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公開番号2020115742
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200730
出願番号2020071590
出願日20200413
発明の名称移動体
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H02J 50/80 20160101AFI20200703BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】給電装置から移動体に無線で電力を供給する際の、電力のロスを低減することが
できる、移動体の構造の提供を目的の一とする。また、四方に放射される電波の強度を低
く抑えることができる、移動体の構造の提供を目的の一とする。
【解決手段】給電装置から発信される電波を、複数のアンテナを有する移動体において受
信する。上記複数のアンテナの少なくとも一つは、移動体の、他のアンテナとは離れて設
置されている。そして、給電装置から発信される電波は、上記複数のアンテナの全てを用
いて受信され、電気エネルギーに変換される。もしくは、給電装置から発信される電波は
、上記複数のアンテナのうち、選択されたいずれか1つまたは複数のアンテナを用いて受
信され、電気エネルギーに変換される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
複数のアンテナと、
前記複数のアンテナと電気的に接続された選択回路と、
前記複数のアンテナと電気的に接続された変調回路と、
前記選択回路と電気的に接続された信号処理回路と、
前記信号処理回路と電気的に接続された二次電池と、
前記二次電池から電力の供給される電動機、を有し、
前記二次電池に対する充電の準備完了を通知する信号は、前記変調回路が前記複数のアンテナに電圧を印加することで発信され、
前記変調回路は、酸化物半導体層を有するトランジスタを有し、
前記酸化物半導体層は、In、Ga、及びZnを有し、
前記酸化物半導体層中の水素濃度は5×10
19
/cm

以下であり、
前記トランジスタのチャネル幅あたりのオフ電流は、100zA/μm以下である、移動体。
続きを表示(約 100 文字)【請求項2】
請求項1において、
前記酸化物半導体層は結晶性を有する、移動体。
【請求項3】
請求項1又は2において、
前記移動体は自動車である、移動体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電動機により推進し、無線で二次電池の充電が可能な移動体に関する。さらに
、本発明は、上記移動体と、上記移動体へ無線で電力の供給を行う給電装置とを有する無
線給電システムに関する。また、当該無線給電システムにおける無線通信方法に関する。
続きを表示(約 10,000 文字)【背景技術】
【0002】
近年、地球温暖化等の環境問題が深刻化しており、省エネルギー技術、創エネルギー技術
、畜エネルギー技術が注目を集めている。特に、二次電池を有する移動体、具体的には、
原動機付自転車、電気自動車などの、二輪、四輪を問わず、二次電池に蓄積された電力を
用いて電動機により推進する移動体は、畜エネルギー技術を利用していることに加えて、
二酸化炭素の排出量を抑えられるため、技術開発が活発に進められている。
【0003】
現在のところ、上記移動体が有する二次電池の充電は、一般家庭に広く普及している家庭
用交流電源を給電装置として用いるか、もしくは、急速充電器などの給電装置を備えた公
共用給電設備を利用することで、行うことができる。いずれの場合も、充電の際には、コ
ンセントにプラグを挿入することで電気的な接続を形成する接続器が、一般的に用いられ
ている。
【0004】
この接続器を用いた二次電池の充電では、プラグ側の導体とコンセント側の導体を接触さ
せることで、移動体と給電装置の間の電気的な接続が形成される。そのため、充電の度に
プラグの抜き差しを行う手間がかかる上に、繰り返し充電を行うことによる接続器の劣化
が懸念される。また、電気自動車等の比較的大型の移動体では、充電に大電力が必要とな
る。よって、感電や、水分等による漏電の被害は甚大であり、接続器の取り扱い方には細
心の注意を必要とするため、安全面で問題がある。
【0005】
これらの接続器に起因する問題を回避するために、近年では、給電装置から移動体へ無線
で電力を供給する、無線給電システムの研究開発が行われている(例えば、下記の特許文
献1)。無線給電システムを利用することで、接続器を用いなくとも、二次電池の充電を
行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2004−229425号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
