WO2022091270A1 - ワイヤレス給電方式に基づく受電装置及び送電装置 - Google Patents

Abstract

ワイヤレス給電方式に基づいて、送電装置から送電された電力を受電して、その電力でデバイスに給電する受電装置。電磁波を受電する受電アンテナと、受電アンテナと機能的に接続されて、電磁波を直流電圧に変換する整流器と、整流器と機能的に接続されて、直流電圧を蓄電する第１の蓄電装置と、第１の蓄電装置と機能的に接続されて、直流電圧を蓄電する第２の蓄電装置と、第２の蓄電装置と機能的に結合されたデバイスと、整流器と第１の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第１のスイッチと、第１の蓄電装置と第２の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第２のスイッチと、第１の蓄電装置とデバイスとの間で電力の配電を切り替える第３のスイッチと、第２の蓄電装置とデバイスとの間で電力の配電を切り替える第４のスイッチと、制御器を含む。

Description

ワイヤレス給電方式に基づく受電装置及び送電装置

　本発明は、多関節ロボットなどの機械に内蔵される電力を消費するデバイスに対して、ワイヤレス給電を行うための受電装置及び送電装置に関する。

　工場（ＦＡ：Ｆａｃｔｏｒｙ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）、モノのインターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）、家電などの分野では、様々な機械が用いられている。一般的に、ＦＡなどで用いられている機械は、データ通信線についてはワイヤレス化がなされているものの、電源配線についてはワイヤレス化がなされていない事例が多い。

　本技術分野の背景技術として、特開２０１４－２９３２６号公報（特許文献１）がある。この公報には、「外力を検知する力覚センサであって、外装部（２）と、前記外装部に配された押圧部材（１）と、前記押圧部材に加えられた力を検知するセンサ部と、非回転側接点（６）と回転側接点（７）を介して給電または信号伝達が行われるスリップリング部と、を有し、前記力センサ部と前記スリップリング部とが共に前記外装部の内側に収納されており、前記スリップリング部と前記力センサ部とのあいだで給電または信号伝達が行われることを特徴とする力覚センサを提供する」と記載されている（要約参照）。

特開２０１４－２９３２６号公報

　前記特許文献１には、多関節ロボット、特にロボットアームの先端側に内蔵されたセンサに対して、電力を給電する事例が示されている。この事例では、ロボットアーム内に配された電力線を介して、外部の電源から伝送される電力を、センサに給電することが開示されている（特許文献１の図９を参照）。
　しかしながら、特許文献１にはセンサに対してワイヤレスで給電することが検討されていない。
　そこで本発明は、例えば多関節ロボット等の機械等に内蔵されるデバイスを駆動するための電力を効率的にワイヤレス給電する仕組みを提供する。

　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を以下に挙げる。
　ワイヤレス給電方式に基づいて、送電装置から送電された電力を受電して、その電力でデバイスを給電する受電装置であって、
　電磁波を受電する受電アンテナと、
　前記受電アンテナと機能的に接続されて、前記電磁波を直流電圧に変換する整流器と、
　前記整流器と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第１の蓄電装置と、
　前記第１の蓄電装置と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第２の蓄電装置と、
　前記第２の蓄電装置と機能的に結合されたデバイスと、
　前記整流器と前記第１の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第１のスイッチと、
　前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第２のスイッチと、
　前記第１の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の配電を切り替える第３のスイッチと、
　前記第２の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の配電を切り替える第４のスイッチと、
　制御器と、
を含む、受電装置を構成する。

　本発明によれば、機械等に内蔵されるデバイスを駆動するための電力を効率的にワイヤレス給電する仕組みを提供することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

機械に内蔵されるデバイスに対して、ワイヤレス給電する場合を概略的に示した図の例である（実施例１）。 センサに必要な電力量を概略的に示した図の例である（実施例１）。 受電アンテナの構成例を示した図の例である（実施例１）。 図３の受電アンテナの放射効率を示した図の例である（実施例１）。 ワイヤレス給電の送電装置と受電装置の電気回路を示した図の例である（実施例１）。 図５の受電回路の状態１を示した図の例である（実施例１）。 図５の受電回路の状態２を示した図の例である（実施例１）。 図５の受電回路の状態３を示した図の例である（実施例１）。 図５の受電回路の状態４を示した図の例である（実施例１）。 図５の受電回路の状態５を示した図の例である（実施例１）。 図５の受電回路の状態６を示した図の例である（実施例１）。 図５の受電回路の変更例を示した図の例である（実施例２）。 図１２の受電回路の状態１を示した図の例である（実施例２）。 図１２の受電回路の状態２を示した図の例である（実施例２）。 図１２の受電回路の変更例を示した図の例である（実施例３）。 図５の受電回路の変更例を示した図の例である（実施例４）。 図１６の受電回路の変更例を示した図の例である（実施例５）。 図１７の受電回路の変更例を示した図の例である（実施例６）。 インピーダンス整合の各状態を概略的に示した図の例である。 インピーダンス整合の最適化を概略的に示した図の例である。 図１６の受電回路の電圧値を概略的に示した図の例である。 受電状態のフィードバックを概略的に示した図の例である。 送電装置の送電制御を概略的に示した図の例である。 送電アンテナの構成例を示した図の例である。 図２４のＸ－Ｘ線の断面での２つの状態を示した図の例である。 受電装置の電解強度追跡を概略的に示した図の例である。 機械に内蔵されるデバイスに対して、電力線を介して、外部の電源から給電する場合を概略的に示した図の例である。 センサ３０毎に必要とされる電力量を示す図の例である。 図５の受電装置の受電回路の各状態を示す図の例である。 図１６に示した４つのスイッチＳＷ３１～ＳＷ３４の切り替えの状態を示す図の例である。

　図２７は、多関節ロボット１００の先端側に内蔵された電力を消費するデバイス３０に対して、多関節ロボット１００の内部に配された配線３２を介して、電源３４から電力を給電する事例を示した図である。多関節ロボット１００のロボットアーム部９０及び／またはロボットハンド部８０には複数の関節Ｊ１ａ、Ｊ１ｂ、Ｊ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃが設けられている。これら複数の関節が動くことで、多関節ロボット１００は、ワークＷを掴持したり、移動させるなどの自由度の高い動作を行う。

　多関節ロボット１００に内蔵されたセンサ３０を給電するために配線３２を内設する場合、多関節ロボット１００の関節Ｊ１ａ、Ｊ１ｂ、Ｊ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃが動くことで、配線３２の負担、配線３２の断線、または配線３２のメンテナンスなどの問題が発生する可能性がある。また、多関節ロボット１００のように、自由度の高い動作を行う機械では、一般的にアクチュエータ等の様々な部品が内部に組み込まれているため、配線３２を追加するためのスペースが限定されているという問題がある。

　そこで、上記配線３２の問題を回避するため、ワイヤレス給電によって、センサ３０を給電することを検討する。ただし、機械１００の電源配線のワイヤレス化には特有の課題がある。例えば、ワイヤレス給電では比較的小容量の電力を送電するため、デバイス３０に送電される電力の容量が問題になる。十分な電力を送電できない場合には、使用されるデバイス３０の種類や使用態様が限定されるため好ましくない。

　また、ワイヤレス給電では、インピーダンスマッチング不整合が問題になる。インピーダンスマッチング不整合とは、インピーダンスの整合（マッチング）ができていない状態をいう。インピーダンスマッチング不整合は、エネルギの伝送という観点から、非効率の原因となるため好ましくない。

　図１は、ＦＡ（工場など）、ＩｏＴ（ビルディング管理システムなど）、家電などの分野で用いられる機械１００の先端側に内蔵される電力を消費するデバイス３０に対して、ワイヤレス給電を行うための送電装置１と受電装置１０を概略的に示した図の例である。

　「多関節ロボット」
　図１に例示した機械１００は、例えば、産業用ロボット（工作機械を含む）または家庭用ロボット（家電を含む）等である。機械１００は、例えば、ワークまたは部品Ｗの挟持、持ち上げ（ピック）、配置（プレース）、組み立て、塗装、溶接などの様々な用途に用いることができる。好ましくは、機械１００は、自由度の高い動作を行う多関節ロボットである。

　多関節ロボット１００は、一般的にロボットアーム部９０及び／またはロボットハンド部８０を高い自由度で稼働させるために、複数の（少なくとも２つの）軸または関節Ｊ１ａ、Ｊ１ｂ、Ｊ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃを有する（図１参照）。一般的に、多関節ロボット１００は、関節Ｊ１ａ、Ｊ１ｂ、Ｊ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃの数が多いほど、より自由度の高い動作が可能になるが、その分、より緻密な制御が必要になる。一方、多関節ロボット１００は、関節Ｊ１ａ、Ｊ１ｂ、Ｊ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃの数が少ないほど、その分、機構がよりシンプルになり、誤動作が起こりにくくなる。

　図１では、人間の腕の部分に相当するロボットアーム部９０の関節Ｊ１ａ、Ｊ１ｂと、人間の手の部分に相当するロボットハンド部８０の関節Ｊ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃが概略的に示されている。多関節ロボット１００は、各関節Ｊ１ａ、Ｊ１ｂ、Ｊ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃにおいて回転や変位などの機能を行う。一般的に、多関節ロボット１００は、２軸から８軸程度の複数の軸が実装されている。また、一般的に、ロボットハンド部８０には、２本から５本程度の複数の指（フィンガ）が実装されている。本実施例では、多関節ロボット１００の関節または指の数、形状、機能などによって限定されない。

　多関節ロボット１００は、ロボットアーム部９０の複数の関節を動かす機構を様々に構成することができる。例えば、ロボットアーム部９０の複数の関節を順番に動かしていく直列（シリアル）機構や、複数の関節を一度に動かしていく並列（パラレルリンク）機構などを用いることができる。多関節ロボット１００は、例えば、垂直多関節ロボットや、水平多関節ロボットなどでもよい。多関節ロボット１００は、ロボットアームまたはロボットハンドに限定されず、他、ガントリーロボットなどでもよい。

　図１に示したロボットハンド部８０は、チャックともいう。チャックは、ワークまたは部品Ｗをつかむため、アクチュエータによって複数の指を所定方向（例えば、上下方向等）に移動させて、開閉させる（図１のＪ２ａ、Ｊ２ｂ、Ｊ２ｃ参照）。このチャックの機械的な動きの位置（例えば、上方位置または下方位置等）を検知するためにデバイス３０が搭載されることがある。また、このチャックが部品Ｗをつかんでいるか否かを検知するためにデバイス３０が搭載されることがある。前者の場合、所定方向にチャックを開閉移動させる制御等が行われる。後者の場合、部品Ｗの硬さ（例えば、硬いまたは柔らかい等）を検知して、それに応じたチャックの制御等が行われる。

　図１に示したように、機械１００の内部に電力を消費するデバイス３０が内蔵される場合、デバイス３０への給電が必要になる。本実施例では、機械１００の外部に、デバイス３０にワイヤレス給電するための送電アンテナ２を有する送電装置１を設けている。また、機械内または機械上に受電アンテナ１２を有する受電装置１０を設けている。好ましくは、受電装置１０は機械１００に内蔵されて、送電装置１から送電されるエネルギＥをワイヤレスに受電するとともに、デバイス３０を給電するようにデバイス３０と物理的に接続されている。従って、多関節ロボット１００の内部でデバイス３０に給電するための配線の必要性を排除または最小にしている。

　「センサ」
　図１に例示した多関節ロボット１００に内蔵されるデバイス３０として、例えばセンサ３０が用いられる。
　図２８は、センサ３０の種類によって、必要とされる電力量が相違することを例示したものである。センサの消費電力量は、概略的に算出されたものである。キャパシタ間電圧は３．３Ｖとして、満充電時の電力量を記載し、センサは１時間動作が継続する場合を仮定して電力量を算出した。
　好ましくは、多関節ロボット１００に内蔵されるセンサ３０は、小型軽量で、低消費電力型センサである。例えば、センサ３０は、チャックの機械的な動きや、触覚の状態を検知するため等に用いられるセンサ３０である。例えば、センサ３０は、近接センサ、ＭＲセンサ、ホール素子、位置センサなどでもよい。

　近接センサ３０は、ワークＷが近くに寄ってくると反応するセンサである。例えば、近接センサ３０は、円筒形状または薄板形状の本体を有し、この本体の一端側に検出面を設けるとともに、この本体の反対側からケーブルを延在させる。検出面は、ロボットハンド部８０の適当な場所に設けることができ、ワークＷが近付くと反応するように構成される。

　近接センサには様々な種類が知られているが、例えば、金属が近付くと反応するものがある。近接センサ３０の検出距離には様々な種類があるが、例えば、ｍｍ単位で検出するものがある。近接センサ３０は、非接触のため摩耗などの劣化はなく、防水性と防塵性があり、壊れにくいという利点を有する。特に、金属に反応するタイプでは、ホコリや水滴などの影響を受けにくく、誤検出が少ないという利点を有する。

　センサ３０は、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）センサまたは磁気センサでもよい。ＭＲセンサ３０は、磁場（磁界）の大きさ・方向を計測するセンサであり、測定対象磁場の強さ、交流・直流の別や測定環境等、目的に応じて様々な種類が知られている。例えば、ＭＲセンサ３０は、固体の電気抵抗が磁界によって変化する磁気抵抗効果を利用して磁場の大きさを計測する。

