JP5755067B2 - 無線給電システム、及び無線給電方法 - Google Patents

無線給電システム、及び無線給電方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線給電システム、及び無線給電方法に関する。
近年、電気を原動力とする電子デバイスは、携帯電話、ノート型のパーソナルコンピュータなどのモバイル機器に代表されるように、携帯して利用することが多い。
また、環境面においてもクリーンで安全であるとの観点から、電気を原動力とした自転車や自動車などの移動手段が開発されている。
このように携帯先で、または移動しながら用いる電子デバイスや移動手段においては、各戸に配電されている商用電源から常に有線で電力を供給することは困難である。よって、携帯用電子デバイスや移動手段は、あらかじめ商用電源から電力を充電したバッテリーを搭載し、該バッテリーより電力を供給することによって動作している。
よって電子デバイスの動作時間はバッテリーの蓄電量によって制限され、利用者は、連続して長時間利用するには、予備のバッテリーを用意するか、移動先においてバッテリーを再充電できる商用電源を探す必要があった。
そのため、商用電源のない場合でもバッテリーへの給電が行えるように、非接触方式による給電システムが提案され、障害物の課題等も考慮した、より高効率な給電システムが研究されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１０−１１９２４６号公報
しかしながら、非接触方式による給電システムにおいては、非接触であるがゆえに電力を受ける側（受電側）である給電利用者の特定や管理、受電体への電力の供給量の制御などが困難であるという課題がある。
また、上記課題を達成するために様々な機能を有する回路を追加すると、給電システムにおいて、装置の複雑化、大型化を招き、製造コストも増加してしまう恐れがある。
従って、装置の複雑化、大型化を招くことなく、受電側の給電利用者にとってより利便性が高い給電システム、給電方法を提供することを目的の一とする。
給電を行う側（送電側）の給電提供者（事業者）においても、電力を無駄なく供給できる給電システム、給電方法を提供することを目的の一とする。
受電側の給電利用者の特定や管理、受電体への電力の供給量の適正な制御を行うことによって、利用者及び提供者双方において効率のよい給電サービスを可能とする給電システム、給電方法を提供することを目的の一とする。
給電装置と受電体とで行われる無線給電において、受電体は、給電装置に周波数の異なる複数の信号を用いた位置及び共鳴周波数検出用信号を送信し、給電装置は受信した位置及び共鳴周波数検出用信号より受電体が固有する共鳴周波数を検出し、該情報に基づいて、受電体に送信する電力信号（送電する電力信号ともいう）の周波数を制御する。
また、給電装置は、受電体の識別情報を受信することにより、受電体を識別し管理することもできる。
以下において、本明細書に開示する無線給電の手段を簡単に説明する。無線給電の一例にアンテナを用いた給電方法がある。ある決まったアンテナ形状に対しては、給電装置から受電体へ給電される電力の伝送効率は、送信する電力信号の周波数、給電装置と受電体との間の距離、及び受電体が固有に有する共鳴周波数等に依存する。
なお、本明細書において、給電装置と受電体との間の距離とは、給電装置に設けられるアンテナと受電体のアンテナとの最短距離である。
送信する電力信号の周波数をある任意の固定値ｆ０とした場合、給電装置から受電体へ給電される電力の伝送効率は、給電装置と受電体との間のある距離ｄＭＡＸ（０）において最大値を示す。
また、給電装置から受電体へ給電される電力の伝送効率が最大値を示す距離ｄＭＡＸは、送信する電力信号の周波数ｆの値により異なり、それぞれの電力信号の周波数ｆにおいて固有の距離ｄＭＡＸを有する。
よって、給電装置と受電体との間の距離を任意の固定値ｄ０とした場合、給電装置から受電体へ給電される電力の伝送効率が最大値を示す送信する電力信号の周波数ｆＭＡＸ（０）を決定できる。
本明細書において、給電装置と受電体との間の距離ｄａに対して、電力の伝送効率が最大となるｆＭＡＸ（ａ）を共鳴周波数として定義する。
本明細書に開示する無線給電方法において、受電体は給電装置に周波数の異なる複数の信号を送信する。
本明細書において、基準となる周波数の信号をベースキャリアｆｂ、ベースキャリアｆｂを基にして分周回路とスイッチによって生成される、ベースキャリアより強度の弱い周波数の信号ｆｓ（例えばｆｂ−（ｆｂ／１６）、ｆｂ−（ｆｂ／３２）など）をサブキャリアｆｓと定義する。
ベースキャリアそのものを異なる周波数のベースキャリアに調整して、異なる周波数の複数の信号を生成するには、電源回路等といった電圧を調節して周波数を調整する回路が必要となる。このような回路の追加は、給電システムにおいて、装置の複雑化、大型化を招き、製造コストも増加してしまう恐れがある。
本明細書に開示する無線給電方法において、受電体が送信する周波数の異なる複数の信号は、ベースキャリアｆｂを基にして生成される複数のサブキャリアｆｓを用いる。サブキャリアｆｓは、ミキサと分周回路との間に設けるスイッチによってベースキャリアｆｂから調整することができる。
ミキサと分周回路との間にスイッチを設け、複数の異なるサブキャリアを効果的に用いることで、電源回路等といった電圧を調節して周波数を調整する回路の増設をしなくともよいので、装置の複雑化や大型化、それに伴う製造コストの増加を抑制することができる。
給電装置は受電体から送信された周波数の異なる複数の信号を受信する。そして、給電装置は受信した周波数の異なる複数の信号のそれぞれの強度を検知し、強度が大きい信号の周波数を判別する。
ここで、強度の大きい信号の周波数とは、電圧振幅が大きい信号の周波数と言い換えることができる。つまり、強度が最も大きい信号の周波数は、最も電圧振幅が大きい信号の周波数となり、該周波数が共鳴周波数ということになる。
なお、給電装置は、受信した周波数の異なる複数の信号から、各信号の強度を判別するとともに、周波数と強度から、受電体の位置も把握することができる。受電体の位置とは、給電装置と受電体との距離と言い換えることができる。
