KR20140036197A

KR20140036197A - 비접촉 급전 시스템, 비접촉 급전 장치, 비접촉 급전 프로그램 및 비접촉 급전 방법

Info

Publication number: KR20140036197A
Application number: KR1020137031138A
Authority: KR
Inventors: 데쯔야 이시이; 아끼오 쇼까꾸; 고이찌로 이와사; 마사노리 나까무라
Original assignee: 세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2014-03-25
Also published as: US20140175895A1; EP2720349A1; EP2720349A4; JPWO2012169584A1; JP6050228B2; WO2012169584A1; CN103582991A; CN103582991B; US9640316B2

Abstract

모기 송전 제어부는 복수의 코일의 상호 인덕턴스에 기초한 임피던스 매트릭스의 실성분의 고유 벡터에 비례하도록, 복수의 코일에 공급하는 전력을 결정한다.

Description

비접촉 급전 시스템, 비접촉 급전 장치, 비접촉 급전 프로그램 및 비접촉 급전 방법{CONTACTLESS POWER TRANSFER SYSTEM, CONTACTLESS POWER TRANSFER DEVICE, CONTACTLESS POWER TRANSFER PROGRAM, AND CONTACTLESS POWER TRANSFER METHOD}

본 발명은 비접촉 급전 시스템, 비접촉 급전 장치, 비접촉 급전 프로그램 및 비접촉 급전 방법에 관한 것이다.

와이어리스 급전에서는, 자계 공명을 사용한 비접촉 급전 시스템이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 송신측 기기(모기: 親機)와 수신측 기기(자기: 子機) 사이의 1대1의 급전 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 자기가 자계나 파워 정보, 위치 정보를 통신 수단에 의해 모기측으로 송신하는 것이 기재되어 있다.

미국 특허 출원 공개 제2011/0018361호 명세서 일본 특허 공개 제2012-75304호 공보 일본 특허 공표 제2011-517265호 공보

그런데, 복수의 모기를 설치한 주택 등의 방에서, 복수의 와이어리스 가전(자기)을 사용하는 경우가 있다. 이 경우, 복수의 모기끼리 또는 모기와 자기의 간섭에 의해, 모기로부터 자기로의 전력의 전송 효율이 저하되는 경우가 있었다.

또한, 특허문헌 2에서는, 플로어에 코일 공명 소자를 깔고, 자기의 위치까지 이 코일 공진 소자의 전력 전송 경로를 설치함으로써, 자기에 전력을 전송한다.

그러나, 특허문헌 2에서는, 전력 전송 경로 위의 코일 공명 소자에 전류를 흘리고 있으므로 옴 손실이 크기 때문에, 고효율의 에너지를 전송할 수 없다.

또한 특허문헌 3에서는, 복수의 모기로부터 주 코일로 전류를 흘리고, 그 밖의 코일 중 적어도 1개의 코일로 역방향의 전류를 흘려서 표류 자계를 저감시켜 모기와 자기의 결합을 강화하는 것이 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 3에서는, 정방격자 형상으로 4개의 코일을 배치한 베이스 유닛(모기의 코일군)의 격자 중심으로 자기의 코일이 온 경우, 4개의 코일에는 동일한 방향의 전류를 흘린 쪽이 효율이 좋지만, 반대 방향으로 전류를 흘리면, 효율이 저하한다. 또한, 자기의 코일과 모기의 코일의 거리는, 모기의 코일 직경의 1/4 이하로 할 필요가 있으므로, 원거리의 에너지 전송을 할 수 없다. 또한, 특허문헌 3에서는, 코일로 흘리는 전류를 결정하는 유니버설한 알고리즘이 개시되어 있지 않기 때문에, 코일로 흘리는 전류를 효율 좋게 결정할 수 없다. 또한, 특허문헌 3에서는, 1비트의 온 상태와 오프 상태의 제어를 행하고 있기 때문에, 효율의 향상에는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 전력의 전송 효율을 향상할 수 있는 비접촉 급전 시스템, 비접촉 급전 장치, 비접촉 급전 프로그램 및 비접촉 급전 방법을 제공한다.

또한, 하기의 항목과 수학적으로 등가의 것은 모두 범위로 한다.

(1) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, 상기 배분 결정부는 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 1(∼는 전치 행렬이며 *는 복소 공역(conjugate)임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일(散逸)을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 2의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,

행렬 A가 수학식 3과 같이 표현될 때,

수학식 4로 표현되는 행렬 D

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템이다.

(2) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 행렬 B는 상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 모기 전력 송신부 각각의 단자에 관한 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬이며, 상기 배분 결정부는 상기 전기 신호의 2차 형식을 나타내는 정치(正値) 확정된 에르미트 행렬인 기준 행렬과, 상기 행렬 B에 기초하여, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 한다.

(3) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 배분 결정부는 상기 행렬 D의 최대 고유값에 대한 고유 벡터 Y에 기초하여 산출되는 벡터 CY의 성분에 비례하도록, 또는 상기 행렬 D의 최소 고유값에 대한 고유 벡터 Y에 기초하여 산출되는 벡터 CY의 성분에 비례하도록, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 한다.

(4) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 행렬 A는 단위 행렬인 것을 특징으로 한다.

(5) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 행렬 A는 상기 자기 전력 수신부가 존재하지 않을 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부인 것을 특징으로 한다.

(6) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 행렬 A는 상기 모기 전력 송신부 각각의 임피던스 행렬의 허부, 캐패시턴스 행렬의 실부 및 인덕턴스 행렬의 실부 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

(7) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 2차 형식의 수학식 1의 스칼라가 어느 특정 영역의 공간에 축적되는 장(場)의 에너지의 총합인 것을 특징으로 한다.

(8) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 배분 결정부는 상기 고유 벡터의 성분 중 절댓값이 최대가 되는 성분에 대응하는 전류가 전류 정격이 되도록, 또는 상기 고유 벡터의 성분 중 절댓값이 최대가 되는 성분에 대응하는 전압이 전압 정격이 되도록, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 한다.

(9) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 기준 행렬은, 상기 자기 전력 수신부가 존재하지 않을 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부이며, 혹은 상기 N개의 모기 전력 송신부 사이의 인덕턴스 행렬의 실부이며, 혹은 상기 모기 전력 송신부 사이의 임피던스 행렬의 허부 또는 상기 모기 전력 송신부 사이의 어드미턴스 행렬의 허부가 공간 중의 특정 영역으로 유도되는 에너지가 상기 전기 신호의 2차 형식으로 표현될 때의 에르미트적인 계수 매트릭스인 것을 특징으로 한다.

(10) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 배분 결정부에 있어서 상기 벡터 Y가 상기 행렬 D의 고유 벡터에 수속(收束)하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 한다.

(11) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 자기 전력 수신부는 상기 N개의 모기 전력 송신부로부터의 급전을 제한하는 수전(受電) 거부 모드를 갖는 것을 특징으로 한다.

(12) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 공급되는 상기 전기 신호를 제한하여, 상기 모기 전력 송신부로 출력하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

(13) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 제어부는 에너지 산일이 상기 전기 신호의 에너지에 비하여 무시할 수 있는 소자에 의해 상기 전기 신호를 제한하는 것을 특징으로 한다.

(14) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 모기 전력 송신부는 전력 송신부를 구비하고, 상기 자기 전력 수신부는 전력 수신부를 구비하고, 상기 전력 송신부 및 상기 전력 수신부는 각각 인덕터를 구비하고, 상기 전력 송신부의 인덕터와 상기 전력 수신부의 인덕터에 기초하는 공진에 의해 자계 결합하고 있는 것을 특징으로 한다.

(15) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 모기 전력 송신부는 전력 송신부를 구비하고, 상기 자기 전력 수신부는 전력 수신부를 구비하고, 상기 전력 송신부 및 상기 전력 수신부는 캐패시터를 구비하고, 상기 전력 송신부의 캐패시터와 상기 전력 수신부의 캐패시터에 기초하는 공진에 의해 정전(靜電) 결합하고 있는 것을 특징으로 한다.

(16) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 제어부는 복수의 캐패시터와 복수의 전환부를 구비하고, 상기 복수의 캐패시터는 일단부가 서로 접속되고, 타단부가 각각, 각 전환부의 입력단에 접속되고, 상기 복수의 전환부의 출력단은 서로 접속되고, 상기 접속된 점이 코일과 접속되고, 상기 배분 결정부는 상기 전환부를 순차 전환하였을 때 상기 코일에 걸리는 전압을 나타내는 정보 및 상기 캐패시터에 흐르는 전류를 나타내는 정보에 기초하여 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호의 배분을 결정하는 것을 특징으로 한다.

(17) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 제어부는 복수의 캐패시터와, 제1 내지 제3 포트를 갖고, 상기 제1 내지 제3 포트 중, 상기 제1 또는 상기 제2 포트와 상기 제3 포트와의 접속을 전환하는 포트 전환 스위치를 갖는 복수의 전환부를 구비하고, 상기 복수의 전환부는, 상기 제1 포트가 서로 접속되고, 상기 접속된 제1 접속점이 전원부에 접속되고, 상기 제2 포트가 서로 접속되고, 상기 제2 포트 각각이 접지되고, 상기 제3 포트가 상기 복수의 캐패시터 중 1개의 캐패시터의 일단부에 접속되고, 상기 복수의 캐패시터는, 타단부가 서로 접속되고, 상기 접속된 제2 접속점이 코일과 접속되고, 상기 전환부는, 상기 전환부를 순차 전환하였을 때 상기 제2 접속점에 흐르는 전류를 나타내는 정보 및 코일에 걸리는 전압을 나타내는 정보에 기초하여, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호의 배분을 결정하는 것을 특징으로 한다.

(18) 또한, 본 발명의 일 형태는, 상기한 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 전기 신호는 상기 모기 전력 송신부의 수보다 소수의 전원으로부터 공급되는 것을 특징으로 한다.

(19) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템에 있어서, 상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, 상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템이다.

(20) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, N개(N은 1 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 장치에 있어서, 상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, 상기 배분 결정부는 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 5(∼는 전치 행렬이며 *는 복소 공역임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 6의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,

행렬 A가 수학식 7과 같이 표현될 때,

수학식 8로 표현되는 행렬 D

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 장치이다.

(21) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 장치에 있어서, 상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, 상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 장치이다.

(22) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 1 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치의 컴퓨터에, 상기 배분 결정부가, 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 9(∼는 전치 행렬이며 *는 복소 공역임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 10의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,

행렬 A가 수학식 11과 같이 표현될 때,

수학식 12로 표현되는 행렬 D

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 실행시키기 위한 비접촉 급전 프로그램이다.

(23) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치의 컴퓨터에, 상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 실행시키기 위한 비접촉 급전 프로그램이다.

(24) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치에 있어서, 상기 배분 결정부가, 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 13(∼는 전치 행렬이며 *는 복소 공역임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 14의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,

행렬 A가 수학식 15와 같이 표현될 때,

수학식 16으로 표현되는 행렬 D

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 갖는 비접촉 급전 방법이다.

(25) 본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 일 형태는, 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치에 있어서, 상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 갖는 비접촉 급전 방법이다.

본 발명에 의하면, 전력의 전송 효율을 향상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 모기 송전 제어부의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 4a는 본 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 4b는 본 실시 형태에 따른 코일이 부유 용량을 갖는 경우의 등가 회로를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6a는 본 실시 형태에 따른 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이다.
도 6b는 본 실시 형태에 따른 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태의 변형예 1에 따른 전류 배분 결정부의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 8은 본 실시 형태의 변형예 1에 따른 전류 배분 결정부의 동작의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 실시 형태의 변형예 2에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부의 구성의 일례를 나타낸 개략 블록도이다.
도 11은 본 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12a는 본 실시 형태에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 12b는 본 실시 형태에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 12c는 본 실시 형태에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 13a는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 13b는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 전류 방향 전환부의 구성을 나타내는 개략적인 회로도이다.
도 14는 본 실시 형태에 따른 전류 제어부의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 15는 본 실시 형태에 따른 모기 송전 제어부의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 선택 테이블 기억부에 기억되는 선택 테이블의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 콘덴서의 수와 모기로부터 자기로의 에너지의 전송 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 도 1의 변형예에 따른 와이어리스 급전 시스템의 개략도이다.
도 19는 도 9의 변형예에 따른 와이어리스 급전 시스템의 개략도이다.
도 20은 도 13a의 변형예에 따른 와이어리스 급전 시스템의 개략도이다.
도 21은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 22는 본 실시 형태에 따른 전류 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 23은 본 실시 형태에 따른 모기의 등가 회로도이다.
도 24는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다.
도 25는 Re(Y)의 고유값 λ와 |1-βλ_n|의 관계를 설명하는 도면이다.

(제1 실시 형태)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템을 나타내는 개략도이다.

이 도면에 있어서, 와이어리스 급전 시스템은, 모기 송전 제어부(1), N개의 모기(2-1 내지 2-N)(각각을 '모기(2-n)'라고도 함), 및 M개의 자기(3-1 내지 3-M)(각각을 '자기(3-m)'라고도 함)를 구비한다.

모기 송전 제어부(1)는 복수의 모기(2-n)에 공급하는 전류를 제어한다. 여기서, 모기 송전 제어부(1)는 자기 존재하에서의 모기 사이의 임피던스(저항에 관한 값) 매트릭스의 실부가 만드는 행렬의 실부로 이루어지는 실 임피던스 매트릭스Z의 '0' 또는 '대략 0'이 아닌 고유값에 대응하는 고유 벡터에 기초하여 전류를 제어한다. 예를 들어, 모기 송전 제어부(1)는 실 임피던스 매트릭스 Z의 고유값 중, 고유값의 절댓값이, 최대 고유값의 절댓값('최대 고유값'이라 함)의 5％ 이상인 고유 벡터에 기초하여 전류를 제어한다.

이것에 의해, 와이어리스 급전 시스템에서는, 복수의 모기(2-n) 사이의 상호 인덕턴스의 영향도 포함하여 급전할 수 있어, 복수의 모기(2-n)로부터 자기(3-m)로의 전력의 전송 효율을 향상할 수 있다.

모기(2-n)는, 모기 송전 제어부(1)의 제어에 따라서, 전력(전류)을 자계로 변환하고, 공간을 향해 자계를 발생한다. 자기(3-m)는, 복수의 모기(2-n)로부터 방사된 자계의 에너지를 전력으로 변환하여 수전한다. 자기(3-m)는, 수전한 전력을 이용하여, 다양한 동작을 행한다.

<모기(2-n) 및 자기(3-m)에 대하여>

도 2는, 본 실시 형태에 따른 모기(2-n) 및 자기(3-m)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 이 도면에 있어서, 모기(2-n)는, 전원부(21-n), 전류계(24-n), 전압계(25-n), 스위치(26-n) 및 전력 송신부(28-n)를 포함하여 구성된다. 전력 송신부(28-n)는, 캐패시터(22-n), 코일(23-n)을 포함하여 구성된다. 또한, 도 2에서는, 신호선은 모기 송전 제어부(1)와 모기(2-1)의 접속만을 표기하고 있지만, 모기 송전 제어부(1)와 다른 모기(2-n)에 대해서도 신호선은 마찬가지로 접속되어 있으며, 동기가 취해지고 있다.

전원부(21-n)는, 모기 송전 제어부(1)로부터 입력된 전류를 모기(2-n)의 회로에 공급한다. 여기서, 모기 송전 제어부(1)로부터 입력된 전류는, 후술하는 바와 같이, 그 진폭이 고유 전류 벡터의 전류비와 동등하고, 위상은 각 모기(2-n)의 코일(23-n)을 흐르는 전류의 위상(즉, 전류계(24-n)를 흐르는 전류의 위상)이 모두 동등해지도록 설정된 전류이다. 이것은, 각 모기의 코일(23-n)에 공급되는 전류가, 주파수뿐만 아니라 위상까지도 일치하고 있을 필요가 있기 때문이다. 캐패시터(22-n)는, 정전 용량에 의해 전하를 축적하거나, 방출하는 수동 소자이다. 코일(23-n)은, 예를 들어 도선을 나선 형상으로 감은 것이다. 코일(23-n)은, 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계에 따라, 에너지를 축적하거나, 방출하는 수동 전기 부품이다. 전류계(24-n)는, 복소 전류의 크기를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 또한, 전원부(21-n)는, 모기 송전 제어부(1)로부터 입력된 전류를 받아들이는 커넥터이어도 된다.

