(57)【要約】【課題】電力供給の効率を向上させることにより、電子デバイスに最適な電力を供給する。【解決手段】送電器２０は、受信したマイクロ波を直流電圧に変換して電子機器に電力を供給する受電器４０にマイクロ波を供給する。送電器２０は、受電器４０にマイクロ波を送信する複数の送電部と、該送電部を制御するコントローラ２２とを有する。送電部は、電力の送信および受電器４０から送信されるビーコン信号を受信するアンテナ２６と、位相制御信号に基づいて、受電器４０に送信するマイクロ波の位相を調整し、増幅制御信号に基づいて、マイクロ波の増幅度を調整して出力するトランシーバ２３とをそれぞれ有する。制御部は、基準信号とビーコン信号との位相差および振幅差に基づいて位相制御信号および増幅制御信号をそれぞれ生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に電力を供給する受電装置に対してマイクロ波を送信する送電装置であって、
前記受電装置に前記マイクロ波を送信する複数の送電部と、
前記送電部を制御する制御部と、
を有し、
複数の前記送電部は、
前記マイクロ波の送信および前記受電装置から送信されるビーコン信号を受信するアンテナと、
位相制御信号に基づいて、前記受電装置に送信する前記マイクロ波の位相を調整し、増幅制御信号に基づいて、前記マイクロ波の増幅度を調整して出力するマイクロ波出力部と、
をそれぞれ有し、
前記制御部は、基準信号と前記ビーコン信号との位相差に基づいて前記位相制御信号を生成し、前記基準信号と前記ビーコン信号との振幅差に基づいて前記増幅制御信号を生成する、送電装置。
【請求項２】
請求項１記載の送電装置において、
前記マイクロ波出力部は、
前記アンテナが受信した前記ビーコン信号と前記基準信号との振幅差および位相差を検出する信号検出部と、
前記位相制御信号に基づいて、前記受電装置に送信する前記マイクロ波の位相を調整する位相調整部と、
前記増幅制御信号に基づいて、前記受電装置に送信する前記マイクロ波の増幅度を調整する利得調整増幅部と、
を有する、送電装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の送電装置において、
前記制御部は、前記受電装置から送信された受電電力の合計を算出して前記受電電力の合計が予め設定される期待電力値よりも大きいか否かを判定し、前記受電電力の合計が前記期待電力値以下であれば、前記受電電力の合計が前記期待電力値よりも大きくなるように前記位相制御信号または前記増幅制御信号の少なくともいずれか一方を生成して前記マイクロ波の移相量または前記マイクロ波の増幅度を調整する、送電装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の送電装置において、
前記制御部は、前記受電装置から送信される前記電子機器の消費電力の合計値を算出して前記消費電力の合計値が前記送電装置の送電能力以下であるか否かを判定し、前記消費電力の合計値が前記送電能力を超えていると判定した際に優先度の低い電子機器の動作を停止させる動作停止要求信号を送信する、送電装置。
【請求項５】
請求項１記載の送電装置において、
前記制御部は、前記受電装置から送信される前記電子機器の消費電力の合計値が前記送電装置の送電能力以下であるか否かを判定し、前記消費電力の合計値が前記送電能力を超えていると判定した際に前記消費電力の合計値が前記送電能力以下となるように、前記位相制御信号または前記増幅制御信号の少なくともいずれか一方を生成して前記マイクロ波の移相量または前記マイクロ波の増幅度を調整する、送電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の送電装置において、
前記送電装置は、照明器具が有する照明部に設けられる、送電装置。
【請求項７】
請求項６記載の送電装置において、
前記照明部から照射される光を反射する反射板と、
前記反射板によって前記マイクロ波の位相を調整する位相調整部と、
を有し、
前記反射板は、前記送電部から送信される前記マイクロ波を反射して前記受電装置に送信し、
前記位相調整部は、前記制御部から出力される前記位相制御信号に基づいて、前記反射板に反射する前記マイクロ波の位相を調整する、送電装置。
【請求項８】
請求項７記載の送電装置において、
前記位相調整部は、前記反射板の容量値または長さを変化させることによって前記マイクロ波の位相を調整する、送電装置。
【請求項９】
電子機器に電力を供給する受電装置に対してマイクロ波を送信する送電装置であって、
前記受電装置に前記マイクロ波を送信する複数の送電部と、
前記送電部を制御する制御部と、
前記送電部から送信される前記マイクロ波を反射させて前記受電装置に送電する複数の反射板と、
を有し、
複数の前記送電部は、
前記マイクロ波の送信および前記受電装置から送信されるビーコン信号を受信するアンテナと、
前記マイクロ波を増幅して出力するマイクロ波出力部と、
前記制御部から出力される位相制御信号に基づいて、前記反射板が反射する前記マイクロ波の位相を調整する位相調整部と、
をそれぞれ有し、
前記制御部は、基準信号と前記ビーコン信号との位相差に基づいて前記位相制御信号を生成する、送電装置。
【請求項１０】
請求項９記載の送電装置において、
前記マイクロ波出力部は、
前記アンテナが受信した前記ビーコン信号と基準信号との位相差を検出する信号検出部と、
前記位相制御信号に基づいて、前記反射板に反射する前記マイクロ波の位相を調整する位相調整部と、
を有する、送電装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の送電装置において、
前記マイクロ波出力部は、増幅制御信号に基づいて、前記受電装置に送信する前記マイクロ波の増幅度を調整する利得調整増幅部を有し、
前記信号検出部は、前記アンテナが受信した前記ビーコン信号と前記基準信号との振幅差を検出し、
前記制御部は、前記信号検出部が検出した前記振幅差に基づいて、前記増幅制御信号を生成する、送電装置。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載の送電装置において、
