JP2010284006A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 同じ周波数帯を用いながら送電とデータ通信を同時に行う構成において、送電時の安全性と通信の信頼性を両立する非接触電力伝送装置を提供すること。
【解決手段】 送電対象に対するＩＤ認証の失敗や、機器近傍に存在する導電体または磁性体を含む異物を検知した場合、受電側機器の位置が不適切であった場合、送電中の受電側機器の取り去り等を検知した場合、および充電が終了した場合等に、送電を開始しない、または送電を停止するように構成することで、機器の保護や周辺環境への電磁波放射を防ぐといった送電時の安全性を満たすとともに、送電を行わない場合には送電電力を制御することによって電磁波の出力を制御し、データ通信のみを行うよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力を伝送する装置に係り、特に携帯電話、ヘッドセット、デジタルカメラ、デジタルビデオ等の携帯機器に好適な非接触電力伝送装置に関する。

電磁誘導を利用した非接触電力伝送においては、送電側と受電側間の電力伝送波にデータ通信の信号を用いてＡＭ変調を行うことで、同じ周波数帯を用いながら送電とデータ通信を同時に行うことが可能であり、非接触型ＩＣカード等の非常に小さな電力で動作する機器においては実用化されている。

しかしながら、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器においても非接触電力伝送の要望は大きく、特に電力のみならず、携帯機器が備える通信機能を阻害することなく、それらの機器に少なくとも数Ｗ以上の電力を供給するためには、送電時の安全性と通信の信頼性を両立することが必要である。

数Ｗ以上の電力を伝送する非接触電力伝送において、安全に充電を実行するためには、送電側機器と受電側機器の組み合わせが規格に合致している必要がある。規格外の機器を組み合わせた場合には、十分な電力が伝送できなかったり、機器が破損したりする可能性もある。

また、送電側機器に対して、受電側機器の設置が適切になされていることも必要である。適正な位置からずれて設置された受電側機器に対し送電が開始された場合には、受電側機器の発熱や誤作動等を引き起こす可能性があり、また、機器近傍にコインのような金属性の異物があった場合には、その異物が発熱する場合もある。

このような課題に対し、受電側機器を認証してから送電を開始する構成が特許文献１に記載されている。

特許文献１には、送電側制御回路はスイッチがオンされると仮送電を実行し、ＩＤ認証部はＩＤ認証情報に基づくＩＤ認証を実行し、異物検出部は本送電期間において第１のアンテナの誘起電圧の変化を監視して異物の有無を判定し、送電制御部は所定時間内にＩＤ認証情報を受信しない場合、およびＩＤ認証部によるＩＤ認証に失敗した場合に仮送電を停止し、本送電開始後、取り去りが検出された場合、金属異物が検出された場合、乗っ取り状態が検出された場合、満充電が検出された場合には、本送電を停止するような送電制御装置、送電装置、無接点電力伝送システムおよび電子機器が開示されている。

特開２００９−０１１１２９号公報

非接触型ＩＣカードのような、通信時のみ電力供給を行う機器とは異なり、携帯機器は動作電力源として二次電池を備えるものが多く、充電を終えて送電を停止した後でも、少なくともデータ通信は支障なく行うことができることが望ましい。

また、携帯機器への非接触電力伝送においては、機器の保護や周辺環境への電磁波放射を防ぐといった送電時の安全性の要求を満たすため、送電対象に対するＩＤ認証の失敗や、機器近傍に存在する金属性の異物を検知した場合、受電側機器の設置状態が不適切であった場合、および送電中の受電側機器の取り去り等を検知した場合には、送電を開始しない、または送電を停止するように構成する必要がある。

しかしながら、特許文献１のような従来技術の構成のうち、電力伝送波にデータ通信信号の変調をかけて、同じ周波数帯を用いながら送電とデータ通信を同時に行う場合には、送電が停止するとデータ通信を行うことができないという課題がある。

本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力伝送波にデータ通信の信号を用いてＡＭ変調を行うことで、同じ周波数帯を用いながら送電とデータ通信を同時に行う構成において、送電時の安全性と通信の信頼性を両立する非接触電力伝送装置を提供することにある。

