JP2013153636A - 共鳴型無線電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マンホール外の送電側装置とマンホール内の受電側装置との間で、電磁誘導方式により給電および通信を安定して行う。
【解決手段】マンホールの外部に送電側装置を配置し、マンホールの内部に受電側装置を配置し、送電側装置の送電側共鳴コイルと受電側装置の受電側共鳴コイルとの間の共鳴現象を利用し、送電側装置の電源から受電側装置の負荷へ電力を伝送する共鳴型無線電力伝送装置において、受電側装置は、受電した電力を測定して受電電力値を出力する手段と、スイッチのオンオフにより負荷インピーダンスを所定の範囲で変化させる手段と、受電電力値と負荷インピーダンスの変化を対応付けてスイッチのオンオフを制御する制御部とを備え、送電側装置は、受電電力値に対応する負荷インピーダンスの変化に応じて発生する電流の過渡応答を検出し、当該過渡応答により受電電力値を復元する復調部を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マンホール外の送電側装置からマンホール内の受電側装置へ電磁誘導方式により給電するとともに、送電側装置と受電側装置との間で電磁誘導方式により通信を行う共鳴型無線電力伝送装置に関する。

携帯電話等の２次電池の充電や、非接触ＩＣカード、ＲＦＩＤタグ等への電力供給には、有線接続を要しない給電方法が採用されている。これは電磁誘導方式によるもので、送電側と受電側とにコイルを配置し、両者が近接して送電側コイルの磁束が受電側コイルを通過することで、受電側に電力が伝送される（非特許文献１）。電磁誘導方式は一般に、十分な伝送効率を得るために、送受信コイルは近接して漏れ磁束を少なくする方法がとられる。さらに、近年では、ある程度（例えば２〜３ｍ）の伝送距離を有する場合でも高い給電効率が得られる共鳴型無線電力伝送装置が提案されている（非特許文献２）。

図１４は、共鳴型無線電力伝送装置の構成例を示す。
図１４において、送電側装置１０の電源１１に接続される送電側コイル１３と受電側装置２０の負荷２３に接続される受電側コイル２２が、それぞれ送電側共鳴コイル１４および受電側共鳴コイル２１を介して共鳴現象により電磁誘導で電気的に結合し、電源１１から負荷２３に電力が伝達される。共鳴は特定の周波数でのみ発生する。図１５は共鳴コイルのＳパラメータ(S21) の例を示す。図よりピークが得られる周波数は限定的であること、負荷に依存してピークの周波数が変動することがわかる。また、ピークの周波数は、送電側装置１０と受電側装置２０との間隔によっても変動する。さらに、図１６に示すように、送受電コイル間の距離に応じて受電電力ピーク値が変動し、最適距離が存在する。

ところで、マンホール内で収集されるセンサ情報等をマンホールの出入り口の蓋を開けずに、例えば上記の共鳴型無線電力伝送装置で供給する電力を用いてそのセンサ情報等を送信させて収集できれば、マンホールを保守点検する作業が大幅に簡易になる。

苅部浩、「非接触ICカード設計入門」、日刊工業新聞社． Aristeidis Karalis, J.D. Joannopoulos and Marin Soljacic, 'Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer,' Annals of Physics, Vol.323 Issue 1, pp.34-48, Apr 2007.

図１４に示す共鳴型無線電力伝送装置において、送電側の電源周波数が共鳴周波数と異なる周波数に設定されていた場合、受電側に十分な電力が到達しない。また、送電側の電源周波数が共鳴周波数と大きく異なっているときに、受電側で負荷インピーダンスを変化させる負荷変調により受電側から送信データを送信しようとした場合、送電側で受電側の負荷インピーダンスの変化による電流または電圧の変化を検出できず、上りリンクの情報伝送が失敗する。例えば、受電側に対する給電電力が十分でないために送電側に電源周波数の変更を要求する情報を送信しようとしても、それが送電側に到達せず、結果的に送電側から受電側に給電を行うことができなくなる。

一方、マンホールの内外で電磁誘導方式により給電や通信を行う場合、マンホール内の電子機器の動作に十分な電力を安定して供給し、また伝送信号を復調するための十分な受信レベルの確保が必要になる。そのため、マンホールの内外で、送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルとを正対させ、さらに送電側の電源周波数と共鳴周波数が一致するように制御することが求められる。

