JP2012217323A - Wireless power transmission system, power transmission apparatus and rectenna base station - Google Patents

Wireless power transmission system, power transmission apparatus and rectenna base station Download PDF

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Takuo Sasaki
拓郎 佐々木
Koyo Honma
幸洋 本間
Koji Naemura
康次 苗村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wireless power transmission system, a power transmission apparatus and a rectenna base station that more efficiently match a phase when a microwave transmitted from each power transmission apparatus is received by the rectenna base station without causing an increase in circuit scale, and suppress a reduction in power transmission efficiency in the event of an anomaly in each power transmission apparatus.SOLUTION: Not only a calculation is performed by a REV method using a radio field strength of a microwave received by a monitor antenna 25 of a rectenna base station 4 to adjust the phase of a power transmission apparatus 1, but also a measurement result by the REV method is used for anomaly detection in the power transmission apparatus 1 to suppress an increase in circuit scale, and power supply to the failed power transmission apparatus 1 is stopped by a distribution section 32 to avoid a reduction in efficiency of the overall system.

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。   The present invention relates to a wireless power transmission system that receives sunlight and performs photoelectric conversion, transmits microwaves generated based on the obtained power from a plurality of transmitting devices, and receives the received power by receiving devices to generate power. The present invention relates to a power transmission apparatus and a rectenna base station used for this.

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、地上の受信装置であるレクテナ基地局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、レクテナ基地局から送信されるパイロット信号を、発電用の衛星において受信し、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トル拡散変調が施され、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。
For example, Patent Document 1 describes a conventional wireless power transmission system that performs microwave power transmission from a power generation satellite arranged on an orbit in outer space to a rectenna base station that is a ground receiving device. Yes.
In this conventional wireless power transmission system, a pilot signal transmitted from a rectenna base station is received by a power generation satellite, and a pilot reply signal is transmitted to the rectenna base station. The pilot signal is subjected to spread spectrum modulation, and the pilot signal is identified for each satellite to extract the reference phase.
On the other hand, spread spectrum modulation is also applied to the pilot reply signal, and the rectenna base station extracts the phase information of each pilot reply signal to obtain the phase delay of each power generation satellite. By forming a feedback system that reflects the above, the phases of the microwaves from the power generation satellites are aligned to obtain a larger amount of power.

特開2005−319853号公報JP 2005-319853 A

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。   According to the conventional wireless power transmission system described in Patent Document 1, the terrestrial rectenna base station performs spread modulation on a pilot signal to be transmitted and performs despread demodulation on a received pilot reply signal, and despreading Therefore, it is necessary to provide a circuit for comparing the phases of the pilot reply signals of the satellites obtained by the above and feeding them back so as to make them coincide with each other.

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、全体の送電効率が低下するという問題点もあった。
さらに、パイロット信号の送受信により、各衛星からのマイクロ波の位相を揃えることは出来ても、衛星側で発生した異常の検出、及びそれに伴って送電効率が低下するという問題点もあった。
In addition, each satellite in orbit requires a circuit for despreading and demodulating the pilot signal and spreading and modulating the pilot reply signal, which increases the circuit scale and drives these circuits. Therefore, a part of the electric power generated by the photoelectric conversion is consumed by a circuit related to the pilot signal, and there is a problem that the entire transmission efficiency is lowered.
Furthermore, even if the phases of the microwaves from the satellites can be made uniform by transmitting and receiving pilot signals, there is a problem in that an abnormality occurring on the satellite side is detected and the transmission efficiency decreases accordingly.

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と共に、各電力送信装置で異常が発生した場合の送電効率の低下を抑制す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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and more efficiently receives microwaves transmitted from each power transmission apparatus at a rectenna base station without causing an increase in circuit scale. An object of the present invention is to obtain a wireless power transmission system, a power transmission device, and a rectenna base station that align the phases when the power transmission is performed and suppress a decrease in power transmission efficiency when an abnormality occurs in each power transmission device.

この発明に係る無線電力伝送システムは、太陽光を受けて光電変換し、得られた電力をもとにマイクロ波を生成する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直流電力に変換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、上記マイクロ波を受信するレクテナと、上記レクテナの近傍に設けられ、上記マイクロ波を受信するモニタアンテナと、上記複数の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、REV法の測定に基づく演算により上記モニタアンテナで受信されるマイクロ波の電波強度、またはレクテナで変換される直流電力が最大になるように、上記複数の電力送信装置におけるマイクロ波の位相を変更するコマンド信号を生成し、かつ、上記REV法の測定結果から上記複数の電力送信装置の異常を判定する位相監視制御部を備え、上記複数の電力送信装置はそれぞれ、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が指向する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、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御部と、上記太陽光から変換された電力を用いて上記マイクロ波を増幅する複数の増幅器と、上記各増幅器への電力供給を制御する配電部を備えたものである。
A wireless power transmission system according to the present invention receives sunlight, performs photoelectric conversion, transmits microwaves to a rectenna base station from a plurality of power transmission devices that generate microwaves based on the obtained power, and In a wireless power transmission system that receives at a base station and converts it to DC power,
The rectenna base station includes a rectenna that receives the microwave, a monitor antenna that is provided in the vicinity of the rectenna and receives the microwave, and a pilot signal transmission antenna that transmits a pilot signal to the plurality of power transmission devices. The phase of the microwaves in the plurality of power transmission devices is changed so that the radio wave intensity of the microwaves received by the monitor antenna or the DC power converted by the rectenna is maximized by the calculation based on the measurement of the REV method And a phase monitoring control unit that determines abnormality of the plurality of power transmission devices from the measurement result of the REV method, and each of the plurality of power transmission devices transmits the microwave to the rectenna base. A plurality of transmitting antenna elements for transmitting to the station and a pilot signal receiving for receiving the pilot signal An antenna, a tracking receiver that detects the arrival direction of the pilot signal received by the pilot signal receiving antenna, and a microwave that is transmitted from the plurality of transmitting antenna elements in the arrival direction of the pilot signal detected by the tracking receiver. A beam drive control unit that adjusts the phase to direct, a phase control unit that changes the phase of the microwave based on the command signal from the phase monitoring control unit, and power converted from the sunlight. A plurality of amplifiers that are used to amplify the microwave and a power distribution unit that controls power supply to the amplifiers are provided.

この発明によれば、複数の電力送信装置からのレクテナ基地局に送信されるマイクロ波の位相が揃うように、電力送信装置の位相を調整するので、回路規模の増大を抑制することができる。さらに、電力送信装置の異常を判定し、異常が発生した電力送信装置への電力供給を停止することで、異常が発生した場合の送電効率の低下を回避することができる。   According to the present invention, since the phase of the power transmission device is adjusted so that the phases of the microwaves transmitted from the plurality of power transmission devices to the rectenna base station are aligned, an increase in circuit scale can be suppressed. Furthermore, by determining the abnormality of the power transmission device and stopping the power supply to the power transmission device in which the abnormality has occurred, it is possible to avoid a decrease in power transmission efficiency when an abnormality has occurred.

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示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the wireless power transmission system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1における電力送信装置の位置及び姿勢変化の例を示す模式図である。6 is a schematic diagram illustrating an example of a change in position and posture of the power transmission device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけ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。FIG. 3 is an external view showing an external shape of a transmission panel of the power transmission device according to Embodiment 1. 実施の形態1における電力送信装置の構成を示す機能ブロック図である。3 is a functional block diagram illustrating a configuration of a power transmission device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるレクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。3 is a functional block diagram showing a configuration of a rectenna base station in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における無線電力伝送システムの運用フローを示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an operation flow of the wireless power transmission system according to the first embodiment. この発明の実施の形態2に係る無線電力伝送システムの構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the wireless power transmission system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態2における電力送信装置の構成を示す機能ブロック図である。6 is a functional block diagram illustrating a configuration of a power transmission device according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2におけるレクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。6 is a functional block diagram illustrating a configuration of a rectenna base station in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における無線電力伝送システムの運用フローを示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating an operation flow of the wireless power transmission system according to the second embodiment.

