JPWO2014118919A1 - 送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法 - Google Patents

送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2014118919A1
JPWO2014118919A1 JP2014559416A JP2014559416A JPWO2014118919A1 JP WO2014118919 A1 JPWO2014118919 A1 JP WO2014118919A1 JP 2014559416 A JP2014559416 A JP 2014559416A JP 2014559416 A JP2014559416 A JP 2014559416A JP WO2014118919 A1 JPWO2014118919 A1 JP WO2014118919A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
power transmission
coil
transmitter
transmission coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014559416A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6032295B2 (ja
Inventor
昭嘉 内田
昭嘉 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Application granted granted Critical
Publication of JP6032295B2 publication Critical patent/JP6032295B2/ja
Publication of JPWO2014118919A1 publication Critical patent/JPWO2014118919A1/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/05—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using capacitive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルを含む送電器であって、前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する送電制御部と、を有し、電力伝送を好ましい状態で行うことができるようにする。

Description

この出願で言及する実施例は、送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法に関する。
近年、電源供給や充電を行うために、無線で電力を伝送する技術が注目されている。例えば、携帯端末やノートパソコンを始めとした様々な電子機器や家電機器、或いは、電力インフラ機器に対して、無線で電力伝送を行う無線電力伝送システムが研究・開発されている。
ところで、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送：Wireless Power Transfer)を利用する場合、電力を送る側の送電器と、送電器から送られた電力を受け取る側の受電器がそれぞれ異なるメーカの製品であっても支障なく使用するために標準化を行うのが好ましい。
従来、無線による電力伝送技術としては、一般的に、電磁誘導を利用した技術や電波を利用した技術が知られている。
近年、送電器と受電器の距離をある程度離しつつ、複数の受電器に対する電力伝送および受電器の三次元的な様々な姿勢に対する電力伝送が可能なものとして、磁界共鳴(磁界共振)や電界共鳴(電界共振)を利用した電力伝送技術に対する期待が高まっている。
従来、無線電力伝送技術としては、様々な提案がなされている。
特開２０１１−１９９９７５号公報 特開２００８−２８３７８９号公報
内田 昭嘉他(UCHIDA Akiyoshi, et al.), "Phase and Intensity Control of Multiple Coil Currents in Resonant Magnetic Coupling," IMWS-IWPT2012, THU-C-1, pp.53-56, May 10-11, 2012 石崎 俊雄他(ISHIZAKI Toshio, et al.), "3-D Free-Access WPT System for Charging Movable Terminals," IMWS-IWPT2012, FRI-H-1, pp.219-222, May 10-11, 2012
前述したように、従来、電源供給や充電を行うために無線で電力を伝送する無線電力伝送技術が注目されている。しかしながら、影響を及ぼし合う複数の送電コイル(送電器)により電力伝送を行うと、或る送電コイルに対して他の送電コイルが負荷となって電力伝送を最適な状態で行うことが難しくなる。
これは、磁界共鳴や電界共鳴を利用した電力伝送に限定されるものではなく、たとえば、電磁誘導や電界誘導を利用して電力伝送を行う場合にも問題となる。
なお、本実施形態は、独立して出力を制御することができる少なくとも２つの送電コイルを含む送電器において、その少なくとも２つの送電コイルの出力がそれぞれ影響を及ぼし合う送電器に対して適用することができる。
さらに、本実施形態は、独立して出力を制御することのできる少なくとも２つの送電器を含む無線電力伝送システムにおいて、その少なくとも２つの送電器の出力がそれぞれ影響を及ぼし合う無線電力伝送システムに対しても適用することができる。
一実施形態によれば、影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルを含む送電器であって、前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、送電制御部と、を有する送電器が提供される。
前記送電制御部は、前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する。
開示の送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法は、電力伝送を好ましい状態で行うことができるという効果を奏する。
図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。 図２Ａは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その１)である。 図２Ｂは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その２)である。 図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その３)である。 図３Ａは、独立共振コイルの例を示す回路図(その１)である。 図３Ｂは、独立共振コイルの例を示す回路図(その２)である。 図３Ｃは、独立共振コイルの例を示す回路図(その３)である。 図３Ｄは、独立共振コイルの例を示す回路図(その４)である。 図４Ａは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その１)である。 図４Ｂは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その２)である。 図４Ｃは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その３)である。 図ＤＡは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その４)である。 図５Ａは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その１)である。 図５Ｂは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その２)である。 図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その３)である。 図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図である。 図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。 図８Ａは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その１)である。 図８Ｂは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その２)である。 図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その３)である。 図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)である。 図１０は、単数送電器における送電プラン設計を説明するための図である。 図１１は、複数送電器における送電プラン設計を説明するための図である。 図１２は、複数送電器による無線電力伝送システムの一例を説明するための図である。 図１３Ａは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１３Ｂは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１４は、複数送電器による無線電力伝送システムの他の例を説明するための図である。 図１５Ａは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１５Ｂは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムの一例を示すブロック図である。 図１７は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャート(その１)である。 図１８は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャート(その２)である。 図１９は、送電器と送電器間の伝達情報の一例を説明するための図である。 図２０は、送電器と受電器間の伝達情報の一例を説明するための図である。 図２１は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図である。 図２２は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図である。 図２３は、図２１および図２２に示すパラメータの最適化処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図２４は、定電流電源の一例を示すブロック図である。 図２５は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける送電器の一例を示すブロック図である。
まず、送電器，無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システムおよび無線電力伝送方法の実施例を詳述する前に、無線電力伝送システムの例、並びに、複数の送電器および受電器を含む関連技術の無線電力伝送システムを、図１〜図９を参照して説明する。
図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。図１において、参照符号１は一次側(送電側：送電器)を示し、２は二次側(受電側：受電器)を示す。
図１に示されるように、送電器１は、ワイヤレス送電部１１、高周波電源部１２、送電制御部１３および通信回路部(第１通信回路部)１４を含む。また、受電器２は、ワイヤレス受電部２１、受電回路部(整流部)２２、受電制御部２３および通信回路部(第２通信回路部)２４を含む。
ワイヤレス送電部１１は、第１コイル(電力供給コイル)１１ｂおよび第２コイル(送電共振コイル)１１ａを含み、また、ワイヤレス受電部２１は、第３コイル(受電共振コイル)２１ａおよび第４コイル(電力取出コイル)２１ｂを含む。
図１に示されるように、送電器１と受電器２は、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａの間の磁界共鳴(電界共鳴)により、送電器１から受電器２へエネルギー(電力)の伝送を行う。なお、送電共振コイル１１ａから受電共振コイル２１ａへの電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
送電器１と受電器２は、通信回路部１４と通信回路部２４により、通信(近距離通信)を行う。ここで、送電器１の送電共振コイル１１ａと受電器２の受電共振コイル２１ａによる電力の伝送距離(電力伝送範囲ＰＲ)は、送電器１の通信回路部１４と受電器２の通信回路部２４による通信距離(通信範囲ＣＲ)よりも短く設定される(ＰＲ＜ＣＲ)。
また、送電共振コイル１１ａおよび２１ａによる電力伝送は、通信回路部１４および２４による通信とは独立した方式(Out-band通信)になっている。具体的に、送電共振コイル１１ａおよび２１ａによる電力伝送は、例えば、６．７８ＭＨｚの周波数帯域を使用し、通信回路部１４および２４による通信は、例えば、２．４ＧＨｚの周波数帯域を使用する。
この通信回路部１４および２４による通信としては、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやブルートゥース(Bluetooth（登録商標）)を利用することができる。
なお、上述した無線電力伝送システムは、例えば、使用する周波数の波長程度の距離の近傍界(near field)において、送電器１の送電共振コイル１１ａと、受電器２の受電共振コイル２１ａによる磁界共鳴または電界共鳴を利用して電力の伝送を行う。従って、電力伝送範囲(送電圏)ＰＲは、電力伝送に使用する周波数に従って変化する。
高周波電源部１２は、電力供給コイル(第１コイル)１１ｂに対して電力を供給し、電力供給コイル１１ｂは、その電力供給コイル１１ｂの至近に配設された送電共振コイル１１ａに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。送電共振コイル１１ａは、受電共振コイル２１ａとの間に磁場共鳴を生じさせる共振周波数により、受電共振コイル２１ａ(受電器２)に電力を伝送する。
受電共振コイル２１ａは、その受電共振コイル２１ａの至近に配設された電力取出コイル(第４コイル)２１ｂに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。電力取出コイル２１ｂには受電回路部２２が接続され、所定の電力が取り出される。なお、受電回路部２２からの電力は、例えば、バッテリ部(負荷)２５におけるバッテリの充電、或いは、受電器２の回路に対する電源出力等として利用される。
ここで、送電器１の高周波電源部１２は、送電制御部１３により制御され、また、受電器２の受電回路部２２は、受電制御部２３により制御される。そして、送電制御部１３および受電制御部２３は、通信回路部１４および２４を介して接続され、送電器１から受電器２への電力伝送を好ましい状態で行うことができるように、様々な制御を行うようになっている。
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図である。ここで、図２Ａおよび図２Ｂは、３コイル構成の例を示し、図２Ｃは、２コイル構成の例を示す。
すなわち、図１に示す無線電力伝送システムでは、ワイヤレス送電部１１が第１コイル１１ｂおよび第２コイル１１ａを含み、ワイヤレス受電部２１が第３コイル２１ａおよび第４コイルを含んでいる。
これに対して、図２Ａの例では、ワイヤレス受電部２１を１つのコイル(受電共振コイル：ＬＣ共振器)２１ａとし、図２Ｂの例では、ワイヤレス送電部１１を１つのコイル(送電共振コイル：ＬＣ共振器)１１ａとしている。
さらに、図２Ｃの例では、ワイヤレス受電部２１を１つの受電共振コイル２１ａに設定すると共に、ワイヤレス送電部１１を１つの送電共振コイル１１ａとしている。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、単なる例であり、様々に変形することができるのはいうまでもない。
図３Ａ〜図３Ｄは、独立共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図であり、図４Ａ〜図４Ｄは、負荷または電源に接続された共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図である。
ここで、図３Ａ〜図３Ｄは、図１および図２Ｂにおける受電共振コイル２１ａに対応し、図４Ａ〜図４Ｄは、図２Ａおよび図２Ｃにおける受電共振コイル２１ａに対応する。
図３Ａおよび図４Ａに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１，容量(Ｃ)２１２およびスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオフしておく。図３Ｂおよび図４Ｂに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１および容量(Ｃ)２１２と、容量２１２に並列に接続されたスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
図３Ｃおよび図４Ｃに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および抵抗(Ｒ)２１４を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
図３Ｄおよび図４Ｄに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および他の容量(Ｃ')２１５を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
上述した各受電共振コイル２１ａにおいて、通常時に受電共振コイル２１ａが動作しないように、スイッチ２１３をオフまたはオンに設定するようになっている。これは、例えば、不使用の受電器２や故障した受電器２に対して電力が伝送されて発熱等が生じるのを避けるためである。
以上において、送電器１の送電共振コイル１１ａも図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｄと同様にすることもできるが、送電器１の送電共振コイル１１ａとしては、通常時に動作するようにして、高周波電源部１２の出力でオン／オフ制御してもよい。この場合、送電共振コイル１１ａは、図３Ａおよび図４Ａにおいて、スイッチ２１３を短絡したものになる。
以上により、複数の受電器２が存在する場合、送電器１から送電を行う所定の受電器２の受電共振コイル２１ａのみを選択して動作可能な状態とすることにより、その選択された受電器２に対する電力の伝送を行うことが可能になる。
図５Ａ〜図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図である。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、参照符号１Ａおよび１Ｂは送電器を示し、２は受電器を示す。
図５Ａに示されるように、送電器１Ａの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＡと送電器１Ｂの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＢは、例えば、直交するように配設されている。
また、受電器２の磁界共鳴に使用する受電用の受電共振コイル２１ａは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢにより囲まれた個所で異なる角度(平行にならない角度)に配置されている。
ここで、送電共振コイル(ＬＣ共振器)１１ａＡおよび１１ａＢは、１つの送電器に設けることも可能である。すなわち、１つの送電器１が複数のワイヤレス送電部１１を含んでいてもよい。
なお、後に詳述するが、複数の送電器の内、１つの送電器をマスタとし、他の送電器をスレーブにするということは、１つのマスタ送電器の演算処理装置(ＣＰＵ)により、マスタ送電器およびスレーブ送電器に含まれる全てのＬＣ共振器を制御することを意味する。
図５Ｂは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同じ位相の磁界を出力している様子を示し、図５Ｃは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが逆の位相の磁界を出力している様子を示す。
例えば、２個の直行する送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同相出力の場合と逆相出力の場合を比較すると、合成磁界は９０°回転した関係となり、それぞれの受電器２(受電共振コイル２１ａ)の向きに合わせた送電を行う。
このように、複数の送電器１Ａ，１Ｂにより、任意の位置および姿勢(角度)の受電器２に対して電力を伝送する場合、送電器１Ａ，１Ｂの送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢに発生させる磁界は様々に変化することが分かる。
上述した無線電力伝送システムは、複数の送電器と、少なくとも１つの受電器とを含み、受電器の位置(Ｘ,Ｙ,Ｚ)および姿勢(θX,θY,θZ)に応じて、その複数の送電器間の出力(強度および位相)を調整する。
なお、三次元空間に関しても、例えば、実際の三次元空間における３個以上の送電器を用いて、それぞれの出力位相差および出力強度比を調整することで、三次元空間上の任意の方向に磁界(電界)の向きを調整することが可能になることが理解されるであろう。
図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図であり、図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。ここで、図６および図７は、２つの送電器１Ａおよび１Ｂ、並びに、５つの受電器２Ａ〜２Ｅが設けられた場合を示すものである。
図６に示す無線電力伝送システムでは、複数の送電器１Ａ，１Ｂにおける１つの送電器１Ａをマスタ(主)とすると共に、他の送電器１Ｂをスレーブ(従)と定め、例えば、複数の送電器および受電器の最適化等の処理は、マスタ(送電器１Ａ)が決定するものとする。
図６において、参照符号ＰＲａは送電器１Ａの電力伝送範囲(マスタ送電圏)を示し、ＰＲｂは送電器１Ｂの電力伝送範囲(スレーブ送電圏)を示し、ＣＲａは送電器１Ａの通信範囲(マスタ通信圏)を示し、ＣＲｂは送電器１Ｂの通信範囲(スレーブ通信圏)を示す。
従って、受電器２Ａ〜２Ｅは、次のようになる。すなわち、図７に示されるように、受電器２Ａは、マスタ通信圏ＣＲａ外(×)、スレーブ通信圏Ｃｒｂ外、マスタ送電圏ＰＲａ外およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、単に送電器からの通信を待つことになる。
