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JP7765360B2 - 無線給電装置、無線給電方法及び無線給電システム - Google Patents
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JP7765360B2 - 無線給電装置、無線給電方法及び無線給電システム - Google Patents

無線給電装置、無線給電方法及び無線給電システム

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Description

本実施形態は、無線給電装置、無線給電方法及び無線給電システムに関する。
アレイアンテナによるビームフォーミングにより、任意の場所に置かれた受電ターゲットに対し最大の効率でマイクロ波による給電を行う手法がある。ビームフォーミングの方法として、デジタル制御によるビームフォーミング及びアナログ制御によるビームフォーミング手法が知られている。
しかしながら、ビームフォーミングを行うためには多数のアンテナ素子に対応した送信回路及び受信回路が必要となるため、部品コスト・実装コストが多くかかる。この問題を解決する手法として、モータ等を用いて高利得アンテナの仰角及び方位角(回転角)を制御する機械式給電方式が挙げられる。この手法を採用することにより、ビームフォーミング部が不要となりコストが低減する。
マイクロ波による給電装置の場合、周囲に他の無線システムが存在する状況が想定される。給電システムと他の無線システムとが混在する状況で、給電装置で大電力を扱う場合に、機械式給電方式では他の無線システムとの共存が困難になるという問題が発生する。
すなわち、前述の電子式ビームフォーミング方式の場合は、アレイアンテナを構成する個々のアンテナ(例:パッチアンテナ)の指向性に応じ、最大指向性が決定される。このため、非所望方向(例えば給電装置の設置面に水平な方向、あるいは地面に対して平行な方向)への放射を抑圧するビームを形成することも可能である。したがって、給電装置の給電エリア外に近傍周波数帯の他の無線システムが設置されている場合も、当該他の無線システムに対する大電力の信号漏洩を低減できる。このため、他の無線システムとの共存・共用も容易である。
一方、機械式給電方式の場合は、アンテナそのものの仰角を変更してビーム方向を制御することとなるため、仰角に依存せずに常に、アンテナの向きで最大指向性が決定される。したがって、仰角に応じて、非所望方向への放射を抑圧することができないため、例えばメインローブを非所望方向に向けると大電力の漏洩が発生し、また、メインローブが非所望方向に向いていなくてもサイドローブによる大電力の漏洩が非所望方向に発生し得る。このため、給電エリア外に存在する他の無線システムとの共存が困難となる。
特許第6512722号公報
本実施形態は、機械式給電方式を用いた場合にも他の無線システムとの共存を容易とする無線給電装置、無線給電方法及び無線給電システムを提供することを目的とする。
本実施形態に係る無線給電装置は、受電器へ無線給電可能な無線給電装置であって、前記無線給電用の第1信号を生成する信号生成部と、前記第1信号に基づき、電波を放射するアンテナと、前記アンテナの向きを機械的に変更可能なアクチュエータと、前記アンテナの向きに応じて、前記第1信号の送信電力を制御する制御部と、を備える。
第1実施形態に係るマイクロ波給電装置の一例を示すブロック図。 図1のマイクロ波給電装置の設置例を示す図。 電子式ビームフォーミングを行った際の仰角―最大出力特性を示す図。 機械式給電方式を行った際の仰角―最大出力特性を示す図。 仰角に応じた出力制御の例を示す図。 本実施形態に係るマイクロ波給電装置により行われる動作の例のフローチャート。 第2実施形態に係るマイクロ波給電装置の一例を示すブロック図。 第3実施形態に係るマイクロ波給電装置の一例を示すブロック図。 第4実施形態に係るマイクロ波給電装置の一例を示すブロック図。 第5実施形態に係るマイクロ波給電装置の一例を示すブロック図。 第6実施形態に係るマイクロ波給電装置の一例を示すブロック図。 第7実施形態に係るマイクロ波給電装置の一例を示すブロック図。 第8実施形態に係るマイクロ波給電装置のブロック図。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るマイクロ波給電装置100(無線給電装置)の一例を示すブロック図である。
図2は、図1のマイクロ波給電装置100の設置例を示す。マイクロ波給電装置100は、天井160の側面(裏面)に設置されている。マイクロ波給電装置100は、機械式給電方式を用いて受電器150に無線給電を行う装置である。アンテナ101の向きを仰角方向D1及び方位角方向D2のうち少なくとも仰角方向D1に変更できる。以下、天井160に対向する方向(地面への方向)を下方向と称する場合がある。マイクロ波給電装置100の設置個所は天井に限定されず、地表でもよいし、任意の場所でもよい。
図1に示すように、マイクロ波給電装置100は、アンテナ101と、高周波部103(信号生成部)と、機械的仰角制御部102(アクチュエータ)と、制御部104とを備えている。
高周波部103(信号生成部)は、受電器150への無線給電用の信号(給電用信号又は第1信号)を生成する。生成された給電用信号はアンテナ101に供給される。給電用信号は、一例として、高周波アナログ信号である。高周波部103は、例えばローカル発振器により発生させられたローカル信号を増幅することにより給電用信号を生成する。増幅前に、ローカル信号を周波数変換してもよいし、周波数変換後の信号をフィルタにより帯域制御してもよい。
機械的仰角制御部102(アクチュエータ)は、アンテナ101に接続されており、アンテナ101の向きとして、仰角及び方位角のうち仰角を機械的に変更可能な装置である。本実施形態ではアンテナ101の向きとして仰角を変更する場合を扱うが、方位角を変更する場合は他の実施形態で扱う。
制御部104は、向き制御部104Aと、電力制御部104Bと含む。制御部104はASIC(application specific integrated circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の回路またはプロセッサにより構成されてもよい。あるいはこれらの要素のうちの一部または全部が、プログラムを実行するCPUによって実行されてもよい。
