JP7465689B2 - 無線給電システム - Google Patents

Description

本発明は無線給電システムに関する。

従来、例えば住宅等の内部で給電装置から受電装置に向けて無線方式で電力を供給する無線給電システムが知られている。近年、１つの給電装置から複数の受電装置に向けて給電するマイクロ波給電技術が注目されている（例えば特許文献１）。

特開２０１９－１９３４２２号公報

受電装置は、例えばダイポールアンテナやパッチアンテナを用いて、給電装置が放射したマイクロ波を受信する。このような受電アンテナは指向性を有しており、受電アンテナの受信効率を高めるためには受電装置の向きを変えて受電アンテナの指向方向を給電装置がある方向にする必要がある。

しかしながら、１つの給電装置から複数の受電装置に向けて給電を行う場合、全ての受電装置の向きを変えて受電アンテナの指向方向を給電装置がある方向にするのは困難な場合が多い。特に、大型の受電装置や壁等に固定された受電装置の場合、受電装置を動かして受電アンテナの向きを変えるのは困難である。受電装置を容易に動かせる場合には複数の受電装置に対してある程度給電を行える最適位置を手探りで探し、最適位置に給電装置を配置することが考えられる。しかしながら、最適位置であっても全ての受電装置に対して満足に給電を行える訳ではなく、幾つかの受電装置に対する給電効率を犠牲にせざるを得ない。また、受電アンテナが配置されている高さが異なる場合には、最適位置を見つけ出すことは困難である。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、１つの給電装置から複数の受電装置に対して効率的に給電できる無線給電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の一態様による無線給電システムは、マイクロ波を放射する給電装置と、給電装置から放射されたマイクロ波を受信する受電アンテナを有する複数の受電装置と、を備え、複数の受電装置の受電アンテナの指向性は調整可能である。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

第１実施形態による無線給電システムの概略構成図である。 受電装置の概略構成図である。 受電装置の概略構成図である。 受電装置の概略構成図である。 受電装置の概略構成図である。 第２実施形態による無線給電システムの概略構成図である。 受電装置の概略構成図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、第１実施形態による無線給電システムの概略構成図である。無線給電システム１００は、住宅等の建物１０２内に設置される。無線給電システム１００は、複数の受電装置１０４と、給電装置１０６とを備える。給電装置１０６は、図示せぬ電源から供給された電力をマイクロ波Ｍに変換して放射する。なお、図示の例では給電装置を壁際に設置しているため指向性のマイクロ波Ｍを放射しているが、無指向性のマイクロ波を放射する給電装置を用いてもよい。

複数の受電装置１０４は、給電装置１０６から放射されたマイクロ波を受信し、受信したマイクロ波Ｍを電力に変換する。複数の受電装置１０４は、壁面に取り付けられており、受電装置１０４の姿勢（向き）は固定されている。受電装置１０４の受信範囲を示すメインローブＭＬの向きは、後述する方法により給電装置１０６に向けられている。受電装置１０４としては、壁面に固定されるエアコン、テレビ、温水洗浄便座等の家電機器のコントローラ、又はコントローラの充電器と一体化されたものがある。受電装置１０４にコンセント等の出力部を設けて、受電装置に他の家電を接続しても良い。

図２は、受電装置の概略構成図である。受電装置１０４は、受電アンテナ１１０と、マイクロ波を電力に変換する制御回路１１４と、壁等に取り付けられる筐体１１６とを備えている。受電アンテナ１１０は、直交する３つの回転軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸）周りで回転可能に筐体１１６内に保持される。制御回路１１４は、受電アンテナ１１０と電気的に接続されている。受電アンテナ１１０を回転可能にすることで、受電アンテナ１１０のメインローブＭＬの向きが調整可能になる。軸の数は、３つに限られない。受電アンテナ１１０は、Ｘ軸シャフト１１８、Ｙ軸シャフト１２０、及びＺ軸シャフト１２２を備えており、各シャフト１１８，１２０，１２２を回転させることで受電アンテナ１１０を回転させる。各シャフト１１８，１２０，１２２は、手動又は機械制御により回転する。受電アンテナ１１０を手動で回転させる場合、Ｘ軸シャフト１１８、Ｙ軸シャフト１２０、及びＺ軸シャフト１２２をハンドル等の手動操作部に連結する。使用者は、手動操作部を操作して筐体１１６に対して受電アンテナ１１０を回転させる。受電アンテナ１１０を機械制御により回転させる場合、例えばモータ等の駆動機構により各シャフトを回転させる。受電装置１０４は、受電アンテナ１１０を回転させたときの姿勢を保持する姿勢保持部を備えてもよい。

図３は、受電装置の概略構成図であり、受電装置を温水洗浄便座のリモコンに適用した例を示す。リモコン１３０は、受電アンテナ１３２と、制御回路１３４と、操作パネル１３６と、筐体１３８とを備える。リモコン１３０の筐体１３８は、トイレルームの壁面に取り付けられる。受電アンテナ１３２は、筐体１３８に内蔵され筐体１３８に対して指向性が調整可能に保持されている。指向性を調整するとは、受電アンテナ１３２のメインローブの向き、すなわちメインローブの角度を調整することをいう。受電アンテナ１３２は、複数のパッチアンテナ１４０と、複数のパッチアンテナ１４０が搭載されるグランド１４２とを備える。パッチアンテナ１４０は、グランド１４２の長手方向に沿って配列される。パッチアンテナ１４０に換えてプリントアンテナ等の他の平型アンテナを用いてもよい。グランド１４２は、直交する３つの回転軸周りで回転可能に筐体１３８に対して保持される。制御回路１３４は、グランド１４２に電気的に接続される。操作パネル１３６には、使用者の指示が入力される。制御回路１３４は受電アンテナ１３２から得られた電力で駆動し、操作パネル１３６に入力された指示に基づいて温水洗浄便座に指示を出力する。受電アンテナ１３２の指向性は、給電装置１０６の位置に合わせて調整できる。例えば、建物内で給電装置１０６の位置を変えた場合には、受電アンテナ１３２を回転させてメインローブを給電装置１０６に向けるよう調整する。これにより、給電装置１０６を移動させたことによる給電効率の低下を抑制できる。

