JP2017022949A - 無線電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力源を搭載しない、または、極小容量の電力源のみを搭載する通信端末で安定的に通信できるように、通信端末に給電する無線電力供給システムを提供する。【解決手段】無線電力供給システムの一例である観測システム１０は、マルチコプタ１１および観測機器１２を備える。マルチコプタ１１には、送電波を放射する送電部を有する送電・通信機器１５が搭載される。観測機器１２は、送電波を受電する受電部を有し、受電部が受電した電力を電力源とし、信号を送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波を用いて電力を供給する無線電力供給システムに関する。

従来、電磁波を用いて電力伝送する無線電力伝送の技術が提案されている。例えば、マイクロ波電力伝送により、飛行船から地上に向けて送電する実験が行われている（非特許文献１）。この実験では、位相の揃ったマグネトロンで給電された２素子のフェーズドアレイアンテナから送電が行われ、ＬＥＤ等が接続されたレクテナで受電が行われている。また、断続的なマイクロ波電力伝送で、近距離無線通信規格ZigBee（登録商標）を使用した通信端末に給電すると同時に、その通信端末と他の通信端末とで通信する実験が行われている（非特許文献２）。

橋本弘藏、山川宏、篠原真毅、三谷友彦、高橋文人、米倉秀明、平野敬寛、藤原暉雄、長野賢司、川崎繁男、「飛行船からのマイクロ波送電実験」、信学技報、2009年4月 T. Ichihara,T. Mitani, N. Shinohara, "Study on Intermittent Microwave PowerTransmission to a ZigBee Device", IEEE MTT-S International Microwave WorkshopSeries on Innovative Wireless Power Transmission:Technologies, Systems, andApplications (IMWS-IWPT 2012), Proceedings, 2012年5月

従来の通信端末では、通信端末に搭載された電池が切れると通信できなくなる。非特許文献１および２には、無線電力伝送で給電する実験が報告されているが、応用に向けた具体的な構成は考慮されていない。

本発明の目的は、電力源を搭載しない、または、極小容量の電力源のみを搭載する通信端末で安定的に通信できるように、通信端末に給電する無線電力供給システムを提供することにある。

本発明の無線電力供給システムは移動体および通信端末を備える。移動体は送電波を放射する送電部を有する。通信端末は、送電波を受電する受電部を有し、受電部が受電した電力を電力源とし、信号を送信する。

この構成では、通信端末は、移動体から通信端末に供給された電力を電力源とする。このため、電力源を搭載しない、または、極小容量の電力源のみを搭載する通信端末で安定的に通信することができる。また、移動体から通信端末に電力が供給される。このため、送電距離を短縮化できるので、高効率の無線電力伝送が可能となる。また、これに伴い、他の情報通信システム等との干渉が生じにくくなる。また、人が立ち入れない危険区域内に通信端末が位置しても、自律的に移動する移動体を使用して通信端末に給電することができる。また、無線電力伝送による電源は、太陽電池等と異なり、日射条件等の影響を受けにくいので、悪環境条件の下でも移動体から通信端末に給電することができる。

本発明によれば、電力源を搭載しない、または、極小容量の電力源のみを搭載する通信端末で通信することができる。

観測システム１０の概念図である。 マルチコプタ１１の概念図である。 送電・通信機器１５のブロック図である。 観測機器１２のブロック図である。 ＧＰＳ測位システム２０の概念図である。 ＧＰＳ測位システム２０の運用例を示す図である。 観測機器３２および補助充電機器３３２のブロック図である。 補助充電機器３３２の設置例を示す模式的側面図である。 遭難者探査システム４０の概念図である。 送電・通信機器４５の送電・通信部のブロック図である。 ＩＤカード４２のブロック図である。 アライブ確認システム５０の概念図である。 送電・通信機器５５の送電・通信部のブロック図である。 アライブユニット５２のブロック図である。 送電・通信機器６５のブロック図である。 観測機器６２のブロック図である。 観測システム７０の概念図である。 観測システム８０の概念図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

《第１の実施形態》
第１の実施形態に係る観測システムでは、マルチコプタに搭載された送電・通信機器から観測機器に電力が供給されるとともに、送電・通信機器により観測機器から観測データが回収される。図１は、第１の実施形態に係る観測システム１０の概念図である。観測システム１０は、マルチコプタ１１、複数の観測機器１２、基地局１４および送電・通信機器１５を備える。送電・通信機器１５はマルチコプタ１１に搭載されている。観測システム１０は本発明の「無線電力供給システム」の一例である。送電・通信機器１５が搭載されたマルチコプタ１１は本発明の「移動体」および「飛翔体」の一例である。観測機器１２は本発明の「通信端末」の一例である。

