WO2021033236A1

WO2021033236A1 - 無線電力伝送システム

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Publication number: WO2021033236A1
Application number: PCT/JP2019/032283
Authority: WO
Inventors: 建太郎濱名; 哲也野坂; グエン・マイン・タイ; 彬人村井; 義喜杉本
Original assignee: オムロン株式会社
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-02-25
Also published as: EP4020760A1; US11979035B2; CN114175453A; JPWO2021033236A1; JP7259970B2; EP4020760A4; US20220294273A1; EP4020760B1

Abstract

無線送電装置は、負荷装置のための電力を無線受電装置に送電する送電回路と、負荷装置の制御信号を無線受電装置に送信する信号送信回路と、無線送電装置から送電されて無線受電装置によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する信号受信回路と、制御回路とを備える。制御回路は、無線送電装置から各無線受電装置に電力を無線伝送する複数の時間スロットを各無線受電装置に周期的に割り当てる。制御回路は、ある無線受電装置に割り当てられた第１の時間スロットにおいて受電レベルがしきい値より小さくなったとき、同じ無線受電装置に割り当てられ、第１の時間スロットに先行又は後続する第２の時間スロットを延長する。

Description

無線電力伝送システム

　本開示は、無線送電装置及び無線受電装置を含む無線電力伝送システムに関し、また、そのような無線電力伝送システムの無線送電装置に関する。

　電源に接続された送電装置から、充電池などの負荷装置を含む受電装置に電力を無線伝送する無線電力伝送システムが知られている。例えば複数のセンサを含むセンサネットワークにおいて各センサに電力を供給するために、無線送電装置及び無線受電装置を含む無線電力伝送システムが構築される。

　人又は物品の移動に起因して、無線送電装置及び／又は無線受電装置の周囲の電波伝搬環境が常に変化しているとき、電波伝搬環境の変化に応じて無線送電装置又は無線受電装置の動作パラメータを調整する必要がある。

　特許文献１は、周辺状況に応じて送電出力を増大させる送電装置を開示している。

特開２０１８－１０２０８７号公報

　電波伝搬環境の変化に起因して、一時的に、無線送電装置から無線受電装置に電力を伝送できなくなり、その結果、電力不足により負荷装置が正常に動作できなくなることがある。例えば、負荷装置がセンサであるとき、センサの誤動作は測定値の誤差をもたらし、センサの測定値を利用する他の装置（例えば、工場の製造装置など）の誤動作をもたらす。従って、電波伝搬環境の変化にかかわらず、電力不足による負荷装置の誤動作が生じにくいように、無線送電装置から無線受電装置に電力を無線伝送することが求められる。

　本開示の目的は、電力不足による負荷装置の誤動作が生じにくいように、無線受電装置に電力を無線伝送することができる無線送電装置を提供することにある。また、本開示の目的は、そのような無線送電装置を含む無線電力伝送システムを提供することにある。

　本開示の側面に係る無線送電装置によれば、
　蓄電デバイスの電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置に電力を無線伝送する無線送電装置であって、
　前記無線送電装置は、
　前記負荷装置を動作させるための電力を前記無線受電装置に送電する送電回路と、
　前記負荷装置を制御する制御信号を前記無線受電装置に送信する信号送信回路と、
　前記無線送電装置から送電されて前記無線受電装置によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する信号受信回路と、
　前記無線送電装置の動作を制御する制御回路とを備え、
　前記制御回路は、
　前記無線送電装置から前記各無線受電装置に電力を無線伝送する複数の時間スロットを前記各無線受電装置に周期的に割り当て、
　ある無線受電装置に割り当てられた第１の時間スロットにおいて前記受電レベルが予め決められたしきい値より小さくなったとき、同じ無線受電装置に割り当てられ、前記第１の時間スロットに先行又は後続する第２の時間スロットを延長する。

　この構成を備えたことにより、電力不足による負荷装置の誤動作が生じにくいように、無線送電装置から無線受電装置に電力を無線伝送することができる。

　本開示の側面に係る無線送電装置によれば、
　蓄電デバイスの電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置に電力を無線伝送する無線送電装置であって、
　前記無線送電装置は、
　前記負荷装置を動作させるための電力を前記無線受電装置に送電する送電回路と、
　前記負荷装置を制御する制御信号を前記無線受電装置に送信する信号送信回路と、
　前記無線送電装置から送電されて前記無線受電装置によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する信号受信回路と、
　前記無線送電装置の動作を制御する制御回路とを備え、
　前記制御回路は、前記受電レベルが予め決められたしきい値より小さい状態から前記受電レベルが前記しきい値以上である状態に遷移したとき、予め決められた待機時間だけ待機してから、前記負荷装置を動作させる制御信号を前記信号送信回路により送信する。

　本開示の側面に係る無線電力伝送システムによれば、
　前記無線送電装置と、
　蓄電デバイスの電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置とを備える。

