JP5336709B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ＳＳＰＳ（Space Solar Power System）等の電力供給システムに関するものである。

近年、化石燃料の利用による二酸化炭素排出量の増加に伴い、地球温暖化などの環境問題や化石燃料枯渇などのエネルギー問題がクローズアップされている。このためクリーンエネルギーの需要は年々高まっており、それらの問題に対する解決方法の一つとしてＳＳＰＳ計画が挙げられている。
ＳＳＰＳ計画とは、図１６に示すように、巨大な太陽電池パネルを搭載した人口衛星を赤道上空に打ち上げ、太陽光によって発電した電力を太陽電池パネルの中の発信モジュールによりマイクロ波に変換する。そして、マイクロ波ビーム１００を送電システム１０１から地上に設けた受電システム１０２へ送電し、地上において再び電力に変換して利用するという計画である。
これにより太陽発電の欠点である天候や時間帯に左右されること無く、クリーンなエネルギーを安定して供給することができる。この計画の実現のためには、大電力送電、マイクロ波ビーム制御、運用コストの低減などが技術課題として挙げられ、それらを満足させる方法の一つとして、上記送電システム１０１に積層アクティブ集積アンテナ（Active Integrated Antenna :AIA）を用いる方法が挙げられている。また、送電の更なる高効率化を図るために、上記積層アクティブ集積アンテナにレトロディレクティブ機能を搭載することなどが検討されている。

上記レトロディレクティブ機能とは、地上に設けられた受電システム１０２から送られてくるパイロット信号（誘導信号）を送電システム１０１において受信し、受信したパイロット信号の位相情報を送電アンテナから放射させるマイクロ波ビームに反映させることによって、マイクロ波ビームをパイロット信号の到来方向に指向させる機能である。

このレトロディレクティブ機能は、従来、よく使用されている方式であり、例えば、特開平６−３２７１７２号公報にその一例が開示されている。
特開平６−３２７１７２号公報

しかしながら、上述したような従来のレトロディレクティブ方式では、パイロット信号の到来角度検出誤差に加えて、送信マイクロ波の位相設定誤差、姿勢制御誤差、その他、伝送経路上の条件、例えば、電離層、プラズマ環境などの各種誤差成分の影響により、マイクロ波ビームの送電方向が本来指向させたい方向とずれてしまい、受電効率が低下するという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、受電効率を向上させることのできる電力供給システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する送電システムと、該送電システムから送信されたマイクロ波ビームを受信する受電システムとを備え、前記受電システムは、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定するビーム位置推定手段と、該位置ずれ量に関する情報を前記送電システムに送信する送信手段とを備え、前記送電システムは、前記受電システムから前記位置ずれ量に関する情報を受信し、該位置ずれ量に関する情報に基づいて前記マイクロ波ビームの送電方向を補正する電力供給システムであって、前記ビーム位置推定手段は、前記送電システムから受信したマイクロ波ビームの電力レベルを、予め設定されている基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置された複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電力レベルに基づいて、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する電力供給システムを提供する。

このような構成によれば、受電システムにおいて、マイクロ波ビームの位置ずれ量が推定され、この位置ずれ量に関する情報が送電システムに送信されるので、マイクロ波の送電方向に関するクローズドループを確立することができる。これにより、マイクロ波ビームの位置ずれ量を低減することが可能となり、受電システムにおける受電効率を高めることが可能となる。
モニタ点はヌル点近傍に設けられているので、位置ずれ量の推定精度を向上させることができる。更に、基準ビームパターンのヌル点を挟んで少なくとも１組のモニタ点が設定されていればマイクロ波ビームのずれ量を推定することが可能となる。これにより、モニタ点を少なくすることができ、装置の小型化を図ることが可能となる。

また、前記ビーム位置推定手段は、前記送電システムから受信したマイクロ波ビームの電圧を、予め設定されている基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置された複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電圧に基づいて、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定することとしてもよい。

上記電力供給システムにおいて、前記ビーム位置推定手段は、対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの差分を算出する差分算出手段と、対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの差分と位置ずれ量とが関連付けられたずれ量取得用情報が記憶されている記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記ずれ量取得用情報と前記差分算出手段により算出された差分とに基づいて前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する推定手段とを具備することとしてもよい。

このように、対となるモニタ点で検出された電力レベルの差分を算出し、この差分と予め記憶手段に記憶されているずれ量取得用情報とを用いてマイクロ波ビームのずれ量を推定するので、処理負担の軽減を図ることが可能となる。
なお、電力レベルに代えて、電圧の差分を算出し、これに基づいてマイクロ波ビームのずれ量を推定することとしてもよい。

