JP2023047756A - 送電装置、受電装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

送電装置、受電装置、制御方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

Figure 2023047756000001
【課題】無線電力伝送で用いるアンテナとは異なるアンテナを用いて無線電力伝送の制御の通信を行う場合に、適切に無線電力伝送の制御を行うことが可能な送電装置、受電装置、制御方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】送電装置及び受電装置を含んで構成される無線電力伝送システムにおいて、受電装置102は、受電アンテナ305を介して送電装置から無線で受電する受電部303と、受電アンテナとは異なるアンテナを介して、送電装置と、無線電力伝送を制御する複数の制御パケットを格納することが可能な通信信号を用いて通信を行う第二通信部307と、通信信号に格納される特定の種別とは異なる種別の制御パケットの数を1個以下に限定せず、通信信号に格納される特定の種別の制御パケットの数を、1個以下に限定する制御部301と、を有する。
【選択図】図3

Description

本開示は、無線電力伝送技術に関する。
近年、無線電力伝送システムの技術開発が広く行われている。特許文献1には、標準化団体Wireless Power Consortium(WPC)が策定する規格(以下、「WPC規格」と呼ぶ)に準拠した送電装置および受電装置が開示されている。無線で送電される送電電力は、受電装置の状態や、送電装置と受電装置の位置関係などによって変化する。WPC規格では、受電装置から送電装置に対してControl Error(以下、「CE」と呼ぶ)パケットを送信し、送電装置は、CEパケットに基づいて送電電力を調節する。受電装置はCEパケットの送信を予め決められたタイミングで行うことにより、送電装置は送電電力をほぼリアルタイムに制御することができる。
一方、特許文献2には、送電装置または受電装置が、無線電力伝送で用いるアンテナとは異なるアンテナで、無線電力伝送で用いる周波数とは異なる周波数を用いて通信を行う通信方式について開示されている。特許文献2では、その通信方式の一つとして、Bluetooth(登録商標) Low Energy(以下、「BLE」と呼ぶ)通信が挙げられている。BLE通信では、無線電力伝送で用いるアンテナで、無線電力伝送で用いる周波数と同じ周波数を用いる通信を用いた場合よりも、多くの情報を高速に伝送することができる。
特開2016-007116号公報 特開2019-187070号公報
特許文献1には、無線電力伝送で用いるBLE通信において、CEパケットのような即座に無線電力伝送の制御に用いられるべきパケットをどのように送受信するかについては具体的には提案されていない。
BLE通信は、所定の時間毎に間欠的に通信を行う通信方式であり、通信可能な時間に制約がある。そのため、BLE通信で用いられるパケットに、WPC規格に規定される複数のパケットを含めて通信することが考えられる。しかし、例えば、受電装置が、BLE通信で用いられる一つのパケットに、複数のCEパケットを含めて送信した場合、そのパケットを受信した送電装置が適切に送電電力の制御を行えない可能性が生じる。本課題はBLE通信に限られず、他の通信方式でも同様に生じると考えられる。
本開示の目的は、無線電力伝送で用いるアンテナとは異なるアンテナを用いて無線電力伝送の制御の通信を行う場合に、適切に無線電力伝送の制御を行う技術を提供する。
本開示の一態様による受電装置は、第1アンテナを介して送電装置から無線で受電する受電手段と、前記第1アンテナとは異なる第2アンテナを介して、前記送電装置と、無線電力伝送を制御する複数の制御パケットを格納することが可能な通信信号を用いて通信を行う通信手段と、を有し、前記通信信号に格納される特定の種別とは異なる種別の制御パケットの数を1個以下に限定せず、前記通信信号に格納される特定の種別の制御パケットの数を、1個以下に限定する限定手段と、を有することを特徴とする。
本開示によれば、無線電力伝送で用いるアンテナとは異なるアンテナを用いて無線電力伝送の制御の通信を行う場合に、適切に無線電力伝送の制御を行うことができる。
無線電力伝送システムの構成を示す図である。 送電装置の構成を示す図である。 受電装置の構成を示す図である。 第一の実施形態における送電装置が行う処理のフローチャートである。 第一の実施形態における受電装置が行う処理のフローチャートである。 BLEのConnection Interval1回の送信処理のフローチャートである。 BLEのConnection Interval1回の受信処理のフローチャートである。 BLEパケットとQiパケットの関係を説明する図である。 システムの動作を示す図である。 (A)はI&Cフェーズの通信シーケンスを示す図であり、(B)はNegotiationフェーズの通信シーケンスを示す図であり、(C)はPower Transferフェーズの通信シーケンスを示す図である。 送電電力のリアルタイム制御のタイミング制約を示す図である。 第二の実施形態における送電装置が行う処理のフローチャートである。 第二の実施形態における受電装置が行う処理のフローチャートである。
<第一の実施形態>
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は本開示の技術的思想を説明するための一例にすぎず、本開示を実施形態で説明される構成や方法に限定することは意図されていない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが本開示に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付す。
(システムの構成)
図1に、本実施形態に係る無線電力伝送システムの構成例を示す。本システムは、一例において、送電装置101及び受電装置102を含んで構成される。以下では、送電装置101をTXと呼び、受電装置102をRXと呼ぶ場合がある。RX102は、TX101から受電して内蔵バッテリに充電を行う電子機器である。TX101は、充電台103上に載置されたRX102に対して無線で送電する電子機器である。なお、RX102とTX101は無線充電以外のアプリケーションを実行する機能を有しうる。RX102の一例はスマートフォンであり、送電装101置の一例はそのスマートフォンを充電するためのアクセサリ機器である。RX102及びTX101は、タブレットや、ハードディスク装置やメモリ装置などの記憶装置であってもよいし、パーソナルコンピュータ(PC)などの情報処理装置であってもよい。また、RX102及びTX101は、例えば、撮像装置(カメラやビデオカメラ等)、自動車、ロボット、医療機器、プリンタであってもよい。また、RX102は、電気自動車であってもよい。また、TX101は、自動車内のコンソール等に設置される充電器であってもよいし、電気自動車を充電する充電装置でもよい。また、RX102は、バッテリを内蔵していなくてもよい。
なお、RX102及びTX101は、それぞれBLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)による通信機能を有するものとする。具体的には、RX102及びTX101は、Bluetooth 4.0以降の規格に基づいて通信を行う。TX101とRX102の詳細な構成については図2及び図3を用いて後述する。なお、以下では、Bluetooth 4.0以降で定義されている規格で、BLEについての規定された規格をBLE規格と呼ぶ。なお、BLEは、間欠通信方式である。ここで、間欠通信方式は、間欠的に通信部(BLE通信用の制御IC)を駆動(起動)して、駆動中にのみ通信し、それ以外の期間は通信部(BLE通信用の制御IC)の電源をオフまたは低消費電力状態にするという間欠動作を繰り返す通信方式をいう。これにより、消費電力の低減が達成される。また、RX102及びTX101は、Zigbee(登録商標)の規格に準拠した通信機能を有していてもよい。つまり、本開示において、BLEに代えて、Zigbeeに準拠する通信を用いてもよい。さらに、RX102及びTX101は、それ以外の通信方式に対応して通信してもよい。
本システムは、WPC(Wireless Power Consortium)が規定するWPC規格に基づいて、無線電力伝送のための電磁誘導方式を用いた無線電力伝送を行うものとする。すなわち、TX101とRX102は、TX101の送電コイルとRX102の受電コイルとの間で、WPC規格に基づく無線電力伝送のための無線電力伝送を行う。なお、無線電力伝送方式は、WPC規格で規定された方式に限られず、他の電磁誘導方式、磁界共鳴方式、電界共鳴方式、マイクロ波方式、レーザー等を利用した方式であってもよい。また、本実施形態では、無線電力伝送が非接触充電に用いられるものとするが、非接触充電以外の用途で無線電力伝送が行われてもよい。
WPC規格では、受電装置が負荷(例えば、充電用の回路、バッテリー等)に出力可能であることが保証される電力の大きさが、Guaranteed Power(以下、「GP」と呼ぶ)と呼ばれる値によって規定される。GPは、例えば受電装置と送電装置の位置関係が変動して受電アンテナ205と送電アンテナ105との間の送電効率が低下したとしても、受電装置の負荷(例えば、充電用の回路、バッテリー等)への出力が保証される電力値を示す。例えばGPが5ワットの場合、受電アンテナと送電アンテナの位置関係が変動して送電効率が低下したとしても、送電装置は、受電装置内の負荷へ5ワットを出力することができるように制御して送電を行う。また、GPは、送電装置と受電装置とが行う交渉により決定される。なお、GPに限らず、送電装置と受電装置とが互いに交渉を行うことにより決定される電力で送受電が行われる構成において、本実施形態は適用可能である。
本実施形態にかかるTX101とRX102は、WPC規格に基づく送電制御のための通信を行う。WPC規格では、電力伝送が実行されるPower Transferフェーズと実際の電力伝送が行われる前のフェーズとを含んだ、複数のフェーズが規定され、各フェーズにおいて必要な送電制御のための通信が行われる。電力伝送前のフェーズは、Selectionフェーズ、Pingフェーズ、Identification and Configurationフェーズ、Negotiationフェーズ、Calibrationフェーズを含む。なお、以下では、Identification and ConfigurationフェーズをI&Cフェーズと呼ぶ。
