JP6486256B2 - Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system - Google Patents

Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system Download PDF

Info

Publication number
JP6486256B2
JP6486256B2 JP2015201036A JP2015201036A JP6486256B2 JP 6486256 B2 JP6486256 B2 JP 6486256B2 JP 2015201036 A JP2015201036 A JP 2015201036A JP 2015201036 A JP2015201036 A JP 2015201036A JP 6486256 B2 JP6486256 B2 JP 6486256B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power transmission
wireless power
phase
randomly
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015201036A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017073930A (en
Inventor
津留 正臣
正臣 津留
安藤 暢彦
暢彦 安藤
谷口 英司
英司 谷口
檜枝 護重
護重 檜枝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2015201036A priority Critical patent/JP6486256B2/en
Publication of JP2017073930A publication Critical patent/JP2017073930A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6486256B2 publication Critical patent/JP6486256B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Transmitters (AREA)

Description

本発明は、マイクロ波などの電磁波を用いて電力伝送を行うための無線送受電技術に関する。   The present invention relates to a wireless power transmission / reception technique for performing power transmission using electromagnetic waves such as microwaves.

マイクロ波またはレーザ光などの電磁波を用い、この電磁波の波長よりも十分に長い距離だけ離れた2地点間の電力伝送を可能とする無線送受電技術の開発が進められている。たとえば、宇宙太陽光発電システム(SSPS:Space Solar Power System)では、宇宙空間に配置された発電衛星が、太陽光を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーをマイクロ波またはレーザ光に変換して地球上の受電装置に向けて送電する。当該地球上の受電装置は、その発電衛星からマイクロ波またはレーザ光を受電し、当該受電されたマイクロ波またはレーザ光を直流の電気エネルギーに変換することができる。宇宙太陽光発電システムに限らず、地上における2地点間の電力伝送に無線送受電技術を使用することが可能である。   Development of a wireless power transmission / reception technology that uses an electromagnetic wave such as a microwave or a laser beam and enables power transmission between two points separated by a distance sufficiently longer than the wavelength of the electromagnetic wave is underway. For example, in a space solar power system (SSPS), a power generation satellite arranged in outer space converts sunlight into electrical energy, which is converted into microwaves or laser light to the earth. Power is transmitted to the upper power receiving device. The power receiving device on the earth can receive microwaves or laser light from the power generation satellite, and can convert the received microwaves or laser light into DC electric energy. Not only a space solar power generation system but also a wireless power transmission / reception technology can be used for power transmission between two points on the ground.

このような無線送受電技術は、たとえば、特許文献1(特開2002−95190号公報)に開示されている。特許文献1には、地上の電力基地に向けてマイクロ波を送電する複数台の発電衛星からなる発電衛星グループが開示されている。この発電衛星グループ内では、複数台の発電衛星のアンテナ素子群が全体としてフェーズドアレイアンテナを形成するように、発電衛星ごとにマイクロ波が位相調整される。また、各発電衛星は、位相調整後のマイクロ波を、スペクトル拡散変調方式でインコヒーレント変調して送電する。これにより、電力基地の受電アンテナサイズに合わせてマイクロ波のビーム幅を調整することができる。   Such a wireless power transmission / reception technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-95190. Patent Document 1 discloses a power generation satellite group including a plurality of power generation satellites that transmit microwaves to a ground power base. In this power generation satellite group, the phase of the microwave is adjusted for each power generation satellite so that the antenna element groups of a plurality of power generation satellites form a phased array antenna as a whole. Each power generation satellite transmits the phase-adjusted microwave by incoherently modulating it with a spread spectrum modulation method. Thereby, the beam width of the microwave can be adjusted according to the receiving antenna size of the power base.

特開2002−95190号公報(たとえば、図1及び図2、並びに段落0011及び段落0016)JP 2002-95190 A (for example, FIG. 1 and FIG. 2 and paragraphs 0011 and 0016)

特許文献1の無線送電技術では、複数台の発電衛星のマイクロ波の位相量を個別に且つ精確に制御する制御衛星を別途用意しなければならず、各発電衛星において、制御衛星から受信する制御信号を処理する複雑な回路構成が必要となる。   In the wireless power transmission technology of Patent Document 1, a control satellite that individually and precisely controls the microwave phase amount of a plurality of power generation satellites must be separately prepared, and each power generation satellite receives control from the control satellite. A complicated circuit configuration for processing signals is required.

また、特許文献1の無線送受電技術では、各発電衛星は、スペクトル拡散変調方式を用いて、位相調整後のマイクロ波をインコヒーレント変調している。しかしながら、このインコヒーレント変調が電力基地への送電方向を不安定にし、送電効率を低下させるおそれがある。   In the wireless power transmission / reception technique disclosed in Patent Document 1, each power generation satellite performs incoherent modulation of the microwave after phase adjustment using a spread spectrum modulation method. However, this incoherent modulation may destabilize the transmission direction to the power base and reduce the transmission efficiency.

上記に鑑みて本発明の目的は、アレイアンテナを用いて安定した送電を実現することができる無線送電装置及びこれを用いた無線送電システムを提供する点にある。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a wireless power transmitting apparatus capable of realizing stable power transmission using an array antenna and a wireless power transmitting system using the wireless power transmitting apparatus.

本発明の一態様による無線送電装置は、規則的に配列されたN本(Nは2以上の整数)の送電アンテナ素子からなるアレイアンテナと、ランダムまたは疑似ランダムに変化する位相を有する電波を生成する発振回路と、前記電波をN系統の送電波に分配する分配器と、前記N系統の送電波を個別に移相してそれぞれ前記N本の送電アンテナ素子に供給することにより当該N本の送電アンテナ素子から送電ビームを放射させる位相制御部とを備えることを特徴とする。   A wireless power transmission device according to an aspect of the present invention generates an array antenna including N regularly arranged power transmission antenna elements (N is an integer of 2 or more) and a radio wave having a phase that changes randomly or pseudo-randomly. An oscillating circuit, a distributor that distributes the radio waves to N transmission radio waves, and a phase shift of the N radio transmission waves individually to supply the N power transmission antenna elements to the N power transmission antenna elements, respectively. And a phase controller that radiates a power transmission beam from the power transmission antenna element.

本発明の他の態様による無線送電システムは、前記無線送電装置の複数台を備えることを特徴とする。   A wireless power transmission system according to another aspect of the present invention includes a plurality of the wireless power transmission devices.

本発明によれば、電波の位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させる位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、N系統の送電波は1系統の電波を分配元として生成されるので、その位相変調がなされてもN本の送電アンテナ素子の出力波間の相対位相差の時間的変動が回避される。よって、その位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナを用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。   According to the present invention, since the phase modulation that changes the phase of the radio wave randomly or pseudo-randomly is performed, the radio wave interference in the power receiving antenna element can be reduced. In addition, since the N system transmission radio waves are generated using one system radio wave as a distribution source, the temporal fluctuation of the relative phase difference between the output waves of the N power transmission antenna elements is avoided even if the phase modulation is performed. Therefore, it is possible to prevent the transmission direction from becoming unstable due to the phase modulation. Therefore, stable power transmission can be realized using the array antenna, and power transmission efficiency can be improved.

