JP7170684B2 - 電子装置、給電システムおよび給電制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電子装置、給電システムおよび給電制御方法に関する。

近年、電磁波を用いて電力伝送を行う無線給電技術が注目を集めている。受電デバイスに対して給電用の電磁波を送信する無線給電装置は、例えば同一の空間内で無線通信を行う無線システムとの間での干渉を回避する仕組みを備えている。換言すれば、無線システムとの共存のための仕組みを備えている。例えば、無線給電装置は、給電用の電磁波を送信するにあたり、自装置の周辺環境を監視して、無線システムの無線信号が存在しないかを確認する。この手続きは、キャリアセンスなどと称される。

ところで、各々が異なる受電デバイスへ給電する複数の無線給電装置が同じ環境に存在する場合も考えられ得る。この場合、ある無線給電装置において行われるキャリアセンスに対して、他の無線給電装置によって送信される給電用の電磁波が影響を与える可能性がある。つまり、ある無線給電装置において行われるキャリアセンスが、他の無線給電装置によって送信される給電用の電磁波の影響を受けて、無線システムの無線信号が存在しないにも関わらず、無線システムの無線信号が存在するという誤った結果を出してしまう可能性がある。

特開２０１４－１５５３９９号公報

本発明が解決しようとする課題は、無線システムとの間の干渉を回避するためのキャリアセンスを正確に行うことができる電子装置、給電システムおよび給電制御方法を提供することである。

実施形態によれば、電子装置は、電力伝送手段と、検出手段と、を具備する。前記電力伝送手段は、第１周波数帯域を用いて、電磁波により電力を伝送する。前記検出手段は、前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域でキャリアセンスを行う。前記検出手段は、干渉回避手段を具備する。前記干渉回避手段は、前記キャリアセンス時に受信される信号が所定未満の帯域幅の信号スペクトルを含む場合、前記キャリアセンス時に受信される信号のうち、前記信号スペクトルの周波数帯域である第３周波数帯域の信号を除去する。前記検出手段は、前記第２周波数帯域を複数の周波数帯域に分けて別々に前記キャリアセンスを行い、前記複数の周波数帯域の中の前記第１周波数帯域との周波数差が最も小さい周波数帯域について前記キャリアセンスを行う場合に、前記干渉回避手段は前記第３周波数帯域の信号の除去を行う。

第１実施形態の無線給電システムの構成例を示す図 第１実施形態の無線給電装置におけるキャリアセンス処理と給電処理とのタイミングチャート例 第１実施形態の給電装置における干渉回避機能を備えたキャリアセンス部の構成例を示す図 １以上の無線システムと複数の給電装置が共存する環境での周波数スペクトルの一例を示す図 第１実施形態の給電装置における干渉キャンセラ機能を備えたキャリアセンス部の構成例を示す図 第１実施形態の給電装置が実行するキャリアセンス処理と給電処理との手順の一例を示すフローチャート 第１実施形態の給電装置において周波数帯域を分割してキャリアセンスする場合の周波数スペクトルの一例を示す図 第２実施形態の給電装置における増幅器の利得制御例を示す図 第２実施形態の給電装置におけるキャリアセンス処理と給電処理とのタイミングチャート例 第２実施形態の給電装置におけるクロック誤差を考慮した給電処理のタイミングチャート例 第３実施形態の無線給電システムの構成例を示す図 第３実施形態の給電装置における指向性の変更例を示す図 第４実施形態の無線給電システムの構成例を示す図

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の無線給電システムの構成例を示す図である。
無線給電装置１は、給電エリア内に存在する受電器２に対して電磁波のビーム（以下、給電ビーム４と呼ぶ）を形成して給電を行う。給電ビーム４は特定の周波数をもつ電磁波であるため、同じ周波数あるいは近傍の周波数を使用する他の無線システムが周辺にいる場合、当該無線システムに対して干渉となる恐れがある。以降、給電装置が干渉を与える可能性のある無線システムをＶｉｃｔｉｍシステムと呼ぶ。また、Ｖｉｃｔｉｍシステムの端末をＶｉｃｔｉｍ端末３と呼ぶ。Ｖｉｃｔｉｍシステムへの干渉を回避するため、無線給電装置１は給電を実施する前に、周辺にＶｉｃｔｉｍ端末３が存在しないことを確認する処理を行うことが望ましい。このような確認処理をキャリアセンスと呼ぶ。図１に示される本実施形態の無線給電システムは、キャリアセンス機能を備えた無線給電システムである。キャリアセンスを行う周波数帯域（第２周波数帯域）は、給電を行う周波数帯域（第１周波数帯域）と異なる。たとえば、第１周波数帯域と第２周波数帯域は重複しない。あるいは、たとえば、第１周波数帯域の一部と第２周波数帯域の一部は重複する。

図１に示すように、無線給電装置１は、アンテナ１１０、給電処理部１２０、キャリアセンス部１３０を具備する。また、キャリアセンス部１３０は、干渉回避機能部１３０Ａを具備する。

無線給電装置１は、受電器２に対して給電ビーム４を形成して給電を行うが、給電前にキャリアセンス部１３０において周辺にＶｉｃｔｉｍ端末３の信号が存在しないか検出を試みる。なお、アンテナ１１０および受電器２は、１個であってもよいし、複数個であってもよい。また、給電用のアンテナとキャリアセンス用のアンテナとは共通でもよいし、別々に備えてもよい。給電ビーム４は、指向性の鋭いビームを１つ形成してもよいし、あるいは幅広い方向にビームを形成してもよいし、２つ以上に枝分かれしたビームを形成してもよい。

