(57)【要約】  少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、前記送電器からの電力を、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し、複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、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する時分割電力伝送モードと、を有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に評価指標を設定し、前記評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う。
2015177859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、
前記送電器からの電力を、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し、
複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、
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する時分割電力伝送モードと、を有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に評価指標を設定し、
前記評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送制御方法。
【請求項２】
前記評価指標は、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の結合程度を示す第１指標、および、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の損失の程度を示す第２指標により算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項３】
前記第１指標は、ｋ値であり、
前記第２指標は、Ｑ値であり、
前記評価指標を、前記ｋ値および前記Ｑ値の積として算出する、
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。
【請求項４】
前記ｋ値を、前記送電器と前記受電器間における仕様情報、および、前記送電器と前記受電器間における相対位置関係に基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項５】
前記評価指標が予め定められた第１設定値より小さい受電器に対しては、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行い、
前記評価指標が予め定められた第１設定値以上の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項６】
前記評価指標が前記第１設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行い、
前記グループ内の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行うように判定する、
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。
【請求項７】
前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行うのは、
近い評価指標を持つ受電器が同じグループとなるようにする、
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。
【請求項８】
前記グループ内の複数の受電器に対して同時電力伝送モードにより電力伝送を行うと、送電効率の低下が許容値を超える場合には、前記同時電力伝送モードではなく、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項９】
複数の前記受電器に対する、前記同時電力伝送モードによる電力伝送は、それぞれの受電器の要望電力に基づいて、電力配分比を設定して行う、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項１０】
前記電力配分比の設定は、要望電力が受電電力よりも小さい受電器における受電共振コイルの共振点をずらすことで行う、
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。
【請求項１１】
前記受電共振コイルの共振点をずらすのは、前記受電共振コイルにおける容量のキャパシタンスを変化させることで行う、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項１２】
前記電力配分比の設定を、予め事前演算データとして準備しておく、
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、前記送電器からの電力を、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、
複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、
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する時分割電力伝送モードと、を有し、
それぞれの前記受電器に設定された評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送制システム。
【請求項１４】
前記評価指標は、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の結合程度を示すｋ値と、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の損失の程度を示すＱ値の積である、
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。
【請求項１５】
前記評価指標が予め定められた第１設定値より小さい受電器に対しては、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行い、
前記評価指標が予め定められた第１設定値以上の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行う、
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。
【請求項１６】
前記評価指標が前記第１設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行い、
前記グループ内の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行うように判定する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１７】
前記グループ内の複数の受電器に対して同時電力伝送モードにより電力伝送を行うと、送電効率の低下が許容値を超える場合には、前記同時電力伝送モードではなく、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項１６に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１８】
前記無線電力伝送システムは、
少なくとも２つの送電器を有し、それぞれの前記受電器に対して三次元無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項１３乃至請求項１７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０４４７３５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／０３５８７３号パンフレット
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】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
【非特許文献２】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したように、従来、電源供給や充電を行うために無線で電力を伝送する無線電力伝送技術が注目されている。この無線電力伝送技術を適用した無線電力伝送システムは、通常、複数の受電器に対して電力を伝送するが、各受電器が要望する電力、或いは、送電器に対する各受電器の位置関係等に基づいた電力伝送制御が求められている。【００１１】
この送電器から複数の受電器への電力伝送としては、受電器ごとに電力伝送を行う時分割電力伝送、並びに、複数の受電器に対して同時に電力伝送を行う同時電力伝送がある。しかしながら、複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおいて、それぞれの受電器に対して評価指標を設定し、その評価指標に基づいて無線電力伝送を行うことは行われておらず、各受電器に対して適切な無線電力伝送を行うことが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態によれば、少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、前記送電器からの電力を、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が提供される。【００１３】
前記無線電力伝送制御方法は、複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、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する時分割電力伝送モードと、を有する。【００１４】
前記無線電力伝送制御方法は、それぞれの前記受電器に評価指標を設定し、前記評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う。
【発明の効果】
【００１５】
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、複数の受電器に対して時分割電力伝送および同時電力伝送を切り替えて適切な無線電力伝送を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】図８Ａは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図(その１)である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図(その２)である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図(その３)である。
【図９Ａ】図９Ａ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９Ｂ】図９Ｂ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１０Ａ】図１０Ａ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(その１)である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂ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(その２)である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃ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(その３)である。
【図１１Ａ】図１１Ａ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(その４)である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂ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(その５)である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃ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(その６)である。
【図１２】図１２は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における評価指標を説明するための図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その１)である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その２)である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その３)である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その４)である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その１)である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その２)である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その３)である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その４)である。
【図１７】図１７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１８】図１８は、無線電力伝送制御方法の第３実施例を説明するための図である。
【図１９】図１９は、第３実施例の無線電力伝送制御方法による処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２０】図２０は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図(その１)である。
【図２１】図２１は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図(その２)である。
【図２２】図２２は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図(その３)である。
【図２３】図２３は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図(その１)である。
【図２４】図２４は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図(その２)である。