本発明に係る実施の形態1の無線送電装置の概略構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows schematic structure of the wireless power transmission apparatus of Embodiment 1 which concerns on this invention. (A)は、実施の形態1の位相制御部の構成例を示す図であり、(B)は、実施の形態1の位相制御部の他の構成例を示す図である。(A) is a figure which shows the structural example of the phase control part of Embodiment 1, (B) is a figure which shows the other structural example of the phase control part of Embodiment 1. FIG. (A)は、実施の形態1の位相制御部の変形例を示す図であり、(B)は、実施の形態1の位相制御部の他の変形例を示す図である。(A) is a figure which shows the modification of the phase control part of Embodiment 1, (B) is a figure which shows the other modification of the phase control part of Embodiment 1. (A),(B)は、実施の形態1の発振回路の構成例を示す図である。(A), (B) is a figure which shows the structural example of the oscillation circuit of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る無線送電システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a wireless power transmission system according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2の発振回路の概略構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an oscillation circuit according to a second embodiment. 実施の形態3の発振回路の概略構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an oscillation circuit according to a third embodiment. 実施の形態4の発振回路の概略構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an oscillation circuit according to a fourth embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。   Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the component which attached | subjected the same code | symbol in drawing shall have the same structure and the same function.

実施の形態1.
図1は、本発明に係る実施の形態1の無線送電装置Txの概略構成を示す機能ブロック図である。この無線送電装置Txは、無線送電に使用される電磁波の波長よりも十分に長い距離だけ離れた2地点間の電力伝送を行うために使用される。この電力伝送は、屋外または屋内のいずれで行われてもよい。本実施の形態の無線送電装置Txは、たとえば、太陽光エネルギーを電磁波に変換して伝送する宇宙太陽光発電システム、または、車両もしくは航空機などの移動体に電力を伝送する給電システムに適用可能なものであるが、これらに限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the wireless power transmitting apparatus Tx according to the first embodiment of the present invention. This wireless power transmission device Tx is used for power transmission between two points separated by a distance sufficiently longer than the wavelength of the electromagnetic wave used for wireless power transmission. This power transmission may be performed either outdoors or indoors. The wireless power transmission device Tx of the present embodiment can be applied to, for example, a space solar power generation system that converts solar energy into electromagnetic waves and transmits it, or a power feeding system that transmits power to a moving body such as a vehicle or an aircraft. However, it is not limited to these.

図1に示されるように無線送電装置Txは、規則的に配列されたN本(Nは2以上の整数)の送電アンテナ素子AN,…,ANからなるアレイアンテナ10と、装置本体11とを備えている。送電アンテナ素子AN,…,ANは、線状または面状に配列されている。装置本体11は、ランダムまたは疑似ランダムに変化する位相を有する電波Pwを出力する発振回路12と、この電波PwをN系統の送電波Pw,…,Pwに分配する分配器14と、これら送電波Pw,…,Pwを個別に移相させてN系統の移相送電波を生成する位相制御部13と、この位相制御部13の動作を制御することによりアレイアンテナ10の放射指向性を制御するビーム方向制御部15とを備えている。 As shown in FIG. 1, the wireless power transmitting apparatus Tx includes an array antenna 10 composed of N (N is an integer of 2 or more) power transmitting antenna elements AN 1 ,. And. The power transmission antenna elements AN 1 ,..., AN N are arranged in a line or a plane. The apparatus main body 11 includes an oscillation circuit 12 that outputs a radio wave Pw having a phase that changes randomly or pseudo-randomly, a distributor 14 that distributes the radio wave Pw to N transmission radio waves Pw 1 ,..., Pw N , and these Telecommunications Pw 1 feed, ..., a phase control unit 13 which Pw N were individually phase-shifted to produce a transfer phase feeding electric wave N systems, the radiation directivity of the array antenna 10 by controlling the operation of the phase control unit 13 And a beam direction control unit 15 for controlling the characteristics.

位相制御部13は、図1に示されるようにN個の位相制御器13,…,13を有している。これら位相制御器13,…,13は、ビーム方向制御部15から供給された制御信号Bcで指定される位相変化量だけ送電波Pw,…,Pwを個別に移相させてN系統の移相送電波を生成する。これらN系統の移相送電波は、互いに一定の位相差を持つように制御されている。そして、位相制御器13,…,13は、これらN系統の移相送電波をそれぞれ送電アンテナ素子AN,…,ANに供給することにより送電アンテナ素子AN,…,ANから送電ビームTwを放射させる。すなわち、アレイアンテナ10と位相制御器13,…,13とでフェーズドアレイアンテナが構成されている。 As shown in FIG. 1, the phase controller 13 has N phase controllers 13 1 ,..., 13 N. These phase controllers 13 1 ,..., 13 N individually shift the phase of the transmitted radio waves Pw 1 ,..., Pw N by the amount of phase change specified by the control signal Bc supplied from the beam direction controller 15. Generates phase-shifting radio waves for the system. These N phase-shifting radio waves are controlled so as to have a certain phase difference. Then, the phase controller 13 1, ..., 13 N are each transmission antenna element AN 1 radio transfer phase feeding of these N lines, ..., the power transmission antenna element AN 1 by supplying the AN N, ..., from the AN N The power transmission beam Tw is radiated. That is, the array antenna 10 and the phase controllers 13 1 ,..., 13 N constitute a phased array antenna.

ビーム方向制御部15は、制御信号Bcを通じて送電ビームTwの方向を可変に制御することが可能である。無線送電装置Txが発電衛星などの移動体に搭載される場合には、ビーム方向制御部15は、受電装置から受信されたパイロット信号の到来方向へ送電ビームTwの方向を自動的に向ける公知のレトロディレクティブ(retro−directive)機能を有していてもよい。   The beam direction control unit 15 can variably control the direction of the power transmission beam Tw through the control signal Bc. When the wireless power transmission device Tx is mounted on a mobile body such as a power generation satellite, the beam direction control unit 15 is a known device that automatically directs the direction of the power transmission beam Tw to the arrival direction of the pilot signal received from the power reception device. It may have a retro-directive function.

送電波としては、たとえば、雨、霧または雲を透過する10GHz以下の周波数帯のマイクロ波を使用することが好ましい。無線送電装置Txが発電衛星に搭載される場合には、2.45GHz帯または5.8GHz帯のマイクロ波を送電波として使用することができる。ただし、送電環境によって適切な周波数帯は異なるので、本発明は周波数帯を限定するものではない。   As the transmitted radio wave, for example, it is preferable to use a microwave having a frequency band of 10 GHz or less that passes through rain, fog, or clouds. When the wireless power transmission device Tx is mounted on a power generation satellite, a 2.45 GHz band or a 5.8 GHz band microwave can be used as a transmission wave. However, since an appropriate frequency band varies depending on the power transmission environment, the present invention does not limit the frequency band.

位相制御器13,…,13は、具体的には、可変移相器を用いて構成可能である。図2(A)は、可変移相器PS,…,PSからなる位相制御部13の構成例を概略的に示す図である。図2(A)の例では、可変移相器PS,…,PSは、制御信号Bcで指定される移相変化量だけ送電波Pw,…,Pwを移相させて(すなわち送電波Pw,…,Pwの位相をシフトさせて)N系統の移相送電波を生成する。 Specifically, the phase controllers 13 1 ,..., 13 N can be configured using a variable phase shifter. 2 (A) is variable phase shifter PS 1, ..., a diagram schematically showing a configuration example of the phase control unit 13 consisting of PS N. In the example of FIG. 2A, the variable phase shifters PS 1 ,..., PS N shift the transmitted radio waves Pw 1 ,..., Pw N by the amount of phase shift specified by the control signal Bc (ie, N phase-shifted radio waves are generated (by shifting the phase of the radio waves Pw 1 ,..., Pw N ).

