JP6276854B2 - 送電装置、受電装置、及び電力伝送システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、送電装置、受電装置、及び電力伝送システムに関する。

従来、非接触で電力伝送を可能にする技術として、隣接する二つのコイルの一方に電流を流し、エネルギーを磁界に変換してから、もう一方のコイルに起電力を発生させる電磁誘導方式が知られている。また、その他の方法として、電流を電磁波に変換しアンテナを経由してエネルギーを伝送する電波方式が知られている。前者は大電力を扱う場合に適しているが、送電距離が一般に短い。後者は送電距離が長いが、伝送方向の制御が難しく伝送効率も低い。

それに対し、送電装置に送電共振子を配置し、受電装置に受電共振子を配置し、共振子間を磁界共鳴により結合させる磁界共鳴方式が知られている。この磁界共鳴方式によれば、ある程度離れた距離においても高い伝送効率が得られ、軸ずれなどによる影響が少ないなどの特徴がある。

この磁界共鳴方式で複数の送電共振子を用いて送電する場合に、複数の送電共振子同士が磁界結合することにより、ある送電共振子から他の送電共振子へ送電される恐れがある。これにより、伝送効率が低下してしまう問題がある。

特開２０１２−３９８１５号公報

そこで本発明の実施形態が解決しようとする課題は、複数の送電共振子を用いて無線電力伝送する場合の伝送効率を向上させる送電装置、受電装置、及び電力伝送システムを提供することである。

一の実施形態によれば、送電装置は、無線で送電する第１の送電共振子を備える。送電装置は、無線で送電する第２の送電共振子を備える。送電装置は、交流電力を前記第１の送電共振子へ出力する第１の電源を備える。送電装置は、前記第１の電源とは異なる周波数の交流電力を前記第２の送電共振子へ出力する第２の電源を備える。前記第１の送電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれ、且つ前記第２の電源の周波数が含まれず、前記第２の送電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれず、且つ前記第２の電源の周波数が含まれる。

第１の実施形態における送電装置１の構成を示す図。 第１の実施形態における送電装置１の等価回路の一例を示す図。 周波数軸上で共振周波数が隣り合う送電共振子の動作帯域と、これらの送電共振子に接続された電源の周波数との関係の第１の例を示す図。 周波数軸上で共振周波数が隣り合う送電共振子の動作帯域と、これらの送電共振子に接続された電源の周波数との関係の第２の例を示す図。 第２の実施形態における電力伝送システム１０の構成を示す図。 第２の実施形態における電力伝送システム１０の等価回路の一例を示す図。 周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域と、対応する電源の周波数との関係の第１の例を示す図。 周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域と、対応する電源の周波数との関係の第２の例を示す図。 第２の実施形態の第１の変形例における電力伝送システム１０ｂの構成を示す図。 第２の実施形態の第２の変形例における電力伝送システム１０ｃの構成を示す図。 図１１（Ａ）は、第３の実施形態で追加される周波数差の条件の第１の例を示す図。図１１（Ｂ）は、第３の実施形態で追加される周波数差の条件の第２の例を示す図。図１１（Ｃ）は、第３の実施形態で追加される周波数差の条件の第３の例を示す図。 第３の実施形態の第１の変形例で追加される周波数差の条件の例を示す図。 第３の実施形態の第２の変形例で追加される周波数差の条件の例を示す図。 第４の実施形態における送電装置５の構成を示す図。 第４の実施形態における受電装置７の構成を示す図。 第４の実施形態の変形例における送電装置６の構成を示す図。 第５の実施形態における電力伝送システム１０ｄの構成を示す図。 周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域と、対応する電源の周波数との関係の例を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における送電装置１の構成を示す図である。送電装置１は、磁界共鳴方式で、非接触で電力を不図示の受電装置へ伝送する。図１に示すように、送電装置１は、電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎ（ｎは正の整数）までのｎ個の電源１１−ｉと、送電共振子１２−１、１２−２、…、１２−ｎまでのｎ個の送電共振子１２−ｉを備える。

各電源１１−ｉの出力は、インデックスｉが同じ送電共振子１２−ｉに接続されている。各電源１１−ｉは、互いに異なる周波数の交流電力を出力し、インデックスｉが同じ送電共振子１２−ｉに供給する。

送電共振子１２−１、１２−２、…、１２−ｎは、複数の電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎのうち互いに異なる電源と接続され、共振周波数が互いに異なる。

本実施形態では、一例として、送電共振子１２−ｉそれぞれの共振周波数は、当該送電共振子が接続している電源１１−ｉと等しいものとして、以下説明する。

図２は、第１の実施形態における送電装置１の等価回路の一例を示す図である。図２に示すように、各送電共振子１２−ｉは、一端が電源１１−ｉの一端に接続されたコンデンサＣｉと、一端がコンデンサＣｉの他端に接続され、他端が電源１１−ｉの他端に接続されたインダクタＬｉとを備える。

続いて、図３を用いて、本実施形態における、送電共振子の動作帯域と各電源１１−ｉの周波数との関係について説明する。図３は、周波数軸上で共振周波数が隣り合う送電共振子の動作帯域と、これらの送電共振子に接続された電源の周波数との関係の第１の例を示す図である。

ここで、複数の送電共振子のうち周波数軸上で共振周波数が隣り合う送電共振子を、第１の送電共振子と第２の送電共振子とする。また、第１の送電共振子の共振周波数をｆｓ１とし、第２の送電共振子の共振周波数はｆｓ２とする。

第１の送電共振子に接続された電源を第１の電源とし、第２の送電共振子に接続された電源を第２の電源とする。ここで、第１の電源が出力する交流電力の周波数（以下、第１の電源の周波数という）をｆｐ１、第２の電源が出力する交流電力の周波数（以下、第２の電源の周波数）をｆｐ２とする。

そして、一例として、第１の送電共振子と第２の送電共振子の全ての組で、以下の周波数差条件を満たすようにする。図３に示すように、第１の電源の周波数ｆｐ１と第２の電源の周波数ｆｐ２との差（ｆｐ２−ｆｐ１）は、第１の送電共振子の動作帯域幅ＢＷ１の２分の１より大きく、且つ第２の送電共振子の動作帯域幅ＢＷ２の２分の１より大きい。

この周波数差条件を満たすことにより、第１の送電共振子は、第２の電源の周波数ｆｐ２では動作帯域外となる。つまり、第１の送電共振子は、第２の電源の周波数ｆｐ２で共振する第２の送電共振子と第２の電源の周波数ｆｐ２では磁界結合しない。同様に、第２の送電共振子は、第１の電源の周波数ｆｐ１では動作帯域外となる。つまり、第２の送電共振子は、第１の電源の周波数ｆｐ１で共振する第２の送電共振子と第１の電源の周波数ｆｐ１では磁界結合しない。

従って、この条件を満たす第１の送電共振子と第２の送電共振子の全ての組の間で、第１の電源の周波数ｆｐ１及び第２の電源の周波数ｆｐ２では磁界結合しない。このため、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

ここで、第１の送電共振子の動作帯域幅ＢＷ１は、第１の送電共振子の共振周波数ｆｓ１を第１の送電共振子のＱ値Ｑ１で割った値ｆｓ１／Ｑ１である。また、第２の送電共振子の動作帯域幅ＢＷ２は、第２の送電共振子の共振周波数ｆｓ２を第２の送電共振子のＱ値Ｑ２で割った値ｆｓ２／Ｑ２である。これにより、送電共振子の動作帯域幅は、当該送電共振子の共振周波数とＱ値を用いて予め設定される。

