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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6586185
(24)【登録日】2019年9月13日
(45)【発行日】2019年10月2日
(54)【発明の名称】無線エネルギー受信装置
(51)【国際特許分類】
H02J 50/12 20160101AFI20190919BHJP
【ＦＩ】
H02J50/12
【請求項の数】4
【全頁数】33
(21)【出願番号】特願2018-63608(P2018-63608)
(22)【出願日】2018年3月29日
(62)【分割の表示】特願2015-506885(P2015-506885)の分割
【原出願日】2013年4月11日
(65)【公開番号】特開2018-130023(P2018-130023A)
(43)【公開日】2018年8月16日
【審査請求日】2018年3月29日
(31)【優先権主張番号】10-2012-0041056
(32)【優先日】2012年4月19日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】503447036
【氏名又は名称】サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ユン， スン ギュン
(72)【発明者】
【氏名】グォン， ウィ グン
(72)【発明者】
【氏名】キム， サン ジュン
【審査官】
辻丸 詔
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−２３６９１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−０４４７３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−２１００１４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｊ ５０／００−５０／９０
Ｈ０２Ｊ ７／００− ７／１２
７／３４− ７／３６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ターゲット共振器とソース共振器との間の共振を通して前記ソース共振器から無線エネルギーを受信する受信部と、
前記受信部が前記無線エネルギーを受信するか否かに基づいて前記ソース共振器が存在するか否かを判断し、負荷に蓄えられたエネルギー量が所定の閾値よりも小さいか否かを判断して第１受信端スイッチ及び第２受信端スイッチの動作を制御する制御部と、を備え、
前記第１受信端スイッチは、前記制御部の制御に基づいて前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子との間を接続し、
前記第２受信端スイッチは、前記制御部の制御に基づいて前記ターゲット共振器と前記負荷との間を接続し、
前記第１受信端スイッチは、前記ソース共振器を電源に接続する送信端スイッチと同期化されることを特徴とする無線エネルギー受信装置。
前記受信部が前記無線エネルギーを受信するか否かに基づいて前記ソース共振器が存在するか否かを判断し、負荷に蓄えられたエネルギー量が所定の閾値よりも小さいか否かを判断して第１受信端スイッチ及び第２受信端スイッチの動作を制御する制御部と、を備え、
前記第１受信端スイッチは、前記制御部の制御に基づいて前記ターゲット共振器と前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子との間を接続し、
前記第２受信端スイッチは、前記制御部の制御に基づいて前記ターゲット共振器と前記負荷との間を接続し、
前記第１受信端スイッチは、前記ソース共振器を電源に接続する送信端スイッチと同期化されることを特徴とする無線エネルギー受信装置。
【請求項2】
前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であることを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギー受信装置。
【請求項3】
前記制御部は、
前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値よりも大きい場合、
非共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子に接続するように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第２受信端スイッチを制御し、
共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子から切り離すように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷から切り離すように前記第２受信端スイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギー受信装置。
前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値よりも大きい場合、
非共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子に接続するように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第２受信端スイッチを制御し、
共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子から切り離すように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷から切り離すように前記第２受信端スイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギー受信装置。
【請求項4】
前記制御部は、
前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値以下である場合、
前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子から切り離すように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第２受信端スイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギー受信装置。
前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値以下である場合、
前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンス素子から切り離すように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第２受信端スイッチを制御することを特徴とする請求項１に記載の無線エネルギー受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エネルギーを無線で受信する装置に関する。
【背景技術】
【0002】
最近、スマートフォン、タブレットＰＣ、ラップトップコンピュータのような多様な種類の携帯用機器が増加している。また、無線ＬＡＮ及びブルートゥース（登録商標）などの近距離通信が発展するにつれて、同じユーザ或いは異なるユーザの携帯用機器間の情報交換だけではなく、様々な携帯用機器で単一アプリケーションを構成して動作するシステムが増加している。このようなシステムの大部分は携帯用機器から構成されるため、現在の携帯用機器のバッテリは、充電容量の限界に直面しており、既存よりも頻繁に充電を要求している。最近、このような問題を解決するための方法の１つとして注目されているものが近距離無線電力送信である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、無線エネルギー受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による無線エネルギー受信装置は、ターゲット共振器とソース共振器との間の共振を通して前記ソース共振器から無線エネルギーを受信する受信部と、前記受信部が前記無線エネルギーを受信するか否かに基づいて前記ソース共振器が存在するか否かを判断し、負荷に蓄えられたエネルギー量が所定の閾値よりも小さいか否かを判断して第１受信端スイッチ及び第２受信端スイッチの動作を制御する制御部と、を備える。
【0005】
前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であり得る。前記制御部は、前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値よりも大きい場合、非共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続するように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第２受信端スイッチを制御し、共振区間の間に、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷から切り離すように前記第２受信端スイッチを制御し得る。
前記制御部は、前記負荷に蓄えられたエネルギー量が前記所定の閾値以下である場合、前記ターゲット共振器を前記ターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第１受信端スイッチを制御し、前記ターゲット共振器を前記負荷に接続するように前記第２受信端スイッチを制御し得る。
【0006】
一実施形態による無線エネルギー送信装置は、ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して無線でエネルギーを送信する無線エネルギー送信装置であって、スキャン時間の間、前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャンするスキャン部と、前記スキャン部でスキャンされたエネルギー量に基づいて前記ソース共振器とターゲット共振器との間の非共振区間で前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量を算出し、前記ソース共振器に蓄えられたエネルギー量及び前記算出された総エネルギー量に基づいて前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量を推定する誘導エネルギー推定部と、を備える。
【0007】
前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であり得る。前記スキャン時間は、サンプルの個数及びサンプル長に対応し得る。