マルチコプタ１１は、例えば、基地局１４から観測機器１２の上空まで自律飛行する。マルチコプタ１１は、基地局１４によるマルチコプタ１１の制御や監視等に応じて、自律飛行中に基地局１４と通信する。送電・通信機器１５は、電磁波による無線電力伝送で観測機器１２に給電する。無線電力伝送で使用される電磁波はマイクロ波であることが好ましい。また、送電・通信機器１５は、観測機器１２を制御するための制御信号を観測機器１２に送信する。なお、マルチコプタ１１の台数は、観測機器１２の台数や飛行範囲の広さに応じて、１台でもよいし複数台でもよい。

マルチコプタ１１は、例えば、リアルタイムキネマティック測位を行うことで観測機器１２の上空まで移動する。これにより、マルチコプタ１１が電力供給（給電）時のホバリング位置に精度良く配置されるので、電力供給時の電力損失が低減される。なお、マルチコプタ１１は、マルチコプタ１１に搭載されたＣＣＤカメラによる画像を処理することで、電力供給時のホバリング位置に移動してもよい。

複数の観測機器１２は所定の間隔を置いて観測場所に設置されている。観測機器１２は、マルチコプタ１１により運搬されて低い高度から投下されることで、必要な時期に必要な場所に配置される。また、必要なくなった観測機器１２は、観測機器１２が配置された際と同様に、マルチコプタ１１により回収される。観測機器１２は、送電・通信機器１５から供給された電力を電力源として、所定の時刻に観測した観測データを送電・通信機器１５に送信する。観測機器１２が観測データを送信するタイミングは、連続的な電力供給中でもよいし、断続的な電力供給の合間でもよいし、電力供給の終了直後でもよい。

送電・通信機器１５は、観測機器１２から受信した観測データをメモリに書き込む。マルチコプタ１１は、１つの観測機器１２に対する給電および通信が終了すると、次の観測機器１２の上空まで移動する。送電・通信機器１５は、移動先の観測機器１２に対して給電および通信を同様に行う。マルチコプタ１１は、予定された全ての観測機器１２に対して給電および通信を終了すると、基地局１４に戻る。基地局１４では、送電・通信機器１５から出力された観測データが解析される。観測機器１２への電力供給および観測機器１２からの観測データの回収は断続的（定期的）に行われる。このようにして、観測システム１０では遠隔観測（計測）が可能となる。

図２はマルチコプタ１１の概念図である。マルチコプタ１１は、本体部１１１、フレーム１１２および回転翼１１３を備える。本体部１１１には、マルチコプタ１１用の制御装置、電源等（いずれも図示せず）が格納される。マルチコプタ１１は、制御装置が複数の回転翼１１３を制御することにより自律飛行する。マルチコプタ１１の制御装置は、基地局１４によるマルチコプタ１１の制御や監視等に応じて、基地局１４と通信する。本体部１１１の下部には送電・通信機器１５が搭載される。送電・通信機器１５は、送受信回路１５３、送電アンテナ１５６、送受信アンテナ１５７、電力分配回路１５８、蓄電池１５９等を備える。送電アンテナ１５６は、放射方向が下方向になるようにマルチコプタ１１の下面に配置される。送電アンテナ１５６は、例えば、アレイアンテナである。送電アンテナ１５６を除く送電・通信機器１５の構成部品は筐体内に格納される。

図３は送電・通信機器１５のブロック図である。送電・通信機器１５は、送電・通信部１５１、送電アンテナ１５６、送受信アンテナ１５７、電力分配回路１５８および蓄電池１５９を備える。送電・通信部１５１は、送電回路１５２、送受信回路１５３、制御回路１５４およびメモリ１５５を備える。送電回路１５２および送電アンテナ１５６を含む構成は本発明の「送電部」の一例である。送受信回路１５３および送受信アンテナ１５７を含む構成は本発明の「通信部」の一例である。

送電・通信機器１５は、制御回路１５４がマルチコプタ１１の制御装置からの指令を受取ることで、起動または停止する。送電回路１５２は、制御回路１５４の制御に基づいて送電アンテナ１５６に給電し、送電アンテナ１５６から送電波を放射する。送受信回路１５３の送信回路は、制御回路１５４から制御信号を受取り、制御信号が載せられた送信波を生成する。送受信回路１５３の送信部分は、送信波を送受信アンテナ１５７から観測機器１２に向けて放射する。送受信回路１５３の受信部分は、観測機器１２から送受信アンテナ１５７が受け取った受信波から観測データを抽出する。

