特許 7108181 無線電力伝送システム

(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】

(24)【登録日】2022-07-20

(45)【発行日】2022-07-28

(54)【発明の名称】無線電力伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/20 20160101AFI20220721BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20220721BHJP

   H02J 50/90 20160101ALI20220721BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20220721BHJP

【ＦＩ】

H02J50/20

H02J50/40

H02J50/90

H02J50/80

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018174545

(22)【出願日】2018-09-19

(65)【公開番号】P2020048316

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-08-19

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年 ４月２０日発行 ２０１８年電子情報通信学会 無線電力伝送研究会（ＷＰＴ）信学技報、 ｖｏｌ．１１８、 ｎｏ．１７、 ＷＰＴ２０１８－３、 ｐｐ．９－１１、 ２０１８年４月． 電子情報通信学会予稿集編集委員会

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年 ４月２７日開催 電子情報通信学会 無線電力伝送研究会（ＷＰＴ） 東京機械振興会館Ｂ２Ｆ １号室

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年 ６月３日開催 ２０１８年 ＩＥＥＥ、ＩＥＥＥ ＭＴＴ学会 ＷＰＴＣ２０１８大会 ポリテクニーク モントリオール（カナダ ケベック州 モントリオール）

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年 ６月 ６日発行 ２０１８年ＩＥＥＥ，ＩＥＥＥ ＭＴＴ学会 ＷＰＴＣ２０１８ 大会講演予稿集，番号１５７０４３８４６７，ＩＥＥＥ ＷＰＴＣ２０１８学会予稿集編集委員会

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(72)【発明者】

【氏名】袁 巧微

(72)【発明者】

【氏名】青木 拓海

【審査官】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２００３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５２３８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２３２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１４３００１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００６８５４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ５０／００－５０／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｍ個の送電素子Ｔ_i（１≦ｉ≦Ｍ）と、Ｎ個の受電素子Ｒ_j（１≦ｊ≦Ｎ）と、を備え、ＭおよびＮのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、
使用周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mに基づき、各送電素子Ｔ_iの自己インピーダンスを表わすＭ×Ｍの自己インピーダンス行列Ｚ_TTと、各受電素子Ｒ_jの自己インピーダンスを表わすＮ×Ｎの自己インピーダンス行列Ｚ_RRと、前記Ｍ個の送電素子Ｔ_iおよび前記Ｎ個の受電素子Ｒ_jの相互インピーダンスを表わすＭ×Ｎの相互インピーダンス行列Ｚ_TRと、前記Ｎ個の受電素子Ｒ_jおよび前記Ｍ個の送電素子Ｔ_iの相互インピーダンスを表わすＮ×Ｍの相互インピーダンス行列Ｚ_RTと、を定める第１演算処理要素と、
前記第１演算処理要素により定められた４つのインピーダンス行列Ｚ_TT，Ｚ_RR，Ｚ_TR，Ｚ_RTに基づき、前記Ｍ個の送電素子から前記Ｎ個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、関係式（１）で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式（２）で表わされる固有値問題の解としてＭ＋Ｎ個の固有値λおよび最大固有値λ_maxを求める第２演算処理要素と、
前記第１演算処理要素に対して出力される前記使用周波数ｆ、前記各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、前記各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第２演算処理要素により求められた最大固有値λ_maxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第３演算処理要素と、を備えていることを特徴とする無線電力伝送システム。

【数1】

（「^H」は複素共役転置行列、「^T」は転置行列、「^*」は複素共役行列を表わす。）

【数2】

【請求項2】

請求項１記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第３演算処理要素が、前記指定因子として、前記Ｎ個の受電素子Ｒ_jのうち少なくとも１つの受電素子Ｒ_uの位置ｐ_u+Mおよび姿勢ｑ_u+Mのうち少なくとも一方を前記指定因子として前記解を探索することを特徴とする無線電力伝送システム。

【請求項3】

請求項２記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第３演算処理要素により探索された解に関する指定情報を、前記少なくとも１つの受電素子Ｒ_uを構成要素とする端末装置に対して送信する通信装置をさらに備えていることを特徴とする無線電力伝送システム。

