JP5694753B2 - 送電装置、電力伝送システム、送電装置の制御方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、送電装置、電力伝送システム、送電装置の制御方法およびプログラムに関する。

送電アンテナに交流電流を発生させ、受電アンテナに電力を伝送する無線電力伝送システムがある（特許文献１）。特許文献１では送電アンテナの共振周波数と受電アンテナの共振周波数が一致したときに効率が高くなることや、共振周波数を制御し、効率の高い周波数を検出する技術が開示されている。また、特許文献２には、送電アンテナと受電アンテナの相対位置が変化したことに起因する電力伝送効率の低下を検出した後に送電アンテナの共振周波数を制御し、定常的な電力伝送効率の低下を防止する技術が開示されている。

特開２０１０−０５１１３７号公報 特開２００８−２９５２７４号公報

送電アンテナと受電アンテナの相対位置が変化したとしても、高い電力伝送効率を維持することが無線電力伝送システムにとって重要である。ところが、特許文献１には電力伝送効率低下時の処理については開示されていない。また、特許文献２では、電力伝送効率が低下したことを検出した後に共振周波数制御を行っており、一時的に電力伝送効率が低下してしまうという課題がある。

本発明は上述の課題を鑑みてなされたものであって、送電アンテナと受電アンテナの相対位置が変化する場合であっても、電力伝送効率の低下を抑制することを目的とする。

本発明の送電装置は、送電アンテナと、
前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、
前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが前記所定の位置に到達する前に、当該所定の位置に基づいて前記送電アンテナを制御する制御手段と、
前記受電アンテナで受電した電力値の情報を取得する電力値取得手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の送電装置は、送電アンテナと、
前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、
前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する時間に基づくタイミングで、前記送電アンテナの共振周波数を前記所定の位置に基づいて制御する制御手段と、
前記受電アンテナで受電した電力値の情報を取得する電力値取得手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の送電装置は、送電アンテナを有し、前記送電アンテナから受電アンテナへ電力伝送を行う送電装置であって、
前記受電アンテナの位置に関連付けられ、前記送電アンテナの共振周波数を制御するためのパラメータを記憶する記憶手段と、
前記受電アンテナの位置を判定する判定手段と、
前記判定手段により判定された前記受電アンテナの位置と、前記記憶手段により記憶された前記パラメータに基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御する制御手段と、
前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する第１の時間情報を取得する時間情報取得手段と、を有し、
前記制御手段は、前記第１の時間情報に基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御するタイミングを決定することを特徴とする。

本発明によれば、送電アンテナと受電アンテナの相対位置が変化する場合であっても、電力伝送効率の低下を抑制することが可能になる。

（ａ）第１実施形態のシステム構成図、（ｂ）受電アンテナの位置移動を示す図、（ｃ）送電アンテナの構成図。 （ａ）送電部の構成図、（ｂ）記憶部を例示する図、（ｃ）移動制御部と共振周波数制御部のタイミングに関する説明図。 （ａ）第１実施形態の送電部のシーケンス図、（ｂ）第１実施形態の送電部の処理の流れを説明する図、（ｃ）タイミング記憶部を例示する図。 （ａ）タイミング決定部の処理の流れを説明する図、（ｂ）通信部（送電通信部）を備える送電部の構成例を示す図。 （ａ）受電アンテナが直線移動をする場合のシステム構成図、（ｂ）受電アンテナの移動範囲の途中に送電アンテナを設置した例を示す図、（ｃ）は（ａ）のシステム構成例における記憶部を例示する図。（ｄ）は（ｂ）のシステム構成例における記憶部を例示する図、（ｅ）受電アンテナの移動範囲を複数のエリアに分割した場合の記憶部を例示する図、（ｆ）複数の送電アンテナと受電アンテナがある場合のシステム構成図。 （ａ）第２実施形態の送電部の構成図、（ｂ）第２実施形態の受電部の構成図、（ｃ）調整処理後の記憶部を例示する図、（ｄ）受電電力仕様記憶部を例示する図、（ｅ）容量記憶部を例示する図、（ｆ）差分記憶部を例示する図。 調整部の処理の流れを説明する図。 設計値を保持しない場合の調整部の処理の流れを説明する図。 設計値を保持しない場合の差分記憶部を例示する図。

（第１実施形態）
本実施形態では、送電装置（以下、送電部）から既知の軌道上を移動する受電装置（以下、受電部）の受電アンテナへ電力伝送を行うシステムにおける移動制御と共振周波数制御について説明する。システムの例としては、ネットワークカメラのように固定された下部ユニット（送電側）から回転移動を行うカメラを実装した上部ユニット（受電側）へ電力伝送を行うシステムがある。図１（ａ）は本実施形態のシステム構成図である。１００はネットワークカメラの下部ユニットである。図示しないが、下部ユニット１００にはＣＰＵやメモリ、上部ユニットを回転移動させるモータなどの他に、上部ユニット１０１に電力伝送を行う送電部１０２がある。送電部１０２は送電アンテナ１０３を有する。受電部１０４は送電アンテナ１０３から送電される電力を受電する受電アンテナ１０５を有する。１０６は上部ユニット１０１の回転軸であり、受電部１０４、受電アンテナ１０５は回転軸１０６の周りを回転移動する。

図１（ｂ）は受電アンテナ１０５の位置移動を示す図であり、上部ユニット１０１が回転軸１０６の周りを回転する様子を示している。上部ユニット１０１が回転し、受電アンテナ１０５が回転軸１０６の周りを角度２００だけ回転移動した様子を示している。本実施形態では、角度２００を受電アンテナ１０５の位置情報として使用する。

図１（ｃ）は本実施形態に適用できる送電アンテナ１０３の構成図である。送電アンテナ１０３はインダクタ３００と可変コンデンサ（以下、可変Ｃ）３０１とから構成されており、ＬＣ共振器を構成する。本実施形態では可変Ｃ３０１の静電容量（以下、単に容量と記す）を容量素子パラメータとして制御することで送電アンテナ１０３の共振周波数制御を行う。

