JP2007006558A - Power transferring system and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力伝送システム及び方法に関し、より具体的には、光により電力を伝送するシステム及び方法に関する。 The present invention relates to a power transmission system and method, and more particularly, to a system and method for transmitting power by light.
太陽電池などの光電変換素子又は受光素子は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子でもある。太陽、蛍光灯などの種々の照明装置、並びに、レーザ及び発光ダイオード等の発光素子等が、光源として利用され得る。 Photoelectric conversion elements or light receiving elements such as solar cells are also elements that convert light energy into electrical energy. Various illumination devices such as the sun and fluorescent lamps, and light emitting elements such as lasers and light emitting diodes can be used as the light source.
短時間に大電力を伝送するには、光源の出力光の輝度を上げるか、受光素子の受光面積を上げるか、その両方の何れかが必要になる。但し、高輝度の光源を利用する場合、安全性を確保する必要があるので、開放空間では使いづらい。通常は、受光光学系の形状や構造を工夫している(特許文献1)。
大電力を伝送しようとすると、光源の高出力化を避けえない。レーザを利用できればよいが、空間を伝搬させると危険である。 When trying to transmit a large amount of power, it is inevitable to increase the output of the light source. It is sufficient if a laser can be used, but it is dangerous to propagate in space.
本発明は、開放空間で高輝度光を伝搬させつつ、安全に電力を伝送できる電力伝送システム及び方法を提示することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a power transmission system and method capable of safely transmitting power while propagating high-intensity light in an open space.
本発明に係る電力伝送システムは、受電装置と、計測装置と、送電装置とからなる。受電装置は、受光器、当該受光器の位置計測のための反射器、及び当該受光器の出力電気信号により充電される二次電池を具備する。当該計測装置は、当該受電装置の存在範囲をレーザ光で走査し、当該反射器の反射光により当該受光器の位置を計測する。当該送電装置は、当該計測装置の計測結果に従い、当該受電装置の当該受光器に高輝度光を照射することにより、当該受電装置に電力を供給する。そして、当該送電装置は、高輝度光と低輝度光を選択的に出力可能な発光素子と、当該反射器による反射光を受光する第2の受光器と、当該計測装置の計測結果及び当該第2の受光器の出力に従い、当該発光素子の出力輝度及び、当該送電装置からの出射光方向を制御する制御回路とを具備する。当該制御回路は、当該計測装置からの当該受光器の位置を示す情報に従い、当該発光素子に低輝度光を出力させ、当該低輝度光に対する当該第2の受光器の出力光レベルが所定値以上の場合に、当該発光素子に当該高輝度光を出力させる。 The power transmission system according to the present invention includes a power receiving device, a measuring device, and a power transmitting device. The power receiving device includes a light receiver, a reflector for measuring the position of the light receiver, and a secondary battery charged by an output electric signal of the light receiver. The measuring device scans the existence range of the power receiving device with laser light, and measures the position of the light receiving device with the reflected light of the reflector. The power transmission device supplies power to the power receiving device by irradiating the light receiver of the power receiving device with high-intensity light according to the measurement result of the measuring device. Then, the power transmission device includes a light emitting element that can selectively output high-intensity light and low-intensity light, a second light receiver that receives reflected light from the reflector, a measurement result of the measurement device, and the first And a control circuit for controlling the output luminance of the light emitting element and the direction of light emitted from the power transmission device according to the output of the two light receivers. The control circuit causes the light emitting element to output low luminance light according to information indicating the position of the light receiver from the measurement device, and the output light level of the second light receiver with respect to the low luminance light is equal to or higher than a predetermined value. In this case, the high-intensity light is output to the light-emitting element.
