JP5794317B2 - 送電装置及び送受電システム - Google Patents

Description

本発明は、送電装置及び送受電システムに関する。

電磁誘導に代表される非接触給電技術が研究されている。非接触給電技術は、シェーバーや電動歯ブラシ等で使われている。近年、磁界共鳴技術の発表を一つのきっかけとして、再び非接触給電について盛んに研究されるようになってきている。

また、無線方式により送電アンテナから受電アンテナに電力を伝送する無線給電システムにおいて、受電アンテナの配置状態に係る情報を検出する検出部と、送電アンテナの複数の送電コイルを個別に駆動する複数の駆動部と、少なくとも受電アンテナの配置状態に係る情報に基づいて、駆動部を介して送電コイルに流れる電流を制御する制御部とを備える無線給電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個の送電回路と、このＮ個の送電回路を制御する制御手段とを備え、送電回路は、直列に接続されたキャパシタと送電コイルとからなる送電側ＬＣタンク回路と、この送電側ＬＣタンク回路に電力を供給する発振回路とを有し、Ｎ個の送電回路の送電コイルは、マトリクス状に配置され、制御手段は、Ｎ個の送電回路の送電コイルのうち少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が受電回路の受電コイルにおいて揃うように、Ｎ個の送電回路の各発振回路が発生する信号の位相を制御する非接触送電装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−２８３７８９号公報 特開２０１１−１９９９７５号公報

しかし、特許文献１では、受電アンテナの配置状態に関わる情報を得る具体的手段についての記載が不十分である。また、特許文献２では、少なくとも２個の送電コイルから到達する磁場の変化の位相が受電回路の受電コイルにおいて揃うようにする具体的な手法の記述が不十分である。

本発明の目的は、受電装置の位置及び／又は姿勢が変化しても受電装置に十分な送電を行うことができる送電装置及び送受電システムを提供することである。

送電装置は、強結合系の無線送電を行う複数の送電部と、前記複数の送電部が受電装置に異なるタイミングで送電したときに、前記受電装置がそれぞれ受電した複数の受電電力値及び前記受電装置の姿勢情報を前記受電装置から受信する通信部と、前記複数の送電部が送電した電力値及び前記受信した複数の受電電力値を基に複数の効率を演算し、前記複数の効率及び前記受信した姿勢情報を基に前記複数の送電部に関しての複数の等効率面を求め、前記複数の等効率面が交わる位置に前記受電装置が存在することを推定する制御部とを有する。

受電装置の位置及び／又は姿勢が変化しても受電装置に十分な送電を行うことができる。

図１は、送電装置及び受電装置を有する送受電システムの構成例を示す図である。 図２は、図１の高周波電源回路の構成例を示すブロック図である。 図３Ａは、受電装置のＬＣ共振器の位置及び姿勢と受電の可否の関係を示す図である。 図３Ｂは、受電装置のＬＣ共振器の位置及び姿勢と受電の可否の関係を示す図である。 図３Ｃは、受電装置のＬＣ共振器の位置及び姿勢と受電の可否の関係を示す図である。 図３Ｄは、受電装置のＬＣ共振器の位置及び姿勢と受電の可否の関係を示す図である。 図４Ａは、送電装置の２個のＬＣ共振器を用いた場合の受電の可否を示す図である。 図４Ｂは、送電装置の２個のＬＣ共振器を用いた場合の受電の可否を示す図である。 図５は、送電装置が２個のＬＣ共振器を有する送受電システムの構成例を示す図である。 図６は、図５の位相調整可能な高周波電源回路の構成例を示すブロック図である。 図７Ａは、受電装置のＬＣ共振器が送電装置のＬＣ共振器に対して１３５度の姿勢を有する例を示す図である。 図７Ｂは、図７Ａの状態における送受電効率を示す図である。 図８Ａは、受電装置のＬＣ共振器が送電装置のＬＣ共振器に対して４５度の姿勢を有する例を示す図である。 図８Ｂは、図８Ａの状態における送受電効率を示す図である。 図９Ａは、実施形態による受電装置の位置の推定方法を説明するための図である。 図９Ｂは、実施形態による受電装置の位置の推定方法を説明するための図である。 図１０Ａは、実施形態による受電装置の位置の推定方法を説明するための図である。 図１０Ｂは、実施形態による受電装置の位置の推定方法を説明するための図である。 図１１は、実施形態による受電装置の位置の推定方法を説明するための図である。 図１２は、実施形態による送受電システムの構成例を示す全体図である。 図１３は、本実施形態による送電装置の構成例を示す図である。 図１４は、本実施形態による受電装置の構成例を示す図である。 図１５は、本実施形態による送受電システムの処理例を示すフローチャートである。 図１６は、送電装置が複数の受電装置の位置を推定する例を示す図である。 図１７Ａは、ＬＣ共振器の構成例を示す回路図である。 図１７Ｂは、ＬＣ共振器の構成例を示す回路図である。 図１７Ｃは、ＬＣ共振器の構成例を示す回路図である。 図１７Ｄは、ＬＣ共振器の構成例を示す回路図である。 図１８は、送受電システムの処理手順の例を示すフローチャートである。 図１９Ａは、第１の送電用ＬＣ共振器及び第１の受電用ＬＣ共振器の共振状態がオンになっている状態を示す図である。 図１９Ｂは、第１の送電用ＬＣ共振器に対する第１の受電用ＬＣ共振器の等効率面を示す図である。 図２０は、送受電システムの処理手順の例を示すフローチャートである。 図２１Ａは、第１の送電用ＬＣ共振器及び第２の受電用ＬＣ共振器の共振状態がオンになっている状態を示す図である。 図２１Ｂは、第１の送電用ＬＣ共振器に対する第２の受電用ＬＣ共振器の等効率面を示す図である。 図２２は、送受電システムの処理手順の例を示すフローチャートである。 図２３Ａは、第２の送電用ＬＣ共振器及び第１の受電用ＬＣ共振器の共振状態がオンになっている状態を示す図である。 図２３Ｂは、第２の送電用ＬＣ共振器に対する第１の受電用ＬＣ共振器の等効率面を示す図である。 図２４は、送受電システムの処理手順の例を示すフローチャートである。 図２５Ａは、第２の送電用ＬＣ共振器及び第２の受電用ＬＣ共振器の共振状態がオンになっている状態を示す図である。 図２５Ｂは、第２の送電用ＬＣ共振器に対する第２の受電用ＬＣ共振器の等効率面を示す図である。 第１及び第２の受電装置の位置の推定方法を示す図である。

