JP5830495B2 - 無線電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、１つの送電機器から複数の受電機器に対して無線で選択的に電力伝送を行う
無線電力伝送システムに関するものである。

近年、電源コード等を用いず無線で電力を機器に供給する無線電力伝送システムの開発が進められている。一例として、車両に搭載されたバッテリを外部電源を用いて充電する技術として、外部電源に接続された送電機器から車両側の受電機器に無線で電力伝送するものが知られている。外部電源を用いてバッテリを充電する無線電力伝送システムでは、１つの送電機器から１つの受電機器に送電が行われるため、その制御が比較的容易である。

一方、１つの送電機器から複数の受電機器に対して、選択的に送電する無線電力伝送システムの開発も進められている。例えば、特許文献１では、送電機器が共鳴周波数を離散的または連続的に変化できるように構成され、複数の受電機器がそれぞれ固有の共鳴周波数を有する構成としている。そして、送電機器の共鳴周波数を変えることで、共鳴周波数が一致する受電機器に対して選択的に送電することが可能となっている。

また特許文献２では、受電機器毎に、励振素子から整流回路への交流電力の供給／非供給を切り替える切替回路と、受電回路毎の受電の優先度を受け付ける受付手段とを設け、近距離無線通信手段を用いて各受電機器の優先度を判定することにより、各受電機器が同時に受電しないように切替回路を制御する技術が開示されている。

特開２０１０−６３２４５号公報 特開２０１１−１９２９１号公報

しかしながら、送電機器から複数の受電機器に選択的に給電する無線電力伝送システムでは、受電機器が送電機器から受電しない期間が生じる。そのため、受電機器が外部から入力した信号等を保持している制御装置を内蔵していると、受電機器が送電機器から受電しなくなったとたんに、制御装置に保持されていた信号が消去されてしまう、といった問題が生じる。

例えば、複数の電気機器を搭載した自動車では、各電気機器を動作させるためのスイッチ信号や各種センサからの信号等がそれぞれの制御装置に入力されるが、信号入力後に送電機器からの給電が遮断されると、制御装置は入力信号を保持できず消去されてしまう。その結果、電気機器を正常に動作させることができなくなる、といった問題が生じる。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、送電機器から受電機器に選択的に給電するとともに、受電機器が送電機器から給電されないときの信号保持を可能とする無線電力伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の無線電力伝送システムの第１の態様は、共鳴周波数が可変の送電機器と、それぞれ異なる固有の共鳴周波数を有してそれぞれに接続された負荷に電力供給する２以上の受電機器と、を備える無線電力伝送システムであって、前記送電機器は、共鳴周波数が可変な一次側共鳴部を具備して送電する送電部と、前記一次側共鳴部の共鳴周波数を制御する送電側制御部と、を備え、前記受電機器は、前記一次側共鳴部の共鳴周波数が前記固有の共鳴周波数に略等しいときに共鳴する二次側共鳴部を具備して前記送電部から受電する受電部と、前記受電部から受電するとともに接続先の前記負荷を制御する受電側制御部と、前記受電部から受電して蓄電する蓄電部と、を備え、前記２以上の受電機器は、前記送電機器から離散的に順次受電し、前記２以上の受電機器のそれぞれの前記蓄電部は、それぞれの前記受電部が前記送電部からの受電を終了するとそれぞれの前記受電側制御部に電力を供給し、前記受電機器の前記受電部は、当該受電機器の前記蓄電部の電圧が所定の電圧閾値まで低下すると、当該受電部の共鳴周波数が優先度の高い別の前記受電機器の共鳴周波数に自発的に切り替えられることを特徴とする。

本発明の無線電力伝送システムの他の態様は、前記一次側共鳴部及び前記二次側共鳴部がコイルで構成されて前記送電部から前記受電部に磁界共鳴方式で送電され、前記受電部は、前記二次側共鳴部と直列または並列に接続された２以上のコンデンサを備えており、前記２以上のコンデンサのうち１以上のコンデンサの接続を自発的に切り替えることで前記共鳴周波数を前記優先度の高い別の受電機器の共鳴周波数に切り替えることを特徴とする。

