特開 2023-5792 電子機器、電力伝送システム、制御方法及び制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023005792

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】電子機器、電力伝送システム、制御方法及び制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/20 20160101AFI20230111BHJP

   H02J 50/80 20160101ALI20230111BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

H02J50/20

H02J50/80

H02J50/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021107973

(22)【出願日】2021-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河合 克敏

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕也

(72)【発明者】

【氏名】中舎 朋之

(57)【要約】

【課題】無線給電において、移動する受電側に安定した電力を供給すること。
【解決手段】例えば、電子機器は、給電電波を送信する送信部と、自機に対して相対的に移動する受電装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、前記受電装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶する記憶部と、前記受電装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択する制御部と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

給電電波を送信する送信部と、
自機に対して相対的に移動する受電装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、
前記受電装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶する記憶部と、
前記受電装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択する制御部と、を備える電子機器。

【請求項2】

請求項１に記載の電子機器において、
前記記憶部は、前記受電装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に受信した前記規定信号の受信応答ベクトル情報を記憶し、
前記制御部は、前記受電装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、前記送信ウェイト情報と受信した前記規定信号の前記受信応答ベクトル情報とに基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択する、電子機器。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電子機器において、
前記送信ウェイト情報は、送電時までのタイムラグに基づいて算出された情報を含む、電子機器。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の電子機器において、
前記受電装置の移動は、回転運動を含む、電子機器。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器において、
前記受電装置の移動は、周期運動を含む、電子機器。

【請求項6】

請求項２に記載の電子機器において、
前記受信応答ベクトル情報は、複数のアンテナで受信した際に算出される伝搬路のチャネル特定を複数のアンテナ分並べてベクトル化したものである、電子機器。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の電子機器において、
前記制御部は、前記規定信号から算出されたドップラシフトに基づいて、前記受電装置の移動速度を推定する、電子機器。

【請求項8】

電子機器と、
移動装置によって移動され、前記電子機器から受信した給電電波によって給電される受電装置と、
を備え、
前記電子機器は、
前記給電電波を送信する送信部と、
自機に対して相対的に移動する前記受電装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、
前記移動装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶する記憶部と、
前記受電装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択する制御部と、を備え、
前記受電装置は、
前記規定信号を送信しかつ前記電子機器から受信した前記給電電波を電力に変換する受電制御部と、
変換した電力によって充電するバッテリと、
を備える電力伝送システム。

【請求項9】

給電電波を送信する送信部と、
自機に対して相対的に移動する移動装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、
を備える電子機器が、
前記移動装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶部に記憶すること、
前記移動装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択すること、
を含む制御方法。

【請求項10】

給電電波を送信する送信部と、
自機に対して相対的に移動する移動装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、
を備える電子機器に、
前記移動装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶部に記憶すること、
前記移動装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択すること、
を実行させる制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、電子機器、電力伝送システム、制御方法及び制御プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、可動体によって可動する電子デバイスは、ワイヤレス給電を用いるものがある。特許文献１には、指向性アンテナを有する第１無線機と、第１無線機からの給電電波により駆動される第２無線機との間の無線給電に関する制御を行うシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６３３７７９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術は、例えば、無線機間に存在する物体の影響によるフェージングの影響を抑制しているが、可動体に設けられた受電装置に給電する場合、受電装置に給電電波を追従させることが困難である。このため、従来技術には、無線給電において、移動する受電側に安定した電力を供給することに改善の余地があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

態様の１つに係る電子機器は、給電電波を送信する送信部と、自機に対して相対的に移動する受電装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、前記受電装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶する記憶部と、前記受電装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択する制御部と、を備える。

【0006】

態様の１つに係る電力伝送システムは、電子機器と、移動装置によって移動され、前記電子機器から受信した給電電波によって給電される受電装置と、を備え、前記電子機器は、前記給電電波を送信する送信部と、自機に対して相対的に移動する前記受電装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、前記移動装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶する記憶部と、前記受電装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択する制御部と、を備え、前記受電装置は、前記規定信号を送信しかつ前記電子機器から受信した前記給電電波を電力に変換する受電制御部と、変換した電力によって充電するバッテリと、を備える。

【0007】

態様の１つに係る制御方法は、給電電波を送信する送信部と、自機に対して相対的に移動する移動装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、を備える電子機器が、前記移動装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶部に記憶すること、前記移動装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択すること、を含む。

【0008】

態様の１つに係る制御プログラムは、給電電波を送信する送信部と、自機に対して相対的に移動する移動装置から送信された電波に含まれる規定信号を受信する受信部と、を備える電子機器に、前記移動装置の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶部に記憶すること、前記移動装置が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている前記送信ウェイト情報に基づいて、前記給電電波の前記送信ウェイト情報を選択すること、を実行させる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る電子機器を利用したワイヤレス電力伝送を行うシステムの概要を説明するための図である。

【図2】図２は、実施形態に係る送電装置の構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係る受電装置の構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係る無線通信装置の構成の一例を示す図である。

【図5】図５は、実施形態に係る受電装置の回転体による移動の一例を説明するための図である。

【図6】図６は、受信応答ベクトルと送信ウェイト情報との関係を示すウェイトデータの一例を示す図である。

【図7】図７は、第１回転速度で回転する受電装置の位置と送電時の電力分布との関係に対応するウェイトデータの一例を説明するための図である。

【図8】図８は、第２回転速度で回転する受電装置の位置と送電時の電力分布との関係に対応するウェイトデータの一例を説明するための図である。

【図9】図９は、実施形態に係る送電装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、実施形態に係るシステムのシーケンスの一例を示す図である。

