(57)【要約】 【課題】複数の送電パターンを用いて効率的に複数の受電機に無線電力を送電できる。【解決手段】無線電力伝送装置は、複数の受電機に対して電波による無線電力を伝送するものであり、複数の受電機からの受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、それぞれ異なる複数の送電パターンのうち２つ以上の送電パターンそれぞれの送電期間を含む送電条件を計算する送電条件計算部と、計算された送電条件にて２つ以上の送電パターンを切替ながら電波を送電する送電部と、を備える。【選択図】図１
2019140900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受電機に対して電波による無線電力を伝送する無線電力伝送装置であって、
前記複数の受電機からの受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、それぞれ異なる複数の送電パターンのうち２つ以上の送電パターンそれぞれの送電期間を含む送電条件を計算する送電条件計算部と、
前記計算された送電条件にて前記２つ以上の送電パターンを切替ながら電波を送電する送電部と、を備える、無線電力伝送装置。
【請求項２】
複数の受電機に対して電波による無線電力を伝送する無線電力伝送装置であって、
前記複数の受電機の伝搬路情報と前記複数の受電機の配置情報との少なくとも一つと、前記複数の受電機への送電パターン情報と、に基づいて、前記複数の受電機からの受電電力情報が必要か否かを受電機ごとに判定する判定部と、
前記判定部にて前記受電電力情報が必要と判定された受電機に対して、前記受電電力情報及び当該受電機が要求する要求電力量情報の送信を要求する送信要求部と、
前記送信要求部からの要求に応じた受電機からの前記受電電力情報及び前記要求電力量情報に基づいて、それぞれ異なる複数の送電パターンのうち２つ以上の送電パターンそれぞれの送電期間を含む送電条件を計算する送電条件計算部と、
前記計算された送電条件にて前記２つ以上の送電パターンを切替ながら電波を送電する送電部と、を備える、無線電力伝送装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記複数の受電機からの伝搬路情報と、前記複数の受電機への送電パターン情報と、を乗じた値に基づいて、前記複数の受電機からの前記受電電力情報及び前記要求電力量情報が必要か否かを受電機ごとに判定する、請求項２に記載の無線電力伝送装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記複数の受電機の配置情報と、前記複数の受電機への送電パターン情報と、に基づいて、前記複数の受電機からの前記受電電力情報及び前記要求電力量情報が必要か否かを受電機ごとに判定する、請求項２に記載の無線電力伝送装置。
【請求項５】
前記送電条件は、前記２つ以上の送電パターンそれぞれの送電期間の他に、前記２つ以上の送電パターンそれぞれの方向と、前記電波の位相と、前記電波の振幅との少なくとも一つを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項６】
前記複数の送電パターンのそれぞれに基づく複数の電波を前記送電部から順次に試行送電する制御を行う第１制御部と、
前記複数の電波のそれぞれを受信した前記複数の受電機の少なくとも一つから送信された、前記受電電力情報及び前記要求電力量情報を受信する第１通信部と、を備え、
前記送電条件計算部は、前記第１通信部で受信された前記受電電力情報及び前記要求電力量情報に基づいて、前記送電条件を計算する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項７】
前記送電条件計算部は、個々の受電機が要求する要求電力量を満たす無線電力が所定時間内に対応する受電機に送電されるように、前記送電条件を計算する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項８】
前記送電部は、前記送電条件計算部で計算された前記２つ以上の送電パターンのそれぞれの送電期間を複数の送電分割期間に分割して、各送電分割期間ごとに送電パターンの種類を切替ながら送信する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項９】
前記複数の受電機との間で電波を送受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナに接続され前記電波に応じた高周波信号の位相を可変制御することにより前記複数の送電パターンを生成する可変位相器と、を有するフェーズドアレーアンテナを備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１０】
前記計算された送電条件にて前記送電部が送電する電波は、無情報の無変調連続波であり、
前記計算された送電条件にて前記送電部が送電する電波の周波数は、前記受電機が前記受電電力情報及び要求電力量情報を送信する電波の周波数とは異なる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１１】
前記複数の受電機のそれぞれと当該無線電力伝送装置との間の伝搬路を推定する伝搬路推定部を備え、
前記送電条件計算部が前記送電条件を計算する前記２つ以上の送電パターンのうちの少なくとも一つは、前記伝搬路推定部で推定された伝搬路に基づいて生成される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１２】
前記複数の受電機の位置及び方向の少なくとも一方を検出する受電機特定部を備え、
前記送電条件計算部が前記送電条件を計算する前記２つ以上の送電パターンのうちの少なくとも一つは、前記複数の受電機の位置及び方向の少なくとも一方に基づいて生成される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の無線電力伝送装置。
