送器との間の距離に応じて、ウェアラブル機器を装着した人体に不要な生体作用を及ぼさない程度に調整される。したがって、人体へ向けて電磁波を照射しても、人体に不要な生体作用を及ぼすことを防止できる。なお、電力伝送器から伝送される電磁波の強度は、例えば、送電電力の大きさ[W]にて表される。電力伝送器から伝送される電磁波は、電磁波の伝搬距離の2乗に比例して減衰する。したがって、例えば、伝搬中に減衰して人体に到達した電磁波が、人体に不要な生体作用に及ぼさない程度の大きさになるように送電電力を調整することで、電磁波の人体への影響を避けることができる。 The controller adjusts the intensity of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter. The power transmitter radiates electromagnetic waves to the wearable device attached to the human body, but the intensity of the electromagnetic waves causes unnecessary biological effects on the human body wearing the wearable device according to the distance between the human body and the power transmitter. It is adjusted to the extent that it does not reach. Therefore, even if electromagnetic waves are irradiated toward the human body, it is possible to prevent unnecessary biological effects from being exerted on the human body. In addition, the intensity | strength of the electromagnetic waves transmitted from a power transmitter is represented by the magnitude | size [W] of transmission power, for example. The electromagnetic wave transmitted from the power transmitter attenuates in proportion to the square of the propagation distance of the electromagnetic wave. Therefore, for example, by adjusting the transmission power so that the electromagnetic wave that has attenuated during propagation and reaches the human body has such a magnitude that it does not affect the biological action unnecessary for the human body, the influence of the electromagnetic wave on the human body is avoided. be able to.
「人体に不要な生体作用を及ぼさない程度」とは、電磁波防護のための規制・基準によって、人体への安全性が認められている範囲をいう。「人体に不要な生体作用を及ぼさない程度」における人体は、例えば、健常者の人体である。「人体に不要な生体作用を及ぼさない程度」における人体は、ペースメーカ使用者など特殊な状況に置かれている人の人体を含まない。 “To the extent that no unwanted biological effects are exerted on the human body” means a range in which safety to the human body is recognized by regulations and standards for electromagnetic wave protection. The human body in “a degree that does not exert unnecessary biological effects on the human body” is, for example, a human body of a healthy person. The human body in the “degree that does not exert unnecessary biological effects on the human body” does not include the human body of a person who is placed in a special situation such as a pacemaker user.
電磁波防護のための規制・基準は、国・地域ごとに設けられているが、実施形態に係るワイヤレス給電システムが、使用される国・地域又は使用が想定される国・地域における規制・基準が適用される。 Regulations / standards for electromagnetic wave protection are established for each country / region. However, there are regulations / standards in the country / region where the wireless power supply system according to the embodiment is used or the country / region where use is expected. Applied.
例えば、日本では、総務省(旧郵政省)が、電波の人体への影響に関して、平成2年6月25日に電気通信技術審議会から諮問第38号「電波利用における人体の防護指針」(昭和63年6月27日諮問)について答申を受けている。この答申では、人体に影響を及ぼさない電波の強さの指針値等(電波防護指針)が示されている。電波防護指針は、電波利用において人体が電磁界にさらされるとき、その電磁界が人体に不要な生体作用を及ぼさない安全な状況であるために推奨される指針である。なお、電波防護指針は、10kHzから300GHzまでの周波数の電波を対象とする。 For example, in Japan, the Ministry of Internal Affairs and Communications (formerly the Ministry of Posts and Telecommunications) issued an advisory No. 38 “Guidelines for Protection of Human Body in Use of Radio Waves” from the Telecommunications Technology Council on June 25, 1990 regarding the effects of radio waves on the human body. We have received a report on (consultation on June 27, 1988). In this report, a guideline value of radio wave intensity that does not affect the human body (radio wave protection guideline) is shown. The radio wave protection guideline is a recommended guideline because it is a safe situation where an electromagnetic field does not exert unnecessary biological effects on the human body when the human body is exposed to an electromagnetic field in the use of radio waves. The radio wave protection guideline targets radio waves having a frequency from 10 kHz to 300 GHz.
電波防護指針における管理指針は、管理指針を防護指針の主旨が生かされ電磁環境が管理されている状況を対象とする条件Pと、防護指針及び電波利用の状況が認識されていない状況を対象とする条件Gとに区分されている。条件Gに該当する場合の電磁界強度(6分間平均値)の指針値は、例えば周波数1.5GHz−300GHzにおいて、電界強度の実効値が61.4[V/m]である。 The management guidelines in the radio wave protection guidelines cover conditions P for situations where the main points of the protection guidelines are utilized and the electromagnetic environment is managed, and situations where the protection guidelines and the status of radio wave usage are not recognized. It is divided into the condition G to perform. The guide value of the electromagnetic field strength (average value for 6 minutes) when the condition G is satisfied is, for example, an effective value of the electric field strength of 61.4 [V / m] at a frequency of 1.5 GHz to 300 GHz.
