JP7036333B2 - 給電装置および電力給電システム - Google Patents

Description

この明細書における開示は、受電装置に給電するために電力信号を伝送するとともに、前記伝送に関するデータの送受信を行う給電装置および当該給電装置を有する電力給電システムに関するものである。

電力の小売り自由化に伴い、再生可能エネルギー電力の積極的な利用が進んでいる。さらなる利用促進のためには、需要家側で電力の供給者を自由に選択できるようなシステムが必要である。したがって、電力供給元（送電元）の特定は、当該システムの構築において重要な技術的課題である。

しかしながら、送電元が異なる電力であっても、前記需要家に供給するために、電力がいったん電力ネットワークに流入すると、他の送電元が供給する電力と一体となって同一託送されるため、前記需要家側では電力の送電元を特定することが不可能であった。

そこで、発電量、消費をした電力量を証明するデジタル証書となるトークンを発行するとともに、発電事業者と需要家との取引履歴をブロックチェーンの台帳に記録し、台帳の記録を参照することで、前記需要家はどこの電源から電力を調達したか、発電事業者はどの需要家に電力を供給したか、を確認することが可能な電力取引プラットフォームが提案されていた（例えば、非特許文献１参照。）。

また、近年、電力供給技術については、無線電力伝送による非接触給電が注目されている。総務省においても、電化製品、すなわち、受電装置のワイレス化に対応する制度設計の検討が進められ、今後、非接触給電に対応した前記受電装置の増大が見込まれる。例えば、前記受電装置が、複数の給電装置の給電可能な範囲（給電エリア）の境界上に位置する場合、前記受電装置側で前記複数の給電装置のうち、給電状況、受電状況に応じて、いずれかの給電装置を適切に選択する仕組みが必要になる。

そこで、従来、受電装置は、複数の給電装置に、自身が給電を要求する電力である要求電力を送信し、給電装置は、受電装置から前記要求電力を受信すると、受信した要求電力に基づき、受電装置が給電装置を選択する際の判断基準として用いる判断基準情報を生成し、生成した判断基準情報を受電装置に送信し、受電装置は、判断基準情報を受信し、判断基準情報に基づき自身が給電を受ける給電装置を選択し、選択した給電装置に給電開始要求を送信し、給電装置は、給電開始要求を受信すると、受電装置への給電を開始する非接触給電システムが提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。

なお、前記の通り、電力自由化、無線電力伝送技術の進展に伴い、送電元、受電先の端末の多元化が加速することが予想される。情報通信分野では、送受信双方の端末の多元接続について、受信側での復調時に発生する「他ユーザ干渉」を排除するために、スペクトル拡散変調を行うが、特にパワー一定のカオス拡散符号を用いた場合、完全直交性を確保し、自己相関特性が良好であることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、マルチキャリア変調方式としては、直交周波数分割多重（ＯＲＴＨＯＧＯＲＡＬ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ：ＯＦＤＭ）が知られているが、多数の異なる周波数が合成されるため、振幅変動が大きく、特定時間において大きなピークが立ち、増幅度の飽和をもたらすおそれがあった。このため、ピーク値と平均値との比（Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ：ＰＡＰＲ）の低減が重要な課題になっている。この点、信号処理の観点から、概周期周波数配置を用いた超周波数多重方式が有効であることが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。

なお、非接触給電のうち、磁界共振結合方式、すなわち、送受電装置の
両方に共振周波数を一致させたコイル（Ｌ）とコンデ ンサ（Ｃ）で構成されるＬＣ共振器を用いることで共鳴状態を作り出す方式では、大エアギャップ時に高効率かつ大電力が実現できることが知られている（例えば、非特許文献３参照。）

特許第５１１６９０４号公報 特許第５１３１５５０号公報

"日経ビジネスオンライン 日経エネルギーＮｅｘｔ 「みん電にエナリス、電力ブロックチェーン始動"、［ｏｎｌｉｎｅ］、２０１８年３月１９日、［２０１８年１０月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｂｕｓｉｎｅｓｓ．ｎｉｋｋｅｉｂｐ．ｃｏ．ｊｐ／ａｔｃｌ／ｒｅｐｏｒｔ／１６／０２２７００１１５／０３１５０００９３／＞ 中澤勇夫、梅野健、「概周期周波数配置を用いた衛星通信方式の性能評価」一般社団法人電子情報通信学会、電子情報通信学会技術研究報告、第１１５号、７５頁－７９頁、２０１５年１１月 居村岳広、堀洋一、「電磁誘導方式と磁界共有結合方式の統一理論」、一般社団法人電気学会、電気学会論文誌Ｄ、産業応用部門誌、第１３５巻６号、６９７頁－７１０頁、２０１５年６月

しかし、前記電力取引プラットフォームでは、あくまで仮想的に電力の消費量と発電量がマッチしていることを確かめる仕組みであるため、台帳の記録データと給電された電力とは異なる系統で処理され、伝送路も異なるため、リアルタイムで両者が随伴することが保証されず、システムの構成も複雑になるという課題があった。

また、前記特許文献１にかかる先行技術は、受電装置から複数の給電装置に対して給電を要求すると、各給電装置は、前記受電装置の現在位置から当該受電装置までの距離を求め、求めた距離に基づき受電装置に電力を送信する際の伝送効率を算定して受電装置に送信する。受電装置は、受信した伝送効率を判断基準情報として受信し、伝送効率が良好な給電装置を選択して給電開始要求を送信して、選択された給電装置から給電が開始されるという構成である。したがって、給電装置は、前記伝送効率に基づく判断基準情報に限定された範囲内での選択に止まり、需要家の所望する送電先を自由に選択できるという構成ではない。また、電力取引プラットフォームの場合同様、電力の給電工程と前記判断基準情報の送受信処理工程は別系統であるため、前記同様の課題があった。

さらに、前記した通り、受電端末の多元化に伴い、情報通信分野同様、電力取引の当事者（すなわち、給電側と受電側）が、確実、かつ、安全に取引可能とする仕組みも必要となる。

この明細書における開示は、上記課題を解消させるためのものであり、需要家側で電力を自由に選択し、受電時に送電元を特定可能であって、取引の当事者（給電側と受電側）が、確実、かつ、安全に取引可能な給電装置および電力給電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成させるために、本明細書の開示にかかる給電装置は、受電装置に給電するために電力信号を伝送するとともに、前記伝送に関するデータの送受信を行う給電装置であって、
前記電力信号を生成するベースバンド部と、
前記ベースバンド部で生成された前記電力信号は、送電元をスペクトル拡散変調処理によって特定する拡散符号を付与され、前記電力信号に前記拡散符号を乗積して、前記受電装置で復調可能な変調信号を生成する変調処理部と、
前記変調処理部によって生成された変調信号を前記受電装置に対して非接触で伝送する送信部と、を有することを主要な特徴とする。

前記変調処理部は、前記拡散符号として、スペクトル拡散変調処理によって、パ ワー一定のカオス拡散符号を生成するために、所定の素数の原始根と前記パワー一定のカオス拡散符号を生成するための整数の識別番号とから、前記受電装置が共有する複素拡散符号を生成し、前記電力信号に乗積する送信側符号生成部と、前記電力信号を前記複素拡散符号により拡散する複素拡散部と、を有する構成としてもよい。また、前記ベースバンド部で生成された電力信号に、前記拡散符号として
、δ＋（ｋ－１）／Ｋで表されるパラメータによって決定されるＫ個の概周期周波数による拡散符号を付与して乗積し、前記受電装置で復調可能な変調信号を生成する構成としてもよい。

この構成によれば、電力信号自体を予め符号化して変調し、送電元を特定する情報とともに、受電装置に伝送することが可能になる。

また、上記目的を達成させるために、本明細書の開示にかかる電力給電システムは、電力信号を生成するベースバンド部と、前記ベースバンド部で生成された前記電力信号の送電元を特定する符号を付与するために前記電力信号を変調し、受電装置で復調可能な変調信号を生成する変調処理部と、前記変調処理部によって生成された変調信号を伝送する送信部とを有するいずれかの前記給電装置と、前記変調信号を所定の伝送路を介して受信する受信部と、受信した前記変調信号を復調処理する復調処理部と、前記復調処理によって得られた前記電力信号を受電する被給電部とを備えた受電装置と、を有する。

本明細書の開示にかかる給電装置及び給電システムは、需要家側で電力の供給者を自由に選択し、受電時に送電元を特定することが可能になるという効果を奏する。また、再生可能エネルギー電力の積極的な利用を促進し、非接触電力給電の普及を加速するという効果も奏する。