【図２５】図２５は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図(その３)である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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１１Ｃを参照して説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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からワイヤー接続給電(有線電力伝送)を行っている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
ワイヤレス送電部１１は、第１コイル(電力供給コイル)１１ｂおよび第２コイル(送電共振コイル)１１ａを含み、また、ワイヤレス受電部２１は、第３コイル(受電共振コイル)２１ａおよび第４コイル(電力取出コイル)２１ｂを含む。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
図８Ａ〜図８Ｃは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図である。なお、図８Ａ〜図８Ｃでは、説明を簡略化するために、１つの送電器１Ａおよび２つの受電器(携帯電話)２Ａ，２Ａ’のみ示しているが、送電器の数および受電器の数や種類等は様々に変化し得るのはいうまでもない。すなわち、図８Ａに示されるように、１つの送電器１Ａにより、２つの受電器２Ａ，２Ａ’に対するワイヤレス給電を行う場合を想定する。
【００６２】
まず、時分割電力伝送によりワイヤレス給電を行うときは、図８Ｂの左側図に示されるように、一方の受電器２Ａだけに給電した後、図８Ｂの右側図に示されるように、他方の受電器２Ａだけに給電する。なお、受電器の数がさらに多い場合も同様であり、時分割的に給電する受電器を順番に切り替えてワイヤレス給電を行う。
【００６３】
すなわち、時分割電力伝送は、複数の受電器がある場合、給電する対象となる受電器を順次選択することにより、ある瞬間には常に送電器に対して１つの受電器が対応することになる。このときの制御は、例えば、送電器と受電器が１対１の場合と同様とすることができる。ただし、時分割した結果、給電(満充電)に要する時間は、受電器の数だけの時間となるため、受電器が２台であれば１台のときの２倍の時間を要することになる。
【００６４】
次に、同時電力伝送によりワイヤレス給電を行うときは、図８Ｃに示されるように、１つの送電器１Ａにより、２つの受電器２Ａ，２Ａ’の両方に給電する。なお、受電器の数がさらに多い場合も同様であり、それら複数の受電器に対して同時にワイヤレス給電を行う。
【００６５】
この同時電力伝送は、例えば、２台の受電器がある場合にはその２台の受電器を同時に給電するため、給電に要する時間は、同時給電される受電器の数に関わらず、１台分でよいため、ユーザメリットを考えると望ましい給電方法(無線電力伝送制御方法)と言える。
【００６６】
ただし、複数の受電器を同時給電(同時電力伝送)するには、受電器が１台のときとは異なる制御を行うことになる。また、複数の受電器に対して同時電力伝送を行う場合、送電上限や効率等の問題があるため、常に選択可能であるわけではない。なお、受電器の数が多数の場合、一部の複数の受電器に対して同時電力伝送を行い、他の受電器に対して時分割電力伝送を行うことも考えられる。
【００６７】
図９Ａおよび図９Ｂ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９Ａ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９Ｂ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。
【００６８】
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。
【００６９】
ところで、二次元無線電力伝送システムにおいて、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９Ａ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。
【００７０】
これらの状況において、例えば、二次元無線電力伝送システムでは、送電器１Ａ上に置かれる受電器２Ａ，２Ｂの距離や姿勢の条件には大きな差がないと考えられるため、同じ仕様の受電コイルが搭載されている場合には、電力は等しく分配されることとなる。
【００７１】
そのため、図９Ａ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。
【００７２】
すなわち、携帯電話２Ａおよびノートパソコン２Ｂは、例えば、図５Ａに示す受電共振コイル２１ａを有し、そのコイル２１１のインダクタンスおよび容量２１２のキャパシタンスは、同じ値である。
【００７３】
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、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。
【００７４】
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。
【００７５】
しかしながら、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を低下させるように制御する。
【００７６】
例えば、図９Ｂ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。
【００７７】
すなわち、図９Ｂ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、要望電力は５Ｗに設定することができる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
なお、各送電器には、それぞれ送電能力の上限が個別にあることが想定されるため、二次元無線電力伝送システムでは、同時給電が可能な場合と不可能な場合の判断は、例えば、以下のように、容易に行うことができる。
【００８２】
すなわち、システム全体の送受電効率はほぼ一定であるため、単純に総受電電力／効率≦最大送電ならば同時給電を行い、総受電電力／効率＞最大送電ならば時分割給電を行うという判断になる。
【００８３】
次に、三次元無線電力伝送システムについて説明する。図１０Ａ〜図１１Ｃは、複数(２つ)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。なお、図１０Ａ〜図１１Ｃでは、説明を簡略化するために、１つの送電器１Ａおよび２つの受電器２Ａ，２Ｂを示しているが、複数の送電器および３つ以上の受電器であっても同様である。
【００８４】
ここで、図１０Ａ〜図１０Ｃは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合を示し、図１１Ａ〜図１１Ｃは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合を示す。
【００８５】
図１０Ｂおよび図１１Ｂにおいて、参照符号ＬＡは、受電器２Ａの受電効率、ＬＢは、受電器２Ｂの受電効率、ＰＭは、送電器１Ａの出力可能な送電電力(最大送電出力)を示し、ＲＰは、必要送電電力、そして、ＴＰは、全体の受電効率(全体効率)を示す。
【００８６】
また、参照符号Ｐ０は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合を示し、Ｐ１は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が２：１の送電(１２Ｗ：６Ｗ)の場合を示す。なお、図１０Ｂおよび図１１Ｂは、電力比１：１を『１．００』に規格化して示す図である。
【００８７】
すなわち、２つの受電器２Ａ，２Ｂへ伝送する電力を１８Ｗとし、受電器２Ａおよび２Ｂの要望電力が両方とも９Ｗの場合、並びに、受電器２Ａの要望電力が１２Ｗで受電器２Ｂの要望電力が６Ｗの場合を考える。なお、送電器１Ａの最大送電出力は、例えば、送電器の仕様や電波法の規定等により５０Ｗに制限されているものとする。
【００８８】
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合(比較的に近い場合)を考察する。まず、同時給電を行う受電器２Ａおよび２Ｂの要望電力が両方とも９Ｗの場合、すなわち、電力比１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合、受電器２Ａ，２Ｂの受電効率は、例えば、両方とも３０．１％(全体効率(ＴＰ)が６０．２％)であるとする。
【００８９】
このとき、図１０ＢのＰ０および図１０Ｃに示されるように、送電器１Ａの送電出力を２９．９Ｗとすることにより、受電器２Ａおよび２Ｂは、それぞれ２９．９×０．３０１≒９Ｗの電力を受電することができる。
【００９０】
次に、受電器２Ａの要望電力が１２Ｗで受電器２Ｂの要望電力が６Ｗの場合、すなわち、電力比２：１の送電(１２Ｗ：６Ｗ)の場合、図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明したのと同様に、受電器２Ｂの受電共振コイルによる共振点をずらす。
【００９１】
すなわち、受電器２Ｂの受電共振コイルによる共振点をずらし、受電器２Ｂの受電効率を低下(受電器２Ａの受電効率を上昇)させるようにして電力配分比を制御し、受電器２Ａおよび２Ｂに対して同時給電を行う。
【００９２】
具体的に、図１０ＢのＰ１および図１０Ｃに示されるように、受電器２Ｂの受電共振コイルの共振点をずらすことにより、受電器２Ａの受電効率を３９．５％とし、受電器２Ｂの受電効率を１９．７％とする。このとき、全体効率(ＴＰ)は、５９．２％となる。
【００９３】
そして、図１０Ｃに示されるように、送電器１Ａの送電出力を３０．４Ｗとすることにより、受電器２Ａは、３０．４×０．３９５≒１２Ｗの電力を受電することができ、受電器２Ｂは、３０．４×０．１９７≒６Ｗの電力を受電することができる。
【００９４】
ここで、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合、送電器１Ａの必要送電電力ＲＰは、電力比１：１の送電(２９．９Ｗ)および電力比２：１の送電(３０．４Ｗ)の両方とも、最大送電出力の５０Ｗよりも小さい。
【００９５】
さらに、全体効率ＴＰは、電力比１：１の送電(６０．２％)および電力比２：１の送電(５９．２％)でほぼ一定である。従って、電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合(比較的に近い場合)には、電力比１：１の送電および電力比２：１の送電の両方とも、同時給電により実現することができる。
【００９６】
次に、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合(比較的に遠い場合)を考察する。まず、同時給電を行う受電器２Ａおよび２Ｂの要望電力が両方とも９Ｗの場合、すなわち、電力比１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合、受電器２Ａ，２Ｂの受電効率は、例えば、両方とも１８．２％(全体効率(ＴＰ)が３６．４％)であるとする。
【００９７】
このとき、図１１ＢのＰ０および図１１Ｃに示されるように、送電器１Ａの送電出力を４９．５Ｗとすることにより、受電器２Ａおよび２Ｂは、それぞれ４９．５×０．１８２≒９Ｗの電力を受電することができる。この場合、送電器１Ａの必要送電電力ＲＰ(４９．５Ｗ)は、最大送電出力の５０Ｗよりも小さいため、受電器２Ａおよび２Ｂに対する同時給電を行うことができる。
【００９８】
次に、受電器２Ａの要望電力が１２Ｗで受電器２Ｂの要望電力が６Ｗ(電力比２：１)の場合、上述したように、受電器２Ｂの受電共振コイルによる共振点をずらし、受電器２Ｂの受電効率を低下(受電器２Ａの受電効率を上昇)させるように、電力配分比を制御する。
【００９９】
具体的に、図１１ＢのＰ１および図１１Ｃに示されるように、受電器２Ｂの受電共振コイルの共振点をずらすことにより、受電器２Ａの受電効率を２１．２％とし、受電器２Ｂの受電効率を１０．６％とする。このとき、全体効率(ＴＰ)は、３１．８％となる。
【０１００】
しかしながら、受電器２Ａの受電電力を１２Ｗ(≒５６．６×０．２１２)とするには、送電器１Ａの必要送電電力ＲＰは５６．６Ｗとなり、最大送電出力の５０Ｗよりも大きくなってしまう。従って、２つの受電器２Ａおよび２Ｂに対して同時給電することは困難となる。
【０１０１】
なお、送電器１Ａの送電出力が、例えば、送電器の仕様や電波法の規定等により５０Ｗに制限されていない場合、送電器１Ａは、５６．６Ｗの必要送電電力ＲＰを許容できる大きさまで増大させることが求められる。
【０１０２】
また、同時給電を行うと、必要送電電力ＲＰが５６．６Ｗとなって最大送電出力(５０Ｗ)を超過する場合には、受電器２Ａ，２Ｂ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電力伝送(時分割給電)を行うことになる。
【０１０３】
ここで、時分割給電において、送電器１Ａにより受電器２Ａまたは２Ｂの一方だけに電力伝送(給電)するときの受電効率を２５％とする。このとき、送電器１Ａの送電出力を４８Ｗとして受電器２Ａだけに給電することで、受電器２Ａの受電電力を１２Ｗ(＝４８×０．２５)とすることができる。さらに、送電器１Ａの送電出力を２４Ｗとして受電器２Ｂだけに給電することで、受電器２Ｂの受電電力を６Ｗ(＝２４×０．２５)とすることができる。
【０１０４】
従って、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合(比較的に近い場合)、電力比１：１の送電は同時給電が好ましく、電力比２：１の送電は、時分割給電が好ましいもの(同時給電は不可)と考えられる。
【０１０５】
上述したように、例えば、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合、電力分配の調整を行っても全体効率はほぼ一定であり、また、電力比１：１の送電が可能な受電電力ならば、電力比２：１(Ｎ：１)の同時給電も可能である。
【０１０６】
これに対して、例えば、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合、電力分配の調整を行うと全体効率が低下し、また、電力比Ｎ：１の送電を行うのが困難となり、或いは、送電器の最大送電出力の増加が求められることになる。このような同時給電が困難な場合には、時分割給電を行うことになる。
【０１０７】
すなわち、複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおいて、それぞれの受電器に対しては、同時給電を行うか、或いは、時分割給電を行うかを判断する評価指標の設定はなされておらず、各受電器に対して適切な給電(無線電力伝送)を行うことは困難である。
【０１０８】
