JP2021166468A - 無線電力伝送装置及び無線電力伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送電ビームを受電する受電器以外の無線機器が無線通信を行う際の干渉を低減する。
【解決手段】無線電力伝送装置は、予め定めた形状及びサイズの三次元空間内の所定位置に配置され、送電ビームを送出する１つ以上のアンテナ素子と、１つ以上のアンテナ素子の基準面の面方向に対する傾斜角度と、基準面に対する１つ以上のアンテナ素子の高さと、を取得する取得部と、取得された傾斜角度及び高さに１つ以上のアンテナ素子が配置された場合に、送電ビームによる三次元空間外への干渉電力が所定の許容値以下になるように、送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、無線電力伝送装置及び無線電力伝送方法に関する。

航法系センサにより送電衛星の位置と姿勢を検出し、受電設備の位置情報に基づいて送電ビームの送出方法を制御する送電ビーム方向制御技術が知られている。

上述した従来の送電ビーム方向制御技術では、送電ビームが他の無線機器に与える干渉の影響を考慮に入れていない。このため、送電ビームを受電する受電器の近傍に存在する他の無線機器の無線通信に干渉を与えるおそれがある。

特許第３６１６０７５号公報

本発明が解決しようとする課題は、送電ビームを受電する受電器以外の無線機器が無線通信を行う際の干渉を低減することができる無線電力伝送装置及び無線電力伝送方法を提供するものである。

本実施形態によれば、予め定めた形状及びサイズの三次元空間内の所定位置に配置され、送電ビームを送出する１つ以上のアンテナ素子と、
前記１つ以上のアンテナ素子の基準面の面方向に対する傾斜角度と、前記基準面に対する前記１つ以上のアンテナ素子の高さと、を取得する取得部と、
前記取得された傾斜角度及び高さに前記１つ以上のアンテナ素子が配置された場合に、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が所定の許容値以下になるように、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える、無線電力伝送装置が提供される。

第１の実施形態による無線電力伝送装置の概略構成を示すブロック図。 第１の実施形態による無線電力伝送装置の一運用形態を示す図。 送電用アンテナが単一方向に指向性を持つことを示す図。 角度θに対する電力密度ＳsphereとＳbottomの特性曲線を示す図。 送電用アンテナのアンテナ利得を説明する図。 １次元線上に配列されたフェーズドアレーアンテナの動作原理を示す図。 （ａ）はアンテナ利得、（ｂ）はアレーファクタ、（ｃ）はアレー利得を示す図。 第２の実施形態による無線電力伝送装置１の概略構成を示すブロック図。 屋内空間が複数の部屋を有する例を示す図。 第４の実施形態による無線電力伝送装置の概略構成を示すブロック図。 三次元空間の端部に干渉電力計測器を配置する例を示す図。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、本件明細書と添付図面においては、理解のしやすさと図示の便宜上、一部の構成部分を省略、変更または簡易化して説明および図示している。また、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物から変更し誇張してある。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による無線電力伝送装置１の概略構成を示すブロック図である。
図１の無線電力伝送装置１は、不図示の受電器に対して送電ビームを送出する機能を備えている。受電器は、例えば各種のセンサであってもよい。図１の無線電力伝送装置１は、必須の構成部材として、送電用の１つ以上のアンテナ素子（以下、送電用アンテナとも呼ぶ）２と、取得部３と、制御部４とを備えている。

送電用アンテナ２は、予め定めた形状及びサイズの三次元空間内の所定位置に配置されており、送電ビームを送出する。三次元空間とは、典型的には、建屋の屋内空間である。
建屋は、工場などの事業所でもよいし、家屋でもよい。また、三次元空間は、仕切りにより区切られた複数の小空間を有していてもよい。所定位置とは、三次元空間内の任意の位置でよい。例えば、屋内空間の天井面や壁面の任意の位置に、送電用アンテナ２を配置してもよい。

送電用アンテナ２は、後述するように、例えばフェーズドアレーアンテナでもよい。フェーズドアレーアンテナは、複数のアンテナ素子２を有し、各アンテナ素子２の電流の位相を調整することにより、指向性（送電方向と利得）を制御することができる。

取得部３は、送電用アンテナ２の基準面の面方向に対する傾斜角度と、基準面に対する送電用アンテナ２の高さとを取得する。基準面とは、例えば地面又は床面である。取得部３は、送電用アンテナ２の傾斜角度を計測する角度計測器５で計測された角度と、送電用アンテナ２の高さを計測する高さ計測器６で計測された高さとを取得してもよい。角度計測器５と高さ計測器６は、例えば送電用アンテナ２に直接、あるいはその近傍に配置される。角度計測器５は、加速度センサやジャイロセンサなどで構成することができる。高さ計測器６は、レーザ距離センサで構成することができる。角度計測器５と高さ計測器６は、図１の無線電力伝送装置１の内部に必ずしも設ける必要はない。

