JP2022171137A - 無線電力伝送システム、及び無線電力伝送方法 - Google Patents

無線電力伝送システム、及び無線電力伝送方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022171137000001
【課題】送電機が通信機能を有していない場合でも、送電機から送信される電力波の伝送効率を向上させることができる無線電力伝送システム、及び無線電力伝送方法を提供する。
【解決手段】無線電力伝送システムは、電力波を送信する送電機と、前記電力波を受信する１又は複数の受電機と、を備え、前記送電機は、前記送電機の位置と、前記受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、前記受電機から送信される電力波の強度を測定し、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を前記受電機に送信する制御部を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、無線電力伝送システム、及び無線電力伝送方法に関する。
特許文献１には、無線端末との通信機能を有する基地局が、所定の送信強度を満たすようにアンテナの指向性を制御することにより、基地局の無線端末に対する送信電力の伝送効率を向上させる技術が開示されている。
特許文献１に開示されている基地局は通信機能を有し、当該通信機能により無線端末から送信されたアップリンク信号を受信し、当該アップリンク信号の受信強度に基づき、無線端末との伝送喪失が最小となる方向を特定する。さらに、当該基地局は、特定した伝搬損失に所定のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を加算することで算出した値に基づき、当該方向に対する電波の送信強度を設定し、設定した送信強度に基づいて基地局が備えているアンテナの指向性を制御する。
特開２０１６－０８２３８１号公報
しかしながら特許文献１の従来技術では、送電機である基地局に通信機能が必要なため、送電機が通信機能を有していない場合、送電機から送信される電力波の伝送効率を向上させるという要望に対応することができないという課題がある。
本開示の非限定的な実施例は、送電機が通信機能を有していない場合でも送電機から送信される電力波の伝送効率を向上させることができる無線電力伝送システム、及び無線電力伝送方法の提供に資する。
本開示の一実施例に係る無線電力伝送システムは、電力波を送信する送電機と、前記電力波を受信する１又は複数の受電機と、を備え、前記送電機は、前記送電機の位置と、前記受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、前記受電機から送信される電力波の強度を測定し、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を前記受電機に送信する制御部を備える。
本開示の一実施例に係る無線電力伝送方法は、１又は複数の受電機から送信される電力波を受信する送電機が、前記送電機の位置と、前記受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、前記受電機から送信される電力波の強度を測定するステップと、前記電力波の強度を測定した前記送電機が、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を前記受電機に送信するステップと、を含む。
本開示の一実施例によれば、送電機が通信機能を有していない場合でも、送電機から送信される電力波の伝送効率を向上させることができる無線電力伝送システム、及び無線電力伝送方法を提供できる。
本開示の一実施例における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施の形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
本開示の実施の形態に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図 送電機２０１の構成例を示す図 受電機２０２の構成例を示す図 無線電力伝送システム１００の動作を説明するためのフローチャート 送電機２０１Ａの構成例を示す図 送電機２０１Ｂの構成例を示す図 受電機２０２Ａの構成例を示す図 受電機２０２Ｂの構成例を示す図
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
（実施の形態）
まず、本開示に係る実施の形態を創作するに至った背景について説明する。
特許文献１には、無線端末との通信機能を有する基地局が、所定の送信強度を満たすようにアンテナの指向性を制御することにより、基地局の無線端末に対する送信電力の伝送効率を向上させる技術が開示されている。
特許文献１に開示されている基地局は通信機能を有し、当該通信機能により無線端末から送信されたアップリンク信号を受信し、当該アップリンク信号の受信強度に基づき、無線端末との伝送喪失が最小となる方向を特定する。さらに、当該基地局は、特定した伝搬損失に所定のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を加算することで算出した値に基づき、当該方向に対する電波の送信強度を設定し、設定した送信強度に基づいて基地局が備えているアンテナの指向性を制御する。
しかしながら特許文献１の従来技術では、送電機である基地局に通信機能が必要なため、送電機が通信機能を有していない場合、送電機から送信される電力波の伝送効率を向上させるという要望に対応することができないという課題がある。
