JP2020022140A - 電子装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 他の無線通信システムに深刻な干渉を与えずに、無線給電を行うこと。【解決手段】 一実施形態によれば、電子装置は、電力伝送部と、無線受信部と、制御部とを備える。電力伝送部は、第１電子装置へ電磁波により電力を伝送する。無線受信部は、第２電子装置から無線により通信信号を受信する。制御部は、少なくとも無線受信部による信号の検知感度に基づいて、電力伝送部による送信電力を制御する。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、電子装置及び方法に関する。

一般に、電磁波を用いて電力伝送を行う無線電力伝送（以下では、「無線給電」と称する）においては、特定の周波数の電磁波を用いて電力伝送が行われるため、当該特定の周波数近傍の周波数を用いた他の無線通信システムに干渉する恐れがある。

このため、他の無線通信システムに深刻な干渉を与えずに、無線給電を行うことが可能な技術の開発が望まれている。

特表２０１４−５３３４８１号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、他の無線通信システムに深刻な干渉を与えずに、無線給電を行うことが可能な電子装置及び方法を提供することである。

一実施形態によれば、電子装置は、電力伝送部と、無線受信部と、制御部とを備える。前記電力伝送部は、第１電子装置へ電磁波により電力を伝送する。前記無線受信部は、第２電子装置から無線により通信信号を受信する。前記制御部は、少なくとも前記無線受信部による信号の検知感度に基づいて、前記電力伝送部による送信電力を制御する。

第１の実施形態に係る無線給電環境の一例を示す図。 同実施形態に係る無線給電装置のハードウェア構成例を示す図。 同実施形態に係る無線給電装置の送信電力の上限値を算出する手順の一例を示すフローチャート。 図１とは異なる無線給電環境の一例を示す図。 第２の実施形態に係るアレーアンテナの特性を示す図。 同実施形態に係るアレーアンテナの特性を示す別の図。 同実施形態に係る無線信号の到来方向の推定方法を説明するための図。 第３の実施形態に係る無線給電環境の一例を示す図。 第４の実施形態に係る無線給電環境の一例を示す図。 同実施形態に係る無線給電装置のハードウェア構成例を示す図。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る無線給電システムを含む無線給電環境の一例を示す。図１に示す無線給電環境には、無線給電装置１０１及び受電端末１０２によって構成される無線給電システムと、無線通信端末１０３とが含まれている。なお、無線通信端末１０３は、所定の周波数を利用して、図示しない別の無線通信端末と通信を行っているものとする。以下では、主に、無線通信端末１０３と上記した別の無線通信端末とによって構成される無線通信システムに深刻な干渉を与えることなく、受電端末１０２に対して無線給電を行うことが可能な無線給電装置１０１について説明する。

無線給電装置１０１は、受信アンテナ１１１及び送信（送電）アンテナ１１２を備えている。受信アンテナ１１１は、上記した無線通信システムにおいて、無線通信端末１０３から送信されている無線信号を受信（取得）するためのアンテナである。送信アンテナ１１２は、所定の送信電力（電磁波の電力）で無線給電を行い、受電端末１０２に対して電力を供給するためのアンテナである。なお、本実施形態における「送信電力（及び受信電力）」とは、後述するアンテナ利得を含まない空中線電力を表すものとする。

ここで、図２を参照して、無線給電装置１０１についてより詳しく説明する。図２は、無線給電装置１０１のハードウェア構成の一例を示している。
無線給電装置１０１は、図２に示すように、少なくとも１以上の受信アンテナ１１１、少なくとも１以上の送信アンテナ１１２、受信部１１３、ホストプロセッサ１１４、無線電力伝送部（WPT: Wireless Power Transmitter）１１５、メモリ１１６及びＩ／Ｏ部１１７、等を備えている。

受信アンテナ１１１は、上記したように、無線通信システムにおいて無線通信端末１０３から別の無線通信端末に対して送信されている無線信号（通信信号）を受信するためのアンテナである。送信アンテナ１１２は、上記したように、所定の送信電力Ｐ_１で無線給電を行い、受電端末１０２に対して電力を供給するためのアンテナである。受信アンテナ１１１及び送信アンテナ１１２は、アンテナの特性として、受信アンテナ利得及び送信アンテナ利得をそれぞれ有している。アンテナの利得（ゲイン）とは、アンテナの一端に到来した無線信号の強さと、アンテナの他端における無線信号の強さとの比を特定可能な情報であればどのようなものであっても良く、ビーム形成による利得やダイバーシチによる利得等を含んでいても良い。なお、無線信号の強さは、無線信号の大きさと称されても良い。

本実施形態においては、受信アンテナ１１１の受信アンテナ利得がＧ_ｒ１であり、送信アンテナ１１２の送信アンテナ利得がＧ_ｔ１である場合を想定する。つまり、無線通信端末１０３から送信されている無線信号の強さ（換言すると、受信アンテナ１１１に供給された受信電力）は、受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１分だけ増幅されて、受信部１１３に出力される。また、無線電力伝送部１１５から出力される無線信号の強さ（換言すると、送信アンテナ１１２に供給される送信電力Ｐ_１）は、送信アンテナ利得Ｇ_ｔ１分だけ増幅されて、受電端末１０２に放射（送信）される。

受信部１１３は、受信アンテナ１１１を介して無線通信端末１０３からの無線信号を受信する。より詳しくは、受信部１１３は、信号の検知感度αに基づいて、無線通信端末１０３からの無線信号を受信（検知）する。信号の検知感度αとは、検知可能な無線信号の強さの下限を識別可能な情報であればどのようなものであっても良く、例えば、受信部１１３内のメモリ１１３ａに格納されていても良いし、無線給電装置１０１の製造時に固定に設定されていても良いし、ユーザの設定、通信環境または受信部１１３の動作モード（受信アンテナ１１１の使い方、受信アンテナ利得（例えばビーム形成による利得やダイバーシチによる利得）等）に応じて、受信部１１３内のプロセッサ１１３ｂにより動的に変更されても良い。

