JP5058350B1

JP5058350B1 - 送電装置及び電力伝送システム

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Publication number: JP5058350B1
Application number: JP2011076421A
Authority: JP
Inventors: 沙織福士; 俊也高野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: US20120248889A1; JP2012213252A

Abstract

【課題】ワイヤレスでの伝送効率を向上させることができる送電装置、受電装置及び電力伝送システムの提供。
【解決手段】実施形態に係る送電装置は、夫々異なる共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段とを備える。また、実施携帯に係る受電装置は、夫々異なる共鳴周波数で送電する送電装置から受電可能な受電装置であって、夫々異なる共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数で共鳴する共鳴手段と、共鳴手段での共鳴に応じて交流電流が励振される励振手段と、何れかの共鳴周波数を送電装置に通知する通知手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、送電装置及び電力伝送システムに関する。

磁気共鳴を利用したワイヤレス電力伝送技術がある。磁気共鳴型の電力伝送方式では、送電装置、受電装置それぞれに、特定周波数で共鳴（共振）するコイル等が設けられる。ここで送電装置は、コイルから特定周波数の交流磁界を発生させる。そして受電装置では、当該交流磁界に対してコイルが共鳴し、当該共鳴エネルギーを捕捉することにより電力を受電する。

特開２０１０−１５８１１４号公報

送電装置から複数の受電装置に対してワイヤレスで電力を伝送する場合には、当該伝送の効率を向上できることが好ましい。
そこで本発明の実施形態は、ワイヤレスでの伝送効率を向上させることができる送電装置及び電力伝送システムの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、実施形態に係る送電装置は、夫々異なる共鳴周波数のうち何れか１が、その他の何れか１の共鳴周波数の逓倍周波数である共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、前記複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、前記複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段とを備える。

第１実施形態に係る送電装置及び受電装置の利用形態例を示す図。第１実施形態に係る送電装置及び受電装置のシステム構成例を示す図。第１実施形態に係る送電装置及び受電装置による電力伝送処理例を示す図。第２実施形態に係る送電装置及び受電装置のシステム構成例を示す図。第２実施形態に係る送電装置及び受電装置による電力伝送処理例を示す図。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施例に係る無線電力伝送システム１０の利用形態例を示す図である。無線電力伝送システム１０は、送電装置１００と、複数の受電装置２００乃至４００を備える。なお、ここでは受電装置が３つの場合を示しているが、受電装置の数はこれに限ることはない。

送電装置１００は、励振部１０７、共鳴部１０８、励振部１１２、共鳴部１１３、励振部１１７、共鳴部１１８等を備える。また受電装置２００は共鳴部２０３と励振部２０４を、受電装置３００は共鳴部３０３と励振部３０４を、受電装置４００は共鳴部４０３と励振部４０４を備える。

送電装置１００の励振部１０７、１１２及び１１７は、夫々周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３で共鳴部１０８、１１３及び１１８に交流電流を励起させる。なお、共鳴部１０８の共鳴周波数は受電装置２００の共鳴部２０３の共鳴周波数と、共鳴部１１３の共鳴周波数は受電装置３００の共鳴部３０３の共鳴周波数と、共鳴部１１８の共鳴周波数は受電装置４００の共鳴部４０３の共鳴周波数と同じに調整されている。そして送電装置１００は、夫々異なる共鳴周波数の共鳴部の夫々を駆動させて磁界エネルギーを放出し、受電装置２００乃至４００の夫々は当該磁界エネルギーを受信することによりワイヤレスで受電する。

ここで、周波数ｆ１での電力伝送について説明する。
送電装置１００の共鳴部１０８の共鳴周波数（共振周波数）と、受電装置２００の共鳴部２０３の共鳴周波数とは共にｆ１に調整されている。ここで、送電装置１００の励振部１０７は、周波数ｆ１の交流電流が導入されることにより駆動して、共鳴部１０８に周波数ｆ１の交流電流を励振させる。共鳴部１０８は当該共鳴部１０８の共鳴周波数ｆ１で共鳴して交流磁界を発生させ、磁界のエネルギーを放出する。受信装置２００では、当該交流磁界に対して共鳴部２０３が周波数ｆ１で磁気共鳴する。そして、共鳴部２０３の磁気共鳴による振動磁場エネルギーが電磁誘導により励振部２０４に伝わり、受電装置２００はワイヤレスで電力を受信する。

つまり、送電装置１００の共鳴部１０８と受電装置２００の共鳴部２０３が磁気共鳴し、交流磁界が受電装置２００側に導かれる。そして共鳴部２０３で共鳴した振動磁場のエネルギーから励振部２０４が電力を捕捉することにより、送電装置１００から受電装置２００へワイヤレスで電力が伝送される。なお周波数ｆ２、ｆ３での電力伝送も上記の説明の通りである。

次に図２を参照して、送電装置１００、受電装置２００乃至４００のシステム構成例を説明する。
送電装置１００は、制御部１０２、通信部１０１、スイッチ１０３、発振部１０４、増幅部１０５、整合部１０６、励振部１０７、共鳴部１０８、発振部１０９、増幅部１１０、整合部１１１、励振部１１２、共鳴部１１３、発振部１１４、増幅部１１５、整合部１１６、励振部１１７、共鳴部１１８等を備える。