向き制御部104Aは、機械的仰角制御部102に接続されており、機械的仰角制御部102を制御することで、アンテナ101の仰角を変更する。向き制御部104Aは、アンテナ101の仰角を指定した指令値を機械的仰角制御部102に送ることで、アンテナ101の仰角を制御する。機械的仰角制御部102は、指令値に従ってアンテナ101の仰角を変更する。アンテナ101に設定すべき仰角の情報は予め設定されていてもよい。あるいは、向き制御部104Aは、アンテナ101に設定すべき仰角の情報を、マイクロ波給電装置100のユーザからマイクロ波給電装置100が備えている入力インターフェース(図示せず)を介して取得してもよい。あるいは、アンテナ101に設定する仰角を示す情報を、ユーザの操作するユーザ端末から取得してもよい。
電力制御部104Bは、高周波部103に接続されており、アンテナ101に設定される仰角の情報に応じて、高周波部103により生成される給電用信号の送信電力(出力電力)を制御する。送信電力の制御は、高周波部103の利得又は減衰量を制御することを含む。電力制御部104Bは、利得又は減衰量、あるいは、出力電力値等を指定した指令値を高周波部103に送ることで、給電用信号の送信電力を制御する。このように、アンテナ101の仰角に応じて、給電用信号の送信電力を制御することで、アンテナ101の向きに拘わらず、アンテナ101から放射される電波の放射パターンが、非所望方向(例えば水平方向)の許容値を超えないように制御する。一例として、非所望方向が水平方向の場合、最大出力値は、最大放射レベルの1/100である。この値は仕様で定められていてもよい。非所望方向は、例えばマイクロ波給電装置の設置面に平行な方向である。
アンテナ101は、アンテナ101が向く方向に特定の指向性を有する放射パターンを有するアンテナである。例えば、アンテナ101の向く方向に最大の指向性を有する。例えば仰角0度(下方向)にアンテナ101を向けたときは、下方向に最大の利得の指向性を有する放射パターンが形成される。送信電力の大きさが同じであれば、アンテナ101の向きに拘わらず、各放射パターンは概ね同じ形状・大きさである。仰角30度(左斜め下方向)にアンテナ101を向けたときは、左斜め下方向に最大の利得の指向性を有する放射パターンが形成される。アンテナ101は、高周波部103に接続されており、高周波部103から給電用信号を受けて、空間に電波を、上記の指向性で放射する。アンテナ101は、電波を放射するアンテナ素子を含む。放射された電波が受電器150で受信されることで、受電器150を給電することができる。機械的仰角制御部102によりアンテナ101の仰角等が制御されることで、受電器150を含む任意の受電器を給電することが可能である。
このようにアンテナ101の仰角に応じて給電用信号の送信電力を制御することで、アンテナ101の向きと最大指向性の向きとが1対1に対応づいた機械式給電制御(もしくは仰角制御)方式の場合においても、アンテナの向きに拘わらず、非所望方向において許容値を超える電波漏洩を防止することができる。以下、図3及び図4を用いて、さらに詳細に説明する。
図3(A)は、第1の比較例となるアレイアンテナにより電子式ビームフォーミングを行う場合における仰角ごとの最大出力特性C1を示す。図3(B)は、電子式ビームフォーミングにより真下方向にビームを送信(給電用信号を送信)する状況を模式的に示す。給電装置1000は天井1001に設置されている。
図4(A)は、第2の比較例となる他の機械式給電制御(もしくは仰角制御)方式により給電を行う場合の仰角ごとの最大出力特性C2を示す。図4(B)は、他の機械式給電制御方式の給電制御により略305度の方向にビームを送信(給電用信号を送信)する状況を模式的に示す。
電子式ビームフォーミング方式では、給電装置1000におけるアレイアンテナを構成する個々のアンテナ(例えば、パッチアンテナ)の指向性に応じて、最大指向性が決定される。そのため個々のアンテナの指向性(アンテナの信号の重み)を調整することで、例えば、図3(A)に示すような所望の仰角―最大出力特性C1を得ることが容易である。つまり、電子式ビームフォーミングでは、図3(A)に示す最大出力特性C1を満たすように、どの方向へ最大指向性を向けることも容易である。最大出力特性C1を満たすことで他の無線システムへの干渉が抑制され、他の無線システムとの共存が容易である。
例えば、図3(B)のように天井1001に設置された給電装置1000から真下(0度)の方向にビームを送信する場合は、放射パターンP1が得られる。また略314度の方向にビームを送信する場合は、最大出力特性C1を満たす結果となり放射パターンP2が得られる。放射パターンP1、P2のメインローブ及びサイドローブのいずれも最大出力特性C1が示す最大値(許容値)を超えない。
図3(A)の最大出力特性C1では、給電装置1000の設置面の水平方向又は地面に平行な方向への最大出力値が最も小さくなり、この方向は非所望の方向に対応する。どの方向にビームを送信する場合も、水平方向の最大電力値をメインローブ及びサイドローブが、最大出力特性C1が示す出力値を超えないように放射パターンを制御することができる。これにより、水平方向への放射を抑圧できる。これにより、給電装置の給電エリア外に設置された近傍周波数帯の他の無線システムに対する大電力の信号漏洩を低減させることができるため、他の無線システムとの共存・共用が容易となる。
一方、図4(A)において、第2の比較例となる他の機械式給電制御方式の場合はアンテナがどの方向に向いても、最大指向性は一定(どの方向も最大電力値が同じ)である。機械式給電制御方式では、アンテナそのものの仰角を変更してビーム方向を制御することとなるため、仰角にかかわらず、最大指向性が一定となる。このため、図示の最大出力特性C2の形状は半円状となっている。よって、非所望方向である水平方向の指向性の減衰を発生させるといったことができないため、ビームの方向が水平方向に近づくと、メインローブ及びサイドローブの少なくとも一方による大電力の漏洩が減衰せずに水平方向に発生する。この結果、給電エリア外に存在する他の無線システムに干渉を与え、他の無線システムとの共存が困難となる。
