JP6202489B2

JP6202489B2 - 移動型無線電力伝送システム

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Publication number: JP6202489B2
Application number: JP2013102587A
Authority: JP
Inventors: 石崎　俊雄; 俊雄石崎
Original assignee: 石崎　俊雄; 俊雄石崎
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: JP2014223002A

Description

本発明は、送電装置を構成する伝送線路からの電力を、移動する受電装置が受電可能な移動型無線電力伝送システムに関する。

送電装置から受電装置に無線で電力伝送する無線電力伝送システムには、さまざまな方式のものが知られている。この中でも、非放射電磁界結合を用いて、受電装置が存在すればそれとの結合に応じて送電装置の電力が伝送される方式は、高い電力伝送効率を得ることができるので、近年、非常に注目を集めている。この中には、送電装置から移動する受電装置に電力伝送が可能な移動型無線電力伝送システムが知られている。

例えば、特許文献１には、高周波電源に接続された伝送線路で送電装置を構成し、その伝送線路に沿って位置すると電磁結合して電力が供給される受電装置を備えるものが記載されている。特許文献１に記載のものは、設備としてさほど大規模にならないので、インフラとして設置し易いものである。

特開２０１１−７２１７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているような構成の移動型無線電力伝送システムは、今日、実用化に向かって様々な研究がなされているところであり、更なる改善の余地が残っている。例えば、伝送線路に沿って複数台の受電装置が位置する場合、高周波電源側の最初の１台の受電装置に対して効率良く送電を行う条件にすると、ほとんどすべての電力がその最初の１台目で吸収されてしまうため、２台目以降の受電装置に対して電力を送ることは難しくなってしまう、といった状況なども想定される。

本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、伝送線路に沿って複数台の受電装置が位置する場合に、２台目以降の受電装置に対しても効率良く電力が無線送電できる移動型無線電力伝送システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の移動型無線電力伝送システムは、高周波電源とそれに接続された伝送線路を有する送電装置と、前記伝送線路に沿って位置し得る１台又は複数台の受電共振器を有する受電装置と、前記受電装置へ多重化制御信号を出力する多重化制御装置と、を備え、前記多重化制御装置は、前記伝送線路に沿って複数台の前記受電装置が位置するとき、時間を分割して各々の受電装置に割り当てる複数個の受電タイムスロットを生成し、前記受電装置は、前記伝送線路に沿って複数台が位置するとき、前記多重化制御信号に含まれる前記受電タイムスロットの情報に基づき、受電しない全ての前記受電装置の前記受電共振器の共振周波数を、前記高周波電源が出力し前記伝送線路を介して送られてくる高周波電力の送電周波数から離調させ、受電する前記受電装置の共振周波数のみを前記送電周波数に一致させて割り当てられた受電タイムスロット時に高周波電力を受電することにより、該高周波電力の全送電電力を分配して受電することを特徴とする。

請求項２に記載の移動型無線電力伝送システムは、請求項１に記載の移動型無線電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、更に前記受電共振器に接続されたスイッチを有し、当該受電装置の受電タイムスロット時に前記スイッチをオン又はオフのうちの一の状態とし、当該受電装置以外の受電タイムスロット時には前記スイッチをオン又はオフのうちの他の状態としたことを特徴とする。

請求項３に記載の移動型無線電力伝送システムは、請求項１又は２に記載の移動型無線電力伝送システムにおいて、前記受電装置は、更に、共振型反射器を有し、当該受電装置の受電タイムスロット時に前記共振型反射器の共振周波数を前記高周波電力の送電周波数に一致させ、当該受電装置以外の受電タイムスロット時には前記共振型反射器の共振周波数を前記送電周波数から離調させることを特徴とする。

本発明の移動型無線電力伝送システムによれば、伝送線路に沿って複数台の受電装置が位置する場合に、２台目以降の受電装置に対しても効率良く電力が無線送電できる。

本発明の第１の実施形態に係る移動型無線電力伝送システムの構成を示す模式図である。同上の移動型無線電力伝送システムの主要部分の構成例を示す平面図である。同上の移動型無線電力伝送システムのＳパラメータの特性を示す１つの特性図である。同上の移動型無線電力伝送システムのＳパラメータの特性を示すもう１つの特性図である。本発明の第２の実施形態に係る移動型無線電力伝送システムの構成を示す模式図である。同上の移動型無線電力伝送システムのＳパラメータの特性を示す特性図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら説明する。本発明の第１の実施形態に係る移動型無線電力伝送システム１は、図１に示すように、送電装置２と多重化制御装置３と受電装置４を備えるものである。この移動型無線電力伝送システム１では、多重化制御装置３が出力する多重化制御信号に基づき、送電装置２から受電装置４に高周波電力が送電される。