上記電力供給システムにおいて、前記ビーム位置推定手段は、対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの和を算出する和算出手段と、対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの和と位置ずれ量とが関連付けられたずれ量取得用情報が記憶されている記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記ずれ量取得用情報と前記和算出手段により算出された和とに基づいて前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する推定手段とを具備することとしてもよい。

このように、対となるモニタ点で検出された電力レベルの和を算出し、この和と予め記憶手段に記憶されているずれ量取得用情報とを用いてマイクロ波ビームのずれ量を推定するので、処理負担の軽減を図ることが可能となる。
なお、電力レベルに代えて、電圧の和を算出し、これに基づいてマイクロ波ビームのずれ量を推定することとしてもよい。

上記電力供給システムにおいて、前記受電システムは、パイロット信号を送信する送信手段を備え、前記送電システムは、該受電システムからのパイロット信号を受信し、該パイロット信号の到来方向を検出し、検出した該到来方向にマイクロ波ビームを指向させることとしてもよい。

このように、送電システムは、受電システムから受信したパイロット信号に基づいてマイクロ波ビームの送電方向を決定する、いわゆるレトロディレクティブ方式を採用している。レトロディレクティブ方式は、ソフトウェアレトロディレクティブ方式、ハードウェアレトロディレクティブ方式のいずれでもよい。

本発明は、電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する送電システムと、該送電システムから送信されたマイクロ波ビームを受信する受電システムとを備える電力供給システムに用いられる受電システムであって、前記送電システムから受信したマイクロ波ビームの電力レベルを、予め設定されている基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置された複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電力レベルに基づいて、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定するビーム位置推定手段と、該位置ずれ量に関する情報を前記送電システムに送信する送信手段とを備える受電システムを提供する。

本発明は、電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する送電システムと、該送電システムから送信されたマイクロ波ビームを受信する受電システムとを備える電力供給システムに用いられる送電システムであって、前記送電システムから受信したマイクロ波ビームの電力レベルを、予め設定されている基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置された複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電力レベルに基づいて推定された、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量に関する情報を前記受電システムから受信し、該位置ずれ量に関する情報に基づいて前記マイクロ波ビームの送電方向を補正する送電システムを提供する。

本発明によれば、受電効率を向上させることができるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る電力供給システムの実施形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムの概略構成を示した図である。
図１に示されるように、電力供給システム１は、電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する送電システム２と、送電システム２から送信されたマイクロ波ビームを受信する受電システム３とを備えている。送電システム２は、例えば、宇宙空間に設けられている。受電システム３は、例えば、地上に設けられている。送電する電気エネルギーは、例えば、送電システム２において太陽光エネルギーを変換することで得ることができる。
なお、送電システム２は、宇宙空間に置かれる実施形態に限らず、送電側と受電側との間に距離がある状況に適用可能である。

送電システム２は、受電システム３からの制御コマンドを受信するために設けられたアンテナ２３と、アンテナ２３により受信された制御コマンドを所定のレベルになるように増幅又は減衰して出力する制御コマンド受信部２４と、制御コマンド受信部２４から出力された情報がそれぞれ入力される制御部２５とを備えている。
更に、送電システム２は、マイクロ波発生部２６、前段増幅器２７、電力分配器２８、複数の移相器２９、各移相器２９に対応して設けられた複数の後段増幅器３０、および各後段増幅器３０に対応して設けられた複数の送電アンテナ３１、位相補正部３２を備えている。

上記制御部２５は、例えば、マイクロコンピュータを備えており、後述する各送電アンテナ３１から出力させるマイクロ波ビームの送信角度を決定し、この送信角度を制御コマンド受信部２４から入力された制御コマンドに基づいて補正する。更に、制御部２５は、補正後の送信角度に基づいて、各送電アンテナから出力されるマイクロ波ビームの移相量をそれぞれ演算し、演算した各移相量に基づく位相信号を各移相器２９に出力する。
なお、送電システム２は、受電システム３からのパイロット信号を受信するための複数のアンテナ２１と、アンテナ２１により受信されたパイロット信号を所定のレベルになるように増幅又は減衰して出力するパイロット受信部２２とを備え、パイロット受信部２２から入力されたパイロット信号の位相差を測ることにより、パイロット信号の到来角度を検出し、これに基づいて後述する各送電アンテナ３１から出力させるマイクロ波ビームの送信角度を決定してもよい。このように、パイロット信号に基づく制御機構（レトロディレクティブ方式）を併用することにより、例えば、補正する角度が大きい場合にも、より速く応答することが可能となる。
なお、送電システム２において、アンテナ２１と送電アンテナ３１とは共通するものを用いることとしてもよい。

