JP2019033626A - Light feeding system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光給電システムに関する。 The present invention relates to an optical power feeding system.
スマートフォンやタブレット端末をはじめとする電子機器に対する無線給電が実用化されている。現在、実用化されている無線給電は、数百ｋＨｚの周波数帯域の電磁波を利用したものであり、電磁誘導方式や磁界共鳴方式などが知られている。なお光は本質的に電磁波の一種であるが、本明細書において単に電磁波という場合、光よりも波長の長い電磁波を指すものとする。 Wireless power feeding for electronic devices such as smartphones and tablet terminals has been put into practical use. Wireless power feeding that is currently in practical use uses electromagnetic waves in a frequency band of several hundred kHz, and an electromagnetic induction method, a magnetic field resonance method, and the like are known. Note that light is essentially a type of electromagnetic wave, but in the present specification, the simple term "electromagnetic wave" refers to an electromagnetic wave having a wavelength longer than that of light.
光を利用した光給電が提案されている。無線通信がそうであったように、電磁波で実用化された後に、より波長の短い光による給電も実用化が期待されている。光は、電磁波に比べて指向性が強いという特性を有するため、発散角の小さいビームを用いることで、長距離まで少ない減衰で高効率にエネルギーを伝搬できるという利点がある。 Optical power feeding using light has been proposed. As with wireless communication, power supply using light having a shorter wavelength is expected after practical use with electromagnetic waves. Since light has a characteristic that directivity is stronger than electromagnetic waves, using a beam with a small divergence angle has an advantage that energy can be propagated with high attenuation with less attenuation up to a long distance.
一方、光は、その高い指向性および多くの物体に対する低い透過性ゆえに、遮蔽に弱いという欠点を持つ。また、高強度のレーザやＬＥＤを光源として用いた場合に、人体への影響なども考慮する必要がある。このように、光給電の実用化にはまだまだ解決しなければならない課題が多く存在する。 On the other hand, light has the disadvantage of being vulnerable to shielding due to its high directivity and low transparency to many objects. In addition, when a high-intensity laser or LED is used as a light source, it is necessary to consider the influence on the human body. As described above, there are still many problems to be solved for practical application of optical power feeding.
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、光給電システムの提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of exemplary purposes of an aspect thereof is to provide an optical power feeding system.
本発明のある態様は、受電ユニットに光エネルギーを供給する光給電システムに関する。光給電システムは、複数の給電ユニットを備える。複数の給電ユニットは、ネットワークを形成し、受電ユニットへの給電に関する情報を共有し、協調して受電ユニットに給電する。 One embodiment of the present invention relates to an optical power feeding system that supplies optical energy to a power receiving unit. The optical power feeding system includes a plurality of power feeding units. The plurality of power supply units form a network, share information related to power supply to the power reception unit, and supply power to the power reception unit in cooperation.
この態様によると、給電システムの状況、すなわち受電ユニットの要求電力、受電ユニットの位置、遮蔽物の有無などに応じて、最適な給電を行うことができる。 According to this aspect, optimal power feeding can be performed according to the situation of the power feeding system, that is, the required power of the power receiving unit, the position of the power receiving unit, the presence / absence of a shield, and the like.
ある態様において、光給電システムは、複数の給電ユニットのうち２個以上をアクティブとし、ひとつの受電ユニットに対して、２個以上のアクティブな給電ユニットから給電するマルチ給電モードを選択可能であってもよい。 In one aspect, the optical power feeding system can select a multi-feed mode in which two or more of a plurality of power feeding units are active and a power receiving unit feeds power from two or more active power feeding units. Also good.
たとえば、ひとつの受電ユニットの要求電力（または許容受信電力）が、ひとつの給電ユニットから供給可能な最大電力を上回る場合に、２個以上の給電ユニットをアクティブにすることで、受電ユニットに大きなエネルギーを供給できる。また２個以上の給電ユニットをアクティブにすることで、ひとつの給電経路当たりの伝送エネルギーを減らすことができる。これにより、人体に対する安全性を高めたり、給電ユニットの寿命を延ばすことができる。 For example, when the required power (or allowable received power) of one power receiving unit exceeds the maximum power that can be supplied from one power feeding unit, two or more power feeding units are activated to generate a large amount of energy for the power receiving unit. Can supply. Further, by activating two or more power supply units, the transmission energy per power supply path can be reduced. Thereby, the safety | security with respect to a human body can be improved or the lifetime of an electric power feeding unit can be extended.
