JP7044202B2

JP7044202B2 - 無線送電装置及び無線電力伝送システム

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Publication number: JP7044202B2
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Inventors: 彬人村井; 哲也野坂; 順二小端
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Description

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

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、複数の無線送電装置及び複数の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ことがある。

例えば特許文献１は、複数の送電器及び複数の受電器を含むワイヤレス給電システムを開示している。

特開２０１８－１４８６１９号公報

複数の無線送電装置及び複数の無線受電装置を含む無線電力伝送システムにおいて、電力を伝送する無線送電装置及び無線受電装置のペアリング（組み合わせ）はさまざまに決定可能である。しかしながら、無線送電装置及び無線受電装置の位置関係に応じて、又は、周辺環境に応じて、電波の反射又は回折による干渉が発生し、無線受電装置によって利用可能な電力が低下することがある。場合によっては、無線受電装置によって利用可能な電力が、無線受電装置が動作する下限電力よりも低下することがある。従って、すべての無線受電装置に十分な電力が伝送されるように無線送電装置及び無線受電装置の組み合わせを決定することが求められる。

無線送電装置及び無線受電装置の組み合わせを決定するとき、無線受電装置の消費電力に応じて、また、無線送電装置から無線受電装置に供給可能な電力に応じて、無線受電装置によって実行可能な処理が制限されることがある。例えば、無線受電装置による複雑な信号処理（例えば、受電電力の推定）、複数の無線受電装置の間の通信、などは、無線受電装置によって利用可能な電力の不足に起因して、実施できないか実施困難である可能性がある。従って、無線受電装置の消費電力の大幅な増加を生じることなく、無線送電装置及び無線受電装置の組み合わせを決定することが求められる。

本開示の目的は、複数の無線送電装置及び複数の無線受電装置を含む無線電力伝送システムにおいて、すべての無線受電装置に十分な電力が伝送されるように無線送電装置及び無線受電装置の組み合わせを決定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、
複数の無線送電装置及び複数の無線受電装置を含む無線電力伝送システムのための無線送電装置であって、前記無線送電装置は、
前記無線送電装置から前記複数の無線受電装置に送電したときの前記各無線受電装置の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第１の推定電力値を計算する電力推定器と、
前記各第１の推定電力値を前記各無線受電装置に送信する信号送信回路と、
前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置から前記各無線受電装置に電力を伝送したときの前記各無線受電装置の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第２の推定電力値を、前記各無線受電装置から受信する信号受信回路と、
前記第１及び第２の推定電力値に基づいて、すべての前記無線受電装置の推定受電電力が予め決められたしきい値以上になるように、電力を伝送する前記無線送電装置及び前記無線受電装置のペアリングを決定する送電制御回路と、
前記決定されたペアリングに基づいて、当該無線送電装置に対応する１つの前記無線受電装置に電力を伝送する送電回路とを備え、
前記電力推定器は、前記各無線受電装置から受信されたテスト信号の信号レベルに基づいて、前記各第１の推定電力値を計算する。

この構成を備えたことにより、複数の無線送電装置及び複数の無線受電装置を含む無線電力伝送システムにおいて、すべての無線受電装置に十分な電力が伝送されるように無線送電装置及び無線受電装置の組み合わせを決定することができる。

本開示の側面に係る無線送電装置によれば、
前記送電制御回路は、前記第１及び第２の推定電力値に基づいて、前記複数の無線受電装置の推定受電電力の総和を最大化するように、電力を伝送する前記無線送電装置及び前記無線受電装置のペアリングを決定する。

この構成を備えたことにより、複数の無線受電装置の推定受電電力の総和を最大化するように、電力を伝送する前記無線送電装置及び前記無線受電装置のペアリングを決定することができる。

本開示の側面に係る無線送電装置によれば、
前記信号送信回路は、前記決定されたペアリングを示す第１のペアリング情報を前記各無線受電装置に送信し、
前記信号受信回路は、前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置によって決定されたペアリングを示す第２のペアリング情報を、前記各無線受電装置から受信し、
前記送電制御回路は、前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置によって決定されたペアリングに含まれる無線受電装置を除外するように、当該無線送電装置のペアリングを決定する。

この構成を備えたことにより、無線受電装置の重複が生じないように、無線送電装置及び無線受電装置のペアリングを決定することができる。

本開示の側面に係る無線送電装置によれば、
前記無線送電装置は、可変な指向性を有するアンテナ装置を備える。

この構成を備えたことにより、無線電力伝送システムにおける電力伝送及び通信の効率を向上させることができる。

本開示の側面に係る無線電力伝送システムによれば、
複数の前記無線送電装置と、
複数の無線受電装置とを含む。

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。

この構成を備えたことにより、例えば、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、複数の無線送電装置及び複数の無線受電装置を含む無線電力伝送システムにおいて、すべての無線受電装置に十分な電力が伝送されるように無線送電装置及び無線受電装置の組み合わせを決定することができる。