通信部１０１は、受電装置２００乃至４００から送信される電力要求を受信する。なお、当該電力要求には、例えば受電装置の装置識別コード、受電装置が対応する共鳴周波数、受電装置が要求する電力等の情報が含まれる。そして通信部１０１は、電力要求を受信すると当該要求を制御部１０２に出力する。

制御部１０２は、送電装置１００の各構成を制御する。例えば制御部１０２は、受電装置２００乃至４００からの電力要求を通信部１０１が受信すると、当該電力要求に応じて、共鳴部１０８、１１３及び１１８の夫々から放出させる磁界エネルギーのエネルギー量を決定する。そして増幅部１０５、１１０及び１１５の夫々に対して、決定したエネルギー量に応じた交流電流の増幅を指示する。

スイッチ１０３は、制御部１０２からの指示に応じて、発振部１０４、１０９及び１１４の何れかを駆動させる。なおここでスイッチ１０３は、これら発振部のうちの１つ又は複数の発振部を駆動させる。

発振部１０４は、所定の周波数ｆ１の交流電流を生成し、当該交流電流を増幅部１０５に出力する。そして増幅部１０５は、入力された交流電流の信号強度を、制御部１０２からの指示に応じた所定のレベルに増幅する。整合部１０６は、増幅された交流電流が入力されると、当該信号のインピーダンスを後述する励振部１０７及び共鳴部１０８等に整合させる。

励振部１０７は、例えばループアンテナやヘリカルアンテナ等であり、周波数ｆ１の交流電流が入力されると駆動し、当該励振部１０７近傍に配置された共鳴部１０８を電磁誘導により励振させて、共鳴部１０８に交流電流を誘起させる。なお励振部１０７は、整合部１０６から入力された交流電流の強度に応じた強度の交流電流を共鳴部１０８に励振させる。

共鳴部１０８は、所定の周波数ｆ１の磁気に対して共鳴可能なコイル等である。共鳴周波数は、コイルの直径やコイルの巻数等により決定される。共鳴部１０８は、励振部１０７に交流電流が入力されると、当該励振部１０７と共鳴部１０８との間の電磁誘導により周波数ｆ１の交流電流を誘起する。これにより共鳴部１０８は、共鳴周波数ｆ１の交流磁気エネルギーを放出する。そして共鳴部１０８は、受電装置２００の共鳴部２０３と共鳴周波数ｆ１で磁気共鳴（共振）することにより、受電装置２００に対して磁気エネルギーをワイヤレス伝送する。

発振部１０９は、所定の周波数ｆ２の交流電流を生成して増幅部１１０に出力する。増幅部１１０は、入力された交流電流の信号強度を、制御部１０２からの指示に応じた所定のレベルに増幅する。整合部１１１は、入力された交流電流を励振部１１２及び共鳴部１１３等のアンテナ系に整合させる。励振部１１２は、例えばループアンテナやヘリカルアンテナ等であり、交流電流が入力されると共鳴部１１３を励振させて、共鳴部１１３に電流を誘起させる。共鳴部１１３は、所定の周波数ｆ２の磁気に対して共鳴可能なコイル等である。共鳴部１１３は、励振部１１２に周波数ｆ２の交流電流が入力されると、励振部１１２と共鳴部１１３との間の電磁誘導により、交流電流を誘起し、周波数ｆ２の交流磁気エネルギーを放出する。そして共鳴部１１３は、受電装置３００の共鳴部３０３と周波数ｆ２で磁気共鳴して受電装置３００に磁気エネルギーをワイヤレス伝送する。

発振部１１４は、所定の周波数ｆ３の交流電流を生成して増幅部１１５に出力する。増幅部１１５は、入力された交流電流の信号強度を、制御部１０２からの指示に応じた所定のレベルに増幅する。整合部１１６は、入力された交流電流を励振部１１７等のアンテナ系に整合させる。励振部１１７は、例えばループアンテナやヘリカルアンテナ等であり、交流電流が入力されると共鳴部１１８を励振させて電流を誘起させる。共鳴部１１８は、所定の周波数ｆ３の磁気に対して共鳴可能なコイル等である。共鳴部１１８は、励振部１１７に交流電流が入力されると、励振部１１７と共鳴部１１８との間の電磁誘導により交流電流を誘起する。そして共鳴部１１８は、受電装置４００の共鳴部４０３と周波数ｆ３で磁気共鳴して受電装置４００に磁気エネルギーをワイヤレス伝送する。

次に受電装置２００乃至４００を説明する。
受電装置２００は、制御部２０２、通信部２０１、共鳴部２０３、励振部２０４、整合回路２０５、整流部２０６、変換部２０７等を備える。
通信部２０１は制御部２０２からの指示に応じ、送電装置１００に対して送電を要求する電力要求を送信する。ここで当該電力要求は、例えば受電装置２００の装置識別コード、受電装置２００が共鳴可能な磁気の共鳴周波数、受電装置２００が要求する電力等の情報を含む。

