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技術 無線送電装置及び無線送電方法

出願人 株式会社東芝
発明者 足立朋子三友敏也
出願日 2018年8月7日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2018-148542
公開日 2020年2月13日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-025400
状態 未査定
技術分野 電磁波による給配電方式 電池等の充放電回路
主要キーワード 稼動パターン チャネル境界 規定電力 無線送電 給電器 送信マイクロ波 時間間隔情報 ドローン
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図面 (20)

課題

無線ステムを検出することなく、無線システムと共存することができる無線送電装置及び無線送電方法を提供すること。

解決手段

実施形態による無線送電装置は、電力送信領域内の受電機器へ第1周波数帯電力を送信し、選択手段と送信手段とを具備する。前記選択手段は、前記第1周波数帯と前記電力送信領域内の無線機器が動作する第2周波数帯が重なる第3周波数帯の中の前記無線機器が動作する少なくとも1つの無線チャネルに関するチャネル情報に基づいて前記第3周波数帯の中のいずれかの周波数帯を選択する。前記送電手段は、前記選択手段が選択した前記周波数帯で前記電力を送信する。

概要

背景

電波を用いて電力を送信する無線送電装置は、電力が送信され得る範囲である送電領域内で動作する無線ステム共存できることが要求される。共存方法とは、無線システムに干渉しない、または干渉し難くする方法である。
このような無線送電装置の一例として、充電電波を無線により送信し、携帯型電子機器充電する非接触充電器がある。非接触充電器から送信される充電電波が車載無線システム通信に干渉し難くする手法の一つとして、充電電波の周波数スイープして車載システムの周波数を検出し、それを避けて携帯型電子機器に対する送電周波数ホップさせるものがある。

概要

無線システムを検出することなく、無線システムと共存することができる無線送電装置及び無線送電方法を提供すること。 実施形態による無線送電装置は、電力送信領域内の受電機器へ第1周波数帯で電力を送信し、選択手段と送信手段とを具備する。前記選択手段は、前記第1周波数帯と前記電力送信領域内の無線機器が動作する第2周波数帯が重なる第3周波数帯の中の前記無線機器が動作する少なくとも1つの無線チャネルに関するチャネル情報に基づいて前記第3周波数帯の中のいずれかの周波数帯を選択する。前記送電手段は、前記選択手段が選択した前記周波数帯で前記電力を送信する。

目的

本発明の目的は、無線システムを検出しなくても、無線システムと共存することができる無線送電装置及び無線送電方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

無線通信装置通信周波数帯に含まれる少なくとも1つの通信チャネルに関するチャネル情報に基づいて、電磁波を介して電力を送信する第1周波数帯を選択する制御手段と、前記第1周波数帯で電磁波を介して電力を送信する送信手段と、を具備する無線送電装置

請求項2

前記第1周波数帯は、前記通信チャネルの直流成分の周波数を含む周波数帯である、請求項1の無線送電装置。

請求項3

前記第1周波数帯は、前記通信チャネルの直流成分の周波数を含む周波数帯であって、かつ、前記直流成分の周波数に最も近いデータサブキャリアの周波数帯を含まない周波数帯である、請求項1の無線送電装置。

請求項4

前記第1周波数帯は、前記通信チャネルの中心の周波数を含む周波数帯である、請求項1の無線送電装置。

請求項5

前記第1周波数帯は、前記通信チャネルの中心の周波数を含む周波数帯であって、かつ、前記中心の周波数に最も近いデータサブキャリアの周波数帯を含まない周波数帯である、請求項1の無線送電装置。

請求項6

前記通信周波数帯は、互いに隣接する少なくとも2つの通信チャネルを含み、前記第1周波数帯は、前記少なくとも2つの通信チャネルの境界を含む周波数帯である、請求項1の無線送電装置。

請求項7

前記通信周波数帯は、第1帯域幅を有する第1通信チャネルと、前記第1帯域幅の2のべき乗倍の第2帯域幅を有する第2通信チャネルとを含み、前記チャネル情報を記憶するメモリをさらに具備し、前記制御手段は、前記チャネル情報に基づいて前記第1周波数帯を選択する請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の無線送電装置。

請求項8

前記第1周波数帯は、いずれの通信チャネルのパイロットサブキャリアの周波数帯を含まない周波数帯である、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の無線送電装置。

請求項9

受電機器から送信される受電状況を示す情報を受信する受信手段をさらに具備し、前記受電状況を示す情報の周波数は固定周波数である請求項1記載の無線送電装置。

請求項10

前記送信手段が前記第1周波数帯で電磁波を介して前記電力を送信した後、前記制御手段は前記第1周波数帯とは異なる第2周波数帯を選択し、前記送信手段は前記第2周波数帯で電磁波を介して電力を送信し、前記少なくとも1つの無線チャネルは、第1チャネル帯域幅の複数の第1チャネルと、前記第1チャネル帯域幅の2のべき乗倍の帯域幅の複数の第2チャネルとを含み、前記第1周波数帯と前記第2周波数帯は少なくとも前記第1チャネル帯域幅の2のべき乗倍だけ異なる請求項1記載の無線送電装置。

請求項11

前記制御手段は、複数の異なる周波数帯を順次選択し、前記送信手段は、前記異なる周波数帯での前記電力の送信を繰り返し、前記少なくとも1つの無線チャネルは、第1チャネル帯域幅の複数の第1チャネルと、前記第1チャネル帯域幅の2のべき乗倍の帯域幅の複数の第2チャネルとを含み、1回の送信に関する周波数帯と前回の送信に関する周波数帯は少なくとも前記第1チャネル帯域幅の2のべき乗倍だけ異なる請求項1記載の無線送電装置。

請求項12

前記制御手段が前記第1周波数帯を繰り返し選択する場合、前記送信手段は第1電力レベルの前記電力を繰り返し送信し、前記制御手段が複数の異なる周波数帯を順次選択する場合、前記送信手段は前記第1電力レベルより大きい第2電力レベルの前記電力を繰り返し送信する請求項1記載の無線送電装置。

請求項13

前記少なくとも1つの無線チャネルは、第1チャネル帯域幅の複数の第1チャネルと、前記第1チャネル帯域幅の2のべき乗倍の帯域幅の複数の第2チャネルを含み、1回の送信に関する周波数帯と前回の送信に関する周波数帯は少なくとも前記第1チャネル帯域幅の2のべき乗倍だけ異なる請求項12記載の無線送電装置。

請求項14

前記送信手段による前記電力の送信時間は、前記無線通信装置で定義されているレーダ最大パルス長に応じた時間より長い請求項1記載の無線送電装置。

請求項15

前記送信手段による前記電力の送信時間は、前記無線通信装置が検出可能なパルス最短パルス長に応じた時間より短い請求項1記載の無線送電装置。

請求項16

前記送信手段による前記電力の電力量は送電時間に反比例する請求項1記載の無線送電装置。

請求項17

前記送信手段が前記通信周波数帯に含まれず、前記通信周波数帯の近傍の周波数帯で前記電力を送信した場合、前記通信周波数帯に含まれる前記少なくとも1つの通信チャネルが無線通信装置により使用されているか否かを判定する判定手段をさらに具備し、前記制御手段は、前記判定手段が前記通信周波数帯に含まれる前記少なくとも1つの通信チャネルが前記無線通信装置により使用されていることを判定した場合、前記無線通信装置により使用されている前記少なくとも1つの通信チャネル以外の通信チャネルの中から前記第1周波数帯を選択する請求項1記載の無線送電装置。

請求項18

前記送信手段が前記通信周波数帯に含まれず、前記通信周波数帯の近傍の周波数帯で前記電力を送信した場合、前記通信周波数帯に含まれる前記少なくとも1つの通信チャネルの受信状況が良好であるか否かを判定する判定手段をさらに具備し、前記制御手段は前記通信周波数帯に含まれ、受信状況が良好である前記少なくとも1つの通信チャネルの中から前記第1周波数帯を選択する請求項1記載の無線送電装置。

請求項19

周波数周波数周波数周波数周波数周波数周波数無線通信装置の通信周波数帯に含まれる少なくとも1つの通信チャネルに関するチャネル情報に基づいて、電磁波を介して電力を送信する第1周波数帯を選択することと、前記第1周波数帯で電磁波を介して電力を送信することと、を具備する無線送電方法。

技術分野

0001

本発明の実施形態は無線給電に関する。

背景技術

0002

電波を用いて電力を送信する無線送電装置は、電力が送信され得る範囲である送電領域内で動作する無線ステム共存できることが要求される。共存方法とは、無線システムに干渉しない、または干渉し難くする方法である。
このような無線送電装置の一例として、充電電波を無線により送信し、携帯型電子機器充電する非接触充電器がある。非接触充電器から送信される充電電波が車載無線システム通信に干渉し難くする手法の一つとして、充電電波の周波数スイープして車載システムの周波数を検出し、それを避けて携帯型電子機器に対する送電周波数ホップさせるものがある。

先行技術

0003

特開2013-102642号公報

発明が解決しようとする課題

0004

従来の無線送電装置は、送電領域内で動作する無線システムの周波数を検出することを前提としており、この検出時間が送電動作の効率を低下させる。
本発明の目的は、無線システムを検出しなくても、無線システムと共存することができる無線送電装置及び無線送電方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