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、レクテナ基地局及び電力送信装置について図1乃至図5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(a)や図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電力送信装置である。2は各電力送信装置1の基準信号の源振信号を統制する源振統制装置であり、3は源振統制装置2からの基準信号を受信する受信アンテナであるが、源振統制装置2と各電力送信装置1との間の基準信号の送受信は、無線伝送であっても有線伝送であっても良い。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及び整流回路からなるレクテナである。レクテナ基地局4は後述するパイロット信号送信アンテナを有し、電力送信装置1へ向けてパイロット信号を送信する。レクテナ5及びパイロット信号送信アンテナはレクテナ基地局4の一部をなす。
図1(b)において、6は複数の電力送信装置1を結合する機械的構造体であり、源振統制装置2と各電力送信装置1との間で基準信号の送受信を行うことについては上述のとおりである。
Embodiment 1 FIG.
A wireless power transmission system, a rectenna base station, and a power transmission apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of a wireless power transmission system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A shows a case where microwave transmission is performed from discretely arranged power transmission apparatuses. Represents a case where microwaves are transmitted from a plurality of mechanically coupled power transmission devices. Note that the transmission side device including the power transmission device in FIGS. 1A and 1B may be a device arranged in outer space, a device arranged on the earth, the stratosphere, or the like.
In FIG. 1A, reference numeral 1 denotes a power transmission device that receives sunlight to perform photoelectric conversion to generate electric power, and transmits power by microwaves. Reference numeral 2 denotes a source control device that controls the source signal of the reference signal of each power transmission device 1, and reference numeral 3 denotes a receiving antenna that receives the reference signal from the source control device 2. Transmission / reception of the reference signal to / from each power transmission device 1 may be wireless transmission or wired transmission. Reference numeral 4 denotes a rectenna base station that receives microwaves from the power transmission device 2 and generates power. Reference numeral 5 denotes a rectenna including a plurality of microwave reception antennas and rectifier circuits. The rectenna base station 4 has a pilot signal transmission antenna, which will be described later, and transmits a pilot signal to the power transmission device 1. The rectenna 5 and the pilot signal transmitting antenna form part of the rectenna base station 4.
In FIG. 1B, reference numeral 6 denotes a mechanical structure that couples a plurality of power transmission apparatuses 1, and the reference signal transmission / reception between the source oscillation control apparatus 2 and each power transmission apparatus 1 is described above. It is as follows.

各電力送信装置1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1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1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1に設けられた電力伝送用のマイクロ波送信アンテナ7の位置及び姿勢変化の例を示しており、個々のマイクロ波送信アンテナ7に生じている姿勢の変化を方位方向の角度変化θAZ、仰角方向の角度変化θEL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(θAZ、θEL)が生じることによって、各電力送信装置1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1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指向するように制御される。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1から送信されるマイクロ波は装置毎にその変化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。
Each power transmission device 1 transmits microwaves to the rectenna base station 4, and the microwaves are received and synthesized by the rectenna 5 in the rectenna base station 4. If it deviates, the electric power produced | generated in the rectenna base station 4 will fall. Such a phase shift occurs due to a phase shift of a reference signal serving as a reference of a microwave generated by each power transmission device 1 or a change in position or posture of each power transmission device 1.
FIG. 2 shows an example of the change in position and posture of the microwave transmission antenna 7 for power transmission provided in the power transmission device 1, and the change in posture occurring in each microwave transmission antenna 7 is measured in the azimuth direction. An angle change θ AZ and an angle change θ EL in the elevation angle direction are represented, and a position change is represented by a distance ΔL from one virtual plane S. When the posture changes (θ AZ , θ EL ) occur, the direction of the microwaves transmitted from each power transmission device 1 is deviated from the direction of the rectenna 5, and thus a pilot signal is used to correct this. That is, each power transmission device 1 receives the pilot signal, obtains the arrival direction, and is controlled so that the transmission direction of the microwave is directed to the arrival direction of the pilot signal. Further, when the position change ΔL occurs, the microwave transmitted from each power transmission device 1 causes a phase shift corresponding to the change ΔL for each device. It is necessary to examine the device configuration for correcting the phase shift caused by the position change ΔL.

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1に設けたマイクロ波送信アンテナ7の送信パネルの外形を示す外形図であり、8は基板、9は基板8の面上にアレイ配置され、マイクロ波を送信する複数の送信アンテナ素子、10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9は基板8の面上にアレイ配置されており、基板8に設けた給電線路によりマイクロ波給電されている。
Next, configurations of the power transmission apparatus and the rectenna base station according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is an external view showing the external shape of the transmission panel of the microwave transmission antenna 7 provided in the power transmission device 1, wherein 8 is a substrate, 9 is an array arranged on the surface of the substrate 8, and a plurality of microwaves are transmitted. The transmitting antenna element 10 is a pilot signal receiving antenna that receives a pilot signal. The transmitting antenna elements 9 are arranged in an array on the surface of the substrate 8 and are microwave-fed by a feed line provided on the substrate 8.

図4は電力送信装置1の構成を示す機能ブロック図である。
図4において、11は源振統制装置2から入力される基準信号の入力端子、12は基準信号を逓倍しマイクロ波を出力する逓倍器、13はマイクロ波の位相を調整する移相器、14はマイクロ波を各送信アンテナ素子9に分配する分配器、15は分配されたマイクロ波の位相を調整する移相器、16はマイクロ波を増幅する増幅器である。17は光電変換部、32は増幅器16へ供給される電力のON/OFFをコマンド判別器21からのコマンドに基づいて切換える配電部であり、光電変換部17にて生成した電力を配電部32経由で増幅器16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16に接続された送信アンテナ素子9から空間へ放射される。増幅器16と送信アンテナ素子9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16に対して複数個の送信アンテナ素子9が接続されるものでも良い。18はパイロット信号受信アンテナ10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(θAZ、θEL)を求める追尾受信機であり、19はパイロット信号の到来方向(θAZ、θEL)へ送信アンテナ素子9から送信するマイクロ波が指向するように各移相器15の移相量を求めるビーム駆動制御部である。20は追尾受信機18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、21は電力送信装置1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20により復調して検出された制御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、制御信号に含まれるコマンドを出力するコマンド判別器、22はコマンド判別器21からのコマンドに基づき、REV法(素子電界ベクトル回転法:REVは、Rotating Element Electric Field Vectorの略語)に関連する位相調整制御を行うREV制御部、23は移相器13及び移相器15に対して位相設定する位相制御部である。
FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the power transmission device 1.
In FIG. 4, 11 is an input terminal for a reference signal input from the source oscillation control device 2, 12 is a multiplier for multiplying the reference signal and outputting a microwave, 13 is a phase shifter for adjusting the phase of the microwave, 14 Is a distributor that distributes the microwaves to each transmitting antenna element 9, 15 is a phase shifter that adjusts the phase of the distributed microwaves, and 16 is an amplifier that amplifies the microwaves. 17 is a photoelectric conversion unit, and 32 is a power distribution unit that switches ON / OFF of the power supplied to the amplifier 16 based on a command from the command discriminator 21, and the power generated by the photoelectric conversion unit 17 passes through the power distribution unit 32. Then, a microwave having a predetermined power level is generated by being input to the amplifier 16, and is radiated from the transmitting antenna element 9 connected to the amplifier 16 to the space. The connection between the amplifier 16 and the transmission antenna element 9 may be one-to-one, or a plurality of transmission antenna elements 9 are connected to one amplifier 16 as in one-to-four. But it ’s okay. Reference numeral 18 denotes a tracking receiver that obtains the arrival direction (θ AZ , θ EL ) of the pilot signal based on the sum signal and the difference signal obtained from the pilot signal receiving antenna 10, and 19 denotes the arrival direction (θ AZ , θ EL of the pilot signal). ) Is a beam drive control unit for obtaining the phase shift amount of each phase shifter 15 so that the microwave transmitted from the transmission antenna element 9 is directed. 20 is a demodulator that demodulates the command signal from the sum signal of the pilot signals received by the tracking receiver 18, and 21 is an identification code attached to the power transmission device 1 (this identification code is stored as its own identification code) ) And an identification code included in the control signal demodulated and detected by the demodulator 20, and when the codes match, a command discriminator that outputs a command included in the control signal, 22 is a REV control unit that performs phase adjustment control related to the REV method (element electric field vector rotation method: REV is an abbreviation for Rotating Element Electric Field Vector) based on a command from the command discriminator 21, and 23 is a phase shifter 13. And a phase control unit for setting a phase with respect to the phase shifter 15.