【請求項１３】
１つ以上の送電機と、
前記１つ以上の送電機から送信された電波による無線電力を受電する複数の受電機と、を備える無線電力伝送システムであって、
前記１つ以上の送電機のそれぞれは、
複数の送電パターンのそれぞれに基づく複数の電波を順次に試行送電する制御を行う送電制御部と、
前記複数の電波のそれぞれを受電した前記複数の受電機から送信された、受電電力情報及び要求電力量情報を受信する第１通信部と、
前記複数の受電機からの前記受電電力情報及び前記要求電力量情報に基づいて、それぞれ異なる複数の送電パターンのうち２つ以上の送電パターンそれぞれの送電期間を含む送電条件を計算する第１計算部と、
前記計算された送電条件にて前記２つ以上の送電パターンを切替ながら前記電波を送電する送電部と、を有し、
前記複数の受電機のそれぞれは、
前記送電部から送電された電波を受電して、直流電力を生成する受電部と、
前記１つ以上の送電機のいずれかから試行送電された前記複数の送電パターンのそれぞれに基づく前記複数の電波が前記受電部で受信されたときに、受信電波の受電電力情報を計算する第２計算部と、
前記受電電力情報及び前記要求電力量情報を含む電波を送信する第２通信部と、を有する、無線電力伝送システム。
【請求項１４】
前記複数の受電機の少なくとも一つにおける前記第２通信部は、前記１つ以上の送電機が前記試行送電を行う前にビーコン信号を送信し、
前記１つ以上の送電機のそれぞれは、
前記第１通信部が受信した前記ビーコン信号に基づいて、前記ビーコン信号を送信した受電機との間の伝搬路情報を推定する伝搬路推定部を有し、
前記第１計算部が前記送電条件を計算する前記２つ以上の送電パターンのうちの少なくとも一つは、前記伝搬路情報に基づいて生成される、請求項１３に記載の無線電力伝送システム。
【請求項１５】
１つ以上の送電機からの電波を受電して、直流電力を生成する受電部と、
前記１つ以上の送電機のいずれかから試行送電された複数の送電パターンのそれぞれに基づく複数の電波が前記受電部で受電されたときに、受信電波の受電電力情報を生成する受電電力生成部と、
前記受電電力情報及び要求電力量情報を送信する通信部と、を備え、
前記受電部は、前記受電電力情報及び前記要求電力量情報を受信した送電機から送信されて前記受電部で受信された、前記複数の送電パターンのうち２つ以上の送電パターンがそれぞれ固有の送電期間で切り替わる電波に基づいて前記直流電力を生成する、無線電力伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送電機から複数のアンテナパターンの電波を送信し、受電機にて最大の受信感度が得られたアンテナパターンのＩＤを受電機から送電機に通知し、その通知したアンテナパターンの電波で送電を行うように制御する技術が知られている。
【０００３】
また、複数の受電機のバッテリ需要に応じて、各受電機に送電する送電パルス配分を最適化して、各受電機に向けて送電パルスを送電する技術が知られている。
【０００４】
しかしながら，特定の対象となる受電機に配分されたパルスであっても，送電パルスを含む電波は拡散して他の受電機でも受信され、このことを考慮した最適な電力配分方法については従来提案されていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１６−５１２６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、複数の送電パターンを用いて効率的に複数の受電機に無線電力を送電することができる無線電力伝送装置及び無線電力伝送システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態によれば、複数の受電機に対して電波による無線電力を伝送する無線電力伝送装置であって、
前記複数の受電機からの受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、それぞれ異なる複数の送電パターンのうち２つ以上の送電パターンそれぞれの送電期間を含む送電条件を計算する送電条件計算部と、
前記計算された送電条件にて前記２つ以上の送電パターンを切替ながら電波を送電する送電部と、を備える、無線電力伝送装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態による無線電力伝送装置を備えた無線電力伝送システム２の概略構成を示すブロック図。
【図２】送電機の内部構成の一例を示すブロック図。
【図３】受電機の内部構成の一例を示すブロック図。
【図４】図２の一変形例を示す送電機のブロック図。
【図５】図３の一変形例を示す受電機のブロック図。
【図６】一括フィードバック方式の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図７】一括フィードバック方式のタイミング図。
【図８】逐次フィードバック方式の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図９】逐次フィードバック方式のタイミング図。
【図１０】送電機が受信した各受電機からの受電電力情報及び要求電力量情報をまとめた受電電力テーブルの一例を示す図。
【図１１】線形計画問題の最適解の求め方を示す図。
【図１２】各受電機の受電電力特性と受電電力量特性を示す図。
【図１３】（ａ）は番号順に電波を送電する例、（ｂ）は任意の順番で電波を送電する例を示す図。
【図１４】第２の実施形態による無線電力伝送装置の概略構成を示すブロック図。
【図１５】送電パターンの方向とビーム幅と受電機の配置場所を説明する図。
