JPWO2015177860A1 - 無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システム - Google Patents

無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システム Download PDF

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Abstract

複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、複数の前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、少なくとも２つの前記受電器に同時に伝送する無線電力伝送制御方法であって、複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出し、前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器を選択し、前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する。

Description

この出願で言及する実施例は、無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムに関する。
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。
そして、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、強結合系の共振を用いたワイヤレス送電技術が注目されている。
この強結合系の共振を用いたワイヤレス送電としては、例えば、磁界共鳴(磁界共振)や電界共鳴(電界共振)を利用した無線電力伝送技術が知られている。
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２００５−１１０３９９号公報 特開２０１２−０３４４５４号公報 特開２０１３−０３４３６７号公報 国際公開第２０１３／０３５８７３号パンフレット
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、様々な手法が研究開発されている。
すなわち、複数の送電器(送電コイル)および複数の受電器を含み、複数の送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、それぞれの受電器に伝送する無線電力伝送制御方法として、様々な手法が研究開発されている。
例えば、それぞれの受電器の送電効率に基づいて、特定の受電器のみに対して電力を伝送する手法、複数の送電器を制御し、磁界または電界の向きを変化させて、受電器に対して電力を伝送する手法が提案されている。
さらに、電力を受け取る少なくとも２つの受電器において、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、少なくとも２つの受電器に対して電力を伝送する手法も提案されている。
しかしながら、複数の送電コイルからの電力をそれぞれの受電器に伝送するには、例えば、各受電器が要望する電力の大きさ、或いは、各受電器の位置や方向といった様々な要因があるため、無線電力伝送システムの送電効率は十分なものとはいえなかった。
一実施形態によれば、複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、複数の前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、少なくとも２つの前記受電器に同時に伝送する無線電力伝送制御方法が提供される。
まず、複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、次に、前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出する。そして、前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器を選択し、前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する。
開示の無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムは、システム全体の送電効率を向上させることができるという効果を奏する。
図１Ａは、有線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図１Ｂは、無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図２Ａは、二次元無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図２Ｂは、三次元無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図３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４Ａは、図３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４Ｂは、図３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４Ｃは、図３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５Ａは、独立共振コイルの例を示す回路図(その１)である。 図５Ｂは、独立共振コイルの例を示す回路図(その２)である。 図５Ｃは、独立共振コイルの例を示す回路図(その３)である。 図５Ｄは、独立共振コイルの例を示す回路図(その４)である。 図６Ａ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６Ｂ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６Ｃ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６Ｄ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７Ａ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７Ｂ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７Ｃ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８Ａは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図(その１)である。 図８Ｂは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図(その２)である。 図８Ｃは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図(その３)である。 図９Ａは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図である。 図９Ｂは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の他の例を説明するための図である。 図１０Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その１)である。 図１０Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その２)である。 図１０Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その３)である。 図１０Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その４)である。 図１０Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その５)である。 図１１Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その１)である。 図１１Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その２)である。 図１１Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その３)である。 図１１Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その４)である。 図１１Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その５)である。 図１２Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その１)である。 図１２Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その２)である。 図１２Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その３)である。 図１２Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その４)である。 図１２Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その５)である。 図１２Ｆは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その６)である。 図１２Ｇは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その７)である。 図１２Ｈは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その８)である。 図１２Ｉは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その９)である。 図１３は、本実施例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１４Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法の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１４Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法の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１４Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例を説明するためのフローチャート(その３)である。 図１４Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例を説明するためのフローチャート(その４)である。
まず、無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムの実施例を詳述する前に、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９Ｂを参照して説明する。
図１Ａは、有線電力伝送(ワイヤー接続給電)システムの一例を模式的に示す図であり、図１Ｂは、無線電力伝送(ワイヤレス給電)システムの一例を模式的に示す図である。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、参照符号２Ａ１〜２Ｃ１は、それぞれ受電器を示す。
ここで、受電器２Ａ１は、例えば、要望電力が１０Ｗのタブレットコンピュータ(タブレット)を示し、受電器２Ｂ１は、例えば、要望電力が５０Ｗのノートパソコンを示し、受電器２Ｃ１は、例えば、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示す。なお、要望電力は、例えば、それぞれの受電器２Ａ１〜２Ｃ１における充電池(二次電池)を充電するための電力に相当する。
図１Ａに示されるように、通常、タブレット２Ａ１やスマートフォン２Ｃ１の二次電池を充電する場合、例えば、パソコン(Personal Computer)のＵＳＢ(Universal Serial Bus)端子(または、専用電源等)３Ａに対して電源ケーブル４Ａ，４Ｃを介して接続する。また、ノートパソコン２Ｂ１の二次電池を充電する場合、例えば、専用の電源装置(AC-DC Converter)３Ｂに対して電源ケーブル４Ｂを介して接続する。
すなわち、図１Ａに示されるように、携帯可能な受電器２Ａ１〜２Ｃ１であっても、一般的に、電源ケーブル４Ａ〜４Ｃを使用してＵＳＢ端子３Ａや電源装置３Ｂからワイヤー接続により給電(有線電力伝送)を行っている。
この場合、例えば、各電源ケーブル４Ａ〜４Ｃは、コネクタを介して受電器２Ａ１〜２Ｃ１に接続されるため、コネクタの先に接続された受電器(接続機器)をコネクタごとに検知することで、台数を検知し、コネクタ形状により給電電力を固定することができる。さらに、要望電力に応じた電源ケーブルの接続をユーザが行うことで、要望電力を認識すると同時に、それぞれの接続機器へ適切な給電を行うようになっている。
ところで、近年、電磁誘導に代表される非接触給電技術の進歩により、例えば、シェーバーや電動歯ブラシ等でワイヤレス給電(無線電力伝送)が実用化されている。そこで、図１Ｂに示されるように、例えば、送電器１Ａ１から、タブレット２Ａ１，ノートパソコン２Ｂ１およびスマートフォン２Ｃ１に対して無線電力伝送することが考えられている。
図２Ａは、二次元無線電力伝送(二次元ワイヤレス給電)システムの一例を模式的に示す図であり、例えば、上述したシェーバーや電動歯ブラシ等と同様に、電磁誘導により無線電力伝送を行う様子を示している。
図２Ａに示されるように、電磁誘導を利用して無線電力伝送を行う場合には、非接触給電であっても送電距離が短いために、送電器１Ａ２にほぼ接触している受電器だけが給電可能である。
すなわち、送電器(受電台)１Ａ２上に置かれた受電器(ノートパソコン)２Ｂ２に対しては給電することができても、受電台１Ａ２から離れたノートパソコン２Ｂ３に対しては給電することは困難である。このように、図２Ａに示す無線電力伝送システムは、受電台１Ａ２上の自由な配置を可能とする二次元的なワイヤレス給電システムである。
図２Ｂは、三次元無線電力伝送(三次元ワイヤレス給電)システムの一例を模式的に示す図であり、例えば、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線電力伝送を行う様子を示している。図２Ｂに示されるように、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線電力伝送を行う場合には、送電器１Ａ２から所定範囲内(図２Ｂにおける破線の内側)に存在する複数の受電器に対して給電することが可能である。
すなわち、送電器１Ａ３から所定範囲内のタブレット２Ａ２，２Ａ３、ノートパソコン２Ｂ２，２Ｂ３およびスマートフォン２Ｃ２に対して無線電力伝送することが可能である。なお、図２Ｂでは、１つの送電器１Ａ３のみ描かれているが、複数の送電器により、様々な角度および位置の複数の受電器に対して、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線電力伝送を行うようになっている。
このように、図２Ｂに示す無線電力伝送システムは、例えば、磁界共鳴を利用することにより、電磁誘導を利用したものに比べて遠方の空間においても高い送電効率を得ることができる三次元的なワイヤレス給電システムである。
図３は、無線電力伝送(三次元ワイヤレス給電)システムの一例を概略的に示すブロック図である。図３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３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：送電コイル)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：受電コイル)２１ａおよび第４コイル(電力取出コイル)２１ｂを含む。
図３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)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)よりも短く設定される。
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)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４Ａ〜図４Ｃは、図３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４Ａおよび図４Ｂは、３コイル構成の例を示し、図４Ｃは、２コイル構成の例を示す。