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は電力送信装置1から送信されたマイクロ波を受信するモニタアンテナであり、26はモニタアンテナ25により受信したマイクロ波の電波強度を検出する受信機である。ここで、レクテナ5とモニタアンテナ25とは、ともに電力送信装置1の複数の送信アンテナ素子9から送信されるマイクロ波を受信するものであり、レクテナ5の近傍にモニタアンテナ25は配置されるが、好ましくはレクテナ5の開口面上の略中央にモニタアンテナ25を設ける。
27は電波強度Pを監視し、各電力送信装置1の位相制御を行う位相監視制御部である。28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、パイロット信号送信部28において、29は位相監視制御部27から出力されるコマンド信号(制御対象の電力送信装置1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、30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31へ出力する送信機である。
FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the rectenna base station. In FIG. 5, 24 is a rectifying and synthesizing unit that rectifies and synthesizes the microwaves received by the rectenna 5 to generate power, 25 is a monitor antenna that receives the microwaves transmitted from the power transmission device 1, and 26 is This is a receiver that detects the radio wave intensity of the microwave received by the monitor antenna 25. Here, both the rectenna 5 and the monitor antenna 25 receive microwaves transmitted from the plurality of transmission antenna elements 9 of the power transmission device 1, and the monitor antenna 25 is disposed in the vicinity of the rectenna 5. The monitor antenna 25 is preferably provided at the approximate center on the opening surface of the rectenna 5.
Reference numeral 27 denotes a phase monitoring control unit that monitors the radio wave intensity P and controls the phase of each power transmission device 1. Reference numeral 28 denotes a pilot signal transmitter that generates and outputs a pilot signal. In the pilot signal transmitter 28, 29 is a pilot based on a command signal (including an identification code of the power transmission device 1 to be controlled) output from the phase monitoring controller 27. A modulator 30 that modulates a carrier wave of the signal is a transmitter 30 that amplifies the pilot signal and outputs the pilot signal to the pilot signal transmitting antenna 31.

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31から送信されたパイロット信号は、電力送信装置1のパイロット信号受信アンテナ10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10の構成の一例が示されており、この例では、基板8の面上中央に設けた5つのアンテナ素子により構成されている。
追尾受信機18はパイロット信号受信アンテナ10により受信した信号を合成して、AZ方向の和信号及び差信号を、EL方向の和信号及び差信号を生成する。追尾受信機18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θAZとθELとを求め出力する。
ビーム駆動制御部19はパイロット信号の到来方向である(θAZ、θEL)方向へマイクロ波送信するために、各移相器15に設定する位相量を算出し位相制御部23へ出力し、位相制御部23は入力された位相量により各移相器15の位相を設定する。
このような動作によって、図2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1から送信するマイクロ波の指向方向とのずれが補正される。なお、パイロット信号受信アンテナ10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、上記のようにパイロット信号到来方向の2次元的な変化に対応して和信号及び差信号の値が変化するものであればよい。
Next, the operation will be described. The pilot signal transmitted from the pilot signal transmission antenna 31 of the rectenna base station 4 is received by the pilot signal reception antenna 10 of the power transmission device 1. FIG. 3 shows an example of the configuration of the pilot signal receiving antenna 10. In this example, the pilot signal receiving antenna 10 includes five antenna elements provided in the center on the surface of the substrate 8.
The tracking receiver 18 synthesizes signals received by the pilot signal receiving antenna 10 and generates a sum signal and a difference signal in the AZ direction and a sum signal and a difference signal in the EL direction. The tracking receiver 18 utilizes the property that the values of the sum signal and the difference signal change when the AZ direction and the EL direction of the pilot signal change, so that θ AZ and θ EL which are the arrival directions of the pilot signal are used. And output.
The beam drive control unit 19 calculates a phase amount to be set in each phase shifter 15 and outputs the phase amount to the phase control unit 23 in order to perform microwave transmission in the direction of arrival of the pilot signal (θ AZ , θ EL ). The phase control unit 23 sets the phase of each phase shifter 15 according to the input phase amount.
Such an operation corrects a deviation between the direction of the rectenna 5 of the rectenna base station 4 and the directivity direction of the microwave transmitted from the power transmission device 1 among the changes in position and posture shown in FIG. The Note that the configuration and arrangement of the pilot signal receiving antenna 10 are not limited to those shown in FIG. 3, and the values of the sum signal and the difference signal corresponding to the two-dimensional change in the pilot signal arrival direction as described above. As long as it changes.

とくに電力送信装置1の初期及び定期メンテナンスにおける各送信アンテナ素子9の位相調整には、REV法を用いた移相器15の調整方法を用いることができる。図4に示すREV制御部22からは、このREV法に基づき位相設定値が出力され、位相制御部23はREV制御部22から入力された位相設定値により移相器15の移相を設定する。REV法は複数の移相器15のうち1つの移相器の位相を回転し、そのときの合成波の電波強度を計測していき、これをすべての移相器15に対して行い、計測した電波強度に基づき、基板面正面方向への放射電波が最大となる各移相器15の位相設定値を求めるものである。電波強度の計測には、基板8の面上又は近傍にプローブアンテナを設ける計測方法や、レクテナ基地局4のモニタアンテナ25を用いる計測方法がある。なお、電力送信装置1の初期及び定期メンテナンスにおいて、電力送信装置1毎に単独で行う位相調整では、調整対象とする電力送信装置1はマイクロ波送信し、それ以外の電力送信装置1のマイクロ波送信は停止しておく。各移相器15の位相を回転して、受信機26により計測した電波強度(又は電波強度と位相)に基づいて、REV法によって位相調整量を求める演算は位相監視制御部27で行い、求めた位相調整量をコマンド信号に格納し、パイロット信号に重畳して電力送信装置1へ送信する。電力送信装置1では受信したパイロット信号からコマンド判別器21によってコマンドを再生し、REV制御部22により格納された位相調整量を位相制御部23へ出力する。   In particular, an adjustment method of the phase shifter 15 using the REV method can be used for phase adjustment of each transmission antenna element 9 in the initial and regular maintenance of the power transmission device 1. The phase setting value is output from the REV control unit 22 shown in FIG. 4 based on the REV method, and the phase control unit 23 sets the phase shift of the phase shifter 15 based on the phase setting value input from the REV control unit 22. . In the REV method, the phase of one phase shifter among a plurality of phase shifters 15 is rotated, and the radio wave intensity of the combined wave at that time is measured, and this is performed for all the phase shifters 15 and measured. Based on the received radio wave intensity, the phase setting value of each phase shifter 15 at which the radiated radio wave in the front direction of the substrate surface is maximized is obtained. The measurement of the radio wave intensity includes a measurement method in which a probe antenna is provided on or near the surface of the substrate 8 and a measurement method using the monitor antenna 25 of the rectenna base station 4. In the initial and regular maintenance of the power transmission device 1, in the phase adjustment performed for each power transmission device 1 alone, the power transmission device 1 to be adjusted transmits microwaves, and the microwaves of the other power transmission devices 1 Stop sending. The phase monitoring control unit 27 performs an operation for calculating the phase adjustment amount by the REV method based on the radio wave intensity (or radio wave intensity and phase) measured by the receiver 26 by rotating the phase of each phase shifter 15. The phase adjustment amount stored in the command signal is superimposed on the pilot signal and transmitted to the power transmission device 1. In the power transmission device 1, the command discriminator 21 reproduces the command from the received pilot signal, and the phase adjustment amount stored by the REV control unit 22 is output to the phase control unit 23.

