JP2023057400A - 受電装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】コスト高を招くことなく、アンテナの接続先を適切なタイミングで切り替えて受電を行う受電装置、その制御プログラムを提供する。【解決手段】受電装置は、送電装置との間で第１のアンテナを使用して第１の無線通信を行う第１の無線通信部と、送電装置との間で第２のアンテナを使用して第２の無線通信を行う第２の無線通信部と、第２のアンテナを使用して送電装置から電力を受電する受電部と、第２のアンテナの接続先を第２の無線通信手段又は受電手段に切り替える切替部と、第１の無線通信部と、第２の無線通信部と、切替部とを制御する制御部と、を有する。制御部は、第１の無線通信部が送電装置と接続されると、第２のアンテナの接続先を第２の無線通信部から受電部に切り替えるように切替部を制御し、第２のアンテナの受電部への接続が完了した後に送電装置が送電を開始するように、第１の無線通信部を使用して送電装置と通信を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波を使用した無線送受電技術に関する。

非特許文献１に記載されている、総務省が提唱する空間伝送型ワイヤレス電力送電システムは、無線ＬＡＮ等で使用される２．４ＧＨｚ帯の周波数を使用して送電することによって広範囲な市場への展開が見込まれている。

特許文献１には、送電アンテナと通信アンテナとを有する機器において、送電から通信への切替時には送電アンテナと送電部とを切断し、通信から送電への切替時には通信アンテナと通信部とを切断する送電装置が記載されている。

特開２０１７－０８５７００号公報

空間伝送型ワイヤレス電力伝送システム作業班報告書（案）（令和２年５月２０日１６時時点版）情報通信審議会 情報通信技術分科会、陸上無線通信委員会

上記特許文献１に対して、無線受電用アンテナと無線通信用アンテナとを共用し、アンテナの接続先を無線受電用回路又は無線通信用回路に切り替えて無線受電と無線通信を行う機器がある。このような機器では、無線通信時に送電電波を受信することによる過電圧が印加されないように、アンテナの接続先を適切なタイミングで切り替える必要がある。また、無線通信用回路に送電による過電圧が印加された場合に備えて、無線通信用回路を高耐圧にする等の対策が必要となり、コスト高を招いてしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、コスト高を招くことなく、アンテナの接続先を適切なタイミングで切り替えて受電を行うことができる技術を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、送電装置から無線送電された電力を受電する受電装置において、前記送電装置との間で第１のアンテナを使用して第１の無線通信を行う第１の無線通信手段と、前記送電装置との間で第２のアンテナを使用して第２の無線通信を行う第２の無線通信手段と、前記第２のアンテナを使用して前記送電装置から電力を受電する受電手段と、前記第２のアンテナの接続先を前記第２の無線通信手段又は前記受電手段に切り替える切替手段と、前記第１の無線通信手段と、前記第２の無線通信手段と、前記切替手段とを制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記第１の無線通信手段が前記送電装置と接続されると、前記第２のアンテナの接続先を前記第２の無線通信手段から前記受電手段に切り替えるように前記切替手段を制御し、前記第２のアンテナの前記受電手段への接続が完了した後に前記送電装置が送電を開始するように前記第１の無線通信手段を使用して前記送電装置と通信を行う。

本発明によれば、コスト高を招くことなく、アンテナの接続先を適切なタイミングで切り替えて受電を行うことができる。

本実施形態の送電装置と受電装置の構成を示すブロック図。 本実施形態の受電装置による第１の通信及び送受電制御を示すフローチャート。 本実施形態の受電装置による第２の通信及び送受電制御を示すフローチャート。 本実施形態の受電装置による第３の通信及び送受電制御を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。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発明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し、重複した説明は省略する。

＜装置構成＞まず、図１を参照して、本実施形態の受電装置１０１及び送電装置２０１の構成について説明する。

受電装置１０１は、送電装置２０１から無線送電された電力を受電する電子機器である。受電装置１０１は、ユーザが携帯しながら移動可能であり、充電可能な電池を電源とする、デジタルカメラ等の撮像装置、スマートフォン等の携帯電話、タブレットデバイスやモバイルゲーム機等の携帯端末として動作可能である。

