特開 2022-185712 無線給電システム、無線給電システム用無線中継器および無線給電システム用送電器付太陽電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185712

(43)【公開日】2022-12-15

(54)【発明の名称】無線給電システム、無線給電システム用無線中継器および無線給電システム用送電器付太陽電池

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/50 20160101AFI20221208BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20221208BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20221208BHJP

   H02J 7/35 20060101ALI20221208BHJP

   H02J 50/20 20160101ALI20221208BHJP

   H02J 50/30 20160101ALI20221208BHJP

【ＦＩ】

H02J50/50

H02J50/40

H02J7/00 301D

H02J7/35 A

H02J50/20

H02J50/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093494

(22)【出願日】2021-06-03

(71)【出願人】

【識別番号】000002897

【氏名又は名称】大日本印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101203

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100104499

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 達人

(72)【発明者】

【氏名】西村 敏春

(72)【発明者】

【氏名】松村 有純

(72)【発明者】

【氏名】田崎 啓子

(72)【発明者】

【氏名】林田 恵範

(72)【発明者】

【氏名】田村 直之

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA06

5G503BA02

5G503BB01

5G503GB01

5G503GB08

5G503GD04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】マイクロ波またはレーザによる無線給電が可能な小型電子機器の受電損失を抑制する無線給電システム、無線給電システム用無線中継器および無線給電システム用送電器付太陽電池を提供する。
【解決手段】無線給電システム１０において、電源（太陽電池１３）に接続された、送電用の第一電磁波を送信する第一送電アンテナを有する送電器１と、第一電磁波を受信する第一受電アンテナと送電用の第二電磁波を送信する第二送電アンテナとを有する無線中継器２と、第二電磁波を受信する第二受電アンテナを有する無線給電式小型電子機器３と、を有する。送電器１と太陽電池１３とは、一体化して、送電器付太陽電池１０１を構成する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源に接続された、送電用の第一電磁波を送信する第一送電アンテナを有する送電器と、
前記第一電磁波を受信する第一受電アンテナと送電用の第二電磁波を送信する第二送電アンテナとを有する無線中継器と、
前記第二電磁波を受信する第二受電アンテナを有する無線給電式小型電子機器と、を有する無線給電システム。

【請求項2】

前記電源が太陽電池であり、前記送電器が前記太陽電池と一体化して送電器付太陽電池を構成している、請求項１に記載の無線給電システム。

【請求項3】

前記送電器付太陽電池、前記無線中継器、および前記無線給電式小型電子機器のいずれもが蓄電池を有しており、前記蓄電池のそれぞれは、無線で制御部と接続されており、前記制御部は、それぞれの蓄電池の蓄電量により、前記第一電磁波及び前記第二電磁波による送電を調整する、請求項２に記載の無線給電システム。

【請求項4】

前記無線中継器は移動可能な被着体に配置されている、請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の無線給電システム。

【請求項5】

前記無線中継器は、ウェアラブル機器である、請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載の無線給電システム。

【請求項6】

前記無線給電式小型電子機器は、前記第二受電アンテナに含まれるアンテナ素子上にプリズム体またはレンズを有する、請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載の無線給電システム。

【請求項7】

移動可能な被着体に配置され、
送電器から送信された送電用の第一電磁波を受信する受電アンテナと、
送電用の第二電磁波を無線給電式小型電子機器に送信する送電アンテナと、を有する、無線給電システム用無線中継器。

【請求項8】

送電用の電磁波を送信する送電アンテナを有する送電器と、前記送電器の電源として機能する太陽電池とが一体化している、無線給電システム用送電器付太陽電池と、
前記無線給電システム用送電器付太陽電池から送電された電力を受電する小型電子機器と、を有する無線給電システム。

【請求項9】

さらに、前記無線給電システム用送電器付太陽電池から送信された第一電磁波を受信する第一受電アンテナを有する中継器を含み、
前記中継器および前記小型電子機器は、有線または無線で接続されている、請求項８に記載の無線給電システム。

【請求項10】

送電用の電磁波を送信する送電アンテナを有する送電器と、前記送電器の電源として機能する太陽電池とが一体化している、無線給電システム用送電器付太陽電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無線給電システム、無線給電システム用無線中継器および無線給電システム用送電器付太陽電池に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、スマートフォンやタブレット端末に代表される携帯情報端末や、ノートＰＣ、携帯ゲーム機といったモバイル機器が活発に開発されている。さらに、スマートメガネ、スマートブレスレット、スマートウォッチなどのウェアラブル機器の開発も盛んに行われている。これらの電子機器は、繰り返し充電または放電が可能な二次電池を搭載することが多いが、小型化、軽量化が求められているため、大容量の電池を搭載することが難しい。そのため、継続使用時間が限られてしまう傾向にあった。

