JP4987775B2 - 無線被給電端末、システムおよび方法 - Google Patents

Description

この発明は、無線給電技術に関し、特に無線給電に利用する周波数の選択方法についての無線被給電端末、システムおよび方法に関する。

無線給電用のマイクロ波送信部と無線通信手段とから構成されるマイクロ波送信端末と、電力を無線で受信する無線給電部と無線通信手段とから構成される被給電端末と、から構成される無線給電システムが知られている。このシステムを用いることで、情報の送受信と、エネルギーの無線給電（無線伝送）が可能となる（例えば、特許文献１参照）。

従来の無線給電システムにおいては、特定の周波数のマイクロ波を利用して無線給電をおこなっている。例えば２．４ＧＨｚのＩＳＭ帯の周波数を利用した場合、無線ＬＡＮ等の無線通信へ対して干渉となる問題がある。また、無線通信で使用することが可能な周波数は有限であり、既に無線通信用に大部分の周波数が割り当てられている。このために、無線給電のための周波数の確保が困難になっている。

周波数の確保のために、コグニティブ無線技術が開発されている。コグニティブ無線通信では、既に割り当てられている周波数が利用されているか利用されていないかを検出して、利用されていない空き周波数を利用して無線通信を行なう。これにより、無線通信へ対しての干渉を削減することが可能となる。

そこで、コグニティブ無線通信技術を無線給電に応用することが考えられる。ところが、空き周波数が複数存在した場合には、無線給電に対して最適な周波数を選択する必要があるが、従来この方法は示されていない。
特開２００４−１２７２７６公報

このように従来の無線給電システムにおいては、特定の周波数のマイクロ波を利用して無線給電をおこなっているので、無線通信へ干渉となる場合がある。また、空き周波数を利用することも考えられるが、無線給電に対して最適な周波数の選択方法が課題となっている。

この発明は、上述した事情を考慮してなされたものであり、無線給電に最適な周波数を利用して無線給電を行うことが可能な無線被給電端末、システムおよびプログラムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明の被給電端末は、他の通信システムが使用していない、マイクロ波を送信する１以上の周波数候補を含む第１情報を他端末から受信する第１受信手段と、前記第１情報に含まれる周波数候補で前記他端末から送信されたマイクロ波を受信する第２受信手段と、前記マイクロ波のエネルギーを直流エネルギーに変換する変換手段と、前記直流エネルギーのうちの、最大のエネルギーとなる最適周波数を含む第２情報を前記他端末に送信する送信手段と、前記最適周波数での、前記第２受信手段が受信するマイクロ波を前記変換手段が変換した直流エネルギーを受け取る２次電池と、を具備することを特徴とする。

本発明の無線給電システムは、給電を他の端末に要求する第１端末と、前記第１端末の要求を受けてマイクロ波を該第１端末に送信する第２端末とを含む無線給電システムであって、
前記第２端末は、他の無線システムが使用していない、前記マイクロ波を送信する周波数候補を１以上選択する第１選択手段と、前記周波数候補を含む第１情報を前記第１端末に送信する第１送信手段と、前記周波数候補で前記マイクロ波を前記第１端末に送信する第２送信手段と、を具備し、
前記第１端末は、前記第１情報を受信する第１受信手段と、前記第１情報に含まれる周波数候補で前記マイクロ波を受信する第２受信手段と、前記マイクロ波を直流電流に変換する変換手段と、前記周波数候補ごとに前記直流電流の電流値を測定する測定手段と、前記電流値のうちの、最大の電流値となる最適周波数を選択する第２選択手段と、前記最適周波数を含む第２情報を前記第２端末に送信する第３送信手段と、を具備し、
前記第２端末は、前記第２情報を受信する第３受信手段と、前記第２情報に含まれる最適周波数でマイクロ波を前記第１端末に送信する第４送信手段と、をさらに具備し、
前記第１端末は、前記測定手段が測定した前記最適周波数での、前記第２受信手段が受信するマイクロ波を前記変換手段が変換した直流電流を受け取る２次電池をさらに具備することを特徴とする。

本発明の無線給電方法は、他の通信システムが使用していない、マイクロ波を送信する１以上の周波数候補を含む第１情報を他端末から受信し、前記第１情報に含まれる周波数候補で前記他端末から送信されたマイクロ波を受信し、前記マイクロ波のエネルギーを直流エネルギーに変換し、前記直流エネルギーのうちの、最大のエネルギーとなる最適周波数を含む第２情報を前記他端末に送信し、前記最適周波数で受信したマイクロ波を変換した直流エネルギーを受け取る２次電池を用意することを特徴とする。

