JP6501838B2 - 無線給電方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波（マイクロ波）により電力をワイヤレスで送電する無線給電方法に関するものである。

近年、電磁波により電力を伝送し、ワイヤレスで給電する技術の開発が進んでいる。電磁波によるワイヤレス給電技術の一例としては、数１００ｋＨｚから数ＭＨｚの周波数帯の電磁波を用い、電磁誘導又は磁気共鳴といった数ｍ以下の近距離で磁界の結合又は共鳴を用いる方法がある。
また、送電装置から受電装置までの距離が遠方な場合のワイヤレス電力伝送方法として、マイクロ波を用いたシステムがある。数百ＭＨｚから数ＧＨｚのマイクロ波ビームを用いることで、電力を遠方の受電装置まで伝送することが可能となる。このようなワイヤレス電力伝送システムの一例として、太陽光パネルを搭載した人工衛星を赤道上空へ打ち上げ、太陽光によって発電した電力を地上の受電装置へ送電する宇宙太陽光発電システム又は遠方の離島へ配置された受電装置へ送電するシステム等がある。
前記のようなマイクロ波による電力伝送方法は、他方式に比べて、送電距離の自由度が高いという特徴を有し、比較的近距離において、電気自動車又はロボット、様々な無線端末の電源として、マイクロ波給電を用いることができる。特に、数ｍＷ〜数Ｗレベルの電力を用いるセンサ又はモバイル機器の充電や又は電池交換を不要とすることを目指し、空間に配置された前記の機器へマイクロ波を放射し、無線により電力供給する方法が提案されている。
しかしながら、マイクロ波給電は空間へ電波を放射するため、放射した電力をすべて回収して使用することは困難であり、効率が低いという問題がある。これに対し、電力を受信する側の機器と送電システムとの間で情報通信し、空間の中で最も効率的に送電できる経路を算出してその方向へマイクロ波を送電するという方法が提供されている（特許文献１）。図１０は従来のマイクロ波給電方法を示す図である。送電部１０１は、受電機器１０２との間でマイクロ波を送電し、最も効率的に送電できる経路を算出し、その経路を通る方向へマイクロ波の送電方向を制御することで、効率的な送電を実現している。

特開２０１４−２２３０１８号公報

しかしながら、従来の無線給電方法では、広い空間で利用することを想定すると、単一の送電部では、送電部と受電機器との距離が離れることにより電波が減衰して効率が低下するという問題があるとともに、送電電力に法的な制限があるため、受電機器へ供給できる電力に制限がある。
本発明は、広い空間の中に配置された受電機器に対して、複数の送電器を用いて、電波干渉なく、効率的に高い電力を給電する無線給電方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の１つの態様にかかる無線給電方法は、
複数の送電部が、第１送電器と前記第１送電器に接続された一つの第１送電アンテナとを有するマスター送電部と、第２送電器と前記第２送電器と接続された複数の第２送電アンテナとを有するスレーブ送電部とで構成される無線給電システムを使用して、一つの受電機器に対して前記複数の送電部で電力伝送する無線給電方法であって、
前記マスター送電部が前記マスター送電部の送電範囲内の前記受電機器を検知する第１ステップと、
次いで、前記スレーブ送電部からの送電を停止した状態で、前記マスター送電部の前記第１送電アンテナの方向を変化させながら送電して、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記マスター送電部の前記第１送電アンテナの方向を検出する第２ステップと、
次いで、前記マスター送電部からの送電を停止させて、前記スレーブ送電部の複数の前記第２送電アンテナを一つずつ順次切り替えながら前記第２送電アンテナから送電して、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記第２送電アンテナを検出する第３ステップと、
次いで、前記マスター送電部の前記第１送電アンテナと前記スレーブ送電部の前記検出された第２送電アンテナとの両方から送電しながら、前記マスター送電部もしくは前記スレーブ送電部のどちらか片方の送電電波の位相を、前記受電機器が受電する電力量が最大となる位相に調整する第４ステップと、
次いで、前記調整された位相に基づき、前記受電機器に対して前記マスター送電部の前記第１送電アンテナと前記スレーブ送電部の前記検出された第２送電アンテナとの両方から送電する第５ステップとを備える。
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。

