JP2010166675A

JP2010166675A - 移動体のレーザービーム給電システム

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Publication number: JP2010166675A
Application number: JP2009005907A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ueda; 憲一植田
Original assignee: University of Electro Communications NUC
Current assignee: University of Electro Communications NUC
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】
電気で自由に移動可能な自動車等の移動車両に、ドライバーが意識することなく外部から給電可能とするレーザービーム給電システムを提供する。
【解決手段】
レーザービーム給電システムは、移動体と、電力源とからなり、移動体は、レーザービームを受給し電力に変換するレーザービーム受給手段を備え、電力を動力として移動し、電力源は、該移動体の外部にて配置され、移動体にレーザービームを供給するレーザービーム供給手段と、レーザービーム受給手段の相対位置を自動的に調整する自動位置調整手段と、を有し、走行中の移動体に対しレーザービームを給電する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車等の移動体の給電システムに関し、特にレーザー技術を用いた、移動体のレーザービーム給電システムに関する。

近年、石炭、石油、天然ガスなどの化石燃料の利用について、資源量の限界に加え、ＣＯ_２発生による地球温暖化という新たな問題も深刻化し、化石燃料に依存しないエネルギー源の開発が求められている。
化石燃料利用の代表である、内燃機関を利用した自動車に関して、その燃料消費は我が国の総発電量に相当するエネルギーを消費している。
他方、電力にて移動可能な鉄道について、関東圏を担うＪＲ東日本が運転用電力として２００７年度消費した電力は、日本の総電力の０．３９％にすぎない。ＪＲ東海が計画している超伝導磁気浮上型のリニアー新幹線（登録商標）ですら、関東、中部、関西の発電量の１％以内と計算されている。
このことからも自動車は非効率な交通手段であることが分かる。この自動車の非効率の根本は、１００ｋｇ以下の輸送対象（人間＋荷物）に対して、非常に大きな重量（１トン以上）である自動車を移動させていること、そして燃焼エンジンという動力発生機構そのものにある。
しかし自動車は、遠距離を自由に移動できる利点があるのに対し、電車は圧倒的な高効率性をもっているものの、レール上でのみ走行可能という制限がある。

上記背景から、近年内燃機関自動車から電気自動車への変化が急速に起こりつつあり、ガソリンエンジンとモータ駆動を組み合わせた、いわゆるハイブリッドカーへシフトしている。２００９年にはプラグイン／ハイブリッドカーからフル電気駆動の電気自動車が発売される情勢となっている。

但し、電気は、エネルギー蓄積ができない問題がある。
そのため、夜間電力を揚水発電などに利用して、実効的なエネルギー貯蔵をする試みがなされている。もちろん、小さな電力貯蔵なら、各種のバッテリーやキャパシタ蓄電などが可能である。エネルギー貯蔵の能力という観点から、各種のキャパシタ、バッテリー、燃料、などのエネルギー密度を比較したものを、表１に示す。

電気自動車の搭載バッテリーとして、以前使われていた鉛電池（３２Ｗｈ／ｋｇ）に比べて、リチウム電池（１３０Ｗｈ／ｋｇ）のエネルギー密度は、約４倍にも達しており、従来７００ｋｇであった搭載電池の重量は、１７０ｋｇにまで軽量化された。しかし、そのエネルギー密度と電流密度には化学反応速度や化学組成の変化などの制限があり、急速充電、瞬発給電能力、さらには長寿命などの点で新しい技術が求められている。表１に示されたエネルギー蓄積能力は、各々の方式の原理的、材料的な限界に挑戦しながら、その限界を極めつつある現状を示している。
現在の技術開発がかなり成熟してきており、今後、１桁以上の性能向上を期待することは、根本的な点で大きなブレイクスルーがなければ困難だということも、上記の現状分析からいえる。

電気自動車を大別すると、図１のようになる。ただし、電力線と有線でつながっていないビーム給電形自動車というカテゴリーはこれまで存在しなかった。
現代的電気自動車は"電池内蔵型自動車"であり、その電池は鉛電池からリチウム電池に進化した。キャパシタの大容量化に伴い、電気２重層や高電圧セラミックキャパシタを利用する計画も進んでいる。これらは両者とも、運転に必要なエネルギーを内部貯蔵して、蓄積されたエネルギーを消費できる範囲で、自由な運転を保証するものである。まさに現在の内燃機関型の自動車の動力源を電気駆動に置き換えることをめざして、技術開発が進められている。