例えば、図4(B)のように天井2001に設置された給電装置2000から略305度の方向にビームを送信する場合の放射パターンP4も、真下(0度)の方向にビームを送信する場合の放射パターンP3も最大出力値が同程度でありパターン形状も同等である。水平方向の指向性(もしくは指向性減衰)制御を行うことができず、放射パターンP4のサイドローブS1(図4(A))の水平方向の電力値は許容値を超えている。
これに対して、本実施形態に従った機械式給電制御方式では、制御部104が、アンテナ101の仰角の情報に基づいて、高周波部103の利得又は減衰量等を制御する。これにより、アンテナ101の仰角(向き)に拘わらず、非所望方向の最大出力値が許容値を超えないような仰角―最大出力特性を実現できる。
図5は、制御部104が行う利得又は減衰量の制御の例を説明するための図である。
図5(A)は、制御部104が行う利得又は減衰量の制御の例を模式的に示す。上述した第2の比較例における機械式給電制御の仰角―最大出力特性C2(図4(A))を、第1の比較例における電子式ビームフォーミングの仰角―最大出力特性C1(図3(B))に一致させる又は近づけるため、高周波部103の利得又は減衰量を制御(L1~L6)する。これにより仰角―最大出力特性C2を変形させる。第2の比較例における機械式給電制御では仰角に応じて仰角―最大出力特性が変化しないが、本実施形態では、第1の比較例の電子式ビームフォーミングと同一又は近似する仰角―最大出力特性となるように仰角に応じて高周波部103の利得又は減衰量を制御する。仰角―最大出力特性に従えば、例えば、どの仰角方向でも、放射パターンにおけるメインローブの最大出力がその仰角方向において最大出力特性の最大値以下にすれば、サイドローブの最大出力も仰角―最大出力特性を満たす。
図5(B)は具体的な利得又は減衰量の制御の例のグラフを示す。横軸がアンテナ101の仰角、縦軸が減衰量となっている。真下の方向では減衰量がゼロであり、両水平方向(-90度(270度)、90度)にアンテナ101の仰角が近づくほど、減衰量を大きくしている。つまり各仰角で給電を行う場合の最大出力が最大出力特性C1の値になるように制御する。
このように、仰角の値に応じて減衰量を制御することにより、機械式給電制御方式においても、電子式ビームフォーミングと同様に、水平方向への電磁波漏洩を低減できる。すなわち、実際の利用環境に応じて、水平方向への電磁波漏洩の低減を実現することが可能となる。
図5(B)のグラフは一例であり、このグラフに必ずしも従う必要はない。例えば放射電波のメインロードとサイドローブ間、あるいはサイドローブ間には、電力の利得が非常に低い谷部分があり得る。そこで、この部分が非所望方向(例えば水平方向)を向くときは、図5(B)のグラフに従う場合よりも減衰量を小さくしても、水平方向への電磁波漏洩の低減を図ることができる場合がある。つまり図5(B)のグラフ(あるいは仰角―最大出力特性)の場合、各方向にメインローブを向ける場合の当該方向における最大電力値が特定されていると言える。例えば、水平方向の場合、水平方向にメインローブを向ける場合の当該水平方向における最大電力値が特定されている。したがって、上記の低い部分がこの水平方向を向き、かつメインローブが他の方向を向く場合は、メインローブをグラフに従って最大値としても低い部分が水平方向における最大出力値を余裕で下回る。したがって、この場合は、メインローブの最大出力値をグラフに従う場合より大きくすることも可能である。但し、この低い部分が上記グラフ(あるいは仰角―最大出力特性)において水平方向における最大出力値を超えないものとする。これにより、高い電力での給電が可能となり、給電効率が向上する。
図6は、本実施形態に係るマイクロ波給電装置100により行われる動作の例のフローチャートである。本動作は、本実施形態に係る無線給電方法の一例に対応する。制御部104が、アクチュエータ102を介して、受電器150に対するアンテナ101の向きを変更する(S101)。制御部104が、アンテナ101の向きに応じて、給電用の信号(第1信号)の送信電力を決定する(S102)。高周波部103が、決定された送信電力に基づき、給電用の信号を生成する(S103)。アンテナ101が、生成された信号を受けて、空間に電波を放射する。放射パターンの最大指向性はアンテナ101の向きによって決まるが(機械的給電制御方式)、放射パターンの大きさは、送信電力に応じて変動する。これによりアンテナ101の向きに応じて非所望方向に許容値を超える電力が漏れることを防止できる。
以上、本実施形態によれば、アンテナ101の仰角に応じて、高周波信号の送信電力を制御することにより、機械的給電制御を行う場合も、非所望方向(例えば水平方向)への電波の漏洩を低減することができる。これにより、簡易な構成で水平方向に存在する他の無線システムに対する影響を低減することが可能となる。よって、機械式給電制御方式を用いた場合に他の無線システムとの共存・共用を容易となる。
(第2実施形態)
図7は、第2実施形態に係るマイクロ波給電装置200の一例を示すブロック図である。マイクロ波給電装置200は、アンテナ201、機械的仰角制御部202(アクチュエータ)、可変利得増幅器/可変減衰器203、高周波発振器204(信号生成部)、制御部205を備える。マイクロ波給電装置200は、図1のマイクロ波給電装置100の高周波部103を具体化したものである。アンテナ201、機械的仰角制御部202、制御部205における向き制御部205Aは、第1実施形態におけるアンテナ101、機械的仰角制御部102、向き制御部104Aと同じ機能を有するため説明を省略する。以下、第1実施形態との差分を中心に説明し、第1及び第2実施形態と同じ説明は適宜省略する。
高周波発振器204は、一定周波数の高周波信号を生成する発振器である。高周波発振器204は、生成した高周波信号を可変利得増幅器/可変減衰器203に供給する。
可変利得増幅器/可変減衰器203は、可変利得増幅器及び可変減衰器の少なくとも1つ、又は増幅器と可変減衰器の組、を含む。
制御部205は、向き制御部205A及び電力制御部205Bを含む。電力制御部205Bは、アンテナ201に設定される仰角の情報に応じて、可変利得増幅器/可変減衰器203の利得/減衰量を制御する。制御の方法は、第1実施形態と同様である。
