JP4609519B2 - 無線エネルギ伝送装置及び無線エネルギ伝送方法 - Google Patents

Description

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

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

しかしながら、このような無線伝送のシステムにあっては、伝送しているエネルギが容易に盗まれてしまうという問題点がある。例えば、エネルギを盗もうとする者が盗電用の受電アンテナとして所定の共振周波数のものを用意し、その盗電用の受電アンテナを所定の位置に配置することにより、送電アンテナから送電される電磁波を受けることができ、電力を盗むことができる。この場合、電線などによりエネルギ伝送しているわけではないので、電線の接続などが不要であり、エネルギを盗むことが容易に行えてしまう。

そこで本発明は、無線伝送されたエネルギの盗みを抑制できる無線エネルギ伝送装置及び無線エネルギ伝送方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る無線エネルギ伝送装置は、振動磁場又は振動電場を発生させる送電部と、前記送電部の振動磁場又は振動電場を受電アンテナにより受けて電力に変換する受電部と、前記送電部により発生される振動磁場又は振動電場の周波数を時間経過と共に変更する周波数変更手段と、前記振動磁場又は振動電場の周波数の変更に応じて前記受電アンテナの共振周波数を変更する共振周波数変更手段とを備えて構成されている。

この発明によれば、送電部で発生する振動磁場又は振動電場の周波数を時間経過と共に変更することにより、送電される電力を盗もうとしても効率よく受電することが困難となり、盗電を抑制することができる。また、振動磁場又は振動電場の周波数の変更に応じて受電アンテナの共振周波数を変更することにより、送電される振動磁場又は振動電場の周波数が変更されても効率よく受電することができ、適正なエネルギ伝送が行える。

また本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、少なくとも前記送電部により変更される振動磁場又は振動電場の周波数の情報を前記共振周波数変更手段に送信する通信手段を備えることが好ましい。

この発明によれば、送電部により変更される振動磁場又は振動電場の周波数の情報を共振周波数変更手段に送信することにより、共振周波数変更手段において受電アンテナの共 振周波数を振動磁場又は振動電場の周波数と合うように変更することができる。

また本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、前記通信手段は、前記送電部により変更される振動磁場又は振動電場の周波数の情報を暗号化して前記共振周波数変更手段に送信することが好ましい。

この発明によれば、送電部により変更される振動磁場又は振動電場の周波数の情報を暗号化して共振周波数変更手段に送信することにより、盗電する者に変更される振動磁場又は振動電場の周波数の情報を知られることを防止することができ、盗電の抑制が図れる。

また本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、前記周波数変更手段は、前記振動磁場又は振動電場の周波数を増減して変更する際にその減少速度に対し増加速度を大きくすることが好ましい。

この発明によれば、振動磁場又は振動電場の周波数を増減して変更する際にその減少速度に対し増加速度を大きくすることにより、盗電者の受電効率を著しく低くすることができ、盗電の抑制が図れる。

また本発明に係る無線エネルギ伝送装置において、前記送電部は、前記振動磁場又は振動電場を発生させる送電アンテナと、前記振動磁場又は振動電場の周波数の周波数の変更に応じて前記送電アンテナの共振周波数を変更する共振周波数変更手段とを備えることが好ましい。

本発明によれば、無線伝送されたエネルギが盗まれることを抑制することができる。

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

図１は本発明の第一実施形態に係る無線エネルギ伝送装置の構成概要図である。

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

送電部２は、振動磁場を発生させるものであり、送電アンテナ２１、送電発信部２２、周波数制御部２３、通信部２４を備えている。送電アンテナ２１は、交流電力を入力されることにより振動磁場を発生するアンテナであって、例えばコイルアンテナが用いられる。

送電発信部２２は、送電アンテナ２１に対し交流電力を与えるものであり、例えば発振周波数を変更可能な発振器を備えたものが用いられる。周波数制御部２３は、振動磁場の周波数を制御するものであり、送電発信部２２に対し周波数制御信号を入力し、その周波数制御信号に応じた周波数の交流電力を送電発信部２２から出力させる。この場合、周波数制御部２３は、送電部２により発生される振動磁場の周波数を変更する周波数変更部として機能する。

