JP2007022382A - 飛翔体への給電システムおよびそれに使用される飛翔体への送電装置と飛翔体 - Google Patents

Abstract

【課題】地上に固定して設置された送電装置から飛翔体への給電を行う飛翔体への給電システムと、それに使用される飛翔体への送電装置および飛翔体を提案する。
【解決手段】地上に固定して設置された送電装置が、空間に設置されたエネルギー補給領域にマイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するようにマイクロ波を放射するとともに、エネルギー補給領域へ飛翔体を誘導する飛行指令を飛翔体に向けて発信する。または、飛翔体が、地上に固定して設置された送電装置にパイロット信号を送信し、送電装置が、このパイロット信号の到来方向にマイクロ波の放射方向を調整しながら、飛翔体を追尾するようにして、マイクロ波を飛翔体に向けて放射する。
【選択図】図１

Description

この発明は、飛行機などの飛翔体への給電システムおよびそれに使用される飛翔体への送電装置と飛翔体に関するものである。

空間を飛行する無人飛行機に対して、地上の送電装置からマイクロ波を送信し、給電するシステムが、１９９３年の「第１２回宇宙エネルギーシンポジウム講演集」の５７−６１頁に掲載された「ＭＩＬＡＸ用レクテナ」と題する論文に紹介されている。この無人飛行機は、アンテナと整流回路およびフィルタを組み合わせたレクテナを備え、地上の送電装置から送信されたマイクロ波を受電し、これを直流電力に変換する機能を有する。このレクテナからの電力補給により、無人飛行機は空間を飛行する。

１９９３年の「第１２回宇宙エネルギーシンポジウム講演集」の５７−６１頁に掲載された「ＭＩＬＡＸ用レクテナ」と題する論文

この論文に紹介された給電システムは、地上を走行する自動車に送電装置を搭載し、無人飛行機の飛行に従い、その無人飛行機の直下を、自動車を並走させることにより、無人飛行機に電力補給をするものと想定されるが、自動車が無人飛行機の直下位置から外れた場合、または無人飛行機が自動車の走行できない領域、例えば海上に飛行してしまう場合には、無人飛行機への電力補給が困難になる。

この発明は、このような不都合を改善することのできる飛翔体への給電システムおよびそれに使用される飛翔体への送電装置と飛翔体を提案するものである。

この発明の第１の観点による飛翔体への給電システムは、地上に固定して設置され空間に向けてマイクロ波を放射する送電装置と、前記マイクロ波を受電する受電装置を搭載した飛翔体とを含む飛翔体への給電システムであって、前記送電装置は、空間に設定されたエネルギー補給領域に前記マイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するように前記マイクロ波を放射するとともに、前記エネルギー補給領域へ前記飛翔体を誘導する飛行指令を前記飛翔体に向けて発信し、前記飛翔体は、前記飛行指示に基づいて前記エネルギー補給領域に誘導され、このエネルギー補給領域において、前記受電装置により、前記マイクロ波を受電することを特徴とする。

また、この発明の第２の観点による飛翔体への給電システムは、地上に固定して設置され空間に向けてマイクロ波を放射する送電装置と、前記マイクロ波を受電する受電装置を搭載した飛翔体とを含む飛翔体への給電システムであって、前記飛翔体は、前記送電装置に向けてパイロット信号を送信し、前記送電装置は、前記パイロット信号に基づき前記パイロット信号の到来方向に前記マイクロ波の放射方向を調整しながら、前記飛翔体を追尾するようにして、前記マイクロ波を前記飛翔体に向けて照射し、前記飛翔体への給電を行なうことを特徴とする。

また、この発明の第１の観点による飛翔体への送電装置は、地上に固定して設置され飛翔体へ送電を行う飛翔体への送電装置であって、マイクロ波放射装置と、飛行指令回路とを備え、前記マイクロ波放射装置は、空間に設定されたエネルギー補給領域に、マイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するようにマイクロ波を放射し、また前記飛行指令回路は、前記エネルギー補給領域へ前記飛翔体を誘導する飛行指令を、前記飛翔体に向かって送信することを特徴とする。

また、この発明の第２の観点による飛翔体への送電装置は、地上に固定して設置され飛翔体へ送電を行う飛翔体への送電装置であって、マイクロ波放射装置と、パイロット信号受信回路とを備え、前記パイロット信号受信回路は、前記飛翔体からのパイロット信号を受信し、前記マイクロ波放射装置は、前記パイロット信号に基づき前記パイロット信号の到来方向に前記マイクロ波の放射方向を調整しながら、前記飛翔体を追尾するようにして、マイクロ波を前記飛翔体に向けて放射することを特徴とする。

また、この発明の第１の観点による飛翔体は、地上に固定して設置された送電装置から放射されたマイクロ波を受電する飛翔体であって、前記マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、このマイクロ波受電装置が受電した電力を蓄積する電源装置と、この電源装置から電源電圧に供給を受けて前記送電装置から発信された飛行指令を受信する受信回路とを備え、前記受信回路が受信した前記飛行指令により、空間に設定されたエネルギー補給領域に誘導され、このエネルギー補給領域において、前記マイクロ波受電装置により、前記マイクロ波を受電することを特徴とする。