取得部３は、記憶部７に記憶された、送電用アンテナ２の傾斜角度と高さを読み出して取得してもよい。記憶部７は、送電用アンテナ２の施工後又は調整後に、傾斜角度と高さとを記憶する。送電用アンテナ２は、通常は固定されているため、施工や調整後に傾斜角度や高さが変化することはない。よって、送電用アンテナ２の設置作業が終わった段階で、送電用アンテナ２の傾斜角度と高さを記憶部７に記憶しておき、取得部３は必要に応じて記憶部７から送電用アンテナ２の傾斜角度と高さを読み出してもよい。

取得部３が送電用アンテナ２の傾斜角度と高さを取得する理由は、送電用アンテナ２の傾斜角度と高さが変わると、送電ビームの送電方向と送電範囲が変化するためである。より具体的には、送電用アンテナ２の基準面の面方向に対する傾斜角度が大きくなるほど、送電ビームはより遠方に送電される。また、送電用アンテナ２の基準面に対する高さが高い程、送電ビームの送電範囲がより広くなるが、基準面上での受電電力は低下する。

図１の無線電力伝送装置１は、角度計測器５、高さ計測器６及び記憶部７を備えているが、これらは必須の構成部材ではない。取得部３は何らかの手段により、送電用アンテナ２の傾斜角度と高さを取得すればよい。例えば、図１の無線電力伝送装置１に不図示の入力部を設けて、別途設けられる計測器で計測した傾斜角度と高さを、入力部にて入力してもよい。あるいは、別途設けられる計測器で計測した傾斜角度と高さを、無線又は有線の回線を介して、取得部３に取り込んでもよい。

制御部４は、取得部３で取得された傾斜角度及び高さに送電用アンテナ２が配置された場合に、送電ビームによる三次元空間外への干渉電力が所定の許容値以下になるように、送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御する。

許容値は、三次元空間外に配置される無線機器の仕様及び無線方式に応じて設定される。無線機器の仕様及び無線方式とは、無線機器のハードウェア及びソフトウェアにより定まる受信感度や許容干渉レベル、無線の規格や法令等による制限などである。

制御部４が送電ビームの空中線電力を制御する理由は、空中線電力が大きい程、干渉電力が増大するためである。また、制御部４が送電ビームの送電方向を制御する理由は、送電ビームの送電方向が基準面の面方向から離れるほど、送電ビームはより遠方まで送出されるためである。送電ビームによる三次元空間外への干渉電力が許容値より大きい場合には、空中線電力を小さくしてもよいし、送電ビームの送電方向を基準面の面方向により近づけてもよい。

この他、図１の無線電力伝送装置１は、通信部８と通信用アンテナ９を有していてもよい。通信部８は、通信用アンテナ９を介して、送電対象となる不図示の受電器との間で端末ＩＤ情報を送受したり、受電器からの送電要求を受信する。通信用アンテナ９と送電用アンテナ２を統合してもよい。

この他、図１の無線電力伝送装置１は、複数の伝搬路推定系統１０として、複数の直交検波器１１を有していてもよい。図１の無線電力伝送装置１は、送電要求をした受電器に対して、伝搬路推定用信号の送信を指示する信号を送信する。この信号を受信した受電器は、伝搬路推定用信号を送信する。受電器からの伝搬路推定用信号が複数の送電用アンテナ２で受信されると、複数の直交検波器１１は、受信された各伝搬路推定用信号を同相成分と直交成分に分離して、各系統ごとに、位相及び振幅の伝搬路情報を取得する。各伝搬路推定用信号の同相成分と直交成分から、位相及び振幅の伝搬路情報への変換は、図１の無線電力伝送装置１内の計算部１２にて行われる。計算部１２の計算結果は記憶部７に格納される。なお、推定された伝搬路推定情報は、到来方向推定技術を用いて推定される受電器の位置及び方向情報等で代用してもよい。取得部３、制御部４及び記憶部７は制御系統１３を構成している。