制御回路１５４は、送電回路１５２、送受信回路１５３およびメモリ１５５を制御する。制御回路１５４は、観測機器１２を制御するための制御信号を生成する。制御回路１５４は、受信波から抽出された観測データをメモリ１５５に書き込む。メモリ１５５に書き込まれた観測データは、最終的に基地局１４のコンピュータ等に出力される。蓄電池１５９は送電・通信機器１５の電力源である。電力分配回路１５８は、蓄電池１５９に蓄電された電力を送電・通信部１５１の各構成要素に分配する。

図４は観測機器１２のブロック図である。観測機器１２は、受電アンテナ１２１、整流回路１２２、電源回路１２３、給電制御回路１２４、観測・通信部１２５および送受信アンテナ１３１を備える。観測・通信部１２５は、センサ１２６、制御回路１２７、メモリ１２８および送受信回路１２９を備える。受電アンテナ１２１、整流回路１２２および電源回路１２３を含む構成は本発明の「受電部」の一例である。受電アンテナ１２１および整流回路１２２を含む構成は、例えばレクテナである。受電アンテナ１２１で受電された電力は、整流回路１２２および電源回路１２３により所定の直流電力に変換される。この直流電力は、電源回路１２３が有する蓄電手段（蓄電部）に蓄電されるとともに、給電制御回路１２４に供給される。電源回路１２３の蓄電手段は、例えば、蓄電池、電気二重層キャパシタ等である。蓄電手段として蓄電池を使用すると、重量当たりの容量を大きくすることができる。蓄電手段としてキャパシタを使用すると、短時間で大きな容量を充電することができる。給電制御回路１２４は、制御回路１２７の制御に基づいて、観測・通信部１２５の構成要素に電力を分配する。

センサ１２６は、例えば、温度計、湿度計、傾斜計、地震計、水分計、赤外温度計（放射温度計）、可視光カメラおよび赤外線カメラ等であり、周辺環境を所定の時刻に観測（計測）する。制御回路１２７は、センサ１２６から取得した観測データをメモリ１２８に書き込む。また、制御回路１２７は、送電・通信機器１５から送信された制御信号に基づいて、給電制御回路１２４および送受信回路１２９を制御する。送受信回路１２９の送信部分は、観測データが載せられた送信波を生成し、送信波を送受信アンテナ１３１から送電・通信機器１５に向けて放射する。送受信回路１５３の受信部分は、送電・通信機器１５から送受信アンテナ１３１が受け取った受信波から制御信号を抽出する。なお、観測機器１２への電力供給中に観測および観測データの送信を行う場合、電源回路１２３の蓄電手段およびメモリ１２８は必須ではない。

第１の実施形態では、マルチコプタ１１に搭載された送電・通信機器１５から観測機器１２に電力が定期的に供給されるので、観測機器１２に搭載する電力源を極小容量にすることができる。また、観測機器１２への電力供給中に観測および観測データの送信を行う場合、観測機器１２に電池等の電力源を搭載する必要がない。すなわち、観測機器１２のバッテリーレス化または観測機器１２の電力源の極小容量化が実現できる。

また、マルチコプタ１１で送電・通信機器１５を観測機器１２の近傍に移動させた後、無線電力伝送により送電・通信機器１５から観測機器１２への電力供給を行う。このため、送電距離が短縮されるので、高効率の無線電力伝送が可能となる。さらに、これに伴い、他の情報通信システム等との干渉が生じにくくなる。

また、観測機器１２は、容量が大きい電池等は不要なので軽量かつ小型であるとともに、無線情報通信を行う自律のデータ伝送系である。このため、観測機器１２は、マルチコプタ１１により容易に運搬されて、必要な時期に必要な場所に配置される。この結果、必要な時期に必要な地域に、短時間で容易に観測システムを構築することができる。特に、第１の実施形態は、緊急時に、危険区域に観測システムを構築する場合に有用である。

また、マルチコプタ１１に搭載された送電・通信機器１５により、観測機器１２への電力供給および観測機器１２からの観測データの回収が行われる。このため、人が立ち入れない危険区域でも観測システムを運用することができる。また、観測機器１２への電力供給は断続的に行われるので、観測場所を長期的にモニタリングできる。また、マイクロ波を用いた無線電力伝送による電源は、太陽電池等と異なり、日射、雪、火山灰等の影響を受けにくいので、悪環境条件の下でも観測システムを運用することができる。また、マルチコプタ１１で送電・通信機器１５を観測機器１２の近傍に移動させた後、送電・通信機器１５と観測機器１２とを通信させて観測データを回収する。このため、送電・通信機器１５と観測機器１２との通信距離が短縮されるので、通信エラーが発生しにくい。