反対に、ひとつの給電ユニットから供給可能な最大電力が、ひとつの受電ユニットの要求電力（または許容受信電力）を上回っている場合にも、２個以上の給電ユニットをアクティブにすることで、ひとつの給電経路当たりの伝送エネルギーを減らすことができる。これにより、人体に対する安全性を高めたり、給電ユニットの寿命を延ばすことができる。 Conversely, when the maximum power that can be supplied from one power supply unit exceeds the required power (or allowable reception power) of one power receiving unit, one or more power supply units can be activated to The transmission energy per power supply path can be reduced. Thereby, the safety | security with respect to a human body can be improved or the lifetime of an electric power feeding unit can be extended.
マルチ給電モードにおいて、ひとつの受電ユニットに対して、２個以上のアクティブな給電ユニットから同時に給電されないように、複数の給電ユニットが時分割で動作する時分割モードを選択可能であってもよい。
これにより、２個以上のアクティブな給電ユニットそれぞれについて、給電状況を検出できる。
In the multi-feed mode, it may be possible to select a time division mode in which a plurality of power supply units operate in a time division manner so that power is not simultaneously supplied from two or more active power supply units to one power reception unit.
As a result, the power supply status can be detected for each of the two or more active power supply units.
光給電システムは、受電ユニットを検出した直後のパイロット期間において複数の給電ユニットの２個以上をアクティブとし、時分割モードで動作させ、パイロット期間において得られた情報にもとづいて、動作モードを選択してもよい。 The optical power feeding system activates two or more of the plurality of power feeding units in the pilot period immediately after detecting the power receiving unit, operates in the time division mode, and selects the operation mode based on the information obtained in the pilot period. May be.
マルチ給電モードにおいて、ひとつの受電ユニットに対して、２個以上の給電ユニットから同時に給電する連続モードを選択可能であってもよい。これにより、時分割モードに比べて、ひとつの給電経路のピークパワーを抑制できる。 In the multi-feed mode, a continuous mode in which power is simultaneously supplied from two or more power supply units may be selected for one power receiving unit. Thereby, compared with time division mode, the peak power of one electric power feeding path can be controlled.
ある態様において、光給電システムは、ひとつの受電ユニットに対して、複数の給電ユニットのうち最も高効率が得られるひとつから給電するモードを選択可能であってもよい。これにより、システム全体としての効率を高めることができる。 In an aspect, the optical power feeding system may be capable of selecting a mode in which power is fed from one of a plurality of power feeding units that provides the highest efficiency for one power receiving unit. Thereby, the efficiency as the whole system can be improved.
ひとつの受電ユニットに対する給電効率が所定値を下回る給電ユニットは非アクティブとしてもよい。これによりシステム全体としての効率を高めることができる。 A power feeding unit whose power feeding efficiency for one power receiving unit is lower than a predetermined value may be inactive. As a result, the efficiency of the entire system can be increased.
受電ユニットへの給電に関する情報は、（i）受電ユニットが要求する電力または受信可能な最大電力、（ii）受電ユニットの現在の受信電力、（iii）複数の給電ユニットそれぞれから受電ユニットへの給電効率、（iv）受電ユニットの位置および／または姿勢（v）受電ユニットと複数の給電ユニットそれぞれとの間の給電経路の状況、の少なくともひとつを含んでもよい。受電ユニットの位置は、ユニット自体の位置であってもよいし、その受光領域の位置であってもよい。 Information on the power supply to the power receiving unit includes (i) the power required by the power receiving unit or the maximum receivable power, (ii) the current received power of the power receiving unit, and (iii) the power supply from each of the plurality of power feeding units to the power receiving unit. It may include at least one of efficiency, (iv) position and / or attitude of the power receiving unit, and (v) a situation of a power feeding path between the power receiving unit and each of the plurality of power feeding units. The position of the power receiving unit may be the position of the unit itself or the position of the light receiving area.
