JP2021193765A - 電子機器、電子機器の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一のアンテナを利用して、無線通信とマイクロ波の電力の受電を両立することが難しかった。【解決手段】アンテナと、前記アンテナを用いて所定の間隔でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格に準拠する通信を行う無線通信手段と、前記アンテナをレクテナとして用いることで、無線で電力を得る受電手段と、前記所定の間隔で通信を行う間は前記アンテナと前記無線通信手段とが接続するよう制御し、前記所定の間隔で通信を行う間でない期間は前記アンテナと前記受電手段とが接続するよう制御する制御手段とを有し、前記受電手段により得られた電力は、前記無線通信手段による次の所定の間隔で行われる通信に利用されるよう蓄積されることを特徴とする電子機器。【選択図】図１

Description

本発明は、無線で電力を受電可能な電子機器に関するものである。

従来、無線電力伝送においては、電磁誘導方式や、共鳴送電方式、マイクロ波方式等の方式が知られている。その中でも、無線ＬＡＮや携帯電話通信などが発するマイクロ波などの環境電波を利用したエネルギーハーベスティングの技術が知られている。例えば特許文献１は、２．４ＧＨｚの環境電波を受信することで電力を取得する装置を開示している。

特開２０１８−１７０５４９号広報

上述の環境電波を用いたエネルギーハーベスティングの技術で得られる電力はごく微量である。そのため、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙなどの、省電力な通信に用いること想定される。また、環境電波を用いる受電方法を採用する装置は小型化されることが望ましい場合が多いと考えられ、その場合は受電のためのアンテナを増設するのではなく、通信アンテナと受電アンテナを共用できたほうが好ましい。しかしながら、通信と給電とを同時に行うことはできない。なぜなら、通信アンテナは通信のために出力しなければならないタイミングがあり、そのタイミングでは同じ周波数帯で受電を行うことはないからである。

そこで、本発明は、単一のアンテナを利用して、無線通信とマイクロ波の電力の受電を両立する事を可能とした電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電子機器は、アンテナと、前記アンテナを用いて所定の間隔でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ規格に準拠する通信を行う無線通信手段と、前記アンテナをレクテナとして用いることで、無線で電力を得る受電手段と、前記所定の間隔で通信を行う間は前記アンテナと前記無線通信手段とが接続するよう制御し、前記所定の間隔で通信を行う間でない期間は前記アンテナと前記受電手段とが接続するよう制御する制御手段とを有し、前記受電手段により得られた電力は、前記無線通信手段による次の所定の間隔で行われる通信に利用されるよう蓄積されることを特徴とする。

本発明によれば、単一のアンテナを利用して、無線通信とマイクロ波の電力の受電を両立する事ことができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器のブロック図を示した図である。 本発明を説明する為の無線電力受信システムの図である。 本発明の実施形態に係るタイミング図である。 本発明の一実施形態に係るチャート図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、添付の図面を用いて詳細に説明する。

なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されてもよい。また、各実施の形態を適宜組み合せることも可能である。

［第一の実施形態］
図１は電子機器１００のブロック図である。

電子機器１００は、カメラやスマートフォンなどのモバイル機器に代表される電池で動作する電子機器である。制御部１０１は電子機器１０を制御する制御部でありＣＰＵなどで実装される。記憶部１０３は電源が供給されていなくても設定などを記憶する記憶部で、制御部１０１と通信を行う。操作部１０４はユーザーの操作を受け付けるインターフェースである。操作部１０４例えば、電子機器１０の電源をＯＮ／ＯＦＦするための電源スイッチ等を含む。表示部１０５はユーザーへ情報を表示するディスプレイであり、制御部１０１から出力された信号に基づいて表示処理を行う。