本発明の無線被給電端末、システムおよびプログラムによれば、無線給電に最適な周波数を利用して無線給電を行うことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る無線被給電端末、システムおよびプログラムについて詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
（第１の実施形態）
本実施形態の無線給電システムについて図１を参照して説明する。
実施形態の無線給電システムは、被給電端末１００とマイクロ波送信端末１５０とを含む。
被給電端末１００は、第１無線通信部１０１、周波数選択部１０２、無線給電部１０３、２次電池１０４を含む。マイクロ波送信端末１５０は、第２無線通信部１５１、マイクロ波送信部１５２、空き周波数検出部１５３を含む。

第１無線通信部１０１は、マイクロ波送信端末１５０との間で情報を送受信することが可能であり、マイクロ波送信端末１５０との間で情報を伝達することができる。第１無線通信部１０１は、特定の周波数を利用して無線通信を行い、情報の送受信を行うものであり、その方式は問わない。第１無線通信部１０１は、例えば、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、携帯電話などの無線通信方式を利用し、無線通信を行えるように構成されている。つまり、第１無線通信部１０１と第２無線通信部１５１は、マイクロ波送信端末１５０と被給電端末１００との間で情報の送受を行うものである。情報の送受を行うことが可能となるので、被給電端末１００からの無線給電の要求や、無線給電のために送信されるマイクロ波の周波数の情報などについての情報を送受することが可能となる。

周波数選択部１０２は、第１無線通信部１０１から、マイクロが送信される周波数の情報を受け取る。また、無線給電部１０３から、測定された無線給電量の情報を受け取る。周波数の情報と無線給電量の情報から、最大の無線給電が可能な周波数を選択する。

無線給電部１０３は、受信したマイクロ波エネルギーを直流エネルギーへ変換し、２次電池１０４へ給電する。詳細は後に図２を参照して説明する。

２次電池１０４は、無線給電部１０３から得た直流エネルギーを化学的エネルギーに変換して蓄え、必要に応じて、再び起電力としてエネルギーを取り出すことができる。

第２無線通信部１５１は、被給電端末１００との間で情報を送受信することが可能であり、被給電端末１００との間で情報を伝達することができる。第２無線通信部１５１は、第１無線通信部１０１と同様に、第１無線通信部１０１との間で無線通信を行うように構成されている。

マイクロ波送信部１５２は、被給電端末１００にマイクロ波を送信する。マイクロ波送信部１５２は、様々な周波数のマイクロ波を送信できるように構成されている。例えばマイクロ波送信部１５２は、アンテナ、マイクロ波発信器、増幅器などから構成されている。

空き周波数検出部１５３は、マイクロ波送信の候補となる周波数が利用されているか利用されていないか検出する。詳細は後に図３を参照して説明する。

なおアンテナは、複数の周波数で動作可能なようになっていればよい。例えば、ホーンアンテナ、スパイラルアンテナのような広帯域アンテでもよいし、アンテナと可変インピーダンスを一体化したチューナブルアンテナで構成されてもよい。

次に、図１の無線給電部１０３について図２を参照して説明する。
無線給電部１０３は、マイクロ波受信用アンテナ２０１、整流回路２０２、直流電力測定回路２０３、スイッチ２０４を含む。

マイクロ波受信用アンテナ２０１は、上述したようなアンテナである。
整流回路２０２は、マイクロ波受信用アンテナ２０１で受信したマイクロ波を直流電流に変換する。
直流電力測定回路２０３は、整流回路２０２で整流された直流電流の電力を測定する。直流電力測定回路２０３は測定された直流電力量を用いて無線給電量を測定する。
スイッチ２０４は、整流回路２０２で整流された直流電流の接続先を直流電力測定回路２０３と２次電池１０４との間で切り替える。

このように構成することで、整流回路２０２と直流電力測定回路２０３が接続されているときは、給電可能な電力量を測定することが可能である。また、整流回路２０２と２次電池１０４が接続しているときには、２次電池１０４への給電が可能となる。
このような構成で給電可能な量を評価することで、実際に給電可能な電力量を正確に測定することが可能になる。この効果については、後で詳細に説明を加える。

次に、図１の空き周波数検出部１５３について図３を参照して説明する。
空き周波数検出部１５３は、空き周波数検出用アンテナ３０１、無線周波数検出部３０２、無線周波数データベース３０３、周波数設定部３０４を含む。

空き周波数検出用アンテナ３０１は、複数の周波数のマイクロ波を受信可能なアンテナである。

無線周波数検出部３０２は、ある周波数で無線システムによる信号を検出しようとしてこの信号がこの周波数にあるかどうかを判定する。

無線周波数データベース３０３は、すでに割り当てられている無線周波数のデータであり、どの周波数がどのような無線システムで利用されているかをデータベース化しているものである。

周波数設定部３０４は、他の通信システムが使用していない無線給電に利用可能な１つあるいは複数の周波数を選択し設定する。周波数設定部３０４は、無線周波数検出部３０２で検出された周波数と無線周波数データベース３０３を比較して、無線給電に利用可能な複数の周波数を設定することを特徴とする。