本発明の無線電力伝送システムの他の態様は、前記１以上のコンデンサは、前記蓄電部の電圧が前記所定の電圧閾値まで低下したときに接続が切り替えられることを特徴とする。

本発明の無線電力伝送システムの他の態様は、前記一次側共鳴部及び前記二次側共鳴部がコンデンサで構成されて前記送電部から前記受電部に電界共鳴方式で送電され、前記受電部は、前記二次側共鳴部と直列または並列に接続された２以上のコイルを備えており、前記２以上のコイルのうち１以上のコイルの接続を自発的に切り替えることで前記共鳴周波数を前記優先度の高い別の受電機器の共鳴周波数に切り替えることを特徴とする。

本発明の無線電力伝送システムの他の態様は、前記１以上のコイルは、前記蓄電部の電圧が前記所定の電圧閾値まで低下したときに接続が切り替えられることを特徴とする。

本発明の無線電力伝送システムの他の態様は、前記受電機器は、それぞれの前記受電部が前記送電部から受電するときに無線通信が可能となる無線通信送受信回路を備え、前記受電側制御部は、前記受電部が前記送電部から受電した電力を監視する電力監視手段を備え、前記電力監視手段は、前記受電した電力が前記固有の共鳴周波数で前記送電部から受電したときの電力より低い所定の電力閾値以下であると判定すると、当該の受電機器の前記無線通信送受信回路の動作を停止させることを特徴とする。

本発明によれば、送電機器から受電機器に選択的に給電するとともに、受電機器が送電機器から給電されないときの信号保持を可能とする無線電力伝送システムを提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態の無線電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 第１実施形態の無線電力伝送システムにおいて、送電機器から複数の受電機器に無線電力伝送方式で選択的に電力供給する一例を示す構成図である。 第１実施形態の無線電力伝送システムの蓄電部から受電側制御部に電力供給されているときの蓄電部の電圧変化の一例を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の無線電力伝送システムにおいて、送電機器から複数の受電機器に無線電力伝送方式で選択的に電力供給する一例を示す構成図である。 本発明の第２実施形態の無線電力伝送システムの構成、及び受電機器の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の無線電力伝送システムの受電機器の別の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態の無線電力伝送システムの受電機器の構成を示すブロック図である。

本発明の好ましい実施の形態における無線電力伝送システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。

電源に接続された１つの送電機器から複数の受電機器に選択的に給電するシステムの一例として、複数の受電機器を搭載し、それぞれが必要に応じてバッテリから受電して動作するように構成された自動車がある。従来の自動車では、バッテリから各受電機器に電力供給するための電源ケーブルや、各種制御に用いる信号を伝送ための信号線等からなるワイヤハーネスが大量に搭載されていた。これに対し、自動車の軽量化の要求から、ワイヤハーネスの削減が強く望まれていた。

本発明の無線電力伝送システムは、送電機器から複数の受電機器に選択的に無線電力伝送することが可能となっており、自動車のバッテリから複数の受電機器への給電に適用することにより、自動車の電源ケーブルを大幅に削減することができる。また、無線ＬＡＮを自動車に搭載することで、各種制御に用いる信号等を無線通信で送受信することが可能となり、信号線を大幅に削減することができる。以下では、本発明の無線電力伝送システムを自動車の電力伝送に適用した場合を例に、本発明の無線電力伝送システムの実施形態を説明する。ここで、自動車には無線ＬＡＮが搭載されているものとする。

（第１実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る無線電力伝送システムを、図１、２を用いて説明する。図１は、本実施形態の無線電力伝送システム１００の構成を示すブロック図である。また図２は、本実施形態の無線電力伝送システム１００において、送電機器１１０から複数の受電機器１２０に無線電力伝送方式で選択的に電力供給する一例を示す構成図である。ここでは、一例として受電機器１２０が４つ（１２０−１〜４とする。）配置されているものとしているが、受電機器１２０の個数はこれに限定されず１以上あればよい。

