JP6555517B2

JP6555517B2 - ワイヤレス給電システム

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Publication number: JP6555517B2
Application number: JP2015142145A
Authority: JP
Inventors: 慧古川
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2015-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: JP2017028770A

Description

本発明は、ワイヤレス給電システムに関する。

スマートフォンや電気自動車の普及に伴い、ケーブルを使用せずにワイヤレスで電力を伝送する技術（非接触給電技術）に注目が集まっている。非接触給電の方式には、電磁誘導方式、磁界（電界）共鳴方式、電界結合方式など様々な方式が存在する。非接触給電技術において、電力の伝送距離をさらに延ばす方法として、中継装置を設置する方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のワイヤレス給電システムでは、送電装置と受電装置との間に中継装置を設置することで、送電装置と中継装置、中継装置と受電装置という２つの電力の結合状態を生成し、伝送距離を延ばすものである。特許文献１に記載のシステムは、中継装置が複数あってもよく、中継装置の数を増やすことで電力の伝送距離をより延ばすことができる。したがって、図１１に示すように複数の中継装置３００を空間的に広がりを持つように壁等に配置することで、１つの給電元から３次元空間的にワイヤレス給電をすることができる。

特開２０１１−３０３１７号公報

しかしながら、送電装置から受電装置までの電力の伝送効率は、中継装置３００間の電力伝送毎の電力の損失に起因する。したがって、図１１に示すようなワイヤレス給電システムを実現するために中継装置３００の数を増やすと送電装置から中継装置３００を経由して受電装置に電力を伝送する伝送経路が複数存在するため、ワイヤレス給電システム全体の電力の伝送効率が低下してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の中継装置を備えるワイヤレス給電システムであって、中継装置による電力の伝送効率の低下を抑制するワイヤレス給電システムを提供することである。

本発明の一態様は、給電される電力を送電する送電装置と、前記送電装置から送電された前記電力を中継する複数の中継装置と、前記中継装置で中継された前記電力を受電する受電装置と、前記中継装置を経由して前記送電装置から前記受電装置に前記電力を伝送する複数の伝送経路において前記電力の伝送効率が最も高くなる前記伝送経路で電力伝送するように前記中継装置を制御する制御装置と、前記送電装置から前記中継装置への第１伝送効率と当該中継装置から前記受電装置への第２伝送効率と、を前記中継装置毎に予め記憶している記憶部と、を備え、前記制御装置は、前記記憶部に記憶されている前記中継装置毎の前記第１伝送効率及び前記第２伝送効率に基づいて前記伝送経路毎の前記電力の伝送効率を算出する、ワイヤレス給電システムである。

また、本発明の一態様は、上述のワイヤレス給電システムであって、前記中継装置は、共振コイル及び共振容量を有する共振回路とオン状態又はオフ状態に操作されることで前記共振回路を開回路又は閉回路に切り替えるスイッチとを備え、前記制御装置は、前記スイッチをオン状態又はオフ状態に操作することで、前記電力の伝送効率が最も高い前記伝送経路を選択する。

以上説明したように、本発明によれば、複数の中継装置を備えるワイヤレス給電システムであって、中継装置による電力の伝送効率の低下を抑制するワイヤレス給電システムを提供することができる。

第１の実施形態のワイヤレス給電システム１の構成を示すブロック図である。第１の実施形態におけるワイヤレス給電システム１の送電装置１１、中継装置１２及び受電装置１３の等価ブロックの一例を示す図である。第１の実施形態における制御装置１５の概略構成図の一例を示す図である。第１の実施形態における制御装置１５の処理のフローを示す図である。第２の実施形態のワイヤレス給電システム１Ａの構成を示すブロック図である。第２の実施形態における制御装置１５Ａの概略構成図の一例を示す図である。第２の実施形態における記憶部１５２Ａが記憶する必要電力テーブルの一例を示す図である。第２の実施形態における伝送経路決定部１５４Ａの送電電力の算出方法を示す図である。第２の実施形態における制御装置１５Ａの処理のフローを示す図である。第２の実施形態における伝送経路決定部１５４Ａの送電電力の算出結果を示す図である。複数の中継装置３００を空間的に広がりを持つように壁等に配置した例を示す図である。

本実施形態のワイヤレス給電システムは、送電装置、複数の中継装置、受電装置及び制御装置を備える。送電装置は、電源装置から給電される電力を送電する。中継装置は、送電装置と受電装置との間において送電装置の送電電力を中継する。受電装置は、中継装置で中継された電力を受電する。制御装置は、中継装置を経由して送電装置から受電装置に伝送される電力の複数の伝送経路のうち、送電装置から受電装置に伝送される電力の伝送効率が最も高くなる伝送経路のみで電力伝送するように中継装置を制御する。すなわち、ワイヤレス給電システムは、送電装置と受電装置との間で最も高効率な伝送経路だけを残し、残りの伝送経路を遮断する。これにより、ワイヤレス給電システムは、中継装置を介した長距離ワイヤレス給電において、システム全体の効率向上を図ることができる。なお、本発明のワイヤレス給電システムは、電磁誘導方式、磁界結合方式又は電界結合方式のいずれにおいても適用可能であるが、以下に示す実施形態において、磁界結合方式に適用した場合について説明する。