　センサ３０は、ホール素子でもよい。ホール素子３０は、ホール効果を用いて磁束密度を測定するセンサである。ホール効果とは、電流の流れている物に対し、電流に垂直に磁場をかけると、電流と磁場の両方に直交する方向に起電力が現れる現象をいう。ホール素子３０は、磁束密度に比例したアナログ電圧が出るセンサと，デジタル出力が出るセンサがある。

　他、センサ３０は、変位センサ、検査用センサ、判別用センサ、測定用センサ、測長センサ、振動センサ、マイクロフォトセンサ、圧力センサ、流量センサ、温湿度センサ、人感センサ、摩耗センサ、加速度センサ、ひずみセンサ、力覚センサなどでもよい。
　さらに、センサ３０は、ＣＭＯＳセンサ、光電センサ、レーザーセンサ、超音波センサ、タッチセンサ、リニアケージ、ポテンショメータ、画像センサ、カラーセンサ、ＬｉＤＡＲセンサ、ＴＯＦセンサ、感震センサ、ジャイロセンサ、傾斜センサ、回転センサ、角度センサ、回転計、ロードセル、フォールスセンサ、トルクセンサ、液面センサ、漏液／水検出センサ、非接触温度センサ、電流センサ、電力センサ、静電気センサ、またはアイソレータなどでもよい。

　センサ３０は、検知対象のワークＷの色、形状、傾き、厚さ、透明度などに応じて、ワークＷを適当に検知することができるように、構成されてもよい。例えば、黒色のワーク、金属製ワーク、薄いワーク、透明のワークなどを検出できるように、センサ３０を構成してもよい。さらに、センサ３０は、検知対象のワークＷの特性などに基づいて、複数のセンサの組み合わせであってもよい。
　好ましくは、デバイス３０は、消費電力が１００ｍＷｈ以下の低消費電力型センサである、
　より好ましくは、デバイス３０は、消費電力が数１０ｍＷｈ以下の低消費電力型センサである。
　さらに好ましくは、デバイス３０は、消費電力が１０ｍＷｈ以下の低消費電力型センサである。

　「ワイヤレス給電」
　ワイヤレス給電には、幾つかの種類があるが、本実施例では、好適にはマイクロ波方式により、送電装置１と受電装置１０との間でワイヤレス給電を行う。マイクロ波方式では、比較的遠方にエネルギまたは電力を伝送することができる。このため、給電対象のセンサ３０が多関節ロボット１００に内蔵されていて、その位置を頻繁に変化させる場合であっても、離れた場所から必要な電力をセンサ３０に送ることができる。ただし、マイクロ波方式では、伝送可能なエネルギの容量には上限がある。例えば、マイクロ波方式でワイヤレス給電を行う場合、１ｍ程度の距離で、１ｍＷ程度の容量の電力を送ることができる。

　再度図２８を参照すると、センサ３０が近接センサ、感震センサ、温湿度センサの場合には、比較的小容量（１ｍＷ～１０ｍＷ）の電力で対応できる。センサ３０が圧力センサや角度センサの場合には、より大きな容量（１０ｍＷ～１００ｍＷ）の電力が必要になる。センサ３０がカラーセンサやレーザーセンサなどの場合には、さらにより大きな容量（１００ｍＷ～１０００ｍＷ）の電力が必要になる。従って、マイクロ波方式に基づく場合、センサ３０に送られる電力の確保が問題となる。

　図２は、一般的に、様々な種類のデバイス３０に必要とされている消費電力について概略的に示した図である。例えば、符号Ｄ１に示すように、エッジ・コンピューティング（マイコン、端末、処理装置など）を稼働させるのに要する電力の容量は、比較的大きいのに対して、符号Ｄ２に示すように、センサを稼働させるのに要する電力の容量は比較的小さくて済む。符号Ｄ３に示すように、無線通信ＩＣを稼働させるのに要する電力の容量は、Ｄ１ほどではないものの、Ｄ２よりも大きい。これら電子部品は様々な分野で小型化・大容量化の研究開発が進められており、図２から理解できるように、これらに要する消費電力は年々減少傾向にある。ただし、Ｄ２などの値は概略化されたものであって、図２８に例示したように、センサ３０の種類によっては、必要とされる電力は変動する。

　符号Ｄ４に示すように、給電対象のデバイス３０に無線通信ＩＣが接続される場合、必要とされる電力の容量は増加する。無線通信ＩＣとして、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、サブギガヘルツ（Ｓｕｂ－１ＧＨｚまたは１ＧＨｚに満たない周波数帯）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＩＯ‐Ｌｉｎｋ（登録商標）、Ｔｈｒｅａｄ、マルチ・スタンダード、ＷＩＲＥＤ、ＩＥＥＥ８０２．１５．１やＩＥＥＥ８０２．１５．４などを物理層にもつプロトコル、などの近距離無線通信規格がある。センサ３０に無線通信ＩＣを組み合わせると、例えば、データ送受信時には、約１０～３０ｍＷ程度の電力が必要になることがある。なお、センサ３０は、無線通信ＩＣと接続されていなくても、無線通信機能を有するセンサ（例えば、ＳＡＷセンサまたは表面弾性波フィルターなど）でもよい。

　マイクロ波方式のワイヤレス給電を行う場合、送電されるエネルギの容量には上限がある。そこで、給電対象のセンサ３０の種類が比較的大きな容量を必要とする場合（図２８参照）や、センサ３０が無線通信ＩＣと接続されている場合（図２参照）や、給電対象のセンサ３０が２つ以上の場合などでは、送電される電力が問題になる。そこで、本実施例では、マイクロ波方式のワイヤレス給電に、バッテリ管理システム２１を組み合わせて用いる（図１参照）。バッテリ管理システム２１とは、バッテリにワイヤレス給電で充電し、その電力でシステム（デバイス３０）を駆動するシステムである。図１には、送電装置１の送電アンテナ２から送電されたエネルギまたは電力Ｅが、受電装置１０の受電アンテナ１２によって受け取られることと、このエネルギＥがバッテリ管理システム２１内のバッテリに蓄電された後、センサ３０に送られることが概略的に例示されている。

　図２８と図２に例示したように、デバイス３０（センサ、無線通信ＩＣ、エッジ・コンピューティング）ごとに消費電力はおおよそ決まっており、かつバッテリを使用せずに駆動することができるデバイス３０には制限がある。また、図２に例示したように、各デバイス３０の消費電力は年々減少傾向にある。つまり、 ワイヤレス給電に対してバッテリ管理システム２１を組み合わせて用いることで、バッテリを用いないシステムに比べて、より多くの種類のデバイス３０を駆動することができ、かつその対象範囲は年々増加傾向にある。よって、本実施例では、ワイヤレス給電にバッテリ管理システム２１を組み合わせることは重要ある。

　図１では、受電装置１０は、多関節ロボット１００の先端側（ロボットアーム９０の先端側またはロボットハンド８０の先端側など）に収容されている。様々な部品から構成される多関節ロボット１００のうち、ロボットハンド８０の指の内部は比較的スペースに余裕がある。このため、このスペース内に、受電アンテナ１２、バッテリ管理システム２１及びセンサ３０を含む受電装置１０を収容することが好ましい。この際、比較的大きめの嵩張る部品は、可撓性を有するように構成して、指のスペース内にまるめて収納してもよい。また、一部の部品は指から離れた場所（例えば、ロボットハンド部８０の指の根元や、付近の広めの場所）に配置してもよい。また、一部の部品は、必要に応じて機械１００の外側に突出することは可能である。好ましくは、部品間の離間距離を短めに抑えて、配線の長さを最小にする。

　１つの送電装置１によって、１つの受電装置１０にエネルギＥを送電してもよい。または１つの送電装置１によって、複数の受電装置１０にエネルギＥを送電してもよい。機械１００内に複数の受電装置１０が設けられる場合、ロボットハンド８０の複数の指の各スペース内に、受電装置１０がそれぞれ設けてもよい。または、ロボットハンド８０の各指のスペース内に、それぞれセンサ３０を搭載して、指の根元のスペース内に各センサ３０を給電するための受電アンテナ１２及び／またはバッテリ管理システム２１を設けてもよい。

　「受電アンテナ」
　図３は、受電アンテナ１２の構成例を示す平面図の例である。
　受電アンテナ１２は、送電装置１から送信された無線周波数（ＲＦ：ｒａｄｉｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号または電磁波を受信する作用を有する電力受信素子である。この受電アンテナ１２は、例えば、正面の大きさが１２ｃｍ×１２ｃｍ、厚さが０．５ｍｍの薄板状に形成されている。ただし、大きさは１３ｃｍ×１３ｃｍ又は１４ｃｍ×１４ｃｍ程度に変更することは可能である。また、厚さは、１ｍｍ程度に変更することは可能である。

　図３を参照すると、受電アンテナ１２は、複数の方向からエネルギＥ（図１参照）を受け取れるように、複数のアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０から構成されている。アンテナ部は、レクテナ（ｒｅｃｔｅｎｎａ）ともいい、マイクロ波を直流電流に整流変換する素子である。これらアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０は、全体として、適当な大きさを有する略薄板状のアンテナ１２を形成する。アンテナ１２は、複数層に構成でき、たとえば、アンテナ部１１０～１６０をフレキシブル基板に乗せて、可撓性（折り曲げたり丸めたりできる）を有するようにしてもよい。

　図３に示した例では、表面側に５本のアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０を配置するとともに、裏面側に１本のアンテナ部１６０を配置している。さらに、これらの間に表面側のアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０と裏面側のアンテナ部１６０を結ぶ接続部（ＤＣコネクション）１７１、１７２、１７３、１７４、１７５を配置している。

　表面側では、四角形状の各辺に沿って１つのアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０が配置されている。各アンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０は、四辺にて好適に受電できるように、所定長さで延在し、互いに直交するように配置されている。各アンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０は、受電電力を確保するため、例えば、各辺に沿って直線状に延在する部分１１１、１２１、１３１、１４１と、両端側で内側に向って折曲されて延在する部分とを有する。従って、アンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０は、四角形状の各辺の長さに限定されず、内側に湾曲した部分を含めて、比較的長い長さでエネルギを受け取る。例えば、各アンテナ部は、四角形の角側では、約４５度の角度で内側に向って折曲される第１の折曲部分１１２、１１３、１２２、１２３、１３２、１３３、１４２、１４３と、さらに約９０度の角度で内側に向って折曲される第２の折曲部分１１４、１１５、１２４、１２５、１３４、１３５、１４４、１４５とを有する。各アンテナ部は、さらに第３の折曲部分を有することは可能である（図示略）。

　さらに、各アンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０が配置される四角形状の中央側には、表面側から見て、四角形状の右側上方から左側下方に向って斜めに（４５度で）直線状に延在するアンテナ部１５０が配置されている。表面側のこれら５本のアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０は、隣接するもの同士が接触することなく、かつ、隣接するもの同士の間隔が広がりすぎないように配置されている。従って、各アンテナ部は、アンテナ同士が近いことで電磁カップリングによるロスが生じることを回避するように配置されている。さらに、この配置構成によって、あらゆる角度から電磁エネルギをアンテナで受電できるようにしている。

　さらに、裏面側では、同様に斜めに直線状に延在するアンテナ部１６０が配置されている。この裏面側のアンテナ部１６０は、表面側のアンテナ部１５０に対して鏡像関係で延在していて、四角形状の中央で見かけ上交差するように配置されている。このアンテナ部１６０は、表面側から見て、四角形状の左側上方から右側下方に向って斜めに直線状に延在する。

　さらに、上記６つのアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０を互いに結ぶ接続部１７１、１７２、１７３、１７４、１７５が設けられており、直流成分を合成する。例えば、接続部１７１、１７２、１７３、１７４、１７５は、表面側から見て、一筆書きで、四角形状の各辺に沿って延在する４つのアンテナ部１１０、１２０、１３０、１４０の各中央部１１１、１２１、１３１、１４１を直線状に結ぶとともに、斜めに直線状に延在する２つのアンテナ部１５０、１６０の各中央部を結ぶ。これらの接続箇所には、それぞれ整流器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅが設けられている。これら複数の整流器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅは、全体として、１つの整流器１４を構成すると考えることができる。

　このように、受電アンテナは複数のアンテナを含み、これらのアンテナは、略四角形状の四辺及び／または略略四角形状の対角線に沿って配置される。
　このように、複数のアンテナ部１１０～１６０から構成される受電アンテナ１２の受け取ったエネルギは、受電アンテナ１２と機能的に接続された整流器１４に送られる。整流器１４は、電流を一方向にだけ流す整流作用を有する素子である。受電アンテナ１２と整流器１４は一体的に構成されていてもよく、受電アンテナ１２で受け取られたＲＦ（電磁波）をＤＣ（直流電圧）に変換する。

　複数のアンテナ部を並置してアンテナを構成する場合、隣接するアンテナ部同士が干渉して、受電機能に悪影響（電波障害）を及ぼすことがあった。また、この干渉を避けるために、隣り合うアンテナ部同士の間に比較的大きなスペースを設けて、全体としてアンテナを大きくし過ぎることがあった。本実施例では、上記のように６つのアンテナ部１１０～１６０を配置することによって、これらアンテナ部１１０～１６０を全体的にコンパクトに配置するとともに、隣り合うアンテナ部の干渉を回避して、各アンテナ部１１０～１６０が好適に受電できるようにする。

