JP2019201519A - 電力伝送装置、及び電力伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤレス給電に適用され、任意の場所から電力を取り出すことを可能とする電力伝送装置を提供すること。【解決手段】電源装置１の電力を受電装置５に対してワイヤレスで伝送する電力伝送装置であって、電源装置１の発振器から送出される電磁波Ｆを、自身の内部の中空領域に伝搬する導波管２と、導波管２内において導波管２が延在する方向に沿って配設され、電磁波Ｆと共振することにより、電磁波Ｆの電力を回収する複数のアンテナ部３と、導波管２の外部領域において複数のアンテナ部３それぞれに接続され、自身と対向するように受電装置５の受電用共振器５Ｓが配設された際に当該受電用共振器５Ｓと電磁結合して、受電用共振器５Ｓに対してアンテナ部３が回収した電力を伝送する複数の共振器４と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、電力伝送装置、及び電力伝送方法に関する。

従来、建物内等において、電力を無線で供給するワイヤレス給電技術が知られている。ワイヤレス給電は、電力線のコストを削減できる点、建物内において電力線の配線が困難な場所に対して電力を供給できる点、及び、建物内の広い範囲に亘って電力を供給できる点等の利点を有している。

例えば、特許文献１には、デッキプレート又は支柱等を導波管として用いて、建物内に電力伝送を行うワイヤレス給電システムが記載されている。特許文献１には、導波管内にλ／４モノポールアンテナを設け、同軸／導波管変換を行って、導波管外に延設したコンセント等を介して、導波管内に伝搬する電力を取り出す構成が記載されている。

特開２００６−１６６６６２号公報

ところで、この種のワイヤレス給電においては、任意の場所で電力の取り出しを可能とする要請がある。

この点、特許文献１等の従来技術においては、電力の取り出し位置が、導波管外に配設したコンセントに制約される。そのため、かかる態様において、任意の場所で電力の取り出しを可能とするためには、多数のコンセントを、予め室内に配設することが必要となる。このような構成は、室内空間のスペースの制約から、実用的とは言えない。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、ワイヤレス給電に適用され、任意の場所から電力を取り出すことを可能とする電力伝送装置、及び電力伝送方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
電源装置の電力を受電装置に対してワイヤレスで伝送する電力伝送装置であって、
前記電源装置の発振器から送出される電磁波を、自身の内部の中空領域に伝搬する導波管と、
前記導波管内において前記導波管が延在する方向に沿って配設され、前記電磁波と共振することにより、前記電磁波の電力を回収する複数のアンテナ部と、
前記導波管の外部領域において複数の前記アンテナ部それぞれに接続され、自身と対向するように前記受電装置の受電用共振器が配設された際に当該受電用共振器と電磁結合して、前記受電用共振器に対して前記アンテナ部が回収した前記電力を伝送する複数の共振器と、
を備える電力伝送装置である。

又、他の局面では、
上記の電力伝送装置を用いた電力伝送方法である。

本開示に係る電力伝送装置によれば、ワイヤレス給電において、任意の場所から電力を取り出すことが可能となる。

第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムの全体構成の一例を示す図 第１の実施形態に係る図１のワイヤレス給電システムに適用された電力伝送装置の詳細構成を示す図 第１の実施形態に係る電力伝送装置の共振器の詳細構成を示す図 第１の実施形態に係る導波管内に伝搬する電磁波により生成される電界分布の一例を示す図 第２の実施形態に係る電力伝送装置の構成の一例を示す図 電磁波の周波数と、導波管内に発生する電界分布の高強度地点との関係の一例を示す図 電磁波の周波数と、導波管内に発生する電界分布の高強度地点との関係の他の一例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
［ワイヤレス給電システムの全体構成］
図１は、ワイヤレス給電システムＵの全体構成の一例を示す図である。図２は、図１のワイヤレス給電システムＵに適用された電力伝送装置Ａの詳細構成を示す図である。図３は、電力伝送装置Ａの共振器４の詳細構成を示す図である。

