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技術 非接触給電システム、給電装置、及び非接触給電システムの制御方法

出願人 中国電力株式会社
発明者 正岡慎也三戸勝彦平野彰大久保典浩内藤正記武内保憲
出願日 2011年12月27日 (10年1ヶ月経過) 出願番号 2012-524968
公開日 2015年4月30日 (6年9ヶ月経過) 公開番号 WO2013-098947
状態 拒絶査定
技術分野 電磁波による給配電方式
主要キーワード 電力計測回路 磁界方式 給電継続 受電素子 受電デバイス ハーフブリッジドライバ 電界結合方式 給電処理
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

非接触給電において、受電装置への給電を効率よく確実に行えるようにする。

解決手段

給電装置10は、位置標定装置14から受電装置20が存在する方向αを取得し、給電素子12の指向方向が受電装置20の方向を向くようにして給電を開始し、位置標定装置14から取得される受電装置20の位置に基づき自身と受電装置20までの距離を取得し、取得した距離に対応する伝送効率許容範囲を求め、受電装置20から送られてくる、給電装置10から現在供給を受けている電力値を受信し、受信した電力値と現在の給電電力の電力値とに基づき現在の伝送効率を求め、現在の伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は、位置標定装置14から受電装置20が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、給電素子12の指向方向が受電装置20の方向に向くように給電素子12の指向方向を制御する。

概要

背景

特許文献1には、給電される電力送電する送電デバイスと、送電デバイスから電力を受電する受電デバイスとを有し、送電デバイスは磁界共鳴関係をもって送電する第1の共振素子を含み、受電デバイスは、磁界共鳴関係をもって送電デバイスから送電された電力を受電する第2の共振素子を含み、送電デバイスが、送電デバイスおよび受電デバイスの少なくとも一方の電力伝送情報に応じて、第1の共振素子の配置角度および配置位置のうちの少なくとも一方を調整可能な駆動部を備えるワイヤレス給電システムについて記載されている。

概要

非接触給電において、受電装置への給電を効率よく確実に行えるようにする。給電装置10は、位置標定装置14から受電装置20が存在する方向αを取得し、給電素子12の指向方向が受電装置20の方向を向くようにして給電を開始し、位置標定装置14から取得される受電装置20の位置に基づき自身と受電装置20までの距離を取得し、取得した距離に対応する伝送効率許容範囲を求め、受電装置20から送られてくる、給電装置10から現在供給を受けている電力値を受信し、受信した電力値と現在の給電電力の電力値とに基づき現在の伝送効率を求め、現在の伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は、位置標定装置14から受電装置20が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、給電素子12の指向方向が受電装置20の方向に向くように給電素子12の指向方向を制御する。

目的

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、非接触給電を効率よく確実に行うことが可能な、非接触給電システム、給電装置、及び非接触給電システムの制御方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

非接触給電により給電を受ける受電装置と、前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置とを含んで構成される非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率許容範囲を求め、前記受電装置は、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、前記給電装置は、前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御することを特徴とする非接触給電システム。

請求項2

請求項1に記載の非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開することを特徴とする非接触給電システム。

請求項3

請求項1又は2に記載の非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記受電装置に対して前記位置標定信号の送信を要求する情報である位置標定信号送信要求を前記受電装置に送信し、前記位置標定装置は、前記位置標定信号送信要求に応じて前記受電装置が送信する前記位置標定信号に基づき前記受電装置の位置標定を行い、前記給電装置は、前記受電装置への前記給電を行っている際に前記位置標定信号送信要求を送信し、前記位置標定信号送信要求の送信後、所定時間内に前記位置標定装置が前記受電装置から前記位置標定信号を受信しなかった場合、前記受電装置への給電を停止することを特徴とする非接触給電システム。

請求項4

請求項1又は2のいずれかに記載の非接触給電システムであって、前記受電装置は、前記給電電力を受信する受電素子と、前記受電素子の指向方向を制御する制御機構を備え、前記給電装置は、前記受電装置に、前記位置標定装置から取得した前記受電素子が存在する方向α及び前記受電装置が存在する位置を送信し、前記受電装置は、前記方向α及び前記位置を受信し、受信した前記方向α及び前記位置に基づき前記受電素子の指向方向を前記給電装置の方向に調整することを特徴とする非接触給電システム。

