JP7270440B2 - 無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法 - Google Patents

Description

本開示はマイクロ波を用いた無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法に関する。

飛行体(電動回転翼を有する無人飛行機、マルチコプタ等)に無線電力伝送によって給電する方法が検討されている。従来の方式では、送電コイルと受電コイルを備え、送電コイルと受電コイルの間の磁界共鳴作用を利用する方式が一般的である。所定の位置に固定されたステーションに送電コイルを設置し、飛行体に受電コイルを取り付け、非接触で無線給電を行う無線給電システムが提案されている（特許文献１、参照）。

成層圏の弱風帯に滞留している成層圏飛行船に対して、成層圏の弱風帯に滞留し地上の係留基地に係留された係留飛行船から、係留索に沿って設けられる光ファイバーを通じて有線で伝送された高出力レーザによる空中無線給電を行う、地上と成層圏飛行船との間のエネルギ伝送方法が提案されている（特許文献２、参照）。

特開２０００－９５１９６号公報 特開２０１７－１３５８８０号公報

特許文献１に記載された無線給電システムによれば、ステーションに配置された送電装置と飛行体に搭載された受電装置を電力伝送可能な範囲に配置することで、ステーションから飛行体に非接触で電力を伝送している。送電線近傍、ビルなどの建築物、山脈などの自然物に沿った航路を飛行している飛行体に非接触で給電しようとする場合、飛行体は飛行を中断し、ステーションの電力伝送可能な範囲内に正確に着陸する必要がある。それには精密な制御が必要であり充電のために余分な時間とエネルギを要する。

特許文献２のエネルギ伝送方法によれば、成層圏の弱風帯に滞留する係留飛行船から成層圏を航行している成層圏飛行船に対して高出力レーザによる空中無線給電を行っている。その際に位相共役ミラーを用い、受光側ミラーにおいて受光したレーザの一部を投光側に反射させ、それを投光側で受光して、投光側のレーザの投射方向をその投射レーザが受光側ミラーに入射するように追尾させている。しかし送電線、ビルなどの建築物、山脈などの自然物の高度において、強い風などが吹いて受光側の飛行体が大きく姿勢を乱した場合には位相共役ミラーの追尾精度は十分ではなく、レーザによる空中無線給電は適当ではない。

本開示によると、送電線、ビルなどの建築物などの人工物や山脈などの自然物の周辺を航路とする無人飛行体に給電する場合であっても、飛行の中断時間を短縮すると共に安定した給電を行うことができる無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法を提供することを目的としている。

本開示に係る無線電力伝送システムは、予め設定された航路を航行する第１の無人飛行体に設置される第１の受電部と、第１の無人飛行体の航路に対応して設置されると共に第１の受電部へマイクロ波を送電する少なくとも１つの送電部と、送電部から第１の受電部に定常出力よりも低い低出力でマイクロ波で送電し、低出力で送電したときの第１の受電部での受信状態に関する情報に基づいて異常の有無を確認し、異常がないと確認されると定常出力である高出力で第１の受電部にマイクロ波で送電する制御部とを備えたものである。
さらに、予め設定された航路を航行する第１の無人飛行体に設置される第１の受電部と、第１の無人飛行体の航路に対応して設置されると共に第１の受電部へマイクロ波により送電する少なくとも１つの送電部と、第１の無人飛行体に設置されるバッテリと、第１の無人飛行体が航路を飛行中にバッテリの充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合に、少なくとも１つの送電部に対する送電要求が必要と判断する処理部と、第２の無人飛行体に設置されると共にマイクロ波により送電する電力供給部とを備えたものである。
処理部は、送電要求が必要と判断した場合には、少なくとも１つの送電部又は電力供給部のいずれか一方を選択する。少なくとも１つの送電部は複数である。処理部は、複数の送電部の位置情報と第１の無人飛行体の位置情報とに基づき、第１の受電部へ送電する送電部を選択する。処理部は、バッテリの充電残量、選択された送電部の位置情報、および第１の無人飛行体の位置情報を用いて、選択された送電部が第１の無人飛行体から飛行可能範囲内に存在するか否かを判断する。飛行可能範囲内に選択された送電部が存在しない場合は、第２の無人飛行体に設置された電力供給部が第１の受電部へ送電する。
また、予め設定された航路を航行する第１の無人飛行体に設置される第１の受電部と、第１の無人飛行体の航路に対応して設置される第１の受電部へマイクロ波により送電するための少なくとも１つの送電部と、第２の無人飛行体に設置されるマイクロ波により送電する電力供給部と、第１の無人飛行体に設置されるバッテリと、第１の無人飛行体に設置され、電力を発電する太陽電池と、第１の無人飛行体が航路を飛行中にバッテリの充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合に、送電部および電力供給部のいずれからも第１の受電部が受電できないと判断されると、太陽電池を用いたバッテリの充電を実行する制御部とを備えたものである。