可変利得増幅器/可変減衰器203は、電力制御部205Bにより設定される利得/減衰量に基づき、高周波発振器204から供給される高周波信号を増幅する。増幅された高周波信号は給電用信号としてアンテナ201に供給され、機械的ビームフォーミングによりアンテナ201から電波が放射される。放射された電波は受電器150(図2参照)で受信され、これにより、受電器150を給電する。
以上、本実施形態によれば、アンテナ101の仰角に応じて、可変利得増幅器/可変減衰器203の利得/減衰量を制御する。これにより送信電力の制御を簡単な構成で行うことができる。
(第3実施形態)
図8は、第3実施形態に係るマイクロ波給電装置300の一例を示すブロック図である。
マイクロ波給電装置300は、アンテナ301と、機械的仰角制御部302(アクチュエータ)と、高周波部303と、制御部304と、を備えている。アンテナ301、機械的仰角制御部302は、第1実施形態におけるアンテナ101、機械的仰角制御部102と同じ機能を有するため説明を省略する。以下、第1及び第2実施形態との差分を中心に説明し、第1及び第2実施形態と同じ説明は適宜省略する。
高周波部303は、送信部305、受信処理部306、切替器307を備えている。
送信部305は、第1実施形態の高周波部103(図1参照)と同様の機能を備える。または、送信部305は、図7の可変利得増幅器/可変減衰器203と高周波発振器204と同様の機能を備える。
切替器307は、アンテナ301を受信処理部306又は送信部305に選択的に接続するスイッチを含む。切替器307は、制御部304から接続先を指定した指示情報を受信し、指示情報に従って、接続先を切り替える。
受信処理部306は、マイクロ波給電装置300が使用する周波数の同一・近傍周波数を使用する他の無線システムが周囲に存在するかを検知するキャリアセンスを行う機能を有する。受信処理部306は、アンテナ301を介して受信した信号(第2信号)の受信電力レベルを、閾値と比較する。受信処理部306は、受信電力レベルが閾値以上の場合に、他の無線システムが存在し、閾値未満の場合に、他の無線システムは存在しないと検知する。キャリアセンスの閾値は、制御部304によって設定又は切替可能である。受信処理部306は、キャリアセンスの結果情報を制御部304に送る。
なお受信用に複数のアンテナ素子を含むアレイアンテナを備えている場合は、受信処理部306は、受電器150から定期的に送信されるビーコン信号をアレイアンテナの素子数分受信することで、受電器150との間の伝搬路を推定してもよい。この場合、受信処理部306は、伝搬路推定の結果に基づき、受電器150が存在する方向を推定してもよい。受信処理部306は、推定した結果を示す方向情報を制御部304に送ってもよい。
制御部304は、向き制御部304Aと、電力制御部304Bとを含む。
向き制御部304Aは、キャリアセンスの結果情報に基づき、アンテナ301の仰角を決定する。例えば、アンテナ301の仰角を様々に変えてキャリアセンスを受信処理部306に行わせ、キャリアセンスの結果情報が他の無線システムを検知しないときのアンテナ301の仰角を決定する。あるいは、向き制御部304Aは、受信処理部306から方向情報を取得し、方向情報に基づき受電器150の方向を決定し、受電器150の方向に合わせてアンテナ301の仰角を決定する。向き制御部304Aは、決定した仰角を示す情報を機械的仰角制御部302に送り、アンテナ301の仰角を機械的仰角制御部302に設定させる。もしくはユーザがあらかじめ設定した仰角テーブルに基づき、その情報を機械的仰角制御部302に送り、アンテナ301の仰角を機械的仰角制御部302に設定させる。仰角テーブルにはアンテナ301の仰角を様々に変えてキャリアセンスを行う場合の仰角の設定パターンが格納されていてもよい。
電力制御部304Bは、第1又は第2実施形態と同様の方法で、給電用信号の送信電力を制御する。また、電力制御部304Bは、向き制御部304Aにより決定された仰角に応じて、受信処理部306で行うキャリアセンスの閾値を決定する。一例として、仰角が大きいほど、大きな値の閾値を決定する。例えば、アンテナの仰角が第1の方向を向く場合に第1の閾値を決定し、アンテナの仰角が第1の方向より水平方向に近い第2方向を向く場合に、第1の閾値より大きい第2の閾値を決定する。すなわち、この場合、受信処理部306は、アンテナの仰角が第1の方向を向く場合に第1の閾値を用い、アンテナの仰角が第1の方向より水平方向に近い第2方向を向く場合に、第1の閾値より大きい第2の閾値を用いる。電力制御部304Bは、仰角と閾値とを対応付けたテーブルに基づき、向き制御部304Aにより決定された仰角に対応する閾値を決定してもよい。
電力制御部304Bは、受信処理部306からのキャリアセンスの結果情報に基づき、受電器150への給電を制御する。例えば、向き制御部304Aによりアンテナ301の仰角が決定された後、キャリアセンスの結果情報が周囲に同一・近傍周波数を使用する他の無線システムが存在しないことを示す場合に給電を開始する。また、給電後では、キャリアセンスの結果情報が周囲に同一・近傍周波数を使用する他の無線システムが存在することを示す場合に給電を停止する。
本実施形態によれば、同一・近傍周波数の他の無線システムの存在有無をキャリアセンスにより検知する際に、アンテナの仰角に応じた閾値を設定することにより、仰角に応じた適切な(過大でない)受信感度でキャリアセンスを行うことが可能となる。例えば、仰角が0度から離れるほど給電装置からの送信電力も低くされるが(図5(B)参照)、この場合、送信電力が他の無線システムに与える影響も小さいから、必要以上に高感度に他の無線システムがキャリアセンスにより検知されるべきでない。本実施形態では、仰角に応じてキャリアセンスの閾値が設定されるため、必要以上に他の無線システムを検知することによる給電の停止又はアンテナの仰角の変更を抑制することができる。よって、給電時間効率の向上が可能となる。
(第4実施形態)
図9は、第4実施形態に係るマイクロ波給電装置400の構成例を示す図である。
マイクロ波給電装置400は、アンテナ401、機械的仰角制御部402、機械的回転角制御部403を備える。アンテナ401は、第1実施形態におけるアンテナ101と同じ機能を有する。機械的仰角制御部402及び機械的回転角制御部403の少なくとも一方の筐体内、あるいはその他の箇所に、第1~第3実施形態のいずれかにおける高周波部及び制御部(向き制御部・電力制御部)が設けられている。機械的仰角制御部402及び機械的回転角制御部403は、本実施形態に係るアクチュエータに対応する。本実施形態に係る向き制御部は機械的仰角制御部402を制御することで、アンテナ401の仰角を制御可能であり、機械的回転角制御部403を制御することでアンテナ401の方位角を制御可能である。マイクロ波給電装置400は天井460に取り付けられている。