一方、マイクロ波発生部２６は、基準マイクロ波信号を生成して出力する。前段増幅器２７は、マイクロ波発生部２６からの基準マイクロ波信号を増幅して電力分配器２８に出力する。電力分配器２８は、入力された基準マイクロ波信号を分波して、各送電アンテナ３１に対応して設けられている移相器２９にそれぞれ出力する。各移相器２９は、制御部２５からそれぞれ入力された移相量に基づいて、電力分配器２８から入力された基準位相のマイクロ波に移相量を生じさせ、後段増幅器３０にそれぞれ出力する。後段増幅器３０は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する宇宙太陽発電部（図示略）より供給された電力（マイクロ波）を移相器２９から出力される信号の位相及び周波数のマイクロ波に増幅し、各送電アンテナ３１に出力する。各送電アンテナ３１は、それぞれ電力増幅された各位相差を有するマイクロ波を受電システム３に向けて放射する。

前記受電システム３は、送電システム２からのマイクロ波ビームを受信する複数の受電アンテナ５６（図２参照）を有する受電部５１と、受電部５１により受信されたマイクロ波ビームの位置ずれ量を推定するとともに、推定した位置ずれ量に応じた制御コマンドを作成し、アンテナ（送信手段）５３を介して送電システム２に送信するビーム位置推定部（ビーム位置推定手段）５２とを備えている。
なお、前記受電システム３は、パイロット信号を生成し、アンテナ５５を介して送電システム２に送信するパイロット信号送信部５４を備えてもよい。

次に、上述した受電システム３におけるビーム位置推定部５２について図を参照して説明する。
図２に示されるように、受電システム３において、ビーム位置推定部５２は、複数の受電アンテナ５６を備える受電部５１に接続されている。
ビーム位置推定部５２は、受電部５１により受信されたマイクロ波ビームの電力レベルを複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電力レベルと、予め設定されている基準ビームパターンの対応するモニタ点における電力レベルとを比較することで、マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する。
上記基準ビームパターンは、例えば、受電アンテナ５６の大きさ等から理論的に求められるビームパターンであってもよいし、或いは、送電システム２からテスト用のマイクロ波ビームを送信し、このマイクロ波ビームを受電部５１で受信し、受信したマイクロ波ビームの受電レベルを検出することで作成されるものであってもよい。また、上記基準ビームパターンとして、上記以外の方法によって作成されたものを用いることとしてもよい。

ビーム位置推定部５２は、例えば、以下の（１）式を用いて、基準ビームパターンに対するマイクロ波ビームの位置ずれ量Δθを求める。

上記（１）において、θｉはモニタ点の位置（角度）、Δθは基準ビームパターンに対するマイクロ波ビームの位置ずれ量（角度ずれ量）、Ｐ０（θｉ＋Δθ）は、モニタ点θｉをΔθずらした場合の電力レベル、Ｐ’（θｉ）はマイクロ波ビームのモニタ点θの電力レベル（測定値）である。

ビーム位置推定部５２は、上記（１）において、Δθを−１８０°から１８０°まで徐々に変化させ、差分積算値Ａ（Δθ）が最小となるときのΔθの値を特定する。そして、特定したΔθをマイクロ波ビームの位置ずれ量とし、この位置ずれ量に基づく制御コマンドを作成して送信用アンテナ５３を介して送電システム２に送信する。

ここで、複数あるモニタ点は、図３に示されるように、基準ビームパターンのメインローブの中心からヌル点近傍に渡って、間隔をあけて設けられていることが好ましい。また、モニタ点は、メインローブの中心および中心を挟んで両側にそれぞれ設定されることが好ましい。このように、モニタ点は、３つ以上設定されるのが好ましく、また、基準ビームパターンのメインローブの全体に渡って所定の間隔をあけて設定されていることが好ましい。以下、このように設定する理由について説明する。

図３において、横軸は角度、縦軸は相対電力レベル（以下「電力レベル」という。）、ビームパターンＢｒは基準ビームパターン、ビームパターンＢｄは受電部５１により受信されたマイクロ波ビームの一例をそれぞれ示している。
図３に示されるように、マイクロ波ビームＢｄが基準ビームパターンＢｒとずれていた場合、基準ビームパターンＢｒの電力レベルとマイクロ波ビームＢｄの電力レベルとの差分ΔＰｒｄ（θ）は、ビーム中心付近よりもヌル点付近の方が大きくなる。したがって、ヌル点付近における両者の電力レベルを比較することで、ずれ量の推定精度を向上させることが可能となる。

