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技術 無線電力供給システム

出願人 国立大学法人京都大学玉置電子工業株式会社株式会社翔エンジニアリング株式会社菊池製作所
発明者 三谷友彦玉置賀浩小野晃義岸本篤始藤原暉雄小川重行野波健蔵
出願日 2015年7月15日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2015-140999
公開日 2017年1月26日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-022949
状態 特許登録済
技術分野 電磁波による給配電方式 電池等の充放電回路
主要キーワード 噴火口 水分情報 遠隔観測 森林内 RF変調回路 生死状態 観測場所 山岳遭難
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (19)

課題

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

解決手段

無線電力供給システムの一例である観測システム10は、マルチプタ11および観測機器12を備える。マルチコプタ11には、送電波を放射する送電部を有する送電・通信機器15が搭載される。観測機器12は、送電波を受電する受電部を有し、受電部が受電した電力を電力源とし、信号を送信する。

概要

背景

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

概要

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

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

送電波を放射する送電部を有する移動体と、前記送電波を受電する受電部を有し、前記受電部が受電した電力電力源とし、信号を送信する通信端末と、を備える、無線電力供給システム

請求項2

前記移動体は、前記信号を受信する通信部を備える、請求項1に記載の無線電力供給システム。

請求項3

前記移動体は断続的に前記通信端末に近づき、前記送電部は、前記移動体が前記通信端末に近づいたとき、前記送電波を放射する、請求項1または2に記載の無線電力供給システム。

請求項4

前記通信部と通信する基地局を備える、請求項2に記載の無線電力供給システム。

請求項5

前記移動体は飛翔体である、請求項1から4のいずれかに記載の無線電力供給システム。

請求項6

前記送電部は、前記通信端末が位置する場所に前記移動体が着地した状態で、前記送電波を放射する、請求項1から5に記載の無線電力供給システム。

請求項7

前記通信端末はセンサを有し、前記信号は、前記センサを用いて得られる情報を含む、請求項1から6のいずれかに記載の無線電力供給システム。

請求項8

複数の前記通信端末は間隔を置いて観測場所に配置される、請求項7に記載の無線電力供給システム。

請求項9

前記通信端末の上部には、飛来物から前記通信端末を防護する防護材が設けられる、請求項8に記載の無線電力供給システム。

請求項10

前記センサは、傾斜計温度計地震計およびカメラの少なくとも1つを有する、請求項7から9のいずれかに記載の無線電力供給システム。

請求項11

前記センサは、前記通信端末の使用者体温および脈拍数の少なくとも1つを計測する、請求項7に記載の無線電力供給システム。

請求項12

前記通信端末は衛星測位システム受信機を有し、前記信号は、前記受信機を用いて得られる情報を含む、請求項1から6のいずれかに記載の無線電力供給システム。

請求項13

前記信号は、前記通信端末の所有者識別情報を含む、請求項1から6のいずれかに記載の無線電力供給システム。

請求項14

前記通信端末は、受電および通信に共用されるアンテナと、前記アンテナによる前記送電波の反射波変調する変調部と、を有する、請求項1から13のいずれかに記載の無線電力供給システム。

技術分野

0001

本発明は、電磁波を用いて電力を供給する無線電力供給システムに関する。

背景技術

0002

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

先行技術

0003

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

発明が解決しようとする課題

0004

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

0005

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

課題を解決するための手段

0006

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

0007

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

発明の効果

0008

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

図面の簡単な説明

0009

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

実施例

0010

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

0011

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

0012

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

0013

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

0014

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

0015

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

0016

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

0017

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

0018

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

0019

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

0020

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

0021

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

0022

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

0023

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

0024

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

0025

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

0026

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

0027

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

0028

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

0029

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

0030

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

0031

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

0032

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

0033

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

0034

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

0035

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

0036

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

0037

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

0038

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

0039

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

0040

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

0041

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

0042

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

0043

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

0044

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

0045

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

0046

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

0047

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

0048

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

0049

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

0050

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

0051

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

0052

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

0053

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

0054

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

0055

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

0056

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

0057

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

0058

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

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