また、複数の受電器に対して同時給電が可能なケースと不可能なケースの判断基準が不明確である。さらに、例えば、シミュレーションやテスト送電を行うことも考えられるが、例えば、受電器の個数に従って増加する組み合わせは膨大であり、実際に適用するのは難しい。
【０１０９】
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。
【０１１０】
なお、以下の説明は、主として、磁界共鳴(磁界共振)を利用して１つの送電器で複数(２〜５個)の受電器に無線電力伝送を行う例を説明するが、本実施例は、図７Ａ〜図７Ｃを参照して説明したように、２個以上の送電器により電力伝送を行ってもよい。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。
【０１１１】
本実施例の無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムにおいて、無線電力伝送(ワイヤレス給電)の評価指標としてｋＱ(ｋＱ値)を適用する。ここで、ｋ(ｋ値)は、電磁界の結合の程度を示し、その値が大きいほど、結合の程度が大きいことを示す。また、Ｑ(Ｑ値)は、電磁界の損失の程度を示し、その値が大きいほど、損失の程度が小さいことを示す。
【０１１２】
すなわち、ｋＱは、次の式(１)により表される。ここで、Ｑtは、送電器のＱ値を示し、Ｑrは、受電器のＱ値を示す。
【数１】
2015177859.tif 000003
【０１１３】
また、ｋは、次の式(２)により表される。ここで、Ｍtrは、送電器と受電器の間の相互インダクタンスを示し、Ｌtは、送電器の自己インダクタンス、そして、Ｌrは、受電器の自己インダクタンスを示す。
【数２】
2015177859.tif 000004
【０１１４】
さらに、Ｑは、次の式(３)により表される。ここで、ωは、角振動数を示し、Ｒtは、送電器の共振コイルの損失、そして、Ｒrは、受電器の共振コイルの損失を示す。
【数３】
2015177859.tif 000005
【０１１５】
図１２は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における評価指標を説明するための図であり、１つの送電器と１つの受電器におけるｋＱ値(ｋとＱの積)と理想効率の関係を示すものである。
【０１１６】
図１２において、横軸は、ｋＱ値を示し、縦軸は、効率を示す。すなわち、本実施例では、例えば、図１２のような特性の１つの送電器と１つの受電器におけるｋＱ値を、少なくとも１つの送電器と少なくとも２つ(複数)の受電器の電力伝送に適用する。
【０１１７】
本実施例の無線電力伝送制御方法および無線電力伝送(ワイヤレス給電)システムでは、ｋＱ値を評価指標として使用し、少なくとも１つの送電器から複数の受電器への電力伝送を、同時給電で行うか、或いは、時分割給電で行うかを判断する。
【０１１８】
ところで、例えば、ワイヤレス給電システムの設計において、伝送効率を判断する指標として、ｋＱ値が考えられる。ここで、図１２に示されるように、例えば、送電：受電＝１：１のワイヤレス給電では、効率とｋＱ値には理論的な関係が確立されており、ｋＱ値を評価することで、理論的最大効率が推定可能となる。
【０１１９】
本実施例の無線電力伝送制御方法では、ｋＱ値を評価指標として用いることで、時分割送電と同時送電のいずれを採用するのが好ましいかを判断する。
【０１２０】
図１３Ａ〜図１４Ｂは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図であり、第１実施例の三次元無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法を説明するためのものである。
【０１２１】
なお、図１３Ａ〜図１４Ｂでは、説明を簡略化するために、１つの送電器１Ａおよび２つの受電器２Ａ，２Ｂを示しているが、複数の送電器および３つ以上の受電器であっても同様である。
【０１２２】
ここで、図１３Ａおよび図１３Ｂは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合を示し、前述した図１０Ａおよび図１０Ｂに対応する。また、図１４Ａおよび図１４Ｂは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合を示し、前述した図１１Ａおよび図１１Ｂに対応する。
【０１２３】
図１３Ｂおよび図１４Ｂにおいて、参照符号ＬＡは、受電器２Ａの受電効率、ＬＢは、受電器２Ｂの受電効率、ＰＭは、送電器１Ａの最大送電出力を示し、ＲＰは、必要送電電力、そして、ＴＰは、全体効率を示す。
【０１２４】
また、参照符号Ｐ０は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合を示し、Ｐ１は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が２：１の送電(１２Ｗ：６Ｗ)の場合を示す。なお、図１３Ｂおよび図１４Ｂは、電力比１：１を『１．００』に規格化して示す図である。
【０１２５】
ここで、図１３Ａおよび図１３Ｂは、前述した図１０Ａおよび図１０Ｂに対応し、図１４Ａおよび図１４Ｂは、前述した図１１Ａおよび図１１Ｂに対応するので、重複する説明は省略する。
【０１２６】
まず、図１３Ａおよび図１３Ｂのように、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．００６５、および、Ｑ＝５１０となる。このとき、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．００６５×５１０＝３．４として求められる。
【０１２７】
次に、図１４Ａおよび図１４Ｂのように、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．００２９、および、Ｑ＝５１０となる。
【０１２８】
すなわち、ｋ値は、送電器１Ａから受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍから５００ｍｍへ長くなるので、磁界(電磁界)の結合の程度は小さく、０．００６５から０．００２９へ小さくなる。なお、Ｑ値は、磁界(電磁界)の損失の程度は変化しないので、５１０のままである。
【０１２９】
従って、図１４Ａおよび図１４Ｂのように、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．００２９×５１０＝１．５として求められる。
【０１３０】
ここで、例えば、ｋＱ値の閾値を『２．０』とし、ｋＱ値が閾値以上(ｋＱ≧２．０)ならば、同時給電(同時電力伝送モード)を選択し、ｋＱ値が閾値よりも小(ｋＱ＜２．０)ならば、時分割給電(時分割電力伝送モード)を選択するものとする。このように、本第１実施例によれば、複数の受電器２Ａ，２Ｂに対して時分割電力伝送および同時電力伝送を切り替えて適切な無線電力伝送を行うことが可能となる。
【０１３１】
ここで、ｋＱ値の閾値は、例えば、『２．０』の辺りを境として、共振条件を可変して電力の配分比を調整する際に全体効率が低下するケースとしないケースが分かれる。そこで、上述した説明では、ｋＱ値の閾値を『２．０』に設定したが、この閾値は、それぞれの製品(受電器)における要望電力や効率および利便性等を考慮して設定することになる。ただし、電力分配においても効率が維持できることを考慮すると、ｋＱ値の閾値は、０．１〜１０の範囲、より好ましくは、０．５〜５の範囲に設定することができる。
【０１３２】
この結果を利用し、ｋＱ値が閾値以上の場合、電力分配調整を行いながらの同時給電は可能であり、一方で、ｋＱ値が閾値以下の場合は、電力配分比調整を行うことで、全体効率が低下してしまうため、同時給電ではなく、時分割給電を行うことになる。
【０１３３】
図１５Ａ〜図１６Ｂは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図である。ここで、図１５Ａおよび図１５Ｂ、並びに、図１６Ａおよび図１６Ｂは、両方とも送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合を示しているが、Ｑ値が異なる場合を示している。なお、図１５Ｂおよび図１６Ｂは、電力比１：１を『１．００』に規格化して示す図である。
【０１３４】
まず、図１５Ａおよび図１５Ｂでは、受電器２Ａ，２Ｂにおける受電共振コイルの自己インダクタンス(Ｌr)が大きく、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．０２６、および、Ｑ＝６００となる。このとき、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．０２６×６００＝１５．３として求められる。従って、ｋＱ＝１５．３≧２．０なので、同時給電(同時電力伝送モード)が選択される。
【０１３５】
また、図１６Ａおよび図１６Ｂでは、受電器２Ａ，２Ｂにおける受電共振コイルの自己インダクタンス(Ｌr)が小さく、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．００６５、および、Ｑ＝１６０となる。このとき、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．００６５×１６０＝１．１として求められる。従って、ｋＱ＝１．１＜２．０なので、時分割給電(時分割電力伝送モード)が選択される。
【０１３６】
このように、本実施例の無線電力伝送制御方法(無線電力伝送システム)によれば、例えば、ｋＱ値を評価指標とすることにより、同時給電と時分割給電のどちらが適切かを判断してワイヤレス給電を行うことが可能となる。
【０１３７】
なお、ｋ値は、例えば、送電器１Ａと受電器２Ａ(２Ｂ)間における仕様情報、および、送電器１Ａと受電器２Ａ(２Ｂ)間における相対位置関係に基づいて算出することができ、また、Ｑ値は、それぞれの受電器により予め規定されている。
【０１３８】
図１７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１７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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
なお、例えば、送電器１Ａ，１Ｂの位置関係が固定され(送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２が特定のＬ字ブロック状に固定され)、その情報を送電制御部１３Ａ，１３Ｂが把握し、受電器２Ａ，２Ｂが検出機能を有する場合、検出部ＳＡ，ＳＢは省略可能である。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
次に、受電器が３つ以上ある場合において、ｋＱ値をグループ分けする場合を説明する。図１８は、無線電力伝送制御方法の第３実施例を説明するための図であり、評価指標のグループ分けを説明するためのものである。なお、図１８では、１つの送電器１Ａおよび６個の受電器２Ａ〜２Ｆを例として示しているが、これは単なる例であり、様々な場合があり得るのはいうまでもない。
【０１５５】
図１８に示されるように、第３実施例の無線電力伝送制御方法は、複数(６個)の受電器２Ａ〜２ＦのｋＱ値(評価指標)を評価し、ｋＱ値によりグループ分けを行う。まず、全ての受電器２Ａ〜２Ｆを、それぞれ単体評価する。
【０１５６】
例えば、受電器２Ａを評価するとき、受電器２Ａのみオンして、他の受電器２Ｂ〜２Ｆをオフ(例えば、図５Ａの受電共振コイル２１ａにおけるスイッチ２１３をオフ)する。そして、例えば、ｋＱ値が最大(ｋＱmax1)となる受電器２Ｂを基準とし、他の受電器のｋＱ値(ｋＱother)に関して、ｋＱother／ｋＱmax1が一定値以上ならば、同一グループとする。具体的に、図１８では、ｋＱ値がｋＱ1-1の受電器２ＦおよびｋＱ値がｋＱ1-2の受電器２Ｃが、第１グループＧＰ１とされている。
【０１５７】
次に、ｋＱ値が最大(ｋＱmax1)となる受電器２Ｂを含む第１グループＧＰ１以外の受電器２Ａ，２Ｄ，２Ｅにおいて、ｋＱ値が最大(ｋＱmax2)となる受電器２Ａを基準として、同様にグループ分けを行う。具体的に、図１８では、受電器２Ａ，２Ｄ，２Ｅが、第２グループＧＰ２とされている。そして、分割されたグループＧＰ１，ＧＰ２を単位として、同一グループ内では同時給電を行い、異なるグループ間では、後に詳述するように、個別に検討する。
【０１５８】
ところで、一般的に、ワイヤレス送電可能なシステムの要件として、電力と効率は、比例する関係が好ましい。つまり、大電力を送電するシステムでは、高効率が望まれ、また、小電力を送電するシステムでは、低効率であっても許容することができる。これは、特に、ロスが結果として発熱になるため、放熱の問題を考えれば容易に理解することができる。
【０１５９】
すなわち、大電力系において効率が低い場合には、放熱すべき電力が大きくなるため、システムを構築することが難しくなるためである。言い換えれば、送電電力に応じて、許容効率が規定されていると考えることもできる。
【０１６０】
そのような状況で、ｋＱ値が異なる複数の受電器に対した、同時給電すべきか、或いは、時分割給電すべきかを検討すると、送電完了時間を優先すれば、同時給電が常に望ましいと考えられるが、上述したように、許容できる効率は各系に応じて異なっている。
【０１６１】
そこで、許容効率を確保しつつ、同時給電を行うことのできる方法を考えるのが現実的であり、本実施例では、ｋＱ値の近いものをグループ化し、そのグループ内では同時給電を優先し、グループ外では時分割給電を優先するようになっている。
【０１６２】
これは、ｋＱ値が同じ(近い)ものの同時給電であれば、Ｑ値を少し可変することで電力のバランスを調整することが容易である一方で、ｋＱ値が大きく異なっているものの同時給電では、バランス調整のために、Ｑ値を大きく低下させることになる。これは、結果として、全体の効率低下を招くことになる。
【０１６３】
一例として、ノートパソコン群とスマートフォン群への給電を考える。ここで、ノートパソコン群(ノートパソコン)は、例えば、３０Ｗの給電を要求し(要望電力が３０Ｗであり)、その電力の大きさゆえに許容最低効率は８０％とする。また、ノートパソコンは、サイズが大きいために受電コイルを大きくすることができ、ｋＱ値を大きくすることが可能である。
【０１６４】
一方、スマートフォン群(スマートフォン)は、例えば、５Ｗの給電を要求し(要望電力が５Ｗであり)、許容効率は４０％とする。また、スマートフォンは、サイズが小さく、位置がより自由であるため、ｋＱ値は小さく抑えられてしまう。
【０１６５】
このような２つの郡への同時給電を行うと、ｋＱ値が異なるグループへの同時給電となるが、ノートパソコン群への給電ばかりが実行され、スマートフォン群へ電力が届かないことになる。
【０１６６】
このとき、例えば、Ｑ値を低下させて電力のバランスを取ることもできるが、その場合には、全体の効率が低下してしまい、ノートパソコンを含む給電の効率が低くなり、例えば、許容効率が８０％以下となってしまうこともあり得る。
【０１６７】
そのため、ｋＱ値が異なるグループへの同時給電は好ましくないことが分かる。すなわち、ｋＱ値(評価指標)が設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、そのｋＱ値の大きさに基づいてグループ分けを行うが、近いｋＱ値を持つ受電器が同じグループとなるようにグループ分けを行うのが好ましい。
