特許 6025071 ワイヤレス給電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6025071

(24)【登録日】2016年10月21日

(45)【発行日】2016年11月16日

(54)【発明の名称】ワイヤレス給電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/20 20160101AFI20161107BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20161107BHJP

【ＦＩ】

   H02J50/20

   H02J50/40

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-89168(P2014-89168)

(22)【出願日】2014年4月23日

(65)【公開番号】特開2015-208193(P2015-208193A)

(43)【公開日】2015年11月19日

【審査請求日】2015年11月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100100158

【弁理士】

【氏名又は名称】鮫島 睦

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(72)【発明者】

【氏名】谷 博之

【審査官】 杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−２９４２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−６５５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９４８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８７４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８０２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８６９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−８５４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０３２６６６０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ５０／２０

Ｈ０２Ｊ ５０／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ波を形成するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波が供給される第１の送電アンテナと、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波が供給される第２の送電アンテナと、
前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面との間に設けられ、前記第１の送電アンテナの送電面に対向する受電面を有する第１の受電アンテナと、
前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面との間に設けられ、前記第２の送電アンテナの送電面に対向する受電面を有する第２の受電アンテナと、を備え、
前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナが一体的に構成されて給電対象に接続されており、前記第１の受電アンテナの受電面と前記第１の送電アンテナの送電面との向かい合う方向が、前記第２の受電アンテナの受電面と前記第２の送電アンテナの送電面との向かい合う方向が平行であり、
前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナが直線偏波のマイクロ波を送信するよう構成されており、
前記第１の送電アンテナと前記第１の受電アンテナとの間で送電されるマイクロ波の電界の振動方向が、前記第２の送電アンテナと前記第２の受電アンテナとの間で送電されるマイクロ波の電界の振動方向と異なるように構成されたワイヤレス給電装置。

【請求項2】

前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面が対向するよう配置され、前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面が対向する領域内に前記第１の受電アンテナの受電面と前記第２の受電アンテナの受電面が配置された請求項１に記載のワイヤレス給電装置。

【請求項3】

前記マイクロ波発生器が、複数設けられて前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナに対して同じ電力を供給するよう構成された請求項１又は２に記載のワイヤレス給電装置。

【請求項4】

前記マイクロ波発生器から供給された電力を分配するマイクロ波分配器を有し、
前記マイクロ波分配器から前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナに対して同じ電力を供給するよう構成された請求項１又は２に記載のワイヤレス給電装置。

【請求項5】

前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナが同じ構成を有し、前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナが同じ構成を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置。

【請求項6】

前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナからの電力が供給される給電対象が、前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナに一体的に構成された請求項１乃至５のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置。

【請求項7】

前記第１の送電アンテナから送信されるマイクロ波と、前記第２の送電アンテナから送信されるマイクロ波とにおいて、それぞれの電界の振動方向が直交するように構成された請求項１乃至６のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置。

【請求項8】

前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナがマイクロストリップ基板で構成されており、前記マイクロストリップ基板の両面に設けられた導体パターンにより前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナの各受電面が構成され、前記マイクロストリップ基板に設けられたグランド面が前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナにより共有されるよう構成された請求項１乃至７のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置。

【請求項9】

対向するよう配置された前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面の対向する領域内において、一体的に構成された前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナと同じ構成の受電アンテナ対が複数組配置された請求項１乃至８のいずれか一項に記載のワイヤレス給電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁波（マイクロ波）により電力をワイヤレスで送電・受電するワイヤレス給電装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、電磁波（マイクロ波）により電力を伝送し、ワイヤレスで電力を供給する技術の開発が進んでいる。電磁波によるワイヤレス給電技術の一例としては、数１００ｋＨｚから数ＭＨｚの周波数帯のマイクロ波を用い、電磁誘導や磁気共鳴といった数ｍ以下の近距離で磁界の結合や共鳴を用いるシステムがある。このようなシステムでは、電力を送電する給電装置から一定の位置に電力が供給される受電機器が固定されているワイヤレス送電方法が用いられるものが多い。なお、近距離にある受電機器が移動して送電位置が変動するような対象に対しては、ワイヤレスにより電力を伝送するために、送電位置に応じて送電アンテナの位置を移動させる方法等が提案されている。

