(57)【要約】【課題】本発明は、飛行中のドローンや走行中のＥＶなど、高速で移動する物体にピンポイントで遠方より無線で電力を伝送することができる赤外光による遠方物体への無線電力伝送方式を得ることにある。【解決手段】光源として中心波長が９４０ｎｍの近赤外光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザー（ＬＤ）を用い、受光素子としては、シリコン（Ｓｉ） Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）セルやソーラーセルを用い、光エネルギーの形で電力を遠方の物体に伝送することを特徴とする無線電力伝送方式により、飛行中のマルチコプター（ドローン）に赤外光の形で電力を伝送し、飛行中での給電または充電を行うことで、赤外光による遠方物体への無線電力伝送方式を構成している。【選択図】図４
2019013063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を供給することによって中心波長が８００ｎｍ以上の赤外光を放射する光源を有し、さらに前記赤外光の一部を受光する受光素子を有し、前記光源から前記受光素子へと赤外光の形でエネルギーを伝送し、前記受光素子において光エネルギーを電気エネルギー（電力）に変換することによって電力を伝送する無線電力伝送方式。
【請求項２】
請求項１の無線電力伝送方式において、光源として中心波長が８００ｎｍ以上の赤外光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザー（ＬＤ）を用い、受光素子としては、各種Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）セルやソーラーセルを用いることを特徴とする無線電力伝送方式。
【請求項３】
請求項２の無線電力伝送方式において、光源として中心波長が９００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲にある近赤外光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザー（ＬＤ）を用い、受光素子としては、シリコン（Ｓｉ） Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）セルやソーラーセルを用いることを特徴とする無線電力伝送方式。
【請求項４】
請求項３の無線電力伝送方式において、光源として中心波長が９４０ｎｍの近赤外光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザー（ＬＤ）を用い、受光素子としては、シリコン（Ｓｉ） Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）セルやソーラーセルを用いることを特徴とする無線電力伝送方式。
【請求項５】
請求項１から請求項４の無線電力伝送方式において、光源として特にレーザーを用いることにより、赤外光を収束光ビームの形態で遠方に伝送し、光源が放射する光エネルギーを効率よく遠方に伝えることで、遠距離伝送を可能とする無線電力伝送方式。
【請求項６】
請求項５に記載の無線電力伝送方式を用いて、飛行中のマルチコプター（ドローン）に赤外光の形で電力を伝送し、飛行中での給電または充電を行う無線電力伝送方式。
【請求項７】
請求項１から請求項５に記載の無線電力伝送方式において、ルーフ或いはボンネット上部にソーラーパネルを装備した電気自動車（ＥＶ）に対して、走行車線の上部に、ＥＶが真下に来たことを検知するセンサーを備えた赤外線光源を有し、前記センサーが、ＥＶが真下に来たことを検知した時のみ走行中のＥＶに向けて赤外光を照射することにより、走行中のＥＶにも効率良く電力の無線伝送を可能とするＥＶへの無線給電方式。
【請求項８】
請求項１から請求項５に記載の無線電力伝送方式において、日照の無い夜間や日照の少ない雨天においては発電ができなくなる太陽光発電設備に対して、上空から赤外光を照射することにより、日照の無い或いは少ない時においても発電ができるようにすることを特徴とするソーラー発電方式。
【請求項９】