実施形態に係る無線電力伝送システムを示すブロック図である。図１の送電装置１の構成を示すブロック図である。図２のサーキュレータ回路１９及びアンテナ装置ＡＮＴ１の詳細構成を示すブロック図である。図１の受電装置２の構成を示すブロック図である。図２の電力推定器１７による推定電力値の計算を概略的に説明する図である。図１の無線電力伝送システムにおいて干渉が発生する場合を示す図である。図１の無線電力伝送システムにおいて干渉が発生しない場合を示す図である。図２の送電制御回路１０によって実行される送電処理を示すフローチャートである。図８のステップＳ１の放射パターン決定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図８のステップＳ２の受電電力推定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図８のステップＳ３のペアリング処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図８のステップＳ４の重複チェック処理のサブルーチンを示すフローチャートである。図８のステップＳ１の放射パターン決定処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。図８のステップＳ２の受電電力推定処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。図８のステップＳ３のペアリング処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。図８のステップＳ４の重複チェック処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。図１の送電装置１－１が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される送電装置１－１の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－２が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される送電装置１－２の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される送電装置１－３の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される受電装置２－１の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される受電装置２－２の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される受電装置２－３の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ３のペアリング処理を実行することによって生成される送電装置１－１～１－３の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－１が受電装置２－３と通信できないときに生成される送電装置１－１の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－２が受電装置２－２と通信できないときに生成される送電装置１－２の例示的な電力テーブルを示す図である。図１の送電装置１－３が受電装置２－１と通信できないときに生成される送電装置１－３の例示的な電力テーブルを示す図である。

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。

［適用例］
図１は、実施形態に係る無線電力伝送システムを示すブロック図である。無線電力伝送システムは、複数の送電装置１－１～１－３及び複数の受電装置２－１～２－３を含む。

本明細書では、送電装置１－１～１－３をまとめて「送電装置１」ともいい、受電装置２－１～２－３をまとめて「受電装置２」ともいう。また、本明細書では、送電装置１を「無線送電装置」ともいい、受電装置２を「無線受電装置」ともいう。

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１４、信号送信回路１５、電力推定器１７、信号受信回路１８を備える。

電力推定器１７は、受電装置２から受信されたテスト信号の信号レベルに基づいて、送電装置１から複数の受電装置２に送電したときの各受電装置２の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第１の推定電力値を計算する。

信号送信回路１５は、各第１の推定電力値を各受電装置２に送信する。

信号受信回路１８は、無線電力伝送システムの他の送電装置１から各受電装置２に電力を伝送したときの各受電装置２の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第２の推定電力値を、各受電装置２から受信する。また、信号受信回路１８は、第１の推定電力値を計算するためのテスト信号を受電装置２から受信する。

本明細書では、ある送電装置１について、当該送電装置１によって計算された推定電力値を「第１の推定電力値」ともいい、他の送電装置１によって計算された推定電力値を「第２の推定電力値」ともいう。

送電制御回路１０は、第１及び第２の推定電力値を含む電力テーブルに基づいて、すべての受電装置２の推定受電電力が予め決められたしきい値以上になるように、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定する。

送電回路１４は、決定されたペアリングに基づいて、当該送電装置１に対応する１つの受電装置２に電力を伝送する。

図４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、信号送信回路２４、受電回路２５、及び信号受信回路２６を備える。

信号受信回路２６は、複数の送電装置１から複数の受電装置２に送電したときの各受電装置２の推定受電電力をそれぞれ示す複数の推定電力値（すなわち、第１及び第２の推定電力値）を、各送電装置１から受信する。

信号送信回路２４は、複数の送電装置１からそれぞれ受信された複数の推定電力値のうち、１つの推定電力値の送信元の送電装置１に、他の送電装置１から受信された推定電力値を送信する。また、信号送信回路２４は、第１の推定電力値を計算するためのテスト信号を送電装置１に送信する。

受電回路２５は、当該受電装置２に対応する１つの送電装置１から受電する。

実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、すべての受電装置２の推定受電電力が予め決められたしきい値以上になるように、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定することができる。また、実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、複数の送電装置１の間の通信を必要とすることなく、かつ、複数の送電装置１を制御する外部の制御装置を必要とすることなく、各送電装置１は互いに独立にペアリングを決定することができる。

［構成例］
図２の例では、送電装置１は、電源装置１１、記憶装置１２、表示装置１３、アンテナ制御回路１６、サーキュレータ回路１９、及びアンテナ装置ＡＮＴ１をさらに備える。

