JP5877930B1 - 共振型電力伝送システム、送信装置及び給電位置制御システム - Google Patents

Abstract

送信装置１は、入力電力から送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する送信電源１２と、送信アンテナ１３毎に設けられ、送信電源１２により出力された電力を当該送信アンテナ１３に供給する供給線路を接続又は切断するよう切替え可能な複数のスイッチ１４と、送信電源１２の保護機能を利用し、受信アンテナ２１が送信アンテナ１３に近づくことにより変化する当該送信電源１２に関するパラメータを検出するパラメータ検出部（入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４）と、パラメータ検出部による検出結果から受信アンテナ２１の位置を推定し、当該受信アンテナ２１の位置からスイッチ１４の切替え制御を行うスイッチ制御部１２５とを有する。

Description

この発明は、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置とを備えた共振型電力伝送システム、送信装置及び給電位置制御システムに関するものである。

従来から、複数配置された送信アンテナに受信アンテナが近づいた際に、この受信アンテナの位置及び姿勢を推定し、特定の送信アンテナとの間で電力伝送を行うシステムが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示されたシステムでは、送信側において、存在検知部が各給電用コイル（送信アンテナ）の電圧を検知し、位置姿勢推定部がその検知結果に基づき受信用コイル（受信アンテナ）の位置及び姿勢を推定している。また、メモリには、受電装置（受信装置）の出力電力に関するテーブルが予め記憶されている。そして、給電制御部は、位置姿勢推定部による推定結果から、メモリに記憶されたテーブルを参照することで、受電装置の出力電力が最大となる給電パターンを選択し、給電を行う。これにより、受信アンテナの位置及び姿勢に関わらず、高効率で受電装置に電力を供給することができる。

特開２０１３−２７２４５号公報

しかしながら、従来構成では、受信アンテナの位置及び姿勢の推定を行い、受電装置に対して給電を行うために、多数の専用回路（存在検知部、位置姿勢推定部、メモリ、給電制御部）を設けている。よって、システム全体として、小型化、軽量化、低コスト化が困難という課題がある。また、上記専用回路の消費電力により、システム全体の消費電力が大きくなるという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来構成に対し、システム全体として小型化、軽量化、低コスト化を図ることができ、また、システム全体としての消費電力を低減することができる共振型電力伝送システム、送信装置及び給電位置制御システムを提供することを目的としている。

この発明に係る共振型電力伝送システムは、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置とを備え、送信装置は、入力電力から送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する１つの送信電源と、送信アンテナ毎に設けられ、送信電源により出力された電力を当該送信アンテナに供給する供給線路を接続又は切断するよう切替え可能な複数のスイッチと、送信電源が有する当該送信電源の破壊を防止するための機能から成り、受信アンテナが送信アンテナに近づくことにより変化する当該送信電源に関するパラメータを検出するパラメータ検出部と、パラメータ検出部による検出結果から受信アンテナの位置を推定し、当該受信アンテナの位置からスイッチの切替え制御を行うスイッチ制御部とを有するものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、従来構成に対し、システム全体として小型化、軽量化、低コスト化を図ることができ、また、システム全体としての消費電力を低減することができる。

この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムによる位置推定動作を示すフローチャートである（全ての送信アンテナを同時にＯＮ状態にする場合）。 図２に示す位置推定動作において、受信アンテナが送信アンテナに接近した場合の信号の変化例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムによる位置推定動作を示すフローチャートである（送信アンテナを順にＯＮ状態にする場合）。 図４に示す位置推定動作において、受信アンテナが送信アンテナに接近した場合の信号の変化例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムにおいて、検出するパラメータに適用可能な位置推定方法を示す一覧表である。 この発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムによる位置推定動作を説明する図である（送信アンテナをブロック単位で順にＯＮ状態にする場合）。 この発明の実施の形態２に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送システムによる学習動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送システムによる位置推定動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係る共振型電力伝送システムの動作を説明する図である。 この発明の実施の形態５に係る共振型電力伝送システムの動作を説明する図である。 この発明の実施の形態６に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態７に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態８に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。
共振型電力伝送システムは、図１に示すように、複数の送信アンテナ１３を有する送信装置１と、受信アンテナ２１を有する受信装置２とを備えている。この共振型電力伝送システムは、送信アンテナ１３に近づいた受信アンテナ２１の位置を推定し、その位置から特定の送信アンテナ１３を動作させる機能（給電位置制御システムの機能）を有し、その動作させた送信アンテナ１３と受信アンテナ２１との間で電力伝送を行うものである。