ホストプロセッサ１１４は、上記した無線通信システムに深刻な干渉を与えることなく、受電端末１０２に無線給電可能な送信電力Ｐ_１の上限値を算出し、当該算出された上限値あるいは上限値未満の送信電力Ｐ_１で無線給電を行い、受電端末１０２に対して電力を供給するよう無線電力伝送部１１５を制御する。なお、送信電力Ｐ_１の上限値の算出方法は、後述にて説明するため、ここではその詳しい説明は省略する。

ホストプロセッサ１１４は、バスを介してメモリ１１６及びＩ／Ｏ部１１７と接続している。ホストプロセッサ１１４は、Ｉ／Ｏ部１１７によって外部装置からダウンロードされ、メモリ１１６に格納されているプログラムを実行すること（つまり、ソフトウェア）によって、上記した各種機能を実現するとしても良いし、ハードウェアによって各種機能を実現するとしても良いし、ソフトウェア及びハードウェアの組み合わせによって各種機能を実現するとしても良い。

無線電力伝送部１１５は、所定の送信電力Ｐ_１で無線給電を行い、送信アンテナ１１２を介して受電端末１０２に電力を給電する。より詳しくは、無線電力伝送部１１５は、ホストプロセッサ１１４からの指示にしたがって、所定の送信電力Ｐ_１で無線給電を行い、受電端末１０２に対して電力を給電する。

なお、本実施形態においては、受信部１１３と無線電力伝送部１１５とが別々のチップとして設けられている場合を例示しているが、これに限定されず、例えば、受信部１１３と無線電力伝送部１１５とは１つのチップにより実現されても良い。また、本実施形態においては、受信アンテナ１１１と送信アンテナ１１２とがそれぞれ設けられている場合を例示しているが、これに限定されず、例えば、送受信機能を有した単一のアンテナが設けられるとしても良い。さらに、本実施形態においては、受信アンテナ１１１と受信部１１３とが別々に設けられている場合を例示しているが、これに限定されず、例えば、受信アンテナ１１１と受信部１１３とは一体的に設けられても良い。同様に、本実施形態においては、送信アンテナ１１２と無線電力伝送部１１５とが別々に設けられている場合を例示しているが、これに限定されず、例えば、送信アンテナ１１２と無線電力伝送部１１５とは一体的に設けられても良い。また、本実施形態においては、受信部１１３と無線電力伝送部１１５とが１つの無線給電装置１０１に含まれている場合を例示しているが、これに限定されず、両者の適切な位置関係（距離関係）を考慮した上で、受信部１１３を含む第１装置（受信装置）と、無線電力伝送部１１５を含む第２装置（送信装置）とに分けて設けられるとしても良い。

再度、図１の説明に戻る。受電端末１０２は、受信アンテナ１２１を備えており、当該受信アンテナ１２１を介して、無線給電装置１０１からの電力を受電する。
無線通信端末１０３は、受信アンテナ１３１及び送信アンテナ１３２を備えている。受信アンテナ１３１は、上記した無線通信システムに含まれる別の無線通信端末からの無線信号を受信する。また、送信アンテナ１３２は、上記した無線通信システムに含まれる別の無線通信端末に対して無線信号を送信する。

無線通信端末１０３に設けられる受信アンテナ１３１及び送信アンテナ１３２は、無線給電装置１０１の受信アンテナ１１１及び送信アンテナ１１２と同様に、アンテナの特性として、受信アンテナ利得及び送信アンテナ利得をそれぞれ有している。なお、無線通信端末１０３を含む上記した無線通信システムでは、有限資産である周波数を利用して無線通信を行うため、一般的にその通信方式は規格化されている。また、その通信方式に準拠した装置を試験するための認証試験についても規格化されていることが一般的である。つまり、無線通信端末１０３の送信電力やアンテナ利得、干渉波に対する許容レベル（以下では、「干渉許容レベル」と称する）等は、その通信方式の規格書や認証試験仕様書において定められていることが一般的であり、既知の値である。

本実施形態においては、無線通信端末１０３の送信電力がＰ_２であり、受信アンテナ利得がＧ_ｒ２であり、送信アンテナ利得がＧ_ｔ２であって、干渉許容レベルがＰ_３である場合を想定する。なお、干渉許容レベルとは、干渉波（換言すると、干渉する無線装置から送信される無線信号）が存在したとしても、上記した別の無線通信端末との無線通信の成立を保証することが可能な干渉波（干渉信号、無線信号）の強さの上限に関する値であればどのようなものであっても良い。

ここで、図３のフローチャートを参照して、ホストプロセッサ１１４による送信電力Ｐ_１の上限値の算出方法（算出手順）について詳しく説明する。なお、ここでは、上記したように、無線給電装置１０１の送信電力はＰ_１であり、受信アンテナ利得はＧ_ｒ１であり、送信アンテナ利得はＧ_ｔ１であり、信号の検知感度はαである場合を想定する。さらに、無線通信端末１０３の送信電力はＰ_２であり、受信アンテナ利得はＧ_ｒ２であり、送信アンテナ利得はＧ_ｔ２であり、干渉波許容レベルはＰ_３である場合を想定する。