電源装置１１は、受電装置２に送電される電力を供給する。

記憶装置１２は、送電制御回路１０の制御下で、複数の推定電力値を含む電力テーブルを格納する。

表示装置１３は、送電装置１から受電装置２に十分な電力を伝送できないときに、エラーメッセージを表示する。表示装置１３は、例えば発光ダイオードを含む。

アンテナ装置ＡＮＴ１は、可変な指向性を有する。アンテナ制御回路１６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。

サーキュレータ回路１９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。

図３は、図２のサーキュレータ回路１９及びアンテナ装置ＡＮＴ１の詳細構成を示すブロック図である。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ってもよい。

サーキュレータ回路１９は、分配器３１、サーキュレータ３２－１～３２－４、及び合成器３３を備える。分配器３１は、送電回路１４から送られた電力を、アンテナ素子の個数に合わせて４つに分配する。同様に、分配器３１は、信号送信回路１５から送られた信号を、アンテナ素子の個数に合わせて４つに分配する。サーキュレータ３２－１～３２－４は、分配器３１によって分配された電力及び信号をアンテナ装置ＡＮＴ１に送り、かつ、アンテナ装置ＡＮＴ１から送られた４つの信号を合成器３３に送る。合成器３３は、アンテナ装置ＡＮＴ１から送られた４つの信号を合成し、電力推定器１７及び信号受信回路１８に送る。

アンテナ装置ＡＮＴ１は、位相及び振幅調整器４１及びアンテナ素子４２－１～４２－４を備える。アンテナ素子４２－１～４２－４は、互いに所定の間隔を有して配列される。位相及び振幅調整器４１は、アンテナ制御回路１６の制御下で、アンテナ素子４２－１～４２－４を介して送信される信号及び受信される信号の位相及び振幅を調整し、これにより、アンテナ装置ＡＮＴ１のビーム及びヌルの方向を制御する。

送電制御回路１０は、複数の推定電力値を含む電力テーブルに基づいて、複数の受電装置２の推定受電電力の総和を最大化するように、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定してもよい。

信号送信回路１５は、決定されたペアリングを示す第１のペアリング情報を各受電装置２に送信し、信号受信回路１８は、無線電力伝送システムの他の送電装置１によって決定されたペアリングを示す第２のペアリング情報を、各受電装置２から受信してもよい。この場合、送電制御回路１０は、無線電力伝送システムの他の送電装置１によって決定されたペアリングに含まれる受電装置２を除外するように、当該送電装置１のペアリングを決定してもよい。

本明細書では、ある送電装置１について、当該送電装置１によって決定されたペアリング情報を「第１のペアリング情報」ともいい、他の送電装置１によって決定されたペアリング情報を「第２のペアリング情報」ともいう。

図４の例では、受電装置２は、受電制御回路２０、バッテリ２１、記憶装置２２、センサ２３、サーキュレータ回路２７、及びアンテナ装置ＡＮＴ２をさらに備える。

受電制御回路２０は、受電装置２の全体の動作を制御する。

バッテリ２１は、送電装置１から送電された電力を蓄える。

記憶装置２２は、受電制御回路２０の制御下で、複数の送電装置１からそれぞれ受信された複数の推定電力値を格納する。

センサ２３は、予め決められた物理量を測定する。

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。

サーキュレータ回路２７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２４は、センサ２３によって測定された物理量を送電装置１に送信する。

図５は、図２の電力推定器１７による推定電力値の計算を概略的に説明する図である。ある電波伝搬環境において、送電装置１の信号レベルと、受電装置２の推定受電電力とは、実質的に同様に変動すると考えられる。従って、推定電力値は、受電装置２から送電装置１にテスト信号を送信し、テスト信号の信号レベル、例えば受信信号強度を測定することにより計算される。電力推定器１７は、各受電装置２から受信されたテスト信号の信号レベルに基づいて、各第１の推定電力値を計算する。

［動作例］
図６は、図１の無線電力伝送システムにおいて干渉が発生する場合を示す図である。前述のように、送電装置１及び受電装置２の位置関係に応じて、又は、周辺環境に応じて、電波の反射又は回折による干渉が発生する。図６の例では、受電装置２－２，２－３によって利用可能な電力は、受電装置２－１によって利用可能な電力に比較して、低下している。また、受電装置２－３によって利用可能な電力は、受電装置２が動作する下限電力のしきい値Ｔｈよりも低下している。従って、すべての受電装置２に十分な電力が伝送されるように送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定することが求められる。

図７は、図１の無線電力伝送システムにおいて干渉が発生しない場合を示す図である。図７の例では、送電装置１－１から受電装置２－１に送電し、送電装置１－２から受電装置２－３に送電し、かつ、送電装置１－３から受電装置２－２に送電するように、送電装置１及び受電装置２のペアリングが決定される。さらに、図７の例では、送電装置１－１のアンテナ装置のヌルが受電装置２－２に向かうように、かつ、送電装置１－３のアンテナ装置のヌルが受電装置２－３に向かうように、アンテナ装置の指向性が制御される。これにより、すべての受電装置２に対してしきい値Ｔｈを超える十分な電力が伝送されるように、送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定することができる。

