(57)【要約】  洋上または陸上のマイクロ波送電装置（５０、１５０）は、発電部（１）で発生するまたは商用電源からの電気エネルギーをマイクロ波に変換して陸上または洋上のマイクロ波受電部（７、１０７）へ送電する。マイクロ波を放射する送電アンテナ（８、１０８）を、駆動部（１１，１１１）によりマイクロ波受電部（７、１０７）の方向に向ける。マイクロ波受電部（７、１０７）が送信するビーコン信号ＳＢを、ビーコン受信部（５、１０５）が検出する場合に、送電アンテナ（８、１０８）からマイクロ波として放射される送信信号を送信信号発生部（１６、１１６）が発生する。このようにして、揺れがあっても受電部（７、１１７）が受信できない状況でマイクロ波を放射する事態を発生させない無線送電装置および電力伝送システムを提供することができる。
2017175822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する送電アンテナと、
前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部と、
前記受電部が送信するビーコン信号を検出するビーコン受信部と、
前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部と、を備えた無線送電装置。
【請求項２】
前記受電部の位置が入力される位置入力部と、
前記位置入力部に入力された前記受電部の位置と測位システムからの自分の位置情報とをもとに、前記受電部が存在する方向を算出する制御部をさらに備え、
前記駆動部は、前記制御部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項３】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサをさらに備え、
前記制御部は、算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する、請求項２に記載の無線送電装置。
【請求項４】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向をもとに前記受電部が存在する方向を算出し、
前記駆動部は、前記ビーコン受信部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項５】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサと、
前記ビーコン受信部が算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する制御部とをさらに備え、
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向および前記姿勢角をもとに前記受電部が存在する方向を算出する、請求項４に記載の無線送電装置。
【請求項６】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号に含まれる識別情報を検出し、
前記送信信号発生部は、前記ビーコン受信部が、決められた識別情報を検出する場合に送信信号を発生し、前記ビーコン受信部が、前記決められた識別情報を検出しない場合に送信信号の発生を停止する、請求項１から５のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項７】
電波により伝送される電力を受ける受電アンテナおよびビーコン信号を送信するビーコン送信部を有する受電部と、
前記受電部に向けて電波を放射する送電アンテナ、前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部、前記受電部が送信するビーコン信号を検出するビーコン受信部、前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部、を有する無線送電装置と、
を備えた電力伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上と陸上の間で電波により電力を送電する無線送電装置および電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
四方を海洋に囲まれている日本にとって、洋上発電は将来のエネルギー需要を満たす施策として期待されている。洋上風力発電にて発生する電力は、例えば、敷設された電源ケーブルによって陸上へ送電されている。しかしながら、電源ケーブルを使用する方法では電源ケーブルを敷設する工事が必要であり、電力コストが高くなる。陸上への送電方法をマイクロ波送電で置き換えることができると、ケーブルの敷設工事が不要となる。【０００３】
近年、マイクロ波送電の実用化にむけての開発試験が実施されている。マイクロ波送電によって洋上の発電設備から陸上への送電が実現できれば、電力ケーブルの敷設工事が不要となり電力コストが削減できるので、洋上発電はより有望なエネルギー源として推進すべき施策となる。【０００４】
特開２００４−８８４４３号公報（特許文献１）は、送電アンテナの指向方向を制御することによって、マイクロ波の受波面からのずれを防止して効率の高い電力伝送を実現する電力伝送システムを開示する。この電力伝送システムは、受電アンテナの受波面に複数の領域を設定しておき、各領域におけるマイクロ波によって伝送される電力の大きさを検出し、各領域に検出された電力の大きさの分布に基づいて送電アンテナの指向方向を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８８４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
洋上風力発電の多くは、浮体上に発電装置を設置する。このような浮体は、常に波や風の影響を受けて位置や姿勢が揺らぐ。洋上で安定した電力送電を行なうためには、波や風による揺れの影響を受けても、送電アンテナが放射する送電ビームを受信アンテナ面に常時指向させる技術が必要である。【０００７】