送電装置２は、高周波電源２１とそれに接続された伝送線路２２を有している。高周波電源２１は、所定の単一の送電周波数の高周波電力を出力する。また、高周波電源２１とは反対側の伝送線路２２の端部には、無反射終端２３（例えば、５０Ωの抵抗）が接続されている。

伝送線路２２は、例えば、図２に示すように、長く延伸するマイクロストリップ線路を用いることができる。また、この伝送線路２２と平行に、その裏面側（図２においては紙面の向こう側）に接地線路を設けることができる。なお、図２においては、長く延伸する伝送線路２２の一部を示しており、僅かな曲率を有している部分を示している。

多重化制御装置３は、受電装置４へ多重化制御信号を出力することにより時分割多重制御を行うものである。すなわち、多重化制御装置３は、伝送線路２２に沿って複数台の受電装置４が位置するとき、時間を分割して各々の受電装置４に割り当てる複数個の受電タイムスロットを生成し、この受電タイムスロットの情報（例えば、割り当てる受電装置４の台数や割り当ての状態など）を含んだ多重化制御信号を出力する。なお、受電タイムスロットは、時間が等分に分割されたものとせず、複数台のうちのいずれかの受電装置４の受電タイムスロットを長く又は短くして、その受電装置４が受電する電力の割合を調整することも可能である。また、伝送線路２２に沿って位置する受電装置４が１台のときは、受電タイムスロットを１個に（時間を分割せずに）すればよい。また、多重化制御装置３は、受電装置４の有無又は数に応じて高周波電源２１が出力する高周波電力の大きさを制御することも可能である。更に、受電装置４が伝送線路２２に沿って位置していないときは、高周波電源２１の出力を止めるように制御することも可能である。

多重化制御装置３が出力する多重化制御信号は、好ましくは、高周波電力に重畳された変調信号として伝送線路２２を介して受電装置４に送られる。これにより、システムが簡便になるとともに、多重化制御装置３が認識し高周波電力を受電できる状態にある受電装置４が確実に多重化制御信号を受信し得るようになって、安定した通信に基づいた信頼性の高い制御となる。多重化制御装置３は、図１に示すように、伝送線路２２にコンデンサなどの結合素子３Ａを介して接続することができる。また、受電装置４は、この多重化制御信号を受信するために、図示は省略するが、例えば、方向性結合器など公知の方式を用いることができる。

なお、多重化制御装置３が伝送線路２２に沿って位置する受電装置４の台数を認識するために、受電装置４は、自己が受電可能であることを示す信号を公知の無線の通信方法等を用いて多重化制御装置３に送ることができる。或いは、受電装置４は、自己が受電可能であることを示す信号を高周波電力に重畳された変調信号として伝送線路２２を介して多重化制御装置３に送ることもできる。

受電装置４は、給電を必要とするときに送電装置２の伝送線路２２に沿った位置に移動し得る移動型の装置であり、１台又は複数台の受電装置４が伝送線路２２に沿って位置し得る。受電装置４は、伝送線路２２に沿って移動しつつ給電（送電）されるようにしてもよいし、給電中は静止するようにしてもよい。受電装置４は、複数台が伝送線路２２に沿って位置したとき、多重化制御装置３が出力する多重化制御信号に基づき、高周波電源２１が出力し伝送線路２２を介して送られてくる高周波電力の全送電電力を分配して受電する。この高周波電力の全送電電力を分配するために、各々の受電装置４は、多重化制御信号を受信してそれに含まれる受電タイムスロットの情報に基づき、自己が受電すべき割り当てられた受電タイムスロット時に高周波電力を受電する。すなわち、各々の受電装置４は、多重化制御信号によって互いに同期して動作する。そして、自己が受電すべき受電タイムスロット時においては、送電装置２との間で最大の結合を利用することができるので、トータルとして高効率な送電が可能である。