制御部２０２は、受電装置２００の各構成を制御する。例えば制御部２０２は、通信部２０１に対して電力要求の送信を指示する。また制御部２０２は、受電装置２００の受電機能のＯＮ／ＯＦＦを切り替える機能も有する。つまり制御部２０２は、例えば図示しないスイッチに対して、励振部２０４と当該励振部２０４の後段のモジュールとを電気的に切断するよう指示する等により、受電装置の受電機能を停止させることができる。一方受電機能を有効にする場合、制御部２０２は、励振部２０４を後段モジュールに接続させるよう制御する。

共鳴部２０３は、送電装置１００の共鳴部１０８とｆ１の周波数で磁気共鳴するコイル等である。そして励振部２０４は、磁気共鳴した共鳴部２０３との電磁誘導により周波数ｆ１の交流電流が誘起され、当該交流電流は整合部２０５に入力される。

整合部２０５は、入力された交流電流のインピーダンスと、整合部２０５の後段のモジュールのインピーダンスとを整合させる。整流部２０６は、入力された交流電流を直流電流に変換する。変換部２０７は、整流部２０６から入力される直流電流の電圧を昇圧又は減圧することにより、不定の電圧を一定の電圧に変換する。そして出力部２０８は、一定電圧の直流電流を、電力を消費する負荷回路に出力する。

受電装置３００及び４００の各構成の機能は受電装置２００の構成と同様である。しかし、受電装置３００の共鳴部３０３は、周波数ｆ２で振動する磁気（磁場）に対して共鳴する。つまり共鳴部３０３は、送電装置１００の共鳴部１１３により生み出される周波数ｆ２の振動磁場と共鳴し、共鳴した磁気エネルギーは励振部３０４により捕捉される。

また受電装置４００の共鳴部４０３は、周波数ｆ３の振動磁場に対して共鳴する。つまり共鳴部４０３は、送電装置１００の共鳴部１１８により生み出される周波数ｆ３の振動磁場と共鳴し、共鳴した磁気エネルギーは励振部４０４により捕捉される。

つまり受電装置２００乃至４００の夫々が備える共鳴部の共鳴周波数は、送電装置１００が送電に用いる共鳴周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３の何れか１つであり、受電装置毎に異なる共鳴周波数である。

なお、周波数ｆ１で共鳴（共振）する共鳴部１０８及び２０３は、当該共鳴部１０８及び２０３の共鳴（共振）のＱ値（ＱｕａｌｉｔｙＦａｃｔｏｒ）が高いＱ値になるよう設定される。つまり共鳴部１０８及び２０３には、例えば周波数ｆ１での共鳴のＱ値が高くなる巻数や直径のコイルが用いられる。これにより、例えば、共鳴周波数＝２０ＭＨｚ、Ｑ＝１０００とすると、マイナス３ｄＢの帯域幅は、２０ＭＨｚ／１０００＝２０ｋＨｚの狭い急峻な高効率の特性となる。

また、周波数ｆ１で共鳴可能な共鳴部１０８及び２０３においては、当該周波数ｆ１の逓倍波に対しても共鳴可能となる。しかし共鳴部１０８及び２０３は、周波数ｆ１において、他の周波数（例えば逓倍波の周波数）における共鳴のＱ値よりも高いＱ値を示す。

同様に、共鳴部１１３及び３０３は、周波数ｆ２での共鳴のＱ値が他の周波数におけるＱ値よりも高く、共鳴部１１８及び４０３は、周波数ｆ３での共鳴のＱ値が他の周波数におけるＱ値よりも高い。

なお送電装置１００と受電装置２００乃至４００とは、夫々の装置が備える励振部及び共鳴部を用いて通信を行っても良い。このとき、通信信号の送信側の装置は励振部を通信信号で駆動する。そして、発生した交流磁界を受信側の装置の励振部で捕捉することにより、通信信号がワイヤレスで伝送される。なお通信信号は、例えば当該信号の送受信に用いられる共鳴器の共振周波数を中心周波数として変調された帯域幅を有する。

次に図３を参照して、送電装置１００と受電装置２００乃至４００とによる電力伝送の処理フロー例を説明する。
まず送電装置１００の処理例を説明する。
制御部１０２は、通信部１０１が受電装置２００乃至４００から電力要求を受けると（Ｓ２０１）、当該電力要求に含まれる、装置識別コード、共鳴周波数及び所望電力の情報を抽出する（Ｓ２０２）。そして制御部１０２は、抽出した装置識別コードが、予め登録された装置の識別コードである場合、当該識別コードを送信した装置に対するワイヤレス給電を認証する（Ｓ２０３）。

制御部１０２は、発振部１０４、１０９及び１１４のうち、電力要求に含まれる、受電装置が対応する共鳴周波数の情報が示す共鳴周波数の発振部を、発振させるモジュールとして決定する（Ｓ２０４）。そして制御部１０２は、電力要求に含まれる、受電装置が所望する電力についての情報に応じたレベルへの増幅を増幅部１０５、１１０及び１１５のうち、発振させる発振部の後段の増幅部に指示する（Ｓ２０５）。なお増幅部１０５、１１０及び１１５には、例えば発振周波数可変の発振モジュールから発振された交流電流が導入されても良い。この場合に制御部１０２は、当該発振モジュールに対して、電力要求に含まれる共鳴周波数の情報が示す周波数での発振を指示する。