図２は、無線給電装置１におけるキャリアセンス処理と給電処理とのタイミングチャート例である。
無線給電装置１は、事前にキャリアセンス閾値Ｔｈとキャリアセンス期間Ｔ１１を決める。これらの値は、無線給電装置１との共存が想定されるＶｉｃｔｉｍシステムの受信感度や妨害波規定値といった仕様値に基づいて決めてもよいし、無線給電装置１と当該Ｖｉｃｔｉｍシステムとの共存環境を模擬した計算機シミュレーションや回線計算などに基づいて決めてもよい。無線給電装置１は、給電前の時刻ｔ１においてキャリアセンス処理を始める。具体的には、アンテナ１１０を介して無線信号を受信し、あらかじめ決めたキャリアセンス閾値Ｔｈを超えるレベルの信号が存在しないか確認する。キャリアセンス閾値Ｔｈを超えるレベルの信号が存在しない場合はチャネルアイドル、すなわちチャネルが空いていると判断する。キャリアセンス閾値Ｔｈを超えるレベルの信号が存在する場合はチャネルビジー、すなわちチャネルがＶｉｃｔｉｍシステムによって使われていると判断する。

無線給電装置１は時刻ｔ１からキャリアセンス処理のための時間カウントをスタートする。時間カウントがキャリアセンス期間Ｔ１１になるまで、すなわち時刻ｔ２までの間、キャリアセンス閾値Ｔｈを超えるレベルの信号が検出されなかった場合、無線給電装置１は給電処理を開始する。給電処理は、時刻ｔ２からあらかじめ決められた給電期間Ｔ１２だけ実施され、時刻ｔ３で停波する。無線給電装置１は時刻ｔ３から再びキャリアセンスの時間カウントを開始する。途中の時刻ｔ４においてキャリアセンス閾値Ｔｈを超える信号を検出した場合、キャリアセンスの時間カウントをストップする。その後の時刻ｔ５において受信信号レベルがキャリアセンス閾値Ｔｈ以下となったら、再びキャリアセンスの時間カウントを開始し、時間カウントがキャリアセンス期間Ｔ１１と一致した時刻ｔ６において、再び給電処理を開始する。すなわち、（ｔ６－ｔ５）＋（ｔ４－ｔ３）＝Ｔ１１となる。給電開始後、給電期間Ｔ１２だけ給電を行い、時刻ｔ７で停波する。

このようなキャリアセンスを行うことで、無線給電装置１とＶｉｃｔｉｍシステムとの共存が可能となるが、同じ環境に複数の無線給電装置１が存在し、それぞれの無線給電装置１が独立に動作する場合、無線給電装置１からの給電信号とＶｉｃｔｉｍシステムからの送信信号とが混在し、キャリアセンス機能が有効に機能しなくなる恐れがある。すなわち、ある無線給電装置１がキャリアセンスをする際に、別の無線給電装置１からの給電信号をＶｉｃｔｉｍシステムの送信信号と誤って解釈してしまい、給電を延期することで給電効率が低下する懸念がある。本実施形態の無線給電装置１は、干渉回避機能を備えることで（キャリアセンス部１３０に干渉回避機能部１３０Ａを設けることで）、このような課題を解決する。

なお、これまでも、例えば給電制御のために無線通信機能を備え、その無線通信機能への干渉回避を目的としてキャリアセンスを実施する給電装置は存在する。しかし、この給電装置では、他の無線システム（Ｖｉｃｔｉｍシステム）への干渉や、複数の給電装置間の干渉については考慮されていない。本実施形態の無線給電装置１は、キャリアセンス機能と干渉回避機能との両方を備えることで、Ｖｉｃｔｉｍシステムに与える干渉と、他の無線給電装置１との間の干渉との両方を回避することができる。

本実施形態の無線給電装置１における干渉回避機能（干渉回避機能部１３０Ａ）を備えたキャリアセンス部１３０の構成例を図３に示す。

無線給電装置１のキャリアセンス部１３０は、アンテナ１１０を介して受信した信号を低雑音増幅器１３１で増幅し、ミキサ１３２を介してベースバンド帯域、あるいは中間周波数帯域へダウンコンバートする。その後、アナログフィルタ１３３で帯域制限処理を行い、可変利得増幅器１３４で信号を増幅し、アナログデジタル変換器１３５で受信アナログ信号をデジタル信号へと変換して、デジタル回路１３６へ送る。デジタル回路１３６では、受信信号がデジタルフィルタ１３７で帯域制限され、その後、信号検出部１３８へと送られる。信号検出部１３８において、受信信号レベルがキャリアセンス閾値Ｔｈを超えるかどうかの判定が行われる。なお、アナログデジタル変換器１３５とデジタル回路１３６とを、アナログ電力検知器で置き換えてもよい。

図３に示すキャリアセンス部１３０では、干渉回避機能部１３０Ａを構成するアナログフィルタ１３３およびデジタルフィルタ１３７によって他の無線給電装置１からの干渉信号の除去を行う。つまり、アナログフィルタ１３３およびデジタルフィルタ１３７は、キャリアセンスの対象を、無線システムの信号であると推定し得る信号に限定する。１以上の無線システムと複数の無線給電装置１とが共存する環境での周波数スペクトルの一例を図４に示す。図４においては、縦軸を信号強度、横軸を周波数として周波数スペクトルの一例を表している。図４中、周波数スペクトルａ１が無線給電装置１＿１の周波数スペクトル例、周波数スペクトルａ２が隣接する他の無線給電装置１＿２の周波数スペクトル例である。これらは急峻な線スペクトル、あるいは狭帯域スペクトルとなる。これは、無線給電装置１の給電信号が情報を含まない電磁波、あるいは非常に低レートで変調されたデータしか含まない電磁波であり、周波数帯域が広がらないためである。

