(57)【要約】【課題】適切に電力伝送を行うことが可能な無線通信システム、これに用いられる送電装置を提供する。【解決手段】送電装置は、受電装置から送信された情報を用いて単位時間あたりの電力消費量を算出し、算出した単位時間あたりの電力消費量に基づいて、その受電装置への電力伝送を制御する。【選択図】  図１
2011193707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置と受電装置を備えた無線通信システムであって、
前記送電装置は、前記受電装置との間でデータ通信を行う第１のデータ通信部と、前記受電装置に電力を伝送する送電部と、を備え、
前記受電装置は、前記送電装置との間でデータ通信を行う第２のデータ通信部と、前記送電装置から伝送された電力を受電する受電部と、前記受電装置の各構成に電力を供給するバッテリーと、を備え、
前記受電装置は、前記バッテリーの充電量を示す充電量情報を前記第２のデータ通信部により前記送電装置に送信し、
前記送電装置は、前記第１のデータ通信部により前記充電量情報を受信したとき、新たに受信した充電量情報と以前に受信した充電量情報を用いて、前記受電装置の単位時間あたりの電力消費量を算出し、算出した単位時間あたりの電力消費量に基づいて前記送電装置へ電力伝送を行うように前記送電部を制御することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記送電装置は、前記受電装置との間でデータ通信を行うデータ期間を示すデータ期間情報を前記第１のデータ通信部により前記受電装置に送信し、
前記受電装置は、前記データ期間の変更を要求するコマンド信号を前記第２のデータ通信部により前記送電装置に送信し、
前記送電装置は、前記コマンド信号を受信し、前記データ期間を変更した場合、変更前のデータ期間および変更後のデータ期間を用いて、算出した単位時間あたりの電力消費量を変更後のデータ期間に対応した単位時間あたりの電力消費量に変換し、変換した単位時間あたりの電力消費量に基づいて前記受電装置へ電力伝送を行うように前記送電部を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記充電量情報は、ビーコン信号の空きビットに付加されて定期的に送信されることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
受電装置にワイヤレスで電力伝送可能な送電装置であって、
前記受電装置との間でデータ通信を行うデータ通信部と、
前記受電装置に電力を伝送する送電部と、を備え、
前記データ通信部により前記受電装置のバッテリーの充電量を示す充電量情報を受信したとき、新たに受信した充電量情報と以前に受信した充電量情報を用いて、前記受電装置の単位時間あたりの電力消費量を算出し、算出した単位時間あたりの電力消費量に基づいて前記送電装置へ電力伝送を行うように前記送電部を制御することを特徴とする送電装置。
【請求項５】
前記送電装置は、前記受電装置との間でデータ通信を行うデータ期間を示すデータ期間情報を前記データ通信部により前記受電装置に送信し、
前記送電装置は、前記受電装置から前記データ期間の変更を要求するコマンド信号を受信し、前記データ期間を変更した場合、変更前のデータ期間および変更後のデータ期間を用いて、算出した単位時間あたりの電力消費量を変更後のデータ期間に対応した単位時間あたりの電力消費量に変換し、変換した単位時間あたりの電力消費量に基づいて前記受電装置へ電力伝送を行うように前記送電部を制御することを特徴とする請求項４に記載の送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレスでデータの送受信や電力伝送を行う無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、所定の範囲内に設置されている複数の電子機器から、電子機器の充電池の電池残量比を含む電子機器情報を受信し、電子機器情報に基づいて充電を最優先すべき電子機器である最優先電子機器を決定し、決定した最優先電子機器でのみ充電が行なわれるように制御する充電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８９３４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的にデバイスの種類によって電力消費量は異なるため、例えば２つのデバイスの現状のバッテリー充電量や充電率が同じ場合にそれぞれのデバイスに同じように電力を伝送したとしても、デバイスの電力消費量によっては、過充電になることがある。また、バッテリー充電量や充電率が他のデバイスに比べて多い場合でも、そのデバイスの単位時間当たりの電力消費量が多い場合には、他のデバイスよりも先にバッテリーが切れてしまうことがある。