そして送電装置１００は、複数の共鳴部から、夫々異なる共鳴周波数の磁気エネルギーを放出することにより、受電装置に対して電力を送信する（Ｓ２０６）。つまり送電装置１００の励振部１０７は、受電装置２００からの電力要求に含まれる共鳴周波数情報が示す共鳴周波数の共鳴部を、当該電力要求に含まれる所望電力の情報に応じた強度で励振させる。そして送電装置１００は、受電装置３００及び４００からの電力要求に対しても同様に動作する。

次に受電装置２００乃至４００の処理例を説明する。なお、受電装置２００乃至４００は同様の処理を行うので、ここでは受電装置２００の処理を中心に説明する。
まず通信部２０１は、電力要求を送電装置１００に送信する（Ｓ２１１）。なお当該電力要求には、例えば受電装置２００が対応する共鳴周波数ｆ１、受電装置２００が所望する電力、受電装置２００の装置識別コード等が含まれる。そして受電装置２００は、送電装置１００の共鳴部１０８から放出された周波数ｆ１の磁気と共鳴し、当該共鳴したエネルギーを取得することにより、電力を受信する（Ｓ２１２）。

上記処理フローのＳ２０４乃至Ｓ２０６について具体的に説明する。例えば受信装置２００及び３００が電力要求を送信した場合を考える。この場合、送電装置１００は、共鳴周波数ｆ１の情報を含む電力要求と、周波数ｆ２の情報を含む電力要求とを受信する。このためＳ２０４において制御部１０２は、ｆ１の交流電流を発振する発振部１０４と、ｆ２の交流電流を発振する発振部１０９とを発振させる。そしてＳ２０５において制御部１０２は、発振部１０４からの交流電流を増幅する増幅部１０５に対し、受電装置２００からの電力要求に含まれる、当該受電装置２００が所望する電力の情報に応じたレベルへの増幅を指示する。また制御部１０２は、発振部１０９からの交流電流を増幅する増幅部１１０に対し、受電装置３００からの電力要求に含まれる、当該受電装置３００が所望する電力の情報に応じたレベルへの増幅を指示する。そして送電装置１００は、共鳴部１０８と共鳴部１１３の両方の共鳴部から振動磁場を発生させて磁気エネルギーを放出する。

つまり制御部１０２は、受電装置２００及び３００の夫々からの電力要求に含まれる周波数の情報が示す夫々の共鳴周波数の共鳴部に交流電流を励振させるために、当該夫々の共鳴部を駆動させる励振部に交流電流を導入して駆動させる。そしてこのとき制御部１０２は、電力要求に含まれる要求電力の情報に応じた強度の交流電流への増幅を、当該要求に含まれる周波数情報が示す共鳴周波数の共鳴部に対応する増幅部に指示する。

なお、本実施形態において、共鳴周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は、互いに異なる周波数であれば構わないが、ｆ２をｆ１の２倍、ｆ３をｆ１の３倍としてもよい（例えば、ｆ１＝１３．５ＭＨｚ、ｆ２＝２７ＭＨｚ、ｆ３＝４０．５ＭＨｚ）。つまり、何れかの共鳴部の共鳴周波数を、他の共鳴部の共鳴周波数の逓倍周波数となるようにしてもよい。これにより、例えばｆ２がｆ１の２倍、ｆ３がｆ１の３倍である場合であって、送電装置１００がｆ１でのワイヤレス電力伝送を行い、ｆ２及びｆ３での電力伝送を行っていない場合、共鳴周波数がｆ２の受電装置３００及び共鳴周波数がｆ３の受電装置４００も、逓倍周波数で磁気共鳴して受電することができる。また、このとき受電装置３００及び４００は、通信信号の送受信も可能である。

（第２実施形態）
次に図４及び図５を参照して第２実施形態を説明する。
図４は、第２実施形態に係る無線電力伝送システム２０の利用形態例を示す図である。無線電力伝送システム２０は、送電装置１００、及び受電装置５００乃至７００を含む。ここで受電装置５００乃至７００の夫々の装置は、夫々異なる複数の共鳴周波数に対応する共鳴部を備える。そして本実施形態に係る送電装置１００は、受電装置５００乃至７００と自装置との距離や受電装置５００乃至７００が所望する電力に応じて、共鳴周波数の割り当てを行う。

図５は送電装置１００及び受電装置５００のシステム構成例を示す図である。なお受電装置６００及び７００のシステム構成は受電装置５００の構成と同様であり、説明を省略する。また、送電装置１００については、第１実施形態と異なる機能を中心に説明する。また、図５において共鳴周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３の周波数は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３となっている。

通信部１０１は、受電装置５００からの電力要求を受信する。ここで当該電力要求には、例えば受電装置５００の装置識別コード、受電装置５００が対応する複数の共鳴周波数、受電装置５００が要求する電力、受電装置５００と送電装置１００との距離を判定するための情報等が含まれる。なお、距離を判定するための情報とは、例えば受電装置５００が電力要求を送信した時刻の情報や、受電装置５００が送信した電力要求の信号送信強度等である。