図２（ａ）は本実施形態に適用できる送電部１０２の構成図である。４００は交流電流発生部であり、発生された交流電流は送電アンテナ１０３に供給される。移動制御部４０１は、上部ユニット１０１をモータ（図示せず）によって回転移動させる。記憶部４０２は受電アンテナ１０５の位置情報とその位置において高い効率を実現する可変Ｃ３０１の容量（容量素子パラメータ）とを関連付けて記憶している。速度記憶部４０４は移動制御部４０１が上部ユニット１０１を移動させる移動速度を記憶する。本実施形態では上部ユニット１０１（受電部）を1度動かすのに要する時間情報（以下、単に時間と記す）を速度記憶部４０４は記憶している。応答時間記憶部４０５は可変Ｃ３０１の容量を変更してから容量が安定するまでの時間を記憶する。タイミング決定部４０３は速度記憶部４０４や応答時間記憶部４０５さらには後述する検知部４０９の情報を元に、可変コンデンサの容量を変更するタイミングを決定する。そして、タイミング決定部４０３は上述のタイミングをタイミング記憶部４０６に記憶する。共振周波数制御部４０７はタイミング記憶部４０６の情報に基づいて可変Ｃ３０１の容量を制御する。タイマ４０８はタイミング決定部４０３によって制御される。タイマ４０８がタイムアウトすると、共振周波数制御部４０７は可変Ｃ３０１の容量を設定する。検知部４０９は上部ユニット１０１（受電部）の移動情報を検知する。

図２（ｂ）は本実施形態に適用できる記憶部４０２を例示する図であり、受電アンテナ１０５の位置情報である角度５００と受電アンテナ１０５の移動位置において高い電力伝送効率を実現する可変Ｃ３０１の容量５０１とを関連付けて記憶している。図２（ｂ）によれば、受電アンテナ１０５が1度移動した位置において高い効率を実現する可変Ｃ３０１の値は３１ｐＦであり、２度移動した位置におけるそれは３２ｐＦである。本実施形態では、上部ユニット１０１の移動単位を1度としており、記憶部４０２には移動単位毎に容量を記憶している。

図２（ｃ）は本実施形態に適用できる移動制御部４０１と共振周波数制御部４０７のタイミングに関する説明図であり、横軸は時間である。ここでは、移動制御部４０１が上部ユニット１０１を図２（ｂ）における角度０度から角度２度まで移動させる場合について説明している。Ｔａ（６００、６０１）は移動制御部４０１が上部ユニット１０１を１度動かすのに要する移動時間の情報（第１の時間情報）、つまり速度記憶部４０４に記憶した値である。図２（ｃ）によれば、時刻ｔ１において受電アンテナ１０５は1度、時刻ｔ２において受電アンテナ１０５は２度移動している。Ｔｂ（６０２、６０３）は応答時間記憶部４０５に記憶している時間であり、送電アンテナの共振周波数が安定するまでの時間情報（第２の時間情報）である。つまり、共振周波数制御部４０７が時刻ｔ３において可変Ｃ３０１の容量を３１ｐＦに設定すれば、時刻ｔ３からＴｂ経過した時刻ｔ１において可変Ｃ３０１の容量は３１ｐＦで安定する。同様に、時刻ｔ４において、可変Ｃ３０１の容量を３２ｐＦに設定すれば、時刻ｔ４からＴｂ経過した時刻ｔ２において可変Ｃ３０１の容量は３２ｐＦで安定する。

Ｔｃ（６０４）、Ｔａ（６０５）はタイマ４０８に設定されるタイムアウト値（以下、ＴＯ値）である。Ｔｃは共振周波数制御部４０７が可変Ｃ３０１の容量を図２（ｂ）の角度1度に対応する３１ｐＦに設定するタイミングを生成するためのＴＯ値であり、Ｔｃ＝Ｔａ−Ｔｂである。共振周波数制御部４０７はタイマ４０８がＴｃでタイムアウトした時に可変Ｃ３０１の容量を３１ｐＦに設定する。Ｔａは共振周波数制御部４０７が可変Ｃ３０１の容量を図２（ｂ）の角度２度に対応する３２ｐＦに設定するためのＴＯ値である。上部ユニット１０１が角度０から角度２まで移動する速度が一定であれば、Ｔａは速度記憶部４０４の値と同一である。共振周波数制御部４０７はタイマ４０８がＴａでタイムアウトした時（時刻ｔ４）に可変Ｃ３０１の容量を３２ｐＦに設定する。図２（ｃ）のように上部ユニット１０１の移動時間（Ｔａ）から共振周波数制御部４０７の動作タイミング（６０４、６０５）を決定したので、受電アンテナ１０５が移動した時点で送電アンテナ１０３の共振周波数を効率の高い状態にすることができる。

図３（ａ）は本実施形態に適用できる送電部１０２のシーケンス図、図３（ｂ）は本実施形態に適用できる送電部１０２の処理の流れを説明する図、タイミング決定部４０３と共振周波数制御部４０７の動作について説明している。図３（ｃ）は本実施形態に適用できるタイミング記憶部４０６を例示する図である。９０１は受電アンテナ１０５の位置情報（角度）であり、９０２は可変Ｃ３０１の容量である。位置情報（角度）９０１および容量９０２は、タイミング決定部４０３が受電アンテナ１０５の移動情報に基づいて記憶部４０２から取得する。９０３ａおよび９０３ｂはタイミング決定部４０３がタイマ４０８に設定するＴＯ値である。９００は位置情報（角度）９０１、容量９０２、ＴＯ値９０３ａおよび９０３ｂのインデックスである。