このように構成することで、１以上の空き周波数を検出し、無線通信に干渉を起こさない無線給電可能な周波数を検出することが可能になる。

以上のように、無線給電システムは構成されているが、無線給電は以下の手順で行われる。
第１に、空き周波数検出部１５３が１つあるいは複数の空き周波数を検出する。
第２に、検出された空き周波数でマイクロ波送信部１５２がマイクロ波送信を行い、無線給電部１０３がこのときの給電量を測定する。
第３に、周波数選択部１０２が無線給電量の複数の測定値から、マイクロ波送信のための最適周波数を選択する。
第４に、マイクロ波送信部１５２が最適周波数でマイクロ波送信を行い、無線給電部１０３が２次電池へ給電を行う。
このような構成とすることにより、無線給電に対して最適な周波数で給電を行え、効率よく無線給電が可能となる。

ここで、本実施形態と従来の電力測定方法との違いを説明する。ここでは、空き周波数を利用して無線通信を行うコグニティブ無線通信システムの場合を例とする。
従来は、通信を行う際にＲＳＳＩを調査するために電力測定を行っている例がある。この場合には、アンテナで受信した受信信号をカプラで分岐し、分岐後の一方の受信信号を無線通信部に出力すると共に他方の受信信号を整流回路に出力し、整流回路で直流へと変換し、この直流電流の電力を直流電力測定回路で測定している。測定された直流電力の値と、無線通信回路から得られる送信された周波数の情報から、周波数選択回路が最大の受信電力となる周波数を選択している。

このように、従来の無線通信システムにおいても直流電力は測定されているが、従来はカプラで分岐した後の微弱な電力を測定するものである。このため、大電力を取り扱う無線給電部１０３の整流回路と、従来の微弱な電力を測定する整流回路の間に周波数特性が異なる場合があり、従来の手法では２次電池へ給電可能な正確な電力量を測定できない。

そこで、本実施形態では、２次時電池へ給電を行うときに用いる整流回路を利用して直流電力を測定している。このために、本実施形態では２次電池へ給電される電力量を正確に測定できるようになっている。

（より詳細な例）
本実施形態の無線給電システムの詳細な一例について図４を参照して説明する。
この例では、被給電端末１００とマイクロ波送信端末１５０にそれぞれ第１制御回路４０１と第２制御回路４５１を設け、最適な周波数で長時間にわたって無線給電可能となるように構成されている。この例は、第１制御回路４０１と第２制御回路４５１が図１の無線給電システムに付加されていて、その他は、図１の無線給電システムと同様である。

マイクロ波送信端末１５０内の第２制御回路４５１は、最適周波数を設定する段階においてはマイクロ波送信部１５２の周波数の設定を行う。また第２制御回路４５１は、最適周波数で無線給電を行うときには、最適周波数でマイクロ波送信が行えるように設定を行う。

被給電端末１００内の第１制御回路４０１は、最適周波数を設定する段階においてはスイッチを切り替え、整流回路２０２と直流電力測定回路２０３が接続するように切り替える。また第１制御回路４０１は、最適周波数で無線給電を行うときには、スイッチを切り替え整流回路２０２と２次電池１０４が接続するように切り替える。

次に、図４の無線給電システムの動作の一例について図５を参照して説明する。なお、図５の中で左側はマイクロ波送信端末１５０が行なう手順を示し、右側は被給電端末１００が行う手順を示している。これらの動作は、被給電端末１００では第１制御回路４０１によって制御されマイクロ波送信端末１５０では第２制御回路４５１によって制御される。
ＳＴＥＰ １：被給電端末１００で、第１制御回路４０１の制御により第１無線通信部１０１がワイヤレス給電の要求をマイクロ波送信端末１５０へ行う（ステップＳ５０１）。

ＳＴＥＰ ２：マイクロ波送信端末１５０で、第２無線通信部１５１が被給電端末１００からワイヤレス給電の要求を受けたことを第２制御回路４５１が検出すると、周波数設定部３０４が周波数候補を選定するように第２制御回路４５１が周波数設定部３０４に指示を渡し、周波数設定部３０４が周波数候補を選定する（ステップＳ５５１）。
ＳＴＥＰ ３：マイクロ波送信端末１５０で、第２無線通信部１５１が、周波数設定部３０４が選定した複数の候補周波数と第２制御回路４５１が設定するそれらの送信順番についての情報を被給電端末１００へ無線送信する（ステップＳ５５２）。

ＳＴＥＰ ４：被給電端末１００で、第１無線通信部１０１が複数の候補周波数とそれらの送信順番についての情報をマイクロ波送信端末１５０から無線受信する（ステップＳ５０２）。
ＳＴＥＰ ５：被給電端末１００で、第１無線通信部１０１が候補周波数の送信時刻に関する要求を無線送信する（ステップＳ５０３）。