（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態におけるワイヤレス給電システム１について説明する。図１は、第１の実施形態のワイヤレス給電システム１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ワイヤレス給電システム１は、電源装置１０、送電装置１１、中継装置１２（中継装置１２−１及び中継装置１２−２）、受電装置１３、端末装置１４及び制御装置１５を備える。なお、図１の例では、中継装置の数は２個である場合を示しているが、この数に限定されない。本実施形態では、説明を簡略化するために、中継装置１２が中継装置１２−１及び中継装置１２−２の２つの場合について説明する。

電源装置１０は、ワイヤレス電力伝送のための高周波電力（ＡＣ（Alternating Current）電力）を発生する。例えば、電源装置１０は、交流信号発生器である。電源装置１０は、発生したＡＣ電力を送電装置１１に出力する。

図２は、第１の実施形態におけるワイヤレス給電システム１の送電装置１１、中継装置１２及び受電装置１３の等価ブロックの一例を示す図である。

送電装置１１は、第１共振コイル１１０及びコンデンサ１１１を備える。
送電装置１１は、第１共振コイル１１０及びコンデンサ１１１でＬＣ共振回路が構成され、共振現象を発生させる。Ｌがインダクタンスであり、Ｃがコンデンサである。送電装置１１は、上記ＬＣ共振回路で共振現象を発生させ、且つ中継装置１２との間で磁気結合することで、電源装置１０から給電されたＡＣ電力を中継装置１２に伝送する。

中継装置１２は、第２共振コイル１２０、コンデンサ１２１、通信制御部１２２及びスイッチ１２３を備える。
第２共振コイル１２０は、送電装置１１の第１共振コイル１１０と自己共振周波数が一致したときに、第１共振コイル１１０と磁気結合する。そして、第２共振コイル１２０は、送電装置１１からＡＣ電力を受電する。
中継装置１２は、第２共振コイル１２０及び共振容量としてのコンデンサ１２１でＬＣ共振回路が構成され、共振現象を発生させる。中継装置１２は、上記ＬＣ共振回路で共振現象を発生させ、且つ受電装置１３との間で磁気結合することで、送電装置１１から給電されたＡＣ電力を受電装置１３に伝送する。

通信制御部１２２は、制御装置１５と有線又は無線で接続されている。通信制御部１２２は、制御装置１５と無線又は有線で通信し、制御装置１５から供給された制御信号に基づいてスイッチ１２３をオン状態又はオフ状態に制御する。スイッチ１２３がオフ状態になった場合、第２共振コイル１２０の電流経路が切断され、第２共振コイル１２０及びコンデンサ１２１のＬＣ共振回路が開回路となり共振条件が崩れる。すなわち、中継装置１２のＬＣ共振回路は共振しなくなるため、受電装置１３との間で磁気結合することができない。したがって、中継装置１２は、送電装置１１から給電されたＡＣ電力を受電装置１３に伝送しない。

受電装置１３は、第３共振コイル１３０、コンデンサ１３１及び抵抗１３２を備える。
第３共振コイル１３０は、中継装置１２の第２共振コイル１２０と自己共振周波数が一致したときに、第２共振コイル１２０と磁気結合する。そして、第３共振コイル１３０は、中継装置１２からＡＣ電力を受電する。
受電装置１３は、第３共振コイル１３０及びコンデンサ１３１でＬＣ共振回路が構成され、共振現象を発生させる。

例えば、受電装置１３は、一定面積の平面を備える。この平面（以下、「給電面」という。）の下部や表面には、磁界を発生する第３共振コイル１３０等が配置される。給電面の平面は、端末装置１４を置くことができるように、端末装置１４の受電面の面積より十分に大きいことが望ましい。ここで、端末装置１４の受電面は、磁界を介して供給された電力を受電装置１３から受電する受電コイルが下部に配置された平面である。また、端末装置１４の受電面を給電面に近接させるだけでも充電することができる。なお、受電装置１３は、スタンド型の形状であってもよい。

ここで、送電装置１１から中継装置１２への電力の伝送効率は、第１共振コイル１１０と第２共振コイル１２０とのそれぞれの位置関係（すなわち、結合係数）やＱ値により変動する。同様に、中継装置１２から受電装置１３への電力の伝送効率は、第２共振コイル１２０と第３共振コイル１３０とのそれぞれの位置関係やＱ値により変動する。本実施形態では、送電装置１１、中継装置１２及び受電装置１３の位置は固定である。したがって、送電装置１１、中継装置１２及び受電装置１３の各々の位置関係は予め決まっているため、所定の計算式や測定によって中継装置１２の伝送効率を予め求めることが可能である。本実施形態において、送電装置１１と中継装置１２−１との間の伝送効率をＥ_１、中継装置１２−１と受電装置１３との間の伝送効率をＥ_２とする。また、送電装置１１と中継装置１２−２との間の伝送効率をＥ_３、中継装置１２−２と受電装置１３との間の伝送効率をＥ_４とする。

