JP2018107947A

JP2018107947A - 無線電力伝送システム、制御方法及びプログラム

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Publication number: JP2018107947A
Application number: JP2016253864A
Authority: JP
Inventors: 淳守田; Jun Morita
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-07-05

Abstract

【課題】無線電力伝送を行うための２つのアンテナのうち一方のアンテナに対する他方のアンテナの位置を移動させる場合における、電力伝送の効率の安定性を向上させる。【解決手段】システム１００は、第１アンテナと第２アンテナとを有し、第１アンテナに対する第２アンテナの位置を所定の動き方向に移動させる。そして第２アンテナは、第１アンテナの該動き方向における端部とは対向しない位置であり、且つ、第１アンテナの該端部を除く中間部と対向する位置において、第１アンテナとの間で無線による電力伝送を行う。【選択図】図６

Description

本発明は、無線で電力を伝送するシステムに関する。

近年、移動する機器に対して無線で電力を供給する無線電力伝送システムが提案されている。特許文献１には、プリンタの筺体に設置された狭長なコイル状の送電アンテナから、プリンタ内で移動するプリントヘッドに設置されたコイル状の受電アンテナへ、無線で電力を伝送することが記載されている。

特開２０１３−０１４０５６号公報

しかしながら、無線電力伝送を行うための２つのアンテナのうち一方のアンテナに対する他方のアンテナの位置を移動させる場合に、電力伝送の効率が不安定になる虞がある。例えば、特許文献１に記載の無線電力伝送システムにおいて、受電アンテナが送電アンテナの端部に対向する場合と、受電アンテナが送電アンテナの中間部に対向する場合とでは、アンテナ間の結合係数が異なることが考えられる。そのため、受電アンテナの移動に伴って電力伝送の効率が変化してしまう虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、無線電力伝送を行うための２つのアンテナのうち一方のアンテナに対する他方のアンテナの位置を移動させる場合における、電力伝送の効率の安定性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る無線電力伝送システムは、例えば以下の構成を有する。すなわち、第１アンテナと、前記第１アンテナに対する第２アンテナの位置を所定の動き方向に移動させる移動制御手段と、前記第１アンテナに対する位置が前記移動制御手段により前記動き方向に移動する前記第２アンテナであって、前記第１アンテナの前記動き方向における端部とは対向しない位置であり、且つ、前記第１アンテナの前記端部を除く中間部と対向する位置において、前記第１アンテナとの間で無線による電力伝送を行う前記第２アンテナとを有する。

本発明によれば、無線電力伝送を行うための２つのアンテナのうち一方のアンテナに対する他方のアンテナの位置を移動させる場合における、電力伝送の効率の安定性を向上させることができる。

実施形態に係る無線電力伝送システム１００のシステム構成について説明するための図である。実施形態に係る送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０の回路構成について説明するための回路図である。従来の無線電力伝送システムにおける送電アンテナ３０１及び受電アンテナ３０２について説明するための図である。従来の無線電力伝送システムにおけるアンテナ間の相対位置と結合係数との関係について説明するための図である。従来の無線電力伝送システムにおけるアンテナ間の相対位置と電力伝送効率との関係について説明するための図である。実施形態に係る送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０について説明するための図である。実施形態に係るアンテナ間の相対位置と結合係数との関係について説明するための図である。実施形態に係るアンテナ間の相対位置と電力伝送効率との関係について説明するための図である。送電アンテナ１１０の長さと電力伝送効率との関係について説明するための図である。送電アンテナ１２０及び受電アンテナ１２０のＱ値と電力伝送効率のとの関係について説明するための図である。送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０の回路構成の変形例について説明するための回路図である。

［システム構成］
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る無線電力伝送システム１００（以降、システム１００）のシステム構成を示す図である。なお図１は、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸により定義される座標系１７０のＹ軸方向からシステム１００を見た場合の図である。

システム１００は、送電部１０１、受電部１０２、制御部１０３、プリントヘッド１０４、駆動部１０５、電源部１０６、レール１５０、伝送路１３０、伝送路１３１、伝送路１６０及び伝送路１６１を有する。また、送電部１０１は送電アンテナ１１０及び送電器１１１を有し、受電部１０２は受電アンテナ１２０及び受電器１２１を有する。