本発明によれば、電磁波により非接触で送電および通信を行う第１のアンテナを有する送電側機器と、前記電磁波による受電および前記通信を行う第２のアンテナを有する受電側機器を備え、前記送電側機器から前記送電を行う場合には、前記電磁波に前記通信の信号を用いてＡＭ変調を行うことにより、前記送電と前記通信を同時に行い、前記送電を行わない場合には、前記送電の電力を制御する手段によって前記電磁波の出力を制御し、前記通信のみを行うよう構成することを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電側機器は、初期動作として前記受電側機器を検出するポーリングを実行し、前記受電側機器を検出した場合は前記受電側機器に予め記憶されたＩＤ情報に基づきＩＤ認証を行い、前記送電側機器と前記受電側機器との組み合わせの適否を確認した後に前記送電を開始し、前記ＩＤ認証が出来ない場合、または前記組み合わせの適否が確認できない場合は、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電側機器が前記送電を開始した後、前記受電側機器との前記通信によって前記送電を停止するという要求を検出した場合、前記送電側機器からの前記送電を停止し、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電における前記第１のアンテナの交流電圧信号を検出することにより、前記受電側機器の位置の適否を判定する位置検出手段を備え、前記位置検出手段において前記受電側機器が検出されない場合、または前記受電側機器の位置が適切でないと判定された場合には、前記送電側機器からの前記送電を停止することを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電における前記第１のアンテナの前記交流電圧信号の変化と、導電体または磁性体を含む異物の有無による前記交流電圧信号の変化を判定する異物検出手段を備え、前記異物が検出された場合には、前記送電側機器からの前記送電を停止し、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電における前記第１のアンテナの交流電圧信号を検出することにより、前記受電側機器が取り去られたことを判定する取り去り検出手段を備え、前記受電側機器の取り去りが検出された場合には、前記送電側機器からの前記送電を停止し、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記通信を行う際は、前記位置検出手段、前記異物検出手段、前記取り去り検出手段の動作を停止するか、または検出制御手段により予め定めた時間間隔で前記位置検出手段、前記異物検出手段、前記取り去り検出手段を動作させることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電側機器は、前記送電において予め定めた時間間隔で前記ＩＤ認証を行い、前記ＩＤ認証が出来ない場合、または前記組み合わせの適否が確認できない場合は、送電を停止することを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電側機器は、前記ポーリングの実行および停止を切り替える手段を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記受電側機器に、前記受電した電力を蓄電して前記受電側機器を動作させる蓄電手段を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、前記送電側機器は、前記受電側機器との前記通信によって前記蓄電手段の情報を取得し、前記情報に応じて前記送電の電力を変化させる送電制御手段を備えることを特徴とする非接触電力伝送装置が得られる。

本発明によれば、電力伝送波にデータ通信の信号を用いてＡＭ変調を行うことで、同じ周波数帯を用いながら送電とデータ通信を同時に行う構成において、送電対象に対するＩＤ認証の失敗や、機器近傍に存在する導電体や磁性体を含む異物を検知した場合、送電側機器と受電側機器との相対位置が適切でなかった場合、送電中の受電側機器の取り去り等を検知した場合、および充電が終了した場合等に、送電を開始しない、または送電を停止するように構成することで機器の保護や周辺環境への電磁波放射を防ぐといった送電時の安全性を満たすとともに、送電を行わない場合には送電の電力を制御することによって電磁波の出力を制御し、データ通信のみを行うよう構成することで、送電時の安全性と通信の信頼性を両立する非接触電力伝送装置の提供が可能となる。

本発明による非接触電力伝送装置に関する動作フローの一例を説明する図である。 本発明による非接触電力伝送装置に関する送電側機器の一例を説明する機能ブロック図である。 本発明による非接触電力伝送装置に関する受電側機器の一例を説明する機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明による非接触電力伝送装置に関する動作フローの一例を説明する図である。なお、図１では受電側機器に二次電池を備えた構成を例に説明するが、二次電池やキャパシタ等の蓄電部品を必要としない構成の場合は、電池および充電に関する事項を除外する。

送電側機器の初期動作としては、ポーリングの送電を実行して受電側機器すなわち送電対象を検出する。

送電対象を検出したら、送電側機器の第１のアンテナの交流電圧信号を検出することにより、第２のアンテナを備える受電側機器の待機位置の適否を判定する位置検出を行い、位置検出において受電側機器が検出されない場合、または送電側機器に対する受電側機器の位置が、送電および／またはデータ通信を行うのに適切でないと判定された場合には、前記送電側機器からのポーリングの送電を停止して初期動作に戻る。

