JP2013070580A - 受電装置、送電装置、非接触電力伝送システム及び非接触電力伝送方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 1台の1次側から複数の2次側に対して給電する場合に、1次側からの送電が短時間停止しても、各2次側のID番号の取得や認証等の手続きをやり直すことなく、複数給電の処理時間を短縮できるようにする。
【解決手段】 受電装置が備える通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信し、該Q値測定コマンドを受信したとき、受電装置が備える制御部により、Q値測定時に受電装置が備える金属異物検知処理を行う検知部において消費する分の電力を受電装置が備える蓄電部に充電する制御を少なくとも行う。
【選択図】図13
【解決手段】 受電装置が備える通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信し、該Q値測定コマンドを受信したとき、受電装置が備える制御部により、Q値測定時に受電装置が備える金属異物検知処理を行う検知部において消費する分の電力を受電装置が備える蓄電部に充電する制御を少なくとも行う。
【選択図】図13
Description
本開示は、金属等の導体の存在を検知する受電装置、送電装置、非接触電力伝送システム及び非接触電力伝送方法に関する。
近年、非接触で電力を供給(ワイヤレス給電)する非接触電力伝送システムの開発が盛んに行われている。非接触電力伝送システムでは、送電装置の送電コイルに交流信号を入力して交流磁界を発生させ、この交流磁界を受電装置の受電コイルで受けて交流信号を取り出すことにより、非接触で電力を伝送(給電)する。
図1に、非接触電力伝送システムの概略構成例を示す。
図1に示した非接触電力伝送システム1は、送電装置10(送電デバイス:1次側)と受電装置20(受電デバイス:2次側)を備えて構成される。
図1に示した非接触電力伝送システム1は、送電装置10(送電デバイス:1次側)と受電装置20(受電デバイス:2次側)を備えて構成される。
送電装置10は、一例として送電コイル11と、抵抗素子12と、交流信号を出力する交流電源13を備える。送電装置10において、交流電源13から送電コイル11に交流信号を入力して交流磁界を発生する。
受電装置20は、一例として受電コイル21と、この受電コイル21と並列接続されたキャパシタ22と、整流平滑部23と、レギュレータ24と、給電対象25を備える。
受電装置20において、送電装置10で発生した交流磁界を磁界共鳴方式等によって受電コイル21で受け、受電コイル21を含む共振回路を通じて交流信号を取り出す。取り出した交流信号は、整流平滑部23で整流及び平滑化することにより直流信号に変換される。レギュレータ24は、その直流信号を利用して定電圧を生成し、バッテリーなどの給電対象25へ供給する。
受電装置20において、送電装置10で発生した交流磁界を磁界共鳴方式等によって受電コイル21で受け、受電コイル21を含む共振回路を通じて交流信号を取り出す。取り出した交流信号は、整流平滑部23で整流及び平滑化することにより直流信号に変換される。レギュレータ24は、その直流信号を利用して定電圧を生成し、バッテリーなどの給電対象25へ供給する。
一般に非接触電力伝送システムは、電力伝送と同時に、送電装置と受電装置の間で制御のための通信も行う。通信の方法は、伝送する交流信号を振幅変調(例えばASK(Amplitude Shift Keying))してデータ通信を行う方法がよく用いられる。
図2に、送電装置10(1次側)から受電装置20(2次側)へデータ送信するための構成例を示す。図2において、図1と対応する部分については、同一の符号を付してある。
送電装置10は、データ送信を行うための構成として図1に示した構成からさらに、送電コイル11と交流電源13との間に、抵抗素子14Rとスイッチ14Sの並列回路が接続されているとともに、通信・制御部16を備える。
送電装置10からデータ送信する場合は、送電装置13が発生する交流信号を直接的に振幅変化させる。具体的には、送信データ列(ベースバンド信号)に応じて通信・制御部16がスイッチ14Sの開閉を切り替えることにより、交流電源13が発生する交流信号の振幅変調を行う。
送電装置10は、データ送信を行うための構成として図1に示した構成からさらに、送電コイル11と交流電源13との間に、抵抗素子14Rとスイッチ14Sの並列回路が接続されているとともに、通信・制御部16を備える。
送電装置10からデータ送信する場合は、送電装置13が発生する交流信号を直接的に振幅変化させる。具体的には、送信データ列(ベースバンド信号)に応じて通信・制御部16がスイッチ14Sの開閉を切り替えることにより、交流電源13が発生する交流信号の振幅変調を行う。
受電装置20は、データ受信を行うための構成として図1に示した構成からさらに、復調回路26と、通信・制御部27を備える。
受電装置20でデータ受信する場合は、振幅変調された交流信号を整流平滑部23で整流及び平滑化した後の直流信号を、復調回路26において復調して受信データ列(ベースバンド信号)を抽出する。そして、この受信データ列を通信・制御部27で解析する。
受電装置20でデータ受信する場合は、振幅変調された交流信号を整流平滑部23で整流及び平滑化した後の直流信号を、復調回路26において復調して受信データ列(ベースバンド信号)を抽出する。そして、この受信データ列を通信・制御部27で解析する。
また図3に、受電装置20(2次側)から送電装置10(1次側)へデータ送信するための構成例を示す。図3において、図1及び図2と対応する部分については、同一の符号を付してある。
受電装置20は、データ送信を行うための構成として図1に示した構成からさらに、受電コイル21に対し抵抗素子28Rとスイッチ28Sの直列回路が並列に接続されているとともに、通信・制御部27を備える。
受電装置20から送電装置10へデータ送信する場合は、一般にいわゆる負荷変調方式を用いて行われる。具体的には、送信データ列(ベースバンド信号)に応じて通信・制御部27がスイッチ28Sの開閉を切り替えることにより、受電コイル21に並列な負荷抵抗成分の値を変化させる。それにより、送電装置10が出力する交流信号が振幅変調され、受電装置20からの送信データ列が送電装置10側で観測される。
受電装置20は、データ送信を行うための構成として図1に示した構成からさらに、受電コイル21に対し抵抗素子28Rとスイッチ28Sの直列回路が並列に接続されているとともに、通信・制御部27を備える。
受電装置20から送電装置10へデータ送信する場合は、一般にいわゆる負荷変調方式を用いて行われる。具体的には、送信データ列(ベースバンド信号)に応じて通信・制御部27がスイッチ28Sの開閉を切り替えることにより、受電コイル21に並列な負荷抵抗成分の値を変化させる。それにより、送電装置10が出力する交流信号が振幅変調され、受電装置20からの送信データ列が送電装置10側で観測される。
送電装置10は、データ受信を行うための構成として図1に示した構成からさらに、復調回路15と、通信・制御部16を備える。
送電装置10でデータ受信する場合は、送電コイル11で受信した振幅変調された交流信号を復調回路15において復調して受信データ列(ベースバンド信号)を抽出する。そして、この受信データ列を通信・制御部16で解析する。
送電装置10でデータ受信する場合は、送電コイル11で受信した振幅変調された交流信号を復調回路15において復調して受信データ列(ベースバンド信号)を抽出する。そして、この受信データ列を通信・制御部16で解析する。
通信の他の方法として、給電の交流信号とは別の周波数でBluetooth(登録商標)やZIGBEE(登録商標)等の近距離無線通信を使う方法も考えられる。使用部品の削減や、ハードウェアの簡単化や、使用する周波数を1つにできることから、上記の給電の交流信号を振幅変調して通信する方式が、一般に使われている。
通常の受電装置20は、送電装置10から送電された電力を使って、通信や制御のためのデジタル回路やマイクロコンピュータ(以下、「マイコン」という)等を動作させる。そのため、受電コイル21が送電コイル11から離れると、受電装置20の電源はオフされる。
図4は、送電装置(1次側)と受電装置(2次側)が、制御のための通信をして給電(バッテリ充電など)を行うときのデジタル回路及びマイコン(制御部)等による一般的な動作例を示すフローチャートである。
制御部は、図2及び図3の例では、送電装置10の通信・制御部16及び受電装置20の通信・制御部27に相当する。
制御部は、図2及び図3の例では、送電装置10の通信・制御部16及び受電装置20の通信・制御部27に相当する。
まず、利用者などが1次側の電源をオンすると(ステップS1)、1次側は物体検出を実行する(ステップS2)。このとき、利用者が2次側コイルを1次側コイルに対向させると、2次側が1次側に物体として検出される(ステップS5,S6)。1次側では、何らかの物体を検出したか否かを判定し(ステップS3)、物体を検出した場合はステップS4に進み、物体を検出しない場合はステップS2に進む。
1次側は、ステップS3において物体を検出した場合、送電を開始する(ステップS4)。2次側は、1次側からの送電により電源がオンされる(ステップS7)。
次に、1次側と2次側で通信を行い、お互いのID番号(識別情報)を交換する(ステップS8)。続いて、安全性の確保のため、認証鍵を使用して認証を行う(ステップS9)。そして、相互認証の結果、1次側は、相手が正しい相手か否かを判定する(ステップS10)。正しい相手でない場合は、1次側は送電を停止し、2次側は充電を実行せず動作を停止する(ステップS14)。相互認証は、1次側と2次側の電源がオンした後、最初に1回実行すればよい。
なお、ステップS8,S9の処理において1次側と2次側の通信が途絶又は失敗(NG)したときは、1次側は送電を停止し(ステップS15)、2次側の電源をオフしてからステップS2の処理に戻る。
1次側は、相手が正しい相手であると判定できた場合に、1次側は充電のための送電をして、2次側がバッテリー充電の動作をする。このとき、1次側コイルと2次側コイルの間に金属異物が入り、金属内に渦電流が発生し発熱することを防止するため、充電の前に金属異物の検出をする。
すなわち、ステップS10において相手が正しい相手であると判定できた場合、1次側又は(1次側からの送電を利用して)2次側は金属異物の検出を実行する(ステップS11)。
すなわち、ステップS10において相手が正しい相手であると判定できた場合、1次側又は(1次側からの送電を利用して)2次側は金属異物の検出を実行する(ステップS11)。
そして、1次側又は2次側は金属異物が検出されたか否かを判定する(ステップS12)。
金属異物が検出されない場合は、2次側は1次側からの受電電力を給電対象へ供給し、バッテリー充電を実行する(ステップS13)。金属異物がいつ混入するかわからないので、充電を実行中、一定時間ごとに金属異物検出を繰り返し実行するためにステップS11へ戻る。
金属異物が検出された場合は、1次側は送電を停止し、2次側は充電を実行しない(ステップS14)。