すなわち、図３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４Ａ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４Ｂ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４Ｃ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４Ａ〜図４Ｃ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５Ａ〜図５Ｄ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６Ａ〜図６Ｄ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５Ａ〜図５Ｄは、図３および図４Ｂにおける受電共振コイル２１ａに対応し、図６Ａ〜図６Ｄは、図４Ａおよび図４Ｃにおける受電共振コイル２１ａに対応する。
図５Ａおよび図６Ａ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５Ｂおよび図６Ｂ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５Ｃおよび図６Ｃに示す例は、図５Ｂおよび図６Ｂ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５Ｄおよび図６Ｄに示す例は、図５Ｂおよび図６Ｂ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５Ａ〜図５Ｄおよび図６Ａ〜図６Ｄ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５Ａおよび図６Ａ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(時分割電力伝送)を行うことが可能になる。
図７Ａ〜図７Ｃ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７Ａ〜図７Ｃ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７Ａ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。
図７Ｂ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７Ｃ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個の直交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８Ａ〜図８Ｃは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図である。ここで、図８Ａは、例えば、磁界共鳴を利用して、１つの送電器１Ａにより、要望電力が異なる２つの受電器２Ａ，２Ｂにワイヤレス給電する様子を示す。
また、図８Ｂは、送電器１Ａ(送電共振コイル１１ａ)から、受電器２Ａ(受電共振コイル２１ａＡ)および受電器２Ｂ(受電共振コイル２１ａＢ)にワイヤレス給電する様子を示す。図８Ｃは、受電器２Ｂの共振点をずらして(デチューンして)、電力配分比を制御する手法を説明するためのものである。
なお、受電器２Ａは、例えば、要望電力が５Ｗの携帯電話を示し、受電器２Ｂは、例えば、要望電力が５０Ｗのノートパソコンを示す。また、説明を簡略化するために、携帯電話２ＡのＬＣ共振器(ワイヤレス受電部)およびノートパソコン２ＢのＬＣ共振器は、同じ仕様のものとする。さらに、図８Ｃにおいて、参照符号ＬＬ０は全体送電効率を示し、ＬＬＡは携帯電話２Ａの受電電力を示し、ＬＬＢはノートパソコン２Ｂの受電電力を示す。
ところで、複数の受電器への同時ワイヤレス給電を行う場合それぞれの受電器における受電電力量が異なるケースが多発すると考えられる。例えば、図８Ａに示されるように、要望電力が５Ｗの携帯電話と要望電力が５０Ｗのノートパソコン、或いは、同じ種類の受電器であっても、バッテリ残量によっては、要望電力が異なるケースも考えられる。
例えば、受電器２Ａ，２Ｂの位置や向き大きな差がない場合、同じ仕様の受電コイルが搭載されているとき、電力は等しく分配される。具体的に、携帯電話２Ａの受電共振コイルにおけるインダクタンスをＬA，キャパシタンスをＣAとし、ノートパソコン２Ｂの受電共振コイルにおけるインダクタンスをＬB，キャパシタンスをＣBとする。
このとき、図８Ｃにおける参照符号ＰＰ０で示されるように、そのままの状態(共振点ずらさない状態)では、Ｌ0Ｃ0＝ＬAＣA＝ＬBＣBが成立する。すなわち、図８Ｂにおけるそれぞれの共振周波数は、ｆ0＝ｆA＝ｆBの関係が成立する。
そのため、例えば、送電器１Ａからの送電電力が６８．７５Ｗで送電効率が８０％だと仮定すると、携帯電話２Ａおよびノートパソコン２Ｂは、両方とも２７．５Ｗの電力を受け取ることになる。
すなわち、図８Ａに示されるように、要望電力が１０倍異なる受電器２Ａと２Ｂであっても、例えば、５５Ｗの要望電力に相当する出力を送電器１Ａから出力した場合、受電器２Ａ，２Ｂ側では、それぞれ２７．５Ｗずつの電力を受電する結果となる。
このとき、携帯電話２Ａの要望電力は５Ｗで、ノートパソコン２Ｂの要望電力は５０Ｗであるため、携帯電話２Ａの受電共振コイルによる共振点をずらして受電効率(ηip)を低下させるように制御する。
例えば、図８Ｃの矢印ＭＡに示されるように、携帯電話２Ａの受電共振コイル２１ａＡにおける容量のキャパシタンスＣAを、受電効率が最大となる受電共振コイルの共振点からずらすために、小さく(または、大きく)なるように制御する。
すなわち、図８Ｃの矢印ＭＡのように、共振条件を意図的にずらす(キャパシタンスＣAをずらす)ことでＱ値を低下させ、携帯電話２Ａの受電電力ＬＬＡは、共振点(Ｐ０)の２７．５Ｗから次第に減少して、例えば、要望電力の５Ｗに設定することができる。
このとき、携帯電話２Ａが受電しなくなった電力は、そのほとんどがノートパソコン２Ｂの受電電力となる。すなわち、ノートパソコン２Ｂの受電電力ＬＬＢは、携帯電話２Ａの受電電力ＬＬＡの低下に応じて上昇し、無線電力伝送システムにおける全体送電効率ＬＬ０は、ほとんど低下しないことが分かる。
このように、共振条件を変えることで、具体的には、受電器２Ａの共振用コンデンサ(容量)２１２の容量値(キャパシタンスＣA)を変化させることで、結合が調整され、結果として、受電電力を所望の配分比に制御することが可能となる。
ここで、重要なこととして、共振条件を可変した受電器２Ａの効率は低下していても、システム全体の送受電効率はほぼ一定を保っており、受電器２Ａに到達していた電力を減らした分、受電器２Ｂへの電力が増加する。その結果、受電器２Ａ，２Ｂの一方だけの単体給電時と比べても、ほぼ同じ効率で全体(両方の受電器２Ａ，２Ｂ)に送電しつつ受電電力を所望の比に分配(配分)できることがわかる。
図９Ａは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図であり、複数の送電共振コイル(送電コイル)に与える電流および位相を制御して磁界の向きを変化させ、受電器２Ａ，２Ｂに伝送する電力を制御する方法を示す。
また、図９Ｂは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の他の例を説明するための図であり、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、受電器２Ａ，２Ｂに対する電力配分比を制御する方法を示す。
図９Ａおよび図９Ｂにおいて、受電器２Ａは、例えば、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂは、例えば、要望電力が１０Ｗのタブレットコンピュータ(タブレット)を示す。
また、１１ａＡおよび１１ａＢは、例えば、２個の直交する送電共振コイルを示し、これら送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢは、異なる送電器１Ａ，１Ｂとしてもよいが、１つの送電器に設けることもできるのは、前述した通りである。なお、以下の説明では、送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢを、異なる送電器１Ａ，１Ｂとして説明する。
例えば、受電器２Ａ(スマートフォン)の要望電力が２．５Ｗで受電器(タブレット)２Ｂの要望電力が１０Ｗの場合、その要望電力を考慮して送電器１Ａ，１Ｂにより同時給電するには、例えば、図９Ａおよび図９Ｂの制御方法が考えられる。
すなわち、図９Ａに示す制御方法は、送電器１Ａ，１Ｂから出力される磁界の強度および位相を制御して、受電器２Ａが２．５Ｗ受電し、受電器２Ｂが１０Ｗ受電するように、送電器１Ａ，１Ｂからの合成磁界を制御する。
ここで、磁界の強度の制御は、例えば、送電共振コイル１１ａＡの電流を大きくして送電共振コイル１１ａＢの電流を小さくし、合成磁界ＣＭＦの方向が、受電器２Ａの受電共振コイル２１ａＡを直角に近い方向となるようにする。
すなわち、図９Ａに示す制御方法は、送電器１Ａ，１Ｂから出力される磁界の強度および位相を制御して、受電器２Ａが２．５Ｗ受電し、受電器２Ｂが１０Ｗ受電するように、送電器１Ａ，１Ｂからの合成磁界ＣＭＦの方向(向き)を制御する。
次に、図９Ｂに示す制御方法は、送電器１Ａ，１Ｂから出力される磁界の強度および位相はそのままとし、図８Ａ〜図８Ｃを参照して説明したように、要望電力が小さい受電器２Ａの受電共振コイル(２１ａＡ)の共振点をずらすように制御する。すなわち、合成磁界ＣＭＦはそのままとして、受電器２Ａのデチューンを行うことで、電力配分比を制御する。
しかしながら、無線電力伝送(ワイヤレス給電)、特に、三次元ワイヤレス給電においては、例えば、複数の送電器の電流および位相制御、並びに、複数の受電器における電力配分比の制御は、様々なパラメータの調整を行うことが求められる。
具体的に、パラメータとしては、例えば、電力配分を実行する各受電器の共振条件、磁界を制御する各送電器の出力強度(電流強度)とその位相等があり、これらは、送電器および受電器の数が増加するのに従って膨大なものとなる。
すなわち、無限な時間があれば、全てのパラメータを変化させたシミュレーションやテスト送電を行って、最適条件を決めることはできるが、有限な時間(一定のリアルタイム性)が求められる実際の無線電力伝送では、最適条件を求めることは困難である。さらに、評価する送電効率は、上記パラメータに密接に関連しているため、実際の無線電力伝送システムにおいて、総当たりで最適化を探すのは現実的ではない。
以下、無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。ここで、本実施例は、少なくとも１つの送電器により複数の受電器に対する無線電力伝送を行う無線電力伝送システムに適用することができる。
以下の説明は、主として、磁界共鳴(磁界共振)を利用して２つの送電共振コイル(送電コイル)により複数(２〜５個)の受電器に対して無線で電力伝送を行う例を説明するが、送電共振コイルは３つ以上であってもよい。
また、１つの送電器が１つの送電共振コイルを有する場合は、送電共振コイルの数は送電器の数に一致するが、１つの送電器は、複数の送電共振コイルを含んでもよい。さらに、本実施例は、磁界共鳴ではなく、電界共鳴(電界共振)を利用した無線電力伝送システムに対しても同様に適用することができる。
まず、本実施例が適用される無線電力伝送システムの概要を説明する。本実施例が適用される無線電力伝送システムにおいて、それぞれの受電器は、共振系(受電共振コイル)のオン・オフが可能であり、これにより、各受電器の単体送電効率(ηi)を求めることが可能となっている。
この各受電器の単体送電効率は、選択した受電器が１つだけ配置され、他の受電器は不在、或いは、共振条件が著しく外れている場合における、各送電器の出力(強度比・位相)を最適化した際の効率を意味する。また、このとき、受電器との通信により、受電器が要望する要望電力を求めることができる。
なお、本実施例において、例えば、いずれかの送電器がマスタとしてシステム全体の制御を行ってもよいが、送電器ではなく、いずれかの受電器であってもよく、また、送電器自体ではなく、例えば、通信回線を介した別のコンピュータが制御を行うこともできる。
ここで、各受電器の単体送電電力ＰＴiは、その受電器に対する複数送電コイル(送電器)による単体送電効率ηi、その受電器Ｒiの要望電力(単体要望電力)をＰＲiとすると、次の式(ｉ)により算出することができる。
ＰＴi＝ＰＲi／ηi (ｉ)
また、本実施例が適用される無線電力伝送システムでは、全て受電器の共振系(受電共振系)をオフした後、特定の受電器の共振系のみをオンし、その特定の受電器のみに電力を伝送(第１電力伝送)することが可能となっている。これにより、それぞれの受電器に対して、時分割的に切り替えて順番に電力を伝送する時分割給電を行うことができる。
さらに、複数の送電共振コイルの電流(強度)および位相の制御を行うことにより、磁界(合成磁界)の向きを特定の方向に制御して同時に電力を伝送(第２電力伝送)することが可能となっている。これにより、多様な姿勢の受電器に対する無線電力伝送(三次元ワイヤレス給電)を行うことができる。
また、それぞれの受電器の共振系(受電共振コイル)において、共振点をずらすことにより、全体の効率を維持しつつ、その共振点をずらした特定の受電器の受電電力を低下(デチューン)させることも可能となっている。このように、同じ合成磁界においても、特定の受電器の受電電力をデチューンして電力配分比を所望の比率に調整して同時に電力を伝送(第３電力伝送)することもできる。
そして、本実施例の無線電力伝送システムでは、上述した式(ｉ)により算出したそれぞれの受電器の単体送電電力ＰＴiにおいて、最大となる最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixを選択する。この最大単体送電電力ＰＴixに基づいて電力を伝送(第４電力伝送)するようになっている。これにより、複数の受電器に対する全体的な送電効率を向上させることが可能になる。
なお、本実施例では、例えば、無線電力伝送システムに含まれるそれぞれの受電器には、優先順位がないものとして扱っている。すなわち、以下の説明では、例えば、職場において、出張する従業員が携帯するノートパソコン(受電器)を優先して充電する場合には、直ちに、そのノートパソコンに対する送電を開始するといった処理を行わない場合が想定されている。
また、本実施例の無線電力伝送制御方法では、例えば、第１電力伝送を用いて、各受電器を個別に取り扱うことで、処理(制御)を単純化する。さらに、第４電力伝送を用いて、受電器の単体送電電力ＰＴiが最大となる最大単体送電電力ＰＴixの第１受電器を選別(規定)し、システム全体の送電効率を向上させる。
そして、選別された第１受電器に基づいて、各送電器(送電共振コイル)の電流および位相制御を制御し、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、例えば、その受電共振コイルの共振点を意図的にずらしてデチューンを行う。
なお、受電電力が所定の大きさに満たない受電器に対しては、例えば、その受電器の共振系をオフして受電を停止し、次の機会、例えば、第１受電器に対する給電が完了した後等において、給電を行う。
さらに、第１受電器の最大単体送電電力ＰＴixに近い(例えば、ＰＴixの９０％以上)受電器に対しては、第１受電器と共に、受電器グループとしてグループ化し、その受電器グループに含まれる受電器に対して、複数の送電コイルを制御して同時に電力を伝送する。
なお、第１受電器とグループ化する受電器の単体送電電力ＰＴiを第１受電器の最大単体送電電力ＰＴixの所定比率(９０％＝α)以上とするのは、単なる例であり、様々な比率に設定可能である。
このようにして、複数の送電器による合成磁界の向きが決定した後、受電器グループに含まれる複数の受電器において、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、デチューンを行う。また、受電電力が所定の大きさに満たない受電器に対しては、例えば、その受電器の共振系をオフして受電を停止する。
さらに、受電器グループに含まれない受電器においても、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、デチューンを行う。また、受電電力が所定の大きさに満たない受電器に対しては、例えば、その受電器の共振系をオフして受電を停止する。
ここで、受電器グループに含まれる受電器に対して同時に電力を伝送すると、各受電器の受電効率ηipが所定の比率(例えば、１０％＝β)以上得られないときには、受電器グループを分割する。例えば、ｍを２以上の整数として、送電コイル(送電器)がｍ個のとき、ｍ個の送電コイルをｍ次元のベクトルとして処理することで、受電器グループの分割を行う。
なお、ｍ次元のベクトルは、ｍ個の送電コイルからの位相を、同相と逆相の２方向だけで処理してもよい。これは、受電器グループまたは分割された受電器グループに含まれるそれぞれの受電器の単体送電電力はほぼ等しい(例えば、ＰＴixの９０％以上)ため、電力で規格化されていると考えることがで、位相の向きだけを考慮すればよいからである。
その結果、送電器(送電共振コイル)の電流は、大きさが規格化されたベクトルとみなすことができ、例えば、４つの送電共振コイルの電流Ｐ１〜Ｐ４は、Ｐ１(I11,I12,I13)，Ｐ２(I21,I22,I23)，Ｐ３(I31,I32,I33)，Ｐ４(I41,I42,I43)と表すことができる。
また、ｍ次元のベクトルのうち、任意の(或る)１つのベクトルと他のベクトルのなす角度でベクトル角を計算する。そして、ｎを２以上の整数として、受電器グループをｎ分割するとき、ｎが大きくなるに従って角度が狭くなる範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類することができる。