しかし、上記特開２００４−８８４４３号公報（特許文献１）に開示されている電力伝送システムでは、送電側、受電側のアンテナがともに陸上に安定して設置されていることが前提となっている。浮体のように絶えず位置や姿勢が変化する場所にアンテナが設置された場合は考慮されていない。すなわち、送電側の送電ビームの指向方向を、受電側の受電アンテナの受波面の複数の領域で受ける電力の強弱をもとに制御する。そのため、送電開始時など、送電側の送電ビームが受電側の受電アンテナに指向していない状態から、送電ビームの指向方向を制御して、受電アンテナに指向させることが困難である。また、洋上では、アンテナを地上に設置したときよりも揺れが大きいため、送電アンテナの送電ビームが受電アンテナ面から外れて、受電側の変化でアンテナ向きを補正することができなくなる場合がある。このような場合は受電アンテナから外れた方向に送電ビームが放射されることとなり、電力が無駄になる。受電アンテナが洋上にある場合にも、受電アンテナが揺れてその指向方向が変化することで送電アンテナが放射する電波を受信できなくなる場合がある。【０００８】
この発明の目的は、波や風による揺れがある場合でも受電アンテナが受信できない状況でマイクロ波を放射する事態を発生させない無線送電装置および電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る無線送電装置および電力伝送システムは、送電アンテナと、駆動部と、ビーコン受信部と、送信信号発生部とを備える。送電アンテナは、電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する。駆動部は、送電アンテナを受電部が存在する方向に指向させる。ビーコン受信部は、受電部が送信するビーコン信号を検出する。送信信号発生部は、ビーコン受信部がビーコン信号を検出する場合に送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、洋上に設置された送電アンテナまたは受電アンテナがマイクロ波を放射中または受信中に、送電アンテナまたは受電アンテナが波や風による揺れの影響を受けても、受電アンテナが受信できない状況でマイクロ波を放射する事態を発生させない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力伝送システムのシステム構成を示す概略図である。
【図２】図１の構成を詳細に示すブロック図である。
【図３】制御部１０で実行される送電開始制御の処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】制御部１０で実行される送電中の監視制御の処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】マイクロ波送電部に対して複数のマイクロ波受電部が設けられる構成を示す概略図である。
【図６】受電側の設備が洋上に設置された場合の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムのシステム構成を示す概略図である。図２は、図１の構成を詳細に示すブロック図である。これらに示されるのは、送電側から受電側にマイクロ波により電力を送る構成であり、送電側から受電側へは、マイクロ波Ｐにより電力が伝送され、受電側から送電側へはビーコン信号ＳＢが送信されている。
【００１４】
送電側のマイクロ波送電装置５０の各設備は、海洋などに浮かぶ浮体部１５上に設置されている。マイクロ波送電装置５０は、発電部１と、マイクロ波送電部２と、ジャイロ装置３と、測位システム４と、ビーコン受信部５と、塔体部１４と、制御部１０とを含む。浮体部１５は、水上に浮いており、その上に送電装置の設備が設置される。水上または洋上は、海だけを意味するのではなく、湖、湾や入り江やフィヨルドなど、大河の河口、港湾などの水の上に設置される場合も含む。
【００１５】
図１では、発電部１の一例として風力タービンが示される。発電部１は、海上を吹く風の風力エネルギーを風力タービンと発電機によって電気エネルギーに変換する。なお発電部１が、潮汐発電、太陽光発電など、風力発電とは異なる発電を行なうものであっても良い。
【００１６】
マイクロ波送電部２は、発電部１で発生する電気エネルギーをマイクロ波に変換して陸上に向けて放射する。マイクロ波送電部２は、送信信号発生部１６と、送電アンテナ８と、駆動部１１とを含む。送信信号発生部１６は、発電部１で発電された電力を用いて増幅されるマイクロ波の周波数帯域の送信信号を発生する。送信信号発生部１６が発生する送信信号は、送電アンテナ８に送られる。送電アンテナ８は、送信信号を電波（マイクロ波）としてマイクロ波受電部７に向けて放射する。
【００１７】
駆動部１１は、送電アンテナ８が放射するマイクロ波の放射方向を変更することができる。たとえば、駆動部１１は、送電アンテナ８の向きを回転台などによって機械的に変更する。なお、駆動部１１は、送電アンテナ８がアクティブフェーズドアレーアンテナ（ＡＰＡＡ）の場合は、アレイアンテナの各素子アンテナが放射するマイクロ波の位相を制御して、マイクロ波が放射される方向を変更するものであっても良い。
【００１８】
なお、ＡＰＡＡは、平面状に多数配列された素子アンテナからマイクロ波を放射し、各素子アンテナから放射されるマイクロ波の位相を制御することによって、ビーム走査やビーム成形を自由に行なうことができるアンテナである。
【００１９】
受電側の設備としては、マイクロ波受電部７が陸上に設置されている。マイクロ波受電部７は、受電アンテナ９と、ビーコン送信部６とを含む。マイクロ波受電部７は、無線送電装置であるマイクロ波送電装置５０が電波により伝送する電波を受ける受電部である。
【００２０】
マイクロ波受電部７の受電アンテナ９は、マイクロ波送電部２からマイクロ波により放射される電力を受ける。ビーコン送信部６は、受電アンテナ９に近接した位置から、マイクロ波送電装置５０に受電アンテナ９の位置を知らせるビーコン信号ＳＢを送信する。ビーコン送信部６は、マイクロ波受電部７に対応して決められた周波数のビーコン信号ＳＢを送信している。ビーコン送信部６が送信するビーコン信号ＳＢは、マイクロ波受電部７を他の受電部と識別するために、受電部毎に決められた識別コードで変調されている。なお、ビーコン信号ＳＢに使用できる周波数が多くあり、周波数だけでマイクロ波受電部７を識別できる場合は、識別コードは使用しなくてもよい。また、ビーコン信号ＳＢの周波数を１個だけにしてもよい。