図４（ａ）は、本実施形態に適用できるタイミング決定部４０３の動作の１つであるタイミング記憶部４０６を作成する際の処理の流れを説明する図である。これより、図３（ａ）のシーケンス図および図３（ｂ）、図４（ａ）のフロー図に基づいて上部ユニット１０１が角度０度から角度２度まで移動する場合について説明する。

移動制御部４０１はＳ７００において上部ユニット１０１を所定の移動量として、角度1度、角度２度に移動することを決定し、それを移動情報として検知部４０９へ通知する。検知部４０９は移動情報を受信すると、それをタイミング決定部４０３へ通知する（Ｓ７０１）。

ここで、図２（ｃ）のような動作を実現する為のタイミング決定部４０３および共振周波数制御部４０７のタイミング決定（Ｓ７０４）について図４（ａ）のフローで説明する。タイミング決定部４０３は移動情報を取得すると（Ｓ７０１、Ｓ１０００）、タイミング記憶部４０６に記憶するインデックス９００の数を決定する。インデックスの数は移動情報で取得した移動する位置の数である。この場合、移動情報は上部ユニット１０１が角度１、角度２と移動するという情報であるのでインデックスの数は「２」となる（Ｓ１００１）。続いて、タイミング決定部４０３は上部ユニット１０１の移動経路である角度１度および角度２度に対応する容量（５０１）を決定する為に記憶部４０２を参照する（Ｓ７０２、Ｓ１００２）。そして、タイミング決定部４０３は移動情報のインデックスに対応する容量である「３１」および「３２」を選択し、決定する（Ｓ７０３、Ｓ１００３）。そして、タイミング決定部４０３はＳ１０００からＳ１００３で取得したインデックス、角度、容量をタイミング記憶部４０６に記憶し、タイミング記憶部４０６を更新する（Ｓ１００４）。このときのタイミング記憶部４０６の状態を図３（ｃ）に示す。ＴＯ値（９０３ａ）はこの時点では未決定の為空欄である。

タイミング決定部４０３（第１の取得手段）はＴＯ値（９０３ａ）を決定するために速度記憶部４０４から速度情報に対応する移動時間（Ｔａ）を取得する（Ｓ１００５）。そして、タイミング決定部４０３は、応答時間記憶部４０５から可変Ｃ３０１の応答時間Ｔｂを取得する（Ｓ１００６）。そして、タイミング決定部４０３はＴＯ値９０３ａを設定する為に最初のインデックスである「１」を記憶する（Ｓ１００７）。

記憶したインデックスは「１」なので（Ｓ１００８でＹＥＳ）、タイミング決定部４０３は設定するＴＯ値を、Ｔａ−Ｔｂとすることを決定する（Ｓ１００９）。図２（ｃ）で既に説明したように、Ｔａ−Ｔｂ＝Ｔｃである。そして、タイミング決定部４０３はインデックス「１」に対応するＴＯ値として「Ｔｃ」を設定する（９０３ｂ）。

タイミング決定部４０３はインデックスをインクリメントし（Ｓ１０１１）、ＴＯ値を全て設定したかを判定する（Ｓ１０１２）。タイミング決定部４０３は、Ｓ１０１０においてタイミング記憶部４０６のインデックス「２」（インデックスが最大のもの）にはＴＯ値を設定していない。よって、タイミング決定部４０３はＴＯ値を全て設定していないと判断する（Ｓ１０１２でＮＯ）。続いてＳ１００８においてインデックスが「１」であるかどうかを判断する。タイミング決定部４０３はＳ１０１１においてインデックスをインクリメントした為、インデックスは「２」である（Ｓ１００８でＮＯ）。その場合、タイミング記憶部４０６はインデックス「２」に対応するＴＯ値としてＴａと決定し（Ｓ１０１３）、ＴＯ値を記憶する（Ｓ１０１０）。ＴＯ値は全て設定されたので（Ｓ１０１２でＹＥＳ）、タイミング決定を終了する。このときのタイミング記憶部４０６は図３（ｃ）である。図３（ｃ）に基づいてタイミング決定部４０３と共振周波数制御部４０７が動作すれば、インデックスが「１」の時にタイミング決定部４０３はタイマ４０８にＴＯ値としてＴｃを設定する。共振周波数制御部４０７はタイマ４０８がタイムアウトすると可変Ｃ３０１の容量として「３１ｐＦ」を設定できる。同様にインデックスが「２」の時にタイミング決定部４０３はタイマ４０８にＴＯ値としてＴａを設定し、共振周波数制御部４０７はタイマ４０８がタイムアウトすると可変Ｃ３０１の容量として「３２ｐＦ」を設定できる。故に、図２（ｃ）で説明した動作か可能となる。

Ｓ７０４でタイミングが決定すると、タイミング決定部４０３と共振周波数制御部４０７は図３（ｂ）のフローに基づいて動作する。タイミング決定部４０３はタイミング記憶部４０６（図３（ｃ））で参照する最初のインデックス（＝１）を共振周波数制御部４０７に通知する（Ｓ７０５、Ｓ８０１）。タイミング決定部４０３は図３（ｃ）を参照しインデックスが「１」であるＴＯ値（＝Ｔｃ）を選択し（Ｓ８０２）、タイマ４０８をスタートする（Ｓ８０３）。それと同時にタイミング決定部４０３は移動制御部４０１に対して移動開始指示を行う（Ｓ７０６、Ｓ８０４）。このときの移動制御部４０１と共振周波数制御部４０７およびタイマ４０８の関係は図２（ｃ）の時刻０に相当する。

