磁界共鳴による人工衛星間無線エネルギー送電の実現

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K18306
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 嶋村 耕平 筑波大学, システム情報系, 助教 (90736183)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ワイヤレス給電

研究実績の概要

人工衛星の将来的な理工学ミッションの幅を広げるために，人工衛星単体で利用できる電力密度を高める必要がある。フォーメーション飛行等でより長距離での給電には電波を用いた無線電力伝送が適している．電波方式では電磁波を受信し直流に変換するために，アンテナと整流回路を併せ持つレクテナと呼ばれる素子が必要になる．また使用する周波数が高いほど回路の小型化が可能であること，ビームの拡散が小さいことなどの理由から，レクテナを小型化することができるため人工衛星への給電を想定した際に大きなメリットを有する．既存研究でも同周波数帯での研究はいくつか行われているが，レクテナの出力電力が低いもののみであり，人工衛星に十分な電力を送電した例はない．これは高い周波数帯では大電力を発振できる発振器が少ないことが主な理由である．
宇宙空間における長距離人工衛星間給電を想定して、ミリ波型電力伝送システムの人工衛星への搭載を視野に，発信源としてジャイロトロンを利用した実験を筑波大学プラズマ研究センタ及び福井大学遠赤外線研究センタと共同で行った。
高効率での送電を行うため，送電側にカセグレンアンテナを用いた実験を行った．出力電力，送電効率を測定し，理論値と比較することで評価を行った．送電効率は理論値とほぼ等しい値であり，ジャイロトロンを使用した実験が理論通りに行えたことが示された．より高効率での送電を行う場合は性能の良いアンテナを用いる必要がある．

研究成果

• [雑誌論文] Pseudo-Resonator Method for Power Delivery through Metal Barriers Based on Magnetic Resonance Coupling (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimamura Kohei, Ohno Keisuke, Yokota Shigeru
  • 雑誌名: TRANSACTIONS OF THE JAPAN SOCIETY FOR AERONAUTICAL AND SPACE SCIENCES 巻: TBD ページ: TBD
  • 査読あり
• [雑誌論文] 303 GHz レクテナのジャイロトロンを用いた評価実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 皆川俊介，溝尻 征，嶋村耕平，横田 茂，斉藤輝雄，立松芳典，山口裕資，福成雅史
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 117 ページ: 45-49
• [雑誌論文] 28GHzジャイロトロンを用いた長距離無線電力伝送の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 雅敏、松倉 真帆、溝尻 征、嶋村 耕平、横田 茂、假家 強、南 龍太郎
  • 雑誌名: 宇宙太陽発電 巻: 3 ページ: 15～17
  • DOI: 10.24662/sspss.3.0_15
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Feasibility study of microwave wireless powered flight for micro air vehicles (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimamura Kohei、Sawahara Hironori、Oda Akinori、Minakawa Shunsuke、Mizojiri Sei、Suganuma Satoru、Mori Koichi、Komurasaki Kimiya
  • 雑誌名: WIreless Power Transfer 巻: 4 ページ: 146～159
  • DOI: 10.1017/wpt.2017.9
  • 査読あり
• [雑誌論文] 300kW級ジャイロトロンを用いた28GHzレクテナ無線送電 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松倉真帆，鈴木雅敏，嶋村耕平，南龍太郎，假家強，横田茂
  • 雑誌名: 信学技報 巻: 117 ページ: 17-18
• [学会発表] Demonstration of long distance transmission with rectenna array using 300kW-class 28GHz Gyrotron (2018)
  • 著者名/発表者名: Maho Matsukura, Masatoshi Suzuki, Sei Mizojiri, Satoru Suganuma, Kohei Shimamura, Shigeru Yokota, Ryutaro Minami, and Tsuyoshi Kariya,
  • 学会等名: IEEE MTT-S Wireless Power Transfer Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Sub-Terahertz MSL and CPW rectenna using 303 GHz 300 kW-class Gyrotron, (2018)
  • 著者名/発表者名: Sei Mizojiri, Shunsuke Minakawa, Masatoshi Suzuki, Kohei Shimamura, Shigeru Yokota, Masafumi Fukunari, Teruo Saito, Yoshinori Tatematsu and Yusuke Yamaguchi
  • 学会等名: IEEE MTT-S Wireless Power Transfer Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 303GHzジャイロトロンを用いたレクテナの評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木健吾, 皆川俊介，溝尻 征，嶋村耕平，横田 茂，斉藤輝雄，立松芳典，山口裕資，福成雅史
  • 学会等名: 第37回宇宙エネルギーシンポジウム
• [学会発表] 303 GHz レクテナのジャイロトロンを用いた評価実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 皆川俊介，溝尻 征，嶋村耕平，横田 茂，斉藤輝雄，立松芳典，山口裕資, 福成雅史
  • 学会等名: 無線電力伝送研究会
• [学会発表] High Power and Long Distance Microwave WPT using 300kW Gyrotron at 28GHz (2017)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Suzuki, Maho MATSUKURA，Kohei SHIMAMURA，Sigeru YOKOTA1, Tsuyoshi KARIYA，Ryutaro MINAMI
  • 学会等名: 2017 Asian Wireless Power Transfer Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Wireless power tramsmission for the small space satellite via Magnetic resonant coupling (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Kuwabara, K. Ohno, K. Shimamura, S. Yokota
  • 学会等名: 31st International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] Pseudo-Resonator Method for Power Delivery through Metal Barriers Based on Magnetic Resonance Coupling (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Ohno, K. Shimamura, S. Yokota
  • 学会等名: 31st International Symposium on Space Technology and Science
  • 国際学会
• [学会発表] 28GHzジャイロトロンを用いた長距離無線電力伝送の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木雅敏，松倉真帆，溝尻征，嶋村耕平，横田茂，假家強，南龍太郎
  • 学会等名: 宇宙太陽発電シンポジウム
• [学会発表] 300kW級ジャイロトロンを用いた28GHzレクテナ無線送電 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松倉真帆，鈴木雅敏，嶋村耕平，南龍太郎，假家強，横田茂
  • 学会等名: 無線電力伝送研究会