ただし、送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルとの間の距離に応じて、図１６に示すように受電電力ピーク値が異なる。また、自由空間環境と異なりマンホール設置環境では、図１７に示すように受電電力値の周波数特性が異なり、ピークの周波数が変動する。

また、マンホールには鋳鉄製の厚い蓋があり、この蓋により磁力線が吸収されるために十分な給電電力や信号電力を得ることが困難な場合、受電側共鳴コイルの位置や傾きを調整してマンホールの蓋の影響を回避する方法が考えられている。例えば、図１８に示すように、マンホールの蓋を避けるように受電側共鳴コイルの傾きを30°にすると、マンホールの蓋が障害となる傾き０°の場合に比べて、受電電力値を大きくすることができる。また、受電側共鳴コイルの位置をマンホールの中心線からずらすとともに傾けることにより、さらにマンホールの蓋の影響を回避して受電電力値を大きくすることができる。ただし、受電側共鳴コイルの位置や傾きは、マンホールごとのサイズに応じて調整可能な範囲があるため、マンホール内の受電側共鳴コイルの位置や傾きがマンホールごとに異なることがある。

したがって、マンホールごとに受電側共鳴コイルの位置や傾きに合せて、送電側共鳴コイルの位置や傾きや高さを調整したり、電源周波数を調整する必要が生じることになる。そのとき、受電側から通知される受電電力値が１つの基準となるため、受電側から送電側に受電電力値を確実に伝送し、さらに送電側において送電側共鳴コイルの位置や傾きや高さや電源周波数を調整することが必要になる。

本発明は、マンホール外の送電側装置とマンホール内の受電側装置との間で、電磁誘導方式により給電および通信を安定して行うことができる共鳴型無線電力伝送装置を提供することを目的とする。

本発明は、マンホールの外部に送電側装置を配置し、マンホールの内部に受電側装置を配置し、送電側装置の送電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される送電側共鳴コイルと、受電側装置の受電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される受電側共鳴コイルとの間の共鳴現象を利用し、送電側装置の電源から受電側装置の負荷へ電力を伝送する共鳴型無線電力伝送装置において、受電側装置は、受電した電力を測定して受電電力値を出力する手段と、スイッチのオンオフにより負荷インピーダンスを所定の範囲で変化させる手段と、受電電力値と負荷インピーダンスの変化を対応付けてスイッチのオンオフを制御する制御部とを備え、送電側装置は、受電電力値に対応する負荷インピーダンスの変化に応じて発生する電流の過渡応答を検出し、当該過渡応答により受電電力値を復元する復調部を備える。

本発明の共鳴型無線電力伝送装置において、送電側装置は、復調部で復元された受電電力値に基づいて、電源の電源周波数が送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルの共鳴周波数に合うように調整する調整手段を備える。

本発明の共鳴型無線電力伝送装置において、送電側装置は、復調部で復元された受電電力値に基づいて、送電側共鳴コイルの位置および傾きを調整し、送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルが正対するように調整する調整手段を備える。

本発明の共鳴型無線電力伝送装置において、送電側装置は、復調部で復元された受電電力値に基づいて、送電側共鳴コイルの高さを調整し、送電側共鳴コイルと受電側共鳴コイルとの間隔を調整する調整手段を備える。

本発明は、マンホールの蓋の影響を回避するように設定された受電側共鳴コイルの位置および傾きに合せて、送電側装置の電源周波数を共鳴周波数に合うように調整し、また送電側共鳴コイルの位置、傾き、高さを調整することにより、マンホール外の送電側装置とマンホール内の受電側装置との間で、電磁誘導方式により給電および通信を安定して行うことができる。

本発明の共鳴型無線電力伝送装置の第１の構成例を示す図である。 送信データと受信波形の例１を示す図である。 送信データと受信波形の例２を示す図である。 送信データと受信波形の例３を示す図である。 復調部１２の構成例を示す図である。 送電側からみたインピーダンスと受電レベル（電流）の関係を示す図である。 送電側からみたインピーダンスの選択変更手順を説明する図である。 本発明の共鳴型無線電力伝送装置の第２の構成例を示す図である。 本発明の共鳴型無線電力伝送装置の第３の構成例を示す図である。 本発明の共鳴型無線電力伝送装置の第４の構成例を示す図である。 インピーダンス調整部３１，３２のインピーダンス調整方法を説明する図である。 送電側装置の位置調整手順１を説明する図である。 送電側装置の位置調整手順２を説明する図である。 共鳴型無線電力伝送装置の構成例を示す図である。 共鳴コイルのＳパラメータ（Ｓ21）の例を示す図である。 送受電コイル間の距離と受電電力ピーク値を示す図である。 マンホール設置環境における受電電力値の周波数特性を示す図である。 受電側共鳴コイルの傾きとＳパラメータ（Ｓ21）を示す図である。

