JPH06103972B2 - Light-mediated power transmission system - Google Patents
Light-mediated power transmission systemInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、小型電子装置への送電に好適な光媒介式送
電方式に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Object of the Invention (Industrial field of application) The present invention relates to a light-mediated power transmission system suitable for power transmission to a small electronic device.
（従来の技術） 従来、小型電子装置において給電ラインからのノイズ混
入を防止するためには、リチウム電池等の化学電池，太
陽電池等のフォトセルによる電池駆動方式が採用されて
いる。(Prior Art) Conventionally, in a small electronic device, a battery driving method using a chemical cell such as a lithium battery or a photocell such as a solar cell is adopted in order to prevent noise from being mixed from a power supply line.
しかしながら、リチウム電池等の化学電池を用いた電池
駆動方式の場合、定期的に電池交換をせねばならない。
一方、太陽電池等のフォトセルを用いた電池駆動方式の
場合、太陽電池１個当たりの起電力は約0.5Vと非常に小
さいことから、十分な負荷駆動電圧を得るためには、第
３図に示されるように、太陽電池１を負荷２に対して多
数直列に接続せねばならず、また受光面積確保のために
電子装置３が大形化せざるを得ない。However, in the case of a battery drive system using a chemical battery such as a lithium battery, the battery must be replaced regularly.
On the other hand, in the case of a battery drive system using a photocell such as a solar cell, the electromotive force per solar cell is as small as about 0.5 V. Therefore, in order to obtain a sufficient load drive voltage, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, a large number of solar cells 1 must be connected in series to the load 2, and the electronic device 3 must be upsized in order to secure a light receiving area.
そこで、昨今以上の問題を解決するために、送電側にお
いてはレーザダイオード等により電気エネルギーを光エ
ネルギーに変換して送光路（光ファイバ，光導波路等）
へ送り出す一方、受電側においては送光路から受け取っ
た光エネルギーをフォトセルにより電気エネルギーに変
換したのち負荷に供給するようにした光媒介式送電方式
が提案（未公開）されている。Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, on the power transmission side, a laser diode or the like converts electric energy into optical energy, and an optical transmission path (optical fiber, optical waveguide, etc.)
On the other hand, a light-mediated power transmission system has been proposed (unpublished) in which the light energy received from the light transmission path is converted into electric energy by the photocell and then supplied to the load on the power receiving side.
このような送電方式によれば、受電側負荷となる電子装
置では、給電ラインからのノイズ混入が無くなり、また
太陽光確保や大なる受光面積の確保が不要となり、装置
の小形化が可能となる。According to such a power transmission method, in the electronic device which is the load on the power receiving side, noise mixing from the power feeding line is eliminated, and it is not necessary to secure sunlight or a large light receiving area, and the device can be downsized. .
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような光媒介式送電方式にあって
も、フォトセルであるフォトダイオード１個当たりの起
電力は小さいため、十分な負荷駆動電圧を得るためには
多数のフォトセルを直列接続し、しかも各フォトセルの
起電力を効率よく取り出すには、これらに送光路からの
光を均等に照射せねばならない。(Problems to be Solved by the Invention) However, even in such a light-mediated power transmission system, since the electromotive force per photodiode, which is a photocell, is small, it is necessary to obtain a sufficient load drive voltage. In order to connect a large number of photocells in series and efficiently extract the electromotive force of each photocell, it is necessary to uniformly irradiate them with light from the light transmission path.
そのため、第４図（ａ）に示されるように、送光路であ
る光ファイバ４から受け取った光を回折格子５で拡開さ
せたり、あるいは第４図（ｂ）に示されるように、光ス
ターカプラ６で拡開する等のような複雑な構造を採用し
ない限り、多数のフォトセルに均一な光照射を行い、電
力を効率よく取り出すことができない。Therefore, as shown in FIG. 4 (a), the light received from the optical fiber 4 which is the light transmission path is expanded by the diffraction grating 5, or as shown in FIG. 4 (b), an optical star is used. Unless a complicated structure such as spreading by the coupler 6 is adopted, it is not possible to uniformly irradiate a large number of photocells and efficiently extract electric power.
また、一般に、フォトセルから最大効率をもって電力を
取り出すことができるための負荷インピーダンスの値
は、シリコンダイオードの場合、入射光室によって異な
るが、実際光ファイバで伝送できる1mW〜10mWの入射光
に対しては、数100Ωから100Ω程度の小さな値となる。Also, in general, the value of load impedance for extracting power from the photocell with maximum efficiency varies depending on the incident light chamber in the case of a silicon diode, but for incident light of 1 mW to 10 mW that can actually be transmitted by an optical fiber. For example, the value is as small as several 100Ω to 100Ω.