送信装置１は、図１に示すように、一次電源１１、送信電源１２、複数の送信アンテナ１３及び複数のスイッチ１４を有している。

一次電源１１は、直流電力を出力するものである。
送信電源１２は、一次電源１１からの直流電力（入力電力）から、送信アンテナ１３の共振周波数に合わせた電力（高周波電力）を出力するものである。この送信電源１２の詳細については後述する。なお図１の例では、複数の送信アンテナ１３に対して１つの送信電源１２を設け、送信電源１２からの出力が並列に各送信アンテナ１３に出力されている。

送信アンテナ１３は、送信電源１２からの高周波電力の周波数と同一周波数で共振するものである。図１の例では、２０個の送信アンテナ１３をアレイ状に配置した場合を示しているが、設置数はこれに限らない。

スイッチ１４は、送信アンテナ１３毎に設けられ、送信電源１２からの高周波電力を当該送信アンテナ１３に供給する供給線路を接続又は切断するよう切替え可能なものである。このスイッチ１４により供給線路が接続された場合には、送信アンテナ１３はＯＮ状態となり伝送モードとなる。一方、スイッチ１４により供給線路が切断された場合には、送信アンテナ１３はＯＦＦ状態となり非伝送モードとなる。よって、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とで送信アンテナ１３の共振周波数が大きく異なるため、周囲の送信アンテナ１３に影響を及ぼさない。このスイッチ１４としては、例えば、リレー、フォトカプラ、トランジスタ等を用いることができる。

また、送信電源１２は、図１に示すように、インバータ回路１２１、入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４、スイッチ制御部１２５及び整合回路１２６を有している。

インバータ回路１２１は、一次電源１１からの直流電力を、各送信アンテナ１３に出力するための交流電力に変換するものである。
入力検出部１２２は、一次電源１１から送信電源１２に入力される直流電力に関するパラメータを検出するものである。この際、入力検出部１２２は、送信電源１２の入力電流、入力電圧のうち少なくとも１つ以上を検出する。

電源パラメータ検出部１２３は、送信電源１２内部のインバータ回路１２１に関するパラメータを検出するものである。この際、電源パラメータ検出部１２３は、例えば、インバータ回路１２１の共振電圧、共振電流、共振電圧と共振電流の位相、インバータ回路１２１内のスイッチング素子のドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓ又は電流Ｉｄｓ、インバータ回路１２１内の素子（ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、キャパシタ、インダクタ等）の発熱等のうち少なくとも１つ以上を検出する。

出力検出部１２４は、送信電源１２から出力された電力（インバータ回路１２１により変換された交流電力）に関するパラメータを検出するものである。この際、出力検出部１２４は、例えば、インバータ回路１２１からの出力電圧又は出力電流（位相、振幅、実効値、周波数）、透過電力、反射電力等のうち少なくとも１つ以上を検出する。

なお、入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３及び出力検出部１２４は、本発明の「前記送信電源に設けられ、前記受信アンテナが前記送信アンテナに近づくことにより変化する当該送信電源に関するパラメータを検出するパラメータ検出部」を構成する。そして、このパラメータ検出部の機能は、送信電源１２が通常に有している保護機能（電源１２の破壊を防止するための機能）を利用することで実現可能であり、専用回路は不要である。また図１では、パラメータ検出部として、入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３及び出力検出部１２４を全て有している場合を示しているが、これらの検出部１２２〜１２４のうち少なくとも１つ以上有していればよい。なお、複数のパラメータを検出することで、位置推定精度を向上させることができる。

スイッチ制御部１２５は、パラメータ検出部（入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４）による検出結果から受信アンテナ２１の位置を推定する機能（位置推定機能）と、当該受信アンテナ２１の位置に基づいてスイッチ１４の切替え制御を行う機能（切替え制御機能）とを有するものである。このスイッチ制御部１２５は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。

整合回路１２６は、送信電源１２と送信アンテナ１３とのインピーダンスを整合するものである。

一方、受信装置２は、図１に示すように、受信アンテナ２１及び整流回路２２を有している。
受信アンテナ２１は、送信アンテナ１３の共振周波数と同一周波数で共振するものである。これにより、送信アンテナ１３から高周波電力を受信する。
整流回路２２は、受信アンテナ２１により受信された高周波電力（交流電力）を直流電力に変換するものである。