このようなことから、送電機が通信機能を有していない場合でも送電機から送信される電力波の伝送効率を向上させることが望まれる。以下、本開示に係る実施の形態について説明する。
［実施の形態］
（無線電力伝送システム１００の構成例）
図１は本開示の実施の形態に係る無線電力伝送システム１００の構成例を示す図である。無線電力伝送システム１００は、複数の受電機２０２に電力波２０１ａを送信する送電機２０１と、それぞれが電力波２０１ａを受信する複数の受電機２０２とを備える。無線電力伝送システム１００は、送電モード及び調整モードを有する。
なお、無線電力伝送システム１００は、複数の受電機２０２に代えて、１つの受電機２０２を備えるものでもよい。
（送電モード）
送電モードは、送電機２０１から受電機２０２に電力波２０１ａを送信するモードである。送電モードでは、例えば、電力波２０１ａを受信した１又は複数の受電機２０２が、不図示の負荷へ電力の供給を行う。負荷は、例えばIoT(Internet of Things)で活用されるセンサなどである。
（調整モード）
調整モードは、送電機２０１から１又は複数の受電機２０２に送信される電力波２０１ａの伝送効率が高くなるように、送電機２０１の位置と送電機２０１から放射される電力波の送信方向とを調整するモードである。
調整モードでは、受電機２０２から放射された電力波２０２ａが送電機２０１で受信され、送電機２０１がこの電力波２０２ａの強度を測定して、測定した電力波２０２ａの強度が高くなるように、送電機２０１の位置と電力波２０１ａの送信方向とが調整される。なお、送電機２０１の位置と電力波２０１ａの送信方向との調整方法に詳細に関しては後述する。
（送電機２０１）
次に図２を参照して送電機２０１の構成例について説明する。図２は送電機２０１の構成例を示す図である。
送電機２０１は、アンテナ３０１、発振部３０２、制御部３０３、電源部３０４、アンテナ３０５、受信部３０６、及び制御部３０７を備えている。
（アンテナ３０１）
アンテナ３０１は、送電モードの場合、発振部３０２で生成された高周波電力を電力波２０１ａとして放射する。
アンテナ３０１の種類は、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。特定の方向へ長距離送電したい場合には指向性アンテナが使用され、近距離で広い範囲に送電したい場合には無指向性アンテナが使用される。
指向性アンテナには、例えば、誘電体基板をＧＮＤ板とアンテナで挟んだ平面形状のパッチアンテナが使用される。無指向性アンテナには、電気を流す導線などを直線状に伸ばした線形状のダイポールアンテナ、モノポールアンテナが使用される。
（発振部３０２）
発振部３０２は、例えば、水晶振動子、位相同期回路、増幅回路などで構成される電気回路を備え、当該電気回路により高周波電力を生成する。高周波電力の周波数帯は、例えば９００ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯などのマイクロ波帯である。これらの周波数帯は、送電機２０１から、図１に示す受電機２０２までの距離、送電機２０１のサイズなどに応じて選択される。
（制御部３０３）
制御部３０３は、例えば、メモリ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、通信デバイスなどの電気回路を備えており、当該電気回路により、送電モード時の高周波電力の送電量の制御、送電モード時の高周波電力の周波数帯の切り替えなどを行う。
（電源部３０４）
電源部３０４は、例えば商用交流電源に基づき直流電力を生成する電力変換回路を備え、当該電力変換回路により、送電機２０１を動作させるための電力を供給する。
（アンテナ３０５）
アンテナ３０５は、調整モードの場合、図１に示す受電機２０２から送信される電力波２０２ａを受信し、高周波電力として受信部３０６へ伝送する。アンテナ３０５の種類は、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。
（受信部３０６）
受信部３０６は、例えばインピーダンス整合回路、フィルタ回路などの回路を備え、当該回路により、アンテナ３０５のインピーダンスと制御部３０７のインピーダンスとを整合させる。また受信部３０６は、アンテナ３０５から伝送される高周波電力に含まれているノイズを除去し、ノイズを除去した高周波電力を制御部３０７へ伝送する。
（制御部３０７）
制御部３０７は、例えば、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの電気回路を備えている。制御部３０７は、調整モードの場合、当該電気回路により、受信部３０６から伝送された高周波電力に基づき、電力波２０２ａの強度を測定する。
（第１調整方法）
制御部３０７は、調整モードの場合、送電機２０１を所定位置ａから所定位置ｂまで移動させながら、所定値を超える電力波２０２ａの強度の極大点を１又は複数測定する。
送電機２０１の移動は、例えば、制御部３０７が不図示の３軸ステージを制御することにより実行される。３軸ステージによる送電機２０１の移動速度、移動量などは任意に設定可能である。
制御部３０７は、送電機２０１が移動するとき、所定値を超える電力波２０２ａの強度の極大点が測定された場合、複数のそれぞれの極大点に対して、電力波２０２ａの受信時刻から近い順に「１」、「２」などの番号を付与する。当該番号は、送電機２０１の移動位置を識別するために付与される。