【0003】

このような背景から、携帯情報端末やスマートウォッチなどの小型電子機器に送電装置から無線で送電を行う無線給電システムが開発されている（例えば、特許文献１および特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＷＯ２０２０／２３０１９４号公報

【特許文献2】特開２０１６－０７３１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一般に、送電装置から、数ｍ程度の離れた距離に存在する上記携帯情報端末やウェアラブル機器等の小型電子機器に対し、無線で送電を行う場合は、受電効率の観点から受電アンテナを比較的大きくする必要がある。しかしながら、上述したような携帯情報端末やウェアラブル機器等の小型電子機器は、小型化、軽量化が求められていることから、受電アンテナのサイズも小さくする必要がある。このため、上述したように所定の距離をおいて配置された送電装置からの上記小型電子機器への無線による送電は、受電損失が大きくなるといった問題があった。

【0006】

本開示は、上記問題に鑑みてなされた発明であり、受電損失を抑制しつつ、小型電子機器への無線給電が可能な無線給電システムを提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本開示の一実施形態は、電源に接続された、送電用の第一電磁波を送信する第一送電アンテナを有する送電器と、上記第一電磁波を受信する第一受電アンテナと送電用の第二電磁波を送信する第二送電アンテナとを有する無線中継器と、上記第二電磁波を受信する第二受電アンテナを有する無線給電式小型電子機器と、を有する無線給電システムを提供する。

【0008】

本開示の他の実施形態は、移動可能な被着体に配置され、送電器から送信された送電用の第一電磁波を受信する受電アンテナと、送電用の第二電磁波を無線給電式小型電子機器に送信する送電アンテナと、を有する、無線給電システム用無線中継器を提供する。

【0009】

本開示の他の実施形態は、送電用の電磁波を送信する送電アンテナを有する送電器と、上記送電器の電源として機能する太陽電池とが一体化している、無線給電システム用送電器付太陽電池と、上記無線給電システム用送電器付太陽電池から送電された電力を受電する小型電子機器と、を有する無線給電システムを提供する。

【0010】

本開示の他の実施形態は、送電用の電磁波を送信する送電アンテナを有する送電器と、上記送電器の電源として機能する太陽電池とが一体化している、無線給電システム用送電器付太陽電池を提供する。

【発明の効果】

【0011】

本開示においては、受電損失を抑制しつつ、小型電子機器への無線給電が可能な無線給電システムを提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の第一実施形態の無線給電システムを例示する概略図である。

【図2】本開示の第一実施形態の無線給電システムの概念構成例である。

【図3】本開示の第一実施形態における無線中継器における第一受電アンテナを例示する概略図である。

【図4】本開示の第一実施形態における無線中継器の被着体への取り付け例である。

【図5】本開示の第一実施形態における無線給電式小型電子機器の第二受電アンテナを例示する概略断面図である。

【図6】本開示の第一実施形態における無線給電式小型電子機器を例示する概略図である。

【図7】本開示の第二実施形態の無線給電システムを例示する概略図である。

【図8】本開示の第一実施形態の無線給電システムにおける無線中継器の受電部を例示する回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示における実施の形態を、図面等を参照しながら説明する。但し、本開示は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚み、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示における解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明する場合があるが、上下方向が逆転してもよい。

【0014】

また、本明細書において、ある部材又はある領域等のある構成が、他の部材又は他の領域等の他の構成の「上に（又は下に）」あるとする場合、特段の限定がない限り、これは他の構成の直上（又は直下）にある場合のみでなく、他の構成の上方（又は下方）にある場合を含み、すなわち、他の構成の上方（又は下方）において間に別の構成要素が含まれている場合も含む。

【0015】

Ａ．無線給電システム（第一実施形態）
本実施形態の無線給電システムについて、図面を参照して説明する。図１は無線給電システムの一例を示す概略図である。図１に示す無線給電システム１０では、工場の天井および窓枠に、送電器１が取り付けられている。また、工場内にいる人が着用している作業着には無線中継器２が取り付けられており、同一人が無線給電式小型電子機器３としてのスマートグラスを着用している。送電器１は、送電用の第一電磁波Ｗ１を無線中継器２に対して送信し、無線中継器２は、送電器１から送信された第一電磁波Ｗ１を受信し、無線給電式小型電子機器３に送電用の第二電磁波Ｗ２を送信する。図１に示すように、送電器１は、電源としての太陽電池１３に電気的に接続されていることが好ましく、更には、送電器１と太陽電池１３とが一体化して送電器付太陽電池１０１を構成していることが好ましい。なお、本明細書において、無線信号を用いた送電を、無線給電と称する。