すなわち、フォトセルであるフォトダイオードから取り
出すことのできる電力の大きさは、第５図に示されるよ
うに、Ｖ−Ｉ座標上において、フォトダイオードの光入
力時におけるＶ−Ｉ特性曲線７と負荷特性曲線８との交
点ＰからＶ軸,I軸へそれぞれ下ろした垂線で囲まれる矩
形の面積（図中斜線で示す）で表され、従って上記の矩
形の面積が最大となるときに最大電力を取り出すことが
できる。That is, as shown in FIG. 5, the magnitude of the electric power that can be extracted from the photodiode, which is the photodiode, is determined by the VI characteristic curve 7 and the load on the VI coordinate when light is input to the photodiode. It is represented by the area of the rectangle enclosed by the perpendicular lines drawn from the intersection point P with the characteristic curve 8 to the V-axis and the I-axis (indicated by the diagonal lines in the figure). You can take it out.
そして、この最大効率の状態における光入力を1mW〜10m
Wとすれば、負荷インピーダンスの値は約100Ω程度とな
る。And the light input in the state of this maximum efficiency is 1mW-10m
If it is W, the value of the load impedance will be about 100Ω.
一方、本発明で対象とする小型電子装置は1mW以下の所
謂マイクロパワー装置であり、負荷としては、例えば駆
動電圧2.0Vに対し約10KΩ程度に相当する。On the other hand, the small electronic device targeted by the present invention is a so-called micro power device of 1 mW or less, and the load corresponds to about 10 KΩ for a driving voltage of 2.0 V, for example.
従って、電圧を上昇するために複数のフォトセルを直列
接続しているとは言え、電源インピーダンスと負荷イン
ピーダンスとの間にはなおも大きな開きがあり、インピ
ーダンス不整合により効率よく電力を取り出すことがで
きないと言う問題点がある。Therefore, although a plurality of photocells are connected in series to increase the voltage, there is still a large gap between the power source impedance and the load impedance, and it is possible to extract power efficiently due to impedance mismatch. There is a problem that you cannot do it.
この発明は、上述の問題点を解決するためになされたも
のであり、その目的とするところは、この種の光媒介式
送電方式において、フォトセルの個数を減少させ、かつ
フォトセルと負荷との間における電力伝達効率を向上さ
せることにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to reduce the number of photocells and reduce the number of photocells and loads in a light-mediated power transmission system of this type. It is to improve the power transfer efficiency between the two.
（課題を解決するための手段） この発明は、上記の目的を解決するために、送電側にお
いては電気エネルギーを光エネルギーに変換して送光路
へ送り出す一方、受電側においては送光路から受け取っ
た光エネルギーを光電変換素子により電気エネルギーに
変換したのち負荷に供給するようにした光媒介式送電方
式において、前記送電側より送光路へ送り出される光エ
ネルギーの形態を交流成分含有光とするとともに、前記
受電側における光電変換素子と負荷との間には、インピ
ーダンス整合器を兼ねる交流変圧器を介在させること、
を特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned object, the present invention converts electric energy into light energy on the power transmission side and sends the light energy to a light transmitting path, while receiving it from the light transmitting path on the power receiving side. In the light-mediated power transmission method in which light energy is converted to electric energy by a photoelectric conversion element and then supplied to a load, the form of light energy sent from the power transmission side to a light transmission path is AC component-containing light, and Between the photoelectric conversion element and the load on the power receiving side, an AC transformer also serving as an impedance matching device is interposed,
It is characterized by.
（作用） このような構成によれば、交流変圧器により昇圧を行う
ため、光電変換素子自体から高電圧を出力させることが
不要となって光電変換素子の直列個数を低減することが
でき、また交流変圧器によりインピーダンス整合ができ
るため、光電変換素子と負荷との間における電力伝達効
率が向上する。(Operation) According to such a configuration, since the voltage is boosted by the AC transformer, it is not necessary to output a high voltage from the photoelectric conversion element itself, and the number of photoelectric conversion elements in series can be reduced. Since impedance matching can be performed by the AC transformer, power transfer efficiency between the photoelectric conversion element and the load is improved.