制御部３０７は、当該番号が付与されたときの３軸ステージ上における送電機２０１の位置を示すデータと、電力波２０２ａの強度を示すデータとを、当該番号に対応付け、対応情報として制御部３０３に送信する。なお、送電機２０１の位置を示すデータは、例えば、３軸ステージをＰＷＭ制御で駆動するモータのＰＷＭ信号に基づき算出される。
（送電モード時）
制御部３０７から送信された対応情報を受信した制御部３０３は、送電モードの場合、当該対応情報に基づき、所定値を超える電力波２０２ａの強度の極大点の内、例えば、強度が最も高い値を示したときの送電機２０１の位置を設定する。
その後、制御部３０３は、３軸ステージのモータを制御することにより、送電機２０１の位置を、上記の設定された位置に移動した後、発振部３０２を制御することによって電力波２０１ａを放射させる。
これにより、送電機２０１が受電機２０２との無線通信機能を有していない場合でも、送電機２０１から送信される電力波２０１ａの受電機２０２への伝送効率を向上させることができる。
（第２調整方法）
制御部３０７は、調整モードの場合、送電機２０１を移動させる代わりに、例えば、アンテナ３０５の向きを変化させながら、所定値を超える電力波２０２ａの強度の極大点を測定してもよい。
この場合、例えば、制御部３０７が不図示のボール機構を制御することにより、アンテナ３０５の向きが変化する。ボール機構によるアンテナ３０５の回転方向、回転量などは任意に設定可能である。
制御部３０７は、アンテナ３０５の向きを変化させるとき、所定値を超える電力波２０２ａの強度の極大点が測定された場合、複数のそれぞれの極大点に対して、電力波２０２ａの受信時刻から近い順に「１」、「２」などの番号を付与する。当該番号は、アンテナ３０５の向きを識別するために付与される。
制御部３０７は、当該番号が付与されたときアンテナ３０５の向きを示すデータと、電力波２０２ａの強度を示すデータとを、当該番号に対応付け、対応情報として制御部３０３に送信する。アンテナ３０５の向きを示すデータは、例えば、ボール機構をＰＷＭ制御で駆動するモータのＰＷＭ信号に基づき算出される。
（送電モード時）
当該対応情報を受信した制御部３０３は、送電モードの場合、当該対応情報に基づき、所定値を超える電力波２０２ａの強度の極大点の内、例えば、強度が最も高い値を示したときのアンテナ３０１の向きを設定する。
その後、制御部３０３は、ボール機構のモータを制御することにより、アンテナ３０１の向きを、上記の設定された向きに調整した後、発振部３０２を制御することによって電力波２０１ａを放射させる。
これにより、送電機２０１が受電機２０２との無線通信機能を有していない場合でも、送電機２０１から送信される電力波２０１ａの受電機２０２への伝送効率を向上させることができる。
（第３調整方法）
なお、制御部３０７は、調整モードの場合、送電機２０１を移動させながらアンテナ３０５の向きを変化させることにより、所定値を超える電力波２０２ａの強度の極大点を測定してもよい。
これにより、送電機２０１が受電機２０２との無線通信機能を有していない場合でも、受電機２０２から送信される電力波２０２ａの強度をより精度よく測定することができる。従って、送電機２０１から送信される電力波２０１ａの受電機２０２への伝送効率をより一層向上させることができる。
（受電機２０２）
次に図３を参照して受電機２０２の構成例について説明する。図３は受電機２０２の構成例を示す図である。
受電機２０２は、アンテナ４０１、整流部４０２、制御部４０３、負荷４０４、アンテナ４０５、発振部４０６、電源部４０７、及び制御部４０８を備えている。
（アンテナ４０１）
アンテナ４０１は、送電モードの場合、図１に示す送電機２０１から送信される電力波２０１ａを受信し、高周波電力として整流部４０２へ伝送する。アンテナ４０１の種類は、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。
（整流部４０２）
整流部４０２は、例えば、整流ダイオード、インピーダンス整合回路、フィルタ回路などによって構成され、アンテナ４０１が伝送された高周波電力を直流電力へ変換する。
（制御部４０３）
制御部４０３は、送電モードの場合、整流部４０２から出力される直流電力の負荷４０４への供給制御を行う。
（負荷４０４）
負荷４０４は、例えばIoTで活用されるセンサなどである。なお、負荷４０４はこれに限定されるものではない。
（アンテナ４０５）
アンテナ４０５は、調整モードの場合、発振部４０３で生成された高周波電力を電力波２０２ａとして放射する。アンテナ４０５の種類は、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。
（発振部４０６）
発振部４０６は、水晶振動子、位相同期回路、増幅回路などで構成される電気回路を備え、当該電気回路により高周波電力を生成する。高周波電力の周波数帯は、例えば９００ＭＨｚ帯、２．４５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯などのマイクロ波帯である。これらの周波数帯は、受電機２０２から、図１に示す送電機２０１までの距離、受電機２０２のサイズなどに応じて選択される。
（電源部４０７）
電源部４０７は、受電機２０２を動作させるための電力を供給する蓄電池である。なお、電源部４０７は、蓄電池に限定されず、商用交流電源に基づき直流電力を生成する電力変換回路でもよいし、蓄電池と電力変換回路を組み合わせたものでもよい。
（制御部４０８）
制御部４０８は、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの電気回路を備えており、当該電気回路により、調整モード時の高周波電力の送電量の制御、調整モード時の高周波電力の周波数帯の切り替えなどを行う。
（無線電力伝送システム１００の動作）