【図11】図１１は、実施形態に係るシステムの動作の他の一例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本出願に係る電子機器、電力伝送システム、制御方法及び制御プログラム等を実施するための複数の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の説明において、同様の構成要素について同一の符号を付すことがある。さらに、重複する説明は省略することがある。

【0011】

図１は、実施形態に係る電子機器を利用したワイヤレス電力伝送を行うシステムの概要を説明するための図である。図１に示すシステム１は、例えば、マイクロ波伝送型（空間伝送型）のワイヤレス電力伝送が可能なワイヤレス電力伝送システムを含む。ワイヤレス電力伝送は、例えば、ケーブルやプラグを用いることなく、電力を伝送することが可能な仕組みである。マイクロ波伝送型のシステム１は、エネルギー伝送として電波（マイクロ波）を使用するため、周波数を狭帯域かつ無変調波を使用する。システム１は、例えば、複数の周波数帯で電力を伝送する。複数の周波数帯は、例えば、日本では、９２０ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、５．７ＧＨｚ等を含む。本実施形態では、システム１は、状況に適した給電効率の向上及び安全性の確保を両立することを可能とする。システム１は、例えば、宇宙太陽光発電等に適用することができる。

【0012】

図１に示す一例では、システム１は、送電装置１０と、受電装置２０と、を備える。送電装置１０及び受電装置２０は、閉鎖空間６００に設けられている。システム１を構成する送電装置１０などの各装置は、本実施形態にかかる電子機器の一態様に含まれるとしてもよい。閉鎖空間６００は、例えば、移動装置３０が設けられた空間を含む。移動装置３０は、受電装置２０が設けられ、該受電装置２０を移動させる装置である。図１に示す一例では、移動装置３０は、回転体３１と、回転軸３２を有する。回転体３１は、円盤状に形成されている、回転軸３２は、図示しない駆動装置によって回転されることで、一端側に固定された回転体３１を回転させる。移動装置３０は、回転体３１を回転することで、受電装置２０を回転運動させる。すなわち、移動装置３０は、回転体３１を回転させることで、受電装置２０の位置を変化させる。システム１は、送電装置１０が非回転側であり、受電装置２０が回転側である。なお、システム１は、開放された空間で用いられてもよい。移動装置３０としては、旋盤加工装置、ボール盤加工装置、フライス盤加工装置、マシニングセンタ（machining center)、NC工作機械、Computerized Numerical Control(CNC)工作装置などの構成要素を含むとしてもよい。

【0013】

送電装置１０は、システム１において、ワイヤレスにより電力を送電する装置である。送電装置１０は、給電電波を受電装置２０に送電可能な装置である。送電装置１０は、放射する給電電波が受電装置２０の移動範囲に向かうように、閉鎖空間６００に設けられている。送電装置１０は、電子機器の一例である。

【0014】

受電装置２０は、システム１において、給電電波を受信して電力を得る被給電装置である。受電装置２０は、例えば、ＩｏＴ（Internet of Things）センサ、スマートフォン、タブレット端末、ノート型パーソナル・コンピュータ、ドローン、電気自動車、電動自転車、ゲーム機等の移動装置３０によって位置が変化する各種装置を含む。本実施形態では、受電装置２０は、ＩｏＴセンサである場合について説明する。

【0015】

図１に示す一例では、受電装置２０は、回転体３１の回転によってインデックスＴ０、インデックスＴ１、インデックスＴ２の順序で、回転体３１の縁に沿った円周軌道上を移動している。インデックスは、例えば、時間、位置、角度等を含む。図１では、受電装置２０は、インデックスＴ２の位置を移動しており、インデックスＴ０及びインデックスＴ１の位置が過去に存在した位置を示している。受電装置２０は、送電装置１０との間で定められた規定信号１００を送信する。規定信号１００は、例えば、ビーコン、パイロット信号等を含む。受電装置２０は、例えば、予め設定された送信周期で規定信号１００を送信できる。受電装置２０は、規定信号１００を含む電波を放射することで、規定信号１００を送信できる。

【0016】

送電装置１０は、回転センサ４０と電気的に接続されている。回転センサ４０は、例えば、回転体３１の回転速度、回転量、回転の有無等を検出し、検出結果を送電装置１０に供給できる。送電装置１０は、回転センサ４０の検出結果に基づいて、受電装置２０の移動量、移動位置等を推定する。

【0017】

送電装置１０は、受電装置２０から規定信号１００を受信すると、当該規定信号１００に基づいて受電装置２０の受信応答ベクトルを推定する。受信応答ベクトルは、複数のアンテナ素子１１Ａで受信した際に算出される伝搬路のチャネル特性を、複数のアンテナ素子１１Ａの数分並べてベクトル化したものであり、到来する方向や電波の反射によって異なる値になる。伝送路は、送電装置１０と受電装置２０との間で電波を伝送する空間を含む。送電装置１０は、推定した受電装置２０の受信応答ベクトルと回転体３１の回転状態とに基づいて、移動した受電装置２０に対する給電電波の送信ウェイト（重み係数）を選択する。送信ウェイトは、アンテナ１１の指向性情報である。送信ウェイト情報は、例えば、特定の受電装置２０への指向性を有する信号を生成するための送信ウェイトベクトルを示す情報である。送電装置１０は、複数の送信ウェイト情報の中から受電装置２０の移動速度に応じた送信ウェイト情報を選択し、該送信ウェイト情報が示す送信ウェイトに基づいて給電電波２００を放射する。送電装置１０は、インデックスＴ０、インデックスＴ１、インデックスＴ２の順序で、給電電波２００を受電装置２０の移動先の各々に向けて放射する。