図４乃至図６は、モニタ点の設定による位置推定精度について示した図である。ここで、図５は図４に示される領域Ａの拡大図である。
本シミュレーションでは、図４に示されるように、メインローブの中心付近から両側のヌル点近傍にわたってモニタ点を設定した場合をケース３、また、図５に示されるように、メインローブの中心付近に集中してモニタ点を設定した場合をケース１、メインローブの中心付近に、ケース１よりも間隔を広げてモニタ点を設定した場合をケース２とし、基準ビームパターンに対してマイクロ波ビームを−０．１°ずつ、段階的にずらした場合の各位置ずれ量Δθに対する差分積算値Ａ（Δθ）をシミュレーションした。図６はシミュレーション結果である。

図６において、横軸は基準ビームパターンに対するマイクロ波ビームの位置ずれ量Δθ、縦軸は差分積算値Ａ（Δθ）を示している。
図６に示されるように、ケース３の場合には、位置ずれ量Δθが０．１°ずれただけで、差分積算値Ａ（Δθ）が２．０以上も変化するのに対し、ケース１の場合は、ほとんど変化が見られない。このように、モニタ点をヌル点近傍に設定することで、位置ずれ量の感度を高めることが可能となり、位置ずれ量の推定精度を高めることが可能となる。

次に、図１に示した本実施形態に係る電力供給システムの作用について説明する。
まず、送電システム２において、アンテナ２１によりパイロット信号が受信されると、このパイロット信号はパイロット受信部２２により増幅等されて制御部２５に送られる。制御部２５では、パイロット信号の到来角度が検出され、この到来角度にマイクロ波ビームが送電されるような指令が移相器２９に出力される。これにより、マイクロ波ビームがパイロット信号の到来角度、つまり、地上に設けられた受電システム３に向けて送電されることとなる。

このマイクロ波ビームは、受電システム３の受電アンテナ５６（図２参照）により受電され、このマイクロ波ビームの位置ずれ量が上記（１）式に基づいてビーム位置推定部５２により推定される。そして、推定された位置ずれ量を解消するような制御コマンドがビーム位置推定部５２により生成され、この制御コマンドがアンテナ５３を介して送電システム２に送信される。これにより、電力供給システム１において、マイクロ波ビームの位置ずれに関するクローズドループが確立し、送電システム３の制御部２５では、パイロット信号に基づいて決定されたマイクロ波ビームの送電方向が制御コマンドに基づいて補正される制御が行われることとなる。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電力供給システムによれば、受電システム３において、マイクロ波ビームの位置ずれ量が推定され、この位置ずれ量を解消するための制御コマンドが送電システム２に送信され、送電システム２においては、この制御コマンドに基づいてマイクロ波ビームの送電方向が補正されるので、受電システム３で受電されるマイクロ波ビームを最適な位置に合せこむことが可能となる。これにより、受電効率を向上させることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る電力供給システムについて図を参照して説明する。本実施形態に係る電力供給システムは、上述した第１の実施形態に係る電力供給システムと略同様であるが、受電システム３におけるビーム位置推定部の構成が異なる。以下、本実施形態の電力供給システムについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図７は本実施形態に係る電力供給システムのビーム位置推定部６２の周辺構成を示した図である。図７に示されるように、本実施形態において、受電アンテナ６１ａ、６１ｂは基準ビームパターンの中心を挟んで対をなして配置されている。受電アンテナ６１ａ、６１ｂによって検出されたマイクロ波ビームの電力レベルＰ１，Ｐ２はビーム位置推定部６２に出力される。上記受電アンテナ６１ａ，６１ｂは、基準ビームパターンのメインローブのヌル点近傍に設けられていることが好ましい。ヌル点近傍に設けるメリットは第１の実施形態で説明した通りである（図６等参照）。

図８は、ビーム位置推定部６２の機能ブロック図である。図８に示されるように、ビーム位置推定部６２は、対をなす受電アンテナ６１ａ，６１ｂにて検出された電力レベルＰ１．Ｐ２の差分を算出する差分算出部（差分算出手段）６３と、対をなす受電アンテナ６１ａ，６１ｂにて検出された電力レベルの差分と基準ビームパターンに対するマイクロ波ビームの位置ずれ量とが関連付けられたずれ量取得用情報が記憶されている記憶部（記憶手段）６４と、記憶部６４に記憶されているずれ量取得用情報と差分算出部６３により算出された差分とに基づいてマイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する推定部（推定手段）６５とを主な構成として備えている。