特開平０７−２３６２０４号公報

特開平０４−２８５４０６号公報

http://www.technologyreview.com/Biztech/18086/page2/

しかし、電気自動車の本質からすると、現在のような開発方向は、本当に電気自動車のあるべき姿に近づいているのだろうか。もちろん、自動車の生産や道路整備には巨大なインフラ設備が蓄積されていて、それらの利用の上に将来を考えることは重要な視点である。その一方、自動車の動力を内燃機関から電気モータに変換するということは、いわば馬車から蒸気機関へ、そして、蒸気機関から電気へと変わることで、人類社会がその様相を一変させていったと同様の歴史的転換である。ならば、その到達点は現代からの単純な延長ではなく、ある種の断絶、飛躍が存在することも受け入れるべきではないだろうか。
そのような観点で見た場合、バッテリーを搭載してモータを駆動する、という現在の電気自動車は、内燃機関自動車の残渣を引きずっているといわざるを得ない。

前述の通り、科学反応熱を利用する内燃機関に比較して、電気エネルギー利用は、エネルギー蓄積が容易でないという課題がある。電気を自由自在に蓄積し、好きなときに出力して利用できれば万能となるが、表１に示したように電気的エネルギー蓄積の能力はそれほど大きくない。ゆえに、従来の電気自動車は、運転に必要なエネルギーのすべてを内蔵電池に蓄積し、その蓄積エネルギーで走行しなければならず、十分な走行距離が得られない課題がある。電車がそうであるように、電力供給を受けながら走行するというのが、電力駆動型移動体のあるべき姿である。
従来の給電形自動車としては、道路上に張られた架線から電力を供給するトロリーバスがある。トロリーバスは確かにレールをもたずに道路を走行するという点で、電車とは異なっているが、架線から有線給電されるという制限条件を持っており、架線を切り替える際には、内蔵バッテリーで駆動し、その容量は小容量で済む。
このトロリーバスにおいても、いわばレールをもたない路面電車としての存在であり、架線という制限によって、通常の自動車のような個人による自由移動を行うことができない課題がある。

自動車は、その本質として、人間が楽に、安全に、そして自由に高速移動する手段を提供する乗り物である。
自由に移動できる自動車に、ドライバーが給電を意識することなく、外部から給電する手段があれば、本来あるべき電気自動車が存在できることになる。
上記課題を解決する為に、本発明は、将来の電気自動車のキーテクノロジーとして、移動体のレーザービーム給電システムを提供するものである。

請求項１に記載の移動体のレーザービーム給電システムは、電力を動力として移動する移動体と、該移動体に取り付けられ、レーザービームを受給し電力に変換するレーザービーム受給手段と、該レーザービーム受給手段の出力電力を蓄積するバッテリーと、該移動体の外部に配置され、電力源をレーザービームに変換し供給するレーザービーム供給手段と、該レーザービーム供給手段と該レーザービーム受給手段の相対位置を自動的に調整する自動位置調整手段と、よりなることを特徴とする。
請求項２に記載の移動体のレーザービーム給電システムは、上記電力源が太陽熱発電装置である、ことを特徴としている。
請求項３に記載の移動体のレーザービーム給電システムは、上記相対位置を調整する位置調整手段は、上記移動体の移動位置を自動追尾する手段を含むことを特徴としている。
請求項４に記載の移動体のレーザービーム給電システムは、上記自動追尾する手段は、上記移動体からその位置情報を上記位置調整手段に送信することを特徴としている。

本発明の移動体のレーザービーム給電システムによれば、走行中常に給電可能であるので、従来の電気自動車と比べ、十分な走行距離が得られるという利点がある。
また、本発明の移動体のレーザービーム給電システムによれば、道路太陽光発電所によって、電力供給の問題を解決すると共に、地域環境への冷暖房機能も果たすことができるという利点がある。
さらに、本発明の移動体のレーザービーム給電システムによれば、電気自動車のコンピュータ制御による自由度と効率性を確保したパケット交通方式により、自動運転、自動回避制御、さらに集団運行を可能とし、衝突事故を起こすことなく、且つ電気自動車の軽量化を実現できるという利点がある。

