(57)【要約】  複数の送電コイルを含み、前記送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送システムであって、前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握して、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する全体制御器を有し、前記全体制御器が、前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルの送電出力を停止して送電グループを規定することにより、電力伝送を最適な状態で行うようにする。
2014155519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送電コイルを含み、前記送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送システムであって、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握して、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する全体制御器を有する、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記全体制御器は、
前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルの送電出力を停止して送電グループを規定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記全体制御器は、
前記送電グループに含まれる前記送電コイルの数が第１閾値を超えないように、前記送電出力を停止する前記少なくとも１つの送電コイルを選択する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記全体制御器は、
前記送電グループに含まれる受電器の数が第２閾値を超えないように、前記送電出力を停止する前記少なくとも１つの送電コイルを選択する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記全体制御器は、
前記送電グループに含まれる前記送電コイルの数と前記受電器の数の合計が第３閾値を超えないように、前記送電出力を停止する前記少なくとも１つの送電コイルを選択する、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記全体制御器は、
前記受電器における優先度を考慮して前記送電グループを規定する、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記全体制御器は、
前記送電グループを、少なくとも２つ規定し、
前記少なくとも２つ規定された送電グループを、順次切り替える、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
前記無線電力伝送システムは、複数の送電器を有し、
前記各送電器は、それぞれ前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項９】
前記無線電力伝送システムは、複数の送電器を有し、
前記各送電器は、それぞれ送電コイルを含む、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１０】
前記全体制御器は、
前記送電器および前記受電器とは別に設けられている、
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１１】
前記全体制御器は、
センターサーバに設けられている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１２】
前記センターサーバは、通信回線を介して前記送電器と通信を行い、前記送電コイルの出力強度および位相を制御する、
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】
前記全体制御器は、
前記送電器に設けられている、
ことを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１４】
前記全体制御器は、
前記受電器に設けられている、
ことを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１５】
前記全体制御器は、
センターサーバに設けられた第１全体制御器と、
前記送電器または前記受電器に設けられた第２全体制御器と、を有し、
前記第１全体制御器および前記第２全体制御器は、通信回線を介して接続されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１６】
前記送電コイルから前記受電器に対する電力伝送は、磁界共鳴または電界共振を利用した無線による電力伝送である、
ことを特徴とする請求項１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。
【請求項１７】
複数の送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送方法であって、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握し、
把握した前記複数の送電コイルの送電電力圏に従って、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する、
ことを特徴とする無線電力伝送方法。
【請求項１８】
前記全体制御器は、
前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルの送電出力を停止して送電グループを規定する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の無線電力伝送方法。
【請求項１９】
前記送電グループを、少なくとも２つ規定し、
前記少なくとも２つ規定された送電グループを、順次切り替える、
ことを特徴とする請求項１８に記載の無線電力伝送方法。
【請求項２０】
複数の送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送プログラムであって、
コンピュータに、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握する手順と、
把握した前記複数の送電コイルの送電電力圏に従って、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する手順を、実行させる、
ことを特徴とする無線電力伝送プログラム。
【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、無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、強結合系の無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送：Wireless Power Transfer) 技術は、一般に、電磁誘導，磁界共鳴，電界誘導および電界共鳴の４つの方式を利用している。【０００４】
従来、ワイヤレス電力伝送技術としては、電磁誘導や電波を利用したものが提案され、例えば、電磁誘導を利用したワイヤレス電力伝送は、シェーバーや電動歯ブラシといった家電製品で実用化されている。【０００５】
これに対して、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、磁界共鳴(磁界共振)や電界共鳴を利用した電力伝送技術に対する期待が高まっている。【０００６】
このような共鳴を用いたワイヤレス電力伝送では、送電器および受電器間の距離やそれぞれのサイズが異なっていても高い送電効率による電力伝送が可能である。さらに、複数の送電器の電力伝送範囲(送電電力圏)が重なる領域に受電器が位置する場合、各送電器の出力の強度および位相を最適化することにより、様々な姿勢の受電器に対して高い送電効率で無線による電力伝送を実現することができる。【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２０１１−１９９９７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３７８９号公報
【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、送電電力圏が重なる複数の送電器の出力における強度および位相を制御することにより、受電器の姿勢や位置に適した電力伝送を可能とすることができる。【００１１】
しかしながら、送電器の数が多くなると、各送電器の出力における位相および強度の計算が複雑になる。すなわち、多数の送電器の送電電力圏が重なる領域に受電器が位置すると、その受電器に対して最適な電力伝送を行うには、多数の送電器を制御することになり、そのための計算に要する時間および資源が大きなものとなる。【００１２】
そのため、送電電力圏が重なる複数の送電器および複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおいて、電力伝送を最適な状態で行うことの障害となることが懸念されている。さらに、例えば、磁界共鳴や電界共振を利用した電力伝送システム、或いは、送電器および受電器の実用化の停滞を招く虞がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態によれば、複数の送電コイルを含み、前記送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送システムが提供される。【００１４】
前記無線電力伝送システムは、前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握して、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する全体制御器を有する。
【発明の効果】
【００１５】
開示の無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法は、送電電力圏が重なる多数の送電器および複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおける電力伝送を最適な状態で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１】図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その１)である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その２)である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その３)である。
【図３Ａ】図３Ａは、独立共振コイルの例を示す回路図(その１)である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、独立共振コイルの例を示す回路図(その２)である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、独立共振コイルの例を示す回路図(その３)である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、独立共振コイルの例を示す回路図(その４)である。
【図４Ａ】図４Ａは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その１)である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その２)である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その３)である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その４)である。
【図５Ａ】図５Ａは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その１)である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その２)である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その３)である。
【図６】図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図である。
【図７】図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。
【図８Ａ】図８Ａは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その１)である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その２)である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その３)である。
【図９】図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)である。
【図１０】図１０は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の一例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の他の例を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本実施形態の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す本実施形態の無線電力伝送システムの切り替え動作を説明するための図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第１実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第２実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、第３実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、図１４Ａに示す第１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１５Ｂ】図１５Ｂは、図１４Ｂに示す第２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１５Ｃ】図１５Ｃは、図１４Ｃに示す第３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１６】図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器による送電器の出力制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１７は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器によるマスタ器の制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１８は、第１実施例の無線電力伝送システムの一変形例を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、第１実施例の無線電力伝送システムの他の変形例を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、図１５Ｂに示す無線電力伝送システムにおける送電器の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システムおよび無線電力伝送方法の実施例を詳述する前に、無線電力伝送システムの例、並びに、複数の送電器および受電器を含む関連技術の無線電力伝送システムを、図１〜図９を参照して説明する。
【００１８】
図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。図１において、参照符号１は一次側(送電側：送電器)を示し、２は二次側(受電側：受電器)を示す。
【００１９】
図１に示されるように、送電器１は、ワイヤレス送電部１１、高周波電源部１２、送電制御部１３および通信回路部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２４を含む。
【００２０】
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。
【００２１】
図１に示されるように、送電器１と受電器２は、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａの間の磁界共鳴(電界共鳴)により、送電器１から受電器２へエネルギー(電力)の伝送を行う。なお、送電共振コイル１１ａから受電共振コイル２１ａへの電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
