WO2020021624A1 - 管理システム、センサ機器、及び、給電方法 - Google Patents

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幹滋 水野
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Mitsubishi Electric Corp
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    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D13/00—Stationary devices, e.g. cold-rooms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed
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    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/15—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using ultrasonic waves
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    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves

Definitions

  • the present invention relates to a management system, a sensor device, and a power supply method.
  • IoT Internet of Things
  • a sensor device is arranged as an IoT device, and data (temperature, humidity, etc.) detected by the sensor device is appropriately transmitted to a server device.
  • the sensor device often has a built-in battery (for example, a primary battery such as a dry battery) and operates using the battery as a power source.
  • a primary battery such as a dry battery
  • Patent Document 1 discloses an invention of an electronic device using power generation by a temperature difference.
  • This electronic device includes a thermoelectric conversion element, and generates electric power by a temperature difference between a CPU (Central Processing Unit) that generates heat and the surroundings.
  • the generated power is stored in a battery (secondary battery) so that the electronic device can consume the power. It is also conceivable to apply the invention of Patent Document 1 to the above-described sensor device.
  • low-power-consumption version elements for example, microcomputer elements
  • heat generation during operation is suppressed to a low level. Therefore, a sufficient temperature difference did not occur between the element of the sensor device and the surroundings, and power generation due to the temperature difference could not be used.
  • An advantage of some aspects of the invention is to provide a management system, a sensor device, and a power supply method that can supply power generated by energy harvesting to a sensor device. I do.
  • a management system comprises: A management system in a freezer warehouse, A power supply device and a sensor device are installed in the freezing warehouse, The power supply device, Energy harvesting means for generating electricity using energy generated in the freezer warehouse, Power supply means for supplying power generated by the energy harvesting means to the sensor device,
  • the sensor device includes: Power receiving means for receiving power supplied from the power supply device, Power storage means for storing the power received by the power receiving means, Control means operable by consuming power stored in the power storage means.
  • the energy harvesting means generates electric power using energy generated in the freezing warehouse, and the power supply means supplies the generated electric power to the sensor device.
  • the power receiving unit receives the power supplied from the power supply device, the power storage unit stores the received power, and the control unit operates by consuming the stored power. As a result, it is possible to supply the electric power generated by the energy harvesting to the sensor device.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a power supply device and a sensor device according to a first embodiment.
  • Block diagram for explaining details of a voltage detection unit in the sensor device Block diagram showing an example of the configuration of a server device Flow chart for explaining power supply processing in a power supply device and power reception processing in a sensor device Flowchart for explaining power supply switching processing in a sensor device Flowchart for explaining battery replacement notification processing in the server device
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a power supply device and a sensor device that perform temperature difference power generation.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a power supply device and a sensor device that perform vibration power generation.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a power supply device that performs PV power generation and a sensor device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an overall configuration of a management system 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the management system 1 is, for example, a system that constantly manages temperature and humidity in a freezing warehouse RW.
  • the management system 1 includes a cool air duct 10, a power supply device 20, and a sensor device 30 disposed in the freezing warehouse RW, and a server device 40 disposed outside the freezing warehouse RW.
  • a cool air duct 10 a power supply device 20 and a sensor device 30 disposed in the freezing warehouse RW
  • a server device 40 disposed outside the freezing warehouse RW.
  • the power supply device 20 and the sensor device 30 may be arranged in the freezing warehouse RW.
  • the power supply device 20 and the sensor device 30 correspond one-to-one, but as described below, the correspondence between the power supply device 20 and the sensor device 30 is other than one-to-one. It may be.
  • the cool air duct 10 outputs the cool air generated by the refrigerator body (not shown) into the freezing warehouse RW.
  • the refrigerator main body includes an indoor heat exchanger for exchanging heat between the air (in the freezer warehouse RW) and the refrigerant, a compressor, an outdoor heat exchanger for exchanging heat between the outside air and the refrigerant, and an expansion valve.
  • the refrigerator main body circulates the refrigerant in the order of the compressor ⁇ the outdoor heat exchanger ⁇ the expansion valve ⁇ the indoor heat exchanger ⁇ the compressor... To constitute a refrigeration cycle.
  • the refrigerator main body guides the air (cool air) cooled by the indoor heat exchanger to the cold air duct 10 by, for example, rotating a fan, and outputs the air to the freezing warehouse RW.
  • the power supply device 20 is disposed near the cold air duct 10, generates electric power by using the wind energy of the cool air output from the cold air duct 10, and supplies the generated electric power to the sensor device 30.
  • the sensor device 30 operates using either a power storage unit (power storage unit 32 described later) that stores power supplied from the power supply device 20 or a built-in battery (battery 39 described later) as a power supply, and detects a detected temperature, Data such as humidity is transmitted to the server device 40.
  • a power storage unit power storage unit 32 described later
  • a built-in battery battery 39 described later
  • FIG. 1 shows that data is sent directly from the sensor device 30 to the server device 40, actually, the data is sent from the sensor device 30 to the server device 40 via a network (for example, the Internet). Is sent.
  • the server device 40 receives and accumulates data sent from the sensor device 30.
  • the data transmitted from the sensor device 30 includes a power supply switching signal as described later, so that the accumulated usage time of the sensor device 30 using the battery can be totaled. For this reason, as described later, when the time to replace the battery in the sensor device 30 comes, the server device 40 notifies, for example, an administrator (a terminal device of an administrator (not shown)) of a message that prompts the user to replace the battery.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the power supply device 20 and the sensor device 30.
  • the power supply device 20 includes a windmill 21, a power generation unit 22, and a power supply unit 23.
  • the windmill 21 is arranged so as to face the cool air output from the cool air duct 10, and rotates upon receiving the cool air.
  • the power generation unit 22 corresponds to the energy harvesting means in the claims of the present invention, and generates electric power by converting the rotational energy of the windmill 21 into electric energy.
  • the power generation unit 22 transmits the rotation of the windmill 21 to a speed increasing device combining a plurality of gears, rotates the magnetic poles of the rotor by the rotational driving force from the speed increasing device, and generates power by electromagnetic induction.
  • the power supply unit 23 corresponds to a power supply unit in the claims of the present invention.
  • the power supply unit 23 includes a power supply side coil, and causes a current generated by the power generation unit 22 to flow through the power supply side coil to generate a magnetic field. Supplies power to the sensor device 30 (power receiving unit 31 described later). Note that power may be supplied to the sensor device 30 by magnetic field resonance (magnetic field resonance) instead of electromagnetic induction.
  • the power supply unit 23 may radiate microwaves or ultrasonic waves to supply power to the sensor device 30.
  • the power supply unit 23 radiates microwaves from an array antenna in which a large number of antenna elements are arranged, and supplies power to the sensor device 30.
  • the power feeding device 20 (the power feeding unit 23) and the sensor device 30 (the power receiving unit 31) do not approach each other up to about several millimeters, and a certain distance (for example, Power supply is possible even at a distance of several meters.
  • the sensor device 30 includes a power reception unit 31, a power storage unit 32, a voltage detection unit 33, a switch 34, a controller 35, a temperature sensor 36, a humidity sensor 37, a wireless transmission unit 38, and a battery 39.
  • the power receiving unit 31 corresponds to the power receiving unit in the claims of the present invention, and includes, for example, a power receiving side coil, and receives power by electromagnetic induction caused by a magnetic field generated in the power supply unit 23 of the power supply device 20. Note that power may be received by magnetic field resonance.
  • the power receiving unit 31 may convert the microwave or ultrasonic wave radiated from the power supply unit 23 into electric power and receive the electric power.
  • the power receiving unit 31 receives the radiated microwave by an array antenna, and rectifies the received microwave by a diode array in which a large number of diodes with a small voltage drop are arranged to obtain power.
  • the power storage unit 32 corresponds to the power storage unit in the claims of the present invention, and is, for example, a secondary battery, an electric double layer capacitor, or the like, and stores the power received by the power receiving unit 31.
  • the voltage detection unit 33 corresponds to the voltage detection unit in the claims of the present invention, and detects the voltage of the power storage unit 32 and the voltage of the battery 39.
  • the voltage detection unit 33 generates a power supply switching signal indicating a higher detected voltage and supplies the power supply switching signal to the switch 34 and the controller 35.