次に図４を参照して無線電力伝送システム１００の動作を説明する。図４は無線電力伝送システム１００の動作を説明するためのフローチャートである。
送電機２０１及び受電機２０２のそれぞれの電源がオンされたとき、図４に示す処理が開始される。
ステップＳ１において、無線電力伝送システム１００は、送電機２０１及び受電機２０２の動作モードを調整モードに設定する。例えば、受電機２０２の電源がオンされた時点から一定時間経過するまで、送電機２０１及び受電機２０２の動作モードが調整モードに設定される。
次にステップＳ２において、受電機２０２は、電力波２０２ａの送信を開始し、ステップＳ３において、送電機２０１は、受電機２０２から送信された電力波２０２ａの強度の測定を開始する。
次にステップＳ４において、送電機２０１の所定範囲内での移動、アンテナ３０５の向きの変更などが実行されるとともに、前述した対応情報が生成される。
次にステップＳ５において、送電機２０１の移動などが完了していない場合（ステップＳ５，ＮＯ）、送電機２０１の移動などが完了するまでステップＳ３以降の処理が繰り返される。
送電機２０１の移動などが完了した場合（ステップＳ５，ＹＥＳ）、ステップＳ６において、無線電力伝送システム１００は、送電機２０１及び受電機２０２のそれぞれの動作モードを調整モードから送電モードに切り替える。これにより受電機２０２の負荷への給電が行われる。
次にステップＳ７において、無線電力伝送システム１００は、送電機２０１及び受電機２０２のそれぞれ電源がオフされたか否かを判定する。
送電機２０１及び受電機２０２のそれぞれの電源がオフされていない場合（ステップＳ７，ＮＯ）、ステップＳ２以降の処理が繰り返される。
送電機２０１及び受電機２０２のそれぞれの電源がオフされた場合（ステップＳ７，ＹＥＳ）、無線電力伝送システム１００は、一連の処理を終了する。
なお、図２に示す送電機２０１は以下のように構成してもよい。図５及び図６を参照して送電機２０１の他の構成例について説明する。
（送電機２０１の他の構成例１）
図５は送電機２０１Ａの構成例を示す図である。送電機２０１Ａは、アンテナ３０１、発振部３０２、電源部３０４、アンテナ３０５、及び受信部３０６を備えている。
また送電機２０１Ａは、図２に示す制御部３０３及び制御部３０７に代えて、第１スイッチ部３０９及び制御部３０８を備えている。
（第１スイッチ部３０９）
第１スイッチ部３０９は、制御部３０８から送信される切替信号に基づき、制御部３０８の接続先を切り替える。第１スイッチ部３０９は、調整モードの場合、受電機２０２から送信される電力波２０２ａを受信する第１状態と、送電機２０１Ａが測定した電力波の強度が所定の値を超えた場合、受電機２０２に電力波２０１ａを送信する第２状態とを切り替えるスイッチ部である。
切替信号は、制御部３０８の接続先を受信部３０６から発振部３０２に切り替え、又は制御部３０８の接続先を発振部３０２から受信部３０６に切り替える信号である。切替信号は、例えば、制御部３０８によって生成される。
例えば、調整モードの場合、制御部３０８の接続先を発振部３０２から受信部３０６に切り替える信号がされる。これにより、制御部３０８が第１スイッチ部３０９を介して受信部３０６に接続される。送電モードの場合、制御部３０８の接続先を受信部３０６から発振部３０２に切り替える信号が生成される。これにより、制御部３０８が第１スイッチ部３０９を介して発振部３０２に接続される。
（制御部３０８）
制御部３０８は、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの電気回路を備えている。制御部３０８は、送電モード及び調整モードの何れかのモードに対応した切替信号を生成し、生成した切替信号を第１スイッチ部３０９に送信する。
制御部３０８は、調整モードの場合、図２に示す制御部３０７と同様に対応情報を生成する。制御部３０８は、送電モードの場合、図２に示す制御部３０３と同様に、送電機２０１Ａの位置、アンテナ３０１の向きなどを調整しながら電力波２０１ａを放射させる。
図５に示す送電機２０１Ａによれば、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの数を削減しながら、調整モード及び送電モードのそれぞれのモードに対応した制御が可能である。
（送電機の他の構成例２）
図６は送電機２０１Ｂの構成例を示す図である。送電機２０１Ｂは、発振部３０２、電源部３０４、及び受信部３０６を備えている。
また送電機２０１Ｂは、図２に示すアンテナ３０１、制御部３０３、アンテナ３０５、及び制御部３０７に代えて、アンテナ３１０、第１スイッチ部３０９Ａ及び制御部３０８Ａを備えている。
（アンテナ３１０）
アンテナ３１０は、電力波２０１ａの送信と電力波２０２ａの受信とを行う送受信アンテナである。アンテナ３１０の種類は、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。
送電モードの場合、発振部３０２で生成された高周波電力が電力波２０１ａとしてアンテナ３１０から放射され、調整モードの場合、アンテナ３１０で受信された電力波２０２ａが高周波電力として受信部３０６へ伝送される。
（第１スイッチ部３０９Ａ）
第１スイッチ部３０９Ａは、制御部３０８Ａから送信される切替信号に基づき、アンテナ３１０の接続先を切り替える。第１スイッチ部３０９Ａは、調整モードの場合、受電機２０２から送信される電力波２０２ａを受信する第１状態と、送電機２０１Ｂが測定した電力波の強度が所定の値を超えた場合、受電機２０２に電力波２０１ａを送信する第２状態とを切り替えるスイッチ部である。切替信号は、アンテナ３１０の接続先を受信部３０６から発振部３０２に切り替え、又はアンテナ３１０の接続先を発振部３０２から受信部３０６に切り替える信号である。