請求項８に記載のソーラー発電方式において、地球を回る軌道上に設営した太陽光発電所において発電した電力を、赤外線ビームに変換して夜間の地域や高緯度地域に伝送することにより、夜間や極地においても十分な発電を可能とするソーラー発電方式。
【請求項１０】
請求項６に記載の飛行中のドローンへの無線電力伝送方式において、前記受電器として用いるＰＶセルやソーラーセルの周囲に光センサーを複数個配置し、照射する光ビームの一部を前記光センサーにも入射させることによって光ビームがＰＶセルやソーラーセルのどの位置に、どのくらいの範囲で当たっているのかを検知し、その位置情報をＷｉＦｉ等の無線伝送によって光ビームの送出側に送信し、光ビーム送出側ではその位置情報に基づいて、照射する光ビームがＰＶセルやソーラーセルの中心かつセル全体に当たるように、照射方向や光ビームのスポットサイズを調節することを特徴とするドローンへの無線電力伝送方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行中のマルチコプター（ドローン）など、遠く離れた物体へのピンポイントでの無線電力伝送方式に関し、赤外光、その中でも特に波長１μｍ程度の近赤外光を用いる無線電力伝送方式に関する。また、絞って送られた平行光ビームが受電物体の受光器に確実に当たるように、光センサーを用いて光ビームの照射位置を制御する光ビームのトラッキング方式に関する。即ち、ドローンのように遠方を高速で移動している物体に、離れた場所から赤外線を光ビームの形でピンポイント照射し、物体に搭載された受電器が光ビームのエネルギーを効率良く電力に変換し、ドローンの飛行のための電力として利用する、赤外光による遠方物体への無線電力伝送方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
空撮や商品の配達、災害救助や軍事目的など、様々な分野へのドローンの活用が広がっているが、搭載可能なバッテリの性能上、連続飛行可能な時間は最大でも１５〜２０分程度と短いのが実情である。そのため、充電のために頻繁に地上に降りてこなければならず、連続運用可能な時間は１０分〜１５程度と短いのが課題となっている。
【０００３】
また、電気自動車（ＥＶ）が普及してきてはいるが、やはり搭載可能なバッテリの性能上、連続走行可能な距離は最大でも２００ｋｍ〜３００ｋｍ程度で、ガソリン車（５００ｋｍ〜７００ｋｍ連続走行可能）に比べて未だ短いのが実情である。そこで、頻繁に充電スタンドに立ち寄らざるを得ず、お盆や正月などの帰省ラッシュ時には、高速道路の充電スタンドはたいへん混雑している。
【０００４】
飛行中のドローンや走行中のＥＶに無線（ワイヤレス）給電ができれば、いちいち充電のために地上に降りてきたり、充電スタンドに立ち寄ったりする必要が無くなり、連続運用時間や連続走行距離を長くとることができ、好都合である。
【０００５】
無線電力伝送には図１の表に示す様に、現在様々な方式が検討されており、それぞれに特徴がある。例えば電気自動車（ＥＶ）への無線電力伝送方式としては、電磁誘導や磁気共鳴を用いる方式が主に検討されているが、この方式では、送受電を行うための結合コイルやアンテナ間の距離をあまり大きくとることができず、数十ｃｍかせいぜい１ｍ程度が限界である。非特許文献１では、停車中のＥＶに磁気共鳴方式による無線充電を行う方式を検討していが、送受電コイルの中心位置ズレや、コイル間距離の二乗に反比例して送電効率は小さくなるため、走行中（最低でも５０ｃｍ程度の間隔は必要）の車への無線給電は不可能である。
【０００６】
一方、非特許文献２では、ルーフに太陽電池を搭載したＥＶに、上空からレーザービームを照射して無線給電する方式が提案されている。しかし、高速で移動するＥＶにレーザービームを照射し、如何に効率よく無線電力伝送を行うかについては記されてはいない。
【０００７】
一方、飛行中のドローンへの無線給電に関しては、波長が比較的短いマイクロ波やミリ波領域の電波を用いて、比較的長距離の無線電力伝送を行おうというものもある。この場合、数百ｍや数ｋｍという長距離での無線電力伝送が可能となるが、アンテナから放射される電波ビームは伝搬するにつれて広がっていくので、距離と共に送電効率は低下する。放射ビームの広がりをなるべく小さく抑えて長距離伝送を行うためには、ミリ波であっても直径数ｍにも及ぶ大きな送受信アンテナを必要とする。非特許文献３では、周波数が５．８ＧＨｚのマイクロ波を用いて、飛行中のドローンへの無線電力伝送を検討しているが、１６０Ｗの電力を得るために、１０ｋＷの送信電力が必要となり、効率は非常に悪い。また、送電アンテナのサイズはΦ２ｍにもなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】電気自動車向け非接触充電システムの開発、ＩＨＩ技報告 Ｖｏｌ．５３  Ｎｏ．２  ｐ．３８  （２０１３）