実施形態による無線送電装置は、制御周波数手段と送信手段とを具備する。前記制御手段は、無線通信装置通信周波数帯に含まれる少なくとも1つの通信チャネルに関するチャネル情報に基づいて、電磁波を介して電力を送信する第1周波数帯を選択する。前記送電手段は、前記前記第1周波数帯で電磁波を介して電力を送信する。

図面の簡単な説明

0006

第1実施形態による無線送電装置の一例を含む無線給電システムの一例を示すブロック図である。
第1実施形態による無線送電装置の他の例を含む無線給電システムの他の例を示すブロック図である。
5,490MHz〜5,710MHzで動作する場合のIEEE802.11規格無線LANチャネル割り当ての一例を示す図である。
図3に示すようにチャネル割り当てられたIEEE802.11規格の無線LANの各チャネルの中心周波数を示す図である。
5,490MHz〜5,710MHzで動作する場合のIEEE802.11規格の無線LANのチャネル割り当ての他の例を示す図である。
図5に示すようにチャネルが割り当てられたIEEE802.11規格の無線LANの各チャネルの中心周波数を示す図である。
5,170MHz〜5,330MHzで動作する場合のIEEE802.11規格の無線LANのチャネル割り当ての例を示す図である。
図7に示すようにチャネルが割り当てられたIEEE802.11規格の無線LANの各チャネルの中心周波数を示す図である。
IEEE802.11ax規格の無線LANにおけるパイロットサブキャリアの位置をチャネル帯域幅毎に示す図である。
チャネル帯域幅が20MHzの場合のIEEE802.11ax規格の無線LANにおけるパイロットサブキャリアの位置を示す図である。
IEEE802.11a規格の無線LANにおけるパイロットサブキャリアの位置を示す図である。
IEEE802.11n規格の無線LANにおけるパイロットサブキャリアの位置をチャネル帯域幅毎に示す図である。
IEEE802.11ac規格の無線LANにおけるパイロットサブキャリアの位置をチャネル帯域幅毎に示す図である。
第2実施形態における送電電波の周波数ホッピングの一例を示す図である。
第2実施形態における送電電波の周波数ホッピングの他の例を示す図である。
第3実施形態における送電制御の一例を示すフローチャートである。
第3実施形態における送電制御の他の例を示すフローチャートである。
第4実施形態における送電制御の一例を示すフローチャートである。
第5実施形態における送電制御の一例を示すフローチャートである。

実施例

0007

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。

0008

[無線給電システムの全体構成]
図1は、第1実施形態による無線送電装置を含む無線給電システムの一例を示すブロック図である。無線給電システムは、単数又は複数の無線送電装置100と単数又は複数の無線受電端末200からなる。図1は、単数の無線送電装置100と複数の無線受電端末200−1、200−2、…(無線受電端末200と総称することもある)からなるシステムの一例を示す。無線送電装置100は送電領域内に位置する無線受電端末200に電力を送信できる。

0009

無線送電装置100は、特定の周波数帯(以下、送電周波数帯と称する)の電磁波を介して電力を1以上の無線受電端末200に送信する。無線送電装置100は、発振器16と、発振器16から出力された高周波信号RF信号)を増幅して送信アンテナ12−1、12−2、…12−n(送信アンテナ12と称称することもある)に供給する増幅器14−1、14−2、…14−n(増幅器14と総称することもある)と、発振器16及び増幅器14を制御するコントローラ18と、メモリ20を備える。増幅器14で増幅されたRF信号が送信アンテナ12に供給され、送信アンテナ12から電磁波が放射される。この電磁波により無線送電装置100から無線受電端末200に電力が送信される。

0010

無線送電装置100の送電領域内に無線通信システム(例えば、無線LAN、DSRC(Dedicated Short Range Communication)等)が存在する場合、送電に使われる電磁波が無線通信システムに干渉する可能性がある。無線送電装置100は、その送電領域内で動作する無線通信システムと共存することが要求される。すなわち干渉が生じないように、もしくは干渉し難くなるように、無線送電装置100は送電を制御する必要がある。このため、コントローラ18には、送電を制御するための制御情報が入力される。制御情報のコントローラ18への入力は必ずしも図示された入力部を介さなくてもよい。入力部はユーザが制御情報を入力するキーボード等でも良いし、他の機器から送信された制御情報を受信する受信機でも良いし、制御情報が予め記憶されているメモリ20でも良い。また、キーボードや受信機から入力された制御情報がメモリ20に格納されても良い。制御情報の一例は、送電領域内に存在する可能性のある無線通信システムの通信周波数帯に含まれる少なくとも1つの通信チャネルに関する情報(以下、チャネル情報と称する)を含む。制御情報は、これ以外に、無線送電装置100が動作可能な周波数帯の情報や、実際に送電を行っている通信チャネルの中心周波数(以下、送電周波数と称する)等の送電状況を示す情報を含んでも良い。

0011

コントローラ18は、例えばメモリ20等にアクセスして、これらの制御情報を読み出し、これらの情報に基づき、発振器16と増幅器14を制御して送電を制御する。例えば、コントローラ18は、発振器16を制御して、送電周波数、出力時間等を制御しても良い。コントローラ18は、増幅器14のゲインを制御して、電磁波の出力パワー送電電力に対応)等を制御しても良い。さらに、コントローラ18は、複数の増幅器14のそれぞれのゲインを制御し、複数の送信アンテナ12から送信される電磁波のビーム方向をそれぞれ制御し、複数の無線受電端末200に同時に送電できるように構成されても良い。

0012

メモリ20はコントローラ18の外に設けるのではなく、コントローラ18内に組み込んでも良い。メモリ20は不揮発性メモリであっても良い。無線送電装置100の電源が常時投入され、バックアップバッテリが備えられている場合、メモリ20は揮発性メモリであっても良い。さらに、無線送電装置の送電領域内に存在する可能性のある無線通信システムのチャネル情報を保持するだけであれば、メモリ20はROMでも良い。

0013

無線受電端末200の各々は、受信アンテナ32と、整流器36と、充電器給電器38を備える。受信アンテナ32で受信された電磁波は整流器36で直流電力に変換され、充電器/給電器38に供給される。無線受電端末200の一例は、スマートフォン等のポータブル電子機器でも良いし、ウェアラブル端末でも良いし、電気自動車ドローン等の移動体でも良い。無線受電端末200の他の例は、空間に設置されている産業機器センサでも良い。無線受電端末200が二次電池を含む場合、充電器/給電器38は二次電池を充電しても良い。無線受電端末200が二次電池を含まない場合、充電器/給電器38は整流器36の出力をそのまま無線受電端末200の負荷に供給しても良い。

0014

送電周波数帯としては、例えば、マイクロ波帯が用いられる。マイクロ波帯とは、広義では300MHz〜3THz(波長が0.1mm〜1m)、狭義では3〜30GHz(波長が1〜10cm)の周波数帯である。本実施形態では、送電周波数帯としては、例えば無線LANが利用する2.4GHz帯や5GHz帯と少なくとも一部が重なる周波数帯が用いられる。このため、本実施形態の無線送電装置100はマイクロ波送電装置とも称される。

0015

例えば、無線送電装置100の送信電力は最大で10W、e.i.r.p.(等価等方放射電力)は1kWであり、送電マイクロ波連続波(Continuous Wave)であり、送信マイクロ波帯域幅は100kHz未満である。このように送電マイクロ波は送電領域内で動作する無線LANの通信に干渉する可能性があり、コントローラ18は干渉が生じないように、もしくは干渉を減じて通信への重篤な影響が出ないように送電を制御する。

0016

第1実施形態の無線送電装置100の他の例を説明する。図1に示した無線送電装置100は、送電装置単体で送電を制御するが、図2に示す無線送電装置102は、無線受電端末202−1、202−2、…(無線受電端末202と総称することもある)から送信されたフィードバック情報にも基づいて送電を制御する。無線送電装置102は、発振器16と、増幅器14と、送信アンテナ12と、コントローラ18に加えて、受信アンテナ22と、受信機24と、復調器26を備える。受信機24の出力が復調器26に供給され、復調器26の出力がコントローラ18に供給される。

0017

無線受電端末202の各々は、受信アンテナ32と、整流器36と、充電器/給電器38に加えて、変調器44と、送信機46と、送信アンテナ48と、コントローラ42を備える。無線受電端末202から無線送電装置102へ送信されるフィードバック情報が変調器44に入力され、変調器44で変調された後、送信機46により送信アンテ48から送信される。コントローラ42は、無線受電端末202に含まれる各部を制御する。コントローラ42には、送電装置102内のメモリ20と同様なメモリ52も接続される。メモリ52はコントローラ42の外に設けるのではなく、コントローラ42内に組み込んでも良い。メモリ52は不揮発性のメモリであっても良いし、ROMでも良い。

0018

無線受電端末202から送信されたフィードバック情報は、無線送電装置102の受信アンテナ22で受信される。受信機26の出力が復調器26で復調され、フィードバック情報がコントローラ18に入力される。フィードバック情報はメモリ20に格納されても良い。例えばコントローラ18はメモリ20に格納されている制御情報とフィードバック情報に基づいて送電を制御する。