位置検出に適合したら、受電側機器に備えるメモリ内に予め記憶されたＩＤ情報に基づきＩＤ認証を行い、送電側機器と受電側機器との組み合わせの適否を確認する。ＩＤ認証が失敗した場合は必要により所定回数のリトライを実施し、結果的にＩＤ認証が出来ない場合または前記送電側機器と前記受電側機器との組み合わせの適否が確認できない場合は、初期動作に戻る。

ＩＤ認証を行ったら、二次電池を有する構成の場合は電池情報検出を行う。電池情報は、電池の種類、入力電力値、入力電流値、電池残量等であり、受電側機器に最適な送電を行うための制御情報として用いる。電池の満充電を検出し、データ通信を行わない場合は初期動作に戻る。データ通信を行う場合は通信を実行し、終了したら初期動作に戻る。

満充電でない場合は、充電を開始する。送電側機器の第１のアンテナの交流電圧信号を検出し、電圧変化から第２のアンテナを備える受電側機器が取り去られた場合の取り去り検出、導電体または磁性体の異物が近傍にある場合の異物検出を行い、それらが検出された場合には充電停止して初期動作に戻る。

満充電を検出したら充電停止し、初期動作に戻る。充電停止時にデータ通信中であった場合は、電力制御により充電用電力をカットし、通信用電力のみ供給して終了するまでデータ通信を続ける。以上の処理手順に従って送電と通信を実行する。

以下、本発明の機器構成の一例について説明する。

図２は、本発明による非接触電力伝送装置に関する送電側機器の一例を説明する機能ブロック図である。

図２で示されるように、送電側機器１００は、送電制御装置１１０と、送電部１２０と、通信装置１３０と、検出部１４０と、コイルよりなる第１のアンテナ１５０と、電源部１７０を有する。また、送電制御装置１１０は、送電制御回路１１１と、発振回路１１２と、検出器制御装置１１３を有する。また、通信装置１３０は、通信制御回路１３１を有する。更に、検出部１４０は、満充電検出回路１４１と、位置検出回路１４２と、異物検出回路１４３と、取り去り検出回路１４４を有する。

また、送電側機器１００は、動作状態を表示するための表示部１６０を備えてもよい。

また、送電側機器１００の電源部１７０として、二次電池を使用してもよい。

また、電源部１７０は、送電側機器１００の本体外部に設けてもよい。

図３は、本発明による非接触電力伝送装置に関する受電側機器の一例を説明する機能ブロック図である。

受電側機器２００には、受電制御装置２１０と、受電部２２０と、通信装置２３０と、二次電池２４０と、メモリ２５０と、コイルよりなる第２のアンテナ２６０を有する。また、受電制御装置２１０は、受電制御回路２１１を有する。また、受電部２２０は整流回路２２１を有する。また、通信装置２３０は、通信制御回路２３１を有する。

また、受電側機器２００は、図２の送電側機器が備える満充電検出回路、位置検出回路、異物検出回路、取り去り検出回路のいずれかもしくは全てを有してもよい（図示せず）。

図２の送電側機器１００が備える第１のアンテナ１５０と、図３の受電側機器２００が備える第２のアンテナ２６０を、電磁誘導により結合させることで、送電側機器１００から受電側機器２００に対して非接触で電力を伝送することができる。

通信装置１３０は、例えば１３．５６ＭＨｚ帯の周波数を用いたＲＦＩＤ通信等のデータ通信を行うことができる装置であり、通信制御回路１３１でデータ信号を生成し、送電制御装置１１０へ供給する。また、受電側機器２００より送られたデータ信号を受信する。

送電制御装置１１０は、送電制御回路１１１と、発信回路１１２と、検出器制御装置１１３を有し、発振回路１１２にて例えば１３．５６ＭＨｚ帯の周波数をもった交流電圧を生成し、送電部１２０へ交流電圧を供給する。

また、データ通信を実行している場合は、送電制御回路１１１にて、通信制御回路１３１から供給されるデータ信号により、発振回路１１２にて生成された交流電圧に変調を行い、変調された交流電圧が送電部１２０へ供給される。