タイマ４０８がＴＯ値（＝Ｔｃ）でタイムアウトすると（Ｓ８０５でＹＥＳ）、共振周波数制御部４０７は、タイミング記憶部４０６（図３（ｃ））から、Ｓ７０５で通知されたインデックス（＝１）に対応する容量（３１ｐＦ）を選択する（Ｓ８０６）。そして、共振周波数制御部４０７は可変Ｃ３０１に選択した「３１ｐＦ」を設定する（Ｓ７０９、Ｓ８０７）。このときの移動制御部４０１と共振周波数制御部４０７およびタイマ４０８の関係は図２（ｃ）の時刻ｔ３に相当する。可変Ｃ３０１の値は、時刻ｔ３で３１ｐＦに設定されると、時間Ｔｂ後の時刻ｔ１において安定する。時刻ｔ１で受電アンテナ１０５は角度１度へ移動するため、図１の無線電力伝送システムは高い電力伝送効率を実現できる。そして、送電部は共振周波数制御部４０７で設定された可変Ｃ３０１の送電アンテナ１０３から電力を送電する。

次に、タイミング決定部４０３は共振周波数制御部４０７に通知したインデックスが最大かどうか判定する（Ｓ８０８）。タイミング決定部４０３はＳ７０５およびＳ８０１において共振周波数制御部４０７にインデックスとして「１」（現在のインデックス）を通知した。一方、図３（ｃ）に記憶されているインデックスの最大値は「２」である。よって、タイミング決定部４０３は、インデックスは最大でないと判定し（Ｓ８０８でＮＯ）、インデックス「１」から「２」にインクリメントする（Ｓ８０９）。そして、タイミング決定部４０３はインデックス（＝２）を共振周波数制御部４０７に通知する（Ｓ７１０、Ｓ８１０）。続いて、タイミング決定部４０３は図３（ｃ）を参照しインデックスが「２」であるＴＯ値（＝Ｔａ）を選択し（Ｓ８１１）、タイマ４０８をスタートする（Ｓ８１２）。

タイマ４０８がＴＯ値（＝Ｔａ）でタイムアウトすると（Ｓ８０５でＹＥＳ、Ｓ７１１）、共振周波数制御部４０７は、Ｓ７１０で通知されたインデックス（＝２）に対応する容量（９０２、３２ｐＦ）を選択する（Ｓ７１２）。そして、共振周波数制御部４０７は可変Ｃ３０１に選択した「３２ｐＦ」を設定する（Ｓ７１３）。このときの移動制御部４０１と共振周波数制御部４０７およびタイマ４０８の関係は図２（ｃ）の時刻ｔ４に相当する。可変Ｃ３０１の値は、時刻ｔ４で３２ｐＦに設定されると、時間Ｔｂ後の時刻ｔ２において安定する。このとき（時刻ｔ２）に受電アンテナ１０５は角度２度へ移動するため、図１の無線電力伝送システムは高い電力伝送効率を実現できる。そして、送電部は共振周波数制御部４０７で設定された可変Ｃ３０１の送電アンテナ１０３から電力を送電する。

Ｓ７１３で容量が設定されると、タイミング決定部４０３は共振周波数制御部４０７に通知したインデックスが最大かどうか判定する（Ｓ８０８）。タイミング決定部４０３はＳ７１０およびＳ８１０において共振周波数制御部４０７にインデックスとして「２」を通知した。一方、図３（ｃ）に記憶されているインデックスの最大値は「２」である。よって、タイミング決定部４０３は、インデックスは最大である判定し（Ｓ８０８でＹＥＳ）、図３（ｂ）に基づいた処理を終了する。

検知部４０９が上部ユニット１０１（受電アンテナ１０５）の移動情報を検知し（Ｓ７００）、検知結果と図２（ｂ）の記憶部４０２に格納されている情報に基づいて共振周波数制御部４０７が送電アンテナ１０３の共振周波数制御を行う。これにより、受電アンテナ１０５が移動した場合でも効率の低下を防止することが可能になる。

また、図１（ａ）に示すように受電アンテナ１０５が移動するシステムを例に説明を行ったが、本発明の趣旨はこの例に限定されるものではない。例えば、受電アンテナ１０５および送電アンテナ１０３のうち少なくともいずれか一方が移動するシステムでもよい。また、図１（ｃ）に示すように可変Ｃ３０１と共振周波数制御部４０７は送電アンテナ１０３にある構成としたが、これは受電アンテナ１０５にあってもよい。

また、共振周波数制御部４０７が送電部１０２にあり可変Ｃ３０１が受電部１０４にある構成や、その逆で共振周波数制御部４０７が受電部１０４にあり可変Ｃ３０１が送電部１０２にある構成でもよい。例えば、共振周波数制御部４０７が送電部１０２にあり可変Ｃ３０１が受電部１０４にある場合は、図４（ｂ）のように送電部１０２に通信部１１００（送電通信部）を設ける。通信部１１００（送電通信部）が送電アンテナ１０３を介して受電部１０４に容量設定を指示し、受電部１０４がＳ７０９およびＳ７１３の容量設定を可変Ｃ３０１に行う構成にしてもよい。

また、本実施形態は図１（ａ）、（ｂ）に示すように受電アンテナ１０５が円移動する場合を例に説明をしたが、これは直線移動でもよい。図５（ａ）に受電アンテナ１０５が直線運動をする場合のシステム構成図を示す。送電アンテナ１０３は基板１２０１上に固定されている。受電アンテナ１０５は矢印１２０３上の位置「０」から位置「４」の間を1ステップ毎に移動する。そして送電アンテナ１０３は位置０の真下（図中点線、１２００ａ）に設置されている。図５（ｃ）、（ｄ）は記憶部４０２の例である。図５（ｃ）には図５（ａ）のシステム構成例における記憶部４０２を例示する。記憶部４０２には、各位置（１３００ａ）における容量（１３０１ａ）を記憶している。図５（ｂ）では、送電アンテナ１０３の位置を受電アンテナ１０５の移動範囲の途中（図中点線、１２００ｂ）に設置した。そうすることで、移動範囲上の点で、受電アンテナ１０５の設置位置（１２００ｂ）からみて対称な点に関しては、容量（１３０１ａ）の差も同一であると考え、記憶部４０２の記憶量を削減できる。図５（ｂ）では受電アンテナ１０５の移動範囲である矢印１２０３の位置０から位置４の途中である位置２の真下（図中点線、１２００ｂ）に設置している。このように設置することで、送電アンテナ１０３からみて矢印１２０３上の位置１と位置３は対称な位置にある。よって、送電アンテナ１０３の設置位置である位置２から見て対象な位置にある位置１と位置３の容量は、図５（ｄ）のように共通化できる。同様に位置０と位置４の容量も共通化できるので、図５（ｃ）に比べて図５（ｄ）の記憶部４０２の記憶量を削減できる。