例えば、端末装置１４は、携帯電話（スマートフォンを含む）、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ノートパソコン、タブレット端末である。例えば、端末装置１４は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentifier）、赤外線、Ｂｌｕeｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ‐Ｆｉ（登録商標）等の既存の通信手段を用いて、自装置の位置を示す位置情報及び、自装置を識別する予め割り当てられた識別情報を制御装置１５に出力する。

図３は、第１の実施形態における制御装置１５の概略構成図の一例を示す図である。制御装置１５は、位置検出部１５１、記憶部１５２、伝送経路抽出部１５３、伝送経路決定部１５４及び伝送制御部１５５を備える。
位置検出部１５１は、端末装置１４から供給される位置情報及び識別情報を取得する。端末装置１４は、受電装置１３から電力が給電される場合、受電装置１３の給電面又は給電面の近傍に配置される。したがって、位置検出部１５１は、端末装置１４の位置情報に基づいて、端末装置１４に給電する受電装置１３の位置を示す位置情報を決定することができる。位置検出部１５１は、決定した受電装置１３の位置情報を伝送経路抽出部１５３に出力する。

伝送経路抽出部１５３は、記憶部１５２から中継装置１２及び送電装置１１の各々の位置を示す位置情報を読み出す。なお、記憶部１５２には、中継装置１２及び送電装置１１の各々の位置情報が予め記憶されている。

伝送経路抽出部１５３は、受電装置１３、中継装置１２及び送電装置１１の各々の位置情報に基づいて、送電装置１１から受電装置１３までの電力の伝送経路をすべて抽出する。図１に示す例では、伝送経路抽出部１５３は、送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３を経由する第１伝送経路Ｐ_ａと、送電装置１１、中継装置１２−２及び受電装置１３を経由する第２伝送経路Ｐ_ｂとを抽出する。伝送経路抽出部１５３は、抽出した第１伝送経路Ｐ_ａ及び第２伝送経路Ｐ_ｂを伝送経路決定部１５４に供給する。

記憶部１５２には、中継装置１２及び送電装置１１の各々の識別情報及び位置情報が記憶されている。また、記憶部１５２には、中継装置１２の伝送効率が中継装置毎に予め記憶されている。中継装置の伝送効率とは、送電装置１１から中継装置１２への伝送効率と、中継装置１２から受電装置１３への伝送効率とである。なお、中継装置の伝送効率は、予め計測され記憶部１５２に記憶されてもよいし、中継装置１２からの距離による電力の減衰量や電磁気学的な計算に基づいて算出され記憶部１５２に記憶されてもよい。

伝送経路決定部１５４は、伝送経路抽出部１５３が抽出した伝送経路毎の伝送効率を算出する。伝送経路決定部１５４は、伝送経路抽出部１５３が抽出した第１伝送経路Ｐ_ａと第２伝送経路Ｐ_ｂとを取得する。伝送経路決定部１５４は、第１伝送経路Ｐ_ａの伝送効率Ｅ_ａを算出する。例えば、伝送経路決定部１５４は、記憶部１５２に予め記憶されている伝送効率Ｅ_１及び伝送効率Ｅ_２を読み出す。伝送経路決定部１５４は、伝送効率Ｅ_１と伝送効率Ｅ_２とを乗算することで伝送効率Ｅ_ａを算出する。次に、伝送経路決定部１５４は、第２伝送経路Ｐ_ｂの伝送効率Ｅ_ｂを算出する。例えば、伝送経路決定部１５４は、記憶部１５２に予め記憶されている伝送効率Ｅ_３及び伝送効率Ｅ_４を読み出す。伝送経路決定部１５４は、伝送効率Ｅ_３と伝送効率Ｅ_４とを乗算することで伝送効率Ｅ_ｂを算出する。

伝送経路決定部１５４は、伝送経路抽出部１５３が抽出した複数の伝送経路の伝送効率を比較する。比較した結果、伝送経路決定部１５４は、複数の伝送経路において、伝送効率が最も高い伝送経路（以下、「高効率伝送経路」という。）を決定する。例えば、伝送効率Ｅ_ａ＞伝送効率Ｅ_ｂである場合、伝送経路決定部１５４は、高効率伝送経路として第１伝送経路Ｐ_ａを選択する。伝送経路決定部１５４は、決定した高効率伝送経路の情報を伝送制御部１５５に出力する。

伝送制御部１５５は、伝送経路抽出部１５３が抽出した複数の伝送経路において、高効率伝送経路以外の伝送経路を遮断する。すなわち、伝送制御部１５５は、伝送経路決定部１５４から高効率伝送経路を取得する。伝送制御部１５５は高効率伝送経路にある中継装置以外の識別情報を記憶部１５２から取得する。伝送制御部１５５は、取得した識別情報の中継装置の通信制御部１２２に対しスイッチ１２３をオフ状態にさせることを指示する制御信号を出力する。これにより、ワイヤレス給電システム１は、低効率伝送経路における電力伝送が遮断され、最も高効率である伝送経路のみで電力伝送が行われる。

以下に、第１の実施形態における制御装置１５の処理のフローを説明する。図４は、第１の実施形態における制御装置１５の処理のフローを示す図である。なお、以下に示す第１の実施形態における制御装置１５の処理のフローを説明するにあたり、伝送効率Ｅ_１＝０．８、伝送効率Ｅ_２＝０．７、伝送効率Ｅ_３＝０．６、伝送効率Ｅ_４＝０．６である場合について説明する。