0019

フィードバック情報の一例は、無線受電端末202が二次電池を充電する場合、何%の充電が完了したかを示す情報、無線受電端末202の位置推定を行うための情報等である。フィードバック情報の他の例は、無線受電端末202で観測した無線チャネルの状況を示す情報である。フィードバック情報を伝送する信号をビーコン(Beacon)信号と呼ぶことがある。

0020

図2に示すように無線送電装置102が送電と無線受電端末202からのビーコン信号の受信を行う場合、送電とビーコン信号の受信を時分割多重(Time Division Duplex;TDD)で行っても良い。時分割多重方式の場合には、送電周波数帯とフィードバック情報の送信のためのビーコン信号の周波数帯は同一であっても、無線送電装置102は送電と受信を容易に実施できる。なお、送電周波数帯は以降に記述するように、ビーコン信号の周波数帯と同一である必要はなく、異なる周波数帯であっても良い。すなわち、時分割多重方式は必須ではない。

0021

送電周波数とビーコン信号の周波数帯が同一ではない場合、送電とビーコン信号の受信を周波数分割多重(Frequency Deivision Duplex;FDD)で行なっても良い。周波数分割多重方式では、無線送電装置102は送電とビーコン信号の受信を同時に行うことも可能である。さらに、送電とビーコン信号の受信を時分割にしつつ、周波数も多重(分割)する方式を採用することも可能である。さらに、送電とビーコン信号の受信を同一周波数帯で行うことができ、タイミングの制約もない、全二重(Full duplex;FD)方式を採用しても良い。

0022

無線受電端末202から無線送電装置102へのビーコン信号の送信は、例えばBluetooth(登録商標)、Bluetooth Low Energy(BLE)(登録商標)などの無線PAN(Personal Area Network)、あるいはLong Term Evolution(LTE)などのセルラー系通信方式等の既存の無線通信方式を用いても良い。本実施形態では、ビーコン信号の送信に既存の無線通信方式を転用し、既存の無線通信方式で用いられている周波数帯と同じ周波数帯でビーコン信号を送信するが、ビーコン信号の送信に既存の無線通信方式を用いるが周波数帯のみ既存の無線通信方式とは異なる周波数帯を用いるようにしても良い。

0023

例えば、ビーコン信号の送信にBLE方式を利用する場合、BLE方式の周波数帯は2.4GHz帯だが、本実施形態では、2.4GHz帯とは異なる5GHz帯の中の一周波数(例えば5,732MHz)を含む周波数帯を、ビーコン信号の送信に使っても良い。なお、無線送電装置の送電周波数には標準的な周波数(基準周波数と称する)が想定されており、5,732MHzは無線給電システムの基準周波数の一例である。なお、基準周波数は5,732MHzに限らず、他の周波数でも良い。

0024

また、ビーコン信号の送信にBLE方式ではなく、IEEE802.11規格の無線LANを用いても良い。この場合、送電領域内に存在する可能性のある5GHz帯の無線通信システムとしてはIEEE802.11a/n/ac/ax規格の無線LANがあり得るので、それらとの共存を考慮してビーコン信号の送信周波数帯を決定する必要がある。そのため、無線受電端末202のコントローラ42に接続されるメモリ52に、送電領域内に存在する可能性のある無線通信システムが動作し得る少なくとも1つのチャネルのチャネル情報が格納されている。なお、送電領域内に存在する可能性のある無線通信システムのチャネル情報は無線送電装置100、102内のメモリ20に格納されているので、無線送電装置100、102がこのチャネル情報を無線受電端末202へ知らせても良い。このチャネル情報を無線受電端末202へ知らせる方法として無線通信を用いる場合には、無線送電装置100、102に、無線受電端末202と同様に変調器と送信機を備える。無線送電装置102の受信アンテナ22、受信機24、復調器26を送電領域内で動作するIEEE802.11規格の無線LANに適合させると、無線送電装置102を効率的に構成することができる。

0025

無線送電装置100、102が動作し得る送電周波数帯は、無線送電装置100の送電領域内に存在する可能性がある無線通信システムの通信周波数帯と少なくとも一部が重なる。これは、周波数の利用状況が逼迫しているので、無線送電装置と無線システムが周波数帯を共用するためである。例えば、無線送電装置100、102が5GHz帯、例えば、5,490MHz〜5,710MHz、いわゆる5.6GHz帯(W56とも表記する)の一部もしくは全てを送電周波数帯として用いる場合、この周波数帯はIEEE802.11a/n/ac/ax規格の無線LAN規格(IEEE802.11axは現在規格策定中。また、記載した規格名以外に、当該周波数帯で利用可能な無線LAN規格として今後策定されるものを含む)が利用可能である。従って、無線送電装置100、102の送電周波数帯が5GHz帯である場合、無線送電装置100、120及び/又は無線受電端末200、202の周辺にIEEE802.11a/n/ac/ax規格の無線LAN端末基地局を含む)が存在した場合、送電周波数帯と重なる又は送電周波数帯の近傍の通信周波数帯の無線LAN端末の通信が送電マイクロ波により干渉を受ける可能性がある。

0026

無線LANでは、動作チャネル隣接チャネル次隣接チャネルでの感度抑圧ベルが決まっており、それを満たしていれば、通信に支障がない。しかし、無線送電装置100、102の送信電力が大きい場合、無線LANの動作チャネルの隣接チャネルや次隣接のチャネルの領域で送電が行われても、無線LANの受信回路高周波部分アナログ部)が飽和してしまう危険性がある。例えば、無線送電装置100、102がW56に含まれない5,732MHzを送電周波数帯として用いる場合、W56で動作する無線通信システムの通信に干渉する可能性がある。そのため、無線送電装置100、102の送電領域内で動作する無線通信システム(ここでは無線LANシステム)の通信に対して送電マイクロ波が干渉しない、もしくは干渉し難くなるように、無線送電装置100、102は送電を制御する必要がある。送電制御には、例えば、送電周波数帯を調整する、送電時間を調整する、送電電力を調整すること等が含まれる。

0027

[チャネル割り当て]
ここでは、先ず、送電周波数帯の選択を説明する。例えば、5,490MHzから5,710MHzの5.6GHz帯で動作する場合のIEEE802.11規格の無線LANの通信チャネルの割り当ては図3に示すようになっている。
チャネル帯域幅が20MHzの場合、チャネル番号100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140の11個の通信チャネルがW56に割り当てられる。チャネル帯域幅が40MHzの場合、チャネル番号102、110、118、126、134の5個の通信チャネルがW56に割り当てられる。チャネル帯域幅が80MHzの場合、チャネル番号106、122の2通信チャネルがW56に割り当てられる。チャネル帯域幅が160MHzの場合、チャネル番号114の1個の通信チャネルがW56に割り当てられる。このようにIEEE802.11規格の無線LANでは、複数のチャネル帯域幅が利用可能であり、基本のチャネル幅である20MHzの2のべき乗倍(2倍、4倍、8倍)のチャネル帯域幅が用いられる。この、基本のチャネル幅を複数連接して利用する形態をチャネルボンディングと呼ぶ。

0028

これら複数のチャネル帯域幅とチャネル位置(通信チャネルの中心周波数)を表すチャネル情報が無線送電装置100、102のメモリ20に格納されている。すなわち、図4に示すように、チャネル帯域幅が20MHzのチャネル番号100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140の11個の通信チャネルの中心周波数5,500MHz、5,520MHz、5,540MHz、5,560MHz、5,580MHz、5,600MHz、5,620MHz、5,640MHz、5,660MHz、5,680MHz、5,700MHzがメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が40MHzのチャネル番号102、110、118、126、134の5個の通信チャネルの中心周波数5,510MHz、5,550MHz、5,590MHz、5,630MHz、5,670MHzもメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が80MHzのチャネル番号106、122の2個の通信チャネルの中心周波数5,530MHz、5,610MHzもメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が160MHzのチャネル番号114の1個の通信チャネルの中心周波数5,570MHzもメモリ20に記憶される。

0029

なお、国や地域によっては、W56は図5に示すように高い側の周波数が5,730MHzまで利用可能である。この場合のチャネル帯域幅とチャネル位置を表すチャネル情報がメモリ20に格納されても良い。
チャネル帯域幅が20MHzの場合、チャネル番号100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140,144の12個の通信チャネルが5,490MHzから5,730MHzまでのW56に割り当てられる。チャネル帯域幅が40MHzの場合、チャネル番号102、110、118、126、134、142の6個の通信チャネルがW56に割り当てられる。チャネル帯域幅が80MHzの場合、チャネル番号106、122、138の3個の通信チャネルがW56に割り当てられる。チャネル帯域幅が160MHzの場合、チャネル番号114の1個の通信チャネルがW56に割り当てられる。

0030

図6に示すように、チャネル帯域幅が20MHzのチャネル番号100、104、108、112、116、120、124、128、132、136、140,144の12個の通信チャネルの中心周波数5,500MHz、5,520MHz、5,540MHz、5,560MHz、5,580MHz、5,600MHz、5,620MHz、5,640MHz、5,660MHz、5,680MHz、5,700MHz、5,720MHzがメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が40MHzのチャネル番号102、110、118、126、134、142の6個の通信チャネルの中心周波数5,510MHz、5,550MHz、5,590MHz、5,630MHz、5,670MHz、5,710MHzもメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が80MHzのチャネル番号106、122,138の3個の通信チャネルの中心周波数5,530MHz、5,610MHz、5,690MHzもメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が160MHzのチャネル番号114の1個の通信チャネルの中心周波数5,570MHzもメモリ20に記憶される。