給電装置が共鳴周波数を把握すると、給電装置は受電体へ、その共鳴周波数で電力信号を送信する。
従って、給電装置は、電力伝送効率の高い最適な周波数で受電体に電力信号を送信することによって、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。
以下において、本明細書に開示する無線給電の構成を簡単に説明する。受電体及び給電装置は互いから発信される電磁波を送受信する送受信回路部と送受信する電磁波の電気信号を処理する信号処理回路部とを有し、受電体の信号処理回路部は、給電装置から受電する電力を制御する受電制御機能を備え、給電装置の信号処理回路部は、給電装置と受電体との距離及び共鳴周波数を把握するための機能である位置及び共鳴周波数検出機能と、受電体へ送信する電力を制御するための機能である送電制御機能を備える。
受電体は受電装置部と電源負荷部を有し、受電装置部の蓄電部に蓄積された電力を用いて電源負荷部を動作させることができる。本明細書において受電体とは、受電した電力を原動力として動作する物体を指し、携帯電話などの携帯用電子デバイスや、電力を用いて電動機により動く移動手段（自動車、原動機付き自転車、航空機、船舶、鉄道車両）などを含む。
本明細書に開示する給電システムの一形態は、給電装置と、受電装置部を含む受電体とを有し、給電装置は、電磁波を送受信する給電装置用送受信回路部と、給電装置用送受信回路部が送受信する電磁波の電気信号を処理する給電装置用信号処理回路部と、受電体に送信する電力を供給する電源部とが設けられ、給電装置用信号処理回路部は受電体の位置及び共鳴周波数を検出する位置及び共鳴周波数検出機能と、受電体へ送信する電力を制御する送電制御機能とを有し、受電装置部は、電磁波を送受信する受電装置部用送受信回路部と、受電装置部用送受信回路部が送受信する電磁波の電気信号を処理する受電装置部用信号処理回路部と、給電装置から送信された電力を蓄積し、電源負荷部が消費する電力を供給する二次電池を含む蓄電部とが設けられ、受電装置部用送受信回路部は、アンテナ回路、整流回路、ミキサ、復調回路、発振回路、分周回路、及びスイッチを含み、スイッチはミキサと分周回路との間に設けられ、受電装置部用信号処理回路部は給電装置から受電する電力を制御する受電制御機能を有する。
本明細書に開示する給電システムの他の一形態は、給電装置と、受電装置部を含む受電体とを有し、給電装置は、電磁波を送受信する給電装置用送受信回路部と、給電装置用送受信回路部が送受信する電磁波の電気信号を処理する給電装置用信号処理回路部と、受電体に送信する電力を供給する電源部とが設けられ、給電装置用信号処理回路部は受電体の位置及び共鳴周波数を検出する位置及び共鳴周波数検出機能と、受電体へ送信する電力を制御する送電制御機能とを有し、受電装置部は、電磁波を送受信する受電装置部用送受信回路部と、受電装置部用送受信回路部が送受信する電磁波の電気信号を処理する受電装置部用信号処理回路部と、給電装置から送信された電力を蓄積し、電源負荷部が消費する電力を供給する二次電池を含む蓄電部と、二次電池の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出する検出部とが設けられ、受電装置部用送受信回路部は、アンテナ回路、整流回路、ミキサ、復調回路、発振回路、分周回路、及びスイッチを含み、スイッチはミキサと分周回路との間に設けられ、受電装置部用信号処理回路部は給電装置から受電する電力を制御する受電制御機能を有する。
上記構成において、給電装置用送受信回路部は、アンテナ回路、整流回路、変調回路、復調回路、発振回路、及び電源回路を含む構成とすることができる。
上記構成において、受電体は受電装置部用信号処理回路部によって読み出される識別情報を記憶するメモリ部を有し、給電装置用信号処理回路部は識別情報を識別する識別機能を有する構成とすることができる。
本明細書に開示する給電方法の一形態は、受電体が周波数の異なる複数のサブキャリアを用いて位置及び共鳴周波数検出用信号を給電装置に送信し、給電装置が位置及び共鳴周波数検出用信号を受信し、受電体の位置及び共鳴周波数を検出する第１のステップと、給電装置が受電体の位置及び共鳴周波数に基づき送信する電力信号の周波数を調整し受電体に電力を送信する第２のステップと、受電体が給電装置から送信された電力を受電し、蓄電部の二次電池に蓄積する第３のステップとを有する。
受電体は、位置及び共鳴周波数検出用信号として、周波数の異なる複数の信号を送信し、給電装置は該周波数の異なる複数の信号を受信し、周波数の異なる複数の信号それぞれの強度を検知して受電体の位置及び共鳴周波数を検出することができる。
また、受電体は、二次電池の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出し、該検出情報に応じて、給電装置に給電要求信号又は受電終了信号を送信する構成としてもよい。
また、上記構成において、受電体の位置及び共鳴周波数を検出する第１のステップの前に、受電体の識別情報を給電装置が認識するステップを行ってもよい。
給電装置と受電体との給電において、給電装置は、受電体の位置及び共鳴周波数情報に基づいて電力伝送効率の高い最適な周波数で受電体に電力信号を送信するため、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。
また、装置の複雑化、大型化を招くことなく、給電利用者にとってより利便性が高い給電システム、給電方法を提供することができる。
給電を行う側（送電側）の給電提供者（事業者）において、電力を無駄なく受電体へ供給できる給電システム、給電方法を提供することができる。
受電側の給電利用者の特定や管理、受電体への電力の供給量の適正な制御を行うことによって、利用者及び提供者双方において効率のよい給電サービスを可能とする給電システム、給電方法を提供することができる。