本開示に係る無線電力伝送方法は、第１の無人飛行体のバッテリの充電残量が予め設定した値よりも低下した場合、第１の無人飛行体の航路に設置される送電部、又は、第１の無人飛行体の航路を飛行する第２の無人飛行体の送電部のうちのいずれか一方を選択する第１のステップと、第１の無人飛行体が、第１のステップで選択された送電部又は第２の無人飛行体に設置された送電部からマイクロ波により電力を受電する第２のステップと、を備えたものである。
第１のステップにおいて、選択された送電部の位置情報、第１の無人飛行体の現在位置情報、およびバッテリの充電残量に基づき、選択された送電部に対して第１の無人飛行体が飛行可能範囲内であるか否かを判断する。飛行可能範囲内と判断された場合、第１の無人飛行体の航路に設置された送電部から電力を受電し、飛行可能範囲内でないと判断された場合、第２の無人飛行体に設置された電力供給部からマイクロ波により電力を受電する。

本開示に係る無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法では、送電線、ビルなどの建築物などの人工物や山脈などの自然物を航路とする無人飛行体に給電する場合であっても、飛行の中断時間を短縮すると共に安定した給電を行うことができる。

実施の形態１に係る無線電力伝送システムを説明するための機能ブロック図。 実施の形態１に係る無線電力伝送システムの動作を示すフローチャート図。 実施の形態１に係る無線電力伝送システムの運用方法を説明するフローチャート図。 実施の形態２に係る無線電力伝送システムを説明する説明図。

以下に説明を行う実施の形態により、開示する発明が限定されるものではなく、各実施の形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。以下、同一又は相当部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

実施の形態１．
図１から図３を用いて、この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムについて説明する。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を説明するための機能ブロック図である。

図１の各構成の詳細な説明を行う前に、無線電力伝送システムの構成を簡単に説明する。無線電力伝送システムは、複数の装置から構成されており、複数の装置間でマイクロ波による無線電力授受を行う。この複数の装置は、例えば、地上装置１０、機上装置３０、および僚機装置４０である。

上記地上装置１０は地上の構造物上に設置された装置である。ここで構造物とは、送電線、ビルなどの建築物などの人工物、又は山脈などの自然物を意味する。上記機上装置３０は無人飛行体Ａ（第１の無人飛行体に対応）に設置された装置である。また、上記僚機装置４０は無人飛行体Ａ以外の無人飛行体Ｂ（以下、「僚機Ｂ」と呼ぶ場合あり。）に設置された装置である。なお、無人飛行体Ｂは第２の無人飛行体に対応する。

なお、以下の実施の形態では、各構成名の後に括弧を付し、複数の装置（地上装置１０、機上装置３０、又は僚機装置４０）のいずれに対応する構成であるかを示す場合がある。例えば、「構成Ａ（地上）」は「地上装置１０に設置された構成Ａ」であり、「構成Ｂ（機上）」は「機上装置３０に設置された構成Ｂ」であり、「構成Ｃ（僚機）」は「僚機装置４０に設置された構成Ｃ」であることを示す。

無線電力伝送システムは、予め設定された航路を航行する無人飛行体Ａに設置される受電部（機上）３１を含む受電装置と、上記航路に対応して設けられ、受電部（機上）３１へマイクロ波を送電する少なくとも１つの送電部とを備える。受電部（機上）３１は第１の受電部に対応する。また、無線電力伝送システムは、無人飛行体Ｂに設置されると共にマイクロ波を送電する、電力供給部（僚機）４５を備える。

図１において、上記少なくとも１つの送電部は、無人飛行体Ａの航路上の構造物に設置されると共にマイクロ波を送電する、第１の送電部としての送電部（地上）１１を含む。

無線電力伝送システムは、無人飛行体Ａに設置されるバッテリ（機上）３３と、無人飛行体Ａに設けられ電力を発電する太陽電池（機上）３４と、処理部（機上）３９とを有する。

