JP2010004324A

JP2010004324A - 無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局

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Publication number: JP2010004324A
Application number: JP2008161472A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamamoto; 敦士山本; Hiroyuki Sato; 裕之佐藤; Hiroshi Ikematsu; 寛池松; Koji Naemura; 康次苗村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: US20090315412A1; JP4715874B2; US7888586B2

Abstract

【課題】この発明は、回路規模の増大を招くことなく、より効率的に、各電力送信装置から送信されるマイクロ波がレクテナ基地局において受信される際の位相を揃えることのできる無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局を得ることを目的とする。
【解決手段】レクテナ基地局は、電力送信装置の識別符号を指定し、この識別符号を含むコマンド信号を送信する。電力送信装置は、パイロット信号受信アンテナ１１によりパイロット信号を受信し、追尾受信機１９により合成された和信号を復調して、パイロット信号に重畳された識別符号を含むコマンド信号を再生し、コマンド判別器２２は予め記憶している識別符号と比較して一致する場合に移相指令を出力する。この移相指令に基づき位相制御部２３は移相器１４の位相を変更する。レクテナ基地局は受信電力値を検出し、電力値が大きくなるようにコマンド送信を行う。
【選択図】図４

Description

この発明は、太陽光を受けて光電変換し、得られた電力をもとに生成したマイクロ波を複数の送信装置から送信し、これを受信装置により受信して電力を生成する無線電力伝送システム、これに用いる電力送信装置及びレクテナ基地局に関するものである。

例えば、特許文献１には、宇宙空間の軌道上に配置された発電用の衛星から、地上の受信装置へマイクロ波による電力伝送を行う従来の無線電力伝送システムが記載されている。この従来の無線電力伝送システムでは、発電用の衛星において、レクテナ基地局から送信されるパイロット信号を受信し、レクテナ基地局に対してパイロット返信信号を送信するというものである。パイロット信号はスペクトル拡散変調がされており、各衛星ごとにパイロット信号を識別して基準位相を取り出す。一方、パイロット返信信号にもスペクロラム拡散変調が施され、レクテナ基地局において、各パイロット返信信号の位相情報を抽出して各発電用の衛星の位相遅延が求められ、この位相遅延をパイロット信号の位相に反映するフィードバック系を形成することによって、各発電用の衛星からのマイクロ波の位相を揃え、より大きな電力を得ようとするものである。

特開２００５−３１９８５３号公報

特許文献１に記載された従来の無線電力伝送システムによれば、地上のレクテナ基地局では、送信するパイロット信号の拡散変調を行い、受信したパイロット返信信号の逆拡散復調を行う回路と、逆拡散により得られた各衛星ごとのパイロット返信信号の位相を比較して、これを一致させるべくフィードバックする回路が必要となり、設備が増大するという問題点がある。また、軌道上の各衛星においても、パイロット信号を逆拡散復調し、パイロット返信信号を拡散変調して生成するための回路が必要となり、回路規模が増大するという問題点とともに、これらの回路を駆動するための電力が必要となり、光電変換によって生成された電力の一部がパイロット信号関係の回路によって消費され、全体の発電効率が低下するという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、回路規模の増大を招くことなく、より効率的に、各電力送信装置から送信されるマイクロ波がレクテナ基地局において受信される際の位相を揃えることのできる無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る無線電力伝送システムは、複数の電力送信装置からレクテナ基地局にマイクロ波を送信し、上記レクテナ基地局で受信して電力を生成する無線電力伝送システムにおいて、上記レクテナ基地局は、マイクロ波を受信するレクテナと、上記電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナと、上記レクテナにより受信した電力値が増大するように、上記電力送信装置の識別符号を指定して上記電力送信装置の位相を変更するコマンド信号を生成する位相監視制御部とを具備し、上記電力送信装置は、マイクロ波を上記レクテナ基地局へ送信する複数の送信アンテナ素子と、上記パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、このパイロット信号受信アンテナにより受信したパイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、この追尾受信機により検出したパイロット信号の到来方向に、上記複数の送信アンテナ素子から送信するマイクロ波の方向が向くように位相調整を行うビーム駆動制御部と、上記位相監視制御部からの上記コマンド信号に基づいて、上記識別符号が記憶する識別符号と一致する場合に、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御器とを具備したものである。