図１（Ａ）は、給電装置のブロック構成図であり、（Ｂ）は、本明細書の開示にかかる電力給電システムを構成する受電装置のブロック構成図である。 図２は、スペクトル拡散変調処理による給電装置および受電装置の変調処理部および復調処理部を説明する図であり、（Ａ）は、給電装置の変調処理部のブロック構成図 、（Ｂ）は、受電装置の復調処理部のブロック構成図である。 図３は、マルチキャリアの周波数配置が、サブキャリア間で非同期であり、周波数間隔が非等間隔で概周期周波数配置とする給電装置および受電装置の変調処理部及び復調処理部を説明する図であり、（Ａ）は、給電装置の変調処理部のブロック構成図、（Ｂ）は、受電装置の復調処理部のブロック構成図である。 図４は、電力信号のマルチキャリアにおいて、概周期周波数を磁界共鳴方式の共振周波数として送電する場合を説明する図であり、（Ａ）は、基本回路構成図、（Ｂ）は 、前記基本構成回路の等価回路図である。 図５は、給電装置から複数の概周期周波数を送電し、各概周期周波数に一致する共振回路を備えた複数の受電装置を示した図である。 図６は、第１実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図７は、第１実施形態の具体的実施例を示した図であり、（Ａ）は、給電装置及び受電装置を備えたスマートフォンによる電力給電の状態を示した模式図、（Ｂ）は、給電装置及び受電装置を備えた自動車による電力給電の状態を示した模式図、（Ｃ）は、給電装置及び受電装置を備えた無人飛行体（ドローン）による電力給電の状態を示した模式図である。 図８は、第１実施形態にかかる電力給電装置及び受電装置が、自動車の場合の給電態様を示した模式図であり、（Ａ）は、給電側の移動体が複数で受電側の移動体が単数の場合、（Ｂ）は、給電側の移動体が単数で受電側の移動体が複数の場合、（Ｃ）は、受電側の移動体が、隣接するセルに連続的に移動する場合の給電状態を示したものである。 図９は、第２実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図１０は。第２実施形態の受電装置に送信される通信データの概略構成図である。 図１１は、第３実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図１２は、第３実施形態にかかる受電装置の表示部における画面表示例を示した図である。 図１３は、第４実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図１４は、第５実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図１５は、第４実施形態にかかる受電装置の設定部で予め設定された給電装置のみを受電する状態を示す模式図である。 図１６は、第６実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図１７は、第６実施形態にかかる電力給電システムを携帯型バイタルデータ計測器に適用した場合の具体的実施例を示した図である。 図１８は、第７実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図１９は、第８実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図２０は、第８実施形態にかかる電力給電システムの給電条件処理部で給電条件の異なる受電装置に給電する状態を示す模式図であり、（Ａ）は、所定の場所を通過する自動車について、認証された自動車と認証されていない自動車とで電力量を変えて給電する状態を示した図、（Ｂ）は、受電装置に優先順位をつけて、かかる優先順位に従って電力量を変えて給電する状態を示した図である。 図２１は、第８実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図２２は、第８実施形態にかかる電力給電システムの給電装置の選択部で受電装置からのステータス情報信号に応じて給電対象を選択して給電する状態を示す模式図である。 図２３は、第９実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図２４は、第１０実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図２５は、第１０実施形態にかかる電力給電システムで、受給電と給電がなされた場合の蓄電部、ログ情報生成部、算出部の処理を示した図である。 図２６は、第１０実施形態にかかる電力給電システムの変形例のブロック構成図である。 図２７は、第１０実施形態にかかる電力給電システムをスマートホームに適用した場合の具体的実施例を示した模式図である。 図２８は、第１１実施形態にかかる電力給電システムのブロック構成図である。 図２９は、第１１実施形態にかかる電力給電システムで、スマートシティに適用した場合の具体的実施例を示した模式図である。 図３０は、電力給電システムの最短経路選択による供給系を示した模式図である。 図３１は、電力給電システムの動的な経路選択による供給系を示した模式図であり、（Ａ）は、時間ｔ１のときの経路選択、（Ｂ）は、時間ｔ２のときの経路選択、（Ｃ）は、時間ｔ３のときの経路選択を示した模式図である。 図３２は、電力給電システムの優先条件に従った経路選択による供給系を示した模式図であり、（Ａ）は、受電装置側の優先条件に従った経路選択、（Ｂ）は、給電装置側の優先条件に従った経路選択を示した模式図である。

以下、図面を参照しながら、本明細書の開示を実施するための形態を説明する。先に説明した実施形態に対応する構成要素を後続の実施形態が有する場合には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態において構成の一部のみを説明している場合、当該構成の他の部分については先行して説明した実施形態の符号を使用する場合がある。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示していない場合でも、特に当該組み合わせに支障が生じなければ、各実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。さらに、以下で説明する実施形態は、例示であり、以下の実施形態に限定されるものではなく、本明細書の開示の趣旨を逸脱しない限り、種々変更することが可能である。

一般に、情報通信分野では、データを暗号化することにより、高周波の媒体が物理的に不特定多数の受信端末に到達しても特定端末だけにデータを伝送することが可能である。一方、例えば、電波放射方式の非接触電力伝送の場合、無変調連続放射であり、スペクトルが狭く、干渉するため、前記情報通信分野のように、特定端末にだけデータを伝送することが困難であった。本明細書の開示は、以上の観点から、電力を伝送する前に、あらかじめデジタル加工して符号化するという従来にはない特徴を有する。

図１は、本明細書の開示にかかる給電装置と電力給電システムを構成する受電装置の概略を示すブロック構成図である。図１のブロック構成図は、本明細書の開示の特徴を説明するために、必要な構成要素のみから構成された概略図であり、電力の送受電に必要な一般的な構成要素は簡略されている。また、後述するように、給電装置、受電装置は、各々、専用機として構成されるもののほか、後述するように、電力給電、受電機能以外の機能を備えた移動体端末であって、給電、受電双方の機能を併せ持つものもある。

図１（ａ）は、給電装置のブロック構成図である。給電装置１は、変調前のベースバンド信号、すなわち、電力信号を生成するベースバンド部１１と、ベースバンド部１１で生成された電力信号の送電元を特定する符号を付与するために前記電力信号を変調し、後述する受電装置で復調可能な変調信号を生成する変調処理部１２と、変調処理部１２によって生成された変調信号を伝送する送信部１３とから構成されている。

一方、図１（ｂ）は、受電装置のブロック構成図である。受電装置２は、給電装置１で生成された変調信号を所定の伝送路を介して受信する受信部２１と、受信した前記変調信号を復調処理する復調処理部２２と、前記復調処理によって得られた前記電力信号を受電する被給電部２３から構成されている。

なお、給電装置１と受電装置２との間の伝送路は、非接触（ワイヤレス）のほか、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、高速電力線搬送通信（ＢＰＬ：Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｏｖｅｒ Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅｓ）による電力線を介したものであってもよい。また、前記ワイヤレスの場合も、電力伝送方式は、特に限定されない。すなわち、非放射型の磁界結合式（電磁誘導式、磁界共振式）、電界結合式、エバネセント波式、又は放射型の電波式（マイクロ波など）、レーザ式など、いずれの方式を介した伝送路であってもよい。

＜電力給電装置＞
（第１実施形態）
図２は、スペクトル拡散変調処理による給電装置および受電装置の変調処理部１２および復調処理部２２を説明する図である。すなわち、電力信号が、スペクトル拡散変調処理によって、拡散符号が付与され、電力信号に乗積して変調信号を生成する。図２（ａ）で示す通り、変調処理部１２は、高速符号系列を用いて、拡散符号を生成する送信側符号生成部１２１と、これを２つの符号系列から複素数の拡散を実行する複素拡散部１２２を有する。一方、図２（ｂ）で示す通り、受電装置の復調処理部２２は、送信側符号生成部１２１同様の拡散符号を生成する受信側符号生成部２２１と、図１（ｂ）で示した受信部２１で給電装置１の送信部１３から送信され、受信部２１で受信した変調信号を逆拡散する複素逆拡散部２２２とを有する。

第１実施形態では、前記拡散符号として、パワー一定のカオス拡散符号を利用した形態を説明する。なお、パワー一定のカオス拡散符号は、受信信号のＳＮ比が高く、拡散符号の中でも、電波に乗せられる情報量が飛躍的に増大し、フェージング耐性が強いため、前記電力信号を送信する場合にも好適である。