図４は、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆにより生成される電界分布の一例を示す図である。図４は、導波管２の長手方向に沿って切断した側面断面図（図２のＴ―Ｔの位置）に相当する。尚、図４において、縦線矢印Ｅは電気力線を表し、ドットＨは磁力線を表す。

本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、導波管２、複数のアンテナ部３（３ａ、３ｂ、３ｃ）、及び、複数の共振器４（４ａ、４ｂ、４ｃ）を備えている。

電力伝送装置Ａは、図１に示すように、電源装置１が内蔵する発振器から送出される電磁波Ｆを、導波管２内に伝搬させ、アンテナ部３及び共振器４を介して、外部の受電装置５に送出する。アンテナ部３及び共振器４は、導波管２が延在する長手方向に沿って複数組配設されており、受電装置５は、複数組のアンテナ部３及び共振器４のいずれかを用いて、自由に電力を取り出せる構成となっている。

尚、図２及び図４では、異なる位置に配設された３個のアンテナ部３それぞれに異なる符号３ａ、３ｂ、３ｃを付している。又、異なる位置に配設された３個の共振器４それぞれに異なる符号４ａ、４ｂ、４ｃを付している。但し。これらのいずれかを特に区別しない場合には、単に、「アンテナ部３」、「共振器４」と称して説明する。

電源装置１は、内蔵する発振器により高周波電力を発生し、導波管２内に電磁波Ｆを送出する電源である。電源装置１の発振器としては、例えば、マグネトロン発振器、クライストロン発振器、又は、ガン発振器等、大電力が出力可能なものが用いられる。また、周波数を変化させる場合には半導体による発振器（インバータ）とＧａＮなどを用いた半導体アンプを用いるのが望ましい。

本実施形態に係る電源装置１は、自身が有する共振器１Ｓを電力伝送装置Ａの共振器４と電磁結合させて、内蔵する発振器が発生した高周波電力を共振器４に送出する。そして、電源装置１から共振器４に送出された高周波電力は、共振器４に接続されたアンテナ部３を励振して、導波管２内に電磁波Ｆを発生させる。ここでは、送電側も非接触給電を用いているが、非接触給電を用いずに、直接高周波ケーブルからλ／４アンテナを用いて導波管２内に給電することも出来る。

電源装置１が送出する電磁波Ｆは、典型的には、マイクロ波又はミリ波の周波数帯域のうちの単一周波数の電磁波Ｆであり、例えば、ＩＳＭバンドの帯域から選択された単一周波数の電磁波Ｆが用いられる。但し、各アンテナ部３での共振状態は、電磁波Ｆの周波数を変えることで最適化が出来るので周波数を変えることもある（第２の実施形態にて後述）。さらに、複数の受電装置５に配電する場合、各受電部での共振状態を最適化するために電源装置１は、マイクロ波又はミリ波の周波数帯域から二以上の周波数を選択して、複数の周波数の電磁波Ｆを重ね合わせて送出してもよい。

導波管２は、自身の内部の中空領域に、電源装置１から送出された電磁波Ｆを伝搬する。導波管２は、中空領域を形成するように配設された複数の金属壁により構成されている。導波管２は、より好適には、金属壁が中空領域の全周囲を囲繞するように構成される。これにより、導波管２を空洞共振器のように機能させることができる。

導波管２は、例えば、切断面が矩形状の角筒形状を呈している。但し、導波管２の形状は、内部に電磁波Ｆを伝搬する中空領域が形成されていれば、本発明では特に限定されず、内部に二次元状に中空領域が延在する平板形状や、又は、中空領域が湾曲する形状等であってもよい。

尚、導波管２は、デッキプレート、支柱、又は、手すりのパイプ等の建物構造体として一般に用いられる部材を用いて、構成されたものであってよい。

導波管２の壁面には、複数のアンテナ部３それぞれが配設される位置に、開口２ｔが形成されている。開口２ｔには、複数のアンテナ部３それぞれに接続された引き出し線が挿通され、当該引き出し線が導波管２内から導波管２外に引き出されている。尚、開口２ｔの口径は、当該開口２ｔから導波管２内の電磁波Ｆが導波管２外に漏洩することを防止する観点から、電磁波Ｆの波長の１／２よりも小さく設定されている。