  • the voltage detection unit 33 When both of the detected voltages are lower than the reference voltage, the voltage detection unit 33 generates a reset signal and supplies the reset signal to the controller 35.
  • the voltage detection unit 33 is configured by a circuit as shown in FIG.
  • the comparator 331 has a non-inverting input connected to the battery 39, an inverting input connected to the power storage unit 32, and an output connected to the switch 34 and the controller 35. That is, the comparator 331 compares the voltage of the battery 39 with the voltage of the power storage unit 32 and outputs a power supply switching signal. For example, the comparator 331 outputs a positive power switching signal when the voltage of the battery 39 is higher, and outputs a negative power switching signal when the voltage of the power storage unit 32 is higher. I do.
  • the comparator 332 has a non-inverting input connected to the battery 39, an inverting input connected to the reference voltage circuit 335, and an output connected to one input of the OR circuit 334. That is, the comparator 332 compares the voltage of the battery 39 with the voltage of the reference voltage circuit 335 and outputs a positive or negative signal. For example, the comparator 332 outputs a positive signal when the voltage of the battery 39 is higher, and conversely, when the voltage of the reference voltage circuit 335 is higher (that is, when the voltage of the battery 39 is higher than the reference voltage). When the voltage falls below the voltage of the voltage circuit 335), a negative signal is output.
  • the comparator 333 has a non-inverting input connected to the power storage unit 32, an inverting input connected to the reference voltage circuit 335, and an output connected to the other input of the OR circuit 334. That is, the comparator 333 compares the voltage of the power storage unit 32 with the voltage of the reference voltage circuit 335, and outputs a positive or negative signal. For example, the comparator 333 outputs a positive signal when the voltage of the power storage unit 32 is higher, and conversely, when the voltage of the reference voltage circuit 335 is higher (that is, when the voltage of the power storage unit 32 is higher). , When the voltage falls below the voltage of the reference voltage circuit 335).
  • the OR circuit 334 is indicated by negative logic in the drawing, and one input is connected to the output of the comparator 332, the other input is connected to the output of the comparator 333, and the output is connected to the controller 35. I have. That is, the OR circuit 334 outputs the reset signal (negative signal) to the controller 35 only when both the output of the comparator 332 and the output of the comparator 333 are negative signals. On the other hand, if at least one of the output of the comparator 332 and the output of the comparator 333 is a positive signal, the OR circuit 334 outputs a positive signal and does not become a reset signal.
  • the reference voltage circuit 335 outputs, for example, a reference voltage determined as a reset condition and supplies the reference voltage to the inverting input of the comparator 332 and the inverting input of the comparator 333.
  • the switch 34 is a switch element that switches the power supply of the controller 35 to one of the power storage unit 32 and the battery 39, and is controlled by the voltage detection unit 33.
  • the switch 34 when a positive power supply switching signal (the battery 39 has a higher voltage) is supplied from the comparator 331, the switch 34 is connected to the battery 39 side. Switch. Conversely, when a negative power supply switching signal (the power storage unit 32 has a higher voltage) is supplied from the comparator 331, the switch 34 switches the connection to the power storage unit 32 side. That is, the power supply switching signal can be said to be connection information indicating the connection destination of the switch 34.
  • the controller 35 corresponds to the control means in the claims of the present invention, and is, for example, a microcomputer element, and controls the entire sensor device 30.
  • the controller 35 is connected to either the power storage unit 32 or the battery 39 via the switch 34, and operates as follows with supplied power.
  • the controller 35 acquires data on the temperature detected by the temperature sensor 36 and the humidity detected by the humidity sensor 37. Further, the controller 35 also acquires the power supply switching signal (positive or negative power supply switching signal) supplied from the voltage detection unit 33.
  • the controller 35 includes a clock unit (for example, a real-time clock), and associates the temperature, the humidity, and each date and time (or just the time) when the power supply switching signal was acquired. Then, at a specified transmission timing (for example, every one hour), the controller 35 controls the wireless transmission unit 38 so that the data of the temperature, the humidity, and the power supply switching signal in which the date and time are associated are provided. Is transmitted to the server device 40.
  • the temperature sensor 36 detects the temperature in the freezing warehouse RW (near the sensor device 30).
  • the humidity sensor 37 detects the humidity inside the freezing warehouse RW (near the sensor device 30).
  • the wireless transmission unit 38 performs communication according to a wireless standard represented by, for example, Wi-Fi (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark). That is, the wireless transmission unit 38 is controlled by the controller 35 and transmits data including the temperature, the humidity, and the power supply switching signal to the server device 40. As described above, the power supply switching signal can also be said to be connection information indicating the connection destination of the switch 34.
  • a wireless standard represented by, for example, Wi-Fi (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark). That is, the wireless transmission unit 38 is controlled by the controller 35 and transmits data including the temperature, the humidity, and the power supply switching signal to the server device 40.
  • the power supply switching signal can also be said to be connection information indicating the connection destination of the switch 34.
  • the battery 39 is a primary battery typified by a dry battery, and supplies power to the controller 35 via the switch 34.
  • the battery 39 is, for example, mounted and held in a case provided in the sensor device 30, and can be replaced when it is consumed.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the server device 40.
  • the server device 40 includes a communication unit 41, a data storage unit 42, and a control unit 43.
  • the communication unit 41 receives data transmitted from the sensor device 30.
  • the communication unit 41 is controlled by the control unit 43, and transmits, for example, a message prompting battery replacement to a terminal device of the administrator, for example, when the replacement time of the battery 39 in the sensor device 30 comes.
  • the data storage unit 42 stores data received by the communication unit 41.
  • the data storage unit 42 stores data of temperature, humidity, and power supply switching signal associated with the date and time.
  • the power supply switching signal and the date and time associated therewith are used to determine the accumulated use time of the battery 39 in the sensor device 30 as described later.
  • the control unit 43 includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory. Note that the data collection unit 431 and the management unit 432 described below are realized by the CPU executing a program stored in the memory.
  • CPU Central Processing Unit
  • the data collection unit 431 collects necessary data from the data received by the communication unit 41 and stores the data in the data storage unit 42.
  • the data collection unit 431 collects at least one of the temperature, the humidity, and the power supply switching signal (data associated with the date and time) and stores the data in the data storage unit 42.
  • the management unit 432 manages the sensor device 30 based on the data stored in the data storage unit 42. For example, the management unit 432 tallies the power supply switching signal stored in the data storage unit 42 and the data of the date and time associated therewith, and obtains the accumulated use time of the battery 39 in the sensor device 30. For example, when the power switching signal accumulated in time series changes from a negative power switching signal to a positive power switching signal, the management unit 432 stores the date and time associated with the positive power switching signal. Then, the management unit 432 searches for data that changes to the negative power supply switching signal, and adds the time from the stored date and time to the date and time associated with the negative power supply switching signal to the accumulated use time. If the data that changes to the negative power supply switching signal has not been accumulated, the management unit 432 adds the time from the stored date and time to the current date and time to the accumulated use time.
  • the management unit 432 controls the communication unit 41. Then, a message prompting battery replacement is transmitted to, for example, the terminal of the administrator.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a power supply process in the power supply device 20 and a power reception process in the sensor device 30.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a power supply switching process in the sensor device 30.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the battery replacement notification process in the server device 40.
  • the power supply device 20 generates electric power using energy generated in the freezing warehouse RW (step S101).
  • the power generation unit 22 converts the rotational energy of the windmill 21 into electric energy and generates power.
  • Step S101 corresponds to the energy harvesting step in the claims of the present invention.
  • the power supply device 20 supplies the electric power generated in step S101 to the sensor device 30 (step S102). That is, the power supply unit 23 supplies the electric current generated by the power generation unit 22 to the power supply side coil to generate a magnetic field, and supplies electric power to the sensor device 30 by electromagnetic induction. Note that power may be supplied to the sensor device 30 by magnetic field resonance instead of electromagnetic induction. In addition, the power supply unit 23 may radiate microwaves or ultrasonic waves to supply power to the sensor device 30. Step S102 corresponds to a power supply step in the claims of the present invention.
  • the power supply device 20 returns the process to step S101 described above.
  • One sensor device 30 receives the power supplied in step S102 (step S201).