次に、図８～図２６を参照して、図１の無線電力伝送システムの例示的な動作について説明する。

図８は、図２の送電制御回路１０によって実行される送電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、放射パターン決定処理を実行する。放射パターン決定処理では、図８の送電処理を実行している１つの送電装置１から受電装置２－１～２－３に電力及び信号をそれぞれ送るための複数の放射パターンが決定される。

ステップＳ２において、送電制御回路１０は、受電電力推定処理を実行する。受電電力推定処理では、図８の送電処理を実行している１つの送電装置１から受電装置２－１～２－３に送電したときの各受電装置２－１～２－３の推定受電電力をそれぞれ示す複数の推定電力値が計算される。

ステップＳ３において、送電制御回路１０は、ペアリング処理を実行する。ペアリング処理では、図８の送電処理を実行している１つの送電装置１と、当該送電装置１から電力を伝送する受電装置２とのペアリングが決定される。

ステップＳ４において、送電制御回路１０は、重複チェック処理を実行する。重複チェック処理では、図８の送電処理を実行している１つの送電装置１によって決定されたペアリングと、他の送電装置１によって決定されたペアリングとにおいて、受電装置２の重複が生じているか否かが判断され、重複が生じていればペアリングが再決定される。

ステップＳ５において、送電制御回路１０は、すべての受電装置２の受電電力がしきい値以上であるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ６に進み、ＮＯのときはステップＳ８に進む。しきい値は、例えば、受電装置２が動作する下限電力よりも大きな値に設定される。

ステップＳ６において、送電制御回路１０は、ステップＳ３～Ｓ４において決定されたペアリングに係る受電装置２に送電するための放射パターンを、アンテナ装置ＡＮＴ１に設定する。ステップＳ７において、送電制御回路１０は、アンテナ装置ＡＮＴ１を介して受電装置２に送電を開始する。

ステップＳ８において、送電制御回路１０は、表示装置１３にエラーメッセージを表示する。

図９は、図８のステップＳ１の放射パターン決定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１１おいて、送電制御回路１０は、１つの受電装置２を選択する。

ステップＳ１２において、送電制御回路１０は、ある放射パターンをアンテナ装置ＡＮＴ１に設定する。ステップＳ１３において、送電制御回路１０は、受電装置２から図８の送電処理を実行している送電装置１にテスト信号を送信するための電力を受電装置２に供給する。さらに、ステップＳ１３において、送電制御回路１０は、テスト信号の送信を受電装置２に要求する。ステップＳ１４において、送電制御回路１０は、受電装置２からテスト信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１５に進み、ＮＯのときはステップＳ１６に進む。ステップＳ１５において、送電制御回路１０は、受信されたテスト信号を、受電装置２と対応付けて、信号受信回路１８の内部又は記憶装置１２に保存する。受信されたテスト信号を受電装置２と対応付けるために、番号又は他の識別子を各受電装置２に付与してもよい。

ステップＳ１６において、送電制御回路１０は、受電装置２からテスト信号を受信する試行回数がしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１７に進み、ＮＯのときはステップＳ１２に戻る。ステップＳ１６からステップＳ１２に戻ったとき、他の放射パターンをアンテナ装置ＡＮＴ１に設定し、処理を繰り返す。

ステップＳ１７において、送電制御回路１０は、すべての受電装置２についてステップＳ１２～Ｓ１６の処理を実行したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ１９に進み、ＮＯのときはステップＳ１８に進む。ステップＳ１８において、送電制御回路１０は、他の受電装置２を選択し、処理を繰り返す。

ステップＳ１９において、送電制御回路１０は、保存されたテスト信号に基づいて、各受電装置２とそれぞれ通信するための複数の放射パターンを計算する。ここで、放射パターンは、例えば、選択された受電装置２に向かってビームを有し、他の受電装置２に向かってヌルを有するように計算されてもよい。

図１３は、図８のステップＳ１の放射パターン決定処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。送電装置１－１は、放射パターン決定処理を実行することにより、受電装置２－１～２－３とそれぞれ通信するための複数の放射パターンを決定する。

他の送電装置１－２，１－３もまた、放射パターン決定処理を実行することにより、送電装置１－１と同様に、受電装置２－１～２－３とそれぞれ通信するための複数の放射パターンを決定する。

図１０は、図８のステップＳ２の受電電力推定処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ２１において、送電制御回路１０は、１つの受電装置２を選択する。

