WO2014002190A1 - 無線電力伝送装置、無線電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、商用化されているクッキングヒーターは、受信側で電力を直ちに熱エネルギーに変換してしまうもので、電力伝送効率は90%を超えている。
また、交通機関のパスカードに対する電力伝送は電磁誘導によって実現されており、パスカードと読み取り機の相対位置が極めて近い場合に高効率の電力伝送が可能となる。
例えば、RFID(Radio Frequency IDentification)は、その一例であり、数センチメートルから数メートルの距離において、受信側と送信側の距離を使用電磁波の波長で規格化した値の二乗で減衰すると仮定した極めて低い電力伝送効率で電力の伝送が可能である。
このような要請に対する一つの期待される技術は、磁気共鳴と呼ばれる電磁界の伝送方式で、送信側と受信側の回路間で電場・磁場を共鳴させることで、ワイヤレスで電力を伝送する。この方式では、おおよそ波長の数倍程度の距離まで中効率でエネルギーを伝送できる。
特許文献1および2には、磁気共鳴と呼ばれる技術で、電力伝送に電磁界の磁界のみを使用し、送信側と受信側の電力伝送に寄与する電磁界の形態は誘導界であり、電磁エネルギーの虚成分が主体となる非放射型の電力伝送形態を用いて、波長の数倍程度の距離に相当する数メートルの送信側と受信側の距離において、40%から80%の電力伝送効率を実現可能とされる技術が開示されている。
また、特許文献3には、磁気共鳴の電力伝送における距離の変化に伴い電力伝送効率が大きく変化する状況で、電力発生回路と負荷回路に最大効率で電力を伝達するために、送信回路と送信アンテナ間、受信回路と受信アンテナ間のインピーダンス整合状態を改善すべく、送信回路と送信アンテナ間、受信回路と受信アンテナ間にリアクタンスを夫々挿入して該リアクタンスの値を調整する技術が開示されている。
また、特許文献4には、負荷回路の抵抗値を変えて、受信回路が取り出しうる最大電力を得る技術が開示されている。
すなわち、本発明の無線電力伝送装置は、電磁波を送信する送信アンテナと電力送信回路とを有する送信機と、電磁波を受信する受信アンテナと電力受信回路とを有する受信機と、を備え、前記電力送信回路は、前記送信アンテナに対する反射電力に基づいて前記電力送信回路の回路リアクタンスを可変制御することで前記送信する電磁波の電力の虚部を制御し、前記電力送信回路は、前記受信アンテナから前記受信機が受信した電力を前記受信機が電力伝送の電磁波を用いて前記送信機に伝送した電力に基づいて前記電力送信回路の回路レジスタンスまたは特性インピーダンスを可変制御することで前記送信する電磁波の電力の実部を制御することを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明の第1実施形態として、無線電力伝送装置の構成の一例を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
図1において、送信機20から受信機40へ電磁波による磁気共鳴の状態で電力が伝送される。なお、送信機20と受信機40とを併せた構成が第1実施形態の無線電力伝送装置である。
送信機20では電力発生回路1により発生する高周波電力を、送信機特性インピーダンス可変変換回路(特性インピーダンス可変変換回路)2および送信機可変リアクタンス回路(可変リアクタンス回路)3を介して送信円偏波アンテナ9より空中に放射する。
ただし、送信機特性インピーダンス可変変換回路2と送信機可変リアクタンス回路3との間には送信方向性結合器10が備えられている。
この送信方向性結合器10は、送信機可変リアクタンス回路3から送信機特性インピーダンス可変変換回路2へと流れる電力の一部を送信復調回路(復調回路)6に入力する。
この送信復調回路6は、前記の電力の一部から復調した復調出力を第二の送信制御回路(制御回路)8へ供給する。
この第二の送信制御回路8は、送信機特性インピーダンス可変変換回路2を制御して、送信機20としての特性インピーダンス値を可変する。
また、この送信サーキュレータ4は、送信機可変リアクタンス回路3から送信円偏波アンテナ9へと電力発生回路1で生成した電力を伝達する。
また、この送信サーキュレータ4は、送信円偏波アンテナ9から送信サーキュレータ4へと流れる電力の一部を送信電力計測回路5に入力する。
この送信電力計測回路5は、前記の電力の一部から計測した計測出力を第一の送信制御回路(制御回路)7へ供給する。
この第一の送信制御回路7は、送信機可変リアクタンス回路3を制御して、送信機20としてのリアクタンス値を可変する。
また、図1において、送信機特性インピーダンス可変変換回路2は、「特性インピーダンス可変変換回路」と簡易的に表記している。また、同様に、送信機可変リアクタンス回路3は「可変リアクタンス回路」、第一の送信制御回路7は「制御回路」、第二の送信制御回路8は「制御回路」、送信復調回路6は「復調回路」とそれぞれ表記している。
また、第1実施形態においては、電力発生回路1、送信機特性インピーダンス可変変換回路2、送信機可変リアクタンス回路3、送信サーキュレータ4、送信電力計測回路5、送信復調回路6、第一の送信制御回路7、第二の送信制御回路8、送信方向性結合器10を備えた回路構成が電力送信回路に相当する。
図1において、受信機40では、受信円偏波アンテナ29が捕獲(受信)した電力を、受信機可変リアクタンス回路(可変リアクタンス回路)23および受信機特性インピーダンス可変変換回路(特性インピーダンス可変変換回路)22を介して負荷回路21へと伝送する。
ただし、受信機特性インピーダンス可変変換回路22と受信機可変リアクタンス回路23との間には、受信方向性結合器30が備えられている。
この受信方向性結合器30は、受信機可変リアクタンス回路23から受信機特性インピーダンス可変変換回路22へと流れる電力を受信電力計測回路25に入力する。
この受信電力計測回路25は、電力を計測して、その計測出力を第一の受信制御回路(制御回路)27へ供給する。
また、第二の受信制御回路(制御回路)28は、負荷回路21の消費電力を制御信号として、受信機特性インピーダンス可変変換回路22を直接、制御して、受信機40としての特性インピーダンスを可変する。
また、受信変調回路(変調回路)26は、第二の受信制御回路28を介して負荷回路21の消費電力値の変調信号を出力する。
また、この受信サーキュレータ24は、受信円偏波アンテナ29で捕獲している電磁波に対して、受信変調回路26の変調信号に基づき変調を施す。
また、図1において、受信機特性インピーダンス可変変換回路22は、「特性インピーダンス可変変換回路」と簡易的に表記している。また、同様に、受信機可変リアクタンス回路23は「可変リアクタンス回路」、第一の受信制御回路27は「制御回路」、第二の受信制御回路28は「制御回路」、受信変調回路26は「変調回路」とそれぞれ表記している。
また、第1実施形態においては、負荷回路21、受信機特性インピーダンス可変変換回路22、受信機可変リアクタンス回路23、受信サーキュレータ24、受信電力計測回路25、受信変調回路26、第一の受信制御回路27、第二の受信制御回路28、受信方向性結合器30を備えた回路構成が電力受信回路に相当する。
送信機20と受信機40とにおける他の構成や動作について、次に述べる。
第1実施形態で用いられる送信方向性結合器10、および受信方向性結合器30の結合度は、送信機20から受信機40への電力伝送効率に与える影響を少なくする程度に低くする必要があり、たとえば-10dBから-20dBの値を用いる。
また、送信機20内部の各回路要素への電源は、電力発生回路1から供給され、受信機40内部の各回路要素への電源供給は、負荷回路21から供給される。
なお、図の煩雑さを防ぐ目的で、これらの電源供給のための結線については、図示を省略している。
また、受信機40の内部インピーダンスの虚部は、受信機可変リアクタンス回路23に対応し、受信円偏波アンテナ29からの出力電力により制御される。
これらの制御により、受信機40には送信機20からエネルギーが供給され、この供給されたエネルギーを参照して、受信機40の内部インピーダンスの実部に対応する受信機特性インピーダンス可変変換回路22は、負荷回路21の受信電力値により直接、制御される。
また、送信機20の内部インピーダンスの実部は、送信機特性インピーダンス可変変換回路2に対応して、負荷回路21の受信電力値が受信変調回路26により送信機20と受信機40が共有する電磁波に直接変調が施され結果として、送信機20側に出現する変調成分を送信復調回路6で再現した後、この変調成分の電力を参照して制御される。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図2は、本発明の第2実施形態に係る無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
図2において、図1と異なるのは、送信サーキュレータ4(図1)および受信サーキュレータ24(図1)の代わりに、第二の送信方向性結合器14および第二の受信方向性結合器34が用いられることである。
これらの第二の送信方向性結合器14および第二の受信方向性結合器34の結合度は、送信機から受信機への電力伝送効率に与える影響を少なくする程度に低くする必要があり、たとえば-10dB~-20dBの値を用いる。
一方、第1実施形態で用いた図1の送信サーキュレータ4、受信サーキュレータ24のサーキュレータは、信号切換えのポートを選択する立体構造を備えている。
したがって、方向性結合器を用いた第2実施形態は、サーキュレータを用いた第1実施形態に比較して、無線電力伝送装置の小型化に寄与する。
なお、第2実施形態においては、負荷回路21、受信機特性インピーダンス可変変換回路22、受信機可変リアクタンス回路23、第二の受信方向性結合器34、受信電力計測回路25、受信変調回路26、第一の受信制御回路27、第二の受信制御回路28、受信方向性結合器30を備えた回路構成が電力受信回路に相当する。
また、他の要素は図1と図2で同一の符号で表記され、構成も基本的には同一であるので、重複する説明は省略する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図3は、本発明の第3実施形態に係る無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