この他、図１の無線電力伝送装置１は、送電用信号を生成する信号源１４と、送電用信号を分配する分配器１５とを備える。また、図１の無線電力伝送装置１は、複数の送電系統１７として、複数の可変移相器１８と、対応する複数の可変増幅器１９とを有する。また、複数の送電系統１７と、複数の伝搬路推定系統１０と、複数の送電用アンテナ２とは、高周波スイッチ１６に接続されている。高周波スイッチ１６は、複数の送電系統からの信号を複数の送電用アンテナ２に送信するか、複数の送電用アンテナ２からの受信信号を複数の伝搬路推定系統１０に送信するかを切り替える。

信号源１４で生成された送電用信号は、分配器１５にて、複数の送電系統１７に分配される。各送電系統１７における可変移相器１８は送電用信号の位相を制御し、各可変増幅器１９は送電用信号の振幅を制御する。これにより、各送電系統１７では、送電ビーム用の放射パターンを生成する。可変移相器１８における移相値と可変増幅器１９の利得は、複数の伝搬路推定系統１０で受信された伝搬路情報に基づいて計算部１２にて計算される。図１の無線電力伝送装置１内の各部の動作は、制御部４により制御される。

以下では、送電用アンテナ２の傾斜角度を角度計測器５で計測し、送電用アンテナ２の高さを高さ計測器６で計測し、これらの計測結果に基づいて送電状態を変更することで、三次元空間外での干渉電力を所定の許容値以内に収める無線電力伝送装置１について説明する。

図２は第１の実施形態による無線電力伝送装置１の一運用形態を示す図である。図２の送電用アンテナ２は、その面方向が地面に平行に配置され、地面から高さＨに配置されている。送電用アンテナ２から送出される送電ビームの送電方向は、基準面の法線方向に対する開き角θである。

図２の送電用アンテナ２は、図３に詳細を示すように、単一方向に指向性を持つ送電用アンテナ２である。図３の送電用アンテナ２の電力放射パターンＧは、例えば以下の式（１）で表すことができる。
Ｇ＝Ｇiｃｏｓⁱθ …（１）

式（１）において、θは−９０°≦θ≦９０°の範囲内の角度である。Ｇiは、次数ｉに応じた送電用アンテナ２の最大利得である。次数ｉが大きいほど、高利得及び狭幅の放射パターンであり、ｉが２のときの最大利得は約７．８ｄＢｉ、半値角は約９０°であり、実際のパッチアンテナに近い特性を示す。以下の例では、次数ｉ＝２の場合の放射パターンを仮定する。

通常、アンテナの利得は、アンテナを囲む球体の球面上において定義されるが、実際の運用形態では、同程度の高さの面内に電波の被干渉対象が存在することが想定される。ここで、アンテナから半径Ｈの球面上の電力密度Ｓsphereは、以下の式（２）で表される。

式（２）において、Ｐantは送電用アンテナ２に供給される総電力であり、空中線電力と呼ばれる。定数Ｋは、環境による電波の反射の影響を考慮に入れた係数である。角度θと、送電用アンテナ２の高さＨと、送電用アンテナ２の中心から地面に下ろした垂線の地面上の位置と、送電用アンテナ２から角度θで伝搬する送電ビームの地面上の位置（観測点）との間の距離Ｄとを用いると、送電用アンテナ２の中心から観測点までの直線距離Ｒは、以下の式（３）で求められる。

よって、角度θの方向の地面上の観測点で観測される電力密度は、上述した直線距離Ｒを用いると、以下の（４）で求められる。

図４は角度θに対する電力密度ＳsphereとＳbottomの特性曲線ｃｂ１，ｃｂ２を示す図である。特性曲線ｃｂ１，ｃｂ２は、０°方向のＳsphereの値で規格化されている。式（２）、式（４）及び図４からわかるように、球面上の特性と比較して、地面上での電力密度は、角度θの増加に伴って、ｃｏｓθの四乗のオーダで急速に減少している。ここで、水平距離Ｄ、高さＨ、角度θの間には、以下の式（５）の関係が成り立つ。
Ｄ＝Ｈｔａｎθ …（５）

θが９０°に漸近すると、Ｄも増加する傾向にある。すなわち、被干渉対象が無線電力伝送装置１から水平距離Ｄの方向に離隔するほど、干渉の影響は低減することが期待される。

ところで、式（１）で与えられる図３のアンテナ配置時のアンテナ利得を基準とすると、図５に示すように、送電用アンテナ２が地面の方向に対する傾斜角度Δθ（地面の方向に対して時計回り方向を正の値とする）で傾いて配置されている場合の実効的なアンテナ利得Ｇは以下の式（６）で表せる。
Ｇ'＝Ｇ₂ｃｏｓ²（θ−Δθ） …（６）