【0018】

受電装置２０は、受信した給電電波２００を直流電流に変換し、この直流電流を利用して充電する。受電装置２０は、充電した電力によって動作し、無線通信装置５０との間で無線通信を行う。受電装置２０は、情報を収集し、収集した情報を無線通信装置５０に提供する。

【0019】

例えば、移動装置３０が回転体３１を低速回転、高速回転等の複数の異なる速度で回転（移動）する場合、送電装置１０は、受電装置２０からの規定信号１００に応じて給電電波の指向性を制御すると、給電電波２００を受電装置２０に追従させることが困難である。このため、実施形態に係る送電装置１０は、移動装置３０によって移動される受電装置２０の移動に追従して給電電波２００を送電することが可能な技術を提供する。

【0020】

図２は、実施形態に係る送電装置１０の構成の一例を示す図である。図２に示すように、送電装置１０は、アンテナ１１と、送信信号生成部１２と、送信部１３と、受信部１４と、記憶部１５と、制御部１６と、を備える。制御部１６は、送信信号生成部１２、送信部１３、受信部１４、記憶部１５等と電気的に接続されている。本実施形態では、送電装置１０は、アンテナ１１が４つのアンテナ素子１１Ａを備える場合について説明するが、アンテナ素子１１Ａの数はこれに限定されない。

【0021】

アンテナ１１は、指向性制御（ビームフォーミング）が可能な構成になっている。アンテナ１１は、複数のアンテナ素子１１Ａを備えたアンテナアレイとなっている。アンテナ１１は、例えば、複数のアンテナ素子１１Ａのそれぞれが同じ電波を放射し、それぞれの位相と電力強度を調整することで、特定の方向では電波を強め、別の方向では打ち消し合って弱めることが可能な構成になっている。アンテナ１１は、送信信号を含む電波を放射し、受電装置２０からの信号を含む電波を受信する。アンテナ１１は、受信した信号を受信部１４に供給する。

【0022】

送信信号生成部１２は、受電装置２０に送電する電流を電波に変換した給電用の送信信号を生成する。送信信号は、電力を供給可能な電波を送信するための信号である。送信信号生成部１２は、電力源から電流を伝送周波数の電波に変換して送信信号を生成する。電力源は、例えば、商用電源、直流電源、バッテリ等を含む。送信信号生成部１２は、生成した送信信号を送信部１３に供給する。

【0023】

送信部１３は、アンテナ１１の複数のアンテナ素子１１Ａと電気的に接続されている。送信部１３は、給電用の送信信号を含む電波（給電電波）等をアンテナ１１から放射させる。送信部１３は、複数のアンテナ素子１１Ａで形成可能なビームに対応したウェイトを適用することで、電波を複数のアンテナ素子１１Ａから特定の方向に放射させる。送信部１３は、制御部１６が指示したウェイトを複数のアンテナ素子１１Ａに適用する。

【0024】

受信部１４は、アンテナ１１の複数のアンテナ素子１１Ａと電気的に接続されている。受信部１４は、アンテナ１１を介して受信した受電装置２０からの電波から受信信号を抽出する。受信信号は、例えば、上述した規定信号１００等を含む。受信部１４は、抽出した受信信号を制御部１６等に供給する。

【0025】

記憶部１５は、プログラム及びデータを記憶できる。記憶部１５は、半導体記憶媒体、及び磁気記憶媒体等の任意の非一過的な記憶媒体を含んでよい。記憶部１５は、メモリカード、光ディスク、又は光磁気ディスク等の記憶媒体と、記憶媒体の読み取り装置との組み合わせを含んでよい。記憶部１５は、ＲＡＭなどの一時的な記憶領域として利用される記憶デバイスを含んでよい。

【0026】

記憶部１５は、制御プログラム１５Ａ、ウェイトデータ１５Ｂ等を記憶できる。制御プログラム１５Ａは、送電装置１０の各種動作に関する処理を実現するための機能をそれぞれ提供できる。制御プログラム１５Ａは、ワイヤレス電力伝送に関する各機能を提供できる。ウェイトデータ１５Ｂは、例えば、複数の指向性パターンごとに、アンテナ１１の複数のアンテナ素子１１Ａから放射する信号の振幅と位相を調整するための複数のウェイト（重み係数）を示すデータを有する。ウェイトデータ１５Ｂは、例えば、送信ウェイト情報、受信応答ベクトル情報等の情報を含む。送信ウェイト情報は、例えば、移動装置３０の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイトを示す情報を含む。受信応答ベクトル情報は、例えば、規定信号１００に基づいて推定した受電装置２０の受信応答ベクトル（端末到来方向）を示す情報を含む。ウェイトデータ１５Ｂの一例については、後述する。