また、位相制御器13,…,13は注入同期発振器を用いて構成されてもよい。図2(B)は、注入同期発振器IL,…,ILからなる位相制御部13の他の構成例を示す図である。図2(B)の例では、注入同期発振器IL,…,ILは、それぞれ送電波Pw,…,Pwを注入波とし、これら注入波と同期して発振することにより当該注入波と同一周波数の発振波を出力する。また、注入同期発振器IL,…,ILは、制御信号Bcに応じて発振波を移相させる機能を有しているので、その移相された発振波を移相送電波として出力することができる。このような注入同期発振器IL,…,ILは、増幅器としても機能するように構成可能である。 Further, the phase controllers 13 1 ,..., 13 N may be configured using an injection locked oscillator. FIG. 2B is a diagram illustrating another configuration example of the phase control unit 13 including the injection locking oscillators IL 1 ,..., IL N. In the example of FIG. 2 (B), the injection-locked oscillator IL 1, ..., IL N, respectively power transmission wave Pw 1, ..., a Pw N and injected wave, the injected wave by oscillating in synchronization with these infusion wave Output an oscillation wave of the same frequency as. In addition, since the injection locking oscillators IL 1 ,..., IL N have a function of shifting the phase of the oscillation wave in accordance with the control signal Bc, the phase-shifted oscillation wave is output as a phase-shifting radio wave. Can do. Such injection locked oscillators IL 1 ,..., IL N can be configured to function also as amplifiers.

また、位相制御部13は、N系統の送電波Pw,…,Pwの振幅またはN系統の移相送電波の振幅を増幅する増幅回路を有するように変形されてもよい。これにより、大きな電力を送電することができる。図3(A),(B)は、位相制御部13の変形例を示す図である。図3(A)に示される変形例の位相制御部13Aは、位相制御器13,…,13よりも後段に配置された増幅器20,…,20を有する。これら増幅器20,…,20は、位相制御器13,…,13の出力である移相送電波の振幅を増幅することができる。一方、図3(B)に示される変形例の位相制御部13Bは、位相制御器13,…,13よりも前段に配置された増幅器21,…,21を有する。これら増幅器21,…,21は、送電波Pw,…,Pwの振幅を増幅してそれぞれ対応する位相制御器13,…,13に出力することができる。 Further, the phase control unit 13 may be modified to have an amplifier circuit that amplifies the amplitude of the N systems of transmission radio waves Pw 1 ,..., Pw N or the amplitude of the N systems of phase transmission radio waves. Thereby, big electric power can be transmitted. 3A and 3B are diagrams showing a modification of the phase control unit 13. Phase control unit 13A of the modified example shown in FIG. 3 (A), phase controller 13 1, ..., amplifier 20 1 which is disposed downstream than 13 N, ..., having a 20 N. These amplifiers 20 1, ..., 20 N, the phase controller 13 1, ..., it is possible to amplify the amplitude of the phase shift transmission wave which is the output of 13 N. On the other hand, the phase control unit 13B of the modified example shown in FIG. 3 (B), phase controller 13 1, ..., an amplifier 21 1 disposed upstream than 13 N, ..., having a 21 N. These amplifiers 21 1, ..., 21 N are radio Pw 1 feed, ..., phase controller 13 1 corresponding respectively to amplify the amplitude of Pw N, ..., it can be output to the 13 N.

次に、発振回路12の構成について説明する。図4(A)は、発振回路12の構成例を示す図である。図4(A)の構成例では、発振回路12は、高周波発振器22と、この高周波発振器22の出力波をランダムまたは疑似ランダムに移相して電波Pwを生成する可変移相器23と、この可変移相器23の動作を制御するランダム位相制御部24とを備えている。ランダム位相制御部24は、物理乱数列(真の乱数列)を用いて高周波発振器22の出力波の移相量すなわち位相変化量をランダムに変化させ、あるいは、疑似乱数列を用いて高周波発振器22の出力波の移相量を疑似ランダムに変化させる。物理乱数列を使用する場合、ランダム位相制御部24は、物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用する場合には、ランダム位相制御部24は、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象(非周期動作)を生み出す非線形写像(たとえば、ロジスティック写像)が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。   Next, the configuration of the oscillation circuit 12 will be described. FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration example of the oscillation circuit 12. In the configuration example of FIG. 4A, the oscillation circuit 12 includes a high-frequency oscillator 22, a variable phase shifter 23 that generates a radio wave Pw by shifting the output wave of the high-frequency oscillator 22 randomly or pseudo-randomly, And a random phase control unit 24 that controls the operation of the variable phase shifter 23. The random phase control unit 24 randomly changes the phase shift amount, that is, the phase change amount of the output wave of the high frequency oscillator 22 using a physical random number sequence (true random number sequence), or uses the pseudo random number sequence to generate a high frequency oscillator 22. The amount of phase shift of the output wave is changed pseudo-randomly. When using a physical random number sequence, the random phase control unit 24 has a nonvolatile memory in which data of the physical random number sequence is stored, and the data may be read and used. When using a pseudo-random number sequence, the random phase control unit 24 only needs to have an arithmetic circuit for calculating the pseudo-random number sequence by a known pseudo-random number generation algorithm. This type of arithmetic circuit can be constituted by a random number generation circuit using a known linear feedback shift register, for example. Further, it is possible to generate a physical random number or a pseudo-random number by using a circuit in which a nonlinear map (for example, logistic map) that generates a chaos phenomenon (non-periodic operation) appears in a voltage waveform or signal processing.

可変移相器23の移相量制御については、たとえば、ランダム位相制御部24から可変移相器23へ制御電圧を供給する構成を採用することができる。可変移相器23へ供給される制御電圧の値をランダムまたは疑似ランダムな値に切り替えることで移相量をランダムまたは疑似ランダムに変化させることが可能である。   For the phase shift amount control of the variable phase shifter 23, for example, a configuration in which a control voltage is supplied from the random phase control unit 24 to the variable phase shifter 23 can be employed. The amount of phase shift can be changed randomly or pseudo-randomly by switching the value of the control voltage supplied to the variable phase shifter 23 to a random or pseudo-random value.

このように電波Pwの位相がランダムまたは疑似ランダムに変化することにより、受電アンテナ素子における電波干渉が低減されるという効果が得られる。図5は、M台(Mは3以上の整数)の無線送電装置Tx,Tx,…,Txからなる無線送電システム1と、無線受電装置Rxとの組み合わせの一例を概略的に示す図である。この無線送電システム1を構成する無線送電装置Tx〜Txは3台以上であるが、これに限定されるものではなく、2台の無線送電装置で無線送電システムが構成されてもよい。図5に示される無線送電装置Tx〜Txは、上記した無線送電装置Txと同じ構成を有している。一方、無線受電装置Rxは、複数本の受電アンテナ素子からなるアレイアンテナ30と、このアレイアンテナ30で受電された電波を直流の電気エネルギーEngに変換する装置本体31とを備える。図5に示されるように、無線送電装置Tx〜Txは、無線受電装置Rxのアレイアンテナ30に向けてそれぞれM本の送電ビームを送出する。このため、これら送電ビームを受信するアレイアンテナ30において電波干渉が生ずるが、各送電ビームの電波の位相はランダムまたは疑似ランダムに変化するので、アレイアンテナ30における電波干渉が低減され、ヌル点(電波強度が落ち込む点)発生を回避することができる。これにより、送電効率が向上する。 As described above, when the phase of the radio wave Pw changes randomly or pseudo-randomly, an effect of reducing radio wave interference in the power receiving antenna element can be obtained. FIG. 5 schematically illustrates an example of a combination of the wireless power transmission system 1 including M (M is an integer of 3 or more) wireless power transmission devices Tx 1 , Tx 2 ,..., Tx M and the wireless power reception device Rx. FIG. There are three or more wireless power transmission devices Tx 1 to Tx M constituting the wireless power transmission system 1, but the present invention is not limited to this, and the wireless power transmission system may be configured by two wireless power transmission devices. The wireless power transmission devices Tx 1 to Tx M shown in FIG. 5 have the same configuration as the wireless power transmission device Tx described above. On the other hand, the wireless power receiving device Rx includes an array antenna 30 composed of a plurality of power receiving antenna elements, and a device main body 31 that converts radio waves received by the array antenna 30 into DC electrical energy Eng. As illustrated in FIG. 5, the wireless power transmission devices Tx 1 to Tx M each transmit M power transmission beams toward the array antenna 30 of the wireless power receiving device Rx. For this reason, radio wave interference occurs in the array antenna 30 that receives these power transmission beams. However, since the phase of the radio wave of each power transmission beam changes randomly or pseudo-randomly, the radio wave interference in the array antenna 30 is reduced, and a null point (radio wave) Occurrence can be avoided. Thereby, power transmission efficiency improves.