請求項２の発明に係るレクテナ基地局は、複数の電力送信装置から送信されるマイクロ波を受信し合成して電力を生成するレクテナ基地局において、上記マイクロ波を受信するレクテナと、上記電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナと、上記レクテナにより受信した電力値が増大するように、上記電力送信装置の識別符号を指定して上記電力送信装置の位相を変更するコマンド信号を生成する位相監視制御部とを備えたものである。

請求項３の発明に係る電力送信装置は、レクテナ基地局にマイクロ波を送信する電力送信装置において、上記マイクロ波を上記レクテナ基地局へ送信する複数の送信アンテナ素子と、上記レクテナ基地局からのパイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、このパイロット信号受信アンテナにより受信したパイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、この追尾受信機により検出したパイロット信号の到来方向に、上記複数の送信アンテナ素子から送信するマイクロ波の方向が向くように位相調整を行うビーム駆動制御部と、上記レクテナ基地局から送信され、識別符号が指定された位相を変更するコマンド信号に基づき、上記識別符号が記憶する識別符号と一致する場合に、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御器とを備えたものである。

請求項４の発明に係る無線電力伝送システムは、請求項３の発明に係る無線電力伝送システムにおいて、上記レクテナ基地局は、さらに、上記コマンド信号を上記パイロット信号に重畳する変調器を具備し、上記電力送信装置は、さらに、上記追尾受信機により受信するパイロット信号から上記コマンド信号を再生する復調器とを具備したものである。

請求項５の発明に係るレクテナ基地局は、請求項２の発明に係るレクテナ基地局において、さらに、上記コマンド信号を上記パイロット信号に重畳する変調器を備えたものである。

請求項６の発明に係る電力送信装置は、請求項２の発明に係る電力送信装置において、さらに、上記追尾受信機により受信するパイロット信号から上記コマンド信号を再生する復調器とを備えたものである。

請求項１乃至請求項３に記載の発明によれば、レクテナ基地局は、受信したマイクロ波の電力値が増大するように、電力送信装置の識別符号を指定して位相を変更するコマンド信号を生成し、電力送信装置は、コマンド信号において指定された識別符号が自己の識別符号と一致する場合に、送信するマイクロ波の位相変更を行うので、回路規模の増大を抑制することができる。また、請求項４乃至請求項６に記載の発明によれば、さらに、パイロット信号に上記コマンド信号を重畳して送信するので、電力送信装置側のコマンド信号の受信系をパイロット信号の受信系を用いて構成することができる。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局について図１乃至図６を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムの構成図であり、図１（ａ）は離散的に配置される発電衛星に設けた電力送信装置からマイクロ波伝送するケースを、図１（ｂ）は機械的に結合された複数の電力送信装置からマイクロ波伝送するケースを表わしている。尚、図１（ｂ）における電力送信装置を含む送信側装置は、宇宙空間に配置されるものや、地球上や成層圏などに配置されるものなどが考えられる。図１（ａ）において、１は太陽光を受けて光電変換して電力を生成し、マイクロ波により送電する複数の発電衛星であり、２は各発電衛星に設けた電力送信装置である。３は各発電衛星１及び各電力送信装置２を統制する統制衛星であり、主として発電衛星１との間で制御信号及び応答信号の送受信を行って制御するとともに、各発電衛星１（及び電力送信装置２）へ基準信号を送信するものである。４は電力送信装置２からのマイクロ波を受信して電力を生成するレクテナ基地局であり、５は複数のマイクロ波受信アンテナからなるレクテナ、６は電力送信装置２へ向けてパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナである。レクテナ５及びパイロット信号送信アンテナ６はレクテナ基地局４の一部をなす。図１（ｂ）において、７は複数の電力送信装置２を結合する機械的構造体、８は複数の電力送信装置２を統制する統制部であり、統制部８は各電力送信装置２との間で制御信号及び応答信号の送受信を行って各電力送信装置２を制御するとともに、各電力送信装置２へ基準信号を供給している。