【請求項4】

請求項３記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第３演算処理要素が、前記指定因子として、前記少なくとも１つの受電素子Ｒ_uの位置ｐ_u+Mを前記指定因子として前記解を探索し、相互に区分されている複数の実空間領域のうち、前記解としての前記少なくとも１つの受電素子Ｒ_uの位置ｐ_u+Mが含まれる一の実空間領域を示す情報を前記指定情報として生成することを特徴とする無線電力伝送システム。

【請求項5】

請求項１～４のうちいずれか１つに記載の無線電力伝送システムにおいて、
前記第３演算処理要素が、前記第２演算処理要素により求められた最大固有値に対応する固有ベクトルにより表わされる、前記各送電素子Ｔ_iおよび前記各受電素子Ｒ_jのいずれかの電流が所定の範囲から逸脱している場合、当該最大固有値に対応する前記指定因子を前記解から除外することを特徴とする無線電力伝送システム。

【請求項6】

Ｍ個の送電素子Ｔ_i（１≦ｉ≦Ｍ）と、Ｎ個の受電素子Ｒ_j（１≦ｊ≦Ｎ）と、を備え、ＭおよびＮのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、
使用周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mに基づき、各送電素子Ｔ_iから信号を出力した際に各送電素子Ｔ_iに反射する信号、または各送電素子Ｔ_iから信号を出力した際に他の送電素子Ｔ_i1に通過する信号を表わすＭ×Ｍの行列Ｓ_TTと、各受電素子Ｒ_jから信号を出力した際に各受電素子Ｒ_jに反射する信号、または各受電素子Ｒ_ｊから信号を出力した際に他の受電素子Ｒ_j1に通過する信号を表わすＮ×Ｎの行列Ｓ_RRと、Ｍ個の送電素子Ｔ_iから信号を出力した際にＮ個の受電素子Ｒ_jに通過する信号を表わすＭ×Ｎの行列Ｓ_TRと、Ｎ個の受電素子Ｒ_jから信号を出力した際にＭ個の送電素子Ｔ_iに通過する信号を表わすＮ×Ｍの行列Ｓ_RTと、を定める第１演算処理要素と、
前記第１演算処理要素により定められた４つの行列Ｓ_TT，Ｓ_RR，Ｓ_TR，Ｓ_RTに基づき、前記Ｍ個の送電素子から前記Ｎ個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、各送電素子Ｔ_iへの入射波ａ_Ti、各受電素子Ｒ_jへの入射波ａ_Rj、各送電素子Ｔ_iによる反射波ｂ_Tiおよび各受電素子Ｒ_jによる反射波ｂ_Rjを用いて関係式（３）で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式（４）で表わされる固有値問題の解としてＭ＋Ｎ個の固有値λおよび最大固有値λ_maxを求める第２演算処理要素と、
前記第１演算処理要素に対して出力される前記使用周波数ｆ、前記各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、前記各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第２演算処理要素により求められた最大固有値λ_maxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第３演算処理要素と、を備えていることを特徴とする無線電力伝送システム。

【数3】

（「^H」は複素共役転置行列、「^T」は転置行列、「^*」は複素共役行列を表わす。）

【数4】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線電力伝送技術に関する。

【背景技術】

【0002】

送電素子および受電素子の間の無線方式の電力伝送効率の最大化を図る技術が提案されている（非特許文献１～２参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Q. Chen, et al., “Antenna characterization for wireless power transmission system using near-field coupling,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol.54, no.4, pp.108-116, Aug, 2012

【文献】Q. Chen and Q. Yuan, “Antennas in wireless charging systems,” in Hanbook of Antenna Technologies, Springer Singapore, Aug. 2015 R1-1

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、無線電力伝送システムの利便性向上の観点からは、一対一ではなく、一対複数、複数対一または複数対複数という組み合わせの送電素子と受電素子との間の無線方式の電力伝送効率の最大化を図ることが必要である。