機械的仰角制御部402は、サーボモータ等の可動部を含み、可動部により、アンテナ401の向きを仰角方向D11に変更可能である。これによりアンテナ401の仰角を変更できる。可動部にはサーボモータ以外にもステッピングモータなどのモータを用いてもよい。サーボモータは、DCサーボモータ、ACサーボモータ、コアレスモータ、DDモータなど種類を問わない。なお、ユーザによってアンテナ401の向きを制御する場合も排除されない。この場合、ユーザに設定すべき向き(仰角)を示す情報を通知し、ユーザが手動でアンテナ401の向きを調整してもよい。この場合、機械的仰角制御部402は、ユーザの手動操作によってアンテナ401の向きを変更可能にアンテナ401を支持する機構でもよい。ユーザに情報を通知する手段は、マイクロ波給電装置400にユーザ端末と通信する通信部を設けてもよいし、マイクロ波給電装置400に情報を表示する表示部を設けてもよい。
機械的回転角制御部403は、ステッピングモータ等の可動部を含み自部403が回転することで、アンテナ401の向きを方位角方向(回転角方向)D12に変更可能である。これにより、アンテナ401の方位角を変更可能である。機械的回転角制御部403は、アンテナ401又は機械的仰角制御部402を支持する支持部440を含み、支持部を回転させることで、アンテナ401の向きを方位角方向D12に変更できる。可動部にはステッピングモータ以外にも、サーボモータなどを用いてもよい。ステッピングモータの種類はVR型、PM型、HB型のいずれでもよい。なお、ユーザによってアンテナ401の方位角を制御する場合も排除されない。この場合、ユーザに設定すべき向き(方位角)を通知する情報を通知し、ユーザが手動でアンテナ401の方位角を調整してもよい。この場合、機械的回転角制御部403は、ユーザの手動操作によって支持部4440を回転可能に支持する機構でもよい。ユーザに情報を通知する手段は、マイクロ波給電装置400にユーザ端末と通信する通信部を設けてもよいし、マイクロ波給電装置400に情報を表示する表示部を設けてもよい。
以上、本実施形態によれば、アンテナ401の方位角を機械的回転角制御部403により制御することにより、任意の方位角方向への放射が可能となる。また、仰角と方位角の組み合わせで、放射信号の偏波(直線偏波)面の制御も可能となる。
(第5実施形態)
図10は、第5実施形態に係るマイクロ波給電装置500の構成例を示す図である。
マイクロ波給電装置500は、アンテナ501、機械的仰角制御部502、機械的回転角制御部503を備える。アンテナ500は、第1実施形態におけるアンテナ101と同じ機能を有する。機械的仰角制御部502及び機械的回転角制御部503の少なくとも一方の筐体内、あるいはその他の箇所に、第1~第3実施形態のいずれかにおける高周波部及び制御部(向き制御部・電力制御部)が設けられている。機械的仰角制御部502及び機械的回転角制御部503は、本実施形態に係るアクチュエータに対応する。本実施形態に係る向き制御部は機械的仰角制御部502を制御することで、アンテナ501の仰角を制御可能であり、機械的回転角制御部503を制御することでアンテナ501の方位角を制御可能である。
機械的仰角制御部502は、アンテナ501を円弧状のレール504で移動させる機構を備える。円弧状のレール504は、凹状のレールの一例であり、湾曲状又は他の形状のレールでもよい。機械的仰角制御部502は、当該機構を制御することで、アンテナ501の仰角を仰角方向D21に変更可能である。機械的回転角制御部503は、第4実施形態の機械的回転角制御部と同様である。機械的回転角制御部503は、アンテナ501の向きを方位角方向D22に変更できる。
以上、本実施形態によれば、アンテナ501を円弧状のレール504で移動させることでアンテナ501の仰角を変更することにより、前述の図9の構成でアンテナの仰角を制御することが困難な構造のアンテナであっても、仰角の変更が容易となる。また、アンテナ501の方位角を機械的回転角制御部503により制御することにより、任意の方位角方向への放射が可能となる。また、仰角と方位角の組み合わせで、放射信号の偏波(直線偏波)面の制御も可能となる。
(第6実施形態)
図11は、第6実施形態に係るマイクロ波給電装置600の構成例を示す図である。
マイクロ波給電装置600は、アンテナ601、機械的仰角制御部602、機械的回転角制御部603を備える。アンテナ601は、第1実施形態におけるアンテナ101と同じ機能を有する。機械的仰角制御部602及び機械的回転角制御部603の少なくとも一方の筐体内、あるいはその他の箇所に、第1~第3実施形態のいずれかにおける高周波部及び制御部(向き制御部・電力制御部)が設けられている。機械的仰角制御部602及び機械的回転角制御部603は、本実施形態に係るアクチュエータに対応する。本実施形態に係る向き制御部は機械的仰角制御部602を制御することで、アンテナ601の仰角を制御可能であり、機械的回転角制御部603を制御することでアンテナ601の方位角を制御可能である。
機械的仰角制御部602はロボットアームを含み、ロボットアームの駆動により、自由にアンテナ601の仰角を変更可能である。ロボットアームの一端はベース604に接続されており、ロボットアームの他端は、機械的回転角制御部603に接続されている。
以上、本実施形態によれば、ロボットアームを用いることで、アンテナ601の仰角を仰角方向D31に変化させることができるとともに、アンテナ601を幅広い範囲で移動させることができる。よって給電のターゲットとなる領域を増やすことができる。また、アンテナ601の方位角を機械的回転角制御部603により制御することにより、任意の方位角方向D32への放射が可能となる。また、仰角と方位角の組み合わせで、放射信号の偏波(直線偏波)面の制御も可能となる。
(第7実施形態)
図12は、第7実施形態に係るマイクロ波給電装置700の外観構成例を示す図である。マイクロ波給電装置700は天井760に取り付けられている。