前記誘導エネルギー推定部は、前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記サンプルのそれぞれに対してサンプル単位時間毎に前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量を算出する送信端エネルギー算出部と、前記非共振区間で前記サンプルのそれぞれに対して算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を算出し、前記最も大きいエネルギー量を所定時間に前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量として決定する総エネルギー算出部と、前記サンプルのそれぞれに対して前記総エネルギー算出部で決定された総エネルギー量と前記送信端エネルギー算出部で算出された前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量を前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定する受信端エネルギー推定部と、を備え得る。
前記無線エネルギー送信装置は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて前記ソース共振器からエネルギーを受信するか否か、及び前記ターゲット共振器が存在するか否かを判断する制御部を更に備えることができる。
前記制御部は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて、前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する第１受信端スイッチが活性化されたか否かを判断し得る。
前記制御部は、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される誘導エネルギー量に基づいて前記ソース共振器を前記ソース共振器にエネルギーを供給する電源に接続する第１送信端スイッチの動作を制御し得る。
前記制御部は、前記第１受信端スイッチが活性化されたと判断されると、前記受信端エネルギー推定部で前記サンプルのそれぞれに対して推定される最大誘導エネルギー量が保持される区間を測定する測定部と、前記最大誘導エネルギー量が保持される区間における最後のサンプル及び前記サンプル長に基づいて前記第１送信端スイッチの動作時点を決定する第１決定部と、前記第１送信端スイッチの動作周期を前記第１受信端スイッチの動作周期と同一の値として決定する第２決定部と、を備え得る。
前記制御部は、前記第１決定部で決定される前記第１送信端スイッチの動作時点の前に前記ソース共振器を前記電源に接続するように前記第１送信端スイッチを制御し、前記第１送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記電源から切り離すように前記第１送信端スイッチを制御し得る。
前記制御部は、前記第１受信端スイッチが非活性化されたと判断されると、前記第１送信端スイッチの動作時点を任意のサンプル開始時点として決定し、前記第１送信端スイッチの動作周期を所定の動作周期として決定する第１決定部を更に備え得る。
前記制御部は、前記スキャン部でスキャンされたエネルギー量が最小になる時点を前記ソース共振器の共振周波数を変更する第２送信端スイッチの動作時点として決定する第２決定部を更に備え得る。
前記第２決定部は、前記スキャンされたエネルギー量が最小になる時点が複数回である場合、前記スキャンされたエネルギー量が最小になる最も早い時点を前記第２送信端スイッチの動作時点として決定し得る。
前記制御部は、前記第１決定部で決定される前記第１送信端スイッチの動作時点の前に前記ソース共振器を前記電源に接続するように前記第１送信端スイッチを制御し、前記第１送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記電源から切り離すように前記第１送信端スイッチを制御し、前記第１送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記ソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離すように前記第２送信端スイッチを制御し、前記第２決定部で決定された前記第２送信端スイッチの動作時点で前記ソース共振器を前記ソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続するように前記第２送信端スイッチを制御し得る。
前記サンプル長は、前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する第１受信端スイッチの動作周期にサンプル単位時間の整数倍を加えた値として決定され、
前記サンプルの個数は、前記第１受信端スイッチの動作周期を前記サンプル単位時間の整数倍で割った値として決定され得る。
【0008】
他の実施形態による無線エネルギー送信装置は、ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して前記ターゲット共振器に無線でエネルギーを送信し、前記ターゲット共振器から無線でエネルギーを受信する前記ソース共振器を含む無線エネルギー送信装置であって、スキャン時間の間、前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャンするスキャン部と、スキャンされたエネルギー量が所定の基準値に達する時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更する制御部と、を備える。
【0009】
前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であり得る。前記スキャン時間は、サンプルの個数に対応し、前記スキャン部は、前記サンプルのそれぞれに対して前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャンし、前記制御部は、前記サンプルのそれぞれに対してスキャンされたエネルギー量が所定の基準値に達する時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更し得る。
前記制御部は、１つのサンプルで前記スキャンされたエネルギー量が前記所定の基準値に達する時点が複数回である場合、前記スキャンされたエネルギー量が前記所定の基準値に最も早く達した時点で前記ソース共振器の共振周波数を変更し得る。
【0010】
一実施形態による無線エネルギー送信方法は、ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して無線でエネルギーを送信する無線エネルギー送信方法であって、スキャン時間の間、前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャンするステップと、前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記ソース共振器とターゲット共振器との間の非共振区間で前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量を算出するステップと、前記ソース共振器に蓄えられたエネルギー量及び前記算出された総エネルギー量に基づいて前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量を推定するステップと、を有する。
【0011】
前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であり得る。前記スキャン時間は、サンプルの個数及びサンプル長に対応し得る。
前記エネルギー量を推定するステップは、前記スキャンされたエネルギー量に基づいて前記サンプルのそれぞれに対してサンプル単位時間毎に前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量を算出するステップと、前記非共振区間で前記サンプルのそれぞれに対して算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を算出するステップと、前記最も大きいエネルギー量を所定時間に前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量として決定するステップと、前記サンプルのそれぞれに対して前記決定された総エネルギー量と前記算出された前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量を前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定するステップと、を含み得る。
【0012】
更に他の実施形態による無線エネルギー送信装置は、ソース共振器とターゲット共振器との間の共振を通して無線でエネルギーを送信する無線エネルギー送信装置であって、スキャン時間の間、前記ソース共振器に蓄えられるエネルギー量をスキャンするスキャン部と、前記スキャン部でスキャンされたエネルギー量に基づいて前記ソース共振器とターゲット共振器との間の非共振区間で前記ソース共振器及び前記ターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量を算出し、前記ソース共振器に蓄えられたエネルギー量及び前記算出された総エネルギー量に基づいて、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振の間に前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量を推定する誘導エネルギー推定部と、前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量に基づいて、前記ソース共振器を前記ソース共振器にパワーを供給する電源に接続する送信端スイッチの動作と前記ターゲット共振器を負荷に接続する受信端スイッチの動作とを同期化する制御部と、を備える。
【0013】
前記ソース共振器とターゲット共振器との間の共振は、前記ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振であり得る。前記制御部は、前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量が最大である区間を決定し、前記決定された区間の開始時点と前記決定された区間の終端との間の経過時間に基づいて前記送信端スイッチの動作時点を決定し、前記送信端スイッチの動作周期の長さと同一になるように前記送信端スイッチの動作周期の長さを決定し得る。
前記制御部は、前記推定された前記ターゲット共振器に誘導されるエネルギー量に基づいて前記送信端スイッチの動作と前記ターゲット共振器の共振周波数を変更する前記受信端スイッチの動作とを同期化し得る。
【発明の効果】
【0014】
本発明によると、無線エネルギーを送信する送信端と無線エネルギーを受信する受信端との間の同期化に必要な作業を送信端で処理することによって、受信端で同期化のために消耗していたエネルギーを相対的に減らすことができる。本発明によると、送信端と受信端との間のエネルギー及びデータの送受信に必要な同期化の作業を送信端で処理することによって、受信端の制御動作が容易になり、受信端の複雑な回路を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】電力入力部と電力送信部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離され、受信部と電力出力部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離される無線エネルギー送受信システムの等価回路の例を示す図である。
【図2】電力充電部と送信部がスイッチによって物理的に分離され、充電部と電力出力部がスイッチによって物理的に分離される無線エネルギー送受信システムの等価回路の例を示す図である。