前述の無線給電システムでは、給電装置のアンテナから発信される電波を、移動体のアン
テナが受信して電気エネルギーに変換し、二次電池に蓄積する。この電波のエネルギーを
電気エネルギーに変換する際の変換効率は、給電装置のアンテナと移動体のアンテナの位
置関係に大きく左右される。すなわち、給電装置のアンテナの位置と、移動体のアンテナ
の位置が大きくずれるほど、変換効率が落ち、二次電池の充電が効率よく行われない。し
かし、アンテナの設置箇所にもよるが、移動体の操縦者が、移動体のアンテナと給電装置
のアンテナの位置関係を、移動体の操縦中に正確に把握することは、通常困難である。
【0008】
また、給電装置のアンテナからは、概ね一定で、なおかつ大電力の電波が出力される場合
が多い。そのため、アンテナの位置関係がずれて充電の変換効率が落ちると、電力が無駄
になるだけではなく、電気エネルギーに変換されなかった大電力の電波が、四方に放射さ
れる。放射された電波が人体などの生体に照射されても、その大部分は吸収されて熱とな
るだけなので問題がないと考えられているが、電波の生体に与える影響は未解明な部分が
多い。よって、四方に放射される電波の強度は、低く抑えておくことが望ましい。
【0009】
上述の課題に鑑み、本発明は、給電装置から移動体に無線で電力を供給する際の、電力の
ロスを低減することができる、移動体の構造の提供を目的の一とする。本発明は、四方に
放射される電波の強度を低く抑えることができる、移動体の構造の提供を目的の一とする

【0010】
本発明は、給電装置から移動体に無線で電力を供給する際の、電力のロスを低減すること
ができる、無線給電システム及び無線給電方法の提供を目的の一とする。本発明は、充電
時において給電装置から四方に放射される電波の強度を低く抑えることができる、無線給
電システム及び無線給電方法の提供を目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上述の諸問題を解決するため、本発明の第1の構成では、給電装置から発信される電波を
、複数のアンテナを有する移動体において受信する。上記複数のアンテナの少なくとも一
つは、移動体の、他のアンテナとは離れて設置されている。そして、給電装置から発信さ
れる電波は、上記複数のアンテナを用いて受信され、電気エネルギーに変換される。
【0012】
さらに、第1の構成では、移動体への電力の供給を行う前に、移動体と給電装置の位置を
合わせるための電波を、給電装置から発信する。すなわち、給電装置からの電波の発信は
、2段階に渡って行われる。1段階目の電波は、移動体と給電装置の位置を合わせるため
に発信する。2段階目の電波は、給電装置から移動体に電力を供給するために発信する。
【0013】
給電装置から1段階目の電波が発信されると、移動体は該電波を受信し、電気信号に変換
する。該電気信号の強度には、給電装置と移動体がそれぞれ有するアンテナの距離、向き
などの位置関係が、情報として含まれている。よって、該電気信号を用いることで、上記
アンテナの位置関係を把握し、それにより、給電装置から移動体への電力の供給が効率よ
く行えるように、移動体と給電装置の位置関係を修正することができる。
【0014】
なお、1段階目に出力される電波は、給電装置のアンテナと、移動体のアンテナの位置関
係を把握できる程度の強度であれば良い。よって、1段階目に出力される電波の強度は、
2段階目に出力される、移動体に電力を供給するための電波の強度よりも、低く抑えるこ
とができる。
【0015】
または、上述の諸問題を解決するため、本発明の第2の構成では、給電装置から発信され
る電波を、移動体が有する複数のアンテナのうち、選択されたいずれか1つまたは複数の
アンテナにおいて受信し、電気エネルギーに変換する。上記複数のアンテナの少なくとも
一つは、移動体の、他のアンテナとは離れて設置されている。
【0016】
さらに、第2の構成では、移動体への電力の供給を行う前に、複数のアンテナのうち、い
ずれのアンテナにおいて効率よく電波の受信を行うことができるのかを試すために、給電
装置から電波を発信する。すなわち、この場合も、給電装置からの電波の発信は、2段階
に渡って行われる。1段階目の電波は、アンテナの選択を行うために発信する。2段階目
の電波は、給電装置から移動体に電力を供給するために発信する。
【0017】
給電装置から1段階目の電波が発信されると、移動体は該電波を複数のアンテナにおいて
順に受信し、電気信号に変換する。該電気信号の強度が高いほど、効率よく電波の受信が
行えることを意味する。よって、該電気信号を用いることで、給電装置から移動体への電
力の供給が効率よく行えるように、アンテナを選択することができる。
【0018】
なお、1段階目に出力される電波は、アンテナの選択を行える程度の強度であれば良い。