Selectionフェーズでは、送電装置が、Analog Pingを間欠的に送信し、物体が送電装置に載置されたこと(例えば充電台に受電装置や導体片等が載置されたこと)を検出する。送電装置は、Analog Pingを送信した時の送電アンテナ105の電圧値と電流値の少なくともいずれか一方を検出し、電圧値がある閾値を下回る場合又は電流値がある閾値を超える場合に物体が存在すると判断し、Pingフェーズに遷移する。
Pingフェーズでは、送電装置が、Analog Pingより電力が大きいDigital Pingを送信する。Digital Pingの電力の大きさは、送電装置の上に載置された受電装置の制御部が起動するのに十分な電力である。つまり、Digital Pingは、受電装置を起動するために送電装置から送信される電力である。受電装置は、受電電圧の大きさを送電装置へ通知する。この通知は、WPC規格に規定されるSignal Strength Packetを用いて行われる。このように、送電装置は、そのDigital Pingを受信した受電装置からの応答を受信することにより、Selectionフェーズにおいて検出された物体が受電装置であることを認識する。送電装置は、受電電圧値の通知を受けると、I&Cフェーズに遷移する。また、送電装置はDigital Pingを送信する前に、送電アンテナ105のQ値(Q-Factor)を測定する。この測定結果は、Q値計測法を用いた異物検出処理を実行する際に使用する。本開示における異物とは、例えば、クリップ、またはICカード等である。受電装置および受電装置が組み込まれた製品または送電装置および受電装置が組み込まれた製品に不可欠な部分の物体のうち、送電アンテナが送電する無線電力にさらされたときに意図せずに熱を発生する可能性のある物体は、異物には当たらない。
I&Cフェーズでは、送電装置は、受電装置を識別し、受電装置から機器構成情報(能力情報)を取得する。受電装置は、ID Packet及びConfiguration Packetを送信する。ID Packetには受電装置の識別子情報が含まれ、Configuration Packetには、受電装置の機器構成情報(能力情報)が含まれる。ID Packet及びConfiguration Packetを受信した送電装置は、アクノリッジ(ACK、肯定応答)で応答する。そして、I&Cフェーズが終了する。
Negotiationフェーズでは、受電装置が要求するGPの値や送電装置の送電能力等に基づいてGPの値が決定される。また送電装置は、受電装置からの要求に従って、Q値計測法を用いた異物検出処理を実行する。また、WPC規格では、一旦Power Transferフェーズに移行した後、受電装置の要求によって再度Negotiationフェーズと同様の処理を行う方法が規定されている。Power Transferフェーズから移行してこれらの処理を行うフェーズのことをRenegotiationフェーズと呼ぶ。
Calibrationフェーズでは、WPC規格に基づいてCalibrationを実施する。また、受電装置が所定の受電電力値(軽負荷状態における受電電力値/最大負荷状態における受電電力値)を送電装置へ通知し、送電装置が、効率よく送電するための調整を行う。送電装置へ通知された受電電力値は、Power Loss法による異物検出処理のために使用されうる。
Power Transferフェーズでは、送電の開始、継続、及びエラーや満充電による送電停止等のための制御が行われる。Power Transferフェーズでは、送電電力のリアルタイム制御を行いながら、充電状態の通知、満充電による送電停止等のための制御を行う。ここでは、リアルタイム制御とは、即時性の高い制御を指す。Power Transferフェーズにおいて、送電電力は、受電装置からの要求に応じて即座に制御される。これにより、受電装置は、例えばバッテリへの出力を適切に制御することが可能となる。なお、リアルタイム制御は、厳密に同じタイミングでの制御でなくてもよい。つまり、受電装置からの要求と同時に送電電力が制御されてもいいし、受電装置からの要求に対して、ある程度の短い期間内に送電電力が制御されてもよい。
本実施形態では、TX101とRX102は、一連の送電制御のための通信を、インバンド(In-band)通信、とアウトバンド(Out-of-band)通信のいずれかを切り替えて使うことにより行う。インバンド通信は、電力の送受電に用いるアンテナ(コイル)を介して、電力に信号を重畳する通信である。TX101とRX102の間で、WPC規格に基づくインバンド通信が可能な範囲は、送電可能範囲(active area)104とほぼ同じである。アウトバンド通信は、電力の送受電に用いるアンテナとは異なるアンテナを介して、電力の送受電に用いる周波数とは異なる周波数を用いる通信である。アウトバンド通信で用いる通信方式は、BLE通信である。TX101はBLEのCentral機器として動作し、RX102はBLEのPeripheral機器として動作する。なお、BLEのロールは逆でもよい。また、アウトバンド通信で用いる通信方式は、IEEE 802.11シリーズで規格化されるWi-Fi(登録商標)、ZigBee、NFC(Near Field Communication)、またはその他の通信方式であってもよい。
(装置構成)
続いて、本実施形態に係る送電装置(TX)101及び受電装置(RX)102の構成について説明する。なお、以下で説明する構成は一例に過ぎず、説明される構成の一部(場合によっては全部が)他の同様の機能を果たす他の構成と置き換えられ又は省略されてもよく、さらなる構成が説明される構成に追加されてもよい。さらに、以下の説明で示される1つのブロックが複数のブロックに分割されてもよいし、複数のブロックが1つのブロックに統合されてもよい。
図2は本実施形態に係るTX101の構成例を示す図である。TX101は、一例において、制御部201、電源部202、送電部203、検出部204、送電コイル205、第一通信部206、第二通信部207、表示部208、操作部209、メモリ210、及び、タイマ211を有する。
制御部201は、例えばメモリ210に記憶されている制御プログラムを実行することにより、TX101の全体を制御する。制御部201は、一例において、TX101における送電に必要な制御を行う。制御部201は、無線電力伝送以外のアプリケーションを実行するための制御を行ってもよい。制御部201は、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等の1つ以上のプロセッサを含んで構成される。なお、制御部201は、特定用途向け集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアで構成されてもよい。また、制御部201は、所定の処理を実行するようにコンパイルされたFPGA(Field Programmable Gate Array)等のアレイ回路を含んで構成されてもよい。制御部201は、各種処理を実行中に記憶しておくべき情報をメモリ210に記憶させる。また、制御部201は、タイマ211を用いて時間を計測しうる。
電源部202は、少なくとも制御部201及び送電部203が動作する際の電力を供給する電源である。電源部202は、例えば、商用電源から電力の供給を受ける有線受電回路やバッテリ等でありうる。バッテリには、商用電源から供給される電力が蓄電される。
送電部203は、電源部202から入力される直流又は交流電力を、無線電力伝送に用いる周波数帯の交流周波数電力に変換し、その交流周波数電力を送電コイル205へ入力することによって、RX102に受電させるための電磁波を発生させる。なお、送電部203によって生成される交流電力の周波数は数百kHz(例えば、110kHz~205kHz)程度であり、アウトバンド通信において使用されるBLEの通信周波数(2.4GHz)とは異なる。送電部203は、制御部201の指示に基づいて、RX102に送電を行うための電磁波を送電コイル205から出力させるように、交流周波数電力を送電コイル205へ入力する。また、送電部203は、送電コイル205に入力する電圧(送電電圧)または電流(送電電流)を調節することにより、出力させる電磁波の強度を制御する。送電電圧または送電電流を大きくすると電磁波の強度が強くなり、送電電圧または送電電流を小さくすると電磁波の強度が弱くなる。また、送電部203は、制御部201の指示に基づいて、送電コイル205からの送電が開始または停止されるように、交流周波数電力の出力制御を行う。
検出部204は、WPC規格に基づいて、送電可能範囲104に物体が存在する載置されているかを検出する。検出部204は、例えば、送電部203が、送電コイル205を介してWPC規格のAnalog Pingを送電した時の送電コイル205の電圧値または電流値を検出する。そして、検出部204は、電圧が所定電圧値を下回る場合又は電流値が所定電流値を超える場合に、範囲104に物体が存在すると判定しうる。なお、この物体がRX102であるかその他の異物であるかは、続いて第一通信部206によってインバンド通信で送信されるDigital Pingに対して所定の応答を受信した場合に、その物体がRX102であると判定される。
第一通信部206は、RX102との間で、インバンド通信によって、上述のようなWPC規格の各フェーズの通信を行う。第一通信部206は、送電コイル205から出力される電磁波を変調して、RX102へ情報を伝送する。また、第一通信部206は、送電コイル205から出力されてRX102において変調された電磁波を復調してRX102が送信した情報を取得する。すなわち、第一通信部206で行う通信は、送電コイル205からの送電に重畳されて行われる。
第二通信部207は、RX102との間で、アウトバンド通信によって、上述のようなWPC規格の各フェーズの通信を行う。第二通信部207は、例えばBLE通信を行うために必要な変復調回路や通信プロトコル処理機能を有する。
表示部208は、視覚的、聴覚的、触覚的等の任意の手法で、ユーザに対して情報を提示する。表示部208は、例えば、TX101の状態や、図1のようなTX101とRX102とを含む無線電力伝送システムの状態を示す情報を、ユーザに通知する。表示部208は、例えば、液晶ディスプレイやLEDディスプレイ、有機ELディスプレイ、スピーカ、振動発生回路、その他の通知デバイスを含んで構成される。