  • the power receiving unit 31 receives power by electromagnetic induction due to a magnetic field generated in the power supply unit 23 of the power supply device 20. Note that power may be received by magnetic field resonance.
  • the power receiving unit 31 may convert microwaves or ultrasonic waves radiated from the power supply unit 23 into electric power and receive electric power.
  • Step S201 corresponds to the power receiving step in the claims of the present invention.
  • Step S202 corresponds to the power storage step in the claims of the present invention.
  • the sensor device 30 operates by consuming the power stored in the power storage unit 32 (step S203).
  • Step S203 corresponds to an operation step in the claims of the present invention.
  • the power supply of battery 39 is switched in the power supply switching process described below.
  • the sensor device 30 operates by consuming the power of the battery 39.
  • the sensor device 30 returns the process to step S201 described above.
  • the power supply device 20 generates electric power using energy generated in the freezing warehouse RW, and supplies the generated electric power to the sensor device 30.
  • the sensor device 30 receives the power supplied from the power supply device 20, stores the received power in the power storage unit 32, and operates by consuming the power stored in the power storage unit 32. .
  • the electric power generated by the energy harvesting can be supplied to the sensor device 30.
  • the sensor device 30 compares the voltage of the power storage unit 32 with the voltage of the battery 39 (Step S301).
  • the voltage detection unit 33 compares the voltage of the power storage unit 32 and the voltage of the battery 39 with the comparator 331 illustrated in FIG.
  • the sensor device 30 determines whether or not the voltage of the power storage unit 32 is higher (step S302). For example, it is determined whether the comparator 331 shown in FIG. 3 has output a negative power supply switching signal.
  • the sensor device 30 determines that the voltage of the power storage unit 32 is higher (step S302; Yes)
  • the sensor device 30 switches the power supply to the power storage unit 32 (step S103).
  • the comparator 331 shown in FIG. 3 outputs a negative power supply switching signal
  • the switch 34 is connected to the power storage unit 32 side, and supplies the power of the power storage unit 32 to the controller 35. Then, the sensor device 30 returns the process to step S301 described above.
  • Step S302 if it is determined that the voltage of the battery 39 is higher (including the case where both voltages are equal) (Step S302; No), the sensor device 30 switches the power supply to the battery 39 (Step S304). For example, when the comparator 331 shown in FIG. 3 outputs a positive power supply switching signal, the switch 34 is connected to the battery 39 and supplies the power of the battery 39 to the controller 35. Then, the sensor device 30 returns the process to step S301 described above.
  • the voltage of the power storage unit 32 is higher than the voltage of the battery 39.
  • the sensor device 30 controls the power storage unit 32 as a power supply. Note that, for example, when the refrigerator main body performs the defrosting operation and the cold air is temporarily not output from the cold air duct 10 (or the output cold air is extremely weakened), the power is supplied from the power supply device 20. The power stored in the power storage unit 32 is consumed without being supplied.
  • the switch 34 is switched to the battery 39 side, and the sensor device 30 operates using the battery 39 as a power supply.
  • the switch 34 is eventually switched to the power storage unit 32 side, and the sensor device 30 operates using the power storage unit 32 as a power supply.
  • the sensor device 30 can be operated without using the battery 39 in the sensor device 30 (without consuming the power of the battery 39). Therefore, in the sensor device 30, the power consumption can be reduced more strongly, the replacement time of the battery 39 is delayed, and the maintenance is facilitated.
  • the server device 40 determines whether or not data has been transmitted from the sensor device 30 (step S401). That is, the control unit 43 determines whether the communication unit 41 has received data transmitted from the sensor device 30.
  • step S401 determines that there is no data transmission from the sensor device 30 (step S401; No)
  • the server device 40 repeats the process of step S401.
  • the server device 40 accumulates necessary data (step S402). That is, the control unit 43 collects necessary data from the received data and stores the data in the data storage unit 42. The control unit 43 collects at least one of the temperature, the humidity, and the power supply switching signal (data associated with the date and time), and causes the data storage unit 42 to store the data.
  • the server device 40 determines whether the battery 39 has been used (step S403). For example, the control unit 43 determines whether or not the data stored in step S402 includes a power supply switching signal (positive power supply switching signal).
  • step S403 If the server device 40 determines that the battery 39 has not been used (step S403; No), the server device 40 returns the process to step S401 described above.
  • the server device 40 updates the accumulated use time of the battery 39 (step S404). That is, the control unit 43 totals the power supply switching signal and the data of the date and time associated therewith, and updates the accumulated use time of the battery 39. For example, when the power switching signal accumulated in time series changes from a negative power switching signal to a positive power switching signal, the management unit 432 stores the date and time associated with the positive power switching signal. Then, the management unit 432 searches for data that changes to the negative power supply switching signal, and updates the cumulative use time by adding the time from the stored date and time to the date and time associated with the negative power supply switching signal. When data that changes to the negative power supply switching signal has not been accumulated, the management unit 432 adds the time from the stored date and time to the current date and time to update the accumulated use time.
  • the server device 40 determines whether the time to replace the battery 39 has come (step S405). For example, when the cumulative use time updated in step S204 exceeds the specified time set for replacement, the control unit 43 determines that the time to replace the battery 39 has come.
  • step S405 the server device 40 determines that the time to replace the battery 39 has not come (step S405; No). If the server device 40 determines that the time to replace the battery 39 has not come (step S405; No), the server device 40 returns the process to step S401 described above.
  • step S405 when it is determined that the time to replace the battery 39 has come (step S405; Yes), the server device 40 notifies the user of the replacement of the battery 39 (step S406). That is, the control unit 43 controls the communication unit 41 to transmit a message prompting battery replacement to, for example, a terminal of the administrator. Then, the server device 40 returns the process to step S204 described above.
  • the use status of the battery 39 in the sensor device 30 can be grasped, and the replacement of the battery 39 can be appropriately encouraged when the replacement time of the battery 39 has come.
  • a configuration in which the sensor device 30 measures the voltage value of the battery 39 becomes unnecessary, and the configuration of the sensor device 30 can be simplified. .
  • the server device 40 since the power supply switching signal and the data of the date and time associated with the power supply switching signal are stored, the accumulated use time of the battery 39 can be accurately managed, and the time to replace the battery 39 is properly notified. be able to.
  • a special environment such as a freezing warehouse RW
  • the power supply device 60 may generate power using a temperature difference generated in the lighting device 50, or may generate power using the vibration generated in the cold air duct 10.
  • the power supply device 80 may generate power using the light of the lighting device 50.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the power supply device 60 and the sensor device 30.
  • the power supply device 60 includes the temperature difference power generation unit 61 and the power supply unit 23.
  • the temperature difference power generation unit 61 is, for example, a Seebeck element, and is attached to an element such as a driver element in the lighting device 50 that generates heat during operation (when the lighting device 50 is turned on).
  • the temperature difference power generation unit 61 generates a potential difference due to the Seebeck effect and generates power when a temperature difference occurs between the element that generates heat and the surroundings.
  • the power supply unit 23 is the same as the power supply unit 23 in FIG. 2 described above. That is, the power supply unit 23 includes, for example, a power supply side coil, causes the current generated by the temperature difference power generation unit 61 to flow through the power supply side coil to generate a magnetic field, and supplies electric power to the sensor device 30 (power reception unit 31) by electromagnetic induction. Supply. Further, instead of electromagnetic induction, electric power may be supplied to the sensor device 30 by magnetic field resonance. In addition, the power supply unit 23 may radiate microwaves or ultrasonic waves to supply power to the sensor device 30.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the power supply device 70 and the sensor device 30.
  • the power supply device 70 includes the vibration power generation unit 71 and the power supply unit 23.
  • the vibration power generation unit 71 is, for example, a piezoelectric element, and is attached to the cold air duct 10.
  • the vibration power generation unit 71 converts vibration energy into electric power by the piezoelectric effect and generates electric power.
  • the power supply unit 23 is the same as the power supply unit 23 in FIG. 2 described above.
  • the power supply unit 23 includes, for example, a power supply side coil, causes the current generated by the vibration power generation unit 71 to flow through the power supply side coil to generate a magnetic field, and supplies electric power to the sensor device 30 (power reception unit 31) by electromagnetic induction. Supply. Further, instead of electromagnetic induction, electric power may be supplied to the sensor device 30 by magnetic field resonance.