具体的に、ｎ＝２(２分割)のときには、９０°÷２＝４５°の範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類する。また、２分割しても、受電器グループに含まれる受電器の受電効率ηipが所定の比率(例えば、１０％＝β)以上得られないときには、例えば、ｎ＋１(＝３：３分割)する。３分割のときには、９０°÷３＝３０°の範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類することになる。
なお、受電器グループを分割する場合、２分割のときには４５°の範囲とし、並びに、３分割のときには３０°の範囲とするのは、単なる例であり、様々な角度に設定することができるのはいうまでもない。
図１０Ａ〜図１０Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図である。図１０Ａと図９Ａおよび図９Ｂの比較から明らかなように、図１０Ａ〜図１０Ｅでは、図９Ａおよび図９Ｂと同様に、直交する２つの送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢ(送電器１Ａ，１Ｂ)および２つの受電器２Ａ，２Ｂが設けられている。
なお、送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢは、異なる送電器１Ａ，１Ｂに設けられたものとして説明するが、１つの送電器に２つの送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢが設けられていてもよい。また、受電器２Ａは、例えば、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂは、例えば、要望電力が１０Ｗのタブレット(タブレットコンピュータ)を示す。
まず、図１０Ｂに示されるように、受電器２Ａ(スマートフォン)だけに対する単体送電電力ＰＴAを求める。すなわち、受電器(タブレット)２Ｂの受電共振コイル２１ｂＢ(受電共振系，共振系)をオフして受電器２Ａだけオンとし、この受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAを求める。
具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比(強度比)を１：２とし、受電器２Ａの単体送電効率ηAを６０％とすると、受電器２Ａの要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAは、ＰＴA＝２．５÷０．６≒４．２[Ｗ]となる。
次に、図１０Ｃに示されるように、受電器２Ｂだけに対する単体送電電力ＰＴBを求める。すなわち、受電器２Ａの共振系をオフして受電器２Ｂだけオンとし、この受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBを求める。
具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を２：１とし、受電器２Ｂの単体送電効率ηBを６０％とすると、受電器２Ｂの要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBは、ＰＴB＝１０÷０．６≒１６．７[Ｗ]となる。従って、単体送電電力が最大となる受電器は、４．２＜１６．７なので、受電器２Ｂとなり、最大単体送電電力ＰＴixは、ほぼ１６．７Ｗとなる。
これにより、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は２：１となり、送電器１Ａ，１Ｂによる合成磁界の方向(向き)が決められる。このとき、図１０Ｄに示されるように、２つの受電器２Ａ，２Ｂに対して送電を行うと、例えば、受電器２Ａの受電効率は８％で、受電器２Ｂの受電効率は、５０％となる。
そこで、受電器２Ｂの受電電力１０Ｗにするために、送電器１Ａ，１Ｂによる送電電力を２０Ｗにすると、受電器２Ａの受電電力は、２０×０．８＝１．６[Ｗ]となり、受電器２Ａの要望電力である２．５Ｗに満たない。
このとき、本第１処理例では、例えば、受電器２Ｂのデチューン(第３電力伝送)を行うことなく、そのままの状態(受電器２Ａの受電電力が１．６Ｗの状態)で同時給電を行う。すなわち、図１０Ｅに示されるように、送電器１Ａ，１Ｂの出力比は２：１、受電器２Ａの受電電力は１．６Ｗ、受電器２Ｂの受電電力は１０Ｗ、そして、全体の送電効率は５８％となる。なお、例えば、受電器２Ｂに対する給電が完了した場合には、その受電器２Ｂの共振系(受電共振コイル２１ａＢ)がオフされて、上述した処理が繰り返されることになる。
図１１Ａ〜図１１Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図であり、本第２処理例は、上述した第１処理例と異なり、デチューンを行うようになっている。なお、図１１Ａ〜図１１Ｅでも、直交する２つの送電器１Ａ，１Ｂ(送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢ)および２つの受電器２Ａ，２Ｂが設けられている。
また、上述した第１処理例と同様に、受電器２Ａは、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂは、要望電力が１０Ｗのタブレットを示す。ただし、図１１Ａに示されるように、受電器２Ａ，２Ｂは、平行で距離が異なるように配置されている。
まず、図１１Ｂに示されるように、受電器(タブレット)２Ｂの共振系をオフして受電器２Ａ(スマートフォン)だけオンとし、この受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAを求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ａの単体送電効率ηAを１０％とすると、受電器２Ａの要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAは、ＰＴA＝２．５÷０．１＝２５[Ｗ]となる。
次に、図１１Ｃに示されるように、受電器２Ａの共振系をオフして受電器２Ｂだけオンとし、この受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBを求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ｂの単体送電効率ηBを８０％とすると、受電器２Ｂの要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBは、ＰＴB＝１０÷０．８＝１２．５[Ｗ]となる。従って、単体送電電力が最大となる受電器は、２５＞１２．５なので、受電器２Ａとなり、最大単体送電電力ＰＴixは、２５Ｗとなる。
これにより、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は１：１となり、送電器１Ａ，１Ｂによる合成磁界の方向が決められる。このとき、図１１Ｄに示されるように、２つの受電器２Ａ，２Ｂに対して送電を行うと、例えば、受電器２Ａの受電効率は８％で、受電器２Ｂの受電効率は、６０％となる。
そこで、受電器２Ａの受電電力２．５Ｗにするために、送電器１Ａ，１Ｂによる送電電力を３１．３Ｗにすると、受電器２Ｂの受電電力は、３１．３×０．６≒１８．８[Ｗ]となり、受電器２Ｂの要望電力である１０Ｗを超過してしまう。
このとき、本第２処理例では、図１１Ｅに示されるように、受電器２Ｂの共振条件を意図的にずらして受電電力を調整する。すなわち、例えば、受電器２Ｂにおける受電共振コイル(２１ａＢ)における容量(例えば、図５Ａにおける容量２１２)のキャパシタンスを大きく(または、小さく)して共振点からずらして受電電力が１０Ｗになるまでデチューンを行う。これにより、例えば、送電器１Ａ，１Ｂの出力比は１：１、受電器２Ａの受電電力は２．５Ｗ、受電器２Ｂの受電電力は１０Ｗ、そして、全体の送電効率は４５％となる。
図１２Ａ〜図１２Ｉは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図である。図１２Ａに示されるように、本第３処理例では、直交する２つの送電器１Ａ，１Ｂおよび５つの受電器２Ａ１〜２Ａ３，２Ｂ１，２Ｂ２が設けられている。
なお、受電器２Ａ１〜２Ａ３は、それぞれ要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂ１，２Ｂ２は、それぞれ要望電力が１０Ｗのタブレットを示す。まず、図１２Ｂに示されるように、受電器２Ａ１だけに対する単体送電電力ＰＴA1を求める。
すなわち、受電器２Ａ２，２Ａ３および受電器２Ｂ１，２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ａ１だけオンとし、この受電器２Ａ１の単体送電電力ＰＴA1を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ａ１の単体送電効率ηA1を２０％とすると、受電器２Ａ１の要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａ１の単体送電電力ＰＴA1は、ＰＴA1＝２．５÷０．２＝１２．５[Ｗ]となる。
次に、図１２Ｃに示されるように、受電器２Ａ１，２Ａ３および受電器２Ｂ１，２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ａ２だけオンとし、この受電器２Ａ２の単体送電電力ＰＴA2を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａを止めて送電器１Ｂだけを動作させ、出力比を０：１とし、受電器２Ａ２の単体送電効率ηA2を９０％とする。このとき、受電器２Ａ２の要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａ２の単体送電電力ＰＴA2は、ＰＴA2＝２．５÷０．９≒２．８[Ｗ]となる。
さらに、図１２Ｄに示されるように、受電器２Ａ１，２Ａ２および受電器２Ｂ１，２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ａ３だけオンとし、この受電器２Ａ３の単体送電電力ＰＴA3を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを逆相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ａ３の単体送電効率ηA3を５０％とすると、受電器２Ａ３の要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａ３の単体送電電力ＰＴA3は、ＰＴA3＝２．５÷０．５≒５．０[Ｗ]となる。
また、図１２Ｅに示されるように、受電器２Ａ１〜２Ａ３および受電器２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ｂ１だけオンとし、この受電器２Ｂ１の単体送電電力ＰＴB1を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ｂ１の単体送電効率ηB1を６０％とすると、受電器２Ｂ１の要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂ１の単体送電電力ＰＴB1は、ＰＴB1＝１０÷０．６≒１６．７[Ｗ]となる。
さらに、図１２Ｆに示されるように、受電器２Ａ１〜２Ａ３および受電器２Ｂ１の共振系をオフして受電器２Ｂ２だけオンとし、この受電器２Ｂ２の単体送電電力ＰＴB2を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ｂ２の単体送電効率ηB2を６０％とすると、受電器２Ｂ２の要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂ２の単体送電電力ＰＴB2は、ＰＴB2＝１０÷０．６≒１６．７[Ｗ]となる。
従って、単体送電電力が最大となる受電器は、１６．７＞１２．５＞５＞２．８なので、受電器２Ｂ１および２Ｂ２が共に最大となり、最大単体送電電力ＰＴixは、ほぼ１６．７Ｗとなる。
これにより、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は１：１となり、送電器１Ａ，１Ｂによる合成磁界の方向が決められる。ここで、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の単体送電電力ＰＴB1，ＰＴB2は、ほぼ１６．７Ｗで等しく、最大単体送電電力ＰＴixの所定比率(例えば、９０％＝α)以上となる。
そこで、図１２Ｇに示されるように、２つの受電器２Ｂ１，２Ｂ２を受電器グループとしてグループ化し、その受電器グループに含まれる２つの受電器２Ｂ１，２Ｂ２に対して、送電器１Ａ，１Ｂを制御して同時に電力を伝送する。ここで、例えば、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の受電効率が２５％とすると、送電器１Ａ，１Ｂの送電電力を４０Ｗとすることにより、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の受電電力を１０Ｗとすることができる。
図１２Ｈに示されるように、例えば、受電器２Ａ１の受電効率は５％、受電器２Ａ２の受電効率は３０％、受電器２Ａ３の受電効率は０％とすると、受電器２Ａ１の受電電力は２Ｗ、受電器２Ａ２の受電電力は１２Ｗ、受電器２Ａ３の受電電力は０Ｗとなる。
すなわち、受電器２Ａ２の受電電力は、１２Ｗとなって、要望電力２．５Ｗを超過するため、デチューンを行って２．５Ｗまで低減する。なお、受電器２Ａ１の受電効率は５％で、所定の受電効率(例えば、１０％＝β)以上の効率が得られないため、給電不足として共振系をオフして給電を停止する。また、受電器２Ａ３の受電電力は０Ｗなので、給電停止(無給電)となる。
これにより、図１２Ｉに示されるように、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は１：１となり、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の受電効率は３０％、受電器２Ａ１の受電効率は５％、受電器２Ａ２の受電効率は７．５％、受電器２Ａ３の受電電力は０Ｗとなる。
なお、例えば、受電器グループに含まれない受電器においても、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、デチューンを行ってもよい。また、前述したように、受電器グループに含まれる受電器に対して同時に電力を伝送すると、所定の受電効率(例えば、１０％＝β)以上得られないときには、受電器グループを分割することができる。
例えば、ｍを２以上の整数として、送電コイル(送電器)がｍ個のとき、ｍ個の送電コイルをｍ次元のベクトルとして処理することで、受電器グループの分割を行う。また、ｍ次元のベクトルは、ｍ個の送電コイルからの位相を、同相と逆相の２方向だけで処理してもよい。
また、ｍ次元のベクトルのうち、任意の１つのベクトルと他のベクトルのなす角度でベクトル角を計算する。そして、ｎを２以上の整数として、受電器グループをｎ分割するとき、ｎが大きくなるに従って角度が狭くなる範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類することもできる。
すなわち、最大単体送電電力の受電器を含む受電器グループにおいて、その受電器グループに含まれる複数の受電器に対して、要望電力と同じ比率となるように送電器の出力を制御する。
その際、受電器グループの全ての受電器に対して、所定の効率(β)が得られない場合は、受電器グループを２分割して同様の処理を行い、さらに、その分割されたグループの全ての受電器でも所定の効率が得られない場合には、３分割する。このような処理を繰り返して、所定の効率が得られるまで、受電器グループの分割を行ってもよい。
図１３は、本実施例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１３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３における高周波電源部１２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を制御し、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。
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(送電コイル)１１ａ１，１１ａ２がＬ字状に固定され)、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。
ここで、前述した本実施例の無線電力伝送制御方法は、例えば、無線電力伝送システム全体を制御する送電器１Ａにおける送電制御部(制御装置：コンピュータ)１３Ａにより実行されるプログラムとして実施することも可能である。
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。
ここで、送電器１Ａ，１Ｂの通信回路部１４Ａ，１４Ｂ、並びに、受電器２Ａ，２Ｂの通信回路部２４Ａ，２４Ｂを介した通信により、同時送電と時分割送電の切り替え、並びに、同時送電における電力配分比調整等の制御を行う。
具体的に、例えば、送電器１Ａの通信回路部１４Ａおよび受電器２Ａ，２Ｂの通信回路部２４Ａ，２４Ｂを介して、それぞれの受電器２Ａ，２ＢにおけるＱ値を、無線電力伝送の制御を行うマスタ(例えば、送電器１Ａ)に通信で伝える。
また、同時給電を行う場合、例えば、送電器１Ａの通信回路部１４Ａおよび受電器２Ｂの通信回路部２４Ｂを介して、受電器２Ｂの受電共振コイル(受電コイル)における容量のキャパシタンス(ＣA)を共振点からずらし、電力配分比の調整を行う。具体的に、前述した図５Ａに示す受電共振コイル２１ａにおける容量２１２のキャパシタンスの値を制御して、受電器２Ａ，２Ｂの電力配分比を調整する。