次に、受電器２Ｂは、マスタ通信圏ＣＲａ内(○)、スレーブ通信圏ＣＲｂ外、マスタ送電圏ＰＲａ外およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、マスタの送電器１Ａとの通信を行うことにより、電力圏外(マスタおよびスレーブの送電圏外)であることが確認できる。
また、受電器２Ｃは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電ＰＲａ圏外およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、マスタおよびスレーブの送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、電力圏外であることが確認できる。
さらに、受電器２Ｄは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電圏ＰＲａ内およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａの電力圏内(マスタ送電圏ＰＲａ内)であることが確認できる。
そして、受電器２Ｅは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電圏ＰＲａ内およびスレーブ送電圏ＰＲｂ内になり、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａ，１Ｂの電力圏内(送電圏ＰＲａ，ＰＲｂ内)であることが確認できる。
ここで、複数の送電器において、マスタになる１つの送電器を決定するが、その決定方法としては、後述するように、例えば、その通信圏内に最も多くの受電器が存在する、或いは、その送電圏内に最も多くの受電器が存在するといった条件により決定する。
例えば、その通信圏内にそれぞれ１つの受電器が存在するといった同等の条件が成立する場合、例えば、受電器との間の通信強度といったさらなる条件を加えてマスタを決定するか、或いは、乱数表等を使用して任意の１つの送電器をマスタに決定してもよい。
ところで、異なる製造メーカによる送電器は、例えば、その送電器の強度や位相の最適化ルールはそれぞれ異なる。そこで、例えば、複数の送電器の内の１つをマスタとして決めることで、そのマスタになった送電器が他のスレーブの送電器を含め、最適化を制御する。
図８Ａ〜図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図であり、複数の送電器間におけるマスタ／スレーブの決め方を説明するものである。
まず、複数の送電器において、マスタ送電器およびスレーブ送電器を設定するのは、送電器が互いに通信範囲(通信圏)内にあり、電力伝送範囲(送電圏)が重なっており、しかも、受電器により送電圏が重なっていることが検出される場合である。
すなわち、図８Ａは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは重なっているが、送電器１Ａの送電圏ＰＲａおよび送電器１Ｂの送電圏ＰＲｂは重なっていない場合を示す。このとき、互いの送電圏ＰＲａ，ＰＲｂは重ならないので、両方の送電器１Ａおよび１Ｂを、それぞれマスタ送電器として設定される。
次に、図８Ｂは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電圏ＰＲａと、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂおよび送電圏ＰＲｂが重なり、受電器２が送電圏ＰＲａおよびＰＲｂの両方に含まれる位置に存在する場合を示す。
この図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂが互いに通信圏ＣＲａ，ＣＲｂ内にあり、送電圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっており、しかも、受電器２により送電圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっていることが検出される。
従って、図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂの内、一方(１Ａ)をマスタ送電器に設定し、他方(１Ｂ)をスレーブ送電器に設定する。このとき、送電器１Ｂをマスタとし、送電器１Ａをスレーブとしてもよいが、いずれかをマスタ送電器に設定する。
さらに、図８Ｃは、送電器１Ａおよび１Ｂは、上述した図８Ｂと同じ位置関係に配設されているが、受電器２が存在しない(通信圏ＣＲａおよびＣＲｂに存在しない)場合であり、このときは、両方ともマスタに設定する。
なお、３つ以上の送電器に対しても、例えば、図８Ｂに相当する場合には、いずれか１つをマスタ送電器に設定する。なお、複数の送電器から１つのマスタ送電器を決定する手法は、様々なものが考えられるが、その一例を、図９を参照して説明する。
図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)であり、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが一列に並んだ場合を示すものである。ここで、送電器１Ａの通信圏ＣＲａは、送電器１Ｂを含むが送電器１Ｃおよび１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｄの通信圏ＣＲｄは、送電器１Ｃを含むが送電器１Ａおよび１Ｂを含まない。
また、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは、送電器１Ａおよび１Ｃを含むが送電器１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｃの通信圏ＣＲｃは、送電器１Ｂおよび１Ｄを含むが送電器１Ａを含まない。
この図９の場合、例えば、送電器１Ｂをマスタ(マスタ送電器)とし、他の送電器１Ａ，１Ｃ，１Ｄをスレーブ(スレーブ送電器)に設定する。ここで、送電器１Ｃをマスタに設定することもできる。
なお、送電器１Ｂをマスタに設定すると、送電器１Ｄに対して直接通信することは困難になるが、その場合、送電器１Ｄに対しては、送電器１Ｃを経由して通信を行い、最適化等の制御を行う。このように、複数の送電器から１つのマスタを決める場合、最も多くの送電器と直接通信が可能なものをマスタと決めるのが好ましい。
また、図９では、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが直線上に並べられているが、実際には、例えば、部屋の壁や天井に埋め込まれ、机やテーブルに内蔵され、或いは、床やテーブル等に載置されるといった、様々な位置関係で複数の送電器が配設されることになる。
以下、送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法の実施例を、関連技術の説明と共に、添付図面を参照して詳述する。まず、図１０および図１１を参照して、単数送電器および複数送電器における送電プラン設計を説明した後、図１２〜図１５Ｂを参照して、複数送電器による無線電力伝送システムの一例における送電効率の姿勢依存性を説明する。
図１０は、単数送電器における送電プラン設計を説明するための図であり、例えば、前述した図１のように、受電器２に対して１つの送電器１で電力伝送するときの送電プラン設計を等価回路モデルにより説明するためのものである。
図１０に示す等価回路モデルにおいて、参照符号ＶsおよびＲsは高周波電源部１２に対応し、Ｌ1およびＲ1は電力供給コイル(第１コイル)１１ｂに対応し、Ｃ2，Ｌ2およびＲ2は送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)１１ａに対応する。
また、参照符号Ｃ3，Ｌ3およびＲ3は受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)２１ａに対応し、Ｌ4およびＲ4は電力取出コイル(第４コイル)２１ｂに対応し、そして、ＲLは負荷(バッテリ部)２５に対応する。
ここで、図１０に示す等価回路モデルにおいて、容量値Ｃ2，Ｃ3および抵抗値ＲL，ＲSが既知で、抵抗値Ｒ1〜Ｒ4，インダクタンスＬ1〜Ｌ4，相互インダクタンスＭ12，Ｍ13，Ｍ14，Ｍ23，Ｍ24，Ｍ34が電磁界シミュレーションより計算可能である。
従って、上記各値を固定パラメータとして等価回路モデルによる回路シミュレータに設定し、演算を実行することにより、図１のような単数送電器における電力の送電効率を求めることができる。
すなわち、［受電電力ＰOUT］／［送受電効率(ＰOUT/ＰIN)］から、送電電力ＰINを算出することができる。これにより、算出された送電電力ＰINを電力供給コイル１１ｂに入力することにより、負荷ＲLに対して適切な受電電力ＰOUTを与えることが可能になる。なお、本明細書において、送受電効率は、送電効率とも称する。
図１１は、複数送電器における送電プラン設計を説明するための図であり、例えば、前述した図５Ａのように、受電器２に対して２つの送電器１Ａ，１Ｂで電力伝送するときの送電プラン設計を等価回路モデルにより説明するためのものである。
図１１に示す等価回路モデルにおいて、参照符号Ｖs1およびＲs1は送電器１Ａの高周波電源部１２Ａに対応し、Ｖs2およびＲs2は送電器１Ｂの高周波電源部１２Ｂに対応する。また、Ｌ11およびＲ11は送電器１Ａの電力供給コイル１１ｂＡに対応し、Ｌ12およびＲ12は送電器１Ｂの電力供給コイル１１ｂＢに対応する。
さらに、参照符号Ｃ21，Ｌ21およびＲ21は送電器１Ａの送電共振コイル１１ａＡに対応し、Ｃ22，Ｌ22およびＲ22は送電器１Ｂの送電共振コイル１１ａＢに対応する。なお、受電器２に関しては、上述した図１０と同様であり、参照符号Ｃ3，Ｌ3およびＲ3は受電共振コイル２１ａに対応し、Ｌ4およびＲ4は電力取出コイル２１ｂに対応し、そして、ＲLは負荷２５に対応する。
図１１に示す等価回路モデルにおいて、容量値Ｃ21，Ｃ22，Ｃ3および抵抗値ＲL，ＲS1，ＲS2が既知で、抵抗値Ｒ11，Ｒ12，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ3，Ｒ4，インダクタンスＬ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22，Ｌ3，Ｌ4，が電磁界シミュレーションより計算可能である。さらに、相互インダクタンスＭ112，Ｍ122，Ｍ113，Ｍ114，Ｍ213，Ｍ214，Ｍ123，Ｍ124，Ｍ223，Ｍ224，Ｍ111，Ｍ111'，Ｍ222，Ｍ222'，Ｍ34も電磁界シミュレーションより計算可能である。
従って、上記各値を固定パラメータとして等価回路モデルによる回路シミュレータに設定し、Ｖs1およびＶs2を可変パラメータとして演算を実行することにより、図５Ａのような複数送電器における電力の送電効率を求めることができる。なお、Ｖs1およびＶs2の設定値には、Ｖs1およびＶs2の位相差と、Ｖs1およびＶs2の強度比が含まれる。
ここで、図１１に示す等価回路モデルにおいて、送電器１ＡにおけるＲS1は、送電器１Ｂに対して受電器と同様に負荷として見え、また、送電器１ＢにおけるＲS2は、送電器１Ａに対して受電器と同様に負荷として見える。従って、高周波電源部１２Ａおよび１２ＢのインピーダンスＲS1およびＲS2は、図１１に示す無線電力伝送システムにおいて、送電効率に影響を与えることになる。
次に、図１２，図１３Ａおよび図１３Ｂ、並びに、図１４，図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、複数送電器による無線電力伝送において、各送電器の電源インピーダンスにより送電効率の姿勢依存性が変化する様子を説明する。
図１２は、複数送電器による無線電力伝送システムの一例を説明するための図である。図１２において、参照符号１１ａ１，１１ａ２は送電器１の送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)、１５は発振器、１６は位相制御部、１７１，１７２は増幅器、そして、２１ａは受電器２の受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)を示す。
ここで、図１２は、位相および強度を制御することができる２つの送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２を有する送電器１により、受電共振コイル２１ａを介して受電器２に電力伝送を行う場合を示している。なお、図１２では、受電器２の受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２よりも十分に小さいものとする。また、送電共振コイル１１ａ１は第１送電コイルに対応し、送電共振コイル１１ａ２は第２送電コイルに対応する。
図１２に示されるように、発振器１５による発振信号は、増幅器１７１に入力される共に、位相制御部１６を介して増幅器１７２に入力される。ここで、位相制御部１６は、増幅器１７２に入力される信号の位相を制御することにより、増幅器１７１の出力位相と増幅器１７２の出力位相の差を調整する。
増幅器１７１および１７２は、それぞれ入力された発振信号を増幅して出力し、増幅器１７１の出力は、送電共振コイル１１ａ１(ワイヤレス送電部１１１)に入力され、増幅器１７２の出力は、送電共振コイル１１ａ２(ワイヤレス送電部１１２)に入力される。
ここで、位相制御部１６による発振信号の位相制御で増幅器１７１および１７２の位相差が調整され、増幅器１７１および１７２の増幅率の制御で増幅器１７１および１７２の強度比が調整される。
なお、位相制御部１６における位相制御、並びに、増幅器１７１および１７２における増幅率の制御は、例えば、図１における送電制御部１３に従って行われる。
図１２における増幅器(高周波電源)１７１および１７２は、交流のインピーダンス特性を有し、この電源のインピーダンス特性(図１１におけるインピーダンスＲS1およびＲS2)が送電効率に影響を与えることになる。
なお、図１２では、１つの送電器１における２つの送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２を直角に配置しているが、例えば、図５Ａと同様に、異なる送電器１Ａおよび１Ｂの送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢとしてもよい。
この場合、送電器１Ａおよび１Ｂは、それぞれ発振器を有し、例えば、それぞれの通信部を介して位相情報を遣り取りして出力信号の位相差を調整する。また、送電器１Ａおよび１Ｂの出力信号の強度比の調整に関しても同様である。
なお、送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２を、異なる送電器１Ａおよび１Ｂの送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢとした場合、位相制御(位相差の制御)は、送電器１Ａおよび１Ｂ間の通信を利用して行われる。
すなわち、２つの送電器１Ａおよび１Ｂにおける出力信号の位相差および強度比の制御は、例えば、後に図１６を参照して説明するマスタの送電器１Ａにおける送電制御部１３Ａに従って、通信回路部１４Ａ，１４Ｂを介して行われる。
図１３Ａは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。また、図１３Ｂは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。
ここで、定電圧電源は、例えば、電力伝送に使用する６．７８ＭＨｚの信号を出力し、出力インピーダンスが数Ω〜数十Ω(一例として、５０Ω)に整合された電源である。なお、本実施例に適用され得る出力インピーダンスが５０Ωに整合された高周波電源は、従来から様々なものが提案され、例えば、通信分野において広く使用されている。
また、電力伝送に使用する周波数は、６．７８ＭＨｚに限定されるものではなく、さらに、整合する出力インピーダンスは、５０Ωではなく７５Ωのものも広く利用されており、それを適用してもよい。
また、定電流電源は、例えば、電力伝送に使用する６．７８ＭＨｚの信号を出力し、出力インピーダンスが高い電源(高インピーダンス電源：Ｈｉ−ＺΩ電源)である。なお、定電流電源の出力インピーダンスは、これに限定されるものではないが、例えば、１ＭΩ以上である。また、定電流電源は、入力側の特性から０Ω電源と呼ばれることもある。後に、この定電流電源の一例を、図２４を参照して説明する。
図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて、横軸は共振受電コイル２１ａの回転角度(受電器２の姿勢)を示し、縦軸は送電効率を示す。また、曲線ＬＬ１１およびＬＬ２１は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が０°(同相)の場合を示し、曲線ＬＬ１２およびＬＬ２２は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が９０°の場合を示す。
さらに、曲線ＬＬ１３およびＬＬ２３は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が１８０°(逆相)の場合を示し、曲線ＬＬ１４およびＬＬ２４は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が−９０°の場合を示す。
なお、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの送電出力の強度比は１：１に固定して調整を行わず、受電器２は各送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢから等距離に配置されているものとする。
まず、図１３Ａに示されるように、定電圧電源を適用した場合、例えば、増幅器１７１および１７２の出力インピーダンスが５０Ωのとき、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差により最大の送電効率が得られる回転角度が変化することが分かる。
すなわち、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差が０°のとき(ＬＬ１１)は、共振受電コイル２１ａ(受電器２)の回転角度が０°および１８０°で最大の送電効率(約４３％)が得られることがわかる。
また、位相差が９０°のとき(ＬＬ１２)は、受電器２の回転角度が１３５°で最大の送電効率が得られ、位相差が１８０°のとき(ＬＬ１３)は、受電器２の回転角度が９０°で最大の送電効率が得られることが分かる。そして、位相差が−９０°(２７０°)のとき(ＬＬ１４)は、受電器２の回転角度が４５°で最大の送電効率が得られることが分かる。
従って、受電器２の回転角度が任意の値でも、すなわち、どのような姿勢の受電器２に対しても、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの送電出力の位相差を適切に調整することにより最大の送電効率で電力を伝送することが可能なのが分かる。
次に、図１３Ｂに示されるように、定電流電源を適用した場合、例えば、増幅器１７１および１７２の出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩのとき、図１３Ａとは異なる特性が得られる。
具体的に、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差が０°のとき(ＬＬ２１)および位相差が１８０°のとき(ＬＬ２３)は、上述した曲線ＬＬ１１およびＬＬ１３を、極大値および極小値を変化させずに、効率の中央値を上方に歪めた特性になる。
これに対して、位相差が９０°のとき(ＬＬ２２)および位相差が−９０°のとき(ＬＬ２４)は、受電器２の回転角度に関わらず、すなわち、受電器２の姿勢に影響されることなく、ほぼ一定の効率(約２７％)になることが分かる。
図１４は、複数送電器による無線電力伝送システムの他の例を説明するための図である。ここで、上述した図１２では、受電器２の受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２よりも十分に小さかったが、図１４は、受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２と同程度の大きさとされている。
すなわち、図１２と図１４では、送電器(送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２)と受電器(受電共振コイル２１ａ)の結合特性が異なっている。なお、他の構成および条件は、図１２および図１４で共通であり、その説明は省略する。
図１４は、複数送電器による無線電力伝送システムの他の例を説明するための図である。ここで、上述した図１２では、受電器２の受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２よりも十分に小さかったが、図１４は、受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２と同程度の大きさとされている。なお、他の構成および条件は、図１２および図１４で共通であり、その説明は省略する。
図１５Ａは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図であり、前述した図１３Ａに対応する。また、図１５Ｂは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図であり、前述した図１３Ｂに対応する。
なお、図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、横軸は共振受電コイル２１ａの回転角度(受電器２の姿勢)を示し、縦軸は送電効率を示す。また、曲線ＬＬ３１およびＬＬ４１は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が０°の場合を示し、曲線ＬＬ３２およびＬＬ４２は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が９０°の場合を示す。
さらに、曲線ＬＬ３３およびＬＬ４３は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が１８０°の場合を示し、曲線ＬＬ３４およびＬＬ３４は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が−９０°の場合を示す。
図１５Ａおよび図１５Ｂと、上述した図１３Ａおよび図１３Ｂの比較から明らかなように、受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２と同程度の大きさになると、送電効率が大きくなることが分かる。これは、受電共振コイル２１ａが大きくなれば送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２からの出力電力を十分に受け取ることができるようになるためである。
また、図１５Ａと図１３Ａの比較から明らかなように、受電共振コイル２１ａが大きくなると、位相差が０°のとき(ＬＬ３１)および位相差が１８０°のとき(ＬＬ３３)は、極小値を変化させずに、効率の極大値および中央値を上方に歪めた特性になる。具体的に、送電効率の最大値は、例えば、図１３Ａの約４３％から図１５Ａの約９０％へ大幅に大きくなる。