また、周波数スペクトルａ３は、無線給電装置１（１＿１，１＿２）が使用する周波数帯域ａ１，ａ２の近傍の帯域を使うＶｉｃｔｉｍ端末３の周波数スペクトル例である。Ｖｉｃｔｉｍ端末３の周波数スペクトルａ３は、一定の帯域幅を持った周波数スペクトルとなる。これは、無線通信を行うＶｉｃｔｉｍシステムの送信信号には必ず一定量のデータが含まれており、周波数帯域幅が広がるためである。例えば、無線給電装置１＿１は、Ｖｉｃｔｉｍシステムが共存しているかどうかを判断するために、Ｖｉｃｔｉｍシステムの周波数スペクトルａ３の検出を試みる。その際、他の無線給電装置１＿２の周波数スペクトルａ２の電力を、Ｖｉｃｔｉｍ端末３の信号電力であると誤って判断してしまう可能性がある。そこで、図３に示した（干渉回避機能部１３０Ａを構成する）アナログフィルタ１３３およびデジタルフィルタ１３７によって、Ｖｉｃｔｉｍシステムが使う周波数帯域の周辺に対して帯域制限をかける。具体的には、図４に示す周波数帯域ａ４を取り出すようにアナログフィルタ１３３やデジタルフィルタ１３７の通過帯域を設定することで、他の無線給電装置１＿２からの干渉信号の影響を回避する。例えば、周波数帯域ａ４は周波数帯域ａ３を含む。例えば、周波数帯域ａ４は、周波数帯域ａ２の少なくとも一部を含まない。

なお、帯域制限に用いるフィルタは、アナログフィルタ１３３とデジタルフィルタ１３７とのどちらか一方のみであってもよい。フィルタの通過帯域ａ４は、無線給電装置１＿１や無線給電装置１＿２が使用する可能性のある全ての周波数帯域を除外するように設定されることが望ましい。しかしながら、無線給電装置１とＶｉｃｔｉｍシステムが使用する周波数帯域が非常に近接している場合は、フィルタで周波数帯域を完全に切り分けることが難しい場合がある。例えばフィルタの通過帯域が図４に示す帯域ａ５のように、無線給電装置１＿２の周波数スペクトルａ２を取り込んでしまう可能性がある。フィルタの回路的な制約（回路規模や周波数特性）によっても、このような現象は生じる。このような場合、フィルタのみで他の無線給電装置１からの干渉信号を取り除くことは難しいため、干渉キャンセラ機能を備えることが望ましい。

干渉回避機能部１３０Ａの構成要素として、さらに、干渉キャンセラ機能（干渉キャンセラ機能部１３０Ｂ）を備えたキャリアセンス部１３０の構成例を図５に示す。図３に示したキャリアセンス部１３０との構成上の違いは、減算器２０１、周波数解析部２０２、デジタルシンセサイザ２０３が追加されている点である。図３での説明と同様に、図５に示す構成においても、アンテナ１１０を介して受信された信号がアナログデジタル変換器１３５を介してデジタル回路１３６へと送られるが、その後、周波数解析部２０２において高速フーリエ変換処理などの周波数解析処理が行われる。受信信号の周波数スペクトルが一定以上の帯域幅をもった信号スペクトルである場合、受信信号がＶｉｃｔｉｍシステムからの送信信号であると解釈し、信号検出部１３８において受信信号レベルがキャリアセンス閾値Ｔｈを超えるかどうかの判定が行われる。あるいは、受信信号の周波数スペクトルが広帯域の信号スペクトルと狭帯域の信号スペクトルの両方を含む場合、広帯域の信号はＶｉｃｔｉｍシステムからの送信信号、狭帯域の信号は他の無線給電装置１からの給電信号であると解釈し、広帯域の信号成分の電力情報のみを信号検出部１３８へと送り、キャリアセンスを実施する。受信信号の周波数スペクトルが線スペクトル、あるいは狭帯域スペクトルのみであった場合は、他の無線給電装置１からの給電信号が受信されていると判断する。この場合、他の無線給電装置１からの給電信号のみが受信されている可能性もあるし、Ｖｉｃｔｉｍシステムからの送信信号が埋もれている可能性もある。そこで、周波数解析部２０２において、解析した受信信号の周波数スペクトルの中心周波数Ｆｃの情報をデジタルシンセサイザ２０３へと送る。デジタルシンセサイザ２０３では、通知された中心周波数Ｆｃと同じ周波数の正弦波信号を生成し、干渉キャンセル用の信号として減算器２０１へと送る。減算器２０１では、受信信号に対して干渉キャンセル信号を差し引く処理が行われ、受信信号から干渉信号がキャンセルされる。その結果、他の無線給電装置１からの給電信号の影響を回避したキャリアセンスが可能となる。つまり、減算器２０１、周波数解析部２０２およびデジタルシンセサイザ２０３からなる干渉キャンセラ機能（干渉キャンセラ機能部１３０Ｂ）も、キャリアセンスの対象を、無線システムの信号であると推定し得る信号に限定する。

なお、減算器２０１、周波数解析部２０２、デジタルシンセサイザ２０３からなる干渉キャンセラ機能（干渉キャンセラ機能部１３０Ｂ）を備える場合は、干渉回避機能部１３０Ａの構成要素として、アナログフィルタ１３３やデジタルフィルタ１３７を備えなくてもよいし、これらを併用してもよい。
このように、干渉回避機能部１３０Ａおよび／または干渉キャンセラ機能部１３０Ｂによって、キャリアセンス時に受信される信号のうちの一部の周波数帯域の信号が除去される。除去される周波数帯域は、例えば、Ｖｉｃｔｉｍシステムが使用する周波数帯域と重複しない。除去される周波数帯域は、例えば、他の無線給電装置が給電に使用する周波数帯域である。

図６は、本実施形態の無線給電装置１が実行するキャリアセンス処理と給電処理との手順の一例を示すフローチャートである。

無線給電装置１は、まず、キャリアセンスの時間カウントを開始する（Ｓ１０１）。無線給電装置１は、アンテナで信号を受信し（Ｓ１０２）、受信した信号に対してフィルタによる帯域制限をかける（Ｓ１０３）。また、無線給電装置１は、キャンセラによる一定帯域幅未満の信号の除去を行う（Ｓ１０４）。

次に、無線給電装置１は、信号強度が閾値以上の信号が存在するか否かを判定する（Ｓ１０５）。信号強度が閾値以上の信号が存在する場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、無線給電装置１は、キャリアセンスの時間カウントを停止し（Ｓ１０６）、Ｓ１０２に戻り、当該Ｓ１０２からの処理を繰り返す。

