特許 7554060 無線電力伝送システム、及び電力波経路変化方法

(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】

(24)【登録日】2024-09-10

(45)【発行日】2024-09-19

(54)【発明の名称】無線電力伝送システム、及び電力波経路変化方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/20 20160101AFI20240911BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20240911BHJP

【ＦＩ】

H02J50/20

H02J50/40

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020096942

(22)【出願日】2020-06-03

(65)【公開番号】P2021191181

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-04-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000005821

【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷 博之

(72)【発明者】

【氏名】田中 勇気

(72)【発明者】

【氏名】池田 拓磨

【審査官】清水 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０９８７７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７１９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８３６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２９８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０５０１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１２８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９３２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５５６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０６４８６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００ － ５０／９０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力波を放射する送電機と、
前記電力波を受信する受電機と、
前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させる伝搬経路変化部と、を備え、
前記伝搬経路変化部は、前記電力波を放射するアンテナの位置を一定周期又はランダムな周期で変化させる、
無線電力伝送システム。

【請求項2】

電力波を放射する送電機と、
前記電力波を受信する受電機と、
前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させる伝搬経路変化部と、を備え、
前記伝搬経路変化部は、前記送電機から放射された前記電力波を散乱させる、
無線電力伝送システム。

【請求項3】

前記伝搬経路変化部は、前記送電機と前記受電機とが配置される空間を形成する壁に設けられる、
請求項２に記載の無線電力伝送システム。

【請求項4】

電力波を放射する送電機と、
前記電力波を受信する受電機と、
前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させる伝搬経路変化部と、を備え、
前記伝搬経路変化部は、前記受電機を移動させることで前記電力波の受信位置を変化させ、かつ前記電力波を放射するアンテナの向きを一定周期又はランダムな周期で変化させる、
無線電力伝送システム。

【請求項5】

前記送電機は、前記受電機の受電状態を示す受電状態情報に基づき、前記伝搬経路変化部をフィードバック制御する
請求項１から４の何れか一項に記載の無線電力伝送システム。

【請求項6】

前記受電機は、前記送電機及び前記伝搬経路変化部の何れかから放射された電力波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信された電力波の位相を変化させ、位相変化後の電力波を反射波として前記受信アンテナから放射する位相変化部と、を備える
請求項１から５の何れか一項に記載の無線電力伝送システム。

【請求項7】

前記位相変化部は、前記受信アンテナで受信された電力波を整流する整流部と、前記整流部の出力側に接続され前記受信アンテナをグランドに接続する第１状態と前記受信アンテナを前記グランドから開放する第２状態とを交互に切り替えるスイッチ部と、を備える
請求項６に記載の無線電力伝送システム。

【請求項8】

前記位相変化部は、前記受信アンテナをグランドに接続する第１状態と前記受信アンテナを前記グランドから開放する第２状態とを交互に切り替えるスイッチ部と、前記受信アンテナで受信された電力波を前記スイッチ部経由で入力して整流する整流部と、
を備える請求項６に記載の無線電力伝送システム。

【請求項9】

送電機から電力波を放射するステップと、
前記電力波を受電機で受信するステップと、
前記電力波を放射するアンテナの位置を一定周期又はランダムな周期で変化させる、前記送電機から放射された前記電力波を散乱させる、または、前記受電機を移動させることで前記電力波の受信位置を変化させ、かつ前記電力波を放射するアンテナの向きを一定周期又はランダムな周期で変化させることで、前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させるステップと、
を含む電力波経路変化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無線電力伝送システム、及び電力波経路変化方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＩｏＴ化が進む中で、センサをはじめとする多数の情報端末を用いて、様々な情報を収集することが求められている。ただしこのような情報端末が増えると、端末への電力供給が困難になる場合がある。特許文献１には、無線電力伝送技術を活用した電源供給システムが開示される。特許文献１の電源供給システムは、電磁波反射部材によって全体が包囲された構造体と、該構造体の内部に配置された受電機と、該構造体の内部に配置された受電機とを備える。受電機は、無線電力伝送システムを導波路共振器と想定して、共振周波数による電波を送信するユニットである。受電機は、構造体の内部に配置されリアクタンス素子と、インピーダンス可変プローブとを用いて、送電機と受電機との間における伝送路間でインピーダンス整合させる。これにより受電機の受電電力を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－４１５２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の従来技術は、電源供給システムが配置される空間内に金属体、絶縁体などの障害物が存在しない状況を前提としている。そのため、当該空間内の障害物に隣接して受電機が配置されている場合、受電機と送電機との間で最適なインピーダンスを得ることが困難である。従って、従来技術では、受電機における受電電力を向上させる上での改善の余地がある。