  • the power supply unit 23 may radiate microwaves or ultrasonic waves to supply power to the sensor device 30.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the power supply device 80 and the sensor device 30.
  • the power supply device 80 includes a PV power generation unit 81 and the power supply unit 23.
  • the PV power generation unit 81 is, for example, a solar cell, and is attached to face the light source of the lighting device 50.
  • the PV power generation unit 81 generates light by converting light energy into electric power by the photovoltaic effect.
  • the power supply unit 23 is the same as the power supply unit 23 in FIG. 2 described above. That is, the power supply unit 23 includes, for example, a power supply side coil, causes the current generated by the PV power generation unit 81 to flow through the power supply side coil to generate a magnetic field, and supplies electric power to the sensor device 30 (power reception unit 31) by electromagnetic induction. Supply. Further, instead of electromagnetic induction, electric power may be supplied to the sensor device 30 by magnetic field resonance. In addition, the power supply unit 23 may radiate microwaves or ultrasonic waves to supply power to the sensor device 30.
  • a plurality of power supply devices among these power supply devices 20 and 60 to 80 may be combined to supply power to one sensor device 30.
  • the power supply device 20 and the power supply device 60 may correspond to the sensor device 30, and power may be supplied from at least one of the power supply devices 20 and 60.
  • the sensor device 30 may include two power receiving units 31 so that power can be individually supplied to each of the power supply devices 20 and 60.
  • the present invention is applied to the freezing warehouse RW has been described as an example. Is applicable.
  • the present invention can be similarly applied to a computer room where a mainframe or various server devices are arranged, or an artificial light type plant factory where plants typified by vegetables are grown indoors. it can.
  • the present invention can be suitably applied to a management system, a sensor device, and a power supply method capable of supplying electric power generated by energy harvesting to a sensor device.

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Abstract

給電装置（２０）及びセンサ機器（３０）は、冷凍倉庫内に設置されている。給電装置（２０）において、発電部（２２）は、凍倉庫内に生じる風力エネルギーを用いて電力を発電する。また、給電部（２３）は、発電部（２２）が発電した電力をセンサ機器（３０）に供給する。センサ機器（３０）において、受電部（３１）は、給電装置（２０）から給電された電力を受信する。蓄電部（３２）は、受電部（３１）が受電した電力を蓄積する。コントローラ（３５）は、蓄電部（３２）に蓄積された電力を消費して動作する。

Description

管理システム、センサ機器、及び、給電方法
　本発明は、管理システム、センサ機器、及び、給電方法に関する。
　近年、IoT（Internet of Things）機器が広く用いられ、収集された種々のデータが活用されている。例えば、冷凍倉庫内には、IoT機器としてセンサ機器が配置され、そのセンサ機器にて検出したデータ（温度、湿度等）が、サーバ装置に適宜送られるようになっている。通常、センサ機器は、電池（一例として、乾電池のような一次電池）が内蔵され、それを電源として動作する場合が多い。特に、冷凍倉庫内のように、外部からセンサ機器への電力供給が困難な場所に設置される場合には、電池を内蔵することが必須となる。
　また、最近では、光、風力、振動、温度差等のエネルギーを利用して発電する環境発電にも注目が集まっている。このような環境発電の技術をセンサ機器に適用して、低消費電力化を図り、電池の消耗を減らしたり、或いは、電池を内蔵せずにセンサ機器を動作させることも研究されている。
　例えば、特許文献１には、温度差による発電を利用した電子機器の発明が開示されている。この電子機器は、熱電変換素子を備えており、発熱したＣＰＵ（Central Processing　Unit）と周囲との温度差により発電する。そして、発電した電力は、バッテリ（二次電池）に蓄電され、電子機器がその電力を消費できるようになっている。このような特許文献１の発明を、上述したセンサ機器に適用することも考えられる。
特開２００２－５０７２７号公報
　しかしながら、電池で動作するセンサ機器には、低消費電力版の素子（一例として、マイコン素子）が用いられており、動作時の発熱が低く抑えられている。そのため、センサ機器の素子と周囲との間に十分な温度差が生じず、温度差による発電を利用することができなかった。
　そのため、例えば、冷凍倉庫内に生じるエネルギーを用いて環境発電し、発電した電力をセンサ機器に給電するといった新たな技術の開発が求められていた。
　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、環境発電した電力をセンサ機器に給電することのできる管理システム、センサ機器、及び、給電方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明に係る管理システムは、
　冷凍倉庫における管理システムであって、
　給電装置及びセンサ機器が、前記冷凍倉庫内に設置されており、
　前記給電装置は、
　前記冷凍倉庫内に生じるエネルギーを用いて電力を発電する環境発電手段と、
　前記環境発電手段が発電した電力を前記センサ機器に給電する給電手段と、を備え、
　前記センサ機器は、
　前記給電装置から給電された電力を受電する受電手段と、
　前記受電手段が受電した電力を蓄積する蓄電手段と、
　前記蓄電手段に蓄積された電力を消費して動作する制御手段と、を備える。
　この発明によれば、給電装置において、環境発電手段は冷凍倉庫内に生じるエネルギーを用いて電力を発電し、給電手段は発電された電力をセンサ機器に給電する。一方、センサ機器において、受電手段は給電装置から給電された電力を受電し、蓄電手段は受電した電力を蓄積し、そして、制御手段は蓄積された電力を消費して動作する。この結果、環境発電した電力をセンサ機器に給電することができる。