なお、送電共振子のＱ値はω_０Ｌ／Ｒで算出できる。ここで、ω_０は共振角周波数であり、Ｌは送電共振子のインダクタンスであり、Ｒは送電共振子の抵抗値である。πを円周率、ｆを共振周波数とすると、共振角周波数ω_０は２πｆで表される。送電共振子のインダクタンス値Ｌと抵抗値Ｒを測定することが可能であるので、送電共振子のＱ値を求めることが可能である。

（第１の実施形態の効果）
この構成により、送電共振子間で第１の電源の周波数ｆｐ１及び第２の電源の周波数ｆｐ２では磁界結合しないので、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

また、本実施形態においては、各送電共振子１２−ｉは、一つの電源１１−ｉの出力と接続されており、複数の電源１１−ｉからの出力が一つの送電共振子へ集中しない。そのため、送電共振子の発熱を抑えることができるので、送電共振子の温度上昇量が低減される。

なお、本実施形態では、第１の送電共振子と第２の送電共振子の全ての組で、上述した周波数差条件を満たすようにしたが、第１の送電共振子と第２の送電共振子の少なくとも一つの組で上述した周波数差条件を満たすようにしてもよい。

なお、本実施形態では、送電共振子１２−ｉそれぞれの共振周波数は、インデックスｉが同じ電源、すなわち当該送電共振子が接続している電源１１−ｉと等しいものとして説明したが、これに限ったものではない。送電共振子１２−ｉそれぞれの共振周波数は、インデックスｉが同じ電源、すなわち当該送電共振子が接続している電源１１−ｉと異なっている場合もある。その場合に、周波数軸上で共振周波数が隣り合う送電共振子の動作帯域について、図４を用いて説明する。

図４は、周波数軸上で共振周波数が隣り合う送電共振子の動作帯域と、これらの送電共振子に接続された電源の周波数との関係の第２の例を示す図である。図４に示すように、第１の送電共振子の共振周波数ｆｓ１が、第１の送電共振子に接続された第１の電源の周波数ｆｐ１とは異なる。第２の送電共振子の共振周波数ｆｓ２が、第２の送電共振子に接続された第２の電源の周波数ｆｐ２とは異なる。

ここで、図３と同様に、複数の送電共振子１２−１〜１２−ｎのうち周波数軸上で共振周波数が隣り合う送電共振子を、第１の送電共振子と第２の送電共振子と定義する。そして、一例として、第１の送電共振子と第２の送電共振子の全ての組で、以下の動作帯域条件を満たすようにする。

図４の第１の送電共振子が取り得る最大の帯域Ｂｍａｘ１が示すように、第１の送電共振子の動作帯域に、第１の電源の周波数ｆｐ１が含まれ、且つ第２の電源の周波数ｆｐ２が含まれない。また、図４の第２の送電共振子が取り得る最大の帯域Ｂｍａｘ２が示すように、第２の送電共振子の動作帯域に、第１の電源の周波数ｆｐ１が含まれず、且つ第２の電源の周波数ｆｐ２が含まれる。

これにより、この条件を満たす第１の送電共振子と第２の送電共振子の全ての組の間では、第１の電源の周波数ｆｐ１及び第２の電源の周波数ｆｐ２において磁界結合しない。このため、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

なお、第１の送電共振子と第２の送電共振子の全ての組に対して、上述した動作帯域条件を満たすようにしたが、これに限ったものではない。第１の送電共振子と第２の送電共振子の少なくとも一つ以上の組に対して、上述した動作帯域条件を満たすようにしてもよい。これにより、この動作帯域条件を満たす第１の送電共振子と第２の送電共振子の間では、第１の電源の周波数ｆｐ１及び第２の電源の周波数ｆｐ２において磁界結合しない。このため、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態における電力伝送システム１０の構成を示す図である。電力伝送システム１０は、送電装置１、受電装置２−１、及び受電装置２−２を備える。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。図５の送電装置１の構成は、図１の送電装置１の構成と同一であるので、その説明を省略する。

受電装置２−１は、受電共振子２１−１と、受電共振子２１−１に接続された受電回路２２−１を備える。送電共振子１２−１と受電共振子２１−１とが対向するように、受電装置２−１が配置されている。そして、受電共振子２１−１の動作帯域に、電源１１−１の周波数が含まれる。これにより、受電共振子２１−１は、送電共振子１２−１から磁界共鳴により無線で受電することができる。

本実施形態では、一例として、受電共振子２１−１は、対向して配置された送電共振子１２−１が接続された電源１１−１の周波数と同一の共振周波数を有する。更に、受電共振子２１−１と、対向して配置された送電共振子１２−１とは、共振周波数が一致している。これにより、同一の共振周波数で共振することができ、伝送効率を向上させることができる。

受電回路２２−１は、受電共振子２１−１から供給された電力を蓄電したり、供給された電力で電子回路を動かしたりする回路で、任意の電子回路で構成される。受電回路２２−１は、例えば、負荷である。以下、各実施形態における受電回路は、任意の電子回路で構成されるものとする。

同様に、受電装置２−２は、受電共振子２１−２と、受電共振子２１−２と接続された受電回路２２−２を備える。受電装置２−２は、送電共振子１２−２と受電共振子２１−２とが対向するように配置されている。そして、受電共振子２１−２の動作帯域に、電源１１−２の周波数が含まれる。これにより、受電共振子２１−２は、送電共振子１２−２から磁界共鳴により無線で受電することができる。

本実施形態では、一例として、受電共振子２１−２は、対向して配置された送電共振子１２−２が接続された電源１１−２の周波数と同一の共振周波数を有する。更に、受電共振子２１−２と、対向して配置された送電共振子１２−２とは、共振周波数が一致している。これにより、同一の共振周波数で共振することができ、伝送効率を向上させることができる。

受電回路２２−２は、受電共振子２１−２から供給された電力を受ける。受電回路２２−２は、例えば、負荷である。

図６は、第２の実施形態における電力伝送システム１０の等価回路の一例を示す図である。図６に示すように、各送電共振子１２−ｉは、一端が電源１１−ｉの一端に接続されたコンデンサＣｉと、一端がコンデンサＣｉの他端に接続され、他端が電源１１−ｉの他端に接続されたインダクタＬｉとを備える。

また、図６に示すように、受電共振子２１−１は、一端がインダクタＬ１の一端と接続され、他端が受電回路２２−１の一端と接続されたコンデンサＣ１と、他端が受電回路２２−１の他端と接続されたインダクタＬ１とを備える。

更に、図６に示すように、受電共振子２１−２は、一端がインダクタＬ２の一端と接続され、他端が受電回路２２−２の一端と接続されたコンデンサＣ２と、他端が受電回路２２−２の他端と接続されたインダクタＬ２とを備える。

なお、本実施形態では、一例として、送電共振子１２−１と受電装置２１−１の回路構成が同一にしたが、これに限らず、異なっていてもよい。同様に、送電共振子１２−２と受電装置２１−２の回路構成が同一にしたが、これに限らず、異なっていてもよい。

また、図６に示すように、送電共振子１２−１のインダクタＬ１と受電共振子２１−１のインダクタＬ１とが対向して配置されている。同様に、送電共振子１２−２のインダクタＬ２と受電共振子２１−２のインダクタＬ２とが対向して配置されている。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、第１の電源の周波数ｆｐ１と第２の電源の周波数ｆｐ２との差（ｆｐ２−ｆｐ１）は、第１の送電共振子の動作帯域幅ＢＷ１の２分の１より大きく、且つ第２の送電共振子の動作帯域幅ＢＷ２の２分の１より大きい。

続いて、図７を用いて、本実施形態における、受電共振子の動作帯域と各電源１１−ｉ間の周波数との関係について説明する。図７は、周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域と、対応する電源の周波数との関係の第１の例を示す図である。