【0016】

図２に、本実施形態の無線給電システムの概念構成例を示す。図２に示す無線給電システム１０は、電源に接続された、送電用の第一電磁波Ｗ１を送信する第一送電アンテナ１２ａを有する送電器１と、送電器１から送信された第一電磁波Ｗ１を受信する第一受電アンテナ２１ａと送電用の第二電磁波Ｗ２を送信する第二送電アンテナ２２ａとを有する無線中継器２と、無線中継器２から送電された第二電磁波Ｗ２を受信する第二受電アンテナ３１ａを有する無線給電式小型電子機器３と、を有する。

【0017】

本実施形態の無線給電システムによれば、無線中継器を介して無線給電式小型電子機器に無線給電をするため、無線中継器に搭載する受電アンテナの面積を、小型電子機器の受電アンテナの面積に対して相対的に大きくすることができる。さらに、無線給電式小型電子機器と無線中継器との距離を、無線給電式小型電子機器と送電器との間の距離に対して相対的に短くすることができる。従って、無線中継器の大きな受電アンテナで受電し、かつ、無線中継器から無線給電式小型電子機器への送電を集中的に行うことができるため、受電損失を抑制しつつ、小型電子機器への無線給電が可能となる。また、小型電子機器のアンテナサイズを小さくすることができる。

【0018】

Ｉ．送電器
送電器は、電源から取得した電力を電波に変換して無線中継器に向けて放射することにより、非接触で無線中継器に無線給電を行う。本明細書において、送電器から無線中継器へ放射される電磁波であって、無線送電に用いられる電波を第一電磁波と呼ぶ。

【0019】

図２に示すように、送電器１は、通常、第一送電アンテナ１２ａを含む送電部１２を有しており、送電部１２は、さらに送信回路１２ｂを含んでもよい。送電器１は、通常、電源接続部１１を含む。送電器１は、電源として機能する太陽電池１３と一体化し、送電器付太陽電池１０１を構成していることが好ましい。この場合、送電器付太陽電池１０１は、蓄電池１４を有することが好ましい。送電器１または送電器付太陽電池１０１は、制御部１５、通信部１６等のその他電子素子を含んでもよい。

【0020】

なお、送電器１と無線中継器２間の電磁波の伝送方式は、無線給電方式であれば特に限定されない。無線給電方式は、近距離で大電力を送電できる非放射型と、遠距離に小電力を送電できる放射型の大きく２種類に分類できる。本実施形態においては、放射型であるマイクロ波方式、レーザ方式が好ましい。マイクロ波方式、レーザ方式では送信側が空間にそれぞれマイクロ波、レーザを放射し、受信したエネルギーを電力に変換することで送電する方式である。放射型は、非放射型に比べ、送電距離が長距離であるという利点がある。マイクロ波放電方式では、例えば、第一電磁波として、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯または５．７ＧＨｚ帯、２４ＧＨｚ帯等の周波数帯の電波が用いられてもよい。

【0021】

また、これらのマイクロ波方式、レーザ方式を用いる無線給電は、アンテナサイズに応じて受電効率を確保することができることから、アンテナサイズは大面積が求められる。本実施形態においては、無線中継器を介して小型電子機器に無線給電をするため、無線中継器に搭載する受電アンテナの面積を、小型電子機器の受電アンテナの面積に対して相対的に大きくすることができる。そのため、マイクロ波方式、レーザ方式を用いた場合、本開示の効果をより顕著に得ることができる。

【0022】

（１）電源接続部
電源接続部１１は、例えば、供給する電力の供給元となる電源と接続し、電源から供給を受けた電力を装置内の各部に分配する。また、電源から供給された交流の電力を、整流器によって直流の電力に変換してもよい。また、電源接続部はＤＣ－ＤＣコンバータによって昇圧または降圧を行ってもよい。電源としては、コンセントなどの外部電源や、太陽電池が挙げられるが、太陽電池が好ましい。

【0023】

太陽電池は、太陽光を受けて発電する直流電源であり、用いられる太陽電池としては、特に限定されるものではなく、シリコン系、化合物系、有機系等のいずれの太陽電池であっても用いることができる。本開示においては、中でもアモルファスシリコン型の太陽電池等の市販のシリコン太陽電池を用いることが好ましい。太陽電池は、例えば、工場の屋根や窓に設置された太陽光パネルとして用いられる。

【0024】

（２）送電器付太陽電池
特に、本実施形態においては、電源として機能する太陽電池と、送電器とが一体化して送電器付太陽電池１０１を構成していることが好ましい。送電器が太陽電池と一体化していることによって、送電器と太陽電池との間の回路を短くすることができ、回路抵抗によるエネルギー損失を低減することができる。