さらに、受電共振コイル２１ａが大きくなると、位相差が９０°のとき(ＬＬ３２)および位相差が−９０°のとき(ＬＬ３４)は、効率の極大値および極小値とも大幅に情報に変化する。
すなわち、曲線ＬＬ３２およびＬＬ３４の極大値は、曲線のＬＬ３１およびＬＬ３３の極大値よりは低い(ただし、８０％は超える)ものの、極小値でも７０％に迫るものとなっている。
さらに、図１５Ｂと図１３Ｂの比較から明らかなように、受電共振コイル２１ａが大きくなると、位相差が０°のとき(ＬＬ４１)および位相差が１８０°のとき(ＬＬ４３)は、極小値を変化させずに、効率の極大値および中央値を上方に歪めた特性になる。この曲線ＬＬ４１およびＬＬ４３は、上述した図１５Ａにおける曲線ＬＬ３１およびＬＬ３３にほぼ一致する。
また、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差が９０°のとき(ＬＬ４２)および位相差が−９０°のとき(ＬＬ４４)は、受電器２の姿勢に影響されることなく、ほぼ一定の効率(約７５％〜８４％)になることが分かる。
従って、複数送電器で無線電力伝送を行う場合、複数の送電器の出力信号の位相差や強度比だけでなく、送電器の電源のインピーダンス特性(定電流電源／定電圧電源)や受電共振コイル２１ａの大きさといった条件を考慮するのが好ましいことが分かる。
すなわち、複数の送電器による連携送電を行う場合、所望の効率を確保する制御プランを策定するためには、電源のインピーダンス特性の情報、並びに、受電器と送電器の結合特性の情報を加味するのが好ましい。
そして、所望の送電効率特性が得られる可変パラメータの組み合わせを選択することで各送電器出力を決定し、例えば、最大の送電効率による電力伝送、或いは、高いロバスト性効率による電力伝送を選択的に実現することが可能になる。
ここで、高いロバスト性効率は、例えば、センサネットワークに対して、各センサの姿勢に関わらずそれぞれ充電を行う場合等において、大きな効果が得られることになる。なお、図１２〜図１５Ｂを参照して説明したのは単なる例であり、様々な変更が可能なのはいうまでもない。
図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムの一例を示すブロック図であり、２つの送電器１Ａ，１Ｂ、および、２つの受電器２Ａ，２Ｂを含む例を示すものである。
図１６に示されるように、送電器１Ａ，１Ｂは同様の構成を有し、それぞれワイヤレス送電部１１Ａ，１１Ｂ、高周波電源部１２Ａ，１２Ｂ、送電制御部１３Ａ，１３Ｂおよび通信回路部１４Ａ，１４Ｂを含む。
高周波電源部１２Ａ，１２Ｂは、高周波の電力を発生するもので、例えば、前述した図１における高周波電源部１２、或いは、図１２および図１４における増幅器１７１，１７２に相当し、固有の電源インピーダンスを有する。例えば、出力インピーダンスが５０Ωに整合された定電圧電源や、高い出力インピーダンスのＨｉ−ＺΩ電源(定電流電源)などである。
送電制御部１３Ａ，１３Ｂは、送電部１１Ａ，１１Ｂを制御するもので、例えば、図１２および図１４における発振器１５および位相制御部１６を含んでもよい。通信回路部１４Ａ，１４Ｂは、各送電器および受電器間の通信を可能とするものであり、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやブルートゥース(Bluetooth（登録商標）)を利用することができる。
なお、高周波電源部１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ外部電源１０Ａ，１０Ｂから電力の供給を受け取り、送電制御部１３Ａ，１３Ｂには、検出部ＳＡ，ＳＢからの信号が入力されている。なお、送電器１Ａおよび送電器１Ｂは、例えば、１つの送電器１に設けた２つの送電部(１１)としてもよいのはいうまでもない。
ワイヤレス送電部１１Ａ，１１Ｂは、磁界共鳴であればコイルに相当し、高周波電源部１２Ａ，１２Ｂから供給される高周波電力を磁界に変換する。検出部ＳＡ，ＳＢは、送電器１Ａ，１Ｂの相対位置関係や受電器２Ａ，２Ｂの相対位置関係を検出する。ここで、相対位置関係を検出する方法としては、例えば、カメラによる撮像系を適用することができる。
なお、例えば、送電器１Ａ，１Ｂの位置関係が固定され(送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２が特定のＬ字ブロック状に固定され)、その情報を送電制御部１３Ａ，１３Ｂが把握し、受電器２Ａ，２Ｂが検出機能を有する場合、検出部ＳＡ，ＳＢは省略可能である。
受電器２Ａ，２Ｂも同様の構成を有し、それぞれワイヤレス受電部２１Ａ，２１Ｂ、整流部(受電回路部)２２Ａ，２２Ｂ、受電制御部２３Ａ，２３Ｂ、通信回路部２４Ａ，２４Ｂおよび機器本体(バッテリ部)２５Ａ，２５Ｂを含む。
受電制御部２３Ａ，２３Ｂは、受電器２Ａ，２Ｂを制御するものであり、通信回路部２４Ａ，２４Ｂは、各送電器および受電器間の通信を可能とするもので、前述したように、例えば、無線ＬＡＮやブルートゥース(Bluetooth（登録商標）)を利用する。
ワイヤレス受電部２１Ａ，２１Ｂは、磁界共鳴であればコイルに相当し、無線で伝達された電力を電流に変換する。整流部２２Ａ，２２Ｂは、ワイヤレス受電部２１Ａ，２１Ｂから得られた交流電流をバッテリ充電や機器本体で使用可能なように直流電流に変換する。
上述したように、送電器１Ａ，１Ｂおよび受電器２Ａ，２Ｂは、それぞれの通信回路部１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂを介して通信を行う。このとき、例えば、送電器１Ａをマスタ(全体制御器)とし、このマスタ(送電器)１Ａが、他の送電器１Ｂおよび受電器２Ａ，２Ｂをスレーブとして制御することもできる。
また、ワイヤレス送電部１１Ａおよび１１Ｂと、ワイヤレス受電部２１Ａまたは２１Ｂの間は、磁界共鳴を利用した電力伝送に限定されるものではなく、例えば、電界共鳴、或いは、電磁誘導や電界誘導を利用した電力伝送方式を適用することもできる。
図１７および図１８は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャートであり、図１６は受電器が不在の場合の処理を示し、図１７は受電器が存在する場合の処理を示す。
なお、図１７および図１８は、送電器１Ａがマスタ(全体制御器)で送電器１Ｂがスレーブの場合の処理を示す。ここで、スレーブ送電器１Ｂとマスタ送電器１Ａの間は、例えば、通信回路部１４Ａ，１４Ｂを介して情報の遣り取りを行い、受電器２Ａ，２Ｂとマスタ送電器１Ａの間は、例えば、通信回路部１４Ａ，２４Ａ，２４Ｂを介して情報の遣り取りを行う。
図１７に示されるように、まず、マスタ送電器１Ａは、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検索し、ステップＳＴ１３において、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を通信により確認する。なお、通信は、無線および有線のいずれであっても構わない。
すなわち、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ１０において、マスタ送電器１Ａに対して存在を伝達し、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ１３において、他の送電器との通信が確立でき、ＩＤを認証できた場合に、他の送電器を検出できたと判定する。なお、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検出しない場合は、例えば、図１０を参照して説明した単純な単数送電器による電力伝送を行うことになる。
マスタ送電器１Ａは、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検出した後、ステップＳＴ１４において、例えば、検出部ＳＡを用いてスレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認する。ここで、例えば、マスタ送電器１Ａとスレーブ送電器１Ｂの相対位置が遠い等の理由により送電範囲が重ならない場合には、図１０を参照して説明した単純な単数送電器による電力伝送を行うことになる。
ステップＳＴ１４において、例えば、検出部ＳＡを用いてスレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認し、送電範囲が重なる可能性がある他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検出した場合、ステップＳＴ１５に進む。すなわち、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ１１において、マスタ送電器１Ａに対して送電部情報を伝達し、マスタ送電器１Ａは、そのスレーブ送電器１Ｂの送電部(ワイヤレス送電部)１１Ｂを確認する。
さらに、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ１２に進んで、マスタ送電器１Ａに対して電源インピーダンスを伝達し、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ１６に進んで、確認した送電器１Ｂの電源インピーダンスを確認する。
すなわち、このステップＳＴ１２およびＳＴ１６により、スレーブ送電器１Ｂの電源および自身(マスタ送電器１Ａ)の電源が、例えば、５０Ωに整合された定電圧電源か、或いは、Ｈｉ−ＺΩの定電流電源かを確認する。なお、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達する情報は、例えば、後に、図１９を参照して説明する情報(データ)である。
そして、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ１７に進んで、給電対象を検索する。この給電対象の検索は、例えば、各通信回路部(１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ)を使用して受電器２Ａ，２Ｂを探索する。
以上において、スレーブ送電器は複数であってもよい。また、マスタ送電器１Ａによる受電器(２Ａ，２Ｂ)の探索は、無線通信により行い、給電対象となる受電器が検出されるまで、受電器の探索を続けることになる。
図１８に示されるように、マスタ送電器１Ａ(全体制御器)は、ステップＳＴ２２において、給電対象を検索、すなわち、受電器(２Ａ，２Ｂ)を探索するする。受電器２Ａは、ステップＳＴ２８において、マスタ送電器１Ａに対して存在を伝える。なお、図１８は、受電器２Ａに対して電力伝送を行う場合を示すが、この受電器２Ａもマスタ送電器１Ａに対するスレーブとして機能する。
すなわち、スレーブ受電器２Ａは、ステップＳＴ２８において、マスタ送電器１Ａに対して存在を伝達し、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２２において、他の受電器との通信が確立でき、ＩＤを認証できた場合に、他の受電器を検出できたと判定する。
マスタ送電器１Ａは、他の受電器(スレーブ受電器２Ａ)を検出した後、ステップＳＴ２３において、例えば、スレーブ受電器２Ａとの相対位置関係を確認する。ここで、例えば、マスタ送電器１Ａとスレーブ受電器２Ａとの相対位置が遠い等の理由により送電範囲が重ならない場合には、他の受電器を検出できなかったと再判定する。
マスタ送電器１Ａは、さらに、ステップＳＴ２４に進み、確認したスレーブ受電器２Ａの受電部(ワイヤレス受電部)２１Ａを確認する。すなわち、スレーブ受電器２Ａは、ステップＳＴ２９において、マスタ送電器１Ａに対して受電部情報を伝達する。
この受電部情報には、例えば、受電器２Ａにおける受電共振コイル(２１ａ)の大きさの情報等が含まれる。なお、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに伝達する情報は、例えば、後に、図２０を参照して説明する情報(データ)である。
次に、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２５に進んで、全情報から最適化プランを策定する。ここで、マスタ送電器１Ａが使用する全情報には、例えば、図１７のステップＳＴ１６で確認した電源インピーダンス情報、および、ステップＳＴ２４で確認した受電器２Ａにおける受電共振コイル(２１ａ)の大きさの情報等が含まれる。
また、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２６に進んで、各送電器(スレーブ送電器１Ｂ)に対して位相差・強度比(位相・強度条件)を伝達する。スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ２０において、マスタ送電器１Ａからの位相・強度条件を受け取り、ステップＳＴ２１に進み、その位相・強度条件に従って送電を開始する。
そして、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２７に進んで、送電を開始する。なお、ステップＳＴ２７におけるマスタ送電器１Ａの送電開始と、ステップＳＴ２１におけるスレーブ送電器１Ｂの送電開始は、例えば、通信回路部１４Ａおよび１４Ｂを介して同期させて行う。
図１９は、送電器と送電器間の伝達情報の一例を説明するための図であり、例えば、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達する情報の一例を示す。図１９に示されるように、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達されるのは、例えば、データ１の製品ＩＤ、或いは、データ２のような各項目に対する実際のデータであってもよい。
ここで、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに対して、例えば、『１０１１』の製品ＩＤが伝達されると、マスタ送電器１Ａは、予め設けられているメモリテーブルから、伝達された製品ＩＤに対応するデータ２と同様の各項目のデータを認識する。
或いは、マスタ送電器１Ａは、例えば、有線または無線回線を介してインターネットに接続し、所定の外部サーバやウェブサイトから、伝達された製品ＩＤに対応する最新のデータをダウンロードして各項目のデータを認識することもできる。
なお、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達される情報(各項目のデータ)には、例えば、送電共振コイル１１ａＢおよび電力供給コイル１１ｂＢの情報と共に、前述した電源インピーダンスに関する情報も含まれている。また、図１９に示す項目は、単なる例であり、様々に変更され得る。
図２０は、送電器と受電器間の伝達情報の一例を説明するための図であり、例えば、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに伝達する情報の一例を示す。図２０に示されるように、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに伝達されるのは、例えば、データ１のような製品ＩＤ、充電要求およびバッテリ残量である。
ここで、図１９を参照して説明したのと同様に、例えば、『１１０１』の製品ＩＤが伝達されると、マスタ送電器１Ａは、予め設けられているテーブル、或いは、インターネットの所定のウェブサイトから、データ２のような各項目のデータを認識する。
なお、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに対して、充電要求およびバッテリ残量と共に、データ１の製品ＩＤではなくデータ２のような各項目に対する実際のデータを伝達してもよい。また、図２０に示す項目は、単なる例であり、様々に変更され得るのはいうまでもない。
図２１は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図であり、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源によるシミュレーション結果を示すものである。
図２１において、曲線ＬＬ６１は、送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２(増幅器１７１および１７２)の出力信号における強度比を固定して位相差を最適化したときの、受電共振コイル２１ａ(受電器２)の回転角度に対する送電効率の変化を示す。
また、曲線ＬＬ６２は、送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２の出力信号における位相差を０°(同相)または、１８０°(逆相)に固定して強度比を最適化したときの、受電器２の回転角度に対する送電効率の変化を示す。
図２１から明らかなように、例えば、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源を適用した場合、出力信号の位相差が固定されていると、強度比をどのように調整しても、常に、最大の送電効率を得ることができるとは限らない。
すなわち、定電圧電源を適用した場合、出力信号の位相差が固定されていると、強度比をどのように調整しても受電器の姿勢によっては最大の送電効率が得られない姿勢があることが分かる。
これに対して、例えば、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源を適用した場合、出力信号の強度比を固定して位相差を調整することにより、常に、最大の送電効率を得ることができる。
従って、送電器(ワイヤレス送電部)として定電圧電源を適用する場合、出力信号の強度比を固定して位相差を調整するのが好ましく、最大の送電効率を得る最適化のための支配的なパラメータが出力信号の位相差であることが分かる。
図２２は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図であり、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源によるシミュレーション結果を示すものである。
図２２において、曲線ＬＬ７１は、出力信号における強度比を固定して位相差を最適化したときの、受電器２の回転角度に対する送電効率の変化を示す。また、曲線ＬＬ７２は、出力信号における位相差を同相または逆相に固定して強度比を最適化したときの、受電器２の回転角度に対する送電効率の変化を示す。
図２２から明らかなように、例えば、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源を適用した場合、出力信号の強度比が固定されていると、位相差をどのように調整しても、常に、最大の送電効率を得ることができるとは限らない。
すなわち、定電流電源を適用した場合、出力信号の強度比が固定されていると、位相差をどのように調整しても受電器の姿勢によっては最大の送電効率が得られない姿勢があることが分かる。
これに対して、例えば、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源を適用した場合、出力信号の位相差を同相または逆相に固定して強度比を調整することにより、常に、最大の送電効率を得ることができる。
従って、送電器(ワイヤレス送電部)として定電流電源を適用する場合、出力信号の位相差を固定して強度比を調整するのが好ましく、最大の送電効率を得る最適化のための支配的なパラメータが出力信号の強度比であることが分かる。
上述したように、最適化プランを策定する場合、どのパラメータが支配的で有効なパラメータとなるのかは、電源インピーダンスによって変化することがわかる。すなわち、所望の効率を確保する制御プランを策定するためには、電源のインピーダンス特性の情報を加味するのが好ましいことが分かる。
このようにして最適化プランが策定されると、図１２に示す無線電力伝送システムでは、その策定されたプランに対応した設定条件を送電器１における位相制御部１６および増幅器１７１，１７２に伝達し、その設定条件に従った送電を開始する。
上述のようにして最適化プランに従った設定条件により送電を行うが、計算による設定条件では、調整しきれない場合には、テスト送電を行うのが好ましい。図２３は、図２１および図２２に示すパラメータの最適化処理の一例を説明するためのフローチャートであり、テスト送電の一例を説明するためのものである。
図２３に示されるように、ステップＳＴ３０において、テスト送電を開始すると、ステップＳＴ３４に進んで、送電電力および受電電力を確認し、送受電効率(送電効率)を確認する。すなわち、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ３１において、全体制御器(マスタ送電器１Ａ)に対して自身の送電電力を伝達し、スレーブ受電器２Ａは、ステップＳＴ３７において、マスタ送電器１Ａに対して自身の受電電力を伝達する。
マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ３５に進んで、ステップＳＴ３４で確認した送受電効率が所望の効率がどうかを判定する。ステップＳＴ３４において、送受電効率が所望の効率であると判定すると、テスト送電を終了して本格送電を行う。
一方、ステップＳＴ３４において、送受電効率が所望の効率ではないと判定すると、ステップＳＴ３６に進んで、図２１および図２２を参照して説明した電源インピーダンスに応じた支配的パラメータを可変して最適化プランの再設定を行う。
すなわち、ステップＳＴ３６では、５０Ω電源を適用している場合には、電源の位相差を可変して最適化プランの再設定を行い、一方、Ｈｉ−ＺΩ電源を適用している場合には、電源の強度比を可変して最適化プランの再設定を行う。このように、電源インピーダンスに応じた支配的パラメータを調整することにより、最適化プランの再設定を短時間で行うことが可能になる。
なお、ステップＳＴ３６において、マスタ送電器１Ａは、再設定された最適化プランに従った位相および強度が設定され、ステップＳＴ３３に進んで再びテスト送電を開始する。そして、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ３３でテスト送電を開始した後、ステップＳＴ３４に戻って同様の処理を繰り返す。
スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ３２において、ステップＳＴ３６で再設定された最適化プランに従った位相および強度条件を受け取ってその条件を設定し、ステップＳＴ３３に進んで再びテスト送電を開始する。
そして、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ３３でテスト送電を開始した後、ステップＳＴ３４に戻って同様の処理を繰り返す。
このように、上述したテスト送電では、例えば、位相差と強度比をバラバラに可変するのではなく、電源インピーダンス情報から得られる支配的なパラメータを可変することにより、短時間で最適な条件を探索することが可能になる。
以下に、無線電力伝送方法の実施例を説明する。まず、第１実施例は、効率を優先する無線電力伝送方法であり、第２実施例は、高ロバストを優先する無線電力伝送方法である。
まず、第１実施例の効率を優先する無線電力伝送方法を説明する。例えば、ポータブル電子機器(例えば、数Ｗ〜十数Ｗの電力容量)への給電では、比較的電力が大きいため、高い効率が求められる。一般に、送電効率が低下するとき、電力は、送電器の発熱の形でロスとなるため、特に、給電(送電)電力が大きいほど問題になる。