【0005】

そこで、本発明は、一対複数、複数対一または複数対複数という組み合わせの送電素子と受電素子との間の無線電力伝送の効率の向上を図りうるシステムを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１態様の無線電力伝送システムは、Ｍ個の送電素子Ｔ_i（１≦ｉ≦Ｍ）と、Ｎ個の受電素子Ｒ_j（１≦ｊ≦Ｎ）と、を備え、ＭおよびＮのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mに基づき、各送電素子Ｔ_iの自己インピーダンスを表わすＭ×Ｍの自己インピーダンス行列Ｚ_TTと、各受電素子Ｒ_jの自己インピーダンスを表わすＮ×Ｎの自己インピーダンス行列Ｚ_RRと、前記Ｍ個の送電素子Ｔ_iおよび前記Ｎ個の受電素子Ｒ_jの相互インピーダンスを表わすＭ×Ｎの相互インピーダンス行列Ｚ_TRと、前記Ｎ個の受電素子Ｒ_jおよび前記Ｍ個の送電素子Ｔ_iの相互インピーダンスを表わすＮ×Ｍの相互インピーダンス行列Ｚ_RTと、を定める第１演算処理要素と、前記第１演算処理要素により定められた４つのインピーダンス行列Ｚ_TT，Ｚ_RR，Ｚ_TR，Ｚ_RTに基づき、前記Ｍ個の送電素子から前記Ｎ個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、関係式（１）で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式（２）で表わされる固有値問題の解としてＭ＋Ｎ個の固有値λおよび最大固有値λ_maxを求める第２演算処理要素と、前記第１演算処理要素に対して出力される前記各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、前記各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第２演算処理要素により求められた最大固有値λ_maxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第３演算処理要素と、を備えていることを特徴とする。

【0007】

【数1】

（「^H」は複素共役転置行列、「^T」は転置行列、「^*」は複素共役行列を表わす。）

【0008】

【数2】

【0009】

本発明の第２態様の無線電力伝送システムは、Ｍ個の送電素子Ｔ_i（１≦ｉ≦Ｍ）と、Ｎ個の受電素子Ｒ_j（１≦ｊ≦Ｎ）と、を備え、ＭおよびＮのうち少なくとも一方は複数である無線電力伝送システムであって、使用周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mに基づき、各送電素子Ｔ_iから信号を出力した際に各送電素子Ｔ_iに反射する信号、または各送電素子Ｔ_iから信号を出力した際に他の送電素子Ｔ_i1に通過する信号を表わすＭ×Ｍの行列Ｓ_TTと、各受電素子Ｒ_jから信号を出力した際に各受電素子Ｒ_jに反射する信号、または各受電素子Ｒ_ｊから信号を出力した際に他の受電素子Ｒ_j1に通過する信号を表わすＮ×Ｎの行列Ｓ_RRと、Ｍ個の送電素子Ｔ_iから信号を出力した際にＮ個の受電素子Ｒ_jに通過する信号を表わすＭ×Ｎの行列Ｓ_TRと、Ｎ個の受電素子Ｒ_jから信号を出力した際にＭ個の送電素子Ｔ_iに通過する信号を表わすＮ×Ｍの行列Ｓ_RTと、を定める第１演算処理要素と、前記第１演算処理要素により定められた４つの行列Ｓ_TT，Ｓ_RR，Ｓ_TR，Ｓ_RTに基づき、前記Ｍ個の送電素子から前記Ｎ個の受電素子に対する電力伝送効率ηが、各送電素子Ｔ_iへの入射波ａ_Ti、各受電素子Ｒ_ｊへの入射波ａ_Rj、各送電素子Ｔ_iによる反射波ｂ_Tiおよび各受電素子Ｒ_ｊによる反射波ｂ_Rjを用いて関係式（３）で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式（４）で表わされる固有値問題の解としてＭ＋Ｎ個の固有値λおよび最大固有値λ_maxを求める第２演算処理要素と、前記第１演算処理要素に対して出力される前記使用周波数ｆ、前記各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、前記各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、前記第２演算処理要素により求められた最大固有値λ_maxを最大化するまたは閾値以上にするような前記指定因子の解を探索する第３演算処理要素と、を備えていることを特徴とする。