無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 電気信号の周波数と強度の関係を説明する図。 無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 無線給電システム及び無線給電方法の一形態を説明する図。 受電体の一形態を説明する図。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、第１、第２、又は第３として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
（実施の形態１）
本実施の形態では、無線給電システム及び無線給電方法の一形態を図１乃至４を用いて説明する。
図１は本実施の形態における無線給電システムを構成する給電装置及び受電体の構成要素を機能ごとに別ブロックとして示している。しかし、構成要素と機能は必ずしも一対一の関係とは限らず、複数の構成要素と複数の機能が関係して給電システムとして動作することもある。
図１で示す無線給電システムにおいては、給電装置２０と受電体１０とは無線（電磁波）により信号を送受信し、給電装置２０から受電体１０へ非接触で電力を供給する。
給電装置２０は、電磁波を送受信する送受信回路部２１０、送受信する電磁波の電気信号を処理する信号処理回路部２２０、及び受電体１０に送信する電力を供給する電源部２３０を有する。
送受信回路部２１０は、アンテナ回路２１１、整流回路２１２、変調回路２１３、復調回路２１４、発振回路２１５、及び電源回路２１６を含む。
アンテナ回路２１１によって受信された電磁波（信号）は、アンテナ回路２１１によって電気信号に変換され、整流回路２１２において整流される。整流された信号は、復調回路２１４において復調された後、信号処理回路部２２０へ送られる。一方、信号処理回路部２２０において生成された送信用の信号は、電源回路２１６及び発振回路２１５において生成された一定の周波数の信号に従って、変調回路２１３がアンテナ回路２１１に電圧を印加することで、アンテナ回路２１１から電磁波（信号）が受電体１０へ送信される。なお、発振回路２１５が発信する信号の周波数は電源回路２１６によって調整される。
送信用の信号が送電用の電力信号である場合、信号処理回路部２２０は電源部２３０より電力を得る。電源部２３０は、受電体１０に電力を供給するため、電力供給網や発電システムと接続されている。
受電体１０は受電装置部１００と電源負荷部１５０とを有し、受電装置部１００は、電磁波を送受信する送受信回路部１１０、送受信する電磁波の電気信号を処理する信号処理回路部１２０、メモリ部１４０、給電装置２０から送信された電力を蓄積する二次電池１３１を含む蓄電部１３０を有する。
送受信回路部１１０は、アンテナ回路１１１、整流回路１１２、ミキサ１１３、復調回路１１４、発振回路１１５、分周回路１１８、及びスイッチ１１９を含む。
アンテナ回路１１１によって受信された電磁波（信号）は、アンテナ回路１１１によって電気信号に変換され、整流回路１１２において整流される。整流された信号は、復調回路１１４において復調された後、信号処理回路部１２０へ送られる。一方、信号処理回路部１２０において生成された送信用の信号により発振回路１１５は動作する。そして、発振回路１１５において生成された信号（ベースキャリア）は、分周回路１１８およびミキサ１１３に入力される。分周回路１１８は発振回路１１５で生成された信号の周波数を分周し、発振回路１１５で生成された信号の周波数よりも遅い複数の周波数の信号を生成する。スイッチ１１９は信号処理回路部１２０において生成された信号によって制御される。そして、スイッチ１１９により、分周回路１１８が生成した複数の周波数の信号のうち一つの信号が選択され、ミキサ１１３に送られる。ミキサ１１３は、発振回路１１５が生成した信号と、スイッチ１１９により選択された分周回路１１８が生成した複数の信号のうち一つの信号を掛け合わせる。その掛け合わされた信号（サブキャリア）はアンテナ回路１１１から発信され、給電装置２０へ送信される。
信号処理回路部１２０において生成された信号により、スイッチ１１９は複数回選択され、選択された回数分に相当する複数の周波数の信号がミキサ１１３に送られて発振回路１１５において生成された信号と掛け合わされることで、複数のサブキャリアがアンテナ回路１１１から発信され、給電装置２０へ送信される。
なお、分周回路１１８は一般的にフリップフロップ回路やラッチ回路等を複数段つなげて構成される。そして、分周回路１１８により生成される複数の周波数の信号は、フリップフロップ回路やラッチ回路等の段数によって決定される。例えば、分周回路１１８が３段のフリップフロップ回路やラッチ回路等で構成された場合、分周回路１１８により生成される複数の周波数の信号は３種類とすることができる。
受信された電磁波が受電用の電磁波である場合、アンテナ回路１１１によって電気信号に変換され、整流回路１１２によって整流された後、信号処理回路部１２０を経て蓄電部１３０の二次電池１３１に電力（電気エネルギー）として蓄積される。
二次電池１３１は蓄電手段であり、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等を用いることができる。
なお、図１に示すブロック図において、ＤＣ−ＤＣコンバータを適宜設けることができる。また、蓄電部１３０に、電源回路や、二次電池１３１の過充電を防ぐように該電源回路の動作を制御する過充電制御回路を適宜設けてもよく、電源回路によって、二次電池１３１に蓄積された電力（電気エネルギー）を定電圧化して電源負荷部１５０へ供給することができる。
蓄電部１３０は放電制御回路を有していてもよい。放電制御回路は電源負荷部１５０への電力の供給または供給する電力の電力量を制御する機能を有している。放電制御回路を設けることで、必要な時に電力を供給することや、供給する電力量を調整することができる。