請求項5

請求項4に記載の非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記受電装置に、前記受電装置の指向方向の前記調整に要する電力を非接触給電により供給することを特徴とする非接触給電システム。

請求項6

請求項1乃至3のいずれか一項に記載の非接触給電システムに用いられる給電装置であって、前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備え前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の前記距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御することを特徴とする給電装置。

請求項7

請求項6に記載の給電装置であって、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開することを特徴とする給電装置。

請求項8

非接触給電により給電を受ける受電装置と、前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置とを含んで構成される非接触給電システムの制御方法であって、前記給電装置が、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の前記距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、前記受電装置が、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、前記給電装置が、前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御することを特徴とする非接触給電システムの制御方法。

請求項9

請求項8に記載の非接触給電システムの制御方法であって、前記給電装置が、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開することを特徴とする非接触給電システムの制御方法。

技術分野

0001

この発明は、非接触給電システム給電装置、及び非接触給電システムの制御方法に関し、とくに非接触給電を効率よく確実に行えるようにするための技術に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、給電される電力送電する送電デバイスと、送電デバイスから電力を受電する受電デバイスとを有し、送電デバイスは磁界共鳴関係をもって送電する第1の共振素子を含み、受電デバイスは、磁界共鳴関係をもって送電デバイスから送電された電力を受電する第2の共振素子を含み、送電デバイスが、送電デバイスおよび受電デバイスの少なくとも一方の電力伝送情報に応じて、第1の共振素子の配置角度および配置位置のうちの少なくとも一方を調整可能な駆動部を備えるワイヤレス給電システムについて記載されている。

先行技術

0003

特開2011−147280号公報

発明が解決しようとする課題

0004

昨今、携帯電子機器電気自動車等の普及に伴い非接触給電に対するニーズが増大しており、電磁界共鳴技術等をベースとした遠距離間での送電に関する実用化が進められている。ここで遠距離間での非接触給電の実現に際しては、給電装置から受電装置への給電電力伝送効率を可能な限り確保し、効率よく確実に非接触給電が行われるようにする必要がある。

0005

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、非接触給電を効率よく確実に行うことが可能な、非接触給電システム、給電装置、及び非接触給電システムの制御方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するための本発明のうちの一つは、非接触給電により給電を受ける受電装置と、前記受電装置に給電電力を送信する給電素子を備え、前記給電素子の指向方向を制御する制御機構を備える給電装置と、前記給電装置と通信可能に接続し、前記受電装置から送信されてくる無線信号である位置標定信号を、互いに隣接して配置された複数のアンテナにより受信し、受信した前記位置標定信号の位相差に基づき、自身からみた前記受電装置が存在する方向α、及び前記受電装置の位置を算出する位置標定機能を備える、位置標定装置とを含んで構成される非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを取得し、取得した前記方向αに基づき前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように前記制御機構を制御して給電を開始し、前記位置標定装置から取得される前記受電装置の位置に基づき自身と前記受電装置までの間の距離を取得し、取得した前記距離に対応する、前記受電装置に給電電力を送信する際の伝送効率の許容範囲を求め、前記受電装置は、前記給電装置から現在供給を受けている電力値を前記給電装置に送信し、前記給電装置は、前記受電装置から送られてくる前記電力値を受信し、受信した前記電力値と前記給電素子から現在送信している給電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求め、前記現在の伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合は、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向に向くように前記給電素子の指向方向を制御する。

0007

本発明によれば、給電装置は、位置標定装置が求めた、受電装置が存在する方向αに基づき、給電素子の指向方向が受電装置の方向を向くように制御して給電を開始し、位置標定装置が求めた給電装置と受電装置との距離に対応する、伝送効率の許容範囲を求め、受電装置から受信した電力値と給電素子から出力している電力値とから現在の伝送効率を求め、求めた伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は方向αを再度取得し、再取得した方向αに基づき、給電素子の指向方向を受電装置の方向に向くように制御するので、給電素子の指向方向を適切に制御して給電装置から受電装置への給電を効率よく確実に行うことができる。