導波管２内には、電源装置１から送出された電磁波Ｆが壁面反射して各種の共鳴状態が発生し、電界分布が発生する（図４を参照）。導波管２内に発生する電界分布は、典型的には、電界強度が強い位置と弱い位置とが、導波管２の長手方向に沿って順番に分布する。尚、図４では、導波管２の高さがλ／２以下で、幅がλ／２以上を想定して電磁波ＦをＴＥ_０ｎモードで伝搬させた場合の電界分布を示している（詳細は後述）。

アンテナ部３は、導波管２内に配設され、電磁波Ｆと共振して、当該電磁波Ｆの電力を回収する。即ち、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆは、アンテナ部３によって導波管２の外部に取り出される。

アンテナ部３は、例えば、導波管２の金属壁面を接地面とするモノポールアンテナ等によって構成される。そして、モノポールアンテナは、例えば、導波管２内の短手方向に平行に延在するように配設されている。アンテナ部３は、例えば、導波管２内に伝搬される電磁波Ｆの周波数帯域（例えば、１ＧＨｚ〜５０ＧＨｚ）に対して感度が高くなる形状を呈し、例えば、電磁波Ｆの波長λを基準としてλ／４程度の長さに設定されている。

複数のアンテナ部３は、それぞれ、導波管２が延在する長手方向に沿って、配設されている。複数のアンテナ部３は、それぞれ、導波管２内に発生する電界強度が強くなる位置に配設されている。複数のアンテナ部３は、それぞれ、例えば、電磁波がＴＥ_０ｎモードで伝搬される場合には、導波管２が延在する方向に沿って所定間隔で表れる電界強度の高強度地点に配設される（図４を参照）。

複数のアンテナ部３は、それぞれ、別個の共振器４に接続されている。そして、複数のアンテナ部３それぞれが回収した電磁波Ｆの電力は、当該アンテナ部３に接続された共振器４によって導波管２の外部の受電装置５に伝送される。

尚、アンテナ部３と共振器４とは、導波管２に形成された開口２ｔに挿通する引き出し線を介して接続されている。

複数の共振器４は、導波管２の外部領域において、導波管２内に配設された複数のアンテナ部３それぞれに対応するように、配設されている。より詳細には、共振器４ａはアンテナ部３ａに導電接続され、共振器４ｂはアンテナ部３ｂに導電接続され、共振器４ｃはアンテナ部３ｃに導電接続されている。

共振器４は、自身と対向するように受電装置５の受電用共振器５Ｓが配設された際に、アンテナ部３から伝送される電磁波Ｆの電力を、電磁結合を利用して、受電用共振器５Ｓに対して非接触で伝送する。一方、共振器４は、オープンリング型などを取ることにより単独での放射を起こさない構造が可能で有り、自身と対向するように受電用共振器５Ｓが配設されていないときには、アンテナ部３から伝送される電磁波Ｆの電力を、外部空間に放出することなく、そのままアンテナ部３に対して反射する。

共振器４（及び受電用共振器５Ｓ）としては、好適には、閉曲線線路の一部に開放部が形成された構造を有する共振器（典型的には、リング形状を呈しており、オープンリング共振器とも称される）が用いられる。オープンリング共振器は、放射損失が小さく、加えて、広い周波数帯域において高い伝送効率を得られる点で、特に有用である。

