JP6611775B2 - 遠・近両用のコードレス送電システム - Google Patents

Description

本発明は、電力エネルギーをコードレス（無線）で送電できる遠・近両用のコードレス送電システムに関するものである。

この種の無線で電力を電送または送電する装置や光ファイバーを利用したレーザー光による太陽光励起発電装置が、従来技術として複数の技術が公知になっている。

第１の公知技術としては、受電コイルを含む充填アンテナを備えた複数の無線受電装置に、高周波電力を電送する無線電力電送システムの無線送電装置であって、上記複数の無線受電装置の受電アンテナと電磁的に結合可能な少なくとも１つの送電アンテナと、上記高周波電力を発生して上記少なくとも一つの送電アンテナに供給する1つのインバータ回路と、上記複数の無線受電装置の各々から上記各受電コイルの出力電圧値を受信する受信回路と、上記受信した出力電圧値に応じて、上記インバータ回路から供給される上記高周波電力の周波数または振幅を含む電送条件を制御する制御回路と、を備え、上記制御回路は、上記複数の無線受電装置のうちの第１無線受電装置に対して上記高周波電力を電送しているときに、上記複数の無線受電装置のうちの第２上記無線受電装置が新たに上記少なくとも一つの送電アンテナに電磁的に結合したことを検知したとき、上記複数の無線受電装置のうち上記少なくとも１つの送電アンテナと電磁的に結合した無線受電装置に電送する上記電送条件を変更し、上記インバータ回路を用いて、上記少なくとも１つの送電アンテナと電磁的に結合した無線受電装置に電送される高周波電力の周波数または振幅のいずれか一方を変更して、上記少なくとも１つの送電アンテナと電磁的に結合した上記少なくとも１つの送電アンテナと電磁的に結合した上記少なくとも１つの無線受電装置に含まれる回路素子の制限電圧以下に制御する、無線送電装置である（特許文献１）。

この第１の公知技術に係る無線送電装置は、１つの無線送電装置から複数の無線受電装置に電力供給することができる、というものである。

第２の公知技術としては、第１の送電コイルと、前記第１の送電コイルの巻線と平行に隣接させる巻線を有する第２の送電コイルとを備え、受電装置に無線給電を行う無線送電装置である（特許文献２）。

この第２の公知技術に係る無線送電装置は、送電装置から受電装置に電力を電送する効率を向上させる無線給電装置を提供することができる、というものである。

第３の公知技術としては、太陽光励起によりレーザー発振を生じさせ、レーザー光を出力するレーザー装置と、入射されたレーザー光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子を含んで構成された発電機と、一端が前記レーザー装置のレーザー光出力端に接続されると共に、他端が前記発電部へのレーザー光の供給端とされた光ファイバーと、を備えた太陽光励起発電装置である（特許文献３）。

第３の公知技術に係る太陽光励起発電装置は、レーザー装置が太陽光励起によりレーザー発振させて得たレーザー光が、光ファイバーにより電送されて発電部に至る。発電部では、レーザー光が光電変換素子に入射され、該レーザー光のエネルギーが電気エネルギーに偏見される。これにより、太陽光エネルギーから電気エネルギー（電力）を得ることができる。ここで、光ファイバーの一端がレーザー装置のレーザー光出力端に接続されると共に、該光ファイバーの他端が発電部へのレーザー光の入力端とされているため、還元すれば、レーザー光の伝達経路のほぼ全てが光ファイバーにて構成されているためレーザー光の略全てでの伝達経路においてレーザー光の電送ロスが少ない、というものである。

特開２０１５−１１１９９８号公報 特開２０１５−１２８３４７号公報 特開２００８−１３０９２２号公報

前記公知例に係る第１及び第２の従来技術においては、高周波電力又は電磁電力として所要周波数の電波により送電しておりますが、大気中に放出された電波は広がりをもって伝達されるので、遠方に行くに従って順次減衰するのであり、例えば、１ｋｍ先に設置した無線受電装置では、満足した受信電力が得られていないし、仮に、一定の範囲で指向性をもった電波を飛ばしたにしても、例えば、５乃至１０ｋｍ先に設置した無線受電装置では、やはり電波の広がりがあって、高周波電力のエネルギーが減衰し、満足した受信電力が得られていないのが現実的な状況であり、また、指向性をもった電波を飛ばす等の技術的手段も全く開示されていないのである。

さらに、前記第３の公知例の太陽光励起発電装置では、太陽光励起によってレーザー光を出力させ、該レーザー光を光ファイバーの伝達経路で発電部に送って、発電部の光電変換素子に入射さて発電させるというものであるが、発電部への距離が、例えば、５乃至１０ｋｍ先であれば、その長さの光ファイバーが必要であると共に、光ファイバーの支持柱が必要になるのであるから、いずれにしても従来技術では、コードレスで送電できる技術開発に課題がある。