0008

本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記伝送効率が前記許容範囲を逸脱する場合、前記受電装置への前記給電を停止し、前記位置標定装置から前記受電装置が存在する方向αを再度取得し、取得した前記受電装置が存在する方向αに基づき、前記給電素子の指向方向が前記受電装置の方向を向くように制御し、その後、前記受電装置への給電を再開する。

0009

本発明によれば、給電装置は、伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は給電を停止するので、非効率な給電が行われるのを防ぐことができる。また給電装置は、指向方向を調整したうえで給電を再開するので、給電装置から受電装置への給電を効率よく確実に行うことができる。

0010

本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記受電装置に対して前記位置標定信号の送信を要求する情報である位置標定信号送信要求を前記受電装置に送信し、前記位置標定装置は、前記位置標定信号送信要求に応じて前記受電装置が送信する前記位置標定信号に基づき前記受電装置の位置標定を行い、前記給電装置は、前記受電装置への前記給電を行っている際に前記位置標定信号送信要求を送信し、前記位置標定信号送信要求の送信後、所定時間内に前記位置標定装置が前記受電装置から前記位置標定信号を受信しなかった場合、前記受電装置への給電を停止する。

0011

本発明によれば、給電装置は、受電装置への給電を行っている際に位置標定信号送信要求を送信し、その後、所定時間内に位置標定装置が受電装置から位置標定信号を受信しなかった場合には受電装置への給電を停止する。このように位置標定信号を受信できない場合は給電を停止するので、ロスの大きな給電が行われてしまうのを防ぐことができる。

0012

本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記受電装置は、前記給電電力を受信する受電素子と、前記受電素子の指向方向を制御する制御機構を備え、前記給電装置は、前記受電装置に、前記位置標定装置から取得した前記受電素子が存在する方向α及び前記受電装置が存在する位置を送信し、前記受電装置は、前記方向α及び前記位置を受信し、受信した前記方向α及び前記位置に基づき前記受電素子の指向方向を前記給電装置の方向に調整する。

0013

本発明によれば、受電装置側でも、給電装置から送られてくる位置標定の結果に基づき、受電素子の指向方向を給電装置の方向に調整するので、これにより伝送効率を向上させることができる。

0014

本発明のうちの他の一つは、上記非接触給電システムであって、前記給電装置は、前記受電装置に、前記受電装置の指向方向の前記調整に要する電力を非接触給電により供給する。

0015

本発明によれば、受電素子の指向方向の調整に要する電力が非接触給電により給電装置から受電装置に供給されるので、受電装置が蓄電能力を備えていないような場合でも、受電素子の指向方向の調整を行うことができる。

0016

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

発明の効果

0017

本発明によれば、受電装置への給電を効率よく確実に行うことができる。

図面の簡単な説明

0018

非接触給電システム1の構成を説明する図である。
給電装置10のハードウエア構成を説明する図である。
給電装置10が備える主な機能を説明する図である。
受電装置20のハードウエア構成を説明する図である。
受電装置20が備える主な機能を説明する図である。
位置標定信号600のデータフォーマットを示す図である。
給電装置10と受電装置20との位置関係(高さ及び距離を示す変数のとり方)を説明する図である。
アンテナ群142を構成しているアンテナと受電装置20との位置関係を説明する図である。
給電装置10と受電装置20の位置関係(高さ、距離、角度を示す変数のとり方)を示す図である。
給電処理S1000を説明するフローチャートである。
給電処理S1000を説明するフローチャートである。
給電装置10が行う、受電装置20への給電を停止する処理の一例を説明するフローチャートである。
給電装置10が行う、受電装置20への給電を停止する処理の一例を説明するフローチャートである。

実施例

0019

以下、発明を実施するための形態について図面とともに説明する。

0020

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態として説明する非接触給電システム1の概略的な構成を説明する図である。同図に示すように、非接触給電システム1は、位置標定装置14を備えた給電装置10、及び給電装置10から非接触給電により給電を受ける受電装置20を含んで構成されている。受電装置20は、例えば、携帯電話機携帯情報端末、小型家電機器、電気自動車等である。給電装置10は、例えば、受電装置20が存在する環境、受電装置20を所持する利用者出入りする環境、不特定の利用者がアクセス可能な環境に設けられる。

