(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信して合成し、電力を生成するレクテナ、上記レクテナの近傍に設けられ、上記複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信するＲＥＶ用受信アンテナ、上記複数の電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナ、および上記ＲＥＶ用受信アンテナによる受信電力が増大するように、上記複数の電力送信装置の各々に、各々が送信するマイクロ波の位相の変更を指示するコマンド信号を生成する位相監視制御部を備えているレクテナ基地局にマイクロ波を送信する上記複数の電力送信装置の各々であって、各々の移相器を経由してマイクロ波給電されている複数の送信アンテナ素子を有し、上記複数の送信アンテナ素子によりマイクロ波を生成し、上記レクテナ基地局へ送信するマイクロ波送信アンテナと、上記パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、上記パイロット信号受信アンテナにより受信した上記パイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、上記追尾受信機により検出した上記パイロット信号の上記到来方向に、上記マイクロ波送信アンテナから送信するマイクロ波の送信方向が向くように上記送信方向の制御を行うビーム駆動制御部と、上記位相監視制御部からの上記コマンド信号に基づいて、この電力送信装置から上記レクテナ基地局に向かう方向の、この電力送信装置の位置の変化に起因した、上記マイクロ波送信アンテナが送信するマイクロ波と上記レクテナ基地局にマイクロ波を送信する他の電力送信装置から送信されるマイクロ波との間の位相ずれを補正し、上記レクテナ基地局の上記ＲＥＶ用受信アンテナにより受信する電波強度を増大させ、上記位相監視制御部からの上記各々のコマンド信号に基づいて、上記複数の送信アンテナ素子各々に接続する上記各々の移相器の設定を行い、上記レクテナ基地局に上記複数の送信アンテナ素子各々のマイクロ波給電の経路上の位相誤差の調整値を算出させる位相制御部とを備えたことを特徴とする電力送信装置。
【請求項２】
複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信して合成し、電力を生成するレクテナ、上記レクテナの近傍に設けられ、上記複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信するＲＥＶ用受信アンテナ、上記複数の電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナ、上記ＲＥＶ用受信アンテナによる受信電力が増大するように、上記複数の電力送信装置の各々に、各々が送信するマイクロ波の位相の変更を指示するコマンド信号を生成する位相監視制御部、および上記コマンド信号を上記パイロット信号に重畳する変調器を備えているレクテナ基地局にマイクロ波を送信する上記複数の電力送信装置の各々であって、各々の移相器を経由してマイクロ波給電されている複数の送信アンテナ素子を有し、上記複数の送信アンテナ素子によりマイクロ波を生成し、上記レクテナ基地局へ送信するマイクロ波送信アンテナと、上記パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、上記パイロット信号受信アンテナにより受信した上記パイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、上記追尾受信機により検出した上記パイロット信号の上記到来方向に、上記マイクロ波送信アンテナから送信するマイクロ波の送信方向が向くように上記送信方向の制御を行うビーム駆動制御部と、上記パイロット信号から上記コマンド信号を再生する復調器と、上記復調器が再生したコマンド信号に基づいて、この電力送信装置から上記レクテナ基地局に向かう方向の、この電力送信装置の位置の変化に起因した、上記マイクロ波送信アンテナが送信するマイクロ波と上記レクテナ基地局にマイクロ波を送信する他の電力送信装置から送信されるマイクロ波との間の位相ずれを補正し、上記レクテナ基地局の上記ＲＥＶ用受信アンテナにより受信する電波強度を増大させ、上記位相監視制御部からの上記各々のコマンド信号に基づいて、上記複数の送信アンテナ素子各々に接続する上記各々の移相器の設定を行い、上記レクテナ基地局に上記複数の送信アンテナ素子各々のマイクロ波給電の経路上の位相誤差の調整値を算出させる位相制御部とを備えたことを特徴とする電力送信装置。
【請求項３】