実施形態において、ウェアラブル機器は、人体に不要な生体作用を及ぼさない程度以下の電磁波強度で給電可能な機器である。したがって、人体に不要な生体作用を及ぼさない程度以下の小さな電力が電力伝送器から伝送されても、ウェアラブル機器は給電を受けて、動作可能である。 In the embodiment, the wearable device is a device that can supply power with an electromagnetic wave intensity that is less than or equal to an extent that does not exert unnecessary biological effects on the human body. Therefore, even when a small amount of electric power below the extent that does not cause unnecessary biological effects on the human body is transmitted from the power transmitter, the wearable device can operate by receiving power supply.
実施形態において、電力伝送器は、ウェアラブル機器を装着した人体に不要な生体作用を及ぼさずに、人体に装着されたウェアラブル機器に対してワイヤレス給電する。 In the embodiment, the power transmitter wirelessly supplies power to the wearable device attached to the human body without causing unnecessary biological effects on the human body wearing the wearable device.
(2)距離センサは、電力伝送器の近傍に配置されているのが好ましい。距離センサは、電力伝送器による電磁波の放射方向における距離を測定するように設けられているのが好ましい。距離センサが、電力伝送器による電磁波の放射方向における距離を測定することで、そのように測定された距離を、人体と電力伝送器との間の距離として扱うことができ、距離の測定精度が高まる。 (2) The distance sensor is preferably disposed in the vicinity of the power transmitter. The distance sensor is preferably provided so as to measure the distance in the radiation direction of the electromagnetic wave by the power transmitter. The distance sensor measures the distance in the radiation direction of electromagnetic waves by the power transmitter, so that the measured distance can be treated as the distance between the human body and the power transmitter, and the distance measurement accuracy is Rise.
(3)電力伝送器は、人の近傍で使用される装置に設けられているのが好ましい。この場合、電力伝送器を人の近傍に設置できるため、送電電力を小さくすることができる。なお、距離センサも、人の近傍で使用される装置に設けることができる。人の近傍で使用される装置は、例えば、マイクロフォン、スピーカー、ディスプレイ、照明、スマートフォン、タブレット、コンピュータ、又はその他の電気・電子機器である。人の近傍で使用される装置は、機械的な装置であってもよいし、家具のように人が使用する道具であってもよい。なお、電力伝送装置及び距離センサの少なくともいずれか一方は、壁、天井、床、窓等の建物や車両の構成材に取り付けられていてもよい。 (3) The power transmitter is preferably provided in a device used in the vicinity of a person. In this case, since the power transmitter can be installed in the vicinity of a person, the transmitted power can be reduced. The distance sensor can also be provided in a device used in the vicinity of a person. A device used in the vicinity of a person is, for example, a microphone, a speaker, a display, lighting, a smartphone, a tablet, a computer, or other electric / electronic devices. A device used in the vicinity of a person may be a mechanical device or a tool used by a person such as furniture. Note that at least one of the power transmission device and the distance sensor may be attached to a building or vehicle component such as a wall, ceiling, floor, or window.
(4)人の近傍で使用される装置は、マイクロフォンであるのが好ましい。マイクロフォンの使用者は、マイクロフォンに近づいて発生するため、マイクロフォンに電力伝送器が設けられていると、電力伝送器を人に近い配置にすることができる。なお、マイクロフォンは、例えば、手持ち式のハンドマイクであってもよいし、マイクスタンドに支持されたマイクであってもよい。 (4) The device used in the vicinity of a person is preferably a microphone. Since the user of the microphone is generated close to the microphone, if the power transmitter is provided in the microphone, the power transmitter can be arranged close to a person. The microphone may be a handheld hand microphone or a microphone supported by a microphone stand, for example.
また、電力伝送器が設けられる装置は、マイクロフォンのように人に向けて使用される装置であるのが好ましい。人に向けて使用される装置において人に向けられる方向に合わせて電力伝送器による電波の放射方向を設定しておくことで、電波を確実に人体方向へ放射させることができる。なお、人に向けて使用される装置としては、例えば、照明、スピーカー、ディスプレイ、スマートフォン、タブレットなどがある。 Moreover, it is preferable that the apparatus provided with a power transmitter is an apparatus used toward a person like a microphone. By setting the radiation direction of the radio wave by the power transmitter in accordance with the direction directed to the person in the device used for the person, the radio wave can be reliably radiated toward the human body. Examples of devices used for people include lighting, speakers, displays, smartphones, and tablets.