0021

図2に給電装置10のハードウエア構成を示している。同図に示すように、給電装置10は、電源装置11、給電電力供給回路12、給電素子13、指向方向制御機構131、位置標定装置14、通信回路15、中央処理装置16、記憶装置17、入力装置18、及び表示装置19を備える。尚、位置標定装置14は、給電装置10と一体的に構成されていてもよいし、給電装置10とは別体であってもよい。

0022

電源装置11は、例えば、スイッチング方式リニア方式電源であり、給電装置10の構成要素を駆動するための電力を供給する。

0023

給電電力供給回路12は、ドライバ回路ゲートドライバハーフブリッジドライバ等)を含み、電源装置11から供給される電力に基づき、給電素子13に供給する所定周波数駆動電流を生成する。

0024

給電素子13は、上記非接触給電が磁界方式磁界結合方式、磁気共鳴方式)で行われる場合はコイル等の誘導性素子であり、上記非接触給電が電界方式(電界結合方式、電界共鳴方式)で行われる場合はコンデンサ等の容量性素子であり、上記非接触給電が電磁波方式で行われる場合はアンテナである。

0025

指向方向制御機構131は、給電素子13を3軸方向に回動可能に支持する支持部と給電素子13の指向方向を制御するサーボモータ等を含んで構成される。

0026

位置標定装置14は、切替スイッチ141及びアンテナ群142を備え、後述する位置標定に関する無線信号(以下、位置標定信号と称する。)を受電装置20から受信する。

0027

通信回路15は、受電装置20との間で通信(例えば、無線LAN(LAN:Local Area Network)、規格IEEE 802.15.1による無線通信、規格IEEE 802.15.4による無線通信)を行う。給電装置10と受電装置20との間の通信は、給電信号変調(Modulation)することにより、即ち伝達する情報を給電信号に含ませることにより行ってもよい。

0028

中央処理装置16は、CPUやMPUなどを用いて構成されている。中央処理装置16は、給電装置10の統括的な制御を行う。記憶装置17は、RAM、ROM、NVRAM等を用いて構成され、プログラムやデータを記憶する。入力装置18は、タッチパネルテンキー等である。表示装置19は、液晶パネル等である。

0029

図3に給電装置10が備える主な機能を示している。同図に示すように、給電装置10は、指向方向制御部151、位置標定信号受信部152、方向取得部153、距離取得部154、給電制御部155、許容範囲算出部156、受電電力受信部157、及び伝送効率算出部158を備える。これらの機能は、給電装置10のハードウエアによって、もしくは、給電装置10の中央処理装置16が、記憶装置17に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

0030

指向方向制御部151は、指向方向制御機構131により給電素子13の指向方向を制御する。

0031

位置標定信号受信部152は、受電装置20から送信されてくる無線信号(位置標定信号)をアンテナ群142により受信する。

0032

方向取得部153は、位置標定装置14が後述する位置標定機能により算出する、当該給電装置10からみた受電装置20が存在する方向(以下、方向αと称する。)を取得する。

0033

距離取得部154は、位置標定装置14が後述する位置標定機能により算出した、自身と受電装置20との間の距離を取得する。

0034

給電制御部155は、給電素子13から送信する電力を制御する。

0035

許容範囲算出部156は、距離取得部154によって取得される距離に対応した、受電装置20に電力供給を行う際の伝送効率の許容範囲を求める。許容範囲の算出方法の詳細については後述する。

0036

受電電力受信部157は、受電装置20から送られてくる、受電装置20が給電装置10から現在受電している電力の電力値を受信する。

0037

伝送効率算出部158は、給電素子13から現在出力されている電力の電力値を給電素子13から取得し、取得した電力値と、受電電力受信部157が受電装置20から受信した電力値とに基づき、給電装置10から受電装置20への給電電力の送信についての現在の伝送効率を算出する。