以上のように、本発明の前記態様にかかる無線給電方法は、広い空間の中に配置された受電機器に対して、複数の送電器を用いて、電波干渉なく、効率的に高い電力を給電することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる無線給電方法を示す説明図 無線給電方法で使用するマスター送電部の構成を示すブロック図 無線給電方法で使用するスレーブ送電部の構成を示すブロック説明図 無線給電方法で使用する受電機器の構成を示すブロック説明図 無線給電方法を示すフローチャート 変形例にかかる無線給電方法で使用する受電機器の構成を示すブロック説明図 無線給電方法で使用するマスター送電部の送電方向に関する調整方法を示す説明図 無線給電方法で使用するマスター送電部の送電方向に関する調整方法を示すフローチャート 無線給電方法で使用するスレーブ送電部の調整方法を示す説明図 無線給電方法で使用するスレーブ送電部の調整方法を示すフローチャート 無線給電方法で使用する送電アンテナ配置を示す説明図 変形例にかかる無線給電方法の一部を示すフローチャート 無線給電方法で使用する別の送電アンテナ配置を示す説明図 無線給電方法で使用するさらに別の送電アンテナ配置を示す説明図 複数の受電機器が存在した場合のマスター送電部の調整方法を示す説明図 複数の受電機器が存在した場合のマスター送電部の調整方法を示すフローチャート 複数の受電機器が存在した場合のスレーブ送電部の送電アンテナの選択方法を示す説明図 複数の受電機器が存在した場合のスレーブ送電部の位相調整方法を示す説明図 従来の無線給電方法を示す説明図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（無線給電システムの構成）
図１Ａは、本実施の形態における無線給電方法を実施する無線給電システムを示す図である。図１Ｂ〜図１Ｄは、それぞれ、無線給電システムの複数の送電部を構成するするマスター送電部２０３とスレーブ送電部２０６と、受電機器２０７との具体的な構成図である。
無線給電システムは、マスター送電部２０３と、スレーブ送電部２０６とを備えている。

図１Ｂに示すように、マスター送電部２０３は、送電範囲２０８内にマイクロ波を放射する第１送電アンテナ２０１と、第１送電アンテナ２０１に接続され放射するマイクロ波を第１マイクロ波発生部２０２ｃで発生してその送電方向を制御する第1制御装置２０２ａと第1記憶装置２０２ｂとなどを有する第１送電器２０２とで構成される。第１送電器２０２の構成の詳細については、後述する。一例として、第１送電アンテナ２０１は、図１Ａに示すように、送電範囲２０８の中央の上方に配置されている。第1記憶装置２０２ｂには、マスター送電部２０３の動作に必要な情報、例えば第1制御装置２０２ａの制御動作に必要な情報及び制御した結果の情報などが記憶される。

図１Ｃに示すように、スレーブ送電部２０６は、送電範囲２０８内の第１送電アンテナ２０１とは異なる位置でかつ互いに異なる位置にそれぞれ配置されてマイクロ波を放射する複数の第２送電アンテナ２０４と、第２送電アンテナ２０４と接続されて、それらの第２送電アンテナ２０４を切り替えて位相調整機能を制御する第２制御装置２０５ａと第２記憶装置２０５ｂとなどを有する第２送電器２０５とで構成される。第２送電器２０５の構成の詳細については、後述する。一例として、第２送電アンテナ２０４は、第１送電アンテナ２０１の周囲に、例えば第１送電アンテナ２０１の周囲の四方に、配置されている（図４Ａ参照）。第２記憶装置２０５ｂには、スレーブ送電部２０６の動作に必要な情報、例えば第２制御装置２０５ａの制御動作に必要な情報及び制御した結果の情報などが記憶される。

第１送電器２０２と第２送電器２０５とは互いに接続されて、必要な情報を送受信可能とし、例えば、第１送電器２０２から送電開始情報などの情報が第２送電器２０５に送信可能としている。

図１Ｄに示すように、給電対象となる受電機器２０７は、発信部２０７ａと、マイクロ波受電部２０７ｂと、直流電力変換部２０７ｃと、電池２０７ｄとを備えている。受電機器２０７は、受電機器２０７が存在していることを意味する存在情報とマイクロ波受電部２０７ｂでの受電情報と電池２０７ｄの充電状態の情報とをそれぞれ発信する発信部２０７ａと、マイクロ波受電部２０７ｂと、直流電力変換部２０７ｃと、電池２０７ｄとを備えている。なお、受電機器２０７は、構成要素の一部として電池２０７ｄを備えるのではなく、図１Ｆに示すように、受電機器２０７の外部に、受電機器２０７とは別に電池２０７ｄを配置し、必要なときのみ受電機器２０７と電池２０７ｄとを接続可能にしてもよい。また、受電機器２０７としては電池２０７ｄを備えず、受電機器２０７では、充電することなく、受電した電力を使用するようにしてもよい。受電機器２０７は、送電範囲２０８内に位置するとき発信部２０７ａで存在情報を発信するとともに、前記マスター送電部２０３の第１マイクロ波発生部２０２ｃとスレーブ送電部２０６の第２マイクロ波発生部２０５ｃとからそれぞれ放射されたマイクロ波をマイクロ波受電部２０７ｂで受電し、直流電力変換部２０７ｃで直流電力に変換した後、変換した直流電力を自らの電源あるいは電池２０７ｄへの充電電力として活用するものとする。

