(57)【要約】【課題】電波を受信して発電する発電装置において、任意の場所において、簡易かつ迅速に多様な周波数の電波を同時に共振させることで電力を得ることができるようにすることを課題とする。【解決手段】電波発電装置として、受信した電波から所定範囲の任意の周波数をチューニングする共振回路を介して発電を行う、複数の発電部と、前記各発電部のそれぞれに対してチューニングを行うチューニング部と、前記複数の発電部から得られる電力を統合して出力する出力部とを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した電波から所定範囲の任意の周波数をチューニングする共振回路を介して発電を行う、複数の発電部と、
前記各発電部のそれぞれに対してチューニングを行うチューニング部と、
前記複数の発電部から得られる電力を統合して出力する出力部と
を有する電波発電装置。
【請求項２】
前記チューニング部はノーマリオフコンピューティングにより前記複数の発電部に対してチューニングが完了した後に電源が切れるコンピューターの制御によりチューニングを行うものである請求項１に記載の電波発電装置。
【請求項３】
前記発電部の共振回路は一定の幅を持った周波数領域に対して共振可能なものであって、前記チューニング部は周波数幅に対してチューニングを行うものである請求項１又は２に記載の電波発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を受信して発電する装置に関し、特に、広帯域電磁波エネルギーを収集し、幅広い周波数に対して同時に発電を行う装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、周囲の環境から微小なエネルギーを収穫し、電力に変換するエネルギーハーべスティングが注目されている。このようなエネルギーハーべスティングの中でも、電波を利用した発電は、情報通信技術の発達により各種放送電波や各種通信電波などの多様な電波が常時発信されており、エネルギーという観点から発信された電波のほとんど無駄になっていることから、極めて有用な技術であるということができる。
このような電波を利用して発電するものは、多くは特定の周波数に対して共振回路を介して発電するものであるが、この場合、特定の周波数のみに対して発電を行うので、発電量が小さく、また、他の周波数の電波は無駄になっているという問題がある。
これに対して、下記特許文献には複数の電波発電エレメントを設けることで、複数の周波数に対して同時に発電を行うことが示されており、このような方法によれば、発電に使える電波をより効率的に使用でき、電力を増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平10-146077号公報
【特許文献２】特開2008-148414号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載の発電装置では各発電エレメントは使用する電波の周波数を予め設定しておく必要があり、一つの場所で使用する場合は初期設定のみで足りるが、電波状況の異なる場所を移動して使用する場合は、都度調節が必要であり、労力及び時間がかかってしまうという問題がある。また数十の周波数設定を行うことは現実的ではなく、発電エレメントの数も限られてしまうこととなる。特許文献２に記載の発明は特定周波数にチューニングするものではないので、このような問題は生じないが共振を用いないことにより発電効率が低下するとう問題がある。
本発明は、このような問題を解決すべく、電波を受信して発電する発電装置において、任意の場所において、簡易かつ迅速に多様な周波数の電波を同時に共振させることで電力を得ることができるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、受信した電波から所定範囲の任意の周波数をチューニングする共振回路を介して発電を行う、複数の発電部と、前記各発電部のそれぞれに対してチューニングを行うチューニング部と、前記複数の発電部から得られる電力を統合して出力する出力部とを有する電波発電装置である。
請求項２に記載の発明は、前記発電装置において、前記チューニング部はノーマリオフコンピューティングにより前記複数の発電部に対してチューニングが完了した後に電源が切れるコンピューターの制御によりチューニングを行うものである。
請求項３に記載の発明は、前記発電装置において、前記発電部の共振回路は一定の幅を持った周波数領域に対して共振可能なものであって、前記チューニング部は周波数幅に対してチューニングを行うものである。
【発明の効果】
【０００６】
