JP5390827B2 - 電力供給システム - Google Patents
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Description
電力送電システム100は、交流電源101、コイル103、コイル105、及び白熱灯107を有している。
交流電源101は、コルピッツ発振回路であり、持続したに交流を発生する。コイル103及びコイル105は、銅線により形成されている。コイル103及びコイル105は、両者ともコイルの半径が約30cmである。コイル103及びコイル105は、LC共振器として機能する。ここで、コイル103及びコイル105には、外付けのキャパシタが存在しないが、寄生容量を形成すべく、銅線の直径を6mmとしている。
コイル103の単体としての共鳴特性は、共振周波数が約10MHz、理論Q値が約2300、測定されたQ値が約950である。コイル105についても、コイル103と同様である。なお、コイル103とコイル105との間のコイル間距離Lは、約200cmである。
Marin Soljacic et. al., 「電力を無線伝送する技術を開発/実験で60Wの電球を点灯」, 日経エレクトロニクス, 3.12.2007, p.117 -p.128
そこで、本発明は、機器に対して選択的に電力を供給する電力供給システムを提供することを目的とする。
本発明に係る電力供給システム及び電力供給方法では、前記送電装置は、電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を発信し、前記受電装置は、前記探索波を受信すると、当該受電装置を特定する特定情報を送信し、前記送電装置は、前記特定情報を受信すると、前記特定情報に基づき、当該特定情報に対応する受電装置が電力の供給対象であるか否かを判断し、前記送電装置は、電力の供給対象であると判断した受電装置に対して、電力を送信するための電磁場に共振する共振周波数を示す周波数情報を送信し、前記送電装置は、前記周波数情報に基づき、自らが有する共振器の共振周波数を切り換え、前記受電装置は、前記周波数情報を受信すると、前記周波数情報に基づき、自らが有する共振器の共振周波数を切り換え、前記送電装置は、前記共振器を用いて電磁場を生成し、前記受電装置は、前記共振器を用いて電磁場を生成する。
これにより、送電しようとする受電装置に電力を供給することができる。
これにより、送電しようとする受電装置にのみ電力を供給することができる。
本発明に係る送電装置及び送電方法では、前記送電装置は、電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を発信し、前記受電装置から当該受電装置を特定する特定情報を受信すると、前記特定情報に基づき、当該特定情報に対応する受電装置が電力の供給対象であるか否かを判断し、電力の供給対象であると判断した受電装置に対して、電力を送信するための電磁場に共振する共振周波数を示す周波数情報を送信し、前記周波数情報に基づき、自らが有する共振器の共振周波数を切り換え、
前記共振器を用いて電磁場を生成する。
これにより、送電しようとする受電装置に電力を供給することができる。
これにより、送電しようとする受電装置にのみ、電力を供給することができる。
本発明に係る受電装置及び受電方法では、前記受電装置は、電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を受信し、当該受電装置を特定する特定情報を送信し、前記送電装置が電力を送信するための電磁波である送電電磁波の周波数を示す周波数情報を受信し、前記周波数情報に基づき、自らが有する共振器の共振周波数を切り換え、前記共振器を用いて電磁場を生成する。
これにより、受電しようとする受電装置は電力の供給を受けることができる。
これにより、送電しようとする受電装置に電力を供給することができる。
第一 電力供給システムの概要
本発明に係る電力供給システム1の機能を図1に示す機能ブロック図を用いて説明する。電力供給システム1は、送電装置21及び受電装置31を有している。電力供給システム1は、送電装置21から受電装置31に対して電力を供給する。