本発明に係る電力伝送方法では、先ず、受光器、当該受光器の位置計測のための反射器、及び当該受光器の出力電気信号により充電される二次電池を具備する受電装置の位置を走査型レーザ測距装置により計測する。当該計測装置からの当該受光器の位置を示す情報に従い、送電装置が、低輝度光を当該受電装置の当該受光器に照射する。当該送電装置が、当該反射器による当該低輝度光の反射光を受光する。そして、当該受光した当該反射光の光強度が所定レベル以上の時に、当該送電装置が、当該受電装置の当該受光器に高輝度光を照射する。 In the power transmission method according to the present invention, first, the position of a power receiving device including a light receiver, a reflector for measuring the position of the light receiver, and a secondary battery charged by an output electric signal of the light receiver is scanned. Measured with a type laser ranging device. In accordance with information indicating the position of the light receiver from the measurement device, the power transmission device irradiates the light receiver of the power reception device with low-intensity light. The power transmission apparatus receives the reflected light of the low-intensity light from the reflector. Then, when the light intensity of the received reflected light is equal to or higher than a predetermined level, the power transmission device irradiates the light receiver of the power reception device with high luminance light.
本発明によれば、ケーブル接続の手間無しで、簡易に受電装置に電力を供給できる。また、安全且つ短時間で電力を伝送できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, electric power can be easily supplied to a power receiving apparatus, without the effort of a cable connection. In addition, power can be transmitted safely and in a short time.
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示し、図2は、本実施例の光学系の斜視図を示す。 FIG. 1 shows a schematic block diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a perspective view of an optical system of this embodiment.
本実施例は、送電装置10と、受電装置40と、受電装置40の3次元位置を測定する走査型レーザ測距装置50とを具備する。
The present embodiment includes a
受電装置40は、携帯機器、例えば、携帯電話機である。受電装置40は、4分割の受光素子からなる受光器42と、受光器42の中央に配置されたコーナーキューブリフレクタ(CCR)44と、二次電池48と、受光器42から出力される電気エネルギーに従い、二次電池48を充電する充電回路46とを具備する。受光器42を構成する受光素子数は、例示であり、5以上でも、3未満でもよい。詳細は後述するが、CCR44により、走査型レーザ測距装置50は、受電装置40の受光素子42の位置を3次元的に計測できる。送電装置10は、CCR44により、送電用レーザ光が受光素子42に入射していることを確認できる。
The
走査型レーザ測距装置50は、受電装置40が置かれると想定される範囲において、走査パターン52のように面的にレーザ光を走査し、その反射光から反射物(ここでは受電装置40のCCR44)までの距離Lと、走査型レーザ測距装置50を中心とする極座標の互いに直交する角度θ,φを測定する装置である。受電装置40の受光器42の中心にCCR44を配置したことで、走査型レーザ測距装置50による受電装置40の3次元位置計測が容易になる。
The scanning laser distance measuring
本実施例では、ユーザが、受電装置40を走査型レーザ測距装置50の走査範囲に置くと、走査型レーザ測距装置50の出力レーザ光が、受電装置40のCCR44で反射され、走査型レーザ測距装置50に戻る。走査型レーザ測距装置50は、この反射光から受電装置40のCCR44までの距離Lと角度θ,φを測定する。位置算出装置54は、周知の座標変換式に従い、走査型レーザ測距装置50からの距離データL及び角度データθ,φから、受電装置40のCCR44の3次元位置座標x,y,zを決定し、その3次元位置座標x,y,zを送電装置10の制御回路24に供給する。