【0010】

【数3】

（「^H」は複素共役転置行列、「^T」は転置行列、「^*」は複素共役行列を表わす。）

【0011】

【数4】

【発明の効果】

【0012】

本発明の無線電力伝送システムによれば、使用周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mのうち、未知である指定因子がさまざまに変更される。これにより、固有値問題の解としての最大固有値λ_maxを最大化するまたは閾値以上にするように指定因子の解が探索される。これにより、一対複数（Ｍが単数である一方でＮが複数である場合）、複数対一（Ｍが複数である一方でＮが単数である場合）または複数対複数（ＭおよびＮがともに複数である場合）という組み合わせの送電素子と受電素子との間の無線電力伝送の効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態としての無線電力伝送システムの構成説明図。

【図2】Ｚ行列の算出方法の一例に関する説明図。

【図3】探索解および当該探索解が含まれる複数の実空間領域の例示図。

【図4】探索解に関する指定情報の出力形態に関する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（構成（第１実施形態））
図１に示されている本発明の一実施形態としての無線電力伝送システムは、Ｍ個の送電素子Ｔ₁，Ｔ₂，‥Ｔ_Mと、Ｎ個の受電素子Ｒ₁，Ｒ₂，‥Ｒ_Nと、サーバ１００と、を備えている。「Ｍ」および「Ｎ」のうち少なくとも一方は複数である。各送電素子Ｔ_i（ｉ＝１，２，‥Ｍ）は、例えば、形状特性因子として円周ｃ_iを有する円環状導線であると疑似される。各送電素子Ｔ_iの位置ｐ_iは当該円環の中心位置の３次元ベクトルにより表わされ、各送電素子Ｔ_iの姿勢ｑ_iは当該円環が存在する平面の平面ベクトルにより表わされる。各送電素子Ｔ_iには、当該各送電素子Ｔ_iに電力を供給し、かつ、当該電力（電流）を制御するための給電ドライバ（図示略）が設けられている。

【0015】

各受電素子Ｒ_j（ｊ＝１，２，‥Ｎ）は、形状特性因子として円周ｃ_j+Mを有する円環状導線であると疑似される。各受電素子Ｒ_jの位置ｐ_j+Mは当該円環の中心位置の３次元ベクトルにより表わされ、各受電素子Ｒ_jの姿勢ｑ_j+Mは当該円環が存在する平面の平面ベクトルにより表わされる。各送電素子Ｔ_iには、当該各送電素子Ｔ_iに電力を供給し、かつ、当該電力（電流）を制御するための給電ドライバ（図示略）が設けられている。

【0016】

サーバ１００は、記憶装置１０２と、通信装置１０４と、第１演算処理要素１１０と、第１演算処理要素１２０と、第３演算処理要素１３０と、を備えている。

【0017】

記憶装置１０２は、第１演算処理要素１１０、第１演算処理要素１２０および第３演算処理要素１３０のそれぞれの演算処理結果などに関するデータのほか、当該演算処理に必要なソフトウェアを記憶保持している。通信装置１０４は、指定情報を端末装置に送信する。

【0018】

第１演算処理要素１１０、第１演算処理要素１２０および第３演算処理要素１３０のそれぞれは、共通のまたは別個の複数のＣＰＵ（マルチコアプロセッサまたはシングルコアプロセッサなど）により構成され、割り当てられた演算処理を実行するように構成されている。すなわち、第１演算処理要素１１０、第１演算処理要素１２０および第３演算処理要素１３０のそれぞれを構成する演算処理装置が、記憶装置１０２を構成するメモリ等の種々のメモリから必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行するようにプログラムされているまたは設計されている。

【0019】

第１演算処理要素１１０は、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mに基づき、各送電素子Ｔ_iの自己インピーダンスを表わすＭ×Ｍの自己インピーダンス行列Ｚ_TTと、各受電素子Ｒ_jの自己インピーダンスを表わすＮ×Ｎの自己インピーダンス行列Ｚ_RRと、Ｍ個の送電素子Ｔ_iおよびＮ個の受電素子Ｒ_jの相互インピーダンスを表わすＭ×Ｎの相互インピーダンス行列Ｚ_TRと、Ｎ個の受電素子Ｒ_jおよびＭ個の送電素子Ｔ_iの相互インピーダンスを表わすＮ×Ｍの相互インピーダンス行列Ｚ_RTと、を定める。〇×●の行列とは、〇行●列の行列を意味する。

