JP7833932B2 - Information processing device, wireless power transmission system, program, and wireless power transmission method - Google Patents
Information processing device, wireless power transmission system, program, and wireless power transmission methodInfo
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Description
本発明は、情報処理装置、無線電力伝送システム、プログラム、及び、無線電力伝送方法に関する。 This invention relates to an information processing device, a wireless power transmission system, a program, and a wireless power transmission method.
従来より、給電部と受電部とが磁界結合或いは電界結合し電力を伝送する無線電力伝送技術が知られている。そして、平面上の数か所から給電させる目的で、共振のための導線を備えた共振コイルが複数平面配置される技術が提案されている。この種の技術が記載されるものとして特許文献1がある。 Conventionally, wireless power transmission technologies have been known in which a power supply unit and a power receiving unit transmit power through magnetic or electric field coupling. Furthermore, a technology has been proposed in which multiple resonant coils equipped with conductors for resonance are arranged on a plane, for the purpose of supplying power from several points on a plane. Patent Document 1 describes this type of technology.
この種の技術にあっては、給電部と受電部との位置がずれて例えば給電部が複数の受電部に重なる場合或いは多くの負荷が接続された場合に給電効率が低下する問題がある。また、磁界結合型においては、漏洩する磁界が他の機器に影響を与え、或いは、例えば車のボディーとの間に磁界が発生することがある。電界結合型においては、給電側電極に導電性物質が近づく場合には電界の影響が無視できないという問題がある。 In this type of technology, there is a problem of reduced power supply efficiency when the positions of the power supply and power receiving units are misaligned, for example, when the power supply unit overlaps with multiple power receiving units, or when many loads are connected. Furthermore, in magnetic field coupling types, leaked magnetic fields can affect other equipment, or a magnetic field may be generated between the power supply unit and, for example, the car body. In electric field coupling types, there is a problem that the influence of the electric field cannot be ignored when conductive material approaches the power supply electrode.
本発明は、自由に受電部を有する機器の設置場所を選択でき同時に多負荷に対して作動することを可能とする、無線電力伝送を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a wireless power transmission system that allows for the free selection of the installation location of equipment having a power receiving unit and enables simultaneous operation under multiple loads.
(1)本発明に係る情報処理装置は、無線電力伝送における給電部と受電部との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得部と、無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得部と、相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電部の位置を受電部の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出部と、を備える。 (1) The information processing device according to the present invention comprises: a relative position information acquisition unit that acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between a power supply unit and a power receiving unit in wireless power transmission; a power supply power information acquisition unit that acquires power supply information, which is information indicating the power supply value in wireless power transmission; and a position setting information calculation unit that calculates power supply/receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit with the position of the power receiving unit, based on the relative position information and the power supply power information.
(2)(1)の情報処理装置において、相対位置情報取得部は、給電部と受電部との相対的な角度情報を取得する角度取得部、及び、給電部と受電部との相対的距離情報を取得する距離取得部を有する。 (2) In the information processing device of (1), the relative position information acquisition unit includes an angle acquisition unit that acquires relative angle information between the power supply unit and the power receiving unit, and a distance acquisition unit that acquires relative distance information between the power supply unit and the power receiving unit.
(3)(1)又は(2)の情報処理装置において、位置設定情報算出部は、給電電力情報の値が極大となる受電部と給電部との位置を算出する。 (3) In the information processing device of (1) or (2), the position setting information calculation unit calculates the positions of the power receiving unit and the power supply unit where the value of the power supply information is maximized.
(4)本発明に係る無線電力伝送システムは、(1)から(3)の何れか1つに記載の情報処理装置と、電界共鳴型無線電力伝送カプラを有する受電部及び給電部と、給電部の位置を給電受電位置設定情報に従って変更する駆動部とを備える。 (4) The wireless power transmission system according to the present invention comprises an information processing device described in any one of (1) to (3), a power receiving unit and a power supply unit having an electric field resonance type wireless power transmission coupler, and a drive unit that changes the position of the power supply unit according to power supply and power receiving position setting information.
(5)(4)の無線電力伝送システムにおいて、駆動部が給電部の位置を直線上で変更する駆動機構を有する。 (5) In the wireless power transmission system of (4), the drive unit has a drive mechanism that changes the position of the power supply unit in a straight line.
(6)本発明に係るプログラムは、無線電力伝送における給電部と受電部との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得機能と、無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得機能と、相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電部の位置を受電部の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出機能と、をコンピュータに実行させる。 (6) The program according to the present invention causes a computer to execute the following functions: a relative position information acquisition function that acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between the power supply unit and the power receiving unit in wireless power transmission; a power supply power information acquisition function that acquires power supply information, which is information indicating the power supply value in wireless power transmission; and a position setting information calculation function that calculates power supply/receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit with the position of the power receiving unit based on the relative position information and the power supply power information.
(7)本発明に係る無線電力伝送方法は、コンピュータが、無線電力伝送における給電部と受電部との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得ステップと、無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得ステップと、相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電部の位置を受電部の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出ステップと、を備える。 (7) The wireless power transmission method according to the present invention comprises: a relative position information acquisition step in which a computer acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between a power supply unit and a power receiving unit in wireless power transmission; a power supply information acquisition step in which a computer acquires power supply information, which is information indicating the power supply value in wireless power transmission; and a position setting information calculation step in which a power supply/receiving position setting information is calculated, which is information for aligning the position of the power supply unit with the position of the power receiving unit based on the relative position information and the power supply information.
本発明によれば、自由に機器の設置場所を選択でき同時に多負荷に対して作動することを可能とする、無線電力伝送を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide wireless power transmission that allows for the free selection of the installation location of equipment and enables simultaneous operation for multiple loads.
以下、本発明の実施形態に係る情報処理装置、無線電力伝送システム、プログラム、及び、無線電力伝送方法について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付す。 The following describes the information processing device, wireless power transmission system, program, and wireless power transmission method according to embodiments of the present invention, with reference to the drawings. In each figure, identical components are denoted by the same reference numerals.
図1は第1の実施形態に係る無線電力伝送システム3が自動車の車内設備に適用される例を示す。図1の例では、車内に設置される座席53a、53bに、例えば乗員検知センサ54が実装されている。本実施形態では、自動車の車内での座席53a、53bのそれぞれの設置自由度を高めるため、乗員検知センサ54への電力供給は無線電力伝送によるものとされている。 Figure 1 shows an example of the wireless power transmission system 3 according to the first embodiment being applied to the in-vehicle equipment of an automobile. In the example in Figure 1, for example, an occupant detection sensor 54 is mounted on seats 53a and 53b installed in the vehicle. In this embodiment, in order to increase the degree of freedom in the installation of seats 53a and 53b in the vehicle, power is supplied to the occupant detection sensor 54 by wireless power transmission.
図1に示すように、無線電力伝送システム3は、情報処理装置1と送受電装置2とを有する。送受電装置2は、給電器21と受電器25とを有する。給電器21は給電部22を有し、受電器25は受電部26を有する。給電部22には給電器アンテナ23が、受電器25には受電器アンテナ27が設けられている。給電部22と受電部26とはカップリングし、無線電力伝送することから、給電部22は給電カプラ22と、受電部26は受電カプラ26と、それぞれ本明細書では称されることがある。 As shown in Figure 1, the wireless power transmission system 3 comprises an information processing device 1 and a power transmission/reception device 2. The power transmission/reception device 2 includes a power supply unit 21 and a power receiver unit 25. The power supply unit 21 has a power supply section 22, and the power receiver unit 25 has a power receiving section 26. The power supply section 22 is provided with a power supply antenna 23, and the power receiver unit 25 is provided with a power receiver antenna 27. Since the power supply section 22 and the power receiving section 26 are coupled and transmit wireless power, the power supply section 22 may be referred to as a power supply coupler 22, and the power receiving section 26 may be referred to as a power receiving coupler 26, respectively, in this specification.
給電カプラ22、受電カプラ26、給電器アンテナ23、受電器アンテナ27等は、それぞれ2つ実装されている場合が例として示される。この場合、給電カプラ22a、給電カプラ22bのように区別して示される場合がある。 The power supply coupler 22, power receiving coupler 26, power supply antenna 23, power receiving antenna 27, etc., are shown as examples where two of each are installed. In this case, they may be shown separately as power supply coupler 22a, power supply coupler 22b, etc.