【０１６８】
ここで、ｋＱ値によりグループ分けされた受電器に関して、例えば、閾値以下となるグループの受電器に対しては、時分割給電を行うことになる。また、閾値以上となるグループの受電器に対して、同一グループ内の給電では、電力分配を調整して同時給電を行うことができ、異なるグループにまたがる受電器に対しては、時分割給電を行うのが好ましい。
【０１６９】
なお、複数の受電器をｋＱ値により複数のグループに分けるための閾値としては、想定される無線電力伝送システムの規模や仕様により様々に変化させることができ、それに従って、グループの数や各グループに含まれる受電器の数も変化することになる。
【０１７０】
図１９は、第３実施例の無線電力伝送制御方法による処理の一例を説明するためのフローチャートである。図１９に示されるように、第３実施例の無線電力伝送制御方法による処理が開始すると、ステップＳＴ１において、各受電器のｋＱ値を評価し、ｋＱ＜［基準１(第１設定値)］とされた受電器(ステップＳＴ２)に対しては、ステップＳＴ３に進んで、時分割給電を行う。
【０１７１】
一方、ｋＱ≧［基準１］とされた受電器(ステップＳＴ４)に対しては、ステップＳＴ５に進んで、受電器をｋＱ値によりグループ分けを行う。そして、同一グループ内のみの受電器(ステップＳＴ６)に対しては、ステップＳＴ７に進んで、同時給電を行う。
【０１７２】
また、グループ間の給電がある受電器(ステップＳＴ８)に対しては、ステップＳＴ９に進んで、電力分配による効率低下を評価する。
【０１７３】
そして、効率(予想効率)＜［基準２(第２設定値)］とされた受電器(ステップＳＴ１０)に対しては、ステップＳＴ１１に進んで、時分割給電を行う。一方、効率≧［基準２］とされた受電器(ステップＳＴ１２)に対しては、ステップＳＴ１３に進んで、同時給電を行う。
【０１７４】
図２０〜図２２は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図である。ここで、上述したフローチャートのステップＳＴ２およびＳＴ４において、ｋＱ値を判定する［基準１(ｋＱ基準１：第１設定値)］＝１．５とし、ステップＳＴ１０およびＳＴ１２において、効率を判定する［基準２(判定基準２：第２設定値)］＝０．２とする。
【０１７５】
まず、図２０に示されるように、例えば、受電器が３個の場合(２Ａ〜２Ｃ)を説明する。ここで、受電器２ＡのｋＱ値は１．２、受電器２ＢのｋＱ値は８．５、そして、受電器２ＣのｋＱ値は８．２とする。
【０１７６】
このとき、受電器２Ａは、ｋＱ値(１．２)＜ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ３に進んで、複数同時給電の対象外とされて、時分割給電が選択される。一方、受電器２Ｂ，２Ｃは、それぞれのｋＱ値(８．５，８．２)≧ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ５に進む。すなわち、受電器２Ｂ，２Ｃは、同時給電の対象候補となる。
【０１７７】
ここで、受電器２Ｂ，２Ｃは、ステップＳＴ６において、ｋＱ値のグループ分けにより同一グループと判断できる。すなわち、同時給電の対象候補の受電器２Ｂ，２Ｃは、同一グループのみであるとして、ステップＳＴ７に進んで同時給電が行われる。このとき、受電器２Ｂおよび２Ｃは、例えば、要望電力に基づいて受電共振コイルによる共振点をずらし、電力分配を行うことができる。
【０１７８】
このように、図２０の場合には、例えば、受電器２Ａを単独で給電する第１給電セット、受電器２Ｂ，２Ｃを同時給電する第２給電セットを、時分割的に切り替えて時分割給電を行うことになる。
【０１７９】
なお、時分割的に切り替えて行う給電は、例えば、第１給電セット完了後に、第２給電セットを行ってもよいが、一定時間だけ第１給電セットを行った後、一定時間だけ第２給電セットを行い、この処理を交互に繰り返すようにしてもよい。
【０１８０】
次に、図２１に示されるように、例えば、受電器が５個の場合(２Ａ〜２Ｅ)を説明する。ここで、受電器２ＡのｋＱ値は１．２、受電器２ＢのｋＱ値は８．５、受電器２ＣのｋＱ値は８．２、受電器２ＤのｋＱ値は３．１、そして、受電器２ＥのｋＱ値は３．４とする。
【０１８１】
このとき、受電器２Ａは、ｋＱ値(１．２)＜ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ３に進んで、複数同時給電の対象外とされて、時分割給電が選択される。一方、受電器２Ｂ〜２Ｅは、それぞれのｋＱ値(８．５，８．２，３．１，３．４)≧ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ５に進み、ｋＱ値によるグループ分けを行う。
【０１８２】
このｋＱ値によるグループ分けにより、例えば、受電器２Ｂ，２Ｃは、ｋＱ値が８．５，８．２となっているため、同一グループとされ、また、受電器２Ｄ，２Ｅは、ｋＱ値が３．１，３．４となっているため、同一グループとされる。
【０１８３】
すなわち、ステップＳＴ８に進んで、同時給電の対象候補が複数グループ(受電器２Ｂ，２Ｃと、受電器２Ｄ，２Ｅの２つのグループ)存在すると判定し、ステップＳＴ９に進んで、電力分配による効率低下を評価する。
【０１８４】
具体的に、受電器２Ｂ，２Ｃのグループと、受電器２Ｄ，２Ｅのグループを同時給電した場合の最低効率を評価する。例えば、最低効率(効率)が０．１５の場合には、ステップＳＴ１０で、効率(０．１５)＜効率基準２(第２設定値：０．２)なので送電効率の低下は許容値を超えると判定してステップＳＴ１１に進み、時分割給電を行う。
【０１８５】
このように、図２１の場合には、例えば、次の３つの給電セットを時分割給電する。すなわち、受電器２Ａを単独で給電する第１給電セット、受電器２Ｂ，２Ｃを同時給電する第２給電セット、並びに、受電器２Ｄ，２Ｅを同時給電する第３給電セットを時分割的に切り替えて給電を行う。
【０１８６】
図２２は、上述した図２１と同様に、受電器が５個の場合(２Ａ〜２Ｅ)であり、各受電器２Ａ〜２ＥのｋＱ値も図２１と共通である。ただし、図２２では、最低効率が、図２１の０．１５よりも大きい０．２５となっている。従って、図２２の場合、図１９のフローチャートにおけるステップＳＴ１〜ＳＴ９の処理は、図２１の場合と同様である。
【０１８７】
すなわち、ステップＳＴ９において、電力分配による効率低下を評価するが、受電器２Ｂ，２Ｃのグループと、受電器２Ｄ，２Ｅのグループを同時給電した場合の最低効率は、０．２５となっている。
【０１８８】
この最低効率(効率)が０．２５の場合には、ステップＳＴ１２で、効率(０．２５)≧効率基準２(第２設定値：０．２)なので、送電効率の低下は許容値内であると判定してステップＳＴ１３に進み、同時給電を行うことになる。なお、同時給電において、各受電器の要望電力に基づいた電力分配を行うことができるのはいうまでもない。
【０１８９】
このように、図２２の場合には、例えば、次の２つの給電セットを時分割給電する。すなわち、受電器２Ａを単独で給電する第１給電セット、並びに、受電器２Ｂ〜２Ｅを同時給電する第２給電セットを時分割的に切り替えて給電を行う。
【０１９０】
以上の説明では、１つの送電器１Ａ、並びに、３〜６個の受電器２Ａ〜２Ｆを含む無線電力伝送システムを例として説明したが、送電器は、例えば、異なる角度で複数設けることができ、また、受電器も様々な数，距離および姿勢(角度)であってもよい。
【０１９１】
図２３〜図２５は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図である。ここで、図２３は、第１グループのｋＱ値と、第２グループのｋＱ値をプロットしたテーブルであり、図２４は、例えば、図２３のテーブルにおけるＤ０７１０の個所を示すテーブルである。そして、図２５は、例えば、図２４のテーブルにおけるＥ０６１１の個所に設定された値を示す。
【０１９２】
図２３に示されるように、本実施形態の無線電力伝送制御方法において、例えば、第１グループのｋＱ値が『１０』で第２グループのｋＱ値が『７』の場合のために、このようなｋＱ値を有する２つのグループに対して、予め、［Ｄ０７１０］を準備しておく。
【０１９３】
なお、［Ｄ０７１０］は単なる例であり、第１および第グループのそれぞれのｋＱ値に対して同様のものを準備しておく。また、図２３における参照符号ＷＷで示した個所は、ｋＱ値が所定値以下で電力分配が不可の領域を示す。
【０１９４】
次に、図２４に示されるように、例えば、第１グループのｋＱ値が『１０』で第２グループのｋＱ値が『７』のときの［Ｄ０７１０］において、例えば、２つの受電器に対する電力の配分比を３：２に制御する場合のために、予め、［Ｅ０６１１］を準備しておく。なお、［Ｅ０６１１］も単なる例であり、様々な配分比に対して同様のものを準備しておく。
【０１９５】
さらに、図２５に示されるように、例えば、［Ｄ０７１０］において電力の配分比を３：２にする［Ｅ０６１１］として、受電器２Ａ，２Ｂの共振周波数および予想全体効率等を、予め準備しておく。
【０１９６】
通常、受電器２Ａ，２Ｂは、固定の共振周波数(６．７８ＭＨｚ)で受電しているが、例えば、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力に従って、受電器２Ａ：２Ｂの電力比を３：２に設定したい場合、受電器２Ｂの共振周波数を６．７５ＭＨｚにずらせばよいことが分かる。さらに、このときの予想全体効率が６７％程度であることも確認することができる。
【０１９７】
なお、図２３〜図２５に示す事前演算データは、例えば、予め、シミュレーションや演算等を行って様々な条件に対応するデータを事前に演算し、例えば、送電器のテーブル(ルックアップテーブル)としてメモリに格納しておくことができる。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【符号の説明】
【０２０２】
１    送電器(一次側：送電側)
１Ａ〜１Ｄ，１Ａ１〜１Ａ３    送電器
２    受電器(二次側：受電側)
２Ａ〜２Ｆ，２Ａ１〜２Ａ３，２Ｂ１〜２Ｂ３，２Ｃ１，２Ｃ２    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(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
１３，１３Ａ，１３Ｂ    送電制御部
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    受電共振コイル(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    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)
ＧＰ１    第１グループ
ＧＰ２    第２グループ
【図１Ａ】
2015177859.tif 000006
【図１Ｂ】
2015177859.tif 000007
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2015177859.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2015177859.tif 000013
【図５Ａ】
2015177859.tif 000014
【図５Ｂ】
2015177859.tif 000015
【図５Ｃ】
2015177859.tif 000016
【図５Ｄ】
2015177859.tif 000017
【図６Ａ】
2015177859.tif 000018
【図６Ｂ】
2015177859.tif 000019
【図６Ｃ】
2015177859.tif 000020
【図６Ｄ】
2015177859.tif 000021
【図７Ａ】
2015177859.tif 000022
【図７Ｂ】
2015177859.tif 000023
【図７Ｃ】
2015177859.tif 000024
【図８Ａ】
2015177859.tif 000025
【図８Ｂ】
2015177859.tif 000026
【図８Ｃ】
2015177859.tif 000027
【図９Ａ】
2015177859.tif 000028
【図９Ｂ】
2015177859.tif 000029
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
2015177859.tif 000033
【図１１Ｂ】
2015177859.tif 000034
【図１１Ｃ】
2015177859.tif 000035
【図１２】
2015177859.tif 000036
【図１３Ａ】
2015177859.tif 000037
【図１３Ｂ】
2015177859.tif 000038
【図１４Ａ】
2015177859.tif 000039
【図１４Ｂ】
2015177859.tif 000040
【図１５Ａ】
2015177859.tif 000041
【図１５Ｂ】
2015177859.tif 000042
【図１６Ａ】
2015177859.tif 000043
【図１６Ｂ】
2015177859.tif 000044
【図１７】
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【図１８】
2015177859.tif 000046
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月19日(2016.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０４４７３５号公報
【特許文献２】国際公開第２０１３／０３５８７３号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】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
【非特許文献２】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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したように、従来、電源供給や充電を行うために無線で電力を伝送する無線電力伝送技術が注目されている。この無線電力伝送技術を適用した無線電力伝送システムは、通常、複数の受電器に対して電力を伝送するが、各受電器が要望する電力、或いは、送電器に対する各受電器の位置関係等に基づいた電力伝送制御が求められている。
【００１１】
この送電器から複数の受電器への電力伝送としては、受電器ごとに電力伝送を行う時分割電力伝送、並びに、複数の受電器に対して同時に電力伝送を行う同時電力伝送がある。しかしながら、複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおいて、それぞれの受電器に対して評価指標を設定し、その評価指標に基づいて無線電力伝送を行うことは行われておらず、各受電器に対して適切な無線電力伝送を行うことが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