　この構成を備えたことにより、例えば複数のセンサを含むセンサネットワークにおいて各センサに電力を供給することができる。

　本開示の側面に係る無線電力伝送システムによれば、電力不足による負荷装置の誤動作が生じにくいように、無線送電装置から無線受電装置に電力を無線伝送することができる。

第１の実施形態に係る無線電力伝送システムを含むシステムの構成を示す概略図である。図１の無線送電装置１の構成を示すブロック図である。図１の無線受電装置２の構成を示すブロック図である。図１の無線受電装置２の受電レベルが常にしきい値Ｔｈ１を超えているときにおける、充電電圧及び状態信号の変化を示すタイミングチャートである。図１の無線受電装置２の受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、充電電圧及び状態信号の変化の例を示すタイミングチャートである。図１の無線受電装置２の受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、充電電圧及び状態信号の変化のもう１つの例を示すタイミングチャートである。図１のシステムの動作の一例を示すシーケンス図である。図１の無線送電装置１の送電制御回路１０によって実行されるセンシング処理を示すフローチャートである。図１のシステムの動作の変形例を示すシーケンス図である。第１の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの無線送電装置１Ａの構成を示す概略図である。第１の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの無線受電装置２Ａの構成を示す概略図である。第２の実施形態に係る無線電力伝送システムの無線受電装置２－１～２－３に割り当てられる時間スロットの初期状態を示すタイミングチャートである。図１２の無線受電装置２－１の受電レベルが常にしきい値Ｔｈ１を超えているときにおける、無線受電装置２－１に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１２の無線受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなるが各時間スロットの長さを変更しないときにおける、無線受電装置２－２に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１２の無線受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなり、先行する時間スロットＴ２（１）を延長するときにおける、無線受電装置２－２に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１２の無線受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなり、後続する時間スロットＴ２（３）を延長するときにおける、無線受電装置２－２に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１２の無線受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、無線受電装置２－１～２－３に割り当てられる時間スロットの長さの変更を示すタイミングチャートである。図１２の無線受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、無線受電装置２－１～２－３に割り当てられる時間スロットの長さの変更の変形例を示すタイミングチャートである。

　以下、本開示の一側面に係る実施形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。各図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。

［第１の実施形態］
　図１～図１１を参照して、第１の実施形態に係る無線電力伝送システムについて説明する。

［第１の実施形態の適用例］
　図１は、第１の実施形態に係る無線電力伝送システムを含むシステムの構成を示す概略図である。図１の無線電力伝送システムは、無線送電装置１及び少なくとも１つの無線受電装置２－１～２－３を含み、無線送電装置１から無線受電装置２－１～２－３に電力を無線伝送する。

　以下、無線受電装置２－１～２－３を総称して「無線受電装置２」という。図１では、無線電力伝送システムが３つの無線受電装置２を含む場合を示すが、無線電力伝送システムは任意個数の無線受電装置２を含んでもよい。また、以下、無線送電装置１を「送電装置１」といい、無線受電装置２を「受電装置２」という。

　図２は、図１の送電装置１の構成を示すブロック図である。送電装置１は、少なくとも、送電制御回路１０、送電回路１２、信号送信回路１３、及び信号受信回路１５を備える。送電制御回路１０は、送電装置１の全体の動作を制御する送電装置１の制御回路である。送電回路１２は、受電装置２のセンサ２３（後述）を動作させるための電力を受電装置２に送電する。信号送信回路１３は、センサ２３を制御する制御信号を受電装置２に送信する。信号受信回路１５は、送電装置１から送電されて受電装置２によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する。

　図３は、図１の受電装置２の構成を示すブロック図である。受電装置２は、少なくとも、蓄電デバイス２２及びセンサ２３を備える。蓄電デバイス２２は、送電装置１から受電装置２に無線伝送された電力を蓄える。蓄電デバイス２２は、例えば、充電池又はキャパシタを含む。センサ２３は、蓄電デバイス２２に蓄えられた電力により動作する負荷装置である。

　送電制御回路１０は、受電レベルが予め決められたしきい値Ｔｈ１より小さい状態から受電レベルがしきい値Ｔｈ１以上である状態に遷移したとき、予め決められた待機時間Ｔｗだけ待機してから、センサ２３を動作させる制御信号を信号送信回路１３により送信する。

　蓄電デバイス２２は、所定のしきい値Ｔｈ２よりも高い充電電圧を有するとき、センサ２３が安定して動作可能な電力をセンサ２３に供給することができる。受電レベルのしきい値Ｔｈ１は、例えば、十分に長い時間の経過後に蓄電デバイス２２の充電電圧がしきい値Ｔｈ２に達するように設定されてもよい。

　例えば、送電装置１及び受電装置２の間を障害物が通過したとき、電波が遮断されて受電レベルが低下し、蓄電デバイス２２の充電電圧も低下する。いったん送電が中断されて蓄電デバイス２２の充電電圧がしきい値Ｔｈ２よりも低下したとき、送電が再開されても、蓄電デバイス２２の充電電圧がしきい値Ｔｈ２以上になるには、回路の時定数で決まる所定の時間がかかる。従って、待機時間Ｔｗは、例えば、受電装置２がしきい値Ｔｈ１よりも高い標準的な受電レベルで受電しているとき、蓄電デバイス２２の充電電圧がゼロからしきい値Ｔｈ２に達するまでの時間長に設定される。

　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、前述のように、受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さい状態から受電レベルがしきい値Ｔｈ１以上である状態に遷移したとき、待機時間Ｔｗだけ待機してから、センサ２３を動作させる制御信号を送信する。このとき、蓄電デバイス２２の充電電圧はしきい値Ｔｈ２以上であると考えられるので、センサ２３が安定して動作可能な電力をセンサ２３に供給することができる。これにより、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

　センサ２３を動作させる制御信号は、例えば、センサ２３をオンすること、センサ２３によって所定の物理量を測定すること、センサ２３によって測定された物理量を読み出すこと、などを含んでもよい。