ＳＴＥＰ ６：マイクロ波送信端末１５０で、被給電端末１００から受信した送信時刻にしたがって、マイクロ波送信部１５２がマイクロ波送信を被給電端末１００へ送信する（ステップＳ５５３）。

ＳＴＥＰ ７：被給電端末１００で、第１制御回路４０１がスイッチ２０４を直流電力測定回路２０３へ切り替え、直流電力測定回路２０３が候補となる周波数についての直流電力を測定する（ステップＳ５０４）。
ＳＴＥＰ ８：被給電端末１００で、周波数選択部１０２が、最大直流電力が得られた周波数を最適周波数として選択する（ステップＳ５０５）。
ＳＴＥＰ ９：被給電端末１００で、第１無線通信部１０１がステップＳ５０５で選択された最適周波数についての情報をマイクロ波送信端末１５０へ無線送信する（ステップＳ５０６）。

ＳＴＥＰ１０：マイクロ波送信端末１５０で、第２無線通信部１５１が被給電端末１００から受信した最適周波数の情報にしたがって、第２制御回路４５１が最適周波数でマイクロ波送信を行う指示をマイクロ波送信部１５２へ渡し、マイクロ波送信部１５２が被給電端末１００へマイクロ波送信を行う。（ステップＳ５５４）。

ＳＴＥＰ１１：被給電端末１００で、第１制御回路４０１がスイッチ２０４を２次電池１０４側へ切り替え、整流回路２０２によって得られる電流によって２次電池１０４へ給電を行う（ステップＳ５０７）。
ＳＴＥＰ１２：マイクロ波送信端末１５０で、第２制御回路４５１が、マイクロ波送信部１５２が一定時間後にマイクロ波の送信を停止するようにマイクロ波送信部１５２に指示し、マイクロ波送信部１５２がマイクロ波の送信を停止する（ステップＳ５５５）。
ＳＴＥＰ１３：マイクロ波送信端末１５０で、第２制御回路４５１が、周波数設定部３０４が無線周波数検出部３０２を使用して、別の無線通信システムがステップＳ５０５で選択された最適周波数を利用していないかどうかの空き状態を再び調べるように周波数設定部３０４に指示し、周波数設定部３０４は再調査する（ステップＳ５５６）。
ＳＴＥＰ１４：マイクロ波送信端末１５０で、ステップＳ５５６の再調査の結果、継続して空いていればＳＴＥＰ１０（ステップＳ５５４）のマイクロ波送信を再開する（ステップＳ５５７）。ステップＳ５５６の再調査の結果、最適周波数が利用できなくなっていれば、ＳＴＥＰ２（ステップＳ５５１）の空き周波数候補の選定から再びやり直すように第２制御回路４５１がマイクロ波送信端末１５０の各部を制御する（ステップＳ５５７）。

ＳＴＥＰ１５：被給電端末１００で、第１制御回路４０１が２次電池１０４への充電が完了を検出した場合に、第１制御回路４０１が、第１無線通信部１０１が無線給電停止の要求をマイクロ波送信端末１５０へ無線通信で行うよう制御し、第１無線通信部１０１がこの無線通信を行う（ステップＳ５０８）。

ＳＴＥＰ１６：マイクロ波送信端末１５０で、第２制御回路４５１が、第２無線通信部１５１が無線給電停止の要求を受けたと判定した場合に、マイクロ波送信部１５２へマイクロ波の送信を停止する指令を渡し、マイクロ波送信部１５２がマイクロ波の送信を停止する（ステップＳ５５８）。

以上の手順にしたがって無線給電を行うことで最適な周波数で長時間にわたって無線給電することが可能になる。その結果、２次電池への給電が十分行えるようになる。また、長時間無線給電をおこなっても、別の無線通信システムへの干渉を最小にすることが可能である。

以上の第１の実施形態によれば、空き周波数の中から、２次電池へ給電可能な電力量を最大化可能な周波数を適切に設定することが可能になる。また、別の無線通信システムへの干渉を最小化しつつ、最大の無線給電を行うことができるようになる。

なお、本実施形態においては、被給電端末内の無線通信用のアンテナと無線給電用のアンテナは別々に構成されているが、一体化して共用されてもよい。この場合には、小型化が行える。また、マイクロは送信端末内の無線通信用アンテナ、マイクロ波送信用アンテナ、空き周波数検出用アンテナは別々に構成されているが、一体化して共用されてもよい。
また、アンテナ以外の構成要素についても、共用化して小型化、低コスト化を行ってもよい。