【0005】

本開示の非限定的な実施例は、受電機における受電電力を向上させることができる無線電力伝送システム、及び電力波経路変化方法の提供に資する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施例に係る無線電力伝送システムは、電力波を放射する送電機と、前記電力波を受信する受電機と、前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させる伝搬経路変化部と、を備え、前記伝搬経路変化部は、前記電力波を放射するアンテナの位置を一定周期又はランダムな周期で変化させる。

【0007】

本開示の一実施例に係る電力波経路変化方法は、送電機から電力波を放射するステップと、前記電力波を受電機で受信するステップと、前記電力波を放射するアンテナの位置を一定周期又はランダムな周期で変化させる、前記送電機から放射された前記電力波を散乱させる、または、前記受電機を移動させることで前記電力波の受信位置を変化させ、かつ前記電力波を放射するアンテナの向きを一定周期又はランダムな周期で変化させることで、前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させるステップと、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示の一実施例によれば、受電機における受電電力を向上させることができる無線電力伝送システム、及び電力波経路変化方法を構築できる。

【0009】

本開示の一実施例における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本開示の実施の形態に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図

【図2】送受電機１０３の構成例を示す図

【図3】本開示の実施の形態の第１変形例に係る無線電力伝送システム１００が備える伝搬経路変化部１の構成例を示す図

【図4】本開示の実施の形態の第２変形例に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図

【図5】本開示の実施の形態の第３変形例に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図

【図6】本開示の実施の形態に係る受電機１０４の構成例を示す図

【図7】本開示の実施の形態に係る受電機１０４の動作を説明するためのフローチャート

【図8】本開示の実施の形態に係る受電機１０４の変形例の構成を示す図

【図9】受電電力量の変化を評価するための準閉空間１０２を示す図

【図10】受電電力量の評価結果を説明するための図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0012】

［実施の形態］
＜無線電力伝送システム１００の構成例＞
図１は本開示の実施の形態に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図である。無線電力伝送システム１００は、送受電機１０３と複数の受電機１０４とを備える。無線電力伝送システム１００は、建物の壁などに囲まれる準閉空間１０２に配置される。

【0013】

送受電機１０３は、準閉空間１０２に電波１０５を送信（放射）する送電機としての機能だけでなく、受電機１０４から放射される電波（反射波）を受信する機能を有する。送受電機１０３は、電波１０５を放射することで、複数の受電機１０４のそれぞれに対して給電を行う。受電機１０４は、アンテナ２０１から放射された電波１０５を受信する。受電機１０４は、受信した電波を直流電力に変換して、例えばＩｏＴ(Internet of Things)で活用されるセンサへ供給する。

【0014】

＜送受電機１０３＞
次に図２を参照して送受電機１０３の構成例について説明する。図２は送受電機１０３の構成例を示す図である。

【0015】

送受電機１０３は、発振部２０２、アンテナ２０１、ボール機構２０３、及び３軸ステージ２０４を備える。ボール機構２０３、及び３軸ステージ２０４は、送受電機１０３から複数の受電機１０４に至る電波１０５の伝搬経路を変化させる伝搬経路変化部１を構成する。

【0016】

発振部２０２は、例えば、メモリ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、通信デバイスなどの電気回路を備え、当該電気回路により、高周波電力（電力波）が生成され、また高周波電力の送電量の制御や、高周波電力の周波数帯の切り替えなどが行われる。また発振部２０２は、受電機１０４から放射される電波に含まれる情報を入力する機能を有する。高周波電力の周波数帯は、例えば９００ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯などのマイクロ波帯である。これらの周波数帯は、送受電機１０３から受電機１０４までの距離、送受電機１０３のサイズなどに応じて選択される。