また、REV法によって位相調整量を求める演算を電力送信装置1のREV制御部22で行うことも可能である。この場合、各移相器15の位相を回転して、受信機26により計測した電波強度(又は電波強度と位相)のデータを位相監視制御部21でコマンドに格納し、パイロット信号に重畳して電力送信装置1へ送信する。REV制御部22では、再生された電波強度のデータに基づきREV法によって位相調整量を求める演算を行い、位相調整量を位相制御部23へ出力する。
なお、REV法によって位相調整量を求める演算は、例えば「電子通信学会論文誌'82/5. Vol. J65-B No.5 555-560頁「フェイズドアレーアンテナの素子振幅位相測定法―素子電界ベクトル法―」などに示されるように、広く知られている。
Further, the REV control unit 22 of the power transmission device 1 can perform the calculation for obtaining the phase adjustment amount by the REV method. In this case, the phase of each phase shifter 15 is rotated, and the radio wave intensity (or radio wave intensity and phase) data measured by the receiver 26 is stored in the command by the phase monitoring controller 21 and superimposed on the pilot signal. Transmit to the power transmission device 1. The REV control unit 22 performs a calculation for obtaining the phase adjustment amount by the REV method based on the reproduced radio wave intensity data, and outputs the phase adjustment amount to the phase control unit 23.
The calculation for obtaining the phase adjustment amount by the REV method is, for example, “Electronic Communication Society Papers '82 / 5. Vol. J65-B No.5 pages 555-560” It is widely known as shown in “Vector method”.

次に図2に示した位置変化ΔLによって生じる電力送信装置1間の位相ずれを補正する処理の一例について説明する。レクテナ基地局4の位相監視制御部27は、まず電力送信装置1をその識別符号により指定し、当該電力送信装置1の移相器13に対して、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からパイロット信号に重畳して送信する。識別符号が一致する電力送信装置1は、コマンド信号に基づき、移相器13の移送量を所定量変更する。この変更によって、レクテナ基地局4のモニタアンテナ25で受信されるマイクロ波の電波強度Pが変化し、レクテナ基地局4の受信機26で検出される。この移相器13への移相量変更指示及び受信機26での検出を、移相器13の全移相状態数回だけ繰り返して、次の電力送信装置1への移相量変更指示に移る。
これを順々に電力送信装置1毎に繰り返して行っていくことにより、マイクロ波の電波強度Pを取得し、REV法に基づく演算によって、それぞれの電力送信装置1の送信パネル全体の位相を一律に変更する位相調整量(移相器13の位相調整量)を求めることができる。なお、ここで説明したREV法は、受信機26で検出したマイクロ波の電波強度Pではなく、整流合成部24が出力する直流電力の大きさを用いてもよい。
Next, an example of processing for correcting a phase shift between the power transmission apparatuses 1 caused by the position change ΔL illustrated in FIG. 2 will be described. The phase monitoring control unit 27 of the rectenna base station 4 first designates the power transmission device 1 by its identification code, and instructs the phase shifter 13 of the power transmission device 1 to change the phase (designated signal). (Including an identification code) is superimposed on the pilot signal from the rectenna base station 4 and transmitted. The power transmission device 1 with the matching identification code changes the transfer amount of the phase shifter 13 by a predetermined amount based on the command signal. Due to this change, the radio wave intensity P of the microwave received by the monitor antenna 25 of the rectenna base station 4 changes and is detected by the receiver 26 of the rectenna base station 4. This phase shift amount change instruction to the phase shifter 13 and detection by the receiver 26 are repeated several times for all the phase shift states of the phase shifter 13, and the next phase shift amount change instruction to the power transmission device 1 is given. Move.
By repeating this for each power transmission device 1 in order, the radio wave intensity P of the microwave is obtained, and the phase of the entire transmission panel of each power transmission device 1 is uniformly determined by calculation based on the REV method. The phase adjustment amount to be changed to (the phase adjustment amount of the phase shifter 13) can be obtained. Note that the REV method described here may use the magnitude of the DC power output from the rectifying and synthesizing unit 24 instead of the microwave radio wave intensity P detected by the receiver 26.

なお、電波強度Pのみだけでなく、マイクロ波の位相変化も測定して、REV法に基づく演算によって、それぞれの電力送信装置1の送信パネル全体の位相を一律に変更する位相調整量(移相器13の位相調整量)を求めるようにしてもよい。
特開2001−201526号公報に詳しく説明されている修正されたREV法によれば、マイクロ波の電波強度と位相とを計測していき、これらの計測結果に基づいて、REV法の対象となる移相器の全移相状態に応じた振幅誤差及び位相誤差を考慮した高精度な位相調整を行うこともできる。
図5に示すようにレクテナ基地局4のモニタアンテナ25には受信機26が接続されており、この受信機26によって、電力送信装置1から送信されたマイクロ波の合成波の電波強度と位相が検出されるので、上記の修正されたREV法を用いて、電力送信装置1毎に移相器15の高精度な位相調整を行うこともできる。
In addition, not only the radio wave intensity P but also the phase change of the microwave is measured, and a phase adjustment amount (phase shift) for uniformly changing the phase of the entire transmission panel of each power transmission device 1 by calculation based on the REV method. The phase adjustment amount of the device 13 may be obtained.
According to the modified REV method described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-201526, the radio wave intensity and phase of a microwave are measured, and based on these measurement results, the REV method is targeted. It is also possible to perform highly accurate phase adjustment in consideration of the amplitude error and the phase error according to the total phase shift state of the phase shifter.
As shown in FIG. 5, a receiver 26 is connected to the monitor antenna 25 of the rectenna base station 4, and by this receiver 26, the radio wave intensity and phase of the combined wave of the microwaves transmitted from the power transmission device 1 are changed. Therefore, the phase shifter 15 can be accurately adjusted for each power transmission device 1 by using the above-described modified REV method.

図5に示したレクテナ基地局4は、位相監視制御部27が電力送信装置2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変調器29へ出力することにより、変調器29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30で送信されることにより、「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1は、パイロット信号受信アンテナ10により受信し追尾受信機18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(識別符号を含む)を再生し、コマンド判別器21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コマンドをREV制御部22へ出力し、REV制御部22はコマンドを受けて位相制御部23へ移相器13の位相変更を指示する。
In the rectenna base station 4 shown in FIG. 5, the phase monitoring control unit 27 designates the identification code of the power transmission apparatus 2 and outputs a command signal including this identification code to the modulator 29, whereby the modulator 29 performs pilot operation. A command signal is superimposed on the signal and transmitted by the transmitter 30 to execute “command to change the phase”.
The power transmission device 1 shown in FIG. 4 demodulates the sum signal received by the pilot signal receiving antenna 10 and synthesized by the tracking receiver 18, and reproduces a command signal (including an identification code) superimposed on the pilot signal. The command discriminator 21 outputs a command to the REV control unit 22 when it matches the identification code stored in advance, and the REV control unit 22 receives the command and sends it to the phase control unit 23. Instructs phase change.

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1の位相を変更していき、レクテナ基地局4に設けたモニタアンテナ25と受信機26によりマイクロ波の電波強度P(又は電波強度P及び位相φ)を検出し、位相調整を行うことにより、図2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1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1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1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。
As described above, the phase of each power transmission device 1 is changed one after another based on a command from the rectenna base station 4, and the radio wave intensity of the microwaves by the monitor antenna 25 and the receiver 26 provided in the rectenna base station 4. By detecting P (or radio wave intensity P and phase φ) and performing phase adjustment, the phase shift of the microwave accompanying the position change ΔL shown in FIG. 2 can be corrected and supplied to each power transmission device 1. The phase of the reference signal to be included is included and corrected by this phase adjustment, and the phase shift from each power transmission device 1 is corrected, and the rectenna base station 4 can obtain larger power. .
In addition, since it is not necessary to have a spread modulator or transmitter for transmitting a pilot reply signal to the power generation satellite as disclosed in the prior art, it is possible to suppress an increase in circuit scale and reduce weight. And the reliability of the apparatus can be improved. Also, by transmitting the command signal superimposed on the pilot signal, the command signal reception system on the power transmission device 1 side can be configured using the pilot signal reception system, and the circuit scale can be further reduced. be able to.

