WO2014049906A1

WO2014049906A1 - 無線電力受電装置及び無線給電方法

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Publication number: WO2014049906A1
Application number: PCT/JP2013/002734
Authority: WO
Inventors: 圭史小坂; 俊亘小勝; 充昭金田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-04-03
Anticipated expiration: 2015-03-27
Also published as: JPWO2014049906A1

Description

無線電力受電装置及び無線給電方法

　本発明は、無線電力を受電する無線電力受電装置及び無線給電方法に関する。

　近年、さまざまな無線電力供給技術が開発され、一部が実用化されるに至っている。

　無線電力供給技術の例としては、例えば特許文献１のように、対向させた送電コイルと受電コイル間で発生する誘導電流を利用して、無線で電力を供給するものや、例えば、特許文献２や特許文献３のように、シート状の電磁場伝播媒体（以下、給電シートと称する）中に電力を行き渡らせ、給電シート上自由な位置に置かれた負荷に対し、無線で電力を供給する、といったものがある。

　一方、たとえば照明装置において、特許文献４に示されるように、発光状態にゆらぎや特定の変化を持たせることで、リラックス効果や、エンターテインメント性を向上させることができる。

　さらに、たとえば送風装置において、特許文献５に示されるように、送風状態にゆらぎや特定の変化を持たせることで、リラックス効果や、エンターテインメント性を向上させることができる。

特開２００２－２５１９０１号公報特開２００９－１０５５９９号公報国際公開第２００７／３２０４９号公報特開２００９－２５２６９３号公報特開２００９－２９２６２９号公報

　しかし、照明装置や送風装置などの電気機器において、発光や送風などの出力状態に、ゆらぎや特定の変化を持たせるには、別途電気回路などの専用装置が必要であり、コストが増加する、という課題があった。
　このような課題を受け、本発明の目的は、別途専用装置を用いず低コストで、電気機器の出力状態に変化を生じさせることができる、無線電力受電装置及び無線給電方法を提供することである。

　上記目的を達成するための本発明の一様態にかかる無線電力受電装置は、無線電力源から無線電力を受電する受電部と、自身もしくは自身に連結する物体に設けられた凸部形状により揺動運動可能な接点を有する揺動構造と、揺動運動によって無線電力源から前記受電部間の位置関係が変動することにより変化した無線電力量に応じた電力を電子機器に出力する電力出力部を備えたものである。

　上記目的を達成するための本発明の一様態にかかる無線給電方法は、無線電力源から無線電力を受電するステップと、自身もしくは自身に連結する物体に設けられた凸部形状により揺動運動可能な接点を有する揺動構造によって無線電力源から前記受電部間の位置関係が変動することにより変化した無線電力量に応じた電力を電子機器に出力するステップを備えたものである。

　本発明によれば、別途専用装置を用いず低コストで、電子機器の出力状態を変化させる機能を持った無線電力受電装置及び無線給電方法を提供することができる。

実施の形態１にかかるシート給電システムの構成を示す図である。実施の形態１にかかる給電シートの側面図である。実施の形態１にかかる給電シートのメッシュ胴体部の図である。実施の形態１にかかる導体板の上面図である。実施の形態１にかかる無線電力受電装置を揺動させた状態を示す図である。実施の形態１にかかる無線電力受電装置が略多角形形状である場合の図である。実施の形態１にかかる無線電力受電装置が略楕円形である場合の図である。実施の形態１にかかる照明システムの構成を示す図である。実施の形態１にかかる送風システムの構成を示す図である。実施の形態２にかかる無線電力受電装置及び誘導電流式無線電力送電装置の構成を示す図である。実施の形態３にかかる無線電力受電装置を備えた照明装置の構成を示す図である。実施の形態３にかかる照明装置を揺動させた状態を示す図である。実施の形態４にかかる無線電力受電装置の構成を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。但し、以下に述べる実施の形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

（第１の実施の形態）
　本発明の第１の実施形態に係る、シート給電システム１０の構成図を図１に示す。シート給電システム１０は、無線電力受電装置１１と、給電シート１２を備える。