(5)マイクロフォンは、特定の方向への集音指向性を有するのが好ましい。電力伝送器は、前記特定の方向へ電磁波を放射するよう設けられているのが好ましい。マイクロフォンが集音のために指向する方向は、一般に、人がいる方向であるから、マイクロフォンが集音のために指向する特定の方向へ電磁波を放射することで、人体(特に、人体の頭部)へ装着されたウェアラブル機器への電力伝送効率が高まる。 (5) The microphone preferably has sound collection directivity in a specific direction. The power transmitter is preferably provided to radiate electromagnetic waves in the specific direction. Since the direction in which the microphone is directed to collect sound is generally the direction in which the person is present, by emitting electromagnetic waves in a specific direction in which the microphone is directed to collect sound, the human body (particularly, the head of the human body). ) The power transmission efficiency to wearable devices attached to is increased.
距離センサは、前記マイクロフォンに設けられ、前記特定の方向における距離を測定するように設けられているのが好ましい。この場合、人体(特に、人体の頭部)までの距離を精度よく測定することができる。 It is preferable that the distance sensor is provided in the microphone and is provided so as to measure the distance in the specific direction. In this case, the distance to the human body (particularly the head of the human body) can be accurately measured.
(6)電力伝送器は、人体に対抗するように配置されるグランド体と、グランド体から立設され、先端が側方へ向くように屈曲したモノポールアンテナと、を備えるのが好ましい。モノポールアンテナを利用することで、例えば、ダイポールアンテナと比べて、アンテナサイズを小さくすることができる。モノポールアンテナは、ポール状のアンテナ素子の径外方向に電波を放射するが、屈曲させておくことで、人体と反対方向に放射された電波を、グランド体によって反射させ、人体に向かわせることができる。この結果、電力伝送効率が高まる。 (6) It is preferable that the power transmitter includes a ground body disposed so as to oppose the human body, and a monopole antenna that is erected from the ground body and bent so that the tip is directed to the side. By using a monopole antenna, for example, the antenna size can be reduced compared to a dipole antenna. A monopole antenna radiates radio waves in the outward direction of the pole-shaped antenna element, but by bending it, radio waves radiated in the direction opposite to the human body are reflected by the ground body and directed toward the human body. Can do. As a result, power transmission efficiency is increased.
(7)コントローラは、人体と電力伝送器との間の距離が所定値よりも大きい場合又は人体を検出できない場合には、電力伝送器から伝送される電磁波の強度を所定値以下に調整するか、又は、電力伝送器からのワイヤレス電力伝送を停止させるのが好ましい。この場合、無駄な電力伝送を防止できる。 (7) If the distance between the human body and the power transmitter is greater than a predetermined value or if the human body cannot be detected, the controller adjusts the intensity of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter to a predetermined value or less. Alternatively, it is preferable to stop wireless power transmission from the power transmitter. In this case, useless power transmission can be prevented.
(8)ワイヤレス給電システムは、人体が前記電力伝送器に近接するのを防止する近接防止体を更に備えることができる。この場合、人体が電力伝送器に近づきすぎるのを防止できる。 (8) The wireless power feeding system may further include a proximity preventing body that prevents a human body from approaching the power transmitter. In this case, it is possible to prevent the human body from getting too close to the power transmitter.
(9)近接防止体は、人体と電力伝送器との間の距離が、電力伝送器から伝送される電磁波の強度が調整される設定範囲の下限値未満にならないよう設けることができる。この場合、人体と電力伝送器との間の距離が、設定範囲の下限値未満になることを、近接防止体によって防止できる。 (9) The proximity preventer can be provided such that the distance between the human body and the power transmitter does not become less than the lower limit value of the setting range in which the intensity of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter is adjusted. In this case, the proximity preventer can prevent the distance between the human body and the power transmitter from being less than the lower limit value of the setting range.
(10)近接防止体は、人体と電力伝送器との間の距離が、距離センサの測定範囲における下限値未満にならないように設けることができる。この場合、人体と電力伝送器との間の距離が、距離センサの測定範囲の下限値未満になることを、近接防止体によって防止できる。 (10) The proximity preventer can be provided so that the distance between the human body and the power transmitter does not become less than the lower limit in the measurement range of the distance sensor. In this case, the proximity preventer can prevent the distance between the human body and the power transmitter from being less than the lower limit value of the measurement range of the distance sensor.