送電機器１１０と受電機器１２０−１〜４との間は、無線ＬＡＮで通信されるものとする。図２では、送電機器１１０から各受電機器１２０への給電を実線の矢印で示し、無線通信を破線で示している。送電機器１１０と各受電機器１２０との間の無線通信では、送受電制御を行うための制御信号等が送受信される。

図２に示す一例では、送電機器１１０と受電機器１２０−１〜４との間の通信が適切に行われるようにするために、送電機器１１０と受電機器１２０−１〜４のそれぞれとの間の通信が、通常は所定の時間間隔で順番に行われ、これが順次繰り返されるものとしている。すなわち、送電機器１１０は、図２に示す番号（１）〜（４）の順に受電機器１２０−１〜４との間で通信を行い、受電機器１２０−４との通信を終了すると再び受信機器１２０−１との通信に戻る（番号（５））。以下同様にして、受電機器１２０−１〜４の順に通信を繰り返す。

上記のように、送電機器１１０と受電機器１２０−１〜４との通信が順次行われるようにするには、通信対象となった受電機器１２０が無線通信を行うのに必要な電力を確保する必要がある。そこで、送電機器１１０は、通信対象となる受電機器１２０に対して電力を無線伝送すると同時に無線通信を開始するものとする。また、通信対象の受電機器１２０に接続された負荷に対しても、必要な電力を供給するものとする。

ここで、送電機器１１０から複数の受電機器１２０に選択的に無線電力伝送するように構成した場合には、各受電機器１２０が送電機器１１０から給電されない期間が生じ、これにより以下のような課題が発生する。受電機器１２０−１〜４には、それぞれ負荷が接続されており、各負荷を制御するための制御部（受電側制御部）が備えられている。制御部は、外部から入力した負荷を動作させるためのスイッチ信号や各種センサからの信号等を保持しているが、送電機器１１０から給電されなくなると、これらの信号を保持することができなくなる。そこで、本実施形態の無線電力伝送システム１００では、受電機器１２０−１〜４が送電機器１１０から給電されない期間も制御部に電力供給できるように構成されている。

図１に示す本実施形態の無線電力伝送システム１００において、送電機器１１０は、無線電力伝送を行う送電部１１１と、送電部１１１を制御する送電側制御部１１２と、無線通信に用いる無線通信送受信回路１１３とを備えている。また、受電機器１２０はそれぞれ、送電部１１１との間で無線電力伝送を行う受電部１２１と、受電機器１２０に接続された負荷１０を制御する受電側制御部１２２と、無線通信に用いる無線通信送受信回路１２３とを備えている。

受電側制御部１２２は、負荷１０を制御するとともに、受電部１２１で受電した電力を負荷１０に供給している。また、受電側制御部１２２には、スイッチ信号やセンサ信号等を外部から入力するための信号入力部１１を接続することができる。信号入力部１１から入力された信号は、受電側制御部１２２に保存されて負荷１０の制御に用いることができる。

送電部１１１は、共鳴周波数が可変の一次側共鳴部（図示せず）を備える一方、受電部１２１は、それぞれの受電機器１２０で異なる固有の共鳴周波数を持つ二次側共鳴部（図示せず）を備えている。送電部１１１は、送電側制御部１１２からの制御により、一次側共鳴部の共鳴周波数を各受電部１２１の二次側共鳴部の共鳴周波数に順次合わせていくことで、一次側共鳴部と二次側共鳴部との間の共鳴により各受電部１２１に送電することができる。これにより、各受電機器１２０は、一次側共鳴部の共鳴周波数が当該の二次側共鳴部の固有の共鳴周波数と一致する間だけ、送電機器１１０から離散的に受電することができる。