전류계(24-n)는, 예를 들어 A/D 컨버터와 같이, 전류의 실시간 파형을 출력할 수 있는 것이면 된다. 즉, 전류계(24-n)는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계(25-n)는, 예를 들어 A/D 컨버터와 같이, 전압의 실시간 파형을 출력할 수 있는 것이면 그것이어도 된다. 스위치(26-n)는, 전기 회로의 개폐를 행한다. 즉, 전압계(25-n)는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 단, 부의 전류는, 위상이 동등하여 진폭이 부라고 생각된다.

도 2에 있어서, 전원부(21-n)의 일단부는, 캐패시터(22-n)의 일단부에 접속되며, 또한 전류계(24-n) 및 스위치(26-n)를 통하여 코일(23-n)의 일단부에 접속되어 있다. 캐패시터(22-n)의 일단부는, 전원부(21-n)의 일단부에 접속되며, 또한 전류계(24-n) 및 스위치(26-n)를 통하여 코일(23-n)의 일단부에 접속되어 있다. 전압계(25-n)의 일단부는, 코일(23-n)의 일단부에 접속되어 있다.

전원부(21-n)의 타단부는, 캐패시터(22-n)의 타단부, 전압계(25-n)의 타단부 및 코일(23-n)의 타단부에 접속되어 있다. 캐패시터(22-n)의 타단부는, 전원부(21-n)의 타단부 및 코일(23-n)의 타단부에 접속되어 있다. 전압계(25-n)의 타단부는, 코일(23-n)의 일단부에 접속되어 있다.

전류계(24-n)의 일단부는, 전원부(21-n)의 일단부 및 캐패시터(22-n)의 일단부에 접속되어 있다. 전류계(24-n)의 타단부는, 스위치(26-n)를 통하여, 전압계(25-n)의 일단부 및 코일(23-n)의 타단부에 접속되어 있다.

즉, 모기(2-n)의 회로는, 코일(23-n)과 캐패시터(22-n)가 병렬로 접속되어 있는 공진 회로이다. 모기(2-n)의 회로에서는, 전원부(21-n)로부터 입력된 전류에 기초하여 코일(23-n)에 흐르는 전류가 변화함으로써, 코일(23-n)에서는 자계가 발생한다.

또한, 전류계(24-n)는, 코일(23-n)에 흐르는 전류를 측정한다. 전압계(25-n)는, 코일(23-n)에 인가되는 전압을 측정한다. 스위치(26-n)는, 개방한 경우에, 코일(23-n)과 전압계(25-n)를, 전원부(21-n)나 캐패시터(22-n), 전류계(24-n)로부터 분리한다. 이에 의해, 전압계(25-n)는, 전원부(21-n)나 캐패시터(22-n)의 영향을 받지 않고 코일(23-n)에 발생한 전압(예를 들어, 후술하는 전압의 크기 V_ij)을 측정할 수 있다.

도 2에 있어서, 자기(3-m)는, 스위치(33-m), 정류기(34-m), 축전 디바이스 (35-m), 전압계(36-m), 부하(37-m) 및 스위치 제어부(38-m) 및 전력 수신부(39-m)를 포함하여 구성된다. 전력 수신부(39-m)는, 코일(31-m), 캐패시터(32-m)를 포함하여 구성된다.

코일(31-m)은, 흐르는 전류에 의해 형성되는 자계에 따라, 에너지를 축적하거나, 방출하는 수동 전기 부품이다. 캐패시터(32-m)는, 정전 용량에 의해 전하를 축적하거나, 방출하는 수동 소자이다. 스위치(33-m)는, 전기 회로의 개폐를 행한다. 정류기(34-m)는, 교류 전력을 직류 전류로 변환한다. 축전 디바이스(35-m)는, 충전에 의해 반복 사용할 수 있는 축전 소자이며, 축전지나 캐패시터를 이용할 수 있다.

또한, 각 자기(3-m)에 포함되는 축전 디바이스(35-m: '축전지'라고도 함)는, 각각 상이한 축전 용량(정전 용량)이어도 된다. 전압계(36-m)는, 전압을 측정하는 계기이다. 부하(37-m)는, 전기 에너지를 소비하는 것이다.

스위치 제어부(38-m)는, 전압계(36-m)가 측정한 전압에 기초하여, 스위치의 개폐를 행한다. 구체적으로는, 스위치 제어부(38-m)는, 전압계(36-m)가 측정한 전압이 미리 정해진 임계값 이상일 때는, 스위치(33-m)를 개방한다. 한편, 스위치 제어부(38-m)는, 전압계(36-m)가 측정한 전압이 미리 정해진 임계값 미만일 때는, 스위치(33-m)를 폐쇄시킨다.

코일(31-m)의 일단부는, 스위치(33-m)를 통하여, 캐패시터(32-m)의 일단부 및 정류기(34-m)의 입력측의 일단부에 접속되어 있다. 캐패시터(32-m)의 일단부는, 스위치(33-m)를 통하여 코일(31-m)의 일단부에 접속되고, 또한 정류기(34-m)의 입력측의 일단부에 접속되어 있다.

코일(31-m)의 타단부는, 캐패시터(32-m)의 타단부 및 정류기(34)의 입력측의 타단부와 접속되어 있다. 캐패시터(32-m)의 타단부는, 코일(31-m)의 타단부에 접속되며, 또한 정류기(34-m)의 입력측의 타단부에 접속되어 있다.

정류기(34-m)의 출력측의 일단부는, 축전지(35-m)의 일단부, 전압계(36-m)의 일단부 및 부하(37-m)의 일단부와 접속되어 있다. 축전지(35-m)의 일단부는, 정류기(34-m)의 출력측의 일단부, 전압계(36-m)의 일단부, 부하(37-m)의 일단부와 접속되어 있다. 전압계(36-m)의 다른 일단부는, 정류기(34-m)의 출력측의 다른 일단부, 축전지(35-m)의 다른 일단부, 부하(37-m)의 다른 일단부와 접속되어 있다. 부하(37-m)의 일단부는, 정류기(34-m)의 일단부, 축전지(35-m)의 일단부, 전압계(36-m)의 일단부와 접속되어 있다.

정류기(34-m)의 출력측의 다른 일단부는, 축전지(35-m)의 다른 일단부, 전압계(36-m)의 다른 일단부, 부하(37-m)의 다른 일단부와 접속되어 있다. 축전지(35-m)의 다른 일단부는, 정류기의 출력측의 다른 일단부, 전압계(36-m)의 다른 일단부, 부하(37-m)의 다른 일단부와 접속되어 있다. 전압계(36-m)의 다른 일단부는, 정류기(34-m)의 출력측의 다른 일단부, 축전지(35-m)의 다른 일단부, 부하(37-m)의 다른 일단부와 접속되어 있다. 부하(37-m)의 다른 일단부는, 정류기(34-m)의 다른 일단부, 축전지(35-m)의 다른 일단부, 전압계(36-m)의 다른 일단부와 접속되어 있다.

코일(31-m)은, 캐패시터(32-m)와 공진 회로를 구성하고, 복수의 모기(2-n)의 코일(23-n)이 발생한 자계와 공명한다. 이에 의해, 코일(31-m)에는, 유도 전류가 발생한다. 발생한 유도 전류(교류)는 정류기(34-2)에 의해 직류의 전류로 변환된다. 변환된 직류 전류는, 축전지(35-m)에 축적되거나, 또는 부하(37-m)에 공급된다. 축전지(35-m)에 축적된 전력은, 부하(37-m)에 공급된다.

<모기 송전 제어부(1)에 대하여>

도 3은, 본 실시 형태에 따른 모기 송전 제어부(1)의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 있어서, 모기 송전 제어부(1)는 복소 전압 검출부(11), 복소 전류 검출부(12), 전류 배분 결정부(13: 배분 결정부), 전류 진폭 제어부(15), 기억부(16) 및 제어부(17)를 포함하여 구성된다.

복소 전압 검출부(11)는 모기(2-n)의 전압계(25-n) 각각으로부터, 전압계(25-n)가 측정한 전압을 나타내는 전압 정보가 입력된다. 복소 전압 검출부(11)는 전류가 Acosωt일 때, 전압계(25-n)로부터 입력된 전압 정보가 나타내는 전압에, 그와 동일한 주파수인 cosωt 및 sinωt를 각각 곱하고, 저역 통과 필터를 통하여 그 저주파 성분 또는 DC 성분을 취출하고, 각각을 실수 성분, 허수 성분이라 한다. 복소 전압 검출부(11)는 산출한 전압의 진폭 및 위상 성분을 나타내는 복소 전압 정보를 전류 배분 결정부(13)로 출력한다. 복소 전압 검출부(11)는 전압이 단일 주파수 성분일 때, 전류가 정의 최댓값을 취할 때의 전압값을 실성분이라 하고, 거기에서 1/4 주기 지연된 시각의 전압값을 허성분이라 하여도 된다. 복소 전류 검출부(12)는 전류가 단일 주파수 성분일 때, 전압이 정의 최댓값을 취할 때의 전류값을 실성분이라 하고, 거기에서 1/4 주기 지연된 시각의 전류값을 허성분이라 하여도 된다.

복소 전류 검출부(12)는 전류계(24-n) 각각으로부터, 전류계(24-n)가 측정한 전류를 나타내는 전류 정보가 입력된다. 복소 전류 검출부(12)는 전류계(24-n)로부터 입력된 전류 정보가 나타내는 전류에, 그와 동일한 주파수인 cosωt 및 sinωt를 각각 곱하고, 저역 통과 필터를 통하여 그 저주파 성분 또는 DC 성분을 취출하고, 취출한 저주파 성분 또는 DC 성분에 기초하여 진폭 성분, 위상 성분을 산출한다. 복소 전류 검출부(12)는 산출한 전류의 진폭 및 위상 성분을 나타내는 복소 전류 정보를 전류 배분 결정부(13) 및 전류 진폭 제어부(15)로 출력한다.

전류 배분 결정부(13)는 제어부(17)로부터 전류를 흘리는 통전 명령이 입력된 경우에, 1개의 모기(2-j)의 스위치(26-j)만을 폐쇄시키고, 다른 모기(2-n)(n≠j)의 스위치(26-n)를 개방시키는 스위치 전환 신호를 스위치(26-n)(1≤n≤N)로 출력한다. 여기서, 전류 배분 결정부(13)는 j=1부터 j=N까지, 순서대로 스위치 전환 신호를 출력한다.

전류 배분 결정부(13)는 스위치 전환 신호에 기초하여 스위치(26-j)가 폐쇄되었을 때, 모기(2-i)(i=1 내지 N)에서 측정된 정보를 기억부(16)에 기입한다. 구체적으로는, 전류 배분 결정부(13)는 스위치 전환 신호에 기초하여 스위치(26-j)가 폐쇄되었을 때, 복소 전압 검출부(11)로부터 입력된 복소 전압 정보(전압계(25-i)가 측정한 전압의 크기를 V_ij로 나타냄) 및 복소 전류 검출부(12)로부터 입력된 복소 전류 정보(전류계(24-i)가 측정한 전류의 크기 I_ij로 나타낸다. 본 실시 형태에서는, I_ii=I₀)를 기억부(16)에 기입한다.

전류 배분 결정부(13)는 스위치 전환 신호를 출력 후, 복소 전압 정보 및 복소 전류 정보를 기억부(16)로부터 판독하고, 판독한 정보에 기초하여 복수의 모기(2-n) 각각에 공급하는 전류비를 결정한다('전류 결정 처리'라고 함). 전류 배분 결정부(13)는 결정한 전류비를 나타내는 정보를, 전류 진폭 제어부(15)로 출력한다. 또한, 전류 결정 처리의 종료 후, 전류 배분 결정부(13)는 스위치(26-n)의 전부를 폐쇄시키는 스위치 전환 신호를, 스위치(26-n)로 출력한다.

전류 진폭 제어부(15)는 상용 전원으로부터 전력을 수전한다. 전류 진폭 제어부(15)는 전류 배분 결정부(13)로부터 입력된 정보가 나타내는 전류비에 기초하여, 상용 전원으로부터 공급된 전류를, 모기(2-n)에 할당한다. 전류 진폭 제어부(15)는 할당한 전류(전기 신호)를 모기(2-n)의 전원부(21-n)로 공급한다. 또한, 전류 진폭 제어부(15)는 복소 전류 검출부(12)에서 산출한 복소 전류 정보에 기초하여 각 코일(23-n: 즉 전류계(24-n))을 흐르는 전류의 위상이 동등해지도록, 전원부(21-n)에 공급하는 전류를 제어한다. 단, 전류의 진폭은 부의 진폭도 포함한다. 또한, 전류의 위상이 동등하다는 것은, 위상이 0°, 또는 180°의 경우이다. 또한, 전류 진폭 제어부(15)가 코일(23-n)을 흐르는 전류의 진폭 및 위상을 제어하는 신호를 전원부(21-n)로 출력하고, 전원부(21-n)는, 입력된 전류의 진폭 및 위상을 제어하는 신호에 기초하여, 출력하는 전류의 진폭 및 위상을 제어하여도 된다. 또한, 전류 진폭 제어부(15)는 모기(2-n)에 공급하는 전류의 합이 상용 전원의 정격 전류를 초과하지 않도록 전류를 할당하여도 된다. 또한, 전류 진폭 제어부(15)는 모기(2-n)에 공급하는 전류의 제곱합이 안테나의 허용 손실을 초과하지 않도록 전류를 할당하여도 된다. 또한, 전류 진폭 제어부(15)는 각 모기(2-n)에 공급하는 전류 중 최대의 것이, 모기의 정격 전류를 초과하지 않도록, 전류를 할당하여도 된다. 또한, 본 발명에 있어서 전기 신호는 전압, 전류와 전압과의 선형 결합량이어도 된다.

제어부(17)는 와이어리스 급전 시스템의 기동 시 또는 정기적으로, 갱신 명령을 전류 배분 결정부(13)로 출력한다.

도 4a는, 본 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부(13)의 구성을 나타내는 블록도이다. 이 도면에 있어서, 전류 배분 결정부(13)는 통전 모기 선택부(131), 피측정 모기 선택부(132), 전압, 전류 입력부(133), 임피던스 매트릭스 생성부(134) 및 전류 벡터 생성부(135)를 포함하여 구성된다.

통전 모기 선택부(131)는 1개의 모기(2-j)를 선택하고, 선택한 모기(2-j)의 스위치(26-j)만을 폐쇄시키는 스위치 전환 신호를 스위치(26-j)로 출력한다. 통전 모기 선택부(131)는 스위치(26-j)만을 폐쇄하고 있는 동안에, 그 모기(2-j)에 대하여 전류값이 기지의 전류(전류계(24-j)에 있어서의 전류의 크기가 I₀, 각 주파수 ω₀)를 공급시킨다.

피측정 모기 선택부(132)는 모기(2-j)의 스위치(26-j)가 폐쇄하고 있는 동안에, 모기(2-i)(1≤i≤N)를 순서대로 선택한다.

전압, 전류 입력부(133)는 통전 모기 선택부(131)가 선택한 모기(2-i)에 대하여, 복소 전압 검출부(11)로부터 입력된 복소 전압 정보(전압의 크기 V_ij) 및 복소 전류 검출부(12)로부터 입력된 복소 전압 정보(전류의 크기 I_ij)를 기억부(16)에 기입한다.