本実施形態では、システム１００はプリンタに含まれ、送電アンテナ１１０から受電アンテナ１２０へ伝送される電力は、プリンタ内のプリントヘッド１０４においてインクの吐出を制御するために使用される。例えば、プリントヘッド１０４がピエゾ方式によるインク吐出を行う場合、伝送された電力は圧電素子への電圧の印加に使用される。また例えば、プリントヘッド１０４がサーマル方式によるインク吐出を行う場合、伝送された電力はヒーターによる加熱のために使用される。この吐出制御によって、プリンタに装着されたインクタンクからプリントヘッド１０４へ供給されるインクが、プリンタ内を搬送される用紙等の記録媒体に対して吐出され、記録媒体上に画像が形成される。ここで、プリントヘッド１０４が例えば記録媒体の搬送方向と垂直な方向に移動してインクの吐出を行うことによって、記録媒体の全体に画像を形成することが可能となる。具体的には、プリントヘッド１０４の移動及びインクの吐出と用紙の搬送とが交互又は同時に繰り返されながらプリントが行われる。

ただし、システム１００の適用先はこれに限定されるものではない。システム１００は例えば、工場で用いられるＡＧＶ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｕｉｄｅｄＶｅｈｉｃｌｅ）への電力伝送や、イメージスキャナのＬＥＤ部への電力伝送など、所定の方向に移動し電力供給が必要な移動体全般への電力伝送に適用できる。例えばシステム１００を自動搬送車への電力伝送に適用する場合、地面に設置された送電部１０１から自動搬送車が有する受電部１０２へ無線で電力を伝送するなどの方法がある。なお、システム１００をプリンタ以外に適用する場合、システム１００はプリントヘッド１０４やレール１５０などを含まなくてよい。

また、本実施形態において、送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０との間で行われる無線による電力伝送には、電磁誘導方式又は磁界共鳴方式が用いられる。なお、電磁誘導方式と磁界共鳴方式とが選択的に用いられてもよいし、その他の方式が用いられてもよい。

本実施形態において送電アンテナ１１０はコイル状であり、同じくコイル状の受電アンテナ１２０との間で無線電力伝送を行う。送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０は、例えばＦＲ４（ＦｒａｍｅＲｅｔａｒｄａｎｔＴｙｐｅ４）のような誘電体基板上にコイルが存在する構成であってもよいし、リッツ線が巻かれて形成されるコイルにより構成されていてもよい。またこれに限らず、コイルを有するその他の構成であってもよい。

送電器１１１は、電磁誘導方式や磁界共鳴方式の無線電力伝送に用いられる公知の送電回路を有する。具体的には、送電器１１１は、電源部１０６から供給される直流電圧を、スイッチング回路を用いて送電に適した周波数の交流電圧へ変換し、送電アンテナ１１０に対して印加する。つまり、送電部１０１は、送電器１１１において直流電圧を交流電圧へ変換し、送電アンテナ１１０において交流磁界を生成する。

システム１００内には、送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０の２つのアンテナが存在し、送電アンテナ１１０は受電アンテナ１２０へ無線送電を行う。なお、システム１００内のアンテナの数はこれに限らない。システム１００には１つの送電アンテナ１１０と複数の受電アンテナ１２０が存在してもよいし、複数の送電アンテナ１１０と１つの受電アンテナ１２０が存在してもよいし、複数の送電アンテナ１１０と複数の受電アンテナ１２０が存在してもよい。

受電アンテナ１２０は、座標系１７０におけるＸ軸方向に垂直な基準方向（Ｚ軸方向）から見た場合に送電アンテナ１１０と少なくとも一部が重なるように位置する。言い換えると、送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０がＸ軸方向に平行な基準平面（ＸＹ平面）に投影された場合、送電アンテナ１１０を構成するコイルのループの内部と受電アンテナ１２０を構成するコイルのループの内部は少なくとも一部が重なる。

なお、受電部１０２はプリントヘッド１０４に対して物理的に固定されているため、受電アンテナ１２０はレール１５０上をスライドするプリントヘッド１０４と連動してＸ軸方向に移動可能である。そのため、受電アンテナ１２０は送電アンテナ１１０に対する位置がＸ軸方向において可変である。また、送電アンテナ１１０は受電アンテナ１２０よりもＸ軸方向における長さが長いものとする。より具体的には、送電アンテナ１１０のコイルが形成するループは、受電アンテナ１２０のコイルが形成するループよりも、受電アンテナ１２０が移動する方向における外径の長さが長い。なお、受電アンテナ１２０のＹ軸方向の長さは、アンテナ間の結合係数を高くするという目的から、送電アンテナ１１０のＹ軸方向の長さと同等である。ただしこれに限らず、受電アンテナ１２０と送電アンテナ１１０のＹ軸方向の長さが異なっていてもよい。図６に、本実施形態に係る送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０の例を示す。図６の詳細については後述する。