本発明の主たる目的は、見通しの効く空間であれば何ｋｍ及び何１０ｋｍ離れていても、コードレスで効率良く送電できるシステムを提供することである。なお、本願と同一出願人によるレーザー光を使用したコードレスの送電に係る先願の複数の特許出願が公開されていると共に、まだ公開されていない、特許出願番号２０１６−１３２４３６の特許出願があり、その特許出願の改良発明である。特に、レーザー光線と言えども遠距離になるに従って拡散し、送電の効率が劣化することに対しての課題が解決されていないのである。

本発明は、前記課題を解決する具体的手段として、所要の距離をおいて対峙配設されるレーザー光発生手段と、該レーザー光発生手段からのレーザー光を受光するレーザー光受光手段とからなり、前記レーザー光発生手段は、所定電圧の直流または交流電源に接続してレーザー光を発生させて投光し、前記レーザー光受光手段は、複数の光電変換素子を取り付けた複数のパネルを円筒状に並べて発電部を形成すると共に、該円筒状の発電部の中央部に受光したレーザー光をパネル側に乱反射させる多数の大小気泡が封じ込まれた球状透明材料で形成された反射手段を設け、前記レーザー光受光手段側に、広がったレーザー光を集光する第１の集光部材の焦点位置に前記反射手段を位置させて発電部を取り付けると共に、前記第１の集光部材の受光側に第２の集光部材を設け、前記各パネルの外側には，発電した電力を蓄える蓄電部材を設けたことを特徴とする遠・近両用のコードレス電送システムを提供するものである。

本願発明においては、前記反射手段に封じ込まれた多数の大小気泡は、直径が２〜１０ｍｍ程度の範囲で、統一されたものではなく、且つランダムに封じ込められていること、および前記第１の集光部材は、パラボラアンテナ状で内側が反射面になっていること、および前記第２の集光部材は、ラッパ状又はメガホン状で内側が反射面になっていること；を付加的な要件として含むものである。

本発明に係る遠・近両用のコードレス送電装置によれば、見通しの良い大気空間を利用して、レーザー光発生手段とレーザー光受光手段とを対峙させて遠隔配設し、レーザー光発生手段からのレーザー光を、円筒状に形成したレーザー光受光手段側に第１と第２の集光部材を設けたことにより、遠距離であっても近距離であっても、発電部の中央部に設けた反射手段に拡散したレーザー光を効率よく導光することができ、内部に封じ込めた多数の大小気泡によって、レーザー光を乱反射させて周囲の光電変換素子に満遍なく連続的に照射して発電させるので、発電効率が著しく優れると共に、相当な遠隔間においてもコードや光ファイバーがなくて送電が可能であるという優れた効果を奏する。

さらに、レーザー光を乱反射させる反射手段が、内部に多数の大小気泡がランダムに封入された透明な球状体であって、該球状内の気泡によって乱反射が行われるので、球状体自体が全体的に光輝する状態になり、周囲の光電変換素子を広く分散した反射光で満遍なく連続的に照射して発電させるので、集中して照射する場合と違って、光電変換素子を傷めることがないので、長期に渡って使用できるという優れた効果も奏する。

本発明の実施の形態に係る近距離と遠距離とを兼用したコードレス送電システムを略示的に示した側面図である。 同実施の形態に係るコードレス送電システムのレーザー光受光手段側のレーザー光集光部材の一部を断面で略示的に示した側面図である。 同実施の形態に係るレーザー光受光手段側の受光レーザー光により発電する発電装置を略示的に示した正面図である。 同実施の形態に係るレーザー光受光手段におけるレーザー光受光装置の他の例を略示的に示した側面図である。

本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。まず、本願発明と同一出願人による特願２０１６−０１２２２６の改良型であって、さらに効率良く送電できるシステムにしたものである。図１において、本発明に係る実施の形態に係る遠・近両用のコードレス送電システムは、所要の距離をおいて対峙配設されるレーザー光発生手段１と、該レーザー光発生手段１からのレーザー光を受光する受光手段２とからなるものである。なお、所要の距離というのは、レーザー光の強さにもよるが、要するに、レーザー光が届く範囲内であれば、例えば、５０ｍ〜何１０ｋｍ単位であって、その間隔は限定されないし、但し、１００ｍ未満の距離であっても、レーザー光の径は広がるのであり、その分受光側による発電効率が低減するのであるから、その対応が必要になるのである。