前述したような高周波発振器22の出力位相のランダムまたは疑似ランダムな制御は、当該電波Pwの位相状態の変化Δθに要する時間Δtを長くすることで(言い換えれば、傾きΔθ/Δtを小さくすることで)、許容可能な変調帯域に対応することができる。たとえば、電波Pwの位相の最大変化量がπのときに、許容可能な変調周波数がFMmaxであるとすると、位相状態の変化Δθに要する時間Δtは、1/(2×FMmax)以上となるようにすればよい。 The random or pseudo-random control of the output phase of the high-frequency oscillator 22 as described above is performed by increasing the time Δt required for the phase change Δθ of the radio wave Pw (in other words, by reducing the slope Δθ / Δt). ), Which can accommodate an acceptable modulation band. For example, if the maximum modulation amount of the phase of the radio wave Pw is π and the allowable modulation frequency is FM max , the time Δt required for the phase state change Δθ is 1 / (2 × FM max ) or more. What should I do.

なお、高周波発振器22を駆動するためには、DC(直流)電力は、図4(B)に示されるような、発電装置2と接続された発振回路12から供給されてもよい。発電装置2は、太陽光などの光エネルギー、モータによる機械エネルギー、化学エネルギーまたは熱エネルギーといったエネルギーをDC電力に変換する装置である。発電装置2は、高周波発振器22を駆動するのみならず、無線送電装置全体を駆動するDC電力供給源であってもよい。   In order to drive the high-frequency oscillator 22, DC (direct current) power may be supplied from an oscillation circuit 12 connected to the power generator 2 as shown in FIG. 4B. The power generation device 2 is a device that converts light energy such as sunlight, mechanical energy by a motor, chemical energy, or thermal energy into DC power. The power generation device 2 may be a DC power supply source that drives not only the high-frequency oscillator 22 but also the entire wireless power transmission device.

以上に説明したように本実施の形態の無線送電装置Txでは、送電波Pw,…,Pwに対して、送電ビームTwの方向を定める位相制御が実行される。また、この位相制御とは独立に、電波Pwの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、送電ビームTwの方向を定める位相制御が行われる前に、電波Pwのランダム位相変調が実行され、送電波Pw,…,Pwは、1系統の電波Pwを分配元として生成されるので、送電波Pw,…,Pwの位相は互いに同期してランダムまたは疑似ランダムに変化する。よって、そのランダム位相変調に起因して送電アンテナ素子AN,…,ANの出力波間の相対位相差の時間的変動が回避されるので、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ10を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。 As described above, in the wireless power transmitting apparatus Tx according to the present embodiment, phase control for determining the direction of the transmitted power beam Tw is performed on the transmitted radio waves Pw 1 ,..., Pw N. In addition, the random phase modulation that changes the phase of the radio wave Pw randomly or pseudo-randomly is performed independently of the phase control, so that radio wave interference in the power receiving antenna element can be reduced. Further, before the phase control for determining the direction of the transmission beam Tw is performed, the random phase modulation performed in radio Pw, Telecommunications Pw 1 feed, ..., Pw N is generated radio Pw of one system as a distribution source Therefore, the phases of the transmitted radio waves Pw 1 ,..., Pw N change randomly or pseudo-randomly in synchronization with each other. Thus, the random phase modulation due transmitting antenna element AN 1, ..., since the temporal variation of the relative phase difference between the output waves of AN N is avoided, unstable transmission direction due to its random phase modulation Can be prevented. Therefore, stable power transmission can be realized using the array antenna 10, and power transmission efficiency can be improved.

また、図5に示したように複数台の無線送電装置Tx,Tx,…,Txからなる無線送電システム1の場合、無線送電装置Tx,Tx,…,Txの発振回路12,12,…,12は互いに無相関の電波を生成すればよく、必ずしもこれら発振回路12,12,…,12の動作を互いに同期させる必要がないという利点がある。 Further, a plurality of wireless power transmission device Tx 1, Tx 2 as shown in FIG. 5, ..., if the wireless transmission system 1 consisting of Tx M, the wireless power transmission device Tx 1, Tx 2, ..., the oscillation circuit of Tx M 12, 12,... 12 need only generate uncorrelated radio waves, and there is an advantage that the operations of these oscillation circuits 12, 12,.

なお、本実施の形態の無線送電装置Txは、3本以上の送電アンテナ素子AN,…,ANを備えているが、これに限定されるものではなく、送電アンテナ素子の本数が2本であってもよい。 The wireless power transmission device Tx in the present embodiment, three or more transmission antenna elements AN 1, ..., is provided with the AN N, is not limited to this, the number of transmission antenna elements 2 It may be.

また、図5に示した無線受電装置Rxは、無線送電装置Tx〜Txからの受電電力を電気エネルギーEngに変換して出力しているが、これに限定されず、受電電力を電気エネルギー以外のエネルギー源に変換してもよい。たとえば、受電電力を用いてモータを駆動することによりその受電電力を機械エネルギーに変換したり、受電電力を抵抗器で消費させることによりその受電電力を熱エネルギーに変換したりすることも可能である。 In addition, the wireless power receiving device Rx illustrated in FIG. 5 converts the received power from the wireless power transmitting devices Tx 1 to Tx M into electrical energy Eng and outputs the electrical energy Eng, but is not limited thereto, and the received power is converted into electrical energy. You may convert into energy sources other than. For example, the received power can be converted into mechanical energy by driving the motor using the received power, or the received power can be converted into thermal energy by consuming the received power with a resistor. .

実施の形態2.
次に、本発明に係る実施の形態2について説明する。図6は、実施の形態2に係る発振回路12Aの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線送電装置は、上記実施の形態1の発振回路12に代えて図6の発振回路12Aを備える点を除いて、実施の形態1の無線送電装置Txと同じ構成を有する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the oscillation circuit 12A according to the second embodiment. The wireless power transmitting apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the wireless power transmitting apparatus Tx according to the first embodiment, except that the oscillator circuit 12A of FIG. 6 is provided instead of the oscillator circuit 12 of the first embodiment.

本実施の形態に係る発振回路12Aは、ランダムまたは疑似ランダムに変化する制御電圧を出力するランダム電圧制御部41と、その制御電圧が印加される被制御端子40tを有する電圧制御発振器からなる高周波発振器40とを備えている。高周波発振器40は、被制御端子40tに印加された制御電圧に応じた周波数を有する発振波を電波Pwとして出力する。   The oscillation circuit 12A according to the present embodiment includes a random voltage control unit 41 that outputs a control voltage that changes randomly or pseudo-randomly, and a high-frequency oscillator that includes a controlled terminal 40t to which the control voltage is applied. 40. The high frequency oscillator 40 outputs an oscillating wave having a frequency corresponding to the control voltage applied to the controlled terminal 40t as the radio wave Pw.