0031

図7は、IEEE802.11規格の無線LANにおいて5GHz帯として利用できる周波数領域として5,170MHz〜5,330MHzを利用する場合の通信チャネルの割り当てを示す。5,170MHz〜5,330MHzの周波数領域は、5,170MHz〜5,250MHzの5.2GHz帯(W52とも表記する)と、5,250MHz〜5,330MHzの5.3GHz帯(W53とも表記する)と区別されることもある。

0032

チャネル帯域幅が20MHzの場合、チャネル番号36、40、44、48の4個の通信チャネルがW52に割り当てられ、チャネル番号52、56、60、64の4個の通信チャネルがW53に割り当てられる。チャネル帯域幅が40MHzの場合、チャネル番号38、46の2個の通信チャネルがW52に割り当てられ、チャネル番号54、62の2個の通信チャネルがW53に割り当てられる。チャネル帯域幅が80MHzの場合、チャネル番号42の1個の通信チャネルがW52に割り当てられ、チャネル番号58の1個の通信チャネルがW53に割り当てられる。チャネル帯域幅が160MHzの場合、チャネル番号50の1個の通信チャネルがW52とW53にまたいで割り当てられる。

0033

図8に示すように、チャネル帯域幅が20MHzのチャネル番号36、40、44、48、52、56、60、64の8個の通信チャネルの中心周波数5,180MHz、5,200MHz、5,220MHz、5,240MHz、5,260MHz、5,280MHz、5,300MHz、5,320MHzがメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が40MHzのチャネル番号38、46、54、62の4個の通信チャネルの中心周波数5,190MHz、5,230MHz、5,270MHz、5,310MHzもメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が80MHzのチャネル番号42、58の2個の通信チャネルの中心周波数5,210MHz、5,290MHzもメモリ20に記憶される。チャネル帯域幅が160MHzのチャネル番号50の1個の通信チャネルの中心周波数5,250MHzもメモリ20に記憶される。

0034

W52に割り当てられた通信チャネルのチャネル情報はW53に割り当てられた通信チャネルのチャネル情報と類似しているので、全てのチャネル情報をメモリ20に格納しなくても良く、W52又はW53に割り当てられた通信チャネルのチャネル情報と、W52又はW53を示す情報をメモリ20に格納するだけでも良い。

0035

無線LANが利用できる5GHz帯上の全てのチャネル情報、例えばW56、W52、W53に割り当てられた通信チャネルのチャネル情報をメモリ20に格納しても良い。また、W56とW53に割り当てられた通信チャネルのチャネル情報というように無線LANが利用できる5GHz帯上の一部の通信チャネルのチャネル情報をメモリ20に格納しても良い。例えば、無線送電装置100、102の利用する周波数の上限が5,732MHz(基準周波数)であり、カバーできるRF領域(アナログの領域)がW53まで、というのであれば、このような記憶方法が考えられる。

0036

また、図3図8の例では、無線LANのチャネル情報として、チャネル帯域幅が20MHz、40MHz、80MHz、160MHzのそれぞれの場合のチャネル位置に関する情報をメモリ20に格納するが、チャネル帯域幅が20MHzの場合のチャネル位置に関する情報のみをメモリ20に格納し、他のチャネル帯域幅の通信チャネルの中心位置は、帯域幅が20MHzの通信チャネルの中心位置から単純な計算によって求めても良い。例えば、チャネル帯域幅が40MHzのチャネル番号102の通信チャネルの中心周波数はチャネル番号102の通信チャネルに含まれるチャネル帯域幅が20MHzのチャネル番号100、104の2個の通信チャネルの境界の周波数である。通信チャネルの境界の周波数はチャネルの帯域幅と中心周波数から簡単に求められる。チャネル帯域幅が80MHzのチャネル番号106の通信チャネルの中心周波数はチャネル番号106の通信チャネルに含まれるチャネル帯域幅が20MHzのチャネル番号104、108の2個の通信チャネルの境界の周波数である。チャネル帯域幅が160MHzのチャネル番号114の通信チャネルの中心周波数はチャネル番号114の通信チャネルに含まれるチャネル帯域幅が20MHzのチャネル番号112、116の2個の通信チャネルの境界の周波数である。

0037

図3図8の例では、通信チャネルに無線LAN上でのチャネル番号が付されているが、無線送電装置としてはこのチャネル番号の情報は下記が実施できるのであれば、保持する必要はない。
[送電周波数帯の制御例]
上記のようなチャネル情報に基づいて送電周波数帯を制御する幾つかの例を説明する。先ず、無線LANの20MHzチャネルに関するチャネル情報のみがメモリ20に記憶されている場合の制御例を説明する。

0038

(例1:無線LANの20MHzチャネルの直流成分の周波数で送電する)
IEEE802.11規格の無線LANでは、周波数ホッピング方式を採用する一部の方式を除き、チャネル帯域幅が20MHzの通信チャネルで信号を伝送することが基本である。直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplex;OFDM)を用いるIEEE802.11規格の無線LAN(拡張ファミリも含む)、例えばIEEE802.11a/g/n/ac/ax規格では、20MHzチャネルの周波数方向の中心に直流(Direct Current;DC)成分が位置する。DC成分のある周波数帯では信号が伝送されないため、無線LAN端末は他の無線端末から信号を受信した際、DCオフセットキャンセルを行う。このため、無線送電装置100、102が、送電周波数帯として、送電領域内で動作する無線LANの通信周波数帯に含まれる少なくとも1つの通信チャネルのDC成分の周波数を含む周波数帯を選択した場合、無線LAN端末側での受信処理中のDCオフセットキャンセルにより、送電マイクロ波が無線LAN端末の通信に干渉しない、もしくは干渉し難くなり、無線LANの通信性能を維持することができる。

0039

例えば、図3のようなチャネル割り当ての無線LANシステムが無線送電装置100、102の送電領域内で動作する場合、無線送電装置100、102のコントローラ18は、図4に示す20MHzチャネルの中心周波数(DC成分の周波数)5,500MHz、5,520MHz、5,540MHz、5,560MHz、5,580MHz、5,600MHz、5,620MHz、5,640MHz、5,660MHz、5,680MHz、5,700MHzの中から選ばれたいずれかの周波数を含む周波数帯で送電する。

0040

(DC帯域
無線送電装置の送電周波数の帯域幅は100kHz程度であるのに対し、IEEE802.11a/g/n規格の無線LAN(IEEE802.11g規格では2.4GHz帯であるが、2.4GHz帯で送電する場合も同様の手法をIEEE802.11g規格の無線LANに対して適用できる)では、サブキャリア間隔が312.5kHzであり、DC信号の帯域幅は送電の帯域幅に比べて十分広い。また、IEEE802.11ax規格の無線LANの場合、サブキャリア間隔は78.125kHzだが、DC成分として最小で3サブキャリアが割り当てられるため、DC信号の帯域幅は156.25kHz(=78.125kHz×2)であり、やはりDC信号の周波数帯域幅は送電周波数の帯域幅に比べて広い。そのため、無線送電装置の送電周波数帯が20MHzチャネルの中心周波数(DC成分の周波数)を含む周波数帯から多少ずれても、DCオフセットキャンセルの効果が期待できる。
一例として、送電周波数帯として、無線LANの通信周波数帯に含まれる少なくとも1つの通信チャネルのDC成分の周波数を含み、DC成分の周波数に最も近いデータサブキャリアの周波数帯を含まない周波数帯を選ぶことにより、無線LANへの干渉を生じさせない、あるいは干渉を生じ難くすることができる。この場合、DC成分の周波数よりも高い周波数帯を有する最も近いデータサブキャリアの周波数帯の下限と、DC成分の周波数よりも低い周波数帯を有する最も近いデータサブキャリアの周波数帯の上限とにはさまれる周波数の少なくとも一部が、送電周波数帯として設定される。
また他の一例としてとして、送電周波数帯として、無線LANの通信周波数帯に含まれる少なくとも1つの通信チャネルのDC成分の周波数を含み、DC成分の周波数に最も近い1以上(閾値以下)のデータサブキャリアの周波数帯を含む周波数帯を選ぶことにより、無線LANへの干渉を生じ難くすることができる。

0041

周波数オフセット
無線送電装置100、102の周波数にオフセットがあり、送電周波数帯の中心周波数が無線LANのDC成分の位置からずれてしまう場合も実際の運用上は考えられる。しかし、この場合でも、20MHzチャネルや後述の80MHzチャネルではDC成分の近傍の周波数帯には後述のパイロットサブキャリアがないので、送電周波数帯が無線LANのDC成分からずれてしまっても、送電マイクロ波がパイロットサブキャリアに重なることがなく、その結果、送電マイクロ波が無線LANの通信に干渉しない、もしくは干渉し難くなる。

0042

無線LANはCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)で動作しているので、受信信号復号できず、送信先端末から送達確認フレームAckフレームBlockAckフレームなど)を受信しなかった場合、再送が行われる。このため、無線LAN端末が送電の影響により受信信号を復号できない場合でも、送電がある程度以上時間を占有し続けることがなければ、再送動作により、送電マイクロ波が無線LANの通信に干渉しない、もしくは干渉し難くなる。