金属異物が検出されない場合は、2次側は1次側からの受電電力を給電対象へ供給し、バッテリー充電を実行する(ステップS13)。金属異物がいつ混入するかわからないので、充電を実行中、一定時間ごとに金属異物検出を繰り返し実行するためにステップS11へ戻る。
金属異物が検出された場合は、1次側は送電を停止し、2次側は充電を実行しない(ステップS14)。
ステップS9の認証が成功した後、利用者が2次側を持ち去るなどの理由で、2次側が電力を受けなくなり、2次側の制御部の電源が一旦オフされると、2次側が再度電源オンしても、ID番号の交換と認証が、再度必要になる。つまり、2次側の電源がオフすると、初期状態から再度開始する必要がある。ゆえに、ステップS11,S13の処理において1次側と2次側の通信が途絶や失敗(NG)したときは、1次側の送電を停止し(ステップS15)、2次側の電源をオフしてからステップS2の処理に戻る。
上記の一連の処理は、1台の送電装置(1次側)に対して1台の受電装置(2次側)の、いわゆる1対1の充電を実行する場合の動作である。
一般に、1台の1次側が、複数の2次側に対して充電する、いわゆる複数給電を実行する場合、1次側は、はじめにポーリングコマンドを使って2次側の各ID番号を取得する。そのあと1次側がID番号を指定して認証や制御、充電コマンドを送信することで、2次側と1対1の通信になり、1次側は複数ある中の特定の2次側に対して、認証や制御、充電の動作を実行させることができる。
一般に、1台の1次側が、複数の2次側に対して充電する、いわゆる複数給電を実行する場合、1次側は、はじめにポーリングコマンドを使って2次側の各ID番号を取得する。そのあと1次側がID番号を指定して認証や制御、充電コマンドを送信することで、2次側と1対1の通信になり、1次側は複数ある中の特定の2次側に対して、認証や制御、充電の動作を実行させることができる。
例えば、特許文献1には、ホスト(1次側)とデバイス(2次側)との間の認証を行った上でデータ通信やデバイス動作に用いられる電力を伝送可能な伝送システムについて記載されている。
特許文献1に記載された伝送システムにおいて、ホスト11は、データ通信を行う際に伝送する第1の電力に比べて小さい第2の電力を応答要求信号とともに間欠的に送信する。そして、間欠電力送信後にデバイスから応答を受信した場合に第2の電力よりも大きく第1の電力よりも小さい第3の電力を応答要求信号とともにデバイス12へ送信する。デバイス12からの応答に充電完了信号が含まれている場合に認証処理を行い、認証処理が成功した場合にデバイス12へ第1の電力の送信を行う。一方、デバイス12は、ホスト11から応答要求信号とともに電力を受信した場合に充電完了しているか否かを示す信号を含めた応答をホスト11に送信する。
特許文献1に記載された伝送システムにおいて、ホスト11は、データ通信を行う際に伝送する第1の電力に比べて小さい第2の電力を応答要求信号とともに間欠的に送信する。そして、間欠電力送信後にデバイスから応答を受信した場合に第2の電力よりも大きく第1の電力よりも小さい第3の電力を応答要求信号とともにデバイス12へ送信する。デバイス12からの応答に充電完了信号が含まれている場合に認証処理を行い、認証処理が成功した場合にデバイス12へ第1の電力の送信を行う。一方、デバイス12は、ホスト11から応答要求信号とともに電力を受信した場合に充電完了しているか否かを示す信号を含めた応答をホスト11に送信する。
しかしながら、1次側と2次側の間で認証が成功した後、利用者が2次側を持ち去るなどの理由で、2次側が1次側から電力を受けなくなり、2次側の制御部の電源が一旦オフされると、2次側が再度電源オンしても、ID番号の交換と認証が再度必要になる。つまり2次側の電源がオフすると、初期状態から再度開始する必要がある。
1次側は、2次側との通信が途絶した場合、送電を一旦停止し、複数の2次側の電源を一旦すべてオフにしてから送電を再開し、すべての2次側のID番号の取得と認証をやり直す必要がある。
1次側は、2次側との通信が途絶した場合、送電を一旦停止し、複数の2次側の電源を一旦すべてオフにしてから送電を再開し、すべての2次側のID番号の取得と認証をやり直す必要がある。
一方で、2次側において、給電対象である大型バッテリーに充電された電力を利用して認証や制御、充電の動作等を行うことも考えられるが、バッテリーの残容量がない場合、2次側はこれらの処理を行うことができない。また2次側近傍に存在する金属異物を検知することができない。金属異物の検知を行うことができなければ、安全が確保されないので1次側からの電力伝送は行われず、バッテリーを充電することができない。
本開示は、上記の状況を考慮してなされたものであり、1台の1次側から複数の2次側に対して給電する場合に、1次側からの送電が短時間停止しても、各2次側のID番号の取得や認証等の手続きをやり直すことなく、複数給電の処理時間を短縮できるようにするものである。
本開示の一側面は、受電装置が備える通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信し、該Q値測定コマンドを受信したとき、受電装置が備える制御部により、Q値測定時に受電装置が備える金属異物検知処理を行う検知部において消費する分の電力を受電装置が備える蓄電部に充電する制御を少なくとも行う。
一例として、上記構成において、上記制御部は、送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、蓄電部に上記電力を充電し、充電後に検知部にQ値の測定を行わせる。そして、Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、蓄電部への上記電力の充電のみを行う。
一例として、上記構成において、上記制御部は、送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、蓄電部に上記電力を充電し、充電後に検知部にQ値の測定を行わせる制御を行う。
本開示の一側面によれば、複数の受電装置のすべての受電装置に対し、その蓄電部に充電が行われて電源が維持される。それゆえ、1次側からの送電が短時間停止しても、受電装置の電源がオフすることがない。
本開示によれば、1台の1次側から複数の2次側に対して充電する場合に、1次側からの送電が短時間停止してもすべての2次側で電源が維持されるので、各2次側の識別情報の取得と再認証が不要であり、処理時間が短縮される。
以下に添付図面を参照しながら、本開示を実施するための形態の例について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.導入説明
2.第1の実施形態(Q値測定回路:ID該当するときキャパシタ蓄電及びQ値測定、ID該当しないときキャパシタ蓄電のみを行う例)
3.第2の実施形態(Q値測定回路:始めにすべての受電装置でキャパシタ蓄電及びQ値測定を行う例)
4.その他(種々の変形例)
1.導入説明
2.第1の実施形態(Q値測定回路:ID該当するときキャパシタ蓄電及びQ値測定、ID該当しないときキャパシタ蓄電のみを行う例)
3.第2の実施形態(Q値測定回路:始めにすべての受電装置でキャパシタ蓄電及びQ値測定を行う例)
4.その他(種々の変形例)
<1.導入説明>
本開示では、1台の1次側(送電装置)から複数の2次側(受電装置)に対して充電する場合に、外部と電磁的に結合するコイルを含む回路のQ値を測定して金属異物の有無を判定する技術を適用した例である。
Q値とは、エネルギーの保持と損失の関係を表す指標であり、一般的に共振回路の共振のピークの鋭さ(共振の強さ)を表す値として用いられる。
金属異物には、送電側と受電側の間に存在する金属などの導体や意図しないコイルを含む回路が対象となる。本明細書でいう導体には、広義の導体すなわち半導体も含まれる。以下、金属などの導体やコイルを含む回路を検知することを、「導体等を検知する」ともいう。
本開示では、1台の1次側(送電装置)から複数の2次側(受電装置)に対して充電する場合に、外部と電磁的に結合するコイルを含む回路のQ値を測定して金属異物の有無を判定する技術を適用した例である。
Q値とは、エネルギーの保持と損失の関係を表す指標であり、一般的に共振回路の共振のピークの鋭さ(共振の強さ)を表す値として用いられる。
金属異物には、送電側と受電側の間に存在する金属などの導体や意図しないコイルを含む回路が対象となる。本明細書でいう導体には、広義の導体すなわち半導体も含まれる。以下、金属などの導体やコイルを含む回路を検知することを、「導体等を検知する」ともいう。
[Q値測定の原理]
以下、Q値測定の原理について、図面を参照して説明する。
図5は、非接触電力伝送システムにおいて行われるQ値測定の説明に供する概略回路図である。
この非接触電力伝送システム1Aは、送電装置10Aと受電装置10Aを備えて構成されている。説明の便宜上、図5では、Q値測定回路(検知部の一例)を非接触電力伝送システム1Aの送電装置10Aに適用した例としている。
以下、Q値測定の原理について、図面を参照して説明する。
図5は、非接触電力伝送システムにおいて行われるQ値測定の説明に供する概略回路図である。
この非接触電力伝送システム1Aは、送電装置10Aと受電装置10Aを備えて構成されている。説明の便宜上、図5では、Q値測定回路(検知部の一例)を非接触電力伝送システム1Aの送電装置10Aに適用した例としている。
この図5に示した送電装置10の回路は、Q値の測定原理を表した最も基本的な回路構成(磁界結合の場合)の一例である。直列共振回路を備える回路を示したものであるが、共振回路の機能を備えていれば詳細な構成は種々の形態が考えられる。この共振回路のQ値測定は、測定器(LCRメータ)でも用いられている手法である。
送電装置10Aの送電コイル11の近くに金属異物として例えば金属片があると、磁力線が金属片を通過して金属片に渦電流が発生する。これは送電コイル11からみると、金属片と送電コイル11が電磁的に結合して、送電コイル11に実抵抗負荷がついたように見え、1次側のQ値を変化させる。このQ値を測定することで、送電コイル11の近くにある金属異物(電磁結合している状態)の検知につなげる。
送電装置10Aは、交流信号(正弦波)を発生させる交流電源13及び抵抗素子12を含む信号源31と、キャパシタ(コンデンサとも呼ばれる)32と、送電コイル11(送電コイルの一例)を備える。抵抗素子12は、交流電源13の内部抵抗(出力インピーダンス)を図示化したものである。信号源31に対しキャパシタ32と送電コイル11が直列共振回路(共振回路の一例)を形成するように接続されている。そして、測定したい周波数において共振するように、キャパシタ32のキャパシタンスの値(C値)、及び送電コイル11のインダクタンスの値(L値)が調整されている。
信号源31とキャパシタ32を含む送電部30は、通信部33及び制御部34の制御の下で負荷変調方式などにより搬送波の変調を行い、送電コイル11を通じて外部へ非接触で電力を伝送する。
通信部33は、一例として、図2に示した抵抗素子14R及びスイッチ14S、通信・制御部16から構成される送信機能、並びに図3に示した復調回路15と通信・制御部16よりなる受信機能を有する。