情報処理装置1は、制御部10を有する。制御部10は通信手段17と給電器21と後述する1軸ボールネジシャフト48を含む駆動機構24を制御し、給電カプラ22a、22b、給電器アンテナ23a、23bの位置を制御する。受電器25a、25bは、受電カプラ26a、26bと受電器アンテナ27a、27bとを有する。給電器21と受電器25とは、図1に図示しない制御回路を有し、情報処理装置1からの指示に基づいて、電波の受発信、給電回路或いは受電装置の回路がそれぞれ制御される。 The information processing device 1 includes a control unit 10. The control unit 10 controls a communication means 17, a power supply unit 21, and a drive mechanism 24 including a single-axis ball screw shaft 48 (described later), and controls the positions of the power supply couplers 22a, 22b and the power supply antennas 23a, 23b. The power receivers 25a, 25b include power receiver couplers 26a, 26b and power receiver antennas 27a, 27b. The power supply unit 21 and power receiver 25 have control circuits (not shown in Figure 1), and based on instructions from the information processing device 1, the transmission and reception of radio waves, the power supply circuit, or the power receiving device circuit are controlled, respectively.
給電カプラ22及び受電カプラ26の無線電力伝送に用いるカプラとしては、例えば、容量結合型と磁界結合型とが適用可能である。本実施形態においては、容量結合型を採用した形態について主に説明する。このため、カプラにおけるカップリングとして、容量カップリングと称することがある。 For the couplers used in wireless power transmission between the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26, for example, capacitive coupling and magnetic field coupling types are applicable. In this embodiment, the configuration employing capacitive coupling will be primarily described. Therefore, the coupling in the coupler is sometimes referred to as capacitive coupling.
給電器21は自動車の車体のボディー51に設けられた内装材52に実装されている。詳細は後述するが、1軸ボールネジシャフト48が給電器21内に設けられており、給電カプラ22の位置が変更できるように構成されている。 The power supply unit 21 is mounted on the interior material 52 provided in the body 51 of the automobile. As will be described in detail later, a single-axis ball screw shaft 48 is provided inside the power supply unit 21, and the position of the power supply coupler 22 can be changed.
座席53a、53bには、前記した乗員検知センサ54への電力供給のため、受電器25a、25bが設けられる。受電器25は、受電カプラ26と受電器アンテナ27とを有する。 Seats 53a and 53b are equipped with power receivers 25a and 25b to supply power to the aforementioned occupant detection sensor 54. Power receiver 25 has a power receiving coupler 26 and a power receiving antenna 27.
給電カプラ22と受電カプラ26とは容量カップリングし、図5に関して後述する電源4からの電力が無線伝送される。 The power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 are capacitively coupled, and power from the power supply 4 (described later in Figure 5) is transmitted wirelessly.
図2は、情報処理装置1のハードウェア構成を示すブロック図である。図2に示すように、情報処理装置1は、制御部10と入出力部16と通信手段17と記憶部18とを備える。制御部10は、プロセッサ11と、ROM(Read Only Memory)12と、RAM(Random Access Memory)13と、バス14と、入出力インタフェース15とを有する。情報処理装置1は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータであってもよいし、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。 Figure 2 is a block diagram showing the hardware configuration of the information processing device 1. As shown in Figure 2, the information processing device 1 comprises a control unit 10, an input/output unit 16, a communication means 17, and a storage unit 18. The control unit 10 includes a processor 11, a ROM (Read Only Memory) 12, a RAM (Random Access Memory) 13, a bus 14, and an input/output interface 15. The information processing device 1 may be a general-purpose personal computer capable of performing various functions by installing various programs, or it may be a computer embedded in dedicated hardware.
プロセッサ11は、各種演算及び処理を行う。プロセッサ11は、例えば、CPU(central processing unit)、MPU(micro processing unit)、SoC(system on a chip)、DSP(digital signal processor)、GPU(graphics processing unit)、ASIC(application specific integrated circuit)、PLD(programmable logic device)又はFPGA(field-programmable gate array)等である。或いは、プロセッサ11は、これらのうちの複数を組み合わせたものである。また、プロセッサ11は、これらにハードウェアアクセラレーター等を組み合わせたものあってもよい。 The processor 11 performs various calculations and processes. The processor 11 is, for example, a CPU (central processing unit), MPU (micro processing unit), SoC (system on a chip), DSP (digital signal processor), GPU (graphics processing unit), ASIC (application specific integrated circuit), PLD (programmable logic device), or FPGA (field-programmable gate array). Alternatively, the processor 11 may be a combination of several of these. Furthermore, the processor 11 may also be a combination of these components with a hardware accelerator or the like.
プロセッサ11、ROM12及びRAM13は、バス14を介して相互に接続されている。プロセッサ11は、ROM12に記録されているプログラム又はRAM13にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。プログラムの一部又は全部は、プロセッサ11の回路内に組み込まれていてもよい。 The processor 11, ROM 12, and RAM 13 are interconnected via a bus 14. The processor 11 performs various processes according to the program recorded in the ROM 12 or the program loaded into the RAM 13. Part or all of the program may be incorporated into the circuitry of the processor 11.
バス14は入出力インタフェース15にも接続される。入出力インタフェース15には、入出力部16と、通信手段17と、が接続されている。 Bus 14 is also connected to the input/output interface 15. The input/output unit 16 and the communication means 17 are connected to the input/output interface 15.
入出力部16は、有線又は無線により電気的に入出力インタフェース15に接続される。入出力部16は例えばキーボード及びマウス等の入力部と画像を表示するディスプレイ及び音声を拡声するスピーカ等の出力部とによって構成される。なお、入出力部16はタッチパネルのように表示機能と入力機能が一体的な構成であってもよい。 The input/output unit 16 is electrically connected to the input/output interface 15 by wire or wireless connection. The input/output unit 16 consists of, for example, an input unit such as a keyboard and mouse, and an output unit such as a display for displaying images and a speaker for amplifying sound. The input/output unit 16 may also have an integrated display and input function, such as a touch panel.
通信手段17は、プロセッサ11が、例えば図示されないインターネット等のネットワークを介して他の装置との間で通信を行うための装置である。記憶部18は、特性評価手順、特性評価結果等を記憶する例えばハードディスクドライブ(HDD)、半導体ドライブ(SSD)等の記憶装置である。 The communication means 17 is a device for the processor 11 to communicate with other devices via a network, such as the Internet (not shown). The storage unit 18 is a storage device, such as a hard disk drive (HDD) or solid-state drive (SSD), that stores characteristic evaluation procedures, characteristic evaluation results, etc.
図2に関して示したハードウェア構成は、あくまで一例であり、特にこの構成に限定されるわけではない。シングルプロセッサ、マルチプロセッサ及びマルチコアプロセッサ等の各種処理装置単体によって構成されるものの他、これら各種処理装置と、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)及びFPGA(Field‐Programmable Gate Array)等の処理回路とが組み合わせられたものを、プロセッサとしての機能的構成を実現するものとして採用してもよい。情報処理装置1が記憶部18を有するのではなく、記憶部18が別途設けられる構成が採用されてもよい。情報処理装置1は通信手段17を有さず、例えば、スタンドアロンの形で機能する構成が採用されてもよい。 The hardware configuration shown in Figure 2 is merely an example and is not limited to this configuration. In addition to configurations consisting of various processing units such as single processors, multi-processors, and multi-core processors, a combination of these processing units and processing circuits such as ASICs (Application Specific Integrated Circuits) and FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) may be adopted to realize a functional processor configuration. The information processing device 1 may not have a storage unit 18, but rather a configuration in which the storage unit 18 is provided separately. The information processing device 1 may not have a communication means 17, and for example, a standalone configuration may be adopted.
図3は、本実施形態に係る情報処理装置1の機能的構成を示すブロック図である。図3に示すように、情報処理装置1は、図2に示すプロセッサ11等により実現される相対位置情報取得部101、給電電力情報取得部102、位置設定情報算出部103、管理指令部104を機能的構成として備える。 Figure 3 is a block diagram showing the functional configuration of the information processing device 1 according to this embodiment. As shown in Figure 3, the information processing device 1 functionally comprises a relative position information acquisition unit 101, a power supply information acquisition unit 102, a position setting information calculation unit 103, and a management command unit 104, all of which are implemented by the processor 11 shown in Figure 2.
相対位置情報取得部101は、図1に示す給電カプラ22と受電カプラ26との間の相対位置に関する情報、即ち相対位置情報を取得する。給電電力情報取得部102は、給電カプラ22から受電カプラ26へ給電される電力に関する情報、即ち給電電力情報を取得する。位置設定情報算出部103は、相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電カプラ22の位置を受電カプラ26の位置に合わせるための情報である位置設定情報を算出する。管理指令部104は、相対位置情報、給電電力情報、位置設定情報に基づいて給電部22或いは受電部26の位置を制御する。 The relative position information acquisition unit 101 acquires information regarding the relative position between the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 shown in Figure 1, i.e., relative position information. The power supply information acquisition unit 102 acquires information regarding the power supplied from the power supply coupler 22 to the power receiving coupler 26, i.e., power supply information. The position setting information calculation unit 103 calculates position setting information, which is information for aligning the position of the power supply coupler 22 with the position of the power receiving coupler 26, based on the relative position information and power supply information. The management command unit 104 controls the position of the power supply unit 22 or the power receiving unit 26 based on the relative position information, power supply information, and position setting information.