【非特許文献２】電気自動車のあるべき姿とは？  太陽光発電所からレーザービーム給電をする可能性は？、電気通信大学紀要２２巻１号ｐｐ．６３−７７（２０１０）〔論文〕
【非特許文献３】マイクロ波電力伝送技術の電動飛行機への適用、ＩＨＩ技報告 Ｖｏｌ．５５  Ｎｏ．１  ｐ．３７  （２０１５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、ドローンやＥＶなど、現状での搭載可能なバッテリの性能によってその運用が制限されているものが数多くあり、バッテリ性能の向上あるいは無線電力伝送が検討されている。しかし、従来の無線電力伝送方式をそれらに適用するには上述のように課題が多い。本発明は以上のような従来の無線電力伝送方式の欠点を鑑み、ドローンやＥＶなど、高速で移動する物体に遠方より電力を供給することを可能とする、赤外光による遠方物体への無線電力伝送方式を提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、光、特に赤外光を用いて電力を伝送する方式について述べている。光の場合、レンズ等で光ビームを絞って放射すると、スポットライトのように対象物体にピンポイントで照射可能となる。特にレーザー光を用いれば、収束光ビームの形で遠方まで送ることが可能であり、遠方の物体にピンポイントで照射可能となる。電力の受け側にはソーラーセル（ソーラーパネル）を用いる。送電側はレーザーでもＬＥＤでも白熱電球でもハロゲンランプでも可能であるが、レーザーであれば、先に述べたように収束光ビームの形で飛ばせば数十ｋｍの距離でも伝送可能となり、宇宙から地上へ、或いはその逆に地上から地球周回軌道上の衛星にだってピンポイントで送電可能となる。
【００１１】
ソーラーパネルとしては市販のシリコン太陽電池を用いることができる。シリコン太陽電池には単結晶、多結晶、非晶質（アモルファス）など様々な種類のものがあるが、これらいずれも使用可能であるが、単結晶のものが効率も高く望ましい。
【００１２】
光による無線電力伝送の場合、可視光線だと夜間に伝送を行うと周りを明るく照らしてしまう。また、強い可視光線は太陽を直視するようなもので、目に入ると様々な障害を引き起こしかねない。その点波長１μｍ以上の光は、目に対する障害閾値が高いのでアイセーフと言われており、比較的安全である。
【００１３】
従って本発明は、電力を供給することによって中心波長が８００ｎｍ以上の赤外光を放射する光源を有し、さらに前記赤外光の一部を受光する受光素子を有し、前記光源から前記受光素子へと赤外光の形でエネルギーを空間伝送し、前記受光素子において光エネルギーを電気エネルギー（電力）に変換することによって電力を伝送する無線電力伝送方式を特徴とする。
【００１４】
また特に、光源として中心波長が８００ｎｍ以上の赤外光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザー（ＬＤ）を用い、受光素子としては、各種Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）セルやソーラーセルを用いれば、高効率の無線電力伝送が可能となる。
【００１５】
ところで、ソーラーセルにおける発電において最適な光の波長は、ソーラーセルの種類によって異なる。例えばシリコンソーラーセルの場合、シリコン（Ｓｉ）のバンドギャップ波長が約１．１μｍであるので、それよりも短い波長でなければ光の吸収は起きず、発電は行えない。また、バンドギャップ波長ギリギリの１．１μｍあたりでは光の吸収係数が小さく、発電効率は高くない。一方、バンドギャップ波長よりも極端に波長の短い光の場合も、照射エネルギーの大部分は熱となってソーラーセルの温度上昇をもたらすので、発電電力はむしろ低下する。シリコンソーラーセルの場合、最大の発電電力が得られる光の波長は、シリコンのバンドギャップ波長よりも若干短い波長１μｍ程度となる。