図９にずれ量取得用情報の一例を示す。図９において、縦軸は基準ビームパターンに対するマイクロ波ビームの位置ずれ量Δθ、横軸は対をなす受電アンテナ６１ａ，６１ｂにて検出された電力レベルの差分ΔＰ（θ）を示している。
このずれ量取得用情報は、例えば、到来角度を所定の間隔で変化させたテスト用のマイクロ波ビームを送信し、このマイクロ波ビームを受電アンテナ６１ａ、６１ｂにて受信し、受信したマイクロ波ビームの電力レベルの差分を算出する。また、このときのマイクロ波ビームと基準ビームパターンとのずれ量を求め、上述の差分とずれ量とを対応付けることでずれ量取得用情報を作成すればよい。
なお、マイクロ波ビームのずれ量は、例えば、受電アンテナ６１ａ、６１ｂに加えて上記多数の受電アンテナを配置しておき、これらの受電アンテナによって取得された電力レベルからビームパターンを作成し、作成したビームパターンと基準ビームパターンとを比較することで求めることが可能である。

このような構成を備えるビーム位置推定部６２においては、まず、図８に示されるように、受電アンテナ６１ａ，６１ｂにより検出されたマイクロ波ビームの電力レベルＰ１，Ｐ２が差分算出部６３に入力され、電力レベルＰ１，Ｐ２の差分ΔＰ（θ）（＝Ｐ１−Ｐ２）が算出される。推定部６５では、この差分ΔＰ（θ）に対応する位置ずれ量Δθを図９に示されるずれ量取得用情報から取得することで、マイクロ波ビームの位置ずれ量Δθが推定される。ビーム位置推定部６２では、このようにして位置ずれ量Δθが求められると、この位置ずれ量Δθを解消させるような制御コマンドを作成して送信用アンテナ５３（図１参照）を介して送電システム２に送信する。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電力供給システムによれば、対をなす受電アンテナ６１ａ，６１ｂで検出された電力レベルの差分を算出し、この差分と予め記憶部６４に記憶されているずれ量取得用情報とを用いてマイクロ波ビームのずれ量を取得するので、処理負担の軽減を図ることが可能となる。また、本実施形態によれば、基準ビームパターンの中心を挟んで少なくとも１組の受電アンテナが設定されていればマイクロ波ビームの位置ずれ量を推定することが可能であるため、上述した第１の実施形態に係る電力供給システムに比べて受電アンテナの数を少なくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態においては、２つの受電アンテナ６１ａ，６１ｂを備える場合について説明したが、複数組の受電アンテナが設けられていてもよい。例えば、図７では、基準ビームパターンを受電面に垂直な面で切り取ったときのビームパターンを表しているが、このビームパターンを受電面に平行な面で切り取って表すと略円形或いは楕円形となる（図示略）。従って、複数の受電アンテナを配置する場合には、略円形に表される基準ビームパターンのメインローブの円周上に各組の受電アンテナを配置することとすればよい。この場合には、各組の受電アンテナに対して、図９に示すようなずれ量取得用情報を作成しておき、それぞれ対応するずれ量取得用情報を用いて各組におけるずれ量を算出することとすればよい。なお、各組のずれ量取得用情報の作成方法については上述した通りである。

また、複数組の受電アンテナを配置した場合には、各組において位置ずれ量Δθが求められる。したがって、これらの複数の位置ずれ量Δθを統計的に処理することで、例えば、平均値や確率分布をとることで１つの位置ずれ量Δθを決定すればよい。
なお、上記対となる受電アンテナは、図７に示されるように基準ビームパターンの中心を挟んで対称の位置に設けられていてもよいし、非対称な位置に設けられていてもよい。

また、本実施形態では、ずれ量取得用情報として図９に示されるテーブルを一例として説明したが、この例に限定されず、例えば、差分ΔＰ（θ）と位置ずれ量Δθとの関係式を用いることとしてもよい。
また、本実施形態では、ビーム位置推定部６２において実現される処理は、ハードウェアによる処理としてもよいし、ソフトウェアにて処理することとしてもよい。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムについて図を参照して説明する。本実施形態に係る電力供給システムは、上述した第１の実施形態に係る電力供給システムと略同様であるが、受電システム３におけるビーム位置推定部の構成が異なる。以下、本実施形態の電力供給システムについて、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。

図１０は本実施形態に係る電力供給システムのビーム位置推定部７２の周辺構成を示した図である。図１０に示されるように、本実施形態において、受電アンテナ７１ａ、７１ｂは基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置されている。受電アンテナ７１ａ、７１ｂによって検出されたマイクロ波ビームの電力レベルＰ１´，Ｐ２´はビーム位置推定部７２に出力される。上記受電アンテナ７１ａ，７１ｂは、基準ビームパターンのメインローブのヌル点近傍に設けられていることが好ましい。ヌル点近傍に設けるメリットは第１の実施形態で説明した通りである（図６等参照）。