ステップＳ２２において、送電制御回路１０は、受電装置２と通信するための放射パターンをアンテナ装置ＡＮＴ１に設定する。ステップＳ２３において、送電制御回路１０は、受電装置２から図８の送電処理を実行している送電装置１にテスト信号を送信するための電力を受電装置２に供給する。さらに、ステップＳ２２において、送電制御回路１０は、テスト信号の送信を受電装置２に要求する。ステップＳ２４において、送電制御回路１０は、受電装置２からテスト信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２５に進み、ＮＯのときはステップＳ２６に進む。ステップＳ２５において、送電制御回路１０は、受信されたテスト信号に基づいて、送電装置１から受電装置２に送電したときの受電装置２の推定受電電力を示す受電装置２の推定電力値を計算する。

ステップＳ２６において、送電制御回路１０は、受電装置２からテスト信号を受信する試行回数がしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ２７に進み、ＮＯのときはステップＳ２３に戻る。

ステップＳ２７において、送電制御回路１０は、推定電力値を受信して保存するための電力を受電装置２に供給する。さらに、ステップＳ２７において、送電制御回路１０は、推定電力値を受電装置２に送信する。ステップＳ２８において、送電制御回路１０は、受電装置２から肯定応答信号を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３０に進み、ＮＯのときはステップＳ２９に進む。ステップＳ２９において、送電制御回路１０は、受電装置２から肯定応答信号を受信する試行回数がしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ３０に進み、ＮＯのときはステップＳ２７に戻る。ステップＳ３０において、送電制御回路１０は、すべての受電装置２についてステップＳ２２～Ｓ２９の処理を実行したか否かを判断し、ＹＥＳのときは図８のステップＳ３に進み、ＮＯのときはステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１において、送電制御回路１０は、他の受電装置２を選択し、処理を繰り返す。

図１４は、図８のステップＳ２の受電電力推定処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。送電装置１－１は、受電電力推定処理を実行することにより、受電装置２－１～２－３の推定電力値をそれぞれ計算し、計算された推定電力値を受電装置２－１～２－３にそれぞれ送信する。

他の送電装置１－２，１－３もまた、受電電力推定処理を実行することにより、送電装置１－１と同様に、受電装置２－１～２－３の推定電力値をそれぞれ計算し、計算された推定電力値を受電装置２－１～２－３にそれぞれ送信する。

図１７は、図１の送電装置１－１が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される送電装置１－１の例示的な電力テーブルを示す図である。図１８は、図１の送電装置１－２が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される送電装置１－２の例示的な電力テーブルを示す図である。図１９は、図１の送電装置１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される送電装置１－３の例示的な電力テーブルを示す図である。図１７～図２６において、単位はｄＢｍである。

図２０は、図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される受電装置２－１の例示的な電力テーブルを示す図である。図２１は、図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される受電装置２－２の例示的な電力テーブルを示す図である。図２２は、図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ２の受電電力推定処理を実行することによって生成される受電装置２－３の例示的な電力テーブルを示す図である。

図１１は、図８のステップＳ３のペアリング処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ４１において、送電制御回路１０は、１つの受電装置２を選択する。

ステップＳ４２において、送電制御回路１０は、受電装置２と通信するための放射パターンをアンテナ装置ＡＮＴ１に設定する。ステップＳ４３において、送電制御回路１０は、受電装置２から図８の送電処理を実行している送電装置１に推定電力値を送信するための電力を受電装置２に供給する。さらに、ステップＳ４３において、送電制御回路１０は、推定電力値の送信を受電装置２に要求する。ステップＳ４４において、送電制御回路１０は、受電装置２から推定電力値を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４５に進み、ＮＯのときはステップＳ４６に進む。ステップＳ４５において、送電制御回路１０は、推定電力値を記憶装置１２に保存する。ステップＳ４６において、送電制御回路１０は、受電装置２から推定電力値を受信する試行回数がしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４７に進み、ＮＯのときはステップＳ４３に戻る。ステップＳ４７において、送電制御回路１０は、すべての受電装置２についてステップＳ４２～４６の処理を実行したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ４９に進み、ＮＯのときはステップＳ４８に進む。

ステップＳ４８において、送電制御回路１０は、他の受電装置２を選択する。

ステップＳ４９において、送電制御回路１０は、送電処理を実行している送電装置１によって計算された推定電力値と、他の送電装置１によって計算された推定電力値とから電力テーブルを生成して記憶装置１２に保存する。ステップＳ５０において、送電制御回路１０は、電力テーブルに基づいて、送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定する。ここで、送電制御回路１０は、すべての受電装置２の推定受電電力が予め決められたしきい値以上になるように、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定する。送電制御回路１０はさらに、複数の受電装置２の推定電力値の総和を最大化するように、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定してもよい。

ステップＳ５１において、送電制御回路１０は、１つの受電装置２を選択する。

ステップＳ５２において、送電制御回路１０は、受電装置２と通信するための放射パターンをアンテナ装置ＡＮＴ１に設定する。ステップＳ５３において、送電制御回路１０は、ステップＳ５０において決定されたペアリングを示すペアリング情報を受電装置２に送信する。ステップＳ５４において、送電制御回路１０は、すべての受電装置２についてステップＳ５２～Ｓ５３の処理を実行したか否かを判断し、ＹＥＳのときは図８のステップＳ４に進み、ＮＯのときはステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５において、送電制御回路１０は、他の受電装置２を選択し、処理を繰り返す。