図3において、図1と異なるのは、削除された要素については、送信サーキュレータ4および受信サーキュレータ24、さらに送信電力計測回路5および受信電力計測回路25が省かれたことである。
また、追加された要素については、受信復調回路31(第2の復調回路)である。
また、変更された要素については、送信機可変リアクタンス回路3を制御する第一の送信制御回路7が送信復調回路6(第1の復調回路)の出力信号を用いて制御を行い、また、受信機可変リアクタンス回路23を制御する第一の受信制御回路27が、受信復調回路31を介して受信変調回路26の出力信号を用いて制御を行うことである。
また、受信機40の内部インピーダンスの虚部に関わる受信機可変リアクタンス回路23と内部インピーダンスの実部に関わる特性インピーダンス可変変換回路22が受信変調回路26の信号を基に制御される。
なお、他の要素は、図1と図3で同一の符号で表記され、構成も基本的には同一であるので、重複する説明は省略する。
しかしながら、送信機20と受信機40の位置が固定され、これらが置かれる周囲環境の大幅な変化がない場合、そのような初期値の設定は現実的に可能である。
図3に示した第3実施形態の構成によれば、送信機20と受信機40内部のサーキュレータ(4、24、図1)および電力計測回路(5、25、図1)が省けるので、装置の簡略化、小型化に大きな効果がある。かつ、送信機20および受信機40の内部インピーダンスの虚部と実部の制御が同一の信号で可能となるので、制御アルゴリズムの簡略化に効果がある。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
図4は、本発明の第4実施形態に係る無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
図4において、図1と異なるのは、送信円偏波アンテナ9(図1)および受信円偏波アンテナ29(図1)の代わりに、第4実施形態では、送信直線偏波アンテナ19および受信直線偏波アンテナ39が用いられることである。
第4実施形態によれば、本質的に2次元構造である円偏波アンテナ(9、29、図1)に比べて、直線偏波アンテナ(19、39、図4)は、1次元構造なので、送信アンテナと受信アンテナが見通しで対向設置が可能な環境下では、第4実施形態の方が無線電力伝送装置のアンテナ寸法の小型化に効果がある。
なお、他の要素は図1と図4で同一の符号で表記され、構成も基本的には同一であるので、重複する説明は省略する。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
図5は、本発明の第5実施形態に係る無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
図5において、図1と異なるのは、送信機(20)一台に対して、受信機(40、70)が2台存在している点である。なお、一般的には複数台でよいが、図5では2台の場合を図示している。
2台目として新たに加わった受信機70は、受信機40と同一の構成である。受信機70を構成する各回路の符号(41~50)は、受信機40における対応する各回路の符号(21~30)とは順にそれぞれ対応している。したがって、異なる符号を表記しているが、実質的に同一の構成であるので、受信機70の構成と各回路要素の重複する説明は省略する。
図1の第1実施形態では、送信機20と受信機70の回路構成が高周波の構成としては同一なので、送信アンテナ9と受信アンテナ29の構造が同一であれば、共振して高効率の電力伝送が実現する。この場合の送信機20と受信機70の内部インピーダンスの虚部および実部は、同一、あるいは、ほぼ同一の値になる。
また、送信機20と受信機40、70とはそれぞれ概ね対向する位置関係にあって、受信機40と受信機70とが概ね直交するような位置関係にあると、受信機40と受信機70との干渉が少なくなり、さらに効率的に無線電力伝送ができる。
このように、受信機40の台数を増加できる送信機20の構成をとることにより、本実施形態の無線電力伝送装置を用いた電力伝送システムのシステム設計の自由度を増すことができる。
次に、本発明の第6実施形態について説明する。
図6は、本発明の第6実施形態に係る無線電力伝送装置の構成例を示す図である。
図6において、図1と異なるのは、受信機40において整流回路33と蓄電池32を備えたことである。これによって、負荷回路21に整流回路33と蓄電池32が直列に結合する。
なお、他の要素は図1と図6で同一の符号で表記され、構成も基本的には同一であるので、重複する説明は省略する。
次に、本発明の第7実施形態として円偏波アンテナの構造について説明する。
図7は、本発明の第7実施形態に係る送信円偏波アンテナおよび受信円偏波アンテナの構造の一例を示す図である。
図7において、送信円偏波アンテナ9は、複数の微小矩形導体300が所定の集合として組み合わされ、形成されている。また、給電点(送信アンテナ給電点)109が、複数の微小矩形導体300の集合のなかに設けられている。
受信円偏波アンテナ29は、送信円偏波アンテナ9と共振しやすい同一の特性を得るために、送信円偏波アンテナ9と同じ構成、構造をとっている。
なお、図7において、微小矩形導体300において符号300は、外側に配置された微小矩形導体のいくつかに付しているが、すべてに付しているわけではない。符号300を付した微小矩形導体300と同型のものは、内側に配置された微小矩形導体を含めて、符号300を付していなくとも前記の微小矩形導体に該当するものとする。
そのような構造を得る為の一つの手段は、アンテナを平面構造として、微小の矩形導体の集合でアンテナ構造を表現して、この微小矩形導体が存在する/しないの組み合わせを総当り的に変更する。
そして、微小矩形導体の任意の部分を2つの給電点として、総当り的に選択し、所望のアンテナの特性を示す構造を選び出す。
この方法にしたがって、本発明に係る実施形態の無線電力伝送装置に用いられる送信アンテナ9および受信アンテナ29を設計する。
この場合の微小矩形導体が取りうる形状のアンテナ構造の候補の数は、総当たりで検討すると最大2の200乗となる。また、この各構造に対して、2組の給電点の位置の候補の数は、最大(2×90)・(20×90-1)/2!の二乗である。
総当たりで検証するアンテナ構造と給電点位置の組み合わせの総数は、両者の積となり膨大な数であるが、近年発達の目覚ましい計算機ハードウェアを用い、電磁界計算により各組み合わせにおける自己インピーダンスおよび相互インピーダンスを順次計算して比較することにより実行できる。
この電磁界計算の高速計算アルゴリズムを用いることにより、多くの矩形導体から構成される微細構造を持つアンテナを設計可能で、高効率電力伝送と安定的制御信号伝送を両立するより好適なアンテナ構造を見出すことができる。
次に、本発明の第8実施形態として、高効率電力伝送を行うための送信機20および受信機40の制御アルゴリズムを説明する。
図8は、本発明の第8実施形態に係る無線電力伝送装置に用いられる高効率電力伝送を行う際の送信機と受信機の制御アルゴリズムを示すための各構成要素の動作の一例を示すタイムチャートである。
図8において、図1に示した送信機20としては、電力発生回路1、送信機可変リアクタンス回路3、送信機特性インピーダンス可変変換回路2、および受信機40としては、負荷回路21、受信機可変リアクタンス回路23、受信機特性インピーダンス可変変換回路22の各動作をタイムチャートとして示している。
なお、図8において、縦方向が時間の推移である。
後記の補足で詳細を説明するように、可変リアクタンス回路3の制御は、送信アンテナ(9、図1)および受信アンテナ(29、図1)に電磁波の電力の虚のエネルギーが局在するように行われる。したがって、送信アンテナ9および受信アンテナ29のそれぞれの給電点(109、209、図7)で動的に共役整合が実現するように制御が行われる。
このため、送信機20および受信機40が設置された状態で、送信アンテナ9および受信アンテナ29の給電点109、209で共役整合が取れるように初期状態を設定しておけば、送信機20から受信機40へのある程度の電力伝送が期待できる。
その結果として、受信機40の負荷回路21には電力が大きな遅延なく発生し、同時に受信機可変リアクタンス回路23の制御も開始される(略t1)。
そして、良好な送信機20および受信機40の内部インピーダンスの虚部の状態の制御が実現した段階で、送信機20および受信機40の内部インピーダンスの実部の制御が特性インピーダンス可変変換回路2、22によって開始される(t2)。
この変調に基づいて、送信機20の特性インピーダンス可変変換回路2の制御も遅延なく開始される(略t2)。
次に、本発明の第9実施形態として、第1~第8実施形態で述べた無線電力伝送装置に用いられる高効率電力伝送を行うための送信機の制御アルゴリズムを説明する。
図9は、本発明の第9実施形態に係る無線電力伝送装置に用いられる送信機の制御アルゴリズム一例を示すフローチャートである。
図9に示したフローチャートの概要を述べる。フローチャートの各ステップの詳細については、後記する。
第9実施形態の送信機の制御アルゴリズムでは、送信機20(図1)は電力伝送を始める準備として、可変リアクタンス回路3(図1)および特性インピーダンス可変変換回路2(図1)の値を増減する方向の初期値をあらかじめ設定しておく。
電力発生回路1(図1)で電力生成が行われると、その電力を参照して可変リアクタンス回路3のリアクタンス値を増減させる為に、一旦、アンテナ9(図1)からの反射電力を測定し、設定されている増減方向に従って前記リアクタンス値を変更する。
変更後、アンテナ9からの反射電力を測定し、この反射電力の増減を検証し、反射電力が増大した場合、リアクタンス値の変更方向を反転させる。
その後、特性インピーダンス可変変換回路2の変換値を、設定されている増減方向に従って変更する。
変更後の受信機40の負荷回路21の消費電力を測定し、この消費電力の増減を検証し消費電力が減少した場合、特性インピーダンス可変変換回路2の変換値の変更方向を反転させる。
そして、再び、可変リアクタンス回路3の制御へと戻る。
第9実施形態の制御アルゴリズムによれば、送信機20の内部インピーダンスの虚部および実部の制御を、送信機可変リアクタンス回路3、送信機特性インピーダンス可変変換回路2を用いて具体的に実行できる。
図9における送信機の制御アルゴリズムのフローチャートの詳細を、各ステップにしたがって、以下に順に説明する。