また、制御部34は、図2及び図3の通信・制御部16に対応する。
メモリ35は、例えば金属異物有無の判定を行うためのQ値の閾値、送電装置10AのID番号や取得した受電装置20AのID番号を記憶したりする。
また、制御部34は、図2及び図3の通信・制御部16に対応する。
メモリ35は、例えば金属異物有無の判定を行うためのQ値の閾値、送電装置10AのID番号や取得した受電装置20AのID番号を記憶したりする。
直列共振回路を構成する送電コイル11とキャパシタ32の両端の電圧をV1(共振回路に掛かる電圧の一例)、送電コイル11両端の電圧をV2とすると、直列共振回路のQ値は、式(1)で表される。
rs:周波数fにおける実効抵抗値
電圧V1がQ倍されて電圧V2が得られる。送電コイル11に金属片が近づくと実効抵抗値rsが大きくなり、Q値が下がる。このように金属片が送電コイル11に近づくと、測定されるQ値(電磁結合している状態)が多くの場合に減少する方向へ変化するので、この変化を検知することにより、送電コイル11の近くにある金属片を検知できる。
Q値測定の説明において直列共振回路に接続して適用した例を説明したが、共振回路としてその他の共振回路を用いてもよい。図6A,6Bにそれぞれ回路例を示す。
図6Aの例では、キャパシタ32Bと送電コイル11の並列共振回路に対し、キャパシタ32Aを直列に接続して共振回路を構成している。また、図6Bの例では、キャパシタ32Aと送電コイル11の直列共振回路に対し、キャパシタ32Bを並列に接続して共振回路を構成している。
図6A,6Bに示す共振回路に得られる、送電コイル11及びキャパシタ32A間の電圧V1と送電コイル15両端の電圧V2を利用してQ値を計算し、そのQ値をメモリ35に予め保存した閾値と比較することにより、金属異物の有無を判定する。
以上、説明した直列共振回路及びその他の共振回路は、電磁結合状態検知方法の原理を説明するために例示したのであり、共振回路の構成はこれらの例に限定するものではない。
図6Aの例では、キャパシタ32Bと送電コイル11の並列共振回路に対し、キャパシタ32Aを直列に接続して共振回路を構成している。また、図6Bの例では、キャパシタ32Aと送電コイル11の直列共振回路に対し、キャパシタ32Bを並列に接続して共振回路を構成している。
図6A,6Bに示す共振回路に得られる、送電コイル11及びキャパシタ32A間の電圧V1と送電コイル15両端の電圧V2を利用してQ値を計算し、そのQ値をメモリ35に予め保存した閾値と比較することにより、金属異物の有無を判定する。
以上、説明した直列共振回路及びその他の共振回路は、電磁結合状態検知方法の原理を説明するために例示したのであり、共振回路の構成はこれらの例に限定するものではない。
[受電装置の構成例]
次に、受電装置にQ値測定回路を適用した例について説明する。
図7は、非接触電力伝送システムに用いられる受電装置20Aの内部構成例を示すブロック図である。図7の受電装置20Aでは、Q値測定回路40(検知部の一例)の具体的な構成例を示している。受電装置20Aは、給電時とQ値測定時の回路をスイッチングにより切り替える構成としている。
次に、受電装置にQ値測定回路を適用した例について説明する。
図7は、非接触電力伝送システムに用いられる受電装置20Aの内部構成例を示すブロック図である。図7の受電装置20Aでは、Q値測定回路40(検知部の一例)の具体的な構成例を示している。受電装置20Aは、給電時とQ値測定時の回路をスイッチングにより切り替える構成としている。
受電装置20Aは、受電コイル21と、キャパシタ22,41から構成される共振回路と、整流部平滑部23を備え、レギュレータ24を介して給電対象へ電力を供給する構成を有する。
受電装置20Aは、並列接続した受電コイル21とキャパシタ22の一端がキャパシタ41を介して整流平滑部23の一の入力端に接続し、並列接続した受電コイル21とキャパシタ22の他端は整流平滑部23の他の入力端に接続している。
整流平滑部23の後段側では、キャパシタ42と第1スイッチ43が直列に接続され、そのキャパシタ42の一端が整流平滑部23の一の出力端に接続し、第1スイッチ43の一端が整流平滑部23の他の出力端に接続している。そして、整流平滑部23の一の出力端がレギュレータ24の入力端に接続し、レギュレータ24の出力端は第2スイッチ44を介して給電対象に接続し、他方、整流平滑部23の他の出力端がグラウンド端子に接続している。
整流平滑部23の後段側では、キャパシタ42と第1スイッチ43が直列に接続され、そのキャパシタ42の一端が整流平滑部23の一の出力端に接続し、第1スイッチ43の一端が整流平滑部23の他の出力端に接続している。そして、整流平滑部23の一の出力端がレギュレータ24の入力端に接続し、レギュレータ24の出力端は第2スイッチ44を介して給電対象に接続し、他方、整流平滑部23の他の出力端がグラウンド端子に接続している。
レギュレータ24は、出力する電圧や電流を常に一定に保つように制御しており、一例として定電圧信号(電源)を給電対象や、制御部47を始めとして各ブロックへ供給する。なお、これと別のレギュレータを設け、給電対象及び各ブロックに供給する定電圧信号を分けるようにしてもよい。
さらに受電装置20Aは、Q値測定回路として、第3スイッチ群45と、検波回路46A,46Bと、制御部47と、メモリ48と、フィルタ49を備えている。また、送電装置10と通信を行う通信部50を備える。
検波回路46Aは、キャパシタ41の他端から第3スイッチ45Aを経由して入力される交流信号(電圧V1に対応)の包絡線を検波し、検波信号を制御部47のAD変換ポート(ADC)51Aに入力する。AD変換ポートは、アナログ-デジタル変換ポートの略である。同様に、検波回路46Bは、キャパシタ41の一端から第3スイッチ45Bを経由して入力される交流信号(電圧V2に対応)の包絡線を検波し、検波信号を制御部47のADCポート51Bに入力する。
フィルタ49は、制御部47のテスト信号出力ポート56から出力されるテスト信号を正弦波に整形し、第3スイッチ45Aを通じて共振回路に、すなわちキャパシタ41の他端に供給する。
並列接続した受電コイル21とキャパシタ22の他端は、第3スイッチ45Cを介してグラウンド端子に接続されている。
通信部50は、通信部の一例であり、送電装置10Aの通信部33との間で通信を行う。例えば受電装置20Aの受電コイル21を含む共振回路のQ値や金属異物の有無の判定結果など、金属異物の検知に係わる情報の送受信を行う。通信部50は、整流平滑部23で整流及び平滑化した後の直流信号を復調して受信データ列(ベースバンド信号)を抽出し、制御部47のGPIO(General Purpose Input/Output)ポート56に入力する。また、制御部47のGPIOポート56から出力される送信データ列(ベースバンド信号)に応じて負荷変調を行い、受電コイル21に供給する。
通信部50は、一例として、図2に示した復調回路26と通信・制御部27から構成される受信機能、並びに図3に示した抵抗素子28R及びスイッチ28S、通信・制御部27から構成される送信機能を有する。
第1スイッチ43(第1切替部の一例),第2スイッチ44(第2切替部の一例),第3スイッチ45A〜45C(第3切替部の一例)には、トランジスタやMOSFET等のスイッチング素子が適用される。
制御部47は、制御部の一例であり、例えばマイクロコンピュータが用いられ受電装置20A全体の制御を行う。この制御部47は、一例としてAD変換ポート51A,51Bと、演算処理部52と、判定部53と、GPIOポート54〜56と、テスト信号出力ポート57を備える。
GPIOポートは汎用入出力である。制御部47は、レギュレータ24から供給される電力を利用してGPIO54,55からスイッチ43,44,45A〜45C(例えばMOSFETのゲート端子)に駆動信号を供給し、オン/オフを制御する。AD変換ポート51A,51Bの各々は、検波回路46A,46Bから入力されるアナログの検波信号をデジタルの検波信号に変換して、演算処理部52へ出力する。
演算処理部52は、AD変換ポート51A,51Bより入力される検波信号から電圧V1と電圧V2の比、すなわち共振回路のQ値を計算し、求めたQ値を判定部53へ出力する。なお、このQ値測定による金属異物検知処理のときに予め最もQ値が高い周波数を特定する周波数スイープ処理を実施するようにしてもよい。
判定部53は、演算処理部52から入力されるQ値を、不揮発性のメモリ48に保存されている閾値と比較し、比較の結果に基づいて金属異物が近くにあるか否かを判定する。金属異物判定結果は、GPIO56から通信部50へ送られ、通信部50の制御により受電コイル21から送電装置10Aへ送信される。
テスト信号出力ポート57は、制御部47の制御の下、Q値測定の際にテスト信号を発生させ、フィルタ49へ供給する。
メモリ48は、受電コイル21の近傍に何もない又は受電コイル21に何も置かれていない状態で予め測定された周波数毎の2次側Q値の閾値を保存している。また、各受電装置に割り当てられたID番号(識別情報)や取得した送電装置のID番号を保存している。
上記のように構成された非接触電力伝送システム1AにおけるQ値測定では、送電装置10Aからの送電を短時間停止し、その間に受電装置20Aの制御部47がテスト信号(正弦波)を出力して受電装置20Aの受電コイル21周辺回路のQ値を測定する。
送電装置10Aからの送電を停止しないと、受電装置20Aのテスト信号出力ポート57やAD変換ポート51A,51Bに、送電装置10Aからの大電力の信号が入ってしまうので、送電装置10Aからの送電を停止する必要がある。
送電装置10Aからの送電を停止しないと、受電装置20Aのテスト信号出力ポート57やAD変換ポート51A,51Bに、送電装置10Aからの大電力の信号が入ってしまうので、送電装置10Aからの送電を停止する必要がある。
送電装置10Aからの送電を一時停止するにあたっては、一時停止する前に受電装置20Aのキャパシタ42に蓄電し、キャパシタ42に蓄電した電力でQ値測定回路40を動かしてQ値測定の動作を行う。蓄電の際には、制御部47からの制御で、第1スイッチ43を接続(オン)してキャパシタ42を有効にして蓄電する。
キャパシタ42に一定時間蓄電した後、受電装置20Aのテスト信号出力ポート57からテスト信号を出力する。そして、キャパシタ41の両端の地点の電圧V1,V2を測定するときに、制御部47の制御により第3スイッチ群45を接続(オン)する。AD変換ポート51A,51Bに入力する電圧V1,V2の値を読み、式(1)に従ってQ値を計算する。Q値測定するときは、給電(充電)の対象となるバッテリーなど(給電対象25)については、制御部47の制御により第2スイッチ44をオフしてQ値測定回路40から切り離しておく。
キャパシタ42に一定時間蓄電した後、受電装置20Aのテスト信号出力ポート57からテスト信号を出力する。そして、キャパシタ41の両端の地点の電圧V1,V2を測定するときに、制御部47の制御により第3スイッチ群45を接続(オン)する。AD変換ポート51A,51Bに入力する電圧V1,V2の値を読み、式(1)に従ってQ値を計算する。Q値測定するときは、給電(充電)の対象となるバッテリーなど(給電対象25)については、制御部47の制御により第2スイッチ44をオフしてQ値測定回路40から切り離しておく。