信号強度が閾値以上の信号が存在しない場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、無線給電装置１は、キャリアセンスの時間カウントが停止中ならば（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、キャリアセンスの時間カウントを再開する（Ｓ１０８）。時間カウントが停止していない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、または、Ｓ１０８でキャリアセンスの時間カウントを再開した場合、無線給電装置１は、時間カウントがキャリアセンス期間に到達しているか否かを判定する（Ｓ１０９）。

キャリアセンス期間に到達していない場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、無線給電装置１は、Ｓ１０２に戻り、当該Ｓ１０２からの処理を繰り返す。時間カウントがキャリアセンス期間に到達した場合には（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、無線給電装置１は、給電を開始する（Ｓ１１０）。この時、無線給電装置１は、給電の時間カウントを開始する。

無線給電装置１は、給電の時間カウントが給電期間に到達しているか否かを監視し（Ｓ１１１）、到達していなければ（Ｓ１１１：ＮＯ）、給電を継続し（Ｓ１１２）、到達したならば（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、給電を終了して（Ｓ１１３）、Ｓ１０１に戻り、当該Ｓ１０１からの処理を繰り返す。つまり、キャリアセンスを再開する。

なお、図３や図５で例示したキャリアセンス部１３０でキャリアセンスをする際に、周波数帯域（図４の帯域ａ４）を分割して実施してもよい。その場合の周波数スペクトルの一例を図７に示す。図７においても、縦軸を信号強度、横軸を周波数として周波数スペクトルの一例を表している。例えば無線給電装置１＿１は、近傍の周波数帯域をキャリアセンスする際に、帯域ｂ１と帯域ｂ２とを別々に実施する。具体的には、図３や図５におけるミキサ１３２において受信信号とミキシングする発振信号の周波数を帯域ｂ１の中心周波数Ｆ１や帯域ｂ２の中心周波数Ｆ２に設定してダウンコンバート処理を実施する。このように帯域を分割してキャリアセンスを行う場合、他の無線給電装置１＿２からの給電信号のスペクトルａ２が干渉となり得るのは、給電信号のスペクトルａ２に最も近い周波数帯域である帯域ｂ１に対するキャリアセンス処理のみである。したがって、帯域ｂ１に対するキャリアセンスを実施する場合にのみ、上述したフィルタ処理や干渉キャンセル処理を実施すればよい。フィルタ処理に関しては、帯域ｂ１のキャリアセンスの場合は急峻な通過帯域特性をもつアナログフィルタ１３３やデジタルフィルタ１３７を適用し、それ以外の帯域ｂ２に対するキャリアセンスを行う場合は、別の緩やかな通過帯域特性をもつフィルタ１３３，１３７を使うか、あるいはフィルタ１３３，１３７を通さないといった処理を行う。フィルタ処理は、通過帯域が急峻になるほど受信信号を歪ませたり、あるいは、処理に必要な消費電力が大きくなったり、といった問題があるため、キャリアセンスの帯域に応じて適用的にフィルタ処理・干渉キャンセル処理を行うことが有効である。

また、図３や図５に示したキャリアセンス部１３０の構成は一例であり、他の構成であってもよい。例えばミキサで受信信号をベースバンド帯域へダウンコンバートするダイレクトコンバージョン方式であってもよいし、低い中間周波数帯へダウンコンバートするＬｏｗ－ＩＦ方式であってもよい。あるいは２段階でダウンコンバートするスーパーヘテロダイン方式でもよい。ミキサやアナログフィルタ等の要素回路は２つ以上備えていてもよい。

以上のように、本実施形態の無線給電システムは、キャリアセンス機能を備える無線給電装置１が、アナログフィルタまたはデジタルフィルタの少なくとも一方、あるいは、干渉キャンセラを備えることで、すなわち、アナログフィルタ、デジタルフィルタまたは干渉キャンセラの少なくとも１つを備えることで、他の無線給電装置１からの干渉の回避および他の無線システムへの干渉の回避の両者を実現することができる。つまり、本実施形態の無線給電システムは、無線システムとの間の干渉を回避するためのキャリアセンスを正確に行うことができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態と同様、電磁波を用いて電力伝送を行う無線給電装置に関する。第１実施形態と同一の構成要素について同一の符号を用い、また、それらについての重複する説明を省略する。

第１実施形態では、無線給電装置１はキャリアセンス部１３０を具備し、キャリアセンス部１３０は、図３や図５のような構成となることを説明した。本実施形態の無線給電装置１は、キャリアセンス部１３０についてのこれらの構成において独自の増幅器の利得制御方法を有する。具体的には、「キャリアセンス閾値Ｔｈを超えるレベルの受信信号の有無」を正確に検知できるように増幅器の利得を制御する。このように利得を制御することで、他の無線給電装置１との間でキャリアセンスのタイミングや給電のタイミングを合わせることができ、干渉を受ける頻度を下げることが可能となる。

これらの信号検知処理は、アナログ回路での電力検知器あるいはデジタル回路での信号検出部で実施されるが、これらが検知できる信号電力のレベルに制限がある。一般の無線システムでは、受信信号の信号強度の幅は６０ｄＢ～１００ｄＢ程度であり、これを言い換えると、最小の受信信号レベルを１としたときに最大の受信信号レベルは１０の６乗から１０の１０乗もの大きさになる。これに対し、アナログ電力検知器や、デジタル回路で処理可能な信号レンジを決めるアナログデジタル変換器の検知範囲は３０ｄＢ～５０ｄＢ程度であることが多く、想定する受信信号を全てカバーすることはできない。例えば、無線給電装置１がキャリアセンス処理の際に想定する受信信号レベルが－９０ｄＢｍから－１０ｄＢｍの計８０ｄＢのレンジであり、キャリアセンス部１３０におけるアナログデジタル変換器１３５の検知範囲が４０ｄＢであるとする。無線給電装置１が受信した信号を全く増幅しない場合、アナログデジタル変換器１３５が適切に動作するのは－９０ｄＢｍから－５０ｄＢｍの４０ｄＢ範囲の信号のみであり、－５０ｄＢｍより大きいレベルの信号は、すべて飽和してしまう。そのため、図３や図５に示したキャリアセンス部１３０の低雑音増幅器１３１や可変利得増幅器１３４で受信信号を適切に増幅し、アナログデジタル変換器１３５やアナログ電力検知器で適切に信号を検知できるようにする必要がある。