送電装置21は、探索波発信手段M201、特定情報受信手段M203、供給対象判断手段M205、周波数情報送信手段M207、送電側電磁場生成手段M209、送電側共振周波数切り換え手段M211、試験電磁場生成手段M213、及び共振対象判断手段M215を有している。
探索波発信手段M201は、電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を発信する。特定情報受信手段M203は、前記受電装置から当該受電装置を特定する特定情報を受信する。
供給対象判断手段M205は、前記特定情報に基づき、当該特定情報に対応する受電装置が電力の供給対象であるか否かを判断する。周波数情報送信手段M207は、電力の供給対象であると判断した受電装置に対して、電力を送信するための電磁場に共振する共振周波数を示す周波数情報を送信する。
送電側共振周波数切り換え手段M211は、前記周波数情報に基づき、前記共振器の共振周波数を切り換える。試験電磁場生成手段M213は、共振器を有する試験電磁場生成手段であって、前記周波数情報が示す共振周波数に共振する前記共振器を用いて試験電磁場を生成する。共振対象判断手段M215は、前記試験電磁場を生成するための出力に基づいて、前記試験電磁場に共振する対象が存在するか否かを判断する。
一方、受電装置31は、探索波受信手段M301、特定情報送信手段M303、周波数情報受信手段M307、受電側電磁場生成手段M309、及び受電側共振周波数切り換え手段M311を有している。
受電側電磁場生成手段M309は、共振器を有する受電側電磁場生成手段であって、前記共振器を用いて電磁場を生成する。受電側共振周波数切り換え手段M311は、前記周波数情報に基づき、前記共振器の共振周波数を切り換える。
これにより、送電しようとする受電装置にのみ電力を供給することができる。
1.電力供給システム1のハードウェア構成
電力供給システム1のハードウェア構成を図2に示す。電力供給システム1は、送電装置21及び受電装置31を有している。送電装置21は、受電装置に対して電力を供給する。受電装置31は、送電装置21から送信された電力を受電する。
なお、送電装置21から受電装置31への電力の供給に際しては、電磁場の共鳴を利用している。
送電装置21のハードウェア構成を図3に基づき説明する。送電装置21は、制御回路211、メモリ212、送電回路213、及び通信回路217を有している。
制御回路211は、送電回路213による電磁波の送信、通信回路217による無線通信等の制御を行う。メモリ212は、一時的な各種データの保持、及び電力供給対象データベース(以下、電力供給対象DBとする。)を記録保持する。なお、電力供給対象DBについては後述する。
送電回路213は、共振器215を有している。送電回路213は、電磁波が形成する磁場の共振を用いて受電装置31の受電回路315(後述)との間で電力の送信を行う。磁波を用いて電力を送信する技術としては、例えば、図9に示すものがある。
通信回路217は、受電装置31との間で無線通信を介してデータの送受信を行う。
受電装置31のハードウェア構成を図4に基づき説明する。受電装置31は、制御回路311、メモリ312、受電回路313、及び通信回路317を有している。
制御回路311は、受電回路313による電磁波の受信、通信回路315による無線通信等の制御を行う。メモリ312は、一時的な各種データの保持、及び受電装置31を一意に特定する受電装置IDを記録保持する。
受電回路313は、共振315を有している。受電回路213は、電磁波が形成する磁場の共振を用いて送電装置21の送電回路215との間で電力の送信を行う。磁波を用いて電力を送信する技術としては、例えば、図9に示すものがある。
通信回路317は、送電装置21との間で無線通信を介したデータの送受信を行う。
送電装置21のメモリ212が有する電力供給対象DBを図5を用いて説明する。電力供給対象DBは、送電装置21が電力を供給する受電装置31を、給電の条件と対応づけて記録したデータベースである。
電力供給対象DBは、受電装置列C501、条件列C503を有している。受電装置列C501には、各受電装置31を一意に特定する受電装置IDが記述される。条件列C503には、受電装置列C501に記述された受電装置31に電力を供給する際の条件が記述される。