以下、本実施の形態に係る無線電力伝送システムの構成を詳細に説明する。

地上装置１０は、送電部１１（「第１の送電部」に対応）、送電用電源１２、および制御部１３を有する。

送電部（地上）１１は地上から無人飛行体Ａへ向けてマイクロ波を送電する。

送電用電源（地上）１２は送電部（地上）１１に電力を供給する。地上アンテナ２０は受電部（機上）３１からの送電要求を受信する。地上アンテナ２０を介して送電要求を取得すると、制御部（地上）１３は、送電部（地上）１１を制御することによりビーム形成および送電電力の切り替えを行わせる。

無人飛行体Ａに設置された機上装置１０は、受電部（機上）３１と第１の通信用アンテナ（機上）３２と、バッテリ（機上）３３と、太陽電池（機上）３４と、負荷（機上）３５と、給電部としての送電部（機上）３６と、制御部（機上）３７と、第２の通信用アンテナ（機上）３８と、を有する。なお、第１の通信用アンテナ３２および第２の通信用アンテナ３８は共用してもよい。

受電部（機上）３１は送電部（地上）１１からのマイクロ波２のＲＦ信号を受信し、直流電流に変換することにより受電する。第１の通信用アンテナ（機上）３２は通信用アンテナで受電部（機上）３１に接続され、送電部（地上）１１等に対し送電要求を送信する。第１の通信用アンテナ（機上）３２はまた、受電部（機上）３１が取得した受電部情報（バッテリ３３の残充電情報）を送信する。

バッテリ（機上）３３は、受電部（機上）３１および太陽電池３４によって得られた電力を貯蔵する。太陽電池（機上）３４は太陽光を光電変換することで電力を生成する。

負荷（機上）３５は、受電部（機上）３１が出力する電力を消費する負荷装置であり、例えば、無人飛行体Ａを駆動させるモータなどが挙げられる。

送電部（機上）３６は僚機Ｂに向けてマイクロ波３を送電する。換言すると、無線電力伝送システムにおいて、無人飛行体Ａに設置されると共にマイクロ波電力を送電する給電部としての送電部（機上）３６を備え、無人飛行体Ｂに設置される受電部（僚機）４１をさらに有し、受電部（僚機）４１は送電部（機上）３６よるマイクロ波電力を受電する。

制御部（機上）３７は、通信用アンテナ４２を介して送信される受電部（僚機）４１の受電情報を取得し、送電部（機上）３６を制御して、受電部（僚機）４１に対してビーム形成および送電電力の切り替えを行わせる。

第２の通信用アンテナ（機上）３８は、制御部（機上）３７に接続され、僚機Ｂからの送電要求を受信する。

処理部（機上）３９は、どの送電方法が現在の状況で一番効率的に充電ができるかを選択する。より具体的には、処理部（機上）３９がバッテリ（機上）３３の充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合であり、この場合、送電部（地上）１１又は電力供給部（僚機）４５への送電要求が必要と判断する。
処理部（機上）３９は、また、送電要求が必要と判断した後、送電部（地上）１１が複数である場合には、複数の送電部（地上）１１の位置情報と無人飛行体Ａの現在位置情報に基づき、複数の送電部（地上）１１のうち受電部（機上）３１に送電する送電部（地上）１１を選択してもよい。
処理部（機上）３９は、選択した送電部（地上）１１の位置と無人飛行体Ａの現在位置、およびバッテリ３３の充電残量を用いて、ステップＳ９にて選択した送電部（地上）１１に対して飛行可能範囲内であるかを判断してもよい。ここで飛行可能範囲は上記バッテリ３３の充電残量に基づいて算出される。

無人飛行体Ｂに設置された僚機装置４０は、受電部４１と通信用アンテナ４２とバッテリ４３と負荷４４と電力供給部４５と制御部４６とを有する。

受電部（僚機）４１は、僚機Ｂに取り付けられ、送電部（機上）３６からのマイクロ波３を受信することで電力を受電する。通信用アンテナ（僚機）４２は受電部（僚機）４１に接続され、この受電部（僚機）４１におけるマイクロ波受信レベル等を含む受電情報を送信する。

バッテリ（僚機）４３は、受電部（僚機）４１によって得られた電力を貯蔵する。負荷（僚機）４４は、受電部（僚機）４１が出力する電力を消費する負荷である。

電力供給部（僚機）４５は、僚機Ｂが他の無人飛行体に自機の電力を送電する。制御部（僚機）４６の指示により、電力供給部（僚機）４５がビーム形成および送電電力の切替えを行う。

僚機Ｂを無人飛行体Ａと同様に送電および受電が可能な構成とすると、無人飛行体Ａから僚機Ｂへ電力を送電するだけでなく、僚機Ｂから無人飛行体Ａへ電力を送電することができる。