［第１の実施形態の構成例］
　図１の例では、送電装置１及び受電装置２－１～２－３は、制御装置３、製造装置４、及びベルトコンベア５を備えた工場に設けられる。ベルトコンベア５は、パレット６及びワーク７を搬送する。パレット６及びワーク７は、ベルトコンベア５によって、予め決められた時間において予め決められた位置ｐ１～ｐ３に到着しているように移動される。位置ｐ１～ｐ３において、ワーク７に対して予め決められた作業のイベントがそれぞれ実行される。受電装置２－１～２－３は、位置ｐ１～ｐ３の近傍にそれぞれ設けられ、位置ｐ１～ｐ３において実行されるイベントにそれぞれ関連付けられる。各受電装置２－１～２－３のセンサ２３は、このイベントに関連付けられた予め決められた物理量を測定する。送電装置１は、測定された物理量を各受電装置２－１～２－３から収集し、制御装置３に送る。制御装置３は、測定された物理量に基づいて製造装置４の動作を制御する。制御装置３は、例えば、プログラマブルロジックコントローラである。製造装置４は、ワーク７に対して予め決められた作業（例えば、溶接などの加工工程）のイベントを実行する。

　送電装置１は、外部装置としての制御装置３及び製造装置４に接続される。

　図２を参照すると、送電装置１は、送電制御回路１０、電源装置１１、送電回路１２、信号送信回路１３、アンテナ制御回路１４、信号受信回路１５、サーキュレータ１６、アンテナ装置ＡＮＴ１、インターフェース（Ｉ／Ｆ）回路１７、及び表示装置１８を備える。

　送電制御回路１０は、前述のように、送電装置１の全体の動作を制御する。

　電源装置１１は、受電装置２に送電される電力を供給する。

　送電回路１２は、前述のように、受電装置２のセンサ２３を動作させるための電力を、サーキュレータ１６及びアンテナ装置ＡＮＴ１を介して受電装置２に送電する。送電回路１２は、例えば、電源装置１１によって供給された電力からＣＷ（continuous wave）波を発生する。

　信号送信回路１３は、センサ２３を制御する制御信号（例えば、センサ２３の読み出し信号）を、サーキュレータ１６及びアンテナ装置ＡＮＴ１を介して受電装置２に送信する。信号受信回路１５は、例えば、センサ２３によって測定された物理量を含む応答信号を、アンテナ装置ＡＮＴ１及びサーキュレータ１６を介して受電装置２から受信する。また、信号受信回路１５は、前述のように、受電レベルの推定値を取得する。受電レベルの推定値は、後述するように、送電装置１によって生成されてもよく、受電装置２によって生成され、アンテナ装置ＡＮＴ１及びサーキュレータ１６を介して受電装置２から受信されてもよい。

　アンテナ装置ＡＮＴ１は、可変な指向性を有する。アンテナ装置ＡＮＴ１は、例えば、複数のアンテナ素子を備えるアレイアンテナであり、各アンテナ素子によって送受信される信号の振幅及び位相を個別に調整することにより、その指向性が変化する。アンテナ制御回路１４は、送電制御回路１０の制御下で、アンテナ装置ＡＮＴ１の指向性を制御する。

　サーキュレータ１６は、アンテナ装置ＡＮＴ１を介して受電装置２に送られる電力及び信号と、アンテナ装置ＡＮＴ１を介して受電装置２から受信された信号とを合成及び分離する。

　インターフェース回路１７は、有線又は無線の通信回線を介して制御装置３に接続される。送電制御回路１０は、後述するように、センサ２３が動作可能であるか否かを示す状態信号を生成し、状態信号を、インターフェース回路１７を介して制御装置３に出力する。また、送電制御回路１０は、後述するように、センサ２３によって測定された物理量を含む読み出し結果信号を生成し、読み出し結果信号を、インターフェース回路１７を介して制御装置３に送信する。

　表示装置１８は、送電装置１の状態と、送電装置１と通信可能に接続された受電装置２の状態（受電レベルなど）とを表示する。

　図３を参照すると、受電装置２は、受電制御回路２０、電力変換回路２１、蓄電デバイス２２、センサ２３、整合回路２４、サーキュレータ２５、信号送信回路２６、信号受信回路２７、受電回路２８、アンテナ装置ＡＮＴ２、及びスイッチＳＷを備える。

　受電制御回路２０は、受電装置２の全体の動作を制御する。

　アンテナ　装置ＡＮＴ２は、予め決められた指向性又は無指向性を有する。

　整合回路２４は、アンテナ装置ＡＮＴ２のインピーダンスを、サーキュレータ２５及び他の回路のインピーダンスと整合させる。

　サーキュレータ２５は、アンテナ装置ＡＮＴ２を介して送電装置１から送られた電力及び信号と、アンテナ装置ＡＮＴ２を介して送電装置１に送られる信号とを合成及び分離する。

　信号送信回路２６は、例えば、センサ２３によって測定された物理量を含む応答信号を、サーキュレータ２５、整合回路２４、及びアンテナ装置ＡＮＴ２を介して送信する。信号受信回路２７は、センサ２３を制御する制御信号を、アンテナ装置ＡＮＴ２、整合回路２４、及びサーキュレータ２５を介して送電装置１から受信する。

　受電回路２８は、センサ２３を動作させるための電力を、アンテナ装置ＡＮＴ２、整合回路２４、及びサーキュレータ２５を介して送電装置１から受電する。

　電力変換回路２１は、送電装置１から受電装置２に無線伝送された電力を交流から直流に変換（整流）し、さらに、直流の電力を昇圧又は降圧する。蓄電デバイス２２は、送電装置１から受電装置２に無線伝送されて電力変換回路２１によって昇圧又は降圧された電力を蓄える。蓄電デバイス２２は、例えば、充電池又はキャパシタを含む。

　センサ２３は、蓄電デバイス２２に蓄えられた電力により動作し、予め決められた物理量を測定する。センサ２３は、受電制御回路２０の制御下でオン／オフするスイッチＳＷを介して受電制御回路２０に接続される。スイッチＳＷがオンであるとき、蓄電デバイス２２からセンサ２３に電力が供給され、センサ２３によって測定された物理量は受電制御回路２０に送られる。センサ２３によって測定された物理量は送電装置１に無線送信される。