図１は、送電装置１１１及び受電装置１１２を有する送受電システムの構成例を示す図である。送電装置１１１は、高周波電源回路１０１、送電用コイル１０２及び送電用ＬＣ共振器１０４を有する。受電装置１１２は、受電用ＬＣ共振器１０６、受電用コイル１０８、整流回路１０９及びバッテリ１１０を有する。ＬＣ共振器１０４及び１０６は、コイル（インダクタ）及び容量の直列接続回路であり、その共振周波数は１／｛２×π×√（Ｌ×Ｃ）｝である。ここで、Ｌはインダクタンスであり、Ｃは容量値である。送電装置１１１は、受電装置１１２に対して無線送電を行うことができる。高周波電源回路１０１は、高周波数の電圧を送電用コイル１０２に印加する。すると、送電用コイル１０２には、磁界が発生し、電磁誘導１０３により、ＬＣ共振器１０４に電流が流れる。高周波数電源回路１０１により印加される電圧の周波数が１／｛２×π×√（Ｌ×Ｃ）｝の共振周波数であるので、ＬＣ共振器１０４は共振状態になる。ＬＣ共振器１０４には磁界が発生し、１／｛２×π×√（Ｌ×Ｃ）｝の共振周波数の磁界共鳴１０５により、ＬＣ共振器１０６に電流が流れ、ＬＣ共振器１０６は共振状態になる。すると、ＬＣ共振器１０６には磁界が発生し、電磁誘導１０７により、コイル１０８に電流が流れる。整流回路１０９は、コイル１０８に発生する電圧を整流し、その整流した電圧をバッテリ１１０に供給する。バッテリ１１０は、その供給された電圧により充電される。送電装置１１１は、磁界共鳴１０５により、受電装置１１２に対して無線送電し、受電装置１１２のバッテリ１１０を充電することができる。

ここで、コイル１０２は、電磁誘導１０３により、ＬＣ共振器１０４に無線送電する。次に、ＬＣ共振器１０４は、磁界共鳴１０５により、ＬＣ共振器１０６に無線送電する。次に、ＬＣ共振器１０６は、電磁誘導１０７により、コイル１０８に無線送電する。これにより、送電装置１１１は、受電装置１１２に対して、磁界共鳴１０５により無線送電することができる。

なお、送電装置１１１は、受電装置１１２に対して、磁界共鳴１０５に限定されず、強結合系の無線送電を行うことができる。強結合系の無線送電は、上記の磁界共鳴１０５の他、電磁誘導、電界誘導又は電界共鳴を含む。電磁誘導の場合には、例えば、ＬＣ共振器１０４及び１０６を削除すればよい。その場合、送電装置１１１のコイル１０２は、電磁誘導により、受電装置１１２のコイル１０８に無線送電することができる。また、電界誘導又は電界共鳴の場合には、アンテナ等を用いて、送電装置１１１から受電装置１１２に無線送信すればよい。以下、送電装置１１１が磁界共鳴１０５により受電装置１１２に無線送電する場合を例に説明する。

図２は、図１の高周波電源回路１０１の構成例を示すブロック図である。高周波電源回路１０１は、発振部２０１、アンプ部２０２及び整合部２０３を有する。発振部２０１は、例えば、水晶発振素子又は共振発振回路等であり、所望の周波数（例えば数ＭＨｚ）の電圧を発振により生成する。アンプ部２０２は、Ａ〜Ｃ級アンプ又はＤ〜Ｅ級アンプ等であり、発振部２０１により生成された電圧を、所望のゲインで増幅し、所望の強度（振幅）の電圧を、整合部２０３を介して出力する。整合部２０３は、例えば、インダクタ及び容量を有し、インピーダンス整合を行うための回路である。

図３Ａ〜図３Ｄは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置及び姿勢と受電の可否の関係を示す図である。送電装置１１１のＬＣ共振器１０４により、磁界３０１の分布が発生する。受電の可否は、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置及び姿勢と磁界３０１の向きとの関係が重要となる。

図３Ａでは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４の中央部であり、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の姿勢は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４に対して平行である。この場合、磁界３０１は、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に対して垂直方向に交差するので、受電効率が最大となり、受電可となる。

図３Ｂでは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４の右端部であり、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の姿勢は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４に対して垂直である。この場合、磁界３０１は、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に対してほぼ垂直方向に交差するので、受電可となる。

図３Ｃでは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４の中央部であり、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の姿勢は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４に対して垂直である。この場合、磁界３０１の向きは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に対して平行になるので、受電効率が最小となり、受電不可となる。

図３Ｄでは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４の右端部であり、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の姿勢は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４に対して４５度である。この場合、磁界３０１の向きは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に対してほぼ平行になるので、受電不可となる。

図４Ａ及び図４Ｂは、送電装置１１１の２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂを用いた場合の受電の可否を示す図である。２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂは、図１のＬＣ共振器１０４に対応し、１個の送電用コイル１０２の電磁誘導により送電されるものであってもよいし、２個の送電用コイル１０２の電磁誘導によりそれぞれ送電されるものであってもよい。また、ＬＣ共振器１０４ａは送電用コイル１０２の電磁誘導により送電され、ＬＣ共振器１０４ｂはＬＣ共振器１０４ａの磁界共振により送電されるものであってもよい。例えば、ＬＣ共振器１０４ｂは、ＬＣ共振器１０４ａに対して垂直方向に位置する。

送電装置１１１の２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂにより、合成された磁界３０１の分布が発生する。受電の可否は、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置及び姿勢と磁界３０１の向きとの関係が重要となる。

図４Ａでは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂの中央部であり、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の姿勢は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａに対して垂直である。この場合、合成された磁界３０１は、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に対して交差するので、受電可となる。すなわち、図３Ｃのように、１個のＬＣ共振器１０４では受電不可であっても、２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂを用いることにより、受電可になる。

図４Ｂでは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂの中央部であり、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の姿勢は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂに対して４５度である。この場合、合成された磁界３０１の向きは、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に対してほぼ平行になるので、受電不可となる。

図５は、送電装置１１１が２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂを有する送受電システムの構成例を示す図である。以下、図５が図１と異なる点を説明する。送電装置１１１は、２個の送電用コイル１０２ａ，１０２ｂ及び２個のＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂを有する。２個の送電用コイル１０２ａ，１０２ｂは図１の送電用コイル１０２に対応し、２個のＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂは図１のＬＣ共振器１０４に対応する。高周波電源回路１０１は、位相調整可能な電圧を生成し、第１の送電用コイル１０２ａ及び第２の送電用コイル１０２ｂに電圧を印加する。第１の送電用コイル１０２ａは、電磁誘導１０３ａにより、第１のＬＣ共振器１０４ａに送電する。第２の送電用コイル１０２ｂは、電磁誘導１０３ｂにより、第２のＬＣ共振器１０４ｂに送電する。第１のＬＣ共振器１０４ａは磁界共鳴１０５ａによりＬＣ共振器１０６に送電し、第２のＬＣ共振器１０４ｂは磁界共鳴１０５ｂによりＬＣ共振器１０６に送電する。受電装置１１２は、図１の受電装置１１２と同じである。