さらに、時分割給電を行う場合、例えば、送電器１Ａの通信回路部１４Ａおよび受電器２Ａ，２Ｂの通信回路部２４Ａ，２４Ｂを介して、ワイヤレス給電を行う受電器の切り替えを行う。
具体的に、例えば、前述した図５Ａに示す受電共振コイル２１ａにおけるスイッチ２１３を制御して、ワイヤレス給電を行う受電器のスイッチ２１３だけを順にオンするように制御する。或いは、例えば、前述した図５Ｂに示す受電共振コイル２１ａにおけるスイッチ２１３を制御して、ワイヤレス給電を行う受電器のスイッチ２１３だけを順にオフするように制御する。
なお、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１４Ａ〜図１４Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例を説明するためのフローチャートである。まず、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例が開始すると、ステップＳＴ８において、受電器側で給電トリガが入力され、ステップＳＴ９で、受電器から送電器へ通信を介して伝達され、ステップＳＴ１に進む。
ステップＳＴ１において、送電器は、受電器からの給電トリガ(給電を要望する信号)を受け取り、ステップＳＴ２に進んで、受電器をサーチする。すなわち、受電器側では、それぞれの受電器が、送電器からの受電器サーチ信号を受けて、ステップＳＴ１０において、送電器へ応答(情報１を伝達)する。この情報１には、例えば、各受電器が要望する要望電力および受電器の位置や姿勢といった情報が含まれる。
送電器側では、ステップＳＴ３受電において、受電器からの情報１を確認し、ステップ４に進んで、情報１を用いて各受電器Ｒiの単体効率(単体送電効率)ηiを算出する。これは、前述したように、例えば、ηを求める受電器の受電共振コイル(共振系)だけをオンし、それ以外の受電器の共振系をオフして全ての受電器Ｒiに対して順番に行う。
さらに、ステップ５に進んで、各受電器Ｒiにおける単体効率ηiと要望電力(単体要望電力)ＰＲiから、単体送電電力ＰＴiを算出する。すなわち、前述したように、ＰＴi＝ＰＲi／ηiから、それぞれの受電器Ｒiの単体送電電力ＰＴiを算出し、ステップＳＴ６に進んで、ＰＴiが最大となる最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixを選択する。
次に、ステップＳＴ７に進んで、最大単体送電電力ＰＴixに対して、所定比率α(例えば、９０％)以上となる単体送電電力ＰＴiの受電器Ｒiを選択し、ステップＳＴ１１に進む。
ステップＳＴ１１では、ＰＴix・α≦ＰＴi(例えば、ＰＴix×０．９≦ＰＴi)となるＰＴiの受電器Ｒiが存在するかどうかを判定する。ステップＳＴ１１において、ＰＴix・α≦ＰＴiとなる少なくとも１つの受電器Ｒiが存在すると判定(ＮＯ)すると、ステップＳＴ２５(分岐ＢＢ)に進み、１つも存在しないと判定(ＹＥＳ)するステップＳＴ１２に進む。
ステップＳＴ１２では、最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixに最適な磁界を決定する。これにより、各送電器における出力の強度比および位相が確定し、出力の絶対値のみ未確定となっている。
さらに、ステップＳＴ１３に進んで、情報１を用いて各受電器Ｒiの効率(単体送電効率)ηiを算出してステップＳＴ１４に進み、全ての受電器の受電効率ηipが所定の比率(例えば、１０％＝β)以上かどうかを判定する。
ステップＳＴ１４で、全ての受電器の受電効率ηipが所定の比率以上(ηip≧β)であると判定すると、ステップＳＴ１８に進んで、同時給電条件下において、受電器(第１受電器)Ｒixが要望電力を得られる送電出力Ｐを決定して、ステップＳＴ１９に進む。
ステップＳＴ１９では、各受電器において、それぞれの受電器の要望電力ＰＲiが実際に給電される電力(Ｐ・ηip)以上であるかどうかを判定する。ステップＳＴ１９において、ＰＲi≧Ｐ・ηipである、すなわち、全ての受電器Ｒiで、過剰な給電にはならないと判定すると、ステップＳＴ２０に進んで、送電出力Ｐにより送電を開始する。
一方、ステップＳＴ１９において、全ての受電器ＲiでＰＲi≧Ｐ・ηipとはならない、すなわち、少なくとも１つの受電器(Ｒid)の給電が過剰になると判定すると、ステップＳＴ２１に進む。
ステップＳＴ２１では、ＰＲi＜Ｐ・ηipとなる各受電器Ｒdiにおいて、ＰＲi＝Ｐ・ηip'となるデチューン条件を算出し、そのデチューン条件を各受電器Ｒdiに対して通信を介して伝達して、ステップＳＴ２２に進む。
ステップＳＴ２２では、同時給電条件およびデチューン下において、受電器Ｒixが要望電力を得られる送電出力Ｐ'を決定し、ステップＳＴ２３に進んで、その送電出力Ｐ'により送電を開始する。
なお、受電器(Ｒdi)側では、ステップＳＴ２４において、ステップＳＴ２１で算出されたデチューン条件に基づいてデチューンを行う。この受電器Ｒdiにおけるデチューンは、例えば、図１２Ｈを参照して説明した受電器２Ａ２のデチューン処理に相当する。
次に、ステップＳＴ１４において、全ての受電器の受電効率ηipが所定の比率以上(ηip≧β)ではない、すなわち、受電効率ηipが所定の比率よりも小さい(ηip＜β)受電器が少なくとも１つ存在すると判定した場合には、ステップＳＴ１５に進む。
ステップＳＴ１５では、ηip≧βとなる受電器Ｒinを選択し、その受電器Ｒinの共振をオフする指示を出力して、ステップＳＴ１６に進む。なお、受電器(Ｒin)側では、ステップＳＴ１７において、ステップＳＴ１５による指示に基づいて、受電器Ｒinの受電共振コイル(共振系)をオフする。この受電器Ｒinにおける共振系のオフは、例えば、図１２Ｈを参照して説明した受電器２Ａ１の共振系をオフして給電を停止する処理に相当する。
ステップＳＴ１６では、ηip≧βとなる受電器Ｒinを除く受電器Ｒiに対して、情報１を用いて各受電器Ｒiのそれぞれの受電効率ηipを算出して、ステップＳＴ１８に進み、上述したのと同様の処理を行う。
前述したように、ステップＳＴ１１において、ＰＴix・α≦ＰＴiとなる受電器Ｒiが少なくとも１つ存在すると判定(ＮＯ)すると、ステップＳＴ２５(分岐ＢＢ)に進む。ステップＳＴ２５では、ＰＴix・α≦ＰＴiを満たす複数のＲix'に対して、ＰＲiの比を保つことのできる磁界を算出する。
ここで、ＰＴix・α≦ＰＴiとなる受電器(受電器グループ)Ｒix'には、最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixが含まれるため、Ｒix'の数は、複数(少なくとも２つ)となる。
さらに、ステップＳＴ２６に進んで、各受電器Ｒix'において、全ての受電器の単体送電効率(効率)ηix'所定の値(γ)以上かどうかを判定し、全ての受電器が、ηix'≧γであると判定すると、ステップＳＴ２７に進む。
ステップＳＴ２７では、前述したステップＳＴ１２と同様に、各送電器における出力の強度比および位相が確定し、出力の絶対値のみ未確定となっており、ステップＳＴ１３(合流ＣＣ)に進んで、上述したのと同様の処理を行う。
一方、ステップＳＴ２６において、少なくとも１つの受電器が、ηix'＜γであると判定すると、ステップＳＴ２８に進んで、受電器グループＲix'を分割し、ステップＳＴ２９に進んで、同時給電対象の受電器Ｒiを新たにＲix'として、ステップＳＴ２７に進む。
なお、この受電器グループＲix'の分割処理、並びに、図１４Ａ〜図１４Ｄのフローチャートを参照して説明した処理は、単なる例であり、様々な変形および変更が可能なのはいうまでもない。
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に対しても適用することができる。
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，１Ｂ 送電器
２ 受電器(二次側：受電側)
２Ａ，２Ｂ，２Ａ１〜２Ａ３，２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｃ１，２Ｃ２ 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(送電コイル：第２コイル：ＬＣ共振器)
１１ｂ 電力供給コイル(第１コイル)
１２，１２Ａ，１２Ｂ 高周波電源部
１３，１３Ｂ 送電制御部
１３Ａ 送電制御部(制御装置)
１４，１４Ａ，１４Ｂ 通信回路部(第１通信回路部)
２１，２１Ａ，２１Ｂ ワイヤレス受電部
２１ａ，２１ａＡ，２１ａＢ 受電共振コイル(受電コイル：第３コイル：ＬＣ共振器)
２１ｂ 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
２４，２４Ａ，２４Ｂ 通信回路部(第２通信回路部)
２５，２５Ａ，２５Ｂ バッテリ部(機器本体，負荷)
この出願で言及する実施例は、無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムに関する。
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。
そして、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、強結合系の共振を用いたワイヤレス送電技術が注目されている。
この強結合系の共振を用いたワイヤレス送電としては、例えば、磁界共鳴(磁界共振)や電界共鳴(電界共振)を利用した無線電力伝送技術が知られている。
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２００５−１１０３９９号公報 特開２０１２−０３４４５４号公報 特開２０１３−０３４３６７号公報 国際公開第２０１３／０３５８７３号
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、様々な手法が研究開発されている。
すなわち、複数の送電器(送電コイル)および複数の受電器を含み、複数の送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、それぞれの受電器に伝送する無線電力伝送制御方法として、様々な手法が研究開発されている。
例えば、それぞれの受電器の送電効率に基づいて、特定の受電器のみに対して電力を伝送する手法、複数の送電器を制御し、磁界または電界の向きを変化させて、受電器に対して電力を伝送する手法が提案されている。
さらに、電力を受け取る少なくとも２つの受電器において、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、少なくとも２つの受電器に対して電力を伝送する手法も提案されている。
しかしながら、複数の送電コイルからの電力をそれぞれの受電器に伝送するには、例えば、各受電器が要望する電力の大きさ、或いは、各受電器の位置や方向といった様々な要因があるため、無線電力伝送システムの送電効率は十分なものとはいえなかった。
一実施形態によれば、複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、複数の前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、少なくとも２つの前記受電器に同時に伝送する無線電力伝送制御方法が提供される。
まず、複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、次に、前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出する。そして、前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器を選択し、前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する。
開示の無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムは、システム全体の送電効率を向上させることができるという効果を奏する。
図１Ａは、有線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図１Ｂは、無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図２Ａは、二次元無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図２Ｂは、三次元無線電力伝送システムの一例を模式的に示す図である。 図３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４Ａは、図３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４Ｂは、図３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４Ｃは、図３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５Ａは、独立共振コイルの例を示す回路図(その１)である。 図５Ｂは、独立共振コイルの例を示す回路図(その２)である。 図５Ｃは、独立共振コイルの例を示す回路図(その３)である。 図５Ｄは、独立共振コイルの例を示す回路図(その４)である。 図６Ａ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６Ｂ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６Ｃ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６Ｄ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７Ａ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７Ｂ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７Ｃ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８Ａは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図(その１)である。 図８Ｂは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図(その２)である。 図８Ｃは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図(その３)である。 図９Ａは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図である。 図９Ｂは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の他の例を説明するための図である。 図１０Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その１)である。 図１０Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その２)である。 図１０Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その３)である。 図１０Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その４)である。 図１０Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図(その５)である。 図１１Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その１)である。 図１１Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その２)である。 図１１Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その３)である。 図１１Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その４)である。 図１１Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図(その５)である。 図１２Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その１)である。 図１２Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その２)である。 図１２Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その３)である。 図１２Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その４)である。 図１２Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その５)である。 図１２Ｆは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その６)である。 図１２Ｇは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その７)である。 図１２Ｈは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その８)である。 図１２Ｉは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図(その９)である。 図１３は、本実施例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１４Ａは、本実施例の無線電力伝送制御方法の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１４Ｂは、本実施例の無線電力伝送制御方法の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１４Ｃは、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例を説明するためのフローチャート(その３)である。 図１４Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例を説明するためのフローチャート(その４)である。