一次側共鳴部と二次側共鳴部との間の共鳴方式として、磁界共鳴方式と電界共鳴方式のいずれを用いてもよい。磁界共鳴方式を用いるときは、一次側共鳴部及び二次側共鳴部はそれぞれコイルで構成される。また電界共鳴方式を用いるときは、一次側共鳴部及び二次側共鳴部はそれぞれコンデンサで構成される。以下では、一例として磁界共鳴方式を用いる場合について説明する。

受電機器１２０は、上記構成に加えて、さらに蓄電部１２４を備えている。蓄電部１２４は、受電部１２１が送電部１１１から受電したときに、受電部１２１から受電して蓄電することができる。受電部１２１が送電部１１１から受電している間は、受電側制御部１２２及び無線通信送受信回路１２３も受電部１２１から受電して所定の動作を行う。

送電側制御部１１２からの制御により、一次側共鳴部の共振周波数が別の受電機器１２０の共鳴周波数に切り替えられると、それまで受電していた受電機器１２０の受電部１２１は送電部１１１から受電できなくなり、当該受電機器１２０の受電側制御部１２２及び無線通信送受信回路１２３は、その動作を停止する。しかしながら、受電側制御部１２２に保存されている信号を保持することが必要となることから、当該受電機器１２０の受電部１２１が送電部１１１から受電しなくなったのちも保持するための電力が必要である。

そこで、受電機器１２０が送電機器１１０からの受電を終了してからつぎに再び受電するまでの期間は、蓄電部１２４が受電側制御部１２２に給電する構成としている。受電側制御部１２２は、受電部１２１から受電できない期間は蓄電部１２４から受電することができ、入力信号を保持することができる。そして、受電機器１２０が送電機器１１０から再び受電したときに、受電機器１２０を適切に動作させることが可能となる。

蓄電部１２４の容量は、受電側制御部１２２が信号を保持するのに必要な電圧下限値（動作電圧閾値Ｖ１とする。）と信号保持を行う動作時間（Ｔ１とする。）とに基づいて決定される。ここで、動作時間Ｔ１は、受電機器１２０が送電機器１１０から給電されたのちつぎに給電されるまでの時間間隔に相当する。蓄電部１２４から受電側制御部１２２に電力供給されているときの蓄電部１２４の電圧変化の一例を図３に示す。図３では、蓄電部１２４から受電側制御部１２２に電力供給を開始してからの経過時間が横軸に示され、蓄電部１２４の電圧が縦軸に示されている。

図３では、蓄電部１２４から受電側制御部１２２への電力供給が開始されると、蓄電部１２４の電圧が時間とともに低下することが示されている。そして、動作時間Ｔ１が経過したときに、蓄電部１２４の電圧が動作電圧閾値Ｖ１以上を確保していることが要求される。動作時間Ｔ１が経過したときの電圧が動作電圧閾値Ｖ１以上となるように蓄電部１２４の容量を決定することで、受電側制御部１２２は信号保持に必要な電力を蓄電部１２４から受電することができる。

本実施形態の無線電力伝送システム１００によれば、送電機器１１０から受電機器１２０に所定の時間間隔で選択的に無線電力伝送させることができ、各受電機器１２０に設けられた受電側制御部１２２は、受電部１２１から受電できない期間も蓄電部１２４から受電して必要な信号を保持することが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る無線電力伝送システムについて、図４、５を用いて説明する。図４は、図２と同様に、本実施形態の無線電力伝送システム２００において、送電機器１１０から複数の受電機器２２０に無線電力伝送方式で選択的に電力供給する一例を示す構成図である。ここでも、受電機器の個数を説明簡単のため４つとしている。また図５は、（ａ）に本実施形態の無線電力伝送システム２００の構成を示し、（ｂ）に受電機器２２０の構成を示している。

本実施形態の無線電力伝送システム２００では、第１実施形態と同様に、通常は送電機器１１０と受電機器２２０−１〜４との間で順次無線電力伝送が行われるが、これに加えて優先度の高い受電機器２２０への割り込み操作を可能としている。図４では、一例として受電機器２２０−３を、優先度の高い受電機器としている。