図６は、図５の位相調整可能な高周波電源回路１０１の構成例を示すブロック図である。高周波電源回路１０１は、複数の送電用コイル１０２ａ〜１０２ｃ等に電圧を印加することができる。発振部２０１は、所望の周波数の電圧を発振により生成する。位相調整部６０１ｂ及び６０１ｃは、それぞれ、発振部２０１により生成された電圧の位相を調整する。第１のアンプ部２０２ａは、発振部２０１により生成された電圧を、第１のゲインで増幅し、所望の強度（振幅）の電圧を、第１の整合部２０３ａを介して、第１の送電用コイル１０２ａに出力する。第２のアンプ部２０２ｂは、位相調整部６０１ｂにより位相調整された電圧を、第２のゲインで増幅し、所望の強度（振幅）の電圧を、第２の整合部２０３ｂを介して、第２の送電用コイル１０２ｂに出力する。第３のアンプ部２０２ｃは、位相調整部６０１ｃにより位相調整された電圧を、第３のゲインで増幅し、所望の強度（振幅）の電圧を、第３の整合部２０３ｃを介して、第３の送電用コイル１０２ｃに出力する。３個のアンプ部２０２ａ〜２０２ｃの入力電圧は、周波数が同じであり、位相調整部６０１ｂ及び６０１ｃにより位相が調整可能である。

図７Ａは受電装置１１２のＬＣ共振器１０６が送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂに対して１３５度の姿勢（向き）を有する例を示す図であり、図７Ｂは図７Ａの状態における送受電効率を示す図である。特性７０１は、ＬＣ共振器１０４ｂがなく１個のＬＣ共振器１０４ａを有する送電装置１１１の場合の特性、及びＬＣ共振器１０４ａがなく１個のＬＣ共振器１０４ｂを有する送電装置１１１の場合の特性を示す。特性７０２は、２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂを有する送電装置１１１の場合の特性を示す。横軸は、位相調整部６０１ｂにより調整された位相、すなわちＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂの磁界の位相差を示す。縦軸は、送受電効率を示す。特性７０１では、送電装置１１１が１個のＬＣ共振器１０４ａ又は１０４ｂを有するので、位相に関係なく、送受電効率は一定である。これに対し、特性７０２では、送電装置１１１が２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂを有するので、０度の位相で送受電効率が最大になり、１８０度の位相で送受電効率が最小になる。位相調整部６０１ｂが位相を調整することにより、特性７０２は、特性７０１よりも送受電効率がよくなる。

図８Ａは受電装置１１２のＬＣ共振器１０６が送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂに対して４５度の姿勢（向き）を有する例を示す図であり、図８Ｂは図８Ａの状態における送受電効率を示す図である。特性８０１は、ＬＣ共振器１０４ｂがなく１個のＬＣ共振器１０４ａを有する送電装置１１１の場合の特性、及びＬＣ共振器１０４ａがなく１個のＬＣ共振器１０４ｂを有する送電装置１１１の場合の特性を示す。特性８０２は、２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂを有する送電装置１１１の場合の特性を示す。横軸は、位相調整部６０１ｂにより調整された位相、すなわちＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂの磁界の位相差を示す。縦軸は、送受電効率を示す。特性８０１では、送電装置１１１が１個のＬＣ共振器１０４ａ又は１０４ｂを有するので、位相に関係なく、送受電効率は一定である。これに対し、特性８０２では、送電装置１１１が２個のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂを有するので、１８０度の位相で送受電効率が最大になり、０度の位相で送受電効率が最小になる。位相調整部６０１ｂが位相を調整することにより、特性８０２は、特性８０１よりも送受電効率がよくなる。

また、図７Ｂと図８Ｂとでは、送受電効率が最大となる位相が異なる。すなわち、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６の位置及び姿勢により、送受電効率が最大となる位相が異なる。位相調整部６０１ｂは、受電装置１１２の位置及び姿勢に応じて、位相を制御することにより、最大の送受信効率の送電を行うことができる。

また、上記の位相の他、図６のアンプ部２０２ａ〜２０２ｃ等のゲインによる電圧の強度を変えても、図４Ａ及び図４Ｂの磁界３０１の分布が変わる。したがって、送電装置１１１は、受電装置１１２の位置及び姿勢に応じて、位相調整部６０１ｂ，６０１ｃ等の位相及びアンプ部２０２ａ〜２０２ｃ等の強度を制御することにより、最大の送受電効率の送電を行うことができる。しかし、そのためには、受電装置１１２の位置及び姿勢情報が必要である。以下、受電装置１１２の位置及び姿勢情報の取得方法を説明する。

図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１は、実施形態による受電装置１１２の位置の推定方法を説明するための図である。まず、図９Ａに示すように、送電装置１１１は、ＬＣ共振器１０４ａの磁界３０１のみを発生させる。受電装置１１２のＬＣ共振器１０６には、磁界共振により電流が流れ、受電装置１１２は受電する。次に、受電装置１１２は、受電した電力を測定し、その受電電力値及び受電装置１１２の姿勢情報を送電装置１１１に送信する。次に、送電装置１１１は、上記の受電装置１１２に送電した電力値を測定し、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。次に、送電装置１１１は、上記の効率及び姿勢情報を基に、図９Ｂに示す第１の等効率面９０１を求める。第１の等効率面９０１は、上記の演算した効率と同じ効率が得られる面である。したがって、受電装置１１２は、第１の等効率面９０１上のいずれかの位置に存在することが推定できる。例えば、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａに対して平行方向に位置するので、ＬＣ共振器１０４ａの中央部では効率が高い。そのために、第１の等効率面９０１は、ＬＣ共振器１０４ａの中央部ではＬＣ共振器１０４ａから遠くなる。

次に、図１０Ａに示すように、送電装置１１１は、ＬＣ共振器１０４ｂの磁界３０１のみを発生させる。受電装置１１２のＬＣ共振器１０６には、磁界共振により電流が流れ、受電装置１１２は受電する。次に、受電装置１１２は、受電した電力を測定し、その受電電力値及び受電装置１１２の姿勢情報を送電装置１１１に送信する。次に、送電装置１１１は、上記の受電装置１１２に送電した電力値を測定し、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。次に、送電装置１１１は、上記の効率及び姿勢情報を基に、図１０Ｂに示す第２の等効率面９０２を求める。第２の等効率面９０２は、上記の演算した効率と同じ効率が得られる面である。したがって、受電装置１１２は、第２の等効率面９０２上のいずれかの位置に存在することが推定できる。例えば、受電装置１１２のＬＣ共振器１０６は、送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ｂに対して垂直方向に位置するので、ＬＣ共振器１０４ｂの中央部では効率が低い。そのために、第２の等効率面９０２は、ＬＣ共振器１０４ｂの中央部ではＬＣ共振器１０４ｂに近くなる。