例えば、図5における受電装置ID「0001」、「0002」、「0006」の受電装置は、グループ「クライアントA」に属し、電力供給対象として「クライアントA」が選択された場合に、電力供給対象装置となる。なお、電力供給対象の設定については、後述する。
以下において、電力供給システム1の動作について説明する。
1.電力供給対象の事前設定
電力供給システム1の使用者は、当該電力供給システム1を用いて電力を供給する前に、送電装置21の使用者は、以下の電力供給対象の設定を行う必要がある。送電装置21の使用者は、送電装置21の初期設定を行う設定装置を用いて、電力供給対象の設定を行う。
送電装置21の使用者は、電力供給対象の設定にあたって、図6に示すような電力供給対象設定画面を用いる。電力供給対象設定画面において、送電装置21の使用者は、電力供給対象となる受電装置が属するグループをグループ設定欄C601で設定し、設定ボタンB601を選択する。
設定装置は、設定されたグループ設定欄C601の値を電力供給対象情報として、無線通信を介して送電装置21に送信する。送電装置21は電力供給対象情報を受信すると、送電装置21のメモリ212へ記憶保持する。
電力供給システム1の電力供給処理について図7に示すフローチャートを用いて説明する。
送電装置21の制御回路211は、送電回路213が生成する磁場による電力送信可能領域に受電装置31が存在するか否かを判断するためのサーチ用電波を通信回路217を介して送信する(S701)。なお、サーチ用電波の周波数としては1205MHzを使用する。
送電装置21の周辺に存在する受電装置31の制御回路311は、通信回路317を介してサーチ用電波を受信すると(S801)、通信回路317を介して応答電波を送信する(S803)。受電装置31は、応答電波を送信する際に、自己を一意に特定する受電装置IDを含む応答情報を送信する。
送電装置21の制御回路211は、通信回路217を介して応答電波を受信すると(S703)、応答情報に含まれる受電装置IDを抽出する(S705)。制御回路211は、抽出した受電装置IDに対応する条件情報を電力供給対象DBから取得する(S707)。制御回路211は、電力供給対象DBから取得した条件情報の値が及びメモリ112に記憶している電力供給対象情報と等しいか否かを判断する(S709)。
制御回路211は、電力供給対象DBから取得した条件情報の値が及びメモリ112に記憶している電力供給対象情報と等しいと判断すると、誤給電防止処理を実行する(S711)。なお、誤給電防止処理については後述する。
また、事前通知電波の送受信に際しては、指定機器のみが給電用磁場の共振周波数を知ることができるように、送電装置1と各機器との間で予め定められた暗号化処理を施しておく。送電装置1と各機器との間での暗号化処理については、従来から用いられている通信技術を用いる。
受電装置31の制御回路311は、通信回路317を介して、事前通知電波を受信すると(S805)、給電周波数情報を抽出する(S807)。制御回路311は、給電周波数情報から給電用磁場の共振周波数を抽出し、受電回路313の共振回路315の周波数を給電用磁場の共振周波数にセットする(S809)。
なお、電力供給対象である受電装置31以外の受電装置31は、事前通知電波を受信したとしても、暗号化処理を解除できないため、事前通知電波を知ることはできない。
送電装置21の制御回路211は、事前通知電波を送信してから所定時間が経過したと判断する値(S715)、共振器215を用いて送電側の磁場を生成する(S717)。
受電装置31の制御回路311は、共振器315を介した磁場共鳴によって受電回路315に電流を生成する。このように、受電装置31は、送電装置21から電力を受信することができる(S811)。
次に、送電装置21の制御回路211が実行する誤給電防止処理について、図8を用いて説明する。制御回路211は、これから受電装置31に対して電力を送信するための磁場を生成する前に、共振器215を用いて試験的に同じ磁場(以下、試験磁場とする)を所定の出力で生成する(S901)。制御回路211は、試験磁場の生成に必要な出力電圧を、当該試験磁場を生成している間中、検知する(S903)。制御回路211は、試験用磁場の出力に所定以上の変化があるか否かを判断する(S905)。