また、図１（ｂ）や図５（ｃ）、（ｄ）では移動ステップ（図１では角度1度）毎に記憶部４０２に容量を記憶したが、これは移動範囲を複数のエリアに分割してエリア毎に記憶部４０２に容量を記憶してもよい。例えば、図５（ｅ）に記憶部４０２の例を示す。角度１４００が０度から２度はエリア１４０１が「１」、角度が２度から３度はエリア１４０１が「２」のようにエリア分けし、エリア毎に容量１４０２を記憶する。このようにした場合は、図３（ｃ）の角度９０１をエリア１４０１で置き換えることで、図３（ｂ）のフローに従って共振周波数の制御が可能である。

本実施形態では図４（ａ）のフロー図に従ってタイミング記憶部４０６を作成し、その中でタイミング決定部４０３は受電アンテナ１０５の速度を取得た（１００５）が、これは移動に関する特徴量であればよく、加速度を取得する構成であってもよい。

また、本実施形態では一組の送電部１０２と受電部１０４があるシステム（図１（ａ）、図５（ａ）、（ｂ））について説明したが、複数の送電部と受電部の組があるシステムにも適用できる。システムの例としては駆動部（モータ）を複数持つ多関節型のロボットなどがあり、図５（ｆ）にシステム構成図を示す。第１ユニット１５００には第１送電部１５０３が設置され、第１ユニット内のモータ（図示せず）で第２ユニット１５０１を移動させる。第２ユニット１５０１には第１受電部１５０４と第２送電部１５０５、および第３ユニット１５０２を移動させるモータが設置される。第３ユニット１５０２には第２受電部１５０６が設置される。第１送電部１５０３は第１受電部１５０４に対して電力を伝送し、第２送電部１５０５は第２受電部１５０６に電力を伝送するシステムである。このようなシステムの場合、第１送電部１５０３と第１受電部１５０４の組、第２送電部１５０５と第２受電部１５０６の組に対してそれぞれ個別のタイミング記憶部４０６（図３（ｃ））を作成する。そして第１送電部１５０３および第２送電部１５０５に構成された共振周波数制御部４０７は、それぞれのタイミング記憶部４０６の情報にもとづいて可変Ｃ３０１の容量を制御する。そのような構成にすることで、複数の移動ユニットがあるシステムにも本発明を適用可能である。

本実施形態によれば、送電アンテナと受電アンテナの相対位置が変化したとしても一時的な効率の低下がない無線電力伝送技術の提供が可能になる。

（第２実施形態）
無線電力伝送では、上部ユニット１０１と下部ユニット１００の組み付け精度や送電アンテナ１０３と受電アンテナ１０５の製造精度によって、設計値よりも効率が低下することがある。第２実施形態では、それらの精度に起因する効率低下を防止する為の記憶部４０２の調整を説明する。図６（ａ）は本実施形態に適用できる送電部１０２の構成図である。調整部１６００は、後述の比較部１６０５の比較結果に応じて記憶部４０２（図２（ｂ））の容量５０１を調整する。調整電力記憶部１６０１は調整時に送電アンテナ１０３から送電する電力を記憶する。本実施形態では調整時に１Ｗの電力を送電する。通信部１６０２（第２の取得手段）は受電アンテナが受電した電力値の情報を受電部１０４から受信する。受電電力仕様記憶部１６０３（基準電力記憶部）は調整部１６００が容量の調整が必要か否かの判定基準となる受電電力値を記憶する。図６（ｄ）に受電電力仕様記憶部１６０３（基準電力記憶部）を示すが、本実施形態では受電電力の最小値を０．８Ｗと記憶している（２０００）。容量記憶部１６０４は可変Ｃ３０１の最小値と最大値を記憶する。図６（ｅ）に容量記憶部１６０４を示すが、容量記憶部１６０４は可変Ｃ３０１が最小２５ｐＦから最大３５ｐＦの調整範囲の間で調整可能であることを表している。容量記憶部１６０４には受電アンテナや送電アンテナ１０３の製造精度に基づいて共振周波数を調整する為に可変Ｃ３０１に設定できる容量が記憶される。比較部１６０５は、通信部１６０２が受信した電力値（受電アンテナ１０５が受電した電力値）と受電電力仕様記憶部１６０３（基準電力記憶部）の値との比較や、調整時に変更した可変Ｃ３０１の容量と容量記憶部１６０４の値との比較を行う。差分記憶部１６０６を図６（ｆ）に示す。差分記憶部１６０６は受電アンテナの移動位置のそれぞれにおける調整前と調整後の容量の差分を記憶している。図６（ｆ）によれば、位置が０における調整の結果、調整後の容量は調整前を基準にして＋１ｐＦであることを示している。初期値決定部１６０７は、調整を行う時に可変Ｃ３０１に設定する初期値を位置（受電部を目標とする移動位置）ごとに決定する。図６（ｂ）は本実施形態に適用できる受電部１０４の構成である。電力計測部１７００は調整時に送電アンテナ１０３から送電され、受電アンテナ１０５で受電した電力値を計測する。通信部１７０１（受電通信部）は電力計測部１７００によって計測された電力値を送電部１０２に送信する。図６（ｃ）は本実施形態の調整処理を行った後の記憶部４０２である。

