JP2020048316A - Wireless power transmission system - Google Patents

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Abstract

To provide a system capable of improving the efficiency of wireless power transmission between a power transmission element and a power receiving element in a one-to-plurality, plurality-to-one, or plurality-to-plurality combination.SOLUTION: Based on four impedance matrices (Z, Z, Z, Z) determined based on a shape characteristic factor c, position p, and posture qof each power transmission element Tas well as a shape characteristic factor c, position p, and posture qof each power receiving element (R), M+N eigenvalues λ are obtained as solutions for an eigenvalue problem in accordance with a model in which a power transmission efficiency η from M power transmission elements Tto N power receiving elements Ris defined as a Rayleigh product. By variously changing an unknown designation factor, solutions for such a designation factor that a maximum eigenvalue λis maximized or made higher than or equal to a threshold value are retrieved.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、無線電力伝送技術に関する。   The present invention relates to wireless power transmission technology.

送電素子および受電素子の間の無線方式の電力伝送効率の最大化を図る技術が提案されている(非特許文献1〜2参照)。   Techniques for maximizing the power transmission efficiency of a wireless system between a power transmitting element and a power receiving element have been proposed (see Non-Patent Documents 1 and 2).

Q. Chen, et al., “Antenna characterization for wireless power transmission system using near-field coupling,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol.54, no.4, pp.108-116, Aug, 2012Q. Chen, et al., “Antenna characterization for wireless power transmission system using near-field coupling,” IEEE Antennas Propag. Mag., Vol. 54, no. 4, pp. 108-116, Aug, 2012. Q. Chen and Q. Yuan, “Antennas in wireless charging systems,” in Hanbook of Antenna Technologies, Springer Singapore, Aug. 2015 R1-1Q. Chen and Q. Yuan, “Antennas in wireless charging systems,” in Hanbook of Antenna Technologies, Springer Singapore, Aug. 2015 R1-1

しかし、無線電力伝送システムの利便性向上の観点からは、一対一ではなく、一対複数、複数対一または複数対複数という組み合わせの送電素子と受電素子との間の無線方式の電力伝送効率の最大化を図ることが必要である。   However, from the viewpoint of improving the convenience of the wireless power transmission system, the maximum power transmission efficiency of the wireless system between the power transmitting element and the power receiving element in a one-to-many, a plural-to-one, or a plural-to-many combination is not one-to-one. It is necessary to promote the conversion.

そこで、本発明は、一対複数、複数対一または複数対複数という組み合わせの送電素子と受電素子との間の無線電力伝送の効率の向上を図りうるシステムを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a system capable of improving the efficiency of wireless power transmission between a power transmitting element and a power receiving element in a combination of one to plural, plural to one, or plural to plural.

本発明の第1態様の無線電力伝送システムは、M個の送電素子Ti(1≦i≦M)と、N個の受電素子Rj(1≦j≦N)と、を備え、MおよびNのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mに基づき、各送電素子Tiの自己インピーダンスを表わすM×Mの自己インピーダンス行列ZTTと、各受電素子Rjの自己インピーダンスを表わすN×Nの自己インピーダンス行列ZRRと、前記M個の送電素子Tiおよび前記N個の受電素子Rjの相互インピーダンスを表わすM×Nの相互インピーダンス行列ZTRと、前記N個の受電素子Rjおよび前記M個の送電素子Tiの相互インピーダンスを表わすN×Mの相互インピーダンス行列ZRTと、を定める第1演算処理要素と、前記第1演算処理要素により定められた4つのインピーダンス行列ZTT,ZRR,ZTR,ZRTに基づき、前記M個の送電素子から前記N個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、関係式(1)で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式(2)で表わされる固有値問題の解としてM+N個の固有値λおよび最大固有値λmaxを求める第2演算処理要素と、前記第1演算処理要素に対して出力される前記各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、前記各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第2演算処理要素により求められた最大固有値λmaxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第3演算処理要素と、を備えていることを特徴とする。 The wireless power transmission system according to the first aspect of the present invention includes M power transmitting elements T i (1 ≦ i ≦ M) and N power receiving elements R j (1 ≦ j ≦ N). at least one of the N is a wireless power transmission system of a plurality, shape characteristics factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i and orientation q i, and the shape characteristic factor c j of each power receiving device R j + M , a position p j + M and a posture q j + M , an M × M self-impedance matrix Z TT representing the self-impedance of each power transmitting element T i , and an N × M representing the self-impedance of each power receiving element R j N self-impedance matrix Z RR , M × N mutual impedance matrix Z TR representing the mutual impedance of the M power transmitting elements T i and the N power receiving elements R j , and the N power receiving elements R j And the mutual impedance of the M power transmitting elements T i A first processing element that determines an N × M mutual impedance matrix Z RT that represents an impedance matrix, and four impedance matrices Z TT , Z RR , Z TR , and Z RT defined by the first processing element , The power transmission efficiency η from the M power transmitting elements to the N power receiving elements is calculated according to a model defined as a Rayleigh quotient expressed by the following equation (1). , A second operation processing element for obtaining M + N eigenvalues λ and a maximum eigenvalue λmax, and a shape characteristic factor c i and a position p i of each power transmitting element T i output to the first operation processing element. and posture q i, and the shape characteristics factor c j + M for the power receiving device R j, of the position p j + M and attitude q j + M, by variously changed specified factor is unknown, the Second operation processing element And a third operation processing element for searching for a solution of the specified factor that maximizes the maximum eigenvalue λ max obtained by the above or makes the maximum eigenvalue λ max or more.

(「H」は複素共役転置行列、「T」は転置行列、「*」は複素共役行列を表わす。) (" H " is a complex conjugate transpose, " T " is a transpose, and " * " is a complex conjugate matrix.)