【図１６】第２の実施形態による送電機の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。なお、本件明細書と添付図面においては、理解のしやすさと図示の便宜上、一部の構成部分を省略、変更または簡易化して説明および図示しているが、同様の機能を期待し得る程度の技術内容も、本実施の形態に含めて解釈することとする。また、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物から変更し誇張してある。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による無線電力伝送装置１を備えた無線電力伝送システム２の概略構成を示すブロック図である。図１の無線電力伝送システム２は、１つ以上の送電機３と、複数の受電機４とを備えている。送電機３が２つ以上ある場合には、各送電機３は、無線又は有線にてそれぞれ情報の送受を行い、協調しながら複数の送電パターン５を生成する。１つ以上の送電機３で生成された複数の送電パターン５のうちの２つ以上の送電パターン５に基づく電波が複数の受電機４に向けて送電される。より詳細には、１つ以上の送電機３は、複数の送電パターン５のうちの２つ以上の送電パターン５を順次に切替ながら電波を送電する。各送電パターン５は、それぞれ固有の送電期間で送電される。複数の受電機４のそれぞれは、１つ以上の送電機３から送電された上述の電波を受電して、直流電力を生成する。図１の無線電力伝送装置１は、送電機３及び受電機４の総称である。なお、場合によっては、１つ以上の送電機３は、１つのみの送電パターン５に基づく電波を送電する場合もありうるが、以下では主に、２つ以上の送電パターン５を切替ながら送電する例を説明する。
【００１１】
図２は送電機３の内部構成の一例を示すブロック図である。図２の送電機３は、送電用アンテナ１１と、通信用第１アンテナ１２と、送電部１３と、第１通信部１４と、第１制御部１５と、第１記憶部１６と、第１計算部１７とを有する。
【００１２】
送電部１３は、試行送電と本送電とを行う。送電部１３は、試行送電では、複数の送電パターン５のそれぞれを含む複数の電波を別々のタイミングで送電する。また、送電部１３は、本送電では、複数の受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、複数の送電パターン５のうちの２つ以上の送電パターン５を切替ながら電波を送電する。
【００１３】
第１通信部１４は、無線電力の伝送目的ではなく、複数の受電機４との間で種々の情報を送受する。例えば、第１通信部１４は、複数の受電機４から送信された受電電力情報及び要求電力量情報を受信する。
【００１４】
第１計算部１７は、複数の受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、複数の送電パターン５のうち２つ以上の送電パターン５それぞれの送電期間を含む送電条件を計算する。第１計算部１７が計算する送電条件には、各送電パターン５の送電期間だけでなく、２つ以上の送電パターン５それぞれの方向と、電波の位相と、電波の振幅との少なくとも一つを含むパラメータが含まれていてもよい。
【００１５】
第１記憶部１６は、第１計算部１７で計算された送電条件等を記憶する。例えば、第１記憶部１６は、各送電パターン５の送電期間や上述したパラメータ等を記憶する。また、複数の受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報を第１記憶部１６に記憶してもよい。
【００１６】
第１制御部１５は、送電部１３内の各部を制御する。例えば、第１制御部１５は、第１通信部１４で受信された受電電力情報及び要求電力量情報を第１計算部１７に送信する制御や、第１計算部１７で計算された送電条件を送電部１３に送信する制御を行う。また、第１制御部１５は、第１記憶部１６への各種情報の書込を制御したり、第１記憶部１６からの各種情報の読出しを制御する。
【００１７】
複数の送電機３が設けられる場合には、通信用第１アンテナ１２と、第１通信部１４と、第１制御部１５と、第１計算部１７と、不図示の電力信号源とを共用してもよい。これにより、各送電機３の内部構成を簡略化できる。
【００１８】
図３は受電機４の内部構成の一例を示すブロック図である。図３の受電機４は、受電用アンテナ２１と、通信用第２アンテナ２２と、受電部２３と、測定部２４と、第２通信部２５と、第２制御部２６と、第２記憶部２７と、第２計算部２８とを有する。
【００１９】
受電部２３は、１つ以上の送電機３からの電波を受電して、直流電力を生成する。受電部２３は、整流器２３ａと負荷２３ｂを有する。整流器２３ａは、受電された交流電力を直流電力に変換する。この直流電力の振幅で規定される受電電力情報は負荷２３ｂを通して測定部２４にて測定される。この他、受電部２３は、整合器やＤＣ−ＤＣコンバータを有していてもよい。整合器は、受電用アンテナ２１と整流器２３ａとのインピーダンス整合を行う。ＤＣ−ＤＣコンバータは、整流後の電圧を変圧する。
【００２０】
第２通信部２５は、通信用第２アンテナ２２を介して、１つ以上の送電機３と種々の情報の送受を行う。例えば、第２通信部２５は、試行送電の際に受電した複数の送電パターン５に基づく複数の電波の受電電力情報と要求電力量情報を１つ以上の送電機３に送信する。
【００２１】
第２記憶部２７は、受電機４が必要とする要求電力量情報を計算する。要求電力量情報は、受電機４の充電状況や消費電力等に基づいて計算される。第２記憶部２７は、受電電力情報や要求電力量情報等を記憶する。第２制御部２６は、受電部２３内の各部を制御する。
【００２２】
図４は図２の一変形例を示す送電機３のブロック図、図５は図３の一変形例を示す受電機４のブロック図である。上述した図２の送電機３と図３の受電機４は、伝搬路の推定を行わない場合の内部構成を示しているのに対して、図４の送電機３と図５の受電機４は、伝搬路の推定を行う場合の内部構成を示している。ここで、伝搬路とは、送電機３と個々の受電機４との間の伝搬路を指す。
【００２３】
図４の送電機３は、図２の送電機３の内部構成に加えて、伝搬路推定部１８と、第１送受切替器１９とを備えている。この伝搬路推定部１８は、受電機４から送信されたビーコン信号を受信して、受信したビーコン信号に基づいて、受電機４との間の伝搬路の推定を行う。第１送受切替器１９は、電波を送電する場合と、伝搬路の推定を行う場合とで、電波の送受を切り替える。