そして制御部１０２は、電力要求の送信時刻情報と、当該電力要求を自装置が受信した時刻の情報とを比較することにより、送電装置１００と受電装置５００との距離を判定する。あるいは制御部１０２は、電力要求の信号送信強度と、当該電力要求の受信時の強度とを比較して信号の減衰を算出することにより、送電装置１００と受電装置５００との距離を判定する。

そして制御部１０２は、受電装置５００乃至７００の夫々に対する送電に利用する周波数を決定する。ここで制御部１０２は、送電装置１００と受電装置５００乃至７００との距離、又は受電装置５００乃至７００が所望する電力に応じて、受電装置５００乃至７００に割り当てる周波数を決定してもよい。

制御部１０２は、送電装置１００と受電装置５００乃至７００との距離に応じた周波数割り当てを行う場合、送電装置１００に対する距離が他の受電装置よりも長い受電装置に対し、複数の周波数ｆ１乃至ｆ３のうち最も低い周波数を割り当てる。つまり制御部１０２は、送電装置１００との距離が長い装置から順に低い共鳴周波数を割り当てる。振動する電場や磁場は、伝送距離が長くなるほど媒質の誘電損失により減衰する。しかし一般的に、振動磁場の周波数が低くなるほど当該減衰が小さくなる。このため、送電装置１００との距離が長い受電装置に対して低い周波数を割り当てることにより、長距離を伝播することによる伝送ロスを抑制することができる。

制御部１０２は、受電装置５００乃至７００が所望する電力に応じた周波数割り当てを行う場合、所望する電力が大きな受電装置ほど、送電装置１００が送電に利用可能な複数の共鳴周波数のうち周波数の低い共鳴周波数を割り当てる。これは、所望する電力が他装置よりも大きな受電装置に対して高周波数の共鳴周波数ｆ３を割り当てると、他装置が弱電力を所望している場合であっても当該他装置に大きな電力が受電される場合があるためである。これは、例えば共鳴周波数ｆ３が共鳴周波数ｆ１の逓倍周波数である場合に、当該共鳴周波数ｆ１で受電している受電装置が周波数ｆ３の振動磁場のエネルギーから受電する場合等である。そこで、強電力を所望する受電装置に対して低周波数の共鳴周波数を割り当てることにより、当該強電力が、強電力を所望しない受電装置に受電されることを抑制できる。

また制御部１０２は、例えば送電装置１００と受電装置５００乃至７００の夫々との距離が、受電装置毎に異なる場合であっても、当該距離の差が所定範囲内であれば、受電装置５００乃至７００が要求する電力に基づいてこれら受電装置に対する周波数割り当てを行ってもよい。なお、送電装置１００と受電装置５００乃至７００との距離、又は受電装置５００乃至７００が所望する電力に応じて周波数の割り当てを行うことはあくまで例であり、必ずしもこれらに従って割り当てを行わなくともよい。

そして制御部１０２は、夫々の受電装置に対して割り当てた共鳴周波数の情報を、通信部１０１を用いて受電装置５００乃至７００に送信する。つまり通信部１０１は、受電装置５００に割り当てた共鳴周波数の情報を受電装置５００に、受電装置６００に割り当てた共鳴周波数の情報を受電装置６００に、受電装置７００に割り当てた共鳴周波数の情報を受電装置７００に送信する。

そして制御部１０２は、発振部及び増幅部に対して発振指示及び増幅指示を行う。これにより送電装置１００は、受電装置５００乃至７００の夫々に対して、これら受電装置の送電装置１００に対する距離やこれら受電装置が要求する電力に応じた共鳴周波数で、これら受電装置夫々が要求した電力に応じた強度の振動磁場を発生させ、磁気エネルギーを放出する。

次に受電装置５００を説明する。
受電装置５００は、通信部５０１、制御部５０２、共鳴部５０３、励振部５０４、共鳴部５０５、励振部５０６、共鳴部５０７、励振部５０８、スイッチ５０９、整合部５１０、整流部５１１、変換部５１２、出力部５１３等を備える。

通信部５０１は、送電装置１００に対して、自装置の装置識別コード、自装置が要求する電力、自装置が受電可能な複数の共鳴周波数、及び送電装置１００が受電装置５００との距離を検出するための情報等を含む電力要求を送信する。ここで、自装置が受電可能な複数の共鳴周波数の情報とは、受電装置５００が備える複数の共鳴部５０３、５０５及び５０７夫々の共鳴周波数の情報である。なお共鳴部５０３、５０５及び５０７は共鳴周波数の逓倍周波数に対しても共鳴可能であるが、ここでの共鳴周波数とは、共鳴可能な周波数のうち共鳴のＱ値が最も高い周波数を指す。また、距離を検出するための情報とは、受電装置５００が送信した電力要求の送信信号強度や、当該電力要求の送信時刻の情報等である。