次に、上記のように構成された共振型電力伝送システムによる受信アンテナ２１の位置推定動作について説明する。
共振型電力伝送システムによる位置推定動作には、全ての送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態にして受信アンテナ２１の位置推定を行う方法（第１の位置推定方法）と、送信アンテナ１３を順にＯＮ状態にして受信アンテナ２１の位置推定を行う方法（第２の位置推定方法）とがある。

まず、全ての送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態にして受信アンテナ２１の位置推定を行う方法について、図２，３を参照しながら説明する。
この場合、図２に示すように、まず、送信装置１のスイッチ制御部１２５は、全ての送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える（ステップＳＴ２０１）。なおこの際、全ての送信アンテナ１３を定常的にＯＮ状態としてもよいし、任意の周期でパルス状にＯＮ状態としてもよい。

次いで、パラメータ検出部（入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４）は送信電源１２に関するパラメータを検出し、スイッチ制御部１２５は当該パラメータに変化があるか（反応があるか）を判断する（ステップＳＴ２０２）。図３（ａ）では図１に示す１番目の送信アンテナ１３に対し、図３（ｂ）では図１に示す１０番目の送信アンテナ１３に対し、それぞれ出力検出部１２４で反射電力を検出した場合を示している。この図３（ａ），（ｂ）に示すように、時刻ｔ１では、反射電力に変化はなく、反射電力が検出閾値α１より大きいため、１番目と１０番目の送信アンテナ１３には受信アンテナ２１が近づいてないと判断できる。このステップＳＴ２０２において、送信電源１２に関するパラメータの変化がないと判断した場合には、シーケンスは再びステップＳＴ２０２に戻り待機状態となる。

一方、ステップＳＴ２０２において、スイッチ制御部１２５は、パラメータに変化があると判断した場合には、受信アンテナ２１の位置を推定する（ステップＳＴ２０３）。すなわち、図３（ｂ）では、時刻ｔ２において反射電力が検出閾値α１以下となっているため、１０番目の送信アンテナ１３に受信アンテナ２１が近づいていると判断できる。
その後、スイッチ制御部１２５は、検出した受信アンテナ２１の位置に基づいて、スイッチ１４の切替え制御を行う。図３の例では、１０番目の送信アンテナ１３のみをＯＮ状態にするようにスイッチ１４を切替える。その後、受信アンテナ２１が送信アンテナ１３から離れた場合には、初期状態に戻る。

次に、送信アンテナ１３を順にＯＮ状態にして受信アンテナ２１の位置推定を行う方法について、図４，５を参照しながら説明する。
この場合、図４に示すように、まず、送信装置１のスイッチ制御部１２５は、送信アンテナ１３を１つずつ順にＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える（ステップＳＴ４０１）。なおこの際の切替え順序は適宜設定可能である。

次いで、パラメータ検出部（入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４）は送信電源１２に関するパラメータを検出し、スイッチ制御部１２５は当該パラメータに変化があるか（反応があるか）を判断する（ステップＳＴ４０２）。図５は入力検出部１２２により入力電流を検出した場合を示す図である。図５では、時刻ｔ１のときに図１に示す１番目の送信アンテナ１３をＯＮ状態とし、時刻ｔ２のときに２番目の送信アンテナ１３をＯＮ状態にし、以降、図１に示す番号順に送信アンテナ１３をＯＮ状態とする場合を示している。この図５に示すように、時刻ｔ１〜ｔ９では入力電流に変化はなく、入力電流が検出閾値α２より低いため、１〜９番目の送信アンテナ１３には受信アンテナ２１が近づいてないと判断できる。このステップＳＴ４０２において、送信電源１２に関するパラメータの変化がないと判断した場合には、シーケンスは再びステップＳＴ４０２に戻り待機状態となる。