以上のような構成により本発明は、次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明は、所定範囲の任意の周波数をチューニングする共振回路を介して発電を行う複数の発電部それぞれに対して、チューニング部が個別にチューニングしていくので、任意の場所においてもチューニング可能な複数の異なる周波数の電波から電力を得ることができ、さらに簡易かつ迅速にそれぞれの周波数のチューニングを行うことができる。
請求項２に記載の発明は、チューニングが完了した後にチューニング部の電源が切れるので、その後の電力を必要とせず、発電効率を高めることができる。
請求項３に記載の発明は、発電部が一定幅を持った周波数領域に対して発電可能とすることで発電部の数を減らすことができ、発電装置のコンパクト化に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】実施形態２に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図３】実施形態３に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態１）
図１に実施形態１に係る電波発電装置Ｘの構成を模式的に示すブロック図を示す。電波発電装置Ｘは、複数の発電エレメント10-1、10-2、・・・、周波数サーチエンジン２０、出力統合・負荷制御部３０、二次電池４０とから構成される。
各発電エレメント10-1、10-2、・・・は発電部を構成するものであり、アンテナ11-1,11-2、・・・、チューナー12-1、12-2、・・・、昇圧DC/DCコンバーター13-1、13-2、・・・を有する。アンテナ11-1、11,2、・・・は高圧電線等から発生する低い周波数の電波から、家電などから発生する電波、ラジオ放送、テレビ放送、携帯電話通信等に用いられる電波までの超長波からマイクロ波まで適応できるように例えば、アンテナ11-1〜11-10までは超長波用、アンテナ11-11〜11-20までは長波用といったように、一定数の発電エレメント群ごとに異なる範囲の周波数に適したアンテナを実装するようにする。チューナー12-1、12-2、・・・はゲルマニウムラジオと同じ原理によりアンテナで受診した電波をバリコンとコイルによる共振回路により特定周波数の電波を共振させ、これを整流することで電流を発生させるものである。バリコンはここではバリアブルキャパシタを用い電圧変化によって容量を変えることでチューニングを行う。昇圧DC/DCコンバーター13-1、13-2、・・・は、チューナーから出力される直流電圧を昇圧する一般的な昇圧DC/DCコンバーターである。
【０００９】
周波数サーチエンジン２０は、演算処理を行うＣＰＵ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの作業領域となるＲＡＭ、クロック等により構成されるいわゆるマイコンであり、ＲＡＭを不揮発性素子とし、処理が必要なときだけ電力を消費するノーマリオフコンピューティングを行えるものである。周波数サーチエンジン２０はチューニング部を構成するものであり、実装されるプログラムによって、各発電エレメント10-1、10-2、・・・のチューナー12-1、12-2、・・・における前記バリアブルキャパシタに対して電圧を変えていくことでチューニングを行う。そして、一つの発電エレメントに対してチューニングが完了したら前記バリアブルキャパシタの電圧を固定し、次の発電エレメントに対してチューニングを行い、チューニングが完了したら電圧を固定するといった動作を、すべての発電エレメントに対して行う。チューニングは基本的に各発電エレメント10-1、10-2、・・・に対して異なる周波数でチューニングするが、同一周波数でチューニングされるものが存在してもよい。前記バリアブルキャパシタは二次電池４０から電圧の印加を受けるが、電流が流れないので電力は消費しない。また、周波数サーチエンジン２０も二次電池４０から電力を供給され、すべての各発電エレメント10-1、10-2、・・・のチューニングが完了したところでノーマリオフによって電源が切られるようになっている。これにより、周波数サーチエンジン２０は特定の場所における最初のチューニング時のみ電力を消費し、その後は電力を消費しない。
【００１０】
出力統合・負荷制御部３０は出力部を構成するものであり、各発電エレメント10-1、10-2、・・・から出力される電力を集めて負荷Ｌ又は二次電池４０に出力する。この際、各発電エレメント10-1、10-2、・・・の出力は安定しないので足らない場合は二次電池４０からの電力を供給し、余分な場合は二次電池４０に蓄えるといった制御動作を行う。
二次電池４０は一般的なリチウムイオン電池などの充電可能な二次電池であり、周波数サーチエンジン２０、出力統合・負荷制御部３０へ電力や各発電エレメント10-1、10-2、・・・への電圧の印加を行う。
【００１１】