操作部209は、ユーザからのTX101に対する操作を受け付ける受付機能を有する。操作部209は、例えば、ボタンやキーボード、マイク等の音声入力デバイス、加速度センサやジャイロセンサ等の動き検出デバイス、又はその他の入力デバイスを含んで構成される。なお、タッチパネルのように、表示部208と操作部209とが一体化されたデバイスが用いられてもよい。メモリ210は、上述のように、各種情報を記憶する。なお、メモリ210は、制御部201と異なる機能部によって得られた情報を記憶してもよい。タイマ211は、例えば起動された時刻からの経過時間を測定するカウントアップタイマや、設定された時間からカウントダウンするカウントダウンタイマ等によって、計時を行う。
図3は、本実施形態に係るRX102の構成例を示す図である。RX102は、一例において、制御部301、バッテリ302、受電部303、検出部304、受電コイル305、第一通信部306、第二通信部307、表示部308、操作部309、メモリ310、タイマ311、及び、充電部312を有する。
制御部301は、例えばメモリ310に記憶されている制御プログラムを実行することにより、RX102の全体を制御する。制御部301は、一例において、RX102における受電に必要な制御を行う。制御部301は、無線電力伝送以外のアプリケーションを実行するための制御を行ってもよい。制御部301は、例えばCPUやMPU等の1つ以上のプロセッサを含んで構成される。なお、制御部301は、ASIC等の特定の処理に専用のハードウェアや、所定の処理を実行するようにコンパイルされたFPGA等のアレイ回路を含んで構成されてもよい。制御部301は、各種処理を実行中に記憶しておくべき情報をメモリ310に記憶させる。また、制御部301は、タイマ311を用いて時間を計測しうる。
受電部303は、受電コイル305において電磁誘導により生じた交流電力を取得する。具体的には、受電コイル305において、TX101の送電コイル205から放射された電磁波により誘導起電力が発生し、受電部303は、受電コイル305において発生した電力を取得する。そして、受電部303は、交流電力を直流または所定周波数の交流電力に変換して、バッテリ302を充電するための処理を行う充電部312に電力を出力する。すなわち、受電部303は、RX102における負荷に対して電力を供給する。上述のGPは、受電部303から出力されることが保証される電力である。なお、バッテリ302は、受電コイル305を介して受電された電力を蓄電する。
検出部304は、WPC規格に基づいて、RX102がTX101から受電可能な範囲104に載置されているか否かの検出を行う。検出部304は、例えば、受電部303が受電コイル305を介してWPC規格のDigital Pingを受電した時の受電コイル305の電圧値または電流値を検出する。検出部304は、例えば、電圧が所定の電圧閾値を下回る場合又は電流値が所定の電流閾値を超える場合に、RX102が範囲104に載置されていると判定しうる。
第一通信部306は、TX101との間で、インバンド通信によって、上述のようなWPC規格の各フェーズの通信を行う。第一通信部306は、受電コイル305から入力された電磁波を復調してTX101から送信された情報を取得し、その電磁波を負荷変調することによってTX101へ送信すべき情報を電磁波に重畳することにより、TX101との間で通信を行う。すなわち、第一通信部306で行う通信は、TX101の送電コイル205からの送電に重畳されて行われる。
第二通信部307は、TX101との間で、アウトバンド通信によって、上述のようなWPC規格の各フェーズの通信を行う。第二通信部307は、例えばBLE通信を行うために必要な変復調回路や通信プロトコル処理機能を有する。
表示部308は、視覚的、聴覚的、触覚的等の任意の手法で、ユーザに対して情報を提示する。表示部308は、例えば、RX102の状態や、図1のようなTX101およびRX102を含む無線電力伝送システムの状態を、ユーザに通知する。表示部308は、例えば、液晶ディスプレイやLEDディスプレイ、有機ELディスプレイ、スピーカ、振動発生回路、その他の通知デバイスを含んで構成される。
操作部309は、ユーザからのRX102に対する操作を受け付ける受付機能を有する。操作部309は、例えば、ボタンやキーボード、マイク等の音声入力デバイス、加速度センサやジャイロセンサ等の動き検出デバイス、又はその他の入力デバイスを含んで構成される。なお、タッチパネルのように、表示部308と操作部309とが一体化されたデバイスが用いられてもよい。メモリ310は、上述のように、各種情報を記憶する。なお、メモリ310は、制御部301と異なる機能部によって得られた情報を記憶してもよい。タイマ311は、例えば起動された時刻からの経過時間を測定するカウントアップタイマや、設定された時間からカウントダウンするカウントダウンタイマ等によって、計時を行う。
(処理の流れ)
続いて、TX101及びRX102が実行する送受電制御処理の流れの例について説明する。
図4は、TX101が実行する送電制御処理の流れの例を示すフローチャートである。本処理は、例えばTX101の制御部201がメモリ210から読み出したプログラムを実行することによって、実現されうる。なお、以下の手順の少なくとも一部がハードウェアによって実現されてもよい。この場合のハードウェアは、例えば、所定のコンパイラを用いて、各処理ステップを実現するためのプログラムからFPGA等のゲートアレイ回路を用いた専用回路を自動的に生成することによって実現されうる。また、本処理は、TX101の電源がオンとされたことに応じて、TX101のユーザが無線電力伝送アプリケーションの開始指示を入力したことに応じて、又は、TX101が商用電源に接続され電力供給を受けていることに応じて、実行されうる。また、他の契機によって本処理が開始されてもよい。
TX101は、まず、WPC規格のSelectionフェーズとPingフェーズとして規定されている処理を実行し、RX102が載置されるのを待ち受ける(S401)。TX101は、WPC規格のAnalog Pingを繰り返し間欠送信し、送電可能範囲104内に存在する物体を検出する。そして、TX101は、送電可能範囲内に物体が存在することを検出した場合、Digital Pingを送信する。そして、TX101は、そのDigital Pingに対する所定の応答があった場合に、検出された物体がRX102であり、RX102が充電台103に載置されたと判定する。
TX101は、RX102の載置を検出すると、インバンド通信で、WPC規格で規定されたI&Cフェーズの通信により、そのRX102から識別情報を取得する(S402)。図10(A)に、I&Cフェーズの通信の流れを示す。I&Cフェーズでは、RX102は、Identification Packet(ID Packet)をTX101へ送信する(F1001)。ID Packetには、RX102の個体ごとの識別情報であるManufacturer CodeとBasic Device IDの他に、対応しているWPC規格のバージョンを特定可能な情報要素が格納される。RX102は、さらに、RX102は、Configuration PacketをTX101へ送信する(F1002)。Configuration Packetには、RX102が負荷に供給できる最大電力を特定する値であるMaximum Power Valueや、WPC規格のNegotiation機能を有するか否かを示す情報が含められる。TX101は、これらのパケットを受信すると、ACKを送信し(F1003)、I&Cフェーズが終了する。なお、TX101は、WPC規格のI&Cフェーズの通信以外の方法でRX102の識別情報を取得してもよい。また、RX102の個体ごとの識別情報は、Wireless Power IDでもよい。さらに、RX102の個体ごとの識別情報は、RX102の第二通信部307に固有のBluetooth Address(以下、「BD_ADDR」と呼ぶ)等の、RX102の個体を識別可能な任意の他の識別情報であってもよい。なお、BD_ADDRは、BLEで使用する8バイトのアドレスである。BD_ADDRは、例えば、RX102の製造メーカや、BLEの通信機能(第2通信部204)の個体識別情報を示す、BLE規格で規定されたPublic Addressである。なお、BD_ADDRは、Random Addressであってもよい。
続いて、TX101は、RX102とBLEによるアウトバンド通信が可能かを判断する(S403)。具体的には、TX101は、BLEにより(第二通信部207を用いて)、RX102の識別情報を含むアドバタイジングパケットを待ち受ける。例えば、TX101は、BLEのスキャン動作を行い、RX102の識別情報が含まれていることを示す情報と、RX102の識別情報とを含むアドバタイジングパケットを待ち受ける。例えば、BLE規格のアドバタイジングパケットのAD Typeを所定値にすることで、このアドバタイシングパケットがRX102の識別情報を含んでいることを示す。そして、AD Typeがその所定値である場合、AD DataにRX102の識別情報が含まれることを事前に定義しておく。そして、この定義がTX101とRX102との間で共有されることにより、上述の情報を含むアドバタイジングパケットを待ち受けることができる。ここで、RX102の識別情報とは、RX102の各個体を識別するための情報である。このRX102の識別情報は、例えばWPC規格で定義されるManufacturer CodeとBasic Device IDである。また、RX102の識別情報は、Wireless Power IDや、RX102の第二通信部307に固有のBD_ADDRであってもよい。なお、BD_ADDRがRX102の識別情報として用いられる場合、識別情報は、AD Dataではなく、アドバタイジングパケットのヘッダ部に含まれる。TX101は、所定時間以内にRX102の識別情報を含むアドバタイジングパケットを受信することができた場合には、RX102とBLEによるアウトバンド通信が可能であると判断する。そうでない場合は、RX102とBLEによるアウトバンド通信は不可能であると判断する。なお、それ以外の方法で、RX102とBLEによるアウトバンド通信が可能であるかが判断されてもよい。例えば、Configuration PacketにRX102がアウトバンド通信に対応するかどうか、通信可能な状態であるかなどの情報を格納するようにすればよい。この場合、TX101は、Configuration Packet内の該当する情報要素を基に、RX102とBLEによるアウトバンド通信が可能であるかを判断すればよい。これにより、RX102とBLEによるアウトバンド通信ができない場合には、アドバタイジングパケットを待ち受ける時間を省略することができ、受電装置に対する送電の開始を早めることが可能になる。