[Q値測定の動作]
非接触電力伝送システム1Aでは、Q値を測定するために、送電装置10A(1次側)と受電装置20A(2次側)が必要な通信を行う。以下、図8のQ値測定コマンドの通信例を示すシーケンス図と、図9のQ値測定のタイミング図を参照して、Q値測定の動作を説明する。
非接触電力伝送システム1Aでは、Q値を測定するために、送電装置10A(1次側)と受電装置20A(2次側)が必要な通信を行う。以下、図8のQ値測定コマンドの通信例を示すシーケンス図と、図9のQ値測定のタイミング図を参照して、Q値測定の動作を説明する。
まず、送電装置10Aから受電装置20AへQ値測定コマンドを送信し(ステップS21)、受電装置20Aがこれを受信したこと(ステップS22)をきっかけにして、送電装置10Aと受電装置20Aがタイミングを合わせてQ値測定の動作を実行する。
送電装置10Aは、Q値測定コマンドを送信後に送電(給電用キャリア信号の送信)を一時停止し、一定時間経過後に送電を再開する(ステップS23)。一定時間は、Q値測定回路40において1回のQ値測定で消費する分以上の電力を蓄電できる時間であればよい。Q値測定回路40の消費電流がある程度小さい、かつQ値測定の時間が短ければ、送電装置10Aからキャリア信号を止めている間にQ値を測定することは可能である。
一方、受電装置20Aは、Q値測定コマンドを受信して一定時間経過後に送電装置10Aが送電を一時停止するまでの間、第1スイッチ43をオンしてキャパシタ42に蓄電する。キャパシタ42に蓄電後、第3スイッチ45群の各スイッチ45A〜45Cをオンかつ第2スイッチ44をオフし、受信コイル21を含む回路に共振周波数のテスト信号を供給する。そして、AD変換ポート51A,51Bに得られる電圧V1,V2の値を読み、Q値を計算する(ステップS24)。Q値計算終了後は、第3スイッチ群45をオフし、第2スイッチ44をオンする。
このように、Q値測定時に、受電装置20Aでキャパシタ蓄電、送電装置10Aで送電一時停止、受電装置20Aでテスト信号出力と電圧測定、送電装置10Aで送電再開、の一連の動作を実行する。
このように、Q値測定時に、受電装置20Aでキャパシタ蓄電、送電装置10Aで送電一時停止、受電装置20Aでテスト信号出力と電圧測定、送電装置10Aで送電再開、の一連の動作を実行する。
受電装置20Aは、測定したQ値と閾値を比較して金属異物の有無を判定し、その判定結果を送電装置10Aへ返信する(ステップS25)。送電装置10Aは、受電装置20Aからの判定結果を受信する(ステップS26)。判定結果が金属異物有りの場合は、送電装置10Aからの送電を停止する。金属異物無しの場合は、送電装置10Aからの送電が継続され、受電装置20Aにおける給電対象42への給電(バッテリー充電等)が実行される。
本例の受電装置20Aは、Q値を測定する都度、キャパシタを充電し、その電力で検知部(Q値測定回路)を駆動することによって、1次側から2次側に給電が行われない場合に、2次側のバッテリーを利用しなくても、Q値の測定を行うことができる。したがって、2次側に異物金属検知のための大型のバッテリーやその電力を制御するための複雑な回路を必要とせず、携帯機器等の小型化や軽量化、コスト削減が期待できる。
また、給電時とQ値測定時において受電装置の第1〜第3スイッチを適宜切り替えることにより、Q値測定に使用する2次側のテスト信号出力ポートが出力するテスト信号(正弦波信号)と、1次側から給電された給電信号とが干渉することを防止して、精度の高いQ値を計算することができる。
また、給電時とQ値測定時において受電装置の第1〜第3スイッチを適宜切り替えることにより、Q値測定に使用する2次側のテスト信号出力ポートが出力するテスト信号(正弦波信号)と、1次側から給電された給電信号とが干渉することを防止して、精度の高いQ値を計算することができる。
なお、受電装置の適用対象は各種モバイル機器など多岐にわたるので、受電装置側がQ値閾値の固有値をメモリに保存して持っていることが望ましい。
[複数給電についての検討]
(考察1)
給電及びQ値測定の基本動作は、上記のとおりであるが、これは1台の送電装置(1次側)に対して1台の受電装置(2次側)の、いわゆる1対1の給電を実行する場合の動作である。
一般に、1台の1次側が、複数の2次側に対して充電する、いわゆる複数給電を実行する場合、1次側は、はじめにポーリングコマンドを使って2次側の各ID番号を取得する。そのあと1次側がID番号を指定して認証や制御、充電コマンドを送信することで、2次側と1対1の通信になり、1次側は複数ある中の特定の2次側に対して、認証や制御、充電の動作を実行させることができる。
(考察1)
給電及びQ値測定の基本動作は、上記のとおりであるが、これは1台の送電装置(1次側)に対して1台の受電装置(2次側)の、いわゆる1対1の給電を実行する場合の動作である。
一般に、1台の1次側が、複数の2次側に対して充電する、いわゆる複数給電を実行する場合、1次側は、はじめにポーリングコマンドを使って2次側の各ID番号を取得する。そのあと1次側がID番号を指定して認証や制御、充電コマンドを送信することで、2次側と1対1の通信になり、1次側は複数ある中の特定の2次側に対して、認証や制御、充電の動作を実行させることができる。
例えば、図10に示すように、1台の1次側(送電装置10A)が、3台の2次側(受電装置60A,60B,60C)に給電を行う場合を想定して、複数給電を説明する。
受電装置60A〜60Cは、受電装置20Aに相当する。以下の説明では、受電装置60Aを2次側A(ID=01)、受電装置60Bを2次側B(ID=02)、受電装置60Cを2次側C(ID=03)と記す。
受電装置60A〜60Cは、受電装置20Aに相当する。以下の説明では、受電装置60Aを2次側A(ID=01)、受電装置60Bを2次側B(ID=02)、受電装置60Cを2次側C(ID=03)と記す。
図11に、従来の複数給電時の通信例のシーケンス図を示す。
まず、1次側の制御部34は、通信部33を通じてポーリングコマンドを送信し(ステップS31)、2次側A〜Cの各々の制御部47がポーリングコマンドを受信する(ステップS32a,S32b,S32c)。そして、2次側A〜Cの各々が自身のID番号を1次側へ返信し(ステップS33a,S33b,S33c)、1次側が各2次側のID番号を受信する(ステップS34a,S34b,S34c)。
まず、1次側の制御部34は、通信部33を通じてポーリングコマンドを送信し(ステップS31)、2次側A〜Cの各々の制御部47がポーリングコマンドを受信する(ステップS32a,S32b,S32c)。そして、2次側A〜Cの各々が自身のID番号を1次側へ返信し(ステップS33a,S33b,S33c)、1次側が各2次側のID番号を受信する(ステップS34a,S34b,S34c)。
1次側の制御部34は周辺に存在する2次側A〜Cを認識した後、ID番号“01”を指定して認証コマンドを送信する(ステップS35)。ID番号を指定された2次側Aの制御部47は通信部50を通じてこの認証コマンドを受信すると(ステップS36)、その旨を1次側へ返信し(ステップS37)、1次側が2次側Aからの返信を受信する(ステップS38)。このやり取りにより1次側と2次側Aが相互に認証する。
次に、1次側は、ID番号“02”を指定して認証コマンドを送信し、指定した1次側Bと相互に認証する(ステップS39〜S42)。
さらに、1次側は、ID番号“03”を指定して認証コマンドを送信し、指定した1次側Cと相互に認証する(ステップS43〜S46)。
次に、1次側は、ID番号“02”を指定して認証コマンドを送信し、指定した1次側Bと相互に認証する(ステップS39〜S42)。
さらに、1次側は、ID番号“03”を指定して認証コマンドを送信し、指定した1次側Cと相互に認証する(ステップS43〜S46)。
1次側は周辺に存在する2次側A〜Cと相互認証が終了後、ID番号“01”を指定して充電コマンドを送信する(ステップS47)。ID番号を指定された2次側Aはこの充電コマンドを受信して(ステップS48)、指示に従い充電を実行する(ステップS49)。
続いて、1次側は、ID番号“02”を指定して充電コマンドを送信し(ステップS50)、指定された1次側Bは充電を実行する(ステップS51,S52)。
さらに、1次側は、ID番号“03”を指定して充電コマンドを送信し(ステップS53)、指定された1次側Cは充電を実行する(ステップS54,S55)。
続いて、1次側は、ID番号“02”を指定して充電コマンドを送信し(ステップS50)、指定された1次側Bは充電を実行する(ステップS51,S52)。
さらに、1次側は、ID番号“03”を指定して充電コマンドを送信し(ステップS53)、指定された1次側Cは充電を実行する(ステップS54,S55)。
このように、1次側は、指定する2次側のID番号を順に“01”、“02”、“03”と変えて、各2次側に個別にコマンドを送信して個別に制御の動作を指示していく。
しかし、1次側と2次側の間で認証が成功した後、利用者が2次側を持ち去るなどの理由で、2次側が電力を受けなくなり、2次側の制御部の電源が一旦オフされると、2次側が再度電源オンしても、ID番号の交換と認証が再度必要になる。つまり2次側の電源がオフすると、初期状態から再度開始する必要がある。
1次側は、2次側との通信が途絶した場合、送電を一旦停止し、複数の2次側の電源を一旦すべてオフにしてから送電を再開し、すべての2次側のID番号の取得と認証をやり直す必要がある。
1次側は、2次側との通信が途絶した場合、送電を一旦停止し、複数の2次側の電源を一旦すべてオフにしてから送電を再開し、すべての2次側のID番号の取得と認証をやり直す必要がある。
(考察2)
また、複数給電の場合に、2次側(図7の受電装置20A)でQ値測定の動作を実行すると、以下のような問題が発生する。この問題について、図12のシーケンス図を参照して説明する。ここでは、1次側と2次側A〜Cの相互認証が一度完了した後の処理を説明する。
また、複数給電の場合に、2次側(図7の受電装置20A)でQ値測定の動作を実行すると、以下のような問題が発生する。この問題について、図12のシーケンス図を参照して説明する。ここでは、1次側と2次側A〜Cの相互認証が一度完了した後の処理を説明する。
まず、1次側の制御部34が、通信部33を通じてID番号“01”を指定してQ値測定コマンドを送信する(ステップS61)。ID番号を指定された2次側Aの制御部47はこのQ値測定コマンドを受信する(ステップS62)。
1次側の制御部34は、Q値測定コマンドを送信した後、送電を一時停止する(ステップS63)。
2次側Aの制御部47は、1次側の送電停止前に、第1スイッチ43をオンしてキャパシタ42に蓄電し、キャパシタ42に蓄電後、第3スイッチ45群の各スイッチ45A〜45Cをオンかつ第2スイッチ44をオフし、受電コイル21を含む回路に所定周波数のテスト信号を供給する。そして、制御部47は、AD変換ポート51A,51Bに得られる電圧V1,V2の値を読み、Q値を計算する(ステップS64)。Q値計算終了後は、第3スイッチ群45をオフし、第2スイッチ44をオンする。