本発明の第2態様の無線電力伝送システムは、M個の送電素子Ti(1≦i≦M)と、N個の受電素子Rj(1≦j≦N)と、を備え、MおよびNのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、使用周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mに基づき、各送電素子Tiから信号を出力した際に各送電素子Tiに反射する信号、または各送電素子Tiから信号を出力した際に他の送電素子Ti1に通過する信号を表わすM×Mの行列STTと、各受電素子Rjから信号を出力した際に各受電素子Rjに反射する信号、または各受電素子Rから信号を出力した際に他の受電素子Rj1に通過する信号を表わすN×Nの行列SRRと、M個の送電素子Tiから信号を出力した際にN個の受電素子Rjに通過する信号を表わすM×Nの行列STRと、N個の受電素子Rjから信号を出力した際にM個の送電素子Tiに通過する信号を表わすN×Mの行列SRTと、を定める第1演算処理要素と、前記第1演算処理要素により定められた4つの行列STT,SRR,STR,SRTに基づき、前記M個の送電素子から前記N個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、各送電素子Tiへの入射波aTi、各受電素子Rへの入射波aRj、各送電素子Tiによる反射波bTiおよび各受電素子Rによる反射波bRjを用いて関係式(3)で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式(4)で表わされる固有値問題の解としてM+N個の固有値λおよび最大固有値λmaxを求める第2演算処理要素と、前記第1演算処理要素に対して出力される前記使用周波数f、前記各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、前記各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第2演算処理要素により求められた最大固有値λmaxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第3演算処理要素と、を備えていることを特徴とする。 The wireless power transmission system according to the second aspect of the present invention includes M power transmitting elements T i (1 ≦ i ≦ M) and N power receiving elements R j (1 ≦ j ≦ N). at least one of the N is a wireless power transmission system is more, using frequency f, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i and orientation q i, and the shape of the power receiving device R j characteristics factor c j + M, from the position p j + M and attitude q j + based on M, the signal reflected in the transmission device T i when the output signals from the respective power transmission element T i or the respective power transmission element T i, a matrix S TT of M × M representing the signals passing to the other power transmission element T i1 when outputting the signal, the signal is reflected to the respective power receiving devices R j when the output signals from the respective power receiving devices R j or, An N × N matrix S RR representing a signal passing through another power receiving element R j1 when a signal is output from each power receiving element R j And an M × N matrix S TR representing signals passing through the N power receiving elements R j when outputting signals from the M power transmitting elements T i , and outputting signals from the N power receiving elements R j In this case, an N × M matrix S RT representing signals passing through the M power transmitting elements T i , and four matrices S TT , S determined by the first calculation processing element RR, based on the S TR, S RT, the M power transmission efficiency η from the power transmission element for the N receiving elements, the incident wave a Ti into the respective power transmission element T i, incident to each power receiving device R j wave a Rj, according to the model defined as Rayleigh quotient represented by the respective power transmission element T i according to the reflected wave b Ti and the power receiving device R j by relationship with reflected wave b Rj formula (3), equation ( of M + N number as a solution of the eigenvalue problem represented by 4) eigenvalues lambda and the maximum eigenvalue lambda max And Mel second arithmetic processing element, wherein said use frequency f is output to the first processing element, the shape characteristics factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i and orientation q i, and the Of the shape characteristic factor c j + M , position p j + M, and attitude q j + M of each power receiving element R j , the unknown designating factor is variously changed, and thus, is obtained by the second arithmetic processing element. And a third operation processing element for searching for a solution of the specified factor so as to maximize the maximum eigenvalue λ max or make the maximum eigen value λ max or more.

(「H」は複素共役転置行列、「T」は転置行列、「*」は複素共役行列を表わす。) (" H " is a complex conjugate transpose, " T " is a transpose, and " * " is a complex conjugate matrix.)

本発明の無線電力伝送システムによれば、使用周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mのうち、未知である指定因子がさまざまに変更される。これにより、固有値問題の解としての最大固有値λmaxを最大化するまたは閾値以上にするように指定因子の解が探索される。これにより、一対複数(Mが単数である一方でNが複数である場合)、複数対一(Mが複数である一方でNが単数である場合)または複数対複数(MおよびNがともに複数である場合)という組み合わせの送電素子と受電素子との間の無線電力伝送の効率の向上を図ることができる。 According to the wireless power transmission system of the present invention, use frequency f, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i and orientation q i, and the shape characteristic factor c j + M for the power receiving device R j , The position p j + M and the posture q j + M , the unknown designated factor is variously changed. As a result, the solution of the designated factor is searched so as to maximize the maximum eigenvalue λ max as the solution of the eigenvalue problem or to make the maximum eigenvalue λ max or more. Thereby, one-to-many (when M is singular and N is plural), plural-to-one (when M is plural but N is singular) or plural-to-multiple (both M and N are plural) ), The efficiency of wireless power transmission between the power transmitting element and the power receiving element can be improved.

本発明の一実施形態としての無線電力伝送システムの構成説明図。FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a wireless power transmission system as one embodiment of the present invention. Z行列の算出方法の一例に関する説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram regarding an example of a method for calculating a Z matrix. 探索解および当該探索解が含まれる複数の実空間領域の例示図。FIG. 3 is a view showing an example of a search solution and a plurality of real space regions including the search solution. 探索解に関する指定情報の出力形態に関する説明図。Explanatory drawing about the output form of the specification information regarding a search solution.

(構成(第1実施形態))
図1に示されている本発明の一実施形態としての無線電力伝送システムは、M個の送電素子T1,T2,‥TMと、N個の受電素子R1,R2,‥RNと、サーバ100と、を備えている。「M」および「N」のうち少なくとも一方は複数である。各送電素子Ti(i=1,2,‥M)は、例えば、形状特性因子として円周ciを有する円環状導線であると疑似される。各送電素子Tiの位置piは当該円環の中心位置の3次元ベクトルにより表わされ、各送電素子Tiの姿勢qiは当該円環が存在する平面の平面ベクトルにより表わされる。各送電素子Tiには、当該各送電素子Tiに電力を供給し、かつ、当該電力(電流)を制御するための給電ドライバ(図示略)が設けられている。
(Configuration (first embodiment))
The wireless power transmission system according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes M power transmitting elements T 1 , T 2 , ΔT M and N power receiving elements R 1 , R 2 , ΔR. N and a server 100. At least one of "M" and "N" is plural. Each power transmission element T i (i = 1, 2, ΔM) is simulated to be, for example, an annular conductor having a circumference c i as a shape characteristic factor. Position p i of the respective power transmission element T i is represented by three-dimensional vector of the center position of the circular ring, the attitude q i of the respective power transmission element T i is represented by the plane vector of the plane in which the circular ring is present. Each power transmission element T i is provided with a power supply driver (not shown) for supplying power to each power transmission element T i and controlling the power (current).

各受電素子Rj(j=1,2,‥N)は、形状特性因子として円周cj+Mを有する円環状導線であると疑似される。各受電素子Rjの位置pj+Mは当該円環の中心位置の3次元ベクトルにより表わされ、各受電素子Rjの姿勢qj+Mは当該円環が存在する平面の平面ベクトルにより表わされる。各送電素子Tiには、当該各送電素子Tiに電力を供給し、かつ、当該電力(電流)を制御するための給電ドライバ(図示略)が設けられている。 Each power receiving element R j (j = 1, 2, ΔN) is simulated as an annular conductor having a circumference c j + M as a shape characteristic factor. The position p j + M of each power receiving element R j is represented by a three-dimensional vector of the center position of the ring, and the attitude q j + M of each power receiving element R j is represented by a plane vector of the plane on which the ring exists. Is represented. Each power transmission element T i is provided with a power supply driver (not shown) for supplying power to each power transmission element T i and controlling the power (current).