例えば、スマートフォンに代表されるポータブル電子機器であれば、元から各種センサを搭載しており、各種情報をセンサから得て送電側(マスタ送電器)に伝達することができる。これは、例えば、受電器の姿勢に対応した送電が求められる三次元ワイヤレス送電において、受電器の相対位置関係情報を得ることが可能であることを意味する。
そのため、例えば、ポータブル電子機器への給電では、受電器の位置情報に基づいて最大効率が得られるように、各送電器間の調整を行う制御が好ましい。従って、例えば、前述した図１２に示す無線電力伝送システムに対しては、図２１および図２２を参照して説明した処理を行って最大の送受電効率(送電効率)を得る。
すなわち、定電圧電源(５０Ω電源)を適用している場合には、図２１を参照して説明したように、電源の強度比を固定して位相差を可変し、最大効率が得られるようにする。また、定電流電源(Ｈｉ−ＺΩ電源)を適用している場合には、図２２を参照して説明したように、電源の位相差を固定して強度比を可変し、最大効率が得られるようにする。
次に、第２実施例の高ロバストを優先する無線電力伝送方法を説明する。例えば、センサネットワークにおける各センサ(例えば、数μＷ〜数ｍＷの電力容量)への給電では、比較的電力が小さいため、効率は重要な問題ではない。
仮に、給電(送電)電力が１０ｍＷの場合、効率が１０％程度であっても、送電系の発熱は１００ｍＷ程度であるため、放熱も容易である。一方、各センサは、小型かつ低コストであることが求められるため、ポータブル電子機器のように、位置検出機能等を全てのセンサに搭載することは期待できない。
そのため、センサネットワークでは、各センサの姿勢情報を個別に得ることはできず、その結果、センサネットワークへの給電は、受電器(各センサ)の姿勢に関係なく常に一定の効率が確保できる、姿勢に対するロバスト性が高い制御が好ましい。
そのため、例えば、センサネットワークの各センサへの給電では、例えば、前述した図１３Ｂ(曲線ＬＬ２２，ＬＬ２４)を参照して説明したように、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源を使用し、位相差を９０°(−９０°)とするのが好ましい。
なお、図１３Ｂにおいて、曲線ＬＬ２２およびＬＬ２４は、送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢの送電出力の位相差が９０°および−９０°の場合であるが、位相差は、必ずしもそれらの値に限定されるものではない。
すなわち、位相差は、９０°および−９０°からある程度の範囲でずれていても、回転角度による影響は大きくなるものの、実用上の姿勢に対するロバスト性を確保することができるのはいうまでもない。
なお、図１３Ａを参照して説明したように、例えば、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源を適用した場合、位相差を９０°(−９０°)としても姿勢に対する高ロバスト性を得ることは困難である。
図２４は、定電流電源の一例を示すブロック図であり、高周波電源部１２の一例を示すものである。図２４に示されるように、定電流電源１２は、交流信号生成部１２１、演算増幅器(オペアンプ)１２２、電流バッファ１２３、基準抵抗１２４、帰還抵抗１２５および容量１２６を備え、出力端に負荷が接続されている。ここで、負荷は、電力供給コイル(第１コイル)１１ｂに対応する。
交流信号生成部１２１は、基準交流電圧(例えば、周波数が６．７８ＭＨｚで振幅が一定の交流電圧)を生成し、その基準交流電圧を、演算増幅器１２２の非反転入力(正入力)に与える。演算増幅器１２２の反転入力(負入力)は、基準抵抗１２４を介して接地され、演算増幅器１２２の出力は、電流バッファ１２３に入力される。
なお、本実施形態に適用する定電流電源(および定電圧電源)は、６．７８ＭＨｚの信号を出力するものに限定されず、電力伝送に使用する周波数に従って変化するのはいうまでもない。
電流バッファ１２３の出力は、容量１２６を介して負荷(電力供給コイル)１１ｂの一端に入力されると共に、帰還抵抗１２５および基準抵抗１２４を介して接地される。なお、電力供給コイル１１ｂの他端は、基準抵抗１２４を介して接地される。
この図２４に示す定電流電源(１２)は、その出力インピーダンスが高インピーダンス(Ｈｉ−ＺΩ)となっている。また、図２４の定電流電源は、単なる一例であり、本実施形態に対しては、様々な定電流電源を適用することができるのはいうまでもない。
なお、例えば、５０Ωに整合された定電圧電源は、通信分野において様々な形式のものが広く使用されており、本実施形態に対しては、それら様々な定電圧電源を適用することができる。
図２５は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける送電器(マスタ送電器１Ａ)の一例を示すブロック図である。図２１および図１６に示されるように、マスタ送電器１Ａにおいて、ワイヤレス送電部１１Ａは、ＬＣ共振器１１ａＡおよび電力供給コイル１１ｂＡを含む。高周波電源部１２Ａは、発振器１２７、増幅器１２８および整合器１２９を含む。
送電制御部１３Ａは、送電制御回路１３１および周波数ロック回路１３２を含む。周波数ロック回路１３２は、通信回路部１４Ａからの同期信号を受け取り、所定の間隔(例えば、数分〜数十分間隔)で、発振器１２７の同期処理を行う。発振器１２７は、所定の周波数(例えば、６．７８ＭＨｚ)の周波数の駆動信号を生成し、増幅器１２８および整合器１２９を介してワイヤレス送電部１１Ａ(電力供給コイル１１ｂＡ)に出力する。
送電制御回路１３１は、内部バス１３３で繋がれたＣＰＵ(演算処理装置)１３４、メモリ１３５および入出力回路(Ｉ／Ｏ部)１３６を含む。ここで、メモリ１３５は、フラッシュメモリ等の書き替え可能な不揮発性メモリ、および、ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)等を含む。そして、マスタ送電器１Ａ，スレーブ送電器１Ｂおよび受電器等の様々な処理(ソフトウェアプログラム)を実行する。
マスタ送電器１Ａには、例えば、スレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認するための検出部ＳＡが設けられている。この検出部ＳＡの出力は、例えば、Ｉ／Ｏ部１３６を介してＣＰＵ１３４に入力され、メモリ１３５に格納されたソフトウェアプログラム(無線電力伝送プログラム、或いは、送電器の制御プログラム)に従った処理に利用される。
なお、無線電力伝送プログラム(送電器の制御プログラム)は、例えば、そのプログラムが記録された可搬型記録媒体(例えば、ＳＤ(Secure Digital)メモリカード)７０からＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。
或いは、プログラム(データ)提供者６０のハードディスク装置６１から回線およびＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。ここで、ハードディスク装置６１からＩ／Ｏ部１３６への回線は、通信回路部１４を利用した無線通信回線であってもよい。
また、無線電力伝送プログラムが記録された可搬記録媒体(コンピュータ読み取り可能な記録媒体)としては、他にＤＶＤ(Digital Versatile Disk)ディスクやブルーレイディスク(Blu-ray Disc)等の記録媒体であってもよい。
以上の説明において、送電器および受電器は、主として１つまたは２つとして説明したが、それぞれさらに多数であってもよい。また、各実施例の説明は、主として磁界共鳴を利用した電力伝送を例としたが、本実施形態は、電界共鳴を利用した電力伝送、或いは、電磁誘導や電界誘導を利用した電力伝送に対しても適用することができる。
すなわち、本実施形態は、独立して出力の位相または強度の少なくとも一方を制御することができる少なくとも２つの送電コイルを含む送電器において、その少なくとも２つの送電コイルの出力がそれぞれ影響を及ぼし合う送電器に対して適用することができる。
さらに、本実施形態は、少なくとも２つの送電器を含む無線電力伝送システムにおいて、その少なくとも２つの送電器の出力がそれぞれ影響を及ぼし合う無線電力伝送システムに対しても適用することができる。なお、各送電器は、例えば、独立して出力の位相または強度の少なくとも一方を制御することのできる少なくとも１つの送電コイルを含む。
ここに記載されている全ての例および条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものである。
また、具体的に記載されている上記の例および条件、並びに、本発明の優位性および劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく、解釈されるべきものである。
さらに、本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更、置換および修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。
１ 送電器(一次側：送電側)
１Ａ〜１Ｄ 送電器
２ 受電器(二次側：受電側)
２Ａ〜２Ｅ 受電器
１０Ａ，１０Ｂ 外部電源
１１，１１Ａ，１１Ｂ ワイヤレス送電部
１１ａ，１１ａＡ，１１ａＢ、１１ａ１，１１ａ２ 送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)
１１ｂ，１１ｂＡ，１１ｂＢ 電力供給コイル(第１コイル)
１２，１２Ａ，１２Ｂ 高周波電源部
１３，１３Ａ，１３Ｂ 送電制御部
１４，１４Ａ，１４Ｂ 通信回路部(第１通信回路部)
１５ 発振器
１６ 位相制御部
２１，２１Ａ，２１Ｂ ワイヤレス受電部
２１ａ，２１ａＡ，２１ａＢ 受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)
２１ｂ，２１ｂＡ，２１ｂＢ 電力取出コイル(第４コイル)
２２，２２Ａ，２２Ｂ 受電回路部(整流部)
２３，２３Ａ，２３Ｂ 受電制御部
２４ 通信回路部(第２通信回路部)
２５ バッテリ部(負荷)
６０ プログラム(データ)提供者
６１ ハードディスク装置
７０ 可搬型記録媒体
１２７ 発振器
１２８ 増幅器
１２９ 整合器
１３１ 送電制御回路
１３２ 周波数ロック回路
１３３ 内部バス
１３４ ＣＰＵ(演算処理装置)
１３５ メモリ
１３６ 入出力回路(Ｉ／Ｏ部)
１７１，１７２ 増幅器
この出願で言及する実施例は、送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法に関する。
近年、電源供給や充電を行うために、無線で電力を伝送する技術が注目されている。例えば、携帯端末やノートパソコンを始めとした様々な電子機器や家電機器、或いは、電力インフラ機器に対して、無線で電力伝送を行う無線電力伝送システムが研究・開発されている。
ところで、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送：Wireless Power Transfer)を利用する場合、電力を送る側の送電器と、送電器から送られた電力を受け取る側の受電器がそれぞれ異なるメーカの製品であっても支障なく使用するために標準化を行うのが好ましい。
従来、無線による電力伝送技術としては、一般的に、電磁誘導を利用した技術や電波を利用した技術が知られている。
近年、送電器と受電器の距離をある程度離しつつ、複数の受電器に対する電力伝送および受電器の三次元的な様々な姿勢に対する電力伝送が可能なものとして、磁界共鳴(磁界共振)や電界共鳴(電界共振)を利用した電力伝送技術に対する期待が高まっている。
従来、無線電力伝送技術としては、様々な提案がなされている。
特開２０１１−１９９９７５号公報 特開２００８−２８３７８９号公報
内田 昭嘉他(UCHIDA Akiyoshi, et al.), "Phase and Intensity Control of Multiple Coil Currents in Resonant Magnetic Coupling," IMWS-IWPT2012, THU-C-1, pp.53-56, May 10-11, 2012 石崎 俊雄他(ISHIZAKI Toshio, et al.), "3-D Free-Access WPT System for Charging Movable Terminals," IMWS-IWPT2012, FRI-H-1, pp.219-222, May 10-11, 2012
前述したように、従来、電源供給や充電を行うために無線で電力を伝送する無線電力伝送技術が注目されている。しかしながら、影響を及ぼし合う複数の送電コイル(送電器)により電力伝送を行うと、或る送電コイルに対して他の送電コイルが負荷となって電力伝送を最適な状態で行うことが難しくなる。
これは、磁界共鳴や電界共鳴を利用した電力伝送に限定されるものではなく、たとえば、電磁誘導や電界誘導を利用して電力伝送を行う場合にも問題となる。
なお、本実施形態は、独立して出力を制御することができる少なくとも２つの送電コイルを含む送電器において、その少なくとも２つの送電コイルの出力がそれぞれ影響を及ぼし合う送電器に対して適用することができる。
さらに、本実施形態は、独立して出力を制御することのできる少なくとも２つの送電器を含む無線電力伝送システムにおいて、その少なくとも２つの送電器の出力がそれぞれ影響を及ぼし合う無線電力伝送システムに対しても適用することができる。
一実施形態によれば、影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルを含む送電器であって、前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、送電制御部と、を有する送電器が提供される。
前記送電制御部は、前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する。
開示の送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法は、電力伝送を好ましい状態で行うことができるという効果を奏する。
図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。 図２Ａは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その１)である。 図２Ｂは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その２)である。 図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その３)である。 図３Ａは、独立共振コイルの例を示す回路図(その１)である。 図３Ｂは、独立共振コイルの例を示す回路図(その２)である。 図３Ｃは、独立共振コイルの例を示す回路図(その３)である。 図３Ｄは、独立共振コイルの例を示す回路図(その４)である。 図４Ａは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その１)である。 図４Ｂは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その２)である。 図４Ｃは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その３)である。 図４Ｄは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その４)である。 図５Ａは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その１)である。 図５Ｂは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その２)である。 図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その３)である。 図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図である。 図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。 図８Ａは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その１)である。 図８Ｂは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その２)である。 図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その３)である。 図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)である。 図１０は、単数送電器における送電プラン設計を説明するための図である。 図１１は、複数送電器における送電プラン設計を説明するための図である。 図１２は、複数送電器による無線電力伝送システムの一例を説明するための図である。 図１３Ａは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１３Ｂは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１４は、複数送電器による無線電力伝送システムの他の例を説明するための図である。 図１５Ａは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１５Ｂは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。 図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムの一例を示すブロック図である。 図１７は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャート(その１)である。 図１８は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャート(その２)である。 図１９は、送電器と送電器間の伝達情報の一例を説明するための図である。 図２０は、送電器と受電器間の伝達情報の一例を説明するための図である。 図２１は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図である。 図２２は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図である。 図２３は、図２１および図２２に示すパラメータの最適化処理の一例を説明するためのフローチャートである。 図２４は、定電流電源の一例を示すブロック図である。 図２５は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける送電器の一例を示すブロック図である。
まず、送電器，無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システムおよび無線電力伝送方法の実施例を詳述する前に、無線電力伝送システムの例、並びに、複数の送電器および受電器を含む関連技術の無線電力伝送システムを、図１〜図９を参照して説明する。
図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。図１において、参照符号１は一次側(送電側：送電器)を示し、２は二次側(受電側：受電器)を示す。
図１に示されるように、送電器１は、ワイヤレス送電部１１、高周波電源部１２、送電制御部１３および通信回路部(第１通信回路部)１４を含む。また、受電器２は、ワイヤレス受電部２１、受電回路部(整流部)２２、受電制御部２３および通信回路部(第２通信回路部)２４を含む。
ワイヤレス送電部１１は、第１コイル(電力供給コイル)１１ｂおよび第２コイル(送電共振コイル)１１ａを含み、また、ワイヤレス受電部２１は、第３コイル(受電共振コイル)２１ａおよび第４コイル(電力取出コイル)２１ｂを含む。
図１に示されるように、送電器１と受電器２は、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａの間の磁界共鳴(電界共鳴)により、送電器１から受電器２へエネルギー(電力)の伝送を行う。なお、送電共振コイル１１ａから受電共振コイル２１ａへの電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
送電器１と受電器２は、通信回路部１４と通信回路部２４により、通信(近距離通信)を行う。ここで、送電器１の送電共振コイル１１ａと受電器２の受電共振コイル２１ａによる電力の伝送距離(電力伝送範囲ＰＲ)は、送電器１の通信回路部１４と受電器２の通信回路部２４による通信距離(通信範囲ＣＲ)よりも短く設定される(ＰＲ＜ＣＲ)。
また、送電共振コイル１１ａおよび２１ａによる電力伝送は、通信回路部１４および２４による通信とは独立した方式(Out-band通信)になっている。具体的に、送電共振コイル１１ａおよび２１ａによる電力伝送は、例えば、６．７８ＭＨｚの周波数帯域を使用し、通信回路部１４および２４による通信は、例えば、２．４ＧＨｚの周波数帯域を使用する。
この通信回路部１４および２４による通信としては、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやブルートゥース(Bluetooth（登録商標）)を利用することができる。
なお、上述した無線電力伝送システムは、例えば、使用する周波数の波長程度の距離の近傍界(near field)において、送電器１の送電共振コイル１１ａと、受電器２の受電共振コイル２１ａによる磁界共鳴または電界共鳴を利用して電力の伝送を行う。従って、電力伝送範囲(送電圏)ＰＲは、電力伝送に使用する周波数に従って変化する。
高周波電源部１２は、電力供給コイル(第１コイル)１１ｂに対して電力を供給し、電力供給コイル１１ｂは、その電力供給コイル１１ｂの至近に配設された送電共振コイル１１ａに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。送電共振コイル１１ａは、受電共振コイル２１ａとの間に磁場共鳴を生じさせる共振周波数により、受電共振コイル２１ａ(受電器２)に電力を伝送する。
受電共振コイル２１ａは、その受電共振コイル２１ａの至近に配設された電力取出コイル(第４コイル)２１ｂに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。電力取出コイル２１ｂには受電回路部２２が接続され、所定の電力が取り出される。なお、受電回路部２２からの電力は、例えば、バッテリ部(負荷)２５におけるバッテリの充電、或いは、受電器２の回路に対する電源出力等として利用される。
ここで、送電器１の高周波電源部１２は、送電制御部１３により制御され、また、受電器２の受電回路部２２は、受電制御部２３により制御される。そして、送電制御部１３および受電制御部２３は、通信回路部１４および２４を介して接続され、送電器１から受電器２への電力伝送を好ましい状態で行うことができるように、様々な制御を行うようになっている。
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図である。ここで、図２Ａおよび図２Ｂは、３コイル構成の例を示し、図２Ｃは、２コイル構成の例を示す。
すなわち、図１に示す無線電力伝送システムでは、ワイヤレス送電部１１が第１コイル１１ｂおよび第２コイル１１ａを含み、ワイヤレス受電部２１が第３コイル２１ａおよび第４コイルを含んでいる。