【0003】

一方、送電装置から受電装置までの距離が長く受電装置が遠方にあり、送電位置が変動する対象に対してワイヤレスで電力伝送する方法としては、マイクロ波を用いて電力伝送するシステムがある。数百ＭＨｚから数ＧＨｚのマイクロ波を用いることでマイクロ波を遠方の受電装置まで伝送することが可能となる。このようなワイヤレス電力伝送システムの一例としては、太陽光パネルを搭載した人工衛星を赤道上空へ打ち上げて、太陽光によって発電した電力を地上の受電装置へ送電する宇宙太陽光発電システムや、遠方の離島に配置された受電装置へ送電するシステム等が提案されている。

【0004】

前記のようなマイクロ波によるワイヤレス電力伝送装置は、原理的には受電装置の位置が変動するような対象に対しても電力伝送が可能である。その電力伝送方法としては、送電位置が変動、あるいは送電位置が複数ある場合、その受電装置の位置を送電側が認識し、その位置で送電する電力の位相が揃うように送電する方法である。このワイヤレス電力伝送方法を用いることにより、効率よく電力伝送することが可能である。具体的な例としては、受電装置の位置を認識するためにパイロット信号を受電装置の受電アンテナから給電装置の送電アンテナが受け取り、その受け取った情報に基づいて給電装置が電力の位相を制御するワイヤレス電力伝送装置がある（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−２８７４５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

図８は、従来のワイヤレス電力伝送方法を含む一般的な構成によるワイヤレス給電装置を示す。図８において、マイクロ波発生器１０１からマイクロ波伝送路１０２（場合によっては、分配器、マイクロ波増幅器を含む）を経由して、送電アンテナ１０３へ電力が供給されている。送電アンテナ１０３の送電面１０４から放射されたマイクロ波１０５は、受電アンテナ１０７の受電面１０６で受信される。受電面１０６が受信したマイクロ波は電力変換回路部１０８で電力変換された後、給電対象部１０９に電力が供給される。ここで、効率よく伝送するため、送電アンテナ１０３の送電面１０４と受電アンテナ１０７の受電面１０６は対向する向きに配置されている。

【0007】

図９は、図８に示した構成において、周波数５．８ＧＨｚでの伝送距離と伝送効率の関係を示すグラフである。図９において、横軸が伝送距離［ｍ］を示し、縦軸が伝送効率［％］を示す。図９のグラフにおいて、送電アンテナ１０３と受電アンテナ１０７を円形の平面アンテナとして、送電アンテナ１０３の直径をＴｘ、受電アンテナ１０７の直径をＲｘとして、Ｔｘ＝１ｍ，Ｒｘ＝１ｍの場合を実線で示し、Ｔｘ＝０．４ｍ，Ｒｘ＝０．４ｍの場合を破線で示し、Ｔｘ＝０．３ｍ，Ｒｘ＝０．３ｍの場合を一点鎖線で示し、Ｔｘ＝０．２ｍ，Ｒｘ＝０．２ｍの場合を二点鎖線で示している。図９のグラフに示すように、ＴｘとＲｘを１ｍサイズにすることで、伝送距離が５ｍ程度の範囲内において、効率９０％以上のレベルで、距離変動に対しても安定して電力供給が可能である。一方、Ｔｘ、Ｒｘのサイズが小さくなると、伝送距離に応じて伝送効率が大きく変化している。つまり、送電距離が長くなるにしたがって、伝送効率が大きく低下していく。

【0008】

上記の問題を解決するために、送電距離が長く受電アンテナ１０７が送電アンテナ１０３から遠く離れた場合には、送電する電力を大きくし、近い場合には電力を小さくする方法、つまり、送電距離に応じて送電する電力を制御する方法が考えられる。この方法では送電側にとって、受電側の位置が既知である必要がある。このため、上記のような従来のワイヤレス給電装置では、給電対象の送電位置をカメラやセンサ、情報通信などの手段により認識する位置認識部と、その位置から距離を算出し、算出された距離に応じて送電電力を制御する電力制御部が必要となる。また、このような従来のワイヤレス給電装置におけるマイクロ波発生器としては、電力を制御可能な電力源で構成する必要があり、複雑な装置構成となる。