次に、図１１に示すように、送電装置１１１は、図９Ｂの第１の等効率面９０１及び図１０Ｂの第２の等効率面９０２が交わる位置に受電装置１１２のＬＣ共振器１０６が存在すると推定する。以上により、送電装置１１１は、受電装置１１２の位置を推定することができる。その後、送電装置１１１の複数のＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂは、上記の推定された受電装置１１２の位置及び上記の受信した受電装置１１２の姿勢情報に応じて制御された強度及び位相により、受電装置１１２に同じタイミングで送電する。これにより、最大の送受電効率の送電を行うことができる。

図１２は、実施形態による送受電システムの構成例を示す全体図である。送電装置１１１は、ＸＹＺ軸の３次元方向に配置された３個のＬＣ共振器１０４ａ〜１０４ｃを有する。ＬＣ共振器１０４ａはＸＹ面のＬＣ共振器であり、ＬＣ共振器１０４ｂはＹＺ面のＬＣ共振器であり、ＬＣ共振器１０４ｃはＺＸ面のＬＣ共振器である。受電装置１１２は、例えば携帯端末であり、ＬＣ共振器１０６を有する。

図１３は、本実施形態による送電装置１１１の構成例を示す図である。発振部２０１は、所望の周波数の電圧を発振により生成する。位相調整部６０１ｂは、制御部１３０１から位相θｂを入力し、発振部２０１により生成された電圧に対して位相θｂ遅延した電圧を出力する。位相調整部６０１ｃは、制御部１３０１から位相θｃを入力し、発振部２０１により生成された電圧に対して位相θｃ遅延した電圧を出力する。

第１のアンプ部２０２ａは、制御部１３０１から強度（振幅）Ａを入力し、発振部２０１により生成された電圧を、第１のゲインＡで増幅し、強度Ａの電圧を、第１の整合部２０３ａを介して、ＸＹ面の送電用コイル１０２ａに出力する。ＸＹ面の送電用コイル１０２ａは、Ａ×ｓｉｎ（ωｔ）の電圧を入力し、電磁誘導によりＬＣ共振器１０４ａに送電する。ＬＣ共振器１０４ａは、磁界共鳴により受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に送電する。

第２のアンプ部２０２ｂは、制御部１３０１から強度Ｂを入力し、位相調整部６０１ｂにより遅延させられた電圧を、第２のゲインＢで増幅し、強度Ｂの電圧を、第２の整合部２０３ｂを介して、ＹＺ面の送電用コイル１０２ｂに出力する。ＹＺ面の送電用コイル１０２ｂは、Ｂ×ｓｉｎ（ωｔ＋θｂ）の電圧を入力し、電磁誘導によりＬＣ共振器１０４ｂに送電する。ＬＣ共振器１０４ｂは、磁界共鳴により受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に送電する。

第３のアンプ部２０２ｃは、制御部１３０１から強度Ｃを入力し、位相調整部６０１ｃにより遅延させられた電圧を、第３のゲインＣで増幅し、強度Ｃの電圧を、第３の整合部２０３ｃを介して、ＺＸ面の送電用コイル１０２ｃに出力する。ＺＸ面の送電用コイル１０２ｃは、Ｃ×ｓｉｎ（ωｔ＋θｃ）の電圧を入力し、電磁誘導によりＬＣ共振器１０４ｃに送電する。ＬＣ共振器１０４ｃは、磁界共鳴により受電装置１１２のＬＣ共振器１０６に送電する。

３個の送電用コイル１０２ａ〜１０２ｃの入力電圧は、周波数が同じであり、強度Ａ〜Ｃ及び位相θｂ，θｃが調整可能である。

制御部１３０１は、第１の整合部２０３ａの出力電力をモニタすることにより第１の送電部（送電用コイル及びＬＣ共振器）１０２ａ，１０４ａの送電電力値を取得し、第２の整合部２０３ｂの出力電力をモニタすることにより第２の送電部（送電用コイル及びＬＣ共振器）１０２ｂ，１０４ｂの送電電力値を取得し、第３の整合部２０３ｃの出力電力をモニタすることにより第３の送電部（送電用コイル及びＬＣ共振器）１０２ｃ，１０４ｃの送電電力値を取得することができる。

通信部１３０２は、受電電力値及び姿勢情報を受電装置１１２から無線受信する。制御部１３０１は、その受信した受電電力値及び上記の送電電力値を基に効率を演算し、その効率及び姿勢情報を基に、図９Ｂの第１の等効率面９０１及び図１０Ｂの第２の等効率面９０２を求める。次に、制御部１３０１は、等効率面９０１及び９０２が交わる位置に受電装置１１２が存在すると推定し、その受電装置１１２の位置及び姿勢情報を基に、強度Ａ〜Ｃ及び位相θｂ，θｃを制御する。

図１４は、本実施形態による受電装置１１２の構成例を示す図である。ＬＣ共振器１０６は、図１３の送電装置１１１のＬＣ共振器１０４ａ〜１０４ｃから磁界共鳴により受電し、電磁誘導により受電用コイル１０８に送電する。受電用コイル１０８には電流が流れ、電圧が発生する。整流回路及びＤＣ−ＤＣコンバータ１４０４は、受電用コイル１０８により発生した電圧を整流し、整流した直流電圧のレベル変換を行い、バッテリ１４０５に直流電圧を供給する。バッテリ１４０５は、その直流電圧により充電される。送電装置１１１は、送電により、受電装置１１２のバッテリ１４０５を充電することができる。

制御部１４０２は、受電用コイル１０８に発生した受電電力値をモニタする。また、３軸加速度センサ１４０１は、受電装置１１２の姿勢情報を検出し、制御部１４０２に出力する。制御部１４０２は、その受電電力値及び姿勢情報の送信を通信部１４０３に指示し、通信部１４０３は、その受電電力値及び姿勢情報を図１３の送電装置１１１に無線送信する。

図１５は、本実施形態による送受電システムの処理例を示すフローチャートである。ステップＳ１５０１は、ＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａの処理であり、ステップＳ１５１１〜Ｓ１５１６を有する。ステップＳ１５０２は、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂの処理であり、ステップＳ１５１１〜Ｓ１５１６と同様のステップを有する。ステップＳ１５０３は、ＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃの処理であり、ステップＳ１５１１〜Ｓ１５１６と同様のステップを有する。

まず、ステップＳ１５０１のＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａの処理を行う。ステップＳ１５１１では、送電装置１１１は、制御部１３０１の制御により、ＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａのみを用いて所定の強度でテスト送電を行う。次に、ステップＳ１５１２では、送電装置１１１は、制御部１３０１により、第１の整合部２０３ａの出力電力をモニタし、送電電力値を求める。

ステップＳ１５１５では、受電装置１１２は、ＬＣ共振器１０６及び受電用コイル１０８により、送電装置１１１から受電する。次に、受電装置１１２は、制御部１４０２により、受電用コイル１０８が受電した受電電力をモニタし、受電電力値を求める。

