説明

ワイヤレス電力送信機、無線タグおよびワイヤレス給電システム

【課題】特定の電子機器に対する電磁波の曝露を抑制可能なワイヤレス電力送信機を提供する。
【解決手段】電力送信機4は、電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号S1を送信する。ワイヤレス給電部12は、電力信号S1を送信する。検出部14は、ワイヤレス電力送信機4の周囲に、無線タグ8が存在するか否かを検出する。無線タグ8は、電力信号S1を忌避すべきデバイス9に付随している。制御部16は、検出部14による検出結果に応じて、ワイヤレス給電部12による給電状態を切りかえる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワイヤレス給電技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話端末やノート型コンピュータなどの電子機器、あるいは電気自動車に対する給電技術として、ワイヤレス(非接触)電力伝送が着目されている。ワイヤレス電力伝送は、主に電磁誘導型、電波受信型、電場・磁場共鳴型、の3つに分類される。
【0003】
電磁誘導型は短距離(数cm以内)において利用され、数百kHz以下の帯域で数百Wの電力を伝送することができ、その電力の利用効率は60〜98%程度となっている。数m以上の比較的長い距離に給電する場合、電波受信型が利用される。電波受信型では、中波〜マイクロ波の帯域で数W以下の電力を伝送することができるが、電力の利用効率は低い。数m程度の中距離を、比較的高い効率で給電する手法として、電場・磁場共鳴型が着目されている(非特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】A. Karalis, J.D. Joannopoulos, M. Soljacic、「Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer」、ANNALS of PHYSICS Vol. 323, pp.34-48, 2008, Jan.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電子機器、とりわけ心臓ペースメーカをはじめとする医療機器に対する電磁波の曝露は、ワイヤレス給電システムにおいて配慮すべき大きな課題である。
【0006】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、特定の電子機器に対する電磁波の曝露を抑制可能なワイヤレス電力送信機の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明のある態様は、電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス電力送信機に関する。ワイヤレス電力送信機は、電力信号を送信するワイヤレス給電部と、ワイヤレス電力送信機の周囲に無線タグが存在するか否かを検出する検出部と、検出部による検出結果に応じて、ワイヤレス給電部による給電状態を切りかえる制御部と、を備える。
【0008】
この態様によると、無線タグを電力信号の曝露を忌避すべきデバイスに内蔵もしくは付随させることにより、ワイヤレス電力送信機にデバイスが近接した場合に、デバイスに影響を及ぼさないように給電状態(給電モード)を切りかえることにより、デバイスに悪影響を及ぼすのを抑制できる。
【0009】
制御部は、無線タグが検出されたとき、電力信号の強度を弱めてもよい。制御部は、無線タグが存在する方向に対する電力信号の強度を弱めてもよい。
「強度を弱める」ことには、強度をゼロとすることも含まれる。
電力信号の強度を、デバイスに悪影響を及ぼすレベルより低くすることで、デバイスを保護できる。
【0010】
電力信号の変更後の強度は、無線タグが発信する通知信号にもとづいて設定されてもよい。無線タグが、それに付随するデバイスに許容される電力強度を示す信号を送信することにより、その電力強度より低い強度で、ワイヤレス電力受信機に給電できる。
【0011】
制御部は、無線タグが検出されたとき、電力信号の周波数を切りかえてもよい。デバイスが、特定の周波数の電力信号の影響を受ける場合には、電力信号を、その周波数以外の周波数とすることにより、電力受信機に電力供給しつつ、デバイスを保護できる。
【0012】
電力信号の変更後の周波数は、無線タグが発信する通知信号にもとづいて設定されてもよい。
無線タグに、デバイスに印加すべきでない周波数、あるいは印加しても悪影響が無い周波数を示す信号を発信させることにより、デバイスを保護できる。
【0013】
本発明の別の態様は、ワイヤレス給電システムである。このワイヤレス給電システムは、上述のいずれかの態様のワイヤレス電力送信機と、ワイヤレス電力送信機からの電力信号を受信するワイヤレス電力受信機と、を備える。
【0014】