【００２１】
マイクロ波送電装置５０が有する制御部１０には、マイクロ波受電部７の諸元（マイクロ波受電部７の位置情報、ビーコン信号ＳＢに関する情報（周波数、識別情報等））がユーザによって位置入力部１２から入力されている。測位システム４は、浮体部１５（または浮体部１５により決まるマイクロ波送電部２）の位置情報を取得する。また、ジャイロ装置３は、浮体部１５（または浮体部１５により決まるマイクロ波送電部２）の姿勢情報を取得する。
【００２２】
制御部１０は、送電アンテナ駆動制御部２７と、ビーコン受信指示部２６と、送電制御部２８とを含む。送電アンテナ駆動制御部２７は、ユーザからマイクロ波受電部７の位置が入力されると、測位システム４から入力されるマイクロ波送電部２の位置を元に、マイクロ波送電部２の位置からマイクロ波受電部７に向かう方向（基準指向角度）を算出する。測位システム４としては、たとえば、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）受信機や方位計等を用いることができる。ビーコン受信指示部２６は、ビーコン信号の受信と受信に必要な設定の指示を行なう。
【００２３】
マイクロ波受電部７が送信するビーコン信号ＳＢは、制御部１０が算出した方向（基準指向角度）から到来する。ビーコン受信部５は、ビーコン受信機２１とビーコン検出部２２とビーコン識別部２３とを含む。ビーコン受信機２１は、マイクロ波受電部７からのビーコン信号ＳＢを受信する。ビーコン検出部２２は、ビーコン信号ＳＢを処理して、その到来する方向を検出する。ビーコン検出部２２がビーコン信号ＳＢの到来方向を検出する方法としては、モノパルス測角方式、ビーコン受信機２１の指向性を有するアンテナを微小角度で円錐状に走査するコニカルスキャン方式などを使用する。ビーコン検出部２２は、ビーコン受信機２１に入射するビーコン信号ＳＢの入射角をジャイロ装置３が取得する姿勢角で補正し、姿勢角によらない到来方向を求める。さらに、姿勢角によらない到来方向を追尾する。ビーコン検出部２２は、追尾して得られるビーコン信号ＳＢの到来方向を受電部が存在する方向として算出する。ビーコン検出部２２はビーコン受信部５を構成するので、受電部が存在する方向をビーコン受信部５が算出するとも考えられる。
【００２４】
ジャイロ装置３を備えず、ビーコン信号ＳＢから決まる到来方向に電波を放射するようにしてもよい。ビーコン信号ＳＢの到来方向を求めず、マイクロ波送電装置５０とマイクロ波受電部７との位置関係およびジャイロ装置３で計測される姿勢角とから、マイクロ波受電部７が存在する方向を求め、送電アンテナ８がマイクロ波受電部７が存在する方向を向くように駆動部１１で制御してもよい。ビーコン信号ＳＢから求めた到来方向を姿勢角で補正するような方法でもよい。
【００２５】
送電アンテナ８が駆動部１１により指向方向を変更することでマイクロ波受電部７が存在する方向に向くことができる程度の大きさの動揺では、ビーコン受信機２１のアンテナは、ビーコン信号ＳＢを確実に受信できるとする。具体的には、送電アンテナ８の指向性よりも必要十分に広い指向性を持つ。あるいは、ビーコン受信機２１の指向性は、アンテナと送電アンテナ８の指向性と同程度または少し広い程度にして、送電アンテナ８と連動してビーコン受信機２１のアンテナも指向方向が変更される。
【００２６】
ビーコン識別部２３は、ビーコン信号ＳＢが制御部１０から指示されたものであることを識別する。すなわちビーコン識別部２３は、受信したビーコン信号ＳＢの識別コード、周波数が、マイクロ波送電部２がマイクロ波により電力を送ろうとしているマイクロ波受電部７が送信しているものか否かを確認する。ビーコン信号を変調する識別コードが、ビーコン信号を識別する識別情報である。ビーコン信号の識別コードを検出することを、ビーコン信号に含まれる識別情報を検出するともいう。ビーコン信号を識別する識別情報は、識別コード以外を使用してもよい。
【００２７】
送信先のマイクロ波受電部７のビーコン信号ＳＢが正しく捕捉できている場合、マイクロ波送電部２は、以下のようにマイクロ波を放射する。
【００２８】
送電アンテナ駆動制御部２７は、ビーコン検出部２２で検出されたビーコン信号ＳＢの到来方向と姿勢センサが検出する姿勢角とをもとに、送電アンテナ８がマイクロ波受電部７に向くように指向方向を算出する。
【００２９】
なお、本実施の形態では、姿勢センサとしてジャイロ装置３が設けられている。ジャイロ装置３は送電アンテナ８の揺れを検出し、その揺れの信号（ロール方向／ピッチ方向／ヨー方向）を考慮した姿勢角を送電アンテナ駆動制御部２７へ出力する。
【００３０】
送電アンテナ駆動制御部２７は、補正計算されたアンテナ指向角度に揺れ信号を反映する動揺修正演算を行ないながら、連続的に送電アンテナ８が受電アンテナ９を安定して正確に指向するように駆動部１１を制御する。なお、浮体の揺れは周期的であることが多く、予測しやすいので、動揺修正演算に予測処理を反映することによって、送電アンテナ８の指向方向が受電アンテナ９から大きく外れる前に、送電アンテナ８の向きを変更することが可能である。
【００３１】
マイクロ波受電部７は、マイクロ波送電部２から放射されたマイクロ波Ｐを受けて電力に変換し図示しない陸上の電力系統へ送電する。
【００３２】
なお、制御部１０は、送電アンテナ８から受電アンテナ９に向けてマイクロ波を放射している間は、ビーコン受信部５でビーコン信号ＳＢが受信できているか短い周期でチェックする。ビーコン受信部５でビーコン信号ＳＢを受信しないことを検出する場合には、マイクロ波の放射を中止する。このようにすることによって、風や波などの揺動によって、送電アンテナ８の指向方向が大きくずれて受電アンテナ９が受信できない方向にマイクロ波を放射する場合に、マイクロ波受電部７で受電されないで送電する電力が無駄になる損失を抑制することができる。