ただし、−９０°≦θ−Δθ≦９０°である。すなわち、傾斜角度が大きいほど最大利得方向が水平距離方向を向くようになり、電波が遠方まで届くようになるため、十分な離隔距離を取ったとしても与干渉が生じる恐れがある。

また、アンテナの設置高さＨが大きいほど、アンテナから発せられる電波が底面上に投射される範囲も広がり、与干渉の確率が増加する。したがって、潜在的に存在する被干渉対象の動作状況を把握せずともそれらへの与干渉の影響を抑制できるよう、送電用アンテナ２の傾斜角度および設置高さに応じて、所定の範囲外での電力密度を所定値内に抑えるように送電状態の制御することが必要である。

ここで、所定の範囲外での干渉電力を所定の許容値以下に抑えるための指針として、以下の式（７）を用いることができる。

上式Ｐintは、Friisの伝達公式に基づいて計算される、任意の水平距離Ｄにおける干渉電力を表す。ＫおよびＰantは前述の通りである。ＧTxは電力伝送装置に用いられるアンテナ利得を示し、式（６）同様に角度θおよびアンテナ傾斜角Δθに依存した関数となる。実際上、基準となるアンテナ利得には、電磁界シミュレーションにより得られた計算結果または指向性測定により得られた実験値を用いることになる。

一方、ＧRxは被干渉対象のアンテナ利得を表す。実際にはこれも角度情報に依存する関数となるが、本計算上では被干渉対象となり得る無線システムに関して標準・規格・法令等で定められたアンテナ利得の最大値を採用することが望ましい。これは潜在的に存在する無線システムへの与干渉については最悪条件を想定し、過大評価を前提とし計算すべきであるためである。

Ｌpolは無線電力伝送装置１と被干渉対象のアンテナ間の偏波損を表す。例えば、互いに同一偏波のアンテナを有する場合、Ｌpolは０ｄＢとなるが、一方が直線偏波、他方が円偏波のアンテナの場合、Ｌpolは３ｄＢとなる。

Ｌobjは電波伝搬路内に存在する物体による透過損を表す。例えば、壁の透過損は17 dB、ガラスの透過損は４ｄＢのように、物体毎に所定の値が与えられている。

Ｌpathは光路長に依存する伝搬損であり、以下の式（８）で与えられる。

上式において、λは送電信号の波長であり、Ｒは式（３）で与えられる。なお、干渉電力を計算する際は、式（６）のFriisの伝達公式以外にも、無線電力伝送装置１の設置環境に応じて適当なチャネルモデルを選択することができる。

そして、所定の範囲（水平距離）をＤthrとしたとき、Ｄthr以上の範囲における式（７）の最大値Ｐint、maxを求め、所定の許容値Ｐthrとの間で、以下の式（９）の条件を満足することで、所定の範囲外での干渉電力を所定値内に収めることができる。
Ｐint,max≦Ｐthr …（９）

Pthrは例えば、無線電力伝送装置１の送電信号の周波数と同一または近傍の周波数帯域（チャネル）を使用し被干渉対象となり得る無線システムの標準・規格・法令等で定められた受信感度、許容干渉レベル等の仕様に基づき決定される。ここで、無線電力伝送装置１側の制御により、式（９）の条件を満足するためには、式（７）から分かるように、空中線電力Ｐantまたは送電用アンテナ２の利得ＧTxを変化させることで対応できる。

まず、空中線電力Ｐantについては、図１の無線電力伝送装置１の信号源１４の出力電力または送電系統１７内の可変増幅器１９の利得を制御することにより変化できる。したがって、Ｐint、maxがＰthrを超過する場合、式（７）から分かる通り、ＰintはＰantの線形関数のため、式（９）を満足するようＰantを線形に減少させればよい。

一方、送電用アンテナ２の利得ＧTxについては、種々制御法が存在するが、以下ではフェーズドアレーアンテナを用いた手法について説明する。フェーズドアレーアンテナは、配列された複数のアンテナに供給する信号の位相を適切に調整することで、所望方向に対し利得の高いビームを形成するものである。図６は１次元線上に配列されたフェーズドアレーアンテナの動作原理を示す図である。なお、フェーズドアレーアンテナのアンテナ素子２数はＮ、各アンテナ素子２には式（１）で与えられる同一の指向性アンテナを用いるものとし、素子間隔は等しくｄとする。ここで第ｎアンテナ素子２に供給される信号の位相をψｎ、信号の振幅を全て等しく１／√Ｎとしたときの、フェーズドアレーアンテナのアレー利得（電力放射パターン）Ｇarrayは以下の式（１０）で与えられる。