高周波発振器40に供給される制御電圧は、ランダムまたは疑似ランダムに変化するので、一定期間に亘る制御電圧の時間平均は、そのランダムまたは疑似ランダムな位相制御が実行されない場合の制御電圧と実質的に等しい。よって、その一定期間における高周波発振器40の出力周波数の時間平均は、変化しない。一方、その一定期間よりも極めて短い期間内で、高周波発振器40の出力周波数がランダムまたは疑似ランダムに変化し、これにより発振回路12の出力波の位相もランダムまたは疑似ランダムに変化することとなる。   Since the control voltage supplied to the high-frequency oscillator 40 changes randomly or pseudo-randomly, the time average of the control voltage over a certain period is substantially equal to the control voltage when the random or pseudo-random phase control is not executed. equal. Therefore, the time average of the output frequency of the high-frequency oscillator 40 during the certain period does not change. On the other hand, the output frequency of the high-frequency oscillator 40 changes randomly or pseudo-randomly within a period that is extremely shorter than the predetermined period, whereby the phase of the output wave of the oscillation circuit 12 also changes randomly or pseudo-randomly.

ランダム電圧制御部41は、物理乱数列を用いて高周波発振器40の出力波の位相をランダムに変化させる制御電圧、あるいは、疑似乱数列を用いて高周波発振器40の出力波の位相を疑似ランダムに変化させる制御電圧を出力する。物理乱数列を使用する場合、ランダム電圧制御部41は、物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用する場合には、ランダム電圧制御部41は、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象(非周期動作)を生み出す非線形写像(たとえば、ロジスティック写像)が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。   The random voltage control unit 41 changes the phase of the output wave of the high-frequency oscillator 40 at random using a physical random number sequence, or changes the phase of the output wave of the high-frequency oscillator 40 at random using a pseudo-random number sequence. The control voltage to be output is output. In the case of using a physical random number sequence, the random voltage control unit 41 has a nonvolatile memory in which data of the physical random number sequence is stored, and the data may be read and used. When the pseudo random number sequence is used, the random voltage control unit 41 only needs to have an arithmetic circuit for calculating the pseudo random number sequence using a known pseudo random number generation algorithm. This type of arithmetic circuit can be constituted by a random number generation circuit using a known linear feedback shift register, for example. Further, it is possible to generate a physical random number or a pseudo-random number by using a circuit in which a nonlinear map (for example, logistic map) that generates a chaos phenomenon (non-periodic operation) appears in a voltage waveform or signal processing.

以上に説明したように本実施の形態に係る発振回路12Aでも、上記実施の形態1の発振回路12と同様に、電波Pwの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、上記実施の形態1の場合と同様に、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ10を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。   As described above, also in the oscillation circuit 12A according to the present embodiment, the random phase modulation that changes the phase of the radio wave Pw randomly or pseudo-randomly is executed, similarly to the oscillation circuit 12 of the first embodiment. Thus, radio wave interference in the power receiving antenna element can be reduced. Further, as in the case of the first embodiment, it is possible to prevent the power transmission direction from becoming unstable due to the random phase modulation. Therefore, stable power transmission can be realized using the array antenna 10, and power transmission efficiency can be improved.

更に、上記実施の形態1の発振回路12では、高周波発振器22よりも後段に配置された可変移相器23が高周波発振器22の出力波を移相するので、可変移相器23により電力損失が発生する。これに対し、本実施の形態の発振回路12Aでは、高周波発振器40の発振周波数が可変制御されるので、発振回路12と比べると、可変移相器23がなく、電力損失を抑制することができるという利点がある。   Furthermore, in the oscillation circuit 12 according to the first embodiment, the variable phase shifter 23 disposed at a stage after the high frequency oscillator 22 shifts the output wave of the high frequency oscillator 22, so that the power loss is caused by the variable phase shifter 23. Occur. In contrast, in the oscillation circuit 12A of the present embodiment, since the oscillation frequency of the high-frequency oscillator 40 is variably controlled, there is no variable phase shifter 23 compared to the oscillation circuit 12, and power loss can be suppressed. There is an advantage.

なお、本実施の形態の高周波発振器40も、上記実施の形態1の高周波発振器22(図4(B))と同様に、他のエネルギー源からDC電力を生成する発電装置(図示せず)からDC電力の供給を受けて駆動されてもよい。   Note that the high-frequency oscillator 40 of the present embodiment is also from a power generation device (not shown) that generates DC power from another energy source, similarly to the high-frequency oscillator 22 (FIG. 4B) of the first embodiment. You may drive by receiving supply of DC electric power.

実施の形態3.
次に、本発明に係る実施の形態3について説明する。図7は、実施の形態3に係る発振回路12Bの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線送電装置は、上記実施の形態1の発振回路12に代えて図7の発振回路12Bを備える点を除いて、実施の形態1の無線送電装置Txと同じ構成を有する。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the oscillation circuit 12B according to the third embodiment. The wireless power transmitting apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the wireless power transmitting apparatus Tx according to the first embodiment, except that the oscillation circuit 12B of FIG. 7 is provided instead of the oscillator circuit 12 of the first embodiment.

本実施の形態に係る発振回路12Bは、電圧制御発振器からなる高周波発振器50と、この高周波発振器50に制御電圧を供給して電波Pwを出力させるPLL(Phase−Locked Loop:位相同期ループ)回路51Bと、その制御電圧をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム分周数制御部58Bとを含む。   The oscillation circuit 12B according to the present embodiment includes a high-frequency oscillator 50 including a voltage-controlled oscillator, and a PLL (Phase-Locked Loop) circuit 51B that supplies a control voltage to the high-frequency oscillator 50 and outputs a radio wave Pw. And a random frequency division number controller 58B that changes the control voltage randomly or pseudo-randomly.

PLL回路51Bは、図7に示されるように、高周波発振器50の出力波の一部を分岐させる方向性結合器52と、この方向性結合器52の分岐出力の周波数を1/K(Kは分周数)にして分周波を出力する分周器53と、基準周波数を有する基準発振波を出力する基準発振器54と、その基準発振波と分周波との間の位相差に応じた電流または電圧を出力する位相比較器55と、この位相比較器55の出力をフィルタリングして制御電圧を出力するループフィルタ56とを有する。高周波発振器50は、ループフィルタ56から入力された制御電圧に応じた発振周波数を有する電波Pwを出力することができる。   As shown in FIG. 7, the PLL circuit 51B has a directional coupler 52 that branches a part of the output wave of the high-frequency oscillator 50, and the frequency of the branch output of the directional coupler 52 is 1 / K (K is A frequency divider 53 that outputs a frequency division frequency), a reference oscillator 54 that outputs a reference oscillation wave having a reference frequency, and a current corresponding to the phase difference between the reference oscillation wave and the frequency division or It has a phase comparator 55 that outputs a voltage, and a loop filter 56 that filters the output of the phase comparator 55 and outputs a control voltage. The high frequency oscillator 50 can output a radio wave Pw having an oscillation frequency corresponding to the control voltage input from the loop filter 56.

