(57)【要約】【課題】非接触給電において、受電装置への給電を効率よく確実に行えるようにする。【解決手段】給電装置１０は、位置標定装置１４から受電装置２０が存在する方向αを取得し、給電素子１２の指向方向が受電装置２０の方向を向くようにして給電を開始し、位置標定装置１４から取得される受電装置２０の位置に基づき自身と受電装置２０までの距離を取得し、取得した距離に対応する伝送効率の許容範囲を求め、受電装置２０から送られてくる、給電装置１０から現在供給を受けている電力値を受信し、受信した電力値と現在の給電電力の電力値とに基づき現在の伝送効率を求め、現在の伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は、位置標定装置１４から受電装置２０が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、給電素子１２の指向方向が受電装置２０の方向に向くように給電素子１２の指向方向を制御する。
2013098947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触給電により給電を受ける受電装置と、
前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、
前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置と
を含んで構成される非接触給電システムであって、
前記給電装置は、
前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、
前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、
前記受電装置は、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、
前記給電装置は、
前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、
受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、
前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触給電システムであって、
前記給電装置は、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非接触給電システムであって、
前記給電装置は、前記受電装置に対して前記位置標定信号の送信を要求する情報である位置標定信号送信要求を前記受電装置に送信し、
前記位置標定装置は、前記位置標定信号送信要求に応じて前記受電装置が送信する前記位置標定信号に基づき前記受電装置の位置標定を行い、
前記給電装置は、前記受電装置への前記給電を行っている際に前記位置標定信号送信要求を送信し、前記位置標定信号送信要求の送信後、所定時間内に前記位置標定装置が前記受電装置から前記位置標定信号を受信しなかった場合、前記受電装置への給電を停止する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項４】
請求項１又は２のいずれかに記載の非接触給電システムであって、
前記受電装置は、前記給電電力を受信する受電素子と、前記受電素子の指向方向を制御する制御機構を備え、
前記給電装置は、前記受電装置に、前記位置標定装置から取得した前記受電素子が存在する方向α及び前記受電装置が存在する位置を送信し、
前記受電装置は、前記方向α及び前記位置を受信し、受信した前記方向α及び前記位置に基づき前記受電素子の指向方向を前記給電装置の方向に調整する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の非接触給電システムであって、
前記給電装置は、前記受電装置に、前記受電装置の指向方向の前記調整に要する電力を非接触給電により供給する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の非接触給電システムに用いられる給電装置であって、
前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備え
前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、
前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の前記距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、
前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、
受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、
前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する
ことを特徴とする給電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の給電装置であって、
前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する
ことを特徴とする給電装置。
【請求項８】
非接触給電により給電を受ける受電装置と、
前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、
前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置と
を含んで構成される非接触給電システムの制御方法であって、
前記給電装置が、