【0025】

本開示において、太陽電池と送電器とが一体であるとは、太陽電池自体に送電器が配置されている状態のみならず、例えば太陽電池が屋根に配置され、送電器がその下の天井に配置されている等、電気的に接続され、かつ近い距離で配置された場合も含むものとする。具体的には、同じ建屋に配置されたものであり、且つ電気的に接続されていれば、本開示においては太陽電池と送電器とが一体であるとすることとする。

【0026】

電源として太陽電池を用いた場合、太陽電池による発電量は、日照の強度等により変動する。そのため、送電器付太陽電池は、さらに、蓄電池を有することが好ましい。定常的に無線中継器に送電することができるためである。

【0027】

蓄電池は、電源から供給される電力を蓄えることができるものである。蓄電池として利用可能な二次電池としては、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、バナジウム電池などを挙げることができる。

【0028】

（３）送電部
送電部１２は、第一送電アンテナ１２ａおよび送信回路１２ｂを有する。
送信回路１２ｂは、送信信号処理機能を有し、電源接続部１１によって取得された電力から、例えば制御部１５の制御に基づき、所定の周波数帯域の信号を発生させる。送信回路１２ｂは、例えば、インバータ回路を含む。

【0029】

第一送電アンテナ１２ａは、送信回路１２ｂが発生させた信号を電磁波として無線で無線中継器２に向けて放射（即ち、送信）する。第一送電アンテナ１２ａは、電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよい。例えば、アンテナとして線状の導電膜（例えば、ダイポールアンテナ）又は平坦形状の導電膜（例えば、パッチアンテナ）などを用いることができる。

【0030】

なお、アンテナとして機能する導電膜の形状はこれらに限られない。第一送電アンテナのアンテナ素子の数については特に限定されないが、１つであってもよく、複数のアンテナ素子で構成されていてもよい。複数のアンテナ素子で構成されている場合には、複数のアンテナ素子が直線状に並んでいても良いし、平面状や曲面状のアレーアンテナを形成していてもよい。

【0031】

送電アンテナは、送電効率を高めるために、複数のアンテナ素子が連動し電波位相を制御することにより電波送電に方向性を持たせる機能を有しても良い。また、必要な位置に必要な時、必要な量を効率よく送電するために、無線中継器の位置を検知し、かつ必要な電力量を検知するための通信機能を有していても良い。

【0032】

（４）その他電子素子
制御部１５には、送電器１を構成する各部が接続される。制御部１５は、送電器１の制御を司る手段であり、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などによって構成される。

【0033】

通信部１６は、例えば、制御部１５の制御に基づき、無線中継器２と通信する。送電器１は、通信部１６の代わりに、送電部１２の第一送電アンテナ１２ａを用いて無線通信を行ってもよい。通信部は、無線中継器に対して、無線送電の要求に対する応答等の無線送電に関する情報を送信してもよい。また、通信部は、無線中継器から、無線送電の要求、及び無線中継器の位置を通知するパイロット信号等の無線送電に関する情報を受信してもよい。

【0034】

送電器は、工場、住宅、商業施設等の建物の天井、窓枠等に配置されることが好ましい。本実施形態の無線給電システムで配置される送電器の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数であってもよい。好ましくは、一定の間隔をおいて所定数の送電器が配置されていることが好ましい。

【0035】

ＩＩ．無線中継器
無線中継器は、上記送電器から第一電磁波を受信し、電力に変換し、さらに、変換した電力を用いて第二電磁波を生成し、後述する無線給電式小型電子機器に対して第二電磁波を送信するものである。本明細書において、無線中継器から無線給電式小型電子機器へ放射される電磁波であって、無線送電に用いられる電波を第二電磁波と呼ぶ。
図２に示すように、無線中継器２は、送電器１から送信された第一電磁波Ｗ１を受信する第一受電アンテナ２１ａを有する受電部２１と、送電用の第二電磁波Ｗ２を送信する第二送電アンテナ２２ａを有する送電部２２とを有する。

【0036】

送電器から無線中継器までの距離は、通常１０ｍ以下であり、５ｍ以下であってもよい。一方、例えば、１ｃｍ以上であり、２０ｃｍ以上であってもよい。

【0037】

（１）受電部
無線中継器２の受電部２１は、第一受電アンテナ２１ａを含む。また、受電部２１は、受信回路２１ｂ（例えば、整流回路を含む）を含んでもよい。

【0038】

第一受電アンテナ２１ａは、送電器から送信された第一電磁波を受信する。第一受電アンテナのアンテナ素子の数については特に限定されないが、１つであってもよく、複数のアンテナ素子で構成されていてもよい。複数のアンテナ素子で構成されている場合には、複数のアンテナ素子が直線状に並んでいても良いし、平面状や曲面状のアレーアンテナを形成していてもよい。