これに対して、図２Ａの例では、ワイヤレス受電部２１を１つのコイル(受電共振コイル：ＬＣ共振器)２１ａとし、図２Ｂの例では、ワイヤレス送電部１１を１つのコイル(送電共振コイル：ＬＣ共振器)１１ａとしている。
さらに、図２Ｃの例では、ワイヤレス受電部２１を１つの受電共振コイル２１ａに設定すると共に、ワイヤレス送電部１１を１つの送電共振コイル１１ａとしている。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、単なる例であり、様々に変形することができるのはいうまでもない。
図３Ａ〜図３Ｄは、独立共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図であり、図４Ａ〜図４Ｄは、負荷または電源に接続された共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図である。
ここで、図３Ａ〜図３Ｄは、図１および図２Ｂにおける受電共振コイル２１ａに対応し、図４Ａ〜図４Ｄは、図２Ａおよび図２Ｃにおける受電共振コイル２１ａに対応する。
図３Ａおよび図４Ａに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１，容量(Ｃ)２１２およびスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオフしておく。図３Ｂおよび図４Ｂに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１および容量(Ｃ)２１２と、容量２１２に並列に接続されたスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
図３Ｃおよび図４Ｃに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および抵抗(Ｒ)２１４を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
図３Ｄおよび図４Ｄに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および他の容量(Ｃ')２１５を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
上述した各受電共振コイル２１ａにおいて、通常時に受電共振コイル２１ａが動作しないように、スイッチ２１３をオフまたはオンに設定するようになっている。これは、例えば、不使用の受電器２や故障した受電器２に対して電力が伝送されて発熱等が生じるのを避けるためである。
以上において、送電器１の送電共振コイル１１ａも図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｄと同様にすることもできるが、送電器１の送電共振コイル１１ａとしては、通常時に動作するようにして、高周波電源部１２の出力でオン／オフ制御してもよい。この場合、送電共振コイル１１ａは、図３Ａおよび図４Ａにおいて、スイッチ２１３を短絡したものになる。
以上により、複数の受電器２が存在する場合、送電器１から送電を行う所定の受電器２の受電共振コイル２１ａのみを選択して動作可能な状態とすることにより、その選択された受電器２に対する電力の伝送を行うことが可能になる。
図５Ａ〜図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図である。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、参照符号１Ａおよび１Ｂは送電器を示し、２は受電器を示す。
図５Ａに示されるように、送電器１Ａの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＡと送電器１Ｂの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＢは、例えば、直交するように配設されている。
また、受電器２の磁界共鳴に使用する受電用の受電共振コイル２１ａは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢにより囲まれた個所で異なる角度(平行にならない角度)に配置されている。
ここで、送電共振コイル(ＬＣ共振器)１１ａＡおよび１１ａＢは、１つの送電器に設けることも可能である。すなわち、１つの送電器１が複数のワイヤレス送電部１１を含んでいてもよい。
なお、後に詳述するが、複数の送電器の内、１つの送電器をマスタとし、他の送電器をスレーブにするということは、１つのマスタ送電器の演算処理装置(ＣＰＵ)により、マスタ送電器およびスレーブ送電器に含まれる全てのＬＣ共振器を制御することを意味する。
図５Ｂは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同じ位相の磁界を出力している様子を示し、図５Ｃは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが逆の位相の磁界を出力している様子を示す。
例えば、２個の直行する送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同相出力の場合と逆相出力の場合を比較すると、合成磁界は９０°回転した関係となり、それぞれの受電器２(受電共振コイル２１ａ)の向きに合わせた送電を行う。
このように、複数の送電器１Ａ，１Ｂにより、任意の位置および姿勢(角度)の受電器２に対して電力を伝送する場合、送電器１Ａ，１Ｂの送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢに発生させる磁界は様々に変化することが分かる。
上述した無線電力伝送システムは、複数の送電器と、少なくとも１つの受電器とを含み、受電器の位置(Ｘ,Ｙ,Ｚ)および姿勢(θX,θY,θZ)に応じて、その複数の送電器間の出力(強度および位相)を調整する。
なお、三次元空間に関しても、例えば、実際の三次元空間における３個以上の送電器を用いて、それぞれの出力位相差および出力強度比を調整することで、三次元空間上の任意の方向に磁界(電界)の向きを調整することが可能になることが理解されるであろう。
図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図であり、図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。ここで、図６および図７は、２つの送電器１Ａおよび１Ｂ、並びに、５つの受電器２Ａ〜２Ｅが設けられた場合を示すものである。
図６に示す無線電力伝送システムでは、複数の送電器１Ａ，１Ｂにおける１つの送電器１Ａをマスタ(主)とすると共に、他の送電器１Ｂをスレーブ(従)と定め、例えば、複数の送電器および受電器の最適化等の処理は、マスタ(送電器１Ａ)が決定するものとする。
図６において、参照符号ＰＲａは送電器１Ａの電力伝送範囲(マスタ送電圏)を示し、ＰＲｂは送電器１Ｂの電力伝送範囲(スレーブ送電圏)を示し、ＣＲａは送電器１Ａの通信範囲(マスタ通信圏)を示し、ＣＲｂは送電器１Ｂの通信範囲(スレーブ通信圏)を示す。
従って、受電器２Ａ〜２Ｅは、次のようになる。すなわち、図７に示されるように、受電器２Ａは、マスタ通信圏ＣＲａ外(×)、スレーブ通信圏Ｃｒｂ外、マスタ送電圏ＰＲａ外およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、単に送電器からの通信を待つことになる。
次に、受電器２Ｂは、マスタ通信圏ＣＲａ内(○)、スレーブ通信圏ＣＲｂ外、マスタ送電圏ＰＲａ外およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、マスタの送電器１Ａとの通信を行うことにより、電力圏外(マスタおよびスレーブの送電圏外)であることが確認できる。
また、受電器２Ｃは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電ＰＲａ圏外およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、マスタおよびスレーブの送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、電力圏外であることが確認できる。
さらに、受電器２Ｄは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電圏ＰＲａ内およびスレーブ送電圏ＰＲｂ外になり、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａの電力圏内(マスタ送電圏ＰＲａ内)であることが確認できる。
そして、受電器２Ｅは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電圏ＰＲａ内およびスレーブ送電圏ＰＲｂ内になり、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａ，１Ｂの電力圏内(送電圏ＰＲａ，ＰＲｂ内)であることが確認できる。
ここで、複数の送電器において、マスタになる１つの送電器を決定するが、その決定方法としては、後述するように、例えば、その通信圏内に最も多くの受電器が存在する、或いは、その送電圏内に最も多くの受電器が存在するといった条件により決定する。
例えば、その通信圏内にそれぞれ１つの受電器が存在するといった同等の条件が成立する場合、例えば、受電器との間の通信強度といったさらなる条件を加えてマスタを決定するか、或いは、乱数表等を使用して任意の１つの送電器をマスタに決定してもよい。
ところで、異なる製造メーカによる送電器は、例えば、その送電器の強度や位相の最適化ルールはそれぞれ異なる。そこで、例えば、複数の送電器の内の１つをマスタとして決めることで、そのマスタになった送電器が他のスレーブの送電器を含め、最適化を制御する。
図８Ａ〜図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図であり、複数の送電器間におけるマスタ／スレーブの決め方を説明するものである。
まず、複数の送電器において、マスタ送電器およびスレーブ送電器を設定するのは、送電器が互いに通信範囲(通信圏)内にあり、電力伝送範囲(送電圏)が重なっており、しかも、受電器により送電圏が重なっていることが検出される場合である。
すなわち、図８Ａは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは重なっているが、送電器１Ａの送電圏ＰＲａおよび送電器１Ｂの送電圏ＰＲｂは重なっていない場合を示す。このとき、互いの送電圏ＰＲａ，ＰＲｂは重ならないので、両方の送電器１Ａおよび１Ｂを、それぞれマスタ送電器として設定される。
次に、図８Ｂは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電圏ＰＲａと、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂおよび送電圏ＰＲｂが重なり、受電器２が送電圏ＰＲａおよびＰＲｂの両方に含まれる位置に存在する場合を示す。
この図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂが互いに通信圏ＣＲａ，ＣＲｂ内にあり、送電圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっており、しかも、受電器２により送電圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっていることが検出される。
従って、図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂの内、一方(１Ａ)をマスタ送電器に設定し、他方(１Ｂ)をスレーブ送電器に設定する。このとき、送電器１Ｂをマスタとし、送電器１Ａをスレーブとしてもよいが、いずれかをマスタ送電器に設定する。
さらに、図８Ｃは、送電器１Ａおよび１Ｂは、上述した図８Ｂと同じ位置関係に配設されているが、受電器２が存在しない(通信圏ＣＲａおよびＣＲｂに存在しない)場合であり、このときは、両方ともマスタに設定する。
なお、３つ以上の送電器に対しても、例えば、図８Ｂに相当する場合には、いずれか１つをマスタ送電器に設定する。なお、複数の送電器から１つのマスタ送電器を決定する手法は、様々なものが考えられるが、その一例を、図９を参照して説明する。
図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)であり、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが一列に並んだ場合を示すものである。ここで、送電器１Ａの通信圏ＣＲａは、送電器１Ｂを含むが送電器１Ｃおよび１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｄの通信圏ＣＲｄは、送電器１Ｃを含むが送電器１Ａおよび１Ｂを含まない。
また、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは、送電器１Ａおよび１Ｃを含むが送電器１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｃの通信圏ＣＲｃは、送電器１Ｂおよび１Ｄを含むが送電器１Ａを含まない。
この図９の場合、例えば、送電器１Ｂをマスタ(マスタ送電器)とし、他の送電器１Ａ，１Ｃ，１Ｄをスレーブ(スレーブ送電器)に設定する。ここで、送電器１Ｃをマスタに設定することもできる。
なお、送電器１Ｂをマスタに設定すると、送電器１Ｄに対して直接通信することは困難になるが、その場合、送電器１Ｄに対しては、送電器１Ｃを経由して通信を行い、最適化等の制御を行う。このように、複数の送電器から１つのマスタを決める場合、最も多くの送電器と直接通信が可能なものをマスタと決めるのが好ましい。
また、図９では、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが直線上に並べられているが、実際には、例えば、部屋の壁や天井に埋め込まれ、机やテーブルに内蔵され、或いは、床やテーブル等に載置されるといった、様々な位置関係で複数の送電器が配設されることになる。
以下、送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法の実施例を、関連技術の説明と共に、添付図面を参照して詳述する。まず、図１０および図１１を参照して、単数送電器および複数送電器における送電プラン設計を説明した後、図１２〜図１５Ｂを参照して、複数送電器による無線電力伝送システムの一例における送電効率の姿勢依存性を説明する。
図１０は、単数送電器における送電プラン設計を説明するための図であり、例えば、前述した図１のように、受電器２に対して１つの送電器１で電力伝送するときの送電プラン設計を等価回路モデルにより説明するためのものである。
図１０に示す等価回路モデルにおいて、参照符号ＶsおよびＲsは高周波電源部１２に対応し、Ｌ1およびＲ1は電力供給コイル(第１コイル)１１ｂに対応し、Ｃ2，Ｌ2およびＲ2は送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)１１ａに対応する。
また、参照符号Ｃ3，Ｌ3およびＲ3は受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)２１ａに対応し、Ｌ4およびＲ4は電力取出コイル(第４コイル)２１ｂに対応し、そして、ＲLは負荷(バッテリ部)２５に対応する。
ここで、図１０に示す等価回路モデルにおいて、容量値Ｃ2，Ｃ3および抵抗値ＲL，ＲSが既知で、抵抗値Ｒ1〜Ｒ4，インダクタンスＬ1〜Ｌ4，相互インダクタンスＭ12，Ｍ13，Ｍ14，Ｍ23，Ｍ24，Ｍ34が電磁界シミュレーションより計算可能である。
従って、上記各値を固定パラメータとして等価回路モデルによる回路シミュレータに設定し、演算を実行することにより、図１のような単数送電器における電力の送電効率を求めることができる。
すなわち、［受電電力ＰOUT］／［送受電効率(ＰOUT/ＰIN)］から、送電電力ＰINを算出することができる。これにより、算出された送電電力ＰINを電力供給コイル１１ｂに入力することにより、負荷ＲLに対して適切な受電電力ＰOUTを与えることが可能になる。なお、本明細書において、送受電効率は、送電効率とも称する。
図１１は、複数送電器における送電プラン設計を説明するための図であり、例えば、前述した図５Ａのように、受電器２に対して２つの送電器１Ａ，１Ｂで電力伝送するときの送電プラン設計を等価回路モデルにより説明するためのものである。
図１１に示す等価回路モデルにおいて、参照符号Ｖs1およびＲs1は送電器１Ａの高周波電源部１２Ａに対応し、Ｖs2およびＲs2は送電器１Ｂの高周波電源部１２Ｂに対応する。また、Ｌ11およびＲ11は送電器１Ａの電力供給コイル１１ｂＡに対応し、Ｌ12およびＲ12は送電器１Ｂの電力供給コイル１１ｂＢに対応する。
さらに、参照符号Ｃ21，Ｌ21およびＲ21は送電器１Ａの送電共振コイル１１ａＡに対応し、Ｃ22，Ｌ22およびＲ22は送電器１Ｂの送電共振コイル１１ａＢに対応する。なお、受電器２に関しては、上述した図１０と同様であり、参照符号Ｃ3，Ｌ3およびＲ3は受電共振コイル２１ａに対応し、Ｌ4およびＲ4は電力取出コイル２１ｂに対応し、そして、ＲLは負荷２５に対応する。
図１１に示す等価回路モデルにおいて、容量値Ｃ21，Ｃ22，Ｃ3および抵抗値ＲL，ＲS1，ＲS2が既知で、抵抗値Ｒ11，Ｒ12，Ｒ21，Ｒ22，Ｒ3，Ｒ4，インダクタンスＬ11，Ｌ12，Ｌ21，Ｌ22，Ｌ3，Ｌ4，が電磁界シミュレーションより計算可能である。さらに、相互インダクタンスＭ112，Ｍ122，Ｍ113，Ｍ114，Ｍ213，Ｍ214，Ｍ123，Ｍ124，Ｍ223，Ｍ224，Ｍ111，Ｍ111'，Ｍ222，Ｍ222'，Ｍ34も電磁界シミュレーションより計算可能である。
従って、上記各値を固定パラメータとして等価回路モデルによる回路シミュレータに設定し、Ｖs1およびＶs2を可変パラメータとして演算を実行することにより、図５Ａのような複数送電器における電力の送電効率を求めることができる。なお、Ｖs1およびＶs2の設定値には、Ｖs1およびＶs2の位相差と、Ｖs1およびＶs2の強度比が含まれる。
ここで、図１１に示す等価回路モデルにおいて、送電器１ＡにおけるＲS1は、送電器１Ｂに対して受電器と同様に負荷として見え、また、送電器１ＢにおけるＲS2は、送電器１Ａに対して受電器と同様に負荷として見える。従って、高周波電源部１２Ａおよび１２ＢのインピーダンスＲS1およびＲS2は、図１１に示す無線電力伝送システムにおいて、送電効率に影響を与えることになる。
次に、図１２，図１３Ａおよび図１３Ｂ、並びに、図１４，図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、複数送電器による無線電力伝送において、各送電器の電源インピーダンスにより送電効率の姿勢依存性が変化する様子を説明する。
図１２は、複数送電器による無線電力伝送システムの一例を説明するための図である。図１２において、参照符号１１ａ１，１１ａ２は送電器１の送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)、１５は発振器、１６は位相制御部、１７１，１７２は増幅器、そして、２１ａは受電器２の受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)を示す。
ここで、図１２は、位相および強度を制御することができる２つの送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２を有する送電器１により、受電共振コイル２１ａを介して受電器２に電力伝送を行う場合を示している。なお、図１２では、受電器２の受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２よりも十分に小さいものとする。また、送電共振コイル１１ａ１は第１送電コイルに対応し、送電共振コイル１１ａ２は第２送電コイルに対応する。
図１２に示されるように、発振器１５による発振信号は、増幅器１７１に入力される共に、位相制御部１６を介して増幅器１７２に入力される。ここで、位相制御部１６は、増幅器１７２に入力される信号の位相を制御することにより、増幅器１７１の出力位相と増幅器１７２の出力位相の差を調整する。
増幅器１７１および１７２は、それぞれ入力された発振信号を増幅して出力し、増幅器１７１の出力は、送電共振コイル１１ａ１(ワイヤレス送電部１１１)に入力され、増幅器１７２の出力は、送電共振コイル１１ａ２(ワイヤレス送電部１１２)に入力される。
ここで、位相制御部１６による発振信号の位相制御で増幅器１７１および１７２の位相差が調整され、増幅器１７１および１７２の増幅率の制御で増幅器１７１および１７２の強度比が調整される。
なお、位相制御部１６における位相制御、並びに、増幅器１７１および１７２における増幅率の制御は、例えば、図１における送電制御部１３に従って行われる。
図１２における増幅器(高周波電源)１７１および１７２は、交流のインピーダンス特性を有し、この電源のインピーダンス特性(図１１におけるインピーダンスＲS1およびＲS2)が送電効率に影響を与えることになる。
なお、図１２では、１つの送電器１における２つの送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２を直角に配置しているが、例えば、図５Ａと同様に、異なる送電器１Ａおよび１Ｂの送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢとしてもよい。
この場合、送電器１Ａおよび１Ｂは、それぞれ発振器を有し、例えば、それぞれの通信部を介して位相情報を遣り取りして出力信号の位相差を調整する。また、送電器１Ａおよび１Ｂの出力信号の強度比の調整に関しても同様である。
なお、送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２を、異なる送電器１Ａおよび１Ｂの送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢとした場合、位相制御(位相差の制御)は、送電器１Ａおよび１Ｂ間の通信を利用して行われる。
すなわち、２つの送電器１Ａおよび１Ｂにおける出力信号の位相差および強度比の制御は、例えば、後に図１６を参照して説明するマスタの送電器１Ａにおける送電制御部１３Ａに従って、通信回路部１４Ａ，１４Ｂを介して行われる。
図１３Ａは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。また、図１３Ｂは、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図である。
ここで、定電圧電源は、例えば、電力伝送に使用する６．７８ＭＨｚの信号を出力し、出力インピーダンスが数Ω〜数十Ω(一例として、５０Ω)に整合された電源である。なお、本実施例に適用され得る出力インピーダンスが５０Ωに整合された高周波電源は、従来から様々なものが提案され、例えば、通信分野において広く使用されている。
また、電力伝送に使用する周波数は、６．７８ＭＨｚに限定されるものではなく、さらに、整合する出力インピーダンスは、５０Ωではなく７５Ωのものも広く利用されており、それを適用してもよい。