ランダム分周数制御部58Bは、物理乱数列または疑似乱数列を用いて、分周器53における分周数Kをランダムまたは擬似ランダムな値に切り替えることができる。分周数Kは、ランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御されるので、一定期間に亘る分周数Kの時間平均は、そのランダムまたは疑似ランダムな分周数制御が実行されない場合の分周数と実質的に等しい。よって、その一定期間における高周波発振器50の出力周波数の時間平均は、変化しない。一方、その一定期間よりも極めて短い期間内で、分周器53の出力周波数がランダムまたは擬似ランダムに変化し、高周波発振器50の出力波の位相がランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御される。これにより高周波発振器50の出力周波数は時間平均として一定で、瞬間的にランダムに変化するため、その出力波の位相がランダムまたは疑似ランダムに変化することとなる。したがって、ランダム分周数制御部58Bは、高周波発振器50の出力位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させる位相制御機能を有する。   The random frequency division number control unit 58B can switch the frequency division number K in the frequency divider 53 to a random or pseudo random value using a physical random number sequence or a pseudo random number sequence. Since the frequency division number K is controlled to change randomly or pseudo-randomly, the time average of the frequency division number K over a certain period is the frequency division when the random or pseudo-random frequency division control is not executed. Is substantially equal to the number. Therefore, the time average of the output frequency of the high-frequency oscillator 50 during the certain period does not change. On the other hand, the output frequency of the frequency divider 53 is changed randomly or pseudo-randomly, and the phase of the output wave of the high-frequency oscillator 50 is changed randomly or pseudo-randomly within a period shorter than the predetermined period. . As a result, the output frequency of the high-frequency oscillator 50 is constant as a time average and instantaneously changes randomly, so that the phase of the output wave changes randomly or pseudo-randomly. Therefore, the random frequency division number control unit 58B has a phase control function for changing the output phase of the high-frequency oscillator 50 randomly or pseudo-randomly.

ランダム分周数制御部58Bは、物理乱数列を使用して分周数Kを制御する場合、その物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用して分周数Kを制御する場合には、ランダム分周数制御部58Bは、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象(非周期動作)を生み出す非線形写像(たとえば、ロジスティック写像)が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。   When the frequency division number control unit 58B uses the physical random number sequence to control the frequency division number K, the random frequency division number control unit 58B has a nonvolatile memory in which data of the physical random number sequence is stored, and reads and uses the data. do it. When the frequency division number K is controlled using a pseudo random number sequence, the random frequency division number control unit 58B has an arithmetic circuit for calculating a pseudo random number sequence by a known pseudo random number generation algorithm. Good. This type of arithmetic circuit can be constituted by a random number generation circuit using a known linear feedback shift register, for example. Further, it is possible to generate a physical random number or a pseudo-random number by using a circuit in which a nonlinear map (for example, logistic map) that generates a chaos phenomenon (non-periodic operation) appears in a voltage waveform or signal processing.

以上に説明したように本実施の形態に係る発振回路12Bでも、上記実施の形態1の発振回路12と同様に、電波Pwの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、上記実施の形態1の場合と同様に、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ10を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。   As described above, also in the oscillation circuit 12B according to the present embodiment, the random phase modulation that changes the phase of the radio wave Pw randomly or pseudo-randomly is executed, similarly to the oscillation circuit 12 of the first embodiment. Thus, radio wave interference in the power receiving antenna element can be reduced. Further, as in the case of the first embodiment, it is possible to prevent the power transmission direction from becoming unstable due to the random phase modulation. Therefore, stable power transmission can be realized using the array antenna 10, and power transmission efficiency can be improved.

更に、本実施の形態に係る発振回路12Bは、分周波を安定度の高い基準発振波と比較しながら制御電圧を生成するPLL回路51Bを採用しているので、時間平均としてみたときに周波数安定度の高い電波Pwを作り出すことができるという効果がある。   Furthermore, since the oscillation circuit 12B according to the present embodiment employs the PLL circuit 51B that generates the control voltage while comparing the divided frequency with a highly stable reference oscillation wave, the frequency stability is obtained when viewed as a time average. There is an effect that the radio wave Pw having a high degree can be created.

なお、本実施の形態の高周波発振器50も、上記実施の形態1の高周波発振器22(図4(B))と同様に、他のエネルギー源からDC電力を生成する発電装置(図示せず)からDC電力の供給を受けて駆動されてもよい。   Note that the high-frequency oscillator 50 of the present embodiment is also from a power generation device (not shown) that generates DC power from another energy source, similarly to the high-frequency oscillator 22 (FIG. 4B) of the first embodiment. You may drive by receiving supply of DC electric power.

実施の形態4.
次に、本発明に係る実施の形態4について説明する。図8は、実施の形態4に係る発振回路12Cの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態の無線送電装置は、上記実施の形態1の発振回路12に代えて図8の発振回路12Cを備える点を除いて、実施の形態1の無線送電装置Txと同じ構成を有する。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of an oscillation circuit 12C according to the fourth embodiment. The wireless power transmitting apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the wireless power transmitting apparatus Tx according to the first embodiment, except that the oscillation circuit 12C of FIG. 8 is provided instead of the oscillator circuit 12 of the first embodiment.

本実施の形態に係る発振回路12Cは、電圧制御発振器からなる高周波発振器50と、この高周波発振器50に制御電圧を供給して電波Pwを出力させるPLL回路51Cと、その制御電圧をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相制御部58Cとを含む。   The oscillation circuit 12C according to the present embodiment includes a high-frequency oscillator 50 formed of a voltage-controlled oscillator, a PLL circuit 51C that supplies a control voltage to the high-frequency oscillator 50 and outputs a radio wave Pw, and the control voltage is random or pseudo-random. And a random phase control unit 58C for changing to

PLL回路51Cは、図8に示されるように、高周波発振器50の出力波の一部を分岐させる方向性結合器52と、この方向性結合器52の分岐出力の周波数を1/Kにして分周波を出力する分周器53と、基準周波数を有する基準発振波を出力する基準発振器54と、その基準発振波を移相する可変移相器57と、この可変移相器57の出力波と分周波との間の位相差に応じた電流または電圧を出力する位相比較器55と、この位相比較器55の出力をフィルタリングして制御電圧を出力するループフィルタ56とを有する。高周波発振器50は、上記実施の形態3の場合と同様に、ループフィルタ56から入力された制御電圧に応じた発振周波数を有する電波Pwを出力することができる。   As shown in FIG. 8, the PLL circuit 51C divides a directional coupler 52 that branches a part of the output wave of the high-frequency oscillator 50, and a frequency of the branched output of the directional coupler 52 by setting the frequency to 1 / K. A frequency divider 53 that outputs a frequency, a reference oscillator 54 that outputs a reference oscillation wave having a reference frequency, a variable phase shifter 57 that shifts the phase of the reference oscillation wave, and an output wave of the variable phase shifter 57 A phase comparator 55 that outputs a current or a voltage corresponding to a phase difference between the divided frequency and a loop filter 56 that outputs a control voltage by filtering the output of the phase comparator 55 are provided. The high frequency oscillator 50 can output the radio wave Pw having an oscillation frequency corresponding to the control voltage input from the loop filter 56, as in the case of the third embodiment.

ランダム位相制御部58Cは、物理乱数列または疑似乱数列を用いて、可変移相器57における移相量をランダムまたは擬似ランダムな値に切り替えることができる。移相量は、ランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御されるので、一定期間に亘る移相量の時間平均は、そのランダムまたは疑似ランダムな移相量制御が実行されない場合の移相量と実質的に等しい。よって、その一定期間における高周波発振器50の出力周波数の時間平均は、変化しない。一方、その一定期間よりも極めて短い期間内で、可変移相器57の出力波の位相がランダムまたは擬似ランダムに変化し、高周波発振器50の出力波の位相がランダムまたは疑似ランダムに変化するように制御される。したがって、ランダム移相制御部58Cは、高周波発振器50の出力位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させる位相制御機能を有する。   The random phase control unit 58C can switch the phase shift amount in the variable phase shifter 57 to a random or pseudo random value using a physical random number sequence or a pseudo random number sequence. Since the phase shift amount is controlled to change randomly or pseudo-randomly, the time average of the phase shift amount over a certain period is the phase shift amount when the random or pseudo-random phase shift amount control is not executed. Substantially equal. Therefore, the time average of the output frequency of the high-frequency oscillator 50 during the certain period does not change. On the other hand, the phase of the output wave of the variable phase shifter 57 changes randomly or pseudo-randomly, and the phase of the output wave of the high-frequency oscillator 50 changes randomly or pseudo-randomly within a period that is extremely shorter than the fixed period. Be controlled. Therefore, the random phase shift control unit 58C has a phase control function for changing the output phase of the high-frequency oscillator 50 randomly or pseudo-randomly.