【0039】

具体的には、アンテナとして線状の導電膜（例えば、図３（ａ）に示すようなダイポールアンテナ）又は平坦形状の導電膜（例えば、図３（ｂ）に示すようなパッチアンテナ）などを用いることができる。第一受電アンテナ２１ａは、電磁波の波長を考慮して、アンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよい。

【0040】

例えば、図３（ａ）に示すダイポールアンテナを２．４ＧＨｚ向けに設計する場合、Ｌ１＝２４ｍｍ、Ｌ２＝２ｍｍ、Ｌ３＝２．５ｍｍ、Ｌ４＝８０ｍｍ、Ｌ５＝４０ｍｍ、Ｌ６＝３０ｍｍとし、銅線５２（１０本）の幅０．５２ｍｍ、ピッチ２ｍｍと設定することができる。

【0041】

また、図３（ｂ）に示すパッチアンテナを２８ＧＨｚ向けに設計する場合、Ｌ１＝１．２ｍｍ、Ｌ２＝２．４ｍｍ、Ｌ３＝４０ｍｍ、Ｌ４＝８ｍｍ、Ｌ５＝３０ｍｍ、銅線５２（２０本）の幅０．６３ｍｍ、ピッチ２ｍｍと設定することができる。なお、図３中、符号５０は誘電基材（例えば、ＰＥＴ基材）、５１はアンテナ素子である。

【0042】

無線中継器の第一受電アンテナの面積は、特に限定されないが、９ｃｍ^２以上とすることができ、２５ｃｍ^２以上であることが好ましい。上記値未満だと第一受電アンテナの面積が小さくなり、受電損失を制御することができない。一方、１２００ｃｍ^２以下とすることができ、３００ｃｍ^２以下であることが好ましい。上記値より大きいと、無線中継器の取り扱い性が悪くなり、被着体への着脱が困難となる。
なお、第一受電アンテナ２１ａの面積とは、第一受電アンテナ２１ａが複数のアンテナ素子を含む場合においては、複数のアンテナ素子により囲われた領域の面積をいう。

【0043】

また、無線中継器の第一受電アンテナは、例えば無線中継器がウェアラブル形態に配置されたものである場合等においては、フレキシブル性を有するものであることが好ましい。また、外見上、アンテナであることが分からないように、透明であることが好ましい。

【0044】

受信回路２１ｂは、例えば、コンデンサ、抵抗、整流回路、共振回路等が含まれる。整流回路は、第一受電アンテナ２１ａが受信した第一電磁波を直流電力に変換する。本実施形態における無線中継器の受電部を例示する回路図を図８に示す。図８において、受信回路２１ｂは、４つのダイオードおよびコンデンサにより構成された整流回路である。
受電部２１は、発電した電力を、後述する蓄電池２４に供給してもよいし、蓄電池２４に蓄えずに、送電部２２に直接供給してもよい。

【0045】

（２）送電部
無線中継器２の送電部２２は、送電用の第二電磁波を送信する第二送電アンテナ２２ａを有する。また、送電部２２は、送信回路２２ｂ（例えば、インバータ回路を含む）を含んでもよい。送信回路２２ｂは、受電部２１によって取得された電力から、例えば制御部２３の制御に基づき、第二送電アンテナ２２ａから電力を送電するため、所定の周波数を有する交流に変換する。

【0046】

第二送電アンテナ２２ａは、送信回路２２ｂが発生させた信号を電波として、無線給電式小型電子機器３に向けて放射（即ち、送信）する。
第二送電アンテナ２２ａは、電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さや形状を適宜設定すればよい。例えば、アンテナとして線状の導電膜（例えば、ダイポールアンテナ）又は平坦形状の導電膜（例えば、パッチアンテナ）などを用いることができる。なお、アンテナとして機能する導電膜の形状はこれらに限られない。

【0047】

第二送電アンテナのアンテナ素子の数については特に限定されないが、１つであってもよく、複数のアンテナ素子で構成されていてもよい。複数のアンテナ素子で構成されている場合には、複数のアンテナ素子が直線状に並んでいても良いし、平面状や曲面状のアレーアンテナを形成していてもよい。

【0048】

なお、無線中継器２と無線給電式小型電子機器３との間の電磁波の伝送方式は、無線給電方式であれば特に限定されない。本実施形態においては、放射型であるマイクロ波方式、レーザ方式が好ましい。