【0017】

アンテナ２０１は、発振部２０２で生成された高周波電力を電波１０５として準閉空間１０２へ放射する。アンテナ２０１の種類は、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。特定の方向へ電波１０５を長距離送電したい場合には指向性アンテナが使用され、近距離で広い範囲に電波１０５を送電したい場合には無指向性アンテナが使用される。指向性アンテナには、例えば、誘電体基板をＧＮＤ板とアンテナで挟んだ平面形状のパッチアンテナが使用される。無指向性アンテナには、電気を流す導線などを直線状に伸ばしたダイポールアンテナ、モノポールアンテナが使用される。

【0018】

ボール機構２０３は、例えば直交する２軸の軸周りにアンテナ２０１を回転移動させることによって、アンテナ２０１の電波放射方向を変化させる放射方向変化部である。ボール機構２０３によるアンテナ２０１の回転速度、回転量などは任意に設定可能である。電波１０５の放射方向を変化させることにより、準閉空間１０２内の電波環境を変化させることが可能である。

【0019】

３軸ステージ２０４は、例えば互いに直交する３軸の軸方向にボール機構２０３を移動させることによって、アンテナ２０１の電波放射位置を変化させる放射位置変化部である。３軸ステージ２０４によるボール機構２０３及びアンテナ２０１の移動速度、移動量などは任意に設定可能である。

【0020】

次に無線電力伝送システム１００の動作について説明する。高周波信号が電波１０５として準閉空間１０２内へ放射されるときに、例えばボール機構２０３が一定周期又はランダムな周期でアンテナ２０１の電波放射方向を変化させ、さらに３軸ステージ２０４が、一定周期又はランダムな周期でアンテナ２０１の位置を変化させる。

【0021】

これにより電波放射方向及び電波放射位置が変化するため、受電機１０４で受信される複数の電波１０５の位相を変化させることができる。よって、電波１０５の重ね合わせにより生じる電波が打ち消し合う点が移動するため、受電機１０４が受電できない確率が低下する。

【0022】

また、準閉空間１０２内の電波環境が変化することで、準閉空間１０２内に存在する障害物付近に複数の受電機１０４が配置されている場合でも、複数の受電機１０４に対してインピーダンス調整をすることなく、各受電機１０４に対して安定的に電力供給が可能である。障害物は、例えば絶縁体（ポリカーボネート、ガラスなど）で構成される窓、金属製の筐体を備える装置などである。

【0023】

また、準閉空間１０２内の電波環境が変化することで、準閉空間１０２内の何れの箇所において、電力供給ができない箇所を減らすことができるため、各受電機１０４の動作を継続させることができる。また、各受電機１０４の動作を継続させることができるため、受電機１０４への電源配線作業、受電機１０４への充電作業、受電機１０４の電池交換作業などを削減できる。

【0024】

図３は本開示の実施の形態の第１変形例に係る無線電力伝送システム１００が備える伝搬経路変化部１の構成例を示す図である。伝搬経路変化部１は、送受電機１０３の正面側に配置され、送受電機１０３から放射される電波１０５を散乱させる機構である。伝搬経路変化部１は、３軸ステージ２０４と、３軸ステージ２０４に配置される回転機構３０２と、回転機構３０２によって回転する反射板３０１とを備える。

【0025】

回転機構３０２は、アンテナ２０１から放射された電波１０５の放射方向を変化させるために、反射板３０１を回転させるモータなどであり、３軸ステージ２０４上に配置される。反射板３０１は、アンテナ２０１から放射された電波１０５の放射方向を変化させる（散乱させる）放射方向変化部である。例えば、誘電体又は金属で構成される複数の羽で構成される。反射板３０１は、例えばアンテナ２０１の前側に、アンテナ２０１から一定距離隔てた位置に配置される。

【0026】

反射板３０１をアンテナ２０１の前側に配置することで、アンテナ２０１から放射された電波１０５は、反射板３０１に反射して様々な方向に放射（散乱）される。これにより準閉空間１０２内の電波環境を変化させることができる。

【0027】

第１変形例に係る無線電力伝送システム１００によれば、既設のアンテナ２０１の位置を変更できない場合でも、反射板３０１が回転することによって、電波１０５を散乱させることにより、準閉空間１０２内の電波環境を変化させることができる。

【0028】

また、回転機構３０２は、反射板３０１の回転速度を例えば一定周期又はランダムな周期で変化させることによって、準閉空間１０２内の電波環境を細やかに変化させることが可能である。これにより、準閉空間１０２内の電波環境を細やかに変化させることが可能である。

