Transmission d'énergie par voie optique pour charger un dispositif électrique.
La présente invention concerne la transmission de puissance électrique par voie optique pour alimenter en énergie électrique un dispositif électrique .
L'invention s'applique aux appareils domestiques tels que des équipements portables, des vêtements communicants, des capteurs ou des actionneurs qui fonctionnent souvent sans batterie, et à tout appareil contenant une batterie d'accumulateurs à charger. Ces appareils peuvent ne pas avoir de connexion par câble électrique ou câble à fibre optique pour être chargés.
Il est connu de brancher une prise de transformateur d'un dispositif électrique au secteur pour charger la batterie interne au dispositif. Ce branchement nuit à la mobilité du dispositif et la charge simultanée de plusieurs dispositifs électriques est souvent restreinte au petit nombre de prises électriques dans une pièce.
Actuellement, des données sont échangées entre des entités à l'intérieur d'une pièce, bureau ou salle de réunion, par liaison radio ou infrarouge de faible portée pour s'affranchir de l'encombrement de câbles de connexion. Cependant l'alimentation électrique de ces entités nécessite encore de les relier par câbles au secteur électrique.
Il existe actuellement des dispositifs électriques, tels que des calculatrices ou des montres, comportant une pile rechargeable connectée à au moins une cellule photovoltaïque encastrée sur le
boîtier extérieur du dispositif. La cellule reçoit et convertit la lumière ambiante, des rayons infrarouges ou des rayons ultraviolets en de l'énergie électrique afin de recharger la pile du dispositif. Ces solutions en lumière visible artificielle diffuse ou ambiante sont incompatibles avec la consommation plus élevée de certains dispositifs électriques, comme un ordinateur portable ou un téléphone portable. La surface disponible sur le dispositif électrique pour implanter les cellules photovoltaïques n'est bien souvent pas assez grande. Sous un éclairage artificiel, la puissance récupérable par des cellules
2 photovoltaïques est de l'ordre de 100 μW/cm . Pour un mobile cellulaire offrant une surface pouvant porter
2 des cellules photovoltaïques de 50 cm , la puissance récupérable serait de 5 mW. Or il faudrait cent fois plus de puissance pour alimenter normalement la batterie du mobile.
Pour charger les batteries de ces dispositifs par voie optique, il faut transmettre aux cellules photovoltaïques une lumière de puissance nettement supérieure à la puissance d'une lumière ambiante ou artificielle.
Par ailleurs dans le cadre de projet de transport dans l'espace, des panneaux photovoltaïques montés sur des dispositifs mobiles se déplaçant sur une planète sont alimentés par transmission d'énergie via le faisceau d'un laser pompé par le soleil dans un dispositif d'accumulation d'énergie solaire fixe sur une planète. Cet agencement transmet sur de très longues distances de l'énergie par voie optique. De tels dispositifs sont adaptés à une utilisation professionnelle contrôlée et nécessitent des matériaux coûteux.
Le système de transmission d'énergie par voie optique selon l'invention est destiné à de plus courtes distances au plus de l'ordre de la centaine de mètres entre le dispositif électrique et un transmetteur dont l'énergie à transmettre doit être adaptée aux cellules du dispositif électrique, quel que soit l'utilisateur qui n'est pas un spécialiste.
En transmission d'énergie électromagnétique, un autre projet prévoit de transmettre de la puissance en micro-onde depuis un générateur solaire en orbite vers une station au sol. Il existe également des solutions à plus basse fréquence pour transmettre de l'énergie, par exemple au moyen d'un émetteur/récepteur radio ou d'un système à couplage par induction mutuelle. Les systèmes à micro-onde posent des problèmes de compatibilité électromagnétique et les systèmes à basse fréquence posent des problèmes de portée et de brouillage, ce qui rend tous ces systèmes moins efficaces.
L'invention se base sur une transmission de lumière dans le domaine du visible, ou de l'infrarouge ou de l'ultraviolet, dont l'énergie est récupérable par effet photovoltaïque .
Pour pallier les inconvénients évoqués ci- dessus. L'invention fournit un procédé pour transmettre de l'énergie destinée à alimenter un dispositif électrique par voie optique depuis un transmetteur de puissance, le dispositif électrique comportant un photorécepteur, comprenant un positionnement et une concentration d'un faisceau lumineux de puissance faible émis par le transmetteur de puissance sur le photorécepteur et une alimentation du dispositif électrique avec une
puissance du faisceau lumineux positionné et concentré plus élevée que la puissance faible.
Le rendement énergétique global entre l'énergie électrique reçue et issue de la conversion de l'énergie lumineuse et l'énergie électrique fournie par le transmetteur est optimisé puisque le transmetteur de puissance n'émet le faisceau lumineux de forte puissance que lorsque le faisceau lumineux est convenablement positionné et concentré par rapport au photorécepteur, la concentration permettant un meilleur bilan énergétique.
L'invention facilite la charge du dispositif électrique en supprimant l'utilisation de chargeur souvent lourd et de câbles électriques souvent encombrants à brancher au secteur électrique.