図４において、受電機器２２０−１から（１）〜（４）の順に受電機器２２０−４まで選択的に給電され、つぎに再び受電機器２２０−１に給電されるタイミングにおいて、優先度の高い受電機器２２０−３に割り込み操作が行われた場合を示している。優先度の高い受電機器２２０−３への割り込み操作があると、送電機器１１０の送電側制御部１１２は、送電部１１１の共鳴周波数を、受電機器２２０−１の共鳴周波数でなく受電機器２２０−３の共鳴周波数に一致させる。これにより、送電機器１１０は受電機器２２０−１に給電せず受電機器２２０−３に給電する（図４に示す番号（５））。受電機器２２０−３への割り込み操作は、例えば受電機器２２０−３の起動要求信号が送電機器１１０の無線通信送受信回路１１３に送信され、これが送電側制御部１１２に出力されることで上記の共鳴周波数の切り替えが行われる。

上記のように、優先度の高い受電機器２２０−３への割り込み操作があると、受電機器２２０−４のつぎに再び給電される予定であった受電機器２２０−１への給電は、受電機器２２０−３への給電が終了したのちに行われる（図４に示す番号（６））。その結果、受電機器２２０−１は、前回給電されてからつぎに給電されるまでの時間間隔が通常の時間間隔より長くなってしまい、その間に蓄電部２２４が放電してしまうおそれがある。蓄電部２２４が放電してしまうと、受電側制御部２２２の信号を保持できなくなり、受電機器２２０−１に接続された負荷１０の制御が適切に行えなくなるおそれがある。

そこで、本実施形態の無線電力伝送システム２００では、受電機器２２０−１の蓄電部２２４に蓄電された電力が消費されると、受電部２２１が送電機器１１０の送電部１１１から自発的に受電を開始するように構成されている。送電機器１１０から優先度の高い受電機器２２０−３に送電が行われているとき、受電機器２２０−１も同時に送電機器１１０から受電できるようにするために、受電機器２２０−１の受電部２２１の共鳴周波数を、優先度の高い受電機器２２０−３の共鳴周波数に一致させるようにする。

蓄電部１２４の蓄電電力が消費されたときに、共鳴周波数を優先度の高い受電機器２２０−３の共鳴周波数に一致させるように構成された受電機器２２０を、図５（ｂ）に示す。本実施形態の受電機器２２０は、受電部２２１の構成が第１実施形態の受電部１２１と異なっている。図５（ｂ）では、受電部２２１が送電部１１１から磁界共鳴方式で受電する場合の構成が示されている。受電部２２１は、第１実施形態の受電部１２１と同様に、二次側共鳴部である二次側共鳴コイル２３１とコンデンサ（第１コンデンサとする。）２３２と二次側誘導コイル２３３と整流回路２３４とを備えている。二次側共鳴コイル２３１が送電部１１１の一次側共鳴コイル（図示せず。）との磁気共鳴で受電すると、二次側誘導コイル２３３に交流電流が流れ、これが整流回路２３４で直流に整流されて受電側制御部２２２及び無線通信送受信回路２２３に供給される。受電側制御部２２２に供給された電力は、さらに負荷１０に供給される。

本実施形態の受電部２２１は、第１コンデンサ２３２と並列にさらに別のコンデンサ（第２コンデンサとする。）２３５が接続され、第２コンデンサ２３５の接続をオン／オフするためのリレー２３６が設けられている。図５（ｂ）では、二次側共鳴コイル２３１と２つのコンデンサ２３２、２３５とが並列に接続されているが、これに限定されず、二次側共鳴コイル２３１と２つのコンデンサ２３２、２３５とが直列に接続されていてもよい。

リレー２３６は、蓄電部２２４に蓄電されているときは励磁されて閉となり、蓄電部２２４の蓄電電力が減少すると励磁されなくなって開となる。二次側共鳴コイル２３１のインダクタンスをＬ、第１コンデンサ２３２及び第２コンデンサ２３５のそれぞれの容量をＣ１、Ｃ２とし、両者の合成容量をＣとするとき、リレー２３６が閉のときの受電部２２１の共鳴周波数は、第１コンデンサ２３２と第２コンデンサ２３５の合成容量Ｃと二次側共鳴コイル２３１のインダクタンスＬとから決定される固有の共鳴周波数となる。