メイン電池１２０は電子機器１０を動作させるための主電源であり、充電可能なリチウムイオン電池などに代表される二次電池である。電池検知部１２２はメイン電池１２０の電池の有無や、電池残量などを検知する。電源制御部１２４は電子機器１０の電源を制御するための制御部であり、メイン電池１２０などから電力の供給を受け、制御部１０１、電源選択部１２７などに電源を供給する。受電制御部１２５はマイクロ波などから受ける電力を制御する。受電検知部１２６は受電制御部１２５で受電している電力量などを検知する。受電制御部１２５は、受電した電力を一時的時蓄電して、受電していない時に電源選択部へ供給を継続可能なように、電力を一時的に蓄電可能な素子を備えている。蓄電素子には、例えば、電解コンデンサや電気二重層コンデンサ、小容量小型の二次電池等が利用可能である。電源選択部１２７は、制御部１０１の指示に基づいて、電源制御部１２４、受電制御部１２５のどちらかから無線通信制御部へ電源供給を行うように供給電源を選択可能なように構成されている。例えば、電源選択部１２７はダイオードやトランジスタ、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）により構成されている２つの入力電源のいずれかを出力側へ接続可能なスイッチである。

制御部１０１は受電検知部１２６から受電制御部１２５で受けた電力が無線通信制御部１５０の動作に十分であると判断する場合、受電制御部１２５から無線通信制御部１５０へ電源供給するように決定して制御する。受電制御部１２５からの電力を利用しないと決定した場合、制御部１０１は電源制御部１２４から電源選択部１２７を介して無線通信制御部１５０へ電源供給するように制御を行う。

第１のタイマー部１２８は、制御部１０１の指示に基づいて計時し、制御部１０１からの指示に基づいた時間の経過により制御部１０１へ通知を行う。第２のタイマー部１２９は制御部１０１の指示に基づいて計時し、制御部１０１からの指示に基づいた時間の経過により制御部１０１へ通知を行う。

第１のタイマー部１２８と第２のタイマー部１２９はそれぞれ異なる所定の時間を計時可能なように構成されているものとする。第１のタイマー部１２８は無線通信制御部１５０の通信間隔を通知するように構成されたタイマー部であり、第２のタイマー部１２９は無線通信制御部１５０が信号の受信待ちを行う期間を完了した事を通知するように使用される。

無線通信制御部１５０は無線のデータ送受信を行う。ここでは、２．４ＧＨｚ帯の電波を使うＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）を利用可能な無線通信制御部である。１６０は無線通信制御部１５０がデータ通信で使用する周波数帯の通信電波を整流して受電制御部１２５に電力供給する整流回路である。１６４は無線通信制御部１５０で無線データ通信を行うか、整流回路１６０を介して受電制御部１２５に無線通信電波を電力として供給するかを切り替える切替え回路である。

入力フィルタ回路１６８は無線通信制御部１５０がデータ通信で使用する周波数帯を通過させる入力フィルタ回路である。入力フィルタ回路１６８は、受信信号や送信信号の帯域外のノイズ成分の放射を抑制可能なものである。例えば、入力フィルタとして、バンドパスフィルタを用いればよく、ＢＬＥ規格において使用しない、２ＧＨｚ以下、または、３ＧＨｚ以上の帯域の信号成分を減衰可能なように構成ればよい。

アンテナ１７５は無線通信制御部１５０が使用する周波数帯の電波を送受信可能なアンテナである。アンテナ１７５は、ＢＬＥ規格において使用に適するアンテナであればよく、２．４から２．５ＧＨｚにおいて、送受信の利得が高くなるようにアンテナの特性を調整すればよい。

図２を用いて、電子機器１０を無線通信機器２０と通信を行いながら、他の無線通信を行っている機器から電力を受電する例を示す。電子機器１０は図１の電子機器１００に相当する。無線通信機器４０は無線通信データを行うアクセスポイントや公衆基地局などの無線通信機器である。無線通信機器３０は、無線通信機器４０と接続して無線通信を行っている携帯型端末等の無線通信機器である。

