(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を用い、複数設けられる無線送電器の一つであって、
前記複数の無線送電器それぞれが、
電波を送信するアンテナと、
前記アンテナにより送信される電波の移相量を変える移相回路と、
少なくとも前記移相回路を制御する制御装置と、
前記複数の無線送電器から同時に送信された電波を受信した無線受電器によって、前記受信した電波に応じて生成されたバックスキャッタ信号を受信するバックスキャッタ信号受信機と、
を備え、
前記複数の無線送電器のうち１つずつ順番に、前記制御装置は、前記無線送電器が受信する前記バックスキャッタ信号の強度が最大になるように前記移相回路を制御する位相最適化処理を実行する、
無線送電器。
【請求項２】
前記制御装置は、山登り法を用いて、前記位相最適化処理を実行する、
請求項１に記載の無線送電器。
【請求項３】
前記制御装置は、前記移相回路の設定位相を、前記移相回路のある時点での設定位相θ０を基準として線形に２πだけ単調増加または単調減少させ、前記２πの移相変化が終了するまでの時間をｔ１とし、前記無線送電器が受信する前記バックスキャッタ信号の強度が最大となるまでの時間をｔ２とし、２π（ｔ２／ｔ１）＋θ０とするように前記位相最適化処理を実行する、
請求項１または請求項２に記載の無線送電器。
【請求項４】
前記制御装置は、前記移相回路の設定位相を、前記移相回路のある時点での設定位相θ０を基準として時間ｔ１の間に線形に２πだけ単調増加または単調減少させたのち、一定のｔ０の時間位相の変化を行わず、その後前記単調増加または単調減少とは逆の方向に、時間ｔ１の間に線形に２πだけ前記移相回路の設定位相を変動させ、前記無線送電器が受信する前記バックスキャッタ信号の強度が最大となる１度目の時刻と２度目の時刻の差分をｔ２とし、前記バックスキャッタ信号の強度が最小となる１度目の時刻と２度目の時刻の差分をｔ３としたとき、２π（１−（ｔ２−ｔ０）／（２ｔ１））＋θ０または２π（０．５−（ｔ３−ｔ０）／（２ｔ１））＋θ０とするように前記位相最適化処理を実行する、
請求項１または請求項２に記載の無線送電器。
【請求項５】
基準周波数の信号を逓倍する逓倍器を備え、
前記アンテナは、前記逓倍器によって逓倍された電波を送信する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線送電器。
【請求項６】
基準周波数の信号を発振する基準周波数発振器を備え、
前記基準周波数発振器が発振した信号が前記逓倍器に入力される、
請求項５に記載の無線送電器。
【請求項７】
前記基準周波数発振器が発振した信号を外部に出力する出力部を備える、
請求項６に記載の無線送電器。
【請求項８】
基準周波数の信号が入力される入力部を備える、
請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の無線送電器。
【請求項９】
前記アンテナが円偏波アンテナである、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の無線送電器。
【請求項１０】
マイクロ波を用い、請求項１記載の無線送電器から送信される電波を受信するアンテナと、前記アンテナが受信した信号を整流する整流回路と、逆流防止回路と、バックスキャッタ変調回路と、蓄電回路と、負荷とを備え、
前記バックスキャッタ変調回路が発振回路及びインピーダンス変調素子を備え、
前記アンテナが前記整流回路の入力に接続され、
前記整流回路の出力が前記インピーダンス変調素子に接続され、
前記逆流防止回路の一端が前記インピーダンス変調素子に接続され、他端が前記蓄電回路および前記負荷に接続され、前記インピーダンス変調素子が前記発振回路により駆動されている、
無線受電器。
【請求項１１】
前記バックスキャッタ変調回路が、発振回路と波形整形回路とを更に備え、
前記波形整形回路は、前記発振回路から入力されたクロックの波形を、デューティ比のより低い波形へと整形して、前記インピーダンス変調素子に入力する、
請求項１０に記載の無線受電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線送電器、および無線受電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、受電部と、蓄電部と、信号送信部と、を備え、受電部は、送電装置から無線で電力を受電し、蓄電部は、受電部が受電した電力を蓄電し、信号送信部は、検出信号を送信し、信号送信部は、蓄電部からの電力系統とは独立している受電装置が記載されている。かかる受電装置において、信号送信部は、前記送電装置からの電波を反射した反射波を、前記検出信号として送信することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−０９３２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数の無線送電器から発振される電波同士の位相を最適化することにより、無線受電器における受電電力を向上することが可能であることが知られている。しかしながら、この位相の最適化を行うには、無線送電器と無線受電器との間の位相遅延の値を知る必要がある。位相遅延を知るためには、無線送電器と無線受電器との間で同期を取る必要があり、この同期を無線で行うことは、消費電力およびノイズ等の観点から困難である。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、低消費電力で、受電電力を向上させる無線送電器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】
本開示は、マイクロ波を用い、複数設けられる無線送電器の一つであって、前記複数の無線送電器それぞれが、電波を送信するアンテナと、前記アンテナにより送信される電波の移相量を変える移相回路と、少なくとも前記移相回路を制御する制御装置と、前記アンテナから同時に送信された電波を受信した無線受電器によって、前記受信した電波に応じて生成されたバックスキャッタ信号を受信するバックスキャッタ信号受信機と、を備え、前記複数の無線送電器のうち１つずつ順番に、前記制御装置は、前記無線送電器が受信する前記バックスキャッタ信号の強度が最大になるように前記移相回路を制御する位相最適化処理を実行する、無線送電器を提供する。これにより、低消費電力で、受電電力を向上させる無線送電器を提供することができる。
【０００７】