【図3】無線エネルギー送受信システムの等価回路の他の例を示す図である。
【図4】無線エネルギー送信装置の例を示すブロック図である。
【図5】無線エネルギー受信装置の例を示すブロック図である。
【図6】無線エネルギー送受信システムの送信端と受信端で測定されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図7】無線エネルギー送受信システムの受信端で非共振現象が発生する時に受信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図8A】無線エネルギー送受信システムの受信端で相互共振の間に受信端に蓄えられるエネルギー量が最大な時点と、その時に送信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図8B】無線エネルギー送受信システムの受信端で相互共振の間に受信端に蓄えられるエネルギー量が最大な時点と、その時に送信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図9】無線エネルギー送受信システムの送信端と受信端に蓄えられる総エネルギー量の例を示すグラフである。
【図10A】無線エネルギー送受信システムの受信端のスイッチ動作により送信端と受信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図10B】無線エネルギー送受信システムの受信端のスイッチ動作により送信端と受信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図11】無線エネルギー送受信システムの送信端から送信されるエネルギーのサンプル区間で受信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図12】無線エネルギー送信装置で任意のサンプル区間で推定された無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図13】無線エネルギー送信装置で任意のサンプル区間で推定された無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図14】無線エネルギー送信装置で任意のサンプル区間で推定された無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図15】無線エネルギー送信装置でサンプル毎に推定された無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図16】無線エネルギー送受信システムの受信端のスイッチが非活性化される時に無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図17】無線エネルギー送受信システムの受信端が存在しないために相互共振が発生しない場合に無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【図18】無線エネルギー送受信システムの送信端のスイッチがターンオンして非共振化される時の送信端のエネルギー変化の例を示すグラフである。
【図19】無線エネルギー送受信システムの送信端のスイッチがターンオンして非共振化される時の受信端のエネルギー変化の例を示すグラフである。
【図20】無線エネルギー送受信システムの等価回路の他の例を示す図である。
【図21】無線エネルギー送信方法の例を示すフローチャートである。
【図22】無線エネルギー受信方法の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0017】
近距離無線電力送信とは、動作周波数で波長に比べて電力のやり取りを行う送受信コイル間の距離が十分短い場合の無線電力送信を意味する。共振特性を用いる無線電力送受信システムは、電力を供給するソースと電力が供給されるターゲットを備える。
【0018】
無線エネルギー送受信システムは、電源のない記憶装置の遠隔制御に応用される。無線エネルギー送受信システムは、情報記憶装置に遠隔で装置を駆動する電力を供給すると同時に、情報記憶装置に保存された情報を無線で呼び出すシステムに応用される。
【0019】
無線エネルギー送受信システムは、信号を発生するために電源供給装置からエネルギーをソース共振器に蓄え、電源供給装置とソース共振器とを電気的に接続するスイッチをターンオフさせることで、ソース共振器の自己共振を誘導する。自己共振するソース共振器と相互共振することが可能な十分近い距離にソース共振器の共振周波数と同じ共振周波数を有するターゲット共振器が存在する場合、ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振現象が発生する。
【0020】
ソース共振器は電源供給装置からエネルギーが供給される共振器を意味し、ターゲット共振器は相互共振現象によってソース共振器からエネルギーを受信する共振器を意味する。
【0021】
図１は、電力入力部と電力送信部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離され、受信部と電力出力部がキャパシタ及びスイッチによって物理的に分離される無線エネルギー送受信システムの等価回路の例を示す図である。
【0022】
図１を参照すると、無線エネルギー送受信システムは、ソースとターゲットで構成されるソース−ターゲット構造である。無線エネルギー送受信システムは、ソースに該当する無線エネルギー送信装置と、ターゲットに該当する無線エネルギー受信装置を備える。無線エネルギー量は無線電力量を所定時間の間積分して得られた値であるため、無線エネルギーの送受信は無線電力の送受信と同一の意味である。
【0023】
無線エネルギー送信装置は、電力入力部１１０、電力送信部１２０、及びスイッチ部１３０を備える。電力入力部１１０は、電源供給装置を用いてキャパシタＣ１にエネルギーを蓄える。スイッチ部１３０は、Ｃ１にエネルギーが蓄えられる間電力入力部１１０にＣ１を接続し、Ｃ１に蓄えられたエネルギーを放電する間電力入力部１１０に接続されたＣ１を電力送信部１２０に接続する。スイッチ部１３０は、Ｃ１が電力入力部１１０及び電力送信部１２０に同時に接続することを防止する。
【0024】
電力送信部１２０は、電磁気（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）エネルギーを、相互共振を通して受信部１４０に送信する。即ち、電力送信部１２０の送信コイルＬ１は、受信部１４０の受信コイルＬ２との相互共振を通して電力を送信する。送信コイルＬ１と受信コイルＬ２との間に発生する相互共振の程度は、送信コイルＬ１と受信コイルＬ２との間の相互インダクタンスＭの影響を受ける。
【0025】
電力送信部１２０は、Ｃ１に蓄えられたエネルギーをシンボル単位毎に量子化して送信する。即ち、電力送信部１２０は、シンボル単位毎に送信されるエネルギー量を異なるように制御することで情報を送信する。ここで、シンボル単位は、ソースとターゲットとの間に１つのビット情報が伝えられる単位であり、スイッチ部１３０の動作に応じてＣ１にエネルギーが１回充電されて放電される期間を意味する。
【0026】
電力入力部１１０は、入力電圧ＶＤＣ、内部抵抗Ｒｉｎ、及びキャパシタＣ１でモデリングされ、電力送信部１２０は、ソース共振器を構成する基礎回路素子Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１でモデリングされ、スイッチ部１３０は、少なくとも１つのスイッチでモデリングされる。スイッチには、例えばオン／オフ機能を行うことのできる能動素子を用いる。Ｒ１はソース共振器の抵抗成分、Ｌ１はソース共振器のインダクター成分、Ｃ１はソース共振器のキャパシタ成分を意味する。キャパシタＣ１に加わる電圧はＶｉｎとして表示される。
【0027】
無線エネルギー受信装置は、受信部１４０、電力出力部１５０、及びスイッチ部１６０を備える。受信部１４０は、電力送信部１２０から電磁気エネルギーを受信する。受信部１４０は、受信した電磁気エネルギーを接続されたキャパシタＣ２に蓄える。スイッチ部１６０は、Ｃ２にエネルギーが蓄えられる間受信部１４０にＣ２を接続し、Ｃ２に蓄えられたエネルギーを負荷に送信する間受信部１４０に接続されたＣ２を電力出力部１５０に接続する。負荷の例としてバッテリが含まれる。スイッチ部１６０は、Ｃ２が受信部１４０及び電力出力部１５０に同時に接続されることを防止する。
【0028】
即ち、受信部１４０の受信コイルＬ２は、送信コイルＬ１と受信コイルＬ２との間の相互共振を通して電力送信部１２０の送信コイルＬ１から電力を受信する。受信した電力を用いて受信コイルＬ２に接続されたＣ２が充電される。電力出力部１５０は、Ｃ２に充電された電力をバッテリに伝送する。電力出力部１５０は、バッテリの代わりに、負荷又は電力を必要とするターゲット装置に電力を伝送してもよい。
【0029】
受信部１４０は、電力送信部１２０からシンボル単位にエネルギーを受信し、受信したエネルギー量に応じてソースから送信された情報を復調する。
【0030】
受信部１４０はターゲット共振器を構成する基礎回路素子Ｒ２、Ｌ２、Ｃ２でモデリングされ、電力出力部１５０はキャパシタＣ２及びバッテリでモデリングされ、スイッチ部１６０は少なくとも１つのスイッチでモデリングされる。キャパシタＣ２に加わる電圧はＶｏｕｔとして表示される。
【0031】
上記のように、電力入力部１１０を電力送信部１２０から物理的に分離し、受信部１４０を電力出力部１５０から物理的に分離して電力を送信する、いわゆるＲＩ（Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）システムは、インピーダンスマッチングを用いた従来方式に比べて様々な長所を有する。第１に、ＤＣ電源からソース共振器に直接電力供給が行われるため、電力増幅器を使用しなくてもよい。第２に、受信機のＣ２に充電された電力からエネルギーを捕捉（ｃａｐｔｕｒｅ）するため、整流器を通した整流作業を必要としない。第３に、インピーダンスマッチングを行う必要がないため、エネルギーの送信効率が送信機と受信機との間の距離変化に影響を受けない。また、単数の送信機及び単数の受信機で構成された無線エネルギー送受信システムから複数の送信機及び複数の受信機を含む無線エネルギー送受信システムへの拡張が容易である。
【0032】
図２は、電力充電部と送信部がスイッチによって物理的に分離され、充電部と電力出力部がスイッチによって物理的に分離される無線エネルギー送受信システムの等価回路の例を示す図である。
【0033】
図２を参照すると、無線エネルギー送受信システムは、ソースとターゲットで構成されるソース−ターゲット構造である。即ち、無線エネルギー送受信システムは、ソースに該当する無線エネルギー送信装置とターゲットに該当する無線エネルギー受信装置を備える。
【0034】
無線エネルギー送信装置は、電力充電部２１０、制御部２２０、及び送信部２３０を備える。電力充電部２１０は、電源供給装置Ｖｉｎと抵抗Ｒｉｎで構成される。送信部２３０として動作するソース共振器は、キャパシタＣ１とインダクターＬ１で構成される。送信部２３０は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を通してソース共振器に蓄えられたエネルギーをターゲット共振器に送信する。制御部２２０は、電力充電部２１０からソース共振器に電力を供給するようにスイッチをターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）する。電源供給装置Ｖｉｎから、キャパシタＣ１に電圧が供給され、インダクターＬ１に電流が供給される。電源供給装置Ｖｉｎから供給される電圧によってソース共振器が定常状態に達すると、キャパシタＣ１に供給される電圧は０になり、インダクターＬ１に流れる電流はＶｉｎ／Ｒｉｎの値を有する。定常状態でインダクターＬ１には供給される電流を通して電力が充電される。