これにより、送電部（地上）１１が付近にない場合でも２つ以上の無人飛行体があれば、電力の相互授受が可能となる。例えば、バッテリの充電残量に余裕がある一方の無人飛行体が、バッテリの充電残量が少ない（つまり、予め設定された値以下となる）場合、他方の無人飛行体に電力を供給することができる。

以上、無線電力伝送システムの構成を説明したが、以下図２を用いて、当該システムの動作を説明する。図２は形態１に係る無線電力伝送システムの動作を示すフローチャート図の一例である。

地上装置１０から無人飛行体Ａに送電する場合には、まず、送電開始前に制御部（地上）１３は通信用アンテナ（機上）３２を介して受電部（機上）３１との通信を開始する（ステップＳ１）。次に、システムの各装置の状態を監視する（ステップＳ２）。

送電部（地上）１１は、送電開始に際して、制御部（地上）１３の指示に基づいて受電部（機上）３１の方向にビーム形成する（ステップＳ３）。

また、送電部（地上）１１は定常出力よりも低い低出力のマイクロ波（校正マイクロ波）で送電を開始する（ステップＳ４）。

制御部（地上）１３は、通信用アンテナ（機上）３２を介して受電部（機上）３１の受電状態に関する情報（受電電力又はマイクロ波受信レベル）を取得し、これらの情報からシステムに異常の有無を確認する（ステップＳ５）。

ステップＳ５にて、制御部（地上）１３で「異常あり」と確認された場合（「ＹＥＳ」の場合）は、ステップＳ８に分岐し、このステップＳ８において、制御部（地上）１３は校正マイクロ波の送電停止を送電部（地上）１１に指示する。

ステップＳ５にて、制御部（地上）１３で「異常なし」と確認された場合（「ＮＯ」の場合）は、制御部（地上）１３は、定常出力である高出力のマイクロ波送電への移行を送電部（地上）１１に指示する（ステップＳ６）。

制御部（地上）１３は、受電部（機上）３１の受電電力に関する情報を監視し、受電電力が十分（予め設定された値以上）である否かを判断する（ステップＳ７）。なお、制御部（地上）１３がバッテリ３３の充電情報を監視してもよい。

ステップＳ７にて、受電電力が十分でない場合（「ＮＯ」）の場合は、ステップＳ６に戻るが、受電電力が十分と判断された場合は（「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ８に進む。

送電部（地上）１１に対してマイクロ波２の送電停止を指示する（ステップＳ８）。

無人飛行体Ａから僚機Ｂに送電する場合には、図２のステップＳ１において、送電開始前に制御部（機上）３７は、第２の通信用アンテナ（機上）３８を介して、受電部（僚機）４１との通信を開始する（ステップＳ１）。

次に、制御部（機上）３７はシステムの各装置の状態を監視する（ステップＳ２）。送電開始に際して、送電部（機上）３６は制御部（機上）３７の指示に基づいて受電部（僚機）４１の方向にビーム形成する（ステップＳ３）。

送電部（機上）３６は、定常出力よりも低い低出力のマイクロ波（校正マイクロ波）で送電を開始する（ステップＳ４）。

制御部(機上)３７は、受電部（僚機）４１の受電電力に関する情報を取得し、受電電力又はマイクロ波受信レベルからシステムに異常がないか確認する（ステップＳ５）。

ステップＳ５にて異常がある場合（「Ｙｅｓ」）は、ステップＳ８へ分岐し、制御部（機上）３７は校正マイクロ波の送電停止を送電部（機上）３６に指示する（ステップＳ８）。ステップＳ５にて異常がない場合（「Ｎｏ」）は、制御部（機上）３７は、定常出力である高出力のマイクロ波送電への移行を送電部（機上）３６に指示する（ステップＳ６）。

制御部（機上）３７は、受電部（僚機）４１の受電電力に関する情報を監視し、十分な受電電力量が蓄積された時点で（ステップＳ７）、送電停止指示ステップで、送電部（機上）３６に対してマイクロ波３の送電停止を指示する（ステップＳ８）。

図３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方法を説明するフローチャート図である。ここで、ステップＳ９に入るトリガーは、処理部（機上）３９がバッテリ（機上）３３の充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合であり、この場合、送電部（地上）１１又は電力供給部（僚機）４５への送電要求が必要と判断する。なお、図３は一例であって、後述の動作に限定されるものではない。例えば、基本的に無人飛行体の太陽電池による電力を優先して利用し、太陽電池による電力が利用できない場合に限り、無人飛行体ＡおよびＢ間で電力の授受を行うというようにしてもよい。