図１は、本発明の共鳴型無線電力伝送装置の第１の構成例を示す。
図１において、共鳴型無線電力伝送装置は、電力の送電を担う送電側装置１０と、送電された電力を受け取る受電側装置２０とからなり、受電側装置２０から送電側装置１０に送信データを伝送するための構成を含む。送電側装置１０から受電側装置２０への電力、送信データの流れが下り、受電側装置２０から送電側装置１０への送信データの流れが上りである。

送電側装置１０は、電源１１、受電側装置２０から送られた上り送信データを復元する復調部１２、送電側コイル１３、送電側共鳴コイル１４、電源１１の電源周波数を調整する周波数調整部１５を備える。受電側装置２０は、受電側共鳴コイル２１、受電側コイル２２、負荷２３、抵抗２４、スイッチ２５、制御部２６、受電電力測定部２７を備える。送電側コイル１３と送電側共鳴コイル１４とは電磁誘導で電気的に結合している。送電側共鳴コイル１４と受電側共鳴コイル２１とは共鳴により電気的に結合している。受電側共鳴コイル２１と受電側コイル２２とは電磁誘導で電気的に結合している。これにより電源１１から負荷２３に給電し、受電電力値が受電電力測定部２７で測定され、制御部２６に通知される。制御部２６は、以下に説明するようにスイッチ２５を操作し、受電電力値を送信データとして送信する処理を行う。また、制御部２６は、無線タグシステムにおけるセンサデータについても、同様に送信データとして送信する処理を行う。

ここで、簡単のため負荷２３単体のインピーダンスは不変とし、図中のＢ−Ｂ’から右側をみたインピーダンスを負荷インピーダンスと呼ぶ。負荷インピーダンスは、スイッチ２５のオンオフで抵抗２４の通過の有無を選択することにより、２つの状態を取り得る。制御部２６は、送信データに応じてスイッチ２５をオンオフし、負荷インピーダンスを変化させる構成である。ただし、本実施例の構成では、スイッチ２５がオンの場合もオフの場合も負荷２３への接続は開放されないため、負荷２３への電力供給は継続される。

なお、図１の構成では、抵抗２４とスイッチ２５が並列に接続され、抵抗２４と負荷２３とが直列に接続されているが、抵抗２４とスイッチ２５を直列に接続し、抵抗２４と負荷２３とを並列に接続してもよい。さらに、抵抗と容量の可変構成により回路定数ＣＲを調整する構成としてもよい。

受電側装置２０と送電側装置１０とは電気的に結合しているため、負荷インピーダンスの変化は送電側装置１０のＡ−Ａ’から受電側装置２０をみたインピーダンスの変化となり、電流または電圧の変化として現れる。復調部１２はこの変化を検出し、受電側装置２０から送信された送信データを復元する。

図２は、送電側装置１０の復調部１２における電流または電圧を包絡線検波した波形を表しており、送信データの変化に連動して電流または電圧が変化するのがわかる。復調部１２はこの変化を適当なタイミングでサンプリングすることにより、受電側装置２０から送信された送信データを復元することができる。

ただし、送電側装置１０の電源周波数が共鳴周波数と異なる場合には、図３に示すような受信波形になる。平均受信レベル（受信電力）は、図２の場合と比較して低下するだけでなく、信号波形の振幅の変化も小さくなる。さらに、送電側装置１０の電源周波数が共鳴周波数と大きく異なる場合には、信号波形の振幅の変化が非常に小さくなり、送信データの復元が困難になる。