より詳細には、各々の受電装置４は、受電共振器４１を有するようにできる。受電共振器４１は、受電装置４が伝送線路２２に沿って位置したとき、それに電磁界結合可能なものである。受電共振器４１は、例えば、図２に示したように、その一部をマイクロストリップ線路の伝送線路２２にオーバラップさせることによって、電磁界結合する。受電共振器４１と伝送線路２２との間には隙間（図２においては紙面に垂直方向の間隙）が存在する。また、受電共振器４１は、伝送線路２２の高周波電力の送電周波数で共振可能なような所定長さのストリップ導体で形成することができる。

各々の受電装置４は、自己の受電タイムスロット時に受電共振器４１の共振周波数を高周波電力の送電周波数に一致させ、自己以外の受電タイムスロット時には共振周波数を送電周波数から離調させる。受電共振器４１の共振周波数が高周波電力の送電周波数に一致すると、受電共振器４１が伝送線路２２上の高周波電力に共振し、伝送線路２２上の高周波電力が受電共振器４１に吸収（受電）される。その一方、受電共振器４１の共振周波数が高周波電力の送電周波数から離調すると、受電共振器４１は伝送線路２２上の高周波電力に共振せず、伝送線路２２上の高周波電力は受電共振器４１には吸収（受電）されない。

この離調を完全にするには、受電共振器４１に接続されたスイッチ４１Ａを用いればよい。すなわち、各々の受電装置４は、自己の受電タイムスロット時にスイッチ４１Ａをオン又はオフのうちの一の状態として、受電共振器４１の共振周波数を高周波電力の送電周波数に一致させる。また、各々の受電装置４は、自己以外の受電タイムスロット時にはスイッチ４１Ａをオン又はオフのうちの他の状態として、共振周波数を送電周波数から完全に離調させ、自己の受電共振器４１では電力を受電しないようにする。

例えば、スイッチ４１Ａが受電共振器４１の一端と一定電位（通常は接地電位）との間を導通又は非導通にするものとする。その場合、スイッチ４１Ａがオフ（非導通）のとき、受電共振器４１の共振周波数が高周波電力の送電周波数に一致し、２分の１波長で共振するようにできる。スイッチ４１Ａがオン（導通）のとき、受電共振器４１の共振周波数は高周波電力の送電周波数に一致しなくなり、完全に離調する。なお、スイッチ４１Ａは、オン（導通）のとき受電共振器４１の共振周波数が離調するのならば、受電共振器４１に接続される箇所又は数は限定されず、また、他方の接続先は高周波にとって一定電位であればよい。

また、各々の受電装置４は、以下に説明するように、受電共振器４１とともに共振型反射器４２を有するようにするのが好ましい。この場合、送電装置２の高周波電源２１から近い側に受電共振器４１を配し、高周波電源２１から遠い側に共振型反射器４２を配する。共振型反射器４２は、受電装置４が伝送線路２２に沿って位置するとき、伝送線路２２に電磁界結合可能なものである。共振型反射器４２は、例えば、図２に示したように、その一部をマイクロストリップ線路の伝送線路２２にオーバラップさせることによって、電磁界結合する。共振型反射器４２と伝送線路２２との間には隙間（図２においては紙面に垂直方向の間隙）が存在する。また、共振型反射器４２は、伝送線路２２の高周波電力の送電周波数で共振可能なような所定長さのストリップ導体で形成することができる。

各々の受電装置４は、自己の受電タイムスロット時に受電共振器４１とともに共振型反射器４２の共振周波数を高周波電力の送電周波数に一致させ、自己以外の受電タイムスロット時には共振周波数を送電周波数から離調させる。受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数が高周波電力の送電周波数に一致すると、受電共振器４１及び共振型反射器４２が伝送線路２２上の高周波電力に共振し、受電共振器４１の位置では伝送線路２２上の高周波電力が受電共振器４１に吸収（受電）され、共振型反射器４２の位置では伝送線路２２上の高周波電力のほぼ全部が共振型反射器４２によって反射され、その反射波のほぼ全部が受電共振器４１に吸収される。その一方、受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数が高周波電力の送電周波数から離調すると、受電共振器４１及び共振型反射器４２は伝送線路２２上の高周波電力に共振せず、各々の位置において伝送線路２２上の高周波電力は受電共振器４１には吸収（受電）されず、共振型反射器４２によって反射されない。