さらに、この発明の第２の観点による飛翔体は、地上に固定して設置された送電装置から放射されたマイクロ波を受電する飛翔体であって、前記マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、このマイクロ波受電装置が受電した電力を蓄積する電源装置と、この電源装置から電源電圧の供給を受けて前記送電装置に向けてパイロット信号を発信するパイロット信号回路とを備え、前記パイロット信号に基づいて、飛翔体を追尾するように前記送電装置から放射される前記マイクロ波を、前記マイクロ波受電装置により受電することを特徴とする。

この発明の第１の観点による飛翔体への給電システムでは、地上に固定して設置された送電装置が、空間に設定されたエネルギー補給領域に前記マイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するように前記マイクロ波を放射するとともに、前記エネルギー補給領域へ前記飛翔体を誘導する飛行指令を前記飛翔体に向けて発信し、前記飛翔体が、前記飛行指示に基づいて前記エネルギー補給領域に誘導され、このエネルギー補給領域において、前記受電装置により、前記マイクロ波を受電するので、飛翔体の直下に送電装置を並走させることなく、飛翔体への給電を行うことができる。

また、この発明の第２の観点による飛翔体への給電システムでは、飛翔体が、地上に固定して設置された送電装置に向けてパイロット信号を送信し、前記送電装置は、前記パイロット信号に基づき前記パイロット信号の到来方向に前記マイクロ波の放射方向を調整しながら、前記飛翔体を追尾するようにして、前記マイクロ波を前記飛翔体に向けて照射し、前記飛翔体への給電を行なうので、飛翔体の直下に送電装置を並走させることなく、飛翔体への給電を行うことができる。

また、この発明第１の観点による飛翔体への送電装置は、マイクロ波放射装置と、飛行指令回路とを備え、前記マイクロ波放射装置は、空間に設定されたエネルギー補給領域に、マイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するようにマイクロ波を放射し、また前記飛行指令回路は、前記エネルギー補給領域へ前記飛翔体を誘導する飛行指令を、前記飛翔体に向かって送信するので、飛翔体の直下に送電装置を並走させることなく、飛翔体への給電を行うことができる。

また、この発明の第２の観点による飛翔体への送電装置は、マイクロ波放射装置と、パイロット信号受信回路とを備え、前記パイロット信号受信回路は、前記飛翔体からのパイロット信号を受信し、前記マイクロ波放射装置は、前記パイロット信号に基づき前記パイロット信号の到来方向にマイクロ波の放射方向を調整しながら、飛翔体を追尾するようにして、マイクロ波を飛翔体に向けて放射するので、飛翔体の直下に送電装置を並走させることなく、飛翔体への給電を行うことができる。

また、この発明の第１の観点による飛翔体は、マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、このマイクロ波受電装置が受電した電力を蓄積する電源装置と、この電源装置から電源電圧に供給を受けて送電装置から発信された飛行指令を受信する受信回路とを備え、前記受信回路が受信した前記飛行指令により、空間に設定されたエネルギー補給領域に誘導され、このエネルギー補給領域において、前記マイクロ波受電装置により、前記マイクロ波を受電するので、飛翔体の直下に送電装置を並走させることなく、送電装置からの給電を受けることができる。

さらに、この発明の第２の観点による飛翔体は、マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、このマイクロ波受電装置が受電した電力を蓄積する電源装置と、この電源装置から電源電圧の供給を受けて送電装置に向けてパイロット信号を発信するパイロット信号回路とを備え、前記パイロット信号に基づいて、飛翔体を追尾するように前記送電装置から放射される前記マイクロ波を、前記マイクロ波受電装置により受電するので、飛翔体の直下に送電装置を並走させることこなく、送電装置からの給電を受けることができる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による飛翔体への給電システムの実施の形態１を示すブロック回路図である。この実施の形態１の飛翔体への給電システムは、この発明による飛翔体への送電装置１０と、この発明による飛翔体５０とを含んでいる。送電装置１０は、地上に固定して設置される。具体的には、地上の所定位置に建設された送電タワーの頂上部分に設置される。飛翔体５０は、例えば無人飛行機であり、例えば監視カメラを搭載し、地上の状況を撮影するミッションを持ち、取得した映像データを送電装置１０に送信する機能を有する。

まず、飛翔体への送電装置１０について説明する。この送電装置１０は、マイクロ波放射装置２０と、通信用の送信回路３０と、通信用の受信回路３５と、制御回路４０とを有する。

実施の形態１では、マイクロ波放射装置２０は、複数のマイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・２０Ｎによって構成される。マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎのそれぞれは、マイクロ波発振装置２１と、マイクロ波アンテナ２２とにより構成され、各マイクロ波発振装置２１は対応するマイクロ波アンテナ２２に接続される。各マイクロ波発振装置２１は、商用交流電源を受けて、例えば２〜１０ＧＨｚのマイクロ波を、マイクロ波アンテナ２２を通じて、空間に向けて放射する。