【0020】

Ｚ_TTは使用周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_iと送電素子間の配置の関数にしたがって定められる。Ｚ_RRは使用周波数ｆ、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+Mの関数にしたがって定められる。Ｚ_TRおよびＺ_RTのそれぞれは、使用周波数ｆ、ｃ_k、ｐ_kおよびｑ_k（ｋ＝１，２，‥Ｍ，Ｍ＋１，Ｍ＋２，‥Ｍ＋Ｎ）の関数にしたがって定められる。

【0021】

第２演算処理要素１２０は、第１演算処理要素１１０により定められた４つのインピーダンス行列Ｚ_TT，Ｚ_RR，Ｚ_TR，Ｚ_RTに基づき、Ｍ個の送電素子Ｔ_iからＮ個の受電素子Ｒ_jに対する電力伝送効率ηが、関係式（１）で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式（２）で表わされる固有値問題の解としてＭ＋Ｎ個の固有値λおよび最大固有値λ_maxを求める。

【0022】

【数5】

（「^H」は複素共役転置行列、「^T」は転置行列、「^*」は複素共役行列を表わす。）

【0023】

【数6】

【0024】

関係式（２）の左辺および右辺のそれぞれの行列はエルミート行列である。関係式（１）により表現される電力伝送効率ηは一般化されたレイリー商（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｑｕｏｔｉｅｎｔ）であり、最大値η_maxを有する。最大レイリー商は、関係式（２）で表わされる一般化された固有値問題の最大固有値と同等である。

【0025】

ここで、関係式（１）に関して導出過程を説明する。Ｍ個の送電素子のそれぞれの電圧を成分とするＭ次元の送電電圧ベクトルＶ_T、Ｍ個の送電素子のそれぞれの電流を成分とするＭ次元の送電電流ベクトルＩ_T、Ｎ個の受電素子のそれぞれの電圧を成分とするＮ次元の受電電圧ベクトルＶ_R、および、Ｎ個の受電素子のそれぞれの電流を成分とするＮ次元の受電電流ベクトルＩ_Rの関係は関係式（５）および（６）により表現される。

【0026】

【数7】

【0027】

【数8】

【0028】

電力伝送効率ηは、入力電力Ｐ_inに対する出力電圧Ｐ_outの比率として関係式（７）にしたがって定義される。

【0029】

【数9】

【0030】

入力電力Ｐ_inおよび出力電圧Ｐ_outのそれぞれは、関係式（８）および（９）のそれぞれにより表現される。

【0031】

【数10】

【0032】

【数11】

【0033】

電力伝送効率ηは、関係式（７）～（９）をまとめて得られる関係式（１０）により表現される。

【0034】

【数12】

【0035】

ここで、Ｒ_RRはＮ×Ｎの自己インピーダンス行列の実部を要素とするＮ×Ｎの抵抗行列を表わす。Ｒ_TTはＭ×Ｍの自己インピーダンス行列の実部を要素とするＭ×Ｍの抵抗行列を表わす。関係式（１０）が変形されることにより、関係式（１）が得られる。

【0036】

第３演算処理要素１３０は、第１演算処理要素１１０に対して出力される各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、第２演算処理要素１２０により求められた最大固有値λ_maxを最大化するまたは閾値以上にするような指定因子の解を探索する。第３演算処理要素１３０は、第２演算処理要素１２０により求められた最大固有値λ_maxに対応する固有ベクトルにより表わされる、各送電素子Ｔ_iおよび各受電素子Ｒ_jのいずれかの電流Ｉ＝Ｉ_T，Ｉ_R ^Tが所定の範囲から逸脱している場合、当該最大固有値に対応する指定因子を解から除外する。

【0037】

（機能（第１実施形態））
例えば、図１に示されているように、ある設備に複数の送電素子Ｔ_i（ｉ＝１，２，‥Ｍ）が設置され、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_iのほか、電流Ｉ_iおよび電圧Ｖ_iが既知である状態で、当該設備に形状特性因子ｃ_i+Mを有する受電素子Ｒ_jを構成要素とするスマートホンＸ_j（またはタブレット端末等も含む携帯端末）が持ち込まれる場合について考える。当該既知の因子は、記憶装置１０２に記憶保持されている。