【００２２】
送電器１と受電器２は、通信回路部１４と通信回路部２４により、通信(近距離通信)を行う。ここで、送電器１の送電共振コイル１１ａと受電器２の受電共振コイル２１ａによる電力の伝送距離(電力伝送範囲ＰＲ)は、送電器１の通信回路部１４と受電器２の通信回路部２４による通信距離(通信範囲ＣＲ)よりも短く設定される(ＰＲ＜ＣＲ)。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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(送電電力圏)ＰＲは、電力伝送に使用する周波数に従って変化する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図である。ここで、図２Ａおよび図２Ｂは、３コイル構成の例を示し、図２Ｃは、２コイル構成の例を示す。
【００３０】
すなわち、図１に示す無線電力伝送システムでは、ワイヤレス送電部１１が第１コイル１１ｂおよび第２コイル１１ａを含み、ワイヤレス受電部２１が第３コイル２１ａおよび第４コイルを含んでいる。
【００３１】
これに対して、図２Ａの例では、ワイヤレス受電部２１を１つのコイル(受電共振コイル：ＬＣ共振器)２１ａとし、図２Ｂの例では、ワイヤレス送電部１１を１つのコイル(送電共振コイル：ＬＣ共振器)１１ａとしている。
【００３２】
さらに、図２Ｃの例では、ワイヤレス受電部２１を１つの受電共振コイル２１ａに設定すると共に、ワイヤレス送電部１１を１つの送電共振コイル１１ａとしている。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、単なる例であり、様々に変形することができるのはいうまでもない。
【００３３】
図３Ａ〜図３Ｄは、独立共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図であり、図４Ａ〜図４Ｄは、負荷または電源に接続された共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図である。
【００３４】
ここで、図３Ａ〜図３Ｄは、図１および図２Ｂにおける受電共振コイル２１ａに対応し、図４Ａ〜図４Ｄは、図２Ａおよび図２Ｃにおける受電共振コイル２１ａに対応する。
【００３５】
図３Ａおよび図４Ａに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１，容量(Ｃ)２１２およびスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオフしておく。図３Ｂおよび図４Ｂに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１および容量(Ｃ)２１２と、容量２１２に並列に接続されたスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
【００３６】
図３Ｃおよび図４Ｃに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および抵抗(Ｒ)２１４を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
【００３７】
図３Ｄおよび図４Ｄに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および他の容量(Ｃ')２１５を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
【００３８】
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。
【００３９】
以上において、送電器１の送電共振コイル１１ａも図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｄと同様にすることもできるが、送電器１の送電共振コイル１１ａとしては、通常時に動作するようにして、高周波電源部１２の出力でオン／オフ制御してもよい。この場合、送電共振コイル１１ａは、図３Ａおよび図４Ａにおいて、スイッチ２１３を短絡したものになる。
【００４０】
以上により、複数の受電器２が存在する場合、送電器１から送電を行う所定の受電器２の受電共振コイル２１ａのみを選択して動作可能な状態とすることにより、その選択された受電器２に対する電力の伝送を行うことが可能になる。
【００４１】
図５Ａ〜図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図である。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、参照符号１Ａおよび１Ｂは送電器を示し、２は受電器を示す。
【００４２】
図５Ａに示されるように、送電器１Ａの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＡと送電器１Ｂの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＢは、例えば、直交するように配設されている。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
なお、後に詳述するが、複数の送電器の内、１つの送電器をマスタとし、他の送電器をスレーブにするということは、１つのマスタ送電器の演算処理装置(ＣＰＵ)により、マスタ送電器およびスレーブ送電器に含まれる全てのＬＣ共振器を制御することを意味する。
【００４６】
図５Ｂは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同じ位相の磁界を出力している様子を示し、図５Ｃは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが逆の位相の磁界を出力している様子を示す。
【００４７】
例えば、２つの直行する送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同相出力の場合と逆相出力の場合を比較すると、合成磁界は９０°回転した関係となり、それぞれの受電器２(受電共振コイル２１ａ)の向きに合わせた送電を行う。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図であり、図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。ここで、図６および図７は、２つの送電器１Ａおよび１Ｂ、並びに、５つの受電器２Ａ〜２Ｅが設けられた場合を示すものである。
【００５２】
図６に示す無線電力伝送システムでは、複数の送電器１Ａ，１Ｂにおける１つの送電器１Ａをマスタ(主)とすると共に、他の送電器１Ｂをスレーブ(従)と定め、例えば、複数の送電器および受電器の最適化等の処理は、マスタ(送電器１Ａ)が決定するものとする。
【００５３】
図６において、参照符号ＰＲａは、送電器１Ａの電力伝送範囲(マスタ送電電力圏)を示し、ＰＲｂは、送電器１Ｂの電力伝送範囲(スレーブ送電電力圏)を示す。また、参照符号ＣＲａは、送電器１Ａの通信範囲(マスタ通信圏)を示し、ＣＲｂは、送電器１Ｂの通信範囲(スレーブ通信圏)を示す。従って、受電器２Ａ〜２Ｅは、次のようになる。
【００５４】
すなわち、図７に示されるように、受電器２Ａは、マスタ通信圏ＣＲａ外(×)、スレーブ通信圏Ｃｒｂ外、マスタ送電電力圏ＰＲａ外およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になり、単に送電器からの通信を待つことになる。
【００５５】
次に、受電器２Ｂは、マスタ通信圏ＣＲａ内(○)、スレーブ通信圏ＣＲｂ外、マスタ送電電力圏ＰＲａ外およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になる。なお、受電器２Ｂは、マスタの送電器１Ａとの通信を行うことにより、電力圏外(マスタおよびスレーブの送電電力圏外)であることが確認できる。
【００５６】
また、受電器２Ｃは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電ＰＲａ圏外およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になり、マスタおよびスレーブの送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、電力圏外であることが確認できる。
【００５７】
さらに、受電器２Ｄは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電電力圏ＰＲａ内およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になり、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａの電力圏内(マスタ送電電力圏ＰＲａ内)であることが確認できる。
【００５８】
そして、受電器２Ｅは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電電力圏ＰＲａ内およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ内になる。なお、受電器２Ｅは、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａ，１Ｂの送電電力圏内(送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂ内)であることが確認できる。
【００５９】
ここで、複数の送電器において、マスタになる１つの送電器を決定するが、その決定方法としては、後述するように、例えば、その通信圏内に最も多くの受電器が存在する、或いは、その送電電力圏内に最も多くの受電器が存在するといった条件により決定する。
【００６０】
例えば、その通信圏内にそれぞれ１つの受電器が存在するといった同等の条件が成立する場合、例えば、受電器との間の通信強度といったさらなる条件を加えてマスタを決定するか、或いは、乱数表等を使用して任意の１つの送電器をマスタに決定してもよい。
【００６１】
ところで、異なる製造メーカによる送電器は、例えば、その送電器の強度や位相の最適化ルールはそれぞれ異なる。そこで、例えば、複数の送電器の内の１つをマスタとして決めることで、そのマスタになった送電器が他のスレーブの送電器を含め、最適化を制御する。
【００６２】
図８Ａ〜図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図であり、複数の送電器間におけるマスタ／スレーブの決め方を説明するものである。
【００６３】
まず、複数の送電器において、マスタ送電器およびスレーブ送電器を設定するのは、送電器が互いに通信範囲(通信圏)内にあり、電力伝送範囲(送電電力圏)が重なっており、しかも、受電器により送電電力圏が重なっていることが検出される場合である。
【００６４】
すなわち、図８Ａは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは重なっているが、送電器１Ａの送電電力圏ＰＲａおよび送電器１Ｂの送電電力圏ＰＲｂは重なっていない場合を示す。このとき、互いの送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂは重ならないので、両方の送電器１Ａおよび１Ｂを、それぞれマスタ送電器として設定される。
【００６５】
次に、図８Ｂは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電電力圏ＰＲａと、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂおよび送電電力圏ＰＲｂが重なり、受電器２が送電電力圏ＰＲａおよびＰＲｂの両方に含まれる位置に存在する場合を示す。
【００６６】
この図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂが互いに通信圏ＣＲａ，ＣＲｂ内にあり、送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっており、しかも、受電器２により送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっていることが検出される。
【００６７】
従って、図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂの内、一方(１Ａ)をマスタ送電器に設定し、他方(１Ｂ)をスレーブ送電器に設定する。このとき、送電器１Ｂをマスタとし、送電器１Ａをスレーブとしてもよいが、いずれかをマスタ送電器に設定する。
【００６８】
さらに、図８Ｃは、送電器１Ａおよび１Ｂは、上述した図８Ｂと同じ位置関係に配設されているが、受電器２が存在しない(通信圏ＣＲａおよびＣＲｂに存在しない)場合であり、このときは、両方ともマスタに設定する。
【００６９】
なお、３つ以上の送電器に対しても、例えば、図８Ｂに相当する場合には、いずれか１つをマスタ送電器に設定する。なお、複数の送電器から１つのマスタ送電器を決定する手法は、様々なものが考えられるが、その一例を、図９を参照して説明する。
【００７０】
図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)であり、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが一列に並んだ場合を示すものである。ここで、送電器１Ａの通信圏ＣＲａは、送電器１Ｂを含むが送電器１Ｃおよび１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｄの通信圏ＣＲｄは、送電器１Ｃを含むが送電器１Ａおよび１Ｂを含まない。
【００７１】
また、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは、送電器１Ａおよび１Ｃを含むが送電器１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｃの通信圏ＣＲｃは、送電器１Ｂおよび１Ｄを含むが送電器１Ａを含まない。
【００７２】
この図９の場合、例えば、送電器１Ｂをマスタ(マスタ送電器)とし、他の送電器１Ａ，１Ｃ，１Ｄをスレーブ(スレーブ送電器)に設定する。ここで、送電器１Ｃをマスタに設定することもできる。
【００７３】
なお、送電器１Ｂをマスタに設定すると、送電器１Ｄに対して直接通信することは困難になるが、その場合、送電器１Ｄに対しては、送電器１Ｃを経由して通信を行い、最適化等の制御を行う。このように、複数の送電器から１つのマスタを決める場合、最も多くの送電器と直接通信が可能なものをマスタと決めるのが好ましい。
【００７４】
また、図９では、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが直線上に並べられているが、実際には、例えば、部屋の壁や天井に埋め込まれ、机やテーブルに内蔵され、或いは、床やテーブル等に載置されるといった、様々な位置関係で複数の送電器が配設されることになる。
【００７５】
次に、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける電力伝送範囲(送電電力圏)の例、並びに、それらの課題を、図１０および図１１を参照して説明する。
【００７６】
図１０は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の一例を説明するための図である。図１０において、参照符号１Ａ〜１Ｅは送電器を示し、２Ａ〜２Ｆは受電器を示し、そして、ＰＲａ〜ＰＲｅはそれぞれ送電器１Ａ〜１Ｅの送電電力圏を示す。
【００７７】
図１０に示す無線電力伝送システムでは、５個の送電器１Ａ〜１Ｅによる送電電力圏ＰＲａ〜ＰＲｅが２つの送電グループに分割されている。すなわち、複数の送電器によるグループ化を考えた場合、互いの送電電力圏が重なり合う複数の送電器を１つの送電グループとして纏めるのが好ましい。
【００７８】
具体的に、図１０では、互いの送電電力圏ＰＲａ〜ＰＲｃが重なり合う３個の送電器１Ａ〜１Ｃが第１送電グループＰＧ１とし、互いの送電電力圏ＰＲｅ，ＰＲｆが重なり合う２つの送電器１Ｅ，１Ｆが第２送電グループＰＧ２として纏められている。
【００７９】
なお、第１送電グループＰＧ１において、送電器１Ａおよび１Ｃの送電電力圏ＰＲａおよびＰＲｃは直接重なってはいないが、送電器１Ｂの送電電力圏ＰＲｂが送電電力圏ＰＲａおよびＰＲｂの両方に重なるため、３個の送電器１Ａ〜１Ｃが１つに纏められている。
【００８０】
従って、第１送電グループＰＧ１に含まれる受電器２Ａ〜２Ｄは、送電器１Ａ〜１Ｃによる電力伝送の対象となり、第２送電グループＰＧ２に含まれる受電器２Ｅ，２Ｆは、送電器１Ｄ，１Ｅによる電力伝送の対象となる。
【００８１】
すなわち、受電器２Ａ〜２Ｄは、第１送電グループＰＧ１における各送電器１Ａ〜１Ｃの出力の位相および強度を適切に制御することで、それぞれの受電器２Ａ〜２Ｄの位置および姿勢に適した無線による電力伝送を受けるようになっている。
【００８２】