通信部２４は、受電部３側と情報の通信を行う通信手段であって、少なくとも送電部２により変更される振動磁場の周波数の情報を送信する。送信された情報は、受電部３の通信部３４を通じて共振周波数制御部３３に入力される。周波数の情報信号は、暗号化して送信することが好ましい。この場合、盗電する者に変更される振動磁場の周波数の情報を知られることを防止することができ、盗電の抑制が図れる。

通信部２４の通信媒体は、情報通信を行えるものであればいずれのものであってもよく、例えば電波、光、赤外線などが用いられる。この通信部２４により送電部２により変更される振動磁場の周波数の情報を受電部３側に送信することにより、受電部３において受電アンテナ３１の共振周波数を振動磁場の周波数に合わせることが可能となる。

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

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

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

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

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

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

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

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

受電アンテナ３１の共振周波数の変更と同時に送電アンテナ２１の共振周波数も変更する場合、例えば図２に示すように、送電部２に共振周波数変更部２５を設けることが好ましい。この共振周波数変更部２５は、送電アンテナ２１の共振周波数を変更するものであり、受電部３の共振周波数変更部３５と同様に構成され、例えば送電アンテナ２１のインダクタンスを変更することにより共振周波数を変更するものが用いられる。送電アンテナ２１の近傍に鉄などの強磁性体２５ｂをコアとしたコイル２５ａが配置され、このコイル２５ａに流す直流電流の大きさを変えることにより強磁性体２５ｂの透磁率を変化させて送電アンテナ２１のインダクタンスを変化させる。これにより、送電アンテナ２１の共振周波数を変更することができる。また、コイル２５ａ及び強磁性体２５ｂを用いずに、送電アンテナ２１のコイル２１ａに直流電流を流すことにより送電アンテナ２１のインダクタンスを変化させて共振周波数を変更してもよい。

また、共振周波数変更部２５は、送電アンテナ２１のキャパシタを変更することにより共振周波数を変更するものであってもよい。例えば、送電アンテナ２１にバリキャップ（図示なし）を付加し、そのバリキャップの容量を変化させることにより、送電アンテナ２１の共振周波数を変更してもよい。

次に本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置の動作及び本実施形態に係る無線エネルギ伝送方法について説明する。

図１において、送電部２の周波数制御部２３が所定の周波数情報を送電発信部２２及び通信部２４に出力する。周波数制御部２３が出力する周波数は、時間経過と共に変更される。例えば、図３に示すように、周波数を増減させて変更させる際に、その周波数の時間的な減少率（減少速度）に対し増加率（増加速度）を大きくすることが好ましい。具体的は、周波数が徐々に低くされ急激に高くされて周波数変更が行われる。

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

また、周波数制御部２３が出力する周波数は、ランダムに変更することが好ましい。例えば、その周波数を一定周期で又は一定量の周波数分だけ変更するのではなく、その周期及び変更量をランダムにすることが好ましい。これにより、盗電しにくくすることができる。

図１において、周波数情報を受けた送電発信部２２は、その周波数に応じた交流電力を送電アンテナ２１に出力する。これにより、送電アンテナ２１は、その周波数に応じた振動磁場を生じさせる。周波数情報を受けた通信部２４は、その周波数情報を受電部３の通信部３４に送信する。その送信により、受電部３側は、振動磁場の周波数情報を取得することができる。

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

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

このように送電部２から受電部３に電力伝送を行っている際に、送電部２が発せられる電力を盗電者Ａが盗もうとすると、送電部２の振動磁場の周波数が変更されるため、盗電者は効率よく電力を受電することができない。

また、送電部２の振動磁場の周波数が徐々に低くされ急激に高くされることにより、受電者がアンテナの共振周波数を追従しようとしても追従しきれず、振動磁場の周波数よりアンテナの共振周波数が低くなる傾向となる。このため、盗電者の受電効率を著しく低くすることができ、盗電の抑制が図れる。