임피던스 매트릭스 생성부(134)는 기억부(16)에 기억된 복소 전압 정보가 나타내는 전압의 크기 V_ij에 기초하여, 임피던스 매트릭스 Z(저항에 관한 값으로부터 구성되고 성분의 실부가 에너지의 산일을 나타내는 회로 매트릭스)를 생성한다. 구체적으로는, 임피던스 매트릭스 생성부(134)는 다음의 수학식 17을 이용하여, 임피던스 매트릭스 Z의 i행 j열 성분 Z_ij를 생성한다.

임피던스 매트릭스 생성부(134)는 생성한 임피던스 매트릭스 Z를 나타내는 임피던스 정보를, 전류 벡터 생성부(135)로 출력한다.

전류 벡터 생성부(135)는 임피던스 정보가 나타내는 임피던스 매트릭스 Z의실성분이 만드는 행렬(실 임피던스 매트릭스)에 대하여, 고유값과, 그에 대응하는 고유 벡터('전류 벡터 I'라고 한다. i번째의 성분을 I_i로 나타냄)를 산출한다. 즉, 전류 벡터 생성부(135)는 임피던스 매트릭스 Z의 고유 벡터를 산출하고, 고유 벡터에 기초하여, 복수의 모기(2-n)에 공급하는 전력을 결정한다.

구체적으로는, 전류 벡터 생성부(135)는 다음의 수학식 18로 표현되는 전류 벡터 I를 산출한다. 또한, 전류 벡터 I는 실 벡터이다.

전류 벡터 생성부(135)는 수학식 18로 표현되는 고유값 문제의 고유방정식을 푸는 것으로, 동시에 구해지는 변환 행렬로부터 전류 벡터 I를 산출한다. 또한, 전류 벡터 생성부(135)는 LR 분해법을 이용하여 전류 벡터 I를 산출하지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, QR 분해법 등, 기지의 방법을 이용하여 산출하여도 된다. 즉, 전류 벡터 생성부(135)는 임피던스 매트릭스 Z의 실성분의 고유 벡터에 비례하도록, 복수의 모기(2-n: 코일(23-n))에 공급하는 전류를 결정한다.

전류 벡터 생성부(135)는 산출한 전류 벡터 I 중, 전류 벡터 I에 대한 고유값이 최댓값('최대 고유값'이라고도 함)이 되는 경우의 전류 벡터 I를 선택한다. 즉, 전류 벡터 생성부(135)는 전류 벡터 I에 대한 고유값이 최대의 것이 되도록, 복수의 코일(23-n)에 공급하는 전력을 결정한다.

전류 벡터 생성부(135)는 선택한 전류 벡터 I를 I의 절댓값 |I|로 제산하고, 제산 후의 i 성분인 I_i/|I|를 모기(2-i)에 공급하는 전류의 비율(전류비)로서 결정한다. 즉, 전류 벡터 생성부(135)는 복수의 모기(2-n) 각각에 공급하는 전류비를 결정한다. 또한, 전류비에는, -(마이너스)값도 포함된다.

전류 벡터 생성부(135)는 결정한 전류비를 나타내는 정보를 전류 진폭 제어부(15)로 출력한다. 전류 벡터 생성부(135)는 스위치(26-n)의 전부를 폐쇄시키는 스위치 전환 신호를, 스위치(26-n)로 출력한다. 또한, 수학식 18 중의 Re(Z)는 실대칭이므로, 고유값 λ도 실수로 된다. 또한, 그에 대응하는 고유 벡터의 성분도 모두 실수로 되기 때문에, 전류비는, 전류와 전압을 동상으로 구동하기 위한 구동 제어 신호로 된다(또한, 이때, 전원부(21-n)로부터 나오는 전류의 위상끼리는 동상으로는 되지 않음).

<작용 효과에 대하여>

이하, 전류 벡터 생성부(135)가 결정한 전류비의 전류를, 모기(2-n)에 공급한 경우의 작용 효과에 대하여 설명을 한다.

(인덕턴스 매트릭스와 임피던스 매트릭스)

모기(2-1 내지 2-N)에는 전부 N개의 코일(23-1 내지 23-N)이, 자기(3-1 내지 3-M)에는 전부 M개의 코일(31-1 내지 31-M)이 있다. 각 코일(23-1 내지 23-N, 31-1 내지 31-M)은, 각각 자기 인덕턴스를 가짐과 함께, 각 코일 사이에 상호 인덕턴스가 존재한다. 이것을 (N+M)×(N+M)차의 인덕턴스 매트릭스 L의 형태로 표현하면 수학식 19와 같이 된다.

여기서, 벡터 l_0m은, (N×1)차의 행렬이며, 자기(3-m)의 코일(31-m)로부터 본 각 모기(2-n)의 코일(23-n)과의 사이의 상호 인덕턴스이다. 또한, 벡터 l_m0은, (1×N)차의 행렬이며, l_0m의 전치 행렬이다. l_m은, 자기(3-m)의 코일(31-m)의 자기 인덕턴스이다. 자기(3-m) 사이의 상호 인덕턴스는 수전측이며, 값도 작기 때문에 무시한다. 여기서, [l_0m, …, l_0M]의 행렬을 L_PC라 하기로 하자. L_PC는, (N×M)의 행렬이다. [l_m0, …, l_M0]^T의 행렬을 L_CP라 하기로 하자. L_CP는, (M×N)의 행렬이며, 모기(2-n)의 코일(23-n)로부터 본 각 자기(3-m)의 코일(31-m)과의 사이의 상호 인덕턴스이다. [l₁, …, 0, …, 0, …l_M]의 행렬을 L_CC라 하기로 하자. L_CC는, (M×M)의 행렬이다. L₀의 행렬을 L_PP라 하기로 하자. L_pp는, (N×N)의 행렬이며, 모기(2-n) 사이의 상호 인덕턴스이다. L₀은, 이하의 다음의 수학식 20과 같이 표현되는 모기의 인덕턴스 매트릭스이다.

L_i는, 코일(23-i)의 자기 인덕턴스, L_ij는, 코일(23-i)과 코일(23-j) 사이의 상호 인덕턴스를 나타낸다. 이와 같이, 본 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템에서는, 인덕턴스 매트릭스 L은 수학식 19, 20으로 표현되는 바와 같이 [N+M]×[N+M]차원의 행렬로 된다. 이 인덕턴스 매트릭스로 표현되는 모기(2-n)에 각 주파수 ω의 전류를 흘린 경우의 각 코일(23-n)의 임피던스를 나타내는 임피던스 매트릭스는, 다음의 수학식 21과 같이 표현되는 N×N차원의 행렬로 된다.

여기에서 j는 허수 단위, ω는 코일에 흐르는 전류의 각 주파수, ζ_m은 m번째의 자기(3-m)의 코일(31-m)로부터 본 자기(3-m)의 정합 회로를 포함하는 임피던스이다. 또한, l_m은, m번째의 자기의 자기 인덕턴스, 벡터 l_0m은 m번째의 자기의 각 모기와의 상호 인덕턴스이다. 즉, 임피던스 매트릭스 Z는, 복수의 코일(23-n)에 기초하는 것이다.

(모기의 코일의 소비 에너지)

다음으로, 모기(2-n)의 코일(23-n)에서 소비되는 에너지를, 전류와 임피던스 매트릭스를 이용한 식으로 표현한다. 모기(2-n)의 코일(23-n)에서 소비되는 에너지는, 코일(23-n)을 흐르는 전류에 의해 발생하는 자계에 따라 자기에 전송되는 에너지와, 코일(23-n)의 저항에 의한 옴 손실의 합으로 된다. 옴 손실은, 자계에 따라 자기로 전송되는 에너지에 비하여 작기 때문에, 임피던스 매트릭스 Z에 섭동으로서 받아들여진다. 코일(23-1 내지 23-N) 전체에서 전송되는 에너지 P는, 수학식 22로 된다.

따라서, P가 최대로 될 때, 코일(23-1 내지 23-N)의 소비 에너지(자계의 에너지에 비례)가 최대로 되는 전류 벡터(각 모기의 코일(23-n)에 흘리는 전류비)가 부여된다. 이때, 통상적으로 손실은 모기의 코일(23-1 내지 23-N)의 옴 손실이 주이므로, |I|²=일정(규격화 조건)을 부과함으로써, 코일이 동일할 때는, 손실 일정한 조건을 부과하게 된다. 또한, Z는 대칭 행렬이므로, ReZ는 실 대칭 행렬로 된다.

또한, 모기(2-n)에 공급하는 전기 신호가 전압인 경우, 규격화 조건은, |V|²=일정하다.

도 4b는, 본 실시 형태에 따른 코일(23-n)이 부유 용량을 갖는 경우의 등가 회로를 설명하는 도면이다. 도 4b에 있어서, 코일 L'는, 부유 용량 C'를 갖는 코일이며, C'는 코일 L'가 갖는 부유 용량이며, Ant는 안테나의 등가 회로이다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 코일(23-n)이 부유 용량을 갖는 경우, 코일(23-n)에 흐르는 전류 I를 대신하여, 안테나의 등가 회로에 흐르는 전류 I와 전압 V의 선형 결합은 다음의 수학식 23과 같이 표현된다.

수학식 23에 있어서, I'는, 안테나의 등가 회로 Ant의 코일 L'부에 흐르는 전류이다. 이로 인해, 이 전류 결합한 전류 I'를, 전술한 수순으로 I 대신에 이용함으로써 P가 최대로 될 때, 코일(23-1 내지 23-N)의 소비 에너지(자계의 에너지에 비례)가 최대로 되는 전류 벡터(각 모기의 코일(23-n)에 흘리는 전류비)를 산출할 수 있다.

(전류 벡터의 산출)

|I|²=일정한 조건하에서, 수학식 22를 최대화하는 전류 벡터 I를 구하는 것은, 다음에 나타내는 고유방정식 수학식 24의 최대 고유값을 갖는 전류 벡터 I를 구하는 것과 수학적으로 등가이다.

따라서 수학식 24의 실 행렬 ReZ를 대각화함으로써, 복수의 고유값 및 각각의 고유값에 대응하는 전류 벡터가 구해진다. 즉, 전류 벡터 생성부(135)는 복수의 모기(2-n: 코일(23-n))를 흐르는 전류의 제곱합이 일정해지도록, 복수의 모기(2-n: 코일(23-n))에 공급하는 전력을 결정한다. 여기서, Re(Z)는 실 대칭 행렬이므로, λ는 모두 실수이다. 따라서, 자기는 에너지를 소비할 뿐이며, 고유값은 정의 값을 취한다.

이들 고유값, 전류 벡터 중에서 최대 고유값에 대응하는 전류 벡터가, 최대의 전력 전송 효율을 부여하는 전류 벡터이다.

여기서, 수학식 21의 제2항에 표현되는 m번째의 자기(3-m)의 각 모기(2-1 내지 2-N)와의 상호 인덕턴스끼리의 직적(直積)은, 수학식 25와 같이 N×N차원의 행렬로 된다.

이 행렬의 랭크는, 통상은 모기의 수 M이다. 그로 인해, 상기한 임피던스 매트릭스(의 실부)의 고유값 중, 정의 고유값을 갖는 것은 M개이며, 나머지 N-M개의 고유값은 0으로 된다.

고유값이 0에 대응하는 전류 벡터는, 모든 자기(3-m)에 전력을 보낼 수 없어, 코일(23-1 내지 23-N)에서의 옴 손실의 원인으로 될 뿐이기 때문에, 이러한 전류 벡터가 나타내는 전류의 선형 결합으로 표현되는 전류를, 코일(23-1 내지 23-N)에 흘려도 효과가 없다.

<와이어리스 급전 시스템의 동작에 대하여>

도 5는, 본 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부(13)의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.

(스텝 S501)

통전 모기 선택부(131)는 갱신 명령을 입력하면, 전류 벡터의 기억부(16)의 모기 선택 카운터 j에 0을 대입한다. 그 후 스텝 S502로 진행한다.

(스텝 S502)

통전 모기 선택부(131)는 기억부(16)의 모기 선택 카운터 j를 1 증가시킨다. 그 후 스텝 S503으로 진행한다.

(스텝 S503)

통전 모기 선택부(131)는 모기(2-j)의 스위치(26-j)를 폐쇄시키고, 다른 모기(2-n)(n≠j)의 스위치(26-n)를 개방시킨다. 그 후 스텝 S504로 진행한다.

(스텝 S504)

전류 배분 결정부(13)는 모기(2-j)의 코일(23-j)에 전류를 공급한다. 복소 전압 검출부(11)는 모기(2-i)의 전압계(25-i) 각각으로부터, 전압계(25-i)가 측정한 전압(V_ij)을 나타내는 전압 정보가 입력된다. 복소 전류 검출부(12)는 전류계(24-i) 각각으로부터, 전류계(24-i)가 측정한 전류(I_ij)를 나타내는 전류 정보가 입력된다. 여기서, i≠j일 때 I_ij=0이다. 그 후 스텝 S505로 진행한다.

(스텝 S505)

임피던스 매트릭스 생성부(134)는 j=N인지 여부를 판정한다. j=N이라 판정된 경우에는, 스텝 S506으로 진행한다. j≠N이라 판정된 경우에는, 스텝 S502로 복귀한다.

(스텝 S506)

임피던스 매트릭스 생성부(134)는 스텝 S504에서 구해진 V_ij를 성분으로 하는 행렬을 행렬 V로서 산출한다. 임피던스 매트릭스 생성부(134)는 스텝 S504에서 구해진 I_ij를 성분으로 하는 행렬을 행렬 I로서 산출한다. 임피던스 매트릭스 생성부(134)는 다음의 수학식 26을 이용하여, 임피던스 매트릭스 Z의 성분 Z_ij를 산출한다.

그 후, S507로 진행한다.

(스텝 S507)

전류 벡터 생성부(135)는 스텝 S506에서 산출된 임피던스 매트릭스 Z에 대하여 고유방정식 수학식 24를 총 전류의 제곱합이 일정(|I|²=일정)한 조건하에서 푼다. 이와 같이 하여 얻어지는 해는, 고유값 및 고유값에 대응하는 전류 벡터 I이다. 전류 벡터 생성부(135)는 산출한 전류 벡터 I 중, 전류 벡터 I에 대한 고유값이 최댓값('최대 고유값'이라고도 함)으로 되는 경우의 전류 벡터 I를 선택한다.

전류 벡터 생성부(135)는 선택한 전류 벡터 I를 I의 절댓값 |I|로 제산하고, 제산 후의 I_i/|I|의 i 성분을 모기(2-i)에 공급하는 전류비로서 결정한다.

(스텝 S508)

전류 벡터 생성부(135)는 결정한 전류비를 나타내는 정보를 전류 진폭 제어부(15)로 출력한다. 전류 진폭 제어부(15)는 입력된 정보가 나타내는 전류비의 전류를, 각 모기(2-n)에 공급한다. 구체적으로는, I_i/|I|에 비례하는 전류를, 모기(2-i)의 코일(23-i)에 공급한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 와이어리스 급전 시스템에서는, 복수의 코일(23-n)의 상호 인덕턴스에 기초한 임피던스 매트릭스 Z의 실성분이 만드는 실 임피던스 매트릭스가 최대 고유값을 갖도록, 복수의 코일(23-n)에 공급하는 전력을 결정한다. 구체적으로는, 와이어리스 급전 시스템에서는, 임피던스 매트릭스 Z의 고유 벡터(전류 벡터 I)를 산출하고, 전류 벡터 I에 기초하여, 복수의 코일(23-n)에 전류를 공급한다. 이에 의해, 와이어리스 급전 시스템에서는, 복수의 모기(2-n) 사이의 상호 인덕턴스의 영향도 포함하여 급전할 수 있고, 복수의 모기(2-n)로부터 자기(3-m)로의 전력의 전송 효율을 향상할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 와이어리스 급전 시스템에서는, 복수의 코일(23-n)을 흐르는 전류의 크기 I의 제곱합이 일정해지도록, 복수의 코일(23-n)에 공급하는 전력을 결정한다. 이에 의해, 와이어리스 급전 시스템에서는, 코일(23-n)에서의 에너지 손실(전류의 크기 I의 제곱합에 비례)을 일정한 상태로, 최대의 에너지 효율로 복수의 모기(2-n)로부터 자기(3-m)로 전력을 공급할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 의하면, 와이어리스 급전 시스템에서는, 전류 벡터 I에 대한 고유값이 최대의 것이 되도록, 복수의 코일(23-n)에 공급하는 전력을 결정한다. 이에 의해, 와이어리스 급전 시스템에서는, 복수의 모기(2-n)가 공급하는 전력을 최대로 할 수 있어, 복수의 모기(2-n)로부터 자기(3-m)로의 전력의 전송 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서, 전류 벡터 생성부(135)는 임피던스 매트릭스 Z의 고유 벡터(전류 벡터 I)의 0이 아닌 성분의 선형 결합이 되도록, 복수의 코일(23-n)에 공급하는 전력을 결정하여도 된다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서, 전류 벡터 생성부(135)는 최대 고유값 이외의 고유값에 대응하는 전류 벡터 I를 선택하여도 된다. 예를 들어, 전류 벡터 생성부(135)는 2번째로 값이 큰 고유값('제2 고유값'이라고도 함)에 대응하는 전류 벡터 I를 선택하여도 된다.