受電器１２１は、電磁誘導方式や磁界共鳴方式の無線電力伝送に用いられる公知の受電回路を有し、送電器１１１による送電アンテナ１１０への電圧の印加に応じて受電アンテナ１２０に発生する電力をプリントヘッド１０４へ出力する。より具体的には、受電器１２１は、受電アンテナ１２０において交流磁界から生じた交流電圧を、整流回路を用いて直流電圧へ変換し、さらに電圧変換回路を用いて適切な電圧へ変換し、伝送路１６１を介してプリントヘッド１０４へ電力供給する。つまり、受電部１０２は、送電部１０１により生成された交流磁界に基づいて受電アンテナ１２０において受電し、受電器１２１において交流電圧を直流電圧へ変換し、電力を出力する。上記の構成により、プリントヘッド１０４への無線での電力供給が実現される。

制御部１０３は、伝送路１３０を介してプリントヘッド１０４と接続され、プリントヘッド１０４を制御する。また制御部１０３は、伝送路１３１を介して駆動部１０５と接続され、駆動部１０５を制御する。プリントヘッド１０４は、伝送路１３０を介して制御部１０３から伝送される制御信号に基づいてインク等を吐出し、紙などの媒体に文字や画像を記録する。駆動部１０５は、伝送路１３１を介して制御部１０３から伝送される制御信号に基づいて、プリントヘッド１０４をレール１５０に沿って移動させる。なお、プリントヘッド１０４と受電アンテナ１２０は連動するため、駆動部１０５はプリントヘッド１０４を移動させると共に、送電アンテナ１１０に対する受電アンテナ１２０の位置を座標系１７０のＸ軸方向に移動させることになる。電源部１０６は、送電部１０１、制御部１０３及び駆動部１０５の各々に適した直流電圧を商用電源（不図示）などから生成し、伝送路１６０を介して電力供給する。

なお、本実施形態では、受電部１０２により受電された電力はプリントヘッド１０４によるインクの吐出制御のために使用され、プリントヘッド１０４の移動制御は電源部１０６から供給される電力を用いて駆動部１０５により行われるものとして説明する。ただしこれに限らず、プリントヘッド１０４自身がレール１５０に沿って移動するための機構を有し、受電部１０２により受電された電力がプリントヘッド１０４の移動のために使用されても良い。この場合には、プリントヘッド１０４は送電部１０１から受電部１０２への送電が可能な範囲内で移動するものとしてもよい。また、受電部１０２が受電した電力を蓄積するためのバッテリーを有し、送電部１０１から受電部１０２への送電が行われない範囲においてプリントヘッド１０４はバッテリーに蓄積された電力を用いて移動してもよい。

なお、伝送路１３０、伝送路１３１、伝送路１６０及び伝送路１６１は、有線の伝送路であってもよいし無線の伝送路であってもよい。なお、伝送路１３０を無線化することで、プリントヘッド１０４の移動が繰り返されることによるケーブルの疲労を回避できる。無線の伝送路は、Ｗｉ−Ｆｉなどの標準規格に従った技術により実現してもよいし、独自の無線技術により実現してもよい。

［高効率な電力伝送の条件］
無線電力伝送を行う場合に、伝送の効率を高めるためには、アンテナにおけるインピーダンス整合が求められる。特に、上記のように受電アンテナ１２０が移動するシステム１００において効率の良い電力伝送を実現するためには、受電アンテナ１２０が移動してもインピーダンスの整合が大きく崩れないことが求められる。

図２は、送電部１０１と受電部１０２の等価回路を示す図である。送電アンテナ１１０は、インダクタ２０１、抵抗成分２０２、及びインダクタ２０１と共振するコンデンサ２０３からなり、受電アンテナ１２０は、インダクタ２０４、抵抗成分２０５、及びインダクタ２０４と共振するコンデンサ２０６からなる。また、抵抗成分２０７は受電器１２１の入力インピーダンスに対応し、電源２０８は送電器１１１に対応する。

図２に示す回路構成において、効率の良い電力伝送を実現するためには、下記の式１に示す条件が満たされる必要がある。すなわち、式１に示す条件が満たされる場合、アンテナにおけるインピーダンスが整合している。

ｆ_ｍ ^２＝ｋ^２Ｑ_１Ｑ_２・・・・・（式２）
式１において、Ｒは受電器１２１の入力インピーダンスを表し、ｒ_２は受電アンテナ１２０の抵抗成分２０５を表している。ｆ_ｍ ^２は式２に示すように、送電アンテナ１１０のＱ値（Ｑ_１）と受電アンテナ１２０のＱ値（Ｑ_２）とアンテナ間の結合係数（ｋ）の２乗との積である。ｒ_２、Ｑ_１及びＱ_２はアンテナの材質や形状などにより一意に決まるため、本実施形態ではこれらの値は一定であるものとする。また、入力インピーダンスＲも一定であるものとする。数１から分かるように、送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０の位置関係が変化することによってアンテナ間の結合係数ｋが大きく変化すると、インピーダンスの整合が崩れて電力伝送の効率が不安定になってしまう。