次に、ステップＳ１５１６では、受電装置１１２は、３軸加速度センサ１４０１により、受電装置１１２の姿勢情報を検出する。次に、受電装置１１２は、制御部１４０２及び通信部１４０３により、上記の受電電力値及び姿勢情報を送電装置１１１に送信する。

次に、ステップＳ１５１３では、送電装置１１１は、通信部１３０２により、受電装置１１２から受電電力値及び姿勢情報を受信する。次に、送電装置１１１は、制御部１３０１により、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。次に、送電装置１１１は、制御部１３０１により、テーブルを用いて、上記の効率及び受信した姿勢情報を基に、図９Ｂのような第１の等効率面９０１を推定する。

次に、ステップＳ１５０２のＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂの処理を行う。ステップＳ１５０２は、上記のステップＳ１５１１〜Ｓ１５１６と同様の処理を有する。以下、ステップＳ１５０２内のステップＳ１５１１〜Ｓ１５１６の処理を説明する。

ステップＳ１５１１では、送電装置１１１は、制御部１３０１の制御により、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂのみを用いて所定の強度でテスト送電を行う。次に、ステップＳ１５１２では、送電装置１１１は、制御部１３０１により、第２の整合部２０３ｂの出力電力をモニタし、送電電力値を求める。

ステップＳ１５１５では、受電装置１１２は、ＬＣ共振器１０６及び受電用コイル１０８により、送電装置１１１から受電する。次に、受電装置１１２は、制御部１４０２により、受電用コイル１０８が受電した受電電力をモニタし、受電電力値を求める。

次に、ステップＳ１５１６では、受電装置１１２は、３軸加速度センサ１４０１により、受電装置１１２の姿勢情報を検出する。次に、受電装置１１２は、制御部１４０２及び通信部１４０３により、上記の受電電力値及び姿勢情報を送電装置１１１に送信する。

次に、ステップＳ１５１３では、送電装置１１１は、通信部１３０２により、受電装置１１２から受電電力値及び姿勢情報を受信する。次に、送電装置１１１は、制御部１３０１により、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。次に、送電装置１１１は、制御部１３０１により、テーブルを用いて、上記の効率及び受信した姿勢情報を基に、図１０Ｂのような第２の等効率面９０２を推定する。

次に、ステップＳ１５０３のＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃの処理を行う。ステップＳ１５０３は、上記のステップＳ１５１１〜Ｓ１５１６と同様の処理を有する。以下、ステップＳ１５０３内のステップＳ１５１１〜Ｓ１５１６の処理を説明する。

ステップＳ１５１１では、送電装置１１１は、制御部１３０１の制御により、ＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃのみを用いて所定の強度でテスト送電を行う。次に、ステップＳ１５１２では、送電装置１１１は、制御部１３０１により、第３の整合部２０３ｃの出力電力をモニタし、送電電力値を求める。

ステップＳ１５１５では、受電装置１１２は、ＬＣ共振器１０６及び受電用コイル１０８により、送電装置１１１から受電する。次に、受電装置１１２は、制御部１４０２により、受電用コイル１０８が受電した受電電力をモニタし、受電電力値を求める。

次に、ステップＳ１５１６では、受電装置１１２は、３軸加速度センサ１４０１により、受電装置１１２の姿勢情報を検出する。次に、受電装置１１２は、制御部１４０２及び通信部１４０３により、上記の受電電力値及び姿勢情報を送電装置１１１に送信する。

次に、ステップＳ１５１３では、送電装置１１１は、通信部１３０２により、受電装置１１２から受電電力値及び姿勢情報を受信する。次に、送電装置１１１は、制御部１３０１により、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。次に、送電装置１１１は、制御部１３０１により、テーブルを用いて、上記の効率及び受信した姿勢情報を基に、第３の等効率面を推定する。

次に、ステップＳ１５２１では、送電装置１１１は、制御部１３０１により、上記の第１〜第３の等効率面が交わる位置に受電装置１１２が存在することを推定する。次に、送電装置１１１は、制御部１３０１により、推定した受電装置１１２の位置及び受信した姿勢情報を基に、ステップＳ１５２２でアンプ部２０２ａ〜２０２ｃの設定を行い、ステップＳ１５２３で位相調整部６０１ｂ，６０１ｃの設定を行い、ステップＳ１５２４で整合部２０３ａ〜２０３ｃの設定を行う。

ステップＳ１５２２では、制御部１３０１は、推定した受電装置１１２の位置及び受信した姿勢情報を基に、第１のアンプ部２０２ａに強度Ａを設定し、第２のアンプ部２０２ｂに強度Ｂを設定し、第３のアンプ部２０２ｃに強度Ｃを設定する。強度Ａ〜Ｃを設定することにより、合成磁界の分布を制御し、最大の送受電効率の送電が可能になる。

ステップＳ１５２３では、制御部１３０１は、推定した受電装置１１２の位置及び受信した姿勢情報を基に、位相調整部６０１ｂに位相θｂを設定し、位相調整部６０１ｃに位相θｃを設定する。位相θｂ及びθｃを設定することにより、合成磁界の分布を制御し、最大の送受電効率の送電が可能になる。

ステップＳ１５２４では、制御部１３０１は、推定した受電装置１１２の位置及び受信した姿勢情報を基に、第１の整合部２０３ａの整合条件を設定し、第２の整合部２０３ｂの整合条件を設定し、第３の整合部２０３ｃの整合条件を設定する。送電装置１１１の出力インピーダンスは、受電装置１１２の位置及び姿勢情報に応じて変化する。整合部２０３ａ〜２０３ｃは、例えばインダクタ及び容量を有し、出力インピーダンスの整合をとるための整合回路である。したがって、制御部１３０１は、推定した受電装置１１２の位置及び受信した姿勢情報を基に、整合部２０３ａ〜２０３ｃ内のインダクタ又は容量の値を制御することにより、出力インピーダンスの整合をとり、最大の送受電効率の送電が可能になる。

具体的には、ステップＳ１５２２及びＳ１５２３では、制御部１３０１は、受電装置１１２の位置及び姿勢情報に対応する強度及び位相を記憶するテーブルを基に、複数の送電部が送電する強度Ａ〜Ｃ及び位相θｂ，θｃを制御する。また、ステップＳ１５２４では、制御部１３０１は、受電装置１１２の位置及び姿勢情報に対応する整合条件を記憶するテーブルを基に、複数の送電部の整合部２０３ａ〜２０３ｃの整合条件を制御する。上記のテーブルは、事前に計算又は実測をすることにより生成しておく。

次に、ステップＳ１５２５では、ＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａ、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂ及びＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃは、推定された受電装置１１２の位置及び受信した姿勢情報に応じて制御された強度Ａ〜Ｃ及び位相θｂ，θｃにより受電装置１１２に同じタイミングで送電する。これにより、送電装置１１１は、最大の送受電効率で受電装置１１２に送電し、受電装置１１２のバッテリ１４０５を受電することができる。