【0009】

本発明は、小型のアンテナを用いた場合において、伝送距離に応じて伝送効率が変動するという問題を解決するものであり、伝送距離で電力変動するような小型のアンテナを用いても、一定電力が供給可能であり、送電位置により伝送効率の変動が抑制されて安定した電力伝送を行うことができるワイヤレス給電装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明に係る一態様のワイヤレス給電装置は、
マイクロ波を形成するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波が供給される第１の送電アンテナと、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波が供給される第２の送電アンテナと、
前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面との間に設けられ、前記第１の送電アンテナの送電面に対向する受電面を有する第１の受電アンテナと、
前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面との間に設けられ、前記第２の送電アンテナの送電面に対向する受電面を有する第２の受電アンテナと、を備え、
前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナが一体的に構成されて給電対象に接続されており、前記第１の受電アンテナの受電面と前記第１の送電アンテナの送電面との向かい合う方向が、前記第２の受電アンテナの受電面と前記第２の送電アンテナの送電面との向かい合う方向が平行であり、
前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナが直線偏波のマイクロ波を送信するよう構成されており、
前記第１の送電アンテナと前記第１の受電アンテナとの間で送電されるマイクロ波の電界の振動方向が、前記第２の送電アンテナと前記第２の受電アンテナとの間で送電されるマイクロ波の電界の振動方向と異なるように構成されている。

【0011】

上記のように構成された本発明に係る一態様のワイヤレス給電装置は、一体的に構成された第１の受電アンテナと第２の受電アンテナが、第１の送電アンテナと第２の送電アンテナとの間の領域内を移動して、任意の位置に配置されても、第１の送電アンテナと第２の送電アンテナから給電対象に送電される電力の伝送効率が変動することが抑制され、給電対象へ安定して電力を供給することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明のワイヤレス給電装置によれば、送電位置により伝送効率が変動するようなアンテナ構成であっても、送電位置の認識や送電電力を制御する必要がなく、一定の電力供給が可能であり、送電位置に応じて伝送効率が変動することが抑制され、安定したワイヤレス電力伝送を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る実施の形態１のワイヤレス給電装置の基本構成を示す図

【図2】実施の形態１のワイヤレス給電装置における他の構成例を示す図

【図3】従来のワイヤレス給電装置における構成における位置関係を示す図

【図4】実施の形態１のワイヤレス給電装置の構成における位置関係を示す図

【図5】給電対象に関する位置と伝送効率との関係を示す図

【図6】実施の形態１のワイヤレス給電装置における偏波方向を示す図

【図7】実施の形態１のワイヤレス給電装置における別の構成の受電アンテナを示す図

【図8】従来のワイヤレス給電装置の基本構成を示す図

【図9】従来のワイヤレス給電装置における伝送距離と伝送効率との関係を示す図

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係る第１の態様のワイヤレス給電装置は、
マイクロ波を形成するマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波が供給される第１の送電アンテナと、
前記マイクロ波発生器からのマイクロ波が供給される第２の送電アンテナと、
前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面との間に設けられ、前記第１の送電アンテナの送電面に対向する受電面を有する第１の受電アンテナと、
前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面との間に設けられ、前記第２の送電アンテナの送電面に対向する受電面を有する第２の受電アンテナと、を備え、
前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナが一体的に構成されて給電対象に接続されており、前記第１の受電アンテナの受電面と前記第１の送電アンテナの送電面との向かい合う方向が、前記第２の受電アンテナの受電面と前記第２の送電アンテナの送電面との向かい合う方向が平行であり、
前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナが直線偏波のマイクロ波を送信するよう構成されており、
前記第１の送電アンテナと前記第１の受電アンテナとの間で送電されるマイクロ波の電界の振動方向が、前記第２の送電アンテナと前記第２の受電アンテナとの間で送電されるマイクロ波の電界の振動方向と異なるように構成されている。
このように構成された本発明に係る第１の態様のワイヤレス給電装置においては、伝送距離で電力変動するような小型のアンテナを用いても、一定電力が供給可能であり、送電位置により伝送効率が変動することが抑制され、安定した電力伝送を行うことができる。

【0015】

本発明に係る第２の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１の態様において、前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面が対向するよう配置され、前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面が対向する領域内に前記第１の受電アンテナの受電面と前記第２の受電アンテナの受電面が配置されてもよい。