次に無線電力伝送システム全体の動作を、図6を用いて説明する。図6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運用フローを示すフローチャートである。
ステップS1では、レクテナ基地局4の位相制御監視部27によって、電力送信装置1から送信されるマイクロ波をモニタアンテナ25で受信し、受信機26で検出した電波強度Pをモニタする。検出した電波強度Pがしきい値P1より大きいかどうかをステップS2により判定する。電波強度Pがしきい値P1よりも大きい場合は、システムが正常であると判断して、パイロット信号を用いて電力送信装置1に電力送信開始の指示を送る。
Next, the operation of the entire wireless power transmission system will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing an operation flow of the wireless power transmission system according to Embodiment 1 of the present invention.
In step S <b> 1, the microwave transmitted from the power transmission device 1 is received by the monitor antenna 25 by the phase control monitoring unit 27 of the rectenna base station 4, and the radio wave intensity P detected by the receiver 26 is monitored. It is determined in step S2 whether or not the detected radio wave intensity P is greater than the threshold value P1. When the radio wave intensity P is larger than the threshold value P1, it is determined that the system is normal, and an instruction to start power transmission is sent to the power transmission device 1 using the pilot signal.

また、電波強度Pがしきい値P1よりも小さい場合は、図2に示した電力送信装置1の位置変化及び姿勢変化などを要因とする位相ずれが発生していると判断し、ステップS3におけるREV法の実施を指示する。ステップS3のREV法測定が終了した時点で、ステップS4にて電力送信装置1の電力送信を一時停止した後、ステップS5にて位相制御監視部27は、REV法測定データを基に全ての系統について異常が発生していないかの判定を行う。位相監視制御部27でREV法の測定結果から、各電力送信装置1に対する位相補正値を算出する際に、各電力送信装置1の振幅寄与も同時に算出される。この振幅寄与は全電力送信装置1でほぼ一定であり、装置間の製造ばらつき等を考慮して異常が発生しているかの判定に用いるしきい値を決定すればよく、この場合には、位相監視制御部27は、REV法の測定結果から得られた相対振幅が予め設定したしきい値より小さいとき、当該電力送信装置に異常が発生したと判定する。
なお、電波強度Pだけでなく位相φまで用いた高精度なREV法の場合は、各電力送信装置1の移相量についても異常が発生していないかの判定ができる。この場合は、移相量の実力値が把握できていれば、その実力値の範囲を勘案してしきい値を決定する。
On the other hand, when the radio wave intensity P is smaller than the threshold value P1, it is determined that a phase shift caused by a change in position and posture of the power transmission device 1 shown in FIG. Instruct the implementation of the REV method. When the REV method measurement in step S3 is completed, the power transmission of the power transmission device 1 is temporarily stopped in step S4. Then, in step S5, the phase control monitoring unit 27 determines that all systems are based on the REV method measurement data. It is determined whether or not an abnormality has occurred. When the phase monitoring control unit 27 calculates the phase correction value for each power transmission device 1 from the measurement result of the REV method, the amplitude contribution of each power transmission device 1 is also calculated at the same time. This amplitude contribution is substantially constant in all the power transmission apparatuses 1, and it is sufficient to determine a threshold value used for determining whether an abnormality has occurred in consideration of manufacturing variation among apparatuses. When the relative amplitude obtained from the measurement result of the REV method is smaller than a preset threshold value, the monitoring control unit 27 determines that an abnormality has occurred in the power transmission device.
In addition, in the case of the highly accurate REV method using not only the radio wave intensity P but also the phase φ, it can be determined whether an abnormality has occurred in the amount of phase shift of each power transmission device 1. In this case, if the actual value of the phase shift amount can be grasped, the threshold value is determined in consideration of the range of the actual value.

電力送信装置1は光電変換部17から出力される電力をレクテナ基地局4に送信する装置であるため、できるだけ効率よく電力を送信する必要がある。そこで、REV法によって異常があると判断された電力送信装置1に電力を供給すると、電力の無駄が発生してしまう。これを回避するために、ステップS5にて異常ありと判定された場合は、ステップ11にて異常が発生した電力送信装置1に対して、電力の供給をストップする指示をパイロット信号を用いて送信する。指示を受けた電力送信装置1は、配電部32によって増幅器16への電力供給を停止する。さらにステップS12では、異常が発生した電力送信装置1の数Nが一定値N1を超えた場合に、ステップS21でオペレータに対して装置の交換を指示する。このとき、無線電力伝送システムとして、最低限の電力伝送が実現できるだけの電力送信装置1の数をN1として予め設定しておき、ステップS12の判定に供する。   Since the power transmission device 1 is a device that transmits the power output from the photoelectric conversion unit 17 to the rectenna base station 4, it is necessary to transmit the power as efficiently as possible. Therefore, if power is supplied to the power transmission device 1 that is determined to be abnormal by the REV method, power is wasted. In order to avoid this, if it is determined in step S5 that there is an abnormality, an instruction to stop supplying power is transmitted to the power transmission apparatus 1 in which an abnormality has occurred in step 11 using a pilot signal. To do. The power transmission device 1 that has received the instruction stops the power supply to the amplifier 16 by the power distribution unit 32. Further, in step S12, when the number N of power transmission apparatuses 1 in which an abnormality has occurred exceeds a certain value N1, the operator is instructed to replace the apparatus in step S21. At this time, as the wireless power transmission system, the number of power transmission devices 1 that can realize the minimum power transmission is set in advance as N1, and the determination is made in step S12.

電力送信装置1に異常がない場合、または異常が発生した電力送信装置1の数NがN1を超えない場合は、ステップS6で電力送信を再開する。これによって、電力送信装置1の位置変化や姿勢変化等による位相ずれ、電力送信装置1の異常発生に伴う送信電力の無駄発生を回避できる。さらに、異常が発生した電力送信装置1の数が多くなり、無線電力伝送システムとしての運用が困難な場合でも、延々とREV法による位相調整を繰り返すのではなく、装置交換をオペレータに指示することで、早期の復旧が可能となる。   When there is no abnormality in the power transmission device 1 or when the number N of the power transmission devices 1 in which the abnormality has occurred does not exceed N1, power transmission is resumed in step S6. As a result, it is possible to avoid a phase shift due to a change in position or posture of the power transmission device 1 and a waste of transmission power due to an abnormality in the power transmission device 1. Furthermore, even when the number of power transmission apparatuses 1 in which an abnormality has occurred increases and operation as a wireless power transmission system is difficult, the operator is instructed to replace the apparatus instead of repeating phase adjustment by the REV method. Thus, early recovery is possible.