一方、ステップＳＴ４０２において、スイッチ制御部１２５は、パラメータに変化があると判断した場合には、受信アンテナ２１の位置を推定する（ステップＳＴ４０３）。すなわち、図５では、時刻ｔ１０において入力電流が検出閾値α２以上となっているため、１０番目の送信アンテナ１３に受信アンテナ２１が近づいていると判断できる。なお、電流値が増加する方に変化するか、減少する方に変化するかは回路構成で決定される。
その後、スイッチ制御部１２５は、検出した受信アンテナ２１の位置に基づいて、スイッチ１４の切替え制御を行う。図５の例では、１０番目の送信アンテナ１３のみをＯＮ状態にするようにスイッチ１４を切替える。その後、受信アンテナ２１が送信アンテナ１３から離れた場合には、初期状態に戻る。

図６は検出するパラメータに適用可能な位置推定方法を示す一覧表である。
この図６に示すように、入力検出部１２２により検出されるパラメータ、電源パラメータ検出部１２３により検出されるパラメータを用いる場合には、第２の位置推定方法のみ適用可能である。出力検出部１２４により検出されるパラメータについては、第１，２の位置推定方法のいずれも適用可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、送信電源１２の保護機能を利用したパラメータ検出部（入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４）により、受信アンテナ２１が送信アンテナ１３に近づくことにより変化する当該送信電源１２に関するパラメータを検出し、スイッチ制御部１２５により、パラメータ検出部による検出結果から受信アンテナ２１の位置を推定し、当該受信アンテナ２１の位置に基づいてスイッチ１４の切替え制御を行うように構成したので、送信装置１が通常有する機能を利用して受信アンテナ２１の位置推定が行えるため、従来構成に対し、システム全体として小型化、軽量化、低コスト化を図ることができ、また、システム全体としての消費電力を低減することができる。

なお上記では、送信装置１に１つの受信装置２が近づいた場合を例に説明を行った。しかしながら、送信装置１に複数の受信装置２が近づいた場合にも、同様に、各々の受信装置２の受信アンテナ２１が近づいた送信アンテナ１３をＯＮ状態にすることで、電力伝送が可能である。

また図４，５では、第２の位置推定方法として、送信アンテナ１３を１つずつ順にＯＮ状態に切替える場合を示した。それに対し、送信アンテナ１３をブロック単位で順にＯＮ状態に切替えて、受信アンテナ２１の位置推定を行うようにしてもよい。以下、図７の例を参照しながら動作説明を行う。図７では、受信アンテナ２１が１２番目の送信アンテナ１３に近づいた場合を想定している。また、図７において、グレーの送信アンテナ１３がＯＮ状態の送信アンテナ１３である。

この場合、図７（ａ）に示すように、まず、スイッチ制御部１２５は、下半分のブロックである１〜１０番目の送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える。この場合、１〜１０番目の送信アンテナ１３には受信アンテナ２１が近づいていないため、送信電源１２に関するパラメータには変化がない。

次に、スイッチ制御部１２５は、図７（ｂ）に示すように、上半分のブロックである１１〜２０番目の送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える。この場合には、送信電源１２に関するパラメータに変化があるため、この１１〜２０番目の送信アンテナ１３のいずれかに受信アンテナ２１が近づいていると判断できる。

そこで、スイッチ制御部１２５は、図７（ｃ）に示すように、上半分のブロックのうち１１〜１５番目の送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える。この場合には、送信電源１２に関するパラメータに変化があるため、この１１〜１５番目の送信アンテナ１３のいずれかに受信アンテナ２１が近づいていると判断できる。

そこで、図７（ｄ）に示すように、１１番目の送信アンテナ１３から順にＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える。この場合、図７（ｅ）に示すように、１２番目の送信アンテナ１３をＯＮ状態にした際に、送信電源１２に関するパラメータが変化する。よって、１２番目の送信アンテナ１３に受信アンテナ２１が近づいていると判断できる。

このように、ブロック単位で送信アンテナ１３を順にＯＮ状態にすることで、１つずつ送信アンテナ１３をＯＮ状態にする場合に対し、位置推定までの処理回数が減り、処理時間を短縮化することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、複数の送信アンテナ１３に対して１つの送信電源１２を設けた場合について示した。それに対し、図８に示すように、送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けるようにしてもよい。なお図８では、送信装置１の一次電源１１及び受信装置２の整流回路２２の図示を省略している。図８に示す構成により、システム全体としての伝送電力を増大させることができる。
また、送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けることで、各送信電源１２を小型化できるため、各送信アンテナ１３に送信電源１２を組込んで一体型とすることもできる。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。この図９に示す実施の形態３に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムに位置情報取得部１５及び記録部１６を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。