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described components, or a conversion of the expression of the present invention between methods, apparatuses, and the like is also effective as an aspect of the present invention.
さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。 Further, the description of this item (means for solving the problem) does not explain all the essential features of the present invention, and therefore a sub-combination of these described features can also be the present invention. .
本発明のある態様によれば、光給電システムを提供できる。 According to an aspect of the present invention, an optical power feeding system can be provided.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
図１は、実施の形態に係る光給電システム１のブロック図である。光給電システム１は、受電ユニット４０に光エネルギーを供給する。
FIG. 1 is a block diagram of an optical
受電ユニット４０は、電子機器や産業機械、自動車などの乗り物（以下、これらを被給電装置と総称する）に搭載され、光給電システム１による給電範囲に相当する自由空間４内を自由に移動する。被給電装置は、光給電システム１からの光を電力として動作し、あるいは内蔵するバッテリを充電可能に構成される。
The
光給電システム１は、異なる位置に配置される複数の給電ユニット１０＿１〜１０＿Ｎを備える。給電ユニット１０の個数Ｎは任意であり、光給電システム１が設置される空間の広さや形状、１個の給電ユニット１０がカバーする給電範囲などを考慮して決めればよい。複数の給電ユニット１０のいくつかはインフラとして、部屋の天井や壁に備え付けられてもよい。また給電ユニット１０のいくつかはポータブルであってもよい。
The optical
各給電ユニット１０は、固有の給電範囲１２を有しており、給電範囲１２内で、光ビーム１４の向き（光ビーム１４が形成する光スポットの位置）を制御可能である。いくつかの給電ユニット１０は、給電範囲１２がオーバーラップするように配置される。加えて給電ユニット１０は、光スポットのサイズ、形状を制御可能であってもよい。
Each
複数の給電ユニット１０＿１〜１０＿Ｎはネットワークを形成しており、受電ユニット４０への給電に関する情報を共有し、協調して受電ユニット４０に給電する。ネットワークは有線であると無線であるとを問わない。
The plurality of power supply units 10_1 to 10_N form a network, share information related to power supply to the
「情報を共有する」とは、
a) すべての給電ユニット１０がフラットに動作し、それぞれが共有すべきすべての情報に関するデータを保持する場合、
b) いずれか一つの給電ユニット１０がマスターとして、残りがスレーブとして動作し、マスターに、すべての情報に関するデータが集約される場合、
c) 複数の給電ユニット１０とは別に、コントローラが存在し、コントローラにすべての情報に関するデータが集約される場合、
を含む。
“Sharing information”
a) When all the
b) When any one
c) When there is a controller apart from the plurality of
including.
複数の給電ユニット１０＿１〜１０＿Ｎが共有する情報は、以下の情報（i）〜（v）の少なくともひとつを含む。 Information shared by the plurality of power supply units 10_1 to 10_N includes at least one of the following information (i) to (v).
