JP2013240246A - 無線給電中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の中継器が配列された板面上方に載置された受電機器へ、効率よく電力を中継することのできる無線給電中継装置を提供する。
【解決手段】実施形態の無線給電中継装置１００は、板面に配列された、それぞれが中継コイルおよびその中継コイルの電流経路の切断を可能とするスイッチを有する中継器１−１〜１−９を備え、給電効率計測部２−１〜２−９が、中継器１−１〜１−９それぞれの給電効率を計測し、制御部３が、給電効率計測部２−１〜２−９の計測結果Ｐ１〜Ｐ９にもとづいて中継器１−１〜１−９のスイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９を出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、無線給電中継装置に関する。

磁界共鳴方式による無線給電システムでは、送電距離あるいは送電範囲を拡大したい場合、送信コイルを有する送電機器と受信コイルを有する受電機器との間に、それぞれが中継コイルを有する複数の中継器を配置することが行われる。このとき、送電距離を拡大したい場合は、複数の中継器を直列に配置することが行われる。

一方、送電範囲を拡大したい場合は、複数の中継器を並列に配置することが行われる。その１例として、複数の中継器を平面上に配列した中継装置がある。この場合、送電機器の上方に板状の中継装置が配置され、その中継装置の上方に受電機器が配置される。

このとき、中継装置の板面の面積を広くし、配列する中継器の個数を多くすれば、その板面上方の任意の位置に、複数の受電機器を載置することができる。その場合、どこに、いつ受電機器が載置されても給電できることが望まれる。そのため、従来、総ての中継器が、常に送電機器と共振状態となるよう駆動されていた。

しかし、中継装置の板面上に載置される受電機器の個数が、例えば１個など、少ない場合、その受電機器からの距離が遠い中継器は給電にさほど寄与せず、中継装置全体としての電力中継効率が低下する、という問題があった。

特開２０１１−１５１９８９号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数の中継器が配列された板面上方に載置された受電機器へ、効率よく電力を中継することのできる無線給電中継装置を提供することにある。

実施形態の無線給電中継装置は、板面に配列された、それぞれが中継コイルおよび前記中継コイルの電流経路の切断を可能とするスイッチを有する複数の中継器を備え、給電効率計測手段が、前記複数の中継器それぞれの給電効率を計測し、制御手段が、前記給電効率計測手段の計測結果にもとづいて前記複数の中継器の前記スイッチのオン／オフを制御する。

第１の実施形態の無線給電中継装置の構成の例を示すブロック図。 第１の実施形態の無線給電中継装置の中継器の構成の例を示すブロック図。 第１の実施形態の無線給電中継装置の給電効率計測部の構成の例を示すブロック図。 第１の実施形態の無線給電中継装置が用いられる無線給電システムの構成の例を示す模式図。 第１の実施形態の無線給電中継装置の給電効率計測部の計測の例を示す図。 第１の実施形態の無線給電中継装置の制御部によるスイッチ制御の例を示す図。 第１の実施形態の無線給電中継装置の制御部の判定基準の例を示す図。 第１の実施形態の無線給電中継装置の制御部によるスイッチ制御の例を示す図。 第２の実施形態の無線給電中継装置におけるスイッチ制御信号の出力例を示す波形図。 第２の実施形態の無線給電中継装置に対する受電機器の載置の例を示す図。 図１０に示す受電機器の載置に対するスイッチ制御信号の出力例を示す波形図。 第３の実施形態の無線給電中継装置の構成の例を示すブロック図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の無線給電中継装置の構成の例を示すブロック図である。

本実施形態の無線給電中継装置１００は、板面に配列された複数の中継器１を備える。図１では、９個の中継器１（それぞれを１−１〜１−９と表わす）が３×３のマトリックス状に配列された例を示す。なお、中継器１の個数、配列の形態は、この例に限るものではなく、任意に設定することが可能である。

図２に、中継器１の構成の例を示す。

中継器１は、中継コイル１１と、中継コイル１１に接続されたキャパシタＣと、中継コイル１１の電流経路の切断を可能とするスイッチＳＷを有する。

中継コイル１１とキャパシタＣは、共振回路を形成する。この共振回路が、送電機器および受電機器との間で共振を起こし、磁界共鳴方式による電力伝送の中継を行う。

図１に戻って、本実施形態の無線給電中継装置１００は、中継器１−１〜１−９それぞれの給電効率を計測する９個の給電効率計測部２（それぞれを２−１〜２−９と表わす）を備える。