図１１は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の他の例を説明するための図である。図１１において、参照符号１Ａ〜１Ｊは送電器を示し、２Ａ〜２Ｔは受電器を示し、そして、ＰＲａ〜ＰＲｊはそれぞれ送電器１Ａ〜１Ｊの送電電力圏を示す。
【００８３】
前述した図１０は、５個の送電器１Ａ〜１Ｅおよび６個の受電器２Ａ〜２Ｆを２つの送電グループＯＧ１，ＰＧ２に分割した場合を示しているが、図１１は、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊおよび２０個の受電器２Ａ〜２Ｔが密集している場合を示す。
【００８４】
すなわち、図１１に示されるように、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊにおいて、互いの送電電力圏ＰＲａ〜ＰＲｊが重なり合う場合、これら１０個の送電器１Ａ〜１Ｊは、１つの送電グループＰＧ１０として纏められることになる。
【００８５】
従って、１つの送電グループＰＧ１０に含まれる２０個の受電器２Ａ〜２Ｔは、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊによる電力伝送の対象となり、各送電器１Ａ〜１Ｊの出力の位相および強度を適切に制御することで、それぞれの位置および姿勢に適した電力伝送を受ける。
【００８６】
このように、１つの送電グループＰＧ１０に多数(例えば、１０個)の送電器１Ａ〜１Ｊが存在すると、任意の１つの送電器に対して最適な電力伝送を行うためには、各送電器の出力の最適解を算出するのが困難になる。
【００８７】
すなわち、最適解を算出するための計算に要する時間が長くなり、メモリ容量が大きくなり、さらに、計算機スペック(ＭＰＵの処理能力)が高くなる。これは、送電器の数が多くなるに従って加速度的に増大する。
【００８８】
特に、各送電器の出力の最適化を図るための電磁界シミュレーション計算は、送受電器が単純な１対１の場合でも長い計算時間および大きなメモリ容量を使用するため、送電器や受電器の数が多くなると計算不能となるケースが生じることが懸念される。
【００８９】
なお、上述した送電器１Ａ〜１Ｊは、それぞれが独立した送電器ではなく、送電コイル(送電共振コイル１１ａ)であってもよい。具体的に、例えば、図１０および図１１における送電器１Ａおよび１Ｂは、１つの送電器における２つの送電コイルであってもよい。
【００９０】
以下、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システムおよび無線電力伝送方法の実施例を、添付図面を参照して詳述する。
【００９１】
図１２は、本実施形態の無線電力伝送システムを説明するための図であり、前述した図１１に対応する１０個の送電器１Ａ〜１Ｊおよび２０個の受電器２Ａ〜２Ｔを含む無線電力伝送システムの例を示すものである。なお、図１２において、参照符号１００は、全体制御器を示している。
【００９２】
図１２と前述した図１１の比較から明らかなように、本実施形態の無線電力伝送システムでは、例えば、全体制御器１００の制御に従って、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊにおいて、２つの送電器１Ｄおよび１Ｈの出力を停止(オフ：送電停止)するようになっている。
【００９３】
すなわち、全体制御器１００は、無線電力伝送システムの全体を統括し、送電停止する送電器を設定することにより、送電電力圏の重なりを切断して、所定の最大数の送電器を含む送電グループを形成する。
【００９４】
ここで、全体制御器１００は、全ての送電器１Ａ〜１Ｊとの間で、直接、或いは、他各送電器を介して間接的に通信可能となっており、例えば、その通信を使用して送電器１Ｄおよび１Ｈの送電を停止する。
【００９５】
このように、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊにおける２つの送電器１Ｄおよび１Ｈの送電を停止することによって、３つの送電グループＰＧ１１〜ＰＧ１３が形成される。
【００９６】
送電グループＰＧ１１には、３個の送電器１Ａ〜１Ｃおよび６個の受電器２Ａ〜２Ｆが含まれ、送電グループＰＧ１２には、３個の送電器１Ｅ〜１Ｇおよび８個の受電器２Ｈ〜２Ｏが含まれる。さらに、送電グループＰＧ１３には、２個の送電器１Ｉ，１Ｊおよび４個の受電器２Ｑ〜２Ｔが含まれる。
【００９７】
なお、この全体制御器１００は、各送電器の位置と電力到達圏(送電電力圏)を把握しており、どの送電器の出力をオンとした(動作させた)時に、どのような送電グループが形成されるかを推定できるようになっている。
【００９８】
さらに、全体制御器１００は、例えば、各送電器グループＰＧ１１〜ＰＧ１３における送電器および受電器の数を監視し、同じ送電器グループ内の送電器や受電器の数が所定数以上にならないように、送電器グループの分割制御を行うようになっている。
【００９９】
すなわち、図１２では、例えば、１つの送電器グループに含まれる送電器の数が３以下で受電器の数が８以下となるように制御した場合、すなわち、送電電力圏が重なる送電器の最大数が３に制限する場合を示している。
【０１００】
以上において、各送電器１Ａ〜１Ｊは、それぞれが独立した送電器ではなく、送電コイル(送電共振コイル１１ａ)であってもよいのは、前述した通りである。
【０１０１】
図１３は、図１２に示す本実施形態の無線電力伝送システムの切り替え動作を説明するための図であり、図１２における７個の送電器１Ａ〜１Ｇおよび１５個の受電器２Ａ〜２Ｏに相当する部分を示すものである。
【０１０２】
図１３における上方の図は、図１２における７個の送電器１Ａ〜１Ｇおよび１５個の受電器２Ａ〜２Ｏと同様のものであり、１つの送電器１Ｅの出力を停止することによって、２つの送電グループＰＧ１１およびＰＧ１２に分割した送電状態ＳＴＡを示す。
【０１０３】
図１３における下方の図は、状態ＳＴＡにおいて、送電器１Ｅの出力をオンして送電器１Ｂ，１Ｆの出力をオフして、１つの送電グループＰＧ１４と、単独の(送電器１つだけの送電グループ)送電器１Ａ，１Ｇに分割した送電状態ＳＴＢを示す。
【０１０４】
ここで、送電状態ＳＴＡおよびＳＴＢは、例えば、全体制御器１００の制御に従って所定時間(例えば、数分)ごとに切り替えられるようになっている。なお、送電状態(送電パターン)の数は、２種類に限定されず、３種類以上であってもよく、それら複数の送電パターンを順次切り替えてもよい。
【０１０５】
このように、複数の送電パターン(送電状態ＳＴＡ，ＳＴＢ)を切り替えることにより、例えば、送電状態ＳＴＡにおいて受電することが困難な受電器２Ｇに対しても、送電状態ＳＴＢにおいて受電可能とすることができる。なお、送電状態ＳＴＢにおいて受電することが困難な受電器２Ｃ，２Ｄ，Ｋ，２Ｌは、送電状態ＳＴＡにおいて受電可能となる。これにより、全ての受電器に対して電力を伝送することができる。
【０１０６】
図１４Ａは、第１実施例の無線電力伝送システムを説明するための図であり、図１４Ｂは、第２実施例の無線電力伝送システムを説明するための図であり、そして、図１４Ｃは、第３実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。なお、図１４Ａ〜図１４Ｃは、例えば、図１２における４個の送電器１Ａ〜１Ｄおよび８個の受電器２Ａ〜２Ｈの部分を示す。
【０１０７】
まず、図１４Ａに示されるように、第１実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、前述した図１２と同様に、送電器１Ａ〜１Ｄおよび受電器２Ａ〜２Ｈとは別の専用の装置として設けられている。
【０１０８】
すなわち、第１実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、それ自身が送電や受電を行わずに、例えば、サーバ等を利用して各送電器の出力のオン／オフ、並びに、位相および強度の調整を行う。
【０１０９】
また、図１４Ｂに示されるように、第２実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、１つの送電器１Ｃとして設けられている。すなわち、送電器の１つが全体制御器を兼用、従って、送電器１Ｃが全体制御器１００として機能するようになっている。
【０１１０】
さらに、図１４Ｃに示されるように、第３実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、１つの受電器２Ｅとして設けられている。すなわち、受電器の１つが全体制御器を兼用、従って、受電器２Ｅが全体制御器１００として機能するようになっている。
【０１１１】
ここで、例えば、送電器１Ｃを全体制御器１００として設定する場合、図５Ａ〜図９を参照して説明したマスタ送電器の決め方と同様の手法を適用して全体制御器の設定を行うことができる。なお、全体制御１００と各送電器１Ａ〜１Ｄおよび各受電器２Ａ〜２Ｈの通信方式は、有線および無線のいずれであってもよい。
【０１１２】
以上において、全体制御器１００が出力を停止させる送電器の決定は、例えば、次の条件１および２に従って処理することができる。
条件１．送電グループ内の送電器(受電器)の数が所定数以下となるようにする。
条件２．優先度の高い受電器に対して送電(給電)する送電器は出力を停止させない。
【０１１３】
ここで、優先度の高い受電器とは、例えば、バッテリ残量が少ない受電器や、ユーザが優先的に給電を指定する受電器のことである。また、停止する送電器に起因して受電不可となる受電器がある場合、例えば、受電不可の受電器への給電を優先した上で、再度、条件１および２を適用した送電グループの分割を実施することができる。
【０１１４】
これにより、例えば、密集して配置された影響や相互干渉のある複数の送電器間の調整の最適化を図ることができ、また、バランスのとれた給電(電力伝送)を実現することができる。
【０１１５】
図１５Ａは、図１４Ａに示す第１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、全体制御器１００(全体制御部２００)と共に、２つの送電器１Ｃ，１Ｄおよび２つの受電器２Ｅ，２Ｆを抜き出して示すものである。
【０１１６】
図１５Ａに示されるように、全体制御部２００は、送電器および受電器とは別の独立した装置として設けられ、外部制御器(全体制御器)１００および通信回路部１０４を含む。送電器１Ｃ，１Ｄは、同様の構成を有し、それぞれワイヤレス送電部１１Ｃ，１１Ｄ、高周波電源部１２Ｃ，１２Ｄ、送電制御部１３Ｃ，１３Ｄおよび通信回路部１４Ｃ，１４Ｄを含む。
【０１１７】
高周波電源部１２Ｃ，１２Ｄは、高周波の電力を発生するもので、例えば、前述した図１における高周波電源部１２に相当する。送電制御部１３Ｃ，１３Ｄは、ワイヤレス送電部１１Ｃ，１１Ｄを制御し、また、通信回路部１４Ｃ，１４Ｄは、全体制御部２００，各送電器および受電器間の通信を可能とする。
【０１１８】
ここで、送電器１Ｃ，１Ｄの通信回路部１４Ｃ，１４Ｄと、受電器２Ｅ，２Ｆの通信回路部２４Ｅ，２４Ｆの間の通信は、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）等の無線通信を利用することができる。
【０１１９】
また、送電器１Ｃ，１Ｄ間の通信や全体制御部２００との間の通信は、上記Bluetooth（登録商標）等の無線通信でもよいが、例えば、有線ＬＡＮ等の有線による通信であってもよい。さらに、送電器１Ｃおよび送電器１Ｄ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。
【０１２０】
ワイヤレス送電部１１Ｃ，１１Ｄは、磁界共鳴であればコイルに相当し、高周波電源部１２Ｃ，１２Ｄから供給される高周波電力を磁界に変換する。
【０１２１】
全体制御部２００(外部制御器１００)には、送電器１Ｃ，１Ｄの相対位置関係や受電器２Ｅ，２Ｆの相対位置関係などの情報が供給される。ここで、相対位置関係を検出する方法としては、例えば、カメラによる撮像系を適用することができる。
【０１２２】
受電器２Ｅ，２Ｆも同様の構成を有し、それぞれワイヤレス受電部２１Ｅ，２１Ｆ、整流部(受電回路部)およびバッテリ部(機器本体)２２Ｅ(２５Ｅ)，２２Ｆ(２５Ｆ)、受電制御部２３Ｅ，２３Ｆおよび通信回路部２４Ｅ，２４Ｆを含む。
【０１２３】
受電制御部２３Ｅ，２３Ｆは、受電器２Ｅ，２Ｆを制御するものであり、通信回路部２４Ｅ，２４Ｆは、全体制御部２００，各送電器および受電器間の通信を可能とするもので、前述のように、無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）等を利用する。
【０１２４】
ワイヤレス受電部２１Ｅ，２１Ｆ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２２Ｅ，２２Ｆは、ワイヤレス受電部２１Ｅ，２１Ｆから得られた交流電流をバッテリ充電や機器本体(２５Ｅ，２５Ｆ)で使用可能なように直流電流に変換する。
【０１２５】
上述したように、全体制御部２００、送電器１Ｃ，１Ｅおよび受電器２Ｅ，２Ｆは、それぞれの通信回路部１０４，１４Ｃ，１４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆを介して通信を行う。このとき、外部制御器１００が、送電器１Ｃ，１Ｄおよび受電器２Ｅ，２Ｆを制御する。
【０１２６】
また、ワイヤレス送電部１１Ｃおよび１１Ｄと、ワイヤレス受電部２１Ｅまたは２１Ｆ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。
【０１２７】
図１５Ｂは、図１４Ｂに示す第２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、送電器１Ｃが全体制御器１００を兼用、すなわち、送電器１Ｃの送電制御部１３Ｃが全体制御器１００として機能する例を示すものである。
【０１２８】
図１５Ｂと上述した図１５Ａの比較から明らかなように、全体制御器１００(全体制御部２００)は、送電器および受電器とは別の独立した装置として設けるのではなく、任意の送電器１Ｃの送電制御部１３Ｃに兼用させることができる。
【０１２９】
この場合、図１５Ａにおける全体制御部２００の通信回路部１０４も、送電器１Ｃの通信回路部１４Ｃで兼用することができるため、ハード構成を低減することが可能となる。なお、全体制御器１００としも使用する送電器１Ｃの送電制御部１３Ｃには、例えば、他の送電器の送電制御部よりも処理能力の高いＣＰＵ(ＭＰＵ)が設けられている。
【０１３０】
図１５Ｃは、図１４Ｃに示す第３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、受電器２Ｅが全体制御器１００を兼用、すなわち、受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅが全体制御器１００として機能する例を示すものである。
【０１３１】
図１５Ｃと前述した図１５Ａの比較から明らかなように、全体制御器１００(全体制御部２００)は、送電器および受電器とは別の独立した装置として設けるのではなく、任意の受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅに兼用させることができる。
【０１３２】
この場合、図１５Ａにおける全体制御部２００の通信回路部１０４も、受電器２Ｅの通信回路部２４Ｅで兼用することができるため、ハード構成を低減することが可能となる。なお、全体制御器１００としも使用する受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅには、例えば、他の受電器の受電制御部よりも処理能力の高いＣＰＵが設けられている。
【０１３３】
図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器による送電器の出力制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【０１３４】
全体制御器による送電器の出力制御処理を開始すると、ステップＳＴ１１において、各送受電器の位置関係と各受電器のバッテリ状況・受電電力量を調査、すなわち、全体制御器１００は、各送受電器と個別に通信して情報収集を行い、ステップＳＴ１２に進む。
【０１３５】
ステップＳＴ１２では、各送電器の電力圏(送電電力圏)より各仮の送電グループ(仮送電Ｇ)を検出して、ステップＳＴ１３に進み、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下かどうかを判定する。
【０１３６】
ステップＳＴ１３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下であると判定すると、ステップＳＴ１４に進んで、その仮送電Ｇを、実際に送電を行う送電グループ(送電Ｇ)と決定する。具体的に、前述した図１２では、各仮送電Ｇ(ＰＧ１１〜ＰＧ１３)内の送電器の数が３以下で受電器の数が８以下となる場合が示されている。
【０１３７】
さらに、ステップＳＴ１５に進んで、各送電Ｇ内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ１６に進み、ワイヤレス送受電を実行すする。
【０１３８】
一方、ステップＳＴ１３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下ではないと判定すると、ステップＳＴ１７に進んで、各送電Ｇの送電器・受電器数が所定数以下となるように、出力を停止する送電器を選択する。すなわち、ステップＳＴ１７では、新規送電Ｇ１群，Ｇ２群，…，Ｇｎ群を決定して、ステップＳＴ１８に進む。