図８は本実施形態に適用できる調整部１６００のフロー図である。本実施形態では調整前の記憶部４０２は設計値として図５（ｃ）を記憶しており、調整後に記憶部４０２を図６（ｃ）のように更新する例について説明する。

まず、調整部１６００は図５（ｃ）の記憶部４０２を参照し受電アンテナ１０５の位置を決定する。受電アンテナ１０５の位置は、送電アンテナ１０３と受電アンテナ１０５の相対位置を示している。この場合、図５（ｃ）の最初の位置である０と決定する（Ｓ１９００）。そして、移動制御部４０１が受電アンテナ１２０２を０の位置に移動する（Ｓ１９０１）。続いて調整部１６００は差分記憶部１６０６を参照し、直前に調整した位置における差分が記憶されているかを判定する。これから調整を行う位置０は、最初の調整位置であり直前調整した位置は存在しない（Ｓ１９０２でＮＯ）。よって、初期値決定部１６０７は設計値が記憶されている図５（ｃ）を参照し、位置が０に対応する容量３０ｐＦを可変Ｃ３０１に設定する（Ｓ１９０３）。そして送電部は調整電力記憶部１６０１に記憶した１Ｗの電力を送電アンテナ１０３から送電する（Ｓ１９０４）。

受電部１０４はＳ１９０４で送電された電力を受電し、電力計測部１７００で受電した電力値を計測した後に通信部１７０１（受電通信部）を介して受電電力値を送電部１０２へ通知する。送電部１０２が通知を受信すると（Ｓ１９０５でＹＥＳ）、比較部１６０５は通知と受電電力仕様記憶部１６０３（基準電力記憶部）の値を比較する。ここで、Ｓ１９０５において受信した通知は、０．６Ｗであったとする。比較部１６０５は受電電力が０．６Ｗであり、これは受電電力仕様（図６（ｄ））である最小０．８Ｗの仕様外であると判定する（Ｓ１９０６でＮＯ）。尚、本発明の趣旨は、この例に限定されるものではなく、例えば、受電電力仕様記憶部１６０３（基準電力記憶部）には、受電電力の最大値を記憶することも可能である（２０００）。比較部１６０５は受電電力が最大値を上回る場合、仕様外であると判定する（Ｓ１９０６でＮＯ）。

すると調整部１６００は、比較部１６０５の比較結果に応じて、可変Ｃ３０１の容量を変更し（Ｓ１９０７）、再び調整電力を送電し受電電力値を受信する。容量変更のアルゴリズムについて詳細は述べないが、例えば、可変Ｃ３０１（容量素子パラメータ）に調整容量（調整容量パラメータ）を加算して可変Ｃ３０１（容量素子パラメータ）を調整する。または可変Ｃ３０１（容量素子パラメータ）から調整容量（調整容量パラメータ）を減算して、可変Ｃ３０１（容量素子パラメータ）を調整する。例えば、変更可能な調整容量（調整容量パラメータ）として、最小ステップ（例えば１ｐＦ）毎に増減させるといった方法がある。ここでは容量をＳ１９０３で設定した３０ｐＦから３１ｐＦに変更したとする（Ｓ１９０７）。

続いて比較部１６０５はＳ１９０７で変更された容量が容量記憶部１６０４に記憶した容量の範囲内かを判定する。図６（ｅ）によれば可変Ｃ３０１の容量は最小２５ｐＦで最大３５ｐＦまで設定可能であり、Ｓ１９０７で設定した３１ｐＦは範囲内である（Ｓ１９０８でＹＥＳ）。よって送電部１０２はＳ１９０４において再び調整電力を送信する。送電部１０２がＳ１９０５で受電電力値を受信した後、比較部１６０５は受電電力値が使用可能な範囲内かどうかを判定する。ここで送電部１０２は受電電力値として１Ｗという通知を受信したとする。受電電力仕様は最小０．８Ｗであり、通知は仕様を満たしている（Ｓ１９０６でＹＥＳ）ので、調整部１６００は記憶部４０２の位置０に対応する容量を３１ｐＦに更新する（１９１１、図６（ｃ）の１８００）。続いて、調整部１６００は調整前の容量と調整後の容量の差分を差分記憶部１６０６に記憶する。図５（ｃ）によれば、位置０における容量は３０ｐＦである。一方、現在の容量は３１ｐＦなので、調整部１６００は差分の＋１ｐＦを差分記憶部１６０６（図６（ｆ））の位置０に対応する差分２２００に記憶し、差分記憶部１６０６を更新する（Ｓ１９１２）。このときの差分記憶部１６０６の状態は図６（ｆ）のようになっている。

そして、調整部１６００は図５（ａ）の矢印１２０３上の位置全てにおいて容量を調整済みかどうか判定する。差分記憶部１６０６（図６（ｆ））を参照すると、差分２２００は位置０に対応するところのみが更新されているので全ての位置において調整済みではない（Ｓ１９１３でＮＯ）と判定する。よって、調整部１６００は受電アンテナの位置を０から１に変更し（Ｓ１９１５）、位置１における容量の調整を行う。

調整部１６００はＳ１９０２において、現在位置１の直前の位置０における差分（２２００）があるか判定する。図６（ｆ）によれば位置０に対応する差分は記憶されている（Ｓ１９０２でＹＥＳ）。その場合、調整部１６００は位置１において調整を開始する時の容量の初期値を以下のように決定する。まず、位置１の直前の位置（位置０）における差分について差分記憶部１６０６を参照し、差分が＋１ｐＦであるという情報を取得する。続いて図５（ｃ）を参照し、位置１における容量の設計値は３１ｐＦであるという情報を取得する。そして、初期値決定部１６０７は直前の位置の差分（＋１ｐＦ）と位置１における設計値（３１ｐＦ）を加算した３２ｐＦを位置１における調整の初期値として可変Ｃ３０１に設定する（Ｓ１９１４）。送電アンテナ１２００ａと受電アンテナ１２０２の製造精度に起因する各位置における容量（１８００）のばらつきは、共通の特性をもつと予想される。よって、初期値決定部１６０７が直前の位置の差分２２００と図５（ｃ）の設計値に基づいて現在の位置における容量の初期値を決定することで、調整時間を短縮できる。例えば、図６（ｆ）のように位置０において差分が＋１ｐＦであった場合は、位置１においても差分が＋１ｐＦであると予想できる。この場合、位置１において図７のフローに基づいて調整処理を行う時に、Ｓ１９０３で設計値（３１ｐＦ）を容量の初期値として設定した場合は、Ｓ１９０４〜Ｓ１９０８の処理を行い、再びＳ１９０４〜Ｓ１９０６の処理が必要になる。しかし、差分と設計値に基づいて初期値を３２ｐＦとすれば、Ｓ１９０４〜Ｓ１９０８の処理を繰り返すことがない。