なおｋは波数を表す。ここでさらに所望の角度θ’方向において利得を最大化する場合、第nアンテナ素子２に供給される信号の位相ψｎは、以下の式（１１）で与えられる。

上述した式（１１）を式（１０）に代入することにより、アレー利得は、以下の式（１２）で与えられる。

式（１２）において絶対値内の総和の項はアレーファクタＡＦと呼ばれ、角度θと所望角度θ’に依存する関数となり、アレー利得Ｇarrayは、アンテナ素子２単体の利得ＧとアレーファクタＡＦの絶対値の二乗との積で与えられる。

図７（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ角度θに対するアンテナ利得、アレーファクタ、アレー利得の特性の数値解析結果を示している。数値解析ではアンテナ数Ｎは６４、素子間隔ｄは半波長に設定している。なお、（ｂ）の特性については、式（１１）の所望角度θ’を０、１５、３０、４５度と設定した場合の特性を示しており、各所望角度においてアレーファクタが最大化されていることが分かる。なおアレーファクタの最大値は、アンテナ数に依存し、所望角度に寄らず一律同じとなる。ここで、（ａ）、（ｂ）の特性共にデシベルの単位で与えられているため、（ｃ）のアレー利得は、（ａ）のアンテナ利得と（ｂ）のアレーファクタの特性の和で表せ、アレー利得の角度毎の最大値を結ぶ包絡線は、アンテナ利得にアレーファクタの最大値を足したパターンで表せる。

以上から、フェーズドアレーアンテナを用いることで送信利得ＧTxについても可変させることができる。したがって、Ｐint、maxがＰthrを超過する場合、式（９）を満足する範囲に所望ビームを形成する角度θ’を制限する方法がとられ得る。所望角度θ’を制限するだけでは式（９）を満足できない場合は、同時に空中線電力Pantも共に減少させることで対応できる。

なお、上記の説明では、一次元等間隔配置のフェーズドアレーアンテナについてのみ言及しているが、二次元面上および三次元立体上配置、非周期構造のフェーズドアレーアンテナのいずれかを用いた場合についても上記の議論は拡張できる。

このように、第１の実施形態では、アンテナ素子２の傾斜角度と設置高さに基づいて、送電ビームの送電方向や干渉電力が変化することから、送電ビームの空中線電力や送電方向を制御可能なフェーズドアレーアンテナを用いて、送電ビームによる三次元空間外への干渉電力が所定の許容値以下になるように、フェーズドアレーアンテナの空中線電力と送電方向の少なくとも一方を制御する。これにより、三次元空間外への干渉電力を許容値以下にすることができ、三次元空間外に配置された無線機器の無線通信に送電ビームが悪影響を与えるおそれを軽減できる。また、フェーズドアレーアンテナを用いることで、空中線電力や送電方向を簡易に制御できるため、三次元空間外への干渉電力を許容値以下にすることも比較的容易に行える。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、三次元空間外への干渉電力が許容値以下になるように、送電用アンテナ２の空中線電力と送電方向の少なくとも一方を制御する例を説明したが、三次元空間は、例えば送電用アンテナ２が設置される屋内空間である。この場合、送電用アンテナ２は、屋内の天井面や壁面、床面、柱、骨組みなどに配置される。

同一の屋内に配置される種々の無線機器は、通常は同一の管理者、所持者又は運用者が管理するのに対して、屋内と屋外では、管理者、所持者又は運用者が異なることが多い。
よって、屋内空間内で送受される電波が、屋外の無線機器に干渉を与えるのを防止するべきである。

そこで、本実施形態では、屋内空間内に配置された無線電力伝送装置１の直下の基準面上の位置から屋内空間の端部までの距離以内しか、送電ビームが届かないようにして、屋外への与干渉を所定値以下に抑制する。

図８は第２の実施形態による無線電力伝送装置１の概略構成を示すブロック図である。
図８の無線電力伝送装置１は、図１の構成に加えて、距離計測器２１を備えている。距離計測器２１は、無線電力伝送装置１から屋内空間の端部までの距離を計測する。距離計測器２１としては、例えばレーザ距離計が用いられる。屋内空間の端部とは、干渉電力が最も大きい最悪条件の端部が望ましい。端部とは、屋内空間と屋外との境界面の任意の位置である。

なお、必ずしも、無線電力伝送装置１内に距離計測器２１を設ける必要はなく、無線電力伝送装置１を屋内空間に設置する際に、レーザ距離計等にて、無線電力伝送装置１から屋内空間の端部までの距離を計測し、計測された距離を無線電力伝送装置１内の記憶部７に記憶してもよい。この場合、制御部４は、記憶部７に記憶された距離を読み出して、送電用アンテナ２の傾斜角度及び高さと、上述した距離とに基づいて、屋内空間外への干渉電力が許容値以下になるように、送電ビームの空中線電力と送電方向の少なくとも一方を制御してもよい。