【0038】

この場合、設備に設置されているサーバ１００の通信装置１０４とスマートホンＸ_jとの無線通信（例えばＷｉ－Ｆｉ通信（「Ｗｉ－Ｆｉ」は登録商標））により、スマートホンＸ_jが有する受電素子Ｒ_jの少なくとも形状特性因子ｃ_j+Mが（必要に応じて、電流Ｉ_j+Mおよび電圧Ｖ_j+Mも）サーバ１００の第１演算処理要素１１０により認識される。その上で、電力伝送効率ηをその最大値η_maxに至らせるため、未知である受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jおよび姿勢ｑ_jが、指定因子としてサーバ１００を構成する第３演算処理要素１３０により、最大電力伝送効率η_maxを最大化するまたは閾値以上とするような当該指定因子の解が探索される。

【0039】

具体的には、第３演算処理要素１３０により、指定因子である受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jおよび姿勢ｑ_jが仮決定される。例えば、図３に示されているように、複数の送電素子Ｔ_iによる無線電力伝送の対象領域を構成する複数の実空間領域Ｓ₁～Ｓ₇が存在する場合、当該複数の実空間領域Ｓ₁～Ｓ₇のいずれかに含まれるように受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jが仮決定される。複数の実空間領域は、鳥観図のように２次元領域として定義されてもよく、高さも含む３次元領域として定義されてもよい。

【0040】

受電素子Ｒ_jの実空間における位置ｐ_jは、計算量低減のため、例えば、０．０５ｍ、０．１０ｍ、０．２０ｍ、０．５０ｍ、１ｍまたは２ｍなど、離散的な座標値（緯度および経度、または、緯度、経度および高度）によって定義される。受電素子Ｒ_jの実空間における姿勢ｑ_jは、例えば、５°、１０°または１５°など、離散的な角度（仰角および方位角、またはオイラー角）によって定義される。

【0041】

続いて、既知の因子（送受電に用いられる電磁波の周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_iのほか、電流Ｉ_iおよび電圧Ｖ_i、ならびに、スマートホンＸ_jが有する受電素子Ｒ_jの少なくとも形状特性因子ｃ_j+M、電流Ｉ_j+Mおよび電圧Ｖ_j+M）と、仮決定された未知の因子（受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jおよび姿勢ｑ_j）と、に基づき、第１演算処理要素１１０により、前記４つのインピーダンス行列Ｚ_TT，Ｚ_RR，Ｚ_TR，Ｚ_RTが定められる（関係式（３）および（４）参照）。

【0042】

そして、第２演算処理要素１２０により、第１演算処理要素１１０により定められた４つのインピーダンス行列Ｚ_TT，Ｚ_RR，Ｚ_TR，Ｚ_RTに基づき、Ｍ個Ｔ_iの送電素子から受電素子Ｒ_jに対する電力伝送効率ηが、関係式（１）で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式（２）で表わされる固有値問題の解として固有値λおよび最大固有値λ_maxが求められる。

【0043】

その後、第３演算処理要素１３０による指定因子（受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jおよび姿勢ｑ_j）の仮決定、第１演算処理要素１１０による４つのインピーダンス行列Ｚ_TT，Ｚ_RR，Ｚ_TR，Ｚ_RTの設定、および、第２演算処理要素１２０による最大固有値λ_maxの導出が繰り返される。当該繰り返しの過程で最大固有値λ_maxが徐々に増大するように指定因子の仮決定が繰り返される。例えば、最大固有値λ_maxの指定回数にわたる増加率が所定値以下になった場合、最大固有値λ_maxが最大化されたとみなして、その際の最大固有値λ_maxの基礎として仮決定された指定因子が解として求められてもよい。最大固有値λ_maxが閾値以上になった場合、その際の最大固有値λ_maxの基礎として仮決定された指定因子が解として求められてもよい。