【００３３】
マイクロ波受電部７に何らかの異常が発生した場合にビーコン信号ＳＢを送信しないようにしてもよい。そうすることで、マイクロ波受電部７で受電できない状態に送電することを防止できる。また、送電アンテナ８の向きがずれているためにマイクロ波受電部７で受電できない状態を発生させないために、ビーコン信号ＳＢを受信できており、かつ姿勢角が決められた範囲である場合に、マイクロ波送電部２がマイクロ波を放射するようにしてもよい。
【００３４】
このようなマイクロ波送電のアンテナ指向制御を行なう制御部１０は、ソフトウエアでもハードウエアでも実現が可能である。
【００３５】
制御部１０は、たとえば、コンピュータを用いてソフトウエアで実現することも可能である。この場合、制御部１０は、ＣＰＵと、プログラムやデータを記憶するメモリと、インタフェース部とを含む。
【００３６】
図３は、制御部１０で実行される送電開始制御の処理を説明するためのフローチャートである。送電開始制御の処理がスタートすると、ステップＳ１において、図２の送電アンテナ駆動制御部２７は、測位システム４によって得られたデータから、送電アンテナ８の基準指向角度（Ｘ０，Ｙ０）を決定する。続いて、ステップＳ２においてビーコン受信指示部２６がビーコン受信部５に受信指示を出し、その受信指示に応答して、ビーコン受信部５がビーコン信号ＳＢの受信を試みる。
【００３７】
続いて、ステップＳ３において、ビーコン受信部５がビーコン信号ＳＢを検出するか否かが判断される。ステップＳ３において、ビーコン受信部５がビーコン信号ＳＢを検出しない場合には（Ｓ３でＮＯ）、再びステップＳ１，Ｓ２の処理が実行される。
【００３８】
ステップＳ３において、ビーコン受信部５がビーコン信号ＳＢを検出する場合には（Ｓ３でＹＥＳ）、ステップＳ４に処理が進められ、ビーコン識別部２３は、ビーコン受信機２１が受信する信号からビーコン信号ＳＢの周波数およびビーコン信号ＳＢの識別情報を取得する。好ましくは、ビーコン信号ＳＢの周波数および識別情報を、図示しない表示部に表示するようにしても良い。
【００３９】
続いて、ステップＳ５において、送電アンテナ駆動制御部２７は、取得されたビーコン信号ＳＢの周波数および識別情報が、マイクロ波を送電する対象のマイクロ波受電部７に対応する周波数および識別情報と一致するか否かを判断する。周波数および識別情報が一致しない場合（Ｓ５でＮＯ）、再びステップＳ１〜Ｓ４の処理が繰返される。
【００４０】
一方、ステップＳ５において周波数および識別情報が一致する場合（Ｓ５でＹＥＳ）、ステップＳ６に処理が進められる。ステップＳ６では、ビーコン受信機２１が受信する信号からビーコン検出部２２がビーコン信号ＳＢの到来方向を検出し、検出する到来方向から受電部が存在する方向を算出する。ビーコン検出部２２は、算出する受電部が存在する方向を送電アンテナ駆動制御部２７に出力する。続いて、ステップＳ７において、送電アンテナ駆動制御部２７が、ビーコン信号ＳＢの到来方向とジャイロ装置３などの姿勢センサが検出する姿勢角とをもとに送電アンテナ８を指向させる方向を算出する。送電アンテナ８を指向させる方向を算出することは、送電アンテナ駆動制御部２７は、ビーコン検出部２２が算出する受電部が存在する方向を補正するとも考えられる。送電アンテナ駆動制御部２７は制御部１０の一部なので、受電部が存在する方向を制御部１０が補正すると考えることもできる。
【００４１】
具体的には、ステップＳ７において、送電アンテナ駆動制御部２７は、ジャイロ装置３で検出されたジャイロ信号（ロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の揺れの大きさを含む）を座標変換したデータに基づいて、ビーコン検出部２２がビーコン信号ＳＢの到来方向をさらに補正してアンテナ指向角度を算出する。続いて、ステップＳ８において、送電アンテナ駆動制御部２７は、駆動部１１を制御して、アンテナ指向角度に対応する向きに送電アンテナ８の姿勢を制御する。送電アンテナ８がＡＰＡＡの場合には、送電アンテナ駆動制御部２７は、アンテナ指向角度に対応する向きにマイクロ波が放射されるように、ビームの方向を変更する。これにより、送電アンテナ８が受電アンテナ９を指向する。
【００４２】
その後、ステップＳ９において、送電制御部２８が、送信信号発生部１６にマイクロ波の周波数帯域の送信信号を出力することを開始するように指示し、マイクロ波による送電が開始される。以上の処理によって、送信信号発生部１６は、ビーコン受信部５がビーコン信号ＳＢを検出する場合に送電アンテナ８から放射する送信信号を発生させ、ビーコン受信部５がビーコン信号ＳＢを検出しない場合には送信信号の発生を中止する。また、送信信号発生部１６は、ビーコン受信部５が、送電する対象の受電部に対して決められた識別情報を検出する場合に送信信号を発生し、ビーコン受信部５が、決められた識別情報を検出しない場合に送信信号の発生を停止する。
【００４３】
図４は、制御部１０で実行される送電中の監視制御の処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、マイクロ波による送電中において、一定時間ごとに実行される。
【００４４】
監視制御の処理がスタートすると、ステップＳ１１において、図２のビーコン受信部５においてビーコン信号ＳＢを受信する処理を実行し、ビーコン識別部２３が受信するビーコン信号ＳＢの周波数、識別情報を監視する。この監視は、一定時間ごとに図４のフローチャートの処理が実行されるので、継続的に行なわれる。
【００４５】
次に、ステップＳ１２において、送電アンテナ駆動制御部２７は、ビーコン受信部５においてビーコン信号ＳＢが捕捉されているか否かを判断する。ステップＳ１２においてビーコン信号ＳＢが捕捉されていない場合（Ｓ１２でＮＯ）、ステップＳ１５に処理が進められる。一方、ステップＳ１２においてビーコン信号ＳＢが捕捉されている場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３に処理を進める。ステップＳ１３では、送電アンテナ駆動制御部２７は、ビーコン信号ＳＢの周波数および識別情報が、受電対象のマイクロ波受電部７に対応する周波数および識別情報と一致するか否かを判断する。周波数および識別情報が一致する場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１４に処理を進め、マイクロ波による送電が継続される。