位置情報取得部１５は、学習動作において、受信アンテナ２１が配置された位置を示す情報を取得するものである。
記録部１６は、学習動作において、パラメータ検出部による検出結果と、位置情報取得部１５により取得された該当する受信アンテナ２１の位置を示す情報とを関連付けて記録するメモリである。
そして、スイッチ制御部１２５は、受信アンテナ２１の位置を推定する際に、記録部１６に記録された情報も用いる。

次に、実施の形態３に係る共振型電力伝送システムによる位置推定動作について説明する。
実施の形態３に係る共振型電力伝送システムでは、事前に受信アンテナ２１の位置毎にパラメータ検出部により検出されたパラメータを記録する学習動作と、記録部１６に記録された情報を用いた位置推定動作とを行う。

まず、共振型電力伝送システムによる学習動作について、図１０を参照しながら説明する。
共振型電力伝送システムによる学習動作では、図１０に示すように、まず、作業者が受信アンテナ２１を順に送信アンテナ１３に近づけるように配置する。そして、位置情報取得部１５は、その際の受信アンテナ２１の位置を示す情報を取得する（ステップＳＴ１００１）。この際、位置情報取得部１５は、作業者により入力装置（不図示）を用いて入力された受信アンテナ２１の位置を示す情報を取得するようにしてもよいし、その他の方法により位置情報を取得するようにしてもよい。

一方、パラメータ検出部（入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４）は、送信電源１２に関するパラメータを検出する（ステップＳＴ１００２）。なおこの際、全ての送信アンテナ１３は、スイッチ制御部１２５により同時にＯＮ状態としてもよいし、任意の個数の送信アンテナ１３のみ同時にＯＮ状態としてもよい。

次いで、記録部１６は、パラメータ検出部による検出結果と、位置情報取得部１５により取得された該当する受信アンテナ２１の位置を示す情報とを関連付けて記録する（ステップＳＴ１００３）。これによりデータベースを得る。

次に、共振型電力伝送システムによる位置推定動作について、図１１を参照しながら説明する。
この場合、図１１に示すように、まず、スイッチ制御部１２５は全ての送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態にするようにスイッチ１４の切替え制御を行い、パラメータ検出部（入力検出部１２２、電源パラメータ検出部１２３、出力検出部１２４）は送信電源１２に関するパラメータを検出し、スイッチ制御部１２５は当該パラメータに変化があるかを判断する（ステップＳＴ１１０１，１１０２）。このステップＳＴ１１０２において、送信電源１２に関するパラメータに変化がない場合には、シーケンスは再びステップＳＴ１１０２に戻り待機状態となる。また、スイッチ１４の切替え制御は、全ての送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態としてもよいし、任意の個数の送信アンテナ１３を同時にＯＮ状態としてもよい。

一方、ステップＳＴ１１０２において、スイッチ制御部１２５は、送信電源１２に関するパラメータに変化があると判断した場合には、そのパラメータと記録部１６に記録されたデータベースとを比較する（ステップＳＴ１１０３）。すなわち、データベース内に該当するパラメータの変化が存在するかを判断し、存在する場合には当該パラメータに関連付けられた受信アンテナ２１の位置を抽出する。
そして、スイッチ制御部１２５は、この比較結果も用いて、受信アンテナ２１の位置を推定する（ステップＳＴ１１０４）。これにより、位置推定の処理時間を短縮化することができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、学習動作において、事前に、受信アンテナ２１が配置された位置を示す情報を取得し、その際に検出されたパラメータと関連付けて記録し、受信アンテナ２１の位置を検出する際にその情報も用いるように構成したので、実施の形態１における効果に加え、位置推定の処理時間を短縮化することができる。

なお上記では、実施の形態１の構成（複数の送信アンテナ１３に１つの送信電源１２を設けた構成）に実施の形態３の機能を設けた場合について示した。それに対し、実施の形態２の構成（送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けた構成）に実施の形態３の機能を設けてもよく、これにより、受信アンテナ２１の位置推定精度が向上する。

実施の形態４．
実施の形態１では、受信アンテナ２１が１つの送信アンテナ１３上に近づき、これを検出する場合を想定して説明を行った。しかしながら、受信アンテナ２１の位置が複数の送信アンテナ１３の位置に跨って近づく場合もある。そこで、実施の形態４では、これを考慮した場合について示す。なお、実施の形態４に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す構成と同様であり、以下図１の構成を用いて、異なる部分についてのみ説明する。