【0049】

（３）その他
本実施形態における無線中継器２は、受電部および送電部以外に、例えば、制御部２３、蓄電池２４、通信部２５を含んでも良い。

【0050】

制御部２３は、無線中継器２の制御を司る手段であり、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などによって構成される。制御部は、例えば、蓄電池２４の充電残量を把握し、送電器１からの送電量の調整を行うことができる。また、本実施形態においては、無線中継器２の外部に設置したサーバ等の制御部から無線中継器２を遠隔制御することも可能である。

【0051】

通信部２５は、制御部２３の制御に基づき、外部の機器と無線通信を行う。通信部２５は、例えば送電器１と通信する。無線中継器２は、通信部２５の代わりに、受電部２１の第一受電アンテナ２１ａを用いて無線通信を行ってもよい。通信部は、送電器に対して、無線送電の要求、及び無線中継器の位置を通知するパイロット信号等の無線送電に関する情報を送信してもよい。また、通信部は、送電器から、無線送電の要求に対する応答等の無線送電に関する情報を受信してもよい。

【0052】

また、通信部２５は、例えば、無線給電式小型電子機器３と通信する。無線中継器２は、通信部２５の代わりに、送電部２２の第二送電アンテナ２２ａを用いて無線通信を行ってもよい。通信部は、小型電子機器に対して、無線送電の要求に対する応答等の無線送電に関する情報を送信してもよい。また、通信部は、小型電子機器から、無線送電の要求、及び小型電子機器の位置を通知するパイロット信号等の無線送電に関する情報を受信してもよい。

【0053】

本実施形態における無線中継器は、蓄電池２４を有していてもよい。無線中継器で一旦電力を蓄えておくことで、小型電子機器に蓄電能力が必要なくなり、小型電子機器の更なる小型設計が可能となる。また、送電器から無線中継器への送電が不定期または不定量であっても、無線中継器の蓄電池で蓄電することによって、無線中継器から小型電子機器への必要最小限で継続した送電が可能となる。

【0054】

無線中継器は、移動可能な被着体に配置されることが好ましい。無線給電式小型電子機器の近くに移動し、位置することができるため、無線中継器と小型電子機器との間の距離を比較的近距離とすることができる。そのため、小型電子機器のアンテナサイズを小さくすることができ、小型電子機器の更なる小型化を図ることができる。無線中継器と無線給電式小型電子機器との間の距離は、例えば、１ｍ以下であり、２０ｃｍ以下が好ましい。一方、例えば、１ｃｍ以上であり、１０ｃｍ以上であってもよい。

【0055】

移動可能な被着体としては、無線中継器をウェアラブル形態とすることができる被着体が好ましい。このような被着体としては、例えば、作業服、作業帽子、作業靴、ウェアラブル機器、靴、フェイスマスク、フェイスシールド、ボタン等が挙げられる。また、移動可能な被着体としては、ドローン、無人搬送車（ＡＧＶ）等が挙げられる。

【0056】

図４に無線中継器の被着体への取り付け例を示す。図４（ａ）は、無線中継器２の第一受電アンテナを作業服の背面に取り付けた例であり、図４（ｂ）は無線中継器２の第一受電アンテナを作業帽子のつばに取り付けた例であり、図４（ｃ）は無線中継器２の第一受電アンテナをドローンの本体部分に取り付けた例である。上述した通り、無線中継器の第一受電アンテナは可撓性を有することが好ましい。被着体に対する着脱が容易となるからである。また、目立たないように透明であることが好ましい。

【0057】

本開示における無線中継器と無線給電式小型電子機器との間の距離は、一定に保たれていることが好ましい。位置補足装置の設計を簡素化することができるためである。この場合の「一定に保つ」とは、無線送電中に、無線中継器と無線給電式小型電子機器との間の距離を±１０ｃｍ以内の距離を保つことをいう。

【0058】

無線中継器と無線給電式小型電子機器との間の距離を一定に保つ手段としては、同一人が小型電子機器と、ウェアラブル形態とした無線中継器とを所持する方法、小型電子機器との距離を一定に保つように、無線中継器を搭載したドローンやＡＧＶを作動させる方法等が挙げられる。

【0059】

ＩＩＩ．無線給電式小型電子機器
本実施形態における無線給電式小型電子機器は、無線中継器から第二電磁波を受信し、発電された電力を駆動源として動作する機器である。

【0060】

本開示の無線給電システムによれば、上述した理由により、小型電子機器のアンテナサイズを小さくすることができる。また、無線中継器を介することで、無線給電式小型電子機器には蓄電能力が必要なく、より小型・薄膜化を図ることができる。また、送電器から無線中継器への送電が不定期、不定量であっても、無線中継器で蓄電することによって、無線中継器から小型電子機器への送電を継続的に行うことができる。