ここで、受電共振子２１−１の受電共振子の共振周波数をｆｒ１とし、受電共振子２１−２の共振周波数はｆｒ２とする。また、受電共振子２１−１に対向する送電共振子１２−１に接続された電源１１−１の周波数をｆｐ３、受電共振子２１−２に対向する送電共振子１２−２に接続された電源１１−２の周波数をｆｐ４とする。

図７に示すように、電源１１−１の周波数ｆｐ３と電源１１−２の周波数ｆｐ４との差（ｆｐ４−ｆｐ３）は、受電共振子２１−１の動作帯域幅ＢＷ３の２分の１より大きく、且つ受電共振子２１−２の動作帯域幅ＢＷ４の２分の１より大きい。

この条件を満たすことにより、受電共振子２１−１は、電源１１−２の周波数ｆｐ４では動作帯域外となる。つまり、受電共振子２１−１は、電源１１−２の周波数ｆｐ４で共振する受電共振子２１−２と電源１１−２の周波数ｆｐ４では磁界結合しない。同様に、受電共振子２１−２は、電源１１−１の周波数ｆｐ３では動作帯域外となる。つまり、受電共振子２１−２は、電源１１−１の周波数ｆｐ３で共振する第１の受電共振子と電源１１−１の周波数ｆｐ３では磁界結合しない。従って、受電共振子２１−１と受電共振子２１−２との間で磁界結合しないことで、受電共振子２１−１、２１−２の特性が劣化するのを防止することができるので、伝送効率を向上させることができる。

（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態では、送電共振子を複数有し、送電共振子それぞれが、対向して配置された受電共振子へ、無線電力伝送する。このように、一つの送電共振子から一つの受電共振子へ無線電力伝送することができる。このため、送電共振子と受電共振子の全ての組に対して、同時に物理的距離を最小化することが可能となる。これにより、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

なお、受電共振子２１−１は、送電共振子１２−１と対向して配置されたが、これに限ったものではない。受電共振子２１−１は、他の送電共振子１２−２、…、１２−ｎのいずれかと対向して配置される場合もある。その場合、受電共振子２１−１の動作帯域に、対向して配置された他の送電共振子１２−ｊ（但し、ｊは１を除く）が接続された電源１１−ｊの周波数が含まれるように設定する。これにより、受電共振子２１−１は、他の送電共振子１２−ｊから磁界共鳴により無線で受電可能となる。

このように、受電共振子２１−１または２１−２の動作帯域に、複数の電源１１−１、…、１１−ｎの周波数のうちいずれかの周波数が含まれるようにしてもよい。

また、その場合、受電共振子２１−１は、対向して配置された他の送電共振子１２−ｊ（但し、ｊは１を除く）が接続された電源１１−ｊの周波数と同一の共振周波数を有するようにしてもよい。これにより、受電共振子２１−１は、自身の動作帯域幅の中で最も効率よく受信できる周波数でエネルギーの受信ができ、伝送効率が向上する。

なお、本実施形態では、受電共振子２１−１、２１−２それぞれの共振周波数は、対向する送電共振子１２−１、１２−２が接続している電源１１−１、１１−２それぞれと等しいものとして説明したが、これに限ったものではない。受電共振子２１−１、２１−２それぞれの共振周波数は、対向する送電共振子１２−１、１２−２が接続している電源１１−１、１１−２それぞれと異なっている場合もある。

その場合を例にして、周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域について、図８を用いて説明する。

図８は、周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域と、対応する電源の周波数との関係の第２の例を示す図である。以下、複数の受電共振子のうち周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子２１−１、２１−２のうち受電共振子２１−１を第１の受電共振子と呼び、受電共振子２１−２を第２の受電共振子と呼ぶ。図８に示すように、第１の受電共振子の共振周波数ｆｒ１が、第１の受電共振子に対向する送電共振子１２−１（以下、第３の送電共振子という）に接続された電源１１−１（以下、第３の電源という）の周波数ｆｐ３とは異なる。第２の受電共振子の共振周波数ｆｒ２が、第２の受電共振子に対向する送電共振子２１−２（以下、第４の送電共振子という）に接続された電源１１−２（以下、第４の電源という）の周波数ｆｐ４とは異なる。

第１の受電共振子と第２の受電共振子は、以下の受電共振子の動作帯域条件を満たすように設定される。図８の第１の受電共振子が取り得る最大の帯域Ｂｍａｘ３が示すように、第１の受電共振子の動作帯域に、第１の受電共振子に対向する第３の送電共振子に接続された第３の電源の周波数ｆｐ３が含まれ、且つ第２の受電共振子に対向する第４の送電共振子に接続された第４の電源の周波数ｆｐ４が含まれない。

また、図８の第２の受電共振子が取り得る最大の帯域Ｂｍａｘ４が示すように、第２の受電共振子の動作帯域に、第３の電源の周波数ｆｐ３が含まれず、且つ第４の電源の周波数ｆｐ４が含まれる。

このように設定することにより、第１の受電共振子は、第４の電源の周波数ｆｐ４では動作帯域外となる。つまり、第１の受電共振子は、第４の電源の周波数ｆｐ４で共振する第２の受電共振子と第４の電源の周波数ｆｐ４では磁界結合しない。同様に、第２の受電共振子は、第３の電源の周波数ｆｐ３では動作帯域外となる。つまり、第２の受電共振子は、第３の電源の周波数ｆｐ３で共振する第１の受電共振子と第３の電源の周波数ｆｐ３では磁界結合しない。従って、受電共振子間で磁界結合しないことで、受電共振子の特性の劣化を防止することができるので、送電共振子と受電共振子との間での伝送効率を向上させることができる。

なお、本実施形態では、第１の受電共振子と第２の受電共振子の全ての組で、上述した受電共振子の動作帯域条件を満たすようにしたが、第１の受電共振子と第２の受電共振子の少なくとも一つの組で上述した受電共振子の動作帯域条件を満たすようにしてもよい。

また、第２の実施形態では、共振周波数が隣り合う受電共振子の組について、上述した受電共振子の動作帯域条件を満たすようにしたが、これに限ったものではない。共振周波数が隣り合っていない受電共振子の組について、上述した受電共振子の動作帯域条件を満たすようにしてもよい。これにより、この条件を満たす受電共振子の間では、第３の電源の周波数ｆｐ３及び第４の電源の周波数ｆｐ４において磁界結合しないので、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

（第２の実施形態の第１の変形例）
続いて、第２の実施形態の第１の変形例について説明する。図９は、第２の実施形態の第１の変形例における電力伝送システム１０ｂの構成を示す図である。図５の電力伝送システム１０では、二つの受電装置２−１、２−２があるのに対し、図９の電力伝送システム１０ｂでは、受電装置３が一つになっている。なお、図５と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。

受電装置３は、受電共振子３１と、受電回路２２−２とを備える。

受電共振子３１の共振周波数は、電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎの周波数のうち最小の周波数から最大の周波数までの間の値である。例えば、受電共振子３１の共振周波数は、電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎの周波数のうち最小の周波数と、電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎの周波数のうち最大の周波数との平均の周波数である。

これにより、この結果、受電共振子３１がどの送電共振子に対抗して配置された場合でも、ある一定以上の伝送効率での無線電力伝送が可能である。このため、受電装置の位置の自由度が向上する効果が得られる。

ここで、ある一定以上の伝送効率とは、電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎの周波数のうち最小の周波数での伝送効率以上の伝送効率、または電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎの周波数のうち最大の周波数での伝送効率以上の伝送効率という意味である。

これらの最小の周波数と最大の周波数の間の周波数では、ある一定以上の伝送効率が得られる。これは、送電共振子の共振周波数と受電共振子の共振周波数の差が大きくなるほど伝送効率が単調に減少する現象に基づいている。