In the present embodiment, when the user places the
本実施例の目的は、送電装置10から受電装置40の受光器42に細いビームで高パワーのレーザ光で電力を供給することであるから、位置算出装置54は、送電装置10から見た受電装置40の方向又は方向と距離を送電装置10の制御回路24に供給しても良い。また、位置算出装置54が出力する3次元位置座標は、送電装置10に対する相対値であるのが好ましい。送電装置10からのレーザ照射方向を決定しやすいからである。
Since the object of the present embodiment is to supply power from the
送電装置10のレーザダイオード12は、出力パワーを制御可能であり、駆動回路14により駆動されて、低パワー又は高パワーのレーザ光を出力する。レーザダイオード12の出力レーザ光は、レンズ16により小さいビーム径の平行ビーム又は拡がりの狭いビームにされ、更にハーフミラー18により反射されて、送電装置10の外部に出射される。
The
送電装置10から出力されるレーザビームがCCR44に入射するとき、CCR44の反射光は、CCR44の特性により、送電装置10のハーフミラー18に入射する。ハーフミラー18は、受電装置40のCCR44からの反射光を部分的に透過する。ハーフミラー18を透過した反射光は、レンズ20を介して受光器22に入射する。受光器22は、反射光を電気信号に変換し、その電気信号を制御回路24に印加する。
When the laser beam output from the
本実施例では、3次元位置計測された受電装置40に送電装置10の出力レーザ光を向けるために、レーザダイオード12,レンズ16,ハーフミラー18,レンズ20及び受光器22を共通の台30(図2)上に固定してある。そして、光軸偏向装置26が、制御回路24からの指示に従い、この台30をモータ32a,32bにより、互いに直交する2方向(例えば、水平面内のパンと垂直面内のチルトの2方向)で指定の角度だけ回転する。これにより、レーザ光を所望の方向に偏向できる。勿論、光学機構により、光軸を所望の方向に偏向しても良い。
In the present embodiment, the
制御回路24は、位置算出装置54から受電装置40の3次元位置を示すデータを受信すると、駆動回路14によりレーザダイオード12から低パワー、即ち、人間の目に無害になる程度に小さいパワーレベルのレーザ光を出射させると共に、光軸偏向装置26を制御して、出力レーザ光を受電装置40の受光器42に向けさせる。レンズ16は、想定される受電装置40までの距離範囲内で、出力レーザビームのビーム径が受光器42とほぼ同サイズとなるように設置されている。
When the
受光器42は、送電装置10からのレーザ光を電気エネルギーに変換し、CCR44は、送電装置10からのレーザ光を反射する。但し、この段階のレーザパワーでは、充電には不十分である。CCR44の反射光は、先に説明したように、ハーフミラー18及びレンズ20を透過して受光器22に入射する。受光器22は反射光を電気信号に変換して、制御回路24に印加する。
The
制御回路24は、受光器22の出力電気信号レベルを所定閾値と比較する。受光器22の出力電気信号レベルが所定閾値未満の場合、制御回路24は、位置算出装置54からの3次元位置データに従う光軸偏向装置26の制御を続ける。即ち、受電装置40の探査と追尾を続ける。
The
受光器22の出力電気信号レベルが所定閾値以上の場合、制御回路24は、出力レーザが受電装置40の受光器42の中央にほぼ入射していると判断できる。この場合、制御回路24は、駆動回路14を制御して、レーザダイオード12から高パワー、例えば、数十mW〜数Wのレーザ光を出力させる。この高パワーのレーザ光は、ハーフミラー18で反射され、受電装置40の受光器42に入射する。受光器42は、送電装置10からのレーザ光を電気エネルギーに変換する。このときの受光器42の出力電気エネルギーは、二次電池48の充電に十分なほどであり、充電回路46は、受光器42の出力電気エネルギーで二次電池48を充電する。
When the output electric signal level of the
高パワーのレーザ光を出力する間も、制御回路24は、位置算出装置54からの3次元位置データに従い、光軸偏向装置26により出力レーザビームの方向を制御する。即ち、本実施例では、送電装置10からのレーザビームの出射方向は、受電装置40を追尾するように、帰還制御される。
While outputting high-power laser light, the
一定時間、高パワーのレーザ光を出力すると、制御回路24は、駆動回路14によりレーザダイオード12の出力レーザパワーを低レベルに、即ち、人間の目に無害になる程度に小さいレベルに下げるか、又は、レーザ出力を停止する。これで、一応の充電が完了したことになる。
When a high-power laser beam is output for a certain period of time, the
充電完了のための時間が経過する前に、受光器22の出力電気レベルが所定閾値未満になった場合、安全のため、制御回路24は、一旦、駆動回路14によりレーザダイオード12の出力レーザパワーを低レベルに下げ、位置算出装置54からの3次元位置データを参照しての光軸の調節を継続しつつ、受光器22の出力電気レベルが所定閾値以上になるのを待つ。そして、受光器22の出力電気レベルが所定閾値以上になれば、高パワーのレーザ出力を再開する。