また、本開示は、無線送電器から送信された電波を受信するアンテナと、前記アンテナが受信した信号を整流する整流回路と、逆流防止回路と、バックスキャッタ変調回路と、蓄電回路と、負荷とを備え、前記バックスキャッタ変調回路が発振回路及びインピーダンス変調素子を備え、前記アンテナが前記整流回路の入力に接続され、前記整流回路の出力が前記インピーダンス変調素子に接続され、前記逆流防止回路の一端が前記インピーダンス変調素子に接続され、他端が前記蓄電回路および前記負荷に接続され、前記インピーダンス変調素子が前記発振回路により駆動されている、無線受電器を提供する。これにより、上述の無線送電器に対してバックスキャッタ信号を反射する無線受電器を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、低消費電力で、受電電力を向上させる無線送電器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】分散型ＷＰＴの概要図
【図２】バックスキャッタの仕組みを示す概念図
【図３】本開示の無線電力伝送システム５００を示すシステムブロック図
【図４】バックスキャッタ変調回路２３を備えた無線受電器２の構成例を示す回路図
【図５】バックスキャッタ変調回路２３を備えた無線受電器２の変形例を示す回路図
【図６】各無線送電器１の位相最適化についてのフローチャート
【図７】第１の位相最適化処理を示すフローチャート
【図８】ランプ回転法の一例を示す概念図
【図９】往復回転法の一例を示す概念図
【図１０】複数の無線送電器１を１つずつ順番に位相最適化していった場の、無線受電器２が受け取る合成電力（受電電力）を示す概念図
【図１１】複数の無線送電器１の間での周波数同期処理の実験例を示すブロック図
【図１２】複数の無線送電器の間での周波数同期処理の実験例を示すブロック図
【図１３】バックスキャッタ信号に変調をかける位置についての実験例を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１２】
（本開示に至る経緯）
ワイヤレスセンサネットワークやウェアラブル端末においては、電源としてボタン電池などの一次電池、リチウムイオン電池等の二次電池のほか、太陽電池等のエナジーハーベスト素子等が使用されている。ここで、電池を用いる場合は、電池の交換や充電が必要である。一方、太陽電池等のエナジーハーベストデバイスは、電池交換は不要であるが、高コストであり、供給電力が環境に左右される。これらの電源に関する問題は、ＩｏＴデバイスの普及への障壁となっている。
【００１３】
ＩｏＴデバイス等の端末への電源供給手段として、長距離で電力を無線給電可能な、マイクロ波無線給電技術が研究開発されている。しかしながら、マイクロ波は距離の二乗に反比例して減衰することから高効率での給電が困難である。加えて、マイクロ波は、その大部分が通信に利用されているので、無線給電手段としてマイクロ波を用いると、既存の通信機器に影響を与える可能性がある。さらに、大電力の供給のために大出力のマイクロ波を用いると、大出力のマイクロ波が、人体や生体等に悪影響を及ぼす可能性が否定できない。これらのことから、既存の無線給電技術は適用が難しい。よって、より小さな出力で、大きな電力供給が可能な技術が望まれる。
【００１４】
（分散型ＷＰＴ）
現在、電力供給を行う送電局を複数に分散化させた、分散型ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ／Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が検討されている。図１に、分散型ＷＰＴの概要図が示される。
【００１５】
分散型ＷＰＴは、低利得・低出力の送電局（無線送電器１）を複数設けて、これらを協調動作させることにより、高効率・高自由度な電力伝送を実現する。例えば、図１に示した送電局が、１つのシステムあたり数十台から数千台設けられる。これらの送電局からの電力が合成され、受電端末（無線受電器２）へと給電される。受電端末は、例えばＩｏＴ端末やビーコン等であってよい。
【００１６】
分散型ＷＰＴの利点は、以下の通りである。まず、送電局側の利点として、低利得なアンテナや、低出力な電力増幅器（ＰＡ：Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を使用可能である。そのため、送電局を小型化および低コスト化することができ、人体防護も比較的容易となる。送信出力が小さいため、送電局を小型化した場合であっても放熱対策が容易である。小型かつ低コストのため、既存の照明器具や家電製品に組み込みが可能となる。
【００１７】
受電端末側の利点は、以下の通りである。複数方向から電力が到来するため、低指向性な受電アンテナを使用可能となる。低指向性なアンテナは小型であることから、様々な小型機器に搭載可能である。また、送信ダイバーシティ効果の恩恵を受けることができることにより、給電時間率の高い受電が可能となる。
【００１８】
送電局と受電端末とを備えたシステムとしての利点は、以下の通りである。送電局側の電力密度が低い為、本質的に人体影響が小さい。送電局が複数あるため、人体遮蔽等によって少数の送電局がＯＦＦとなった場合であっても、電力伝送の効率劣化が少ない。複数の送電局の位置情報と受電電力情報から、受電端末の位置を推定可能である。複数の受電端末に同時に給電が可能である。
【００１９】
（電力の合成）
送電局が複数存在する場合、各送電局が発振する電波を受信する受電端末は、受信した電波を合成して受け取ることになる。ここで、各送電局が送信する電波の周波数がそれぞれ等しく、また、各送電局から送信された電波の位相が受電アンテナにおいて等しい位相で受信される（位相差が０である）場合に、受電端末による受電電力は最大となることが知られている。すなわち、無線給電の効率を高めるためには、各送電局が送信する電波の周波数および位相を最適化する必要がある。
【００２０】
各送電局が送信する電波の位相を最適化する為の方法として、受電端末による受電電力を用いる方法が考えられる。この方法においては、送電局側の位相をスイープし、受電端末による受電電力が最大となる時の、送電局が送信する電波の位相を、最適位相と決定する。この方法は、簡易なシステムで実現可能である利点があるものの、受電端末による受電電力を送電局にフィードバックする必要がある。
【００２１】
しかしながら、ＩｏＴデバイス等の受電端末への無線給電を前提とすると、送電局と受電端末とは離隔した位置にあることが多いため、受電端末による受電電力をどのようにして送電局にフィードバックするかという課題が生じる。
【００２２】
そこで、本開示の実施形態においては、受電端末から反射されるバックスキャッタ信号を活用して、上記の課題を解決する。
【００２３】
（バックスキャッタ）
図２は、バックスキャッタの仕組みを示す概念図である。複数の送電局１Ａおよび１Ｂは、同じ周波数（例えば９２０ＭＨｚ）で、電波（連続波）を送信する。受電端末２はアンテナ２１でこの電波（連続波）を受信するが、アンテナ２１からの反射が発生する。このアンテナ２１からの反射を、受電端末２が備えるバックスキャッタ変調回路２３が変調することにより、バックスキャッタ（変調波）が生成される。図示した例においては、受電端末２に入射した９２０ＭＨｚの電波に対して、ミキサ（乗算器）として動作するバックスキャッタ変調回路２３が、３２ｋｈｚの変調をかける。その結果、受電端末２のアンテナ２１から送電局１Ａおよび１Ｂへと戻る反射には、９２０ＭＨｚ−３２ｋＨｚの変調波と、９２０ＭＨｚ＋３２ｋＨｚの変調波が含まれる。