次に、被給電端末１００の整流回路２０２、および、マイクロ波送信端末１５０のマイクロ波送信部１５２で使用するアンテナについて、以下に３つの例を図６、図７、図８を参照して説明する。
（第１の例）
第１の例は整流回路２０２およびマイクロ波送信部１５２のアンテナがコイルで形成されている場合である（図６）。コイルで形成されているために、電磁誘導方式の無線給電が可能となる。
マイクロ波を利用した無線給電の方式としては、送受のアンテナをコイルとして、お互いのコイルを対向させ、電磁誘導結合で無線給電する方法が知られている。そこで、第１の例では、電磁誘導で無線給電を行なうために、アンテナをコイルで構成している。
第１の例ではアンテナをコイルで構成して、電磁誘導方式で無線給電を行なうことを可能とする。

（第２の例）
第２の例は整流回路２０２およびマイクロ波送信部１５２のアンテナは、同一の共振周波数を有する場合である（図７）。これにより、共鳴型の無線給電を行うことができる。
マイクロ波を利用した無線給電の方式としては、マイクロ波送信側のアンテナの共振周波数とマイクロ波受信側のアンテナの共振周波数を同一として、２つのアンテナを共鳴させ無線給電する共鳴型の方式が知られている。共鳴型においては、アンテナの共振周波数を同一とすることが必要であり、共振周波数を同一とすることで効率よく無線給電が可能となる。

本実施形態では様々な周波数が用いられるために、第２の例では様々な周波数で共振可能なアンテナを用いる。例えば、複数の周波数で共振させるために、異なる周波数で共振しているアンテナを切り替える。図７は、異なる周波数で共振するアンテナ７０１、７０２、７０３、７０４を、スイッチ回路７０５を用いて切り替える場合のアンテナ構成である。図７ではアンテナが４種類の場合を示している。スイッチ回路７０５は、マイクロ波送信に利用される周波数に応じてスイッチを切り替え、アンテナを選択する。

（第３の例）
第３の例は、第２の例と実質的に同様であるが、アンテナ８０１と可変インピーダンス部８０２を組み合わせて構成されるチューナブルアンテナである場合である（図８）。可変インピーダンス部８０２は、可変インダクタンス、可変キャパシタンス、可変抵抗を１つずつ、あるいは、複数組み合わせて構成される。可変インピーダンス部８０２は、可変インピーダンスの値を変えることで、アンテナ８０１の共振周波数を可変させることが可能となる。

第２の例および第３の例では、本実施形態のマイクロ波受信用アンテナ（整流回路２０２に接続）とマイクロ波送信部１５２に用いられるアンテナは、同一の共振周波数を持つことを特徴として、これにより、共鳴型の無線給電が可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態は第１の実施形態での無線給電部１０３に含まれる装置部分が第１の実施形態とは異なる。本実施形態では、図９に示すように第１実施形態の図２に示す無線給電部１０３に加えて利得制御回路９０３が付加され、整流回路９０１が低利得と高利得の２状態に切り替えることが可能である。
本実施形態の無線給電部１０３は、整流回路９０１と直流電力測定回路９０２、利得制御回路９０３、スイッチ２０４を含む。

整流回路９０１は、低利得と高利得の２状態に切り替えることができ、それぞれの場合にマイクロ波受信用アンテナ２０１で受信したマイクロ波を直流電流に変換する。低利得、高利得とは、それぞれ直流電流への変換効率が低い場合、高い場合を示している。高利得とした場合には、低利得とした場合に比べて、マイクロ波から直流への変換効率を大きくすることができる。すなわち、無線給電量を大きくすることが可能である。しかし、高利得の場合は低利得に比較して、整流回路９０１が作動するために、整流回路９０１に外部から供給される電力の大きさを大きくする必要がある。

直流電力測定回路９０２は、整流回路９０１で整流された直流電流の電力を測定し、測定した電力値を利得制御回路９０３に渡す。直流電力測定回路９０２は測定された直流電力量を用いて無線給電量を測定する。

利得制御回路９０３は、整流回路９０１を低利得としたときの直流電力測定回路９０２の測定値に応じて、直流電流を２次電池１０４へ給電するときの整流回路９０１の利得を切り替える。その他の構成は、第１の実施形態と同一であるので、説明を省略する。利得制御回路９０３は、低利得とした状態で直流電力測定回路９０２が測定した電流値が閾値よりも大きい場合には高利得の状態へ切り替え、低利得とした状態で直流電力測定回路９０２が測定した電流値が閾値以下である場合には低利得の状態を維持する。

本実施形態では、整流回路９０１は、高利得と低利得の２つの状態に切り替えることが可能である。高利得とした場合には、低利得とした場合に比べて、マイクロ波から直流への変換効率を大きくすることができる。すなわち、無線給電量を大きくすることが可能である。