本実施形態における増幅器の利得制御例を図８に示す。受信信号レベルの最小値ｃ１から最大値ｃ２までをカバーするために、例えば増幅器の利得を３段階に制御する。最も小さい利得のときは、レンジｃ３の範囲で受信信号を検知できる。中間の利得のときは、レンジｃ４の範囲で受信信号を検知できる。最大の利得のときはレンジｃ５で受信信号を検知できることとなる。受信信号のレベルに合わせて利得を可変調整することで、信号を正しく受信することができる。

しかしながら、本実施形態の無線給電装置１では、増幅器の利得を可変制御せず、固定的に設定する。具体的には、キャリアセンス閾値Ｔｈを含むレンジｃ４で受信信号を検知するように増幅器の利得を設定する。キャリアセンスでの受信信号レベルの閾値ＴｈはＶｉｃｔｉｍシステムの仕様や回線計算等に基づいて予め決められた値であるため、閾値Ｔｈを含む受信レンジとなるような増幅器の利得も既知である。なお、キャリアセンス閾値Ｔｈは、受信信号レベルの最大値ｃ２よりも小さい値である。

無線給電装置１におけるキャリアセンスは、図２を参照して説明した通り、キャリアセンスの処理と無線給電とを交互に繰り返す。そして、キャリアセンスの時間（Ｔ１１）と無線給電の時間（Ｔ１２）も固定時間、あるいはあらかじめ決められた複数の設定時間の一部である。なぜなら、給電処理を無期限に継続してしまうと、Ｖｉｃｔｉｍシステムが共存している場合に、そのシステムがチャネルを利用できなくなってしまう恐れがあるためである。

本実施形態の無線給電装置１におけるキャリアセンス処理と給電処理とのタイミングチャート例を図９に示す。無線給電装置１＿１は時刻ｔ１においてキャリアセンスを実施する。このとき、他の無線給電装置１＿２が給電中であるとすると、その給電信号が干渉となり、無線給電装置１はチャネルビジーと判断してキャリアセンスの時間カウントをストップする。この時、無線給電装置１は干渉信号のレベルに合わせて増幅器の利得を適応的に制御することはせず、あらかじめ決められたキャリアセンス閾値Ｔｈに合わせた利得（キャリアセンス閾値Ｔｈを含む利得）に固定する。時刻ｔ２において無線給電装置１＿２は給電を停止してキャリアセンスを開始する。この時、無線給電装置１＿１においては干渉がなくなるため、キャリアセンスのカウントがスタートする。その結果、無線給電装置１＿１と無線給電装置１＿１の両者のキャリアセンス動作が同じタイミングで並行することになる。もし、増幅器の利得を受信信号レベルに応じて可変制御していると、無線給電装置１＿１は時刻ｔ２において受信信号レベルが急激に変化するため増幅器の利得を大きく変更する必要が生じ、そのための処理時間が発生してキャリアセンスのタイミングが無線給電装置１＿２とずれてしまう。増幅器の利得をキャリアセンス閾値に合わせた固定値とすることで、このようなタイミングのずれを回避できる。時刻ｔ２以降のキャリアセンスにおいて、いずれの無線給電装置１でも閾値以上の信号が検知されなければ、時刻ｔ３において同時に給電がスタートすることになる。その後、時刻ｔ４において給電を停止し、それぞれの給電装置は再びキャリアセンスを実施する。互いに干渉を与えるほど近くに位置する無線給電装置１同士は、Ｖｉｃｔｉｍシステムとの共存環境も似たようなものである可能性が高いため、タイミングを揃えてキャリアセンスを実施すれば、その後の給電開始タイミングや停波タイミングも揃えることができる。その結果、互いに干渉を与えることなく給電が可能となる。

なお、複数の無線給電装置１間でキャリアセンスのタイミングや給電のタイミングを揃えるために、互いに同期を取る必要はない。増幅器の利得をキャリアセンス閾値に合わせて固定にしておき、後はキャリアセンス時間（Ｔ１１）とその後の給電時間（Ｔ１２）が同じであれば、自然とキャリアセンスと給電時間が一致する。キャリアセンス時間とその後の給電時間は給電システムとして固定値（あるいはあらかじめ決められた複数の設定値の１つ）であり、近傍に設置された無線給電装置１同士は同じ値を使う可能性が高い。

また、キャリアセンスの時間と給電時間が複数の無線給電装置１間で異なる値であったとしても、本実施形態の効果は得られる。その場合、給電の開始タイミングや終了タイミングのどちらかがずれてしまうことになるが、互いの給電信号が干渉となる時間を減らす効果が期待できる。

また、一方の無線給電装置１のキャリアセンスで閾値以上の信号を検出し、他方で検出しなかった場合でも、本実施形態の効果は得られる。その場合、キャリアセンスの終了タイミングがずれてしまうものの、給電終了後のキャリアセンス開始タイミングは一致するため、互いの給電信号が干渉となる時間を減らす効果がある。