ステップS1001においては、送信機20が電力伝送を始める準備として、まず可変リアクタンス回路3(図1)の値を増減する方向の初期値を(例えば+側に)あらかじめ設定する。
なお、図9において、このステップS1001を「リアクタンス制御方向→‘+’」と表記している。
そして、ステップS1002に進む。
ステップS1002においては、送信機20が電力伝送を始める準備として、次に、特性インピーダンス可変変換回路2(図1)の値を増減する方向の初期値を(例えば+側に)あらかじめ設定する。
なお、図9において、このステップS1002を「特性インピーダンス制御方向→‘+’」と表記している。
そして、ステップS1003に進む。
ステップS1003においては、電力発生回路1(図1)で電力の生成、つまり電力発生が行われる。なお、図9において、このステップS1003を「電力発生」と表記している。
そして、ステップS1004に進む。
ステップS1004においては、ステップS1003で発生した電力のアンテナからの反射電力(Pat1)を測定する。
なお、図9において、このステップS1004を「アンテナ反射電力測定:Pat1」と表記している。
そして、ステップS1005に進む。
ステップS1005においては、ステップS1004で反射電力(Pat1)を測定した結果に基づき、設定されている増減方向に従って、測定で得られた可変リアクタンス回路(送信機可変リアクタンス回路)3の変換値であるリアクタンス値を所定値の1ステップ分だけ変更する。
なお、図9において、このステップS1005を「1ステップリアクタンス制御」と表記している。
そして、ステップS1006に進む。
ステップS1006においては、ステップS1005でリアクタンス値を変更した後のアンテナからの反射電力(Pat2)を再測定する。
なお、図9において、このステップS1006を「アンテナ反射電力測定:Pat2」と表記している。
そして、ステップS1007に進む。
ステップS1007においては、ステップS1004で測定した反射電力(Pat1)よりも、ステップS1006で測定した反射電力(Pat2)が小さいか等しくなったか否かを比較、判定する。
反射電力(Pat2)が反射電力(Pat1)よりも小さいか等しい場合(Yes:S1007)は、ステップS1009に進む。
また、反射電力(Pat2)が反射電力(Pat1)よりも大きくなっている場合(No:S1007)は、ステップS1008に進む。
なお、図9において、このステップS1007を「Pat2≦Pat1?」と表記している。
ステップS1008においては、ステップS1007における反射電力の増減の検証において反射電力が増大したので、ステップS1005におけるリアクタンス値の調整が好ましくなかったとして、リアクタンス値の増減の制御方向を反転させる。
なお、図9において、このステップS1008を「リアクタンス制御方向反転」と表記している。
そして、ステップS1009に進む。
ステップS1009においては、電力伝送に用いている電磁波に変調成分(復調信号)が存在するかを確認する。
変調成分が存在する場合(Yes:S1009)は、ステップS1010に進む。
変調成分が存在しない場合(No:S1009)は、ステップS1004に戻り、反射電力の測定とリアクタンスの調整をやり直す。
なお、図9において、このステップS1009を「変調成分あり?」と表記している。
ステップS1010においては、電力伝送に用いている電磁波の変調成分を復調して受信機40の負荷回路21の消費電力(Plr1)を測定する。なお、受信機40の負荷回路21の消費電力は、概ね受信機40の受信電力(Plr1)でもある。したがって、受信機の負荷回路の消費電力を「受信電力」と表記することもある。
また、図9において、このステップS1010を「受信機負荷回路受信電力測定:Plr1」と表記している。
そして、ステップS1011に進む。
ステップS1011においては、ステップS1010で受信電力(Plr1)を測定した結果に基づき、設定されている増減方向に従って、測定で得られた特性インピーダンス可変変換回路(送信機特性インピーダンス可変変換回路)2の変換値である特性インピーダンス値を所定値の1ステップ分だけ変更する。
なお、図9において、このステップS1011を「1ステップ特性インピーダンス制御」と表記している。
そして、ステップS1012に進む。
ステップS1012においては、ステップS1011で特性インピーダンス値を変更した後の受信機40の負荷回路21の消費電力(受信電力、Plr2)を再測定する。
なお、図9において、このステップS1012を「受信機負荷回路受信電力測定:Plr2」と表記している。
そして、ステップS1013に進む。
ステップS1013においては、ステップS1010で測定した受信電力(Plr1)よりも、ステップS1012で測定した受信電力(Plr2)が大きいか等しくなったか否かを比較する。
受信電力(Plr2)が受信電力(Plr1)よりも大きいか等しい場合(Yes:S1013)は、ステップS1004の再び可変リアクタンス回路の制御へと戻る。
また、受信電力(Plr2)が受信電力(Plr1)よりも小さい場合(No:S1013)は、ステップS1014に進む。
なお、図9において、このステップS1013を「Plr2≧Plr1?」と表記している。
ステップS1014においては、ステップS1013における受信電力の増減の検証しにおいて受信電力が減少したので、ステップS1011における特性インピーダンス値の調整が好ましくなかったとして、特性インピーダンス値の制御方向を反転させる。
なお、図9において、このステップS1014を「特性インピーダンス制御方向反転」と表記している。
そして、再びステップS1004の可変リアクタンス回路3の制御へと戻る。
次に、本発明の第10実施形態として、第1~第8実施形態の無線電力伝送装置に用いられる高効率電力伝送を行うための受信機40の制御アルゴリズムを説明する。
図10は、本発明の第10実施形態に係る無線電力伝送装置に用いられる受信機の制御アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
図10に示したフローチャートの概要を述べる。フローチャートの各ステップの詳細については、後記する。
第10実施形態の受信機の制御アルゴリズムでは、まず、受信電力があるか否かの判断が自動的に行われる。なお、受信電力がないと、受信機40を構成する制御に関係する各回路に電源を供給できない。
受信機40は、電力受信を始める準備として、可変リアクタンス回路23および特性インピーダンス可変変換回路22の値を増減する方向の初期値をあらかじめ設定しておく。
負荷回路21で電力受信が行われると、その電力を用いて可変リアクタンス回路23のリアクタンス値を増減させる為に、一旦、アンテナ29からの受信電力を測定し、設定されている増減方向に従ってリアクタンス値を変更する。
変更後、アンテナ29からの受信電力を測定し、この受信電力の増減を検証し、受信電力が減少した場合、リアクタンス値の変更方向を反転させる。
次に、電力伝送に用いている電磁波に変調成分が存在するかを確認し、この変調成分が存在すると、この変調成分を復調して受信機40の負荷回路21の消費電力を測定する。
その後、特性インピーダンス可変変換回路22の変換値を、設定されている増減方向に従って変更する。
変更後の受信機40の負荷回路21の消費電力を測定し、この消費電力の増減を検証し、消費電力が減少した場合、特性インピーダンス可変変換回路22の変換値の変更方向を反転させる。そして、再び可変リアクタンス回路23の制御へと戻る。
第10実施形態の受信機40の制御アルゴリズムによれば、受信機40の内部インピーダンスの虚部および実部の制御を、受信機可変リアクタンス回路23、受信機特性インピーダンス可変変換回路22を用いて具体的に実行できる。
図10における受信機40の制御アルゴリズムのフローチャートの各ステップについて、以下に順に説明する。
ステップS2001においては、まず、受信機40において、受信電力あるか否かの判定が自動的に行われる。
受信電力がある場合(Yes:S2001)は、ステップS2002に進む。
受信電力がない場合(No:S2001)は、ステップS2001の最初に戻る。
なお、受信電力がないと、受信機40を構成する制御に関係する各回路に電源を供給できない。
また、図10において、ステップS2001を「受信電力あり?」と表記している。
ステップS2002においては、受信機40が電力受信を始める準備として、まず可変リアクタンス回路(受信機可変リアクタンス回路)23の値を増減する方向の初期値を(例えば+側に)あらかじめ設定する。
なお、図10において、このステップS2002を「リアクタンス制御方向→‘+’」と表記している。
そして、ステップS2003に進む。
ステップS2003においては、受信機40が電力受信を始める準備として、次に、特性インピーダンス可変変換回路(受信機特性インピーダンス可変変換回路)22の値を増減する方向の初期値を(例えば+側に)あらかじめ設定する。
なお、図10において、このステップS2003を「特性インピーダンス制御方向→‘+’」と表記している。
そして、ステップS2004に進む。
ステップS2004においては、受信アンテナ29(図1)が受信した受信電力(Par1)を測定する。
なお、図10において、このステップS2004を「アンテナ受信電力測定:Par1」と表記している。
そして、ステップS2005に進む。
ステップS2005においては、ステップS2004で受信アンテナ29の受信電力(Par1)を測定した結果に基づき、設定されている増減方向に従って、測定で得られた可変リアクタンス回路23の変換値であるリアクタンス値を所定値の1ステップ分だけ変更する。
なお、図10において、このステップS2005を「1ステップリアクタンス制御」と表記している。
そして、ステップS2006に進む。
ステップS2006においては、ステップS2005でリアクタンス値を変更した後に、受信アンテナ29の受信電力(Par2)を再測定する。
なお、図10において、このステップS2006を「アンテナ受信電力測定:Par2」と表記している。
そして、ステップS2007に進む。
ステップS2007においては、ステップS2004で測定した受信電力(Par1)よりも、ステップS2006で測定した受信電力(Par2)が大きいか等しくなったか否かを比較する。