また、送電制御回路１１１にて第１のアンテナ１５０へ供給される電力量の調整を行い、受電側機器２００より送られたデータ信号の復調を行う。

検出器制御装置１１３は、データ通信を実行する時の検出部１４０の動作を制御する。データ通信を行っている場合、データ信号による交流電圧変化により検出部で誤判定を起こすことを防ぐために、データ通信時は検出部１４０の検出を行わないか、もしくは予め定めた時間間隔での検出を行うよう制御をする。

送電部１２０では、送電制御装置１１０から供給された交流電圧を受け、第１のアンテナ１５０へ電力を供給する。

第１のアンテナ１５０は、送電部１２０より電力を供給され、電磁誘導により第２のアンテナ２６０へ電力を伝送する。

満充電検出回路１４１は、送電部１２０から第１のアンテナ１５０へ供給される交流電圧を検出し、満充電と判断された場合には第１のアンテナ１５０へ供給される電力を停止、もしくはデータ通信が行われている場合にはデータ通信に必要な電力まで供給量を抑制する信号を送電制御装置１１０へ送る。

充電状態が満充電に近づくに従って、供給される電圧が大きくなり、また、メモリ２５０に記憶された二次電池の充電時の許容最大電圧と比較することで、電圧が許容最大電圧を超えた時点を満充電とする。

位置検出回路１４２は、送電部１２０から第１のアンテナ１５０へ供給される交流電圧を検出し、位置ズレと判定された場合には第１のアンテナ１５０へ供給される電力を停止、もしくはデータ通信が行われている場合にはデータ通信に必要な電力まで供給量を抑制する信号を送電制御装置１１０へ送る。位置ズレが起きた場合には前記交流電圧が減少するため、この交流電圧を計測することにより、所定の電圧値を下回った場合に位置ズレと判定する。この際、送電側機器１００が表示部１６０を備える構成の場合は、エラーを表示することが望ましい。

異物検出回路１４３は、送電部１２０から第１のアンテナ１５０へ供給される交流電圧を検出し、異物を検出した場合には第１のアンテナ１５０へ供給される電力を停止、もしくはデータ通信が行われている場合にはデータ通信に必要な電力まで供給量を抑制する信号を送電制御装置１１０へ送る。導電体や磁性体を含む異物が第１のアンテナ１５０近傍に存在する場合には、前記交流電圧が増大するため、この交流電圧を計測することにより所定の電圧値を上回った場合に異物の存在を判定する。この際、送電側機器１００が表示部１６０を備える構成の場合は、エラーを表示することが望ましい。

充電状態にある受電側機器２００が、満充電となる前に送電側機器１００から取り去られたことを検知するのが取り去り検出であり、取り去り検出回路１４４は送電部１２０から第１のアンテナ１５０へ供給される交流電圧を検出し、取り去りと判定された場合には第１のアンテナ１５０へ供給される電力を停止、もしくはデータ通信が行われている場合にはデータ通信に必要な電力まで供給量を抑制する信号を送電制御装置１１０へ送る。取り去りが生じた場合には前記交流電圧が減少するため、この交流電圧を計測することにより、所定の電圧値を下回った場合に取り去りと判定する。

第２のアンテナ２６０は、電磁誘導により第１のアンテナ１５０より電力を供給され、供給された電力を受電制御装置２１０へ供給する。

受電制御装置２１０は受電制御回路２１１を有し、データ通信時は第２のアンテナ２６０から供給された電力に変調された信号を復調し、データ信号は通信装置２３０へ供給し、電力は受電部２２０へ供給する。また、受電制御装置２１０は、受電器２００から送電側機器１００へ通信により情報を送る場合に、通信装置２３０より送られる信号を送電側機器１００へ送るための負荷変調を行う機能を有する。

通信装置２３０は、充電制御装置２１０から送られた信号により、メモリ２５０に記憶された情報を書き換え、また、メモリ２５０に記憶された情報を受電制御回路へ信号として送ることができる。

受電部２２０は、整流回路２２１を有し、受電制御装置２１０から供給された電力を交流電圧から直流電圧に変換し、蓄電器２４０に直流とした電力を供給する。

二次電池２４０は、受電部２２０より供給された電力を蓄えることができ、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池、キャパシタ等の蓄電部品と保護回路等から構成される。