この実施の形態１では、マイクロ波放射装置２０は、空間に設定されたエネルギー補給領域ＥＳに沿ってマイクロ波を照射し、エネルギー補給領域ＥＳを形成する。図２は、各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎにより、空間に放射されるマイクロ波のエネルギー分布を示す。図２（ａ）は、地面に垂直な平面におけるエネルギー分布を示し、図２（ｂ）は地面に平行な平面におけるエネルギー分布を示す。この図２（ａ）（ｂ）において、複数の円形領域ＥＨＡ、ＥＨＢ、・・・、ＥＨＮは、各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎによって空間に形成されたマイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を示す。これらの高エネルギー領域ＥＨＡ、ＥＨＢ、・・・、ＥＨＮは、エネルギー補給領域ＥＳに沿って形成され、結果としてエネルギー補給領域ＥＳを形成する。

図２（ａ）（ｂ）から明らかなように、エネルギー補給領域ＥＳは、例えば平面形状が楕円のリング形状を形成する。各高エネルギー領域ＥＨＡ、ＥＨＢ、・・・、ＥＨＮは、この楕円のリング形状のエネルギー補給領域ＥＨに沿って形成され、この楕円のリング形状のエネルギー補給領域ＥＳを形成する。各高エネルギー領域ＥＨＡ、ＥＨＢ、・・・、ＥＨＮの位置は、例えば各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎにおけるマイクロ波アンテナ２２の向きを調整することにより調整できる。したがって、マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎにおける各マイクロ波アンテナ２２の向きを個別に調整することにより、各高エネルギー領域ＥＨＡ、ＥＨＢ、・・・、ＥＨＮを楕円のリング形状のエネルギー補給領域ＥＳに沿って形成することができる。

なお、エネルギー補給領域ＥＳの形状は、平面形状が楕円のリング形状を成すものに限らず、その他の形状とすることもできる。例えば、平面形状が、円形形状、直線形状、楕円形状と直線形状を組合わせた形状、または円形形状と直線形状を組合わせた形状も有効である。各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・２０Ｎにおけるマイクロ波アンテナ２２の向きを調整することにより、これらの形状のエネルギー補給領域ＥＳを形成することもできる。

エネルギー補給領域ＥＳは、実施の形態１では、各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎの各マイクロ波アンテナ２２の向きを調整した後、固定することにより、空間の所定位置に形成することができる。しかし、各マイクロ波アンテナ２２の向きを全体的に変更することにより、異なる位置にエネルギー補給領域ＥＳを移動させることもできる。

通信用の送信回路３０と、受信回路３５は、共通の通信アンテナ３１に接続され、飛翔体５０との間で通信を行う。通信アンテナ３１は、例えばパラボラアンテナで構成される。制御回路４０は、マイクロ波放射装置２０、送信回路３０、および受信回路３５のそれぞれに接続される。

マイクロ波放射装置２０と制御回路４０は、送電指令回路２３を介して接続される。この送電指令回路２３は、制御回路４０によって制御され、送電指令ＩＰｗをマイクロ波放射装置２０の各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎに供給する。この送電指令ＩＰｗにより、マイクロ波放射装置２０における各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎのマイクロ波発振装置２１の発振を開始させるように制御し、空間に設定されたエネルギー補給領域ＥＳに、必要な時間に、マイクロ波を照射する。

送信回路３０と制御回路４０との間には、飛行指令回路３２とデータ発信指令回路３３が接続される。飛行指令回路３２は、制御回路４０によって制御され、送信回路３０および通信アンテナ３１を通じて、飛翔体５０に向けて飛行指令ＩＦを送信する。この飛行指令ＩＦは、飛翔体５０の飛行高度、飛行航路および機体姿勢を指示する信号である。この飛行指令ＩＦは、監視誘導指令ＩＦＡと補給誘導指令ＩＦＢを含む。監視誘導指令ＩＦＡは、飛翔体５０を監視航路に沿って誘導する指令である。補給誘導指令ＩＦＢは、空間に設定されたエネルギー補給路ＥＳに、飛翔体５０を誘導する指令である。

データ発信指令回路３３は、制御回路４０によって制御され、送信回路３０および通信アンテナ３１を通じて、飛翔体５０に向けてデータ発信指令ＩＤａを送信する。このデータ発信指令ＩＤａは、飛翔体５０が蓄積した取得データＤａを、送電装置１０に向けて発信するように指令する信号である。

受信回路３５と制御回路４０との間には、データ受信回路３６および飛行情報受信回路３７が接続される。データ受信回路３６は、データ発信指令ＩＤａに基づいて、飛翔体５０が送電装置１０に向けて発信する取得データＤａを、通信アンテナ３１および受信回路３５を通じて受信する。飛行情報受信回路３７は、飛翔体５０から送電装置１０に向けて発信される飛行情報Ｆｉを、通信アンテナ３１および受信回路３５を通じて受信する。この飛行情報Ｆｉは、飛翔体５０の位置情報Ｆｉａと、姿勢情報Ｆｉｂを含む。位置情報Ｆｉａは、高度、緯度、経度を示す情報であり、姿勢情報Ｆｉｂは、飛翔体５０の飛行姿勢を示す情報である。

次に飛翔体５０について説明する。飛翔体５０は、マイクロ波受電装置６０と、電源装置６５と、中央処理ユニット７０と、通信信号処理回路７１と、高周波回路７５と、ミッション機器８０と、取得データバンク８１と、機体制御装置８３と、駆動モータ８５と、位置・姿勢センサ８７とを有する。