【0061】

図２に示すように、無線給電式小型電子機器３は、無線中継器２から送電された第二電磁波Ｗ２を受信する第二受電アンテナ３１ａを有する受電部３１を有する。また、受電部３１は、受信回路３１ｂ（たとえば、整流回路を含む）を含んでもよい。また、小型電子機器３は、小型電子機器の作動を行う駆動部３２、通信部３３を有していてもよい。
また、無線給電式小型電子機器３にも、蓄電池が配置されていることが好ましい。第二電磁波が途切れる場合もあるからである。

【0062】

無線給電式小型電子機器の第二受電アンテナとしては、上述した「ＩＩ．無線中継器」における第一受電アンテナと同様の種類が挙げられる。一方、第二受電アンテナのサイズは、上述した「ＩＩ．無線中継器」における第一受電アンテナのサイズよりも小さいことが好ましい。

【0063】

無線給電式小型電子機器の第二受電アンテナの面積は、特に限定されないが、５０ｃｍ^２以下とすることができ、９ｃｍ^２以下であることが好ましい。本実施形態においては、上述した理由により、無線給電式小型電子機器の第二受電アンテナのサイズを小さくすることが出来る。一方、例えば、１ｃｍ^２以上であり、３ｃｍ^２以上であってもよい。

【0064】

無線給電式小型電子機器の第二受電アンテナは、第二受電アンテナに含まれるアンテナ素子上に電磁波を屈折、分散させるためのプリズム体またはレンズを有することが好ましい。図５（ａ）、（ｂ）は、アンテナ素子５８上にプリズム体５５を有する第二受電アンテナ３１ａの概略断面図である。図５（ｃ）は、アンテナ素子５８上にレンズ５７を有する第二受電アンテナ３１ａの概略断面図である。プリズム体およびレンズの材料としては任意の樹脂材料を採用することができる。プリズム体およびレンズは、屈折率の違いを利用して電磁波の進行方向をアンテナ素子に導くように構成されていればよい。プリズム体の形状は、適宜変更可能であるが、三角、半円、台形、柱状、錐形でもよい。図５（ｂ）に示すように、プリズム体５５の一部がミラー５６であってもよい。

【0065】

受電部３１における受信回路３１ｂとしては、上述の「ＩＩ．無線中継器 （１）受電部」に記載の受信回路２１ｂと同様であるため、ここでの説明は省略する。

【0066】

通信部３３は、例えば無線中継器２と通信する。無線給電式小型電子機器３は、通信部３３の代わりに、受電部３１の第二受電アンテナ３１ａを用いて無線通信を行ってもよい。通信部は、無線中継器に対して、無線送電の要求、及び小型電子機器の位置を通知するパイロット信号等の無線送電に関する情報を送信してもよい。また、通信部は、無線中継器から、無線送電の要求に対する応答等の無線送電に関する情報を受信してもよい。

【0067】

本実施形態において、無線給電式小型電子機器は、小型電子機器本体に、受電部を有する受電シートが配置された形態が好ましい。図６に、本実施形態における無線給電式小型電子機器としてのスマートグラスを示す。図６に示す無線給電式小型電子機器３は、スマートグラス本体（小型電子機器本体）Ｘに、受電部３１を有する受電シートＳが配置されている。

【0068】

小型電子機器としては、常に充電されている状態であることが好ましい機器であり、例えば、スマートメガネ、スマートブレスレット、スマートウォッチ、フェイスマスク、フェイスシールド等のウェアラブル機器、ノートＰＣ、タブレット端末、カメラ、センサー等が挙げられる。

【0069】

ＩＶ．その他
本開示の無線給電システムは、上記で説明した送電器から無線中継器までの距離、無線中継器から小型電子機器までの距離を考慮すると、建物の屋内や乗り物の中で使用されることが好ましい。建物としては、工場、住宅、商業施設等が挙げられる。乗り物としては、自動車、電車等が挙げられる。また、本開示の無線給電システムは、屋外で利用可能なものであってもよい。

【0070】

本開示の無線給電システムは、上述したように上記送電器付太陽電池、無線中継器、および上記無線給電式小型電子機器のいずれにも、蓄電池を有していてもよい。この際、例えば上記送電器付太陽電池が有する制御部、もしくは無線中継器が有する制御部等が、上記送電器付太陽電池、無線中継器、および無線給電式小型電子機器のいずれかが有する蓄電池の電池残量の情報を各通信部により得て、自動的に第一電磁波もしくは第二電磁波を送り、送電を行い各蓄電池の残量を調整する機能を有していることが好ましい。