　無線電力受電装置１１は、カプラ型受電装置であり、給電シート１２から電磁波を受け、給電される。無線電力受電装置１１は、受電部１３と、非導体部１４と、電力出力部１８を備えている。また、本実施形態において、無線電力受電装置１１は、無線電力源である給電シート１２上に置かれている。ただし、無線電力受電装置１１は、必ずしも給電シート１２と直接に接している必要はなく、他の任意の物体と接し、給電シート１２と離間した状態にあっても構わない。無線電力受電装置１１は、例えば照明装置や送風装置などの電気機器の、給電インターフェイスとすることができる。

　給電シート１２は、無線電力受電装置１１に対して給電を行う。給電シート１２は、メッシュ状導体部３１と、メッシュ状導体部３１と間隔をおいて配置された下部導体板３２と、メッシュ状導体部３１の上部に設けられた第１誘電体層３３と、これらメッシュ状導体部３１及び下部導体板３２の間の狭間領域に設けられた第２誘電体層３４を有する。図２は、給電シート１２の側面図であり、図３はメッシュ状導体部３１の上面図である。メッシュ状導体部３１よりエバネッセント波と呼ばれる電磁波が滲み出すことで、メッシュ状導体部３１の上方に電磁波の浸出領域が形成される。メッシュ状導体部３１と下部導体板３２は、略平行な状態で配置され、メッシュ状導体部３１及び下部導体板３２に挟まれる狭間領域を電磁波が進行する。ただし、給電シート１２は、必ずしも図２、図３に示された構成である必要はない。

　受電部１３は、給電シート１２から電力を受電する。受電部１３は、例えば、導体電極部１５と、スロット部１７を有する導体板１６を具備する。ただし、受電部１３は、必ずしも図１に示されるような構成である必要はない。
　図４に、導体板１６の上面図を示す。

　非導体部１４としては、例えば、樹脂、ゴム、ポリマーの発泡体、ゲル材等の誘電体を用いることができる。

　導体電極部１５は、給電シート１２から受電を行う下部電極である。導体電極部１５は、パッチ導体として機能する。導体電極部１５の長手方向の長さは、給電シート１２に当該無線電力受電装置１１を載せたときに、給電シート１２を伝播する電磁波の周波数で共振するように設定される。導体電極部１５は、例えば、銅やアルミニウム等の金属箔や金属板により構成される。

　典型的には、導体電極部１５は、無線電力受電装置１１が給電シート１２に接するように配置された状態で揺動した場合に、給電シート１２に接する面積が変化する。より具体的には、非導体部１４及び導体電極部１５は、湾曲した形状を有しており、無線電力受電装置１１の外縁の一部を構成しており、給電シート１２側に中央部が突出した凸形を形成している。

　導体板１６は、非導体部１４の上側に設けられる。図４に示されるように、導体板１６に設けられたスロット部１７は、導体板１６の一部を細長の矩形状に切り欠いた部分である。導体板１６のスロット部１７の位置は、給電点１９でインピーダンスマッチングがとれる位置および形状である。給電点１９は、スロット部１７を中心にスロット部１７を挟んで給電点１９とは反対側の部分との間に電位差を与えると、スロット部１７を励振でき、また逆に上記間の電位差でもって電力を受け取ることができる。典型的には給電点１９は、図４に示すように２箇所に設けられるが、どちらか一方であっても良い。本実施の形態において、スロット部１７は、無線電力受電装置１１を給電シート１２上に載置した通常状態において、左右両側に互いに離間した位置の２か所に設けられている。

　導体電極部１５及び導体板１６は、例えば、銅やアルミニウム等の金属箔や金属板により構成される。

　電力出力部１８は、受電部１３から電力の供給を受けて、その電力に応じた電力を図示しない電子機器に対して供給する。電力出力部１８は、受電部１３から供給された電力の量が減少すれば、それに伴い、電子機器に対して供給する電力量も減少する。また、電力出力部１８は、受電部１３から供給された電力の量が増加すれば、それに伴い、電子機器に対して供給する電力量も増加する。電力出力部１８は、このような入出力を実現できればよいため、単に受電部１３から電子機器に対して電力を供給する配線によって構成されていても、さらに簡単な整合回路を含んでいてもよい。

　次に、無線電力受電装置１１の動作および効果について説明する。

　図５は、無線電力受電装置１１を揺動させた状態を示す図である。無線電力受電時、無線電力受電装置１１の外縁部において凸形状を形成する部位（本実施形態においては、非導体部１４及び導体電極部１５）が、他の物体（本実施形態においては、給電シート１２）と接している場合、無線電力受電装置１１は、図７において点線で示すように、容易に揺動運動することが可能となる。そして、揺動運動中、受電部１３と無線電力源である給電シート１２との間の距離は、常に変化する。