給電効率計測部２は、中継器１の中継コイル１１に流れる電流を計測し、その想定最大電流に対する比により、中継器１の給電効率を算出する。

図３に、給電効率計測部２の構成の例を示す。

給電効率計測部２は、中継器１の中継コイル１１に接近させて配置したループコイル２１と、中継コイル１１からの電磁誘導によりループコイル２１に流れる誘導電流を計測する電流計測部２２と、電流計測部２２の計測結果にもとづいて中継器１の給電効率を算出する給電効率算出部２３と、を有する。

給電効率算出部２３は、中継コイル１１に想定最大電流が流れるときにループコイル２１に生じる誘導電流の大きさに対する比により給電効率Ｐを算出し、出力する。

中継コイル１１に流れる電流は、中継器１と受電機器との共振が強いほど大きくなる。したがって、給電効率Ｐは、中継器１から受電機器への給電効率を表す。

図１に戻って、本実施形態の無線給電中継装置１００は、給電効率計測部２−１〜２−９から出力された給電効率Ｐ１〜Ｐ９の値にもとづいて、中継器１−１〜１−９のそれぞれのスイッチＳＷのオン／オフを制御するスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９を出力する制御部３を備える。

すなわち、制御部３は、給電効率Ｐ１〜Ｐ９の値にもとづいて、継続して使用する中継器１を選択する。その選択の基準としては、
（１）給電効率が最も高い
（２）給電効率が所定の基準値よりも高い
のいずれかが採用されるものとする。

図４に、本実施形態の無線給電中継装置１００が用いられる無線給電システムの構成の例を模式的に示す。

図４に示す無線給電システムでは、送電機器２００の上面に、板状の本実施形態の無線給電中継装置１００が配置され、無線給電中継装置１００の板面上方に受電機器３００が載置される。

送電機器２００から無線給電中継装置１００の中継器１−１〜１−９へ磁界共鳴方式による電力の送電が行われ、中継器１−１〜１−９から受電機器３００へ磁界共鳴方式による給電が行われる。

次に、図４に示すように、無線給電中継装置１００の板面上方に１台の受電機器３００が載置される場合の制御部３の動作について説明する。

図５は、このとき給電効率計測部２により計測された、中継器１−１〜１−９の給電効率Ｐ１〜Ｐ９を示すグラフである。この例では、給電効率Ｐ５が最も高い値を示している。

ここで、制御部３の中継器１の選択基準が、上述の「（１）給電効率が最も高い」であるとすると、制御部３は、中継器１−５のみスイッチＳＷのオン状態を継続し、その他の中継器１のスイッチＳＷはオフとなるよう、スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９を出力する。

図６に、このときのスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９の出力信号と、中継器１−１〜１−９のスイッチＳＷの開閉状態を示す。

次に、制御部３の中継器１の選択基準が、上述の「（２）給電効率が所定の基準値よりも高い」である場合の動作の例を図７および図８を用いて説明する。

図７に示すように、給電効率Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６が所定の基準値よりも高い場合、制御部３は、中継器１−４、１−５、１−６のスイッチＳＷはオン状態を継続し、その他の中継器１のスイッチＳＷはオフとなるよう、スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９を出力する。

図８に、このときのスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９の出力信号と、中継器１−１〜１−９のスイッチＳＷの開閉状態を示す。

このような本実施形態によれば、各中継器の給電効率を計測し、給電効率の高い中継器のみ選択して給電に使用するので、無駄な無線電力伝送を抑制することができ、送電機器の無線電力を効率的に受電機器へ中継することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、給電効率の高い中継器を選択し、その他の中継器のスイッチＳＷをオフとしたが、スイッチＳＷをオフしたままでは、他の受電機器の追加載置への対応に不都合が生じる。そこで、本実施形態では、複数の受電機器の載置を可能とする、制御部３の動作について説明する。

図９は、受電機器が載置されていない場合の、本実施形態におけるスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９の出力波形である。

本実施形態では、制御部３は、スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９のオンを順次ずらしながら周期Ｔでオン／オフを変化させる。制御部３は、給電効率計測部２−１〜２−９から出力される給電効率Ｐ１〜Ｐ９の値の変化にもとづいて、受電機器の存在をポーリングする。

制御部３は、各周期のポーリング実行後、給電効率Ｐ１〜Ｐ９の前周期からの変化量を算出し、その変化量が予め定めた値よりも高くなったものを検出したときは、その変化を検出した中継器１の中で最も給電効率の高い中継器１のスイッチＳＷを、次周期からオンのままとする。