一方、送電側装置１０の復調部１２では、図４に示すように送信データの変化に応じた電流または電圧の過渡応答を観測することができる。ここで、送電側装置１０で観測される電流または電圧の過渡応答とは、送信データに応じてスイッチ２５がオンオフし、それに伴う負荷インピーダンスの変化に応じて電流または電圧の立ち上がりおよび立ち下がりの部分で波形が大きく変化する現象である。受電側装置２０の制御部２６は、送信データと過渡応答の発生の有無が対応するようにスイッチ２５を操作し、送電側装置１０の復調部１２は過渡応答の発生の有無から送信データを復元する。

図５は、復調部１２の構成例を示す。
図５において、復調部１２は、検波部１２１、Ａ／Ｄ変換部１２２、符号判定部１２３により構成される。検波部１２１は、受信波形、すなわち送電側装置１０における電流または電圧を検波する。この検波出力をＡ／Ｄ変換部１２２でデジタル化し、符号判定部１２３でビット判定して出力する。

符号判定部１２３は２つの符号判定論理をもつ。符号判定論理１では、受信波形から正の過渡応答を判定した場合に「１」を出力し、負の過渡応答を判定した場合に「０」を出力し、定常状態（過渡応答なし）を判定した場合に直前の判定結果を出力する。なお、定常状態に対する符号判定は、符号判定部１２３に接続される記憶部に直前の判定結果を記憶しておき、定常状態を判定したときに記憶部から読み出す構成でもよいし、符号判定部１２３で正または負の過渡応答を判定するまで直前の判定結果を出力する構成でもよい。

この符号判定部１２３に対応する受電側装置２０の制御部２６は、送信データにそのまま対応するようにスイッチ２５を操作する。すなわち、送信データが１であればスイッチ２５をオンとし、送信データが０であればスイッチ２５をオフとする。符号判定部１２３は、送信データが反転して過渡応答が生じるタイミングでビットを判定し、過渡応答が生じなかったタイミングでは過渡応答が生じた直前のビットと同じビットを出力し、送信データを復元する。

このような過渡応答の有無を検出することにより、送電側装置１０の電源周波数が共鳴周波数から多少ずれていても、送電側装置１０で受電側装置２０から送信された送信データ（受電電力値）を復元できる。

したがって、受電側装置２０において、受電電力の低下から共鳴周波数に対する送電側装置１０の電源周波数のずれを検知した場合には、制御部２６で対応する送信データを生成してスイッチ２５を上記のパターンで操作することにより、送電側装置１０の復調部１２でその送信データを復元し、共鳴周波数に対する送電側装置１０の電源周波数のずれを通知することができる。ただし、受電側装置２０では、共鳴周波数に対する送電側装置１０の電源周波数のずれの方向や量までわからないので、送信データとして受電電力値を送信する。送電側装置１０の復調部１２は制御信号から受電電力値を読み取り、それが規定の受電電力値に満たない場合に、周波数調整部１５を介して電源１１の電源周波数を調整する。このとき、電源周波数のシフトに対する受電電力値の変化から、電源周波数のシフト方向およびシフト量をフィードバック制御することにより、電源周波数が共鳴周波数に近づくように調整することができる。その結果、受電側装置２０における受電電力値を大きくすることができる。

また、受電電力値が規定値に満たない場合、(1) 電源周波数を共振周波数に合うように調整する他に、(2) 受電側共鳴コイル２１に送電側共鳴コイル１４を正対させるために送電側共鳴コイル１４の位置と傾きの調整、(3) 共鳴コイル間の距離を最適にするために送電側共鳴コイル１４の高さの調整、さらに(4) 電源周波数の調整に合せて送電側装置の回路定数ＣＲの調整などを組み合わせることが有効である。なお、送電側共鳴コイル１４の位置や傾きや高さを変更すれば、共振周波数も変わってくるので、それに合せて電源周波数の調整および回路定数ＣＲの調整も必要になる。図１では、送電側装置１０における回路定数ＣＲの調整手段は省略している。このような調整を行いながら、受電側装置２０の受電電力値を送電側装置１０にフィードバックして調整を繰り返すことにより、受電電力値が規定値を満たすように設定することができる。

なお、送電側装置１０を可搬型の台車に搭載することにより、送電側共鳴コイル１４の位置をマンホールの周辺で容易に調整することができる。さらに、送電側共鳴コイル１４の傾き、高さの調整は、台車上で送電側装置１０を昇降させたり傾ける機構を備えることにより対応できる。