【００１６】
従って、光源として中心波長が９００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲にある近赤外光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）または半導体レーザー（ＬＤ）を用い、受光素子としては、シリコンＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）セルやソーラーセルを用いれば高効率の電力伝送が可能となり、好ましい。中でも、中心波長が９４０ｎｍの近赤外光では、あとに述べる理由により最も効率が高くなり、最適である。
【００１７】
また光源として特にレーザーを用いる場合には、赤外光を収束光ビームの形態で遠方にまで伝送でき、光源が放射する光エネルギーを遠方の対象物体に効率よく伝えることができるため、なお好ましい。
【００１８】
本発明は、上記の光による無線電力伝送方式を用いて、飛行中のマルチコプター（ドローン）に赤外光の形で電力を伝送し、飛行中での給電または充電を行うことを特徴とする。
【００１９】
ところで、ドローンに搭載可能なソーラーセルのサイズはドローンの大きさにも依るが、小型のドローンだと精々１０ｃｍ角程度のものであろう。パネルの重量としても精々１００ｇ程度以下であろう。市販の単結晶シリコン太陽電池は、１０ｃｍ角で重量１００ｇ以下のもので太陽光に対して約２Ｗの発電電力が得られる。しかし、ドローンが連続的に飛行を続けるためには、ドローンの大きさにも依るが、小型のドローンでも２０Ｗ程度の電力が必要となり、これでは不十分である。
【００２０】
ドローンに搭載可能な１０ｃｍ角程度の単結晶シリコンソーラーセルで、定格の約２Ｗ以上の発電電力を得ることは、たとえ太陽光を集光してパネルに照射したとしても、光の吸収によってソーラーセルの温度が上昇し、温度と共に発電効率が低下するために難しい。実際、太陽光を集光して照射した場合の発電電力の増加は、パネルを冷却しなければ５０％程度にとどまる。
【００２１】
市販のシリコンソーラーセルは、実は太陽光エネルギーを効率良く利用できている訳では無い。実際、自然の太陽光下での発電効率は理論上最大でも３０％であり、現実的には２５％程度である。その理由は、シリコンソーラーセルの発電効率が最も高くなるのは波長１μｍ前後の近赤外光であるが、太陽光スペクトルにはこれよりも短い波長成分が多く含まれている。これらの短波長成分の光は、ソーラーセルに吸収されてもその大部分は熱となってしまう。つまり、ソーラーセルの温度上昇をもたらすが、発電にはあまり寄与しない。そのため、夏場は日差しは強くなるものの、パネルの温度が高くなるために、気温の低い春先での発電出力に比べて低くなってしまう。
【００２２】
そこで、ソーラーセルに強い光を照射しても、パネルの温度上昇をもたらすことなく効率よく発電でき、小さなパネルでも高出力が得られれば、ドローンに搭載し、連続飛行を実現することも可能となる。本発明ではその点に関して、ある特定の波長の光を用いれば、例え強い光をソーラーパネルに照射したとしても、パネルの温度上昇を殆どもたらすことなく、光のエネルギーを効率よく電力に変換し、高い発電電力が得られることを発見した。その波長とは、シリコンソーラーセルの場合は、波長約１μｍ程度、特に波長９４０ｎｍの近赤外光である。つまり、波長１μｍ程度の近赤外光なら、強い強度の光を照射してもパネルの温度が殆ど上がらないので、発電効率の低下をもたらすことなく、照射する光強度に応じた高い発電電力が得られる。即ち、１０ｃｍ角のソーラーセルでも２０Ｗの発電電力を得ることが可能となるのである。従って、１０ｃｍ角の定格約２Ｗのソーラーセルをドローンに搭載し、波長１μｍ程度の近赤外光を絞って強い強度でパネルに照射すれば、ドローンが連続飛行を続けるために必要な約２０Ｗの発電電力が得られるというものである。
【００２３】