一実施形態によれば、少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、前記送電器からの電力を、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が提供される。
【００１３】
前記無線電力伝送制御方法は、複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、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する時分割電力伝送モードと、を有する。
【００１４】
前記無線電力伝送制御方法は、それぞれの前記受電器に評価指標を設定し、前記評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う。
【発明の効果】
【００１５】
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、複数の受電器に対して時分割電力伝送および同時電力伝送を切り替えて適切な無線電力伝送を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】図８Ａは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図(その１)である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図(その２)である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図(その３)である。
【図９Ａ】図９Ａ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９Ｂ】図９Ｂ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１０Ａ】図１０Ａ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(その１)である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂ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(その２)である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃ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(その３)である。
【図１１Ａ】図１１Ａ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(その４)である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂ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(その５)である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃ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(その６)である。
【図１２】図１２は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における評価指標を説明するための図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その１)である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その２)である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その３)である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図(その４)である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その１)である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その２)である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その３)である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図(その４)である。
【図１７】図１７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１８】図１８は、無線電力伝送制御方法の第３実施例を説明するための図である。
【図１９】図１９は、第３実施例の無線電力伝送制御方法による処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図２０】図２０は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図(その１)である。
【図２１】図２１は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図(その２)である。
【図２２】図２２は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図(その３)である。
【図２３】図２３は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図(その１)である。
【図２４】図２４は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図(その２)である。
【図２５】図２５は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図(その３)である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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１１Ｃを参照して説明する。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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からワイヤー接続給電(有線電力伝送)を行っている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
ワイヤレス送電部１１は、第１コイル(電力供給コイル)１１ｂおよび第２コイル(送電共振コイル)１１ａを含み、また、ワイヤレス受電部２１は、第３コイル(受電共振コイル)２１ａおよび第４コイル(電力取出コイル)２１ｂを含む。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
図８Ａ〜図８Ｃは、複数の受電器に対する無線電力伝送を説明するための図である。なお、図８Ａ〜図８Ｃでは、説明を簡略化するために、１つの送電器１Ａおよび２つの受電器(携帯電話)２Ａ，２Ａ’のみ示しているが、送電器の数および受電器の数や種類等は様々に変化し得るのはいうまでもない。すなわち、図８Ａに示されるように、１つの送電器１Ａにより、２つの受電器２Ａ，２Ａ’に対するワイヤレス給電を行う場合を想定する。
【００６２】
まず、時分割電力伝送によりワイヤレス給電を行うときは、図８Ｂの左側図に示されるように、一方の受電器２Ａだけに給電した後、図８Ｂの右側図に示されるように、他方の受電器２Ａだけに給電する。なお、受電器の数がさらに多い場合も同様であり、時分割的に給電する受電器を順番に切り替えてワイヤレス給電を行う。
【００６３】
すなわち、時分割電力伝送は、複数の受電器がある場合、給電する対象となる受電器を順次選択することにより、ある瞬間には常に送電器に対して１つの受電器が対応することになる。このときの制御は、例えば、送電器と受電器が１対１の場合と同様とすることができる。ただし、時分割した結果、給電(満充電)に要する時間は、受電器の数だけの時間となるため、受電器が２台であれば１台のときの２倍の時間を要することになる。
【００６４】
次に、同時電力伝送によりワイヤレス給電を行うときは、図８Ｃに示されるように、１つの送電器１Ａにより、２つの受電器２Ａ，２Ａ’の両方に給電する。なお、受電器の数がさらに多い場合も同様であり、それら複数の受電器に対して同時にワイヤレス給電を行う。
【００６５】
この同時電力伝送は、例えば、２台の受電器がある場合にはその２台の受電器を同時に給電するため、給電に要する時間は、同時給電される受電器の数に関わらず、１台分でよいため、ユーザメリットを考えると望ましい給電方法(無線電力伝送制御方法)と言える。
【００６６】
ただし、複数の受電器を同時給電(同時電力伝送)するには、受電器が１台のときとは異なる制御を行うことになる。また、複数の受電器に対して同時電力伝送を行う場合、送電上限や効率等の問題があるため、常に選択可能であるわけではない。なお、受電器の数が多数の場合、一部の複数の受電器に対して同時電力伝送を行い、他の受電器に対して時分割電力伝送を行うことも考えられる。
【００６７】
図９Ａおよび図９Ｂ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９Ａ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９Ｂ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。
【００６８】
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。
【００６９】
ところで、二次元無線電力伝送システムにおいて、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９Ａ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。
【００７０】
これらの状況において、例えば、二次元無線電力伝送システムでは、送電器１Ａ上に置かれる受電器２Ａ，２Ｂの距離や姿勢の条件には大きな差がないと考えられるため、同じ仕様の受電コイルが搭載されている場合には、電力は等しく分配されることとなる。
【００７１】
そのため、図９Ａ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。
【００７２】
すなわち、携帯電話２Ａおよびノートパソコン２Ｂは、例えば、図５Ａに示す受電共振コイル２１ａを有し、そのコイル２１１のインダクタンスおよび容量２１２のキャパシタンスは、同じ値である。
【００７３】
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、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。
【００７４】
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。
【００７５】
しかしながら、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を低下させるように制御する。
【００７６】
例えば、図９Ｂ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。
【００７７】
すなわち、図９Ｂ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、要望電力は５Ｗに設定することができる。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
なお、各送電器には、それぞれ送電能力の上限が個別にあることが想定されるため、二次元無線電力伝送システムでは、同時給電が可能な場合と不可能な場合の判断は、例えば、以下のように、容易に行うことができる。
【００８２】
すなわち、システム全体の送受電効率はほぼ一定であるため、単純に総受電電力／効率≦最大送電ならば同時給電を行い、総受電電力／効率＞最大送電ならば時分割給電を行うという判断になる。
【００８３】
次に、三次元無線電力伝送システムについて説明する。図１０Ａ〜図１１Ｃは、複数(２つ)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。なお、図１０Ａ〜図１１Ｃでは、説明を簡略化するために、１つの送電器１Ａおよび２つの受電器２Ａ，２Ｂを示しているが、複数の送電器および３つ以上の受電器であっても同様である。
【００８４】
ここで、図１０Ａ〜図１０Ｃは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合を示し、図１１Ａ〜図１１Ｃは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合を示す。
【００８５】
図１０Ｂおよび図１１Ｂにおいて、参照符号ＬＡは、受電器２Ａの受電効率、ＬＢは、受電器２Ｂの受電効率、ＰＭは、送電器１Ａの出力可能な送電電力(最大送電出力)を示し、ＲＰは、必要送電電力、そして、ＴＰは、全体の受電効率(全体効率)を示す。
【００８６】
また、参照符号Ｐ０は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合を示し、Ｐ１は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が２：１の送電(１２Ｗ：６Ｗ)の場合を示す。なお、図１０Ｂおよび図１１Ｂは、電力比１：１を『１．００』に規格化して示す図である。
【００８７】
すなわち、２つの受電器２Ａ，２Ｂへ伝送する電力を１８Ｗとし、受電器２Ａおよび２Ｂの要望電力が両方とも９Ｗの場合、並びに、受電器２Ａの要望電力が１２Ｗで受電器２Ｂの要望電力が６Ｗの場合を考える。なお、送電器１Ａの最大送電出力は、例えば、送電器の仕様や電波法の規定等により５０Ｗに制限されているものとする。
【００８８】
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合(比較的に近い場合)を考察する。まず、同時給電を行う受電器２Ａおよび２Ｂの要望電力が両方とも９Ｗの場合、すなわち、電力比１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合、受電器２Ａ，２Ｂの受電効率は、例えば、両方とも３０．１％(全体効率(ＴＰ)が６０．２％)であるとする。
【００８９】
このとき、図１０ＢのＰ０および図１０Ｃに示されるように、送電器１Ａの送電出力を２９．９Ｗとすることにより、受電器２Ａおよび２Ｂは、それぞれ２９．９×０．３０１≒９Ｗの電力を受電することができる。
【００９０】
次に、受電器２Ａの要望電力が１２Ｗで受電器２Ｂの要望電力が６Ｗの場合、すなわち、電力比２：１の送電(１２Ｗ：６Ｗ)の場合、図９Ａおよび図９Ｂを参照して説明したのと同様に、受電器２Ｂの受電共振コイルによる共振点をずらす。
【００９１】
すなわち、受電器２Ｂの受電共振コイルによる共振点をずらし、受電器２Ｂの受電効率を低下(受電器２Ａの受電効率を上昇)させるようにして電力配分比を制御し、受電器２Ａおよび２Ｂに対して同時給電を行う。