0043

(例2:無線LANの20MHzチャネルの境界で送電する)
5GHz帯無線LANでは、20MHzチャネル使用時も実際の占有帯域幅は20MHzよりも狭い。例えば、IEEE802.11a/n/ac規格の場合、占有帯域幅は19MHz以内、IEEE802.11ax規格の場合、占有帯域幅は19.14MHzである。データサブキャリアは占有帯域幅内に存在し、占有帯域幅外には存在しない。無線LAN端末は他の無線LAN端末から20MHzチャネルの信号を受信した際、チャネルの境界の雑音成分をフィルタによりカットする受信処理をすることがある。従って、20MHzチャネルの境界の周波数を含む周波数帯であって、占有帯域幅に含まれない周波数帯で送電すると、送電マイクロ波がカットされ、送電マイクロ波が無線LAN端末の通信に干渉しない、もしくは干渉し難くなり、無線LANの通信性能を維持することができる。

0044

例えば送電領域内で図3のようなチャネル割り当ての無線LANが動作する場合、コントローラ18は、20MHzチャネルの境界に対応する周波数である5,490MHz、5,510MHz、5,530MHz、5,550MHz、5,570MHz、5,590MHz、5,610MHz、5,630MHz、5,650MHz、5,670MHz、5,690MHz、5,710MHzの中から選ばれたいずれかの周波数を含むとする周波数帯で送電する。
一例として、送電周波数帯として、無線LANの通信周波数帯に含まれる隣接する2つの通信チャネルの境界の周波数を含み、境界の周波数に最も近いデータサブキャリアの周波数帯を含まない周波数帯を選ぶことにより、無線LANへの干渉を生じさせない、あるいは干渉を生じ難くすることができる。この場合、境界の周波数よりも高い周波数帯を有する最も近いデータサブキャリアの周波数帯の下限と、境界の周波数よりも低い周波数帯を有する最も近いデータサブキャリアの周波数帯の上限とにはさまれる周波数の少なくとも一部が、送電周波数帯として設定される。
また他の一例としてとして、送電周波数帯として、無線LANの通信周波数帯に含まれる隣接する2つの通信チャネルの境界の周波数を含み、境界の周波数に最も近い1以上(閾値以下)のデータサブキャリアの周波数帯を含む周波数帯を選ぶことにより、無線LANへの干渉を生じ難くすることができる。

0045

(40MHzチャネル以上での考察)
無線LANでは20MHzチャネル以外に、40MHzチャネル、80MHzチャネルも利用され得る。これらのチャネル帯域幅の通信チャネルが用いられる場合、40MHzチャネル、80MHzチャネルの中心のDC成分は、20MHzチャネルで考えると、通信チャネルの境界に位置する。40MHz以上のチャネル帯域幅の通信チャネルを用いた無線LANにおいてDC成分がある周波数帯で送電することにより、送電マイクロ波が無線LAN端末の通信に干渉しない、もしくは干渉し難くなる効果は、20MHzのチャネル帯域幅の通信チャネルを用いた無線LANにおいてDC成分がある周波数帯で送電する場合と同様である。

0046

図3のようなチャネル割り当てで40MHzチャネルを用いる無線LANが無線送電装置100、102の送電領域内で動作する場合、無線送電装置100、102のコントローラ18は、図4に示す40MHzチャネルの中心周波数5,510MHz、5,550MHz、5,590MHz、5,630MHz、5,670MHzの中から選ばれたいずれかの周波数を含む周波数帯で送電する。同じく、図3のようなチャネル割り当てで80MHzチャネルを用いる無線LANシステムが送電領域内で動作する場合、コントローラ18は、図4に示す80MHzチャネルの中心周波数5,530MHz、5,610MHzの中から選ばれたいずれかの周波数を含む周波数帯で送電する。

0047

一方、ある無線LANシステムで用いるチャネル帯域幅は必ずしも常に一律であるとは限らない。また、複数の無線LANシステムの端末が送電領域内に存在する場合、同一通信チャネル上、また異なる通信チャネル上いずれでも動作する可能性がある。しかし、40MHzチャネルや80MHzチャネルの中心周波数は20MHzチャネルの境界に位置する。そのため、40MHzチャネルや80MHzチャネルの無線LAN端末が送電領域内で動作することを想定し、それらのチャネルの中心周波数を含む周波数帯で送電すると、送電マイクロ波は40MHzチャネルや80MHzチャネルの無線LANの通信に干渉しない、もしくは干渉し難くなる。さらに、40MHzチャネルや80MHzチャネルの中心周波数は20MHzチャネルの境界に対応する周波数であるので、20MHzチャネルを使う無線LANの通信でも上述のようにフィルタにより送電成分がカットされるので、送電マイクロ波は20MHzチャネルを使う無線LANの通信にもやはり干渉しない、もしくは干渉し難くなる。

0048

そのため、無線LANで用いられるチャネル帯域幅を1つに特定できない場合(無線LAN端末が送電領域内に存在するか否かを判別できない又は判別しない場合も含む)、20MHzチャネルの境界に対応する周波数を含む周波数帯で送電すれば、どのチャネル帯域幅の通信チャネルが使用されたとしても、無線LANの通信への干渉を低減する効果がある程度期待できる。あるいは40MHzチャネル帯域幅以上のチャネル、すなわちチャネルボンディング、を使用する無線LAN端末が送電領域内で動作することが想定される場合、例えば20MHzチャネルの境界に対応する周波数を含む周波数帯で送電するようにする。これにより、20MHzチャネルの場合は、フィルタカットにより、送電マイクロ波が無線LANの通信に干渉することがない、もしくは干渉し難い。40MHz、80MHz、160MHzのチャネルの場合は、DCオフセットキャンセルにより、送電マイクロ波が無線LANシステムの通信に干渉することがない、もしくは干渉し難い。

0049

また、20MHzチャネルの無線LANシステムが送電領域内で動作することが想定される場合、20MHzチャネルの中心周波数帯で送電するようにしても良い。この判断を行うために、無線送電装置の使用候補となる周波数帯のうち無線LANシステムと共有する周波数領域をスキャンするようにしても良い。

0050

(160MHzと80+80MHzチャネルについて)
この他に、無線LANのチャネル帯域幅としては、160MHzチャネル、また80+80MHzチャネルがある。80+80MHzチャネルは、チャネル帯域幅としては160MHzであるが、1つの80MHzチャネルともう1つの80MHzチャネルとの間に間隔がある。間隔は20MHz以上である。一方、160MHzチャネルはその間隔が0MHzのものと言うことができる。IEEE802.11規格の無線LANでは160MHzチャネルは2つの80MHzチャネルの集合としても扱うことができる。すなわち、160MHzもしくは80+80MHzチャネルでの周波数が下側の80MHz、上側の80MHzの各々は80MHzチャネルと同一であり、80MHzチャネルでのDC成分の位置に対応する周波数や後述のパイロットサブキャリアの位置に対応する周波数は、そのまま、160MHzチャネルでのDC成分の位置に対応する周波数や後述のパイロットサブキャリアの位置に対応する周波数に適用できる。

0051

(例3:パイロットサブキャリアの位置では送電しない)
OFDMを用いる無線LANでは、パイロット信号を用いてOFDM信号を復調する。既知の周波数帯にあるパイロット信号の受信信号レベルから通信チャネルにおける振幅位相変動が検出され、通信チャネルの特性が推定され、受信信号がそれに応じて補正される。このパイロット信号の送信には一部のOFDMサブキャリアが用いられる。パイロット信号を送信するサブキャリアをパイロットサブキャリアと称する。20MHzチャネルを使うIEEE802.11a規格では20MHzチャネルの中の4箇所にパイロットサブキャリアが位置する。OFDMを用いるIEEE802.11g又はIEEE802.11n規格でも20MHzチャネルではその中の4箇所にパイロットサブキャリアが位置する。そのため、これらのOFDM復号に重要な要素となるパイロットサブキャリアの周波数帯を避けて送電周波数帯を決定するようにしても良い。

0052

なお、40MHzチャネル、80MHzチャネル、又は160MHzチャネルを用いる無線LANは、20MHzチャネルを用いる無線LANとパイロットサブキャリアの周波数帯が同一ではない可能性がある。そのため、例えば、複数のチャネル帯域幅の無線LANシステムが送電領域内で動作することを想定する場合、無線送電装置100、102のコントローラ18は、40MHzチャネル、80MHzチャネル、160MHzチャネルのいずれのチャネル帯域幅の無線LANでもパイロットサブキャリアがない周波数帯を優先的に送電周波数帯として選択する。すなわち、20MHzチャネルの中心周波数は40MHzチャネルでも80MHzチャネルでもパイロットサブキャリアが配置されないようになっているため、送電領域内で動作し得る無線LANシステムの20MHzチャネルの中心周波数又は20MHzチャネル間の境界に対応する周波数、すなわち10MHz間隔の周波数を含む周波数帯で送電するようにすれば良い。

0053

図9は、IEEE802.11ax規格の無線LANにおけるパイロットサブキャリアの中心周波数をチャネル帯域幅毎に示す。パイロットサブキャリアの中心周波数はチャネルの中心周波数の位置を0とし、左右に対称に配置される。数字はサブキャリア(78.125kHz間隔)の数を示す。