　図４は、上記アンテナ部１１０～１６０の受電状態のシミュレーション結果を示す図の例である。図４では、横軸に周波数（ＧＨｚ）、縦軸に受電効率または放射効率（大きさ）を示している。図４から理解できるように、完全な（理想的な）アンテナ部の放射効率を１００％と仮定するとき、特に０．９～０．９２ＧＨｚの周波数では、すべてのアンテナ部１１０～１６０が９０％を上回る放射効率を示すことが確認された。なお、図４の結果は３次元電磁界シミュレーションに基づく。従って、図３に例示したアンテナ１２は、３次元空間内で、Ｘ軸Ｙ軸Ｚ軸の各方向（上下左右前後の各方向）で良好な受信結果を示すことが期待できる。なお、各アンテナ部１１０～１６０や整流器１４ａ～１４ｅの位置、個数、大きさ、形状は、図３に示した構成に限定されない。

　受電アンテナ１２は、ほぼ全方位をカバーするように、適当な大きさを有する。さらに、受電アンテナ１２は、可撓性を有するように構成してもよい。このため、例えば、ロボットハンド部８０の指の中などの比較的狭いスペース内では、受電アンテナ１２をまるめて収容することができる。この場合であっても、受電アンテナ１２の高い効率は維持できる。また、受電アンテナ１２は、機械１００の内部に収容される他、機械１００の上部で、機械の本体や関連する部品（例えば、アクチュエータ等）の筐体等に巻き付けられて収容されてもよい。なお、アンテナ１２の輪郭を形成する四角形状は、完全な正方形状に限定されず、また、四角形の二辺のなす各角度は９０度に限定されない。さらに、アンテナ１２の輪郭は、多角形状または円形状でもよい。

　従って、複数のアンテナから得られる受信電力を最大化し、あらゆる角度にも対応して受電可能な受電アンテナ１２を用いることで、受電状況を最適化する。複数のアンテナ（アレーアンテナ）を取り扱う場合、位相制御などをしながら高周波成分を足し合わせるので、放射の方向が一様に決定されていた。あらゆる角度においても電波が受電できるようにするには、アンテナごとの放射を切り分ける必要があった。本実施例では、アンテナごとは高周波では完全に分離されており、整流後の直流成分のみを足し合わせることで、アンテナごとの電波干渉を極小化することが可能となる。また、限られた範囲において各アンテナ間の電波干渉を無くし、高いアンテナ効率（９０％以上）をキープしながら配置することにも優位性がある。

　「受電回路」
　図５は、図１に概略的に示した送電装置１と受電装置１０との間で行われるワイヤレス給電において、電気回路をより具体的に示した図の例である。
　なお、本実施例では、受電装置１０はセンサ３０を含む形で提供されているが、他の実施例では、受電装置１０はセンサ３０を含まない形で提供されて、実装時にセンサ３０と接続されてもよい。
　図５を参照すると、送電装置１は、少なくとも所定の周波数範囲の周波数で無線周波数（ＲＦ）信号を生成する送電回路６と、ＲＦ信号を電磁エネルギまたは電磁波Ｅとして外部に送信する送電アンテナ２と、制御器４とを含む。好ましくは、送電装置１は制御器４を用いて、ワイヤレス給電を効果的に行うための制御（例えば、送電アンテナ２の送電方向の制御など）を行うが、その詳細は後述する。

　図５を参照すると、受電装置１０は、電磁波（ＲＦ信号）を受電する受電アンテナ１２（図３参照）と、受電アンテナ１２と機能的に接続されて、電磁波（ＲＦ信号）を直流電圧（ＤＣ）に変換する整流器１４（図３参照）と、整流器１４と機能的に接続されて、直流電圧（ＤＣ）を蓄電する第１の蓄電装置１６と、第１の蓄電装置１６と機能的に接続されて、直流電圧（ＤＣ）を蓄電する第２の蓄電装置２０と、第２の蓄電装置２０と機能的に結合されたデバイス（センサ）３０と、を含む。

　「蓄電装置」
　図５を参照すると、第１の蓄電装置１６と第２の蓄電装置２０は、いずれも内部に電気を溜める蓄電装置であって、合わせて図１に例示したバッテリ管理システム２１を構成する。好ましくは、第１の蓄電装置１６はキャパシタであり、第２の蓄電装置２０は充電器１８を有するバッテリ２０である。

　キャパシタ１６は、電気（電荷）を内部に蓄えたり、放出したりする電子部品である。キャパシタ１６は、特にセンサ３０を駆動するための電力を蓄える。給電対象のセンサ３０に必要な電力を考慮して、適当な容量を有するキャパシタ１６が選択される。例えば、キャパシタ１６は、数１０ｍＦ以上または１Ｆ以上などの大きな静電容量を蓄えることができる、比較的容量の大きいキャパシタである。キャパシタ１６は、様々な分野で小型化・大容量化の研究開発が進められており、その具体的な容量によって本発明の範囲は制限されないが、少なくともセンサ３０への給電を可能にする容量を有する。

　例えば、キャパシタ１６は、電気二重層コンデンサまたは電気二重層キャパシタ(ＥＤＬＣ)である。電気二重層コンデンサ１６は、固体（活性炭電極）と液体（電解液）の界面に形成される電気二重層を誘電体の代わりとして使用する。電気二重層コンデンサ１６は、表面積が極めて大きい活性炭を電極として用いており、比較的大きな容量を有する。電気二重層コンデンサの静電容量は理想的には電極の表面積に比例すると共に電極間の距離に反比例するため、非常に大きい静電容量を実現することが可能である。

　電気二重層コンデンサ１６は、充放電回数の制限が無く、メンテナンスフリーであり、大電流の充放電に強く、温度条件の厳しい環境下でも利用でき、急速充放電に優れるなどの利点を有する。電気二重層コンデンサ１６は、スーパーキャパシタまたはウルトラキャパシタともいう。

　キャパシタ１６は、擬似キャパシタ（シュードキャパシタまたはレドックスキャパシタ）でもよい。擬似キャパシタは、ファラデー反応を利用したキャパシタであり、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）に近い機能を有する蓄電デバイスである。

　キャパシタ１６は、ハイブリッド・キャパシタでもよい。ハイブリッド・キャパシタは、２つの電極のうち、片方の電極が電気二重層を使用し、他方の電極がレドックス反応（酸化還元反応）を使用したキャパシタである。

　キャパシタ１６は、リチウムイオン・キャパシタ(Ｌｉイオンキャパシタ)でもよい。リチウムイオン・キャパシタは、陽極が電気二重層、陰極がＬｉイオン二次電池の構造を有する。
　他、キャパシタ１６は、金属酸化物焼結体（セラミック）を誘電体とするキャパシタまたはセラミックコンデンサでもよい。他、キャパシタ１６は、電界コンデンサなどでもよい。

　第２の蓄電装置２０は、内部に電気を溜めるデバイスであって、具体的にはバッテリである。バッテリ２０には充電器１８が組み合わせられている。充電器１８は、バッテリ２０を充電する作用を有する電子部品である。充電器１８とバッテリ２０は、互いにケーブルまたはコネクタなどによって物理的に接続されている。

　バッテリ２０は、充電を行うことにより、複数回（一回限りではなく）繰り返し使用することが出来る電池（化学電池）の作用を有する電子部品である。バッテリ２０は、二次電池、蓄電池または充電式電池ともいう。バッテリ２０は、リニウムイオン電池、ニッケル水素、全固体電池などでもよい。

　給電対象のセンサ３０に必要な電力を考慮して、適当な容量のバッテリ２０が選択される。本実施例では、バッテリ２０に蓄えられる電力は、２Ｖから５Ｖ程度に限定され得る。ただし、他の実施例では、バッテリ２０に蓄えられる電力は上記数値に限定されない。

　蓄電装置１６、２０は、容量が小さい程、より早い速度で電力を蓄電することができる。従って、給電対象のセンサ３０の種類や使用態様に応じて、好適な充電時間と蓄電容量を有する蓄電装置１６、２０が選択される。
　例えば、図２８を再度参照すると、給電対象が近接センサ等の場合、小容量コンデンサが利用でき、給電対象が圧力センサ等の場合、大容量コンデンサが利用できる。
　また、図２を再度参照すると、給電対象が近接センサであっても無線ＩＣと接続されている場合には、大容量コンデンサが利用できる。
　センサ３０の駆動に要する電力がより大きい場合には、二次電池２０が必要とされる。

　「インピーダンス不整合」
　図１に示したように、ワイヤレス給電では、送電装置１の送電アンテナ２から受電装置１０の受電アンテナ１２に向って、電磁波または無線周波数（ＲＦ）信号Ｅが送信される。受電装置１０では、このＲＦ信号を直流（ＤＣ）電圧に変換してから、バッテリ管理システム２１のバッテリ２０（図５参照）を充電する。ただし、ワイヤレス給電では、整流器側（ＲＦ側）とデバイス側（ＤＣ側）とが接続されると、インピーダンス不整合（インピーダンスミスマッチ）が生じることがある。インピーダンス不整合は、エネルギの伝送という観点から、非効率の原因となるため好ましくない。特に、マイクロ波のワイヤレス電力伝送を行う場合、比較的小さな電力または微弱な電力を扱うため、効率の低下が致命的な問題を引き起こし得る。

　ここで、バッテリ２０は、理想的には、電力を消費せず、電荷を溜めるデバイスである。電力を消費しないということは、抵抗成分がないことを意味するため、理想的には、ＲＦ側とバッテリ側とが接続しても、インピーダンス不整合の問題は生じない。ただし、実際的には、バッテリが抵抗成分を持つ場合があるため、上記問題がまったく生じないわけではない。

　一方、センサ３０はバッテリと異なり、電力を消費するデバイスであるため、抵抗成分を有している。このため、この抵抗成分がＲＦ側と結合すると、より高い度合いでインピーダンス不整合が生じる。この場合、センサ３０の回路の効率が低下することにより、不利益を被る虞がある。特に、センサ３０が比較的に微小電力で作用する場合、この低効率化の問題はより深刻化する。

　従って、本実施例は、送電装置１と受電装置１０との間でマイクロ波方式のワイヤレス給電を行う際、バッテリ管理システム２１（図１参照）を用いることにより、デバイス３０に対して十分な電力を送電するとともに、デバイス３０側にインピーダンス不整合の問題が生じることを回避できるように電気回路（図５参照）を構成する。このことは、本実施例では、図５に示した電気回路において、蓄電装置１６、２０への電力の流れを切り替える手段（例えば、スイッチＳＷ１～ＳＷ４）によって達成される。

　「スイッチＳＷ１～ＳＷ４」
　図５に示した受電装置１０の受電回路は、上述のように、周波数に基づいて２つの領域に分けることができる。即ち、キャパシタ１６を境として、上流側のアンテナ１２、整流器１４を含むＲＦ（高周波）領域と、下流側の充電器１８、バッテリ２０及びセンサ３０を含むＤＣ（低周波）領域の２つの領域に分けることができる。特にセンサ３０側でインピーダンス不整合の問題が生じることを回避または最小にするように、複数のスイッチＳＷ１～ＳＷ４を用いて、キャパシタ１６、バッテリ２０及びセンサ３０を選択的に給電する。

　スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、特に、アンテナ１２側で受信したマイクロ波のワイヤレス電力を、好適には微弱な電力を扱うセンサ３０に送信する際に、インピーダンス不整合が生じることを回避または最小にするように構成されている。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、電力の配電を選択的に中断することができる素子であり、配電を可能にするオンの状態と、配電を不可能にするオフの状態とを切り替える。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、図５に例示した形態に限定されず、配電の切替を行うことができる任意の素子でもよい。例えば、スイッチＳＷ４は、ＬＤＯ（Ｌｏｗ　Ｄｒｏｐ－Ｏｕｔ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）を用いて構成されてもよい。

　図５に示した実施例では、受電回路は、以下のように配置されたスイッチＳＷ１～ＳＷ４を含む。
　第１のスイッチＳＷ１は、整流器１４と第１の蓄電装置（例えば、キャパシタ）１６との間で電力の配電を切り替えるように配置されている。
　第２のスイッチＳＷ２は、第１の蓄電装置１６と第２の蓄電装置（例えば、バッテリ）１８、２０との間で電力の配電を切り替えるように配置されている。
　第３のスイッチＳＷ３は、第１の蓄電装置１６とデバイス３０との間で電力の配電を切り替えるように配置されている。
　第４のスイッチＳＷ４は、第２の蓄電装置１８、２０とデバイス３０との間で電力の配電を切り替えるように配置されている。
　ここで、「配電を切り替える」とは、配電するかしないかを切り替える、すなわちスイッチをオンまたはオフに切り替えることである。

　図５の例では、４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４は、実線で示しているように、電力の配電を中断するオフの状態（状態０）で示されている。ただし、各スイッチＳＷ１～ＳＷ４は、破線で示しているように、電力の配電を可能にするオンの状態に移行することができる。状態０は、例えば、送電装置１が機能を停止している場合や、送電装置１が機能していても、その電力効率が悪い状態などに相当する。受電装置１０の電気回路は、４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４をオンとオフに切り替えることで、以下に例示するように、少なくとも６つの異なる状態（状態１～状態６）のいずれかを選択できる。

　図６（状態１）の例では、第１のスイッチＳＷ１だけがオンにされ、他のスイッチＳＷ２～ＳＷ４がすべてオフの状態にある。この状態１は、例えば、電力効率が良い状態にあり、受電アンテナ１２側で受信した電力によってキャパシタ１６を充電する状態に相当する。この状態では、整流器１４の出力が、充電器１８、バッテリ２０及びセンサ３０に流れていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ３０）との間が接続されていないため、これらの間でインピーダンス不整合が生じるのを回避している。