電気自動車のカテゴリーを示した説明図。レーザービーム給電システムの概念図。頭上から給電するレーザービーム給電の説明図。高出力ＬＤアレイの一例を示す図。道路太陽光発電所の概念図。フェイズアレイ型レーダーの一例を示す図。電気自動車のコンピュータ制御の概念図。電気自動車の相互間情報伝達を示す概念図。情報技術で連結された電気自動車の集団走行を示す説明図。自動車の合流・離脱可能な集団運行を示すシステム概念図。レーザービーム給電スポットの他例を示す説明図。

以下、本発明に係る移動体のレーザービーム給電システムの実施例について、図面を参照し説明する。

本発明に係る移動体のレーザービーム給電システムは、電気自動車と、道路太陽光発電所とからなる。
図２は、レーザービーム給電システムの概念図、図３は、頭上から給電するレーザービーム給電の説明図である。
図３に示す通り、自動車が走行する道路の上空数メートルは邪魔をするもののない安全な空間であるので、この空間を利用して、街路灯や信号等のレベルから、道路上の自動車をレーザービームで照射して光電変換をする。
特に、本発明に係る電気自動車は、送受信機（図２）からマイクロ波などを通じて情報（電気自動車の識別情報等）を提供し、それらに対するリピーターとして電力供給をする。

図２を参照し、本発明に係る電気自動車と、その給電システムの概念を詳述する。
本発明に係る電気自動車は、バッテリー、そのバッテリーへの充電を制御する充電制御装置、車輪の駆動モータとからなる従来の電気自動車の動力技術を用い、また、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を使ったカーナビゲーション装置、そのＧＰＳによる自己位置通知装置、及びその通知装置への送受信機を備え、更に電気自動車のボディーの屋根、底、側面などに設けられたフェイズアレイ型受光装置と、バッテリーへの充電制御装置への光電変換装置とを備える。
そして、外部のフェイズアレイ型ＬＤ発光装置からのレーザー光を、電気自動車のフェイズアレイ型受光装置にて受光し、受光したレーザー光を光電変換装置にて光電変換し、充電制御装置を介してバッテリーに充電するようになっている。
フェイズアレイ型受光装置にてＬＤ光を受光する為の対向距離は、フェイズアレイ型ＬＤ光発光装置のレーザパワーに依存し、本発明では、受光装置の位置を自動的に検出して位置決めを行うようになっている。
この自動的な位置決めのために、上述のＧＰＳ自己位置通知装置からの概略位置情報をＧＰＳアンテナからＧＰＳ衛星を介して取得し、また外部の車追尾監視カメラにより電気自動車の位置の詳細位置情報を得る。
なお、車追尾監視カメラは、電気自動車や、フェイズアレイ型受光装置の形状を予め認識した図示しない画像認識装置より、目的の電気自動車の車体に取り付けられたフェイズアレイ型受光装置の位置を検知し、フェイズアレイ型ＬＤ光発光装置と、フェイズアレイ型受光装置とを対向させる。また、フェイズアレイ型ＬＤ光発光装置は、フェイズアレイ型受光装置との相対的な位置決めのため、自動追尾装置からの情報により、自動的に水平移動、垂直移動、回転移動する。
フェイズアレイ型ＬＤ光発光装置には、電力ケーブルやファイバーケーブルを介して配電装置から給電される。配電装置には、例えば太陽熱発電装置、風力発電装置などのエコ発電所から電力が与えられる。この太陽熱発電装置は、ビルや住宅の屋上、駐車場、道路フェンスなどに設けられた既存の太陽光発電パネルなどで構成し、また後述する道路太陽光発電所よりなる。
前述のフェイズアレイ型ＬＤ発光装置、車追尾監視カメラは、橋梁骨組、トンネル内部の天井、駐車場の天井、道路フェンス、ガードレール、また、信号塔、照明塔、道路標示塔などに備えることが可能である。従って、車の自動追尾装置の精度が上がれば、走行中の電気自動車への光充電が可能となる。