例えば、送電モードの場合、アンテナ３１０の接続先を受信部３０６から発振部３０２に切り替える信号が生成される。これにより、アンテナ３１０が第１スイッチ部３０９Ａを介して発振部３０２に接続される。調整モードの場合、アンテナ３１０の接続先を発振部３０２から受信部３０６に切り替える信号が生成される。これにより、アンテナ３１０が第１スイッチ部３０９Ａを介して受信部３０６に接続される。
（制御部３０８Ａ）
制御部３０８Ａは、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの電気回路を備えている。制御部３０８Ａは、送電モード及び調整モードの何れかのモードに対応した切替信号を生成し、生成した切替信号を第１スイッチ部３０９Ａに送信する。
制御部３０８Ａは、調整モードの場合、図２に示す制御部３０７と同様に対応情報を生成する。制御部３０８Ａは、送電モードの場合、図２に示す制御部３０３と同様に、送電機２０１Ｂの位置、アンテナ３１０の向きなどを調整しながら電力波２０１ａを放射させる。
図６に示す送電機２０１Ｂによれば、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの数を削減しながら、調整モード及び送電モードのそれぞれのモードに対応した制御が可能である。また、送電機２０１Ｂは、１つのアンテナ３１０を備えているため、送電機２０１Ｂの構成が簡素化され、送電機２０１Ｂの信頼性を向上させることができる。
なお、図３に示す受電機２０２は以下のように構成してもよい。図７及び図８を参照して受電機２０２の他の構成例について説明する。
（受電機２０２の他の構成例１）
図７は受電機２０２Ａの構成例を示す図である。受電機２０２Ａは、アンテナ４０１、整流部４０２、負荷４０４、アンテナ４０５、発振部４０６、及び電源部４０７を備えている。
また送電機２０１Ａは、図３に示す制御部４０３及び制御部４０８に代えて、第２スイッチ部４１０及び制御部４０９を備えている。
（第２スイッチ部４１０）
第２スイッチ部４１０は、制御部４０９から送信される切替信号に基づき、制御部４０９の接続先を切り替える。第２スイッチ部４１０は、調整モードの場合、送電機２０１に電力波２０２ａを送信する第３状態と、送電機２０１から送信される電力波２０１ａを受信する第４状態とを切り替えるスイッチ部である。切替信号は、制御部４０９の接続先を整流部４０２から発振部４０６に切り替え、又は制御部４０９の接続先を発振部４０６から整流部４０２に切り替える信号である。切替信号は、例えば、制御部４０９によって生成される。
例えば、調整モードの場合、制御部４０９の接続先を整流部４０２から発振部４０６に切り替える信号が生成される。これにより、制御部４０９が第２スイッチ部４１０を介して発振部４０６に接続される。送電モードの場合、制御部４０９の接続先を発振部４０６から整流部４０２に切り替える信号が生成される。これにより、制御部４０９が第２スイッチ部４１０を介して整流部４０２に接続される。
（制御部４０９）
制御部４０９は、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの電気回路を備えている。制御部４０９は、送電モード及び調整モードの何れかのモードに対応した切替信号を生成し、生成した切替信号を第２スイッチ部４１０に送信する。
制御部４０９は、調整モードの場合、高周波電力の送電量の制御、高周波電力の周波数帯の切り替えなどを行うことにより、電力波２０２ａを放射させる。制御部４０９は、送電モードの場合、整流部４０２から出力される直流電力の負荷４０４への供給制御を行う。
図７に示す受電機２０２Ａによれば、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの数を削減しながら、調整モード及び送電モードのそれぞれのモードに対応した制御が可能である。
（受電機２０２の他の構成例２）
図８は受電機２０２Ｂの構成例を示す図である。受電機２０２Ｂは、整流部４０２、負荷４０４、発振部４０６、及び電源部４０７を備えている。
また受電機２０２Ｂは、図３に示すアンテナ４０１、アンテナ４０５、及び制御部４０８に代えて、制御部４０９Ａ、第２スイッチ部４１０Ａ及びアンテナ４１１を備えている。
（アンテナ４１１）
アンテナ４１１は、電力波２０２ａの送信と電力波２０１ａの受信とを行う送受信アンテナである。アンテナ４１１の種類は、例えば、指向性アンテナ、無指向性アンテナなどである。
送電モードの場合、アンテナ４１１で受信された電力波２０１ａが高周波電力として整流部４０２へ伝送される。調整モードの場合、発振部４０６で生成された高周波電力が電力波２０２ａとしてアンテナ４１１から放射される。
（第２スイッチ部４１０Ａ）
第２スイッチ部４１０Ａは、制御部４０９Ａから送信される切替信号に基づき、アンテナ４１１の接続先を切り替える。第２スイッチ部４１０Ａは、調整モードの場合、送電機２０１に電力波２０２ａを送信する第３状態と、送電機２０１から送信される電力波２０１ａを受信する第４状態とを切り替えるスイッチ部である。切替信号は、アンテナ４１１の接続先を整流部４０２から発振部４０６に切り替え、又はアンテナ４１１の接続先を発振部４０６から整流部４０２に切り替える信号である。切替信号は、例えば、制御部４０９Ａによって生成される。
例えば、調整モードの場合、アンテナ４１１の接続先を整流部４０２から発振部４０６に切り替える信号が生成される。これにより、アンテナ４１１が第２スイッチ部４１０Ａを介して発振部４０６に接続される。送電モードの場合、アンテナ４１１の接続先を発振部４０６から整流部４０２に切り替える信号が生成される。これにより、アンテナ４１１が第２スイッチ部４１０Ａを介して整流部４０２に接続される。