　受電レベルを推定するために、受電装置２の信号送信回路２６は、テスト信号を無線送信してもよく、送電装置１の信号受信回路１５は、テスト信号を無線受信し、テスト信号の受信信号強度を測定してもよい。送電装置１の信号受信回路１５は、テスト信号の受信信号強度をそのまま測定してもよく、増幅されたテスト信号の受信信号強度を測定してもよく、テスト信号の受信信号強度に代えてテスト信号の電力を測定してもよい。

　受電レベルを推定するために、送電装置１の信号送信回路１３は、テスト信号を無線送信してもよく、受電装置２の信号受信回路２７は、テスト信号を無線受信し、テスト信号の受信信号強度を測定してもよい。受電装置２の信号受信回路２７は、テスト信号の受信信号強度をそのまま測定してもよく、増幅されたテスト信号の受信信号強度を測定してもよく、テスト信号の受信信号強度に代えてテスト信号の電力を測定してもよい。

　受電レベルを推定するために、送電装置１の信号送信回路１３は、テスト信号を無線送信してもよく、送電装置１の信号受信回路１５は、受電装置２によって反射されたテスト信号を無線受信し、テスト信号の受信信号強度を測定してもよい。この場合、受電装置２は、送電装置１から送信されたテスト信号を反射するために、例えば、受電制御回路２０の制御下で選択的に、いずれかの回路部分においてインピーダンスの不整合が生じるように構成されてもよい。

　テスト信号は、所定のフォーマットを有する通信信号であってもよく、ＣＷ（continuous wave）波であってもよい。また、テスト信号は、送電装置１又は受電装置２によって発生されるコマンド信号に応答して送信されてもよく、コマンド信号なしに定期的に送信されてもよい。

　受電レベルを推定するために、蓄電デバイス２２の充電電圧を測定してもよい。

　受電レベルを推定するために、受電装置２の負荷装置、例えば、電力変換回路２１、蓄電デバイス２２、又はセンサ２３に供給される電力を測定してもよい。

［第１の実施形態の動作例］
　図１の送電装置１及び受電装置２を工場に設置するときと、工場を実際に稼働させているときとでは、送電装置１及び受電装置２の周囲の環境がさまざまに異なる。例えば、設置時には、製造装置４及びベルトコンベア５が停止している一方、稼働時には、製造装置４及びベルトコンベア５が動作し、送電装置１及び受電装置２の近くをパレット６及びワーク７が通過する。

　送電装置１及び受電装置２の周囲の環境が変化すると、電波伝搬環境も変化する。従って、設置時に、送電装置１のアンテナ装置ＡＮＴ１の主ビーム方向を各受電装置２の位置に合わせて調整し、また、各受電装置２のアンテナ装置ＡＮＴ２の主ビーム方向を送電装置１の位置に合わせて調整しても、稼働時には、電波の伝搬経路が変化したり遮断されたりすることがある。その結果、いずれかの受電装置２の受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さくなり、センサ２３が安定して動作可能な電力をセンサ２３に供給できなくなる。電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じると、製造装置４によって加工された製品の不良が生じたり、製造装置４の故障が生じたりするおそれがある。

　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムは、以下に説明するように、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送する。

　図４は、図１の受電装置２の受電レベルが常にしきい値Ｔｈ１を超えているときにおける、充電電圧及び状態信号の変化を示すタイミングチャートである。送電制御回路１０は、受電レベルに基づいて、センサ２３が動作可能であるか否か、すなわち、センサ２３が安定して動作可能な電力を蓄電デバイス２２からセンサ２３に供給することができるか否かを示す状態信号を生成する。前述のように、受電レベルがしきい値Ｔｈ１以上であるとき、蓄電デバイス２２の充電電圧はしきい値Ｔｈ２以上になり、センサ２３が安定して動作可能な電力をセンサ２３に供給することができる。図４の例では、状態信号は常にハイレベルであり、センサ２３が常に動作可能（イネーブル）であることを示す。

　表示装置１８は、図４に示す受電レベル、充電電圧、及び状態信号のうちの少なくとも１つを表示してもよい。

　図５は、図１の受電装置２の受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、充電電圧及び状態信号の変化の例を示すタイミングチャートである。前述したように、工場の稼働時には、製造装置４及びベルトコンベア５が動作し、送電装置１及び受電装置２の近くをパレット６及びワーク７が通過する。その結果、送電装置１及び受電装置２の間において電波の伝搬が周期的に遮断され、受電レベルが周期的にしきい値Ｔｈ１より小さくなり、蓄電デバイス２２の充電電圧もまた周期的にしきい値Ｔｈ２より小さくなる。このとき、送電制御回路１０は、状態信号をローレベルに設定する。前述したように、いったん送電が中断されて蓄電デバイス２２の充電電圧がしきい値Ｔｈ２よりも低下したとき、送電が再開されても、蓄電デバイス２２の充電電圧がしきい値Ｔｈ２以上になるには、回路の時定数で決まる所定の時間がかかる。従って、送電制御回路１０は、受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さい状態から受電レベルがしきい値Ｔｈ１以上である状態に遷移したとき、待機時間Ｔｗだけ待機してから、状態信号をローレベルからハイレベルに遷移させる。