受信電力(Par2)が受信電力(Par1)よりも大きいか等しい場合(Yes:S2007)は、ステップS2009に進む。
また、受信電力(Par2)が受信電力(Par1)よりも小さい場合(No:S2007)は、ステップS2008に進む。
なお、図10において、このステップS2007を「Par2≧Par1?」と表記している。
ステップS2008においては、ステップS2007における受信電力の増減の検証しにおいて受信電力が減少したので、ステップS2005におけるリアクタンス値の調整が好ましくなかったとして、リアクタンス値の制御方向を反転させる。
なお、図10において、このステップS2008を「リアクタンス制御方向反転」と表記している。
そして、ステップS2009に進む。
ステップS2009においては、負荷回路21の消費電力(受信電力の実部に相当)を測定し、その測定値を参照して、送信機20と受信機40とで電力伝送に用いている電磁波に直接変調を施す。
なお、図10において、このステップS2009を「受信機負荷回路受信電力変調」と表記している。
そして、ステップS2010に進む。
ステップS2010においては、電力伝送に用いている電磁波に変調成分が存在するかを確認し、この変調成分が存在するので、この信号を復調して受信機40の負荷回路21の消費電力(受信電力、Plr1)を測定する。なお、前記したように、受信機40の負荷回路41の消費電力は、概ね受信機40の受信電力でもある。
なお、図10において、このステップS2010を「受信機負荷回路受信電力測定:Plr1」と表記している。
そして、ステップS2011に進む。
ステップS2011においては、ステップS2010で受信電力(Plr1)を測定した結果に基づき、設定されている増減方向に従って、測定で得られた特性インピーダンス可変変換回路22の変換値である特性インピーダンス値を所定値の1ステップ分だけ変更する。
なお、図10において、このステップS2011を「1ステップ特性インピーダンス制御」と表記している。
そして、ステップS2012に進む。
ステップS2012においては、ステップS2011で特性インピーダンス値を変更した後の受信機40の負荷回路21の消費電力(受信機40の受信電力、Plr2)を再測定する。
なお、図10において、このステップS2012を「受信機負荷回路受信電力測定:Plr2」と表記している。
そして、ステップS2013に進む。
ステップS2013においては、ステップS2010で測定した受信電力(Plr1)よりも、ステップS2012で測定した受信電力(Plr2)が大きいか等しくなったか否かを比較する。
受信電力(Plr2)が受信電力(Plr1)よりも大きいか等しい場合(Yes:S2013)は、ステップS2004の再び可変リアクタンス回路23の制御へと戻る。
また、受信電力(Plr2)が受信電力(Plr1)よりも小さい場合(No:S2013)は、ステップS2014に進む。
なお、図10において、このステップS2013を「Plr2≧Plr1?」と表記している。
ステップS2014においては、ステップS2013における変更後の受信機40の負荷回路21の消費電力(受信電力)の増減の検証において、消費電力(受信電力、Plr2)が減少したので、ステップS2011における特性インピーダンス値の調整が好ましくなかったとして、特性インピーダンス値の制御方向を反転させる。
なお、図10において、このステップS2014を「特性インピーダンス制御方向反転」と表記している。
そして、ステップS2004の再び可変リアクタンス回路23の制御へと戻る。
次に、本発明の第11実施形態について説明する。
図11は、本発明の第11実施形態に係る無線電力伝送装置を用いた画像表示システムの構成の一例を示す図であり、(a)は画像表示システム100を示し、(b)は画像表示装置110を示し、(c)は送信円偏波アンテナ9と送信機可変リアクタンス回路3と送信機特性インピーダンス可変変換回路2とを示している。
図11(a)において、画像表示システム100は、行列状に配置された複数の画像表示装置110と単一の無線給電装置101とで構成される。
また、受信円偏波アンテナ29には、第1実施形態~第5実施形態で示される受信機(20)が結合して、ディスプレイ111を動作させる電源を供給する。
なお、図11(b)において、受信機40(図1)の構成要素のうち受信機可変リアクタンス回路23、受信機特性インピーダンス可変変換回路22、および負荷回路21以外の要素は省略して表記している。
なお、図11(c)においては、送信機20(図1)の構成要素のうち送信機可変リアクタンス回路3、送信機特性インピーダンス可変変換回路2、および電力発生回路1以外の要素の記載を省略している。
図11(a)において、無線給電装置101は、上面に複数の送信円偏波アンテナ(9)が面状に配置されている。この送信円偏波アンテナ9には、第1実施形態~第5実施形態で示される送信機20(図1)が結合し、画像表示装置110への遠隔電力供給を実現する。
なお、画像表示に関するデータは、例えば無線LANなどの配線を不要とする方式で伝送する。
したがって、画像表示装置110の各画素を構成する単位画像表示装置の配置に際しては、前記したように結線が不要となるので、大画面の画像を実現するための装置の設置工数の大幅な低減と、断線、ショート等の原因を除去して該装置の設置上の安全性向上に効果がある。
次に、本発明の第12実施形態として、無線電力伝送装置を用いた移動体給電システムについて説明する。
図12は、本発明の第12実施形態に係る無線電力伝送装置を用いた移動体給電システムの構成の一例を示す図である。
図12において、移動体給電システム200は、移動体201と無線給電装置202とで構成される。
移動体201は、車輪222によって移動可能である。この移動体201は、下面に受信円偏波アンテナ29を備える。
この受信円偏波アンテナ29には、第6実施形態で示される受信機40(図6)が結合し、移動体201に電源を供給する。
なお、図12においては、この受信機40の構成要素のうち受信機可変リアクタンス回路23、受信機特性インピーダンス可変変換回路22、および蓄電池32以外の要素の表記は省略している。
なお、図12においては、送信機(20)の構成要素のうち送信機可変リアクタンス回路3、送信機特性インピーダンス可変変換回路2、電力発生回路1および送信円偏波アンテナ9以外の要素の表記を省略している。
第12実施形態によれば、移動体201が必要な時に自走して無線給電装置202の上方に移動し、必要とされる電源電力を充電できる。
したがって、移動体201に電力を充電する際の結線が不要となり、結線のための結合ハードウェアが削減でき、システムのハードウェアが簡略化できる。また、電気的結線部に発生する可能性があるとしての不安全ポテンシャルである断線、ショートを除去し、システムの安全性向上に効果がある。
次に、本発明の第13実施形態として、無線電力伝送を行う他の構成例1を説明する。
図13は、本発明の第13実施形態の無線電力伝送装置としての送信機1020と受信機1040、および送信アンテナ59と受信アンテナ79の他の構成例1を示す図であり、(a)は送信アンテナ59と受信アンテナ79の構成を示し、(b)は送信機1020の構成を示し、(c)は受信機1040の構成を示している。
なお、説明の都合上、(b)送信機、(c)受信機、(a)送信アンテナと受信アンテナ、の順に次に説明する。
図13(b)において、送信機特性インピーダンス可変変換回路52は「R1」、送信機可変リアクタンス回路53は「jX1」、送信復調回路56は、「DEMOD」、第一の送信制御回路57は「cont」、第二の送信制御回路58は「cont」、とそれぞれ表記している。
この送信円偏波アンテナ59と送信機可変リアクタンス回路53との間には、送信サーキュレータ54が備えられている。
そして、送信サーキュレータ54は、送信円偏波アンテナ59から送信機可変リアクタンス回路53へと流れる電力の一部を送信復調回路56に入力している。
この送信復調回路56は、復調出力を第二の送信制御回路58へ供給する。また、第二の送信制御回路58は、送信機特性インピーダンス可変変換回路52を制御する。
送信方向性結合器60は、送信機可変リアクタンス回路53から送信サーキュレータ54へと電力発生回路51で生成した電力を伝達する。
また、送信方向性結合器60は、送信円偏波アンテナ59から送信機可変リアクタンス回路53へと流れる電力の一部を送信電力計測回路55に入力する。この送信電力計測回路55は、その計測出力を第一の送信制御回路57へ供給する。また、第一の送信制御回路57は、送信機可変リアクタンス回路53を制御する。
図13(c)において、受信機特性インピーダンス可変変換回路72は「R2」、受信機可変リアクタンス回路73は「jX2」、受信変調回路76は「MOD」、第一の受信制御回路77は「cont」、第二の受信制御回路78は「cont」、とそれぞれ表記している。
受信円偏波アンテナ79と受信機可変リアクタンス回路73との間には受信サーキュレータ74が挿入されている。
この受信サーキュレータ74と受信機可変リアクタンス回路73との間には受信方向性結合器80が挿入されている。
また、第一の受信制御回路77は、受信機可変リアクタンス回路73を制御する。
第二の受信制御回路78は、負荷回路71の消費電力値を基に、受信機特性インピーダンス可変変換回路72を制御する。
また、受信変調回路76は、負荷回路71の消費電力値を基に、受信サーキュレータ74において、受信円偏波アンテナ79が捕獲した電力に変調を施す。
図13(b)、(c)において、第13実施形態で用いられる送信方向性結合器60および受信方向性結合器80の結合度は、送信機1020から受信機1040への電力伝送効率に与える影響を少なくする程度に低くする必要があり、たとえば-10dBから-20dBの値を用いる。
また、送信機1020内部の各回路要素への電源電力は、電力発生回路51から供給さる。また、受信機1040内部の各回路要素への電源電力は、負荷回路71から供給される。
図13においては、図の煩雑さを防ぐ目的で、これらの電源供給のための結線の図示を省略している。
図13(a)において、送信アンテナ59および受信アンテナ79は、それぞれのアンテナに微小矩形導体(300、図7)の組み合わせの集合による分布定数的なリアクタンスと、送信装荷リアクタンス239(リアクタンス素子)および受信装荷リアクタンス249(リアクタンス素子)が装荷される集中定数的なリアクタンスとが複合されて構成されている。
