無線通信システムへの干渉を低減する
無線電力伝送方式

日本大学 短期大学部（船橋校舎）
ものづくり・サイエンス総合学科
教授 小林 一彦
2022年12月20日
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発表内容について
 本特許の概要について
 従来技術とその問題点
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無線電力伝送方式について
電波（マイクロ波）電力伝送
既存システム，今後のシステム
適用周波数
従来技術とその問題点のまとめ

 新技術の特徴・従来技術との比較
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市場動向
新技術の特性
従来技術との比較
具体的な動作例

 想定される用途
 実用化に向けた課題
 企業への期待

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本特許の概要について
無線電力伝送方式に関する。
その中で、電波（主にマイクロ波）を利用した無線電力方式を選択。
既存の無線通信システムへの干渉を抑えるための技術を提供。
これにより、電波を使用する利点を生かし、給電可能領域を限定せず、場所を選ばず給電可能とする環境を実現。
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従来技術とその問題点
無線電力伝送方式①電磁誘導方式②磁界共鳴方式③電波受信方式

概要
電力Tx

Rx

磁場共振回路整流回路

電力
電力

送信側のコイルに電 電場/磁場を共鳴させ 受信機側で受信した流を流すことで磁束 て電力を送信して，そ 電波を共振回路を介が発生し，受信側の の電力を充電する
して，整流回路で電コイルにも電流が流流に変換し，それをれることで充電する
充電する
送電距離

数１０ cm以下

３～５ m

～数km

変換効率

60～98 %

～90 %

～90 %

使用する
周波数

数百 kHz以下

数十 MHz以下

中波以上
4従来技術とその問題点
電波（マイクロ波）電力伝送

マイクロ波

マイクロ波ー直流変換器

マイクロ波発生器・増幅器

電力

受電
アンテナ

送電アンテナレクテナ

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従来技術とその問題点
今後のシステム

ワイヤレス充電によりバッテリーを持ち歩いたり、充電器への有線接続が不要に
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従来技術とその問題点
適用周波数 ITU-Rでの分類
ID
a1

a2

Applications
Wireless PoweredSensor Network

Wireless Charge ofMobile Devices

Frequency
915 MHz band,
2.45 GHz band,
5.8 GHz band

Condition
Indoor,outdoorDistance

Power

Severalmeters-dozens <50 W
of meters
Several2.45 GHz band

Indoormeters-dozens <50 W
of meters

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従来技術とその問題点
従来技術とその問題点のまとめ
マイクロ波による無線電力伝送を実用する場合、既存の無線システム（WiFi, Bluetooth等）への干渉が課題となる。
現状のマイクロ波による無線電力伝送は、ホットスポット的な限定された範囲でのサービスに留まっており、利便性に欠けている。
既存無線システムへの干渉に対する対策が十分でない。
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新技術の特徴・従来技術との比較
 市場動向と最終目的
IoT化の加速に伴い、センサーの数が急増

センサーネットワークが抱える３つの課題
電池交換のメンテナンス要
待機時間の消費電力
設置場所の限定

世界のIoTデバイス数の推移及び予測
出典先：総務省HP，令和３年情報通信白書 IoTデバイスの急速な普及よりhttps://www.soumu.go.jp/johotsusintokei/whitepaper/ja/r03/html/nd105220.html（閲覧日：2022.12.22）

無線電力伝送システムを用いてワイヤレス・バッテリーレスのセンサーネッワークを構築する
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新技術の特徴・従来技術との比較
 特許の内容と目的（課題 1/4）
課題

伝送効率

2.45 GHｚ帯(ISMバンド)
Wi-Fiとの混信

10新技術の特徴・従来技術との比較
 特許の内容と目的（課題 2/4）
 部屋のモデルアンテナ

ビームフォーミングにより電力伝送効率の改善
手段アレイアンテナの適用（フェイズドアレイ、アダプティブアレイアンテナ）

充電端末
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新技術の特徴・従来技術との比較
 特許の内容と目的（課題 3/4）
主なISMバンド利用例
ワイヤレス給電干渉
Wi-Fi
Bluetooth 他