マスター送電部２０３の第１送電器２０２は、第1制御装置２０２ａと、第１記憶装置２０２ｂと、第１情報取得部２０２ｄと、アンテナ方向移動部２０２ｅと、情報出力部２０２ｆとを備えている。マスター送電部２０３は、第1制御装置２０２ａでの制御の下に、送電範囲２０８内における受電機器２０７の有無の情報（すなわち、存在情報）を無線通信により受電機器２０７から第１情報取得部２０２ｄで取得することができ、第１送電器２０２で、第１送電アンテナ２０１を使用して第１送電アンテナ２０１の方向をアンテナ方向移動部２０２ｅで変更しつつ第１マイクロ波発生部２０２ｃで電力を送電範囲２０８内の任意の方向へ送電することで、受電機器２０７のマイクロ波受電部２０７ｂが受電した電力量（すなわち、受電電力量）などの受電情報を、第１情報取得部２０２ｄで無線通信により受電機器２０７の発信部２０７ａから取得することができるものとする。取得した情報は、情報出力部２０２ｆから出力することができる。
アンテナ方向移動部２０２ｅで第１送電アンテナ２０１の方向を変更する構成としては、例えば、アンテナの方向をモータなどで機械的に回転させる装置で構成したり、又は、アンテナの送電方向を電気的に制御する回路により行うこともできる。
また、スレーブ送電部２０６の第２送電器２０５は、第２制御装置２０５ａと、第２記憶装置２０５ｂと、第２マイクロ波発生部２０５ｃと、第２情報取得部２０５ｅとを備えている。スレーブ送電部２０６についても、第２制御装置２０５ａでの制御の下に、第２送電器２０５で、第２送電アンテナ２０４を使用して第２マイクロ波発生部２０５ｃで送電範囲２０８内へ電力の送電を行うことで、受電機器２０７のマイクロ波受電部２０７ｂが受電した電力量を、第２情報取得部２０５ｅで無線通信により受電機器２０７の発信部２０７ａから取得することが出来るものとする。

（無線給電方法）
本実施の形態における無線給電方法は、図１Ｅに示すように、以下の５個のステップＳ１〜Ｓ５で構成されている。
＜第１ステップＳ１＞
まず、第１ステップＳ１において、第１制御装置２０２ａの制御の下に、マスター送電部２０３の第１マイクロ波発生部２０２ｃを用いて送電範囲２０８内にマイクロ波を放射して、第１送電器２０２で、受電機器２０７の有無の検知及び第２ステップＳ２における送電開始を判断する。
第１ステップＳ１において、無線通信により受電機器２０７の発信部２０７ａから発信される存在情報の有無の情報を第１送電器２０２の第１情報取得部２０２ｄで取得した結果、送電範囲２０８内に受電機器２０７が無いと第１送電器２０２の第１制御装置２０２ａで判断したときは、第１制御装置２０２ａにより、第２ステップＳ２でのマスター送電部２０３からの送電を中止する。
一方、第１ステップＳ１において、無線通信により受電機器２０７の発信部２０７ａから発信される存在情報の有無の情報を第１送電器２０２の第１情報取得部２０２ｄで取得した結果、送電範囲２０８内に受電機器２０７の存在情報が有ると第１送電器２０２の第１制御装置２０２ａで判断したときは、第２ステップＳ２に進む。
＜第２ステップＳ２＞
第２ステップＳ２においては、第１送電器２０２の第１制御装置２０２ａの制御の下で、第１マイクロ波発生部２０２ｃからの送電を開始する。すなわち、第２ステップＳ２で送電開始を第１制御装置２０２ａで行うときは、第１制御装置２０２ａの制御の下に、第１送電アンテナ２０１の方向をアンテナ方向移動部２０２ｅで変更しつつ第１マイクロ波発生部２０２ｃからの送電を行って送電方向を制御して、最も効率的に送電できる方向を第１制御装置２０２ａで探索する。このとき、まず、第１送電器２０２のアンテナ方向移動部２０２ｅで、第１送電アンテナ２０１の方向を変化させて送電方向を制御しつつ第１マイクロ波発生部２０２ｃで送電し、受電機器２０７の発信部２０７ａから発信されかつ受電機器２０７のマイクロ波受電部２０７ｂでの受電情報に含まれる受電した電力量を無線通信により第１情報取得部２０２ｄで取得する。これを、受電機器２０７が存在し得る範囲を含む所定角度、例えば、３６０度の範囲内で行い、最も効率的に送電できる方向を第１制御装置２０２ａで探索する。
最も効率的に送電できる方向とは、受電機器２０７が受電する電力量が最大となる方向である。その結果、第１送電器２０２の情報出力部２０２ｆから第２送電器２０５の第２情報取得部２０５ｅに、マスター送電部２０３で探索した最も効率的に送電できる方向の情報を含む信号を、調整完了の信号として出力する。