ところが、高利得とする場合には、整流回路９０１へ電力を供給しなくてはならない。高利得としたときに無線給電で給電できる電力Ｐ１と整流回路９０１で消費される電力Ｐ２の差（Ｐ１−Ｐ２）がマイナスとなると、無線給電を行なっても、被給電端末１００内の電力量は減ってしまう。つまり、高利得としたときの実質的な給電量は（Ｐ１−Ｐ２）となる。

Ｐ２の値は、整流回路９０１の構成によってあらかじめ測定することが可能である。また、Ｐ１の値は、整流回路９０１を低利得としたときに給電できる電力Ｐ３の値から求めることが可能である。Ｐ３の値とマイクロ波受信用アンテナ２０１で受信したマイクロ波の強度は１対１の関係であり、このマイクロ波の強度とＰ３の値も１対１の関係であるので、あらかじめ求めることが可能である。

本実施形態においては、（Ｐ１−Ｐ２）＞Ｐ３を利得切り替えの基準とする。利得制御回路９０３は、（Ｐ１−Ｐ２）≦Ｐ３の場合には、高利得としても実質的な給電量が減少してしまうので、低利得状態とする。つまり、利得制御回路９０３は（Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３）を閾値として利得の切り替えを行う。利得制御回路９０３は、（Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３）＞０の場合には整流回路９０１を高利得へと切り替え、（Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３）≦０の場合には、整流回路９０１を低利得へと切り替える。

第２の実施形態によれば、整流回路を低利得状態としたときの直流電力測定回路の測定値が閾値よりも大きいかどうかによって、無線給電に用いる整流回路９０１の利得を切り替える。これにより、マイクロ波受信アンテナで受信したマイクロ波の強度が大きいときには高利得とし無線給電量を改善し、マイクロ波の強度が小さいときには低利得として無駄な消費電力を抑えながら無線給電を可能とすることができる。

（第３の実施形態）
本実施形態は、図１０に示すように第１の実施形態での被給電端末１００およびマイクロ波送信端末１５０にそれぞれ位置情報取得部を含むことが、第１の実施形態とは異なる。
被給電端末１００は第１位置情報取得部１００１を含み、マイクロ波送信端末１５０は第２位置情報取得部１０５１を含む。本実施形態の無線給電システムは、第１位置情報取得部１００１と第２位置情報取得部１０５１との情報をやり取りして、被給電端末１００とマイクロ波送信端末１５０との距離が閾値よりも小さい場合だけ、無線給電を行うことを特徴とする。

より詳細には、被給電端末１００で、マイクロ波送信端末１５０が取得した第２位置情報を第１無線通信部１０１が取得し、第２位置情報と第１位置情報取得部１００１が取得した第１位置情報とにより被給電端末１００とマイクロ波送信端末１５０との距離を第１制御回路４０１が比較しこの距離が閾値よりも小さいかどうかを判定する。この動作は、マイクロ波送信端末１５０でも行ってもよい。

被給電端末１００とマイクロ波送信端末１５０との間の距離が閾値よりも近いときだけ無線給電を行なうことにより、端末間の距離が大きく、無線給電量が非常に小さくなると予想されるときには、無線給電を行なわない。無線給電量が非常に小さい場合、マイクロ波の送信電力のほとんどは損失となり無駄となる。そこで本実施形態によれば、このような無駄な電力損失を小さくすることが可能である。

第１位置情報取得部１００１と第２位置情報取得部１０５１はＧＰＳを用いればよい。また、端末（通常はマイクロ波送信端末１５０）が固定されている場合には、対応する位置情報取得部にあらかじめ位置情報を入力すればよい。

第３の実施形態によれば、被給電端末とマイクロ波送信端末に、それぞれ、位置情報取得手段を追加することで、両者の距離が明らかになり、無線給電を行うか、無線給電を行なわないかを切り替えることが可能となる。無線給電量が非常に小さい場合の無駄な電力消費を削減することが可能となる。

以上に示した実施形態によれば、空き周波数の中から、２次電池へ給電可能な電力量を最大化可能な周波数を適切に設定して、別の無線通信システムへの干渉を最小化しつつ、この周波数を利用して最大の無線給電を行うことができるようになる。
なお、本実施形態においては、被給電端末内の無線通信用のアンテナと無線給電用のアンテナは別々に構成されているが、一体化して共用されてもよい。この場合には、小型化が行える。また、マイクロは送信端末内の無線通信用アンテナ、マイクロ波送信用アンテナ、空き周波数検出用アンテナは別々に構成されているが、一体化して共用されてもよい。
また、アンテナ以外の構成要素についても、共用化して小型化、低コスト化を行ってもよい。