ここでは、電子機器１０と無線通信機器２０はＢＬＥで通信可能であり、電子機器１０はペリフェラルとして動作し、ＢＬＥのアドバタイズ信号を送出している状態にあるとする。ここで、アドバタイズ信号はＢＬＥに規定される特定の周波数帯のうちの一部のチャネルを利用し、送信相手を指定せずブロードキャストされる。アドバタイズ信号は、Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ ＵｎｉｔフィールドにアドバタイジングＰＤＵをもつＢＬＥ通信パケットをブロードキャストすることで実現される。例えば、無線通信機器２０は、セントラルとして動作し、電子機器１０の送出するアドバタイズ信号を受信し、電子機器１０と接続する場合には、アドバタイズに応答してコネクションリクエスト信号を送出するなどすればよい。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格によるとアドバタイズの送出間隔は２０ミリ秒から１０．２４秒の間で６２．５ミリ秒刻みに可変とされているが、アドバタイズに信号の送出よる消費電力を低減するため、例えば、１秒程度と間隔を大きくとる場合がある。一方、アドバタイズ信号の送出を行うため、ＢＬＥ使用時には電子機器１０の動作電力の増加を招いてしまう。アドバタイズ信号の送出に要する時間は数ミリ秒程度であり、アドバタイズ間隔の残りの時間は無通信状態となる。レクテナの技術により、電子機器１０は次のアドバタイズ送出までの時間、周囲のマイクロ波より受電する事が可能である。

無線通信機器３０と無線通信機器４０は、例えば、Ｗｉ−ＦｉのようなＢＬＥと同じ帯域を使用する２．４ＧＨｚの無線ＬＡＮ通信を行っている。このような場合、電子機器１０は、２．４ＧＨｚに適合するアンテナ１７５を利用して受電する事が可能である。また、無線ＬＡＮに限定されず、同じ２．４ＧＨｚ帯を使用している環境電波より受電可能である。

図３を用いて、図２に示すような環境において、電子機器１０から無線通信機器２０へアドバタイズ信号を送信しつつ、無線通信機器３０と無線通信機器４０間の無線通信から電力を受電する例を示す。

図３は、上から電子機器１０の無線通信制御部１５０、切替え回路１６４、受電制御部１２５、無線通信制御部１５０の消費電力の変化を示したタイミングチャート図である。

タイミング（以降ではＴと省略する）３０１において、ＢＬＥの通信を行うために、切替え回路１６４をアンテナ１７５と無線通信制御部１５０間を接続するように通信制御側へ切り替える。このとき、第２のタイマー部１２９により次のアドバタイズ間隔を通知するように設定を行う。

Ｔ３０２において、制御部１０１は、無線通信制御部１５０へアドバタイズ信号を送出するように制御して、信号を送出するＴＸ動作を行う。無線通信制御部１５０のＴＸ動作完了後、Ｔ３０３において信号の受信を行うＲＸ動作へ無線通信制御部１５０の動作を切り替えて、電子機器１０は無線通信機器２０からの指示の有無を受信するため、一定の期間受信待ちを行う。無線通信機器２０からの信号の受信が行われたが電子機器１０に対しての指示がない場合、または、無線通信機器２０からの受信を得られない場合、Ｔ３０４において、無線通信制御部１５０のＲＸ動作を終了する。Ｔ３０５において、ＢＬＥの通信からレクテナでの受電動作に切り替えるため、切替え回路１６４をアンテナ１７５と整流回路１６０間を接続するように受電側へ切り替える。これによって、受電制御部１２５への電力供給が開始される。次のアドバタイズ信号の送出タイミングになるまで受電を継続し、第２のタイマー部１２９によって通知を受けて、受電を終了する。Ｔ３０６において、Ｔ３０１と同様に、受電からＢＬＥの通信へ切り替えるために、切替え回路１６４をアンテナ１７５と無線通信制御部１５０間を接続するように通信制御側へ切り替える。以降、Ｔ３０７はＴ３０２と、Ｔ３０８はＴ３０３と、Ｔ３０４はＴ３０９とＴ３１０はＴ３０５と同様の動作を示すため、説明を割愛する。

次に、図４のフローチャート図を用いて、電子機器１０（電子機器１００）を無線通信機器２０と接続して、無線通信を行うことに並行して、受電を行う場合の動作例を説明する。初期状態では、電子機器１０は無線通信や無線での受電を行っておらず、電池１２０による電源供給により動作している状態である。

ステップ４０１（以降、ステップはＳと省略する）において、制御部１０１は、電源選択部１２７を電源制御部１２４から無線通信制御部１５０へ電源供給するように指示する。Ｓ４０２において、制御部１０１は無線通信制御部１５０へ無線通信動作を行うための初期設定を行う。例えば、無線通信機器２０と通信をするために必要な制御や、無線通信制御部１５０の動作に必要なソフトウェアを無線通信制御部へダウンロードする等の処理を行う。