以上の実施例では、送信データ「１」, 「０」に対して受電側装置２０で２つのインピーダンス値（Ｚa1，Ｚa2）を変化させたときの過渡応答により信号で送信する方法について説明した。ここで、さらにそれぞれのインピーダンス値における受電レベル（電圧／電流）を測定すれば、いずれのインピーダンス値の方が受電レベルが高くなるかを判定できる。よって、次の変調に用いるインピーダンス値を受電レベルが高い方の値とし、さらにそれを高める可能性のあるインピーダンス値に変更することによって、信号の伝送を確実にしつつ、受電レベルを高めるインピーダンス値を選択することが可能となる。以下、詳しく説明する。

図６は、送電側からみたインピーダンスと受電レベル（電流）の関係を示す。
図６において、横軸は送電側装置１０から受電側装置２０をみたインピーダンスＺa である。既に過渡応答を用いて受電側装置２０のインピーダンスを変えた時の受電レベル（電流）が分かっているので、それらに対応する送電側からみたインピーダンスＺa1, Ｚa2の状態での受電レベル（電流Ｉa1，Ｉa2）を図６のグラフ上にプロットする。次に、この２つのインピーダンスＺa1, Ｚa2の状態を基にして、次に選ぶインピーダンスＺa3を決める。

例えば、Ｚa1からＺa2へ変えた時の受電レベルの変化量（電流Ｉa1からＩa2へ増加）に応じ、Ｚa1から受電レベルの高いＺa2の方向へ線形延長されたＺa3を決定する。このインピーダンスＺa3へ変えた時に、想定される受電レベル（電流Ｉa3’）と、実際に測定される受電レベル（電流Ｉa3）は差があるが、これまでに確認した受電レベル（電流Ｉa1，Ｉa2）よりも高くなっている。この操作を繰り返すことにより順に、次のインピーダンスを決めることができる。

図７は、送電側からみたインピーダンスの選択変更手順を示す。
図７において、上記のようにインピーダンスＺa1よりＺa2における電流値が大きくなっていることから、インピーダンスＺa2の次のインピーダンスをＺa3，Ｚa4，Ｚa5，Ｚa6，Ｚa7，…と順に、適宜方向転換しながら変更していく。これに伴い、想定される電流値（想定値）Ｉa3’，Ｉa4’，Ｉa5’，Ｉa6’，Ｉa7’，…と、実際に測定される電流値（測定値）Ｉa3，Ｉa4，Ｉa5，Ｉa6，Ｉa7，…が変わる。ここで、測定値が前インピーダンスにおける測定値を下回ったときにインピーダンスを逆方向に展開し、その移動距離を半分にする。例えば、Ｚa5における測定値Ｉa5がＺa4における測定値Ｉa4を下回ったときに、次のＺa6は、Ｚa5から逆方向のＺa4の方向へ半分の距離を延長したポイントとする。さらに、この操作を繰り返し、より高い測定値が得られるインピーダンスの値を探索する。

図７では、太線矢印の向きでレベル差の符号を示し、その長さでレベル差の大きさを示す。以下、レベル差は、想定値と測定値の差分の絶対値とする。ここで、インピーダンスＺa(X)におけるレベル差が所定値以下となり、かつその前後のインピーダンスＺa(X-1)、Ｚa(X+1)におけるレベル差より小さい場合には、当該インピーダンスＺa(X)を確定値とする。例えば、インピーダンスＺa6におけるレベル差が所定値以下となり、その前後のインピーダンスＺa5，Ｚa7におけるレベル差より小さいので、インピーダンスＺa6を確定値とする。したがって、所定値（閾値）に応じて、例えばインピーダンスＺa4におけるレベル差が所定値以下になれば、その前後のインピーダンスＺa3，Ｚa5におけるレベル差より小さいので、インピーダンスＺa4が確定値となる。

送電側装置１０では、図６および図７に示すように送電側からみたインピーダンスの値を変えながらインピーダンス整合をとる必要がある。そのためのインピーダンス調整部を備えた構成例を図８〜図１０に示す。

図８は、送電側装置１０のＡ−Ａ’と送電側コイル１３との間にインピーダンス調整部３１を接続した構成である。インピーダンス調整部３１は、可変インダクタンスＬと可変容量Ｃの２対２端子ＬＣ回路であり、スイッチを左右どちらかに倒してＬまたはＣを変化させる場合、あるいはスイッチを左右どちらにも倒さずにＬを変化させる構成である。