スイッチ制御部１２５は、推定した受信アンテナ２１の位置が複数の送信アンテナ１３の位置に跨る場合、パラメータ検出部により検出されたパラメータの変化量が大きい送信アンテナ１３の供給線路を接続するようスイッチ１４を切替える。

例えば図１２に示すように、受信アンテナ２１の位置が１番目と２番目の送信アンテナ１３の位置に跨り、且つ２番目の送信アンテナ１３の方が１番目の送信アンテナ１３に対して受信アンテナ２１との対向面積が広いとする。この場合、パラメータ検出部により検出されるパラメータの変化量は２番目の送信アンテナ１３が最も大きい。そのため、スイッチ制御部１２５は、この２番目の送信アンテナ１３のみをＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える。これにより、受信アンテナ２への給電効率が高い送信アンテナ１３をＯＮ状態とすることができる。

なお上記では、実施の形態１の構成（複数の送信アンテナ１３に１つの送信電源１２を設けた構成）に実施の形態４の機能を設けた場合について示した。それに対し、実施の形態２の構成（送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けた構成）に実施の形態４の機能を設けてもよく、同様の効果を得ることができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、受信アンテナ２１の位置が複数の送信アンテナ１３の位置に跨った場合に、パラメータ検出部により検出された変化量が大きい送信アンテナ１３のみをＯＮ状態とする場合について示した。それに対し、実施の形態５では、受信アンテナ２１の位置が跨った複数の送信アンテナ１３をＯＮ状態とし、整合回路１２６により位相差を制御して給電効率を高める構成について示す。なお、実施の形態４に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す構成と同様であり、以下図１の構成を用いて、異なる部分についてのみ説明する。

スイッチ制御部１２５は、推定した受信アンテナ２１の位置が複数の送信アンテナ１３の位置に跨る場合、当該複数の送信アンテナ１３の供給線路を接続するようスイッチ１４を切替え、且つ整合回路１２６により当該送信アンテナ１３に供給される電力の位相差を制御させる。

例えば図１３（ａ）に示すように、受信アンテナ２１の位置が１番目と２番目の送信アンテナ１３の位置に跨っているとする。この場合は、１番目と２番目の送信アンテナ１３をＯＮ状態にするようスイッチ１４を切替える。さらに、図１３（ｂ）に示すように、これらの送受信アンテナ１３，２１間での給電効率が高くなるように、各送信アンテナ１３に供給される電力の位相を制御する。この際、整合回路１２６は、送信電源１２と対応する送信アンテナ１３のインピーダンスを制御する定数を変えることで各送信アンテナ１３への電力の位相を変える。なお図１３（ｂ）において、符号１３０１が１番目の送信アンテナ１３への電力の位相であり、符号１３０２が２番目の送信アンテナへの電力の位相である。

なお上記では、実施の形態１の構成（複数の送信アンテナ１３に１つの送信電源１２を設けた構成）に実施の形態５の機能を設けた場合について示した。それに対し、実施の形態２の構成（送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けた構成）に実施の形態５の機能を設けてもよく、同様の効果を得ることができる。

実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。この図１４に示す実施の形態６に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの送信装置１に複数の位置推定補助部（送信側位置推定補助部）１７を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。なお図１４では、一次電源１１及び整流回路２２の図示を省略している。

位置推定補助部１７は、送信アンテナ１３毎に設けられ、受信アンテナ２１の位置推定を補助するため、受信アンテナ２１の存在を検出するものである。この位置推定補助部１７としては、例えば、圧力センサ、光センサ、磁気センサ等のセンサを用いることができる。
そして、スイッチ制御部１２５は、受信アンテナ２１の位置を推定する際に、位置推定補助部１７による検出結果も用いる。これにより、受信アンテナ２１の位置推定精度が向上する。

なお上記では、実施の形態１の構成（複数の送信アンテナ１３に１つの送信電源１２を設けた構成）に実施の形態６の機能を設けた場合について示した。それに対し、実施の形態２の構成（送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けた構成）に実施の形態６の機能を設けてもよく、同様の効果を得ることができる。