【0029】

また、回転機構３０２が回転している状態で、３軸ステージ２０４を動作させてもよい。これにより、反射板３０１の位置が変化して、準閉空間１０２内の電波環境をより細やかに変化させることが可能である。

【0030】

図４は本開示の実施の形態の第２変形例に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図である。第２変形例に係る無線電力伝送システム１００は、複数の受電機１０４を移動させることで電波１０５の受信位置を変化させる伝搬経路変化部１を備える。

【0031】

伝搬経路変化部１は、例えば、準閉空間１０２を形成する建物内装（天井、床、壁）や、建物内装に対して受電機１０４を移動可能に取り付ける駆動機構などである。図４では、壁が伝搬経路変化部１として機能する場合の例が示される。壁が例えば一定周期又はランダムな周期で移動することで、壁に配置された受電機１０４の位置を変化させることができる。これにより、受電機１０４の受信位置、受信方向などが変化して、各受電機１０４で受信される複数の電波１０５の位相が変化する。その結果、複数の電波１０５が互いに打ち消し合うことによる電波強度の低下を抑制できる。

【0032】

また、送受電機１０３の位置を変更できない場合や、送受電機１０３と受電機１０４との間の空間に、図３に示す反射板３０１などを配置するスペースを確保できない場合でも、各受電機１０４に対して安定的に電力供給が可能である。

【0033】

なお、伝搬経路変化部１は、送受電機１０３から放射された電波１０５の反射位置、反射方向などを変化させるように構成してもよい。例えば、壁などに金属製の構造物を配置し、これを伝搬経路変化部１として、駆動機構を利用して一定周期又はランダムな周期で移動させることで、送受電機１０３から放射された電波１０５の反射位置などを変化させることができる。

【0034】

図５は本開示の実施の形態の第３変形例に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図である。第３変形例の受電機１０４は、受信した電波１０５に基づき、受電機１０４の受電状態を示す受電状態情報５０３を生成し、受電状態情報５０３を反射波５０２に含めて準閉空間１０２へ放射する機能を有する。受電状態情報５０３には、例えば、電波１０５の電波強度、受電機１０４に供給される電力などに関する情報が含まれる。

【0035】

反射波５０２を受信したアンテナ２０１は、反射波５０２に含まれる受電状態情報５０３を抽出して発振部２０２に入力する。発振部２０２は、受電状態情報５０３に基づき、例えば、受電機１０４に供給される電力量が、受電機１０４に接続される負荷（受電機１０４に供給される電力で動作するセンサなど）の消費電力量に対して不足しているか否かを判定する。そして発振部２０２は、判定結果に応じて伝搬経路変化部１を構成する機械制御機構５０５の動作を制御する。機械制御機構５０５は、例えば前述した３軸ステージ２０４などである。

【0036】

例えば、３つの受電機Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの受電電力の内、受電機Ａの受電電力が負荷の消費電力に対して不足する場合、発振部２０２は、受電機Ａの受信電力を増加させる必要があると判断する。発振部２０２は、受電機Ａの受電電力を高めるように、機械制御機構５０５に対してフィードバック制御５０４を行う。フィードバック制御５０４により機械制御機構５０５がアンテナ２０１の位置を変化させることで、アンテナ２０１から受電機Ａに向かって放射される電波１０５の放射方向、放射位置などが変化する。

【0037】

なお、フィードバック制御５０４では、受電機Ａ以外の受電機Ｂ、Ｃなども過不足なく電力を確保できるように、アンテナ２０１の移動範囲を制限したり、制限した移動範囲内で一定周期又はランダムな周期でアンテナ２０１を移動させてもよい。

【0038】

また、フィードバック制御５０４による制御対象は機械制御機構５０５に限定されず、図２～図４に示す伝搬経路変化部１でもよい。

【0039】

次に図６を参照して受電機１０４の構成例について説明する。図６は本開示の実施の形態に係る受電機１０４の構成例を示す図である。図６に示す受電機１０４は、アンテナ４０１、整流部４０２、制御部４０３、蓄電部４０５及びスイッチ部４０６を備える。

【0040】

アンテナ４０１は、送受電機１０３から放射された電波１０５を受信し、受信した電波１０５を高周波電力として整流部４０２に入力する機能と、電波１０５を反射波５０２として準閉空間へ放射する機能とを有する。アンテナ４０１の種類は、前述したアンテナ２０１と同様に、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。