（制御部４０９Ａ）
制御部４０９Ａは、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの電気回路を備えている。制御部４０９Ａは、送電モード及び調整モードの何れかのモードに対応した切替信号を生成し、生成した切替信号を第２スイッチ部４１０Ａに送信する。
制御部４０９Ａは、調整モードの場合、高周波電力の送電量の制御、高周波電力の周波数帯の切り替えなどを行うことにより、電力波２０２ａを放射させる。制御部４０９Ａは、送電モードの場合、整流部４０２から出力される直流電力の負荷４０４への供給制御を行う。
図８に示す受電機２０２Ｂによれば、メモリ、ＣＰＵ、通信デバイスなどの数を削減しながら、調整モード及び送電モードのそれぞれのモードに対応した制御が可能である。また、受電機２０２Ｂは、１つのアンテナ４１１を備えているため、受電機２０２Ｂの構成が簡素化され、受電機２０２Ｂの信頼性を向上させることができる。
なお、無線電力伝送システム１００は、送電機２０１と複数の受電機２０２との間で上記の第１調整方法、第２調整方法又は第３調整方法による電力波２０２ａの強度測定を実行する場合、以下のように構成してもよい。
（無線電力伝送システム１００の他の構成例１）
無線電力伝送システム１００は、調整モードの場合、複数の受電機２０２のそれぞれが予め設定された順に従い、一定時間ごとに電力波２０２ａを送信し、送電機２０１が当該設定された順に従って一定時間ごとに電力波２０２ａの強度を測定するように構成してもよい。
具体的には、複数の受電機２０２の内、第１受電機は、調整モードの場合、第１時刻から一定時間経過後の第２時刻まで電力波２０２ａを送信する。この場合、第１受電機以外の他の受電機は、電力波２０２ａの送信を停止している。第１受電機は、複数の受電機２０２の内の任意の１つの受電機２０２である。
第２時刻が経過した場合、複数の受電機２０２の内、第２受電機は、調整モードの場合、第２時刻から一定時間経過後の第３時刻まで電力波２０２ａを送信する。この場合、第２受電機以外の他の受電機は電力波２０２ａの送信を停止している。第２受電機は、複数の受電機２０２の内、第１受電機以外の任意の１つの受電機２０２である。
送電機２０１は、調整モードの場合、送電機の位置と、第１受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、第１受電機から送信される電力波の強度を測定する。
そして、送電機２０１は、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの送電機２０１の位置とアンテナの向きとを示すデータを記憶する。
また送電機２０１は、調整モードの場合、送電機の位置と、第２受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、第２受電機から送信される電力波の強度を測定する。
そして、送電機２０１は、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの送電機２０１の位置とアンテナの向きとを示すデータを記憶する。
送電機２０１は、送電モードの場合、記憶したデータに基づき、第１受電機から送信された電力波の強度が所定の値を超えたときの送電機２０１の位置とアンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を第１受電機に一定時間送信する。
また、送電機２０１は、送電モードの場合、記憶したデータに基づき、第２受電機から送信された電力波の強度が所定の値を超えたときの送電機２０１の位置とアンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を第２受電機に一定時間送信する。
他の構成例１に係る無線電力伝送システム１００は、調整モードの場合、複数の受電機のそれぞれが、予め設定された順に従い一定時間ごとに電力波を送信し、制御部は、複数の受電機のそれぞれから送信される電力波の強度を一定時間ごとに測定し、複数の受電機のそれぞれに対応して測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの送電機の位置とアンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を受電機に送信する。
この構成により、無線電力伝送システム１００が複数の受電機２０２を備えている場合でも、１つの送電機２０１から複数の受電機２０２のそれぞれに向けて送信される電力波２０１ａの伝送効率を向上させることができる。
（無線電力伝送システム１００の他の構成例２）
無線電力伝送システム１００は、複数の受電機２０２の内、第１受電機が調整モードによって電力波２０２ａを送信する場合、送電機２０１が当該電力波２０２ａの強度測定を実行しながら、送電モードによって電力波２０１ａを送信するように構成してもよい。
この場合、複数の受電機２０２の内、第１受電機以外の第２受電機が送電モードによって動作することにより負荷への電力供給が実行される。
他の構成例２に係る無線電力伝送システム１００は、複数の受電機の内、第１受電機が送電機に電力波を送信する場合、第１受電機以外の第２受電機は、送電機から送信される電力波を受信し、第２受電機が送電機に電力波を送信する場合、第１受電機は送電機から送信される電力波を受信する。
この構成により、他の構成例１に係る無線電力伝送システム１００と同様の効果が得られる。また、調整モードと送電モードを平行して実行できるため、受電機２０２が蓄電容量が少ない蓄電池を電源部４０７として備えている場合でも、負荷への電力供給を継続させることができる。