（i）受電ユニットが要求する電力または受信可能な最大電力（第１情報）
受電ユニット４０は、光給電システム１と通信可能であり、要求する電力または受信可能な最大電力を含む第１データＳ１を、光給電システム１に送信可能となっている。光給電システム１と受電ユニット４０との通信は、双方向であってもよい。通信の方式は特に限定されず、無線通信であってもよいし、光通信であってもよい。光給電システム１は、複数の給電ユニット１０とは別に、受電ユニット４０との専用の通信ユニットを備えてもよい。あるいは複数の給電ユニット１０それぞれ、あるいはその中の少なくともひとつに、受電ユニット４０との通信機能を実装してもよい。
(I) The power required by the power receiving unit or the maximum receivable power (first information)
The
第１データＳ１を共有することにより、光給電システム１から受電ユニット４０に対して、どれくらいの光エネルギーを供給すればよいか、複数の給電ユニット１０のうち、いずれをアクティブとすべきか、などを判定することが可能となる。
By sharing the first data S 1 , how much light energy should be supplied from the optical
（ii）受電ユニットの現在の受信電力（第２情報）
たとえば受電ユニット４０は、現在の受信電力ＰＲＸを示す第２データＳ２を光給電システム１に送信可能である。複数の給電ユニット１０は、この第２データＳ２を共有してもよい。この第２データＳ２と第１データＳ１を参照することにより、受電ユニット４０に対する給電が十分であるか不足しているかなどを判定でき、したがって各給電ユニット１０の供給エネルギーを制御したり、アクティブな給電ユニット１０の個数を最適化することができる。
(Ii) Current received power of the power receiving unit (second information)
For example, the
（iii）複数の給電ユニットそれぞれから受電ユニットへの給電効率（第３情報）
給電効率は、１個の給電ユニット１０が発する光ビーム１４の電力（送信電力ＰＴＸ）と、受電ユニット４０が実際に受信する電力（受信電力ＰＲＸ）の比ＰＲＸ／ＰＴＸとして把握することができる。各給電ユニット１０の送信電力ＰＴＸは測定可能、予測可能あるいは既知である。ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の給電ユニット１０＿ｉがアクティブ、その他の給電ユニット１０が非アクティブの状態としたときに、第２データＳ２が示す電力と、そのときの給電ユニット１０＿ｉの送信電力ＰＴＸｉにもとづいて、給電効率は、ＰＲＸ／ＰＴＸｉとして計算してもよい。
(Iii) Power feeding efficiency from each of the plurality of power feeding units to the power receiving unit (third information)
The power supply efficiency is grasped as a ratio P RX / P TX between the power (transmission power P TX ) of the
複数の給電ユニット１０それぞれの給電効率を比較することにより、効率が低い給電ユニット１０は非アクティブに切りかえたり、効率が高い給電ユニット１０の出力を上げたりといった制御が可能となる。
By comparing the power supply efficiencies of the plurality of
（iv）受電ユニットの位置、姿勢（第４情報）
位置は、（a）受電ユニット４０の座標であってもよいし、（b）いずれの給電ユニット１０の給電範囲１２に含まれているかであってもよいし、（c）受電ユニット４０と、複数の給電ユニット１０それぞれとの距離であってもよいし、（d）給電ユニットに対する相対的な方向であってもよい。受光ユニットの位置は、ユニット自体の位置であってもよいし、その受光領域の位置であってもよい。受電ユニットの姿勢は、受光ユニットの向きなどの情報を含みうる。第４情報には、受電ユニットが有する受光領域に関する情報を含めることができ、たとえば、受光領域の位置や方向、形状に関する情報を含んでもよい。
(Iv) Position and orientation of power receiving unit (fourth information)
The position may be (a) the coordinates of the
（v） 受電ユニット４０と複数の給電ユニット１０それぞれとの間の給電経路の状況（第５情報）
給電経路の状況は、遮蔽物の有無などであってもよい。
(V) Status of power feeding path between
The state of the power supply path may be the presence or absence of a shield.