なお、送電装置１１１は、受電装置１１２に対して、磁界共鳴に限定されず、強結合系の無線送電を行うことができる。強結合系の無線送電は、上記の磁界共鳴の他、電磁誘導、電界誘導又は電界共鳴を含む。電磁誘導の場合には、例えば、ＬＣ共振器１０４ａ〜１０４ｃ及び１０６を削除すればよい。送電装置１１１のコイル１０２ａ〜１０２ｃは、電磁誘導により、受電装置１１２のコイル１０８に無線送電することができる。また、電界誘導又は電界共鳴の場合には、アンテナ等を用いて、送電装置１１１から受電装置１１２に無線送信すればよい。

以上のように、ＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａ、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂ及びＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃは、強結合系の無線送電を行う。強結合系の無線送電は、電磁誘導、磁界共鳴、電界誘導又は電界共鳴による無線送電を含む。通信部１３０２は、ＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａ、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂ及びＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃが受電装置１１２に異なるタイミングで送電したときに、受電装置１１２がそれぞれ受電した３個の受電電力値及び受電装置１１２の姿勢情報を受電装置１１２から受信する。制御部１３０１は、ＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａ、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂ及びＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃが送電した電力値及び受信した３個の受電電力値を基に３個の効率を演算し、３個の効率及び受信した姿勢情報を基にＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａ、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂ及びＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃに関しての３個の等効率面を求め、３個の等効率面が交わる位置に受電装置１１２が存在することを推定する。その後、ＸＹ面の送電部１０２ａ，１０４ａ、ＹＺ面の送電部１０２ｂ，１０４ｂ及びＺＸ面の送電部１０２ｃ，１０４ｃは、推定された受電装置１１２の位置及び受信した姿勢情報に応じて制御された強度Ａ〜Ｃ及び位相θｂ，θｃにより受電装置１１２に同じタイミングで送電する。

本実施形態により、送電装置１１１は、受電装置１１２の位置を推定し、受電装置１１２の姿勢情報を受信することにより、受電装置の位置及び／又は姿勢が変化しても受電装置に十分な送電を行うことができる。

図１６は、送電装置１１１が複数の受電装置１１２の位置を推定する例を示す図である。以下、送受電システムが１個の送電装置１１１及び２個の受電装置１１２を有する場合を例に説明する。２個の受電装置１１２は、各々が図１４の受電装置１１２と同様の構成を有し、第１の受電装置１１２及び第２の受電装置１１２として表す。以下、第１の受電装置１１２の受電用ＬＣ共振器１０６を第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａとして表し、第２の受電装置１１２の受電用ＬＣ共振器１０６を第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂとして表す。送電装置１１１は、上記と同様に、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂを有する。

図１７Ａ〜図１７Ｄは、図１６の第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂ、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａ及び第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの構成例を示す回路図である。ＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂは、図１７Ａ〜図１７Ｄのうちのいずれの構成でもよく、共振状態をオン／オフするためのスイッチＳＷを有する。

図１７Ａでは、ＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は、コイルＬ及び容量Ｃの直列接続回路において、スイッチＳＷはコイルＬ及び容量Ｃの間に接続される。スイッチＳＷをオンすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は共振状態がオンになり、スイッチＳＷをオフすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は共振状態がオフになる。

図１７Ｂでは、ＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は、コイルＬ及び容量Ｃの直列接続回路において、スイッチＳＷは容量Ｃに対して並列に接続される。スイッチＳＷをオフすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は共振状態がオンになり、スイッチＳＷをオンすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は共振状態がオフになる。

図１７Ｃでは、ＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は、コイルＬ及び容量Ｃの直列接続回路において、スイッチＳＷ及び抵抗Ｒの直列接続回路は容量Ｃに対して並列に接続される。スイッチＳＷをオフすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は所定の共振周波数での共振状態がオンになり、スイッチＳＷをオンすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は所定の共振周波数での共振状態がオフになる。

図１７Ｄでは、ＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は、コイルＬ及び容量Ｃの直列接続回路において、スイッチＳＷ及び容量Ｃ１の直列接続回路は容量Ｃに対して並列に接続される。スイッチＳＷをオフすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は所定の共振周波数での共振状態がオンになり、スイッチＳＷをオンすることによりＬＣ共振器１０４ａ，１０４ｂ，１０６ａ及び１０６ｂの各々は所定の共振周波数での共振状態がオフになる。

図１８、図２０、図２２及び図２４は、送受電システムの処理手順の例を示すフローチャートである。以下、図１８、図２０、図２２及び図２４のフローチャートを参照しながら、送受電システムの処理手順を説明する。

まず、送受電システムは、図１８のフローチャートの処理を行う。送電装置１１１はステップＳ１８０１〜Ｓ１８０７の処理を行い、第１の受電装置１１２はステップＳ１８１１及びＳ１８１２の処理を行う。ここで、初期化処理により、送電装置１１１は、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂのスイッチＳＷを制御し、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂの共振状態をオフにする。同様に、第１の受電装置１１２は、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａのスイッチＳＷを制御し、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態をオフにする。同様に、第２の受電装置１１２は、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態をオフにする。

まず、ステップＳ１８０１では、送電装置１１１は、第１の受電装置１１２に対して、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態のオンを指示し、姿勢情報を要求するための情報を送信する。その後、ステップＳ１８０２及びＳ１８１１に進む。

ステップＳ１８１１では、第１の受電装置１１２は、送電装置１１１から上記の情報を受信する。すると、第１の受電装置１１２は、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａのスイッチＳＷを制御し、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態をオンにする。そして、第１の受電装置１１２は、上記と同様に、第１の受電装置１１２の姿勢情報を送電装置１１１に送信する。その後、ステップＳ１８０３に進む。

ステップＳ１８０２では、送電装置１１１は、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａのスイッチＳＷを制御し、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａの共振状態をオンにする。これにより、図１９Ａに示すように、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態がオンになり、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂ及び第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態がオフになる。この状態により、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａから第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａへの送電が可能になる。

次に、ステップＳ１８０３では、送電装置１１１は、第１の受電装置１１２の姿勢情報を、第１の受電装置１１２から受信する。

次に、ステップＳ１８０４では、送電装置１１１の第１のアンプ部２０２ａは、図９Ａと同様に、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａから送電を行う。すると、第１の受電装置１１２の第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａには、磁界共振により電流が流れ、第１の受電装置１１２は受電する。その後、ステップＳ１８０５及びＳ１８１２に進む。

ステップＳ１８１２では、第１の受電装置１１２は、受電した電力を測定し、その受電電力値を送電装置１１１に送信する。その後、ステップＳ１８０６に進む。

ステップＳ１８０５では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の第１のアンプ部２０２ａが第１の受電装置１１２に送電した電力値を測定する。

次に、ステップＳ１８０６では、送電装置１１１は、上記と同様に、第１の受電装置１１２の受電電力値を第１の受電装置１１２から受信し、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。