이러한 점에 있어서, 건물 등에는, 철근 구조의 것이 있다. 이 건물의 방에서는, 최대 고유값은 철근에 대한 급전에 대응하게 되는 경우가 있다. 전류 벡터 생성부(135)가 제2 고유값을 선택함으로써, 와이어리스 급전 시스템에서는, 철근 구조의 건물의 방이더라도, 철근에 전력을 공급해버리는 것을 방지할 수 있다. 즉, 와이어리스 급전 시스템에서는, 다양한 고유값에 대응하는 전류 벡터 I를 선택함으로써, 자기(3-m) 이외의 전도체에 전력을 공급해버리는 것을 방지할 수 있어, 모기(2-n)로부터 자기(3-m)로의 전력의 전송 효율을 향상할 수 있다.

또한, 3번째 이상의 고유값에 대응하는 고유 벡터를 선택하여도 된다.

<시뮬레이션>

도 6a 및 도 6b는, 본 실시 형태에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서, x축과 y축은 공간 좌표를 나타내고, xy 평면은 바닥면과 평행한 면이다. z축은, 전력의 크기를 나타낸다. 도 6a 및 도 6b의 시뮬레이션에서는, 10×10개(450㎜ 간격)의 코일(23-n)을 바닥에 부설하고, 바닥으로부터 1m와 0.5m의 위치에 있는 자기 안테나에 전력을 송신하는 경우의 전류 패턴을 나타낸다. 도 6a 및 도 6b의 시뮬레이션에서는, 코일(23-n, 31-m)의 크기는, 모기(2-n), 자기(3-m) 모두 동일하며, 코일의 직경이 충분히 작다는 가정하에서 계산을 행하였다.

도 6a 및 도 6b에 있어서, 부호 601을 붙인 점 601과 부호 611을 붙인 점 611에는, 바닥으로부터의 거리가 0.5m의 높이에 자기(3-1)가 설치되어 있다. 부호 602를 붙인 점 602와 부호 612를 붙인 점 612에는, 바닥으로부터의 거리가 1m 높이에 자기(3-2)가 설치되어 있다.

도 6a는, 전류 벡터 생성부(135)가 최대 고유값에 대응하는 경우의 전류 벡터 I를 선택한 경우의 도면이다. 도 6a에 있어서, 자기(3-1)에서의 전력은 124.241이었다.

도 6b는, 전류 벡터 생성부(135)가 제2 고유값에 대응하는 경우의 전류 벡터 I를 선택한 경우의 도면이다. 도 6b에 있어서, 자기(3-2)에서의 전력은, 임의 스케일로 7.37623이었다.

이와 같이, 전류 벡터 생성부(135)가 각각의 고유값에 대응하는 전류 벡터 I를 선택함으로써, 전력을 공급하는 자기(3-m)를 선택할 수 있다.

도 7은, 본 실시 형태의 변형예 1에 따른 전류 배분 결정부(13a)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7과 도 4a를 비교하면, 전류 배분 결정부(13a)의 통전 모기 선택부(131a) 및 임피던스 매트릭스 생성부(134a)가 상이하다. 그 밖의 구성이 갖는 기능은 동일하므로, 기타 구성에 대한 설명은 생략한다.

통전 모기 선택부(131a)는 모든 모기(2-n)의 스위치(26-n)를 폐쇄시키는 스위치 전환 신호를 스위치(26-n)로 출력한다. 통전 모기 선택부(131a)는 모기(2-j)를 1개 선택하고, 그 모기(2-j)에 대하여 전류값이 기지의 전류(전류계(24-j)에 있어서의 전류의 크기가 I₀, 각 주파수 ω₀)를 공급시킨다. 또한, 피측정 모기 선택부(132)는 모기(2-j)에 전류가 공급되어 있는 동안에, 모기(2-i)를 순서대로 선택하여, 그 복소 전압 정보 및 복소 전압 정보를 기억부(16)에 기입한다. 통전 모기 선택부(131a) 및 피측정 모기 선택부(132)는 모든 j에 대하여 마찬가지의 처리를 행한다.

도 8은, 본 실시 형태의 변형예 1에 따른 전류 배분 결정부(13a)의 동작의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다. 본 변형예는, 모기(2-n)에 스위치(26-n)가 없는 경우(즉, 스위치(26-n)는 항상 On인 경우)에 적용한다.

(스텝 S801)

통전 모기 선택부(131a)는 갱신 명령이 입력되면, 전류 벡터의 기억부(16)의 모기 선택 카운터 j에 0을 대입한다. 그 후 스텝 S802로 진행한다.

(스텝 S802)

통전 모기 선택부(131a)는 기억부(16)의 모기 선택 카운터 j를 1 증가시킨다. 그 후 스텝 S803으로 진행한다.

(스텝 S803)

전류 배분 결정부(13a)는 모기(2-j)의 코일(23-j)에 전류를 공급한다. 그 후 스텝 S804로 진행한다. 이때, n≠j인 모기의 전원부(21-n)에도 유도 전류가 흐르는 경우가 있지만, 그래도 무방하다.

(스텝 S804)

복소 전압 검출부(11)는 모기(2-i)의 전압계(25-i) 각각으로부터, 전압계(25-i)가 측정한 전압(V_ij)을 나타내는 전압 정보가 입력된다. 복소 전류 검출부(12)는 전류계(24-i) 각각으로부터, 전류계(24-i)가 측정한 전류(I_ij)를 나타내는 전류 정보가 입력된다. 그 후 스텝 S805로 진행한다.

(스텝 S805)

임피던스 매트릭스 생성부(134a)는 j=N인지 여부를 판정한다. j=N이라 판정된 경우에는, 스텝 S806으로 진행한다. j≠N이라 판정된 경우에는, 스텝 S802로 되돌아간다.

(스텝 S806)

임피던스 매트릭스 생성부(134a)는 다음의 수학식 27을 이용하여, 임피던스 매트릭스 Z의 성분 Z_ik(k는 1 내지 N까지의 정수)를 산출한다.

여기서, 수학식 27은 N×N개의 미지수 Z_ik를 갖는 N×N개의 연립방정식이다.

임피던스 매트릭스 생성부(134a)는 이 연립방정식 수학식 27을 푸는 것에 의해 임피던스 매트릭스 Z의 성분 Z_ik를 얻는다. 또한, Z_ik는, 대상 행렬이므로, 독립된 성분은 N×(N-1)/2이다. 그러나, 여기서는 그 점을 무시하고 연립방정식을 푼다. 이 경우, 복소의 범위에서 Z_ik=Z_ki로 된다. 그 후, 스텝 S807로 진행한다.

(스텝 S807)

전류 벡터 생성부(135)는 스텝 S806에서 산출된 임피던스 매트릭스 Z에 대하여 고유방정식 수학식 24를 총 전류의 제곱합이 일정(|I|²=일정)한 조건하에서 푼다. 이와 같이 하여 얻어지는 해는, 고유값 및 고유값에 대응하는 전류 벡터 I이다. 전류 벡터 생성부(135)는 산출한 전류 벡터 I 중 대응하는 고유값이 최대 고유값으로 되는 전류 벡터 I를 선택한다.

전류 벡터 생성부(135)는 선택한 전류 벡터 I에 기초하여 I_i/|I|를 산출하고, 산출한 I_i/|I|를 모기(2-i)에 공급하는 전류비로서 결정한다.

(스텝 S808)

이와 같이, 본 실시 형태의 변형예 1에 의하면, 모기(2-n)에 스위치(26-n)가 없는 경우이더라도, 전류 벡터 I를 계산할 수 있다. 따라서, 전류 벡터 I가 나타내는 전류비에 따라서, 모기(2-i)의 코일(23-i)에 전류를 공급할 수 있다.

상기 실시 형태에 있어서, 도 2에 도시한 자기(3-m)의 스위치(33-m)의 기능에 대하여 설명을 한다. 모기가 임피던스 측정을 행하고 있지 않은 기간, 즉 전력 전송을 행하고 있는 기간(S508 또는 S808)에 있어서, 전압계(36)가 계측한 충전 전압이 미리 정해진 임계값보다도 커졌을 때에는, 스위치 제어부(38)가 충전이 완료되었다고 판정한다. 충전이 완료되었다고 판정한 경우, 스위치 제어부(38)는 스위치(33-m)를 개방시키는 개폐 신호를 출력하고, 스위치(33-m)는 개방하고, 이 이상 충전은 행해지지 않는다. 또한, 자기(3-m)의 스위치(33-m)의 전환 빈도는, 모기(2-n)의 임피던스 매트릭스의 갱신 간격보다 충분히 크고, 상기 갱신 간격 내에서는, 자기(3-m)의 스위치(33-m)는 전환되지 않아도 된다. 혹은, 스위치(33-m)의 전환은, 모기(2-n)의 임피던스 매트릭스의 갱신과 동기시켜도 된다. 이 경우, 모기(2-n)와 자기(3-m) 사이에는, 무선 등의 동기 신호의 송수신을 행하는 디바이스가 필요해진다.

여기서, 제어부(17)의 갱신 명령에 의해, 전류 배분 결정부(13)가 다시, 전류비를 결정하면, 스위치(33-m)가 개방하고 있는 자기(3-m)가 무시된 임피던스 매트릭스 Z가 산출된다. 이 경우, 전류 배분 결정부(13)는 자기(3-m)에 전력을 공급하지 않는 전류 벡터 I를 선택한다. 예를 들어, 전류 배분 결정부(13)가 최대 고유값에 대응하는 전류 벡터 I를 선택함으로써, 와이어리스 급전 시스템에서는, 자기(3-1)를 중심으로 전력이 공급된다. 그 후, 자기(3-1)가 스위치를 개방하면, 전류 배분 결정부(13)가 다른 최대 고유값에 대응하는 전류 벡터 I를 선택한다. 이에 의해, 와이어리스 급전 시스템에서는, 예를 들어 자기(3-2)를 중심으로 전력이 공급되기 시작한다.

이와 같이, 자기(3-m)의 스위치(33-m)를 개폐함으로써, 와이어리스 급전 시스템에서는, 큰 전력을 급전하는 자기(3-m)를 순차 선택할 수 있다.

단, 스위치(33-m)가 없는 경우에도, 와이어리스 급전 시스템에서는, 큰 전력을 급전하는 자기(3-m)를 순차 선택할 수 있다.

도 9는, 본 실시 형태의 변형예 2에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 이 도면은, 자기(3-m)에 스위치가 없는 경우를 나타낸 도면이다. 도 9에 있어서, 도시를 생략한 모기 송전 제어부(1)와 모기(20-n)의 신호선은 접속되어 있으며, 동기가 취해지고 있다. 도 9에 있어서, 전류계(24-1)는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계(25-1)는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 또한, 전원부(21-n)는, 모기 송전 제어부(1)로부터 입력된 전류를 받아들이는 커넥터이어도 된다.

이 경우, 축전지(35-m)의 충전은 계속된다. 캐패시터(32-m)로부터 부하를 본 임피던스의 실부는 차지 상태가 올라감에 따라서 커지고, 모기로부터 본 고유값은 저하되는 것이라고 생각한다. 즉, 와이어리스 급전 시스템에서는, 자연히 급전의 우선 순위가 내려가고, 급전되지 않게 된다(수전 거부 모드). 또한, 이 경우에는, 와이어리스 급전 시스템에서는, 스위치(33-m)를 도입하는 비용을 저감할 수 있다. 또한, 자기(3-m)에는, 스위치(33-m)를 갖는 것과 갖지 않는 것이 혼재하여도 된다.

(제2 실시 형태)

이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템에서는, 임피던스 매트릭스 Z의 최대 고유값에 대응하는 고유 벡터에 수속하도록, 복수의 모기의 코일에 공급하는 전력을 결정한다. 본 실시 형태에 따른 모기(2-n) 및 자기(3-m)는, 제1 실시 형태의 것과 동일하다. 모기 송전 제어부(1)는 전류 배분 결정부(13) 대신에, 다른 종류의 전류 배분 결정부(13b)를 구비하는 점이 상이하다. 그러나, 모기 송전 제어부(1)에 있어서의 다른 구성은, 제1 실시 형태와 동일하므로, 설명은 생략한다.

도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부(13b)의 구성의 일례를 나타낸 블록도이다. 이 도면에 있어서, 전류 배분 결정부(13b)는 초기 전류 벡터 생성부(136) 및 전류 벡터 생성부(137)를 포함하여 구성된다.

초기 전류 벡터 생성부(136)는 제어부(17)로부터 갱신 명령이 입력된 경우에, 멱승법의 초기값으로서, 모든 코일(23-n)에 동일한 진폭 I(0), 동위상의 전류를 공급시킨다. 구체적으로는, 초기 전류 벡터 생성부(136)는 비가 동일해지는 전류비를 나타내는 정보를 전류 진폭 제어부(15)로 출력한다. 단, 초기 전류는 동일한 진폭, 동일한 위상이 아니어도 된다.

전류 벡터 생성부(137)는 복소 전압 검출부(11)로부터 입력된 복소 전압 정보 및 복소 전류 검출부(12)로부터 입력된 복소 전류 정보에 기초하여 각 모기의 복소 전압의, 복소 전류와 동상의 성분을 추출하고, 그 성분에 비례한 전류비를 결정한다('전류 결정 처리'라 함). 전류 벡터 생성부(137)는 결정한 전류비를 나타내는 정보를 전류 진폭 제어부(15)로 출력한다. 그 후, 전류 벡터 생성부(137)는 전류 결정 처리를 반복한다.

도 11은, 본 실시 형태에 따른 전류 배분 결정부(13b)의 동작의 일례를 나타내는 흐름도이다.

(스텝 S1001)

초기 전류 벡터 생성부(136)는 갱신 명령이 입력되면, 반복 횟수를 나타내는 카운터 k에 0을 대입한다. 그 후, 스텝 S1002로 진행한다.

(스텝 S1002)

초기 전류 벡터 생성부(136)는 비가 동일해지는 전류비를 나타내는 정보를 전류 진폭 제어부(15)로 출력한다. 이에 의해, 전류 진폭 제어부(15)는 동일한 진폭으로 동위상의 전류 I_i(0)을 모기(2-i)에 공급한다. 그 후, 스텝 S1003으로 진행한다.

(스텝 S1003)

전류 벡터 생성부(137)는 스텝 S1002에서 출력한 전류비를 나타내는 정보 및 스텝 S1005에서 결정한 전류비를 나타내는 정보를 기억한다. 그 후, 스텝 S1004로 진행한다.

(스텝 S1004)

전류 벡터 생성부(137)는 복소 전압 검출부(11)로부터 입력된 복소 전압 정보를, 기억부(16)에 기입한다. 여기서, 반복 횟수가 k일 때, 모기(2-i)의 전류계(24-i)가 측정한 전압으로, 복소 전류 검출부(12)에서 측정된 전류와 동상의 성분을 V_i(k)로 나타낸다. 그 후, 스텝 S1005로 진행한다.