(11)他の実施形態に係るワイヤレス伝送システムは、複数の方向に電磁波を放射して、ワイヤレス電力伝送をする電力伝送器と、複数の方向において、人体と前記電力伝送器との間の距離を測定する距離センサと、前記距離センサによって測定された複数の方向における距離に応じて、前記電力伝送器から伝送される電磁波の方向毎の強度を、電磁波によってワイヤレス給電されるウェアラブル機器を装着した人体に不要な生体作用を及ぼさない程度に調整するコントローラと、を備える。前記ウェアラブル機器は、前記人体に不要な生体作用を及ぼさない程度以下の電磁波強度で給電可能な機器である。前記電力伝送器は、前記ウェアラブル機器を装着した前記人体に不要な生体作用を及ぼさずに、前記人体に装着された前記ウェアラブル機器に対してワイヤレス給電する。この場合、方向に応じて、電力伝送器から伝送される電磁波の強度が調整される。 (11) A wireless transmission system according to another embodiment includes a power transmitter that radiates electromagnetic waves in a plurality of directions to perform wireless power transmission, and a distance between the human body and the power transmitter in the plurality of directions. A wearable device that is wirelessly powered by electromagnetic waves is mounted with a distance sensor that measures the intensity of each direction of the electromagnetic waves transmitted from the power transmitter according to the distances in a plurality of directions measured by the distance sensor. And a controller for adjusting to such an extent that unnecessary biological effects are not exerted on the human body. The wearable device is a device that can supply power with an electromagnetic wave intensity that is less than or equal to an extent that does not exert unnecessary biological effects on the human body. The power transmitter wirelessly supplies power to the wearable device attached to the human body without exerting an unnecessary biological action on the human body wearing the wearable device. In this case, the intensity of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter is adjusted according to the direction.
[2.ワイヤレス給電システムの例] [2. Example of wireless power supply system]
図1に示すワイヤレス給電システム10は、人体Hに装着されたウェアラブル機器70に対し、マイクロ波によってワイヤレス給電する。実施形態において、ウェアラブル機器70は、mW級のウェアラブル機器である。mW級のウェアラブル機器とは、1mW以上1W未満の受電電力で動作する機器である。mW級のウェラブル機器は、100mW以下の受電電力で動作する機器であってもよい。100mW以下の受電電力で動作する機器は、例えば、LEDである。LEDには、100mW以下の電力でも動作(点灯)することができるものがある。また、時計などの多くのウェアラブル機器は、100mW以下の電力で動作することができる。mW級のウェラブル機器は、10mW以下の受電電力で動作する機器であってもよい。多くの半導体集積回路は、そのような低電力でも動作可能である。
A wireless
ワイヤレス給電システム10は、ワイヤレス電力伝送器20を備える。以下では、ワイヤレス電力伝送器20を、単に、伝送器20という。伝送器20は、マイクロ波(例えば、2.45GHzの周波数)を送信する。伝送器20は、比較的、小電力の伝送用である。伝送器20の送電電力は、例えば、50dBmW(100W)以下であり、より好ましくは、45dBmW以下であり、さらに好ましくは、40dBmW(10W)以下である。送電電力が小さいため、伝送器20を、人体Hの近傍に設置することが可能である。
The wireless
伝送器20は、例えば、発振器21と、アンプ22,23と、アンテナ24と、を備える。実施形態において、アンプ22,23は、プリアンプ22と、パワーアンプ23と、を備える。パワーアンプ23の出力は、アンテナ24に接続されている。アンテナ24は、電力伝送のための電波を放射する。なお、図示の例では、電波の周波数は、2.45GHzとする。
The
ワイヤレス給電システム10は、コントローラ40を備える。コントローラ40は、デジタルアナログコンバータ60を介して、プリアンプ22に接続されている。コントローラ40は、プリアンプ22のバイアス電圧を制御することで、アンテナ24から放射される電波の送電電力を調整する。なお、コントローラ40は、パワーアンプ23のバイアス電圧を制御することで、送電電力を調整してもよい。
The wireless
コントローラ40は、プロセッサ41とメモリ42とを備えるコンピュータを有する。プロセッサ41は、メモリ42に格納されたコンピュータプログラム44を実行する。コンピュータプログラ44は、コンピュータをコントローラ40として機能させるためのものである。
The
ワイヤレス給電システム10は、距離センサ30を備える。図示の距離センサ30は、光学的に距離を測定する。距離センサ30は、距離の測定対象である人体Hへ向けて光を照射する光源31と、人体Hから反射した光を受光する受光素子32と、を備える。受光素子は、距離センサ30と人体Hまでの距離Dに応じた出力値を出力する。出力値は、アナログデジタルコンバータ50を介して、コントローラ40に与えられる。
The wireless
実施形態において、距離センサ30が測定した人体Hまでの距離Dが、人体Hと伝送器20との間の距離にほぼ等しくなるように、距離センサ30は、伝送器20の近傍に設置されている。したがって、コントローラ40は、距離センサ30が測定した距離Dを、人体Hと伝送器20との距離として扱うことができる。なお、距離センサ30と伝送器20とが異なる位置にある場合には、距離センサ30と伝送器20との間の距離と距離センサ30が測定した人体までの距離Dとから、人体Hと伝送器20との間の距離を求めればよい。