なお、各々の受電装置４が受電共振器４１とともに共振型反射器４２を有するようにすると、伝送線路２２上のインピーダンス整合については、受電装置４が受電しない場合は、伝送線路２２の端部に接続された無反射終端２３が行って受電装置４は影響せず、また、複数台の受電装置４のいずれかが受電する場合は、その受電装置４が行って無反射終端２３は影響しないようにすることができる。それにより、高周波電力の伝送効率のインピーダンス不整合による低下を防ぐことができる。

共振型反射器４２の離調を完全にするには、共振型反射器４２に接続されたスイッチ４２Ａを用いればよい。すなわち、各々の受電装置４は、自己の受電タイムスロット時にスイッチ４１Ａとともにスイッチ４２Ａを同時にオン又はオフのうちの一の状態として、受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数を高周波電力の送電周波数に一致させる。また、各々の受電装置４は、自己以外の受電タイムスロット時にはスイッチ４１Ａ、４２Ａをオン又はオフのうちの他の状態として、それらの共振周波数を送電周波数から完全に離調させ、自己の受電共振器４１では高周波電力を受電せず、共振型反射器４２では高周波電力を反射しないようにする。

例えば、スイッチ４２Ａが共振型反射器４２の一端と一定電位（通常は接地電位）との間を導通又は非導通にするものとする。その場合、スイッチ４２Ａがオフ（非導通）のとき、共振型反射器４２の共振周波数が高周波電力の送電周波数に一致し、２分の１波長で共振するようにできる。スイッチ４２Ａがオン（導通）のとき、共振型反射器４２の共振周波数は高周波電力の送電周波数に一致しなくなり、完全に離調する。完全に離調すると、伝送線路２２上のインピーダンスを乱すことが全くなくなる。なお、スイッチ４２Ａは、オン（導通）のとき共振型反射器４２の共振周波数が離調するのならば、共振型反射器４２に接続される箇所又は数は限定されず、また、他方の接続先は高周波にとって一定電位であればよい。

このようにして、この移動型無線電力伝送システム１では、伝送線路２２に沿って複数台の受電装置４が位置する場合、高周波電源２１から近い側の最初の１台と全く同様に、高周波電源２１から遠い側に位置する２台目以降の受電装置４に対しても効率良く電力が無線送電できる。

なお、受電装置４で受電された電力は、例えば、インピーダンス整合回路４３を通って負荷４４に供給される。インピーダンス整合回路４３は、負荷４４に電力が供給される場合に、インピーダンス不整合による反射が起きないようにするものである。負荷４４は、受電装置４などが所要の機能を発揮するためのバッテリ等の回路である。

次に、この移動型無線電力伝送システム１において、本願発明者が行ったシミュレーションを説明する。シミュレーション構成として、伝送線路２２に沿って同じ形状の２台の受電装置４を位置させた（図１参照）。マイクロストリップ線路の伝送線路２２の幅Ａ、ストリップ導体の受電共振器４１の幅Ｂ、及びストリップ導体の共振型反射器４２の幅Ｃは屈曲部を除いて約３．２ｍｍとしている（図２参照）。また、受電共振器４１の全長（図２においてＤ＋Ｅ＋Ｆ）及び共振型反射器４２の全長（図２においてＧ＋Ｈ＋Ｉ）は、約３６ｍｍとしている。受電共振器４１と共振型反射器４２の間の距離Ｊは、約２２ｍｍとしている。伝送線路２２と受電共振器４１（及び共振型反射器４２）のオーバラップ部分の間隙の長さは、１．５ｍｍとし、空気層が介在しているとした。

図３は、１台目（高周波電源２１から近い側）の受電装置４のスイッチ４１Ａ、４２Ａがオフ、２台目（１台目の受電装置４よりも高周波電源２１から遠い側）の受電装置４のスイッチ４１Ａ、４２Ａがオンの時のＳパラメータの特性を示している。図４は、１台目の受電装置４のスイッチ４１Ａ、４２Ａがオン、２台目の受電装置４のスイッチ４１Ａ、４２Ａがオフの時のＳパラメータの特性を示している。高周波電力の送電周波数は、２．４５ＧＨｚとしている。Ｓパラメータのうち、Ｓ１１は伝送線路２２の高周波電源２１側に返る（反射される）高周波電力の比率、Ｓ２１は伝送線路２２の無反射終端２３側に通過して行く高周波電力の比率、Ｓ３１は１台目の受電装置４が受電した高周波電力の比率、Ｓ４１は２台目の受電装置４が受電した高周波電力の比率である。