サーバ100は、記憶装置102と、通信装置104と、第1演算処理要素110と、第1演算処理要素120と、第3演算処理要素130と、を備えている。   The server 100 includes a storage device 102, a communication device 104, a first processing element 110, a first processing element 120, and a third processing element 130.

記憶装置102は、第1演算処理要素110、第1演算処理要素120および第3演算処理要素130のそれぞれの演算処理結果などに関するデータのほか、当該演算処理に必要なソフトウェアを記憶保持している。通信装置104は、指定情報を端末装置に送信する。   The storage device 102 stores, in addition to data relating to the respective arithmetic processing results of the first arithmetic processing element 110, the first arithmetic processing element 120, and the third arithmetic processing element 130, etc., software necessary for the arithmetic processing. . The communication device 104 transmits the designated information to the terminal device.

第1演算処理要素110、第1演算処理要素120および第3演算処理要素130のそれぞれは、共通のまたは別個の複数のCPU(マルチコアプロセッサまたはシングルコアプロセッサなど)により構成され、割り当てられた演算処理を実行するように構成されている。すなわち、第1演算処理要素110、第1演算処理要素120および第3演算処理要素130のそれぞれを構成する演算処理装置が、記憶装置102を構成するメモリ等の種々のメモリから必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行するようにプログラムされているまたは設計されている。   Each of the first arithmetic processing element 110, the first arithmetic processing element 120, and the third arithmetic processing element 130 is configured by a plurality of common or separate CPUs (such as a multi-core processor or a single-core processor) and assigned arithmetic processing. Is configured to execute. That is, the arithmetic processing units configuring each of the first arithmetic processing element 110, the first arithmetic processing element 120, and the third arithmetic processing element 130 are capable of storing necessary data and software from various memories such as a memory configuring the storage device 102. , And is programmed or designed to execute arithmetic processing according to the software on the data.

第1演算処理要素110は、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mに基づき、各送電素子Tiの自己インピーダンスを表わすM×Mの自己インピーダンス行列ZTTと、各受電素子Rjの自己インピーダンスを表わすN×Nの自己インピーダンス行列ZRRと、M個の送電素子TiおよびN個の受電素子Rjの相互インピーダンスを表わすM×Nの相互インピーダンス行列ZTRと、N個の受電素子RjおよびM個の送電素子Tiの相互インピーダンスを表わすN×Mの相互インピーダンス行列ZRTと、を定める。〇×●の行列とは、〇行●列の行列を意味する。 The first arithmetic processing element 110 includes a shape characteristic factor c i , a position p i and an attitude q i of each power transmitting element T i , a shape characteristic factor c j + M , a position p j + M and a position characteristic j of each power receiving element R j. Based on the attitude q j + M , an M × M self-impedance matrix Z TT representing the self-impedance of each power transmitting element T i , an N × N self-impedance matrix Z RR representing the self-impedance of each power receiving element R j , An M × N mutual impedance matrix Z TR representing the mutual impedance of M power transmitting elements T i and N power receiving elements R j , and the mutual impedance of N power receiving elements R j and M power transmitting elements T i And an N × M mutual impedance matrix Z RT . The 〇 × ● matrix means a 〇 row and ● column matrix.

TTは使用周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ciと送電素子間の配置の関数にしたがって定められる。ZRRは使用周波数f、各受電素子Rjの形状特性因子cj+Mの関数にしたがって定められる。ZTRおよびZRTのそれぞれは、使用周波数f、ck、pkおよびqk(k=1,2,‥M,M+1,M+2,‥M+N)の関数にしたがって定められる。 Z TT use frequency f, is determined according to the function of the arrangement between the shape characteristics factor c i and the transmission element of the transmission element T i. Z RR is determined in accordance with a function of a use frequency f and a shape characteristic factor c j + M of each power receiving element R j . Each of Z TR and Z RT is determined according to a function of use frequency f, c k , p k and q k (k = 1, 2, ΔM, M + 1, M + 2, ΔM + N).

第2演算処理要素120は、第1演算処理要素110により定められた4つのインピーダンス行列ZTT,ZRR,ZTR,ZRTに基づき、M個の送電素子TiからN個の受電素子Rjに対する電力伝送効率ηが、関係式(1)で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式(2)で表わされる固有値問題の解としてM+N個の固有値λおよび最大固有値λmaxを求める。 The second arithmetic processing element 120 converts the M power transmitting elements T i to the N power receiving elements R based on the four impedance matrices Z TT , Z RR , Z TR , and Z RT determined by the first arithmetic processing element 110. According to a model defined as a Rayleigh quotient represented by the relational expression (1), the power transmission efficiency η for j is calculated as M + N eigenvalues λ and a maximum eigenvalue λ max as a solution of the eigenvalue problem represented by the relational expression (2). Ask for.

(「H」は複素共役転置行列、「T」は転置行列、「*」は複素共役行列を表わす。) (" H " is a complex conjugate transpose, " T " is a transpose, and " * " is a complex conjugate matrix.)

関係式(2)の左辺および右辺のそれぞれの行列はエルミート行列である。関係式(1)により表現される電力伝送効率ηは一般化されたレイリー商(Generalized Rayleigh quotient)であり、最大値ηmaxを有する。最大レイリー商は、関係式(2)で表わされる一般化された固有値問題の最大固有値と同等である。 The respective matrices on the left and right sides of the relational expression (2) are Hermitian matrices. The power transmission efficiency η expressed by the relational expression (1) is a generalized Rayleigh quotient and has a maximum value η max . The maximum Rayleigh quotient is equal to the maximum eigenvalue of the generalized eigenvalue problem represented by relational expression (2).

ここで、関係式(1)に関して導出過程を説明する。M個の送電素子のそれぞれの電圧を成分とするM次元の送電電圧ベクトルVT、M個の送電素子のそれぞれの電流を成分とするM次元の送電電流ベクトルIT、N個の受電素子のそれぞれの電圧を成分とするN次元の受電電圧ベクトルVR、および、N個の受電素子のそれぞれの電流を成分とするN次元の受電電流ベクトルIRの関係は関係式(5)および(6)により表現される。 Here, the derivation process will be described with respect to the relational expression (1). Transmission voltage vector V T M-dimensional to the respective voltage components of the M transmission elements, the M-dimensional to respective current components of the M transmission device transmitting the current vector I T, of the N receiving elements receiving voltage vector V R N-dimensional to the respective voltage components, and the relationship between receiving current vector I R N-dimensional to the respective current as a component of the N receiving elements equation (5) and (6 ).