Un bon positionnement et une bonne concentration du faisceau lumineux sur des cellules photovoltaïques du photorécepteur diminue la perte de puissance lumineuse émise par le transmetteur. A cet égard, lors du positionnement et de la concentration du faisceau lumineux par le transmetteur de puissance, le procédé comprend : une initialisation d'un paramètre d'un système optique de concentration à une valeur maximale, afin que le faisceau lumineux de faible puissance ait un diamètre maximum, une activation d'un mécanisme de positionnement du faisceau lumineux sur le photorécepteur du dispositif électrique, un arrêt du positionnement du faisceau lumineux à la réception d'un signalement d'une excitation simultanée de premiers photodétecteurs depuis le dispositif électrique par le transmetteur de puissance,
une décrémentation d'un pas du paramètre du système optique de concentration pour diminuer le diamètre du faisceau lumineux, et une réitération des trois étapes précédentes tant que le transmetteur de puissance ne reçoit pas un signalement par le dispositif électrique d'une désexcitation simultanée des premiers photodétecteurs et d'une excitation simultanée de deuxièmes photodétecteurs du dispositif électrique. Par exemple les deuxièmes photodétecteurs encadrent le photorécepteur et sont encadrés par les premiers photodétecteurs sur une face du dispositif électrique .
Lors de l'alimentation du dispositif électrique par le transmetteur de puissance, le faisceau lumineux peut être repositionné et reconcentré à la réception d'un des signalements du dispositif électrique relatifs respectivement à une excitation d'au moins un premier photodétecteur et à une désexcitation d'au moins un deuxième photodétecteur, le transmetteur commandant une diminution de la puissance du faisceau lumineux tant que ledit faisceau n'est pas positionné et concentré sur le photorécepteur. Pour positionner plus rapidement le faisceau lumineux, un positionnement du faisceau lumineux peut être préalablement mis en œuvre en fonction de données de réglage relatives au dispositif électrique et mémorisées dans le transmetteur de puissance. Pour concentrer plus rapidement le faisceau lumineux, une fixation d'un paramètre d'un système optique de concentration du faisceau lumineux peut être préalablement mise en œuvre en fonction de données de réglage relatives au dispositif électrique et mémorisées dans le transmetteur de puissance afin que
le faisceau lumineux de faible puissance ait un diamètre prédéterminé.
L'énergie nécessaire à la charge du dispositif électrique est optimisée selon l'invention par un réglage de la puissance d'émission du faisceau lumineux positionné et concentré en fonction de la puissance de réception du photorécepteur lors de l'alimentation du dispositif électrique. Pour un réglage plus rapide, la puissance lumineuse du faisceau lumineux est fixée en fonction de données de réglage relatives au dispositif électrique et mémorisées dans le transmetteur de puissance.
Le procédé de l'invention peut comprendre l'émission d'un signal de fin d'alimentation du dispositif électrique au transmetteur de puissance afin d'arrêter l'émission du faisceau lumineux. Le transmetteur passe alors en veille ce qui permet de mieux gérer la puissance fournie au dispositif électrique en évitant une consommation résiduelle non négligeable du transmetteur lorsque la batterie du dispositif électrique est chargée.
L'invention a aussi pour objet un transmetteur de puissance et un dispositif électrique.
Le transmetteur de puissance transmet de l'énergie par voie optique au dispositif électrique comportant un photorécepteur, et comprend : un moyen pour positionner et concentrer un faisceau lumineux de puissance faible émis par le transmetteur sur le photorécepteur, et un moyen pour alimenter le dispositif électrique avec une puissance du faisceau lumineux positionné et concentré plus élevée que la puissance faible.
Le dispositif électrique comporte un photorécepteur, et comprend un moyen pour détecter un positionnement et une concentration du faisceau lumineux de puissance faible émis par le transmetteur sur le photorécepteur, le photorécepteur recevant ensuite le faisceau lumineux positionné et concentré avec une puissance plus élevée que la puissance faible pour alimenter le dispositif électrique
Enfin, l'invention se rapporte à des programmes d'ordinateur aptes à être mis en œuvre respectivement dans le transmetteur de puissance et le dispositif électrique et comportant des instructions réalisant une transmission d'énergie selon le procédé de l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations de l'invention données à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :
- la figure 1 est un bloc-diagramme schématique d'un système de transmission d'énergie comportant un dispositif électrique et un transmetteur de puissance selon 1 ' invention ;
- la figure 2 est un bloc-diagramme schématique représentatif d'une face du dispositif électrique selon l'invention comportant un photorécepteur ; - les figures 3 et 4 sont respectivement une vue de face et une coupe prise le long de la ligne IV-IV de la figure 3 d'un mécanisme de positionnement de faisceau lumineux produit par le transmetteur selon l ' invention ;
- la figure 5 est un algorithme du procédé de transmission d'énergie par voie optique selon l'invention entre le transmetteur de puissance et le dispositif électrique dont la batterie est à charger ; et
- la figure 6 est une vue de face schématique d'un vêtement communicant en tant que dispositif électrique sur un cintre doté d'un transmetteur de puissance par voie optique.
En référence à la figure 1, un système de transmission de puissance par voie optique selon l'invention comprend au moins un dispositif électrique DE dont la batterie d'accumulateurs est à charger et un transmetteur de puissance T transmettant de l'énergie lumineuse au dispositif électrique DE via un faisceau lumineux FL pendant un temps prédéfini ou non.