本発明のさらに別の態様は、電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を生成する装置に、電力信号を忌避するデバイスの存在を知らせる無線タグに関する。この無線タグは、無線タグを中心とする所定の範囲に、当該無線タグの存在を示すワイヤレスの通知信号を発生する信号生成部を備える。
【0015】
通知信号は、デバイスに対する曝露が許容または禁止される電力信号の大きさを示すデータを含んでもよい。通知信号は、デバイスに対する曝露が許容もしくは禁止される電力信号の周波数を示すデータを含んでもよい。無線タグは、デバイスに内蔵されてもよい。
【0016】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0017】
本発明のある態様によれば、電子機器に対する電磁波の曝露を抑制可能なワイヤレス電力送信機が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】実施の形態に係るワイヤレス給電システムを示す図である。
【図2】図2(a)、(b)は、第1の制御方法を模式的に示す図である。
【図3】第2の制御方法を模式的に示す図である。
【図4】図4(a)、(b)は、電力信号が供給されるサービスエリアの指向性を制御可能な電力送信機の構成例の一部を示す図である。
【図5】電力信号が供給されるサービスエリアの指向性を制御可能な電力送信機の別の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【0020】
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0021】
図1は、実施の形態に係るワイヤレス給電システムを示す図である。ワイヤレス給電システム2は、ワイヤレス給電装置(電力送信機)4およびワイヤレス受電装置(電力受信機)6および無線タグ8を備える。
【0022】
電力送信機4は、電力受信機6に対して電力信号S1を供給する。ワイヤレス給電システム2では、電力信号S1として電波になっていない電磁波の近傍界(電界、磁界、あるいは電磁界)が利用される。電力送信機4は、ワイヤレス給電部12、検出部14、制御部16を備える。
【0023】
ワイヤレス給電部12は、送信コイルL1、共振用キャパシタC1および交流電源10を備える。交流電源10は、送信周波数fを有する電気信号S2を発生する。共振用キャパシタC1および送信コイルL1は共振回路を構成しており、その共振周波数は、電気信号S2の周波数にチューニングされている。送信コイルL1からは、電気信号S2に応じた電力信号S1が送出される。
【0024】
電力受信機6は、携帯電話端末、ノート型PC、デジタルカメラをはじめとするさまざまな電子機器に搭載される。電力受信機6は、受信コイルL2、共振用キャパシタC2および負荷回路20を備える。共振用キャパシタC2、受信コイルL2および負荷回路20は共振回路を構成しており、その共振周波数は、電力信号S1の周波数にチューニングされる。負荷回路20は、電力信号S1を受けて動作する。
【0025】
無線タグ8は、電力送信機4が発生する電気信号S2の曝露を忌避すべきデバイス9に付随しており、あるいはデバイス9に内蔵される。デバイス9としては、心臓ペースメーカなどの医療機器が例示されるが、特に限定されない。無線タグ8は、心臓ペースメーカが埋め込まれる人間7が、アクセサリとして所持してもよい。なお人間7は、電力受信機6のユーザであってもよいし、そうでなくてもよい。
【0026】
無線タグ8は、信号生成部30およびメモリ32を備える。信号生成部30は、少なくとも無線タグ8の存在、言い換えればデバイス9の存在を周囲に通知する通知信号S3を生成する。通知信号S3は、デバイス9に許容される電力の強度を示す強度データD1を含んでもよい。また通知信号S3は、デバイス9に対する曝露が禁止あるいは許可される電力信号S1の周波数を示す周波数データD2を含んでもよい。通知信号S3はその他のデバイス9に関する情報を示すデータを含んでもよい。強度データD1、周波数データD2等は、デバイス9の種類や特性に応じて、デバイス9ごとにメモリ32に予め書き込まれている。
【0027】
電力送信機4の検出部14は、電力送信機4の周囲に無線タグ8が存在するか否かを検出する。制御部16は、検出部14による検出結果に応じて、ワイヤレス給電部12による給電状態を切りかえる。
【0028】
以上がワイヤレス給電システム2の構成である。続いてその動作を説明する。
電力送信機4は、その周囲に無線タグ8の存在が確認されないとき、電力信号S1を発生し、電力受信機6に対して電力供給する。そこに無線タグ8を有する人間7が近接すると、検出部14によって通知信号S3が検出され、給電状態がデバイス9に悪影響を及ぼさないようなモードへと切りかえられる。これにより、デバイス9が電力送信機4の給電エリアに含まれないときには、効率的に電力受信機6に電力供給でき、デバイス9が給電エリアに含まれるときには、デバイス9に悪影響を及ぼすのを防止できる。