マイクロ波給電装置700は、アンテナ701(701A、701B)、機械的仰角制御部702(アクチュエータ)、送信器710を備えている。送信器710は、第1~第3実施形態のいずれかにおける高周波部及び制御部(向き制御部・電力制御部)を含む。
アンテナ701は、電波を放射する放射器(アンテナ素子)701Aと、放射器701Aに対向し放射器701Aから放射された電波を反射させる反射器701Bとを含む。
機械的仰角制御部702は、放射器701Aに対して反射器701Bを相対的に移動させることが可能である。例えば反射器701Bを左周方向D41及び右周方向D42に移動可能である。放射器701Aに対する反射器701Bの向きが変更され、これにより放射器701Aから放射された電波の反射方向、すなわちアンテナ701の最大利得方向あるいはアンテナ701の放射方向を変更可能である。本実施形態に係る向き制御部は機械的仰角制御部702を制御することで、反射器701Bを移動させる。これにより、第1~第6実施形態においてアンテナの仰角を変更するのと同様の効果を得ることができる。このように反射器701Bを移動させることは、第1~第6実施形態において仰角を変更することに対応する。
前述した図9~図11のように機械的回転角制御部を設け、アンテナ701の放射器701Aを方位角方向に回転可能にしてもよい。
以上、本実施形態によれば、仰角を変更することが難しい構造のアンテナであっても、アンテナを放射器701Aとして用い、放射器701Aの放射した電波を、反射器701Bで反射させることで、アンテナの仰角を変更するのと同様の効果を得ることができる。
(第8実施形態)
図13は、第8実施形態に係るマイクロ波給電装置800の構成例を示す図である。マイクロ波給電装置800は天井860に取り付けられている。
マイクロ波給電装置800は、アンテナ801、機械的仰角制御部802、機械的回転角制御部803、電波吸収/反射板804を備える。アンテナ801は、第1実施形態におけるアンテナ101と同じ機能を有する。機械的仰角制御部802及び機械的回転角制御部803の少なくとも一方の筐体内、あるいはその他の箇所に、第1~第3実施形態のいずれかにおける高周波部及び制御部(向き制御部・電力制御部)が設けられている。機械的仰角制御部802及び機械的回転角制御部803は、本実施形態に係るアクチュエータに対応する。本実施形態に係る向き制御部は機械的仰角制御部802を制御することで、アンテナ801の仰角を制御可能であり、機械的回転角制御部803を制御することでアンテナ801の方位角を制御可能である。図13の構成は、図9の構成に、電波吸収/反射板804を追加したものに相当する。以下、図9と同じ説明は適宜省略する。
電波吸収・反射板804は、アンテナ801の周囲からアンテナ801を囲むように天井860に取り付けられている。図では電波吸収・反射板804の断面が示されている。電波吸収・反射板804は水平方向(90度または270(―90度))又はその近傍方向へ放射された電波を吸収又は反射させる。
反射の場合は、アンテナ801から放射される電波の少なくとも一部を反射可能な第2部材として電波吸収・反射板804が、電波の漏洩を阻止する第1方向(例えば水平方向)に対応する第1位置H1と、第1位置H1に対向する第2位置H2とを含む位置に設けられる。反射した電波は反対側の板で再度反射され、以降、減衰するまで反射が繰り返される。もしくは電波吸収・反射板804にて電磁波から熱エネルギに変換され減衰される。これにより水平方向への電波の漏洩を抑制できる。
吸収の場合、アンテナ801から放射される電波の少なくとも一部を吸収可能な第1部材として電波吸収・反射板804が電波の漏洩を阻止する第1方向(例えば水平方向)に対応する位置H1又は位置H2又はこれらの両方に設けられる。
電波を吸収させる場合、例えば電波吸収・反射板804は誘電体あるいは磁性体で構成され、電波を反射させる場合、電波吸収・反射板804は金属で構成できる。これにより、アンテナ801の仰角によらず、水平方向及びその近傍方向に存在する他の無線システムへの干渉を抑制することが可能となる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
なお、本実施形態は以下のような構成を取ることもできる。
[項目1]
受電器へ無線給電可能な無線給電装置であって、
前記無線給電用の第1信号を生成する信号生成部と、
前記第1信号に基づき、電波を放射するアンテナと、
前記アンテナの向きを機械的に変更可能なアクチュエータと、
前記アンテナの向きに応じて、前記第1信号の送信電力を制御する制御部と、
を備えた無線給電装置。
[項目2]
前記信号生成部は、前記第1信号の利得を変更可能な可変増幅器及び前記第1信号の減衰量を変更可能な可変減衰器の少なくとも一方を含み、
前記制御部は、前記可変増幅器及び前記可変減衰器の少なくとも一方を制御することにより、前記第1信号の送信電力を制御する
項目1に記載の無線給電装置。
[項目3]
前記信号生成部は、増幅器と可変減衰器とを含み、
前記制御部は、前記可変減衰器を制御することにより、前記第1信号の送信電力を制御する
項目1又は2に記載の無線給電装置。
[項目4]
前記制御部は、前記アンテナのとり得る複数の向きと、複数の減衰量又は複数の利得とを対応づけた対応データに基づき、前記第1信号の送信電力を制御する
項目2又は3に記載の無線給電装置。
[項目5]
前記アクチュエータは、前記アンテナの仰角及び方位角のうち少なくとも仰角を変更可能である
項目1~4のいずれか一項に記載の無線給電装置。
[項目6]
前記制御部は、前記アンテナの仰角が第1の方向を向く場合に前記第1信号の送信電力を第1電力値に制御し、
前記アンテナの仰角が前記第1の方向より前記無線給電装置の設置面に水平な方向に近い第2方向を向く場合に、前記第1信号の送信電力を前記第1電力値より小さい第2電力値に制御する
項目5に記載の無線給電装置。
[項目7]
前記アンテナを介して前記受電器とは異なる他の無線システムからの第2信号のキャリアセンスを行う受信処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記キャリアセンスの結果に基づき、前記アクチュエータを制御する
項目1~6のいずれか一項に記載の無線給電装置。
[項目8]
前記受信処理部は、前記キャリアセンスとして、前記第2信号の受信電力レベルを閾値と比較し、
前記制御部は、前記アンテナの向きに応じて、前記閾値を変更する