　図７（状態２）の例では、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２だけがオンにされ、他のスイッチＳＷ３～ＳＷ４がすべてオフの状態にある。この状態は、例えば、電力効率が良い状態にあり、アンテナ１２側で受信した電力によってキャパシタ１６を充電し、そのキャパシタ１６に蓄電した電力によって、充電器１８を介して、バッテリ２０を充電する状態に相当する。なお、電力の流れを捨てることでエネルギに無駄が生じることを防ぐため、第１のスイッチＳＷ１はオフにはされていない。この状態では、特に第３のスイッチＳＷ３がオフにされているため、整流器１４の出力がセンサ３０には流れていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ３０）との間が接続されていないため、これらの間でインピーダンス不整合が生じるのを回避している。

　図８（状態３）の例では、第４のスイッチＳＷ４だけがオンにされ、他のスイッチＳＷ１～ＳＷ３がすべてオフの状態にある。この状態は、例えば、電力効率が悪い状態または送電装置と受電装置との間でワイヤレス給電が行われていない状態に相当する。ただし、バッテリ２０は既に充電されているため（充電率は１００％である必要はない）、その電力によってセンサ３０を給電している。この状態では、特に第３のスイッチＳＷ３がオフにされているため、整流器１４の出力がセンサ３０には流れていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ３０）との間が接続されていないため、これらの間でインピーダンス不整合が生じるのを回避している。

　図９（状態４）の例では、第１のスイッチＳＷ１と第４のスイッチＳＷ４がオンにされ、他のスイッチＳＷ２～ＳＷ３がすべてオフの状態にある。この状態は、例えば、電力効率が良い状態にあり、アンテナ１２側で受信した電力によってキャパシタ１６を充電している状態に相当する。ただし、バッテリ２０は既に充電されているため、その電力によってセンサ３０を給電している。この状態では、特に第３のスイッチＳＷ３がオフにされているため、整流器１４の出力がセンサ３０には流れていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ３０）との間が接続されていないため、これらの間でインピーダンス不整合が生じるのを回避している。

　図１０（状態５）の例では、第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２と第４のスイッチＳＷ４がオンにされ、第３のスイッチＳＷ３だけがオフの状態にある。この状態は、例えば、電力効率が良い状態にあり、アンテナ１２側で受信した電力によってキャパシタ１６の充電が完了している状態に相当する。バッテリ２０は充電可能であるとともに、その電力によってセンサ３０を給電している。この状態では、特に第３のスイッチＳＷ３がオフにされているため、整流器１４の出力がセンサ３０には流れていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ３０）との間が接続されていないため、これらの間でインピーダンス不整合が生じるのを回避している。

　図１１（状態６）の例では、第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３がオンにされている。この状態は、例えば、電力効率が良い状態にあり、アンテナ１２側で受信した電力によってキャパシタ１６を充電し、そのキャパシタ１６に蓄電した電力によってセンサ３０を給電する状態に相当する。この状態では、バッテリ２０の電力ではなく、キャパシタ１６の電力によってセンサ３０を給電している。なお、このとき、第２のスイッチＳＷ２をオフにすることは可能である。この状態では、第１のスイッチＳＷ１と第３のスイッチＳＷ３がオンにされているため、整流器１４の出力がセンサ３０には流れる結果、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ）との間が接続されている。

　図１１に示した状態６の例では、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ）との間が接続されることに起因するインピーダンス不整合の問題が生じ得る。ただし、この問題は、例示した全ての状態１～６のうち、状態６に限り生じている。この状態６を選択しない、または状態６を選択してもその頻度または期間を限定することによって、全体として、インピーダンス不整合の問題が生じることを回避または最小にすることができる。
　図１１に示した状態６の例には、デメリットだけではなく、メリットもある。例えば、バッテリ２０とキャパシタ１６の双方からセンサ３０を給電可能にすることで、システムに多様性を付与することができる。また、状態６を選択することで、バッテリへの充電損失の問題に対応するという面もある。

　従って、本実施例では、４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４を適当に制御することにより、受電装置２０の内部の電力の状態を区別する。この結果、インピーダンス不整合に起因する受電効率の低下の問題を回避または最小にし、センサーシステムの消費電力の増加の問題に対応することができ、そして、センサーシステムへの給電配線が不要になる。さらに、使用状況によっては、バッテリ２０からセンサ３０を給電する他、キャパシタ１６から直接センサ３０を給電することも可能にする。従って、ユーザーは、センサーシステムの維持管理コストの削減、センサーシステムの原価コスト削減、システムの長寿命化に伴う環境デバイスの軽減などの利益を得る。

　図２９は、図５の受電装置の受電回路の各状態を示す図の例である。
　図２９において、状態０～状態２では、センサ３０はオフ（非使用時）の状態にあり、状態３～状態６では、センサ３０はオン（使用時）の状態にある。各状態０～６において、特にキャパシタ１６の前後の電圧値ｖ１、ｖ２が制御器４０に送信されるようになっている。

　「受電状況の監視」
　ＦＡなどで稼働する機械１００のデバイス３０にワイヤレス給電を行う場合、送電装置１の送電アンテナ２の送電方向と、受電装置１０の受電アンテナ１２の受電方向とが最適化されない場合、十分な給電が行えない事態が生じ得る（図１の符号Ｅ参照）。例えば、受電アンテナ１２がロボットアーム／ロボットハンドに内蔵されていて、ロボットアーム／ロボットハンドの移動に伴って、受電アンテナ１２の位置、角度、高さなどが高い自由度で変化するとき、送電装置１と受電装置１０の間の送電状況は様々に変化し得る。ＦＡなどでは、速やかに、受電装置１０の受電状況を把握することができない場合があった。

　受電装置１０の受電状況は、様々な手段から把握することができる。
　例えば、キャパシタ１６の蓄電に要する時間が短く、短期間でバッテリ２０に送電できるとき、その電圧値と時間とに基づいて、制御器４０は受電装置１０の受電状況を理解することができる。これは、キャパシタ１６の蓄電に要する時間が短い程、受電アンテナ１２によって受電されている電力が大きいことを意味するからである。反対に、キャパシタ１６の蓄電に要する時間が長い程、受電アンテナ１２によって受電されている電力が小さいことを意味するからである。他の電気的な検査を行うことも可能である。実施例１では、より迅速かつ容易に受電アンテナ１２の受電状況を監視するための手段ＳＷ５を受電装置１０に設けている。

　図５を再度参照すると、受電装置１０の受電回路には、上記４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４に加えて、整流器１４の出力側（整流器１４と第１のスイッチＳＷ１との間）で電力の配電を切り替えるさらなるスイッチＳＷ５を含むとともに、このスイッチＳＷ５を発光ダイオード（ＬＥＤ）２２と機能的に結合させている。例えば、このスイッチＳＷ５は、ＬＥＤ２２とケーブルまたはコネクタなどによって物理的に接続されている。

　上記スイッチＳＷ５をオンにすると、整流器１４側の電圧がスイッチＳＷ５を介してＬＥＤ２２に流れて、その電力が所定値を上回る時には、ＬＥＤ２２のランプが点灯するように構成されている。ＬＥＤ２２の点灯は、機械１００（図１参照）の外部から視覚的に確認できるものとする。従って、このＬＥＤ２２の点灯に基づいて、使用者（例えば、検査員）は、受電装置１０の受電状況を、電気的な検査を行うことなく、簡単に把握することができる。

　ＬＥＤ２２の発する光の強さは流れる電流の量におおよそ比例する。ワイヤレス給電での利用可能な電力に無駄が生じるのを防ぐため、ＬＥＤ２２の点灯の頻度または期間をできるだけ小さくすることが好ましい。例えば、受電装置１０の使用開始前または後などで、給電操作に影響が及ぶのを最小にするように、スイッチＳＷ５だけをオンにして、他のスイッチＳＷ１～ＳＷ４をオフにする。

　例えば、図１を参照して、送電装置１から受電装置１０に向けてエネルギＥの送電が行われているものの、受電装置１０のＬＥＤ２２（図５参照）が点灯しない場合（または点灯が弱い場合）、送電装置１の送電アンテナ２の送電方向と、受電装置１０の受電アンテナ１２の受電方向とが好適に適合していないか、何らかの手段によってエネルギＥの送電が妨害されていることが推定できる。この場合、以下で後述するように、送電装置１の送電アンテナ２のビーム・フォーミングを行うことが検討される。または、送電アンテナ２の複数のビームのうち、２つまたは３つまたはより多くをスプリットさせて発射させることが検討できる。

　図１２～図１４は、図５～図１１に例示した受電装置１０の実施例１に対して一部修正を加えた実施例２を示している。
　実施例２は、実施例１と基本的に同様に構成されていて、相違点は実施例１の４つのスイッチＳＷ１～ＳＷ４の配置変更と、その制御のみである。送電装置１、受電装置１０、機械１００の他の構成要素は、実施例１と同様に構成可能なため、記載の重複を避けるため、これら他の構成要素の詳細は割愛する。

　実施例２では、４つのスイッチＳＷ１１～ＳＷ１４は、以下のように配置されている。
　第１スイッチＳＷ１１は、整流器１４と、充電器１８／バッテリ２０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第２スイッチＳＷ１２は、整流器１４と、キャパシタ１６との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第３スイッチＳＷ１３は、キャパシタ１６と、センサ３０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第４スイッチＳＷ１４は、バッテリ２０と、センサ３０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。

　図１２では、上記４つのスイッチＳＷ１１～ＳＷ１４は、実線と破線とで示されているように、オンの状態とオフの状態とを切り分けられるようになっている。図１２では、４つのスイッチＳＷ１１～ＳＷ１４のすべてが、電力の受取りを中断するオフの状態にある。この状態は、例えば、送電装置１の電力効率が悪い状態または送電装置１と受電装置１０との間でワイヤレス給電が行われていない状態などに相当する。この場合、整流器１４の出力がキャパシタ１６、バッテリ２０及びセンサ３０に流れていない。

　図１３を参照すると、実施例２の状態１では、第１のスイッチＳＷ１１と第３のスイッチＳＷ１３のみが同時にオンにされ、第２のスイッチＳＷ１２と第４のスイッチＳＷ１４が同時にオフにされている。この状態１は、例えば、電力効率が良い状態にあり、アンテナ１２側で受信した電力によってバッテリ２０を充電する状態に相当する。さらに、前もってキャパシタ１６の充電が完了している場合には、その出力でセンサ３０を給電する状態に相当する。この状態では、整流器１４の出力がバッテリ２０にだけ流れていて、キャパシタ１６及びセンサ３０には流れていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ）との間が接続されていないため、これらの間でインピーダンス不整合が生じていない。

　図１４を参照すると、実施例２の状態２では、第２のスイッチＳＷ１２と第４のスイッチＳＷ１４のみが同時にオンにされ、第１のスイッチＳＷ１１と第３のスイッチＳＷ１３が同時にオフにされている。この状態２は、例えば、電力効率が良い状態にあり、アンテナ１２側で受信した電力によってキャパシタ１６を充電する状態に相当する。さらに、前もってバッテリ２０の充電が完了している場合には、その出力でセンサ３０を給電する状態に相当する。この状態では、整流器１４の出力がキャパシタ１６にだけ流れていて、バッテリ２０及びセンサ３０には流れていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ）との間が接続されていないため、これらの間でインピーダンス不整合が生じていない。

　実施例２では、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１３を同時にオンにする状態１（図１３）と、スイッチＳＷ１２とスイッチＳＷ１４を同時にオンにする状態２（図１４）とを、適当な時間と期間とで切り替えることで、整流器１４の出力を常にキャパシタ１６またはバッテリ２０の一方に流して、その間、充電されている他方によってセンサ３０を稼働することができる。このため、整流器１４の出力は常に使用されていて、エネルギに無駄が生じない。

　実施例２では、整流器１４とセンサ３０の間には２つのスイッチＳＷ１２、ＳＷ１３が設けられており、常に、少なくともいずれか一方のスイッチがオフの状態にあるため、整流器の出力１４がセンサ３０に直接流れることはない。実施例２では、実施例１の状態６（図１１）に相当する状態は生じない。従って、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ）との間でインピーダンス不整合が生じることが常に回避されている。

　ただし、図１２に示した電気回路の状態は、図１３と図１４に例示した状態に限定されない。例えば、所定期間だけ、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１２の一方だけをオンにして、他のスイッチをすべてオフにして、キャパシタ１６またはバッテリ２０の充電だけを行ってもよい。
　また、図１３と図１４で示した２つのスイッチを同時にオンにすることは、厳密に同時でなくてもよい。実施形態に応じて、スイッチＳＷ１１とスイッチＳＷ１３を時間差があるようにオンにしてもよい。また、スイッチＳＷ１２とスイッチＳＷ１４を時間差があるようにオンにしてもよい。
　この実施形態でも、受電状況を監視する手段として、スイッチＳＷ１５とＬＥＤ２２が設けられている。また、受電回路内の電圧ｖ１、ｖ２の値が制御器４０に送信されるようになっている。

　図１５は、図１２～図１４に例示した受電装置１０の実施例２に対して一部修正を加えた実施例３を示している。
　実施例３は、実施例２と基本的に同様に構成されていて、相違点は実施例２のキャパシタ１６とバッテリ２０の組み合わせのみである。送電装置１、受電装置１０、機械１００の他の構成要素は、実施例１と同様に構成可能なため、記載の重複を避けるため、これら他の構成要素の詳細は割愛する。