In the embodiment, the
図2は、実際の測定距離Dに応じた距離センサ40の出力の大きさを示している。実施形態において、距離センサ40の出力は、距離Dが大きくなるほど小さくなる。したがって、距離センサ40の出力に基づいて、距離Dを求めることができる。ただし、距離センサ40には、測定範囲があり、測定範囲における下限値D1よりも小さい範囲(測定範囲外)E2においては、距離センサ40からの出力値は、信頼できない。したがって、実際の距離Dが下限値D1よりも小さいときにおける距離センサ40の出力から距離Dを求めようとしても、正しい距離は得られない。なお、下限値D1は、例えば、5cmである。
FIG. 2 shows the magnitude of the output of the
コントローラ40のメモリ42には、テーブル43が格納されている。コントローラ43は、距離センサ出力(距離D)に基づきテーブル43を参照し、伝送器20の送電電力を、距離センサ出力(距離D)に応じて決定する。図3Aは、テーブル43の例を示している。テーブル43には、距離センサの出力値が0.5[V](距離Dが60cm程度に相当)から3.0[V](距離Dが7cm程度に相当)までの範囲において、対応する送電電力設定値(アンプ22のバイアス電圧)が設定されている。テーブル43では、距離Dが大きいほど、送信設定電力設定値が大きくなって、送電電力が大きくなり、距離Dが小さいほど、送電電力設定値が小さくなって、送電電力が小さくなる。
A table 43 is stored in the
実施形態においては、コントローラ40は、距離センサ出力(距離D)が、テーブル43に設定された設定範囲E1(3.0[V](7cm程度)〜0.5[V](60cm程度))外にあるときには、送電電力を0にする(伝送器20からの伝送を停止)。なお、コントローラ40は、距離Dが、設定範囲外E2,E3にあるときには、送電電力を比較的小さい所定値以下に調整してもよい。設定範囲E1の下限D2を下回る範囲E2では、送電電力を0又は比較的小さくすることで、人体への影響を抑えることができる。一方、距離Dが大きくなると、電力の減衰が大きくなり、ウェアラブル機器70による受電が困難になる。したがって、設定範囲E1の上限D3を上回る範囲E3でも、送電電力を0又は比較的小さくすることで、無駄な送電を防止できる。
In the embodiment, the
図3Bに示すように、コントローラ40は、設定範囲E1内においては、距離センサ出力が示す距離Dに応じて、送電電力を、例えば、18dBmから38dBm程度の範囲内で調整する。送電電力の調整範囲は、例えば、10dBm(10mW)から50dBm(100W)の範囲であってもよい。送電電力の調整範囲の下限は、15dBmであってもよいし、20dBmであってもよい。送電電力の調整範囲の上限は、45dBmであってもよいし、40dBmであってもよい。
As shown in FIG. 3B, the
同じ送電電力のときに、距離Dが小さくなると、人体H(ウェアラブル機器70)の位置での受電電力は大きくなり、電波防護指針において、人体に不要な生体作用を及ぼさない安全な電界強度である61.4[V/m]を上回るおそれがある。一方、距離Dが大きくなると、距離Dの2乗に反比例して受電電力が小さくなるため、人体への影響がないとしても、ウェアラブル機器70が動作するために必要な電力が得られないおそれがある。
When the distance D decreases with the same transmitted power, the received power at the position of the human body H (wearable device 70) increases, and the electric field protection guidelines are safe electric field strengths that do not exert unnecessary biological effects on the human body. There is a risk of exceeding 61.4 [V / m]. On the other hand, when the distance D increases, the received power decreases in inverse proportion to the square of the distance D. Therefore, even if there is no influence on the human body, there is a possibility that the power necessary for the
そこで、コントローラ40は、距離Dが大きくなるほど送電電力を大きくし、距離Dが小さくなるほど送電電力を小さくすべく、距離Dに応じて送電電力を決定する。決定される送電電力は、距離Dによる電波強度の減衰を考慮して、人体Hにおいて、不要な生体作用を及ぼさない安全な電界強度となり、かつ、ウェアラブル機器70が動作するために必要な受電電力となる大きさである。
Therefore, the
図3Bは、図3Aのテーブル43に従って調整される送電電力の大きさを示している。設定範囲E1内においては、距離Dが小さくなるほど、送電電力を弱くして、人体に与える影響を抑え、距離Dが大きくなるほど、送電電力を大きくする。ただし、距離Dが、設定範囲E1の上限(所定値)D3よりも大きくなった場合は、送電電力が0になる。また、距離Dが、設定範囲E1の下限D2よりも小さくなった場合も、送電電力が0になる。 FIG. 3B shows the magnitude of the transmission power adjusted according to the table 43 of FIG. 3A. Within the setting range E1, the transmission power is weakened by decreasing the distance D, thereby suppressing the influence on the human body, and the transmission power is increased as the distance D increases. However, when the distance D becomes larger than the upper limit (predetermined value) D3 of the setting range E1, the transmission power becomes zero. Also, when the distance D becomes smaller than the lower limit D2 of the setting range E1, the transmission power becomes zero.