まず、無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムの実施例を詳述する前に、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９Ｂを参照して説明する。
図１Ａは、有線電力伝送(ワイヤー接続給電)システムの一例を模式的に示す図であり、図１Ｂは、無線電力伝送(ワイヤレス給電)システムの一例を模式的に示す図である。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、参照符号２Ａ１〜２Ｃ１は、それぞれ受電器を示す。
ここで、受電器２Ａ１は、例えば、要望電力が１０Ｗのタブレットコンピュータ(タブレット)を示し、受電器２Ｂ１は、例えば、要望電力が５０Ｗのノートパソコンを示し、受電器２Ｃ１は、例えば、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示す。なお、要望電力は、例えば、それぞれの受電器２Ａ１〜２Ｃ１における充電池(二次電池)を充電するための電力に相当する。
図１Ａに示されるように、通常、タブレット２Ａ１やスマートフォン２Ｃ１の二次電池を充電する場合、例えば、パソコン(Personal Computer)のＵＳＢ(Universal Serial Bus)端子(または、専用電源等)３Ａに対して電源ケーブル４Ａ，４Ｃを介して接続する。また、ノートパソコン２Ｂ１の二次電池を充電する場合、例えば、専用の電源装置(AC-DC Converter)３Ｂに対して電源ケーブル４Ｂを介して接続する。
すなわち、図１Ａに示されるように、携帯可能な受電器２Ａ１〜２Ｃ１であっても、一般的に、電源ケーブル４Ａ〜４Ｃを使用してＵＳＢ端子３Ａや電源装置３Ｂからワイヤー接続により給電(有線電力伝送)を行っている。
この場合、例えば、各電源ケーブル４Ａ〜４Ｃは、コネクタを介して受電器２Ａ１〜２Ｃ１に接続されるため、コネクタの先に接続された受電器(接続機器)をコネクタごとに検知することで、台数を検知し、コネクタ形状により給電電力を固定することができる。さらに、要望電力に応じた電源ケーブルの接続をユーザが行うことで、要望電力を認識すると同時に、それぞれの接続機器へ適切な給電を行うようになっている。
ところで、近年、電磁誘導に代表される非接触給電技術の進歩により、例えば、シェーバーや電動歯ブラシ等でワイヤレス給電(無線電力伝送)が実用化されている。そこで、図１Ｂに示されるように、例えば、送電器１Ａ１から、タブレット２Ａ１，ノートパソコン２Ｂ１およびスマートフォン２Ｃ１に対して無線電力伝送することが考えられている。
図２Ａは、二次元無線電力伝送(二次元ワイヤレス給電)システムの一例を模式的に示す図であり、例えば、上述したシェーバーや電動歯ブラシ等と同様に、電磁誘導により無線電力伝送を行う様子を示している。
図２Ａに示されるように、電磁誘導を利用して無線電力伝送を行う場合には、非接触給電であっても送電距離が短いために、送電器１Ａ２にほぼ接触している受電器だけが給電可能である。
すなわち、送電器(受電台)１Ａ２上に置かれた受電器(ノートパソコン)２Ｂ２に対しては給電することができても、受電台１Ａ２から離れたノートパソコン２Ｂ３に対しては給電することは困難である。このように、図２Ａに示す無線電力伝送システムは、受電台１Ａ２上の自由な配置を可能とする二次元的なワイヤレス給電システムである。
図２Ｂは、三次元無線電力伝送(三次元ワイヤレス給電)システムの一例を模式的に示す図であり、例えば、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線電力伝送を行う様子を示している。図２Ｂに示されるように、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線電力伝送を行う場合には、送電器１Ａ２から所定範囲内(図２Ｂにおける破線の内側)に存在する複数の受電器に対して給電することが可能である。
すなわち、送電器１Ａ３から所定範囲内のタブレット２Ａ２，２Ａ３、ノートパソコン２Ｂ２，２Ｂ３およびスマートフォン２Ｃ２に対して無線電力伝送することが可能である。なお、図２Ｂでは、１つの送電器１Ａ３のみ描かれているが、複数の送電器により、様々な角度および位置の複数の受電器に対して、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線電力伝送を行うようになっている。
このように、図２Ｂに示す無線電力伝送システムは、例えば、磁界共鳴を利用することにより、電磁誘導を利用したものに比べて遠方の空間においても高い送電効率を得ることができる三次元的なワイヤレス給電システムである。
図３は、無線電力伝送(三次元ワイヤレス給電)システムの一例を概略的に示すブロック図である。図３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３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：送電コイル)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：受電コイル)２１ａおよび第４コイル(電力取出コイル)２１ｂを含む。
図３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)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)よりも短く設定される。
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)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４Ａ〜図４Ｃは、図３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４Ａおよび図４Ｂは、３コイル構成の例を示し、図４Ｃは、２コイル構成の例を示す。
すなわち、図３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４Ａ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４Ｂ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４Ｃ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４Ａ〜図４Ｃ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５Ａ〜図５Ｄ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６Ａ〜図６Ｄ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５Ａ〜図５Ｄは、図３および図４Ｂにおける受電共振コイル２１ａに対応し、図６Ａ〜図６Ｄは、図４Ａおよび図４Ｃにおける受電共振コイル２１ａに対応する。
図５Ａおよび図６Ａ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５Ｂおよび図６Ｂ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５Ｃおよび図６Ｃに示す例は、図５Ｂおよび図６Ｂ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５Ｄおよび図６Ｄに示す例は、図５Ｂおよび図６Ｂ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５Ａ〜図５Ｄおよび図６Ａ〜図６Ｄ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５Ａおよび図６Ａ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(時分割電力伝送)を行うことが可能になる。
図７Ａ〜図７Ｃ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７Ａ〜図７Ｃ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７Ａ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。
図７Ｂ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７Ｃ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個の直交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８Ａ〜図８Ｃは、複数の受電器に対する二次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図である。ここで、図８Ａは、例えば、磁界共鳴を利用して、１つの送電器１Ａにより、要望電力が異なる２つの受電器２Ａ，２Ｂにワイヤレス給電する様子を示す。
また、図８Ｂは、送電器１Ａ(送電共振コイル１１ａ)から、受電器２Ａ(受電共振コイル２１ａＡ)および受電器２Ｂ(受電共振コイル２１ａＢ)にワイヤレス給電する様子を示す。図８Ｃは、受電器２Ｂの共振点をずらして(デチューンして)、電力配分比を制御する手法を説明するためのものである。
なお、受電器２Ａは、例えば、要望電力が５Ｗの携帯電話を示し、受電器２Ｂは、例えば、要望電力が５０Ｗのノートパソコンを示す。また、説明を簡略化するために、携帯電話２ＡのＬＣ共振器(ワイヤレス受電部)およびノートパソコン２ＢのＬＣ共振器は、同じ仕様のものとする。さらに、図８Ｃにおいて、参照符号ＬＬ０は全体送電効率を示し、ＬＬＡは携帯電話２Ａの受電電力を示し、ＬＬＢはノートパソコン２Ｂの受電電力を示す。
ところで、複数の受電器への同時ワイヤレス給電を行う場合それぞれの受電器における受電電力量が異なるケースが多発すると考えられる。例えば、図８Ａに示されるように、要望電力が５Ｗの携帯電話と要望電力が５０Ｗのノートパソコン、或いは、同じ種類の受電器であっても、バッテリ残量によっては、要望電力が異なるケースも考えられる。
例えば、受電器２Ａ，２Ｂの位置や向き大きな差がない場合、同じ仕様の受電コイルが搭載されているとき、電力は等しく分配される。具体的に、携帯電話２Ａの受電共振コイルにおけるインダクタンスをＬA，キャパシタンスをＣAとし、ノートパソコン２Ｂの受電共振コイルにおけるインダクタンスをＬB，キャパシタンスをＣBとする。
このとき、図８Ｃにおける参照符号ＰＰ０で示されるように、そのままの状態(共振点ずらさない状態)では、Ｌ0Ｃ0＝ＬAＣA＝ＬBＣBが成立する。すなわち、図８Ｂにおけるそれぞれの共振周波数は、ｆ0＝ｆA＝ｆBの関係が成立する。
そのため、例えば、送電器１Ａからの送電電力が６８．７５Ｗで送電効率が８０％だと仮定すると、携帯電話２Ａおよびノートパソコン２Ｂは、両方とも２７．５Ｗの電力を受け取ることになる。
すなわち、図８Ａに示されるように、要望電力が１０倍異なる受電器２Ａと２Ｂであっても、例えば、５５Ｗの要望電力に相当する出力を送電器１Ａから出力した場合、受電器２Ａ，２Ｂ側では、それぞれ２７．５Ｗずつの電力を受電する結果となる。
このとき、携帯電話２Ａの要望電力は５Ｗで、ノートパソコン２Ｂの要望電力は５０Ｗであるため、携帯電話２Ａの受電共振コイルによる共振点をずらして受電効率(ηip)を低下させるように制御する。
例えば、図８Ｃの矢印ＭＡに示されるように、携帯電話２Ａの受電共振コイル２１ａＡにおける容量のキャパシタンスＣAを、受電効率が最大となる受電共振コイルの共振点からずらすために、小さく(または、大きく)なるように制御する。
すなわち、図８Ｃの矢印ＭＡのように、共振条件を意図的にずらす(キャパシタンスＣAをずらす)ことでＱ値を低下させ、携帯電話２Ａの受電電力ＬＬＡは、共振点(Ｐ０)の２７．５Ｗから次第に減少して、例えば、要望電力の５Ｗに設定することができる。
このとき、携帯電話２Ａが受電しなくなった電力は、そのほとんどがノートパソコン２Ｂの受電電力となる。すなわち、ノートパソコン２Ｂの受電電力ＬＬＢは、携帯電話２Ａの受電電力ＬＬＡの低下に応じて上昇し、無線電力伝送システムにおける全体送電効率ＬＬ０は、ほとんど低下しないことが分かる。
このように、共振条件を変えることで、具体的には、受電器２Ａの共振用コンデンサ(容量)２１２の容量値(キャパシタンスＣA)を変化させることで、結合が調整され、結果として、受電電力を所望の配分比に制御することが可能となる。
ここで、重要なこととして、共振条件を可変した受電器２Ａの効率は低下していても、システム全体の送受電効率はほぼ一定を保っており、受電器２Ａに到達していた電力を減らした分、受電器２Ｂへの電力が増加する。その結果、受電器２Ａ，２Ｂの一方だけの単体給電時と比べても、ほぼ同じ効率で全体(両方の受電器２Ａ，２Ｂ)に送電しつつ受電電力を所望の比に分配(配分)できることがわかる。
図９Ａは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の一例を説明するための図であり、複数の送電共振コイル(送電コイル)に与える電流および位相を制御して磁界の向きを変化させ、受電器２Ａ，２Ｂに伝送する電力を制御する方法を示す。
また、図９Ｂは、複数の受電器に対する三次元の無線電力伝送制御方法の他の例を説明するための図であり、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、受電器２Ａ，２Ｂに対する電力配分比を制御する方法を示す。
図９Ａおよび図９Ｂにおいて、受電器２Ａは、例えば、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂは、例えば、要望電力が１０Ｗのタブレットコンピュータ(タブレット)を示す。
また、１１ａＡおよび１１ａＢは、例えば、２個の直交する送電共振コイルを示し、これら送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢは、異なる送電器１Ａ，１Ｂとしてもよいが、１つの送電器に設けることもできるのは、前述した通りである。なお、以下の説明では、送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢを、異なる送電器１Ａ，１Ｂとして説明する。
例えば、受電器２Ａ(スマートフォン)の要望電力が２．５Ｗで受電器(タブレット)２Ｂの要望電力が１０Ｗの場合、その要望電力を考慮して送電器１Ａ，１Ｂにより同時給電するには、例えば、図９Ａおよび図９Ｂの制御方法が考えられる。
すなわち、図９Ａに示す制御方法は、送電器１Ａ，１Ｂから出力される磁界の強度および位相を制御して、受電器２Ａが２．５Ｗ受電し、受電器２Ｂが１０Ｗ受電するように、送電器１Ａ，１Ｂからの合成磁界を制御する。
ここで、磁界の強度の制御は、例えば、送電共振コイル１１ａＡの電流を大きくして送電共振コイル１１ａＢの電流を小さくし、合成磁界ＣＭＦの方向が、受電器２Ａの受電共振コイル２１ａＡを直角に近い方向となるようにする。
すなわち、図９Ａに示す制御方法は、送電器１Ａ，１Ｂから出力される磁界の強度および位相を制御して、受電器２Ａが２．５Ｗ受電し、受電器２Ｂが１０Ｗ受電するように、送電器１Ａ，１Ｂからの合成磁界ＣＭＦの方向(向き)を制御する。
次に、図９Ｂに示す制御方法は、送電器１Ａ，１Ｂから出力される磁界の強度および位相はそのままとし、図８Ａ〜図８Ｃを参照して説明したように、要望電力が小さい受電器２Ａの受電共振コイル(２１ａＡ)の共振点をずらすように制御する。すなわち、合成磁界ＣＭＦはそのままとして、受電器２Ａのデチューンを行うことで、電力配分比を制御する。
しかしながら、無線電力伝送(ワイヤレス給電)、特に、三次元ワイヤレス給電においては、例えば、複数の送電器の電流および位相制御、並びに、複数の受電器における電力配分比の制御は、様々なパラメータの調整を行うことが求められる。
具体的に、パラメータとしては、例えば、電力配分を実行する各受電器の共振条件、磁界を制御する各送電器の出力強度(電流強度)とその位相等があり、これらは、送電器および受電器の数が増加するのに従って膨大なものとなる。
すなわち、無限な時間があれば、全てのパラメータを変化させたシミュレーションやテスト送電を行って、最適条件を決めることはできるが、有限な時間(一定のリアルタイム性)が求められる実際の無線電力伝送では、最適条件を求めることは困難である。さらに、評価する送電効率は、上記パラメータに密接に関連しているため、実際の無線電力伝送システムにおいて、総当たりで最適化を探すのは現実的ではない。
以下、無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。ここで、本実施例は、少なくとも１つの送電器により複数の受電器に対する無線電力伝送を行う無線電力伝送システムに適用することができる。