前記位相調整部は、前記反射板の容量値または長さを変化させることによって前記反射板が反射する前記マイクロ波の位相を調整する、送電装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の送電装置において、
前記送電装置は、照明器具に設けられ、
前記反射板は、前記照明器具が有する照明部からの光を反射させる、送電装置。
【請求項１４】
送電装置から送電されたマイクロ波を受信して直流電圧に変換し、電子機器に電力を供給する受電装置であって、
前記送電装置にビーコン信号を送信するビーコン部と、
受信したマイクロ波を整流して直流電圧に変換する整流部と、
受電情報を生成して前記送電装置に送信する制御通信部と、
を有し、
前記制御通信部は、前記整流部が変換した直流電圧に基づいて受電電力を算出して、算出した前記受電電力を前記受電情報として前記送電装置に送信する、受電装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の受電装置において、
前記制御通信部は、前記受電装置が電力を供給する電子機器の消費電力を前記受電情報として前記送電装置に送信する、受電装置。
【請求項１６】
請求項１４または１５記載の受電装置において、
前記制御通信部は、前記送電装置から優先度の低い電子機器の動作を停止させる動作停止要求信号を受信した際に前記電子機器への電源供給を停止する、受電装置。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の受電装置において、
前記整流部が生成する直流電圧を充電する充電部を有する、受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電装置および受電装置に関し、特に、ワイヤレスによる電子機器への給電に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源供給技術として、例えば電子デバイスなどに電源ケーブルなどを用いずに、非接触にて電力を供給する、いわゆるワイヤレス給電が普及しつつある。この種のワイヤレス給電技術としては、例えばマイクロエネルギによって電子デバイスに電力を供給するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１の技術においては、マイクロ波エネルギが１または複数の適応位相マイクロ波アレイエミッタを有する電力送信機によってビーコンデバイスからビーコン信号が受信されるのに応答する位置に集中し、充電されるデバイス内のレクテナは、マイクロ波エネルギを整流して主電力用に使用する旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２２３０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１の技術では、壁などの反射も用いることによって、マイクロ波を送信する電力送信機の見通し伝搬経路に人間などの障害物があっても電力の伝搬を可能としている。しかしながら、壁などの反射を用いた場合には、送電信号の減衰が大きくなり、給電効率が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
その結果、電子デバイスの充電が長時間化してしまったり、あるいは電力が不足して電子デバイスの動作不良が発生してしまう恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、電力供給の効率を向上させることにより、電子デバイスに最適な電力を供給することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００９】
すなわち、代表的な送電装置は、電子機器に電力を供給する受電装置に対してマイクロ波を送信する。この送電装置は、複数の送電部および制御部を有する。送電部は、受電装置にマイクロ波を送信する。制御部は、送電部を制御する。
【００１０】
複数の送電部は、アンテナおよびマイクロ波出力部をそれぞれ有する。アンテナは、電力の送信および受電装置から送信されるマイクロ波と同じ周波数のビーコン信号を受信する。マイクロ波出力部は、位相制御信号に基づいて、受電装置に送信するマイクロ波の位相を調整し、増幅制御信号に基づいて、マイクロ波の増幅度を調整して出力する。
【００１１】
制御部は、基準信号とビーコン信号との位相差に基づいて位相制御信号を生成し、基準信号とビーコン信号との振幅差に基づいて増幅制御信号を生成する。
【００１２】
また、マイクロ波出力部は、信号検出部、位相調整部、および利得調整増幅部を有する。信号検出部は、アンテナが受信したビーコン信号と基準信号との振幅差および位相差を検出する。位相調整部は、位相制御信号に基づいて、受電装置に送信するマイクロ波の位相を調整する。利得調整増幅部は、増幅制御信号に基づいて、受電装置に送信するマイクロ波の増幅度を調整する。
【００１３】
特に、制御部は、受電装置から送信された受電電力の合計を算出して受電電力の合計が予め設定される期待電力値よりも大きいか否かを判定し、受電電力の合計が期待電力値以下であれば、受電電力の合計が期待電力値よりも大きくなるように位相制御信号または増幅制御信号の少なくともいずれか一方を生成してマイクロ波の移相量またはマイクロ波の増幅度のいずれか一方を調整する。
【００１４】
ここで、実施の形態中では、代表的な周波数であるマイクロ波と記載するが、本発明は、ＵＨＦ（３００ＭＨz）帯以上の電波、特に準マイクロ波（９２０ＭＨz帯)〜ミリ波（３０ＧＨz以上)帯域までは技術的に適用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
上記一実施の形態によれば、充電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１によるワイヤレス給電システムにおける構成の一例を示す説明図である。