その他、複数の周波数対応のための構成、無線給電量の向上、低消費電力化、低コスト化、無線通信と無線給電の共存を実現することができる。

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。

第１の実施形態の無線給電システムに含まれる被給電端末とマイクロ波送信端末のブロック図。 図１の被給電端末に含まれる無線給電部１０３のブロック図（２次電池も含む）。 図１のマイクロ波送信端末に含まれる空き周波数検出部のブロック図。 第１の実施形態の無線給電システムに含まれるより詳細な被給電端末とマイクロ波送信端末のブロック図。 図４の無線給電システムの動作の一例を示すフローチャート。 図１の無線給電部およびマイクロ波送信部で使用するアンテナの第１の例を示す図。 図１の無線給電部およびマイクロ波送信部で使用するアンテナの第２の例を示す図。 図１の無線給電部およびマイクロ波送信部で使用するアンテナの第３の例を示す図。 第２の実施形態の無線給電システムに含まれる被給電端末の無線給電部のブロック図。 第３の実施形態の無線給電システムに含まれる被給電端末とマイクロ波送信端末のブロック図。

符号の説明

１００・・・被給電端末、１０１・・・第１無線通信部、１０２・・・周波数選択部、１０３・・・無線給電部、１０４・・・２次電池、１５０・・・マイクロ波送信端末、１５１・・・第２無線通信部、１５２・・・マイクロ波送信部、１５３・・・空き周波数検出部、２０１・・・マイクロ波受信用アンテナ、２０２、９０１・・・整流回路、２０３、９０２・・・直流電力測定回路、２０４・・・スイッチ、３０１・・・周波数検出用アンテナ、３０２・・・無線周波数検出部、３０３・・・無線周波数データベース、３０４・・・周波数設定部、４０１・・・第１制御回路、４５１・・・第２制御回路、７０１〜８０１・・・アンテナ、７０５・・・スイッチ回路、８０２・・・可変インピーダンス部、９０３・・・利得制御回路、１００１・・・第１位置情報取得部、１０５１・・・第２位置情報取得部。

Claims (14)