前記遠・近両用のレーザー光発生手段１は、レーザー光発生装置３を所定電圧の直流または交流電源に接続してレーザー光を発生させ、レンズ付きの投光部４を介してレーザー光５を外部空間に投光するものであって、対峙する受光手段２の中央部に向かって投光する。なお、レーザー光発生手段１もレーザー光受光手段２も、対峙させた設置場所において上下動及び投光または受光方向の角度が調整できるように、適宜の支持部材（脚部や台座等）６により安定して支持される。

レーザー光受光手段２は、図１と図２、３に示したように、複数の光電変換素子７を取り付けた複数のパネル８を隣接状態で円筒状に並べて発電部９を形成すると共に、該円筒状の発電部９の中央部に受光したレーザー光５をパネル８側に乱反射させるための反射手段１０を設ける。この反射手段１０は、例えば、アクリル樹脂、ガラス、水晶体、その他高温度に耐える透明材料で形成された所要大きさの電球状またはボール状であって、その内部に多数の大小気泡１１がランダムに封じ込まれたものであり、多数の大小気泡１１によって内部で乱反射して外周面から照射される状態になるので、周囲の光電変換素子７を満遍なく連続的に照射して効率良く発電させることができるのである。

本発明は遠・近両用のコードレス送電システムでありますので、レーザー光受光手段２側に改良点が存するのである。即ち、遠距離用（例えば、３００ｍ以上）としてパラボラアンテナ状で内側が反射面になっている第１の集光部材１２の焦点位置に反射手段１０を位置させて発電部９を取り付けると共に、近距離用（例えば、３００ｍ未満）として発電部９の受光側，即ち、前面側にラッパ状又はメガホン状で内側が反射面になっている第２の集光部材１３を取り付けてある。なお、発電部９は複数の棒状脚部１４によって第１の集光部材１２に取り付けられている。

また、前記反射手段１０に封じ込まれた多数の大小の気泡１１の大きさとしては、例えば、直径が２〜１０ｍｍ程度の範囲で、統一されたものではなく、種々の大きさのものが多数混じり合い所要の間隔をもってランダムに封じ込まれるものであるから、気泡１１の表面での反射や、内面での反射がそれぞれ複雑に乱反射し、全体として立方体で形成される反射手段１０が恰も光源のように全面的に光輝するようになるので、乱反射したほとんどの光が発行変換素子７に照射されて発電効果が向上するのである。

さらに、前記各パネル８の外側には，光電変換素子７で発電した電力を一時的に蓄える二重層キャパシター１５等の蓄電部材をそれぞれ設け、各隣接する二重層キャパシター１５間においては、直列接続して、つまり、＋電極は−電極に、−電極は＋電極に接続してＤＣ電流として使用できるし、また、パネル８の半分のキャパシター１５の接続において−電極として取り出し、後半分のキャパシター１５の接続において＋電極として取り出してクロス状に送電することによりＡＣ電流として使用できるのである。なお、必要があれば適宜の大型の蓄電池に接続して、余剰の電気を蓄電するようにしてもよい。要するに、何１０ｋｍの離れた場所に送電している場合に、多少の降雨では殆ど問題はないが、大粒の激しい降雨が広い範囲で長時間続くような状態が生じた時、或いは濃い霧や雲が発生した時には、送電に影響を被ることも考えられるので、余剰の電気は蓄電して置いた方が良いのである。

なお、レーザー光受光手段２においては、全体が嵩張っているので、強風対策等も必要なので、全体をベルト１６等でシッカリ纏めて結束する必要があるし、一旦位置決めして設置したら、方向の角度的な調整はできるが位置替えはできないように固定される。そして、例えば、設置場所がレーザー光発生手段１から３００ｍ未満の近距離に設置される場合には、レーザー光５の光束に多少の広がりがあっても、図１,２に示したように、第２の集光部材１３によって集光又は反射させて反射手段１０側に効率よく導光され、また、例えば、１ｋｍ以上遠く離れた位置に設置される場合もあり、レーザー光発生手段１からのレーザー光５の光束がかなり広がるようになり、拡がったレーザー光５ａは、第１の集光部材１２によって集光又は反射されて反射手段１０側に効率よく導光されることになり、いずれにしても、集光部材１２、１３によって、レーザー光５、５ａを反射手段１０を介して光電変換素子７に照射して効率よく発電させることができるのである。なお、反射手段１０は、取付部材１７を介して発電部９の中央部に取り付けられ、該発電部９の光電変換素子７が発電していることの確認のための表示部１８（発光素子）を設けることもできる。