さらに、同じデバイスであっても使用環境の変化により電力消費量が変わってくることがある。例えば、WirelessUSBなどを用いてワイヤレスでデータの送受信を行う場合など、人の往来などによる通信環境の変化が頻繁にあるか否かにより、最適な通信モードの選択制御のための電力消費量は変化する。そのため、現状のバッテリー充電量や充電率を基に判断していたのでは適切に電力伝送を行うことができない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、適切に電力伝送を行うことが可能な無線通信システム、これに用いられる送電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
送電装置は、受電装置から送信された情報を用いて単位時間あたりの電力消費量を算出し、算出した単位時間あたりの電力消費量に基づいて、その受電装置への電力伝送を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、適切に電力伝送を行うことが可能な無線通信システム、これに用いられる送電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】無線通信システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】ホストにおける伝送処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】電力伝送管理テーブルの一例を示した図である。
【図４】ビーコン信号およびデータの送受信のタイミングと、ワイヤレス電力伝送の実施期間の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、無線通信システムの構成例を示すブロック図である。本例では、送電装置の一例としてホストを、受電装置の一例としてデバイスと記載している。
【００１０】
ホスト１とデバイス２、３は、WirelessUSBを用いてデータ通信を行い、磁気共鳴方式を用いてワイヤレスで送電あるいは受電する。ここで、磁気共鳴方式とは、送電側と受電側の共振周波数が一致した場合に電力が効率的に伝送されるものである。以下、UWB(MB-OFDM)方式に準拠したWirelessUSB を用いている場合を例に説明を行う。なお、WirelessUSBおよび磁気共鳴方式は一例であり、他の無線通信方式や電力伝送方式を用いても良い。
【００１１】
電源１６はバッテリー等であり、ホスト１の各構成に電力を供給する。この電源１６には、室内に設置されたコンセント等から電力が供給される。データ格納部１１は、例えばデータ通信部であるUWB PHY/MAC１３により送受信するデータや、データ通信制御部であるWUSB Protocol Engine１２により実行されるプログラムなどを格納する。
【００１２】
ホスト１は、WUSB Protocol Engine１２とUWB PHY/MAC１３を用いてデータ通信を行い、パワー伝送制御部１４とパワー伝送PHY１５を用いて電力伝送を行う。
【００１３】
送電部であるパワー伝送PHY１５は、発振周波数調整部１５１と共振周波数調整部１５２を備え、励振コイル１７と送電用コイル１８を介して電力を伝送する。発振周波数調整部１５１は電圧制御発振器（図示せず）を備え、可変容量等を切り替えることにより、発振周波数を変更する。また、共振周波数調整部１５２は可変容量等を切り替えることにより、ホスト１からデバイス２あるいはデバイス３への電力伝送効率が最大となるように共振周波数を変更する。
【００１４】
本システムでは、予めホスト１に接続するデバイスを登録し、それぞれのデバイスとの間でビーコン信号を送受信するMedia Access Slot(MAS)を示すビーコン期間情報やデータを送受信するMASを示すデータ期間情報をデータ格納部１１に記憶する。データ期間情報を以下、DRP（Distributed Reservation Protocol）期間情報と称する。DRP期間では、ホストとデバイスの双方向でデータの送受信を行う場合だけでなく、一方から他方へのデータ送信のみが行われる場合もある。なお、256個のMASが１スーパーフレームであり、ビーコン信号を送信するための期間とデータ通信のための期間に分けられる。１スーパーフレーム（６５６３６[μｓ]）に１回、ホストから各デバイスごとに異なるMASでビーコン信号が送信され、各デバイスからビーコン信号を受信する。
【００１５】