【0035】
制御部２２０は、定常状態でソース共振器に充電された電力が所定値に達すると、スイッチをターンオフ（ｔｕｒｎ ｏｆｆ）する。所定値に関する情報は、制御部２２０で設定される。制御部２２０がスイッチをターンオフすると、電力充電部２１０と送信部２３０は分離される。電力充電部２１０と送信部２３０が分離されると、ソース共振器のキャパシタＣ１とインダクターＬ１との間に自己共振が発生する。ソース共振器とターゲット共振器との間の相互インダクタンスＭ２７０を考慮したソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を通してソース共振器に蓄えられたエネルギーは、ターゲット共振器に伝送される。ここで、ソース共振器の共振周波数ｆ１とターゲット共振器の共振周波数ｆ２のそれぞれは、下記の数式（１）及び数式（２）で表され、数式（３）で表されるように互いに同一である。
【0036】
【数1】
【0037】
【数2】
【0038】
【数3】
【0039】
上記数式（３）がソース共振器の共振周波数ｆ１とターゲット共振器の共振周波数ｆ２が互いに同一であることを示すにも拘らず、ソース共振器の共振周波数ｆ１とターゲット共振器の共振周波数ｆ２が互いに同一でなくてもソース共振器に蓄えられたエネルギーは依然としてターゲット共振器に送信されるが、エネルギーの送信効率はソース共振器の共振周波数ｆ１とターゲット共振器の共振周波数ｆ２が同一な時よりも劣る。送信部２３０は、ソース共振器に蓄えられたエネルギーをシンボル単位毎に量子化して送信する。即ち、送信部２３０は、シンボル単位毎に送信されるエネルギー量を異なるように制御することで情報を送信する。ここで、シンボル単位は、ソースとターゲットとの間に１つのビット情報が伝えられる単位であり、制御部２２０の動作を通してＣ１及びＬ１にエネルギーが１回充電されて放電される期間を意味する。
【0040】
無線エネルギー受信装置は、充電部２４０、制御部２５０、及び電力出力部２６０を備える。充電部２４０として動作するターゲット共振器はキャパシタＣ２とインダクターＬ２で構成される。ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振が発生すると、ソース共振器は電源供給装置Ｖｉｎから分離され、ターゲット共振器は負荷（ＬＯＡＤ）及びキャパシタＣＬから分離される。ターゲット共振器のキャパシタＣ２とインダクターＬ２は、相互共振を通して電力を充電する。制御部２５０は、ターゲット共振器に電力を充電するようにスイッチをターンオフする。スイッチがターンオフされる間、ターゲット共振器とソース共振器は、数式（３）によって表されるように同一の共振周波数を有するため、ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振が発生する。制御部２５０は、ターゲット共振器に充電された電力が所定値に達すると、スイッチをターンオンする。所定値に関する情報は、制御部２５０で設定される。制御部２５０がスイッチをターンオンすると、キャパシタＣＬが充電部２４０に接続され、ターゲット共振器の共振周波数は数式（４）で表されるように変更された共振周波数ｆ’２に変更される。
【0041】
【数4】
【0042】
変更されたターゲット共振器の共振周波数ｆ’２は、ソース共振器の共振周波数ｆ１ともはや同一ではないために、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振が終了する。即ち、ターゲット共振器のＱを考慮してｆ’２がｆ２より十分低ければ、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振チャネルが中断（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）される。また、制御部２５０がスイッチをターンオンすると、電力出力部２６０は、キャパシタＣ２とインダクターＬ２に充電された電力を負荷（ＬＯＡＤ）に送信する。
【0043】
制御部２５０は、ターゲット共振器に充電された電力量が所定の値未満であると、スイッチをターンオフする。ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振が再発生し、充電部２４０は、ソース共振器とターゲット共振器との間の相互共振を通してターゲット共振器に電力を再充電する。
【0044】
充電部２４０は、送信部２３０からシンボル単位にエネルギーを受信し、受信したエネルギー量に応じてソースから送信された情報を復調する。
【0045】
ソース共振器とターゲット共振器との間に相互共振が発生する時、制御部２５０がスイッチをオープンするため、スイッチを通した充電部２４０と電力出力部２６０との間の接続は中断される。従って、スイッチを通した接続によって発生するエネルギー送信効率の減少を予防することができる。
【0046】
図１に示すキャパシタに充電されたエネルギーを送信する方式に比べて図２に示す方式は、ターゲット共振器に蓄えられたエネルギーのキャプチャー時点を制御することがより容易である。図１に示すキャパシタに充電されたエネルギーを送信する方式は、キャパシタに充電されたエネルギーのみをキャプチャーするが、図２に示す共振周波数を変更してエネルギーをキャプチャーする方式は、ターゲット共振器のインダクター及びキャパシタの両方に蓄えられたエネルギーをキャプチャーするため、エネルギーのキャプチャー時点に対する自由度が向上する。
【0047】
図３は、無線エネルギー送受信システムの等価回路の他の例を示す図である。
【0048】
図３を参照すると、無線エネルギー送受信システムは、ソースとターゲットで構成されるソース−ターゲット構造を有する。即ち、無線エネルギー送受信システムは、ソースに該当する無線エネルギー送信装置とターゲットに該当する無線エネルギー受信装置を備える。
【0049】
ＲＩシステムにおける無線エネルギー送信装置から無線エネルギー受信装置にエネルギーを送信する過程には次のような５段階がある。
【0050】
第１段階は、無線エネルギー送信装置にエネルギーを供給（ｓｕｐｐｌｙ）する段階として、ソース共振器３１０が電源ＶｉｎにＳＷＴＸを介して接続されると、ソース共振器３１０にエネルギーが供給される。
【0051】
第２段階は、無線エネルギー送信装置と無線エネルギー受信装置との間で相互共振する段階として、ソース共振器３１０が電源Ｖｉｎから切り離されると、相互共振を通して所定の周期の間ソース共振器３１０はターゲット共振器３２０にエネルギーを送信し、ターゲット共振器３２０はエネルギーを受信する。
【0052】
第３段階は、無線エネルギー送信装置と無線エネルギー受信装置との間で同期化する段階として、無線エネルギー送信装置と無線エネルギー受信装置との間でエネルギーの送受信を開始する開始時点と、無線エネルギー送信装置と無線エネルギー受信装置とのそれぞれに位置するスイッチＳＷＴＸ及びＳＷＲＸ１の周期が推定される。
【0053】
第４段階は、無線エネルギー送信装置と無線エネルギー受信装置との間で非共振化する段階として、相互共振する間に大部分のエネルギーが無線エネルギー受信装置に移動した時、ソース共振器とターゲット共振器との間に非共振化が具現されることで、エネルギーが無線エネルギー受信装置から無線エネルギー送信装置に再伝送されないようにする。ここで、非共振化は、ソース共振器の共振周波数を変更ずるか、及び／又はターゲット共振器の共振周波数を変更することによって具現される。
【0054】
第５段階は、無線エネルギー受信装置に誘導されたエネルギーを負荷に送信する段階として、ターゲット共振器３２０がＳＷＲＸ２を通して負荷に接続されることによって、ターゲット共振器３２０に誘導されたエネルギーが負荷に伝送される。
【0055】
図３に示す無線エネルギー送受信システムを図２と比較すると、ターゲットに追加スイッチＳＷＲＸ２を更に含む。スイッチＳＷＲＸ１はターゲット共振器３２０の共振周波数を変更し、スイッチＳＷＲＸ２はターゲット共振器３２０に充電されたエネルギーを負荷に伝える。
【0056】
ターゲット共振器３１０がソース共振器３１０からエネルギーを用いて変調されたエネルギー又はデータを受信するためには、ＳＷＴＸとＳＷＲＸ１との間の同期化が必要である。
【0057】
無線エネルギー送信装置は、ＳＷＲＸ１の動作周期（ｏｎ／ｏｆｆ）が所定値である場合、ソース共振器３１０とターゲット共振器３２０との間の相互共振を通してターゲット共振器３２０に誘導されるエネルギー量を推定することによって、ＳＷＴＸのターンオフ時点及び動作周期を決定する。
【0058】
以下、ターゲット共振器３２０に誘導されるエネルギー量を推定する過程及びＳＷＴＸのターンオフ時点と動作周期を決定する過程を詳細に説明する。
【0059】
図４は、無線エネルギー送信装置の例を示すブロック図である。
【0060】
図４を参照すると、無線エネルギー送信装置は、スキャン部４１０、誘導エネルギー推定部４２０、及び制御部４３０を備える。以下の説明で、無線エネルギー送信装置は送信端に対応し、無線エネルギー受信装置は受信端に対応する。
【0061】
スキャン部４１０は、ソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量を所定のサンプルの個数（サンプルのそれぞれはサンプル長を有する）に対応するスキャン時間の間にスキャンする。スキャン部４１０は、ソース共振器４０１とターゲット共振器との間の相互共振を通して、ソース共振器４０１から無線でエネルギーを送信する間ソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量をスキャンする。相互共振によってソース共振器４０１に蓄えられたエネルギーはソース共振器４０１からターゲット共振器に伝送され、続いてターゲット共振器からソース共振器４０１に再伝送される。
【0062】
スキャン部４１０は、ソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量をサンプル毎にスキャンする。ここで、サンプルは、電源からソース共振器４０１に供給されるエネルギーの単位を意味し、ソース共振器４０１に供給する１つのエネルギーとソース共振器４１０に供給する次のエネルギーとの間の時間に対応する。また、それぞれのサンプルは所定時間を有する。例えば、最初のサンプルはソース共振器４０１に供給する最初のエネルギーとソース共振器４０１に供給する２番目のエネルギーとの間の時間に対応し、２番目のサンプルはソース共振器４０１に供給する２番目のエネルギーとソース共振器４０１に供給する３番目のエネルギーとの間の時間に対応する。次も同様である。
【0063】
サンプル長は、サンプル持続時間と同じ意味として、受信端のスイッチ、即ち図３に示すＳＷＲＸ１の動作周期にサンプル単位時間の整数倍を加えた値である。サンプル長は数式（５）のように表される。
【0064】
【数5】
【0065】
数式（５）において、ＴＳａｍｐｌｅはサンプル長、ＴＲＸは図３に示すＳＷＲＸ１の動作周期、ＴＣはサンプル単位時間、ｓは０よりも大きい整数を意味する。サンプル単位時間は、サンプル内で信号処理するために用いられる最も小さい時間単位を意味する。
【0066】