前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、
前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の前記距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、
前記受電装置が、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、
前記給電装置が、
前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、
受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、
前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する
ことを特徴とする非接触給電システムの制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の非接触給電システムの制御方法であって、
前記給電装置が、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する
ことを特徴とする非接触給電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触給電システム、給電装置、及び非接触給電システムの制御方法に関し、とくに非接触給電を効率よく確実に行えるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、給電される電力を送電する送電デバイスと、送電デバイスから電力を受電する受電デバイスとを有し、送電デバイスは磁界共鳴関係をもって送電する第１の共振素子を含み、受電デバイスは、磁界共鳴関係をもって送電デバイスから送電された電力を受電する第２の共振素子を含み、送電デバイスが、送電デバイスおよび受電デバイスの少なくとも一方の電力伝送情報に応じて、第１の共振素子の配置角度および配置位置のうちの少なくとも一方を調整可能な駆動部を備えるワイヤレス給電システムについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今、携帯電子機器や電気自動車等の普及に伴い非接触給電に対するニーズが増大しており、電磁界共鳴技術等をベースとした遠距離間での送電に関する実用化が進められている。ここで遠距離間での非接触給電の実現に際しては、給電装置から受電装置への給電電力の伝送効率を可能な限り確保し、効率よく確実に非接触給電が行われるようにする必要がある。【０００５】
本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、非接触給電を効率よく確実に行うことが可能な、非接触給電システム、給電装置、及び非接触給電システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、非接触給電により給電を受ける受電装置と、前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置とを含んで構成される非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、前記受電装置は、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、前記給電装置は、前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する。【０００７】
本発明によれば、給電装置は、位置標定装置が求めた、受電装置が存在する方向αに基づき、給電素子の指向方向が受電装置の方向を向くように制御して給電を開始し、位置標定装置が求めた給電装置と受電装置との距離に対応する、伝送効率の許容範囲を求め、受電装置から受信した電力値と給電素子から出力している電力値とから現在の伝送効率を求め、求めた伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は方向αを再度取得し、再取得した方向αに基づき、給電素子の指向方向を受電装置の方向に向くように制御するので、給電素子の指向方向を適切に制御して給電装置から受電装置への給電を効率よく確実に行うことができる。【０００８】
本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する。【０００９】
本発明によれば、給電装置は、伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は給電を停止するので、非効率な給電が行われるのを防ぐことができる。また給電装置は、指向方向を調整したうえで給電を再開するので、給電装置から受電装置への給電を効率よく確実に行うことができる。【００１０】
本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記受電装置に対して前記位置標定信号の送信を要求する情報である位置標定信号送信要求を前記受電装置に送信し、前記位置標定装置は、前記位置標定信号送信要求に応じて前記受電装置が送信する前記位置標定信号に基づき前記受電装置の位置標定を行い、前記給電装置は、前記受電装置への前記給電を行っている際に前記位置標定信号送信要求を送信し、前記位置標定信号送信要求の送信後、所定時間内に前記位置標定装置が前記受電装置から前記位置標定信号を受信しなかった場合、前記受電装置への給電を停止する。【００１１】
本発明によれば、給電装置は、受電装置への給電を行っている際に位置標定信号送信要求を送信し、その後、所定時間内に位置標定装置が受電装置から位置標定信号を受信しなかった場合には受電装置への給電を停止する。このように位置標定信号を受信できない場合は給電を停止するので、ロスの大きな給電が行われてしまうのを防ぐことができる。【００１２】