屋内空間が、図９に示すように、壁等により区画された複数の部屋を含んでいる場合には、レーザ距離計等の距離計測器２１では、無線電力伝送装置１から屋内空間の端部までの距離を計測できない。この場合、屋内空間の寸法や間取りの情報を含む設計図に基づいて、上述した距離を取得して記憶部７に記憶してもよい。また、天井面や壁面、床面等の材料によって、電波の透過率が異なるため、壁面等の材料から透過率を予測し、上述した式（７）の等価損Ｌobjを設定してもよい。等価損Ｌobjの値が大きいほど、屋内空間外への干渉の影響を軽減できる。

このように、第２の実施形態では、無線電力伝送装置１から三次元空間の端部までの距離を検出し、その距離を考慮に入れて、送電ビームの空中線電力と送電方向の少なくとも一方を制御するため、三次元空間の形状やサイズ、三次元空間内の無線電力伝送装置１の配置場所を考慮に入れて、三次元空間外での干渉電力をできるだけ小さくできる。

（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態の無線電力伝送装置１では、三次元空間外への干渉電力が許容値以下になるように送電ビームの空中線電力や送電方向を制御しているが、空中線電力や送電方向をどのように制御しても、干渉電力が許容値以下にならないことも考えられる。
この場合、制御部４は、送電用アンテナ２からの送電を強制的に停止させてもよい。その際に、干渉電力が許容値以下にならないことを何らかの手段で通知してもよい。通知の具体的な手段としては、例えば音声や表示による通知を行ってもよい。あるいは、管理者用のＰＣやサーバに、無線または有線にて、通知のための信号を送信してもよい。

また、制御部４は、送電用アンテナ２からの送電ビームの送出を停止させた後、送電ビームの空中線電力や送電方向を制御することにより、干渉電力が許容値以下になるか否かを定期的に検証して、干渉電力が許容値以下になる場合には、送電用アンテナ２からの送電ビームの送出を再開してもよい。

このように、第３の実施形態では、送電ビームの空中線電力は送電方向を制御しても、三次元空間外への干渉電力が許容値以下にならない場合は、送電用アンテナ２からの送電ビームの送出を強制的に停止させるため、三次元空間外の無線機器が干渉電力により悪影響を受けることを確実に防止できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、干渉電力が許容値以下にならない場合の位置対策を提案するものである。

図１０は第４の実施形態による無線電力伝送装置１の概略構成を示すブロック図である。図１０の無線電力伝送装置１は、図１の構成に加えて、アンテナ調整部２２を備えている。アンテナ調整部２２は、送電用アンテナ２の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を調整する。以下では、アンテナ調整部２２が、傾斜角度と高さを独立して調整できる例を説明するが、傾斜角度だけ、あるいは高さだけを調整してもよいし、傾斜角度と高さを連動して調整してもよい。

アンテナ調整部２２は、送電用アンテナ２の傾斜角度を可変可能な回転調整部と、送電用アンテナ２の高さを可変可能な昇降調整部とを有する。回転調整部と昇降調整部は、それぞれモータと、歯車等の機構部品とで構成可能である。

制御部４は、送電ビームの空中線電力と送電方向の少なくとも一方を制御しても、干渉電力が許容値以下にならない場合に、アンテナ調整部２２により、送電用アンテナ２の傾斜角度と高さの少なくとも一方を調整する。上述したように、基準面の方向に対する送電用アンテナ２の傾斜角度を大きくするほど、送電ビームはより遠方に送出される。よって、干渉電力を抑制するには、傾斜角度をできるだけ小さくするのが望ましい。また、送電用アンテナ２の高さが高いほど、送電ビームの送電範囲は広がる。よって、干渉電力を抑制するには、送電用アンテナ２の高さを低くするのが望ましい。

また、制御部４は、送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方と、送電用アンテナ２の傾斜角度及び高さの少なくとも一方とを、優先度をつけずに、任意に制御して、干渉電力が許容値以下になるようにしてもよい。

このように、第４の実施形態では、送電用アンテナ２の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を調整するアンテナ調整部２２を備えるため、送電ビームの空中線電力や送電方向の制御だけでは、干渉電力が許容値以下にならない場合でも、干渉電力を許容値以下にすることができるようになり、送電用アンテナ２からの送電ビームを強制的に停止させる頻度を低減させることができる。