制御回路211は、所定以上の出力の変化があると判断すると、現在の試験用磁場では、意図しない物質での共振が発生していると判断し、試験用磁場を生成する共振器215の共振周波数を変更する(S907)。
制御回路211は、変更した共振周波数を有する共振器215を用いて、ステップS901〜ステップS907までの処理を実行する。
このように、実際に給電用磁場を生成する前に、試験用磁場を生成することによって、共振によって電力を意図せず供給してしまう受電装置31以外の対象の存在の有無を判断することができる。
(1)磁場共鳴
前述の実施例1においては、磁場共鳴によって電力を供給するものとしたが、所定の電力を供給できるのであれば、磁場に電場が加わった電磁場であってもよい。通常、電場を用いた電力供給は、伝送効率を低下させるが、伝送効率が低下しても所定の電力を提供できる場合には、電磁場を用いて電力を供給するようにしてもよい。
(2)電力供給対象DB
前述の実施例1においては、電力を供給する受電装置か否かの判断を電力供給対象DBを用いて行うとしたが、電力を供給する受電装置か否かの判断を行えるものであれば、例示のものに限定されない。例えば、電力供給を行う都度、受電装置IDを登録するようにしてもよい。
(3)制御回路211、311
前述の実施例1においては、ハードウェア回路である制御回路211、311を用いて図7及び図8の処理を行うとしたが、図7及び図8の処理を行えるものであれば、例示のものに限定されない。例えば、汎用CPUをプログラムによって動作させて、図7及び図8の処理を行うようにしても良い。
前述の実施例1においては、送電装置21は、送電回路213に加えて通信回路217を有することとしたが、サーチ用電波、事前通知電波の送信をできるものであれば、例示のものに限定されない。例えば、電力供給効率を上昇させるために送電回路213が生成する磁場に高周波変調を加える際に、当該高周波をキャリア波として、より低速のサーチ用電波、事前通知電波を送信する。この場合、送電回路213に加えて、無線変調回路を設けるようにすればよい。また、送電制御回路を設け、送電の切り換えや送電量の調整を行うようにしてもよい。受電装置31の受電回路313についても同様である。
(5)受電装置の探索
前述の実施例1においては、サーチ用電波を用いて、受電対象となる受電装置を探索したが、予め所定の種類の電波若しくは所定の周波数の電波等の情報伝送手段を決めておき、当該伝送手段の送受信が可能な送電装置と受電装置との間で電力の供給を行えるようにしてもよい。
21・・・・・送電装置
211・・・・・制御回路
215・・・・・共振器
31・・・・・受電装置
311・・・・・制御回路
315・・・・・共振器
Claims (4)
- 送電装置から受電装置に対して電力を供給する電力供給システムであって、
前記送電装置は、
電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を発信する探索波発信手段、
前記受電装置から当該受電装置を特定する特定情報を受信する特定情報受信手段、
前記特定情報に基づき、当該特定情報に対応する受電装置が電力の供給対象であるか否かを判断する供給対象判断手段、
電力の供給対象であると判断した受電装置に対して、電力を送信するための電磁場に共振する共振周波数を示す周波数情報を送信する周波数情報送信手段、
共振器を有する送電側電磁場生成手段であって、前記共振器を用いて電磁場を生成する送電側電磁場生成手段、
前記周波数情報に基づき、前記共振器の共振周波数を切り換える送電側共振周波数切り換え手段、
共振器を有する試験電磁場生成手段であって、前記周波数情報が示す共振周波数に共振する前記共振器を用いて試験電磁場を生成する試験電磁場生成手段、
前記試験電磁場を生成するための出力に基づいて、前記試験電磁場に共振する対象が存在するか否かを判断する共振対象判断手段、
を有し、
前記受電装置は、
前記探索波を受信する探索波受信手段、