複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信して合成し、電力を生成するレクテナ、上記レクテナの近傍に設けられ、上記複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信するＲＥＶ用受信アンテナ、上記複数の電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナ、および上記ＲＥＶ用受信アンテナによる受信電力が増大するように、上記複数の電力送信装置の各々に、各々が送信するマイクロ波の位相の変更を指示するコマンド信号を生成する位相監視制御部を備えているレクテナ基地局にマイクロ波を送信する上記複数の電力送信装置の各々であって、マイクロ波を上記レクテナ基地局へ送信するマイクロ波送信アンテナと、上記パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、上記パイロット信号受信アンテナにより受信した上記パイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、上記追尾受信機により検出した上記パイロット信号の上記到来方向に、上記マイクロ波送信アンテナから送信するマイクロ波の送信方向が向くように上記送信方向の制御を行うビーム駆動制御部と、上記位相監視制御部からの上記各々のコマンド信号に基づいて、この電力送信装置から上記レクテナ基地局に向かう方向の、この電力送信装置の位置の変化に起因した、上記マイクロ波送信アンテナが送信するマイクロ波と上記レクテナ基地局にマイクロ波を送信する他の電力送信装置から送信されるマイクロ波との間の位相ずれを補正し、上記レクテナ基地局の上記ＲＥＶ用受信アンテナにより受信する電波強度を増大させる位相制御部とを備えたことを特徴とする電力送信装置。
【請求項４】
複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信して合成し、電力を生成するレクテナ、上記レクテナの近傍に設けられ、上記複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信するＲＥＶ用受信アンテナ、上記複数の電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナ、上記ＲＥＶ用受信アンテナによる受信電力が増大するように、上記複数の電力送信装置の各々に、各々が送信するマイクロ波の位相の変更を指示するコマンド信号を生成する位相監視制御部、および上記コマンド信号を上記パイロット信号に重畳する変調器を備えているレクテナ基地局にマイクロ波を送信する上記複数の電力送信装置の各々であって、マイクロ波を上記レクテナ基地局へ送信するマイクロ波送信アンテナと、上記パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、上記パイロット信号受信アンテナにより受信した上記パイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、上記追尾受信機により検出した上記パイロット信号の上記到来方向に、上記マイクロ波送信アンテナから送信するマイクロ波の送信方向が向くように上記送信方向の制御を行うビーム駆動制御部と、上記パイロット信号から上記コマンド信号を再生する復調器と、上記復調器が再生した上記コマンド信号に基づいて、この電力送信装置から上記レクテナ基地局に向かう方向の、この電力送信装置の位置の変化に起因した、上記マイクロ波送信アンテナが送信するマイクロ波と上記レクテナ基地局にマイクロ波を送信する他の電力送信装置から送信されるマイクロ波との間の位相ずれを補正し、上記レクテナ基地局の上記ＲＥＶ用受信アンテナにより受信する電波強度を増大させる位相制御部とを備えたことを特徴とする電力送信装置。
【請求項５】
上記マイクロ波送信アンテナは複数の送信アンテナ素子を備え、上記ビーム駆動制御部は、上記複数の送信アンテナ素子各々の位相を制御することにより上記マイクロ波送信アンテナから送信する上記各々のマイクロ波の上記送信方向の制御を行なうことを特徴とする請求項３または４に記載の電力送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽光を受けて光電変換し、得られた電力をもとに生成したマイクロ波を複数の送信装置から送信し、これを受信装置により受信して電力を生成する無線電力伝送システムに用いる電力送信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、宇宙空間の軌道上に配置された発電用の衛星から、地上の受信装置へマイクロ波による電力伝送を行う従来の無線電力伝送システムが記載されている。この従来の無線電力伝送システムでは、発電用の衛星において、レクテナ基地局から送信されるパイロット信号を受信し、レクテナ基地局に対してパイロット返信信号を送信するというものである。