帯 i - Kyoto University Research Information Repository

Institute
工nstitute
of
of
Eleotronios
Electronics,，Information,
工 nformation
and Co
Communication
unioation
Engineers
Engineers
，and
2012
年 電子 情 報 通 信 学会 総 合 大 会
BCS − 1−24
火 星 飛 行 探 査 機 へ の マ イ ク ロ 波 無 線 電 力 供給 用 送 電 シ ス テ ム の
自動 追 尾 と 電 力 制御 実験
and
Auto　Tracking
Power　Control　Experiments　of a Microwave　Powcr　Transmitting
System
a Mars　Observation
Airplane
for
長 濱 章 仁 1
Akihito　Nagahama
Tomohiko Mitani　友彦
三 谷
1
篠 原 真 ge　1　福 田 敬大 2
平
Naoki Shinohara　Keita R kuda
一2
岡京
2
Kei Hiraoka
ユ
米 本 浩
KoichlYonernoto
京 都 大学生 存 圏研 究所
1
，Kyoto
University
Kyushu
1 序論
2 本論
安 定 な火 星 探 査 は ，
学術 分野 や将来 に おけ る人類
広 域 ・
2．
1 自動 追尾 実験 に
の
火 星利用
の た め
る手 段 と して 現 在 主 流
地形 に よ
の
っ
ーバ ーは
ロ
ェ
ズ ドア レ イ で 自動 追 尾 した ．な お ，送 電 電 力 は
場 所 も あ る ．そ こ で こ れ ら
1 に 示 す よ うな 飛 行 探 査 シ ス
る ．火 星 大 気 密 度 は 地 球 の 約 0 ．
75％
て は走行 で きな
い
と非 常 に 低 く，
機 体重 量
尾プ
る ．従 っ て ， 飛 行 機 に 搭 載 され る
エ
ネル
ギ ー源 の
重量は
行探 査 機 を広 域
電 力 供給 シ ス テ
本 研 究 は
ム の
き る ，そ
こ で
，
イ に 制 御 電 圧 を 送 り 自動 方 向 制
レ
．こ の と き の 受 電 電 力
θ，縦 軸 が 規 格 化 受 電 電 力
に 示 す ．横
．
を表す
lst，2nd ，
た各 回 の 受電 電 力 で あ る ．
を図
3
，受 電 電 力 は 紫 線 で 表 し た 包 絡線 を描 く， し か し
＝78deg ．
85deg ．
95deg ．
102deg ．
付近 に 受 電電 力が 大
，
，
，
し
て
が
た
．
こ の原因に つ い て 検
き く低 下
る 部 分 観 測 され
ー
ビ
ム
方 向を向け る た め に 必
討 し た 結果 ，目標 方 位 角
ーズ ド ア レ イ
要 な 隣接 素 子 問 位 相 差 δ を 正 負 逆 に フ
一
ズ ドア レ イ に 対 し
に 与 え て い た こ とが 分 か
た ．フ
て 一δ の 位 相 差 を 与 え た 場 合 の 受 電 電 力 を 図 3 に 赤 点 線
ーム パ
で 示 す ．な お こ れ らの 値 は 別 の 測 定 で 得 られ た ビ
ー
タ
ン か ら 計 算 で 求 め た ．確 か に 先 の θ付 近 で 受 電 電 力
θ
送 電 シ ス テ ム を研 究開発 す る．
これ まで に ，
送 電 ビ ーム 制 御 速 度 や 送 電 電 力
PVPCM
変 換 器 を 用 い る こ とで ，
ドア
れば
本研 究 は 飛
り安 定 し て 駆 動 で き る 無 線
で
・追
3rd と記 し た 点 が 3 回 測 定 し
ビ ーム 方 向 が 正 し く 受 電 ア ン テ ナ 方 向 に 向 け られ て い
，
・長 時 間 に 渡
ーズ
ェ
軸 が 方位角
し くは 安定 化 の た め の 最低 限 の 電源 しか ない 状態 が実現
き ，大 幅 な 軽 量 化 が 期 待
DIA
グ ラム と
御 を 実 現 した
可 能 な 限 り小 さ い 方 が 望 ま し い ．無 線 電 力 伝 送 に よ り飛
行 機に 電力 を供 給 で きれ ば 機体 に は 電源 の な い 状 態 ，
も
で
ロ
に よる フ
き る だ け 軽 くす る 必 要 が あ
をで
1 素子 あ
と し た ，ま た 画 像 処 理 に よ る 目標 検 知
53 W
た り
欠 点 を補 う手 段 と して 図
テ ム が 注 目 され て い
お け る 原因 の 考察
非 常 に速 度 が 遅 く
，
Institute of　Technology