《第２の実施形態》
第２の実施形態に係るＧＰＳ測位システムでは、火山観測のために、ＧＰＳ測位ユニットが火山の山麓付近に配置され、火山付近が測位される。図５は、第２の実施形態に係るＧＰＳ測位システム２０の概念図である。ＧＰＳ測位ユニット２２は、火山の山麓付近に所定の間隔を置いて配置される。ＧＰＳ測位ユニット２２は、観測機器１２（図４参照）のセンサ１２６の代わりにＧＰＳ受信機を備える点を除いて、観測機器１２と同様に構成される。ＧＰＳ受信機は本発明の「衛星測位システムの受信機」の一例である。ＧＰＳ測位ユニット２２の電源回路１２３の蓄電手段として、火山における低温環境を考慮して、低温環境に強く急速充電が可能な電気二重層キャパシタ等の大容量コンデンサが使用される。ＧＰＳ測位ユニット２２は、ＧＰＳ受信機で受信されたＧＰＳデータを、マルチコプタ１１に搭載された送電・通信機器１５に送信する。基地局１４は、例えば危険区域外の所定の場所に配置される。危険区域は、例えば、噴火口を中心として半径５ｋｍ圏内である。基地局１４にはＧＰＳ受信機が設けられる。基地局１４はＧＰＳ基準局となる。

基地局１４では、ＧＰＳ測位ユニット２２から回収されたＧＰＳデータを用いて測位が行われる。例えば、ＧＰＳ測位ユニット２２および基地局１４で観測されたＧＰＳデータを用いてディファレンシャル測位を行ってもよい。各ＧＰＳ受信機で同時に観測されたＧＰＳデータを用いてスタティック測位を行ってもよい。ＧＰＳ測位ユニット２２へのマルチコプタ１１の飛来に合わせてＧＰＳ測位ユニット２２で観測されたＧＰＳデータを用いて、キネマティック測位を行ってもよい。ＧＰＳ測位システム２０では、３台以上のＧＰＳ測位ユニット２２を火山の山麓付近に配置することで、火山活動を３次元の測位で観測する。

図６は、ＧＰＳ測位システム２０の運用例を示す図である。ＧＰＳ測位ユニット２２への電力供給は、例えば１日につき１回行われる。ＧＰＳ測位ユニット２２からのＧＰＳデータの回収は、ＧＰＳ測位ユニット２２への電力供給の終了直後から行われる。ＧＰＳ測位ユニット２２によるＧＰＳデータの観測は、１日につき１回、所定の時刻に行われる。この観測は、測位精度を高めるために約１時間連続して行われることが好ましい。ＧＰＳ測位ユニット２２の電源電圧は、常時、所定の範囲内に収められる。

ＧＰＳ測位ユニットの電力源が太陽電池等である場合、降雨、雲、雪、火山灰等による悪環境の影響で、ＧＰＳ測位ユニットの稼働が不安定になる。第２の実施形態では、無線電力伝送で供給される電力をＧＰＳ測位ユニット２２の電力源とする。このため、ＧＰＳ測位ユニット２２は、悪環境に影響されずに安定して稼働することができる。

また、第２の実施形態では、ＧＰＳ測位を行うことにより数ｍｍ程度の測位精度を実現できる。火山活動が活性化しているとき、火山活動は数ｃｍ程度の大きな地殻変動を伴うので、第２の実施形態は、測位精度の観点から火山活動の観測に有効である。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、観測機器の主電源として太陽電池が使用される。雪、火山灰、長雨等で太陽電池が十分に発電できないとき、観測機器の電源として、無線電力伝送で供給される電力が使用される。観測機器は、例えば、火山監視に使用される常設観測機器等である。マルチコプタは定期的に観測機器の上空まで飛行し、マルチコプタに搭載された送電・通信機器は定期的に観測機器から観測データを回収する。また、送電・通信機器は、雪、火山灰、長雨等で観測機器の太陽電池の発電量が低下するとき、無線電力伝送により観測機器に給電する。

図７は、第３の実施形態に係る観測機器３２および補助充電機器３３２のブロック図である。補助充電機器３３２は給電ラインにより観測機器３２に接続される。補助充電機器３３２は受電アンテナ１２１およびＲＦ／ＤＣ変換回路３３３を備える。ＲＦ／ＤＣ変換回路３３３は、受電アンテナ１２１で受電された交流電力を直流電力に変換する。この直流電力は給電ラインを介して観測機器３２に供給される。観測機器３２は、観測・通信部３２５、送信アンテナ３３１、太陽電池３３４、充放電制御回路３３５および蓄電池３３６を備える。