次に、ステップＳ１８０７では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の効率及び姿勢情報を基に、図１９Ｂに示す第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａに対する第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの等効率面１９０１を取得する。等効率面１９０１は、メモリに記憶されたテーブルを基に取得してもよいし、演算式の演算により取得してもよい。第１の受電装置１１２の第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａは、等効率面１９０１上のいずれかの位置に存在することが推定できる。

次に、送受電システムは、図２０のフローチャートの処理を行う。送電装置１１１はステップＳ２００１〜Ｓ２００７の処理を行い、第２の受電装置１１２はステップＳ２０１１及びＳ２０１２の処理を行う。ここで、初期化処理により、送電装置１１１は、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂのスイッチＳＷを制御し、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂの共振状態をオフにする。同様に、第１の受電装置１１２は、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａのスイッチＳＷを制御し、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態をオフにする。同様に、第２の受電装置１１２は、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態をオフにする。

まず、ステップＳ２００１では、送電装置１１１は、第２の受電装置１１２に対して、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態のオンを指示し、姿勢情報を要求するための情報を送信する。その後、ステップＳ２００２及びＳ２０１１に進む。

ステップＳ２０１１では、第２の受電装置１１２は、送電装置１１１から上記の情報を受信する。すると、第２の受電装置１１２は、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態をオンにする。そして、第２の受電装置１１２は、上記と同様に、第２の受電装置１１２の姿勢情報を送電装置１１１に送信する。その後、ステップＳ２００３に進む。

ステップＳ２００２では、送電装置１１１は、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａのスイッチＳＷを制御し、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａの共振状態をオンにする。これにより、図２１Ａに示すように、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態がオンになり、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂ及び第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態がオフになる。この状態により、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａから第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂへの送電が可能になる。

次に、ステップＳ２００３では、送電装置１１１は、第２の受電装置１１２の姿勢情報を、第２の受電装置１１２から受信する。

次に、ステップＳ２００４では、送電装置１１１の第１のアンプ部２０２ａは、上記と同様に、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａから送電を行う。すると、第２の受電装置１１２の第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂには、磁界共振により電流が流れ、第２の受電装置１１２は受電する。その後、ステップＳ２００５及びＳ２０１２に進む。

ステップＳ２０１２では、第２の受電装置１１２は、受電した電力を測定し、その受電電力値を送電装置１１１に送信する。その後、ステップＳ２００６に進む。

ステップＳ２００５では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の第１のアンプ部２０２ａが第２の受電装置１１２に送電した電力値を測定する。

次に、ステップＳ２００６では、送電装置１１１は、上記と同様に、第２の受電装置１１２の受電電力値を第２の受電装置１１２から受信し、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。

次に、ステップＳ２００７では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の効率及び姿勢情報を基に、図２１Ｂに示す第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａに対する第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの等効率面１９０２を取得する。等効率面１９０２は、メモリに記憶されたテーブルを基に取得してもよいし、演算式の演算により取得してもよい。第２の受電装置１１２の第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂは、等効率面１９０２上のいずれかの位置に存在することが推定できる。

次に、送受電システムは、図２２のフローチャートの処理を行う。送電装置１１１はステップＳ２２０１〜Ｓ２２０７の処理を行い、第１の受電装置１１２はステップＳ２２１１及びＳ２２１２の処理を行う。ここで、初期化処理により、送電装置１１１は、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂのスイッチＳＷを制御し、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂの共振状態をオフにする。同様に、第１の受電装置１１２は、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａのスイッチＳＷを制御し、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態をオフにする。同様に、第２の受電装置１１２は、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態をオフにする。

まず、ステップＳ２２０１では、送電装置１１１は、第１の受電装置１１２に対して、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態のオンを指示するための情報を送信する。その後、ステップＳ２２０２及びＳ２２１１に進む。

ステップＳ２２１１では、第１の受電装置１１２は、送電装置１１１から上記の情報を受信する。すると、第１の受電装置１１２は、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａのスイッチＳＷを制御し、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態をオンにする。

ステップＳ２２０２では、送電装置１１１は、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂの共振状態をオンにする。これにより、図２３Ａに示すように、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂ及び第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態がオンになり、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態がオフになる。この状態により、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂから第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａへの送電が可能になる。

次に、ステップＳ２２０３では、送電装置１１１の第２のアンプ部２０２ｂは、上記と同様に、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂから送電を行う。すると、第１の受電装置１１２の第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａには、磁界共振により電流が流れ、第１の受電装置１１２は受電する。その後、ステップＳ２２０４及びＳ２２１２に進む。

ステップＳ２２１２では、第１の受電装置１１２は、受電した電力を測定し、その受電電力値を送電装置１１１に送信する。その後、ステップＳ２２０５に進む。

ステップＳ２２０４では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の第２のアンプ部２０２ｂが第１の受電装置１１２に送電した電力値を測定する。

次に、ステップＳ２２０５では、送電装置１１１は、上記と同様に、第１の受電装置１１２の受電電力値を第１の受電装置１１２から受信し、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。

次に、ステップＳ２２０６では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の効率及び姿勢情報を基に、図２３Ｂに示す第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂに対する第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの等効率面２３０１を取得する。等効率面２３０１は、メモリに記憶されたテーブルを基に取得してもよいし、演算式の演算により取得してもよい。第１の受電装置１１２の第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａは、等効率面２３０１上のいずれかの位置に存在することが推定できる。

次に、ステップＳ２２０７では、送電装置１１１は、図２６に示すように、図１９Ｂの等効率面１９０１及び図２３Ｂの等効率面２３０１が交わる位置に第１の受電装置１１２の第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａが存在すると推定する。以上により、送電装置１１１は、第１の受電装置１１２の位置を特定することができる。

次に、送受電システムは、図２４のフローチャートの処理を行う。送電装置１１１はステップＳ２４０１〜Ｓ２４０７の処理を行い、第２の受電装置１１２はステップＳ２４１１及びＳ２４１２の処理を行う。ここで、初期化処理により、送電装置１１１は、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂのスイッチＳＷを制御し、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂの共振状態をオフにする。同様に、第１の受電装置１１２は、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａのスイッチＳＷを制御し、第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態をオフにする。同様に、第２の受電装置１１２は、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態をオフにする。

まず、ステップＳ２４０１では、送電装置１１１は、第２の受電装置１１２に対して、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態のオンを指示するための情報を送信する。その後、ステップＳ２４０２及びＳ２４１１に進む。

ステップＳ２４１１では、第２の受電装置１１２は、送電装置１１１から上記の情報を受信する。すると、第２の受電装置１１２は、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態をオンにする。

ステップＳ２４０２では、送電装置１１１は、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂのスイッチＳＷを制御し、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂの共振状態をオンにする。これにより、図２５Ａに示すように、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂ及び第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの共振状態がオンになり、第１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び第１の受電用ＬＣ共振器１０６ａの共振状態がオフになる。この状態により、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂから第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂへの送電が可能になる。