Le dispositif électrique DE et le transmetteur de puissance T sont représentés sous forme de blocs fonctionnels dont la plupart assurent des fonctions ayant un lien avec l'invention et peuvent correspondre à des modules logiciels et/ou matériels.
Le dispositif électrique DE comprend un photorécepteur PR et des photodétecteurs PDl et PD2 décrits plus en détail en référence à la figure 2, et une batterie électrique BI reliée au photorécepteur. Le dispositif DE comprend également une interface de communication ICD, un émetteur de présence EP et une mémoire MED. Les éléments PR, BI, ICD, EP et MED du dispositif DE sont reliés et commandés par une unité de traitement centrale CPUD. D'autres éléments spécifiques au fonctionnement normal du dispositif électrique DE, tel qu'un mobile radio, ne sont pas
représentés sur la figure 1 afin de ne pas la surcharger. L'unité de traitement centrale CPUD du dispositif électrique DE transmet des messages MS au transmetteur T et en reçoit via l'interface de communication ICD.
Selon une réalisation à bas coût destinée notamment à une transmission de courte portée limitant des risques de brouillage, l'interface de communication ICD est optronique et les messages MS transitent par voie optique, appelé également voie lumineuse, entre le dispositif DE et le transmetteur T et sont transportés dans des signaux lumineux SmD, SmT. Par exemple, l'interface de communication ICD comprend une source lumineuse telle qu'une diode électroluminescente LED pour émettre un signal lumineux SmD incluant des messages MS vers le transmetteur T, et un élément photosensible tel qu'une photodiode pour recevoir un signal lumineux SmT incluant des messages MS émis par le transmetteur T . La diode électroluminescente LED peut émettre une radiation dans le domaine visible ou de l'infrarouge ou de l'ultraviolet. Afin de discriminer le signal lumineux SmD, SmT et la lumière ambiante provenant du soleil et/ou d'un éclairage artificiel, le signal SmD, SmT est modulé en fréquence, amplitude ou phase. Le dispositif électrique DE comporte alors une unité de modulation-démodulation MDD pour moduler le signal lumineux SmD avant son émission vers le transmetteur T et démoduler le signal lumineux SmT transmis par le transmetteur T.
Selon une autre réalisation également à bas coût destinée notamment à une transmission de courte portée limitant les risques de brouillage, l'interface de communication ICD comprend un émetteur radio et un récepteur radio de faible portée, par
exemple pour liaison sans fil de type Bluetooth, WIFI (802.11.x), ou ZigBee (802.15.4), et les signaux SmD et SmT sont des signaux radio.
L'émetteur de présence EP peut être intégré ou non dans l'interface de communication ICD. Il comprend par exemple une diode électroluminescente LED activée par l'unité de traitement centrale CPUD afin notamment de signaler par l'envoi d'un signal lumineux Sp la présence du dispositif électrique DE à un transmetteur T se trouvant à proximité lorsque le niveau d'énergie de la batterie BI du dispositif DE est réputée faible. En fin de charge de la batterie, l'émetteur de présence EP émet un signal de fin de charge Sf vers le transmetteur T. Afin de discriminer la lumière ambiante et les signaux de présence et de fin de charge Sp et Sf, ceux-ci sont également modulés par une unité de modulation UM.
Selon une autre réalisation, l'émetteur de présence EP est un émetteur radio de faible portée, par exemple pour liaison sans fil de type Bluetooth, WIFI ou ZigBee, et les signaux Sp et Sf sont des signaux radio.
La mémoire MED est par exemple une mémoire de type ROM et comprend notamment un identificateur ID du dispositif électrique DE. La mémoire MED peut également comprendre d'autres données spécifiques au fonctionnement normal du dispositif DE.
En référence à la figure 2, le photorécepteur PR est un générateur de courant photovoltaïque adapté au rayonnement de la source lumineuse du transmetteur T.
Le photorécepteur PR comprend une cellule ou un panneau de plusieurs cellules photovoltaïques Cl à CN. Par exemple dans la figure 2, on a supposé que
N = 9 cellules photovoltaïques étaient disposées à proximité les unes des autres et constituaient un ensemble rectangulaire sensiblement centré sur une face du boîtier du dispositif électrique DE. Les cellules photovoltaïques convertissent la puissance lumineuse fournie par le faisceau lumineux FL du transmetteur T en une puissance électrique à fournir à la batterie BI. Les cellules photovoltaïques sont par exemple des cellules en silicium cristallin de sensibilité 0,75 A/W sous une tension de 0,4 volt en infrarouge .