TX101は、アウトバンド通信が可能と判断した場合(S403でYES)、アドバタイジングパケットの送信元であるRX102との間でBLE接続を確立する(S404)。TX101は、RX102からのアドバタイジングパケットのヘッダ部に含まれるBD_ADDRに対して、BLE規格における接続要求であるCONNECT_REQを送信することにより、RX102とのBLE接続を確立する。続いて、TX101は、RX102の要求に基づいてBLEの間欠通信の間隔であるConnection Intervalを設定する(S405)。これはRX102からBLE規格におけるLL_CONNECTION_PARAM_REQを受信し、LL_CONNECTION_UPDATE_INDを返すことにより行う。TX101は、以後のRX102との通信をBLEによるアウトバンド通信により行う。なお、TX101は、RX102とのアウトバンド通信が不可能と判断した場合(S403でNO)には、S404とS405の処理をスキップし、以後のRX102との通信はインバンド通信により行う。
続いてTX101は、RX102の要求と自装置の送電能力に基づいて、そのRX102との交渉によってGPを決定する(S406)。S406では、図10(B)に示すような、WPC規格のNegotiationフェーズの通信が行われる。まず、RX102は、TX101に対してSpecific Requestを送信することで、要求するGPの値を通知する(F1011)。TX101は、自装置の送電能力やその他の条件に基づいて、要求を受け入れる否かを判定し、受け入れる場合はACKを、受け入れない場合はNACKを、RX102へ送信する(F1012)。決定されるGPの値は、TX101がRX102の要求を受け入れた場合はRX102が要求した値となり、そうでない場合は、WPC規格で定められた所定の値(例えば5ワット)となる。
続いてTX101は、WPC規格のCalibrationフェーズの処理を行う(S407)。Calibrationフェーズの処理はTX101とRX102の間に異物を精度よく検出するための事前測定であるが、従来技術と同様であるためここでの詳細な説明については省略する。
その後、TX101は、RX102が満充電となるまで送電する(S408)。S408では、図10(C)に示すような、WPC規格のPower Transferフェーズの通信が行われる。RX102は、TX101に対してt_intervalの時間間隔で繰り返しControl Error パケット(以下、「CEパケット」と呼ぶ。)(F1021)を送信する。t_intervalはWPC規格で定義される値であり、例えば250ミリ秒である。CEパケットには、送電電力をどのくらい上げ下げするかの要求が含まれる。TX101は、受信したCEパケットに基づいて送電アンテナ205の電流を制御することで送電電力を調整する。つまり、CEパケットは、送電電力を調整するためのパラメータである。この処理を繰り返すことで、RX102の要求に応じた適切な電力での送電がほぼリアルタイムに行われる。
RX102は、満充電となるとEnd Power Trasnferパケット(以下、「EPTパケット」と呼ぶ。)(F1022)を送信してPower Transferフェーズを終了させる。RX102は、満充電以外の理由でEPTパケットを送信してもよい。また、TX101はPower Transferフェーズが終了すると、RX102に対する充電のための送電を停止する。
またTX101は、最後にCEパケットを受信してからt_timeoutが経過しても次のCEパケットが受信できなかった場合には、RX102が充電台103から取り去られたと判断してPower Transferフェーズを終了する。t_timeoutはWPC規格で定義される値であり、例えば1500ミリ秒である。
なお、RX102はPower Transferフェーズ中にCEパケット以外のパケット(F1023)を送信してもよい。CEパケット以外のパケットの一例は、RX102のバッテリ302の状態をTX101に通知するCharge Statusパケットである。Charge Statusパケットには、バッテリ302が何パーセント充電されたかを表すCharge Status Valueが格納される。TX101は、Charge Statusパケットを受信すると、例えば表示部208にCharge Status Valueに基づいて文字や図で表示を行うことでユーザに充電状態を通知してもよい。Charge Statusパケットに関しては、TX101はいつ受信してもよいし、いつユーザへの通知を行ってもよい。
ここで、TX101とRX102の間で行う送電電力のリアルタイム制御の処理を、図11を用いて説明する。TX101は、CEパケット1101の受信後、t_delayが経過した後に、t_controlの時間をかけて、CEパケット1101に含まれるControl Error Valueに基づいて送電電力を調節する。t_delayとt_controlは、それぞれWPC規格で定義される範囲内で決定される値であり、例えば5ミリ秒と25ミリ秒である。ここでRX102は、CEパケット1101の送信後、TX101がCEパケットに基づいて送電電力の調整を完了するまでは次のCEパケット1102を送信してはならない。すなわち、RX102は、CEパケット1101の送信後、少なくともt_delayとt_controlの合計時間が経過した後でのみ次のCEパケット1102を送信することができる。TX101とRX102は、Power Transferフェーズにおいて、以上で述べたt_interval、t_timeout、t_delay、t_controlで表されるタイミング制約のもとで、送電電力のリアルタイム制御を行う。これらのタイミング制約の情報は、TX101とRX102それぞれのメモリ210、メモリ310に予め保持しておいてもよいし、RX102が保持してTX101にI&Cフェーズで通知するようにしてもよい。TX101が保持してRX102に通知するようにしてもよいし、I&Cフェーズ以外で通知してもよい。
上記のようにCEパケットはリアルタイム制御用のパケット(以下、「リアルタイム制御パケット」と呼ぶ)である。これに対して、Charge Statusパケットによるユーザへの通知は、送信、受信、および処理のタイミングに関する制約がない。すなわち、Charge Statusパケットは、リアルタイム制御パケットではない。リアルタイム制御用でないパケットは、他にも存在してよい。
図4に戻り、TX101は、Power Transferフェーズ終了後、S403でRX102とBLE接続していた場合にはこれを切断して処理を終了する(S409でYES、S410)。なお、TX101はS410の後さらにRX102との通信を継続してもよいが、その場合にはインバンド通信で行う。
続いて、RX102が実行する受電制御処理の流れの例について、図5を用いて説明する。本処理は、例えばRX102の制御部301がメモリ310から読み出したプログラムを実行することによって、実現されうる。なお、以下の手順の少なくとも一部がハードウェアによって実現されてもよい。この場合のハードウェアは、例えば、所定のコンパイラを用いて、各処理ステップを実現するためのプログラムからFPGA等のゲートアレイ回路を用いた専用回路を自動的に生成することによって実現されうる。
RX102は、受電制御処理の開始後、WPC規格のSelectionフェーズとPingフェーズとして規定される処理を実行し、自装置がTX101に載置されるのを待つ(S501)。RX102は、例えば、TX101からのDigital Pingを検出することによって、TX101に載置されたことを検出する。
RX102は、自装置がTX101に載置されたことを検出すると、図10(A)を用いて説明したID PacketとConfiguration Packetにより、自装置の識別情報を含む情報をインバンド通信でTX101へ送信する(S502)。なお、RX102の識別情報は、WPC規格のI&Cフェーズの通信以外の方法で送信されてもよく、また、RX102の各個体を識別可能な情報であれば、BD_ADDR等の他の識別情報が用いられてもよい。また、RX102は、S502において、識別情報以外の情報をTX101へ送信してもよい。
続いて、RX102は、TX101とBLEによるアウトバンド通信が可能かを判断する(S503)。具体的には、RX102は、BLEにより(第二通信部307を用いて)、自装置の識別情報を含むアドバタイジングパケットを繰り返し送信し、TX101からBLEのCONNECT_REQを待ち受ける。RX102は、例えば、BLEのアドバタイジングパケットのAD Typeを所定値にすることで、このアドバタイシングパケットがRX102の識別情報を含んでいることを示すことができる。RX102の識別情報は、例えばWPC規格で定義されるManufacturer CodeとBasic Device IDである。また、RX102の識別情報は、Wireless Power IDや、RX102の第二通信部307に固有のBD_ADDRであってもよい。RX102は、所定時間以内にTX101からCONNECT_REQを受信することができた場合には、TX101とBLEによるアウトバンド通信が可能であると判断する。そうでない場合は、TX101とBLEによるアウトバンド通信は不可能であると判断する。なお、上記以外の方法で、TX101とBLEによるアウトバンド通信が可能であるかが判断されてもよい。例えば、RX102は、TX101から、TX101がBLEに対応しているかを示す情報や信号を受信してもよいし、TX101がBLEで通信可能であるかを示す情報や信号を受信してもよい。この場合を、RX102は、受信した情報や信号を基に、TX101とBLEによるアウトバンド通信は不可能であるかを判断すればよい。これにより、TX101とBLEによるアウトバンド通信ができない場合には、CONNECT_REQの受信を待ち受ける時間を短縮することができ、送電の開始を早めることができる。