0054

図10は、チャネル帯域幅が20MHzの場合のIEEE802.11ax規格の無線LANにおけるパイロットサブキャリアの中心周波数を示す。
図11は、IEEE802.11a規格の無線LAN(チャネル帯域幅は20MHzのみ)におけるパイロットサブキャリアの中心周波数を示す。図12は、IEEE802.11n規格の無線LAN(チャネル帯域幅は20MHzと40MHz)におけるパイロットサブキャリアの中心周波数をチャネル帯域幅毎に示す。図13は、IEEE802.11ac規格の無線LAN(チャネル帯域幅は20MHz、40MHz、80MHz、160MHz)におけるパイロットサブキャリアの中心周波数をチャネル帯域幅毎に示す。IEEE802.11a/n/ac規格では、サブキャリア間隔がIEEE802.11ax規格の4倍の312.5kHzであり、サブキャリア数は相対的に少ない。

0055

このように、第1実施形態では、送電領域内に存在する可能性のある無線LANシステムの通信へ干渉しない、もしくは干渉し難い有意の周波数帯で送電される。

0056

なお、第1実施形態では、記憶する無線LANのチャネル情報として、チャネル帯域幅とチャネル位置の情報を例に示したが、これに限らず、無線送電装置が無線LANのチャネル上で送電の影響を受けない有意の周波数帯を選択できれば良く、記憶する情報はこれに限られない。例えば、無線LANの有意な周波数帯、例えば20MHzチャネルの中心の周波数帯及び/又は20MHzチャネルの境界の周波数帯だけを保持するようにしても良い。

0057

また、第1実施形態では、送電領域内で存在する可能性のある無線システムとしてはIEEE802.11規格の無線LANシステムを説明したが、他の無線通信システムであっても同様な手法で共存を図ることができる。
このように、送電周波数として選択する周波数帯を制限することは、送電アンテナ12を広帯域化する必要が無く、アンテナ設計負荷を軽減できるという効果もある。

0058

[第2実施形態]
第2実施形態の構成は図1図2に示した第1実施形態の構成と同じである。コントローラ18による送電周波数帯の選択の仕方が第1実施形態と異なる。第1実施形態では、送電周波数帯は一定であるが、第2実施形態では、送電周波数帯は時間の経過とともに変化する、いわゆる周波数ホッピングが採用される。周波数ホッピングにより変更される周波数帯は、第1実施形態に従って選択された周波数帯のいずれかである。図14は第2実施形態のコントローラ18が選択する送電周波数帯の変化の一例を示す。図14は、図3のようなチャネル割り当ての無線LANが20MHzチャネルで動作する場合の周波数ホッピングの一例を示す。コントローラ18は、1回目の送電時にW56内のチャネル108の中心周波数を含む周波数帯、2回目の送電時にW56外であるが無線送電装置の基準周波数の一例である5,732MHzを含む周波数帯、3回目の送電時にW56内のチャネル128の中心周波数を含む周波数帯、…を送電周波数帯として順次選択する。

0059

送電周波数帯が固定で、送電周波数帯が無線LANの動作チャネルの隣接又は次隣接チャネルに存在する場合、無線LANのRF成分が飽和する可能性がある。周波数ホッピングを採用することにより、このような送電マイクロ波の干渉が一部のチャネルへ偏ることを防止することができる。

0060

送電周波数帯を変更する時間間隔は固定でも可変でも良い。例えば、毎回の送電時に送電周波数帯をホップさせても良いし、ランダム回数の送電後に周波数帯をホップさせても良いし、所定の条件が満たされたら周波数帯をホップさせても良い。ホッピング回数は少なくとも1回でよい。送電とビーコン信号の受信を時分割で行う場合、送電周波数帯を変更する時間間隔の周期性崩れても良い。

0061

通常の無線通信システムでの周波数ホッピング方式では、送信側と受信側で予め周波数のホッピングパターンを共有しておかなくてはならない。これは無線信号を受信側で復号しなくてはならないためである。しかし、無線給電システムでは、連続波により送電装置から受電端末に送電し、受電端末は広帯域高周波(Radio Frequency)でその連続波を受ければ良い。従って、送電装置と受電端末の間で広帯域の高周波の周波数範囲が一致しており、その周波数範囲で周波数ホッピングさせるのであれば、ホッピングパターンを予め共有しておく必要がない。

0062

第2実施形態によれば、他の無線通信システムに干渉を与え得る送電周波数帯を周波数ホッピングにより周波数軸上に分散することにより、例えば送電領域内で動作する可能性のある通信システムの動作周波数帯を同定できなくても、送電マイクロ波の干渉が通信システムの一部のチャネルだけへ偏ることを防止することができる。

0063

なお、周波数ホッピングにより変更される送電周波数は第1実施形態に基づいて選択される。すなわち、無線LANの20MHzチャネルのDC成分が存在する周波数(チャネルの中心周波数)であって該周波数帯に最も近いデータサブキャリアの周波数帯を含まない周波数帯、無線LANの20MHzチャネルのチャネル境界の周波数を含む周波数帯であって、データサブキャリアの周波数帯を含まない周波数帯、無線LANのパイロットサブキャリアの周波数帯以外の周波数帯の間で周波数ホッピングが行われる。

0064

上述したように、無線LANのDC位置はチャネルの帯域幅の中央であり、40MHz、80MHzチャネルの中心位置は20MHzチャネルで考えると、チャネルの境界である。そのため、10MHz間隔で周波数ホッピングさせても良い。
さらに、チャネルボンディングを使用している無線LANシステムにおいて、20MHz間隔で20MHzチャネルの境界に周波数ホッピングさせても良い。

0065

(同一無線LANシステムへの連続した干渉の回避)
図15は、第2実施形態のさらなる変形例の周波数ホッピングの一例を示す。変形例では、例えば、無線LANの40MHzチャネルや80MHzチャネルのように同一システムで連続して使用する可能性のある周波数帯は次のホップでは選択しないようにする。すなわち、次に選択する周波数帯は現在の周波数帯から40MHzもしくは80MHz以上離すように周波数ホッピングさせる。ホッピング周波数は20MHzチャネルの境界に対応する周波数から選ばれるとする。例えば、コントローラ18は、W56内のチャネル100、104の境界を含む周波数帯の次にはW56内のチャネル120、124の境界の周波数を含む周波数帯を送電周波数として選択し、次にW53内のチャネル52、56の境界を含む周波数帯、次にはW56内のチャネル108、112の境界を含む周波数帯を送電周波数帯として選択する。

0066

なお、図15は、図5図7の組み合わせを想定し、送電周波数がチャネル144を含むが、図3図7の組み合わせを想定し、送電周波数がチャネル144を含まないようにしても良い。送電領域内に存在する可能性のある無線LANが160MHzチャネルを使用することが想定される場合、W56とW52・W53を交互に選択するように周波数ホッピングさせても良い。このようにすることで、チャネルボンディングを使用している無線LANシステムにおいて、使用する2つのチャネルの1つへ送電マイクロ波が集中的に干渉することを解消できる。

0067

ビーコン信号の周波数帯は周波数ホッピングさせても良いが、ビーコン信号の周波数帯は基準周波数である5,732MHzなどの固定周波数を含む周波数帯とし(周波数ホッピングさせず)、無線送電装置102からの送電マイクロ波の送電周波数帯のみ周波数ホッピングさせても良い。この場合、無線受電端末202は周波数帯を切り替える動作を実施する必要はなく、無線送電装置102のみが周波数帯を切り替える動作を実施すれば良い。

0068

なお、選択する周波数帯を制限して周波数ホッピングさせることは、送電アンテナ12を広帯域化する必要が無く、アンテナの設計負荷を軽減できるという効果もある。
[第3実施形態]
第1、第2実施形態は、送電周波数帯を制御したが、第3実施形態として、無線システムとの周波数共有のために送電時間を制御する例を説明する。第3実施形態は、第1実施形態に基づき送電周波数帯を選択して、選択した周波数帯で送電する際に実施、もしくは第2実施形態に基づき時間によって送電周波数帯を順次変更し、変更した周波数帯で送電する際に実施される。第3実施形態の構成は図1図2に示した第1実施形態の構成と同じである。コントローラ18が送電時間も制御する点で第1、第2実施形態と異なる。

0069

レーダとして誤検出されることを防止するために送信時間を長くする)
無線LANはレーダ信号を認識すると、レーダへ干渉を与えない、もしくは干渉を与え難くなるように現在動作しているチャネルを動作停止させ、他の周波数チャネルに切り替えるという動的周波数選択(Dynamic Frequency Selection;DFS)と呼ばれる動作を行っている。送電領域内に存在する可能性のある無線システムがレーダ検出義務付けられている無線LANシステムである場合、無線LANシステムが狭帯域の信号を検出したと判断すると、狭帯域の信号をレーダ信号と誤認識してしまう可能性がある。そのため、狭帯域信号を用いる新無線LAN規格の検討では、従来規格に基づくレガシー無線LANアクセスポイント(Access Point)がDFS動作する周波数帯においては、レガシー無線LANアクセスポイントが新規格で定義される狭帯域信号をレーダと誤検出しないように、狭帯域信号の使用を制限する措置を取る方針になっている。第1、第2実施形態の無線送電装置100、102の送信帯域は100kHz程度であり、レガシー無線LANの信号に比べ狭帯域であるため、無線送電装置100、102からの送電マイクロ波をレガシー無線LANアクセスポイントがレーダ信号と誤検出する可能性がある。