これに対し、蓄電部２２４の蓄電電力が低下してリレー２３６が開になると、受電部２２１の共鳴周波数は、第１コンデンサ２３２の容量Ｃ１と二次側共鳴コイル２３１のインダクタンスＬとから決定される周波数となる。蓄電部２２４の蓄電電力が少なくなってリレー２３４が開になったときは、送電機器１１０から受電できるように受電部２２１の共鳴周波数を優先度の高い受電機器２２０−３の共鳴周波数に一致させる必要がある。そこで、第１コンデンサ２３２の容量Ｃ１と二次側共鳴コイル２３１のインダクタンスＬとから決定される共鳴周波数が優先度の高い受電機器２２０−３の共鳴周波数に一致するように、第１コンデンサ２３２の容量Ｃ１を決定しておく。

受電機器２２０−１の受電部２２１は、第２コンデンサ２３５が接続されて固有の共鳴周波数で磁気共鳴する通常の無線電力伝送のときに、送電機器１１０から効率的に受電できるようにインピーダンス整合が行われている。そのため、第２コンデンサ２３５の接続がオフにされて第１コンデンサ２３２のみが接続されているときは、インピーダンスの不整合により給電される電力が低下する。

二次側共鳴コイル２３１に第１コンデンサ２３２と第２コンデンサ２３５とが接続されて固有の共鳴周波数で効率的に受電するときの受電部２２１のインピーダンスをＺ０とし、第２コンデンサ２３５の接続がオフにされたときの受電部２２１のインピーダンスをＺとする。また、受電側制御部２２２が通常の動作で必要とする電力をＰ０とし、受電側制御部２２２が信号を保持するのに必要な電力をＰ１とする。ここで、説明簡単のため、整合インピーダンスＺ０のときに受電部２２１が送電部１１１から受電する電力は、受電側制御部１２２が通常の動作で必要とする電力Ｐ０に等しいとする。

蓄電部２２４の蓄電電力が低下して第２コンデンサ２３５の接続がオフにされたのちは、インピーダンスの不整合により給電される電力が低下するが、少なくとも受電側制御部２２２が信号を保持するのに必要な電力Ｐ１を送電機器１１０の送電部１１１から受電する必要がある。受電部２２１のインピーダンスがＺのときの反射係数ρは、次式で与えられる。

これより、受電部２２１のインピーダンスがＺのとき、受電部２２１が送電部１１１から受電する電力は、（１―ρ）Ｐ０となる。この受電電力は、次式で示すように、受電側制御部２２２が信号を保持するのに必要な電力Ｐ１より高いことが要求される。
Ｐ１＜（１―ρ）Ｐ０ （２）

よって、受電部２２１のインピーダンスＺ０，Ｚを、式（２）を満たすように決定する必要がある。第１コンデンサ２３２の容量Ｃ１は、二次側共鳴コイル２３１のインダクタンスＬとで決定される共鳴周波数が優先度の高い受電機器２２０−３の共鳴周波数に一致するように決定されることから、式（２）を満たすように第２コンデンサ２３５の容量Ｃ２を決定する必要がある。また、このように決定された第１コンデンサ２３５の容量Ｃ１と第２コンデンサ２３５の容量Ｃ２との合成容量Ｃから、受電部２２１の固有の共鳴周波数が決定される。

なお、受電部２２１の回路インピーダンスＺは、次式で与えられる。

ここで、式（３）はコイルＬとコンデンサＣが直列に接続されたときのインピーダンス、式（４）はコイルＬとコンデンサＣが並列に接続されたときのインピーダンス、をそれぞれ算出する式である。