各電力送信装置２はそれぞれマイクロ波をレクテナ基地局４へ向けて送信し、レクテナ基地局４内のレクテナ５によりマイクロ波が受信され合成されるが、このレクテナ５による受信の際に位相が相互にずれていると、レクテナ基地局４で生成される電力は低下することとなる。このような位相のずれは、各電力送信装置２で生成するマイクロ波の基準となる基準信号の位相ずれや、各電力送信装置２（とくに送信パネル部分）の位置変化や姿勢変化を要因として発生する。図２は電力送信装置２の位置及び姿勢変化の例を示しており、図２（ａ）はｎ個の送信電力装置２がほぼ独立に運動して位置や姿勢が変化するケースであり、図１（ａ）に示した複数の発電衛星１を用いた場合に顕著に生じる可能性がある。図２（ｂ）はｎ個の送信電力装置２が一体として位置変化を生じる場合であり、図１（ｂ）に示した機械的構造体７がほぼ剛体とみなせる場合に顕著に生じる可能性がある。図２（ｃ）はｎ個の送信電力装置２がその一部において位置や姿勢変化を生じる場合であり、図１（ｂ）に示した機械的構造体７が剛体とはできず、柔軟構造物として形成される場合に顕著に生じる可能性がある。

これらの図２（ａ）乃至図２（ｃ）において、個々の送信電力装置２に生じている姿勢の変化を方位方向の角度変化θ_ＡＺ、仰角方向の角度変化θ_ＥＬで表わし、位置の変化を１つの仮想平面Ｓからの距離ΔＬで表わす。姿勢の変化（θ_ＡＺ、θ_ＥＬ）が生じることによって、各電力送信装置２から送信されるマイクロ波の方向がレクテナ５の方向からずれるので、これを補正するためにパイロット信号が用いられる。即ち、各電力送信装置２はパイロット信号を受信して到来方向を求め、パイロット信号の到来方向へマイクロ波の送信方向が向くように制御される。また、位置の変化ΔＬが生じることによって、各電力送信装置２から送信されるマイクロ波は各装置ごとにその変化ΔＬ分の位相ずれを生じることになる。この位置変化ΔＬに起因して生じる位相ずれを補正するための装置構成について検討する必要が生じるものである。

次に、この発明の実施の形態１に係る電力送信装置及びレクテナ基地局の構成を図３乃至図５に基づき説明する。図３は電力送信装置２の送信パネルの外形を示す外形図であり、９は基板、１０はマイクロ波を送信する送信アンテナ素子、１１はパイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナである。送信アンテナ素子１０は基板９の面上にアレイ配置されており、基板に設けた給電線路によりマイクロ波給電されている。図４は電力送信装置２の構成を示す機能ブロック図である。図４において、１２は統制衛星３又は統制部８から入力される基準信号の入力端子、１３は基準信号を逓倍しキャリア信号を出力する逓倍器、１４はキャリア信号の位相を調整する移相器、１５はキャリア信号を分配する分配器、１６は分配されたキャリア信号を位相調整する移相器、１７はキャリア信号を増幅する増幅器である。１８は光電変換部であり、光電変換部１８にて生成した電力を増幅器１７へ入力して所定の電力レベルのマイクロ波が生成され、増幅器１７に接続された送信アンテナ素子１０から空間へ放射される。増幅器１７と送信アンテナ素子１０との接続は、１対１に接続されていても良いし、１対４のように１個の増幅器１７に対して複数個の送信アンテナ素子１０が接続されるものでも良い。１９はパイロット信号受信アンテナ１１から得られる和信号及び差信号に基づきパイロット信号の到来方向（θ_ＡＺ、θ_ＥＬ）を求める追尾受信機であり、２０はパイロット信号の到来方向（θ_ＡＺ、θ_ＥＬ）へ送信アンテナ素子１０から送信するマイクロ波が向くように各移相器１６の位相量を求め、求めた位相量により、各移相器１６へ位相設定するビーム駆動制御部である。２１は追尾受信機１９により受信したパイロット信号の和信号からコマンド信号を復調する復調器、２２は電力送信装置２に付された識別符号（この識別符号を自己の識別符号として記憶しているものとする。）と、復調器２１により復調して検出されたコマンド信号に含まれる識別符号とを比較し、符号が一致している場合に、移相する指令（移相指令）を出力するコマンド判別器、２３は、移相器１４に対して位相設定する位相制御部である。