【図２】図１のワイヤレス給電システムが有する受電器における構成の一例を示す説明図である。
【図３】図１のワイヤレス給電システムにおけるマイクロ波による給電の際における初期設定の一例を示すフローチャートである。
【図４】図３の初期設定が終了した後に実行される図１のスピーカの選択処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１のワイヤレス給電システムによる電力調整処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】図１のワイヤレス給電システムを電子機器に適用した際の一例を示す説明図である。
【図７】図６の照明器具が有するＬＥＤ蛍光灯における構成の一例を示す説明図である。
【図８Ａ】実施の形態２による照明器具における具体例を説明するための断面図である。
【図８Ｂ】実施の形態２による照明器具における具体例を説明するための床側から天井側をみた全体図である。
【図９】実施の形態３によるワイヤレス給電システムにおける構成の一例を示す説明図である。
【図１０】実施の形態４によるワイヤレス給電システムが有する受電器における構成の一例を示す説明図である。
【図１１】実施の形態５による携帯端末向けのワイヤレス給電システムにおける構成の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１８】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１９】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００２０】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２１】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
（実施の形態１）
〈ワイヤレス給電システムの構成例〉
図１は、実施の形態１によるワイヤレス給電システム１０における構成の一例を示す説明図である。
【００２３】
ワイヤレス給電システム１０は、例えばマイクロ波などの放射エネルギを用いて非接触によって電力を給電するシステムである。
【００２４】
ワイヤレス給電システム１０は、図１に示すように、送電器２０、および受電器４０から構成されている。送電装置である送電器２０は、マイクロ波を無線送信する。受電装置である受電器４０は、送電器２０から無線送信されたマイクロ波を受信して電力に変換する。
【００２５】
ここで、送電器２０は、例えば天井あるいは天井に近い高い位置に設置されるものとする。これによって、送電器２０から送信されるマイクロ波を遮蔽する障害物などが存在する確率が低くなり、マイクロ波を効率よく送信する、すなわち送電効率を向上させることができる。
【００２６】
また、受電器４０は、電子機器に設けられるものであり、図１においては、音響システムが有する後述するスピーカ５０にそれぞれ設けられているものとする。
【００２７】
音響システムは、例えばサラウンド音声などの３チャンネル以上のマルチチャンネルを再生するシステムであり、図示しない再生装置と複数のスピーカ５０から構成されている。スピーカ５０は、再生装置から出力されるコンテンツデータを再生する。これらスピーカ５０の数は、チャンネル数に合わせて多数個のスピーカが利用される。
【００２８】
コンテンツを再生する再生装置からは、図示しないＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線にて音声信号などのコンテンツデータが各々のスピーカ５０に送信される。これらスピーカ５０には、電子回路がそれぞれ設けられており、該電子回路により、再生装置から受信したコンテンツデータを増幅した後、再生出力する。
【００２９】
送電器２０は、通信部２１、コントローラ２２、複数のトランシーバ２３、アンテナアレイ２４、および発振器２５を有する。通信部２１は、受電器４０と双方向の無線通信を行う。制御部となるコントローラ２２は、送電器２０におけるマイクロ波の送信制御を司る。
【００３０】
マイクロ波出力部であるトランシーバ２３は、コントローラ２２の制御に基づいて、マイクロ波の振幅および位相を調整する。アンテナアレイ２４は、複数のアンテナ２６を有している。トランシーバ２３およびアンテナ２６によって、送信部が構成される。
【００３１】
各々のトランシーバ２３には、アンテナ２６がそれぞれ個別に接続されている。発振器２５は、予め設定された周波数の基準信号を生成する。発振器２５が生成する基準信号は、各々のトランシーバ２３に入力される。
【００３２】
トランシーバ２３は、振幅位相比較器２７、移相器２８、可変利得アンプ２９、およびスイッチ部３０をそれぞれ有する。信号検出部である振幅位相比較器２７は、受信したビーコン信号と発振器２５の基準信号とを比較し、その比較結果をコントローラ２２に出力する。
【００３３】
位相調整部である移相器２８は、コントローラ２２から出力される位相制御信号に基づいて、発振器２５が生成する基準信号における移相量の調整を行う。利得調整増幅部である可変利得アンプ２９は、発振器２５が生成する基準信号を増幅してマイクロ波として出力する。この可変利得アンプ２９は、コントローラ２２から出力される増幅制御信号に基づいて、利得、すなわち増幅度が調整される。
【００３４】
スイッチ部３０は、アンテナ２６の接続先を切り替える。具体的には、コントローラ２２から出力されるスイッチ制御信号に基づいて、アンテナ２６を可変利得アンプ２９の出力部あるいは振幅位相比較器２７の入力部のいずれか一方に接続するように切り換える。コントローラ２２は、上述した振幅位相比較器２７による比較結果に基づいて、位相制御信号、および増幅制御信号を生成する。
【００３５】
〈受電器の構成例〉
続いて、受電器４０における構成について説明する。
【００３６】
図２は、図１のワイヤレス給電システム１０が有する受電器４０における構成の一例を示す説明図である。