電力伝送効率ηは、入力電力Pinに対する出力電圧Poutの比率として関係式(7)にしたがって定義される。 The power transmission efficiency eta, defined according to equation (7) as the ratio of the output voltage P out with respect to the input power P in.

入力電力Pinおよび出力電圧Poutのそれぞれは、関係式(8)および(9)のそれぞれにより表現される。 Each of the input power P in and the output voltage P out is expressed by the respective relations (8) and (9).

電力伝送効率ηは、関係式(7)〜(9)をまとめて得られる関係式(10)により表現される。   The power transmission efficiency η is represented by a relational expression (10) obtained by combining the relational expressions (7) to (9).

ここで、RRRはN×Nの自己インピーダンス行列の実部を要素とするN×Nの抵抗行列を表わす。RTTはM×Mの自己インピーダンス行列の実部を要素とするM×Mの抵抗行列を表わす。関係式(10)が変形されることにより、関係式(1)が得られる。 Here, R RR represents an N × N resistance matrix having the real part of the N × N self-impedance matrix as an element. R TT represents an M × M resistance matrix having the real part of the M × M self-impedance matrix as an element. The relational expression (1) is obtained by modifying the relational expression (10).

第3演算処理要素130は、第1演算処理要素110に対して出力される各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、第2演算処理要素120により求められた最大固有値λmaxを最大化するまたは閾値以上にするような指定因子の解を探索する。第3演算処理要素130は、第2演算処理要素120により求められた最大固有値λmaxに対応する固有ベクトルにより表わされる、各送電素子Tiおよび各受電素子Rjのいずれかの電流I=IT,IR Tが所定の範囲から逸脱している場合、当該最大固有値に対応する指定因子を解から除外する。 Third arithmetic processing element 130, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i to be output to the first processing element 110, the position p i and orientation q i, and the shape characteristics of the respective power receiving devices R j By maximizing the maximum eigenvalue λ max obtained by the second arithmetic processing element 120, variously changing the unknown designated factor among the factor c j + M , the position p j + M and the posture q j + M. Search for a solution for the specified factor that does or exceeds the threshold. Third arithmetic processing element 130 is represented by the eigenvector corresponding to the largest eigenvalue lambda max obtained by the second arithmetic processing element 120, either the current I = I T of the transmission element T i and the power receiving device R j , if I R T deviates from a predetermined range, excluding designated factor corresponding to the maximum eigenvalue from the solution.

(機能(第1実施形態))
例えば、図1に示されているように、ある設備に複数の送電素子Ti(i=1,2,‥M)が設置され、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qiのほか、電流Iiおよび電圧Viが既知である状態で、当該設備に形状特性因子ci+Mを有する受電素子Rjを構成要素とするスマートホンXj(またはタブレット端末等も含む携帯端末)が持ち込まれる場合について考える。当該既知の因子は、記憶装置102に記憶保持されている。
(Function (first embodiment))
For example, as shown in Figure 1, there equipment Multiple transmission elements T i (i = 1,2, ‥ M) is installed, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i In a state where the current I i and the voltage V i are known in addition to the posture q i and the current I i and the voltage V i , a smartphone X j (or a tablet terminal) including a power receiving element R j having a shape characteristic factor c i + M in the facility is provided. Consider a case where a portable terminal (including a mobile terminal) is brought in. The known factors are stored and held in the storage device 102.

この場合、設備に設置されているサーバ100の通信装置104とスマートホンXjとの無線通信(例えばWi−Fi通信(「Wi−Fi」は登録商標))により、スマートホンXjが有する受電素子Rjの少なくとも形状特性因子cj+Mが(必要に応じて、電流Ij+Mおよび電圧Vj+Mも)サーバ100の第1演算処理要素110により認識される。その上で、電力伝送効率ηをその最大値ηmaxに至らせるため、未知である受電素子Rjの位置pjおよび姿勢qjが、指定因子としてサーバ100を構成する第3演算処理要素130により、最大電力伝送効率ηmaxを最大化するまたは閾値以上とするような当該指定因子の解が探索される。 In this case, the wireless communication between the communication device 104 and the smart phone X j of the server 100 installed in the equipment (e.g., Wi-Fi communication ( "Wi-Fi" is a registered trademark)), the power receiving with the smart phone X j At least the shape characteristic factor c j + M (and, if necessary, the current I j + M and the voltage V j + M ) of the element R j is recognized by the first processing element 110 of the server 100. Then, in order to bring the power transmission efficiency η to its maximum value η max , the unknown position p j and posture q j of the power receiving element R j are determined by the third operation processing element 130 that constitutes the server 100 as a designated factor. As a result, a solution of the specified factor that maximizes the maximum power transmission efficiency η max or makes the maximum power transmission efficiency η max or more is searched for.

具体的には、第3演算処理要素130により、指定因子である受電素子Rjの位置pjおよび姿勢qjが仮決定される。例えば、図3に示されているように、複数の送電素子Tiによる無線電力伝送の対象領域を構成する複数の実空間領域S1〜S7が存在する場合、当該複数の実空間領域S1〜S7のいずれかに含まれるように受電素子Rjの位置pjが仮決定される。複数の実空間領域は、鳥観図のように2次元領域として定義されてもよく、高さも含む3次元領域として定義されてもよい。 Specifically, position p j and posture q j of power receiving element R j , which are designated factors, are provisionally determined by third operation processing element 130. For example, as shown in FIG. 3, when there are a plurality of real space areas S 1 to S 7 constituting a target area of wireless power transmission by a plurality of power transmitting elements T i, the plurality of real space areas S 1 to S 7 are present. position p j of the power receiving device R j to be included in any of 1 to S 7 are provisionally determined. The plurality of real space regions may be defined as a two-dimensional region like a bird's-eye view, or may be defined as a three-dimensional region including a height.

受電素子Rjの実空間における位置pjは、計算量低減のため、例えば、0.05m、0.10m、0.20m、0.50m、1mまたは2mなど、離散的な座標値(緯度および経度、または、緯度、経度および高度)によって定義される。受電素子Rjの実空間における姿勢qjは、例えば、5°、10°または15°など、離散的な角度(仰角および方位角、またはオイラー角)によって定義される。 The position p j of the power receiving element R j in the real space is, for example, 0.05 m, 0.10 m, 0.20 m, 0.50 m, 1 m, or 2 m in discrete coordinate values (latitude and Longitude, or latitude, longitude and altitude). The attitude q j of the power receiving element R j in the real space is defined by discrete angles (elevation angle and azimuth angle, or Euler angle) such as 5 °, 10 °, or 15 °.