Les photodétecteurs PD sont par exemple des photodiodes et servent à centrer automatiquement la source lumineuse du transmetteur T sur le photorécepteur PR. Ils sont au moins deux premiers photodétecteurs et deux deuxièmes photodétecteurs pour positionner et concentrer correctement le faisceau lumineux de puissance FL émis par le transmetteur T et dirigé vers les cellules photovoltaïques Cl à CN du photorécepteur PR de manière à maximiser la puissance reçue. Selon la réalisation illustrée à la figure 2, quatre premiers photodétecteurs PDl et quatre deuxièmes photodétecteurs PD2 sont fixés sur la face du boîtier du dispositif électrique DE. Les photodétecteurs PDl encadrent l'ensemble rectangulaire des cellules photovoltaïques Cl à CN et sont sensiblement centrés sur les diagonales de l'ensemble rectangulaire. Les deuxièmes photodétecteurs PD2 encadrent à proximité l'ensemble rectangulaire des cellules photovoltaïques Cl à CN et sont sensiblement centrés sur les axes de l'ensemble rectangulaire et aux sommets d'un losange inscrit dans le rectangle sur les sommets duquel les premiers photodétecteurs PDl sont sensiblement centrés.
Selon une réalisation de l'invention, tous les éléments nécessaires à l'alimentation de la batterie BI font partie intégrante du dispositif électrique DE.
En variante, le photorécepteur PR ainsi que l'interface de communication ICD et l'émetteur de présence EP sont implantés sur un support amovible, tel qu'un capot ou une enveloppe, qui peut être connecté aux bornes de charge du dispositif électrique DE.
Le dispositif électrique DE peut être un mobile radio, un ordinateur portable, un assistant numérique personnel communicant PDA, ou un terminal domestique portable ou non comme une console de jeux vidéo ou un récepteur de télévision intelligent. Le dispositif électrique peut être également un appareil domotique tel qu'un équipement portable, un vêtement communicant, des capteurs, des actionneurs, ou tout autre appareil contenant une batterie interne à charger. Le dispositif électrique ne nécessite aucune liaison par câble électrique ou optique pour être alimenté par le transmetteur T. Ainsi tout dispositif électrique selon l'invention comprend un profil de consommation qui lui est propre selon son fonctionnement intermittent ou continu et selon la puissance utilisée faible ou élevée lors de son fonctionnement .
Le transmetteur de puissance T comprend une source lumineuse SL et un circuit d'alimentation réglable CAR connecté à la source lumineuse SL afin de lui fournir une puissance électrique réglable. Le transmetteur T comprend également un dispositif
d'ajustement de source lumineuse MP-CO, une interface de communication ICT, un détecteur de présence DP et une mémoire MET.
Les éléments SL, CAR, MP-CO, ICT, DP et MET du transmetteur T sont reliés et commandés par une unité traitement centrale CPUT.
Le circuit d'alimentation CAR est branché au secteur électrique. En variante, le circuit CAR comprend une alimentation électrique autonome. Le circuit CAR règle la puissance électrique à fournir à la source lumineuse SL en fonction du profil de consommation du dispositif électrique DE et du type et du nombre de cellules photovoltaïques Cl à CN du photorécepteur PR afin d'adapter l'émission du faisceau lumineux à une puissance utile pour un maximum de rendement RM entre l'alimentation de la source lumineuse SL et la sortie électrique du photorécepteur. La source lumineuse SL convertit la puissance électrique fournie en une puissance lumineuse au dispositif DE sous la forme du faisceau lumineux FL. Selon une réalisation, le faisceau lumineux FL est un faisceau infrarouge afin qu'il ne soit pas visible et gênant dans une pièce obscure. Selon d'autres réalisations, le faisceau émis FL est dans le domaine du visible ou de l'ultraviolet. La source lumineuse SL peut comprendre un laser, une diode photoémissive, une diode électroluminescente, une ampoule à filament ou un tube fluorescent.
Afin de discriminer le faisceau lumineux FL et la lumière ambiante, une unité de modulation UMT module le faisceau FL en fréquence, amplitude ou phase .
Le dispositif MP-CO ajuste le faisceau lumineux FL de la source SL en fonction du photorécepteur PR et comprend un mécanisme de positionnement MP et un
système optique de concentration CO de la source SL. Lors du positionnement et de la concentration de la source lumineuse SL, celle-ci produit un faisceau lumineux de puissance faible afin de ne pas risquer d'endommager des entités placées à proximité du dispositif électrique ou de créer des dommages oculaires aux personnes situées proches du faisceau lumineux.
Le mécanisme de positionnement MP dirige le faisceau lumineux FL de puissance faible produit par la source lumineuse SL en direction du photorécepteur PR du dispositif DE afin que tous les photodétecteurs PDl et PD2 soient excités.
Un mode de réalisation particulier connu dans le domaine de la mécanique est illustré aux figures 3 et 4. Selon cette réalisation, le mécanisme de positionnement MP déplace l'axe optique de la source lumineuse SL suivant une cycloïde du faisceau lumineux FL, et comprend un pignon PI entrainé en rotation par un moteur Mt, une roue dentée pleine RD et une couronne dentée CD. La couronne CD tourne librement autour d'un axe parallèle à l'axe du moteur et comporte une denture externe s 'engrenant avec le pignon moteur PI et une denture interne s 'engrenant avec la roue RD. Dans la roue RD est pratiquée une ouverture circulaire excentrée Or qui est traversée par un tube Tb de diamètre inférieur au diamètre de l'ouverture. Une des extrémités du tube Tb peut pivoter sur un pivot Pv fixé dans le boîtier du transmetteur T. L'autre extrémité du tube supporte la source lumineuse SL.