【００３７】
受電器４０は、通信部４１、コントローラ４２、整流部４３、受電アンテナ４４、およびビーコン４５を有する。通信部４１は、送電器２０の通信部と双方向の無線通信を行う。ここで、コンテンツデータの受信部は省略している。
【００３８】
受電アンテナ４４は、図１の送電器２０から送信されたマイクロ波を受電する。整流部４３は、受電アンテナ４４が受電したマイクロ波を整流して直流電圧に変換し、図１のスピーカ５０が有する電子回路の動作電源として供給する。コントローラ４２は、受電器４０における受電制御を司る。ビーコン部であるビーコン４５は、ビーコン信号を出力する。また、通信部４１およびコントローラ４２は、制御通信部となる。
【００３９】
なお、ビーコンの周波数および送電の周波数としては、ＩＳＭ（Industry Science Medical）帯である２.４ＧＨｚ帯や５.８ＧＨｚ帯などが用いられる。
【００４０】
続いて、ワイヤレス給電システム１０における給電動作について説明する。
【００４１】
〈初期設定例〉
図３は、図１のワイヤレス給電システム１０におけるマイクロ波による給電の際における初期設定の一例を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、送電器２０のコントローラ２２は、初期設定が不要であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。初期設定は、送電器２０から送信されるマイクロ波の位相および増幅度を調整することにより、受電器４０における受電力が期待値となるように設定する処理である。
【００４３】
例えば一旦ワイヤレス給電がストップした後に給電を再開する場合は、初期設定が不要となる。一方、初めて送電器２０によってマイクロ波の送電が行われる場合には、初期設定が必要となる。また、スピーカ５０の設置位置が変わった場合にも、同様の初期設定を行う。
【００４４】
初期設定が必要であるか否かは、例えばコントローラ２２が有する図示しないメモリなどに格納されたフラグなどに基づいて判定する。このメモリに初期設定が行われたことを示すフラグが格納されていれば、コントローラ２２は、初期設定が不要であると判定する。
【００４５】
ステップＳ１０１の処理にて、初期設定が不要であれば、初期設定の処理は終了となる。一方、ステップＳ１０１の処理にて、初期設定が必要であると判定した場合、送電器２０は、図２の受電器４０のビーコン４５から出力されるビーコン信号を受信する（ステップＳ１０２）。
【００４６】
このステップＳ１０２の処理では、コントローラ２２がスイッチ部３０にスイッチ制御信号を出力することによって、スイッチ部３０の接続先を振幅位相比較器２７の入力部に切り替える。
【００４７】
このとき、受電器４０が有するビーコン４５からは、ビーコン信号が出力されており、アンテナ２６は、該ビーコン信号を受信する。アンテナ２６が受信したビーコン信号は、スイッチ部３０を経由して振幅位相比較器２７に入力される。
【００４８】
振幅位相比較器２７は、発振器２５が生成する基準信号を基準として、アンテナ２６が受信したビーコン信号の振幅および位相差を検出して、その検出結果をコントローラ２２に出力する（ステップＳ１０２）。
【００４９】
コントローラ２２は、振幅位相比較器２７の検出結果に基づいて、送電するマイクロ波の移相量および増幅度を調整する（ステップＳ１０３）。具体的には、コントローラ２２は、各々のアンテナ２６が受信するビーコン信号の振幅および位相差より、最適となる送電振幅および位相差を計算して、可変利得アンプ２９の増幅度および移相器２８の移相量をそれぞれ調整する。
【００５０】
前述したように、移相器２８は、コントローラ２２から出力される位相制御信号に基づいて、移相量が調整され、可変利得アンプ２９は、コントローラ２２から出力される増幅制御信号に基づいて、増幅度が調整される。
【００５１】
このように、移相器２８だけでなく、可変利得アンプ２９を設けることにより、アンテナ２６毎に利得を調整することができるので、移相器２８による移相量の調整のみの時と比べて送電効率をより向上させることができる。
【００５２】
なお、最適となる振幅と位相差の例としては、ビーコン信号の振幅が高いアンテナ２６においては、可変利得アンプ２９の利得を高くする。また、位相差については、受信したビーコン信号と発振器２５の基準信号との位相差に対して、複素共役となる位相でマイクロ波を送電することが考えられる。
【００５３】
また、利得振幅については、制御を行わなくとも給電は可能ではあるが、上述したように振幅制御を行うことによって、より給電効率を高くすることができる。
【００５４】
送電するマイクロ波の移相量および増幅度の調整が終了すると、送電器２０から送電が開始されるとともに、受電器４０においては、コントローラ４２によって受電した電力の計測が行われる（ステップＳ１０４）。
【００５５】
受電電力の計測は、例えばコントローラ４２が整流部４３が変換した直流電圧から受電電力を算出する。コントローラ４２は、計測した電力、すなわち受電電力値を通信部４１から送電器２０の通信部２１に送信する。
【００５６】
コントローラ２２は、通信部２１が受信した受電電力値が予め設定されたしきい値である期待電力値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。期待電力値は、例えばコントローラ２２が有する図示しないメモリなどに格納されているものとする。
【００５７】
ステップＳ１０５の処理にて、受電器４０の受電電力が期待電力値以下であると判定した場合は、ステップＳ１０３の処理に戻り、再び送電するマイクロ波の移相量および増幅度が再調整される。
【００５８】
なお、再調整の技術としては、可変利得アンプ２９の増幅度を上げるまたはマイクロ波の位相を変化させることによって、その時の受電電力量の変化を検出するようにしてもよい。あるいは増幅度および位相をそれぞれ調整するようにしてもよい。
【００５９】