【００２４】
バックスキャッタ変調回路２３はミキサ（乗算器）として働くので、受電端末２が受電した電力（受電電力）と、バックスキャッタ信号の強度との間には、おおむね比例関係が成り立つ。そのため、送電局１Ａおよび１Ｂは、バックスキャッタ信号を受信して、バックスキャッタ信号の強度から、受電電力の強度を推定することができる。より詳しくは、受電電力を最大にするために、送電局１Ａおよび１Ｂは、送電局が送信する電波（例えば９２０ＭＨｚのマイクロ波）の位相を、バックスキャッタ信号の強度が最大となるような位相へと調整する。バックスキャッタ信号の強度が最大になっている時、受電端末２の受電電力も最大となっているから、上記のように調整した後の位相が、最適位相になる。本開示の無線送電器は、このようにバックスキャッタ信号の性質を活用して、消費電力を抑えたまま、受電電力を増大させる。
【００２５】
（システムブロック図）
図３は、本開示の無線電力伝送システム５００を示すシステムブロック図である。無線電力伝送システム５００は、２以上の無線送電器１Ａおよび１Ｂと、１以上の無線受電器２とを備えている。２以上の無線送電器１Ａおよび１Ｂは、有線または無線で相互に接続されていてよい。
【００２６】
無線送電器１は、例えば、３０ｍ×３０ｍの空間に２５６個配置される、等のように、同一空間に多数配置されていてよい。１つの無線送電器１は、アンテナ１５と、基準周波数発振器１１と、逓倍器１２と、移相回路１３と、アンプ１４と、バックスキャッタ信号受信機１６と、制御装置１７とを備えている。アンテナ１５は、円偏波アンテナであってよいが、他のタイプのアンテナであってもよい。アンテナ１５として円偏波アンテナを用いる場合、アンテナ２１が回転した場合においても偏波整合損失を低減することが可能となる。
【００２７】
無線送電器１は、アンテナ１５から電波を送信する。この電波は例えば送信周波数９２０ＭＨｚのマイクロ波（連続波）であってよく、後述の無線受電器２により受信される。以下、説明の便宜のため、アンテナ１５から送信される電波は、送信周波数９２０ＭＨｚのマイクロ波であるとして説明を行う。ただし、前記はあくまで一例であり、送信周波数は９２０ＭＨｚ以外の値であってもよい。
【００２８】
上述の９２０ＭＨｚの電波を生成するために、基準周波数発振器１１が、基準周波数の信号を発振する。この基準周波数は、例えば１０ＭＨｚであってよく、アンテナ１５が送信する電波よりも周波数の低いものである。ただし、基準周波数は、１０ＭＨｚ以外の値であってもよい。
【００２９】
基準周波数発振器１１が発振した１０ＭＨｚの信号を、逓倍器１２が逓倍する。逓倍器１２の具体例は、ＰＬＬ回路である。この逓倍の結果、周波数が９２０ＭＨｚの信号が生成され、後述の移相回路１３へと入力される。
【００３０】
移相回路１３は、制御装置１７による制御の下、逓倍器１２から入力された信号の位相を変える。特に移相回路１３は、制御装置１７による制御の下、逓倍器１２から入力された信号の位相を変えて、アンテナ１５から送信される電波の位相が最適位相になるように調整する（位相最適化）。この位相最適化処理については、図６〜図１０に基づき後述する。
【００３１】
移相回路１３から入力された９２０ＭＨｚの信号は、アンプ１４により増幅され、アンテナ１５から無線受電器２へと送信される。
【００３２】
ここで、電波がアンテナ１５から無線受電器２へと送信されると、後述の無線受電器２のアンテナ２１で反射が発生する（図２参照）。この反射が後述のバックスキャッタ変調回路２３により変調されたものが、バックスキャッタ信号である。無線送電器１が備えるバックスキャッタ信号受信機１６は、このバックスキャッタ信号を受信する。
【００３３】
制御装置１７は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等を備えていてよい。ただし、制御装置１７が備える制御手段はこれらには限定されない。制御装置１７は、少なくとも移相回路１３を制御する。制御装置１７は、無線送電器１に含まれる各種機器を統括制御してよい。制御装置１７は、バックスキャッタ信号受信機１６からバックスキャッタ信号を取得し、この信号に基づいて移相回路１３を制御し、アンテナ１５から送信される電波の位相が最適位相になるように調整（位相最適化）する。この位相最適化処理の具体的な詳細については後述する。
【００３４】
無線送電器１の基本的構成は以上である。ここで、基準周波数の信号が逓倍器１２によって逓倍される事の技術的意義について説明する。複数の周波数からの送電周波数を同期したい場合、無線周波数（ＲＦ）を分配して増幅し、送信することが、フェーズドアレーアンテナ等においては一般的であった。しかし、無線周波数（ＲＦ）伝送は伝搬損失が大きく、配線も同軸ケーブルであることが必要となり、高コストである。一方、本開示の無線電力伝送システム５００においては、上述のように、基準周波数として、配線が容易な低周波（例えば１０ＭＨｚ）を用いる。このことにより、配線を低コストで実現でき、かつ、最終的な送信周波数（例えば９２０ＭＨｚ）は精密に同期させることが可能となる。
【００３５】
ここで、図３における無線送電器１Ｂは、基準周波数発振器１１を備えていない。これは、必ずしも全ての無線送電器が、基準周波数発振器１１を備えていなくとも良いことを示している。図示したように、複数の無線送電器１Ａおよび１Ｂは、互いに有線または無線で接続されていてよく、ある１つの無線送電器（図の例においては１Ａ）の基準周波数発振器１１が生成した基準周波数の信号を、他の無線送電器（図の例においては１Ｂ）との間で共有することができる。すなわち、図３に示した基準周波数発振器１１から外部へと延びる配線は、基準周波数発振器１１が発振した信号を外部に出力する出力部と解釈することができる。また、共有された基準周波数の信号は、各無線送電器が備える逓倍器１２によって逓倍される。すなわち、各無線送電器が備える逓倍器１２は、他の無線送電器が生成した基準周波数の入力部と解釈することができる。
【００３６】
一方、各無線送電器が基準周波数発振器１１を備え、基準周波数の信号を別個に発振してもよい。各無線送電器１において十分等しい周波数（例えば１０ＭＨｚ）の基本周波数の信号を発振することで、周波数同期を行うことができる。
【００３７】
上述の例において、無線送電器１は、バックスキャッタ信号をアンテナ１５経由で受信している。しかし、このバックスキャッタ信号は、前記アンテナ経由で取得されなくともよい。例えば、無線電力伝送システム５００内に複数存在する無線送電器１のうちの１つ（例えば無線送電器１Ａ）がアンテナ１５経由でバックスキャッタ信号を受信し、このバックスキャッタ信号を他の無線送電器１（例えば無線送電器１Ｂ）と有線または無線経由で共有してもよい。いずれの場合においても、制御装置１７は、バックスキャッタ信号を取得することができる。そのため、少なくとも１つの無線送電器１がバックスキャッタ信号受信機１６を備えていればよく、他の無線送電器１はバックスキャッタ信号受信機１６を備えていなくともよい。