【0044】

ここで、最大電力伝送効率η_maxの最大化または閾値以上の値を実現する探索解としての受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jが、第４実空間領域Ｓ₄に包含されている場合を考える。この場合、第３演算処理要素１３０により、設備の間取りを示す地図に重畳させて、当該設備のうち第４実空間領域Ｓ₄にいけば、スマートホンＸ_jに搭載されているバッテリの充電が円滑に行われる旨のメッセージを含む指定情報が生成される。サーバ１００の通信装置１０４により、指定情報がスマートホンＸ_jに送信され、これに応じて当該スマートホンＸ_jの出力装置（ディスプレイ装置）に図４に示されているように当該メッセージが表示される。これにより、スマートホンＸ_jのユーザを、第４実空間領域Ｓ₄に配置されている席に誘導することが可能になる。

【0045】

（構成（第２実施形態））
本発明の第２実施形態としての無線電力伝送システムは、第１演算処理要素１１０、第２演算処理要素１２０および第３演算処理要素１３０のそれぞれの機能が第１実施形態とは相違している。

【0046】

第１演算処理要素１１０は、使用周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mに基づき、散乱行列Ｓを定める。

【0047】

（Ｍ＋Ｎ）行×（Ｍ＋Ｎ）列のインピーダンス行列Ｚは、（Ｍ＋Ｎ）行×（Ｍ＋Ｎ）列の散乱行列Ｓを用いて、関係式（１１）にしたがって表現される。

【0048】

【数13】

【0049】

関係式（１１）において「Ｓ_TT」は、各送電素子Ｔ_iから信号を出力した際に各送電素子Ｔ_iに反射する信号、または各送電素子Ｔ_iから信号を出力した際に他の送電素子Ｔ_i1に通過する信号を表わすＭ×Ｍの行列である。「Ｓ_RR」は、各受電素子Ｒ_jから信号を出力した際に各受電素子Ｒ_jに反射する信号、または各受電素子Ｒ_ｊから信号を出力した際に他の受電素子Ｒ_j1に通過する信号を表わすＮ×Ｎの行列である。「Ｓ_TR」は、Ｍ個の送電素子Ｔ_iから信号を出力した際にＮ個の受電素子Ｒ_jに通過する信号を表わすＭ×Ｎの行列である。「Ｓ_RT」は、Ｎ個の受電素子Ｒ_jから信号を出力した際にＭ個の送電素子Ｔ_iに通過する信号を表わすＮ×Ｍの行列である。

【0050】

第２演算処理要素１２０は、第１演算処理要素１１０により定められた４つの行列Ｓ_TT，Ｓ_RR，Ｓ_TR，Ｓ_RTに基づき、Ｍ個の送電素子Ｔ_iからＮ個の受電素子Ｒ_jに対する電力伝送効率ηが、各送電素子Ｔ_iへの入射波ａ_Ti、各受電素子Ｒ_ｊへの入射波ａ_Rj、各送電素子Ｔ_iによる反射波ｂ_Tiおよび各受電素子Ｒ_ｊによる反射波ｂ_Rjを用いて関係式（３）で表わされるレイリー商として定義されているモデルにしたがって、関係式（４）で表わされる固有値問題の解としてＭ＋Ｎ個の固有値λおよび最大固有値λ_maxを求める。

【0051】

関係式（３）により表現される電力伝送効率ηは一般化されたレイリー商であり、最大値η_maxを有する。

【0052】

【数14】

（「^H」は複素共役転置行列、「^T」は転置行列、「^*」は複素共役行列を表わす。）

【0053】

【数15】

【0054】

第３演算処理要素１３０は、第１演算処理要素１１０に対して出力される使用周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、各受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+Mおよび姿勢ｑ_j+Mのうち、未知である指定因子をさまざまに変更することにより、第２演算処理要素１２０により求められた最大固有値λ_maxを最大化するまたは閾値以上にするような指定因子の解を探索する。