【0027】

制御部１６は、１又は複数の演算装置を含む。演算装置は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、およびコプロセッサを含むが、これらに限定されない。制御部１６は、制御プログラム１５Ａを演算装置に実行させることにより、送電装置１０の各種動作に関する処理を実現する。制御部１６は、制御プログラム１５Ａにより提供される機能の少なくとも１部を専用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により実現してもよい。

【0028】

制御部１６は、制御プログラム１５Ａを実行することで、アンテナ指向性制御を行う。例えば、制御部１６は、移動装置３０の移動が所定速度以下の速度を含む場合に算出した送信ウェイト情報を記憶部１５に記憶する。制御部１６は、移動装置３０が所定速度より大きい速度で移動している場合に、記憶されている送信ウェイト情報に基づいて、給電電波の送信ウェイト情報を選択する。制御部１６は、受電装置２０の移動が所定速度以下の速度を含む場合に受信した規定信号１００の受信応答ベクトル情報を記憶部１５に記憶する。制御部１６は、規定信号１００の受信応答ベクトルから送信ウェイト情報を生成する。送信ウェイト情報の生成方法は、例えば、ＭＩＭＯで用いられるＺＦ(Zero-Forcing)アルゴリズム、ＭＭＳＥ(Minimum Mean Square Error)アルゴリズム等を用いることができる。制御部１６は、受電装置２０が所定速度より大きい速度で移動している場合に、送信ウェイト情報と受信した規定信号１００の受信応答ベクトルとに基づいて、給電電波の送信ウェイト情報を選択する。制御部１６は、送信ウェイト情報に基づいて給電電波の指向性を制御する。

【0029】

以上、本実施形態に係る送電装置１０の機能構成例について説明した。なお、図２を用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る送電装置１０の機能構成は係る例に限定されない。本実施形態に係る送電装置１０の機能構成は、仕様や運用に応じて柔軟に変形可能である。

【0030】

図３は、実施形態に係る受電装置２０の構成の一例を示す図である。図３に示すように、受電装置２０は、アンテナ２１Ａ，２１Ｂと、受電制御部２２と、バッテリ２３と、センサ部２４と、信号送受信部２５と、を備える。

【0031】

アンテナ２１Ａは、受電制御部２２と電気的に接続されている。アンテナ２１Ａは、例えば、規定信号１００を含む電波を放射し、送電装置１０からの信号を含む電波を受信する。アンテナ２１Ａは、受信した電波を受電制御部２２に供給する。

【0032】

アンテナ２１Ｂは、信号送受信部２５と電気的に接続されている。アンテナ２１Ｂは、例えば、信号送受信部２５の制御に応じて、センサ部２４で検出した情報を含むセンサデータを送信する。アンテナ２１Ｂは、無線通信装置５０から受信した信号を信号送受信部２５に供給する。

【0033】

受電制御部２２は、規定信号１００を生成し、該規定信号１００を含む電波をアンテナ２１に放射させる。受電制御部２２は、所定のタイミングで規定信号１００を送信させる。所定のタイミングは、例えば、一定時間が経過したタイミング、指定されたタイミング等を含む。受電制御部２２は、規定信号１００とは異なる信号を生成する構成としてもよい。

【0034】

受電制御部２２は、バッテリ２３と電気的に接続されている。受電制御部２２は、例えば、無線受電装置を有する。受電制御部２２は、アンテナ２１Ａで受信した電波を直流電流に変換し、この直流電流を利用してバッテリ２３を充電する制御を行う。受電制御部２２は、例えば、公知である整流回路を用いて、電波を直流電流に変換する。

【0035】

バッテリ２３は、充電可能な電池を含む。バッテリ２３は、例えば、Ｑｉ（ワイヤレス給電の国際標準規格）に対応したバッテリを含む。バッテリ２３は、蓄電された電力を受電装置２０において電力を必要とする各部等に供給できる。バッテリ２３は、センサ部２４及び信号送受信部２５と電気的に接続されており、センサ部２４及び信号送受信部２５等に電力を供給する。

【0036】

センサ部２４は、複数のセンサを含む。例えば、複数のセンサは、加速度センサ、方位センサ、ジャイロセンサ等のセンサを含む。加速度センサは、移動装置３０に働く加速度の方向及び大きさを検出できる。方位センサは、地磁気の向きを検出できる。ジャイロセンサは、移動装置３０の角度及び角速度を検出できる。センサ部２４は、信号送受信部２５と電気的に接続されている。センサ部２４は、検出結果を示す情報を信号送受信部２５に供給する。

【0037】

信号送受信部２５は、例えば、無線通信装置と制御装置とを有する。信号送受信部２５は、センサ部２４が検出した検出結果を示すセンサ信号を含む電波をアンテナ２１Ｂに放射させる。信号送受信部２５は、アンテナ２１Ｂを介して受信した信号に基づいて、データ処理、データ取得、データ管理等を実行する。

【0038】

以上、本実施形態に係る受電装置２０の機能構成例について説明した。なお、図３を用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る受電装置２０の機能構成は係る例に限定されない。本実施形態に係る受電装置２０の機能構成は、仕様や運用に応じて柔軟に変形可能である。

【0039】

図４は、実施形態に係る無線通信装置５０の構成の一例を示す図である。図４に示すように、無線通信装置５０は、アンテナ５１と、通信部５２と、信号処理部５３と、管理部５４と、を備える。