【０１３９】
ステップＳＴ１８では、送電Ｇ１群内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ１９に進んで、所定時間だけワイヤレス送受電を実行する。
【０１４０】
さらに、ステップＳＴ２０に進んで、送電Ｇ２群内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ２１に進んで、所定時間だけワイヤレス送受電を実行する。
【０１４１】
そして、ステップＳＴ２２に進んで、ステップＳＴ１８および１９、並びに、ステップＳＴ２０および２１と同様の処理を、送電Ｇｎ群まで実行後、ステップＳＴ１１に戻って上述した処理を繰り返す。なお、図１６に示す全体制御器による送電器の出力制御処理は、単なる例であり、様々な変更が可能である。
【０１４２】
図１７は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器によるマスタ器の制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。図１７において、マスタ器とは、例えば、図１４Ｂおよび図６〜図９を参照して説明したマスタ送電器に対応するが、図１４Ｃのように、送電Ｇ内の受電器をマスタ器とする場合には、マスタ送電器をマスタ受電器と読み替えればよい。
【０１４３】
全体制御器によるマスタ器の制御処理を開始すると、ステップＳＴ３１において、各送受電器の位置関係と各受電器のバッテリ状況・受電電力量を調査、すなわち、全体制御器１００は、各送受電器と個別に通信して情報収集を行い、ステップＳＴ３２に進む。
【０１４４】
ステップＳＴ３２では、各送電器の電力圏より各仮送電Ｇ(仮の送電グループ)を検出して、ステップＳＴ３３に進み、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下かどうかを判定する。
【０１４５】
ステップＳＴ３３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下であると判定すると、ステップＳＴ３４に進んで、その仮送電Ｇを、送電Ｇ(実際に送電を行う送電グループ)と決定する。
【０１４６】
さらに、ステップＳＴ３５に進んで、各送電Ｇ内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内のマスタ送電器を選択する。そして、ステップＳＴ３６に進んで、各送電Ｇは、マスタ送電器によりワイヤレス送受電を実行する。
【０１４７】
すなわち、全体制御器はマスタ送電器を選択するだけで、その選択されたマスタ送電器が、各送電Ｇ内の送電条件の検討および各送電器に対する出力条件の指示を行い、ワイヤレス送受電を制御することになる。
【０１４８】
一方、ステップＳＴ３３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下ではないと判定すると、ステップＳＴ３７に進んで、各送電Ｇの送電器・受電器数が所定数以下となるように、出力を停止する送電器を選択する。すなわち、ステップＳＴ３７では、新規送電Ｇ１群，Ｇ２群，…，Ｇｎ群を決定して、ステップＳＴ３８に進む。
【０１４９】
ステップＳＴ３８では、送電Ｇ１群内の各送電Ｇのマスタ送電器を選択し、ステップＳＴ３９に進んで、所定時間だけ、各送電Ｇはマスタ送電器によりワイヤレス送受電を実行する。
【０１５０】
すなわち、全体制御器は、出力を停止する送電器の選択(ステップＳＴ３７)およびマスタ送電器の選択(ステップＳＴ３８)を行うだけで、その選択されたマスタ送電器が、各送電Ｇ内におけるワイヤレス送受電を制御することになる。
【０１５１】
さらに、ステップＳＴ４０に進んで、送電Ｇ２群内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ４１に進んで、所定時間だけ、各送電Ｇはマスタ送電器によりワイヤレス送受電を実行する。すなわち、選択されたマスタ送電器が、各送電Ｇ内におけるワイヤレス送受電を制御することになる。
【０１５２】
そして、ステップＳＴ４２に進んで、ステップＳＴ３８および３９、並びに、ステップＳＴ４０および４１と同様の処理を、送電Ｇｎ群まで実行後、ステップＳＴ３１に戻って上述した処理を繰り返す。なお、図１７に示す全体制御器によるマスタ器の制御処理も、単なる例であり、様々な変更が可能である。
【０１５３】
図１８は、第１実施例の無線電力伝送システムの一変形例を示すブロック図である。図１８と前述した図１５Ａの比較から明らかなように、図１８に示す無線電力伝送システムでは、全体制御器１００がセンターサーバ３００に設けられている。
【０１５４】
送電器１Ｃは、第１通信回路部１４Ｃおよび第２通信回路部１５Ｃを含み、送電器１Ｄは、第１通信回路部１４Ｄおよび第２通信回路部１５Ｄを含む。ここで、各送電器１Ｃ，１Ｄの第１通信回路部１４Ｃ，１４Ｄは、例えば、前述した図１５Ａにおける通信回路部１４Ｃ，１５Ｃに対応し、例えば、Bluetooth（登録商標）等を利用して近距離無線通信を行う。
【０１５５】
すなわち、各送電器１Ｃ，１Ｄは、第１通信回路部１４Ｃ，１４Ｄにより、送電範囲内にある全ての受電器２Ｅ，２Ｆと近距離無線通信により通信を確立し、相互に情報の遣り取りを可能とする。
【０１５６】
ここで、送電器１Ｃ，１Ｄが受電器２Ｅ，２Ｆとの間で遣り取りする相互情報には、各受電器２Ｅ，２Ｆの位置情報や電力情報(バッテリ状況・受電電力量)等の受電器情報が含まれる。
【０１５７】
各送電器１Ｃ，１Ｄの第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄは、例えば、有線ＬＡＮおよびインターネット回線等を介したクラウド・コンピューティングを利用して、センターサーバ３００に設けられた全体制御器１００と通信を行う。
【０１５８】
なお、第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄと全体制御器１００は、有線による通信に限定されるものではなく、また、センターサーバ３００は、インターネットによるクラウド・コンピューティングを利用したものに限定されるものでもない。
【０１５９】
具体的に、例えば、センターサーバ３００と家庭やオフィスの間は有線接続し、その家庭やオフィス内では、無線ＬＡＮルータ等を使用して無線ＬＡＮにより接続することもできる。
【０１６０】
ここで、第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄを介した送電器１Ｃ，１Ｄと全体制御器１００の間の情報には、例えば、上述した第１通信回路部１４Ｃ，１４Ｄを介して受け取る受電器情報に加えて、各送電器１Ｃ，１Ｄの出力条件や位置等の送電器情報も含まれる。
【０１６１】
そして、センターサーバ３００(全体制御器１００)は、送電器１Ｃ，１Ｄの第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄを介して送られてくる送電器情報および受電器情報に基づいて、送電グループの最適化を図る。
【０１６２】
すなわち、全体制御器１００は、例えば、送電グループが大き過ぎる場合、停止する送電器を選択することにより、適切な大きさの複数の送電グループに分割し、さらに、各送電器の出力指示(電流強度および位相情報)を与えて複数送電の最適化を図る。なお、全体制御器１００は、停止する送電器を変化させて異なる送電グループを切り替えるといった制御も行う。
【０１６３】
このように、全体制御器１００をセンターサーバ３００に設けることにより、すなわち、大きな処理能力を有するセンターサーバ３００を全体制御器１００として使用することにより、最適な電力伝送の計算を短時間で行うことが可能になる。
【０１６４】
従って、図１８に示す無線電力伝送システムは、例えば、多数の送電器により多数の受電器に対して電力伝送を行うことが想定される、企業や公共施設、或いは、商用の無線電力伝送システムに適用するのが好ましい。
【０１６５】
図１９は、第１実施例の無線電力伝送システムの他の変形例を示すブロック図であり、上述した図１８の変形例に対して、前述した図１５Ｃの無線電力伝送システムを組み合わせたものである。
【０１６６】
図１９と図１８および図１５Ｃの比較から明らかなように、図１９に示す無線電力伝送システムは、センターサーバ３００に設けられた第１全体制御器１１０、および、受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅに設けられた第２全体制御器１２０を含む。
【０１６７】
すなわち、受電器２Ｅには、Bluetooth（登録商標）等を利用して送電器１Ｃ，１Ｄおよび他の受電器１Ｆと近距離無線通信を行う第１通信回路部２４Ｅの他に、センターサーバ３００と遠距離通信を行う第２通信回路部２６Ｅが設けられている。
【０１６８】
ここで、第２通信回路部２６Ｅは、例えば、受電器２Ｅが携帯電話やスマートフォンの場合、本来設けられている３Ｇまたは４Ｇ回線(例えば、ＬＴＥ(Long Term Evolution)やＷＣＤＭＡ(Wideband Code Division Multiplexing Access)の通信回路と兼用する。
【０１６９】
そして、センターサーバ３００(第１全体制御器１１０)は、受電器２Ｅの第２通信回路部２６Ｅを介して送られてくる，図１８を参照して説明したのと同様の送電器情報および受電器情報に基づいて、送電グループの最適化を図る。
【０１７０】
なお、同じ送電グループ内の送電器１Ｃ，１Ｄおよび他の受電器２Ｆは、例えば、図１５Ｃの無線電力伝送システムと同様に、受電器２Ｅの第２全体制御器１２０により制御され、センターサーバ３００の第１全体制御器１１０の存在は意識しなくてもよい。
【０１７１】
ここで、受電器２Ｅと第１全体制御器１１０(センターサーバ３００)の通信は、常時行わなくてもよく、例えば、受電器２Ｅにおける第２全体制御器１２０の処理能力を超える場合等のみ行えばよい。
【０１７２】
そして、例えば、第１全体制御器１１０により最適な電力伝送の計算を行い、その計算結果を受電器２Ｅの第２全体制御器１２０を介して各送電器１Ｃ，１Ｄに与えるようにして、受電器２Ｅ，２Ｆに対する電力伝送を行う。なお、受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅに設けた第２全体制御器１２０は、例えば、送電器１Ｅにおける送電制御部１３Ｅに設けることも可能である。
【０１７３】
このように、大きな処理能力を有する外部のセンターサーバ３００を全体制御器として利用することにより、最適な電力伝送の計算を短時間で行うことが可能になり、送電グループの選択や各送電グループにおける電力伝送を効率的に行うことができる。
【０１７４】
図２０は、図１５Ｂに示す無線電力伝送システムにおける送電器(全体制御器１００が設けられた送電器１Ｃ)の一例を示すブロック図である。
【０１７５】
図２０および図１５Ｂに示されるように、送電器１Ｃにおいて、ワイヤレス送電部１１Ｃは、ＬＣ共振器１１ａＣおよび電力供給コイル１１ｂＣを含む。高周波電源部１２Ｃは、発振器１２７、増幅器１２８および整合器１２９を含む。
【０１７６】
送電制御部１３Ｃは、送電制御回路１３１および周波数ロック回路１３２を含む。ここで、送電制御回路１３１は、全体制御器１００としても機能する。周波数ロック回路１３２は、通信回路部１４Ｃからの同期信号を受け取り、所定の間隔(例えば、数分〜数十分間隔)で、発振器１２７の同期処理を行う。
【０１７７】
発振器１２７は、所定の周波数(例えば、６．７８ＭＨｚ)の周波数の駆動信号を生成し、増幅器１２８および整合器１２９を介してワイヤレス送電部１１Ｃ(電力供給コイル１１ｂＣ)に出力する。
【０１７８】
送電制御回路１３１(全体制御器１００)は、内部バス１３３で繋がれたＣＰＵ(演算処理装置)１３４、メモリ１３５および入出力回路(Ｉ／Ｏ部)１３６を含む。ここで、メモリ１３５は、フラッシュメモリ等の書き替え可能な不揮発性メモリ、および、ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)等を含む。そして、送電器１Ｃ，スレーブ送電器１Ｂおよび受電器等の様々な処理(ソフトウェアプログラム)を実行する。
【０１７９】
送電器１Ｃには、例えば、スレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認するための検出部ＳＡが設けられている。この検出部ＳＡの出力は、例えば、Ｉ／Ｏ部１３６を介してＣＰＵ１３４に入力され、メモリ１３５に格納されたソフトウェアプログラム(無線電力伝送プログラム、或いは、送電器の制御プログラム)に従った処理に利用される。
【０１８０】
なお、無線電力伝送プログラムは、例えば、そのプログラムが記録された可搬型記録媒体(例えば、ＳＤ(Secure Digital)メモリカード)７０からＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。
【０１８１】
或いは、プログラム(データ)提供者６０のハードディスク装置６１から回線およびＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。ここで、ハードディスク装置６１からＩ／Ｏ部１３６への回線は、通信回路部１４を利用した無線通信回線であってもよい。
【０１８２】
また、無線電力伝送プログラムが記録された可搬記録媒体(コンピュータ読み取り可能な記録媒体)としては、他にＤＶＤ(Digital Versatile Disk)ディスクやブルーレイディスク(Blu-ray Disc)等の記録媒体であってもよい。
【０１８３】
以上の説明において、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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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】
【０１８７】
１    送電器(一次側：送電側)
１Ａ〜１Ｄ    送電器
２    受電器(二次側：受電側)
２Ａ〜２Ｅ    受電器
１０Ａ，１０Ｂ    外部電源
１１，１１Ａ，１１Ｂ    ワイヤレス送電部
１１ａ，１１ａＡ，１１ａＢ、１１ａ１，１１ａ２    送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)
１１ｂ，１１ｂＡ，１１ｂＢ    電力供給コイル(第１コイル)
１２，１２Ａ，１２Ｂ    高周波電源部
１３，１３Ａ，１３Ｂ    送電制御部
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ    通信回路部(第１通信回路部)
１５Ｃ，１５Ｄ    第２通信回路部
２１，２１Ａ，２１Ｂ    ワイヤレス受電部
２１ａ，２１ａＡ，２１ａＢ    受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)
２１ｂ，２１ｂＡ，２１ｂＢ    電力取出コイル(第４コイル)
２２，２２Ａ，２２Ｂ    受電回路部(整流部)
２３，２３Ａ，２３Ｂ    受電制御部
２４，２４Ｅ，２４Ｆ    通信回路部(第１通信回路部)
２５    バッテリ部(負荷)
２６Ｅ    第２通信回路部
６０    プログラム(データ)提供者
６１    ハードディスク装置
７０    可搬型記録媒体
１００    全体制御器
１１０    第１全体制御器
１２０    第２全体制御器
１２７    発振器
１２８    増幅器
１２９    整合器
１３１    送電制御回路
１３２    周波数ロック回路
１３３    内部バス
１３４    ＣＰＵ(演算処理装置)
１３５    メモリ
１３６    入出力回路(Ｉ／Ｏ部)
２００    全体制御部
３００    センターサーバ
【図１】
2014155519.tif 000003
【図２Ａ】
2014155519.tif 000004
【図２Ｂ】
2014155519.tif 000005
【図２Ｃ】
2014155519.tif 000006
【図３Ａ】
2014155519.tif 000007
【図３Ｂ】
2014155519.tif 000008
【図３Ｃ】
2014155519.tif 000009
【図３Ｄ】
2014155519.tif 000010
【図４Ａ】
2014155519.tif 000011
【図４Ｂ】
2014155519.tif 000012
【図４Ｃ】
2014155519.tif 000013
【図４Ｄ】
2014155519.tif 000014
【図５Ａ】
2014155519.tif 000015
【図５Ｂ】
2014155519.tif 000016
【図５Ｃ】
2014155519.tif 000017
【図６】
2014155519.tif 000018
【図７】
2014155519.tif 000019
【図８Ａ】
2014155519.tif 000020
【図８Ｂ】
2014155519.tif 000021
【図８Ｃ】
2014155519.tif 000022
【図９】
2014155519.tif 000023
【図１０】
2014155519.tif 000024
【図１１】
2014155519.tif 000025
【図１２】
2014155519.tif 000026