以上のように、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置１及び無線エネルギ伝送方法によれば、送電部２で発生する振動磁場の周波数を変更することにより、送電される電力を盗もうとしても効率よく受電することが困難となり、盗電を抑制することができる。また、振動磁場の周波数の変更に応じて受電アンテナの共振周波数を変更することにより、送電される振動磁場の周波数が変更されても効率よく受電することができ、適正なエネルギ伝送が行える。

また、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置１及び無線エネルギ伝送方法において、送電部２により変更される振動磁場の周波数の情報を共振周波数変更部３３に送信することにより、共振周波数変更部３３において受電アンテナ３１の共振周波数を振動磁場の周波数と合うように変更することができる。

また、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置１及び無線エネルギ伝送方法において、送電部２により変更される振動磁場の周波数の情報を暗号化して共振周波数変更部３３に送信することにより、盗電する者に変更される振動磁場の周波数の情報を知られることを防止することができ、盗電の抑制が図れる。

さらに、本実施形態に係る無線エネルギ伝送装置１及び無線エネルギ伝送方法において、振動磁場の周波数を増減して変更する際にその減少速度に対し増加速度を大きくすることにより、盗電者の受電効率を著しく低くすることができ、盗電の抑制が図れる。

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

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

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

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

符号の説明

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

Claims (10)

1. 振動磁場又は振動電場を発生させる送電部と、
   前記送電部の振動磁場又は振動電場を受電アンテナにより受けて電力に変換する受電部と、
   前記送電部により発生される振動磁場又は振動電場の周波数を時間経過と共に変更する周波数変更手段と、
   前記振動磁場又は振動電場の周波数の変更に応じて前記受電アンテナの共振周波数を変更する共振周波数変更手段とを備え、
   前記周波数変更手段は、前記振動磁場又は振動電場の周波数を増減して変更する際にその減少速度に対し増加速度を大きくすること
   を特徴とする無線エネルギ伝送装置。
2. 前記周波数変更手段は、前記振動磁場又は振動電場の周波数をランダムに変更すること、
   を特徴とする請求項１に記載の無線エネルギ伝送装置。
3. 少なくとも前記送電部により変更される振動磁場又は振動電場の周波数の情報を前記共振周波数変更手段に送信する通信手段を備えたこと、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線エネルギ伝送装置。
4. 前記通信手段は、前記送電部により変更される振動磁場又は振動電場の周波数の情報を暗号化して前記共振周波数変更手段に送信することを特徴とする請求項３に記載の無線エネルギ伝送装置。
5. 前記送電部は、前記振動磁場又は振動電場を発生させる送電アンテナと、前記振動磁場又は振動電場の周波数の周波数の変更に応じて前記送電アンテナの共振周波数を変更する共振周波数変更手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線エネルギ伝送装置。
6. 振動磁場又は振動電場を発生させて受電部に送電する無線エネルギ伝送装置であって、
   前記振動磁場又は振動電場を発生させる送電部と、
   前記送電部により発生される振動磁場又は振動電場の周波数を時間経過と共に変更する周波数変更手段とを備え、
   前記周波数変更手段は、前記振動磁場又は振動電場の周波数を増減して変更する際にその減少速度に対し増加速度を大きくすること
   を特徴とする無線エネルギ伝送装置。
7. 前記周波数変更手段は、前記振動磁場又は振動電場の周波数をランダムに変更すること、
   を特徴とする請求項６に記載の無線エネルギ伝送装置。
8. 前記振動磁場又は振動電場の周波数を変更する際に、変更される周波数の情報を前記受電部に送信する通信手段を備えたこと、
   を特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線エネルギ伝送装置。
9. 前記通信手段は、前記変更される周波数の情報を暗号化して前記受電部に送信することを特徴とする請求項８に記載の無線エネルギ伝送装置。
10. 前記送電部は、前記振動磁場又は振動電場を発生させる送電アンテナと、前記振動磁場又は振動電場の周波数の周波数の変更に応じて前記送電アンテナの共振周波数を変更する共振周波数変更手段とを備えることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の無線エネルギ伝送装置。
    

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