　図６は、図１の受電装置２の受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、充電電圧及び状態信号の変化のもう１つの例を示すタイミングチャートである。図５の例では、状態信号がハイレベルであるとき、センサ２３が動作可能（イネーブル）であることを示し、状態信号がローレベルであるとき、センサ２３が動作不能（ディセーブル）であることを示す。一方、図６に示すように、状態信号がローレベルであるとき、センサ２３が動作可能（イネーブル）であることを示し、状態信号がハイレベルであるとき、センサ２３が動作不能（ディセーブル）であることを示してもよい。

　各受電装置２には、送電装置１から各受電装置２に電力を無線伝送する複数の時間スロットが周期的に割り当てられる。各１つの時間スロットでは、
（１）受電レベルの推定（すなわち、テスト信号の送受信）と、
（２）電力の無線伝送と、
（３）センサ２３を制御する制御信号及び測定された物理量の送受信と
が時分割で行われる。図４～図６他では、図示の簡単化のために、電力の無線伝送のみを示し、他の信号の送受信を省略している。

　図７は、図１のシステムの動作の一例を示すシーケンス図である。

　送電装置１は、予め、各受電装置２の受電レベルの推定値を取得し、受電レベルに基づいて、各受電装置２の状態信号を設定する。

　製造装置４自体の動作の準備が完了したとき、製造装置４は、各受電装置２のセンサ２３を動作させるために、センシング要求信号を制御装置３に送信する。

　次いで、制御装置３は、センサ２３の測定値の読み出しを開始するために、読み出し開始信号を送電装置１に送信する。次いで、送電装置１は、状態信号を制御装置３に送信する。センサ２３が動作不能（ディセーブル）であるとき、制御装置３は、センサ２３が動作可能（イネーブル）になるまで、読み出し開始信号を送電装置１に繰り返し送信する。センサ２３が動作可能（イネーブル）であるとき、制御装置３は、送電装置１によるセンサ２３の測定値の読み出しを要求するために、読み出し要求信号を送電装置１に送信する。

　次いで、送電装置１は、センサ２３の測定値を読み出すために、読み出し信号を受電装置２に送信する。次いで、受電装置２は、センサ２３によって測定された物理量を含む応答信号を送電装置１に送信する。次いで、送電装置１は、センサ２３によって測定された物理量を含む読み出し結果信号を制御装置３に送信する。

　次いで、制御装置３は、センサ２３によって測定された物理量が予め決められた基準（例えば、製造装置４が動作してもよいことを示す基準）を満たすか否かを判断し、その結果を含むセンシング完了信号を製造装置４に送信する。その後、制御装置３は、製造装置４を制御する制御信号を製造装置４に送信する。

　図８は、図１の送電装置１の送電制御回路１０によって実行されるセンシング処理を示すフローチャートである。

　ステップＳ１において、送電制御回路１０は、信号受信回路１５を用いて、各受電装置２の受電レベルの推定値を取得する。ステップＳ２において、送電制御回路１０は、受電レベルがしきい値Ｔｈ１以上であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３に進み、ＮＯのときはステップＳ１２に進む。

　ステップＳ３において、送電制御回路１０は、状態信号がディセーブルであるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４に進み、ＮＯのときはステップＳ６に進む。ステップＳ３がＹＥＳのとき、送電制御回路１０は、ステップＳ４において、状態信号がディセーブルのまま待機期間Ｔｗだけ待機し、ステップＳ５において、状態信号をディセーブルからイネーブルに遷移させる。一方、ステップＳ３がＮＯのとき、送電制御回路１０は、状態信号をイネーブルのまま維持する。

　ステップＳ６において、送電制御回路１０は、制御装置３から読み出し開始信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ７に進み、ＮＯのときはステップＳ８に進む。ステップＳ７において、送電制御回路１０は、制御装置３に状態信号を送信する。

　ステップＳ８において、送電制御回路１０は、制御装置３から読み出し要求信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ９に進み、ＮＯのときはステップＳ１に戻る。ステップＳ９において、送電制御回路１０は、受電装置２に読み出し信号を送信する。受電制御回路２０は、読み出し信号を受信したとき、センサ２３によって測定された物理量を取得する。ステップＳ１０において、送電制御回路１０は、センサ２３によって測定された物理量を含む応答信号を受電装置２から受信する。ステップＳ１１において、送電制御回路１０は、センサ２３によって測定された物理量を含む読み出し結果信号を制御装置３に送信する。

　ステップＳ２がＮＯのとき、送電制御回路１０は、ステップＳ１２において、状態信号をディセーブルに設定する。

　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、図７及び図８の処理を実行することにより、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

　図９は、図１のシステムの動作の変形例を示すシーケンス図である。図１のシステムが図７の動作を繰り返すことにより、制御装置３は、各受電装置２のセンサ２３が動作可能であるか否かを示す状態信号を収集する。図９では、図示の簡単化のために、図７の各動作のうち、状態信号の生成及び送信に関する動作以外は省略している。制御装置３は、予め決められた時間長にわたって各受電装置２の状態信号を収集したとき、収集された状態信号に基づいて、製造装置４を動作させるスケジュールを自動的に決定する自動スケジューリング処理を実行する。自動スケジューリング処理によれば、制御装置３は、収集された状態信号から、センサ２３が動作可能である時間期間及び動作不能である時間期間を抽出し、センサ２３が動作可能である時間期間において製造装置４を動作させるように、製造装置４を動作させるスケジュールを決定する。

［第１の実施形態の変形例］
　図１０は、第１の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの送電装置１Ａの構成を示す概略図である。送電装置１Ａは、図２のアンテナ装置ＡＮＴ１、アンテナ制御回路１４、及びサーキュレータ１６に代えて、アンテナ装置ＡＮＴ１１，ＡＮＴ１２及びアンテナ制御回路１４Ａを備える。送信及び受信のために１つのアンテナ装置ＡＮＴ１を共用するのではなく、別個のアンテナ装置ＡＮＴ１１，ＡＮＴ１２を用いてもよい。アンテナ制御回路１４Ａは、送電制御回路１０の制御下で、アンテナ装置ＡＮＴ１１，ＡＮＴ１２の指向性を制御する。