　実施例２では、充電されるキャパシタ１６の電力は、センサの稼働にだけ使用されて、バッテリの充電には使用されない。キャパシタ１６とバッテリ２０は、交互に（相補的に）センサを稼働するために用いられている。そのため、キャパシタ１６とバッテリ２０は、いずれも電気を溜める蓄電デバイスとしての作用を共通させている。

　実施例３では、受電装置１０は、センサ３０に給電するためのバッテリ管理システムとして、キャパシタ１６とバッテリ２０の組み合わせではなく、２つのキャパシタ１６ａ、１６ｂの組み合わせを用いている。キャパシタ１６ａ、１６ｂは、両方とも同じ種類及び／または容量でもよい。キャパシタ１６ａ、１６ｂは、種類及び／または容量を相違させてもよい。

　４つのスイッチＳＷ２１～ＳＷ２４は、以下のように配置されている。
　第１スイッチＳＷ２１は、整流器１４とキャパシタ１６ａとの間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第２スイッチＳＷ２２は、キャパシタ１６ａとセンサ３０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第３スイッチＳＷ２３は、整流器１４とキャパシタ１６ｂとの間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第４スイッチＳＷ２４は、キャパシタ１６ｂとセンサ３０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。

　実施例２では、４つのスイッチのうち、一組の２つのスイッチを同時にオンにし、残りの一組の２つのスイッチを同時にオフにすることで、２つの蓄電装置１６、２０のいずれかを充電し、他方の電力でセンサ３０を給電する。
　実施例３では、２つのキャパシタ１６ａ、１６ｂのいずれかまたは双方を充電し、その電力でセンサ３０を給電するに当たり、４つのスイッチＳＷ２１～ＳＷ２４を様々な組み合わせでオンとオフに切り替えてもよい。

　例えば、以下の状態０～６のうち、任意の状態が選択され得る。
　状態０では、４つのスイッチＳＷ２１～ＳＷ２４のすべてがオフにされる。
　状態１では、スイッチＳＷ２１だけをオンにすることで、キャパシタ１６ａだけを充電する。
　状態２では、スイッチＳＷ２１とＳＷ２２だけをオンにすることで、キャパシタ１６ａの電力でセンサ３０を給電する。
　状態３では、スイッチＳＷ２３だけをオンにすることで、キャパシタ１６ｂだけを充電する。
　状態４では、スイッチＳＷ２３とＳＷ２４だけをオンにすることで、キャパシタ１６ｂの電力でセンサ３０を給電する。
　状態５では、スイッチＳＷ２１とＳＷ２３だけをオンにすることで、キャパシタ１６ａ、１６ｂを充電する。
　状態６では、スイッチＳＷ２１～ＳＷ２４をすべてオンにすることで、キャパシタ１６ａ、１６ｂの電力でセンサ３０を給電する。

　実施例１、２に示したように、蓄電装置としてバッテリ２０が用いられる場合、バッテリに蓄えられる電力は、２Ｖまたは４Ｖに限定されることがある。これに対して、実施例３に示したように、蓄電装置としてキャパシタ１６ａ、１６ｂを用いる場合、キャパシタに蓄えられる電力は、例えば５Ｖ以下でよい。このため、キャパシタからセンサ３０に給電する場合の方が、バッテリからセンサ３０に給電することよりも、過放電に強いという利点がある。従って、センサ３０に給電するための電力が比較的小さく、過放電への対応が求められる場合、実施例３が検討され得る。

　なお、図１５に例示した実施例３では、２つのキャパシタ１６ａ、１６ｂを並列して用いている。これに対して、他の実施例では、３つ以上のキャパシタを並列して用いることは可能である。また、他の実施例では、２つ以上のキャパシタを直列で用いることは可能である。ただし、キャパシタを直列（縦に２段重ね）にする場合、極性があるキャパシタの場合は破壊に至る可能性があるため、接続方向に注意する。

　図１６は、図５に例示した受電装置１０の実施例１に対して一部修正を加えた実施例４を例示している。
　実施例４は、実施例１と基本的に同様に構成されていて、相違点は、第１の蓄電装置１６について、１つのキャパシタ１６を、２つのキャパシタ１６ｃ、１６ｄに変更した点である。送電装置１、受電装置１０、機械１００の他の構成要素は、実施例１と同様に構成可能なため、記載の重複を避けるため、これら他の構成要素の詳細は割愛する。

　図１６を参照すると、キャパシタ１６ｃは、整流器１４の下流側で、第１のスイッチＳＷ３１の上流側に設けられている。キャパシタ１６ｃは、整流器１４と常時接続されているが、キャパシタ１６ｃの機能上、問題はない。キャパシタ１６ｄは、第１のスイッチＳＷ３１の下流側で、センサ３０の上流側に設けられている。

　４つのスイッチＳＷ３１～ＳＷ３４は、以下のように配置されている。
　第１スイッチＳＷ３１は、整流器１４（キャパシタ１６ｃ）と、キャパシタ１６ｄとの間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第２スイッチＳＷ３２は、キャパシタ１６ｄと、充電器１８／バッテリ２０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第３スイッチＳＷ３３は、キャパシタ１６ｄと、センサ３０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。
　第４スイッチＳＷ３４は、バッテリ２０と、センサ３０との間の電力の受取りを選択的に中断することができるように配置されている。

　図１６に示した実施例４の受電回路では、整流器１４から出る出力は、まずキャパシタ１６ｃに落とし込まれる。このキャパシタ１６ｃに蓄電された電力が、さらに、バッテリ２０またはキャパシタ１６ｄに蓄電されて、それら蓄電装置２０、１６ｄによってセンサ３０を給電する。各状態において、整流器１４側とセンサ３０側とが接続されて、インピーダンス不整合が生じることが回避するように、スイッチＳＷ３１～ＳＷ３４が操作される。

　上記４つのスイッチＳＷ３１～ＳＷ３４を適宜切り替えることで、受電装置２０の充電回路の状態を様々な状態に切り替えることができる。
　特に、図１６に示した実施例４の受電回路では、バッテリ２０とは別に２つのキャパシタ１６ｃ、１６ｄを配置しているので、これら２つのキャパシタ１６ｃ、１６ｄによってバッテリ２０の充電とセンサ３０の給電を最適化することを可能にする。

　図３０は、図１６に示した４つのスイッチＳＷ３１～ＳＷ３４の切り替えの状態を示している。
　実施例４においても同様に、受電装置１０の受電状態を視覚的に確認するため、スイッチＳＷ３５とＬＥＤ２２を備えており、作業者が電波受信状態を把握できるようにしている。
　さらに、受電装置１０の電圧値ｖ２、ｖ３を無線通信ＩＣに送信するため、スイッチＳＷ３６～ＳＷ３７を備えている。これら電圧値は、ＶＤ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）などによって検知される。

　図３０を参照すると、状態０では、スイッチＳＷ３１～ＳＷ３７がすべてオフにされている。この状態は、送電装置１から電波が送信されていないか、または受電装置１０の電波受信状態悪い場合に相当する。または、スイッチＳＷ３５だけがオンにされている。この状態は、受電装置１０の受電状況を確認する場合に相当する。
　従って、蓄電装置（キャパシタ）１６ｃは常に整流器１４と接続されているため、常に充電されているが、その蓄電された電力は、蓄電装置（キャパシタ）１６ｄ、蓄電装置（バッテリ）２０等の他の素子に流れていない。

　状態１では、スイッチＳＷ３１だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３２～ＳＷ３７はすべてオフにされている。この状態は、送電装置１から受電装置１０に送電される電力効率が良い状態に相当する。このため、蓄電装置１６ｃに蓄電された電力が、蓄電装置１６ｄに流れているが、まだ蓄電装置１６ｄが十分に充電されていない状態に相当する。蓄電装置１６ｄがキャパシタの場合、充電に要する時間は短くて済む。

　状態２では、スイッチＳＷ３２だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３１、ＳＷ３３～ＳＷ３７はすべてオフにされている。この状態は、送電装置１から受電装置１０に送電される電力効率が良い状態に相当する。このため、蓄電装置１６ｃに蓄電された電力によって、蓄電装置１６ｄが十分に充電されているため、その蓄電された電力が蓄電装置２０に流れている状態に相当する。
　通常、バッテリ２０は、キャパシタ１６ｄよりも多くの電力を内部に蓄えることができる。したがって、バッテリ２０が完全に充電されるまで、上記状態１、２を繰り返して、キャパシタ１６ｃ、１６ｄの蓄電と送電を繰り返してもよい。

　状態１、２までは、センサ３０はオフの状態にある。状態３以降、センサ３０はオンの状態になる。
　状態３では、スイッチＳＷ３４だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３１～スイッチＳＷ３３、ＳＷ３５～ＳＷ３７はすべてオフにされている。この状態では、バッテリ２０に蓄電された電力によって、センサ３０を給電している状態に相当する。また、整流器１４の出力によってキャパシタ１６ｃが充電されている。

　状態４では、スイッチＳＷ３１、スイッチＳＷ３４だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３２～スイッチＳＷ３３、ＳＷ３５～ＳＷ３７はすべてオフにされている。この状態では、蓄電装置１６ｃに蓄電された電力が、蓄電装置１６ｄに流れるとともに、蓄電装置２０に蓄電された電力によって、センサ３０を給電している状態に相当する。
　この場合も、上記状態３、４を繰り返して、キャパシタ１６ｃ、１６ｄの蓄電と送電を繰り返してもよい。

　状態５では、スイッチＳＷ３３だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３１～スイッチＳＷ３２、ＳＷ３４～ＳＷ３７はすべてオフにされている。この状態では、蓄電装置（キャパシタ）１６ｄに蓄電された電力によって、センサ３０を給電している状態に相当する。このとき、スイッチＳＷ３１はオフにされているため、整流器の出力は、直接センサ３０に流れていないため、ＲＦ側とＤＣ側とが直接接続されていない。即ち、この実施例では、実施例１の状態６（図１１）のように、整流器１４側とセンサ３０側とが直接つながれることに起因するインピーダンス不整合が生じないようにされている。

　状態０～５までは、無線通信ＩＣはオフの状態にある。状態６以降、無線通信ＩＣはオンの状態になる。
　状態６では、スイッチＳＷ３４、ＳＷ３６だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３１～スイッチＳＷ３３、ＳＷ３５、ＳＷ３７はすべてオフにされている。この状態では、状態３において、蓄電装置（バッテリ）２０から無線通信ＩＣ５０まで給電されている状態に相当する。この値は、受電装置１０の制御器４０と、送電装置１の制御器（ホスト・コンピュータ）４に送信される。

　なお、制御器４０は、無線通信機能を有することができる。また、無線通信ＩＣ５０を制御器４０に含めることは可能である。基本的に、制御器４０と無線通信ＩＣ５０の双方またはいずれか一方が、本発明の無線通信機能を発揮する。
　制御器４０及び／または無線通信ＩＣ５０をセンサ３０と組み合わせることで、センサ３０の検知結果を外部に送信することができる。ただし、センサ３０としてＳＡＷセンサを用いる場合、制御器４０及び／または無線通信ＩＣ５０を用いることなく、ＳＡＷセンサが有する無線通信機能によって、センサ３０の検知結果を外部に送信することができる。　このように、受電装置１０は、デバイス３０に要する電力に加えて、無線通信機能に要する電力を給電するように構成できる。

　状態７では、スイッチＳＷ３１、ＳＷ３４、ＳＷ３６だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３２、スイッチＳＷ３３、ＳＷ３５、ＳＷ３７はすべてオフにされている。この状態では、状態４において、蓄電装置（バッテリ）２０から無線通信ＩＣ５０まで給電されている状態に相当する。この値は、受電装置１０の制御器４０と、送電装置１の制御器４に送信される。

　状態８では、スイッチＳＷ３３、ＳＷ３７だけがオンになり、他のスイッチＳＷ３１、スイッチＳＷ３２、ＳＷ３４～ＳＷ３６はすべてオフにされている。この状態では、状態５において、蓄電装置（キャパシタ）１６ｄから無線通信ＩＣ５０まで給電されている状態に相当する。この値は、受電装置１０の制御器４０と、送電装置１の制御器４に送信される。

　状態１から状態８のいずれにおいても、整流器の出力は、直接センサ３０に流れていないため、ＲＦ側とＤＣ側とが直接接続されていない。即ち、ＲＦ側とＤＣ側（特にセンサ３０）との間でインピーダンス不整合が生じるのを回避している。
　状態６から状態８で無線通信ＩＣ５０に送信される電圧値は、受電装置１０の受電状況を、制御器４０及び／または制御器４が把握するために利用される。

　図１６に例示した実施例４では、３つの蓄電装置１６ｃ、１６ｄ、２０が用いられている。好ましくは、このうちの２つ（１６ｃ、１６ｄ）は大容量キャパシタであり、１つ（２０）はバッテリである。ただし、実施形態によっては、このうちの３つすべてをキャパシタにしてもよい（図示略）。この場合も同様に、スイッチＳＷ３１～ＳＷ３７の切り替えに基づく受電回路の詳細は、図３０を参照することができる。

　図１７は、図１６に例示した受電装置１０の実施例４に対して一部修正を加えた実施例６を例示している。
　実施例５は、実施例４と基本的に同様に構成されていて、構成要素の相違点は、キャパシタ１６ｃの削除と、スイッチＳＷ３１，ＳＷ３３の削除である。送電装置１、受電装置１０、機械１００の他の構成要素は、実施例４と同様に構成可能なため、記載の重複を避けるため、これら他の構成要素の詳細は割愛する。