Dès que le moteur Mt est activé par l'unité de traitement CPUT du transmetteur T, il entraîne le pignon PI qui fait tourner dans le même sens la couronne dentée CD et la roue dentée RD. La source
lumineuse SL fixée à une extrémité du tube Tb décrit une cycloïde dont le diamètre est nettement supérieur à la plus grande dimension de l'ensemble de cellules du photorécepteur PR et balaie une surface circulaire plane concentrique à la couronne dentée CD. Après un positionnement approximatif de la source SL en face du photorécepteur PR, le spot du faisceau lumineux FL décrit une courbe fermée cycloïdale sur la face du dispositif électrique DE comportant la surface du photorécepteur PR. L'unité de traitement CPUT commande l'arrêt du moteur Mt quand le faisceau FL recouvre au mieux le photorécepteur PR, c'est-à-dire lorsque tous les premiers photodétecteurs PDl sont excités . Selon d'autres variantes de cette réalisation, le pignon denté moteur PI et la couronne dentée menée CD sont remplacés par tout moyen d'entraînement connu tel qu'une courroie dentée coopérant avec des poulies motrice et menée ou une chaîne coopérant avec des pignons moteur et mené.
Selon une deuxième réalisation, le mécanisme de positionnement MP est une platine micrométrique supportant la source lumineuse SL. La platine est déplaçable suivant deux axes orthogonaux entre eux et à l'axe optique de la source lumineuse SL et munis chacun de deux détecteurs de fin de course. La platine est par exemple déplacée en zigzag pour que le spot du faisceau lumineux FL balaie la face du dispositif électrique DE comportant la surface du photorécepteur PR.
En variante, pour élargir la zone de balayage, une solution consiste à monter à pivotement dans le transmetteur T l'une des extrémités d'un tube à l'autre extrémité duquel est fixée la source SL. La platine micrométrique déplace sur une faible distance
une partie intermédiaire du tube entre ses extrémités suivant les deux axes orthogonaux afin que la source lumineuse soit déplacée sur une plus grande distance.
Le système optique de concentration CO par exemple par collimation ou focalisation est placé devant la source lumineuse SL et présente une distance focale variable par focalisation et/ou une ouverture variable par collimation. Le diamètre du spot du faisceau lumineux FL varie jusqu'à ce que seuls les deuxièmes photodétecteurs PD2 soient excités .
L'unité de traitement CPUT du transmetteur transmet et reçoit des messages MS via l'interface de communication ICT communiquant avec l'interface de communication ICD du dispositif électrique DE. L'interface de communication ICT est analogue à celle ICD du dispositif électrique DE.
Lorsque l'interface ICT est optronique et les messages MS transitent par voie lumineuse entre le dispositif DE et le transmetteur T, ils sont transportés par un signal lumineux SmD, SmT. L'interface de communication ICT comprend alors par exemple une diode électroluminescente LED pour émettre un signal lumineux SmT incluant les messages MS au dispositif DE, et une photodiode pour recevoir le signal lumineux SmD incluant des messages MS émis par le dispositif DE. La diode électroluminescente peut émettre une radiation dans le domaine du visible ou de l'infrarouge ou de l'ultraviolet. Le transmetteur T comporte une unité de modulation- démodulation MDT analogue à l'unité MDD pour moduler le signal lumineux SmT avant son émission vers le dispositif DE et démoduler le signal lumineux SmD transmis par le dispositif DE, afin de discriminer
les signaux lumineux SmD et SmT et la lumière ambiante .
Selon l'autre réalisation, l'interface de communication ICT comprend un émetteur radio et un récepteur radio de faible portée, et les signaux SmD et SmT sont des signaux radio.
Le détecteur de présence DP du transmetteur T est relié à une unité de démodulation DM. Le détecteur DP et l'unité DM sont complémentaires de l'émetteur de présence EP et l'unité de démodulation UM dans le dispositif électrique DE et détectent le signal de présence Sp ou le signal de fin de charge Sf et en informent l'unité de traitement CPUT qui active ou désactive l'émission du faisceau lumineux FL.
La mémoire MET du transmetteur T est par exemple une mémoire de type ROM et comprend des identificateurs IDk de dispositifs électriques appariés à des données de réglage Rgk relatives aux dispositifs électriques. Les données de réglage relatifs au dispositif DE dépendent du profil de consommation de la batterie BI et sont notamment des coordonnées de position de la source lumineuse SL et au moins la valeur d'un paramètre, tel qu'une distance focale ou une ouverture, du système optique de concentration fixes ou comprises dans des intervalles prédéterminés, et un niveau de puissance lumineuse à fournir au dispositif électrique DE adapté au type et au nombre de cellules photovoltaïques du photorécepteur PR.
En référence à la figure 5, le procédé pour transmettre de l'énergie par voie optique depuis le transmetteur de puissance T au dispositif électrique DE comprend des étapes El à E12.
A l'étape El, le transmetteur de puissance T est en veille tant qu'aucun dispositif électrique ne signale sa présence. A l'étape E2 dans le dispositif électrique DE, l'unité de traitement centrale CPUD compare le niveau de charge Nc, tel que la tension de charge, de la batterie BI à un seuil de charge faible Scf. Si le niveau Nc est inférieur au seuil Scf, l'unité de traitement centrale CPUD active l'émetteur de présence EP afin que ce dernier émette un signal de présence Sp vers le détecteur de présence DP du transmetteur T, à l'étape E3. L'unité de traitement centrale CPUD surveille l'excitation au moins des photodétecteurs PDl.