図１（及び図６）では図示していないが、受電装置部１００は、受電装置部１００に供給する電源を生成するための電源回路及び容量を有する。送受信回路部１１０において、アンテナ回路１１１が受信した信号から電源が生成される。電源の生成には整流回路が用いられる。生成された電源は送受信回路部１１０、信号処理回路部１２０およびメモリ部１４０に供給される。なお、蓄電部１３０が有する二次電池１３１に電力が蓄電されている場合は、二次電池１３１の電力が送受信回路部１１０、信号処理回路部１２０およびメモリ部１４０等に供給されるようになっていてもよい。二次電池１３１より電力を供給する構成とする場合は、上記受電装置部１００に供給する電源を生成するための電源回路及び容量は設けなくてもよい。
給電装置２０の信号処理回路部２２０は、受電体１０との距離及び受電体１０の共鳴周波数を検出するための位置及び共鳴周波数検出機能２２３と、受電体１０へ送信する電力を制御する送電制御機能２２２を備えている。
一方、受電体１０の信号処理回路部１２０は、給電装置２０から受電する電力を制御する受電制御機能１２２を備えている。
受電体１０に無線により電力を供給する給電装置２０は、電力を供給する受電体１０の位置及び共鳴周波数を検出し、該情報に基づいて、受電体１０に送信する電力信号の周波数を制御する。
なお、本明細書において、給電装置２０と受電体１０との間の距離とは、給電装置２０に設けられるアンテナと受電体１０のアンテナとの最短距離である。図４に受電体１０が有する受電体用アンテナ１１７と給電装置２０が有する給電装置用アンテナ２１７が距離ｄにおいて給電を行う例を示す。図４において、受電体用アンテナ１１７と給電装置用アンテナ２１７とは距離ｄを有して配置され、磁界３００を形成することによって給電を行っている。図４はアンテナとしてコイルアンテナを用いて、電磁誘導方式で給電を行う例であり、本明細書に開示される発明において適用することのできるアンテナ形状及び電磁波の伝送方式の一形態である。
本明細書において、給電用の電磁波の周波数に特に限定はなく、電力が伝送できる周波数であればどの帯域であっても構わない。給電用の電磁波の周波数は、例えば、１３５ｋＨｚのＬＦ帯（長波）でも良いし、１３．５６ＭＨｚのＨＦ帯でも良いし、９００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのＵＨＦ帯でも良いし、２．４５ＧＨｚのマイクロ波帯でもよい。
本明細書において、各信号（識別情報などを送信する電気信号、位置及び共鳴周波数検出用信号など）として用いる電磁波の周波数は、給電用の電磁波と同じ帯域の周波数であってもよいし、異なる帯域の周波数であってもよい。なお、異なる帯域の周波数を利用する場合は、それぞれの周波数に対応したアンテナを備えていることが望ましい。
本明細書において、電磁波の伝送方式は電界結合方式、電磁誘導方式、共鳴方式、マイクロ波方式など様々な種類があるが、適宜選択すればよい。ただし、雨や泥などの、水分を含んだ異物によるエネルギーの損失を抑えるためには、周波数が低い帯域、具体的には、短波である３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ、中波である３００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ、長波である３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、及び超長波である３ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数を利用した電磁誘導方式、共鳴方式を用いることが望ましい。
無線給電の一例にアンテナを用いた給電方法がある。ある決まったアンテナ形状に対しては、給電装置２０から受電体１０へ給電される電力の伝送効率は、送信する電力信号の周波数、給電装置２０と受電体１０との間の距離、及び受電体１０が固有に有する共鳴周波数等に依存する。
送信する電力信号の周波数をある任意の固定値ｆ０とした場合、給電装置から受電体へ給電される電力の伝送効率は、給電装置と受電体との間のある距離ｄＭＡＸ（０）において最大値を示す。
また、給電装置から受電体へ給電される電力の伝送効率が最大値を示す距離ｄＭＡＸは、送信する電力信号の周波数ｆの値により異なり、それぞれの電力信号の周波数ｆにおいて固有の距離ｄＭＡＸを有する。
従って、給電装置２０と受電体１０との間の距離を任意の固定値ｄ０とした場合、給電装置２０から受電体１０へ給電される電力の伝送効率が最大値を示す送信する電力信号の周波数ｆＭＡＸ（０）を決定できる。
以上のように、給電装置２０と受電体１０との間の距離を任意の固定値ｄ０とした場合、電力伝送効率が最大となる周波数（共鳴周波数）は一意に決めることができる。本明細書が開示する無線給電システムにおいては、電力伝送効率が最大となるような共鳴周波数を求めるために、受電体は給電装置に周波数の異なる複数の信号を送信する。受電体から給電装置に送信される周波数の異なる信号（サブキャリア）は無線給電に用いているベースキャリアを基に生成されることを特徴とする。
そして、給電装置２０は受電体１０から送信された周波数の異なる複数の信号（サブキャリア）を受信する。次に、給電装置２０は受信した周波数の異なる複数の信号（サブキャリア）から、最も強度の大きい周波数の信号（共鳴周波数）を選別する。さらに、給電装置２０はその共鳴周波数で、電力を伝送する信号を受電体１０に送信する。
以上のように、電力伝送効率の高い最適な周波数（共鳴周波数）で受電体に電力信号を送信することによって、給電装置は、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。
よって、受電体は、給電装置との位置及び共鳴周波数を検出するための信号として、給電装置に周波数の異なる複数の信号を送信する。
図２を用いて、本明細書で定義するサブキャリアについて説明する。ミキサ１１３により、発振回路１１５が生成する基準となる周波数の信号ベースキャリアｆｂと、分周回路１１８が生成する複数の周波数の信号とを、掛け合わせることで、複数のサブキャリアｆｓ−２、ｆｓ−１、ｆｓ＋１、ｆｓ＋２・・を生成する。サブキャリアの周波数はベースキャリアｆｂの周波数に対して一定間隔の周波数となる。また、サブキャリアの強度はベースキャリアの強度よりも小さい。