【0071】

Ｂ．無線給電システム用無線中継器
本開示においては、送電器から送信された送電用の第一電磁波を受信する受電アンテナと、送電用の第二電磁波を無線給電式小型電子機器に送信する送電アンテナとを有する、無線給電システム用無線中継器を提供する。
本開示の無線給電システム用無線中継器によれば、上述した理由により、受電損失を抑制しつつ、小型電子機器への無線給電が可能となる。

【0072】

本開示における無線給電システム用無線中継器、受電アンテナおよび送電アンテナについては、上述した「Ａ．無線給電システム ＩＩ．無線中継器」に記載の無線中継器、第一受電アンテナおよび第二送電アンテナと同様であるため、ここでの説明は省略する。

【0073】

Ｃ．無線給電システム（第二実施形態）
本実施形態の無線給電システムは、送電用の電磁波を送信する送電アンテナを有する送電器と、上記送電器の電源として機能する太陽電池とが一体化している、無線給電システム用送電器付太陽電池と、上記無線給電システム用送電器付太陽電池から送電された電力を受電する小型電子機器と、を有することを特徴とする。

【0074】

図７（ａ）、（ｂ）に、本実施形態の無線給電システム１００を例示する概略図を示す。本実施形態においては、上述の無線給電システム用送電器付太陽電池１０１と、送電器付太陽電池１０１から送電された電力を受電する小型電子機器１０３と、を有する無線給電システム１００を提供する。図７（ｂ）に示すように、本実施形態の無線給電システム１００は、無線給電システム用送電器付太陽電池１０１から送信された第一電磁波を受信する第一受電アンテナを有する中継器１０２を含んでもよいし、図７（ａ）に示すように中継器１０２を含まなくてもよい。

【0075】

本実施形態の無線給電システムによれば、送電器と太陽電池とが一体であるため、装置として簡便であり、取り扱いを容易とすることができる。また、送電器と太陽電池との間の回路長を短くすることができ、回路抵抗によるエネルギー損失を低減することができる。従って、受電損失を抑制しつつ、小型電子機器への送電が可能となる。

【0076】

本実施形態における小型電子機器は、送電器付太陽電池から送電された電力を受電する。小型電子機器の電力の受電は、送電器付太陽電池から直接無線で行われてもよいし、中継器を介して行われてもよい。前者の場合、小型電子機器は、送電器付太陽電池から送電された電磁波を受信する受電アンテナを有する。小型電子機器の受電アンテナとしては、「Ａ．無線給電システム ＩＩＩ．無線給電式小型電子機器」の第二受電アンテナと同様の種類が挙げられる。

【0077】

また、中継器を介する場合、中継器および小型電子機器は、有線または無線で接続されていることが好ましい。図７（ｂ）においては、中継器１０２および小型電子機器１０３は、コードＣの有線で電気的に接続されている。また、中継器１０２および小型電子機器１０３が無線で接続されている場合、小型電子機器は、中継器から送信された電磁波を受信する受電アンテナを有する。この場合の小型電子機器の受電アンテナとしては、「Ａ．無線給電システム ＩＩＩ．無線給電式小型電子機器」の第二受電アンテナと同様の種類が挙げられる。

【0078】

Ｄ．無線給電システム用送電器付太陽電池
本開示においては、送電用の電磁波を送信する送電アンテナを有する送電器と、送電器の電源として機能する太陽電池とが一体化している、無線給電システム用送電器付太陽電池を提供する。

【0079】

本開示の無線給電システム用送電器付太陽電池によれば、送電器と太陽電池との間の回路長を短くすることができ、回路抵抗によるエネルギー損失を低減することができる。従って、受電損失を抑制しつつ、小型電子機器への送電が可能となる。

【0080】

本開示の無線給電システム用送電器付太陽電池は、外部の機器に対して送電用の電磁波を送信する機能を有する。外部の機器としては、小型電子機器または中継器が挙げられる。本開示の無線給電システム用送電器付太陽電池から、小型電子機器または中継器への電磁波の伝送方式は、無線給電方式であれば特に限定されない。本実施形態においては、放射型であるマイクロ波方式、レーザ方式が好ましい。

【0081】

送電器、太陽電池、および無線給電システム用送電器付太陽電池の構成については、上述した「Ａ．無線給電システム I.送電器」に記載の送電器、太陽電池、および無線給電システム用送電器付太陽電池と同様であるため、ここでの説明は省略する。

【0082】

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本開示の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本開示の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0083】

１ … 送電器
２ … 無線中継器
３ … 無線給電式小型電子機器
１０，１００ … 無線給電システム
１３ … 太陽電池
１０１ … 送電器付太陽電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】