ステップＳ１０１において、位置検出部１５１は、端末装置１４から供給される端末装置１４の位置情報を取得する。
ステップＳ１０２において、位置検出部１５１は、端末装置１４の位置情報に基づいて、端末装置１４に給電する受電装置１３の位置を示す位置情報を決定する。位置検出部１５１は、決定した受電装置１３の位置情報を伝送経路抽出部１５３に出力する。

ステップＳ１０３において、伝送経路抽出部１５３は、記憶部１５２から中継装置１２−１、中継装置１２−２及び送電装置１１の各々の位置を示す位置情報を読み出す。伝送経路抽出部１５３は、受電装置１３、中継装置１２−１、中継装置１２−２及び送電装置１１の各々の位置情報に基づいて、送電装置１１から受電装置１３までの電力の伝送経路をすべて抽出する。すなわち、伝送経路抽出部１５３は、送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３を経由する第１伝送経路Ｐ_ａと、送電装置１１、中継装置１２−２及び受電装置１３を経由する第２伝送経路Ｐ_ｂとを抽出する。

ステップＳ１０４において、伝送経路決定部１５４は、伝送経路抽出部１５３が抽出した第１伝送経路Ｐ_ａと第２伝送経路Ｐ_ｂの各々の伝送効率を算出する。伝送経路決定部１５４は、記憶部１５２に予め記憶されている伝送効率Ｅ_１＝０．８及び伝送効率Ｅ_２＝０．７を読み出す。伝送経路決定部１５４は、伝送効率Ｅ_１＝０．８と伝送効率Ｅ_２＝０．７とを乗算することで第１伝送経路Ｐ_ａの伝送効率Ｅａ＝０．５６を算出する。伝送経路決定部１５４は、記憶部１５２に予め記憶されている伝送効率Ｅ_３＝０．６及び伝送効率Ｅ_４＝０．６を読み出す。伝送経路決定部１５４は、伝送効率Ｅ_３＝０．６と伝送効率Ｅ_４＝０．６とを乗算することで第２伝送経路Ｐ_ｂの伝送効率Ｅ_ｂ＝０．３６を算出する。

ステップＳ１０５において、伝送経路決定部１５４は、第１伝送経路Ｐ_ａの伝送効率Ｅ_ａ＝０．５６と第２伝送経路Ｐ_ｂの伝送効率Ｅ_ｂ＝０．３６とを比較し、伝送効率が高い伝送経路である第１伝送経路Ｐ_ａの情報を伝送制御部１５５に出力する。

ステップＳ１０６において、伝送制御部１５５は、伝送経路決定部１５４から第１伝送経路Ｐ_ａの情報を取得する。伝送制御部１５５は第１伝送経路Ｐ_ａにある中継装置１２−１以外の中継装置である中継装置１２−２の識別情報を記憶部１５２から取得する。伝送制御部１５５は、取得した識別情報の中継装置１２−２の通信制御部１２２にスイッチ１２３をオフ状態にさせることを指示する制御信号を出力する。したがって、ワイヤレス給電システム１は、第２伝送経路Ｐ_ｂにおける電力伝送を遮断し、最も高効率である第１伝送経路Ｐ_ａのみで電力伝送が行うことができる。従来のワイヤレス給電システムは、第１伝送経路Ｐ_ａと第２伝送経路Ｐ_ｂとを有する複数の伝送経路で電力伝送を実施していた。そのため、ワイヤレス給電システムの伝送効率は、第１伝送経路Ｐ_ａの伝送効率Ｅ_ａ＝０．５６と第２伝送経路Ｐ_ｂの伝送効率Ｅ_ｂ＝０．３６との平均値である０．４６となる。一方、ワイヤレス給電システム１は、低効率である第２伝送経路Ｐ_ｂの電力伝送を遮断することで、システム全体の伝送効率を０．５６とすることができる。

上述の実施形態において、ワイヤレス給電システム１は、送電装置１１と受電装置１３との間に設置された複数の中継装置１２を備え、送電装置１１から受電装置１３への複数の伝送経路の中で最も高効率な伝送経路だけを残し、残りの伝送経路を遮断する。これにより、ワイヤレス給電システム１は、中継装置を介した長距離ワイヤレス給電において、中継装置１２による電力の伝送効率の低下を抑制し、システム全体の効率向上を図ることができる。

ワイヤレス給電システムにおいて中継装置の伝送効率を用いる場合、中継装置に流れる電流を計測する計測装置を備え、計測装置が計測した電流値に基づいて中継装置１２の伝送効率を一定周期毎に算出する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、計測装置に流れる電流で送電電力がロスしてしまう。また、中継装置に計測装置を設置する必要があるため、中継装置自体が大きくなる。また、ワイヤレス給電システムは、計測装置による電流計測、電流値のデータを制御装置に送信、電流値に基づいて伝送効率を算出の順に処理する必要があるため、高効率な伝送経路の決定の処理に時間がかかる。本実施形態のワイヤレス給電システム１は、予め計測された中継装置の伝送効率が記憶された記憶部１５２を備えている。又は、ワイヤレス給電システム１は、中継装置１２からの距離による送電電力の減衰量や電磁気学的な計算に基づいて算出された中継装置の伝送効率が記憶された記憶部１５２を備えている。これにより、ワイヤレス給電システム１は、記憶部１５２に記憶された伝送効率を用いることができるため、上記計測装置を用いずに送電装置１１から受電装置１３への複数の伝送経路の中で最も高効率な伝送経路を決定することができる。

