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公開番号2020005468
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200109
出願番号2018125218
出願日20180629
発明の名称無線給電装置及び無線給電方法
出願人オムロン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02J 50/23 20160101AFI20191206BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】物体が所定の範囲内にある場合、被給電物への電波による給電を停止することなく、当該物体の位置に到達する電波の強度を弱める無線給電装置を提供する。
【解決手段】無線給電装置100は、アレイアンテナ3と、被給電物1の位置又は方向を示す情報を予め記憶する記憶部15と、所定の範囲A内の環境情報を入力する環境情報入力部13と、入力された環境情報に基づいて、所定の範囲A内における物体50の有無及び位置を検出する検出部11と、検出部11による検出結果に基づいて、検出された物体50の方向に放射される電波の強度が、被給電物1に電波により電力を伝送する場合に比べて弱くなるように、アレイアンテナ3の指向性を制御する指向性制御部10と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
被給電物に電波により電力を伝送する無線給電装置であって、
複数の素子アンテナを有するアレイアンテナと、
前記被給電物の位置又は方向を示す情報を予め記憶する記憶部と、
所定の範囲内の環境情報を入力する環境情報入力部と、
入力された環境情報に基づいて、前記所定の範囲内における前記被給電物以外の物体の有無及び位置を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づいて、検出された前記物体の方向に放射される電波の強度が、前記被給電物に電波により電力を伝送する場合に比べて弱くなるように、前記アレイアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を備える
無線給電装置。
続きを表示(約 1,400 文字)【請求項2】
前記指向性制御部は、検出された前記物体の方向に放射される電波の強度が極小となるように前記アレイアンテナの指向性を制御する、請求項1に記載の無線給電装置。
【請求項3】
前記指向性制御部は、検出された前記物体の方向に放射される電波の強度が所定の閾値未満になるように前記アレイアンテナの指向性を制御する、請求項1に記載の無線給電装置。
【請求項4】
前記指向性制御部は、電波の強度が最大となる方向が検出された前記物体の方向に向かないように前記アレイアンテナの指向性を制御する、請求項1に記載の無線給電装置。
【請求項5】
前記アレイアンテナは、前記物体に備えられるビーコン発信機から電波により送信されたビーコン信号を受信し、
前記環境情報入力部は、前記ビーコン信号を受信するビーコン信号受信部を含み、
前記検出部は、受信された前記ビーコン信号に基づいて、前記所定の範囲内における前記物体の有無及び位置を検出する、請求項1〜4のいずれかに記載の無線給電装置。
【請求項6】
前記ビーコン発信機に送信するビーコン要求信号を生成するビーコン要求信号生成部を更に備え、
前記アレイアンテナは、生成された前記ビーコン要求信号を電波により前記ビーコン発信機に送信し、
前記ビーコン発信機は、前記ビーコン要求信号に応答して前記ビーコン信号を電波により送信する、請求項5に記載の無線給電装置。
【請求項7】
前記環境情報入力部は、前記所定の範囲内の画像を撮像して画像データを取得する撮像装置を含み、
前記検出部は、取得された画像データに基づいて、前記所定の範囲内における前記物体の有無及び位置を検出する、請求項1〜6のいずれかに記載の無線給電装置。
【請求項8】
前記被給電物の位置又は方向を示す情報を受け取る位置情報取得部を更に備え、
前記記憶部は、前記位置情報取得部によって受け取った情報に基づいて、記憶された前記被給電物の位置又は方向を示す情報を更新する、請求項1〜7のいずれかに記載の無線給電装置。
【請求項9】
複数の素子アンテナを有するアレイアンテナと、被給電物の位置又は方向を示す情報を予め記憶する記憶部と、所定の範囲内の環境情報を入力する環境情報入力部と、を備えた無線給電装置によって前記被給電物に電波により電力を伝送する無線給電方法であって、