本発明の実施形態１に係る管理システムの全体構成の一例を示す図 実施形態１に係る給電装置及びセンサ機器の構成の一例を示すブロック図 センサ機器における電圧検知部の詳細を説明するためのブロック図 サーバ装置の構成の一例を示すブロック図 給電装置における給電処理、及び、センサ機器における受電処理を説明するフローチャート センサ機器における電源切替処理を説明するフローチャート サーバ装置における電池交換報知処理を説明するフローチャート 他の実施形態に係る管理システムの全体構成の一例を示す図 温度差発電を行う給電装置及びセンサ機器の構成の一例を示すブロック図 振動発電を行う給電装置及びセンサ機器の構成の一例を示すブロック図 ＰＶ発電を行う給電装置及びセンサ機器の構成の一例を示すブロック図
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付す。以下では、冷凍倉庫における管理システムを一例として説明するが、後述するように、例えば、温度及び湿度が一定に管理される管理システムにおいても同様に本発明を適用することができる。すなわち、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素または全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１に係る管理システム１の全体構成の一例を示す図である。この管理システム１は、一例として、冷凍倉庫ＲＷにおいて温度及び湿度を一定に管理するシステムである。
　図示するように、管理システム１は、冷凍倉庫ＲＷ内に配置された冷風ダクト１０、給電装置２０、及び、センサ機器３０と、冷凍倉庫ＲＷ外に配置されたサーバ装置４０とを備えている。なお、図１では、給電装置２０とセンサ機器３０とが、１組だけ示されているが、複数組の給電装置２０及びセンサ機器３０が、冷凍倉庫ＲＷ内に配置されていてもよい。また、以下では、給電装置２０とセンサ機器３０とが、１対１に対応している場合について説明するが、後述するように、給電装置２０とセンサ機器３０との対応が、１対１以外であってもよい。
　冷風ダクト１０は、図示せぬ冷凍機本体にて生成された冷気を、冷凍倉庫ＲＷ内に出力する。例えば、冷凍機本体は、室内（冷凍倉庫ＲＷ内）空気と冷媒とを熱交換する室内熱交換器と、圧縮機と、外気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器と、膨張弁とを備えている。そして、冷凍機本体は、冷媒を、圧縮機→室外熱交換器→膨張弁→室内熱交換器→圧縮機・・・の順に循環させ、冷凍サイクルを構成する。冷凍機本体は、室内熱交換器にて冷却された空気（冷気）を、例えば、ファンを回転させて冷風ダクト１０まで導き、冷凍倉庫ＲＷ内に出力する。
　給電装置２０は、冷風ダクト１０の近傍に配置され、冷風ダクト１０から出力される冷気の風力エネルギーを利用して発電し、発電した電力をセンサ機器３０に給電する。
　センサ機器３０は、給電装置２０から給電された電力を蓄積する蓄電部（後述する蓄電部３２）、又は、内蔵する電池（後述する電池３９）の何れかを電源として動作し、検出した温度、湿度等のデータをサーバ装置４０に送信する。なお、図１では、センサ機器３０からサーバ装置４０にデータが直接送られるように示してしているが、実際には、ネットワーク（一例として、インターネット）を通じて、センサ機器３０からサーバ装置４０にデータが送られるようになっている。
　サーバ装置４０は、センサ機器３０から送られたデータを受信して蓄積する。なお、センサ機器３０から送られたデータには、後述するような電源切替信号が含まれており、センサ機器３０が電池を使用した累積使用時間が集計できるようになっている。そのため、サーバ装置４０は、後述するように、センサ機器３０における電池の交換時期が到来すると、例えば、管理者（図示せぬ管理者の端末装置）に電池の交換を促すメッセージを報知する。
　以下、図２を参照して、給電装置２０とセンサ機器３０とについて、詳細に説明する。図２は、給電装置２０、及び、センサ機器３０の構成の一例を示すブロック図である。
　まず、給電装置２０は、風車２１と、発電部２２と、給電部２３とを備えている。
　風車２１は、冷風ダクト１０から出力される冷風に対向するように配置されており、冷風を受けて回転する。
　発電部２２は、本願発明の請求の範囲における環境発電手段に対応しており、風車２１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。例えば、発電部２２は、風車２１の回転を複数のギアを組み合わせた増速器に伝え、この増速器からの回転駆動力によってロータの磁極を回転させ、電磁誘導により発電する。
　給電部２３は、本願発明の請求の範囲における給電手段に対応しており、例えば、給電側コイルを備え、発電部２２により発電された電流を給電側コイルに流して磁界を発生させ、電磁誘導によりセンサ機器３０（後述する受電部３１）に電力を供給する。なお、電磁誘導の代わりに、磁界共振（磁界共鳴）によって、センサ機器３０に電力を供給するようにしてもよい。
　この他にも、給電部２３は、マイクロ波又は超音波を放射して、センサ機器３０に電力を供給してもよい。例えば、給電部２３は、アンテナ素子を多数配列したアレーアンテナからマイクロ波を放射して、センサ機器３０に電力を供給する。これら、マイクロ波又は超音波を用いる場合では、給電装置２０（給電部２３）とセンサ機器３０（受電部３１）とを、数ミリｍ程度まで近接させることなく、ある程度までの距離（一例として、数ｍ）を隔てても、給電が可能となる。
　続いて、センサ機器３０は、受電部３１と、蓄電部３２と、電圧検知部３３と、スイッチ３４と、コントローラ３５と、温度センサ３６と、湿度センサ３７と、無線送信部３８と、電池３９とを備えている。
　受電部３１は、本願発明の請求の範囲における受電手段に対応しており、例えば、受電側コイルを備え、給電装置２０の給電部２３に発生された磁界による電磁誘導によって受電する。なお、磁界共振によって受電してもよい。
　この他にも、受電部３１は、給電部２３から放射されたマイクロ波又は超音波を電力に変換して受電してもよい。例えば、受電部３１は、放射されたマイクロ波をアレーアンテナによって受信し、電圧降下の少ないダイオードを多数配列したダイオードアレイで整流して電力を得る。
　蓄電部３２は、本願発明の請求の範囲における蓄電手段に対応しており、例えば、二次電池、電気二重層コンデンサ等であり、受電部３１が受電した電力を蓄える。
　電圧検知部３３は、本願発明の請求の範囲における電圧検知手段に対応しており、蓄電部３２の電圧と、電池３９の電圧とを検知する。電圧検知部３３は、検知した電圧の高い方を示す電源切替信号を生成して、スイッチ３４及びコントローラ３５に供給する。また、電圧検知部３３は、検知した両電圧のどちらも基準電圧を下回っている場合に、リセット信号を生成して、コントローラ３５に供給する。
　より具体的に、電圧検知部３３は、図３に示すような回路によって構成されている。図３に示すように、コンパレータ３３１は、非反転入力が電池３９に接続され、反転入力が蓄電部３２に接続され、そして、出力がスイッチ３４及びコントローラ３５に接続されている。つまり、コンパレータ３３１は、電池３９の電圧と、蓄電部３２の電圧とを比較して、電源切替信号を出力する。例えば、コンパレータ３３１は、電池３９の電圧の方が高かった場合に、正の電源切替信号を出力し、逆に、蓄電部３２の電圧の方が高かった場合に、負の電源切替信号を出力する。
　コンパレータ３３２は、非反転入力が電池３９に接続され、反転入力が基準電圧回路３３５に接続され、そして、出力がＯＲ回路３３４の一方の入力に接続されている。つまり、コンパレータ３３２は、電池３９の電圧と、基準電圧回路３３５の電圧とを比較して、正又は負の信号を出力する。例えば、コンパレータ３３２は、電池３９の電圧の方が高かった場合に、正の信号を出力し、逆に、基準電圧回路３３５の電圧の方が高かった場合（つまり、電池３９の電圧が、基準電圧回路３３５の電圧を下回った場合）に、負の信号を出力する。
　コンパレータ３３３は、非反転入力が蓄電部３２に接続され、反転入力が基準電圧回路３３５に接続され、そして、出力がＯＲ回路３３４の他方の入力に接続されている。つまり、コンパレータ３３３は、蓄電部３２の電圧と、基準電圧回路３３５の電圧とを比較して、正又は負の信号を出力する。例えば、コンパレータ３３３は、蓄電部３２の電圧の方が高かった場合に、正の信号を出力し、逆に、基準電圧回路３３５の電圧の方が高かった場合（つまり、蓄電部３２の電圧が、基準電圧回路３３５の電圧を下回った場合）に、負の信号を出力する。
　ＯＲ回路３３４は、図中において負論理で示されており、一方の入力がコンパレータ３３２の出力に接続され、他方の入力がコンパレータ３３３の出力に接続され、そして、出力がコントローラ３５に接続されている。つまり、ＯＲ回路３３４は、コンパレータ３３２の出力及びコンパレータ３３３の出力がどちらも負の信号である場合にだけ、リセット信号（負の信号）をコントローラ３５に出力する。一方、コンパレータ３３２の出力及びコンパレータ３３３の出力のうち、少なくとも一方が正の信号であれば、ＯＲ回路３３４は、正の信号を出力し、リセット信号とはならない。