【００２４】
図５の受電機４は、図３の受電機４の内部構成に加えて、ビーコン信号送信部２９と第２送受切替器３０とを有する。ビーコン信号送信部２９は、伝搬路の推定を行う際にビーコン信号を送信する。第２送受切替器３０は、１つ以上の送電機３からの電波を受電する場合と、伝搬路の推定を行う場合とで、電波の送受を切り替える。
【００２５】
上述したように、送電機３は、試行送電と本送電を行う。試行送電の方式として、一括フィードバック方式と逐次フィードバック方式がある。一括フィードバック方式は、複数の送電パターン５に基づく複数の電波を連続して送電し、その後に、複数の受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報をまとめて受信するものである。一方、逐次フィードバック方式は、各送電パターン５に基づく電波を送電するたびに、複数の受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報を受信するものである。
【００２６】
図６は一括フィードバック方式の処理手順の一例を示すフローチャート、図７は一括フィードバック方式のタイミング図である。図６のフローチャートは、１つ以上の送電機３の処理手順を示している。図６のステップＳ１〜Ｓ４では、複数の送電パターン５に基づく複数の電波の試行送電を連続して行う。より具体的には、まず、送電パターン５の種類を表す変数ｋをゼロに初期化する（ステップＳ１）。次に、ｋを１だけインクリメントする（ステップＳ２）。次に、ｋ番目の送電パターン５に基づく電波を試行送電する（ステップＳ３）。次に、変数ｋが最大値Ｋに到達したか否かを判定し（ステップＳ４）、まだ到達していなければ、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。これにより、図７の時刻ｔ１〜ｔ２に示すように、複数の送電パターン５に基づく複数の電波が連続的に送電される。
試行送電中の各送電パターン５の送電期間は任意でよい。各受電機４は、各送電パターン５に基づく電波を受電し、受電電力情報を第２記憶部２７に記憶する。
【００２７】
ステップＳ４で変数ｋがＫに到達したと判定されると、図７の時刻ｔ３〜ｔ４に示すように、各受電機４が受電電力情報及び要求電力量情報を送信する。各送電機３は、各受電機４が送信した受電電力情報及び要求電力量情報を受信し、これらの情報を第１記憶部１６に記憶する（ステップＳ５）。複数の受電機４が受電電力情報及び要求電力量情報を送信する順序は任意でよい。また、複数の受電機４は、それぞれ異なる周波数帯で受電電力情報及び要求電力量情報を変調してから送信してもよい。
【００２８】
次に、受信した受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、第１計算部１７にて、２つ以上の送電パターン５のそれぞれの送電期間を計算する（図６のステップＳ６、図７の時刻ｔ５〜ｔ６）。このとき、第１計算部１７は、送電期間以外の各種パラメータを合わせて計算してもよい。
【００２９】
次に、ステップＳ６の計算結果に基づいて、２つ以上の送電パターン５を切替ながら本送電を行う（図６のステップＳ７、図７の時刻ｔ７〜ｔ８）。これにより、送電機３から送電される電波に含まれる送電パターン５は、それぞれ固有の送電期間ごとに切り替わる（図７の時刻ｔ７〜ｔ８）。１つ以上の送電機３は、各受電機４の受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、各送電パターン５の送電期間を切替ながら電波を送電する。各受電機４は、本送電の電波が受電されたか否かを測定部２４でモニタリングし、モニタリング結果を示す情報を定期的に各送電機３に通知してもよい。
【００３０】
図８は逐次フィードバック方式の処理手順の一例を示すフローチャート、図９は逐次フィードバック方式のタイミング図である。図８のフローチャートは、１つ以上の送電機３の処理手順を示している。ステップＳ１１〜Ｓ１３は図６のステップＳ１〜Ｓ３と同様である。ステップＳ１３でｋ番目の送電パターン５に基づく電波を試行送電した後、その電波を受電した各受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報を受信する（ステップＳ１４）。受信された受電電力情報及び要求電力量情報は、第１記憶部１６に記憶される。
例えば、図９の時刻ｔ１１〜ｔ１２は１番目の送電パターン５に基づく電波の試行送電期間であり、時刻ｔ１３〜ｔ１４はその電波を受電した各受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報を受信する期間である。
【００３１】
次に、変数ｋがＫに到達したか否かを判定し（ステップＳ１５）、到達していなければステップＳ１２以降の処理を繰り返す。ステップＳ１５で変数ｋがＫに到達したと判定されると、第１記憶部１６に記憶された各送電パターン５に対応する受電電力情報及び要求電力量情報を一括して読み出して、第１計算部１７にて、２つ以上の送電パターン５のそれぞれの送電期間を計算する（図８のステップＳ１６、図９の時刻ｔ１５〜ｔ１６）。次に、ステップＳ６の計算結果に基づいて、２つ以上の送電パターン５を切替ながら本送電を行う（図８のステップＳ１７、図９の時刻ｔ１７〜ｔ１８）。
【００３２】
このように、一括フィードバック方式では、各受電機４は、複数の送電パターン５に基づく複数の電波の受電電力情報及び要求電力量情報を一括して各送電機３に送信する。よって、各送電機３は、受電電力情報及び要求電力量情報を一括で受信でき、受信後にすぐに各送電パターン５の送電期間を計算できる。一方、逐次フィードバック方式では、各受電機４は、各送電パターン５に基づく電波の受電電力情報及び要求電力量情報を個別のタイミングで各送電機３に送信する。よって、各送電機３は、すべての受電電力情報及び要求電力量情報が受信されるまで、これらの情報を第１記憶部１６に順次記憶しておき、すべての受電電力情報及び要求電力量情報が受信された後に、各送電パターン５の送電期間とパラメータを計算する。