【0029】
具体的な給電状態(モード)の切りかえ制御方法として、以下のものが例示される。
1.第1の制御方法
制御部16は、無線タグ8が検出されたとき、電力信号S1の強度を弱める。「強度を弱める」ことは、強度をゼロとすることも含む。電力信号S1の強度を、デバイス9に悪影響を及ぼすレベルより低くすることで、デバイス9を保護できる。電力信号S1の強度の変更は、(i)電気信号S2の振幅の変更や、(ii)電気信号S2の周波数を、共振用キャパシタC1と送信コイルL1の共振周波数からデチューニングすること、(iii)共振周波数を、電気信号S2の周波数からデチューニングすること、などによって実現できる。
【0030】
図2(a)、(b)は、第1の制御方法を模式的に示す図である。ワイヤレス給電システム2は、複数の電力送信機4a、4bを有する。電力送信機4a、4bが発生する電力信号S1の範囲(サービスエリア)には、符号S1a、S1bを付す。また、無線タグ8が発生する通知信号S3の到達範囲には符号S3を付す。保護すべきデバイス9の周辺には、電力信号S1を印加すべきでない範囲(保護範囲40)が存在する。図2(a)では、電力送信機4a、4bのサービスエリアS1a、S1bと保護範囲40がオーバーラップしていないため、電力送信機4a、4bは通常の電力供給を行う。
【0031】
図2(b)では、無線タグ8が電力送信機4aに近接している。そこで電力送信機4aは、電力信号の範囲S1aが保護範囲40とオーバーラップしないように、電力信号S1aの強度を弱め、その範囲を狭くする。
【0032】
通知信号S3が強度データD1を含む場合、制御部16は、強度データD1が示す許容強度を超えないように、電力信号S1の強度を低下させてもよい。この場合、許容される範囲内でなるべく大きな電力を電力受信機6に供給できる。
【0033】
2.第2の制御方法
検出部14が無線タグ8の存在する方向を特定可能に構成される場合、制御部16は、無線タグ8が存在する方向に対する電力信号S1の強度を弱めてもよい。
【0034】
図3は、第2の制御方法を模式的に示す図である。電力送信機4aは、通知信号S3を検出すると、無線タグ8の方向を特定し、無線タグ8が存在する方向に対する電力信号S1の強度を弱める。これにより、無線タグ8側の給電範囲S1aが狭くなり、デバイス9を好適に保護できるとともに、無線タグ8とは反対側の領域に電力受信機6が存在した場合には、それに対しては無線タグ8の影響を受けずに給電できる。
【0035】
図4(a)、(b)は、電力信号S1が供給されるサービスエリアの指向性を制御可能な電力送信機4の構成例の一部を示す図である。送信コイルL1は、磁性シート(磁性フィルム)42上に形成される。磁性シート42による磁気バイパスよって、送信コイルL1が発生する電力信号S1の範囲は、磁性シート42の表面側に制限される。図4(a)の電力送信機4において、送信コイルL1および磁性シート42の向きを制御することにより、電力信号S1の指向性、すなわちサービスエリアを制御できる。
【0036】
磁性シート42および送信コイルL1は、変形可能に構成してもよい。図4(b)は、図4(a)の送信コイルL1および磁性シート42を、中央付近で90度に折り曲げた状態を示す。この場合、折り曲げる位置、折り曲げる角度を調節することにより、サービスエリアS1を柔軟に制御できる。
【0037】
デバイス9が、特定の周波数の電力信号S1の影響を受ける場合がある。この場合、制御部16は、デバイス9に影響を及ぼす周波数の電力信号S1についてのみ減力、停止し、その他の周波数の電力信号S1については、減力、停止しなくてもよい。
【0038】
図5は、電力信号S1が供給されるサービスエリアの指向性を制御可能なワイヤレス給電システム2の別の構成例を示す図である。ワイヤレス給電システム2は、ワイヤレス給電部12の送信コイルL1に加えて、複数の中継アンテナ50を備える。各中継アンテナ50は、中継コイルL3および共振用キャパシタC3を有する。各中継アンテナ50の共振周波数は、調節可能となっている。
【0039】
中継アンテナ50a、50bの共振周波数が、ワイヤレス給電部12の送信周波数と一致しているとき、ワイヤレス給電部12が発生した電力信号S1は、中継アンテナ50a、50bを経由して伝搬するため、サービスエリアは、破線S1cで示すように広くなる。一方、中継アンテナ50a、50bの共振周波数が、ワイヤレス給電部12の送信周波数と一致しない場合、電力信号S1は中継アンテナ50によって中継されないため、サービスエリアは一点鎖線S1dで示すように狭くなる。このように中継アンテナ50を有するワイヤレス給電システム2においては、中継アンテナ50の共振周波数を制御することにより、サービスエリアを制御できる。
【0040】
3.第3の制御方法