また、無線給電装置１は、他の無線給電装置１のキャリアセンス時間や給電時間を推定してもよい。他の無線給電装置１からの干渉がある場合、その干渉が継続する時間や、干渉が軽減する時間を長時間にわたって観測することで、「干渉継続時間＝給電時間」、「干渉軽減時間＝キャリアセンス時間」と推測することができる。推測した時間に合わせて自身のキャリアセンス時間と給電時間を調整して動作させることで、自然とお互いのキャリアセンスタイミングと給電タイミングが一致し、干渉を与える（受ける）ことなく給電とキャリアセンスを実施することが可能となる。
なお、上記したような無線給電装置どうしのタイミングの一致は、それぞれの無線給電装置におけるクロック精度が同程度の場合に成立する。クロック精度が大きく異なる場合、即ちクロック誤差が大きい場合は、タイミングのずれが生じる可能性がある。例えば、無線給電装置１＿１のクロック誤差が＋５ｐｐｍ、無線給電装置１＿２のクロック誤差が－５ｐｐｍの場合、両者のクロックの相対的な誤差は１０ｐｐｍとなり、１００ｍｓの時間をカウントした場合、最大で１００ｍｓｘ１０ｐｐｍ＝１ｕｓの時間ずれが発生する。無線給電装置は、このようなクロック誤差を考慮した給電を行ってもよい。クロック誤差を考慮した給電処理のタイミングチャート例を図１０に示す。図１０において、時刻ｔ２までの処理は図９と同様である。時刻ｔ２において、無線給電装置１＿１と無線給電装置１＿２の両者のキャリアセンスが同じタイミングでスタートする。このとき、無線給電装置１＿１のクロックは理想より早く動作し、無線給電装置１＿２のクロックは理想より遅く動作するとする。そのような場合、無線給電装置１＿１のキャリアセンスは、理想の時刻ｔ３よりも早い時刻ｔ３＿１で終了する。一方、無線給電装置２＿１のキャリアセンスは、理想の時刻ｔ３よりも遅い時刻ｔ３＿２まで継続する。無線給電装置１＿１が時刻ｔ３＿１でキャリアセンスを終了し、即座に給電を開始してしまうと、無線給電装置２＿１はチャネルビジーと判断し、キャリアセンスの時間カウントを止めてしまうために給電を開始できず、無線給電装置どうしで給電時間が大幅にずれてしまう。このような現象を回避するため、無線給電装置１＿１は、時刻ｔ３＿１でキャリアセンスが終了した後、即座に給電を開始するのではなく、待機時間ΔＴだけ待機し、時刻ｔ３＿３から給電を開始する。ここで、待機時間ΔＴは、キャリアセンス期間Ｔ１１の間に累積するクロック誤差の最大累積値である。一般に、無線装置のクロック精度は仕様値として規定されており、例えばクロック精度が±Ｅ［ｐｐｍ］として規定されている場合、２つの給電装置のクロック誤差の最大値は（＋Ｅ）－（－Ｅ）＝２Ｅ［ｐｐｍ］となる。その場合、キャリアセンス期間Ｔ１１でのクロック誤差の最大累積値ΔＴはＴ１１×２Ｅ×１０＾（－６）として算出できる。無線給電装置１＿１が、クロック誤差の最大累積時間ΔＴだけ待機することで、待機中の時刻ｔ３＿２において無線給電装置１＿２がキャリアセンスを完了させることができる。無線給電装置１＿１は、待機時間ΔＴが終了した時刻ｔ３＿３から給電を開始する。その後、待機時間ΔＴの開始時刻ｔ３＿１からの経過時間が事前に設定した給電時間Ｔ１２に到達する時刻ｔ４＿１（即ちｔ４＿１－ｔ３＿１＝Ｔ１２）にて給電を終了する。無線給電装置２＿１についても同様に、キャリアセンスが終了した時刻ｔ３＿２から待機時間ΔＴだけ待機し、時刻ｔ３＿４から給電を開始する。そして、待機時間ΔＴの開始時刻ｔ３＿２からの経過時間が給電時間Ｔ１２に到達する時刻ｔ４＿２において給電を終了する。無線給電装置１＿１は、時刻ｔ４＿１において給電を終了した後、キャリアセンスを再開するが、無線給電装置１＿２が給電継続中であるため、チャネルビジーと判断する。無線給電装置１＿２の給電が終了する時刻ｔ４＿２において、どちらの無線給電装置もチャネルがクリアとなり、キャリアセンスの時間カウントが同じタイミングで再開されることとなる。以上のように、無線給電装置は、キャリアセンス終了時に、即座に給電をするのではなく、クロック誤差の累積最大時間だけ待機してから給電を行うように制御する。その結果、クロック誤差がある場合でも、複数の給電装置のキャリアセンスの処理タイミングをそろえることが可能となる。

以上のように、本実施形態の無線給電システムは、無線給電装置１がキャリアセンス部１３０における増幅器の利得を制御することで、干渉源となる他の無線給電装置１との間でキャリアセンスのタイミングや給電のタイミングを合わせることができる。その結果、自身のキャリアセンス実施時に、他の無線給電装置１の給電信号からの干渉を受ける機会を軽減することができる。つまり、本実施形態の無線給電システムは、無線システムとの間の干渉を回避するためのキャリアセンスを正確に行うことができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態や第２実施形態と同様、電磁波を用いて電力伝送を行う無線給電装置に関する。第１実施形態や第２実施形態と同一の構成要素について同一の符号を用い、また、それらについての重複する説明を省略する。

本実施形態における無線給電システムの構成例を図１１に示す。図１に示した第１実施形態の構成例との違いは、無線給電装置１が指向性変更部１４０を備えている点である。無線給電装置１は、自身が他の無線給電装置１からの給電信号によって干渉を受けていると判断したときに、指向性変更部１４０において指向性を変更する処理を行う。干渉を受けているかどうかの判断は、キャリアセンス部１３０における受信信号レベルが所定の閾値を超えたら干渉を受けていると判断してもよいし、閾値を超えたレベルの信号を受信する時間が一定以上となったら干渉を受けていると判断してもよい。あるいは、受信信号の周波数スペクトルを解析して狭帯域スペクトルや線スペクトルを受信した場合に干渉を受けていると判断してもよい。