パイロット信号はスペクトル拡散変調がされており、各衛星ごとにパイロット信号を識別して基準位相を取り出す。一方、パイロット返信信号にもスペクトル拡散変調が施され、レクテナ基地局において、各パイロット返信信号の位相情報を抽出して各発電用の衛星の位相遅延が求められ、この位相遅延をパイロット信号の位相に反映するフィードバック系を形成することによって、各発電用の衛星からのマイクロ波の位相を揃え、より大きな電力を得ようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１９８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された従来の無線電力伝送システムによれば、地上のレクテナ基地局では、送信するパイロット信号の拡散変調を行い、受信したパイロット返信信号の逆拡散復調を行う回路と、逆拡散により得られた各衛星ごとのパイロット返信信号の位相を比較して、これを一致させるべくフィードバックする回路が必要となり、設備が増大するという問題点がある。また、軌道上の各衛星においても、パイロット信号を逆拡散復調し、パイロット返信信号を拡散変調して生成するための回路が必要となり、回路規模が増大するという問題点とともに、これらの回路を駆動するための電力が必要となり、光電変換によって生成された電力の一部がパイロット信号関係の回路によって消費され、全体の発電効率が低下するという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、回路規模の増大を招くことなく、より効率的に、各電力送信装置から送信されるマイクロ波からレクテナ基地局において大きな電力を得させることができる無線電力伝送システムに用いる電力送信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電力送信装置は、複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信して合成し、電力を生成するレクテナ、上記レクテナの近傍に設けられ、上記複数の電力送信装置から送信されたマイクロ波を受信するＲＥＶ用受信アンテナ、上記複数の電力送信装置へパイロット信号を送信するパイロット信号送信アンテナ、および上記ＲＥＶ用受信アンテナによる受信電力が増大するように、上記複数の電力送信装置の各々に、各々が送信するマイクロ波の位相の変更を指示するコマンド信号を生成する位相監視制御部を備えているレクテナ基地局にマイクロ波を送信する上記複数の電力送信装置の各々であって、各々の移相器を経由してマイクロ波給電されている複数の送信アンテナ素子を有し、上記複数の送信アンテナ素子によりマイクロ波を生成し、上記レクテナ基地局へ送信するマイクロ波送信アンテナと、上記パイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナと、上記パイロット信号受信アンテナにより受信した上記パイロット信号の到来方向を検出する追尾受信機と、上記追尾受信機により検出した上記パイロット信号の上記到来方向に、上記マイクロ波送信アンテナから送信するマイクロ波の送信方向が向くように上記送信方向の制御を行うビーム駆動制御部と、上記位相監視制御部からの上記コマンド信号に基づいて、この電力送信装置から上記レクテナ基地局に向かう方向の、この電力送信装置の位置の変化に起因した、上記マイクロ波送信アンテナが送信するマイクロ波と上記レクテナ基地局にマイクロ波を送信する他の電力送信装置から送信されるマイクロ波との間の位相ずれを補正し、上記レクテナ基地局の上記ＲＥＶ用受信アンテナにより受信する電波強度を増大させ、上記位相監視制御部からの上記各々のコマンド信号に基づいて、上記複数の送信アンテナ素子各々に接続する上記各々の移相器の設定を行い、上記レクテナ基地局に上記複数の送信アンテナ素子各々のマイクロ波給電の経路上の位相誤差の調整値を算出させる位相制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、電力送信装置は、レクテナ基地局の生成するコマンド信号に基づいて、この電力送信装置から上記レクテナ基地局に向かう方向の、この電力送信装置の位置の変化に起因した、上記マイクロ波送信アンテナが送信するマイクロ波と上記レクテナ基地局にマイクロ波を送信する他の電力送信装置から送信されるマイクロ波との間の位相ずれを補正し、レクテナ基地局のＲＥＶ用受信アンテナにより受信する電波強度を増大させる位相制御部とを備えるため、レクテナ基地局において大きな電力を得させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムの構成を表わす構成図である。