一般に、素数ｐの原始根ｑの個数は、オイラーのトーティエント関数φ（・）により、φ（ｐ－１）で与えられる。そこで、送信側符号生成部１２１は、まず、素数ｐに対するφ（ｐ－１）個の原始根 ｑ₁，ｑ₂，…，ｑ_{φ（ｐ－１）}のいずれかを、拡散符号を生成するための原始根qとして受け付けるとともに、前記原始根ｑの受付とは別に、整数０，１，２，…，ｐ－１のいずれかを、拡散符号を生成するための番号ｋとして受け付ける。

次いで、所定の角度θを用いて、受け付けられた前記原始根ｑと、受け付けられた前記番号ｋと、から、
ｋ＝０，１，２，…，ｐ－２である場合、長さｐの複素拡散符号 ｂ（ｑ，ｋ）＝（ｅｘｐ（ｉθ），ｅｘｐ（２πｉ×ｑ^０＋ｋ／ｐ），ｅｘｐ（２πｉ×ｑ^１＋ｋ／ｐ），ｅｘｐ（２πｉ×ｑ^２＋ｋ／ｐ），…，ｅｘｐ（２πｉ×ｑ^{（ｐ－２）＋ｋ}／ｐ））を生成する。一方、ｋ＝ｐ－１である場合、長さｐの複素拡散符号 ｂ（ｑ，ｋ）＝（ｅｘｐ（ｉθ），１，１，…，１）を生成する。

すなわち、前記原始根ｑを、カオス拡散符号を生成するための原始根として与え、前記整数ｋを、カオス拡散符号を生成するための識別番号として与えて、１個の複素拡散符号ｂ（ｑ，ｋ）を生成する。

次いで、複素拡散部１２２は、伝送すべき１つの電力信号を前記整数ｋに対して生成した複素拡散符号ｂ（ｑ，ｋ）により拡散する。

復調処理部２２の受信側符号生成部２２１も、前記原始根qを、拡散符号を生成するための原始根として与え、前記整数ｋを、拡散符号を生成するための識別番号として与えて、複素拡散符号を生成する。すなわち、給電装置１と受電装置２とは、原始根ｑと識別番号ｋとを共有するため、長さｐの複素拡散符号ｂ（ｑ，ｋ）を共有することになる。

ここで、図１で説明した受電装置２の受信部２１が、給電装置１から送信された電力信号を受信すると、復調処理部２２の複素逆拡散部２２２は、受信した前記電力信号を、前記整数ｋに対して生成された拡散符号ｂ（ｑ，ｋ）により逆拡散し、前記電力信号を得る。

以上の通り、本実施形態では、素数ｐに対するφ（ｐ－１）個の原始根ｑ_１，ｑ_２，…，ｑ_{φ（ｐ－１）}のいずれか１つの原始根ｑと、整数０，１，２，…，ｐ－１のいずれかの整数ｋと、所定の角度θ（典型的には、θ＝０である）とを、給電装置１と、受電装置２とで共通して使用するものである。前記複素拡散符号ｂ（ｑ，ｋ）は、完全な直交性を有し、自己相関特性も良好な符号である。

（第２実施形態）
第２実施形態では、前記拡散符号として、概周期関数符号を利用した形態を説明する。

本実施形態では、ｋが、１からＫまでの整数であって、Ｋ個の概周期関数符号を識別する識別子であるとした場合において、Ｋ個の概周期関数符号それぞれを決定するパラメータは、δ＋（ｋ－１）／Ｋで表される。Ｋ個の概周期関数符号のうち、ユーザ数またはチャネル数に応じた数の符号を変調に用いる。

ここで、Ｋは、Ｎまたは２Ｎ（Ｎは、概周期関数符号の符号長）であり、δは、０よりも大きく、１／Ｎ未満の実数であるのが好ましい。

スペクトル拡散変調処理において、前記概周期関数符号を用いた給電装置１は、図１（ａ）で示す通り、電力信号を変調する変調処理部１２を備えている。変調処理部１２は、電力信号に概周期関数符号かけて変調信号を出力する。送信部１３で送信する変調信号（送信データ）は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの一次変調がかけられたものであってもよい。変調処理部１２から出力された変調信号は、伝送路を通って受電装置２によって受信され復調処理部２２で復調され、被給電部２３で電力が供給される。

第３実施形態では、マルチキャリアで伝送する場合であって、マルチキャリアの周波数配置が、サブキャリア間で非同期であり、周波数間隔が非等間隔である概周期周波数配置とする形態を説明する。ここで、概周期周波数配置とは、信号列の区切りとするフレーム時間長に対して何れのサブキャリア間においても非同期である周波数配置であり、非等間隔な配置を含み、概周期周波数（Ａｌｍｏｓｔ Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｆｒｅｑｕｎｅｃｙ）とは、概周期周波数配置上の各々のサブキャリアの周波数をいう。

一般に、マルチキャリアの変調方式であるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ:直交周波数分割多重）方式では、ピーク値と平均値との比であるＰＡＰＲ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ)の低減が重要な課題となっている。本実施形態では、フレーム時間長に対して各々のサブキャリアが非同期となる概周期周波数配置であるため、キャリア多重数が多くなっても、ＰＡＰＲが高くなるのを抑制できる。

図３は、マルチキャリアの周波数配置を概周期周波数配置とする給電装置および受電装置の変調処理部１２および復調処理部２２を説明する図である。

変調処理部１２は、図１（ａ）のベースバンド部１１から電力信号を受け付けると、シリアル・パラレル変換部１２４で、前記電力信号（シリアル符号）を、多重符号長Ｎに対応したパラレル数を持つパラレル符号に変換する。前記多重符号長Ｎのパラレル符号が、送信符号となる。サブキャリア変調部１２５では、数式１により、概周期周波数多重変調を行う。

入出力の関係式

ここで、周波軸上の概周期周波数の表現を入れて以下で表される。

ここで、

サブキャリア変調部１２５は、後述するように、前記多重符号長Ｎの送信符号（ｄ_１ｄ_２ｄ_３・・・ｄ_{Ｎ － １}ｄ_Ｎ）のサブキャリア変調を行って、符号列（ｙ_１ｙ_２ｙ_３・・・ｙ_{Ｎ － １}ｙ_Ｎ）で示される概周期周波数配置のマルチキャリア信号を出力する。サブキャリア変調部１２５は、概周期周波数配置生成１２３から与えられたマルチキャリアに基づき、マルチキャリア変調を行う。

概周期周波数配置生成部１２３は、例えば、図示しない素数群記憶部と、概周期周波数群の計算・記憶部と、基準周波数配置の計算・記憶部と、概周期周波数配置の検索・記憶部とを有するものであればよい。前記素数群記憶部は、概周期周波数を計算するために用いられる多数（例えば、１０００万個）の素数を記憶する。前記概周期周波数群計算・記憶部は、前記素数群記憶部に記憶された素数を用いて、前記概周期周波数を計算し、記憶する。前記基準周波数配置の計算・記憶部は、前記概周期周波数配置を決定するために用いられる基準周波数配置を計算し、記憶する。前記概周期周波数配置の検索・記憶部は、概周期周波数群から、基準周波数配置における基準キャリア周波数に近い概周期周波数を検索して選択し、前記概周期周波数配置を決定し、決定された前記概周期周波数配置を記憶する。

数式１に示す入出力関係式において、要素ａ_ｋｂ_ｋ～ｐ_ｋ（１≦ｋ≦Ｎ）を有する行列は、Ｎ×Ｎ行列である。また、数式１において、ｐ_ｄｋは、Ｎ個のキャリアを有する概周期周波数配置において、ｋ番目の周波数を生成するために用いられた素数である。また、数式１において、θ_ｋは、任意の実数であり、０であってもよい。

なお、数式１に示す入出力関係式において、要素ａ_ｋｂ_ｋ以外の要素ｃ_ｋ～ｐ_ｋの定義を明示していないが、要素ａ_ｋｂ_ｋの定義に含まれるＡ_ｋ，Ｂ_ｋを、Ｃ_ｋ～Ｐ_ｋに置換すればよい。Ｃ_ｋ～Ｐ_ｋは、Ａ_ｋ，Ｂ_ｋと同様にｋ番目のキャリアの振幅値である。

サブキャリア変調部１２５から出力されたサブチキャリア信号は、所定の周波数帯域において、互いに異なる複数のサブキャリアに対して割り当てられ、概周期周波数配置のマルチキャリア信号（概周期周波数サブキャリア合成信号）として、図１（ａ）の送信部１３に与えられ、マルチキャリアで受電装置２へ伝送される。なお、シリアル・パラレル変換部１２４、サブキャリア変調部１２５、および送信部１３は、同期信号発生部１２６から与えられる同期信号に基づいて動作する。