図１１は、ビーム位置推定部７２の機能ブロック図である。図１１に示されるように、ビーム位置推定部７２は、対をなす受電アンテナ７１ａ，７１ｂにて検出された電力レベルＰ１´、Ｐ２´の差分を算出する差分算出部（差分算出手段）７３と、対をなす受電アンテナ７１ａ，７１ｂにて検出された電力レベルＰ１´、Ｐ２´の和を算出する和算出部（和算出手段）７４と、第１ずれ量取得用情報及び第２ずれ量取得用情報が記憶されている記憶部（記憶手段）７５と、記憶部７５に記憶されている第１ずれ量取得用情報と差分算出部７３により算出された差分とに基づいてマイクロ波ビームの位置ずれ量Δθ１を推定するとともに、記憶部７５に記憶されている第２ずれ量取得用情報と和算出部７４により算出された和とに基づいてマイクロ波ビームの位置ずれ量Δθ２を取得する推定部（推定手段）７６とを主な構成として備えている。

上記第１ずれ量取得用情報は、受電アンテナ７１ａ，７１ｂにて検出された電力レベルの差分ΔＰ（θ）´と基準ビームパターンに対するマイクロ波ビームの位置ずれ量（換言すると、基準ビームパターンのヌル点位置に対するマイクロ波ビームのヌル点位置のずれ量）Δθ１とを関連付けた情報である。図１２に第１ずれ量取得用情報の一例を示す。図１２において、縦軸は基準ビームパターンのヌル点位置に対するマイクロ波ビームのヌル点位置のずれ量Δθ１、横軸は対をなす受電アンテナ７１ａ，７１ｂにて検出された電力レベルの差分ΔＰ（θ）´を示している。

上記第２ずれ量取得用情報は、受電アンテナ７１ａ，７１ｂにて検出された電力レベルの和ＳＰ（θ）´と基準ビームパターンに対するマイクロ波ビームのずれ量（換言すると、基準ビームパターンのヌル点位置に対するマイクロ波ビームのヌル点位置のずれ量）Δθ２とを関連付けた情報である。図１３に第２ずれ量取得用情報の一例を示す。図１３において、縦軸は基準ビームパターンのヌル点位置に対するマイクロ波ビームのヌル点位置のずれ量Δθ２、横軸は対をなす受電アンテナ７１ａ，７１ｂにて検出された電力レベルの和ＳＰ（θ）´を示している。

ここで、上記第１ずれ量取得用情報及び第２ずれ量取得用情報は、例えば、到来角度を所定の間隔で変化させたテスト用のマイクロ波ビームを送信し、このマイクロ波ビームを受電アンテナ６１ａ、６１ｂにて受信し、受信したマイクロ波ビームの電力レベルの差分および和を算出する。また、このときのマイクロ波ビームと基準ビームパターンとのずれ量を求め、上述の差分とずれ量とを対応付けることで第１ずれ量取得用情報を作成し、同様に、上述の和とずれ量とを対応付けることで第２ずれ量取得用情報を作成すればよい。
なお、マイクロ波ビームのずれ量は、例えば、受電アンテナ６１ａ、６１ｂに加えて上記多数の受電アンテナを配置しておき、これらの受電アンテナによって取得された電力レベルからビームパターンを作成し、作成したビームパターンと基準ビームパターンとを比較することで求めることが可能である。
このような構成を備えるビーム位置推定部７２においては、まず、受電アンテナ７１ａ，７１ｂにより検出されたマイクロ波ビームの電力レベルＰ１´，Ｐ２´が差分算出部７３及び和算出部７４に入力される。差分算出部７３は電力レベルＰ１´，Ｐ２´の差分ΔＰ（θ）´を算出し、和算出部７４は電力レベルＰ１´，Ｐ２´の和ＳＰ（θ）´を算出し、算出結果をそれぞれ推定部７６に出力する。推定部７６は、差分ΔＰ（θ）´と図１２に示した第１ずれ量取得用情報とを用いて位置ずれ量Δθ１を求め、また、和ＳＰ（θ）´と図１３に示した第２ずれ量取得用情報とを用いて位置ずれ量Δθ２を求める。そして、求めたΔθ１とΔθ２との平均値を最終的な位置ずれ量Δθ´として決定する。このようにして、最終的な位置ずれ量Δθ´が求められると、この位置ずれ量Δθ´を解消するような制御コマンドを作成して送信用アンテナ５３（図１参照）を介して送電システム２に送信する。

以上説明してきたように、本実施形態に係る電力供給システムによれば、対をなす受電アンテナ７１ａ，７１ｂで検出された電力レベルの差分及び和を算出し、この差分と予め記憶部７５に記憶されている第１ずれ量取得用情報とを用いてマイクロ波ビームの位置ずれ量Δθ１を求めるとともに、和と予め記憶部７５に記憶されている第２ずれ量取得用情報とを用いてマイクロ波ビームの位置ずれ量Δθ２を求め、これらの位置ずれ量Δθ１，Δθ２に基づいて最終的な位置ずれ量Δθ´を求めるので、位置推定の信頼度を高めることが可能となる。