（第５の実施形態）
第１〜第４の実施形態による無線電力伝送装置１はいずれも、送電用アンテナ２からの送電ビームが三次元空間外に置かれた無線機器に悪影響を及ぼさないようにするものであるが、実際に無線電力伝送装置１が配置される三次元空間の形状やサイズ、仕切りの有無、壁や天井の材料等によって、三次元空間外に漏れ出す干渉電力の大きさは変化する。

そこで、図１１に示すように、三次元空間の端部に、干渉電力を測定するための干渉電力計測器２３を配置してもよい。干渉電力計測器２３は、その位置での干渉電力を測定する。図１１では、三次元空間内の端部の一箇所のみに干渉電力計測器２３を設ける例を示しているが、複数箇所に干渉電力計測器２３を設けてもよい。特に、ガラス等の電波を透過しやすい部材がある場合には、その部材の近傍に干渉電力計測器２３を配置するのが望ましい。

干渉電力計測器２３で計測された干渉電力は、有線又は無線により、制御部４に伝送される。制御部４は、干渉電力計測器２３で計測された干渉電力が許容値以下になるように、送電ビームの空中線電力と送電方向の少なくとも一方を制御する。また、第４の実施形態で説明したように、送電用アンテナ２の傾斜角度と高さの少なくとも一方を制御してもよい。

このように、第５の実施形態では、三次元空間の端部に干渉電力計測器２３を配置して、その位置での干渉電力を計測した上で許容値と比較するため、干渉電力が許容値以下か否かをより正確に判断できる。

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。

１ 無線電力伝送装置、２ アンテナ素子、３ 取得部、４ 制御部、５ 角度計測器、６ 高さ計測器、７ 記憶部、８ 通信部、９ 通信用アンテナ、１０ 伝搬路推定系統、１１ 直交検波器、１２ 計算部、１３ 制御系統、１４ 信号源、１５ 分配器、１６ 高周波スイッチ、１７ 送電系統、１８ 可変移相器、１９ 可変増幅器、２１ 距離計測器、２２ アンテナ調整部、２３ 干渉電力計測器

Claims (22)