復調処理部２２は、サブキャリア復調部２２４と、概周期周波数配置生成部２２３と、パラレル・シリアル変換部２２５と、同期信号発生部２２６と、を備えている。

図１（ｂ）の受信部２１は、受信した変調信号（概周期周波数サブキャリア合成信号）の入力を受け付け、前記受信した変調信号をサブキャリア復調部２２４に与える。サブキャリア復調部２２４は、前記受信した変調信号の送信側で用いられた概周期周波数（復調用概周期周波数配置；概周期複素搬送波）と、前記受信した変調信号との相互相関値（複素相関値）を求めることで復調を行う。復調用概周期周波数配置の周波数は、概周期周波数配置生成部２２３から与えられる。信号の相互相関値は、例えば、数式２の「時間軸上で求める方法」または数式３の「クロススペクトラムから求める方法」を採用できる。

サブキャリア復調部２２４から出力された信号は、パラレル・シリアル変換部２２５によってシリアルデータに変換される。このシリアルデータは、復調された電力信号として図１（ｂ）で示す被給電部２３に出力され、電力が給電される。

なお、図１（ｂ）の受信部２１、サブキャリア復調部２２４、概周期周波数配置生成部２２３、パラレル・シリアル変換部２２５は、同期信号発生部２２６から与えられる同期信号に基づいて動作する。

図４（ａ）は、図３で説明した電力信号のマルチキャリアにおいて、概周期周波数を磁界共振結合方式（磁界共鳴方式）の共振周波数として送電するための基本回路構成図である。すなわち、給電装置１の変調処理部１２に一次側回路を有し、受電装置２の復調処理部２２に二次側回路を有する一次直列二次直列コンデンサ方式（ＳＳ方式）の回路図である。概周期周波数配置による変調（送信元に対応するそれぞれ異なる周波数の信号）は、当該周波数を磁界共鳴方式の共振周波数に一致させることで実現可能であることから、既知の基本回路によって電力信号を送信するものである。なお、図４（ａ）で示す通り、前記一次側回路、二次側回路は、ともにＲＬＣ直列回路の構成を有し、Ｃ_１は前記一次側回路の共振用キャパシタンス、ｒ_１は前記一次側回路の線路抵抗、Ｌ_１は前記一次側回路のコイルのリアクタンスであり、Ｃ_２は前記二次側回路の共振用キャパシタンス、ｒ_２は前記二次側回路の線路抵抗、Ｌ_２は前記二次側回路のコイルのリアクタンスであり、Ｒ_Ｌは、二次側回路の負荷、Ｌ_ｍは前記Ｌ_１とＬ_２の間の相互インダクタンスである。

図４（ｂ）は、前記基本回路構成図の等価回路図である。一般的には、等価回路の場合、漏れインダクタンスの－Ｌ_ｍをＬ_ｍに一体化して記載するが、図４（ｂ）では、明示的に示している。ここで、一次回路側（電源側）の電圧をＶ_１、二次回路側（負荷Ｒ_Ｌ側）の電圧をＶ_２、前記一次側回路の共振用キャパシタンスＣ_１にかかる電圧をＶ_Ｃ１、前記一次側回路のコイルのリアクタンスＬ_１にかかる電圧をＶ_Ｌ１、前記一次側回路の線路抵抗ｒ_１にかかる電圧をＶ_ｒ１、前記二次側回路の共振用キャパシタンスＣ_２にかかる電圧をＶ_Ｃ２、前記二次側回路のコイルのリアクタンスＬ_２にかかる電圧をＶ_Ｌ２、前記二次側回路の線路抵抗ｒ_２にかかる電圧をＶ_ｒ２、一次側回路の出力電圧をＶ_Ｌｍ１、二次側回路の入力電圧をＶ_Ｌｍ２とすると、前記一次側回路の電圧と前記二次側回路の電圧は、数式４、数式５となるが、さらに数式６、数式７のように変形できる。

そして、二次側回路の共振条件は数式８、一次側回路の共振周波数は数式９となる。

一次側回路と二次側回路の共振周波数を同じにすると、共振周波数は数式１０の通りになる。

前記数式１０の式を満たすとき、一次側回路を有する給電装置１から送信された概周期周波数の所定の電力信号は、当該概周期周波数の電力信号に共振する二次側回路を有する受電装置２でのみ受電可能となる。

図５は、給電装置１から複数の概周期周波数（ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３…ｆ_ｍ）を有する電力信号を送電し、各概周期周波数に一致する共振回路を備えた複数の受電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｍで受電する状態を示した図である。給電装置１から概周期周波数配置による変調を行い、前記複数の概周期周波数（ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３…ｆ_ｍ）を有する電力信号を送信していても、各受電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｍは、各々の電力信号のうち、あらかじめ特定の概周期周波数にのみ共振する二次側回路（共振回路）を有しているため、復調処理部では、前記特定の概周期周波数を有する電力信号（図５では、受電装置２ａはｆ_１、受電装置２ｂはｆ_２、受電装置２ｃはｆ_３、受電装置２ｍはｆ_ｍ）のみを受電することができる。

以上の通り、磁界共鳴方式によっても、受電装置２側で所望の電力信号のみを識別して、選択的に受電が可能となる。

＜電力給電システム＞
以下、図６から図３２で、本明細書で開示する電力給電システムの構成について説明する。

（第１実施形態）
図６は、電力給電システムの基本構成である。電力給電システムは、図１（ａ）で説明した給電装置１から、図１（ｂ）で説明した受電装置２に電力信号を送信するために、伝送路３が介在する。以下、本実施の形態では、ワイヤレス伝送による電力給電システムについて説明するため、伝送路３は、周波数帯域を示す。

以下、給電装置１及び受電装置２が移動体の場合を例に本明細書で開示する電力給電システムを説明する。図７（ａ）は、前記移動体が、スマートフォンの場合の実施例であり、給電側スマートフォンＭｓから給電基地局Ｂを介して受電側スマートフォンＭｒに変調信号、すなわち、電力信号が送信される場合を示したものである。なお、本実施の形態の変形例としては、情報通信ネットワーク上の情報通信用基地局に接続されたスマートフォンＭｓが、遠隔地のスマートフォンＭｒへの給電指示データを、前記情報通信用基地局を介して送信し、この給電指示データに基づき、スマートフォンＭｒが受電可能な範囲の給電基地局Ｂから給電するようにしてもよい（図示せず）。この場合、給電基地局Ｂ自体も、前記給電指示データを受信できるように、前記情報通信ネットワーク上に接続されている。さらに、複数の給電基地局Ｂが、前記情報通信ネットワークに接続されており、いずれの給電基地局Ｂも、前記給電指示データを受信可能とし、受電対象となるスマートフォンＭｒに最適の給電基地局Ｂ（通常は、最もスマートフォンＭｒから近距離に存在する給電基地局Ｂ）から、給電するようにしてもよい。図７（ｂ）は、前記移動体が自動車の場合の実施例であり、移動中の給電側自動車Ｃｓから同一方向に移動中の受電側自動車Ｃｒに電力信号が送信される場合を示したものである。図７（ｃ）は、前記移動体が、無人飛行体（ドローン）の場合の実施例であり、発電装置ＧからドローンＦｒに電力信号が送信される場合を示したものである。本実施例に示す通り、特に、移動体に給電する場合、混線、いわゆるなりすましによる電力ハッキングなどのリスクが発生する可能性が高くなるが、本明細書の開示に係る電力信号に基づく給電では、カオス拡散符号を用いることにより、フェージング耐性を有し、高いセキュリティ性により、的確な給電が可能となる。

なお、図８で示す通り、移動体への給電のパターンも多様な対応が可能である。以下、移動体として自動車を例に説明する。図８（ａ）は、給電側自動車Ｃｓ１、Ｃｓ２及びＣｓ３（３台）から、給電基地局Ｂを介して受電側自動車Ｃｒ１に給電している。すなわち、複数の給電側自動車から単一の受電側自動車への給電が可能であり、この場合は、「多対１」の給電関係となる。

図８（ｂ）は、給電側自動車Ｃｓ４（１台）から、給電基地局Ｂを介して受電側自動車Ｃｒ２、Ｃｒ３及びＣｒ４（３台）に給電している。すなわち、単一の給電側自動車から複数の受電側自動車への給電が可能であり、この場合は、「１対多」の給電関係となる。