図3Cは、伝送器20からの送電電力を、伝送器20から距離Dの位置においてダイポールアンテナで受電した電力値を示している。図3において”with power control”が、テーブル43に従って送電電力が調整された場合を示し、”without power control”が、送信電力を調整しなかった場合を示している。”without power control”の場合、距離Dが小さくなると、受電電力が大きくなるのに対して、”with power control”の場合、距離にかかわらず受電電力は、3dBmである。電波防護指針に規定する電磁界強度の指針値61.4[V/m]は、ダイポールアンテナで受電した場合の電力にして、約3dBmに相当する。このように、送電電力を調整することにより、防護指針によって人体に不要な生体作用を及ぼさない程度とされているレベルまで受電電力を抑えることができている。
FIG. 3C shows the power value of the transmitted power from the
なお、コントローラ40は、テーブル43を利用することなく、距離センサ出力から送電電力を算出するための計算式に基づいて、送電電力を決定してもよい。
The
図4A及び図4Bは、ワイヤレス給電システム10を備えたマイクロフォン100を示している。マイクロフォン100は、人に向けて使用される装置であるとともに、人の近傍に設置される装置であるため、効率的に電力を伝送することができる。
4A and 4B show the
図示のマイクロフォン100は、ハンドマイクであり、手持ち部分となるマイク本体の上部に設けられた集音ヘッド110を備える。集音ヘッド110は、マイク本体の長手方向Lに長い楕円体形状である。図4Bには、マイクロフォン100において、マイク本体の長手方向沿った方向Lを示している。以下では、この方向Lに沿って、集音ヘッド110側の向きを上方といい、その反対側の向きを下方という。
The illustrated
マイクロフォン100は、上方が人に向けられるため、上方を中心とした集音指向性を有する。集音ヘッド110は、上方への指向性を有する集音ユニット120を備える。集音ユニット120は、音を電気信号に変換するための素子を有する。
Since the
集音ヘッド110は、その内部に、板状のグランド体112を有する。グランド体112は、その一面が、上方を向いており、人体Hに対抗する。なお、集音ユニット120は、集音ヘッド110内において、グランド体112よりも下方に設けられている。
The
集音ヘッド110内には、グランド体112から上方へ立設されたモノポールアンテナ24を備える。アンテナ24は、その長手方向中途部において、側方に向くように屈曲している。ここで、側方とは、方向Lに対して完全に直交する方向である必要はなく、方向Lに対して完全に直交する方向に対してやや上方の向きや、やや下方の向きを含む。モノポールアンテナ24から放射された電波は、上方に向かうものM1以外に、下方にむかうものM2もあるが、下方へ向かう電波M2は、グランド体112によって、上方へ反射させることができる。したがって、伝送器20から放射される電波は、上方への指向性を有し、上方の人体Hへ効率的に電力を伝送できる。また、モノポールアンテナ24を屈曲させることで、集音ヘッド110の大型化を抑制しつつ、集音ヘッド110内にアンテナ24を収納させることができる。
A
距離センサ30は、集音ヘッド110内において、上方にある人体との距離を測定するように設けられている。図4Aに示すように、グランド体112には、距離センサ30のための2つの貫通孔112a,112bが形成されている。一方の貫通孔112aは、光源31から照射された光が上方へ透過するためのものであり、他方の貫通孔112bは、上方の人体Hにおいて反射した光が受光素子32に到達するためのものである。光源31及び受光素子32を、グランド体112よりも下方に設けることで、電波の放射への影響を抑えることができる。
The
集音ヘッド110の少なくともグランド体112よりも上方側は、誘電体であって、光透過性の材料からなるカバー111によって覆われている。カバー111は、例えば、透明又は半透明の樹脂製である。カバー111が誘電体であることで、電波の放射への影響を回避でき、透明又は半透明であることで、距離センサ30からの光及び反射光の透過を許容することができる。なお、カバー111は、音の通過を容易にするため、貫通孔を有していてもよい。カバー111は、その上端111aが、距離センサ30から、間隔D2又はD2よりも大きい位置になるように形成されている。このため、人体Hは、マイクロフォン100に接触するまで近接しても、方向Lにおいて、距離センサ30との距離がD2以下になることはない。このように、カバー111は、人体Hが距離センサ30に近接するのを防止する近接防止体になっている。
At least the upper side of the
距離D2は、距離センサ30の測定範囲の下限D1よりも大きいため、距離D2の位置にあるカバー(近接防止体)111により、人体Hと伝送器20との間の距離が、距離センサ30の測定範囲の下限D1未満となることが防止される。距離Dが、距離センサ30の測定範囲の下限D1未満になると、距離センサ30の出力は信頼できなくなるが、実施形態によれば、信頼できない値が距離センサ30から出力されるのを防止できる。
Since the distance D2 is larger than the lower limit D1 of the measurement range of the
また、距離D2は、送電電力の強度が調整される設定範囲E1の下限値でもあるため、距離D2の位置(又は距離D2よりも大きい位置)にあるカバー(近接防止体)111により、距離センサ30から出力される距離Dが、設定範囲E1の下限値D2未満になることが防止される。 Further, since the distance D2 is also a lower limit value of the setting range E1 in which the intensity of transmitted power is adjusted, a distance sensor is provided by the cover (proximity prevention body) 111 at the position of the distance D2 (or a position larger than the distance D2). The distance D output from 30 is prevented from becoming less than the lower limit value D2 of the setting range E1.