ここで例示するいくつかの情報は、受電ユニット４０において生成し、給電ユニット１０に伝送してもよいし、給電ユニット１０側で生成してもよい。
Some information illustrated here may be generated in the
以上が光給電システム１の基本構成である。図２は、給電ユニット１０および受電ユニット４０の具体的な構成例を示す図である。
The above is the basic configuration of the optical
給電ユニット１０は、光源２０と、通信ユニット２２を備える。光源２０は、レーザもしくはＬＥＤなどの指向性の高い光ビーム１４を出射する。各給電ユニット１０は、光ビームの向きを可変に構成される。光ビーム１４の向きを制御する方法は限定されず、アクチュエータで光源２０の向きを制御可能に構成してもよいし、アクチュエータで制御される可動ミラーを用いてもよい。また光源２０は、光ビーム１４が形成する光スポットのサイズや形状を制御可能であってもよく、光源２０は、光ビーム１４の断面プロファイルや拡散角を制御するための光学系を備えてもよい。
The
コントローラ３２は、共有された情報にもとづいて、複数の給電ユニット１０は、光源２０の状態、すなわちオン、オフや出力（電力）、光ビーム１４の向き、サイズ、形状を独立に制御する。コントローラ３２は、給電ユニット１０とは別に設けられたＣＰＵ（Central Processing Unit）やマイコン、コンピュータなどのハードウェアであってもよい。あるいはコントローラ３２は、複数の給電ユニット１０のいずれかに内蔵されてもよい。あるいはコントローラ３２は、複数の給電ユニット１０に分散して設けられる複数のプロセッサを含み、複数のプロセッサの協調動作によって、同等の機能が提供されてもよい。
Based on the shared information, the plurality of
複数の給電ユニット１０は、情報の共有にもとづく協調動作を行い、複数の光源２０の状態の組み合わせを最適化することができる。
The plurality of
通信ユニット２２は、複数の給電ユニット１０を含むネットワークの構成要素である。通信ユニット２２は、ほかの通信ユニット２２と通信可能となっている。ネットワーク３０のトポロジーは特に限定されず、バス型、スター型、リング型などを採用しうる。
The
以上が給電ユニット１０の構成である。続いて受電ユニット４０の構成を説明する。
受電ユニット４０は、受光デバイス４２と、通信ユニット４４と、を備える。受光デバイス４２は、太陽電池、フォトダイオード、フォトトランジスタなどの光電変換素子と、光電変換素子の出力エネルギーを取り出すための電子回路を含む。
The above is the configuration of the
The
通信ユニット４４は、第１データＳ１や第２データＳ２を、光給電システム１に送信するために設けられる。通信ユニット４４は、通信ユニット２２と通信可能であってもよい。あるいは、通信ユニット４４は、光給電システム１に設けられる別のトランシーバと通信を行い、別のトランシーバを経由して、ネットワーク３０に組み込まれてもよい。
The
以上が給電ユニット１０および受電ユニット４０の構成例である。続いてその動作を説明する。光給電システム１は、複数の動作モードをサポートしてもよい。
The above is the configuration example of the
１． シングル給電モード
シングル給電モードでは、複数の給電ユニット１０＿１〜１０＿Ｎのうち１個がアクティブとなり、ひとつの受電ユニット４０を充電する。いずれの給電ユニット１０をアクティブとすべきかは、受電ユニット４０の位置や、給電効率を考慮して選択してもよい。
1. Single Power Supply Mode In the single power supply mode, one of the plurality of power supply units 10_1 to 10_N becomes active and charges one
２． マルチ給電モード
マルチ給電モードでは、複数の給電ユニット１０＿１〜１０＿Ｎのうち２個以上がアクティブとなり、ひとつの受電ユニット４０に対して、２個以上のアクティブな給電ユニット１０から給電する。図３は、時分割モードを模式的に示す図である。図３には、１番目と２番目の給電ユニット１０＿１，１０＿２がアクティブであり、残りが非アクティブの状態が示される。
2. Multiple Power Supply Mode In the multi power supply mode, two or more of the plurality of power supply units 10_1 to 10_N are active, and power is supplied from two or more active
ひとつの受電ユニット４０の要求電力（または許容受信電力）が、ひとつの給電ユニット１０から供給可能な最大電力を上回る場合に、マルチ給電モードを選択してもよい。これにより、受電ユニット４０に大きなエネルギーを供給できる。
When the required power (or allowable received power) of one
たとえば、受電ユニット４０の要求電力が２０Ｗ、ひとつの給電ユニット１０の供給可能電力が１５Ｗであるとする。この場合に、２個の給電ユニット１０をアクティブとし、合計が２０Ｗとなるように複数の光源を制御してもよい。たとえば、給電ユニット１０＿１、１０＿２それぞれから１０Ｗずつ、給電してもよい。
For example, it is assumed that the required power of the
後述するように給電ユニット１０ごとに給電効率が異なる場合には、給電効率を考慮して、アクティブな２個以上の給電ユニット１０の出力のバランスを最適化してもよい。