0038

図4に受電装置20のハードウエア構成を示している。同図に示すように、受電装置20は、起電力発生回路21、蓄電装置22、位置標定信号送信装置23、通信回路25、中央処理装置26、記憶装置27、入力装置28、表示装置29、負荷30、及び電力計測回路31を備える。

0039

起電力発生回路21は、受電側コイル等の受電素子211を用いて構成される。起電力発生回路21には、給電装置10から送られてくる電磁界のエネルギーによって起電力が発生する。

0040

蓄電装置22は、二次電池リチウムイオン電池リチウムポリマー電池ニッケル水素電池ニッケルカドミウム電池等)や容量素子電気二重層コンデンサ等)などの蓄電池と、起電力発生回路21に発生した起電力に基づく電流を蓄電池に供給するための整流回路平滑回路、DC/ACコンバータ、DC/DCコンバータなどの給電回路を含む。尚、受電装置20は、必ずしも蓄電装置22を備えていなくてもよい。例えば、受電装置20は、起電力発生回路21に発生した起電力に基づく電流を負荷30に直接供給するように構成されていてもよい。

0041

位置標定信号送信装置23は、後述する位置標定信号の送信回路と位置標定信号を送信するアンテナ231を含む。

0042

通信回路25は、給電装置10との間で無線方式または有線方式により通信を行う。

0043

中央処理装置26は、CPUやMPUなどを用いて構成されており、受電装置20の統括的な制御を行う。

0044

記憶装置27は、RAM、ROM、NVRAM等を用いて構成されており、プログラムやデータを記憶する。入力装置28は、キーボードやタッチパネル等である。表示装置29は液晶パネル等である。

0045

負荷30は、例えば、受電装置20が携帯電話機であれば、携帯電話機が備える回路受信回路、送信回路等)である。電力計測回路31は、給電装置10から現在供給を受けている電力値を計測する。

0046

図5に受電装置20が備える主な機能を示している。同図に示すように、受電装置20は、位置標定信号送信部251、受電電力送信部252、及び電力制御部253を備える。これらの機能は、受電装置20のハードウエアによって、もしくは、受電装置20の中央処理装置26が、記憶装置27に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

0047

位置標定信号送信部251は、位置標定信号送信装置23を制御してアンテナ231から位置標定信号を送信する。

0048

受電電力送信部252は、電力計測回路31が計測した電力値、即ち受電装置20が現在給電装置10から給電を受けている電力値を給電装置10に送信する。

0049

電力制御部253は、起電力発生回路21に発生する電力の蓄電装置22又は負荷30への供給を制御する。

0050

<位置標定の仕組み>
次に位置標定の仕組みについて説明する。給電装置10は、アンテナ群142を構成している複数のアンテナを周期的に切り換えながら、受電装置20のアンテナ231から送られてくる、スペクトル拡散された無線信号からなる位置標定信号600を受信する。

0051

図6は受電装置20から送信される位置標定信号600のデータフォーマットの一例である。同図に示すように、位置標定信号600には、制御信号611、測定信号612、及び端末情報613などの信号や情報が含まれている。

0052

制御信号611には、変調波や各種の制御信号が含まれている。測定信号612には、数m秒程度の無変調波(例えば、給電装置10に対する受電装置20が存在する方向や給電装置10に対する受電装置20までの相対距離の検出に用いる信号(例えば2048チップ拡散符号))が含まれている。端末情報613には、受電装置20ごとに固有に付与される識別子(以下、受電装置IDと称する。)が含まれている。

0053

図7に給電装置10と受電装置20の位置関係(高さ及び距離を示す変数のとり方)を示している。この例では、受電装置20が地上高h(m)の位置に存在し、給電装置10が地上高H(m)の位置に固定されている。給電装置10の直下から受電装置20までの直線距離はL(m)である。

0054

図8は給電装置10のアンテナ群142を構成している複数のアンテナと受電装置20の位置関係を説明する図である。同図に示すように、この例では、アンテナ群142は位置標定信号600の1波長以下の間隔(例えば、位置標定信号600が2.4GHz帯電波である場合は1波長(12.5cm)以下の間隔)で平面的に略正方形状に等間隔で隣接して配置された4つの円偏波指向性アンテナで構成されている。