無人飛行体Ａが航路を飛行中にバッテリ３３の充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合には、処理部３９は、まず充電場所の選択を行う（ステップＳ９）。処理部（機上）３９は、送電要求が必要と判断した後送電部が複数である場合には、複数の送電部の位置情報と無人飛行体Ａの現在位置情報に基づき、複数の送電部のうち受電部（機上）３１に送電する送電部を選択する。

複数の送電部から受電部（機上）３１に送電する送電部を選択する選択方法の一例を以下に説明する。処理部３９は送電部（地上）１１の位置情報および無人飛行体Ａの位置情報（現在地）に基づき、例えば自機から最も近くに位置する送電部（地上）１１の場所を検索する。上記無人飛行体Ａの位置情報（現在地）は、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）等により直接取得する。また、送電部（地上）１１の位置情報は予め登録されている。

処理部３９は、ステップＳ９にて選択した送電部に対し、飛行可否判断を行う（ステップＳ１０）。飛行可否判断は、例えば、送信装置の位置と無人飛行体Ａの現在位置、およびバッテリ３３の充電残量を用いて、ステップＳ９にて選択した送電部に対して飛行可能範囲内であるかを判断する。ここで飛行可能範囲は上記バッテリ３３の充電残量に基づいて算出される。より具体的には、処理部３９は無人飛行体Ａの現在地の位置情報と現在地から最も近い送電部（地上）１１の位置情報を用いて、最も近い送電部（地上）１１が飛行可能範囲内かどうかを判断する。

ステップＳ１０にて飛行可能範囲内である（「Ｙｅｓ」）と判断された場合は送電部へ飛行し（ステップＳ１１）、その後、送電部で充電を実行する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１０にて飛行可能範囲外である（「Ｎｏ」）と判断された場合は、処理部３９が、例えば、現在地から最も近くに位置する僚機Ｂ（電力供給部４５）の位置情報を比較することで、電力供給部（僚機）４５を選択する（ステップＳ１２）。僚機Ｂ（電力供給部４５）の位置情報は、ＧＰＳにより取得されたものであり、ステップＳ１２の開始前に僚機Ｂより取得する。なお、予め僚機Ｂ（電力供給部４５）の位置情報を保存しておき、保存された位置情報を用いてもよい。

ステップＳ１３にて僚機Ｂ（電力供給部４５）からの電力の供給が受けられる場合（「Ｙｅｓ」）には、無人飛行体Ａは、僚機Ｂ（電力供給部４５）との距離が予め設定された範囲内となるように飛行し（ステップＳ１４）、後述するステップＳ１７へ移行する。

ステップＳ１３にて僚機Ｂ（電力供給部４５）からの電力の供給が受けられない場合（「Ｎｏ」）には、処理部３９が、自機（無人飛行体Ａ）搭載された太陽電池（機上）３４を用いて電力を生成することができるかを判断する（ステップＳ１５）。
ステップＳ９～ステップＳ１３において、無線電力伝送方法は、無人飛行体Ａのバッテリ（機上）３３の充電残量が予め設定した値よりも低下した場合、無人飛行体Ａの航路に設置される送電部（地上）１１、および、無人飛行体Ａの航路を飛行する無人飛行体Ｂの電力供給部（僚機）４５のうちのいずれか一方を選択する第１のステップを備える。また、無人飛行体Ａが、第１のステップで選択された送電部（地上）１１又は無人飛行体Ｂに設置された電力供給部（僚機）４５からマイクロ波により電力を受電する第２のステップを備える。

ステップＳ１５にて、天候が悪い場合など、太陽電池（機上）３４による電力生成ができない場合（「Ｎｏ」）には、飛行を中止して、予め設定された範囲内で安全な場所へ不時着する（ステップＳ１６）。

ステップＳ１６の後、無人飛行体Ａが再び飛行に復帰するためには、太陽電池（機上）３４が使用可能になるまで天候が回復するか、予め設定された範囲内を別の僚機Ｂが通った際に送電してもらう構成としてもよい。太陽電池（機上）３４による充電が可能な場合は、無人飛行体Ａが移動せずに充電を実行する構成としてもよい。

続いて、上記ステップにおいて選択された送電部が受電部（機上）３１に充電を行う（ステップＳ１７）。制御部（地上）１３、制御部（機上）３７又は制御部（僚機）４６は充電の状況を監視し、受電部（機上）３１に十分な受電電力が十分に蓄積されたかを判断する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８にて受電電力が十分でない（「Ｎｏ」）場合は、ステップＳ１７に戻るが、受電電力が十分である場合（「Ｙｅｓ」）は、制御部（地上）１３、制御部（機上）３７又は制御部（僚機）４６へ送電を停止する指示を送り、無人飛行体Ａが飛行に復帰する（ステップＳ１９）。