可変移相器57の移相量制御については、たとえば、ランダム移相制御部58Cから可変移相器57へ制御電圧を供給する構成を採用することができる。可変移相器57へ供給される制御電圧の値をランダムまたは疑似ランダムな値に切り替えることで移相量をランダムまたは疑似ランダムに変化させることが可能である。   For the phase shift amount control of the variable phase shifter 57, for example, a configuration in which a control voltage is supplied from the random phase shift control unit 58C to the variable phase shifter 57 can be employed. The amount of phase shift can be changed randomly or pseudo-randomly by switching the value of the control voltage supplied to the variable phase shifter 57 to a random or pseudo-random value.

ランダム移相制御部58Cは、物理乱数列を使用して移相量を制御する場合、その物理乱数列のデータが記憶された不揮発性メモリを内部に有し、そのデータを読み出して使用すればよい。疑似乱数列を使用して移相量を制御する場合には、ランダム移相制御部58Cは、公知の疑似乱数生成アルゴリズムにより疑似乱数列を計算する演算回路を内部に有していればよい。この種の演算回路は、たとえば、公知の線形フィードバックシフトレジスタを利用した乱数発生回路により構成可能である。また、カオス現象(非周期動作)を生み出す非線形写像(たとえば、ロジスティック写像)が電圧波形または信号処理などに現れる回路を利用することで物理乱数または擬似乱数を生成することが可能である。   When controlling the amount of phase shift using a physical random number sequence, the random phase shift control unit 58C has a nonvolatile memory in which data of the physical random number sequence is stored, and reads and uses the data. Good. When controlling the amount of phase shift using a pseudo random number sequence, the random phase shift control unit 58C only needs to have an arithmetic circuit for calculating a pseudo random number sequence by a known pseudo random number generation algorithm. This type of arithmetic circuit can be constituted by a random number generation circuit using a known linear feedback shift register, for example. Further, it is possible to generate a physical random number or a pseudo-random number by using a circuit in which a nonlinear map (for example, logistic map) that generates a chaos phenomenon (non-periodic operation) appears in a voltage waveform or signal processing.

以上に説明したように本実施の形態に係る発振回路12Cでも、上記実施の形態1の発振回路12と同様に、電波Pwの位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相変調が実行されることから、受電アンテナ素子における電波干渉を低減させることができる。また、上記実施の形態1の場合と同様に、そのランダム位相変調に起因して送電方向が不安定となることを防止することができる。したがって、アレイアンテナ10を用いて安定した送電を実現することができ、送電効率の向上が可能となる。   As described above, also in the oscillation circuit 12C according to the present embodiment, the random phase modulation for changing the phase of the radio wave Pw randomly or pseudo-randomly is executed as in the oscillation circuit 12 of the first embodiment. Thus, radio wave interference in the power receiving antenna element can be reduced. Further, as in the case of the first embodiment, it is possible to prevent the power transmission direction from becoming unstable due to the random phase modulation. Therefore, stable power transmission can be realized using the array antenna 10, and power transmission efficiency can be improved.

更に、本実施の形態に係る発振回路12Cは、分周波を安定度の高い基準発振波と比較しながら制御電圧を生成するPLL回路51Cを採用しているので、時間平均としてみたときに周波数安定度の高い電波Pwを作り出すことができるという効果がある。また、可変移相器57における基準発振波の位相変化は、高周波発振器50の出力波における発振周波数に対して分周数倍(K倍)影響するので、基準発振波の小さな位相変化で電波Pwの位相状態の大きな変化を得ることができるという利点がある。   Furthermore, the oscillation circuit 12C according to the present embodiment employs a PLL circuit 51C that generates a control voltage while comparing the divided frequency with a highly stable reference oscillation wave. There is an effect that the radio wave Pw having a high degree can be created. In addition, the phase change of the reference oscillation wave in the variable phase shifter 57 affects the oscillation frequency in the output wave of the high-frequency oscillator 50 by a frequency division number (K times). There is an advantage that a large change in the phase state can be obtained.

以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。たとえば、上記実施の形態1〜4では、無線送電装置Tx,Tx〜Txの動力源として電気エネルギーを使用することができるが、これに限定されず、電気エネルギー以外のエネルギーが動力源として使用されてもよい。 Although various embodiments according to the present invention have been described above with reference to the drawings, these embodiments are examples of the present invention, and various forms other than these embodiments can be adopted. For example, in the first to fourth embodiments, electrical energy can be used as a power source of the wireless power transmission devices Tx, Tx 1 to Tx M , but the present invention is not limited to this, and energy other than electrical energy is used as the power source. May be used.

本発明の範囲内において、実施の形態1〜4の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   Within the scope of the present invention, it is possible to freely combine Embodiments 1 to 4, to modify any component in each embodiment, or to omit any component in each embodiment.

Tx,Tx〜Tx 無線送電装置、Rx 無線受電装置、1 無線送電システム、2 発電装置、10 アレイアンテナ、11 装置本体、12,12A,12C 発振回路、13,13A,13B 位相制御部、13〜13 位相制御器、14 分配器、15 ビーム方向制御部、20〜20,21〜21 増幅器、22 高周波発振器、23 可変移相器、24 ランダム位相制御部、40 高周波発振器、40t 被制御端子、41 ランダム電圧制御部、50 高周波発振器、51B,51C PLL回路、52 方向性結合器、53 分周器、54 基準発振器、55 位相比較器、56 ループフィルタ、57 可変移相器、58B ランダム分周数制御部、58C ランダム移相制御部、AN〜AN 送電アンテナ素子、IL〜IL 注入同期発振器、PS〜PS 可変移相器。 Tx, Tx 1 to Tx M wireless power transmission device, Rx wireless power reception device, 1 wireless power transmission system, 2 power generation device, 10 array antenna, 11 device body, 12, 12A, 12C oscillation circuit, 13, 13A, 13B phase control unit, 13 1 to 13 N phase controller, 14 distributor, 15 beam direction control unit, 20 1 to 20 N , 21 1 to 21 N amplifier, 22 high frequency oscillator, 23 variable phase shifter, 24 random phase control unit, 40 high frequency Oscillator, 40t controlled terminal, 41 random voltage control unit, 50 high frequency oscillator, 51B, 51C PLL circuit, 52 directional coupler, 53 divider, 54 reference oscillator, 55 phase comparator, 56 loop filter, 57 variable shift phase vessel, 58B random divisor control unit, 58C random phase shift control unit, AN 1 ~AN N transmission antenna elements, IL 1 ~IL Injection locked oscillator, PS 1 ~PS N variable phase shifter.