太陽電池３３４は観測機器３２の主電源である。充放電制御回路３３５は、電源電圧が所定値より低下した場合、蓄電池３３６を放電し、電源電圧が所定値より上昇した場合、太陽電池３３４または無線電力伝送による電力で蓄電池３３６を充電する。これにより、電源電圧が所定の範囲に収まるとともに、余剰電力が蓄電池３３６に蓄電される。観測・通信部３２５は、センサ１２６、信号処理回路３２７および送信回路３２９を備える。信号処理回路３２７は、センサ１２６の観測データに所定の処理を行う。送信回路３２９は、処理された観測データが載せられた送信波を生成し、送信アンテナ３３１から送電・通信機器に向けて放射する。

図８は、補助充電機器３３２の設置例を示す模式的側面図である。補助充電機器３３２は防護用構造物１６内に設置される。防護用構造物１６は、例えば鉄筋コンクリート構造を有し、コンクリート盤１６１、支柱１６２および台１６３を備える。コンクリート盤１６１は本発明の「防護材」の一例である。補助充電機器３３２は台１６３の上に配置される。補助充電機器３３２の上部には、支柱１６２で支持されたコンクリート盤１６１が設けられる。コンクリート盤１６１は、火口から噴出する噴石や火山灰等の飛来物（落下物）から補助充電機器３３２を防護する。補助充電機器３３２の上面には、受電アンテナ１２１が設けられる。補助充電機器３３２と観測機器３２（図７参照）は給電ライン３３７で接続される。太陽光発電を行う観測機器３２は防護用構造物１６の外部に設置される。

上空の送電・通信機器１５から補助充電機器３３２の受電アンテナ１２１に向けて送電される送電波（例えばマイクロ波）は、コンクリート盤１６１を通過する際にほとんど減衰しない。このため、防護用構造物１６内に補助充電機器３３２が設置されても、上空の送電・通信機器１５から観測機器３２に給電することができる。コンクリート盤１６１の表面には、コンクリート盤１６１内に水分が浸透することを防止するために、アクリル樹脂等がコーティングされる。これにより、コンクリート盤１６１に水分が含まれて、送電波がコンクリート盤１６１を通過しにくくなることを防止できる。

第３の実施形態では、雪、火山灰、長雨等で太陽電池３３４を使用できないとき、無線電力伝送で蓄電池３３６を補助充電する。このため、蓄電池３３６に要求される容量が小さくなるので、蓄電池３３６を軽量かつ小型にすることができる。また、補助充電機器３３２は防護用構造物１６内に設置される。このため、噴石等により観測機器３２の太陽電池３３４が破損したときでも、噴石等から補助充電機器３３２が防護されるので、無線電力伝送により観測機器３２に給電することができる。

《第４の実施形態》
第４の実施形態に係る遭難者探査システムでは、マルチコプタが自律飛行しながら山岳災害等の災害地域内の遭難者を探査する。この遭難者探査システムは、例えば、山岳遭難、火山性災害、土砂災害、雪崩災害、地震災害、津波災害等に適用される。図９は、第４の実施形態に係る遭難者探査システム４０の概念図である。災害地域として、山岳、平地、森林内等が想定される。また、火山灰、雪、瓦礫等の下に遭難者が埋まっていることも想定される。

マルチコプタ１１は災害地域を飛行する。送電・通信機器４５は、マルチコプタ１１の飛行中に下方向に送電波を放射し続ける。所定値以上の強度を有する送電波が放射される探査範囲内に、ＩＤカード４２を携帯する遭難者が入ったとき、ＩＤカード４２は、給電されると同時に、遭難者ＩＤ（識別情報）が載せられた反射変調波を生成する。送電・通信機器４５は、反射変調波を受取ると、反射変調波から遭難者ＩＤを抽出する。送電・通信機器４５は、遭難者ＩＤ、遭難者ＩＤが受信された場所および時刻等を基地局１４に送信する。基地局１４は危険区域外の所定の場所に配置される。マルチコプタ１１は、送電波を放射しながら災害地域の全域を飛行することで災害地域の全域を探査する。