メモリ２５０は、受電器２００のＩＤ情報、二次電池２４０の仕様情報および充電を実行するに必要な情報を記憶する。

表示部１６０は、送電器の動作状態を表示することができ、［充電中］、［通信中］、［位置ズレ］、［異物検出］等の情報を、液晶ディスプレイや発光素子等で表示することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、部材や構成の変更があっても本発明に含まれる。例えば、機器の構成は図２および図３に示したものに限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したり、接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。すなわち、当業者であれば当然なしえるであろう各種変形や修正もまた、本発明に含まれるものである。

１００ 送電側機器
１１０ 送電制御装置
１１１ 送電制御回路
１１２ 発振回路
１１３ 検出器制御装置
１２０ 送電部
１３０ 通信装置
１３１ 通信制御回路
１４０ 検出部
１４１ 満充電検出回路
１４２ 位置検出回路
１４３ 異物検出回路
１４４ 取り去り検出回路
１５０ 第１のアンテナ
１６０ 表示部
１７０ 電源部
２００ 受電側機器
２１０ 受電制御装置
２１１ 受電制御回路
２２０ 受電部
２２１ 整流回路
２３０ 通信装置
２３１ 通信制御回路
２４０ 二次電池
２５０ メモリ
２６０ 第２のアンテナ

Claims (11)

1. 電磁波により非接触で送電および通信を行う第１のアンテナを有する送電側機器と、前記電磁波による受電および前記通信を行う第２のアンテナを有する受電側機器を備え、前記送電側機器から前記送電を行う場合には、前記電磁波に前記通信の信号を用いてＡＭ変調を行うことにより、前記送電と前記通信を同時に行い、前記送電を行わない場合には、前記送電の電力を制御する手段によって前記電磁波の出力を制御し、前記通信のみを行うよう構成することを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 前記送電側機器は、初期動作として前記受電側機器を検出するポーリングを実行し、前記受電側機器を検出した場合は前記受電側機器に予め記憶されたＩＤ情報に基づきＩＤ認証を行い、前記送電側機器と前記受電側機器との組み合わせの適否を確認した後に前記送電を開始し、前記ＩＤ認証が出来ない場合、または前記組み合わせの適否が確認できない場合は、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする、請求項１に記載の非接触電力伝送装置。
3. 前記送電側機器が前記送電を開始した後、前記受電側機器との前記通信によって前記送電を停止するという要求を検出した場合、前記送電側機器からの前記送電を停止し、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする、請求項１乃至２のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記送電における前記第１のアンテナの交流電圧信号を検出することにより、前記受電側機器の位置の適否を判定する位置検出手段を備え、前記位置検出手段において前記受電側機器が検出されない場合、または前記受電側機器の位置が適切でないと判定された場合には、前記送電側機器からの前記送電を停止することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
5. 前記送電における前記第１のアンテナの前記交流電圧信号の変化と、導電体または磁性体を含む異物の有無による前記交流電圧信号の変化を判定する異物検出手段を備え、前記異物が検出された場合には、前記送電側機器からの前記送電を停止し、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
6. 前記送電における前記第１のアンテナの交流電圧信号を検出することにより、前記受電側機器が取り去られたことを判定する取り去り検出手段を備え、前記受電側機器の取り去りが検出された場合には、前記送電側機器からの前記送電を停止し、前記初期動作に戻る動作を行うことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
7. 前記通信を行う際は、前記位置検出手段、前記異物検出手段、前記取り去り検出手段の動作を停止するか、または検出制御手段により予め定めた時間間隔で前記位置検出手段、前記異物検出手段、前記取り去り検出手段を動作させることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
8. 前記送電側機器は、前記送電において予め定めた時間間隔で前記ＩＤ認証を行い、前記ＩＤ認証が出来ない場合、または前記組み合わせの適否が確認できない場合は、送電を停止することを特徴とする、請求項２乃至６のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
9. 前記送電側機器は、前記ポーリングの実行および停止を切り替える手段を備えることを特徴とする、請求項２乃至６のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
10. 前記受電側機器に、前記受電した電力を蓄電して前記受電側機器を動作させる蓄電手段を備えることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれかに記載の非接触電力伝送装置。
11. 前記送電側機器は、前記受電側機器との前記通信によって前記蓄電手段の情報を取得し、前記情報に応じて前記送電の電力を変化させる送電制御手段を備えることを特徴とする、請求項１０に記載の非接触電力伝送装置。

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