図４は、レーザービーム給電において、信号等に設置された高出力ＬＤアレイの一例であって、電気自動車の天井に設けられる太陽電池を受光素子として電気自動車に電力を供給する。太陽電池技術の技術開発は急速に進んでおり、従来の結晶シリコンを使った太陽電池以外にも各種の薄膜太陽電池が実用化されつつある。これらの中には、自動車塗装に応用可能な技術もあり、将来の電気自動車は、同時にソーラーカーでもある、という時代になると想定される。
ただし、太陽光のエネルギー密度は低い上に、白色光に対する太陽電池の光電変換効率を高くすることは困難である。
本実施例では、太陽電池のバンドギャップに整合した単色光としたレーザービームを供給する。
また、ビーム自体を拡大してエネルギー給電を行う。
これにより、太陽電池はフォトダイオードとしての高い効率で光電変換をすることができる。すなわち、太陽電池発電、一時的エネルギー蓄積、太陽電池のバンドギャップに整合した単色光としてのＬＤビームを給電、太陽電池光電変換、というプロセスを経て、自動車に電力供給することができる。現在、固体レーザー励起用に数多く使用されている９４０ｎｍｏｒ９７０ｎｍＬＤはこのような用途に適しており、バンドギャップエネルギー（１．１−１．２ｅＶ）によく整合する。
レーザービームによる電力伝送については、ファイバーによる電力伝送の可能性、そして、空中のビーム電力伝送が議論されてきて、両者とも、大電力伝送の能力については疑問の余地がない。
レーザービーム輸送の問題は、輸送終端における光電変換である。
高エネルギー密度で輸送したレーザービームも、高エネルギー密度ビームの形では光電変換できず、また、空中伝送の場合、エネルギー密度の高さが危険を生み出すので、実際的な応用は困難であった。
本実施例におけるレーザービーム給電の場合、ビームを拡大してエネルギー給電を行う点で、これまでのビーム伝送と大きく異なっている。ビームを広げることで、大口径太陽電池を高効率で利用できるのが、新しい技術的観点である。
また、通常の電気自動車用の高速充電能力（５０ｋＷ／３０ｍｉｎ）を基準としても、１０ｋＷの給電能力で充分であり、ＬＤアレイで供給可能である。しかも、自動車の天井面積は２ｍ^２程度あることから、ビーム強度は５ｋＷ／ｍ^２と太陽光の５倍でしかない。この程度の光では、やけどやレーザー損傷などは起こらないので、基本的な安全性が確保できる。しかも、紫外線成分などを含まないので、健康被害は考えなくてよい。
なお、より細いレーザービームにしても、高効率光電変換は可能で、どこまで小さな太陽電池で高効率子電変換が可能か、というのも、別の方向の研究テーマである。その場合は、太陽電池内の内部配線などの点で、従来の低密度光発電とは異なったデザイン原理が必要になる。ここでも新しい技術開発が問題を解決する。

次に、レーザービーム給電を実現するための道路太陽光発電所について説明する。
前述のように、現在、自動車燃料として消費しているガソリン、軽油、ＬＰガスの総エネルギー量は、我が国の総発電量に匹敵する。すべての自動車が電気自動車になった場合、内燃機関と同じ効率であれば、我が国の発電量を２倍にしなければならない。もちろん、電気自動車は内燃機関自動車に比べて、はるかに高効率で、２倍の発電量は必要ないとしても、大量の発電所建設が必要になることは間違いない。これらはまったく新しい電力需要であり、しかもその電力消費は基本的に都市部に集中している。
かねてより、最も理想的な発電所立地は、消費地発電であると指摘されてきた。しかし、原子力発電や水力発電はどうしても都市から離れたところに建設せざるを得ず、比較的、都市に近いところに設置される火力発電所も、消費場所そのものに建設するのは困難である。太陽光発電所は分散型発電システムで、とくに家庭用など消費場所における発電システムであるとかねてより強調されてきた。
自動車が電力を消費するのは道路上である。そこで、東京都区内の道路面積を調べてみると、表２の通りである。