また、図示しないが、前記「多対１」「１対多」の関係を双方含む「多対多」の給電関係も成立する。本明細書の開示は、給電する電力を信号化して情報信号とともに送信できるため、移動中の複数の自動車（移動体）から同時に移動中の複数の自動車（移動体）に給電ができるという、従来にはない顕著な効果を奏する。

図８（ｃ）は、給電側自動車Ｃｓ５が、給電基地局Ｂ１を介して移動中の受電側自動車Ｃｒ５に対して電力を給電する場合の模式図である。給電側自動車Ｃｓ５から受電側自動車Ｃｒ５への給電開始時は、自動車Ｃｒ５は給電基地局Ｂ１のセルＲ１内を走行しているが、給電途上で、給電基地局Ｂ２のセルＲ２内に移動すると、いわゆるソフトハンドオーバによって給電基地局Ｂ１から給電基地局Ｂ２に前記変調信号が継承され、継続的に受電側自動車Ｃｒ５への給電が行われる。なお、図示しないが、給電側自動車Ｃｓ５が、給電途上で、セルＲ１内からセルＲ２内に移動し、受電側自動車Ｃｒ５に給電する場合にも、前記ソフトハンドオーバによって継続的に給電が行われる。

（第２実施形態）
図９は、電力給電システムの第２実施形態のブロック構成図である。給電装置１は、前記電力信号にかかわる情報信号を生成する情報生成部１４を備える。情報生成部１４で生成された情報信号は、ベースバンド部１１で生成された電力信号とともに多重化されて変調処理部１２で変調信号として生成される。

前記電力信号及び前記情報信号から生成される変調信号の通信データｄは、図１０で示す構造を有する。すなわち、通信データｄは、送信元情報、送信先情報、レングス情報等の固定長のヘッダ部ｄ１と可変長のデータ部ｄ２とから構成され、データ部ｄ２は、情報データｄ２１と電力データｄ２２とから構成される。

（第３実施形態）
図１１は、電力給電システムの第３実施形態のブロック構成図である。前記変調信号を受信した受電装置２は、復調処理部２２によって復調処理後、電力信号とともに得られた前記情報信号を可視情報または可聴情報の少なくともいずれかで表示する表示部２４を有する。表示部２４は、例えば、ディスプレイ、スピーカなどであればよい。

表示部２４は、図１２で示す通り、前記情報信号に基づき、前記電力信号にかかわる所定の情報を表示する。図１２では、例示的に、受信者情報２４ａ、送信元情報２４ｂ、環境価値情報２４ｃ、電力量情報２４ｄ、課金情報２４ｅを表示している。ここで、「環境価値情報」とは、例えば、自然エネルギーにより発電された電気の環境付加価値を証書発行事業者が第三者認証機関の認証を得て、証券化した環境価値証書を取得していることなどを示す情報をいう。

（第４実施形態）
図１３は、電力給電システムの第４実施形態のブロック構成図である。図１３は、給電装置１の情報生成部１４において暗号信号を生成し、変調処理部１２において、暗号化された変調信号が生成される。受電装置２は、前記暗号化された変調信号を復調処理部で復調するとともに、復号処理部２５において復号化し、平文に戻す。このような処理を介在させることにより、いわゆる電力ハッキングを阻止することが可能となる。

（第５実施形態）
図１４は、電力給電システムの第５実施形態のブロック構成図である。図１４は、あらかじめ受電装置２で所定の給電条件情報に基づく電力信号のみを受け付ける設定部２６を有する。給電装置１の情報生成部１４で生成される情報信号として、給電条件情報信号が含まれ、受電装置２の受信部２１で、前記給電条件情報信号を受信した場合、前記給電条件情報信号が、設定部２６で設定した給電条件に基づく電力信号であるか否かを判別し、前記設定された給電条件に基づく電力信号である場合にのみ、受信した変調信号を復調処理部２２において復調処理する。なお、ここで、給電条件情報とは、たとえば、給電する電力が、再生可能エネルギーによって生成されたものか、化石エネルギーによって生成されたものかを証明する発電由来証明情報（所定の発電由来の電力のみを受電するための給電条件情報）、電力料金情報（所定の電力料金の電力のみを受電するための給電条件情報）などであるがこれに限定されない。すなわち、需要家側が、給電装置１からの受電を受け付けるかどうかの判断に資する条件であればよい。

図１５に示す通り、例えば、受電装置としての自動車Ｃ１が、給電装置としての発電所Ｇ１と発電所Ｇ２から発電由来証明情報信号を受信した場合、発電所Ｇ１の発電由来証明情報は、化石エネルギーに基づくものであり、発電所Ｇ２の発電由来証明情報は、再生可能エネルギー（例えば、太陽光エネルギー）に基づくものである場合、自動車 Ｃ１が、設定部２６で、再生可能エネルギー由来の電力信号のみを受け付けるように設定している場合、発電所Ｇ１からの電力信号の受信は拒否され、発電所Ｇ２からの電力信号のみを受信することになる。

（第６実施形態）
図１６は、電力給電システムの第６実施形態のブロック構成図である。受電装置２は、所定の給電装置１に対して、給電要求信号を発信する受電側送信部２７を有し、給電装置１は、前記給電要求信号を受信する給電側受信部１５を有する。

前記給電要求信号が、受電側送信部２７からインターネット等の通信伝送路を介して給電側受信部１５で受信されると、当該給電要求信号の受信をトリガとして、例えば、図示しない発振回路が起動され、ベースバンド部１１で電力信号が生成される。

前記給電要求信号は、受電装置２で所定の閾値に達すると、受電側送信部２７から送信するようにしてもよい。前記所定の閾値は、少なくとも、受電装置２の蓄電残量、受電装置２の使用時間などであればよい。たとえば、受電装置２側で接続される負荷が、常時稼働を要求される機器類の場合、蓄電残量、充電量に対する使用可能時間などを計測し、所定の蓄電残量、所定の累積使用時間をあらかじめ閾値として設定しておき、当該閾値に達したことを検知したときに、前記給電要求信号を発信するようにすればよい。

図１７は、携帯型バイタルデータ計測器Ｖであり、例えば、被計測者の腕に装着するものである。前記被計測者が、屋内にいる場合、携帯型バイタルデータ計測器Ｖの充電部が受電装置に接続され（図示せず）、充電部の蓄電残量、累積使用時間を検知し、所定の閾値に達すると、屋内の給電装置１Ａに給電要求信号Ｄｓ１を送信する。また、被計測者が屋外にいる場合も、同様に、所定の閾値に達すると、屋外の給電装置１Ｂに給電要求信号Ｄｓ２を送信する。

バイタルデータ（たとえば、血糖値、血圧値など）は、環境の変化にともないどのように変化するかを継続的に計測することで正確な医療判断ができる。しかし、移動する被計測者が絶えず携帯型バイタルデータ計測器Ｖの蓄電状況を確認するのは極めて煩雑である。仮に、所定の蓄電残量、累積使用時間に達したときに、アラートを出すようにしたとしても、充電設備がない場合には、充電はできず、前記継続的な計測が阻害される。そこで、本実施形態で示すように、被計測者による操作を介さずに、自動的に充電できるようにすれば、前記継続的な計測を実現することが可能となる。なお、図１７では、被計測者が１名の場合の例を示したが、複数の被計測者に対して、例えば、前記給電要求信号を各被計測者のＩＤ信号に紐づけて各被計測者を区別し、一つの給電装置から、各被計測者に応じた給電をするようにしてもよい。

また、多頻度で各種機器に給電が可能になるため、前記各種機器が保持する充電設備の小型化（軽量化）を図ることができ、たとえば、前記機器が、スマートフォンであれば、より小型でも使用時間を延長することができ、自動車、無人飛行体などの移動体であれば、航続距離を延長することもできる。

（第７実施形態）
図１８は、電力給電システムの第７実施形態のブロック構成図である。図１６で説明した通り、給電装置１の給電側受信部１５は、受電装置２から給電要求信号を受信すると、前記給電要求信号を送信した受電装置２に対する給電の許否について判断するために、認証処理部１６で認証処理を行う。したがって、受電装置２は、給電要求信号とともに、前記認証処理に必要な認証情報（例えば、ＩＤ、パスワード）を送信する（図示せず。）。

なお、前記認証処理は、受電装置２からの給電要求信号を待って処理を行う場合のほか、給電装置１の送信部１３から変調信号を受信部２１で受信した受電装置２に対して、前記認証情報の送信要求をするようにし、かかる認証情報の送信を給電側受信部１５で受信してから前記認証処理を行う構成としてもよい（図示せず）。