＜第３ステップＳ３＞
次に、第３ステップＳ３において、スレーブ送電部２０６を用いた送電を行う。スレーブ送電部２０６の第２送電器２０５の第２制御装置２０５ａでは、第２送電アンテナ２０４を順次切り替えて送電を行い、複数の第２送電アンテナ２０４の中から最も高い電力を第２マイクロ波発生部２０５ｃから送電できる第２送電アンテナ２０４を１つ選ぶ。
なお、第３ステップＳ３における選択は、前記最も高い電力を送電できる第２送電アンテナ２０４を選ぶことに限定されるものではなく、例えば、第２制御装置２０５ａに接続された第２記憶装置２０５ｂに第２送電アンテナ２０４の位置情報を予め記憶しておき、第１送電器２０２の情報出力部２０２ｆから取得した、最も効率的に送電できる方向に最も近い位置の第２送電アンテナ２０４を第２制御装置２０５ａで選択することにより行うこともできる。第２制御装置２０５ａで選択した情報についても、第２記憶装置２０５ｂに記憶することができる。
＜第４ステップＳ４＞
次いで、第４ステップＳ４において、第３ステップＳ３で選ばれた第２送電アンテナ２０４とマスター送電部２０３の第１送電アンテナ２０１とから同時に送電した状態で、第２送電器２０５の第２マイクロ波発生部２０５ｃからの送電電波、すなわち、マイクロ波の位相を、最も大きい電力を供給できる位相へ第２制御装置２０５ａで第２マイクロ波発生部２０５ｃを調整する。
＜第５ステップＳ５＞
次いで、第５ステップＳ５においては、前記調整された位相に基づき、二つの送電部、すなわち、マスター送電部２０３の第１マイクロ波発生部２０２ｃとスレーブ送電部２０６の第２マイクロ波発生部２０５ｃとを用いて、受電機器２０７に対して、高い電力を効率的に送電する。

前記無線給電方法のうちの第２ステップＳ２について以下に詳細に説明する。
（第２ステップＳ２でのマスター送電部２０３の送電方向に関する調整方法）
まず、マスター送電部２０３の調整方法について図２Ａ及び図２Ｂを用いて詳細に説明する。
第２ステップＳ２前の前記ステップＳ１では、マスター送電部２０３の第１制御装置２０２ａは、送電範囲２０８の範囲内で受電機器２０７の存在情報を検知する。この検知状態では、マスター送電部２０３は、受電機器２０７が送電範囲２０８内に存在することは分かっているが、その場所までは分からないものとする。

次に、前記ステップＳ２において、まず、ステップＳ２ａとして、受電機器２０７への送電を行う状態かどうかの判断をマスター送電部２０３の第１送電器２０２の第１制御装置２０２ａで行う。つまり、受電機器２０７の発信部２０７ａから発信された、電池２０７ｄの充電状態の情報を第１情報取得部２０２ｄで取得して、受電機器２０７が電力を受電できる状態かどうかの判断をマスター送電部２０３の第１制御装置２０２ａで行う。例えば、受電機器２０７の充電状態の情報に基づき、受電機器２０７の充電電力が最大状態であって受電を行う必要がないと第１制御装置２０２ａで判断した場合、又は、受電機器２０７が移動しており、安定して受電できる状態ではないと第１制御装置２０２ａで判断した場合は、マスター送電部２０３は送電を行わない。ここで、受電機器２０７が移動しているか否かの判断は、以下のようにして第１制御装置２０２ａで行うことができる。すなわち、一例として、マスター送電部２０３が送電を行った状態で、受電機器２０７の受電電力が変動し、安定していない状態であると第１制御装置２０２ａで判断したとき、受電機器２０７は移動していると第１制御装置２０２ａで判断することができる。また、
その受電機器２０７への送電を行う状態かどうかの第1制御装置２０２ａによる判断方法は、以下の方法がある。例えば、受電機器２０７の発信部２０７ａから発信された送電開始の信号（言い換えれば、送電開始情報）を、マスター送電部２０３の第1制御装置２０２ａが受電したと判断するまで、マスター送電部２０３から送電を開始しない方法でも良い。又は、受電機器２０７の発信部２０７ａから発信された受電電力量を、マスター送電部２０３の第１情報取得部２０２ｄで連続的に取得し、その電力量が安定している、つまり変化が小さいことをマスター送電部２０３の第1制御装置２０２ａで判断したとき、マスター送電部２０３から送電を開始すると第1制御装置２０２ａで判断するようにしても良い。

ステップＳ２ａに続くステップＳ２ｂとして、マスター送電部２０３から送電を行える状態であるとマスター送電部２０３の第1制御装置２０２ａで判断できたら、マスター送電部２０３の第１マイクロ波発生部２０２ｃから送電を行う。このとき、その送電方向を図２Ａの矢印Ａで示すように連続的に変化させるように第１送電器２０２の第1制御装置２０２ａで制御して、受電機器２０７の受電電力が最も大きくなる方向を第１送電器２０２の第１制御装置２０２ａで探索し、その方向に送電方向を第１送電器２０２で固定する。これにより、マスター送電部２０３の送電方向に関する調整を完了したものとする。