表２によると、区部面積の１６％、１００平方キロメートルを道路が占めている。この道路面積に降り注ぐ太陽光パワーは、１０^３×１００×１０^３×２＝１０^１１Ｗ、すなわち１００ＧＷに達する。すなわち、区部の道路面積に降り注いでいる太陽光パワーは、東京電力の総発電量６０４０万ｋＷ（６０ＧＷ）（年間０．５２ＰＷｈ）より大きいのである。

そこで本実施例では、この道路面積に着目し、太陽光、太陽光発電、半導体レーザービームに変換、太陽電池による光電変換のプロセスを経て行うものであって、図５に示すように、道路上に太陽電池を設ける（以下、「道路太陽光発電所」という）。
これらの効率は、太陽光発電（２０％）×半導体レーザー（５０％）×レーザービーム光電変換（８０％）＝総合効率（８％）と概算できる。太陽光発電の効率には将来の改善を見込み、ＬＤ効率は保守的に見積もっているので、総合効率は現実的だと考えられる。日照時間を８時間としても、区内道路上の太陽光発電所の発電能力は１日当たり１００ＧＷ×８％×８時間＝６４ＧＷｈ、年間では２３．４ＴＷｈとなる。ＭｉＥＶを例に取ると、２００Ｖ，１５Ａ，７時間でフル充電される。
すなわち、車一台当たり２１ｋＷｈなので、道路太陽光発電所の電力容量は３００万台以上の電気自動車をフル充電できる電力に相当する。レーザービーム給電によって、搭載バッテリーの容量は１桁以上小さくすることが可能なので、実際には５０００万台（走行距離１０ｋｍを想定）の充電能力があることになる。現在想定されている完全自立型の電気自動車とは異なり、幹線道路に来ればレーザービーム給電を受けることができるので、搭載バッテリーで走行するのは、横町に入って仕事をするときである。この場合での走行距離は１０ｋｍもあれば十分だろう。こうしてみると、発電総量としては、道路太陽光発電所は東京都区内の自動車走行を支えるに十分な電力供給が可能な能力を有していると評価できる。

もちろん、図７のように、道路全体を太陽電池で覆うのは良くないという考えもある。
そこで、太陽電池と共に、透過率が自由に変えられるガラス（偏光板等）を設置することで、太陽光を完全に遮ることなく、透過光を自由に調整できる。
この透過ガラスによって、例えば、その地域に入る太陽光エネルギーを減少させることで、地域を冷房させることができ、他方暖房についても、電気自動車に電力を供給する半導体レーザーの効率は５０〜６０％であることから、４０〜５０％は熱になっており、必然的に水冷または空冷をすることになる。これらのエネルギーはそのまま、道路上に放熱されるので、一定の地域暖房の機能も果たすこともできる。

この道路太陽光発電所の第一のメリットは、従来指摘されてきた、理想的な発電所立地としての消費地発電を実現できることである。また、自然に降り注いでいる太陽光の一部を発電に利用しているだけで、その場における新たなエネルギー発生がないことから、水力発電と同様、自然のエネルギーの流れをバイパス利用させてもらっているだけである。したがって、熱源が存在せず、この発電によってヒートアイランドは起こらない。
また、この道路太陽光発電所と、前述の電気自動車の識別情報に対するリピーターとしてのレーザービーム給電により、走行中の給電も可能となる。
図２に示す通り、道路太陽光発電所において、車追尾監視カメラ、車位置検出装置を備えることによって、電気自動車の位置を認識し、その認識情報に基づき、追尾モータドライバーを制御し、追尾モータを駆動させて、その識別情報に基づく電気自動車の太陽電池へレーザービーム照射を行うことで可能となる。
このために必要な技術は、フェイズアレイ型のＬＤアレイやレーザーのコヒーレント結合、ビーム整形、ビームステアリング技術である。主にミサイル邀撃用の軍事技術として、すでにマイクロ波を使ったフェイズアレイ型レーダー（図６）は実用化されており、より分解能の高いフェイズアレイ型レーザーの研究も進んでいる。何より、情報を提供してくれないミサイルとは異なり、給電されるべき自動車は、自ら情報を発信して、その位置を知らせるのであるから、その情報を増幅してパワー供給する、いわばリピーター技術でよい。このような技術は、重力波天文学などで開発されている技術を応用することができる。