本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記受電装置は、前記給電電力を受信する受電素子と、前記受電素子の指向方向を制御する制御機構を備え、前記給電装置は、前記受電装置に、前記位置標定装置から取得した前記受電素子が存在する方向α及び前記受電装置が存在する位置を送信し、前記受電装置は、前記方向α及び前記位置を受信し、受信した前記方向α及び前記位置に基づき前記受電素子の指向方向を前記給電装置の方向に調整する。【００１３】
本発明によれば、受電装置側でも、給電装置から送られてくる位置標定の結果に基づき、受電素子の指向方向を給電装置の方向に調整するので、これにより伝送効率を向上させることができる。【００１４】
本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記受電装置に、前記受電装置の指向方向の前記調整に要する電力を非接触給電により供給する。【００１５】
本発明によれば、受電素子の指向方向の調整に要する電力が非接触給電により給電装置から受電装置に供給されるので、受電装置が蓄電能力を備えていないような場合でも、受電素子の指向方向の調整を行うことができる。【００１６】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、受電装置への給電を効率よく確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】非接触給電システム１の構成を説明する図である。
【図２】給電装置１０のハードウエア構成を説明する図である。
【図３】給電装置１０が備える主な機能を説明する図である。
【図４】受電装置２０のハードウエア構成を説明する図である。
【図５】受電装置２０が備える主な機能を説明する図である。
【図６】位置標定信号６００のデータフォーマットを示す図である。
【図７】給電装置１０と受電装置２０との位置関係（高さ及び距離を示す変数のとり方）を説明する図である。
【図８】アンテナ群１４２を構成しているアンテナと受電装置２０との位置関係を説明する図である。
【図９】給電装置１０と受電装置２０の位置関係（高さ、距離、角度を示す変数のとり方）を示す図である。
【図１０】給電処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。
【図１１】給電処理Ｓ１０００を説明するフローチャートである。
【図１２】給電装置１０が行う、受電装置２０への給電を停止する処理の一例を説明するフローチャートである。
【図１３】給電装置１０が行う、受電装置２０への給電を停止する処理の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、発明を実施するための形態について図面とともに説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態として説明する非接触給電システム１の概略的な構成を説明する図である。同図に示すように、非接触給電システム１は、位置標定装置１４を備えた給電装置１０、及び給電装置１０から非接触給電により給電を受ける受電装置２０を含んで構成されている。受電装置２０は、例えば、携帯電話機、携帯情報端末、小型家電機器、電気自動車等である。給電装置１０は、例えば、受電装置２０が存在する環境、受電装置２０を所持する利用者が出入りする環境、不特定の利用者がアクセス可能な環境に設けられる。
【００２１】
図２に給電装置１０のハードウエア構成を示している。同図に示すように、給電装置１０は、電源装置１１、給電電力供給回路１２、給電素子１３、指向方向制御機構１３１、位置標定装置１４、通信回路１５、中央処理装置１６、記憶装置１７、入力装置１８、及び表示装置１９を備える。尚、位置標定装置１４は、給電装置１０と一体的に構成されていてもよいし、給電装置１０とは別体であってもよい。
【００２２】
電源装置１１は、例えば、スイッチング方式やリニア方式の電源であり、給電装置１０の構成要素を駆動するための電力を供給する。
【００２３】
給電電力供給回路１２は、ドライバ回路（ゲートドライバ、ハーフブリッジドライバ等）を含み、電源装置１１から供給される電力に基づき、給電素子１３に供給する所定周波数の駆動電流を生成する。
【００２４】
給電素子１３は、上記非接触給電が磁界方式（磁界結合方式、磁気共鳴方式）で行われる場合はコイル等の誘導性素子であり、上記非接触給電が電界方式（電界結合方式、電界共鳴方式）で行われる場合はコンデンサ等の容量性素子であり、上記非接触給電が電磁波方式で行われる場合はアンテナである。
【００２５】
指向方向制御機構１３１は、給電素子１３を３軸方向に回動可能に支持する支持部と給電素子１３の指向方向を制御するサーボモータ等を含んで構成される。
【００２６】
位置標定装置１４は、切替スイッチ１４１及びアンテナ群１４２を備え、後述する位置標定に関する無線信号（以下、位置標定信号と称する。）を受電装置２０から受信する。
【００２７】
通信回路１５は、受電装置２０との間で通信（例えば、無線ＬＡＮ（ＬＡＮ：Local Area Network）、規格IEEE 802.15.1による無線通信、規格IEEE 802.15.4による無線通信）を行う。給電装置１０と受電装置２０との間の通信は、給電信号を変調（Modulation）することにより、即ち伝達する情報を給電信号に含ませることにより行ってもよい。
【００２８】
中央処理装置１６は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成されている。中央処理装置１６は、給電装置１０の統括的な制御を行う。記憶装置１７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等を用いて構成され、プログラムやデータを記憶する。入力装置１８は、タッチパネルやテンキー等である。表示装置１９は、液晶パネル等である。