1. 予め定めた形状及びサイズの三次元空間内の所定位置に配置され、送電ビームを送出する１つ以上のアンテナ素子と、
   前記１つ以上のアンテナ素子の基準面の面方向に対する傾斜角度と、前記基準面に対する前記１つ以上のアンテナ素子の高さとの少なくとも一方を取得する取得部と、
   前記取得された傾斜角度及び高さの少なくとも一方に前記１つ以上のアンテナ素子が配置された場合に、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が所定の許容値より大きければ、前記干渉電力が前記許容値より大きいことを示す通知を行う制御部と、を備える、無線電力伝送装置。
2. 前記制御部は、前記取得された傾斜角度及び高さの少なくとも一方に前記１つ以上のアンテナ素子が配置された場合に、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御する、請求項１に記載の無線電力伝送装置。
3. 前記制御部は、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御しても前記干渉電力が前記許容値より大きくなる場合に通知を行う、請求項１又は２に記載の無線電力伝送装置。
4. 前記許容値は、前記三次元空間外に配置される無線機器の仕様及び無線方式に応じて設定される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
5. 前記１つ以上のアンテナ素子は、複数のアンテナ素子を有し、前記送電ビームの送電方向及び利得を調整可能なフェーズドアレーアンテナであり、
   前記制御部は、前記取得された傾斜角度及び高さの少なくとも一方に前記フェーズドアレーアンテナが配置された場合に、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が前記許容値より大きければ、前記干渉電力が前記許容値より大きいことを示す通知を行う、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
6. 前記三次元空間は、前記１つ以上のアンテナ素子が設置される屋内空間であり、
   前記制御部は、前記取得部で取得された傾斜角度及び高さの少なくとも一方と、前記屋内空間の形状及び間取り情報と、に基づいて、前記送電ビームによる前記屋内空間外への干渉電力を計算し、計算した干渉電力が前記許容値より大きければ、前記干渉電力が前記許容値より大きいことを示す通知を行う、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
7. 前記制御部は、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御しても、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が前記許容値より大きければ、前記１つ以上のアンテナ素子による送電ビームの送出を停止させる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
8. 前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を調整するアンテナ調整部を備え、
   前記制御部は、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が前記許容値より大きければ、、前記干渉電力が前記許容値より大きいことを示す通知を行うことに加えて、前記アンテナ調整部にて前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を調整する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
9. 前記三次元空間の端部における前記干渉電力を計測する干渉電力計測器を備え、
   前記制御部は、前記干渉電力計測器で計測された干渉電力が前記許容値より大きければ、前記干渉電力が前記許容値より大きいことを示す通知を行う、請求項１乃至８のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
10. 前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度を計測する角度計測器と、
    前記１つ以上のアンテナ素子の高さを計測する高さ計測器と、を備え、
    前記取得部は、前記角度計測器で計測された傾斜角度と、前記高さ計測器で計測された高さとを取得する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
11. 前記１つ以上のアンテナ素子の施工後又は調整後の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を記憶する記憶部を備え、
    前記取得部は、前記記憶部に記憶された前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を取得する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
12. 予め定めた形状及びサイズの三次元空間内の所定位置に配置され、送電ビームを送出する１つ以上のアンテナ素子と、
    前記１つ以上のアンテナ素子の基準面の面方向に対する傾斜角度と、前記基準面に対する前記１つ以上のアンテナ素子の高さとのいずれか一方を取得する取得部と、
    前記取得された傾斜角度及び高さのいずれか一方に前記１つ以上のアンテナ素子が配置された場合に、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が所定の許容値以下になるように、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御する制御部と、を備える、無線電力伝送装置。
13. 前記許容値は、前記三次元空間外に配置される無線機器の仕様及び無線方式に応じて設定される、請求項１２に記載の無線電力伝送装置。
14. 前記１つ以上のアンテナ素子は、複数のアンテナ素子を有し、前記送電ビームの送電方向及び利得を調整可能なフェーズドアレーアンテナであり、
    前記制御部は、前記取得された傾斜角度及び高さに前記フェーズドアレーアンテナが配置された場合に、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が前記許容値以下になるように、前記フェーズドアレーアンテナにおける前記送電ビームの送電方向及び利得を調整する、請求項１２又は１３に記載の無線電力伝送装置。
15. 前記三次元空間は、前記１つ以上のアンテナ素子が設置される屋内空間であり、
    前記制御部は、前記取得部で取得された傾斜角度及び高さと、前記屋内空間の形状及び間取り情報と、に基づいて、前記送電ビームによる前記屋内空間外への干渉電力が前記許容値以下になるように、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御する、請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
16. 前記制御部は、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御しても、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が前記許容値以下にならない場合には、前記１つ以上のアンテナ素子による送電ビームの送出を停止させる、請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
17. 前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を調整するアンテナ調整部を備え、
    前記制御部は、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が前記許容値以下になるように、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御することに加えて、前記アンテナ調整部にて前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度及び高さの少なくとも一方を調整する、請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
18. 前記三次元空間の端部における前記干渉電力を計測する干渉電力計測器を備え、
    前記制御部は、前記干渉電力計測器で計測された干渉電力が前記許容値以下になるように、前記送電ビームの空中線電力及び送電方向の少なくとも一方を制御する、請求項１２乃至１７のいずれかに記載の無線電力伝送装置。
19. 前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度を計測する角度計測器と、
    前記１つ以上のアンテナ素子の高さを計測する高さ計測器と、を備え、
    前記取得部は、前記角度計測器で計測された傾斜角度と、前記高さ計測器で計測された高さとを取得する、請求項１２乃至１８のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
20. 前記１つ以上のアンテナ素子の施工後又は調整後の傾斜角度及び高さを記憶する記憶部を備え、
    前記取得部は、前記記憶部に記憶された前記１つ以上のアンテナ素子の傾斜角度及び高さを取得する、請求項１２乃至１８のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
21. 予め定めた形状及びサイズの三次元空間内の所定位置に配置され送電ビームを送出する１つ以上のアンテナ素子の基準面の面方向に対する傾斜角度と、前記基準面に対する前記１つ以上のアンテナ素子の高さとの少なくとも一方を取得し、
    前記取得された傾斜角度及び高さの少なくとも一方に基づいて、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が所定の許容値より大きければ、前記干渉電力が前記許容値より大きいことを示す通知を行う、無線電力伝送方法。
22. 予め定めた形状及びサイズの三次元空間内の所定位置に配置され送電ビームを送出する１つ以上のアンテナ素子の基準面の面方向に対する傾斜角度と、前記基準面に対する前記１つ以上のアンテナ素子の高さとのいずれか一方を取得し、
    前記取得された傾斜角度及び高さのいずれか一方に基づいて、前記送電ビームによる前記三次元空間外への干渉電力が所定の許容値より大きければ、前記干渉電力が前記許容値より大きいことを示す通知を行う、無線電力伝送方法。

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