(스텝 S1005)

전류 벡터 생성부(137)는 다음의 수학식 28을 이용하여 전류 벡터 I(k+1)의 i 성분 I_i(k+1)을 결정한다.

여기서, V_max(k)는 i=1 내지 N에서의 V_i(k)의 절댓값의 최댓값을 나타낸다. 또한, I_max는, 미리 정해진 값이며, 예를 들어 전류 진폭 제어부(15)의 최대 정격 전류이다. 전류 벡터 생성부(137)는 수학식 28에서 결정한 전류 벡터 성분을 결정하고, 그 후 스텝 S1006으로 진행한다.

(스텝 S1006)

전류 벡터 생성부(137)는 카운터 k에 k+1을 대입한다.

그 후, 스텝 S1003으로 되돌아간다.

<작용 효과에 대하여>

이하, 전류 벡터 생성부(137)가 결정한 전류비의 전류를, 모기(2-n)에 공급한 경우의 작용 효과에 대하여 설명을 한다.

고유값은 정의 값을 취하기 때문에, 자기가 최저 1개 있으면 그 고유값 λ0은, λ0>0을 만족한다.

여기서, P=(I0, I1, … In), In은 n번째의 고유값에 대한 크기가 1의 고유 벡터(전류 벡터, N×1의 열 벡터)이며, 수학식 29를 만족하는 것이다.

diag(a0, a1, …, aN-1)은 대각 행렬이며, 변수는 대각 성분을 나타낸다. k→∞의 극한을 고려하면, 수학식 30과 같아진다.

따라서, 최대 고유값 이외의 고유 벡터는 0에 수속한다.

이하에 개시하는 바와 같이 반복 계산을 행함으로써, 최대 고유값에 대응하는 전류 벡터를, 연립방정식이나 대각화 등의 계산을 하지 않고 구할 수 있다.

우선, 전체 코일에 동진폭, 동위상의 전류를 벡터 표시로 I(0)을 흘렸을 때 n번째의 코일로 관측되는 흘린 전류와 동위상의 전압 성분을 벡터 표시로 V(0)으로 하면 수학식 31의 관계가 성립된다.

여기서, V(k), I(k) 등의 k는, 몇 번째의 반복 계산인지를 나타낸다. 여기서 산출한 V(0)에 계수 α(0)을 곱함으로써 다음의 수학식 32와 같이 I(1)을 구한다.

여기서 산출한 I(1)을 이용하여 V(1)을 수학식 33과 같이 구한다.

이하, 반복함으로써, I(k)는 수학식 34와 같이 표현된다.

여기서, α는, 전류 성분의 최댓값이 정격 전류가 되도록 결정하여도 되며, N개의 송신 전력의 합이 정격이 되도록 정하여도 된다. 각 전류 성분 간의 비는, 상기 식에 따라서 결정된다. 이와 같이 하여 결정한 I(k)는 최대 고유값의 고유 벡터에 수속한다.

이상과 같이, 전류 배분 결정부(13b)는 전류 결정 처리를 반복함으로써, I(k)를 최대 고유값의 고유 벡터에 수속시킨다. 즉, 전류 배분 결정부(13b)는 임피던스 매트릭스 Z의 고유 벡터에 수속하도록, 모기(2-n)는 코일(23-n)에 공급하는 전력을 결정한다. 다시 말하면, 전류 배분 결정부(13b)는 임피던스 매트릭스 Z의 실성분이 최대 고유값을 갖도록, 모기(2-n)는 코일(23-n)에 공급한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 와이어리스 급전 시스템에서는, 임피던스 매트릭스 Z의 고유 벡터에 수속하도록, 모기(2-n)는 코일(23-n)에 공급하는 전력을 결정한다. 이에 의해, 와이어리스 급전 시스템에서는, 복수의 모기(2-n)로부터 자기(3-m)로의 전력의 전송 효율을 향상할 수 있다.

도 12a, 도 12b 및 도 12c는, 본 실시 형태에 따른 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서, x축과 y축은 공간 좌표를 나타내고, xy 평면은 바닥면과 평행한 면이다. z축은, 전력의 크기를 나타낸다. 도 12a, 도 12b 및 도 12c의 시뮬레이션에서는, 10×10개(450㎜ 간격)의 코일(23-n)을 바닥에 부설하고, 바닥으로부터 1m와 0.5m의 위치에 있는 자기 안테나에 전력을 송신하는 경우의 전류 패턴을 나타낸다. 도 12a, 도 12b 및 도 12c의 시뮬레이션에서는, 코일(23-n, 31-m)의 크기는, 모기(2-n), 자기(3-m) 모두 동일하며, 코일의 직경이 충분히 작다고 하는 가정하에서 계산을 행하였다.

도 12a, 도 12b 및 도 12c에 있어서, 부호 1101을 붙인 점 1101과 부호 1111을 붙인 점 1111과 부호 1121을 붙인 점 1121에는, 바닥으로부터의 거리가 0.5m의 높이에 자기(3-1)가 설치되어 있다. 부호 1102를 붙인 점 1102와 부호 1112를 붙인 점 1112와 부호 1122를 붙인 점 1122에는, 바닥으로부터의 거리가 1m의 높이에 자기(3-2)가 설치되어 있다.

도 12a는, 초기 전류 벡터 생성부(136)가 동일한 진폭, 동위상을 모든 코일(23-n)에 송신하는 전류 벡터 I를 선택한 경우의 도면이다. 도 12a에 있어서, xy 평면 위에 균일한 전력이 송신되어 있다.

도 12b는, 전류 벡터 생성부(137)가 제1회째의 반복 계산을 행한 후의 전류 패턴을 나타낸다. 점 1111뿐만 아니라 점 1112에도 전력이 송신되어 있는 것을 나타내고 있다.

도 12c는, 전류 벡터 생성부(137)가 제2회째의 반복 계산을 행한 후의 전류 패턴을 나타낸다. 점 1121에만 전력이 송신되어 있는 것을 나타내고 있다. 도 12c에 있어서, 자기(3-1)에서의 전력은 임의 스케일로 124.236이었다. 이것은, 도 6a에서 도시한 자기(3-1)에서의 전력과 거의 동등하게, 반복 계산은 수속하고 있는 것을 나타내고 있다.

(제3 실시 형태)

이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템에서는, 1대의 고주파 전원을 N대의 모기로 공유한다. 즉, 모기에 공급되는 전류는, 모기의 수보다 소수의 고주파 전원으로부터 공급된다. 모기는, 고주파 전원으로부터 공급되는 전류를 제한함으로써, 모기의 코일에 공급되는 전류를 제어한다.

도 13a는, 본 실시 형태에 따른 모기(2b-n) 및 자기(3-m)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 본 실시 형태에 있어서의, 모기 송전 제어부(1b), 고주파 전원 (4b), 전류 수용부(21b-n), 전류 제어부(제어부: 26b-n) 및 전류 방향 전환부(27-n) 이외의 구성은, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 도 13a에 있어서, 신호선은 모기 송전 제어부(1b)와 모기(2b-1)의 접속만을 표기하고 있지만, 모기 송전 제어부(1b)와 다른 모기(2b-n)에 대해서도 신호선은 마찬가지로 접속되어 있으며, 동기가 취해지고 있다. 또한, 전류 수용부(21b-n)는, 모기 송전 제어부(1b)로부터 입력된 전류를 받아들이는 커넥터이어도 된다.

고주파 전원(4b)은 상용 전원으로부터 수전한 전력을 고주파 전류로 변환하고, 변환된 고주파 전류를 전류 수용부(21b-1 내지 21b-N)로 출력한다. 전류 수용부(21b-n)는, 고주파 전원(4b)으로부터 입력된 고주파 전류를 전류 제어부(26b-n)에 공급한다.

모기 송전 제어부(1b)는 전류계(24-n)가 측정한 전류 및 전압계(25-n)가 측정한 전압에 기초하여, 셀렉터 전환 신호를 생성한다. 또한, 모기 송전 제어부(1b)는 전류계(24-n)가 측정한 전류 및 전압계(25-n)가 측정한 전압에 기초하여 전류를 설정하고, 설정한 전류의 정부에 따라서 전류 방향 전환 신호를 생성한다.

전류 제어부(26b-n)는, 모기 송전 제어부(1b)가 생성한 셀렉터 전환 신호에 기초하여, 전류 수용부(21b-n)로부터 입력된 전류를 제한함으로써, 코일(23-n)에 흐르는 전류를 제어한다.

전류 방향 전환부(27-n)는, 모기 송전 제어부(1b)가 생성한 전류 방향 전환 신호에 기초하여, 코일(23-n)에 흐르는 전류의 방향을 전환한다.

전류계(24-1)는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계(25-1)는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다.

도 13b는, 본 실시 형태에 따른 전류 방향 전환부(27-n)의 구성을 나타내는 개략적인 회로도이다. 도 13b에 도시한 바와 같이, 전류 방향 전환부(27-n)는, 셀렉터(Sb₁n, Sb₂n)를 구비하고 있다. 셀렉터(Sb₁n, Sb₂n)의 전환은, 예를 들어 전류계(24-n: 도 13a)에 흐르는 전류의 방향을 취득하고, 전류 방향 전환부(27-n)가 코일(23-n)에 흐르는 전류의 방향을 전환한다. 셀렉터(Sb₁n, Sb₂n)는, 예를 들어 릴레이이다.

도 13b에 도시한 바와 같이, 셀렉터(Sb₁n, Sb₂n)는, 3개의 포트를 갖고 있다. 셀렉터(Sb₁n)는, 입력 단자가 전압계(25-n)의 일단부에 접속되고, 출력 단자의 한쪽이 코일(23-n)의 일단부에 접속되고, 출력 단자의 다른 쪽이 코일(23-n)의 타단부에 접속되어 있다. 셀렉터(Sb₂n)는, 입력 단자가 전압계(25-n)의 타단부에 접속되고, 출력 단자의 한쪽이 코일(23-n)의 타단부에 접속되고, 출력 단자의 다른 쪽이 코일(23-n)의 일단부에 접속되어 있다.

도 14는, 본 실시 형태에 따른 전류 제어부(26b-n)의 구성을 나타내는 블록도이다. 전류 제어부(26b-n)는, B개의 콘덴서 C1 내지 CB 및 셀렉터(262b-n)를 포함하여 구비한다. 각 콘덴서의 용량 C_b(1≤b≤B)는 수학식 35로 표현된다. 즉, 콘덴서 C1 내지 CB의 용량 C₁ 내지 C_B는, 각각 상이하다.

여기서, α는 임의의 상수(본 실시 형태에서는, α=0.1이라 함), ω는, 고주파 전원(4b)이 출력하는 고주파의 각 주파수, B는 콘덴서의 수, L_an은 모기(2-n)의 코일의 인덕턴스를 나타낸다. 단, α가 너무 크면 C_b가 커지고, 코일에 흐르는 전류의 위상이 어긋나게 되기 때문에, α≤0.5가 바람직하다.

B개의 콘덴서 C1 내지 CB의 일단부는 전류계(24-n)에 접속된다. B개의 콘덴서 C1 내지 CB의 다른 일단부는 부호 S1 내지 SB를 붙인 단자 S1 내지 SB에 접속된다. 여기서, 단자란 셀렉터(전환부: 262b-n)의 단자이다. 또한, 부호 S0을 붙인 단자 S0은 개방으로 한다. 이것은, 기능하지 않는 스위치이지만, 이것만이 온 상태가 될 때에는, 전류를 차단하는 것을 나타내고, 소프트웨어를 간략화할 수 있다. 셀렉터(262b-n)의 다른 일단부는, 코일(23-n) 및 전압계(25-n)의 일단부와 접속된다. 전류 제어부(26b-n)는, 전류 배분 결정부(13b)로부터 입력된 셀렉터 전환 신호에 따라서 셀렉터(262b-n)의 접속을 전환한다. 여기서, 전류 제어부(26b-n)는, 단자 S1 내지 SB 중 1개와 셀렉터(262b-n)를 접속시킨다. 즉, 스위치 전환 신호는, 어느 콘덴서 C1 내지 CB와 코일(23-n)을 접속시킬지를 나타내는 신호이다. 단, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 셀렉터(262b-n)는, 2개 이상의 단자 S1 내지 SB와 접속시켜도 된다. 또한, 부의 전류에 대해서는, 전류 방향 전환부(27-n)가 전류의 방향을 반전시킨다.

도 15는, 본 실시 형태에 따른 모기 송전 제어부(1b)의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시 형태에 있어서의, 전류 배분 결정부(13b), 전류 진폭 제어부(15b) 및 선택 테이블 기억부(18b) 이외의 구성은, 제1 실시 형태에 있어서의 모기 송전 제어부(1)와 마찬가지의 것이기 때문에 설명을 생략한다.

전류 배분 결정부(13b)는 제어부(17)로부터 갱신 명령이 입력되었을 때, 셀렉터 전환 신호를 전류 제어부(26b-n)로 출력한다. 여기서, 셀렉터 전환 신호는, 1개의 모기(2b-j)의 셀렉터(262b-j)만을 단자 SB에 접속시키고, 다른 모기(2b-n)(n≠j)의 셀렉터(262b-i)(n≠j)를 단자 S0에 접속시키는 셀렉터 전환 신호이다.

전류 배분 결정부(13b)는 셀렉터 전환 신호에 기초하여 셀렉터(262b-j)가 단자 SB에 접속되었을 때, 모기(2b-j)(j=1 내지 N)에서 측정된 정보를 기억부(16)에 기입한다. 구체적으로는, 전류 배분 결정부(13b)는 셀렉터 전환 신호에 기초하여 셀렉터(262b-j)가 단자 SB에 접속되었을 때, 복소 전압 검출부(11)로부터 입력된 복소 전압 정보(전압계(25-i)가 측정한 전압의 크기를 V_ij로 나타냄) 및 복소 전류 검출부(12)로부터 입력된 복소 전류 정보(전류계(24-i)가 측정한 전류의 크기를 I_ij로 나타낸다. 본 실시 형태에서는, I_ii=I₀)를 기억부(16)에 기입한다.

전류 배분 결정부(13b)는 셀렉터 전환 신호를 출력한 후, 복소 전압 정보 및 복소 전류 정보를 기억부(16)로부터 판독한다. 전류 배분 결정부(13b)는 판독한 정보에 기초하여 복수의 모기(2b-n) 각각에 공급하는 전류비를 결정한다. 전류 배분 결정부(13b)는 결정한 전류비를 나타내는 정보를, 전류 진폭 제어부(15b)로 출력한다.

전류 진폭 제어부(15b)는 전류 배분 결정부(13b)로부터 입력된 전류비를 나타내는 정보가 나타내는 전류비에 기초하여, 셀렉터 전환 신호를 생성한다. 구체적으로는, 전류 진폭 제어부(15b)는 선택 테이블 기억부(18b)가 기억하는 선택 테이블에 기초하여, 각 전류 제어부(26b-n)의 셀렉터 전환 신호를 생성한다. 선택 테이블의 상세에 대해서는 후술한다.

전류 진폭 제어부(15b)는 생성한 셀렉터 전환 신호를 전류 제어부(26b-n)로 출력한다. 전류 진폭 제어부(15b)는 진폭을 제어하는 셀렉터 전환 신호를 출력하지만, 위상을 제어하는 신호는 출력하지 않는다. 이것은, 본 실시 형태에서는, 전류 위상은 제어할 수 있을 뿐만 아니라 Cb가 충분히 작으면 전류 수용부(21b-n)에 공급한 전류와 거의 동위상의 전류가 코일(23-n)에 흐르기 때문이다.

선택 테이블 기억부(18b)는 선택 테이블을 기억한다.