Ｓ１９１４において初期値決定部１６０７が差分と設計値に基づいて容量の初期値を３２ｐＦと設定し、調整電力を送電する（Ｓ１９０４）。送電部１０２がＳ１９０５で受信した受電電力値が１Ｗであれば電力値は仕様内（Ｓ１９０６でＹＥＳ）である。よって、調整部１６００はＳ１９１１において記憶部４０２（図６（ｃ））の位置２に対応する容量１８００として３２ｐＦを記憶する（Ｓ１９１１）。以上の動作を位置３、位置４でも行うことにより、記憶部４０２は図６（ｃ）のように更新される。

調整部１６００はＳ１９０５において受電部１０４から受電電力値を受信できなければ（Ｓ１９０５でＮＯ）、故障等の理由で受電部１０４が動作していないと判定し、調整電力の送信を停止する（Ｓ１９０９）する。そして、ＵＩ部（不図示）にエラー通知を表示するなどして調整処理を終了する。また、Ｓ１９０７で変更した容量が、容量記憶部１６０４（図６（ｅ））に記憶した範囲外の場合は、何らかの理由で容量の許容値を超えたと判定し、調整電力の送信を停止し（Ｓ１９０９）、ＵＩ部（不図示）にエラー通知を表示して調整処理を終了する。

本実施形態では、送電アンテナ１２００ａおよび受電アンテナ１２０２の組み付け精度や製造精度に起因する効率低下を防止する為に、図５（ｃ）の設計値に基づいて記憶部４０２を調整した。また、各位置における調整時に可変Ｃ３０１に設定する初期値を、既に調整済みの位置における設計値と調整後の容量の差分情報に基づいて決定することで調整時間を短縮できるようにした。

調整時間を短縮する別の方法も考えられる。位置０および位置４について調整を行い、それ以外の位置における調整時に可変Ｃ３０１に設定する初期値は、複数の位置における差分情報から他の位置の差分情報を補間して決定してもよい。例えば、位置０および位置４における差分情報に基づいて補間する場合は以下のようになる。位置０における差分が＋１pFで、位置４における差分が５ｐＦであった場合は、位置１における初期値を設計値＋２pF、位置２における初期値を設計値（図５（ｂ）の値）＋３pF、位置３における初期値を設計値＋４pF、と補間して決定できる。

また、本実施形態は図６（ｃ）のフロー図に基づいて記憶部４０２の調整を行う為、事前に図５（ｃ）の設計値を保持することが前提であった。しかしながら、図７のフローは、図５（ｃ）の設計値を保持していない状態から、記憶部４０２を作成する際にも適用することができる。

図８にそのときのフロー図を示す、図７のＳ１９０３がＳ２３００に変わり、図７のＳ１９１４がＳ２３０１に変わった以外は図７と同一である。図７では、図５（ｃ）の設計値を保持していた為、Ｓ１９０３では位置０に対応する設計値を設定していたが、図８では設計値がない為、例えばＳ２３００において容量記憶部１６０４を参照し最小の容量である２５ｐＦを設定する。位置１において受電電力値が仕様内であれば（Ｓ１９０６でＹＥＳ）、調整部１６００は容量を記憶し（Ｓ１９１１）、差分記憶部１６０６を更新する（Ｓ１９１２）。このときの差分記憶部１６０６を図９に示す。２４００は各位置に対応した可変Ｃ３０１の容量である。２０４１ａ、２４０１ｂ、２４０１ｃは差分であり、最初に容量を記憶した位置０を基準とした容量の差分である。

調整部１６００はまず位置０において調整を行い、位置０対応する容量として３０ｐＦを記憶する（Ｓ１９１１）。位置０は最初に容量を記憶した位置であり、この位置が基準となる為に差分２４０１ａは記憶されない。この時点の差分記憶部１６０６は図９（ａ）である。

次に位置１に受電アンテナを移動させ調整を行う。調整部１６００はＳ１９０２で図９（ａ）の差分記憶部１６０６を参照するが、差分情報はない（Ｓ１９０２でＮＯ）。よって調整部１６００は位置０の場合と同様に、容量記憶部１６０４を参照し最小の容量である２５ｐＦを可変Ｃ３０１に設定する。図９（ｂ）に、位置１での調整が終了した時点の差分記憶部１６０６を示す。位置１に対応する差分２４０１ｂは、位置０の容量２４００である３０ｐＦを基準とした位置１の容量３１ｐＦの差であるので、位置１の差分２４０１ｂは＋１ｐＦとなる。

次に位置２に受電アンテナを移動させて調整を行う。調整部１６００はＳ１９０２で差分記憶部１６０６（図９（ｂ））を参照すると差分情報がある（Ｓ１９０２でＹＥＳ）。調整部１６００は直前の位置１が基準である位置０に対して＋１ｐＦの差分であれば、位置２は基準に対して＋２ｐＦであると予想する。そして調整部１６００は、位置０の３０ｐＦに＋２ｐＦを加算した３２ｐＦを位置２における容量として設定し（Ｓ２３０１）、調整電力を送信する。このように、調整部１６００は可変差分情報がある場合には、差分情報と他の位置に対応する容量に基づいて調整時の可変Ｃ３０１に設定する初期値を設定した。そうすることで、各位置において毎回Ｓ２３００における処理のように容量に最小値を設定する必要が無く、効率的に各位置に対応する容量２４００を決定することができる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (19)