ところで、遠く離れた場所を飛行するドローンに搭載したソーラーパネルに、細く絞った光ビーム（レーザー光線）を常に照射し続けることは容易なことではない。そこで本発明においては、ドローンに搭載したソーラーパネルの周囲に複数個の光センサーを配置し、全ての光センサーに均等に照射光ビームが当たるように、送出する光ビームの方向や収束位置を、サーボモーターやコンデンサーレンズを動かすことによって調節するメカニズムを考えた。ドローンに搭載の複数個の光センサーの信号を無線伝送によって光源側に送信し、その情報を基にパネルのどの位置にどのくらいの範囲で光ビームが当たっているのかを検知し、常にパネルの中央かつパネルの全面に光ビームが当たるようにサーボモーターやコンデンサーレンズを動かして調節する方式である。
【００２４】
従って、受電器として用いるＰＶセルやソーラーセルの周囲に光センサーを複数個配置し、照射する光ビームの一部を前記光センサーにも入射させることによって光ビームがＰＶセルやソーラーセルのどの位置に当たっているのかを検知し、その位置情報をＷｉＦｉ等の無線伝送によって光ビームの送出側に送信し、光ビーム送出側ではその位置情報に基づいて、照射する光ビームがＰＶセルやソーラーセルに効率よく当たるように、照射方向や光ビームのスポットサイズを調節することを特徴とするドローンへの無線電力伝送方式により、上記の課題を解決できる。
【００２５】
また、ソーラーパネルを装備した電気自動車（ＥＶ）に、走行車線の上部から走行中のＥＶに向けて赤外光を照射することにより、走行しながらでも電力を受電しながら長時間連続走行することを可能とするＥＶへの無線給電方式を実現することも可能となる。
【００２６】
さらに、日照の無い夜間や日照の少ない雨天においては発電ができなくなる太陽光発電設備に対して、上空から赤外光をスポット照射することにより、日照の無い或いは少ない時においても発電ができるようにすることを特徴とするソーラー発電方式を特徴とする。
【００２７】
またさらに、前記ソーラー発電方式において、地球を回る軌道上に設営した太陽光発電所において発電した電力を、赤外線ビームに変換して夜間の地域や高緯度地域に伝送することにより、夜間や極地においても十分な発電を可能とするソーラー発電方式を特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
上記の手法を用いることにより、ドローンやＥＶにおける運用可能時間や航続距離が短いという課題を解決できる。さらに、日照の少ない雨天や夜間に発電ができなくなる太陽光発電設備に対して、上空から赤外線を照射し、発電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】現在検討されている各種無線電力伝送方式の特徴をまとめた表である。
【図２】本発明の一実施例としての、赤外光を用いるドローンへの無線電力伝送の概念図である。
【図３】本発明の原理を示す、シリコンソーラーセルの発電効率の波長依存性を示す図である。
【図４】高速で移動する物体への、光ビーム照射のトラッキング方法を説明する図である。
【図５】走行中の電気自動車への赤外光を用いる無線給電のイメージ図
【図６】飛翔体から太陽光発電設備への赤外光を用いた電力伝送のイメージ図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３１】
まず、飛行中のドローンに無線電力伝送を行い、連続飛行を実現する方法について述べる。図２は、本発明の赤外光を用いるドローンへの無線電力伝送の概略を示すもので、ドローンへの光による無線電力伝送を行うための、ドローン２１の下部に受電器２２を装備する。受電器としては、通常の太陽電池（ソーラーセルやＰＶセル、ソーラーパネルなどとも呼ばれている）を用いることができる。太陽電池にも色々な種類があるが、広く普及している単結晶や多結晶、非晶質シリコン太陽電池や化合物半導体積層太陽電池、ＣＩＳ太陽電池なども用いることができる。
【００３２】
受電器の出力はドローンの充電回路へ接続し、発電電力を飛行のための動力として利用できるようにする。
【００３３】
受電器に向けて送電器２３から光線を照射する。送電器としては、近赤外光を効率よく発生させることができるレーザーや発光ダイオード（ＬＥＤ）や白熱電球、ハロゲンランプなどを用いることができる。中でも特にレーザーを光源として用いれば、送電光をレンズ２４等で絞り、平行光ビーム２５として飛ばすことにより、数ｋｍや数十ｋｍの彼方の物体にまで送電することも可能となる。
【００３４】