また、端末装置１４が存在するか否かを判定する方法として、上記中継装置に配置された計測装置が計測した電流値の変化に基づいて判断する方法がある。しかしながら、この方法では、計測装置に流れる電流で送電電力がロスしてしまう。また、端末装置１４が受電装置の給電面に置かれてから端末装置１４の位置を取得までには、すべての中継装置に配置されている計測装置の電流値の変化を取得する必要があるため、受電装置の存在をポーリング時間が大幅にかかる。そして、中継装置の数が増えれば増える程、受電装置の存在をポーリング時間がかかる。さらに、端末装置１４が無い場合にも計測装置を起動させる必要があるため無駄な電力を消費してしまう。ワイヤレス給電システム１は、端末装置１４の存在又は位置の取得をＲＦＩＤやＷｉ−Ｆｉ等の位置検出手段を用いる。これにより、ワイヤレス給電システム１は、上記計測装置を用いずに、端末装置１４の存在又は位置を瞬時に取得し、端末装置１４が存在しない場合に無駄に電力を消費しない。

（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態におけるワイヤレス給電システム１Ａについて説明する。第２の実施形態におけるワイヤレス給電システム１Ａは、第１の実施形態と比較して複数の受電装置を備える。図５は、第２の実施形態のワイヤレス給電システム１Ａの構成を示すブロック図である。図５に示すように、ワイヤレス給電システム１Ａは、電源装置１０、送電装置１１、中継装置１２Ａ（中継装置１２−１、中継装置１２−２及び中継装置１２−３）、受電装置１３Ａ（受電装置１３−１及び受電装置１３−２）、端末装置１４Ａ（端末装置１４−１及び端末装置１４−２）及び制御装置１５Ａを備える。なお、図５の例では、中継装置の数は３個である場合を示しているが、この数に限定されない。また、図５の例では、受電装置の数は２個である場合を示しているが、この数に限定されない。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同じ構成には、同じ符号を付してその説明を省略する。

本実施形態では、送電装置１１、中継装置１２Ａ及び受電装置１３Ａの位置は固定である。したがって、送電装置１１、中継装置１２Ａ及び受電装置１３Ａの各々の位置関係は予め決まっているため、所定の計算式や測定によって中継装置１２Ａの伝送効率を予め求めることが可能である。本実施形態において、送電装置１１と中継装置１２−１との間の伝送効率をＥ_１０、中継装置１２−１と受電装置１３−１との間の伝送効率をＥ_１１、中継装置１２−１と受電装置１３−２との間の伝送効率をＥ_１２とする。送電装置１１と中継装置１２−２との間の伝送効率をＥ_２０、中継装置１２−２と受電装置１３−１との間の伝送効率をＥ_２１、中継装置１２−２と受電装置１３−２との間の伝送効率をＥ_２２とする。送電装置１１と中継装置１２−３との間の伝送効率をＥ_３０、中継装置１２−３と受電装置１３−１との間の伝送効率をＥ_３１、中継装置１２−３と受電装置１３−２との間の伝送効率をＥ_３２とする。なお、中継装置１２−３は、中継装置１２−１又は中継装置１２−２と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。受電装置１３−１及び受電装置１３−２は、受電装置１３と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

例えば、端末装置１４Ａは、携帯電話（スマートフォンを含む）、ＰＤＡ、ノートパソコン、タブレット端末である。例えば、端末装置１４Ａは、ＲＦＩＤ、赤外線、Ｂｌｕeｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ‐Ｆｉ（登録商標）等の既存の通信手段を用いて、自装置の位置を示す位置情報及び、自装置を識別する予め割り当てられている識別情報を制御装置１５Ａに出力する。

図６は、第２の実施形態における制御装置１５Ａの概略構成図の一例を示す図である。制御装置１５Ａは、位置検出部１５１Ａ、記憶部１５２Ａ、伝送経路抽出部１５３Ａ、伝送経路決定部１５４Ａ及び伝送制御部１５５Ａを備える。

位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−１及び端末装置１４−２の各々から供給される位置情報及び識別情報を取得する。端末装置１４−１は、受電装置１３−１の給電面又は給電面の近傍に配置されている。端末装置１４−２は、受電装置１３−２の給電面又は給電面の近傍に配置される。したがって、位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−１の位置情報に基づいて、端末装置１４−１に給電する受電装置１３−１の位置を示す位置情報を決定することができる。位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−２の位置情報に基づいて、端末装置１４−２に給電する受電装置１３−２の位置を示す位置情報を決定することができる。