相対位置情報、給電電力情報、位置設定情報は、それぞれ記憶部18に記憶される。そして、これらの情報は、入出力部16及び通信手段17を介して外部と交換される。 Relative position information, power supply information, and position setting information are stored in the storage unit 18. This information is then exchanged with the outside world via the input/output unit 16 and the communication means 17.
図4は、図1に示した自動車内に設定した無線電力伝送システム3に適用される給電器21と給電カプラ22の例を示す。自動車のボディー51上の内装材52に車載用樹脂製クリップ55で給電器21が締結されている。給電器21は長手方向に凹部が設けられた略板状部材として構成され、給電器21の有する前記凹部に、例えば座席53に設けられている受電カプラ26が挿入され固定されている。給電カプラ22は給電器21内にて図4のX軸に沿って移動可能に保持されている。 Figure 4 shows an example of a power supply unit 21 and a power supply coupler 22 applied to the wireless power transmission system 3 set up inside a vehicle as shown in Figure 1. The power supply unit 21 is fastened to the interior material 52 on the vehicle body 51 with an automotive-grade resin clip 55. The power supply unit 21 is configured as a substantially plate-shaped member with a recess in the longitudinal direction. A power receiving coupler 26, for example, located on a seat 53, is inserted into and fixed to this recess. The power supply coupler 22 is held within the power supply unit 21 so as to be movable along the X-axis in Figure 4.
給電器21は、1軸ボールネジシャフト48を有し、給電カプラ22が実装されている。図1に示した情報処理装置1の有する図2に示す管理指令部104からの指令により1軸ボールネジシャフト48のボールネジが回転し、ボールネジの軸方向に平行に給電カプラ22は図4のX軸上を移動することができる。図4の送受電装置2は、二つの受電カプラ26を備えており、それぞれ26a及び26bと符号が付されている。 The power supply unit 21 has a single-axis ball screw shaft 48 and a power supply coupler 22 is mounted on it. A command from the management command unit 104 shown in Figure 2, located in the information processing device 1 shown in Figure 1, causes the ball screw of the single-axis ball screw shaft 48 to rotate, allowing the power supply coupler 22 to move along the X-axis in Figure 4, parallel to the axial direction of the ball screw. The power transmission and reception device 2 in Figure 4 is equipped with two power reception couplers 26, labeled 26a and 26b, respectively.
図5は、給電カプラ22と受電カプラ26とがそれぞれ二組設定された無線電力伝送システム3における、給電カプラ22の位置を設定するためのハードウェア構成を示す模式図である。 Figure 5 is a schematic diagram showing the hardware configuration for setting the position of the power supply coupler 22 in a wireless power transmission system 3, in which two sets of power supply couplers 22 and two sets of power receiving couplers 26 are configured.
電源4は、情報処理装置1と、共振コイル43及び給電カプラ22とに電力を供給している。電源4は所定の高周波交流の電力を給電カプラ22に供給する。例えば、電源4は、図5には示されないコンセントから供給される50Hz或いは60Hz交流電圧から高周波交流信号を生成する。電源4と共振コイル43との間には、リレー42が設けられている。情報処理装置1は、リレー駆動回路41、ボールネジ駆動回路44、パルス入力回路46、通信手段17に接続されている。リレー駆動回路41はリレー42を駆動する。電源4からの電力は、リレー42の接点を介して、共振コイル43、給電カプラ22に供給される。給電カプラ22は給電器21の有する1軸ボールネジシャフト48に設けられている。ボールネジ駆動回路44は、ボールネジ駆動機構45を介して、1軸ボールネジシャフト48のボールネジを回転させて、1軸ボールネジシャフト48に設置されている給電カプラ22を軸方向に移動させる。パルス入力回路46は、ボールネジ位置検出器47からパルスを受け取り、1軸ボールネジシャフト48の位置、言い換えれば1軸ボールネジシャフト48に固定されている給電カプラ22の位置を検出する。図5においては、給電カプラ22と受電カプラ26との位置が一致している状況を表している。 Power supply 4 supplies power to the information processing device 1, the resonant coil 43, and the power supply coupler 22. Power supply 4 supplies a predetermined high-frequency AC power to the power supply coupler 22. For example, power supply 4 generates a high-frequency AC signal from a 50 Hz or 60 Hz AC voltage supplied from an outlet not shown in Figure 5. A relay 42 is provided between power supply 4 and the resonant coil 43. The information processing device 1 is connected to a relay drive circuit 41, a ball screw drive circuit 44, a pulse input circuit 46, and a communication means 17. The relay drive circuit 41 drives the relay 42. Power from power supply 4 is supplied to the resonant coil 43 and the power supply coupler 22 via the contacts of the relay 42. The power supply coupler 22 is installed on a single-axis ball screw shaft 48 of the power supply unit 21. The ball screw drive circuit 44 rotates the ball screw of the single-axis ball screw shaft 48 via a ball screw drive mechanism 45, thereby moving the power supply coupler 22 installed on the single-axis ball screw shaft 48 in the axial direction. The pulse input circuit 46 receives pulses from the ball screw position detector 47 and detects the position of the single-axis ball screw shaft 48, or in other words, the position of the power supply coupler 22 fixed to the single-axis ball screw shaft 48. Figure 5 shows a situation where the positions of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 are aligned.
共振コイル43の搭載位置は、受電カプラ設置場所の他にケーブル部分やワイヤレス結合器内でも良い。ボールネジ位置検出器47は、例えばホールICを用いた位置センサを有する。その他、光センサ等の他の形式のセンサが使用されてもよい。 The resonant coil 43 may be mounted not only at the power receiving coupler installation location, but also in the cable section or within the wireless coupler. The ball screw position detector 47 has a position sensor, for example, using a Hall IC. Other types of sensors, such as optical sensors, may also be used.
図6は給電器21の有する給電カプラ22が直線上を移動する例について示す。情報処理装置1の管理指令部104は、図6Aに示すように給電カプラ22を直線的に移動させ、図6Bに示すように給電カプラ22を受電カプラ26に近接させる。給電カプラ22と受電カプラ26とが重畳した状態で形成される容量カップリングによって、本実施形態の無線電力伝送が実現される。 Figure 6 shows an example where the power supply coupler 22 of the power supply unit 21 moves in a straight line. The management command unit 104 of the information processing device 1 moves the power supply coupler 22 linearly, as shown in Figure 6A, and brings the power supply coupler 22 close to the power receiving coupler 26, as shown in Figure 6B. The capacitive coupling formed when the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 are superimposed realizes the wireless power transmission of this embodiment.
本実施形態において、情報処理装置1の管理指令部104が、給電カプラ22を受電カプラ26に近接させる手順について、図7、図8を参照して説明する。 In this embodiment, the procedure by which the management command unit 104 of the information processing device 1 brings the power supply coupler 22 closer to the power receiving coupler 26 will be described with reference to Figures 7 and 8.
図7では給電カプラ22の動きを例示している。通信手段17は、例えば受信アンテナアレイ19を有する。給電カプラ22は、給電器アンテナ23を有する。給電器アンテナ23は電波を送信する送信アンテナとして機能し、受信アンテナアレイ19はこの電波を受信する。受信アンテナアレイ19を構成する各アンテナは、給電器アンテナ23から送信された電波をそれぞれ受信する。情報処理装置1の相対位置情報取得部101は、給電部22である給電カプラ22と受電部26である受電カプラ26との相対的な位置情報を取得する。給電部22である給電カプラ22の位置と受電部26である受電カプラ26との位置は、それぞれ、給電器アンテナ23と受電器アンテナ27との位置で代表される。相対位置情報取得部101は、受信アンテナアレイ19と給電器アンテナ23及び受電器アンテナ27との相対的な角度情報を取得する角度取得部101aを有する。そして、角度取得部101aは、給電部22である給電カプラ22と受電部26である受電カプラ26との相対的な角度を取得する。相対位置情報取得部101は、受信アンテナアレイ19と給電器アンテナ23及び受電器アンテナ27との間の相対的距離情報を取得する距離取得部101b、を有する。そして、距離取得部101bは、給電部22である給電カプラ22と受電部26である受電カプラ26との相対的距離を取得する。 Figure 7 illustrates the movement of the power supply coupler 22. The communication means 17 includes, for example, a receiving antenna array 19. The power supply coupler 22 has a feeder antenna 23. The feeder antenna 23 functions as a transmitting antenna that transmits radio waves, and the receiving antenna array 19 receives these radio waves. Each antenna constituting the receiving antenna array 19 receives radio waves transmitted from the feeder antenna 23. The relative position information acquisition unit 101 of the information processing device 1 acquires relative position information between the power supply unit 22, which is the power supply coupler 22, and the power receiving unit 26, which is the power receiving coupler 26. The positions of the power supply unit 22, which is the power supply coupler 22, and the positions of the power receiving unit 26, which is the power receiving coupler 26, are represented by the positions of the feeder antenna 23 and the power receiving antenna 27, respectively. The relative position information acquisition unit 101 has an angle acquisition unit 101a that acquires relative angle information between the receiving antenna array 19 and the feeder antenna 23 and the power receiving antenna 27. The angle acquisition unit 101a acquires the relative angle between the power supply unit 22 (power supply coupler 22) and the power receiving unit 26 (power receiving coupler 26). The relative position information acquisition unit 101 includes a distance acquisition unit 101b that acquires relative distance information between the receiving antenna array 19 and the power supply antenna 23 and power receiving antenna 27. The distance acquisition unit 101b acquires the relative distance between the power supply unit 22 (power supply coupler 22) and the power receiving unit 26 (power receiving coupler 26).