図９は、送電側共鳴コイル１４にインピーダンス調整部３２を接続した構成であり、図１０は、受電側共鳴コイル２１にインピーダンス調整部３２を接続した構成である。インピーダンス調整部３２は、可変インダクタンスＬと可変容量Ｃの１対２端子ＬＣ回路であり、Ｃの一端が接地される。

このようなインピーダンス調整部３１，３２を用い、どのようにインピーダンスを変えるかについて、図１１に示すスミスチャートを参照して説明する。

まず、送電側からみた最初のインピーダンスが、図１１のスミスチャートで「１」の位置にあるとする。このスミスチャートで「１」の位置から等抵抗円上を「２」の位置へ回転させる。この「１」から「２」への移動には、図８の構成ではインピーダンス調整部３１のスイッチを左に倒して可変インダクタンスＬを調整（増加）する。この後、位置「２」から「３」へ等コンダクタンス円上を回転させて整合を取る。この「２」から「３」への移動には、図８の構成ではインピーダンス調整部３１のスイッチを右に倒して可変容量Ｃを調整（増加）し、インピーダンスを調整する。

なお、図９の構成および図１０の構成では、インピーダンス調整部３２のスイッチを左右に倒さずに可変インダクタンスＬを調整すると、スミスチャートの「１」から「２」へ移動し、次にスイッチを左右どちらかに倒して可変容量Ｃを調整すると、スミスチャートの「２」から「３」へ移動し、インピーダンスが調整される。

このような整合の取り方に関しては次の参考資料で詳しく説明されている。
（参考資料１）北野劭，高橋博，唐木秀峰、短波帯アンテナオートチューナ、電興技報No.24 ，1990, pp.48-52
（参考資料２）市川裕一，青木勝著、GHz 時代の高周波回路設計、CQ出版社、2003年、2.7 節高周波信号を効率良く伝えるテクニック「マッチング」

次に、送電側装置１０（送電側共鳴コイル１４）の位置の調整方法について説明する。たとえば、上記のように最大となるインピーダンス値を推定した後、当該インピーダンス値を用いて送電側装置１０の最適な位置を定める。本調整方法では、複数地点間の受電レベルに基づき、次に測定すべき地点を定めることに特徴がある。

図１２は、送電側装置の位置調整手順１を示す。ここでは、２地点間の受電レベルを比較して次に測定すべき地点を定める手順について説明する。

図１２において、ＸＹ平面における各地点の受電レベル（電流）を縦軸に示す。地点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅはＸＹ座標で表され、数値は各地点における受電レベルを示す。まず、送電側装置１０の２つの地点ａと地点ｂに対応する受電レベルが受電側装置２０でそれぞれ測定され、送電側装置１０に送信される。ここでは、地点ａの受電レベルが「４」、地点ｂの受電レベルが「６」とする。この場合、地点ａより地点ｂの受電レベルが高いので、地点ａから地点ｂの方向に等距離延長した地点ｃに移動し、地点ｃにおける受電レベルが測定される。ここで、地点ｃの受電レベルが地点ｂより高くなっていれば、地点ｂから地点ｃの方向にさらに等距離延長した地点に移動して受電レベルが測定される。ここでは、地点ｃの受電レベルが「５」であり、地点ｂの受電レベルより低下しているので、地点ｂを最適位置と決定する。

すなわち、２つの地点の受電レベルが高い方の延長線上に次の地点を設定し、その受電レベルがさらに高くなればその延長線上に次の地点を設定する。一方、次の地点の受電レベルが直前の地点の受電レベルより低下すれば、その直前の地点を最適位置と決定する。これは、最初の２つの地点の延長線上の地点に限定されるので、その延長線上にない地点、例えば図１２に示す地点ｄや地点ｅのように、地点ａ，ｂ，ｃのいずれよりも受電レベルが高い地点があっても選択されることはない。

図１３は、送電側装置の位置調整手順２を示す。ここでは、面展開する複数の地点の受電レベルが高い方に次に測定すべき地点を定める手順について説明する。表記法は図１２と同じである。