　図１１は、第１の実施形態の変形例に係る無線電力伝送システムの受電装置２Ａの構成を示す概略図である。受電装置２Ａは、図３のアンテナ装置ＡＮＴ２、受電制御回路２０、及び整合回路２４に代えて、アンテナ装置ＡＮＴ２１，ＡＮＴ２２、受電制御回路２０Ａ、及び整合回路２４ａ，２４ｂを備える。送信及び受信のために１つのアンテナ装置ＡＮＴ２を共用するのではなく、別個のアンテナ装置ＡＮＴ２１，ＡＮＴ２２を用いてもよい。

［第１の実施形態の効果］
　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さい状態から受電レベルがしきい値Ｔｈ１以上である状態に遷移したとき、待機時間Ｔｗだけ待機してから、センサ２３を動作させる制御信号を送信する。このとき、蓄電デバイス２２の充電電圧はしきい値Ｔｈ２以上であると考えられるので、センサ２３が安定して動作可能な電力をセンサ２３に供給することができる。これにより、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、周期的な受電レベルの低下が生じる電波伝搬環境に適用可能であり、また、非周期的な受電レベルの低下が生じる電波伝搬環境にも適用可能である。

　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、センサ２３の誤動作が生じにくくなるので、製造装置４によって加工された製品の不良が生じにくくなり、また、製造装置４の故障が生じにくくなる。

　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、各受電装置２のセンサ２３が動作可能であるか否かを制御装置３が認識しているので、制御装置３は、製造装置４及びベルトコンベア５の周囲の環境をモニタリングしながら、センサ２３が動作可能である時間期間において製造装置４を動作させることができる。これにより、製造装置４によって加工された製品の不良が生じにくくなり、また、製造装置４の故障が生じにくくなる。

　第１の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、表示装置１８を用いて受電装置２の状態（受電レベルなど）を可視化することにより、例えば、工場の製造ラインの設計者は、各受電装置２のセンサ２３が動作可能であるか否か（すなわち、電波伝搬環境の変化）に応じて、製造装置４及びベルトコンベア５などの動作タイミングを適切に決定することができる。

［第２の実施形態］
　図１２～図１８を参照して、第２の実施形態に係る無線電力伝送システムについて説明する。

［第２の実施形態の適用例］
　第２の実施形態に係る無線電力伝送システムは、第１の実施形態に係る無線電力伝送システムと同様に構成される。従って、その構成についての繰り返しの説明は省略する。

　送電制御回路１０は、送電装置１から各受電装置２に電力を無線伝送する複数の時間スロットを各受電装置２に周期的に割り当てる。送電制御回路１０は、ある受電装置２に割り当てられた第１の時間スロットにおいて受電レベルが予め決められたしきい値Ｔｈ１より小さくなったとき、同じ受電装置２に割り当てられ、第１の時間スロットに先行又は後続する第２の時間スロットを延長する。

　例えば、ある受電装置２に割り当てられたある時間スロットにおいて、送電装置１及び受電装置２の間を障害物が通過したとき、電波が遮断されて受電レベルが低下し、蓄電デバイス２２の充電電圧も低下する。第２の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、充電電圧の低下を補償するために、同じ受電装置２に割り当てられた他の時間スロットを延長する。これにより、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

［第２の実施形態の動作例］
　図１２は、第２の実施形態に係る無線電力伝送システムの受電装置２－１～２－３に割り当てられる時間スロットの初期状態を示すタイミングチャートである。図１２の例では、受電装置２－１に時間スロットＴ１（１），Ｔ１（２）が割り当てられ、受電装置２－２に時間スロットＴ２（１），Ｔ２（２）が割り当てられ、受電装置２－３に時間スロットＴ３（１），Ｔ３（２）が割り当てられる。図１２の例では、受電装置２－２に割り当てられた時間スロットＴ２（２）を含む時間区間において、受電装置２－２の受電レベルがしきい値Ｔｈ１よりも小さくなっている。

　図１３は、図１２の受電装置２－１の受電レベルが常にしきい値Ｔｈ１を超えているときにおける、受電装置２－１に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１３の例では、充電電圧は常にしきい値Ｔｈ２を超えている。

　図１４は、図１２の受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなるが各時間スロットの長さを変更しないときにおける、受電装置２－２に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１４の例では、受電装置２－２に割り当てられた時間スロットＴ２（２）（「第１の時間スロット」という）において受電レベルがしきい値Ｔｈ１より小さくなることにより、充電電圧がしきい値Ｔｈ２よりも小さくなる。これにより、センサ２３の誤動作が生じるおそれがある。

　図１５は、図１２の受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなり、先行する時間スロットＴ２（１）を延長するときにおける、受電装置２－２に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１６は、図１２の受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなり、後続する時間スロットＴ２（３）を延長するときにおける、受電装置２－２に係る送電電力及び充電電圧の変化を示すタイミングチャートである。図１５及び図１６の例では、充電電圧の低下を補償するために、同じ受電装置２－２に割り当てられ、時間スロットＴ２（２）に先行する時間スロットＴ２（１）又は後続する時間スロットＴ２（３）（「第２の時間スロット」という）を延長する。

　ある受電装置２について受電レベルの低下が周期的に発生するとき、同じ受電装置２に割り当てられる他の時間スロットを延長することにより、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