【００３８】
（無線受電器２の構成例）
次に、無線受電器２の構成例を説明する。無線受電器２は、電波を受信するアンテナ２１と、アンテナ２１が受信した信号を整流する整流回路２２と、バックスキャッタ変調回路２３と、逆流防止回路の一例であるダイオード２４と、蓄電回路２５と、負荷２６とを備える。アンテナ２１は整流回路２２の入力に接続される。ダイオード２４の一端がバックスキャッタ変調回路２３に接続される。ダイオード２４の他端が蓄電回路２５および負荷２６に接続される。整流回路２２とダイオード２４の間にバックスキャッタ変調回路２３が接続される。
【００３９】
無線送電器１が送信した電波は、アンテナ２１によって受信され、整流回路２２によって直流化される。その電力が蓄電回路２５に一時的に貯められ、そこから負荷２６へと供給される。以上が、無線受電器２の基本的な無線給電に係る構成である。バックスキャッタ変調回路２３は、電波を受信したアンテナ２１からの反射を変調する（図２参照）。ダイオード２４は、逆流防止回路の一例であり、整流回路２２と蓄電回路２５とを分離する。バックスキャッタ変調回路２３およびダイオード２４につき、詳しくは図４を参照して後述する。
【００４０】
（無線受電器２の構成例）
図４は、バックスキャッタ変調回路２３を備えた無線受電器２の構成例を示す回路図である。回路図における各構成要素の配置は図３に示したものとほぼ同様であるため、図３に示したものと同じ構成要素については同じ参照番号を付して説明を簡略化あるいは省略し、相違点について説明する。
【００４１】
バックスキャッタ変調回路２３は、典型的には半導体スイッチ、可変容量ダイオードが用いられるインピーダンス変調素子２３１と、発振回路２３３と、波形整形回路２３２とから構成される。このうち、インピーダンス変調素子２３１が、整流回路２２と、ダイオード２４との間に接続される。
【００４２】
波形整形回路２３２は、発振回路２３３から入力されたクロックの波形を、デューティ比のより低い波形へと整形し、インピーダンス変調素子に入力する。
【００４３】
ここで、インピーダンス変調素子２３１が整流回路２２の後段に設けられている事の技術的意義について説明する。バックスキャッタ信号を生成するには、アンテナ（アンテナ２１）に接続される素子のインピーダンスを、ＲＦスイッチ（高周波スイッチ）等により変調する手法が一般的である。しかしながら、ＲＦスイッチは損失が大きく高コストであるため、受電端末（無線受電器２）の高コスト化につながる。一方、本開示の無線受電器２においては、整流回路２２の後段に、すなわち直流化が行われた後の位置に低周波スイッチ（インピーダンス変調素子２３１）を接続し、これをスイッチングすることにより変調を行う。これにより、無線受電器２についてのコストを低減することができる。なお、無線受電器２はＩｏＴデバイスであってよく、ＩｏＴデバイスを安価に大量に製造できる利点は大きい。
【００４４】
次に、ダイオード２４が図示した位置に、すなわち低周波スイッチ素子（インピーダンス変調素子２３１）の後段に設けられている事の技術的意義について説明する。図示したように、整流回路２２の後段には蓄電回路２５が存在する。低周波スイッチ素子（インピーダンス変調素子２３１）によりスイッチングを行うと、蓄電回路２５に貯まった電力が時に漏れ出し、電力損失が発生する。そこで、整流回路２２と蓄電回路２５とをダイオード２４で分離し、ダイオード２４から見た整流回路２２側に低周波スイッチ（インピーダンス変調素子２３１）を設けることにより、電力損失を減らす。その結果、消費電力が減じられた無線受電器２は、より大きなバックスキャッタ信号を、より長時間発出することができるようになる。
【００４５】
次に、発振回路２３３とインピーダンス変調素子２３１との間に、波形整形回路２３２が設けられている事の技術的意義について説明する。上述のように、電力損失を防止するダイオード２４を設けたとしても、発振回路２３３に基づいたインピーダンス変調素子２３１のスイッチングにおいて、ＯＮ状態が長時間続くと、電力喪失が大きい。そのため、発振回路２３３からインピーダンス変調素子２３１へと印加する波の波形は、デューティ比がより低い方が望ましい。そこで、発振回路２３３とインピーダンス変調素子２３１との間に、スイッチングのデューティ比を制御する波形整形回路２３２を設けて、電力損失を減らしている。
【００４６】
本開示の無線受電器２は、上述のような構成を備えることにより、電力損失を最低限としながら大きなバックスキャッタ信号を生成し、システムのＳ／Ｎ比を向上している。
【００４７】
（無線受電器２の変形例）
図５は、バックスキャッタ変調回路２３を備えた無線受電器２の変形例を示す回路図である。図４に示した回路構成と、図５に示した回路構成とは、ほぼ共通している。そこで、これら両者に共通する部分については説明を簡略化あるいは省略し、相違点について説明する。
【００４８】
図４に示した回路構成においては、インピーダンス変調素子２３１の後段に、ダイオード２４が配置されていた。一方、図５に示した回路構成においては、インピーダンス変調素子２３１の後段に、例えば図示されているような構成の逆流防止回路２７が配置されている。
【００４９】
逆流防止回路２７は、Ｐｃｈ  ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成され、インピーダンス変調素子２３１が低インピーダンスとなるときに、逆流防止回路２７のスイッチがＯＦＦになるように配置される。これにより、電力の逆流を防止することができる。
【００５０】
また、図５に示されている２つのＭＯＳＦＥＴが同時にＯＮ状態になった場合には、貫通電流が発生する。この貫通電流の発生を回避するために、逆流防止回路２７におけるＭＯＳＦＥＴと、インピーダンス変調素子２３１との間に、ノンオーバラップ制御回路２７２が挿入されてもよい。ノンオーバラップ制御回路２７２は、図示した２つのＭＯＳＦＥＴのＯＮタイミング・ＯＦＦタイミングをずらす事により、２つのＭＯＳＦＥＴが同時にＯＮ状態になることを阻止する。
【００５１】
（無線送電器１の位相最適化）
次に、無線電力伝送システム５００が備える複数の無線送電器１（図３参照）において、アンテナ１５から送信される電波の位相を最適化（以下、単に「位相最適化」）するための処理例を説明する。図６は、各無線送電器１の位相最適化についてのフローチャートである。
【００５２】
ここで、各無線送電器１の位相最適化処理の処理主体は、各無線送電器１であってよい。また、各無線送電器１に接続されたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の上位装置が存在し、上位装置が各無線送電器１の位相最適化処理を制御してもよい。
【００５３】