Ｓ４０３において、制御部１０１は切替え回路１６４を制御して、無線通信制御部１５０とアンテナ１７５間を接続する。

Ｓ４０４において、無線通信制御部１５０に無線通信動作を開始するように制御部１０１が指示を行う。例えば、無線通信制御部１５０へ電源供給を行うように電源制御部１２４と電源選択部１２７へ指示を行うなどすれば良い。

Ｓ４０５において、制御部１０１は無線通信制御部１５０の動作が可能となった事を確認して、Ｓ４０６へ遷移する。

Ｓ４０６において、制御部１０１は無線通信制御部１５０からアンテナ１７５を介してデータを送信するように制御を開始する。例えば、ＢＬＥに対応する機器であれば、無線通信機器２０に対してアドバタイズフレームのデータの送信を行う。

Ｓ４０７において、制御部１０１は第１のタイマー部１２８へアドバタイズの間隔を指定し、Ｓ４０８では、制御部１０１はアドバタイズ送信後に、対向機器の無線通信機器２０からの応答の受信待ちを示す時間を第２のタイマー部１２９へ指定する。例えば、アドバタイズ間隔を１秒、対向機器からの応答を５００ミリ秒とする場合には、第一のタイマーは１秒後に制御部へ通知を行い、第二のタイマーは５００ミリ秒後に通知を行うように指定をする。ここで、第一のタイマーがアドバタイズ間隔をカウントする事から、ＢＬＥ規格に準拠するために、２０ミリ秒から１０．２４秒の間で指定する必要がある。

Ｓ４０９において、制御部１０１は対向機器の無線通信機器２０からの応答があるか監視を行う。応答があった場合は、Ｓ４１１へ進み、応答がなかった場合はＳ４１０へ進む。

Ｓ４１０において、制御部１０１は第二のタイマーが計時を完了するか監視を行う。

ここで、無線通信機器２０からの応答が第２のタイマー部１２９に指定した時間なかった場合は、Ｓ４１３へ遷移し、第２のタイマーが計時を完了していなかった場合は、Ｓ４０９へ戻る。

Ｓ４１１において、制御部１０１は無線通信機器２０より送信されたデータを受信する。例えば、ＢＬＥであれば、アドバタイズに対して、ＳｃａｎＲｅｑｕｅｓｔやＣｏｍｍａｎｄＲｅｓｐｏｎｓｅといったコマンドを受信する。受信後に、Ｓ４１２において、制御部１０１は無線通信機器２０からの指示により、通信を継続する必要があれば送受信を継続し、送受信の必要がなければ、Ｓ４１４へ遷移する。Ｓ４１２において、制御部１０１は無線通信機器２０からの指示に基づいて動作をし、受電状態へ切り替えができないと判断した場合には、Ｓ４１３へ遷移して、制御部１０１は受電を開始できる状態になるまで待ち合わせを行う。受電状態に切り替えを実施できない状態とは、例えば、無線通信制御部１５０の動作状態がアドバタイズからコネクションに遷移するなど、受電をおこなうための通信を行わない時間を維持できないと判断した場合などがあげられる。

Ｓ４１４において、制御部１０１は切替え回路１６４を制御して、整流回路１６０とアンテナ１７５間を接続し、アンテナ１７５で受電した電力を受電制御部１２５へ供給可能なようにし、Ｓ４１５へ遷移して受電を行う。

Ｓ４１６において、制御部１０１は第１のタイマー部１２８に指定した時間が経過するまで、受電を継続する。例えば、アドバタイズ間隔１秒、第２のタイマー部１２９に指定した時間が５００ミリ秒であった場合、少なくとも５００ミリ秒の間、受電を行うことが可能である。

Ｓ４１７において、制御部１０１はＳ４０３と同様に、切替え回路１６４を制御して、無線通信制御部１５０とアンテナ１７５間を接続してＳ４１７へ遷移する。

Ｓ４１８において、制御部１０１は受電検知部１２６が検知した、受電制御部の受電した電力が無線通信制御部１５０の次回の送受信動作に十分な量があるかどうか確認する。例えば、コンデンサのような蓄電素子を備えている場合、蓄電素子の両端電圧を計測する事で、受電した電力量を計算し、無線通信制御部１５０の動作に不足かどうか判定する。制御部１０１は受電検知部１２６を確認した結果、電力量が無線通信制御部１５０の次回の送受信動作に十分にあると判断した場合、Ｓ４１９へ遷移する。