周波数が約２．４５ＧＨｚのとき、図３の特性図では、Ｓ１１が約−３６ｄＢ、Ｓ２１が約−２３ｄＢ、Ｓ３１が約−０．５ｄＢ、Ｓ４１が−５０ｄＢ以下となっており、図４の特性図では、Ｓ１１が約−２７ｄＢ、Ｓ２１が約−２７ｄＢ、Ｓ３１が−５０ｄＢ以下、Ｓ４１が約−０．５ｄＢとなっている。すなわち、これら２個の特性図のＳ３１とＳ４１を比べると、受電装置４は、受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数を高周波電力の送電周波数に一致させて、自分の受電タイムスロット時にほぼ全ての高周波電力を受電することができることが分かる。また、受電装置４は、受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数を高周波電力の送電周波数から完全に離調させ、自分の受電共振器４１及び共振型反射器４２では高周波電力を受電しないようにできることが分かる。また、これら２個の特性図のＳ１１より、伝送線路２２上の反射が少なく、インピーダンス整合が適正に行われていることが分かる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る移動型無線電力伝送システム１’を説明する。移動型無線電力伝送システム１’は、図５に示すように、送電装置２’と多重化制御装置３’と受電装置４’を備えるものである。この移動型無線電力伝送システム１’では、多重化制御装置３’が出力する多重化制御信号に基づき、送電装置２’から受電装置４’に高周波電力が送電される。

送電装置２’は、高周波電源２１’とそれに接続された伝送線路２２を有している。高周波電源２１’は、伝送線路２２に沿って位置する受電装置４’の数に応じて、１個又は複数個の送電周波数の高周波電力を出力する。また、高周波電源２１’とは反対側の伝送線路２２の端部には、無反射終端２３（例えば、５０Ωの抵抗）が接続されている。伝送線路２２と無反射終端２３は、上記した移動型無線電力伝送システム１の場合と同様のものである。

多重化制御装置３’は、周波数分割多重制御を行うものである。多重化制御装置３’は、伝送線路２２に沿って複数台の受電装置４’が位置するとき、高周波電源２１’に各々の受電装置４’に割り当てる複数個の送電周波数の高周波電力を送出させるともに、これらの送電周波数の情報を含んだ多重化制御信号を出力する。なお、多重化制御装置３’は、受電装置４’の有無又は数に応じて高周波電源２１’が出力する高周波電力の大きさを制御することも可能である。更に、受電装置４’が伝送線路２２に沿って位置していないときは、高周波電源２１’の出力を止めるように制御することも可能である。

多重化制御装置３’が出力する多重化制御信号は、好ましくは、高周波電力に重畳された変調信号として伝送線路２２を介して受電装置４’に送られる。これにより、システムが簡便になるとともに、多重化制御装置３’が認識し高周波電力を受電できる状態にある受電装置４’が確実に多重化制御信号を受信し得るようになって、安定した通信に基づいた信頼性の高い制御となる。多重化制御装置３’は、図５に示すように、伝送線路２２にコンデンサなどの結合素子３Ａを介して接続することができる。また、受電装置４’は、この多重化制御信号を受信するために、図示は省略するが、例えば、方向性結合器など公知の方式を用いることができる。

なお、多重化制御装置３’が伝送線路２２に沿って位置する受電装置４’の台数を認識するために、受電装置４’は、自己が受電可能であることを示す信号を公知の無線の通信方法等を用いて多重化制御装置３’に送ることができる。或いは、受電装置４’は、自己が受電可能であることを示す信号を高周波電力に重畳された変調信号として伝送線路２２を介して多重化制御装置３’に送ることもできる。