送電各アンテナが受信する電波の位相差を、相対位置情報取得部101の角度取得部101a(図3)が取得し、受信アンテナアレイ19を通り1軸ボールネジシャフト48に平行な直線である基準線L1と、送信アンテナである給電器アンテナ23と受信アンテナアレイ19とを結ぶ直線と、のなす角度θ、例えば図7のθa或いはθbを計算する。この角度θの取得は、例えば、Bluetooth(登録商標)のVersion5.1として標準化された規格を用いて実現することができる。 The angle acquisition unit 101a (Figure 3) of the relative position information acquisition unit 101 acquires the phase difference of the radio waves received by each transmitting antenna, and calculates the angle θ, for example θa or θb in Figure 7, between a reference line L1, which is a straight line passing through the receiving antenna array 19 and parallel to the single-axis ball screw shaft 48, and a straight line connecting the transmitting antenna (feeder antenna 23) and the receiving antenna array 19. This angle θ can be acquired using, for example, a standardized specification such as Bluetooth® Version 5.1.
角度θの取得には、Bluetooth5.1(以下、BLT5.1)のAoA(Angle of Arrival)方式が例えば採用される。BLT5.1では通常のデータ通信のほかに、単調なサイン波を送るためConstant Tone Extension(CTE)として一定期間の無変調電波が送信される。このCTEを受信アンテナアレイ19で受信し、入射角は計算される。受信アンテナアレイ19を構成するアンテナ間の距離と入射する電波の波長は既知であるから、アンテナに入射する電波のアンテナ間の位相のずれを求めることにより角度θが特定される。 To obtain the angle θ, the AoA (Angle of Arrival) method of Bluetooth 5.1 (hereinafter referred to as BLT 5.1) is used, for example. In addition to normal data communication, BLT 5.1 transmits a monotonous sine wave, and therefore transmits an unmodulated radio wave for a certain period as a Constant Tone Extension (CTE). This CTE is received by the receiving antenna array 19, and the incident angle is calculated. Since the distance between the antennas constituting the receiving antenna array 19 and the wavelength of the incident radio wave are known, the angle θ can be determined by finding the phase difference between the antennas of the radio wave incident on the antennas.
相対位置情報取得部101の距離取得部101bは、電波の強度を検出し、受信アンテナアレイ19から給電器アンテナ23aまでの距離d1a、及び、受信アンテナアレイ19から給電器アンテナ23bまでの距離d1bを算出する。相対的距離情報は、受信アンテナアレイ19から給電器アンテナ23aまでの距離d1aと、受信アンテナアレイ19から給電器アンテナ23bまでの距離d1bと、これらの距離の差とを含む。この距離d1の算出は、例えば、Bluetoothに用意されているRSSI(Received Signal Strength Indicator)機能を用いて実現することができる。受信アンテナアレイ19には直接波だけが受信されるので、距離d1が離れる程RSSIが弱くなる現象が利用される。なお、反射波等の周囲環境の影響により所要の精度を得ることが難しい場合には、受信アンテナ間で反射波の影響を相殺する等の対策が可能である。
以上のように、角度θと距離d1とが特定され、受信アンテナアレイ19に対する給電器アンテナ23の位置を相対位置情報取得部101は取得する。
The distance acquisition unit 101b of the relative position information acquisition unit 101 detects the intensity of radio waves and calculates the distance d1a from the receiving antenna array 19 to the feeder antenna 23a, and the distance d1b from the receiving antenna array 19 to the feeder antenna 23b. The relative distance information includes the distance d1a from the receiving antenna array 19 to the feeder antenna 23a, the distance d1b from the receiving antenna array 19 to the feeder antenna 23b, and the difference between these distances. This calculation of distance d1 can be achieved, for example, using the RSSI (Received Signal Strength Indicator) function provided in Bluetooth. Since only direct waves are received by the receiving antenna array 19, the phenomenon that RSSI weakens as the distance d1 increases is utilized. If it is difficult to obtain the required accuracy due to the influence of the surrounding environment such as reflected waves, measures such as canceling out the influence of reflected waves between receiving antennas can be taken.
As described above, the angle θ and distance d1 are determined, and the relative position information acquisition unit 101 acquires the position of the feeder antenna 23 relative to the receiving antenna array 19.
また、基準線L1と給電器21との間の距離d2が既知である場合には、角度取得部101aが取得する受信アンテナアレイ19と給電器アンテナ23との相対的な角度情報のみで給電器21の位置が特定され得る。基準線L1と給電器アンテナ23aと受信アンテナアレイ19とを結ぶ直線とのなす角度θa、或いは、基準線L1と給電器アンテナ23bと受信アンテナアレイ19とを結ぶ直線とのなす角度θbと、距離d2とから距離d1a、d1bも求めることができる。具体的には、d1a=d2/sinθa、d1b=d2/sinθbの各計算式により、距離d1a及び距離d1bは求められる。 Furthermore, if the distance d2 between the reference line L1 and the feeder 21 is known, the position of the feeder 21 can be determined solely from the relative angle information between the receiving antenna array 19 and the feeder antenna 23 acquired by the angle acquisition unit 101a. Distances d1a and d1b can also be determined from the angle θa between the reference line L1, the feeder antenna 23a, and the receiving antenna array 19, or the angle θb between the reference line L1, the feeder antenna 23b, and the receiving antenna array 19, and distance d2. Specifically, distances d1a and d1b can be calculated using the formulas d1a = d2/sinθa and d1b = d2/sinθb.
これらの結果を合わせて、給電器アンテナ23の位置、そして、給電カプラ22の位置が相対位置情報取得部101により特定される。なお、給電カプラ位置検出方法は、給電器アンテナ23による位置検出を用いずに、ボールネジ位置検出器47のみにより給電カプラ22の位置検出をしてもよい。 By combining these results, the relative position information acquisition unit 101 determines the position of the power supply antenna 23 and the power supply coupler 22. Alternatively, the power supply coupler position detection method may be performed using only the ball screw position detector 47, without using the position detection by the power supply antenna 23.
同様にして、相対位置情報取得部101は、受信アンテナアレイ19と受電器アンテナ27とを結ぶ線が基準線L1に対してなす角度θ、及び、受信アンテナアレイ19と受電器アンテナ27との間の距離d1を取得する。そして、受電器アンテナ27の位置、そして、受電カプラ26の位置が相対位置情報取得部101により特定される。 Similarly, the relative position information acquisition unit 101 acquires the angle θ formed by the line connecting the receiving antenna array 19 and the power receiving antenna 27 with respect to the reference line L1, and the distance d1 between the receiving antenna array 19 and the power receiving antenna 27. The position of the power receiving antenna 27 and the position of the power receiving coupler 26 are then determined by the relative position information acquisition unit 101.
相対位置情報取得部101は、給電カプラ22と受電カプラ26との位置からこれらの相対位置を取得する。 The relative position information acquisition unit 101 acquires the relative positions of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 from their respective positions.
位置設定情報算出部103は、相対位置情報取得部101が取得した給電カプラ22と受電カプラ26との相対位置を元に、給電カプラ22と受電カプラ26との位置を合わせるための情報である、給電受電位置設定情報を算出する。この給電受電位置設定情報は、例えば、給電カプラ22を受信アンテナアレイ19から離れる方向に40cm動かすという設定情報である。給電カプラ22の位置を受電カプラ26の位置に合わせることにより、給電カプラ22から受電カプラ26への高い給電効率が得られる。 The position setting information calculation unit 103 calculates power supply and power receiving position setting information, which is information for aligning the positions of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26, based on the relative positions of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 acquired by the relative position information acquisition unit 101. This power supply and power receiving position setting information is, for example, setting information to move the power supply coupler 22 40 cm away from the receiving antenna array 19. By aligning the position of the power supply coupler 22 with the position of the power receiving coupler 26, high power supply efficiency from the power supply coupler 22 to the power receiving coupler 26 can be obtained.
図3に示す情報処理装置1の管理指令部104は、給電カプラ22を移動させるための指令を与える。管理指令部104は、給電受電位置設定情報に基づき、モータでボールネジ棒を回転させ、1軸ボールネジシャフト48に設置される給電カプラ22を、機器側の受電カプラ26の直下位置へ移動させる。 The management command unit 104 of the information processing device 1 shown in Figure 3 issues a command to move the power supply coupler 22. Based on the power supply and receiving position setting information, the management command unit 104 rotates a ball screw rod with a motor, moving the power supply coupler 22, which is installed on the single-axis ball screw shaft 48, to a position directly below the power receiving coupler 26 on the equipment side.
図1、図5に示す本実施形態においては、給電カプラ22は直線上を移動している。カプラは一般的に直方体をしており、位置合わせの精度を考えると、直方体の1辺と平行な直線上をカプラが移動する設定がよい。そして、直線上を動くものの位置を検証するには、図7に示す角度情報を使うことが有効であり、Bluetoothの使用が有効である。また、Bluetoothは、位置情報の取得のために限らず情報の送受信のために使われている。このため、特に追加の部品を増やすことなく、位置の検証ができることから、Bluetoothの採用は有効である。 In this embodiment shown in Figures 1 and 5, the power supply coupler 22 moves along a straight line. Couplers are generally rectangular, and considering the accuracy of alignment, it is best to set the coupler to move along a straight line parallel to one side of the rectangular prism. Furthermore, using angle information, as shown in Figure 7, is effective for verifying the position of an object moving along a straight line, and the use of Bluetooth is effective. Bluetooth is used not only for acquiring position information but also for transmitting and receiving information. Therefore, since position verification can be performed without adding any additional components, the adoption of Bluetooth is effective.
管理指令部104は、次に給電カプラ22と受電カプラ26との間での無線電力伝送を指示する。図2に示される給電電力情報取得部102は、無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する。管理指令部104は、給電電力情報と相対位置情報とに基づいて、更に、給電カプラ22の位置を調整する。 The control unit 104 then instructs wireless power transmission between the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26. The power supply information acquisition unit 102, shown in Figure 2, acquires power supply information, which indicates the power supply value during wireless power transmission. Based on the power supply information and relative position information, the control unit 104 further adjusts the position of the power supply coupler 22.
図8は、給電カプラ22の位置と給電電力との関係を示す。管理指令部104は、最大電力点追従法、MPPT(Maximum Power Point Tracking)法を用いて給電カプラ22の位置を最適化する。MPPT法では、行き過ぎと手前との間にて給電カプラ22の位置を変化させて最適値が探索される。この距離補正は給電カプラ22の位置合わせの精度を高める効果がある。 Figure 8 shows the relationship between the position of the power supply coupler 22 and the supplied power. The control command unit 104 optimizes the position of the power supply coupler 22 using the Maximum Power Point Tracking (MPPT) method. In the MPPT method, the optimal value is searched by changing the position of the power supply coupler 22 between overshooting and undershooting. This distance correction has the effect of improving the accuracy of the power supply coupler 22's positioning.
例えば、山登り法制御で、給電カプラ22の位置を一方向(増加又は減少)に変化させ、電力が増加から減少に転換すると逆方向へ変化させる。これを繰り返すことにより電力が最大となる最適動作点が管理指令部104により求められる。行き過ぎた場合に戻る動作が繰り返される。PID制御(Proportional-Integral-Differential Contoller)法が適宜適用されてもよい。給電電力が極大となる給電カプラ22の位置が管理指令部104により設定される。 For example, in the hill-climbing control method, the position of the power supply coupler 22 is changed in one direction (increase or decrease), and when the power changes from increasing to decreasing, it is changed in the opposite direction. By repeating this, the control command unit 104 determines the optimal operating point where the power is maximized. If the position is overextended, the operation to return to the previous position is repeated. PID control (Proportional-Integral-Different Controller) may be applied as appropriate. The control command unit 104 sets the position of the power supply coupler 22 where the power supply is maximized.
図8の縦軸は給電側の出力電力であるが、受電カプラ26からの反射波の強度が利用されてもよい。この場合、反射波が極小となる給電カプラ22の位置が特定される。 The vertical axis in Figure 8 represents the output power on the power supply side, but the intensity of the reflected wave from the power receiving coupler 26 may also be used. In this case, the position of the power supply coupler 22 where the reflected wave is minimal can be identified.
図9はコイル型無線電力伝送方式を採用した場合における、コイル間伝送効率とカプラの相対位置との関係を例示している。横軸は、給電カプラ22と受電カプラ26の相対位置を示す。縦軸は、コイル間伝送効率を示す。伝送効率として、目標効率は例えば80%に設定される。電気自動車用途では無線電力伝送におけるエネルギー損失が航続距離低下に直結する。このため、現状実力値である最大給電効率に設定した場合、相対位置が5cmを超えたところで効率は80%を下回る。このため、位置ずれは5cm以内にする必要がある。 Figure 9 illustrates the relationship between inter-coil transmission efficiency and the relative position of the couplers when a coil-type wireless power transmission system is adopted. The horizontal axis shows the relative position of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26. The vertical axis shows the inter-coil transmission efficiency. The target efficiency is set to, for example, 80%. In electric vehicle applications, energy loss in wireless power transmission directly impacts the driving range. Therefore, if the current maximum power supply efficiency is used, the efficiency falls below 80% when the relative position exceeds 5 cm. For this reason, the positional misalignment must be kept within 5 cm.
図10は、電界結合型無線電力伝送方式を採用した場合における、容量電極間伝送効率とカプラの相対位置との関係を示す。横軸は、給電カプラ22と受電カプラ26の相対位置を示す。縦軸は、容量電極間伝送効率を示す。伝送効率として、目標効率は例えば80%に設定される。ワイヤレス結合部の給電効率目標値80%以上を達成するには位置ずれを4cm以内にする必要がある。 Figure 10 shows the relationship between the transmission efficiency between capacitive electrodes and the relative position of the couplers when employing an electric field-coupled wireless power transmission system. The horizontal axis represents the relative position of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26. The vertical axis represents the transmission efficiency between capacitive electrodes. For example, the target efficiency is set to 80%. To achieve a power supply efficiency target of 80% or higher at the wireless coupling section, the positional misalignment must be kept within 4 cm.
図7に示した無線による位置の特定の場合は、位置は瞬時に求められるものの、位置特定の精度は例えば10cm程度である。この精度では、給電カプラ22と受電カプラ26との位置ずれについて、5cmあるいは4cmの範囲内という設定を達成することは難しい。 In the case of wireless position determination shown in Figure 7, although the position can be determined instantaneously, the accuracy of position determination is, for example, about 10 cm. With this accuracy, it is difficult to achieve a positional misalignment of 5 cm or 4 cm between the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26.
本実施形態においては、無線による位置の特定に加えて、図8に示したMPPT方式が採用される。MPPT方式においては、位置精度はcm程度であるものの、本方式のみを用いて位置を最初から求めることは時間を要する。そこで、本実施形態では、相対位置情報取得部101が無線により位置の特定をまず行い、位置設定情報算出部103が位置設定情報を算出し、管理指令部104が求められた位置に給電カプラ22を移動させる。次に、MPPT法により位置設定情報算出部103が位置設定情報を算出し、管理指令部104が最適位置に給電カプラ22を移動させることとしている。 In this embodiment, in addition to wireless position determination, the MPPT method shown in Figure 8 is employed. While the MPPT method offers positional accuracy of approximately centimeters, determining the position from the outset using only this method is time-consuming. Therefore, in this embodiment, the relative position information acquisition unit 101 first determines the position wirelessly, the position setting information calculation unit 103 calculates the position setting information, and the management command unit 104 moves the power supply coupler 22 to the determined position. Next, the position setting information calculation unit 103 calculates the position setting information using the MPPT method, and the management command unit 104 moves the power supply coupler 22 to the optimal position.
これにより、短時間に給電カプラ22を最適位置に移動させることができる。 This allows the power supply coupler 22 to be moved to the optimal position in a short amount of time.
次に、受電器25の初期電源供給方法について説明する。図11は、図6に示した給電器21の具体的な寸法例である。 Next, the initial power supply method for the power receiver 25 will be explained. Figure 11 shows a specific example of the dimensions of the power supply unit 21 shown in Figure 6.
給電器21は、給電カプラ22を有する。図11では受電カプラ26は二つ有り、それぞれ26a、26bの符号が付されている。受電器25は例えば、図1に示すように受電器アンテナ27を有し、電波の送信等に使用される電子機器を有する。この受電器25の有する電子機器への初期電源供給が課題である。 The power supply unit 21 has a power supply coupler 22. In Figure 11, there are two power receiving couplers 26, labeled 26a and 26b, respectively. The power receiving unit 25, for example as shown in Figure 1, has a power receiving antenna 27 and contains electronic equipment used for transmitting radio waves, etc. The challenge lies in supplying initial power to the electronic equipment contained in this power receiving unit 25.
一実施形態によれば、給電カプラ22から電子機器の立ち上げに要する電源が供給される。受電カプラ26の位置に関わらず、給電カプラ22と受電カプラ26とが必ず一部が重畳するように給電カプラ22及び受電カプラ26のサイズが設定される。図11において給電カプラ22aは、初期状態において給電器21上の可動域の左側の中央に位置する。可動域の横幅はd3である。給電カプラ22及び受電カプラ26の横幅はd4である。重畳するためには、d4/2+d4 > d3/4、の条件式が満たされる必要がある。これを整理して、サイズについて整理すると、d4 > d3/6、が導きだされる。即ち、給電カプラ22と受電カプラ26とをそれぞれ二つ具備する場合には、それらの幅は可動域の1/6以上とする。そして、初期状態において給電カプラ22は可動域の右側中央或いは左側中央に配置される。これにより、受電カプラ26の位置に関わらず、初期状態においては必ず給電カプラ22と受電カプラ26との一部が重畳する。重畳部分を利用して、受電カプラ26を備える受電器25に電源を供給することが可能である。 According to one embodiment, power required to start up the electronic device is supplied from the power supply coupler 22. Regardless of the position of the power receiving coupler 26, the sizes of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 are set so that they always partially overlap. In Figure 11, the power supply coupler 22a is initially located in the center of the left side of the movable range on the power supply unit 21. The width of the movable range is d3. The width of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 is d4. In order for them to overlap, the condition d4/2 + d4 > d3/4 must be satisfied. Rearranging this and rearranging the size, we derive d4 > d3/6. That is, if there are two power supply couplers 22 and two power receiving couplers 26, their widths should be 1/6 or more of the movable range. In the initial state, the power supply coupler 22 is positioned in the center of the right or left side of the movable range. This ensures that, regardless of the position of the power receiving coupler 26, a portion of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 always overlap in the initial state. This overlapping portion can be used to supply power to the power receiver 25, which is equipped with the power receiving coupler 26.
例えば、可動域の横幅d3が1m、給電カプラ22及び受電カプラ26の横幅が200mmに設定されるとする。この場合、受電カプラ26aが図11の左端に設置された場合においても、給電カプラ22と受電カプラ26とは50mmの長さにわたって重畳する。この重畳部が利用されて、起動に必要となる数100mWの電気量が給電され、図11に図示されない通信機器が起動される。 For example, suppose the width d3 of the movable range is 1 m, and the widths of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 are set to 200 mm. In this case, even if the power receiving coupler 26a is installed at the left end of Figure 11, the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 will overlap over a length of 50 mm. This overlapping section is used to supply several hundred mW of electricity necessary for startup, and communication equipment not shown in Figure 11 is started up.
受電器25に電池が搭載され、電池電力により受電器25の有する電子機器を起動することも可能である。受電器25が二次電池を備え、受電カプラ26が受電する電気により充電がなされてもよい。 The power receiver 25 may be equipped with a battery, allowing it to power its electronic devices. Alternatively, the power receiver 25 may have a secondary battery, which can be charged by the electricity received by the power coupler 26.
給電カプラ22と受電カプラ26とが必ず重畳するような構成と電池を備える構成とが組み合わされてもよい。 A configuration in which the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 are always superimposed may be combined with a configuration that includes a battery.
次に、本実施形態における無線電力伝送の処理の流れについて説明する。図12は無線電力伝送の処理の流れを示すフローチャートである。情報処理装置1の電源投入等によって処理がスタートすると(ステップSTART)、無線電力伝送に関する電源立ち上げ処理として、給電器21に対して電源が投入される(ステップS11)。管理指令部104は、初期電力供給処理として、給電カプラ22と一部が重畳している受電カプラ26を通して、電力を受電器25に対して供給する(ステップS12)。これにより、受電器25の有する電子機器、特に通信機器が起動され、受電器アンテナ27が機能する。 Next, the processing flow of wireless power transmission in this embodiment will be described. Figure 12 is a flowchart showing the processing flow of wireless power transmission. When processing starts, such as when the information processing device 1 is powered on (step START), power is supplied to the power supply unit 21 as part of the power startup process related to wireless power transmission (step S11). The management command unit 104 supplies power to the power receiver 25 through the power receiving coupler 26, which is partially superimposed on the power supply coupler 22, as part of the initial power supply process (step S12). As a result, the electronic equipment of the power receiver 25, especially the communication equipment, is activated, and the power receiver antenna 27 functions.
情報処理装置1の相対位置情報取得部101は、相対位置情報取得処理を行う(ステップS13)。具体的には、位置設定情報算出部103が、受電側機器からの電波の強度及び方向に基づいて、給電カプラ22の位置を設定する情報を算出する。管理指令部104は、位置設定情報に則って、ボールネジ駆動回路44を通して1軸ボールネジシャフト48を回転させ、給電カプラ22を移動させる(ステップS13)。次に管理指令部104は、給電カプラ22による給電電力を取得し、給電電力が極大となるようにMPPT処理を行う。具体的には、まず、管理指令部104が給電カプラ22を移動させて、給電電力情報取得部102が給電電力の変化を取得する。次に位置設定情報算出部103がPID制御法を例えば用いて位置情報を算出する。そして、極大の給電電力が得られるように管理指令部104が給電カプラ22を移動させる(ステップS14)。伝送効率が極大とならない場合(ステップS15:No)、ステップS13に戻る。伝送効率が極大となる場合(ステップS15:Yes)、管理指令部104は、電源供給処理を行う(ステップS16)。電源供給処理を終了しない場合(ステップS17:No)、ステップS16に戻り給電カプラ22から受電カプラ26への電源供給が続けられる。 The relative position information acquisition unit 101 of the information processing device 1 performs relative position information acquisition processing (step S13). Specifically, the position setting information calculation unit 103 calculates information to set the position of the power supply coupler 22 based on the strength and direction of radio waves from the power receiving device. The management command unit 104 rotates the single-axis ball screw shaft 48 through the ball screw drive circuit 44 according to the position setting information and moves the power supply coupler 22 (step S13). Next, the management command unit 104 acquires the power supplied by the power supply coupler 22 and performs MPPT processing so that the power supplied is maximized. Specifically, first, the management command unit 104 moves the power supply coupler 22 and the power supply information acquisition unit 102 acquires the change in power supplied. Next, the position setting information calculation unit 103 calculates position information using, for example, the PID control method. Then, the management command unit 104 moves the power supply coupler 22 so that the maximum power supplied is obtained (step S14). If the transmission efficiency is not maximized (Step S15: No), the process returns to Step S13. If the transmission efficiency is maximized (Step S15: Yes), the control command unit 104 performs the power supply process (Step S16). If the power supply process is not terminated (Step S17: No), the process returns to Step S16, and power supply from the power supply coupler 22 to the power receiving coupler 26 continues.
電源供給処理を終了する場合(ステップS17:Yes)、初期状態設定処理として、管理指令部104は給電カプラ22を初期設定位置に移動させる。具体的には、図11に示すように、例えば、管理指令部104は、可動範囲の左側中央に給電カプラ22aを配置し、可動範囲の右側中央に給電カプラ22bを配置して(ステップS18)、処理を終了する(ステップEND)。 When the power supply process is terminated (Step S17: Yes), as an initial state setting process, the management command unit 104 moves the power supply coupler 22 to its initial setting position. Specifically, as shown in Figure 11, for example, the management command unit 104 positions the power supply coupler 22a in the center left of the movable range and the power supply coupler 22b in the center right of the movable range (Step S18), and then terminates the process (Step END).
(変形例)
上記実施形態においては、給電部22は直線上を動く例が示されている。給電部22は例えばX軸、Y軸にそれぞれ直線移動機構を設けた2次元平面上、或いは、XY平面に直交するZ軸を加えた3次元空間で移動可能とすることもこのましい。これにより、給電部22は、受電部26との間にて伝送効率の高い位置に設置される。
(Variant)
In the above embodiment, an example is shown in which the power supply unit 22 moves along a straight line. It is also desirable that the power supply unit 22 be movable on a two-dimensional plane with linear movement mechanisms on the X and Y axes, respectively, or in a three-dimensional space with the addition of a Z axis orthogonal to the XY plane. This allows the power supply unit 22 to be installed in a position with high transmission efficiency between it and the power receiving unit 26.
給電部22及び受電部26の位置の特定方法については、測位方法としてあらゆる技術が適用されえる。例えば、衛星測位システム、ビーコンシステムが使用されてもよい。 Regarding the method for determining the positions of the power supply unit 22 and the power receiving unit 26, any positioning technology can be applied. For example, satellite positioning systems and beacon systems may be used.
給電カプラ22と受電カプラ26とのカップリングとしては、電界結合型及び磁界結合型が挙げられる。磁界結合型の場合には、人体、金属部分との間での相互作用による影響が考えられるため、そのような影響が不都合である場合には容量結合型がよりこのましいと考えられる。 The coupling between the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 can be of the electric field coupling type or the magnetic field coupling type. In the case of the magnetic field coupling type, the effects of interactions with the human body and metal parts are a concern; therefore, if such effects are undesirable, the capacitive coupling type is considered more preferable.
受電器25から電源の供給を受ける機器は、例えば自動車の場合、車両の内装機器等に搭載される。例としては、乗員検知センサ54に加えて、心拍センサ、振動素子、シートベルトバックルスイッチ、シートベルトエアバッグ、シートヒータ等が挙げられる。 The devices that receive power from the power receiver 25 are, for example, mounted in the interior equipment of a vehicle, such as in an automobile. Examples include, in addition to the occupant detection sensor 54, heart rate sensors, vibration elements, seat belt buckle switches, seat belt airbags, seat heaters, etc.
以上の説明においては、主に、情報処理装置1の有する機能部の機能、及び、無線電力伝送システム3について説明した。情報処理装置1の機能をコンピュータに実行させるプログラムは独立して使用することが可能である。また、情報処理装置1の機能をコンピュータに実行させるプログラムが行っているのと同様のステップに則った無線電力伝送方法を使用することが可能である。 The above explanation primarily described the functions of the functional components of the information processing device 1 and the wireless power transmission system 3. The program that causes the computer to execute the functions of the information processing device 1 can be used independently. Furthermore, it is possible to use a wireless power transmission method that follows the same steps as the program that causes the computer to execute the functions of the information processing device 1.
以上説明した実施形態に係る情報処理装置1、無線電力伝送システム3、プログラム、及び、無線電力伝送方法によれば以下のような効果が奏される。 The information processing device 1, wireless power transmission system 3, program, and wireless power transmission method described above provide the following benefits.
情報処理装置1は、無線電力伝送における給電部22と受電部26との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得部101と、
無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得部102と、
相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電部22の位置を受電部26の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出部103と、
を備える。
The information processing device 1 includes a relative position information acquisition unit 101 that acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between the power supply unit 22 and the power receiving unit 26 in wireless power transmission,
A power supply information acquisition unit 102 acquires power supply information, which is information indicating the power supply value in wireless power transmission,
A position setting information calculation unit 103 calculates power supply and power receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit 22 with the position of the power receiving unit 26 based on relative position information and power supply information,
It is equipped with.
これにより、自由に機器の設置場所を選択でき同時に多負荷に対して作動する、無線電力伝送が提供される。 This provides wireless power transmission that allows for flexible equipment placement and simultaneous operation with multiple loads.
情報処理装置1において、相対位置情報取得部101は、給電部22と受電部26との相対的な角度情報を取得する角度取得部101a及び給電部22と受電部26との相対的距離情報を取得する距離取得部101bを有する。 In the information processing device 1, the relative position information acquisition unit 101 includes an angle acquisition unit 101a that acquires relative angle information between the power supply unit 22 and the power receiving unit 26, and a distance acquisition unit 101b that acquires relative distance information between the power supply unit 22 and the power receiving unit 26.
これにより、給電部22及び受電部26の位置及び相対位置が得られる。特に、短時間で相対位置が得られる。また、近距離通信機能が相対位置の取得に使用される場合には、近距離通信機能は、位置情報の取得のためではなく、その他の情報の交換にも使用可能である。近距離通信機能が位置情報の取得とは無関係に備わっている場合には、ハードウェアの新規な設置を最小限に抑えた上で、給電部22及び受電部26の位置情報を取得することが可能となる。 This allows us to obtain the positions and relative positions of the power supply unit 22 and the power receiving unit 26. In particular, the relative position can be obtained in a short time. Furthermore, when the short-range communication function is used to obtain the relative position, the short-range communication function can be used not only for obtaining position information but also for exchanging other information. If the short-range communication function is provided independently of obtaining position information, it becomes possible to obtain the position information of the power supply unit 22 and the power receiving unit 26 while minimizing the installation of new hardware.
情報処理装置1の備える位置設定情報算出部103は、給電電力情報の値が極大となる受電部26と給電部22との位置を算出する。 The position setting information calculation unit 103 of the information processing device 1 calculates the positions of the power receiving unit 26 and the power supply unit 22 where the value of the power supply information is maximized.
これにより、給電部22と受電部26との位置のずれを可及的に小さくすることができ、給電の効率をいっそう高めることができる。 This allows the positional misalignment between the power supply unit 22 and the power receiving unit 26 to be minimized, further improving the efficiency of power supply.
無線電力伝送システム3は、無線電力伝送における給電部22と受電部26との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得部101と、無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得部102と、相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電部22の位置を受電部26の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出部103と、を備える情報処理装置1と、電界共鳴型無線電力伝送カプラを有する受電部26及び給電部22と、給電部22の位置を給電受電位置設定情報に従って変更する駆動部とを備える。 The wireless power transmission system 3 comprises an information processing device 1 comprising: a relative position information acquisition unit 101 that acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between the power supply unit 22 and the power receiving unit 26 in wireless power transmission; a power supply information acquisition unit 102 that acquires power supply information, which is information indicating the power supply value in wireless power transmission; and a position setting information calculation unit 103 that calculates power supply/receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit 22 with the position of the power receiving unit 26 based on the relative position information and the power supply information; a power receiving unit 26 and a power supply unit 22 having electric field resonance type wireless power transmission couplers; and a drive unit that changes the position of the power supply unit 22 according to the power supply/receiving position setting information.
これにより、自由に機器の設置場所を選択でき同時に多負荷に対して作動する、無線電力伝送が提供される。 This provides wireless power transmission that allows for flexible equipment placement and simultaneous operation with multiple loads.
無線電力伝送システム3は、駆動部が給電部22の位置を直線上で変更する駆動機構24を有する。 The wireless power transmission system 3 has a drive mechanism 24 that changes the position of the power supply unit 22 along a straight line.
これにより、それぞれがほぼ矩形の平面形状を有する給電部22と受電部26とを容易に精度よく重畳させることができる。また基準線L1からの角度θのみで直線上の位置を特定することができる(図7)。結果、電波の送受信ができるシステム、例えばBluetooth、を備えるのみで給電部22の位置を特定することができる。システム構成を単純化し、小さくすることができる。 This allows for easy and accurate superposition of the power supply unit 22 and the power receiving unit 26, each having a roughly rectangular planar shape. Furthermore, the position on a straight line can be determined solely by the angle θ from the reference line L1 (Figure 7). As a result, the position of the power supply unit 22 can be determined simply by providing a system capable of transmitting and receiving radio waves, such as Bluetooth. This simplifies and reduces the size of the system configuration.
プログラムは、無線電力伝送における給電部22と受電部26との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得機能101と、無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得機能102と、相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電部22の位置を受電部26の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出機能103と、をコンピュータに実行させる。 The program causes the computer to execute the following functions: a relative position information acquisition function 101, which acquires relative position information indicating the relative positional relationship between the power supply unit 22 and the power receiving unit 26 in wireless power transmission; a power supply information acquisition function 102, which acquires power supply information indicating the power supply value in wireless power transmission; and a position setting information calculation function 103, which calculates power supply/receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit 22 with the position of the power receiving unit 26 based on the relative position information and power supply information.
これにより、自由に機器の設置場所を選択でき同時に多負荷に対して作動する、無線電力伝送が提供される。 This provides wireless power transmission that allows for flexible equipment placement and simultaneous operation with multiple loads.
無線電力伝送方法は、無線電力伝送における給電部22と受電部26との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得ステップ101と、無線電力伝送における給電電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得ステップ102と、相対位置情報と給電電力情報とに基づいて給電部22の位置を受電部26の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出ステップ103と、を備える。 The wireless power transmission method comprises: a relative position information acquisition step 101, which acquires relative position information indicating the relative positional relationship between the power supply unit 22 and the power receiving unit 26 in wireless power transmission; a power supply information acquisition step 102, which acquires power supply information indicating the power supply value in wireless power transmission; and a position setting information calculation step 103, which calculates power supply/receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit 22 with the position of the power receiving unit 26 based on the relative position information and the power supply information.
これにより、自由に機器の設置場所を選択でき同時に多負荷に対して作動する、無線電力伝送が提供される。 This provides wireless power transmission that allows for flexible equipment placement and simultaneous operation with multiple loads.
また、本開示の変形形態として、情報処理装置1の相対位置情報取得部101及び位置設定情報算出部103は、例えば、乗員が所有するBLT5.1に対応した携帯機器(例えば、スマートフォンなど)に搭載されている機能を利用する形態でもよい。この形態の場合には、携帯機器により給電カプラ22と受電カプラ26の位置が特定され、携帯機器から給電カプラ22と受電カプラ26の位置の情報が情報処理装置1に送信される。 Furthermore, as a variation of this disclosure, the relative position information acquisition unit 101 and the position setting information calculation unit 103 of the information processing device 1 may utilize functions installed in, for example, a BLT 5.1 compatible portable device (e.g., a smartphone) owned by the crew. In this configuration, the positions of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 are identified by the portable device, and information regarding the positions of the power supply coupler 22 and the power receiving coupler 26 is transmitted from the portable device to the information processing device 1.
本開示は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上記した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。即ち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の開示の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 This disclosure allows for various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Furthermore, the embodiments described above are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the invention. That is, the scope of the invention is indicated by the claims, not by the embodiments. Various modifications made within the scope of the claims and the equivalent significance of the disclosure are considered to be within the scope of this invention.
1 情報処理装置
2 送受電装置
3 無線電力伝送システム
4 電源
5 自動車
10 制御部
11 プロセッサ
12 ROM
13 RAM
14 バス
15 入出力インタフェース
16 入出力部
17 通信手段
18 記憶部
19 受信アンテナアレイ
21 給電器
22 給電部(給電カプラ)
23 給電器アンテナ
24 駆動機構
25 受電器
26 受電部(受電カプラ)
27 受電器アンテナ
51 金属ボディー
52 内装材
53 座席
54 乗員検知センサ
55 車載用樹脂製クリップ
41 リレー駆動回路
42 リレー
43 共振コイル
44 ボールネジ駆動回路
45 ボールネジ駆動機構
46 パルス入力回路
47 ボールネジ位置検出器
48 1軸ボールネジシャフト
101 相対位置情報取得部
101a 角度取得部
101b 距離取得部
102 給電電力情報取得部
103 位置設定情報算出部
104 管理指令部
1. Information processing device 2. Power transmission/reception device 3. Wireless power transmission system 4. Power supply 5. Automobile 10. Control unit 11. Processor 12. ROM
13 RAM
14 Bus 15 Input/Output Interface 16 Input/Output Unit 17 Communication Means 18 Storage Unit 19 Receiving Antenna Array 21 Power Supply Unit 22 Power Supply Unit (Power Supply Coupler)
23 Power supply antenna 24 Drive mechanism 25 Power receiver 26 Power receiving section (power receiving coupler)
27 Power receiver antenna 51 Metal body 52 Interior material 53 Seat 54 Occupant detection sensor 55 Vehicle-mounted resin clip 41 Relay drive circuit 42 Relay 43 Resonant coil 44 Ball screw drive circuit 45 Ball screw drive mechanism 46 Pulse input circuit 47 Ball screw position detector 48 Single-axis ball screw shaft 101 Relative position information acquisition unit 101a Angle acquisition unit 101b Distance acquisition unit 102 Power supply information acquisition unit 103 Position setting information calculation unit 104 Management command unit
Claims (7)
前記無線電力伝送における前記給電部での出力電力の電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得部と、
前記相対位置情報と前記給電電力情報とに基づいて前記給電部の位置を前記受電部の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出部と、
を備える情報処理装置と、
前記給電部の位置を前記給電受電位置設定情報に従って変更する駆動部と
を備える
無線電力伝送システム。 The system includes an angle acquisition unit that acquires relative angle information between the power supply unit and the power receiving unit based on the phase difference of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, and a distance acquisition unit that acquires relative distance information between the power supply unit and the power receiving unit based on the intensity of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, and a relative position information acquisition unit that acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between the power supply unit and the power receiving unit in wireless power transmission, based on the relative angle information and the relative distance information.
A power supply information acquisition unit acquires power supply information, which is information indicating the power value of the output power at the power supply unit in the wireless power transmission;
A position setting information calculation unit calculates power supply and power receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit with the position of the power receiving unit, based on the relative position information and the power supply information.
An information processing device equipped with,
A wireless power transmission system comprising a drive unit that changes the position of the power supply unit according to the power supply and power receiving position setting information.
請求項1に記載の無線電力伝送システム。 The wireless power transmission system according to claim 1 , wherein the drive unit has a drive mechanism that changes the position of the power supply unit in a straight line.
請求項1又は2に記載の無線電力伝送システム。 The power receiving unit and the power supply unit have electric field resonance type wireless power transmission couplers.
The wireless power transmission system according to claim 1 or 2 .
給電部及び受電部から受信する電波の位相差に基づいて、前記給電部及び前記受電部との相対的角度情報を取得する角度取得部と、前記給電部及び前記受電部から受信する電波の強度に基づいて、前記給電部及び前記受電部との相対的距離情報を取得する距離取得部とを備え、前記相対的角度情報及び前記相対的距離情報に基づいて、無線電力伝送における前記給電部と前記受電部との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得部と、
前記無線電力伝送における前記給電部での出力電力の電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得部と、
前記相対位置情報と前記給電電力情報とに基づいて前記給電部の位置を前記受電部の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出部と、
を備える情報処理装置。 An information processing device used in a wireless power transmission system,
The system includes an angle acquisition unit that acquires relative angle information between the power supply unit and the power receiving unit based on the phase difference of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, and a distance acquisition unit that acquires relative distance information between the power supply unit and the power receiving unit based on the intensity of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, and a relative position information acquisition unit that acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between the power supply unit and the power receiving unit in wireless power transmission, based on the relative angle information and the relative distance information.
A power supply information acquisition unit acquires power supply information, which is information indicating the power value of the output power at the power supply unit in the wireless power transmission;
A position setting information calculation unit calculates power supply and power receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit with the position of the power receiving unit, based on the relative position information and the power supply information.
An information processing device equipped with the following features.
請求項4に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 4 , wherein the position setting information calculation unit calculates the position of the power receiving unit and the power supply unit where the value of the power supply information is maximized.
給電部及び受電部から受信する電波の位相差に基づいて、前記給電部及び前記受電部との相対的角度情報を取得する角度取得機能と、前記給電部及び前記受電部から受信する電波の強度に基づいて、前記給電部及び前記受電部との相対的距離情報を取得する距離取得機能とを備え、前記相対的角度情報及び前記相対的距離情報に基づいて、無線電力伝送における前記給電部と前記受電部との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得機能と、
前記無線電力伝送における前記給電部での出力電力の電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得機能と、
前記相対位置情報と前記給電電力情報とに基づいて前記給電部の位置を前記受電部の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出機能と、
を実行させるプログラム。 Information processing equipment used in wireless power transmission systems,
The system includes an angle acquisition function that acquires relative angle information between the power supply unit and the power receiving unit based on the phase difference of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, and a distance acquisition function that acquires relative distance information between the power supply unit and the power receiving unit based on the intensity of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, and a relative position information acquisition function that acquires relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between the power supply unit and the power receiving unit in wireless power transmission, based on the relative angle information and the relative distance information.
A power supply information acquisition function that acquires power supply information, which is information indicating the power value of the output power at the power supply unit in the wireless power transmission,
A position setting information calculation function calculates power supply and power receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit with the position of the power receiving unit, based on the relative position information and the power supply information.
A program that executes the command.
給電部及び受電部から受信する電波の位相差に基づいて、前記給電部及び前記受電部との相対的角度情報を取得し、前記給電部及び前記受電部から受信する電波の強度に基づいて、前記給電部及び前記受電部との相対的距離情報を取得し、前記相対的角度情報及び前記相対的距離情報に基づいて、無線電力伝送における前記給電部と前記受電部との相対的位置関係を示す情報である相対位置情報を取得する相対位置情報取得ステップと、
前記無線電力伝送における前記給電部での出力電力の電力値を示す情報である給電電力情報を取得する給電電力情報取得ステップと、
前記相対位置情報と前記給電電力情報とに基づいて前記給電部の位置を前記受電部の位置に合わせるための情報である給電受電位置設定情報を算出する位置設定情報算出ステップと、
を実行する無線電力伝送方法。 Information processing equipment used in wireless power transmission systems
A relative position information acquisition step involves acquiring relative angle information between the power supply unit and the power receiving unit based on the phase difference of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, acquiring relative distance information between the power supply unit and the power receiving unit based on the intensity of radio waves received from the power supply unit and the power receiving unit, and acquiring relative position information, which is information indicating the relative positional relationship between the power supply unit and the power receiving unit in wireless power transmission, based on the relative angle information and the relative distance information.
A power supply information acquisition step, which acquires power supply information that is information indicating the power value of the output power at the power supply unit in the wireless power transmission,
A position setting information calculation step, which calculates power supply and power receiving position setting information, which is information for aligning the position of the power supply unit with the position of the power receiving unit, based on the relative position information and the power supply information,
A wireless power transmission method that performs this operation.
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