まず、ホストプロセッサ１１４は、無線給電装置１０１で検知可能な受信電力の下限（以下では、「限界受信レベル」と称する）Ｐ_４を算出する。具体的には、ホストプロセッサ１１４は、以下の（１）式に示されるように、受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１と検知感度αとに基づいて限界受信レベルＰ_４を算出する（ブロックＢ１）。
Ｐ_４＝α−Ｇ_ｒ１ ・・・（１）
上記した（１）式について補足すると、信号の検知感度αは、上記したように、受信部１１３が検知可能な無線信号の強さの下限を示すものではあるが、受信アンテナ１１１を介して受信される無線信号の強さは受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１分だけ増幅されて受信部１１３に出力されるため、無線給電装置１０１で検知可能な受信電力の下限を示す限界受信レベルＰ_４は、上記した（１）式に基づいて算出される。

続いて、ホストプロセッサ１１４は、無線通信端末１０３からの無線信号を限界受信レベルＰ_４で検知すると仮定した時の、無線給電装置１０１と無線通信端末１０３との間の伝搬損失Ｌ_２を算出する。具体的には、ホストプロセッサ１１４は、以下の（２）式に示されるように、無線給電装置１０１の限界受信レベルＰ_４と、無線通信端末１０３の送信電力Ｐ_２及び送信アンテナ利得Ｇ_ｔ２とに基づいて伝搬損失Ｌ_２を算出する（ブロックＢ２）。
Ｌ_２＝Ｐ_２＋Ｇ_ｔ２−Ｐ_４ ・・・（２）
上記した（２）式について補足すると、無線通信端末１０３の送信電力Ｐ_２は、送信アンテナ１３２により送信アンテナ利得Ｇ_ｔ２分だけ増幅されて放射されるものの、無線給電装置１０１にて検知された無線信号の強さ（受信電力）は限界受信レベルＰ_４であるため、無線給電装置１０１と無線通信端末１０３との間の伝搬損失Ｌ_２は、上記した（２）式に基づいて算出される。なお、上記した（２）式において、無線通信端末１０３の送信電力Ｐ_２と送信アンテナ利得Ｇ_ｔ２との和は、無線通信端末１０３から実際に放射される電磁波の輻射電力と称される。

次に、ホストプロセッサ１１４は、無線通信端末１０３が当該無線給電装置１０１からの無線信号（給電信号）を受信すると仮定した時の、給電信号の受信レベルＰ_５を算出する。具体的には、ホストプロセッサ１１４は、以下の（３）式に示されるように、無線給電装置１０１の送信電力Ｐ_１及び送信アンテナ利得Ｇ_ｔ１と、無線通信端末１０３の受信アンテナ利得Ｇ_ｒ２と、無線給電装置１０１と無線通信端末１０３との間の伝搬損失Ｌ_２とに基づいて給電信号の受信レベルＰ_５を算出する（ブロックＢ３）。
Ｐ_５＝Ｐ_１＋Ｇ_ｔ１−Ｌ_２＋Ｇ_ｒ２ ・・・（３）
上記した（３）式について補足すると、無線給電装置１０１の送信電力Ｐ_１は、送信アンテナ１１２により送信アンテナ利得Ｇ_ｔ１分だけ増幅されて無線通信端末１０３に放射されるものの、無線通信端末１０３に届くまでに伝搬損失Ｌ_２だけ減衰する。しかしながら、無線通信端末１０３は、受信アンテナ１３１の受信アンテナ利得Ｇ_ｒ２分だけ増幅して、無線給電装置１０１からの給電信号を受信するため、給電信号の受信レベルＰ_５は、上記した（３）式に基づいて算出される。なお、上記した（３）式において、無線給電装置１０１の送信電力Ｐ_１と送信アンテナ利得Ｇ_ｔ１との和は、無線給電装置１０１から実際に放射される電磁波の輻射電力と称される。

しかる後、ホストプロセッサ１１４は、無線給電装置１０１の送信電力Ｐ_１の上限値を算出する。具体的には、ホストプロセッサ１１４は、以下の（４）式に示されるように、給電信号の受信レベルＰ_５が干渉許容レベルＰ_３以下になるようにして、送信電力Ｐ_１の上限値を算出する（ブロックＢ４）。
Ｐ_５≦Ｐ_３ ・・・（４）
上記した（４）式について補足すると、無線給電装置１０１からの給電信号を無線通信端末１０３が受信したとしても、当該給電信号の受信レベルＰ_５が、無線通信端末１０３と上記した別の無線通信端末との無線通信の成立を保証することが可能な干渉信号の強さの上限である干渉許容レベルＰ_３以下であれば、上記した無線通信システムが破綻することはないため、無線給電装置１０１の送信電力Ｐ_１の上限値は、上記した（４）式に基づいて算出される。

上記した（４）式は、上記した（３）式に基づいて、以下に示す（５）式のように変形することができる。
Ｐ_１＋Ｇ_ｔ１−Ｌ_２＋Ｇ_ｒ２≦Ｐ_３ ・・・（５）
また、上記した（５）式は、上記した（１）〜（３）式に基づいて、以下に示す（６）〜（８）式のように順次変形することができる。
Ｐ_１≦Ｐ_３−Ｇ_ｔ１＋Ｌ_２−Ｇ_ｒ２ ・・・（６）
Ｐ_１≦Ｐ_３−Ｇ_ｔ１＋Ｐ_２＋Ｇ_ｔ２−α＋Ｇ_ｒ１−Ｇ_ｒ２ ・・・（７）
Ｐ_１≦（−α＋Ｇ_ｒ１−Ｇ_ｔ１）＋（Ｐ_２＋Ｇ_ｔ２−Ｇ_ｒ２＋Ｐ_３） ・・・（８）
以上説明したように、ホストプロセッサ１１４は、上記した無線通信システムに深刻な干渉を与えることなく、受電端末１０２に対して給電可能な送信電力Ｐ_１の上限値を算出すると、当該算出した上限値あるいは上限値未満の送信電力Ｐ_１で無線給電を行い、受電端末１０２に対して電力を供給するよう無線電力伝送部１１５を制御する。