実施の形態2.
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の構成を図7乃至図10に基づき説明する。図7はこの発明の実施の形態2に係る無線電力伝送システムの構成図であり、離散的に配置される電力送信装置からレクテナ基地局へのマイクロ波伝送を表している。実施の形態2は実施の形態1に対して、レクテナ基地局の構成を簡素化したものであり、図7における電力送信装置を含む送信側装置とレクテナ基地局は地上に設置される。
図7において、電力送信装置1は監視制御装置41からの制御コマンドにより送電し、源振統制装置2は各電力送信装置1の基準信号を統制する。モニタアンテナ25は電力送信装置1のアンテナ面近傍に設置され、受信機26はモニタアンテナ25で受信したマイクロ波の電波強度を監視制御装置41に出力する。監視制御装置41は各電力送信装置1に対して制御コマンドを出力する。レクテナ基地局4はレクテナ5により電力送信装置1からのマイクロ波を受信して電力する。
Embodiment 2. FIG.
Configurations of the power transmission apparatus and the rectenna base station according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a configuration diagram of a wireless power transmission system according to Embodiment 2 of the present invention, and represents microwave transmission from discretely arranged power transmission apparatuses to a rectenna base station. In the second embodiment, the configuration of the rectenna base station is simplified with respect to the first embodiment, and the transmission side device and the rectenna base station including the power transmission device in FIG. 7 are installed on the ground.
In FIG. 7, the power transmission device 1 transmits power by a control command from the monitoring control device 41, and the source oscillation control device 2 controls the reference signal of each power transmission device 1. The monitor antenna 25 is installed in the vicinity of the antenna surface of the power transmission device 1, and the receiver 26 outputs the radio wave intensity of the microwave received by the monitor antenna 25 to the monitoring control device 41. The monitoring control device 41 outputs a control command to each power transmission device 1. The rectenna base station 4 receives the microwave from the power transmission device 1 by the rectenna 5 and powers it.

各電力送信装置1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1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1の位置変化や姿勢変化を要因として発生する。   Each power transmission device 1 transmits microwaves to the rectenna base station 4, and the microwaves are received and synthesized by the rectenna 5 in the rectenna base station 4. If it deviates, the electric power produced | generated in the rectenna base station 4 will fall. Such a phase shift occurs due to a phase shift of a reference signal serving as a reference of a microwave generated by each power transmission device 1 or a change in position or posture of each power transmission device 1.

図8は電力送信装置1の構成を示す機能ブロック図である。図8において、11は源振統制装置2から入力される基準信号の入力端子、12は基準信号を逓倍しマイクロ波を出力する逓倍器、13はマイクロ波の位相を調整する移相器、14はマイクロ波を各送信アンテナ素子9に分配する分配器、15は分配されたマイクロ波の位相を調整する移相器、16はマイクロ波を増幅する増幅器である。42は電源装置、32は増幅器16へ供給される電力のON/OFFをコマンド判別器21からのコマンドに基づいて切換える配電部であり、電源装置42から供給される電力を配電部32経由で増幅器16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16に接続された送信アンテナ素子9から空間へ放射される。増幅器16と送信アンテナ素子9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16に対して複数個の送信アンテナ素子9が接続されるものでも良い。
ビーム駆動制御部19はコマンド判別器21からのコマンドに基いて送信アンテナ素子9から送信するマイクロ波が指向するように各移相器15の移相量を求める。コマンド判別器21は電力送信装置1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、監視制御装置41からの制御コマンドとを比較し、符号が一致している場合に制御コマンドを出力し、REV制御部22はコマンド判別器21からのコマンドに基づき、REV法に関連する位相調整制御を行う。位相制御部23は移相器13及び移相器15に対して位相設定を行う。
FIG. 8 is a functional block diagram showing the configuration of the power transmission device 1. In FIG. 8, 11 is an input terminal of a reference signal input from the source oscillation control device 2, 12 is a multiplier that multiplies the reference signal and outputs a microwave, 13 is a phase shifter that adjusts the phase of the microwave, and 14 Is a distributor that distributes the microwaves to each transmitting antenna element 9, 15 is a phase shifter that adjusts the phase of the distributed microwaves, and 16 is an amplifier that amplifies the microwaves. Reference numeral 42 denotes a power supply device. Reference numeral 32 denotes a power distribution unit that switches ON / OFF of the power supplied to the amplifier 16 based on a command from the command discriminator 21. The power supplied from the power supply device 42 is amplified via the power distribution unit 32. A microwave having a predetermined power level is generated by being input to 16, and is radiated to the space from the transmitting antenna element 9 connected to the amplifier 16. The connection between the amplifier 16 and the transmission antenna element 9 may be one-to-one, or a plurality of transmission antenna elements 9 are connected to one amplifier 16 as in one-to-four. But it ’s okay.
The beam drive control unit 19 obtains the phase shift amount of each phase shifter 15 based on the command from the command discriminator 21 so that the microwave transmitted from the transmission antenna element 9 is directed. The command discriminator 21 compares the identification code given to the power transmission device 1 (this identification code is stored as its own identification code) with the control command from the supervisory control device 41, and the code And the REV control unit 22 performs phase adjustment control related to the REV method based on the command from the command discriminator 21. The phase control unit 23 performs phase setting for the phase shifter 13 and the phase shifter 15.

図9はレクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。レクテナ5は電力送信装置1から送信されたマイクロ波を受信し電力を生成する。整流合成部24はレクテナ5で生成された電力を合成し出力する。   FIG. 9 is a functional block diagram showing the configuration of the rectenna base station. The rectenna 5 receives the microwave transmitted from the power transmission device 1 and generates power. The rectifying and synthesizing unit 24 synthesizes and outputs the electric power generated by the rectenna 5.

次に動作について説明する。監視制御装置41は、電力送信装置1から見たレクテナ基地局の方向を制御コマンドとして電力送信装置1に出力する。ここで、電力送信装置1から見たレクテナ基地局の方向は既知の情報である。ビーム駆動制御部19は制御コマンドに基いて各移相器15に設定する位相量を算出し位相制御部23に出力し、位相制御部23は入力された位相量により各移相器15の位相を設定する。   Next, the operation will be described. The monitoring control device 41 outputs the direction of the rectenna base station viewed from the power transmission device 1 to the power transmission device 1 as a control command. Here, the direction of the rectenna base station viewed from the power transmission device 1 is known information. The beam drive control unit 19 calculates a phase amount to be set for each phase shifter 15 based on the control command, and outputs the phase amount to the phase control unit 23. The phase control unit 23 uses the input phase amount to change the phase of each phase shifter 15. Set.

単独の電力送信装置1の初期及び定期メンテナンスにおける各送信アンテナ素子9の位相調整には、REV法を用いた移相器15の調整方法を用いることができる。メンテナンス対象の電力送信装置1だけでマイクロ波を送信し、各移相器15の位相を回転して受信機26により計測した電波強度に基づいて、REV法に基づく位相調整量を求める演算を監視制御装置41で行う。求めた位相調整量は制御コマンドとしてREV制御部22に格納される。このとき、モニタアンテナ25は電力送信装置1のアンテナ面近傍に配置されるため、予めアンテナ面から十分遠方に配置されたときの位相調整量との差を補正するように位相調整量を算出する。なお、モニタアンテナ25は電力送信装置1のアンテナ面と同一面に配置しても良い。   An adjustment method of the phase shifter 15 using the REV method can be used for the phase adjustment of each transmission antenna element 9 in the initial and regular maintenance of the single power transmission device 1. A microwave is transmitted only by the power transmission device 1 to be maintained, and the calculation for obtaining the phase adjustment amount based on the REV method is monitored based on the radio wave intensity measured by the receiver 26 by rotating the phase of each phase shifter 15. This is performed by the control device 41. The obtained phase adjustment amount is stored in the REV control unit 22 as a control command. At this time, since the monitor antenna 25 is disposed in the vicinity of the antenna surface of the power transmission device 1, the phase adjustment amount is calculated so as to correct the difference from the phase adjustment amount when it is disposed sufficiently far from the antenna surface in advance. . The monitor antenna 25 may be arranged on the same plane as the antenna surface of the power transmission device 1.

次に電力送信装置1間の位相ずれを補正する処理の一例について説明する。まず電力送信装置1をその識別符号により指定し、当該電力送信装置1の移相器13に対して、位相の変更を指令する制御コマンド(指定した識別符号を含む)を監視制御装置41から電力送信装置1に対して送信する。識別符号を変えながら、全ての電力送信装置1に対して移相器13の位相を回転して、受信機26により計測した電波強度に基づいてREV法に基づく演算を監視制御装置41で行うことで、電力送信装置1間の位相ずれに対する位相調整量を求めることができる。   Next, an example of processing for correcting a phase shift between the power transmission apparatuses 1 will be described. First, the power transmission device 1 is designated by its identification code, and a control command (including the designated identification code) for instructing a phase change to the phase shifter 13 of the power transmission device 1 is transmitted from the monitoring control device 41 to the power. Transmit to the transmitter 1. While changing the identification code, the phase of the phase shifter 13 is rotated with respect to all the power transmission devices 1, and the calculation based on the REV method is performed by the monitoring control device 41 based on the radio wave intensity measured by the receiver 26. Thus, the phase adjustment amount for the phase shift between the power transmission apparatuses 1 can be obtained.