ベースキャリアそのものを異なる周波数のベースキャリアに調整して、異なる周波数の複数の信号を生成するには、電源回路等といった電圧を調節して周波数を調整する回路が必要となる。このような回路の追加は、給電システムにおいて、装置の複雑化、大型化を招き、製造コストも増加してしまう恐れがある。
本実施の形態において、受電体が送信する周波数の異なる複数の信号は、ベースキャリアｆｂを基にして生成される複数のサブキャリアｆｓを用いる。サブキャリアｆｓは、ミキサ１１３と分周回路１１８との間に設けるスイッチ１１９によってベースキャリアｆｂから調整することができる。
ミキサ１１３と分周回路１１８との間にスイッチ１１９を設け、複数の異なるサブキャリアを効果的に用いることで、電源回路等といった電圧を調節して周波数を調整する回路の増設をしなくともよいので、装置の複雑化や大型化、それに伴う製造コストの増加を抑制することができる。
図３に無線給電方法の一形態をフローチャートとして示す。なお給電装置Ｋは図１における給電装置２０、受電体Ｊは図１における受電体１０に相当する。
まず、受電体Ｊから位置及び共鳴周波数検出用信号を給電装置Ｋに送信する（ＪＢ１位置及び共鳴周波数検出用信号送信）。位置及び共鳴周波数検出用信号としては周波数の異なる複数の信号を用いて位置及び共鳴周波数検出用信号とすることができる。給電装置Ｋが受電体Ｊの位置及び共鳴周波数検出用信号を受信し（ＫＢ１位置及び共鳴周波数検出用信号受信）、該受信した周波数の異なる複数の電気信号の強度や時間によって受電体Ｊとの位置及び共鳴周波数を検出（ＫＢ２位置及び共鳴周波数検出）する（Ｂ位置及び共鳴周波数検出ステップ）。
給電装置Ｋは、該検出を行うための情報（共鳴周波数における伝送効率と伝送距離の関係など）をあらかじめ給電装置Ｋ内のメモリ部に記憶しておいてもよいし、検出を行う際、他の管理サーバ等に通信し、該サーバからの情報を元に検出を行ってもよい。
給電装置Ｋは検出した受電体Ｊの位置及び共鳴周波数に基づき送電する電力信号の周波数を、電力伝送効率が最大となるように調整する（ＫＣ１送電周波数調整）。電力伝送効率の高い最適な周波数で受電体に電力信号を送信することによって、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。よって、給電装置Ｋにも受電体Ｊにとっても、効率がよく利便性の高い給電を行うことができる。
給電装置Ｋは受電体Ｊへ送電開始信号を送信し（ＫＣ２送電開始信号送信）、受電体Ｊは送電開始信号を受信し（ＪＤ１送電開始信号受信）、受電準備が完了したら受電開始信号を送信する（ＪＤ２受電開始信号送信）。給電装置Ｋは、受電体Ｊからの受電開始信号を受信し（ＫＣ３受電開始信号受信）、送電を開始する（ＫＣ４送電開始）。給電装置Ｋによる送電によって、受電体Ｊは受電を開始する（ＪＤ３受電開始）。
給電装置Ｋは、送電制御機能２２２によって、適正な送電量を送電したら、受電体Ｊへ送電終了信号を送信する（ＫＣ５送電終了信号送信）。受電体Ｊは給電装置Ｋより送電終了信号を受信（ＪＤ４送電終了信号受信）したら、給電装置Ｋへ受電終了信号を送信（ＪＤ５受電終了信号送信）し、受電を終了する（ＪＤ６受電終了）（Ｄ受電制御ステップ）。給電装置Ｋも、受電体Ｊより受電終了信号を受信し（ＫＣ６受電終了信号受信）、送電を終了する（ＫＣ７送電終了）（Ｃ送電制御ステップ）。
なお、給電装置Ｋにおいて、送電の開始又は終了は、送電開始信号の送信又は送電終了信号の送信と同時でもよい。受電の開始又は終了も、受電開始信号の送信又は受電終了信号の送信と同時でもよい。また、送電と受電は連動して生じるため、給電装置Ｋが送電を開始したと同時に受電体Ｊの受電を開始し、給電装置Ｋが送電を終了したと同時に受電体Ｊの受電を終了することもできる。図３は、給電装置Ｋが給電の終了を受電体Ｊに送信して送電を終了する例であるが、受電体Ｊが給電装置Ｋへ給電の終了を要求して給電装置Ｋの送電を終了することもできる。
結果、受電装置部１００の蓄電部１３０内の二次電池１３１に蓄積された電力を用いて電源負荷部１５０を動作させることができる。本明細書において受電体とは、受電した電力を原動力として動作する物体を指し、携帯電話、ノート型のパーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍などの携帯用電子デバイスや、電力を用いて電動機により動く移動手段（自動車（自動二輪車、三輪以上の自動車）、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、航空機、船舶、鉄道車両）などを含む。
図１０に受電体の例として携帯情報端末（ＰＤＡ）を示す。図１０に示す受電体１０は、筐体５０に表示パネル５１を備えた携帯情報端末である。筐体５０において表示パネル５１の下には、受電装置部１００と電源負荷部１５０が設けられており、受電装置部１００は、アンテナ回路１１１、整流回路１１２、ミキサ１１３、復調回路１１４、発振回路１１５等を含む送受信回路部１１０、信号処理回路部１２０、メモリ部１４０、二次電池１３１を含む蓄電部１３０を有している。送受信回路部１１０で受信された電磁波は信号処理回路部１２０を経て蓄電部１３０内の二次電池１３１に蓄積される。二次電池１３１内に蓄積された電力を電源負荷部１５０に供給することによって、電源負荷部１５０内に設けられた半導体集積回路等を駆動して表示パネル５１に表示を行い、受電体１０を携帯情報端末として動作させることができる。
本実施の形態における給電システム、給電方法により、装置の複雑化、大型化を招くことなく、受電体の利用者は、より高い利便性及び高い付加価値を得ることができる。
給電を行う側の事業者においては、効率のよい多様なサービスを可能とする給電システム、給電方法を提供することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、無線給電システム及び無線給電方法の他の一形態を図５及び図６を用いて説明する。