また、定電流電源は、例えば、電力伝送に使用する６．７８ＭＨｚの信号を出力し、出力インピーダンスが高い電源(高インピーダンス電源：Ｈｉ−ＺΩ電源)である。なお、定電流電源の出力インピーダンスは、これに限定されるものではないが、例えば、１ＭΩ以上である。また、定電流電源は、入力側の特性から０Ω電源と呼ばれることもある。後に、この定電流電源の一例を、図２４を参照して説明する。
図１３Ａおよび図１３Ｂにおいて、横軸は共振受電コイル２１ａの回転角度(受電器２の姿勢)を示し、縦軸は送電効率を示す。また、曲線ＬＬ１１およびＬＬ２１は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が０°(同相)の場合を示し、曲線ＬＬ１２およびＬＬ２２は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が９０°の場合を示す。
さらに、曲線ＬＬ１３およびＬＬ２３は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が１８０°(逆相)の場合を示し、曲線ＬＬ１４およびＬＬ２４は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が−９０°の場合を示す。
なお、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの送電出力の強度比は１：１に固定して調整を行わず、受電器２は各送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢから等距離に配置されているものとする。
まず、図１３Ａに示されるように、定電圧電源を適用した場合、例えば、増幅器１７１および１７２の出力インピーダンスが５０Ωのとき、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差により最大の送電効率が得られる回転角度が変化することが分かる。
すなわち、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差が０°のとき(ＬＬ１１)は、共振受電コイル２１ａ(受電器２)の回転角度が０°および１８０°で最大の送電効率(約４３％)が得られることがわかる。
また、位相差が９０°のとき(ＬＬ１２)は、受電器２の回転角度が１３５°で最大の送電効率が得られ、位相差が１８０°のとき(ＬＬ１３)は、受電器２の回転角度が９０°で最大の送電効率が得られることが分かる。そして、位相差が−９０°(２７０°)のとき(ＬＬ１４)は、受電器２の回転角度が４５°で最大の送電効率が得られることが分かる。
従って、受電器２の回転角度が任意の値でも、すなわち、どのような姿勢の受電器２に対しても、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの送電出力の位相差を適切に調整することにより最大の送電効率で電力を伝送することが可能なのが分かる。
次に、図１３Ｂに示されるように、定電流電源を適用した場合、例えば、増幅器１７１および１７２の出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩのとき、図１３Ａとは異なる特性が得られる。
具体的に、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差が０°のとき(ＬＬ２１)および位相差が１８０°のとき(ＬＬ２３)は、上述した曲線ＬＬ１１およびＬＬ１３を、極大値および極小値を変化させずに、効率の中央値を上方に歪めた特性になる。
これに対して、位相差が９０°のとき(ＬＬ２２)および位相差が−９０°のとき(ＬＬ２４)は、受電器２の回転角度に関わらず、すなわち、受電器２の姿勢に影響されることなく、ほぼ一定の効率(約２７％)になることが分かる。
図１４は、複数送電器による無線電力伝送システムの他の例を説明するための図である。ここで、上述した図１２では、受電器２の受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２よりも十分に小さかったが、図１４は、受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２と同程度の大きさとされている。
すなわち、図１２と図１４では、送電器(送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２)と受電器(受電共振コイル２１ａ)の結合特性が異なっている。なお、他の構成および条件は、図１２および図１４で共通であり、その説明は省略する。
図１５Ａは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図であり、前述した図１３Ａに対応する。また、図１５Ｂは、図１４に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合の送電効率の姿勢依存性を説明するための図であり、前述した図１３Ｂに対応する。
なお、図１５Ａおよび図１５Ｂにおいて、横軸は共振受電コイル２１ａの回転角度(受電器２の姿勢)を示し、縦軸は送電効率を示す。また、曲線ＬＬ３１およびＬＬ４１は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が０°の場合を示し、曲線ＬＬ３２およびＬＬ４２は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が９０°の場合を示す。
さらに、曲線ＬＬ３３およびＬＬ４３は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が１８０°の場合を示し、曲線ＬＬ３４およびＬＬ４４は、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢからの送電出力の位相差が−９０°の場合を示す。
図１５Ａおよび図１５Ｂと、上述した図１３Ａおよび図１３Ｂの比較から明らかなように、受電共振コイル２１ａの大きさが送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２と同程度の大きさになると、送電効率が大きくなることが分かる。これは、受電共振コイル２１ａが大きくなれば送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２からの出力電力を十分に受け取ることができるようになるためである。
また、図１５Ａと図１３Ａの比較から明らかなように、受電共振コイル２１ａが大きくなると、位相差が０°のとき(ＬＬ３１)および位相差が１８０°のとき(ＬＬ３３)は、極小値を変化させずに、効率の極大値および中央値を上方に歪めた特性になる。具体的に、送電効率の最大値は、例えば、図１３Ａの約４３％から図１５Ａの約９０％へ大幅に大きくなる。
さらに、受電共振コイル２１ａが大きくなると、位相差が９０°のとき(ＬＬ３２)および位相差が−９０°のとき(ＬＬ３４)は、効率の極大値および極小値とも大幅に情報に変化する。
すなわち、曲線ＬＬ３２およびＬＬ３４の極大値は、曲線のＬＬ３１およびＬＬ３３の極大値よりは低い(ただし、８０％は超える)ものの、極小値でも７０％に迫るものとなっている。
さらに、図１５Ｂと図１３Ｂの比較から明らかなように、受電共振コイル２１ａが大きくなると、位相差が０°のとき(ＬＬ４１)および位相差が１８０°のとき(ＬＬ４３)は、極小値を変化させずに、効率の極大値および中央値を上方に歪めた特性になる。この曲線ＬＬ４１およびＬＬ４３は、上述した図１５Ａにおける曲線ＬＬ３１およびＬＬ３３にほぼ一致する。
また、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢの位相差が９０°のとき(ＬＬ４２)および位相差が−９０°のとき(ＬＬ４４)は、受電器２の姿勢に影響されることなく、ほぼ一定の効率(約７５％〜８４％)になることが分かる。
従って、複数送電器で無線電力伝送を行う場合、複数の送電器の出力信号の位相差や強度比だけでなく、送電器の電源のインピーダンス特性(定電流電源／定電圧電源)や受電共振コイル２１ａの大きさといった条件を考慮するのが好ましいことが分かる。
すなわち、複数の送電器による連携送電を行う場合、所望の効率を確保する制御プランを策定するためには、電源のインピーダンス特性の情報、並びに、受電器と送電器の結合特性の情報を加味するのが好ましい。
そして、所望の送電効率特性が得られる可変パラメータの組み合わせを選択することで各送電器出力を決定し、例えば、最大の送電効率による電力伝送、或いは、高いロバスト性効率による電力伝送を選択的に実現することが可能になる。
ここで、高いロバスト性効率は、例えば、センサネットワークに対して、各センサの姿勢に関わらずそれぞれ充電を行う場合等において、大きな効果が得られることになる。なお、図１２〜図１５Ｂを参照して説明したのは単なる例であり、様々な変更が可能なのはいうまでもない。
図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムの一例を示すブロック図であり、２つの送電器１Ａ，１Ｂ、および、２つの受電器２Ａ，２Ｂを含む例を示すものである。
図１６に示されるように、送電器１Ａ，１Ｂは同様の構成を有し、それぞれワイヤレス送電部１１Ａ，１１Ｂ、高周波電源部１２Ａ，１２Ｂ、送電制御部１３Ａ，１３Ｂおよび通信回路部１４Ａ，１４Ｂを含む。
高周波電源部１２Ａ，１２Ｂは、高周波の電力を発生するもので、例えば、前述した図１における高周波電源部１２、或いは、図１２および図１４における増幅器１７１，１７２に相当し、固有の電源インピーダンスを有する。例えば、出力インピーダンスが５０Ωに整合された定電圧電源や、高い出力インピーダンスのＨｉ−ＺΩ電源(定電流電源)などである。
送電制御部１３Ａ，１３Ｂは、送電部１１Ａ，１１Ｂを制御するもので、例えば、図１２および図１４における発振器１５および位相制御部１６を含んでもよい。通信回路部１４Ａ，１４Ｂは、各送電器および受電器間の通信を可能とするものであり、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやブルートゥース(Bluetooth（登録商標）)を利用することができる。
なお、高周波電源部１２Ａ，１２Ｂは、それぞれ外部電源１０Ａ，１０Ｂから電力の供給を受け取り、送電制御部１３Ａ，１３Ｂには、検出部ＳＡ，ＳＢからの信号が入力されている。なお、送電器１Ａおよび送電器１Ｂは、例えば、１つの送電器１に設けた２つの送電部(１１)としてもよいのはいうまでもない。
ワイヤレス送電部１１Ａ，１１Ｂは、磁界共鳴であればコイルに相当し、高周波電源部１２Ａ，１２Ｂから供給される高周波電力を磁界に変換する。検出部ＳＡ，ＳＢは、送電器１Ａ，１Ｂの相対位置関係や受電器２Ａ，２Ｂの相対位置関係を検出する。ここで、相対位置関係を検出する方法としては、例えば、カメラによる撮像系を適用することができる。
なお、例えば、送電器１Ａ，１Ｂの位置関係が固定され(送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２が特定のＬ字ブロック状に固定され)、その情報を送電制御部１３Ａ，１３Ｂが把握し、受電器２Ａ，２Ｂが検出機能を有する場合、検出部ＳＡ，ＳＢは省略可能である。
受電器２Ａ，２Ｂも同様の構成を有し、それぞれワイヤレス受電部２１Ａ，２１Ｂ、整流部(受電回路部)２２Ａ，２２Ｂ、受電制御部２３Ａ，２３Ｂ、通信回路部２４Ａ，２４Ｂおよび機器本体(バッテリ部)２５Ａ，２５Ｂを含む。
受電制御部２３Ａ，２３Ｂは、受電器２Ａ，２Ｂを制御するものであり、通信回路部２４Ａ，２４Ｂは、各送電器および受電器間の通信を可能とするもので、前述したように、例えば、無線ＬＡＮやブルートゥース(Bluetooth（登録商標）)を利用する。
ワイヤレス受電部２１Ａ，２１Ｂは、磁界共鳴であればコイルに相当し、無線で伝達された電力を電流に変換する。整流部２２Ａ，２２Ｂは、ワイヤレス受電部２１Ａ，２１Ｂから得られた交流電流をバッテリ充電や機器本体で使用可能なように直流電流に変換する。
上述したように、送電器１Ａ，１Ｂおよび受電器２Ａ，２Ｂは、それぞれの通信回路部１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂを介して通信を行う。このとき、例えば、送電器１Ａをマスタ(全体制御器)とし、このマスタ(送電器)１Ａが、他の送電器１Ｂおよび受電器２Ａ，２Ｂをスレーブとして制御することもできる。
また、ワイヤレス送電部１１Ａおよび１１Ｂと、ワイヤレス受電部２１Ａまたは２１Ｂの間は、磁界共鳴を利用した電力伝送に限定されるものではなく、例えば、電界共鳴、或いは、電磁誘導や電界誘導を利用した電力伝送方式を適用することもできる。
図１７および図１８は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける処理の一例を説明するためのフローチャートであり、図１７は受電器が不在の場合の処理を示し、図１８は受電器が存在する場合の処理を示す。
なお、図１７および図１８は、送電器１Ａがマスタ(全体制御器)で送電器１Ｂがスレーブの場合の処理を示す。ここで、スレーブ送電器１Ｂとマスタ送電器１Ａの間は、例えば、通信回路部１４Ａ，１４Ｂを介して情報の遣り取りを行い、受電器２Ａ，２Ｂとマスタ送電器１Ａの間は、例えば、通信回路部１４Ａ，２４Ａ，２４Ｂを介して情報の遣り取りを行う。
図１７に示されるように、まず、マスタ送電器１Ａは、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検索し、ステップＳＴ１３において、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を通信により確認する。なお、通信は、無線および有線のいずれであっても構わない。
すなわち、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ１０において、マスタ送電器１Ａに対して存在を伝達し、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ１３において、他の送電器との通信が確立でき、ＩＤを認証できた場合に、他の送電器を検出できたと判定する。なお、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検出しない場合は、例えば、図１０を参照して説明した単純な単数送電器による電力伝送を行うことになる。
マスタ送電器１Ａは、他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検出した後、ステップＳＴ１４において、例えば、検出部ＳＡを用いてスレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認する。ここで、例えば、マスタ送電器１Ａとスレーブ送電器１Ｂの相対位置が遠い等の理由により送電範囲が重ならない場合には、図１０を参照して説明した単純な単数送電器による電力伝送を行うことになる。
ステップＳＴ１４において、例えば、検出部ＳＡを用いてスレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認し、送電範囲が重なる可能性がある他の送電器(スレーブ送電器１Ｂ)を検出した場合、ステップＳＴ１５に進む。すなわち、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ１１において、マスタ送電器１Ａに対して送電部情報を伝達し、マスタ送電器１Ａは、そのスレーブ送電器１Ｂの送電部(ワイヤレス送電部)１１Ｂを確認する。
さらに、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ１２に進んで、マスタ送電器１Ａに対して電源インピーダンスを伝達し、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ１６に進んで、確認した送電器１Ｂの電源インピーダンスを確認する。
すなわち、このステップＳＴ１２およびＳＴ１６により、スレーブ送電器１Ｂの電源および自身(マスタ送電器１Ａ)の電源が、例えば、５０Ωに整合された定電圧電源か、或いは、Ｈｉ−ＺΩの定電流電源かを確認する。なお、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達する情報は、例えば、後に、図１９を参照して説明する情報(データ)である。
そして、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ１７に進んで、給電対象を検索する。この給電対象の検索は、例えば、各通信回路部(１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ)を使用して受電器２Ａ，２Ｂを探索する。
以上において、スレーブ送電器は複数であってもよい。また、マスタ送電器１Ａによる受電器(２Ａ，２Ｂ)の探索は、無線通信により行い、給電対象となる受電器が検出されるまで、受電器の探索を続けることになる。
図１８に示されるように、マスタ送電器１Ａ(全体制御器)は、ステップＳＴ２２において、給電対象を検索、すなわち、受電器(２Ａ，２Ｂ)を探索するする。受電器２Ａは、ステップＳＴ２８において、マスタ送電器１Ａに対して存在を伝える。なお、図１８は、受電器２Ａに対して電力伝送を行う場合を示すが、この受電器２Ａもマスタ送電器１Ａに対するスレーブとして機能する。
すなわち、スレーブ受電器２Ａは、ステップＳＴ２８において、マスタ送電器１Ａに対して存在を伝達し、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２２において、他の受電器との通信が確立でき、ＩＤを認証できた場合に、他の受電器を検出できたと判定する。
マスタ送電器１Ａは、他の受電器(スレーブ受電器２Ａ)を検出した後、ステップＳＴ２３において、例えば、スレーブ受電器２Ａとの相対位置関係を確認する。ここで、例えば、マスタ送電器１Ａとスレーブ受電器２Ａとの相対位置が遠い等の理由により送電範囲が重ならない場合には、他の受電器を検出できなかったと再判定する。
マスタ送電器１Ａは、さらに、ステップＳＴ２４に進み、確認したスレーブ受電器２Ａの受電部(ワイヤレス受電部)２１Ａを確認する。すなわち、スレーブ受電器２Ａは、ステップＳＴ２９において、マスタ送電器１Ａに対して受電部情報を伝達する。
この受電部情報には、例えば、受電器２Ａにおける受電共振コイル(２１ａ)の大きさの情報等が含まれる。なお、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに伝達する情報は、例えば、後に、図２０を参照して説明する情報(データ)である。
次に、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２５に進んで、全情報から最適化プランを策定する。ここで、マスタ送電器１Ａが使用する全情報には、例えば、図１７のステップＳＴ１６で確認した電源インピーダンス情報、および、ステップＳＴ２４で確認した受電器２Ａにおける受電共振コイル(２１ａ)の大きさの情報等が含まれる。
また、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２６に進んで、各送電器(スレーブ送電器１Ｂ)に対して位相差・強度比(位相・強度条件)を伝達する。スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ２０において、マスタ送電器１Ａからの位相・強度条件を受け取り、ステップＳＴ２１に進み、その位相・強度条件に従って送電を開始する。
そして、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ２７に進んで、送電を開始する。なお、ステップＳＴ２７におけるマスタ送電器１Ａの送電開始と、ステップＳＴ２１におけるスレーブ送電器１Ｂの送電開始は、例えば、通信回路部１４Ａおよび１４Ｂを介して同期させて行う。
図１９は、送電器と送電器間の伝達情報の一例を説明するための図であり、例えば、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達する情報の一例を示す。図１９に示されるように、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達されるのは、例えば、データ１の製品ＩＤ、或いは、データ２のような各項目に対する実際のデータであってもよい。
ここで、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに対して、例えば、『１０１１』の製品ＩＤが伝達されると、マスタ送電器１Ａは、予め設けられているメモリテーブルから、伝達された製品ＩＤに対応するデータ２と同様の各項目のデータを認識する。
或いは、マスタ送電器１Ａは、例えば、有線または無線回線を介してインターネットに接続し、所定の外部サーバやウェブサイトから、伝達された製品ＩＤに対応する最新のデータをダウンロードして各項目のデータを認識することもできる。
なお、スレーブ送電器１Ｂからマスタ送電器１Ａに伝達される情報(各項目のデータ)には、例えば、送電共振コイル１１ａＢおよび電力供給コイル１１ｂＢの情報と共に、前述した電源インピーダンスに関する情報も含まれている。また、図１９に示す項目は、単なる例であり、様々に変更され得る。
図２０は、送電器と受電器間の伝達情報の一例を説明するための図であり、例えば、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに伝達する情報の一例を示す。図２０に示されるように、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに伝達されるのは、例えば、データ１のような製品ＩＤ、充電要求およびバッテリ残量である。
ここで、図１９を参照して説明したのと同様に、例えば、『１１０１』の製品ＩＤが伝達されると、マスタ送電器１Ａは、予め設けられているテーブル、或いは、インターネットの所定のウェブサイトから、データ２のような各項目のデータを認識する。
なお、スレーブ受電器２Ａからマスタ送電器１Ａに対して、充電要求およびバッテリ残量と共に、データ１の製品ＩＤではなくデータ２のような各項目に対する実際のデータを伝達してもよい。また、図２０に示す項目は、単なる例であり、様々に変更され得るのはいうまでもない。
図２１は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電圧電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図であり、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源によるシミュレーション結果を示すものである。
図２１において、曲線ＬＬ６１は、送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２(増幅器１７１および１７２)の出力信号における強度比を固定して位相差を最適化したときの、受電共振コイル２１ａ(受電器２)の回転角度に対する送電効率の変化を示す。
また、曲線ＬＬ６２は、送電共振コイル１１ａ１および１１ａ２の出力信号における位相差を０°(同相)または、１８０°(逆相)に固定して強度比を最適化したときの、受電器２の回転角度に対する送電効率の変化を示す。