なお、上記した（８）式について補足すると、上記した（８）式の右辺の１つ目の括弧部分「−α＋Ｇ_ｒ１−Ｇ_ｔ１」（以下、「第１項」と称する）は、無線給電装置１０１の検知感度αとアンテナ利得Ｇ_ｒ１，Ｇ_ｔ１とからなる項であり、各値は無線給電装置１０１にとっては既知の値である。この第１項によれば、無線給電装置１０１が上記した無線通信システム（無線通信端末１０３）を検知（検出）する能力が定義される。

一方で、上記した（８）式の右辺の２つ目の括弧部分「Ｐ_２＋Ｇ_ｔ２−Ｇ_ｒ２＋Ｐ_３」（以下、「第２項」と称する）は、無線通信端末１０３の送信電力Ｐ_２と、アンテナ利得Ｇ_ｔ２，Ｇ_ｒ２と、干渉許容レベルＰ_３とからなる項であり、各値は、上記したように、一般的に無線通信の通信規格、認証規格、業務規格等で値が規定されている既知の値である。なお、厳密な値が規定されていない場合であっても、無線通信端末１０３が市販されているものであれば、推奨値や仕様値が存在するため、上記した各値を把握することは容易である。

なお、上記した（８）式によれば、無線給電装置１０１の信号の検知感度αが悪い程（換言すると、信号の検知感度αが大きい程）、または受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１が小さい程、無線通信システムを検知する能力が低く、送信電力Ｐ_１は小さくなることが分かる。また、無線給電装置１０１の信号の検知感度αが良い程（換言すると、信号の検知感度αが小さい程）、あるいは受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１が大きい程、無線通信システムを検知する能力が高く、送信電力Ｐ_１は大きくなることが分かる。つまり、無線給電装置１０１は、上記した無線通信システム（無線通信端末１０３）を検知したか否かに関わらず、無線給電装置１０１自身の検知能力に応じて送信電力Ｐ_１の上限値を算出することが可能である。

以上説明した第１の実施形態によれば、無線給電装置１０１は、上記した（８）式に基づいて無線通信システム（無線通信端末１０３）に深刻な干渉を与えずに、受電端末１０２に対して給電可能な送信電力Ｐ_１の上限値を算出し、当該算出した上限値または上限値未満の送信電力Ｐ_１で受電端末１０２に対して無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御可能なホストプロセッサ１１４を備えている。これによれば、無線通信システムに深刻な干渉を与えずに、受電端末１０２に対して大電力で無線給電を行うことを可能にする。すなわち、受電端末１０２及び無線通信端末１０３の双方にとって好適な送信電力Ｐ_１の設定を可能にする。

なお、本実施形態においては、１つの無線給電装置１０１と１つの無線通信端末１０３とを含む無線給電環境を想定して説明したが、これに限定されず、例えば無線給電環境に複数の無線給電装置１０１が含まれている場合も上記と同様の効果を得ることが可能である。例えば図４に示すように、２つの無線給電装置１０１ａ，１０１ｂを含み、これら無線給電装置１０１ａ，１０１ｂがそれぞれ異なるアンテナ利得を有している場合を想定する。

この場合において、一般的な方法で２つの無線給電装置１０１ａ，１０１ｂの送信電力の上限値を設定してしまうと、送信電力の上限値は双方同一の値に設定されることが多い。その結果、過度に干渉に配慮することになってしまい、例えば図４の点線にて示されるように、送信電力は小さく、給電可能な範囲もまた狭くなってしまう。一方で、上記した（８）式にしたがって各無線給電装置１０１ａ，１０１ｂの送信電力の上限値を個別に設定した場合、各無線給電装置１０１ａ，１０１ｂの検知能力に応じた送信電力の上限値を設定することが可能となるため、図４の実線に示されるように、無線通信端末１０３への干渉は避けつつも、送信電力は大きく、給電可能な範囲もまた広くすることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、無線給電装置１０１が受信アンテナ１１１及び送信アンテナ１１２の代わりに、複数の素子アンテナから構成されるアレーアンテナ２０１を備えている点で第１の実施形態と相違している。以下では、上記した第１の実施形態と同様な部分については詳しい説明を省略し、第１の実施形態と相違する部分についてのみ詳しく説明する。

アレーアンテナ２０１は、複数の素子アンテナによって構成され、各素子アンテナの励振の振幅及び位相を独立に制御することで、指向性を適応制御することが可能なアンテナである。具体的には、アレーアンテナ２０１は、図５に示すように、アレーアンテナ２０１の設置面に対して０°〜１８０°の範囲内の所定の方向にビームを向けて鋭い指向性を持たせることが可能である。なお、図５では一例として、アレーアンテナ２０１が９０°の方向にビーム２０２を向けて、当該方向に指向性を有している場合を例示している。

アレーアンテナ２０１は、鋭い指向性を有する方向（つまり、ビーム２０２が向いた方向）から到来する無線信号を高い利得をもって受信することができる。すなわち、ビーム２０２が向いた方向から到来する無線信号をより高い受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１をもって受信することができるので、信号の検知感度αを向上させることができる。受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１が高く、信号の検知感度αが良いということは、上記した（８）式の第１項の値を大きくすることができる。つまり、無線給電装置１０１の検知能力を向上させることが可能であり、ひいては、送信電力Ｐ_１の上限値を高めることが可能となる。送信電力Ｐ_１の上限値を高めることが可能になるということは、一定時間で給電可能な電力（エネルギー）を増やすことが可能になるので、給電効率を向上させることができる。