【００２９】
図３に給電装置１０が備える主な機能を示している。同図に示すように、給電装置１０は、指向方向制御部１５１、位置標定信号受信部１５２、方向取得部１５３、距離取得部１５４、給電制御部１５５、許容範囲算出部１５６、受電電力受信部１５７、及び伝送効率算出部１５８を備える。これらの機能は、給電装置１０のハードウエアによって、もしくは、給電装置１０の中央処理装置１６が、記憶装置１７に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００３０】
指向方向制御部１５１は、指向方向制御機構１３１により給電素子１３の指向方向を制御する。
【００３１】
位置標定信号受信部１５２は、受電装置２０から送信されてくる無線信号（位置標定信号）をアンテナ群１４２により受信する。
【００３２】
方向取得部１５３は、位置標定装置１４が後述する位置標定機能により算出する、当該給電装置１０からみた受電装置２０が存在する方向（以下、方向αと称する。）を取得する。
【００３３】
距離取得部１５４は、位置標定装置１４が後述する位置標定機能により算出した、自身と受電装置２０との間の距離を取得する。
【００３４】
給電制御部１５５は、給電素子１３から送信する電力を制御する。
【００３５】
許容範囲算出部１５６は、距離取得部１５４によって取得される距離に対応した、受電装置２０に電力供給を行う際の伝送効率の許容範囲を求める。許容範囲の算出方法の詳細については後述する。
【００３６】
受電電力受信部１５７は、受電装置２０から送られてくる、受電装置２０が給電装置１０から現在受電している電力の電力値を受信する。
【００３７】
伝送効率算出部１５８は、給電素子１３から現在出力されている電力の電力値を給電素子１３から取得し、取得した電力値と、受電電力受信部１５７が受電装置２０から受信した電力値とに基づき、給電装置１０から受電装置２０への給電電力の送信についての現在の伝送効率を算出する。
【００３８】
図４に受電装置２０のハードウエア構成を示している。同図に示すように、受電装置２０は、起電力発生回路２１、蓄電装置２２、位置標定信号送信装置２３、通信回路２５、中央処理装置２６、記憶装置２７、入力装置２８、表示装置２９、負荷３０、及び電力計測回路３１を備える。
【００３９】
起電力発生回路２１は、受電側コイル等の受電素子２１１を用いて構成される。起電力発生回路２１には、給電装置１０から送られてくる電磁界のエネルギーによって起電力が発生する。
【００４０】
蓄電装置２２は、二次電池（リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等）や容量素子（電気二重層コンデンサ等）などの蓄電池と、起電力発生回路２１に発生した起電力に基づく電流を蓄電池に供給するための整流回路、平滑回路、ＤＣ／ＡＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの給電回路を含む。尚、受電装置２０は、必ずしも蓄電装置２２を備えていなくてもよい。例えば、受電装置２０は、起電力発生回路２１に発生した起電力に基づく電流を負荷３０に直接供給するように構成されていてもよい。
【００４１】
位置標定信号送信装置２３は、後述する位置標定信号の送信回路と位置標定信号を送信するアンテナ２３１を含む。
【００４２】
通信回路２５は、給電装置１０との間で無線方式または有線方式により通信を行う。
【００４３】
中央処理装置２６は、ＣＰＵやＭＰＵなどを用いて構成されており、受電装置２０の統括的な制御を行う。
【００４４】
記憶装置２７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等を用いて構成されており、プログラムやデータを記憶する。入力装置２８は、キーボードやタッチパネル等である。表示装置２９は液晶パネル等である。
【００４５】
負荷３０は、例えば、受電装置２０が携帯電話機であれば、携帯電話機が備える回路（受信回路、送信回路等）である。電力計測回路３１は、給電装置１０から現在供給を受けている電力値を計測する。
【００４６】
図５に受電装置２０が備える主な機能を示している。同図に示すように、受電装置２０は、位置標定信号送信部２５１、受電電力送信部２５２、及び電力制御部２５３を備える。これらの機能は、受電装置２０のハードウエアによって、もしくは、受電装置２０の中央処理装置２６が、記憶装置２７に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。
【００４７】
位置標定信号送信部２５１は、位置標定信号送信装置２３を制御してアンテナ２３１から位置標定信号を送信する。
【００４８】
受電電力送信部２５２は、電力計測回路３１が計測した電力値、即ち受電装置２０が現在給電装置１０から給電を受けている電力値を給電装置１０に送信する。
【００４９】
電力制御部２５３は、起電力発生回路２１に発生する電力の蓄電装置２２又は負荷３０への供給を制御する。
【００５０】
＜位置標定の仕組み＞
次に位置標定の仕組みについて説明する。給電装置１０は、アンテナ群１４２を構成している複数のアンテナを周期的に切り換えながら、受電装置２０のアンテナ２３１から送られてくる、スペクトル拡散された無線信号からなる位置標定信号６００を受信する。
【００５１】
図６は受電装置２０から送信される位置標定信号６００のデータフォーマットの一例である。同図に示すように、位置標定信号６００には、制御信号６１１、測定信号６１２、及び端末情報６１３などの信号や情報が含まれている。
【００５２】