そこで、本実施形態におけるシステム１００は、受電アンテナ１２０の移動に伴うアンテナ間の結合係数の変化が抑制されるような構成をとる。このような構成の詳細については後述する。このような構成によれば、受電アンテナ１２０が移動しても安定した電力伝送を行うことができる。

［アンテナの構成］
図３は、従来技術により実現されるアンテナの例である送電アンテナ３０１と受電アンテナ３０２を示す図である。送電アンテナ３０１及び受電アンテナ３０２はコイル状であり、受電アンテナ３０２は座標系１７０におけるＸ軸方向に移動可能である。また図４は、図３に示す送電アンテナ３０１と受電アンテナ３０２との間の相対位置と結合係数との関係を求めるシミュレーションの結果を示すグラフである。縦軸はアンテナ間の結合係数を表し、横軸はＸ軸方向における送電アンテナ３０１に対する受電アンテナ３０２の位置（以降、受電アンテナ位置）を表している。ここで受電アンテナ位置は、Ｘ軸方向における送電アンテナ３０１の端とＸ軸方向における受電アンテナ３０２の端との間の距離（図３のａに対応）で表される。例えば、受電アンテナ位置が０ｍｍである場合、Ｚ軸方向の視点において送電アンテナ３０１の端と受電アンテナ３０２の端とが重なりあう。

なお、受電アンテナ３０２は、Ｘ軸方向において図３のｂに示す長さを有する送電アンテナ３０１上を移動する。すなわち、受電アンテナ３０２の移動範囲内において、受電アンテナ３０２はＺ軸方向からみて送電アンテナ３０１と重なる。図４のシミュレーションにおいて、送電アンテナ３０１のＸ軸方向の長さは４００ｍｍとし、Ｙ軸方向の幅は７０ｍｍとし、巻き数は３ｔｕｒｎ（３巻き）としている。また、受電アンテナ３０２のＸ軸方向の長さは６０ｍｍとし、Ｙ軸方向の幅は７０ｍｍとし、巻き数は４ｔｕｒｎ（４巻き）としている。Ｚ軸方向におけるアンテナ間の間隔は１ｍｍとし、送電アンテナ３０１のＱ値と受電アンテナ３０２のＱ値はそれぞれ２００としている。

図４から分かるように、受電アンテナ３０２が送電アンテナ３０１の端部付近に位置する場合には結合係数が高く、受電アンテナ３０２が送電アンテナ３０１の中心部に近づくのに伴って結合係数が低下する。図４において、結合係数の最大値と最小値の差は０．０５程度である。このように、受電アンテナ３０２の位置が変わることで結合係数が変化するため、例えば結合係数が最小となる場合にインピーダンスが整合するように回路を設計すると、結合係数が最大値となる場合にインピーダンスの整合が大きく崩れてしまう。そして、インピーダンスの整合が崩れると、電力伝送効率が低下する。

図５は、図３に示す送電アンテナ３０１と受電アンテナ３０２との間の相対位置と電力伝送効率との関係を求めるシミュレーションの結果を示すグラフである。縦軸はアンテナ間の電力伝送における伝送効率を表し、横軸は受電アンテナ位置を表している。伝送効率は、送電アンテナ３０１に入力される電力の大きさに対する、受電アンテナ３０２から出力される電力の大きさを表す。入力される電力と出力される電力の大きさが一致する場合、伝送効率は１００％である。図５のシミュレーションにおいては、受電アンテナ３０２が送電アンテナ３０１の中心部に位置する場合にインピーダンスを整合させているため、受電アンテナ３０２が送電アンテナ３０１の端部付近に位置する場合には伝送効率が低下する。

一方、図６は、本実施形態に係るシステム１００に含まれる送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０を示す図である。受電アンテナ１２０は、受電アンテナ１２０のコイルに囲まれた面と送電アンテナ１１０のコイルに囲まれた面が座標系１７０のＺ軸方向から見て少なくとも一部重なるように、送電アンテナ１１０上をＸ軸方向に移動する。なお、受電アンテナ１２０の移動に伴う結合係数の変化を抑制するために、送電アンテナ１１０は、Ｘ軸方向において受電アンテナ１２０の移動範囲よりも長い形状となっている。具体的には、図６のｅに示す長さを有する送電アンテナ１１０のうち、Ｘ軸方向における両端部の近傍を除いた図６のｄに対応する中間部の上を、受電アンテナ１２０が移動する。なお、本実施形態において送電アンテナ１１０の端部とは、送電アンテナ１１０の端から送電アンテナ１１０の内側に向かって所定の幅を有する領域（送電アンテナ１１０のうち図６のｄに対応する部分より外側の領域）である。