【0016】

本発明に係る第３の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１又は第２の態様における前記マイクロ波発生器が、複数設けられて前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナに対して同じ電力を供給するよう構成してもよい。

【0017】

本発明に係る第４の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１又は第２の態様において、前記マイクロ波発生器から供給された電力を分配するマイクロ波分配器を有し、
前記マイクロ波分配器から前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナに対して同じ電力を供給するよう構成してもよい。

【0018】

本発明に係る第５の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１から第４の態様において、前記第１の送電アンテナと前記第２の送電アンテナが同じ構成を有し、前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナが同じ構成を有してもよい。

【0019】

本発明に係る第６の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１から第５の態様において、前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナからの電力が供給される給電対象が、前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナに一体的に構成されてもよい。

【0021】

本発明に係る第７の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１から第６の態様において、前記第１の送電アンテナから送信されるマイクロ波と、前記第２の送電アンテナから送信されるマイクロ波とにおいて、それぞれの電界の振動方向が直交するように構成してもよい。

【0022】

本発明に係る第８の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１乃至第７の態様において、前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナがマイクロストリップ基板で構成されており、前記マイクロストリップ基板の両面に設けられた導体パターンにより前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナの各受電面が構成され、前記マイクロストリップ基板に設けられたグランド面が前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナにより共有される構成としてもよい。

【0023】

本発明に係る第９の態様のワイヤレス給電装置は、前記の第１乃至第８の態様において、対向するよう配置された前記第１の送電アンテナの送電面と前記第２の送電アンテナの送電面の対向する領域内において、一体的に構成された前記第１の受電アンテナと前記第２の受電アンテナと同じ構成の受電アンテナが複数組配置された構成としてもよい。

【0024】

以下、本発明のワイヤレス給電装置に係る実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

【0025】

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１のワイヤレス給電装置の基本構成を示す図である。電磁波（マイクロ波）を形成する第１のマイクロ波発生器２０１は、第１のマイクロ波伝送路２０２を経由して、第１の送電アンテナ２０３へマイクロ波を送信して一定の電力を供給する。第１のマイクロ波伝送路２０２としては、場合によっては、分配器及びマイクロ波増幅器が含まれる。第１の送電アンテナ２０３の送電面２０４からは、第１のマイクロ波２０５が放射され、第１の受電アンテナ２０７の受電面２０６により受信される。第１の受電アンテナ２０７の受電面２０６で受信した第１のマイクロ波２０５は、第１の電力変換回路部２０８で電力変換された後、給電対象部２０９に電力供給される。

【0026】

同様に、電磁波（マイクロ波）を形成する第２のマイクロ波発生器３０１は、第２のマイクロ波伝送路３０２を経由して、第２の送電アンテナ３０３へマイクロ波を送信して一定の電力を供給する。第２のマイクロ波伝送路３０２としては、場合によっては、分配器及びマイクロ波増幅器が含まれる。第２の送電アンテナ３０３の送電面３０４からは、第２のマイクロ波３０５が放射され、第２の受電アンテナ３０７の受電面３０６により受信される。第２の受電アンテナ３０７の受電面３０６で受信した第２のマイクロ波３０５は、第２の電力変換回路部３０８で電力変換した後、給電対象部２０９に電力供給される。

【0027】

実施の形態１のワイヤレス給電装置においては、図１に示すように、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３との間を結ぶ直線３００上に給電対象部２０９が配置されている。即ち、第１の送電アンテナ２０３の送電面２０４と第２の送電アンテナ３０３の送電面３０４が対向するよう配置され、第１の送電アンテナ２０３の送電面２０４と第２の送電アンテナ３０３の送電面３０４が対向する領域内に第１の受電アンテナ２０７の受電面２０６と第２の受電アンテナ３０７の受電面３０６が配置されている。

【0028】

給電対象部２０９を含む給電対象２００としては、第１の受電アンテナ２０７と第１の電力変換回路部２０８と第２の受電アンテナ３０７と第２の電力変換回路部３０８を有している。第１の受電アンテナ２０７の受電面２０６と第１の送電アンテナ２０３の送電面２０４は、対向して配置されており、伝送効率が最も高い位置に設けられている。同様に、第２の受電アンテナ３０７の受電面３０６と第２の送電アンテナ３０３の送電面３０４も、対向して配置されており、伝送効率が最も高い位置に設けられている。