図４は、受電装置の概略構成図である。上述の例では、１つの受電アンテナを備えることとしたが、受電装置１４４は１つの筐体内に複数の受電アンテナ１３２Ａ，１３２Ｂを備えてもよい。各受電アンテナ１３２Ａ，１３２Ｂは、独立して回転可能に支持される。図示の例では、２つの受電アンテナ１３２Ａ，１３２Ｂが同一方向を向いているが、受電アンテナ１３２Ａ，１３２Ｂの初期の向きを違う方向にしてもよい。この場合、２つの受電アンテナ１３２Ａ，１３２Ｂは、異なる方向を向いた状態で互いに固定される。各受電アンテナ１３２Ａ，１３２Ｂの出力は、ダイオードを介して出力調整部１４６に入力される。出力調整部１４６は、各々の受電アンテナ１３２Ａ，１３２Ｂが受信したマイクロ波を電力に変換して足し合わせる。これにより、受電装置の出力を上げられる。

図５は、受電装置の概略構成図であり、受電装置を温水洗浄便座のリモコン１５０に適用した例を示す。図５の例では、受電アンテナとして複数のバイポールアンテナ１５２を用いている。複数のバイポールアンテナ１５２は、独立して指向性が調整可能に、筐体１５４内に保持されている。バイポールアンテナ１５２の指向性は、バイポールアンテナ１５２の角度を変更することで調整できる。バイポールアンテナ１５２の角度は、手動又は機械制御で調整できる。複数のバイポールアンテナ１５２は出力調整部１４６に接続される。

このような無線給電システムによれば、給電装置１０６の位置に応じて受電アンテナ１１０，１３２又はバイポールアンテナ１５２の指向性を調整できる。受電アンテナ１１０，１３２又はバイポールアンテナ１５２の指向性を調整可能にすることで、給電装置１０６と受電装置１０４の位置関係を変えることなくメインローブを給電装置１０６に向けられる。これにより、給電装置１０６と受電装置１０４の配置の自由度が向上し、かつ給電効率を高められる。温水洗浄便座のような受電装置１０４を後付けしたり、給電装置１０６の位置を変えたりしても、受電アンテナ１１０，１３２又はバイポールアンテナ１５２の向きを調整することで給電効率を高められる。

次に第２実施形態について説明する。第２実施形態による無線給電システムは、第１実施形態による無線給電システムと同一の構成を有する箇所がある。同一の構成については、詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施形態による無線給電システムの概略構成図である。無線給電システム２００は、壁面に取り付けられた給電装置２０２と、壁面に取り付けられた受電装置２０４とを備える。給電装置２０２と受電装置２０４は、鉛直線上に配置されている。より具体的には給電装置２０２は、天井付近の高い位置に配置され、受電装置２０４は使用者の手元の高さに配置される。給電装置２０２は、受電装置２０４に向けてマイクロ波Ｍを放射する。マイクロ波Ｍは、壁面と平行に受電装置２０４に向けて放射される。

図７は、受電装置の概略構成図である。図７に示すように、受電アンテナ２０６と、制御回路２０８と、操作パネル２１０とを備える。この例では、受電アンテナ２０６は１軸（Ｘ軸）のみに対して回転可能になっている。給電装置２０２と受電装置２０４が鉛直線上に並んでいる場合、受電アンテナ２０６の角度を１軸のみに対して回転可能にすれば、メインローブを給電装置２０２に向けられる。このように回転軸を少なくすることで受電アンテナ２０６を回転させるため空間を小さくし受電装置２０４の厚みを薄くできる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述した実施形態を一般化すると、以下の態様も導き出せる。

マイクロ波を放射する給電装置と、
前記給電装置から放射されたマイクロ波を受信する指向性受電アンテナを有する受電装置と、を備え、
前記指向性受電アンテナは、２以上の指向方向を有する、無線給電システム。

２以上の指向方向とは、アンテナの角度を調整して指向方向（メインローブの方向）を可変にすること、及び指向方向が異なる２以上のアンテナを組み合わせることをいう。

１００ 無線給電システム、 １０４ 受電装置、 １０６ 給電装置、 １１０ 受電アンテナ、 １３０ リモコン、 １３２，１４４ 受電装置、 １５２ バイポールアンテナ、 ２００ 無線給電システム、 ２０２ 給電装置、 ２０４ 受電装置、 ２０６ 受電アンテナ

Claims (5)

1. マイクロ波を放射する給電装置と、
   前記給電装置から放射されたマイクロ波を受信する受電アンテナを有する受電装置と、を備え、
   前記給電装置および前記受電装置は、共通の壁面に取り付けられ、
   前記受電装置の前記受電アンテナの指向性は、前記壁面に沿い、かつ、前記受電装置に対して前記給電装置が位置する方向とは直交する軸周りに調整可能である、無線給電システム。
2. 前記受電アンテナの指向性は、前記受電装置の筐体に対して調整可能である、請求項１に記載の無線給電システム。
3. 前記受電アンテナの指向性は、直交する３つの軸周りに調整可能である、請求項１又は２に記載の無線給電システム。
4. 前記受電装置は、それぞれ独立して指向性を調整可能な複数の受電アンテナを備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線給電システム。
5. 前記複数の受電アンテナで受信した電力の合計を出力する出力部を備える、請求項４に記載の無線給電システム。

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