入力された環境情報に基づいて、前記所定の範囲内における前記被給電物以外の物体の有無を検出するステップと、
入力された環境情報に基づいて、前記所定の範囲内における物体の位置を特定するステップと、
特定された前記物体の位置の方向に放射される電波の強度が、前記被給電物に電波により電力を伝送する場合に比べて弱くなるように、前記アレイアンテナの指向性を制御するステップと、を含む
無線給電方法。
【請求項10】
請求項5に記載の無線給電装置と、前記物体に備えられたビーコン発信機と、を備える無線給電システムであって、
前記ビーコン発信機は、前記ビーコン信号を生成する制御部と、前記無線給電装置に前記ビーコン信号を電波により送信するアンテナと、を備える
無線給電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、無線給電装置及び無線給電方法に関する。
続きを表示(約 7,800 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1は、電磁波の到達範囲を示す電磁波供給範囲にエネルギーを波動として送信する波動送信装置と、波動送信装置のオン及びオフの制御、並びに出力レベルを制御する電源装置と、電磁波供給範囲を含む位置情報検知範囲を検知エリアとして当該検知エリアに人が存在するか否かを判定する位置判定装置と、を備える漏洩電磁波制御システムを開示している。当該電源装置は、位置判定装置の判定結果に応じて波動送信装置のオン又はオフを制御する。当該漏洩電磁波制御システムによると、位置情報検知範囲に人が入れば電源装置をオフして、人体に好ましくない影響を及ぼす漏洩電磁波が人に放射されることを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2014−217093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、本件発明者は、位置情報検知範囲に人が入った場合に電源装置をオフにする従来の漏洩電磁波制御システムでは、次のような問題点が生じ得ることを見出した。すなわち、位置情報検知範囲に人が入った場合に電源装置をオフにすると、漏洩電磁波の人への放射は防止できるものの、漏洩電磁波制御システムは、エネルギーを送信することはできない。
【0005】
本発明は、一態様では、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、物体が所定の範囲内にある場合、被給電物への電波による電力の伝送(給電)を停止することなく、当該物体の位置に到達する電波の強度を弱める無線給電装置及び無線給電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の第1の態様は、被給電物に電波により電力を伝送する無線給電装置を提供する。無線給電装置は、複数の素子アンテナを有するアレイアンテナと、被給電物の位置又は方向を示す情報を予め記憶する記憶部と、所定の範囲内の環境情報を入力する環境情報入力部と、入力された環境情報に基づいて、所定の範囲内における被給電物以外の物体の有無及び位置を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて、検出された前記物体の方向に放射される電波の強度が、被給電物に電波により電力を伝送する場合に比べて弱くなるように、アレイアンテナの指向性を制御する指向性制御部と、を備える。
【0007】
これにより、物体が所定の範囲内に入った場合、検出部が物体の位置を検出し、検出結果に基づいて、指向性制御部は、アレイアンテナの指向性を制御して、物体の方向に放射される電波の強度を弱めることができる。したがって、被給電物への給電を停止することなく、電波の放射が物体に与え得る影響を抑制することができる。
【0008】
本開示の第1の態様において、指向性制御部は、検出された物体の方向に放射される電波の強度が極小となるようにアレイアンテナの指向性を制御するものであってもよい。
【0009】
本開示の第1の態様において、指向性制御部は、検出された物体の方向に放射される電波の強度が所定の閾値未満になるようにアレイアンテナの指向性を制御するものであってもよい。
【0010】
本開示の第1の態様において、指向性制御部は、電波の強度が最大となる方向が物体の方向に向かないようにアレイアンテナの指向性を制御するものであってもよい。
【0011】