도 16은, 선택 테이블 기억부(18b)에 기억되는 선택 테이블의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 16에 도시한 예에서는, 도 14에 있어서, B=10의 예를 설명하는 도면이다. 도시한 바와 같이 선택 테이블은, 전류비 γ 및 셀렉터 단자의 각 항목의 열을 갖고 있다. 선택 테이블은, 전류비마다 셀렉터 선택 정보가 저장되는 행과 열로 이루어지는 2차원의 표 형식의 데이터이다.

부호 P1을 붙인 데이터는, 전류비 γ가 0일 때, 셀렉터(262b-n)가 단자 S0을 선택하는 것을 나타내고 있다. 부호 P2를 붙인 데이터는, 전류비 γ가 0보다 크고 ∼0.1 이하일 때 셀렉터(262b-n)가 단자 S1을 선택하는 것을 나타내고 있다. 부호 P10을 붙인 데이터는, 전류비 γ가 0.9보다 크고 1 이하일 때 셀렉터(262b-n)가 단자 S10을 선택하는 것을 나타내고 있다.

도 17은, 콘덴서의 수 B와, 모기로부터 자기로의 에너지 전송 효율의 관계를 나타내는 그래프이다. 종축은 전송 효율(임의 스케일), 횡축은 콘덴서의 수 B를 나타낸다.

여기서, 전송 효율이란, 모든 모기로부터 모든 자기로 전송된 에너지의 총합을, 모기의 코일(23-n)에 흘린 전류의 제곱합(코일로 소비되는 주울 열)으로 제산한 값이다. 즉, 전송 효율이란, 모든 모기로부터 모든 자기로 전송된 에너지의 총합을, 코일의 옴 손실의 총합으로 제산한 값이다.

전송 효율은, 콘덴서의 수 B가 증가함에 따라서 증가하고, 거의 B=8 정도로 포화한다. 즉, 콘덴서는 8개 정도 있으면 충분함을 나타내고 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 전류 제어부(26b-n)는, 전류 배분 결정부(13b)가 결정한 전기 신호를, 고주파 전원(4b)으로부터 공급되는 전력을 제한함으로써 생성한다. 상기한 구성에 의해, 본 실시 형태에서는, 고주파 전원을 각 모기(2b-n)로 공유할 수 있다. 전류 제어부(26b-n)는, 스위치 및 콘덴서로 구성되기 때문에, 각 모기(2b-n)에 고주파 전원을 구비하는 경우에 비하여 비용을 삭감할 수 있다.

상기한 실시 형태에서는, 코일과 캐패시터를 병렬로 접속하여 공진시키는 예를 설명하였지만, 도 18 내지 도 20에 도시한 바와 같이 코일과 캐패시터를 직렬로 접속하도록 구성하여도 된다. 도 18은, 도 1의 변형예에 따른 와이어리스 급전 시스템의 개략도이다. 도 19는, 도 9의 변형예에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 도 20은, 도 13a의 변형예에 따른 모기 및 자기의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 또한, 도 19에 있어서 전원부(21-n)는, 모기 송전 제어부(1)로부터 입력된 전류를 받아들이는 커넥터이어도 된다. 도 20에 있어서 전류 수용부(21b-n)는, 모기 송전 제어부(1b)로부터 입력된 전류를 받아들이는 커넥터이어도 된다.

도 18에 도시한 바와 같이, 와이어리스 급전 시스템은, 모기 송전 제어부(1), N개의 모기(2a-1 내지 2a-N)(각각을 '모기(2a-n)'라고도 함), 및 M개의 자기(3-1 내지 3-M)(각각을 '자기(3-m)'라고도 함)를 구비한다. 도 18에 있어서, 전류계는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다.

이 도면과 같이, 모기(2a-n)에 있어서, 캐패시터는, 전류계를 통하여 코일에 직렬로 접속되어 있다.

도 19에 도시한 바와 같이, M개의 자기(30a-1 내지 30a-M)(각각을 '자기(30a-m)'라고도 함)은 정류기(34-m), 축전 디바이스(35-m) 및 부하(37-m) 및 전력 수신부(39a-m-n)를 포함하여 구성된다. 전력 수신부(39a-m)는, 코일(31-m), 캐패시터(32a-m)를 포함하여 구성된다. N개의 모기(20-1 내지 20-N)의 구성은 도 9와 마찬가지이다. 도 19에 있어서, 도 9와 마찬가지로 도시를 생략한 모기 송전 제어부(1)와 모기(20-n)의 신호선은 접속되어 있으며, 동기가 취해지고 있다. 또한, 전류계(24-1)는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계(25-1)는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다.

이 도면과 같이, 캐패시터(32a-m)는, 일단부가 코일(31-m)의 일단부에 직렬로 접속되고, 타단부가 정류기(34-m)의 입력측의 일단부에 접속되어 있다.

도 20에 도시한 바와 같이, M개의 자기(3a-1 내지 3a-M)(각각을 '자기(3a-m)'라고도 함)는 스위치(33-m), 정류기(34-m), 축전 디바이스(35-m), 전압계(36-m), 부하(37-m) 및 스위치 제어부(38-m), 전력 수신부(39b-m)를 포함하여 구성된다. 전력 수신부(39a-m)는, 코일(31-m), 캐패시터(32b-m)를 포함하여 구성된다. N개의 모기(2b-1 내지 2b-N)의 구성은 도 13a와 마찬가지이다. 도 20에 있어서, 신호선은 모기 송전 제어부(1b)와 모기(2b-1)의 접속만을 표기하고 있지만, 모기 송전 제어부(1b)와 다른 모기(2b-n)에 대해서도 신호선은 마찬가지로 접속되어 있으며, 동기가 취해지고 있다. 또한, 전류계(24-1)는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계(25-1)는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다.

이 도면과 같이, 캐패시터(32b-m)는, 스위치(33-m)를 통하여 코일(31-m)과 직렬로 접속되어 있다. 캐패시터(32b-m)는, 일단부가 스위치(33-m)의 타단부에 접속되고, 타단부가 정류기(34-m)의 입력측의 일단부에 접속되어 있다.

상기한 실시 형태에서는, N개(N은 1 이상의 정수)의 모기 전력 송신부(1 또는 1b)와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부(자기(3-n))와, 상기 복수의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부(전류 배분 결정부(13))를 구비하는 비접촉 급전 시스템에 있어서, 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, 배분 결정부가, 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B와 전기 신호에 기초하는 행렬이, 에너지의 산일을 나타낼 때 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하고 있다.

전류 배분 결정부(13)는 복수의 모기(2-n)에 공급하는 전기 신호의 결정을, 예를 들어 이하와 같이 행한다.

Z₀을 자기(3-n)가 없을 때의 임피던스 행렬, Z를 자기(3-n)가 있을 때의 임피던스 행렬로 하면, 전송 손실 Loss는 다음의 수학식 36과 같이 표현되고, 전송 파워 Power는 다음 수학식 37과 같이 표현된다.

수학식 36 및 수학식 37에 있어서, I는, 다음의 수학식 38과 같이, 전류 I₁… I_N을 요소로 갖는 행렬이다. 또한, I의 위에 붙인 「 ∼(틸드)」는, 전치 행렬을 나타내고, I의 우측 위에 붙인 「*(애스테리스크)」는, 복소 공역을 나타내고 있다.

전류 배분 결정부(13)는 자기(3-n)가 있는 경우, 전송 손실 Loss를 일정하게 하였을 때 전송 파워 Power를 최대가 되도록 전류 I 벡터(전류 패턴)를 결정한다. 예를 들어, 전류 배분 결정부(13)는 전송 파워 Power를 전송 손실 Loss로 제산한 값을 최대로 하는 전류 I 벡터를 이용하여, 모기(2-n)의 코일(23-n)을 구동한다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 수학식 22에 있어서, 에너지 P가 최대로 되는 전류 벡터의 조건으로서, 모기(2-n) 사이의 코일이 동일한 경우에, 손실 일정한 조건을 부과하는 예를 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 모기(2-n) 사이의 코일이 상이하여도 된다.

다음으로, 모기(2-n) 사이의 코일이 상이한 경우에 대하여 설명한다.

우선, 자기(3-n)가 없을 때의 임피던스 행렬을 Z₀이라 한다. 또한, Z₀의 실부 Re(Z₀)는 에르미트 행렬이다. 이로 인해, Re(Z₀)의 고유값 ρ₁… ρ_N은 실수이며, 0 이상의 값을 취한다. 대부분의 경우, ρ_n=0은 저항 0을 나타내기 때문에, 사실상 ρ_n은 0보다 크다. 따라서, Re(Z₀)을 정규라 간주할 수 있다. Z₀의 실부Re(Z₀)의 고유값을 ρ₁… ρ_N(단 ρ₁… ρ_N은 0 이상의 값)과 같이 나타내고, 규격화된 고유값 벡터를 다음의 수학식 39와 같이 나타낸다. N은, 모기(2-n)의 개수이다. 행렬 J는, N×N의 유니터리 행렬이다.

수학식 22를 이용하여, Re(Z₀)을 다음의 수학식 40과 같이 나타낸다.

단, 수학식 40에 있어서, √ρ는, 다음의 수학식 41이다. 수학식 39 내지 수학식 40에 있어서, 임피던스 행렬 Z₀은, 미리 기억부(16)에 테이블로서 기억시켜 둔다. 전류 배분 결정부(13)는 Re(Z₀)의 고유값 및 규격화된 고유값 벡터를, 기억부(16)에 기억되어 있는 임피던스 행렬 Z₀을 이용하여 산출한다.

다음으로, 자기(3-n)가 있을 때의 임피던스 행렬을 Z라 한다. 이 임피던스 행렬 Z는, 자기(3-n)의 배치 또는 개수에 의해 변화하는 값이다. 이로 인해, 전류 배분 결정부(13)는 측정한 전류값 및 전압값을 이용하여 임피던스 행렬 Z를 산출한다. 여기서, 에너지 T를 다음의 수학식 42와 같이 나타내고, 에너지 T의 최대 고유값에 대한 고유 벡터 a를 다음의 수학식 43과 같이 나타낸다.

또한, 수학식 43에 있어서, I는, 자기(3-n)가 있을 때의 모기(2-n)에 흐르는 전류의 열 벡터이다.

여기서, 전송 손실 Loss를, 근사적으로 다음의 수학식 44와 같이 나타내게 하는 경우, 이 전송 손실 Loss를 일정값이라 하였을 때, 다음의 수학식 45와 같이 나타내는 전송 파워 Power를 최대로 하는 것은, 고유 벡터 a를 이용하여 나타낸 다음의 수학식 46의 전송 Loss를 일정한 조건하에서, 고유 벡터 a와 에너지 T를 이용하여 나타낸 다음의 수학식 47의 전송 파워 Power를 최대로 하는 것에 대응한다.

전류 배분 결정부(13)는 수학식 42를 이용하여 에너지 T를 산출하고, 이 에너지 T의 고유값을 산출한다. 그리고, 전류 배분 결정부(13)는 고유값 중에서 최대 고유값을 추출하고, 추출한 최대 고유값에 대한 고유 벡터 a를 산출한다. 전류 배분 결정부(13)는 산출한 고유 벡터 a를, 수학식 43을 I로 나타낸 다음의 수학식 48에 대입하여 전류 성분의 행렬 I를 산출한다.

모기(2-n) 사이의 코일이 상이한 경우이더라도, 이와 같이 산출한 전류 성분의 행렬 I를 모기(2-n)에 인가함으로써, 자기(3-m)가 없는 경우에, 모기(2-n)의 코일에서 산일되는 에너지당 전송 파워 Power를 최대로 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부(모기(2-n))와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부(자기(3-m))와, N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부(전류 배분 결정부(13))를 구비하는 비접촉 급전 시스템에 있어서, 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, 배분 결정부는 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라 할 때, 행렬 A(2차 형식을 만드는 행렬)를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하여, 수학식 1의 스칼라가 정이며, 자기 전력 수신부가 기능할 때의 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일을 나타내고 그 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 2의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고, 행렬 A가 수학식 3과 같이 표현될 때, 수학식 4로 표현되는 행렬 D(에너지 T(수학식 42))의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측부터 행렬 C(√ρ)를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 전기 신호를 결정한다.

여기서 행렬 X의 요소를 x_n(n=1, …, N)이라 하고, 행렬 A의 요소를a_ij(a_ij=a_ji*)라 하면, 수학식 1은 다음의 수학식 49와 같이 표현된다.

또한, 행렬 B의 요소를 b_ij(b_ij=b_ji*)라 하면, 수학식 2는 다음의 수학식 50과 같이 표현된다.

이 경우, 행렬 A는 E(단위 행렬)이다. 행렬 C는, 행렬 C의 전치 행렬의 복소 공역과 동등하면서, 단위 행렬 E와 동등하다. 행렬 D는, Re(Z)의 좌우부터 단위 행렬 E를 곱한 것과 동등하며, 즉 Re(Z)와 동등하다. Y는 Re(Z)의 고유 벡터이므로, 벡터 CY는 벡터 EY와 동등하며, 즉 고유 벡터 Y와 동등하다.

또한, 모기(2-n) 사이의 코일(23-n)이 동일한 경우, 전술한 행렬 A 및 행렬 B는 각각, 단위 행렬이다. 또한, 행렬 A는 자기가 존재하지 않을 때의 임피던스 행렬 Z₀의 실부 Re(Z₀)이다. 또한, 행렬 A는 코일(23-n)에 기초하는 안테나의 인덕턴스 행렬의 실부이다. 또한, 행렬 A는 수학식 49가 어떤 특정 영역의 공간에 축적되는 장의 에너지의 총합인 것이다.

상기에서는, 손실당 에너지 최대량을 결정하는 방법을 설명하였지만, 이것은 손실로 규정하지 않아도, 정치 확정(고유값이 모두 정)된 2차 형식(기준 행렬)이면 된다. 예를 들어, 상기한 Re(Z₀)(기준 행렬) 대신에, 다음의 수학식 51과 같이 표현되는 모기(2-n) 사이의 상호 인덕턴스 행렬(기준 행렬)에 1/2를 곱한 값을 도입한 경우에 대하여 설명한다.

또한, 다음의 수학식 52에 나타내는 에너지 E는, 전체 공간에 축적되는 모기(2-n)가 유도하는 자계 에너지를 나타내고 있다.

이로 인해, Re(Z₀) 대신에 수학식 51의 (1/2)L로 재기입하는 것은, 전체 공간에 축적되는 모기(2-n)가 유도하는 자계에 축적되는 에너지를 일정하게 하였을 때의 최대 전송 파워의 문제를 풀게 된다.

또한, 어느 특정 공간(단 전체 공간은 아님)에 축적되는 자계의 에너지 E'를 다음의 수학식 53과 같이 표현하면, 특정 공간에 축적되는 자계 에너지를 일정하게 하였을 때의 최대 전달 파워 문제를 풀게 된다.

이 에너지 E'는, 여기에서 L을 자기가 없을 때의 인덕턴스 행렬로 하면 모기(2-n)만이 유도하는 자계 에너지이다. 또한, 이 에너지 E'는, L을 자기가 있을 때의 인덕턴스 행렬로 하면 모기(2-n)와 자기(3-m)가 유도하는 자계 에너지이다.

단, 수학식 53에 있어서, L'는, 다음의 수학식 54이다.

(제4 실시 형태)

이하, 본 발명의 제4 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 와이어리스 급전 시스템에서는, 제3 실시 형태와 마찬가지로 1대의 고주파 전원을 N대의 모기로 공유한다. 본 실시 형태에서는, 전류 제어부가 공진 회로를 갖는 예를 설명한다.

도 21은, 본 실시 형태에 따른 모기(2c-n) 및 자기(3-m)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 본 실시 형태에 있어서의 모기(2c-n) 이외의 구성은, 제3 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.