　このとき、無線電力受電装置１１が給電シート１２から受け取る電力量も、受電部１３と、給電シート１２の間の距離の変化に伴って変化する。

　これにより無線電力受電装置１１は、無線電力受電装置１１自身の揺動運動に伴って電力供給状態を変動させることで、電力出力部１８を介して電力の供給対象である電気機器に対する出力状態も変化させることができる。

　したがって、別途専用装置を用いず、低コストに、電力供給対象である、照明装置や送風装置などの電気機器の出力状態を変化させる機能を持った、無線電力受電装置を、提供することができる。

　なお、このような効果を発揮するためには、無線電力受電装置１１が、容易に揺動運動が可能な状態であり、かつ揺動運動中、受電部１３と無線電力源との間の距離が変化し、受電する電力量が変化すればよい。したがって、無線電力受電装置１１の外縁部形状は、必ずしも非導体部１４および導体電極部１５のように滑らかに湾曲している必要はない。例えば、無線電力受電装置１１の外縁部形状は、図６のような略多角形形状や、図７のような略楕円形のように、何らかの凸な形状において、容易に揺動運動可能な接点を、他の構造との間に有してればよい。

　ここで、無線電力受電装置１１に連結した他の構造が、別の他の構造との間に、揺動運動可能な接点を有する応用例について説明する。

　図８は、照明装置５１と給電シート１２とを備えた照明システム５０の構成を示す図である。照明システム５０において、照明装置５１は給電シート１２上に配置される。照明装置５１は、無線電力受電装置１１と発光部５２とを備えている。

　無線電力受電装置１１は、上述のように給電シート１２から電力が供給される。無線電力受電装置１１は、供給された電力を、さらに発光部５２に対して供給する。

　発光部５２は、下側（給電シート１２側）に半球状（ボウル状）の外形を有し、給電シート１２と平行なあらゆる方向に対して揺動可能である。発光部５２は、上方に拡散光を放射できる。発光部５２は、半球状の内側に形成された反射体と、その中央近傍に設けられた点光源により構成してもよい。また、発光部５２は、半球状の内側全体に面光源を設けることにより構成してもよい。

　図８に示す照明システム５０において、無線電力受電装置１１を内蔵した照明装置５１に対して風や人の力等の外力が作用すると、照明装置５１が揺動する。そうすると、給電シート１２から無線電力受電装置１１に供給される電力量が変化する。これに伴い、無線電力受電装置１１から発光部５２に対して供給される電力量も変化するため、照明の照度も変化する。したがって、この照明システム５０においても、別途専用装置を用いず、低コストに、照明装置の出力状態、即ち発光状態を変化させることができる。

　図９は、送風装置６１と給電シート１２とを備えた送風システム６０の構成を示す図である。図９のように、送風装置６１は、無線電力受電装置１１と送風部６２とを備えている。送風装置６１は給電シート１２上に配置される。

　無線電力受電装置１１は、上述のように給電シート１２から電力が供給される。無線電力受電装置１１は、供給された電力を、さらに送風部６２に対して供給する。

　図９に示す送風システム６０において、無線電力受電装置１１を内蔵した送風装置６１に対して風や人の力等の外力が作用すると、送風装置６１が揺動する。そうすると、給電シート１２から無線電力受電装置１１に供給される電力量が変化する。これに伴い、無線電力受電装置１１から送風部６２に対して供給される電力量も変化するため、送風量も変化する。したがって、この照明システム５０においても、別途専用装置を用いず、低コストに、送風装置の出力状態、即ち送風状態を変化させることができる。

（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態に係る、無線電力受電装置１０１及び誘導電流式無線電力送電装置１０２の構成図を図１０に示す。無線電力受電装置１０１は、受電コイル１０３を備える。誘導電流式無線電力送電装置１０２は、送電コイル１０４を備える。

　無線電力受電装置１０１は、無線電力源として送電コイル１０４を具備した誘導電流式無線電力送電装置１０２からの送電を、受電コイル１０３により受電する。無線電力受電装置１０１は、誘導電流式無線電力送電装置１０２と、揺動運動可能な接点を持ち、揺動運動に伴い、受電コイル１０３と送電コイル１０４との相対位置関係が変化する。