よって、1段階目に出力される電波の強度は、2段階目に出力される、移動体に電力を供
給するための電波の強度よりも、低く抑えることができる。
【0019】
または、上述の諸問題を解決するため、本発明の第3の構成では、複数のアンテナを有す
る給電装置から発信される電波を、移動体において受信する。上記複数のアンテナの少な
くとも一つは、給電装置の、他のアンテナとは離れて設置されている。そして、上記複数
のアンテナのいずれか1つまたは複数を選択し、選択されたアンテナを用いて給電装置か
ら電波を発信する。移動体は該電波を受信して、電気エネルギーに変換する。
【0020】
給電装置が有する複数のアンテナのいずれか1つまたは複数を選択し、選択されたアンテ
ナを用いて給電装置から電波を発信する場合、移動体への電力の供給を行う前に、複数の
アンテナのうち、いずれのアンテナにおいて効率よく電波の供給を行うことができるのか
を試すために、複数のアンテナを順に用いて給電装置から電波を発信する。すなわち、給
電装置からの電波の発信は、2段階に渡って行われる。1段階目の電波は、アンテナの選
択を行うために発信する。2段階目の電波は、給電装置から移動体に電力を供給するため
に発信する。
【0021】
給電装置から1段階目の電波が発信されると、移動体は該電波を受信し、電気信号に変換
する。該電気信号の強度が高いほど、効率よく電波の供給が行えることを意味する。よっ
て、該電気信号を用いることで、給電装置から移動体への電力の供給が効率よく行えるよ
うに、アンテナを選択することができる。
【0022】
なお、1段階目に出力される電波は、アンテナの選択を行える程度の強度であれば良い。
よって、1段階目に出力される電波の強度は、2段階目に出力される、移動体に電力を供
給するための電波の強度よりも、低く抑えることができる。
【0023】
なお、上記第2の構成と第3の構成における、移動体または給電装置におけるアンテナの
選択は、アンテナと給電線との接続によって行う。すなわち、アンテナと給電線とを接続
することで、当該アンテナを選択することができる。なお、アンテナは一対の給電点を有
しており、アンテナが給電線に接続された状態とは、一対の給電点が一対の給電線にそれ
ぞれ接続された状態を意味する。
【0024】
また、本明細書において移動体とは、二次電池に蓄積された電力を用いて電動機により推
進する移動手段であり、自動車(自動二輪車、三輪以上の自動車)、電動アシスト自転車
を含む原動機付自転車、航空機、船舶、鉄道車両などが、その範疇に含まれる。
【0025】
なお、二次電池の充電を開始するか否かは、第1の電波を受信することで得られた第1の
電気信号の強度を基に、移動体の操縦者、或いは給電装置の操作を管理している者が、人
為的に判断することができる。或いは、移動体が有する信号処理回路において、二次電池
の充電を開始するか否かを判断し、その判断結果を給電装置に電波で信号として送るよう
にしても良い。或いは、第1の電気信号の強度の情報を、そのまま、移動体から給電装置
に電波で信号として送り、給電装置側で、二次電池の充電を開始するか否かを判断するよ
うにしても良い。
【0026】
本発明は、上記第1の構成乃至第3の構成の、少なくともいずれか1つを用いる事で、上
記課題の一つを解決することができる。
【0027】
具体的に、本発明の一態様に係る移動体は、給電装置から順次発信される第1の電波と第
2の電波から、それぞれ第1の電気信号と第2の電気信号を生成する複数のアンテナと、
前記第1の電気信号を用いて前記給電装置と移動体の位置関係を情報として抽出する信号
処理回路と、前記第2の電気信号を用いて電気エネルギーを蓄積する二次電池と、前記二
次電池から前記電気エネルギーが供給される電動機とを有するものである。
【0028】
また、本発明の一態様に係る移動体は、給電装置から順次発信される第1の電波と第2の
電波から、それぞれ第1の電気信号と第2の電気信号を生成する複数のアンテナと、前記
第1の電気信号の強度を比較する信号処理回路と、前記第1の電気信号の強度に従って、
前記複数のアンテナの選択を行う選択回路と、前記複数のアンテナのうち、前記選択回路
によって選択されたアンテナにおいて生成された前記第2の電気信号を用いて、電気エネ
ルギーを蓄積する二次電池と、前記二次電池から前記電気エネルギーが供給される電動機
とを有するものである。
【0029】
また、具体的に、本発明の一態様に係る無線給電システムは、第1のアンテナを有する給
電装置と、移動体とを有し、前記移動体は、前記第1のアンテナから順次発信される第1
の電波と第2の電波から、それぞれ第1の電気信号と第2の電気信号を生成する複数の第
2のアンテナと、前記第1の電気信号の強度を比較する信号処理回路と、前記第1の電気
信号の強度に従って、前記複数の第2のアンテナの選択を行う選択回路と、前記複数の第
2のアンテナのうち、前記選択回路によって選択された第2のアンテナにおいて生成され