【図２】電力送信装置の位置及び姿勢変化の例を表わす模式図である。
【図３】電力送信装置の送信パネルの外形を示す外形図である。
【図４】電力送信装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】レクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２に係る電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態３に係るレクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る電力送信装置の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１
【００１０】
この発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局について図１乃至図６を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る無線電力伝送システムの構成図であり、図１（ａ）は離散的に配置される電力送信装置からマイクロ波伝送するケースを、図１（ｂ）は機械的に結合された複数の電力送信装置からマイクロ波伝送するケースを表わしている。尚、図１（ａ）や図１（ｂ）における電力送信装置を含む送信側装置は、宇宙空間に配置されるものや、地球上や成層圏などに配置されるものなどが考えられる。図１（ａ）において、１は太陽光を受けて光電変換して電力を生成し、マイクロ波により送電する電力送信装置である。２は各電力送信装置１の基準信号の源振信号を統制する源振統制装置であり、３は源振統制装置２からの基準信号を受信する受信アンテナであるが、源振統制装置２と各電力送信装置１との間の基準信号の送受信は、無線伝送であっても有線伝送であっても良い。また、源振統制装置２に無線伝送システムの管理（故障診断等）機能を持たせて、源振統制装置２と各電力送信装置１との間で制御信号の送受信を行うものとしても良い。４は電力送信装置２からのマイクロ波を受信して電力を生成するレクテナ基地局であり、５は複数のマイクロ波受信アンテナからなるレクテナである。レクテナ基地局４は後述するパイロット信号送信アンテナを有し、電力送信装置１へ向けてパイロット信号を送信する。レクテナ５及びパイロット信号送信アンテナはレクテナ基地局４の一部をなす。図１（ｂ）において、６は複数の電力送信装置１を結合する機械的構造体であり、源振統制装置２と各電力送信装置１との間で基準信号の送受信や更には制御信号の送受信を行うことについては上述のとおりである。
【００１１】
各電力送信装置１はそれぞれマイクロ波をレクテナ基地局４へ向けて送信し、レクテナ基地局４内のレクテナ５によりマイクロ波が受信され合成されるが、このレクテナ５による受信の際に位相が相互にずれていると、レクテナ基地局４で生成される電力は低下することとなる。このような位相のずれは、各電力送信装置１で生成するマイクロ波の基準となる基準信号の位相ずれや、各電力送信装置１（とくに送信パネル部分）の位置変化や姿勢変化を要因として発生する。図２は電力送信装置１に設けられた電力伝送用のマイクロ波送信アンテナ７の位置及び姿勢変化の例を示しており、図２（ａ）はｎ個のマイクロ波送信アンテナ７がほぼ独立に運動して位置や姿勢が変化するケースであり、図１（ａ）に示した離散的配置を用いた場合に顕著に生じる可能性がある。図２（ｂ）はｎ個のマイクロ波送信アンテナ７が一体として位置変化を生じる場合であり、図１（ｂ）に示した機械的構造体７がほぼ剛体とみなせる場合に顕著に生じる可能性がある。図２（ｃ）はｎ個のマイクロ波送信アンテナ７がその一部において位置や姿勢変化を生じる場合であり、図１（ｂ）に示した機械的構造体７が剛体とはできず、柔軟構造物として形成される場合に顕著に生じる可能性がある。
【００１２】
これらの図２（ａ）乃至図２（ｃ）において、個々のマイクロ波送信アンテナ７に生じている姿勢の変化を方位方向の角度変化θＡＺ、仰角方向の角度変化θＥＬで表わし、位置の変化を１つの仮想平面Ｓからの距離ΔＬで表わす。姿勢の変化（θＡＺ、θＥＬ）が生じることによって、各電力送信装置１から送信されるマイクロ波の方向がレクテナ５の方向からずれるので、これを補正するためにパイロット信号が用いられる。即ち、各電力送信装置１はパイロット信号を受信して到来方向を求め、パイロット信号の到来方向へマイクロ波の送信方向が向くように制御される。また、位置の変化ΔＬが生じることによって、各電力送信装置１から送信されるマイクロ波は各装置ごとにその変化ΔＬ分の位相ずれを生じることになる。この位置変化ΔＬに起因して生じる位相ずれを補正するための装置構成について検討する必要が生じるものである。