すなわち、受電アンテナ１２０の移動範囲内において、受電アンテナ１２０は送電アンテナ１１０のＸ軸方向における端部とは対向せず、且つ、受電アンテナ１２０は送電アンテナ１１０の端部を除く中間部と対向する。本実施形態において受電アンテナ１２０が送電アンテナ１１０の中間部と対向するとは、送電アンテナ１１０のコイルに囲まれた面のうち端部を除く部分と、受電アンテナ１２０のコイルに囲まれた面とが、Ｚ軸方向から見て少なくとも一部重なることを意味する。また、受電アンテナ１２０が送電アンテナ１１０の端部と対向しないとは、送電アンテナ１１０のコイルに囲まれた面のうちの端部と、受電アンテナ１２０のコイルに囲まれた面とが、Ｚ軸方向から見て重ならないことを意味する。

また別の表現によれば、受電アンテナ１２０の移動範囲内において、Ｘ軸方向における送電アンテナ１１０の両端部が何れもＺ軸方向から見て受電アンテナ１２０と重ならない。そして、Ｚ軸方向の視点において、Ｘ軸方向における送電アンテナ１１０の両端部の間にＸ軸方向における受電アンテナ１２０の両端部が位置する。

図７は、図６に示す送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０との間の相対位置と結合係数との関係を求めるシミュレーションの結果を示すグラフである。縦軸はアンテナ間の結合係数を表し、横軸はＸ軸方向における送電アンテナ１１０に対する受電アンテナ１２０の位置（受電アンテナ位置）を表している。図７における受電アンテナ位置は図６のｃに対応する。図７のシミュレーションにおいて、送電アンテナ１１０のＸ軸方向の長さは５００ｍｍとし、Ｙ軸方向の幅は７０ｍｍとし、巻き数は３ｔｕｒｎ（３巻き）としている。また、受電アンテナ１２０のＸ軸方向の長さは６０ｍｍとし、Ｙ軸方向の幅は７０ｍｍとし、巻き数は４ｔｕｒｎとしている。Ｚ軸方向におけるアンテナ間の間隔は１ｍｍとし、送電アンテナ１１０のＱ値と受電アンテナ１２０のＱ値はそれぞれ２００としている。なお、受電アンテナ１２０の移動範囲の長さは図４の場合と等しい。すなわち、図３のｂの長さと図６のｄの長さは等しい。

図７から分かるように、受電アンテナ１２０の移動範囲内において結合係数の最大値と最小値の差は０．０２程度であり、図４に示す従来のアンテナ間の結合係数と比べて受電アンテナ１２０の移動に伴う結合係数の変化が小さい。そのため、受電アンテナ１２０の移動に伴ってインピーダンスの整合は大きくは崩れない。

図８は、図６に示す送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０との間の相対位置と電力伝送効率との関係を求めるシミュレーションの結果を示すグラフである。縦軸はアンテナ間の電力伝送における伝送効率を表し、横軸は受電アンテナ位置を表している。図８から分かるように、受電アンテナ１２０の移動範囲内において、伝送効率の最大値と最小値の差は０．０５％と小さく、伝送効率が略一定である。このように、従来のアンテナの代わりに本実施形態に係る送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０を用いて無線電力伝送を行うことで、受電アンテナ１２０の移動に伴って電力伝送の効率が不安定になる虞を低減することができる。

なお、図５と図８を比較すると、図８の場合の方が伝送効率はより安定しているが、伝送効率の最大値は図５の場合の方がより大きい。これは、送電アンテナ３０１の方が送電アンテナ１１０よりもＸ軸方向における長さが１００ｍｍ短いことで、アンテナ間の結合係数が高くなるためである。そのため、特に伝送効率の大きさよりも安定性が求められる無線電力伝送システムにおいて、本実施形態のように送電アンテナ１１０の長さを受電アンテナ１２０の移動範囲よりも長くすることが有効である。

以上のように、Ｘ軸方向における送電アンテナ１１０の両端部が何れもＺ軸方向から見て受電アンテナ１２０と重ならないようにシステム１００を構成することで、伝送効率の安定性を向上できる。なお、Ｘ軸方向における送電アンテナ１１０の両端部の長さ、すなわち送電アンテナ１１０のうち受電アンテナ１２０と対向しない部分の長さによって、伝送効率の安定性が異なる。

図９は、受電アンテナ１２０の移動範囲の長さを固定し、送電アンテナ１１０の長さを４２５ｍｍ、４５０ｍｍ、４７５ｍｍ及び５００ｍｍの４通りに変化させた場合の、アンテナ間の相対位置と電力伝送効率との関係を求めるシミュレーションの結果を示す。送電アンテナ１１０の端部の長さは、送電アンテナ１１０の長さが４２５ｍｍ、４５０ｍｍ、４７５ｍｍ及び５００ｍｍの場合にそれぞれ１２．５ｍｍ、２５ｍｍ、３７．５ｍｍ及び５０ｍｍとなる。図９の縦軸はアンテナ間の電力伝送における伝送効率を表し、横軸は受電アンテナ位置を表している。系列９０１は送電アンテナ１１０の長さが４２５ｍｍの場合の伝送効率を表し、系列９０２は送電アンテナ１１０の長さが４５０ｍｍの場合の伝送効率を表している。また、系列９０３は送電アンテナ１１０の長さが４７５ｍｍの場合の伝送効率を表し、系列９０４は送電アンテナ１１０の長さが５００ｍｍの場合の伝送効率を表している。