前記無線給電方法のうちの第３ステップＳ３について以下に詳細に説明する。
（第３ステップＳ３及びＳ４における、スレーブ送電部２０６の調整方法）
スレーブ送電部２０６の調整方法について図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
第２ステップＳ２が終了したのち、マスター送電部２０３の送電は停止した状態とし、マスター送電部２０３の第１送電器２０２から調整完了の信号を受けたスレーブ送電部２０６の第２送電器２０５の第２制御装置２０５ａは、まず、ステップＳ３のうちのステップＳ３ａとして、順次送電する第２送電アンテナ２０４を切り替えて、第２マイクロ波発生部２０５ｃから送電を行い、受電機器２０７の受電した電力量を無線通信により受電機器２０７から第２情報取得部２０５ｅで取得する。次いで、ステップＳ３のうちのステップＳ３ｂとして、第２送電アンテナ２０４の中で受電機器２０７の受電電力量が最も大きい第２送電アンテナ２０４を第２送電器２０５の第２制御装置２０５ａで選び、その第２送電アンテナ２０４を第２制御装置２０５ａで用いてスレーブ送電部２０６の第２マイクロ波発生部２０５ｃで送電を行うものとする。これで、ステップＳ３を終了する。

次に、ステップＳ４として、選択された第２送電アンテナ２０４（図３Ａの符号２０４Ａを参照）で送電した状態で、スレーブ送電部２０６の第２送電器２０５からアンテナ選択完了の信号を受けたマスター送電部２０３の第１送電器２０２による前記調整された送電方向への送電をスレーブ送電部２０６とマスター送電部２０３とで同時に行い、受電機器２０７の受電電力量を無線通信により受電機器２０７からスレーブ送電部２０６で取得する。スレーブ送電部２０６は、この受電機器２０７からの受電電力量を取得しながら、スレーブ送電部２０６の第２送電器２０５のマイクロ波の位相を調整し、受電機器２０７からの受電電力量が最も大きくなる位相へ調整する。これにより、スレーブ送電部２０６のアンテナ切り替え、及び、位相調整を完了したものとする。

（効果）
以上の方法により、マスター送電部２０３及びスレーブ送電部２０６の送電方向調整と位相調整が完了し、広い空間の中に配置された受電機器２０７に対して、二つの送電部２０３，２０６及び第１及び第２送電器２０２，２０５を用いて、電波干渉なく、効率的に高い電力を送電することが可能となる。

（変形例）
なお、本実施の形態では、スレーブ送電部２０６のマイクロ波の位相を調整することで、マスター送電部２０３とスレーブ送電部２０６との間の位相合成の調整を行ったが、マスター送電部２０３側に位相調整機能を持たせ、マスター送電部２０３で位相調整を行っても良い。

なお、本実施の形態では、マスター送電部２０３の送電方向調整と、スレーブ送電部２０６のアンテナ切り替えと、位相調整と、という順番で調整を行ったが、スレーブ送電部２０６のアンテナ切り替えの後、マスター送電部２０３の送電方向調整を行い、位相調整を行う順番でも良い。

次に、マスター送電部２０３とスレーブ送電部２０６とのアンテナ配置について説明する。アンテナ配置の考え方としては、マスター送電部２０３の第１送電アンテナ２０１はその送電方向を制御することで送電範囲２０８の全体に電力を送電できる配置であれば良く、その配置は、送電範囲２０８の周囲状況に応じて決定するものとする。

スレーブ送電部２０６の第２送電アンテナ２０４は、マスター送電部２０３により十分な電力を送電できない場所に、その電力を補完する形で配置するものとする。図１Ａに示した実施の形態におけるマスター送電部２０３の第１送電アンテナ２０１と、スレーブ送電部２０６の第２送電アンテナ２０４との配置を、上方から見た関係を図４Ａに示す。

この配置では、四角形の送電範囲２０８の中央にマスター側の第１送電アンテナ２０１が配置され、第１送電アンテナ２０１の周囲の四方にスレーブ側の第２送電アンテナ２０４が８個配置されているが、スレーブ側の第２送電アンテナ２０４の数、及びマスター側の第１送電アンテナ２０１のとの配置関係は、これ限定されることはない。