このとき、2次側B,CではID番号が指定されていないのでキャパシタ42への蓄電動作が行われず、1次側の送電一時停止にともない電源がオフする(ステップS65,S66)。
このとき、2次側B,CではID番号が指定されていないのでキャパシタ42への蓄電動作が行われず、1次側の送電一時停止にともない電源がオフする(ステップS65,S66)。
一定時間経過後、1次側が送電を再開(ステップS67)したとき、2次側B,Cは電源がオフしたために再起動すなわち初期状態から起動する(ステップS68,S69)。
ID番号が指定されていた2次側Aの制御部47は、測定したQ値と閾値を比較して金属異物の有無を判定し、その判定結果を送電装置10Aへ返信する(ステップS70)。1次側の制御部34は、その判定結果を受信する(ステップS71)。
そして、1次側は、再度ポーリングコマンドを送信し(ステップS72)、再起動した2次側B,Cの制御部47がポーリングコマンドを受信する(ステップS73b,S73c)。そして、2次側B,Cの制御部47が自身のID番号を1次側へ返信し(ステップS74b,S74c)、1次側が各2次側のID番号を受信する(ステップS75b,S75c)。
1次側の制御部34は周辺に存在する2次側B,Cを再確認した後、ID番号“02”を指定して認証コマンドを送信する(ステップS76)。ID番号を指定された2次側Bの制御部47は通信部50を通じてこの認証コマンドを受信すると(ステップS77)、その旨を1次側へ返信し(ステップS78)、1次側が2次側Bからの返信を受信する(ステップS79)。このやり取りにより1次側と2次側Bが相互に再度認証する。
次に、1次側は、ID番号“03”を指定して認証コマンドを送信し、指定した1次側Cと相互に認証する(ステップS80〜S83)。
次に、1次側は、ID番号“03”を指定して認証コマンドを送信し、指定した1次側Cと相互に認証する(ステップS80〜S83)。
このあと、2次側B,CについてもQ値測定により金属異物検知を実行した後、充電を行う(ステップS84)。
このように、2次側でQ値測定の動作をする場合、ID番号が指定されてQ値測定を行う2次側は、Q値測定用のキャパシタに蓄電してから1次側の送電が停止するので、電源が維持される。しかし、その他の全ての2次側の電源がオフして、2次側電源が再度オンしても、2次側は初期状態から起動するので、ID番号交換と認証をやり直す必要がある。制御フローでQ値測定を繰り返すたびに、ID番号交換と認証が実行され、充電以外に費やされる時間が長くなり、満充電までに時間がかかるという問題がある。
<2.第1の実施形態>
そこで、複数給電のシステムにおいて、1台の2次側がQ値測定を実行するとき、他の全ての2次側もキャパシタ蓄電して電源を維持する動作を行うことにより、この問題を解決する。
<2.第1の実施形態>
そこで、複数給電のシステムにおいて、1台の2次側がQ値測定を実行するとき、他の全ての2次側もキャパシタ蓄電して電源を維持する動作を行うことにより、この問題を解決する。
図13は、本開示の第1の実施形態に係る複数給電時のQ値測定例を示すシーケンス図である。ここでは、1次側と2次側A〜Cの相互認証が完了していることを前提として説明する。
まず、1次側と2次側A〜Cの相互認証が完了した後、1次側の制御部34は、ID番号“01”を指定してQ値測定コマンドを通信部33を通じて送信する(ステップS101)。2次側A〜Cの各々の制御部47は、このQ値測定コマンドを受信する(ステップS102a,S102b,S102c)。
まず、1次側と2次側A〜Cの相互認証が完了した後、1次側の制御部34は、ID番号“01”を指定してQ値測定コマンドを通信部33を通じて送信する(ステップS101)。2次側A〜Cの各々の制御部47は、このQ値測定コマンドを受信する(ステップS102a,S102b,S102c)。
1次側の制御部34は、Q値測定コマンドを送信した後、送電を一時停止する(ステップS103)。
ID番号を指定された2次側Aの制御部47は、Q値測定コマンドに含まれるID番号が自装置に割り当てられたID番号と一致することを検出する。そして、1次側の送電が停止される前に、第1スイッチ43をオンしてキャパシタ42に蓄電し、キャパシタ42に蓄電後、第3スイッチ45群の各スイッチ45A〜45Cをオンかつ第2スイッチ44をオフし、受電コイル21を含む回路に所定周波数のテスト信号を供給する。そして制御部47は、AD変換ポート51A,51Bに得られる電圧V1,V2の値を読み、Q値を計算する(ステップS104)。Q値計算終了後は、第3スイッチ群45をオフし、第2スイッチ44をオンする。
このとき、2次側B,Cの制御部47は、Q値測定コマンドに含まれるID番号が自装置に割り当てられたID番号と異なると判断し、第1スイッチ43をオンしてキャパシタ42に蓄電し、電源を維持する(ステップS105b,S105c)。
従来ID番号を指定されない2次側はQ値測定コマンドを受信しないが、本実施形態ではQ値測定コマンドを受信するようにしている。
一定時間経過後、1次側が送電を再開(ステップS106)したとき、ID番号が指定された2次側Aの制御部47は、測定したQ値と閾値を比較して金属異物の有無を判定し、その判定結果を1次側へ返信する(ステップS107)。1次側の制御部34は、その判定結果を受信する(ステップS108)。
同様にして、このあと2次側B,Cに対してID番号を指定してQ値測定コマンドを送信する。そして、2次側B,Cについてもキャパシタ42に蓄電した電力を利用して、Q値測定による金属異物検知を実行する(ステップS109)。
1次側の制御部34は、2次側A〜Cのすべてで金属異物が存在しないことを確認した後、ID番号“01”を指定して充電コマンドを送信する(ステップS110)。ID番号を指定された2次側Aはこの充電コマンドを受信して(ステップS111)、指示に従い充電を実行する(ステップS112)。
続いて、1次側の制御部34は、ID番号“02”を指定して充電コマンドを送信し(ステップS113)、指定された2次側Bは充電を実行する(ステップS114,S115)。
さらに、1次側の制御部34は、ID番号“03”を指定して充電コマンドを送信し(ステップS116)、指定された2次側Cは充電を実行する(ステップS117,S118)。
さらに、1次側の制御部34は、ID番号“03”を指定して充電コマンドを送信し(ステップS116)、指定された2次側Cは充電を実行する(ステップS117,S118)。
このあと、1次側と2次側A〜Cは、一定時間ごとにQ値測定による金属異物検知を繰り返す(ステップS119)。
図14は、本開示の第1の実施形態に係る複数給電時の1次側(送電装置)及び2次側(受電装置)の1対1の動作例を示すフローチャートである。
まず、1次側と2次側で相互認証を行う(ステップS121,S122)。このステップS121,S122の相互認証は、図11のステップS31〜S46の処理に対応する。
まず、1次側と2次側で相互認証を行う(ステップS121,S122)。このステップS121,S122の相互認証は、図11のステップS31〜S46の処理に対応する。
相互認証後、1次側の制御部34は、通信部33を通じて、ID番号を指定してQ値測定コマンドを送信する(ステップS123)。2次側の制御部47は、このQ値測定コマンドを受信する(ステップS124)。
1次側の制御部34は、Q値測定コマンドを送信した後、送電を一時停止し(ステップS125)、一定時間経過後に送電を再開する(ステップS126)。
2次側の制御部47は、第1スイッチ43をオンして1次側の送電が停止される前にキャパシタ42に蓄電する(ステップS127)。ここで、制御部47は、Q値測定コマンドに含まれるID番号と自装置に割り当てられたID番号を照合して、自身のID番号が指定されたか否かを判定する(ステップS128)。自身のID番号が指定されなかった場合は、ステップS137の処理に進む。
ステップS128の判定処理において自身のID番号が指定された場合、制御部47は、キャパシタ42に蓄電した電力を用いて、第3スイッチ45群の各スイッチ45A〜45Cをオンかつ第2スイッチ44をオフし、受電コイル21を含む回路に共振周波数のテスト信号を供給する。そして制御部47は、AD変換ポート51A,51Bに得られる電圧V1,V2の値から計算したQ値と閾値を比較して金属異物の有無を判定する(ステップS129)。このとき、1次側の送電は一時停止している。
2次側の制御部47は、ID番号が指定された2次側の制御部47は、金属異物の有無の判定結果を1次側へ返信する(ステップS130)。1次側の制御部34は、その判定結果を受信する(ステップS131)。
1次側の制御部34は、2次側から受信した判定結果は金属異物有りであるかどうかを判定する(ステップS132)。金属異物有りの場合は、1次側の制御部34は、送電を停止する(ステップS134)。
ステップS132の判定処理において金属異物無しの場合、1次側の制御部34は、相互認証した全ての2次側について金属異物検知を実施したか否かを判定する(ステップS133)。金属異物検知をしていない2次側がある場合、ID番号をインクリメントして(ステップS135)、Q値測定コマンドを送信するステップS123の処理に移行する。
ステップS133の判定処理においてすべての2次側で金属異物検知を行い、その結果2次側のすべてが金属異物なしである場合に、2次側の充電を行う。つまり1次側の制御部34は、ID番号を指定して充電コマンドを送信する(ステップS136)。
2次側の制御部47は、1次側から送信された充電コマンドを受信する(ステップS137)。そして、自身のID番号が指定されたと判断した場合は、2次側の制御部47は、指示に従い充電を実行する(ステップS138)。
そして、全ての2次側の充電が完了するまでステップS136〜S138の処理を繰り返し、ID番号を指定して充電コマンドを送信する。
本実施の形態によれば、1次側から2次側へQ値測定コマンドが送信されて、2次側でQ値測定を実行するが、2次側は、自分のID番号が指定されたときは、キャパシタへの蓄電とQ値測定を実行する。一方、自分のID番号が指定されないときは、キャパシタへ蓄電だけをすることで、電源を維持する。複数の2次側に対して、順にID番号を指定して、順次Q値測定を実行していく。
このような構成を採用することにより、1次側から送信したQ値測定コマンドが、複数の2次側の全てに認識されて、キャパシタ蓄電の動作が実行されて、全ての2次側で電源が維持され、ID番号の取得と認証をやり直す必要がない。
それゆえ、各2次側のID番号の取得や認証等の手続きをやり直すことなく、複数給電の処理時間を短縮できる。
このような構成を採用することにより、1次側から送信したQ値測定コマンドが、複数の2次側の全てに認識されて、キャパシタ蓄電の動作が実行されて、全ての2次側で電源が維持され、ID番号の取得と認証をやり直す必要がない。
それゆえ、各2次側のID番号の取得や認証等の手続きをやり直すことなく、複数給電の処理時間を短縮できる。
<3.第2の実施形態>