実施の形態７．
実施の形態６では送信装置１に位置推定補助部１７を設けた場合について示した。それに対し、実施の形態７では、受信装置２に位置推定補助部２３を設けた場合について示す。
図１５はこの発明の実施の形態７に係る共振型電力伝送システムの構成を示す図である。この図１５に示す実施の形態７に係る共振型電力伝送システムは、図１に示す実施の形態１に係る共振型電力伝送システムの受信装置２に位置推定補助部（受信側位置推定補助部）２３及びバッテリ２４を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。なお図１５では、送信アンテナ１３を１つのみ図示し、スイッチ１４の図示を省略している。

位置推定補助部２３は、受信装置２に設けられ、受信アンテナ２１の位置推定を補助するため、受信アンテナ２１が送信アンテナ１３に近づいた際に当該受信アンテナ２１の存在を送信装置１に通知するものである。この位置推定補助部２３としては、例えば、送信アンテナ１３に触れた際にその旨を検出する圧力センサ、受信アンテナ２１の現在位置を検出するジャイロセンサ等のセンサと、このセンサによる検出結果を送信電源１２のスイッチ制御部１２５に通知する通信器とを用いることができる。この位置推定補助部２３は、受信装置２に設けられたバッテリ２４により駆動する。
そして、スイッチ制御部１２５は、受信アンテナ２１の位置を推定する際に、位置推定補助部２３による通知結果も用いる。これにより、受信アンテナ２１の位置推定精度が向上する。

なお実施の形態７の構成は、実施の形態１の構成（複数の送信アンテナ１３に１つの送信電源１２を設けた構成）と、実施の形態２の構成（送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けた構成）のいずれにも適用可能である。

実施の形態８．
実施の形態７では、位置推定補助部２３が受信装置２に設けられたバッテリ２４により駆動する場合を示した。それに対し、図１６に示すように、受信アンテナ２１が送信アンテナ１３に近づいた際に供給される電力により位置推定補助部２３が駆動するようにしてもよい。

なお実施の形態８の構成は、実施の形態１の構成（複数の送信アンテナ１３に１つの送信電源１２を設けた構成）と、実施の形態２の構成（送信アンテナ１３毎に送信電源１２を設けた構成）のいずれにも適用可能である。

また、実施の形態１〜８では、給電位置制御システムの機能を共振型電力伝送システムに適用し、電力伝送を行う場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、給電位置制御システムを電力伝送以外の動作を行うシステムに適用してもよい。例えば、送信アンテナ１３に近づいた受信アンテナ２１の位置を推定し、該当する送信アンテナ１３を動作させるよう切替えて、その送信アンテナ１３と受信アンテナ２１との間で可視光通信又は音声通信を行うシステムに適用してもよい。

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なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る共振型電力伝送システムは、従来構成に対し、システム全体として小型化、軽量化、低コスト化を図ることができ、また、消費電力を低減することができ、複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置とを備えた共振型電力伝送システム等に用いるのに適している。

１ 送信装置、２ 受信装置、１１ 一次電源、１２ 送信電源、１３ 送信アンテナ、１４ スイッチ、１５ 位置情報取得部、１６ 記録部、１７ 位置推定補助部（送信側位置推定補助部）、２１ 受信アンテナ、２２ 整流回路、２３ 位置推定補助部（受信側位置推定補助部）、２４ バッテリ、１２１ インバータ回路、１２２ 入力検出部、１２３ 電源パラメータ検出部、１２４ 出力検出部、１２５ スイッチ制御部、１２６ 整合回路。

Claims (15)