【００１３】
次に、この発明の実施の形態１に係る電力送信装置及びレクテナ基地局の構成を図３乃至図５に基づき説明する。図３は電力送信装置１に設けたマイクロ波送信アンテナ７の送信パネルの外形を示す外形図であり、８は基板、９は基板８の面上にアレイ配置され、マイクロ波を送信する複数の送信アンテナ素子、１０はパイロット信号を受信するパイロット信号受信アンテナである。送信アンテナ素子９は基板８の面上にアレイ配置されており、基板８に設けた給電線路によりマイクロ波給電されている。図４は電力送信装置１の構成を示す機能ブロック図である。図４において、１１は源振統制装置２から入力される基準信号の入力端子、１２は基準信号を逓倍しキャリア信号を出力する逓倍器、１３はキャリア信号の位相を調整する移相器、１４はキャリア信号を分配する分配器、１５は分配されたキャリア信号を位相調整する移相器、１６はキャリア信号を増幅する増幅器である。１７は光電変換部であり、光電変換部１７にて生成した電力を増幅器１６へ入力して所定の電力レベルのマイクロ波が生成され、増幅器１６に接続された送信アンテナ素子９から空間へ放射される。増幅器１６と送信アンテナ素子９との接続は、１対１に接続されていても良いし、１対４のように１個の増幅器１６に対して複数個の送信アンテナ素子９が接続されるものでも良い。１８はパイロット信号受信アンテナ１０から得られる和信号及び差信号に基づきパイロット信号の到来方向（θＡＺ、θＥＬ）を求める追尾受信機であり、１９はパイロット信号の到来方向（θＡＺ、θＥＬ）へ送信アンテナ素子９から送信するマイクロ波が向くように各移相器１５の位相量を求めるビーム駆動制御部である。２０は追尾受信機１８により受信したパイロット信号の和信号からコマンド信号を復調する復調器、２１は電力送信装置１に付された識別符号（この識別符号を自己の識別符号として記憶しているものとする。）と、復調器２０により復調して検出された制御信号に含まれる識別符号とを比較し、符号が一致している場合に、制御信号に含まれるコマンドを出力するコマンド判別器、２２はコマンド判別器２１からのコマンドに基づき、素子電界ベクトル回転法（ＲＥＶ法：ＲＥＶは、Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｆｉｅｌｄ  Ｖｅｃｔｏｒの略語）に関連する位相調整制御を行うＲＥＶ制御部、２３は移相器１３及び移相器１５に対して位相設定する位相制御部である。
【００１４】
図５はレクテナ基地局の構成を示す機能ブロック図である。図５において、２４はレクテナ５により受信したマイクロ波を整流して合成し電力生成する整流合成部であり、２５は電力送信装置１から送信されたマイクロ波を受信するＲＥＶ用受信アンテナであり、２６はＲＥＶ用受信アンテナにより受信したマイクロ波の電波強度と位相を検出する受信機である。ここで、レクテナ５とＲＥＶ用受信アンテナ２５とは、ともに電力送信装置１の複数の送信アンテナ素子９から送信されるマイクロ波を受信するものであり、レクテナ５の近傍にＲＥＶ用受信アンテナ２５は配置されるが、好ましくはレクテナ５の開口面上の略中央にＲＥＶ用受信アンテナ２５を設ける。２７は電波強度Ｐを監視し、各電力送信装置１の位相制御を行う位相監視制御部である。２８はパイロット信号を生成し出力するパイロット信号送信部、パイロット信号送信部２８において、２９は位相監視制御部２７から出力されるコマンド信号（制御対象の電力送信装置１の識別符号を含む）によりパイロット信号の搬送波を変調する変調器、３０はパイロット信号を増幅等してパイロット信号送信アンテナ３１へ出力する送信機である。
【００１５】
次に動作について説明する。レクテナ基地局４のパイロット信号送信アンテナ３１から送信されたパイロット信号は、電力送信装置１のパイロット信号受信アンテナ１０により受信される。図３にはパイロット信号受信アンテナ１０の構成の一例が示されており、この例では、基板８の面上中央に設けた５つのアンテナ素子により構成されている。追尾受信機１８はパイロット信号受信アンテナ１０により受信した信号を合成して、ＡＺ方向の和信号及び差信号を、ＥＬ方向の和信号及び差信号を生成する。追尾受信機１８は、パイロット信号のＡＺ方向及びＥＬ方向が変化することにより、これらの和信号、差信号の値が変化する性質を利用して、パイロット信号の到来方向であるθＡＺとθＥＬとを求め出力する。ビーム駆動制御部１９はパイロット信号の到来方向である（θＡＺ、θＥＬ）方向へマイクロ波送信するために、各移相器１５に設定する位相量を算出し位相制御部２３へ出力し、位相制御部２３は入力された位相量により各移相器１５の位相を設定する。このような動作によって、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示した位置及び姿勢の変化のうち、姿勢により生じるレクテナ基地局４のレクテナ５の方向と電力送信装置１から送信するマイクロ波の方向とのずれが補正される。尚、パイロット信号受信アンテナ１０の構成及び配置は、図３に示すものに限られるものではなく、上記のような追尾受信に利用できるものであればよい。