第2の実施の形態は、1次側からQ値測定コマンドを送信した後、全ての2次側で同時にキャパシタへの蓄電とQ値測定を行うようにした例である。
図15は、本開示の第2の実施形態に係る複数給電時のQ値測定例を示すシーケンス図である。図15の説明では、第1の実施形態における図13のシーケンス図との違いに留意しながら説明する。ここでも、1次側と2次側A〜Cの相互認証が完了していることを前提としている。
第2の実施の形態は、1次側からQ値測定コマンドを送信した後、全ての2次側で同時にキャパシタへの蓄電とQ値測定を行うようにした例である。
図15は、本開示の第2の実施形態に係る複数給電時のQ値測定例を示すシーケンス図である。図15の説明では、第1の実施形態における図13のシーケンス図との違いに留意しながら説明する。ここでも、1次側と2次側A〜Cの相互認証が完了していることを前提としている。
まず、1次側と2次側A〜Cの相互認証が完了した後、1次側の制御部34は、ID番号を指定せずにQ値測定コマンドを通信部33を通じて送信する(ステップS141)。2次側A〜Cの各々の制御部47は、このQ値測定コマンドを受信する(ステップS142a,S142b,S142c)。
1次側の制御部34は、Q値測定コマンドを送信した後、送電を一時停止する(ステップS143)。
2次側A〜Cの制御部47は、ID番号指定なしのQ値測定コマンドであっても、キャパシタ蓄電及びQ値測定を行う。この点が第1の実施形態ともっとも異なるところである。
2次側A〜Cの制御部47は、1次側の送電が停止される前に、図13のステップS104と同じ処理を行い、キャパシタ42への蓄電及びQ値測定を行う(ステップS144a〜S144c)。Q値計算終了後は、第3スイッチ群45をオフし、第2スイッチ44をオンする。
2次側A〜Cの制御部47は、1次側の送電が停止される前に、図13のステップS104と同じ処理を行い、キャパシタ42への蓄電及びQ値測定を行う(ステップS144a〜S144c)。Q値計算終了後は、第3スイッチ群45をオフし、第2スイッチ44をオンする。
一定時間経過後、1次側は送電を再開する(ステップS145)。送電再開後、1次側の制御部34は、ID番号“01”を指定してQ値測定結果の要求コマンドを送信する(ステップS146)。ID番号を指定された2次側Aは、Q値測定結果の要求コマンドを受信して(ステップS147)、金属異物の有無の判定結果を1次側へ返信する(ステップS148)。1次側の制御部34は、その判定結果を受信する(ステップS149)。
続いて、1次側の制御部34は、ID番号“02”を指定してQ値測定結果の要求コマンドを送信する(ステップS150)。指定された2次側Bは、Q値測定結果の要求コマンドに従って金属異物の有無の判定結果を1次側へ返信する(ステップS151,S152)。1次側の制御部34は、その判定結果を受信する(ステップS153)。
さらに、1次側の制御部34は、ID番号“03”を指定して2次側Cについても同様にして、金属異物の有無の判定結果を取得する(ステップS154〜S157)。
さらに、1次側の制御部34は、ID番号“03”を指定して2次側Cについても同様にして、金属異物の有無の判定結果を取得する(ステップS154〜S157)。
このあと、図13のステップS110〜S118と同様にして、充電コマンドの通信を経て2次側A〜Cの充電を実行する(ステップ158)。
そして、図13のステップS119と同様に、1次側と2次側A〜Cは、一定時間ごとにQ値測定による金属異物検知を繰り返す。
図16は、本開示の第2の実施形態に係る複数給電時の1次側(送電装置)及び2次側(受電装置)の1対1の動作例を示すフローチャートである。
まず、図13のステップS121,S122と同様に、1次側と2次側で相互認証を行う(ステップS161,S162)。
まず、図13のステップS121,S122と同様に、1次側と2次側で相互認証を行う(ステップS161,S162)。
相互認証後、1次側の制御部34は、通信部33を通じて、ID番号を指定せずにQ値測定コマンドを送信する(ステップS163)。2次側の制御部47は、このQ値測定コマンドを受信する(ステップS164)。
1次側の制御部34は、Q値測定コマンドを送信した後、送電を一時停止し(ステップS165)、一定時間経過後に送電を再開する(ステップS166)。
2次側の制御部47は、第1スイッチ43をオンして1次側の送電が停止される前にキャパシタ42に蓄電する(ステップS167)。
次に、2次側の制御部47は、自身のID番号が指定されたか否かに関わらず、キャパシタ42に蓄電した電力を用いて、第3スイッチ45群の各スイッチ45A〜45Cをオンかつ第2スイッチ44をオフし、受電コイル21を含む回路に共振周波数のテスト信号を供給する。そして制御部47は、AD変換ポート51A,51Bに得られる電圧V1,V2の値から計算したQ値と閾値を比較して金属異物の有無を判定する(ステップS168)。
1次側の制御部34は、送電再開後、ID番号を指定してQ値測定結果の要求コマンドを送信する(ステップS169)。
2次側の制御部47は、1次側から送信されたQ値測定結果の要求コマンドを受信する(ステップS170)。ここで、制御部47は、Q値測定結果の要求コマンドに含まれるID番号と自装置に割り当てられたID番号を照合して、自身のID番号が指定されたか否かを判定する(ステップS171)。自身のID番号が指定されなかった場合は、ステップS170の処理に進む。
2次側の制御部47は、ID番号が指定された2次側の制御部47は、金属異物の有無の判定結果を1次側へ返信する(ステップS172)。1次側の制御部34は、その判定結果を受信する(ステップS173)。
1次側の制御部47は、判定結果に応じて、図14のステップS132〜S134の処理を行う(ステップS174〜S176)。ステップS175の判定処理において金属異物検知をしていない2次側がある場合、ID番号をインクリメントして(ステップS177)、Q値測定結果の要求コマンドを送信するステップS169の処理に移行する。
ステップS175の判定処理においてすべての2次側で金属異物検知を行い、その結果2次側のすべてが金属異物なしである場合に、2次側の充電を行う。つまり、図14のステップS136〜S138と同様に、ステップS178〜ステップS180の処理を行う。
本実施の形態によれば、Q値測定コマンドを受信したすべての2次側で、同時にキャパシタ蓄電とQ値測定を行うことで、1次側の一時的な送電停止でも2次側電源が維持される。それゆえ、各2次側のID番号の取得や認証等の手続きをやり直すことなく、複数給電の処理時間を短縮できる。
また、1次側からQ値測定結果を要求するコマンドを、ID指定無しで2次側へ送信して、すべての2次側がQ値測定を同時に実行する。ID番号を指定して各2次側の金属異物有無の判定結果を順に1次側へ返信する。複数の2次側で、お互いのテスト信号が干渉せず正確にQ値測定できる場合に、この方法が有効である。
また、1次側からQ値測定結果を要求するコマンドを、ID指定無しで2次側へ送信して、すべての2次側がQ値測定を同時に実行する。ID番号を指定して各2次側の金属異物有無の判定結果を順に1次側へ返信する。複数の2次側で、お互いのテスト信号が干渉せず正確にQ値測定できる場合に、この方法が有効である。
<4.その他>
(第1例)
上述の第1及び第2の実施形態例では、受電装置20Aの検知部(Q値測定回路40)は、共振回路のコイルとキャパシタの両端間の電圧V1、コイル両端の電圧V2からQ値を求めているが、半値幅法によりQ値を求めてもよい。
(第1例)
上述の第1及び第2の実施形態例では、受電装置20Aの検知部(Q値測定回路40)は、共振回路のコイルとキャパシタの両端間の電圧V1、コイル両端の電圧V2からQ値を求めているが、半値幅法によりQ値を求めてもよい。
半値幅法では、直列共振回路を構成した場合において、図17のグラフに示すように共振周波数f0でのインピーダンス(Zpeak)の絶対値に対して√2倍のインピーダンスとなる帯域(周波数f1〜f2)より、下記の式(2)で求められる。
また、並列共振回路を構成した場合では、図18のグラフに示すように共振周波数f0でのインピーダンス(Zpeak)の絶対値に対して1/√2倍のインピーダンスとなる帯域(周波数f1〜f2)より、式(2)で求められる。
(第2例)
本例は、上述の第1及び第2の実施形態例と異なり、演算処理部52が、共振回路のインピーダンスの実部成分と虚部成分の比からQ値を計算する例である。本例では、自動平衡ブリッジ回路及びベクトル比検出器を用いてインピーダンスの実部成分と虚部成分を求める。
本例は、上述の第1及び第2の実施形態例と異なり、演算処理部52が、共振回路のインピーダンスの実部成分と虚部成分の比からQ値を計算する例である。本例では、自動平衡ブリッジ回路及びベクトル比検出器を用いてインピーダンスの実部成分と虚部成分を求める。
図19は、インピーダンスの実部成分と虚部成分の比からQ値を計算するための自動平衡ブリッジの回路図である。
図19に示す自動平衡ブリッジ回路80は一般によく知られた反転増幅回路と同様の構成である。反転増幅器83の反転入力端子(−)にコイル82を接続し、非反転入力端子(+)をグラウンドに接続する。そして帰還抵抗素子84によって反転増幅器83の出力端子より反転入力端子(−)に負帰還をかける。また、コイル82に交流信号を入力する交流電源81の出力(電圧V1)と、反転増幅器83の出力(電圧V2)をベクトル比検出器85に入力する。コイル82は、図7の受電コイル21に対応する。
図19に示す自動平衡ブリッジ回路80は一般によく知られた反転増幅回路と同様の構成である。反転増幅器83の反転入力端子(−)にコイル82を接続し、非反転入力端子(+)をグラウンドに接続する。そして帰還抵抗素子84によって反転増幅器83の出力端子より反転入力端子(−)に負帰還をかける。また、コイル82に交流信号を入力する交流電源81の出力(電圧V1)と、反転増幅器83の出力(電圧V2)をベクトル比検出器85に入力する。コイル82は、図7の受電コイル21に対応する。
この自動平衡ブリッジ回路80は、負帰還の作用によって常に反転入力端子(−)の電圧がゼロになるように動作する。また、交流電源81にからコイル82に流れた電流は、反転増幅器83の入力インピーダンスが大きいことから、ほぼ全てが帰還抵抗素子84に流れ込む。その結果、コイル82にかかる電圧は交流電源81の電圧V1と同じになると共に、反転増幅器83の出力電圧はコイル82を流れる電流Iと帰還抵抗値Rsの積になる。この帰還抵抗値Rsは、既知のリファレンス抵抗値である。したがって、電圧V1と電圧V2を検出してその比をとればインピーダンスが求まる。ベクトル比検出器85は、電圧V1と電圧V2を複素数として求めるため、交流電源81の位相情報(一点鎖線)を利用する。
本例では、このような自動平衡ブリッジ回路80及びベクトル比検出器85などを用いて共振回路のインピーダンスZLの実部成分RL、虚部成分XLを求め、その比からQ値を求める。下記の式(3)及び式(4)は、Q値を求める過程を表した計算式である。