【0041】

整流部４０２は、アンテナ４０１が受信した電波１０５を直流電力へ変換する。整流部４０２は、例えば、整流ダイオード、インピーダンス整合回路、フィルタ回路などによって構成される。

【0042】

制御部４０３は、アンテナ４０１で受信された電波１０５の負荷４０４への供給制御と、当該電波１０５による蓄電部４０５への充電制御と、蓄電部４０５の放電制御と、スイッチ部４０６の切り替え制御とを行う。

【0043】

負荷４０４は、例えばIoT(Internet of Things)で活用されるセンサなどである。なお、負荷４０４はこれに限定されるものではない。

【0044】

蓄電部４０５は、制御部４０３を駆動させるのに必要な電力を蓄える蓄電手段である。蓄電部４０５は、例えば二次電池である。蓄電部４０５は、制御部４０３による充電制御により、整流部４０２から出力される直流電力を蓄える。また蓄電部４０５は、負荷４０４の消費電力が整流部４０２から出力される直流電力を超過する場合、制御部４０３による放電制御により、蓄電電力を負荷４０４へ供給する。

【0045】

スイッチ部４０６は、反射モードのとき、アンテナ４０１を開放又は接地の状態に切り替え、給電モードのとき、アンテナ４０１を負荷４０４に接続するための切り替え手段である。

【0046】

反射モードは、アンテナ４０１から見た回路側のインピーダンスを切替えることによって、アンテナ４０１が受信した電波１０５を同位相で全反射し、又は、受信した電波１０５を逆位相で全反射するモードである。

【0047】

給電モードは、スイッチ部４０６を介して整流部４０２が負荷４０４に接続された状態で、整流部４０２の直流電力を負荷４０４に供給するモードである。

【0048】

開放とは、アンテナ４０１がＧＮＤ４０７と負荷４０４の何れにも接続しないことで、アンテナ４０１に接続される回路のインピーダンスが無限大となる状態である。

【0049】

接地とは、アンテナ４０１をＧＮＤ４０７に接続することで、アンテナ４０１に接続される回路のインピーダンスがゼロとなる状態である。

【0050】

整流部４０２、制御部４０３、蓄電部４０５及びスイッチ部４０６は、位相変化部６１０を構成する。位相変化部６１０は、アンテナ４０１受信された電力波の位相を変化させ、位相変化後の電力波を反射波５０２としてアンテナ４０１から放射する。

【0051】

なお、受電機１０４では、整流部４０２の出力側にスイッチ部４０６が設けられているため、アンテナ４０１と整流部４０２との間にスイッチ部４０６が設けられる場合に比べて電力損失を低減できる。

【0052】

次に図７を参照して受電機１０４の動作について説明する。図７は本開示の実施の形態に係る受電機１０４の動作を説明するためのフローチャートである。

【0053】

まず制御部４０３は、蓄電部４０５に蓄えられた電力により、スイッチ部４０６の接続先を負荷４０４側へ切り替えることで、給電モードの状態にする（ステップＳ１）。これにより、アンテナ６０１で受信された電波１０５は、整流部４０２で直流電力へ変換され、負荷４０４へ供給される。なお、制御部４０３は、給電モードにおいて、負荷４０４への電力の供給と同時に蓄電部４０５への充電も実施する。

【0054】

制御部４０３は、給電モードにより、負荷４０４に十分な電力供給が行われているか否かを判定する（ステップＳ２）。

【0055】

例えば、負荷４０４の消費電力が整流部４０２で変換される電力を超える場合、制御部４０３は、負荷４０４に十分な電力供給が行われていないと判定し（ステップＳ２、ＮＯ）、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。

【0056】

例えば、負荷４０４の消費電力が整流部４０２で変換される電力未満の場合、制御部４０３は、負荷４０４に十分な電力供給が行われていると判定し（ステップＳ２、ＹＥＳ）、ステップＳ３の処理を実行する。