【００３３】
図１０は送電機３が受信した各受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報をまとめた受電電力テーブル６の一例を示す図である。このテーブルは、第１記憶部１６に記憶される。図１０の受電電力テーブル６の行方向は各受電機４の識別番号、列方向は各送電パターン５に基づく電波の識別番号を示しており、行と列の各マス目には、対応する受電電力が記録されている。また、最後の行の各マス目には、第１計算部１７で計算された各送電パターン５の送電期間が記録されている。さらに、最後の列の各マス目には、各受電機４の要求電力量が記録されている。第１計算部１７が計算した各送電パターン５に基づく電波の送電期間も、受電電力テーブル６に登録される。
【００３４】
各送電機３内の第１制御部１５及び送電部１３は、図１０の受電電力テーブル６を参照して、本送電を行う。
【００３５】
次に、第１計算部１７が計算を行う各送電パターン５の送電期間の計算手法について説明する。ｋ番目の送電パターン５で本送電を行う送電期間をｔｋと定義したとき、送電パターン５の総数Ｋ個分の送電を行う合計時間Ｔは、以下の（１）式で表される。
【数１】
2019140900.tif 000003
【００３６】
ここで、時間ｔｋは正の実数であることから、
ｔｋ≧０    …（２）
である。
【００３７】
次に、図１０の受電電力テーブル６に基づいて、ｋ番目の送電パターン５の試行送電時におけるｎ番目の受電機４の受電電力をｐｎ，ｋと定義すると、ｋ番目の送電パターン５の送電期間ｔｋで送電したときに、ｎ番目の受電機４の電力量が要求電力量Ｗｎを満たすには、以下の（３）式を満足するように送電期間ｔｋを決定する必要がある。
【数２】
2019140900.tif 000004
【００３８】
（３）式において、ｐｎ，ｋが非ゼロであれば、送電期間ｔｋを大きな値にすることで、いずれは要求電力量Ｗｎを満足することになる。しかしながら、省電力化や送電期間の短縮の観点からは、送電期間ｔｋ、すなわち合計時間Ｔは小さければ小さいほど望ましい。したがって、最短時間で全受電機４の要求電力量をすべて満足するには、送電期間ｔｋに関する以下の（４）式の最小化問題の解を求めればよい。
【数３】
2019140900.tif 000005
【００３９】
（４）式からわかるように、（４）式の最小化問題は、目的関数及び制約条件がともに線形形式で表現できる線形計画問題である。図１１は線形計画問題の最適解の求め方を示す図である。図１１は、送電パターン５数が２、受電機４数が２の例を示している。図中の斜線部は、制約条件を満足する実行可能領域を表しており、線形計画問題では、実行可能領域を示す多角形の頂点に最適解が存在する。
【００４０】
図１１の場合、破線で示される合計時間Ｔの目的関数を原点に漸近させ、かつ合計時間Ｔが最小になるときの頂点（ｔ１'、ｔ２'）が最適解になる。送電パターン５数が２、受電機４数が２の場合、図１１のようなグラフに表すことで容易に最適解を探索することができる。ところが、送電パターン５数、すなわち変数が３以上になる場合、実行可能領域は超多面体で表され、直感的に最適解を求めるのは極めて困難になる。この場合、シンプレックス法のように、実行可能領域の頂点を特定の規則に基づいて効率的に探索することで、大域的な最適化を得るのが望ましい。
【００４１】
図１２は、第１計算部１７の計算結果に基づいて本送電を行った場合の、各受電機４における、時間に対する各受電機４の受電電力特性を上段に示し、時間に対する受電電力量特性を下段に示している。
【００４２】
図１２の上段の受電電力特性については、電波伝搬環境と送受電機の位置に変動がない場合、同一の送電パターン５に基づく電波を送電している最中の受電電力は一定である。送電パターン５が切り替わると、受電電力は送電パターン５に応じた値に変化する。
【００４３】
図１２の下段の受電電力量特性については、時間に対する受電電力量のグラフの傾きは、同一の送電パターン５に基づく電波を送電している最中は一定である。送電パターン５が切り替わると、受電電力量のグラフの傾きは変化する。図１２の下段の破線は、要求電力量を示している。最後のＫ番目の送電パターン５に基づく電波を送電するのと同時に、各受電機４の受電電力量が破線に到達するか、破線を上回るように、各送電パターン５の送電期間が設定される。
【００４４】
なお、図１２では、１番目の送電パターン５からＫ番目の送電パターン５まで、番号順に各送電パターン５に基づく電波を送電する例を示しているが、送電する送電パターン５の順序は任意でよい。図１３（ａ）は番号順に送電パターン５に基づく電波を送電する例を示しているのに対して、図１３（ｂ）は任意の順番で送電パターン５に基づく電波を送電する例を示している。また、各送電パターン５に基づく電波は、必ずしもまとめて送電する必要はなく、図１３（ｂ）に示すように、各送電パターン５を複数の送電期間に分割して、分割された分割送電パターン５ごとに、任意の送電順序で送電してもよい。
【００４５】
（第１変形例）
１つ以上の送電機３から複数の受電機４に電波を送電する際に、送電時間ができるだけ短い方が望ましい。すなわち、各送電機３から２つ以上の送電パターン５を切替ながら複数の受電機４に電波を送電する際に、所定時間以内で各受電機４の要求電力量情報を満たせるようにするのが望ましい。所定時間の設定方法として、以下の第１手法と第２手法がある。
【００４６】
第１手法は、全Ｋ個の送電パターン５を等しい送電期間ｔequalで使用して送電した場合に、全Ｎ個の受電機４の要求電力量を満たすのに要する最小時間Ｔ１，ｍｉｎを所定時間とするものである。合計時間をＴ１とした場合、全Ｋ個の送電パターン５に等しく割り振られる送電期間ｔequalは、以下の（５）式で与えられる。
【数４】
2019140900.tif 000006
【００４７】
ここで、各送電パターン５が等しい送電期間ｔequalで送電される場合、ｎ番目の受電機４の受電電力量は、上述した（３）式によると、以下の（６）式の左辺で表される。受電電力量は、（６）式の右辺で表されるｎ番目の受電機４の要求電力量Ｗｎ以上である必要がある。