位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−１及び端末装置１４−２の識別情報に基づいて、端末装置１４−１及び端末装置１４−２の消費電力を記憶部１５２Ａに予め記憶されている必要電力テーブルから読み出す。ここで、消費電力とは、定格消費電力でもよいし、最大消費電力でもよい。図７は、第２の実施形態における記憶部１５２Ａが記憶する必要電力テーブルの一例を示す図である。図７に示すように、必要電力テーブルは、端末装置の識別情報毎に、その識別情報が示す端末装置の消費電力を対応させた構造を備える。例えば、端末装置１４−１は、ノートパソコンであり、消費電力はＷ_１とする。例えば、端末装置１４−２は、スマートフォンであり、消費電力はＷ_２とする。すなわち、受電装置１３−１から端末装置１４−１に電力Ｗ_１が給電され、受電装置１３−２から端末装置１４−２に電力Ｗ_２が給電される。なお、記憶部１５２Ａは、記憶部１５２と同様のデータを備えている。
位置検出部１５１Ａは、受電装置１３−１の位置情報と消費電力Ｗ_１を関連づけて伝送経路抽出部１５３Ａに出力する。位置検出部１５１Ａは、受電装置１３−２の位置情報と消費電力Ｗ_２を関連づけて伝送経路抽出部１５３Ａに出力する。

伝送経路抽出部１５３Ａは、記憶部１５２Ａから中継装置１２Ａ及び送電装置１１の各々の位置を示す位置情報を読み出す。

伝送経路抽出部１５３Ａは、受電装置１３Ａ、中継装置１２Ａ及び送電装置１１の各々の位置情報に基づいて、送電装置１１から受電装置１３−１及び送電装置１１から受電装置１３−２までの電力の伝送経路をすべて抽出する。図５に示す例では、伝送経路抽出部１５３Ａは、第１伝送経路Ｐ_１２−１から第７伝送経路Ｐ_１２−７の７つの伝送経路を抽出する。第１伝送経路Ｐ_１２−１は、中継装置１２−１のみを経由する伝送経路であり、送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３−１の経路と送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３−２の経路とを備える。第２伝送経路Ｐ_１２−２は、中継装置１２−２のみを経由する伝送経路であり、送電装置１１、中継装置１２−２及び受電装置１３−１の経路と送電装置１１、中継装置１２−２及び受電装置１３−２の経路とを備える。第３伝送経路Ｐ_１２−３は、中継装置１２−３のみを経由する伝送経路であり、送電装置１１、中継装置１２−３及び受電装置１３−１の経路と送電装置１１、中継装置１２−３及び受電装置１３−２の経路とを備える。第４伝送経路Ｐ_１２−４は、中継装置１２−１と中継装置１２−２とを経由する伝送経路であり、第１伝送経路Ｐ_１２−１と第２伝送経路Ｐ_１２−２とを備える。第５伝送経路Ｐ_１２−５は、中継装置１２−２と中継装置１２−３とを経由する伝送経路であり、第２伝送経路Ｐ_１２−２と第３伝送経路Ｐ_１２−３とを備える。第６伝送経路Ｐ_１２−６は、中継装置１２−１と中継装置１２−３とを経由する伝送経路であり、第１伝送経路Ｐ_１２−１と第３伝送経路Ｐ_１２−３とを備える。第７伝送経路Ｐ_１２−７は、すべての中継装置１２−１〜１２−３を経由する伝送経路であり、第１伝送経路Ｐ_１２−１と第２伝送経路Ｐ_１２−２と第３伝送経路Ｐ_１２−３とを備える。

伝送経路決定部１５４Ａは、伝送経路抽出部１５３Ａが抽出した第１伝送経路Ｐ_１２−１から第７伝送経路Ｐ_１２−７の各々の総送電電力を算出する。総送電電力とは、電源装置１０から送電装置１１に供給される電力である。図８は、第２の実施形態における伝送経路決定部１５４Ａの総送電電力の算出方法を示す図である。
伝送経路決定部１５４Ａは、第１伝送経路Ｐ_１２−１の総送電電力を算出する。具体的には、伝送経路決定部１５４Ａは、記憶部１５２Ａに予め記憶されている伝送効率Ｅ_１０及び伝送効率Ｅ_１１を読み出す。伝送経路決定部１５４Ａは、伝送効率Ｅ_１０と伝送効率Ｅ_１１とを乗算することで、送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３−１の経路における伝送効率Ｅ_Ａ(＝Ｅ_１０×Ｅ_１１)を算出する。伝送経路決定部１５４Ａは、消費電力Ｗ_１を伝送効率Ｅ_Ａで除算することで送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３−１の経路における送電電力Ｗ_Ａ（＝Ｗ_１／Ｅ_Ａ）を算出する。伝送経路決定部１５４Ａは、記憶部１５２Ａに予め記憶されている伝送効率Ｅ_１２を読み出す。伝送経路決定部１５４Ａは、伝送効率Ｅ_１０と伝送効率Ｅ_１２とを乗算することで、送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３−２の経路における伝送効率Ｅ_Ｈ(＝Ｅ_１０×Ｅ_１２)を算出する。伝送経路決定部１５４Ａは、消費電力Ｗ_２を伝送効率Ｅ_Ｈで除算することで送電装置１１、中継装置１２−１及び受電装置１３−２の経路における送電電力Ｗ_Ｈ（＝Ｗ_２／Ｅ_Ｈ）を算出する。したがって、伝送経路決定部１５４Ａは、送電電力Ｗ_Ａと送電電力Ｗ_Ｈとを加算することで第１伝送経路Ｐ_１２−１の総送電電力を算出する。伝送経路決定部１５４Ａは、第１伝送経路Ｐ_１２−１の総送電電力の算出方法と同様に、第２伝送経路Ｐ_１２−２から第７伝送経路Ｐ_１２−７の各々の伝送経路について総送電電力を算出する。