（第８実施形態）
図１９は、電力給電システムの第８実施形態のブロック構成図である。給電装置１は、図１８で説明した認証処理部１６において、受電装置２が、認証されたものと認証されなかったものとで、給電条件を変更する給電条件処理部１７を有する。給電条件処理部１７は、前記認証の許否の有無に対応して、異なる給電条件に基づき、ベースバンド部１１から各々の電力信号を生成する。例えば、いわゆるドライブスルーなどの所定の場所を通過するすべての自動車に電力信号を送信する場合に、当該ドライブスルーを提供する店舗の会員と非会員とを認証処理部１６で識別し、給電条件処理部１７で、各自動車に給電する電力量を変える、などの処理が可能となる。

図２０は、給電条件処理部１７における処理例を示したものである。図２０（ａ）は、所定の通過領域（道路Ｒ）に設置された給電装置としての太陽光発電装置群Ｇ３から、道路Ｒを常時利用する受電装置としての自動車Ｃ１と偶発的に利用する自動車Ｃ２とで、太陽光発電装置群Ｇ３から給電される電力の課金を変えるように給電条件を変更する処理を行う状態を示した図である。すなわち、自動車Ｃ１は、継続契約を締結し、契約者としてのＩＤを有しているため、認証処理部１６で認証され、給電条件処理部１７において前記継続契約上の割安料金で課金されるように処理される。一方、自動車Ｃ２は、前記契約者としてのＩＤを有していないため、認証処理部１６で認証されず、給電条件処理部１７において通常料金で課金されるように処理される。

また、図２０（ｂ）は、給電装置としての太陽光発電装置Ｇ４から、給電先の各受電装置（自動車Ｃ１、自動車Ｃ２、固定設備Ｕ１、固定設備Ｕ２）に対して給電する場合に、認証処理部１６が、前記各受電装置を認証処理することより個々に識別し、給電条件処理部１７において、給電の優先順位付けをして、各受電装置の給電量を変えることを可能とするものである。すなわち、太陽光発電装置Ｇ４のある時点における給電総量を給電先の前記４つの受電装置に対して均等に案分するのではなく、優先順位に従って異なる給電量で給電することが可能となる。本実施の形態では、太陽光発電装置Ｇ４の宮殿可能総量のうち、自動車Ｃ１に１０％、自動車Ｃ２に２０％、固定設備Ｕ１に４０％、固定設備Ｕ２に３０％を送電することを示している。

（第９実施形態）
図２１は、電力給電システムの第９実施形態のブロック構成図である。給電装置１は、受電装置２の受電側送信部２７から、受電側ステータス情報を受信すると、給電装置１の給電側ステータス情報と照合し、前記給電側ステータス情報と所定の関係性を有する受電側ステータス情報を発信した受電装置２を給電先として選択する選択部１８を有する。ここでステータス情報とは、たとえば、移動体の位置（給電装置１と受電装置２との距離）、時間（例えば、電力給電手段が、再生可能エネルギーを利用する者である場合の日照時間）、位置の変化量（給電装置１と受電装置２が移動体の場合の移動速度）など、経時的に変化する情報をいう。また、所定の関係性とは、例えば、給電装置１及び受電装置が移動体の場合、移動方向が同一又は近似する方向に向かって移動している場合など、効率的に給電できる関係をいう。

図２２は、前記ステータス情報における所定の関係性が、移動体の移動方向を例として示した図である。すなわち、給電側自動車Ｃ１が、所定の方向に進行中の場合であって、給電側自動車Ｃ１の進行方向と同一の進行方向に移動する受電側自動車Ｃ２と給電側自動車Ｃ１とは逆方向に進行する受電側自動車Ｃ３が存在する状態を示している。この場合、給電側自動車Ｃ１の選択部１８は、受電側自動車Ｃ２から同一方向に進行していることを示す受電側ステータス情報を受信するとともに、受電側自動車Ｃ３から反対方向に進行していることを示す受電側ステータス情報を受信する。選択部１８は、自身の給電側ステータス情報と前記２つの受電側ステータス情報とを照合し、受電側自動車Ｃ２の受電側ステータス情報が同一方向に進行しているという所定の関係性を有すると判断し、受電側自動車Ｃ２を給電先として選択する。一方、反対方向に進行していることを示す受電側ステータス情報を発信した受電側自動車Ｃ３は、受電側自動車Ｃ２との関係を比較した場合に、効率性の観点から、給電先として選択されないステータスであると判断され、給電側自動車Ｃ１は、給電を拒否する。

（第１０実施形態）
図２３は、電力給電システムの第１０実施形態を構成する受給電装置４を示すブロック構成図である。受給電装置４は、給電装置１から受電するとともに、受電装置２に給電することができる。主に、後述する給電網において中継装置（ノード）として機能する。受給電装置４の構成は、給電装置１、受電装置２と同じ構成を併せ持つものである。すなわち、受給電装置４の受電部４１は、受信部４１３、復調処理部４１２、被給電部４１１を有し、給電部４２は、ベースバンド部４２１、変調処理部４２２、送信部４２３を有する（なお、本実施の形態では、第１実施形態の同一の形態を例示したが、第２実施形態乃至第９実施形態の構成と同じものであってもよい。）。

本実施の形態にかかる受給電装置４は、前記受電した電気の一部または全部を蓄電する蓄電部４３を備えたものであってもよい。蓄電部４３によって、受給電装置４で受電した電力を蓄電部４３で蓄電し、任意のタイミングで他の受電装置２、受給電装置４に給電することできる。

図２４は、第１０実施形態にかかる受給電装置４の第１変形例である。本変形例は、少なくとも、受電元の情報と受電量及び給電先の情報と給電量を所定時間ごとに生成するログ情報生成部と、前記受電量と前記給電量の差異を算出する算出部とを有する。すなわち、図２５で示すとおり、ある時間（ｔ３）に、受給電装置４が、電力Ｐｉ１、電力Ｐｉ２を受電し、これを蓄電部４３で蓄電すると同時に電力Ｐｏ１、電力Ｐｏ２を給電すると、ログ情報生成部４４で受電及び給電に関するログ情報が生成され、受電量と給電量の差分を算出部４５で算出する。このように、受給電装置４は、後述する給電網のノードとして受給電量を順次算出しているため、給電網全体の給電効率を動的に計測するために資するデータを提供することができる。

図２６は、受給電装置４の第２変形例である。受給電装置４は、受電した電力を受給電装置４から供給される複数の負荷設備に必要に応じて分電する制御部４６を有する。また、制御部４６は、受給電装置４以外の既存の配電設備から前記複数の負荷設備に分電される電力を補完する電力を分電する。

図２７は、前記第２変形例の具体的実施例を示した図である。いわゆるスマートホームＨに受給電装置４を設置したものである。受給電装置４の制御部４６は、スマートホーム内で使用される負荷設備Ｌ１乃至Ｌ３（本変形例では、Ｌ１が冷蔵庫、Ｌ２がテレビジョンセット、Ｌ３冷暖房機である。）に電力を供給する。また、制御部４６は、既存の配電設備（太陽光パネルＳｐ、電力会社の配電線から分電盤Ｄｂを介して供給される既設の配電設備）から、負荷設備Ｌ１乃至Ｌ３に分電される電力を補完する電力を分電する。たとえば、制御部４６が、既存の電力契約でアンペア容量の超過を監視し、超過する可能性がある場合、所定の負荷設備のみ切替えて受給電装置４からの給電を受けるようにしてもよい。また、制御部４６が、スマートホームＨ全体の電力使用量を監視し、各種負荷設備の待機電力を制御してもよい。さらに、制御部４６で、スマートホームＨ全体の電力使用量を監視し、余剰電力を売電するために、給電部４２を作動させるようにしてもよい。この場合、ログ情報生成部４４、算出部４５によって売電先の情報を知ることもできる。

なお、受給電装置４は、受電部４１と給電部４２とが一体となった形態のほか、受電部 ４１ と給電部４２とが別体のものを接続した形態であってもよい。

（第１１実施形態）
図２８は、電力給電システムの第１１実施形態のブロック構成図である。本実施の形態では、所定の領域内の複数の給電装置１、受電装置２及び受給電装置４をクラスタＣＬ１として形成し、クラスタＣＬ１の給電用電力を収集する収集部６１と他のクラスタＣＬ２、クラスタＣＬ３に収集された給電用電力を給電する分配制御部６２とから構成される集配サーバ６を有する。