【００４６】
一方、ステップＳ１３においてビーコン信号ＳＢの周波数、識別情報のいずれかが一致しない場合（Ｓ１３でＮＯ）、ステップＳ１５に処理を進める。ステップＳ１５では、送電制御部２８が送信信号発生部１６に送信信号の発生の停止を指示し、その結果送電は中断される（ステップＳ１６）。このように、ビーコン信号を用いることによってアンテナ向きが正しいか否かを速やかに検出できる。アンテナの向きが受電部から外れた場合には、そのことを速やかに検出してマイクロ波の放射を停止できる。
【００４７】
なお、送電が中断された場合や送電が開始できない場合には、他のマイクロ波受電部に送電先を変更しても良い。図５は、マイクロ波送電部に対して複数のマイクロ波受電部が設けられる構成を示す概略図である。図５の送電側のマイクロ波送電装置５０は、図１および図２で説明した構成と同じである。この１台のマイクロ波送電装置５０に対して、マイクロ波受電部７Ａ，７Ｂが設けられている。
【００４８】
たとえば、通常時には、マイクロ波送電部２は、マイクロ波受電部７Ａが送信するビーコン信号ＳＢＡを受けて、そのビーコン信号を用いて送電アンテナ８の指向方向をマイクロ波受電部７Ａに合わせてマイクロ波ＰＡを放射する。
【００４９】
図４で説明した処理によって、送電が中断された場合等には、再び図３の送電開始処理を実行する。その時に、マイクロ波受電部７Ａからのビーコン信号ＳＢＡが回復していない場合、送電対象の受電部をマイクロ波受電部７Ｂに変更して、図３の送電開始処理を行なっても良い。マイクロ波受電部７Ｂに送電する場合、マイクロ波送電装置５０は、ビーコン信号ＳＢＢを用いて送電アンテナ８の指向方向を変更し、マイクロ波ＰＢをマイクロ波受電部７Ｂに向けて放射する。
【００５０】
このようにすれば、地震等の災害時や、受電部のメンテナンスによる停止時などであっても、洋上での発電および陸上への送電を継続することができる。
【００５１】
以上、本実施の形態のマイクロ波送電装置５０は、波や風の影響を受けても送電アンテナ８が常に受電アンテナ９を指向するように制御部１０が駆動部１１を制御する。制御部１０は、測位システム４からの信号を用いてアンテナ基準指向角度を算出し、マイクロ波による送電開始前にビーコン受信部５をアンテナ基準指向角度の方向に向けてビーコン信号ＳＢを捕捉させる。制御部１０は、マイクロ波受電部７からのビーコン信号ＳＢの到来方向に基づいてアンテナ基準指向角度を補正計算する。制御部１０は、その上さらにジャイロ装置３からの動揺信号を加えた動揺修正演算を行ないながら、連続的に安定して受電アンテナ９を指向するように送電アンテナ８を駆動する。
【００５２】
また本実施の形態のマイクロ波送電装置５０は、ビーコン信号ＳＢの識別情報により正しいビーコン信号を捕捉していることを確認できるため、マイクロ波受電部７が存在しない誤った方向に送信することがない。ビーコン信号ＳＢを捕捉しなくなると送信を停止するので、受信アンテナ以外に電力を送信する場合の電力の損失を回避できる。
【００５３】
なお、上記の実施の形態においては、送電アンテナ駆動制御部２７は、ビーコン検出部２２で検出されたビーコン信号ＳＢの到来方向をもとに送電アンテナの送電アンテナ８の指向方向を算出する。しかし、図３のステップＳ１で算出する基準指向角度が、十分な精度で算出できる場合や、図３のステップＳ６でビーコン信号の到来方向が十分な精度で算出されない場合等は、送電アンテナ駆動制御部２７は、ステップＳ７において、基準指向角度と姿勢センサが検出する姿勢角に基づき送電アンテナの指向方向を算出するよう構成しても良い。
【００５４】
［変形例］
上記の実施の形態においては、マイクロ波送電装置が洋上の浮体部に設けられている例を説明した。マイクロ波送電は無線で送電を行なうものであるので、受電側の設備が洋上の浮体部に設けられている場合にも使用することができる。
【００５５】
図６は、受電側の設備が洋上に設置された場合の構成を示す概略図である。図６に示されるのは、陸上にある送電側から洋上にある受電側にマイクロ波により電力を送る構成であり、送電側から受電側へは、電力がマイクロ波Ｐを介して伝送されている点、受電側から送電側へビーコン信号が送信されている点は図１、図２の構成と同じである。
【００５６】
この変形例では、送電側のマイクロ波送電装置１５０の各設備は陸上に設置されている。マイクロ波送電装置１５０は、マイクロ波送電部１０２と、ビーコン受信部１０５と、制御部１１０と、位置入力部１１２とを含む。マイクロ波送電部１０２は、送信信号発生部１１６と、送電アンテナ１０８と、駆動部１１１とを含む。送信信号発生部１１６は、たとえば商用電源等からの電力を用いてマイクロ波の周波数帯域の送信信号を発生する。送信信号発生部１１６が発生する送信信号は、送電アンテナ１０８に送られる。送電アンテナ１０８は、送信信号を電波（マイクロ波）としてマイクロ波受電部１０７に向けて放射する。
【００５７】
駆動部１１１は、送電アンテナ１０８のマイクロ波の放射方向を変更することができる。たとえば、駆動部１１１は、送電アンテナ１０８の向きを回転台などによって機械的に変更する。なお、駆動部１１１は、送電アンテナ１０８がアクティブフェーズドアレーアンテナ（ＡＰＡＡ）の場合は、アレイアンテナの各素子アンテナで放射するマイクロ波の位相を制御して、マイクロ波の放射方向を変更するものであっても良い。
【００５８】
受電側の設備としては、マイクロ波受電装置１００は、海洋上の浮体部１１５上に設置されている。マイクロ波受電装置１００は、負荷１０１と、マイクロ波受電部１０７と、マイクロ波変換部１０３と、塔体部１１４と、制御部１１０とを含む。マイクロ波受電部１０７は、受電アンテナ１０９と、ビーコン送信部１０６とを含む。
【００５９】