続いて、既知の因子(送受電に用いられる電磁波の周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qiのほか、電流Iiおよび電圧Vi、ならびに、スマートホンXjが有する受電素子Rjの少なくとも形状特性因子cj+M、電流Ij+Mおよび電圧Vj+M)と、仮決定された未知の因子(受電素子Rjの位置pjおよび姿勢qj)と、に基づき、第1演算処理要素110により、前記4つのインピーダンス行列ZTT,ZRR,ZTR,ZRTが定められる(関係式(3)および(4)参照)。 Subsequently, known factors (frequency f of the electromagnetic waves used for transmitting and receiving, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i, other positions p i and orientation q i, currents I i and the voltage V i, and smart At least the shape characteristic factor c j + M of the power receiving device R j to Hong X j has a current I j + M and voltage V j + M), the position p j and unknown factors (power reception device R j provisionally determined Based on the attitude q j ), the first arithmetic processing element 110 determines the four impedance matrices Z TT , Z RR , Z TR , and Z RT (see relational expressions (3) and (4)).

そして、第2演算処理要素120により、第1演算処理要素110により定められた4つのインピーダンス行列ZTT,ZRR,ZTR,ZRTに基づき、M個Tiの送電素子から受電素子Rjに対する電力伝送効率ηが、関係式(1)で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式(2)で表わされる固有値問題の解として固有値λおよび最大固有値λmaxが求められる。 Then, based on the four impedance matrices Z TT , Z RR , Z TR , and Z RT determined by the first arithmetic processing element 110, the second arithmetic processing element 120 converts the M T i power transmitting elements to the power receiving elements R j. The eigenvalue λ and the maximum eigenvalue λmax are obtained as solutions to the eigenvalue problem expressed by the relational expression (2) according to a model in which the power transmission efficiency η with respect to the eigenvalue problem is expressed by the relational expression (1).

その後、第3演算処理要素130による指定因子(受電素子Rjの位置pjおよび姿勢qj)の仮決定、第1演算処理要素110による4つのインピーダンス行列ZTT,ZRR,ZTR,ZRTの設定、および、第2演算処理要素120による最大固有値λmaxの導出が繰り返される。当該繰り返しの過程で最大固有値λmaxが徐々に増大するように指定因子の仮決定が繰り返される。例えば、最大固有値λmaxの指定回数にわたる増加率が所定値以下になった場合、最大固有値λmaxが最大化されたとみなして、その際の最大固有値λmaxの基礎として仮決定された指定因子が解として求められてもよい。最大固有値λmaxが閾値以上になった場合、その際の最大固有値λmaxの基礎として仮決定された指定因子が解として求められてもよい。 Thereafter, a provisional determination of a designated factor (position p j and posture q j of the power receiving element R j ) by the third processing element 130, and four impedance matrices Z TT , Z RR , Z TR , and Z by the first processing element 110 are performed. The setting of RT and the derivation of the maximum eigenvalue λ max by the second arithmetic processing element 120 are repeated. In the course of the repetition, the provisional determination of the designated factor is repeated so that the maximum eigenvalue λ max gradually increases. For example, if the rate of increase over the specified number of maximum eigenvalue lambda max is equal to or less than a predetermined value, the maximum eigenvalue lambda max is considered to have been maximized, the specified factor is provisionally determined as the basis of the maximum eigenvalue lambda max at that time It may be obtained as a solution. When the maximum eigenvalue λ max becomes equal to or larger than the threshold, a designated factor provisionally determined as a basis of the maximum eigen value λ max at that time may be obtained as a solution.

ここで、最大電力伝送効率ηmaxの最大化または閾値以上の値を実現する探索解としての受電素子Rjの位置pjが、第4実空間領域S4に包含されている場合を考える。この場合、第3演算処理要素130により、設備の間取りを示す地図に重畳させて、当該設備のうち第4実空間領域S4にいけば、スマートホンXjに搭載されているバッテリの充電が円滑に行われる旨のメッセージを含む指定情報が生成される。サーバ100の通信装置104により、指定情報がスマートホンXjに送信され、これに応じて当該スマートホンXjの出力装置(ディスプレイ装置)に図4に示されているように当該メッセージが表示される。これにより、スマートホンXjのユーザを、第4実空間領域S4に配置されている席に誘導することが可能になる。 Here, a case where the position p j of the power-receiving elements R j as search solution to maximize or above the threshold value of the maximum power transmission efficiency eta max is encompassed in the fourth actual space area S 4. In this case, the third arithmetic processing element 130, superimposed on a map showing a floor plan of the equipment, if you go to the fourth actual space area S 4 of the equipment, the charging of the battery mounted on the smart phone X j Designation information including a message indicating that the operation is performed smoothly is generated. The designation information is transmitted to the smartphone Xj by the communication device 104 of the server 100, and in response to this, the message is displayed on the output device (display device) of the smartphone Xj as shown in FIG. You. Thus, the user of the smartphone X j, it is possible to induce a seat disposed in the fourth actual space area S 4.

(構成(第2実施形態))
本発明の第2実施形態としての無線電力伝送システムは、第1演算処理要素110、第2演算処理要素120および第3演算処理要素130のそれぞれの機能が第1実施形態とは相違している。
(Configuration (Second Embodiment))
The wireless power transmission system according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in the respective functions of the first operation processing element 110, the second operation processing element 120, and the third operation processing element 130. .

第1演算処理要素110は、使用周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mに基づき、散乱行列Sを定める。 First arithmetic processing element 110 uses the frequency f, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i and orientation q i, and the shape characteristic factor c j + M for the power receiving device R j, positions p A scattering matrix S is determined based on j + M and attitude qj + M.

(M+N)行×(M+N)列のインピーダンス行列Zは、(M+N)行×(M+N)列の散乱行列Sを用いて、関係式(11)にしたがって表現される。   An impedance matrix Z of (M + N) rows × (M + N) columns is represented by a relational expression (11) using a scattering matrix S of (M + N) rows × (M + N) columns.

