JP4572754B2 - 電力伝送システム及び方法 - Google Patents

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。

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。

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）。
特開２００４−１６５５８１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。 図１に示す実施例の光学系の概略構成図である。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 受光器（４２）、当該受光器（４２）の位置計測のための反射器（４４）、及び当該受光器（４２）の出力電気信号により充電される二次電池（４８）を具備する受電装置（４０）と、
   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。
2. 当該送電装置（１０）が、当該発光素子（１２）の出力光を外部に出力し、当該受電装置（４０）の当該反射器（４４）からの反射光を当該第２の受光器（２２）に向けるハーフミラー（１８）を具備することを特徴とする請求項１に記載の電力伝送システム。
3. 当該受電装置が携帯電話機であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力伝送システム。
4. 当該計測装置（５０，５４）が、当該受電装置（４２）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反射器までの距離と、走査角度を計測する走査型レーザ測距装置（５０）と、当該走査型レーザ測距装置の測定値から、当該受光器（４２）の位置を算出する位置算出装置（５４）とからなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電力伝送システム。
5. 受光器（４２）、当該受光器（４２）の位置計測のための反射器（４４）、及び当該受光器（４２）の出力電気信号により充電される二次電池（４８）を具備する受電装置（４０）の当該受光器（４２）の位置を走査型レーザ測距装置（５０）により計測し、
   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。

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