RX102は、アウトバンド通信が可能と判断した場合(S503でYES)、CONNECT_REQの送信元であるTX101との間でBLE接続を確立する(S504)。RX102は、CONNECT_REQを受信することでBLE接続を確立する。続いて、RX102は、BLEの間欠通信の間隔であるConnection Intervalを、リアルタイム制御パケット(BLEのパケットと明示的に区別するため、以下では「Qiパケット」と呼ぶ。)の送信予定間隔と同じ時間に設定するようTX101に要求する(S505)。リアルタイム制御用のQiパケットの一例は、CEパケットであり、その送信予定間隔はt_intervalである。RX102は、Connection Intervalの設定要求を、例えばBLE規格におけるLL_CONNECTION_PARAM_REQを送信することにより行う。なお、RX102は、Connection Intervalを、t_intervalと同じとする代わりに、その整数分の1とするようにTX101に要求してもよい。例えばt_interval=250ミリ秒の場合、Connection Intervalをその2分の1である125ミリ秒としてもよい。
RX102は、以後のTX101との通信をBLEによるアウトバンド通信により行う。なお、RX102はアウトバンド通信が不可能と判断した場合(S503でNO)には、S504とS505の処理をスキップし、以後のRX102との通信はインバンド通信により行う。
RX102は、続いて、要求するGPの値をTX101へ送信し、TX101からの応答を待ってGPを決定する(S506)。S506では、図10(B)で説明したような、WPC規格のNegotiationフェーズの通信が行われる。
続いてRX102は、WPC規格のCalibrationフェーズの処理を行う(S507)。Calibrationフェーズの処理はTX101とRX102の間に異物を精度よく検出するための事前測定であるが、従来技術と同様であるためここでの詳細な説明については省略する。
その後、RX102は、バッテリ302が満充電となるまで受電する(S508)。S508では、図10(C)で説明したようにt_intervalの間隔でCEパケットを繰り返し送信し、最後にEPTパケットを送信して終了する。
図5に戻り、RX102は、Power Transferフェーズ終了後、S503でRX102とBLE接続していた場合にはこれを切断して処理を終了する(S509でYES、S510)。なお、RX102はS510の後さらにTX101との通信を継続してもよいが、その場合にはインバンド通信で行う。
以上に説明したように、TX101とRX102は、BLEによるアウトバンド通信が可能な場合(S403、S503でYES)は、以下のフェーズにおける通信を、BLEで行う。すなわち、Negotiationフェーズ、Calibrationフェーズ、Power Transferフェーズである。なお、BLEによるアウトバンド通信が可能な場合でも、上記全ての通信をBLEで行わなくてもよい。例えば、Power Transferフェーズの通信のみをBLEで行うようにしてもよい。
ここで、WPC規格で定義されるQiパケットをBLE通信で用いる通信信号(以下、「BLEパケット」と呼ぶ)で送信する方法について説明する。本実施形態では、BLE接続後、TX101はBLE規格のGATT(Generic Attribute Profile) Clientとして動作する。そして、RX102はBLE規格のGATT Serverとして動作するように、第二通信部207、307をそれぞれ構成するようにする。このとき、TX101はBLE規格のWrite Characteristic Value処理、RX102はHandle Value Notification処理(以下、「Notify処理」と呼ぶ。)を行う。これにより、それぞれ最大20バイトの任意のバイト列をBLE規格のAttribute Valueとして送信することができる。なお最大20バイトの上限については、BLE規格のExchange MTU処理を行うことでさらに拡張することもできる。なお、TX101をGATT Server、RX102をGATT Clientとしてもよく、また、GATT以外のBLEのプロファイルを用いて任意のバイト列を送信するように構成してもよい。つまり、複数のQiパケットは、BLE通信パケットのAttribute Valueに格納される。
WPC規格のQiパケットのサイズはBLEパケットのAttribute Valueの上限に対して小さいため、本実施形態では、1個のBLEパケットに、1個以上のQiパケットをまとめて格納して送信する。図8に、1個のBLEパケットに、3個のQiパケットを格納する例を示す。3個以外の個数の場合も同様である。まずQiパケットの構造を説明する。Qiパケット800は、Header801、Message802で構成される。Header801は、CEパケットやEPTパケットなどのQiパケットの種別を表す1バイトの値である。例えばCEパケットの場合、Header801の値は16進数で03である。Message802は、Qiパケットの種別毎に定義されるバイト列であり、そのバイト数はQiパケットの種別毎に異なる。例えばパケットの種別がCEパケットである場合には、Message802は、1バイトの長さのControl Error Valueである。なお、WPC規格のQiパケットには、この他にPreambleとChecksumも含まれるが、BLEで送信する場合は不要であるため、説明を省略する。図8の符号820は、BLEパケット810のAttribute Value811に格納するバイト列を表す。バイト列820の先頭の領域821には、このAttribute Valueに含まれるQiパケットの個数を格納する。この例では3である。続く領域822は1個目のQiパケットのバイト数、領域823は1個目のQiパケットの中身、すなわちHeader801とMessage802をそれぞれ格納する。同様に、領域824~825は2個目のQiパケットの情報を格納し、領域826~827は3個目のQiパケットの情報を格納する。このようにして、1個のBLEパケットに複数のQiパケットを格納する。なお、以上で説明した格納形式は一例であり、他の格納形式としてもよい。
続いて、BLEパケットの送信処理を、図6を用いて説明する。図6は、BLEの間欠通信の周期である、Connection Interval、1回分の送信処理を表す。以下の説明ではRX102が送信し、TX101が受信する場合について行うが、逆の場合でも同様である。RX102の制御部301は、まずリアルタイム制御用のQiパケットを最大1個生成し、BLEパケットに格納する(S601)。このリアルタイム制御用のQiパケットのBLEパケットに格納される数が、最大1個に限定されている。一方、リアルタイム制御用以外のQiパケットのBLEパケットに格納される数は、1個以下に限定されていない。つまり、リアルタイム制御用とは異なる種別のQiパケットは、同じ種別であってもBLEパケットに2個以上格納されてもよい。リアルタイム制御用のQiパケットの例は、CEパケットである。RX102は、メモリ310に、リアルタイム制御用のQiパケットの種別を表すHeaderの値を予め記憶しておき、Qiパケット生成時にこれを参照することで、リアルタイム制御用のQiパケットを判別するものとする。なお、S601において、リアルタイム制御用のQiパケットを生成しなかった場合はBLEパケットに何も格納せずにS602に進む。すなわち、S601において生成すべきQiパケットがない場合は待たずにS602に進む。
続いて、リアルタイム制御用でないQiパケットを最大1個生成し、BLEパケットに格納する(S602)。この処理を、BLEパケットが一杯となるか、生成すべきリアルタイム制御用でないQiパケットがなくなるまで繰り返す(S603)。ここで、S602においてBLEパケットが一杯になってQiパケットが追加できない場合、すなわち、図8のバイト列820が、Attribute Valueのサイズの上限に達した場合の処理を説明する。この場合には、S602で上限をはみ出したQiパケットは、メモリ310に一時保存しておいて、次のConnection IntervalのS602でBLEパケットに追加するものとする。なお、S602、S603では、生成すべきリアルタイム制御用でないQiパケットがなければBLEパケットには何も追加しない。すなわち、S602、S603において生成すべきリアルタイム制御用でないQiパケットがない場合は待たずにS604に進む。なお、リアルタイム制御用のQiパケットのBLEパケットに格納される数が、最大1個に限定されている。一方、リアルタイム制御用以外のQiパケットのBLEパケットに格納される数は、1個以下に限定されていない。そのため、S603でNOの場合は、S602に戻る。この時点でRX102が作成したBLEパケットは、以下のいずれかで構成される。
・1つのリアルタイム制御用のQiパケットを含むBLEパケット
・1つのリアルタイム制御用のQiパケットと1つのリアルタイム制御用以外のQiパケットを含むBLEパケット
・1つのリアルタイム制御用のQiパケットと複数のリアルタイム制御用以外のQiパケットを含むBLEパケット
・1つのリアルタイム制御用以外のQiパケットを含むBLEパケット
・複数のリアルタイム制御用以外のQiパケットを含むBLEパケット
・リアルタイム制御用のQiパケットとリアルタイム制御用以外のQiパケットをいずれも含まないBLEパケット
RX102は、BLEパケットが一杯となるか、生成すべきリアルタイム制御用でないQiパケットがなくなったら(S603でYES)、その時点でのAttribute Valueの内容でBLEパケットを送信する(S604)。具体的には、例えばRX102の制御部301が、第二通信部307に対してAttribute Valueの内容を含むNotify処理を指示する。そして、第二通信部307が次のConnection Intervalで上記Attribute Valueを含むBLEパケットを送信することにより行う。なお、S601~S603のいずれにおいても、生成すべきQiパケットがない場合に待つことはないため、S604の時点でBLEパケットにQiパケットが一つも格納されていない場合がある。この場合はBLEパケットを送信しなくてもよいし、Attribute Valueの先頭の領域821の個数情報を0個としてBLEパケットを送信してもよい。
以上でConnection Interval、1回分のRX102による送信処理を終了する。RX102は、上記の処理をBLEが接続されている期間、Connection Interval毎に繰り返す。
続いて、BLEパケットの受信処理を、図7を用いて説明する。図7は、BLEの間欠通信の周期である、Connection Interval1回分の受信処理を表す。以下の説明ではTX101が受信し、RX102が送信する場合について行うが、逆の場合でも同様である。