If the output electrical level of the
位置算出装置54から受電装置40の位置を示す3次元位置データが入力しなくなると、制御回路24は、レーザ出力を停止する。
When the three-dimensional position data indicating the position of the
この実施例は、例えば、次のように具体化される。即ち、受電装置40となる携帯電話機を置く台の上方に、送電装置10と走査型レーザ測距装値50を配置する。走査型レーザ測距装値50は、その台上に置かれるであろう受電装置40を探査するように設置され、走査条件・範囲等を設定される。ユーザが、受電装置40を、その受光器42を上向きに台上に置くと、送電装置10が、受電装置40の受光素子42に向けて、高パワーで細いビームのレーザ光を出射する。
This embodiment is embodied as follows, for example. In other words, the
本実施例では、ユーザが、受電装置40の二次電池を充電するのに、受電装置40となる携帯電話機をある範囲内に適当に置くだけで良く、ユーザの使い勝手が向上する。
In the present embodiment, in order for the user to charge the secondary battery of the
レーザダイオードを光源とする実施例を説明したが、高輝度発光ダイオードを使用しても良い。 Although the embodiment using the laser diode as the light source has been described, a high-intensity light emitting diode may be used.
本実施例では、走査型レーザ測距装置50が、受電装置40の位置を3次元計測するとしたが、自明の次元について計測を省略できることは明らかである。例えば、一定の面上に受光器42があることが明らかな場合、その面に関する座標値の計測は省略できる。
In the present embodiment, the scanning laser
上述した実施例では、受電装置を認識できている状態で、細く絞り込まれた高パワーの光で電力を伝送するので、短時間で大電力を伝送でき、周囲の人間の目の安全も図ることができる。 In the above-described embodiment, power is transmitted with high-power light that is narrowed down while the power receiving device is recognized, so that high power can be transmitted in a short time, and the safety of the surrounding human eyes is also achieved. Can do.
例えば、携帯電話では、電子マネー機能を有するものが一般に利用可能になっている。そのような電子マネー機能付きの携帯機器に受電装置40の機能を組み込むことで、電子マネーの入金又は支払い時に、携帯機器の二次電池を充電することが可能であり、ユーザの利便性が増す。
For example, mobile phones having an electronic money function are generally available. By incorporating the function of the
また、情報BOX、人が通過する建物入り口、又は駅改札付近に本実施例の送電装置を配備することで、利用者は気軽に携帯機器の二次電池を充電できるようになる。設備を導入した店舗にとっては集客の効果を期待できる。 Also, by providing the power transmission device of the present embodiment near the information box, the building entrance through which people pass, or the station ticket gate, the user can easily charge the secondary battery of the portable device. A store that has installed facilities can be expected to attract customers.
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。 Although the invention has been described with reference to specific illustrative embodiments, various modifications and alterations may be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the claims. This is obvious to an engineer in the field to which the present invention belongs, and such changes and modifications are also included in the technical scope of the present invention.