【0040】

アンテナ５１は、通信部５２と電気的に接続されている。アンテナ５１は、例えば、受電装置２０からの電波を受信し、信号処理部５３からの信号を含む電波を放射する。アンテナ５１は、受信した電波を通信部５２に供給する。

【0041】

通信部５２は、アンテナ５１を介して受信した受電装置２０からの電波から受信信号を抽出する。受信信号は、例えば、上述したセンサ信号等を含む。通信部５２は、信号処理部５３と電気的に接続されている。通信部５２は、抽出した受信信号を信号処理部５３に供給する。

【0042】

信号処理部５３は、管理部５４と電気的に接続されている。信号処理部５３は、受信信号からセンサ信号を抽出し、センサ信号が示すセンサ情報を管理部５４に供給する。

【0043】

管理部５４は、センサ情報を受電装置２０に関連付けて管理する。管理部５４は、例えば、センサ情報に基づいてデータベースを構築し、該データベースに基づいて各種情報を提供する。管理部５４は、例えば、受電装置２０から受信したセンサ情報を、インターネットを介してサーバ装置に提供する。

【0044】

以上、本実施形態に係る無線通信装置５０の機能構成例について説明した。なお、図４を用いて説明した上記の構成はあくまで一例であり、本実施形態に係る無線通信装置５０の機能構成は係る例に限定されない。本実施形態に係る無線通信装置５０の機能構成は、仕様や運用に応じて柔軟に変形可能である。

【0045】

図５は、実施形態に係る受電装置２０の回転体３１による移動の一例を説明するための図である。図６は、受信応答ベクトルと送信ウェイト情報との関係を示すウェイトデータ１５Ｂの一例を示す図である。図７は、第１回転速度で回転する受電装置２０の位置と送電時の電力分布との関係に対応するウェイトデータ１５Ｂの一例を説明するための図である。図８は、第２回転速度で回転する受電装置２０の位置と送電時の電力分布との関係に対応するウェイトデータ１５Ｂの一例を説明するための図である。

【0046】

図５に示すように、移動装置３０は、回転軸３２を回転中心として、回転体３１を第１回転速度と第２回転速度とに切り替えて回転方向３０Ｒに回転させることで、受電装置２０を回転体３１の円周に沿って移動させる。第１回転速度は、所定速度よりも低速の回転速度である。第１回転速度は、第２回転速度よりも低速の回転速度である。第１回転速度は、送電装置１０が受信応答ベクトル、送信ウェイト等を推定可能な回転速度が設定されている。第２回転速度は、送電装置１０が受信応答ベクトル、送信ウェイト等の推定が困難あるいは不能な回転速度が設定されている。第１回転速度及び第２回転速度は、任意に異なる回転速度を設定することができる。

【0047】

図５に示す一例では、受電装置２０は、移動装置３０の第１回転速度において、１周期（１回転）におけるインデックス（時間）Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７のそれぞれでは、位置Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７に位置する。位置Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７は、回転体３１における受電装置２０の移動軌跡を示している。

【0048】

送電装置１０は、移動装置３０が第１回転速度で受電装置２０を回転移動させている場合、受電装置２０から受信した規定信号１００に基づいて受信応答ベクトルを推定する。送電装置１０は、インデックスＴ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７のそれぞれに対応する受信応答ベクトルＲＶ０，ＲＶ１，ＲＶ２，ＲＶ３，ＲＶ４，ＲＶ５，ＲＶ６，ＲＶ７を推定する。送電装置１０は、推定した受信応答ベクトルＲＶ０，ＲＶ１，ＲＶ２，ＲＶ３，ＲＶ４，ＲＶ５，ＲＶ６，ＲＶ７に基づいて、複数のアンテナ素子１１Ａに対応した送信ウェイト情報ＳＶ０，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４，ＳＶ５，ＳＶ６，ＳＶ７を推定する。送電装置１０は、例えば、公知であるパイロット信号から送信ウェイトを推定する推定方法を用いて、送信ウェイト情報を推定する。送電装置１０は、自機から受電装置２０までのタイムラグを考慮して、送信ウェイト情報ＳＶ０，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４，ＳＶ５，ＳＶ６，ＳＶ７を推定できる。例えば、送電装置１０は、自機から受電装置２０までの距離、回転体３１の回転速度、回転軸３２から受電装置２０までの距離等の情報に基づいて、送信ウェイト情報ＳＶ０，ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，ＳＶ４，ＳＶ５，ＳＶ６，ＳＶ７を推定する。

【0049】

図６に示す一例では、送電装置１０は、インデックスＴと受信応答ベクトルＲＶと送信ウェイト情報ＳＶとを関連付けたウェイトデータ１５Ｂを記憶部１５に記憶する。インデックスＴは、１周期における異なるインデックス（時間）を示しており、１周期を８等分した値になっている。例えば、回転速度が一定である場合、同じインデックスＴにおける規定信号１００を複数回受信する。このため、送電装置１０は、平均化などにより受信応答ベクトルＲＶ及び送信ウェイトベクトルを更新することができる。また、送電装置１０は、１周期分の規定信号１００が所定のインデックスＴの数より少ない場合、内挿補間により、不足するインデックスＴを埋めてもよい。受信応答ベクトルＳＶは、上述した受信応答ベクトル（複数のアンテナ素子１１Ａで受信した際に算出される伝搬路のチャネル特性を、複数のアンテナ素子１１Ａの数分並べてベクトル化したもの）である。