As will be described later, when the power supply efficiency is different for each
反対に、ひとつの給電ユニット１０から供給可能な最大電力が、ひとつの受電ユニットの要求電力（または許容受信電力）を上回っている場合にも、マルチ給電モードを用いることができる。
On the contrary, the multi-feed mode can be used even when the maximum power that can be supplied from one
たとえば、受電ユニット４０の要求電力が５Ｗ、ひとつの給電ユニット１０の供給可能電力が１０Ｗであるとする。この場合に、２個あるいはそれより多い給電ユニット１０をアクティブとし、合計が５Ｗとなるように複数の光源を制御してもよい。たとえば、給電ユニット１０＿１から２Ｗ、給電ユニット１０＿２から３Ｗを供給してもよい。
For example, it is assumed that the required power of the
２個以上の給電ユニット１０をアクティブにすることで、ひとつの給電経路当たりの伝送エネルギーあるいは電力を減らすことができる。これにより、人体に対する安全性を高めることができる。また別の観点から見ると、給電ユニット一個当たりの発熱量が減るため、給電ユニットの寿命を延ばすことができる。
By making two or more
別の状況において、受電ユニット４０の要求電力が５Ｗ、ひとつの給電ユニット１０の供給可能電力が４Ｗであるとする。この場合に、２個あるいはそれより多い給電ユニット１０をアクティブとし、合計が５Ｗとなるように複数の光源を制御してもよい。
In another situation, it is assumed that the required power of the
たとえば、メインの給電ユニット１０＿１から最大の４Ｗを給電し、残りの１Ｗを給電ユニット１０＿２から供給してもよい。あるいは給電ユニット１０＿１〜１０＿２から、２．５Ｗずつ供給してもよい。後者の場合、前者に比べて、ひとつの給電経路当たりの伝送エネルギーあるいは電力を減らすことができる。 For example, the maximum 4 W may be supplied from the main power supply unit 10_1 and the remaining 1 W may be supplied from the power supply unit 10_2. Alternatively, 2.5 W may be supplied from the power supply units 10_1 to 10_2. In the latter case, it is possible to reduce the transmission energy or power per one feeding path compared to the former.
マルチ給電モードには、時分割モードと、連続モードが含まれる。 The multi-feed mode includes a time division mode and a continuous mode.
図４（ａ）、（ｂ）は、時分割モードおよび連続モードの動作波形図である。図４（ａ）を参照する。時分割モードでは、ひとつの受電ユニットに対して、２個以上のアクティブな給電ユニットから同時に給電されないように、複数の給電ユニットが時分割で動作する。すなわちタイムスロットＴＳ１，ＴＳ３…においては、給電ユニット１０＿１の光出力１が非ゼロ、給電ユニット１０＿２の光出力がゼロとなり、タイムスロットＴＳ２，ＴＳ４…においては、給電ユニット１０＿２の出力が非ゼロ、給電ユニット１０＿１の光出力がゼロとなる。
4A and 4B are operation waveform diagrams in the time division mode and the continuous mode. Reference is made to FIG. In the time division mode, a plurality of power supply units operate in a time division manner so that power is not simultaneously supplied from two or more active power supply units to one power reception unit. That is, in the time slots TS1, TS3,..., The
時分割モードの利点は、各給電ユニット１０それぞれからの受信電力を、個別に検出できることが挙げられる。
An advantage of the time division mode is that the received power from each
図４（ｂ）を参照する。連続モードでは、ひとつの受電ユニットに対して、２個以上のアクティブな給電ユニットから同時に給電される。連続モードの利点は、ひとつの給電ユニット１０から受電ユニット４０に対して同じ電力を供給する場合に、光出力のピークを抑制できることが挙げられる。すなわち図４（ａ）の時分割モードで、１個の給電ユニット１０の時間平均出力が４Ｗ、デューティ比が５０％であるとすれば、オン時間におけるピーク出力は８Ｗとなる。一方、図４（ｂ）の連続モードでは、１個の給電ユニット１０の出力は４Ｗでよい。光出力のピークを下げることにより、人体に及ぼす影響を抑制できる。