0055

同図において、アンテナ群142の高さ位置における水平方向とアンテナ群142に対する受電装置20の方向とのなす角をαとすれば、例えば、
α=arcTan(D(m)/L(m))=arcSin(ΔL(cm)/6(cm))
の関係となる。尚、ΔL(cm)は、アンテナ群142を構成しているアンテナのうち、特定の2つのアンテナと受電装置20との間の伝搬路長差である。

0056

ここでアンテナ群142を構成している特定の2つのアンテナで受信される位置標定信号600の位相差をΔθとすると、
ΔL(cm)=Δθ/(2π/λ(cm))
の関係がある。また位置標定信号600として、例えば、2.4GHz帯の電波を用いた場合はλ≒12(cm)であるので、
α=arcSin(Δθ/π)
の関係がある。また測定可能範囲(−π/2<Δθ<π/2)内では、α=Δθ(ラジアン)となるので、上式から給電装置10が存在する方向を特定することができる。

0057

図9に給電装置10が設置される環境における、給電装置10と受電装置20の位置関係(高さ、距離、角度を示す変数のとり方)を示している。同図に示すように、給電装置10のアンテナ群142の地上高をH(m)、受電装置20の地上高をh(m)、給電装置10の直下の地表面の位置を原点として直交座標軸(X軸、Y軸)を設定した場合における、給電装置10から受電装置20の方向とX軸とがなす角をΔΦ(x)、給電装置10から受電装置20の方向とY軸とがなす角をΔΦ(y)とすれば、原点に対する受電装置20の位置は次式から求めることができる。
Δd(x)=(H−h)×Tan(ΔΦ(x))
Δd(y)=(H−h)×Tan(ΔΦ(y))
そして原点の位置を(X1,Y1)とすれば、受電装置20の現在位置(Xx,Yy)は次式から求めることができる。
Xx=X1+Δd(x)
Yy=Y1+Δd(y)

0058

以上に説明した位置標定の方法については、例えば、特開2004−184078号公報、特開2005−351877号公報、特開2005−351878号公報、及び特開2006−23261号公報等にも詳述されている。

0059

尚、受電装置20の位置標定は、受電装置20から位置標定信号600を送信し、給電装置10でこれを受信して受電装置20の位置標定を行うようにしてもよいし、位置標定信号600を給電装置10から送信し、受電装置20が位置標定信号600を受信して受電装置20側で位置標定を行い、その結果を給電装置10に送信するようにしてもよい。本実施形態では前者の方法によるものとする。

0060

<処理説明>
次に、以上の構成からなる非接触給電システム1において非接触給電が行われる際に、給電装置10及び受電装置20が行う処理(以下、給電処理S1000と称する。)について、図10及び図11に示すフローチャートとともに説明する。

0061

図10に示すように、まず受電装置20が、給電装置10に給電開始要求を送信する(S1011)。給電装置10は、受電装置20から給電開始要求を受信すると(S1021)、受電装置20に位置標定信号600の送信要求を送信する(S1022)。

0062

受電装置20は、位置標定信号送信要求を受信すると(S1012)、位置標定信号600を送信する(S1013)。

0063

尚、給電装置10は、S1022にて位置標定信号送信要求を送信した後、所定時間の間、位置標定信号600の受信を待機し(S1023)、所定時間内に位置標定信号600を受信できなかった場合(タイムアウトした場合)は(S1023:YES)、エラーカウントaに1を加える(S1051)。

0064

また上記エラーカウントaが許容回数(エラーカウントaについて予め設定された許容回数)を超えている場合(S1052:NO)、給電装置10は、受電装置20からの位置標定信号600の待機を中止し、その後、給電処理S1000は終了する。尚、後述するS1035の処理により受電装置20に対して給電を行っている場合は、その給電を停止してから給電処理S1000が終了する。