以下の説明は、主として、磁界共鳴(磁界共振)を利用して２つの送電共振コイル(送電コイル)により複数(２〜５個)の受電器に対して無線で電力伝送を行う例を説明するが、送電共振コイルは３つ以上であってもよい。
また、１つの送電器が１つの送電共振コイルを有する場合は、送電共振コイルの数は送電器の数に一致するが、１つの送電器は、複数の送電共振コイルを含んでもよい。さらに、本実施例は、磁界共鳴ではなく、電界共鳴(電界共振)を利用した無線電力伝送システムに対しても同様に適用することができる。
まず、本実施例が適用される無線電力伝送システムの概要を説明する。本実施例が適用される無線電力伝送システムにおいて、それぞれの受電器は、共振系(受電共振コイル)のオン・オフが可能であり、これにより、各受電器の単体送電効率(ηi)を求めることが可能となっている。
この各受電器の単体送電効率は、選択した受電器が１つだけ配置され、他の受電器は不在、或いは、共振条件が著しく外れている場合における、各送電器の出力(強度比・位相)を最適化した際の効率を意味する。また、このとき、受電器との通信により、受電器が要望する要望電力を求めることができる。
なお、本実施例において、例えば、いずれかの送電器がマスタとしてシステム全体の制御を行ってもよいが、送電器ではなく、いずれかの受電器であってもよく、また、送電器自体ではなく、例えば、通信回線を介した別のコンピュータが制御を行うこともできる。
ここで、各受電器の単体送電電力ＰＴiは、その受電器に対する複数送電コイル(送電器)による単体送電効率ηi、その受電器Ｒiの要望電力(単体要望電力)をＰＲiとすると、次の式(ｉ)により算出することができる。
ＰＴi＝ＰＲi／ηi (ｉ)
また、本実施例が適用される無線電力伝送システムでは、全て受電器の共振系(受電共振系)をオフした後、特定の受電器の共振系のみをオンし、その特定の受電器のみに電力を伝送(第１電力伝送)することが可能となっている。これにより、それぞれの受電器に対して、時分割的に切り替えて順番に電力を伝送する時分割給電を行うことができる。
さらに、複数の送電共振コイルの電流(強度)および位相の制御を行うことにより、磁界(合成磁界)の向きを特定の方向に制御して同時に電力を伝送(第２電力伝送)することが可能となっている。これにより、多様な姿勢の受電器に対する無線電力伝送(三次元ワイヤレス給電)を行うことができる。
また、それぞれの受電器の共振系(受電共振コイル)において、共振点をずらすことにより、全体の効率を維持しつつ、その共振点をずらした特定の受電器の受電電力を低下(デチューン)させることも可能となっている。このように、同じ合成磁界においても、特定の受電器の受電電力をデチューンして電力配分比を所望の比率に調整して同時に電力を伝送(第３電力伝送)することもできる。
そして、本実施例の無線電力伝送システムでは、上述した式(ｉ)により算出したそれぞれの受電器の単体送電電力ＰＴiにおいて、最大となる最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixを選択する。この最大単体送電電力ＰＴixに基づいて電力を伝送(第４電力伝送)するようになっている。これにより、複数の受電器に対する全体的な送電効率を向上させることが可能になる。
なお、本実施例では、例えば、無線電力伝送システムに含まれるそれぞれの受電器には、優先順位がないものとして扱っている。すなわち、以下の説明では、例えば、職場において、出張する従業員が携帯するノートパソコン(受電器)を優先して充電する場合には、直ちに、そのノートパソコンに対する送電を開始するといった処理を行わない場合が想定されている。
また、本実施例の無線電力伝送制御方法では、例えば、第１電力伝送を用いて、各受電器を個別に取り扱うことで、処理(制御)を単純化する。さらに、第４電力伝送を用いて、受電器の単体送電電力ＰＴiが最大となる最大単体送電電力ＰＴixの第１受電器を選別(規定)し、システム全体の送電効率を向上させる。
そして、選別された第１受電器に基づいて、各送電器(送電共振コイル)の電流および位相制御を制御し、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、例えば、その受電共振コイルの共振点を意図的にずらしてデチューンを行う。
なお、受電電力が所定の大きさに満たない受電器に対しては、例えば、その受電器の共振系をオフして受電を停止し、次の機会、例えば、第１受電器に対する給電が完了した後等において、給電を行う。
さらに、第１受電器の最大単体送電電力ＰＴixに近い(例えば、ＰＴixの９０％以上)受電器に対しては、第１受電器と共に、受電器グループとしてグループ化し、その受電器グループに含まれる受電器に対して、複数の送電コイルを制御して同時に電力を伝送する。
なお、第１受電器とグループ化する受電器の単体送電電力ＰＴiを第１受電器の最大単体送電電力ＰＴixの所定比率(９０％＝α)以上とするのは、単なる例であり、様々な比率に設定可能である。
このようにして、複数の送電器による合成磁界の向きが決定した後、受電器グループに含まれる複数の受電器において、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、デチューンを行う。また、受電電力が所定の大きさに満たない受電器に対しては、例えば、その受電器の共振系をオフして受電を停止する。
さらに、受電器グループに含まれない受電器においても、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、デチューンを行う。また、受電電力が所定の大きさに満たない受電器に対しては、例えば、その受電器の共振系をオフして受電を停止する。
ここで、受電器グループに含まれる受電器に対して同時に電力を伝送すると、各受電器の受電効率ηipが所定の比率(例えば、１０％＝β)以上得られないときには、受電器グループを分割する。例えば、ｍを２以上の整数として、送電コイル(送電器)がｍ個のとき、ｍ個の送電コイルをｍ次元のベクトルとして処理することで、受電器グループの分割を行う。
なお、ｍ次元のベクトルは、ｍ個の送電コイルからの位相を、同相と逆相の２方向だけで処理してもよい。これは、受電器グループまたは分割された受電器グループに含まれるそれぞれの受電器の単体送電電力はほぼ等しい(例えば、ＰＴixの９０％以上)ため、電力で規格化されていると考えることがで、位相の向きだけを考慮すればよいからである。
その結果、送電器(送電共振コイル)の電流は、大きさが規格化されたベクトルとみなすことができ、例えば、４つの送電共振コイルの電流Ｐ１〜Ｐ４は、Ｐ１(I11,I12,I13)，Ｐ２(I21,I22,I23)，Ｐ３(I31,I32,I33)，Ｐ４(I41,I42,I43)と表すことができる。
また、ｍ次元のベクトルのうち、任意の(或る)１つのベクトルと他のベクトルのなす角度でベクトル角を計算する。そして、ｎを２以上の整数として、受電器グループをｎ分割するとき、ｎが大きくなるに従って角度が狭くなる範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類することができる。
具体的に、ｎ＝２(２分割)のときには、９０°÷２＝４５°の範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類する。また、２分割しても、受電器グループに含まれる受電器の受電効率ηipが所定の比率(例えば、１０％＝β)以上得られないときには、例えば、ｎ＋１(＝３：３分割)する。３分割のときには、９０°÷３＝３０°の範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類することになる。
なお、受電器グループを分割する場合、２分割のときには４５°の範囲とし、並びに、３分割のときには３０°の範囲とするのは、単なる例であり、様々な角度に設定することができるのはいうまでもない。
図１０Ａ〜図１０Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第１処理例を説明するための図である。図１０Ａと図９Ａおよび図９Ｂの比較から明らかなように、図１０Ａ〜図１０Ｅでは、図９Ａおよび図９Ｂと同様に、直交する２つの送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢ(送電器１Ａ，１Ｂ)および２つの受電器２Ａ，２Ｂが設けられている。
なお、送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢは、異なる送電器１Ａ，１Ｂに設けられたものとして説明するが、１つの送電器に２つの送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢが設けられていてもよい。また、受電器２Ａは、例えば、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂは、例えば、要望電力が１０Ｗのタブレット(タブレットコンピュータ)を示す。
まず、図１０Ｂに示されるように、受電器２Ａ(スマートフォン)だけに対する単体送電電力ＰＴAを求める。すなわち、受電器(タブレット)２Ｂの受電共振コイル２１ｂＢ(受電共振系，共振系)をオフして受電器２Ａだけオンとし、この受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAを求める。
具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比(強度比)を１：２とし、受電器２Ａの単体送電効率ηAを６０％とすると、受電器２Ａの要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAは、ＰＴA＝２．５÷０．６≒４．２[Ｗ]となる。
次に、図１０Ｃに示されるように、受電器２Ｂだけに対する単体送電電力ＰＴBを求める。すなわち、受電器２Ａの共振系をオフして受電器２Ｂだけオンとし、この受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBを求める。
具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を２：１とし、受電器２Ｂの単体送電効率ηBを６０％とすると、受電器２Ｂの要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBは、ＰＴB＝１０÷０．６≒１６．７[Ｗ]となる。従って、単体送電電力が最大となる受電器は、４．２＜１６．７なので、受電器２Ｂとなり、最大単体送電電力ＰＴixは、ほぼ１６．７Ｗとなる。
これにより、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は２：１となり、送電器１Ａ，１Ｂによる合成磁界の方向(向き)が決められる。このとき、図１０Ｄに示されるように、２つの受電器２Ａ，２Ｂに対して送電を行うと、例えば、受電器２Ａの受電効率は８％で、受電器２Ｂの受電効率は、５０％となる。
そこで、受電器２Ｂの受電電力１０Ｗにするために、送電器１Ａ，１Ｂによる送電電力を２０Ｗにすると、受電器２Ａの受電電力は、２０×０．８＝１．６[Ｗ]となり、受電器２Ａの要望電力である２．５Ｗに満たない。
このとき、本第１処理例では、例えば、受電器２Ｂのデチューン(第３電力伝送)を行うことなく、そのままの状態(受電器２Ａの受電電力が１．６Ｗの状態)で同時給電を行う。すなわち、図１０Ｅに示されるように、送電器１Ａ，１Ｂの出力比は２：１、受電器２Ａの受電電力は１．６Ｗ、受電器２Ｂの受電電力は１０Ｗ、そして、全体の送電効率は５８％となる。なお、例えば、受電器２Ｂに対する給電が完了した場合には、その受電器２Ｂの共振系(受電共振コイル２１ａＢ)がオフされて、上述した処理が繰り返されることになる。
図１１Ａ〜図１１Ｅは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第２処理例を説明するための図であり、本第２処理例は、上述した第１処理例と異なり、デチューンを行うようになっている。なお、図１１Ａ〜図１１Ｅでも、直交する２つの送電器１Ａ，１Ｂ(送電共振コイル１１ａＡ，１１ａＢ)および２つの受電器２Ａ，２Ｂが設けられている。
また、上述した第１処理例と同様に、受電器２Ａは、要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂは、要望電力が１０Ｗのタブレットを示す。ただし、図１１Ａに示されるように、受電器２Ａ，２Ｂは、平行で距離が異なるように配置されている。
まず、図１１Ｂに示されるように、受電器(タブレット)２Ｂの共振系をオフして受電器２Ａ(スマートフォン)だけオンとし、この受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAを求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ａの単体送電効率ηAを１０％とすると、受電器２Ａの要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａの単体送電電力ＰＴAは、ＰＴA＝２．５÷０．１＝２５[Ｗ]となる。
次に、図１１Ｃに示されるように、受電器２Ａの共振系をオフして受電器２Ｂだけオンとし、この受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBを求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ｂの単体送電効率ηBを８０％とすると、受電器２Ｂの要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂの単体送電電力ＰＴBは、ＰＴB＝１０÷０．８＝１２．５[Ｗ]となる。従って、単体送電電力が最大となる受電器は、２５＞１２．５なので、受電器２Ａとなり、最大単体送電電力ＰＴixは、２５Ｗとなる。
これにより、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は１：１となり、送電器１Ａ，１Ｂによる合成磁界の方向が決められる。このとき、図１１Ｄに示されるように、２つの受電器２Ａ，２Ｂに対して送電を行うと、例えば、受電器２Ａの受電効率は８％で、受電器２Ｂの受電効率は、６０％となる。
そこで、受電器２Ａの受電電力２．５Ｗにするために、送電器１Ａ，１Ｂによる送電電力を３１．３Ｗにすると、受電器２Ｂの受電電力は、３１．３×０．６≒１８．８[Ｗ]となり、受電器２Ｂの要望電力である１０Ｗを超過してしまう。
このとき、本第２処理例では、図１１Ｅに示されるように、受電器２Ｂの共振条件を意図的にずらして受電電力を調整する。すなわち、例えば、受電器２Ｂにおける受電共振コイル(２１ａＢ)における容量(例えば、図５Ａにおける容量２１２)のキャパシタンスを大きく(または、小さく)して共振点からずらして受電電力が１０Ｗになるまでデチューンを行う。これにより、例えば、送電器１Ａ，１Ｂの出力比は１：１、受電器２Ａの受電電力は２．５Ｗ、受電器２Ｂの受電電力は１０Ｗ、そして、全体の送電効率は４５％となる。
図１２Ａ〜図１２Ｉは、本実施例の無線電力伝送制御方法における第３処理例を説明するための図である。図１２Ａに示されるように、本第３処理例では、直交する２つの送電器１Ａ，１Ｂおよび５つの受電器２Ａ１〜２Ａ３，２Ｂ１，２Ｂ２が設けられている。
なお、受電器２Ａ１〜２Ａ３は、それぞれ要望電力が２．５Ｗのスマートフォンを示し、受電器２Ｂ１，２Ｂ２は、それぞれ要望電力が１０Ｗのタブレットを示す。まず、図１２Ｂに示されるように、受電器２Ａ１だけに対する単体送電電力ＰＴA1を求める。
すなわち、受電器２Ａ２，２Ａ３および受電器２Ｂ１，２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ａ１だけオンとし、この受電器２Ａ１の単体送電電力ＰＴA1を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ａ１の単体送電効率ηA1を２０％とすると、受電器２Ａ１の要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａ１の単体送電電力ＰＴA1は、ＰＴA1＝２．５÷０．２＝１２．５[Ｗ]となる。
次に、図１２Ｃに示されるように、受電器２Ａ１，２Ａ３および受電器２Ｂ１，２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ａ２だけオンとし、この受電器２Ａ２の単体送電電力ＰＴA2を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａを止めて送電器１Ｂだけを動作させ、出力比を０：１とし、受電器２Ａ２の単体送電効率ηA2を９０％とする。このとき、受電器２Ａ２の要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａ２の単体送電電力ＰＴA2は、ＰＴA2＝２．５÷０．９≒２．８[Ｗ]となる。
さらに、図１２Ｄに示されるように、受電器２Ａ１，２Ａ２および受電器２Ｂ１，２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ａ３だけオンとし、この受電器２Ａ３の単体送電電力ＰＴA3を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを逆相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ａ３の単体送電効率ηA3を５０％とすると、受電器２Ａ３の要望電力が２．５Ｗなので、受電器２Ａ３の単体送電電力ＰＴA3は、ＰＴA3＝２．５÷０．５≒５．０[Ｗ]となる。