TX101は、まずBLEパケットを受信する(S701)。これは、例えばTX101の第二通信部207から、BLEパケットを受信したことを制御部201に通知し、制御部201がそのBLEパケットのAttribute Valueの内容を第二通信部207から読み出すことにより行う。
続いてTX101は、受信したBLEパケットに何個のQiパケットが含まれるかを取得する(S702)。例えば、Attribute Valueのバイト列820の領域821を読むことで取得できる。続いて、BLEパケットから未読のQiパケットを1個読み出す(S703)。例えば、Attribute Valueの領域822を読んでQiパケットのバイト数を取得し、そのバイト数だけ続くバイト列を読むことで領域823のQiパケットの内容を読み出すことができる。また、メモリ210に、Attribute Valueの先頭から何バイト目までを読んだかを表す読出しポインタを記憶する。これにより、領域822~823、領域824~825、領域826~827に格納されるQiパケットのうち、未読のQiパケットを1個読み出すことができる。
続いてTX101は、読み出した1個のQiパケットを処理する(S704)。例えばHeaderが03であるQiパケットを読み出した場合、そのQiパケットはCEパケットであると認識する。そして、そのMessageに含まれるControl Error Valueに応じて送電電力を変える処理を行う。読み出したQiパケットがEPTパケットである場合には、送電を停止する。その他のQiパケットについてもWPC規格等で予め定義された処理を行う。
続いてTX101は、BLEパケットに含まれる全てのQiパケットの読出しを完了したかを判断する(S705)。これは、上記読出しポインタがAttribute Valueの末尾まで進んだか否かにより判断可能である。全てのQiパケットの読出しを完了していなければ(S705でNO)、S703に戻って未読のQiパケットの読出しと処理を行い、全てのQiパケットの読出しを完了していれば(S705でYES)、処理を終了する。また、TX101はBLEパケットに含まれるQiパケットを先頭から順に読み出し、処理を繰り返すものとする。具体的には図8のBLEパケット810を受信した際に、まず先頭のQiパケット1(823)を読み出した後に処理し、続いてQiパケット2(825)を読み出した後に処理する。最後にQiパケット3(827)を読み出した後に処理する。なお、TX101は、BLEパケット810の中に、リアルタイム制御用のQiパケットとそれ以外のQiパケットが両方含まれる場合に、リアルタイム制御用のQiパケットを先に処理するようにしてもよい。具体的には、S703において読み出した1個のQiパケットがリアルタイム制御用でないQiパケットであった場合は、S704において処理することに代えて以下の処理を行ってもよい。すなわち、リアルタイム制御用でないQiパケットの内容をメモリ210に保持しておき、全てのQiパケットの読出しを完了した後(S705でYESの後)で、その内容を処理するようにしてもよい。これにより、S701でBLEパケットを受信してからS704でリアルタイム制御用パケットを処理するまでの時間を短くすることができるため、送電電力をほぼリアルタイムに制御することができる。
以上でConnection Interval、1回分のTX101による受信処理を終了する。TX101は、上記の処理をBLEが接続されている期間、Connection Interval毎に繰り返す。
(システムの動作)
図4~図7、9を用いて、TX101とRX102で構成されるシステムの動作を説明する。ここでは、RX102がTX101の充電台103に載置されたものとして、その後の動作を説明する。また、本実施形態において、TX101とRX102が守るべき送電電力のリアルタイム制御のタイミング制約は、以下のとおりとする。すなわち、WPC規格に基づいて、t_interval=250ミリ秒、t_delay=5ミリ秒、t_control=25ミリ秒、t_timeout=1500ミリ秒である。
まず、TX101とRX102は、I&Cフェーズまでを実行する(F901、S401~S402、S501~S502)。ここでRX102は、識別情報を含むADV_INDを送信し(F902)、TX101はこのADV_INDにI&Cフェーズで取得したRX102の識別情報が含まれることを確認する(F903)。続いてTX101は、CONNECT_INDを送信してTX101とRX102の間でBLE接続を確立する(F904、S404、S504)。続いてRX102は、この後行うリアルタイム制御でCEパケットを送信する予定の間隔であるt_interval=250ミリ秒を、BLEのConnection Intervalとするように要求する(F906、S505)。そして、TX101はこれを設定する(F907、S405)。その後TX101とRX102の間でWPC規格のNegotiationフェーズとCalibrationフェーズの処理を行い(F908、S406~S407、S506~S507)、Power Transferフェーズに遷移する。
RX102は、最初の250ミリ秒のConnection Intervalにおいて、リアルタイム制御用のQiパケットであるCEパケットを1個生成しBLEパケットに格納する(F909、S601)。RX102は、生成すべきリアルタイム制御用でないQiパケットがないため(S602、S603でNO)、CEパケット1個のみを含むBLEパケットを送信する(F910、S604)。BLEパケットの送信は先に説明したようにNotify処理によって行われる。RX102は、次のConnection Intervalにおいても同様に、CEパケット1個のみを含むBLEパケットを生成し(F911、S601、S602、S603でNO)、送信する(F912、S604)。RX102は、その次のConnection Intervalでは、まずCEパケットを1個生成してBLEパケットに格納する(F913、S601)。
続いて、リアルタイム制御用でないQiパケットであるCharge Statusパケットを1個生成し、前記BLEパケットに追加する(F914、S602)。これ以上生成すべきリアルタイム制御用でないQiパケットがないため(S603でNO)、CEパケット1個と、Charge Statusパケット1個を含むBLEパケットを送信する(F915、S604)。
続くConnection Intervalでは、RX102は、CEパケット1個のみを含むBLEパケットを生成し(F916、S601、S602、S603でNO)。送信する(F917、S604)。その後のConnection Intervalでは、RX102は、F916とF917のConnection Intervalと同様の処理を繰り返す。
その後、あるConnection Intervalにおいて、バッテリ302が満充電に到達したことを検出する(F918)。この場合、RX102は、そのConnection Intervalにおいては、CEパケットを1個生成してBLEパケットに格納する(F919、S601)。そしてリアルタイム制御用でないEPTパケットを1個生成してBLEパケットに追加する(F920、S602)。これ以上生成すべきリアルタイム制御用でないQiパケットがないため(S603でNO)、CEパケット1個と、EPTパケット1個を含むBLEパケットを送信する(F921、S604)。図10(C)で説明したように、RX102がEPTパケットを送信するとPower Transferフェーズは終了となる。TX101とRX102はBLEによるアウトバンド通信を行っているため、これを切断して終了する(F922、S409でYES、S410、S509でYES、S510)。
なお、バッテリ302が満充電に到達した場合(F918)、RX102は、CEパケットの生成を行わず、BLEパケットにCEパケットを格納しないようにしてもよい。このBLEパケットに格納されるQiパケットは、EPTパケットのみである。また、バッテリ302が満充電に到達した場合(F918)、RX102は、BLEパケットの送信を行わなくてもよい。これらの構成であっても、次のCEパケットがTX101により受信されないため、タイムアウトが発生し、送電が停止される。
ここで、Power TransferフェーズにおけるTX101の処理を説明する。まず、F910やF912のようにCEパケット1個のみを含むBLEパケットを受信した場合のTX101の処理について説明する。TX101は、そのConnection Intervalで受信したBLEパケットには、1個のQiパケットが含まれることを認識する(S701、S702)。そして、TX101は、その1個のQiパケットすなわちCEパケットをBLEパケットから読出し(S703)、処理する(S704)。この処理はCEパケットに含まれるControl Error Valueに基づいて送電電力を制御する処理である。その後、全てのQiパケットの読出しを完了しているため、そのConnection Intervalの処理を終了する(S705でYES)。
続いて、F915のように、CEパケット1個と、その他のQiパケットであるCharge Statusパケットを含むBLEパケットを受信した場合のTX101の処理を説明する。TX101は、そのConnection Intervalで受信したBLEパケットには、2個のQiパケットが含まれることを認識する(S701、S702)。そして、TX101は、先頭の1個のQiパケットすなわちCEパケットをBLEパケットから読出し(S703)、処理する(S704)。この処理はCEパケットに含まれるControl Error Valueに基づいて送電電力を制御する処理である。その後、全てのQiパケットの読出しを完了していないためS703に戻る(S705でNO)。続いてCharge Statusパケットを読み出し(S703)、処理する(S704)。この処理は、Charge Statusパケットに含まれるCharge Status Valueに基づく表示を表示部208で行う処理である。その後、全てのQiパケットの読出しを完了しているため、そのConnection Intervalの処理を終了する(S705でYES)。