制御信号６１１には、変調波や各種の制御信号が含まれている。測定信号６１２には、数ｍ秒程度の無変調波（例えば、給電装置１０に対する受電装置２０が存在する方向や給電装置１０に対する受電装置２０までの相対距離の検出に用いる信号（例えば２０４８チップの拡散符号））が含まれている。端末情報６１３には、受電装置２０ごとに固有に付与される識別子（以下、受電装置ＩＤと称する。）が含まれている。
【００５３】
図７に給電装置１０と受電装置２０の位置関係（高さ及び距離を示す変数のとり方）を示している。この例では、受電装置２０が地上高ｈ（ｍ）の位置に存在し、給電装置１０が地上高Ｈ（ｍ）の位置に固定されている。給電装置１０の直下から受電装置２０までの直線距離はＬ（ｍ）である。
【００５４】
図８は給電装置１０のアンテナ群１４２を構成している複数のアンテナと受電装置２０の位置関係を説明する図である。同図に示すように、この例では、アンテナ群１４２は位置標定信号６００の１波長以下の間隔（例えば、位置標定信号６００が２．４ＧＨｚ帯の電波である場合は１波長（１２．５ｃｍ）以下の間隔）で平面的に略正方形状に等間隔で隣接して配置された４つの円偏波指向性アンテナで構成されている。
【００５５】
同図において、アンテナ群１４２の高さ位置における水平方向とアンテナ群１４２に対する受電装置２０の方向とのなす角をαとすれば、例えば、
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/６（ｃｍ））
の関係となる。尚、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ群１４２を構成しているアンテナのうち、特定の２つのアンテナと受電装置２０との間の伝搬路長差である。
【００５６】
ここでアンテナ群１４２を構成している特定の２つのアンテナで受信される位置標定信号６００の位相差をΔθとすると、
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／（２π／λ（ｃｍ））
の関係がある。また位置標定信号６００として、例えば、２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合はλ≒１２（ｃｍ）であるので、
α＝ａｒｃＳｉｎ（Δθ／π）
の関係がある。また測定可能範囲（−π／２＜Δθ＜π／２）内では、α＝Δθ（ラジアン）となるので、上式から給電装置１０が存在する方向を特定することができる。
【００５７】
図９に給電装置１０が設置される環境における、給電装置１０と受電装置２０の位置関係（高さ、距離、角度を示す変数のとり方）を示している。同図に示すように、給電装置１０のアンテナ群１４２の地上高をＨ（ｍ）、受電装置２０の地上高をｈ（ｍ）、給電装置１０の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定した場合における、給電装置１０から受電装置２０の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、給電装置１０から受電装置２０の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対する受電装置２０の位置は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ））
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ））
そして原点の位置を（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、受電装置２０の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は次式から求めることができる。
Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（ｘ）
Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（ｙ）
【００５８】
以上に説明した位置標定の方法については、例えば、特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、及び特開２００６−２３２６１号公報等にも詳述されている。
【００５９】
尚、受電装置２０の位置標定は、受電装置２０から位置標定信号６００を送信し、給電装置１０でこれを受信して受電装置２０の位置標定を行うようにしてもよいし、位置標定信号６００を給電装置１０から送信し、受電装置２０が位置標定信号６００を受信して受電装置２０側で位置標定を行い、その結果を給電装置１０に送信するようにしてもよい。本実施形態では前者の方法によるものとする。
【００６０】
＜処理説明＞
次に、以上の構成からなる非接触給電システム１において非接触給電が行われる際に、給電装置１０及び受電装置２０が行う処理（以下、給電処理Ｓ１０００と称する。）について、図１０及び図１１に示すフローチャートとともに説明する。
【００６１】
図１０に示すように、まず受電装置２０が、給電装置１０に給電開始要求を送信する（Ｓ１０１１）。給電装置１０は、受電装置２０から給電開始要求を受信すると（Ｓ１０２１）、受電装置２０に位置標定信号６００の送信要求を送信する（Ｓ１０２２）。
【００６２】
受電装置２０は、位置標定信号送信要求を受信すると（Ｓ１０１２）、位置標定信号６００を送信する（Ｓ１０１３）。
【００６３】
尚、給電装置１０は、Ｓ１０２２にて位置標定信号送信要求を送信した後、所定時間の間、位置標定信号６００の受信を待機し（Ｓ１０２３）、所定時間内に位置標定信号６００を受信できなかった場合（タイムアウトした場合）は（Ｓ１０２３：ＹＥＳ）、エラーカウントａに１を加える（Ｓ１０５１）。
【００６４】