サンプルの個数は、無線エネルギー送信装置で無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量を推定するサンプルの個数を意味し、図３に示すＳＷＲＸ１の動作周期をサンプル単位時間の整数倍で割った値に決定される。サンプルの個数及びサンプルの最大個数は、数式（６）及び数式（７）のように表される。
【0067】
【数6】
【0068】
【数7】
【0069】
数式（６）において、Ｎはサンプルの個数を示す。数式（７）において、ＮＭＡＸはｓが１であるときのサンプルの最大個数を示す。誘導されるエネルギー量を推定するために用いられるサンプルの個数がＮＭＡＸで最大となるため、サンプルの個数がＮＭＡＸである場合、誘導されるエネルギー量がより精密に推定される。
【0070】
スキャン部４１０は、サンプル長ＴＳａｍｐｌｅとサンプルの個数Ｎ又はＮＭＡＸの積に対応するスキャン時間の間、ソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量をスキャンする。
【0071】
エネルギーをスキャンする時間（ｔ）がｔ＝０である時点から増加することによってサンプルの個数も増加する。サンプル番号（Ｎ）が増加することによって、図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンされる時点は前のサンプルの開始時点に比べてサンプル単位時間の整数倍ｓＴＣだけ繰り上げられる。
【0072】
スキャン部４１０は、サンプル時点をサンプル単位時間の整数倍ｓＴＣずつ繰り上げてサンプル毎にソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量をスキャンする。
【0073】
誘導エネルギー推定部４２０は、スキャン部４１０でスキャンされたエネルギー量に基づいてソース共振器４０１とターゲット共振器との間の非共振区間でソース共振器４０１とターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量を算出する。誘導エネルギー推定部４２０は、ソース共振器４０１に蓄えられたエネルギー量及び算出された総エネルギー量に基づいてターゲット共振器に誘導されるエネルギー量を推定する。
【0074】
誘導エネルギー推定部４２０は、送信端エネルギー算出部４２１、総エネルギー算出部４２３、及び受信端エネルギー推定部４２５を備える。
【0075】
送信端エネルギー算出部４２１は、スキャンされたエネルギー量に基づいて各サンプルのサンプル単位時間毎にソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量を算出する。ここで、各サンプルで異なる時間に図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンして、各サンプルの異なる区間で非共振（ｏｆｆ−ｒｅｓｏｎａｎｔ）現象が発生する。
【0076】
総エネルギー算出部４２３は、非共振区間でサンプル毎に算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を算出し、最も大きいエネルギー量を所定時間におけるソース共振器４０１とターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量に決定する。各サンプルの異なる区間で非共振現象が発生するため、最も大きいエネルギー量がサンプル単位時間毎の総エネルギー量として決定される。
【0077】
受信端エネルギー推定部４２５は、サンプル毎に、総エネルギー算出部４２３で決定された総エネルギー量と送信端エネルギー算出部４２１で算出されたソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量をターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定する。
【0078】
所定時間に受信端に誘導されるエネルギー量、より具体的にターゲット共振器に誘導されるエネルギー量は、所定時間におけるソース共振器４０１とターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量と所定時間におけるソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量との差として算出される。所定時間におけるソース共振器４０１とターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量は、所定時間で非共振現象が発生する時にソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量と同一である。従って、非共振現象が発生する区間でソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量を算出することによって総エネルギー量を算出することができる。
【0079】
制御部４３０は、受信端エネルギー推定部４２５でサンプル毎に推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて、ソース共振器４０１からエネルギーを受信するターゲット共振器が存在するか否かを判断する。ソース共振器４０１とターゲット共振器との間に発生する相互共振が可能な距離にターゲット共振器が存在する場合、サンプル毎に推定される誘導エネルギー量は０でない値に推定される。即ち、図１５又は図１６に示すグラフの分布のように誘導エネルギー量が推定される。
【0080】
制御部４３０は、受信端エネルギー推定部４２５でサンプル毎に推定される誘導エネルギー量の分布に基づいて受信端のスイッチ、即ち図３に示すＳＷＲＸ１を活性化するか否かを決定する。ここで、図３に示すＳＷＲＸ１は、インダクター又はキャパシタのようなインピーダンスをターゲット共振器に接続してターゲット共振器の共振周波数を変更する。
【0081】
図３に示すＳＷＲＸ１が活性化されると、即ちターンオンされると非共振現象が発生してサンプル毎に推定される誘導エネルギー量が最大値及び最小値を有する。即ち、図１５に示すグラフの分布のように誘導エネルギー量が推定される。
【0082】
図３に示すＳＷＲＸ１が非活性化されると、即ちターンオフされると持続的な共振現象が発生し、サンプル毎に推定される誘導エネルギー量が持続的に０でない他の値を有する。即ち、図１６に示すグラフのような分布に誘導エネルギー量が推定される。
【0083】
受信端のスイッチ、即ち図３に示すＳＷＲＸ１が非活性化すると、制御部４３０は、受信端エネルギー推定部４２５でサンプル毎に推定される誘導エネルギー量の大きさに基づいて送信端スイッチ、即ち図３に示すＳＷＴＸの動作を制御する。ここで、送信端スイッチは、ソース共振器４０１をソース共振器４０１にエネルギーを供給する電源に電気的に接続し、ソース共振器４０１を電源から電気的に切り離す役割を果たす。
【0084】
制御部４３０は、測定部４３１、第１決定部４３３、及び第２決定部４３５を備える。
【0085】
測定部４３１は、図３に示すＳＷＲＸ１が活性化されたと判断されると、受信端エネルギー推定部４２５でサンプル毎に推定される最大誘導エネルギー量が保持される区間を測定する。測定部４３１は、サンプル毎に推定される誘導エネルギー量と最大誘導エネルギー量との差が所定の閾値よりも小さい区間を測定する。
【0086】
第１決定部４３３は、最大誘導エネルギー量が保持される区間における最後のサンプル及びサンプル長に基づいて送信端スイッチの動作時点を決定する。誘導エネルギー量が最大値を保持した後に減少する直前のサンプルＮＳｙｎｃは、図３に示すＳＷＲＸ１の動作が送信端のエネルギー供給と同期されるサンプル、即ちソース共振器４０１から送信される瞬間エネルギー送信量が最大となる時点とＳＷＲＸ１がターンオンされる時点とが正確にマッチングするサンプルである。サンプルＮＳｙｎｃを用いて送信端スイッチの動作時点及び動作周期が決定される。第１決定部４３３は、ソース共振器４０１に蓄えられるエネルギーのスキャン開始時点からＮＳｙｎｃ×ＴＳａｍｐｌｅが経過した時点に基づいて送信端スイッチの動作時点を決定する。
【0087】
第２決定部４３５は、送信端スイッチの動作周期を受信端スイッチの動作周期と同じ値に決定する。ここで、第２決定部４３５は、ソース共振器４０１に蓄えられるエネルギーのスキャン開始時点からＮＳｙｎｃ×ＴＳａｍｐｌｅが経過した時点に基づいて、受信端スイッチの動作周期と同じ値に送信端スイッチの動作周期を決定する。受信端スイッチの動作周期は、既に送信端で知っているものと仮定する。
【0088】
制御部４３０は、第１決定部４３３で決定される送信端スイッチの動作時点の前に送信端スイッチを制御してソース共振器４０１を電源に接続する。制御部４３０は、送信端スイッチの動作時点で送信端スイッチを制御してソース共振器４０１を電源から切り離す。即ち、送信端スイッチの動作時点は図３に示すＳＷＴＸがターンオフする時点を意味する。
【0089】
受信端スイッチが非活性化されたと判断されると、第１決定部４３３は、第１送信端スイッチの動作時点を任意のサンプル開始時点として決定し、第１送信端スイッチの動作周期を所定の周期として決定する。第１送信端スイッチは、図３に示すＳＷＴＸに対応する。
【0090】
第２決定部４３５は、スキャン部４１０でスキャンされたエネルギー量が最小になる時点をソース共振器４０１の第２送信端スイッチの動作時点として決定する。第２送信端スイッチは、図２０に示すＳＷＴＸ２に対応する。第２決定部４３５は、スキャンされたエネルギー量が最小になる時点が複数回である場合、スキャンされたエネルギー量が最小になる最も早い時点を第２送信端スイッチの動作時点として決定する。ここで、第２送信端スイッチの動作時点は、図２０に示すＳＷＴＸ２がターンオンされる時点を意味する。第２送信端スイッチの動作時点でソース共振器４０１とターゲット共振器との間に非共振現象が発生すると、ターゲット共振器に蓄えられたエネルギーはソース共振器４０１に伝送されない。
【0091】
制御部４３０は、第１決定部４３３で決定される第１送信端スイッチの動作時点の前に第１送信端スイッチを制御してソース共振器４０１を電源に接続する。制御部４３０は、第１送信端スイッチの動作時点で第１送信端スイッチを制御してソース共振器４０１を電源から切り離し、第２送信端スイッチを制御してソース共振器４０１をソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離す。制御部４３０は、第２決定部４３５で決定された第２送信端スイッチの動作時点で第２送信端スイッチを制御してソース共振器４０１をソース共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続する。
【0092】
スキャン部４１０は、ソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量をサンプル単位でスキャンする。即ち、スキャン部４１０は、サンプル毎にソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量をスキャンする。ここで、制御部４３０は、サンプル単位でスキャンされたエネルギー量が所定の基準値に達する時点でソース共振器４０１の共振周波数を変更する。所定の基準値は、サンプル毎にスキャンされたエネルギー量のうちの最小値を意味する。例えば、所定の基準値は０である。所定の基準値は、スキャン部４１０のスキャン精度に応じて変更されるか又はユーザによって変更される。
【0093】