【図１３】
2014155519.tif 000027
【図１４Ａ】
2014155519.tif 000028
【図１４Ｂ】
2014155519.tif 000029
【図１４Ｃ】
2014155519.tif 000030
【図１５Ａ】
2014155519.tif 000031
【図１５Ｂ】
2014155519.tif 000032
【図１５Ｃ】
2014155519.tif 000033
【図１６】
2014155519.tif 000034
【図１７】
2014155519.tif 000035
【図１８】
2014155519.tif 000036
【図１９】
2014155519.tif 000037
【図２０】
2014155519.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月12日(2015.8.12)
【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、無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、強結合系の無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送：Wireless Power Transfer) 技術は、一般に、電磁誘導，磁界共鳴，電界誘導および電界共鳴の４つの方式を利用している。
【０００４】
従来、ワイヤレス電力伝送技術としては、電磁誘導や電波を利用したものが提案され、例えば、電磁誘導を利用したワイヤレス電力伝送は、シェーバーや電動歯ブラシといった家電製品で実用化されている。
【０００５】
これに対して、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、磁界共鳴(磁界共振)や電界共鳴を利用した電力伝送技術に対する期待が高まっている。
【０００６】
このような共鳴を用いたワイヤレス電力伝送では、送電器および受電器間の距離やそれぞれのサイズが異なっていても高い送電効率による電力伝送が可能である。さらに、複数の送電器の電力伝送範囲(送電電力圏)が重なる領域に受電器が位置する場合、各送電器の出力の強度および位相を最適化することにより、様々な姿勢の受電器に対して高い送電効率で無線による電力伝送を実現することができる。
【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２０１１−１９９９７５号公報
【特許文献２】特開２００８−２８３７８９号公報
【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、送電電力圏が重なる複数の送電器の出力における強度および位相を制御することにより、受電器の姿勢や位置に適した電力伝送を可能とすることができる。
【００１１】
しかしながら、送電器の数が多くなると、各送電器の出力における位相および強度の計算が複雑になる。すなわち、多数の送電器の送電電力圏が重なる領域に受電器が位置すると、その受電器に対して最適な電力伝送を行うには、多数の送電器を制御することになり、そのための計算に要する時間および資源が大きなものとなる。
【００１２】
そのため、送電電力圏が重なる複数の送電器および複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおいて、電力伝送を最適な状態で行うことの障害となることが懸念されている。さらに、例えば、磁界共鳴や電界共振を利用した電力伝送システム、或いは、送電器および受電器の実用化の停滞を招く虞がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態によれば、複数の送電コイルを含み、前記送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送システムが提供される。
【００１４】
前記無線電力伝送システムは、前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握して、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する全体制御器を有する。
【発明の効果】
【００１５】
開示の無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法は、送電電力圏が重なる多数の送電器および複数の受電器を含む無線電力伝送システムにおける電力伝送を最適な状態で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１】図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その１)である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その２)である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その３)である。
【図３Ａ】図３Ａは、独立共振コイルの例を示す回路図(その１)である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、独立共振コイルの例を示す回路図(その２)である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、独立共振コイルの例を示す回路図(その３)である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、独立共振コイルの例を示す回路図(その４)である。
【図４Ａ】図４Ａは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その１)である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その２)である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その３)である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、負荷または電源に接続された共振コイルの例を示す回路図(その４)である。
【図５Ａ】図５Ａは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その１)である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その２)である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図(その３)である。
【図６】図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図である。
【図７】図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。
【図８Ａ】図８Ａは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その１)である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その２)である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その３)である。
【図９】図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)である。
【図１０】図１０は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の一例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の他の例を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本実施形態の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す本実施形態の無線電力伝送システムの切り替え動作を説明するための図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第１実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第２実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、第３実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、図１４Ａに示す第１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１５Ｂ】図１５Ｂは、図１４Ｂに示す第２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１５Ｃ】図１５Ｃは、図１４Ｃに示す第３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１６】図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器による送電器の出力制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１７は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器によるマスタ器の制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１８は、第１実施例の無線電力伝送システムの一変形例を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、第１実施例の無線電力伝送システムの他の変形例を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、図１５Ｂに示す無線電力伝送システムにおける送電器の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システムおよび無線電力伝送方法の実施例を詳述する前に、無線電力伝送システムの例、並びに、複数の送電器および受電器を含む関連技術の無線電力伝送システムを、図１〜図９を参照して説明する。
【００１８】
図１は、無線電力伝送システムの一例を概略的に示すブロック図である。図１において、参照符号１は一次側(送電側：送電器)を示し、２は二次側(受電側：受電器)を示す。
【００１９】
図１に示されるように、送電器１は、ワイヤレス送電部１１、高周波電源部１２、送電制御部１３および通信回路部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２４を含む。
【００２０】
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。
【００２１】
図１に示されるように、送電器１と受電器２は、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａの間の磁界共鳴(電界共鳴)により、送電器１から受電器２へエネルギー(電力)の伝送を行う。なお、送電共振コイル１１ａから受電共振コイル２１ａへの電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
【００２２】
送電器１と受電器２は、通信回路部１４と通信回路部２４により、通信(近距離通信)を行う。ここで、送電器１の送電共振コイル１１ａと受電器２の受電共振コイル２１ａによる電力の伝送距離(電力伝送範囲ＰＲ)は、送電器１の通信回路部１４と受電器２の通信回路部２４による通信距離(通信範囲ＣＲ)よりも短く設定される(ＰＲ＜ＣＲ)。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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(送電電力圏)ＰＲは、電力伝送に使用する周波数に従って変化する。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の無線電力伝送システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図である。ここで、図２Ａおよび図２Ｂは、３コイル構成の例を示し、図２Ｃは、２コイル構成の例を示す。
【００３０】
すなわち、図１に示す無線電力伝送システムでは、ワイヤレス送電部１１が第１コイル１１ｂおよび第２コイル１１ａを含み、ワイヤレス受電部２１が第３コイル２１ａおよび第４コイルを含んでいる。
【００３１】
これに対して、図２Ａの例では、ワイヤレス受電部２１を１つのコイル(受電共振コイル：ＬＣ共振器)２１ａとし、図２Ｂの例では、ワイヤレス送電部１１を１つのコイル(送電共振コイル：ＬＣ共振器)１１ａとしている。
【００３２】
さらに、図２Ｃの例では、ワイヤレス受電部２１を１つの受電共振コイル２１ａに設定すると共に、ワイヤレス送電部１１を１つの送電共振コイル１１ａとしている。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、単なる例であり、様々に変形することができるのはいうまでもない。
【００３３】
図３Ａ〜図３Ｄは、独立共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図であり、図４Ａ〜図４Ｄは、負荷または電源に接続された共振コイル(受電共振コイル２１ａ)の例を示す回路図である。
【００３４】
ここで、図３Ａ〜図３Ｄは、図１および図２Ｂにおける受電共振コイル２１ａに対応し、図４Ａ〜図４Ｄは、図２Ａおよび図２Ｃにおける受電共振コイル２１ａに対応する。
【００３５】
図３Ａおよび図４Ａに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１，容量(Ｃ)２１２およびスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオフしておく。図３Ｂおよび図４Ｂに示す例は、受電共振コイル２１ａを、直列接続されたコイル(Ｌ)２１１および容量(Ｃ)２１２と、容量２１２に並列に接続されたスイッチ２１３としたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
【００３６】
図３Ｃおよび図４Ｃに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および抵抗(Ｒ)２１４を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
【００３７】
図３Ｄおよび図４Ｄに示す例は、図３Ｂおよび図４Ｂの受電共振コイル２１ａにおいて、容量２１２と並列に、直列接続されたスイッチ２１３および他の容量(Ｃ')２１５を設けたもので、通常時はスイッチ２１３をオンしておく。
【００３８】
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。
【００３９】
以上において、送電器１の送電共振コイル１１ａも図３Ａ〜図３Ｄおよび図４Ａ〜図４Ｄと同様にすることもできるが、送電器１の送電共振コイル１１ａとしては、通常時に動作するようにして、高周波電源部１２の出力でオン／オフ制御してもよい。この場合、送電共振コイル１１ａは、図３Ａおよび図４Ａにおいて、スイッチ２１３を短絡したものになる。
【００４０】
以上により、複数の受電器２が存在する場合、送電器１から送電を行う所定の受電器２の受電共振コイル２１ａのみを選択して動作可能な状態とすることにより、その選択された受電器２に対する電力の伝送を行うことが可能になる。
【００４１】
図５Ａ〜図５Ｃは、複数の送電器による磁界の制御例を説明するための図である。図５Ａ〜図５Ｃにおいて、参照符号１Ａおよび１Ｂは送電器を示し、２は受電器を示す。
【００４２】
図５Ａに示されるように、送電器１Ａの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＡと送電器１Ｂの磁界共鳴に使用する送電用の送電共振コイル１１ａＢは、例えば、直交するように配設されている。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
なお、後に詳述するが、複数の送電器の内、１つの送電器をマスタとし、他の送電器をスレーブにするということは、１つのマスタ送電器の演算処理装置(ＣＰＵ)により、マスタ送電器およびスレーブ送電器に含まれる全てのＬＣ共振器を制御することを意味する。
【００４６】
図５Ｂは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同じ位相の磁界を出力している様子を示し、図５Ｃは、送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが逆の位相の磁界を出力している様子を示す。
【００４７】
例えば、２つの直行する送電共振コイル１１ａＡおよび１１ａＢが同相出力の場合と逆相出力の場合を比較すると、合成磁界は９０°回転した関係となり、それぞれの受電器２(受電共振コイル２１ａ)の向きに合わせた送電を行う。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