なお、受電共振子３１の共振周波数は、電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎの周波数のうち中央値、最小値、または最大値であってもよい。

以上説明したように、第２の実施形態の第１の変形例において、受電共振子３１の共振周波数は、電源１１−１、１１−２、…、１１−ｎの周波数のうち最小の周波数から最大の周波数までの間の値である。これにより、受電装置の位置が変わった場合でも、ある一定以上の伝送効率が得られるので、受電装置の位置の自由度が向上する。

また、受電装置が車両、鉄道などの移動体の場合に、受電装置は、移動しながら受電することが可能となる。移動しながら受電する場合には、移動中に受電する場合と、移動先でいったん停止して受電し且つ受電後に再移動する場合とがある。この第１の変形例のように無線電力伝送システムを構成することで、これら二つのいずれの場合でも、ある一定以上の伝送効率での無線電力伝送が可能となる。

（第２の実施形態の第２の変形例）
続いて、第２の実施形態の第２の変形例について説明する。図１０は、第２の実施形態の第２の変形例における電力伝送システム１０ｃの構成を示す図である。なお、図５と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。図１０に示すように、電力伝送システム１０ｃでは、受電装置４が、図５の電力伝送システム１０内の二つの受電装置２−１、２−２の構成を有するように変更されている。

第２の変形例では、一例として、受電共振子２１−１が送電共振子１２−１に対向し、受電共振子２１−２が送電共振子１２−１に対向するように、受電装置４が配置されている。ここで、受電共振子２１−１、２１−２の共振周波数は互いに異なる。

また、受電共振子２１−１の共振周波数は、例えば、送電装置１の電源１１−１の周波数と同じである。これにより、受電共振子２１−１は、送電装置の電源１１−１の周波数ｆ１で共振する。従って、周波数ｆ１で共振する送電共振子１２−１と周波数ｆ１で共振する受電共振子２１−１の間で、高効率に無線電力伝送が可能となる。

同様に、受電共振子２１−２の共振周波数は、例えば、送電装置１の電源１１−２の周波数と同じである。これにより、受電共振子２１−２は、送電装置の電源の周波数ｆ２で共振する。従って、周波数ｆ２で共振する送電共振子１２−２と周波数ｆ２で共振する受電共振子２１−２の間で、高効率に無線電力伝送が可能となる。

これにより、２組の送電共振子と受電共振子の間で並列に無線電力伝送が可能となるので、受電装置４へ伝送可能な電力量は、図５に示す第２の実施形態の各受電装置へ伝送可能な電力量の２倍になる。

この第２の変形例の場合には、図５に示す第２の実施形態の場合と比べて、送電共振子及び受電共振子に流れる電流は変化しないので、発熱による送電共振子または受電共振子の温度上昇は、図５に示す第２の実施形態の場合と比べて変化しない。

以上説明したように、第２の実施形態の第２の変形例において、受電装置４は、複数の受電共振子を備える。これにより、受電装置４に対して並列に無線電力伝送が可能になるので、受電装置４へ伝送可能な電力量を増大することができる。

また、各受電共振子の共振周波数は、例えば、対向する送電共振子が接続された電源の周波数と同じである。これにより、各受電共振子は、この電源の周波数で共振する。従って、この電源の周波数で共振する送電共振子とこの電源の周波数で共振する受電共振子の間で、高効率に無線電力伝送が可能となる。

なお、受電共振子２１−１の共振周波数が、送電装置１の電源１１−１の周波数と同じであり、受電共振子２１−２の共振周波数が、送電装置１の電源１１−２の周波数と同じであるとしたが、これに限ったものではない。受電共振子２１−１の共振周波数は、他の電源１１−２〜１１−ｎのうちのいずれかの電源の周波数と同じであってもよい。受電共振子２１−２の共振周波数は、他の電源１１−１、１１−３〜１１−ｎのうちのいずれかの電源の周波数と同じであってもよい。但し、その場合であっても、受電共振子２１−２の共振周波数は、受電共振子２１−１の共振周波数とは異なる。

なお、第２の変形例では、受電装置４の受電共振子の数が二つの場合について説明したが、これに限ったものではない。受電装置４の受電共振子の数は三つ以上であってもよい。

（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、第１の実施形態の送電装置１において設定された電源の周波数の条件に、さらに条件を追加するものである。ここで条件の追加とは、第１の実施の形態で説明した電源の周波数の条件と、本実施形態の電源の周波数の条件を両方満たすことを意味する。このような電源の周波数の条件を追加することによって、漏えい電磁界強度を低減することができる。以下詳細に説明する。

送電装置の送電共振子または受電共振子に電流が流れると、周囲に電界または磁界が発生する。電界強度または磁界強度が強い環境に電子機器を置いて動作させた場合、電子機器が干渉を受ける可能性がある。そこで、送電装置から漏洩する電界の強度、または磁界の強度を強くしすぎないようにすることが要求される場合がある。

電界強度または磁界強度の標準的な測定方法の一つを、国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）が策定している。この標準的な測定方法のパラメータの一つに、測定周波数帯域幅がある。漏えい電界の強度、または磁界の強度を、一定の周波数帯域幅に制限して、その周波数帯域幅内で電界強度、または磁界強度を測定するものである。この測定方法から、複数の漏えい波源があり、これらの複数の漏えい波源の周波数が異なっている場合、以下のことが言える。なお、漏えい波源の周波数と、漏えい電界または磁界の周波数は同一であるとして、説明を続ける。

複数の周波数で漏えい電界または磁界があった場合、これらの漏えい電界または磁界の周波数が、干渉ノイズ測定用に設定された同一の測定周波数帯域内にない場合には、別々の漏えい電界または磁界とみなす。一方、漏えい電界または磁界の周波数が同一の周波数帯域内にある場合、同一の電界または磁界とみなす。

複数の周波数からの電界または磁界が、同一の電界または磁界とみなされた場合には、その合計値を基準に電子機器に与える干渉度合いを判断する。その場合、複数の周波数での漏えい電界強度または磁界強度の合計値が、この最大許容値以下にする必要がある。

一方、複数の周波数からの電界または磁界が、異なる電界または磁界とみなされた場合、それぞれ別々に電子機器へ干渉を与えるものと解釈される。従って、複数の周波数のそれぞれの周波数での漏えい電界強度または磁界強度が、設定された最大許容値以下であればよい。

本実施形態では、例えば、複数の電源１１−１〜１１−ｎの周波数を順に並べたときに隣接する周波数のうち、低い方の周波数（以下、第１基本周波数という）が干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域内にある場合、この隣接する周波数の周波数差は、この周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅よりも大きくなるように設定される。

図１１（Ａ）は、第３の実施形態で追加される周波数差の条件の第１の例を示す図である。図１１（Ａ）に示すように、第１基本周波数ｆＬが９ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲にある場合、第１基本周波数と第２基本周波数との周波数差Δｆ（＝ｆＨ−ｆＬ）が、２００Ｈｚよりも大きくなるように設定される。この設定は、干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域が、９ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲で、この周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅が２００Ｈｚの例である。ＣＩＳＰＲで定めている９ｋＨｚから１５０ｋＨｚ周波数帯域での標準的な測定周波数帯域幅は２００Ｈｚである。

図１１（Ｂ）は、第３の実施形態で追加される周波数差の条件の第２の例を示す図である。図１１（Ｂ）に示すように、第１基本周波数ｆＬが１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲にある場合、第１基本周波数と第２基本周波数との周波数差Δｆ（＝ｆＨ−ｆＬ）が、９ｋＨｚよりも大きくなるように設定されてもよい。この設定は、干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域が、１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲で、この周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅が９ｋＨｚの例である。ＣＩＳＰＲで定めている１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの周波数帯域での標準的な測定周波数帯域幅は９ｋＨｚである。