本開示の第1の態様において、アレイアンテナは、物体に備えられるビーコン発信機から電波により送信されたビーコン信号を受信してもよい。環境情報入力部は、ビーコン信号を受信するビーコン信号受信部を含んでもよい。検出部は、受信されたビーコン信号に基づいて、所定の範囲内における物体の有無及び位置を検出するものであってもよい。
【0012】
本開示の第1の態様において、無線給電装置は、ビーコン発信機に送信するビーコン要求信号を生成するビーコン要求信号生成部を更に備えてもよい。アレイアンテナは、生成されたビーコン要求信号を電波によりビーコン発信機に送信するものであってもよい。ビーコン発信機は、ビーコン要求信号に応答してビーコン信号を電波により送信するものであってもよい。
【0013】
本開示の第1の態様において、環境情報入力部は、所定の範囲内の画像を撮像して画像データを取得する撮像装置を含んでもよい。検出部は、取得された画像データに基づいて、所定の範囲内における物体の有無及び位置を検出するものであってもよい。
【0014】
本開示の第1の態様において、無線給電装置は、被給電物の位置又は方向を示す情報を受け取る位置情報取得部を更に備えてもよい。記憶部は、位置情報取得部によって受け取った情報に基づいて、記憶された被給電物の位置又は方向を示す情報を更新するものであってもよい。
【0015】
本開示の第2の態様は、複数の素子アンテナを有するアレイアンテナと、被給電物の位置又は方向を示す情報を予め記憶する記憶部と、所定の範囲内の環境情報を入力する環境情報入力部と、を備えた無線給電装置によって被給電物に電波により電力を伝送する無線給電方法を提供する。無線給電方法は、入力された環境情報に基づいて、所定の範囲内における被給電物以外の物体の有無を検出するステップと、入力された環境情報に基づいて、所定の範囲内における物体の位置を特定するステップと、特定された物体の位置の方向に放射される電波の強度が、被給電物に電波により電力を伝送する場合に比べて弱くなるように、アレイアンテナの指向性を制御するステップと、を含む。
【0016】
本開示の第3の態様は、本開示の第1の態様の無線給電装置と、物体に備えられたビーコン発信機と、を備える無線給電システムを提供する。ビーコン発信機は、ビーコン信号を生成する制御部と、無線給電装置にビーコン信号を電波により送信するアンテナと、を備える。
【発明の効果】
【0017】
本開示に係る無線給電装置及び無線給電方法によると、物体が所定の範囲内にある場合、被給電物への電波による給電を停止することなく、当該物体の位置に到達する電波の強度を弱めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
本開示に係る無線給電装置の適用例を示す図
実施形態1に係る無線給電装置の構成例を示す図
実施形態1に係る無線給電装置の動作例を示すフローチャート
アレイアンテナの指向性の一例を説明するための図
アレイアンテナの指向性の他の例を説明するための図
実施形態2に係る無線給電装置の構成例を示す
実施形態2に係る無線給電装置の動作例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る無線給電装置の実施形態を説明する。各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付す。
【0020】
§1 適用例
まず、図1を用いて、本開示に係る無線給電装置100が適用される場面の一例について説明する。本開示に係る無線給電装置100は、例えば製造工場で用いられるセンサ1にマイクロ波により電力を伝送する無線給電装置に適用可能である。センサ1は、本開示の「被給電物」の一例である。マイクロ波は、本開示の「電波」の一例である。
【0021】
図1に例示されているように、無線給電装置100は、複数の素子アンテナ2を有するアレイアンテナ3と、所定の範囲A内におけるビーコン発信機51の存否及び位置に関する情報を入力するビーコン信号受信部13と、を備える。ビーコン発信機51は、例えば製造工場内で作業をする人50が持つものである。ビーコン発信機51の存否及び位置に関する情報は、本開示の「環境情報」の一例である。また、ビーコン信号受信部13は、本開示の「環境情報入力部」の一例であり、人50は、本開示の「物体」の一例である。
【0022】
無線給電装置100は、入力された情報に基づいて、所定の範囲A内における人50の有無及び位置を検出する人検出部11と、人検出部11による検出結果に基づいて、人50の位置に到達するマイクロ波の強度を弱めるようにアレイアンテナ3の指向性を制御する指向性制御部10と、を更に備える。人検出部11は、本開示の「検出部」の一例である。