0065

尚、上記エラーカウントaが許容回数を超えるような場合、即ち受電装置20から位置標定信号600を受信できないケースとしては、受電装置20に何らかの障害が発生している場合や、受電装置20が給電開始要求を送信(S1011)した後、受電装置20が給電装置10から離れた場所に移動した場合などがある。

0066

給電装置10は、受電装置20から送信された位置標定信号600を受信すると(S1024)、エラーカウントaをリセットし(S1025)、受信した位置標定信号600に基づき受電装置20が存在する方向α及び受電装置20の現在位置を標定する(S1026)。

0067

次に給電装置10は、標定した方向αが許容範囲内にあるか否かを判断する(S1027)。標定した方向αが許容範囲内である場合は(S1027:YES)S1028に進み、許容範囲外である場合は(S1027:NO)処理は終了するか、もしくは、S1022に戻る(受電装置20が移動した場合は次回標定時に方向αが許容範囲内となることもある)。

0068

S1028では、給電装置10は、取得した受電装置20の現在位置から求められる距離に対応する伝送効率の許容範囲を求める。この許容範囲は、例えば、次のようにして求める。

0069

まず給電装置10と受電装置20の間の結合係数(k)とQ値との乗算値Sに基づき、最大伝送効率(ηmax)を次式から求める。

0070

ηmax=((1+S^2)^(1/2)×(S^2))/(((1+(1+S^2)^(1/2))×(S^2))+((1+(1+S^2)^(1/2))^2))

0071

次いで上式により求めた最大伝送効率ηmaxに、所定の比率(例えば、方向αを算出する際に生じる誤差、給電装置10と受電装置20の間の距離を算出する際に生じる誤差、電力計測回路31の測定精度気圧、又は気温等に基づき決定される比率)を乗算して、その結果を伝送効率の許容範囲とする。

0072

次に給電装置10は、受電装置20に対し、S1026で標定した受電装置20が存在する方向α及び受電装置20の現在位置とともに、当該受電装置20の受電素子211の指向方向の調整を指示する要求(以下、指向方向調整要求とも称する。)を送信する(S1029)。尚、受電装置20が蓄電能力を備えていない場合など、受電装置20が指向方向の調整に要する電力を必要とする場合には、給電装置10から受電装置20に指向方向の調整のために必要な電力を非接触給電により供給するようにしてもよい。

0073

受電装置20は、指向方向調整要求を受信すると(S1014)、当該要求とともに受信した、受電装置20が存在する方向α及び受電装置20の現在位置に基づき、受電素子211の方向が給電装置10の方向に向くように調整する(S1015)。

0074

また給電装置10は、S1026で標定した受電装置20が存在する方向α及び受電装置20の現在位置に基づき、給電素子13の指向方向を調整する(S1030)。

0075

次に給電装置10は、図11に示すように、受電装置20への給電電力の送信を開始する(S1031)。給電電力の送信を開始後、給電装置10は、給電電力の伝送効率を求め、求めた伝送効率がS1028で求めた許容範囲を逸脱しているか否かを判断する。

0076

即ち同図に示すように、まず給電装置10は、受電装置20に、当該給電装置10から現在受電している電力(以下、受電電力とも称する。)の電力値を送信する旨の要求(以下、電力値送信要求と称する。)を送信する(S1032)。

0077

受電装置20は、電力値送信要求を受信すると(S1016)、現在の受電電力の電力値を取得し、取得した電力値を給電装置10に送信する(S1017)。

0078

給電装置10は、受電装置20から受電電力を受信すると(S1033)、自身が現在給電素子13から送信している給電電力の電力値を取得し、これとS1033で受信した受電電力の電力値とに基づき、現在の伝送効率を求める(S1034)。

0079

次いで給電装置は、求めた現在の伝送効率が、S1028で求めた許容範囲内であるか否かを判断する(S1035)。求めた現在の伝送効率が許容範囲内であれば(S1035:YES)、受電装置20への給電を継続し(S1036)、エラーカウントbをリセットする(S1037)。その後はS1022からの処理を繰り返す。