また、符号139および符号149は、それぞれ送信アンテナ59と受信アンテナ79の給電点である。
また、符号dは、送信アンテナ59および受信アンテナ79との距離を表している。この距離dは、電力を伝送する電磁波の波長の半分以下であることが望ましい。
なお、図13(a)においては、アンテナ(59、79)を構成する微小矩形導体の集合は、少ない個数で簡易的に表記されている。
ただし、図13(a)では、リアクタンス素子239(249)が更に装荷される。このリアクタンス素子239の装荷は前記した図7のアンテナ9、29には示されていなかったことである。
ここで、図13(a)でアンテナを構成する微小矩形導体が10×10であると想定した場合には、リアクタンス素子を装荷する微小矩形導体の接合辺の候補の数は、(10-1)×10×2である。
しかしながら、前記したように、超高速の計算機ハードウェアと、電磁界計算の高速計算アルゴリズムを用いることにより、多くの矩形導体から構成されるより微細構造を持ち、リアクタンス素子を装荷されたアンテナの設計が可能で、高効率電力伝送と安定的制御信号伝送を両立するより好適なアンテナ構造を見出すことができる。
図13(a)、(b)、(c)において、第13実施形態によれば、送信機1020の内部インピーダンスの虚部は、送信円偏波アンテナ59からの反射電力により制御され、受信機1040の内部インピーダンスの虚部は受信円偏波アンテナ79からの受信電力により制御される。
この制御によって、受信機1040には送信機1020からエネルギーが供給され、この供給されたエネルギーを用いて、受信機1040の内部インピーダンスの実部は、負荷回路71の受信電力値によって制御される。
また、送信機1020の内部インピーダンスの実部は、負荷回路71の受信電力値が受信変調回路76により送信機1020と受信機1040とが共有する電磁波に直接変調が施される。その結果として送信機側に出現する変調成分を送信復調回路56で再現した後、同電力を用いて制御される。
この制御によって、送信機1020から受信機1040への電磁波を用いた高効率の無線電力伝送が可能となる。
さらに、第13実施形態によれば、前記したように、送信アンテナ59および受信アンテナ79は、微小矩形導体(300、図7)が集合して構成する形状(パターン)による分布定数的なリアクタンスと、装荷したリアクタンス素子239、249(図13)による集中定数的なリアクタンスが存在する。
この集中定数的なリアクタンスが存在する構成により、送信機1020および受信機1040の内部リアクタンス変化に対する送受信間の電力伝送効率の変化を増大させることが可能となる。したがって、送信機1020及び受信機1040の内部インピーダンスの実虚部の制御により、送受信機間の電力伝送効率を大きく変化させることが出来る。
次に、本発明の第14実施形態として、無線電力伝送を行う装置の他の構成例2を説明する。
図14は、本発明の第14実施形態の無線電力伝送装置としての送信機1020と送受信機1050の他の構成例2を示す図であり、(a)は送信機1020、(b)は送受信機1050の構成を示している。
図13に示した第13実施形態と図14の第14実施形態との異なる点は、図13における受信機1040が図14において送受信機1050となっていることである。
また、この検波・インバータ回路81と内部インピーダンスの実部を可変制御する第二の受信制御回路78および受信変調回路76を統括制御するプロセッサユニット83が具備されている。
また、サーキュレータ74を介して受信アンテナ79より得られる信号を復調して、プロセッサユニット83に入力する受信復調回路84(第2の復調回路)を具備したことである。なお、このとき送信復調回路56は第1の復調回路とも称する。
そして、これらの構成によって、検波・インバータ回路81より発生する電力を、サーキュレータ74を介して受信アンテナ79より外部空間に放出することである。
その際、受信変調回路76を用いて外部に電力受信中である信号を送出する。
また、負荷回路71の消費電力により受信電力が無いことを認識した場合、プロセッサユニット83は、検波・インバータ回路81をインバータモードとして蓄電池82に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、サーキュレータ74を介し、受信アンテナ79より外部に電力を送出する。
その際、プロセッサユニット83は、受信変調回路76を用いて電力受信要求信号を、受信アンテナ79を介して外部空間に送出する。
なお、図14(b)において、受信復調回路84(第2の復調回路)は「DEMOD」、プロセッサユニット83は「MPU」とそれぞれ表記している。
また、図14(a)の送信機1020は、図13(b)と同一の構成であり、図14(b)の送受信機1050において、前記のように説明した以外の要素は、図13(c)で同一の符号で表記され、構成も基本的には同一であるので、重複する説明は省略する。
次に、本発明の第15実施形態として、無線電力伝送を行う装置の他の構成例3を説明する。
図15は、本発明の第15実施形態の無線電力伝送装置としての送信機1020と送受信機1051、1052の他の構成例3を示す図であり、(a)は送信機1020、(b)は送受信機1051、(c)は二つめの送受信機1052の構成を示している。
図15に示す第15実施形態が図14に示す第14実施形態と異なる点は、図14の送受信機1050と同一構成の送受信機が、図15において、送受信機1051と送受信機1052の2台となり、送信機1020とによる無線電力伝送のシステムを構成していることである。
なお、送信機1020は、図14と図15で同一の符号で表記され、構成も基本的には同一であるので、重複する説明は省略する。
また、他の送受信機1052は、一対の組の送信機1020および送受信機1052との電力伝送効率が最低となるように設定される。このとき、送信機1020および送受信機1051のインピーダンスの実部および虚部の関係は、電力伝送効率が最大となるように制御されることになる。
また、他の送受信機1051は、一対の組の送信機1020および送受信機1051との電力伝送効率が最低となるように設定される。このとき、送信機1020および送受信機1052のインピーダンスの実部および虚部の関係は、電力伝送効率が最大となるように制御されることになる。
以上のように、第15実施形態によれば、一つの送信機1020より複数の送受信機1051、1052に電力を伝送可能とすることができる。
次に、本発明の第16実施形態として、無線電力伝送を行う装置の他の構成例4を説明する。
図16は、本発明の第16実施形態の無線電力伝送装置としての送信機1020と送受信機1061、1062の他の構成例4を示す図であり、(a)は送信機1020、(b)は送受信機1061、(c)は二つめの送受信機1062の構成を示している。
図16に示す第16実施形態が図15に示す第15実施形態と異なる点は、送受信機1051、1052の代わりに、異なる構成の送受信機1061、1062を備えたことである。なお、送信機1020については、図15と図16とで同じ構成である。
第16実施形態によれば、受信機可変リアクタンス回路373、473の制御を、負荷回路371、471の消費電力を用いて実現するので、送信機1020から送受信機1061、1062への電力伝送の効率が向上し、かつ電力送信直後から高効率伝送状態となるまでの時間を短縮することが可能である。
なお、他の要素は図15と図16で同一の符号で表記され、構成も基本的には同一であるので、重複する説明は省略する。
次に、本発明の第17実施形態として、無線電力伝送を行う装置の他の構成例5を説明する。本実施形態の第17実施形態においては、第15実施形態で示した送信機1020と複数台の送受信機(1051、1052)とを用いた場合で、電力をリレー式に伝送する例について説明する。なお、第17実施形態においては、送受信機1053が追加されている。
図17は、本発明の第17実施形態に係る無線電力伝送を行う装置を用いたリレー式電力遠隔伝送システムの構成と、電力が順に伝送される様子を示す図であり、(a)は第一の送受信機の蓄電池がフル充電、(b)は第一の送受信機が蓄電池内部に蓄えられている電力の半分を第二の送受信機に転送、(c)は再び第一の送受信機の蓄電池内部に電力が蓄積、(d)は第二の送受信機の蓄電池がフル充電、(e)は第二の送受信機が蓄電池内部に蓄えられている電力の半分を第三の送受信機に転送、(f)は再び第二の送受信機の蓄電池内部に電力が蓄積される状態を示している。
なお、(a)~(f)は、時間の推移における各状態を示している。
また、受信アンテナ379および検波・インバータ回路381および蓄電池382を備えた第一の送受信機1051と、同様の構成を示す受信アンテナ479および検波・インバータ回路481および蓄電池482を備えた第二の送受信機1052と、同様の構成を示す受信アンテナ579および検波・インバータ回路581および蓄電池582を備えた第三の送受信機1053が間隔を置き、備えられている。
以上の構成の図17は、一つの送信機と三つの送受信機の状態の変化を特に蓄電池に蓄えられる電力量に着目して時系列的に示したものである。
先ず、送信機1020および第一の送受信機1051は、電力伝送効率が高くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
また、送信機1020および第二の送受信機1052は、電力伝送効率が低くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
また、送信機1020および第三の送受信機1053は、電力伝送効率が低くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
これらの調整は、送信機1020および送受信機1051、1052、1053が有する変調回路と復調回路で生成および再生する信号を用いて、各機器の間で無線によって行われる。
第一の送受信機1051の蓄電池382がフル充電と見なされる(図17(a))ようになると、第一の送受信機1051は、電力伝送開始信号をプロセッサユニットにあらかじめ格納されている第二の送受信機1052に対応するID(Identification)を付与して発信する。なお、蓄電池382がフル充電された状態をハッチングで黒く示された状態で表現している。