利便性を重視するため影響を軽減
12新技術の特徴・従来技術との比較
 特許の内容と目的（課題 4/4）
 サイドローブレベルの低減が必要
送電アンテナ

サイドローブ充電端末

Wi-Fi

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新技術の特徴・従来技術との比較
 特許の内容と目的
 充電する対象の端末が、１台の場合、ビームフォーミングでWiFi通信への干渉は、抑えられるが、対象となる無線端末が複数存在する場合、運用方法を考える必要がある。
 これを解決する方法が、今回の特許となる。
 先行技術との相違点：
・給電環境を把握するためのサーチ機能を具備している点。
・アンテナ特性が，給電環境により適切な特性が動的に可変可能なアンテナである点。
・受電機器側の特徴として、機器情報，バッテリー情報を発すビーコン機器が具備している点。
・上記の機器を適切に動作させる方法。
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新技術の特徴・従来技術との比較
 本特許の構成

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新技術の特徴・従来技術との比較
 本特許の基本的な動作

16新技術の特徴・従来技術との比較
 本特許の具体的な動作例１/３
 受電側装置の動作空いている周波数を利用して，ビーコン（機器情報，バッテリー情報）を送信，一定期間をおいて受信
これを繰り返す

指示に応じて，チャネル変更
変更後ビーコンを発信

 送電側装置の動作
 サーチして使用していない周波数（チャンネル）把握
 ビーコンの受信 ビームフォーミングにより，受電装置の位置を特定
 ビーコンを受信した端末へ
必要に応じてチャネル変更を指示

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新技術の特徴・従来技術との比較
 本特許の具体的な動作例２/３
 受電側装置の動作
ビーコン送信、受信を繰り返す

 受電状態に変更
 充電開始 送電側の情報も受信

 ②送電側の問いかけに反応 送電側装置の動作 周波数変更、ビーコン受信 受電側装置の状況把握
 受電側装置に送電することを通知

 送電開始 受電側装置の情報から満充電になる時間を予測
 ①満充電に近づいたら受電側装置に問いかける
18新技術の特徴・従来技術との比較
 本特許の具体的な動作例３/３
 受電側装置の動作

 送電側装置の動作

満受電まで，①と②を繰り繰り返す送電側に，満充電を告報
受電側から満充電報告を受信

送電終了を受信送電を終了することを通知

スリーブモードへ送電を終了する
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効果
 マイクロ波無線電力伝送の給電可能エリアを限定せず、或いは意識せず、受電機器への無線電力供給が可能となる。
 ISMバンドを使用した無線通信システムとの共存が可能となる。
 効率的に無線電力伝送を可能とする。
 周波数の利用効率が向上する。
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想定される用途 スマートフォン等のモバイル通信端末への充電 センサーネットワークシステムにおいて、各センサーデバイスへの充電 バッテリーレス化、軽量化が求められている機器への充電
21実用化に向けた課題
 現在、シミュレーションによりサイドローブレベルを抑えたアレーアンテナを検討中。
 今後、検討中のアレーアンテナの試作、評価を実施するとともに、制御系のソフト開発を進め、実機での評価を経て、改善点などを見出して、実用化に向けて技術の確立を行う予定。

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企業への期待 WiFiルータの技術を有する企業との共同研究を希望。
 また、センサーネットワークシステムを開発中の企業には、本技術の導入が有効と思われる。

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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：無線送電装置、ルータ、無線送電制御プログラム
及び無線送電方法• 出願番号 ：特願2019-193423
• 出願人
：日本大学
• 発明者
：三枝 健二、小林 一彦、矢込 花純
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お問い合わせ先
日本大学産官学連携知財センター
ＴＥＬ ０３－５２７５－８１３９
ＦＡＸ ０３－５２７５－８３２８e-mail nubic＠nihon-u.ac.jp

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