【0057】

次に、制御部４０３は、蓄電部４０５に蓄えられた電力により、スイッチ部４０６を反射モードの状態にする（ステップＳ３）。

【0058】

制御部４０３は、スイッチ部４０６を制御することによって、アンテナ４０１を開放又は接地の状態に交互に切り替える（ステップＳ４）。この切り替え動作によって、開放時に受信された電波１０５が同位相で全反射され、接地時に受信された電波１０５が逆位相で全反射される。全反射された電波１０５は反射波５０２として、準閉空間に向けて放射される。準閉空間に放射された反射波５０２は、受電機１０４の周囲に存在する１又は複数の受電機１０４で受信される。１又は複数の受電機１０４は、反射波５０２と送受電機１０３から放射された電波１０５とを受信して、これらを整流部４０２で整流することで、負荷４０４への電力供給と蓄電部４０５への給電を行う。

【0059】

なお、制御部４０３は、開放と接地を一定周期又はランダムな周期で交互に切り替えるように、スイッチ部４０６を制御してもよい。これにより、経時的に位相が変化（位相変調）する反射波５０２を送信することができ、１又は複数の受電機１０４で受信される反射波５０２の位相が経時的に変化する。例えば受電機１０４の位置が変化した場合でも、反射波５０２を放射する受電機１０４と、反射波５０２を受信する受電機１０４との間のインピーダンスを調整することなく、効率よく電力供給が可能になる。

【0060】

スイッチ部４０６の切り替え動作によって、蓄電部４０５の蓄電電力が低下するため、制御部４０３は、蓄電部４０５が充電を要する状態であるか否かをモニタする（ステップＳ５）。

【0061】

例えば、蓄電部４０５の充電率が所定値（例えば３０％）以上のとき、又は、蓄電部４０５の放電開始時点から一定時間経過していないとき、制御部４０３は、蓄電部４０５が充電を要する状態ではないと判定し（ステップＳ５、ＮＯ）、ステップＳ３以降の処理を繰り返す。

【0062】

例えば、蓄電部４０５の充電率が所定値（例えば３０％）未満になるまで低下し、又は、蓄電部４０５の放電開始時点から一定時間経過したとき、制御部４０３は、蓄電部４０５が充電を要する状態であると判定する（ステップＳ５、ＹＥＳ）。この場合、制御部４０３は、給電モードの状態にするため、ステップＳ１の処理を実行する。

【0063】

なお、これらの処理は、複数の受電機１０４の全てにおいて実行されてもよいし、複数の受電機１０４の一部（１又は複数）において実行されてもよい。

【0064】

複数の受電機１０４の全てにおいてこれらの処理が実行されることで、準閉空間内の何れの箇所においても安定した強度の電波１０５を受信し得る。

【0065】

複数の受電機１０４の一部においてこれらの処理が実行されることで、スイッチ部４０６の切り替え動作などにより消費される電力が抑制されるため、無線電力伝送システム１００全体での電力消費量を抑えながら、これらの処理が実行されない場合に比べて安定した強度の電波１０５を受信し得る。

【0066】

なお、これらの処理は、複数の受電機１０４の全部又は一部が、互いに同期しながら実行してもよいし、非同期で実行しても良い。

【0067】

複数の受電機１０４の全部又は一部が、互いに同期しながらこれらの処理を実行することで、これらの処理が実行されない場合に比べて安定した強度の電波１０５を受信し得る。

【0068】

複数の受電機１０４の全部又は一部が、非同期でこれらの処理を実行することで、同期を行うための回路及び制御が不要になるため、受電機１０４の構成が簡素化され、信頼性を向上させつつ、準閉空間内の何れの箇所においても安定した強度の電波１０５を受信し得る。

【0069】

複数の受電機１０４の全部又は一部が、例えば、スイッチ部４０６の切り替えクロックをランダムに発生する乱数発生器を備えることで、スイッチ部４０６の切り替えタイミングを非同期にさせることができる。これにより、複数の受電機１０４を統括して制御する必要がなく、簡易な構成で、安定した強度の電波環境を構築できる。

【0070】

図８は本開示の実施の形態に係る受電機１０４の変形例の構成を示す図である。図８に示される受電機１０４では、スイッチ部４０６と整流部４０２が逆に配置されている。整流部４０２の入力側にスイッチ部４０６を配置することにより、アンテナ４０１に接続されるスイッチ部４０６により切り替え動作が行われるため、反射波５０２の伝達効率が向上する。