以上、本実施の形態に係る無線電力伝送システムおよび無線電力伝送方法では、送電線、ビルなどの建築物などの人工物や山脈などの自然物を航路とする無人飛行体に給電する場合であっても、飛行の中断時間を短縮すると共に安定した給電を行うことができる。

なお、送電対象の構成と受電対象の構成を「送電対象－受電対象」として示した場合、「送電部（地上）１１－受電部（機上）３６」、「送電部（機上）３６－受電部（僚機）４１」、および「電力供給部（僚機）４５―受電部（機上）３１」のいずれを選択してもよい。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る無線電力伝送システムを説明する説明図である。本実施の形態の無線電力伝送システムは、給電用無人飛行体Ｃに設置された送電部５１（「第２の送電部」に対応）を備えると共に送電部５１を制御する制御部５２を備える点が上述の実施の形態と異なる。以下、受電部（機上）３６等と同様に、例えば「送電部（給電用僚機）５１」のように、構成名（例えば、送電部５１）に「（給電用僚機）」を付して表記する場合がある。実施の形態２に係る無線電力伝送システムの少なくとも１つの送電部は、送電部（地上）１１と送電部（給電用僚機）５１を含む。
なお、上記少なくとも１つの送電部は、送電部の個数および送電部の種類は１つであっても複数であってもよい。例えば、送電部（給電用僚機）５１を複数設けた構成であってもよく、送電部（地上）１１と送電部（給電用僚機）５１とを両方備えていてもよい。

図４において、送電部（給電用僚機）５１は、機上装置３０の受電部（機上）３１へ向けてマイクロ波４により送電する。制御部（給電用僚機）５２は受電部（機上）３１の受電電力に関する情報を取得し、送電部（地上）１１に対してビーム形成や送電電力の切り替えを指示する。

給電用無人飛行体Ｃは、送電用電源（地上）１２に係留索２４に接続（係留）されており、常に送電部（地上）１１付近の上空に留まっている。係留索２４は送電ケーブルを兼ねており、この送電ケーブルを通して給電用無人飛行体Ｃが電力を得ることで、他の無人飛行体に給電する。例えば、無人飛行体Ａのバッテリ３３の充電残量が低下したとすると、給電用無人飛行体Ｃは無人飛行体Ａに自ら近づいていき、僚機Ｂと同様の方式で給電する。

換言すると、無線電力伝送システムにおいて、送電部（給電用僚機）５１は、給電ケーブルが接続された給電用無人飛行体Ｃに設置されると共にマイクロ波４を送電する。また、送電部（給電用僚機）５１は給電ケーブルより給電される。

上述の構成の場合、無人飛行体Ａが送電部（給電用僚機）５１から受電する場合は送電部（地上）１１から受電する場合に比べて無人飛行体Ａが航路から外れる距離を小さくすることができるため、無人飛行体の運用の停止時間を短くすることができる。図３における僚機Ｂから無人飛行体Ａへの給電において、僚機Ｂを給電用無人飛行体Ｃに置き換えて運用、又は、僚機Ｂと給電用無人飛行体Ｃとを同時に運用することもできる。

無人飛行体Ａの受電部（機上）３１への送電方法の優先度設定はどのように設定してもよいが、送電の効率を考慮した場合、選択の優先度が高い順に並べた際に、送電部（地上）１１、給電用無人飛行体Ｃ、僚機Ｂの順とするのが望ましい。

上記選択の優先度設定の理由は、バッテリへの充電以外に必要となるエネルギ（無人飛行体の飛行等によるエネルギ）の大きさが送電方法に応じて異なるためである。

上記充電以外に必要となるエネルギは、地上装置１０の送電部（地上）１１、給電用無人飛行体５０、無人飛行体Ｂの順に大きくなる。例えば、地上装置１０の送電部（地上）１１は、地上の送電部から直接給電するので、充電中に消費するエネルギは給電対象の飛行体１機分の電力でよい。一方で、給電用無人飛行体Ｃは、自身が電力を消費するので、相手の無人飛行体と合わせて２機分の電力を給電中に消費する。航路上を航行している僚機Ｂは、目的地（給電対象の飛行体に送電可能な位置）への移動のための電力を消費するため、この移動のための電力が上記２機分の電力に加えて必要となる。