オープンリング共振器として構成された共振器４（送電用共振器１Ｓ及び受電用共振器５Ｓも同様）は、金属線をリング状にして両端を近接させて構成される（図３を参照）。共振器４の金属線は、電位差の最大となる両端が近接するように、送受する高周波電力の波長の１／２の奇数倍の長さ程度に設定される。又、共振器４と受電用共振器５Ｓとは、平面視において、互いに中心点Ｃ０をあわせて対向して配設され、且つ、共振器４における開放部と中心点Ｃ０とを結ぶ線Ｃ１と、受電用共振器５Ｓにおける開放部と中心点Ｃ０とを結ぶ線Ｃ２との間のなす角度（即ち、共振器４の開放端と受電用共振器５Ｓの開放端との間のリングの周方向における角度差）が、例えば、９０°以上、より好適には１８０°の角度を有するように配設される。かかる構成によって、磁界の共振と電界の共振の両方が、共振器４と受電用共振器５Ｓの間で同相となり、共鳴が最も強くなる（調相結合とも称される）。これにより、例えば、波長の１／４程度の距離でもほぼ１００％の電力伝送が可能となる。尚、共振器４と送電用共振器１Ｓも、共振器４と受電用共振器５Ｓと同様の配置関係となっている。

つまり、複数の共振器４のうち、受電装置５の受電用共振器５Ｓが対向して配設されたもののみが電力取り出し部として機能し、その他のものは、反射体として機能する。例えば、図２に示すように、共振器４ｂに対向するように受電用共振器５Ｓが配設された際には、共振器４ｂは、アンテナ部３ｂから伝送される電磁波Ｆの電力を、受電用共振器５Ｓに対して伝送する。一方、共振器４ａ及び共振器４ｃは、それぞれ、アンテナ部３ａ及びアンテナ部３ｃから伝送される電磁波Ｆの電力を、アンテナ部３ａ及びアンテナ部３ｃに対してそのまま反射する。即ち、アンテナ部３ａ及びアンテナ部３ｃ、並びに共振器４ａ及び共振器４ｃは、等価的に無通電状態となっている。

電力伝送装置Ａにおいては、このように、不使用箇所のアンテナ部３においては、共振器４における全反射により電磁波Ｆの放射を生じさせることなく無損失状態とし、使用箇所のアンテナ部３のみから導波管２に伝搬する電磁波Ｆを電力として取り出すことを可能とする。

尚、受電装置５は、例えば、受電用共振器５Ｓから受電した高周波電力を整流する整流回路、及び、当該整流回路で整流された直流電力を充電するバッテリ等を有している。あるいは、受電装置５の受電用共振器５Ｓにアンテナ部３と同様のアンテナを置き、別の導波管への高周波給電を行うことも出来る。このようにして、複数の導波管を接続して用いることも可能である。

［具体例］
ここで、図２、図４を参照して、導波管２の設計と当該導波管２内における電磁波Ｆの挙動の一例について、説明する。

ここでは、図２の導波管２に対して、電磁波ＦをＴＥ_０ｎモードで伝搬させる場合の当該導波管２の設計態様について説明する。以下では、図２の上方向を導波管２の高さ方向、図２の奥行き方向を導波管２の幅方向として説明する。

ＴＥ_０ｎモードで伝搬する電磁波Ｆにより生成される電界分布は、図４に示すように、電気力線が導波管２の長手方向に対して垂直な方向に延び、電界強度の強い位置（以下、「高強度地点」と称する）と弱い位置とが導波管２の長手方向に沿って順番に発生したものとなる。そのため、電磁波ＦがＴＥ_０ｎモードで伝搬する状態は、アンテナ部３が、電磁波Ｆの電力を効率的に回収し得る点で、好適である。特に、ＴＥ_０ｎモードのうち、多重モードの発生がないＴＥ_０１モードがより好適である。

ＴＥモードで伝搬する電磁波Ｆの伝搬定数γは、一般に、以下の式（１）により表される。

電磁波ＦがＴＥ_０ｎモードとなる条件は、ｍ＝０のときに、伝搬定数γが純虚数となる条件であり、即ち、導波管２の幅ｂがｂ＞λ／２を充足する態様である。そして、この際、ＴＥ_０ｎモードのみを伝搬させるには、導波管２の高さａを、ａ＜λ／２を充足するように設定すればよい。例えば、電磁波Ｆの周波数が５．８ＧＨｚの場合、λ＝５．１７ｃｍなので導波管２の高さａは２．６ｃｍ以下とすればよい。