図６は、関連技術としての複数の送電器および受電器間の対応の一例を示す図であり、図７は、図６における各受電器の状態を説明するための図である。ここで、図６および図７は、２つの送電器１Ａおよび１Ｂ、並びに、５つの受電器２Ａ〜２Ｅが設けられた場合を示すものである。
【００５２】
図６に示す無線電力伝送システムでは、複数の送電器１Ａ，１Ｂにおける１つの送電器１Ａをマスタ(主)とすると共に、他の送電器１Ｂをスレーブ(従)と定め、例えば、複数の送電器および受電器の最適化等の処理は、マスタ(送電器１Ａ)が決定するものとする。
【００５３】
図６において、参照符号ＰＲａは、送電器１Ａの電力伝送範囲(マスタ送電電力圏)を示し、ＰＲｂは、送電器１Ｂの電力伝送範囲(スレーブ送電電力圏)を示す。また、参照符号ＣＲａは、送電器１Ａの通信範囲(マスタ通信圏)を示し、ＣＲｂは、送電器１Ｂの通信範囲(スレーブ通信圏)を示す。従って、受電器２Ａ〜２Ｅは、次のようになる。
【００５４】
すなわち、図７に示されるように、受電器２Ａは、マスタ通信圏ＣＲａ外(×)、スレーブ通信圏Ｃｒｂ外、マスタ送電電力圏ＰＲａ外およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になり、単に送電器からの通信を待つことになる。
【００５５】
次に、受電器２Ｂは、マスタ通信圏ＣＲａ内(○)、スレーブ通信圏ＣＲｂ外、マスタ送電電力圏ＰＲａ外およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になる。なお、受電器２Ｂは、マスタの送電器１Ａとの通信を行うことにより、電力圏外(マスタおよびスレーブの送電電力圏外)であることが確認できる。
【００５６】
また、受電器２Ｃは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電ＰＲａ圏外およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になり、マスタおよびスレーブの送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、電力圏外であることが確認できる。
【００５７】
さらに、受電器２Ｄは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電電力圏ＰＲａ内およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ外になり、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａの電力圏内(マスタ送電電力圏ＰＲａ内)であることが確認できる。
【００５８】
そして、受電器２Ｅは、マスタ通信圏ＣＲａ内、スレーブ通信圏ＣＲｂ内、マスタ送電電力圏ＰＲａ内およびスレーブ送電電力圏ＰＲｂ内になる。なお、受電器２Ｅは、送電器１Ａ，１Ｂとの通信を行うことにより、１Ａ，１Ｂの送電電力圏内(送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂ内)であることが確認できる。
【００５９】
ここで、複数の送電器において、マスタになる１つの送電器を決定するが、その決定方法としては、後述するように、例えば、その通信圏内に最も多くの受電器が存在する、或いは、その送電電力圏内に最も多くの受電器が存在するといった条件により決定する。
【００６０】
例えば、その通信圏内にそれぞれ１つの受電器が存在するといった同等の条件が成立する場合、例えば、受電器との間の通信強度といったさらなる条件を加えてマスタを決定するか、或いは、乱数表等を使用して任意の１つの送電器をマスタに決定してもよい。
【００６１】
ところで、異なる製造メーカによる送電器は、例えば、その送電器の強度や位相の最適化ルールはそれぞれ異なる。そこで、例えば、複数の送電器の内の１つをマスタとして決めることで、そのマスタになった送電器が他のスレーブの送電器を含め、最適化を制御する。
【００６２】
図８Ａ〜図８Ｃは、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図であり、複数の送電器間におけるマスタ／スレーブの決め方を説明するものである。
【００６３】
まず、複数の送電器において、マスタ送電器およびスレーブ送電器を設定するのは、送電器が互いに通信範囲(通信圏)内にあり、電力伝送範囲(送電電力圏)が重なっており、しかも、受電器により送電電力圏が重なっていることが検出される場合である。
【００６４】
すなわち、図８Ａは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは重なっているが、送電器１Ａの送電電力圏ＰＲａおよび送電器１Ｂの送電電力圏ＰＲｂは重なっていない場合を示す。このとき、互いの送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂは重ならないので、両方の送電器１Ａおよび１Ｂを、それぞれマスタ送電器として設定される。
【００６５】
次に、図８Ｂは、送電器１Ａの通信圏ＣＲａおよび送電電力圏ＰＲａと、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂおよび送電電力圏ＰＲｂが重なり、受電器２が送電電力圏ＰＲａおよびＰＲｂの両方に含まれる位置に存在する場合を示す。
【００６６】
この図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂが互いに通信圏ＣＲａ，ＣＲｂ内にあり、送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっており、しかも、受電器２により送電電力圏ＰＲａ，ＰＲｂが重なっていることが検出される。
【００６７】
従って、図８Ｂの場合には、送電器１Ａ，１Ｂの内、一方(１Ａ)をマスタ送電器に設定し、他方(１Ｂ)をスレーブ送電器に設定する。このとき、送電器１Ｂをマスタとし、送電器１Ａをスレーブとしてもよいが、いずれかをマスタ送電器に設定する。
【００６８】
さらに、図８Ｃは、送電器１Ａおよび１Ｂは、上述した図８Ｂと同じ位置関係に配設されているが、受電器２が存在しない(通信圏ＣＲａおよびＣＲｂに存在しない)場合であり、このときは、両方ともマスタに設定する。
【００６９】
なお、３つ以上の送電器に対しても、例えば、図８Ｂに相当する場合には、いずれか１つをマスタ送電器に設定する。なお、複数の送電器から１つのマスタ送電器を決定する手法は、様々なものが考えられるが、その一例を、図９を参照して説明する。
【００７０】
図９は、複数の送電器および受電器間の対応を説明するための図(その４)であり、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが一列に並んだ場合を示すものである。ここで、送電器１Ａの通信圏ＣＲａは、送電器１Ｂを含むが送電器１Ｃおよび１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｄの通信圏ＣＲｄは、送電器１Ｃを含むが送電器１Ａおよび１Ｂを含まない。
【００７１】
また、送電器１Ｂの通信圏ＣＲｂは、送電器１Ａおよび１Ｃを含むが送電器１Ｄを含まず、同様に、送電器１Ｃの通信圏ＣＲｃは、送電器１Ｂおよび１Ｄを含むが送電器１Ａを含まない。
【００７２】
この図９の場合、例えば、送電器１Ｂをマスタ(マスタ送電器)とし、他の送電器１Ａ，１Ｃ，１Ｄをスレーブ(スレーブ送電器)に設定する。ここで、送電器１Ｃをマスタに設定することもできる。
【００７３】
なお、送電器１Ｂをマスタに設定すると、送電器１Ｄに対して直接通信することは困難になるが、その場合、送電器１Ｄに対しては、送電器１Ｃを経由して通信を行い、最適化等の制御を行う。このように、複数の送電器から１つのマスタを決める場合、最も多くの送電器と直接通信が可能なものをマスタと決めるのが好ましい。
【００７４】
また、図９では、４つの送電器１Ａ〜１Ｄが直線上に並べられているが、実際には、例えば、部屋の壁や天井に埋め込まれ、机やテーブルに内蔵され、或いは、床やテーブル等に載置されるといった、様々な位置関係で複数の送電器が配設されることになる。
【００７５】
次に、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける電力伝送範囲(送電電力圏)の例、並びに、それらの課題を、図１０および図１１を参照して説明する。
【００７６】
図１０は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の一例を説明するための図である。図１０において、参照符号１Ａ〜１Ｅは送電器を示し、２Ａ〜２Ｆは受電器を示し、そして、ＰＲａ〜ＰＲｅはそれぞれ送電器１Ａ〜１Ｅの送電電力圏を示す。
【００７７】
図１０に示す無線電力伝送システムでは、５個の送電器１Ａ〜１Ｅによる送電電力圏ＰＲａ〜ＰＲｅが２つの送電グループに分割されている。すなわち、複数の送電器によるグループ化を考えた場合、互いの送電電力圏が重なり合う複数の送電器を１つの送電グループとして纏めるのが好ましい。
【００７８】
具体的に、図１０では、互いの送電電力圏ＰＲａ〜ＰＲｃが重なり合う３個の送電器１Ａ〜１Ｃが第１送電グループＰＧ１として纏められ、互いの送電電力圏ＰＲｄ，ＰＲｅが重なり合う２つの送電器１Ｄ，１Ｅが第２送電グループＰＧ２として纏められている。
【００７９】
なお、第１送電グループＰＧ１において、送電器１Ａおよび１Ｃの送電電力圏ＰＲａおよびＰＲｃは直接重なってはいないが、送電器１Ｂの送電電力圏ＰＲｂが送電電力圏ＰＲａおよびＰＲｂの両方に重なるため、３個の送電器１Ａ〜１Ｃが１つに纏められている。
【００８０】
従って、第１送電グループＰＧ１に含まれる受電器２Ａ〜２Ｄは、送電器１Ａ〜１Ｃによる電力伝送の対象となり、第２送電グループＰＧ２に含まれる受電器２Ｅ，２Ｆは、送電器１Ｄ，１Ｅによる電力伝送の対象となる。
【００８１】
すなわち、受電器２Ａ〜２Ｄは、第１送電グループＰＧ１における各送電器１Ａ〜１Ｃの出力の位相および強度を適切に制御することで、それぞれの受電器２Ａ〜２Ｄの位置および姿勢に適した無線による電力伝送を受けるようになっている。
【００８２】
図１１は、複数の送電器および受電器を含む無線電力伝送システムにおける送電電力圏の他の例を説明するための図である。図１１において、参照符号１Ａ〜１Ｊは送電器を示し、２Ａ〜２Ｔは受電器を示し、そして、ＰＲａ〜ＰＲｊはそれぞれ送電器１Ａ〜１Ｊの送電電力圏を示す。
【００８３】
前述した図１０は、５個の送電器１Ａ〜１Ｅおよび６個の受電器２Ａ〜２Ｆを２つの送電グループＯＧ１，ＰＧ２に分割した場合を示しているが、図１１は、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊおよび２０個の受電器２Ａ〜２Ｔが密集している場合を示す。
【００８４】
すなわち、図１１に示されるように、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊにおいて、互いの送電電力圏ＰＲａ〜ＰＲｊが重なり合う場合、これら１０個の送電器１Ａ〜１Ｊは、１つの送電グループＰＧ１０として纏められることになる。
【００８５】
従って、１つの送電グループＰＧ１０に含まれる２０個の受電器２Ａ〜２Ｔは、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊによる電力伝送の対象となり、各送電器１Ａ〜１Ｊの出力の位相および強度を適切に制御することで、それぞれの位置および姿勢に適した電力伝送を受ける。
【００８６】
このように、１つの送電グループＰＧ１０に多数(例えば、１０個)の送電器１Ａ〜１Ｊが存在すると、任意の１つの送電器に対して最適な電力伝送を行うためには、各送電器の出力の最適解を算出するのが困難になる。
【００８７】
すなわち、最適解を算出するための計算に要する時間が長くなり、メモリ容量が大きくなり、さらに、計算機スペック(ＭＰＵの処理能力)が高くなる。これは、送電器の数が多くなるに従って加速度的に増大する。
【００８８】
特に、各送電器の出力の最適化を図るための電磁界シミュレーション計算は、送受電器が単純な１対１の場合でも長い計算時間および大きなメモリ容量を使用するため、送電器や受電器の数が多くなると計算不能となるケースが生じることが懸念される。
【００８９】
なお、上述した送電器１Ａ〜１Ｊは、それぞれが独立した送電器ではなく、送電コイル(送電共振コイル１１ａ)であってもよい。具体的に、例えば、図１０および図１１における送電器１Ａおよび１Ｂは、１つの送電器における２つの送電コイルであってもよい。
【００９０】
以下、無線電力伝送(ワイヤレス電力伝送)システムおよび無線電力伝送方法の実施例を、添付図面を参照して詳述する。
【００９１】
図１２は、本実施形態の無線電力伝送システムを説明するための図であり、前述した図１１に対応する１０個の送電器１Ａ〜１Ｊおよび２０個の受電器２Ａ〜２Ｔを含む無線電力伝送システムの例を示すものである。なお、図１２において、参照符号１００は、全体制御器を示している。
【００９２】
図１２と前述した図１１の比較から明らかなように、本実施形態の無線電力伝送システムでは、例えば、全体制御器１００の制御に従って、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊにおいて、２つの送電器１Ｄおよび１Ｈの出力を停止(オフ：送電停止)するようになっている。
【００９３】
すなわち、全体制御器１００は、無線電力伝送システムの全体を統括し、送電停止する送電器を設定することにより、送電電力圏の重なりを切断して、所定の最大数の送電器を含む送電グループを形成する。
【００９４】
ここで、全体制御器１００は、全ての送電器１Ａ〜１Ｊとの間で、直接、或いは、他各送電器を介して間接的に通信可能となっており、例えば、その通信を使用して送電器１Ｄおよび１Ｈの送電を停止する。
【００９５】
このように、１０個の送電器１Ａ〜１Ｊにおける２つの送電器１Ｄおよび１Ｈの送電を停止することによって、３つの送電グループＰＧ１１〜ＰＧ１３が形成される。
【００９６】
送電グループＰＧ１１には、３個の送電器１Ａ〜１Ｃおよび６個の受電器２Ａ〜２Ｆが含まれ、送電グループＰＧ１２には、３個の送電器１Ｅ〜１Ｇおよび８個の受電器２Ｈ〜２Ｏが含まれる。さらに、送電グループＰＧ１３には、２個の送電器１Ｉ，１Ｊおよび４個の受電器２Ｑ〜２Ｔが含まれる。
【００９７】
なお、この全体制御器１００は、各送電器の位置と電力到達圏(送電電力圏)を把握しており、どの送電器の出力をオンとした(動作させた)時に、どのような送電グループが形成されるかを推定できるようになっている。
【００９８】
さらに、全体制御器１００は、例えば、各送電器グループＰＧ１１〜ＰＧ１３における送電器および受電器の数を監視し、同じ送電器グループ内の送電器や受電器の数が所定数以上にならないように、送電器グループの分割制御を行うようになっている。
【００９９】
すなわち、図１２では、例えば、１つの送電器グループに含まれる送電器の数が３以下で受電器の数が８以下となるように制御した場合、すなわち、送電電力圏が重なる送電器の最大数が３に制限する場合を示している。
【０１００】
以上において、各送電器１Ａ〜１Ｊは、それぞれが独立した送電器ではなく、送電コイル(送電共振コイル１１ａ)であってもよいのは、前述した通りである。
【０１０１】
図１３は、図１２に示す本実施形態の無線電力伝送システムの切り替え動作を説明するための図であり、図１２における７個の送電器１Ａ〜１Ｇおよび１５個の受電器２Ａ〜２Ｏに相当する部分を示すものである。
【０１０２】
図１３における上方の図は、図１２における７個の送電器１Ａ〜１Ｇおよび１５個の受電器２Ａ〜２Ｏと同様のものであり、１つの送電器１Ｅの出力を停止することによって、２つの送電グループＰＧ１１およびＰＧ１２に分割した送電状態ＳＴＡを示す。
【０１０３】
図１３における下方の図は、状態ＳＴＡにおいて、送電器１Ｄの出力をオンして送電器１Ｂ，１Ｆの出力をオフして、１つの送電グループＰＧ１４と、単独の(送電器１つだけの送電グループ)送電器１Ａ，１Ｇに分割した送電状態ＳＴＢを示す。
【０１０４】
ここで、送電状態ＳＴＡおよびＳＴＢは、例えば、全体制御器１００の制御に従って所定時間(例えば、数分)ごとに切り替えられるようになっている。なお、送電状態(送電パターン)の数は、２種類に限定されず、３種類以上であってもよく、それら複数の送電パターンを順次切り替えてもよい。
【０１０５】
このように、複数の送電パターン(送電状態ＳＴＡ，ＳＴＢ)を切り替えることにより、例えば、送電状態ＳＴＡにおいて受電することが困難な受電器２Ｇに対しても、送電状態ＳＴＢにおいて受電可能とすることができる。なお、送電状態ＳＴＢにおいて受電することが困難な受電器２Ｃ，２Ｄ，２Ｋ，２Ｌは、送電状態ＳＴＡにおいて受電可能となる。これにより、全ての受電器に対して電力を伝送することができる。
【０１０６】
図１４Ａは、第１実施例の無線電力伝送システムを説明するための図であり、図１４Ｂは、第２実施例の無線電力伝送システムを説明するための図であり、そして、図１４Ｃは、第３実施例の無線電力伝送システムを説明するための図である。なお、図１４Ａ〜図１４Ｃは、例えば、図１２における４個の送電器１Ａ〜１Ｄおよび８個の受電器２Ａ〜２Ｈの部分を示す。
【０１０７】
まず、図１４Ａに示されるように、第１実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、前述した図１２と同様に、送電器１Ａ〜１Ｄおよび受電器２Ａ〜２Ｈとは別の専用の装置として設けられている。