更に、和と差分とを用いて位置推定を行うことで以下のような利点が得られる。例えば、差分を和で除することにより、電力レベルの規格化を行うことで、受電アンテナでの電力レベルが変動した場合であっても、ずれ量取得用情報を再取得することなく、位置推定を継続して行うことが可能となる。つまり、和或いは差分のみを用いて位置推定を行っていた場合には、受電アンテナでの電力レベルが変動するとその変動分が位置ずれ推定精度に直接的に影響し、位置ずれ推定精度が低下する。一方、電力レベルの変動が生じた場合でも和と差分との関係は一定に保たれることから、上述したように、例えば、差分を和で除した値を用いて位置推定を行うことで、一定の精度を保つことが可能となる。

また、本実施形態によれば、基準ビームパターンのヌル点を挟んで少なくとも１組のモニタ点が設定されていればマイクロ波ビームのずれ量Δθ´を推定することが可能となるため、上述した第１の実施形態に係る電力供給システムに比べて受電アンテナの数を少なくすることができる。これにより、装置の小型化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態においては、差分算出部７３と和算出部７４とを備えている場合について説明したが、この構成に限られず、いずれか一方を備えていればよい。例えば、差分算出部７３を備えている場合には、差分算出部７３により算出された差分ΔＰ（θ）´に基づいて求められた位置ずれ量Δθ１を最終的な位置ずれ量Δθ´とすればよく、和算出部７４を備えている場合には、和算出部７４により算出された和ＳＰ（θ）´に基づいて求められた位置ずれ量Δθ２を最終的な位置ずれ量Δθ´とすればよい。

また、本実施形態においては、２つの受電アンテナ７１ａ，７１ｂを備える場合について説明したが、複数組の受電アンテナが設けられていてもよい。例えば、図１０では、基準ビームパターンを受電面に垂直な面で切り取ったときのビームパターンを表しているが、このビームパターンを受電面に平行な面で切り取って表すと略円形或いは楕円形となる（図示略）。従って、複数の受電アンテナを配置する場合には、略円形に表される基準ビームパターンのメインローブの円周上に各組の受電アンテナを配置することとすればよい。この場合には、各組の受電アンテナに対して、図９に示すようなずれ量取得用情報を作成しておき、それぞれ対応するずれ量取得用情報を用いて各組におけるずれ量を算出することとすればよい。なお、各組のずれ量取得用情報の作成方法については上述した通りである。

また、複数組の受電アンテナを配置した場合には、各組において位置ずれ量Δθ´が求められる。したがって、これらの複数の位置ずれ量Δθ´を統計的に処理することで、例えば、平均値や確率分布をとることで１つの位置ずれ量Δθ´を決定すればよい。
なお、上記対となる受電アンテナは、図１０に示されるようにヌル点の中心を挟んで対称の位置に設けられていてもよいし、非対称な位置に設けられていてもよい。

また、本実施形態では、第１ずれ量取得用情報、第２ずれ量取得用情報として図１２、図１３に示されるテーブルを一例として説明したが、この例に限定されず、例えば、差分ΔＰ（θ）´と位置ずれ量Δθ１との関係式、和ＳＰ（θ）´と位置ずれ量Δθ２との関係式を用いることとしてもよい。
また、本実施形態では、ビーム位置推定部７２において実現される処理は、ハードウェアによる処理としてもよいし、ソフトウェアにて処理することとしてもよい。例えば、上記差分算出部７３、和算出部７４をハードウェアによる構成とする場合には、ラットレースリング等の回路を使用することが可能である。

なお、上述した各本実施形態においては、制御コマンドとパイロット信号とを個別の信号として受電システム３から送電システム２に送信していたが、パイロット信号と制御コマンドとを１つの信号として取り扱うこととしてもよい。例えば、図１４に示されるように、時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multipexing）方式を採用し、第１の送信期間Ｔretroにおいてはパイロット信号を送信し、第２の送信期間Ｔcontにおいては制御コマンドを送信することとしてもよい。