【0029】

したがって、実施の形態１のワイヤレス給電装置においては、第１の受電アンテナ２０７の平板形状の受電面２０６と、第１の送電アンテナ２０３の平板形状の送電面２０４は、平行状態に配置されており、それぞれの中心点からの垂直線が略同一直線となるよう構成されている。また同様に、第２の受電アンテナ３０７の平板形状の受電面３０６と、第２の送電アンテナ３０３の平板形状の送電面３０４は、平行状態に配置されており、それぞれの中心点からの垂直線が略同一直線となるよう構成されている。なお、実施の形態１の構成においては、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３のそれぞれの送電面２０４，３０４、及び第１の受電アンテナ２０７と第２の受電アンテナ３０７のそれぞれの受電面２０６，３０６において、それぞれの中心点からの垂直線が略同一線となるよう構成されている。

【0030】

なお、図２は、実施の形態１のワイヤレス給電装置において、他の構成例を示す図である。図２に示す構成においては、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３への電力供給が、１つのマイクロ波発生器４０１において形成された電磁波（マイクロ波）が供給される構成である。図２のワイヤレス給電装置においては、マイクロ波発生器４０１からのマイクロ波電力が、マイクロ波分配器４０２で２分割されて、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３へ電力供給されている。

【0031】

上記のような図１及び図２に示す構成によれば、第１の送電アンテナ２０３と第１の受電アンテナ２０７との間の距離３１０と、第２の送電アンテナ３０３と第２の受電アンテナ３０７との間の距離３１１の変動により、第１のマイクロ波２０５と第２のマイクロ波３０５の伝送効率が変動するような小さなアンテナサイズであっても、給電対象２００が第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３との間（３０９）に挟まれた直線上の位置に設けられて入れば、給電対象２００の受電アンテナ（２０７，３０７）の位置が変化しても略一定の伝送効率でマイクロ波による給電が可能である。例えば、第１の送電アンテナ２０３と第１の受電アンテナ２０７との間の距離３１０が離れるに従って、第１のマイクロ波２０５の伝送効率は低下していく。しかし、反対に、第２の送電アンテナ３０３と第２の受電アンテナ３０７との間の距離３１１は近づくため、第２のマイクロ波３０５の伝送効率は上昇する。この結果、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３からの送電が互いに補完する状態となり、全体としての伝送効率を略一定に保つことが可能となる。

【0032】

実施の形態１のワイヤレス給電装置においては、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３に対して同電力が供給されているとし、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３が同一の構成であり、それぞれの送電面２０４と送電面３０４の送電方向の向きのみが異なる構成であり、第１の受電アンテナ２０７と第２の受電アンテナ３０７が同一構成であり、それぞれの受電面２０６と受電面３０６の受電方向の向きのみが異なる構成とすれば、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３から等しい距離（中間位置）に給電対象２００が設置された状態での伝送効率に平均化され、受電アンテナが移動しても給電対象２００に対して安定した給電が可能である。

【0033】

上記のように、実施の形態１のワイヤレス給電装置においては、受電アンテナが移動しても給電対象２００に対して安定して電力が供給されることを、従来例と比較して図３、図４及び図５を用いて以下に説明する。

【0034】

図３は、前述の図８に示した従来のワイヤレス給電装置における構成の場合を一例として示しており、一つの送電アンテナ１０３を用いて給電対象１００に対してマイクロ波電力伝送を行った場合の位置関係を示す概略説明図である。図３に示す構成においては、給電対象１００の設置範囲５０１が、２ｍの長さの直線上の範囲である。図３は、給電対象１００が任意の位置に配置された場合において、一つの送電アンテナ１０３を用いてマイクロ波電力伝送を行った場合の位置関係を示している。図３においては、簡略化のため、送電アンテナ１０３、受電アンテナ１０７としては平面アンテナとし、送電アンテナ１０３の送電面１０４、受電アンテナ１０７の受電面１０６は同一形状のものである。送電アンテナ１０３と給電対象１００との間の距離をＤ［ｍ］とし、この距離Ｄが最小０．５ｍから最大２．５ｍの範囲で変動する。送電アンテナ１０３へは一つのマイクロ波発生器１０１から一定の電力が供給される構成である。