制御部16は、無線タグ8が検出されたとき、電力信号S1の周波数を切りかえる。デバイス9が、特定の周波数の電力信号S1の影響を受ける場合がある。この場合、電力信号S1を、その周波数以外の周波数とすることにより、電力送信機4に対する給電を行いつつも、デバイス9を保護できる。
【0041】
通知信号S3が周波数データD2を含む場合、制御部16は、周波数データD2が示す周波数にもとづき、変更後の周波数を設定してもよい。デバイス9ごとに曝露が許容される周波数が異なる場合に有効である。
【0042】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【0043】
通知信号S3が含みうるデータは、強度データD1や周波数データD2には限定されず、その他のデータを含んでもよい。また第1〜第3の制御方法は任意に組み合わせてもよい。さらに実施の形態に係る無線タグ8は、電力送信機4に対してのみでなく、その他の電磁波を発生する機器、たとえば盗難防止ゲートなどに対して、デバイス9の近接を通知する用途に利用することができる。
【0044】
実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【0045】
2…ワイヤレス給電システム、4…電力送信機、6…電力受信機、8…無線タグ、9…デバイス、10…交流電源、12…ワイヤレス給電部、14…検出部、16…制御部、20…負荷回路、22…共振回路、30…信号生成部、32…メモリ、L1…送信コイル、L2…受信コイル、C1,C2…共振用キャパシタ、S1…電力信号、S2…電気信号、S3…通知信号、D1…強度データ、D2…周波数データ、40…保護範囲、42…磁性シート、50…中継アンテナ、L3…中継コイル。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を送信するワイヤレス電力送信機であって、
前記電力信号を送信するワイヤレス給電部と、
前記ワイヤレス電力送信機の周囲に無線タグが存在するか否かを検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に応じて、前記ワイヤレス給電部による給電状態を切りかえる制御部と、
を備えることを特徴とするワイヤレス電力送信機。
【請求項2】
前記制御部は、前記無線タグが検出されたとき、前記電力信号の強度を弱めることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項3】
前記制御部は、前記無線タグが存在する方向に対する前記電力信号の強度を弱めることを特徴とする請求項2に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項4】
前記電力信号の変更後の強度は、前記無線タグが発信する通知信号にもとづいて設定されることを特徴とする請求項2または3に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項5】
前記制御部は、前記無線タグが検出されたとき、前記電力信号の周波数を切りかえることを特徴とする請求項1に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項6】
前記電力信号の変更後の周波数は、前記無線タグが発信する通知信号にもとづいて設定されることを特徴とする請求項5に記載のワイヤレス電力送信機。
【請求項7】
請求項1から6のいずれかに記載のワイヤレス電力送信機と、
前記ワイヤレス電力送信機からの前記電力信号を受信するワイヤレス電力受信機と、
を備えることを特徴とするワイヤレス給電システム。
【請求項8】
電界、磁界、電磁界のいずれかを含む電力信号を生成する装置に、前記電力信号を忌避するデバイスの存在を知らせる無線タグであって、
前記無線タグを中心とする所定の範囲に、当該無線タグの存在を示すワイヤレスの通知信号を発生する信号生成部を備えることを特徴とする無線タグ。
【請求項9】
前記通知信号は、前記デバイスに対する曝露が許容または禁止される前記電力信号の大きさを示すデータを含むことを特徴とする請求項8に記載の無線タグ。
【請求項10】
前記通知信号は、前記デバイスに対する曝露が許容もしくは禁止される前記電力信号の周波数を示すデータを含むことを特徴とする請求項8に記載の無線タグ。
【請求項11】
前記デバイスに内蔵されることを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の無線タグ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−191268(P2012−191268A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−50738(P2011−50738)
【出願日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【出願人】(390005175)株式会社アドバンテスト (1,005)
【Fターム(参考)】