第二の送受信機1052は、自己のIDが付与された電力伝送開始信号を受信し、第一の送受信機1051と第二の送受信機1052は、電力伝送効率が高くなるように其々の内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
また、自己のIDとは異なるIDが付与された電力伝送開始信号を受信した送信機1020と第三の送受信機1053は、他の機器との電力伝送効率が低くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
その結果として第一の送受信機1051が蓄電池内部に蓄えられている電力の半分を第二の送受信機1052に転送する(図17(b))。なお、蓄電池382と蓄電池482が半分だけ充電された状態をハッチングで半分黒く示された状態で表現している。
また、第一の送受信機1051が第二の送受信機1052への電力転送量があらかじめ定められている規定値を下回ることを確認したら、この第一の送受信機1051は送信機のIDを付与して電力受信開始信号を送信する。
送信機1020は自分のIDが付与された電力受信開始信号を受信し、送信機1020と第一の送受信機1051は、電力伝送効率が高くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
また、自己のIDとは異なるIDが付与された電力受信開始信号を受信した第二の送受信機1052と第三の送受信機1053は、他の機器との電力伝送効率が低くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
その結果として、再び、第一の送受信機1051の蓄電池382内部に電力が蓄積される(図17(c))。
また、第一の送受信機の蓄電池382がフル充電と見なされるようになると、同様の動作が繰り返される。
その後、第二の送受信機1052の蓄電池482がフル充電と見なされる(図17(d))ようになると、第二の送受信機1052は電力伝送開始信号をプロセッサユニットにあらかじめ格納されている第三の送受信機1053に対応するIDを付与して発信する。
第三の送受信機1053は、自分のIDが付与された電力伝送開始信号を受信し、第二の送受信機1052と第三の送受信機1053は、電力伝送効率が高くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
また、自己のIDとは異なるIDが付与された電力伝送開始信号を受信した送信機1020と第一の送受信機1051は他の機器との電力伝送効率が低くなるように其々の内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
その結果として第二の送受信機1052が蓄電池482内部に蓄えられている電力の半分を第三の送受信機1053に転送する(図17(e))。
また、第二の送受信機1052が第三の送受信機1053への電力転送量があらかじめ定められている規定値を下回ることを確認したら、第二の送受信機1052は、第一の送受信機1051のIDを付与して電力受信開始信号を送信する。
第一の送受信機1051は、自分のIDが付与された電力受信開始信号を受信し、第一の送受信機1051と第二の送受信機1052は、電力伝送効率が高くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整する。
また、自己のIDとは異なるIDが付与された電力受信開始信号を受信した送信機1020と第三の送受信機1053は、他の機器との電力伝送効率が低くなるようにそれぞれの内部インピーダンスの実部と虚部の値を調整し、結果として、再び、第二の送受信機1052の蓄電池482内部に電力が蓄積される(図17(f))。
同様の動作が繰り返され、最終的にすべての送受信機の充電池がフル充電される(不図示)。
第17実施形態によれば、複数の電力伝送用送受信機を遠隔に配列することにより、遠方に電力をリレー形式で伝送することができる。
なお、第17実施形態において、送受信機は第15実施形態の送受信機1051、1052で説明したが、第14実施形態や第16実施形態で説明した送受信機を用いても同様のリレー式の電力の伝送が可能である。
次に、本発明の第18実施形態として、前記した各実施形態の無線電力伝送装置を用いた無線バックアップ電力・情報伝送ネットワークとそのシステムの構成例を説明する。
図18は、本発明の第18実施形態に係る無線電力伝送装置を用いた無線バックアップ電力・情報伝送ネットワークとそのシステムの構成の一例を示す図である。
図18において、親装置500と複数の子装置600は、無線電力伝送装置が備えられ、電力と情報を伝送する給電装置である。
電力と情報を伝送する一つの親装置500は、複数の子装置600と複数の情報・電力伝送ケーブル550により接続されている。
子装置600のあるものは親装置500と直接、情報・電力伝送ケーブル550により接続されている。また、子装置600のあるものは、他の子装置600を介して親装置500と情報・電力伝送ケーブル550により接続されている。
また、子装置600には、第14実施形態で説明した受信アンテナ79と検波・インバータ回路81、および蓄電池82を備える無線電力伝送装置の送受信機1050が設置されている。
第18実施形態では、親装置500と子装置600との間で有線である情報・電力伝送ケーブル550により情報と電力の相互伝送が実現されている。
また、親装置500と子装置600との間、および複数の子装置600の相互間で、無線による電力の伝送を行う無線電力伝送3000も可能な構成となっている。
なお、有線である複数の情報・電力伝送ケーブル550によって、電力・情報伝送ネットワーク(有線ネットワーク(550))が形成され、無線である複数の無線電力伝送3000によって、無線ネットワーク(3000)が形成され、電力・情報伝送ネットワーク(有線ネットワーク)を無線ネットワークがバックアップするネットワークとシステムを構成している。
さらに電力伝送装置が有する送信機1020および送受信機1050間で実現されている制御信号通信用の無線回線を用いて通信をする機能も兼ね揃えているので、電力伝送と通信を実現する無線バックアップ電力・情報伝送ネットワークによる電力と情報のバックアップが可能となる。
なお、第18実施形態において、送受信機は第14実施形態の送受信機1050で説明したが、第15実施形態~第17実施形態で説明した送受信機を用いても同様のリレー式の電力の伝送が可能である。
次に、本発明の第19実施形態として、前記した各実施形態の無線電力伝送装置を用いた無線バックアップ電力給電ネットワークとそのシステムの構成例を説明する。
図19は、本発明の第19実施形態に係る無線電力伝送を用いた無線バックアップ電力給電ネットワークとそのシステムの構成の一例を示す図である。
図19において、統合管理装置1500と複数の給電装置1600は、無線電力伝送装置が備えられ、電力と情報を伝送する給電装置である。
一つの統合管理装置1500は、複数の給電装置1600と複数の情報・電力伝送ケーブル550により接続されている。
また、給電装置1600のあるものは統合管理装置1500と直接、情報・電力伝送ケーブル550により接続されている。
また、給電装置1600のあるものは、他の給電装置1600を介して統合管理装置1500と情報・電力伝送ケーブル550により接続されている。
また、パワーショベル機器1700およびフォークリフト機器1800は、必要な電力を給電装置1600より随時調達し、統合管理装置1500への情報の相互伝送を、給電装置1600を介して行う。
統合管理装置1500には、第14、第18実施形態で説明した送信アンテナ59と電力発生回路51を具備する無線電力伝送装置の送信機が設置されている。
また、給電装置1600には、第14、第18実施形態で説明した受信アンテナ79と検波・インバータ回路81、および蓄電池82を具備する無線電力伝送装置の送受信機が設置されている。
この情報・電力伝送ケーブル550に障害が生じ、有線で統合管理装置1500と給電装置1600との間の情報と電力の相互伝送が遮断されても、この無線電力伝送3000を実行する送信機1020(59、51)および送受信機1050(79、81、82)により電力の伝送はバックアップされる。
さらに電力伝送装置が有する送信機および送受信機間で実現されている制御信号通信用の無線回線を用いて通信をする機能も兼ね揃えているので、電力伝送と通信を実現する有線ネットワーク(550)の無線ネットワーク(3000)によるバックアップが可能となる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、本発明はこれら実施形態およびその変形に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもよく、以下にその例をあげる。
図1に示した第1実施形態において、送信機20と受信機40の内部インピーダンスの実部の調整は、それぞれ送信機特性インピーダンス可変変換回路2と受信機特性インピーダンス可変変換回路22を用いて行う例を示した。しかしながら「特性インピーダンス」という概念に拘らずに、内部インピーダンスの実部の調整を行うという観点では、「回路レジスタンス」という概念でよい。つまり、「特性インピーダンス」でも「回路レジスタンス」でもインピーダンスの実部であるという観点では概ね同一である。
したがって、送信機20と受信機40の内部インピーダンスの実部である回路レジスタンスを調整するという観点の回路としてもよい。
また、図1においてのみならず、図2~図6における特性インピーダンス可変変換回路(2、22、42)および図13~図16における特性インピーダンス可変変換回路(52、72、372、472)は、回路レジスタンス可変変換回路を用いることもできる。
また、特性インピーダンス可変変換回路の代わりに回路レジスタンス可変変換回路を用いた場合には、図8のタイムチャート、図9、図10のフローチャートにおいて、特性インピーダンスに該当する箇所は、回路レジスタンスに置き換えるものとする。
図9に示した送信機20のフローチャートにおいて、送信機20のリアクタンス値を1ステップずつ変更する箇所がある。すなわち、ステップS1005で、リアクタンス値を所定値の1ステップ分だけ変更する。そして、以降のフローの手順を実施し、適切ではない場合に、再びステップS1005に戻ったときに、さらにリアクタンス値を所定値の1ステップ分だけ変更する。これを繰り返して、徐々に最適化を図る方式である。