また、送電部（地上）１１と給電用無人飛行体Ｃとを両方備える場合は、給電対象の無人飛行体が地上まで降りてきて給電を受ける場合と、空中に飛行したままで給電を受ける場合の２通りの方式を用いてもよい。この場合、受電部（機上）３１に同時に充電できる無人飛行体Ａの数を増やすことができ、結果として、送電部が配置されている構造物周辺の空間を有効に使うことが可能である。

以下に本実施の形態に係る無線電力伝送システムの効果について説明する。無線電力伝送システムにおいて、上述のように制御を行うことで、運用の中断時間を最小限にでき、かつマイクロ波による無線電力伝送を採用することで空中給電の際に外乱を受けた場合でも中断することなく充電を行うことできる。

また、無線で給電しようとする場合にマイクロ波を用いることで、複数の方式で給電することができるため、異なった状況下でも安定して給電ができるとともに、状況に応じて方式を使い分けることで運用の停止時間を短くすることができる。また、上記複数の方式による冗長構成を採用することにより無線電力伝送システムをロバストに構築することができる。

なお、以上、実施の形態１および２に係る無線電力伝送システムを説明したが、各実施の形態に係る構成の一部又は全部を適宜追加又は削除することにより無線電力伝送システムを構成してもよいことは言うまでもない。

Ａ 無人飛行体（第１の無人飛行体）
Ｂ 無人飛行体（第２の無人飛行体）
Ｃ 給電用無人飛行体
２、３、４ マイクロ波
１０ 地上装置
１１ 送電部（第1の送電部）
１２ 送電用電源
１３ 制御部
２０ 地上アンテナ
２４ 係留索
３０ 機上装置
３１ 受電部（第１の受電部）
３２ 第１の通信用アンテナ
３３ バッテリ
３４ 太陽電池
３５ 負荷
３６ 送電部（給電部）
３７ 制御部
３８ 第２の通信用アンテナ
３９ 処理部
４０ 僚機装置
４１ 受電部（第２の受電部）
４２ 通信用アンテナ
４３ バッテリ
４４ 負荷
４５ 電力供給部
４６ 制御部
４７ 太陽電池
５０ 給電用無人飛行体
５１ 送電部（第２の送電部）
５２ 制御部

Claims (15)