さらに、図２８では、各給電装置１、受電装置２及び受給電装置４が気象観測検知部５を備え、各々の所在地において、各種気象データを検知する。前記気象データは、たとえば、気温データ、湿度データ、気圧データ、風向データ、日照時間データ、地殻変動データであるが、これに限定されない。気象観測検知部５は、給電装置１または受給電装置４によって常時稼働するように、給電される。そして、集配サーバ６は、各気象観測検知部５で検知された気象データを蓄積する蓄積部６３と、前記蓄積された気象データに基づいて、他のクラスタ単位の電力の過不足データを予測する電力需要予測部６４とを有する。電力需要予測部６４は、たとえば、気象データの変化と電力使用量との相関の過去のデータを用いて、クラスタ単位の電力需要を予測すればよい。

分配制御部６２は、電力需要予測部６４で予測された電力需要に基づいて過不足データを算定し、電力が不足すると予測されるクラスタに給電する。

なお、本実施の形態では、収集部６１、分配制御部６２、蓄積部６３、電力需要予測部６４が、集配サーバ６を構成する要素として説明したが、各々が、別の装置で接続されたものであってもよい。また、本実施の形態では、気象観測検知部５によって気象観測データを検知する例で説明したが、気象観測データに限定せず、衛星データその他、電力需要予測に資するデータを検知する構成（データ検知部）としてもよい。

図２９は、図２８で説明した電力給電システムをスマートシティに形成した具体的実施例である。クラスタＣＬ１乃至ＣＬ４が形成され、各クラスタを構成する給電装置１、受電装置２及び受給電装置４は、図２７で説明したスマートホームのほか、自動車など、一時的にクラスタ内に存在する移動体であってもよい。本実施形態のように、スマートシティを形成すれば、地域（クラスタ）単位で他の地域（クラスタ）が被災したときに、給電の有効かつタイムリーな支援が可能となる。本実施の形態では、クラスタＣＬ１乃至ＣＬ３が、クラスタＣＬ４に給電支援している状態を示している。なお、クラスタＣＬ３のように、集配サーバ６を介さずに、直接クラスタＣＬ４に給電するようにしてもよい。

本実施の形態によれば、ミクロレベルの気象データを大量に取得することができるため、気象予測の精度向上に貢献することが期待できる。

なお、本実施の形態では、集配サーバ６をいずれのクラスタに属さない領域に設置しているが、いずれかのクラスタ内に設置するようにしてもよい。いずれの場合でも、集配サーバ６が設置された場所の周辺で、各種機器（特に移動体）に給電できるようにしてもよい。

さらに、図１７で説明したような携帯型バイタルデータ計測器Ｖから得られるデータをクラスタ単位に集計することが可能になり、地域別の居住者のバイタルデータを取得、集計することで、健康に関する地域特性を特定することが可能になり、医療対策に資することが期待できる。

（第１２実施形態）
図３０乃至図３２は、電力給電システムの第１２実施形態を説明する給電網の模式図である。本実施形態にかかる電力給電システムは、給電装置から、複数の受給電装置（ノード）を介して受電装置に給電する給電網を形成するために、ルートを算定する演算部を有する。演算部は、演算部専用のサーバのほか、Ｐ２Ｐ通信によって、算定するものであってもよい（以下本実施の形態では、演算部は図示せず。）。

図３０は、電力給電システムの最短経路選択による供給系Ｓｎ１を示した模式図である。給電装置１Ａから受電装置２Ａまでの給電経路のうち、前記演算部において、最短距離のルートを算定するものである。最短距離の演算は、公知のアルゴリズム（例えば、ダイクストラ法）を利用すればよい。最短距離は、新たなノードの設置などにより、動的に変化する場合もあるが、基本的には給電前に給電経路は、確定可能であるため、事前に固定的に設定できる。本実施の形態では、給電装置１Ａから受給電装置４１Ａ、受給電装置４２Ａ、受給電装置４３Ａを介して受電装置２Ａ間の経路Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３およびＷ４によって最短距離の給電網Ｓｎ１が形成されている。なお、受給電装置４１Ａ乃至４３Ａは、給電に伴うトランザクションフィーを受け取ることができる（以下の図３１、図３２の各形態も同様である）。この形態では、遠距離の給電経路を短距離単位に構成することができるため、給電効率が向上する。

図３１は、給電網Ｓｎ２の経路が動的に変化する形態を示したものである。前記演算部は、受電装置２Ａに対する給電経路として、時間ｔ１のときの最適経路として給電装置１１Ｂからの経路Ｗ１を選択するが（図３１（Ａ））、時間ｔ２のときの最適経路として受給電装置４１Ｂ、受給電装置４２Ｂを介した経路Ｗ２、Ｗ３を選択し（図３１（Ｂ））、時間ｔ３のときの最適経路として、給電装置１２Ｂ，受給電装置４３Ｂ、受給電装置４１Ｂ、受給電装置４２Ｂを介した経路Ｗ４、Ｗ５、Ｗ２、Ｗ３を選択している（図３１（Ｃ））。

前記演算部は、本実施の形態では、給電網Ｓｎ２の複数のルートにおける電力消費量を計測し、給電余力データに基づいて動的に経路を変更するため、時間ｔ１からｔ３に経過するにしたがって経路が動的に変化する。なお、この形態の場合は、少なくとも、経路中間に位置する受給電装置は、ノードとして待機状態になるため、蓄電部を備えている。特に、給電網全体の需要予測が向上すると、電力の最適量が蓄えられ、給電効率が向上する。特に、多対多の給電を行う場合に給電効率が向上する。

図３２は、電力給電システムの優先条件に従った経路選択による供給網を示した模式図である。図３２（Ａ）の給電網Ｓｎ３は、受電装置２Ａ側の優先条件に従った経路選択を示した模式図である。受電装置２Ａ側で、たとえば、再生可能エネルギー推進事業者の給電を優先するという優先条件を設定すると、前記演算部は、かかる優先条件に従った経路選択をする（図１４、図１５で説明したような構成を給電網全体の経路選択に応用したものである）。本実施の形態では、受電装置２Ａが、所定の優先条件を設定すると、前記演算部が給電装置１Ｃ、受給電装置４１Ｃ、受給電装置４２Ｃ、受給電装置４３Ｃ、受給電装置４４Ｃを介した経路Ｗｐ１、Ｗｐ２、Ｗｐ３、Ｗｐ４、Ｗｐ５を選択している。

図３２（Ｂ）の給電網Ｓｎ４は、給電装置１Ｄ側の優先条件に従った経路選択を示した模式図である。たとえば、給電装置１Ｄが、インターネットＩを介して気象予報用のサーバ７に接続され、受電装置２Ａが存在するエリアの災害予報に関する情報（信号）をサーバ７から受信すると、かかる受信をトリガとして演算部が起動し、給電装置１Ｄから受電装置２Ａまでの最適経路を算定する。本実施の形態では、給電装置１Ｄが、所定の優先条件を設定すると、演算部が、給電装置１Ｄ、受給電装置４１Ｄ、受給電装置４２Ｄ、受給電装置４３Ｄ、受給電装置４４Ｄを介した経路Ｗｐ６、Ｗｐ７、Ｗｐ８、Ｗｐ９、Ｗｐ１０を選択している。

本実施の形態では、前記演算部の起動をサーバ７からの信号の受信をトリガとしているが、外部の信号に依存せず、前記演算部を起動し、前記優先条件を設定してもよい。なお、受給電装置４４Ｄは、たとえば、医療施設に設置されているもの、災害対策本部に設置されているもの、公共の避難所に設置されているもの、などが考えられる。

以上説明した通り、本明細書の開示にかかる給電装置および電力給電システムは、電力信号を予め符号化してから伝送するため、ロバスト性が高く、良好なＳＮ比で電力給電を行うことができる。また、前記符号化によって、複数の電力信号を干渉せずに伝送できるため、フェージング耐性が高く、複数の移動体間（多対１、１対多、多対多）での放射式無線電力伝送に好適である。

１ 給電装置
２ 受電装置
１１ ベースバンド部
１２ 変調処理部
１３ 送信部
１４ 情報生成部
１５ 給電側受信部
２１ 受信部
２２ 復調処理部
２３ 被給電部
２４ 表示部
２５ 復号処理部
２６ 設定部
２７ 受電側送信部

Claims (33)