前記特定情報を送信する特定情報送信手段、
前記周波数情報を受信する周波数情報受信手段、
共振器を有する受電側電磁波生成手段であって、前記共振器を用いて電磁場を生成する受電側電磁場生成手段、
前記周波数情報に基づき、前記共振器の共振周波数を切り換える受電側共振周波数切り換え手段、
を有し、
前記送電側電磁場生成手段は、さらに、
前記試験電磁場に共振する対象が存在しない場合に、前記電磁場を生成すること、
を特徴とする電力供給システム。
- 受電装置に対して電力を供給する送電装置であって、
前記送電装置は、
電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を発信する探索波発信手段、
前記受電装置から当該受電装置を特定する特定情報を受信する特定情報受信手段、
前記特定情報に基づき、当該特定情報に対応する受電装置が電力の供給対象であるか否かを判断する供給対象判断手段、
電力の供給対象であると判断した受電装置に対して、電力を送信するための電磁場に共振する共振周波数を示す周波数情報を送信する周波数情報送信手段、
共振器を有する送電側電磁場生成手段であって、前記共振器を用いて電磁場を生成する送電側電磁場生成手段、
前記周波数情報に基づき、前記共振器の共振周波数を切り換える送電側共振周波数切り換え手段、
共振器を有する試験電磁場生成手段であって、前記周波数情報が示す共振周波数に共振する前記共振器を用いて試験電磁場を生成する試験電磁場生成手段、
前記試験電磁場を生成するための出力に基づいて、前記試験電磁場に共振する対象が存在するか否かを判断する共振対象判断手段、
を有し、
前記送電側電磁場生成手段は、さらに、
前記試験電磁場に共振する対象が存在しない場合に、前記電磁場を生成すること、
を特徴とする送電装置。
- 送電装置及び受電装置を用いて、送電装置から受電装置に対して電力を供給する電力供給方法であって、
前記送電装置は、電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を発信し、
前記受電装置は、前記探索波を受信すると、当該受電装置を特定する特定情報を送信し、
前記送電装置は、前記特定情報を受信すると、前記特定情報に基づき、当該特定情報に対応する受電装置が電力の供給対象であるか否かを判断し、
前記送電装置は、前記周波数情報が示す共振周波数に共振する前記共振器を用いて試験電磁場を生成し、
前記送電装置は、前記試験電磁場を生成するための出力に基づいて、前記試験電磁場に共振する対象が存在するか否かを判断し、
前記送電装置は、電力の供給対象であると判断した受電装置に対して、電力を送信するための電磁場に共振する共振周波数を示す周波数情報を送信し、
前記送電装置は、前記周波数情報に基づき、自らが有する共振器の共振周波数を切り換え、
前記受電装置は、前記周波数情報を受信すると、前記周波数情報に基づき、自らが有する共振器の共振周波数を切り換え、
前記送電装置は、前記試験電磁場に共振する対象が存在しない場合に、前記共振器を用いて電磁場を生成し、
前記受電装置は、前記共振器を用いて電磁場を生成すること、
を特徴とする電力供給方法。
- 送電装置から受電装置に対して電力を送電する送電方法であって、
前記送電装置は、
電力の供給対象となる受電装置が所定の範囲内に存在するか否かを探索するための探索波を発信し、
前記受電装置から当該受電装置を特定する特定情報を受信すると、前記特定情報に基づき、当該特定情報に対応する受電装置が電力の供給対象であるか否かを判断し、
前記周波数情報が示す共振周波数に共振する前記共振器を用いて試験電磁場を生成し、
前記試験電磁場を生成するための出力に基づいて、前記試験電磁場に共振する対象が存在するか否かを判断し、
電力の供給対象であると判断した受電装置に対して、電力を送信するための電磁場に共振する共振周波数を示す周波数情報を送信し、
前記周波数情報に基づき、自らが有する共振器の共振周波数を切り換え、
前記試験電磁場に共振する対象が存在しない場合に、前記共振器を用いて電磁場を生成すること、
を特徴とする送電方法。
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