自 動 追 尾 実 験 で は ，図 2 に 示 す よ う に 毋 軸 上 を 移 動
ー
す る ダ イ ポ ール ア ン テ ナ を ，PVPCM2
台による フ
に 必 須 で あ る ．火 星 地 表 付 近 を探 査 す
の
九 州 工 業 大学 2
Humanosphere
Research　Institute　for　Sustainable
・
ヘ
ェ
効 率 お よ び経 済 性 の 観 点 か ら電 力 可 変 型 位 相 制 御 マ グ ネ
1 ］を 用 い た フ ェ ーズ ドア レ イ ア ン
）［
テ ナ に よ る 電力 可変型 の 送 電 シ ス テ ム を 提案 し 地 上 実
験 用 送 電 シ ス テ ム の 構 築 を 進 め て き た ．本 稿 で は ま ず ，
トロ ン
（PVPCM
，
2011 年 10H
望
の
い て
に 発 表 し た 自動 追 尾 実 験
2】に お い
［
て ，所
が 大 き く低 下 して い る の が 確認 で き る ．
受 電 電 力 が 得 られ な い 角 度 方 向 が 存 在 し た原 因 に つ
述 べ る．ま た 地 上 実 験 用 飛 行 機 に 搭 載 し た 受 電
テ ナ に 対 して
，手 動
で
ビ ーム
レ
＝
っ
次に
ク
，隣 接 素 子
間位相 差
方 向 お よ び送 電 電 力 を制 御
を正
4に青点
され る 受 電電 力 を図
低 下 す る現 象 がな い
した と き の レ ク テ ナ 出力 電圧 に つ い て 述べ る ．
δ
こ
く与 え た 場 合
し
で 示す
．大
に
想定
き く受 電 電 力 が
とが 分 か る ．今 後 の 地 上 実 験 で は ，
δ を 正 し く与 え た 場 合 の 受 電 電 力 を測 定 し ，本 想 定 値 と
の
比 較 を 行 う．
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．
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41m
図 1　探 査 シ
2012／3／20〜23　岡 山 市
ス
テム
の
イ
メ
ージ
図
2　自動 追 尾 実 験 の 概 念 図 と写 真
S −73
（エ
レ ク トロ
ニ
クス
講演 論 文 集 1 ）
Copyright◎ 20121EICE
一
NNII-Electronic
工 工 Eleotronio
Library Service
Library
Institute
工nstitute
of
of
Eleotronios
Electronics,，Information,
工 nformation
and Co
Communication
unioation
Engineers
Engineers
，and
2012 年 電 子 情報 通 信 学会総合大会
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図 3
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ターン
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ロ
電圧
ーズ ドア レ イ に 与 え る 隣 接 素 子 問位 相
低下 の 原 因 を フ
差 の 誤 り で あ た こ と を確 認 し た ．ま た そ の 誤 り を 修 正
ェ
っ
す る こ とで 受 電 電力 の 低 下 が起 きな い
ダイポ ー
ス
｝
本 稿 で は ，自動 追 尾 実 験 で 見 られ た 急 峻 な 受 電 電 力 の
波 の 方 向が 変化す
ー ドな ク
．
韓s1
鴻
3 結論
．本
た
（d 鱆 菷
6　送 電 電 力 密 度 と レ ク テ ナ の 出力 DC
図
確 か め た ．加 え て
ナ を用い た ［
3］
．レ ク テ ナ の 配 置 は ，飛 行機 主 翼
ーズ
黛呶
ε
電 圧 を 実 現 で き る か ど うか を 調
る た め ，ア ン テ ナ パ
がフ
O
三
P
憩
し た δ を 与 え た 場 合 に 想 定 され る 受 電電 力
は レ クテ ナ に入
ル ア ン テ
ひ
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；
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2．
2 送 電 電 力 制御 実験
本 実験 で は ，地 上 実験 用 の レ ク テ ナ 付 飛 行 機 に 対 し て
一な レ
ビ ーム 方 向 お よ び 送 電 電力 制 御 を 行 うこ と で ，均