これによって、ｂ＞λ／２を充足する任意のｂの値で、導波管２を伝搬する電磁波Ｆは、ＴＥ_０ｎモードのみとなり、共振時の電界は、図４に示すように、導波管２の上下面に垂直となる。

この際、導波管２における管内波長λｇは、一般に、以下の式（２）により表される。

そして、管内波長λｇに応じた位置に、上下面からアンテナ部３（例えば、λ／４モノポールアンテナ）を差し込めば、電界はアンテナ部３の延在方向に対して平行方向になり、アンテナ部３に効率よく電磁波の電力を回収させることができる。

例えば、導波管２の幅ｂ＝４ｃｍとすると、式（１）からＴＥ_０１モードのみが伝搬可能となる。そして、導波管２内に５．８ＧＨｚの電磁波Ｆを入れると、管内波長λｇ＝６．７８ｃｍとなり、導波管２内にはλｇ／２＝３．４ｃｍピッチで、電界強度の高強度地点、即ち、電界集中点が発生する。尚、ＴＥ_０１モードの電磁波Ｆが伝搬する場合には、導波管２の管壁では電界がゼロとなるので、導波管２の幅方向の中心に電界集中が起こる。

この際、導波管２は、より好適には、長手方向の両端を金属壁で塞いだ構成とする。これによって、導波管２を空洞共振器として構成することが可能であり、導波管２内に、より高強度の高強度地点を生成することができる。

又、導波管２内に送出する電磁波Ｆの周波数は、より好適には、ＴＥ_０１モードの遮断周波数以上で、且つ、ＴＥ_０１モード以外の他の伝搬モードの遮断周波数以下に設定される。これによって、ＴＥ_０ｎの各モードの中でもＴＥ_０１モードのみを発生させることができるため、電磁波Ｆの電界分布の高強度地点をより集中させることが可能である。尚、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆの周波数としては、ＴＥ_０１モードの電磁波Ｆが発生する周波数が最低周波数である。そして、電磁波Ｆの周波数が当該周波数から上昇するに伴って導波管２内に多重モードの電磁波Ｆが発生する。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、電源装置１の発振器から送出される所定周波数の電磁波Ｆを、自身の内部の中空領域に伝搬する導波管２と、導波管２内において導波管２が延在する長手方向に沿って配設され、電磁波Ｆと共振して、電磁波Ｆの電力を回収する複数のアンテナ部３と、導波管２の外部領域において複数のアンテナ部３それぞれに接続され、自身と対向するように受電装置５の受電用共振器５Ｓが配設された際に当該受電用共振器５Ｓと電磁結合して、受電用共振器５Ｓに対してアンテナ部３が回収した電力を伝送する複数の共振器４と、を備えている。

従って、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、複数の共振器４のいずれかに対向するように受電装置５の受電用共振器５Ｓが配設された際に、当該受電用共振器５Ｓに対して、ワイヤレスで電力を伝送することができる。共振器４の配設位置は、コンセントのように室内空間に露出する必要がなく、建物内における床板や天井板を通して給電できる。そのため、本実施形態に係る電力伝送装置Ａによれば、余剰空間を利用して多数の電力取り出し口（即ち、共振器４）を配設することができ、任意の場所から電力を取り出すことが可能である。

又、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、導波管２を用いて電力伝送する構成となっているため、同軸ケーブル等を用いて電力伝送する態様よりも損失が少なく、且つ、広い面積に亘って電力伝送が可能である。加えて、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、当該導波管２内から、アンテナ部３と共振器４を介して電力を取り出す構成となっているため、未使用のアンテナ部３等からの放射損失も生じさせることなく、電力伝送が可能である。