【００９２】
具体的に、図１０ＢのＰ１および図１０Ｃに示されるように、受電器２Ｂの受電共振コイルの共振点をずらすことにより、受電器２Ａの受電効率を３９．５％とし、受電器２Ｂの受電効率を１９．７％とする。このとき、全体効率(ＴＰ)は、５９．２％となる。
【００９３】
そして、図１０Ｃに示されるように、送電器１Ａの送電出力を３０．４Ｗとすることにより、受電器２Ａは、３０．４×０．３９５≒１２Ｗの電力を受電することができ、受電器２Ｂは、３０．４×０．１９７≒６Ｗの電力を受電することができる。
【００９４】
ここで、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合、送電器１Ａの必要送電電力ＲＰは、電力比１：１の送電(２９．９Ｗ)および電力比２：１の送電(３０．４Ｗ)の両方とも、最大送電出力の５０Ｗよりも小さい。
【００９５】
さらに、全体効率ＴＰは、電力比１：１の送電(６０．２％)および電力比２：１の送電(５９．２％)でほぼ一定である。従って、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合(比較的に近い場合)には、電力比１：１の送電および電力比２：１の送電の両方とも、同時給電により実現することができる。
【００９６】
次に、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照して、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合(比較的に遠い場合)を考察する。まず、同時給電を行う受電器２Ａおよび２Ｂの要望電力が両方とも９Ｗの場合、すなわち、電力比１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合、受電器２Ａ，２Ｂの受電効率は、例えば、両方とも１８．２％(全体効率(ＴＰ)が３６．４％)であるとする。
【００９７】
このとき、図１１ＢのＰ０および図１１Ｃに示されるように、送電器１Ａの送電出力を４９．５Ｗとすることにより、受電器２Ａおよび２Ｂは、それぞれ４９．５×０．１８２≒９Ｗの電力を受電することができる。この場合、送電器１Ａの必要送電電力ＲＰ(４９．５Ｗ)は、最大送電出力の５０Ｗよりも小さいため、受電器２Ａおよび２Ｂに対する同時給電を行うことができる。
【００９８】
次に、受電器２Ａの要望電力が１２Ｗで受電器２Ｂの要望電力が６Ｗ(電力比２：１)の場合、上述したように、受電器２Ｂの受電共振コイルによる共振点をずらし、受電器２Ｂの受電効率を低下(受電器２Ａの受電効率を上昇)させるように、電力配分比を制御する。
【００９９】
具体的に、図１１ＢのＰ１および図１１Ｃに示されるように、受電器２Ｂの受電共振コイルの共振点をずらすことにより、受電器２Ａの受電効率を２１．２％とし、受電器２Ｂの受電効率を１０．６％とする。このとき、全体効率(ＴＰ)は、３１．８％となる。
【０１００】
しかしながら、受電器２Ａの受電電力を１２Ｗ(≒５６．６×０．２１２)とするには、送電器１Ａの必要送電電力ＲＰは５６．６Ｗとなり、最大送電出力の５０Ｗよりも大きくなってしまう。従って、２つの受電器２Ａおよび２Ｂに対して同時給電することは困難となる。
【０１０１】
なお、送電器１Ａの送電出力が、例えば、送電器の仕様や電波法の規定等により５０Ｗに制限されていない場合、送電器１Ａは、５６．６Ｗの必要送電電力ＲＰを許容できる大きさまで増大させることが求められる。
【０１０２】
また、同時給電を行うと、必要送電電力ＲＰが５６．６Ｗとなって最大送電出力(５０Ｗ)を超過する場合には、受電器２Ａ，２Ｂ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電力伝送(時分割給電)を行うことになる。
【０１０３】
ここで、時分割給電において、送電器１Ａにより受電器２Ａまたは２Ｂの一方だけに電力伝送(給電)するときの受電効率を２５％とする。このとき、送電器１Ａの送電出力を４８Ｗとして受電器２Ａだけに給電することで、受電器２Ａの受電電力を１２Ｗ(＝４８×０．２５)とすることができる。さらに、送電器１Ａの送電出力を２４Ｗとして受電器２Ｂだけに給電することで、受電器２Ｂの受電電力を６Ｗ(＝２４×０．２５)とすることができる。
【０１０４】
従って、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合(比較的に遠い場合)、電力比１：１の送電は同時給電が好ましく、電力比２：１の送電は、時分割給電が好ましいもの(同時給電は不可)と考えられる。
【０１０５】
上述したように、例えば、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合、電力分配の調整を行っても全体効率はほぼ一定であり、また、電力比１：１の送電が可能な受電電力ならば、電力比２：１(Ｎ：１)の同時給電も可能である。
【０１０６】
これに対して、例えば、送電器１Ａと２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合、電力分配の調整を行うと全体効率が低下し、また、電力比Ｎ：１の送電を行うのが困難となり、或いは、送電器の最大送電出力の増加が求められることになる。このような同時給電が困難な場合には、時分割給電を行うことになる。
【０１０７】
すなわち、複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおいて、それぞれの受電器に対しては、同時給電を行うか、或いは、時分割給電を行うかを判断する評価指標の設定はなされておらず、各受電器に対して適切な給電(無線電力伝送)を行うことは困難である。
【０１０８】
また、複数の受電器に対して同時給電が可能なケースと不可能なケースの判断基準が不明確である。さらに、例えば、シミュレーションやテスト送電を行うことも考えられるが、例えば、受電器の個数に従って増加する組み合わせは膨大であり、実際に適用するのは難しい。
【０１０９】
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。
【０１１０】
なお、以下の説明は、主として、磁界共鳴(磁界共振)を利用して１つの送電器で複数(２〜５個)の受電器に無線電力伝送を行う例を説明するが、本実施例は、図７Ａ〜図７Ｃを参照して説明したように、２個以上の送電器により電力伝送を行ってもよい。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。
【０１１１】
本実施例の無線電力伝送制御方法および無線電力伝送システムにおいて、無線電力伝送(ワイヤレス給電)の評価指標としてｋＱ(ｋＱ値)を適用する。ここで、ｋ(ｋ値)は、電磁界の結合の程度を示し、その値が大きいほど、結合の程度が大きいことを示す。また、Ｑ(Ｑ値)は、電磁界の損失の程度を示し、その値が大きいほど、損失の程度が小さいことを示す。
【０１１２】
すなわち、ｋＱは、次の式(１)により表される。ここで、Ｑtは、送電器のＱ値を示し、Ｑrは、受電器のＱ値を示す。
【数１】
2015177859.tif 000054
【０１１３】
また、ｋは、次の式(２)により表される。ここで、Ｍtrは、送電器と受電器の間の相互インダクタンスを示し、Ｌtは、送電器の自己インダクタンス、そして、Ｌrは、受電器の自己インダクタンスを示す。
【数２】
2015177859.tif 000055
【０１１４】
さらに、Ｑは、次の式(３)により表される。ここで、ωは、角振動数を示し、Ｒtは、送電器の共振コイルの損失、そして、Ｒrは、受電器の共振コイルの損失を示す。
【数３】
2015177859.tif 000056
【０１１５】
図１２は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における評価指標を説明するための図であり、１つの送電器と１つの受電器におけるｋＱ値(ｋとＱの積)と理想効率の関係を示すものである。
【０１１６】
図１２において、横軸は、ｋＱ値を示し、縦軸は、効率を示す。すなわち、本実施例では、例えば、図１２のような特性の１つの送電器と１つの受電器におけるｋＱ値を、少なくとも１つの送電器と少なくとも２つ(複数)の受電器の電力伝送に適用する。
【０１１７】
本実施例の無線電力伝送制御方法および無線電力伝送(ワイヤレス給電)システムでは、ｋＱ値を評価指標として使用し、少なくとも１つの送電器から複数の受電器への電力伝送を、同時給電で行うか、或いは、時分割給電で行うかを判断する。
【０１１８】
ところで、例えば、ワイヤレス給電システムの設計において、伝送効率を判断する指標として、ｋＱ値が考えられる。ここで、図１２に示されるように、例えば、送電：受電＝１：１のワイヤレス給電では、効率とｋＱ値には理論的な関係が確立されており、ｋＱ値を評価することで、理論的最大効率が推定可能となる。
【０１１９】
本実施例の無線電力伝送制御方法では、ｋＱ値を評価指標として用いることで、時分割送電と同時送電のいずれを採用するのが好ましいかを判断する。
【０１２０】
図１３Ａ〜図１４Ｂは、無線電力伝送制御方法の第１実施例を説明するための図であり、第１実施例の三次元無線電力伝送システムにおける無線電力伝送制御方法を説明するためのものである。
【０１２１】
なお、図１３Ａ〜図１４Ｂでは、説明を簡略化するために、１つの送電器１Ａおよび２つの受電器２Ａ，２Ｂを示しているが、複数の送電器および３つ以上の受電器であっても同様である。
【０１２２】
ここで、図１３Ａおよび図１３Ｂは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合を示し、前述した図１０Ａおよび図１０Ｂに対応する。また、図１４Ａおよび図１４Ｂは、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合を示し、前述した図１１Ａおよび図１１Ｂに対応する。
【０１２３】
図１３Ｂおよび図１４Ｂにおいて、参照符号ＬＡは、受電器２Ａの受電効率、ＬＢは、受電器２Ｂの受電効率、ＰＭは、送電器１Ａの最大送電出力を示し、ＲＰは、必要送電電力、そして、ＴＰは、全体効率を示す。
【０１２４】
また、参照符号Ｐ０は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が１：１の送電(９Ｗ：９Ｗ)の場合を示し、Ｐ１は、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力の比が２：１の送電(１２Ｗ：６Ｗ)の場合を示す。なお、図１３Ｂおよび図１４Ｂは、電力比１：１を『１．００』に規格化して示す図である。
【０１２５】
ここで、図１３Ａおよび図１３Ｂは、前述した図１０Ａおよび図１０Ｂに対応し、図１４Ａおよび図１４Ｂは、前述した図１１Ａおよび図１１Ｂに対応するので、重複する説明は省略する。
【０１２６】
まず、図１３Ａおよび図１３Ｂのように、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．００６５、および、Ｑ＝５１０となる。このとき、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．００６５×５１０＝３．４として求められる。
【０１２７】
次に、図１４Ａおよび図１４Ｂのように、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．００２９、および、Ｑ＝５１０となる。
【０１２８】
すなわち、ｋ値は、送電器１Ａから受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍから５００ｍｍへ長くなるので、磁界(電磁界)の結合の程度は小さく、０．００６５から０．００２９へ小さくなる。なお、Ｑ値は、磁界(電磁界)の損失の程度は変化しないので、５１０のままである。
【０１２９】
従って、図１４Ａおよび図１４Ｂのように、送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が５００ｍｍの場合、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．００２９×５１０＝１．５として求められる。
【０１３０】
ここで、例えば、ｋＱ値の閾値を『２．０』とし、ｋＱ値が閾値以上(ｋＱ≧２．０)ならば、同時給電(同時電力伝送モード)を選択し、ｋＱ値が閾値よりも小(ｋＱ＜２．０)ならば、時分割給電(時分割電力伝送モード)を選択するものとする。このように、本第１実施例によれば、複数の受電器２Ａ，２Ｂに対して時分割電力伝送および同時電力伝送を切り替えて適切な無線電力伝送を行うことが可能となる。
【０１３１】
ここで、ｋＱ値の閾値は、例えば、『２．０』の辺りを境として、共振条件を可変して電力の配分比を調整する際に全体効率が低下するケースとしないケースが分かれる。そこで、上述した説明では、ｋＱ値の閾値を『２．０』に設定したが、この閾値は、それぞれの製品(受電器)における要望電力や効率および利便性等を考慮して設定することになる。ただし、電力分配においても効率が維持できることを考慮すると、ｋＱ値の閾値は、０．１〜１０の範囲、より好ましくは、０．５〜５の範囲に設定することができる。
【０１３２】
この結果を利用し、ｋＱ値が閾値以上の場合、電力分配調整を行いながらの同時給電は可能であり、一方で、ｋＱ値が閾値以下の場合は、電力配分比調整を行うことで、全体効率が低下してしまうため、同時給電ではなく、時分割給電を行うことになる。
【０１３３】
図１５Ａ〜図１６Ｂは、無線電力伝送制御方法の第２実施例を説明するための図である。ここで、図１５Ａおよび図１５Ｂ、並びに、図１６Ａおよび図１６Ｂは、両方とも送電器１Ａから２つの受電器２Ａ，２Ｂまでの距離が３００ｍｍの場合を示しているが、Ｑ値が異なる場合を示している。なお、図１５Ｂおよび図１６Ｂは、電力比１：１を『１．００』に規格化して示す図である。
【０１３４】
まず、図１５Ａおよび図１５Ｂでは、受電器２Ａ，２Ｂにおける受電共振コイルの自己インダクタンス(Ｌr)が大きく、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．０２６、および、Ｑ＝６００となる。このとき、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．０２６×６００＝１５．３として求められる。従って、ｋＱ＝１５．３≧２．０なので、同時給電(同時電力伝送モード)が選択される。
【０１３５】
また、図１６Ａおよび図１６Ｂでは、受電器２Ａ，２Ｂにおける受電共振コイルの自己インダクタンス(Ｌr)が小さく、ｋ値およびＱ値は、ｋ＝０．００６５、および、Ｑ＝１６０となる。このとき、ｋＱ値は、ｋＱ＝０．００６５×１６０＝１．１として求められる。従って、ｋＱ＝１．１＜２．０なので、時分割給電(時分割電力伝送モード)が選択される。
【０１３６】
このように、本実施例の無線電力伝送制御方法(無線電力伝送システム)によれば、例えば、ｋＱ値を評価指標とすることにより、同時給電と時分割給電のどちらが適切かを判断してワイヤレス給電を行うことが可能となる。
【０１３７】
なお、ｋ値は、例えば、送電器１Ａと受電器２Ａ(２Ｂ)間における仕様情報、および、送電器１Ａと受電器２Ａ(２Ｂ)間における相対位置関係に基づいて算出することができ、また、Ｑ値は、それぞれの受電器により予め規定されている。