Reference is made to FIG. In the continuous mode, power is supplied simultaneously from two or more active power supply units to one power receiving unit. The advantage of the continuous mode is that when the same power is supplied from one
これまでの説明では、２個以上の給電ユニット１０から、１個の受電ユニット４０に対する給電（多対一）を説明したが、その限りでない。光給電システム１は、１個の給電ユニット１０により、複数の受電ユニット４０を給電する一対多の給電モードをサポートすることができる。
In the above description, power supply (many-to-one) from two or more
図５は、一対多の給電モードを模式的に示す図である。このモードでは、複数の給電ユニット１０のうちひとつがアクティブとなり、時分割で複数の受電ユニット４０＿１，４０＿２に対して給電を行う。図５は、給電ユニット１０＿２がアクティブの状態を示す。給電ユニット１０＿２からの光ビーム１４＿２は、受電ユニット４０＿１，４０＿２に交互に供給される。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a one-to-many power supply mode. In this mode, one of the plurality of
光給電システム１はさらに、２個以上のアクティブな給電ユニット１０を利用して、２個以上の受電ユニット４０を給電する多対多の給電モードをサポートしてもよい。
The optical
図６は、多対多の給電モードを模式的に示す図である。このモードでは、複数の給電ユニット１０のうち２個以上がアクティブとなり、時分割で複数の受電ユニット４０＿１，４０＿２に対して給電を行う。図６では、２個の給電ユニット１０＿１，１０＿２がアクティブとなっている。給電ユニット１０＿１からの光ビーム１４＿１は、受電ユニット４０＿１，４０＿２に交互に供給される。同様に給電ユニット１０＿２からの光ビーム１４＿２は、受電ユニット４０＿１，４０＿２に交互に供給される。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a many-to-many power supply mode. In this mode, two or more of the plurality of
図７（ａ）、（ｂ）は、多対多の給電モードの動作波形図である。光出力Ｘ−Ｙは、給電ユニット１０＿Ｘから受電ユニット４０＿Ｙへの光ビーム１４を示す。図７（ａ）の動作モードでは、タイムスロットＴＳ１，ＴＳ３…において、受電ユニット４０＿１に給電され、タイムスロットＴＳ２，ＴＳ４…において、受電ユニット４０＿２に給電される。
7A and 7B are operation waveform diagrams in the many-to-many power supply mode. The optical output XY indicates the
図７（ｂ）の動作モードでは、給電ユニット１０＿１と給電ユニット１０＿２が逆相で動作する。各給電ユニット１０に着目すると、ひとつのタイムスロットにおいて、２個以上の給電ユニット１０から給電されないように制御されている。これにより多対一の場合の時分割モードと同じ効果を得ることができる。
In the operation mode of FIG. 7B, the power supply unit 10_1 and the power supply unit 10_2 operate in opposite phases. Focusing on each
ここでは２対２の給電を説明したが、実際には、３対２や２対３など、給電ユニットの個数と受電ユニットの個数の組み合わせはさまざまであり、各受電ユニットに対して適切な電力が供給されるように、複数の給電ユニットが制御される。 Although 2 to 2 power feeding has been described here, in practice there are various combinations of the number of power feeding units and the number of power receiving units, such as 3 to 2 and 2 to 3, and appropriate power for each power receiving unit. The plurality of power supply units are controlled such that the power is supplied.
続いて、モードの制御、アクティブな給電ユニット１０の制御について説明する。モードの選択、給電ユニットの選択については、効率、充電時間の短縮、給電ユニットの寿命など、いくつかのパラメータにもとづいて決定することができる。
Next, mode control and control of the active
図８は、光給電システム１の変形例を示すブロック図である。図８の光給電システム１Ａは、給電経路を切りかえるための中継器５０をさらに備える。中継器５０は、パッシブデバイス、すなわちミラーで構成してもよい。中継器５０は、複数の給電ユニット１０からの光を、任意の方向に反射可能に構成される。したがって中継器５０は可動ミラーを含むことができる。この変形例によれば、給電ユニット１０＿１からの給電経路上に遮蔽物５２＿１が存在している場合に、中継器５０を経由させることにより、給電が可能となる。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a modification of the optical
続いて、モード制御について説明する。 Next, mode control will be described.