受電アンテナ１０９とビーコン送信部１０６のビーム幅は、同程度である。また、受電アンテナ１０９とビーコン送信部１０６のアンテナの指向方向は、塔体部１１４に対する角度が同じ方向で固定されているか、塔体部１１４に対する角度が同じように変化する機構が設けられている。つまり、ビーコン送信部１０６がマイクロ波送電装置１５０が存在する方向にビーコン信号ＳＢを送信する場合には、マイクロ波送電装置１５０が放射するマイクロ波を受電アンテナ１０９で受信できる。
【００６０】
ビーコン送信部１０６が送信するビーコン信号ＳＢのビーム幅を広くし、マイクロ波受電装置１００が何らかの原因で受電できない場合にビーコン信号ＳＢを送信しないようにしてもよい。マイクロ波受電装置１００が受電できない場合とは、例えば、機器が故障している場合、姿勢が大きく傾いている場合などである。
【００６１】
マイクロ波受電部１０７の受電アンテナ１０９は、送電アンテナ１０８から放射されるマイクロ波を受ける。ビーコン送信部１０６は、マイクロ波受電部１０７（受電アンテナ１０９）の位置を示すために、決められた周波数のビーコン信号ＳＢを送信している。ビーコン送信部１０６が送信するビーコン信号ＳＢは、マイクロ波受電部１０７を他の受電部と識別するために、受電部毎に決められた識別コードで変調されている。
【００６２】
負荷１０１の一例としては、電気を消費する負荷であればどのようなものでも良いが、たとえば海底から石油や天然ガスなどの天然資源を採掘するためなどの洋上プラットフォームの電気設備、海洋気象ブイ、灯浮標(ライトブイ)などである。
【００６３】
マイクロ波受電部１０７は、マイクロ波送電部１０２から放射されたマイクロ波を直流または交流の適切な電圧の電力に変換して負荷１０１に供給する。より具体的には、受電アンテナ１０９が受けたマイクロ波は、マイクロ波変換部１０３によって電力に変換され、負荷１０１に供給される。
【００６４】
制御部１１０は、ユーザから位置入力部１１２を介してマイクロ波受電部１０７の位置、ビーコン信号ＳＢに関する情報、マイクロ波送電部１０２の位置が入力されると、入力されたマイクロ波受電部１０７の位置とマイクロ波送電部１０２の位置を元に、マイクロ波送電部１０２の位置からマイクロ波受電部１０７に向かう方向（基準指向角度）を算出する。
【００６５】
マイクロ波受電部１０７からのビーコン信号ＳＢは、制御部１１０が算出した方向（基準指向角度）から到来する。ビーコン受信部１０５は、マイクロ波送電を行なう前に、基準指向角度から来るビーコン信号ＳＢを受信する。ビーコン識別部２３は、受信するビーコン信号ＳＢの識別コードおよび周波数が、送電を受けるべき受電部のものか否かを確認する。ビーコン受信部１０５は、ビーコン信号ＳＢを受信できるようになるとビーコン信号ＳＢを処理して、ビーコン信号ＳＢを継続して受信できるように追尾処理を実施する。
【００６６】
マイクロ波受電部１０７のビーコン信号ＳＢが正しく捕捉できている場合、マイクロ波送電部１０２は、以下のように送電開始処理を行なう。
【００６７】
制御部１１０は、ビーコン信号ＳＢの到来方向に対して追尾処理を行なうことにより求まる受電部が存在する方向を算出し、送電アンテナ１０８の指向方向に決定する。そして、マイクロ波送電部１０２はマイクロ波受電部１０７に向けてマイクロ波の放射を開始する。
【００６８】
マイクロ波送電部１０２からマイクロ波を放射している間も、ビーコン受信部１０５はビーコン信号を継続して受信する。制御部１１０は、マイクロ波により電力の放射を行なっている間は、ビーコン受信部１０５に繰り返しビーコン信号を受信させ、ビーコン受信部１０５がビーコン信号を受信しない場合には、送電アンテナ１０８が放射するマイクロ波を受電アンテナ１０９が受信できない状況であると判断してマイクロ波の放射を中止する。
【００６９】
以上説明したように、受電側のアンテナが洋上にある場合でも、本発明は良好に適用することができる。変形例の場合も、送電側のアンテナが洋上にある場合と同様な効果を奏することができる。
【００７０】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  発電部、２，１０２  マイクロ波送電部、３  ジャイロ装置（姿勢センサ）、４  測位システム、５，１０５  ビーコン受信部、６，１０６  ビーコン送信部、７，７Ａ，７Ｂ，１０７  マイクロ波受電部（受電部）、８，１０８  送電アンテナ、９，１０９  受電アンテナ、１０，１１０  制御部、１１，１１１  駆動部、１２，１１２  位置入力部、１４，１１４  塔体部、１５，１１５  浮体部、１６，１１６  送信信号発生部、２１  ビーコン受信機、２２  ビーコン検出部、２３  ビーコン識別部、２６  ビーコン受信指示部、２７  送電アンテナ駆動制御部、２８  送電制御部、５０，１５０  マイクロ波送電装置（無線送電装置）、１００  マイクロ波受電装置、１０１  負荷、１０３  マイクロ波変換部。
【図１】
2017175822.tif 000003
【図２】
2017175822.tif 000004
【図３】
2017175822.tif 000005
【図４】
2017175822.tif 000006
【図５】
2017175822.tif 000007
【図６】
2017175822.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月29日(2017.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する送電アンテナと、
前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部と、
前記受電部が送信するビーコン信号を検出するビーコン受信部と、
前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部と、を備え、
前記ビーコン信号を検出しない場合に、前記送電アンテナから電波を放射しない、無線送電装置。
【請求項２】
前記受電部の位置が入力される位置入力部と、
前記位置入力部に入力された前記受電部の位置と測位システムからの自分の位置情報とをもとに、前記受電部が存在する方向を算出する制御部をさらに備え、