また上記エラーカウントａが許容回数（エラーカウントａについて予め設定された許容回数）を超えている場合（Ｓ１０５２：ＮＯ）、給電装置１０は、受電装置２０からの位置標定信号６００の待機を中止し、その後、給電処理Ｓ１０００は終了する。尚、後述するＳ１０３５の処理により受電装置２０に対して給電を行っている場合は、その給電を停止してから給電処理Ｓ１０００が終了する。
【００６５】
尚、上記エラーカウントａが許容回数を超えるような場合、即ち受電装置２０から位置標定信号６００を受信できないケースとしては、受電装置２０に何らかの障害が発生している場合や、受電装置２０が給電開始要求を送信（Ｓ１０１１）した後、受電装置２０が給電装置１０から離れた場所に移動した場合などがある。
【００６６】
給電装置１０は、受電装置２０から送信された位置標定信号６００を受信すると（Ｓ１０２４）、エラーカウントａをリセットし（Ｓ１０２５）、受信した位置標定信号６００に基づき受電装置２０が存在する方向α及び受電装置２０の現在位置を標定する（Ｓ１０２６）。
【００６７】
次に給電装置１０は、標定した方向αが許容範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ１０２７）。標定した方向αが許容範囲内である場合は（Ｓ１０２７：ＹＥＳ）Ｓ１０２８に進み、許容範囲外である場合は（Ｓ１０２７：ＮＯ）処理は終了するか、もしくは、Ｓ１０２２に戻る（受電装置２０が移動した場合は次回標定時に方向αが許容範囲内となることもある）。
【００６８】
Ｓ１０２８では、給電装置１０は、取得した受電装置２０の現在位置から求められる距離に対応する伝送効率の許容範囲を求める。この許容範囲は、例えば、次のようにして求める。
【００６９】
まず給電装置１０と受電装置２０の間の結合係数（ｋ）とＱ値との乗算値Ｓに基づき、最大伝送効率（ηｍａｘ）を次式から求める。
【００７０】
ηｍａｘ＝（（１＋Ｓ＾２）＾（１／２）×（Ｓ＾２））／（（（１＋（１＋Ｓ＾２）＾（１／２））×（Ｓ＾２））＋（（１＋（１＋Ｓ＾２）＾（１／２））＾２））
【００７１】
次いで上式により求めた最大伝送効率ηｍａｘに、所定の比率（例えば、方向αを算出する際に生じる誤差、給電装置１０と受電装置２０の間の距離を算出する際に生じる誤差、電力計測回路３１の測定精度、気圧、又は気温等に基づき決定される比率）を乗算して、その結果を伝送効率の許容範囲とする。
【００７２】
次に給電装置１０は、受電装置２０に対し、Ｓ１０２６で標定した受電装置２０が存在する方向α及び受電装置２０の現在位置とともに、当該受電装置２０の受電素子２１１の指向方向の調整を指示する要求（以下、指向方向調整要求とも称する。）を送信する（Ｓ１０２９）。尚、受電装置２０が蓄電能力を備えていない場合など、受電装置２０が指向方向の調整に要する電力を必要とする場合には、給電装置１０から受電装置２０に指向方向の調整のために必要な電力を非接触給電により供給するようにしてもよい。
【００７３】
受電装置２０は、指向方向調整要求を受信すると（Ｓ１０１４）、当該要求とともに受信した、受電装置２０が存在する方向α及び受電装置２０の現在位置に基づき、受電素子２１１の方向が給電装置１０の方向に向くように調整する（Ｓ１０１５）。
【００７４】
また給電装置１０は、Ｓ１０２６で標定した受電装置２０が存在する方向α及び受電装置２０の現在位置に基づき、給電素子１３の指向方向を調整する（Ｓ１０３０）。
【００７５】
次に給電装置１０は、図１１に示すように、受電装置２０への給電電力の送信を開始する（Ｓ１０３１）。給電電力の送信を開始後、給電装置１０は、給電電力の伝送効率を求め、求めた伝送効率がＳ１０２８で求めた許容範囲を逸脱しているか否かを判断する。
【００７６】
即ち同図に示すように、まず給電装置１０は、受電装置２０に、当該給電装置１０から現在受電している電力（以下、受電電力とも称する。）の電力値を送信する旨の要求（以下、電力値送信要求と称する。）を送信する（Ｓ１０３２）。
【００７７】
受電装置２０は、電力値送信要求を受信すると（Ｓ１０１６）、現在の受電電力の電力値を取得し、取得した電力値を給電装置１０に送信する（Ｓ１０１７）。
【００７８】
給電装置１０は、受電装置２０から受電電力を受信すると（Ｓ１０３３）、自身が現在給電素子１３から送信している給電電力の電力値を取得し、これとＳ１０３３で受信した受電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求める（Ｓ１０３４）。
【００７９】
次いで給電装置は、求めた現在の伝送効率が、Ｓ１０２８で求めた許容範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１０３５）。求めた現在の伝送効率が許容範囲内であれば（Ｓ１０３５：ＹＥＳ）、受電装置２０への給電を継続し（Ｓ１０３６）、エラーカウントｂをリセットする（Ｓ１０３７）。その後はＳ１０２２からの処理を繰り返す。
【００８０】
一方、現在の伝送効率が許容範囲外であれば（Ｓ１０３５：ＮＯ）、給電装置１０は、受電装置２０への給電を停止し（Ｓ１０７１）、エラーカウントｂに１を加える（Ｓ１０７２）。尚、Ｓ１０７１では、給電装置１０が、伝送効率が許容範囲外である旨を示す情報を受電装置２０に送信して利用者に給電を停止するか否かの判断を促し、利用者からの要求に応じて給電停止／給電継続の制御を行うようにしても良い。
【００８１】
次いで給電装置１０は、エラーカウントｂが許容回数（エラーカウントｂについて予め設定された許容回数）を超えているか否かを判断する（Ｓ１０７３）。エラーカウントｂが許容回数を超えていない場合（Ｓ１０７３：ＹＥＳ）、処理はＳ１０２２に戻り、給電素子１３及び受電素子２１１の指向方向を再調整した後に給電を再開する。
【００８２】
一方、エラーカウントｂが許容回数を超える場合（Ｓ１０７３：ＮＯ）、給電装置１０は、受電装置２０への給電を停止する。その後、給電処理Ｓ１０００は終了する。
【００８３】