マイクロ波受電装置６０は、飛翔体５０が空間に設定されたエネルギー補給領域ＥＳを飛行するときに、マイクロ波放射装置２０から放射されたマイクロ波を受電する。このマイクロ波受電装置６０は受電レクテナ６１を有し、受電したマイクロ波を整流して直流電力に変換し、直流電力を出力する。この受電レクテナ６１は、多数のレクテナ素子を含む。この各レクテナ素子は、アンテナに接続され、アンテナで受電したマイクロ波を整流して、直流電力に変換する。このレクテナ素子は、前記先行技術、１９９３年の「第１２回宇宙エネルギーシンポジウム講演集」の５７−６１頁に掲載された「ＭＩＬＡＸ用レクテナ」と題する論文に紹介されている。また例えば、特開平５−３３５８１１号公報にも開示されている。

電源装置６５は、バッテリを内蔵する。この電源装置６５のバッテリは、マイクロ波受電装置６０から出力される直流電力により充電され、マイクロ波受電装置６０の直流出力を蓄積する。電源装置６５は、中央処理ユニット７０、通信信号処理回路７１、高周波回路７５、ミッション機器８０、取得データバンク８１、機体制御装置８３、および駆動モータ８５のそれぞれに電源電圧Ｖｃを供給する。

中央処理ユニット７０は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、通信信号処理回路７１、ミッション機器８０および機体制御装置８３を制御する。通信信号処理回路７１は、中央処理ユニット７０と信号をやり取りして、飛翔体５０と送電装置１０との間の通信信号を処理するもので、送信回路７２と、受信回路７３を有する。送信回路７２は、飛翔体５０から送電装置１０へ送信する送信信号処理を行い、また受信回路７３は、送電装置１０から飛翔体５０が受信した受信信号処理を行う。

高周波回路７５は、変調回路７６と、ＲＦ回路７７と、復調回路７８を有する、ＲＦ回路７７は、通信アンテナ７９に接続される。変調回路７６は、送信回路７２に接続され、この送信回路７２からデータＤａと飛行情報Ｆｉの供給を受け、これらを変調し、ＲＦ回路７７および通信アンテナ７９を通じて、送電装置１０へ向けて送信する。復調回路７８は、受信回路７３に接続される。この復調回路７８は、通信アンテナ７９により受信した送電装置１０からの飛行指令ＩＦとデータ発信指令ＩＤａをＲＦ回路７７から受けて、これらを復調し、受信回路７３を通じて中央処理ユニット７０に供給する。

ミッション機器８０は、飛翔体５０に与えられたミッション機能を行うもので、例えば監視カメラを有し、この監視カメラで地上の状況を撮影する。このミッション機器８０は、中央処理ユニット７０によって制御される。ミッション機器８０により取得されたデータＤａは、取得データバンク８１にメモリされる。この取得データバンク８１は送信回路７２に接続される。

取得データバンク８１のデータＤａは、送電装置１０からのデータ発信指令ＩＤａに応答して、送信回路７２から高周波回路７５および通信アンテナ７９を通じて送電装置１０に向けて送信される。送電装置１０からのデータ発信指令ＩＤａは、通信アンテナ７９、高周波回路７５および受信回路７３を通じて中央処理ユニット７０に供給される。中央処理ユニット７０は、このデータ発信指令ＩＤａに基づき、送信回路７２にデータＤａの送信指令を与える。

機体制御装置８３は、飛翔体５０の機体制御を行なう。この機体制御装置８３は、位置・姿勢センサ８７から位置情報Ｆｉａ、および姿勢情報Ｆｉｂを受け、中央処理ユニット７０と信号をやり取りして、駆動モータ８５を制御する。位置・姿勢ユニット８７は、ＧＰＳ８８とジャイロ８９を有する。ＧＰＳ８８は、飛翔体５０の高度、緯度、経度を表わす位置情報Ｆｉａを出力し、またジャイロ８９は、飛翔体５０の姿勢を表わす姿勢情報Ｆｉｂを出力する。駆動モータ８５は、飛翔体５０の推進系と機体制御系に対する複数の駆動モータを含み、その推進系により機体の推進行い、また機体制御系により、垂直翼と水平翼を駆動して機体の進行方向を制御する。

機体制御装置８３は、送電装置１０からの飛行指令ＩＦに基づき、位置・姿勢センサ８７からの位置情報と姿勢情報を参照し、飛翔体５０が飛行指令ＩＦにより指示された飛行高度、飛行航路および機体姿勢で飛行するように駆動モータ８５を駆動する。送電装置１０からの飛行指令ＩＦは、通信信号処理回路７１の受信回路７３から中央制御ユニット７０に供給され、中央処理ユニット７０が、機体制御装置８３を制御して、指示された飛行高度、飛行航路、および飛行姿勢に制御する。飛行指令ＩＦに含まれる監視誘導指令ＩＦＡは、監視航路に沿って飛翔体５０を誘導し、また飛行指令ＩＦに含まれる補給誘導指令ＩＦＢは、エネルギー補給領域ＥＳに飛翔体５０を誘導する。