【0023】
以上の構成により、例えば、ビーコン発信機51を持った人50が所定の範囲A内に入った場合、人検出部11が人50の位置を検出し、指向性制御部10は、検出結果に基づいて、人50の位置に到達するマイクロ波の強度を弱めることができる。これにより、無線給電装置100は、センサ1への給電を停止することなく、マイクロ波の放射が人50に与え得る影響を、例えばマイクロ波の放射を受けることにより発生する熱による悪影響等を、抑制することができる。
【0024】
§2 実施形態1
<2.1 構成例>
図2は、実施形態1に係る無線給電装置100の構成例を示す図である。図2の例では、無線給電装置100は、給電信号生成部4と、分配部5と、位相調整部6と、振幅調整部7と、N個の素子アンテナ2を有するアレイアンテナ3と、制御部9と、人検出部11と、を備える。ここで、Nは、2以上の自然数である。
【0025】
給電信号生成部4は、マイクロ波による給電信号を生成する。給電信号生成部4は、例えば、ガンダイオード等の半導体発振器、又はマグネトロン等のマイクロ波発振器である。
【0026】
分配部5は、給電信号生成部4によって生成されたマイクロ波をN個のマイクロ波に分配する回路である。位相調整部6は、制御部9の指向性制御部10による制御信号に基づいて、分配部5から入力されたN個のマイクロ波のそれぞれの位相を個別に調整して出力する回路である。例えば、位相調整部6は、分配部5から入力されたN個のマイクロ波のそれぞれに対応するN個の移相器からなる。
【0027】
振幅調整部7は、制御部9の指向性制御部10による制御信号に基づいて、位相調整部6から入力されたN個のマイクロ波の振幅を個別に調整して出力する回路である。振幅調整部7は、例えば、可変利得増幅器等の電力増幅器である。
【0028】
なお、人検出部11のビーコン要求信号生成部12とアレイアンテナ3との間に、図示しない分配器、移相器、電力増幅器(PA)及びフィルタ等を設けてもよい。また、人検出部11のビーコン信号受信部13とアレイアンテナ3との間に、図示しない低雑音増幅器(LNA)、フィルタ及び合成器等を設けてもよい。
【0029】
人検出部11は、ビーコン要求信号生成部12と、ビーコン信号受信部13と、検出情報処理部14と、を備える。ビーコン要求信号生成部12は、制御部9による制御信号に基づいて、対応するビーコン発信機51に対して、アレイアンテナ3を介して電波によりビーコン要求信号を送信する。
【0030】
ビーコン発信機51は、無線給電装置100から送信されたビーコン要求信号を受信するためのアンテナ52と、受信したビーコン要求信号を処理し、対応するビーコン信号を生成する制御部53と、を備える。ビーコン発信機51は、アンテナ52によって無線給電装置100からのビーコン要求信号を受信すると、ビーコン要求信号に応答してビーコン信号を生成し、アンテナ52によって無線給電装置100に送信する。
【0031】
無線給電装置100の人検出部11のビーコン信号受信部13は、アレイアンテナ3を介してビーコン発信機51からのビーコン信号を受信し、無線給電装置100から所定の範囲内におけるビーコン発信機51の有無を検出する回路である。
【0032】
検出情報処理部14は、人検出部11の動作全体の制御を司るコントローラである。検出情報処理部14は、例えばMCU、CPU、RAM及びROM等を含み、情報処理に応じて各構成要素の制御を行う。例えば、検出情報処理部14は、ビーコン信号受信部13が所定の範囲内にビーコン発信機51があることを検出した場合、ビーコン信号を解析して、ビーコン信号を発信したビーコン発信機51の位置を特定する。
【0033】
検出情報処理部14によって特定されたビーコン発信機51の位置は、制御部9に送信される。制御部9は、入力されたビーコン発信機51の位置に基づいて、指向性制御部10によって、位相調整部6及び振幅調整部7を制御してアレイアンテナ3の指向性を制御する。
【0034】
人検出部11の構成は前述のものに限定されず、例えば、検出情報処理部14が無線給電装置100から所定の範囲内におけるビーコン発信機51の有無を検出してもよい。
【0035】
制御部9は、無線給電装置100の動作全体の制御を司るコントローラであり、前述の制御以外にも様々な制御を行う。制御部9は、プログラムを実行することにより所定の機能を実現する汎用プロセッサを含む。
【0036】
制御部9及び検出情報処理部14は、別個の汎用プロセッサによって実現されてもよいし、同一の汎用プロセッサによって実現されてもよい。
【0037】