そして通信部５０１は、送電装置１００から送信された共鳴周波数情報を受信すると、当該共鳴周波数情報を制御部５０２に出力する。
制御部５０２は、通信部５０１から共鳴周波数情報が入力されると、スイッチ５０９を制御して、当該情報が示す共鳴周波数を受電可能な回路をＯＮする。つまり制御部５０２は、励振部５０４、５０６及び５０８のうち、共鳴周波数情報が示す共鳴周波数を受電可能な励振部を、整合部５１０に対して電気的に接続させ、それ以外の励振部は整合部５１０に接続させない。

共鳴部５０３は、所定の共鳴周波数ｆ１の磁気に対して共鳴可能なコイル等である。つまり共鳴部５０３は、送電装置１００の共鳴部１０８とｆ１の周波数で磁気共鳴する。そして励振部５０４は、磁気共鳴した共鳴部５０３との電磁誘導により周波数ｆ１の交流電流が誘起され、当該交流電流はスイッチ５０９を介して整合部５１０に入力される。

共鳴部５０５は、送電装置１００の共鳴部１１３とｆ２の周波数で磁気共鳴するコイル等である。そして励振部５０６は、磁気共鳴した共鳴部５０５との電磁誘導により周波数ｆ２の交流電流が誘起され、当該交流電流はスイッチ５０９を介して整合部５１０に入力される。共鳴部５０７は、送電装置１００の共鳴部１１８とｆ３の周波数で磁気共鳴するコイル等である。そして励振部５０８は、磁気共鳴した共鳴部５０７との電磁誘導により周波数ｆ３の交流電流が誘起され、当該交流電流はスイッチ５０９を介して整合部５１０に入力される。

スイッチ５０９は、前述の通り制御部５０２の制御に応じ、励振部５０４、５０６及び５０８のうち何れかの励振部を整合部５１０に対して電気的に接続する。つまり励振部５０４、５０６及び５０８で誘起された交流電流は、当該励振部が整合部５１０に接続されている場合に当該整合部５１０に入力される。

整合部５１０は、入力された交流電流のインピーダンスと、整合部５１０の後段のモジュールのインピーダンスとを整合させる。整流部５１１は、入力された交流電流を直流電流に変換する。変換部５１２は、整流部５１１から入力される直流電流の電圧を昇圧又は減圧して、入力電流の電圧が変動する場合であっても当該電圧を一定の電圧に変換する。そして出力部５１３は、一定電圧の直流電流を、電力を消費する負荷回路に出力する。

次に図４を参照して、第２実施形態に係る送電装置１００、及び受電装置５００乃至７００によるワイヤレス電力伝送に係る処理フロー例を説明する。
まず送電装置１００の処理フローを説明する。通信部１０１は、送電装置５００乃至７００からの電力要求を受信する（Ｓ４０１）。そして制御部１０２は、当該電力要求に含まれる、装置識別コード、受電可能な複数の共鳴周波数の情報、受電装置が要求する電力の情報、送電装置１００と受電装置との距離を検出するための距離情報を抽出する（Ｓ４０２）。続いて制御部１０２は、抽出した装置識別コードに基づいて受電装置５００乃至７００を認証する（Ｓ４０３）。次に制御部１０２は、抽出した距離情報に基づいて、受電装置５００乃至７００と送電装置１００との距離を判定する（Ｓ４０４）。

制御部１０２は、受電装置５００乃至７００と送電装置１００との距離の大小関係、又は受電装置５００乃至７００が要求する電力の大小関係に基づいて、受電装置５００乃至７００の夫々に異なる共鳴周波数を割り当てる（Ｓ４０５）。また制御部１０２は、受電装置５００乃至７００が要求する電力に応じて、増幅部１０５、１１０及び１１５の夫々における増幅レベルを決定する（Ｓ４０６）。なお制御部１０２は、１の受電装置からのみ電力要求を受けている場合であっても、複数の共鳴周波数のうち、当該１の受電装置が要求する電力に応じた共鳴周波数を割り当ててもよい。つまり制御部１０２は、例えば当該１の受電装置が所定電力以上の電力を要求している場合、複数の共鳴周波数のうち最も高い共鳴周波数を割り当てる。また制御部１０２は、１の受電装置からのみ電力要求を受けている場合であっても、複数の共鳴周波数のうち、当該１の受電装置と送電装置１００との距離に応じた共鳴周波数を割り当ててもよい。つまり制御部１０２は、例えば当該１の受電装置が送電装置１００から所定距離以上離れている場合、複数の共鳴周波数のうち最も高い共鳴周波数を割り当てる。

そして通信部１０１は、受電装置５００乃至７００の夫々に対し、割り当てた共鳴周波数の情報を送信する（Ｓ４０７）。そして制御部１０２は、発振部、増幅部の夫々に対して発振・増幅を指示する。そして共鳴部１０８、１１３及び１１８は、これら共鳴部夫々の共鳴周波数を割り当てられた受電装置に対し、これら受電装置夫々が要求した電力に応じた強度の振動磁場を発生させ、磁気エネルギーを放出する（Ｓ４０７）。