その後も、制御部３は、ポーリング動作を継続し、上述したような給電効率の変化を検出するごとに、その変化を検出した中継器１のスイッチＳＷを、次周期からオンのままとする。

例えば、図１０（ａ）に示すように、時刻ｔ１で受電機器３００Ａが載置され、その後、図１０（ｂ）に示すように、時刻ｔ３で受電機器３００Ｂが追加で載置されたとする。

図１１に、この場合のスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９の変化の様子を示す。

時刻ｔ１で受電機器３００Ａが載置されたとき、周期Ｔ１におけるポーリングの結果より、給電効率Ｐ１の変化量が予め定めた値よりも高く、かつ給電効率Ｐ１が、同様の変化を示した他の給電効率と比べて最も高かったとする。その場合、周期Ｔ２以降、スイッチ制御信号Ｓ１は、オンのままとされる。

次に、時刻ｔ３で受電機器３００Ｂが追加載置されたとき、周期Ｔ３におけるポーリングの結果より、給電効率Ｐ６の変化量が予め定めた値よりも高く、かつ給電効率Ｐ６が、同様の変化を示した他の給電効率と比べて最も高かったとする。その場合、周期Ｔ４以降、スイッチ制御信号Ｓ６は、オンのままとされる。

なお、一旦載置された受電機器が撤去された場合は、その受電機器へ給電していた中継器１の給電効率の値が低下する。そこで、上述のポーリングで給電効率の低下を検出した場合は、その低下を検出した中継器１に対するスイッチ制御信号を、継続的なオンから元の周期変化に戻す。

このような本実施形態によれば、総ての中継器を周期的にオン／オフさせて給電効率の変化を監視することにより、受電機器の載置を常にポーリングすることができる。これにより、受電機器の数やその載置位置が変化しても、その変化に応じた最適な中継器を選択することができる。

（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態の無線給電中継装置の構成の例を示すブロック図である。

本実施形態の無線給電中継装置１００Ａは、第１の実施形態の無線給電中継装置１００に、通知部４を追加したものである。

通知部４は、給電効率Ｐ１〜Ｐ９およびスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ９のオン／オフ情報を送電機器２００へ通知する。

送電機器２００は、通知部４から送付された情報をもとに、無線給電中継装置１００Ａの給電力の過不足を判断し、給電力が不足しているときは送電電力を増加させ、給電力が過剰であるときは送電電力を削減する。

このような本実施形態によれば、電力の中継状況に関する情報を送電機器へ通知することができるので、送電機器は、この情報にもとづいて、送電電力量を調整することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の無線給電中継装置によれば、複数の中継器が配列された板面上方に載置された受電機器へ、効率よく電力を中継することができる。

また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１−１〜１−９ 中継器
２、２−１〜２−９ 給電効率計測部
３ 制御部
４ 通知部
１１ 中継コイル
２１ ループコイル
２２ 電流計測部
２３ 給電効率算出部
１００ 無線給電中継装置
２００ 送電機器
３００、３００Ａ、３００Ｂ 受電機器
Ｃ キャパシタ
ＳＷ スイッチ

Claims (6)

1. 板面に配列された、それぞれが中継コイルおよび前記中継コイルの電流経路の切断を可能とするスイッチを有する複数の中継器と、
   前記複数の中継器それぞれの給電効率を計測する給電効率計測手段と、
   前記給電効率計測手段の計測結果にもとづいて前記複数の中継器の前記スイッチのオン／オフを制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする無線給電中継装置。
2. 前記制御手段が、
   前記給電効率計測手段により計測された前記給電効率が最も高い中継器の前記スイッチをオンのままとし、残りの中継器の前記スイッチをオフする
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線給電中継装置。
3. 前記制御手段が、
   前記給電効率計測手段により計測された前記給電効率が予め定めた値よりも高い中継器の前記スイッチをオンのままとし、残りの中継器の前記スイッチをオフする
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線給電中継装置。
4. 前記制御手段が、
   前記複数の中継器の前記スイッチを周期的にオンにして前記給電効率の変化を監視し、
   前記変化が予め定めた値よりも高くなったことを検出したときは、その変化を検出した中継器の中で最も給電効率の高い中継器の前記スイッチをオンのままとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線給電中継装置。
5. 前記給電効率および前記スイッチのオン／オフ情報を送電機器へ通知する通知手段
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線給電中継装置。
6. 前記給電効率計測手段が、
   前記中継コイルに接近させて配置したループコイルを有し、
   前記にループコイルに流れる誘導電流の大きさにもとづいて前記給電効率を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の無線給電中継装置。

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