図１１（Ｃ）は、第３の実施形態で追加される周波数差の条件の第３の例を示す図である。図１１（Ｃ）に示すように、第１基本周波数ｆＬが３０ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲にある場合、第１基本周波数と第２基本周波数との周波数差Δｆ（＝ｆＨ−ｆＬ）が、１２０ｋＨｚよりも大きくなるように設定されてもよい。この設定は、干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域が、３０ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲で、この周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅が１２０ｋＨｚの例である。ＣＩＳＰＲで定めている周波数３０ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲の標準的な測定周波数帯域幅は１２０ｋＨｚである。

従って、第１の例から第３の例のいずれかのように設定することにより、複数の周波数からの電界または磁界が、異なる電界または磁界とみなされる。この場合、第１基本周波数ｆＬと第２基本周波数ｆＨそれぞれの周波数での漏えい電界強度または磁界強度が、設定された最大許容値以下であればよいので、漏えい電界強度または磁界強度が最大許容値を超える可能性を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態においては、第１の実施形態における電源の周波数に関する条件に加えて、複数の電源１１−１〜１１−ｎの周波数を順に並べたときに隣接する周波数のうち、低い方の周波数が干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域内にある場合、この隣接する周波数の周波数差は、この周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅よりも大きくなるように設定される。

これにより、送電装置１から漏洩する異なる周波数の電界または磁界が、別々の電界または磁界とみなせるので、複数の周波数を用いても、規定の測定周波数帯域幅で計測される漏えい電界強度または磁界強度が最大許容値を超える可能性を低減することができる。

（第３の実施形態の第１の変形例）
続いて、第１の変形例について説明する。図１２は、第３の実施形態の第１の変形例で追加される周波数差の条件の例を示す図である。図１２に示すように、第１基本周波数ｆＬが７５ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲にある場合第１基本周波数と第２基本周波数との周波数差Δｆ１（＝ｆＨ−ｆＬ）が、４．５ｋＨｚよりも大きくなるように設定されてもよい。この設定は、干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域が、７５ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲で、この周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅が４．５ｋＨｚの例である。

これにより、第１基本周波数ｆＬの２倍高調波の周波数２ｆＬが、１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲になり、２倍高調波の周波数差Δｆ２（＝２ｆＨ−２ｆＬ）は、９ｋＨｚを超える。

ここで、ＣＩＳＰＲで定めている周波数１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲の標準的な測定周波数帯域幅は、９ｋＨｚである。上述のように電源の周波数を設定することで、無線電力伝送に用いる周波数の２倍高調波の周波数差を、９ｋＨｚより大きくすることができる。これにより、無線電力伝送した場合には、電力伝送に用いる周波数の整数倍の高調波が発生する場合があるが、２倍高調波の周波数差が、周波数１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲の標準的な測定周波数帯域幅より大きくなる。

また、無線電力伝送に用いる隣接する周波数の周波数差は４．５ｋＨｚより大きいので、ＣＩＳＰＲの標準的な測定周波数帯域幅２００Ｈｚよりも大きい。

従って、この第１の変形例により、無線電力伝送を行う複数の周波数の電界または磁界、及び、これら複数の周波数の２倍の高調波の電界または磁界は、別々の電界または磁界とみなせる。これにより、無線電力伝送を行う複数の周波数においても、これら複数の周波数の２倍の高調波においても、規定の測定周波数帯域幅で計測される漏えい電界強度または磁界強度が最大許容値を超える可能性を低減することができる。

（第３の実施形態の第２の変形例）
続いて、第２の変形例について説明する。図１３は、第３の実施形態の第２の変形例で追加される周波数差の条件の例を示す図である。図１３に示すように、第１基本周波数ｆＬが５０ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲にある場合、第１基本周波数と第２基本周波数との周波数差Δｆ１（＝ｆＨ−ｆＬ）が、３ｋＨｚ以上よりも大きくなるように設定されてもよい。この設定は、干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域が、５０ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲で、この周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅が３ｋＨｚの例である。

これにより、第１基本周波数ｆＬの３倍高調波の周波数３ｆＬは、１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲になり、３倍高調波の周波数差Δｆ２（＝３ｆＨ−３ｆＬ）は、９ｋＨｚを超える。

ここで、ＣＩＳＰＲで定めている周波数１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲の標準的な測定周波数帯域幅は、９ｋＨｚである。上述のように電源の周波数を設定することで、無線電力伝送に用いる周波数の３倍高調波の周波数差を、９ｋＨｚより大きくすることができる。これにより、無線電力伝送した場合には、電力伝送に用いる周波数の奇数倍の高調波が発生する場合があるが、３倍高調波の周波数差が、周波数１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲の標準的な測定周波数帯域幅より大きくなる。

また、無線電力伝送に用いる隣接する周波数の周波数差は３ｋＨｚより大きいので、ＣＩＳＰＲの標準的な測定周波数帯域幅２００Ｈｚよりも大きい。

従って、この第２の変形例により、無線電力伝送を行う複数の周波数の電界または磁界、及び、これら複数の周波数の３倍の高調波の電界または磁界は、別々の電界または磁界とみなせる。これにより、無線電力伝送を行う複数の周波数においても、これら複数の周波数の３倍の高調波においても、規定の測定周波数帯域幅で計測される漏えい電界強度または磁界強度が最大許容値を超える可能性を低減することができる。

（第４の実施形態）
続いて、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と比べて、送電装置に含まれる複数の電源それぞれが、同一周波数の複数の副電源を備え、複数の送電共振子それぞれが、同一の共振周波数を有する複数の副送電共振子を備える点で異なっている。そして、受電装置に含まれる複数の受電共振子それぞれが、同一の共振周波数を有する複数の副受電共振子を備える。これにより、各周波数での無線電力伝送の並列化して、各周波数での無線電力伝送の送電電力を増大させることができる。

図１４は、第４の実施形態における送電装置５の構成を示す図である。図１４に示すように、電源５１−１、…、５１−ｎ（ｎは１以上の整数）のｎ個の電源５１−ｉ（ｉは１からｎまでの整数）と、送電共振子５２−１、…、５２−ｎのｎ個の送電共振子５２−ｉとを備える。

ここで、各電源５１−ｉは、副電源５１−ｉ−１、…、５１−ｉ−ｍ（ｍは２以上の整数）のｍ個の副電源５１−ｉ−ｊ（ｊは１からｍまでの整数）を備える。副電源５１−ｉ−１、…、５１−ｉ−ｍは、同一周波数の交流電力を出力する。

また、各送電共振子５２−ｉは、副送電共振子５２−ｉ−１、…、５２−ｉ−ｍのｍ個の副送電共振子５２−ｉ−ｊを備える。各副送電共振子５２−ｉ−ｊは、インデックスｉ及びｊが両方とも同じ副電源５１−ｉ−ｊに接続されている。副送電共振子５２−ｉ−１、…、５２−ｉ−ｍは、一例として互いに同一の共振周波数を有する回路であり、その共振周波数は、インデックスｉが同じ副電源５１−ｉ−１、…、５１−ｉ−ｍの周波数と同じである。

これにより、各副送電共振子５２−ｉ−ｊは、副電源５１−ｉ−ｊが出力した交流電力を用いて、自身の共振周波数で共振する。このように、各周波数での無線電力伝送の並列数をｍ個とすることにより、各周波数での無線電力伝送の送電電力の最大値をｍ倍にすることができる。

続いて、第４の実施形態における受電装置７の構成について説明する。図１５は、第４の実施形態における受電装置７の構成を示す図である。図１５に示すように、受電共振子７１−１、…、７１−ｎ（ｎは１以上の整数）のｎ個の受電共振子５１−ｉ（ｉは１からｎまでの整数）と、受電回路７２−１、…、７２−ｎのｎ個の受電回路７２−ｉとを備える。