上記では、無線電力伝送方式として磁界共鳴方式を用いる場合について説明したが、本実施形態の無線電力伝送システムでも電界共鳴方式を用いることができる。電界共鳴方式を用いたときの本実施形態の受電機器（２２０’とする）の構成を図６に示す。受電機器２２０’は、二次側共鳴部として二次側共鳴コイル２３１に代えて二次側共鳴コンデンサ２３１’を備え、第１コンデンサ２３２に代えてコイル（第１コイルとする。）２３２’を備えている。電界共鳴方式では二次側誘導コイル２３３が不要となり、送電部１１１の一次側共鳴コンデンサ（図示せず。）との電界共鳴で二次側共鳴コンデンサ２３１’に交流電流が発生すると、これが整流回路２３４で直流に整流されて受電側制御部２２２及び無線通信送受信回路２２３に供給される。さらに、第２コンデンサ２３５に代えて第１コイル２３２’と並列に別のコイル（第２コイルとする。）２３５’が接続されている。ここでは、２つのコイル２３２’と２３５’とが並列に接続されているが、これに限定されず、２つのコイル２３２’と２３５’とが直列に接続されていてもよい。

本実施形態の無線電力伝送システム２００によれば、優先度の高い受電機器の割り込みにより別の受電機器の蓄電部の電力が不足する場合には、当該受電機器の共鳴周波数を優先度の高い受電機器の共鳴周波数に一致させて受電させることが可能となり、これにより当該受電機器の受電側制御部に保存されている信号を保持させることが可能となる。なお、本実施形態では二次側共鳴コイルまたは二次側共鳴コンデンサに接続されるコンデンサまたはコイルの数を２としたが、これに限定されず３以上としてもよい。また、共鳴周波数を優先度の高い受電機器の共鳴周波数に切り替えるときは、１以上のコンデンサまたはコイルの接続をオン／オフすることで行えるようにすることができる。

なお、優先度の高い受電機器への割り込みが終了すると、共鳴周波数を優先度の高い受電機器の共鳴周波数に切り替えていた受電機器は、これを元の固有の共鳴周波数に戻す。また、割り込み終了後の各受電機器への送電の順序は、各受電機器の蓄電部の電力が不足しないように送電機器１１０側で制御される。送電機器１１０は、割り込み終了後の各受電機器の受電しない期間が、割り込み発生前の当初の受電しない期間と同じになるように、各受電機器への送電の順序を決定している。

（第３実施形態）
第２実施形態の無線電力伝送システム２００において、受電機器２２０−１の受電部２２１が固有の共鳴周波数から優先度の高い受電機器２２０−３の共鳴周波数に切り替えられたとき、受電機器２２０−１の無線通信送受信回路２２３も受電部２２１から受電する．これにより、受電機器２２０−１の無線通信送受信回路２２３は、無線通信を行うことが可能な状態となる。受電機器２２０−１の無線通信送受信回路２２３が無線通信を行うことで、優先度の高い受電機器２２０−３が行う無線通信を妨害するおそれがあるときは、受電機器２２０−１による無線通信を停止させる必要がある。

受電機器２２０−１の受電部２２１が固有の共鳴周波数で送信部１１１から受電するときは、インピーダンス整合されていることから高い電力を受電することができる。これに対し、受電機器２２０−１の受電部２２１が優先度の高い受電機器２２０−３の共鳴周波数に一致させて受電するときは、インピーダンスの不整合により受電する電力が低下する。そこで、受電部２２１が送電部１１１から受電する電力を監視し、受電電力が低いときは受電機器２２０−１の無線通信送受信回路２２３の動作を停止させるようにすることができる。

本発明の第３の実施形態に係る無線電力伝送システムとして、受電部２２１の受電電力を監視する電力監視手段３４０を備えた受電機器３２０の構成を図７に示す。図７は、本実施形態の無線電力伝送システムが備える受電機器３２０の構成を示すブロック図である。本実施形態では、電力監視手段３４０が受電側制御部３２２に設けられている。