図１０は送電・通信機器４５の送電・通信部のブロック図である。送受電回路４５３は受信回路４６１および送信回路４６２を含む。送受信アンテナ１５７は反射変調波を受取る。受信回路４６１は、送電回路１５２から取得した復調参照信号を用いて反射変調波を復調することにより遭難者ＩＤを抽出する。制御回路４５４は、遭難者ＩＤを受信回路４６１から取得すると同時に、遭難者ＩＤが受信された位置および時刻等をマルチコプタ１１の制御装置から取得する。送信回路４６２は、遭難者ＩＤ、遭難者ＩＤが受信された場所および時刻等が載せられた送信波を生成し、送受信アンテナ１５７から基地局１４に向けて放射する。

図１１はＩＤカード４２のブロック図である。ＩＤカード４２は、ＲＦ変調回路４３６、電源回路４２３および変調制御回路４３７を備える。ＲＦ変調回路４３６および変調制御回路４３７を含む構成は本発明の「変調部」の一例である。ＩＤカード４２は電池等の電力源および送信回路を有しない簡素な構成からなる。電源回路４２３は、整流、昇圧および出力制御回路を含む。変調制御回路４３７は電源回路４２３から直流電源を供給される。変調制御回路４３７は、自らが内蔵するＩＤ情報に基づいて変調信号を生成する。ＲＦ変調回路４３６は、変調信号に基づいて受電アンテナ１２１の負荷を変化させることで、受電アンテナ１２１による送電波の反射波を変調させる。これにより、ＲＦ変調回路４３６は、遭難者ＩＤが載せられた変調反射波を生成する。

第４の実施形態では、マルチコプタ１１が災害地域内を自律飛行しながら、ＩＤカード４２を携帯する遭難者を探査する。このため、人が立ち入ることが困難な災害地域でも、ＩＤカード４２を携帯する遭難者を早期かつ確実に発見することができる。電磁波を使用して遭難者を探査するので、火山灰等に遭難者が埋まっている場合でも、遭難者を発見することができる。

《第５の実施形態》
第５の実施形態に係るアライブ確認システムでは、遭難者の生死状態に関する情報が基地局に報告される。図１２は、第５の実施形態に係るアライブ確認システム５０の概念図である。遭難者がいる災害地域の状況は、第４の実施形態の場合と同様である。マルチコプタ１１は、基地局１４の指令に基づいて遭難者の上空まで自律飛行する。送電・通信機器５５は、遭難者が携帯するアライブユニット５２に給電する。アライブユニット５２は、送電・通信機器５５により給電されると、脈拍数、体温等の遭難者の生死状態に関する情報を送電・通信機器５５に送信する。送電・通信機器５５は、遭難者の生死状態に関する情報、その情報が受信された場所および時刻等を基地局１４に送信する。基地局１４は危険区域外の所定の場所に配置される。

図１３は送電・通信機器５５の送電・通信部のブロック図である。制御回路５５４は、
遭難者の生死状態に関する情報を送受信回路１５３から取得すると同時に、その情報が受信された位置および時刻等をマルチコプタ１１の制御装置から取得する。送受信回路５５３は、遭難者の生死状態に関する情報、その情報が受信された場所および時刻等が載せられた送信波を生成する。

図１４はアライブユニット５２のブロック図である。観測・通信部５２５は、アライブセンサ５２６、信号処理回路３２７および送受信回路１２９を備える。アライブセンサ５２６は、例えば、パルスオキシメータ、温度センサ等を含む。信号処理回路５２７は、送受信回路１２９で受信波から抽出された制御信号に基づいて、アライブセンサ５２６の観測データを処理する。送受信回路１２９は、信号処理回路５２７で処理された観測データを搬送波に載せて、送信波を生成する。送受信回路１２９は、送信波を送受信アンテナ１３１から送電・通信機器に向けて放射する。

第４の実施形態では、マルチコプタ１１に搭載された送電・通信機器５５により、アライブユニット５２から観測データが回収される。このため、人が立ち入ることが困難な災害地域でも、早期かつ確実に遭難者の生死状態を確認することができる。

《第６の実施形態》
第６の実施形態に係る農業管理システムでは、大規模農地の地温および水分が管理される。観測機器は農地に所定の間隔を置いて配置される。マルチコプタに搭載された送電・通信機器は、観測機器に給電するとともに、農地の地温および水分情報を観測機器から回収する。送電・通信機器は農地の地温および水分情報を基地局に送信する。なお、観測機器からの観測データの回収時に、土壌のサンプルが採取されてもよい。

