特開 2024-16308 ワイヤレス送電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016308

(43)【公開日】2024-02-07

(54)【発明の名称】ワイヤレス送電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/30 20160101AFI20240131BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

H02J50/30

H02J7/00 301D

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020211214

(22)【出願日】2020-12-21

(71)【出願人】

【識別番号】591266445

【氏名又は名称】市川 雅英

(74)【代理人】

【識別番号】110001014

【氏名又は名称】弁理士法人東京アルパ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】市川 雅英

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB03

5G503GB09

(57)【要約】      （修正有）

【課題】光ファイバーや送電ワイヤがなくても、見通しの効く空間であれば何１０ｋｍ離れていても、効率良く送電できるシステムを提供する。
【解決手段】ワイヤ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と、レーザー光を受光するレーザー光受光手段２とからなる。レーザー光発生手段は、レーザー光を投光する。レーザー光受光手段は、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、円筒状の発電部９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１１が封じ込まれた透明材料で立方体に形成された反射手段１０を設ける。各パネルの外側には，発電した電力を蓄える二重層キャパシター１５を設ける。
【効果】反射手段によって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、発電効率が優れ、遠隔間においても送電が可能である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項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又は箱状に組み合わせて発電部を形成すると共に、該発電部の中央部に受光したレーザー光を周囲の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所要大きさの球状透明材料を設け、
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
を特徴とするワイヤレス電送システム。

【請求項2】

前記反射手段の球状透明材料に封じ込まれた多数の大小気泡は、直径が２±１ｍｍ前後の範囲で、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に記載のワイヤレス電送システム。

【請求項3】

前記円筒状の発電部の前面側の端縁部に反射部材を設けたこと
を特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤレス電送システム。

【請求項4】

前記蓄電部から交流分と直流分の出力が取り出せること
を特徴とする請求項１乃至３に記載のワイヤレス電送システム。

【請求項5】

前記球状透明材料を冷却するための送風機を設けたこと
を特徴とする請求項１乃至４に記載のワイヤレス電送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力エネルギーをワイヤレス（無線）で送電できるワイヤレス送電システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の無線で電力を伝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。

【0003】

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、高周波電力を伝送する無線電力伝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伝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伝送しているときに、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伝送する上記伝送条件を変更し、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伝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）。

【0004】

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。

【0005】

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）。

【0006】

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。

【0007】

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）。

【0008】

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伝送ロスが少ない、というものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１５－１１１９９８号公報

【特許文献2】特開２０１５－１２８３４７号公報

【特許文献3】特開２００８－１３０９２２号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

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現段階では開示されていないのである。

【0011】

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、ワイヤレスで送電できる技術開発に課題がある。

【0012】

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、ワイヤ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。

【課題を解決するための手段】

【0013】

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透明材料で球状体に形成された反射手段を設け、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ワイヤレス電送システムを提供するものである。

【0014】

本願発明においては、前記反射手段の立方体は、球形状、楕円形状、上面が円弧状の円柱状、または、角柱状のいずれかであること；前記反射手段の立方体に封じ込まれた多数の大小気泡は、直径が２±１ｍｍ前後の範囲で、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；前記円筒状の発電部の前面側の端縁部に反射部材を設けたこと；前記蓄電部から交流分と直流分の出力が取り出せること；および、前記球状透明材料を冷却するための送風機を設けたこと、を付加的な要件として含むものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係るワイヤ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における中央部に設けた反射手段の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ワイヤ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。

【0016】

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立方体であって、該立方体内の気泡によって乱反射が行われるので、立方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、効率良く長期に渡って使用できるという優れた効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施の形態に係るワイヤレス送電システムを略示的に示した側面図である。

【図2】同実施の形態に係るワイヤレス送電システムのレーザー光受光手段のレーザー光受光装置の一部を断面で示した側面図である。

【図3】レーザー光受光装置を受光側から見た正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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の更なる改良型であって、先願発明よりも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、本発明に係る具体的な実施の形態に係るワイヤ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何１０ｋｍ単位であって、特に、限定されるものではない。