また、本実施の形態においては、一つのマスター送電部２０３に対して、一つのスレーブ送電部２０６で構成しているが、別の変形例として、スレーブ送電部２０６は、複数個で構成しても良い。スレーブ送電部２０６が複数個で構成された場合のアンテナ配置について、例えばスレーブ送電部２０６を２つで構成した場合の配置例を図５に示す。一例として、中央に配置されたマスター送電部２０３の第１送電アンテナ２０１の周りに、第１のスレーブ送電部２０６−１の第２送電アンテナ２０４と、第２のスレーブ送電部２０６−２の第３送電アンテナ３０１とが交互に配置されている。一例として、マスター送電部２０３の第1制御装置２０２ａにより、第１のスレーブ送電部２０６−１と第２のスレーブ送電部２０６−２との以下のような動作制御を行うように構成している。この場合は、ステップＳ５において、マスター送電部２０３と複数のスレーブ送電部２０６−１，２０６−２とで同時に送電を行うことで、さらに高い電力を受電機器２０７に対して供給することが可能となる。その調整方法は、ステップＳ２でのマスター送電部２０３の送電方向調整が完了した後、図４Ｂに示す、以下のステップＳ１３ａ〜ステップＳ１３ｄのように、ステップＳ３とステップＳ４とを複数のスレーブ送電部２０６−１，２０６−２のそれぞれについて実施したのち、ステップＳ５を行うように構成している。
すなわち、まず、ステップＳ１３ａとして、複数のスレーブ送電部２０６−１，２０６−２のうちの一つ目のスレーブ送電部２０６−１の第２送電アンテナ２０４の切り替え及び最大受電電力量の第２送電アンテナ検出のステップＳ３及び位相調整のステップＳ４を行う。
その後、ステップＳ１３ｂとして、マスター送電部２０３、及び調整が完了したスレーブ送電部２０６−１の送電を停止する。
その後、ステップＳ１３ｃとして、この送電を停止した状態で、複数のスレーブ送電部２０６−１，２０６−２のうち、未調整のスレーブ送電部２０６−２の有無をマスター送電部２０３の第1制御装置２０２ａで判断し、未調整のスレーブ送電部２０６−２がなければ、次のステップＳ５に進む。未調整のスレーブ送電部２０６−２があれば、ステップＳ１３ｄとして、次のスレーブ送電部２０６−２の第２送電アンテナ３０１の切り替え及び最大受電電力量の第２送電アンテナ検出のステップＳ３及び位相調整のステップＳ４を行う。すなわち、調整が完了しているマスター送電部２０３、スレーブ送電部２０６−１の全てで同時に送電を行った状態において、調整対象となるスレーブ送電部２０６−２に対して、受電機器２０７の受電電力が最も大きくなる位相へと位相調整を行う。
その後、ステップＳ１３ｃに戻り、残りの未調整のスレーブ送電部２０６−２に対してステップＳ１３ｄを順に実施する。この結果、このような最大受電電力量の第２送電アンテナ検出のステップＳ３及び位相調整のステップＳ４をスレーブ送電部２０６の数に応じて順次行っていくことで、全体として調整が完了する。
その後、先に述べたように、ステップＳ５において、マスター送電部２０３と複数のスレーブ送電部２０６−１，２０６−２とで同時に送電を行う。

さらに別の変形例として、図６に示すように、受電機器２０７に対して、送電範囲２０８の上方へのアンテナ配置だけではなく、送電範囲２０８の側面へ第４送電アンテナ４０１を配置する構成でも良い。第４送電アンテナ４０１は、スレーブ送電部２０６の一部として構成してもよいし、第２のスレーブ送電部２０６−２の一部として構成してもよいし、第３のスレーブ送電部の一部として構成してもよい。

また、別の変形例として、本実施の形態では、受電機器２０７は一つであったが、同時に送電を行う受電機器２０７は一つであればよく、複数の受電機器２０７を配置し、順次送電を行うことも可能である。