指向性変更部１４０において変更する「指向性」は、無線給電装置１が備えるアンテナ１１０の指向性である。本実施形態では、アンテナ１１０を、給電とキャリアセンス、すなわち送信と受信の両方に用いる。言い換えると、送信時の送信指向性と受信時の受信指向性として同じ指向性を用いる。送信時と受信時とで同じ指向性を用いることで、送信（エネルギーの給電）する給電エリア内にいるＶｉｃｔｉｍ端末３からの信号のみをキャリアセンスの対象とすることができる。キャリアセンスで閾値以上の電力を検知した時、給電エリア内にＶｉｃｔｉｍ端末３、あるいは他の無線給電装置１が共存していると解釈できるため、指向性変更部１４０において給電ビームの指向性を変更し、給電エリアの修正を図る。指向性を変更した結果、キャリアセンスで閾値以上の電力を検出しなくなれば、給電エリア内にＶｉｃｔｉｍ端末３や他の無線給電装置１がいなくなったと解釈できるため、干渉を与えない、かつ干渉を受けない給電処理が実現できる。

指向性の変更は、アナログ処理であってもよいしデジタル処理であってもよい。アナログ処理の場合は、アンテナ１１０は指向性アンテナとして構成され、その向きを機械的に操作する処理を行う。デジタル処理の場合は、アンテナ１１０は電気的に強度や位相を調整可能なフェーズドアレーアンテナとして構成され、各アレー素子に供給する信号の重み（信号強度と位相値の少なくとも一方）を制御することで指向性を変更する。なお、無線給電装置１の給電処理部１２０の中にも給電ビームの指向性を制御する機能が含まれている。指向性変更部１４０は、給電処理部１２０における指向性制御のための制御情報（アンテナ１１０の向きや重み情報）を変更する機能を持つ。

指向性の変更例を図１２に示す。図１２（Ａ）は、無線給電装置１＿１が他の無線給電装置１＿２からの干渉（干渉波ｄ１）を受けていると判断したときに、指向性変更部１４０によって給電ビーム４＿１の指向性をわずかにずらし、給電ビーム４＿２を形成する。ずらす向きは一定であってもよいし、ランダムであってもよい。あるいは無線給電装置１＿１がアンテナ１１０としてアレーアンテナを備え、他の無線給電装置１＿２からの給電信号をアレーアンテナで受信する際に到来方向推定を行い、その方向に給電ビームが向かないように制御してもよい。あるいは図１２（Ｂ）のように、推定した干渉波ｄ１の方向に対して給電ビーム４＿３がヌル（ノッチ）ｄ２を向ける指向性を形成してもよい。干渉波ｄ１の到来方向を推定するのではなく、事前に他の無線給電装置１＿２の設置場所・設置方向を無線給電装置１へ設定しておき、干渉があると判断した場合に、事前設定された他の無線給電装置１＿２の方向に給電ビーム４＿３が向かないように指向性を形成してもよい。あるいは図１１（Ｃ）のように、給電ビーム４＿１の形状を変更して給電ビーム４＿４を形成してもよい。給電ビーム４＿１のように鋭い指向性形成時に干渉を受ける場合、給電ビーム４＿４のようにブロードな指向性に変更すると、角度あたりの指向性利得は減少し、受ける干渉の強さを軽減することができる。あるいは図１１（Ｄ）のように、予め決めた複数の給電ビームパターン４＿５、４＿６、４＿７と逐次的に変更し、干渉を受けていると判断した給電ビームパターン４＿５以外の指向性を使うようにしてもよい。すなわち、指向性変更部１４０は、ビーム方向を、推定される当該給電に使用される信号の到来方向以外の方向とする。

なお、図１２に例示した指向性の変更は、受電器へ供給するエネルギーが減らないように実施されることが好ましい。無線給電装置１は、受電器２から送信される信号を受信して、受電器２の位置・方向・受電量の少なくとも一つを把握する。あるいは、事前に受電器２の位置・方向情報を無線給電装置１の内部メモリへ設定する。無線給電装置１は給電ビーム４の指向性を変更する際に、受電器２へ供給するエネルギーが極端に減らないようにする。例えば無線給電装置１から受電器２に対する相対角度が一定以下になるように制限を設けて指向性を変更する。あるいは、指向性を変更するたびに受電器２から受電量を通知してもらい、一定以上の受電量が確保できる指向性のみ給電に利用する。

また、図７を参照して説明したように、キャリアセンスを複数の帯域ｂ１と帯域ｂ２とで分割して実施する場合、給電周波数に最も近い帯域ｂ１をキャリアセンスする場合にのみ、他の無線給電装置１からの干渉回避のために、上述した指向性変更処理を行うようにしてもよい。

以上のように、本実施形態における無線給電装置１は、他の無線給電装置１からの干渉の有無の判断に基づいた指向性制御を行うことで、干渉の回避と給電とを両立させることができる。つまり、本実施形態の無線給電システムは、無線システムとの間の干渉を回避するためのキャリアセンスを正確に行うことができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。

本実施形態の無線給電システムの構成例を図１３に示す。本実施形態の無線給電システムは、無線給電装置１＿１と無線給電装置１＿２とが、互いに干渉を与えることがないような配置で設置される。それぞれの無線給電装置１（１＿１、１＿２）は、高さＨ以上の場所に設置される。これは高所から給電ビームを下方向に放射することで、給電エリアを広くとるためである。また、給電ビームは指向性をもった電磁波であるが、給電用のアレーアンテナの位相調整によって指向性を制御する場合、ビームを振る角度を大きくするほど利得が小さくなってしまう（給電量が減る）ことが知られている。そのため、給電ビームを一定の幅に制限して使うことが好ましい。例えば、無線給電装置１の設置位置から鉛直下方向を基準とした場合、最大値の±３ｄＢとなる向きが－θから＋θとなるように制御して給電処理を行う。このような場合、本実施形態の無線給電システムは、無線給電装置１間の距離ｅ１が２Ｈ｛ｔａｎ（θ）｝以上となるように設置される。２Ｈ｛ｔａｎ（θ）｝は、無線給電装置１が最大角度θで給電ビームを放射したときに、その信号が１回反射して同じ高さＨまで到来するときの水平方向の距離である。２つの無線給電装置１間の距離を２Ｈ｛ｔａｎ（θ）｝以上だけ離して設置することで、１回反射の給電信号が干渉となることを回避できる。例えば、２つの無線給電装置１間の距離は、水平方向に２Ｈ｛ｔａｎ（θ）｝以上だけ離す。なお、高さＨは床面から給電装置までの距離としたが、周囲に金属製の什器などの反射物がある場合、その什器と給電装置との高低差に置き換えることが望ましい。逆に、給電装置間に壁等の電波を吸収するものがある場合、距離を２Ｈ｛ｔａｎ（θ）｝以下にしてもよい。あるいは、複数台の無線給電装置１からなる無線給電システムであって、一部の無線給電装置１間の距離として２Ｈ｛ｔａｎ（θ）｝を確保できない場合は、無線給電装置１の周囲に電波吸収フィルム等を設けることで干渉を回避してもよい。このように、本実施形態の無線給電システムは、複数の無線給電装置が互いに干渉を与えることがないような配置で設置されることによって、無線システムとの間の干渉を回避するためのキャリアセンスを正確に行うことができる。