関係式(11)において「STT」は、各送電素子Tiから信号を出力した際に各送電素子Tiに反射する信号、または各送電素子Tiから信号を出力した際に他の送電素子Ti1に通過する信号を表わすM×Mの行列である。「SRR」は、各受電素子Rjから信号を出力した際に各受電素子Rjに反射する信号、または各受電素子Rから信号を出力した際に他の受電素子Rj1に通過する信号を表わすN×Nの行列である。「STR」は、M個の送電素子Tiから信号を出力した際にN個の受電素子Rjに通過する信号を表わすM×Nの行列である。「SRT」は、N個の受電素子Rjから信号を出力した際にM個の送電素子Tiに通過する信号を表わすN×Mの行列である。 "S TT" in the relation (11), each power transmission element signals reflecting the T i or the respective power transmission element T i other transmission when outputting a signal from when the output signals from the respective power transmission element T i 5 is an M × M matrix representing signals passing through element T i1 . "S RR" is passed to the other receiving element R j1 upon output signals from the respective power receiving devices R signal reflects the respective power receiving devices R j when the output signal from the j or each receiving element R j, It is an N × N matrix representing signals. "S TR" is a matrix of M × N representing the signals passing to the N receiving elements R j when the output signals from the M transmission element T i. “S RT ” is an N × M matrix representing a signal that passes through M power transmitting elements T i when a signal is output from N power receiving elements R j .

第2演算処理要素120は、第1演算処理要素110により定められた4つの行列STT,SRR,STR,SRTに基づき、M個の送電素子TiからN個の受電素子Rjに対する電力伝送効率ηが、各送電素子Tiへの入射波aTi、各受電素子Rへの入射波aRj、各送電素子Tiによる反射波bTiおよび各受電素子Rによる反射波bRjを用いて関係式(3)で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式(4)で表わされる固有値問題の解としてM+N個の固有値λおよび最大固有値λmaxを求める。 The second arithmetic processing element 120 is configured to convert the M power transmitting elements T i to the N power receiving elements R j based on the four matrices S TT , S RR , S TR , and S RT determined by the first arithmetic processing element 110. Is the incident wave a Ti to each power transmitting element T i , the incident wave a Rj to each power receiving element R j , the reflected wave b Ti from each power transmitting element T i , and the reflected wave from each power receiving element R j According to a model defined as a Rayleigh quotient represented by the relational expression (3) using b Rj , M + N eigenvalues λ and a maximum eigenvalue λ max are obtained as solutions of the eigenvalue problem represented by the relational expression (4).

関係式(3)により表現される電力伝送効率ηは一般化されたレイリー商であり、最大値ηmaxを有する。 The power transmission efficiency η expressed by the relational expression (3) is a generalized Rayleigh quotient and has a maximum value η max .

(「H」は複素共役転置行列、「T」は転置行列、「*」は複素共役行列を表わす。) (" H " is a complex conjugate transpose, " T " is a transpose, and " * " is a complex conjugate matrix.)

第3演算処理要素130は、第1演算処理要素110に対して出力される使用周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、第2演算処理要素120により求められた最大固有値λmaxを最大化するまたは閾値以上にするような指定因子の解を探索する。 The third arithmetic processing element 130 uses the frequency f output to the first arithmetic processing element 110, the shape characteristic factor c i , the position pi and the attitude q i of each power transmitting element T i , and each power receiving element R j shape property factor c j + M, of the position p j + M and attitude q j + M, by variously changed specified factor is unknown, the maximum eigenvalue λ obtained by the second arithmetic processing element 120 Search for a solution for the specified factor that maximizes max or makes it greater than or equal to the threshold.

ここで、図2に示されているように、一の平面に含まれる円環状の2つの受電素子R1およびR2のそれぞれと、当該一の平面に対して平行な他の平面に含まれる円環状の2つの送電素子T1およびT2のそれぞれとが対向して配置されている状況を一例として考察する。送電素子T1およびT2のそれぞれの中心の間隔、ならびに、受電素子R1およびR2のそれぞれの中心間隔はともに10mに設定された。送電素子T1およびT2、ならびに、受電素子R1およびR2のそれぞれの周長は、周波数f=2MHzの電磁波の0.1波長(〜15m)に設定された。 Here, as shown in FIG. 2, each of the two annular power receiving elements R 1 and R 2 included in one plane is included in another plane parallel to the one plane. Consider, as an example, a situation in which each of the two annular power transmitting elements T 1 and T 2 is arranged to face each other. The distance between the centers of the power transmitting elements T 1 and T 2 and the distance between the centers of the power receiving elements R 1 and R 2 were both set to 10 m. The circumference of each of the power transmitting elements T 1 and T 2 and the power receiving elements R 1 and R 2 was set to 0.1 wavelength (〜15 m) of an electromagnetic wave having a frequency f = 2 MHz.

この場合、散乱行列Sは電磁界解析シミュレータにより関係式(12)のように正確に算出される。   In this case, the scattering matrix S is accurately calculated by the electromagnetic field analysis simulator as in the relational expression (12).

ここで、散乱行列Sの各要素は|sij|arg(sij)の形で複素表現されており、例えばS11について「8.48‥E−01」が複素数の絶対値|sij|に相当し、「∠−179.561」が偏角arg|sij|に相当する。 Here, each element of the scattering matrix S is | s ij | arg in the form of (s ij) are complex representation, for example, the absolute value "8.48 ‥ E-01" is a complex number for S 11 | s ij | And “∠−179.561” corresponds to the argument arg | s ij |.

また[Z]行列のデータは式(11)を用いて(13)の[S]行列から計算することができる。更に上記図2に示すモデルの[S]行列データは4ポートネットワークアナライザーを用いて測定から取得も可能である。測定器及び大半の電磁界解析シミュレータが[S]行列に関するデータをしか提供していない観点から、[S]行列を用いた効率の計算がより簡潔的に尚且つ実用的なものと考えられる。   Also, data of the [Z] matrix can be calculated from the [S] matrix of (13) using equation (11). Further, the [S] matrix data of the model shown in FIG. 2 can be obtained from measurement using a 4-port network analyzer. In view of the fact that measuring instruments and most electromagnetic field analysis simulators only provide data on [S] matrices, calculating efficiency using [S] matrices is considered to be simpler and more practical.

(機能(第2実施形態))
前記構成の無線電力伝送システムによれば、第1実施形態と同様に、第3演算処理要素130による指定因子(受電素子Rjの位置pjおよび姿勢qj)の仮決定、第1演算処理要素110による4つの行列STT,SRR,STR,SRTの設定、および、第2演算処理要素120による最大固有値λmaxの導出が繰り返される。当該繰り返しの過程で最大固有値λmaxが徐々に増大するように指定因子の仮決定が繰り返される。
(Function (second embodiment))
According to the wireless power transmission system of the configuration, similarly to the first embodiment, the temporary determination of the specified factor by a third arithmetic processing element 130 (position p j and attitude q j of the power-receiving elements R j), the first arithmetic processing The setting of the four matrices S TT , S RR , S TR , and S RT by the element 110 and the derivation of the maximum eigenvalue λ max by the second operation processing element 120 are repeated. In the course of the repetition, the provisional determination of the designated factor is repeated so that the maximum eigenvalue λ max gradually increases.