図２１から明らかなように、例えば、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源を適用した場合、出力信号の位相差が固定されていると、強度比をどのように調整しても、常に、最大の送電効率を得ることができるとは限らない。
すなわち、定電圧電源を適用した場合、出力信号の位相差が固定されていると、強度比をどのように調整しても受電器の姿勢によっては最大の送電効率が得られない姿勢があることが分かる。
これに対して、例えば、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源を適用した場合、出力信号の強度比を固定して位相差を調整することにより、常に、最大の送電効率を得ることができる。
従って、送電器(ワイヤレス送電部)として定電圧電源を適用する場合、出力信号の強度比を固定して位相差を調整するのが好ましく、最大の送電効率を得る最適化のための支配的なパラメータが出力信号の位相差であることが分かる。
図２２は、図１２に示す無線電力伝送システムにおいて定電流電源を適用した場合のパラメータの最適化を説明するための図であり、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源によるシミュレーション結果を示すものである。
図２２において、曲線ＬＬ７１は、出力信号における強度比を固定して位相差を最適化したときの、受電器２の回転角度に対する送電効率の変化を示す。また、曲線ＬＬ７２は、出力信号における位相差を同相または逆相に固定して強度比を最適化したときの、受電器２の回転角度に対する送電効率の変化を示す。
図２２から明らかなように、例えば、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源を適用した場合、出力信号の強度比が固定されていると、位相差をどのように調整しても、常に、最大の送電効率を得ることができるとは限らない。
すなわち、定電流電源を適用した場合、出力信号の強度比が固定されていると、位相差をどのように調整しても受電器の姿勢によっては最大の送電効率が得られない姿勢があることが分かる。
これに対して、例えば、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源を適用した場合、出力信号の位相差を同相または逆相に固定して強度比を調整することにより、常に、最大の送電効率を得ることができる。
従って、送電器(ワイヤレス送電部)として定電流電源を適用する場合、出力信号の位相差を固定して強度比を調整するのが好ましく、最大の送電効率を得る最適化のための支配的なパラメータが出力信号の強度比であることが分かる。
上述したように、最適化プランを策定する場合、どのパラメータが支配的で有効なパラメータとなるのかは、電源インピーダンスによって変化することがわかる。すなわち、所望の効率を確保する制御プランを策定するためには、電源のインピーダンス特性の情報を加味するのが好ましいことが分かる。
このようにして最適化プランが策定されると、図１２に示す無線電力伝送システムでは、その策定されたプランに対応した設定条件を送電器１における位相制御部１６および増幅器１７１，１７２に伝達し、その設定条件に従った送電を開始する。
上述のようにして最適化プランに従った設定条件により送電を行うが、計算による設定条件では、調整しきれない場合には、テスト送電を行うのが好ましい。図２３は、図２１および図２２に示すパラメータの最適化処理の一例を説明するためのフローチャートであり、テスト送電の一例を説明するためのものである。
図２３に示されるように、ステップＳＴ３０において、テスト送電を開始すると、ステップＳＴ３４に進んで、送電電力および受電電力を確認し、送受電効率(送電効率)を確認する。すなわち、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ３１において、全体制御器(マスタ送電器１Ａ)に対して自身の送電電力を伝達し、スレーブ受電器２Ａは、ステップＳＴ３７において、マスタ送電器１Ａに対して自身の受電電力を伝達する。
マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ３５に進んで、ステップＳＴ３４で確認した送受電効率が所望の効率かどうかを判定する。ステップＳＴ３５において、送受電効率が所望の効率であると判定すると、テスト送電を終了して本格送電を行う。
一方、ステップＳＴ３５において、送受電効率が所望の効率ではないと判定すると、ステップＳＴ３６に進んで、図２１および図２２を参照して説明した電源インピーダンスに応じた支配的パラメータを可変して最適化プランの再設定を行う。
すなわち、ステップＳＴ３６では、５０Ω電源を適用している場合には、電源の位相差を可変して最適化プランの再設定を行い、一方、Ｈｉ−ＺΩ電源を適用している場合には、電源の強度比を可変して最適化プランの再設定を行う。このように、電源インピーダンスに応じた支配的パラメータを調整することにより、最適化プランの再設定を短時間で行うことが可能になる。
なお、ステップＳＴ３６において、マスタ送電器１Ａは、再設定された最適化プランに従った位相および強度が設定され、ステップＳＴ３３に進んで再びテスト送電を開始する。そして、マスタ送電器１Ａは、ステップＳＴ３３でテスト送電を開始した後、ステップＳＴ３４に戻って同様の処理を繰り返す。
スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ３２において、ステップＳＴ３６で再設定された最適化プランに従った位相および強度条件を受け取ってその条件を設定し、ステップＳＴ３３に進んで再びテスト送電を開始する。
そして、スレーブ送電器１Ｂは、ステップＳＴ３３でテスト送電を開始した後、ステップＳＴ３４に戻って同様の処理を繰り返す。
このように、上述したテスト送電では、例えば、位相差と強度比をバラバラに可変するのではなく、電源インピーダンス情報から得られる支配的なパラメータを可変することにより、短時間で最適な条件を探索することが可能になる。
以下に、無線電力伝送方法の実施例を説明する。まず、第１実施例は、効率を優先する無線電力伝送方法であり、第２実施例は、高ロバストを優先する無線電力伝送方法である。
まず、第１実施例の効率を優先する無線電力伝送方法を説明する。例えば、ポータブル電子機器(例えば、数Ｗ〜十数Ｗの電力容量)への給電では、比較的電力が大きいため、高い効率が求められる。一般に、送電効率が低下するとき、電力は、送電器の発熱の形でロスとなるため、特に、給電(送電)電力が大きいほど問題になる。
例えば、スマートフォンに代表されるポータブル電子機器であれば、元から各種センサを搭載しており、各種情報をセンサから得て送電側(マスタ送電器)に伝達することができる。これは、例えば、受電器の姿勢に対応した送電が求められる三次元ワイヤレス送電において、受電器の相対位置関係情報を得ることが可能であることを意味する。
そのため、例えば、ポータブル電子機器への給電では、受電器の位置情報に基づいて最大効率が得られるように、各送電器間の調整を行う制御が好ましい。従って、例えば、前述した図１２に示す無線電力伝送システムに対しては、図２１および図２２を参照して説明した処理を行って最大の送受電効率(送電効率)を得る。
すなわち、定電圧電源(５０Ω電源)を適用している場合には、図２１を参照して説明したように、電源の強度比を固定して位相差を可変し、最大効率が得られるようにする。また、定電流電源(Ｈｉ−ＺΩ電源)を適用している場合には、図２２を参照して説明したように、電源の位相差を固定して強度比を可変し、最大効率が得られるようにする。
次に、第２実施例の高ロバストを優先する無線電力伝送方法を説明する。例えば、センサネットワークにおける各センサ(例えば、数μＷ〜数ｍＷの電力容量)への給電では、比較的電力が小さいため、効率は重要な問題ではない。
仮に、給電(送電)電力が１０ｍＷの場合、効率が１０％程度であっても、送電系の発熱は１００ｍＷ程度であるため、放熱も容易である。一方、各センサは、小型かつ低コストであることが求められるため、ポータブル電子機器のように、位置検出機能等を全てのセンサに搭載することは期待できない。
そのため、センサネットワークでは、各センサの姿勢情報を個別に得ることはできず、その結果、センサネットワークへの給電は、受電器(各センサ)の姿勢に関係なく常に一定の効率が確保できる、姿勢に対するロバスト性が高い制御が好ましい。
そのため、例えば、センサネットワークの各センサへの給電では、例えば、前述した図１３Ｂ(曲線ＬＬ２２，ＬＬ２４)を参照して説明したように、出力インピーダンスがＨｉ−ＺΩの定電流電源を使用し、位相差を９０°(−９０°)とするのが好ましい。
なお、図１３Ｂにおいて、曲線ＬＬ２２およびＬＬ２４は、送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢの送電出力の位相差が９０°および−９０°の場合であるが、位相差は、必ずしもそれらの値に限定されるものではない。
すなわち、位相差は、９０°および−９０°からある程度の範囲でずれていても、回転角度による影響は大きくなるものの、実用上の姿勢に対するロバスト性を確保することができるのはいうまでもない。
なお、図１３Ａを参照して説明したように、例えば、出力インピーダンスが５０Ωの定電圧電源を適用した場合、位相差を９０°(−９０°)としても姿勢に対する高ロバスト性を得ることは困難である。
図２４は、定電流電源の一例を示すブロック図であり、高周波電源部１２の一例を示すものである。図２４に示されるように、定電流電源１２は、交流信号生成部１２１、演算増幅器(オペアンプ)１２２、電流バッファ１２３、基準抵抗１２４、帰還抵抗１２５および容量１２６を備え、出力端に負荷が接続されている。ここで、負荷は、電力供給コイル(第１コイル)１１ｂに対応する。
交流信号生成部１２１は、基準交流電圧(例えば、周波数が６．７８ＭＨｚで振幅が一定の交流電圧)を生成し、その基準交流電圧を、演算増幅器１２２の非反転入力(正入力)に与える。演算増幅器１２２の反転入力(負入力)は、基準抵抗１２４を介して接地され、演算増幅器１２２の出力は、電流バッファ１２３に入力される。
なお、本実施形態に適用する定電流電源(および定電圧電源)は、６．７８ＭＨｚの信号を出力するものに限定されず、電力伝送に使用する周波数に従って変化するのはいうまでもない。
電流バッファ１２３の出力は、容量１２６を介して負荷(電力供給コイル)１１ｂの一端に入力されると共に、帰還抵抗１２５および基準抵抗１２４を介して接地される。なお、電力供給コイル１１ｂの他端は、基準抵抗１２４を介して接地される。
この図２４に示す定電流電源(１２)は、その出力インピーダンスが高インピーダンス(Ｈｉ−ＺΩ)となっている。また、図２４の定電流電源は、単なる一例であり、本実施形態に対しては、様々な定電流電源を適用することができるのはいうまでもない。
なお、例えば、５０Ωに整合された定電圧電源は、通信分野において様々な形式のものが広く使用されており、本実施形態に対しては、それら様々な定電圧電源を適用することができる。
図２５は、図１６に示す無線電力伝送システムにおける送電器(マスタ送電器１Ａ)の一例を示すブロック図である。図２１および図１６に示されるように、マスタ送電器１Ａにおいて、ワイヤレス送電部１１Ａは、ＬＣ共振器１１ａＡおよび電力供給コイル１１ｂＡを含む。高周波電源部１２Ａは、発振器１２７、増幅器１２８および整合器１２９を含む。
送電制御部１３Ａは、送電制御回路１３１および周波数ロック回路１３２を含む。周波数ロック回路１３２は、通信回路部１４Ａからの同期信号を受け取り、所定の間隔(例えば、数分〜数十分間隔)で、発振器１２７の同期処理を行う。発振器１２７は、所定の周波数(例えば、６．７８ＭＨｚ)の周波数の駆動信号を生成し、増幅器１２８および整合器１２９を介してワイヤレス送電部１１Ａ(電力供給コイル１１ｂＡ)に出力する。
送電制御回路１３１は、内部バス１３３で繋がれたＣＰＵ(演算処理装置)１３４、メモリ１３５および入出力回路(Ｉ／Ｏ部)１３６を含む。ここで、メモリ１３５は、フラッシュメモリ等の書き替え可能な不揮発性メモリ、および、ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)等を含む。そして、マスタ送電器１Ａ，スレーブ送電器１Ｂおよび受電器等の様々な処理(ソフトウェアプログラム)を実行する。
マスタ送電器１Ａには、例えば、スレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認するための検出部ＳＡが設けられている。この検出部ＳＡの出力は、例えば、Ｉ／Ｏ部１３６を介してＣＰＵ１３４に入力され、メモリ１３５に格納されたソフトウェアプログラム(無線電力伝送プログラム、或いは、送電器の制御プログラム)に従った処理に利用される。
なお、無線電力伝送プログラム(送電器の制御プログラム)は、例えば、そのプログラムが記録された可搬型記録媒体(例えば、ＳＤ(Secure Digital)メモリカード)７０からＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。
或いは、プログラム(データ)提供者６０のハードディスク装置６１から回線およびＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。ここで、ハードディスク装置６１からＩ／Ｏ部１３６への回線は、通信回路部１４を利用した無線通信回線であってもよい。
また、無線電力伝送プログラムが記録された可搬記録媒体(コンピュータ読み取り可能な記録媒体)としては、他にＤＶＤ(Digital Versatile Disk)ディスクやブルーレイディスク(Blu-ray Disc)等の記録媒体であってもよい。
以上の説明において、送電器および受電器は、主として１つまたは２つとして説明したが、それぞれさらに多数であってもよい。また、各実施例の説明は、主として磁界共鳴を利用した電力伝送を例としたが、本実施形態は、電界共鳴を利用した電力伝送、或いは、電磁誘導や電界誘導を利用した電力伝送に対しても適用することができる。
すなわち、本実施形態は、独立して出力の位相または強度の少なくとも一方を制御することができる少なくとも２つの送電コイルを含む送電器において、その少なくとも２つの送電コイルの出力がそれぞれ影響を及ぼし合う送電器に対して適用することができる。
さらに、本実施形態は、少なくとも２つの送電器を含む無線電力伝送システムにおいて、その少なくとも２つの送電器の出力がそれぞれ影響を及ぼし合う無線電力伝送システムに対しても適用することができる。なお、各送電器は、例えば、独立して出力の位相または強度の少なくとも一方を制御することのできる少なくとも１つの送電コイルを含む。
ここに記載されている全ての例および条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものである。
また、具体的に記載されている上記の例および条件、並びに、本発明の優位性および劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく、解釈されるべきものである。
さらに、本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更、置換および修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルを含む送電器であって、
前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、
前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、
前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する送電制御部と、を有する、
ことを特徴とする送電器。
（付記２）
前記送電制御部は、
前記第１電源を介して前記第１送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
ことを特徴とする付記１に記載の送電器。
（付記３）
前記送電制御部は、
前記第２電源を介して前記第２送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
ことを特徴とする付記２に記載の送電器。
（付記４）
前記送電制御部は、
前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルと、前記送電器から電力を伝送する少なくとも１つの受電器の受電コイルの結合特性に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１項に記載の送電器。
（付記５）
前記送電制御部は、
前記第１電源および前記第２電源が定電圧電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との強度比を固定し、位相差の最適化を行う、
ことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載の送電器。
（付記６）
前記送電制御部は、
前記第１電源および前記第２電源が定電流電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差を固定し、強度比の最適化を行う、
ことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載の送電器。
（付記７）
前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルは、電界共鳴または磁界共鳴を利用して電力を送電する共振コイルである、
ことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１項に記載の送電器。
（付記８）
影響を及ぼし合う、第１送電コイルを含む第１送電器、および、第２送電コイルを含む第２送電器を備え、無線により少なくとも１つの受電器に対して電力を伝送する無線電力伝送システムであって、
前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、
前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、
前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する送電制御部と、を有する、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
（付記９）
前記送電制御部は、
前記第１送電器または前記第２送電器のいずれかをマスタとした送電器における送電制御部である、
ことを特徴とする付記８に記載の無線電力伝送システム。
（付記１０）
前記送電制御部は、
前記第１電源を介して前記第１送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
ことを特徴とする付記８または９に記載の無線電力伝送システム。
（付記１１）
前記送電制御部は、
前記第２電源を介して前記第２送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
ことを特徴とする付記１０に記載の無線電力伝送システム。
（付記１２）
前記送電制御部は、
前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルと、前記受電器の受電コイルの結合特性に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする付記８乃至付記１１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
（付記１３）
前記送電制御部は、
前記第１電源および前記第２電源が定電圧電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との強度比を固定し、位相差の最適化を行う、
ことを特徴とする付記８乃至付記１２のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
（付記１４）
前記送電制御部は、
前記第１電源および前記第２電源が定電流電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差を固定し、強度比の最適化を行う、
ことを特徴とする付記８乃至付記１２のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
（付記１５）
前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルは、電界共鳴または磁界共鳴を利用して電力を送電する共振コイルである、
ことを特徴とする付記８乃至付記１４のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
（付記１６）
影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルを含み、無線により少なくとも１つの受電器に対して電力を伝送する無線電力伝送方法であって、
前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、
前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、を有し、
前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする無線電力伝送方法。
（付記１７）
前記第１送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方は、前記第１電源により独立して制御され、
前記第２送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方は、前記第２電源により独立して制御される、
ことを特徴とする付記１６に記載の無線電力伝送方法。
（付記１８）
前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルと、前記受電器の受電コイルの結合特性に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
ことを特徴とする付記１６または付記１７に記載の無線電力伝送方法。
（付記１９）
さらに、
前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルの出力信号を調整するためにテスト送電を行い、
前記テスト送電において、
前記第１電源および前記第２電源が定電圧電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との強度比を固定して位相差の最適化を行い、
前記第１電源および前記第２電源が定電流電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差を固定して強度比の最適化を行う、
ことを特徴とする付記１６乃至付記１８のいずれか１項に記載の無線電力伝送方法。
（付記２０）
影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルと、前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、を含み、無線により少なくとも１つの受電器に対して電力を伝送する無線電力伝送プログラムであって、