以上に説明したように本開示の実施の形態に係る無線電力伝送システム１００は、電力波を送信する送電機と、電力波を受信する１又は複数の受電機と、を備え、送電機は、送電機の位置と、受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、受電機から送信される電力波の強度を測定し、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの送電機の位置とアンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を受電機に送信する制御部を備える。
この構成により、送電機が通信機能を有していない場合でも送電機から送信される電力波の伝送効率を向上させることが可能である。
また、受電機２０２が追加された場合でも、複数の受電機２０２のそれぞれに向けて送信される電力波２０１ａの伝送効率が向上するように、送電機２０１の位置、アンテナの方向などを自動的に調整することができる。
また、１又は複数の受電機２０２の設置位置が変更された場合でも、送電機２０１から当該受電機２０２に向けて送信される電力波２０１ａの伝送効率が向上するように、送電機２０１の位置、アンテナの方向などを自動的に調整することができる。
従って、受電機２０２の追加、設置位置変更などの度に、送電機２０１を位置などの調整を行う手間を省くことができる。また、送電機２０１が備えているアンテナ３０１などの仕様を変更する必要がないため、送電機２０１の仕様変更に伴う設計コスト、製造コストなどを削減することができる。
また、電力波２０２ａの電力強度を高めることなく電力波２０１ａの伝送効率を向上させることができるため、送電機２０１の仕様を簡素化できるとともに、送電機２０１の周囲に存在する機器、人などへの影響を軽減することができる。
なお、以下のような態様も本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
（１）無線電力伝送システムは、電力波を送信する送電機と、前記電力波を受信する１又は複数の受電機と、を備え、前記送電機は、前記送電機の位置と、前記受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、前記受電機から送信される電力波の強度を測定し、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を前記受電機に送信する制御部を備える。
（２）前記送電機は、前記受電機から送信される電力波を受信する第１状態と、測定した電力波の強度が所定の値を超えた場合、前記受電機に電力波を送信する第２状態とを切り替える第１スイッチ部をさらに備える。
（３）前記受電機は、前記送電機に電力波を送信する第３状態と、前記送電機から送信される電力波を受信する第４状態とを切り替える第２スイッチ部をさらに備える。
（４）複数の前記受電機の１つである第１受電機と、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機とが、予め設定された順に従い一定時間ごとに電力波を送信する場合、前記制御部は、前記第１受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第１受電機に送信し、前記第１受電機から送信される電力波の強度の測定が完了した後、前記第２受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第２受電機に送信する。
（５）複数の前記受電機の１つである第１受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機は、前記送電機から送信される電力波を受信し、前記第２受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、前記第１受電機は、前記送電機から送信される電力波を受信する。
（６）無線電力伝送方法は、１又は複数の受電機から送信される電力波を受信する送電機が、前記送電機の位置と、前記受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、前記受電機から送信される電力波の強度を測定するステップと、前記電力波の強度を測定した前記送電機が、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を前記受電機に送信するステップと、を含む。
（７）無線電力伝送方法は、複数の前記受電機の１つである第１受電機と、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機とが、予め設定された順に従い一定時間ごとに電力波を送信する場合、前記第１受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第１受電機に送信するステップと、前記第１受電機から送信される電力波の強度の測定が完了した後、前記第２受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第２受電機に送信するステップと、をさらに含む。
（８）無線電力伝送方法は、複数の前記受電機の１つである第１受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機が前記送電機から送信される電力波を受信し、前記第２受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、前記第１受電機は、前記送電機から送信される電力波を受信するステップをさらに含む。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、本開示に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