項目7に記載の無線給電装置。
[項目9]
前記制御部は、前記受信電力レベルが前記閾値より大きい場合に、前記アクチュエータを制御して前記アンテナの向きを変更する、もしくは前記アンテナからの前記電波の送信を停止する
項目8に記載の無線給電装置。
[項目10]
前記受信処理部は、前記アンテナの仰角が第1の方向を向く場合に第1の閾値を用い、
前記アンテナの仰角が前記第1の方向より前記無線給電装置の設置面に水平方向に近い第2方向を向く場合に、第1の閾値より大きい第2の閾値を用いる
項目8又は9に記載の無線給電装置。
[項目11]
前記アクチュエータは、前記アンテナを凹状のレールに沿って移動させることにより前記アンテナの仰角を変更可能である
項目5又は6に記載の無線給電装置。
[項目12]
前記アクチュエータは、一端がベースに接続されたロボットアームを含み、
前記アンテナが前記ロボットアームの他端に接続されており、
前記アクチュエータは、前記ロボットアームを駆動することにより前記アンテナの仰角を変更可能である
項目5、6又は11に記載の無線給電装置。
[項目13]
前記アクチュエータは、前記アンテナを支持する支持部を回転させることにより、前記アンテナの方位角を変更可能である。
項目5、6、11又は12に記載の無線給電装置。
[項目14]
前記アンテナは、前記電波を放射する放射器と、前記放射器から放射された前記電波を反射させる反射器とを備え、
前記アクチュエータは、前記反射器を前記放射器に対して移動させることにより前記電波が反射する方向を変更可能である
項目1~13のいずれか一項に記載の無線給電装置。
[項目15]
前記アンテナから放射される電波の少なくとも一部を吸収可能な第1部材が前記電波の漏洩を阻止する第1方向に対応する位置に設けられた
項目1~14のいずれか一項に記載の無線給電装置。
[項目16]
前記アンテナから放射される電波の少なくとも一部を反射可能な第2部材が前記電波の漏洩を阻止する第1方向に対応する第1位置と、前記第1位置に対向する第2位置とを含む位置に設けられた
項目1~15のいずれか一項に記載の無線給電装置。
[項目17]
前記制御部は、前記アンテナがとることが可能な仰角方向毎に最大出力値を定めた最大出力特性に基づき、前記第1信号の送信電力を制御する
項目1~16のいずれか一項に記載の無線給電装置。
[項目18]
前記無線給電装置の設置面に水平な方向への前記電波の放射レベルの最大出力値は、前記アンテナの最大放射レベルの1/100以下である
項目17に記載の無線給電装置。
[項目19]
受電器へ無線給電する無線給電方法であって、
前記受電器に対するアンテナの向きを機械的に変更し、
前記アンテナの向きに応じて、前記無線給電用の第1信号の送信電力を決定し、
前記送信電力に基づき、前記第1信号を生成し、
前記第1信号に基づき、前記アンテナから電波を放射する
を備えた無線給電方法。
[項目20]
受電器と、
前記受電器に対する無線給電用の第1信号を生成する信号生成部と、
前記第1信号に基づき、電波を放射するアンテナと、
前記アンテナの向きを機械的に変更可能なアクチュエータと、
前記アンテナの向きに応じて、前記第1信号の送信電力を制御する電力制御部と、
を備えた無線給電システム。
100 マイクロ波給電装置
101 アンテナ
102 機械的仰角制御部
102 アクチュエータ
103 高周波部
104 制御部
104A 向き制御部
104B 電力制御部
150 受電器
160 天井
200 マイクロ波給電装置
201 アンテナ
202 機械的仰角制御部
203 可変減衰器
204 高周波発振器
205 制御部
205A 向き制御部
205B 電力制御部
300 マイクロ波給電装置
301 アンテナ
302 機械的仰角制御部
303 高周波部
304 制御部
304A 向き制御部
304B 電力制御部
305 送信部
306 受信処理部
307 切替器
400 マイクロ波給電装置
401 アンテナ
402 機械的仰角制御部
403 機械的回転角制御部
460 天井
500 マイクロ波給電装置
501 アンテナ
502 機械的仰角制御部
503 機械的回転角制御部
504 レール
600 マイクロ波給電装置
601 アンテナ
602 機械的仰角制御部
603 機械的回転角制御部
604 ベース
700 マイクロ波給電装置
701 アンテナ
701A 放射器
701B 反射器
702 機械的仰角制御部
710 送信器
760 天井
800 マイクロ波給電装置
801 アンテナ
802 機械的仰角制御部
803 機械的回転角制御部
804 電波吸収・反射板
804 反射板
860 天井
1000 給電装置
1001 天井
2000 給電装置
2001 天井
C1 最大出力特性
C2 最大出力特性
D1 仰角方向
D2 方位角方向
D11 仰角方向
D12 方位角方向
P1 放射パターン
P2 放射パターン
P3 放射パターン
P4 放射パターン

Claims (20)

  1. 受電器へ無線給電可能な無線給電装置であって、
    前記無線給電用の第1信号を生成する信号生成部と、
    前記第1信号に基づき、電波を放射するアンテナと、
    前記アンテナの向きを機械的に変更可能なアクチュエータと、
    前記アンテナの向きに応じて、前記第1信号の送信電力を制御する制御部と、
    前記アンテナを介して前記受電器とは異なる他の無線システムからの第2信号のキャリアセンスを行う受信処理部と、を備え、
    前記受信処理部は、前記キャリアセンスとして、前記第2信号の受信電力レベルを閾値と比較し、
    前記制御部は、前記キャリアセンスの結果に基づいて前記アクチュエータを制御するとともに、前記アンテナの向きに応じて、前記閾値を変更する
    無線給電装置。
  2. 受電器へ無線給電可能な無線給電装置であって、
    前記無線給電用の第1信号を生成する信号生成部と、
    前記第1信号に基づき、電波を放射するアンテナと、
    前記アンテナの向きを機械的に変更可能なアクチュエータと、
    前記アンテナの向きに応じて、前記第1信号の送信電力を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記アンテナがとることが可能な仰角方向毎に最大出力値を定めた最大出力特性に基づき、前記第1信号の送信電力を制御する、
    無線給電装置。
