JPWO2020183722A1 - 無線送電装置及び無線電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
電力推定器は、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、無線送電装置から複数の無線受電装置に送電したときの各無線受電装置の推定受電電力を示す複数の第1の推定電力値を計算する。信号送信回路は、各第1の推定電力値を各無線受電装置に送信する。信号受信回路は、他の無線送電装置から各無線受電装置に電力を伝送したときの各無線受電装置の推定受電電力を示す複数の第2の推定電力値を、各無線受電装置から受信する。送電制御回路は、第1及び第2の推定電力値に基づいて、すべての無線受電装置の推定受電電力がしきい値以上になるように、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を決定する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (6)
- 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。
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