以上、本開示の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術は、本開示において例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれ得る。
本開示の一実施例は、無線電力伝送システム、及び無線電力伝送方法に好適である。
１００ 無線電力伝送システム
２０１ 送電機
２０１ａ 電力波
２０１Ａ 送電機
２０１Ｂ 送電機
２０２ 受電機
２０２ａ 電力波
２０２Ａ 受電機
２０２Ｂ 受電機
３０１ アンテナ
３０２ 発振部
３０３ 制御部
３０４ 電源部
３０５ アンテナ
３０６ 受信部
３０７ 制御部
３０８ 制御部
３０８Ａ 制御部
３０９ 第１スイッチ部
３０９Ａ 第１スイッチ部
３１０ アンテナ
４０１ アンテナ
４０２ 整流部
４０３ 発振部
４０３ 制御部
４０４ 負荷
４０５ アンテナ
４０６ 発振部
４０７ 電源部
４０８ 制御部
４０９ 制御部
４０９Ａ 制御部
４１０ 第２スイッチ部
４１０Ａ 第２スイッチ部
４１１ アンテナ

Claims (8)

  1. 電力波を送信する送電機と、
    前記電力波を受信する１又は複数の受電機と、
    を備え、
    前記送電機は、前記送電機の位置と、前記受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、前記受電機から送信される電力波の強度を測定し、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を前記受電機に送信する制御部を備える、
    無線電力伝送システム。
  2. 前記送電機は、前記受電機から送信される電力波を受信する第１状態と、測定した電力波の強度が所定の値を超えた場合、前記受電機に電力波を送信する第２状態とを切り替える第１スイッチ部をさらに備える、請求項１に記載の無線電力伝送システム。
  3. 前記受電機は、前記送電機に電力波を送信する第３状態と、前記送電機から送信される電力波を受信する第４状態とを切り替える第２スイッチ部をさらに備える、請求項１又は２に記載の無線電力伝送システム。
  4. 複数の前記受電機の１つである第１受電機と、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機とが、予め設定された順に従い一定時間ごとに電力波を送信する場合、
    前記制御部は、
    前記第１受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第１受電機に送信し、
    前記第１受電機から送信される電力波の強度の測定が完了した後、前記第２受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第２受電機に送信する、請求項１から３の何れか一項に記載の無線電力伝送システム。
  5. 複数の前記受電機の１つである第１受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機は、前記送電機から送信される電力波を受信し、
    前記第２受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、前記第１受電機は、前記送電機から送信される電力波を受信する、請求項１から３の何れか一項に記載の無線電力伝送システム。
  6. １又は複数の受電機から送信される電力波を受信する送電機が、前記送電機の位置と、前記受電機から送信された電力波を受信するアンテナの向きとの少なくとも一方を調整しながら、前記受電機から送信される電力波の強度を測定するステップと、
    前記電力波の強度を測定した前記送電機が、測定した電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で電力波を前記受電機に送信するステップと、
    を含む無線電力伝送方法。
  7. 複数の前記受電機の１つである第１受電機と、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機とが、予め設定された順に従い一定時間ごとに電力波を送信する場合、
    前記第１受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第１受電機に送信するステップと、
    前記第１受電機から送信される電力波の強度の測定が完了した後、前記第２受電機から送信される電力波の強度を一定時間に測定して、測定した当該電力波の強度が所定の値を超えたときの前記送電機の位置と前記アンテナの向きとの少なくとも一方で、電力波を前記第２受電機に送信するステップと、
    をさらに含む、請求項６に記載の無線電力伝送方法。
  8. 複数の前記受電機の１つである第１受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、複数の前記受電機の他の１つである第２受電機が前記送電機から送信される電力波を受信し、前記第２受電機が前記送電機に電力波を送信する場合、前記第１受電機は、前記送電機から送信される電力波を受信するステップをさらに含む、請求項６に記載の無線電力伝送方法。
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