0080

一方、現在の伝送効率が許容範囲外であれば(S1035:NO)、給電装置10は、受電装置20への給電を停止し(S1071)、エラーカウントbに1を加える(S1072)。尚、S1071では、給電装置10が、伝送効率が許容範囲外である旨を示す情報を受電装置20に送信して利用者に給電を停止するか否かの判断を促し、利用者からの要求に応じて給電停止給電継続の制御を行うようにしても良い。

0081

次いで給電装置10は、エラーカウントbが許容回数(エラーカウントbについて予め設定された許容回数)を超えているか否かを判断する(S1073)。エラーカウントbが許容回数を超えていない場合(S1073:YES)、処理はS1022に戻り、給電素子13及び受電素子211の指向方向を再調整した後に給電を再開する。

0082

一方、エラーカウントbが許容回数を超える場合(S1073:NO)、給電装置10は、受電装置20への給電を停止する。その後、給電処理S1000は終了する。

0083

尚、図12に示すように、例えば、給電装置10が受電装置20から送られてくる給電停止要求を受信した場合に(S1211、S1221)その受電装置20に対する給電を停止するようにしてもよい(S1222)。受電装置20は、例えば、利用者が受電装置20に対して所定の操作を行った場合に上記給電停止要求を送信する。

0084

また図13に示すように、例えば、給電装置10が入力装置18を介して利用者から受電装置20の給電停止の指示を受け付けた場合に(S1321)受電装置20に対する給電を停止するようにしてもよい(S1322)。またこの場合は利用者から指定された受電装置20に対する給電のみを停止するようにしてもよい。

0085

以上に説明したように、本実施形態の非接触給電システム1によれば、給電装置10は、位置標定装置14が求めた受電装置20が存在する方向αに基づき、給電素子13の指向方向が受電装置20の方向を向くように制御して給電を開始するので、給電装置10から受電装置20への給電を効率よく行うことができる。

0086

また給電装置10は、給電を開始した後、位置標定装置14が求めた自身と受電装置20との距離に対応する、伝送効率の許容範囲を求め、受電装置20から受信した電力値と給電素子13から出力している電力値とから現在の伝送効率を求め、求めた伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は方向αを再度取得し、再取得した方向αに基づき、給電素子13の指向方向を受電装置20の方向に向くように制御するので、給電素子13の指向方向を適切に制御して給電装置10から受電装置20への給電を効率よく確実に行うことができる。

0087

また給電装置10は、伝送効率が許容範囲を逸脱する場合は給電を停止するので、非効率な給電が行われるのを防ぐことができる。また給電装置10は、給電素子13及び受電素子211の指向方向を調整したうえで給電を再開するので、給電装置10から受電装置20への給電を効率よく確実に行うことができる。

0088

また給電装置10は、受電装置20への給電を行っている際に位置標定信号送信要求を送信し、その後、所定時間内に位置標定装置14が受電装置20から位置標定信号600を受信しなかった場合には受電装置20への給電を停止する。このように位置標定信号600を受信できない場合は給電を停止するので、ロスの大きな給電が行われてしまうのを防ぐことができる。

0089

また給電装置10は、標定した方向αが許容範囲内であるか否かを判断し、標定した方向αが許容範囲内である場合にのみ受電装置20への給電を開始するので、例えば、給電装置10と受電装置20とが対向していないにもかかわらず伝送効率がたまたま許容範囲内に収まってしまい給電が継続する事態を防止することができる(給電装置10と受電装置20の夫々の指向方向が調整された最適な状態で給電が行われるようにする)。

0090

また受電装置20側でも、給電装置10から送られてくる位置標定の結果に基づき、受電素子211の指向方向を給電装置10の方向に調整するので、これによっても伝送効率を向上させることができる。また必要な場合は受電素子211の指向方向の調整に要する電力が非接触給電により給電装置10から受電装置20に供給されるので、受電装置20が蓄電能力を備えていないような場合でも、受電素子211の指向方向の調整を行うことができる。

0091

以上、本発明の実施の形態について説明したが、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

0092

1非接触給電システム
10給電装置
13給電素子
14位置標定装置
20受電装置
151指向方向制御部
153 方向取得部
154 距離取得部
156許容範囲算出部
157受電電力受信部
158伝送効率算出部
211 受電素子

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