次に受電装置５００乃至７００の処理フロー例を説明する。なお受電装置６００及び７００は受電装置５００と同様の処理を行うのでここでは説明を省略する。
まず通信部５０１は、送電装置１００に対して、自装置の装置識別コード、自装置が要求する電力、自装置が受電可能な複数の共鳴周波数、及び距離情報等を含む電力要求を送信する（Ｓ４１１）。次に通信部５０１は、送電装置１００からの共鳴周波数情報を受信する（Ｓ４１２）。ここで制御部５０２は、共鳴周波数情報に基づき、受電装置５００が受電可能な複数の共鳴周波数のうち、受電に用いる共鳴周波数を選択する。つまり制御部５０２は、共鳴部５０３、５０５及び５０７のうち何れの共鳴部を用いて受電するかを選択・決定する。

そして制御部５０２は、励振部５０４、５０６及び５０８のうち、共鳴周波数情報が示す共鳴周波数の共鳴部から誘導電界により交流電流が誘起される励振部を、整合部５１０に接続する（Ｓ４１３）。つまり具体的に説明すると、制御部１０２は、送電装置１００からの共鳴周波数情報が共鳴周波数ｆ１を示す場合、当該共鳴周波数ｆ１で共鳴する共鳴部５０３により電流が誘起される励振部５０４を、整合部５１０に接続する。

そして受電装置５００においては、送電装置１００が受電装置５００に対して割り当てた周波数の振動磁場を発生させ、磁気エネルギーを放出すると、当該周波数が共鳴周波数となっている共鳴部は当該振動磁場と共鳴・結合する。そして当該共鳴部の共鳴によって励振部に交流電流が誘起されることにより、受電装置５００は電力を受信する（Ｓ４１４）。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記の実施形態で説明した受信装置は、例えばコンピュータ、テレビジョン装置、携帯端末の装置構成の一部であってもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…送電装置、１０１…通信部、１０２…制御部、１０３…スイッチ、１０４…発振部、１０５…増幅部、１０６…整合部、１０７…励振部、１０８…共鳴部、１０９…発振部、１１０…増幅部、１１１…整合部、１１２…励振部、１１３…共鳴部、１１４…発振部、１１５…増幅部、１１６…整合部、１１７…励振部、１１８…共鳴部、２００…受電装置、２０１…通信部、２０２…制御部、２０３…共鳴部、２０４…励振部、２０５…整合部、２０６…整流部、２０７…変換部、２０８…出力部、３００…受電装置、３０１…通信部、３０２…制御部、３０３…共鳴部、３０４…励振部、３０５…整合部、３０６…整流部、３０７…変換部、３０８…出力部、４００…受電装置、４０１…通信部、４０２…制御部、４０３…共鳴部、４０４…励振部、４０５…整合部、４０６…整流部、４０７…変換部、４０８…出力部、５００…受電装置、５０１…通信部、５０２…制御部、５０３…共鳴部、５０４…励振部、５０５…共鳴部、５０６…励振部、５０７…共鳴部、５０８…励振部、５０９…スイッチ、５１０…整合部、５１１…整流部、５１２…変換部、５１３…出力部、６００…受電装置、７００…受電装置、