　実施例５では、蓄電装置として、１つのキャパシタ１６ｃとバッテリ２０の組み合わせを用いるとともに、受電回路内に組み込まれるスイッチの数を最小にしている。これによって、受電装置１０の実装面積を最小にし、制御の複雑化を避け、運用コストを抑えている。さらに、スイッチＳＷ３１、ＳＷ３３を除くことで、実応用例の要求を満たしつつ、なるべくインピーダンスの不整合を防ぐことができるように受電回路を構成している。

　一般的に、受電装置１０の電気回路内にスイッチ等の動作が必要な素子が増えると、全体として、電力消費が増大する。スイッチに要する電力は小さいものの、ワイヤレス電力伝送で送電される電力の量には限りがあるため、センサの給電に貢献しない形で電力消費が増大することは好ましくない。また、一般的に、構成要素の増大によって、受電装置１０の制御が複雑化されることは好ましくない。従って、実施例５では、スイッチインピーダンス不整合への対応と、受電回路の制御の簡易化との両立を図っている。

　即ち、実施例５では、実施例１～４と異なり、全体のうち５％または１０％の程度でインピーダンス不整合が生じたとしても、その与える影響が小さければ、無視するという方針である。１００％完全にインピーダンス不整合が生じるのを防ぐために、複雑化された受電回路の制御を行うことよりも、簡易化された受電回路の制御を行うことで、実施コストの削減を図っている。

　図１７に例示した実施例５の受電回路では、整流器１４の出力は、まず、キャパシタ１６ｄに落とし込まれる。この際、整流器１４とキャパシタ１６ｄとの間で配電を切り替えるスイッチを削除している。このため、キャパシタ１６ｄは常時蓄電され得るが、それによって特段の不都合は生じさせない。

　キャパシタ１６ｄとバッテリ２０（充電器１８）の間にはスイッチＳＷ３２が配置されており、キャパシタ１６ｄを蓄電する状態と、その蓄電した電力によってバッテリ２０を充電する状態とが切り替えられるようになっている。
　従って、キャパシタ１６ｄが充電されている間はスイッチＳＷ３２がオフにされ、キャパシタ１６ｄが充電されて、その電力をバッテリ２０に送電する間はスイッチＳＷ３２がオンにされる。

　バッテリ２０とセンサ３０の間には、スイッチＳＷ３４が配置されており、バッテリ２０を充電する状態と、その充電した電力によってセンサ３０を充電する状態とが切り替えられるようになっている。
　従って、バッテリ２０が充電されている間はスイッチＳＷ３４がオフにされ、バッテリ２０が充電されて、その電力をセンサ３０に送電する間はスイッチＳＷ３４がオンにされる。

　図１８は、図１７に例示した受電装置１０の実施例５に対して一部修正を加えた実施例６を例示している。
　実施例６は、実施例５と基本的に同様に構成されていて、相違点は、スイッチＳＷ３４のＬＤＯへの変更のみである。送電装置１、受電装置１０、機械１００の他の構成要素は、実施例４と同様に構成可能なため、記載の重複を避けるため、これら他の構成要素の詳細は割愛する。

　実施例６では、バッテリ２０とセンサ３０の間には、スイッチＳＷ３４の替わりにＬＤＯが配置されている。このＬＤＯを操作することで、機械的なスイッチを用いることなく、バッテリ２０を充電する状態と、その充電した電力によってセンサ３０を充電する状態とを切り替えるようにしている。
　実施例６においても、実施例５と同様に、１００％完全にインピーダンス不整合が生じるのを防ぐために、複雑化された受電回路の制御を行うことよりも、簡易化された受電回路の制御を行うことで、実施コストの削減を図っている。

　ＬＤＯは、低損失レギュレータともいう。これは、入力電圧と出力電圧の差を極めて小さくして動作することのできるシリーズレギュレータである。ＬＤＯを操作することで、実質上スイッチと同じ機能を達成することができる。

　「インピーダンスマッチングの最適化」
　上記実施例１～実施例６の各電気回路において、さらにインピーダンスマッチングの最適化を行うことは可能である。
　図１９は、横軸に入力電力（インプット・パワー）、縦軸に受電回路の効率をとった、電気回路のインピーダンスマッチングの最適化の様子を概略的に示した図の例である。

　図１９の（１）に例示されているように、受電装置１０の受電回路において、ＲＦ領域とＤＣ領域が接続して、インピーダンスマッチング不整合が生じる場合、その効率は悪化する。
　図１９の（２）に例示されているように、上記場合において、インピーダンスマッチング不整合を回避した場合、効率の悪化を改善することができる。
　しかし、この場合であっても、図１９の（３）に例示されているように、インピーダンスマッチングの最適化が行われていなければ、高い効率を達成することは難しい。
　そこで、本発明では、インピーダンスマッチング不整合を回避するだけでなく、さらにインピーダンスマッチングの最適化を可能にする手段を備える。

　図２０（Ａ）、（Ｂ）を参照して、インピーダンスマッチングを最適化する手段を例示する。なお、図２０（Ｂ）の電気回路は説明上、簡略化されているが、以下の説明は上述した各実施例（特に、実施例５、６）に適用可能である。

　図２０（Ｂ）に簡略化して示した電気回路は、整流器と、スイッチと、符号Ｚ１で示す蓄電装置（キャパシタ）と、Ｚ２で示す電源回路とデバイス（センサ）の合成インピーダンスを含む。
　図２０（Ｂ）に示した状態では、スイッチは、電力の配電を行わないオフの位置にある。この場合、整流器の出力は、キャパシタのインピーダンスＺ１のみがつながっている。
　図２０（Ｂ）に示した状態に対して、スイッチが電力の配電を行うオンの位置になると、整流器の出力には、キャパシタのインピーダンスＺ１と電源回路とセンサの合成インピーダンスＺ２が並列接続される。

　図２０（Ａ）の左側では、スイッチをオンにしたときのインピーダンスＺａを例示している。このとき、インピーダンス不整合が起きていて、電力（パワー）は低い値となっている。
　図２０（Ａ）の右側では、スイッチをオフにしたときのインピーダンスＺｃを例示している（Ｚｃ＝Ｚ１）。このとき、インピーダンス不整合が起きていないが、インピーダンスの最適化はされていない。従って、インピーダンスの最適化がされたときの値をＺｂとすると、Ｚｃの値はＺａよりも大きいが、Ｚｂよりも小さい。

　ここで、スイッチがオンのときの比率を「Ｄ」％、スイッチがオフのときの比率を「１－Ｄ」％とすると、整流器の負荷インピーダンスＺは、次のように定めることができる。
　Ｚ＝（Ｚ１／／Ｚ２）×（１－Ｄ）＋Ｚ１×Ｄ
　なお、上式において、記号「／／」は、並列値計算の数式表現を簡略化して記したものである。例えば、抵抗の並列値計算では、１／（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）という数式表現を簡略化して、Ｒ１／／Ｒ２と記すことができるのと同様である。

　図２０（Ｂ）を参照すると、スイッチを高速でオンとオフに切り替えると、整流器からみて、見かけ上、インピーダンスがＺ１だけの状態と、Ｚ１とＺ２が並列接続される状態とが交互に切り替えられる。このとき、Ｚ２につながる時間を調整するが、例えば、１ミリ秒単位で、スイッチの切り替えを行う。そのとき、整流器から見たインピーダンスが、図２０（Ａ）に概略的に例示するように、山型（凸状）の曲線を描くようにあらわれる。このことはシミュレーションによって確認されている。

　従って、Ｚ１とＺ２を、スイッチの高速の切り替えでインピーダンスを調整すると、図２０（Ａ）に概略的に示しているように、Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃのようにインピーダンスを変化させることと等価になる。その際、スイッチのオンオフ比率を調整して、整流器からみて、見かけ上、Ｚｂのインピーダンスを作りだすことができれば、出力電力が最大化されると考えられる。なお、スイッチを高速で動かすときの電力はマイクロワット程度で済み、スイッチによる電力ロスは小さい。

　このように、本発明では、キャパシタに充電する時間と電源回路に接続するＤｕｔｙ比を調整することでインピーダンスマッチングの最適化する。このため、Ｚ１とＺ２に対して等価的なインピーダンスを求める状態平均化法を適用する。これによって、本発明では、単にスイッチの切り替えによって、インピーダンスマッチング不整合を回避するだけでなく、さらにスイッチを高速でオンとオフに切り替えて、整流器からみたインピーダンスを見かけ上平均化することで、インピーダンスマッチングの最適化を可能にする。

　特に、実施例５、６に例示した電気回路において、状態平均化法を適用することで、受電装置を全体として、受電回路の効率を向上させることが可能となる。
　図２０（Ｂ）に例示した電気回路を図１６または図１７に例示した実施例５、６の受電回路に適用する場合、整流器に対して、キャパシタとセンサが並列接続されるように電気回路の配線を変更してもよい。
　このように、第２のスイッチＳＷ３２（図１６、図１７）を高速で切り替えて、第２のスイッチＳＷ３２のオンオフ比を適当に定めることで、整流器１４から見て、大きい抵抗と小さい抵抗（Ｚ１、Ｚ２）に対して状態平均化法を適用することで、インピーダンスを最適化させる。

　他、図２０（Ｂ）に例示した電気回路を実施例１～６に適用する際、実施形態に応じて電気回路に修正することができる。たとえば、インピーダンスマッチングの最適化について例示した図２０（Ｂ）の電気回路では、Ｚ２の素子には、ＤＣ―ＤＣコンバータが用いられてもよい。この場合、ＤＣ―ＤＣコンバータ内部の２つのインピーダンスをスイッチで調整することで、インピーダンスマッチングの最適化を行う。ＤＣ―ＤＣコンバータとは、直流を直流へ変換するデバイスであって、必要な電圧に変換したり、安定化するために用いられる素子である。また、Ｚ２の素子には、ＬＤＯやセンサが接続される場合がある。この場合、スイッチとしてＬＤＯを用いることができる。

　「受電状況の最適化」
　以上例示した実施例１～実施例６の各電気回路において、さらに電界強度の観測を行うことは可能である。
　例えば、図５に例示した実施例１の電気回路において、スイッチＳＷ５のみをオンにして、ＬＥＤ２２の点灯状態を観察することで、使用者は、受電装置１０の給電状況を把握することができる。
　さらに、各実施例１～６では、受電回路の電圧値をフィードバック信号として送電装置１に送信することで、送電装置１側で受電装置１０側の受電状況を把握してもよい。それに基づいて、受電装置１０の受電状況の最適化が可能になる。

　以下に説明するフィードバック制御は、各実施形態１～６で適用可能だが、以下、図１６に示した実施例４の受電回路に基づいて説明する。
　例えば、図１６の受電回路において、第１のスイッチＳＷ３１の上流側で、第１のキャパシタ１６ｃに送られる電力の値をｖ１、第１のスイッチＳＷ３１の下流側で、第２のキャパシタ１６ｄに送られる電力の値をｖ２とする。
　このときの電圧値の変位を図２１に概略的に例示している。

　図２１は、図１６に示した実施例４の受電回路のｖ１、ｖ２の電圧値を縦軸にとり、横軸に時間をとったときのグラフを概略的に示している。
　図２１において、時間ｔ０から時間ｔ１までの間では、図１６に示した実施例４の受電回路のスイッチＳＷ３１～ＳＷ３５のすべてがオフにされており、整流器１４から出るエネルギがすべて第１のキャパシタ１６ｃに送られる状態に相当する。この期間、第１のキャパシタ１６ｃの電圧値ｖ１は上昇し続ける。

　時間ｔ１で、第１のキャパシタ１６ｃの電圧値ｖ１がＶｔｈ１に達した時、スイッチＳＷ３１がオンにされる。Ｖｔｈ１はスイッチＳＷ３１をオンする閾値である。このとき、第１のキャパシタ１６ｃは十分に蓄電されている。Ｖｔｈ１の値と、ｔ１は、用いられるキャパシタ１６ｃの種類によって変化し得る。

　時間ｔ１で、スイッチＳＷ３１がオフからオンに切り替えられると、第１のキャパシタ１６ｃに蓄電されたエネルギが第２のキャパシタ１６ｄへと流れはじめる。ｔ１からｔ２までの間、第２のキャパシタ１６ｄに蓄電される電力が増え続ける。
　時間ｔ２は、ｖ１の電圧がｖ２に供給されて、互いに同電位になった時に相当する。その後、時間ｔ２から時間ｔ３までの間、第２のキャパシタ１６ｄの電圧値ｖ２は上昇し続ける。

　時間ｔ３で、第２のキャパシタ１６ｄの電圧値ｖ２がＶｔｈ２に達した時、スイッチＳＷ３１がオンにされる。Ｖｔｈ１はスイッチＳＷ３２をオンする閾値である。このとき、第２のキャパシタ１６ｄは十分に蓄電されている。Ｖｔｈ２の値と、ｔ２は、用いられるキャパシタ１６ｄの種類によって変化し得る。

　図２１において、ｔ１からｔ３までの時間を観測することで、受電装置１０の受信強度を疑似的に観測することが可能になる。なお、ｔ１からｔ２までの時間は受信強度の観測に使用されないが、図２１のグラフを実応用例の電圧波形に近づけるために記載している。
　受電装置１０の制御器４０には、ｖ１の電圧値とｖ２の電圧値とが送信される。制御器４０は、Ｖｔｈ１からＶｔｈ２までの時間を計測することで、ｖ２の上昇するスピードを計測して、このときの電界強度を疑似的に観測する。