機体制御装置８３は、飛翔体５０の飛行情報Ｆｉを送信回路７２に供給する。この飛行情報は、ＧＰＳ８８からの位置情報Ｆｉａと、ジャイロ８９からの姿勢情報Ｆｉｂを含む。この飛行情報Ｆｉは、中央処理ユニット７０からの指示により、送信回路７３から高周波回路７５および通信アンテナ７９を通じて、周期的に送電装置１０に向けて送信される。

実施の形態１による監視動作とエネルギー補給動作についてまとめて説明する。先ず、監視動作は、送電装置１０からの飛行指令ＩＦの監視誘導指令ＩＦＡに基づいて実行される。この監視誘導指令ＩＦＡは、送電装置１０の飛行指令回路３２が、制御回路４０の制御の下で、送信回路３０および通信アンテナ３１を通じて飛翔体５０に向けて送信する。この監視誘導指令ＩＦＡは、飛翔体５０の通信アンテナ７９で受信され、高周波回路７５および受信回路７３を通じて、中央処理ユニット７０に供給される。

中央処理ユニット７０は、この監視誘導指令ＩＦＡに基づき、機体制御装置８３を制御し、飛翔体５０を指示された監視航路に沿って飛行させるとともに、ミッション機器８０を制御し、監視データＤａを撮影する。この監視データＤａは、取得データバンク８１に蓄積される。また中央処理装置７０は、送信回路７３を制御し、位置・姿勢センサ８７からの飛行情報Ｆｉ、すなわち位置情報Ｆｉａと姿勢情報Ｆｉｂを、高周波回路７５および通信アンテナ７９を通じて周期的に送信する。この飛行情報Ｆｉは、送電装置１０の通信アンテナ３１で受信され、受信回路３５および飛行情報受信回路３７を通じて制御回路４０に供給される。

飛翔体５０へのエネルギー補給動作は、送電装置１０からの飛行指令ＩＦの補給誘導指令ＩＦＢに基づいて実行される。この補給誘導指令ＩＦＢも、送電装置１０の飛行指令回路３２が、制御回路４０の制御の下で、送信回路３０および通信アンテナ３１を通じて飛翔体５０に向けて送信する。この補給誘導指令ＩＦＢは、飛翔体５０の通信アンテナ７９で受信され、高周波回路７５および受信回路７３を通じて、中央処理ユニット７０に供給される。

中央処理ユニット７０は、この補給誘導指令ＩＦＢに基づき、機体制御装置８３を制御し、飛翔体５０をエネルギー補給領域ＥＳに向かって誘導した後、このエネルギー補給領域ＥＳに沿って巡回させる。中央処理ユニット７０は、補給誘導指令ＩＦＢに基づき、ミッション機器８０の動作を停止させる。中央処理装置７０は、送信回路７３を制御し、位置・姿勢センサ８７からの飛行情報Ｆｉ、すなわち位置情報Ｆｉａと姿勢情報Ｆｉｂを、高周波回路７５および通信アンテナ７９を通じて周期的に送信する。この飛行情報Ｆｉは、送電装置１０の通信アンテナ３１で受信され、受信回路３５および飛行情報受信回路３７を通じて制御回路４０に供給される。

送電装置１０は、受信した飛行情報Ｆｉに基づいて、飛翔体５０がエネルギー補給領域ＥＳに近づいたときに、エネルギー補給領域ＥＳにマイクロ波を照射する。具体的には、送電装置１０の制御回路４０は、飛行情報Ｆｉに基づいて、飛翔体５０がエネルギー補給領域ＥＳに近づいたことを判定し、この判定に基づいて、送電指令回路２３から送電指令ＩＰｗを出力する。各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎは、この送電指令ＩＰｗに基づき、エネルギー補給領域ＥＳに向けてマイクロ波の放射を開始する。飛翔体５０は、エネルギー補給領域ＥＳを巡回することにより、マイクロ波受電装置６０がエネルギー補給領域ＥＳの高エネルギー領域ＥＨＡ、ＥＨＢ、・・・、ＥＨＮを順次通過して、マイクロ波を受電し、このマイクロ波受電装置６０が直流電力を出力し、電源装置６５に蓄電する。

以上のように実施の形態１による飛翔体への給電システムは、地上に固定して設置された送電装置１０が、空間に設定されたエネルギー補給領域ＥＳにマイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するようにマイクロ波を放射するとともに、エネルギー補給領域ＥＳへ飛翔体５０を誘導する飛行指令ＩＦを飛翔体５０に向けて発信し、飛翔体５０が、飛行指示ＩＦに基づいて、エネルギー補給領域ＥＳに誘導され、このエネルギー補給領域ＥＳにおいて、マイクロ波受電装置６０により、マイクロ波を受電するので、送電装置１０を飛翔体５０の直下に並走させることなく、飛翔体５０への給電を行うことができる。

また、実施の形態１による送電装置１０は、地上に固定して設置され飛翔体５０へ送電を行なう飛翔体への送電装置であり、マイクロ波放射装置２０と送信回路３０とを有し、マイクロ波放射装置２０が、空間のエネルギー補給領域ＥＳにマイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するようにマイクロ波を放射し、また送信回路３０が、エネルギー補給領域ＥＳへ飛翔体５０を誘導する飛行指令ＩＦを、飛翔体５０に向かって送信するので、送電装置１０を飛翔体５０の直下を並走させることなく、飛翔体５０への給電を行うことができる。