受電装置１０１は、無線通信機能と無線充電機能とを有している。無線通信機能は、第２の無線通信方式（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標））と、第２の無線通信方式よりも低消費電力かつ低通信速度の第１の通信方式（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））の２つの規格に対応し、第１の無線通信方式に準拠した第１のアンテナと、第２の無線通信方式に準拠した第２のアンテナとを備える。

受電装置１０１と送電装置２０１は、所定の距離に近づいた位置関係となると第１の無線通信方式により自動的に接続され、所定の距離より離間した位置関係になるまでは常時接続された状態が維持される。

送電装置２０１は、家庭用コンセント等から常時供給される電力により動作可能な充電機器である。送電装置２０１は、受電装置１０１に電力を無線送電する。

＜受電装置１０１の構成＞まず、図１（ａ）を参照して、本実施形態の受電装置１０１の構成について説明する。

図１（ａ）は、本実施形態の受電装置１０１の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、外部機器は、例えば送電装置２０１であるが、これに限定されるものではない。

制御部１１８は、受電装置１０１の各構成要素を制御するためのプログラムを記憶したメモリと、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより受電装置１０１の各構成要素を制御するＣＰＵ、ＭＰＵ等のプロセッサとを有する。

制御部１１８は、後述する切替部１１２、第２の無線通信部１１４、第１の無線通信部１１６、充電回路１１７を制御する。

電池１１９は、受電装置１０１が動作するための電力を供給する電源である。電池１１９は、例えば、リチウムイオン電池等の充電可能な電池である。電池１１９は、受電装置１０１の各構成要素に電力を供給する。

第１のアンテナ１１５は、第１の無線通信部１１６の第１の無線通信方式に準拠した構成を備える専用アンテナである。

第１の無線通信部１１６は、外部機器との間で第１のアンテナ１１５を介して第１の無線通信方式に準拠した通信処理を実行する。第１の無線通信方式は、後述する第２の無線通信方式よりも低消費電力かつ低通信速度の通信を行う無線通信規格である。第１の無線通信方式は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のように、省電力（１０ｍＷ程度）で小容量（１０ｋｂｐｓ）のデータ通信を行い、常時外部機器と通信し続けて切断することがない。

第２のアンテナ１１１は、アンテナ素子を備え、外部機器との間で電波の送受信を行うことが可能である。また、第２のアンテナ１１１は、送電装置２０１から電波に変換されて送電される電力を受電可能な構成を備える。第２のアンテナ１１１は、無線通信用アンテナ又は無線受電用アンテナとして共用される。

切替部１１２は、第２のアンテナ１１１の接続先を、後述する受電用共振回路１２０（受電部１１３）又は通信用共振回路１２１（第２の無線通信部１１４）に切り替えるスイッチである。なお、通常状態又は初期状態では、第２のアンテナ１１１は通信用共振回路１２１（第２の無線通信部１１４）に接続されている。そして、制御部１１８の制御指令により、切替部１１２は、第２のアンテナ１１１の接続先を通信用共振回路１２１（第２の無線通信部１１４）から通信用共振回路１２０（受電部１１３）に切り替える。

受電用共振回路１２０は、コイル、コンデンサ等の素子を備える回路であり、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）で使用される２．４ＧＨｚ帯や５．０ＧＨｚ帯の周波数で共振するように設計されている。

受電部１１３は、受電用共振回路１２０から出力される電力の電圧を変換して受電装置１０１の各構成要素が動作可能な直流の電圧に整流して後段の充電回路１１７へ出力する整流回路である。

充電回路１１７は、電池１１９に電力を供給して電池１１９の充電を行う。充電回路１１７は、受電部１１３から出力される直流電圧を電池１１９を充電するための所定の電圧に変換して、電池１１９に電力を供給する。

通信用共振回路１２１は、コイルやコンデンサ等の素子を備える回路であり、受電用共振回路１２０と同様に、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）で使用される２．４ＧＨｚ帯や５．０ＧＨｚ帯の周波数で共振するように設計されている。