受電装置２は、送電装置１から受信されたペアリング情報を記憶装置２２に格納する。例えば、受電装置２は、図２０～図２２に示す受電装置２の電力テーブルにおいて、各送電装置１から電力が伝送されると決定された受電装置２を特定する。

図１５は、図８のステップＳ３のペアリング処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。送電装置１－１は、ペアリング処理を実行することにより、各受電装置２の推定電力値を含む電力テーブルを生成し、電力テーブルに基づいて、送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定する。

他の送電装置１－２，１－３もまた、ペアリング処理を実行することにより、送電装置１－１と同様に、各受電装置２の推定電力値を含む電力テーブルを生成し、電力テーブルに基づいて、送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定する。

図２３は、図１の送電装置１－１～１－３が図８のステップＳ３のペアリング処理を実行することによって生成される送電装置１－１～１－３の例示的な電力テーブルを示す図である。送電装置１－１は、他の送電装置１－２，１－３によって計算された推定電力値を受電装置２－１～２－３から受信することにより、図２３の電力テーブルを生成する。同様に、送電装置１－２，１－３のそれぞれは、他の送電装置１によって計算された推定電力値を受電装置２－１～２－３から受信することにより、送電装置１－１のものと同じ図２３の電力テーブルを生成する。送電装置１－１～１－３は、同じ電力テーブルを生成するので、この電力テーブルに基づいて、送電装置１及び受電装置２の同じペアリングを決定することができる。図２３の例では、送電装置１－１から受電装置２－２に送電し、送電装置１－２から受電装置２－１に送電し、かつ、送電装置１－３から受電装置２－３に送電するように、送電装置１及び受電装置２のペアリングが決定される。

図２４は、図１の送電装置１－１が受電装置２－３と通信できないときに生成される送電装置１－１の例示的な電力テーブルを示す図である。図２５は、図１の送電装置１－２が受電装置２－２と通信できないときに生成される送電装置１－２の例示的な電力テーブルを示す図である。図２６は、図１の送電装置１－３が受電装置２－１と通信できないときに生成される送電装置１－３の例示的な電力テーブルを示す図である。いずれかの送電装置１及びいずれかの受電装置２の間において通信障害が発生したとき、送電装置１は、ある受電装置２の推定電力値を計算できないことがあり、また、他の送電装置１によって計算された推定電力値を取得できないことがある。この場合、送電装置１－１～１－３は、同じ電力テーブルを生成することができず、従って、同じペアリングを決定することができない。その結果、異なる送電装置１によって決定されるペアリングにおいて受電装置２の重複が生じることがある。図２５の例では、送電装置１－２は、受電装置２から推定電力値を受信することができず、その結果、送電装置１－２から受電装置２－１～２－３のどれに送電すればペアリングにおいて受電装置２の重複が生じないか、判断することができない。

このような受電装置２の重複を避けるために、送電制御回路１０は、図８のステップＳ４の重複チェック処理を実行する。

図１２は、図８のステップＳ４の重複チェック処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ６１において、送電制御回路１０は、１つの受電装置２を選択する。ステップＳ６２において、送電制御回路１０は、受電装置２と通信するための放射パターンをアンテナ装置ＡＮＴ１に設定する。ステップＳ６３において、送電制御回路１０は、受電装置２から図８の送電処理を実行している送電装置１にペアリング情報を送信するための電力を受電装置２に供給する。さらに、ステップＳ６３において、送電制御回路１０は、ペアリング情報の送信を受電装置２に要求する。ステップＳ６４において、送電制御回路１０は、受電装置２からペアリング情報を受信したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ６５に進み、ＮＯのときはステップＳ６６に進む。ステップＳ６５において、送電制御回路１０は、ペアリング情報を記憶装置１２に保存する。ステップＳ６６において、送電制御回路１０は、受電装置２からペアリング情報を受信する試行回数がしきい値を超えたか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ６７に進み、ＮＯのときはステップＳ６３に戻る。ステップＳ６７において、送電制御回路１０は、すべての受電装置２についてステップＳ６２～Ｓ６６の処理を実行したか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ６９に進み、ＮＯのときはステップＳ６８に進む。

ステップＳ６８において、送電制御回路１０は、他の受電装置２を選択する。

ステップＳ６９において、送電制御回路１０は、送電処理を実行している送電装置１によって決定されたペアリングと、他の送電装置１によって決定されたペアリングとにおいて、受電装置２の重複が生じているか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ７０に進み、ＮＯのときはステップＳ７１に進む。ステップＳ７０において、送電制御回路１０は、受電装置２の重複が生じないように、送電装置１及び受電装置２のペアリングを再決定する。