なお、アレーアンテナ２０１がどの方向に鋭い指向性を有するか（換言すると、ビーム２０２をどの方向に向けるか）は、ホストプロセッサ１１４によって制御される。ホストプロセッサ１１４は、無線通信端末１０３の位置を予め把握していれば、当該無線通信端末１０３が位置する方向に鋭い指向性を有するようにアレーアンテナ２０１を制御する。

一方、無線通信端末１０３がどこに位置しているか把握できていない場合には、ホストプロセッサ１１４は、例えば図６に示すように、時分割で異なる指向性を有するようにアレーアンテナ２０１を制御しても良い。なお、図６では一例として、第１〜第３方向に順にビーム２０２ａ〜２０２ｃを向けて、第１〜第３方向に順に指向性を有するように、アレーアンテナ２０１を制御する場合を例示している。

また、無線通信端末１０３がどこに位置しているか把握できていない場合には、ホストプロセッサ１１４は、無線通信端末１０３の位置を推定し（換言すると、無線通信端末１０３からの無線信号の到来方向を推定し）、当該推定した方向に指向性を有するようにアレーアンテナ２０１を制御しても良い。

ここで、図７を参照して、無線信号の到来方向の推定方法について説明する。なお、ここでは、アレーアンテナ２０１を構成する２つのアンテナ素子間の距離がｄであり、無線信号が方位θから到来するとした場合を想定する。この場合、以下の（９）式が成立する。
ｄ・ｃｏｓ（θ）＝ｃ・ΔＴ ・・・（９）
上記した（９）式におけるｃは光速を示し、ΔＴはアンテナ素子間での受信時間差を示す。

また、アンテナ素子間の受信信号の位相差をΔΨとした場合、以下の（１０）式が成立する。
ΔΨ＝２π・ｆ・ΔＴ ・・・（１０）
上記した（１０）式におけるｆは到来する無線信号の周波数を示す。上記した（９）及び（１０）式によれば、以下の（１１）式に示されるように、方位θは算出される。
θ＝ｃｏｓ^−１｛（ｃ・ΔＴ）／ｄ｝
＝ｃｏｓ^−１｛（ｆ・λ・ΔＴ）／ｄ｝
＝ｃｏｓ^−１｛（λ・ΔΨ）／２πｄ｝ ・・・（１１）
上記した（１１）式におけるλは到来する無線信号の波長を示す。

ホストプロセッサ１１４は、上記した（１１）式に基づいた処理により、無線信号の到来方向を推定し、当該推定した方向に指向性を有するようにアレーアンテナ２０１を制御しても良い。

なお、上記では、受信アンテナの指向性を制御して、受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１及び信号の検知感度αを向上させ、給電効率の向上を図る場合について説明したが、送信アンテナの指向性を制御して、送信アンテナ利得Ｇ_ｔ１を向上させ、受電端末１０２への給電効率の向上を図るとしても良い。

また、送信アンテナの指向性を制御して、無線給電装置１０１から受電端末１０２に対して放射される電磁波（給電ビーム）の放射方向を制御することにより、給電ビームが無線通信端末１０３に干渉する恐れを低減させることも可能である。例えば、ホストプロセッサ１１４は、上記した（１１）式に基づいた処理により、無線信号の到来方向を推定し、当該推定した方向に給電ビームが向かないようにアレーアンテナ２０１を制御することで、給電ビームが無線通信端末１０３に干渉する恐れを低減させることができる。

以上説明した第２の実施形態によれば、無線給電装置１０１はアレーアンテナ２０１を備えているので、上記した第１の実施形態に比べて、受電端末１０２への給電効率の向上を図ることができる。

なお、本実施形態においては、無線給電装置１０１が送受信アンテナとして機能するアレーアンテナ２０１を備えている場合を想定しているが、これに限定されず、無線給電装置１０１は、受信用のアレーアンテナと送信用のアレーアンテナとを別々に備えているとしても良い。または、アレーアンテナ２０１を構成する各素子アンテナのうちの一部を送信用のアレーアンテナとして機能させ、残りの素子アンテナを受信用のアレーアンテナとして機能させるとしても良い。あるいは、ホストプロセッサ１１４によって、アレーアンテナ２０１を、無線信号の受信時には受信用のアレーアンテナとして機能させ、給電信号の送信時には送信用のアレーアンテナとして機能させるように、時分割的に切り替えて使用するとしても良い。

＜第３の実施形態＞
続いて、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、無線給電装置１０１が、無線通信端末１０３の通信特性を解析するための解析機能を有している点で第１及び第２の実施形態と相違している。以下では、上記した第１の実施形態と同様な部分については詳しい説明を省略し、第１の実施形態と相違する部分についてのみ詳しく説明する。

受信部１１３は、受信アンテナ１１１を介して無線通信端末１０３からの無線信号を受信すると、当該受信した無線信号を復号する。具体的には、受信部１１３は、受信した無線信号（無線パケット）を復号して、当該無線パケットのヘッダー（例えば、ＭＡＣヘッダー、ＰＨＹヘッダー等）に格納されている情報（以下では、「ヘッダー情報」と称する）を読み出す。ヘッダー情報とは、例えば、トラフィック、端末数、受信電力、スループット、フレームタイプ、等を示す情報である。読み出されたヘッダー情報はホストプロセッサ１１４に送られる。なお、本実施形態では、受信部１１３は、無線パケットのヘッダー部分を少なくとも復号すれば良いが、これに限定されず、受信部１１３は、無線パケット全体を復号するとしても良い。