図１３において、地点ａの受電レベルが「４」、地点ｂの受電レベルが「６」とする。このとき、受電レベルが高い地点ｂの周辺にそれより受電レベルが高い地点を検索する。まず、地点ｂを中心に地点ａ−ｂを半径とする同心円で、例えば左回りに地点ｃから順番に受電レベルを測定し、地点ｂの受電レベル「６」より高い地点で終了する。ここでは、地点ｃの受電レベルが「４」であるので、次の地点ｄに移る。この地点ｄの受電レベルが「５」であるので、次の地点ｅに移る。この地点ｅの受電レベルが「７」であり、地点ｂより高いので終了する。

次に、地点ｅを中心に地点ｂ−ｅを半径とする同心円で、今度は右回りに地点ｆから順番に受電レベルを測定し、地点ｅの受電レベル「７」より高い地点で終了する。ここでは、地点ｆの受電レベルが「５」であるので、次の地点ｇに移る。この地点ｇの受電レベルが「４」であるので、次の地点ｈに移る。この地点ｈの受電レベルが「９」であり、地点ｅより高いので終了する。

なお、地点ｂを中心に最初に右回りから検索を始めると、より受電レベルの高い地点ｅがすぐに見つかり、次に地点ｅを中心に左回りに検索すると、より受電レベルの高いｈがすぐに見つかる。

このような手順を繰り返し、地点ｘの周辺にその受電レベルより高い地点がなくなったときに、地点ｘを最適位置と決定する。

すなわち、２つの地点の受電レベルが高い方を中心に、その周辺の地点の受電レベルを探索してより高い受電レベルの地点に移動し、その地点を中心に同様の操作を繰り返して次の地点を設定する。ある地点の周辺により高い受電レベルの地点がなくなったときに、当該地点を最適位置と決定する。ここで、周辺の地点の探索順番は地点が移動するごとに逆回りとする。これにより、より高い受電レベルの地点を求めて最短で最適地点を見つけることが可能になる。

１０ 送電側装置
１１ 電源
１２ 復調部
１２１ 検波部
１２２ Ａ／Ｄ変換部
１２３ 符号判定部
１３ 送電側コイル
１４ 送電側共鳴コイル
１５ 周波数調整部
２０ 受電側装置
２１ 受電側共鳴コイル
２２ 受電側コイル
２３ 負荷
２４ 抵抗
２５ スイッチ
２６ 制御部
２７ 受電電力測定部
３１，３２ インピーダンス調整部

Claims (4)

1. マンホールの外部に送電側装置を配置し、マンホールの内部に受電側装置を配置し、送電側装置の送電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される送電側共鳴コイルと、受電側装置の受電側コイルと電磁誘導で電気的に結合される受電側共鳴コイルとの間の共鳴現象を利用し、送電側装置の電源から受電側装置の負荷へ電力を伝送する共鳴型無線電力伝送装置において、
   前記受電側装置は、
   受電した電力を測定して受電電力値を出力する手段と、
   スイッチのオンオフにより負荷インピーダンスを所定の範囲で変化させる手段と、
   前記受電電力値と前記負荷インピーダンスの変化を対応付けて前記スイッチのオンオフを制御する制御部と
   を備え、
   前記送電側装置は、前記受電電力値に対応する前記負荷インピーダンスの変化に応じて発生する電流の過渡応答を検出し、当該過渡応答により前記受電電力値を復元する復調部を備えた
   ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。
2. 請求項１に記載の共鳴型無線電力伝送装置において、
   前記送電側装置は、前記復調部で復元された前記受電電力値に基づいて、前記電源の電源周波数が前記送電側共鳴コイルと前記受電側共鳴コイルの共鳴周波数に合うように調整する調整手段を備えた
   ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。
3. 請求項１に記載の共鳴型無線電力伝送装置において、
   前記送電側装置は、前記復調部で復元された前記受電電力値に基づいて、前記送電側共鳴コイルの位置および傾きを調整し、前記送電側共鳴コイルと前記受電側共鳴コイルが正対するように調整する調整手段を備えた
   ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。
4. 請求項１に記載の共鳴型無線電力伝送装置において、
   前記送電側装置は、前記復調部で復元された前記受電電力値に基づいて、前記送電側共鳴コイルの高さを調整し、前記送電側共鳴コイルと前記受電側共鳴コイルとの間隔を調整する調整手段を備えた
   ことを特徴とする共鳴型無線電力伝送装置。

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