第２の無線通信部１１４は、外部機器との間で第２のアンテナ１１１及び通信用共振回路１２１を介して第２の無線通信方式に準拠した通信処理を実行する。第２の無線通信方式は、第１の無線通信方式よりも高消費電力かつ高通信速度の通信を行う無線通信規格である。第２の無線通信方式は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）のように、大電力（１００ｍＷ程度）で大容量（数十Ｍｂｐｓ）のデータ通信を行う。

＜送電装置２０１の構成＞次に、図１（ａ）を参照して、本実施形態の送電装置２０１の構成及び機能について説明する。

図１（ｂ）は、本実施形態の送電装置２０１の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、外部機器は、例えば受電装置１０１であるが、これに限定されるものではない。

制御部２１８は、送電装置２０１の各構成要素を制御するためのプログラムを記憶したメモリと、メモリに記憶されたプログラムを実行することにより送電装置２０１の各構成要素を制御するＣＰＵ、ＭＰＵ等のプロセッサとを有する。

制御部２１８は、後述する切替部２１２、第２の無線通信部２１４、第１の無線通信部２１６を制御する。

第１のアンテナ２１５は、第１の無線通信部２１６の第１の無線通信方式に準拠した構成を備える専用アンテナである。

第１の無線通信部２１６は、外部機器との間で第１のアンテナ２１５を介して第１の無線通信方式に準拠した通信処理を実行する。第１の無線通信方式は、後述する第２の無線通信方式よりも低消費電力かつ低通信速度のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線通信規格である。

第２のアンテナ２１１は、アンテナ素子を備え、外部機器との間で電波の送受信を行うことが可能である。また、第２のアンテナ２１１は、電力を電波に変換して受電装置１０１に送電可能な構成を備える。

切替部２１２は、第２のアンテナ２１１の接続先を、後述する送電用共振回路２２０又は通信用共振回路２２１（第２の無線通信部２１４）に切り替えるスイッチである。

送電用共振回路２２０及び通信用共振回路２２１は、コイル、コンデンサ等の素子を備える回路であり、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）で使用される２．４ＧＨｚ帯や５．０ＧＨｚ帯の周波数で共振するように設計されている。

第２の無線通信部２１４は、外部機器との間で第２のアンテナ２１１及び通信用共振回路２２１を介して第２の無線通信方式に準拠した通信処理を実行する。第２の無線通信方式は、第１の無線通信方式よりも高消費電力かつ高通信速度のＷｉ－Ｆｉ（登録商標）等の無線通信規格である。

＜第１の通信及び送受電制御＞次に、図２のフローチャートを参照して、本実施形態の受電装置１０１による第１の通信及び送受電制御について説明する。

なお、図２の処理は、受電装置１０１の制御部１１８が、メモリに格納されているプログラムを実行して受電装置１０１の各構成要素を制御することにより実現される。図３及び図４の処理も同様である。

ステップＳ２０１では、制御部１１８は、受電装置１０１が送電装置２０１に所定の距離に近づくと、送電装置２０１の第１の無線通信部２１６が第１のアンテナ２１５を介して常時出力している信号を、受電装置１０１の第１のアンテナ１１５が受信する。

ステップＳ２０２では、制御部１１８は、第１の無線通信部１１６が送電装置２０１の第１の無線通信部２１６との間で第１の無線通信方式による接続を確立し、受電装置１０１と送電装置２０１とを通信可能に接続する。

ステップＳ２０３では、制御部１１８は、送電装置２０１の第１の無線通信部２１６から第１のアンテナ２１５を介して送信される情報の要求を受信する。送電装置２０１から要求される情報は、例えば、受電装置１０１の電池１１９の充電状態、動作状態（動作中、電源オフ中等）、送電する電力、送電する電波の周波数の情報である。

ステップＳ２０４では、制御部１１８は、切替部１１２が第２のアンテナ１１１の接続先を受電用共振回路１２０に切り替える。

ステップＳ２０５では、制御部１１８は、第２のアンテナ１１１が受電用共振回路１２０を介して受電部１１３に接続されたことを判定すると、処理をステップＳ２０６に進める。

ステップＳ２０６では、制御部１１８は、ステップＳ２０３において送電装置２０１から受信した情報の要求に対する応答のデータを生成し、受電装置１０１から送電装置２０１に、第１の無線通信部１１６から第１のアンテナ１１５を介して送電装置２０１に送信する。