図１５は、第６の実施形態に係る送電・通信機器６５のブロック図である。制御回路６５４は送電回路１５２および送受信回路６５３を制御する。送受信回路６５３は受信回路６６１および送信回路６６２を備える。送受信アンテナ１５７は反射変調波を受取る。受信回路６６１は、送電回路１５２から取得した復調参照信号を用いて反射変調波を復調することにより地温および水分情報を抽出する。送信回路６６２は、地温および水分情報が載せられた送信波を生成し、送受信アンテナ１５７から基地局１４に向けて放射する。

図１６は、第６の実施形態に係る観測機器６２のブロック図である。観測機器６２は送信回路を有しない簡素な構成からなる。電源回路６２３は、整流回路、昇圧回路および蓄電手段を含む。電源回路６２３は、センサ１２６および変調制御回路４３７に直流電源を供給する。センサ１２６は農地の地温および水分を観測する。変調制御回路４３７は、センサ１２６が観測した地温および水分情報に基づいて変調信号を生成する。ＲＦ変調回路４３６は、変調信号に基づいて受電アンテナ１２１の負荷を変化させることで、受電アンテナ１２１による送電波の反射波を変調させる。これにより、ＲＦ変調回路４３６は地温および水分情報が載せられた変調反射波を生成する。

第６の実施形態では、マルチコプタ１１に搭載された送電・通信機器６５により、観測機器６２への電力供給および観測機器６２からの観測データの回収が行われる。このため、大規模農場を効率的に管理することができる。また、大規模農場では低コスト化が要求されるので、大規模農場で多数使用される観測機器を簡素にする必要がある。第６の実施形態では、送信回路を有しない簡素な観測機器が実現される。また、無線電力伝送により観測機器６２に給電するので、太陽電池等と異なり、雪、火山灰等が降る悪環境条件の下でも農業管理システムを運用することができる。

《第７の実施形態》
第７の実施形態に係る観測システムでは、マルチコプタが着地した状態で、マルチコプタに搭載された送電・通信機器により、観測機器への電力供給および観測機器からの観測データの回収が行われる。図１７は、第７の実施形態に係る観測システム７０の概念図である。観測システム７０は、例えば、火山監視等に使用される。マルチコプタ７１は、観測機器１２の上空まで移動した後に下降し、そして、折り畳み脚７１４を開いて着地する。この際、マルチコプタ７１は、送電・通信機器１５の送電アンテナが観測機器１２の受電アンテナの上部に配置されるように着地する。送電・通信機器１５の送電アンテナは、例えば、地面から約１ｍの高さに位置する。

送電・通信機器１５は、観測機器１２が位置する場所にマルチコプタ７１が着地した状態で、無線電力伝送により観測機器１２に給電するとともに、観測機器１２から観測データを回収する。観測機器１２に供給された電力は観測機器１２の蓄電池に蓄電される。また、マルチコプタ１１は、着地した場所の土壌や火山ガスのサンプルを採取する。マルチコプタ１１は、１つの観測機器１２に対する給電および観測データの回収を終了すると、離陸して次の観測機器１２の上空まで移動する。

マルチコプタがホバリングした状態で観測機器に給電する場合、マルチコプタが基地局を出発してから基地局に戻るまでに必要な電力を考慮すると、１つの観測機器の上空にホバリングできる時間は、例えば１０分程度である。このため、観測機器への１回当りの給電量は、例えば２Ｗｈ程度である。第７の実施形態では、マルチコプタ７１が着地した状態で、送電・通信機器１５が観測機器１２に給電する。このため、給電時にマルチコプタ７１が電力をほとんど消費しないので、１回当りの給電時間を長く設定できる。また、観測機器１２の蓄電手段として、重量当たりの容量が大きい蓄電池が使用される。このような構成により、観測機器１２への１回の給電量は、例えば６０〜８０Ｗｈである。このように、マルチコプタが着地した状態で給電する場合、マルチコプタがホバリングした状態で給電する場合より、１回当りの給電量を大きくすることができる。

《他の実施形態》
図１８は、別の実施形態に係る観測システム８０の概念図である。マルチコプタ１１および送電・通信機器５５と基地局１４とは、マルチコプタ８１に搭載された中継器８５を介して通信する。すなわち、マルチコプタ８１は、送電・通信機器５５を搭載したマルチコプタ１１と基地局１４との間の中継局として使用される。本実施形態では、通信距離が遠くても送電・通信機器５５と基地局１４との通信が確保される。

また、別の実施形態に係る森林管理システムでは、森林に住む野生動物を監視するために、赤外線カメラ等の観測機器が森林内に配置される。本実施形態では、鹿等の野生動物を常時監視することができるので、野生動物が苗木を食べてしまうことを防止できる。また、森林の中では太陽光が遮られるので、観測機器の電力源として太陽電池を使用することができない。このため、観測機器の電力源として無線電力伝送よる電源を使用する本実施形態の森林管理システムは特に有用である。