【００１６】
とくに電力送信装置１の初期及び定期メンテナンスにおける各送信アンテナ素子９の位相調整には、ＲＥＶ法を用いた移相器１５の調整方法を用いることができる。図４に示すＲＥＶ制御部２２からは、このＲＥＶ法に基づき位相設定値が出力され、位相制御部２３はＲＥＶ制御部２２から入力された位相設定値により移相器１５の移相を設定する。ＲＥＶ法は複数の移相器１５のうち１つの移相器の位相を回転し、そのときの合成波の電波強度を計測していき、これをすべての移相器１５に対して行い、計測した電波強度に基づき、基板面正面方向への放射電波が最大となる各移相器１５の位相設定値を求めるものである。電波強度の計測には、基板８の面上又は近傍にプローブアンテナを設ける計測方法や、レクテナ基地局４のＲＥＶ用受信アンテナ２５を用いる計測方法がある。
【００１７】
さらに、特開２００１−２０１５２６号公報に詳しく説明されている修正されたＲＥＶ法によれば、合成波の電波強度と位相とを計測していき、これらの計測結果に基づいて、移相器１５を含む給電経路上での位相回転に応じた振幅誤差及び位相誤差の補正を考慮した高精度な位相調整を行うこともできる。図５に示すようにレクテナ基地局４のＲＥＶ用受信アンテナ２５には受信機２６が接続されており、この受信機２６によって、電力送信装置１から送信されたマイクロ波の合成波の電波強度と位相が検出されるので、上記の修正されたＲＥＶ法を用いて、各電力送信装置１ごとに移相器１５の高精度な位相調整を行うこともできる。
【００１８】
電力送信装置１の初期及び定期メンテナンスにおいて、各電力送信装置１ごとに単独で行う位相調整では、調整対象とする電力送信装置１はマイクロ波送信し、それ以外の電力送信装置１のマイクロ波送信は停止しておく。各移相器１５の位相を回転して、受信機２６により計測した電波強度（又は電波強度と位相）に基づいて、ＲＥＶ法によって位相調整量を求める演算は位相監視制御部２７で行い、求めた位相調整量をコマンド信号に格納し、パイロット信号に重畳して電力送信装置１へ送信する。電力送信装置１では受信したパイロット信号からコマンド判別器２１によってコマンドを再生し、ＲＥＶ制御部２２により格納された位相調整量を位相制御部２３へ出力する。また、ＲＥＶ法によって位相調整量を求める演算を電力送信装置１のＲＥＶ制御部２２で行うことも可能である。この場合、各移相器１５の位相を回転して、受信機２６により計測した電波強度（又は電波強度と位相）のデータを位相監視制御部２１でコマンドに格納し、パイロット信号に重畳して電力送信装置１へ送信する。ＲＥＶ制御部２２では、再生された電波強度（又は電波強度と位相）のデータに基づきＲＥＶ法によって位相調整量を求める演算を行い、位相調整量を位相制御部２３へ出力する。
【００１９】
次に図６に基づいて、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示した位置変化ΔＬによって生じる電力送信装置１間の位相ずれを補正する処理の一例について説明する。図６は電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートであり、この処理は、レクテナ基地局４の位相監視制御部２７によって行われる。いま、電力送信装置１はｎ台あるものとし、レクテナ基地局４内の位相監視制御部２７は、まずステップＳ１において可変数ｋを１とし、ステップＳ２において可変数ｋ＝１に対応する１の電力送信装置１をその識別符号により指定する。ステップＳ３において、位相の変更を指令するコマンド信号（指定した識別符号を含む）をレクテナ基地局４から送信する。識別符号が一致する電力送信装置１は、コマンド信号に基づき、配下の送信パネル全体の位相を一律に所定量変更する。この変更によって、レクテナ基地局４のＲＥＶ用受信アンテナ２５で受信される合成波の電波強度Ｐと位相φが変化し、ステップＳ４において電波強度Ｐと位相φを検出する。位相監視制御部２７はステップＳ５で位相設定数分の検出回数に達したか判定し、繰り返し位相の変更を指令するコマンド信号を送出する。ステップＳ５の判定により、ｋ＝１により指定した電力送信装置１の位相調整を終了し、可変数ｋがｎよりも大きくなっていないことをステップＳ６により判定し、ｋを１増加して、次の電力送信装置１の位相調整に移る。これを順々に各電力送信装置ごとに繰り返して行っていくことにより、合成波の電波強度Ｐと位相φのデータを取得し、ステップＳ８において、ＲＥＶ法に基づく演算によって、それぞれの電力送信装置１の送信パネル全体の位相を一律に変更する位相調整量（移相器１３の位相調整量）を求めることができる。