また、制御部9は、被給電物1の位置又は方向を示す情報を予め記憶する記憶部15を更に含む。記憶部15は、種々の情報を記録する媒体であり、フラッシュメモリ、RAM及びROM等の記憶デバイス単独で又はそれらを適宜組み合わせて実現される。
【0038】
無線給電装置100は、記憶された被給電物1の位置又は方向に基づいてアレイアンテナ3の指向性を制御し、マイクロ波を送信して被給電物1に適切に給電を行うことができる。
【0039】
<2.2 動作例>
図3は、実施形態1に係る無線給電装置100の動作例を示すフローチャートである。図2及び図3を参照して、無線給電装置100の動作例を説明する。なお、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。
【0040】
まず、制御部9は、ビーコン要求コマンドを生成し、人検出部11のビーコン要求信号生成部12に送信する(S101)。ビーコン要求コマンドを受信すると、ビーコン要求信号生成部12は、対応するビーコン発信機51を応答させるためのビーコン要求信号を生成する(S102)。
【0041】
制御部9は、生成されたビーコン要求信号を、アレイアンテナ3から電波によって送信する(S103)。
【0042】
ビーコン発信機51は、無線給電装置100から送信されたビーコン要求信号をアンテナ52によって受信する。制御部53は、ビーコン要求信号に応答してビーコン信号を生成し、アンテナ52によって無線給電装置100に送信する。
【0043】
無線給電装置100のビーコン信号受信部13は、アレイアンテナ3を介して、ビーコン発信機51からのビーコン信号を受信したか否かを判断する(S104)。受信した場合、ビーコン信号受信部13は、所定の範囲内におけるビーコン発信機51の有無を検出する(S105)。
【0044】
ステップS104においてビーコン発信機51からのビーコン信号を受信しなかった場合、又は、ステップS105において所定の範囲内にビーコン発信機51が検出されなかった場合、ステップS108に進む。ステップS108において、無線給電装置100は、給電信号生成部4を制御してマイクロ波を発生させ、アレイアンテナ3によってマイクロ波を送信して、被給電物1への給電を開始する。
【0045】
図4は、所定の範囲Aの中にビーコン発信機51が、すなわち人50が検出されなかった場合における、アレイアンテナ3によるマイクロ波の放射状況を示す模式図である。図4には、2つの被給電物1が示されている。図4に示すように、所定の範囲Aの中にビーコン発信機51が、すなわち人50が検出されなかった場合、アレイアンテナ3の指向性は、マイクロ波によって両方の被給電物1を同時に給電できるように指向性制御部10によって制御される。
【0046】
再び図3のステップS105に戻り、所定の範囲内においてビーコン発信機51が検出された場合、検出情報処理部14は、ビーコン信号を解析して、ビーコン信号を発信したビーコン発信機51の位置を特定する(S106)。
【0047】
特定されたビーコン発信機51の位置に基づいて、制御部9の指向性制御部10は、位相調整部6及び振幅調整部7を制御し、特定されたビーコン発信機51の位置が、干渉によりマイクロ波の強度がほぼ零になる点(「零点」、「ヌル点」又は「ヌル」と呼ばれる)となるようにアレイアンテナ3の指向性を制御する(S107)。言い換えれば、制御部9の指向性制御部10は、特定されたビーコン発信機51の方向に放射されるマイクロ波の強度が極小となるように、アレイアンテナ3の指向性を制御する。
【0048】
次に、無線給電装置100は、給電信号生成部4を制御してマイクロ波を発生させ、アレイアンテナ3によってマイクロ波を送信して、被給電物1への給電を開始する(S108)。
【0049】
図5は、所定の範囲Aの中にビーコン発信機51が、すなわち人50が検出された場合における、アレイアンテナ3によるマイクロ波の放射状況を示す模式図である。図5では、ビーコン発信機51、すなわち人50の方向にヌル点が形成されている。したがって、ビーコン発信機51を持っている人50に対してマイクロ波による影響が生じない。
【0050】
給電開始から一定時間が経過すると(S109)、給電を一時的に中止する(S110)。そして、ビーコン発信機51すなわち人50が所定の範囲Aの中に入っているか否かを確かめるため、再びS101に戻る。このようにして、S101〜S110を繰り返す。
(【0051】以降は省略されています)

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