　従って、制御器４０は、これら値をフィードバック信号ｆｓとして、送電装置１に送信する。送電装置１は、フィードバック信号ｆｓの値に基づいて、受電装置１０側の受信強度を疑似的に観測する。送電装置１の制御器４は、この結果に基づいて、送電アンテナ２の送電方向を最適化する制御を行うことが可能になる。
　このように、ｖ２の上昇するスピードで電界強度を疑似的に観測するが、他、ｖ１、ｖ２、ｖ３（図１６参照）の各値等を用いて、受電装置１０の受電状態を観察してもよい。

　図２２は、受電装置１０から送電装置１に対してフィードバック信号ｆｓを送信するときのフローを示した図である。
　図２２の右側に例示されているように、受電装置１０内では、受電アンテナ１２で受けとられたエネルギは整流器１４に送られた後、バッテリ２０に送られる。この際、ｖ１、ｖ２の値などが受電装置１０の制御器４０に送られる。制御器４０と接続された無線通信ＩＣ５０によって、これらの値がフィードバック信号ｆｓとして送電装置１に送られる。
　なお、受電アンテナ１２は、上述のように、３次元空間内でそれぞれ良好に受電可能なように構成されている（図３、図４参照）。そこで、受電状況が悪い場合に、ワイヤレス給電を最適化するためには、送電アンテナ２の制御が効果的になる。

　図２２の中央に例示されているように、送電装置１の制御器４には無線通信５が接続されており、上記フィードバック信号ｆｓが制御器（コントローラ）４に送られるように構成されている。
　図２２の左側に例示されているように、送電装置１には、信号発生器６ａと増幅器６ｂとを有する送信回路が設けられており、送電アンテナ２から周囲にエネルギが送られるように構成されている。
　従って、制御器４は、上記フィードバック信号ｆｓに基づいて、ＲＦスイッチ３を制御して、送電アンテナ２を制御することができる。

　図２３は、送電装置１の制御器４で行われる送電アンテナ２の制御を概略的に示した図である。
　制御器４は、小型のコンピュータ（マイコンなど）であって、例えば、ＡＲＭプロセッサを搭載したシングルボードコンピュータである。
　送信アンテナ２は、複数のアンテナ部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅを含み、これらにはＲＦソース６からの出力が送られるように構成されている。

　各アンテナ部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、ＲＦスイッチ３ａ、３ｂを介して、それぞれ制御器４によって独立して制御される。
　制御器は、例えば、複数のアンテナ部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのうち、最適なアンテナ部２ｃ、２ｄのみからエネルギを外部に送るように、アンテナ２を制御する。
　送電アンテナは、ビームを２つまたは３つ以上にスプリットさせて発射するように構成できる。
　これによって、送電装置１の制御器４は、ワイヤレス給電を最適化するための制御を行う。　さらに、送電装置１は、図１６のフィードバック信号ｆｓに対して、受電装置１０に対してｓｅ信号（イネーブル信号：Ｓｅｎｓｏｒ　Ｅｎａｂｌｅ）を送信してもよい。受電装置１０は、このｓｅ信号に基づいて、各状態の切り替えを行ってもよい。

　「ビーム・フォーミング」
　上述のように、本実施例１～６では、図２３に例示したように、送電装置１は、送電アンテナ２を構成する複数のアンテナ部２ａ～２ｅのうち任意のものを選択して制御することで、リコンフィギュラブルアンテナによるビーム・フォーミングを行うことができる。以下、図２４、図２５を参照して、送電アンテナ２のビーム・フォーミングについてより具体的に説明する。

　図２４を参照すると、アンテナ２００にＲＦ信号を送信する機能を有する、ＲＦソース（高周波源）２０２が示されている。これは、図２２に例示した、信号発生器６ａから増幅器６ｂを経て、送信アンテナ２に送られるＲＦ信号や、図２３に例示した、ＲＦソース６に相当する。
　アンテナ２００は、複数のアンテナ部２１０、２２０、２３０、２４０、２５０から構成されるが、これらは図２３で例示したアンテナ部２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅに相当する。
　各アンテナ部２１０～２５０は、それぞれ同心円状に入れ子状に配置されて、それぞれ円周状に延在している。従って、各アンテナ部２１０～２５０は、それぞれ周囲にエネルギを円周状に放射する。

　図２４を参照すると、各アンテナ部２１０、２２０、２３０、２４０、２５０は、それぞれ１つの円周を２つの半円に等分するように、スイッチ部（位相差をつくるための部品）２１２、２２２、２３２、２４２、２５２及び２１４、２２４、２３４、２４４、２５４を有する。これらスイッチ部によって、電磁波の位相を制御する。
　図２４の右側には、上記スイッチ部のうちの１つ２５４の構成例が拡大して示されている。この図に示されているように、各スイッチ部には、ＬＣ回路が設けられている。ＬＣ回路は、コイルＬとコンデンサＣで構成される電気回路であって、共振回路の一種である。ＬＣ回路は特定の周波数の信号を生成するように構成されている。さらに、このＬＣ回路には、ショート（Ｓｈｏｒｔ）が組み込まれている。スイッチングによって、これらコンポーネント（Ｌ、Ｃ、Ｓｈｏｒｔ）が選択されるようになっている。

　図２４を参照すると、ＬＣ回路には、その回路を流れる電力の配電を切り替えるスイッチＳＷが設けられている。スイッチＳＷは、ＬＣ回路のうち、コイルＬとコンデンサＣの間で、コイルＬだけに流れる場合と、コンデンサＣだけに流れる場合と、これら双方のいずれにも流れない場合（Ｓｈｏｒｔ）との３つの場合のうちのいずれかを選択可能にする。
　各アンテナ部２１０～２５０は、それぞれスイッチ部２１２～２５２及び２１４～２５４を独立して機能させることができる。各スイッチは３通りの切り替えが可能なため、Ｎ個のスイッチが用いられる場合、理論上、３^Ｎ通りの組み合わせが可能になる。例えば、５個のスイッチが用いられる場合、理論上、２４３（３^５）通りの組み合わせが可能になる。従って、アンテナ２００は、構成要素のアンテナ部２１０～２５０を個別に制御することにより、波の重ね合わせを近距離で集光させるような複雑な制御を可能にする。

　図２５には、図２４に示したアンテナ２００のＸ－Ｘ線に沿った断面を例示したものであって、上記スイッチ部の操作に基づいた（Ａ）と（Ｂ）の２つの異なる送電状態を例示した図である。
　例えば、図２５の（Ａ）の状態では、各アンテナ部２１０～２５０を２つに等分するスイッチ部２１２～２５２及び２１４～２５４は、互いに等しい状態に選択されている。即ち、スイッチ部２１２～２５２は、順に、Ｃ１、Ｃ２，Ｃ３、Ｌ１、Ｌ２の状態にある。Ｃはコンデンサ、Ｌはコイル、数値は流れる電力の度合いを表す。同様に、スイッチ部２１４～２５４は、順に、Ｃ１、Ｃ２，Ｃ３、Ｌ１、Ｌ２の状態にある。従って、図２６の（Ａ）の状態では、各アンテナ部２１０～２５０は、２つの半円の部分が、互いに等しく周囲にエネルギを送り、上下で均等に、正面の浅い角度に集光させている。

　これに対して、図２５の（Ｂ）の状態では、各アンテナ部２１０～２５０を２つに等分するスイッチ部２１２～２５２及び２１４～２５４は、２つの半円の部分を互いに異なる状態にしている。即ち、スイッチ部２１２～２５２は、順に、Ｌ５、Ｃ２、Ｓｈｏｒｔ、Ｓｈｏｒｔ、Ｃ３の状態にある。一方、スイッチ部２１４～２５４は、順に、Ｌ５、Ｌ４、Ｌ３、Ｌ１、Ｌ２の状態にある。従って、図２５の（Ｂ）の状態では、各アンテナ部２１０～２５０は、２つの半円の部分が互いに異なるように周囲にエネルギを送り、上下で不均等に、斜め方向の浅い角度に集光させている。

　例えば、図２５の（Ａ）の状態では、受電装置１０の受電アンテナ１２の受電状態が良好ではないことを示すフィードバック信号が送電装置１まで送られてきたと仮定する。このとき、送電装置１の制御器４が送電アンテナ２／２００のビーム・フォーミングが必要であると判定すると、図２４のスイッチ部２１２～２５２及び２１４～２５４を制御して、送電アンテナ２００の送電方向を、例えば、図２５の（Ｂ）の状態に切り替える。

　以上のように、送電装置１の送電アンテナ２／２００のリコンフィギュアブル・メタサーフェスを構成する。ただし、この形状および構成は、図示したものに限定されない。例えば、図示した実施形態では、複数の円形のアンテナ部を同心円状に入れ子状に配置しているが、この形状は円形に限定されない。また、図示した実施形態では、複数の円形のアンテナ部を２つの半円部に２等分しているが、他、３等分、または４等分以上に分割して、より細かい制御を行えるようにしてもよい。また、図示した送電アンテナは平面状に構成されているが、他の実施形態では、各アンテナ部２１０～２５０は同一平面上に配置されていなくてもよい。

　以上のように、リコンフィギュラブル送信機を構成する。なお、図示した実施形態では、各スイッチは、Ｌ、Ｃ，Ｓｈｏｒｔの３通りで選択されているが、他の実施形態では、ＬとＣの２通りで選択されてもよい。この場合、Ｎ個のスイッチが用いられるとすると、全体で、２^Ｎの組み合わせが可能となる。従って、送電アンテナは、複数のアンテナ部から構成され、この際、各アンテナ部にはそれぞれ２通りまたは３通りの位相差をつけることができるスイッチが設けられる。全体でＮ個のスイッチが用いられる場合、２^Ｎまたは３^Ｎの組み合わせのビーム・フオーミングを可能にする。さらに、これらスイッチは、Ｌ、Ｃ，Ｓｈｏｒｔの３通りの選択を可能にするものと、ＬとＣの２通りの選択を可能にするものとの組合せでもよい。
　このように、送電アンテナは、複数のアンテナ部から構成され、この際、各アンテナ部にはそれぞれ２通りまたは３通りの位相差をつけることができるスイッチが設けられ、全体でＮ個のスイッチが用いられる場合、２のＮ乗及び／または３のＮ乗の組み合わせのビーム・フォーミング を可能にする。

　中長距離ワイヤレス給電において、受信デバイスがモバイルである際には、送信機側は常に最大となる電磁エネルギを伝送する必要があった。すなわち、状況に応じて送信機のビーム・フォーミングが必要とされていたが、その方法として、一般にはアレーアンテナにより、各アンテナの位相制御を行うことでビームフォームを行っていた。しかし、この構成だと、ビームフォームの方向が一方向しかない、高コスト、ビーム角の限度等の問題があった。本実施例では、係る課題を解決するために、受信強度をフィードバックし、これに向けてアンテナ周りに配置した寄生素子とＧＮＤをオンオフするスイッチを設けることで、スイッチ数に応じたビームパターンと広いビーム角により常に送信電力が最大化となるシステムを構成する。ビーム角は例えば２，３ある受信デバイスに向けてそれぞれ放射するパターンなども形成可能である。

　「電界強度」
　上述のように、本実施例１～６では、送電装置１の制御器４は、送電アンテナ２のビーム・フォーミングを行うが、そのため、受電装置１０の各場合での電界強度を予め知っておくのが好ましい。
　例えば、送電装置１の制御器４は、ＦＡなどにおいてロボットアーム部９０及び／またはロボットハンド部８０などを稼働する各場合で（図１参照）、受電装置１０の受電状況を記憶する。

　このため、例えば、様々な状況下で、高い自由度で稼働するロボットアーム部９０及び／またはロボットハンド部８０の各位置で、受電装置１０の電圧の値を実際に計測してもよい。
　または、コンピュータ・シミュレーションや、ＶＲ（ヴァーチャルリアリティ）システムなどを利用して、様々な状況下で、高い自由度で稼働するロボットアーム部９０及び／またはロボットハンド部８０の各位置で、受電装置１０側の電圧を疑似的に求めてもよい。
　制御器４は、これら様々に変化する各電圧値とロボットアーム部９０及び／またはロボットハンド部８０の位置などをあらかじめ記憶するが、例えば、表やデータベースなどに記憶してもよい。

　送電装置１の制御器４は、上記表やデータベースなどに対して、受電装置１０の制御器４０からのフィードバック信号ｆｓを用いることで、そのときの受電アンテナ１２の位置、方位などを推定することができる。従って、送電装置１の制御器４は、推定された受電アンテナ１２に対してより良好にエネルギが送られるように、送電アンテナ２の制御（ビーム・フォーミング）を行うことができる。
　受電装置１０が使用されるＦＡ（工場現場）での電界分布を実測によって前もって把握することには、様々な方法がある。
　図２６は、受電装置１０のＬＥＤ２２の光を追跡することで、電界分布を実測することを概略的に例示した図である。

　上述のように、本実施例１～６では、受電アンテナ１２の受電状況を簡単に確認するために、ＬＥＤ２２が設けられている。このＬＥＤ２２の点灯状況を連続して追跡することで、機械１００が様々に稼働するときの電界分布を把握することができる。例えば、機械１００の近くにカメラを設置して、ＬＥＤ２２の点灯状況を連続して静止画像として撮影する。例えば、カメラのシャッター速度が短いと、ＬＥＤ２２の点灯は点として撮影されるが、カメラのシャッター速度がより長くなると、ＬＥＤ２２の点灯は線として撮影できる。後者の場合、光の軌跡を１枚の絵に記録することができる。