図６は本実施の形態における無線給電システムを構成する給電装置及び受電体の構成要素を機能ごとに別ブロックとして示している。図６は実施の形態１に示した図１の無線給電システムにおいて、蓄電部１３０の二次電池１３１の電力の蓄積量を検出する検出部（電圧／電流検出部１６０）を設けた例であり、実施の形態１と同一部分又は同様な機能を有する部分は、実施の形態１と同様であり、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
電圧／電流検出部１６０は、蓄電部１３０の二次電池１３１の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出することで二次電池１３１の蓄電量を把握し、その情報を信号処理回路部１２０に送ることで、信号処理回路部１２０は受電の制御を行う。
図５に無線給電方法の一形態をフローチャートとして示す。なお給電装置Ｋは図６における給電装置２０、受電体Ｊは図６における受電体１０に相当する。
位置及び共鳴周波数検出ステップは実施の形態１の図３と同様なので省略する。
送電制御ステップ及び受電制御ステップについて説明する。
給電装置Ｋは検出した受電体Ｊの位置及び共鳴周波数に基づき送電する電力信号の周波数を、電力伝送効率が最大となるように調整する（ＫＣ１送電周波数調整）。電力伝送効率の高い最適な周波数で受電体Ｊに電力信号を送信することによって、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。よって、給電装置Ｋにも受電体Ｊにとっても、効率がよく利便性の高い給電を行うことができる。
給電装置Ｋは受電体Ｊへ送電開始信号を送信し（ＫＣ２送電開始信号送信）、受電体Ｊは送電開始信号を受信し（ＪＤ１送電開始信号受信）、受電準備が完了したら受電開始信号を送信する（ＪＤ２受電開始信号送信）。給電装置Ｋは、受電体Ｊからの受電開始信号を受信し（ＫＣ３受電開始信号受信）、送電を開始する（ＫＣ４送電開始）。給電装置Ｋによる送電によって、受電体Ｊは受電を開始する（ＪＤ３受電開始）。
本実施の形態では、給電の制御を、電圧／電流検出部１６０による二次電池１３１の蓄電量の検出情報も用いる例である。受電体Ｊの受電の開始とともに電圧／電流検出部１６０により、二次電池１３１の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出する（ＪＤ７電圧／電流検出）。
電圧／電流検出部１６０は、二次電池１３１の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出することで二次電池１３１の蓄電量を把握し、二次電池の蓄電可能な蓄電量を超えたと判断したら、給電装置Ｋへ受電終了信号を送信する（ＪＤ５受電終了信号送信）。
給電装置Ｋは、受電体Ｊからの受電終了信号を受信する（ＫＣ６受電終了信号受信）ことによって、受電体Ｊへ送電終了信号を送信し（ＫＣ５送電終了信号送信）送電を終了する（ＫＣ７送電終了）。受電体Ｊも給電装置Ｋより送電終了信号を受信し（ＪＤ４送電終了信号受信）受電を終了する（ＪＤ６受電終了）。
このように、受電体Ｊが給電装置Ｋへ給電の終了を要求して給電装置Ｋの送電を終了することもできる。
受電体が給電装置との位置及び共鳴周波数を検出するために送信する周波数の異なる複数の信号は、ベースキャリアｆｂを基にして生成される複数のサブキャリアｆｓを用いる。サブキャリアｆｓは、ミキサと分周回路との間に設けるスイッチによってベースキャリアｆｂから調整することができる。
ミキサと分周回路との間にスイッチを設け、複数の異なるサブキャリアを効果的に用いることで、電源回路等といった電圧を調節して周波数を調整する回路の増設をしなくともよいので、装置の複雑化や大型化、それに伴う製造コストの増加を抑制することができる。
給電装置と受電体との給電において、受電体の位置及び共鳴周波数情報に基づいて電力伝送効率の高い最適な周波数で受電体に電力信号を送信するため、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。
さらに二次電池の蓄電量を把握することによって、より利用者の要求に合った適正な送電を行うことができる。よって、過剰な送電によって生じる電力の無駄や、蓄電量以上の電力の供給による二次電池１３１の劣化を低減することができる。よって、給電装置にも受電体にとっても、効率がよく利便性の高い給電を行うことができる。
従って、利用者及び提供者双方において効率のよい給電サービスを可能とする給電システム、給電方法を提供することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、無線給電システム及び無線給電方法の他の一形態を図７及び図８を用いて説明する。
本実施の形態は、実施の形態１又は実施の形態２において、位置及び共鳴周波数検出ステップの前に受電体の識別情報を認識するステップを加えた例である。実施の形態１又は実施の形態２と同一部分又は同様な機能を有する部分は、実施の形態１又は実施の形態２と同様であり、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
識別情報は受電体におけるメモリ部に記憶しておくことができる。また、給電装置における信号処理回路部に、該識別情報を識別する識別機能を備える。
図７に本実施の形態の無線給電方法をフローチャートとして示す。なお給電装置Ｋは図１における給電装置２０、受電体Ｊは図１おける受電体１０に相当する。
まず、受電体Ｊから識別情報が給電装置Ｋに送信され（ＪＡ１識別情報送信）、給電装置Ｋが受電体Ｊの識別情報を受信する（ＫＡ１識別情報受信）。給電装置Ｋは受信した識別情報を照会、照合して（ＫＡ２識別情報照会・照合）、受電体Ｊを識別する（Ａ識別情報認識ステップ）。以下は図３、又は図５の給電方法と同様に次のステップへ進み給電を行う。
給電装置Ｋは、該識別を行うための情報をあらかじめ給電装置Ｋ内のメモリ部に記憶しておいてもよいし、識別を行う際、他の管理サーバ等に通信し、該サーバからの情報を元に識別を行ってもよい。また、給電装置Ｋと受電体Ｊとの通信は、給電装置Ｋから開始しても良い。例えば、給電装置Ｋが受電体Ｊの識別情報を取得しており、該識別情報の受電体Ｊを特定（捜索）するために、受電体Ｊへ識別情報を質問する信号を送信して通信を開始してもよい。