まず、位相最適化の対象となる無線送電器１を１つ設定する（ステップＳｔ１）。この設定は、上位装置（図示省略）が行ってよい。一方、位相最適化を行う優先順位等が事前に決定されており、優先順位が最も高い無線送電器１が自律的に設定され、位相最適化処理を開始してもよい。
【００５４】
次に、設定された１つの無線送電器１についての、位相最適化処理が実行される（ステップＳｔ２）。この位相最適化処理において、制御装置１７は、無線送電器１が受信するバックスキャッタ信号の強度が最大になるように、移相回路１３を制御する。この移相回路１３の制御の結果として、アンテナ１５から送信される電波の位相が最適位相になるように調整される。ここで、図２に基づき上述したように、受電端末２が受電した電力（受電電力）と、バックスキャッタ信号の強度との間には、おおむね比例関係が成り立つ。そのため、ステップＳｔ２の位相最適化処理を無線送電器１に対して実行すると、受電端末２の受電電力が増大することになる。
【００５５】
位相最適化処理のより詳細な具体例は、図７から図１０を参照しつつ後述する。ここで、位相最適化処理（ステップＳｔ２）で用いられる位相最適化処理は、毎回同じ処理であってよく、また、毎回違う位相最適化処理を用いてもよい。例えば、ある無線送電器１に対しては、後述の山登り法を用いて位相最適化処理を行い、別の無線送電器１に対しては、後述の往復回転法を用いて位相最適化処理を行ってもよい。
【００５６】
１つの無線送電器１についての位相最適化処理が終わったら、全ての無線送電器１について位相最適化処理が終わったか否かを判定する。全ての無線送電器１について位相最適化処理が終わっている場合（ステップＳｔ３：Ｙｅｓ）は処理終了となる。まだ位相最適化処理が行われていない無線送電器１が残っている場合（ステップＳｔ３：Ｎｏ）は、ステップＳｔ４へと処理が遷移する。なお、ステップＳｔ３の判断主体は、上位装置であってよい。ステップＳｔ３の判断主体は、上述の優先順位が決定されている場合は、優先順位の低い、最後に残った無線送電器１であってもよい。
【００５７】
ステップＳｔ４において、位相最適化の対象となる次の無線送電器１を１つ設定する。この設定を、上位装置（図示省略）が行ってよい。一方、この設定を、この時点で最後に位相最適化処理を終えた無線送電器１が行ってもよい。ステップＳｔ４の次は、ステップＳｔ２へと処理が戻る。このように、無線電力伝送システム５００に含まれる無線送電器１が、１つずつ順番に位相最適化処理を実行する。
【００５８】
なお、図６のフローチャートに示したように、無線電力伝送システム５００に含まれるすべての無線送電器１について最適化が終わったら、位相最適化処理を終了してよく、再度１台目の無線送電器１から、位相最適化処理を繰り返してもよい。位相最適化処理を繰り返す場合、繰り返しの前に用いられた最適化処理（例えば後述の山登り法）とは異なる最適化処理（例えば後述のランプ回転法）を用いて最適化を行ってもよい。
【００５９】
（第１の位相最適化処理）
無線送電器１の制御装置１７が、バックスキャッタ信号の強度が最大になるように移相回路１３を制御する位相最適化処理は、複数の態様が存在する。図７は、第１の位相最適化処理を示すフローチャートである。
【００６０】
第１の位相最適化処理は、山登り法と呼ばれるアルゴリズムを用いる。例えば横軸を移相回路１３における設定位相（０〜２π）とし、縦軸をバックスキャッタ信号の強度とした２次元グラフにおいて、この位相（０〜２π）のうちどこかに、バックスキャッタ信号の強度が最大となる頂上（ピーク）があるはずである。そこで、山を登るようにして、頂上（ピーク）のある地点を探るアルゴリズムが、山登り法である。
【００６１】
図７に示したフローチャートは、１つの無線送電器１についての処理を示しており、図６のステップＳｔ２に相当する。まず、制御装置１７は、移相回路１３を制御して移相回路１３における設定位相を少し進める（ステップＳｔＬ０１）。一度にどの程度位相を進めるか（１回あたりの位相シフト量）は、適宜決定されてよい。なお、移相回路１３における設定位相が変動したので、アンテナ１５から送信される電波にも位相の変動が生じ、無線受電器２から反射してくるバックスキャッタ信号にも変動が生じる。この変動後のバックスキャッタ信号の強度を計測するのが、次のステップＳｔＬ０２である。
【００６２】
制御装置１７は、バックスキャッタ信号の強度を計測する（ステップＳｔＬ０２）。
【００６３】
制御装置１７は、バックスキャッタ信号の強度の増分値ｄ＝Ｐ１−Ｐ０を計算する（ステップＳｔＬ０３）。なお、変数Ｐ０には、１つ前の計測時におけるバックスキャッタ信号の強度の値が格納されている。
【００６４】
次に、制御装置１７は、増分値ｄの絶対値｜ｄ｜が、所定の閾値ｄｔｈを超えているか否かを判定する（ステップＳｔＬ０４）。｜ｄ｜＞ｄｔｈである場合（ステップＳｔＬ０４：Ｙｅｓ）は、次のステップＳｔＬ０５へ移行する。｜ｄ｜≦ｄｔｈである場合（ステップＳｔＬ０４：Ｎｏ）は、Ｐ１とＰ０との間の値の変化量が少なく、山の頂上（ピーク）付近に到達したと判断して、当該無線送電器１についての位相最適化処理を終了する。なお、この処理終了時点における、アンテナ１５から送信される電波の位相が、位相最適化処理によって得られた最適位相となる。
【００６５】
ステップＳｔＬ０５において、制御装置１７は、増分値ｄが０より大きいか否かを判定する。ｄ＞０である場合は、まだ山を登っている状況にあるので、次のループであるステップＳｔＬ００へと移行する。ｄ≦０である場合は、むしろ山を下っている状況にあるので、ピークへ向けて位相のシフト方向を反転すべく、ステップＳｔＲ００へと処理が移行する。
【００６６】
ステップＳｔＬ００において制御装置１７は、Ｐ１の値をＰ０へと代入し、そしてステップＳｔＬ０１へと処理が遷移する。
【００６７】
以上、移相回路１３における設定位相を少しずつ進めながら山のピークを探る、ステップＳｔＬ００〜ＳｔＬ０５について説明した。フローチャート右側の、ステップＳｔＲ００〜ＳｔＲ０５もまた、これと同様である。一か所異なるのは、ステップＳｔＲ０１において、制御装置１７が、移相回路１３における設定位相を遅らせている点である。すなわち、ステップＳｔＬ００〜ＳｔＬ０５においては、移相回路１３における設定位相の値を増やしながら（０から２πへの方向）ピークを探ってきたところ、ステップＳｔＲ００〜ＳｔＲ０５においては、移相回路１３における設定位相の値を減らしながら（２πから０への方向）ピークを探る。
【００６８】
以上のように、制御装置１７は、山登り法を用いて移相回路１３を制御し、位相最適化を行うことができる。
【００６９】
（第２の位相最適化処理）
次に、図８に基づいて、第２の位相最適化処理について説明する。第２の位相最適化処理も、１つの無線送電器１についての処理であり、図６のステップＳｔ２に相当する。
【００７０】