Claims (11)

規則的に配列されたN本(Nは2以上の整数)の送電アンテナ素子からなるアレイアンテナと、
ランダムまたは疑似ランダムに変化する位相を有する電波を生成する発振回路と、
前記電波をN系統の送電波に分配する分配器と、
前記N系統の送電波を個別に移相してそれぞれ前記N本の送電アンテナ素子に供給することにより当該N本の送電アンテナ素子から送電ビームを放射させる位相制御部と
を備えることを特徴とする無線送電装置。
An array antenna composed of N (N is an integer of 2 or more) power transmission antenna elements regularly arranged;
An oscillation circuit that generates a radio wave having a phase that changes randomly or pseudo-randomly;
A distributor that distributes the radio waves to N transmission radio waves;
A phase control unit that radiates a power transmission beam from the N power transmission antenna elements by individually shifting the phases of the N transmission radio waves and supplying the N power transmission radio waves to the N power transmission antenna elements, respectively. Wireless power transmission device.
請求項1記載の無線送電装置であって、前記位相制御部は、前記N系統の送電波をそれぞれ移相するN個の可変移相器を含むことを特徴とする無線送電装置。   2. The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the phase control unit includes N variable phase shifters that respectively phase-shift the N-system transmission radio waves. 請求項1記載の無線送電装置であって、前記位相制御部は、前記N系統の送電波の位相をそれぞれ変化させるN個の注入同期発振器を含むことを特徴とする無線送電装置。   2. The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the phase control unit includes N injection-locked oscillators that respectively change phases of the N-system transmission radio waves. 請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の無線送電装置であって、前記N系統の送電波の振幅を個別に制御する増幅回路を更に備えることを特徴とする無線送電装置。   4. The wireless power transmission apparatus according to claim 1, further comprising an amplifier circuit that individually controls amplitudes of the N-system transmission radio waves. 5. 請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の無線送電装置であって、前記発振回路は、高周波発振器と、前記高周波発振器の出力波をランダムまたは疑似ランダムに移相して前記電波を生成する可変移相器とを含むことを特徴とする無線送電装置。   5. The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the oscillation circuit shifts a phase of an output wave of the high-frequency oscillator and the high-frequency oscillator randomly or pseudo-randomly. And a variable phase shifter for generating the wireless power transmission device. 請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の無線送電装置であって、前記発振回路は、ランダムまたは疑似ランダムに変化する制御電圧を出力するランダム電圧制御部と、前記制御電圧に応じた周波数を有する発振波を前記電波として出力する電圧制御発振器とを含むことを特徴とする無線送電装置。   5. The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the oscillation circuit includes a random voltage control unit that outputs a control voltage that changes randomly or pseudo-randomly, and the control voltage. And a voltage-controlled oscillator that outputs an oscillation wave having a corresponding frequency as the radio wave. 請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の無線送電装置であって、前記発振回路は、電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器に制御電圧を供給して当該電圧制御発振器から前記電波を出力させるPLL回路と、前記PLL回路の動作を制御して前記電圧制御発振器の出力位相をランダムまたは疑似ランダムに変化させるランダム位相制御部とを含むことを特徴とする無線送電装置。   5. The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the oscillation circuit supplies a control voltage to a voltage-controlled oscillator and the voltage-controlled oscillator, and the voltage-controlled oscillator supplies the control voltage to the voltage-controlled oscillator. A wireless power transmission apparatus comprising: a PLL circuit that outputs radio waves; and a random phase control unit that controls an operation of the PLL circuit to change an output phase of the voltage controlled oscillator randomly or pseudo-randomly. 請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の無線送電装置であって、前記送電ビームがマイクロ波からなることを特徴とする無線送電装置。   The wireless power transmission apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the power transmission beam is made of a microwave. 請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の無線送電装置であって、電気エネルギー以外のエネルギーを動力源とする無線送電装置。   The wireless power transmission device according to claim 1, wherein the wireless power transmission device uses energy other than electric energy as a power source. 請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の無線送電装置の複数台を備えることを特徴とする無線送電システム。   A wireless power transmission system comprising a plurality of wireless power transmission devices according to any one of claims 1 to 9. 請求項1から請求項のうちのいずれか1項記載の無線送電装置と、電気エネルギー以外へのエネルギー源変換装置である無線受電装置とを備えることを特徴とする無線送電システム。 A wireless power transmission system, comprising: the wireless power transmission device according to any one of claims 1 to 9 ; and a wireless power reception device that is an energy source conversion device for other than electrical energy.
JP2015201036A 2015-10-09 2015-10-09 Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system Active JP6486256B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015201036A JP6486256B2 (en) 2015-10-09 2015-10-09 Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015201036A JP6486256B2 (en) 2015-10-09 2015-10-09 Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017073930A JP2017073930A (en) 2017-04-13
JP6486256B2 true JP6486256B2 (en) 2019-03-20

Family

ID=58537687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015201036A Active JP6486256B2 (en) 2015-10-09 2015-10-09 Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6486256B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6551617B2 (en) * 2017-05-29 2019-07-31 三菱電機株式会社 Radio wave measurement system
KR102042844B1 (en) * 2017-12-27 2019-11-08 성균관대학교산학협력단 Method and apparatus for transmitting of power
CN109245221B (en) * 2018-10-12 2021-06-04 Oppo(重庆)智能科技有限公司 Wireless charging method and system for mobile terminal and wireless charger
US11942796B2 (en) * 2021-02-10 2024-03-26 International Business Machines Corporation Wireless power for sensor arrays
WO2024004045A1 (en) * 2022-06-28 2024-01-04 三菱電機株式会社 Power transmission device, wireless electric power transfer system, and wireless electric power transfer method
JP7471028B1 (en) 2023-07-26 2024-04-19 エイターリンク株式会社 Wireless power supply system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3584868B2 (en) * 2000-09-14 2004-11-04 三菱電機株式会社 Microwave receiving method and receiving system
US8576946B2 (en) * 2007-10-19 2013-11-05 Trellisware Technologies, Inc. Method and system for cooperative communications with minimal coordination
JP4715874B2 (en) * 2008-06-20 2011-07-06 三菱電機株式会社 Wireless power transmission system, power transmission device, and rectenna base station
JP5377750B2 (en) * 2010-03-04 2013-12-25 三菱電機株式会社 Array antenna device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017073930A (en) 2017-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6486256B2 (en) Wireless power transmission apparatus and wireless power transmission system
US5712642A (en) Spatial power combiner using subharmonic beam position control
CN103401072B (en) Periodic amplitude control-based phased-array antenna system and wave beam control method
US8914068B2 (en) Array antenna apparatus
US9246498B2 (en) Electronic circuit and control method
JP5349679B2 (en) Transmission module and phased array antenna device
KR101043664B1 (en) Phased array radar systems and subassemblies thereof
RU157114U1 (en) TRANSMISSION MODULE OF ON-BOARD DIGITAL ANTENNA ARRAY
KR20050086593A (en) Optically and frequency scanned array
JP2007088768A (en) High frequency module device
US10649068B2 (en) Method for modulating a microwave frequency wave, transmission system carrying out this method, and radar comprising a system of this type
US20100225538A1 (en) Frequency Mode Of Locking Phased Arrays For Synthesizing High Order Traveling Interference Patterns
RU2669264C1 (en) Station of radio relay communication with multichannel radio frequency module and continuous scanning of beam and electric scanning method
JP2006253826A (en) Microwave generator, microwave power transmission device, and space photovoltaic power generation system
US6002365A (en) Antenna beam steering using an optical commutator to delay the local oscillator sigal
JP2013187697A (en) Frequency synthesizer, phased array transmitter and power amplification circuit
JP6463248B2 (en) Wireless power receiving apparatus and wireless power transmitting / receiving system
KR102614867B1 (en) Two-dimension array type super high frequency transmission system
JP3697504B2 (en) Microwave generator using magnetron frequency / phase control circuit and magnetron
JP2018098614A (en) Antenna device
KR101351589B1 (en) System for multi antenna communication system
JP3591490B2 (en) Microwave transmission circuit and microwave power transmission device
RU2295738C1 (en) Transmitting system of pulse radar station with phased array
WO2018061899A1 (en) Transmitter and method of controlling transmitter
CN114047500B (en) Large-scale frequency control array nonlinear frequency offset generation circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171013

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180718

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180820

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181106

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181115

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6486256

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250