ステップＳ２０７では、制御部２１８は、送電装置２０１が受信装置１０１から受信した応答のデータに応じた電力や周波数で、送電装置２０１から送電される電力の受電を開始する。

第１の通信及び送受電制御によれば、受電装置１０１の第２のアンテナ１１１が受電用共振回路１２０を介して受電部１１３に接続されている状態で、送電装置２０１の第１のアンテナ２１１から送電が開始される。よって、受電装置１０１の第２の無線通信部１１４に受電による過電圧が印加されることを防止できる。

＜第２の通信及び送受電制御＞次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態の受電装置１０１による第２の通信及び送受電制御について説明する。

ステップＳ３０１では、制御部１１８は、送電装置１０１の第２の無線通信部２１４から第２のアンテナ２１１を介して送電された電力を第２のアンテナ１１１により受電する。そして、制御部１１８は、受電用共振回路１２０及び受電部１１３を介して充電回路１１７に出力された電力により電池１１９を充電する。制御部１１８は、電池１１９の出力電圧を検出し、電池１１９が満充電になったことと判定すると、処理をステップＳ３０２へ進める。

ステップＳ３０２では、制御部１１８は、第１の無線通信部１１６から第１のアンテナ１１５を介して、送電装置２０１に電池１１９が満充電になったことを通知する情報を送信する。

送電装置２０１は電池１１９が満充電であることを通知する情報を受信すると、送電装置２０１の制御部２１８が送電を停止し、送電を停止したことを通知する情報を第１の無線通信部２１６から第１のアンテナ２１５を介して受電装置１０１に送信する。

ステップＳ３０３では、制御部１１８は、送電装置２０１から、送電を停止したことを通知する情報を第１のアンテナ１１５を介して第１の無線通信部１１６が受信すると、処理をステップＳ３０４へ進める。

ステップＳ３０４では、制御部１１８は、切替部１１２に対して第２のアンテナ１１１の接続先を通信用共振回路１２１に切り替えるように指示する。

ステップＳ３０５では、制御部１１８は、切替部１１２による切り替えが完了し、第２のアンテナ１１１が通信用共振回路１２１に接続されたと判定すると、処理を終了する。

第２の通信及び送受電制御によれば、送電装置２０１からの送電が中止されてから、受電装置１０１の第２のアンテナ１１１が通信用共振回路１２１に接続されるので、受電装置１０１の第２の無線通信部１１４に受電による過電圧が印加されることを防止できる。

＜第３の通信及び送受電制御＞次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態の受電装置１０１による第３の通信及び送受電制御について説明する。

図４において、ステップＳ２０１からステップＳ２０４、ステップＳ２０５からステップＳ２０７は、図２と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ４０１では、制御部１１８は、ステップＳ２０４において切替部１１２が第２のアンテナ１１１の接続先を受電用共振回路１２０に切り替える処理を開始してから完了するまでの所要時間を計測する。そして、制御部１１８は、所要時間が所定の時間以上（例えば１００ｍｓｅｃ）であるか否かを判定する。制御部１１８は、所要時間が所定の時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上であると判定した場合は処理をステップＳ４０２に処理を進め、所要時間が所定の時間（例えば１００ｍｓｅｃ）未満であると判定した場合は処理をステップＳ２０５へ進める。

ステップＳ４０２では、制御部１１８は、切替部１１２による切り替えが完了し、第２のアンテナ１１１が受電用共振回路１２０に接続されたことを通知する情報を、第１の無線通信部１１６から第１のアンテナ１１５を介して送電装置２０１に送信する。送電装置２０１では、受電装置１０１から第２のアンテナ１１１が受電用共振回路１２０に接続されたことを通知する情報を受信するまで送電を開始しないと同時に、ステップＳ２０３で受電装置１０１に要求を送信してから所定の時間以上応答を受信していない状態であってもタイムアウトによる通信切断も行わない。

第３の通信及び送受電制御によれば、送電装置２０１が受電装置１０１に要求を送信してから所定の時間以上応答を受信していない状態であってもタイムアウトによる通信切断を回避し、受電装置１０１において第２のアンテナ１１１の接続先を受電用共振回路１２０に切り替える処理に時間がかかる場合であっても安定した接続が可能になる。