ここで、各受電共振子７１−ｉは、副受電共振子７１−ｉ−１、…、７１−ｉ−ｍのｍ個の副受電共振子７１−ｉ−ｊを備える。副受電共振子７１−ｉ−１、…、７１−ｉ−ｍは、一例として互いに同一の共振周波数を有する受電共振子であり、その共振周波数は、一例としてインデックスｉが同じ図１４の副電源５１−ｉ−１、…、５１−ｉ−ｍの周波数と同じである。これにより、副受電共振子７１−ｉ−１、…、７１−ｉ−ｍは、自身の共振周波数で共振することができるので、伝送効率を向上させることができる。

なお、副受電共振子７１−ｉ−１、…、７１−ｉ−ｍの共振周波数は、図１４の他の副電源５１−ｋ−１、…、５１−ｋ−ｍ（ここで、ｋはｉとは異なる１からｎまでの整数）の周波数と同じであってもよい。

また、各受電回路７２−ｉは、副受電回路７２−ｉ−１、…、７２−ｉ−ｍのｍ個の副受電回路７２−ｉ−ｊを備える。各副受電回路７２−ｉは、インデックスｉ及びｊが両方とも同じ副受電共振子と接続されている。

このように受電装置を構成することで、大電力で送電された電力を効率よく受電することができる。本実施形態のように、送電装置５の副送電共振子の数と受電装置７の副受電共振子の数が一致している場合、全ての送電共振子を用いて無線電力伝送ができる。

一方、送電装置の送電共振子の数と受電共振子の数が一致していない場合、以下の二つのケースがある。一方のケースは、副送電共振子の数が副受電共振子の数よりも多い場合である。この場合には、受電装置の全ての副受電共振子を用いて、受電することができる。余った副送電共振子は、別の受電装置への無線電力伝送にも使えるし、無線電力伝送をしなくてもよい。

他方のケースは、副送電共振子の数が副受電共振子の数よりも少ない場合である。この場合には、受電共振子の全てで受電できないが、一部の受電共振子のみで受電すればよい。

以上、本実施形態によれば、周波数の数を増やすことなく、各周波数での無線電力伝送の並列数を増やすことにより、送電電力量を増大させることができる。本実施形態は、特に、周波数資源は有限であるために、特定の周波数範囲内の周波数を用いる制限がある場合に有効である。

なお、本実施形態では、送電装置に含まれる複数の電源の全てが同一周波数の複数の副電源から構成されていたが、これに限ったものではない。送電装置に含まれる複数の電源のうち一部の電源が同一周波数の複数の副電源から構成されていてもよい。

このことに鑑みると、第４の実施形態における送電装置５において、複数の電源のうち少なくとも一つは、互いに周波数が同じ交流電力を出力する複数の副電源を備える。複数の送電共振子のうち少なくとも一つは、前記複数の副電源のうち互いに異なる副電源と接続された複数の副送電共振子を備える。

これにより、周波数の数を増やすことなく、各周波数での無線電力伝送の並列数を増やすことにより、送電電力量を増大させることができる。

（第４の実施形態の変形例）
続いて、第４の実施形態の変形例について説明する。第４の実施形態の変形例では、複数の副送電共振子から漏洩する電磁界が互いに打ち消し合うように、複数の副電源が出力する交流電力の位相を制御する。

図１６は、第４の実施形態の変形例における送電装置６の構成を示す図である。なお、図１４と共通する要素には同一の符号を付し、その具体的な説明を省略する。図１６の送電装置６の構成は、図１４の送電装置５の構成に対して、位相制御器６２−１、…、６２−ｎのｎ個の位相制御器６２−ｉが追加されたものになっている。

各位相制御器６２−ｉは、ｍ個の副電源５１−ｉ−１、…、５１−ｉ−ｍと接続されている。そして、各位相制御器６２−ｉは、ｍ個の副送電共振子５２−ｉ−１、…、５２−ｉ−ｍから漏洩する電磁界が互いに打ち消し合うように、ｍ個の副電源５１−ｉ−１、…、５１−ｉ−ｍが出力する交流電力の位相を制御する。これにより、ｍ個の副送電共振子５２−ｉ−１、…、５２−ｉ−ｍから漏洩する電界または磁界を低減することができる。

ここで、副送電共振子から漏洩する電界または磁界の強度は、副送電共振子に流れる電流の振幅に比例する。また、副送電共振子から漏洩する電界または磁界の位相は、副送電共振子に流れる電流の位相に対応する。ここで対応とは、電流の位相が１０度変わった場合、電界または磁界の位相も１０度変わるといった、線形の関係にあることである。

従って、ｍ個の副送電共振子５２−ｉ−１、…、５２−ｉ−ｍに流れる電流の位相を制御することにより、ｍ個の副送電共振子５２−ｉ−１、…、５２−ｉ−ｍから漏洩する電界または磁界の位相も制御される。例えば、副送電共振子の数が２（すなわちｍ＝２）であり、それぞれの電流位相が０度と１８０度に制御される場合を想定する。この場合、副送電共振子から漏えいする電界または磁界は１８０度の位相差となる。磁界が１８０度の位相差で合成されることは、磁界が打ち消し合うことと等価である。

また、副送電共振子の数が３（すなわちｍ＝３）以上の場合、それぞれの電流位相が０度、１２０度、及び１８０度に制御されてもよい。このように、副送電共振子の数がｍの場合、副送電共振子の電流位相が３６０／ｍ度ずつずれるように制御されてもよい。

ここで、磁界の打ち消し合う効果は、副送電共振子に流れる電流の振幅で決定される。両者の電流振幅が同一であれば、磁界の打ち消し合う効果が最大となる。両者の電流振幅が近づくほど磁界の打ち消し合う効果が大きくなり、両者の電流振幅の差が大きくなるほど磁界の打ち消し合う効果が小さくなる。なお、磁界の打ち消し合う効果は小さくなるが、位相制御のみでも、漏えいする電界または磁界を低減することができる。

このことから、各位相制御器６２−ｉは、ｍ個の副送電共振子５２−ｉ−１、…、５２−ｉ−ｍに流れる電流の振幅が互いに近づくように、ｍ個の副電源５１−ｉ−１、…、５１−ｉ−ｍが出力する交流電力の振幅を制御してもよい。これにより、磁界の打ち消し合う効果を大きくすることができる。

同一周波数で無線電力伝送の並列数を増やした場合において、漏えいする電界または磁界の強度が同一の周波数帯域幅に存在することとなり、干渉が増大する。それに対し、この変形例によれば、副電源の位相差を制御することで、同一周波数で無線電力伝送の並列数を増やした場合でも、漏えいする電界または磁界の強度を低減することができる。

以上説明したように、この変形例において、送電装置６は、複数の副送電共振子から漏洩する電磁界が互いに打ち消し合うように、複数の副電源が出力する交流電力の位相を制御する位相制御器を更に備える。

これにより、限られた周波数範囲で並列伝送数を増加させて、送電電力量を増大させた場合でも、漏洩する電磁界が互いに打ち消すようにすることにより、漏えいする電界または磁界の強度を低減させることができる。

なお、第１〜第４の実施形態において、複数の送電共振子のうち周波数軸上で共振周波数が互いに隣り合う送電共振子の組で、以下の動作帯域条件を満たすようにしたが、これに限ったものではない。ここで、この動作帯域条件は、第１の送電共振子の動作帯域に、第１の電源の周波数が含まれ、且つ第２の電源の周波数が含まれず、第２の送電共振子の動作帯域に、第１の電源の周波数が含まれず、且つ第２の電源の周波数が含まれるというものである。