また、図１５には、制御コマンドとパイロット信号とを多重させた信号を受電システム３から送電システム２に送信する場合の電力供給システムの一構成例が示されている。図１５において、ビーム位置推定部５２にて生成された位置ずれ量に基づく制御コマンドは、パイロット送信部５４に出力される。パイロット送信部５４では、制御コマンドとパイロット信号とを多重させた多重信号が生成されて、アンテナ５５を介して送電システム２に送信される。
送電システム２では、アンテナ２１´によって多重信号が受信され、受信部４０を介して制御部２５´に出力される。制御部２５´は、多重信号を復号することでパイロット信号と制御コマンドと取得し、これらに基づいてマイクロ波ビームの送電方向を制御する。
なお、図１５に示されるビーム位置推定部５２に代えて、上述のビーム位置推定部６２または７２を採用することができることはいうまでもない。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、各実施形態においては、位置ずれ量のみを推定することとしたが、位相についても推定することとしてもよい。

また、各実施形態においては、電力を検出し、この電力に基づいて位置推定を行うこととしたが、この例に限られない。例えば、電力に代えて、受電アンテナの出力を電圧に変換し、この電圧に基づいて位置推定を行うこととしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る電力供給システムの概略構成を示した図である。 図１に示したビーム位置推定部について説明するための図である。 モニタ点について説明するための図である。 モニタ点の設定について説明するための図である。 モニタ点の設定について説明するための図である。 シミュレーション結果を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る電力供給システムのビーム位置推定部の周辺構成を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係るビーム位置推定部の機能ブロック図である。 ずれ量取得用情報の一例を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る電力供給システムのビーム位置推定部の周辺構成を示した図である。 本発明の第３の実施形態に係るビーム位置推定部の機能ブロック図である。 第１ずれ量取得用情報の一例を示した図である。 第２ずれ量取得用情報の一例を示した図である。 パイロット信号と制御コマンドとを多重させた多重信号の一例を示した図である。 図１４に示した多重信号を送信する際の電力供給システムの一構成例を示した図である。 宇宙太陽発電システムについて示した図である。

符号の説明

１ 電力供給システム
２ 送電システム
３ 受電システム
２１，２１´，２３，５３，５５ アンテナ
２２ パイロット受信部
２４ 制御コマンド受信部
２５，２５´ 制御部
３１ 送電アンテナ
４０ 受信部
５１ 受電部
５２、６２，７２ ビーム位置推定部
５４ パイロット送信部
５６、６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ 受電アンテナ
６３，７３ 差分算出部
６５、７６ 推定部
６４、７５ 記憶部
７４ 和算出部

Claims (6)

1. 電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する送電システムと、
   該送電システムから送信されたマイクロ波ビームを受信する受電システムと
   を備え、
   前記受電システムは、
   前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定するビーム位置推定手段と、
   該位置ずれ量に関する情報を前記送電システムに送信する送信手段と
   を備え、
   前記送電システムは、前記受電システムから前記位置ずれ量に関する情報を受信し、該位置ずれ量に関する情報に基づいて前記マイクロ波ビームの送電方向を補正する電力供給システムであって、
   前記ビーム位置推定手段は、
   前記送電システムから受信したマイクロ波ビームの電力レベルを、予め設定されている基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置された複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電力レベルに基づいて、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する電力供給システム。
2. 前記ビーム位置推定手段は、
   対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの差分を算出する差分算出手段と、
   対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの差分と位置ずれ量とが関連付けられたずれ量取得用情報が記憶されている記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている前記ずれ量取得用情報と前記差分算出手段により算出された差分とに基づいて前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する推定手段と
   を具備する請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記ビーム位置推定手段は、
   対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの和を算出する和算出手段と、
   対となる前記モニタ点にて検出された電力レベルの和と位置ずれ量とが関連付けられたずれ量取得用情報が記憶されている記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶されている前記ずれ量取得用情報と前記和算出手段により算出された和とに基づいて前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する推定手段と
   を具備する請求項１に記載の電力供給システム。
4. 前記ビーム位置推定手段は、
   前記送電システムから受信したマイクロ波ビームの電圧を、予め設定されている基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置された複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電圧に基づいて、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定する請求項１に記載の電力供給システム。
5. 前記受電システムは、パイロット信号を送信する送信手段を備え、
   前記送電システムは、該受電システムからのパイロット信号を受信し、該パイロット信号の到来方向を検出し、検出した該到来方向にマイクロ波ビームを指向させる請求項１から請求項４のいずれかに記載の電力供給システム。
6. 電気エネルギーをマイクロ波ビームとして送信する送電システムと、該送電システムから送信されたマイクロ波ビームを受信する受電システムとを備える電力供給システムに用いられる受電システムであって、
   前記送電システムから受信したマイクロ波ビームの電力レベルを、予め設定されている基準ビームパターンのヌル点を挟んで対をなして配置された複数のモニタ点において検出し、検出した各モニタ点における電力レベルに基づいて、前記マイクロ波ビームの位置ずれ量を推定するビーム位置推定手段と、
   該位置ずれ量に関する情報を前記送電システムに送信する送信手段と
   を備える受電システム。

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