さらに、前記第２の集光部材１３として、図４に示したように、発電部９の前方にレンズを配設したものである。この場合に、レーザー光発生手段１からのレーザー光５の光束が多少広がっても、レンズにより集光して発電部９内に配設した反射手段１０に照射させるものであり、レーザー光５のロスを解消して効率よく発電させることができるのである。なお、他の構成部分については、前記実施の形態で説明したものと同一であるので同一符号を付して説明は省略する。

なお、当然のこととして、レーザー光受光手段２の設置側において、作業員の監視の下でレーザー光５が初期投光において、どの程度来ているかを無線で連絡を取りながら少しずつ調整するのであり、中央部の反射手段１０が乱反射して光輝するので、目視でも確認できるし、乱反射によって直ちに光電変換素子７が発電して、表示部１８の発光素子が点灯するので、それによっても確認でき、レーザー光発生手段１を、その位置で固定すればよいのである。なお、詳細は図示していないが、レーザー光発生手段１とレーザー光受光手段２には、電波による自動方向制御装置が内蔵されている。図中符号１９は入力電源端子、２０は電力出力発生側端子である。

本発明に係る遠・近両用のコードレス電送システムは、所要の距離をおいて対峙配設されるレーザー光発生手段１と、該レーザー光発生手段１からのレーザー光５を受光するレーザー光受光手段２とからなり、前記レーザー光発生手段１は、所定電圧の直流または交流電源に接続してレーザー光５を発生させて投光し、前記レーザー光受光手段２は、複数の光電変換素子７を取り付けた複数のパネル８を円筒状に並べて発電部９を形成すると共に、該円筒状の発電部９の中央部に受光したレーザー光５をパネル側に乱反射させる多数の大小気泡１１が封じ込まれた透明材料で球体に形成された反射手段１０を設け、前記レーザー光受光手段２側に、広がったレーザー光５ａを集光する第１及び第２の集光部材１２，１３を設け、前記各パネル８の外側には，発電した電力を蓄える二重層キャパシター１５等の蓄電部材を設けたものであって、見通しの良い大気空間を利用して、レーザー光発生手段１とレーザー光受光手段２とを対峙させて遠隔配設し、レーザー発生手段１からのレーザー光を反射手段１０によって乱反射させて周囲の光電変換素子７に満遍なく連続的に照射して発電させるので、発電効率が著しく優れると共に、相当な遠隔間においてもコードや光ファイバーがなくて送電が可能であると共に、集中して照射する場合と違って、光電変換素子７を傷めることがないので、長期に渡って使用できるので、例えば、発電装置のない離島や、電気配線が困難な山頂部など種々の場所に広く利用できるのである。

１ レーザー光発生手段
２ レーザー光受光手段
３ レーザー光発生装置
４ 投光部
５ レーザー光
５ａ 広がった（拡径した）レーザー光
６ 台座などの支持部材
７ 光電変換素子
８ パネル
９ 発電部
１０ 反射手段
１１ 大小気泡
１２ 第１の集光部材
１３ 第２の集光部材
１４ 棒状脚部
１５ 二重層キャパシター（充電部材）
１６ ベルト
１７ 取付部材
１８ 表示部
１９ 入力電源端子
２０ 電力出力発生側端子

Claims (3)

1. 所要の距離をおいて対峙配設されるレーザー光発生手段と、該レーザー光発生手段からのレーザー光を受光するレーザー光受光手段とからなり、
   前記レーザー光発生手段は、所定電圧の直流または交流電源に接続してレーザー光を発生させて投光し、
   前記レーザー光受光手段は、複数の光電変換素子を取り付けた複数のパネルを円筒状に並べて発電部を形成すると共に、該円筒状の発電部の中央部に受光したレーザー光をパネル側に乱反射させる多数の大小気泡が封じ込まれた球状透明材料で形成された反射手段を設け、
   前記レーザー光受光手段側に、広がったレーザー光を集光する第１の集光部材の焦点位置に前記反射手段を位置させて発電部を取り付けると共に、前記第１の集光部材の受光側に第２の集光部材を設け、
   前記各パネルの外側には，発電した電力を蓄える蓄電部材を設けたこと
   を特徴とする遠・近両用のコードレス電送システム。
2. 前記反射手段に封じ込まれた多数の大小気泡は、直径が２〜１０ｍｍ程度の範囲で、統一されたものではなく、且つランダムに封じ込められていること
   を特徴とする請求項１に記載の遠・近両用のコードレス電送システム。
3. 前記第１の集光部材は、パラボラアンテナ状で内側が反射面になっていること、および前記第２の集光部材は、ラッパ状又はメガホン状で内側が反射面になっていること
   を特徴とする請求項１に記載の遠・近両用のコードレス電送システム。

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