制御部４３０は、ソース共振器４０１に‘Ｄ’で示した追加インピーダンスを接続してソース共振器４０１の共振周波数を変更する。図２０に示すように、制御部４３０はスイッチＳＷＴＸ２の動作を制御してソース共振器４０１を追加インピーダンスに接続する。
【0094】
制御部４３０は、１つのサンプルでスキャンされたエネルギー量が所定の基準値に達する時点が複数回である場合、１つのサンプルでスキャンされたエネルギー量が所定の基準値に最も早く達した時点でソース共振器４０１の共振周波数を変更する。
【0095】
制御部４３０は、無線エネルギー送信装置を全般的に制御してスキャン部４１０及び誘導エネルギー推定部４２０の機能を遂行する。図４に示す実施例は、スキャン部４１０、誘導エネルギー推定部４２０、及び制御部４３０の各機能を区別するために別構成として示したが、実際に製品を具現する場合にスキャン部４１０及び誘導エネルギー推定部４２０の機能の全てを制御部４３０で処理するように構成してもよく、一部のみを制御部４３０で処理するように構成してもよい。
【0096】
図５は、無線エネルギー受信装置の例を示すブロック図である。
【0097】
図５を参照すると、無線エネルギー受信装置は、受信部５１０及び制御部５２０を備える。
【0098】
受信部５１０は、ターゲット共振器５０１とソース共振器と間の相互共振を通してソース共振器から無線エネルギーを受信する。即ち、ソース共振器とターゲット共振器５０１との間の相互共振を通してターゲット共振器にエネルギーが誘導される。
【0099】
制御部５２０は、受信部５１０が無線エネルギーを受信するか否かに基づいてソース共振器が存在するか否かを判断する。
【0100】
制御部５２０は、負荷に蓄えられたエネルギー量が所定の閾値よりも小さいか否かを判断して第１受信端スイッチ及び第２受信端スイッチの動作を制御する。負荷としてバッテリが挙げられる。所定の閾値は、第１受信端スイッチ又は第２受信端スイッチを動作させるために必要な最小のエネルギー量として設定される。
【0101】
制御部５２０は、負荷に蓄えられたエネルギー量が所定の閾値よりも大きい時に、非共振区間の間、第１受信端スイッチを制御してターゲット共振器５０１をターゲット共振器５０１の共振周波数を変更するインピーダンスに接続し、ターゲット共振器５０１に蓄えられたエネルギーを負荷に送信するために第２受信端スイッチを制御してターゲット共振器５０１を負荷に接続する。また、制御部５２０は、相互共振区間の間、第１受信端スイッチを制御してターゲット共振器５０１をターゲット共振器５０１の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離し、第２受信端スイッチを制御してターゲット共振器５０１を負荷から切り離す。相互共振区間の間にターゲット共振器５０１にエネルギーが蓄えられる。
【0102】
制御部５２０は、負荷に蓄えられたエネルギー量が所定の閾値以下である時に、第１受信端スイッチを制御してターゲット共振器５０１をターゲット共振器５０１の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離し、ソース共振器との相互共振を持続的に維持する間ターゲット共振器５０１に蓄えられるエネルギーを負荷に伝送するように第２受信端スイッチを制御してターゲット共振器を負荷に接続する。
【0103】
制御部５２０は、無線エネルギー受信装置を全般的に制御して受信部５１０の機能を遂行する。図５に示す実施例は、受信部５１０及び制御部５２０の各機能を区別するために別構成として示したが、実際に製品を具現する場合に受信部５１０の全てを制御部５２０で処理するように構成してもよく、一部のみを制御部５２０で処理するように構成してもよい。
【0104】
図６は、無線エネルギー送受信システムの送信端と受信端で測定されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【0105】
無線エネルギー送受信システムは、相互共振を用いてエネルギーを送信する送信端とエネルギーを受信する受信端で構成される。ここで、送信端をＴＸ端として示し、受信端をＲＸ端として示す。
【0106】
図６は、エネルギーが電源からＴＸ端に供給された直後に、ＴＸ端のソース共振器が電源から物理的に独立し、ＲＸ端のターゲット共振器が負荷から物理的に独立した状態で相互共振する間ＴＸ端とＲＸ端に蓄えられるエネルギー量を示す。相互共振を通してＴＸ端からＲＸ端に伝送されるエネルギーは、１つのサンプルの区間でＴＸ端とＲＸ端との間で繰り返し伝送される。
【0107】
図６で、ＴＸ端とＲＸ端に蓄えられるエネルギー量は、グラフに示すｙ軸の正規化された電圧で表される。ｘ軸の正規化された時間はエネルギー測定時間をサンプル単位時間で割った値に該当し、サンプル単位時間ＴＣはサンプル内で信号処理するために用いられる最も小さい時間単位を意味する。
【0108】
図７は、無線エネルギー送受信システムの受信端で非共振現象が発生する時に受信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【0110】
非共振区間の間、即ち時点７１０から時点７２０でＲＸ端に残るエネルギー量は、非共振化された時点７１０でＲＸ端に誘導されるエネルギー量によって決定される。従って、最大可能エネルギー量をＲＸ端に送信するためには、ＲＸ端に誘導されるエネルギー量が最大である時に図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンされなければならない。また、図３に示すＳＷＲＸ１のターンオン／ターンオフが所定の動作周期である場合、ＲＸ端に誘導されるエネルギー量が最大の時にＴＸ端のスイッチが開放されなければならない。従って、ＲＸ端に誘導されるエネルギー量が最大である時点がＴＸ端で推定された時、ＴＸ端のスイッチの制御を通してＴＸ端のスイッチがＲＸ端のスイッチと同期化される。
【0113】
図８Ａ及び図８Ｂにおいて、ＲＸ端に蓄えられるエネルギー量が最大となる時点でＴＸ端に蓄えられるエネルギー量は最小にならないため、ＲＸ端に誘導されるエネルギー量が最大になる時点をＴＸ端で判断することは困難である。
【0114】
上記時点が異なる理由は、ＲＸ端のエネルギー減衰速度とＴＸ端からＲＸ端にエネルギーが伝送される速度に差があるためである。即ち、ＴＸ端からＲＸ端へのエネルギー伝送速度よりＲＸ端でのエネルギー減衰速度が速い場合、ＴＸ端からＲＸ端にエネルギーが全て伝送される瞬間より早い時点でＲＸ端に誘導されるエネルギー量が最大になる。
【0115】
図９は、無線エネルギー送受信システムの送信端と受信端に蓄えられる総エネルギー量の例を示すグラフである。
【0116】
図９を参照すると、ＴＸ端の自己共振のみならず、ＴＸ端とＲＸ端との間で相互共振する場合、ＴＸ端とＲＸ端の総エネルギー量は相互インダクタンスＭの値に関わらずに一律に減少する。
【0117】
所定時間にＴＸ端とＲＸ端に蓄えられる総エネルギー量とＴＸ端に蓄えられるエネルギー量から当該時間にＲＸ端に誘導されるエネルギー量が推定される。
【0118】
従って、所定時間にＲＸ端に誘導されるエネルギー量を推定するためには当該時間にＴＸ端に蓄えられるエネルギー量のみならず、ＴＸ端とＲＸ端に蓄えられる総エネルギー量も把握しなければならないが、ＴＸ端とＲＸ端に蓄えられる総エネルギー量は、ＴＸ端の信号を分析することで把握される。
【0120】
図１０Ａ及び図１０Ｂでは、ＴＸ端とＲＸ端との間で非共振化‘ＯＲ’（Ｏｆｆ−Ｒｅｓｏｎａｎｔ）される時点が異なる。ここで、非共振化は、図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンする間に発生し、ＴＸ端とＲＸ端との間でエネルギーを交換する現象が発生しない。
【0121】
図１０Ａの場合、２０ＴｃでＳＷＲＸ１がターンオフされ、７０ＴｃでＳＷＲＸ１がターンオンされる。即ち、２０Ｔｃと７０Ｔｃとの間の区間（ハッチングされた区間）が相互共振‘Ｒ’区間であり、残りの区間が非共振区間‘ＯＲ’である。
【0122】
図１０Ａを参照すると、非共振区間（０〜２０Ｔｃ）でＲＸ端に蓄えられるエネルギー量が０である時に、ＴＸ端に蓄えられるエネルギー量はＲＸ端とＴＸ端に蓄えられる総エネルギー量と同一になる。
【0123】
図１０Ｂでは、図１０Ａに示す場合と反対に、２０ＴｃでＳＷＲＸ１がターンオンし、７０ＴｃでＳＷＲＸ１がターンオフされる。即ち、２０Ｔｃと７０Ｔｃとの間の区間が非共振区間‘ＯＲ’であり、残りの区間が相互共振区間‘Ｒ’である。
【0124】
ＴＸ端で所定時間にＲＸ端に蓄えられるエネルギー量を推定するためには、所定時間の総エネルギー量を把握する必要がある。ＴＸ端で総エネルギー量の変化を推定するための最も容易な方法は、ＴＸ端が自己共振している間、即ち相互共振がＴＸ端とＲＸ端との間で発生しない時にＴＸ端に蓄えられるエネルギー量の変化を測定することである。
【0125】
また、ＴＸ端から相互共振が不可能な距離にＲＸ端が存在するか否かを確認できない場合、ＴＸ端の信号を分析して総エネルギー量の変化を把握する。１サンプル内のスキャン区間は、図１０Ａに示すようにサンプルの開始時点が非共振区間に含まれる場合、サンプル開始時点から最初の非共振区間が終了する点まで伸びる。図１０Ｂに示すようにサンプル開始時点が相互共振区間に含まれる場合、サンプル開始時点から非共振区間の最初の開始時点の区間の間に一部のエネルギーがＴＸ端からＲＸ端に伝送されるため、ＴＸ端の信号のみを用いて総エネルギー量を推定することはできない。
【0126】
サンプル内で相互共振区間が短いほど、即ちサンプル内で非共振区間が長くなるほど総エネルギー量に関する情報を多く把握することができるが、ＲＸ端に格納されるエネルギー量が最大となる時点が相互共振する間に発生するため、相互共振区間が極めて短い場合にＲＸ端に誘導されるエネルギー量が最大にならない。
【0127】
図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、図３に示すＳＷＲＸ１のターンオン時間及びターンオフ時間のそれぞれはＳＷＲＸ１の全体動作周期の５０％である。即ち、ＳＷＲＸ１は、５０％の区間でターンオンし、５０％の区間でターンオフする。この場合、総エネルギー量が推定される最大区間はサンプル開始時点からＴＲＸ／２まで伸びる。即ち、サンプルの開始時点が相互共振区間に含まれる場合、最大区間は非共振現象が発生する区間である。
【0128】
結果として、１サンプルの０≦Ｔ≦ＴＲＸ／２区間内におけるサンプル単位時間ＴＣ毎にスキャンされたＴＸ端に蓄えられるエネルギー量の最大値は、図９に示す当該時間毎の総エネルギー量と同一になる。
【0129】
また、非共振区間がＴＲＸ／２より大きくならないため、Ｔ＞ＴＲＸ／２区間で総エネルギー量を推定することや、ＲＸ端のエネルギー量が最大になる時点を推定する必要がない。
【0130】
図１１は、無線エネルギー送受信システムの送信端から送信されるエネルギーのサンプル区間で受信端に蓄えられるエネルギー量の例を示すグラフである。
【0131】
図３に示すＳＷＲＸ１が予め設定された動作周期ＴＲＸでターンオン／オフされる間、ＴＸ端でソース共振器が電源から周期的にエネルギーが供給され、ＴＸ端でソース共振器に蓄えられるエネルギー量がスキャンされる。
【0132】
電源から供給されるエネルギーの単位をサンプルというとき、サンプル長はＴＳａｍｐｌｅ＝ＴＲＸ＋ｓＴＣとして定義される。ここで、ｓは０よりも大きい整数であり、ＴＣは無線エネルギー送信装置で信号を処理するために用いられる最も小さい時間単位として定義される。ＴＸ端で信号をスキャンする時間（ｔ）がｔ＝０である時点から始まり増加することによってサンプルの個数が増加し、サンプル番号（Ｎ）が増加することによってサンプルの開始時点、即ちエネルギー供給時点から図３のＳＷＲＸ１がオンする時点がｓＴＣずつ繰り上げられる。