［他の実施形態］
本発明は、各実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワークや記憶媒体を介してシステムや装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータの１つ以上のプロセッサがプログラムを読み出して実行する処理でも実現可能である。また、本発明は、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。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０１…受電装置、１１８…制御部、１１１…第２のアンテナ、１１４…第２の無線通信部、１１５…第１のアンテナ、１１６…第１の無線通信部、１１２…切替部、１１３…受電部、１１７…充電回路、１１９…電池、２０１…送電装置

Claims (8)

1. 送電装置から無線送電された電力を受電する受電装置において、
   前記送電装置との間で第１のアンテナを使用して第１の無線通信を行う第１の無線通信手段と、
   前記送電装置との間で第２のアンテナを使用して第２の無線通信を行う第２の無線通信手段と、
   前記第２のアンテナを使用して前記送電装置から電力を受電する受電手段と、
   前記第２のアンテナの接続先を前記第２の無線通信手段又は前記受電手段に切り替える切替手段と、
   前記第１の無線通信手段と、前記第２の無線通信手段と、前記切替手段とを制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記第１の無線通信手段が前記送電装置と接続されると、前記第２のアンテナの接続先を前記第２の無線通信手段から前記受電手段に切り替えるように前記切替手段を制御し、前記第２のアンテナの前記受電手段への接続が完了した後に前記送電装置が送電を開始するように前記第１の無線通信手段を使用して前記送電装置と通信を行うことを特徴とする受電装置。
2. 前記制御手段は、前記第１の無線通信手段を使用した前記送電装置との接続が確立した後、前記送電装置から前記受電装置の情報を要求する通知を受信した場合、前記第２の無線通信手段に接続されている前記第２のアンテナを前記受電手段に接続するように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
3. 前記制御手段は、前記第２のアンテナの前記受電手段への接続が完了した後、前記要求に対する応答を送信し、前記送電装置からの受電を開始することを特徴とする請求項２に記載の受電装置。
4. 前記制御手段は、前記第２のアンテナを前記受電手段に接続する所要時間が所定の時間以上の場合は、前記第２のアンテナの前記受電手段への接続が完了したことを前記送電装置に通知することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の受電装置。
5. 前記制御手段は、前記送電装置から受電した電力を使用して電池を充電する充電手段を更に有し、
   前記電池が満充電である通知を前記第１の無線通信手段を使用して前記送電装置に送信し、
   前記第１の無線通信手段を使用して前記送電装置から送電が中止された通知を受信した場合、前記受電手段に接続されている前記第２のアンテナを前記第２の無線通信手段に接続するように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
6. 前記第１の無線通信手段は、前記第２の無線通信手段よりも低消費電力かつ低通信速度の無線通信を行い、
   前記第２のアンテナは、前記第２の無線通信のためのアンテナ又は前記送電装置から受電するためのアンテナとして共用されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の受電装置。
7. 送電装置から無線送電された電力を受電する受電装置の制御方法であって、
   前記受電装置は、
   前記送電装置との間で第１のアンテナを使用して第１の無線通信を行う第１の無線通信手段と、
   前記送電装置との間で第２のアンテナを使用して第２の無線通信を行う第２の無線通信手段と、
   前記第２のアンテナを使用して送電装置から電力を受電する受電手段と、
   前記第２のアンテナの接続先を前記第２の無線通信手段又は前記受電手段に切り替える切替手段と、
   前記第１の無線通信手段と、前記第２の無線通信手段と、前記切替手段とを制御する制御手段と、を有し、
   前記制御方法は、
   前記第１の無線通信手段が前記送電装置と接続されると、前記第２のアンテナの接続先を前記第２の無線通信手段から前記受電手段に切り替えるように前記切替手段を制御するステップと、
   前記第２のアンテナの前記受電手段への接続が完了した後に前記送電装置が送電を開始するように前記第１の無線通信手段を使用して前記送電装置と通信を行うステップと、を有することを特徴とする制御方法。
8. コンピュータを、請求項１から６のいずれか１項に記載された受電装置の制御手段として機能させるためのプログラム。

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