【００２０】
なお、位相監視制御部２７は、ステップＳ４において電波強度Ｐのみを測定して取得しておき、ＲＥＶ法に基づく演算によって、それぞれの電力送信装置１の送信パネル全体の位相を一律に変更する位相調整量（移相器１３の位相調整量）を求めるようにしてもよい。
【００２１】
図５に示したレクテナ基地局４は、位相監視制御部２７が可変数ｋに対応する電力送信装置２の識別符号を指定し（ステップＳ２）、この識別符号を含むコマンド信号を変調器２９へ出力することにより、変調器２９においてパイロット信号にコマンド信号が重畳され、送信機３０で増幅されて送信されることにより、ステップＳ３の「位相の変更を指令する」ことが実行される。図４に示す電力送信装置１は、パイロット信号受信アンテナ１０により受信し追尾受信機１８により合成された和信号を復調して、パイロット信号に重畳されたコマンド信号（識別符号を含む）を再生し、コマンド判別器２１は予め記憶している識別符号と比較して一致する場合にコマンドをＲＥＶ制御部２２へ出力し、ＲＥＶ制御部２２はコマンドを受けて位相制御部２３へ移相器１３の位相変更を指示する。
【００２２】
以上のように、レクテナ基地局４からの指令に基づいて次々と各電力送信装置１の位相を変更していき、レクテナ基地局４に設けたＲＥＶ用受信アンテナ２５と受信機２６により合成波の電波強度Ｐ（又は電波強度Ｐ及び位相φ）を検出し、位相調整を行うことにより、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示した位置変化ΔＬに伴う、マイクロ波の位相ずれの補正ができるとともに、各電力送信装置１に供給される基準信号の位相についても内包されて、この位相調整によって補正されることになり、各電力送信装置１からの位相ずれが補正されてレクテナ基地局４において、より大きな電力を得ることができる。また、従来技術に開示されたような発電用の衛星側にパイロット返信信号を送信するための拡散変調器や送信機を持たせる必要がないので、回路規模の増大を抑えることができ、軽量化が図られるとともに装置の信頼性を向上することができる。また、パイロット信号にコマンド信号を重畳して送信することによって、電力送信装置側のコマンド信号の受信系をパイロット信号の受信系を用いて構成することができ、さらに回路規模の縮小化を図ることができる。
【００２３】
実施の形態２
【００２４】
この発明の実施の形態２に係る無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局について図７を用いて説明する。この発明の実施の形態２に係る電力送信装置及びレクテナ基地局は、実施の形態１において図３乃至図５に基づき説明した構成、機能と同等な構成、機能を有している。ここでは、実施の形態２において相違する部分である電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを図７に基づき説明する。
【００２５】
図７はこの発明の実施の形態２に係る電力送信装置の位相調整を行う処理シーケンスを示すフローチャートであり、この処理は、レクテナ基地局４の位相監視制御部２７によって行われる。この処理フローにおいても、電力送信装置１はｎ台あるものとしている。レクテナ基地局４内の位相監視制御部２７は、ステップＳ９においてＲＥＶ用受信アンテナ２５により受信して得られる電波強度Ｐを検出する。検出した電波強度Ｐが下側しきい値Ｐ２より大きいかどうかをステップＳ１０により判定する。電波強度Ｐが下側しきい値Ｐ２より大きい場合には、許容範囲とみなしステップＳ９及びステップＳ１０を繰り返す。検出した電波強度Ｐが下側しきい値Ｐ２以下となるとステップＳ１１に移行し位相調整を開始する。ステップＳ１１からステップＳ１８のシーケンスは実施の形態１において説明した図６におけるステップＳ１からステップＳ８のシーケンスと同じであり説明を省略するが、ｎ台の電力送信装置１の位相調整が終了するとステップＳ１９に移行し、位相調整終了後に検出する電波強度Ｐが上側しきい値Ｐ１よりも大きいかどうかを判定する。電力値Ｐが上側しきい値Ｐ１よりも大きい場合には、良好に位相調整ができたものと判断し、ステップＳ９に戻る。電力値Ｐが上側しきい値Ｐ１以下である場合には、再度、位相調整を行うようにステップＳ１０に戻る。
【００２６】