送電器から送出する光ビームの波長は、受電器として用いるソーラーセルやＰＶセルの種類によって選ぶ必要がある。例えば、受電器としてシリコンソーラーセルを用いる場合は、波長９４０ｎｍのＬＥＤやＬＤ光源を用いると良い。図３は、シリコンソーラーセルの発電効率の波長依存性を示す図である。図の曲線３１はシリコンソーラーセルの発電効率の波長依存性であるが、波長９４０ｎｍあたりで最大発電効率となる。一方で曲線３２は、太陽光のスペクトルであるが、波長５００ｎｍ以下にピークがあり、必ずしもシリコンソーラーセルの発電効率の高い波長帯とは一致していない。それに対して、曲線３３は、波長９４０ｎｍのＬＥＤの放射スペクトルであるが、シリコンソーラーセルの発電効率が最大となる波長とよく一致している。
【００３５】
波長９４０ｎｍの光源が無い場合は、波長８５０ｎｍのＬＥＤやＬＤ光源を用いてもよい。それも無ければ、波長１μｍ程度の近赤外光を放射する光源の中から、大きな光出力が得られるものを選べば良い。これはあくまでシリコンソーラーセルに対してであって、他の種類のソーラーセルやＰＶセルを受電器として用いる場合は、その限りではない。
【００３６】
ドローンに搭載するソーラーセルやＰＶセルの大きさ（発電出力）は勿論、連続飛行に必要な発電電力が得られるように選ぶ必要があるが、その目安は、シリコンソーラーセルの場合、波長９４０ｎｍの光を用いる場合には、定格出力の約５倍の発電電力が得られると考えてよい。従って、連続飛行に２０Ｗの電力が必要となる場合には、少なくとも定格出力４Ｗのソーラーセルを搭載する必要がある。ドローンに搭載するためには勿論、軽量である必要があるが、市販の定格出力４Ｗのソーラーセルで２００ｇ程度の重さとなる。この程度の重さであれば、小型のドローンでも搭載可能であろう。
【００３７】
また、照射する光ビームの強さも重要となる。照射ビームが弱すぎても十分な発電電力は得られないし、逆に強すぎても、ソーラーセルやＰＶセルが照射光ビームによって熱せられて、発電効率は落ちてしまい、結果として十分な発電電力は得られない。シリコンソーラーセルの波長９４０ｎｍの光に対する発電効率が約４０％であることを考えると、２０Ｗの電力を得るためには５０Ｗの照射電力が適当である。途中での減衰などを考慮し、ソーラーセルやＰＶセル面においてこれだけの照射光電力が得られるように送出すれば良い。この程度の光出力であれば、複数台の半導体レーザー（ＬＤ）やＬＥＤの光出力を束ねて送出すれば実現可能である。
【実施例２】
【００３８】
飛行中のドローンへの光による無線給電の具体例として、本発明の空撮用ドローンへの適用例について説明する。ドローンの底面に定格出力５Ｗのシリコンソーラーセルを取り付けて、ドローン内臓の充電回路に接続する。ソーラーセルの重量は約１８０ｇであり、装着して飛行可能な重量である。
【００３９】
使用するドローンは搭載されているバッテリが３０００ｍＡｈのもので、Ｌｉ−ｉｏｎバッテリセルの電圧は３．７Ｖであるから、バッテリ容量は約１１Ｗｈとなる。これで約２５分間の連続飛行が可能であり、飛行のために約２６Ｗの電力を消費する計算となり、定格５Ｗのソーラーセルで、これを上回る発電ができれば、連続飛行が可能となる。
【００４０】
光源としては、ソーラーセルの電力変換効率が４０%程度であることを考慮し、光出力７０Ｗの近赤外光（波長９４０ｎｍ）を送出できるＬＥＤ光源かＬＤ光源を準備すれば良い。
【００４１】
使用するＬＥＤ光源は、砲弾型の小型高出力ＬＥＤを２０個×２０個の計４００個アレイ状に配置したもので、ＬＥＤ一個あたり最大で２００ｍＷの光を放射するもので、４００個のアレイ全体では８０Ｗとなる。これをプロジェクター用の大口径コンデンサーレンズで平行ビーム光線にして上空に放出する。２０ｍ上空にはドローンを光ビーム内にホバーリングさせておき、ドローンに搭載のソーラーセルに光ビームが効果的に当たるようにして充電する。光ビームを照射していなければ、２０分程度でバッテリを消耗し、ドローンは落ちてくるが、光ビームを照射する場合は、１時間以上ホバーリングを続けることができ、ドローンへの光による無線給電の効果を確認できるはずである。
【００４２】
ホバーリング状態では、比較的電力消費は少ない状態であるが、実際の飛行中では、これよりも多くの電力を消費するため、射出する光の出力を若干上げる必要がある。
【００４３】
また、ホバーリング状態では、ドローンは空中の一か所に留まっているために、光ビームの照射は比較的容易であるが、高速で飛行している場合には、次に述べる光ビームのトラッキングが必要となる。