給電装置Ｋは、受電体Ｊの識別情報により送電する電力信号の強度を調整することができる。例えば、識別情報より受電体Ｊの二次電池１３１の蓄積可能な電力量を読み取り考慮することによって、送電する電磁波の強度や周波数、送電時間などを制御することができる。
また、図８（Ａ）のように受電体Ｊが給電装置Ｋへ給電の開始を要求して給電装置Ｋの送電を開始することもできる。図８（Ａ）は識別情報認識ステップを示しており、まず受電体Ｊが給電を要求する信号を給電装置Ｋへ送信する（ＪＡ２給電要求信号送信）。受電体Ｊの給電要求信号を受信可能な位置に配置された給電装置Ｋが受信し（ＫＡ３給電要求信号受信）、該給電要求信号を受けて、受電体Ｊの識別情報を質問する信号を受電体Ｊへ送信する（ＫＡ４識別情報質問信号送信）。受電体Ｊは給電装置Ｋからの識別情報質問信号を受信し（ＪＡ３識別情報質問信号受信）、受電体Ｊの識別情報を給電装置Ｋへ送信する（ＪＡ１識別情報送信）。給電装置Ｋは受電体Ｊからの識別情報を受信し（ＫＡ１識別情報受信）、受信した識別情報を照会、照合して（ＫＡ２識別情報照会・照合）、受電体Ｊを識別する。以下は図３、又は図５の給電方法と同様に次のステップへ進み給電を行う。
受電体Ｊからの給電要求信号の発信は、利用者が受電体の二次電池の蓄電量を考慮して操作してもよいし、二次電池１３１の蓄電量に応じて自動的に発信するように設定してもよい。
例えば、図８（Ｂ）に示すように、電圧／電流検出部１６０において、二次電池１３１の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出し（ＪＡ４電圧／電流検出）、二次電池１３１の蓄電量が一定の蓄電量を下回ったと判断したら、給電装置Ｋへ給電要求信号を送信する（ＪＡ２給電要求信号送信）。以下は図８（Ａ）、及び図３、又は図５の給電方法と同様に次のステップへ進み給電を行う。
本実施の形態においても、受電体が送信する周波数の異なる複数の信号は、ベースキャリアｆｂを基にして生成される複数のサブキャリアｆｓを用いる。サブキャリアｆｓは、ミキサと分周回路との間に設けるスイッチによってベースキャリアｆｂから調整することができる。
ミキサと分周回路との間にスイッチを設け、複数の異なるサブキャリアを効果的に用いることで、電源回路等といった電圧を調節して周波数を調整する回路の増設をしなくともよいので、装置の複雑化や大型化、それに伴う製造コストの増加を抑制することができる。
給電装置と受電体との給電において、受電体の位置及び共鳴周波数情報に基づいて電力伝送効率の高い最適な周波数で受電体に電力信号を送信するため、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。
さらに、受電体Ｊの固有情報や二次電池の蓄電量を把握することによって、より利用者の要求に合った適正な送電を行うことができる。よって、過剰な送電によって生じる電力の無駄や、蓄電量以上の電力の供給による二次電池１３１の劣化を低減することができる。よって、給電装置Ｋにも受電体Ｊにとっても、効率がよく利便性の高い給電を行うことができる。
また、個人情報などの固有情報を含む識別情報は、給電のたびに随時更新する、給電のための認識ステップが終了したら不要な識別情報は給電装置内より削除する、識別情報を送信する際は通信を暗号化する、などのセキュリティ面に考慮した対策を行うことが好ましい。
装置の複雑化、大型化を招くことなく、利用者及び提供者双方において効率のよい給電サービスを可能とする給電システム、給電方法を提供することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、無線給電システム及び無線給電方法の他の一形態を、図９を用いて説明する。
本明細書における給電システム及び給電方法は、複数の給電装置及び受電体にも適用することができる。本実施の形態では実施の形態１乃至３のいずれかに示した給電システム及び給電方法を、複数の給電装置及び受電体に適用する例であり、実施の形態１乃至３のいずれかと同一部分又は同様な機能を有する部分は、実施の形態１乃至３のいずれかと同様であり、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
例えば、同じ給電装置から複数の受電体に給電を行う場合、それぞれの受電体の位置及び共鳴周波数を把握して、電力の伝送効率が最適となるように送信する電力信号の周波数を制御することが可能である。図９は、複数の受電体Ｊａ１０ａ、受電体Ｊｂ１０ｂ、受電体Ｊｃ１０ｃそれぞれに給電を行う例である。
受電体Ｊａ１０ａ、受電体Ｊｂ１０ｂ、受電体Ｊｃ１０ｃはそれぞれ給電装置Ｋ２０から異なる距離を有する位置に配置されており、それぞれ固有の共鳴周波数を有している。
給電装置Ｋ２０は、まず受電体Ｊａ１０ａ、受電体Ｊｂ１０ｂ、受電体Ｊｃ１０ｃ、の位置及び共鳴周波数情報を取得し、その情報に基づいてそれぞれにおいて電力の伝送効率が最適となるように送信する電力信号の周波数ｆ（ｄ（Ｊａ））、ｆ（ｄ（Ｊｂ））、ｆ（ｄ（Ｊｃ））を決定し、給電を行う。
本実施の形態においても、受電体が送信する周波数の異なる複数の信号は、ベースキャリアｆｂを基にして生成される複数のサブキャリアｆｓを用いる。サブキャリアｆｓは、ミキサと分周回路との間に設けるスイッチによってベースキャリアｆｂから調整することができる。
ミキサと分周回路との間にスイッチを設け、複数の異なるサブキャリアを効果的に用いることで、電源回路等といった電圧を調節して周波数を調整する回路の増設をしなくともよいので、装置の複雑化や大型化、それに伴う製造コストの増加を抑制することができる。
受電体の位置及び共鳴周波数情報に基づいて電力伝送効率の高い最適な周波数で受電体に電力信号を送信するため、電力を無駄なく受電体へ供給することができる。
図９では給電装置を単数用いる場合を示すが、給電装置を複数用いてもよい。給電装置が複数であっても、給電を行う給電装置と受電体とにおいて、距離及び共鳴周波数の情報を把握し、該情報に基づいて高い伝送効率となるよう送信する電気信号の周波数の最適化を行い給電を行うことができる。