（実施例） 第１図は、本発明にかかる光媒介式送電方式の一実施例
を示す図である。(Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a light-mediated power transmission system according to the present invention.
前述したように、光媒介式送電方式の基本的な構成は、
送電側においては電気エネルギーを光エネルギーに変換
して送光路へ送り出す一方、受電側においては送光路か
ら受け取った光エネルギーをフォトセルにより電気エネ
ルギーに変換したのち負荷に供給するようにしたもので
ある。As mentioned above, the basic configuration of the optical transmission system is
On the power transmission side, electric energy is converted into light energy and sent out to the light transmission path, while on the power reception side, the light energy received from the light transmission path is converted into electric energy by the photocell and then supplied to the load. .
この実施例の場合、送電端側においては、電源９により
レーザダイオード10を駆動することにより、電気エネル
ギーから光エネルギーへの変換を行っている。In the case of this embodiment, on the power transmission end side, the laser diode 10 is driven by the power source 9 to convert electric energy into light energy.
ここで、電源９は矩形波状の交流電圧を発生するもので
あり、このため送電端側より送光路である光ファイバ11
へ送り出される光エネルギーの形態は周期的断続光，す
なわち交流成分含有光となっている。Here, the power supply 9 generates a rectangular wave AC voltage. Therefore, the optical fiber 11 which is a light transmission path from the power transmission end side.
The form of the light energy sent to is periodic intermittent light, that is, light containing an AC component.
一方、受電端側においては、送光路である光ファイバ11
から受け取った光エネルギーを、フォトセルであるPIN
フォトダイオード12により電気エネルギーに変換するよ
うになっている。On the other hand, on the power receiving end side, the optical fiber 11
The light energy received from the PIN is a photocell.
The photodiode 12 converts the electric energy.
ここで、前述したように、光ファイバ11からは交流成分
含有光が送られてくるから、これを光電変換したPINフ
ォトダイオード12の出力側には交流電圧が得られること
となる。Here, as described above, since the AC component-containing light is sent from the optical fiber 11, the AC voltage is obtained at the output side of the PIN photodiode 12 that photoelectrically converts the AC component-containing light.
フォトセルであるPINフォトダイオード12と負荷となる
電子装置14との間には、インピーダンス整合器を兼ねる
交流変圧器13が介在されており、この交流変圧器13によ
ってPINフォトダイオード12から得られる交流電圧はそ
の巻数比に応じた適当な値にまで昇圧された後、負荷と
なる電子装置14に供給される。An AC transformer 13 also serving as an impedance matching device is interposed between the PIN photodiode 12 which is a photocell and the electronic device 14 which is a load, and an AC voltage obtained from the PIN photodiode 12 by this AC transformer 13 is interposed. The voltage is boosted to an appropriate value according to the turns ratio, and then supplied to the electronic device 14 serving as a load.
以上の構成によれば、PINフォトダイオード12からの交
流出力電圧は交流変圧器13により適宜に昇圧されるた
め、１個のPINフォトダイオード12であっても負荷に対
しては十分な駆動電圧を与えることができ、このため従
来の送電方式のように多数のフォトセルを直列接続する
ことが不要となり、受光側光学系の簡素化を図ることが
可能となる。According to the above configuration, the AC output voltage from the PIN photodiode 12 is appropriately boosted by the AC transformer 13, so that even one PIN photodiode 12 provides a sufficient drive voltage for the load. Therefore, it is not necessary to connect a large number of photocells in series as in the conventional power transmission system, and the light receiving side optical system can be simplified.
また、交流変圧器を用いた場合の一次側から見た負荷イ
ンピーダンスは、巻数比をｎとした場合実際のインピー
ダンスの1/n2となるため、例えば実際の負荷インピーダ
ンスが10KΩ程度でかつ巻数比が10であれば、一次側か
ら見た負荷インピーダンスは100Ω程度となる。Also, the load impedance seen from the primary side when using an AC transformer is 1 / n 2 of the actual impedance when the turns ratio is n, so for example, the actual load impedance is about 10 KΩ and the turns ratio. If is 10, the load impedance seen from the primary side is about 100Ω.
ここで、例えばフォトダイオードの場合、光電流1mA〜1
0mAで100Ω以下のときに最大効率を示すため、10KΩ程
度の低消費電力負荷の場合には、従来問題とされたイン
ピーダンス不整合を著しく改善するとができる。Here, for example, in the case of a photodiode, the photocurrent is 1 mA to 1 mA.
