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公開番号2025056456
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2023165939
出願日2023-09-27
発明の名称送電装置、方法及びプログラム
出願人京セラ株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H02J 50/20 20160101AFI20250401BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】複数のアンテナ素子を有するアンテナの正面方向以外への電波の放射について改善する。
【解決手段】送電装置は、基板110に設けられ、電波を送信する第1アンテナ素子111と、基板110に設けられ、電波を送信する第2アンテナ素子112と、基板110に設けられ、電波を送信する第3アンテナ素子113と、を有するアンテナを備え、アンテナの正面方向における第1アンテナ素子111の素子指向性の利得が第2アンテナ素子112及び第3アンテナ素子113の素子指向性の利得よりも高い。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
基板に設けられ、電波を送信する第１アンテナ素子と、
前記基板に設けられ、前記電波を送信する第２アンテナ素子と、
前記基板に設けられ、前記電波を送信する第３アンテナ素子と、
を有するアンテナを備え、
前記アンテナの正面方向における前記第１アンテナ素子の素子指向性の利得が前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子の素子指向性の利得よりも高い、送電装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記アンテナは、前記第１アンテナ素子、前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子が前記基板において直線状に配置されている、請求項１に記載の送電装置。
【請求項３】
前記アンテナは、前記基板上の配置方向において、前記第３アンテナ素子、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子の順序で、前記基板に配置されている、請求項１に記載の送電装置。
【請求項４】
前記アンテナは、少なくとも２以上の前記第１アンテナ素子を有する、請求項１に記載の送電装置。
【請求項５】
前記アンテナは、複数の前記第２アンテナ素子または前記第３アンテナ素子が配置されている、請求項１に記載の送電装置。
【請求項６】
前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子に給電する電力を第２電力とし、前記アンテナの正面方向から給電対象への角度が大きくなるほど前記第２電力が大きくなるように、前記角度に基づいて前記第２電力を調整する制御部をさらに備える、請求項１に記載の送電装置。
【請求項７】
前記第１アンテナ素子に給電する電力を第１電力とし、
前記制御部は、給電電力をＰ
ｔｏｔａｌ
、前記第１アンテナ素子への前記第１電力をＰ
Ｎ
、前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子への前記第２電力をＰ
Ｗ
、前記第１アンテナ素子の数をｋ
Ｎ
、前記第２アンテナ素子の合計数をｋ
Ｗ
、以下の（式１０１）で条件づけられる給電電力調整量をΔＰとした際に、以下の（式１０１）を用いて前記第１電力及び前記第２電力を調整する、請求項６に記載の送電装置。
TIFF
2025056456000004.tif
17
170
【請求項８】
前記制御部は、前記給電対象までの空間損失をΓ、低利得の前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子のθ
Ｗｉ
方向のアンテナ利得をＧ
Ｗ
（θ
Ｗｉ
）、高利得の前記第１アンテナ素子のθ
Ｎｊ
方向のアンテナ利得をＧ
Ｎ
（θ
Ｎｊ
）、前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子の位置を示す番号をｉ、前記第１アンテナ素子の位置を示す番号をｊとし、以下の（式１０２）で受電電力Ｗ
ｔ
（ΔＰ）を最大にする給電電力調整量ΔＰを決定し、該給電電力調整量ΔＰに基づいて前記第１電力及び前記第２電力を調整する、請求項７に記載の送電装置。
TIFF
2025056456000005.tif
40
170
【請求項９】
基板に設けられ、電波を送信する第１アンテナ素子と、前記電波を送信する第２アンテナ素子と、前記電波を送信する第３アンテナ素子と、を有するアンテナを備える送電装置が実行する方法であって、
前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子に給電する電力を第２電力とし、前記アンテナの正面方向から給電対象への角度が大きくなるほど前記第２電力が大きくなるように、前記角度に基づいて前記第２電力を調整する、方法。
【請求項１０】
基板に設けられ、電波を送信する第１アンテナ素子と、前記電波を送信する第２アンテナ素子と、前記電波を送信する第３アンテナ素子と、を有するアンテナを備える送電装置に、
前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子に給電する電力を第２電力とし、前記アンテナの正面方向から給電対象への角度が大きくなるほど前記第２電力が大きくなるように、前記角度に基づいて前記第２電力を調整する処理を実行させる、プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、送電装置、方法及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