複数の受電機器２０７に順次送電を行う方法について、まず、マスター送電部２０３の調整方法について、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂでは、一例として、複数の受電機器２０７として３台の受電機器２０７がマスター送電部２０３の送電範囲２０８内に配置されている場合の説明図及び動作のフローチャートを示している。
まず、ステップＳ１において、図１Ｅと同様に、マスター送電部２０３は、送電範囲２０８内の複数の受電機器２０７を検知する。
次いで、第２ステップＳ２のうちのステップＳ２ａにおいて、前記と同様のステップＳ２の方法にて、ステップＳ１で検知した複数の受電機器２０７のそれぞれが送電を行う状態かどうかの判断を第１制御装置２０２ａで行う。
次いで、第２ステップＳ２のうちのステップＳ２ｂにおいて、マスター送電部２０３は第１マイクロ波発生部２０２ｃから送電を行い、その送電方向をアンテナ方向移動部２０２ｅで連続的に変化させるように第１送電器２０２の第１制御装置２０２ａで制御して、受電機器２０７のそれぞれについて、受電電力が最も大きくなる方向を第１送電器２０２の第１制御装置２０２ａで探索し、その方向に送電方向を第１送電器２０２の第１記憶装置２０２ｂで記憶する。これにより、第２ステップＳ２を終了する。
次に、ステップＳ３及びＳ４における、スレーブ送電部２０６の調整方法について、図８を用いて説明する。
第２ステップＳ２が終了したのち、マスター送電部２０３の送電は停止した状態とし、マスター送電部２０３の第１送電器２０２から調整完了の信号を受けたスレーブ送電部２０６の第２送電器２０５の第２制御装置２０５ａは、まず、ステップＳ３のうちのステップＳ３ａとして、順次送電する第２送電アンテナ２０４を切り替えて、第２マイクロ波発生部２０５ｃから送電を行う。
次いで、ステップＳ３のうちのステップＳ３ｂとして、調整を行う一つ目の受電機器２０７の受電した電力量を無線通信により前記一つ目の受電機器２０７から第２情報取得部２０５ｅで取得し、第２送電アンテナ２０４の中で受電機器２０７の受電電力量が最も大きい第２送電アンテナ２０４を、第２送電器２０５の第２制御装置２０５ａで選択して第２記憶装置２０５ｂに記憶する。
これらのステップＳ３ａ及びＳ３ｂの方法を、検出した複数の受電機器２０７それぞれについて順次行い、それぞれの受電機器２０７に対応する第２送電アンテナ２０４を第２送電器２０５で選択して第２記憶装置２０５ｂに記憶する。
次に、ステップＳ４において、複数の受電機器２０７のそれぞれについて、マスター送電部２０３は、第１記憶装置２０２ｂに記憶された送電方向で送電する。同時に、スレーブ送電部２０６は、第２記憶装置２０５ｂに記憶された第２送電アンテナ２０４で送電する。この状態で、受電機器２０７の受電電力量を無線通信によりスレーブ送電部２０６の第２情報取得部２０５ｅで取得する。第２情報取得部２０５ｅで取得した受電機器２０７からの受電電力量に基づき、スレーブ送電部２０６の第２送電器２０５の第２マイクロ波発生部２０５ｃから発生するマイクロ波の位相を第２制御装置２０５ａで調整し、受電機器２０７からの受電電力量が最も大きくなる位相へ第２制御装置２０５ａで調整する。
この方法を、複数の受電機器２０７のそれぞれについて順次行うことで、複数の受電機器２０７について、マスター送電部２０３の送電方向、スレーブ送電部２０６の送電アンテナの選択、及び位相が調整を完了したものとし、第１記憶装置２０２ｂ及び第２記憶装置２０５ｂにそれぞれ記憶する。
次いで、この調整完了が第１記憶装置２０２ｂ及び第２記憶装置２０５ｂに記憶された状態で、ステップＳ５において、それぞれの受電機器２０７に対して、記憶された情報に基づく第１制御装置２０２ａ及び第２制御装置２０５ａの制御により、マスター送電部２０３とスレーブ送電部２０６とで同時に順次送電を行うものとする。
複数の受電機器２０７に対する順次送電の方法は、受電電力の少ない方など受電機器の状態をマスター送電部２０３の第１情報取得部２０２ｄが例えばステップＳ２で取得し、その優先順位の高い方から、又は、予め決められた方からなど、第１制御装置２０２ａで任意に決めることができる。

前記した種々の変形例にかかる方法によれば、広い空間の中に配置された受電機器２０７に対して、複数の送電部２０３，２０６を用いて、電波干渉なく、効率的に高い電力を給電することが可能となる。

なお、本発明を前記実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
前記各制御装置２０２ａ，２０５ａの一部又は全部は、具体的には、プロセッサ例えばマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、その一部又は全部は、それぞれの機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における制御装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、複数の送電部が、第１送電器と前記第１送電器に接続された一つの第１送電アンテナとを有するマスター送電部と、第２送電器と前記第２送電器と接続された複数の第２送電アンテナとを有するスレーブ送電部とで構成される無線給電システムを使用して、一つの受電機器に対して前記複数の送電部で電力伝送する無線給電方法に使用され、
コンピュータに、
前記マスター送電部が前記マスター送電部の送電範囲内の前記受電機器を検知する第１ステップと、
次いで、前記スレーブ送電部からの送電を停止した状態で、前記マスター送電部の前記第１送電アンテナの方向を変化させながら送電して、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記マスター送電部の前記第１送電アンテナの方向を検出する第２ステップと、
次いで、前記マスター送電部からの送電を停止させて、前記スレーブ送電部の複数の前記第２送電アンテナを一つずつ順次切り替えながら前記第２送電アンテナから送電して、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記第２送電アンテナを検出する第３ステップと、
次いで、前記マスター送電部の前記第１送電アンテナと前記スレーブ送電部の前記検出された第２送電アンテナとの両方から送電しながら、前記マスター送電部もしくは前記スレーブ送電部のどちらか片方の送電電波の位相を、前記受電機器が受電する電力量が最大となる位相に調整する第４ステップと、
次いで、前記調整された位相に基づき、前記受電機器に対して前記マスター送電部の前記第１送電アンテナと前記スレーブ送電部の前記検出された第２送電アンテナとの両方から送電する第５ステップと、
として機能させるための無線給電方法に使用される制御プログラムである。
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
なお、前記様々な実施の形態又は変形例のうちの任意の実施の形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。すなわち、実施の形態同士の組み合わせ又は変形例同士の組み合わせ又は実施の形態と変形例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施の形態又は変形例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる無線給電方法は、広い空間の中に配置された受電機器に対して、高い電力を供給することが可能となり、住宅、施設、又は工場内などの幅広い用途において、様々な機器の電源をコードレス化することが可能となる。