【数５】
2019140900.tif 000007
【００４８】
したがって、全Ｎ個の受電機４の全ての要求電力量を満たすための最小時間Ｔ１，ｍｉｎは、以下の（７）式で表される。
【数６】
2019140900.tif 000008
なお、（７）式のmax( )は、( )内のベクトルのうち最大値を示す。
【００４９】
所定期間を設定する第２手法は、各受電機４において最大受電電力が得られた送電パターン５を適用する際の受電電力情報のみを送電機３に返すものと仮定した場合に、全Ｎ個の受電機４の要求電力量を満たすために要する最小時間Ｔ２，ｍｉｎを所定時間とするものである。
【００５０】
ｎ番目の受電機４において、ｋ番目の送電パターン５により最大受電電力ｐｎ，ｋが得られた場合、ｎ番目の受電機４の要求電力量Ｗｎを最短で満足する時間ｔｎ，ｋは、以下の（８）式で求められる。
【数７】
2019140900.tif 000009
【００５１】
ここで、複数の受電機４でいずれも、ｋ番目の送電パターン５により最大受電電力が得られる場合、（８）式に基づいて計算される各受電機４の要求電力量を満足する最小時間ｔｎ，ｋのうち最大のものを、ｋ番目の送電パターン５の送電期間ｔｋ，ｍｉｎとする。
いずれの受電機４でも選択されなかった送電パターン５については、時間ｔｋ，ｍｉｎをゼロとし、このときの送電パターン５は本送電時には使用しないものとする。ｋ番目の送電パターン５を送電期間ｔｋ，ｍｉｎで送電した場合のｎ番目の受電機４の受電電力量は、上述した（３）式によると、以下の（９）式の左辺で表される。受電電力量は、（９）式の右辺で表されるｎ番目の受電機４の要求電力量Ｗｎ以上となる必要がある。
【数８】
2019140900.tif 000010
【００５２】
ここで、ｋ番目の送電パターン５の送電期間ｔｋ，ｍｉｎは、全受電機４の要求電力量Ｗｎをすべて満たすように予め定義されている。よって、実際には、（９）式の左辺は、（９）式の右辺に等しいか、又は大きい値になる。ここで、（９）式の左辺を右辺で除した値であるスケールファクタｓｎは、以下の（１０）式で表される。
【数９】
2019140900.tif 000011
【００５３】
全受電機４に対するスケールファクタｓｎのうち最小の値ｓｍｉｎを、以下の（１１）式で表す。
ｓｍｉｎ＝ｍｉｎ(ｓ１，ｓ２，…，ｓＮ)    …（１１）
【００５４】
（１１）式のｍｉｎ( )は、( )内のベクトルのうち最小値を示す。すなわち、ｋ番目の送電パターン５の送電期間ｔｋ，ｍｉｎを、最小のスケールファクタｓｍｉｎで除することで、全受電機４の要求電力量Ｗｎをすべて最小で満足する合計時間Ｔ２，ｍｉｎが求められる。以上より、最小時間Ｔ２，ｍｉｎは以下の（１２）式で表される。
【数１０】
2019140900.tif 000012
【００５５】
（第２変形例）
送電機３の送電用アンテナ１１は、フェーズドアレーアンテナであってもよい。フェーズドアレイアンテナは、複数のアンテナ素子と、これらのアンテナ素子に接続される可変位相器とを有する。可変位相器は、各アンテナ素子に入力される電波の位相を制御することにより、任意の送電パターン５を生成できる。また、フェーズドアレイアンテナは、可変位相器だけでなく、可変増幅器を有していてもよい。可変増幅器を設けることで、電波の振幅も制御可能となり、不要方向への電力の放射を抑制する等、より自由度の高い送電パターン５を生成できる。
【００５６】
（第３変形例）
送電に使用される電波は、送電効率向上と他の無線設備への与干渉低減の観点から、無情報の無変調連続波であるのが望ましい。また、送受電機間で行われる通信を阻害しないように、送電と通信に使用される電波の周波数は異なるものであるのが望ましい。これにより、送電機３からの送電と、受電機４からの受電電力情報の送信とを干渉なしで安定に行うことができる。
【００５７】
（第４変形例）
以上では、予め用意された複数の送電パターン５に割り当てられる送電期間の制御手法について説明したが、送電パターン５を可変制御できるようにしてもよい。
【００５８】
例えば、図４の送電機３と図５の受電機４のように、送電機３と受電機４間の伝搬路情報に基づいて送電パターン５を決定してもよい。より具体的には、複数の送電機３と複数の受電機４間の伝搬路行列を特異値分解したときに得られる送電側の特異ベクトルは、各送電機３の送電アンテナに入力される電波の位相および振幅情報（以降、ウェイトと呼ぶ）に相当し、特に最大特異値に対応するウェイトは、全受電機４で受電される交流電力の総和を最大化する送電パターン５を生成する。ただし、各受電機４の整流器２３ａの整流効率の非線形性により、このウェイトが全受電機４で受電される直流電力の総和を最大化するとは限らない。その他、非ゼロの特異値に対応するウェイトは受電機４に対し電力を供給することが可能であるが、ゼロの特異値に対応するウェイトは電力を供給することが不可能である。したがって、ゼロの特異値に対応するウェイトは送電パターン５には使用せず、非ゼロの特異値に対応するウェイトの内、１つ以上を送電パターン５として使用することができる。
【００５９】
また、特定の１つの受電機４に対して集中して送電を実施する場合、この受電機４との間の伝搬路ベクトルの複素共役の関係にあるウェイトを使用することができる。この方式はレトロディレクティブ方式として広く知られている。レトロディレクティブ方式のウェイトは、受電機４の個数分仮定でき、受電機４の台数分のウェイトのうち、１つ以上を送電パターン５として使用することができる。
【００６０】
なお、上述のウェイトは、可変位相器および可変増幅器の分解能、可変増幅器のダイナミックレンジによっては、厳密には再現できない場合がある。この場合、理想のウェイトに近い設定可能な位相値・振幅値に丸めた、またはダイナミックレンジ内に収まるように振幅の上下限をクリップまたは圧縮した疑似的なウェイトを使用することができる。
【００６１】
（第５の変形例）