前記駆動部は、前記制御部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項３】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサをさらに備え、
前記制御部は、算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する、請求項２に記載の無線送電装置。
【請求項４】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向をもとに前記受電部が存在する方向を算出し、
前記駆動部は、前記ビーコン受信部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項５】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサと、
前記ビーコン受信部が算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する制御部とをさらに備え、
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向および前記姿勢角をもとに前記受電部が存在する方向を算出する、請求項４に記載の無線送電装置。
【請求項６】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号に含まれる識別情報を検出し、
前記送信信号発生部は、前記ビーコン受信部が、決められた識別情報を検出する場合に送信信号を発生し、前記ビーコン受信部が、前記決められた識別情報を検出しない場合に送信信号の発生を停止する、請求項１から５のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項７】
電波により伝送される電力を受ける受電アンテナおよびビーコン信号を送信するビーコン送信部を有する受電部と、
前記受電部に向けて電波を放射する送電アンテナ、前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部、前記受電部が送信するビーコン信号を検出するビーコン受信部、前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部、を有する無線送電装置と、
を備えた電力伝送システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る無線送電装置および電力伝送システムは、送電アンテナと、駆動部と、ビーコン受信部と、送信信号発生部とを備える。送電アンテナは、電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する。駆動部は、送電アンテナを受電部が存在する方向に指向させる。ビーコン受信部は、受電部が送信するビーコン信号を検出する。送信信号発生部は、ビーコン受信部がビーコン信号を検出する場合に送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する。無線送電装置は、ビーコン信号を検出しない場合に、送電アンテナから電波を放射しない。
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月27日(2017.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洋上と陸上の間で電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する送電アンテナと、
前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部と、
前記受電部が送信するビーコン信号を検出するビーコン受信部と、
前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部と、を備え、
前記ビーコン信号を検出しない場合に、前記送電アンテナから電波を放射しない、無線送電装置。
【請求項２】
前記受電部の位置が入力される位置入力部と、
前記位置入力部に入力された前記受電部の位置と測位システムからの自分の位置情報とをもとに、前記受電部が存在する方向を算出する制御部をさらに備え、
前記駆動部は、前記制御部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項３】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサをさらに備え、
前記制御部は、算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する、請求項２に記載の無線送電装置。
【請求項４】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向をもとに前記受電部が存在する方向を算出し、
前記駆動部は、前記ビーコン受信部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項５】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサと、
前記ビーコン受信部が算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する制御部とをさらに備え、
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向および前記姿勢角をもとに前記受電部が存在する方向を算出する、請求項４に記載の無線送電装置。
【請求項６】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号に含まれる識別情報を検出し、
前記送信信号発生部は、前記ビーコン受信部が、決められた識別情報を検出する場合に送信信号を発生し、前記ビーコン受信部が、前記決められた識別情報を検出しない場合に送信信号の発生を停止する、請求項１から５のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項７】