複数の送電共振子のうち周波数軸上で共振周波数が隣り合っていない送電共振子の組で、この動作帯域条件を満たすようにしてもよい。但し、上記の動作帯域条件で、共振周波数が隣り合っていない送電共振子の一方を第１の送電共振子、他方を第２の送電共振子と読み替えるものとする。

これにより、この動作帯域条件を満たす送電共振子の間で磁界結合しないので、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

（第５の実施形態）
続いて、第５の実施形態について説明する。第２の実施形態では、送電共振子と電源とを１対１で接続した。それに対し、第５の実施形態では、送電共振子を共通化して、一つの送電共振子が複数の電源と接続する。

図１７は、第５の実施形態における電力伝送システム１０ｄの構成を示す図である。図１７に示すように、送電装置８、受電装置９−１、…、９−ｎまでのｎ個の受電装置９−ｉを備える。

送電装置８は、電源８１−１、８１−２、…、８１−ｎまでのｎ個の電源８１−ｉと、各電源８１−ｉと接続された送電共振子８２とを備える。

電源８１−１、８１−２、…、８１−ｎは、互いに異なる周波数の交流電力を送電共振子８２へ出力する。

送電共振子８２は、電源８１−１、８１−２、…、８１−ｎから供給された電力を用いて共振する。送電共振子８２の動作帯域は、電源８１−１、８１−２、…、８１−ｎの全ての周波数を含む。これにより、送電共振子８２は、電源８１−１、８１−２、…、８１−ｎの周波数のいずれでも共振することができる。

各受電装置９−ｉは、受電共振子９１−ｉと、この受電共振子９１−ｉに接続された受電回路９２−ｉとを備える。

各受電共振子９１−ｉは、磁界共鳴により送電共振子８２から無線で電力を受信する。また、各受電共振子９１−ｉは、互いに共振周波数が異なる。

各受電回路９２−ｉ、接続された受電共振子９１−ｉから電力を受け取る。

続いて、周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域と、対応する電源の周波数との関係を図１８を用いて説明する。図１８は、周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子の動作帯域と、対応する電源の周波数との関係の例を示す図である。図１８の例では、一例として、第１の受電共振子の共振周波数ｆｒ１が、対応する第１の電源の周波数ｆｐ１とは異なる。また、一例として、第２の受電共振子の共振周波数ｆｒ２が、対応する第２の電源の周波数ｆｐ２とは異なる。

ここで、複数の受電共振子９１−１〜９１−ｎのうち周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子を、第１の受電共振子と第２の受電共振子と呼ぶ。そして、第１の受電共振子と第２の受電共振子の全ての組は、以下の受電共振子の動作帯域条件を満たす。

図１８の第１の受電共振子が取り得る最大の帯域Ｂｍａｘ５が示すように、第１の受電共振子の動作帯域に、複数の電源８１−１〜８１−ｎのうち第１の受電共振子の共振周波数に最も近い周波数の第１の電源の周波数ｆｐ１が含まれ、且つ複数の電源８１−１〜８１−ｎのうち周波数軸上で周波数が隣り合う第２の電源の周波数ｆｐ２が含まれない。

また、図１８の第２の受電共振子が取り得る最大の帯域Ｂｍａｘ６が示すように、第２の受電共振子の動作帯域に、第１の電源の周波数ｆｐ１が含まれず、且つ第２の電源の周波数ｆｐ２が含まれる。

このように設定することにより、第１の受電共振子は、第２の電源の周波数ｆｐ２では動作帯域外となる。つまり、第１の受電共振子は、第２の電源の周波数ｆｐ２で共振する第２の受電共振子と磁界結合しない。同様に、第２の受電共振子は、第１の電源の周波数ｆｐ１では動作帯域外となる。つまり、第２の受電共振子は、第１の電源の周波数ｆｐ１で共振する第１の受電共振子と磁界結合しない。従って、受電共振子９１−１〜９１−ｎの間で磁界結合しないことになるので、受電共振子９１−１〜９１−ｎの特性の劣化を防止することができる。その結果、送電共振子８２と受電共振子９１−１〜９１−ｎとの間での伝送効率を向上させることができる。

以上説明したように、第５の実施形態において、電力伝送システム１０ｄは、互いに異なる周波数の交流電力を出力する複数の電源８１−１〜８１−ｎと、複数の電源８１−１〜８１−ｎと接続された送電共振子８２と、送電共振子８２から磁界共鳴により無線で受電し、互いに共振周波数が異なる複数の受電共振子９１−１〜９１−ｎと、を備える。そして、複数の受電共振子９１−１〜９１−ｎのうち周波数軸上で共振周波数が隣り合う受電共振子を、第１の受電共振子と第２の受電共振子とした場合に、第１の受電共振子の動作帯域に、複数の電源８１−１〜８１−ｎのうち第１の受電共振子の共振周波数に最も近い周波数を呈する第１の電源の周波数が含まれ、且つ複数の電源８１−１〜８１−ｎのうち周波数軸上で第１の電源と周波数が隣り合う第２の電源の周波数が含まれない。更に、第２の受電共振子の動作帯域に、第１の電源の周波数が含まれず、且つ第２の電源の周波数が含まれる。

これにより、受電共振子９１−１、…、９１−ｎの間で磁界結合しないことになるので、受電共振子９１−１〜９１−ｎの特性の劣化を防止することができる。その結果、送電共振子８２と受電共振子９１−１〜９１−ｎとの間での伝送効率を向上させることができる。

第５の実施形態では、第２の実施形態の各送電共振子に比べて、本実施形態の送電共振子８２に流れる電流が増大するので、送電共振子８２での温度上昇が大きくなる。また、第２の実施形態と比べて、送電共振子と受電共振子との間の物理的距離が離れてしまうので、伝送効率が低くなる。しかし、第２の実施形態に比べて、送電共振子の数を少なくすることができるので、送電装置８のコストを低減することができる。よって、第５の実施形態における電力伝送システム１０ｄは、温度上昇及び伝送効率の低下があまり問題にならないアプリケーションに適用する際に、有効である。

なお、第５の実施形態では、第１の受電共振子と第２の受電共振子の全ての組で、上述した受電共振子の動作帯域条件を満たしたが、これに限ったものではない。第１の受電共振子と第２の受電共振子の少なくとも一つ以上の組で、上述した受電共振子の動作帯域条件を満たしてもよい。

なお、受電共振子９１−１〜９１−ｎそれぞれの共振周波数は、複数の電源８１−１〜８１−ｎの周波数のいずれかと等しくてもよい。その場合、上記第１の電源の周波数と上記第２の電源の周波数との差は、上記第１の受電共振子の動作帯域幅の２分の１より大きく、且つ上記第２の受電共振子の動作帯域幅の２分の１より大きくなるように設定されてもよい。これにより、受電共振子９１−１〜９１−ｎの間で磁界結合しないことになるので、受電共振子９１−１〜９１−ｎの特性の劣化を防止することができる。その結果、送電共振子８２と受電共振子９１−１〜９１−ｎとの間での伝送効率を向上させることができる。

なお、第５の実施形態では、周波数が隣り合う電源の組について、上述した受電共振子の動作帯域条件を満たすようにしたが、これに限ったものではない。周波数が隣り合っていない電源の組について、上述した受電共振子の動作帯域条件を満たすようにしてもよい。これにより、この条件を満たす受電共振子の間で磁界結合がないので、磁界共鳴方式で複数の受電共振子へ無線電力伝送する場合に、受電装置に対する伝送効率を向上させることができる。