このように各デバイスごとにビーコン信号やデータを送受信する期間を定めることにより、複数のデバイスとの間で通信を行う場合であっても、信号の衝突を防止することができる。同様に、ホスト１は、受信したビーコン信号やデータがどのデバイスから送信されたものであるかを識別することができる。なお、ホストとデバイス間のビーコン信号の送受信は、送受信する期間を定めた時分割の送受信に限らず、ビーコン信号を送受信する周波数をデバイスごとに分けて送受信するようにしても良い。このような周波数分割で送受信を行う場合にも、送受信期間を定めることにより、送受信期間以外はUWB PHY/MAC１３等への電源供給を停止あるいは減少させるなど、電力消費を低減させることができる。また、時分割・周波数分割のいずれか一方を用いるものに限らず、例えば、ホストからのビーコン信号の送信は周波数分割で、デバイスからのビーコン信号は時分割で送信するようにしても良い。
【００１６】
WUSB Protocol Engine１２はデータ格納部１１に記憶されたビーコン期間情報に応じて、所定のタイミングでデバイス２、３にビーコン信号を送信するようにUWB PHY/MAC１３を制御する。
【００１７】
ビーコン信号のビットには複数のInformation Element(IE)が割り当てられ、IEに情報を格納して送信することができる。例えば、PHY Capability IEには伝送レート情報が格納され、DRP IEにはDRP期間情報が格納されている。
【００１８】
本例では、ビーコン信号の空きビットに、電力伝送用の制御情報と、データ通信用の制御情報を付加して、デバイス２およびデバイス３に送信する。
【００１９】
電力伝送用の制御情報には、共振周波数、電力を伝送する期間を示す充電タイミングなどを示す情報が含まれ、データ通信用の制御情報には、変調方式、送信電力、受信電力、ホストとデバイス間の距離、伝送レートおよびDRP期間などを示す情報が含まれる。
【００２０】
なお、距離は、ホスト１がデバイスから送信された距離算出（Range Measurement）コマンドを受信した場合に、WUSB Protocol Engine１２によりデバイスから受信したビーコン信号の信号強度などを用いて算出される。また、ホスト１がコマンドを受信した場合にデバイスに対してACK信号を送信し、このACK信号を送信してからデバイスからのACK応答信号を受信するまでの時間を用いて距離を算出するようにしても良い。
【００２１】
また、データ通信用の制御情報に、伝送レートおよびDRP期間を挙げているが、前述のようにPHY Capability IEおよびDRP IEに格納されているため、省略しても良い。また、デバイス２、３に変調方式と伝送レートとの対応関係を示す情報が記憶されている場合は、データ通信用の制御情報から変調方式を省略するようにしても良い。
【００２２】
このように、ビーコン信号の空きビットを用いてるため、新たな送受信回路を設けることなく、充電タイミングなどの電力伝送用の制御情報を送受信することができる。なお、ビーコン信号の空きビットに限らず、例えば、パケットを構成するPHYフレーム内のプリアンブル、ヘッダー、ペイロードの空きビットなどを用いて送受信しても良い。
【００２３】
次に、ホスト１と通信を行うデバイス２、３の構成例について説明する。なお、デバイス２、３は同様の構成のため、デバイス２を例に以下説明を行う。
【００２４】
デバイス２はバッテリー２６を備え、バッテリー２６からデバイス２の各構成に電力が供給される。データ格納部２１は、例えばデータ通信部であるUWB PHY/MAC２３により送受信するデータや、データ通信制御部であるWUSB Protocol Engine２２により実行されるプログラムなどを格納する。
【００２５】
デバイス２は、WUSB Protocol Engine２２とUWB PHY/MAC２３を用いてデータ通信を行い、パワー伝送制御部２４とパワー伝送PHY２５を用いて受電する。受電部であるパワー伝送PHY２５は共振周波数調整部２５１を備えており、受電用コイル２７と結合コイル２８を経由して、ワイヤレスにより電力を受信する。具体的には、WUSB Protocol Engine２２は、送電側であるホスト１から送信されたビーコン信号から共振周波数や充電タイミングなどの情報を取得し、充電タイミングに合わせてパワー伝送制御部２４およびパワー伝送PHY２５を起動する。そして、パワー伝送制御部２４の制御により、取得した共振周波数に合わせるように共振周波数調整部２５１が可変容量等を切り替えることにより、デバイス２はホスト１から電力を受信し、バッテリー２６へ電力を供給することができる。
【００２６】
PHY/MAC２３は、WUSB Protocol Engine２２の制御により、空きビットに電力伝送用の制御情報とデータ通信用の制御情報とを付加したビーコン信号を生成し、生成したビーコン信号をホスト１に送信する。電力伝送用の制御情報にはバッテリー充電量を示す情報が含まれ、データ通信用の制御情報にはデバイス２の送信電力および受信電力を示す情報が含まれる。なお、共振周波数や充電タイミング、変調方式等の情報は、前述のようにホスト１から送信されるビーコン信号に付加されているが、これに限定するものではなく、デバイス２から送信されるビーコン信号に含めるようにしても良い。