光給電システム１は、受電ユニット４０が存在しない状態において、受電ユニット４０の有無を判定する（探索フェーズ）。光給電システム１は、受電ユニット４０を検出すると、受電ユニット４０と通信を行い、必要な情報を取得する（通信フェーズ）。そして取得した情報にもとづいて、動作モードを選択する（モード選択フェーズ）。そして選択動作モードで受電ユニット４０に給電する（給電フェーズ）。
The optical
モード選択フェーズは、以下のステップを含んでもよい。たとえば、初期段階では、複数の給電ユニット１０＿１〜１０＿Ｎのいずれの給電範囲１２に、受電ユニット４０が含まれるかを判定してもよい。そして自身の給電範囲１２に受電ユニット４０を含む給電ユニット１０をアクティブとする。あるいは、すべての給電ユニット１０を一旦、無条件でアクティブとしてもよい。
The mode selection phase may include the following steps. For example, in the initial stage, it may be determined which
アクティブとされた給電ユニット１０が２個以上存在する場合、アクティブな給電ユニット１０によって給電を開始する（パイロット期間）。パイロット期間では、上述の時分割モードが使用され、それぞれの給電効率が測定される。そして給電効率がしきい値より低い給電ユニット１０については、非アクティブに切りかえてもよい。あるいは、最も給電効率が高いひとつ（あるいは２個、もしくは３個）をアクティブのまま維持し、残りを非アクティブに切りかえてもよい。その後、給電フェーズに移行してもよい。
When there are two or more active
当然ながら、給電フェーズに移行した後に、アクティブな給電ユニット１０を切りかえてもよい。このために、給電フェーズ中においても、複数の給電経路の効率を測定してもよい。あるいは、給電フェーズがある所定時間持続した後、モード選択フェーズに戻してもよい。
Of course, the active
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
実施の形態では、給電ユニット１０の光出力を時間軸に関してオン、オフする時分割制御を説明した。これは、光出力を１と０の２値で振幅変調しているものと把握できる。これを拡張して、光出力を任意の波形（たとえば正弦波、台形波など）を用いて、振幅変調してもよい。
In the embodiment, the time division control in which the optical output of the
１…光給電システム、１０…給電ユニット、１２…給電範囲、１４…光ビーム、２０…光源、２２…通信ユニット、３０…ネットワーク、３２…コントローラ、４０…受電ユニット、４２…受光デバイス、４４…通信ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
異なる位置に配置される複数の給電ユニットを備え、
前記複数の給電ユニットはネットワークを形成し、前記受電ユニットへの給電に関する情報を共有し、協調して前記受電ユニットに給電することを特徴とする光給電システム。 An optical power feeding system for supplying optical energy to a power receiving unit,
It has a plurality of power supply units arranged at different positions,
The plurality of power supply units form a network, share information regarding power supply to the power receiving unit, and supply power to the power receiving unit in cooperation with each other.
（i）前記受電ユニットが要求する電力または受信可能な最大電力、
（ii）前記受電ユニットの受信電力、
（iii）前記複数の給電ユニットそれぞれから前記受電ユニットへの給電効率、
（iv）前記受電ユニットの位置および／または姿勢
（v）前記受電ユニットと前記複数の給電ユニットそれぞれとの間の給電経路の状況、
の少なくともひとつを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光給電システム。 Information regarding power feeding to the power receiving unit is as follows:
(I) the power required by the power receiving unit or the maximum receivable power;
(Ii) the received power of the power receiving unit;
(Iii) Power feeding efficiency from each of the plurality of power feeding units to the power receiving unit,
(Iv) Position and / or attitude of the power receiving unit (v) Status of a power feeding path between the power receiving unit and each of the plurality of power feeding units,
The optical power feeding system according to claim 1, comprising at least one of the following.
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