受電装置４’は、給電を必要とするときに送電装置２’の伝送線路２２に沿った位置に移動し得る移動型の装置であり、１台又は複数台の受電装置４’が伝送線路２２に沿って位置し得る。受電装置４’は、伝送線路２２に沿って移動しつつ給電（送電）されるようにしてもよいし、給電中は静止するようにしてもよい。受電装置４’は、複数台が伝送線路２２に沿って位置したとき、多重化制御装置３’が出力する多重化制御信号に基づき、高周波電源２１’が出力し伝送線路２２を介して送られてくる高周波電力の全送電電力を分配して受電する。この高周波電力の全送電電力を分配するために、各々の受電装置４’は、多重化制御信号を受信してそれに含まれる送電周波数の情報に基づき、自己が受電すべき送電周波数の高周波電力を受電する。よって、各々の受電装置４’は、自己が受電すべき送電周波数においては、送電装置２’との間で最大の結合を利用することができるので、高効率な送電が可能である。

より詳細には、各々の受電装置４’は、受電共振器４１を有するようにできる。この受電共振器４１は、上記した移動型無線電力伝送システム１の場合と同様のものである。

各々の受電装置４’は、自分が受電すべき１つの送電周波数に受電共振器４１の共振周波数を一致させる。受電共振器４１の共振周波数が高周波電力の送電周波数の１つに一致すると、受電共振器４１が伝送線路２２上の高周波電力に共振し、伝送線路２２上の高周波電力が受電共振器４１に吸収（受電）される。

受電装置４’が受電すべき送電周波数に受電共振器４１の共振周波数を一致させるには、一端が受電共振器４１に接続された電圧可変容量素子４１Ａ’を用いればよい。電圧可変容量素子４１Ａ’の他端は一定電位とされる。そうすると、各々の受電装置４’は、電圧可変容量素子４１Ａ’の容量値を印加電圧によって変えることで、受電共振器４１の共振周波数が高周波電力の送電周波数の１つに一致して、受電共振器４１が共振（同調）するようにできる。

また、各々の受電装置４’は、以下に説明するように、受電共振器４１とともに共振型反射器４２を有するようにするのが好ましい。この共振型反射器４２は、上記した移動型無線電力伝送システム１の場合と同様のものである。

各々の受電装置４’は、自己が受電すべき送電周波数に受電共振器４１とともに共振型反射器４２の共振周波数を一致させる。受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数が高周波電力の送電周波数の1つに一致すると、受電共振器４１及び共振型反射器４２が伝送線路２２上の高周波電力に共振し、受電共振器４１の位置では伝送線路２２上の高周波電力が受電共振器４１に吸収（受電）され、共振型反射器４２の位置では伝送線路２２上の高周波電力のほぼ全部が共振型反射器４２によって反射され、その反射波のほぼ全部が受電共振器４１に吸収される。

なお、各々の受電装置４’が受電共振器４１とともに共振型反射器４２を有するようにすると、伝送線路２２上の各送電周波数についてのインピーダンス整合については、受電装置４’が受電しない場合は、伝送線路２２の端部に接続された無反射終端２３が行って受電装置４’は影響せず、また、受電装置４’ のいずれかが受電する場合は、その受電装置４’が行って無反射終端２３は影響しないようにすることができる。それにより、高周波電力の伝送効率のインピーダンス不整合による低下を防ぐことができる。

共振型反射器４２の共振周波数を高周波電力の送電周波数の1つに一致させるには、一端が共振型反射器４２に接続された電圧可変容量素子４２Ａ’を用いればよい。電圧可変容量素子４２Ａ’の他端は一定電位とされる。そうすると、各々の受電装置４’は、電圧可変容量素子４２Ａ’の容量値を印加電圧によって変えることで、共振型反射器４２の共振周波数が高周波電力の送電周波数の１つに一致して、共振型反射器４２が共振（同調）するようにできる。

このようにして、この移動型無線電力伝送システム１’では、伝送線路２２に沿って複数台の受電装置４’が位置する場合、高周波電源２１’ から近い側の最初の１台と全く同様に、高周波電源２１’から遠い側に位置する２台目以降の受電装置４’に対しても効率良く電力が無線送電できる。

なお、受電装置４’のインピーダンス整合回路４３及び負荷４４は、上記した移動型無線電力伝送システム１の場合と同様のものである。

次に、この移動型無線電力伝送システム１’において、本願発明者が行ったシミュレーションを説明する。シミュレーション構成は、上記した移動型無線電力伝送システム１の場合と同様である。