可変利得アンプ２９の増幅度を上げる場合、コントローラ２２は、各トランシーバ２３に設けられているすべての可変利得アンプ２９の増幅度を上げるのではなく、少数、例えば１あるいは２つ程度の可変利得アンプ２９の増幅度が徐々に上がるようにする。
【００６０】
アンテナの位相を変化させる場合も同様に、コントローラ２２は、すべてのマイクロ波の移相を変化させるのではなく、少数、例えば１あるいは２程度の移相器２８を徐々に調整する。これらによって、精度の高い調整を行うことができる。
【００６１】
また、ステップＳ１０５の処理において、受電電力が期待電力値よりも大きい場合には、初期設定が終了となる。
【００６２】
受電器４０の数が多い場合などには、初期設定において、受電電力の合計が送電器２０が送電することのできる送電電力値の許容値を超えてしまう可能性がある。送電力値の許容値を超えてしまうと、精度の高い調整ができない恐れがあるので、その際には、受電器４０を１台毎に動作させて調整する。これにより、精度の高い調整を行うことが可能となり、給電効率を向上させることができる。
【００６３】
また、送電器２０と受電器４０との距離が遠い場合など伝送効率が大幅に低いときは、伝送効率が低いスピーカ５０の動作をオフとする。これによって、電力不足によって生じるスピーカ５０の動作不具合などを防止することができる。
【００６４】
あるいはアラームなどによって伝送効率が不十分であることを通知するようにしてもよい。これによって、スピーカ５０への電力供給不足などをユーザに事前に知らせることができる。
【００６５】
以上によって、各々のスピーカ５０に最適な電力が供給されるように調整を行うことができる。これにより、スピーカ５０の電力供給不足を解消することができる。
【００６６】
〈スピーカの選択処理例〉
図４は、図３の初期設定が終了した後に実行される図１のスピーカ５０の選択処理の一例を示すフローチャートである。
【００６７】
このスピーカ５０の選択処理は、受電電力が不足すると想定される際に、優先度の低いスピーカを停止させることによって、該受電電力の不足を解消する処理である。なお、図４の処理は、図３のステップＳ１０１の処理にて初期設定が不要であると判定された際にも実行される。
【００６８】
まず、図２の受電器４０のコントローラ４２は、該受電器４０を有する図１のスピーカ５０の出力値あるいは消費電力値を通信部４１から送電器２０の通信部２１に送信する（ステップＳ２０１）。ここで、消費電力値は、スピーカを使用したときの実際の消費電力値もしくは定格の消費電力値などを用いて構わない。
【００６９】
スピーカ５０の実際の消費電力値は、例えばコントローラ４２の図示しないメモリなどに格納されている。あるいはスピーカ５０が有する電子回路に設けられたメモリなどに格納するようにしてもよい。
【００７０】
送電器２０のコントローラ２２は、通信部２１が受け取った各々のスピーカ５０の実際の消費電力値の合計が送電器２０の送電能力以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。
【００７１】
送電器２０の送電能力を超えていると判定した場合、コントローラ２２は、優先度情報に基づいて、優先度の低いスピーカをオフとした後（ステップＳ２０３）、ステップＳ２０１の処理に戻る。よって、ステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理は、スピーカ５０の実際の消費電力値の合計が送電器２０の送電能力以下となるまで実行される。
【００７２】
ここで、優先度情報は、送電器２０の送電能力を超えている際にオフとするスピーカを示す情報であり、例えば再生時に影響の少ないスピーカが優先的にオフされるようになっている。この優先度情報についても、例えばコントローラ２２のメモリなどに格納されている。
【００７３】
このステップＳ２０３の処理では、コントローラ２２は、優先度情報に基づいて、優先度の低いスピーカを判定する。続いて、コントローラ２２は、優先度の低いスピーカに設けられている受電器４０に対して停止要求信号を出力する。
【００７４】
停止要求信号を受信した受電器４０は、スピーカ５０が有する電子回路に対して電力の供給を停止する。この場合、例えば整流部４３の出力部にスイッチを設ける。このスイッチは、コントローラ４２により、オン／オフが制御される。
【００７５】
コントローラ４２の制御によってスイッチがオンすると、整流部４３が生成する直流電圧が該スイッチを経由して電子回路に供給される。
【００７６】
そして、コントローラ４２がスイッチをオフすることによって、電子回路への電源供給が停止される。電子回路への電源供給が停止された場合であっても、コントローラ４２、ビーコン４５、および通信部４１などには、整流部４３が生成する直流電圧が動作電源として供給される。
【００７７】
あるいは、電子回路への電源供給を停止するのではなく、スピーカ５０が有する電子回路に対して動作を停止させる制御信号を出力するようにしてもよい。この場合、スピーカ５０の電子回路には電源が供給されるが、該電子回路の動作は停止状態となる。
【００７８】
また、ステップＳ２０２の処理において、スピーカ５０の実際の消費電力値の合計が送電器２０の送電能力を超えていないと判定した場合には、スピーカの選択処理が終了となる。
【００７９】
以上によって、スピーカ５０の数が多く、送電器２０の送電能力が不足する事態となっても、スピーカ数の減少による再生の影響を低減しながら、送電器２０の送電能力の不足を解消することができる。
【００８０】
なお、図４において、ステップＳ２０２の処理では、通信部２１が受け取った各々のスピーカ５０の実際の消費電力値の合計が送電器２０の送電能力以下であるか否かを判定する例について説明したが、例えば消費電力値の代わりに各々のスピーカの出力値を用いるようにしてもよい。
【００８１】
この場合、コントローラ２２は、各々のコントローラ４２から送信されるスピーカの出力値を合計し、該合計値と予め設定されている出力しきい値とを比較する。そして、合計値が出力しきい値よりも大きい場合には、送電器２０の送電能力を超えていると判定する。ここでも、出力しきい値は、コントローラ２２のメモリなどに格納されるものとする。