図９において、送電アンテナ１１０の長さが４２５ｍｍの場合、伝送効率の最大値と最小値の差は１．９％であり、送電アンテナ１１０の長さが４５０ｍｍの場合、伝送効率の最大値と最小値の差は０．３４％である。また、送電アンテナ１１０の長さが４７５ｍｍ及び５００ｍｍの場合は、ともに伝送効率の最大値と最小値の差は０．０５％である。

図９から分かるように、受電アンテナ１２０の移動範囲が固定されている場合、送電アンテナ１１０の長さを長くするほど伝送効率が安定する。そして、送電アンテナ１１０の長さが４５０ｍｍ以上の場合に伝送効率が安定し、さらに送電アンテナ１１０の長さが４７５ｍｍ以上の場合には伝送効率が特に安定することが分かる。なお、送電アンテナ１１０の長さと伝送効率の最大値と最小値の差との関係は、受電アンテナ１２０のＸ軸方向の長さに基づいて定まる。そのため、送電アンテナ１１０の長さ（図６のｅに対応）と、移動可能な受電アンテナ１２０が位置し得る範囲の長さ（図６のｄに対応）との差分が、おおよそ受電アンテナ１２０のＸ軸方向の長さ以上である場合に、伝送効率が特に安定すると言える。この場合において、Ｘ軸方向における送電アンテナ１１０の各端部の長さは、Ｘ軸方向における受電アンテナ１２０の長さの半分以上である。

ただし、端部の長さの決め方はこれに限定されない。例えば、要求される電力伝送効率の安定性に基づいて、結合係数が所定の範囲内の値となることが求められるシステムにおいては、以下のように端部の長さが設定されればよい。すなわち、送電アンテナ１１０の端部の長さは、受電アンテナ１２０が送電アンテナの端部と対向しない場合であり、且つ、送電アンテナ１１０の中間部と対向する場合において、結合係数が該所定の範囲内の値となる長さに設定されれば良い。

なお、伝送効率の安定性は、受電アンテナ１２０の移動範囲に対する送電アンテナ１１０の長さを長くするだけでなく、アンテナのＱ値を小さくすることによっても高めることができる。図１０は、図３に示す構成において、送電アンテナ３０１及び受電アンテナ３０２のＱ値を１００、２００及び３００の３通りに変化させた場合の、アンテナ間の相対位置と電力伝送効率との関係を求めるシミュレーションの結果を示すグラフである。系列１００１はＱ値が１００の場合の伝送効率を表し、系列１００２はＱ値が２００の場合の伝送効率を表し、系列１００３はＱ値が３００の場合の伝送効率を表している。

図１０において、Ｑ値が１００の場合の伝送効率の最大値と最小値の差は１．７％であり、Ｑ値が２００の場合の伝送効率の最大値と最小値の差は２．７％であり、Ｑ値が３００の場合の伝送効率の最大値と最小値の差は３．０％である。図１０から分かるように、送電アンテナ３０１及び受電アンテナ３０２のＱ値を小さくすることで、伝送効率の安定性を高めることができる。なお、送電アンテナ３０１と受電アンテナ３０２のＱ値は異なっていてもよい。また、図６のように送電アンテナ１１０の長さを受電アンテナ１２０の移動範囲よりも長くしつつ、送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０の少なくとも何れかのＱ値を小さくすることで、伝送効率の安定性をより高めることもできる。

図６を用いた以上の説明においては、Ｘ軸方向における送電アンテナ１１０の長さが受電アンテナ１２０の移動範囲よりも長いものとした。すなわち、送電アンテナ１１０の端部と受電アンテナ１２０とが対向しない所定の範囲内であり、且つ送電アンテナ１１０の中間部と受電アンテナ１２０とが対向する所定の範囲内で、駆動部１０５が受電アンテナ１２０の位置を移動させる場合について説明した。ただしこれに限らず、システム１００は、上記の所定の範囲内に位置する受電アンテナ１２０と送電アンテナ１１０との間で無線電力伝送が行われるように構成されていればよい。以下ではこれを実現する他の構成例について説明する。