次に無線電力伝送システム全体の動作を、図10を用いて説明する。図10はこの発明の実施の形態2に係る無線電力伝送システムの運用フローを示すフローチャートである。
ステップS1で、電力送信装置1からマイクロ波を送信し、定期メンテナンスを行う時間が経過するかをステップ2により判定する。一定時間が経過したら、監視制御装置41からステップ3におけるREV法の実施を電力送信装置1に指示する。
Next, the operation of the entire wireless power transmission system will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart showing an operation flow of the wireless power transmission system according to Embodiment 2 of the present invention.
In step S1, a microwave is transmitted from the power transmission device 1, and it is determined in step 2 whether or not the time for performing regular maintenance has elapsed. When the predetermined time has elapsed, the supervisory control device 41 instructs the power transmission device 1 to execute the REV method in step 3.

ステップS3のREV法測定が終了した時点で、ステップS4にて電力送信装置1の電力送信を一時停止した後、ステップS5にて監視制御装置41は、REV法測定データを基に全ての系統について異常が発生していないかの判定を行う。監視制御部41でREV法の測定結果から、各電力送信装置1に対する位相補正値を算出する際に、各電力送信装置1の振幅寄与も同時に算出される。この振幅寄与は全電力送信装置1でほぼ一定であり、装置間の製造ばらつき等を考慮して異常が発生しているかの判定に用いるしきい値を決定すればよく、この場合には、監視制御装置41は、REV法の測定結果から得られた相対振幅が予め設定したしきい値より小さいとき、当該電力送信装置に異常が発生したと判定する。   When the REV method measurement in step S3 is completed, after the power transmission of the power transmission device 1 is temporarily stopped in step S4, in step S5, the supervisory control device 41 determines all the systems based on the REV method measurement data. Judge whether any abnormality has occurred. When the monitoring control unit 41 calculates the phase correction value for each power transmission device 1 from the measurement result of the REV method, the amplitude contribution of each power transmission device 1 is also calculated at the same time. This amplitude contribution is almost constant in all the power transmission apparatuses 1, and a threshold value used for determining whether an abnormality has occurred may be determined in consideration of manufacturing variations between apparatuses. When the relative amplitude obtained from the measurement result of the REV method is smaller than a preset threshold value, the control device 41 determines that an abnormality has occurred in the power transmission device.

電力送信装置1は電源装置42から出力される電力をレクテナ基地局4に送信する装置であるため、できるだけ効率よく電力を送信する必要がある。そこで、REV法によって異常があると判断された電力送信装置1に電力を供給すると、電力の無駄が発生してしまう。これを回避するために、ステップS5にて異常ありと判定された場合は、ステップ11にて異常が発生した電力送信装置1に対して、電力の供給をストップする指示を制御コマンドとして送信する。指示を受けた電力送信装置1は、配電部32によって増幅器16への電力供給を停止する。さらにステップS12では、異常が発生した電力送信装置1の数Nが一定値N1を超えた場合に、ステップS21でオペレータに対して装置の交換を指示する。このとき、無線電力伝送システムとして、最低限の電力伝送が実現できるだけの電力送信装置1の数をN1として予め設定しておき、ステップS12の判定に供する。   Since the power transmission device 1 is a device that transmits power output from the power supply device 42 to the rectenna base station 4, it is necessary to transmit power as efficiently as possible. Therefore, if power is supplied to the power transmission device 1 that is determined to be abnormal by the REV method, power is wasted. In order to avoid this, if it is determined in step S5 that there is an abnormality, an instruction to stop the supply of power is transmitted as a control command to the power transmission device 1 in which an abnormality has occurred in step 11. The power transmission device 1 that has received the instruction stops the power supply to the amplifier 16 by the power distribution unit 32. Further, in step S12, when the number N of power transmission apparatuses 1 in which an abnormality has occurred exceeds a certain value N1, the operator is instructed to replace the apparatus in step S21. At this time, as the wireless power transmission system, the number of power transmission devices 1 that can realize the minimum power transmission is set in advance as N1, and the determination is made in step S12.

電力送信装置1に異常がない場合、または異常が発生した電力送信装置1の数NがN1を超えない場合は、ステップS6で電力送信を再開する。これによって、電力送信装置1の位相ずれ、電力送信装置1の異常発生に伴う送信電力の無駄発生を回避できる。さらに、異常が発生した電力送信装置1の数が多くなり、無線電力伝送システムとしての運用が困難な場合でも、装置交換をオペレータに指示することで、早期の復旧が可能となる。   When there is no abnormality in the power transmission device 1 or when the number N of the power transmission devices 1 in which the abnormality has occurred does not exceed N1, power transmission is resumed in step S6. As a result, it is possible to avoid the occurrence of transmission power waste due to the phase shift of the power transmission device 1 and the occurrence of an abnormality in the power transmission device 1. Furthermore, even when the number of power transmission devices 1 in which an abnormality has occurred increases and it is difficult to operate as a wireless power transmission system, early restoration is possible by instructing the operator to replace the device.

1 電力送信装置
2 源振統制装置
3 基準信号受信アンテナ
4 レクテナ基地局
5 レクテナ
7 マイクロ波送信アンテナ
8 基板
9 送信アンテナ素子
10 パイロット信号受信アンテナ
11 基準信号の入力端子
12 逓倍器
13 移相器
14 分配器
15 移相器
16 増幅器
17 光電変換部
18 追尾受信機
19 ビーム駆動制御部
20 復調器
21 コマンド判別器
22 REV制御部
23 位相制御部
24 整流合成部
25 モニタアンテナ
26 受信機
27 位相監視制御部
28 パイロット信号送信部
29 変調器
30 送信機
31 パイロット信号送信アンテナ
32 配電部
41 監視制御装置
42 電源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power transmission device 2 Power source control device 3 Reference signal receiving antenna 4 Rectenna base station 5 Rectenna 7 Microwave transmission antenna 8 Substrate 9 Transmitting antenna element 10 Pilot signal receiving antenna 11 Reference signal input terminal 12 Multiplier 13 Phase shifter 14 Distributor 15 Phase shifter 16 Amplifier 17 Photoelectric conversion unit 18 Tracking receiver 19 Beam drive control unit 20 Demodulator 21 Command discriminator 22 REV control unit 23 Phase control unit 24 Rectification synthesis unit 25 Monitor antenna 26 Receiver 27 Phase monitoring control Unit 28 pilot signal transmission unit 29 modulator 30 transmitter 31 pilot signal transmission antenna 32 power distribution unit 41 monitoring control device 42 power supply unit

Claims (9)