尚、図１２に示すように、例えば、給電装置１０が受電装置２０から送られてくる給電停止要求を受信した場合に（Ｓ１２１１、Ｓ１２２１）その受電装置２０に対する給電を停止するようにしてもよい（Ｓ１２２２）。受電装置２０は、例えば、利用者が受電装置２０に対して所定の操作を行った場合に上記給電停止要求を送信する。
【００８４】
また図１３に示すように、例えば、給電装置１０が入力装置１８を介して利用者から受電装置２０の給電停止の指示を受け付けた場合に（Ｓ１３２１）受電装置２０に対する給電を停止するようにしてもよい（Ｓ１３２２）。またこの場合は利用者から指定された受電装置２０に対する給電のみを停止するようにしてもよい。
【００８５】
以上に説明したように、本実施形態の非接触給電システム１によれば、給電装置１０は、位置標定装置１４が求めた受電装置２０が存在する方向αに基づき、給電素子１３の指向方向が受電装置２０の方向を向くように制御して給電を開始するので、給電装置１０から受電装置２０への給電を効率よく行うことができる。
【００８６】
また給電装置１０は、給電を開始した後、位置標定装置１４が求めた自身と受電装置２０との距離に対応する、伝送効率の許容範囲を求め、受電装置２０から受信した電力値と給電素子１３から出力している電力値とから現在の伝送効率を求め、求めた伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は方向αを再度取得し、再取得した方向αに基づき、給電素子１３の指向方向を受電装置２０の方向に向くように制御するので、給電素子１３の指向方向を適切に制御して給電装置１０から受電装置２０への給電を効率よく確実に行うことができる。
【００８７】
また給電装置１０は、伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は給電を停止するので、非効率な給電が行われるのを防ぐことができる。また給電装置１０は、給電素子１３及び受電素子２１１の指向方向を調整したうえで給電を再開するので、給電装置１０から受電装置２０への給電を効率よく確実に行うことができる。
【００８８】
また給電装置１０は、受電装置２０への給電を行っている際に位置標定信号送信要求を送信し、その後、所定時間内に位置標定装置１４が受電装置２０から位置標定信号６００を受信しなかった場合には受電装置２０への給電を停止する。このように位置標定信号６００を受信できない場合は給電を停止するので、ロスの大きな給電が行われてしまうのを防ぐことができる。
【００８９】
また給電装置１０は、標定した方向αが許容範囲内であるか否かを判断し、標定した方向αが許容範囲内である場合にのみ受電装置２０への給電を開始するので、例えば、給電装置１０と受電装置２０とが対向していないにもかかわらず伝送効率がたまたま許容範囲内に収まってしまい給電が継続する事態を防止することができる（給電装置１０と受電装置２０の夫々の指向方向が調整された最適な状態で給電が行われるようにする）。
【００９０】
また受電装置２０側でも、給電装置１０から送られてくる位置標定の結果に基づき、受電素子２１１の指向方向を給電装置１０の方向に調整するので、これによっても伝送効率を向上させることができる。また必要な場合は受電素子２１１の指向方向の調整に要する電力が非接触給電により給電装置１０から受電装置２０に供給されるので、受電装置２０が蓄電能力を備えていないような場合でも、受電素子２１１の指向方向の調整を行うことができる。
【００９１】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００９２】
１  非接触給電システム
１０  給電装置
１３  給電素子
１４  位置標定装置
２０  受電装置
１５１  指向方向制御部
１５３  方向取得部
１５４  距離取得部
１５６  許容範囲算出部
１５７  受電電力受信部
１５８  伝送効率算出部
２１１  受電素子
【図１】
2013098947.tif 000003
【図２】
2013098947.tif 000004
【図３】
2013098947.tif 000005
【図４】
2013098947.tif 000006
【図５】
2013098947.tif 000007
【図６】
2013098947.tif 000008
【図７】
2013098947.tif 000009
【図８】
2013098947.tif 000010
【図９】
2013098947.tif 000011
【図１０】
2013098947.tif 000012
【図１１】
2013098947.tif 000013
【図１２】
2013098947.tif 000014
【図１３】
2013098947.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月19日(2012.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触給電により給電を受ける受電装置と、
前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、
前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置と
を含んで構成される非接触給電システムであって、
前記給電装置は、
前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、
前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、
前記受電装置は、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、
前記給電装置は、
前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、