上側しきい値Ｐ１と下側しきい値Ｐ２は構築するシステムの性能に応じて所定の値に設定することになる。各電力送信装置１が空間に放出するマイクロ波の電力は、図４に示した光電変換部１７や増幅器１６の効率、伝送線路における損失、送信パネルの指向性利得などを考慮して最大値を見積もることができ、さらに電力送信装置１から送信されたマイクロ波がＲＥＶ用受信アンテナ２５で受信される電波強度についても、位相が揃う条件により適切な解析を行うことにより理論最大値が求められる。この理論最大値に対して、各電力送信装置１での位相分解能や、マイクロ波送信方向のずれによる送信パネルの指向性利得の変化などの要因を考慮して能力値が求められる。例えば、この能力値を上側しきい値Ｐ１とし、システムに要求される最低発電能力に相当する電波強度の値を下側しきい値Ｐ２に設定する。より具体的には各能力値を考慮して、例えば、合成波の電波強度の理論最大値に対して９０％レベルを上側しきい値Ｐ１とし、８０％レベルを下側しきい値Ｐ２とするような設定をしても良い。
【００２７】
また、上側しきい値Ｐ１及び下側しきい値Ｐ２は運用時に適切に再設定される構成としてもよい。実際の位相調整後の電波強度Ｐの検出結果が複数回にわたって、ほぼ特定の値となるような場合には、その値が実ハードウェアの最大能力として把握されることになる。したがって、その特定の値を最大値とし、これに対して９０％レベルを上側しきい値Ｐ１とし、８０％レベルを下側しきい値Ｐ２と設定するようにしてもよい。
【００２８】
また、光電変換部１７でモニタしている電力情報が電力送信装置１又は源振統制装置２からレクテナ基地局４へ提供される場合には、位相監視制御部２７はその時点で得られる合成波の電波強度の最大値を知ることができ、上述の上側しきい値Ｐ１や下側しきい値Ｐ２を再設定するようにしてもよい。
【００２９】
実施の形態３
【００３０】
この発明の実施の形態３に係る無線電力伝送システム、電力送信装置及びレクテナ基地局について図８及び図９を用いて説明する。この発明の実施の形態３に係るレクテナ基地局は通信回線により位相の変更を指令するコマンド信号を送信するものであり、また電力送信装置２の電力情報を通信回線により取得するものである。図８はこの発明の実施の形態３に係るレクテナ基地局４の構成を示す機能ブロック図であり、図９はこの発明の実施の形態３に係る電力送信装置１の構成を示す機能ブロック図である。図８において３３はコマンド信号を送信するコマンド送信機、３４は送受分波器、３５は通信回線送受信アンテナ、３６は電力送信装置１又は源振統制装置２からの通信信号を受信する受信機、３７はパイロット信号を送信するパイロット信号送信部である。図８において、図５と同一の符号を付した回路及び部分は、図５におけるそれらの回路及び部分と同一又は相当する回路及び部分を表わす。図９において、３８はコマンド信号が入力される入力端子である。図９において、図４と同一の符号を付した回路及び部分は、図４におけるそれらの回路及び部分と同一又は相当する回路及び部分を表わす。
【００３１】
位相監視制御部２７は、各電力送信装置１へ位相の変更を指令する信号を送信するが、これを通信回線により行ってもよい。この場合、レクテナ基地局４はコマンド送信機３３を有し、位相監視制御部２７から電力送信装置１の識別符号を含む位相変更の指令（コマンド信号）がコマンド送信機３３へ入力されると、コマンド送信機３３はこのコマンド信号を通信回線の搬送波に重畳し、送受分波器３４及び送受信アンテナ３５を介して、電力送信装置１又は源振統制装置２へ向けて送信する。電力送信装置１又は源振統制装置２はこれを受信し、コマンド信号を再生する。再生されたコマンド信号は入力端子３８から入力され、コマンド判別器２１により識別符号を比較し、一致する場合にはコマンドをＲＥＶ制御部２２へ出力し、ＲＥＶ制御部２２はコマンドを受けて位相制御部２３へ移相器１３の位相変更を指示する。
【００３２】
また、光電変換部１７でモニタしている電力情報が電力送信装置１又は源振統制装置２から通信回線を用いてレクテナ基地局４へ提供される。レクテナ基地局４は電力情報を送受信アンテナ３５により受信し、送受分波器３４を介して受信機３６により復調し再生して位相監視制御部２７へ出力する。電力情報に基づいて位相監視制御部２７はその時点で得られる電波強度の最大値を知ることができ、実施の形態２において説明した上側しきい値Ｐ１や下側しきい値Ｐ２を再設定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  電力送信装置
４  レクテナ基地局
５  レクテナ
９  送信アンテナ素子
１０  パイロット信号受信アンテナ
１３  移相器
１５  移相器
１８  追尾受信機
１９  ビーム駆動制御部
２０  復調器
２１  コマンド判別器
２２  ＲＥＶ制御部
２３  位相制御部
２４  整流合成部
２５  ＲＥＶ用受信アンテナ
２６  受信機
２７  位相監視制御部
２８  パイロット信号送信部
２９  変調器
３１  パイロット信号送信アンテナ
３３  コマンド送信機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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