Since the maximum efficiency is shown at 100Ω or less at 0mA, the impedance mismatch, which has been a problem in the past, can be remarkably improved in the case of a low power consumption load of about 10KΩ.
尚、以上の実施例では負荷となる電子装置として交流駆
動式のものを示したが、直流駆動式の場合には、第２図
（ａ），（ｂ）に示されるように、変圧器の構成に応じ
てダイオード15,コンデンサ16により整流平滑回路を構
成すればよい。In the above embodiments, an AC drive type electronic device is shown as a load, but in the case of a DC drive type, as shown in FIGS. A rectifying / smoothing circuit may be configured by the diode 15 and the capacitor 16 according to the configuration.
また、ダイオードによる電圧降下（約0.6V）が問題とさ
れる場合には、FETを用いたスイッチング整流回路を設
ければよい。If the voltage drop due to the diode (about 0.6 V) is a problem, a switching rectifier circuit using a FET may be provided.
また、以上の実施例においては、電源９の出力電圧それ
自体を矩形波とすることにより、送電端側より光ファイ
バ11へ送り出される光エネルギーの形態を交流成分含有
光としたが、電源９からの出力電圧自体は直流とし、そ
の後レーザダイオードの出力光を光学的にスイッチング
してもよいことは勿論である。Further, in the above embodiments, the output voltage of the power supply 9 itself is made into a rectangular wave so that the form of the light energy sent from the power transmission end side to the optical fiber 11 is the AC component-containing light. It goes without saying that the output voltage itself may be DC, and the output light of the laser diode may be optically switched thereafter.
また、以上の実施例では、レーザダイオード10及びPIN
フォトダイオード12の個数をそれぞれ１個としたが、こ
れは２個以上でも良いことは勿論である。In the above embodiment, the laser diode 10 and the PIN
Although the number of the photodiodes 12 is one, respectively, it goes without saying that the number may be two or more.
以上の説明で明らかなように、この発明によれば、この
種の光媒介式送電方式において、光電変換素子の個数を
減少させ、かつ光電変換素子と負荷との間における電力
伝達効率を向上させることができる。As is clear from the above description, according to the present invention, in this type of light-mediated power transmission system, the number of photoelectric conversion elements is reduced and the power transfer efficiency between the photoelectric conversion elements and the load is improved. be able to.
第１図は本発明方式の一実施例を示す回路図、第２図は
同他の実施例を示す回路図、第３図は従来の電池式駆動
方式の一例を示す図、第４図は光媒介式送電方式の問題
点を説明するための図、第５図はフォトダイオードの光
入力時のＶ−Ｉ特性を示す図である。 ９……電源 10……レーザダイオード 11……光ファイバ 12……PINフォトダイオード 13……交流変圧器 14……電子装置 15……ダイオード 16……コンデンサFIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the system of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, FIG. 3 is a view showing an example of a conventional battery-powered drive system, and FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the problems of the light-mediated power transmission system, and FIG. 5 is a diagram showing a VI characteristic at the time of light input of the photodiode. 9 ... Power supply 10 ... Laser diode 11 ... Optical fiber 12 ... PIN photodiode 13 ... AC transformer 14 ... Electronic device 15 ... Diode 16 ... Capacitor
Claims (1)
ルギーに変換して送光路へ送り出す一方、受電側におい
ては送光路から受け取った光エネルギーを光電変換素子
により電気エネルギーに変換したのち負荷に供給するよ
うにした光媒介式送電方式において、 前記送電側より送光路へ送り出される光エネルギーの形
態を交流成分含有光とするとともに、前記受電側におけ
る光電変換素子と負荷との間には、インピーダンス整合
器を兼ねる交流変圧器を介在させること、を特徴とする
光媒介式送電方式。1. A power transmitting side converts electric energy into light energy and sends it to a light transmitting path, while a power receiving side converts light energy received from the light transmitting path into electric energy by a photoelectric conversion element and then supplies it to a load. In the light-mediated power transmission method as described above, the form of light energy sent from the power transmission side to the light transmission path is AC component-containing light, and an impedance matcher is provided between the photoelectric conversion element and the load on the power reception side. A light-mediated power transmission system characterized by interposing an AC transformer that doubles as a power supply.
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|---|---|---|---|
| JP32895488A JPH06103972B2 (en) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | Light-mediated power transmission system |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP32895488A JPH06103972B2 (en) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | Light-mediated power transmission system |
Publications (2)
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