図６は、電圧可変容量素子４１Ａ’、４２Ａ’の容量値を調整して、１台目（高周波電源２１’から近い側）の受電装置４’の受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数が１．６５ＧＨｚ、２台目（１台目の受電装置４’よりも高周波電源２１’から遠い側）の受電装置４’の受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数が２．４５ＧＨｚとしたときのＳパラメータの特性を示している。Ｓパラメータのうち、Ｓ１１は伝送線路２２の高周波電源２１’側に返る（反射される）高周波電力の比率、Ｓ２１は伝送線路２２の無反射終端２３側に通過して行く高周波電力の比率、Ｓ３１は１台目の受電装置４’が受電した高周波電力の比率、Ｓ４１は２台目の受電装置４’が受電した高周波電力の比率である。

図６の特性図では、周波数が約１．６５ＧＨｚのとき、Ｓ１１が約−３０ｄＢ、Ｓ２１が約−３０ｄＢ、Ｓ３１が約−０．５ｄＢ、Ｓ４１が約−４４ｄＢとなっており、周波数が約２．４５ＧＨｚのとき、Ｓ１１が約−２５ｄＢ、Ｓ２１が約−３３ｄＢ、Ｓ３１が約−３０ｄＢ、Ｓ４１が約−０．５ｄＢとなっている。すなわち、Ｓ３１とＳ４１を比べると、各々の受電装置４’は、受電共振器４１及び共振型反射器４２の共振周波数を高周波電力の送電周波数の１つに一致させて、各送電周波数のほぼ全ての高周波電力を受電することができることが分かる。また、Ｓ１１より、伝送線路２２上の反射が少なく、インピーダンス整合が適正に行われていることが分かる。

以上、本発明の実施形態に係る移動型無線電力伝送システムについて説明したが、本発明は、上述した実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。また、本発明は、様々な分野に適用可能であり、例えば、伝送線路２２が道路（又は駐車場）や工場などに敷設されており、受電装置４、４’が電気自動車や工場内運搬ロボットなどの車両の装置である場合等に適用可能である。

１、１’ 移動型無線電力伝送システム
２、２’ 送電装置
２１、２１’ 高周波電源
２２伝送線路
２３無反射終端
３、３’ 多重化制御装置
４、４’ 受電装置
４１受電共振器
４１Ａ受電共振器４１に接続されたスイッチ
４１Ａ’ 受電共振器４１に接続された電圧可変容量素子
４２共振型反射器
４２Ａ共振型反射器４２に接続されたスイッチ
４２Ａ’ 共振型反射器４２に接続された電圧可変容量素子
４３インピーダンス整合回路
４４負荷

Claims

高周波電源とそれに接続された伝送線路を有する送電装置と、
前記伝送線路に沿って位置し得る１台又は複数台の受電共振器を有する受電装置と、
前記受電装置へ多重化制御信号を出力する多重化制御装置と、
を備え、
前記多重化制御装置は、前記伝送線路に沿って複数台の前記受電装置が位置するとき、時間を分割して各々の受電装置に割り当てる複数個の受電タイムスロットを生成し、
前記受電装置は、前記伝送線路に沿って複数台が位置するとき、前記多重化制御信号に含まれる前記受電タイムスロットの情報に基づき、受電しない全ての前記受電装置の前記受電共振器の共振周波数を、前記高周波電源が出力し前記伝送線路を介して送られてくる高周波電力の送電周波数から離調させ、受電する前記受電装置の共振周波数のみを前記送電周波数に一致させて割り当てられた受電タイムスロット時に高周波電力を受電することにより、該高周波電力の全送電電力を分配して受電することを特徴とする移動型無線電力伝送システム。
請求項１に記載の移動型無線電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は、更に前記受電共振器に接続されたスイッチを有し、当該受電装置の受電タイムスロット時に前記スイッチをオン又はオフのうちの一の状態とし、当該受電装置以外の受電タイムスロット時には前記スイッチをオン又はオフのうちの他の状態としたことを特徴とする移動型無線電力伝送システム。
請求項１又は２に記載の移動型無線電力伝送システムにおいて、
前記受電装置は、更に、共振型反射器を有し、当該受電装置の受電タイムスロット時に前記共振型反射器の共振周波数を前記高周波電力の送電周波数に一致させ、当該受電装置以外の受電タイムスロット時には前記共振型反射器の共振周波数を前記送電周波数から離調させることを特徴とする移動型無線電力伝送システム。