このように、インコヒーレントな白色光である太陽光から、コヒーレントで単色であるＬＤ光に変換し、このコヒーレントなレーザー光の性質を使うことで、
１）太陽電池のバンドギャップに一致した波長の光で、高効率光電変換
２）駐車中または走行中の自動車から情報を送り、自動車を追尾するビーム給電
３）異なった形状の自動車、位置による射影の変化に対応した最適形状ビームによるビーム給電
などが可能となり、本発明のビーム給電システムを構築することができる。

次に、本発明に係る電気自動車、及び電気自動車の制御（交通方式）について詳細を説明する。
本発明に係る電気自動車の構造を考えると、本質的な機能は、ビームで給電された電力を小容量の蓄電装置に蓄え、その電力でモータを駆動する。また図７に示すように、コンピュータにて制御することによって、互いに相互干渉したり、衝突を回避したりする自動制御、自動運転、自動的回避活動などを可能とする。
このコンピュータ制御によって充分な制御能力を与えられた電気自動車では、無駄な要素を極限までそぎ落とすことが可能である。以下、詳述する。

現在の自動車は、鉄板で囲われた重いボディーをもっている。ボディーが必要な理由は、人間を快適に保つためのキャビン特性と、万が一、衝突したときに人間を守る事にある。
ゆえに、鉄板で作られた頑丈なボディーは、図７に示す、コンピュータ制御による相互干渉、衝突回避の自動制御による衝突しない自動車では不要となる。単に、走行時の風雨を防ぎ、温度管理をするためのものなら、現状のように大きな重量を必要としない。
本実施例による電気自動車は、多数のマイクロロボットを衝突なく作業させているのと同様にして、パソコン駆動電気自動車であるなら、道路上を走行している多数のパソコンで多重バックアップをしながら走行できる。たとえ、１台の自動車のパソコンが故障したとしても、その影響を排除して、安全な交通制御をすることが可能になる。多数の自動車が互いに会話し、相互の位置関係、速度を制御しながら、集団運行する。もちろん、個人が自由に運転することを排除するものではなく、その場合も、ドライバーが運転している情報は、近隣の自動車にはすべて伝わっていて（図８）、それを自動的に回避してくれて自由な運転を妨げない。最近のパソコンゲームの中で行っている運転予測、それからの回避指令などは、まさに、このような現実社会の電気自動車運行制御のためのシミュレーションとして活用できる。
この場合、ナビゲーションシステムに目的地を入力すれば、後は自動運転で目的地に運んでくれる運用も可能となる。到着までの間は、仕事をするなり、音楽でリラックスするなり、各人各様の時間を過ごせばよい。

ところで、衝突事故が起こる原因は、根本的には走行する自動車間に相対速度が発生することが問題で、もし、すべての自動車が同一速度で走行していれば、衝突事故はあり得ない。事実、連結されて走っている電車では、車両間の衝突はないのである。ならば、衝突をしないための運転手法が、現在の自動車とは異なってくる。現在は、何かアクシデントがあったときに安全に回避可能な車間距離を保つことを基本原理としている。しかし、実際は、そのような車間距離を保って運転することはほとんど不可能で、そのため、自動車事故はなくならない。
もし、すべての自動車が連結されて走れば、少なくともそのグループ内では衝突事故はない。レーザービーム給電が、自由度を保ちながら必要電力を供給する手法だとすれば、自動車間情報通信とパソコン自動制御による自動車連結は、物理的、機械的には連結していないが、情報技術を通して、強固な連結をすることができる。その場合、自動車間の距離を数ｍ以上も離す意味はなく、むしろ、なるべく近づけた方が安全である。そして、図９のような集団走行が可能になると、空気抵抗が大きく減少するので、さらなる高効率運転に直結する。