ク テ ナ 出力
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実験 で
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鷲
図 5 地上 実験 用飛行 機 に お け る レ ク テ ナ
自動 追 尾 時 の 受 電 電 力 と 計 算値
パ タ
ーン
とを 計算 に て
こ
距 離お よびエ
レ メン
ト
を 考慮 し た 送 電 電 力 制 御 に よ り，飛 行 機 の 動 力
に 供 給 され る
イ 正 面 方 向 に あ り飛 行 機 が x 軸 方 向 に
， 目標 物
まで の
電 圧 を 電 力 均 一 区 間 内 で は ほ ぼ 一定
DC
5 に示
に す る こ と が で き た ．今 後 は 正 し い 隣 接 素 子 間位 相 差 を
す 赤 丸 の 場 所 と 定 め た ．飛 行 機 を 図 2 の 受 電 ア ン テ ナ の
位 置 に 設 置 し ，飛 行 機 上 で 最 大 電 圧 が 得 ら れ る よ う送 電
ドア レ イ に 与 え 自動 追 尾 を行 い ，実 際 に 受 電 電
力 の 低 下 が な い か を 確 か め る ，ま た 送電 電 力 制 御 も 自動
化 し，追 尾 を行 い な が ら 安 定 な 電 力 を 供 給 で き る シ ス テ
向い
ビ
て い る
と き に ，出 力 電 圧 が 最 大 と な る よ う 図
ーム 方 向 を制 御
て 制 御 し た ．な お
レ メ ン
Pt
し た 後 ，送 電 電 力
Gh
。
rn
を式
は使 用 し た ホ ーン ア
トパ タ ー ン で あ る ．
Pth
Pt
・in2θ・Gh
＝
。 ，n
θ）
（
Pth
（
＝
フ
（
1） に 沿
テ ナの エ
っ
ム の
ン
1kW
1）
（
）
ェ
ーズ
実 現 を 目指 す ，
参考文 献
1］長濱 章 仁 三 谷 友彦 篠原 真 毅 辻 直樹 福 田 敬 大 可
［
一 ”火 星 飛 行探 査 機 への イ ク ロ 波 無 線
成 理 高 米本 浩
”
電 力 供 給用 送 電 シ ス テ ム の 研 究 開 発 電 子 情 報 通 信 学 会
−
−
−
−
S 37 38 Mar ．14−17 2011
2011 総 合 大 会 BS 2 ll pp ．
，
，
1
，
，
，
マ
，
，
（
1） に 沿 っ て 送 電 電 力 制 御 を行
式
っ
た 場合 の
，受 電 点
，
6 の 青 点 線 で 示 す ．な お こ れ ら の 値 は
に
よ
り
め
た
計算
求
，82deg ．か ら 97deg ．ま で の 区 間 で は
の
PVPCM
電 力 制 御 に よ て 均 一な 電 力 が 供 給 さ れ る ．
一区 間 と 呼 ぶ ．そ れ 以 外 の 区 間 で
以 降 こ の 区 間 を電 力 均
は PVPCM
の 電 力可 変幅 以上 の 電力 が必 要で あ る の で ，
で 送 電 し て い る ．こ の
電 力 可 変 幅 内 の 最 大 電 力 L6kW
電 力 を DC 変 換 し て 最適 負荷 抵抗 17Ω に 出 力 さ れ た 電
圧 を 図 6 に 赤 点 で 示 す ．電 力 均 一区 間 内 で は 出 力 電 圧 も
一 とな て い る こ とが 分 か る ．本 実験 に よ り，送
ほ ぼ均
電 電 力 制 御 を行 う こ と に よ り飛 行 機 上 で ほ ぼ 均 一な DC
電圧 を 得 ら れ る こ と が 確 認 で き た ．
で の
電力密 度 を図
っ
2 ］長 濱
［
，
，
章仁 ，
三 谷 友彦，
篠 原 真毅
，
，
辻 直樹
，
可成 理 高
，米 本
一
浩 ，火 星 飛 行 探 査 機 の 無 線電力 供給 を 想定 し た フ ー
ズ ドア レ イ 送 電 シ ス テ ム の 研 究 第 8 回 無 線 電 力 伝 送 時 限
−08，
Oct ．
12−14，
2011 、
研 究 専 門 委 員 会 研 究 会 WPT2011
”
へ
ェ
”
，
3 ］福 田 敬 大 辻 直樹 三 谷 友 彦 米 本 浩 一 マ イ ク ロ 波 電
［
力 伝 送 用 レ ク テ ナ の 受 電 性 能 向上 と 評 価 試験 信 学 技 報
pp ．
13−18，
MaT ．
2010 ．
SPS20〔〕9 −15，
”
，
，
，
｝
”
っ
2012／3／20〜23　岡 山市
S −74
（
エ
レ
ク ト
ロ
ニ
クス 講演論文集
Copyright◎ 20121E 工CE
1）
一
NNII-Electronic
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