また、実施の形態１による飛翔体１０は、地上に固定して設置された送電装置１０から放射されたマイクロ波を受電するもので、マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置６０と、このマイクロ波受電装置６０が受電した電力を蓄積する電源装置６５と、この電源装置６５から電源電圧の供給を受けて送電装置１０から発信された飛行指令ＩＦを受信する受信回路３０とを備え、飛行指令ＩＦにより、空間に設定されたエネルギー補給領域ＥＳに誘導され、このエネルギー補給領域ＥＳにおいて、マイクロ波受電装置６０により、マイクロ波を受電するので、送電装置１０を飛翔体５０の直下で並走させることなく、給電を受けることができる。

実施の形態２．
図３は、この発明による飛翔体への給電システムの実施の形態２を示すブロック回路図である。この図３は、この発明による飛翔体への送電装置１０Ａと、この発明による飛翔体５０Ａを含んでいる。

この実施の形態２における送電装置１０Ａは、給電要求信号Ｒｅを受信する給電要求信号受信回路３８を有する。この給電要求信号受信回路３８は、受信回路３５と制御回路４０との間に接続される。この実施の形態２における発電装置１０Ａは、その他は実施の形態１における発電装置１０と同じに構成される。

実施の形態２における飛翔体５０Ａは、給電要求信号発生回路９１を有する。この給電要求信号発生回路９１は、電源装置６５と中央処理ユニット７０と高周波回路７５に接続される。この給電要求信号発生回路９１は、電源装置６５から電源電圧Ｖｃを受ける。中央処理ユニット７０は、電源装置６５の電源電圧Ｖｃを監視し、電源装置６５に充電が必要になったと判定したときに、給電要求信号発生回路９１から給電要求信号Ｒｅを発生させる。この給電要求信号Ｒｅは、変調回路７６、ＲＦ回路７７、および通信アンテナ７９を通じて送電装置１０Ａに向けて発信される。実施の形態２の飛翔体５０Ａは、その他は実施の形態１の飛翔体５０と同じに構成される。

飛翔体５０Ａからの給電要求信号Ｒｅは、送電装置１０Ａの通信アンテナ３１で受信され、受信回路３５、給電要求信号受信回路３８を通じて、制御回路４０に送られる。制御回路４０は、この給電要求信号Ｒｅに基づき、飛行指令回路３２から、飛翔体５０Aを、エネルギー補給領域ＥＳへ誘導する補給誘導指令ＩＦＢを発信し、この補給誘導指令ＩＦＢに基づいて、飛翔体５０Ａをエネルギー補給領域ＥＳへ誘導する。

送電装置１０Ａは、実施の形態１の送電装置１０と同様に、飛翔体５０Ａがエネルギー補給領域ＥＳに近づいたことを、飛行情報Ｆｉを受けた制御回路４０により判定し、その判定に基づき、送電指令回路２３から送電指令ＩＰｗを各マイクロ波放射ユニット２０Ａ、２０Ｂ、・・・、２０Ｎのそれぞれに供給し、エネルギー補給領域ＥＳへマイクロ波を照射する。

この実施の形態２によれば、実施の形態１と同じ効果が得られ、加えて飛翔体５０Ａからの給電要求信号Ｒｅに基づいて、送電装置１０Ａが、エネルギー補給領域ＥＳへ飛翔体５０Ａを誘導するので、飛翔体５０Ａの要求に基づいて、効果的な給電を行うことができる。

実施の形態３．
図４は、この発明による飛翔体への給電システムの実施の形態３を示すブロック回路図である。この図４は、この発明による飛翔体への送電装置１０Ｂと、この発明による飛翔体５０Ｂを含んでいる。

この実施の形態３における送電装置１０Ｂは、マイクロ波放射装置２０が１つのマイクロ波放射ユニット２０Ａによって構成され、このマイクロ波放射ユニット２０Ａのマイクロ波アンテナ２２が、フェーズドアレイアンテナによって構成される。このフェーズドアレイアンテナ２１は、マイクロ波の送信回路に移相器を有し、この移相器によるマイクロ波の移相量を変えることにより、マイクロ波の照射方向を調整することができる。マイクロ波放射ユニット２０Ａは、図２（ａ）（ｂ）に示されたマイクロ波のエネルギー密度の高い１つの高エネルギー領域ＥＨＡを空間に形成するが、この高エネルギー領域ＥＨＡが形成される方向を、フェーズドアレイアンテナの移相器の移相量を調整することにより調整する。

この実施の形態３は、実施の形態１のように、空間の所定位置にエネルギー補給領域ＥＳを設定するものではなく、マイクロ波放射ユニット２０Ａにおけるフェーズドアレイアンテナの位相器の移相量を調整することにより、高エネルギー領域ＥＨＡが飛翔体５０Ｂを追尾し、この高エネルギー領域ＥＨＡが飛翔体５０Ｂの飛行に従い連続的に飛翔体５０Ｂに放射される。

併せて送電装置１０Ｂは、パイロット信号発信指令回路３４と、パイロット信号受信回路３９を有する。パイロット信号発信指令回路３４は、制御回路４０と送信回路３０との間に接続され、送信回路３０および通信アンテナ３１を通じて、パイロット信号発信指令ＩＰｉを飛翔体５０Ｂに向けて送信する。パイロット信号受信回路３９は、制御回路４０と受信回路３５との間に接続され、飛翔体５０Ｂから通信アンテナ３１で受信したパイロット信号Ｐｉを制御回路４０へ供給する。