図５はレクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。図５において、２４はレクテナ５により受信したマイクロ波を整流して合成し電力生成する整流合成部であり、２５はパイロット信号を生成し出力するパイロット信号送信部、２６は電力値Ｐを監視し、各電力送信装置２の位相制御を行う位相監視制御部である。パイロット信号送信部２５において、２７は位相監視制御部２６から出力されるコマンド信号（制御対象の電力送信装置２の識別符号を含む）によりパイロット信号の搬送波を変調する変調器、２８はパイロット信号を増幅等してパイロット信号送信アンテナ６へ出力する送信機である。

次に動作について説明する。レクテナ基地局４のパイロット信号送信アンテナ６から送信されたパイロット信号は、電力送信装置２のパイロット信号受信アンテナ１１により受信される。図３にはパイロット信号受信アンテナ１１の構成の一例が示されており、この例ではＡ乃至Ｇの７つのアンテナ素子により構成されている。いま、アンテナ素子Ａ乃至Ｇで受信した信号をそれぞれＳａ乃至Ｓｇとすると、追尾受信機１９はパイロット受信アンテナ１１により受信した信号を合成して、ＡＺ方向の和信号Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ及び差信号Ｓａ＋Ｓｂ−Ｓｃ−Ｓｄを、ＥＬ方向の和信号Ｓａ＋Ｓｅ＋Ｓｆ＋Ｓｇ及び差信号Ｓａ＋Ｓｅ−Ｓｆ−Ｓｇを生成する。追尾受信機１９は、パイロット信号のＡＺ方向及びＥＬ方向が変化することにより、これらの和信号、差信号の値が変化する性質を利用して、パイロット信号の到来方向であるθ_ＡＺとθ_ＥＬとを求め出力する。ビーム駆動制御部２０はパイロット信号の到来方向である（θ_ＡＺ、θ_ＥＬ）方向へマイクロ波送信するために、各移相器１６に設定する位相量を算出し、移相器１６に設定する。このような動作によって、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示した位置及び姿勢の変化のうち、姿勢により生じるレクテナ基地局４のレクテナ５の方向と電力送信装置から送信するマイクロ波の方向とのずれが補正される。尚、パイロット信号受信アンテナ１１の構成及び配置は、図３に示すものに限られるものではなく、上記のような追尾受信に利用できるものであればよい。

次に図６に基づいて、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示した位置変化ΔＬによって生じる電力送信装置２間の位相ずれを補正する処理について説明する。図６は電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートであり、この処理は、レクテナ基地局４の位相監視制御部２６によって行われる。いま、電力送信装置２はｎ台あるものとし、レクテナ基地局４内の位相監視制御部２６は、まずステップＳ１において可変数ｋを１とし、ステップＳ２において可変数ｋ＝１に対応する１の電力送信装置２をその識別符号により指定する。ステップＳ３において、位相の変更を指令するコマンド信号（指定した識別符号を含む）をレクテナ基地局４から送信する。識別符号が一致する電力送信装置２は、コマンド信号に基づき、配下の送信パネル全体の位相を一律に所定量変更する。この変更によって、レクテナ基地局４のレクテナ５で受信される電力値Ｐが変化し、ステップＳ４において電力値Ｐを検出する。位相監視制御部２６はステップＳ５で電力値Ｐが最大となるかの判定を行って、電力値Ｐが大きくなるように指定した電力送信装置２に対して、繰り返し位相の変更を指令するコマンド信号を送出する。ステップＳ５の判定により、電力値Ｐが最大となったところでｋ＝１により指定した電力送信装置２の位相調整を終了し、可変数ｋがｎよりも大きくなっていないことをステップＳ６により判定し、ｋを１増加して、次の電力送信装置２の位相調整に移る。これを順々に各電力送信装置ごとに繰り返して行っていくことにより、複数の電力送信装置２から送信されレクテナ５で受信されるマイクロ波の位相が揃い、生成する電力を最大若しくはこれに近い値にすることができる。