【0050】

送電装置１０は、テーブルとして１周期分のウェイトデータ１５Ｂを用意し、逐次更新する。１周期に必要なデータ数は、送信アンテナ指向性のビーム幅を考慮して決定する。例えば、ウェイトデータ１５Ｂは、細いビームの場合は多くのデータが必要であり、太いビームの場合は少なくてもよい。

【0051】

図７に示すように、送電装置１０が規定信号１００を受信したときに、受電装置２０がインデックスＴ０の位置Ｐ０である場合、ウェイトデータ１５Ｂは、送電装置１０の給電電波の分布Ｍ０が受電装置２０を含む回転体３１の領域となるように、送信ウェイト情報ＳＶ０が設定されている。送電装置１０が規定信号１００を受信したときに、受電装置２０がインデックスＴ１の位置Ｐ１である場合、ウェイトデータ１５Ｂは、送電装置１０の給電電波の分布Ｍ１が受電装置２０を含む回転体３１の領域となるように、送信ウェイト情報ＳＶ１が設定されている。送電装置１０が規定信号１００を受信したときに、受電装置２０がインデックスＴ２の位置Ｐ２である場合、ウェイトデータ１５Ｂは、送電装置１０の給電電波の分布Ｍ２が受電装置２０を含む回転体３１の領域となるように、送信ウェイト情報ＳＶ２が設定されている。送電装置１０が規定信号１００を受信したときに、受電装置２０がインデックスＴ３の位置Ｐ３である場合、ウェイトデータ１５Ｂは、送電装置１０の給電電波の分布Ｍ３が受電装置２０を含む回転体３１の領域となるように、送信ウェイト情報ＳＶ３が設定されている。ウェイトデータ１５Ｂは、他のインデックスＴ４、Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７についても同様に送信ウェイト情報ＳＶ４、ＳＶ５，ＳＶ６，ＳＶ７が設定されている。

【0052】

移動装置３０が第２回転速度で受電装置２０を回転させている場合、送電装置１０は、第２回転速度よりも低速な第１回転速度に対応したウェイトデータ１５Ｂを用いると、図７に示す送電装置１０が送電した給電電波の分布Ｍ０，Ｍ１等のように、受電装置２０の位置から遅延する方向にずれた回転体３１の領域になる。このため、送電装置１０は、移動装置３０が第２回転速度で受電装置２０を回転させている場合、受信した規定信号１００から受信応答ベクトルを計算し、送電時までのタイムラグを考慮して送信ウェイト情報ＳＶをウェイトデータ１５Ｂから選択する。これにより、送電装置１０は、第１回転速度に対応したウェイトデータ１５Ｂを用いて、第１回転速度及び第２回転速度において、安定した電力をワイヤレスで供給することができる。

【0053】

図９は、実施形態に係る送電装置１０が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。図９に示す処理手順は、送電装置１０の制御部１６が制御プログラム１５Ａを実行することによって実現される。図９に示す処理手順は、例えば、アンテナ１１で電波を受信した場合、電波を受信するタイミング等に、制御部１６によって繰り返し実行される。

【0054】

図９に示すように、送電装置１０の制御部１６は、受電装置２０から規定信号１００を受信する（ステップＳ１０１）。例えば、制御部１６は、アンテナ１１で受信した電波から規定信号１００を取得する。制御部１６は、ステップＳ１０１の処理が終了すると、処理をステップＳ１０２に進める。

【0055】

制御部１６は、規定信号１００に基づいて受信応答ベクトルＲＶを推定する（ステップＳ１０２）。例えば、制御部１６は、複数のアンテナ素子１１Ａのそれぞれで受信された規定信号１００を公知である受信ウェイトベクトル計算機に付与することで、送信時点での仮想的な受信応答ベクトルＲＶを推定する。制御部１６は、推定した受信応答ベクトルＲＶを記憶部ＲＶに記憶すると、処理をステップＳ１０３に進める。

【0056】

制御部１６は、回転センサ４０の検出結果を取得する（ステップＳ１０３）。例えば、制御部１６は、回転センサ４０の最新の検出結果を取得し、当該検出結果を受信応答ベクトルＲＶに関連付けて記憶部１５に記憶する。制御部１６は、ステップＳ１０３の処理が終了すると、処理をステップＳ１０４に進める。

【0057】

制御部１６は、回転体３１が第２回転速度であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。例えば、制御部１６は、ステップＳ１０３で取得した検出結果の回転速度が判定用速度範囲内である場合に、回転体３１が第２回転速度であると判定する。例えば、制御部１６は、ステップＳ１０３で取得した検出結果の回転速度が判定用速度範囲よりも遅い場合に、回転体３１が第２回転速度ではないと判定する。

【0058】

制御部１６は、回転体３１が第２回転速度であると判定した場合（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、処理をステップＳ１０５に進める。制御部１６は、受信応答ベクトルＲＶと第２回転速度とに基づいて、ウェイトデータ１５Ｂから送信ウェイト情報ＳＶを選択する（ステップＳ１０５）。例えば、制御部１６は、第２回転速度から送電時までのタイムラグを求め、第１回転速度のウェイトデータ１５Ｂから送信ウェイト情報ＳＶを選択する。例えば、制御部１６は、受信応答ベクトルに対応したインデックスＴからタイムラグ分だけずらしたインデックスＴの送信ウェイト情報ＳＶをウェイトデータ１５Ｂから選択する。制御部１６は、ステップＳ１０５の処理が終了すると、処理をステップＳ１０６に進める。