도 21에 도시한 바와 같이, N개의 모기(2c-1 내지 2c-N)(각각을 '모기(2c-n)'라고도 함)는 전류 수용부(21b-n), 전류계(24-n), 전압계(25-n), 전류 방향 전환부(27-n) 및 전력 송신부(28c-n)를 포함하여 구성되어 있다. 전력 송신부(28c-n)는, 전류 제어부(제어부: 26c-n), 코일(23-n)을 포함하여 구성되어 있다. 제3 실시 형태에서는, 전류 제어부(26b-n)는, 일단부가 전류계(24-1)를 통하여 전류 수용부(21b-n)의 일단부에 접속되고, 타단부가 전압계(25-n)의 일단부와 코일(23-n)의 일단부에 접속되어 있다(도 13a 참조). 한편, 본 실시 형태에서는, 전류 제어부(26c-n)는, 일단부가 직접, 전류 수용부(21b-n)의 일단부에 접속되고, 타단부가 전류계(24-1)를 통하여 전압계(25-n)의 일단부와 코일(23-n)의 일단부에 접속되어 있다. 도 21에 있어서, 신호선은 모기 송전 제어부(1b)와 모기(2c-1)의 접속만을 표기하고 있지만, 모기 송전 제어부(1b)와 다른 모기(2c-n)에 대해서도 신호선은 마찬가지로 접속되어 있으며, 동기가 취해지고 있다. 또한, 전류계(24-1)는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계(25-1)는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 또한, 전류 수용부(21b-n)는, 모기 송전 제어부(1b)로부터 입력된 전류를 받아들이는 커넥터이어도 된다.

전류 제어부(26c-n)는, 모기 송전 제어부(1b)가 생성한 셀렉터 전환 신호에 기초하여, 전류 수용부(21b-n)로부터 입력된 전류를 제한함으로써, 코일(23-n)에 흐르는 전류를 제어한다.

도 22는, 본 실시 형태에 따른 전류 제어부(26c-n)의 구성을 나타내는 블록도이다. 전류 제어부(26c-n)는, B개(B는 정의 정수)의 콘덴서(Ca0 내지 Ca)(B-1) 및 B개의 셀렉터(전환부) Sa0 내지 Sa(B-1)를 포함하여 구성되어 있다.

셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)는 각각 2개의 입력 단자(제1 포트, 제2 포트) a(a0, a1, …, a(B-1))과 b(b0, b1, …, b(B-1)), 1개의 출력 단자(제3 포트) c(c0, c1, …, c(B-1)) 및 입력 단자의 한쪽을 출력 단자와 접속하도록 전환하는 포트 전환 스위치를 갖고 있다. 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)는 모기 송전 제어부(1b)의 전류 진폭 제어부(15b)가 생성한 셀렉터 전환 신호에 따라서, 한쪽의 입력 단자 a 또는 b가 출력 단자에 접속된다. 셀렉터(Sa0)는, 한쪽의 입력 단자 a0이 전류 수용부(21b-n)의 일단부에 접속되고, 다른 쪽의 입력 단자 b0이 전류 수용부(21b-n)의 타단부에 접속되면서 접지되고, 출력 단자 c0이 콘덴서 Ca0의 일단부에 접속되어 있다. 이하 마찬가지로, 셀렉터 Sak(k는 1 내지 B-1까지의 정수)는 한쪽 입력 단자 ak가 전류 수용부(21b-n)의 일단부에 접속되고, 다른 쪽 입력 단자 bk가 전류 수용부(21b-n)의 타단부에 접속되면서 접지되고, 출력 단자 ck가 코일 Cak의 일단부에 접속되어 있다. 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)은 예를 들어 릴레이이다.

콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)의 타단부끼리는 접속되고, 이 접속점은 전류계(24-n)에 접속되어 있다.

여기서, 셀렉터 전환 신호에 따라서 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)을 전환한 경우의 모기(2-n)에 있어서의 셀렉터와 콘덴서에 대하여 설명한다. 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)을 전환한 경우, 콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)의 일단부는, 전류 수용부(21b-n)에 접속되거나, 또는 접지된다. 이로 인해, 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1), 콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)은 전류계(24-n)를 통하여 접속되어 있는 코일 Ln에 직렬로 접속되는 가변 콘덴서와, 코일 Ln과 병렬로 접속되는 가변 콘덴서의 등가 회로로 나타낼 수 있다.

도 23은, 본 실시 형태에 따른 모기(2c-n)의 등가 회로도이다. 공진 회로를 갖는 N개의 모기(2c-1' 내지 2c-N')(각각을 '모기(2c-n')'라고도 함)는 각각 가변 콘덴서 Ca₁n, 가변 콘덴서 Ca₂n, 코일 Ln, 전류 방향 전환부(27-n)를 포함하여 구성되어 있다.

전류 방향 전환부(27-n)는, 셀렉터 Sb₁n, Sb₂n을 구비하고 있다. 셀렉터Sb₁n, Sb₂n의 전환은, 연동하여, 모기 송전 제어부(1b)가 생성한 전류 방향 전환 신호에 기초하여, 전류 방향 전환부(27-n)가 코일(23-n)에 흐르는 전류의 방향을 전환한다. 셀렉터 Sb₁n, Sb₂n은, 예를 들어 릴레이이다.

가변 콘덴서 Ca₁n은, 일단부가 고주파 전원(4b')(포함하는 전류 수용부)의 일단부에 접속되고, 타단부가 가변 콘덴서 Ca₂n의 일단부와 코일 Ln의 일단부에 접속되어 있는 등가 회로로 나타낼 수 있다.

도 23에 도시한 바와 같이, 모기(2c-1')의 공진 주파수 ω₁은 1/(√(L1(Ca₁1+Ca₂1)))이다. 마찬가지로, 모기(2c-2')의 공진 주파수 ω₂는 1/(√(L2(Ca₁2+Ca₂2)))이며, 모기(2c-N)'의 공진 주파수 ω_N은 1/(√(LN(Ca₁N+Ca₂N)))이며, 각 공진 주파수 ω_n을 동등하게 하는 것이 바람직하다. 또한, 모기(2c-n) 사이의 상호 인덕턴스는, 모기(2c-n)와 자기(3-m) 사이의 상호 인덕턴스보다 작은 것이 바람직하다.

즉, 도 22에 있어서, 각 모기(2c-n)의 전류 제어부(26c-n)가 구비하는 콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)의 합계 용량이 서로 동등하고, 코일 L0 내지 L(B-1)의 인덕턴스가 서로 동등하고, 콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)의 일단부에 접속되는 전류 수용부(21b-n)의 출력부의 임피던스를 대략 0이라 간주할 수 있는 경우, 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)을 전환하여도 각 모기(2c-n)의 공진 주파수 ω는 동등해진다. 각 모기(2c-n)의 공진 주파수 ω_n의 2승(ω_n ²)는 다음의 수학식 55와 같이 표현된다. 또한, 각 모기(2c-n)의 각 코일(23-n)에 걸리는 전압 V_l은, 고주파 전원(4b)의 전압이 V₀인 경우, 다음의 수학식 56과 같이 표현된다.

전류 배분 결정부(13b)는 모기(2c-1)의 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)을 순차, 전환한다. 예를 들어, 셀렉터 Sa0만 전류 수용부(21b-n) 측으로 전환하고, 다른 셀렉터 Sa1 내지 Sa(B-1)을 접지시키도록 전환한다. 전류 배분 결정부(13b)는 이때의 전류계(24-n)의 측정값에 기초하는 복소 전류 정보를 기억부(16)에 기입한다. 전류 배분 결정부(13b)는 기억부(16)에 기억시킨 값에 기초하여, 콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)과 코일 L(B-1)의 접속점(제2 접속점)에 흐르는 전류가 원하는 전류가 되도록 셀렉터 Sa1 내지 Sa(B-1)을 전환한다. 셀렉터 Sa1 내지 Sa(B-1)을 전환한 후, 예를 들어 전류 진폭 제어부(15b)는 코일 L(B-1)에 걸리는 전압을 전압계(25-n)를 이용하여 취득하고, 취득한 전류값과 전압값에 기초하여, 전술한 바와 같이 모기(2c-n)에 공급하는 전류비를 결정한다. 전류 배분 결정부(13b)는 결정한 전류비를 나타내는 정보를, 전류 진폭 제어부(15b)로 출력한다.

공진 회로를 갖고 있지 않은 경우, 공진시키기 위해 입력하는 전압값을 높게 하지 않으면 전류가 흐르기 어려운 경우가 있었지만(예를 들어 제3 실시 형태), 본 실시 형태에 의하면, 공진 회로를 갖고 있기 때문에 전압값을 올리지 않아도 전류가 흐르는 효과가 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 모기(2c-n)의 공진 주파수를 일정하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 모기 송전 제어부(1b)는 전류계(24-1)를 흐르는 전류값을 계측하고, 소정의 전류가 흐르도록 모기(2c-n)의 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)을 전환함으로써, 모기(2c-n)를 전류원으로서 작용시킬 수 있다. 또한, 도 22에 있어서, 콘덴서의 용량을 C_i ₊₁=C_i×2(i는 0 이상의 정수)가 되도록 함으로써, 적은 콘덴서 및 셀렉터에 의해, 많은 전압값 또는 전류값을 선택할 수 있다.

또한, 도 23에 도시한 등가 회로의 2개의 가변 콘덴서 Ca₁n과 Ca₂n을 이용하여 제어하도록 하여도 된다. 이 경우, 모기 송전 제어부(1b)는 가변 콘덴서 Ca₁n과 Ca₂n의 합계 용량이 일정해지도록 제어한다.

(제5 실시 형태)

이하, 본 발명의 제5 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 24는, 본 실시 형태에 따른 모기(2d-n) 및 자기(3-m)의 구성을 나타내는 개략 블록도이다. 본 실시 형태에 있어서의 모기(2d-n) 이외의 구성은, 제3 실시 형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 자기(3-m)의 구성은, 도 20과 마찬가지이다. 또한, 전류 수용부(21b-n)는, 모기 송전 제어부(1b)로부터 입력된 전류를 받아들이는 커넥터이어도 된다.

도 24에 도시한 바와 같이, N개의 모기(2d-1 내지 2d-N)(각각을 '모기(2d-n)'라고도 함)는 전류 수용부(21b-n), 전류계(24-n), 전압계(25-n), 전류 방향 전환부(27-n) 및 전력 송신부(28c-n)를 포함하여 구성되어 있다. 또는, 전력 송신부(28c-n)는, 전류 제어부(제어부: 26c-n), 코일(23-n)을 포함하여 구성되어 있다.

도 24에 있어서, 신호선은 모기 송전 제어부(1b)와 모기(2d-1)의 접속만을 표기하고 있지만, 모기 송전 제어부(1b)와 다른 모기(2d-n)에 대해서도 신호선은 마찬가지로 접속되어 있으며, 동기가 취해지고 있다. 또한, 전류계(24-1)는, 복소 전류를 측정하는 계기이며, 그 전류 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다. 전압계(25-1)는, 복소 전압을 측정하는 계기이며, 그 전압 진폭 및 위상을 동시에 측정할 수 있는 것이다.

또한, 도 24에 있어서, 전류 제어부(26c-n)의 구성은, 제4 실시 형태의 도 22와 마찬가지의 구성이다. 전류 방향 전환부(27-n)의 구성은, 제4 실시 형태의 도 23과 마찬가지이다.

제4 실시 형태(도 21)에 있어서, 가령 제2 실시 형태에서 설명한 바와 같이 측정과 스위치의 전환을 반복하는 경우, 이하와 같은 수순으로 된다.

우선, 모기 송전 제어부(1b)는 전류계(24-n)에 의해 코일(23-n)에 흐르는 전류를 측정한다. 이어서, 모기 송전 제어부(1b)는 측정한 전류에 기초하여 전류 제어부(26c-n)의 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)(도 22 참조)를 전환하여 전류값이 원하는 값으로 되도록 한다. 이어서, 모기 송전 제어부(1b)는 그때의 코일(23-n)에 걸리는 동상의 전압을 측정하고, 제2 실시 형태에서 설명한 반복 방법을 이용한다.

그러나, 전류값을 원하는 값으로 제어하기 위해서는, 전류 제어부(26c-n)의 셀렉터를 빠르게 전환할 필요가 있기 때문에, 셀렉터가 메카니컬한 릴레이에서는, 실현이 약간 곤란하다.

이로 인해, 제4 실시 형태에서는, 셀렉터가 메카니컬한 릴레이이어도 적용 가능한 산출 방법에 대하여 설명한다.

주된 수순은 이하와 같다.

수순 (1)

모기 송전 제어부(1b)는 전류 제어부(26c-n) 내의 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)의 출력 단자 c0 내지 c(B-1)을 모두 전원측에 접속되도록 제어한다.

수순 (2)

다음으로, 모기 송전 제어부(1b)는 전류 제어부(26c-n)의 콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)의 접속점에 흐르는 차회의 전류가, 다음의 수학식 57이 되도록 V_(k+1)을 정한다. 또한, k는 0 이상의 정수이다.

수순 (3) 수순 (2)를 반복한다.

다음으로, 수순 (3)을 반복한 경우의 수속 상태에 대하여 설명한다.

도 24에 있어서, 모기(2d-n), 자기(3-m) 모두 정합이 취해지고 있으며, 모기(2d-n) 사이와 자기(3-m) 사이의 자계 결합이 작은 경우, 다음의 수학식 58과 같이 (N×M)×(N×M) 행렬을 이용하여 표현할 수 있다.

수학식 58에 있어서, I_P는 모기(2d-n)의 코일(23-n)에 흐르는 전류를 성분으로 하는 (N×1) 행렬이며, I_C는, 자기(3-m)의 코일(31-m)에 흐르는 전류를 성분으로 하는 (M×1) 행렬이며, 자기(3-m)의 부하측으로부터 코일(23-m)로 흐르는 전류를 정이라 한다. V_P는, 모기(2d-n)의 코일(23-n)에 걸리는 전압이다. 또한, R은, 자기(3-m)의 부하 행렬이다. 또한, L_PC는, 자기(3-m)의 코일(31-m)로부터 본 각 모기(2d-n)의 코일(23-n) 사이의 상호 인덕턴스이다. L_CP는, 각 모기(2d-n)의 코일(23-n)로부터 본 자기(3-m)의 코일(31-m) 사이의 상호 인덕턴스이다. γ는, 코일(23-n)의 옴 손실을 대각 성분으로 갖는 실 대각 행렬이다. 또한, L_PC의 전치 행렬은, L_PC와 동등하다. 또한, 수학식 58에 있어서, 좌측 상단의 N×M 행렬이 실 대각 행렬인 것은, 모기(2d-n) 사이의 코일(23-n)의 결합을 무시할 수 있고, 전류 제어부(26c-n)의 콘덴서 Ca0 내지 Ca(B-1)이 코일(23-n)과 정합하고 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 자기(3-m)의 코일(31-m)의 저항에 대해서는, 간소화를 위해, 여기에서는 제외하고 있다.

수학식 58에 의해, I_C를 소거하여 V_P와 I_P의 관계를 구하면, 다음의 수학식 59와 같아진다.

여기서, I_P에 대하여 풀면, 다음의 수학식 60과 같아진다.

수학식 60에 있어서, 어드미턴스 Y는, 다음의 수학식 61이다.

수학식 61에 있어서, 어드미턴스 Y는 실 대각 행렬이므로, Re(Y)라 쓸 수 있다. 이로 인해, 수학식 59와 같이, V_P는, Re(Y)와 I_p의 곱으로 나타낼 수 있다.

수학식 61과 같이, Re(Y)는 실수이므로, 전압 V_P가 실수이면, 전류 I_P도 실수로 된다. 이로 인해, 수학식 57의 α_(k) 및 β도 실수이다. 여기서, I_P=I_(k)라 하면, V_(k+1)는 다음의 수학식 62와 같이 표현된다.

수학식 62로부터, V_(k)는 다음의 수학식 63과 같이 표현된다.

수학식 63에 있어서, Re(Y)의 고유값을 λn이라 하면, λn는 실수이며 0 이상이기 때문에, (1-βRe(Y))의 고유값은 다음의 수학식 64로 된다.