【０１３８】
図１７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１７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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
なお、例えば、送電器１Ａ，１Ｂの位置関係が固定され(送電共振コイル１１ａ１，１１ａ２が特定のＬ字ブロック状に固定され)、その情報を送電制御部１３Ａ，１３Ｂが把握し、受電器２Ａ，２Ｂが検出機能を有する場合、検出部ＳＡ，ＳＢは省略可能である。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
次に、受電器が３つ以上ある場合において、ｋＱ値をグループ分けする場合を説明する。図１８は、無線電力伝送制御方法の第３実施例を説明するための図であり、評価指標のグループ分けを説明するためのものである。なお、図１８では、１つの送電器１Ａおよび６個の受電器２Ａ〜２Ｆを例として示しているが、これは単なる例であり、様々な場合があり得るのはいうまでもない。
【０１５５】
図１８に示されるように、第３実施例の無線電力伝送制御方法は、複数(６個)の受電器２Ａ〜２ＦのｋＱ値(評価指標)を評価し、ｋＱ値によりグループ分けを行う。まず、全ての受電器２Ａ〜２Ｆを、それぞれ単体評価する。
【０１５６】
例えば、受電器２Ａを評価するとき、受電器２Ａのみオンして、他の受電器２Ｂ〜２Ｆをオフ(例えば、図５Ａの受電共振コイル２１ａにおけるスイッチ２１３をオフ)する。そして、例えば、ｋＱ値が最大(ｋＱmax1)となる受電器２Ｂを基準とし、他の受電器のｋＱ値(ｋＱother)に関して、ｋＱother／ｋＱmax1が一定値以上ならば、同一グループとする。具体的に、図１８では、ｋＱ値がｋＱ1-1の受電器２ＦおよびｋＱ値がｋＱ1-2の受電器２Ｃが、第１グループＧＰ１とされている。
【０１５７】
次に、ｋＱ値が最大(ｋＱmax1)となる受電器２Ｂを含む第１グループＧＰ１以外の受電器２Ａ，２Ｄ，２Ｅにおいて、ｋＱ値が最大(ｋＱmax2)となる受電器２Ａを基準として、同様にグループ分けを行う。具体的に、図１８では、受電器２Ａ，２Ｄ，２Ｅが、第２グループＧＰ２とされている。そして、分割されたグループＧＰ１，ＧＰ２を単位として、同一グループ内では同時給電を行い、異なるグループ間では、後に詳述するように、個別に検討する。
【０１５８】
ところで、一般的に、ワイヤレス送電可能なシステムの要件として、電力と効率は、比例する関係が好ましい。つまり、大電力を送電するシステムでは、高効率が望まれ、また、小電力を送電するシステムでは、低効率であっても許容することができる。これは、特に、ロスが結果として発熱になるため、放熱の問題を考えれば容易に理解することができる。
【０１５９】
すなわち、大電力系において効率が低い場合には、放熱すべき電力が大きくなるため、システムを構築することが難しくなるためである。言い換えれば、送電電力に応じて、許容効率が規定されていると考えることもできる。
【０１６０】
そのような状況で、ｋＱ値が異なる複数の受電器に対した、同時給電すべきか、或いは、時分割給電すべきかを検討すると、送電完了時間を優先すれば、同時給電が常に望ましいと考えられるが、上述したように、許容できる効率は各系に応じて異なっている。
【０１６１】
そこで、許容効率を確保しつつ、同時給電を行うことのできる方法を考えるのが現実的であり、本実施例では、ｋＱ値の近いものをグループ化し、そのグループ内では同時給電を優先し、グループ外では時分割給電を優先するようになっている。
【０１６２】
これは、ｋＱ値が同じ(近い)ものの同時給電であれば、Ｑ値を少し可変することで電力のバランスを調整することが容易である一方で、ｋＱ値が大きく異なっているものの同時給電では、バランス調整のために、Ｑ値を大きく低下させることになる。これは、結果として、全体の効率低下を招くことになる。
【０１６３】
一例として、ノートパソコン群とスマートフォン群への給電を考える。ここで、ノートパソコン群(ノートパソコン)は、例えば、３０Ｗの給電を要求し(要望電力が３０Ｗであり)、その電力の大きさゆえに許容最低効率は８０％とする。また、ノートパソコンは、サイズが大きいために受電コイルを大きくすることができ、ｋＱ値を大きくすることが可能である。
【０１６４】
一方、スマートフォン群(スマートフォン)は、例えば、５Ｗの給電を要求し(要望電力が５Ｗであり)、許容効率は４０％とする。また、スマートフォンは、サイズが小さく、位置がより自由であるため、ｋＱ値は小さく抑えられてしまう。
【０１６５】
このような２つの郡への同時給電を行うと、ｋＱ値が異なるグループへの同時給電となるが、ノートパソコン群への給電ばかりが実行され、スマートフォン群へ電力が届かないことになる。
【０１６６】
このとき、例えば、Ｑ値を低下させて電力のバランスを取ることもできるが、その場合には、全体の効率が低下してしまい、ノートパソコンを含む給電の効率が低くなり、例えば、許容効率が８０％以下となってしまうこともあり得る。
【０１６７】
そのため、ｋＱ値が異なるグループへの同時給電は好ましくないことが分かる。すなわち、ｋＱ値(評価指標)が設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、そのｋＱ値の大きさに基づいてグループ分けを行うが、近いｋＱ値を持つ受電器が同じグループとなるようにグループ分けを行うのが好ましい。
【０１６８】
ここで、ｋＱ値によりグループ分けされた受電器に関して、例えば、閾値以下となるグループの受電器に対しては、時分割給電を行うことになる。また、閾値以上となるグループの受電器に対して、同一グループ内の給電では、電力分配を調整して同時給電を行うことができ、異なるグループにまたがる受電器に対しては、時分割給電を行うのが好ましい。
【０１６９】
なお、複数の受電器をｋＱ値により複数のグループに分けるための閾値としては、想定される無線電力伝送システムの規模や仕様により様々に変化させることができ、それに従って、グループの数や各グループに含まれる受電器の数も変化することになる。
【０１７０】
図１９は、第３実施例の無線電力伝送制御方法による処理の一例を説明するためのフローチャートである。図１９に示されるように、第３実施例の無線電力伝送制御方法による処理が開始すると、ステップＳＴ１において、各受電器のｋＱ値を評価し、ｋＱ＜［基準１(第１設定値)］とされた受電器(ステップＳＴ２)に対しては、ステップＳＴ３に進んで、時分割給電を行う。
【０１７１】
一方、ｋＱ≧［基準１］とされた受電器(ステップＳＴ４)に対しては、ステップＳＴ５に進んで、受電器をｋＱ値によりグループ分けを行う。そして、同一グループ内のみの受電器(ステップＳＴ６)に対しては、ステップＳＴ７に進んで、同時給電を行う。
【０１７２】
また、グループ間の給電がある受電器(ステップＳＴ８)に対しては、ステップＳＴ９に進んで、電力分配による効率低下を評価する。
【０１７３】
そして、効率(予想効率)＜［基準２(第２設定値)］とされた受電器(ステップＳＴ１０)に対しては、ステップＳＴ１１に進んで、時分割給電を行う。一方、効率≧［基準２］とされた受電器(ステップＳＴ１２)に対しては、ステップＳＴ１３に進んで、同時給電を行う。
【０１７４】
図２０〜図２２は、図１９に示すフローチャートにおける処理に対応した複数の受電器を説明するための図である。ここで、上述したフローチャートのステップＳＴ２およびＳＴ４において、ｋＱ値を判定する［基準１(ｋＱ基準１：第１設定値)］＝１．５とし、ステップＳＴ１０およびＳＴ１２において、効率を判定する［基準２(判定基準２：第２設定値)］＝０．２とする。
【０１７５】
まず、図２０に示されるように、例えば、受電器が３個の場合(２Ａ〜２Ｃ)を説明する。ここで、受電器２ＡのｋＱ値は１．２、受電器２ＢのｋＱ値は８．５、そして、受電器２ＣのｋＱ値は８．２とする。
【０１７６】
このとき、受電器２Ａは、ｋＱ値(１．２)＜ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ３に進んで、複数同時給電の対象外とされて、時分割給電が選択される。一方、受電器２Ｂ，２Ｃは、それぞれのｋＱ値(８．５，８．２)≧ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ５に進む。すなわち、受電器２Ｂ，２Ｃは、同時給電の対象候補となる。
【０１７７】
ここで、受電器２Ｂ，２Ｃは、ステップＳＴ６において、ｋＱ値のグループ分けにより同一グループと判断できる。すなわち、同時給電の対象候補の受電器２Ｂ，２Ｃは、同一グループのみであるとして、ステップＳＴ７に進んで同時給電が行われる。このとき、受電器２Ｂおよび２Ｃは、例えば、要望電力に基づいて受電共振コイルによる共振点をずらし、電力分配を行うことができる。
【０１７８】
このように、図２０の場合には、例えば、受電器２Ａを単独で給電する第１給電セット、受電器２Ｂ，２Ｃを同時給電する第２給電セットを、時分割的に切り替えて時分割給電を行うことになる。
【０１７９】
なお、時分割的に切り替えて行う給電は、例えば、第１給電セット完了後に、第２給電セットを行ってもよいが、一定時間だけ第１給電セットを行った後、一定時間だけ第２給電セットを行い、この処理を交互に繰り返すようにしてもよい。
【０１８０】
次に、図２１に示されるように、例えば、受電器が５個の場合(２Ａ〜２Ｅ)を説明する。ここで、受電器２ＡのｋＱ値は１．２、受電器２ＢのｋＱ値は８．５、受電器２ＣのｋＱ値は８．２、受電器２ＤのｋＱ値は３．１、そして、受電器２ＥのｋＱ値は３．４とする。
【０１８１】
このとき、受電器２Ａは、ｋＱ値(１．２)＜ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ３に進んで、複数同時給電の対象外とされて、時分割給電が選択される。一方、受電器２Ｂ〜２Ｅは、それぞれのｋＱ値(８．５，８．２，３．１，３．４)≧ｋＱ基準１(１．５)となるため、ステップＳＴ５に進み、ｋＱ値によるグループ分けを行う。
【０１８２】
このｋＱ値によるグループ分けにより、例えば、受電器２Ｂ，２Ｃは、ｋＱ値が８．５，８．２となっているため、同一グループとされ、また、受電器２Ｄ，２Ｅは、ｋＱ値が３．１，３．４となっているため、同一グループとされる。
【０１８３】
すなわち、ステップＳＴ８に進んで、同時給電の対象候補が複数グループ(受電器２Ｂ，２Ｃと、受電器２Ｄ，２Ｅの２つのグループ)存在すると判定し、ステップＳＴ９に進んで、電力分配による効率低下を評価する。
【０１８４】
具体的に、受電器２Ｂ，２Ｃのグループと、受電器２Ｄ，２Ｅのグループを同時給電した場合の最低効率を評価する。例えば、最低効率(効率)が０．１５の場合には、ステップＳＴ１０で、効率(０．１５)＜効率基準２(第２設定値：０．２)なので送電効率の低下は許容値を超えると判定してステップＳＴ１１に進み、時分割給電を行う。
【０１８５】
このように、図２１の場合には、例えば、次の３つの給電セットを時分割給電する。すなわち、受電器２Ａを単独で給電する第１給電セット、受電器２Ｂ，２Ｃを同時給電する第２給電セット、並びに、受電器２Ｄ，２Ｅを同時給電する第３給電セットを時分割的に切り替えて給電を行う。
【０１８６】
図２２は、上述した図２１と同様に、受電器が５個の場合(２Ａ〜２Ｅ)であり、各受電器２Ａ〜２ＥのｋＱ値も図２１と共通である。ただし、図２２では、最低効率が、図２１の０．１５よりも大きい０．２５となっている。従って、図２２の場合、図１９のフローチャートにおけるステップＳＴ１〜ＳＴ９の処理は、図２１の場合と同様である。
【０１８７】
すなわち、ステップＳＴ９において、電力分配による効率低下を評価するが、受電器２Ｂ，２Ｃのグループと、受電器２Ｄ，２Ｅのグループを同時給電した場合の最低効率は、０．２５となっている。
【０１８８】
この最低効率(効率)が０．２５の場合には、ステップＳＴ１２で、効率(０．２５)≧効率基準２(第２設定値：０．２)なので、送電効率の低下は許容値内であると判定してステップＳＴ１３に進み、同時給電を行うことになる。なお、同時給電において、各受電器の要望電力に基づいた電力分配を行うことができるのはいうまでもない。
【０１８９】
このように、図２２の場合には、例えば、次の２つの給電セットを時分割給電する。すなわち、受電器２Ａを単独で給電する第１給電セット、並びに、受電器２Ｂ〜２Ｅを同時給電する第２給電セットを時分割的に切り替えて給電を行う。
【０１９０】
以上の説明では、１つの送電器１Ａ、並びに、３〜６個の受電器２Ａ〜２Ｆを含む無線電力伝送システムを例として説明したが、送電器は、例えば、異なる角度で複数設けることができ、また、受電器も様々な数，距離および姿勢(角度)であってもよい。
【０１９１】
図２３〜図２５は、本実施形態の無線電力伝送制御方法における事前演算データの一例を説明するための図である。ここで、図２３は、第１グループのｋＱ値と、第２グループのｋＱ値をプロットしたテーブルであり、図２４は、例えば、図２３のテーブルにおけるＤ０７１０の個所を示すテーブルである。そして、図２５は、例えば、図２４のテーブルにおけるＥ０６１１の個所に設定された値を示す。
【０１９２】
図２３に示されるように、本実施形態の無線電力伝送制御方法において、例えば、第１グループのｋＱ値が『１０』で第２グループのｋＱ値が『７』の場合のために、このようなｋＱ値を有する２つのグループに対して、予め、［Ｄ０７１０］を準備しておく。
【０１９３】
なお、［Ｄ０７１０］は単なる例であり、第１および第２グループのそれぞれのｋＱ値に対して同様のものを準備しておく。また、図２３における参照符号ＷＷで示した個所は、ｋＱ値が所定値以下で電力分配が不可の領域を示す。
【０１９４】
次に、図２４に示されるように、例えば、第１グループのｋＱ値が『１０』で第２グループのｋＱ値が『７』のときの［Ｄ０７１０］において、例えば、２つの受電器に対する電力の配分比を３：２に制御する場合のために、予め、［Ｅ０６１１］を準備しておく。なお、［Ｅ０６１１］も単なる例であり、様々な配分比に対して同様のものを準備しておく。
【０１９５】
さらに、図２５に示されるように、例えば、［Ｄ０７１０］において電力の配分比を３：２にする［Ｅ０６１１］として、受電器２Ａ，２Ｂの共振周波数および予想全体効率等を、予め準備しておく。
【０１９６】
通常、受電器２Ａ，２Ｂは、固定の共振周波数(６．７８ＭＨｚ)で受電しているが、例えば、受電器２Ａ，２Ｂの要望電力に従って、受電器２Ａ：２Ｂの電力比を３：２に設定したい場合、受電器２Ｂの共振周波数を６．７５ＭＨｚにずらせばよいことが分かる。さらに、このときの予想全体効率が６７％程度であることも確認することができる。
【０１９７】
なお、図２３〜図２５に示す事前演算データは、例えば、予め、シミュレーションや演算等を行って様々な条件に対応するデータを事前に演算し、例えば、送電器のテーブル(ルックアップテーブル)としてメモリに格納しておくことができる。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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）
少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、