1. 他の通信システムが使用していない、マイクロ波を送信する１以上の周波数候補を含む第１情報を他端末から受信する第１受信手段と、
   前記第１情報に含まれる周波数候補で前記他端末から送信されたマイクロ波を受信する第２受信手段と、
   前記マイクロ波のエネルギーを直流エネルギーに変換する変換手段と、
   前記直流エネルギーのうちの、最大のエネルギーとなる最適周波数を含む第２情報を前記他端末に送信する送信手段と、
   前記最適周波数での、前記第２受信手段が受信するマイクロ波を前記変換手段が変換した直流エネルギーを受け取る２次電池と、を具備することを特徴とする被給電端末。
2. 前記第２受信手段は、マイクロ波受信用アンテナを含み、
   前記変換手段は、
   前記マイクロ受信用アンテナで受信したマイクロ波を直流電流に変換する整流回路と、
   前記周波数候補ごとに前記直流電流の電流値を測定する測定手段と、
   前記電流値のうちの、最大の電流値となる最適周波数を選択する選択手段と、
   前記直流電流の接続先を前記測定手段と前記２次電池との間で切り替えるスイッチと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の被給電端末。
3. 前記整流回路は、高利得と低利得の２つの状態を有し、低利得とした状態で前記測定手段が測定した電流値が閾値よりも大きい場合には高利得の状態へ切り替え、低利得とした状態で前記測定手段が測定した電流値が前記閾値以下である場合には低利得の状態を維持することを特徴とする請求項２に記載の被給電端末。
4. 自端末の第１位置情報を取得する取得手段をさらに具備し、
   前記第１受信手段が他端末の第２位置情報を受信し、
   前記被給電端末は、前記第１位置情報と前記第２位置情報から自端末と他端末との距離を求め、該距離が閾値よりも小さい場合のみ前記変換手段および前記送信手段を動作させる制御部をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の被給電端末。
5. 前記第２受信手段は、コイルで形成されるアンテナを介して送信されたマイクロ波を、コイルで形成されるアンテナを介して受信することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の被給電端末。
6. 前記第２受信手段は、共振周波数を有するアンテナを介して送信されたマイクロ波を、該共振周波数を有するアンテナを介して受信することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の被給電端末。
7. 他の無線システムが使用していない、マイクロ波を送信する１以上の周波数候補を含む第１情報を他端末から受信する第１受信手段と、
   前記第１情報に含まれる周波数候補で前記他端末から送信されたマイクロ波を受信する第２受信手段と、
   前記マイクロ波を直流電流に変換する変換手段と、
   前記周波数候補ごとに前記直流電流の電流値を測定する測定手段と、
   前記電流値のうちの、最大の電流値となる最適周波数を選択する選択手段と、
   前記最適周波数を含む第２情報を前記他端末に送信する送信手段と、
   前記測定手段が測定した前記最適周波数での、前記第２受信手段が受信するマイクロ波を前記変換手段が変換した直流電流を受け取る２次電池と、を具備することを特徴とする被給電端末。
8. 給電を他の端末に要求する第１端末と、前記第１端末の要求を受けてマイクロ波を該第１端末に送信する第２端末とを含む無線給電システムであって、
   前記第２端末は、
   他の無線システムが使用していない、前記マイクロ波を送信する周波数候補を１以上選択する第１選択手段と、
   前記周波数候補を含む第１情報を前記第１端末に送信する第１送信手段と、
   前記周波数候補で前記マイクロ波を前記第１端末に送信する第２送信手段と、を具備し、
   前記第１端末は、
   前記第１情報を受信する第１受信手段と、
   前記第１情報に含まれる周波数候補で前記マイクロ波を受信する第２受信手段と、
   前記マイクロ波を直流電流に変換する変換手段と、
   前記周波数候補ごとに前記直流電流の電流値を測定する測定手段と、
   前記電流値のうちの、最大の電流値となる最適周波数を選択する第２選択手段と、
   前記最適周波数を含む第２情報を前記第２端末に送信する第３送信手段と、を具備し、
   前記第２端末は、
   前記第２情報を受信する第３受信手段と、
   前記第２情報に含まれる最適周波数でマイクロ波を前記第１端末に送信する第４送信手段と、をさらに具備し、
   前記第１端末は、
   前記測定手段が測定した前記最適周波数での、前記第２受信手段が受信するマイクロ波を前記変換手段が変換した直流電流を受け取る２次電池をさらに具備することを特徴とする無線給電システム。
9. 前記第１選択手段は、
   複数の周波数のマイクロ波を受信可能なアンテナと、
   前記アンテナから信号を受け取り、ある周波数で無線システムによる信号があるかどうかを判定する判定手段と、
   既に利用されている無線システムと該無線システムが使用する周波数との情報を格納している格納手段と、
   他の無線システムが使用していない、前記格納手段に含まれる周波数のうち、前記判定手段が無線システムによる信号がないと判定した周波数候補を１以上選択し設定する設定手段と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の無線給電システム。
10. 前記第１端末は、自端末の第１位置情報を取得する第１取得手段をさらに具備し、
    前記第２端末は、自端末の第２位置情報を取得する第２取得手段をさらに具備し、
    前記第１受信手段が前記第２位置情報を受信し、
    前記第１端末は、前記第１位置情報と前記第２位置情報から第１端末と第２端末との距離を求め、該距離が閾値よりも小さい場合のみ前記変換手段、前記測定手段、前記第２選択手段および前記第３送信手段を動作させる制御部をさらに具備することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の無線給電システム。
11. 前記第２送信手段はコイルで形成されるアンテナを介して前記マイクロ波を送信し、前記第２受信手段はコイルで形成されるアンテナを介して前記マイクロ波を受信することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の無線給電システム。
12. 前記第２送信手段はある共振周波数を有するアンテナを介して前記マイクロ波を送信し、前記第２受信手段は該ある共振周波数を有するアンテナを介して受信することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の無線給電システム。
13. 他の通信システムが使用していない、マイクロ波を送信する１以上の周波数候補を含む第１情報を他端末から受信し、
    前記第１情報に含まれる周波数候補で前記他端末から送信されたマイクロ波を受信し、
    前記マイクロ波のエネルギーを直流エネルギーに変換し、
    前記直流エネルギーのうちの、最大のエネルギーとなる最適周波数を含む第２情報を前記他端末に送信し、
    前記最適周波数で受信したマイクロ波を変換した直流エネルギーを受け取る２次電池を用意することを特徴とする無線給電方法。
14. 給電を他の端末に要求する第１端末と、前記第１端末の要求を受けてマイクロ波を該第１端末に送信する第２端末とを含む無線給電システムで使用する給電方法であって、
    前記第２端末で、
    他の無線システムが使用していない、前記マイクロ波を送信する周波数候補を１以上選択し、
    前記周波数候補を含む第１情報を前記第１端末に送信し、
    前記周波数候補で前記マイクロ波を前記第１端末に送信し、
    前記第１端末で、
    前記第１情報を受信し、
    前記第１情報に含まれる周波数候補で前記マイクロ波を受信し、
    前記マイクロ波を直流電流に変換し、
    前記周波数候補ごとに前記直流電流の電流値を測定し、
    前記電流値のうちの、最大の電流値となる最適周波数を選択し、
    前記最適周波数を含む第２情報を前記第２端末に送信し、
    前記第２端末で、
    前記第２情報を受信し、
    前記第２情報に含まれる最適周波数でマイクロ波を前記第１端末に送信し、
    前記第１端末は、
    前記最適周波数での、前記第１端末が受信するマイクロ波を変換した直流電流を受け取る２次電池を用意することを特徴とする無線給電方法。

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