En variante, à l'étape E2, si le niveau de charge Nc de la batterie BI est très faible, la batterie est hors d'usage et l'utilisateur du dispositif DE active manuellement l'envoi du signal de présence Sp par l'émetteur de présence EP, par exemple en appuyant sur un bouton poussoir placé sur le dispositif DE et connectant l'émetteur EP à la batterie .
La réception du signal de présence Sp par le détecteur de présence DP à l'étape E3 réveille l'unité de traitement CPUT dans le transmetteur T dont la diode électroluminescente LED dans l'interface ICT ou la source lumineuse SL émet un spot lumineux pour que l'utilisateur mette grossièrement face à face le photorécepteur PR et la source lumineuse SL.
L'unité de traitement CPUT du transmetteur T active le circuit d'alimentation CAR qui règle la puissance électrique W à une puissance faible Wf appliquée à la source lumineuse SL pour positionner
et concentrer le faisceau lumineux FL vers les cellules photovoltaïques Cl à CN du photorécepteur PR. La source lumineuse SL convertit la puissance électrique appliquée en une puissance lumineuse transmise par le faisceau FL vers le photorécepteur PR du dispositif DE.
A l'étape E4, l'unité de traitement CPUT du transmetteur active le mécanisme de positionnement MP et le système optique de concentration CO, et commande au moins un paramètre optique po à une valeur poM tel que la distance focale ou l'ouverture de collimation du système de concentration CO pour que le faisceau FL ait un diamètre maximum.
A l'étape E5, le photorécepteur PR du dispositif électrique DE reçoit le faisceau FL de puissance faible. Dès que tous les photodétecteurs PDl sont excités simultanément par le faisceau FL, l'unité de traitement centrale CPUD du dispositif DE établit un message MSl indiquant que la source lumineuse SL est correctement positionnée. Le message établi MSl est inclus dans un signal lumineux SmD transmis par l'interface de communication ICD à l'interface de communication ICT du transmetteur T, à l'étape E6.
A la réception du message MSl, l'unité de traitement CPUT du transmetteur T arrête le mécanisme de positionnement MP et fait varier le paramètre po du système de concentration CO, par exemple en le décrémentant d'un pas Δpo, pour que le diamètre du spot du faisceau lumineux FL sur la face du dispositif DE contenant le photorécepteur PR diminue. A l'étape E7, si un ou des photodétecteurs PDl sont excités par le faisceau FL et/ou un ou des photodétecteurs PD2 ne sont pas excités par le faisceau FL, le dispositif DE transmet un deuxième message MS2 à l'interface de communication ICT, afin
que l'unité de traitement CPUT du transmetteur T réactive le mécanisme de positionnement MP, à l'étape E8. Le message établi MS2 est inclus dans un signal lumineux SmD transmis par l'interface de communication ICD à l'interface de communication ICT du transmetteur T. Tant que tous les photodétecteurs PDl ne sont pas désexcités par le faisceau FL et que tous les photodétecteurs PD2 ne sont pas excités simultanément par le faisceau FL, le procédé reboucle de l'étape E8 à l'étape E5.
A l'étape E7, dans le cas contraire, le spot du faisceau FL est concentré sur les cellules du photorécepteur PR.
A l'étape E9, l'excitation simultanée des photodétecteurs PD2 simultanément avec la désexcitation des photodétecteurs PDl est interprétée par l'unité de traitement centrale CPUD pour établir un troisième message MS3 signalant que la source lumineuse est correctement concentrée sur le photorécepteur. Le message établi MS3 est inclus dans un signal lumineux SmD transmis par l'interface de communication ICD à l'interface de communication ICT du transmetteur T.
A la réception du message MS3, l'unité de traitement CPUT du transmetteur T commande au circuit d'alimentation CAR l'augmentation de la puissance électrique W à une puissance élevée We pour la pleine charge de la batterie BI du dispositif électrique DE. La source lumineuse SL convertit la puissance électrique élevée en une puissance lumineuse élevée transmise par le faisceau FL au photorécepteur PR.
A l'étape ElO, le photorécepteur PR reçoit la puissance du faisceau lumineux FL et la compare à la puissance utile aux cellules Cl à CN.
A l'étape EIl, si les cellules ne fonctionnent pas au rendement maximum RM, l'unité de traitement centrale CPUD établit un quatrième message MS4 demandant une augmentation ou une diminution Δw de la puissance d'émission lumineuse. Le message établi MS4 est inclus dans un signal lumineux SmD transmis par l'interface de communication ICD à l'interface de communication ICT du transmetteur T. A la réception du message MS4, l'unité de traitement CPUT du transmetteur commande au circuit d'alimentation CAR d'augmenter ou de diminuer la puissance d'émission W de Δw.
En variante, la puissance d'émission peut être réglée par une méthode dichotomique selon laquelle tant que la puissance de réception du faisceau FL ne correspond pas à la puissance utile aux cellules Cl à CN, les étapes ElO et EIl sont exécutées.