次に、ステップＳ２４０３では、送電装置１１１の第２のアンプ部２０２ｂは、上記と同様に、第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂから送電を行う。すると、第２の受電装置１１２の第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂには、磁界共振により電流が流れ、第２の受電装置１１２は受電する。その後、ステップＳ２４０４及びＳ２４１２に進む。

ステップＳ２４１２では、第２の受電装置１１２は、受電した電力を測定し、その受電電力値を送電装置１１１に送信する。その後、ステップＳ２４０５に進む。

ステップＳ２４０４では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の第２のアンプ部２０２ｂが第２の受電装置１１２に送電した電力値を測定する。

次に、ステップＳ２４０５では、送電装置１１１は、上記と同様に、第２の受電装置１１２の受電電力値を第２の受電装置１１２から受信し、受電電力値／送電電力値＝効率を演算する。

次に、ステップＳ２４０６では、送電装置１１１は、上記と同様に、上記の効率及び姿勢情報を基に、図２５Ｂに示す第２の送電用ＬＣ共振器１０４ｂに対する第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂの等効率面２３０２を取得する。等効率面２３０２は、メモリに記憶されたテーブルを基に取得してもよいし、演算式の演算により取得してもよい。第２の受電装置１１２の第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂは、等効率面２３０２上のいずれかの位置に存在することが推定できる。

次に、ステップＳ２４０７では、送電装置１１１は、図２６に示すように、図２１Ｂの等効率面１９０２及び図２５Ｂの等効率面２３０２が交わる位置に第２の受電装置１１２の第２の受電用ＬＣ共振器１０６ｂが存在すると推定する。以上により、送電装置１１１は、第２の受電装置１１２の位置を特定することができる。

その後、送電装置１１１の送電用ＬＣ共振器１０４ａ及び１０４ｂは、上記の推定された第１及び第２の受電装置１１２の位置及び第１及び第２の受電装置１１２の姿勢情報に応じて制御された強度及び位相により、第１及び第２の受電装置１１２に送電する。これにより、送電装置１１１は、第１及び第２の受電装置１１２に対して、最大の送受電効率の送電を行うことができる。

以上のように、送電装置１１１の通信部１３０２は、複数の送電部が複数の受電装置１１２の各々にそれぞれ異なるタイミングで送電したときに、複数の受電装置１１２の各々がそれぞれ受電した複数の受電電力値及び複数の受電装置１１２の姿勢情報を複数の受電装置１１２から受信する。送電装置１１１の制御部１３０１は、複数の受電装置１１２の各々について複数の等効率面１９０１，１９０２，２３０１，２３０２を求め、複数の等効率面１９０１，１９０２，２３０１，２３０２が交わる位置に複数の受電装置１１２の各々が存在することを推定する。

本実施形態によれば、送電装置１１１は、複数の受電装置１１２の各々の位置を推定し、複数の受電装置１１２の各々に対して、適切な強度及び位相により送電する。これにより、送電装置１１１は、複数の受電装置１１２に対して、最大の送受電効率の送電を行うことができる。なお、上記では、２個の受電装置１１２の場合を例に説明したが、３個以上の受電装置１１２にも同様にして適用することができる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

受電装置の位置及び／又は姿勢が変化しても受電装置に十分な送電を行うことができる。

Claims (10)

1. 強結合系の無線送電を行う複数の送電部と、
   前記複数の送電部が受電装置に異なるタイミングで送電したときに、前記受電装置がそれぞれ受電した複数の受電電力値及び前記受電装置の姿勢情報を前記受電装置から受信する通信部と、
   前記複数の送電部が送電した電力値及び前記受信した複数の受電電力値を基に複数の効率を演算し、前記複数の効率及び前記受信した姿勢情報を基に前記複数の送電部に関しての複数の等効率面を求め、前記複数の等効率面が交わる位置に前記受電装置が存在することを推定する制御部と
   を有することを特徴とする送電装置。
2. 前記複数の送電部は、前記推定された受電装置の位置及び前記受信した姿勢情報に応じて制御された強度及び位相により前記受電装置に同じタイミングで送電することを特徴とする請求項１記載の送電装置。
3. 前記制御部は、前記受電装置の位置及び前記姿勢情報に対応する前記強度及び位相を記憶するテーブルを基に、前記複数の送電部が送電する強度及び位相を制御することを特徴とする請求項２記載の送電装置。
4. 前記複数の送電部は、インピーダンス整合を行うための整合部を有し、
   前記制御部は、前記推定された受電装置の位置及び前記受信した姿勢情報に応じて、前記複数の送電部の整合部の整合条件を制御することを特徴とする請求項１記載の送電装置。
5. 前記制御部は、前記受電装置の位置及び前記姿勢情報に対応する前記整合条件を記憶するテーブルを基に、前記複数の送電部の整合部の整合条件を制御することを特徴とする請求項４記載の送電装置。
6. 前記複数の送電部は、磁界共鳴又は電界共鳴により無線送電を行うことを特徴とする請求項１記載の送電装置。
7. 前記通信部は、前記複数の送電部が複数の受電装置の各々にそれぞれ異なるタイミングで送電したときに、前記複数の受電装置の各々がそれぞれ受電した複数の受電電力値及び前記複数の受電装置の姿勢情報を前記複数の受電装置から受信し、
   前記制御部は、前記複数の受電装置の各々について前記複数の等効率面を求め、前記複数の等効率面が交わる位置に前記複数の受電装置の各々が存在することを推定することを特徴とする請求項１記載の送電装置。
8. 送電装置と、
   受電装置とを有し、
   前記送電装置は、
   強結合系の無線送電を行う複数の送電部と、
   前記複数の送電部が前記受電装置に異なるタイミングで送電したときに、前記受電装置がそれぞれ受電した複数の受電電力値及び前記受電装置の姿勢情報を前記受電装置から受信する通信部と、
   前記複数の送電部が送電した電力値及び前記受信した複数の受電電力値を基に複数の効率を演算し、前記複数の効率及び前記受信した姿勢情報を基に前記複数の送電部に関しての複数の等効率面を求め、前記複数の等効率面が交わる位置に前記受電装置が存在することを推定する制御部とを有し、
   前記受電装置は、
   前記複数の送電部から異なるタイミングで受電した複数の受電電力値及び前記受電装置の姿勢情報を前記送電装置に送信する通信部を有することを特徴とする送受電システム。
9. 前記受電装置は、前記受電装置の姿勢情報を検出するための３軸加速度センサを有することを特徴とする請求項８記載の送受電システム。
10. 前記複数の送電部は、前記推定された受電装置の位置及び前記受信した姿勢情報に応じて制御された強度及び位相により前記受電装置に同じタイミングで送電することを特徴とする請求項８記載の送受電システム。

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