ホストプロセッサ１１４は、受信部１１３から送られて来るヘッダー情報を受けると、当該ヘッダー情報に基づいて無線通信端末１０３の通信特性を解析する。ホストプロセッサ１１４は、この解析の結果に基づいて、現在、無線通信端末１０３が無線給電装置１０１からの干渉をどの程度許容できるかを判断し、許容度が低いと判断した場合には、上記した（８）式に基づいて算出された上限値よりも小さい送信電力Ｐ_１で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御し、許容度が高いと判断した場合には、算出された上限値の送信電力Ｐ_１（または上限値近傍の送信電力Ｐ_１）で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御する。

例えば、ホストプロセッサ１１４は、ヘッダー情報によって示されるトラフィック（データ量）を解析し、トラフィックが多い場合（トラフィックが第１閾値以上である場合）には干渉への許容度が低いと判断して、小電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。一方で、トラフィックが少ない場合（トラフィックが第１閾値未満である場合）には干渉への許容度が高いと判断して、大電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。

トラフィックの解析といった観点では、ホストプロセッサ１１４は、トラフィックタイプを解析するとしても良い。例えば、無線通信システムの種別が無線ＬＡＮであった場合、トラフィックタイプは４つのＱｏＳ（Quality of Service）クラスに分類されているため、ホストプロセッサ１１４は、トラフィックタイプが４つのクラスのいずれであるかを解析し、トラフィックタイプが音声データのように優先度の高いクラスであった場合、干渉への許容度が低いと判断して、小電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。一方で、トラフィックタイプがテキストデータのように優先度の低いクラスであった場合、干渉への許容度が高いと判断して、大電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。

例えば図８に示す無線通信端末１０３が別の無線通信端末とＩＰ電話を行っている場合、無線給電装置１０１（のホストプロセッサ１１４）は、上記した解析の結果として、トラフィックタイプが優先度の高いクラスであることが分かるため、干渉への許容度が低いと判断し、図８の点線で示される範囲が給電可能な範囲となるような小電力で無線給電を行う（つまり、近傍の受電端末のみを対象にした無線給電を行う）。これによれば、無線給電装置１０１は、無線通信端末１０３に干渉せずに無線給電を行うことはできるものの、受電端末１０２ａにしか無線給電を行うことはできないことになる。

一方で、図８に示す無線通信端末１０３が別の無線通信端末とメールを行っている場合、無線給電装置１０１は、上記した解析の結果として、トラフィックタイプが優先度の低いクラスであることが分かるため、干渉への許容度が高いと判断し、図８の実線で示される範囲が給電可能な範囲となるような大電力で無線給電を行う（つまり、遠方の受電端末までを対象にした無線給電を行う）。これによれば、無線給電装置１０１は、無線通信端末１０３に若干干渉するものの、受電端末１０２ａ，１０２ｂの双方に対して無線給電を行うことができることになる。

なお、上記では、ホストプロセッサ１１４がトラフィックを解析する場合を例示したが、例えば、ホストプロセッサ１１４はヘッダー情報によって示される端末数を解析し、端末数が多い場合（端末数が第２閾値以上である場合）には、干渉する恐れのある端末が多く、干渉への許容度は低いと判断して、小電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。一方で、端末数が少ない場合（端末数が第２閾値未満である場合）には、干渉する恐れのある端末が少なく、干渉への許容度は高いと判断して、大電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。

また、ホストプロセッサ１１４は、時系列的に前後関係のある複数の無線パケットを復号することによって得られる複数のヘッダー情報に基づいて、無線通信端末１０３の通信特性を統計的に解析しても良い。具体的には、ホストプロセッサ１１４は、送信電力を大きくする前（あるいは、無線給電を行う前）に得られたヘッダー情報により示される受信電力のヒストグラムと、送信電力を大きくした後（あるいは、無線給電を行った後）に得られたヘッダー情報により示される受信電力のヒストグラムとを比較し、両者に顕著な変化が現れた場合には、無線通信端末１０３に干渉していると判断して、小電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。一方で、両者に顕著な変化が現れない場合には、無線通信端末１０３に干渉していないと判断して、大電力で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。

以上説明した第３の実施形態によれば、無線給電装置１０１は、無線通信端末１０３の通信特性を解析し、その解析の結果に基づいて送信電力Ｐ_１を制御可能な機能をさらに備えているので、無縁通信システムへの干渉を最小限に抑えつつ、受電端末１０２への給電効率の向上を図ることができる。

なお、本実施形態においては、ホストプロセッサ１１４は、上記した（８）式に基づいて算出された上限値を基準にして、干渉への許容度が低い場合にはこの上限値よりも小さい送信電力Ｐ_１で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御し、干渉への許容度が高い場合には上限値の送信電力Ｐ_１（または、上限値近傍の送信電力Ｐ_１）で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御する場合を例示した。しかしながら、ホストプロセッサ１１４は、例えば、干渉への許容度が低い場合には無線通信端末１０３の干渉許容レベルＰ_３を規定値よりも高い値に変更した上で、上記した（８）式に基づいて上限値を算出し、当該上限値に基づいた送信電力Ｐ_１で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御し、干渉への許容度が高い場合には無線通信端末１０３の干渉許容レベルＰ_３を規定値のままにした上で、上記した（８）式に基づいて上限値を算出し、当該上限値に基づいた送信電力Ｐ_１で無線給電を行うよう無線電力伝送部１１５を制御するとしても良い。

＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態は、図９に示すように、無線給電環境に複数の無線通信端末１０３ａ，１０３ｂが含まれている点で第１の実施形態と相違している。つまり、本実施形態は、無線給電装置１０１が、複数の無線通信端末１０３ａ，１０３ｂの両者への干渉を考慮した無線給電を行う点で第１の実施形態と相違している。以下では、上記した第１の実施形態と同様な部分については詳しい説明を省略し、第１の実施形態と相違する部分についてのみ詳しく説明する。

図１０は、本実施形態に係る無線給電装置１０１のハードウェア構成例を示している。図１０に示すように、無線給電装置１０１は、それぞれ異なる受信アンテナ利得Ｇ_ｒ１Ａ，Ｇ_ｒ１Ｂを有する受信アンテナ１１１Ａ，１１１Ｂと、受信アンテナ１１１Ａ，１１１Ｂとそれぞれ接続する受信部１１３Ａ，１１３Ｂとを備えている。なお、受信アンテナ１１１Ａ，１１１Ｂが有する機能は、図２に示した受信アンテナ１１１と同様である。また、受信部１１３Ａ，１１３Ｂが有する機能もまた、図２に示した受信部１１３と同様である。

なお、ここでは、受信アンテナ１１１Ａ及び受信部１１３Ａが無線通信端末１０３ａに対応した構成であり、受信アンテナ１１１Ｂ及び受信部１１３Ｂが無線通信端末１０３ｂに対応した構成である場合を想定している。つまり、本実施形態においては、無線給電装置１０１は、干渉する恐れのある無線通信端末１０３ａ，１０３ｂがそれぞれ用いる周波数帯、等を予め把握しているものとする。

また、図１０では、各無線通信端末１０３ａ，１０３ｂに対応する受信部１１３Ａ，１１３Ｂが別々のチップとして設けられている場合を例示しているが、これに限定されず、例えば、受信部１１３Ａと受信部１１３Ｂとは１つのチップにより実現されても良い。

受信部１１３Ａのメモリ１１３Ａｂには、受信部１１３Ａが検知可能な無線信号の強さの下限を示す信号の検知感度α_Ａを示す情報が格納されている。同様に、受信部１１３Ｂのメモリ１１３Ｂｂには、受信部１１３Ｂが検知可能な無線信号の強さの下限を示す信号の検知感度α_Ｂを示す情報が格納されている。

ホストプロセッサ１１４は、上記した（８）式に基づいて、受信部１１３Ａの検知能力に応じた送信電力Ｐ_１の上限値Ｕ_Ａと、受信部１１３Ｂの検知能力に応じた送信電力Ｐ_１の上限値Ｕ_Ｂとをそれぞれ算出する。
送信電力Ｐ_１の上限値Ｕ_Ａは、無線通信端末１０３ａに干渉することなく無線給電を行うことが可能な送信電力の上限値を示し、図９の点線で示される範囲が上限値Ｕ_Ａの送信電力Ｐ_１で給電可能な範囲を示している。一方で、送信電力Ｐ_１の上限値Ｕ_Ｂは、無線通信端末１０３ｂに干渉することなく無線給電を行うことが可能な送信電力の上限値を示し、図９の実線で示される範囲が上限値Ｕ_Ｂの送信電力Ｐ_１で給電可能な範囲を示している。

ホストプロセッサ１１４は、算出された上限値Ｕ_Ａと上限値Ｕ_Ｂとを比較し、より小さい方の上限値を、無線給電装置１０１の送信電力Ｐ_１の上限値として設定する。例えば、図９の無線給電環境においては、上限値Ｕ_Ａの方が上限値Ｕ_Ｂよりも小さいため、送信電力Ｐ_１の上限値として上限値Ｕ_Ａが設定される。つまり、図９の点線で示される範囲が、無線給電装置１０１が給電可能な範囲となる。

以上説明した第４の実施形態によれば、無線給電装置１０１は、複数の無線通信端末１０３ａ，１０３ｂのそれぞれに対応した送信電力Ｐ_１の上限値Ｕ_Ａ，Ｕ_Ｂを算出し、より小さい方の上限値に基づいて送信電力Ｐ_１を制御可能な機能をさらに備えているので、無線通信端末１０３ａ，１０３ｂのいずれにも深刻な干渉を与えることなく、受電端末１０２に対して大電力で無線給電を行うことを可能にする。

本実施形態は、次のようなシチュエーションにて有用である。例えば、無線給電装置１０１が５ＧＨｚ帯で無線給電を行う場合、５ＧＨｚ帯を使用する無線通信システムとして、無線ＬＡＮやＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication）への干渉を考慮する必要がある。この場合、無線給電装置１０１は、無線ＬＡＮに対応した受信アンテナ１１１Ａ及び受信部１１３Ａと、ＤＳＲＣに対応した受信アンテナ１１１Ｂ及び受信部１１３Ｂとを備えることで、２つの無線通信システムに対応した送信電力Ｐ_１の上限値Ｕ_Ａ，Ｕ_Ｂを算出することが可能であり、ひいては、無線ＬＡＮ及びＤＳＲＣのどちらにも深刻な干渉を与えることなく、給電対象への大電力での無線給電を可能にする。

なお、無線給電装置１０１が受電端末１０２に対して無線給電を行うために使用する周波数帯としては、例えば、５．７ＧＨｚ帯のうちの上記したＤＳＲＣと被ることのない前半部分の周波数帯や、５ＧＨｚ帯の上記した無線ＬＡＮのうちの使用されていないいずれかのチャンネル、等が一例として挙げられる。

また、本実施形態においては、無線給電環境に含まれる複数の無線通信端末が２つである場合を想定したが、これに限定されず、無線給電環境に含まれる複数の無線通信端末は３つ以上であっても構わない。この場合においても、各無線通信端末に対応した受信アンテナ１１１及び受信部１１３がそれぞれ設けられることで、上記と同様な効果を得ることが可能である。