電力監視手段３４０は、受電部３２０で受電される電力を監視しており、受電電力が固有の共鳴周波数で受電するときの受電電力より低い所定の電力閾値以下であると判定したときに、無線通信送受信回路３２３が動作しないように制御する。これにより、優先度の高い受電機器２２０−３が行う無線通信を妨害しないようにすることができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る無線電力伝送システムの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における無線電力伝送システムの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１０ 負荷
１００、２００ 無線電力伝送システム
１１０ 送電機器
１１１ 送電部
１１２ 送電側制御部
１１３ 無線通信送受信回路
１２０、２２０、３２０ 受電機器
１２１、２２１ 受電部
１２２、２２２、３２２ 受電側制御部
１２３、２２３、３２３ 無線通信送受信回路
１２４、２２４ 蓄電部
２３１ 二次側共鳴コイル
２３２ 第１コンデンサ
２３３ 二次側誘導コイル
２３４ 整流回路
２３５ 第２コンデンサ
２３６ リレー
３４０ 電力監視手段

Claims (6)

1. 共鳴周波数が可変の送電機器と、それぞれ異なる固有の共鳴周波数を有してそれぞれに接続された負荷に電力供給する２以上の受電機器と、を備える無線電力伝送システムであって、
   前記送電機器は、
   共鳴周波数が可変な一次側共鳴部を具備して送電する送電部と、
   前記一次側共鳴部の共鳴周波数を制御する送電側制御部と、を備え、
   前記受電機器は、
   前記一次側共鳴部の共鳴周波数が前記固有の共鳴周波数に略等しいときに共鳴する二次側共鳴部を具備して前記送電部から受電する受電部と、
   前記受電部から受電するとともに接続先の前記負荷を制御する受電側制御部と、
   前記受電部から受電して蓄電する蓄電部と、を備え、
   前記２以上の受電機器は、前記送電機器から離散的に順次受電し、
   前記２以上の受電機器のそれぞれの前記蓄電部は、それぞれの前記受電部が前記送電部からの受電を終了するとそれぞれの前記受電側制御部に電力を供給し、
   前記受電機器の前記受電部は、当該受電機器の前記蓄電部の電圧が所定の電圧閾値まで低下すると、当該受電部の共鳴周波数が優先度の高い別の前記受電機器の共鳴周波数に自発的に切り替えられる
   ことを特徴とする無線電力伝送システム。
2. 前記一次側共鳴部及び前記二次側共鳴部がコイルで構成されて前記送電部から前記受電部に磁界共鳴方式で送電され、
   前記受電部は、前記二次側共鳴部と直列または並列に接続された２以上のコンデンサを備えており、前記２以上のコンデンサのうち１以上のコンデンサの接続を自発的に切り替えることで前記共鳴周波数を前記優先度の高い別の受電機器の共鳴周波数に切り替える
   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。
3. 前記１以上のコンデンサは、前記蓄電部の電圧が前記所定の電圧閾値まで低下したときに接続が切り替えられる
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送システム。
4. 前記一次側共鳴部及び前記二次側共鳴部がコンデンサで構成されて前記送電部から前記受電部に電界共鳴方式で送電され、
   前記受電部は、前記二次側共鳴部と直列または並列に接続された２以上のコイルを備えており、前記２以上のコイルのうち１以上のコイルの接続を自発的に切り替えることで前記共鳴周波数を前記優先度の高い別の受電機器の共鳴周波数に切り替える
   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。
5. 前記１以上のコイルは、前記蓄電部の電圧が前記所定の電圧閾値まで低下したときに接続が切り替えられる
   ことを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送システム。
6. 前記受電機器は、それぞれの前記受電部が前記送電部から受電するときに無線通信が可能となる無線通信送受信回路を備え、
   前記受電側制御部は、前記受電部が前記送電部から受電した電力を監視する電力監視手段を備え、
   前記電力監視手段は、前記受電した電力が前記固有の共鳴周波数で前記送電部から受電したときの電力より低い所定の電力閾値以下であると判定すると、当該の受電機器の前記無線通信送受信回路の動作を停止させる
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。

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