しかしながら、所定値の1ステップ分だけ変更では、最適化のための変化が小さいと検知した場合には、複数のステップ分を一度に変更する方式もある。
また、図9のフローチャートにおいては、ステップS1011で、特性インピーダンス値を所定値の1ステップ分だけ変更する。この場合においても、所定値の1ステップ分だけ変更では、最適化のための変化が少ないと検知した場合には、複数のステップ分を一度に変更する方式もある。
これらの場合においても、所定値の1ステップ分だけ変更では、最適化のための変化が少ないと検知した場合には、複数のステップ分を一度に変更する方式も同様にある。
また、複数のステップ分を変更した際に、ステップS1008、S1014、S2008、S2014において、制御方向の反転が頻繁に起こる場合には、1ステップ分だけの変更に戻したり、さらに0.5ステップ分としたりして、変更分を可変して、短時間の収束性と高精度を両立させる方法もある。
図1の第1実施形態において、アンテナは、送信円偏波アンテナ9、受信円偏波アンテナ29として、円偏波アンテナの実施形態例を説明した。
また、図4の第4実施形態において、アンテナは、送信直線偏波アンテナ19、受信直線偏波アンテナ39として、直線偏波アンテナの実施形態例を説明した。
しかしなから、これらのアンテナに限定されるものではない。図1の第1実施形態で直線偏波アンテナを用いてもよく、また図4の第4実施形態において、円偏波アンテナを用いてもよい。また、円偏波アンテナや直線偏波アンテナ以外のアンテナを用いることも可能である。
図7では、アンテナを構成する微小矩形導体が前記したように10×10である場合の例を模式的に示したが、アンテナの構成が10×10に限定されるものではない。
区画の一辺が10を超えて、例えば20×20でもよい。また、計算機ハードウェアの計算能力の向上や計算ソフトの改良が進めば、例えば100×100でもよいし、それ以上の個数の構成でもよい。アンテナを構成する区画数が増大すれば、円形や多角形のアンテナも近似よくシミュレーションが可能となる。
また、10×10の正方形の形状でなくとも、例えば10×20のような長方形の形状で、シミュレーションを行う方法もある。
また、アンテナの形状は平面に限定されるものではなく、三次元の形状や、表面に凹凸を持つ平面構造であってもよい。
また、アンテナを構成する素材が、平面や立体や凹凸構造の各部分において、異なった素材で構成されてもよい。
このような方法により、アンテナの構成の種類が増加し、より目的に適った特性のアンテナを選択できる可能性がある。
図13(a)では、送信アンテナ59と受信アンテナ79のそれぞれに送信装荷リアクタンス239および受信装荷リアクタンス249として、それぞれ1個ずつのリアクタンス素子を装荷する例を示した。
しかしながら、装荷するリアクタンス素子は1箇所に限定されるものではない。複数個所にリアクタンス素子を装荷してもよい。また、複数個の装荷したリアクタンス素子の静電容量値や周波数特性などの特性が異なる場合もある。
このような複数個のリアクタンス素子を装荷した場合には、より目的に適った特性のアンテナを選択できる可能性がある。
図18、図19に示した第18、第19実施形態においては、情報・電力伝送ケーブル550が設けられた経路に、無線電力伝送3000が設けられ、情報・電力伝送ケーブル550に障害が発生した場合に、同じ経路に配置された無線電力伝送3000がバックアップするという構成例を示した。したがって、情報・電力伝送ケーブル550で構成された有線ネットワーク(550)と無線電力伝送3000で構成された無線ネットワーク(3000)が概ね同じ構成である例を示した。
例えば、親装置500(図18)あるいは統合管理装置1500(図19)が対象領域の概ね円の中心に位置し、複数の情報・電力伝送ケーブル550が放射状に配置され、その先、もしくは途中に子装置600や給電装置1600が配置されて有線ネットワーク(550)を構成する。また、複数の無線電力伝送3000は、配置された子装置600や給電装置1600を円周状もしくは同心円状の経路に配置されて無線ネットワーク(3000)を構成する。この場合には、有線ネットワークと無線ネットワークは位相幾何学的に異なる形状であるが、有線ネットワークに発生した障害を無線ネットワークでバックアップすることが可能となる。
図19に示した第19実施形態においては、給電装置1600からパワーショベル機器1700、およびフォークリフト機器1800が電力を給電することを示した。しかし、給電を受ける機器は、パワーショベル機器1700やフォークリフト機器1800に限定されるものではない。例えば、クレーンやトレンチャーでもよい。また、工事現場の機器に限らず、農作におけるトラクター、コンバイン、耕運機、田植機などの農耕機器でもよい。このように無線によって、給電を受ける機器は様々である。
図1~図6、図13~図16の実施形態においては、無線電力伝送における無線の周波数は所定の周波数で行うものとして説明した。
しかしながら、環境や電力伝送の対象とする機器によっては、無線電力伝送における無線の周波数を可変とする方式もある。
また、電力伝送を受信する機器が複数台ある場合には、受信する機器に応じて周波数を切換える方式もある。
このような複数の周波数を選択することによって、そのときの環境やノイズ状況に適した信頼度の高い無線電力伝送ができる可能性がある。
以下に、本発明、本実施形態で用いた非接触の電磁波による磁気共鳴による電力伝送の手法、手段、およびその関連技術について補足説明する。
送信アンテナと受信アンテナで構成される系は、両アンテナ間を電力伝送する能力を示す相互インピーダンスと各アンテナの入力インピーダンスを示す自己インピーダンスによって記述される。
送信機と受信機の距離が波長に比べて無視できないオーダーにあるとき、送信アンテナと受信アンテナの間には電界および磁界が無視できない程度に共存する。したがって、これらアンテナ間の相互インピーダンスは、虚部と実部がお互いに無視できないオーダーで存在する。
このため、電力発生回路側から送信アンテナ側を見込んだインピーダンスは、虚部と実部が互いに無視できないオーダーで共存し、逆に、負荷回路側から受信アンテナ側を見込んだインピーダンスも虚部と実部がお互いに無視できないオーダーで共存する。
電磁波によって伝送される電力の実部は、放射性のエネルギーであって、電磁波として電界と磁界によりエネルギーが伝搬され、距離とともに、単位体積当たりのエネルギーが減少していく。なお、この現象を用いてエネルギーを伝搬させるのが一般的な電磁波による電力伝送である。
しかしながら、送信アンテナと受信アンテナの距離が電磁現象の波長λより概ね(λ/2)以下の短い距離(送信アンテナと受信アンテナの往復ではλ)の範囲においては、送信アンテナと受信アンテナの近傍に放射されずに蓄積されているそれぞれの電力の虚部のエネルギーは、非放射性のエネルギーとして相互作用をする。
そして、送信アンテナと受信アンテナのインピーダンスがマッチングすると、共振現象に類する作用によって、送信アンテナから受信アンテナに電磁エネルギーを伝搬させることができる。なお、非放射性であるので送信アンテナと受信アンテナの近傍以外にはエネルギーが流出せずに伝搬するので、高効率の電力伝送となる。
この現象が磁気共鳴による電力伝送と称されるものである。
このため、電力発生回路と負荷回路の内部インピーダンスを動的に制御し、電力発生回路と送信アンテナを含む送信回路と負荷回路と受信アンテナを含む受信回路の実部および虚部のインピーダンス整合を行うことで送信側から受信側への最大電力伝送効率が実現可能である。
ここで、残存する問題は、送信アンテナと受信アンテナの内部インピーダンスの虚部および実部をどのような手段で動的に制御するかであるが、これらの虚部と実部の物理的性質に着目することにより解決手段は明らかになる。
すなわち、内部インピーダンスの虚部は、電力伝送による電磁波エネルギーの虚成分に対応するので、この虚部に関わるエネルギーは、前記したように、送信アンテナおよび受信アンテナ近傍に局在化させることができる。
送信側から受信側に高効率の電力伝送が実現している場合、この虚のエネルギーは送信アンテナおよび受信アンテナ近傍に局在化し、外部空間へのエネルギーの散逸が抑制されていると考えられるから、送信側の内部インピーダンスの虚部の制御は、電力発生回路と送信アンテナの間のエネルギー変動が極小となるようにすれば良い。
すなわち、内部インピーダンスの虚部の制御は送信側、受信側で個別に制御可能でこれにより、送信側から受信側へのある程度の電力伝送が期待できる。
このように、内部インピーダンスの虚部の制御により送信側から受信側への電力供給がある程度実行されると、この供給電力を用いて負荷回路の受信電力の値を送信側に送る手段を講じる準備が整う。
電磁波のエネルギーの実部は、電界と磁界が共存する形態で発生するから、外部空間へと広がりを持ち、送信アンテナおよび受信アンテナ近傍に局在することは望めない。
このため、負荷回路の受信電力を最大化させるためには、同受信電力の状態を直接用いて送信側および受信側、すなわち電力発生回路と負荷回路の内部インピーダンスの実部を制御(特性インピーダンス可変変換回路2、22、図1)する必要がある。
送信側および受信側の内部インピーダンスの虚部の制御(可変リアクタンス回路3、23、図1)により、受信側には使用可能な電力が存在しており、かつ送信側と受信側は、電磁波の虚のエネルギーで結合しているから、受信側で同電磁波に得られた電力を用いて受信電力値を計測(受信電力計測回路25、図1)する。
この変調を送信側で復調(送信復調回路6、図1)することにより負荷回路の受信電力値を知ることができ、同受信電力値を用いて送信側、すなわち電力発生回路(1、図1)の内部インピーダンスの実部を動的制御可能(特性インピーダンス可変変換回路2、図1)となる。受信側すなわち負荷回路の内部インピーダンスの実部は、受信側で得られる負荷回路の受信部電力値をそのまま用いて動的制御可能である。
2、52 特性インピーダンス可変変換回路、送信機特性インピーダンス可変変換回路、(回路レジスタンス可変変換回路、送信機回路レジスタンス可変変換回路)
3、53 可変リアクタンス回路、送信機可変リアクタンス回路
4、54 送信サーキュレータ
5、55 送信電力計測回路
6、56 送信復調回路(第1の復調回路)
7、57 第一の送信制御回路
8、58 第二の送信制御回路
9、59 送信円偏波アンテナ
10、60 送信方向性結合器