伝送経路決定部１５４Ａは、第１伝送経路Ｐ_１２−１から第７伝送経路Ｐ_１２−７の各々の総送電電力を比較し、電源装置１０から端末装置１４Ａに必要な電力を給電する電力である総送電電力が最も小さい伝送経路（以下、「低送電電力伝送経路」という。）を決定する。伝送経路決定部１５４Ａは、決定した低送電電力伝送経路の情報を伝送制御部１５５Ａに出力する。

伝送制御部１５５Ａは、伝送経路抽出部１５３Ａが抽出した複数の伝送経路において、低送電電力伝送経路以外の伝送経路を遮断する。すなわち、伝送制御部１５５Ａは、伝送経路決定部１５４Ａから低送電電力伝送経路を取得する。伝送制御部１５５Ａは低送電電力伝送経路にある中継装置１２Ａ以外の中継装置１２Ａの識別情報を記憶部１５２Ａから取得する。伝送制御部１５５Ａは、取得した識別情報の中継装置１２Ａの通信制御部１２２にスイッチ１２３をオフ状態にさせることを指示する制御信号を出力する。これにより、ワイヤレス給電システム１Ａは、低送電電力伝送経路以外の電力伝送が遮断され、最も総送電電力が小さい伝送経路のみで電力伝送が行われる。最も総送電電力が小さい伝送経路は、最も少ない総送電電力で端末装置１４Ａが要求する電力を供給できる、電力の損失が最も少ない経路である。すなわち、ワイヤレス給電システム１Ａは、低送電電力伝送経路以外の電力伝送が遮断され、最も高効率である伝送経路のみで電力伝送が行われる。

以下に、第２の実施形態における制御装置１５Ａの処理のフローを説明する。図９は、第２の実施形態における制御装置１５Ａの処理のフローを示す図である。なお、以下に示す第２の実施形態における制御装置１５Ａの処理のフローを説明するにあたり、伝送効率Ｅ_１０＝０．８、伝送効率Ｅ_１１＝０．８、伝送効率Ｅ_１２＝０．４、伝送効率Ｅ_２０＝０．７、伝送効率Ｅ_２１＝０．９、伝送効率Ｅ_２２＝０．７、伝送効率Ｅ_３０＝０．６、伝送効率Ｅ_３１＝０．７、伝送効率Ｅ_３２＝０．９、端末装置１４−１の消費電力Ｗ_１＝１０Ｗ、端末装置１４−２の消費電力Ｗ_２＝５Ｗである場合について説明する。

ステップＳ２０１において、位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−１及び端末装置１４−２の各々から供給される位置情報及び識別情報を取得する。
ステップＳ２０２において、位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−１の位置情報に基づいて、端末装置１４−１に給電する受電装置１３−１の位置を示す位置情報を決定する。位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−２の位置情報に基づいて、端末装置１４−２に給電する受電装置１３−２の位置を示す位置情報を決定する。

ステップＳ２０３において、位置検出部１５１Ａは、端末装置１４−１及び端末装置１４−２の識別情報に基づいて、端末装置１４−１の消費電力Ｗ_１＝１０Ｗ及び端末装置１４−２の消費電力Ｗ_２＝５Ｗを記憶部１５２Ａに予め記憶されている必要電力テーブルから読み出す。

ステップＳ２０４において、伝送経路抽出部１５３Ａは、記憶部１５２Ａから中継装置１２Ａ及び送電装置１１の各々の位置を示す位置情報を読み出す。伝送経路抽出部１５３Ａは、受電装置１３Ａ、中継装置１２Ａ及び送電装置１１の各々の位置情報に基づいて、送電装置１１から受電装置１３−１及び受電装置１３−２までの電力の伝送経路をすべて抽出する。すなわち、伝送経路抽出部１５３Ａは、第１伝送経路Ｐ_１２−１から第７伝送経路Ｐ_１２−７の７つの伝送経路を抽出する。

ステップＳ２０５において、伝送経路抽出部１５３Ａが抽出した第１伝送経路Ｐ_１２−１から第７伝送経路Ｐ_１２−７の各々の経路において総送電電力を算出する。図１０は、第２の実施形態における伝送経路決定部１５４Ａの総送電電力の算出結果を示す図である。