  3. 前記信号生成部は、前記第1信号の利得を変更可能な可変増幅器及び前記第1信号の減衰量を変更可能な可変減衰器の少なくとも一方を含み、
    前記制御部は、前記可変増幅器及び前記可変減衰器の少なくとも一方を制御することにより、前記第1信号の送信電力を制御する
    請求項1又は2に記載の無線給電装置。
  4. 前記信号生成部は、増幅器と可変減衰器とを含み、
    前記制御部は、前記可変減衰器を制御することにより、前記第1信号の送信電力を制御する
    請求項1又は2に記載の無線給電装置。
  5. 前記制御部は、前記アンテナのとり得る複数の向きと、複数の減衰量又は複数の利得とを対応づけた対応データに基づき、前記第1信号の送信電力を制御する
    請求項に記載の無線給電装置。
  6. 前記アクチュエータは、前記アンテナの仰角及び方位角のうち少なくとも仰角を変更可能である
    請求項1又は2に記載の無線給電装置。
  7. 前記制御部は、前記アンテナの仰角が第1の方向を向く場合に前記第1信号の送信電力を第1電力値に制御し、
    前記アンテナの仰角が前記第1の方向より前記無線給電装置の設置面に水平な方向に近い第2方向を向く場合に、前記第1信号の送信電力を前記第1電力値より小さい第2電力値に制御する
    請求項6に記載の無線給電装置。
  8. 前記制御部は、前記受信電力レベルが前記閾値より大きい場合に、前記アクチュエータを制御して前記アンテナの向きを変更する、もしくは前記アンテナからの前記電波の送信を停止する
    請求項1に記載の無線給電装置。
  9. 前記受信処理部は、前記アンテナの仰角が第1の方向を向く場合に第1の閾値を用い、 前記アンテナの仰角が前記第1の方向より前記無線給電装置の設置面に水平方向に近い第2方向を向く場合に、第1の閾値より大きい第2の閾値を用いる
    請求項1に記載の無線給電装置。
  10. 前記アクチュエータは、前記アンテナを凹状のレールに沿って移動させることにより前記アンテナの仰角を変更可能である
    請求項6に記載の無線給電装置。
  11. 前記アクチュエータは、一端がベースに接続されたロボットアームを含み、
    前記アンテナが前記ロボットアームの他端に接続されており、
    前記アクチュエータは、前記ロボットアームを駆動することにより前記アンテナの仰角を変更可能である
    請求項6に記載の無線給電装置。
  12. 前記アクチュエータは、前記アンテナを支持する支持部を回転させることにより、前記アンテナの方位角を変更可能である、
    請求項6に記載の無線給電装置。
  13. 前記アンテナは、前記電波を放射する放射器と、前記放射器から放射された前記電波を反射させる反射器とを備え、
    前記アクチュエータは、前記反射器を前記放射器に対して移動させることにより前記電波が反射する方向を変更可能である
    請求項1又は2に記載の無線給電装置。
  14. 前記アンテナから放射される電波の少なくとも一部を吸収可能な第1部材が前記電波の漏洩を阻止する第1方向に対応する位置に設けられた
    請求項1又は2に記載の無線給電装置。
  15. 前記アンテナから放射される電波の少なくとも一部を反射可能な第2部材が前記電波の漏洩を阻止する第1方向に対応する第1位置と、前記第1位置に対向する第2位置とを含む位置に設けられた
    請求項1又は2に記載の無線給電装置。
  16. 前記無線給電装置の設置面に水平な方向への前記電波の放射レベルの最大出力値は、前記アンテナの最大放射レベルの1/100以下である
    請求項1に記載の無線給電装置。
  17. 無線給電装置による受電器への無線給電方法であって、
    前記受電器に対するアンテナの向きを機械的に変更し、
    前記アンテナを介して前記受電器とは異なる他の無線システムからの第2信号のキャリアセンスを行い、
    前記キャリアセンスとして、前記第2信号の受信電力レベルを閾値と比較し、
    前記アンテナの向きに応じて、前記閾値を変更し、
    前記キャリアセンスの結果に基づいて前記アンテナの向きを制御し、
    前記アンテナの向きに応じて、前記無線給電用の第1信号の送信電力を決定し、
    前記送信電力に基づき、前記第1信号を生成し、
    前記第1信号に基づき、前記アンテナから電波を放射する
    を備えた無線給電方法。
  18. 無線給電装置による受電器への無線給電方法であって、
    前記受電器に対するアンテナの向きを機械的に変更し、
    前記アンテナの向きに応じて、前記アンテナがとることが可能な仰角方向毎に最大出力値を定めた最大出力特性に基づき、前記無線給電用の第1信号の送信電力を決定し、
    前記送信電力に基づき、前記第1信号を生成し、
    前記第1信号に基づき、前記アンテナから電波を放射する
    を備えた無線給電方法。
  19. 受電器と、
    前記受電器に対する無線給電用の第1信号を生成する信号生成部と、
    前記第1信号に基づき、電波を放射するアンテナと、
    前記アンテナの向きを機械的に変更可能なアクチュエータと、
    前記アンテナの向きに応じて、前記第1信号の送信電力を制御する電力制御部と、
    を備え、
    前記アンテナを介して前記受電器とは異なる他の無線システムからの第2信号のキャリアセンスを行う受信処理部と、を備え、
    前記受信処理部は、前記キャリアセンスとして、前記第2信号の受信電力レベルを閾値と比較し、
    前記電力制御部は、前記キャリアセンスの結果に基づいて前記アクチュエータを制御するとともに、前記アンテナの向きに応じて、前記閾値を変更する、
    無線給電システム。
  20. 受電器と、
    前記受電器に対する無線給電用の第1信号を生成する信号生成部と、
    前記第1信号に基づき、電波を放射するアンテナと、
    前記アンテナの向きを機械的に変更可能なアクチュエータと、
    前記アンテナの向きに応じて、前記第1信号の送信電力を制御する電力制御部と、
    を備え、
    前記電力制御部は、前記アンテナがとることが可能な仰角方向毎に最大出力値を定めた最大出力特性に基づき、前記第1信号の送信電力を制御する、
    無線給電システム。
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