太陽光を受けて光電変換し、得られた電力をもとにマイクロ波を生成する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直流電力に変換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、上記マイクロ波を受信するレクテナと、上記レクテナの近傍に設けられ、上記マイクロ波を受信するモニタアンテナと、上記複数の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、REV法による演算により上記モニタアンテナで受信されるマイクロ波の電波強度、またはレクテナで変換される直流電力が最大になるように、上記複数の電力送信装置におけるマイクロ波の位相を変更するコマンド信号を生成し、かつ、上記REV法の測定結果から上記複数の電力送信装置の異常を判定する位相監視制御部を備え、
上記複数の電力送信装置はそれぞれ、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が指向する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、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御部と、上記太陽光から変換された電力を用いて上記マイクロ波を増幅する複数の増幅器と、上記各増幅器への電力供給を制御する配電部を備えた
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
Receives sunlight, performs photoelectric conversion, generates microwaves based on the obtained power, transmits microwaves to the rectenna base station, receives the rectenna base station, and converts it to DC power In the wireless power transmission system
The rectenna base station includes a rectenna that receives the microwave, a monitor antenna that is provided in the vicinity of the rectenna and receives the microwave, and a pilot signal transmission antenna that transmits a pilot signal to the plurality of power transmission devices. , A command signal for changing the phase of the microwaves in the plurality of power transmission devices so that the radio wave intensity of the microwaves received by the monitor antenna or the DC power converted by the rectenna is maximized by the REV method. And a phase monitoring control unit that determines abnormality of the plurality of power transmission devices from the measurement result of the REV method,
Each of the plurality of power transmission devices includes a plurality of transmission antenna elements that transmit the microwaves to the rectenna base station, a pilot signal reception antenna that receives the pilot signal, and a pilot signal received by the pilot signal reception antenna. A tracking receiver that detects the direction of arrival, and a beam drive control unit that adjusts the phase so that the microwaves transmitted from the plurality of transmission antenna elements are directed in the direction of arrival of the pilot signal detected by the tracking receiver; Based on the command signal from the phase monitoring control unit, a phase control unit that changes the phase of the microwave, a plurality of amplifiers that amplify the microwave using the power converted from the sunlight, and A wireless power transmission system comprising a power distribution unit for controlling power supply to each amplifier.
上記位相監視制御部は、上記REV法の測定結果から得られた相対振幅が予め設定したしきい値より小さい場合は、当該電力送信装置に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項1記載の無線電力伝送システム。   The phase monitoring control unit determines that an abnormality has occurred in the power transmission device when the relative amplitude obtained from the measurement result of the REV method is smaller than a preset threshold value. The wireless power transmission system according to 1. 異常が発生した当該電力送信装置は、上記位相監視制御部の指示により上記配電部を介して上記増幅器への電力供給を停止することを特徴とする請求項1または2記載の無線電力伝送システム。   3. The wireless power transmission system according to claim 1, wherein the power transmission apparatus in which an abnormality has occurred stops power supply to the amplifier via the power distribution unit according to an instruction from the phase monitoring control unit. 上記位相監視制御部は、上記モニタアンテナで受信されるマイクロ波の電波強度と位相変化にもとづき、上記REV法による演算を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の無線電力伝送システム。   The said phase monitoring control part performs the calculation by the said REV method based on the electromagnetic wave intensity and phase change of the microwave which are received with the said monitor antenna, The one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Wireless power transmission system. 太陽光を受けて光電変換し、得られた電力をもとにマイクロ波を生成する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て直流電力に変換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、上記レクテナの近傍に設けられ、上記マイクロ波を受信するモニタアンテナと、上記複数の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、REV法による演算により上記モニタアンテナで受信されるマイクロ波の電波強度、またはレクテナで変換される直流電力が最大になるように、上記複数の電力送信装置におけるマイクロ波の位相を変更するコマンド信号を生成し、かつ、上記REV法の測定結果から上記複数の電力送信装置の異常を判定する位相監視制御部を備えたことを特徴とするレクテナ基地局。
In the rectenna base station that receives sunlight and converts it into DC power by receiving microwaves transmitted from a plurality of power transmission devices that generate microwaves based on photoelectric conversion obtained by photoelectric conversion,
A rectenna that receives the microwave, a monitor antenna that is provided in the vicinity of the rectenna, receives a microwave, a pilot signal transmission antenna that transmits a pilot signal to the plurality of power transmission devices, and an operation based on the REV method Generating a command signal for changing the phase of the microwaves in the plurality of power transmission devices so that the radio wave intensity of the microwaves received by the monitor antenna or the DC power converted by the rectenna is maximized; and A rectenna base station comprising a phase monitoring control unit that determines an abnormality of the plurality of power transmission devices from a measurement result of the REV method.
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、レクテナ基地局に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、受信した上記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が指向する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のコマンド信号に基づいて、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御部と、上記太陽光から変換された電力を用いて上記マイクロ波を増幅する複数の増幅器と、上記各増幅器への電力供給を制御する配電部を備えた
ことを特徴とする電力送信装置。
In the power transmission device that receives the sunlight and photoelectrically converts the microwave generated based on the obtained power to the rectenna base station,
A plurality of transmitting antenna elements for transmitting the microwave to the rectenna base station, a pilot signal receiving antenna for receiving a pilot signal from the rectenna base station, and a tracking receiver for detecting an arrival direction of the received pilot signal; The beam drive control unit for adjusting the phase so that the microwaves transmitted from the plurality of transmitting antenna elements are directed in the arrival direction of the pilot signal detected by the tracking receiver, and the command signal from the rectenna base station A phase control unit that changes the phase of the microwave, a plurality of amplifiers that amplify the microwave using the power converted from the sunlight, and a power distribution unit that controls power supply to the amplifiers A power transmission device comprising:
電源装置から供給される電力をもとにマイクロ波を生成し、監視制御装置の指示する方向にマイクロ波を指向させる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直流電力に変換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、上記マイクロ波を受信するレクテナと、上記レクテナで生成した電力を合成する整流合成部を備え、
上記複数の電力送信装置はそれぞれ、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の方向に、上記複数の送信アンテナ素子から送信するマイクロ波が指向するように位相調整を行うビーム駆動制御部と、上記監視制御装置からの制御コマンドに基づいて、上記マイクロ波の位相変更を行う位相制御部と、上記電源装置から供給された電力を用いて上記マイクロ波を増幅する複数の増幅器と、上記各増幅器への電力供給を制御する配電部を備え、
上記監視制御装置は、上記電力送信装置の近傍に配置されたモニタアンテナが受信する上記マイクロ波の電波強度を基に、REV法演算により上記レクテナで変換される直流電力が最大になるように、上記複数の電力送信装置におけるマイクロ波の位相を変更する制御コマンドを生成し、かつ上記REV法の測定結果から上記複数の電力送信装置の異常を判定する
ことを特徴とする無線電力伝送システム。
A microwave is generated based on the power supplied from the power supply device, and the microwave is transmitted to the rectenna base station from a plurality of power transmission devices that direct the microwave in the direction indicated by the monitoring and control device. The rectenna base station In the wireless power transmission system that receives and converts to DC power,
The rectenna base station includes a rectenna that receives the microwave, and a rectifying and synthesizing unit that synthesizes power generated by the rectenna.
Each of the plurality of power transmission devices has a plurality of transmission antenna elements that transmit microwaves to the rectenna base station, and a microwave that is transmitted from the plurality of transmission antenna elements is directed toward the rectenna base station. A beam drive controller that performs phase adjustment, a phase controller that changes the phase of the microwave based on a control command from the monitoring controller, and the microwave that is supplied from the power supply device. A plurality of amplifiers for amplification, and a power distribution unit for controlling power supply to each of the amplifiers,
The supervisory control device, based on the radio wave intensity of the microwave received by the monitor antenna disposed in the vicinity of the power transmission device, so that the DC power converted by the rectenna by the REV method calculation is maximized, A wireless power transmission system, comprising: generating a control command for changing a microwave phase in the plurality of power transmission devices; and determining abnormality of the plurality of power transmission devices from a measurement result of the REV method.
上記監視制御装置は、上記REV法の測定結果から得られた相対振幅が予め設定したしきい値より小さい場合は、当該電力送信装置に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項7記載の無線電力伝送システム。   8. The monitoring control device according to claim 7, wherein when the relative amplitude obtained from the measurement result of the REV method is smaller than a preset threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the power transmission device. The wireless power transmission system described. 異常が発生した当該電力送信装置は、上記監視制御装置の指示により上記配電部を介して上記増幅器への電力供給を停止することを特徴とする請求項7または8記載の無線電力伝送システム。   The wireless power transmission system according to claim 7 or 8, wherein the power transmission device in which an abnormality has occurred stops power supply to the amplifier via the power distribution unit according to an instruction from the monitoring control device.
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