【0055】

ここで、図２に示されているように、一の平面に含まれる円環状の２つの受電素子Ｒ₁およびＲ₂のそれぞれと、当該一の平面に対して平行な他の平面に含まれる円環状の２つの送電素子Ｔ₁およびＴ₂のそれぞれとが対向して配置されている状況を一例として考察する。送電素子Ｔ₁およびＴ₂のそれぞれの中心の間隔、ならびに、受電素子Ｒ₁およびＲ₂のそれぞれの中心間隔はともに１０ｍに設定された。送電素子Ｔ₁およびＴ₂、ならびに、受電素子Ｒ₁およびＲ₂のそれぞれの周長は、周波数ｆ＝２ＭＨｚの電磁波の０．１波長（～１５ｍ）に設定された。

【0056】

この場合、散乱行列Ｓは電磁界解析シミュレータにより関係式（１２）のように正確に算出される。

【0057】

【数16】

【0058】

ここで、散乱行列Ｓの各要素は｜ｓ_ij｜ａｒｇ（ｓ_ij）の形で複素表現されており、例えばＳ₁₁について「８．４８‥Ｅ－０１」が複素数の絶対値｜ｓ_ij｜に相当し、「∠－１７９．５６１」が偏角ａｒｇ｜ｓ_ij｜に相当する。

【0059】

また［Ｚ］行列のデータは式（１１）を用いて（１３）の［Ｓ］行列から計算することができる。更に上記図２に示すモデルの［Ｓ］行列データは４ポートネットワークアナライザーを用いて測定から取得も可能である。測定器及び大半の電磁界解析シミュレータが［Ｓ］行列に関するデータをしか提供していない観点から、［Ｓ］行列を用いた効率の計算がより簡潔的に尚且つ実用的なものと考えられる。

【0060】

（機能（第２実施形態））
前記構成の無線電力伝送システムによれば、第１実施形態と同様に、第３演算処理要素１３０による指定因子（受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jおよび姿勢ｑ_j）の仮決定、第１演算処理要素１１０による４つの行列Ｓ_TT，Ｓ_RR，Ｓ_TR，Ｓ_RTの設定、および、第２演算処理要素１２０による最大固有値λ_maxの導出が繰り返される。当該繰り返しの過程で最大固有値λ_maxが徐々に増大するように指定因子の仮決定が繰り返される。

【0061】

前記のように、最大電力伝送効率η_maxの最大化または閾値以上の値を実現する探索解としての受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jが、第４実空間領域Ｓ₄に包含されている場合、第３演算処理要素１３０により、設備の間取りを示す地図に重畳させて、当該設備のうち第４実空間領域Ｓ₄にいけば、スマートホンＸ_jに搭載されているバッテリの充電が円滑に行われる旨のメッセージを含む指定情報が生成される。サーバ１００の通信装置１０４により、指定情報がスマートホンＸ_jに送信され、これに応じて当該スマートホンＸ_jの出力装置（ディスプレイ装置）に図４に示されているように当該メッセージが表示される。これにより、スマートホンＸ_jのユーザを、第４実空間領域Ｓ₄に配置されている席に誘導することが可能になる。

【0062】

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、指定因子として受電素子Ｒ_jの位置ｐ_jおよび姿勢ｑ_jが繰り返し変更されることにより、電力伝送効率ηの最大値η_maxを実現するまたは閾値以上の値を実現するような解が探索されたが、その他の因子が未知の指定因子としてその解が探索されてもよい。

【0063】

例えば、各送電素子Ｔ_iの電流Ｉ_iおよび電圧Ｖ_iが指定因子として未知であり、その他の因子（送受信に用いられる信号（電磁波）の周波数ｆ、各送電素子Ｔ_iの形状特性因子ｃ_i、位置ｐ_iおよび姿勢ｑ_i、ならびに、スマートホンＸ_jが有する受電素子Ｒ_jの形状特性因子ｃ_j+M、位置ｐ_j+M、姿勢ｑ_j+M、電流Ｉ_j+Mおよび電圧Ｖ_j+M）が既知である状態で、電力伝送効率ηの最大値η_maxを実現するまたは閾値以上の値を実現するような解が探索されてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１００‥サーバ、１０２‥記憶装置、１０４‥通信装置、１１０‥第１演算処理要素、１２０‥第２演算処理要素、１３０‥第３演算処理要素、Ｒ_j‥受電素子、Ｔ_i‥送信素子、Ｘ_j‥スマートホン（端末装置）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】