【００４４】
図４は、高速で移動する物体への、光ビーム照射のトラッキング方法を説明する図である。ドローンに搭載したソーラーパネル２２の周囲に複数個の光センサー４１を配置し、全ての光センサーに均等に照射光ビーム４２が当たるように、送出する光ビームの方向や収束位置を、サーボモーターやコンデンサーレンズ２４を動かすことによって調節するメカニズムである。ドローンに搭載の複数個の光センサーの信号を無線伝送４３によって光源側に送信し、その情報を基にパネルのどの位置に光ビームが当たっているのかを検知し、常にパネルの中央に光ビームが当たるようにサーボモーター４４やコンデンサーレンズ２４を動かして調節する方式である。
【実施例３】
【００４５】
赤外光による無線電力伝送は、ドローンのみならず、走行する電気自動車（ＥＶ）への無線電力伝送にも適用できる。図５に示すように、ＥＶ５１のルーフやボンネットにソーラーパネル５２を設置し、その出力をＥＶの充電回路に接続する。道路の走行車線の上部に設けた送電器５４から赤外光ビーム５５を走行中のＥＶに向けて照射し、ＥＶのソーラーパネルがそれによって電力を得るしくみである。用いる赤外光の波長は、ドローンの場合と同様である。
【００４６】
走行するＥＶへの光ビームのトラッキングはドローンの場合とは異なり、走行車線上にセンサーおよび送電器を複数個配置し、ＥＶがセンサー５３の真下に来た時にセンサーが送電器に信号を送り、その瞬間のみ送電器から赤外光ビームを照射するようにすれば、ＥＶがいない場所に無駄に光エネルギーを照射することなく、ＥＶに対してのみ効率的な送電が可能となる。ＥＶが送電器の真下に来たかどうかを検知するのは、感応式交通信号などでも用いられている超音波を使った既存の技術を用いれば良い。
【実施例４】
【００４７】
赤外光による無線電力伝送は、日照の無い夜間や日照の少ない雨天において十分な発電量が得られない家庭用の太陽光発電設備や、人が近づきにくい山奥や離島の無人の無線中継設備の電源用ソーラーパネルに対して、図６に示すように上空から飛翔体などを用いて赤外光を照射することにより、日照の無い或いは少ない時においても発電させることも可能となる。
【００４８】
そう遠くない未来には、宇宙空間で発電した電力を赤外光に変換して地上に送り、夜間や極地でもソーラーパネルによる発電が可能となるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の赤外線による無線電力伝送方式は、飛行中のドローンへの無線給電の他、走行中のＥＶへの給電にも勿論応用できる。また、赤外線という目に見えない光を用いて電力伝送を行うため、夜間でも周りを明るくすることなく電力伝送を行える。即ち、ダーク電力伝送が可能となる。また、夜間は日照が無いために発電しなくなる家庭用のソーラーパネルや太陽光発電施設に、上空から赤外光を照射することによって夜間でも発電可能となることから、既存の太陽光発電設備から得られる電力を倍増させることもでき、再生可能エネルギー利用に革新的なインパクトをもたらすことができる。さらに、普段はなかなか人が近づくことのできない山奥や無人島の無線中継設備などで、太陽光発電による電力をバッテリに蓄えて運用されているような状況下において、日照が少なく電力が枯渇しそうになった時、上空からヘリなどで赤外光を照射することにより、電力を蘇らせることも可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
２１  ドローン
２２  受電器
２３  送電器
２４  レンズ
２５  光ビーム
３１  シリコンソーラーセルの発電効率
３２  太陽光のスペクトル
３３  波長９４０ｎｍのＬＥＤの放射スペクトル
４１  光センサー
４２  照射光ビーム
４３  無線伝送
４４  サーボ制御
５１  電気自動車（ＥＶ）
５２  ソーラーパネル
５３  センサー
５４  送電器
５５  赤外光ビーム
【図１】
2019013063.tif 000003
【図２】
2019013063.tif 000004
【図３】
2019013063.tif 000005
【図４】
2019013063.tif 000006
【図５】
2019013063.tif 000007
【図６】
2019013063.tif 000008