1. 予め設定された航路を航行する第１の無人飛行体に設置される第１の受電部と、
   前記第１の無人飛行体の航路に対応して設置されると共に前記第１の受電部へマイクロ波により送電する少なくとも１つの送電部と、
   前記送電部から前記第１の受電部に定常出力よりも低い低出力で前記マイクロ波で送電し、前記低出力で送電したときの前記第１の受電部での受信状態に関する情報に基づいて異常の有無を確認し、異常がないと確認されると定常出力である高出力で前記第１の受電部に前記マイクロ波で送電する制御部と
   を備えた無線電力伝送システム。
2. 前記少なくとも１つの送電部は、前記第１の無人飛行体の航路に対応する位置の地上の構造物に設置されると共に前記マイクロ波により送電する第１の送電部を含む請求項１に記載の無線電力伝送システム。
3. 前記少なくとも１つの送電部は、給電ケーブルが接続された給電用無人飛行体に設置されると共に前記マイクロ波により送電する第２の送電部を含み、
   前記第２の送電部は前記給電ケーブルより給電される、
   請求項１又は請求項２に記載の無線電力伝送システム。
4. 前記第１の無人飛行体に設置されるバッテリと、
   前記第１の無人飛行体が前記航路を飛行中に前記バッテリの充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合に、前記少なくとも１つの送電部に対する送電要求が必要と判断する処理部と、をさらに備えた
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
5. 第２の無人飛行体に設置されると共に前記マイクロ波により送電する電力供給部をさらに備え、
   前記処理部は、前記送電要求が必要と判断した場合には、前記少なくとも１つの送電部又は前記電力供給部のいずれか一方を選択する請求項４に記載の無線電力伝送システム。
6. 前記少なくとも１つの送電部は複数であって
   前記処理部は、前記複数の送電部の位置情報と前記第１の無人飛行体の位置情報とに基づき、前記第１の受電部へ送電する送電部を選択する、請求項５に記載の無線電力伝送システム。
7. 前記処理部は、前記バッテリの充電残量、前記選択された送電部の位置情報、および前記第１の無人飛行体の位置情報を用いて、前記選択された送電部が前記第１の無人飛行体から飛行可能範囲内に存在するか否かを判断し、
   前記飛行可能範囲内に前記選択された送電部が存在しない場合は、前記第２の無人飛行体に設置された前記電力供給部が前記第１の受電部へ送電する
   請求項６に記載の無線電力伝送システム。
8. 予め設定された航路を航行する第１の無人飛行体に設置される第１の受電部と、
   前記第１の無人飛行体の航路に対応して設置されると共に前記第１の受電部へマイクロ波により送電する少なくとも１つの送電部と、
   前記第１の無人飛行体に設置されるバッテリと、
   前記第１の無人飛行体が前記航路を飛行中に前記バッテリの充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合に、前記少なくとも１つの送電部に対する送電要求が必要と判断する処理部と、
   第２の無人飛行体に設置されると共に前記マイクロ波により送電する電力供給部とを備え、
   前記処理部は、前記送電要求が必要と判断した場合には、前記少なくとも１つの送電部又は前記電力供給部のいずれか一方を選択し、
   前記少なくとも１つの送電部は複数であって
   前記処理部は、前記複数の送電部の位置情報と前記第１の無人飛行体の位置情報とに基づき、前記第１の受電部へ送電する送電部を選択し、
   前記処理部は、前記バッテリの充電残量、前記選択された送電部の位置情報、および前記第１の無人飛行体の位置情報を用いて、前記選択された送電部が前記第１の無人飛行体から飛行可能範囲内に存在するか否かを判断し、
   前記飛行可能範囲内に前記選択された送電部が存在しない場合は、前記第２の無人飛行体に設置された前記電力供給部が前記第１の受電部へ送電する
   無線電力伝送システム。
9. 前記第１の無人飛行体に設置されると共にマイクロ波電力を送電する給電部と、
   前記第２の無人飛行体に設置されると共に前記給電部より送電されるマイクロ波電力を受電する第２の受電部と、を備えた
   請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
10. 前記第１の無人飛行体に設置され、電力を発電する太陽電池を有する、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の無線電力伝送システム。
11. 予め設定された航路を航行する第１の無人飛行体に設置される第１の受電部と、
    前記第１の無人飛行体の航路に対応して設置される前記第１の受電部へマイクロ波により送電するための少なくとも１つの送電部と、
    第２の無人飛行体に設置される前記マイクロ波により送電する電力供給部と、
    前記第１の無人飛行体に設置されるバッテリと、
    前記第１の無人飛行体に設置され、電力を発電する太陽電池と、
    前記第１の無人飛行体が前記航路を飛行中に前記バッテリの充電残量が予め設定した値よりも低下したことを検知した場合に、前記送電部および前記電力供給部のいずれからも前記第１の受電部が受電できないと判断されると、前記太陽電池を用いた前記バッテリの充電を実行する制御部と
    を備えた無線電力伝送システム。
12. 前記制御部は、前記送電部および前記電力供給部のいずれからも前記第１の受電部が受電できないと判断されたときに、前記太陽電池を用いた前記バッテリの充電が実行できない場合には、前記第１の無人飛行体を不時着させる請求項１１記載の無線電力伝送システム。
13. 第１の無人飛行体のバッテリの充電残量が予め設定した値よりも低下した場合、前記第１の無人飛行体の航路に設置される送電部、および、前記第１の無人飛行体の前記航路を飛行する第２の無人飛行体の送電部のうちのいずれか一方を選択する第１のステップと、
    前記第１の無人飛行体が、前記第１のステップで選択された送電部又は前記第２の無人飛行体に設置された送電部からマイクロ波により電力を受電する第２のステップと
    を備え、
    前記第１のステップにおいて、前記選択された送電部の位置情報、前記第１の無人飛行体の現在位置情報、および前記バッテリの充電残量に基づき、前記選択された送電部に対して前記第１の無人飛行体が飛行可能範囲内であるか否かを判断し、
    前記飛行可能範囲内と判断された場合、前記第１の無人飛行体の航路に設置された送電部から電力を受電し、前記飛行可能範囲内でないと判断された場合、前記第２の無人飛行体に設置された電力供給部からマイクロ波により電力を受電する無線電力伝送方法。
14. 前記第１の無人飛行体の航路に設置される送電部は、前記第１の無人飛行体の航路に対応する位置の地上の構造物に設置される第１の送電部を含む、請求項１３に記載の無線電力伝送方法。
15. 前記第１の無人飛行体の航路に設置される送電部は、給電ケーブルにより地上から電力が給電される給電用無人飛行体に設置される第２の送電部を含む、請求項１３または請求項１４に記載の無線電力伝送方法。

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