　次に、無線電力受電装置１０１の動作および効果について説明する。

　誘導電流式無線電力送電装置１０２は、コイル１４を用いた誘導電流式無線電力送電を行う。コイルによる誘導電流式無線電力送電では、給電シートを用いた無線電力送電と同様に、受電部である受電コイル１０３と、送電コイル１０４との距離、位置関係の変化に伴い、容易に無線電力送電、受電量が変化する。

　これにより、無線電力受電装置１０１は、無線電力受電装置１０１自身の揺動運動により電力供給状態を変動させることで、電力の供給対象である電気機器に対して出力状態を変化させることができる。

（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態に係る無線電力受電装置１１１、及び無線電力受電装置１１１を備えた照明装置１１０の構成図を図１１に示す。照明装置１１０は、無線電力受電装置１１１と、発光部５２と、給電シート１２を備える。

　無線電力受電装置１１１は、受電部１３を有する。無線電力受電装置１１１は、受電部１３を複数具備している点において、第１の実施形態に係る無線電力受電装置１１と異なる。また、照明装置１１０は、複数ある発光部５２が、それぞれ、複数ある各受電部１３より個別に電力を供給される点において、照明装置５１と異なる。

　本実施の形態においては、無線電力受電装置１１１から電力を供給される電気機器として、照明装置１１０を用いているが、必ずしも照明装置である必要はなく、複数ある各受電部１３が、複数の、出力部である発光部や送風部などの負荷に、別個に電力を供給する構成であればよい。

　次に、無線電力受電装置１１１及び無線電力受電装置１１１を備えた照明装置１１０の動作および効果について説明する。

　図１１に示すように、無線電力受電装置１１１、及び照明装置１１０は、底部が湾曲しており、給電シート１２との間に、揺動運動可能な接点を持つ。そして揺動運動時には、複数ある各受電部１３は、揺動運動に伴う給電シート１２との間の距離の変化に準じて、それぞれ給電シート１２より受け取る電力量が変化する。

　図１２は、照明装置１１０を揺動させた状態を示している。例えば、図１１、図１２に示すように、揺動運動時には複数ある各受電部１３のうち、無線電力を受電する量が各受電部１３によって変化する。複数の発光部５２では、各受電部１３から別個に電力を供給されているため、各発光部５２の発光の強弱は、各受電部１３からの電力の供給量に基づいて変化する。

　これにより、無線電力受電装置１１１は、電力の供給対象である電気機器に対して、無線電力受電装置１１１自身の揺動運動に伴って電力供給状態を変動させることで、電子機器の出力状態を変化させることができる。なお、照明装置１１０は、無線電力受電装置１１１の揺動運動に伴い、具備している複数の発光部５２のうち、最も強く発光する発光部を変化させることで、よりエンターテインメント性に優れた照明を提供することができる。

　したがって別途専用装置を用いず、低コストに、電力供給対象である照明装置や送風装置などの電気機器の出力状態を変化させる機能を持った無線電力受電装置、ならびにエンターテインメント性に優れた電気機器を提供することができる。

（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態に係る無線電力受電装置１３１の構成図を図１３に示す。シート給電システム１３０は、無線電力受電装置１３１と、給電シート１２を備える。

　無線電力受電装置１３１は、受電部１３を備えている。
　無線電力受電装置１３１は、給電シート１２用の無線電力受電装置である点、及び、給電シート１２と接した状態で揺動運動するとき、受電部１３と給電シート１２との間の距離が、最大でも、受電する電磁波の波長の１／１０以下である点において、第１の実施形態に係る無線電力受電装置１１と異なる。

　次に、無線電力受電装置１３１の動作および効果について説明する。

　図１３に示すように、無線電力受電装置１３１は無線電力受電装置１１と同様に、給電シート１２との間に、揺動運動可能な接点を有する。そのため無線電力受電装置１３１は、揺動運動時には、受電部１３と給電シート１２との間の距離の変化に準じて、受電電力量が変化する。

　給電シート１２中及び表面を伝搬する電磁場の強度は、給電シート１２表面から離れるに従い急激に減少する。そのため、受電部１３が給電シート１２に対して一定距離以上離れると、受電部１３は、電力供給対象の電気機器を動作させるに足る無線電力を受電することができなくなる。