1. 送電アンテナと、
   前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、
   前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが前記所定の位置に到達する前に、当該所定の位置に基づいて前記送電アンテナを制御する制御手段と、
   前記受電アンテナで受電した電力値の情報を取得する電力値取得手段と、
   を有することを特徴とする送電装置。
2. 前記制御手段は、前記送電アンテナの共振周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
3. 送電アンテナと、
   前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、
   前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する時間に基づくタイミングで、前記送電アンテナの共振周波数を前記所定の位置に基づいて制御する制御手段と、
   前記受電アンテナで受電した電力値の情報を取得する電力値取得手段と、
   を有することを特徴とする送電装置。
4. 送電アンテナを有し、前記送電アンテナから受電アンテナへ電力伝送を行う送電装置であって、
   前記受電アンテナの位置に関連付けられ、前記送電アンテナの共振周波数を制御するためのパラメータを記憶する記憶手段と、
   前記受電アンテナの位置を判定する判定手段と、
   前記判定手段により判定された前記受電アンテナの位置と、前記記憶手段により記憶された前記パラメータに基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御する制御手段と、
   前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する第１の時間情報を取得する時間情報取得手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記第１の時間情報に基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御するタイミングを決定することを特徴とする送電装置。
5. 前記送電アンテナはコンデンサを含み、
   前記制御手段は、前記コンデンサの静電容量を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の送電装置。
6. 前記送電アンテナの共振周波数の制御を開始してから前記送電アンテナの共振周波数が安定するまでの第２の時間情報を取得する手段を更に有し、
   前記制御手段は、前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する時間と前記第２の時間情報とに基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御するタイミングを決定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の送電装置。
7. 前記受電アンテナで受電した電力値の情報を取得する電力値取得手段を更に有することを特徴とする請求項４に記載の送電装置。
8. 前記制御手段は、前記電力値取得手段により取得した前記電力値の情報に基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御するためのパラメータを調整する調整手段を更に有することを特徴とする請求項１、２、３、７のいずれか１項に記載の送電装置。
9. 前記調整手段により前記パラメータを所定の範囲内で調整できなかった場合、前記送電アンテナから前記受電アンテナへの電力伝送を停止する停止手段を更に有することを特徴とする請求項８に記載の送電装置。
10. 前記受電アンテナの位置は、前記送電アンテナと前記受電アンテナの相対位置であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の送電装置。
11. 前記受電アンテナの移動後の位置に関する情報を取得する手段を更に有し、
    前記制御手段は、取得された前記受電アンテナの移動後の位置に関する情報に基づいて前記制御を行うことを特徴とする請求項１乃至９の何れか1項に記載の送電装置。
12. 送電アンテナと、
    前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、
    前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが前記所定の位置に到達する前に、当該所定の位置に基づいて前記送電アンテナを制御する制御手段と、
    前記送電アンテナの共振周波数の制御を開始してから前記送電アンテナの共振周波数が安定するまでの第２の時間情報を取得する手段を更に有し、
    前記制御手段は、前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する時間と前記第２の時間情報とに基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御するタイミングを決定することを特徴とする送電装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の送電装置と、
    前記送電装置から伝送された電力を受電する受電アンテナを有する受電装置と、
    を有することを特徴とする電力伝送システム。
14. 前記受電装置は、前記受電アンテナで受電した電力値を計測する計測手段と、
    前記計測手段により計測した前記電力値を前記送電装置に通知する通知手段と、
    を更に有することを特徴とする請求項１３に記載の電力伝送システム。
15. 送電アンテナと、前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、を有する送電装置の制御方法であって、
    前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが前記所定の位置に到達する前に、当該所定の位置に基づいて前記送電アンテナを制御する制御工程と、
    前記受電アンテナで受電した電力値の情報を取得する電力値取得工程と、
    を有することを特徴とする送電装置の制御方法。
16. 送電アンテナと、前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、を有する送電装置の制御方法であって、
    前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する時間に基づくタイミングで、前記送電アンテナの共振周波数を前記所定の位置に基づいて制御する制御工程と、
    前記受電アンテナで受電した電力値の情報を取得する電力値取得工程と、
    を有することを特徴とする送電装置の制御方法。
17. 送電アンテナと、前記送電アンテナを用いて受電アンテナへ電力伝送を行う電力伝送手段と、を有する送電装置の制御方法であって、
    前記受電アンテナが所定の位置に移動する場合、前記受電アンテナが前記所定の位置に到達する前に、当該所定の位置に基づいて前記送電アンテナを制御する制御工程と、
    前記送電アンテナの共振周波数の制御を開始してから前記送電アンテナの共振周波数が安定するまでの第２の時間情報を取得する工程と、を有し、
    前記制御工程は、前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する時間と前記第２の時間情報とに基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御するタイミングを決定することを特徴とする送電装置の制御方法。
18. 送電アンテナから受電アンテナへ電力伝送を行う送電装置の制御方法であって、
    前記受電アンテナの位置を判定する判定工程と、
    前記受電アンテナの位置に関連付けられ、前記送電アンテナの共振周波数を制御するためのパラメータと、前記判定工程で判定された前記受電アンテナの位置とに基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御する制御工程と、
    前記受電アンテナが所定の位置まで移動するのに要する第１の時間情報を取得する取得工程と、
    前記第１の時間情報に基づいて、前記送電アンテナの共振周波数を制御するタイミングを決定する工程と、
    を有することを特徴とする送電装置の制御方法。
19. コンピュータを、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の送電装置の各手段として機能させるためのプログラム。

Images