【０１０８】
すなわち、第１実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、それ自身が送電や受電を行わずに、例えば、サーバ等を利用して各送電器の出力のオン／オフ、並びに、位相および強度の調整を行う。
【０１０９】
また、図１４Ｂに示されるように、第２実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、１つの送電器１Ｃとして設けられている。すなわち、送電器の１つが全体制御器を兼用、従って、送電器１Ｃが全体制御器１００として機能するようになっている。
【０１１０】
さらに、図１４Ｃに示されるように、第３実施例の無線電力伝送システムにおいて、全体制御器１００は、１つの受電器２Ｅとして設けられている。すなわち、受電器の１つが全体制御器を兼用、従って、受電器２Ｅが全体制御器１００として機能するようになっている。
【０１１１】
ここで、例えば、送電器１Ｃを全体制御器１００として設定する場合、図５Ａ〜図９を参照して説明したマスタ送電器の決め方と同様の手法を適用して全体制御器の設定を行うことができる。なお、全体制御１００と各送電器１Ａ〜１Ｄおよび各受電器２Ａ〜２Ｈの通信方式は、有線および無線のいずれであってもよい。
【０１１２】
以上において、全体制御器１００が出力を停止させる送電器の決定は、例えば、次の条件１および２に従って処理することができる。
条件１．送電グループ内の送電器(受電器)の数が所定数以下となるようにする。
条件２．優先度の高い受電器に対して送電(給電)する送電器は出力を停止させない。
【０１１３】
ここで、優先度の高い受電器とは、例えば、バッテリ残量が少ない受電器や、ユーザが優先的に給電を指定する受電器のことである。また、停止する送電器に起因して受電不可となる受電器がある場合、例えば、受電不可の受電器への給電を優先した上で、再度、条件１および２を適用した送電グループの分割を実施することができる。
【０１１４】
これにより、例えば、密集して配置された影響や相互干渉のある複数の送電器間の調整の最適化を図ることができ、また、バランスのとれた給電(電力伝送)を実現することができる。
【０１１５】
図１５Ａは、図１４Ａに示す第１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、全体制御器１００(全体制御部２００)と共に、２つの送電器１Ｃ，１Ｄおよび２つの受電器２Ｅ，２Ｆを抜き出して示すものである。
【０１１６】
図１５Ａに示されるように、全体制御部２００は、送電器および受電器とは別の独立した装置として設けられ、外部制御器(全体制御器)１００および通信回路部１０４を含む。送電器１Ｃ，１Ｄは、同様の構成を有し、それぞれワイヤレス送電部１１Ｃ，１１Ｄ、高周波電源部１２Ｃ，１２Ｄ、送電制御部１３Ｃ，１３Ｄおよび通信回路部１４Ｃ，１４Ｄを含む。
【０１１７】
高周波電源部１２Ｃ，１２Ｄは、高周波の電力を発生するもので、例えば、前述した図１における高周波電源部１２に相当する。送電制御部１３Ｃ，１３Ｄは、ワイヤレス送電部１１Ｃ，１１Ｄを制御し、また、通信回路部１４Ｃ，１４Ｄは、全体制御部２００，各送電器および受電器間の通信を可能とする。
【０１１８】
ここで、送電器１Ｃ，１Ｄの通信回路部１４Ｃ，１４Ｄと、受電器２Ｅ，２Ｆの通信回路部２４Ｅ，２４Ｆの間の通信は、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）等の無線通信を利用することができる。
【０１１９】
また、送電器１Ｃ，１Ｄ間の通信や全体制御部２００との間の通信は、上記Bluetooth（登録商標）等の無線通信でもよいが、例えば、有線ＬＡＮ等の有線による通信であってもよい。さらに、送電器１Ｃおよび送電器１Ｄ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。
【０１２０】
ワイヤレス送電部１１Ｃ，１１Ｄは、磁界共鳴であればコイルに相当し、高周波電源部１２Ｃ，１２Ｄから供給される高周波電力を磁界に変換する。
【０１２１】
全体制御部２００(外部制御器１００)には、送電器１Ｃ，１Ｄの相対位置関係や受電器２Ｅ，２Ｆの相対位置関係などの情報が供給される。ここで、相対位置関係を検出する方法としては、例えば、カメラによる撮像系を適用することができる。
【０１２２】
受電器２Ｅ，２Ｆも同様の構成を有し、それぞれワイヤレス受電部２１Ｅ，２１Ｆ、整流部(受電回路部)およびバッテリ部(機器本体)２２Ｅ(２５Ｅ)，２２Ｆ(２５Ｆ)、受電制御部２３Ｅ，２３Ｆおよび通信回路部２４Ｅ，２４Ｆを含む。
【０１２３】
受電制御部２３Ｅ，２３Ｆは、受電器２Ｅ，２Ｆを制御するものであり、通信回路部２４Ｅ，２４Ｆは、全体制御部２００，各送電器および受電器間の通信を可能とするもので、前述のように、無線ＬＡＮやBluetooth（登録商標）等を利用する。
【０１２４】
ワイヤレス受電部２１Ｅ，２１Ｆ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２２Ｅ，２２Ｆは、ワイヤレス受電部２１Ｅ，２１Ｆから得られた交流電流をバッテリ充電や機器本体(２５Ｅ，２５Ｆ)で使用可能なように直流電流に変換する。
【０１２５】
上述したように、全体制御部２００、送電器１Ｃ，１Ｄおよび受電器２Ｅ，２Ｆは、それぞれの通信回路部１０４，１４Ｃ，１４Ｄ，２４Ｅ，２４Ｆを介して通信を行う。このとき、外部制御器１００が、送電器１Ｃ，１Ｄおよび受電器２Ｅ，２Ｆを制御する。
【０１２６】
また、ワイヤレス送電部１１Ｃおよび１１Ｄと、ワイヤレス受電部２１Ｅまたは２１Ｆ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。
【０１２７】
図１５Ｂは、図１４Ｂに示す第２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、送電器１Ｃが全体制御器１００を兼用、すなわち、送電器１Ｃの送電制御部１３Ｃが全体制御器１００として機能する例を示すものである。
【０１２８】
図１５Ｂと上述した図１５Ａの比較から明らかなように、全体制御器１００(全体制御部２００)は、送電器および受電器とは別の独立した装置として設けるのではなく、任意の送電器１Ｃの送電制御部１３Ｃに兼用させることができる。
【０１２９】
この場合、図１５Ａにおける全体制御部２００の通信回路部１０４も、送電器１Ｃの通信回路部１４Ｃで兼用することができるため、ハード構成を低減することが可能となる。なお、全体制御器１００としも使用する送電器１Ｃの送電制御部１３Ｃには、例えば、他の送電器の送電制御部よりも処理能力の高いＣＰＵ(ＭＰＵ)が設けられている。
【０１３０】
図１５Ｃは、図１４Ｃに示す第３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、受電器２Ｅが全体制御器１００を兼用、すなわち、受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅが全体制御器１００として機能する例を示すものである。
【０１３１】
図１５Ｃと前述した図１５Ａの比較から明らかなように、全体制御器１００(全体制御部２００)は、送電器および受電器とは別の独立した装置として設けるのではなく、任意の受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅに兼用させることができる。
【０１３２】
この場合、図１５Ａにおける全体制御部２００の通信回路部１０４も、受電器２Ｅの通信回路部２４Ｅで兼用することができるため、ハード構成を低減することが可能となる。なお、全体制御器１００としも使用する受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅには、例えば、他の受電器の受電制御部よりも処理能力の高いＣＰＵが設けられている。
【０１３３】
図１６は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器による送電器の出力制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【０１３４】
全体制御器による送電器の出力制御処理を開始すると、ステップＳＴ１１において、各送受電器の位置関係と各受電器のバッテリ状況・受電電力量を調査、すなわち、全体制御器１００は、各送受電器と個別に通信して情報収集を行い、ステップＳＴ１２に進む。
【０１３５】
ステップＳＴ１２では、各送電器の電力圏(送電電力圏)より各仮の送電グループ(仮送電Ｇ)を検出して、ステップＳＴ１３に進み、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下かどうかを判定する。
【０１３６】
ステップＳＴ１３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下であると判定すると、ステップＳＴ１４に進んで、その仮送電Ｇを、実際に送電を行う送電グループ(送電Ｇ)と決定する。具体的に、前述した図１２では、各仮送電Ｇ(ＰＧ１１〜ＰＧ１３)内の送電器の数が３以下で受電器の数が８以下となる場合が示されている。
【０１３７】
さらに、ステップＳＴ１５に進んで、各送電Ｇ内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ１６に進み、ワイヤレス送受電を実行すする。
【０１３８】
一方、ステップＳＴ１３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下ではないと判定すると、ステップＳＴ１７に進んで、各送電Ｇの送電器・受電器数が所定数以下となるように、出力を停止する送電器を選択する。すなわち、ステップＳＴ１７では、新規送電Ｇ１群，Ｇ２群，…，Ｇｎ群を決定して、ステップＳＴ１８に進む。
【０１３９】
ステップＳＴ１８では、送電Ｇ１群内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ１９に進んで、所定時間だけワイヤレス送受電を実行する。
【０１４０】
さらに、ステップＳＴ２０に進んで、送電Ｇ２群内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ２１に進んで、所定時間だけワイヤレス送受電を実行する。
【０１４１】
そして、ステップＳＴ２２に進んで、ステップＳＴ１８および１９、並びに、ステップＳＴ２０および２１と同様の処理を、送電Ｇｎ群まで実行後、ステップＳＴ１１に戻って上述した処理を繰り返す。なお、図１６に示す全体制御器による送電器の出力制御処理は、単なる例であり、様々な変更が可能である。
【０１４２】
図１７は、本実施形態の無線電力伝送システムにおける全体制御器によるマスタ器の制御処理の一例を説明するためのフローチャートである。図１７において、マスタ器とは、例えば、図１４Ｂおよび図６〜図９を参照して説明したマスタ送電器に対応するが、図１４Ｃのように、送電Ｇ内の受電器をマスタ器とする場合には、マスタ送電器をマスタ受電器と読み替えればよい。
【０１４３】
全体制御器によるマスタ器の制御処理を開始すると、ステップＳＴ３１において、各送受電器の位置関係と各受電器のバッテリ状況・受電電力量を調査、すなわち、全体制御器１００は、各送受電器と個別に通信して情報収集を行い、ステップＳＴ３２に進む。
【０１４４】
ステップＳＴ３２では、各送電器の電力圏より各仮送電Ｇ(仮の送電グループ)を検出して、ステップＳＴ３３に進み、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下かどうかを判定する。
【０１４５】
ステップＳＴ３３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下であると判定すると、ステップＳＴ３４に進んで、その仮送電Ｇを、送電Ｇ(実際に送電を行う送電グループ)と決定する。
【０１４６】
さらに、ステップＳＴ３５に進んで、各送電Ｇ内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内のマスタ送電器を選択する。そして、ステップＳＴ３６に進んで、各送電Ｇは、マスタ送電器によりワイヤレス送受電を実行する。
【０１４７】
すなわち、全体制御器はマスタ送電器を選択するだけで、その選択されたマスタ送電器が、各送電Ｇ内の送電条件の検討および各送電器に対する出力条件の指示を行い、ワイヤレス送受電を制御することになる。
【０１４８】
一方、ステップＳＴ３３において、各仮送電Ｇ内の送電器・受電器が所定数以下ではないと判定すると、ステップＳＴ３７に進んで、各送電Ｇの送電器・受電器数が所定数以下となるように、出力を停止する送電器を選択する。すなわち、ステップＳＴ３７では、新規送電Ｇ１群，Ｇ２群，…，Ｇｎ群を決定して、ステップＳＴ３８に進む。
【０１４９】
ステップＳＴ３８では、送電Ｇ１群内の各送電Ｇのマスタ送電器を選択し、ステップＳＴ３９に進んで、所定時間だけ、各送電Ｇはマスタ送電器によりワイヤレス送受電を実行する。
【０１５０】
すなわち、全体制御器は、出力を停止する送電器の選択(ステップＳＴ３７)およびマスタ送電器の選択(ステップＳＴ３８)を行うだけで、その選択されたマスタ送電器が、各送電Ｇ内におけるワイヤレス送受電を制御することになる。
【０１５１】
さらに、ステップＳＴ４０に進んで、送電Ｇ２群内の送電条件を検討し、各送電Ｇ内の各送電器に対して出力条件を指示し、ステップＳＴ４１に進んで、所定時間だけ、各送電Ｇはマスタ送電器によりワイヤレス送受電を実行する。すなわち、選択されたマスタ送電器が、各送電Ｇ内におけるワイヤレス送受電を制御することになる。
【０１５２】
そして、ステップＳＴ４２に進んで、ステップＳＴ３８および３９、並びに、ステップＳＴ４０および４１と同様の処理を、送電Ｇｎ群まで実行後、ステップＳＴ３１に戻って上述した処理を繰り返す。なお、図１７に示す全体制御器によるマスタ器の制御処理も、単なる例であり、様々な変更が可能である。
【０１５３】
図１８は、第１実施例の無線電力伝送システムの一変形例を示すブロック図である。図１８と前述した図１５Ａの比較から明らかなように、図１８に示す無線電力伝送システムでは、全体制御器１００がセンターサーバ３００に設けられている。
【０１５４】
送電器１Ｃは、第１通信回路部１４Ｃおよび第２通信回路部１５Ｃを含み、送電器１Ｄは、第１通信回路部１４Ｄおよび第２通信回路部１５Ｄを含む。ここで、各送電器１Ｃ，１Ｄの第１通信回路部１４Ｃ，１４Ｄは、例えば、前述した図１５Ａにおける通信回路部１４Ｃ，１５Ｃに対応し、例えば、Bluetooth（登録商標）等を利用して近距離無線通信を行う。
【０１５５】
すなわち、各送電器１Ｃ，１Ｄは、第１通信回路部１４Ｃ，１４Ｄにより、送電範囲内にある全ての受電器２Ｅ，２Ｆと近距離無線通信により通信を確立し、相互に情報の遣り取りを可能とする。
【０１５６】
ここで、送電器１Ｃ，１Ｄが受電器２Ｅ，２Ｆとの間で遣り取りする相互情報には、各受電器２Ｅ，２Ｆの位置情報や電力情報(バッテリ状況・受電電力量)等の受電器情報が含まれる。
【０１５７】
各送電器１Ｃ，１Ｄの第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄは、例えば、有線ＬＡＮおよびインターネット回線等を介したクラウド・コンピューティングを利用して、センターサーバ３００に設けられた全体制御器１００と通信を行う。
【０１５８】
なお、第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄと全体制御器１００は、有線による通信に限定されるものではなく、また、センターサーバ３００は、インターネットによるクラウド・コンピューティングを利用したものに限定されるものでもない。
【０１５９】
具体的に、例えば、センターサーバ３００と家庭やオフィスの間は有線接続し、その家庭やオフィス内では、無線ＬＡＮルータ等を使用して無線ＬＡＮにより接続することもできる。
【０１６０】
ここで、第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄを介した送電器１Ｃ，１Ｄと全体制御器１００の間の情報には、例えば、上述した第１通信回路部１４Ｃ，１４Ｄを介して受け取る受電器情報に加えて、各送電器１Ｃ，１Ｄの出力条件や位置等の送電器情報も含まれる。
【０１６１】
そして、センターサーバ３００(全体制御器１００)は、送電器１Ｃ，１Ｄの第２通信回路部１５Ｃ，１５Ｄを介して送られてくる送電器情報および受電器情報に基づいて、送電グループの最適化を図る。
【０１６２】
すなわち、全体制御器１００は、例えば、送電グループが大き過ぎる場合、停止する送電器を選択することにより、適切な大きさの複数の送電グループに分割し、さらに、各送電器の出力指示(電流強度および位相情報)を与えて複数送電の最適化を図る。なお、全体制御器１００は、停止する送電器を変化させて異なる送電グループを切り替えるといった制御も行う。
【０１６３】
このように、全体制御器１００をセンターサーバ３００に設けることにより、すなわち、大きな処理能力を有するセンターサーバ３００を全体制御器１００として使用することにより、最適な電力伝送の計算を短時間で行うことが可能になる。
【０１６４】
従って、図１８に示す無線電力伝送システムは、例えば、多数の送電器により多数の受電器に対して電力伝送を行うことが想定される、企業や公共施設、或いは、商用の無線電力伝送システムに適用するのが好ましい。