【００２７】
なお、図１の例では、２つのデバイスを示しているが、これに限定するものではなく、1つのホストと３つ以上のデバイスによりシステムを構成しても良い。また、デバイスの数は複数に限らず、１台のデバイスのみを有するシステムであっても、ホストからそのデバイスに効率的に電力伝送するために本発明を適用しても良い。
【００２８】
図２は、ホスト１における伝送処理の一例を示すフローチャートである。図２のフローチャートでは、デバイスへのワイヤレス電力伝送を開始するまでの処理を示している。
【００２９】
WUSB Protocol Engine１２は、ビーコン期間情報に応じてデバイス２、３にビーコン信号を送信するようにUWB PHY/MAC１３を制御し、デバイス２、３からビーコン信号を受信すると(Ｓ１０１)、ビーコン信号の復調処理を行い、ビーコン信号に含まれる電力伝送用の制御情報とデータ通信用の制御情報を取得する（Ｓ１０２）。
【００３０】
そして、WUSB Protocol Engine１２は、デバイスからDRP期間の新規申請あるいは変更を要求するためのコマンド信号であるDRP Reservation Requestを受信したかどうかを検出し(Ｓ１０３)、コマンド信号を受信した場合、データ格納部１１に記憶されたDRP期間情報を用いて、データ通信のための期間の中で、DRP期間として割り当てられていない空きスロットがあるか否かを確認し、要求されたDRP期間を割り当て可能であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。割り当てが可能な場合は、そのデバイスのDRP期間を変更する(Ｓ１０５)。なお、コマンド信号は、デバイスのユーザが例えばダウンロードを希望するデータを選択した際に、選択されたデータのデータ量に応じて送信される。
【００３１】
ここで、Ｓ１０３においてコマンド信号を受信していない場合、あるいはＳ１０４においてDRP期間を割り当て不可能な場合、Ｓ１０６において単位時間あたりの電力消費量を計算する。具体的には、例えば、電力伝送用の制御情報に含まれるバッテリー充電量情報と、1000スーパーフレーム前に受信したビーコン信号から取得したバッテリー充電量情報の差を計算することで、1000スーパーフレームあたりの電力消費量[W]を算出する。
【００３２】
一方、Ｓ１０５においてDRP期間の割り当てを行った場合、DRP期間の変更により今後消費される電力量が変化するため、変更後のDRP期間に対応した単位時間あたりの電力消費量を計算する。具体的には、Ｓ１０６と同様の方法で算出した単位時間あたりの電力消費量を、例えば以下の数式(1)を用いて、変更後のDRP期間に対応した単位時間あたりの電力消費量[W]に変換する。
(変更後のDRP期間＋ビーコン期間)×(1000スーパーフレームあたりの電力消費量[W/スーパーフレーム] / 変更前のDRP期間＋ビーコン期間)・・・・数式(1)
Ｓ１０６あるいはＳ１０７にて単位時間あたりの電力消費量を算出すると、WUSB Protocol Engine１２は、デバイスを管理するための電力伝送管理テーブルを作成あるいは更新する（Ｓ１０８）。この電力伝送管理テーブルは、データ格納部１１に記憶される。
【００３３】
図３は、電力伝送管理テーブルの一例である。図３の例では、２つのデバイスに関する情報が登録されている場合を示している。
【００３４】
Ｓ１０１においてホスト１からデバイスに送信したビーコン信号に含まれる電力伝送用の制御情報およびデータ通信用の制御情報に対応するように、共振周波数、充電タイミング、取得したデータ通信用の制御情報を用いて、変調方式、距離、伝送レートおよびDRP期間を示す情報を登録される。なお、DRP期間については、Ｓ１０５においてDRP期間を変更した場合、Ｓ１０１で送信したDRP期間を示す情報を用いずに、変更後のDRP期間を登録する。
【００３５】
また、Ｓ１０２において取得した電力伝送用の制御情報およびデータ通信用の制御情報を用いて、バッテリー充電量、送信電力および受信電力を示す情報を登録する。そして、Ｓ１０６あるいはＳ１０７において算出した単位時間あたりの電力消費量が記録される。
【００３６】
図３は一例であり、図に記載の情報以外についても電力伝送管理テーブルに登録するようにしても良い。例えば、図３の例では、最新のDRP期間のみが登録されている場合を示しているが、変更前のDRP期間についても登録するようにしても良い。また、バッテリー充電量についても、最新の情報だけでなく、更新前の情報を登録するようにしても良い。
【００３７】