又、本実施形態に係る複数のアンテナ部３は、それぞれ、導波管２内で電磁波Ｆにより生成される電界分布の電界強度が増大する位置に配設される。これによって、アンテナ部３は、導波管２内を伝搬する電磁波Ｆの電力を効率良く回収することが可能である。

又、本実施形態に係る複数の共振器４は、それぞれ、閉曲線線路の一部に開放部が形成された構造を有する共振器（典型的には、オープンリング共振器）によって構成されている。これによって、共振器４における放射損失を低減し、加えて、高い伝送効率を得ることが可能である。又、かかる共振器４は、広い周波数帯域において高い伝送効率を確保することが可能であるため、電磁波Ｆの周波数が変更された際にも、高い伝送効率を確保することが可能である。

又、本実施形態に係る導波管２の長手方向に沿って延在する管壁は、対向する２面の間隔が電磁波Ｆの波長の１／２以下となるように配設された一対の平板部を有する。これによって、導波管２内に発生する電磁波Ｆの伝搬モードを、ＴＥ_０ｎモードのみに制限することができ、導波管２内における電磁波Ｆの電界分布の高強度地点が散逸する事態の発生を抑制することが可能である。これにより、アンテナ部３にて、導波管２内を伝搬する電磁波Ｆの電力を効率良く回収することが可能である。

但し、導波管内の伝搬モードはＴＥ_０ｎモードに限らず、ＴＥ_ｍｎ、ＴＭ_ｍｎなど遠くまで伝搬できるモードなら他のモードであってもよい。そのため、導波管２の形状は、断面の幅の一部がλ／２以上であればよく、誘電損や導体損、管壁からの放射損が少ない金属製の容器であれば、管状に代えて、箱形などであってもよい。更に、導波管２の中を損失のない誘電体で埋めることで、実効的な電磁波Ｆの波長を短縮することも可能であり、これによって管径を細めることも出来る。又、プラスチックのパイプの表面や内面に金属膜をコートした管や容器でも適用可能である。

（第２の実施形態）
次に、図５〜図７を参照して、第２の実施形態に係る電力伝送装置Ａについて説明する。

図５は、本実施形態に係る電力伝送装置Ａの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆの周波数を制御する制御装置６を備える点で、第１の実施形態と相違する。

第１の実施形態では、複数のアンテナ部３それぞれが、導波管２内に発生する電界分布の高強度地点に配設されている態様を示した。しかしながら、当該高強度地点は、実際には、導波管２の断面形状の歪みや導波管２内に置かれたアンテナ部３等の障害物で位置ずれが生ずる場合がある。又、高強度地点は導波管２の高さ方向又は幅方向のサイズが電磁波Ｆの波長より長かったりした場合は周波数によりめまぐるしく変化する。

そこで、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、制御装置６にて、使用対象のアンテナ部３の配設位置が電界分布の高強度地点となるように、導波管２内に伝搬する電磁波Ｆの周波数を制御する。

制御装置６は、例えば、受電装置５と通信することで、当該受電装置５が受電する電力のレベルを検知する。そして、制御装置６は、電源装置１に対して、発生する電磁波の周波数を指令する指令信号を出力することで、当該受電装置５が受電する電力が最大化するように、電磁波の周波数をフィードバック制御する（図５中の点線矢印は通信信号を表す）。これによって、受電装置５に対して効率的に給電することが可能である。

制御装置６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート、及び、通信コントローラ等を含んで構成されている。制御装置６の機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに格納された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。

尚、本実施形態に係る電源装置１の発振器は、送出する高周波電力（即ち、電磁波Ｆ）の周波数を可変に構成されている。

図６は、電磁波Ｆの周波数と、導波管２内に発生する電界分布の高強度地点との関係の一例を示す図である。

具体的には、図６は、上記［具体例］で示した導波管２において、電磁波Ｆの周波数を変更した場合における、電界分布の高強度地点を電磁界シミュレーションによって算出したものである。
図６の各プロットは、以下を表す。
○印：電磁波Ｆの周波数を５．１２１ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点
×印：電磁波Ｆの周波数を５．２２３ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点