また、このように給電装置の通信可能範囲内に複数の受電体が存在する場合、実施の形態３で示したように受電体の識別情報を用いて特定の受電体だけに送電を行うことも可能である。
識別情報を把握して給電を行うために、対象となる受電体の管理を正確に行え、懸賞等の当選者や契約者へのサービスなどを効率的に行うことができる。
また、実施の形態３でも示したように、個人情報などの固有情報を含む識別情報は、給電のたびに随時更新する、給電のための認識ステップが終了したら不要な識別情報は給電装置内より削除する、識別情報を送信する際は通信を暗号化する、などのセキュリティ面に考慮した対策を行うことが好ましい。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

Claims (8)

  1. 給電装置と、受電装置部を含む受電体と、を有し、
    前記給電装置は、
    電磁波を送受信する給電装置用送受信回路部と、
    前記給電装置用送受信回路部が送受信する前記電磁波の電気信号を処理する給電装置用信号処理回路部と、
    前記受電体に送信する電力を供給する電源部と、を有し、
    前記給電装置用信号処理回路部は、
    前記受電体の位置及び共鳴周波数を検出する位置及び共鳴周波数検出機能と、
    前記受電体へ送信する電力を制御する送電制御機能と、を有し、
    前記受電装置部は、
    電磁波を送受信する受電装置部用送受信回路部と、
    前記受電装置部用送受信回路部が送受信する前記電磁波の電気信号を処理する受電装置部用信号処理回路部と、
    前記給電装置から送信された電力を蓄積し、電源負荷部が消費する電力を供給する二次電池を含む蓄電部と、を有し、
    前記受電装置部用送受信回路部は、アンテナ回路、整流回路、ミキサ、復調回路、発振回路、分周回路、及びスイッチを有し、
    前記ミキサの出力は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
    前記ミキサの一方の入力は、前記発振回路と電気的に接続され、
    前記ミキサの他方の入力は、前記スイッチを介して前記分周回路と電気的に接続され、
    前記分周回路の入力は、前記発振回路と電気的に接続され、
    前記受電装置部用信号処理回路部は、前記給電装置から受電する電力を制御する受電制御機能を有することを特徴とする無線給電システム。
  2. 給電装置と、受電装置部を含む受電体と、を有し、
    前記給電装置は、
    電磁波を送受信する給電装置用送受信回路部と、
    前記給電装置用送受信回路部が送受信する前記電磁波の電気信号を処理する給電装置用信号処理回路部と、
    前記受電体に送信する電力を供給する電源部と、を有し、
    前記給電装置用信号処理回路部は、
    前記受電体の位置及び共鳴周波数を検出する位置及び共鳴周波数検出機能と、
    前記受電体へ送信する電力を制御する送電制御機能と、を有し、
    前記受電装置部は、
    電磁波を送受信する受電装置部用送受信回路部と、
    前記受電装置部用送受信回路部が送受信する前記電磁波の電気信号を処理する受電装置部用信号処理回路部と、
    前記給電装置から送信された電力を蓄積し、電源負荷部が消費する電力を供給する二次電池を含む蓄電部と、
    前記二次電池の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出する検出部と、を有し、
    前記受電装置部用送受信回路部は、アンテナ回路、整流回路、ミキサ、復調回路、発振回路、分周回路、及びスイッチを有し、
    前記ミキサの出力は、前記アンテナ回路と電気的に接続され、
    前記ミキサの一方の入力は、前記発振回路と電気的に接続され、
    前記ミキサの他方の入力は、前記スイッチを介して前記分周回路と電気的に接続され、
    前記分周回路の入力は、前記発振回路と電気的に接続され、
    前記受電装置部用信号処理回路部は前記給電装置から受電する電力を制御する受電制御機能を有することを特徴とする無線給電システム。
  3. 請求項１又は請求項２において、
    前記給電装置用送受信回路部は、アンテナ回路、整流回路、変調回路、復調回路、発振回路、及び電源回路を含むことを特徴とする無線給電システム。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記受電体は前記受電装置部用信号処理回路部によって読み出される識別情報を記憶するメモリ部を有し、
    前記給電装置用信号処理回路部は前記識別情報を識別する識別機能を有することを特徴とする無線給電システム。
  5. 受電体が周波数の異なる複数のサブキャリアを用いて位置及び共鳴周波数検出用信号を給電装置に送信し、前記給電装置が前記位置及び共鳴周波数検出用信号を受信し、前記受電体の位置及び共鳴周波数を検出する第１のステップと、
    前記給電装置が前記受電体の位置及び共鳴周波数に基づき送信する電力信号の周波数を調整し前記受電体に電力を送信する第２のステップと、
    前記受電体が前記給電装置から前記送信された電力を受電し、蓄電部の二次電池に蓄積する第３のステップと、を有することを特徴とする無線給電方法。
  6. 請求項５において、
    前記周波数の異なる複数のサブキャリアは、分周回路とミキサとの間に設けるスイッチによって調整されることを特徴とする無線給電方法。
  7. 請求項５又は請求項６において、
    前記受電体は、前記二次電池の電圧、電流、又は電圧及び電流を検出し、該検出情報に応じて、前記給電装置に給電要求信号又は受電終了信号を送信することを特徴とする無線給電方法。
  8. 請求項５乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記第１のステップの前に、前記受電体の識別情報を前記給電装置が認識するステップを行うことを特徴とする無線給電方法。
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