た前記第2の電気信号を用いて、電気エネルギーを蓄積する二次電池と、前記二次電池か
ら前記電気エネルギーが供給される電動機とを有するものである。
【0030】
また、具体的に、本発明の一態様に係る無線給電システムは、給電装置と、移動体とを有
し、前記給電装置は、第1の電波を発信する複数の第1のアンテナと、前記複数の第1の
アンテナの選択を行う選択回路とを有し、前記複数の第1のアンテナのうち、前記選択回
路によって選択された第1のアンテナから第2の電波が発信され、前記移動体は、前記第
1の電波と前記第2の電波から、それぞれ第1の電気信号と第2の電気信号を生成する第
2のアンテナと、前記第1の電気信号の強度を比較する信号処理回路と、前記第2の電気
信号を用いて、電気エネルギーを蓄積する二次電池と、前記二次電池から前記電気エネル
ギーが供給される電動機とを有し、前記選択回路による前記複数の第1のアンテナの選択
は、前記第1の電気信号の強度に従って行われるものである。
【0031】
また、具体的に、本発明の一態様に係る無線給電方法は、給電装置から発信される第1の
電波から、移動体が有する複数のアンテナにおいて第1の電気信号をそれぞれ生成し、前
記第1の電気信号の強度に従って前記給電装置と移動体の位置関係を変更した後、前記給
電装置から発信される第2の電波から、前記複数のアンテナにおいて第2の電気信号を生
成し、前記第2の電気信号を用いて、二次電池に電気エネルギーを蓄積し、前記二次電池
に蓄積された前記電気エネルギーを電動機に供給するものである。
【0032】
また、具体的に、本発明の一態様に係る無線給電方法は、給電装置から発信される第1の
電波から、移動体が有する複数のアンテナにおいて第1の電気信号をそれぞれ生成し、前
記第1の電気信号の強度に従って、前記複数のアンテナのいずれかのアンテナを選択し、
前記給電装置から発信される第2の電波から、前記選択されたアンテナにおいて第2の電
気信号を生成し、前記第2の電気信号を用いて、二次電池に電気エネルギーを蓄積し、前
記二次電池に蓄積された前記電気エネルギーを電動機に供給するものである。
【0033】
また、具体的に、本発明の一態様に係る無線給電方法は、給電装置が有する複数の第1の
アンテナから第1の電波を発信し、移動体が有する第2のアンテナにおいて、前記第1の
電波から第1の電気信号を生成し、前記第1の電気信号の強度に従って、前記複数の第1
のアンテナのいずれかの第1のアンテナを選択し、前記選択された第1のアンテナから発
信される第2の電波から、前記第2のアンテナにおいて第2の電気信号を生成し、前記第
2の電気信号を用いて、二次電池に電気エネルギーを蓄積し、前記二次電池に蓄積された
前記電気エネルギーを電動機に供給するものである。
【発明の効果】
【0034】
本発明の一態様により、給電装置から移動体への電力の供給が効率よく行えるようになり
、充電の際に生じる、電力のロスを抑えることができる。また、充電に利用されずに給電
装置から四方に放射される電波の強度を、低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
移動体と、給電装置からなる無線給電システムの構成を示す図。
移動体と、給電装置からなる無線給電システムの構成を示す図。
移動体と、給電装置からなる無線給電システムの構成を示す図。
移動体と、給電装置からなる無線給電システムの構成を示す図。
移動体と、給電装置からなる無線給電システムの構成を示す図。
移動体と、給電装置からなる無線給電システムの構成を示す図。
移動体と給電装置の動作の手順を示すフローチャート。
移動体と給電装置の動作の手順を示すフローチャート。
移動体と給電装置の動作の手順を示すフローチャート。
移動体の構成を示す図。
移動体の構成を示す図。
移動体の構成を示す図。
アンテナ回路の回路図。
アンテナ回路の回路図。
アンテナ回路の回路図。
アンテナの形状を示す図。
移動体が給電装置用アンテナ回路に接近している様子を示す図。
給電装置用アンテナと移動体用アンテナとが隣接している様子を示す図。
給電装置と移動体の図。
移動体の図。
整流回路の図。
トランジスタの構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0036】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び
詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明
は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0037】
(実施の形態1)
本発明の第1の構成に係る移動体、及び上記移動体と給電装置を用いた無線給電システム
の構成を、図1にブロック図で一例として示す。なお、ブロック図では、移動体または給