なお、位相監視制御部２６は、ステップＳ３乃至ステップＳ５における電力値Ｐが最大となる位相値を得るために、位相０度〜３６０度を所定角度ごとに変更させて各角度で電力値Ｐを検出しておき、最も大きくなる角度に位相を設定させるように指令する方法や、位相を変更する指令信号中に位相を変更する方向（プラス及びマイナス）を記述し、検出する電力値Ｐが大きくなる方向に電力送信装置の位相をステップ駆動せしめ、これ以上電力値Ｐが大きくならないところで指令を終了させる方法などがある。

図５に示したレクテナ基地局４は、位相監視制御部２６が可変数ｋに対応する電力送信装置２の識別符号を指定し（ステップＳ２）、この識別符号を含むコマンド信号を変調器２７へ出力することにより、変調器２７においてパイロット信号にコマンド信号が重畳され、送信機２８で増幅されて送信されることにより、ステップＳ３の「位相の変更を指令する」ことが実行される。図４に示す電力送信装置２は、パイロット信号受信アンテナ１１により受信し追尾受信機１９により合成された和信号を復調して、パイロット信号に重畳されたコマンド信号（含む識別符号）を再生し、コマンド判別器２２は予め記憶している識別符号と比較して一致する場合に移相する指令を出力し、この指令を受けて位相制御部２３は移相器１４の位相を変更する。なお、コマンド信号は、コマンドコードと指定する電力送信装置の識別符号からなるが、専用コマンドである場合にはコマンドコードは無くてもよい。

以上のように、レクテナ基地局４からの指令に基づいて次々と各電力送信装置２の位相を変更していき、レクテナ基地局４において電力値Ｐを検出しこれが大きくなるよう位相調整を行うことにより、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示した位置変化ΔＬに伴う、マイクロ波の位相ずれの補正ができるとともに、各電力送信装置２に供給される基準信号の位相についても内包されて、この位相調整によって補正されることになり、各電力送信装置２からの位相ずれが補正されてレクテナ基地局４において、より大きな電力を得ることができる。また、従来技術に開示されたような発電用の衛星側にパイロット返信信号を送信するための拡散変調器や送信機を持たせる必要がないので、回路規模の増大を抑えることができ、軽量化が図られるとともに装置の信頼性を向上することができる。また、パイロット信号にコマンド信号を重畳して送信することによって、電力送信装置側のコマンド信号の受信系をパイロット信号の受信系を用いて構成することができ、さらに回路規模の縮小化を図ることができる。

実施の形態２

この発明の実施の形態２に係る無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局について図７を用いて説明する。この発明の実施の形態２に係る電力送信装置及びレクテナ基地局は、実施の形態１において図３乃至図５に基づき説明した構成、機能と同等な構成、機能を有している。ここでは、実施の形態２において相違する部分である電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを図７に基づき説明する。

図７はこの発明の実施の形態２に係る電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートであり、この処理は、レクテナ基地局４の位相監視制御部２６によって行われる。この処理フローにおいても、電力送信装置２はｎ台あるものとしている。レクテナ基地局４内の位相監視制御部２６は、ステップＳ８においてレクテナ５により受信して得られる電力値Ｐを検出する。検出した電力値Ｐが下側しきい値Ｐ２より大きいかどうかをステップＳ９により判定する。電力値Ｐが下側しきい値Ｐ２より大きい場合には、許容範囲とみなしステップＳ８及びステップＳ９を繰り返す。検出した電力値Ｐが下側しきい値Ｐ２以下となるとステップＳ１０に移行し位相調整を開始する。ステップＳ１０からステップＳ１６のシーケンスは実施の形態１において説明した図６におけるステップＳ１からステップＳ７のシーケンスと同じであり説明を省略するが、このステップＳ１０からステップＳ１６のシーケンスによって、ｎ台の電力送信装置２の位相調整が順々に各電力送信装置ごとに繰り返して行われ、ｎ台の電力送信装置２から送信されレクテナ５で受信されるマイクロ波の位相が揃い、生成する電力を最大若しくはこれに近い値にすることができる。ｎ台の電力送信装置２の位相調整が終了するとステップＳ１７に移行し、位相調整終了時に検出した電力値Ｐが上側しきい値Ｐ１よりも大きいかどうかを判定する。電力値Ｐが上側しきい値Ｐ１よりも大きい場合には、良好に位相調整ができたものと判断し、ステップＳ８に戻る。電力値Ｐが上側しきい値Ｐ１以下である場合には、再度、位相調整を行うようにステップＳ１０に戻る。