Ｓ４１９で制御部１０１は電源選択部１２７を介して受電制御部１２５から無線通信制御部１５０へ電源供給するようにして、Ｓ４０６へ戻り、アドバタイズフレームの送信に戻る。一方、制御部１０１は受電検知部１２６を確認した結果、電力量が無線通信制御部１５０の次回の送受信動作に十分ではないと判断した場合、Ｓ４２０へ遷移する。

Ｓ４２０で、制御部１０１は電源選択部１２７を介して電源制御部１２４から無線通信制御部１５０へ電源供給して、Ｓ４０６へ戻る。

以降、Ｓ４０６からＳ４１９、またはＳ４２０までの処理を繰り返す。

以上説明したように、ＢＬＥの送受信を行っていないタイミングで受電を行う事で、無線通信制御部１５０の動作に必要な電力を受け取り、無線通信制御部１５０動作分の消費電力増加を低減する事が可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。なお、受電検知部１２６により検知した受電電力が無線通信制御部１５０の動作に対して不足する場合、動的に第１のタイマー部１２８に指定する時間を長くするなどの変更をしてもよい。

また、上述の実施形態では、Ｓ４１３にてコネクション状態への遷移が受電できない状態の一例として説明している。しかしながら、例えばコネクション状態であっても、消費電力の観点から、コネクションインターバル（ＢＬＥにて接続した後の通信間隔）が十分長い時間に設定される場合も考えられる（ただし、アドバタイズ間隔よりは短い）。そこで、コネクションインターバルの時間が経過している間に受電できるようにしてもよい。すなわち、コネクション状態へ遷移した場合（Ｓ４１２で接続指示があったと判断した場合）、第１のタイマーをコネクションインターバルの時間に設定しなおした上でＳ４１４に進むようにすればよい。この場合、コネクション状態が解除されることに応じて、第１のタイマーにアドバタイズ間隔の時間を再設定するようにすればよい。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

Claims (10)

1. アンテナと、
   前記アンテナを用いて所定の間隔でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙの規格に準拠する通信を行う無線通信手段と、
   前記アンテナをレクテナとして用いることで、無線で電力を得る受電手段と、
   前記所定の間隔で通信を行う間は前記アンテナと前記無線通信手段とが接続するよう制御し、前記所定の間隔で通信を行う間でない期間は前記アンテナと前記受電手段とが接続するよう制御する制御手段とを有し、
   前記受電手段により得られた電力は、前記無線通信手段による次の所定の間隔で行われる通信に利用されることを特徴とする電子機器。
2. 前記無線通信手段は前記所定の間隔でアドバタイズを送信することを特徴する請求項１に記載の電子機器。
3. 前記電子機器はペリフェラルとして動作することを特徴する請求項２に記載の電子機器。
4. 前記アドバタイズはブロードキャストされることを特徴とする請求項２または３に記載の電子機器。
5. 前記アドバタイズは予め定められた帯域の特定のチャネルに送信されることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 前記所定の間隔で通信を行う間は、前記アドバタイズを送信してから所定の時間が経過するまでの間を含むことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の電子機器。
7. 前記受電手段と前記アンテナとの間には整流回路が接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子機器。
8. 前記所定の間隔はＢＬＥのコネクションインターバルであることを特徴する請求項１に記載の電子機器。
9. アンテナと、前記アンテナを用いて所定の間隔でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙの規格に準拠する通信を行う無線通信手段と、前記アンテナをレクテナとして用いることで、無線で電力を得る受電手段とを有する電子機器の制御方法であって、
   前記所定の間隔で通信を行う間は前記アンテナと前記無線通信手段とが接続するよう制御し、前記所定の間隔で通信を行う間でない期間は前記アンテナと前記受電手段とが接続するよう制御する制御ステップを有し、
   前記受電手段により得られた電力は、前記無線通信手段による次の所定の間隔で行われる通信に利用されることを特徴とする電子機器の制御方法。
10. コンピュータを請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電子機器の各手段として機能させるための、コンピュータが読み取り可能なプログラム。

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