他の構成例の一つとして、駆動部１０５は、送電アンテナ１１０に対して送電器１１１により電圧が印加されている期間においては上記の所定の範囲内に受電アンテナ１２０が位置するように、受電アンテナ１２０の位置を移動させてもよい。そして駆動部１０５は、送電アンテナ１１０に対して電圧が印加されていない期間においては、上記の所定の範囲外まで受電アンテナ１２０を移動させてもよい。この構成例を適用したシステム１００によれば、無線電力伝送が行われている間における伝送効率の安定性を、従来よりも向上させることができる。

この構成例の適用先として、例えば、図１を用いて説明した本実施形態のシステム１００のように、受電アンテナ１２０により受電された電力がプリントヘッド１０４によるインクの吐出制御のために用いられる場合を考える。この場合には、プリントヘッド１０４がインクの吐出を行う期間におけるアンテナ間において安定した電力伝送が行われればよく、プリントヘッド１０４がインクの吐出を行わない期間において電力伝送は行われなくてもよい。そのため、インクの吐出が行われず電力伝送が行われない期間においては、送電アンテナ１１０の端部と受電アンテナ１２０とが対向するようなプリントヘッド１０４の格納位置まで、駆動部１０５がプリントヘッド１０４を移動させてもよい。

またさらに別の構成例として、送電器１１１は、上記の所定の範囲外に受電アンテナ１２０が位置している場合には送電アンテナ１１０に対する電圧の印加を行わないように、電圧の印加タイミングを制御してもよい。この構成例を適用したシステム１００によっても、無線電力伝送が行われている間における伝送効率の安定性を、従来よりも向上させることができる。

この構成例の適用先としてのシステム１００において、例えば、受電部１０２は受電した電力を蓄積するためのバッテリーを有していてもよい。この場合、上記の所定の範囲外に受電アンテナ１２０が位置している際に、送電器１１１による電圧の印加は行わず、プリントヘッド１０４がバッテリーに蓄積された電力を用いてインクの吐出制御を行ってもよい。また例えば、工場で用いられるＡＧＶへの電力伝送にシステム１００を適用する場合も、受電アンテナ１２０が上記の所定の範囲内である場合に電力伝送を行い、上記の所定の範囲外である場合には電力伝送を行わずバッテリーを用いてＡＧＶを動作させてもよい。

なお、以上で説明したシステム１００において、アンテナの送電側と受電側が入れ替わってもよい。すなわち本実施形態における、送電アンテナ１１０との間で無線による電力伝送を行う受電アンテナ１２０とは、送電アンテナ１１０から受電するアンテナであってもよいし、送電アンテナ１１０へ送電するアンテナであってもよい。送電側と受電側が入れ替わった例として、送電アンテナ１１０は図６の受電アンテナ１２０のようにＸ軸方向に移動可能であり、受電アンテナ１２０は図６の送電アンテナ１１０のようにＸ軸方向の長さが他方のアンテナより長くてもよい。

また、以上の説明では、送電アンテナ１１０がプリンタに固定されており、受電アンテナ１２０がプリントヘッド１０４と共にＸ軸方向に移動する場合について説明した。ただしこれに限らず、送電アンテナ１１０に対する受電アンテナ１２０の位置が所定方向において可変であれば、本実施形態を適用できる。例えば、受電アンテナ１２０が固定されており送電アンテナ１１０が移動可能であってもよいし、送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０の両方が移動可能であってもよい。これらの場合においても、上記で説明したように、電力伝送効率の安定性を向上させるという効果を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係るシステム１００は、第１アンテナと第２アンテナとを有し、第１アンテナに対する第２アンテナの位置を所定の動き方向に移動させる。そして第２アンテナは、第１アンテナの該動き方向における端部とは対向しない位置であり、且つ、第１アンテナの該端部を除く中間部と対向する位置において、第１アンテナとの間で無線による電力伝送を行う。このような構成により、無線電力伝送を行うための２つのアンテナのうち一方のアンテナに対する他方のアンテナの位置を移動させる場合における、電力伝送の効率の安定性を向上させることができる。

なお、本実施形態においては、送電アンテナ１１０のコイルの巻き数が３ｔｕｒｎ（３巻き）であり、受電アンテナ１２０のコイルの巻き数が４ｔｕｒｎ（４巻き）である場合のシミュレーション結果に基づいて説明を行った。ただし、送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０のコイルの巻き数はこれに限定されない。上記と異なる巻き数のコイルをアンテナとして用いても、電力伝送効率の安定性を従来よりも向上させることができる。

また、本実施形態においては、送電アンテナ１１０のコイルと受電アンテナ１２０のコイルが何れも直線状の導体部分から構成されるものとしたが、コイルの形状はこれに限らない。例えば、送電アンテナ１１０のコイルと受電アンテナ１２０のコイルの少なくとも何れかが円形や楕円形であってもよい。また例えば、送電アンテナ１１０と受電アンテナ１２０のコイルの少なくとも何れかが、互いに逆向きの電流が流れる２つのループを有する８の字形状であってもよい。また、本実施形態では、送電アンテナ１１０及び受電アンテナ１２０は線状の導体が巻かれたコイルであるものとして説明したが、これに限らず、例えば同様の輪郭を有し平面に形成された板状の導体であってもよい。