さらに、この実施の形態３では、送電装置１０Ｂの飛行指令回路３２からの飛行指令ＩＦは、監視誘導指令ＩＦ１だけを含み、補給誘導指令ＩＦを含まないように構成される。この実施の形態３における送電装置１０Ｂは、その他は実施の形態１における送電装置１０と同じに構成される。

実施の形態３における飛翔体５０Ｂは、パイロット信号回路９２を有する。このパイロット信号回路９２は、電源装置６５と、中央制御ユニット７０と、高周波回路７５の変調回路７６に接続される。パイロット信号回路９２は、電源装置６５から電源電圧Ｖｃの供給を受け、送電装置１０Ｂからのパイロット信号発信指令ＩＰｉに応答して、パイロット信号Ｐｉを送電装置１０Ｂに向けて送信する。実施の形態３における飛翔体１０Ｂは、その他は実施の形態１における飛翔体１０と同じに構成される。

この実施の形態３では、飛翔体５０Ｂが送電装置１０Ｂからの監視誘導指令ＩＦ１に基づき、指令された監視航路に沿って飛行するが、この監視航路の任意の場所で、送電装置１０Ｂが、飛翔体５０Ｂに向けてパイロット信号発信指令ＩＰｉを送信する。このパイロット信号発信指令ＩＰｉは、飛翔体５０Ｂの通信アンテナ７９で受信され、高周波回路７５、および受信回路７３を通じて中央処理ユニット７０に供給される。中央処理ユニット７０は、このパイロット信号発信指令ＩＰｉに基づき、パイロット信号回路９２を制御して連続的にパイロット信号Ｐｉを発生させる。

このパイロット信号Ｐｉは、高周波回路７５の変調回路７６、ＲＦ回路および通信アンテナ７９を通じて、送電装置１０Ｂに向けて送信される。送電装置１０Ｂでは、このパイロット信号Ｐｉは通信アンテナ３１で受信され、パイロット信号受信回路３９を通じて、制御回路４０に送られる。制御回路４０は、パイロット信号Ｐｉの到来方向を算出し、このパイロット信号Ｐｉの到来方向に、マイクロ波送電ユニット２０Ａからマイクロ波の放射方向を調整しながら、飛翔体５０Ｂを追尾するようにして、マイクロ波を飛翔体５０Ｂに向けて放射する。このマイクロ波は、飛翔体５０Ｂのマイクロ波受電装置６０で受電され、電源装置６５に蓄電される。

制御回路４０は、パイロット信号Ｐｉを受信したときから、マイクロ波放射ユニット２０Ａによるマイクロ波の放射を開始する。このマイクロ波の放射は、パイロット信号Ｐｉが続く限り行なわれる。飛翔体５０Ｂの飛行に伴ない、パイロット信号Ｐｉの到来方向が変化するが、制御装置４０は、このパイロット信号Ｐｉの到来方向を順次演算し、その到来方向に向けて、飛翔体５０Ｂを追尾しながら、マイクロ波放射ユニット２０Ａが飛翔体５０Ｂに向けてマイクロ波を放射する。

この実施の形態３による飛翔体への給電システムは、地上に固定して設置され空間に向けてマイクロ波を放射する送電装置１０Ｂと、マイクロ波を受電する受電装置６０を搭載した飛翔体５０Bとを含む飛翔体への給電システムであって、飛翔体５０Ｂは送電装置１０Ｂに向けてパイロット信号Ｐｉを送信し、また送電装置１０Ｂは、パイロット信号Ｐｉに基づきパイロット信号Ｐｉの到来方向にマイクロ波の放射方向を調整しながら、飛翔体５０Ｂを追尾するようにして、マイクロ波を飛翔体５０Bに向けて放射し、飛翔体５０Ｂへの給電を行うので、送電装置１０Ｂを飛翔体５０Ｂの直下で並走させることなく、飛翔体５０Ｂへの給電を行うことができる。

またこの実施の形態３における飛翔体への送電装置１０Bは、地上に固定して設置され飛翔体５０Ｂへの送電を行うもので、マイクロ波放射装置２０と、パイロット信号受信回路３９を備え、このパイロット信号受信回路３９は、飛翔体５０Ｂからのパイロット信号Ｐｉを受信し、マイクロ波放射装置２０は、パイロット信号Ｐｉの到来方向にマイクロ波の放射方向を調整しながら、飛翔体５０Ｂを追尾するようにして、マイクロ波を飛翔体５０Ｂに向けて放射するので、送電装置１０Ｂを飛翔体５０Ｂの直下で並走させることなく、地上に固定して設置し、飛翔体５０Ｂへの給電を行うことができる。

また、この実施の形態３による飛翔体５０Ｂは、地上に固定して設置された送電装置１０Ｂから放射されたマイクロ波を受電する飛翔体であって、マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置６０と、このマイクロ波受電装置６０が受電した電力を蓄積する電源装置６５と、この電源装置６５から電源電圧の供給を受けて送電装置１０Ｂに向けてパイロット信号Ｐｉを送信するパイロット信号回路９２とを備え、パイロット信号Ｐｉに基づいて、飛翔体５０Ｂを追尾するように送電装置１０Ｂから放射されるマイクロ波を、マイクロ波受電装置６０により受電するので、送電装置１０Ｂを飛翔体５０Ｂの直下で並走させることなく、給電を受けることができる。