上述した実施形態例では、受電装置においてQ値測定及び金属異物検知処理を行ったが、この例に限られない。受電装置20Aで測定した電圧V1,V2の情報と、測定時のテスト信号の周波数と、該周波数におけるQ値閾値を送電装置10Aへ送信し、送電装置10Aの制御部34において2次側Q値の計算及び金属異物の有無を判定することも可能である。このようにした場合、受電装置の処理負荷が軽減される。
なお、上述した実施形態例では、磁界共鳴方式の非接触電力伝送システムを想定して説明をした。しかし、既述したように、本開示は、磁界共鳴方式に限定されるものではなく、結合係数kを高くしてQ値を低く抑えた電磁誘導方式にも適用可能である。
また、上述した実施形態例では、送電装置10Aは送電機能のみ、また受電装置20Aは受電機能のみを有する構成として説明したが、これに限られない。例えば送電装置10Aが受電機能を有し、送電コイル11を通じて外部から電力を受電できるようにしてもよいし、逆に受電装置20Aが送電機能を有し、受電コイル21を通じて外部へ電力を送電できるようにしてもよい。
また、上述した実施形態例では、共振周波数におけるQ値を測定しているが、Q値を測定する周波数は共振周波数と必ずしも一致していなくてもよい。共振周波数から許容できる範囲にずれた周波数を用いてQ値を測定した場合でも、本開示の技術を利用することにより、送電側と受電側との間に存在する金属異物の検出精度を向上させることは可能である。
また、送電コイル又は受電コイルに、金属などの導体が近づくことでQ値だけでなく、L値が変化し共振周波数がずれることになるが、そのL値の変化による共振周波数のずれ量とQ値を併用して、電磁結合している状態を検知してもよい。
また、送電コイルと受電コイル間に金属異物が挟まれたときに結合係数k値も変化するが、電磁結合している状態を検知するのに、結合係数k値とQ値の変化を併用してもよい。
また、上述した実施形態例では、送電コイル及び受電コイルとしてコアを有していないコイルの例を説明したが、磁性体を有したコアに巻きつけられた構造のコイルを採用してもよい。
さらにまた、本開示の実施形態例では、2次側の携帯機器に携帯電話機や携帯音楽プレーヤ、デジタルスチルカメラ等、電力を必要とする種々の機器に適用できる。
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)
外部と電磁的に結合する受電コイルと、
前記受電コイルを含む回路のQ値を測定する検知部と、
外部と通信する通信部と、
前記受電コイルが受電した電力を蓄電する蓄電部と、
前記通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、Q値測定時に前記検知部において消費する分の電力を前記蓄電部に充電する制御を少なくとも行う制御部と、を備える
受電装置。
(2)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
前記(1)に記載の受電装置。
(3)
前記検知部は、前記送電装置からの送電が一時停止している間に、前記蓄電部に充電された電力を利用して前記Q値の測定を行い、
前記制御部は、Q値測定結果に基づいて前記受電コイルと外部との電磁結合状態を検知し、前記送電装置からの送電が再開した後、前記通信部を通じて検知結果を前記送電装置へ返信する
前記(2)に記載の受電装置。
(4)
前記制御部は、前記送電装置から充電コマンドを受信したとき、前記受電コイルにより前記送電装置から受電した電力を当該受電装置に接続された負荷へ供給するよう制御を行う
前記(2)又は(3)に記載の受電装置。
(5)
前記蓄電部は、キャパシタ又は小型の二次電池である
前記(2)〜(4)のいずれかに記載の受電装置。
(6)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
前記(1)に記載の受電装置。
(7)
前記検知部は、前記送電装置からの送電が一時停止している間に、前記蓄電部に充電された電力を利用して前記Q値の測定を行い、
前記制御部は、Q値測定結果に基づいて前記受電コイルと外部との電磁結合状態を検知し、前記送電装置からの送電が再開した後、前記送電装置から検知結果要求コマンドを受信したとき、前記通信部を通じて検知結果を前記送電装置へ返信する
前記(6)に記載の受電装置。
(8)
前記制御部は、前記送電装置から充電コマンドを受信したとき、前記受電コイルにより前記送電装置から受電した電力を当該受電装置に接続された負荷へ供給するよう制御を行う
前記(6)又は(7)に記載の受電装置。
(9)
前記蓄電部は、キャパシタ又は小型の二次電池である
前記(6)〜(8)のいずれかに記載の受電装置。
(10)
外部と電磁的に結合する送電コイルと、
前記送電コイルに交流信号を供給する送電部と、
外部と通信する通信部と、
複数の受電装置に対して順に受電装置の識別情報を含んだ金属異物検知用コマンドを前記通信部を通じて送信し、該金属異物検知用コマンドを送信後に送電を一時停止し、送電再開後に該当受電装置から金属異物検知結果を受信し、全ての受電装置から金属異物検知結果を受信した後、受電装置に充電を行わせるための充電コマンドを前記複数の受電装置に対して順に送信するべく制御を行う制御部と、を備える
送電装置。
(11)
外部と電磁的に結合する送電コイルと、
前記送電コイルに交流信号を供給する送電部と、
外部と通信する通信部と、
複数の受電装置に対して金属異物検知用コマンドを前記通信部を通じて送信し、該金属異物検知用コマンドを送信後に送電を一時停止し、送電再開後に前記複数の受電装置に対して順に受電装置の識別情報を含んだ検知結果要求コマンドを送信し、該当受電装置から金属異物検知結果を受信し、全ての受電装置から金属異物検知結果を受信した後、受電装置に充電を行わせるための充電コマンドを前記複数の受電装置に対して順に送信するべく制御を行う制御部と、を備える
送電装置。
(12)
電力を無線により送電する送電装置と、該送電装置からの電力を受電する受電装置を含んで構成され、
前記受電装置は、
外部と電磁的に結合する受電コイルと、
前記受電コイルを含む回路のQ値を測定する検知部と、
外部と通信する通信部と、
前記受電コイルが受電した電力を蓄電する蓄電部と、
前記通信部を通じて前記送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、Q値測定時に前記検知部において消費する分の電力を前記蓄電部に充電する制御を少なくとも行う制御部と、を備える
非接触電力伝送システム。
(13)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
前記(12)に記載の非接触電力伝送システム。
(14)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
前記(12)に記載の非接触電力伝送システム。
(15)
受電装置が備える通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信すること、
前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記受電装置が備える制御部により、Q値測定時に前記受電装置が備える金属異物検知処理を行う検知部において消費する分の電力を前記受電装置が備える蓄電部に充電する制御を少なくとも行うこと、を含む
非接触電力伝送方法。
(16)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
請求項15に記載の非接触電力伝送方法。
(17)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
請求項15に記載の非接触電力伝送方法。
(1)
外部と電磁的に結合する受電コイルと、
前記受電コイルを含む回路のQ値を測定する検知部と、
外部と通信する通信部と、
前記受電コイルが受電した電力を蓄電する蓄電部と、
前記通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、Q値測定時に前記検知部において消費する分の電力を前記蓄電部に充電する制御を少なくとも行う制御部と、を備える
受電装置。
(2)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
前記(1)に記載の受電装置。
(3)
前記検知部は、前記送電装置からの送電が一時停止している間に、前記蓄電部に充電された電力を利用して前記Q値の測定を行い、
前記制御部は、Q値測定結果に基づいて前記受電コイルと外部との電磁結合状態を検知し、前記送電装置からの送電が再開した後、前記通信部を通じて検知結果を前記送電装置へ返信する
前記(2)に記載の受電装置。
(4)
前記制御部は、前記送電装置から充電コマンドを受信したとき、前記受電コイルにより前記送電装置から受電した電力を当該受電装置に接続された負荷へ供給するよう制御を行う
前記(2)又は(3)に記載の受電装置。
(5)
前記蓄電部は、キャパシタ又は小型の二次電池である
前記(2)〜(4)のいずれかに記載の受電装置。
(6)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
前記(1)に記載の受電装置。
(7)
前記検知部は、前記送電装置からの送電が一時停止している間に、前記蓄電部に充電された電力を利用して前記Q値の測定を行い、
前記制御部は、Q値測定結果に基づいて前記受電コイルと外部との電磁結合状態を検知し、前記送電装置からの送電が再開した後、前記送電装置から検知結果要求コマンドを受信したとき、前記通信部を通じて検知結果を前記送電装置へ返信する
前記(6)に記載の受電装置。
(8)
前記制御部は、前記送電装置から充電コマンドを受信したとき、前記受電コイルにより前記送電装置から受電した電力を当該受電装置に接続された負荷へ供給するよう制御を行う
前記(6)又は(7)に記載の受電装置。
(9)
前記蓄電部は、キャパシタ又は小型の二次電池である
前記(6)〜(8)のいずれかに記載の受電装置。
(10)
外部と電磁的に結合する送電コイルと、
前記送電コイルに交流信号を供給する送電部と、
外部と通信する通信部と、
複数の受電装置に対して順に受電装置の識別情報を含んだ金属異物検知用コマンドを前記通信部を通じて送信し、該金属異物検知用コマンドを送信後に送電を一時停止し、送電再開後に該当受電装置から金属異物検知結果を受信し、全ての受電装置から金属異物検知結果を受信した後、受電装置に充電を行わせるための充電コマンドを前記複数の受電装置に対して順に送信するべく制御を行う制御部と、を備える
送電装置。
(11)
外部と電磁的に結合する送電コイルと、
前記送電コイルに交流信号を供給する送電部と、
外部と通信する通信部と、
複数の受電装置に対して金属異物検知用コマンドを前記通信部を通じて送信し、該金属異物検知用コマンドを送信後に送電を一時停止し、送電再開後に前記複数の受電装置に対して順に受電装置の識別情報を含んだ検知結果要求コマンドを送信し、該当受電装置から金属異物検知結果を受信し、全ての受電装置から金属異物検知結果を受信した後、受電装置に充電を行わせるための充電コマンドを前記複数の受電装置に対して順に送信するべく制御を行う制御部と、を備える
送電装置。