さらに、本実施形態においては、ホストプロセッサ１１４は、２つの送信電力Ｐ_１の上限値Ｕ_Ａ，Ｕ_Ｂのうち、より小さい方を送信電力Ｐ_１の上限値として設定するとしたが、これに限定されず、例えば、上記した第３の実施形態に示した方法を用いて、送信電力Ｐ_１の上限値を設定するとしても良い。より詳しくは、ホストプロセッサ１１４は、無線通信端末１０３ａからの無線パケットを復号することによって得られるヘッダー情報により示されるトラフィックと、無線通信端末１０３ｂからの無線パケットを復号することによって得られるヘッダー情報により示されるトラフィックとを比較する。この結果、ホストプロセッサ１１４は、無線通信端末１０３ａのトラフィックの方が支配的である（換言すると、無線通信端末１０３ａの方が無線通信端末１０３ｂよりもトラフィックが多い）と判断した場合、無線通信端末１０３ａに対応した上限値Ｕ_Ａを送信電力Ｐ_１の上限値として設定し、無線通信端末１０３ｂのトラフィックの方が支配的であると判断した場合、無線通信端末１０３ｂに対応した上限値Ｕ_Ｂを送信電力Ｐ_１の上限値として設定するとしても良い。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、他の無線通信システムに深刻な干渉を与えずに、無線給電を行うことが可能となる。

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

１０１…無線給電装置、１０２…受電端末、１０３…無線通信端末、１１１…受信アンテナ、１１２…送信アンテナ、１１３…受信部、１１４…ホストプロセッサ、１１５…無線電力伝送部、１１６…メモリ、１１７…Ｉ／Ｏ部、２０１…アレーアンテナ。

Claims (18)

1. 第１電子装置へ電磁波により電力を伝送する電力伝送部と、
   第２電子装置から無線により通信信号を受信する無線受信部と、
   少なくとも前記無線受信部による信号の検知感度に基づいて、前記電力伝送部による送信電力を制御する制御部と
   を備える電子装置。
2. 前記無線受信部は、前記通信信号を第１アンテナを介して受信し、
   前記制御部は、前記第１アンテナの利得に基づいて、前記無線受信部による信号の検知感度を定める、請求項１に記載の電子装置。
3. 前記制御部は、前記通信信号に基づいて前記第２電子装置の通信特性を定め、前記通信特性に基づいて前記電力伝送部による送信電力を制御する、請求項１または請求項２に記載の電子装置。
4. 前記無線受信部は、第３電子装置から無線による信号をさらに受信し、
   前記制御部は、前記第２電子装置に対応する信号の検知感度と、前記第３電子装置に対応する信号の検知感度とに基づいて、前記電力伝送部による送信電力を制御する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子装置。
5. 前記第１アンテナは、アレーアンテナであり、
   前記制御部は、前記通信信号が到来する方向を推定し、前記推定した方向に指向性を有するように前記アレーアンテナを制御する、請求項２に記載の電子装置。
6. 前記制御部は、時分割で異なる指向性を有するように前記アレーアンテナを制御する、請求項５に記載の電子装置。
7. 前記制御部は、前記第２電子装置の前記電子装置による干渉への許容度に基づき、前記電力伝送部による送信電力を制御する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電子装置。
8. 前記制御部は、前記第２電子装置に対応する信号の検知感度に基づいた送信電力と、前記第３電子装置に対応する信号の検知感度に基づいた送信電力とのうち、小さい方の送信電力を前記電力伝送部による送信電力として選択する、請求項４に記載の電子装置。
9. 前記通信信号は、無線ＬＡＮ及びＤＳＲＣのうちのどちらか一方に準拠する信号である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電子装置。
10. 第１電子装置へ電力伝送手段を用いて電磁波により電力を伝送することと、
    第２電子装置から無線通信手段を用いて無線により通信信号を受信することと、
    少なくとも前記無線通信手段による信号の検知感度に基づいて、前記電力伝送手段による送信電力を制御することと
    を備える方法。
11. 通信信号を第１アンテナを介して受信することと、
    前記第１アンテナの利得に基づいて、前記無線通信手段による信号の検知感度を定めることと
    をさらに備える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記通信信号に基づいて前記第２電子装置の通信特性を定め、前記通信特性に基づいて前記電力伝送手段による送信電力を制御することをさらに備える、請求項１０または請求項１１に記載の方法。
13. 第３電子装置から無線による信号をさらに受信することと、
    前記第２電子装置に対応する信号の検知感度と、前記第３電子装置に対応する信号の検知感度とに基づいて、前記電力伝送手段による送信電力を制御することと
    をさらに備える、請求項１０乃至請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記第１アンテナは、アレーアンテナであり、
    前記通信信号が到来する方向を推定し、前記推定した方向に指向性を有するように前記アレーアンテナを制御することをさらに備える、請求項１１に記載の方法。
15. 時分割で異なる指向性を有するように前記アレーアンテナを制御することをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２電子装置の前記電力伝送手段による干渉への許容度に基づき、前記電力伝送手段による送信電力を制御することをさらに備える、請求項１０乃至請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記第２電子装置に対応する信号の検知感度に基づいた送信電力と、前記第３電子装置に対応する信号の検知感度に基づいた送信電力とのうち、小さい方の送信電力を前記電力伝送手段による送信電力として選択することをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
18. 前記通信信号は、無線ＬＡＮ及びＤＳＲＣのうちのどちらか一方に準拠する信号である、請求項１０乃至請求項１７のいずれか１項に記載の方法。

Images