　基準電圧回路３３５は、例えば、リセット条件として定められた基準電圧を出力し、コンパレータ３３２の反転入力、及び、コンパレータ３３３の反転入力に供給する。
　図２に戻って、スイッチ３４は、コントローラ３５の電源を、蓄電部３２又は電池３９の何れかに切り替えるスイッチ素子であり、電圧検知部３３に制御される。例えば、上述した図３に示される回路の電圧検知部３３の場合、正の電源切替信号（電池３９の方が高電圧）がコンパレータ３３１から供給されると、スイッチ３４は、電池３９側に接続を切り替える。逆に、負の電源切替信号（蓄電部３２の方が高電圧）がコンパレータ３３１から供給されると、スイッチ３４は、蓄電部３２側に接続を切り替える。つまり、電源切替信号は、スイッチ３４の接続先を示す接続情報とも言える。
　コントローラ３５は、本願発明の請求の範囲における制御手段に対応しており、例えば、マイコン素子であり、センサ機器３０全体を制御する。コントローラ３５は、スイッチ３４を介して、蓄電部３２又は電池３９の何れかに接続され、供給される電力によって以下のように動作する。
　例えば、コントローラ３５は、温度センサ３６が検出した温度、及び、湿度センサ３７が検出した湿度のデータを取得する。また、コントローラ３５は、電圧検知部３３から供給された電源切替信号（正又は負の電源切替信号）も取得する。なお、コントローラ３５は、計時部（一例として、リアルタイムクロック）を備えており、温度、湿度、及び、電源切替信号を取得したそれぞれの日時（時刻だけでもよい）を対応付けておくものとする。そして、コントローラ３５は、規定された送信タイミング（一例として、１時間毎）になると、無線送信部３８を制御して、日時が対応付けられた、これら温度、湿度、及び、電源切替信号のデータを、サーバ装置４０に送信する。
　温度センサ３６は、冷凍倉庫ＲＷ内（センサ機器３０の近傍）の温度を検出する。
　湿度センサ３７は、冷凍倉庫ＲＷ内（センサ機器３０の近傍）の湿度を検出する。
　無線送信部３８は、例えば、Wi-Fi（登録商標）若しくはBluetooth（登録商標）に代表される無線規格に沿って通信を行う。つまり、無線送信部３８は、コントローラ３５に制御され、温度、湿度、及び、電源切替信号を含むデータを、サーバ装置４０に送信する。なお、上述したように、電源切替信号は、スイッチ３４の接続先を示す接続情報とも言える。
　電池３９は、乾電池に代表される一次電池であり、スイッチ３４を介して、コントローラ３５に電力を供給する。なお、電池３９は、例えば、センサ機器３０内に設けられたケースに装着して保持されるようになっており、消耗した際に、交換可能となっている。
　以下、図４を参照して、サーバ装置４０について、詳細に説明する。図４は、サーバ装置４０の構成の一例を示すブロック図である。
　図示するように、サーバ装置４０は、通信部４１と、データ蓄積部４２と、制御部４３とを備えている。
　通信部４１は、センサ機器３０から送られたデータを受信する。また、通信部４１は、制御部４３に制御され、例えば、センサ機器３０における電池３９の交換時期が到来すると、電池交換を促すメッセージを、例えば、管理者の端末装置に送信する。
　データ蓄積部４２は、通信部４１が受信したデータを蓄積する。例えば、データ蓄積部４２は、日時が対応付けられた温度、湿度、及び、電源切替信号のデータを蓄積する。なお、電源切替信号、及び、それに対応付けられた日時は、後述するように、センサ機器３０における電池３９の累積使用時間を求めるために使用される。
　制御部４３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを備えている。なお、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することにより、以下に説明するデータ収集部４３１及び管理部４３２が実現される。
　データ収集部４３１は、通信部４１が受信したデータから必要なデータを収集し、データ蓄積部４２に蓄積させる。データ収集部４３１は、少なくとも、温度、湿度、及び、電源切替信号の何れかのデータ（日時が対応付けられたデータ）を収集して、データ蓄積部４２に蓄積させる。
　管理部４３２は、データ蓄積部４２に蓄積されたデータに基づいて、センサ機器３０を管理する。例えば、管理部４３２は、データ蓄積部４２に蓄積された電源切替信号、及び、それに対応付けられた日時のデータを集計し、センサ機器３０における電池３９の累積使用時間を求める。例えば、時系列に蓄積された電源切替信号において、負の電源切替信号から正の電源切替信号に変化すると、管理部４３２は、正の電源切替信号に対応付けられた日時を記憶しておく。そして、管理部４３２は、次に負の電源切替信号に変化するデータを探し、記憶した日時から負の電源切替信号に対応付けられた日時までの時間を累積使用時間に加算する。なお、負の電源切替信号に変化するデータが未蓄積である場合、管理部４３２は、記憶した日時から現在日時までの時間を累積使用時間に加算する。
　そして、このようにして求めた累積使用時間から、電池３９の交換時期が到来したと判別すると（一例として、累積使用時間が規定時間を超えると）、管理部４３２は、通信部４１を制御して、電池交換を促すメッセージを、例えば、管理者の端末に送信する。
　以下、このような構成の管理システム１の動作について、図５～７を参照して説明する。図５は、給電装置２０における給電処理、及び、センサ機器３０における受電処理を説明するためのフローチャートである。また、図６は、センサ機器３０における電源切替処理を説明するためのフローチャートである。そして、図７は、サーバ装置４０における電池交換報知処理を説明するためのフローチャートである。
　まず、図５を参照して、給電装置２０における給電処理、及び、センサ機器３０における受電処理について説明する。これらの給電処理及び受電処理は、給電装置２０及びセンサ機器３０において、繰り返し実行される。
　まず、給電装置２０は、冷凍倉庫ＲＷ内に生じるエネルギーを用いて電力を発電する（ステップＳ１０１）。例えば、風車２１が冷風ダクト１０から出力される冷風を受けて回転している場合に、発電部２２は、風車２１の回転エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。なお、ステップＳ１０１は、本願発明の請求の範囲における環境発電ステップに対応している。
　給電装置２０は、上記のステップＳ１０１にて発電した電力を、センサ機器３０に給電する（ステップＳ１０２）。すなわち、給電部２３は、発電部２２によって発電された電流を給電側コイルに流して磁界を発生させ、電磁誘導によりセンサ機器３０に電力を供給する。なお、電磁誘導の代わりに、磁界共振によって、センサ機器３０に電力を供給するようにしてもよい。この他にも、給電部２３は、マイクロ波又は超音波を放射して、センサ機器３０に電力を供給してもよい。なお、ステップＳ１０２は、本願発明の請求の範囲における給電ステップに対応している。
　そして、給電装置２０は、上述したステップＳ１０１に処理を戻す。
　一方のセンサ機器３０は、上記のステップＳ１０２にて給電された電力を受電する（ステップＳ２０１）。例えば、受電部３１は、給電装置２０の給電部２３に発生された磁界による電磁誘導によって受電する。なお、磁界共振によって受電してもよい。この他にも、受電部３１は、給電部２３から放射されたマイクロ波又は超音波を電力に変換して受電してもよい。なお、ステップＳ２０１は、本願発明の請求の範囲における受電ステップに対応している。
　センサ機器３０は、上記のステップＳ２０１にて受電した電力を蓄電部３２に蓄積する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２は、本願発明の請求の範囲における蓄電ステップに対応している。
　センサ機器３０は、蓄電部３２に蓄積された電力を消費して動作する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３は、本願発明の請求の範囲における動作ステップに対応している。なお、蓄電部３２に十分な電力が蓄積されておらず、蓄電部３２の電圧よりも、電池３９の電圧の方が高い場合には、以下に説明する電源切替処理にて電源が電池３９の方に切り替えられているため、センサ機器３０は、電池３９の電力を消費して動作する。
　そして、センサ機器３０は、上述したステップＳ２０１に処理を戻す。
　このような給電処理により、給電装置２０は、冷凍倉庫ＲＷ内に生じるエネルギーを用いて電力を発電し、発電した電力をセンサ機器３０に給電する。また、受電処理により、センサ機器３０は、給電装置２０から給電された電力を受電し、受電した電力を蓄電部３２に蓄積し、そして、蓄電部３２に蓄積された電力を消費して動作する。この結果、環境発電した電力をセンサ機器３０に給電することができる。
　次に、図６を参照して、センサ機器３０における電源切替処理について説明する。この電源切替処理は、例えば、センサ機器３０において、他の処理と並行して、繰り返し実行される。