0070

これを防ぐために、無線送電装置100、102のコントローラ18は、発振器16の発振時間を制御して、DFS動作対象になっているレーダが使用するパルス長よりも送電時間を長くする。このため、無線LANがDFS動作対象としている1又は複数のレーダが使用する最大パルス長を予めメモリ20に格納しておく。あるいは、送電前にこの最大パルス長をコントローラ18に対して入力しても良い。例えば、送電周波数帯がW56から選ばれる場合はW56で動作するレーダの最大パルス長をメモリ20に予め格納しておき、送電周波数帯がW53から選ばれる場合はW53で動作するレーダの最大パルス長をメモリ20に予め格納しておき、コントローラ18は、送電周波数帯に応じていずれかの最大パルス長をメモリ20から読み出し、それよりも長い送電時間になるように発振器16の動作を制御する。使用されるレーダの最大パルス長は国や地域により異なることに対応するため、あらゆる国や地域で使用されるレーダの最大パルス長をメモリ20に格納しておき、無線送電装置100、102の動作地域を指定可能とし、指定された地域に応じた最大パルス長が選択されるようになっていても良い。

0071

また、無線LANがDFS動作を要求される周波数帯を送電にも利用する場合には、動作地域、周波数帯の細かい指定はせずに、想定される最大パルス長以上に送電時間を設定しても良い。例えば、C帯気象レーダのパルス長は通常は長くても400μs程度である。従って、C帯気象レーダをDFS動作対象とする無線LANとの周波数共用を考慮する場合、400μs以上の送電時間とすれば良い。

0072

図16は、レーダ信号として誤検出されることを防止するために送電時間を制御する処理の一例を示すフローチャートである。コントローラ20は、ブロック302で、メモリ20からチャネル情報とレーダの最大パルス長を読み出す。コントローラ20は、ブロック304で、チャネル情報に基づいて第1実施形態と同様に送電周波数帯を決定する。コントローラ20は、ブロック306で、レーダの最大パルス長に基づいて送電時間(最大パルス長以上の時間)を決定する。コントローラ20は、ブロック308で、これらの情報に基づき1回の送電を行う。

0073

コントローラ20は、ブロック312で、送電完了か否かを判定する。完了の場合、処理は終了する。完了ではない場合、コントローラ20は、ブロック314で、周波数ホッピングが設定されているか否かを判定する。周波数ホッピングが設定されていない場合、コントローラ20は、ブロック308で、前回の送電時と同じ送電周波数帯、送電時間で次回の送電を行う。周波数ホッピングが設定されている場合、コントローラ20は、ブロック316で、チャネル情報に基づいて第2実施形態と同様に送電周波数帯を変更(周波数ホッピング)する。その後、コントローラ20は、ブロック308で、変更した送電周波数帯、前回の送電時と同じ送電時間で次回の送電を行う。

0074

なお、無線送電装置100、102の送信電力は無線LANに比べて大きいため、レーダに対して与える干渉量も無線LANに比べて大きく、送電マイクロ波がレーダの運用に重篤な影響を及ぼす可能性がある。そのため、レーダから十分な離隔距離が取れている、など、レーダの運用に支障がないことが保障されている場合に限り、レーダの動作する周波数帯を送電に利用できるようにしても良い。無線LANは基本的にDFS動作を実施することでレーダからの離隔距離などの制限を受けずに利用できるため、レガシー無線LANアクセスポイントで送電マイクロ波をレーダとして誤検出することを回避するために送電時間を調整することは重要である。

0075

(無線LANが検出できない程度に送信時間を短くする)
あるいは、逆に、レガシー無線LANアクセスポイントが送電マイクロ波を検出できないように送電時間を短くしても良い。無線LANはCSMA/CA動作をするために、無線媒体キャリアセンスを行っている。無線媒体が何らかにより使用されている(無線媒体がビジー)と検出するために必要な時間は短くても数μs(例えば2μs)必要である。そのため、送電時間がそれよりも短い場合、無線LANは送電マイクロ波を検出することができず、無線LANの送信判断に影響を与えない。その上で、このように送電時間が短時間であれば、無線LANの通信への送電マイクロ波の影響は軽微となり、さらに誤り訂正や前述の再送制御などで無線LANは送電の影響を回避できる。

0076

第1実施形態のように同一の周波数帯で送電が繰り返される場合、1回の送電時間は数μs(例えば2μs)以下とし、1回の送電から次の送電までに時間を開ける。連続する送電の間に時間を開ける理由は、無線LANは時間間隔が短か過ぎる2つの信号を同一の1つの信号として認識してしまうためである。例えば、1回の送電から次の送電までの時間間隔を無線媒体のビジーを検出するのに必要な時間(数μs)以上としても良い。あるいは、無線LANでは送受の切り替えの最短時間としてSIFS(Short Interframe Space)というものが規定されている。1回の送電から次の送電までの時間間隔をSIFS以上としても良い。5GHz帯では20MHz以上のチャネル帯域幅のチャネルを用いる場合、SIFSは16μsである。あるいは、無線LANで40MHzチャネルなどのように複数の連続した20MHzチャネルを用いて送信する際に、基準となる20MHzチャネル(これをprimaryチャネルまたはprimary20チャネルと呼ぶ)に対し、拡張する20MHzチャネル(40MHzチャネルの場合には、secondaryチャネルまたはsecondary20チャネルと呼ぶ)側ではキャリアセンスに要求される時間として、PIFS(Point Coordination Function Interframe SpaceもしくはPoint Interframe Space)が規定されている。1回の送電から次の送電までの時間間隔をPIFS以上としても良い。PIFSは先のSIFS時間にSlot時間というものを足したものであるが、5GHz帯では20MHzチャネル以上を用いるシステムの場合、通常25μsである。あるいは無線LANで用いられるAckTimeoutなどの典型的な時間長以上の間隔にする、としても良い。このAckTimeout時間は先のSIFS時間にSlot時間、さらに無線パケットを受信検出する遅延時間を考慮したものであり、各無線LAN方式でこの無線パケットを受信検出する遅延時間を規定していることから、例えば利用する周波数帯で共存する無線LAN方式での最大時間を選択して時間間隔として用いる、あるいは無線LANで用いられる何らかのフレーム、例えばAck(Acknowledgement)フレーム、の典型的な占有時間長以上の間隔にする、としても良い。

0077

無線送電装置100、102のメモリ20は、無線LANのSIFSもしくはPIFSも保持して、コントローラ18はこれらの値にも基づいて送電を制御しても良い。なお、SIFSもPIFSも2.4GHz帯では5GHz帯と値が異なる。2.4GHz帯ではSIFSは10μs、PIFSは19μsである。従って、動作する周波数帯が5GHz帯か2.4GHz帯かいずれの可能性もある場合には、メモリ20は両帯域での無線LANの時間間隔情報を保持すれば良い。

0078

図17は、無線LANが検出できない程度に送信時間を短くする処理の一例を示すフローチャートである。コントローラ20は、ブロック322で、メモリ20からチャネル情報とSIFS又はPIFSを読み出す。コントローラ20は、ブロック324で、チャネル情報に基づいて第1実施形態と同様に送電周波数帯を決定する。コントローラ20は、ブロック326で、CSMA/CA動作に必要な時間以下に送電時間を決定する。コントローラ20は、ブロック328で、これらの情報に基づき1回の送電を行う。

0079

コントローラ20は、ブロック332で、送電完了か否かを判定する。完了の場合、処理は終了する。完了ではない場合、コントローラ20は、ブロック334で、例えばSIFS又はPIFSに基づく時間、待機する。その後、コントローラ20は、ブロック328で、前回の送電時と同じ送電周波数、送電時間で次回の送電を行う。

0080

なお、第2実施形態のように周波数ホッピングを採用する場合も、1回の送電時間を数μs(例えば2μs)以下とし、1回の送電から次の送電までに例えばSIFS又はPIFSに基づく時間を開けても良い。
なお、このように短い送電時間にすることにより、送電マイクロ波の帯域幅は例えば先の100kHzから1MHz程度に広がる可能性がある。また、第2実施形態のように周波数ホッピングを実施する場合には、周波数を切り替えるのに100μsオーダーの時間がかかる可能性がある。但し、周波数が安定する前、例えば20ppm以上の周波数ずれ許容するのであれば、100μsよりも短い時間で切り替えてもよい。

0081

[第4実施形態]
第4実施形態の構成は図1図2に示した第1実施形態の構成と同じである。第4実施形態は送信電力の制御に関する。コントローラ18は、第1実施形態又は第2実施形態に従って送電周波数帯を決定した後、増幅器14の増幅度を制御することにより、1回の送電電力を制御する。送電電力は送電時間と反比例するように可変される。

0082

(第2実施形態との組み合わせ)
例えば、第2実施形態に基づき送電周波数帯が周波数ホッピングされる場合、コントローラ18は、1つの周波数帯での送電時間が長い場合、送信電力を小さくし、送電時間が短い場合、送信電力を大きくする。無線給電システムの運用の際などに送電時間が決められ、システムの一連稼働中送電時間は各送電周波数帯上で同一とされ、稼動パターンで送電時間を変える場合には、異なる送電時間を選択した稼動パターン間でこのような関係が成立する。