コンピュータに、
前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する手順を、実行させる、
ことを特徴とする無線電力伝送プログラム。
１ 送電器(一次側：送電側)
１Ａ〜１Ｄ 送電器
２ 受電器(二次側：受電側)
２Ａ〜２Ｅ 受電器
１０Ａ，１０Ｂ 外部電源
１１，１１Ａ，１１Ｂ ワイヤレス送電部
１１ａ，１１ａＡ，１１ａＢ、１１ａ１，１１ａ２ 送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)
１１ｂ，１１ｂＡ，１１ｂＢ 電力供給コイル(第１コイル)
１２，１２Ａ，１２Ｂ 高周波電源部
１３，１３Ａ，１３Ｂ 送電制御部
１４，１４Ａ，１４Ｂ 通信回路部(第１通信回路部)
１５ 発振器
１６ 位相制御部
２１，２１Ａ，２１Ｂ ワイヤレス受電部
２１ａ，２１ａＡ，２１ａＢ 受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)
２１ｂ，２１ｂＡ，２１ｂＢ 電力取出コイル(第４コイル)
２２，２２Ａ，２２Ｂ 受電回路部(整流部)
２３，２３Ａ，２３Ｂ 受電制御部
２４ 通信回路部(第２通信回路部)
２５ バッテリ部(負荷)
６０ プログラム(データ)提供者
６１ ハードディスク装置
７０ 可搬型記録媒体
１２７ 発振器
１２８ 増幅器
１２９ 整合器
１３１ 送電制御回路
１３２ 周波数ロック回路
１３３ 内部バス
１３４ ＣＰＵ(演算処理装置)
１３５ メモリ
１３６ 入出力回路(Ｉ／Ｏ部)
１７１，１７２ 増幅器

Claims (20)

  1. 影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルを含む送電器であって、
    前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、
    前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、
    前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する送電制御部と、を有する、
    ことを特徴とする送電器。
  2. 前記送電制御部は、
    前記第１電源を介して前記第１送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の送電器。
  3. 前記送電制御部は、
    前記第２電源を介して前記第２送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の送電器。
  4. 前記送電制御部は、
    前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルと、前記送電器から電力を伝送する少なくとも１つの受電器の受電コイルの結合特性に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の送電器。
  5. 前記送電制御部は、
    前記第１電源および前記第２電源が定電圧電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との強度比を固定し、位相差の最適化を行う、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の送電器。
  6. 前記送電制御部は、
    前記第１電源および前記第２電源が定電流電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差を固定し、強度比の最適化を行う、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の送電器。
  7. 前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルは、電界共鳴または磁界共鳴を利用して電力を送電する共振コイルである、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の送電器。
  8. 影響を及ぼし合う、第１送電コイルを含む第１送電器、および、第２送電コイルを含む第２送電器を備え、無線により少なくとも１つの受電器に対して電力を伝送する無線電力伝送システムであって、
    前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、
    前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、
    前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する送電制御部と、を有する、
    ことを特徴とする無線電力伝送システム。
  9. 前記送電制御部は、
    前記第１送電器または前記第２送電器のいずれかをマスタとした送電器における送電制御部である、
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線電力伝送システム。
  10. 前記送電制御部は、
    前記第１電源を介して前記第１送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の無線電力伝送システム。
  11. 前記送電制御部は、
    前記第２電源を介して前記第２送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方を独立して制御する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線電力伝送システム。
  12. 前記送電制御部は、
    前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルと、前記受電器の受電コイルの結合特性に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
    ことを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  13. 前記送電制御部は、
    前記第１電源および前記第２電源が定電圧電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との強度比を固定し、位相差の最適化を行う、
    ことを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  14. 前記送電制御部は、
    前記第１電源および前記第２電源が定電流電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差を固定し、強度比の最適化を行う、
    ことを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  15. 前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルは、電界共鳴または磁界共鳴を利用して電力を送電する共振コイルである、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
  16. 影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルを含み、無線により少なくとも１つの受電器に対して電力を伝送する無線電力伝送方法であって、
    前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、
    前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、を有し、
    前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
    ことを特徴とする無線電力伝送方法。
  17. 前記第１送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方は、前記第１電源により独立して制御され、
    前記第２送電コイルの出力信号における位相および強度の少なくとも一方は、前記第２電源により独立して制御される、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の無線電力伝送方法。
  18. 前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルと、前記受電器の受電コイルの結合特性に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する、
    ことを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の無線電力伝送方法。
  19. さらに、
    前記第１送電コイルおよび前記第２送電コイルの出力信号を調整するためにテスト送電を行い、
    前記テスト送電において、
    前記第１電源および前記第２電源が定電圧電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との強度比を固定して位相差の最適化を行い、
    前記第１電源および前記第２電源が定電流電源のとき、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差を固定して強度比の最適化を行う、
    ことを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載の無線電力伝送方法。
  20. 影響を及ぼし合う第１送電コイルおよび第２送電コイルと、前記第１送電コイルを駆動する第１電源と、前記第２送電コイルを駆動する第２電源と、を含み、無線により少なくとも１つの受電器に対して電力を伝送する無線電力伝送プログラムであって、
    コンピュータに、
    前記第１電源および前記第２電源のインピーダンス情報に従って、前記第１送電コイルの出力信号と前記第２送電コイルの出力信号との位相差および強度比の少なくとも一方を制御する手順を、実行させる、
    ことを特徴とする無線電力伝送プログラム。
JP2014559416A 2013-01-30 2013-01-30 送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法 Expired - Fee Related JP6032295B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/052084 WO2014118919A1 (ja) 2013-01-30 2013-01-30 送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6032295B2 JP6032295B2 (ja) 2016-11-24
JPWO2014118919A1 true JPWO2014118919A1 (ja) 2017-01-26

Family

ID=51261666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014559416A Expired - Fee Related JP6032295B2 (ja) 2013-01-30 2013-01-30 送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20150333537A1 (ja)
EP (1) EP2953236B1 (ja)
JP (1) JP6032295B2 (ja)
KR (1) KR101846058B1 (ja)
CN (1) CN105027384B (ja)
AU (1) AU2013376253B2 (ja)
BR (1) BR112015018179A2 (ja)
CA (1) CA2899563C (ja)
MX (1) MX346628B (ja)
WO (1) WO2014118919A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2985862B1 (en) * 2013-03-26 2018-01-17 Fujitsu Limited Wireless power transmission system and method
JP6292887B2 (ja) * 2013-10-02 2018-03-14 キヤノン株式会社 送電装置
EP3241223A4 (en) 2014-12-31 2018-06-13 Massachusetts Institute Of Technology Adaptive control of wireless power transfer
US10680465B2 (en) 2015-09-25 2020-06-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Wireless power transmitter
WO2017206420A1 (zh) 2016-06-01 2017-12-07 中惠创智无线供电技术有限公司 谐振电路、无线供电发射机、开关电路和全桥发射电路
CN105939064A (zh) * 2016-06-01 2016-09-14 中惠创智无线供电技术有限公司 互补型无线供电发射机
JP6501838B2 (ja) * 2016-12-07 2019-04-17 パナソニック株式会社 無線給電方法
US11418064B1 (en) * 2017-05-12 2022-08-16 Redwire Space, Inc. System and method for providing disjointed space-based power beaming
US10355515B2 (en) * 2017-05-22 2019-07-16 Witricity Corporation Multi-supply synchronization for wireless charging
EP3547487B1 (en) * 2018-03-29 2020-03-25 NOK9 ip AB A testing device for testing a wireless power transmitter device, and an associated method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009164293A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Nec Tokin Corp 非接触電力伝送装置
JP2011517265A (ja) * 2008-04-03 2011-05-26 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 無線電力伝送システム
WO2011077488A1 (ja) * 2009-12-24 2011-06-30 株式会社 東芝 無線電力伝送装置
JP2011199975A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Nec Corp 非接触送電装置、非接触送電システムおよび非接触送電方法
US20120086281A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Panasonic Corporation Wireless power transmission unit and power generator with the wireless power transmission unit
JP2012517792A (ja) * 2009-02-10 2012-08-02 クアルコム，インコーポレイテッド 多次元無線充電に関するシステムおよび方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6118378A (en) * 1997-11-28 2000-09-12 Sensormatic Electronics Corporation Pulsed magnetic EAS system incorporating single antenna with independent phasing
AU2000251049A1 (en) * 2000-06-02 2001-12-17 Yamatake Corporation Electromagnetic induction coupling apparatus
JP5174374B2 (ja) 2007-05-10 2013-04-03 オリンパス株式会社 無線給電システム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009164293A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Nec Tokin Corp 非接触電力伝送装置
JP2011517265A (ja) * 2008-04-03 2011-05-26 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 無線電力伝送システム
JP2012517792A (ja) * 2009-02-10 2012-08-02 クアルコム，インコーポレイテッド 多次元無線充電に関するシステムおよび方法
WO2011077488A1 (ja) * 2009-12-24 2011-06-30 株式会社 東芝 無線電力伝送装置
JP2011199975A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Nec Corp 非接触送電装置、非接触送電システムおよび非接触送電方法
US20120086281A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Panasonic Corporation Wireless power transmission unit and power generator with the wireless power transmission unit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AKIYOSHI UCHIDA, ET. AL.: ""Phase and Intensity Control of Multiple Coil Currents in Resonant Magnetic Coupling"", MICROWAVE WORKSHOP SERIES ON INNOVATIVE WIRELESS POWER TRANSMISSION: TECHNOLOGIES, SYSTEMS, AND APPL, JPN6016037047, 2012, US, pages 53 - 56, XP032185894, ISSN: 0003406785, DOI: 10.1109/IMWS.2012.6215818 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6032295B2 (ja) 2016-11-24
BR112015018179A2 (pt) 2017-07-18
AU2013376253B2 (en) 2016-05-19
MX346628B (es) 2017-03-24
CA2899563C (en) 2017-10-03
US20150333537A1 (en) 2015-11-19
EP2953236A1 (en) 2015-12-09
MX2015009816A (es) 2015-10-29
CA2899563A1 (en) 2014-08-07
EP2953236A4 (en) 2016-02-17
CN105027384A (zh) 2015-11-04
KR101846058B1 (ko) 2018-04-05
WO2014118919A1 (ja) 2014-08-07
EP2953236B1 (en) 2020-06-10
AU2013376253A1 (en) 2015-08-13
KR20150106950A (ko) 2015-09-22
CN105027384B (zh) 2018-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6032295B2 (ja) 送電器，無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
JP6264401B2 (ja) 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
JP6137201B2 (ja) 無線電力伝送システム、受電器および無線電力伝送方法
US9787114B2 (en) Wireless power transmitter and wireless power transmission system
WO2011033660A1 (ja) 無線電力伝送装置
JP6315088B2 (ja) 受電器、無線電力伝送システムおよびｋＱ値算出方法
KR101965252B1 (ko) 무선 전력 전송 장치, 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법
JP6172263B2 (ja) 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
JPWO2015177860A1 (ja) 無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システム
JP2017085700A (ja) 送電装置
JP2016111792A (ja) 受電装置、受電装置の制御方法、プログラム
KR20130041870A (ko) 무선 전력 송신 장치 및 그의 무선 전력 송신 방법
JP2012147632A (ja) 電力伝送装置及び電力伝送方法
KR102483302B1 (ko) 무선 전력 송신기, 무선 전력 수신기 및 차동 신호 보정 회로
KR20180101890A (ko) 무선 전력 송신 장치 및 그 동작 방법
US11133783B2 (en) Power amplifier and impedance adjustment circuit
JP6820513B2 (ja) 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法
JP2016536969A (ja) 非接触型変圧器の検出方法、装置およびコンピュータ記憶媒体
KR20170105354A (ko) 기기 간 무선 에너지 전송 장치 및 무선 에너지 전송 방법
JP2019126164A (ja) 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160927

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161010

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6032295

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees