JP6429166B2 - Wireless power transmission system - Google Patents

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Description

この発明は、他の装置に無線により電力を伝送する無線電力送信システムに関し、特に、マルチパス干渉が発生する環境において複数の装置に安定的に電力を伝送する無線電力送信システムに関する。   The present invention relates to a wireless power transmission system that wirelessly transmits power to other devices, and more particularly to a wireless power transmission system that stably transmits power to a plurality of devices in an environment where multipath interference occurs.

現代の自動車、飛行機等の内部には多数のセンサモジュールが使われている。例えば自動車の場合、これらセンサモジュールの検出出力は車両制御ユニットに送信され、車両制御ユニットによるエンジン及び各アクチュエータ等の制御に使用される。これらセンサモジュールと車両制御ユニットの間には電力供給及び情報通信のための配線が必要である。これら配線は、いくつかの配線からなる束に束ねられ、ワイヤハーネスと呼ばれる部品として車両に取り付けられる。   Many sensor modules are used in modern automobiles, airplanes, and the like. For example, in the case of an automobile, the detection outputs of these sensor modules are transmitted to the vehicle control unit and used for controlling the engine, each actuator, and the like by the vehicle control unit. Wiring for power supply and information communication is required between the sensor module and the vehicle control unit. These wirings are bundled into a bundle of several wirings and attached to the vehicle as a part called a wire harness.

しかし、車両制御のためのセンサモジュール及び電子制御部品の数が多数に上るため、配線も多数となっている。その結果、1台の自動車に取り付けられるワイヤハーネス全体の重量も増大し、車両自体の重量も増大している。車両が重量化すると、車両の加速時等に必要な燃料が増大する。その結果、自動車の燃費が悪くなり、ドライバの経済的負担が増加するだけでなく、二酸化炭素ガスの排出量も増加する。車両を軽量化することによって、燃費の向上が期待できる。2013年の自動車の販売数は世界全体で8,700万台以上(日本自動車工業会ホームページによる)という膨大な数となっており、個々の自動車の軽量化を推進することで地球全体の二酸化炭素ガスの排出量削減に大きな貢献ができる。   However, since the number of sensor modules and electronic control parts for vehicle control is large, the wiring is also large. As a result, the weight of the whole wire harness attached to one automobile is increased, and the weight of the vehicle itself is also increased. When the vehicle becomes heavier, the fuel required for acceleration of the vehicle increases. As a result, the fuel efficiency of the automobile is deteriorated, and not only the economic burden on the driver is increased, but also the emission amount of carbon dioxide gas is increased. By reducing the weight of the vehicle, an improvement in fuel consumption can be expected. The number of automobiles sold in 2013 has reached a huge number of over 87 million vehicles worldwide (according to the Japan Automobile Manufacturers Association website). By promoting the weight reduction of individual automobiles, the global carbon dioxide It can make a significant contribution to reducing gas emissions.

車両の軽量化の一手段として、車両各部のセンサモジュールとの通信を無線化することが考えられる。車両の走行制御だけでなく、車両の安全性の向上及び対歩行者に対する安全対策のために、車両内にはより多くのセンサが取り付けられる傾向にある。したがって、センサモジュールとの通信を無線化することにより、ワイヤ数が効果的に削減でき、車両を軽量化することが期待できる。   As a means for reducing the weight of the vehicle, it is conceivable to wirelessly communicate with the sensor modules in each part of the vehicle. There is a tendency that more sensors are attached in the vehicle not only for vehicle running control but also for improving the safety of the vehicle and for taking safety measures against pedestrians. Therefore, by wirelessly communicating with the sensor module, the number of wires can be effectively reduced and the vehicle can be expected to be lighter.

センサモジュールへの配線を無線化するにあたっての大きな課題の1つは、センサモジュールの電源をどう確保するか、である。電源供給のためだけに配線を残すのでは、ワイヤ削減の効果は半減してしまう。この課題に対しては、昨今注目を集めている、無線による電力送信(以下「無線電力送信」と呼ぶ。)技術が利用できると考えられる。   One of the major issues in making the wiring to the sensor module wireless is how to secure the power supply of the sensor module. If the wiring is left only for power supply, the effect of wire reduction is halved. For this problem, it is considered that wireless power transmission (hereinafter referred to as “wireless power transmission”) technology, which has been attracting attention recently, can be used.

無線電力送信には、近距離、中距離、及び遠距離伝送にそれぞれ適した3種類の方式がある。近距離伝送には電磁誘導方式、中距離伝送には電磁界共鳴方式、遠距離伝送には電波放射方式が用いられる。前2つの方式は、電力送信にコイルを使用する。これら方式では、電力の伝送距離が増大するとコイルを大型化する必要がある。自動車のエンジンルーム及び居住空間には多数の金属ユニット等があるため、センサモジュールも小型でなければならない。したがって、これら方式を使用するのは少なくとも適当でない。車両内のセンサモジュールへの無線電力送信にあたっては、電波放射方式を採用することが妥当である。   There are three types of wireless power transmission suitable for short distance, medium distance, and long distance transmission. An electromagnetic induction method is used for short-distance transmission, an electromagnetic resonance method is used for medium-distance transmission, and a radio wave emission method is used for long-distance transmission. The previous two methods use coils for power transmission. In these methods, it is necessary to increase the size of the coil as the power transmission distance increases. Since there are a large number of metal units and the like in the engine room and living space of an automobile, the sensor module must also be small. Therefore, it is at least not appropriate to use these schemes. In transmitting wireless power to a sensor module in a vehicle, it is appropriate to adopt a radio wave radiation method.

自動車内のセンサモジュールへの電力供給に電波放射方式を採用する際には、独特の問題がある。それは、電波の反射体が車内に多数存在するため、電力の送信機からセンサモジュールへの伝送経路が多数あり、電波間の予測できない干渉が発生することである。また、電波放射方式では使用電波の波長が短いため、センサモジュールのわずかな位置の違いによってセンサモジュールが受電できる電力が大きく変動するという問題もある。これらの要因により、例えば、あるセンサモジュールに対しては十分な電力が伝送できたとしても、別のすぐ近くにあるセンサモジュールに伝送される電力が極めて小さいという事象も高い確率で発生すると考えられる。   There is a peculiar problem when the radio wave radiation method is used to supply power to the sensor module in the automobile. That is, since there are many radio wave reflectors in the vehicle, there are many transmission paths from the power transmitter to the sensor module, and unpredictable interference between radio waves occurs. Further, in the radio wave radiation method, since the wavelength of the used radio wave is short, there is a problem that the power that can be received by the sensor module varies greatly due to a slight difference in the position of the sensor module. Due to these factors, for example, even if sufficient power can be transmitted to one sensor module, an event that the power transmitted to another nearby sensor module is extremely small is likely to occur with a high probability. .

車両内の電力送信に限らず、無線通信においては、これと同様な問題が多くの環境で発生する。したがって一般的な無線通信においては、安定的に通信を行うための対処方法が考えられている。   In wireless communication as well as in-vehicle power transmission, similar problems occur in many environments. Therefore, in general wireless communication, a coping method for performing stable communication is considered.

特許文献1は、パーソナルコンピュータ(以下「PC」と呼ぶ。)の筐体内の基板間の情報伝送に使われるケーブルを無線化する技術を開示している。自動車内と同様に、PC筐体および基板等の部品により電波が反射されるため、PC筐体内には電波の伝送経路が多数存在する。このため筐体内の位置によって電力送信のための電波の電界強度が大きく異なる。つまり、ケーブルを無線化した際に用いるアンテナの位置(基板の位置)によっては、通信が不可能な場合もありうるということである。そこで、特許文献1は、アンテナを含む基板を機械的に動かしてアンテナ位置における電界強度が大きくなるよう、アンテナ位置を調整する機構を教示している。   Patent Document 1 discloses a technique for wirelessly using a cable used for information transmission between substrates in a housing of a personal computer (hereinafter referred to as “PC”). As in the automobile, radio waves are reflected by components such as the PC casing and the substrate, and therefore there are many radio wave transmission paths in the PC casing. For this reason, the electric field intensity of the radio wave for power transmission varies greatly depending on the position in the housing. In other words, depending on the position of the antenna (board position) used when the cable is wireless, communication may not be possible. Therefore, Patent Document 1 teaches a mechanism for adjusting the antenna position so that the electric field strength at the antenna position is increased by mechanically moving the substrate including the antenna.

特開2009-206878JP2009-206878

特許文献1に記載の技術を車両内の無線電力送信に適用することもできる。しかし、車両内では一般的に振動が激しく、特にエンジンルームでは温度条件も厳しい。そのような車両内に、機械的な駆動部をもつセンサモジュールを多数配置することは難しい。機械的な駆動には一般的に多大な電力を消費するため、特にセンサモジュール側に機械駆動部を設けることは現実的ではない。   The technique described in Patent Document 1 can also be applied to wireless power transmission in a vehicle. However, vibrations are generally intense in the vehicle, and the temperature conditions are particularly severe in the engine room. It is difficult to arrange a large number of sensor modules having mechanical drive units in such a vehicle. Since mechanical driving generally consumes a large amount of electric power, it is not practical to provide a mechanical driving unit on the sensor module side.

また、一般に、情報を伝送する通信の場合には、必要な受信電力の許容範囲が広く、比較的弱い受信電力でも、受信機の感度以上の電力さえあれば、通信の確立が可能である。このため、受信機の感度以上の電力があればよい。これに対し、電力の伝送では、情報伝送に必要な電力に比べて、極めて大きい電力が必要である。例えば、無線電力送信では、無線情報通信と比較して1,000倍以上大きい電力が必要とされる。無線電力送信において、全てのセンサモジュールに十分な電力が供給されるようにするために、送信電力を無制限に増大させることは省力化の観点からは許されない。したがって、目標とする無線伝送方式には、比較的低い電力で十分な大きさの電力を伝送できるよう、高い電力送信効率が求められる。この場合、さらに考慮すべきことは、各センサモジュールが受信する電力には可能な限りバラツキが少ないようにすることである。無線による情報通信の場合、各受信機間で受信電力にバラツキがあっても、上記したように必要な電力が小さいため、情報通信にはそれほどの支障は生じない。しかし無線電力送信の場合には、一定の送信電力で電力を無線送信する場合、その送信電力の大きさは、受信電力が最低となるセンサモジュールを基準として決定しなければならない。全てのセンサモジュールに電力が十分に供給されなければ、必要な情報が得られないからである。各センサモジュールが受信する電力のバラツキが大きいと、受信電力が最低となるセンサモジュール以外のセンサモジュールには大幅に電力の供給過剰となってしまい、電力が無駄になってしまう。   In general, in the case of communication for transmitting information, the permissible range of necessary received power is wide, and even if the received power is relatively weak, communication can be established as long as the power exceeds the sensitivity of the receiver. For this reason, it suffices if there is power exceeding the sensitivity of the receiver. On the other hand, in power transmission, extremely large power is required as compared with power necessary for information transmission. For example, wireless power transmission requires power that is 1,000 times greater than wireless information communication. In wireless power transmission, in order to supply sufficient power to all sensor modules, it is not permitted from the viewpoint of labor saving to increase transmission power without limitation. Accordingly, the target wireless transmission scheme is required to have high power transmission efficiency so that a sufficiently large amount of power can be transmitted with relatively low power. In this case, a further consideration is to make the power received by each sensor module as small as possible. In the case of wireless information communication, even if the reception power varies among the receivers, the required power is small as described above, so that there is no significant trouble in information communication. However, in the case of wireless power transmission, when power is wirelessly transmitted with a constant transmission power, the magnitude of the transmission power must be determined based on the sensor module with the lowest reception power. This is because necessary information cannot be obtained unless power is sufficiently supplied to all the sensor modules. If the variation in the power received by each sensor module is large, the power supply to the sensor modules other than the sensor module having the lowest received power will be excessively large, and the power will be wasted.

それ故に、本発明の目的は、高い効率で電力を無線伝送できる無線電力送信システムを提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a wireless power transmission system capable of wirelessly transmitting power with high efficiency.

この発明の追加の目的は、高い効率で、電力の受信側装置に十分に大きな電力を無線伝送できる無線電力送信システムを提供することである。   An additional object of the present invention is to provide a wireless power transmission system capable of wirelessly transmitting a sufficiently large amount of power to a power receiving apparatus with high efficiency.

本発明の第1の局面に係る無線電力送信システムは、複数の無線センサモジュールに、各無線センサモジュールを動作させるための電力を無線で伝送する。この無線電力送信システムは、複数の無線送信アンテナと、複数の無線送信アンテナの各々に、当該複数の無線送信アンテナの任意の2つの間に供給される発振信号の位相差が時間の関数として変化するように発振信号を供給する発振信号供給手段とを含む。   The wireless power transmission system according to the first aspect of the present invention wirelessly transmits power for operating each wireless sensor module to a plurality of wireless sensor modules. In this wireless power transmission system, a plurality of wireless transmission antennas and a phase difference of an oscillation signal supplied between any two of the plurality of wireless transmission antennas change as a function of time. And an oscillation signal supply means for supplying an oscillation signal.

好ましくは、発振信号供給手段は、指定された周波数の発振信号を出力する発振回路と、発振回路の出力端と複数のアンテナの入力端との間にそれぞれ接続され、指定された位相だけ、発振回路の出力する発振信号の位相を移動させる移相器と、移相器の任意の2つの出力の間の位相差が、時間の関数として変化するように、移相器の各々に対して、当該移相器による位相の変化を指定する移相器制御手段とを含む。   Preferably, the oscillation signal supply means is connected between an oscillation circuit that outputs an oscillation signal of a designated frequency, and an output end of the oscillation circuit and an input end of a plurality of antennas, and oscillates only in a designated phase. For each of the phase shifters, the phase shifter that shifts the phase of the oscillation signal output by the circuit and the phase difference between any two outputs of the phase shifter changes as a function of time, Phase shifter control means for designating a phase change by the phase shifter.

より好ましくは、無線電力送信システムは、さらに、複数の無線センサモジュールの各々の一定期間における平均受信電力のうちの最小値が最大となるように、発振回路による発振信号の周波数を決定し発振回路に指示する発振周波数決定手段を含む。   More preferably, the wireless power transmission system further determines the frequency of the oscillation signal by the oscillation circuit so that the minimum value of the average received power in each fixed period of each of the plurality of wireless sensor modules is maximized. Oscillation frequency determining means for instructing

発振周波数決定手段は、発振回路の発振信号の周波数を一定範囲にわたり一定の周期で変化させるように発振回路に発振周波数を指示する周波数指示手段と、周波数指示手段により発振回路の発振周波数の変化が指示されている間に、複数の無線センサモジュールの各々から、当該無線センサモジュールにおける直前の所定期間における平均受信電力を示す受信電力信号を周期的に受信する信号受信手段と、信号受信手段が周期的に受信した受信電力信号により表される平均受信電力の、各周期における最小値を特定する最小値特定手段と、一定の周期より長い一定期間において最小値特定手段により特定された最小値が最大となったときの発振回路の発振周波数を特定する周波数特定手段と、発振回路に対して、当該発振回路の発振周波数を、周波数特定手段により特定された周波数に固定するよう指示する周波数固定手段とを含んでもよい。   The oscillation frequency determining means includes a frequency indicating means for instructing the oscillation frequency to the oscillation circuit so as to change the frequency of the oscillation signal of the oscillation circuit over a certain range, and a change in the oscillation frequency of the oscillation circuit by the frequency indicating means. While being instructed, a signal receiving means for periodically receiving a received power signal indicating an average received power in a predetermined period immediately before the wireless sensor module from each of the plurality of wireless sensor modules, and the signal receiving means periodically The minimum value specifying means for specifying the minimum value in each cycle of the average received power represented by the received power signal that is received automatically, and the minimum value specified by the minimum value specifying means in a certain period longer than a certain period is the maximum Frequency specifying means for specifying the oscillation frequency of the oscillation circuit at the time, and the oscillation frequency of the oscillation circuit with respect to the oscillation circuit It may include a frequency fixing unit for instructing to secure the frequency specified by the frequency specifying means.

好ましくは、移相器制御手段は、移相器の任意の2つの出力の間の位相差が、一定期間を周期とする時間の関数として変化するように、移相器の各々に対して、当該移相器による位相の変化を指定する周期的移相器制御手段を含む。信号受信手段は、複数の無線センサモジュールの各々から、当該無線センサモジュールにおける直前の所定期間における平均受信電力と、当該無線センサモジュール内の整流回路のフィルタ及び負荷で決まる時定数を表す信号を周期的に受信する手段を含む。無線電力送信システムはさらに、周波数特定手段により特定された発振周波数と同時に受信する手段が受信した時定数を特定する時定数特定手段と、移相器制御手段による移相器の移相の変化の周期を、時定数特定手段により特定された時定数に基づき、最小値特定手段により特定される各周期における最小値が最大となるように決定する移相変化周期決定手段とをさらに含んでもよい。   Preferably, the phase shifter control means provides for each of the phase shifters such that the phase difference between any two outputs of the phase shifter varies as a function of time with a period of time. Periodic phase shifter control means for specifying a phase change by the phase shifter is included. The signal receiving means periodically transmits a signal representing a time constant determined by an average received power in a predetermined period immediately before the wireless sensor module and a filter and a load of a rectifier circuit in the wireless sensor module from each of the plurality of wireless sensor modules. Means for receiving automatically. The wireless power transmission system further includes a time constant specifying means for specifying the time constant received by the means for receiving simultaneously with the oscillation frequency specified by the frequency specifying means, and a change in phase shift of the phase shifter by the phase shifter control means. Phase shift change period determining means may be further included for determining the period based on the time constant specified by the time constant specifying means so that the minimum value in each period specified by the minimum value specifying means is maximized.

より好ましくは、発振信号供給手段は、複数の無線送信アンテナに対応して設けられ、それぞれ指定された周波数の発振信号を出力して複数の無線送信アンテナのうちの対応する無線送信アンテナに供給する複数の発振回路と、複数の発振回路の出力する発振信号が、それぞれ互いに異なる周波数を持つように、複数の発振回路に対して発振信号の周波数を指定する周波数制御手段とを含む。   More preferably, the oscillation signal supply means is provided corresponding to the plurality of radio transmission antennas, and outputs an oscillation signal having a designated frequency and supplies the oscillation signal to a corresponding radio transmission antenna among the plurality of radio transmission antennas. A plurality of oscillation circuits and frequency control means for designating the frequencies of the oscillation signals to the plurality of oscillation circuits so that the oscillation signals output from the plurality of oscillation circuits have different frequencies from each other.

さらに好ましくは、無線電力送信システムは、さらに、複数の無線センサモジュールの各々の一定期間における平均受信電力のうちの最小値が最大となるように、複数の発振回路による発振信号の周波数の各々を決定し、複数の発振回路にそれぞれ指示する発振周波数決定手段を含む。   More preferably, the wireless power transmission system further sets each of the frequencies of the oscillation signals by the plurality of oscillation circuits so that the minimum value of the average received power of each of the plurality of wireless sensor modules in a certain period is maximized. Oscillation frequency determination means for determining and instructing each of the plurality of oscillation circuits is included.

発振周波数決定手段は、複数の発振回路による発振信号の周波数を、互いに異なった複数の周波数の組み合わせにしたがって変化させる発振回路制御手段と、複数の無線センサモジュールの各々から平均受信電力を示す信号を受信する受信手段と、発振回路制御手段により複数の発振回路による発振信号の周波数の組み合わせが変化させられるごとに、複数の周波数の組み合わせの各々に対して、平均受信電力が受信した平均受信電力の最小値を特定する第1の最小値特定手段と、複数の周波数の組み合わせに対して第1の最小値特定手段が特定した平均受信電力の最小値のうち、最大となる値が得られた組み合わせを決定する周波数決定手段と、周波数決定手段により決定された組み合わせにしたがって、複数の発振回路による発振信号の周波数を固定する周波数固定手段とを含んでもよい。   The oscillation frequency determining means is an oscillation circuit control means for changing the frequency of the oscillation signal from the plurality of oscillation circuits according to a combination of a plurality of different frequencies, and a signal indicating the average received power from each of the plurality of wireless sensor modules. Each time the combination of the frequencies of the oscillation signals from the plurality of oscillation circuits is changed by the reception means for receiving and the oscillation circuit control means, the average reception power of the average reception power is received for each of the combinations of the plurality of frequencies. The first minimum value specifying means for specifying the minimum value, and the combination in which the maximum value is obtained among the minimum values of the average received power specified by the first minimum value specifying means for the combination of a plurality of frequencies. The frequency determination means for determining the frequency of the oscillation signal by a plurality of oscillation circuits according to the combination determined by the frequency determination means And a frequency fixing unit for fixing the wave number may be.

受信手段は、発振回路制御手段により複数の発振回路による発振信号の周波数の組み合わせが変化させられるごとに、複数の無線センサモジュールの各々から、当該無線センサモジュールの平均受信電力と、当該無線センサモジュールの整流回路のフィルタ及び負荷により定まる時定数とを示す信号を受信するための手段を含んでもよい。発振回路制御手段は、複数の発振回路による発振信号の周波数を、互いに一定の差分だけ異なった複数の周波数の、複数の組み合わせにしたがって変化させる手段を含む。無線電力送信システムはさらに、受信するための手段により受信された時定数のうち、周波数決定手段が決定した周波数の組み合わせが得られたときに第1の最小値特定手段が特定した平均受信電力の最小値と同時に受信された時定数を特定する時定数特定手段と、時定数特定手段により特定された時定数の3倍の逆数を、周波数決定手段が決定した周波数の組み合わせにおける、周波数ごとの差分として、当該周波数の組み合わせを再定義する周波数再定義手段とを含む。   Each time the combination of the frequencies of the oscillation signals from the plurality of oscillation circuits is changed by the oscillation circuit control unit, the reception unit receives the average received power of the wireless sensor module and the wireless sensor module from each of the plurality of wireless sensor modules. And means for receiving a signal indicating a filter and a time constant determined by a load of the rectifier circuit. The oscillation circuit control means includes means for changing the frequencies of the oscillation signals from the plurality of oscillation circuits according to a plurality of combinations of a plurality of frequencies different from each other by a certain difference. The wireless power transmission system further includes the average received power specified by the first minimum value specifying means when the combination of the frequencies determined by the frequency determining means is obtained among the time constants received by the receiving means. The difference for each frequency in the combination of the frequency determined by the frequency determining means, the time constant specifying means for specifying the time constant received simultaneously with the minimum value, and the reciprocal of three times the time constant specified by the time constant specifying means And a frequency redefining means for redefining the combination of the frequencies.

好ましくは、無線電力送信システムはさらに、差分を一定範囲内で複数通りに変化させることにより、発振信号の周波数を変化させる差分制御手段と、差分制御手段により差分が変化させられるごとに、平均受信電力が受信した平均受信電力の最小値を特定する第2の最小値特定手段と、差分を複数通りに変化させる間に第2の最小値特定手段が特定した最小値が最大となるような差分を決定する手段と、差分を決定する手段により決定された差分を用いて、再定義する手段により再定義された周波数の組み合わせをさらに再定義するための手段とを含む。   Preferably, the wireless power transmission system further includes a difference control unit that changes the frequency of the oscillation signal by changing the difference in a plurality of ways within a certain range, and an average reception each time the difference is changed by the difference control unit. A second minimum value specifying means for specifying the minimum value of the average received power received by the power, and a difference such that the minimum value specified by the second minimum value specifying means is maximized while changing the difference in a plurality of ways. And means for further redefining the combination of frequencies redefined by the means for redefining using the difference determined by the means for determining the difference.

本発明の第2の局面に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、上記したいずれかの移相器制御手段として機能させる。   A computer program according to the second aspect of the present invention causes a computer to function as any of the above-described phase shifter control means.

本発明の第3の局面に係るコンピュータプログラムは、コンピュータを、上記したいずれかの周波数制御手段として機能させる。   A computer program according to the third aspect of the present invention causes a computer to function as any of the frequency control means described above.

本発明の第1の実施の形態に係る無線電力送信システムを採用した自動車の、本発明に関係する部分をブロック図的に示した図である。It is the figure which showed in block diagram the part relevant to this invention of the motor vehicle which employ | adopted the wireless power transmission system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施の形態に係る無線電力送信システムのアクセスポイントのブロック図である。It is a block diagram of the access point of the wireless power transmission system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る無線電力送信システムから電力を無線で受信するセンサモジュールの一例のブロック図である。It is a block diagram of an example of the sensor module which receives electric power wirelessly from the wireless power transmission system concerning a 1st embodiment. センサモジュールの一部をなすセンサ素子の一例のブロック図である。It is a block diagram of an example of the sensor element which makes a part of sensor module. 第1の実施の形態において、無線電力送信装置の発振器の周波数及び無線伝送の電波の最大移相変化周期を決定する初期設定を行うプログラムのフローチャートである。6 is a flowchart of a program for performing an initial setting for determining a frequency of an oscillator of a wireless power transmission device and a maximum phase shift change period of radio waves for wireless transmission in the first embodiment. 第1の実施の形態において、初期設定が完了した後の通常動作時に前記無線電力装置を制御するプログラムのフローチャートである。4 is a flowchart of a program for controlling the wireless power device during normal operation after the initial setting is completed in the first embodiment. 第1の実施の形態において、センサモジュールが受信する電波の波形の一例を示す図である。In 1st Embodiment, it is a figure which shows an example of the waveform of the electromagnetic wave which a sensor module receives. 第2の実施の形態に係る無線電力送信システムを採用した自動車のうち、本発明に関係する部分をブロック図的に示した図である。It is the figure which showed in block diagram the part relevant to this invention among the motor vehicles which employ | adopted the wireless power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る無線電力送信システムにおけるアクセスポイントのブロック図である。It is a block diagram of the access point in the wireless power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る無線電力送信システムにおいて、各発振器の周波数を決定する初期処理を実行するプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the program which performs the initial process which determines the frequency of each oscillator in the wireless power transmission system which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る無線電力送信システムにおいて、センサモジュールが受信する電波の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the electromagnetic wave which a sensor module receives in the wireless power transmission system which concerns on 2nd Embodiment.

以下の説明及び図面では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   In the following description and drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

[第1の実施の形態]
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る無線電力送信システム32が、自動車30の車体内に配置されている。
[First Embodiment]
Referring to FIG. 1, a wireless power transmission system 32 according to a first embodiment of the present invention is arranged in a vehicle body of an automobile 30.

無線電力送信システム32は、自動車30の様々な位置に配置されている複数のセンサモジュール90、92、…、96からなるセンサモジュール群42と、これらセンサモジュール群42のセンサモジュール90、92、…、96の各々に無線で電力を送信するための電力送信装置40と、電力送信装置40からの無線電力送信を制御するとともに、センサモジュール群42の各センサモジュール90、92、…、96からセンサ出力を無線で受け、自動車30の各部を制御する信号を生成するためのアクセスポイント44と、アクセスポイント44からの制御信号を受けて自動車30のエンジンを初めとする各部を制御するためのエンジン・車両制御部46とを含む。   The wireless power transmission system 32 includes a sensor module group 42 including a plurality of sensor modules 90, 92,... 96 arranged at various positions of the automobile 30, and sensor modules 90, 92,. , 96 for controlling the wireless power transmission from the power transmission device 40 for wirelessly transmitting power to each of the power transmission devices 40 and sensors from the sensor modules 90, 92,. An access point 44 for receiving the output wirelessly and generating a signal for controlling each part of the automobile 30, and an engine for controlling each part including the engine of the automobile 30 in response to the control signal from the access point 44 Vehicle control unit 46.

電力送信装置40は、発振器60、(m+1)個のアンテナ62、64、66、…、68、及びそれぞれ発振器60の出力端及びアンテナ64、66、…、68の入力端の間に接続され、発振器60の出力する発振信号の位相を、指定された位相量だけ変化させて各アンテナ64、66、…、68に与える第1の移相器70、第2の移相器72、…、及び第mの移相器74とを含む。ここで「m」は移相器の数であるが、この実施の形態では、各アンテナ62、64、66、…、68の送信位相を相対的に制御すればよいので、移相器の個数は、アンテナ数m+1から1を減算した数mとなっている。アンテナ62、64、66、…、68は、自動車30の車内の様々な位置に分散して配置する。アクセスポイント44は、センサモジュール群42の各センサモジュールと通信し、センサのデータを自動車のエンジン・車両制御に使用する他、移相器の移相、発振器の発振周波数を制御する機能をもつ。   The power transmission device 40 is connected between the oscillator 60, the (m + 1) antennas 62, 64, 66,..., 68, and the output terminal of the oscillator 60 and the input terminals of the antennas 64, 66,. A first phase shifter 70, a second phase shifter 72,..., Which are supplied to the antennas 64, 66,... 68 by changing the phase of the oscillation signal output from the oscillator 60 by a specified phase amount. M-th phase shifter 74. Here, “m” is the number of phase shifters, but in this embodiment, the transmission phases of the antennas 62, 64, 66,. Is a number m obtained by subtracting 1 from the number of antennas m + 1. The antennas 62, 64, 66,..., 68 are distributed at various positions in the vehicle 30. The access point 44 communicates with each sensor module of the sensor module group 42 and has functions of controlling the phase shift of the phase shifter and the oscillation frequency of the oscillator in addition to using the sensor data for automobile engine / vehicle control.

アクセスポイント44は、各センサモジュールからの通信を受信して電気信号に変換するアンテナ124及び無線回路122と、アンテナ124及び無線回路122を介して各センサモジュールから受信した情報にしたがってエンジン・車両制御部46を制御する処理と、初期処理として発振器60の発振周波数及び第1の移相器70、第2の移相器72、…、第mの移相器74の移相量を決定する処理を行うためのプログラムを実行するCPU126と、CPU126が実行するプログラム及び定数等を記憶するROM(読出専用メモリ)128と、CPU126がROM128から読みだしたプログラムをロードする領域であり、作業領域としても使用されるRAM130とを含む。   The access point 44 receives communication from each sensor module and converts it into an electrical signal, and controls the engine and vehicle according to the information received from each sensor module via the antenna 124 and the wireless circuit 122. The process of controlling the unit 46 and the process of determining the oscillation frequency of the oscillator 60 and the phase shift amount of the first phase shifter 70, the second phase shifter 72,. The CPU 126 that executes a program for executing the program, the ROM (read only memory) 128 that stores the program executed by the CPU 126, constants, and the like, and the area in which the program read from the ROM 128 by the CPU 126 is loaded. RAM 130 to be used.

本実施の形態では、複数のセンサモジュール90、92、…、96はいずれも同じ構成を持つ。図3を参照して、例えばセンサモジュール90は、電力送信装置からの電波を受信するアンテナ150と、アンテナ150が受信した高周波電力を直流電力に変換する整流回路154と、整流回路154の出力する直流電力を蓄積する蓄電素子156と、蓄電素子156に蓄積された電力を電圧制御して出力するDC−DC変換部158とを含む。センサモジュール90はさらに、所定の情報を検知してデータ信号を出力するセンサ素子160と、アクセスポイント44にデータを送信するための無線回路162及びアンテナ152と、蓄電素子156に蓄積された電力を使用して、センサ素子160から受信したデータを無線回路162及びアンテナ152を介してアクセスポイント44に無線送信する処理を行うCPU164と、CPU164が無線送信のために実行するプログラムを記憶するROM166と、CPU164がROM166から読み出したプログラムをロードする記憶領域及びプログラムの実行時の作業領域を提供するRAM168とを含む。CPU164は、蓄電素子156を通して、蓄電素子156の蓄電量と蓄電素子156に供給される電力(受信DC電力)とをモニタできる。モニタした蓄電量は、CPU164から無線回路162及びアンテナ152を介してアクセスポイント44に送信され、後述するように定常運用状態で送信電力(発振器60の出力電力)を制御するために使用する。この制御を行うためのプログラムについては図6を参照して後述する。   In the present embodiment, the plurality of sensor modules 90, 92, ..., 96 all have the same configuration. Referring to FIG. 3, for example, sensor module 90 receives antenna 150 that receives radio waves from the power transmission device, rectifier circuit 154 that converts high-frequency power received by antenna 150 into DC power, and outputs from rectifier circuit 154. A power storage element 156 that stores DC power and a DC-DC converter 158 that controls and outputs the power stored in the power storage element 156 are included. The sensor module 90 further detects the predetermined information and outputs a data signal, the wireless circuit 162 and the antenna 152 for transmitting data to the access point 44, and the electric power stored in the storage element 156. A CPU 164 that performs processing for wirelessly transmitting data received from the sensor element 160 to the access point 44 via the wireless circuit 162 and the antenna 152; a ROM 166 that stores a program executed by the CPU 164 for wireless transmission; The CPU 164 includes a storage area for loading a program read from the ROM 166 and a RAM 168 for providing a work area when the program is executed. The CPU 164 can monitor the power storage amount of the power storage element 156 and the power (received DC power) supplied to the power storage element 156 through the power storage element 156. The monitored power storage amount is transmitted from the CPU 164 to the access point 44 via the wireless circuit 162 and the antenna 152, and used to control transmission power (output power of the oscillator 60) in a steady operation state as will be described later. A program for performing this control will be described later with reference to FIG.

図4を参照して、整流回路154は、例えば、アンテナ出力を受ける2つの入力端子190の間に並列に接続された整流ダイオード192及びコンデンサ200を含む。蓄電素子156もこれらと並列に接続されており、平滑フィルタの負荷となっている。蓄電素子156に接続された2つの出力端子194はDC−DC変換部158に接続され、センサ素子160の動作のための電力を供給する。後述するように、本実施の形態では、無線電力の伝送効率を高めるために、この整流回路154及び蓄電素子156により構成される整流回路の時定数τを用いる。   Referring to FIG. 4, rectifier circuit 154 includes, for example, rectifier diode 192 and capacitor 200 connected in parallel between two input terminals 190 that receive an antenna output. The power storage element 156 is also connected in parallel with these and serves as a load for the smoothing filter. Two output terminals 194 connected to the storage element 156 are connected to the DC-DC conversion unit 158 and supply electric power for the operation of the sensor element 160. As will be described later, in this embodiment, the time constant τ of the rectifier circuit configured by the rectifier circuit 154 and the storage element 156 is used in order to increase the transmission efficiency of wireless power.

図3に示すセンサモジュール90は、この一定の期間ごとに、蓄電素子156に蓄積されたDC電力の平均値(すなわちセンサモジュール90の平均受信DC電力。以下、平均受信DC電力を単に平均受信電力と呼ぶ。)と、上記した整流回路の時定数τとをアクセスポイント44に送信する機能を持っている。   In the sensor module 90 shown in FIG. 3, the average value of the DC power accumulated in the power storage element 156 (that is, the average received DC power of the sensor module 90. Hereinafter, the average received DC power is simply referred to as the average received power). And the time constant τ of the rectifier circuit described above are transmitted to the access point 44.

本実施の形態では、アクセスポイント44のCPU126は、以下のようにして第1の移相器70、第2の移相器72、…、第mの移相器74の初期設定を行う他、定常状態での送信電力を制御する。初期設定のためにCPU126が実行するプログラムの制御構造を図5にフローチャート形式で示す。この処理は、無線電力送信の効率を高め、かつ複数のセンサモジュール90、92、…、96の受信電力のうちの最低受信電力ができるだけ高くなるように発振器60の周波数と、第1の移相器70、第2の移相器72、…、第mの移相器74の移相変化周期とを定める初期化処理である。   In the present embodiment, the CPU 126 of the access point 44 performs initial setting of the first phase shifter 70, the second phase shifter 72,..., The m-th phase shifter 74 as follows: Control transmission power in steady state. A control structure of a program executed by the CPU 126 for initial setting is shown in a flowchart form in FIG. This process increases the efficiency of the wireless power transmission, and the frequency of the oscillator 60 and the first phase shift so that the minimum received power of the received power of the plurality of sensor modules 90, 92,. , And the phase shift change period of the m-th phase shifter 74.

本実施の形態では、アクセスポイント44は、第1の移相器70の移相変化周期をTとして、第1の移相器70の出力する発振信号の移相φが時間tとともに、φ=(360×t/T mod 360)度にしたがって変化するようにする。第2の移相器72の移相は、第1の移相器70と同様の変化をするが、その移相変化周期がT/2となるようにする。第3の移相器、第4の移相器(いずれも図示せず)等についてはそれぞれ移相変化周期がT/2、T/2となるようにする。すなわち、一般的には第k番目の移相器については、その移相変化周期がT/2k−1となるようにする。 In the present embodiment, the access point 44 uses the phase shift change period of the first phase shifter 70 as T, and the phase shift φ of the oscillation signal output from the first phase shifter 70 becomes φ = Change according to (360 × t / T mod 360) degrees. The phase shift of the second phase shifter 72 changes in the same manner as the first phase shifter 70, but the phase shift change period is set to T / 2. For the third phase shifter and the fourth phase shifter (both not shown), the phase shift change periods are set to T / 2 2 and T / 2 3 , respectively. That is, generally, for the k-th phase shifter, the phase shift change period is set to T / 2 k−1 .

図5を参照して、このプログラムは、上記した移相変化周期の内の最大値である移相変化周期Tを初期値T、発振器60の発振周波数fを初期値fに設定するステップ220と、設定された移相変化周期及び発振周波数で図1に示す電力送信装置40による無線電力送信を開始するステップ221と、ステップ221に続き、各センサモジュールから、それらが受信したDC電力の平均値を示す平均受信電力と、各センサモジュールの整流回路の時定数τとを示す信号を受信するステップ222とを含む。 Referring to FIG. 5, step the program, to set the initial value T 0 the phase change period T which is the maximum value of the above phase change period, the oscillation frequency f of the oscillator 60 to an initial value f 0 220, step 221 for starting wireless power transmission by the power transmission device 40 shown in FIG. 1 at the set phase shift change period and oscillation frequency, and following step 221, the DC power received by each sensor module from each sensor module Receiving 222 a signal indicating the average received power indicating the average value and the time constant τ of the rectifier circuit of each sensor module.

ここで、移相変化周期の初期値Tは、例えば100ms程度である。発振周波数の初期値fは、システムの設計帯域幅の最低周波数に設定する。 Here, the initial value T 0 of the phase change period is, for example, about 100 ms. The initial value f 0 of the oscillation frequency is set to the lowest frequency of the system design bandwidth.

図5に示すプログラムはさらに、ステップ222で各センサモジュールから受信された平均受信電力のうち最低の値(最低平均受信電力)と、その値を送信してきたセンサモジュールから同時に受信した時定数τと、これらを受信したときの発振器60の発振周波数fとを互いに関連付けてRAM130に記憶するステップ224と、発振回路の発振周波数fに発振周波数の増分dfを加算するステップ226と、ステップ226による加算後の周波数fが、所定の最大値fmax以下か否かを判定し、結果が肯定か否かにしたがって制御をステップ221に戻すか、又は制御を次のステップに進めるステップ228とを含む。最大値fmaxは、整流回路154が対応する周波数範囲であって、システムの設計帯域幅の最高周波数である。ここで、発振周波数の増分dfは、例えば数MHz程度に設定する。 The program shown in FIG. 5 further includes the lowest value (minimum average received power) of the average received power received from each sensor module in step 222, and the time constant τ simultaneously received from the sensor module that transmitted the value. Step 224 for correlating the oscillation frequency f of the oscillator 60 when they are received with each other and storing them in the RAM 130, Step 226 for adding the increment df of the oscillation frequency to the oscillation frequency f of the oscillation circuit, and after the addition by Step 226 And step 228, in which it is determined whether or not the frequency f is equal to or lower than a predetermined maximum value f max and the control is returned to step 221 according to whether the result is affirmative or the control is advanced to the next step. The maximum value f max is a frequency range corresponding to the rectifier circuit 154 and is the highest frequency of the system design bandwidth. Here, the increment df of the oscillation frequency is set to about several MHz, for example.

このプログラムはさらに、ステップ228の判定結果が否定であるとき、すなわち周波数fが最大値fmaxを超えたときに、上記繰返し中のステップ224で記憶された最低平均受信電力の内で最大の値とそのときの発振周波数f及び時定数τとを特定するステップ229と、発振器60の発振周波数(送信周波数)fを発振周波数fに、移相変化周期Tをτ×3に設定するステップ230と、設定された発振周波数と移相変化周期とを用いて無線による電力送信を開始するステップ231と、各センサモジュールから一定期間における平均受信電力を示す信号を受信するステップ232と、ステップ232で受信した各センサモジュールの平均受信電力の最低値を、そのときの移相変化周期TとともにRAM130に記憶するステップ234と、移相変化周期Tから予め定めた差分dtを減算するステップ236と、ステップ236の減算後の移相変化周期Tが正か否かにしたがってステップ231又は後のステップに制御の流れを分岐させるステップ238と、ステップ238で移相変化周期Tが正でないと判定されたときに、ステップ234で記憶された最低平均受信電力値のうちの最大値Tを特定するステップ239と、第1の移相器70の移相変化周期をこの値Tに設定してこのプログラムの実行を終了するステップ240とを含む。なお、ステップ236の差分dtは、減分時間であって、例えばτ/10程度に設定される。 The program further determines the maximum value of the minimum average received power stored in step 224 during the repetition when the determination result in step 228 is negative, that is, when the frequency f exceeds the maximum value f max. Step 229 for specifying the oscillation frequency f d and the time constant τ d at that time, the oscillation frequency (transmission frequency) f of the oscillator 60 is set to the oscillation frequency f d , and the phase shift change period T is set to τ d × 3 Performing step 230, starting step 231 for starting wireless power transmission using the set oscillation frequency and phase shift period, step 232 receiving a signal indicating average received power from each sensor module over a certain period, The minimum value of the average received power of each sensor module received in step 232 is stored in the RAM 130 together with the phase shift change period T at that time. Step 236, step 236 for subtracting a predetermined difference dt from the phase shift change period T, and control flow to step 231 or the subsequent step depending on whether the phase shift change period T after subtraction in step 236 is positive or not. Step 238 for determining the maximum value T among the lowest average received power values stored in step 234 when it is determined in step 238 that the phase shift change period T is not positive. And the step 240 of setting the phase shift change period of one phase shifter 70 to this value T and terminating the execution of this program. The difference dt in step 236 is a decrement time, and is set to about τ / 10, for example.

このようにして初期設定が終了すると、システムは定常運用状態となる。図6に、定常運用状態時にCPU126が実行する、各センサモジュールでの受信電力を維持しながら送信電力を制御するためのプログラムの制御構造を示すフローチャートを示す。   When the initial setting is completed in this way, the system is in a steady operation state. FIG. 6 is a flowchart showing a control structure of a program for controlling the transmission power while maintaining the reception power in each sensor module, which is executed by the CPU 126 in the steady operation state.

図6を参照して、このプログラムは、時間Tpを周期として繰り返され、各センサモジュールから現在周期の蓄電素子156の蓄電量を受信し、1周期前に受信した蓄電量とともにセンサモジュールごとにRAM130に記憶するステップ260と、ステップ260の後、蓄電量が1周期前と比較して減少しているセンサモジュールがあるか否かを判定し、判定結果により制御の流れを分岐させるステップ262と、ステップ262の判定が肯定であるときに、各アンテナからの送信電力を予め定めておいた差分ΔPだけ増加させるステップ268と、ステップ262の判定が否定のときに、全てのセンサモジュールの蓄電量が増加しているか否かを判定し、その結果にしたがって制御の流れを分岐させるステップ264と、ステップ264の判定が肯定であるときに、各アンテナからの送信電力をΔPだけ減少させるステップ270と、ステップ264、268及び270の終了後に、ステップ260からの処理の開始後、時間Tpが経過するまで待機し、時間Tpが経過すると制御をステップ260に戻して次の繰返しを開始させるステップ266とを含む。   Referring to FIG. 6, this program is repeated with time Tp as a cycle, receives the amount of power stored in power storage element 156 in the current cycle from each sensor module, and stores the RAM 130 for each sensor module together with the amount of power received one cycle ago. Step 260, and after step 260, it is determined whether or not there is a sensor module in which the storage amount is reduced compared to one cycle before, and the control flow is branched based on the determination result, When the determination at step 262 is affirmative, step 268 for increasing the transmission power from each antenna by a predetermined difference ΔP, and when the determination at step 262 is negative, the charged amounts of all sensor modules are Step 264 for determining whether or not the flow has increased and branching the flow of control according to the result, and step 264 If the determination is affirmative, step 270 for reducing the transmission power from each antenna by ΔP, and after completion of steps 264, 268, and 270, wait until time Tp has elapsed after the start of processing from step 260. , When the time Tp has elapsed, control is returned to step 260 to start the next iteration.

すなわち、時間Tpは、蓄電素子156の蓄電量をモニタし、アクセスポイント44に送信する周期である。時間Tpは例えば30秒程度に設定される。   That is, the time Tp is a cycle in which the amount of power stored in the power storage element 156 is monitored and transmitted to the access point 44. The time Tp is set to about 30 seconds, for example.

[動作]
図5に制御構造を示すプログラムにより、各移相器は、次のように制御される。なお、本実施の形態では、第1の移相器70の移相φは、上記したように時間tとともに、φ=(360×t/T mod 360)度となるように変化する。第2の移相器72も同様だが、変化周期はT/2、となる。第3の移相器以降の移相変化周期も同様に、T/4、T/8、…となる。
[Operation]
Each phase shifter is controlled as follows by the program whose control structure is shown in FIG. In the present embodiment, the phase shift φ of the first phase shifter 70 changes so as to satisfy φ = (360 × t / T mod 360) with time t as described above. The same applies to the second phase shifter 72, but the change period is T / 2. Similarly, the phase shift change period after the third phase shifter is T / 4, T / 8,.

初期設定のための何らかのトリガがあると、図2に示すアクセスポイント44のCPU126が図5に示すプログラムをROM128からRAM130にロードし、その実行を開始する。ステップ220で移相変化周期Tと発振器60の発振周波数fとの初期値をT及びfにそれぞれ設定する。続いてステップ221、224、226を周波数fの値がfmaxより大きくなるまで一定周期で変化させて、すなわちステップ228の判定結果が否定になるまで繰り返し、電力送信装置40から電力送信を行う。各センサモジュールでは、蓄電素子に供給される電力を一定周期で平均した値(平均受信電力)をモニタし、CPU164(図3参照)を介してその情報をアクセスポイント44に送信する。アクセスポイント44は、すべてのセンサモジュールの平均受信電力の内、1周期における最低値をそのときの発振器60の発振周波数とともにRAM130に記憶する。アクセスポイントは一定周期ごとにこうした処理を繰返す。ステップ228での判定結果が否定になると、上記繰返し中のステップ224で繰返しごとに記憶された、各センサモジュールの平均受信電力の最低値のうち、繰返し全体を通じて最大であった値と、その値を送信してきたセンサモジュールの時定数τとそのときの発振周波数fとをステップ230で特定する。ステップ230ではさらに、発振器60の発振周波数をこのようにして特定された発振周波数fに、移相変化周期Tをこのようにして特定された時定数τの3倍に設定する。そして、ステップ231で設定にしたがって各アンテナから電力を送信する。以後、ステップ231、232、234及び236の処理を、ステップ238の判定が否定になるまで繰り返す。すなわち移相変化周期Tが負になるまで繰り返す。移相変化周期Tが負になると、上記した繰返し中、ステップ234で記憶された各センサモジュールからの平均受信電力のうちの最低値のうちで、繰返しの全体を通じて最大であった値を特定し、移相変化周期をそのときの周期に設定する。 When there is some trigger for the initial setting, the CPU 126 of the access point 44 shown in FIG. 2 loads the program shown in FIG. 5 from the ROM 128 to the RAM 130 and starts its execution. In step 220, initial values of the phase shift period T and the oscillation frequency f of the oscillator 60 are set to T 0 and f 0 , respectively. Subsequently, steps 221, 224, and 226 are changed at a constant period until the value of the frequency f becomes larger than f max , that is, until the determination result of step 228 becomes negative, power transmission is performed from the power transmission device 40. Each sensor module monitors a value (average received power) obtained by averaging the power supplied to the power storage element at a constant period, and transmits the information to the access point 44 via the CPU 164 (see FIG. 3). The access point 44 stores the lowest value in one cycle among the average received power of all the sensor modules in the RAM 130 together with the oscillation frequency of the oscillator 60 at that time. The access point repeats such processing at regular intervals. If the determination result in step 228 is negative, the lowest value of the average received power of each sensor module stored for each repetition in step 224 during the repetition is the maximum value throughout the entire repetition, and the value In step 230, the time constant τ of the sensor module that has transmitted the signal and the oscillation frequency f at that time are specified. In step 230, the oscillation frequency of the oscillator 60 is further set to the oscillation frequency f thus specified, and the phase shift period T is set to three times the time constant τ thus specified. In step 231, power is transmitted from each antenna according to the setting. Thereafter, the processing in steps 231, 232, 234 and 236 is repeated until the determination in step 238 is negative. That is, the process is repeated until the phase shift change period T becomes negative. When the phase shift change period T becomes negative, during the above-described repetition, the lowest value of the average received power from each sensor module stored in step 234 is specified as the maximum value throughout the repetition. The phase shift change period is set to the current period.

発振器60の発振周波数が上記のようにして決定された周波数に、第1の移相器70、第2の移相器72、…、第mの移相器74の移相変化周期がそれぞれ上のようにして決定された移相変化周期を基準にして定められる。以後、発振器60及び第1の移相器70、第2の移相器72、…、第mの移相器74がこうしたパラメータ値にしたがって動作することにより、アンテナ62、64、66、…、68から送信される電力送信のための電波の任意の2つの間の位相差が、時間的に刻々と変化する。すなわち、アンテナ62、64、66、…、68の任意の2つのアンテナの発振する電波の位相差は、いずれも時間の関数として変化する事になる。   The oscillation phase of the first phase shifter 70, the second phase shifter 72,..., And the m-th phase shifter 74 is increased to the frequency at which the oscillation frequency of the oscillator 60 is determined as described above. It is determined on the basis of the phase shift change period determined as described above. Thereafter, the oscillator 60, the first phase shifter 70, the second phase shifter 72,..., And the m-th phase shifter 74 operate according to these parameter values, so that the antennas 62, 64, 66,. The phase difference between any two of the radio waves for power transmission transmitted from 68 changes momentarily. That is, the phase difference between the radio waves oscillated by any two antennas 62, 64, 66,..., 68 changes as a function of time.

自動車30の内部では、各センサモジュールの配置位置における電解強度分布が、マルチパス干渉及び各アンテナからの電波の位相差の変化により時間的に変化する。したがって、各センサモジュールで受信される電力は、図7に示すように時間の関数として変化する。図7は、電力送信装置40のアンテナ数3で、各アンテナからの受信電力が等しく、第1の移相器70の移相変化周期がT、第2の移相器72の移相変化周期がT/2、第3の移相器(図示せず)の移相変化周期がT/4の場合のセンサモジュールの受信電波の波形を示す。   Inside the automobile 30, the electrolytic intensity distribution at the position where each sensor module is arranged changes over time due to multipath interference and a change in the phase difference of radio waves from each antenna. Therefore, the power received at each sensor module varies as a function of time as shown in FIG. FIG. 7 shows that the number of antennas of the power transmission device 40 is 3, the received power from each antenna is equal, the phase shift change period of the first phase shifter 70 is T, and the phase shift change period of the second phase shifter 72. Shows the waveform of the received radio wave of the sensor module when T / 2 and the phase shift change period of the third phase shifter (not shown) is T / 4.

仮に各アンテナからの電波の位相差がある値に固定されていると、干渉によって、あるセンサモジュールが受信する電力が極めて低く、動作に不十分な値となる可能性がある。別の値に固定されている場合は、別のセンサモジュールの受信電力が極めて低くなる可能性がある。上記実施の形態のように各アンテナからの電波の位相差を時間の関数として変化させることにより、各センサモジュールが受信する電力も時間的に変化する。その結果、時間平均受信電力でみると、いずれのセンサモジュールの平均受信電力も平準化され、極めて低い電力しか受信しないセンサモジュールが無くなることが期待できる。センサの整流回路で整流された直流は、蓄電素子に蓄電されてから使用されるため、受信電力の時間的な変動は吸収される。瞬間的な受信電力は重要ではなく、平均受信電力が重要となる。   If the phase difference of the radio wave from each antenna is fixed to a certain value, the power received by a certain sensor module may be extremely low due to interference, and the value may be insufficient for operation. If it is fixed to another value, the received power of another sensor module may be extremely low. By changing the phase difference of radio waves from each antenna as a function of time as in the above embodiment, the power received by each sensor module also changes with time. As a result, in terms of the time average received power, the average received power of any sensor module is leveled, and it can be expected that there will be no sensor module receiving only extremely low power. Since the direct current rectified by the rectifier circuit of the sensor is used after being stored in the storage element, the temporal variation of the received power is absorbed. The instantaneous received power is not important, and the average received power is important.

さらに上記実施の形態では、初期処理として発振器60の発振周波数と、第1の移相器70、第2の移相器72、…、第mの移相器74の移相変化周期を、各センサモジュールの平均受信電力の1周期ごとの最小値が最大となるような値に設定して、上記したような移相変化を用いた電力送信を実行する。したがって、単に移相器により伝送用電波の位相差を時間的に変化させるだけのときに比べ、より効率的に電力を伝送できる。   Further, in the above-described embodiment, the oscillation frequency of the oscillator 60 and the phase shift change periods of the first phase shifter 70, the second phase shifter 72,. The value is set such that the minimum value for each period of the average received power of the sensor module is maximized, and the power transmission using the phase shift as described above is executed. Therefore, electric power can be transmitted more efficiently than when the phase difference of the transmission radio wave is merely changed with time using a phase shifter.

なお、通常は図6に制御構造を示すプログラムを実行することにより、蓄電量が減少しているセンサモジュールがあれば送信電力がΔPだけ増加され、蓄電量が減少しているセンサモジュールがなく、かつ全てのセンサモジュールで蓄電量が増加していれば、送信電力がΔPだけ減少される。そのため、各センサモジュールの蓄電量を適正な範囲に保ちながら、送信電力を削減できる。ここで、ΔPは、送信電力の増分又は減分であって、例えば0.5dB程度に設定される。もちろん、この値は設計に依存する。   Normally, by executing a program having a control structure shown in FIG. 6, if there is a sensor module with a reduced storage amount, the transmission power is increased by ΔP, and there is no sensor module with a reduced storage amount. If the amount of power storage is increased in all sensor modules, the transmission power is reduced by ΔP. Therefore, it is possible to reduce transmission power while keeping the amount of power stored in each sensor module within an appropriate range. Here, ΔP is an increment or decrement of the transmission power, and is set to about 0.5 dB, for example. Of course, this value depends on the design.

さらに、上記実施の形態では、移相器の移相変化周期Tと、整流回路のフィルタおよび負荷で決まる時定数τとを用い、図5のステップ230〜238の処理を周期Tpで実行する。各周期における最低受信電力の値が、上記繰返しの全体を通じて最大となるときの移相変化周期Tを見出し、その移相変化周期Tで定常運用を行う。整流前の高周波の受信電力が時間的に変動している場合、つまりピーク瞬時電力と平均電力に差がある場合は、整流回路のダイオード等の非線形性により、同じ平均電力で時間的に変動のない信号(ピーク瞬時電力と平均電力に差がない信号)を整流するよりも整流効率が上がることが知られている(例えば末尾に掲げる参考文献を参照)。ただし移相変動周期Tと時定数τとの間には、「移相変動周期T=上記して得られた時定数τ/10〜τ×3」というような関係が必要である。したがって上記実施の形態ではステップ230で移相変化周期の初期値を時定数τ×3としてから移相変化周期の最適値を定めている。   Further, in the above-described embodiment, the processing of steps 230 to 238 in FIG. 5 is executed with the period Tp using the phase shift change period T of the phase shifter and the time constant τ determined by the filter and load of the rectifier circuit. A phase shift change period T when the value of the minimum received power in each period is maximized throughout the above repetition is found, and steady operation is performed in the phase shift change period T. If the high-frequency received power before rectification fluctuates over time, that is, if there is a difference between the peak instantaneous power and the average power, the fluctuation of the time varies with the same average power due to the non-linearity of the diode in the rectifier circuit. It is known that the rectification efficiency is higher than the rectification of a non-signal (a signal having no difference between the peak instantaneous power and the average power) (for example, refer to the reference cited at the end). However, a relationship such as “phase shift fluctuation period T = time constant τ / 10−τ × 3 obtained above” is necessary between the phase shift fluctuation period T and the time constant τ. Therefore, in the above embodiment, the optimum value of the phase shift change period is determined after the initial value of the phase shift change period is set to the time constant τ × 3 in step 230.

以上のように本実施の形態によれば、アンテナと発振器との間に、移相器を設けている。この移相器を用いて、アンテナから発振される電力送信用の電波の位相差が、任意の2つの電波の間で時間的に変化するように各移相器を制御する。このように互いに位相差が時間的に変化する電波により電力を伝送することで、マルチパスによる干渉があっても、各センサモジュールが受信する電力が時間的に常に変化することになり、結果的に各センサモジュールが受信する無線電力は平準化され、受信電力が極端に悪化するセンサモジュールがなくなる。さらに、発振器60の発振周波数、及び各移相器の移相変化周期を、発振周波数を変化させながら一定周期で電力を伝送したときの各センサモジュールでの最低受信電力が最大となるような値に決定している。したがって、効率的に無線電力を送信できる。   As described above, according to the present embodiment, the phase shifter is provided between the antenna and the oscillator. Using this phase shifter, each phase shifter is controlled such that the phase difference between the electric power transmission radio waves oscillated from the antenna changes with time between any two radio waves. By transmitting power using radio waves whose phase difference changes with time in this way, even if there is multipath interference, the power received by each sensor module always changes with time. In addition, the wireless power received by each sensor module is leveled, and there is no sensor module whose received power is extremely deteriorated. Further, the oscillation frequency of the oscillator 60 and the phase shift change period of each phase shifter are values that maximize the minimum received power at each sensor module when power is transmitted at a constant period while changing the oscillation frequency. Is determined. Therefore, wireless power can be transmitted efficiently.

なお、移相変化周期の定め方は以上のようなものには限定されない。移相器が0°〜360°の間をΔφ=360°/2おきの離散的なステップで移相を変化できるディジタル移相器の場合、移相変化を次のように定めても良い。この場合、各移相器の移相はφ=i×Δφ (i=0、1、…、2−1)という値を取りうる。第1の移相器の移相はi=0から2−1まで順に変化させ、各ステップは時間T/2の間保持される。すなわち、第1の移相器の移相変化周期はTであり、これを1周期として繰り返す。第1の移相器2の移相は同様にi=0から2−1まで順に変化させるが、時間T/2に移相変化周期が一致するようにする。この結果、第2の移相器は第1の移相器の各移相ステップで、iが0から2−1まで変化を繰り返す。第3の移相器は同様に、第2の移相器の各移相ステップで移相変化が1周するようにする。つまり、各ステップの保持時間が、第1の移相器はT/2、第2の移相器はT/22M、第3の移相器はT/24M…となるような変化周期で移相制御を繰り返す。ディジタル移相器の制御は、移相変化周期を、第1の移相器がT、第2の移相器はT/2、第3の移相器はT/3…とする周期で繰り返すように制御してもよい。この他にも、移相変化周期の定め方に種々あり得ることはいうまでもない。 The method for determining the phase shift change period is not limited to the above. In the case of a digital phase shifter in which the phase shifter can change the phase shift between 0 ° and 360 ° in steps of Δφ = 360 ° / 2 M every discrete step, the phase shift change may be determined as follows. . In this case, the phase shift of each phase shifter can take a value of φ = i × Δφ (i = 0, 1,..., 2 M −1). The phase shift of the first phase shifter is changed in order from i = 0 to 2 M −1, and each step is held for a time T / 2 M. That is, the phase shift change period of the first phase shifter is T, and this is repeated as one period. Similarly, the phase shift of the first phase shifter 2 is sequentially changed from i = 0 to 2 M −1, but the phase shift change period is made to coincide with time T / 2 M. As a result, the second phase shifter repeatedly changes from 0 to 2 M −1 at each phase shift step of the first phase shifter. Similarly, the third phase shifter causes the phase shift change to make one round at each phase shift step of the second phase shifter. That is, the holding time of each step is changed so that the first phase shifter is T / 2 M , the second phase shifter is T / 2 2M , the third phase shifter is T / 2 4M . Repeat the phase shift control at intervals. Control of the digital phase shifter repeats the phase shift change cycle with a cycle in which the first phase shifter is T, the second phase shifter is T / 2, the third phase shifter is T / 3, and so on. You may control as follows. In addition to this, it goes without saying that there are various ways of determining the phase shift change period.

上記した移相変化周期Tは、上記した時定数τに対してτ/10<T<3τの範囲となるように定めることが、電力の伝送効率の点から望ましい。   It is desirable from the viewpoint of power transmission efficiency that the phase shift change period T is determined so as to be in the range of τ / 10 <T <3τ with respect to the time constant τ.

[第2の実施の形態]
図8に本発明の第2の実施の形態に係る無線電力システムを採用した自動車の、本願発明に関連する部分のブロック図を示す。図8を参照して、この自動車300は、第2の実施の形態に係る無線電力送信システム302と、無線電力送信システム302から与えられるセンサ出力に基づいて自動車300のエンジン等の各部を制御するエンジン・車両制御部46とを含む。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a block diagram of a portion related to the present invention of an automobile employing a wireless power system according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, this automobile 300 controls wireless power transmission system 302 according to the second embodiment and each part such as an engine of automobile 300 based on a sensor output given from wireless power transmission system 302. An engine / vehicle control unit 46.

無線電力送信システム302は、図1と同様、複数のセンサモジュールを含むセンサモジュール群42と、センサモジュール群42に無線で電力を送信する電力送信装置310と、電力送信装置310を制御して電力送信のための無線電波の発振周波数を変化させることにより、センサモジュール群42の各センサモジュールに効率的に、かつ受信電力が極端に低くなるセンサモジュールが発生しないように電力送信を行うアクセスポイント312とを含む。アクセスポイント312はセンサモジュール群42の各センサモジュールからセンサ出力信号を受信し、その情報をエンジン・車両制御部46に供給する機能を持つ。エンジン・車両制御部46は、第1の実施の形態と同様、この情報を用いて自動車300のエンジン他の各部を制御する。   As in FIG. 1, the wireless power transmission system 302 includes a sensor module group 42 including a plurality of sensor modules, a power transmission device 310 that wirelessly transmits power to the sensor module group 42, and controls the power transmission device 310 to provide power. By changing the oscillation frequency of the radio wave for transmission, an access point 312 that performs power transmission so that the sensor modules of the sensor module group 42 are efficiently generated so that sensor modules whose reception power is extremely low are not generated. Including. The access point 312 has a function of receiving a sensor output signal from each sensor module of the sensor module group 42 and supplying the information to the engine / vehicle control unit 46. As in the first embodiment, the engine / vehicle control unit 46 uses this information to control the engine and other parts of the automobile 300.

センサモジュール群42の複数のセンサモジュールは、第1の実施の形態と同様、自動車300内の様々な位置に設置される。   The plurality of sensor modules in the sensor module group 42 are installed at various positions in the automobile 300 as in the first embodiment.

電力送信装置310は、センサモジュールへの電源供給のための複数のアンテナ62、64、66、…、68と、いずれもアクセスポイント312から制御信号を受け、それぞれアンテナ62、64、66、…、68の入力端子に発振信号を供給するよう配置された複数の発振器320〜326とを含む。本実施の形態では、電力送信装置310はm個のアンテナ62、64、66、…、68を含み、複数の発振器320〜326も同様にm個の発振器を含む。アンテナは、可能な限り車内の様々な位置に分散して配置する。   The power transmission device 310 receives a control signal from the access point 312 and a plurality of antennas 62, 64, 66,..., 68 for supplying power to the sensor module, and the antennas 62, 64, 66,. And a plurality of oscillators 320 to 326 arranged to supply oscillation signals to 68 input terminals. In the present embodiment, the power transmission device 310 includes m antennas 62, 64, 66,..., 68, and the plurality of oscillators 320 to 326 similarly include m oscillators. The antennas are distributed at various positions in the vehicle as much as possible.

発振器320〜326はそれぞれ、任意の2つの発振器が互いに異なる周波数の発振信号を発振するよう制御される。これら発振器が互いに異なる周波数を発振すると、互いのアンテナから送信される電波の相対位相(位相差)は常に変化し続ける。したがって、マルチパス干渉状況は常に変化し、ある特定のマルチパス干渉状況に留まることがない。その結果、第1の実施の形態と異なり、移相器を設ける必要が無い。つまり、本実施の形態の場合は、おのずから各センサモジュールで受信される電力が時間的に変化し、第1の実施の形態と同様、時間平均化された受信電力でみると、極めて低い受信電力のセンサモジュールが無くなることが期待できる。   Each of the oscillators 320 to 326 is controlled such that any two oscillators oscillate oscillation signals having different frequencies. When these oscillators oscillate at different frequencies, the relative phase (phase difference) of radio waves transmitted from the antennas always changes. Therefore, the multipath interference situation always changes and does not remain in a specific multipath interference situation. As a result, unlike the first embodiment, there is no need to provide a phase shifter. That is, in the case of this embodiment, the power received by each sensor module naturally changes with time, and as in the case of the first embodiment, the reception power that is time-averaged is extremely low. The sensor module can be expected to disappear.

図9を参照して、アクセスポイント312は、アンテナ124、無線回路122及びRAM130と、CPU360と、ROM362とを含む。ハードウェアとしては、CPU360及びROM362はそれぞれ、図2に示すCPU126及びROM128と同一である。ROM362に記憶されるプログラムが、ROM128に記憶されるプログラムと異なること、したがってCPU126とCPU360により実行されるプログラムが異なることを明示するため、図2と図9とでCPUとROMとの参照符号を代えて示してある。   Referring to FIG. 9, access point 312 includes antenna 124, radio circuit 122 and RAM 130, CPU 360, and ROM 362. As hardware, the CPU 360 and the ROM 362 are the same as the CPU 126 and the ROM 128 shown in FIG. In order to clearly indicate that the program stored in the ROM 362 is different from the program stored in the ROM 128, and therefore the programs executed by the CPU 126 and the CPU 360 are different, the reference numerals of the CPU and the ROM in FIGS. It is shown instead.

ROM362に記憶され、CPU360により実行される、複数のセンサモジュール90、92、…、96の平均受信電力の最低値を安定的に高くし、かつこれらの平均受信電力のバラ付きを少なくするよう発振器320〜326の初期設定を実行するプログラムの制御構造について以下に説明する。   An oscillator which is stored in the ROM 362 and executed by the CPU 360 so as to stably increase the minimum value of the average received power of the plurality of sensor modules 90, 92,..., 96 and to reduce variations in the average received power. The control structure of the program that executes the initial settings 320 to 326 will be described below.

図10を参照して、このプログラムは、各第1の発振器320〜第mの発振器326の発振周波数f(k=1〜m)をf=f+kΔf(k=1〜m)に設定するステップ380を含む。ここで、fは発振の基本周波数である。Δfは発振器間の周波数差の基底の初期値であり、たとえば0.001Hzに設定される。すなわち、任意の2つの発振器をとった場合、いずれの発振周波数差も、初期状態ではこの基底値Δfの整数倍となる。 Referring to FIG. 10, this program sets the oscillation frequency f k (k = 1 to m) of each of the first oscillator 320 to the m-th oscillator 326 to f k = f 0 + kΔf 0 (k = 1 to m). Step 380 is set. Here, f 0 is the fundamental frequency of oscillation. Δf 0 is an initial value of the basis of the frequency difference between the oscillators, and is set to 0.001 Hz, for example. That is, when any two oscillators are used, any oscillation frequency difference is an integral multiple of this base value Δf 0 in the initial state.

このプログラムはさらに、第1の発振器320〜第mの発振器326にそれぞれ設定された発振周波数で一定期間、電力を送信するステップ382と、ステップ382の後、各センサモジュールからこの一定期間の平均受信電力の大きさと整流回路の時定数とを示す信号を受信するステップ384と、ステップ384で受信した各センサモジュールの平均受信電力の最低値を、そのときの時定数とともに記憶するステップ386と、基本周波数fに差分dfを加算するステップ388と、ステップ388で差分dfだけ加算された基本周波数fにさらにmΔfを加算した値が予め定めた最大値fmax以下か否かを判定し、判定が肯定の時には制御をステップ382に戻すステップ390とを含む。 The program further includes a step 382 of transmitting power for a certain period at the oscillation frequency set to each of the first oscillator 320 to the m-th oscillator 326, and after step 382, the average reception for each certain period from each sensor module. Step 384 for receiving a signal indicating the magnitude of power and the time constant of the rectifier circuit; Step 386 for storing the minimum value of the average received power of each sensor module received in Step 384 together with the time constant at that time; and step 388 of adding the difference df the frequency f 0, the value obtained by further adding Emuderutaf 0 to the fundamental frequency f 0 that is incremented by the difference df is determined whether a predetermined maximum value f max or less at step 388, Step 390 which returns control to Step 382 when the determination is affirmative.

このプログラムはさらに、ステップ390の判定が否定になったとき、すなわちf+mΔfが最大値fmaxを超えたときに実行され、ステップ382〜390の繰返し処理において、ステップ386で記憶された最低平均受信電力の内で最大のもの特定してfとし、あわせてそのときに受信された時定数τを特定するステップ392と、発振器320〜326の発振周波数fを、ステップ392で特定された周波数fと時定数τとを用いてそれぞれf+kΔf(k=1〜m)に再定義するステップ394とを含む。ここで、Δfはステップ392で特定されたτの3倍の逆数として定義される値である。すなわち、Δf=1/(3τ)。 This program is further executed when the determination in step 390 is negative, that is, when f 0 + mΔf 0 exceeds the maximum value f max, and in the iterative process of steps 382 to 390, the lowest value stored in step 386 is executed. Step 392 for specifying the maximum average received power to be f 0 and specifying the time constant τ received at that time, and the oscillation frequency f k of the oscillators 320 to 326 are specified in step 392. And step 394 for redefining to f 0 + kΔf (k = 1 to m) using the frequency f 0 and the time constant τ. Here, Δf is a value defined as the reciprocal of 3 times τ specified in step 392. That is, Δf = 1 / (3τ).

このプログラムはさらに、設定された値による発振周波数で電力を無線伝送するステップ396と、各センサモジュールから、設定された値で一定時間内に伝送された電力に関する、各センサモジュールにおける平均受信電力を示す値を受信するステップ398と、ステップ398で受信した平均受信電力の値の内、最低の値(最低平均受信電力)をそのときのΔfの値とともに記憶するステップ400と、Δfに、Δfの差分dt´を加算するステップ402とを含む。差分dt´は予め定められた、比較的小さな値である。   The program further includes step 396 for wirelessly transmitting power at an oscillation frequency according to a set value, and an average received power at each sensor module with respect to the power transmitted from each sensor module within a predetermined time with a set value. Step 398 for receiving the indicated value, Step 400 for storing the lowest value (minimum average received power) among the values for the average received power received at Step 398, together with the value of Δf at that time, And a step 402 of adding the difference dt ′. The difference dt ′ is a predetermined relatively small value.

このプログラムはさらに、Δfが10/τ以下であり、かつf+mΔfがfmax以下であるという条件とがともに成立している場合に、制御をステップ398に戻すステップ404と、ステップ404の判定が否定であるときに、ステップ398〜404の繰返し処理中のステップ400で記憶された最低平均受信電力のうち最低の値を特定し、そのときのΔfをΔfoptとしてRAM130に記憶するステップ406と、第kの発振器の発振周波数f=f+Δfopt(k=1、2、…、m)に再定義して、初期化処理を終了するステップ408とを含む。 The program further determines whether the control returns to step 398 when the condition that Δf is 10 / τ or less and f 0 + mΔf is f max or less is satisfied. Is negative, the lowest average received power stored in step 400 during the repetition of steps 398 to 404 is specified, and Δf at that time is stored in the RAM 130 as Δf opt. Step 408 of re-defining the oscillation frequency f k = f 0 + Δf opt (k = 1, 2,..., M) of the k -th oscillator and ending the initialization process.

本実施の形態に係る無線電力送信システム302は以下のように動作する。アクセスポイント312は、初期化処理において発振器320〜326の発振周波数と、隣り合う発振器(発振周波数が隣接する発振器)の間の発振周波数の差分とを決定する。このとき、各センサモジュールは、蓄電素子に供給される平均受信電力をモニタし、CPU360を介してその情報をアクセスポイント312に送信する。アクセスポイント312は、これを受信し(ステップ384)、すべてのセンサモジュールの平均受信電力の内、最低値を現在の周波数設定及びそのときの時定数τとともに記憶する(ステップ386)。そして、アクセスポイント312は各発振器320〜326の周波数を変更して、再び各センサモジュールの平均受信電力の最低値を現在の周波数及び同時に受信した時定数τとともに記憶する。センサモジュールの整流回路の対応周波数の範囲(f+mΔf≦fmax)で各発振器の周波数の組み合わせを変更しながらこれを繰り返す。ステップ390の判定結果がNOとなると、ステップ386で記憶した最低受信DC電力の内で、最低受信DC電力が最も大きい周波数の組み合わせを特定し、各発振器320〜326をそれら周波数に設定する。 The wireless power transmission system 302 according to the present embodiment operates as follows. In the initialization process, the access point 312 determines the oscillation frequency of the oscillators 320 to 326 and the difference in oscillation frequency between adjacent oscillators (oscillators with adjacent oscillation frequencies). At this time, each sensor module monitors the average received power supplied to the storage element and transmits the information to the access point 312 via the CPU 360. The access point 312 receives this (step 384) and stores the lowest value of the average received power of all the sensor modules together with the current frequency setting and the time constant τ at that time (step 386). Then, the access point 312 changes the frequency of each of the oscillators 320 to 326 and again stores the minimum value of the average received power of each sensor module together with the current frequency and the time constant τ received simultaneously. This is repeated while changing the combination of the frequencies of the oscillators within the range of the corresponding frequency of the rectifier circuit of the sensor module (f 0 + mΔf 0 ≦ f max ). If the decision result in the step 390 is NO, the combination of frequencies having the largest minimum received DC power among the lowest received DC power stored in the step 386 is specified, and the respective oscillators 320 to 326 are set to those frequencies.

さらに、図10のステップ392〜404の繰返し処理により、上記と同様にして、周波数fとともに使用される、発振器の発振周波数の差分の基底値Δfoptを特定する(ステップ406)。このようにして特定された周波数fと差分の基底値Δfoptとを用いて、この後、各センサモジュールが一定周期に受信する受信電力の最低値が所要電力以上力となるように送信電力を調整して運用を行う(図6)。これによって、各センサモジュールの蓄電量を所定範囲に維持しながら、受信電力の最低値が所要電力以上で、かつ電力を不要に消費しない効率の良い無線電力送信が可能となる。 Further, the base value Δf opt of the difference between the oscillation frequencies of the oscillators used together with the frequency f 0 is specified by the iterative process of steps 392 to 404 in FIG. 10 (step 406). Using the frequency f 0 thus identified and the base value Δf opt of the difference, thereafter, the transmission power is set so that the minimum value of the received power that each sensor module receives at a fixed period becomes the power more than the required power. Operation is performed by adjusting (Fig. 6). As a result, it is possible to perform efficient wireless power transmission in which the minimum value of the received power is equal to or higher than the required power and the power is not consumed unnecessarily while maintaining the power storage amount of each sensor module within a predetermined range.

図11に、上記実施の形態にしたがった無線電力送信システムにおいて、センサモジュールの1つが受信する電力波形の例を示す。この例は、送信側のアンテナ数が3で、各アンテナからの受信電力が等しく、第1の発振器320の周波数がf、第2の発振器322の周波数がf+Δf、第3の発振器(図示せず)の周波数がf+2Δfのときを示す。   FIG. 11 shows an example of a power waveform received by one of the sensor modules in the wireless power transmission system according to the above embodiment. In this example, the number of antennas on the transmitting side is 3, reception power from each antenna is equal, the frequency of the first oscillator 320 is f, the frequency of the second oscillator 322 is f + Δf, and a third oscillator (not shown). ) Is when f + 2Δf.

上記実施の形態では、各周波数は、ある特定の周波数Δfの整数倍の差を互いに持つように決定される。この値の逆数1/Δfと、整流回路のフィルタおよび負荷で決まる時定数τとがほぼ一致するように、かつ各センサモジュールの受信電力のうち最も低いものが高くなるように、周波数の差分Δfを最適化している。これによって、各センサモジュールでは高い整流効率が得られ、結果として効率の良い電力送信が可能である。このように周波数の差分の基底値を決めることで、受信電力の時間的な変動周期を決定できる。この結果、この第2の実施の形態でも第1の実施の形態と同様に、整流回路の整流効率を高めることができる。   In the above embodiment, each frequency is determined so as to have a difference of an integral multiple of a specific frequency Δf. The frequency difference Δf so that the reciprocal 1 / Δf of this value and the time constant τ determined by the filter and load of the rectifier circuit substantially coincide with each other, and the lowest received power of each sensor module becomes higher. Is optimized. Thereby, high rectification efficiency is obtained in each sensor module, and as a result, efficient power transmission is possible. In this way, by determining the base value of the frequency difference, the temporal variation period of the received power can be determined. As a result, also in the second embodiment, the rectification efficiency of the rectifier circuit can be increased as in the first embodiment.

上記実施の形態では、初期化処理としての繰返し処理の中で、発振周波数f又は発振周波数の差分Δfを繰返しのステップごとに一定数だけ増加させたり(図5のステップ226、図10のステップ402)、移相変化周期Tを繰返しのステップごとに一定数だけ減算させたりしている(図5のステップ236)。しかし本発明はこのような実施の形態には限定されない。各ステップでの周波数の増減は、互いに異なる値であればどのように変化させてもよい。しかし、一定時間内で初期値を得るためには、本実施の形態のように定めるのが合理的である。 In the embodiment described above, the oscillation frequency f 0 or the difference Δf of the oscillation frequency is increased by a certain number for each repetition step in the repetition processing as the initialization processing (steps 226 in FIG. 5 and steps in FIG. 10). 402), the phase shift change period T is subtracted by a certain number for each repetitive step (step 236 in FIG. 5). However, the present invention is not limited to such an embodiment. The frequency increase / decrease in each step may be changed in any way as long as the values are different from each other. However, in order to obtain the initial value within a certain time, it is reasonable to define as in the present embodiment.

さらに、上記第2の実施の形態では、発振周波数の差分は、隣接する発振周波数の間で一定である。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されず、種々の差分を同時に用いるようにしてもよい。ただしこの場合も、第2の実施の形態のように差分を徐々に増加させたり、逆に減少させたりして特定することが合理的である。   Furthermore, in the second embodiment, the difference in oscillation frequency is constant between adjacent oscillation frequencies. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and various differences may be used simultaneously. However, in this case as well, it is reasonable to specify the difference by gradually increasing or decreasing the difference as in the second embodiment.

さらに、上記第1及び第2の実施の形態では、初期処理として使用電力が最も小さくなるような発振周波数、移相変化周期、又は発振周波数の差分を求めている。しかし、本発明の基本的なアイデアは、電力送信に用いられる複数のアンテナからの電波の位相差を時間的に変化させることによって、マルチパス干渉状況を時間的に変化させ、その結果、全てのセンサモジュールが一定時間において受信する平均電力について、マルチパス干渉による影響を時間的に平準化させるという点にある。したがって、上記第1及び第2の実施の形態で説明したように、発振器の周波数、移相変化周期、発振周波数の差分等の最適化をしなくともよい。   Furthermore, in the first and second embodiments, the difference between the oscillation frequency, the phase shift period, or the oscillation frequency that minimizes the power consumption is obtained as the initial process. However, the basic idea of the present invention is to change the multipath interference situation over time by changing the phase difference of radio waves from a plurality of antennas used for power transmission over time. The average power received by the sensor module over a certain period of time is that the effect of multipath interference is leveled in time. Therefore, as described in the first and second embodiments, it is not necessary to optimize the oscillator frequency, the phase shift period, the difference between the oscillation frequencies, and the like.

上記実施の形態では、初期値が決定した後には、図6に制御構造を示すようなプログラムを動作させることにより、送信電力の最低値をある程度に維持しながら、必要最小限の電力を送信している。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、一定時間ごと、又は自動車であればエンジンの始動時に図5又は図10に制御構造を示したような初期化プログラムを起動することにより、いつでも環境に応じた設定で無線電力送信システムを動作させることもできる。   In the above embodiment, after the initial value is determined, the minimum necessary power is transmitted while maintaining the minimum value of the transmission power by operating a program whose control structure is shown in FIG. ing. However, the present invention is not limited to such an embodiment. For example, by starting an initialization program whose control structure is shown in FIG. 5 or FIG. 10 at certain time intervals or at the start of the engine in the case of an automobile, the wireless power transmission system operates at any time according to the environment. It can also be made.

さらに、上記実施の形態は、自動車の車体内でセンサモジュールに対する電力供給に無線電力送信を用いる場合を説明した。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。ある程度の大きさがある金属の筐体内に複数のセンサモジュールが配置される装置であって、電波のマルチパス干渉が発生するような装置内で、センサモジュールに電力を供給する必要があるものであれば、どのようなものであっても本発明を適用できる。特に筐体の重量が問題となるような装置、例えば航空機、鉄道車両等に適用すると有効である。   Further, the above embodiment has described the case where wireless power transmission is used to supply power to the sensor module within the body of the automobile. However, the present invention is not limited to such an embodiment. A device in which a plurality of sensor modules are arranged in a metal casing having a certain size, and it is necessary to supply power to the sensor module in a device in which multipath interference of radio waves occurs. The present invention can be applied to any type. In particular, it is effective when applied to an apparatus in which the weight of the casing becomes a problem, for example, an aircraft, a railway vehicle, or the like.

今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。   The embodiment disclosed herein is merely an example, and the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is indicated by each claim of the claims after taking into account the description of the detailed description of the invention, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the wording described therein are included. Including.

参考文献:M. S. Trotter, J. D. Griffin, and G. D. Durgin, “Power-optimized waveforms for improving the range and reliability of RFID Systems,” in Proc. IEEE Int. Conf. RFID, 2009, pp. 80-87.   Reference: M. S. Trotter, J. D. Griffin, and G. D. Durgin, “Power-optimized waveforms for improving the range and reliability of RFID Systems,” in Proc. IEEE Int. Conf. RFID, 2009, pp. 80-87.

30、300 自動車
32、302 無線電力送信システム
40、310 電力送信装置
42 センサモジュール群
44、312 アクセスポイント
46 エンジン・車両制御部
60、320、322、324、326 発振器
62、64、66、68、124、150、152 アンテナ
70、72、74 移相器
90、92、96 センサモジュール
122、162 無線回路
126、164、360 CPU
128、166、362 ROM
130、168 RAM
154 整流回路
156 蓄電素子
158 DC−DC変換部
160 センサ素子
30, 300 Car 32, 302 Wireless power transmission system 40, 310 Power transmission device 42 Sensor module group 44, 312 Access point 46 Engine / vehicle control unit 60, 320, 322, 324, 326 Oscillator 62, 64, 66, 68, 124, 150, 152 Antenna 70, 72, 74 Phase shifter 90, 92, 96 Sensor module 122, 162 Radio circuit 126, 164, 360 CPU
128, 166, 362 ROM
130, 168 RAM
154 Rectifier circuit 156 Power storage element 158 DC-DC converter 160 Sensor element

Claims (8)

複数の無線センサモジュールに、各無線センサモジュールを動作させるための電力を無線で送信する無線電力送信システムであって、
複数の無線送信アンテナと、
前記複数の無線送信アンテナの各々に、当該複数の無線送信アンテナの任意の2つの間に供給される発振信号の位相差が時間の関数として変化するように発振信号を供給する発振信号供給手段とを含み、
前記発振信号供給手段は、
前記複数の無線送信アンテナに対応して設けられ、それぞれ指定された周波数の発振信号を出力して前記複数の無線送信アンテナのうちの対応する無線送信アンテナに供給する複数の発振回路と、
前記複数の発振回路の出力する発振信号が、それぞれ互いに異なる周波数を持つように、前記複数の発振回路に対して発振信号の周波数を指定する周波数制御手段とを含み、
前記無線電力送信システムは、さらに、前記複数の無線センサモジュールの各々の一定期間における平均受信電力のうちの最小値が最大となるように、前記複数の発振回路による発振信号の周波数の各々を決定し、前記複数の発振回路にそれぞれ指示する発振周波数決定手段を含む、無線電力送信システム。
A wireless power transmission system that wirelessly transmits power for operating each wireless sensor module to a plurality of wireless sensor modules,
Multiple wireless transmit antennas;
Oscillation signal supply means for supplying an oscillation signal to each of the plurality of radio transmission antennas so that a phase difference between oscillation signals supplied between any two of the plurality of radio transmission antennas changes as a function of time; only including,
The oscillation signal supply means includes
A plurality of oscillation circuits which are provided corresponding to the plurality of radio transmission antennas and output oscillation signals of specified frequencies, respectively, and supply the corresponding radio transmission antennas among the plurality of radio transmission antennas;
Frequency control means for designating the frequency of the oscillation signal to the plurality of oscillation circuits so that the oscillation signals output from the plurality of oscillation circuits have different frequencies from each other,
The wireless power transmission system further determines each of the frequencies of the oscillation signals by the plurality of oscillation circuits so that the minimum value of the average received power of each of the plurality of wireless sensor modules in a certain period is maximized. and, including the oscillation frequency determining means for instructing each of the plurality of oscillation circuits, the wireless power transmission system.
前記発振周波数決定手段は、
前記複数の発振回路による発振信号の周波数を、互いに異なった複数の周波数の組み合わせにしたがって変化させる発振回路制御手段と、
前記複数の無線センサモジュールの各々から平均受信電力を示す信号を受信する受信手段と、
前記発振回路制御手段により前記複数の発振回路による発振信号の周波数の組み合わせが変化させられるごとに、前記複数の周波数の組み合わせの各々に対して、前記受信手段が受信した平均受信電力の最小値を特定する第1の最小値特定手段と、
前記複数の周波数の組み合わせに対して前記第1の最小値特定手段が特定した前記平均受信電力の前記最小値のうち、最大となる値が得られた組み合わせを決定する周波数決定手段と、
前記周波数決定手段により決定された組み合わせにしたがって、前記複数の発振回路による発振信号の周波数を固定する周波数固定手段とを含む、請求項に記載の無線電力送信システム。
The oscillation frequency determining means includes
An oscillation circuit control means for changing the frequency of the oscillation signal by the plurality of oscillation circuits according to a combination of a plurality of different frequencies;
Receiving means for receiving a signal indicating average received power from each of the plurality of wireless sensor modules;
Each time the combination of the frequencies of the oscillation signals from the plurality of oscillation circuits is changed by the oscillation circuit control means, the minimum value of the average received power received by the reception means for each of the plurality of frequency combinations. First minimum value specifying means for specifying;
Frequency determining means for determining a combination in which a maximum value is obtained among the minimum values of the average received power specified by the first minimum value specifying means for the combination of the plurality of frequencies;
The wireless power transmission system according to claim 1 , further comprising: a frequency fixing unit that fixes a frequency of an oscillation signal from the plurality of oscillation circuits according to the combination determined by the frequency determination unit.
前記受信手段は、前記発振回路制御手段により前記複数の発振回路による発振信号の周波数の組み合わせが変化させられるごとに、前記複数の無線センサモジュールの各々から、当該無線センサモジュールの平均受信電力と、当該無線センサモジュールの整流回路のフィルタ及び負荷により定まる時定数とを示す信号を受信するための手段を含み、
前記発振回路制御手段は、前記複数の発振回路による発振信号の周波数を、互いに一定の差分だけ異なった複数の周波数の、複数の組み合わせにしたがって変化させる手段を含み、
前記無線電力送信システムはさらに、
前記受信するための手段により受信された時定数のうち、前記周波数決定手段が決定した周波数の組み合わせが得られたときに前記第1の最小値特定手段が特定した前記平均受信電力の前記最小値と同時に受信された時定数を特定する時定数特定手段と、
前記時定数特定手段により特定された時定数の3倍の逆数を、前記周波数決定手段が決定した周波数の組み合わせにおける、周波数ごとの差分として当該周波数の組み合わせを再定義する周波数再定義手段とを含む、請求項に記載の無線電力送信システム。
Each time the reception means changes the frequency combination of the oscillation signals from the plurality of oscillation circuits by the oscillation circuit control means, from each of the plurality of wireless sensor modules, the average received power of the wireless sensor module, Means for receiving a signal indicating a time constant determined by a filter and a load of the rectifier circuit of the wireless sensor module;
The oscillation circuit control means includes means for changing the frequency of the oscillation signal by the plurality of oscillation circuits according to a plurality of combinations of a plurality of frequencies different from each other by a certain difference,
The wireless power transmission system further includes:
Of the time constants received by the means for receiving, the minimum value of the average received power specified by the first minimum value specifying means when a combination of frequencies determined by the frequency determining means is obtained. A time constant specifying means for specifying the time constant received at the same time;
Frequency redefinition means for redefining the combination of frequencies as a difference for each frequency in the combination of frequencies determined by the frequency determination means with a reciprocal of three times the time constant specified by the time constant specifying means The wireless power transmission system according to claim 2 .
さらに、前記差分を一定範囲内で複数通りに変化させることにより、前記発振信号の周波数を変化させる差分制御手段と、
前記差分制御手段により差分が変化させられるごとに、前記平均受信電力が受信した平均受信電力の最小値を特定する第2の最小値特定手段と、
前記差分を前記複数通りに変化させる間に前記第2の最小値特定手段が特定した最小値が最大となるような差分を決定する手段と、
前記差分を決定する手段により決定された差分を用いて、前記周波数再定義手段により再定義された周波数の組み合わせをさらに再定義するための手段とを含む、請求項に記載の無線電力送信システム。
Further, a difference control means for changing the frequency of the oscillation signal by changing the difference in a plurality of ways within a certain range;
A second minimum value specifying means for specifying a minimum value of the average received power received by the average received power every time the difference is changed by the difference control means;
Means for determining a difference such that the minimum value specified by the second minimum value specifying means is maximized while changing the difference in the plurality of ways;
Using the difference determined by the means for determining the difference, said and means for further redefine the combination of the re-defined frequency by the frequency redefine prosthetic hand stage, the wireless power transmission according to claim 3 system.
複数の無線センサモジュールに、各無線センサモジュールを効率的に動作させるための電力を無線で送信する無線電力送信システムを制御するための無線電力送信システム制御装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラムであって、A computer program for causing a plurality of wireless sensor modules to function as a wireless power transmission system control device for controlling a wireless power transmission system that wirelessly transmits power for operating each wireless sensor module efficiently There,
前記無線電力送信システムは、The wireless power transmission system includes:
複数の無線送信アンテナと、Multiple wireless transmit antennas;
前記複数の無線送信アンテナに対応して設けられ、それぞれ指定された周波数の発振信号を出力して前記複数の無線送信アンテナのうちの対応する無線送信アンテナに供給する複数の発振回路とを含み、A plurality of oscillation circuits which are provided corresponding to the plurality of radio transmission antennas, and which respectively output oscillation signals of specified frequencies and supply the corresponding radio transmission antennas among the plurality of radio transmission antennas,
前記コンピュータプログラムは、コンピュータを、The computer program includes a computer,
前記複数の発振回路の発振周波数を時間的に制御して電力送信のための無線電波の発振周波数を変化させるための発振周波数制御手段として機能させ、Function as oscillation frequency control means for controlling the oscillation frequency of the plurality of oscillation circuits in time to change the oscillation frequency of the radio wave for power transmission,
前記コンピュータプログラムはさらに、前記発振周波数制御手段が、The computer program further includes the oscillation frequency control means,
前記複数の発振回路による発振信号の周波数を、互いに異なった複数の周波数の組み合わせにしたがって変化させる発振回路制御手段と、An oscillation circuit control means for changing the frequency of the oscillation signal by the plurality of oscillation circuits according to a combination of a plurality of different frequencies;
前記複数の無線センサモジュールの各々の一定期間における平均受信電力のうちの最小値が最大となるように、前記複数の発振回路による発振信号の周波数の各々を決定し、前記複数の発振回路にそれぞれ指示する発振周波数決定手段を含むようにコンピュータを機能させる、コンピュータプログラム。Each of the plurality of wireless sensor modules determines a frequency of an oscillation signal by the plurality of oscillation circuits so that a minimum value of average received power in a certain period of time is maximum, A computer program for causing a computer to function so as to include an oscillation frequency determining means for indicating.
前記無線電力送信システムはさらに、The wireless power transmission system further includes:
前記複数の無線センサモジュールの各々から平均受信電力を示す信号を受信する受信手段を含み、Receiving means for receiving a signal indicating average received power from each of the plurality of wireless sensor modules;
前記コンピュータプログラムは、前記発振周波数決定手段が、In the computer program, the oscillation frequency determining means is
前記受信手段から前記平均受信電力を示す前記信号を受信し、前記発振回路制御手段により前記複数の発振回路による発振信号の周波数の組み合わせが変化させられるごとに、前記複数の周波数の組み合わせの各々に対して、前記受信手段が受信した平均受信電力の最小値を特定する第1の最小値特定手段と、Each time the signal indicating the average received power is received from the receiving means, and the frequency combination of the oscillation signals from the plurality of oscillation circuits is changed by the oscillation circuit control means, each of the combinations of the plurality of frequencies. On the other hand, first minimum value specifying means for specifying a minimum value of average received power received by the receiving means;
前記複数の周波数の組み合わせに対して前記第1の最小値特定手段が特定した前記平均受信電力の前記最小値のうち、最大となる値が得られた組み合わせを決定する周波数決定手段と、Frequency determining means for determining a combination in which a maximum value is obtained among the minimum values of the average received power specified by the first minimum value specifying means for the combination of the plurality of frequencies;
前記周波数決定手段により決定された組み合わせにしたがって、前記複数の発振回路による発振信号の周波数を固定する周波数固定手段とを含むようにコンピュータを機能させる、請求項5に記載のコンピュータプログラム。6. The computer program according to claim 5, which causes the computer to function so as to include frequency fixing means for fixing the frequency of the oscillation signal by the plurality of oscillation circuits according to the combination determined by the frequency determination means.
前記受信手段は、前記発振回路制御手段により前記複数の発振回路による発振信号の周波数の組み合わせが変化させられるごとに、前記複数の無線センサモジュールの各々から、当該無線センサモジュールの平均受信電力と、当該無線センサモジュールの整流回路のフィルタ及び負荷により定まる時定数とを示す信号を受信するための手段を含み、Each time the reception means changes the frequency combination of the oscillation signals from the plurality of oscillation circuits by the oscillation circuit control means, from each of the plurality of wireless sensor modules, the average received power of the wireless sensor module, Means for receiving a signal indicating a time constant determined by a filter and a load of the rectifier circuit of the wireless sensor module;
前記コンピュータプログラムは、前記発振回路制御手段が、In the computer program, the oscillation circuit control means
前記複数の発振回路による発振信号の周波数を、互いに一定の差分だけ異なった複数の周波数の、複数の組み合わせにしたがって変化させる手段と、Means for changing the frequency of the oscillation signal by the plurality of oscillation circuits according to a plurality of combinations of a plurality of frequencies different from each other by a certain difference;
前記受信するための手段により受信された時定数のうち、前記周波数決定手段が決定した周波数の組み合わせが得られたときに前記第1の最小値特定手段が特定した前記平均受信電力の前記最小値と同時に受信された時定数を特定する時定数特定手段と、Of the time constants received by the means for receiving, the minimum value of the average received power specified by the first minimum value specifying means when a combination of frequencies determined by the frequency determining means is obtained. A time constant specifying means for specifying the time constant received at the same time;
前記時定数特定手段により特定された時定数の3倍の逆数を、前記周波数決定手段が決定した周波数の組み合わせにおける、周波数ごとの差分として当該周波数の組み合わせを再定義する周波数再定義手段とを含むようにコンピュータを機能させる、請求項6に記載のコンピュータプログラム。Frequency redefinition means for redefining the combination of frequencies as a difference for each frequency in the combination of frequencies determined by the frequency determination means with a reciprocal of three times the time constant specified by the time constant specifying means The computer program according to claim 6, which causes the computer to function as described above.
前記コンピュータプログラムは、前記発振回路制御手段がさらに、In the computer program, the oscillation circuit control means further includes:
前記差分を一定範囲内で複数通りに変化させることにより、前記発振信号の周波数を変化させる差分制御手段と、Difference control means for changing the frequency of the oscillation signal by changing the difference in a plurality of ways within a certain range;
前記差分制御手段により差分が変化させられるごとに、前記平均受信電力が受信した平均受信電力の最小値を特定する第2の最小値特定手段と、A second minimum value specifying means for specifying a minimum value of the average received power received by the average received power every time the difference is changed by the difference control means;
前記差分を前記複数通りに変化させる間に前記第2の最小値特定手段が特定した最小値が最大となるような差分を決定する手段と、Means for determining a difference such that the minimum value specified by the second minimum value specifying means is maximized while changing the difference in the plurality of ways;
前記差分を決定する手段により決定された差分を用いて、前記周波数再定義手段により再定義された周波数の組み合わせをさらに再定義するための手段とを含むようにコンピュータを機能させる、請求項7に記載のコンピュータプログラム。8. The computer according to claim 7, further comprising means for further redefining a combination of frequencies redefined by the frequency redefining means using the difference determined by the means for determining the difference. The computer program described.
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