受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、
前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の非接触給電システムであって、
前記給電装置は、
前記給電素子と、前記受電装置が備える前記給電電力を受信する受電素子との間の結合係数ｋに、前記給電素子と前記受電装置との間のＱ値を乗算して求まるＳを次式に代入することにより最大伝送効率（ηｍａｘ）を求め、
ηｍａｘ＝（（１＋Ｓ＾２）＾（１／２）×（Ｓ＾２））／（（（１＋（１＋Ｓ＾２）＾（１／２））×（Ｓ＾２））＋（（１＋（１＋Ｓ＾２）＾（１／２））＾２））
求めた前記最大伝送効率に基づき前記許容範囲を求める
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非接触給電システムであって、
前記給電装置は、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記給電装置は、前記受電装置に対して前記位置標定信号の送信を要求する情報である位置標定信号送信要求を前記受電装置に送信し、
前記位置標定装置は、前記位置標定信号送信要求に応じて前記受電装置が送信する前記位置標定信号に基づき前記受電装置の位置標定を行い、
前記給電装置は、前記受電装置への前記給電を行っている際に前記位置標定信号送信要求を送信し、前記位置標定信号送信要求の送信後、所定時間内に前記位置標定装置が前記受電装置から前記位置標定信号を受信しなかった場合、前記受電装置への給電を停止する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の非接触給電システムであって、
前記受電装置は、前記給電電力を受信する受電素子と、前記受電素子の指向方向を制御する制御機構を備え、
前記給電装置は、前記受電装置に、前記位置標定装置から取得した前記受電素子が存在する方向α及び前記受電装置が存在する位置を送信し、
前記受電装置は、前記方向α及び前記位置を受信し、受信した前記方向α及び前記位置に基づき前記受電素子の指向方向を前記給電装置の方向に調整する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項６】
請求項５に記載の非接触給電システムであって、
前記給電装置は、前記受電装置に、前記受電装置の指向方向の前記調整に要する電力を非接触給電により供給する
ことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の非接触給電システムに用いられる給電装置であって、
前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備え
前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、
前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の前記距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、
前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、
受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、
前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する
ことを特徴とする給電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の給電装置であって、
前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する
ことを特徴とする給電装置。
【請求項９】
非接触給電により給電を受ける受電装置と、
前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、
前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置と
を含んで構成される非接触給電システムの制御方法であって、
前記給電装置が、
前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、
前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の前記距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、
前記受電装置が、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、
前記給電装置が、
前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、
受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、
前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する
ことを特徴とする非接触給電システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の非接触給電システムの制御方法であって、
前記給電装置が、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する
ことを特徴とする非接触給電システムの制御方法。
【国際調査報告】
2013098947.tif 000016
2013098947.tif 000017
2013098947.tif 000018