洋上と陸上の間で電波により伝送される電力を受ける受電アンテナおよびビーコン信号を送信するビーコン送信部を有する受電部と、
前記受電部に向けて電波を放射する送電アンテナ、前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部、前記受電部が送信するビーコン信号を検出するビーコン受信部、前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部、を有する無線送電装置と、
を備え、
前記ビーコン信号を検出しない場合に、前記送電アンテナから電波を放射しない、電力伝送システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る無線送電装置および電力伝送システムは、送電アンテナと、駆動部と、ビーコン受信部と、送信信号発生部とを備える。送電アンテナは、洋上と陸上の間で電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する。駆動部は、送電アンテナを受電部が存在する方向に指向させる。ビーコン受信部は、受電部が送信するビーコン信号を検出する。送信信号発生部は、ビーコン受信部がビーコン信号を検出する場合に送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する。無線送電装置は、ビーコン信号を検出しない場合に、送電アンテナから電波を放射しない。
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月15日(2018.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洋上と陸上の間で電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する送電アンテナと、
前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部と、
前記受電部が電波を受信できる場合に前記受電部が送信するビーコン信号を検出するビーコン受信部と、
前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部と、を備え、
前記ビーコン信号を検出しない場合に、前記送電アンテナから電波を放射しない、無線送電装置。
【請求項２】
前記受電部の位置が入力される位置入力部と、
前記位置入力部に入力された前記受電部の位置と測位システムからの自分の位置情報とをもとに、前記受電部が存在する方向を算出する制御部をさらに備え、
前記駆動部は、前記制御部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項３】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサをさらに備え、
前記制御部は、算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する、請求項２に記載の無線送電装置。
【請求項４】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向をもとに前記受電部が存在する方向を算出し、
前記駆動部は、前記ビーコン受信部が算出する前記受電部が存在する方向に前記送電アンテナを指向させる、請求項１に記載の無線送電装置。
【請求項５】
前記送電アンテナの姿勢角を検出する姿勢センサと、
前記ビーコン受信部が算出した前記受電部が存在する方向を前記姿勢角によって補正する制御部とをさらに備え、
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号が到来する方向および前記姿勢角をもとに前記受電部が存在する方向を算出する、請求項４に記載の無線送電装置。
【請求項６】
前記ビーコン受信部は、前記ビーコン信号に含まれる識別情報を検出し、
前記送信信号発生部は、前記ビーコン受信部が、決められた識別情報を検出する場合に送信信号を発生し、前記ビーコン受信部が、前記決められた識別情報を検出しない場合に送信信号の発生を停止する、請求項１から５のいずれか１項に記載の無線送電装置。
【請求項７】
洋上と陸上の間で電波により伝送される電力を受ける受電アンテナおよびビーコン信号を送信するビーコン送信部を有する受電部と、
前記受電部に向けて電波を放射する送電アンテナ、前記送電アンテナを前記受電部が存在する方向に指向させる駆動部、前記受電部が電波を受信できる場合に前記受電部が送信する前記ビーコン信号を検出するビーコン受信部、前記ビーコン受信部が前記ビーコン信号を検出する場合に前記送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する送信信号発生部、を有する無線送電装置と、
を備え、
前記ビーコン信号を検出しない場合に、前記送電アンテナから電波を放射しない、電力伝送システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る無線送電装置および電力伝送システムは、送電アンテナと、駆動部と、ビーコン受信部と、送信信号発生部とを備える。送電アンテナは、洋上と陸上の間で電波により伝送される電力を受ける受電部に向けて電波を放射する。駆動部は、送電アンテナを受電部が存在する方向に指向させる。ビーコン受信部は、受電部が電波を受信できる場合に受電部が送信するビーコン信号を検出する。送信信号発生部は、ビーコン受信部がビーコン信号を検出する場合に送電アンテナから電波として放射される送信信号を発生する。無線送電装置は、ビーコン信号を検出しない場合に、送電アンテナから電波を放射しない。
【国際調査報告】
2017175822.tif 000009
2017175822.tif 000010
2017175822.tif 000011
2017175822.tif 000012