【0035】

図５は、給電対象１００の位置（Ｄ）である伝送距離［ｍ］と、送電アンテナ１０３から給電対象１００への伝送効率［％］との関係を示すグラフである。図５は、送電アンテナ１０３及び受電アンテナ１０７のサイズを直径０．３ｍの円形平面アンテナとした場合において、周波数５．８ＧＨｚにおける伝送距離と伝送効率との関係を実線を用いて示している。

【0036】

一方、図４は、図２に示した実施の形態１のワイヤレス給電装置の構成を用いた場合の位置関係を示す概略説明図である。図４において、第１の送電アンテナ２０３と第１の受電アンテナ２０７との間の距離がＤ［ｍ］であり、この距離Ｄが最小０．５ｍから最大２．５ｍの範囲で変動する。図４に示した構成において、図３に示した構成と異なる点は、給電対象２００からみて第１の送電アンテナ２０３の反対側に、第１の送電アンテナ２０３と同じ構成である第２の送電アンテナ３０３が設けられており、給電対象２００が第１の送電アンテナ２０３から放射されたマイクロ波を受電する第１の受電アンテナ２０７と、第２の送電アンテナ３０３から放射されたマイクロ波を受電する第２の受電アンテナ３０７と有している点である。給電対象２００における第１の受電アンテナ２０７と第２の受電アンテナ３０７は、全く同じ構成であり、受電する向きが１８０度異なるものである。

【0037】

上記のように、図４に示した構成においては、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３を同一の構成としており、一定電力を供給するマイクロ波発生器４０１から発生したマイクロ波電力が、マイクロ波分配器４０２により均等に２分配されて、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３に供給されている。図４に示した構成においては、給電対象２００は距離Ｄを隔てた第１の送電アンテナ２０３からのマイクロ波と、距離（３［ｍ］−Ｄ［ｍ］）を隔てた第２の送電アンテナ３０３からのマイクロ波の両方を受電しており、その合計の電力が給電対象２００に供給される構成である。

【0038】

図４に示す構成において、全ての送電アンテナ２０３，３０３及び受電アンテナ２０７，３０７のサイズを直径０．３ｍの円形平面アンテナとした場合の周波数５．８ＧＨｚにおける給電対象２００の位置（Ｄ）と伝送効率との関係を計算した結果を、図５において点線を用いて示す。

【0039】

図５における点線で示すグラフから明らかなように、実施の形態１の構成により、伝送距離の変化による伝送効率の変動が平均化（平滑化）されることが分かる。つまり、図３に示した一つの送電アンテナ１０３と一つの受電アンテナ１０７を用いた従来の構成では、送電アンテナ１０３と受電アンテナ１０７との間の距離Ｄが０．５ｍと近い場合には、送電効率が８５％であるのに対して、その距離Ｄが２．５ｍと離れた場合には、送電効率が２０％と大幅に低くなり、給電対象１００の受電アンテナ１０７の位置により伝送効率が大きく変動することが理解できる。

【0040】

一方、図４に示す実施の形態１の構成では、第１の送電アンテナ２０３と第１の受電アンテナ２０７との間の距離Ｄが０．５ｍの最も近い場合には、第１の送電アンテナ２０３から伝送効率８５％で受電した電力と、第２の送電アンテナ３０３から伝送効率２０％で受電した電力の合算となる。したがって、全体としての伝送効率は、マイクロ波分配器４０２により２分配されていることを考慮すると、（０．５×０．８５＋０．５×０．２）×１００＝５２．５［％］となる。反対に、第１の送電アンテナ２０３と第１の受電アンテナ２０７との間の距離Ｄが２．５ｍと最も離れた場合には、全ての送電アンテナ２０３，３０３及び受電アンテナ２０７，３０７が全く同じ構成であることから、前記の距離Ｄが最も近い場合とは逆となり、第１の送電アンテナ２０３からの伝送効率は２０％であり、第２の送電アンテナ３０３からの伝送効率は８５％となる。結果として、全体としての効率は５２．５［％］となり、距離Ｄ＝０．５［ｍ］の最も近い場合と同じ伝送効率となる。