図２の送電機３や図３の受電機４のように、送電機３と受電機４のいずれも伝搬路推定機能を持たない場合、第４の変形例で説明した伝搬路情報に基づく送電パターン５を求めるのは困難である。伝搬路推定情報から送電パターン５を決定する代わりに、送電機３に対する受電機４の相対的な位置または方向情報に基づき送電パターン５を決定することができる。例えば、商業施設や工場のような屋内環境においては、監視用のカメラ等（受電機特定部）が配置され、これにより得られる画像情報から受電機４の位置情報を得ることが可能である。また、屋外であれば、ＧＰＳにより受電機４のおおよその位置を特定できる。この他、受電側が通信用に使用する信号を、送電側に別途搭載されたレーダ等により受信することで、位置情報を取得することもできる。
【００６２】
ここで、等間隔で１次元的または２次元的に配置された送電用アンテナ１１から成るフェーズドアレーの場合、各送電用アンテナ１１に入力される電波に適当な位相差を与えることで、電波の進行する波面を制御することができ、特定の方向に集中して送電することが可能である。このように伝搬路推定機能を有していない受電機４に対しては、位置または方向情報に基づく送電パターン５を１つ以上使用することができる。
【００６３】
このように、本実施形態では、複数の受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報に基づいて、２つ以上の送電パターン５それぞれの送電期間を計算して、これら送電パターン５を、計算された送電期間にて切替ながら送電するため、複数の受電機４での要求電力量情報を満たすような電波を送電できる。また、本実施形態における送電機３は、試行送電と本送電を行う。試行送電は、複数の送電パターン５に基づく複数の電波を連続して送電し、これらの電波を受電した複数の受電機４は、受電電力情報と要求電力量情報を送信するため、送電機３は、これら受電電力情報と要求電力量情報を受信することにより、本送電で用いる２つ以上の送電パターン５の送電期間を計算できる。このように、２つ以上の送電パターン５それぞれの送電期間を調整することで、複数の受電機４が所定時間以内に要求電力量を受電できるようにすることができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
第１の実施形態による無線電力伝送装置１では、各受電機４は、複数の試行送電パターン全てに対し、試行送電パターン毎の受電電力情報を送電機３に送信するものとしていた。
しかしながら試行送電パターンの数が多いほど、各受電機４は送電機３に対して受電電力情報を送信する回数が増えるため、受電機４の消費電力が増大する。本来的には、試行送電パターンによる給電効率が高い受電機４のみ受電電力情報を送電機に送信するのが望ましい。そこで、第２の実施形態では、試行送電パターンによる給電効率が低い受電機４は受電電力情報を送電機３に送信しないようにする。
【００６５】
図１４は第２の実施形態による無線電力伝送装置１の概略構成を示すブロック図であり、送電機３のブロック構成を示している。図１４の送電機３は、図４の送電機３の構成に加えて、判定部３１と、送信要求部３２とを備えている。
【００６６】
判定部３１は、複数の受電機４の伝搬路情報と複数の受電機４の配置情報との少なくとも一つと、複数の受電機４への送電パターン情報と、に基づいて、複数の受電機４からの受電電力情報の送信が必要か否かを受電機４ごとに判定する。送信要求部３２は、判定部３１にて受電電力情報の送信が必要と判定された受電機４に対して、受電電力情報及び当該受電機４が要求する要求電力量情報の送信を要求する。
【００６７】
判定部３１の具体的な処理手順として、第１処理手順と、第２処理手順との２通りが考えられる。
【００６８】
第１処理手順では、複数の受電機４の伝搬路情報と、複数の受電機４への送電パターン情報と、を乗じた値に基づいて、複数の受電機４からの受電電力情報と要求電力量情報の送信が必要か否かを受電機４ごとに判定する。
【００６９】
複数の受電機４への送電パターン情報は、送電機３が有する複数の送電用アンテナ１１に入力される電波の位相及び振幅情報（ウェイト）で表すことができる。送電機３の送電用アンテナ１１は、計Ｍ素子から構成されるフェーズドアレーアンテナとし、計Ｎ個の受電機４のうち、第ｎ受電機（ｎ＝１…Ｎ）に対する伝搬路ベクトルの第ｍ要素（ｍ＝１…Ｍ）をｈn,mと定義する。これは第ｎ受電機４とフェーズドアレーアンテナの第ｍ素子との間の伝搬路係数に相当する。また、第ｋ送電パターンに対応するウェイトの第ｍ要素をｗk,mと定義する。これはフェーズドアレーアンテナの第ｍ素子に入力される電波の位相および振幅情報に相当する。第ｎ受電機４に対する伝搬路ベクトルと第ｋ送電パターンに対応するウェイトの複素相関係数ρn,kは、以下の（１３）式で表される。
【数１１】
2019140900.tif 000013
【００７０】
相関を評価する際、（１３）式で表される複素相関係数ρn,kの絶対値の二乗の値がよく用いられる。|ρn,k|2が所定の値以上のときに、受電機４からの受電電力情報の送信が必要であると判定される。一般的には、|ρn,k|2が０．５以上の値の場合、相関が高いとされる。よって、所定の値は０．５を採用してもよいし、それ以外の値を採用してもよい。
【００７１】
第２処理手順では、判定部３１は、複数の受電機４の配置情報と、複数の受電機４への送電パターン情報と、に基づいて、複数の受電機４からの受電電力情報及び要求電力量情報が必要か否かを受電機４ごとに判定する。複数の受電機４の配置情報（相対的位置情報）は、上述したように、カメラ、ＧＰＳ、レーダ等から取得することができる。送電パターン情報は、例えば、図１５に示すように、送電パターンのメインビーム（メインローブ）方向とビーム幅の情報を含んでいる。判定部３１は、複数の受電機４の相対的位置情報と、送電パターンのメインビーム方向及びビーム幅とを比較して、送電パターンのメインビーム範囲内に複数の受電機４が位置するか否かを判定する。例えば、所定のビーム幅には、最大利得から３ｄＢ低下する角度幅、いわゆる半値角を採用してもよい。送電パターンのメインビーム範囲内に位置する受電機４については、受電電力情報の送信が必要であると判定される。