0083

(周波数ホッピングの有無と送信電力の関係)
例えば、コントローラ18は、送電周波数帯が5,732MHz(基準周波数)を含む周波数帯や第1実施形態に基づき選択された固定の周波数帯である(周波数ホッピング無し)場合、送信電力を小さくし、第2実施形態あるいは第1、第2実施形態が選択可能であり周波数ホッピング有りの場合、送信電力を大きくしても良い。この理由は、送電周波数帯が固定周波数であれば、無線通信システムの同一チャネルへ干渉を継続して与える可能性が高いため、送信電力を小さくし、周波数ホッピングにより干渉の影響が分散するのであれば、送電電力を高くしても良いからである。

0084

図18は、周波数ホッピングの有無に応じて送電電力を制御する処理の一例を示すフローチャートである。コントローラ20は、ブロック342で、メモリ20からチャネル情報を読み出す。コントローラ20は、ブロック344で、チャネル情報に基づいて第1実施形態と同様に送電周波数帯を決定する。コントローラ20は、ブロック346で、周波数ホッピングが設定されているか否かを判定する。周波数ホッピングが設定されていない場合、コントローラ20は、ブロック352で、送電電力をある規定電力とする。周波数ホッピングが設定されている場合、コントローラ20は、ブロック348で、送電電力を規定電力より大きい電力とする。コントローラ20は、ブロック354で、これらの情報に基づき1回の送電を行う。

0085

コントローラ20は、ブロック356で、送電完了か否かを判定する。完了の場合、処理は終了する。完了ではない場合、コントローラ20は、ブロック358で、周波数ホッピングが設定されているか否かを判定する。周波数ホッピングが設定されていない場合、コントローラ20は、ブロック352で、送電電力を規定電力とする。周波数ホッピングが設定されている場合、コントローラ20は、ブロック362で、チャネル情報に基づいて第2実施形態と同様に送電周波数帯を変更(周波数ホッピング)する。その後、コントローラ20は、ブロック348で、送電電力を規定電力より大きい電力とし、ブロック354で、変更した送電周波数帯、規定電力より大きい送電電力で次回の送電を行う。

0086

(送電時間と送信電力の関係)
あるいは、干渉の影響を軽減するため、コントローラ18は、無線受電端末200、202がバッテリをフル充電するために必要なトータルの送電時間が長ければ1回の送電電力を小さく、バッテリをフル充電するために必要なトータル送電時間が短ければ1回の送電電力を大きくしても良い。無線送電装置100、102は、バッテリをフル充電するために必要なトータル送電時間を、例えば、無線受電端末200、202のバッテリ容量を予め取得しておく、もしくはビーコン信号などで無線受電端末200、202からの通知を受けることなどで把握することができる。すなわち、バッテリのフル充電に必要なトータルの送電時間の代わりにバッテリ容量に基づいて、送電電力を調整することも可能である。トータルの送電時間が長いと、送電マイクロ波が周辺の他の無線通信システムへ干渉する可能性が高くなる。これを避けるために、トータルの送電時間が長い場合に1回の送信電力を小さくすると、送電時間が短い場合の送電マイクロ波の無線LANへの干渉の総和と、送電時間が長い場合の送電マイクロ波の無線LANへの干渉の総和は等しくなる。

0087

(5,732MHzと他の無線LANの周波数との関係)
また、例えば、送電領域内で動作する他の無線通信システムが無線送電装置の基準周波数の5,732MHz近辺では動作しないが、第2実施形態のように周波数ホッピングを採用し、選択される周波数帯が5,732MHzを含む場合、5,732MHzを含む周波数帯では送信電力を大きくし、他の無線通信システムが利用する可能性のある周波数帯上では送信電力を小さくしても良い。

0088

このように送電時間又は周波数ホッピングの設定の有無又は送電周波数帯に応じて送信電力を調整することにより、基準周波数帯が無線給電システムに専用に割当られ、他の無線通信システムが他の周波数帯を用いる場合、送電マイクロ波が他の無線通信システムに干渉する程度を軽減できるとともに、基準周波数帯では効率よく送電を行うことができる。

0089

[第5実施形態]
第5実施形態の構成は図1図2に示した第1実施形態の構成と同じである。第5実施形態は第1実施形態及び/又は第2実施形態の動作を開始する判断に係る。
無線送電装置100、102の送信電力は無線LANの送信電力に比べて大きいため、無線LANシステムの動作チャネルの隣接チャネルあるいは次隣接チャネルで送電してしまうと、無線LANシステム側のRF成分が飽和してしまう。そのため、例えば、送電周波数帯が当初5,732MHzを含む周波数帯と設定されていた場合、図1又は図2に示すコントローラ18は、図5のチャネル144(無線LANにとって送電周波数帯は隣接チャネルに相当)、チャネル140(無線LANにとって送電周波数帯は次隣接チャネルに相当)などの送電周波数帯の近隣のいくつかの通信チャネルをモニタリングし、それらの通信チャネルの中で無線LANが動作しているチャネル又は動作し得るチャネルがあるか否かを判定する。なお、モニタする通信チャネルは送電周波数帯の近隣の通信チャネルに限らず、無線LANの通信周波数帯に含まれる全ての通信チャネルでも良い。そして、送電周波数帯の近傍のチャネルに無線LANが動作しているチャネル又は動作し得るチャネルがある場合、第1実施形態では、送電周波数帯を5,732MHzから離れた周波数帯であり無線LANが動作しているチャネル又は動作し得るチャネルを除いた周波数帯に変更し、第2実施形態では、5,732MHzから離れた周波数帯であり無線LANが動作しているチャネル又は動作し得るチャネルを除いた周波数帯の中で周波数ホッピングを実行してもよい。

0090

あるいは、図1又は図2に示すコントローラ18は、無線送電装置と無線LANが共用する周波数帯の一部もしくは全てのチャネル品質をモニタリングし、基準周波数である5,732MHzを含むチャネルよりも良い条件(例えばRSSIが低いなど)のチャネルがあるか否かを判定する。良い条件のチャネルがある場合、第1実施形態では、送電周波数帯を5,732MHzを含むチャネルから良い条件のチャネルに変更し、第2実施形態では、良い条件のチャネルの中で周波数ホッピングを実行してもよい。

0091

図19は、第5実施形態による送電制御処理の一例を示すフローチャートである。コントローラ20は、ブロック372で、送電周波数を5,732MHzとする。コントローラ20は、ブロック374で、5,732MHzの近隣のチャネルの通信状況をモニタリングする。コントローラ20は、ブロック376で、それらのチャネルの中で無線LANが動作中の又は動作し得るチャネルがあるか否かを判定する。ブロック376の判定がNoの場合、コントローラ20は、ブロック384で、5,732MHzを含む送電周波数帯で送電する。

0092

ブロック376の判定がYesの場合、コントローラ20は、ブロック378で、無線送電装置と無線LANが共用する周波数帯のチャネルの中で良い条件(例えばRSSIが低いなど)のチャネルがあるか否かを判定する。ブロック378の判定がNoの場合、コントローラ20は、ブロック384で、5,732MHzを含む送電周波数帯で送電する。

0093

ブロック378の判定がYesの場合、コントローラ20は、ブロック382で、送電周波数帯を5,732MHzから離れた周波数帯であり無線LANが動作しているチャネル又は動作し得るチャネルを除いて条件の良いチャネルに変更する。あるいは、周波数ホッピングが設定されている場合、コントローラ20は、ブロック382で、送電周波数帯を5,732MHzから離れた周波数帯であり無線LANが動作しているチャネル又は動作し得るチャネルを除いて条件の良いチャネルの中で周波数ホッピングを実行する。

0094

送電周波数帯の設定後、コントローラ20は、ブロック384で、設定された送電周波数帯で送電する。コントローラ20は、ブロック386で、送電完了か否かを判定する。完了の場合、処理は終了する。完了ではない場合、コントローラ20は、ブロック374のチャネルモニタの処理を再度実行する。

0095

なお、ブロック376、ブロック378の2つの判定は必ず実行する必要は無く、いずれか一方の判定を省略してもよい。
第5実施形態は第1実施形態及び/又は第2実施形態と組み合わせて説明したが、さらに第3実施形態及び/又は第4実施形態を組み合わせ、1回の送電の際の送電時間、送電電力を調整しても良い。

0096

上述した実施形態において選択される送電周波数帯の属する周波数帯について説明する。例えば、送電周波数帯がW52、W53、W56に含まれるとする。無線送電は高周波によりカバーする周波数領域が約5GHz以内に制限されることが考えられる。その場合、5,732MHzを上限とする周波数帯の中から送電周波数帯を選択すると、W52のW53寄りのチャネル48が下限領域となる。そのため、これを考慮して第1実施形態または第2実施形態で送電周波数帯を選択するようにしてもよい。この例の場合には、例えば、2.4GHz帯を送電周波数帯として選択する場合には、5GHz帯を合わせて使用することはせず、2.4GHz帯単独での運用となる。

0097

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良い。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せても良い。

0098

100,102…無線送電装置、200,202…無線受電端末、12…送信アンテナ、14…増幅器、16…発振器、18…コントローラ、20…メモリ、32…受信アンテナ、36…整流器、38…充電器/給電器。

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