【0059】

制御部１６は、選択した送信ウェイト情報ＳＶに基づいて給電電波を放射する（ステップＳ１０６）。例えば、制御部１６は、選択した送信ウェイト情報ＳＶが示す送信ウェイトを送信部１３に設定し、送信信号生成部１２が生成した送信信号を含む給電電波をアンテナ１１から放射させる。これにより、制御部１６は、給電電波を第２回転速度で回転移動する受電装置２０に向けて放射する。制御部１６は、ステップＳ１０６の処理が終了すると、図９に示す処理手順を終了させる。

【0060】

また、制御部１６は、回転体３１が第２回転速度ではないと判定した場合（ステップＳ１０４でＮｏ）、回転体３１が第１回転速度で回転しているので、処理をステップＳ１０７に進める。制御部１６は、受信応答ベクトルＲＶに基づいて送信ウェイト情報ＳＶを推定する（ステップＳ１０７）。例えば、制御部１６は、受信応答ベクトルＲＶからインデックスＴを推定し、当該インデックスＴに対応した自機から受電装置２０までの距離、回転体３１の回転速度、回転軸３２から受電装置２０までの距離等の情報を求め、これらの情報に基づいて送信ウェイト情報ＳＶを推定する。制御部１６は、ステップＳ１０７の処理が終了すると、処理をステップＳ１０８に進める。

【0061】

制御部１６は、受信応答ベクトルＲＶ及び送信ウェイト情報ＳＶを更新する（ステップＳ１０８）。例えば、制御部１６は、推定したインデックスＴに対応したウェイトデータ１５Ｂの推定した受信応答ベクトルＲＶ及び送信ウェイト情報ＳＶを、今回の処理で推定した受信応答ベクトルＲＶ及び送信ウェイト情報ＳＶに更新する。制御部１６は、ステップＳ１０８の処理が終了すると、処理をステップＳ１０９に進める。

【0062】

制御部１６は、更新した送信ウェイト情報ＳＶに基づいて給電電波を放射する（ステップＳ１０９）。例えば、制御部１６は、選択した送信ウェイト情報ＳＶが示す送信ウェイトを送信部１３に設定し、送信信号生成部１２が生成した送信信号を含む給電電波をアンテナ１１から放射させる。これにより、制御部１６は、給電電波を第１回転速度で回転移動する受電装置２０に向けて放射する。制御部１６は、ステップＳ１０９の処理が終了すると、図９に示す処理手順を終了させる。

【0063】

図１０は、実施形態に係るシステム１のシーケンスの一例を示す図である。図１１は、実施形態に係るシステム１の動作の他の一例を説明するための図である。図１０では、受電装置２０は移動装置３０によって第１回転速度で回転移動していることを前提とする。図１１では、受電装置２０は移動装置３０によって第２回転速度で回転移動していることを前提とする。

【0064】

図１０に示すように、受電装置２０は、ワイヤレス給電の送信周期等に応じて、規定信号１００を送電装置１０に送信する（ステップＳ１１）。これにより、受電装置２０は、第１回転速度で回転移動した状態で、アンテナ２１から規定信号１００を含む電波を放射する。

【0065】

送電装置１０は、有線接続された回転センサ４０からの情報に基づいて受電装置２０の回転速度を推定し、第１回転速度と判定する（ステップＳ１２）。送電装置１０は、アンテナ１１を介して受信した規定信号１００に基づいて送信ウェイト情報を推定する（ステップＳ１３）。送電装置１０は、推定結果に基づいてウェイトデータ１５Ｂの受信応答ベクトルＲＶ及び送信ウェイト情報ＳＶを更新する（ステップＳ１４）。送電装置１０は、受信応答ベクトルＲＶに対応する送信ウェイト情報ＳＶに基づいて、給電電波を送電する（ステップＳ１５）。これにより、送電装置１０は、給電電波をアンテナ１１から第１回転速度で回転移動している受電装置２０に向けて放射する。

【0066】

受電装置２０は、受信した信号に基づいてバッテリ２３を充電する（ステップＳ１６）。例えば、受電装置２０は、受信した信号を変換回路等で直流電流に変換し、この直流電流を用いてバッテリ２３を充電する。

【0067】

移動装置３０は、第１回転速度から第２回転速度に切り替えて、受電装置２０の回転移動を継続させる。

【0068】

図１１に示すように、受電装置２０は、送信周期等に応じて、規定信号１００を送電装置１０に送信する（ステップＳ２１）。これにより、受電装置２０は、第２回転速度で回転移動した状態で、アンテナ２１から規定信号１００を含む電波を放射する。