　まず、センサ機器３０は、蓄電部３２の電圧と電池３９の電圧とを比較する（ステップＳ３０１）。例えば、電圧検知部３３は、図３に示すコンパレータ３３１によって、蓄電部３２の電圧と電池３９の電圧とを比較する。
　センサ機器３０は、蓄電部３２の電圧の方が大きいか否かを判別する（ステップＳ３０２）。例えば、図３に示すコンパレータ３３１が、負の電源切替信号を出力したかどうかを判別する。
　センサ機器３０は、蓄電部３２の電圧の方が大きいと判別すると（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、電源を蓄電部３２に切り替える（ステップＳ１０３）。例えば、図３に示すコンパレータ３３１が負の電源切替信号を出力した場合に、スイッチ３４は、蓄電部３２側に接続し、蓄電部３２の電力をコントローラ３５に供給する。そして、センサ機器３０は、上述したステップＳ３０１に処理を戻す。
　一方、電池３９の電圧の方が大きい（両電圧が等しい場合も含む）と判別した場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）に、センサ機器３０は、電源を電池３９に切り替える（ステップＳ３０４）。例えば、図３に示すコンパレータ３３１が正の電源切替信号を出力した場合に、スイッチ３４は、電池３９側に接続し、電池３９の電力をコントローラ３５に供給する。そして、センサ機器３０は、上述したステップＳ３０１に処理を戻す。
　このような電源切替処理によって、給電装置２０から電力が供給され、蓄電部３２に電力が蓄電されている間は、蓄電部３２の電圧が電池３９の電圧よりも高くなるため、スイッチ３４が蓄電部３２側に切り替わり、蓄電部３２を電源としてセンサ機器３０（コントローラ３５）が動作することになる。なお、例えば、冷凍機本体が除霜運転を行い、冷風ダクト１０から一時的に冷風が出力されなくなる（若しくは、出力される冷風が極端に弱まる）といった状況が生じると、給電装置２０から電力が供給されずに蓄電部３２に蓄えられた電力が消費されていく。この場合、やがて、電池３９の電圧が蓄電部３２の電圧よりも高くなるため、スイッチ３４が電池３９側に切り替わり、電池３９を電源としてセンサ機器３０が動作することになる。その後、冷風ダクト１０から冷風の出力が再開される（若しくは、出力される冷風が強まる）と、給電装置２０からの給電も再開され、蓄電部３２に蓄電されていく。この場合、やがて、スイッチ３４が蓄電部３２側に切り替わり、蓄電部３２を電源としてセンサ機器３０が動作することになる。
　このように、冷凍倉庫ＲＷに生じる風力エネルギーを用いて環境発電（風力発電）し、発電した電力をセンサ機器３０に給電することができる。そして、このような給電により、センサ機器３０における電池３９を使用せずに（電池３９の電力を消費せずに）、センサ機器３０を動作させることができる。そのため、センサ機器３０にて、より強力に低消費電力化を図ることができ、電池３９の交換時期を遅らせ、メンテナンスも容易となる。
　次に、図７を参照して、サーバ装置４０における電池交換報知処理について説明する。この電池交換報知処理は、例えば、サーバ装置４０において、他の処理と並行して繰り返し実行される。
　まず、サーバ装置４０は、センサ機器３０からデータ送信があったか否かを判別する（ステップＳ４０１）。すなわち、制御部４３は、通信部４１が、センサ機器３０から送られたデータを受信したかどうかを判別する。
　サーバ装置４０は、センサ機器３０からデータ送信がなかったと判別すると（ステップＳ４０１；Ｎｏ）、当該ステップＳ４０１の処理を繰り返す。
　一方、センサ機器３０からデータ送信があったと判別した場合（ステップＳ４０１；Ｙｅｓ）に、サーバ装置４０は、必要なデータを蓄積する（ステップＳ４０２）。すなわち、制御部４３は、受信したデータから必要なデータを収集し、データ蓄積部４２に蓄積させる。制御部４３は、少なくとも、温度、湿度、及び、電源切替信号の何れかのデータ（日時が対応付けられたデータ）を収集して、データ蓄積部４２に蓄積させる。
　サーバ装置４０は、電池３９の使用があったか否かを判別する（ステップＳ４０３）。例えば、制御部４３は、ステップＳ４０２にて蓄積したデータに、電源切替信号（正の電源切替信号）が含まれていたかどうかを判別する。
　サーバ装置４０は、電池３９の使用がなかったと判別すると（ステップＳ４０３；Ｎｏ）、上述したステップＳ４０１に処理を戻す。
　一方、電池３９の使用があったと判別した場合（ステップＳ４０３；Ｙｅｓ）に、サーバ装置４０は、電池３９の累積使用時間を更新する（ステップＳ４０４）。すなわち、制御部４３は、電源切替信号、及び、それに対応付けられた日時のデータを集計し、電池３９の累積使用時間を更新する。例えば、時系列に蓄積された電源切替信号において、負の電源切替信号から正の電源切替信号に変化すると、管理部４３２は、正の電源切替信号に対応付けられた日時を記憶しておく。そして、管理部４３２は、次に負の電源切替信号に変化するデータを探し、記憶した日時から負の電源切替信号に対応付けられた日時までの時間を累積使用時間に加算して更新する。なお、負の電源切替信号に変化するデータが未蓄積である場合、管理部４３２は、記憶した日時から現在日時までの時間を累積使用時間に加算して更新する。
　サーバ装置４０は、電池３９の交換時期が到来したか否かを判別する（ステップＳ４０５）。例えば、制御部４３は、ステップＳ２０４にて更新した累積使用時間が、交換のために定められた規定時間を超えると、電池３９の交換時期が到来したと判別する。
　サーバ装置４０は、電池３９の交換時期が到来していないと判別すると（ステップＳ４０５；Ｎｏ）、上述したステップＳ４０１に処理を戻す。
　一方、電池３９の交換時期が到来したと判別した場合（ステップＳ４０５；Ｙｅｓ）に、サーバ装置４０は、電池３９の交換を報知する（ステップＳ４０６）。すなわち、制御部４３は、通信部４１を制御して、電池交換を促すメッセージを、例えば、管理者の端末に送信する。そして、サーバ装置４０は、上述したステップＳ２０４に処理を戻す。
　このような電池交換報知処理によって、センサ機器３０における電池３９の使用状況をに把握し、電池３９の交換時期が到来した際に、電池３９の交換を適切に促すことができる。特に、電池３９の使用状況をサーバ装置４０側で管理することにより、センサ機器３０にて電池３９の電圧値を計測するような構成が不要となり、センサ機器３０の構成を簡略化することができる。
　また、電源切替信号、及び、それに対応付けられた日時のデータを蓄積しているため、電池３９の累積使用時間を正確に管理することができ、電池３９の交換時期の到来を適切に報知することができる。なお、冷凍倉庫ＲＷという特殊環境下においては、低温状態を極力維持する必要があるため、電池３９の交換作業の頻度を少なくするのが望ましく、また、その交換作業が突発的となるのを避けたい。そのため、例えば、冷凍倉庫ＲＷにおいて、搬入作業若しくは搬出作業がスケジュールされている場合に、サーバ装置４０は、スケジュールされた搬入作業若しくは搬出作業の日時を合わせて、電池３９の交換を報知するようにしてもよい。
（他の実施形態）
　上記の実施形態１では、環境発電の一例として、風力発電によって、給電装置２０が発電する場合を一例として説明したが、他の種類の環境発電によって給電装置が発電を行うようにし、発電した電力をセンサ機器３０に給電してもよい。
　例えば、図８に示すように、照明装置５０に生じる温度差を利用して給電装置６０が発電してもよく、また、冷風ダクト１０に生じる振動を利用して給電装置７０が発電してもよく、更に、照明装置５０の光を利用して給電装置８０が発電してもよい。
　以下、図９～１１を参照して、各種の環境発電によって発電する給電装置６０～８０について、詳細に説明する。なお、図９～１１において、センサ機器３０の構成は、上述した図２における構成と同じである。そのため、センサ機器３０の説明は省略する。
　まず、図９を参照して、照明装置５０に生じる温度差を利用して温度差発電を行う給電装置６０について説明する。図９は、給電装置６０、及び、センサ機器３０の構成の一例を示すブロック図である。
　給電装置６０は、温度差発電部６１と、給電部２３とを備えている。
　温度差発電部６１は、例えば、ゼーベック素子であり、照明装置５０におけるドライバ素子のような動作時（照明装置５０が点灯時）に発熱する素子に取り付けられている。温度差発電部６１は、発熱した素子と周囲との温度差が生じると、ゼーベック効果により電位差が生じて発電する。
　給電部２３は、上述した図２の給電部２３と同じである。つまり、給電部２３は、例えば、給電側コイルを備え、温度差発電部６１により発電された電流を給電側コイルに流して磁界を発生させ、電磁誘導によりセンサ機器３０（受電部３１）に電力を供給する。また、電磁誘導の代わりに、磁界共振によって、センサ機器３０に電力を供給するようにしてもよい。この他にも、給電部２３は、マイクロ波又は超音波を放射して、センサ機器３０に電力を供給してもよい。