14 第二の送信方向性結合器
19 送信直線偏波アンテナ
20、1020 送信機
21、41、71、371、471 負荷回路
22、42、72、372、472 特性インピーダンス可変変換回路、受信機特性インピーダンス可変変換回路、(回路レジスタンス可変変換回路、受信機回路レジスタンス可変変換回路)
23、43、73、373、473 可変リアクタンス回路、受信機可変リアクタンス回路、
24、44、74、374、474 受信サーキュレータ
25、45、75、375、475 受信電力計測回路
26、46、76、376、476 受信変調回路(変調回路)
27、47、77、377、477 第一の受信制御回路
28、48、78、378、478 第二の受信制御回路
29、49、79、379、479、579 受信円偏波アンテナ
30、50、80、380、480 受信方向性結合器
31、84、384、484 受信復調回路(第2の復調回路)
32、82、382、482、582 蓄電池
33 整流回路
34 第二の受信方向性結合器
39 受信直線偏波アンテナ
40、70、1040 受信機
1050、1051、1052、1053、1061、1062 送受信機
81、381、481、581 整流・インバータ回路
83、383、483 プロセッサユニット
100 画像表示システム
101、202 無線給電装置
109、139 送信アンテナ給電点
110 画像表示装置
111 ディスプレイ
149、209 受信アンテナ給電点
200 移動体給電システム
201 移動体
222 車輪
239 送信装荷リアクタンス(リアクタンス素子)
249 受信装荷リアクタンス(リアクタンス素子)
300 微小矩形導体
500 親装置
550 情報・電力伝送ケーブル(有線ネットワーク)
600 子装置、
1500 統合管理装置
1600 給電装置
1700 パワーシャベル装置
1800 フォークリフト装置
2000 活動エリア
3000 無線電力伝送(無線ネットワーク)
Claims (19)
- 電磁波を送信する送信アンテナと電力送信回路とを有する送信機と、
電磁波を受信する受信アンテナと電力受信回路とを有する受信機と、
を備え、
前記電力送信回路は、前記送信アンテナに対する反射電力に基づいて前記電力送信回路の回路リアクタンスを可変制御することで前記送信する電磁波の電力の虚部を制御し、
前記電力送信回路は、前記受信アンテナから前記受信機が受信した電力を前記受信機が電力伝送の電磁波を用いて前記送信機に伝送した電力に基づいて前記電力送信回路の回路レジスタンスまたは特性インピーダンスを可変制御することで前記送信する電磁波の電力の実部を制御する
ことを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項において、
前記電力送信回路と前記電力受信回路が、ともに可変リアクタンス回路と、回路レジスタンス可変変換回路または特性インピーダンス可変変換回路、とを具備し、
前記電力送信回路と前記電力受信回路のそれぞれの回路リアクタンスの制御をそれぞれの前記可変リアクタンス回路によって行い、
前記電力送信回路と前記電力受信回路のそれぞれの回路レジスタンスまたは特性インピーダンスの制御を、それぞれの前記回路レジスタンス可変変換回路または前記特性インピーダンス可変変換回路によって行う
こと特徴とする無線電力伝送装置。 - 電磁波を送信する送信アンテナと電力送信回路とを有する送信機と、
電磁波を送受信する送受信アンテナと電力送受信回路とを有する送受信機と、
整流回路と、
インバータ回路と、
蓄電池と、
を備え、
前記電力送信回路は、前記送信アンテナに対する反射電力に基づいて前記電力送信回路の回路リアクタンスを可変制御することで前記電磁波の電力の虚部を制御し、
前記電力送信回路は、前記送受信アンテナから前記送受信機が受信した電力を前記送受信機が電力伝送の電磁波を用いて前記送信機に伝送した電力に基づいて前記電力送信回路の回路レジスタンスまたは特性インピーダンスを可変制御することで前記電磁波の電力の実部を制御し、
前記電力送受信回路が取り込んだ電力を前記整流回路で直流電力に変換し、
該直流電力を前記蓄電池に保存し、
該蓄電池に保存された直流電力を前記インバータ回路によって交流電力に変換し、
該交流電力を前記電力送受信回路が、前記送受信アンテナを介して外部空間に送出することを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第3項において、
前記電力送信回路と前記電力送受信回路が、ともに可変リアクタンス回路と、回路レジスタンス可変変換回路または特性インピーダンス可変変換回路、とを具備し、
前記電力送信回路と前記電力送受信回路のそれぞれの回路リアクタンスの制御をそれぞれの前記可変リアクタンス回路によって行い、
前記電力送信回路と前記電力送受信回路のそれぞれの回路レジスタンスまたは特性インピーダンスの制御を、それぞれの前記回路レジスタンス可変変換回路または前記特性インピーダンス可変変換回路によって行う
こと特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか一項において、
前記電力送信回路が第1の復調回路を具備し、
前記電力受信回路または前記電力送受信回路が、変調回路および第2の復調回路を具備し、
前記変調回路は、前記電力受信回路または前記電力送受信回路の受信電力に基づいて、前記電力伝送の電磁波を変調し、
前記第1または第2の復調回路は、前記電力伝送の電磁波の変調した信号を復調し、
前記第1または第2の復調回路が復調した信号に基づいて、前記電力送信回路および、前記電力受信回路または前記電力送受信回路の回路レジスタンスまたは特性インピーダンスを制御する
こと特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第2項乃至第4項のいずれか一項において、
前記電力送信回路および、電力受信回路または電力送受信回路は、それぞれの回路リアクタンスの制御と、回路レジスタンスまたは特性インピーダンスの制御を時系列的に交互に行うことを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第2項乃至第4項のいずれか一項において、
前記電力送信回路および、電力受信回路または電力送受信回路は、それぞれの回路リアクタンスの制御を、回路レジスタンスまたは特性インピーダンスの制御の前に行うことを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第2項乃至第4項のいずれか一項において、
前記電力送信回路および、電力受信回路または電力送受信回路は、それぞれの回路の回路レジスタンスまたは特性インピーダンスの制御を間欠的に交互に行うことを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか一項において、
前記送信アンテナおよび、前記受信アンテナまたは前記送受信アンテナが、円偏波アンテナまたは直線偏波アンテナであることを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか一項において、
前記送信アンテナおよび、前記受信アンテナまたは前記送受信アンテナが、微小矩形導体の集合体で形成されることを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか一項において、
前記送信アンテナおよび、前記受信アンテナまたは前記送受信アンテナに、リアクタンス素子が装荷されることを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項または第2項において、
前記電力受信回路がさらに整流回路と蓄電池を具備し、受信電力を前記整流回路を介して前記蓄電池に蓄積することを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか一項において、
前記受信機または前記送受信機の数が、前記送信機の数より多いことを特徴とする無線電力伝送装置。 - 請求の範囲第1項または第2項に記載の無線電力伝送装置の前記送信機の集合体である無線電力供給装置と、複数の前記受信機を具備する画像表示装置とを備えることを特徴とする画像表示システム。
- 請求の範囲第1項または第2項に記載の無線電力伝送装置の前記送信機を具備する無線給電装置と、前記受信機を具備する移動体とを備えたことを特徴とする移動体給電システム。
- 請求の範囲第3項または第4項に記載の無線電力伝送装置の前記送信機と複数の前記送受信機とで電力伝送を行う際に、
隣接する特定の一組の前記送信機と前記送受信機との間で電力伝送効率が高くなるように前記電力送信回路および前記送受信回路において回路の特性インピーダンスの制御を行い、
他の複数の一組の前記送信機と前記送受信機との間で電力伝送効率が低くなるように前記電力送信回路および前記送受信回路において特性インピーダンスの制御を行う
ことを特徴とする無線電力伝送システム。 - 請求の範囲第3項または第4項に記載の無線電力伝送装置の前記送信機と前記送受信機とで電力伝送を行う際に、
特定の前記送信機を含む隣接する電力伝送効率の高い前記送信機と前記送受信機の組が、同一の機器であって送信機と受信機の役割を交互に換えながら他の前記送信機と前記送受信機の組へ電力伝送を行い、
異なる前記送信機と前記送受信機の組がリレー式に電力伝送を行い、
該電力伝送を繰り返すことによって、前記特定の送信機から離れた地点の前記送受信機に電力を伝送する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。 - 請求の範囲第3項または第4項に記載の無線電力伝送装置が複数の給電装置に設置され、
該複数の給電装置が有線ケーブルで接続され、
さらに該複数の給電装置の間を、無線で電力および情報を相互伝送する
ことを特徴とする無線バックアップ電力・情報伝送ネットワーク。 - 請求の範囲第3項または第4項に記載の無線電力伝送装置が複数の給電装置に設置され、
該複数の給電装置が有線ケーブルで接続され、
該複数の給電装置の間を、無線で電力および情報を相互伝送し、
さらに前記各給電装置が有限のエリアを統括し、該エリア内で活動する機器に電力を給電する
ことを特徴とする無線バックアップ電力給電ネットワーク。
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