なお、実施の形態３において、飛翔体５０Ｂが、自発的にパイロット信号Ｐｉを送信することもできる。この場合、飛翔体５０Ｂの中央処理ユニット７０が、例えば電源装置６５の電源電圧Ｖｃを監視し、その電源装置６５を充電する必要があると判定したときに、パイロット信号回路９２から連続的にパイロット信号Ｐｉを送信するように構成される。また、この場合、送電装置１０Ｂのパイロット信号発信指令回路３４を削除することができる。

この発明による飛翔体への給電システム、飛翔体への送電装置、飛翔体は、飛翔体への給電に利用することができる。

図１は、この発明による飛翔体への給電システムの実施の形態１を示すブロック回路図である。 図２（ａ）（ｂ）は、実施の形態１の送電装置のマイクロ波放射装置からのマイクロ波のエネルギー分布図である。 図３は、この発明による飛翔体への給電システムの実施の形態２を示すブロック回路図である。 図３は、この発明による飛翔体への給電システムの実施の形態２を示すブロック回路図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ：送電装置、２０：マイクロ波放射装置、
２０A、２０Ｂ、・・・、２０Ｎ：マイクロ波放射ユニット、
３２：飛行指令回路、３９：パイロット信号受信回路、
５０、５０Ａ、５０Ｂ：飛翔体、６０：マイクロ波受電装置、６５：電源装置、
７２：送信回路、７３：受信回路、９２：パイロット信号回路。

Claims (6)

1. 地上に固定して設置され空間に向けてマイクロ波を放射する送電装置と、前記マイクロ波を受電する受電装置を搭載した飛翔体とを含む飛翔体への給電システムであって、
   前記送電装置は、空間に設定されたエネルギー補給領域に前記マイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するように前記マイクロ波を放射するとともに、前記エネルギー補給領域へ前記飛翔体を誘導する飛行指令を前記飛翔体に向けて発信し、
   前記飛翔体は、前記飛行指示に基づいて前記エネルギー補給領域に誘導され、このエネルギー補給領域において、前記受電装置により、前記マイクロ波を受電することを特徴とする飛翔体への給電システム。
2. 地上に固定して設置され空間に向けてマイクロ波を放射する送電装置と、前記マイクロ波を受電する受電装置を搭載した飛翔体とを含む飛翔体への給電システムであって、
   前記飛翔体は、前記送電装置に向けてパイロット信号を送信し、
   前記送電装置は、前記パイロット信号に基づき前記パイロット信号の到来方向に前記マイクロ波の放射方向を調整しながら、前記飛翔体を追尾するようにして、前記マイクロ波を前記飛翔体に向けて照射し、前記飛翔体への給電を行なうことを特徴とする飛翔体への給電システム。
3. 地上に固定して設置され飛翔体へ送電を行う飛翔体への送電装置であって、
   マイクロ波放射装置と、飛行指令回路とを備え、
   前記マイクロ波放射装置は、空間に設定されたエネルギー補給領域に、マイクロ波のエネルギー密度の高い高エネルギー領域を形成するようにマイクロ波を放射し、
   また前記飛行指令回路は、前記エネルギー補給領域へ前記飛翔体を誘導する飛行指令を、前記飛翔体に向かって送信することを特徴とする飛翔体への送電装置。
4. 地上に固定して設置され飛翔体へ送電を行う飛翔体への送電装置であって、
   マイクロ波放射装置と、パイロット信号受信回路とを備え、
   前記パイロット信号受信回路は、前記飛翔体からのパイロット信号を受信し、
   前記マイクロ波放射装置は、前記パイロット信号に基づき前記パイロット信号の到来方向に前記マイクロ波の放射方向を調整しながら、前記飛翔体を追尾するようにして、マイクロ波を前記飛翔体に向けて放射することを特徴とする飛翔体への送電装置。
5. 地上に固定して設置された送電装置から放射されたマイクロ波を受電する飛翔体であって、
   前記マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、このマイクロ波受電装置が受電した電力を蓄積する電源装置と、この電源装置から電源電圧に供給を受けて前記送電装置から発信された飛行指令を受信する受信回路とを備え、
   前記受信回路が受信した前記飛行指令により、空間に設定されたエネルギー補給領域に誘導され、
   このエネルギー補給領域において、前記マイクロ波受電装置により、前記マイクロ波を受電することを特徴とする飛翔体。
6. 地上に固定して設置された送電装置から放射されたマイクロ波を受電する飛翔体であって、
   前記マイクロ波を受電するマイクロ波受電装置と、このマイクロ波受電装置が受電した電力を蓄積する電源装置と、この電源装置から電源電圧の供給を受けて前記送電装置に向けてパイロット信号を発信するパイロット信号回路とを備え、
   前記パイロット信号に基づいて、飛翔体を追尾するように前記送電装置から放射される前記マイクロ波を、前記マイクロ波受電装置により受電することを特徴とする飛翔体。

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