　そこで、無線電力受電装置１３１が給電シート１２に接した状態での揺動運動時に、受電部１３と給電シート１２との間の距離が、最大でも受電する電磁波の波長の１／１０以下となるように、無線電力受電装置１３１の形状及び受電部１３の配置を決定する。

　これにより、無線電力受電装置１３１では、揺動運動中に、常に電力供給対象の電気機器が最低限動作するに足る量の無線電力を受電することができる。

　無線電力受電装置１３１は、電力の供給対象である電気機器に対して、無線電力受電装置１３１自身の揺動運動に伴って、電力供給状態を変動させることで、電子機器の出力状態を変化させることができる。
　したがって、別途専用装置を用いず低コストに、電力供給対象である照明装置や送風装置などの電気機器の出力状態を変化させる機能を持ち、かつ、給電シート１２に接した状態で、常に必要最低限以上の電力を供給することのできる、無線電力受電装置を提供することができる。

　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　この出願は、２０１２年９月２７日に出願された日本出願特願２０１２－２１４０５１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０　シート給電システム
１１　無線電力受電装置
１２　給電シート
１３　受電部
１４　非導体部
１５　導体電極部
１６　導体板
１７　スロット部
１８　電力出力部
３１　メッシュ状導体部
３２　下部導体板
３３　第１誘電体層
３４　第２誘電体層
５０　照明システム
５１　照明装置
５２　発光部
６０　送風システム
６１　送風装置
６２　送風部
１０１　無線電力受電装置
１０２　誘導電流式無線電力送電装置
１０３　受電コイル
１０４　送電コイル
１１０　照明装置
１１１　無線電力受電装置
１３０　シート給電システム
１３１　無線電力受電装置

Claims

　無線電力源から無線電力を受電する受電手段と、
　自身もしくは自身に連結する物体に設けられた凸部形状により揺動運動可能な接点を有する揺動構造と、
　揺動運動によって無線電力源から前記受電手段間の位置関係が変動することにより変化した無線電力量に応じた電力を電子機器に出力する電力出力手段を備えた無線電力受電装置。
　前記受電手段が、前記無線電力源である給電シートから無線電力を受電することを特徴とする請求項１に記載の無線電力受電装置。
　前記給電シートに接した状態で揺動運動中、前記受電手段と前記給電シートとの間の距離が、受電する電磁波の波長の１／１０以上離れないことを特徴とする請求項２に記載の無線電力受電装置。
　前記受電手段は、少なくとも一つのスロットを有する導体板と、該導体板と間隔を空けて配置された下部電極と、該導体板及び該下部電極に連結した非導体部と、を具備し、
　前記非導体部が、前記給電シートに向かって凸な形状であること、
　を特徴とする請求項２又は３いずれか一項に記載の無線電力受電装置。
　前記受電手段を複数具備することを特徴とする請求項１～４いずれか一項に記載の無線電力受電装置。
　請求項１から５のいずれか一項に記載の無線電力受電装置と、当該無線電力受電装置から電力を供給されて発光する発光手段と、を具備することを特徴とする、照明装置。
　請求項１から５のいずれか一項に記載の無線電力受電装置と、当該無線電力受電装置から電力を供給されて風を起こす送風手段と、を具備することを特徴とする、送風装置。
　無線電力受電装置と給電シートを備え、
　前記無線電力受電装置は、
　前記給電シートから無線電力を受電する受電手段と、
　自身もしくは自身に連結する物体に設けられた凸部形状により揺動運動可能な接点を有する揺動構造と、
　揺動運動によって前記給電シートから前記受電手段間の位置関係が変動することにより変化した無線電力量に応じた電力を電子機器に出力する電力出力手段を備えたシート給電システム。
　前記給電シートは、メッシュ状導体部と、該メッシュ状導体部と間隔をおいて配置された下部導体板と、該メッシュ状導体部の上層及び下層に設けられた誘電体層とを有するシート状構造であることを特徴とする、請求項８に記載のシート給電システム。
　無線電力源から無線電力を受電するステップと、
　自身もしくは自身に連結する物体に設けられた凸部形状により揺動運動可能な接点を有する揺動構造によって無線電力源から前記受電手段間の位置関係が変動することにより変化した無線電力量に応じた電力を電子機器に出力するステップを備えた無線給電方法。