上側しきい値Ｐ１と下側しきい値Ｐ２は構築するシステムの性能に応じて所定の値に設定することになる。各電力送信装置２が空間に放出するマイクロ波の電力は、図４に示した光電変換部１８や増幅器１７の効率、伝送線路における損失、送信パネルの指向性利得などを考慮して最大値を見積もることができ、さらに電力送信装置２から送信されたマイクロ波がレクテナ５で受信され合成される電力についても、位相が揃う条件により適切な解析を行うことにより理論最大値が求められる。この理論最大値に対して、各電力送信装置２での位相分解能や、マイクロ波送信方向のずれによる送信パネルの指向性利得の変化などの要因を考慮して能力値が求められる。例えば、この能力値を上側しきい値Ｐ１とし、システムに要求される最低発電能力値を下側しきい値Ｐ２に設定する。より具体的には各能力値を考慮して、例えば、合成電力の理論最大値に対して９０％レベルを上側しきい値Ｐ１とし、８０％レベルを下側しきい値Ｐ２とするような設定をしても良い。

また、上側しきい値Ｐ１及び下側しきい値Ｐ２は運用時に適切に再設定される構成としてもよい。実際の位相調整後の電力値Ｐの検出結果が複数回にわたって、ほぼ特定の値となるような場合には、その値が実ハードウェアの最大能力として把握されることになる。したがって、その特定の値を最大値とし、これに対して９０％レベルを上側しきい値Ｐ１とし、８０％レベルを下側しきい値Ｐ２と設定するようにしてもよい。

また、光電変換部１８でモニタしている電力情報が電力送信装置２又は統制衛星３（或いは統制部８）から通信回線を用いてレクテナ基地局４へ提供される場合のレクテナ基地局４の構成の別の一例を図８に示す。この場合、レクテナ基地局４は電力情報を受信アンテナ２９により受信し、テレメトリ受信機３０により復調し再生して位相監視制御部２６へ出力する。電力情報に基づいて位相監視制御部２６はその時点で得られる電力最大値を知ることができ、上述の上側しきい値Ｐ１や下側しきい値Ｐ２を再設定するようにしてもよい。なお、図８において図５と同一の符号を付した回路及び部分は、図５におけるそれらの回路及び部分と同一又は相当する回路及び部分を表わす。

実施の形態３

この発明の実施の形態３に係る無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局について図９及び図１０を用いて説明する。この発明の実施の形態３に係るレクテナ基地局は通信回線により位相の変更を指令するコマンド信号を送信するものであり、また電力送信装置２の電力情報を通信回線により取得するものである。図９はこの発明の実施の形態３に係るレクテナ基地局４の構成を示す機能ブロック図であり、図１０はこの発明の実施の形態３に係る電力送信装置２の構成を示す機能ブロック図である。図９において３１はコマンド信号を送信するコマンド送信機、３２は送受分波器、３３は通信回線送受信アンテナ、３４はパイロット信号を送信するパイロット信号送信部である。図９において、図５と同一の符号を付した回路及び部分は、図５におけるそれらの回路及び部分と同一又は相当する回路及び部分を表わす。図１０において、３５はコマンド信号が入力される入力端子である。図１０において、図４と同一の符号を付した回路及び部分は、図４におけるそれらの回路及び部分と同一又は相当する回路及び部分を表わす。

位相監視制御部２６は、各電力送信装置２へ位相の変更を指令する信号を送信するが、これを通信回線により行ってもよい。この場合、レクテナ基地局４はコマンド送信機３１を有し、位相監視制御部２６から電力送信装置２の識別符号を含む位相変更の指令（コマンド信号）がコマンド送信機３１へ入力されると、コマンド送信機３１はこのコマンド信号を通信回線の搬送波に重畳し、送受分波器３２及び送受信アンテナ３３を介して、電力送信装置２又は統制衛星３（或いは統制部８）へ向けて送信する。電力送信装置２又は統制衛星３（或いは統制部８）はこれを受信し、コマンド信号を再生する。再生されたコマンド信号は入力端子３５から入力され、コマンド判別器２２により識別符号を比較し、一致する場合には移相指令が出力され、位相制御部２３により移相器１４の位相設定を行う。