도 25는, Re(Y)의 고유값 λ와 |1-βλ_n|의 관계를 설명하는 도면이다. 도 25에 있어서, 횡축은 고정값 λ이며, 종축은 |1-βλ_n|이다.

도 25와 같이, 다음의 수학식 65가 최댓값을 취하는 고유 벡터에 수속한다. 이 결과, 어드미턴스 Y의 최소 고유값(P11)으로 수학식 65가 최대가 되도록 β를 결정하면, 수속하는 벡터는, 코일(23-n)의 임피던스 Z_A의 최대 고유값에 수속한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 의하면, 전류값을 원하는 값으로 하기 위해 셀렉터를 빈번히 전환하지 않아도 되기 때문에, 셀렉터가 메카니컬한 릴레이이어도 적용 가능하다.

또한, 상기한 각 실시 형태에서는, 스위치 전환 신호의 출력 전에 고주파 전원(4b)의 출력을 「0」으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스위치 전환 시에 접점에 고전압이 걸림으로써 일어나는 불꽃의 발생을 방지할 수 있어, 스위치의 수명을 길게 할 수 있다. 또한, 도 2의 스위치(26-n), 도 9의 스위치(26-n), 도 14의 셀렉터(262b-n), 도 19의 스위치(26-n), 셀렉터 Sa0 내지 Sa(B-1)에는, 예를 들어 반도체 스위치를 이용하여도 된다.

또한, 전류 제어부(26b-n)는, 동시에 복수의 단자 S1 내지 SB와 코일(23-n)을 접속시켜도 된다.

또한, 전류 제어부(26b-n)에서는, 콘덴서 대신에 트랜지스터나 FET(Field Effect Transitor) 등의 소자를 이용하여 전류의 제어를 행하여도 된다. 이들 소자를 이용하면, 전류 제어부(26b-n)에 있어서의 에너지 산일이 코일에 공급하는 전력에 비하여 무시할 수 있다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 1대의 고주파 전원(4b)을 이용한 예를 나타내었지만, 전원의 수는 1대가 아니어도 된다. 그때, 복수의 전원은 동일한 전류량을 출력할 수 있는 것이 바람직하지만, 반드시 그에 한정되지 않는다.

상기 각 실시 형태에서는, 모기 송전 제어부(1) 내에 있는 전류 진폭 제어부(15)가 모기로 전력을 출력하는 예를 나타내었지만, 전원의 진폭을 제어하는 부분은 각 모기(2-n)에 내장되어 있어도 되며, 그 경우에는, 전류 배분 결정부(13)가 결정한 전류비를 나타내는 정보를 각 모기(2-n)에 신호로서 송신하고, 각 모기(2-n)로 진폭을 제어하여도 된다.

또한, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 모기(2-n)에 공급하는 전류를 제어하는 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 모기(2-n)에 인가하는 전압을 제어하여도 된다.

또한, 상기한 실시 형태에서는, 자기(3-m)에 입력된 전력은, 축전지(35)에 축전되고, 직류 전원으로서 부하에 공급되었지만, DC-AC 컨버터를 더 구비함으로써, 교류의 전력을 부하에 공급하도록 하여도 된다.

또한, 상기 각 실시 형태에 있어서, 모기(2-n)는 코일(23-n) 대신에, 자기(3-m)는 코일(31-m) 대신에, 안테나를 구비하여도 된다.

또한, 상기한 각 실시 형태에서 이용하는 전기 신호는 온 상태와 오프 상태를 전환하는 신호가 아니라, 다 비트의 제어값, 또는 연속값의 제어값이다.

또한, 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태에서는, 임피던스 행렬 Z를 이용하는 예를 설명하였지만, 임피던스 행렬 Z 대신에 어드미턴스 행렬, 인덕턴스 행렬 또는 캐패시턴스 행렬을 이용하도록 하여도 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 각 모기(2-n, 2b-n, 20-n, 2a-n)가 구비하는 전력 송신부(28-n)의 인덕턴스와, 각 자기(3-m, 30-m, 30a-m, 3a-m)가 구비하는 전력 수신부(39-m)의 인덕턴스에 기초하는 공진에 의해, 자계 결합하고 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 각 모기(2-n, 2b-n, 20-n, 2a-n)가 구비하는 전력 송신부(28-n)의 캐패시턴스와, 각 자기(3-m, 30-m, 30a-m, 3a-m)가 구비하는 전력 수신부(39-m)의 캐패시턴스에 기초하는 공진에 의해, 정전 결합하고 있어도 된다.

또한, 상기 각 실시 형태에 있어서의 모기 송전 제어부(1, 1a, 1b)의 일부를 컴퓨터로 실현하도록 하여도 된다. 그 경우, 이 제어 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록하여, 이 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 읽어들이게 하고, 실행함으로써 실현하여도 된다. 또한, 여기에서 말하는 「컴퓨터 시스템」이란, 모기 송전 제어부(1, 1a, 1b)에 내장된 컴퓨터 시스템으로서, OS나 주변 기기 등의 하드웨어를 포함하는 것으로 한다. 또한, 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체」란, 플렉시블 디스크, 광자기 디스크, ROM, CD-ROM 등의 가반형 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드디스크 등의 기억 장치를 말한다. 또한 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 」란, 인터넷 등의 네트워크나 전화 회선 등의 통신 회선을 통하여 프로그램을 송신하는 경우의 통신선과 같이, 단시간, 동적으로 프로그램을 유지하는 것, 그 경우의 서버나 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리와 같이, 일정 시간 프로그램을 유지하고 있는 것도 포함하여도 된다. 또한 상기 프로그램은, 전술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 되며, 나아가 전술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것이어도 된다.

또한, 전술한 실시 형태에 있어서의 모기 송전 제어부(1, 1a, 1b)의 일부 또는 전부를, LSI(Large Scale Integration) 등의 집적 회로로서 실현하여도 된다. 모기 송전 제어부(1, 1a, 1b)의 각 기능 블록은 개별로 프로세서화하여도 되고, 일부 또는 전부를 집적하여 프로세서화하여도 된다. 또한, 집적 회로화의 방법은 LSI에 한하지 않고 전용 회로 또는 범용 프로세서로 실현하여도 된다. 또한, 반도체 기술의 진보에 의해 LSI에 대체하는 집적 회로화의 기술이 출현한 경우, 상기 기술에 의한 집적 회로를 이용하여도 된다.

또한, 상기한 각 실시 형태에 있어서, 임피던스를 어드미턴스와, 전압을 전류와, 전류를 전압으로 함으로써도 마찬가지의 제어를 하는 것이 가능하다.

1, 1b: 모기 송전 제어부
2-n, 2b-n, 20-n, 2a-n(n=1 내지 N): 모기
3-m, 30-m, 30a-m, 3a-m(m=1 내지 M): 자기
4b: 고주파 전원
11: 복소 전압 검지부
12: 복소 전류 검지부
13, 13a, 13b: 전류 배분 결정부(배분 결정부)
15, 15b: 전류 진폭 제어부
16: 기억부
17: 제어부
18, 18b: 선택 테이블 기억부
21-n: 전원부
21b-n: 전류 수용부
22-n: 캐패시터
23-n: 코일
24-n: 전류계
25-n: 전압계
26-n: 스위치
26b-n, 26c-n: 전류 제어부
27-n: 전류 방향 전환부
28-n: 전력 송신부
31-m: 코일
32-m, 32a-m, 32b-m: 캐패시터
33-m: 스위치
34-m: 정류기
35-m: 축전지
36-m: 전압계
37-m: 부하
38-m: 스위치 제어부
39-m: 전력 수신부
131, 131a: 통전 모기 선택부
132: 피측정 모기 선택부
133: 전압, 전류 입력부
134, 134a: 임피던스 매트릭스 생성부
135: 전류 벡터 생성부
136: 초기 전류 벡터 생성부
137: 전류 벡터 생성부
CB: 콘덴서
262b-n, Sa0 내지 SaB: 셀렉터

Claims

N개(N은 2 이상의 정수)의 모기(親機) 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기(子機) 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템에 있어서,
상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고,
상기 배분 결정부는, 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N차원의 벡터 X라고 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 1(~는 전치 행렬이며 *은 복소 공역(conjugate)임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,
<수학식 1>

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일(散逸)을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 2의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,
<수학식 2>

행렬 A가 수학식 3과 같이 표현될 때,
<수학식 3>

수학식 4로 표현되는 행렬 D
<수학식 4>

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항에 있어서, 상기 행렬 B는, 상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 모기 전력 송신부 각각의 단자에 관한 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬이며,
상기 배분 결정부는, 상기 전기 신호의 2차 형식을 나타내는 정치(正値) 확정된 에르미트 행렬인 기준 행렬과, 상기 행렬 B에 기초하여, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제2항에 있어서, 상기 배분 결정부는, 상기 행렬 D의 최대 고유값에 대한 고유 벡터 Y에 기초하여 산출되는 벡터 CY의 성분에 비례하도록, 또는 상기 행렬 D의 최소 고유값에 대한 고유 벡터 Y에 기초하여 산출되는 벡터 CY의 성분에 비례하도록, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항에 있어서, 상기 행렬 A는 단위 행렬인 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 행렬 A는, 상기 자기 전력 수신부가 존재하지 않을 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부인 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 행렬 A는, 상기 모기 전력 송신부 각각의 임피던스 행렬의 허부, 캐패시턴스 행렬의 실부 및 인덕턴스 행렬의 실부 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 형식의 수학식 1의 스칼라가 어느 특정 영역의 공간에 축적되는 장(場)의 에너지의 총합인 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배분 결정부는, 상기 고유 벡터의 성분 중 절댓값이 최대가 되는 성분에 대응하는 전류가 전류 정격이 되도록, 또는 상기 고유 벡터의 성분 중 절댓값이 최대가 되는 성분에 대응하는 전압이 전압 정격이 되도록, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 기준 행렬은, 상기 자기 전력 수신부가 존재하지 않을 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부이며, 혹은 상기 N개의 모기 전력 송신부 사이의 인덕턴스 행렬의 실부이며, 혹은 상기 모기 전력 송신부 사이의 임피던스 행렬의 허부 또는 상기 모기 전력 송신부 사이의 어드미턴스 행렬의 허부가 공간 중의 특정 영역에 유도되는 에너지가 상기 전기 신호의 2차 형식으로 표현될 때의 에르미트적인 계수 매트릭스인 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배분 결정부에서 상기 벡터 Y가 상기 행렬 D의 고유 벡터에 수속(收束)하도록, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자기 전력 수신부는, 상기 N개의 모기 전력 송신부로부터의 급전을 제한하는 수전(受電) 거부 모드를 갖는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 공급되는 상기 전기 신호를 제한하여, 상기 모기 전력 송신부에 출력하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제12항에 있어서, 상기 제어부는, 에너지 산일이 상기 전기 신호의 에너지에 비하여 무시할 수 있는 소자에 의해 상기 전기 신호를 제한하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모기 전력 송신부는 전력 송신부를 구비하고,
상기 자기 전력 수신부는 전력 수신부를 구비하고,
상기 전력 송신부 및 상기 전력 수신부는 각각 인덕터를 구비하고,
상기 전력 송신부의 인덕터와 상기 전력 수신부의 인덕터에 기초하는 공진에 의해 자계 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모기 전력 송신부는 전력 송신부를 구비하고,
상기 자기 전력 수신부는 전력 수신부를 구비하고,
상기 전력 송신부 및 상기 전력 수신부는 캐패시터를 구비하고,
상기 전력 송신부의 캐패시터와 상기 전력 수신부의 캐패시터에 기초하는 공진에 의해 정전(靜電) 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제어부는 복수의 캐패시터와 복수의 전환부를 구비하고,
상기 복수의 캐패시터는, 일단부가 서로 접속되고, 타단부가 각각, 각 전환부의 입력단에 접속되고,
상기 복수의 전환부의 출력단은 서로 접속되고, 그 접속된 점이 코일과 접속되고,
상기 배분 결정부는, 상기 전환부를 순차 전환했을 때에 상기 코일에 걸리는 전압을 나타내는 정보 및 상기 캐패시터에 흐르는 전류를 나타내는 정보에 기초하여, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호의 배분을 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제어부는,
복수의 캐패시터와,
제1 내지 제3 포트를 갖고, 상기 제1 내지 제3 포트 중, 상기 제1 또는 상기 제2 포트와 상기 제3 포트와의 접속을 전환하는 포트 전환 스위치를 갖는 복수의 전환부
를 구비하고,
상기 복수의 전환부는, 상기 제1 포트가 서로 접속되고, 그 접속된 제1 접속점이 전원부에 접속되고, 상기 제2 포트가 서로 접속되고, 상기 제2 포트 각각이 접지되고, 상기 제3 포트가 상기 복수의 캐패시터 중 1개의 캐패시터의 일단부에 접속되고,
상기 복수의 캐패시터는, 타단부가 서로 접속되고, 그 접속된 제2 접속점이 코일과 접속되고,
상기 전환부는, 상기 전환부를 순차 전환했을 때에 상기 제2 접속점에 흐르는 전류를 나타내는 정보 및 코일에 걸리는 전압을 나타내는 정보에 기초하여, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호의 배분을 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 신호는, 상기 모기 전력 송신부의 수보다 소수의 전원으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템에 있어서,
상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고,
상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 시스템.
N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 장치에 있어서,
상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고,
상기 배분 결정부는, 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라고 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 5(~는 전치 행렬이며 *은 복소 공역임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,
<수학식 5>

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 6의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,
<수학식 6>

행렬 A가 수학식 7과 같이 표현될 때,
<수학식 7>

수학식 8로 표현되는 행렬 D
<수학식 8>

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 장치.
N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 장치에 있어서,
상기 전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고,
상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 비접촉 급전 장치.
전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치의 컴퓨터에,
상기 배분 결정부가, 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라고 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 9(~는 전치 행렬이며 *은 복소 공역임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,
<수학식 9>

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 10의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,
<수학식 10>

행렬 A가 수학식 11과 같이 표현될 때,
<수학식 11>

수학식 12로 표현되는 행렬 D
<수학식 12>

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 실행시키기 위한 비접촉 급전 프로그램.
전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치의 컴퓨터에,
상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 실행시키기 위한 비접촉 급전 프로그램.
전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치에 있어서,
상기 배분 결정부가, 상기 각 모기 전력 송신부에 공급하는 전기 신호를 성분으로 갖는 N행×1열의 N차원의 벡터 X라고 할 때, 행렬 A를 N행×N열의 정규의 에르미트 행렬로 하고, 수학식 13(~는 전치 행렬이며 *은 복소 공역임)의 스칼라가 마이너스가 아니며,
<수학식 13>

상기 자기 전력 수신부가 기능할 때의 상기 전기 신호의 2차 형식 행렬이 에너지의 산일을 나타내고 그의 계수를 성분으로 하는 N행×N열의 에르미트인 행렬 B이며, 수학식 14의 스칼라가 에너지 소비를 나타내고,
<수학식 14>

행렬 A가 수학식 15와 같이 표현될 때,
<수학식 15>

수학식 16으로 표현되는 행렬 D
<수학식 16>

의 0이 아닌 고유값에 대한 고유 벡터 Y의 선형 결합에 좌측으로부터 상기 행렬 C를 곱한 벡터 CY의 성분에 비례하도록 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 갖는 비접촉 급전 방법.
전기 신호는 전류 또는 전압 혹은 그 선형 결합량을 성분으로 갖고, N개(N은 2 이상의 정수)의 모기 전력 송신부와, 적어도 하나의 자기 전력 수신부와, 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 배분 결정부를 구비하는 비접촉 급전 시스템의 비접촉 급전 장치에 있어서,
상기 배분 결정부가, 상기 자기 전력 수신부가 존재할 때의 임피던스 행렬의 실부 또는 어드미턴스 행렬의 실부의 행렬 B의 0이 아닌 고유값에 대한 고유값 벡터의 성분에 비례하도록 상기 N개의 모기 전력 송신부에 공급하는 상기 전기 신호를 결정하는 수순을 갖는 비접촉 급전 방법.