前記のように、最大電力伝送効率ηmaxの最大化または閾値以上の値を実現する探索解としての受電素子Rjの位置pjが、第4実空間領域S4に包含されている場合、第3演算処理要素130により、設備の間取りを示す地図に重畳させて、当該設備のうち第4実空間領域S4にいけば、スマートホンXjに搭載されているバッテリの充電が円滑に行われる旨のメッセージを含む指定情報が生成される。サーバ100の通信装置104により、指定情報がスマートホンXjに送信され、これに応じて当該スマートホンXjの出力装置(ディスプレイ装置)に図4に示されているように当該メッセージが表示される。これにより、スマートホンXjのユーザを、第4実空間領域S4に配置されている席に誘導することが可能になる。 As described above, when the position p j of the power receiving element R j as a search solution for maximizing the maximum power transmission efficiency η max or achieving a value equal to or greater than the threshold is included in the fourth real space area S 4 , the third arithmetic processing element 130, superimposed on a map showing a floor plan of the equipment, if you go to the fourth actual space area S 4 of the equipment, the smooth line charging of a battery mounted on a smart phone X j The specified information including a message to the effect that the message is issued is generated. The designation information is transmitted to the smartphone Xj by the communication device 104 of the server 100, and in response to this, the message is displayed on the output device (display device) of the smartphone Xj as shown in FIG. You. Thus, the user of the smartphone X j, it is possible to induce a seat disposed in the fourth actual space area S 4.

(本発明の他の実施形態)
前記実施形態では、指定因子として受電素子Rjの位置pjおよび姿勢qjが繰り返し変更されることにより、電力伝送効率ηの最大値ηmaxを実現するまたは閾値以上の値を実現するような解が探索されたが、その他の因子が未知の指定因子としてその解が探索されてもよい。
(Another embodiment of the present invention)
In the above-described embodiment, the position p j and the attitude q j of the power receiving element R j are repeatedly changed as designating factors, thereby realizing the maximum value η max of the power transmission efficiency η or realizing a value equal to or larger than the threshold value. Although the solution has been searched, the solution may be searched as a designated factor whose other factors are unknown.

例えば、各送電素子Tiの電流Iiおよび電圧Viが指定因子として未知であり、その他の因子(送受信に用いられる信号(電磁波)の周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、スマートホンXjが有する受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+M、姿勢qj+M、電流Ij+Mおよび電圧Vj+M)が既知である状態で、電力伝送効率ηの最大値ηmaxを実現するまたは閾値以上の値を実現するような解が探索されてもよい。 For example, the current I i and the voltage V i of each power transmission element T i are unknown as designating factors, and other factors (frequency f of a signal (electromagnetic wave) used for transmission / reception, shape characteristic factor c i of each power transmission element T i ). , Position p i and posture q i , and shape characteristic factor c j + M , position p j + M , posture q j + M , current I j + M and voltage V of the power receiving element R j of the smartphone X j. In a state in which ( j + M ) is known, a solution that realizes the maximum value η max of the power transmission efficiency η or a value that realizes a value equal to or larger than the threshold value may be searched for.

100‥サーバ、102‥記憶装置、104‥通信装置、110‥第1演算処理要素、120‥第2演算処理要素、130‥第3演算処理要素、Rj‥受電素子、Ti‥送信素子、Xj‥スマートホン(端末装置)。 100 server, 102 storage device, 104 communication device, 110 first processing element, 120 second processing element, 130 third processing element, R j power receiving element, T i transmitting element, X j @Smartphone (terminal device).

Claims (6)