なお、システム１００における送電部１０１と受電部１０２は、図２のようにコンデンサがインダクタと直列共振する等価回路を有するものに限らず、例えば図１１（ａ）−（ｃ）に示すような等価回路を有する構成であってもよい。このような場合であっても、本実施形態を適用することで、電力伝送効率の安定性を向上させることができる。

本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ等）によっても実現可能である。また、そのプログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。

１００無線電力伝送システム
１０５駆動部
１１０送電アンテナ
１２０受電アンテナ

Claims

第１アンテナと、
前記第１アンテナに対する第２アンテナの位置を所定の動き方向に移動させる移動制御手段と、
前記第１アンテナに対する位置が前記移動制御手段により前記動き方向に移動する前記第２アンテナであって、前記第１アンテナの前記動き方向における端部とは対向しない位置であり、且つ、前記第１アンテナの前記端部を除く中間部と対向する位置において、前記第１アンテナとの間で無線による電力伝送を行う前記第２アンテナとを有することを特徴とする無線電力伝送システム。
前記移動制御手段は、前記第１アンテナの前記端部と前記第２アンテナとが対向しない範囲内であり、且つ、前記第１アンテナの前記中間部と前記第２アンテナとが対向する範囲内で、前記第１アンテナに対する前記第２アンテナの位置を移動させることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
前記移動制御手段は、前記第１アンテナと前記第２アンテナとのうち無線送電を行う一方のアンテナに対して電圧が印加されている期間においては前記第１アンテナの前記端部と前記第２アンテナとが対向せず、且つ、前記期間においては前記第１アンテナの前記中間部と前記第２アンテナとが対向するように、前記第１アンテナに対する前記第２アンテナの位置を移動させることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
前記第１アンテナと前記第２アンテナとのうち無線送電を行う一方のアンテナに対して電圧を印加する印加手段であって、前記第１アンテナの前記端部と前記第２アンテナとが対向している場合には前記一方のアンテナに対する電圧の印加を行わない前記印加手段を有することを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
前記動き方向における前記端部の長さは、前記動き方向における前記第２アンテナの長さの半分以上であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記動き方向における前記端部の長さは、前記第１アンテナの前記端部と前記第２アンテナとが対向しない場合であり、且つ、前記第１アンテナの前記中間部と前記第２アンテナとが対向する場合おいて、前記第１アンテナと前記第２アンテナとの間の結合係数が所定の範囲内の値となる長さであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記第１アンテナに対する電圧の印加に応じて前記第２アンテナに発生する電力を、プリンタが有するプリントヘッドへ出力する出力手段を有し、
前記第２アンテナは、前記移動制御手段により前記プリントヘッドと連動して前記動き方向に移動することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは、線状の導体が巻かれたコイルであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の無線電力伝送システム。
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナは、板状の導体であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の無線電力伝送システム。
無線電力伝送システムを制御する制御方法であって、
第１アンテナに対する第２アンテナの位置を所定の動き方向に移動させる移動制御工程と、
前記第１アンテナに対する位置が前記移動制御工程において前記動き方向に移動する前記第２アンテナと前記第１アンテナとの間で無線による電力伝送を行う伝送工程であって、前記第１アンテナの前記動き方向における端部とは対向しない位置であり、且つ、前記第１アンテナの前記端部を除く中間部と対向する位置における前記第２アンテナと前記第１アンテナとの間で電力伝送を行う伝送工程とを有することを特徴とする制御方法。
前記移動制御工程は、前記第１アンテナの端部と前記第２アンテナとが対向しない範囲内であり、且つ、前記第１アンテナの前記中間部と前記第２アンテナとが対向する範囲内で、前記第１アンテナに対する前記第２アンテナの位置を移動させることを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。
前記第１アンテナと前記第２アンテナとのうち無線送電を行う一方のアンテナに対して電圧を印加する印加工程であって、前記第１アンテナの前記端部と前記第２アンテナとが対向している場合には前記一方のアンテナに対する電圧の印加を行わない印加工程を有することを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。
前記第１アンテナに対する電圧の印加に応じて前記第２アンテナに発生する電力を、プリンタが有するプリントヘッドへ出力する出力工程を有し、
前記移動制御工程は、前記第２アンテナを前記プリントヘッドと連動させて前記動き方向に移動させることを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の電力伝送方法。
コンピュータに、請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の制御方法で無線電力伝送システムを制御させるためのプログラム。