例えば、多数の自動車が同じ速度で走行しているとする。何か事故があって、急激に先頭車両が減速したとする。先頭車両が減速すると同時に、同じ情報は後続車両にも伝えられるので、グループ全体が同じ加速度で減速することが可能である。情報伝達という点では、同じ自動車内も、集団運転中の他の自動車もまったく区別はない。
従来のように、人間のドライバーが自分で判断して減速させる場合は、各々のドライバーの反応速度だけ遅れが生じる。そのため、集団運転をしていると、多重事故に発展するのだが、全体が情報技術で連結され、多重バックアップコンピュータで制御されている場合は応答遅延がないので、このような多重事故は発生しない。これは、人間が運転する自動車と、自動制御が基本の電気自動車走行との大きな違いである。
上記のような状態では、これまでとは常識が逆転する。上記の集団走行運転の場合、万が一、制御が聞かなくなって、暴走が起こった場合、その衝撃は何で決まるか。元々、同じ速度で走行していたのだから、制御が外れて、衝突に至るまでの加速による。そして、車間距離が短ければ短いほど、その加速は小さいのであるから、これまでの常識とは逆に、車間距離が短い方が安全だということになる。強力な制御網の中で走る電気自動車では、これまでとは異なった安全技術が必要になるといえるだろう。

各人が自由に合流・離脱を繰り返しながら集団運行を行うシステムを見ると、現在の光通信が行っているパケット通信と全く類似である。情報そのものにタグがつき、それによって貨物を統合分配する物流システムでも同じことが行われている。これを電気自動車に応用することは、パソコン制御・モータ駆動の完全電気自動車ならば、技術的な問題点はない。自動車の運行においても、信号管理システムとも連携して、無駄な停止をすることなく、人々の行きたい目的地に、自動的に到着させることも可能となる。技術的に基本的な問題がないならば、このような未来社会に向かって積極的な努力をすることが重要であろう。情報通信においても、物流においても、さらに工場内の生産管理においても、このような方式が優れていることはすでに実証済みである。それらをさらに洗練させて、人間個人の自由度を束縛している要素を取り除くことが、個人のドライバーを気持ちよく、新しいパケット交通システムに誘導することになるだろう。

ここで必要になる技術は、図１０のように不特定多数のコンピュータが集団で互いをバックアップしながら、全体を最適制御するというシステムである。どこが中心であるわけではなく、自動的に集団の統率を測る群れの制御を行うには、渡り鳥や集団暴走する野牛の生態を真似る必要があるかも知れない。一見複雑に見える集団行動が、実はごく少数の運動原理だけで再現できることは、ソフトマターなどの研究ともつながるかも知れない。

上記のような強力な情報連結、安全制御のなかで走行する電気自動車において必要なものは、ホイール、モータ、インバーター、電力源、制御用コンピュータ、フレーム、ボディーである。電気自動車に求められる高速、安全、快適で自由な移動を提供し、なおかつ、前述のように密に結合して、必要なときはグループ走行を、そして、それから自由に離れたり合流したりできるシステムを構築すれば、自動車そのものの本質的な機能に必要な重量まで、軽量化することができる。
また、集団走行により空気抵抗を減少させることもでき、一定速度で走り続ける場合、損失するエネルギーは摩擦や転がり抵抗のようなものだけとなる。加速するときはエネルギーが必要となるものの、内燃機関で駆動している現在の自動車に比べて、桁違いに高効率で快適な乗り物を提供できる可能性がある。
そのためのキーテクノロジーが、離れた位置から大電力を供給することのできるレーザービーム給電である。一見、電気自動車と無関係な技術である高出力半導体レーザーが、新しい時代の、本当の電気自動車のキーテクノロジーとなりうるのである。

なお、太陽光発電所のデメリットは、雨が降った日や夜は発電できないことである。当然、電気自動車が走り回る時代には、上記の太陽光発電所をバックアップする発電所が必要となる。ＣＯ２問題などを考えると、これから大規模の建設されるべき未来型原子力発電とは核融合発電所であるだろう。前述の通り、物質のエネルギー密度を議論したが、核融合の発生するエネルギー密度は、他のものから隔絶して大きい。電気自動車のために、大量の高出力半導体レーザーが必要となり開発される。当然、９４０ｎｍ、９７０ｎｍの波長をもった半導体レーザーは大量に生産されるようになり、値段も劇的に安価になる。今日までの慣性核融合の最大の問題は、高繰り返しに耐える高出力固体レーザーの開発と、その励起源である半導体レーザーのコストダウンであった。しかし、核融合発電そのものが、半導体レーザーの最大マーケットであるような状態では、そのコストダウンを研究段階ですることになり、きわめてむずかしい。しかし、技術的には容易な太陽光発電所からのレーザービーム給電などが実用化され、大量の半導体レーザーが清算されるようになれば、そのコストは核融合発電所をも実用化することになる。両者は両輪となって半導体レーザーの生産を拡大し、コストダウンが可能になる。ビーム給電形電気自動車の開発が、同時に慣性核融合発電を実現することに大きな寄与を果たすことは、長く核融合発電所を夢見て研究してきた筆者にとって、一石二鳥ということができる。