次に、以上のような構成を有する電波発電装置Ｘの動作について説明する。なお、電波発電装置Ｘは、ウエラブルコンピューターなどの電力を要するデバイスを負荷Ｌとして、これらに組み込まれたり、外付けで接続されていたりするものとする。まず、新規の場所で発電を行う場合、周波数サーチエンジン２０が作動する。周波数サーチエンジン２０の作動は使用者による指示を受け付けて作動させてもよく、場所の移動を検知して自動で作動するようにしてもよい。周波数サーチエンジン２０は、最初の発電エレメント10-1のチューナー12-1に対してチューニングを行う。チューニングが完了したらこのチューニングを固定して、次の発電エレメント10-2のチューナー12-2に対してチューニングを行い、チューニングが完了したらこのチューニングを固定する。以下、同様の動作によりすべての発電エレメントのチューナーに対してチューニングを行い、これが完了すると周波数サーチエンジン２０の電源は自動で切れる。一方、チューニングが行われた各発電エレメント10-1、10-2、・・・は電波を電力に変換して出力統合・負荷制御部３０へと出力する。出力統合・負荷制御部３０は送られてくる電力を制御して負荷Ｌ又は二次電池４０に対して電力を供給する。
このように、電波発電装置Ｘは場所の電波状態に応じて適宜自動でチューニングを行うので、場所の電波状態に則して、簡易かつ迅速に複数の周波数の電波を同時に共振させることで電力を得ることができる。また、自動でチューニングを行うことから発電エレメントを増やしても使用者の負担にならないので、発電エレメントを増やして多くの電波を利用して発電量を増大させることが可能である。
【００１２】
（実施形態２）
図２に実施形態２に係る電波発電装置Ｙの構成を模式的に示すブロック図を示す。電波発電装置Ｙの、実施形態１に係る電波発電装置Ｘとの相異は、各発電エレメント50-1、50-2、・・・が単一の周波数に対して共振するチューナー12-1、12-2、・・・に代えて、一定幅の周波数に対して共振する広域帯共振デバイス52-1、52-2、・・・を用いている点である。広域帯共振デバイスは、一定幅の周波数に含まれる電波を合成することから得られるインパルスに対して共振を行うものである。広域帯共振デバイス52-1、52-2、・・・は一定幅の周波数に対して共振を行うので、チューナー12-1、12-2、・・・に対して少ない数で済むので、構成を簡素化することができる。
電波発電装置Ｙの動作は、実施形態１に係る電波発電装置Ｘとほぼ同じであるが、周波数サーチエンジン２０は特定周波数にチューニングすることに代えて、各広域帯共振デバイス52-1、52-2、・・・に対し共振する周波数帯域を探し出して、各広域帯共振デバイス52-1、52-2、・・・が当該帯域に共振するように固定していく。
【００１３】
（実施形態３）
図３に実施形態３に係る電波発電装置Ｚの構成を模式的に示すブロック図を示す。電波発電装置Ｚは、実施形態２に係る電波発電装置Ｙで用いた発電エレメントの広域帯共振デバイスを、対象とする全周波数で共振可能な超広域共振デバイス６２とすることで、発電エレメント６０を一つとするとともに周波数サーチエンジン２０を不要としたものである。
【００１４】
なお、上記各実施形態１、２では、アンテナを各発電エレメントごとに設けているが、アンテナは共用のアンテナとすることができ、この際、超長波用、長波用、中波用、短波用、マイクロ波用の複数のアンテナを共用することも可能である。
また、上記実施形態では、周波数サーチエンジン２０の動作は、一度周波数又は周波数帯域を決めた時点で動作を停止しているが、周波数又は周波数帯域の組み合わせを適宜変更して最も電力が大きくなる最適な組み合わせを抽出するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では、昇圧DC/DCコンバータは、各発電エレメントに設けているが、各発電エレメントに設ける事に代えて、出力統合・負荷制御部に一つ設けることで各発電エレメントから出力される電力を統合した後に昇圧するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００１５】
Ｘ、Ｙ、Ｚ  電波発電装置
10-1、10-2、・・・  発電エレメント
11-1、11-2、・・・  アンテナ
12-1、12-2、・・・  チューナー
13-1、13-2、・・・  昇圧DC/DCコンバーター
51-1、52-2、・・・  広域共振デバイス
６２  超広域共振デバイス
２０  周波数サーチエンジン
３０  出力統合・負荷制御部
４０  二次電池
50-1、50-2、・・・  発電エレメント
52-1、52-2、・・・  広域共振デバイス
６０  発電エレメント
６２  超広域共振デバイス
【図１】
2016184996.tif 000003
【図２】
2016184996.tif 000004
【図３】
2016184996.tif 000005