また、各実施形態では、磁界共鳴方式を用いて無線で送電する例を説明したが、これに限ったものではない。各実施形態は、例えば、電界共鳴などの他の方法を用いて無線で送電する場合にも、同様に適用できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 電力伝送システム
１、５、６ 送電装置
１１−１、１１−２、…、１１−ｎ、５１−１、…、５１−ｎ、８１−１、…、８１−ｎ 電源
１２−１、１２−２、…、１２−ｎ、５２−１、…、５２−ｎ、８２ 送電共振子
２−１、２−２、３ 受電装置
２１−１、２１−２、３１、７１−１、…、７１−ｎ、９１−１、…、９１−ｎ 受電共振子
２２−１、２２−２、７２−１、…、７２−ｎ、９２−１、…、９２−ｎ 受電回路
５１−１−１、…、５１−１−ｍ、…、５１−ｎ−１、…、５１−ｎ−ｍ 副電源
５２−１−１、…、５２−１−ｍ、…、５２−ｎ−１、…、５２−ｎ−ｍ 副送電共振子
７１−１−１、…、７１−１−ｍ、…、７１−ｎ−１、…、７１−ｎ−ｍ 副受電共振子
７２−１−１、…、７２−１−ｍ、…、７２−ｎ−１、…、７２−ｎ−ｍ 副受電回路
６２−１、…、６２−ｎ 位相制御器

Claims (18)

1. 無線で送電する第１の送電共振子と、
   無線で送電する第２の送電共振子と、
   交流電力を前記第１の送電共振子へ出力する第１の電源と、
   前記第１の電源とは異なる周波数の交流電力を前記第２の送電共振子へ出力する第２の電源と、
   を備え、
   前記第１の送電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれ、且つ前記第２の電源の周波数が含まれず、
   前記第２の送電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれず、且つ前記第２の電源の周波数が含まれるとともに、
   前記第１の電源と前記第２の電源のうち低い方の周波数が干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域内にある場合、前記第１の電源と前記第２の電源との周波数差は、前記周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅よりも大きくなるように設定される
   送電装置。
2. 前記第１の送電共振子と前記第２の送電共振子を含む三つ以上の送電共振子を備え、
   前記第１の送電共振子と前記第２の送電共振子の共振周波数は、前記三つ以上の送電共振子の共振周波数を周波数順に並べた場合に互いに隣り合っている
   請求項１に記載の送電装置。
3. 前記第１の送電共振子の共振周波数は、前記第１の電源の周波数と等しく、
   前記第２の送電共振子の共振周波数は、前記第２の電源の周波数と等しく、
   前記第１の電源の周波数と前記第２の電源の周波数との差は、前記第１の送電共振子の動作帯域幅の２分の１より大きく、且つ前記第２の送電共振子の動作帯域幅の２分の１より大きい
   請求項１または２に記載の送電装置。
4. 前記第１の送電共振子の動作帯域幅は、前記第１の送電共振子の共振周波数を前記第１の送電共振子のＱ値で割った値であり、
   前記第２の送電共振子の動作帯域幅は、前記第２の送電共振子の共振周波数を前記第２の送電共振子のＱ値で割った値である
   請求項３に記載の送電装置。
5. 前記第１の電源と前記第２の電源のうち少なくとも一つは、互いに周波数が同じ交流電力を出力する複数の副電源を備え、
   前記第１の送電共振子と前記第２の送電共振子のうち少なくとも一つは、前記複数の副電源のうち互いに異なる副電源と接続された複数の副送電共振子を備える
   請求項１から４のいずれか一項に記載の送電装置。
6. 前記複数の副送電共振子から漏洩する電磁界が互いに打ち消し合うように、前記複数の副電源が出力する交流電力の位相を制御する位相制御器を更に備える
   請求項５に記載の送電装置。
7. 前記位相制御器は、前記複数の副送電共振子に流れる電流の振幅が互いに近づくように、前記複数の副電源が出力する交流電力の振幅を制御する
   請求項６に記載の送電装置。
8. 無線で送電する第１の送電共振子と、無線で送電する第２の送電共振子と、交流電力を前記第１の送電共振子へ出力する第１の電源と、前記第１の電源とは異なる周波数の交流電力を前記第２の送電共振子へ出力する第２の電源と、を備え、前記第１の送電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれ、且つ前記第２の電源の周波数が含まれず、前記第２の送電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれず、且つ前記第２の電源の周波数が含まれるとともに、前記第１の電源と前記第２の電源のうち低い方の周波数が干渉ノイズ測定用に設定された周波数帯域内にある場合、前記第１の電源と前記第２の電源との周波数差は、前記周波数帯域に応じて設定された測定周波数帯域幅よりも大きくなるように設定される送電装置から非接触で電力を受信する受電装置であって、
   前記第１の送電共振子または前記第２の送電共振子から無線で受電する一つ以上の受電共振子を備え、
   前記一つ以上の受電共振子のいずれか一つの受電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数または前記第２の電源の周波数が含まれる
   受電装置。
9. 前記一つ以上の受電共振子のいずれか一つの受電共振子の共振周波数は、前記第１の電源と前記第２の電源の周波数のうちいずれかの周波数である
   請求項８に記載の受電装置。
10. 前記一つ以上の受電共振子のいずれか一つの受電共振子の共振周波数は、前記送電装置が備える複数の電源の周波数のうち最小の周波数から最大の周波数までの間の値である
    請求項８に記載の受電装置。
11. 前記一つ以上の受電共振子は、第１の受電共振子と第２の受電共振子とを含んでおり、
    前記第１の受電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれ、且つ前記第２の電源の周波数が含まれず、
    前記第２の受電共振子の動作帯域に、前記第１の電源の周波数が含まれず、且つ前記第２の電源の周波数が含まれる
    請求項８から１０のいずれか一項に記載の受電装置。
12. 前記一つ以上の受電共振子は、三つ以上であり、
    前記第１の受電共振子と前記第２の受電共振子の共振周波数は、三つ以上の前記受電共振子の共振周波数を周波数順に並べた場合に互いに隣り合っている
    請求項１１に記載の受電装置。
13. 前記複数の電源のうち少なくとも一つは、互いに周波数が同じ交流電力を出力する複数の副電源を備え、
    前記複数の送電共振子のうち少なくとも一つは、互いに異なる前記副電源と接続された複数の副送電共振子を備え、
    前記受電共振子のうち少なくとも一つは、前記複数の副送電共振子に含まれる副送電共振子から無線で受電する複数の副受電共振子を備える
    請求項８から１２のいずれか一項に記載の受電装置。
14. 前記第１の電源と前記第２の電源のうち低い方の周波数が９ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲にある場合、
    前記周波数差はさらに、２００Ｈｚより大きい条件を満たす
    請求項１から７のいずれか一項に記載の送電装置。
15. 前記第１の電源と前記第２の電源のうち低い方の周波数が１５０ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲にある場合、
    前記周波数差はさらに、９ｋＨｚより大きい条件を満たす
    請求項１から７のいずれか一項に記載の送電装置。
16. 前記第１の電源と前記第２の電源のうち低い方の周波数が３０ＭＨｚから１ＧＨｚの範囲にある場合、
    前記周波数差はさらに、１２０ｋＨｚより大きい条件を満たす
    請求項１から７のいずれか一項に記載の送電装置。
17. 前記第１の電源と前記第２の電源のうち低い方の周波数が７５ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲にある場合、
    前記周波数差はさらに、４．５ｋＨｚより大きい条件を満たす
    請求項１から７のいずれか一項に記載の送電装置。
18. 前記第１の電源と前記第２の電源のうち低い方の周波数が５０ｋＨｚから１５０ｋＨｚの範囲にある場合、
    前記周波数差はさらに、３ｋＨｚより大きい条件を満たす
    請求項１から７のいずれか一項に記載の送電装置。

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