【0071】

なお、本実施の形態に係る位相変化部６１０は、スイッチ部４０６の代わりに、インピーダンス変化部を備えるように構成してもよい。インピーダンス変化部は、例えば、可変コンデンサ、可変コイル、可変抵抗、移相器などにより構成されており、アンテナ４０１が接続される回路の複素インピーダンスを経時的に変化させる。アンテナ４０１とＧＮＤ４０７との間のインピーダンスを変化させることにより、アンテナ４０１をＧＮＤ４０７に接続する第１状態とアンテナ４０１をＧＮＤ４０７から開放する第２状態とを交互に切り替えることができる。

【0072】

次に図９及び図１０を参照して、受電電力のシミュレーション結果について説明する。

【0073】

図９は受電電力量の変化を評価するための準閉空間１０２を示す図である。図９において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向は、互いに直交する。Ｘ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。Ｙ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹ平面は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面を表す。ＸＺ平面は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面を表す。ＹＺ平面は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面を表す。

【0074】

準閉空間１０２は、例えば、２つのＸＹ平面と２つのＸＺ平面とを電波反射面（電波１０５が反射する面）として、かつ、２つのＹＺ平面を電波無反射面（電波１０５が反射しない面）とする空間である。準閉空間１０２には、本実施の形態に係る送受電機１０３及び２つの受電機１０４（第１受電機１０４－１及び第２受電機１０４－２）が配置される。

【0075】

準閉空間１０２のＸ軸方向の幅Ａは３[ｍ]、準閉空間１０２のＺ軸方向の高さＢは１[ｍ]、準閉空間１０２のＹ軸方向の奥行きＣは１[ｍ]である。送受電機１０３から２つの受電機１０４（第１受電機１０４－１及び第２受電機１０４－２）までのＸ軸方向の距離Ｘは２[ｍ]である。第１受電機１０４－１から第２受電機１０４－２までのＹ軸方向の距離Ｙは０．３２５[ｍ]である。第１受電機１０４－１及び第２受電機１０４－２のそれぞれのアンテナ４０１には、９２０ＭＨｚを中心周波数として動作するダイポールアンテナが利用される。

【0076】

受電電力のシミュレーションでは、接地(ＧＮＤ接続)と短絡(負荷接続)を切り替えるスイッチ部４０６を模擬し、第１受電機１０４－１が理想的に電力波を反射する場合と電力波を吸収する場合とを切り替えた時の、第２受電機１０４－２のＳパラメータをシミュレーションにより求め、受電電力量の変化を評価した。

【0077】

図１０は受電電力量の評価結果を説明するための図である。図１０には、図９の準閉空間１０２において第１受電機１０４－１が電力反射動作を実行した場合における、第２受電機１０４－２における受電電力量の評価結果が示される。図１０の縦軸はＳパラメータを表し、図１０の横軸は周波数を表す。

【0078】

点線は、第２受電機１０４－２及び第１受電機１０４－１のそれぞれのスイッチ部４０６が理想的に電力波を吸収する状態となっている場合における第２受電機１０４－２のＳパラメータ１２０２を表す。

【0079】

実線は、第１受電機１０４－１のスイッチ部４０６が理想的に電力波を反射する状態であり、かつ、第２受電機１０４－２のスイッチ部４０６が理想的に電力波を吸収する状態となっている場合における第１受電機１０４－１のＳパラメータ１２０３を示す。

【0080】

第２受電機１０４－２が電力反射動作を実行した場合における、第１受電機１０４－１の受電電力量は、Ｓパラメータ１２０２とＳパラメータ１２０３との差分によって計算できる。

【0081】

例えば、アンテナの中心周波数である９２０［ＭＨｚ］における、Ｓパラメータ１２０３とＳパラメータ１２０２との差分は、１．４［ｄＢ］である。これは、第２受電機１０４－２の受電電力が、第１受電機１０４－１が電力反射動作を開始する前の受電電力の約１．５倍になることを示す。図１０によれば、準閉空間１０２において電力反射機能を有する受電機１０４を用いることによって、受電電力が向上することが分かる。

【0082】

以上に説明したように本実施の形態に係る受電機１０４は、負荷に対して電力を供給する給電状態から電力波を反射する反射状態へ切り替えることにより、周囲の受電機１０４に対して反射波５０２を放射できるため、周囲の受電機１０４への電力供給量を高めることができる。

【0083】

また、本実施の形態に係る無線電力伝送システム１００によれば、送受電機１０３が複数の受電機１０４のそれぞれに対して電波１０５の放射方向を絞り込む制御が不要になる。このため、電波１０５の指向性が高くなることによって、周辺機器との電波干渉が生じたり、人体への影響が生じたりすることを抑制しながら、周囲の受電機１０４への電力供給量を高めることができる。