　このような給電装置６０を用いた場合でも、冷凍倉庫ＲＷにて使用される照明装置５０に生じる熱エネルギーを用いて環境発電（温度差発電）し、発電した電力をセンサ機器３０に給電することができる。そして、このような給電により、センサ機器３０における電池３９を使用せずに（電池３９の電力を消費せずに）、センサ機器３０を動作させることができる。そのため、センサ機器３０にて、より効果的に低消費電力化を図ることができ、電池３９の交換時期を遅らせ、メンテナンスも容易となる。
　続いて、図１０を参照して、冷風ダクト１０に生じる振動を利用して振動発電を行う給電装置７０について説明する。図１０は、給電装置７０、及び、センサ機器３０の構成の一例を示すブロック図である。
　給電装置７０は、振動発電部７１と、給電部２３とを備えている。
　振動発電部７１は、例えば、圧電素子であり、冷風ダクト１０に取り付けられている。振動発電部７１は、圧電効果により振動エネルギーを電力に変換して発電する。
　給電部２３は、上述した図２の給電部２３と同じである。つまり、給電部２３は、例えば、給電側コイルを備え、振動発電部７１により発電された電流を給電側コイルに流して磁界を発生させ、電磁誘導によりセンサ機器３０（受電部３１）に電力を供給する。また、電磁誘導の代わりに、磁界共振によって、センサ機器３０に電力を供給するようにしてもよい。この他にも、給電部２３は、マイクロ波又は超音波を放射して、センサ機器３０に電力を供給してもよい。
　このような給電装置７０を用いた場合でも、冷風ダクト１０に生じる振動エネルギーを用いて環境発電（振動発電）し、発電した電力をセンサ機器３０に給電することができる。そして、このような給電により、センサ機器３０における電池３９を使用せずに（電池３９の電力を消費せずに）、センサ機器３０を動作させることができる。そのため、センサ機器３０にて、より効果的に低消費電力化を図ることができ、電池３９の交換時期を遅らせ、メンテナンスも容易となる。
　最後に、図１１を参照して、照明装置５０から照射される光を利用してＰＶ（PhotoVoltaics）発電を行う給電装置８０について説明する。図１１は、給電装置８０、及び、センサ機器３０の構成の一例を示すブロック図である。
　給電装置８０は、ＰＶ発電部８１と、給電部２３とを備えている。
　ＰＶ発電部８１は、例えば、太陽電池であり、照明装置５０の光源に対向するように取り付けられている。ＰＶ発電部８１は、光起電力効果により、光エネルギーを電力に変換して発電する。
　給電部２３は、上述した図２の給電部２３と同じである。つまり、給電部２３は、例えば、給電側コイルを備え、ＰＶ発電部８１により発電された電流を給電側コイルに流して磁界を発生させ、電磁誘導によりセンサ機器３０（受電部３１）に電力を供給する。また、電磁誘導の代わりに、磁界共振によって、センサ機器３０に電力を供給するようにしてもよい。この他にも、給電部２３は、マイクロ波又は超音波を放射して、センサ機器３０に電力を供給してもよい。
　このような給電装置８０を用いた場合でも、照明装置５０から照射される光エネルギーを用いて環境発電（ＰＶ発電）し、発電した電力をセンサ機器３０に給電することができる。そして、このような給電により、センサ機器３０における電池３９を使用せずに（電池３９の電力を消費せずに）、センサ機器３０を動作させることができる。そのため、センサ機器３０にて、より効果的に低消費電力化を図ることができ、電池３９の交換時期を遅らせ、メンテナンスも容易となる。
　また、これらの給電装置２０，６０～８０のうち、複数の給電装置を組み合わせて、１つのセンサ機器３０に、電力を供給するようにしてもよい。例えば、給電装置２０及び給電装置６０と、センサ機器３０とを対応させて、給電装置２０，６０の少なくとも一方から電力が供給されるようにしてもよい。なお、センサ機器３０は、受電部３１を２つ備えるようにして、給電装置２０，６０毎に給電が個別に受けられるようにしてもよい。
　上記の管理システム１では、給電装置２０，６０～８０からセンサ機器３０へ、ワイヤレス給電する場合について説明したが、給電装置２０，６０～８０とセンサ機器３０とを有線にて接続して、給電するようにしてもよい。この場合でも、給電装置２０，６０～８０とセンサ機器３０との間が閉じた系であるため、例えば、商用電源を供給する場合に比べ、とても容易である（つまり、供給用のコンセントを冷凍倉庫ＲＷ内に設置する手間が不要となるため）。
　上記の管理システム１では、冷凍倉庫ＲＷに適用される場合を一例として説明したが、冷凍倉庫ＲＷ以外の施設でも、温度及び湿度が一定に保たれるような施設であれば、同様に本発明を適用可能である。例えば、メインフレーム又は各種サーバ装置が配置されるようなコンピュータ室、若しくは、屋内で野菜に代表される植物が栽培される人工光型の植物工場などにおいても、本発明を同様に適用することができる。
　本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能である。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
　本発明は、環境発電した電力をセンサ機器に給電することのできる管理システム、センサ機器、及び、給電方法に好適に採用され得る。
　１　管理システム、１０　冷風ダクト、２０，６０，７０，８０　給電装置、２１　風車、２２　発電部、　６１　温度差発電部、７１　振動発電部、８１　ＰＶ発電部、２３　給電部、３０　センサ機器、３１　受電部、３２　蓄電部、３３　電圧検知部、３３１，３３２，３３３　コンパレータ、３３４　ＯＲ回路、３３５　基準電圧回路、３４　スイッチ、３５、コントローラ、３６、温度センサ、３７　湿度センサ、３８　無線送信部、３９　電池、４０　サーバ装置、４１　通信部、４２　データ蓄積部、４３　制御部、４３１　データ収集部、４３２　管理部、５０　照明装置

Claims (8)

  1. 　冷凍倉庫における管理システムであって、
    　給電装置及びセンサ機器が、前記冷凍倉庫内に設置されており、
    　前記給電装置は、
    　前記冷凍倉庫内に生じるエネルギーを用いて電力を発電する環境発電手段と、
    　前記環境発電手段が発電した電力を前記センサ機器に給電する給電手段と、を備え、
    　前記センサ機器は、
    　前記給電装置から給電された電力を受電する受電手段と、
    　前記受電手段が受電した電力を蓄積する蓄電手段と、
    　前記蓄電手段に蓄積された電力を消費して動作する制御手段と、を備える、
    　管理システム。
  2. 　前記環境発電手段は、前記冷凍倉庫内に生じる風力、温度差、振動、及び、光の何れかのエネルギーを用いて電力を発電する、
    　請求項１に記載の管理システム。
  3. 　前記給電手段は、前記受電手段との間に電磁誘導又は磁界共振を生じさせることで、前記環境発電手段が発電した電力を、前記センサ機器に給電する、
    　請求項１に記載の管理システム。
  4. 　前記給電手段は、前記受電手段に向けてマイクロ波又は超音波を放射することで、前記環境発電手段が発電した電力を、前記センサ機器に給電する、
    　請求項１に記載の管理システム。
  5. 　前記センサ機器は、
    　前記制御手段に電力を供給可能な電池と、
    　前記制御手段との接続先を、前記電池又は前記蓄電手段の何れか一方に切り替えるスイッチと、
    　前記電池の電圧と前記蓄電手段の電圧とを比較して、電圧の高い方を検知する電圧検知手段と、を更に備え、
    　前記スイッチは、前記電圧検知手段が検知した方を、前記制御手段との接続先に切り替える、
    　請求項１に記載の管理システム。
  6. 　前記センサ機器は、
    　前記スイッチの接続先を示す接続情報をサーバ装置に送信する送信部を更に備え、
    　前記サーバ装置は、
    　前記接続情報に基づいて、前記電池の累積使用時間を更新し、当該累積使用時間が基準時間を超えると、前記電池の交換を報知する、
    　請求項５に記載の管理システム。
  7. 　冷凍倉庫内に配置されたセンサ機器であって、
    　前記冷凍倉庫内に生じるエネルギーを用いて電力を発電する給電装置から給電された電力を受電する受電手段と、
    　前記受電手段が受電した電力を蓄積する蓄電手段と、
    　前記蓄電手段に蓄積された電力を消費して動作する制御手段と、
    　を備えるセンサ機器。
  8. 　冷凍倉庫にそれぞれ配置された給電装置からセンサ機器に給電する給電方法であって、
    　前記給電装置が、前記冷凍倉庫内に生じるエネルギーを用いて電力を発電する環境発電ステップと、
    　前記給電装置が、前記環境発電ステップにて発電した電力を前記センサ機器に給電する給電ステップと、
    　前記センサ機器が、前記給電ステップにて給電された電力を受電する受電ステップと、
    　前記センサ機器が、前記受電ステップにて受電した電力を蓄電部に蓄積する蓄電ステップと、
    　前記センサ機器が、前記蓄電部に蓄積された電力を消費して動作する動作ステップと、
    　を備える給電方法。
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