【0133】
図１１は、例えばＴＲＸ＝１００ＴＣ、ｓＴＣ＝２０ＴＣ、ＴＳａｍｐｌｅ＝１２０ＴＣである場合にＴＸ端で推定されたＲＸ端に蓄えられるエネルギー量を示す。ＴＸ端で推定される時、最初のサンプル（０Ｔｃ〜１２０Ｔｃ区間）に比べて２番目のサンプル（１２０Ｔｃ〜２４０Ｔｃ区間）で図３に示すＳＷＲＸ１のオン時点が２０ＴＣだけ繰り上げられる。図１１において、各サンプルで２０ＴＣずつ繰り上げられてスキャンされる。また、サンプルの個数がＴＲＸ／ｓＴＣ＝５である場合に５種類のサンプルについてスキャンされる。従って、ｓ＝１である場合に最大ＮＭＡＸ＝ＴＲＸ／ＴＣ個のサンプルに対してスキャンされ、図３に示すＳＷＲＸ１のオン時点がより精密に推定される。
【0135】
図１２は、任意のサンプルにおいてＴＸ端で推定されたＲＸ端に誘導されるエネルギー量を示す。図１２を参照すると、１３ＴＣ時点でＲＸ端に最大エネルギー量１２１０が誘導される。ここで、最大エネルギー量１２１０は、任意のサンプルでＴＸ端から送信された瞬間最大エネルギー量を意味する。Ｒは相互共振区間を示す。
【0137】
図１４は、図１２に示す時点を基準として２０番目のサンプルを示す。図１４を参照すると、５ＴＣ時点でＲＸ端に最大エネルギー量１４１０が誘導される。図１３に示す最大エネルギー量１３１０と図１４に示す最大エネルギー量１４１０との差は、非共振区間がサンプル毎にＴＣずつ繰り上げられるために発生する。相互共振区間が長くなるほどＲＸ端に誘導されるエネルギー量は増大する。これはサンプルの開始時点に非共振区間が近づくほど相互共振区間が短くなり、ＲＸ端に誘導されるエネルギー量が減少するためである。
【0138】
図１５は、無線エネルギー送信装置でサンプル毎に推定された無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【0139】
ＴＸ端でスキャンされたサンプル番号をＮ（０≦Ｎ＜ＮＭＡＸ）、サンプル時点をＴ（０≦Ｔ＜ＴＳａｍｐｌｅ）、ＴＸ端でスキャンされたエネルギー量をＥＴＸ（ｔ）（０≦ｔ＜ＮＭＡＸ×ＴＳａｍｐｌｅ）というとき、所定時間（Ｔ）における総エネルギー量ＥＴｏｔａｌ（Ｔ）は次の数式（８）及び（９）を用いて算出される。
【0140】
【数8】
【0141】
【数9】
【0142】
上記数式で、ＴＳａｍｐｌｅ＝ＴＲＸ＋ＴＣ、及びＮＭＡＸ＝ＴＲＸ／ＴＣである。エネルギー量はＴＸ端でスキャンされ、同時に下記の数式（１０）を用いてサンプル毎にＲＸ端に誘導される最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）がＴＸ端で算出される。
【0143】
【数10】
【0144】
ＭＲＸ（Ｎ）はＮ番目のサンプルでＴＸ端からＲＸ端に送信される瞬間最大エネルギー量を意味する。
【0146】
ターゲット共振器に誘導されるエネルギーがバッテリを通してＲＸ端で吸収される区間は、図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンされる区間であり、図１２〜図１４に示すハッチングされない背景の区間である。
【0147】
最大エネルギー量がＲＸ端に誘導されるために、図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンされる時点は、ＴＸ端からＲＸ端に送信される瞬間エネルギー量が最大になる時点と同期化されなければならない。図１２及び図１３に示すサンプルにおいてＲＸ端に誘導される最大エネルギー量は１３ＴＣ時点で一律に維持される。しかし、図１４に示すサンプルで図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンされる区間が繰り上げられるため、ＲＸ端に誘導される最大エネルギー量は減少する。
【0148】
図１５を参照すると、サンプル番号Ｎが増加することで最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）が区間ＸＮの間で一律に保持される。この区間で、最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）が減少する直前のサンプルは、図３に示すＳＷＲＸ１がターンオンする時点とＴＸ端の瞬間エネルギー送信量が最大になる時点１５１０とが同期化されたサンプルＮＳｙｎｃである。サンプルＮＳｙｎｃに基づいてＴＸ端のスイッチの動作時点ｔＴＸ＿ｓｔａｒｔと動作周期ＴＴＸが次の数式（１１）〜（１４）を用いて算出される。
【0149】
【数11】
【0150】
【数12】
【0151】
【数13】
【0152】
【数14】
【0153】
数式（１２）において、「ｓ．ｔ．」は「ｓｕｃｈ ｔｈａｔ」の略語であり、【0154】
スキャン開始時点からＮＳｙｎｃ×ＴＳａｍｐｌｅが経過した時点を基準にしてＴＸ端の動作周期ＴＴＸをＲＸ端の周期ＴＲＸと同一にした場合、次のサンプルのエネルギー供給時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔが図３に示すＳＷＲＸ１の動作と同期化される。エネルギー供給時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔは、図３に示すＳＷＴＸがターンオフする時点を意味する。
【0155】
図１５を参照すると、ＮＳｙｎｃ＝８９、ＴＳａｍｐｌｅ＝１０１ＴＣ、ＴＲＸ＝１００ＴＣである。上記数式（１３）からＴＸ端にエネルギーを供給する時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔは（８９８９＋１００ｋ）ＴＣであり、スキャン終了時点はＮＭＡＸ×ＴＳａｍｐｌｅ＝１０１００ＴＣであるため、同期化の後にＴＸ端に最初にエネルギーを供給する時点はｋ＝１２、即ち１０１８９ＴＣとなる。従って、同期化された状態でＴＸ端にエネルギーを供給する時点は、スキャン開始時点を基準にして「１０１８９ＴＣ、１０２８９ＴＣ、１０３８９ＴＣ、１０４８９ＴＣ…」となる。ＳＷＲＸ１が活性化されるか否かは最大エネルギー量の分布ＭＲＸ（Ｎ）を用いてＴＸ端で判断される。
【0156】
図１６は、無線エネルギー送受信システムの受信端のスイッチが非活性化される時に無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【0157】
ＴＸ端とＲＸ端との間の相互共振の間に図３に示すＳＷＲＸ１が非活性化されると、即ちＳＷＲＸ１がターンオフされると、図１６に示すように最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）が０よりも大きい値で一律に保持される。ＳＷＲＸ１が非活性化されるか否かは最大エネルギー量の分布ＭＲＸ（Ｎ）を用いてＴＸ端で判断される。
【0158】
ＲＸ端でデータ通信を行わずにエネルギーのみを受信する場合、図３に示すＳＷＲＸ１がターンオフして相互共振を持続的に維持し、図３に示すＳＷＲＸ２がターンオンしてバッテリでエネルギーを持続的に受信する。
【0159】
ＲＸ端のバッテリに蓄えられたエネルギー量が通信するのに足りないか又は初めてＴＸ端とＲＸ端との間で相互共振を開始する時、ＲＸ端ではＳＷＲＸ１が非活性化状態に制御される。
【0160】
ＳＷＲＸ１が動作しない時、即ちＳＷＲＸ１がターンオンされない時、最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）に変化がないため、ＴＸ端のスイッチの動作時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔと動作周期ＴＴＸは、最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）を用いずに任意のサンプル開始時点及び所定の動作周期に決定される。任意のサンプル開始時点は、次の数式（１５）のように表現される。
【0161】
【数15】
【0162】
ＳＷＲＸ１が動作せずに相互共振を持続的に発生させる場合、ＲＸ端に誘導されたエネルギーがＴＸ端に再伝送される。従って、エネルギーがＴＸ端に再伝送されることを防止し、最大可能エネルギー量をＲＸ端で保持するために、ＴＸ端でソース共振器の共振周波数を変更して相互共振を中断させる必要がある。相互共振の中断は非共振化を意味する。
【0163】
図１７は、無線エネルギー送受信システムの受信端が存在しないために相互共振が発生しない場合に無線エネルギー受信装置に誘導されるエネルギー量の例を示すグラフである。
【0164】
ＲＸ端とＴＸ端との間で相互共振が可能な距離にＲＸ端が存在しないためにＴＸ端の自己共振が発生する場合、図１７に示すグラフのように最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）は常に０を有する。
【0165】
最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）の値が常に０である場合、ＴＸ端ではＲＸ端が存在しないと判断する。所定区間待機した後に再びＲＸ端を探すために最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）がＴＸ端で繰り返し測定される。
【0166】
図１８は、無線エネルギー送受信システムの送信端のスイッチがターンオンして非共振化される時の送信端のエネルギー変化の例を示すグラフである。
【0167】
即ち、図１８は、ＴＸ端に蓄えられるエネルギー量が最小になる時点１７ＴＣで図２０に示すＳＷＴＸ２がターンオンされる時のＴＸ端の電圧変化を示す。ＴＸ端の電圧変化は、エネルギー変化を意味するものと解釈される。図２０に示すＳＷＴＸ２がターンオンすると、ソース共振器の共振周波数が変更されて相互共振が中断される。即ち、非共振化が発生する。
【0168】
図１９は、無線エネルギー送受信システムの送信端のスイッチがターンオンして非共振化される時の受信端のエネルギー変化の例を示すグラフである。
【0169】
即ち、図１９は、ＴＸ端に蓄えられるエネルギー量が最小になる時点１７ＴＣで図２０に示すＳＷＴＸ２がターンオンされる時にＲＸ端に蓄えられるエネルギー量を示す。ＳＷＲＸ２がターンオンしてターゲット共振器が負荷に接続されると、負荷にはターゲット共振器から持続的にエネルギーが供給され、図１９に示すように時間の経過によってターゲット共振器に蓄えられたエネルギーが減少する。
【0170】
図２０は、無線エネルギー送受信システムの等価回路の他の例を示す図である。
【0171】
図２０を参照すると、図３に示す等価回路と比較してＴＸ端で１つのスイッチＳＷＴＸ２及び追加インピーダンス２０３０を更に含む。ＳＷＴＸ２を通して追加インピーダンス２０３０にソース共振器２０１０が接続されると、ソース共振器２０１０の共振周波数が変更されてソース共振器２０１０とターゲット共振器２０２０との間が非共振化される。追加インピーダンス２０３０はデバイスＤとして表され、デバイスＤはインダクター成分及び／又はキャパシタ成分を含む。
【0172】
ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔ時点でＳＷＴＸ２が再びターンオフしてＴＸ端とＲＸ端との間に共振状態が再び発生する。ＳＷＴＸ２によって決定される非共振化の時点がＴＸ端に残っているエネルギー量が無視できる時点に決定されるため、エネルギー送信効率に及ぼす影響は少ない。従って、ＳＷＴＸ２とデバイスＤに用いられる成分又は物質はＲＸ端のＣＬよりもより自由に選択される。ＳＷＲＸ１の動作の間にＳＷＴＸ２がターンオフ状態になる時、無線エネルギー送受信システムは図３に示すＲＩシステムと同じ構造を有する。