また、本発明の実施形態は、太陽電池、バッテリ、商業電源等の電源に比べて無線電力伝送が有効な場合、本実施形態のシステムから他の通信システムへの通信干渉の影響が少ない場合、火山や汚染地域等の人が立ち入れない場所を監視する場合等で有用である。

また、上記の実施形態では、マルチコプタが使用されるが、別の実施形態では、飛行船、気球、車両、船舶等の別の移動体が使用されてもよい。また、上記の実施形態では、観測機器等から、マルチコプタに搭載された送電・通信機器に観測データ等が送信されるが、別の実施形態では、観測機器等から別の通信機器に観測データ等が送信されてもよい。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，７０，８０…観測システム
１１，７１，８１…マルチコプタ
１２，３２，６２…観測機器
１４…基地局
１５，４５，５５，６５…送電・通信機器
１６…防護用構造物
２０…ＧＰＳ測位システム
２２…ＧＰＳ測位ユニット
３２…観測機器
４０…遭難者探査システム
４２…ＩＤカード
５０…アライブ確認システム
５２…アライブユニット
８５…中継器
１１１…本体部
１１２…フレーム
１１３…回転翼
１２１…受電アンテナ
１２２…整流回路
１２３，４２３，６２３…電源回路
１２４…給電制御回路
１２５，３２５，５２５…観測・通信部
１２６…センサ
１２７，１５４，４５４，５５４，６５４…制御回路
１２８，１５５…メモリ
１２９，１５３，４５３，５５３，６５３…送受信回路
１３１，１５７…送受信アンテナ
１５１…送電・通信部
１５２，…送電回路
１５６…送電アンテナ
１５８…電力分配回路
１５９，３３６…蓄電池
１６１…コンクリート盤
１６２…支柱
１６３…台
３２７，５２７…信号処理回路
３２９，４６２，６６２…送信回路
３３１…送信アンテナ
３３２…補助充電機器
３３３…ＲＦ／ＤＣ変換回路
３３４…太陽電池
３３５…充放電制御回路
３３７…給電ライン
４３６…ＲＦ変調回路
４３７…変調制御回路
４６１，６６１…受信回路
５２６…アライブセンサ
７１４…折り畳み脚

Claims (14)

1. 送電波を放射する送電部を有する移動体と、
   前記送電波を受電する受電部を有し、前記受電部が受電した電力を電力源とし、信号を送信する通信端末と、を備える、無線電力供給システム。
2. 前記移動体は、前記信号を受信する通信部を備える、請求項１に記載の無線電力供給システム。
3. 前記移動体は断続的に前記通信端末に近づき、
   前記送電部は、前記移動体が前記通信端末に近づいたとき、前記送電波を放射する、請求項１または２に記載の無線電力供給システム。
4. 前記通信部と通信する基地局を備える、請求項２に記載の無線電力供給システム。
5. 前記移動体は飛翔体である、請求項１から４のいずれかに記載の無線電力供給システム。
6. 前記送電部は、前記通信端末が位置する場所に前記移動体が着地した状態で、前記送電波を放射する、請求項１から５に記載の無線電力供給システム。
7. 前記通信端末はセンサを有し、
   前記信号は、前記センサを用いて得られる情報を含む、請求項１から６のいずれかに記載の無線電力供給システム。
8. 複数の前記通信端末は間隔を置いて観測場所に配置される、請求項７に記載の無線電力供給システム。
9. 前記通信端末の上部には、飛来物から前記通信端末を防護する防護材が設けられる、請求項８に記載の無線電力供給システム。
10. 前記センサは、傾斜計、温度計、地震計およびカメラの少なくとも１つを有する、請求項７から９のいずれかに記載の無線電力供給システム。
11. 前記センサは、前記通信端末の使用者の体温および脈拍数の少なくとも１つを計測する、請求項７に記載の無線電力供給システム。
12. 前記通信端末は衛星測位システムの受信機を有し、
    前記信号は、前記受信機を用いて得られる情報を含む、請求項１から６のいずれかに記載の無線電力供給システム。
13. 前記信号は、前記通信端末の所有者の識別情報を含む、請求項１から６のいずれかに記載の無線電力供給システム。
14. 前記通信端末は、受電および通信に共用されるアンテナと、前記アンテナによる前記送電波の反射波を変調する変調部と、を有する、請求項１から１３のいずれかに記載の無線電力供給システム。

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