図4A及び図4Bに示すマイクロフォン100を、人の声の集音のために設置すると、必然的に、集音ヘッド110の上方は、人体(特に、頭部)Hに向けられるため、集音ヘッド110内に設けられた伝送器20は、人体の頭部に装着されたウェアラブル機器への電力伝送を効率的に行える。また、集音ヘッド111内に設けられた距離センサ30は、人体の頭部までの距離を測定することができる。
When the
[3.ワイヤレス給電システムの変形例] [3. Modified example of wireless power supply system]
図5A及び図5Bは、ワイヤレス給電システム10の変形例を示している。変形例に係るワイヤレス給電システム10において、電力伝送器20は、複数の方向X1,X2,Y1,Y2に向けられた複数のアンテナ24a、24b、24c、24dを備える。各アンテナ24a,24b,24c,24dは、それぞれ、Y1,X2,Y2,X1方向への指向性を有し、各方向Y1,X2,Y2,X1へ電波を放射することができる。
5A and 5B show a modification of the wireless
変形例に係るワイヤレス給電システム10において、距離センサは、Y1,X2,Y2,X1方向それぞれの方向において、人体Hとの間の距離Dを測定する複数のセンサ素子30a,30b,20c,30dを備える。
In the wireless
図5Bに示すように、コントローラ40には、各センサ素子30a,30b,20c,30dが与えられる。コントローラ40は、センサ素子出力に基づき、人体Hが存在する方位と距離Dとを特定する。コントローラ40は、プリアンプ22a,22b,22c,22dを制御して、送信される電波の電力(振幅)を調整し、必要であれば、電波の位相も調整することで、各アンテナ24a,24b,24c,24dから放射される電波の指向性及び送電電力を調整する。コントローラ40は、人体Hが存在する方位と距離Dとに基づいた制御を行うことにより、電波の放射方向及び送電電力を、人体Hが存在する方位と距離Dとに応じた適切なものにすることができる。
As shown in FIG. 5B, the
すなわち、変形例に係るワイヤレス給電システム10も、ウェアラブル機器を装着した人体Hに不要な生体作用を及ぼさずに、人体Hに装着されたウェアラブル機器70に対してワイヤレス給電することができる。
That is, the wireless
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
10 ワイヤレス給電システム
20 ワイヤレス電力伝送器
21 発振器
22 プリアンプ
23 パワーアンプ
24 アンテナ
30 距離センサ
31 光源
32 受光素子
40 コントローラ
41 プロセッサ
42 メモリ
43 テーブル
44 プログラム
50 ADC
60 DAZC
100 マイクロフォン
110 集音ヘッド
111 カバー
112 グランド体
112a 貫通孔
112b 貫通孔
DESCRIPTION OF
60 DAZC
100
Claims (11)
電磁波によってワイヤレス給電されるウェアラブル機器を装着した人体と前記電力伝送器との間の距離を測定する距離センサと、
前記人体と前記電力伝送器との間の距離に応じて、前記電力伝送器から伝送される電磁波の強度を、前記ウェアラブル機器を装着した前記人体に不要な生体作用を及ぼさない程度に調整するコントローラと、を備え、
前記ウェアラブル機器は、前記人体に不要な生体作用を及ぼさない程度以下の電磁波強度で給電可能な機器であり、
前記電力伝送器は、前記ウェアラブル機器を装着した前記人体に不要な生体作用を及ぼさずに、前記人体に装着された前記ウェアラブル機器に対してワイヤレス給電する
ワイヤレス給電システム。 A power transmitter for wireless power transmission using electromagnetic waves;
A distance sensor that measures a distance between a human body wearing a wearable device that is wirelessly powered by electromagnetic waves and the power transmitter;
A controller that adjusts the intensity of electromagnetic waves transmitted from the power transmitter according to the distance between the human body and the power transmitter to such an extent that the human body wearing the wearable device does not have unnecessary biological effects. And comprising
The wearable device is a device that can supply power with an electromagnetic wave intensity of the following level that does not exert unnecessary biological effects on the human body,
The power transmission device wirelessly feeds power to the wearable device attached to the human body without exerting an unnecessary biological action on the human body wearing the wearable device.