【0041】

上記の考え方により、距離Ｄ＝０．５ｍから２．５ｍの範囲で伝送効率を計算した結果、実施の形態１の構成では伝送効率は４９％から５４％の範囲内に収まることが分かる。つまり、従来のワイヤレス給電装置においては伝送効率が給電対象１００の位置により２０％から８５％までのバラツキがあったが、実施の形態１のワイヤレス給電装置においては、伝送効率のバラツキが４９％から５４％の範囲内に平均化しており、給電対象２００の受電アンテナの位置により制約されることがなく、安定した電力供給が可能となる。

【0042】

したがって、実施の形態１のワイヤレス給電装置では、二つの送電アンテナ２０３，３０３を結ぶ直線上の中間点、即ち、それぞれの送電アンテナ２０３，３０３からの距離が等しくなる中間位置にそれぞれの受電アンテナ２０７，３０７（受電アンテナ）が配置されたとき、所望の電力を供給できる送電電力、及びアンテナサイズを設定することにより、２つの送電アンテナの間の直線上におけるどの位置に給電対象２００の受電アンテナが配置されても、安定して所望の電力を給電できる構成となる。

【0043】

なお、実施の形態１の構成においては、第１の送電アンテナ２０３と第２の送電アンテナ３０３からのマイクロ波が干渉して、送電効率の低下が考えられる。また、実施の形態１の構成においては、第１の送電アンテナ２０３から放射されたマイクロ波が第２の送電アンテナ３０３まで到達して受電される、あるいはその逆に、第２の送電アンテナ３０３から放射されたマイクロ波が第１の送電アンテナ２０３まで到達して受電される危険性が考えられる。

【0044】

上記の問題点に関しては、それぞれの送電アンテナ及び受電アンテナの偏波を規定することにより、それぞれの２組のマイクロ波の干渉を防止することができる。ここで、偏波とは、放射されたマイクロ波の電界の振動方向であり、一般的に電界はマイクロ波の進行方向と垂直な平面内で振動している。図６は、送電アンテナ２０３，３０３の送電面２０４，３０４及び受電アンテナ２０７，３０７の受電面２０６，３０６を正面から見た図を示している。即ち、図６は、マイクロ波の進行方向に直交する送電面２０４，３０４及び受電面２０６，３０６を示している。第１の送電アンテナ２０３の送電面２０４から第１の偏波方向（電界方向）６０１のマイクロ波が放射され、第１の受電アンテナ２０７の受電面２０６において第１の偏波方向６０１のマイクロ波が受電される。また、第２の送電アンテナ３０３の送電面３０４から第２の偏波方向（電界方向）６０２のマイクロ波が放射され、第２の受電アンテナ３０７の受電面３０６において第２の偏波方向６０２のマイクロ波が受電される。実施の形態１のワイヤレス給電装置においては、それぞれのマイクロ波の第１の偏波方向６０１及び第２の偏波方向６０２が、固定の直線偏波であり、９０度回転している。実施の形態１の構成においては、送電面２０４の電界方向（電界の振動方向）と受電面２０６の電界方向（電界の振動方向）を、第１の偏波方向６０１として垂直方向に固定し、送電面３０４の電界方向と受電面３０６の電界方向を、第２の偏波方向６０２として水平方向に固定することにより、それぞれの偏波方向が９０度回転した関係性を構成することが可能である。

【0045】

なお、図６に示した第１の偏波方向６０１を垂直方向、第２の偏波方向６０２を水平方向として説明したが、第１の偏波方向６０１と第２の偏波方向６０２の角度が９０度回転していればよく、図６の構成に限定されるものではない。

【0046】

また、偏波を９０度回転する方法としては、アンテナ全体を９０度回転した配置とする構成や、それぞれのアンテナの設計により偏波をずらす方法などがあるが、本発明としてはこれらの方法に限られるものではない。本発明においては、第１の送電アンテナ２０３から放射されたマイクロ波と第２の送電アンテナ３０３から放射されたマイクロ波の電界の振動方向が９０度異なるため、それぞれマイクロ波の干渉を防ぐことができ、安定性が高いワイヤレス給電が可能となる。また、第１の送電アンテナ２０３から放射されたマイクロ波が第２の送電アンテナ３０３によって受電されるリスクや、その逆に第２の送電アンテナ３０３から放射されたマイクロ波が第１の送電アンテナ２０３によって受電されるリスクを低減することができる。