A l'étape E12, l'unité de traitement centrale CPUD du dispositif DE compare le niveau de charge Nc à un seuil de pleine charge Spc correspondant à la fin de la charge de la batterie BI. Dès que le niveau Nc est supérieur au seuil Spc, l'unité de traitement centrale CPUD transmet via l'émetteur de présence EP un signal de fin de charge Sf à émettre vers le détecteur de présence DP. En variante, le signal de fin de charge est remplacé par un message MS indiquant la fin de la charge de la batterie à transmettre dans un signal SmD par l'interface de communication ICD à l'interface de communication ICT du transmetteur.
A la réception du signal de fin de charge Sf à l'étape E13, l'unité de traitement CPUT du transmetteur T commande au circuit CAR l'arrêt de l'alimentation de la source SL et met en veille le
transmetteur T jusqu'à ce qu'un dispositif électrique lui transmette un signal de présence.
Durant la charge de la batterie BI, si le dispositif électrique signale par un message MS qu'il s'est légèrement déplacé, l'unité de traitement CPUT du transmetteur réactive le dispositif d'ajustement de source lumineuse MP-CO afin que le faisceau lumineux FL soit dirigé sur les cellules Cl à CN. Lors du repositionnement et de la reconcentration du faisceau FL, l'unité CPUT peut commander au circuit CAR de diminuer la puissance à fournir W à une puissance faible. Dès que le positionnement correct du faisceau FL sur le photorécepteur PR est signalé, l'unité CPUT commande l'augmentation de la puissance W à une puissance élevée.
En variante, au début de l'étape E3, l'unité de traitement centrale CPUD du dispositif électrique DE lit l'identificateur ID dans la mémoire MED et l'introduit dans un message MS émis par l'interface de communication ICD, en complément ou en remplacement du signal de présence Sp par l'émetteur de présence EP. A la réception du message MS par l'interface de communication ICT du transmetteur T, l'unité de traitement CPUT recherche dans la mémoire MET les données de réglage associées à l'identificateur ID transmis. Les données de réglage associées correspondent notamment aux coordonnées de position de la source lumineuse SL utilisées par le mécanisme de positionnement MP et un paramètre, tel qu'une distance focale ou une ouverture de collimation, du système optique de concentration CO, et/ou au niveau de puissance électrique W à fournir par le circuit CAR correspondant au niveau de puissance utile des cellules photovoltaïques Cl à CN
du dispositif DE. Ces données de réglage sont préenregistrées dans la mémoire MET ou sont mémorisées après une première alimentation du dispositif DE par le transmetteur T. A l'étape E3, l'unité de traitement CPUT commande un premier positionnement de la source lumineuse SL en fonction des coordonnées mémorisées dans la mémoire MET. Puis l'ajustement de la source lumineuse est affiné aux étapes E5 à E8 par exemple si l'un des appareils, le dispositif DE ou le transmetteur T, a été légèrement déplacé par rapport à l'autre. A l'étape E9, l'unité de traitement CPUT commande au circuit CAR le réglage de la puissance électrique W en fonction de celle désignée par l'identificateur ID dans la mémoire MET, ce réglage étant affiné aux étapes ElO et EIl. Les coordonnées de position de la source lumineuse et la valeur du paramètre du système de concentration affinées et la puissance électrique modifiée, sont mémorisées en association à l'identificateur ID du dispositif DE dans la mémoire MET et remplacent les données de réglage précédentes.
Selon une autre variante, le transmetteur T gère la charge de plusieurs dispositifs électriques disposés indifféremment dans une pièce, tels que des capteurs sans fil à charger régulièrement en énergie. Outre, les coordonnées de position de source lumineuse, le paramètre de système de focalisation et le niveau de puissance électrique à fournir, les données de réglage appariées à chaque dispositif électrique comprennent également un temps de charge de la batterie ou d'un condensateur dudit dispositif et un temps de décharge de celle-ci. En fonction de ces données de réglage, l'unité de traitement CPUT du transmetteur détermine un ordonnancement pour
alimenter successivement les dispositifs électriques, plusieurs dispositifs se trouvant à proximité les uns des autres pouvant être chargés simultanément par le transmetteur T.
Selon encore une autre variante, plusieurs transmetteurs coopèrent pour charger un ensemble de dispositifs électriques indifféremment disposés dans une pièce. Si la puissance lumineuse maximale émise par un premier transmetteur vers un ou des dispositifs électriques n'est pas suffisante, un deuxième transmetteur peut émettre également une puissance lumineuse vers ce ou ces dispositifs selon la puissance à compléter. Les transmetteurs s'échangent des messages via des signaux lumineux modulés selon une fréquence, une amplitude ou une phase spécifique aux transmetteurs.
Un transmetteur comportant un laser ou une diode électroluminescente peut être associé à un système de sécurité qui interrompt momentanément l'émission du faisceau lumineux lorsqu'une intrusion dans une zone délimitée comportant le transmetteur et le dispositif électrique est détectée. Le système de sécurité peut comporter des capteurs de présence. Selon une autre réalisation, la zone d'intrusion est la zone d'accès à la pièce contenant le ou les transmetteurs et le ou les dispositifs électriques, et le système de sécurité est activé lorsque la zone d'accès, telle qu'une porte de la pièce, est ouverte.