【０１６５】
図１９は、第１実施例の無線電力伝送システムの他の変形例を示すブロック図であり、上述した図１８の変形例に対して、前述した図１５Ｃの無線電力伝送システムを組み合わせたものである。
【０１６６】
図１９と図１８および図１５Ｃの比較から明らかなように、図１９に示す無線電力伝送システムは、センターサーバ３００に設けられた第１全体制御器１１０、および、受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅに設けられた第２全体制御器１２０を含む。
【０１６７】
すなわち、受電器２Ｅには、Bluetooth（登録商標）等を利用して送電器１Ｃ，１Ｄおよび他の受電器２Ｆと近距離無線通信を行う第１通信回路部２４Ｅの他に、センターサーバ３００と遠距離通信を行う第２通信回路部２６Ｅが設けられている。
【０１６８】
ここで、第２通信回路部２６Ｅは、例えば、受電器２Ｅが携帯電話やスマートフォンの場合、本来設けられている３Ｇまたは４Ｇ回線(例えば、ＬＴＥ(Long Term Evolution)やＷＣＤＭＡ（登録商標）(Wideband Code Division Multiplexing Access)の通信回路と兼用する。
【０１６９】
そして、センターサーバ３００(第１全体制御器１１０)は、受電器２Ｅの第２通信回路部２６Ｅを介して送られてくる，図１８を参照して説明したのと同様の送電器情報および受電器情報に基づいて、送電グループの最適化を図る。
【０１７０】
なお、同じ送電グループ内の送電器１Ｃ，１Ｄおよび他の受電器２Ｆは、例えば、図１５Ｃの無線電力伝送システムと同様に、受電器２Ｅの第２全体制御器１２０により制御され、センターサーバ３００の第１全体制御器１１０の存在は意識しなくてもよい。
【０１７１】
ここで、受電器２Ｅと第１全体制御器１１０(センターサーバ３００)の通信は、常時行わなくてもよく、例えば、受電器２Ｅにおける第２全体制御器１２０の処理能力を超える場合等のみ行えばよい。
【０１７２】
そして、例えば、第１全体制御器１１０により最適な電力伝送の計算を行い、その計算結果を受電器２Ｅの第２全体制御器１２０を介して各送電器１Ｃ，１Ｄに与えるようにして、受電器２Ｅ，２Ｆに対する電力伝送を行う。なお、受電器２Ｅの受電制御部２３Ｅに設けた第２全体制御器１２０は、例えば、送電器１Ｅにおける送電制御部１３Ｅに設けることも可能である。
【０１７３】
このように、大きな処理能力を有する外部のセンターサーバ３００を全体制御器として利用することにより、最適な電力伝送の計算を短時間で行うことが可能になり、送電グループの選択や各送電グループにおける電力伝送を効率的に行うことができる。
【０１７４】
図２０は、図１５Ｂに示す無線電力伝送システムにおける送電器(全体制御器１００が設けられた送電器１Ｃ)の一例を示すブロック図である。
【０１７５】
図２０および図１５Ｂに示されるように、送電器１Ｃにおいて、ワイヤレス送電部１１Ｃは、ＬＣ共振器１１ａＣおよび電力供給コイル１１ｂＣを含む。高周波電源部１２Ｃは、発振器１２７、増幅器１２８および整合器１２９を含む。
【０１７６】
送電制御部１３Ｃは、送電制御回路１３１および周波数ロック回路１３２を含む。ここで、送電制御回路１３１は、全体制御器１００としても機能する。周波数ロック回路１３２は、通信回路部１４Ｃからの同期信号を受け取り、所定の間隔(例えば、数分〜数十分間隔)で、発振器１２７の同期処理を行う。
【０１７７】
発振器１２７は、所定の周波数(例えば、６．７８ＭＨｚ)の周波数の駆動信号を生成し、増幅器１２８および整合器１２９を介してワイヤレス送電部１１Ｃ(電力供給コイル１１ｂＣ)に出力する。
【０１７８】
送電制御回路１３１(全体制御器１００)は、内部バス１３３で繋がれたＣＰＵ(演算処理装置)１３４、メモリ１３５および入出力回路(Ｉ／Ｏ部)１３６を含む。ここで、メモリ１３５は、フラッシュメモリ等の書き替え可能な不揮発性メモリ、および、ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)等を含む。そして、送電器１Ｃ，スレーブ送電器１Ｂおよび受電器等の様々な処理(ソフトウェアプログラム)を実行する。
【０１７９】
送電器１Ｃには、例えば、スレーブ送電器１Ｂとの相対位置関係を確認するための検出部ＳＡが設けられている。この検出部ＳＡの出力は、例えば、Ｉ／Ｏ部１３６を介してＣＰＵ１３４に入力され、メモリ１３５に格納されたソフトウェアプログラム(無線電力伝送プログラム、或いは、送電器の制御プログラム)に従った処理に利用される。
【０１８０】
なお、無線電力伝送プログラムは、例えば、そのプログラムが記録された可搬型記録媒体(例えば、ＳＤ(Secure Digital)メモリカード)７０からＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。
【０１８１】
或いは、プログラム(データ)提供者６０のハードディスク装置６１から回線およびＩ／Ｏ部１３６を介してメモリ１３５に格納されてもよい。ここで、ハードディスク装置６１からＩ／Ｏ部１３６への回線は、通信回路部１４を利用した無線通信回線であってもよい。
【０１８２】
また、無線電力伝送プログラムが記録された可搬記録媒体(コンピュータ読み取り可能な記録媒体)としては、他にＤＶＤ(Digital Versatile Disk)ディスクやブルーレイディスク（登録商標）(Blu-ray Disc（登録商標）)等の記録媒体であってもよい。
【０１８３】
以上の説明において、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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
複数の送電コイルを含み、前記送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送システムであって、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握して、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する全体制御器を有する、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【０１８８】
（付記２）
前記全体制御器は、
前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルの送電出力を停止して送電グループを規定する、
ことを特徴とする付記１に記載の無線電力伝送システム。
【０１８９】
（付記３）
前記全体制御器は、
前記送電グループに含まれる前記送電コイルの数が第１閾値を超えないように、前記送電出力を停止する前記少なくとも１つの送電コイルを選択する、
ことを特徴とする付記２に記載の無線電力伝送システム。
【０１９０】
（付記４）
前記全体制御器は、
前記送電グループに含まれる受電器の数が第２閾値を超えないように、前記送電出力を停止する前記少なくとも１つの送電コイルを選択する、
ことを特徴とする付記２に記載の無線電力伝送システム。
【０１９１】
（付記５）
前記全体制御器は、
前記送電グループに含まれる前記送電コイルの数と前記受電器の数の合計が第３閾値を超えないように、前記送電出力を停止する前記少なくとも１つの送電コイルを選択する、
ことを特徴とする付記２に記載の無線電力伝送システム。
【０１９２】
（付記６）
前記全体制御器は、
前記受電器における優先度を考慮して前記送電グループを規定する、
ことを特徴とする付記３乃至付記５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【０１９３】
（付記７）
前記全体制御器は、
前記送電グループを、少なくとも２つ規定し、
前記少なくとも２つ規定された送電グループを、順次切り替える、
ことを特徴とする付記３乃至付記６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【０１９４】
（付記８）
前記無線電力伝送システムは、複数の送電器を有し、
前記各送電器は、それぞれ前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルを含む、
ことを特徴とする付記１乃至付記７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【０１９５】
（付記９）
前記無線電力伝送システムは、複数の送電器を有し、
前記各送電器は、それぞれ送電コイルを含む、
ことを特徴とする付記１乃至付記７のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【０１９６】
（付記１０）
前記全体制御器は、
前記送電器および前記受電器とは別に設けられている、
ことを特徴とする付記８または付記９に記載の無線電力伝送システム。
【０１９７】
（付記１１）
前記全体制御器は、
センターサーバに設けられている、
ことを特徴とする付記１０に記載の無線電力伝送システム。
【０１９８】
（付記１２）
前記センターサーバは、通信回線を介して前記送電器と通信を行い、前記送電コイルの出力強度および位相を制御する、
ことを特徴とする付記１１に記載の無線電力伝送システム。
【０１９９】
（付記１３）
前記全体制御器は、
前記送電器に設けられている、
ことを特徴とする付記９に記載の無線電力伝送システム。
【０２００】
（付記１４）
前記全体制御器は、
前記受電器に設けられている、
ことを特徴とする付記９に記載の無線電力伝送システム。
【０２０１】
（付記１５）
前記全体制御器は、
センターサーバに設けられた第１全体制御器と、
前記送電器または前記受電器に設けられた第２全体制御器と、を有し、
前記第１全体制御器および前記第２全体制御器は、通信回線を介して接続されている、
ことを特徴とする付記９に記載の無線電力伝送システム。
【０２０２】
（付記１６）
前記送電コイルから前記受電器に対する電力伝送は、磁界共鳴または電界共振を利用した無線による電力伝送である、
ことを特徴とする付記１乃至付記１５のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【０２０３】
（付記１７）
複数の送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送方法であって、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握し、
把握した前記複数の送電コイルの送電電力圏に従って、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する、
ことを特徴とする無線電力伝送方法。
【０２０４】
（付記１８）
さらに、
前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルの送電出力を停止して送電グループを規定する、
ことを特徴とする付記１７に記載の無線電力伝送方法。
【０２０５】
（付記１９）
さらに、
前記送電グループを、少なくとも２つ規定し、
前記少なくとも２つ規定された送電グループを、順次切り替える、
ことを特徴とする付記１８に記載の無線電力伝送方法。
【０２０６】
（付記２０）
複数の送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送プログラムであって、
コンピュータに、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握する手順と、
把握した前記複数の送電コイルの送電電力圏に従って、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する手順を、実行させる、
ことを特徴とする無線電力伝送プログラム。
【符号の説明】
【０２０７】
１    送電器(一次側：送電側)
１Ａ〜１Ｄ    送電器
２    受電器(二次側：受電側)
２Ａ〜２Ｅ    受電器
１０Ａ，１０Ｂ    外部電源
１１，１１Ａ，１１Ｂ    ワイヤレス送電部
１１ａ，１１ａＡ，１１ａＢ、１１ａ１，１１ａ２    送電共振コイル(第２コイル：ＬＣ共振器)
１１ｂ，１１ｂＡ，１１ｂＢ    電力供給コイル(第１コイル)
１２，１２Ａ，１２Ｂ    高周波電源部
１３，１３Ａ，１３Ｂ    送電制御部
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ    通信回路部(第１通信回路部)
１５Ｃ，１５Ｄ    第２通信回路部
２１，２１Ａ，２１Ｂ    ワイヤレス受電部
２１ａ，２１ａＡ，２１ａＢ    受電共振コイル(第３コイル：ＬＣ共振器)
２１ｂ，２１ｂＡ，２１ｂＢ    電力取出コイル(第４コイル)
２２，２２Ｅ，２２Ｆ    受電回路部(整流部)
２３，２３Ｅ，２３Ｆ    受電制御部
２４，２４Ｅ，２４Ｆ    通信回路部(第１通信回路部)
２５    バッテリ部(負荷)
２６Ｅ    第２通信回路部
６０    プログラム(データ)提供者
６１    ハードディスク装置
７０    可搬型記録媒体
１００    全体制御器
１１０    第１全体制御器
１２０    第２全体制御器
１２７    発振器
１２８    増幅器
１２９    整合器
１３１    送電制御回路
１３２    周波数ロック回路
１３３    内部バス
１３４    ＣＰＵ(演算処理装置)
１３５    メモリ
１３６    入出力回路(Ｉ／Ｏ部)
２００    全体制御部
３００    センターサーバ
【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】
複数の送電コイルを含み、前記送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送システムであって、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握して、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する全体制御器を有する、
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
【請求項２】
前記全体制御器は、
前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルの送電出力を停止して送電グループを規定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
【請求項３】
前記無線電力伝送システムは、複数の送電器を有し、
前記各送電器は、それぞれ前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルを含む、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線電力伝送システム。
【請求項４】
前記全体制御器は、
前記送電器および前記受電器とは別に設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項５】
前記全体制御器は、
センターサーバに設けられている、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線電力伝送システム。
【請求項６】
前記全体制御器は、
センターサーバに設けられた第１全体制御器と、
前記送電器または前記受電器に設けられた第２全体制御器と、を有し、
前記第１全体制御器および前記第２全体制御器は、通信回線を介して接続されている、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項７】
前記送電コイルから前記受電器に対する電力伝送は、磁界共鳴または電界共振を利用した無線による電力伝送である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
【請求項８】
複数の送電コイルから受電器に対して無線により電力伝送を行う無線電力伝送方法であって、
前記複数の送電コイルの送電電力圏を把握し、
把握した前記複数の送電コイルの送電電力圏に従って、前記送電コイルおよび前記受電器の無線による電力の送受電を制御する、
ことを特徴とする無線電力伝送方法。
【請求項９】
さらに、
前記複数の送電コイルにおける少なくとも１つの送電コイルの送電出力を停止して送電グループを規定する、
ことを特徴とする請求項８に記載の無線電力伝送方法。
【請求項１０】
さらに、
前記送電グループを、少なくとも２つ規定し、
前記少なくとも２つ規定された送電グループを、順次切り替える、
ことを特徴とする請求項９に記載の無線電力伝送方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ａ】
2014155519.tif 000039
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ｂ】
2014155519.tif 000040
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ｃ】
2014155519.tif 000041
【国際調査報告】
2014155519.tif 000042
2014155519.tif 000043
2014155519.tif 000044