ステップＳ２０６において、伝送経路決定部１５４Ａは、第１伝送経路Ｐ_１２−１から第７伝送経路Ｐ_１２−７の各々の総送電電力を比較し、総送電電力が最も小さい伝送経路を選択する。すなわち、伝送経路決定部１５４Ａは、総送電電力が２６．１Ｗである第２伝送経路Ｐ_１２−２を選択する。そして、制御装置１５Ａは、第２伝送経路Ｐ_１２−２のみを残すように中継装置１２Ａを制御する。伝送経路決定部１５４Ａは、選択した低送電電力伝送経路である第２伝送経路Ｐ_１２−２の情報を伝送制御部１５５Ａに出力する。

ステップＳ２０７において、伝送経路決定部１５４Ａから第２伝送経路Ｐ_１２−２の情報を取得する。伝送制御部１５５Ａは第２伝送経路Ｐ_１２−２にある中継装置１２−２以外の中継装置である中継装置１２−１及び中継装置１２−３の識別情報を記憶部１５２Ａから取得する。伝送制御部１５５Ａは、取得した識別情報が示す中継装置１２−１及び中継装置１２−３の各々の通信制御部１２２にスイッチ１２３をオフ状態にさせることを指示する制御信号を出力する。これにより、ワイヤレス給電システム１Ａは、第２伝送経路Ｐ_１２−２以外の電力伝送が遮断され、最も総送電電力が小さい第２伝送経路Ｐ_１２−２のみで電力伝送が行われる。すなわち、ワイヤレス給電システム１Ａは、第２伝送経路Ｐ_１２−２以外の電力伝送が遮断され、最も高効率である伝送経路である第２伝送経路Ｐ_１２−２のみで電力伝送が行われる。

上述の第２の実施形態において、ワイヤレス給電システム１Ａは、送電装置１１と受電装置１３Ａとの間に設置された複数の中継装置１２Ａを備え、送電装置１１から受電装置１３Ａへの複数の伝送経路の中で最も高効率な伝送経路だけを残し、残りの伝送経路を遮断する。具体的には、ワイヤレス給電システム１Ａは、端末装置１４Ａの識別情報から端末装置１４Ａの各々の消費電力を決定し、決定した消費電力と中継装置の伝送効率とに基づいて最も総送電電力が小さい伝送経路以外の伝送経路を遮断する。これにより、ワイヤレス給電システム１Ａは、中継装置を介した長距離ワイヤレス給電において、中継装置１２Ａによる電力の伝送効率の低下を抑制し、システム全体の効率向上を図ることができる。

また、上述の第２の実施形態において、ワイヤレス給電システム１Ａは、予め計測された中継装置１２Ａの伝送効率が記憶された記憶部１５２Ａを備えている。又は、ワイヤレス給電システム１Ａは、中継装置１２Ａからの距離による送電電力の減衰量や電磁気学的な計算に基づいて算出された中継装置１２Ａの伝送効率が記憶された記憶部１５２Ａを備えている。これにより、ワイヤレス給電システム１Ａは、記憶部１５２Ａに記憶された伝送効率を用いることができるため、上記計測装置を用いずに送電装置１１から受電装置１３Ａへの複数の伝送経路の中で最も高効率な伝送経路を決定することができる。

また、上述の第２の実施形態において、ワイヤレス給電システム１Ａは、端末装置１４Ａの存在又は位置の取得をＲＦＩＤやＷｉ−Ｆｉ等の位置検出手段を用いる。これにより、ワイヤレス給電システム１Ａは、上記計測装置を用いずに、端末装置１４Ａの存在又は位置を瞬時に取得し、端末装置１４Ａが存在しない場合に無駄に電力を消費しない。

上述した実施形態における制御装置１５又は制御装置１５Ａをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ワイヤレス給電システム
１０電源装置
１１送電装置
１２中継装置
１３受電装置
１４端末装置
１５制御装置
１１０第１共振コイル
１２０第２共振コイル
１２２通信制御部
１２３スイッチ
１１１、１２１、１３１コンデンサ
１３０第３共振コイル
１３２抵抗
１５１位置検出部
１５２記憶部
１５３伝送経路抽出部
１５４伝送経路決定部
１５５伝送制御部

Claims

給電される電力を送電する送電装置と、
前記送電装置から送電された前記電力を中継する複数の中継装置と、
前記中継装置で中継された前記電力を受電する受電装置と、
前記中継装置を経由して前記送電装置から前記受電装置に前記電力を伝送する複数の伝送経路において前記電力の伝送効率が最も高くなる前記伝送経路で電力伝送するように前記中継装置を制御する制御装置と、
前記送電装置から前記中継装置への第１伝送効率と当該中継装置から前記受電装置への第２伝送効率と、を前記中継装置毎に予め記憶している記憶部と、
を備え、
前記制御装置は、前記記憶部に記憶されている前記中継装置毎の前記第１伝送効率及び前記第２伝送効率に基づいて前記伝送経路毎の前記電力の伝送効率を算出する、
ワイヤレス給電システム。
前記中継装置は、共振コイル及び共振容量を有する共振回路とオン状態又はオフ状態に操作されることで前記共振回路を開回路又は閉回路に切り替えるスイッチとを備え、
前記制御装置は、前記スイッチをオン状態又はオフ状態に操作することで、前記電力の伝送効率が最も高い前記伝送経路を選択する請求項１に記載のワイヤレス給電システム。