【００７２】
ここで、送電パターンのメインビーム方向およびビーム幅は、予め測定することにより取得できるが、想定される全ての送電パターンの測定を実施することは現実的に不可能である。そこで、送電パターンのメインビーム方向およびビーム幅を、シミュレーションにより計算した値を用いても良い。なおシミュレーションには、必ずしも電磁界シミュレータを用いる必要はなく、フェーズドアレーアンテナの各素子に用いられるアンテナ単体の指向性（エレメントファクターとも）およびフェーズドアレーアンテナの各素子の配列座標情報およびウェイト情報（アレーファクターとも）に基づき、汎用計算機により計算することが可能である。
【００７３】
なお、上記では、各受電機４からの受電電力情報の送信が必要か否かを判定する処理手順について述べたが、特定の２以上の受電機４からなる受電機４群が所定の判定条件を満たすような送電パターンを決定して、決定した送電パターンを受電機４群に送電してもよい。受電器群の分類については、（１３）式で求められる２つの受電機４の伝搬路ベクトル同士の複素相関係数や、各受電機４の座標情報（例えば直交座標系では、ｘ、ｙ、ｚ座標）を変量とし、種々クラスタリング法を用いることで、互いに「相関が高い」または「物理的に近接する」受電機４から構成される複数の受電器群に分類することが可能である。クラスタリング法の代表的なものとして階層的手法であるウォード法や、非階層的手法であるＫ平均法等が挙げられる。
【００７４】
そして、例えば、上述したように、各受電機４群内の複数の受電機４に対する伝搬路行列の特異値分解により得られるウェイト（特に最大特異値に対応するウェイト）に基づく送電パターンを候補とすることができる。
【００７５】
図１６は第２の実施形態による送電機３の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図６と同様の一括フィードバック方式の処理手順を示している。まず、各受電機４の伝搬路情報を取得する（ステップＳ２１）。ここでは、例えば、各受電機４から送信されたビーコン信号を受信して、送電機３内の伝搬路推定部にて、受信したビーコン信号に基づいて、各受電機４との間の伝搬路情報を推定する。
【００７６】
次に、判定部３１にて、各受電機４からの受電電力情報の送信が必要か否かを判定する（ステップＳ２２）。ここでは、上述した第１処理手順又は第２処理手順にて、各受電機４からの受電電力情報の送信が必要か否かを判定する。
【００７７】
次に、受電電力情報の送信が必要であると判定された受電機４に対して、受電電力情報と要求電力量情報を送信するよう通知する（ステップＳ２３）。この通知は、例えば第１通信部１４を介して行われる。
【００７８】
その後は、図６のステップＳ１〜Ｓ７と同様に、試行送電と、受電電力情報及び要求電力量情報の受信と、本送電が順次行われる（ステップＳ２４〜Ｓ３０）。なお、逐次フィードバック方式を採用する場合には、図１６のステップＳ２４〜Ｓ３０において、図８のＳ１１〜Ｓ１７の処理を行えばよい。
【００７９】
このように、第２の実施形態では、複数の受電機４の伝搬路情報と複数の受電機４の配置情報との少なくとも一つと、複数の受電機４への送電パターン情報と、に基づいて、複数の受電機４からの受電電力情報の送信が必要か否かを受電機４ごとに判定する。これにより、送電パターン毎に、給電効率の高い受電機４のみが受電電力情報と要求電力量情報を送電機３に送信すればよくなり、各受電機４の消費電力を削減できるとともに、送電機３が受信する受電電力情報等の数も削減できることから、送電機３の処理負担も軽減できる。
【００８０】
上述した各実施形態による送電機３内の各部の処理は、一つ以上の信号処理プロセッサにて行うことができる。また、信号処理プロセッサにメモリを混載したＳｏＣ（System on Chip）にて送電機３を構成してもよい。
【００８１】
上述した実施形態で説明した無線電力伝送装置１及び無線電力伝送システム２の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、無線電力伝送装置１及び無線電力伝送システム２の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
【００８２】
また、無線電力伝送装置１及び無線電力伝送システム２の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１  無線電力伝送装置、２  無線電力伝送システム、３  送電機、４  受電機、５  送電パターン、１１  送電用アンテナ、１２  通信用第１アンテナ、１３  送電部、１４  第１通信部、１５  第１制御部、１６  第１記憶部、１７  第１計算部、１８  伝搬路推定部、２１  受電用アンテナ、２２  通信用第２アンテナ、２３  受電部、２４  測定部、２５  第２通信部、２６  第２制御部、２７  第２記憶部、２８  第２計算部、２９  ビーコン信号送信部、３０  第２送受切替器
【図１】
2019140900.tif 000014
【図２】
2019140900.tif 000015
【図３】
2019140900.tif 000016
【図４】
2019140900.tif 000017
【図５】
2019140900.tif 000018
【図６】
2019140900.tif 000019
【図７】
2019140900.tif 000020
【図８】
2019140900.tif 000021
【図９】
2019140900.tif 000022
【図１０】
2019140900.tif 000023
【図１１】
2019140900.tif 000024
【図１２】
2019140900.tif 000025
【図１３】
2019140900.tif 000026
【図１４】
2019140900.tif 000027
【図１５】
2019140900.tif 000028
【図１６】
2019140900.tif 000029