　例えば、図２６では、多関節ロボット１００は、垂直方向の矢印に例示するように、上下方向に移動できる。また、多関節ロボット１００は、水平方向の矢印に例示するように、左右方向に移動できる。さらに、多関節ロボット１００は、角度を付けた移動や、回転移動等を行うことがある。自由度の高い動作を行う多関節ロボット１００の各場合で、ＬＥＤ２２の点灯状況を連続的に観察し、記録する結果、受電装置１０の電界分布を実測することができる。なお、動画を用いて、ＬＥＤ２２の光の軌跡を追跡することは可能である。

　なお、ＬＥＤ２２の光の点灯は、実際には微弱な光であるが、周囲光を消して暗闇にすることで、微弱な光を追跡することが可能になる。多関節ロボット１００の各関節の動作状態に応じて、各場合で、ＬＥＤ２２の光の点灯度合を観測し、集約することで、電界分布を得ることができる。送電装置１は、この電界分布を予め記憶しておくことで、上記フィードバック信号ｆｓを組み合わせることで、ワイヤレス給電を最適化するためのビーム・フォーミングを行ってもよい。

　以上のように電力受信機にＬＥＤ２２を実装することで、その点灯の有無、点灯の強さに応じて、受電電力を視覚的に把握することができる。しかし、受電システム（例：ロボットハンド、ロボットアームなど）が作動すると受電箇所と受電電力が変化するため、ＬＥＤ２２の状態が変化する。これらの状態を継続的に記録するために、カメラで長時間露光することで、ＬＥＤ２２の強度、受電システムの動作の軌跡を記録し、どの状態のときに、どの程度の電力を受信しているか、把握することができる。

　以上のように、電界強度を把握し、その結果を記憶してデータをマッピングすることで、電界分布をマッピングすることができる。例えば送電装置１内の記憶装置内にデータを記憶する。これにより、実際に製品が使用されるＦＡの現場の電界分布を予め把握することができ、実際の使用時に、ワイヤレス電力伝送に適した環境になっているかどうか理解することができる。

　再度、図１を参照すると、センサ３０への給電をワイヤレス化する場合、定期的に二次電池の交換が必要とされることがある。特にＦＡは一日当たりの稼働頻度が高いため、二次電池の交換頻度が高いと考えられる。そのため、ワイヤレス給電を用いて、ＦＡならではの、センサ３０と無線通信を用いたバッテリ管理システム２１を定期的に管理する必要がある。

　上記各実施例１～６では、バッテリ２０が用いられる場合、電池故障予測を可能にしてもよい。一般的にバッテリ（電池）は劣化するため寿命が限られている。従って、その劣化具合を把握し故障予測をすることができれば有用である。本発明では、充電効率の変化で劣化具合の把握することができる。充電の効率を定期的に監視し、運用開始時と比較し、著しく劣化している場合や予測された故障時期が近い場合には、電池の交換を行う。このことは、送電装置１の制御器４及び／または受電装置１０の制御器４０等によって実現してもよい。さらに、実施例１～６に例示した本発明は、受電装置１０全体を比較的コンパクトにまとめ、好適には工作機械１００の先端側にまとめて収容される。このため、工作機械１００内部での配線を不要または最小にし、かつ、外部からのアクセスを容易にする。この結果、センサ３０への給電を確保するとともに、メンテナンス性を高めている。

　「磁気共鳴方式」
　上述のように、本実施例１～６では、比較的長距離で、比較的小電力(例：１ｍ、１ｍＷ)を供給できるマイクロ波方式に基づいて放射型のワイヤレス給電を行う。
　他、ワイヤレス給電には、他、比較的短距離で、比較的大電力(例：１ｃｍ、５Ｗ)を供給できる磁気共鳴方式などの非放射型が公知である。
　マイクロ波方式の場合、比較的小容量の電力で稼働するセンサとの間でインピーダンス不整合に起因する効率減少が生じる場合、大きな問題になり得る。これに対して、磁気共鳴方式の場合、比較的小容量の電力で稼働するセンサとの間でインピーダンス不整合に起因する効率減少が生じる場合、現実的に、その効率減少は無視できる範囲と考えることができる。

　ただし、磁気共鳴方式に基づくワイヤレス給電の場合であっても、マイクロ波方式と同様に、ＲＦ（電磁波）をＤＣ（直流電圧）に変換する。ＲＦ領域とＤＣ領域が結合すると、インピーダンス不整合が生じ得るため、ＲＦの電力を効率よく受電するためにはインピーダンス整合の技術が必要とされる。この問題自体は、磁気共鳴方式でもマイクロ波方式でも同一のため、この問題を解決するため、本実施例１～６を磁気共鳴方式に適用することは可能である。ただし、その適用の効果は、磁気共鳴方式の場合よりも、マイクロ波方式の場合の方が、現実的にはより大きい。従って、本実施例１～６は、マイクロ波方式に基づいてワイヤレス給電を行う場合におおいに役立つ。

　１　　　送電装置
　２　　　送電アンテナ
　４　　　制御器（ホスト・コンピュータ）
　１０　　受電装置
　１２　　受電アンテナ
　１４　　整流器
　１６　　蓄電装置（キャパシタ）
　２０　　蓄電装置（バッテリ）
　３０　　デバイス（センサ）
　４０　　制御器
　５０　　無線通信ＩＣ
　８０　　ロボットハンド部
　９０　　ロボットアーム部
　１００　機械（多関節ロボット）
　２００　送電アンテナ

 

Claims (21)

1. 　ワイヤレス給電方式に基づいて、送電装置から送電された電力を受電して、その電力でデバイスに給電する受電装置であって、
   　電磁波を受電する受電アンテナと、
   　前記受電アンテナと機能的に接続されて、前記電磁波を直流電圧に変換する整流器と、
   　前記整流器と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第１の蓄電装置と、
   　前記第１の蓄電装置と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第２の蓄電装置と、
   　前記第２の蓄電装置と機能的に結合されたデバイスと、
   　前記整流器と前記第１の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第１のスイッチと、
   　前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第２のスイッチと、
   　前記第１の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の配電を切り替える第３のスイッチと、
   　前記第２の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の配電を切り替える第４のスイッチと、
   　制御器と、
   を含む、受電装置。
2. 　前記第１のスイッチと前記第２のスイッチだけをオンにして、前記第２の蓄電装置を充電し、
   　その後、前記第４のスイッチだけをオンにして、前記第２の蓄電装置の電力で前記デバイスに給電する制御を行うように前記制御器を構成した、請求項１に記載の受電装置。
3. 　前記第１のスイッチと前記第２のスイッチだけをオンにして、前記第２の蓄電装置を充電し、
   　その後、前記第１のスイッチと前記第４のスイッチだけをオンにして、前記第１の蓄電装置を充電するとともに、前記第２の蓄電装置の電力で前記デバイスに給電する制御を行うように前記制御器を構成した、請求項１に記載の受電装置。
4. 　ワイヤレス給電方式に基づいて、送電装置から送電された電力を受電して、その電力でデバイスに給電する受電装置であって、
   　電磁波を受電する受電アンテナと、
   　前記受電アンテナと機能的に接続されて、前記電磁波を直流電圧に変換する整流器と、
   　前記整流器と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第１の蓄電装置と、
   　前記整流器と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第２の蓄電装置と、
   　前記第１の蓄電装置及び前記第２の蓄電装置と機能的に接続されたデバイスと、
   　前記整流器と前記第２の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第１のスイッチと、
   　前記整流器と前記第１の蓄電装置との間で電力の配電を切り替える第２のスイッチと、
   　前記第１の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の配電を切り替える第３のスイッチと、
   　前記第２の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の配電を切り替える第４のスイッチと、
   　制御器と、
   を含む、受電装置。
5. 　前記第１のスイッチと前記第３のスイッチを同時にオンにし、かつ前記第２のスイッチと前記第４のスイッチを同時にオフにして、
   　前記第１の蓄電装置の電力で前記デバイスに給電するとともに、前記第２の蓄電装置を充電する制御を行うように前記制御器を構成した、請求項５に記載の受電装置。
6. 　前記第１のスイッチと前記第３のスイッチを同時にオフにし、かつ前記第２のスイッチと前記第４のスイッチを同時にオンにして、
   　前記第１の蓄電装置を充電するとともに、前記第２の蓄電装置の電力で前記デバイスに給電する制御を行うように前記制御器を構成した、請求項５に記載の受電装置。
7. 　ワイヤレス給電方式に基づいて、送電装置から送電された電力を受電して、その電力でデバイスに給電する受電装置であって、
   　電磁波を受電する受電アンテナと、
   　前記受電アンテナと機能的に結合されて、前記電磁波を直流電圧に変換する整流器と、
   　前記整流器と機能的に結合されて、前記直流電圧を内部に蓄電する一対の第１の蓄電装置と、
   　前記一対の第１の蓄電装置の少なくとも一方と機能的に結合されて、前記直流電圧を内部に蓄電する第２の蓄電装置と、
   　前記一対の第１の蓄電装置の少なくとも一方及び前記第２の蓄電装置と機能的に結合されたデバイスと、
   　前記一対の第１の蓄電装置の間で電力の受取りを切り替える第１のスイッチと、
   　前記一対の第１の蓄電装置の少なくとも一方と前記第２の蓄電装置との間で電力の受取りを切り替える第２のスイッチと、
   　前記一対の第１の蓄電装置の少なくとも一方と前記デバイスとの間で電力の受取りを切り替える第３のスイッチと、
   　前記第２の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の受取りを切り替える第４のスイッチと、
   　制御器と、
   を含む、受電装置。
8. 　ワイヤレス給電方式に基づいて、送電装置から送電された電力を受電して、その電力でデバイスに給電する受電装置であって、
   　電磁波を受電する受電アンテナと、
   　前記受電アンテナと機能的に接続されて、前記電磁波を直流電圧に変換する整流器と、
   　前記整流器と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第１の蓄電装置と、
   　前記第１の蓄電装置と機能的に接続されて、前記直流電圧を蓄電する第２の蓄電装置と、
   　前記第２の蓄電装置と機能的に結合されたデバイスと、
   　前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置との間で電力の配電を切り替えるスイッチと、
   　前記第２の蓄電装置と前記デバイスとの間で電力の配電を切り替えるスイッチまたは低損失レギュレータ（ＬＯＤ）と、
   　制御器と、
   を含む、受電装置。
9. 　さらに、前記整流器の出力を発光ダイオード（ＬＥＤ）と機能的に結合させたスイッチを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の受電装置。
10. 　前記第１の蓄電装置は、キャパシタであり、前記第２の蓄電装置は、充電器を有するバッテリである、請求項１から９のいずれか１項に記載の受電装置。
11. 　前記第１の蓄電装置と前記第２の蓄電装置は、いずれもキャパシタである、請求項１から９のいずれか１項に記載の受電装置。
12. 　前記キャパシタは、電気二重層キャパシタ、擬似キャパシタ、ハイブリッド・キャパシタ及びリチウムイオン・キャパシタ、セラミックコンデンサ、電界コンデンサのうちのいずれかである、請求項１０または１１に記載の受電装置。
13. 　前記デバイスは、消費電力が１００ｍＷｈ以下の低消費電力型センサである、請求項１から１２のいずれか１項に記載の受電装置。
14. 　前記受電装置は、前記デバイスに要する電力に加えて、無線通信機能に要する電力を給電するように構成された、請求項１から１３のいずれか１項に記載の受電装置。
15. 　前記デバイスは、多関節ロボットに内蔵されている、請求項１から１４のいずれか１項に記載の受電装置。
16. 　マイクロ波方式に基づいてワイヤレス給電を行う、請求項１から１５のいずれか１項に記載の受電装置。
17. 　前記受電アンテナは、複数のアンテナを含み、この際、前記複数の前記アンテナ部を略四角形状の四辺及び／または略四角形状の対角線に沿って配置した、請求項１から１６のいずれか１項に記載の受電装置。
18. 　スイッチのオンとオフを高速で切り替える状態平均化法によって、前記整流器から見たインピーダンスマッチングの最適化を行うように前記制御器を構成した、請求項１から１７のいずれか１項に記載の受電装置。
19. 　ワイヤレス給電方式に基づいて、受電装置に対して電力を送電する送電装置であって、少なくとも送電アンテナと送電回路と制御器とを有し、
    　前記受電装置は、請求項１から１８のいずれか１項に記載のように構成され、かつ前記受電装置内の制御器は、前記受電装置内の電圧値をフィードバック信号として前記送電装置に送信するように構成され、
    　前記送電装置の制御器は、前記受電装置の制御器から送信された前記フィードバック信号を受信して、前記フィードバック信号に基づいて前記送電アンテナの制御を行うように構成された、
    送電装置。
20. 　前記送電アンテナは、複数のアンテナ部から構成され、この際、各アンテナ部にはそれぞれ２通りまたは３通りの位相差をつけることができるスイッチが設けられ、全体でＮ個のスイッチが用いられる場合、２のＮ乗及び／または３のＮ乗の組み合わせのビーム・フォーミングを可能にした、請求項１９に記載の送電装置。
21. 　前記送電アンテナは、ビームを２つまたは３つ以上にスプリットさせて発射するように構成された、請求項１９に記載の送電装置。
    
     
     

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