図６において、横軸は導波管２の長手方向の位置を表し、縦軸は導波管２の幅方向の位置を表す。尚、電磁波Ｆの周波数が５．１２１ＧＨｚ及び５．２２３ＧＨｚのときには、電磁波Ｆは、ＴＥ_０１モードのみで伝搬する。

図６においては、電磁波Ｆの周波数が５．１２１ＧＨｚのときには、導波管２の長手方向の略１００ｃｍの中に、２９個の高強度地点（最適ポイント）が発生している。一方、電磁波の周波数が５．２２３ＧＨｚのときには、導波管２の長手方向の略１００ｃｍの中に、３０個の高強度地点（最適ポイント）が発生している。そして、電磁波の周波数が５．１２１ ＧＨｚのときと電磁波の周波数が５．２２３ＧＨｚのときとで、高強度地点が、導波管２の長手方向の異なる位置に発生している。

制御装置６は、例えば、所定の周波数帯域をスイープするように、電源装置１から導波管２内に送出する電磁波Ｆの周波数を変化させる。そして、制御装置６は、受電装置５と通信することで当該受電装置５が受電する電力を検知し、当該受電装置５が受電する電力が最大化するように、電磁波の周波数を制御する。

尚、受電装置５が複数存在する場合には、それぞれの受電装置５に対する最適周波数が異なることが考えられる。その場合、電源装置１は、複数の周波数の電磁波Ｆを導波管２内に送出してもよい。そして、制御装置６は、複数の受電装置５それぞれが受電する電力が最大化するように、当該複数の周波数それぞれを制御してもよい。

図７は、電磁波Ｆの周波数と、導波管２内に発生する電界分布の高強度地点との関係の他の一例を示す図である。図７は、上記［具体例］で示した導波管２において、導波管２の幅ｂを拡張して６ｃｍとした際の電界分布の高強度地点を、電磁界シミュレーションによって算出したものである。

図７の各プロットは、以下を表す。
○印：電磁波Ｆの周波数を５．１５９ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点
◇印：電磁波Ｆの周波数を５．２００ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点
＋印：電磁波Ｆの周波数を５．２１３ＧＨｚとした場合の電界分布の高強度地点

図７において、横軸は導波管２の長手方向の位置を表し、縦軸は導波管２の幅方向の位置を表す。尚、電磁波Ｆの周波数が５．１５９ＧＨｚのときには、電磁波Ｆは、ＴＥ_０１モードのみで伝搬している。一方、５．２００ＧＨｚと５．２１３ＧＨｚのときには、電磁波Ｆは、ＴＥ_０２モードとＴＥ_０１モードが混在して伝搬している（ここでは、ＴＥ_０１モードの電界強度は小さいため図示を省略している）。

図７の態様においては、例えば、ＴＥ_０１モードにて電界が高強度となる高強度地点及びＴＥ_０２モードにて電界が高強度となる高強度地点それぞれの位置に、アンテナ部３を別個に配設してもよい。これによって、より多くの電力取り出し位置を確保することができる。

一方、制御装置６は、かかる態様においても、同様に、使用対象のアンテナ部３の位置が、電界分布の高強度地点となるように、電磁波の周波数を制御すればよい。

以上のように、本実施形態に係る電力伝送装置Ａは、電源装置１の発振器が送出する電磁波Ｆの所定周波数を制御して、導波管２内で電磁波Ｆにより生成される電界分布を調整する制御装置６、を更に備えている。これによって、電界強度が増大する位置（即ち、定在波の腹位置）を制御することができるため、任意の場所で、効率良く電力を取り出すことができる。

又、本実施形態に係る制御装置６は、受電装置５と通信して、受電装置５が受電する電力に基づいて、電磁波Ｆの所定周波数をフィードバック制御する。これによって、使用対象のアンテナ部３の位置において、電界強度が増大するように、電源装置１の発振器が送出する電磁波Ｆの所定周波数を制御することが可能となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、電源装置１の一例として、導波管２の外部に配設され、共振器及びアンテナを介して、導波管２内に電磁波Ｆを送出させる態様を示した。しかしながら、電源装置１が導波管２内に電磁波Ｆを送出する態様は、任意であり、共振器４及びアンテナ部３を介在することなく、導波管２内に、直接電磁波Ｆを送出する態様としてもよい。