また、図１２Ｅに示されるように、受電器２Ａ１〜２Ａ３および受電器２Ｂ２の共振系をオフして受電器２Ｂ１だけオンとし、この受電器２Ｂ１の単体送電電力ＰＴB1を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ｂ１の単体送電効率ηB1を６０％とすると、受電器２Ｂ１の要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂ１の単体送電電力ＰＴB1は、ＰＴB1＝１０÷０．６≒１６．７[Ｗ]となる。
さらに、図１２Ｆに示されるように、受電器２Ａ１〜２Ａ３および受電器２Ｂ１の共振系をオフして受電器２Ｂ２だけオンとし、この受電器２Ｂ２の単体送電電力ＰＴB2を求める。具体的に、例えば、送電器１Ａ，１Ｂを同相出力で、出力比を１：１とし、受電器２Ｂ２の単体送電効率ηB2を６０％とすると、受電器２Ｂ２の要望電力が１０Ｗなので、受電器２Ｂ２の単体送電電力ＰＴB2は、ＰＴB2＝１０÷０．６≒１６．７[Ｗ]となる。
従って、単体送電電力が最大となる受電器は、１６．７＞１２．５＞５＞２．８なので、受電器２Ｂ１および２Ｂ２が共に最大となり、最大単体送電電力ＰＴixは、ほぼ１６．７Ｗとなる。
これにより、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は１：１となり、送電器１Ａ，１Ｂによる合成磁界の方向が決められる。ここで、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の単体送電電力ＰＴB1，ＰＴB2は、ほぼ１６．７Ｗで等しく、最大単体送電電力ＰＴixの所定比率(例えば、９０％＝α)以上となる。
そこで、図１２Ｇに示されるように、２つの受電器２Ｂ１，２Ｂ２を受電器グループとしてグループ化し、その受電器グループに含まれる２つの受電器２Ｂ１，２Ｂ２に対して、送電器１Ａ，１Ｂを制御して同時に電力を伝送する。ここで、例えば、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の受電効率が２５％とすると、送電器１Ａ，１Ｂの送電電力を４０Ｗとすることにより、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の受電電力を１０Ｗとすることができる。
図１２Ｈに示されるように、例えば、受電器２Ａ１の受電効率は５％、受電器２Ａ２の受電効率は３０％、受電器２Ａ３の受電効率は０％とすると、受電器２Ａ１の受電電力は２Ｗ、受電器２Ａ２の受電電力は１２Ｗ、受電器２Ａ３の受電電力は０Ｗとなる。
すなわち、受電器２Ａ２の受電電力は、１２Ｗとなって、要望電力２．５Ｗを超過するため、デチューンを行って２．５Ｗまで低減する。なお、受電器２Ａ１の受電効率は５％で、所定の受電効率(例えば、１０％＝β)以上の効率が得られないため、給電不足として共振系をオフして給電を停止する。また、受電器２Ａ３の受電電力は０Ｗなので、給電停止(無給電)となる。
これにより、図１２Ｉに示されるように、送電器１Ａ，１Ｂは、同相出力で、その出力比は１：１となり、受電器２Ｂ１，２Ｂ２の受電効率は３０％、受電器２Ａ１の受電効率は５％、受電器２Ａ２の受電効率は７．５％、受電器２Ａ３の受電電力は０Ｗとなる。
なお、例えば、受電器グループに含まれない受電器においても、受電電力が要望電力よりも大きい受電器に対しては、デチューンを行ってもよい。また、前述したように、受電器グループに含まれる受電器に対して同時に電力を伝送すると、所定の受電効率(例えば、１０％＝β)以上得られないときには、受電器グループを分割することができる。
例えば、ｍを２以上の整数として、送電コイル(送電器)がｍ個のとき、ｍ個の送電コイルをｍ次元のベクトルとして処理することで、受電器グループの分割を行う。また、ｍ次元のベクトルは、ｍ個の送電コイルからの位相を、同相と逆相の２方向だけで処理してもよい。
また、ｍ次元のベクトルのうち、任意の１つのベクトルと他のベクトルのなす角度でベクトル角を計算する。そして、ｎを２以上の整数として、受電器グループをｎ分割するとき、ｎが大きくなるに従って角度が狭くなる範囲に含まれるベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類することもできる。
すなわち、最大単体送電電力の受電器を含む受電器グループにおいて、その受電器グループに含まれる複数の受電器に対して、要望電力と同じ比率となるように送電器の出力を制御する。
その際、受電器グループの全ての受電器に対して、所定の効率(β)が得られない場合は、受電器グループを２分割して同様の処理を行い、さらに、その分割されたグループの全ての受電器でも所定の効率が得られない場合には、３分割する。このような処理を繰り返して、所定の効率が得られるまで、受電器グループの分割を行ってもよい。
図１３は、本実施例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１３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３における高周波電源部１２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を制御し、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。
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(送電コイル)１１ａ１，１１ａ２がＬ字状に固定され)、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。
ここで、前述した本実施例の無線電力伝送制御方法は、例えば、無線電力伝送システム全体を制御する送電器１Ａにおける送電制御部(制御装置：コンピュータ)１３Ａにより実行されるプログラムとして実施することも可能である。
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。
ここで、送電器１Ａ，１Ｂの通信回路部１４Ａ，１４Ｂ、並びに、受電器２Ａ，２Ｂの通信回路部２４Ａ，２４Ｂを介した通信により、同時送電と時分割送電の切り替え、並びに、同時送電における電力配分比調整等の制御を行う。
具体的に、例えば、送電器１Ａの通信回路部１４Ａおよび受電器２Ａ，２Ｂの通信回路部２４Ａ，２４Ｂを介して、それぞれの受電器２Ａ，２ＢにおけるＱ値を、無線電力伝送の制御を行うマスタ(例えば、送電器１Ａ)に通信で伝える。
また、同時給電を行う場合、例えば、送電器１Ａの通信回路部１４Ａおよび受電器２Ｂの通信回路部２４Ｂを介して、受電器２Ｂの受電共振コイル(受電コイル)における容量のキャパシタンス(ＣA)を共振点からずらし、電力配分比の調整を行う。具体的に、前述した図５Ａに示す受電共振コイル２１ａにおける容量２１２のキャパシタンスの値を制御して、受電器２Ａ，２Ｂの電力配分比を調整する。
さらに、時分割給電を行う場合、例えば、送電器１Ａの通信回路部１４Ａおよび受電器２Ａ，２Ｂの通信回路部２４Ａ，２４Ｂを介して、ワイヤレス給電を行う受電器の切り替えを行う。
具体的に、例えば、前述した図５Ａに示す受電共振コイル２１ａにおけるスイッチ２１３を制御して、ワイヤレス給電を行う受電器のスイッチ２１３だけを順にオンするように制御する。或いは、例えば、前述した図５Ｂに示す受電共振コイル２１ａにおけるスイッチ２１３を制御して、ワイヤレス給電を行う受電器のスイッチ２１３だけを順にオフするように制御する。
なお、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１４Ａ〜図１４Ｄは、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例を説明するためのフローチャートである。まず、本実施例の無線電力伝送制御方法の処理の一例が開始すると、ステップＳＴ８において、受電器側で給電トリガが入力され、ステップＳＴ９で、受電器から送電器へ通信を介して伝達され、ステップＳＴ１に進む。
ステップＳＴ１において、送電器は、受電器からの給電トリガ(給電を要望する信号)を受け取り、ステップＳＴ２に進んで、受電器をサーチする。すなわち、受電器側では、それぞれの受電器が、送電器からの受電器サーチ信号を受けて、ステップＳＴ１０において、送電器へ応答(情報１を伝達)する。この情報１には、例えば、各受電器が要望する要望電力および受電器の位置や姿勢といった情報が含まれる。
送電器側では、ステップＳＴ３受電において、受電器からの情報１を確認し、ステップ４に進んで、情報１を用いて各受電器Ｒiの単体効率(単体送電効率)ηiを算出する。これは、前述したように、例えば、ηを求める受電器の受電共振コイル(共振系)だけをオンし、それ以外の受電器の共振系をオフして全ての受電器Ｒiに対して順番に行う。
さらに、ステップ５に進んで、各受電器Ｒiにおける単体効率ηiと要望電力(単体要望電力)ＰＲiから、単体送電電力ＰＴiを算出する。すなわち、前述したように、ＰＴi＝ＰＲi／ηiから、それぞれの受電器Ｒiの単体送電電力ＰＴiを算出し、ステップＳＴ６に進んで、ＰＴiが最大となる最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixを選択する。
次に、ステップＳＴ７に進んで、最大単体送電電力ＰＴixに対して、所定比率α(例えば、９０％)以上となる単体送電電力ＰＴiの受電器Ｒiを選択し、ステップＳＴ１１に進む。
ステップＳＴ１１では、ＰＴix・α≦ＰＴi(例えば、ＰＴix×０．９≦ＰＴi)となるＰＴiの受電器Ｒiが存在するかどうかを判定する。ステップＳＴ１１において、ＰＴix・α≦ＰＴiとなる少なくとも１つの受電器Ｒiが存在すると判定(ＮＯ)すると、ステップＳＴ２５(分岐ＢＢ)に進み、１つも存在しないと判定(ＹＥＳ)するステップＳＴ１２に進む。
ステップＳＴ１２では、最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixに最適な磁界を決定する。これにより、各送電器における出力の強度比および位相が確定し、出力の絶対値のみ未確定となっている。
さらに、ステップＳＴ１３に進んで、情報１を用いて各受電器Ｒiの効率(単体送電効率)ηiを算出してステップＳＴ１４に進み、全ての受電器の受電効率ηipが所定の比率(例えば、１０％＝β)以上かどうかを判定する。
ステップＳＴ１４で、全ての受電器の受電効率ηipが所定の比率以上(ηip≧β)であると判定すると、ステップＳＴ１８に進んで、同時給電条件下において、受電器(第１受電器)Ｒixが要望電力を得られる送電出力Ｐを決定して、ステップＳＴ１９に進む。
ステップＳＴ１９では、各受電器において、それぞれの受電器の要望電力ＰＲiが実際に給電される電力(Ｐ・ηip)以上であるかどうかを判定する。ステップＳＴ１９において、ＰＲi≧Ｐ・ηipである、すなわち、全ての受電器Ｒiで、過剰な給電にはならないと判定すると、ステップＳＴ２０に進んで、送電出力Ｐにより送電を開始する。
一方、ステップＳＴ１９において、全ての受電器ＲiでＰＲi≧Ｐ・ηipとはならない、すなわち、少なくとも１つの受電器(Ｒid)の給電が過剰になると判定すると、ステップＳＴ２１に進む。
ステップＳＴ２１では、ＰＲi＜Ｐ・ηipとなる各受電器Ｒdiにおいて、ＰＲi＝Ｐ・ηip'となるデチューン条件を算出し、そのデチューン条件を各受電器Ｒdiに対して通信を介して伝達して、ステップＳＴ２２に進む。
ステップＳＴ２２では、同時給電条件およびデチューン下において、受電器Ｒixが要望電力を得られる送電出力Ｐ'を決定し、ステップＳＴ２３に進んで、その送電出力Ｐ'により送電を開始する。
なお、受電器(Ｒdi)側では、ステップＳＴ２４において、ステップＳＴ２１で算出されたデチューン条件に基づいてデチューンを行う。この受電器Ｒdiにおけるデチューンは、例えば、図１２Ｈを参照して説明した受電器２Ａ２のデチューン処理に相当する。
次に、ステップＳＴ１４において、全ての受電器の受電効率ηipが所定の比率以上(ηip≧β)ではない、すなわち、受電効率ηipが所定の比率よりも小さい(ηip＜β)受電器が少なくとも１つ存在すると判定した場合には、ステップＳＴ１５に進む。
ステップＳＴ１５では、ηip≧βとなる受電器Ｒinを選択し、その受電器Ｒinの共振をオフする指示を出力して、ステップＳＴ１６に進む。なお、受電器(Ｒin)側では、ステップＳＴ１７において、ステップＳＴ１５による指示に基づいて、受電器Ｒinの受電共振コイル(共振系)をオフする。この受電器Ｒinにおける共振系のオフは、例えば、図１２Ｈを参照して説明した受電器２Ａ１の共振系をオフして給電を停止する処理に相当する。
ステップＳＴ１６では、ηip≧βとなる受電器Ｒinを除く受電器Ｒiに対して、情報１を用いて各受電器Ｒiのそれぞれの受電効率ηipを算出して、ステップＳＴ１８に進み、上述したのと同様の処理を行う。
前述したように、ステップＳＴ１１において、ＰＴix・α≦ＰＴiとなる受電器Ｒiが少なくとも１つ存在すると判定(ＮＯ)すると、ステップＳＴ２５(分岐ＢＢ)に進む。ステップＳＴ２５では、ＰＴix・α≦ＰＴiを満たす複数のＲix'に対して、ＰＲiの比を保つことのできる磁界を算出する。
ここで、ＰＴix・α≦ＰＴiとなる受電器(受電器グループ)Ｒix'には、最大単体送電電力ＰＴixの受電器(第１受電器)Ｒixが含まれるため、Ｒix'の数は、複数(少なくとも２つ)となる。
さらに、ステップＳＴ２６に進んで、各受電器Ｒix'において、全ての受電器の単体送電効率(効率)ηix'所定の値(γ)以上かどうかを判定し、全ての受電器が、ηix'≧γであると判定すると、ステップＳＴ２７に進む。
ステップＳＴ２７では、前述したステップＳＴ１２と同様に、各送電器における出力の強度比および位相が確定し、出力の絶対値のみ未確定となっており、ステップＳＴ１３(合流ＣＣ)に進んで、上述したのと同様の処理を行う。
一方、ステップＳＴ２６において、少なくとも１つの受電器が、ηix'＜γであると判定すると、ステップＳＴ２８に進んで、受電器グループＲix'を分割し、ステップＳＴ２９に進んで、同時給電対象の受電器Ｒiを新たにＲix'として、ステップＳＴ２７に進む。
なお、この受電器グループＲix'の分割処理、並びに、図１４Ａ〜図１４Ｄのフローチャートを参照して説明した処理は、単なる例であり、様々な変形および変更が可能なのはいうまでもない。
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に対しても適用することができる。
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）
複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、複数の前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、少なくとも２つの前記受電器に同時に伝送する無線電力伝送制御方法であって、
複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、
前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出し、
前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器を選択し、
前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する、
ことを特徴とする無線電力伝送制御方法。
（付記２）
複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、複数の前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、それぞれの前記受電器に伝送する無線電力伝送制御方法であって、
それぞれの前記受電器の送電効率に基づいて、特定の受電器のみに対して電力を伝送する第１電力伝送と、
複数の前記送電コイルを制御し、磁界または電界の向きを変化させて、前記受電器に対して電力を伝送する第２電力伝送と、
電力を受け取る少なくとも２つの前記受電器において、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、少なくとも２つの前記受電器に対して電力を伝送する第３電力伝送と、
複数の前記受電器において、それぞれの単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器に基づいて電力を伝送する第４電力伝送と、を有し、
前記第１，第２，第３および第４電力伝送を制御して、複数の前記受電器に対する電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送制御方法。
（付記３）
前記第１電力伝送は、それぞれの前記受電器に対して、時分割的に切り替えて順番に電力を伝送し、
前記第２電力伝送は、複数の前記送電コイルの電流および位相を制御し、磁界または電界の向きを変化させて、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送し、そして、
前記第３電力伝送は、受電電力を低下させる前記受電器における受電共振コイルの共振点をずらして、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送する、
ことを特徴とする付記２に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記４）
前記第４電力伝送は、
複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、
前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出し、
前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の前記第１受電器を選択し、