【0173】
ＳＷＴＸ２をターンオンさせることによる非共振化時点ｔｏｆｆ＿ｒｅｓｏｎａｎｔは、１つのサンプルのみを必要とし、相互共振の間にＴＸ端に蓄えられるエネルギー量ＥＴＸが最小になる時点である。
【0174】
相互共振の間に、ＴＸ端でエネルギー量が複数回０になり、このとき数式（１６）で表現されるように最も早い時点が非共振化時点に決定される。
【0175】
【数16】
【0176】
ＴＸ端に蓄えられるエネルギー量が一周期ＴＴＸの間に続けて減少して０になる場合が発生しなければ、エネルギー供給は非共振化を発生せずに直ちに行われる。この場合、ＳＷＴＸ２はオフ状態に維持される。
【0177】
図２１は、無線エネルギー送信方法の例を示すフローチャートである。
【0178】
ステップＳ２１０５において、無線エネルギー送信装置は、サンプル長及びサンプルの個数を決定する。サンプル長、サンプルの個数、及びサンプルの最大個数は次の数式（１７）〜（１９）のように表される。
【0179】
【数17】
【0180】
【数18】
【0181】
【数19】
【0182】
数式（１７）〜（１９）において、ＴＲＸは受信端スイッチの動作周期、ＴＣはサンプル単位時間、ｓは０よりも大きい整数を意味する。
【0183】
ステップＳ２１１０において、無線エネルギー送信装置は、ＴＸ端に蓄えられるエネルギー量をスキャンする。即ち、無線エネルギー送信装置は、ソース共振器に蓄えられるエネルギー量ＥＴＸ（ｔ）を所定のサンプルの個数（サンプルのそれぞれがサンプル長を有する）に対応するスキャン区間（０≦ｔ＜ＮＭＡＸ×ＴＳａｍｐｌｅ）の間スキャンする。
【0184】
ステップＳ２１１５において、無線エネルギー送信装置は、スキャンされたエネルギー量に基づいて各サンプルのサンプル単位時間毎にソース共振器４０１に蓄えられるエネルギー量を次の数式（２０）を用いて算出する。
【0185】
【数20】
【0186】
無線エネルギー送信装置は、非共振区間の間にサンプル毎に算出されたエネルギー量のうちの最も大きいエネルギー量を次の数式（２１）を用いて算出し、最も大きいエネルギー量を所定時間にソース共振器とターゲット共振器に蓄えられる総エネルギー量として決定する。
【0187】
【数21】
【0188】
無線エネルギー送信装置は、各サンプルで総エネルギー量とソース共振器に蓄えられるエネルギー量との差が最も大きいエネルギー量を次の数式（２２）を用いて算出し、算出されたエネルギー量をターゲット共振器に誘導されるエネルギー量として推定する。
【0189】
【数22】
【0190】
ステップＳ２１２０において、無線エネルギー送信装置は、無線エネルギー受信装置が存在するか否かを判断する。無線エネルギー受信装置は、無線エネルギー送受信システムのＲＸ端に該当する。無線エネルギー送信装置は、最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）が持続的に０であるか否かに基づいて無線エネルギー受信装置が存在するか否かを判断する。
【0191】
ステップＳ２１２５において、無線エネルギー送信装置は、無線エネルギー受信装置が存在しないと判断された場合、他のスキャンを行う前に所定時間の間待機する。
【0192】
ステップＳ２１３０において、無線エネルギー送信装置は、無線エネルギー受信装置が存在すると判断された場合、無線エネルギー受信装置のスイッチＳＷＲＸが活性化されたか否かを判断する。無線エネルギー送信装置は、最大エネルギー量ＭＲＸ（Ｎ）が０でない一定の値を有するか否かに基づいて無線エネルギー受信装置のスイッチＳＷＲＸが活性化されたか否かを判断する。
【0193】
ステップＳ２１３５において、無線エネルギー送信装置は、スイッチＳＷＲＸが活性化されたと判断されると、サンプル毎に推定される最大誘導エネルギー量が保持される区間を次の数式（２３）を用いて測定する。
【0194】
【数23】
【0195】
無線エネルギー送信装置は、最大誘導エネルギー量が保持される区間における最後のサンプル及びサンプル長に基づいて送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作時点を決定する。最後のサンプル及びＳＷＴＸ１の動作時点は、次の数式（２４）及び（２５）によって表される。
【0196】
【数24】
【0197】
【数25】
【0198】
無線エネルギー送信装置は、送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作周期を受信端スイッチＳＷＲＸの動作周期と同一の値に決定する。
【0199】
ステップＳ２１４０において、無線エネルギー送信装置は、スイッチＳＷＲＸが非活性化されたものと判断されると、送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔを次の数式（２６）を用いて任意のサンプル開始時点として決定し、送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作周期を所定の動作周期として決定する。
【0200】
【数26】
【0201】
無線エネルギー送信装置は、次の数式（２７）及び（２８）を用いて、スキャンされたエネルギー量が最小になる時点を送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作時点ｔｏｆｆ＿ｒｅｓｏｎａｎｔとして決定する。
【0202】
【数27】
【0203】
【数28】
【0204】
無線エネルギー送信装置は、スキャンされたエネルギー量が最小になる時点が複数回である場合、次の数式（２９）を用いて最も速い時点を送信端スイッチＳＷＴＸ２の動作時点として決定する。
【0205】
【数29】
【0206】
ステップＳ２１４５において、無線エネルギー送信装置は、ソース共振器を電源に接続してソース共振器にエネルギーを供給するように送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔより前の時点Δｔで送信端スイッチＳＷＴＸ１をターンオンする。Δｔは、サンプル単位時間ＴＣよりも極めて小さい値であるため、信号処理に影響を及ぼさない。無線エネルギー送信装置は、相互共振を開始するように送信端スイッチＳＷＴＸ１を動作時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔでターンオフする。送信端スイッチＳＷＴＸ２はオフ状態に維持される。
【0207】
ステップＳ２１５０において、無線エネルギー送信装置は、ソース共振器を電源に接続してソース共振器にエネルギーを供給するように送信端スイッチＳＷＴＸ１を動作時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔより前の時点Δｔで送信端スイッチＳＷＴＸ１をターンオンする。Δｔは、サンプル単位時間ＴＣよりも極めて小さい値であるため、信号処理に影響を及ぼさない。無線エネルギー送信装置は、相互共振を開始するように送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔで送信端スイッチＳＷＴＸ１をターンオフする。無線エネルギー送信装置は、非共振化を開始するように送信端スイッチＳＷＴＸ２の動作時点ｔｏｆｆ＿ｒｅｓｏｎａｎｔで送信端スイッチＳＷＴＸ２をターンオンし、相互共振を開始するように送信端スイッチＳＷＴＸ１の動作時点ｔＴｘ＿ｓｔａｒｔで送信端スイッチＳＷＴＸ２をターンオフする。
【0208】
図２２は、無線エネルギー受信方法の例を示すフローチャートである。
【0209】
ステップＳ２２１０において、無線エネルギー受信装置は、ターゲット共振器にエネルギーが蓄えられるか否かに基づいて無線エネルギー送信装置が存在するか否かを判断する。
【0210】
ステップＳ２２２０において、無線エネルギー受信装置は、無線エネルギー送信装置が存在しないと判断される場合、所定時間の間待機する。無線エネルギー受信装置は、所定時間待機した後、ステップＳ２２１０の処理を繰り返す。
【0211】
ステップＳ２２３０において、無線エネルギー受信装置は、相互共振可能な無線エネルギー送信装置が存在すると判断された場合、無線エネルギー受信装置のバッテリの充電量が閾値よりも大きい値を有するか否かを判断する。
【0212】
ステップＳ２２４０において、無線エネルギー受信装置は、バッテリの充電量が閾値よりも大きいと判断されると、非共振区間（０≦ｔ＜ＴＲＸ／２）でＳＷＲＸ１をターンオンしてターゲット共振器をターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスに接続し、ＳＷＲＸ２をターンオンしてターゲット共振器をバッテリに接続する。この場合、ＳＷＲＸ１の周期中の５０％がターンオンされる区間であり、残りの５０％がターンオフされる区間である。
【0213】
無線エネルギー受信装置は、共振区間（ＴＲＸ／２≦ｔ＜ＴＲＸ）でＳＷＲＸ１をターンオフしてターゲット共振器をターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離し、ＳＷＲＸ２をターンオフしてターゲット共振器をバッテリから切り離す。
【0214】
ステップＳ２２５０において、無線エネルギー受信装置は、バッテリの充電量が閾値以下の値を有するものと判断されると、ＳＷＲＸ１をターンオフしてターゲット共振器をターゲット共振器の共振周波数を変更するインピーダンスから切り離し、ＳＷＲＸ２をターンオンしてターゲット共振器をバッテリに接続し、ソース共振器との持続的な相互共振を通してターゲット共振器に蓄えられたエネルギーをバッテリに伝送することを可能にする。
【0215】
上述した方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行するプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され得る。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうちの１つ又はその組合せを含む。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードが含まれる。ハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成され、その逆も同様である。
【0216】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。従って、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである
【符号の説明】
【0217】
１１０ 電力入力部１２０ 電力送信部
１３０、１６０ スイッチ部
１４０、５１０ 受信部
１５０、２６０ 電力出力部
２１０ 電力充電部
２２０、２５０、４３０、５２０ 制御部
２３０ 送信部
２４０ 充電部
２７０ 相互インダクタンスＭ
３１０、４０１、２０１０ ソース共振器
３２０、５０１、２０２０ ターゲット共振器
４１０ スキャン部
４２０ 誘導エネルギー推定部
４２１ 送信端エネルギー算出部
４２３ 総エネルギー算出部
４２５ 受信端エネルギー推定部
４３１ 測定部
４３３ 第１決定部
４３５ 第２決定部
１２１０、１３１０、１４１０ 最大エネルギー量
１５１０ 瞬間エネルギー送信量が最大になる時点
２０３０ 追加インピーダンス