【００８２】
続いて、各スピーカ５０の消費電力に応じて送電電力を調整する技術について説明する。
【００８３】
〈電力調整処理例〉
図５は、図１のワイヤレス給電システム１０による電力調整処理の一例を示すフローチャートである。この電力調整処理は、送電器２０の送電電力が不足する際に、各々のスピーカ５０に送電する電力をそれぞれ調整することによって、該送電電力の不足を調整する処理である。
【００８４】
まず、図２の受電器４０のコントローラ４２は、スピーカ５０の消費電力値をそれぞれ図１の送電器２０のコントローラ２２に送信する（ステップＳ３０１）。コントローラ２２は、受信した各スピーカ５０の消費電力値の合計が送電能力以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。
【００８５】
スピーカ５０の消費電力値の合計が送電能力以下の場合には、電力調整処理は終了となる。また、スピーカ５０の消費電力値の合計が送電能力よりも大きい場合、送電電力の調整を行う（ステップＳ３０３）。
【００８６】
このステップＳ３０３の処理は、移相器２８による移相量の調整および可変利得アンプ２９による増幅度の調整などによって各々のスピーカ５０に供給する電力を下げる。これによって、スピーカ５０の消費電力値の合計が送電能力以下となるようにする。また、送電電力を調整する際には、コントローラ２２が各々のスピーカ５０に供給する電力を消費電力に応じて同じ割合で下げるなどによって行われる。
【００８７】
調整が終了すると、各々のコントローラ４２は、スピーカ５０の消費電力値をコントローラ２２に送信し（ステップＳ３０４）、ステップＳ３０２の処理を実行する。そして、スピーカ５０の消費電力値の合計が送電能力以下となると、電力調整処理が終了となる。
【００８８】
以上により、送電能力が不足した状態における給電を避けることが可能となる。それにより、スピーカ５０の動作を安定化することができる。
【００８９】
〈ワイヤレス給電システムの具体例〉
続いて、ワイヤレス給電システム１０の具体的な適用例について説明する。
【００９０】
図６は、図１のワイヤレス給電システム１０を電子機器に適用した際の一例を示す説明図である。
【００９１】
前述したように、ワイヤレス給電システム１０が有する送電器２０は、例えば天井あるいは天井に近い高い位置に設置されることを前提としている。図６では、天井に設置される照明器具６０に送電器２０を設けた例を示している。
【００９２】
照明器具６０は、図６に示すように、例えば丸形のシーリングライトである。このシーリングライト内には、円形のＬＥＤ（Light Emitting Diode）蛍光灯６１が設けられている。ＬＥＤ蛍光灯６１は、照明部である。このＬＥＤ蛍光灯６１の内部には、図７に示すように送電器２０が設けられている。
【００９３】
図７は、図６の照明器具６０が有するＬＥＤ蛍光灯６１における構成の一例を示す説明図である。この図７は、ＬＥＤ蛍光灯６１の内部構成を示している。
【００９４】
図７において、ＬＥＤ蛍光灯６１の中心部には、該ＬＥＤ蛍光灯６１の円周方向に延びる板状の基板６４が設けられている。この基板６４は、例えばＰＣＢ（Poly Chlorinated Biphenyl：ポリ塩化ビフェニル）などからなる。
【００９５】
基板６４の主面には、照明部となるＬＥＤ６３が載置されており、該基板６４の裏面には、送電器２０が搭載されている。また、送電器２０が有する図１の複数のアンテナ２６は、基板６４の裏面にある間隔をおいて例えばアレイ状に配列されている。
【００９６】
上記の構成では、ＬＥＤ蛍光灯が床側、複数のアンテナ２６が天井側となっているが、ＬＥＤ蛍光灯が天井側、複数のアンテナ２６が下側になる間接照明型となってもよい。あるいは、図６にて示した照明器具６０内において、ＬＥＤ蛍光灯６１以外のエリアを送電器２０の複数のアンテナ２６によりアレイ状にある間隔をおいて配列してもよい。
【００９７】
以上の送電器２０の設置位置は、これらに限定されるものではなく、照明器具６０内に設けられていればよい。
【００９８】
受電器４０は、シート状に形成されており、シート状の受電器４０の上面には、受電アンテナ４４が設けられている、このシート状の受電器４０は、例えばスピーカ５０の上面などに載置される。あるいは、スピーカ５０内部に設けるようにしてもよい。その際には、受電アンテナ４４が送電器２０に近づくようにスピーカ５０の上部に設けることにより、給電効率をより向上させることができる。
【００９９】
以上により、送電器２０を天井に設置することができるので、障害物などによる送電効率の低下を低減することができる。また、照明器具６０を取り付けるだけで、送電器２０が設置されることになるので、送電器２０の取り付け工事などを不要にすることができる。それによって、取り付けコストを小さくするとともに簡単に送電器２０を取り付けることができる。
【０１００】
（実施の形態２）
〈照明器具の構成例〉
前記実施の形態１の図７では、ＬＥＤ蛍光灯６１の内部に送電器２０を設けた構成について説明したが、本実施の形態２においては、照明器具の他の構成例について説明する。
【０１０１】
図８Ａは、本実施の形態２による照明器具７０における具体例を示す説明図である。この図８Ａは、照明器具７０の断面を示したものである。
【０１０２】
図８Ａの照明器具７０は、例えば２本の直管のＬＥＤ蛍光灯７１および複数のマイクロ波反射板３１から構成されている。ＬＥＤ蛍光灯７１の内部には、送電器２０がそれぞれ設けられている。マイクロ波反射板３１は、例えば板状の金属から構成されており、アレイ状に天井面に取り付けられている。
【０１０３】
これらマイクロ波反射板３１は、照明用反射板３８とともにＬＥＤ蛍光灯７１の照明光を反射させるとともに送電器２０から送信されるマイクロ波を反射させる。また、マイクロ波反射板３１には、マイクロ波の位相を調整する位相調整部３２が接続されている。
【０１０４】