M個の送電素子Ti(1≦i≦M)と、N個の受電素子Rj(1≦j≦N)と、を備え、MおよびNのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、
使用周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mに基づき、各送電素子Tiの自己インピーダンスを表わすM×Mの自己インピーダンス行列ZTTと、各受電素子Rjの自己インピーダンスを表わすN×Nの自己インピーダンス行列ZRRと、前記M個の送電素子Tiおよび前記N個の受電素子Rjの相互インピーダンスを表わすM×Nの相互インピーダンス行列ZTRと、前記N個の受電素子Rjおよび前記M個の送電素子Tiの相互インピーダンスを表わすN×Mの相互インピーダンス行列ZRTと、を定める第1演算処理要素と、
前記第1演算処理要素により定められた4つのインピーダンス行列ZTT,ZRR,ZTR,ZRTに基づき、前記M個の送電素子から前記N個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、関係式(1)で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式(2)で表わされる固有値問題の解としてM+N個の固有値λおよび最大固有値λmaxを求める第2演算処理要素と、
前記第1演算処理要素に対して出力される前記使用周波数f、前記各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、前記各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第2演算処理要素により求められた最大固有値λmaxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第3演算処理要素と、を備えていることを特徴とする無線電力伝送システム。
(「H」は複素共役転置行列、「T」は転置行列、「*」は複素共役行列を表わす。)
A wireless power transmission system including M power transmitting elements T i (1 ≦ i ≦ M) and N power receiving elements R j (1 ≦ j ≦ N), wherein at least one of M and N is plural. And
Using frequency f, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i and orientation q i, and the shape characteristic factor c j + M for the power receiving device R j, the position p j + M and attitude q j + Based on M , an M × M self-impedance matrix Z TT representing the self-impedance of each power transmitting element T i , an N × N self-impedance matrix Z RR representing the self impedance of each power receiving element R j , The M × N mutual impedance matrix Z TR representing the mutual impedance of the power transmitting element T i and the N power receiving elements R j , and the mutual impedance of the N power receiving elements R j and the M power transmitting elements T i A first arithmetic processing element defining an N × M mutual impedance matrix Z RT
Based on four impedance matrices Z TT , Z RR , Z TR , and Z RT determined by the first processing element, the power transmission efficiency η from the M power transmitting elements to the N power receiving elements is represented by a relational expression. A second operation processing element for obtaining M + N eigenvalues λ and a maximum eigenvalue λ max as a solution to the eigenvalue problem represented by the relational expression (2) according to a model defined as a Rayleigh quotient represented by (1);
The used frequency f output to the first processing element, the shape characteristic factor c i , the position p i and the attitude q i of each power transmitting element T i , and the shape characteristic factor of each power receiving element R j Of the c j + M , the position p j + M and the posture q j + M , variously changing the unknown designating factor maximizes the maximum eigenvalue λ max obtained by the second arithmetic processing element. Or a third operation processing element for searching for a solution of the specified factor so as to be equal to or larger than a threshold value.
(" H " is a complex conjugate transpose, " T " is a transpose, and " * " is a complex conjugate matrix.)
請求項1記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第3演算処理要素が、前記指定因子として、前記N個の受電素子Rjのうち少なくとも1つの受電素子Ruの位置pu+Mおよび姿勢qu+Mのうち少なくとも一方を前記指定因子として前記解を探索することを特徴とする無線電力伝送システム。
The wireless power transmission system according to claim 1,
The third arithmetic processing element, as the designated agent, the designated agent at least one of the position p u + M and attitude q u + M of the at least one power receiving device R u among the N receiving elements R j And searching for the solution.
請求項2記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第3演算処理要素により探索された解に関する指定情報を、前記少なくとも1つの受電素子Ruを構成要素とする端末装置に対して送信する通信装置をさらに備えていることを特徴とする無線電力伝送システム。
The wireless power transmission system according to claim 2,
Wherein the third specification information relating to the solution search by arithmetic processing element, wherein the wireless power, characterized by further comprising a communication device to be transmitted to at least one power receiving device terminal device as a component of R u Transmission system.
請求項3記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第3演算処理要素が、前記指定因子として、前記少なくとも1つの受電素子Ruの位置pu+Mを前記指定因子として前記解を探索し、相互に区分されている複数の実空間領域のうち、前記解としての前記少なくとも1つの受電素子Ruの位置pu+Mが含まれる一の実空間領域を示す情報を前記指定情報として生成することを特徴とする無線電力伝送システム。
The wireless power transmission system according to claim 3,
The third arithmetic processing element, as said specified factor, the position p u + M of the at least one power receiving device R u searching the solution as the specified factors, the plurality is divided into mutually real space region among them, the wireless power transmission system and generates information indicative of the at least one first actual space region including the position p u + M of the power receiving device R u as the solution as the specification information.
請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第3演算処理要素が、前記第2演算処理要素により求められた最大固有値に対応する固有ベクトルにより表わされる、前記各送電素子Tiおよび前記各受電素子Rjのいずれかの電流が所定の範囲から逸脱している場合、当該最大固有値に対応する前記指定因子を前記解から除外することを特徴とする無線電力伝送システム。
The wireless power transmission system according to any one of claims 1 to 4,
The third arithmetic processing element is represented by an eigenvector corresponding to the maximum eigenvalue obtained by the second arithmetic processing element, and the current of any one of the power transmitting elements T i and the power receiving elements R j is within a predetermined range. , The specified factor corresponding to the maximum eigenvalue is excluded from the solution.
M個の送電素子Ti(1≦i≦M)と、N個の受電素子Rj(1≦j≦N)と、を備え、MおよびNのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、
使用周波数f、各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mに基づき、各送電素子Tiから信号を出力した際に各送電素子Tiに反射する信号、または各送電素子Tiから信号を出力した際に他の送電素子Ti1に通過する信号を表わすM×Mの行列STTと、各受電素子Rjから信号を出力した際に各受電素子Rjに反射する信号、または各受電素子Rから信号を出力した際に他の受電素子Rj1に通過する信号を表わすN×Nの行列SRRと、M個の送電素子Tiから信号を出力した際にN個の受電素子Rjに通過する信号を表わすM×Nの行列STRと、N個の受電素子Rjから信号を出力した際にM個の送電素子Tiに通過する信号を表わすN×Mの行列SRTと、を定める第1演算処理要素と、
前記第1演算処理要素により定められた4つの行列STT,SRR,STR,SRTに基づき、前記M個の送電素子から前記N個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、各送電素子Tiへの入射波aTi、各受電素子Rjへの入射波aRj、各送電素子Tiによる反射波bTiおよび各受電素子Rjによる反射波bRjを用いて関係式(3)で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式(4)で表わされる固有値問題の解としてM+N個の固有値λおよび最大固有値λmaxを求める第2演算処理要素と、
前記第1演算処理要素に対して出力される前記使用周波数f、前記各送電素子Tiの形状特性因子ci、位置piおよび姿勢qi、ならびに、前記各受電素子Rjの形状特性因子cj+M、位置pj+Mおよび姿勢qj+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第2演算処理要素により求められた最大固有値λmaxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第3演算処理要素と、を備えていることを特徴とする無線電力伝送システム。
(「H」は複素共役転置行列、「T」は転置行列、「*」は複素共役行列を表わす。)
A wireless power transmission system including M power transmitting elements T i (1 ≦ i ≦ M) and N power receiving elements R j (1 ≦ j ≦ N), wherein at least one of M and N is plural. And
Using frequency f, the shape characteristic factor c i of the respective power transmission element T i, the position p i and orientation q i, and the shape characteristic factor c j + M for the power receiving device R j, the position p j + M and attitude q j + based on M, the signals passing through other transmission element T i1 when the output of each power transmission element signals reflecting the respective power transmission element T i from T i when the output signal or signals from the respective power transmission element T i, a matrix S TT of M × M representing each receiving elements R signal reflects the respective power receiving devices R j when the output signal from the j or other receiving device when the output signals from the respective power receiving devices R j, R An N × N matrix S RR representing signals passing through j1 and an M × N matrix S TR representing signals passing through N power receiving elements R j when signals are output from M power transmitting elements T i. And an N × M matrix S representing signals that pass through M power transmitting elements T i when signals are output from N power receiving elements R j A first processing element that defines RT ;
Based on the four matrices S TT , S RR , S TR , and S RT determined by the first processing element, the power transmission efficiency η from the M power transmitting elements to the N power receiving elements is determined by each power transmitting element. incident wave to T i a Ti, incident wave a Rj to each power receiving device R j, the respective power transmission element T i according to the reflected wave b Ti and relationship with reflected wave b Rj by the power receiving device R j (3) A second operation processing element for obtaining M + N eigenvalues λ and a maximum eigenvalue λ max as a solution to the eigenvalue problem represented by the relational expression (4) according to a model defined as a Rayleigh quotient represented by
The used frequency f output to the first processing element, the shape characteristic factor c i , the position p i and the attitude q i of each power transmitting element T i , and the shape characteristic factor of each power receiving element R j Of the c j + M , the position p j + M and the posture q j + M , variously changing the unknown designating factor maximizes the maximum eigenvalue λ max obtained by the second arithmetic processing element. Or a third operation processing element for searching for a solution of the specified factor so as to be equal to or larger than a threshold value.
(" H " is a complex conjugate transpose, " T " is a transpose, and " * " is a complex conjugate matrix.)
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