ステップＳ７１において、送電制御回路１０は、１つの受電装置２を選択する。

ステップＳ７２において、送電制御回路１０は、受電装置２と通信するための放射パターンをアンテナ装置ＡＮＴ１に設定する。ステップＳ７３において、送電制御回路１０は、ステップＳ７０において再決定されたペアリングを示すペアリング情報を受電装置２に送信する。ステップＳ７４において、送電制御回路１０は、すべての受電装置２についてＳ７２～Ｓ７３の処理を実行したか否かを判断し、ＹＥＳのときは図８のステップＳ５に進み、ＮＯのときはステップＳ７５に進む。

ステップＳ７５において、送電制御回路１０は、他の受電装置２を選択し、処理を繰り返す。

図１６は、図８のステップＳ４の重複チェック処理における送電装置１－１及び受電装置２－１～２－３の概略的な動作を示すシーケンス図である。図８の送電処理を実行している１つの送電装置１によって決定されたペアリングと、他の送電装置１によって決定されたペアリングとにおいて、受電装置２の重複が生じているか否かが判断され、重複が生じていればペアリングが再決定される。送電装置１－１は、重複チェック処理を実行することにより、受電装置２の重複が生じないように、送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定する。

他の送電装置１－２，１－３もまた、重複チェック処理を実行することにより、送電装置１－１と同様に、受電装置２の重複が生じないように、送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定する。

図２４の例では、送電装置１－１は、送電装置１－１から受電装置２－２に電力を伝送するようにペアリングを決定し、決定されたペアリングを示すペアリング情報を受電装置２－１～２－３に送信する。図２５の例では、送電装置１－２は、送電装置１－１から受電装置２－２に電力を伝送することを示すペアリング情報に基づいて、送電装置１－２から受電装置２－１に電力を伝送するようにペアリングを決定し、決定されたペアリングを示すペアリング情報を受電装置２－１～２－３に送信する。図２６の例では、送電装置１－３は、送電装置１－１から受電装置２－２に電力を伝送し、送電装置１－２から受電装置２－１に電力を伝送することを示すペアリング情報に基づいて、送電装置１－３から受電装置２－３に電力を伝送するようにペアリングを決定し、決定されたペアリングを示すペアリング情報を受電装置２－１～２－３に送信する。各送電装置１によって決定されたペアリング情報は、すべての受電装置２に送信される。従って、送電装置１が、ある受電装置２から推定電力値を受信できなくても、他の受電装置２から推定電力値及びペアリング情報を取得することができれば、受電装置２の重複が生じないように、送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定することができる。

［効果］
実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、すべての受電装置２の推定受電電力が予め決められたしきい値以上になるように、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定することができる。また、実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、複数の送電装置１を制御する外部の制御装置を必要とすることなく、各送電装置１は互いに独立にペアリングを決定することができる。

また、実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、複数の受電装置２の推定受電電力の総和を最大化するように、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定してもよい。

また、実施形態に係る無線電力伝送システムによれば、受電装置２による複雑な信号処理（例えば、受電電力の推定）を必要とせず、また、複数の受電装置２の間の通信を必要としないので、受電装置２の消費電力の大幅な増加を生じることなく、電力を伝送する送電装置１及び受電装置２のペアリングを決定することができる。

［変形例］
受電装置２は、送電装置１から供給された電力により動作する、センサ以外の負荷装置を備えてもよい。

送電装置１の送電制御回路１０は、図８のステップＳ３のペアリング処理において、送電装置１及び受電装置のペアリングに失敗したとき（すなわち、送電装置１から電力を伝送する受電装置２を決定できなかったとき）、表示装置１３にエラーメッセージを表示してもよい。

［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は、
複数の無線送電装置（１）及び複数の無線受電装置（２）を含む無線電力伝送システムのための無線送電装置（１）であって、前記無線送電装置（１）は、
前記無線送電装置（１）から前記複数の無線受電装置（２）に送電したときの前記各無線受電装置（２）の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第１の推定電力値を計算する電力推定器（１７）と、
前記各第１の推定電力値を前記各無線受電装置（２）に送信する信号送信回路（１５）と、
前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置（１）から前記各無線受電装置（２）に電力を伝送したときの前記各無線受電装置（２）の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第２の推定電力値を、前記各無線受電装置（２）から受信する信号受信回路（１８）と、
前記第１及び第２の推定電力値に基づいて、すべての前記無線受電装置（２）の推定受電電力が予め決められたしきい値以上になるように、電力を伝送する前記無線送電装置（１）及び前記無線受電装置（２）のペアリングを決定する送電制御回路（１０）と、
前記決定されたペアリングに基づいて、当該無線送電装置（１）に対応する１つの前記無線受電装置（２）に電力を伝送する送電回路（１４）とを備え、
前記電力推定器（１７）は、前記各無線受電装置（２）から受信されたテスト信号の信号レベルに基づいて、前記各第１の推定電力値を計算する。