ＬＥＤ蛍光灯７１の中心部には、該ＬＥＤ蛍光灯７１の長手方向に延びる板状の基板７２が設けられている。基板７２は、例えばＰＣＢなどからなり、その主面には、照明部となる複数のＬＥＤ７３が載置されており、該基板７２の裏面には、送電器２０が搭載されている。また、送電器２０が有する図１の複数のアンテナ２６は、基板７２の裏面にある間隔をおいて配列されている。
【０１０５】
位相調整部３２は、例えば個々のマイクロ波反射板３１の容量値を変化させることによって送電器２０から送信されるマイクロ波の位相を調整する。この調整の制御は、例えば送電器２０のコントローラ２２によって行われる。
【０１０６】
この場合、図１の送電器２０において、移相器２８は不要となる。また、図１の送電器２０においては、可変利得アンプ２９を用いずに利得が調整できないアンプとしてもよい。その場合、マイクロ波は、位相のみによって調整される。ここで、送電器２０および複数のアンテナ２６は、必ずしも基板７２の裏面に配置する必要はなく、マイクロ波反射板にマイクロ波を送れる場所であれば、位置は限定しない。
【０１０７】
位相調整部３２は、複数のスイッチ３３および複数の容量素子３４を有する。スイッチ３３および容量素子３４は、マイクロ波反射板３１と基準電位ＶＳＳとの間にそれぞれ直列接続されている。図では、基準電位ＶＳＳは接地された照明用反射板３８と接続することで、マイクロ波反射板３１と接地電位の照明用反射板３８間の容量値が変化する。
【０１０８】
コントローラ２２は、調整信号をスイッチ３３が有する図示しない制御端子に出力することによって、該スイッチ３３のオン／オフ制御を行う。これにより、各々のマイクロ波反射板３１の容量値が変化し、マイクロ波反射板３１によってマイクロ波の移相量を調整することができる。
【０１０９】
また、図８Ｂは、照明器具７０を床方向から天井方向を見た場合の全体の配置の一例を示した図である。
【０１１０】
この図８Ｂにおいて、照明用反射板３８の下側の数ｍｍの距離に一辺が２ｃｍ〜５ｃｍ程度の大きさの正方形のマイクロ波反射板３１が一定間隔で配置されており、さらにその下方には、数ｍｍの距離にＬＥＤ蛍光灯７１が配置される。
【０１１１】
ＬＥＤ蛍光灯７１の電源は、ソケット８１によりＡＣ１００Ｖ電源が供給される。ソケット８１は、従来の蛍光灯のソケットをそのまま用いることが可能である。
【０１１２】
以上により、広い面積のマイクロ波反射板３１を用いてマイクロ波を反射させることができるので、送電時の電力密度を下げることができるとともに、比較的電力密度が高くなる天井側には人が近づくことはない。その結果、人体への影響を軽減することができる。
【０１１３】
また、照明器具７０を取り付けるだけで送電器２０を天井に設置することができるので、障害物などによる送電効率の低下を低減することができる。また、送電器２０の取り付け工事や電源工事などを不要とすることができる。
【０１１４】
（実施の形態３）
〈概要〉
前記実施の形態１では、図１の移相器２８により、マイクロ波の位相を調整する例について説明したが、本実施の形態３においては、アンテナ２６によって位相を調整する技術について説明する。
【０１１５】
〈ワイヤレス給電システムの構成例および動作〉
図９は、本実施の形態３によるワイヤレス給電システム１０における構成の一例を示す説明図である。
【０１１６】
図９のワイヤレス給電システム１０が前記実施の形態１の図１のワイヤレス給電システム１０と異なる点は、移相器２８の代わりに位相調整部３５が設けられたところである。
【０１１７】
この位相調整部３５は、移相回路６５が各トランシーバ２３とアンテナ２６間に挿入される構成であり、移相回路６５は、２つの０°移相用マイクロストリップライン６６、４５°移相用マイクロストリップライン６７、９０°移相用マイクロストリップライン６８、および４つのスイッチ６９より構成される。
【０１１８】
この移相回路６５は、各ストリップラインの伝送線路長が異なることで位相差が発生することを利用するもので、０°移相用マイクロストリップライン６６と４５°移相用マイクロストリップライン６７をスイッチ部６９で選択可能であり、同様に０°移相用マイクロストリップライン６６と９０°移相用マイクロストリップライン６８も選択可能となっている。
【０１１９】
このため、スイッチ６９で送受信信号が通過する経路を選択することにより、図の回路では、位相が０°、４５°、９０°、１３５°の４通りに位相差が切り換え可能である。なお、スイッチ６９は、コントローラ２２から出力される調整信号に基づいて伝送線路の切り替え制御が行われる。
【０１２０】
以上のように、アンテナ２６に付加される容量値を可変する技術の他にも線路長を変えることによってもアンテナの位相を変えることが可能である。上記の技術は、回路が複雑となるがアンテナの容量値を変える場合よりも移相時のインピーダンス整合ずれによる損失を小さくすることが可能となる。
【０１２１】
ここでは、アンテナ２６とトランシーバ２３間に移相回路６５を付加することにより移相量を調整したが、該移相量の調整は、例えばアンテナ２６の長さを変えることによって行うようにしてもよい。この場合、位相調整部３５は、移相回路６５の代わりに図示しないアンテナとスイッチが設けられる。
【０１２２】
上記スイッチの一端は、各々のアンテナ２６にそれぞれ接続される。スイッチの他端は、位相調整部３５が有するアンテナに接続される。コントローラ２２の調整信号によってスイッチがオンすると、アンテナ２６は、位相調整部３５が有するアンテナに接続される。これによって等価的なアンテナ長が変化し、その結果、マイクロ波の移相量が調整されることになる。
【０１２３】
以上によっても、ワイヤレス給電システム１０における送電効率を向上させることができる。
【０１２４】
（実施の形態４）
〈概要〉
本実施の形態４においては、受電器４０において、受電電力が不足する際に不足分の電力を補ってスピーカの電子回路に供給する技術について説明する。
【０１２５】
〈受電器の構成例および動作〉
図１０は、本実施の形態４によるワイヤレス給電システムが有する受電器４０における構成の一例を示す説明図である。
【０１２６】