電力伝送管理テーブルに情報を登録した後、単位時間あたりの電力消費量とバッテリー充電量を比較する（Ｓ１０９）。単位時間あたりの電力消費量 ＜ バッテリー充電量の場合、Ｓ１０１に戻る。一方、単位時間あたりの電力消費量 ＞バッテリー充電量の場合、電力伝送管理テーブルに記録された充電タイミングでワイヤレス電力伝送を開始する(Ｓ１１０)。
【００３８】
単位時間当たりの電力消費量が少ないデバイスでは、バッテリー充電量を基に判断し、電力伝送を行うと、過充電になる場合がある。一方、電力消費量が多いデバイスでは、バッテリー充電量が他のデバイスに比べて多い場合であっても、バッテリーが切れる可能性がある。本例では、1000スーパーフレーム（約１分間）などの単位時間あたりの電力消費量を算出し、算出した電力消費量とバッテリー充電量を比較した上で、電力伝送の要否を判断するため、適切に電力伝送を行うことができる。
【００３９】
また、単位時間あたりの電力消費量を計算する際に、DRP期間情報を用いて単位時間あたりの電力消費量を算出することにより、将来的にデバイスがデータ送受信に必要とする消費電力量をより正確に見積もることができる。
【００４０】
なお、単位時間あたりの電力消費量 ＞バッテリー充電量である端末が複数ある場合には、電力伝送管理テーブルに記録した充電タイミングに変えて、単位時間あたりの電力消費量の比率に基づいて、電力伝送期間を分配するようにする。例えば、単位時間あたりの電力消費量の比が9:1である場合、まず900スーパーフレーム間は１つのデバイスに対して、続く100スーパーフレーム間はもう一方デバイスに対してワイヤレス電力伝送を実施する。これにより、複数のデバイスに適切に電力伝送を行うことができる。
【００４１】
このように、充電タイミングを変えた場合には、ホストから電力伝送を行うデバイスに変更後の充電タイミングを示す情報を含めたビーコン信号を送信する。
【００４２】
なお、Ｓ１０６における電力消費量の算出処理は、ビーコン信号を受信する毎に実行するものに限定するものではなく、例えば1000スーパーフレーム毎に算出するようにしても良い。この場合、約1分間の周期で単位時間あたりの電力消費量[W]が更新されることになる。これにより、DRP期間の変更がない場合は急激に電力消費量が変化する可能性が少ないため、このように間欠的に実行することにより、ホストにおける処理負担を軽減することができる。一方、Ｓ１０７における算出は、Ｓ１０５においてDRP期間が変更される度に実行する。
【００４３】
図４は、ビーコン信号およびデータの送受信タイミングと、ワイヤレス電力伝送の実施期間の一例を示す図である。
【００４４】
図に示すように、ホストとデバイス間でビーコン信号の送受信を行った後、データ伝送を行うDRP期間が設定されている。なお、図４の例は、ホストからデバイスへのビーコン信号の送信は周波数分割で行われ、デバイスからホストへのビーコン信号の送信は時分割で行う場合を示している。
【００４５】
また、スーパーフレーム#1〜900の間はデバイス(1)に対して、続いてスーパーフレーム#901〜1000の間はデバイス(2)に対してワイヤレス電力伝送を実施する場合を示している。
この場合、デバイス(1) (2)は、それぞれスーパーフレーム#1、#901に入る前に指定された共振周波数にセットするなど、電力受電の準備を行う。なお、デバイス毎に異なる共振周波数を割り当てるものに限定するものではなく、全てのデバイスの共振周波数を同一にし、充電タイミングに同期してデバイスの電力受電のON/OFFを切り替える構成としても良い。
【００４６】
以上説明したように、本例では、ホストなどの送電装置は、デバイスなどの受電装置から取得した情報を用いて、受電装置の単位時間あたりの電力消費量を定期的に算出し、算出した単位時間あたりの電力消費量に基づいて電力伝送の要否を判断する。これにより、バッテリー充電量のみを基に判断する場合におこりうる過充電やバッテリー切れの発生を抑制し、適切に電力伝送を行うことができる。
【００４７】
また、単位時間あたりの電力消費量を計算する際に、DRP期間情報を用いるため、通信環境の変動による受電側の消費電力変動を反映した電力消費量を算出することができ、バッテリー切れ等を抑制し、効率的なワイヤレス電力伝送を実施できる。
【符号の説明】
【００４８】
１ ホスト
２、３ デバイス
１１、２１、３１ データ格納部
１２、２２、３２ WUSB Protocol Engine
１３、２３、３３ WUSB PHY/MAC
１４、２４、３４ パワー伝送制御部
１５、２５、３５ パワー伝送PHY
１６ 電源
２６、３６ バッテリー
１５１、２５１、３５１ 共振周波数調整部
１５２ 発振周波数調整部  
【図１】
2011193707.tif 000003
【図２】
2011193707.tif 000004
【図３】
2011193707.tif 000005
【図４】
2011193707.tif 000006