　図１７は、図１２の受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、受電装置２－１～２－３に割り当てられる時間スロットの長さの変更を示すタイミングチャートである。送電制御回路１０は、時間スロットＴ２（１）～Ｔ２（２）が割り当てられた受電装置２－２とは異なる他の受電装置２－１，２－３に割り当てられ、時間スロットＴ２（１）に時間的に隣接する時間スロットＴ１（１），Ｔ３（１）（「第３の時間スロット」という）を短縮する。

　図１８は、図１２の受電装置２－２の受電レベルが時間スロットＴ２（２）においてしきい値Ｔｈ１より小さくなるときにおける、受電装置２－１～２－３に割り当てられる時間スロットの長さの変更の変形例を示すタイミングチャートである。送電制御回路１０は、時間スロットＴ１（１），Ｔ３（１）が割り当てられたものと同じ受電装置２－１，２－３に割り当てられ、時間スロットＴ２（２）に時間的に隣接する時間スロットＴ１（２），Ｔ３（２）（「第４の時間スロット」という）を延長する。

　図１７及び図１８の例では、時間スロットＴ２（２）において、送電装置１から受電装置２－２への送電を停止してもよい。

　図１７及び図１８によれば、複数の受電装置２のための無線リソースを有効に利用して、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

［第２の実施形態の効果］
　第２の実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、各受電装置２に割り当てられた時間スロットの長さを変更することにより、電力不足によるセンサ２３の誤動作が生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

　第１の実施形態に係る特徴と第２の実施形態に係る特徴とを組み合わせてもよい。すなわち、送電制御回路１０は、ある受電装置２に割り当てられた第１の時間スロットにおいて受電レベルが予め決められたしきい値Ｔｈ１より小さくなったとき、同じ受電装置２に割り当てられ、第１の時間スロットに先行又は後続する第２の時間スロットを延長し、さらに、受電レベルが予め決められたしきい値Ｔｈ１より小さい状態から受電レベルがしきい値Ｔｈ１以上である状態に遷移したとき、予め決められた待機時間Ｔｗだけ待機してから、センサ２３を動作させる制御信号を信号送信回路１３により送信してもよい。これにより、電力不足によるセンサ２３の誤動作がさらに生じにくいように、送電装置１から受電装置２に電力を無線伝送することができる。

［変形例］
　受電装置２のアンテナ装置ＡＮＴ２もまた、可変な指向性を有してもよい。

　表示装置は、送電装置１に代えて、他の装置、例えば制御装置３に設けられてもよい。

　受電装置２等は、センサ２３に代えて、又はセンサ２３に加えて、他の任意の負荷装置を備えてもよい。他の負荷装置は、例えば、照明装置であってもよく、他の装置を制御するスイッチ又はリレーであってもよく、他の装置に信号を出力する信号処理回路であってもよい。この場合、受電装置は、センサ２３の検出結果をトリガとして、他の負荷装置を制御してもよい。

［まとめ］
　本開示の各側面に係る無線送電装置及び無線電力伝送システムは、以下のように表現されてもよい。

　本開示の第１の側面に係る無線送電装置１によれば、蓄電デバイス２２の電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置２に電力を無線伝送する。無線送電装置１は、負荷装置を動作させるための電力を無線受電装置２に送電する送電回路１２と、負荷装置を制御する制御信号を無線受電装置２に送信する信号送信回路１３と、無線送電装置１から送電されて無線受電装置２によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する信号受信回路１５と、無線送電装置１の動作を制御する送電制御回路１０とを備える。また、送電制御回路１０は、無線送電装置１から各無線受電装置２に電力を無線伝送する複数の時間スロットを各無線受電装置２に周期的に割り当てる。また、送電制御回路１０は、ある無線受電装置２に割り当てられた第１の時間スロットにおいて受電レベルが予め決められたしきい値より小さくなったとき、同じ無線受電装置２に割り当てられ、第１の時間スロットに先行又は後続する第２の時間スロットを延長する。

　本開示の第２の側面に係る無線送電装置１によれば、第１の側面に係る無線送電装置１において、無線送電装置１から複数の無線受電装置２に電力を無線伝送するとき、送電制御回路１０は、第１及び第２の時間スロットが割り当てられた無線受電装置２とは異なる他の無線受電装置２に割り当てられ、第２の時間スロットに時間的に隣接する第３の時間スロットを短縮する。

　本開示の第３の側面に係る無線送電装置１によれば、第２の側面に係る無線送電装置１において、送電制御回路１０は、第３の時間スロットが割り当てられた無線受電装置２と同じ無線受電装置２に割り当てられ、第１の時間スロットに時間的に隣接する第４の時間スロットを延長する。

　本開示の第４の側面に係る無線送電装置１によれば、第１～第３のうちの１つの側面に係る無線送電装置１において、送電制御回路１０は、受電レベルが予め決められたしきい値より小さい状態から受電レベルがしきい値以上である状態に遷移したとき、予め決められた待機時間だけ待機してから信号送信回路１３により制御信号を送信する。

　本開示の第５の側面に係る無線送電装置１によれば、第４の側面に係る無線送電装置１において、送電制御回路１０は、受電レベルに基づいて、負荷装置が動作可能であるか否かを示す状態信号を生成する。また、無線送電装置１は、状態信号を外部装置に出力するインターフェース回路１７をさらに備える。

　本開示の第６の側面に係る無線送電装置は、蓄電デバイス２２の電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置２に電力を無線伝送する。無線送電装置１は、負荷装置を動作させるための電力を無線受電装置２に送電する送電回路１２と、負荷装置を制御する制御信号を無線受電装置２に送信する信号送信回路１３と、無線送電装置１から送電されて無線受電装置２によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する信号受信回路１５と、無線送電装置１の動作を制御する送電制御回路１０とを備える。また、送電制御回路１０は、受電レベルが予め決められたしきい値より小さい状態から受電レベルがしきい値以上である状態に遷移したとき、予め決められた待機時間だけ待機してから、負荷装置を動作させる制御信号を信号送信回路１３により送信する。