電装置内の構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、
実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機
能に係わることもあり得る。
【0038】
図1では、移動体100が、受電装置部101と、電源負荷部110とを有する。受電装
置部101は、複数の移動体用アンテナ回路102と、信号処理回路103と、二次電池
104とを少なくとも有する。電源負荷部110は、少なくとも電動機111を有する。
移動体用アンテナ回路102の数は、複数であれば特に限定がない。図1では、移動体用
アンテナ回路102が、移動体用アンテナ回路102a〜移動体用アンテナ回路102c
を含んでいる場合を例示している。
【0039】
そして、複数の移動体用アンテナ回路102のうち、少なくとも一つは、移動体100に
おいて他の移動体用アンテナ回路102と離れて設置されている。或いは、全ての移動体
用アンテナ回路102が、移動体100において互いに離れて設置されていても良い。
【0040】
なお、二次電池104は蓄電手段であり、例えば、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、
ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等がその範疇に含まれる。
【0041】
また、給電装置200は、給電装置用アンテナ回路201と、信号処理回路202とを有
している。信号処理回路202は、給電装置用アンテナ回路201の動作を制御する。す
なわち、給電装置用アンテナ回路201から発信される電波の強度、周波数などを制御す
ることができる。
【0042】
給電装置200は、移動体100への電力の供給を行う前に、移動体100と給電装置2
00の位置合わせを行うために、給電装置用アンテナ回路201から、位置合わせ用の電
波をテスト信号として発信する。移動体100は、上記テスト信号を移動体用アンテナ回
路102a〜移動体用アンテナ回路102cのいずれか、または全てにおいて受信し、電
気信号に変換して信号処理回路103に送る。
【0043】
受信されたテスト信号の強度は、移動体用アンテナ回路102a〜移動体用アンテナ回路
102cと給電装置用アンテナ回路201の、距離、向きなどの位置関係によって異なる
。テスト信号として発信された電波は、間に電波の遮蔽物が存在しなければ、給電装置用
アンテナ回路201と最も距離が近く、なおかつ給電装置用アンテナ回路201と向きが
揃っている移動体用アンテナ回路102において、受信されやすく、得られる電気信号と
してのテスト信号の強度も高くなる。
【0044】
信号処理回路103では、受信されたテスト信号の強度から、移動体用アンテナ回路10
2a〜移動体用アンテナ回路102cと、給電装置用アンテナ回路201の位置関係を、
情報として抽出する。
【0045】
そして、受信したテスト信号の強度が十分に高ければ、電波が電気信号に変換される際の
、エネルギーの変換効率が十分に高いということを意味する。よって、移動体用アンテナ
回路102a〜移動体用アンテナ回路102cと、給電装置用アンテナ回路201の位置
関係が、充電を開始するのに適した状態にあると判断される。
【0046】
受信したテスト信号の強度が不十分ならば、電波が電気信号に変換される際の、エネルギ
ーの変換効率が低いということを意味する。よって、移動体用アンテナ回路102a〜移
動体用アンテナ回路102cと、給電装置用アンテナ回路201の位置関係が、充電を開
始するのに適した状態にないと判断される。
【0047】
なお、移動体用アンテナ回路102と給電装置用アンテナ回路201の位置関係が、充電
を開始するのに適した状態にあるか否かの判断基準は、設計者が適宜設定することが可能
である。
【0048】
また、二次電池104の充電を開始するか否かの判断は、信号処理回路103によって抽
出された上記位置関係の情報を基に、移動体100の操縦者、或いは給電装置200の操
作を管理している者が、人為的に判断することができる。
【0049】
二次電池104の充電は、給電装置200の給電装置用アンテナ回路201から、充電用
の電波を発信することで行われる。移動体100は、上記充電用の電波を移動体用アンテ
ナ回路102において受信し、電気信号に変換して信号処理回路103に送る。そして、
該電気信号は、信号処理回路103から二次電池104に送られ、電気エネルギーとして
二次電池104に蓄積される。
【0050】
電動機111は、二次電池104に蓄えられた電気エネルギーを機械エネルギーに変換す
ることで、移動体100を推進させる。
(【0051】以降は省略されています)

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