前記送電器からの電力を、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し、
複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、
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する時分割電力伝送モードと、を有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に評価指標を設定し、
前記評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送制御方法。
【０２０３】
（付記２）
前記評価指標は、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の結合程度を示す第１指標、および、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の損失の程度を示す第２指標により算出する、
ことを特徴とする付記１に記載の無線電力伝送制御方法。
【０２０４】
（付記３）
前記第１指標は、ｋ値であり、
前記第２指標は、Ｑ値であり、
前記評価指標を、前記ｋ値および前記Ｑ値の積として算出する、
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。
【０２０５】
（付記４）
前記ｋ値を、前記送電器と前記受電器間における仕様情報、および、前記送電器と前記受電器間における相対位置関係に基づいて算出する、
ことを特徴とする付記３に記載の無線電力伝送制御方法。
【０２０６】
（付記５）
前記評価指標が予め定められた第１設定値より小さい受電器に対しては、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行い、
前記評価指標が予め定められた第１設定値以上の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
【０２０７】
（付記６）
前記評価指標が前記第１設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行い、
前記グループ内の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行うように判定する、
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。
【０２０８】
（付記７）
前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行うのは、
近い評価指標を持つ受電器が同じグループとなるようにする、
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。
【０２０９】
（付記８）
前記グループ内の複数の受電器に対して同時電力伝送モードにより電力伝送を行うと、送電効率の低下が許容値を超える場合には、前記同時電力伝送モードではなく、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする付記６または付記７に記載の無線電力伝送制御方法。
【０２１０】
（付記９）
複数の前記受電器に対する、前記同時電力伝送モードによる電力伝送は、それぞれの受電器の要望電力に基づいて、電力配分比を設定して行う、
ことを特徴とする付記５乃至付記８のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
【０２１１】
（付記１０）
前記電力配分比の設定は、要望電力が受電電力よりも小さい受電器における受電共振コイルの共振点をずらすことで行う、
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。
【０２１２】
（付記１１）
前記受電共振コイルの共振点をずらすのは、前記受電共振コイルにおける容量のキャパシタンスを変化させることで行う、
ことを特徴とする付記１０に記載の無線電力伝送制御方法。
【０２１３】
（付記１２）
前記電力配分比の設定を、予め事前演算データとして準備しておく、
ことを特徴とする付記１０または付記１１に記載の無線電力伝送制御方法。
【０２１４】
（付記１３）
少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、前記送電器からの電力を、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、
複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、
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する時分割電力伝送モードと、を有し、
それぞれの前記受電器に設定された評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送制御システム。
【０２１５】
（付記１４）
前記評価指標は、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の結合程度を示すｋ値と、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の損失の程度を示すＱ値の積である、
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。
【０２１６】
（付記１５）
前記評価指標が予め定められた第１設定値より小さい受電器に対しては、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行い、
前記評価指標が予め定められた第１設定値以上の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行う、
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。
【０２１７】
（付記１６）
前記評価指標が前記第１設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行い、
前記グループ内の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行うように判定する、
ことを特徴とする付記１５に記載の無線電力伝送システム。
【０２１８】
（付記１７）
前記グループ内の複数の受電器に対して同時電力伝送モードにより電力伝送を行うと、送電効率の低下が許容値を超える場合には、前記同時電力伝送モードではなく、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする付記１６に記載の無線電力伝送システム。
【０２１９】
（付記１８）
前記無線電力伝送システムは、
少なくとも２つの送電器を有し、それぞれの前記受電器に対して三次元無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする付記１３乃至付記１７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【符号の説明】
【０２２０】
１    送電器(一次側：送電側)
１Ａ〜１Ｄ，１Ａ１〜１Ａ３    送電器
２    受電器(二次側：受電側)
２Ａ〜２Ｆ，２Ａ１〜２Ａ３，２Ｂ１〜２Ｂ３，２Ｃ１，２Ｃ２    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(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
１３，１３Ａ，１３Ｂ    送電制御部
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    受電共振コイル(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    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)
ＧＰ１    第１グループ
ＧＰ２    第２グループ
【手続補正２】
【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】
少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、
前記送電器からの電力を、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し、
複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、
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する時分割電力伝送モードと、を有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に評価指標を設定し、
前記評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送制御方法。
【請求項２】
前記評価指標は、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の結合程度を示す第１指標、および、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の損失の程度を示す第２指標により算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項３】
前記第１指標は、ｋ値であり、
前記第２指標は、Ｑ値であり、
前記評価指標を、前記ｋ値および前記Ｑ値の積として算出する、
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。
【請求項４】
前記ｋ値を、前記送電器と前記受電器間における仕様情報、および、前記送電器と前記受電器間における相対位置関係に基づいて算出する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項５】
前記評価指標が予め定められた第１設定値より小さい受電器に対しては、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行い、
前記評価指標が予め定められた第１設定値以上の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項６】
前記評価指標が前記第１設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行い、
前記グループ内の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行うように判定する、
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。
【請求項７】
前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行うのは、
近い評価指標を持つ受電器が同じグループとなるようにする、
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。
【請求項８】
前記グループ内の複数の受電器に対して同時電力伝送モードにより電力伝送を行うと、送電効率の低下が許容値を超える場合には、前記同時電力伝送モードではなく、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項９】
複数の前記受電器に対する、前記同時電力伝送モードによる電力伝送は、それぞれの受電器の要望電力に基づいて、電力配分比を設定して行う、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の無線電力伝送制御方法。
【請求項１０】
前記電力配分比の設定は、要望電力が受電電力よりも小さい受電器における受電共振コイルの共振点をずらすことで行う、
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。
【請求項１１】
少なくとも１つの送電器、および、少なくとも２つの受電器を含み、前記送電器からの電力を、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、
複数の前記受電器に対して、同時に電力を伝送する同時電力伝送モードと、
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する時分割電力伝送モードと、を有し、
それぞれの前記受電器に設定された評価指標に基づいて、前記同時電力伝送モードおよび前記時分割電力伝送モードを切り替えて無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする無線電力伝送制御システム。
【請求項１２】
前記評価指標は、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の結合程度を示すｋ値と、
前記送電器と前記受電器間における電磁界の損失の程度を示すＱ値の積である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１３】
前記評価指標が予め定められた第１設定値より小さい受電器に対しては、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行い、
前記評価指標が予め定められた第１設定値以上の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１４】
前記評価指標が前記第１設定値以上となる受電器が３つ以上存在するとき、前記評価指標の大きさに基づいてグループ分けを行い、
前記グループ内の複数の受電器に対しては、前記同時電力伝送モードにより電力伝送を行うように判定する、
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。
【請求項１５】
前記グループ内の複数の受電器に対して同時電力伝送モードにより電力伝送を行うと、送電効率の低下が許容値を超える場合には、前記同時電力伝送モードではなく、前記時分割電力伝送モードにより電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項１４に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１６】
前記無線電力伝送システムは、
少なくとも２つの送電器を有し、それぞれの前記受電器に対して三次元無線電力伝送を行う、
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【国際調査報告】
2015177859.tif 000057
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2015177859.tif 000059
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