一方、上記実施形態のように、電源装置１を導波管２の外部に配設し、共振器４及びアンテナ部３を介して、導波管２内に電磁波Ｆを送出する態様の場合には、送電側のアンテナ部４の位置は、相反性から共振により電磁界が高くなる場所が望ましい。

又、上記実施形態では、導波管２の一例として、断面が矩形の導波管２について説明したが、本発明に係る電力伝送装置Ａは、任意の形状の導波管２を適用することが可能である。導波管２の形状によっては、導波管２内の電界分布が変化してアンテナ部３による電力の回収効率は落ちることになる。しかしながら、この場合であっても、直接損失が発生するわけではないため、再反射や多重反射を経てアンテナ部３に吸収させることができる。

又、上記実施形態では、アンテナ部３の一例として、モノポールアンテナを示した。アンテナ部３としては、ダイポールアンテナ、ループアンテナ等、その他のアンテナが用いられてもよい。

又、上記実施形態では、共振器４の一例として、オープンリング共振器を示した。共振器４としては、リング共振器又はスパイラル共振器等、その他の共振器が用いられてもよい。

又、上記実施形態では、電力伝送装置Ａの一例として、一個のアンテナ部３に一個の共振器４を接続する態様を示した。しかしながら、電力を増幅する観点から、複数のアンテナ部３から一個の共振器４に対して電力を送出する態様としてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る電力伝送装置によれば、任意の場所から電力を取り出すことが可能となる。

１ 電源装置
２ 導波管
２ｔ 開口
３ａ、３ｂ、３ｃ アンテナ部
４ａ、４ｂ、４ｃ 共振器
５ 受電装置
５Ｓ 受電用共振器
６ 制御装置
Ａ 電力伝送装置
Ｆ 電磁波
Ｕ ワイヤレス給電システム

Claims (8)

1. 電源装置の電力を受電装置に対してワイヤレスで伝送する電力伝送装置であって、
   前記電源装置の発振器から送出される電磁波を、自身の内部の中空領域に伝搬する導波管と、
   前記導波管内において前記導波管が延在する方向に沿って配設され、前記電磁波と共振することにより、前記電磁波の電力を回収する複数のアンテナ部と、
   前記導波管の外部領域において複数の前記アンテナ部それぞれに接続され、自身と対向するように前記受電装置の受電用共振器が配設された際に当該受電用共振器と電磁結合して、前記受電用共振器に対して前記アンテナ部が回収した前記電力を伝送する複数の共振器と、
   を備える電力伝送装置。
2. 前記電源装置の発振器が送出する前記電磁波の周波数を制御して、前記導波管内で前記電磁波により生成される電界分布を調整する制御装置、を更に備える
   請求項１に記載の電力伝送装置。
3. 前記制御装置は、前記受電装置と通信して、前記受電装置が受電する電力のレベルに基づいて、前記電磁波の周波数をフィードバック制御する
   請求項２に記載の電力伝送装置。
4. 前記アンテナ部は、前記導波管の金属壁面を接地面とするモノポールアンテナによって構成されている
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力伝送装置。
5. 前記共振器は、閉曲線線路の一部に開放部が形成された構造を有する
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力伝送装置。
6. 前記導波管の長手方向に沿って延在する管壁は、対向する２面の間隔が前記電磁波の波長の１／２以下に設定された一対の平板部を有する
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電力伝送装置。
7. 前記導波管は、前記中空領域の全周囲を囲繞するように配設された金属壁を有し、
   前記電源装置は、前記導波管外に配設され、前記アンテナ部を介して、前記導波管内に前記電磁波を送出する
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電力伝送装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力伝送装置を用いた電力伝送方法。

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