【0019】

前記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。

【0020】

レーザー光受光手段２は、図２及び図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の略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を設置する。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球状体であって、該球状体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球状体の周面から照射される状態になるので、周囲に配設した光電変換素子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。なお、反射手段１０は、適宜の複数の支持部材１２によって発電部９内の略中央部に設置される。そして、円筒状に配設されたパネル８はベルト状部材１３によって安定した状態に支持される。

【0021】

また、多数の大小の気泡１１が封じ込まれた球状体の反射手段１０としては、例えば、全体として楕円形状体、又は、前後が円弧状の円柱状体、更に、角柱状体のいずれでも良く、内部に封入される気泡１１の大きさとしては、例えば、直径が１ｍｍ前後の範囲で、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、大小気泡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光電変換素子７側に照射されて発電効果が向上するのである。

【0022】

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のキャパシター１４の蓄電部材をそれぞれ設け、各隣接する二重層のキャパシター１４間においては、直列接続して、つまり、＋電極は－電極に、再度+電極に接続して全体がリング状の輪になり、一周しますが、全体の半分は逆電極方向にして、合成した電圧が逆電位になる体制とする。全体的に見れば直接接続であると発生電圧はゼロになりますが、逆接続部を切り離して各部の接続部四端子を電気回路で電位方向を制御できるようにする。この制御を５０サイクルもしくは６０サイクルに繰り返して（この作用が交流電気として発電）全体的に電気出力を交流電気として使用し、一般家庭で使用されている電化製品でも使用可能になるのである。
勿論、電圧は１００Ｖですので、変圧器等で自由に電圧を合わせて用いることが条件である。また、直流電源として使用する時は、逆接続の四端子部を直流出力になる方向に切り替えスイッチで切り替えて使用する。

【0023】

また、－電極は＋電極に接続してＤＣ電流として使用できるし、さらに、パネル８の半分のキャパシター１４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１４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。

【0024】

なお、レーザー光受光手段２においては、設置場所がレーザー光発生手段１から遠く離れた位置、又は、山頂に設置される場合もあり、受光部側を拡径したホーン部１５が取り付けられ、該ホーン部１５の開口側の縁部１６に反射板１７が取り付けられている。なお、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材１８（発光素子）を反射板１７に設けることもできる。

【0025】

レーザー光発生手段１とレーザー光受光手段２は、予め距離と方向及び高さを計算して、一応設置されるが、それでも多少のずれが生ずる場合がある。その場合に、前記したようにレーザー光受光手段２に反射板１７を取り付けて置くことにより、レーザー光発生手段１から投光されたレーザー光５を、レーザー光受光手段２が設置されている側において検出しながら、レーザー光発生手段１側において調整する必要がある。この調整において、少しずれていても、反射板１７でレーザー光５を反射してレーザー光発生手段１側において確認でき、概ねレーザー光５がレーザー光受光手段２側に届いていることを確認しながらレーザー光発生手段１側において、投光角度を微調整してレーザー光受光手段２の中央部で正確に受光できるように調整できるのである。

【0026】

この場合、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、どの位置に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、表示部材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、その位置で定着固定すればよいのである。なお、反射手段１０が集中してレーザー光を受け続けると滞熱して溶解する恐れがあるので、冷却手段、例えば、背面側に冷却用の送風機１９を設置して置くことも必要である。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本発明に係るワイヤ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大小気泡１１が多数個封じ込まれた透明材料で球状体または立方体に形成された反射手段１０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キャパシター１４等の蓄電部材（二重層）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を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、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。

【符号の説明】

【0028】

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
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 支持部材
１３ ベルト状部材
１４ キャパシター
１５ ホーン部
１６ 縁部
１７ 反射板
１８ 表示部材
１９ 送風機

【図1】

【図2】

【図3】