本発明は、現状の内燃機関自動車の問題点を解析し、それに対置する形で電気自動車の本来のあり方を見据え、その結果、創作されたものであり、レーザービームによる電力供給という新しい技術がその際のキーテクノロジーとなる。
本発明に係る移動体のレーザービーム給電システムによれば、走行中常に給電可能であるので、従来の電気自動車と比べ、十分な走行距離が得られる。
また、道路太陽光発電所によって、電力の問題を解決すると共に、地域環境への冷暖房機能も果たすことができる。
さらに、電気自動車のコンピュータ制御による自由度と効率性を確保したパケット交通方式により、自動運転、自動回避制御、さらに集団運行を可能とし、衝突事故を起こすことなく、且つ電気自動車の軽量化を実現できる。
なお、本実施例では、道路太陽光発電所にて説明したがこれに限ることなく、図１１に示すように、道路全体に限らず、各種給電スポットによる給電も含まれる。

現代の人間社会、産業にとって不可欠の輸送手段である自動車に革命が起こすこととなる。内燃機関から電気モータによる駆動への転換であり、我々の社会の基盤が変わるといっても過言ではない。このような基盤技術が交替するときも、どうしても連続的な変化で新しい質の社会に変わることを期待する傾向がある。
本来ならば、ひとまず本来ある未来社会のあり方を見据えて、その必須要素を確定した後に、現在からの連続的移行が可能かどうかを判断する必要がある。しかし、生きている産業、そして日常的生活を維持しながら考えると、飛躍を含む想像をすることはむずかしい。
これまでとは不連続で、なおかつ、現代の問題を根本的に解決する一つの解がそこには存在する。そして、これを実現するには、電子工学、材料工学（太陽電池、電子回路制御）、レーザー科学（ビームステアリング技術、半導体レーザー、光電変換）、電気工学、エネルギー工学（高性能バッテリー、蓄電技術、高効率電力変換、原子力発電所）、機械工学（電気自動車、駆動系）、情報科学、制御工学、ロボット工学（情報結合形運行制御、無衝突技術）、環境工学（自然エネルギー応用、太陽光発電所）などの多方面の知識と技術が必要とされる。まさに、ＣｏｎｖｅｒｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓが必要とされる分野である。それによって、個別の技術開発では実現できない新しい社会価値の創造につながる。このような計画に、異分野の研究者が互いに名乗りを上げて、切磋琢磨しながら、新しい社会を作る基礎技術を開発する時代が来ることを願っている。

Claims

電力を動力として移動する移動体と、
該移動体に取り付けられ、レーザービームを受給し電力に変換するレーザービーム受給手段と、
該レーザービーム受給手段の出力電力を蓄積するバッテリーと、
該移動体の外部に配置され、電力源をレーザービームに変換し供給するレーザービーム供給手段と、
該レーザービーム供給手段と該レーザービーム受給手段の相対位置を自動的に調整する自動位置調整手段と、
よりなる移動体のレーザービーム給電システム。
上記電力源が太陽熱発電装置である、ことを特徴とした特許請求の範囲１における移動体のレーザービーム給電システム。
上記相対位置を調整する位置調整手段は、上記移動体の移動位置を自動追尾する手段を含むことを特徴とした特許請求の範囲１における移動体のレーザービーム給電システム。
上記自動追尾する手段は、上記移動体からその位置情報を上記位置調整手段に送信する特許請求の範囲３における移動体のレーザービーム給電システム。