【0084】

また、電波１０５の放射方向を絞り込む制御が不要になることによって、周辺機器と電波干渉を回避するための機能が不要になるため、送受電機１０３の構成が簡素化されて、送受電機１０３の製造コストの上昇を抑制できると共に、信頼性を向上させることができる。

【0085】

また、電波１０５の放射方向を絞り込む制御が不要になることによって、電波１０５の放射方向における電力密度の上昇を抑制できるため、電波法などの規制に制限されることなく、無線電力伝送システム１００を構築できる。

【0086】

また、特定の受電機１０４が周囲の受電機１０４に対して、反射波５０２を放射することにより、壁などで電波１０５が反射してしまい特定の受電機１０４に電波１０５が到達しないということを防止できる。また、建物の窓ガラスを電波１０５が透過してしまい、特定の受電機１０４に電波１０５が到達しないということも防止できる。

【0087】

なお、例えば、以下のような態様も本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0088】

（１）無線電力伝送システムは、電力波を放射する送電機と、前記電力波を受信する受電機と、前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させる伝搬経路変化部と、を備える。

【0089】

（２）前記伝搬経路変化部は、前記電力波を放射するアンテナの向きを変化させる。

【0090】

（３）前記伝搬経路変化部は、前記アンテナの向きを一定周期又はランダムな周期で変化させる。

【0091】

（４）前記伝搬経路変化部は、前記電力波を放射するアンテナの位置を変化させる。

【0092】

（５）前記伝搬経路変化部は、前記アンテナの位置を一定周期又はランダムな周期で変化させる。

【0093】

（６）前記伝搬経路変化部は、前記送電機から放射された前記電力波を散乱させる。

【0094】

（７）前記伝搬経路変化部は、前記送電機と前記受電機とが配置される空間を形成する壁に設けられ、前記送電機から放射された前記電力波を散乱させる。

【0095】

（８）前記伝搬経路変化部は、前記受電機を移動させることで前記電力波の受信位置を変化させる。

【0096】

（９）前記送電機は、前記受電機の受電状態を示す受電状態情報に基づき、前記伝搬経路変化部をフィードバック制御する。

【0097】

（１０）前記受電機は、前記送電機及び前記伝搬経路変化部の何れかから放射された電力波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナで受信された電力波の位相を変化させ、位相変化後の電力波を反射波として前記受信アンテナから放射する位相変化部と、を備える。

【0098】

（１１）前記位相変化部は、前記受信アンテナで受信された電力波を整流する整流部と、前記整流部の出力側に接続され前記受信アンテナをグランドに接続する第１状態と前記受信アンテナを前記グランドから開放する第２状態とを交互に切り替えるスイッチ部と、を備える。

【0099】

（１２）前記位相変化部は、前記受信アンテナをグランドに接続する第１状態と前記受信アンテナを前記グランドから開放する第２状態とを交互に切り替えるスイッチ部と、前記受信アンテナで受信された電力波を前記スイッチ部経由で入力して整流する整流部と、を備える。

【0100】

（１３）電力波経路変化方法は、送電機から電力波を放射するステップと、前記電力波を受電機で受信するステップと、前記送電機から前記受電機に至る前記電力波の伝搬経路を変化させるステップと、を含む。

【産業上の利用可能性】

【0101】

本開示の一実施例は、無線電力伝送システムに好適である。

【符号の説明】

【0102】

１ ：伝搬経路変化部
１００ ：無線電力伝送システム
１０２ ：準閉空間
１０３ ：送受電機
１０４ ：受電機
１０４－１：第１受電機
１０４－２：第２受電機
１０５ ：電波
２０１ ：アンテナ
２０２ ：発振部
２０３ ：ボール機構
２０４ ：３軸ステージ
３０１ ：反射板
３０２ ：回転機構
４０１ ：アンテナ
４０２ ：整流部
４０３ ：制御部
４０４ ：負荷
４０５ ：蓄電部
４０６ ：スイッチ部
４０７ ：ＧＮＤ
５０２ ：反射波
５０３ ：受電状態情報
５０４ ：フィードバック制御
５０５ ：機械制御機構
６１０ ：位相変化部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】