1. 受電装置に給電するために電力信号を伝送するとともに、前記伝送に関するデータの送受信を行う給電装置であって、
   前記電力信号を生成するベースバンド部と、
   前記ベースバンド部で生成された前記電力信号は、送電元をスペクトル拡散変調処理によって特定する拡散符号を付与され 、前記電力信号に前記拡散符号を乗積して、前記受電装置で復調可能な変調信号を生成する変調処理部と、
   前記変調処理部によって生成された変調信号を前記受電装置に対して非接触で伝送する送信部と、を有し、
   前記変調処理部は、前記拡散符号として、スペクトル拡散変調処理によって、パワー一定のカオス拡散符号を生成するために、所定の素数の原始根と前記パワー一定のカオス拡散符号を生成するための整数の識別番号とから、前記受電装置が共有する複素拡散符号を生成し、前記電力信号に乗積する送信側符号生成部と、前記電力信号を前記複素拡散符号により拡散する複素拡散部と、を有する給電装置。
2. 前記変調処理部は、前記ベースバンド部で生成された電力信号に、前記拡散符号として 、δ＋（ｋ－１）／Ｋで表されるパラメータによって決定されるＫ個の概周期周波数による拡散符号を付与して乗積し、前記受電装置で復調可能な変調信号を生成し、前記送信部は、前記変調処理部によって生成された変調信号を前記受電装置に対して非接触で伝送する請求項１記載の給電装置。
   ここで、ｋは、１からＫまでの整数であって、Ｋ個の概周期関数符号を識別する識別子であり、Ｋは、Ｎまたは２Ｎ（Ｎは、概周期関数符号の符号長）、δは、０よりも大きく 、１／Ｎ未満の実数とする。
3. 前記変調処理部は、少なくとも１以上の送電元の電力信号を特定する概周期関数によって前記変調信号を生成するために、周波数配置を概周期関数配置とするマルチキャリアで 伝送する場合であって、シリアル符号である前記電力信号を所定の多重符号長に対応したパラレル数を持つパラレル符号に変換するシリアル・パラレル変換部と、
   前記所定の多重符号長のパラレル符号のサブキャリア変調を行って、前記送信部で送信される符号列で示される概周期周波数配置のマルチキャリア信号を出力するサブキャリア変調部と、
   前記サブキャリア変調部に、マルチキャリアを与える概周期関数配置生成部と、を有し、 前記送信部は、前記マルチキャリア信号を、所定の周波数帯域において、互いに異なる複数のサブキャリアに対して、サブキャリア信号を割当てて、概周期周波数サブキャリア合成信号としてマルチキャリアで伝送する請求項１記載の給電装置。
4. 前記電力信号は、前記変調処理部で、所定の概周期周波数が磁界共鳴方式の共振周波数である請求項５記載の給電装置。
5. 前記受電装置からの給電要求信号を受け付ける給電側受信部を有し、前記給電要求信号の受信によって前記ベースバンド部で生成された前記電力信号を生成する回路が起動する請求項１および請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の給電装置。
6. 電力信号を生成するベースバンド部と、前記ベースバンド部で生成された前記電力信号の送電元を特定する符号を付与するために前記電力信号を変調し、受電装置で復調可能な変調信号を生成する変調処理部と、前記変調処理部によって生成された変調信号を伝送する送信部とを有する請求項１および請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の給電装置と、前記変調信号を所定の伝送路を介して受信する受信部と、受信した前記変調信号を復調処理する復調処理部と、前記復調処理によって得られた前記電力信号を受電する被給電部とを備えた受電装置と、を有する電力給電システム。
7. 前記給電装置または前記受電装置の少なくともいずれか一方が移動体である請求項８に記載の電力給電システム。
8. 前記給電装置から、移動中の前記移動体を含む複数の移動体に対して、同時に前記電力信号を送信する請求項９記載の電力給電システム。
9. 前記電力信号は、給電基地局を介して前記移動体に給電される請求項９または請求項１０記載の電力給電システム。
10. 前記電力信号を相互に送受信可能な前記給電基地局が複数介在し、前記複数の給電基地局は、情報通信ネットワークで接続されている請求項１１記載の電力給電システム。
11. 前記給電装置は、前記電力信号にかかわる所定の情報信号を生成する情報生成部を有し 、前記変調処理部は、前記電力信号とともに、前記情報信号を変調して前記変調信号を生成する請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
12. 前記受電装置は、前記情報信号を表示する表示部を有している請求項１３に記載の電力給電システム。
13. 前記情報信号は、少なくとも、送信元情報信号、電力量情報信号、課金情報信号、環境価値情報信号のいずれか一つを含む請求項１３又は請求項１４記載の電力給電システム。
14. 前記情報信号として暗号信号が含まれ、当該暗号信号を受信した前記受電装置は、前記暗号信号を復号化する復号処理部を有している請求項１３から請求項１５までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
15. 前記情報信号として給電条件情報信号が含まれ、当該給電条件情報信号を受信した前記受電装置は、所定の給電条件情報信号とともに送信された電力信号のみを受信する設定部を有する請求項１３から請求項１６までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
16. 前記受電装置は、前記給電装置に対して給電要求信号を送信する受電側送信部を有し、前記給電装置は、前記給電要求信号を受け付ける給電側受信部を有し、前記給電側受信部で前記給電要求信号を受け付けると、前記ベースバンド部で生成された前記電力信号を生成する回路が起動する請求項８から請求項１７までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
17. 前記給電要求信号は、所定の閾値に達すると、送信される請求項１８記載の電力給電システム。
18. 前記所定の閾値は、少なくとも、前記受電装置の蓄電残量または前記受電装置の所定の使用時間のいずれかである請求項１９記載の電力給電システム。
19. 前記給電装置は、前記受電装置に対して、受電のための認証情報を要求し、前記受電装置から前記認証情報を受信すると、認証処理を行う認証処理部を有する請求項８から請求項２０までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
20. 前記給電装置は、前記認証処理によって認証された受電装置と認証されない受電装置とで給電の条件を変更する給電条件処理部を有する請求項２１記載の電力給電システム。
21. 前記給電装置は、前記受電装置から発信される受電側ステータス情報を受信すると、前記給電装置の給電側ステータス情報と照合し、前記給電側ステータス情報と所定の関係性を有する受電側ステータス情報を発信した受電装置を選択して、前記電力信号を送信する選択部を有する請求項８から請求項２２までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
22. 前記給電装置から電力を受電するとともに、受電した電力を他の受電装置に給電可能な受給電装置を有する請求項８から請求項２３までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
23. 前記受給電装置は、前記受電した電気の一部または全部を蓄電する蓄電装置を有する請求項２４記載の電力給電システム。
24. 前記受給電装置は、少なくとも、受電元の情報と受電量及び給電先の情報と給電量を所定時間ごとに生成するログ情報生成部と、前記受電量と前記給電量の差異を算出する算出部とを有する請求項２４または請求項２５記載の電力給電システム。
25. 前記受給電装置は、受電した電力を所定の複数の負荷設備に必要に応じて分電するとともに、前記受給電装置以外の既存の配電設備から前記負荷設備に分電される電力を補完する電力を分電する制御部を有する請求項２４から請求項２６までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
26. 複数の給電装置、受電装置及び受給電装置を所定の領域ごとに複数のクラスタとして形成し、クラスタ単位で給電用電力を収集する収集部と、他のクラスタに前記収集された給電用電力を給電する分配制御部とを有する請求項２４から請求項２７までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
27. 前記クラスタを構成する各給電装置、受電装置及び受給電装置に設置されたデータ検知部が常時稼働するように、電力を給電するとともに、前記データ検知部で検知されたデータを蓄積する蓄積部と、前記蓄積されたデータに基づいて、クラスタ単位の電力の過不足データを予測する電力需要予測部とを有し、前記分配制御部は、前記電力需要予測部で予測された過不足データに基づいて前記クラスタに電力を給電する請求項２８記載の電力給電システム。
28. 前記データ検知部で検知するデータは、少なくとも、気象観測データ、衛星データのいずれか１つである請求項２９記載の電力給電システム。
29. 前記給電装置から、複数の前記受給電装置を介して前記受電装置に給電する給電網を形成するために、経路を算定する演算部を有する請求項２４から請求項３０までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
30. 前記演算部は、前記給電網における前記給電装置から前記受電装置までの最短距離の経路を算定する請求項３１記載の電力給電システム。
31. 前記演算部は、前記給電網の複数の経路における電力消費量を計測し、給電余力データに基づいて動的に経路を変更する請求項３１または請求項３２記載の電力給電システム。
32. 前記演算部は、前記受電装置で設定した所定の条件に従って前記給電網の経路を算定する請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の電力給電システム。
33. 前記演算部は、前記給電装置で設定した所定の条件に従って前記給電網の経路を算定する請求項３１から請求項３３までのいずれか１項に記載の電力給電システム。

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