第２の位相最適化処理で用いられるアルゴリズムを、本明細書においては、「ランプ回転法」と表現する。ランプ回転法の概略は以下の通りである。例えば横軸を移相回路１３における設定位相（０〜２π）とし、縦軸をバックスキャッタ信号の強度とした２次元グラフにおいて、この位相（０〜２π）のうちどこかに、バックスキャッタ信号の強度が最大となる頂上（ピーク）があるはずである。そこで、所定のスタート時刻を基準にして、移相回路１３における設定位相を１回転させ、バックスキャッタ信号の強度が最大になる時刻（ピーク時刻）を取得し、ピーク時刻とスタート時刻との間の差から、制御装置１７が移相回路１３についての最適位相（および、これに付随して、アンテナ１５から送信される電波の最適位相）を特定する。なお、移相回路１３における設定位相の回転方向は、位相が増加する方向であっても、位相が減少する方向であってもよい。
【００７１】
図８は、ランプ回転法の一例を示す概念図である。図８における上側に描かれた太い折れ線は、移相回路１３における設定位相を示している。横軸が時刻ｔ（単位：秒）であり、縦軸が位相（単位：ラジアン）である。この例においては、移相回路１３における設定位相の回転方向が、位相が増加する方向である場合を説明する。
【００７２】
図８における下側に描かれた波線は、制御装置１７が取得したバックスキャッタ信号の強度を示している。横軸が時刻ｔ（単位：秒）であり、縦軸がバックスキャッタ信号の強度Ｐ（単位：ｄＢｍ）である。
【００７３】
ここで、移相回路１３における設定位相の初期値（移相回路１３のある時点での設定位相）はθ０ラジアンである。制御装置１７は、スタート時刻ｔ＝０から、移相回路１３を制御して、移相回路１３における設定位相をθ０ラジアンからθ０＋２πラジアンまで１回転させる。すなわち制御装置１７は、移相回路１３の設定位相を、移相回路１３のある時点での設定位相θ０を基準として、線形に２πだけ単調増加させる。なお、設定位相の１回転における回転方向を逆にする（θ０ラジアンからθ０−２πラジアンまでの１回転）場合、制御装置１７は、移相回路１３の設定位相を、移相回路１３のある時点での設定位相θ０を基準として、線形に２πだけ単調減少させる。
【００７４】
移相回路１３における設定位相の１回転（２πの線形単調増加あるいは線形単調減少）が終了した時刻が、時刻ｔ＝ｔ１である。移相回路１３における設定位相の１回転は、制御装置１７による制御の下で行われているので、時刻ｔ＝ｔ１は、制御装置１７にとって既知の値である。
【００７５】
時刻ｔ＝０からｔ＝ｔ１の間に、バックスキャッタ信号の強度Ｐが最大値（ピーク）になっている時刻がある。この時の時刻をｔ＝ｔ２とする。時刻ｔ＝ｔ２は、移相回路１３における設定位相の１回転を行うスタート時刻ｔ＝０から、無線送電器１が受信するバックスキャッタ信号の強度が最大となるまでの時刻に相当する。制御装置１７は、バックスキャッタ信号受信機１６からバックスキャッタ信号を連続的に取得して、この時刻ｔ＝ｔ２の値を取得することができる。そして制御装置１７は、無線送電器１が受信するバックスキャッタ信号の強度が最大となるまでの時刻ｔ＝ｔ２を用いて、位相最適化処理を実行する。例えば、以下の通りである。
【００７６】
上述の位相回転は、時刻ｔ＝０からｔ＝ｔ１の間に、２πラジアンだけ等速で回転させているものとする。すると、時刻ｔ＝ｔ２の時の移相回路１３における最適位相θｏｐｔの値を、次の式で求めることができる。
【００７７】
【数１】
0006849778.tif 000002
【００７８】
すなわち、ランプ回転法を用いる第２の位相最適化処理において、制御装置１７は、以下の処理を行う。まず、回転開始時刻（時刻ｔ＝０とする）を決定し、移相回路１３を制御して移相回路１３における設定位相をθ０ラジアンからθ０＋２πラジアンまで１回転させる（位相が減少する方向に回転させる場合はθ０ラジアンからθ０−２πラジアンまで１回転）。制御装置１７は、この回転終了時の時刻ｔ＝ｔ１を取得（既知の値）する。そして制御装置１７は、バックスキャッタ信号受信機１６からバックスキャッタ信号を連続的に取得して、その信号強度が最大になる時刻ｔ＝ｔ２を取得する。制御装置１７は、取得済みのパラメータであるｔ１、ｔ２、θ０を用いて、上記の数式に基づき、移相回路１３における最適位相θｏｐｔの値を算出する。そして最後に、制御装置１７は、移相回路１３を制御して、移相回路１３における設定位相をθｏｐｔになるように調整する。以上のようにして、制御装置１７は、第２の位相最適化処理を行うことができる。
【００７９】
ランプ回転法に基づく第２の位相最適化処理は、山登り法に基づく第１の位相最適化処理と比べて、移相回路１３に対する位相制御が少なくて済むという利点がある。山登り法は設定位相を少しずつ何度もずらしながら、最適位相を探索し続けるという情報処理を行うのに対し、ランプ回転法は、設定位相を１回転させれば、あとは最適位相を計算で求めることができるからである。ただし、最終的にどちらの最適化処理を用いるのが好適かは、無線送電器１を実装する際の条件による。
【００８０】
（第３の位相最適化処理）
次に、図９に基づいて、第３の位相最適化処理について説明する。第３の位相最適化処理も、１つの無線送電器１についての処理であり、図６のステップＳｔ２に相当する。
【００８１】
第３の位相最適化処理で用いられるアルゴリズムを、本明細書においては、「往復回転法」と表現する。往復回転法の概略は以下の通りである。例えば横軸を移相回路１３における設定位相（０〜２π）とし、縦軸をバックスキャッタ信号の強度とした２次元グラフにおいて、この位相（０〜２π）のうちどこかに、バックスキャッタ信号の強度が最大となる頂上（ピーク）があるはずである。ここで、上述のランプ回転法の場合は、移相回路１３の制御を実施するまでの間の遅延や、離れた位置にある無線受電器２からバックスキャッタ信号を取得するまでの間の時間遅延が、移相回路１３における最適位相θｏｐｔを計算する際の誤差要因となる。そこで、往復回転法においては、この誤差を低減することができるように、移相回路１３における設定位相を２度、往復するように回転させる。すると、１回の位相回転につき１つのピークを検出することができる（上記ランプ回転法を参照）ので、２回の位相回転で２つのピークを検出することができる。この２つのピークの間の時間差に基づいて、制御装置１７が移相回路１３における最適位相θｏｐｔを算出する。
【００８２】
図９は、往復回転法の一例を示す概念図である。図９における上側に描かれた台形状の折れ線は、移相回路１３における設定位相を示している。横軸が時刻ｔ（単位：秒）であり、縦軸が位相（単位：ラジアン）である。
【００８３】
図９における下側に描かれた波線は、制御装置１７が取得したバックスキャッタ信号の強度を示している。横軸が時刻ｔ（単位：秒）であり、縦軸がバックスキャッタ信号の強度Ｐ（単位：ｄＢｍ）である。
【００８４】
まず、制御装置１７は、上述のランプ回転法と同様に、移相回路１３を制御して、移相回路１３における設定位相をθ０ラジアンからθ０＋２πラジアンまで１回転させる。すなわち制御装置１７は、移相回路１３の設定位相を、移相回路１３のある時点での設定位相θ０を基準として、線形に２πだけ単調増加させる。なお、設定位相の１回転における回転方向を逆にする実装（θ０ラジアンからθ０−２πラジアンまでの１回転）の場合、制御装置１７は、移相回路１３の設定位相を、移相回路１３のある時点での設定位相θ０を基準として、線形に２πだけ単調減少させる。