図１０の受電器４０が、前記実施の形態１の図２の受電器と異なる点は、充電池４６が新たに設けられたところである。充電部である充電池４６は、例えばリチウムイオンバッテリなどの二次電池からなる。その他の構成については、図２と同様であるので、説明は省略する。
【０１２７】
充電池４６には、整流部４３が接続されており、該整流部４３が生成した直流電圧を充電する。この充電池４６には、例えばスピーカが使用されていない場合などに充電を行うようにしてもよいし、あるいはスピーカを使用しながら、余分な電力を充電池４６に充電するようにしてもよい。
【０１２８】
そして、充電池４６は、送電器２０からの送電電力が不足している際に、充電池４６が蓄電した電力を電子回路に供給する。あるいは、図１の送電器２０から電力が供給されていない場合においても、充電池４６の電力を電子回路に供給して、図１のスピーカ５０を動作させることができる。
【０１２９】
これにより、送電器２０からの送電電力が不足している際においても、安定して電子回路を動作させることができる。
【０１３０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１３１】
例えば前記実施の形態１〜３におけるワイヤレス給電システムは、スピーカに設けられた電子回路に給電するものであったが、給電はこれに限定されるものではなく、例えばスマートフォンやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯機器、テレビ、パーソナルコンピュータなどの電子機器、あるいは冷蔵庫などの家電製品などの様々な機器に適用可能である。
【０１３２】
（実施の形態５）
〈概要〉
本実施の形態５において、充電器４０をスマートフォンなどの携帯端末に適用した場合のワイヤレス給電システムについて説明する。
【０１３３】
〈受電器の構成例および動作〉
図１１は、本実施の形態５によるワイヤレス給電システムが有する受電器４０における構成の一例を示す説明図である。
【０１３４】
受電器４０は、図１１に示すように、手帳型の携帯端末ケース９１、受電アンテナ素子９２、通信部９３、ビーコン９４、磁界結合受電コイル９５、およびスマートフォンなどの携帯端末９６から構成されている。
【０１３５】
携帯端末９６は、充電台９７によってワイヤレス給電によって充電される。また、この携帯端末は、画面をカバーにて覆うことが可能な手帳型の携帯端末ケース９１が装着されている。送電器２０の通信範囲内に新たに受電器４０が入ってきて、データ通信により、受電器４０への給電が必要となったときには、受電器４０からのビーコン発信により、初期設定を行い、受電器４０に対する送電が可能となる。
【０１３６】
手帳型の携帯端末ケース９１の上面には、受電用のアンテナ素子９２が規則的に配置されており、マイクロ波帯の平面アレイアンテナを形成することによって照明器具６０からのマイクロ波送電電力を効率よく受電する構成となっている。
【０１３７】
また、照明器具６０との初期設定には、手帳型の携帯端末ケース９１に搭載されたビーコン９４によりビーコン信号を送信する。また、充電中の制御は、通信部９３を用いる構成である。なお、これらは、携帯端末９６にも搭載されているため携帯端末９６からビーコン信号の送信や通信を行ってもよい。
【０１３８】
手帳型の携帯端末ケース９１にて受電した電力は、携帯端末９６と図示しないコネクタにより接続することで給電を行う。
【０１３９】
さらに、手帳型の携帯端末ケース９１の下面、言い換えれば携帯端末９６の裏側には、ｋＨｚ帯あるいはＭＨｚを用いた磁界結合受電コイル９５を搭載しており、携帯端末９６を充電する充電台９７の磁界結合送電コイル９８と磁気的に結合することによっても非接触充電が可能となる。なお、充電台９７の通信部９９と手帳型の携帯端末ケース９１の通信部９３とが通信を行うことにより充電制御を行う。
【０１４０】
以上の構成では、携帯端末９６が画面を上向きにして置かれるため、天井からのマイクロ波給電では受電側のアンテナを携帯端末に実装することは難しい。このため、手帳型の携帯端末ケース９１の上面カバーにマイクロ波受電用の受電アンテナ素子９２を実装することにより効率よく携帯端末にワイヤレス充電を行うことが可能となる。
【０１４１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１４２】
また、上記の各構成は、それらの一部または全部が、ハードウェアで構成されても、プロセッサでプログラムが実行されることにより実現されるように構成されてもよい。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１４３】
１０  ワイヤレス給電システム
２０  送電器
２１  通信部
２２  コントローラ
２３  トランシーバ
２４  アンテナアレイ
２５  発振器
２６  アンテナ
２７  振幅位相比較器
２８  移相器
２９  可変利得アンプ
３０  スイッチ部
３１  マイクロ波反射板
３２  位相調整部
３３  スイッチ
３４  容量素子
３５  位相調整部
３６  スイッチ
３７  容量素子
３８  照明用反射板
４０  受電器
４１  通信部
４２  コントローラ
４３  整流部
４４  受電アンテナ
４５  ビーコン
４６  充電池
５０  スピーカ
６０  照明器具
６１  ＬＥＤ蛍光灯
６３  ＬＥＤ
６４  基板
６５  移相回路
６６  ０°移相用マイクロストリップライン
６７  ４５°移相用マイクロストリップライン
６８  ９０°移相用マイクロストリップライン
６９  スイッチ
７０  照明器具
７１  ＬＥＤ蛍光灯
７２  基板
７３  ＬＥＤ
８１  ソケット
９１  手帳型の携帯端末ケース
９２  受電アンテナ素子
９３  通信部
９４  ビーコン
９５  磁界結合受電コイル
９６  携帯端末
９７  充電台
９８  磁界結合送電コイル
９９  通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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