ワイヤレス電力伝送は、送電装置がアレーアンテナを利用し、受電装置の方向にビームを形成することで、電力を無線給電する。特許文献１には、４個の放射素子のうち内側２つの放射素子の素子幅を外側２つの放射素子の素子幅より狭くするアレーアンテナが開示されている。特許文献２には、直線状に配列された複数のアンテナ素子に対し、複数の等分配器のみを組み合わせて形成したアレーアンテナ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０００－２６９７３５号公報
特開２００３－２８３２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイヤレス電力伝送は、受電装置に効率よく受電するために、アンテナ利得の高い、換言すると、ビーム幅の狭いアレーアンテナが有効である。ワイヤレス電力伝送の送電装置では、送電効率を向上するための方法の１つとして、アレーアンテナの各アンテナ素子のアンテナ利得を高めて、アレーアンテナ全体のアンテナ利得を上げる方法がある。しかし、アンテナ素子の指向性を狭くすると、アレーアンテナとしての正面方向のビーム電力は大きくなるが、正面方向以外のビーム電力は素子指向性に応じて減少するという問題が生じる。ワイヤレス電力伝送の送電装置には、複数のアンテナ素子を有するアンテナの正面方向以外への電波の放射について改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
態様の１つに係る送電装置は、基板に設けられ、電波を送信する第１アンテナ素子と、前記基板に設けられ、前記電波を送信する第２アンテナ素子と、前記基板に設けられ、前記電波を送信する第３アンテナ素子と、を有するアンテナを備え、前記アンテナの正面方向における前記第１アンテナ素子の素子指向性の利得が前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子の素子指向性の利得よりも高い。
【０００６】
態様の１つに係る方法は、基板に設けられ、電波を送信する第１アンテナ素子と、前記電波を送信する第２アンテナ素子と、前記電波を送信する第３アンテナ素子と、を有するアンテナを備える送電装置が実行する方法であって、前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子に給電する電力を第２電力とし、前記アンテナの正面方向から給電対象への角度が大きくなるほど前記第２電力が大きくなるように、前記角度に基づいて前記第２電力を調整する。
【０００７】
態様の１つに係るプログラムは、基板に設けられ、電波を送信する第１アンテナ素子と、前記電波を送信する第２アンテナ素子と、前記電波を送信する第３アンテナ素子と、を有するアンテナを備える送電装置に、前記第２アンテナ素子及び前記第３アンテナ素子に給電する電力を第２電力とし、前記アンテナの正面方向から給電対象への角度が大きくなるほど前記第２電力が大きくなるように、前記角度に基づいて前記第２電力を調整する処理を実行させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの概要を説明するための図である。
図２は、図１に示すアレーアンテナの配置例を説明するための図である。
図３は、無指向性素子で構成された１次元８素子のアレーアンテナのアンテナ放射パターンの一例を示す図である。
図４は、低利得のアンテナ素子で構成した場合のアンテナ放射パターンの一例を示す図である。
図５は、高利得のアンテナ素子で構成した場合のアンテナ放射パターンの一例を示す図である。
図６は、低利得及び高利得のアンテナ素子の単体で構成したアンテナのアンテナ放射パターンの一例を示す図である。
図７は、高利得素子で構成された参照用の第１アレーアンテナを説明するための模式図である。
図８は、低利得素子で構成された参照用の第２アレーアンテナを説明するための模式図である。
図９は、実施形態に係る送電装置の構成の一例を示す図である。
図１０は、図９に示すアレーアンテナの配置例を説明するための模式図である。
図１１は、アレーアンテナの最大ビームの角度依存性の結果を説明するための図である。
図１２は、実施形態に係るアレーアンテナの最大ビームの依存性を示す図である。
図１３は、図９に示したアレーアンテナに対する給電例を説明するための模式図である。
図１４は、アレーアンテナの電力配分の最適化を説明するための図である。
図１５は、電力配分最適化に用いるアレーアンテナのモデルを説明するための図である。
図１６は、アレーアンテナの電力配分の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本出願に係る複数の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の説明において、同様の構成要素について同一の符号を付すことがある。さらに、重複する説明は省略することがある。
【００１０】
図１は、実施形態に係るワイヤレス電力伝送システムの概要を説明するための図である。図１に示すシステム１は、例えば、マイクロ波伝送型（空間伝送型）のワイヤレス電力伝送が可能なワイヤレス電力伝送システムを含む。ワイヤレス電力伝送は、例えば、ケーブルやプラグを用いることなく、電力を伝送することが可能な仕組みである。システム１は、例えば、宇宙太陽光発電等に適用することができる。マイクロ波伝送型のシステム１は、エネルギー伝送として電波（マイクロ波）を使用する。マイクロ波伝送型のシステム１において使用する電波の周波数は、複数の周波数帯が利用可能であり、例えば、日本では、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５．７ＧＨｚ帯等を含む。マイクロ波伝送型のシステム１は、レトロディレクティブ方式を用いることができる。本実施形態では、システム１は、状況に適した給電効率の向上及び安全性の確保を両立することを可能とする。なお、本開示のワイヤレス電力伝送システムでは、利用される電波の周波数帯域としてマイクロ波に限定するものではなく、その他適宜な帯域の周波数帯域の電波を用いることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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