Claims

夫々異なる共鳴周波数のうち何れか１が、その他の何れか１の共鳴周波数の逓倍周波数である共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、
前記複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、
前記複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段と
を備える送電装置。
夫々異なる共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、
前記複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、
前記複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段と、
１以上の外部装置から、前記夫々異なる共鳴周波数のうち何れかを示す共鳴周波数情報を受信する受信手段とを備え、
前記制御手段は、
前記周波数情報が示す共鳴周波数に対応する共鳴周波数で共鳴する前記共鳴器に交流電流を励振させる前記励振器を駆動させ、
前記受信手段は、
前記１以上の外部装置から、複数の共鳴周波数についての前記周波数情報と電力に関する電力情報とを含む要求を受信し、
前記励振器は、
受信された前記要求に含まれる電力情報に応じた強度の交流電流を、当該要求に含まれる前記周波数情報が示す複数の共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数の前記共鳴器に励振させ、
前記複数の共鳴器は、
第１共鳴周波数で共鳴する第１共鳴器と、当該第１共鳴周波数より高い周波数の第２共鳴周波数で共鳴する第２共鳴器とを含み、
前記複数の励振器は、
前記１以上の外部装置のうち第１外部装置から受信された第１要求に含まれる電力情報が示す第１電力が、前記１以上の外部装置のうち第２外部装置から受信された第２要求に含まれる電力情報が示す第２電力よりも大きい場合、前記第１電力に応じた強度の交流電流を前記第１共鳴器に励振させ、前記第２電力に応じた強度の交流電流を前記第２共鳴器に励振させる送電装置。
夫々異なる共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、
前記複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、
前記複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段と、
１以上の外部装置から、前記夫々異なる共鳴周波数のうち何れかを示す共鳴周波数情報を受信する受信手段と、
前記１以上の外部装置と自装置との距離を検出する検出手段とを備え、
前記制御手段は、
前記周波数情報が示す共鳴周波数に対応する共鳴周波数で共鳴する前記共鳴器に交流電流を励振させる前記励振器を駆動させ、
前記受信手段は、
前記１以上の外部装置から、複数の共鳴周波数についての前記周波数情報と電力に関する電力情報とを含む要求を受信し、
前記励振器は、
受信された前記要求に含まれる電力情報に応じた強度の交流電流を、当該要求に含まれる前記周波数情報が示す複数の共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数の前記共鳴器に励振させ、
前記複数の共鳴器は、
第１共鳴周波数で共鳴する第１共鳴器と、当該第１共鳴周波数より高い周波数の第２共鳴周波数で共鳴する第２共鳴器とを含み、
前記複数の励振器は、
前記１以上の外部装置のうち第１外部装置と自装置との距離が、前記１以上の外部装置のうち第２外部装置と自装置との距離よりも長い場合、前記第１外部装置からの前記要求に含まれる電力情報が示す強度の交流電流を前記第１共鳴器に励振させ、前記第２外部装置からの前記要求に含まれる電力情報が示す強度の交流電流を前記第２共鳴器に励振させる送電装置。
送電装置と受電装置とを備えたワイヤレス伝送システムであって、
前記送電装置は、
夫々異なる共鳴周波数のうち何れか１が、その他の何れか１の共鳴周波数の逓倍周波数である共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、
前記複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、
前記複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段とを備え、
前記受電装置は、
夫々異なる共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数で共鳴する共鳴手段と、
前記共鳴手段での共鳴に応じて交流電流が励振される励振手段と、
を備える、ワイヤレス伝送システム。
送電装置と受電装置とを備えたワイヤレス伝送システムであって、
前記送電装置は、
夫々異なる共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、
前記複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、
前記複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段と、
１以上の外部装置から、前記夫々異なる共鳴周波数のうち何れかを示す共鳴周波数情報を受信する受信手段とを備え、
前記制御手段は、
前記周波数情報が示す共鳴周波数に対応する共鳴周波数で共鳴する前記共鳴器に交流電流を励振させる前記励振器を駆動させ、
前記受信手段は、
前記１以上の外部装置から、複数の共鳴周波数についての前記周波数情報と電力に関する電力情報とを含む要求を受信し、
前記励振器は、
受信された前記要求に含まれる電力情報に応じた強度の交流電流を、当該要求に含まれる前記周波数情報が示す複数の共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数の前記共鳴器に励振させ、
前記複数の共鳴器は、
第１共鳴周波数で共鳴する第１共鳴器と、当該第１共鳴周波数より高い周波数の第２共鳴周波数で共鳴する第２共鳴器とを含み、
前記複数の励振器は、
前記１以上の外部装置のうち第１外部装置から受信された第１要求に含まれる電力情報が示す第１電力が、前記１以上の外部装置のうち第２外部装置から受信された第２要求に含まれる電力情報が示す第２電力よりも大きい場合、前記第１電力に応じた強度の交流電流を前記第１共鳴器に励振させ、前記第２電力に応じた強度の交流電流を前記第２共鳴器に励振させ、
前記受電装置は、
夫々異なる共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数で共鳴する共鳴手段と、
前記共鳴手段での共鳴に応じて交流電流が励振される励振手段と
を備える、ワイヤレス伝送システム。
送電装置と受電装置とを備えたワイヤレス伝送システムであって、
前記送電装置は、
夫々異なる共鳴周波数で共鳴する複数の共鳴器と、
前記複数の共鳴器の夫々１つに交流電流を励振させる複数の励振器と、
前記複数の励振器のうち、何れかの励振器を駆動させる制御手段と、
１以上の外部装置から、前記夫々異なる共鳴周波数のうち何れかを示す共鳴周波数情報を受信する受信手段と、
前記１以上の外部装置と自装置との距離を検出する検出手段とを備え、
前記制御手段は、
前記周波数情報が示す共鳴周波数に対応する共鳴周波数で共鳴する前記共鳴器に交流電流を励振させる前記励振器を駆動させ、
前記受信手段は、
前記１以上の外部装置から、複数の共鳴周波数についての前記周波数情報と電力に関する電力情報とを含む要求を受信し、
前記励振器は、
受信された前記要求に含まれる電力情報に応じた強度の交流電流を、当該要求に含まれる前記周波数情報が示す複数の共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数の前記共鳴器に励振させ、
前記複数の共鳴器は、
第１共鳴周波数で共鳴する第１共鳴器と、当該第１共鳴周波数より高い周波数の第２共鳴周波数で共鳴する第２共鳴器とを含み、
前記複数の励振器は、
前記１以上の外部装置のうち第１外部装置と自装置との距離が、前記１以上の外部装置のうち第２外部装置と自装置との距離よりも長い場合、前記第１外部装置からの前記要求に含まれる電力情報が示す強度の交流電流を前記第１共鳴器に励振させ、前記第２外部装置からの前記要求に含まれる電力情報が示す強度の交流電流を前記第２共鳴器に励振させ、
前記受電装置は、
夫々異なる共鳴周波数のうち何れかの共鳴周波数で共鳴する共鳴手段と、
前記共鳴手段での共鳴に応じて交流電流が励振される励振手段と
を備える、ワイヤレス伝送システム。