前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する、
ことを特徴とする付記２または付記３に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記５）
前記最大単体送電電力に対して、所定比率以上の単体送電電力の受電器が少なくとも１つ存在するとき、単体送電電力が前記最大単体送電電力の所定比率以上の前記受電器と前記第１受電器を受電器グループとしてグループ化し、
前記受電器グループに含まれる少なくとも２つの受電器に対して、複数の前記送電コイルを制御して同時に電力を伝送する、
ことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記６）
前記受電器グループに含まれる少なくとも２つの受電器に対して同時に電力を伝送すると、所定の受電効率以上の効率が得られないとき、前記受電器グループを分割する、
ことを特徴とする付記５に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記７）
前記受電器グループの分割は、ｍを２以上の整数として、前記送電コイルがｍ個のとき、ｍ個の前記送電コイルをｍ次元のベクトルとして処理することにより行う、
ことを特徴とする付記６に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記８）
前記ｍ次元のベクトルは、ｍ個の前記送電コイルからの位相を、同相および逆相のみで処理する、
ことを特徴とする付記７に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記９）
前記ｍ次元のベクトルのうち、或る１つのベクトルと他のベクトルのなす角度でベクトル角を計算し、
ｎを２以上の整数として、前記受電器グループをｎ分割するとき、ｎが大きくなるに従って角度が狭くなる範囲に含まれる前記ベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類する、
ことを特徴とする付記８に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記１０）
前記受電器グループをｎ分割するとき、９０°をｎで除算した角度の範囲に含まれる前記ベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類する、
ことを特徴とする付記９に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記１１）
同時に電力を伝送する複数の前記受電器において、それぞれの受電電力が、その受電器が要望する要望電力を超える受電器では、その受電共振系のＱ値を可変して受電電力を制御する、
ことを特徴とする付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記１２）
同時に電力を伝送する複数の前記受電器において、それぞれの受電電力が所定の値に達しない受電器では、受電共振系をオフして受電を停止する、
ことを特徴とする付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
（付記１３）
複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、それぞれの前記受電器に伝送する無線電力伝送システムであって、
それぞれの前記受電器の送電効率に基づいて、特定の受電器のみに対して電力を伝送する第１電力伝送と、
複数の前記送電コイルを制御し、磁界または電界の向きを変化させて、前記受電器に対して電力を伝送する第２電力伝送と、
電力を受け取る少なくとも２つの前記受電器において、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、少なくとも２つの前記受電器に対して電力を伝送する第３電力伝送と、
複数の前記受電器において、それぞれの単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器に基づいて電力を伝送する第４電力伝送と、を有し、
前記第１，第２，第３および第４電力伝送を制御して、複数の前記受電器に対する電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
（付記１４）
前記第１電力伝送は、それぞれの前記受電器に対して、時分割的に切り替えて順番に電力を伝送し、
前記第２電力伝送は、複数の前記送電コイルの電流および位相を制御し、磁界または電界の向きを変化させて、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送し、そして、
前記第３電力伝送は、受電電力を低下させる前記受電器における受電共振コイルの共振点をずらして、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送する、
ことを特徴とする付記１３に記載の無線電力伝送システム。
（付記１５）
前記第４電力伝送は、
複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、
前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出し、
前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の前記第１受電器を選択し、
前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する、
ことを特徴とする付記１３または付記１４に記載の無線電力伝送システム。
（付記１６）
複数の送電コイルと、複数の受電器と、前記送電コイルからの電力を，磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線によりそれぞれの前記受電器に伝送するように制御する制御装置と、を含む無線電力伝送システムの制御プログラムであって、
前記制御装置に、
複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求める工程と、
前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出する工程と、
前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器を規定する工程と、
前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する工程と、を実行させる、
ことを特徴とする無線電力伝送システムの制御プログラム。
１ 送電器(一次側：送電側)
１Ａ，１Ｂ 送電器
２ 受電器(二次側：受電側)
２Ａ，２Ｂ，２Ａ１〜２Ａ３，２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｃ１，２Ｃ２ 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(送電コイル：第２コイル：ＬＣ共振器)
１１ｂ 電力供給コイル(第１コイル)
１２，１２Ａ，１２Ｂ 高周波電源部
１３，１３Ｂ 送電制御部
１３Ａ 送電制御部(制御装置)
１４，１４Ａ，１４Ｂ 通信回路部(第１通信回路部)
２１，２１Ａ，２１Ｂ ワイヤレス受電部
２１ａ，２１ａＡ，２１ａＢ 受電共振コイル(受電コイル：第３コイル：ＬＣ共振器)
２１ｂ 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
２４，２４Ａ，２４Ｂ 通信回路部(第２通信回路部)
２５，２５Ａ，２５Ｂ バッテリ部(機器本体，負荷)

Claims (16)

  1. 複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、複数の前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、少なくとも２つの前記受電器に同時に伝送する無線電力伝送制御方法であって、
    複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、
    前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出し、
    前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器を選択し、
    前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する、
    ことを特徴とする無線電力伝送制御方法。
  2. 複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、複数の前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、それぞれの前記受電器に伝送する無線電力伝送制御方法であって、
    それぞれの前記受電器の送電効率に基づいて、特定の受電器のみに対して電力を伝送する第１電力伝送と、
    複数の前記送電コイルを制御し、磁界または電界の向きを変化させて、前記受電器に対して電力を伝送する第２電力伝送と、
    電力を受け取る少なくとも２つの前記受電器において、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、少なくとも２つの前記受電器に対して電力を伝送する第３電力伝送と、
    複数の前記受電器において、それぞれの単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器に基づいて電力を伝送する第４電力伝送と、を有し、
    前記第１，第２，第３および第４電力伝送を制御して、複数の前記受電器に対する電力伝送を行う、
    ことを特徴とする無線電力伝送制御方法。
  3. 前記第１電力伝送は、それぞれの前記受電器に対して、時分割的に切り替えて順番に電力を伝送し、
    前記第２電力伝送は、複数の前記送電コイルの電流および位相を制御し、磁界または電界の向きを変化させて、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送し、そして、
    前記第３電力伝送は、受電電力を低下させる前記受電器における受電共振コイルの共振点をずらして、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送する、
    ことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送制御方法。
  4. 前記第４電力伝送は、
    複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、
    前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出し、
    前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の前記第１受電器を選択し、
    前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する、
    ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の無線電力伝送制御方法。
  5. 前記最大単体送電電力に対して、所定比率以上の単体送電電力の受電器が少なくとも１つ存在するとき、単体送電電力が前記最大単体送電電力の所定比率以上の前記受電器と前記第１受電器を受電器グループとしてグループ化し、
    前記受電器グループに含まれる少なくとも２つの受電器に対して、複数の前記送電コイルを制御して同時に電力を伝送する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
  6. 前記受電器グループに含まれる少なくとも２つの受電器に対して同時に電力を伝送すると、所定の受電効率以上の効率が得られないとき、前記受電器グループを分割する、
    ことを特徴とする請求項５に記載の無線電力伝送制御方法。
  7. 前記受電器グループの分割は、ｍを２以上の整数として、前記送電コイルがｍ個のとき、ｍ個の前記送電コイルをｍ次元のベクトルとして処理することにより行う、
    ことを特徴とする請求項６に記載の無線電力伝送制御方法。
  8. 前記ｍ次元のベクトルは、ｍ個の前記送電コイルからの位相を、同相および逆相のみで処理する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の無線電力伝送制御方法。
  9. 前記ｍ次元のベクトルのうち、或る１つのベクトルと他のベクトルのなす角度でベクトル角を計算し、
    ｎを２以上の整数として、前記受電器グループをｎ分割するとき、ｎが大きくなるに従って角度が狭くなる範囲に含まれる前記ベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の無線電力伝送制御方法。
  10. 前記受電器グループをｎ分割するとき、９０°をｎで除算した角度の範囲に含まれる前記ベクトル角の受電器を、分割された受電器グループに分類する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送制御方法。
  11. 同時に電力を伝送する複数の前記受電器において、それぞれの受電電力が、その受電器が要望する要望電力を超える受電器では、その受電共振系のＱ値を可変して受電電力を制御する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
  12. 同時に電力を伝送する複数の前記受電器において、それぞれの受電電力が所定の値に達しない受電器では、受電共振系をオフして受電を停止する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
  13. 複数の送電コイル、および、複数の受電器を含み、前記送電コイルからの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により、それぞれの前記受電器に伝送する無線電力伝送システムであって、
    それぞれの前記受電器の送電効率に基づいて、特定の受電器のみに対して電力を伝送する第１電力伝送と、
    複数の前記送電コイルを制御し、磁界または電界の向きを変化させて、前記受電器に対して電力を伝送する第２電力伝送と、
    電力を受け取る少なくとも２つの前記受電器において、全体的な送電効率を維持しつつ、少なくとも１つの受電器の受電電力を低下させて、少なくとも２つの前記受電器に対して電力を伝送する第３電力伝送と、
    複数の前記受電器において、それぞれの単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器に基づいて電力を伝送する第４電力伝送と、を有し、
    前記第１，第２，第３および第４電力伝送を制御して、複数の前記受電器に対する電力伝送を行う、
    ことを特徴とする無線電力伝送システム。
  14. 前記第１電力伝送は、それぞれの前記受電器に対して、時分割的に切り替えて順番に電力を伝送し、
    前記第２電力伝送は、複数の前記送電コイルの電流および位相を制御し、磁界または電界の向きを変化させて、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送し、そして、
    前記第３電力伝送は、受電電力を低下させる前記受電器における受電共振コイルの共振点をずらして、少なくとも２つの前記受電器に対して同時に電力を伝送する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の無線電力伝送システム。
  15. 前記第４電力伝送は、
    複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求め、
    前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出し、
    前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の前記第１受電器を選択し、
    前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する、
    ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の無線電力伝送システム。
  16. 複数の送電コイルと、複数の受電器と、前記送電コイルからの電力を，磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線によりそれぞれの前記受電器に伝送するように制御する制御装置と、を含む無線電力伝送システムの制御プログラムであって、
    前記制御装置に、
    複数の前記送電コイルによる、それぞれの前記受電器に対する単体送電効率、および、それぞれの前記受電器が要望する単体要望電力を求める工程と、
    前記単体要望電力を前記単体送電効率で除算して、それぞれの前記受電器の単体送電電力を算出する工程と、
    前記単体送電電力が最大となる最大単体送電電力の第１受電器を規定する工程と、
    前記第１受電器に対する送電効率を最大化するように、複数の前記送電コイルを制御する工程と、を実行させる、
    ことを特徴とする無線電力伝送システムの制御プログラム。
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