10:送電装置
12:レーザダイオード
14:駆動回路
16:レンズ
18:ハーフミラー
20:レンズ
22:受光器
24:制御回路
30:台
32a:パンモータ
32b:チルトモータ
40:受電装置
42:受光器
44:コーナーキューブリフレクタ(CCR)
46:充電回路
48:二次電池
50:走査型レーザ測距装置
52:走査パターン又は範囲
54:位置算出装置
10: Power transmission device 12: Laser diode 14: Drive circuit 16: Lens 18: Half mirror 20: Lens 22: Light receiver 24: Control circuit 30:
46: charging circuit 48: secondary battery 50: scanning laser distance measuring device 52: scanning pattern or range 54: position calculating device
Claims (5)
当該受電装置(40)の存在範囲をレーザ光で走査し、当該反射器(44)の反射光により当該受光器(42)の位置を計測する計測装置(50,54)と、
当該計測装置(50,54)の計測結果に従い、当該受電装置(40)の当該受光器(42)に高輝度光を照射することにより、当該受電装置に電力を供給する送電装置(10)
とを具備する電力伝送システムであって、
当該送電装置(10)が、高輝度光と低輝度光を選択的に出力可能な発光素子(12)と、当該反射器による反射光を受光する第2の受光器(22)と、当該計測装置(50,54)の計測結果及び当該第2の受光器(22)の出力に従い、当該発光素子の出力輝度及び、当該送電装置(10)からの出射光方向を制御する制御回路(24)とを具備し、
当該制御回路(24)が、当該計測装置(50,54)からの当該受光器(42)の位置を示す情報に従い、当該発光素子(12)に低輝度光を出力させ、当該低輝度光に対する当該第2の受光器の出力光レベルが所定値以上の場合に、当該発光素子(12)に当該高輝度光を出力させる
ことを特徴とする電力伝送システム。 A power receiving device including a light receiver (42), a reflector (44) for measuring the position of the light receiver (42), and a secondary battery (48) charged by an output electric signal of the light receiver (42). (40)
A measuring device (50, 54) that scans the existence range of the power receiving device (40) with a laser beam and measures the position of the light receiving device (42) by the reflected light of the reflector (44);
A power transmission device (10) that supplies power to the power receiving device by irradiating the light receiver (42) of the power receiving device (40) with high-intensity light according to the measurement result of the measuring device (50, 54).
A power transmission system comprising:
The power transmission device (10) includes a light emitting element (12) that can selectively output high-intensity light and low-intensity light, a second light receiver (22) that receives light reflected by the reflector, and the measurement. A control circuit (24) for controlling the output luminance of the light emitting element and the direction of light emitted from the power transmission device (10) according to the measurement result of the device (50, 54) and the output of the second light receiver (22). And
The control circuit (24) causes the light emitting element (12) to output low luminance light in accordance with information indicating the position of the light receiver (42) from the measuring device (50, 54), and to the low luminance light. The power transmission system, wherein when the output light level of the second light receiver is equal to or higher than a predetermined value, the light emitting element (12) outputs the high luminance light.
当該計測装置(50,54)からの当該受光器(42)の位置を示す情報に従い、送電装置が、低輝度光を当該受電装置(40)の当該受光器(42)に照射し、
当該送電装置が、当該反射器による当該低輝度光の反射光を受光し、
当該受光した当該反射光の光強度が所定レベル以上の時に、当該送電装置が、当該受電装置(40)の当該受光器(42)に高輝度光を照射する
ことを特徴とする電力伝送方法。 A power receiving device including a light receiver (42), a reflector (44) for measuring the position of the light receiver (42), and a secondary battery (48) charged by an output electric signal of the light receiver (42). The position of the light receiver (42) of (40) is measured by the scanning laser distance measuring device (50),
In accordance with the information indicating the position of the light receiver (42) from the measurement device (50, 54), the power transmission device irradiates the light receiver (42) of the power reception device (40) with low luminance light,
The power transmission device receives the reflected light of the low-intensity light from the reflector,
A power transmission method, wherein when the light intensity of the received reflected light is equal to or higher than a predetermined level, the power transmission device irradiates the light receiver (42) of the power reception device (40) with high-intensity light.
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