また、本実施形態の無線給電システムにおいても、以上のように設置される無線給電装置１＿１と無線給電装置１＿２とは、図２を参照して説明した通り、キャリアセンスの処理と無線給電とを交互に繰り返す。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…無線給電装置、２…受電器、３…Ｖｉｃｔｉｍ端末、４…給電ビーム、１１０…アンテナ、１２０…給電処理部、１３０…キャリアセンス部、１３０Ａ…干渉回避機能部、１３０Ｂ…干渉キャンセラ機能部、１３１…低雑音増幅器、１３２…ミキサ、１３３…アナログフィルタ、１３４…可変利得増幅器、１３５…アナログデジタル変換器、１３６…デジタル回路、１３７…デジタルフィルタ、１３８…信号検出部、１４０…指向性変更部、２０１…減算器、２０２…周波数解析、２０２…周波数解析部、２０３…デジタルシンセサイザ。

Claims (12)

1. 第１周波数帯域を用いて、電磁波により電力を伝送する電力伝送手段と、
   前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域でキャリアセンスを行う検出手段と、
   を具備し、
   前記検出手段は、
   前記キャリアセンス時に受信される信号が所定未満の帯域幅の信号スペクトルを含む場合、前記キャリアセンス時に受信される信号のうち、前記信号スペクトルの周波数帯域である第３周波数帯域の信号を除去する干渉回避手段を具備し、
   前記第２周波数帯域を複数の周波数帯域に分けて別々に前記キャリアセンスを行い、前記複数の周波数帯域の中の前記第１周波数帯域との周波数差が最も小さい周波数帯域について前記キャリアセンスを行う場合に、前記干渉回避手段は前記第３周波数帯域の信号の除去を行う、
   電子装置。
2. 前記干渉回避手段は、前記第２周波数帯域が通過帯域として設定されるフィルタを具備する請求項１に記載の電子装置。
3. 前記キャリアセンス時に受信される信号のうち、第３周波数帯域の信号を除去した後の信号の周波数帯域幅は、第１周波数帯域の幅よりも大きい、請求項１または２に記載の電子装置。
4. 前記検出手段が第１期間キャリアセンスし、所定値より大きい信号が検出されない場合、前記電力伝送手段は前記第１期間の後に電力を伝送し、
   前記検出手段がキャリアセンスする前記第１期間の途中で、前記所定値より大きい信号が検出された場合、検出した時間から前記第１期間の終了までの時間に対応する第２期間に前記キャリアセンスを行う、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の電子装置。
5. 前記第２期間の長さは、前記キャリアセンスを行うべき期間の長さから前記所定値より大きい信号が検出されていた期間の長さを減じて得られる長さである請求項４に記載の電子装置。
6. 第１周波数帯域を用いて、電磁波により電力を伝送する電力伝送手段と、
   前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域でキャリアセンスを行う検出手段と、
   を具備し、
   前記検出手段は、前記キャリアセンス時に受信される信号のうち、最大値を含まない第１範囲の信号強度以外の強度の信号を除去する干渉回避手段を具備する
   電子装置。
7. 前記干渉回避手段は前記第１範囲が検知範囲となるように利得を固定される増幅器である請求項６に記載の電子装置。
8. 前記第１範囲は所定値を含み、
   前記検出手段が第１期間キャリアセンスし、前記所定値より大きい信号が検出されない場合、前記電力伝送手段は前記第１期間の後に電力を伝送し、
   前記検出手段がキャリアセンスする前記第１期間の途中で、前記所定値より大きい信号が検出された場合、検出した時間から前記第１期間の終了までの時間に対応する第２期間に前記キャリアセンスを行う、
   請求項６または７に記載の電子装置。
9. 前記第１期間の終了と前記電力の伝送の開始との間の第３期間においてキャリアセンスも電力の伝送も実施しない、請求項８に記載の電子装置。
10. 前記第３期間は、前記第１期間に他の電子装置との間で累積するクロック誤差である請求項９に記載の電子装置。
11. 前記第２期間の長さは、前記キャリアセンスを行うべき期間の長さから前記所定値より大きい信号が検出されていた期間の長さを減じて得られる長さである請求項８～１０のいずれか１項に記載の電子装置。
12. 第１周波数帯域を用いて、電磁波により電力を伝送することと、
    前記第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域でキャリアセンスを行うことと、
    を具備し、
    前記キャリアセンスを行うことは、
    前記キャリアセンス時に受信される信号が所定未満の帯域幅の信号スペクトルを含む場合、前記キャリアセンス時に受信される信号のうち、前記信号スペクトルの周波数帯域である第３周波数帯域の信号を除去することを具備し、
    前記第２周波数帯域を複数の周波数帯域に分けて別々に前記キャリアセンスを行い、前記複数の周波数帯域の中の前記第１周波数帯域との周波数差が最も小さい周波数帯域について前記キャリアセンスを行う場合に、前記第３周波数帯域の信号の除去を行う、
    給電制御方法。

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