１０１ 送電部
１０２ 受電機器
２０１ 第１送電アンテナ
２０２ 第１送電器
２０２ａ 第1制御装置
２０２ｂ 第１記憶装置
２０２ｄ 第１情報取得部
２０２ｅ アンテナ方向移動部
２０２ｆ 情報出力部
２０３ マスター送電部
２０４ 第２送電アンテナ
２０５ 第２送電器
２０５ａ 第２制御装置
２０５ｂ 第２記憶装置
２０５ｃ 第２マイクロ波発生部
２０５ｅ 第２情報取得部
２０６ スレーブ送電部
２０６−１，２０６−２ 第１及び第２スレーブ送電部
２０７ 受電機器
２０７ａ 発信部
２０７ｂ マイクロ波受電部
２０７ｃ 直流電力変換部
２０７ｄ 電池
２０８ 送電範囲
３０１ 第３送電アンテナ
４０１ 第４送電アンテナ

Claims (5)

1. 複数の送電部が、第１送電器と前記第１送電器に接続された一つの第１送電アンテナとを有するマスター送電部と、第２送電器と前記第２送電器と接続された複数の第２送電アンテナとを有するスレーブ送電部とで構成される無線給電システムを使用して、一つの受電機器に対して前記複数の送電部で電力伝送する無線給電方法であって、
   前記マスター送電部が前記マスター送電部の送電範囲内の前記受電機器を検知する第１ステップと、
   次いで、前記スレーブ送電部からの送電を停止した状態で、前記マスター送電部の前記第１送電アンテナの方向を変化させながら送電して、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記マスター送電部の前記第１送電アンテナの方向を検出する第２ステップと、
   次いで、前記マスター送電部からの送電を停止させて、前記スレーブ送電部の複数の前記第２送電アンテナを一つずつ順次切り替えながら前記第２送電アンテナから送電して、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記第２送電アンテナを検出する第３ステップと、
   次いで、前記マスター送電部の前記第１送電アンテナと前記スレーブ送電部の前記検出された第２送電アンテナとの両方から送電しながら、前記マスター送電部もしくは前記スレーブ送電部のどちらか片方の送電電波の位相を、前記受電機器が受電する電力量が最大となる位相に調整する第４ステップと、
   次いで、前記調整された位相に基づき、前記受電機器に対して前記マスター送電部の前記第１送電アンテナと前記スレーブ送電部の前記検出された第２送電アンテナとの両方から送電する第５ステップとを備える、無線給電方法。
2. 前記複数の送電部は、一つの前記マスター送電部と、前記スレーブ送電部である第１スレーブ送電部と、前記第１スレーブ送電部とは異なる第２スレーブ送電部とで構成され、
   前記第２ステップの後に、前記第１スレーブ送電部において、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記第２送電アンテナの検出を前記第３ステップで行い、次いで、前記位相調整を前記第４ステップで行い、
   その後、前記第５ステップの前に、前記第２スレーブ送電部において、前記受電機器が受電する電力量が最大となる前記第２送電アンテナの検出を、再び、前記第３ステップで行い、次いで、前記位相調整を前記第４ステップで行ったのち、
   前記第５ステップにおいて、前記マスター送電部と前記第１スレーブ送電部と前記第２スレーブ送電部とで同時に送電を行う、請求項１に記載の無線給電方法。
3. 前記第１ステップにおいて、前記マスター送電部が前記マスター送電部の送電範囲内の前記受電機器を検知することにより、前記マスター送電部の前記送電範囲内に前記受電機器が複数存在することを検知したとき、
   前記複数の受電機器のそれぞれに対して、前記第２ステップから前記第４ステップまでを順に実行し、
   その後、前記第５ステップで、前記複数の受電機器のそれぞれの位相調整結果に基づき、前記複数の受電機器のそれぞれに対して順次送電を行う、請求項１に記載の無線給電方法。
4. 前記第１ステップにおいて、前記マスター送電部が前記マスター送電部の送電範囲内の前記受電機器を検知することにより、前記マスター送電部の前記送電範囲内に前記受電機器が複数存在することを検知したとき、
   前記複数の受電機器のそれぞれに対して、前記第２ステップから前記第４ステップまでを実行し、
   その後、前記第５ステップで、前記複数の受電機器のそれぞれの位相調整結果に基づき、前記複数の受電機器のそれぞれに対して順次送電を行う、請求項２に記載の無線給電方法。
5. 前記第２ステップにおいて、前記マスター送電部が前記マスター送電部の送電範囲内の前記複数の受電機器の受電情報を検出し、
   前記第５ステップにおいて、前記第２ステップで前記検出した受電機器の受電情報に基づいて送電する順序を決定する、請求項３または４に記載の無線給電方法。

Images