　本開示の第７の側面に係る無線送電装置１によれば、第６の側面に係る無線送電装置１において、送電制御回路１０は、受電レベルに基づいて、負荷装置が動作可能であるか否かを示す状態信号を生成する。また、無線送電装置１は、状態信号を外部装置に出力するインターフェース回路１７をさらに備える。

　本開示の第８の側面に係る無線電力伝送システムによれば、第１～第７のうちの１つの側面に係る無線送電装置１と、蓄電デバイス２２の電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置２とを備える。

　本開示の第９の側面に係る無線電力伝送システムによれば、第８の側面に係る無線電力伝送システムにおいて、無線受電装置２は、予め決められた物理量を測定するセンサ２３を備え、センサ２３によって測定された物理量を無線送電装置１に無線送信する。

　本開示の側面に係る無線電力伝送システムは、例えば複数のセンサを含むセンサネットワークにおいて各センサに電力を供給するために利用可能である。

１，１Ａ…無線送電装置（送電装置）
２，２Ａ，２－１～２－３　無線受電装置（受電装置）
３　制御装置
４　製造装置
５　ベルトコンベア
６　パレット
７　ワーク
１０　送電制御回路
１１　電源装置
１２　送電回路
１３　信号送信回路
１４，１４Ａ　アンテナ制御回路
１５　信号受信回路
１６　サーキュレータ
１７　インターフェース（Ｉ／Ｆ）回路
１８　表示装置
２０，２０Ａ　受電制御回路
２１　電力変換回路
２２　蓄電デバイス
２３　センサ
２４　整合回路
２５　サーキュレータ
２６　信号送信回路
２７　信号受信回路
２８　受電回路
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２，ＡＮＴ２Ａ，ＡＮＴ１１～ＡＮＴ２２　アンテナ装置
ＳＷ　スイッチ

Claims

　蓄電デバイスの電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置に電力を無線伝送する無線送電装置であって、
　前記無線送電装置は、
　前記負荷装置を動作させるための電力を前記無線受電装置に送電する送電回路と、
　前記負荷装置を制御する制御信号を前記無線受電装置に送信する信号送信回路と、
　前記無線送電装置から送電されて前記無線受電装置によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する信号受信回路と、
　前記無線送電装置の動作を制御する制御回路とを備え、
　前記制御回路は、
　前記無線送電装置から前記各無線受電装置に電力を無線伝送する複数の時間スロットを前記各無線受電装置に周期的に割り当て、
　ある無線受電装置に割り当てられた第１の時間スロットにおいて前記受電レベルが予め決められたしきい値より小さくなったとき、同じ無線受電装置に割り当てられ、前記第１の時間スロットに先行又は後続する第２の時間スロットを延長する、
無線送電装置。
　前記無線送電装置から複数の無線受電装置に電力を無線伝送するとき、前記制御回路は、前記第１及び第２の時間スロットが割り当てられた無線受電装置とは異なる他の無線受電装置に割り当てられ、前記第２の時間スロットに時間的に隣接する第３の時間スロットを短縮する、
請求項１記載の無線送電装置。
　前記制御回路は、前記第３の時間スロットが割り当てられた無線受電装置と同じ無線受電装置に割り当てられ、前記第１の時間スロットに時間的に隣接する第４の時間スロットを延長する、
請求項２記載の無線送電装置。
　前記制御回路は、前記受電レベルが予め決められたしきい値より小さい状態から前記受電レベルが前記しきい値以上である状態に遷移したとき、予め決められた待機時間だけ待機してから前記信号送信回路により前記制御信号を送信する、
請求項１～３のうちの１つに記載の無線送電装置。
　前記制御回路は、前記受電レベルに基づいて、前記負荷装置が動作可能であるか否かを示す状態信号を生成し、
　前記無線送電装置は、前記状態信号を外部装置に出力するインターフェース回路をさらに備えた、
請求項４記載の無線送電装置。
　蓄電デバイスの電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置に電力を無線伝送する無線送電装置であって、
　前記無線送電装置は、
　前記負荷装置を動作させるための電力を前記無線受電装置に送電する送電回路と、
　前記負荷装置を制御する制御信号を前記無線受電装置に送信する信号送信回路と、
　前記無線送電装置から送電されて前記無線受電装置によって受電される電力のレベルを示す受電レベルの推定値を取得する信号受信回路と、
　前記無線送電装置の動作を制御する制御回路とを備え、
　前記制御回路は、前記受電レベルが予め決められたしきい値より小さい状態から前記受電レベルが前記しきい値以上である状態に遷移したとき、予め決められた待機時間だけ待機してから、前記負荷装置を動作させる制御信号を前記信号送信回路により送信する、
無線送電装置。
　前記制御回路は、前記受電レベルに基づいて、前記負荷装置が動作可能であるか否かを示す状態信号を生成し、
　前記無線送電装置は、前記状態信号を外部装置に出力するインターフェース回路をさらに備えた、
請求項６記載の無線送電装置。
　請求項１～７のうちの１つに記載の無線送電装置と、
　蓄電デバイスの電力で動作する負荷装置を備えた少なくとも１つの無線受電装置とを備えた、
無線電力伝送システム。
　前記無線受電装置は、予め決められた物理量を測定するセンサを備え、前記センサによって測定された物理量を前記無線送電装置に無線送信する、
請求項８記載の無線電力伝送システム。