また、光電変換部１８でモニタしている電力情報が電力送信装置２又は統制衛星３（或いは統制部８）から通信回線を用いてレクテナ基地局４へ提供される。レクテナ基地局４は電力情報を送受信アンテナ３３により受信し、送受分波器３２を介してテレメトリ受信機３０により復調し再生して位相監視制御部２６へ出力する。電力情報に基づいて位相監視制御部２６はその時点で得られる電力最大値を知ることができ、実施の形態２において説明した上側しきい値Ｐ１や下側しきい値Ｐ２を再設定するようにしてもよい。

この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムの構成を表わす構成図である。電力送信装置の位置及び姿勢変化の例を表わす模式図である。電力送信装置の送信パネルの外形を示す外形図である。電力送信装置２の構成を示す機能ブロック図である。レクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートである。レクテナ基地局構成の別の一例を表わす機能ブロック図である。この発明の実施の形態３に係るレクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。この発明の実施の形態３に係る電力送信装置の構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

２電力送信装置
４レクテナ基地局
５レクテナ
６パイロット信号送信アンテナ
１０送信アンテナ素子
１１パイロット信号受信アンテナ
１４移相器
１６移相器
１９追尾受信機
２０ビーム駆動制御部
２１復調器
２２コマンド判別器
２３位相制御部
２４整流合成部
２５パイロット信号送信部
２６位相監視制御部
２７変調器
２９受信アンテナ
３０テレメトリ受信機
３１コマンド送信機

Claims

複数の電力送信装置からレクテナ基地局にマイクロ波を送信し、上記レクテナ基地局で受信して電力を生成する無線電力伝送システムにおいて、
上記レクテナ基地局は、マイクロ波を受信するレクテナと、上記電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナと、上記レクテナにより受信した電力値が増大するように、上記電力送信装置の識別符号を指定して上記電力送信装置の位相を変更するコマンド信号を生成する位相監視制御部とを具備し、
上記電力送信装置は、マイクロ波を上記レクテナ基地局へ送信する複数の送信アンテナ素子と、上記パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、このパイロット信号受信アンテナにより受信したパイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、この追尾受信機により検出したパイロット信号の到来方向に、上記複数の送信アンテナ素子から送信するマイクロ波の方向が向くように位相調整を行うビーム駆動制御部と、上記位相監視制御部からの上記コマンド信号に基づいて、上記識別符号が記憶する識別符号と一致する場合に、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御器とを具備したことを特徴とする無線電力伝送システム。
複数の電力送信装置から送信されるマイクロ波を受信し合成して電力を生成するレクテナ基地局において、上記マイクロ波を受信するレクテナと、上記電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナと、上記レクテナにより受信した電力値が増大するように、上記電力送信装置の識別符号を指定して上記電力送信装置の位相を変更するコマンド信号を生成する位相監視制御部とを備えたことを特徴とするレクテナ基地局。
レクテナ基地局にマイクロ波を送信する電力送信装置において、上記マイクロ波を上記レクテナ基地局へ送信する複数の送信アンテナ素子と、上記レクテナ基地局からのパイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、このパイロット信号受信アンテナにより受信したパイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、この追尾受信機により検出したパイロット信号の到来方向に、上記複数の送信アンテナ素子から送信するマイクロ波の方向が向くように位相調整を行うビーム駆動制御部と、上記レクテナ基地局から送信され、識別符号が指定された位相を変更するコマンド信号に基づき、上記識別符号が記憶する識別符号と一致する場合に、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御器とを備えたことを特徴とする電力送信装置。
上記レクテナ基地局は、さらに、上記コマンド信号を上記パイロット信号に重畳する変調器を具備し、上記電力送信装置は、さらに、上記追尾受信機により受信するパイロット信号から上記コマンド信号を再生する復調器とを具備したことを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
請求項２に記載のレクテナ基地局において、さらに、上記コマンド信号を上記パイロット信号に重畳する変調器を備えたことを特徴とするレクテナ基地局。
請求項３に記載の電力送信装置において、さらに、上記追尾受信機により受信するパイロット信号から上記コマンド信号を再生する復調器とを備えたことを特徴とする電力送信装置。