【００８５】
その後、所定の時間（ｔ０秒とする）の間、設定位相の変更を行わない。
【００８６】
そして制御装置１７は、前記の単調増加または単調減少とは逆の方向に、線形に２πだけ移相回路１３の設定位相を変動（単調減少または単調増加）させる。すなわち制御装置１７は、移相回路１３を制御して、移相回路１３における設定位相をθ０＋２πラジアン（設定位相の回転方向を逆にする実装の場合はθ０−２πラジアン）からθ０ラジアンまで逆回転させる。この２回の回転の結果、位相の変化を示す図９の上側のグラフには、台形の形状が示されている。
【００８７】
上述のように２回の位相回転を行うと、バックスキャッタ信号の強度Ｐが最大値（ピーク）あるいは最小値（ネガティブピーク）になる瞬間が２度現れ、図９の下側のグラフに示したように、大きな山が２つできることになる。なお、上向きの２つの大きな山がピークであり、下向きの２つの大きな山がネガティブピークである。
【００８８】
ピークとネガティブピークのうちどちらを用いるべきかは、強度Ｐの最大値Ｐmaxと、強度Ｐの最小値Ｐminと、強度Ｐの平均値Ｐａｖｇを用いて場合分けがなされる。ここで平均値Ｐａｖｇとは２つのピークの中間の時刻における強度Ｐの値に等しい。（Ｐｍａｘ＋Ｐｍｉｎ）／２≧Ｐａｖｇの場合はピークを用いる。（Ｐｍａｘ＋Ｐｍｉｎ）／２＜Ｐａｖｇの場合はネガティブピークを用いる。
【００８９】
そこで制御装置１７は、１度目のピーク（あるいは１度目のネガティブピーク）が検出された時刻と、２度目のピーク（あるいは２度目のネガティブピーク）が検出された時刻の差ｔ２を計算する。なお、制御装置１７は、バックスキャッタ信号受信機１６からバックスキャッタ信号を連続的に取得して、ピーク（あるいはネガティブピーク）が検出された時刻を取得することができる。時刻の差ｔ２は、無線送電器１が受信するバックスキャッタ信号の強度が最大（ピーク）または最小（ネガティブピーク）となる時刻の相対値である。そして制御装置１７は、この相対値を用いて、位相最適化処理を実行する。例えば、以下の通りである。
【００９０】
移相回路１３における最適位相θｏｐｔを、以下の数式により算出することができる。
【００９１】
【数２】
0006849778.tif 000003
【００９２】
制御装置１７は、上記の２つの数式における４つのパラメータθ０、ｔ０、ｔ１、およびｔ２に基づいて、移相回路１３における最適位相θｏｐｔを算出する。そして制御装置１７は、移相回路１３を制御して、移相回路１３における設定位相をθｏｐｔになるように調整する。以上のようにして、制御装置１７は、第３の位相最適化処理を行うことができる。
【００９３】
なお、図９の上側のグラフに示した台形状の位相変動は、制御装置１７が移相回路１３を制御して発生させているものであるから、θ０、ｔ０、ｔ１は制御装置１７にとって既知である。ｔ２については、上述のように、制御装置１７が計算で求めればよい。移相回路１３における設定位相の回転方向は、図９の例では、位相が増加する方向に１回転させた後に、位相が減少する方向に１回転させている。しかしながら、位相が減少する方向に１回転させた後に、位相が増加する方向に１回転させてもよい。
【００９４】
上記のような往復回転法に基づく第３の位相最適化処理は、取得すべき値が、２つのピークの間の時刻の差ｔ２だけであるから、移相回路１３の制御を実施するまでの間の遅延や、離れた位置にある無線受電器２からバックスキャッタ信号を取得するまでの間の時間遅延が、移相回路１３における最適位相θｏｐｔを計算する際の誤差要因とならない。よって、移相回路１３における最適位相θｏｐｔを高い精度で算出することができる。ただし、最終的にいずれの最適化処理を用いるのが好適かは、無線送電器１を実装する際の条件による。
【００９５】
（１つずつの位相最適化）
図１０は、複数の無線送電器１を１つずつ順番に位相最適化していった場合の、無線受電器２が受け取る合成電力（受電電力）を示す概念図である。図の例では、４つの無線送電器ＥＮ０、ＥＮ１、ＥＮ２、ＥＮ３について、１つずつ順番に位相最適化を行っている（図６のフローチャート参照）。無線送電器ＥＮ０、ＥＮ１、ＥＮ２、ＥＮ３がそれぞれ位相最適化処理を終えるごとに、時間（図１０下部のグラフの横軸）につれて、受電電力（図１０下部のグラフの縦軸）が段階的に増大している。
【００９６】
なお、図１０の例においては、４つの無線送電器がすべて、第３の位相最適化処理を用いて位相最適化を実行している。しかし、４つの無線送電器が第１または第２の位相最適化処理を用いる場合や、これらの複数種類の位相最適化処理を混在させて用いる場合においても同様に、複数の無線送電器１を１つずつ順番に位相最適化していく。なぜなら、複数の無線送電器１（例えばＥＮ０とＥＮ１）について同時に位相最適化処理を行うと、合成電力（およびバックスキャッタ信号の強度）の変動に、複数の位相最適化処理のそれぞれから生じる影響が混入するので、移相回路１３における最適位相θｏｐｔを正しく特定することができなくなるからである。
【００９７】
（周波数同期の実験例）
図１１は、複数の無線送電器１の間での周波数同期処理の実験例を示すブロック図である。図示したように、無線送電器１に相当する機器ＳＤＲが複数設けられ、機器ＳＤＲが備える複数のトランスミッタ（ＴＸ１、ＴＸ２）から送信された電力を合成し、これを測定する実験が行われた。
【００９８】
図１１における水晶発振器（ＯＣＸＯ）から、基準周波数１０ＭＨｚのクロックが出力された。このクロックが分周器（１／１０）を用いて１ＭＨｚの低周波にされた状態で、有線伝送、光伝送、または無線伝送を介して、位相比較器（Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）へと入力された。位相比較器（Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）と、ループフィルタ（ＬＰＦ）と、１０ＭＨｚの水晶発振器（ＶＣ−ＯＣＸＯ）と、分周器（１／Ｎ）の部分は、位相同期回路（ＰＬＬ）を形成している。この位相同期回路を用いて、上記の１ＭＨｚの低周波が１０ＭＨｚまで逓倍されて、無線送電器１に相当する機器ＳＤＲへと入力された。このようにして、有線接続、光接続あるいは無線接続された複数の機器ＳＤＲの間で、周波数同期を行うことができることを確認した。
【００９９】
（赤外線通信を用いた場合の周波数同期の実験例）
図１２は、複数の無線送電器の間での周波数同期処理の実験例を示すブロック図である。図１２に示した実験例におけるブロック構成は、図１１に示した実験例におけるブロック構成とほぼ同様であるので、異なる部分のみを説明し、同様の部分については説明を簡略化または省略する。
【０１００】