(12)
電力を無線により送電する送電装置と、該送電装置からの電力を受電する受電装置を含んで構成され、
前記受電装置は、
外部と電磁的に結合する受電コイルと、
前記受電コイルを含む回路のQ値を測定する検知部と、
外部と通信する通信部と、
前記受電コイルが受電した電力を蓄電する蓄電部と、
前記通信部を通じて前記送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、Q値測定時に前記検知部において消費する分の電力を前記蓄電部に充電する制御を少なくとも行う制御部と、を備える
非接触電力伝送システム。
(13)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
前記(12)に記載の非接触電力伝送システム。
(14)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
前記(12)に記載の非接触電力伝送システム。
(15)
受電装置が備える通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信すること、
前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記受電装置が備える制御部により、Q値測定時に前記受電装置が備える金属異物検知処理を行う検知部において消費する分の電力を前記受電装置が備える蓄電部に充電する制御を少なくとも行うこと、を含む
非接触電力伝送方法。
(16)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
請求項15に記載の非接触電力伝送方法。
(17)
前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
請求項15に記載の非接触電力伝送方法。
なお、上述した実施形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、一部をソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理の一部をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種の機能を実行するためのプログラムをインストールしたコンピュータにより、実行可能である。例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させればよい。
また、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給してもよい。また、そのシステムあるいは装置のコンピュータ(またはCPU等の制御装置)が記録媒体(メモリ等)に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、機能が実現されることは言うまでもない。
この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現される。加えて、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが実際の処理の一部又は全部を行う。その処理によって上述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。
また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理(例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理)をも含むものである。
以上、本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
すなわち、上述した各実施形態の例は、本開示の好適な具体例であるため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の技術範囲は、各説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係も概略的なものである。
すなわち、上述した各実施形態の例は、本開示の好適な具体例であるため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本開示の技術範囲は、各説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係も概略的なものである。
1A…非接触電力伝送システム、10A…送電装置、11…送電コイル,12…抵抗素子、13…交流電源、14R…抵抗素子、14S…スイッチ、15…復調回路、16…通信制御部、20A…受電装置、21,21A,21B,21C…受電コイル、22…キャパシタ、23…整流平滑部、24…レギュレータ、26…復調回路、27…通信・制御部、30…送電部、31…信号源、32,32A,32B…キャパシタ、33…通信部、34…制御部、35…メモリ、40…検知部、41,42…キャパシタ、43…第1スイッチ、44…第2スイッチ、45…第3スイッチ群、45A,45B,45C…第3スイッチ、46A,46B…検波回路、47…制御部、48…メモリ、49…フィルタ、50…通信部、51A,51B…ADC、52…演算処理部、53…判定部、54,55,56…GPIO、60A,60B,60C…受電装置、
Claims (17)
- 外部と電磁的に結合する受電コイルと、
前記受電コイルを含む回路のQ値を測定する検知部と、
外部と通信する通信部と、
前記受電コイルが受電した電力を蓄電する蓄電部と、
前記通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、Q値測定時に前記検知部において消費する分の電力を前記蓄電部に充電する制御を少なくとも行う制御部と、を備える
受電装置。 - 前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
請求項1に記載の受電装置。 - 前記検知部は、前記送電装置からの送電が一時停止している間に、前記蓄電部に充電された電力を利用して前記Q値の測定を行い、
前記制御部は、Q値測定結果に基づいて前記受電コイルと外部との電磁結合状態を検知し、前記送電装置からの送電が再開した後、前記通信部を通じて検知結果を前記送電装置へ返信する
請求項2に記載の受電装置。 - 前記制御部は、前記送電装置から充電コマンドを受信したとき、前記受電コイルにより前記送電装置から受電した電力を当該受電装置に接続された負荷へ供給するよう制御を行う
請求項3に記載の受電装置。 - 前記蓄電部は、キャパシタ又は小型の二次電池である
請求項2に記載の受電装置。 - 前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
請求項1に記載の受電装置。 - 前記検知部は、前記送電装置からの送電が一時停止している間に、前記蓄電部に充電された電力を利用して前記Q値の測定を行い、
前記制御部は、Q値測定結果に基づいて前記受電コイルと外部との電磁結合状態を検知し、前記送電装置からの送電が再開した後、前記送電装置から検知結果要求コマンドを受信したとき、前記通信部を通じて検知結果を前記送電装置へ返信する
請求項6に記載の受電装置。 - 前記制御部は、前記送電装置から充電コマンドを受信したとき、前記受電コイルにより前記送電装置から受電した電力を当該受電装置に接続された負荷へ供給するよう制御を行う
請求項7に記載の受電装置。 - 前記蓄電部は、キャパシタ又は小型の二次電池である
請求項6に記載の受電装置。 - 外部と電磁的に結合する送電コイルと、
前記送電コイルに交流信号を供給する送電部と、
外部と通信する通信部と、
複数の受電装置に対して順に受電装置の識別情報を含んだ金属異物検知用コマンドを前記通信部を通じて送信し、該金属異物検知用コマンドを送信後に送電を一時停止し、送電再開後に該当受電装置から金属異物検知結果を受信し、全ての受電装置から金属異物検知結果を受信した後、受電装置に充電を行わせるための充電コマンドを前記複数の受電装置に対して順に送信するべく制御を行う制御部と、を備える
送電装置。 - 外部と電磁的に結合する送電コイルと、
前記送電コイルに交流信号を供給する送電部と、
外部と通信する通信部と、
複数の受電装置に対して金属異物検知用コマンドを前記通信部を通じて送信し、該金属異物検知用コマンドを送信後に送電を一時停止し、送電再開後に前記複数の受電装置に対して順に受電装置の識別情報を含んだ検知結果要求コマンドを送信し、該当受電装置から金属異物検知結果を受信し、全ての受電装置から金属異物検知結果を受信した後、受電装置に充電を行わせるための充電コマンドを前記複数の受電装置に対して順に送信するべく制御を行う制御部と、を備える
送電装置。 - 電力を無線により送電する送電装置と、該送電装置からの電力を受電する受電装置を含んで構成され、
前記受電装置は、
外部と電磁的に結合する受電コイルと、
前記受電コイルを含む回路のQ値を測定する検知部と、
外部と通信する通信部と、
前記受電コイルが受電した電力を蓄電する蓄電部と、
前記通信部を通じて前記送電装置からQ値測定コマンドを受信したとき、Q値測定時に前記検知部において消費する分の電力を前記蓄電部に充電する制御を少なくとも行う制御部と、を備える
非接触電力伝送システム。 - 前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
請求項12に記載の非接触電力伝送システム。 - 前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
請求項12に記載の非接触電力伝送システム。 - 受電装置が備える通信部を通じて送電装置からQ値測定コマンドを受信すること、
前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記受電装置が備える制御部により、Q値測定時に前記受電装置が備える金属異物検知処理を行う検知部において消費する分の電力を前記受電装置が備える蓄電部に充電する制御を少なくとも行うこと、を含む
非接触電力伝送方法。 - 前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、該Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致する場合、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせ、
前記Q値測定コマンドに含まれる識別情報が受電装置自身に割り当てられた識別情報と一致しない場合は、前記蓄電部への前記電力の充電のみを行う
請求項15に記載の非接触電力伝送方法。 - 前記制御部は、前記送電装置から前記Q値測定コマンドを受信したとき、前記蓄電部に前記電力を充電し、充電後に前記検知部に前記Q値の測定を行わせる制御を行う
請求項15に記載の非接触電力伝送方法。
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