【0047】

なお、本発明においては、第１の送電アンテナ２０３から放射されたマイクロ波が第２の送電アンテナ３０３に受電されず、あるいは第２の送電アンテナ３０３から放射されたマイクロ波が第１の送電アンテナ２０３受電されない偏波方向を有していればよく、偏波方向の角度が９０度に限定されるものではない。

【0048】

なお、図７は本発明に係る実施の形態１のワイヤレス給電装置における受電アンテナ部７０５を有する給電対象７００の別の構成例を示す図である。図７において、（ａ）は受電アンテナ部７０５の斜視図であり、（ｂ）は受電アンテナ部７０５の構成例を示す図である。図７の（ｂ）に示すように、給電対象７００において、受電アンテナ部７０５は、電力変換回路部７０６を介して給電対象部７０７に接続されている。受電アンテナ部７０５は、その受電面が両側に設けられており、反対方向、つまり、１８０度回転した両方向からのマイクロ波を受電できる構成である。図７に示した構成例では、受電アンテナ部７０５がマイクロストリップ基板で構成されたマイクロストリップアンテナであり、基板の両面に導体パターンである第１のアンテナパターン７０３と第２のアンテナパターン７０４が形成されている。マイクロストリップアンテナは片側の受電面（アンテナ面）と誘電体基板７０２とによりグランド面（ＧＮＤ面）７０１を挟んで構成されており、両側の受電アンテナに関するＧＮＤ面７０１を共有とすることで２面の受電面を一枚の基板上に構成することができる。また、電力変換回路部７０６としては、二つの受電面からの電力を区別する必要がないため、共通の回路により電力変換が可能である。上記のように構成された受電アンテナ部７０５によれば、給電対象部７０７に対して、複数のアンテナ基板と複数の受電回路を用いる必要がなく、小型の受電アンテナを構築することができる。

【0049】

なお、実施の形態１においては、送電、受電として各２つのアンテナ組を設け、１軸の直線上にそれぞれのアンテナ組を配置した構成例で説明したが、本発明においては軸数を増やしてアンテナ組数を増やすことも可能である。即ち、本発明の構成においては、第１の送電アンテナ（２０３）と第１の受電アンテナ（２０７）、及び第２の送電アンテナ（３０３）と第２の受電アンテナ（３０７）の２組のアンテナ組を１軸の直線上に配置すると共に、同じ構成の送電アンテナと受電アンテナの組を平行で異なる軸の直線上に配置する構成を含むものである。

【0050】

また、実施の形態１における送電アンテナとしては、指向性の高いアンテナとして、マイクロストリップアンテナ、マイクロストリップアンテナを多数配置したアレイアンテナ、ホーンアンテナなどが考えられるが、本発明としてはこれらのアンテナに限定されるものではない。マイクロ波発生器としては高周波信号発生器、高周波増幅器、マグネトロンなどがあるが、本発明としてはこれらのマイクロ波発生器に限られるものではない。

【0051】

実施の形態１においては、給電対象が第１の受電アンテナ２０７と第２の受電アンテナ３０７の受電アンテナ対が一体的に構成された例で説明したが、本発明においては、受電アンテナ対から電力が供給されるように、給電対象は受電アンテナ対と電気的に接続されていればよく、受電アンテナ対が第１の送電アンテナ２０３（送電面２０４）と第２の送電アンテナ３０３（送電面３０４）が対向する領域内に配置されていればよい。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本発明のワイヤレス給電装置は、給電対象の受電アンテナの位置に関わらず安定した電力供給が可能となるものであり、移動する物体へのワイヤレス給電の各種用途に適用できる汎用性の高い装置である。

【符号の説明】

【0053】

２００ 給電対象
２０１ 第１のマイクロ波発生器
２０２ 第１のマイクロ波伝送路
２０３ 第１の送電アンテナ
２０４、３０４ 送電面
２０６、３０６ 受電面
２０７ 第１の受電アンテナ
２０８ 第１の電力変換回路部
２０９ 給電対象部
３０１ 第２のマイクロ波発生器
３０２ 第２のマイクロ波伝送路
３０３ 第２の送電アンテナ
３０７ 第２の受電アンテナ
３０８ 第２の電力変換回路部
４０１ マイクロ波発生器
４０２ マイクロ波分配器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】