図１２に示した実験例においては、各機器ＳＤＲの間でのクロックの共有を、ＩＲトランスミッタ（ＩＲＴＸ）とＩＲレシーバ（ＩＲＲＸ）との間の赤外線（ＩＲ）通信を介して行っている。ＩＲトランスミッタが備えるＬＥＤと、ＩＲレシーバが備えるフォトダイオードの応答速度が１ＭＨｚ程度であるため、発振器ＶＣ−ＯＣＸＯが生成した基準周波数１０ＭＨｚのクロックは、そのままでは伝送できない。そこで本実験例では、分周器（１／１０を２つ）を用いて周波数を１／１００にしたクロック（１００ｋＨｚ）を、ＩＲトランスミッタから伝送して共有している。なお、１００ｋＨｚのクロックはＰＬＬで１０ＭＨｚまで逓倍され、機器ＳＤＲに入力されている。
【０１０１】
また、各機器ＳＤＲの前段には、上位装置としてＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）が接続されている。ＰＣが通常備える一般的な制御部が、各機器ＳＤＲにおける位相最適化処理を１機器ずつ順番に実行し、合成電力を測定している。この実験の結果、赤外線通信を介した１００ｋＨｚ程度の低周波クロックを用いた場合であっても、複数の無線送電器間での周波数同期に問題が無いことが確認された。なお、この方式では各機器ＳＤＲ間の位相の同期を赤外線通信で行うことはできない。しかしながら、各機器ＳＤＲに接続された上位装置であるＰＣが、既に説明した山登り法、ランプ回転法、往復回転法などを用いた位相最適化処理を実行するので、赤外線通信の時点での位相のズレは問題とはならない。
【０１０２】
（バックスキャッタ信号に変調をかける位置についての実験例）
図１３は、バックスキャッタ信号に変調をかける位置についての実験例を示す概念図である。既に説明したように、無線受電器２のアンテナ２１は周波数ｆｃ（例えば９２０ＭＨｚ）の電波を受信（グラフの「入力電力」）して、周波数ｆｃ±ｆｍに変調されたバックスキャッタを反射（グラフの「ＲＦ電圧」）する。この変調に係る周波数ｆｍを、整流回路２２の後段である点Ａと、整流回路２２の内部にある点Ｂとにそれぞれ入力し、前記入力電力と前記ＲＦ電圧との間の関係をグラフ化した。
【０１０３】
図１３に示したグラフの横軸は、入力電力であり、縦軸は、バックスキャッタ信号の強度である。横軸と縦軸の単位はいずれもｄＢｍである。例えば、無線受電器２のアンテナ２１に−２０ｄＢｍの入力電力（受電電力）があった場合に、点Ａの場合は−３５ｄＢｍの強度のバックスキャッタ信号が放出（反射）されている。このグラフからわかるように、点Ａに変調に係る周波数ｆｍを入力した場合、グラフ上の広い帯域において線形変化（単調増加）していることが見て取れる。すなわち、バックスキャッタ信号の強度と受電強度とがほぼ比例している。従って無線送電器１は、受電強度の代わりにバックスキャッタ信号の強度を用いて、上述の位相最適化処理を行うことができる。
【０１０４】
以上のように、無線送電器が備える制御装置が、山登り法を用いて、位相最適化処理を実行してよい。これにより、バックスキャッタ信号の強度が最大になるように移相回路を制御して、無線受電器の受電電力を向上させることができる。
【０１０５】
無線送電器が備える制御装置が、前記無線送電器が備える前記移相回路の設定位相を、前記移相回路のある時点での設定位相を基準として線形に２πだけ単調増加または単調減少させ、前記無線送電器が受信する前記バックスキャッタ信号の強度が最大となるまでの時刻を用いて前記位相最適化処理を実行してよい。これにより、無線受電器の受電電力を向上させることができ、かつ、上述の山登り法よりも、移相回路に対する位相制御が少なくて済む。
【０１０６】
無線送電器が備える制御装置が、前記無線送電器が備える前記移相回路の設定位相を、前記移相回路のある時点での設定位相を基準として線形に２πだけ単調増加または単調減少させたのち、前記単調増加または単調減少とは逆の方向に、線形に２πだけ前記移相回路の設定位相を変動させ、前記無線送電器が受信する前記バックスキャッタ信号の強度が最大または最小となる時刻の相対値を用いて前記位相最適化処理を実行してよい。これにより、無線受電器の受電電力を向上させることができ、かつ、移相回路１３における最適位相θｏｐｔを高い精度で算出することができる。
【０１０７】
無線送電器が、基準周波数の信号を逓倍する逓倍器を備え、無線送電器のアンテナは、逓倍器によって逓倍された電波を送信してよい。これにより、無線送電器間の配線を低コスト化することができる。
【０１０８】
無線送電器が、基準周波数の信号を発振する基準周波数発振器を備えていてよい。そして、基準周波数発振器が発振した信号が逓倍器に入力されてよい。これにより、発振された基準周波数の信号を逓倍器によって逓倍することができる。
【０１０９】
無線送電器が、基準周波数発振器が発振した信号を外部に出力する出力部や、基準周波数の信号が入力される入力部を備えてよい。そして、基準周波数発振器が発振した信号が、複数の無線送電器の間で共有されてよい。これにより、全ての無線送電器が基準周波数の信号を発振する必要が無くなり、無線送電器および無線電力伝送システムの構成をスリム化することができる。
【０１１０】
無線受電器において、バックスキャッタ変調回路が、発振回路と波形整形回路とを備え、波形整形回路は、発振回路から入力されたクロックの波形を、デューティ比のより低い波形へと整形して、インピーダンス変調素子に入力してよい。これにより、無線受電器の電力損失を減らすことができる。
【０１１１】
無線電力伝送システムに含まれる無線送電器が、１つずつ順番に位相最適化処理を実行してよい。これにより、複数の無線送電器が同時に位相最適化処理を実行することによる不具合を回避することができる。
【０１１２】
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１、１Ａ  無線送電器
２  無線受電器
１１  基準周波数発振器
１２  逓倍器
１３  移相回路
１４  アンプ
１５  アンテナ
１６  バックスキャッタ信号受信機
１７  制御装置
２１  アンテナ
２２  整流回路
２３  バックスキャッタ変調回路
２３１  インピーダンス変調素子
２３２  波形整形回路
２３３  発振回路
２４  ダイオード
２５  蓄電回路
２６  負荷
２７  逆流防止回路
２７２  ノンオーバラップ制御回路
５００  無線電力伝送システム
【要約】
【課題】低消費電力で、受電電力を向上させる無線送電器を提供する。
【解決手段】無線送電器が、電波を送信するアンテナと、前記アンテナにより送信される電波の位相を変える移相回路と、少なくとも前記移相回路を制御する制御装置と、バックスキャッタ信号を受信するバックスキャッタ信号受信機と、を備え、前記制御装置は、前記無線送電器が受信する前記バックスキャッタ信号の強度が最大になるように前記移相回路を制御する位相最適化処理を実行する。
【選択図】図３【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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