Une autre réalisation d'un système de sécurité est apte à diminuer automatiquement la puissance du faisceau lumineux à une puissance de sécurité par exemple liée à la puissance électrique faible Wf, dès que l'un des deuxièmes photodétecteurs PD2 ne détecte
plus le faisceau lumineux. Lorsque tous les deuxièmes photodétecteurs sont simultanément excités par le faisceau lumineux de faible puissance, et que tous les premiers photodétecteurs PDl ne sont pas excités par ledit faisceau, le transmetteur augmente à nouveau la puissance lumineuse du faisceau.
Des miroirs peuvent être placés de manière appropriée dans la pièce pour réfléchir le faisceau lumineux et les signaux lumineux lorsque le transmetteur T et le dispositif électrique DE sont situés dans des zones qui ne sont pas en visibilité directe .
Lorsque que le dispositif électrique DE est mis manuellement par un utilisateur en face du transmetteur T, celui-ci comprend un module d'éclairage temporaire de la zone de charge afin d'aider à placer le dispositif électrique. Ce module, tel qu'une deuxième source lumineuse de puissance faible accolée à la source SL, peut être activé lorsque le détecteur de présence DP reçoit le signal de présence Sp émis par l'émetteur EP du dispositif DE, et désactivé lors du positionnement et de la concentration de la source lumineuse SL.
Selon un premier exemple d'application du système de transmission d'énergie, le transmetteur T est fixé au niveau du réflecteur d'une lampe de bureau et adapté à la forme de celui-ci. Le pied de lampe de bureau comporte une encoche ou le marquage d'une zone pour positionner le dispositif électrique DE, tel qu'un ordinateur portable ou un terminal mobile, et pour aligner sensiblement la source lumineuse SL et le photorécepteur PR. Lors de la
charge, le dispositif DE bénéficie également de la lumière de la lampe de bureau.
L'ordinateur peut être un dispositif ou objet électronique de télécommunications personnel à l'utilisateur du procédé, par exemple un assistant numérique personnel communiquant PDA. Le dispositif électrique peut être également tout autre terminal ou appareil ou instrument portable ou non tel qu'une console de jeux vidéo, un récepteur de télévision intelligent, une souris, un clavier, un rasoir ou un appareil de mesure, une lampe de poche rechargeable.
Selon un deuxième exemple d'application, le transmetteur de puissance T est un poste de radio qui émet des signaux lumineux transportant un signal acoustique numérique vers un dispositif de reproduction de son doté d'un haut-parleur. Ces signaux lumineux sont transmis entre les interfaces de communication ICT et ICD respectivement du poste de radio et du dispositif de reproduction de son. La source lumineuse du poste de radio émet simultanément un faisceau lumineux FL vers le photorécepteur PR du dispositif afin de charger la batterie de ce dernier. Aucune connexion câblée ne relie le poste de radio au dispositif sonore. Seul le poste de radio est branché au secteur électrique. Le transport d'énergie et le transport de signal acoustique vers le dispositif de reproduction de son peuvent être réunis dans le faisceau lumineux FL.
Selon un troisième exemple d'application et en référence à la figure 6, le dispositif électrique DE est un vêtement communicant et le transmetteur T est un cintre CI en plexi-glace de forme triangulaire, ou un porte-manteau pouvant être branché au secteur
électrique à travers un transformateur. Le photorécepteur PR comporte des panneaux souples de cellules photovoltaïques . Ces panneaux souples de cellules et des photodétecteurs PDl et PD2 sont placés à l'intérieur du vêtement, par exemple sous et à proximité de l'une des épaules, ou répartis sous les deux épaules. Le transmetteur de puissance T est suspendu à la barre du cintre CI et la source lumineuse SL est dirigé vers le crochet du cintre pour éclairer le photorécepteur PR et les photodétecteurs PDl et PD2.
En variante, le vêtement communicant et le cintre sont remplacés par une chaussure communicante et une forme.
L'invention décrite ici concerne un procédé et un système de transmission d'énergie par voie optique depuis un transmetteur de puissance T vers un dispositif électrique DE à charger. Selon une implémentation, les étapes du procédé de l'invention sont déterminées par les instructions de programmes d'ordinateur incorporés dans le dispositif électrique et dans le transmetteur. Les programmes comportent des instructions qui, lorsque lesdits programmes sont exécutés dans les unités de traitement du dispositif électrique et du transmetteur dont les fonctionnements sont alors commandés par l'exécution des programmes, réalisent les étapes du procédé selon 1 ' invention . En conséquence, l'invention s'applique également à des programmes d'ordinateur, notamment des programmes d'ordinateur enregistrés sur ou dans un support d'informations lisible par un ordinateur et tout dispositif de traitements de données, adapté à mettre en œuvre l'invention. Ces programmes peuvent
utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter le procédé selon l'invention.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker les programmes. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage ou support d'enregistrement sur lequel est enregistré les programmes d'ordinateur selon l'invention, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore une clé USB, ou un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Les programmes selon l'invention peuvent être en particulier téléchargés sur un réseau de type internet.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel les programmes sont incorporés, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l'invention.