請求項1に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to claim 1, wherein the distance sensor is disposed in the vicinity of the power transmitter and is configured to measure a distance in a radiation direction of an electromagnetic wave by the power transmitter.
請求項1又は2に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to claim 1, wherein the power transmitter is provided in a device used in the vicinity of a person.
請求項3に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to claim 3, wherein the device used in the vicinity of the person is a microphone.
前記電力伝送器は、前記特定の方向へ電磁波を放射するよう設けられ、
前記距離センサは、前記マイクロフォンに設けられ、前記特定の方向における距離を測定するように設けられている
請求項4に記載のワイヤレス給電システム。 The microphone has sound collection directivity in a specific direction,
The power transmitter is provided to radiate electromagnetic waves in the specific direction,
The wireless power feeding system according to claim 4, wherein the distance sensor is provided in the microphone so as to measure a distance in the specific direction.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のワイヤレス給電システム。 The power transmitter includes: a ground body disposed so as to oppose the human body; and a monopole antenna that is erected from the ground body and bent so that a distal end faces sideways. The wireless power feeding system according to any one of the above.
請求項1〜6のいずれか1項に記載のワイヤレス給電システム。 The controller adjusts the intensity of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter to a predetermined value or less when a distance between the human body and the power transmitter is larger than a predetermined value or when the human body cannot be detected. The wireless power feeding system according to claim 1, wherein wireless power transmission from the power transmitter is stopped.
請求項1〜7のいずれか1項に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to claim 1, further comprising a proximity preventing body that prevents the human body from approaching the power transmitter.
請求項8に記載のワイヤレス給電システム。 The proximity preventing body is provided such that a distance between the human body and the power transmitter does not become less than a lower limit value of a setting range in which the intensity of electromagnetic waves transmitted from the power transmitter is adjusted. 9. The wireless power feeding system according to 8.
請求項8又は9に記載のワイヤレス給電システム。 The wireless power feeding system according to claim 8 or 9, wherein the proximity preventing body is provided such that a distance between the human body and the power transmitter does not become less than a lower limit value in a measurement range of the distance sensor.
複数の方向において、人体と前記電力伝送器との間の距離を測定する距離センサと、
前記距離センサによって測定された複数の方向における距離に応じて、前記電力伝送器から伝送される電磁波の方向毎の強度を、電磁波によってワイヤレス給電されるウェアラブル機器を装着した人体に不要な生体作用を及ぼさない程度に調整するコントローラと、を備え、
前記ウェアラブル機器は、前記人体に不要な生体作用を及ぼさない程度以下の電磁波強度で給電可能な機器であり、
前記電力伝送器は、前記ウェアラブル機器を装着した前記人体に不要な生体作用を及ぼさずに、前記人体に装着された前記ウェアラブル機器に対してワイヤレス給電する
ワイヤレス給電システム。 A power transmitter that radiates electromagnetic waves in multiple directions and performs wireless power transmission;
A distance sensor for measuring a distance between a human body and the power transmitter in a plurality of directions;
According to the distances in a plurality of directions measured by the distance sensor, the strength of each direction of the electromagnetic wave transmitted from the power transmitter is reduced to an unnecessary biological action on a human body wearing a wearable device that is wirelessly powered by the electromagnetic wave. A controller that adjusts to the extent that it does not reach,
The wearable device is a device that can supply power with an electromagnetic wave intensity of the following level that does not exert unnecessary biological effects on the human body,
The power transmission device wirelessly feeds power to the wearable device attached to the human body without exerting an unnecessary biological action on the human body wearing the wearable device.
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