1. 複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置とを備えた共振型電力伝送システムにおいて、
   前記送信装置は、
   入力電力から前記送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する１つの送信電源と、
   前記送信アンテナ毎に設けられ、前記送信電源により出力された電力を当該送信アンテナに供給する供給線路を接続又は切断するよう切替え可能な複数のスイッチと、
   前記送信電源が有する当該送信電源の破壊を防止するための機能から成り、前記受信アンテナが前記送信アンテナに近づくことにより変化する当該送信電源に関するパラメータを検出するパラメータ検出部と、
   前記パラメータ検出部による検出結果から前記受信アンテナの位置を推定し、当該受信アンテナの位置から前記スイッチの切替え制御を行うスイッチ制御部とを有する
   ことを特徴とする共振型電力伝送システム。
2. 前記パラメータ検出部は、複数のパラメータを検出する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
3. 前記パラメータ検出部は、
   前記入力電力に関するパラメータを検出する入力検出部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
4. 前記パラメータ検出部は、
   前記送信電源内部に関するパラメータを検出する電源パラメータ検出部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
5. 前記パラメータ検出部は、
   前記送信電源から出力された電力に関するパラメータを検出する出力検出部を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
6. 前記スイッチ制御部は、前記受信アンテナの位置を推定する際に、全ての前記送信アンテナの供給線路を接続させるよう前記スイッチを切替える
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
7. 前記スイッチ制御部は、前記受信アンテナの位置を推定する際に、順に前記送信アンテナの供給線路を接続させるよう前記スイッチを切替える
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
8. 前記送信装置は、
   学習動作において、前記受信アンテナが配置された位置を示す情報を取得する位置情報取得部と、
   前記学習動作において、前記パラメータ検出部による検出結果と、前記位置情報取得部により取得された該当する前記受信アンテナの位置を示す情報とを関連付けて記録する記録部とを備え、
   前記スイッチ制御部は、前記受信アンテナの位置を推定する際に、前記記録部に記録された情報も用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
9. 前記スイッチ制御部は、推定した前記受信アンテナの位置が複数の前記送信アンテナの位置に跨る場合、前記パラメータ検出部により検出されたパラメータの変化量が大きい前記送信アンテナの供給線路を接続させるよう前記スイッチを切替える
   ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
10. 前記送信装置は、
    前記送信電源と前記送信アンテナとのインピーダンスを整合する整合回路を有し、
    前記スイッチ制御部は、推定した前記受信アンテナの位置が複数の前記送信アンテナの位置に跨る場合、当該複数の送信アンテナの供給線路を接続させるよう前記スイッチを切替え、且つ前記整合回路により当該送信アンテナに出力される電力の位相差を制御させる
    ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
11. 前記送信装置は、
    前記送信アンテナ毎に設けられ、前記受信アンテナが前記送信アンテナに近づいた際に当該受信アンテナの存在を検出する送信側位置推定補助部を有し、
    前記スイッチ制御部は、前記受信アンテナの位置を推定する際に、前記送信側位置推定補助部による検出結果も用いる
    ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
12. 前記受信装置は、
    前記受信アンテナが前記送信アンテナに近づいた際に当該受信アンテナの存在を前記送信装置に通知する受信側位置推定補助部を有し、
    前記スイッチ制御部は、前記受信アンテナの位置を推定する際に、前記受信側位置推定補助部による通知結果も用いる
    ことを特徴とする請求項１記載の共振型電力伝送システム。
13. 前記受信側位置推定補助部は、前記受信アンテナが前記送信アンテナに近づいた際に当該送信アンテナから供給された電力を用いて駆動する
    ことを特徴とする請求項１２記載の共振型電力伝送システム。
14. 複数の送信アンテナを有する送信装置において、
    入力電力から前記送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する１つの送信電源と、
    前記送信アンテナ毎に設けられ、前記送信電源により出力された電力を当該送信アンテナに供給する供給線路を接続又は切断するよう切替え可能な複数のスイッチと、
    前記送信電源が有する当該送信電源の破壊を防止するための機能から成り、受信装置の受信アンテナが前記送信アンテナに近づくことにより変化する当該送信電源に関するパラメータを検出するパラメータ検出部と、
    前記パラメータ検出部による検出結果から前記受信アンテナの位置を推定し、当該受信アンテナの位置から前記スイッチの切替え制御を行うスイッチ制御部と
    を有することを特徴とする送信装置。
15. 複数の送信アンテナを有する送信装置と、受信アンテナを有する受信装置とを備えた給電位置制御システムにおいて、
    前記送信装置は、
    入力電力から前記送信アンテナの共振周波数に合わせた電力を出力する１つの送信電源と、
    前記送信アンテナ毎に設けられ、前記送信電源により出力された電力を当該送信アンテナに供給する供給線路を接続又は切断するよう切替え可能な複数のスイッチと、
    前記送信電源が有する当該送信電源の破壊を防止するための機能から成り、前記受信アンテナが前記送信アンテナに近づくことにより変化する当該送信電源に関するパラメータを検出するパラメータ検出部と、
    前記送信電源の保護機能を利用し、前記パラメータ検出部による検出結果から前記受信アンテナの位置を推定し、当該受信アンテナの位置から前記スイッチの切替え制御を行うスイッチ制御部とを有する
    ことを特徴とする給電位置制御システム。

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