以上により、TX101は、Power TransferフェーズであるF930の全期間にわたって、BLEのConnection Intervalと同じ250ミリ秒毎に1個の時間間隔でCEパケットを定期的に受信して処理することができる。ここで、RX102はF906において、Connection Intervalを、CEパケットの送信予定間隔であるt_intervalと同じ間隔に設定した。すなわち、TX101とRX102の間で、BLEによるアウトバンド通信を用いて、RX102が予め決めたt_interval=250ミリ秒で図11に説明した送電電力のリアルタイム制御を繰り返すことができる。またCEパケットを含むBLEパケットは250ミリ秒毎に届くことから、CEパケットの間隔がt_timeout=1500ミリ秒以上開いてタイムアウトしてしまうことはない。さらに、RX102が周期250ミリ秒で送信するBLEパケットには、図6のS601から、最大で1個のCEパケットしか含まれない。このため、RX102はCEパケット送信後に図11のt_delay+t_control=30ミリ秒以内に次のCEパケットを送信することもない。したがって、本開示の手順により、TX101とRX102の間で予め決められたタイミングを守って送電電力のリアルタイム制御を行うことができる。またTX101は、F930の期間に、CEパケットによるリアルタイム制御を行いつつ、Charge Statusパケットのようにリアルタイム制御用でないQiパケットも受信して処理することができる。
なお、上記実施形態ではCEパケットによる送電電力のリアルタイム制御を例に説明したが、本開示は、CEパケット以外によるリアルタイム制御にも適用可能である。例えば、以下に説明するReceived Power パケット(以下、「RPパケット」と呼ぶ)によるリアルタイム制御に適用してもよい。つまり、RPパケットはリアルタイム制御パケットとする。RX102は、Power Transferフェーズにおいて、RPパケットを繰り返し送信する。RPパケットは、RX102におけるその時点での受電電力の情報が含まれる。送信する間隔はWPC規格で定められており、例えば1500ミリ秒である。TX101は、RPパケットを定期的に受信することで、受電電力の大きさと送電電力の大きさの差が所定値以上の場合に、TX101とRX102の間に異物が入った場合に、リアルタイムでそれを検出することができる。RPパケットによるリアルタイム制御のみを行う場合、Connection Intervalを1500ミリ秒とすればよい。制御部301によって、RPパケットも、BLEパケットに格納される最大の数が1個に限定されている。
CEパケットによるリアルタイム制御とRPパケットによるリアルタイム制御を両方行う場合、以下のようにしてもよい。すなわち、Connection Intervalを250ミリ秒として、CEパケットは毎回のConnection Intervalで送信する。そして、RPパケットは1500/250=6であることから、6回に1回のConnection Intervalで送信してもよい。このときRX102は、図6のS601において、CEパケットとRPパケットのそれぞれについて最大1個生成するようにする。これにより、CEパケットとRPパケットによるリアルタイム制御を同時に行うことができる。
また、本実施形態では、リアルタイム制御に用いるCEパケットおよびRPパケットは、1つのBLEパケットにそれぞれ1つのみ含むという構成について説明した。しかしこれは、1つのBLEパケットにCEパケットとRPパケットのうちいずれか1つを含む構成としても同様の効果がある。なぜなら、すでに説明したように1つのBLEパケットにリアルタイム制御に用いるデータが複数存在する場合、いずれかのリアルタイム制御が損なわれる可能性があるからである。
また、RX102はリアルタイム制御用のQiパケットとリアルタイム制御用でないQiパケットを1つのBLEパケットで送信する場合、リアルタイム制御用のQiパケットをBLEパケットの先頭に格納してもよい。具体的には、図8のBLEパケットの先頭であるQiパケット1(823)にリアルタイム制御用のQiパケットを格納し、リアルタイム制御用でないQiパケットをQiパケット2(825)以降に格納してもよい。そうすることで、TX101がBLEパケットに含まれるQiパケットを先頭から順に処理する場合であっても、リアルタイム制御用のQiパケットの処理に時間がかかり、リアルタイム制御が行えないというリスクを回避することができる。
また、RX102は1つのBLEパケットでリアルタイム制御用のQiパケットを送る場合は、他のいかなるQiパケットもBLEパケットに追加しないようにしてもよい。具体的には、RX102は、図8のQiパケット1(823)にリアルタイム制御用のQiパケットを格納する場合は、Attribute Value(811)に他のいかなるQiパケットも格納していないBLEパケットを送信するようにする。この構成でも同様の効果を得ることができる。
また、TX101は1つのBLEパケットにリアルタイム制御用のQiパケットが複数存在した場合は、そのリアルタイム制御用のQiパケットに対する処理を行わない、もしくは送電を停止してもよい。なぜなら、そのような場合はリアルタイム制御ができずシステムに不具合を起こすリスクがあるからである。これによりTX101やRX102の故障などのリスクを回避することができる。
<第二の実施形態>
本実施形態では、アウトバンド通信を行う場合に、送電電力のリアルタイム制御に係るタイミングを、インバンド通信で行う場合とは異なる値に変更する。ここで、タイミングとは、例えば第一の実施形態で述べた、t_intervalやt_timeoutである。図12は、第二の実施形態における、TX101の処理の流れを説明する図である。図4で説明した第一の実施形態との差異は、以下の点である。すなわち、RX102とのBLE通信が可能な場合に、リアルタイム制御のタイミングを変更する処理(S1201)と、BLE通信を終了した後で、リアルタイム制御のタイミングを変更する前の状態に戻す処理(S1202)を加えた点である。本実施形態においてTX101は、メモリ210に、インバンド通信でリアルタイム制御を行う場合のタイミング情報と、アウトバンド通信でリアルタイム制御を行う場合のタイミング情報を保持しておく。アウトバンド通信を行う場合は、後者のタイミング情報を用いてリアルタイム制御を行う。
RX102についても同様である。図13は、第二の実施形態における、RX102の処理の流れを説明する図である。図5で説明した第一の実施形態との差異は、以下の点である。すなわち、TX101とのBLE通信が可能な場合に、リアルタイム制御のタイミングを変更する処理(S1301)と、BLE通信を終了した後で、リアルタイム制御のタイミングを変更する前の状態に戻す処理(S1302)を加えた点である。本実施形態においてTX101は、メモリ310に、インバンド通信でリアルタイム制御を行う場合のタイミング情報と、アウトバンド通信でリアルタイム制御を行う場合のタイミング情報を保持しておく。アウトバンド通信を行う場合は、後者のタイミング情報を用いてリアルタイム制御を行う。
本実施形態のTX101は、図4で示すS404の工程の後、リアルタイム制御のタイミングを変更する(S1201)。具体的には、メモリ210に保持されたアウトバンド通信を行う場合のリアルタイム制御のタイミング情報を基に、リアルタイム制御のタイミングを変更する。ここで、TX101とRX102は、アウトバンド通信を行う場合のリアルタイム制御のタイミングを、インバンド通信を行う場合より短い値とする。例えば、インバンド通信を行う場合のt_intervalを250ミリ秒、t_timeoutを1500ミリ秒とする。一方、アウトバンド通信を行う場合のt_intervalは100ミリ秒、t_timeoutを500ミリ秒とする。
そして、TX101は、図4で示すS410の工程の後、リアルタイム制御のタイミングを元に戻す(S1202)。具体的には、メモリ210に保持されたインバンド通信を行う場合のリアルタイム制御のタイミング情報を基に、リアルタイム制御のタイミングを変更する。
RX102では、図5で示すS504の工程の後、リアルタイム制御のタイミングを変更する(S1301)。具体的には、メモリ310に保持されたアウトバンド通信を行う場合のリアルタイム制御のタイミング情報を基に、リアルタイム制御のタイミングを変更する。そして、RX102は、図5で示すS510の工程の後、リアルタイム制御のタイミングを元に戻す(S1302)。具体的には、メモリ310に保持されたインバンド通信を行う場合のリアルタイム制御のタイミング情報を基に、リアルタイム制御のタイミングを変更する。
上記の構成により、アウトバンド通信で高速な通信を行うことができる場合、送電電力のリアルタイム制御のタイミングを短くして制御周期を短くすることで、より応答性のよい制御を行うことができる。また、タイミングの変更はアウトバンド通信の開始から終了までの期間にのみ適用されるため、インバンド通信を用いてリアルタイム制御を行う場合は、従来通りに行うことができる。これにより、アウトバンド通信を持たないTX101やRX102に対する後方互換性を確保することができる。
なお、アウトバンド通信とインバンド通信で異なる値を適用するタイミング情報は、上記t_intervalやt_timeout以外のタイミング情報であってもよい。さらには、送電電力のリアルタイム制御以外のタイミングを変えても良い。例えば、Calibrationフェーズ開始から終了までの全体のタイムアウト時間を、インバンド通信の場合は10秒、アウトバンド通信の場合は5秒、としてもよい。Negotiationフェーズや他のフェーズについても同様である。これにより、アウトバンド通信で高速な通信を行うことができる場合は、タイムアウトの判定を早めて、例えばユーザへのエラーの通知を早く行うことができる。
<その他の実施形態>
本開示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。
また、送電装置101および受電装置102は例えば、撮像装置(カメラやビデオカメラ等)やスキャナ等の画像入力装置であってもよいし、プリンタやコピー機、プロジェクタ等の画像出力装置であってもよい。また、ハードディスク装置やメモリ装置などの記憶装置であってもよいし、パーソナルコンピュータ(PC)やスマートフォンなどの情報処理装置であってもよい。
また、図4~図7に示すフローチャートの少なくとも一部をハードウェアにより実現してもよい。ハードウェアにより実現する場合、例えば、所定のコンパイラを用いることで、各ステップを実現するためのプログラムからFPGA上に自動的に専用回路を生成すればよい。また、FPGAと同様にしてGate Array回路を形成し、ハードウェアとして実現するようにしてもよい。