【0069】

送電装置１０は、有線接続された回転センサ４０からの情報に基づいて受電装置２０の回転速度を推定し、第２回転速度と判定する（ステップＳ２２）。送電装置１０は、アンテナ１１を介して受信した受信応答ベクトルＲＶ、第２回転速度及びタイムラグに基づいて、送信ウェイト情報ＳＶをウェイトデータ１５Ｂから選択する（ステップＳ２３）。送電装置１０は、選択した送信ウェイト情報ＳＶに基づいて給電電波を送電する（ステップＳ２４）。これにより、送電装置１０は、給電電波をアンテナ１１から第２回転速度で回転移動している受電装置２０に向けて放射する。

【0070】

受電装置２０は、受信した信号に基づいてバッテリ２３を充電する（ステップＳ２５）。これにより、受電装置２０は、第２回転速度で回転移動していても、送電装置１０からの給電電波によるバッテリ２３の充電を行うことができる。

【0071】

以上のように、システム１では、受電装置２０は、移動装置３０によって回転した状態で利用されている。この場合、送電装置１０は、回転している受電装置２０から規定信号１００を受信すると、回転の速度に応じた給電電波の送信ウェイト情報を選択することができる。これにより、送電装置１０は、受電装置２０の移動状態に応じた送信ウェイト情報を用いて給電電波の指向性を制御することができるので、給電電波を移動する受電装置２０に追従させることができる。その結果、送電装置１０は、無線電力伝送において、移動する受電装置２０に対する給電効率を向上させることができる。

【0072】

送電装置１０は、受電装置２０の移動が所定速度以下の速度を含む場合に受信した規定信号１００の受信応答ベクトル情報を記憶する。送電装置１０は、受電装置２０が所定速度より大きい速度で移動している場合に、送信ウェイト情報と受信した規定信号１００の受信応答ベクトルとに基づいて、給電電波の送信ウェイト情報を選択する。これにより、送電装置１０は、受電装置２０が所定速度よりも大きい速度で移動している場合、所定速度以下の受信応答ベクトル、および送信ウェイト情報を用いるので、処理負担を抑制することができる。その結果、送電装置１０は、給電電波を移動する受電装置２０に追従させることができるので、給電効率をより一層向上させることができる。

【0073】

送電装置１０は、送電時までのタイムラグに基づいて算出された情報を送信ウェイト情報に含めることができる。これにより、送電装置１０は、送電時までのタイムラグを考慮することで、給電電波を移動する受電装置２０により一層正確に追従させることができる。

【0074】

送電装置１０は、受電装置２０の移動が回転運動である場合、受電装置２０の回転方向を考慮して、給電電波を受電装置２０に向けて放射することができる。これにより、送電装置１０は、給電電波を移動する受電装置２０により一層正確に追従させることができるので、給電効率をより一層向上させることができる。

【0075】

送電装置１０は、複数のアンテナで受信した際に算出される伝搬路のチャネル特定を複数のアンテナ分並べてベクトル化した受信応答ベクトルを用いることができる。これにより、送電装置１０は、規定信号１００が到来する方向や電波の反射によって異なるベクトルを用いることで、受電装置２０の移動速度と伝搬環境とを考慮して給電電波を放射することができる。

【0076】

上述したシステム１では、送電装置１０は、有線接続された回転センサ４０から回転速度に関する情報を得ているが、これに限定されない。例えば、受電装置２０が回転移動を続けている場合、送電装置１０で受信した規定信号１００は、受電装置２０の移動速度に応じたドップラシフトが発生する。このため、送電装置１０は、ドップラシフトによる周波数オフセットを推定することで、受電装置２０の回転速度が推定できるため、回転センサ４０を用いなくてもよい。

【0077】

上述したシステム１は、受電装置２０が回転移動する場合について説明したが、これに限定されない。システム１は、例えば、受電装置２０の移動が周期運動を含んでもよい。周期運動は、例えば、受電装置２０が切削工具などに取り付けられて往復移動することを含む。この場合、送電装置１０は、周期運動する受電装置２０の速度に応じて、受電装置２０を追従するように給電電波の指向性を制御すればよい。

【0078】

上述した実施形態では、システム１は、送電装置１０が電子機器である場合について説明したが、これに限定されない。電子機器は、例えば、給電用電波を放射可能な給電装置を制御する制御装置、給電装置に内蔵されたコンピュータ等で実現してもよい。また、システム１は、ワイヤレス電力伝送システムである場合について説明したが、これに限定されない。例えば、システム１は、電波伝搬環境で無線通信を行うシステム等に適用することができる。

【0079】

添付の請求項に係る技術を完全かつ明瞭に開示するために特徴的な実施形態に関し記載してきた。しかし、添付の請求項は、上記実施形態に限定されるべきものでなく、本明細書に示した基礎的事項の範囲内で当該技術分野の当業者が創作しうるすべての変形例及び代替可能な構成を具現化するように構成されるべきである。本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形および修正を行うことができる。したがって、これらの変形および修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。

【符号の説明】

【0080】

１ システム
１０ 送電装置
１１ アンテナ
１１Ａ アンテナ素子
１２ 送信信号生成部
１３ 送信部
１４ 受信部
１５ 記憶部
１５Ａ 制御プログラム
１５Ｂ ウェイトデータ
１６ 制御部
２０ 受電装置
２１Ａ，２１Ｂ アンテナ
２２ 受電制御部
２３ バッテリ
２４ センサ部
２５ 信号送受信部
３０ 移動装置
３１ 回転体
３２ 回転軸
４０ 回転センサ
５０ 無線通信装置
２００ 給電電波
６００ 閉鎖空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】