本開示の第２の側面に係る無線送電装置によれば、第１の側面に係る無線送電装置において、
前記送電制御回路（１０）は、前記第１及び第２の推定電力値に基づいて、前記複数の無線受電装置（２）の推定受電電力の総和を最大化するように、電力を伝送する前記無線送電装置（１）及び前記無線受電装置（２）のペアリングを決定する。

本開示の第３の側面に係る無線送電装置によれば、第１又は第２の側面に係る無線送電装置において、
前記信号送信回路（１５）は、前記決定されたペアリングを示す第１のペアリング情報を前記各無線受電装置（２）に送信し、
前記信号受信回路（１８）は、前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置（１）によって決定されたペアリングを示す第２のペアリング情報を、前記各無線受電装置（２）から受信し、
前記送電制御回路（１０）は、前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置（１）によって決定されたペアリングに含まれる無線受電装置（２）を除外するように、当該無線送電装置（１）のペアリングを決定する。

本開示の第４の側面に係る無線送電装置によれば、第１～第３のうちの１つの側面に係る無線送電装置において、
前記無線送電装置（１）は、可変な指向性を有するアンテナ装置を備える。

本開示の第５の側面に係る無線電力伝送システムは、
第１～第４ののうちの１つの側面に係る複数の無線送電装置（１）と、
複数の無線受電装置（２）とを含む。

本開示の第６の側面に係る無線電力伝送システムによれば、第５の側面に係る無線電力伝送システムにおいて、
前記無線受電装置（２）は、予め決められた物理量を測定するセンサ（２３）を備え、前記センサ（２３）によって測定された物理量を前記無線送電装置（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。

１－１～１－３…送電装置、
２－１～２－３…受電装置、
１０…送電制御回路、
１１…電源装置、
１２…記憶装置、
１３…表示装置、
１４…送電回路、
１５…信号送信回路、
１６…アンテナ制御回路、
１７…電力推定器、
１８…信号受信回路、
１９…サーキュレータ回路、
２０…受電制御回路、
２１…バッテリ、
２２…記憶装置、
２３…センサ、
２４…信号送信回路、
２５…受電回路、
２６…信号受信回路、
２７…サーキュレータ回路、
３１…分配器、
３２－１～３２－４…サーキュレータ、
３３…合成器、
４１…位相及び振幅調整器、
４２－１～４２－４…アンテナ素子、
ＡＮＴ１，ＡＮＴ２…アンテナ装置。

Claims

複数の無線送電装置及び複数の無線受電装置を含む無線電力伝送システムのための無線送電装置であって、前記無線送電装置は、
前記無線送電装置から前記複数の無線受電装置に送電したときの前記各無線受電装置の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第１の推定電力値を計算する電力推定器と、
前記各第１の推定電力値を前記各無線受電装置に送信する信号送信回路と、
前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置から前記各無線受電装置に電力を伝送したときの前記各無線受電装置の推定受電電力をそれぞれ示す複数の第２の推定電力値を、前記各無線受電装置から受信する信号受信回路と、
前記第１及び第２の推定電力値に基づいて、すべての前記無線受電装置の推定受電電力が予め決められたしきい値以上になるように、電力を伝送する前記無線送電装置及び前記無線受電装置のペアリングを決定する送電制御回路と、
前記決定されたペアリングに基づいて、当該無線送電装置に対応する１つの前記無線受電装置に電力を伝送する送電回路とを備え、
前記電力推定器は、前記各無線受電装置から受信されたテスト信号の信号レベルに基づいて、前記各第１の推定電力値を計算する、
無線送電装置。
前記送電制御回路は、前記第１及び第２の推定電力値に基づいて、前記複数の無線受電装置の推定受電電力の総和を最大化するように、電力を伝送する前記無線送電装置及び前記無線受電装置のペアリングを決定する、
請求項１記載の無線送電装置。
前記信号送信回路は、前記決定されたペアリングを示す第１のペアリング情報を前記各無線受電装置に送信し、
前記信号受信回路は、前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置によって決定されたペアリングを示す第２のペアリング情報を、前記各無線受電装置から受信し、
前記送電制御回路は、前記無線電力伝送システムの他の無線送電装置によって決定されたペアリングに含まれる無線受電装置を除外するように、当該無線送電装置のペアリングを決定する、
請求項１又は２記載の無線送電装置。
前記無線送電装置は、可変な指向性を有するアンテナ装置を備えた、
請求項１～３のうちの１つに記載の無線送電装置。
請求項１～４のうちの１つに記載の複数の無線送電装置と、
複数の無線受電装置とを含む、
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５記載の無線電力伝送システム。