また、送電装置は、リアルタイム制御に用いる、例えばCEパケットが1個のBLEパケットに2個以上あった場合には、一方のCEパケットを無視するようにしてもよい。その場合、送電装置は、最初のCEパケットに基づいて送電電力を制御してもよい。これにより、送電装置は、より早く送電電力の制御を行うことができる。また、送電装置は、最後のCEパケットに基づいて送電電力を制御してもよい。これにより、受電装置が最後に要望した電力に調整することが可能となる。
また、本開示の受電装置は、情報端末機器でもよい。例えば、情報端末機器は、受電アンテナから受けた電力が供給される、情報をユーザに表示する表示部(ディスプレイ)を有している。なお、受電アンテナから受けた電力は蓄電部(バッテリ)に蓄積され、そのバッテリから表示部に電力が供給される。この場合、受電装置は、送電装置とは異なる他の装置と通信する通信部を有していてもよい。通信部は、NFC通信や、第5世代移動通信システム(5G)などの通信規格に対応していてもよい。
また、本開示の受電装置が自動車などの車両であってもよい。例えば、受電装置である自動車は、駐車場に設置された送電アンテナを介して充電器(送電装置)から電力を受けとるものであってもよい。また、受電装置である自動車は、道路に埋め込まれた送電アンテナを介して充電器(送電装置)から電力を受けとるものでもよい。このような自動車は、受電した電力はバッテリに供給される。バッテリの電力は、車輪を駆動する発動部(モータ、電動部)に供給されてもよいし、運転補助に用いられるセンサの駆動や外部装置との通信を行う通信部の駆動に用いられてもよい。つまり、この場合、受電装置は、車輪の他、バッテリや、受電した電力を用いて駆動するモータやセンサ、さらには送電装置以外の装置と通信を行う通信部を有していていもよい。さらに、受電装置は、人を収容する収容部を有していてもよい。例えば、センサとしては、車間距離や他の障害物との距離を測るために使用されるセンサなどがある。通信部は、例えば、全地球測位システム(Global Positioning System、Global Positioning Satellite、GPS)に対応していてもよい。また、通信部は、第5世代移動通信システム(5G)などの通信規格に対応していてもよい。また、車両としては、自転車や自動二輪車であってもよい。
また、本開示の受電装置は、電動工具、家電製品などでもよい。受電装置であるこれらの機器は、バッテリの他、バッテリに蓄積された受電電力によって駆動するモータを有していてもよい。また、これらの機器は、バッテリの残量などを通知する通知手段を有していてもよい。また、これらの機器は、送電装置とは異なる他の装置と通信する通信部を有していてもよい。通信部は、NFCや、第5世代移動通信システム(5G)などの通信規格に対応していてもよい。
また、本開示の送電装置は、自動車の車両内で、無線電力伝送に対応するスマートフォンやタブレットなどの携帯情報端末機器に対して送電を行う車載用充電器であってもよい。このような車載用充電器は、自動車内のどこに設けられていてもよい。例えば、車載用充電器は、自動車のコンソールに設置されてもよいし、インストルメントパネル(インパネ、ダッシュボード)や、乗客の座席間の位置や天井、ドアに設置されてもよい。ただし、運転に支障をきたすような場所に設置されないほうがよい。また、送電装置が車載用充電器の例で説明したが、このような充電器が、車両に配置されるものに限らず、電車や航空機、船舶等の輸送機に設置されてもよい。この場合の充電器も、乗客の座席間の位置や天井、ドアに設置されてもよい。
また、車載用充電器を備えた自動車等の車両が、送電装置であってもよい。この場合、送電装置は、車輪と、バッテリとを有し、バッテリの電力を用いて、送電回路部や送電アンテナにより受電装置に電力を供給する。
101 送電装置
102 受電装置
301 制御部
303 受電部
307 第二通信部

Claims (22)

  1. 第1アンテナを介して送電装置から無線で受電する受電手段と、
    前記第1アンテナとは異なる第2アンテナを介して、前記送電装置と、無線電力伝送を制御する複数の制御パケットを格納することが可能な通信信号を用いて通信を行う通信手段と、を有し、
    前記通信信号に格納される特定の種別とは異なる種別の制御パケットの数を1個以下に限定せず、前記通信信号に格納される特定の種別の制御パケットの数を、1個以下に限定する限定手段と、
    を有することを特徴とする受電装置。
  2. 前記通信手段は、間欠的に通信を行うことを特徴とする、請求項1に記載の受電装置。
  3. 前記通信手段は、Bluetooth(登録商標) 4.0以降の規格に規定されるBluetooth(登録商標)Low Energy(BLE)に従って通信を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の受電装置。
  4. 前記制御パケットは、WPC(Wireless Power Consortium)規格で規定されるパケットであり、
    前記BLEの通信に用いる前記通信信号におけるAttribute Valueに、WPC規格で規定されるパケットを格納することを特徴とする請求項3に記載の受電装置。
  5. 前記制御パケットは、WPC(Wireless Power Consortium)規格で規定されるパケットであり、
    前記特定の種別の制御パケットは、WPC規格で規定されるControl Error パケットであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の受電装置。
  6. 前記制御パケットは、WPC規格で規定されるパケットであり、
    前記特定の種別の制御パケットは、WPC規格で規定されるReceived Power パケットであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の受電装置。
  7. 前記制御パケットは、WPC規格で規定されるパケットであり、
    WPC規格で規定されるControl Error パケットとWPC規格で規定されるReceived Power パケットはそれぞれ、前記特定の種別の制御パケットであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の受電装置。
  8. 前記通信信号には、前記Control Error パケットと前記Received Power パケットが1個ずつ含まれることを特徴とする請求項7に記載の受電装置。
  9. 前記受電手段により受電した電力を蓄積するバッテリと、
    前記バッテリの電力を用いて車輪を駆動させるためのモータと、を有する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の受電装置。
  10. 前記受電手段により受電した電力を蓄積するバッテリと、
    前記バッテリの電力が供給される表示部と、を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の受電装置。
  11. 前記受電手段により受電した電力を蓄積するバッテリと
    前記バッテリの残量を通知する通知手段と、を有する請求項1乃至8のいずれか1項に記載の受電装置。
  12. 第1アンテナを介して受電装置に無線で送電する送電手段と、
    前記第1アンテナとは異なる第2アンテナを介して、前記受電装置と、無線電力伝送を制御する複数の制御パケットを格納することが可能な通信信号を用いて通信を行う通信手段と、を有し、
    前記通信信号は、特定の種別とは異なる種別の制御パケットの数は1個以下に限定されず、特定の種別の制御パケットの数が1個以下に限定されているパケットであることを特徴とする送電装置。
  13. 前記通信手段は、Bluetooth(登録商標) 4.0以降の規格に規定されるBluetooth(登録商標)Low Energy(BLE)に従って通信を行うことを特徴とする請求項12に記載の送電装置。
  14. 前記制御パケットは、WPC(Wireless Power Consortium)規格で規定されるパケットであり、
    前記BLEの通信に用いる前記通信信号におけるAttribute Valueに、WPC規格で規定されるパケットを格納することを特徴とする請求項13に記載の送電装置。
  15. 前記制御パケットは、WPC(Wireless Power Consortium)規格で規定されるパケットであり、
    前記特定の種別の制御パケットは、WPC規格で規定されるControl Error パケットであることを特徴とする請求項12又は13に記載の送電装置。
  16. 前記制御パケットは、WPC規格で規定されるパケットであり、
    前記特定の種別の制御パケットは、WPC規格で規定されるReceived Power パケットであることを特徴とする請求項12又は13に記載の送電装置。
  17. 車輪と、バッテリと、を有し、
    前記送電手段は、前記バッテリの電力を用いて、前記受電装置に無線で送電することを特徴とする請求項12乃至16のいずれか1項に記載の送電装置。
  18. 車両内に設置されることを特徴とする請求項12乃至17のいずれか1項に記載の送電装置。
  19. 第1アンテナを介して送電装置から無線で受電する受電工程と、
    前記第1アンテナとは異なる第2アンテナを介して、前記送電装置と、無線電力伝送を制御する複数の制御パケットを格納することが可能な通信信号を用いて通信を行う通信工程と、を有し、
    前記通信信号に格納される特定の種別とは異なる種別の制御パケットの数を1個以下に限定せず、前記通信信号に格納される特定の種別の制御パケットの数を1個以下に限定する限定工程と、
    を有することを特徴とする受電装置の制御方法。
  20. 第1アンテナを介して受電装置に無線で送電する送電工程と、
    前記第1アンテナとは異なる第2アンテナを介して、前記受電装置と、無線電力伝送を制御する複数の制御パケットを格納することが可能な通信信号を用いて通信を行う通信工程と、を有し、
    前記通信信号は、特定の種別とは異なる種別の制御パケットの数は1個以下に限定されず、特定の種別の制御パケットの数が1個以下に限定されているパケットであることを特徴とする送電装置の制御方法。
  21. コンピュータに、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の受電装置として機能させるプログラム。
  22. コンピュータに、請求項12乃至18のいずれか1項に記載の送電装置として機能させるプログラム。
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