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JP2018191358A - 非接触給電制御方法 - Google Patents

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JP2018191358A JP2017089068A JP2017089068A JP2018191358A JP 2018191358 A JP2018191358 A JP 2018191358A JP 2017089068 A JP2017089068 A JP 2017089068A JP 2017089068 A JP2017089068 A JP 2017089068A JP 2018191358 A JP2018191358 A JP 2018191358A
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Abstract

【課題】送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の給電とを行う非接触給電システムにおいて、異物検出と装置配置ずれの許容とを両立した非接触給電制御方法を提供すること。【解決手段】送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の給電とを行い、送電装置と受電装置は姿勢情報の取得と、送電装置と受電装置とのアンテナ対向情報検出とを行い、非接触給電に用いるアンテナの対向情報と給電効率に従って電力給電の制御を行う。【選択図】図1

Description

本発明は、非接触で電力の送受電を行う非接触給電の制御方法に関する。
電子機器の電池は小型化、高出力化、大容量化が進み、電子機器の電池には充電可能な二次電池が用いられることが多い。
電子機器の二次電池を充電する手段として、専用充電器を用いるもの、外部機器から有線で電力供給を受け電子機器本体内で充電するものが一般的であったが、近年、電磁波で電力供給を受け電子機器本体内で充電するための非接触給電が一般化している。
非接触給電においては、送電側となる送電装置のアンテナから放射した電磁波を受電側となる受電装置のアンテナが受け、電力の送受電を行うが、互いのアンテナ間の距離と位置によって送受電される電力が変わる場合がある。送受電される電力が低下すると、受電装置の電池に充電している場合は充電時間が延びる問題があった。
送電装置のアンテナと受電装置のアンテナの間に金属等の異物が存在する場合、異物の影響によって送電装置から送電した電力に対し、受電装置で受電可能な電力が低下する。さらに、異物の材料によっては、送電装置から送電した電力を受けて異物が発熱する問題があった。
受電装置の外装材料や構成材料の一部が金属であった場合、材料の影響によって、送電装置から送電した電力に対し、受電装置で受電可能な電力が低下する。
上記のような受電装置の材料による受電可能な電力の低下と、異物の影響による受電可能な電力の低下とは、現象が似ているため判別がつきにくいという問題があった。
このため、送電装置と受電装置との間で非接触で電力の送受電を行うシステムにおいて、送電装置と受電装置との位置の変化による送受電電力の変化、および異物の存在を検出し、支障なく非接触給電を制御する方法が求められている。
特許文献1は、送電部と受電部との相対的な位置を検出する位置検出手段によって検出した相対的な位置における伝送効率の基準値を算出し、伝送効率が基準値未満である場合には送電を停止するように前記送電部を制御する非接触給電装置を提案している。
特許文献2は、送電機器と受電機器との間の伝送効率が閾値効率よりも高い場合には電力伝送を継続し、伝送効率が閾値効率よりも低い場合には伝送を停止する、非接触電力伝送装置の受電機器であって、送電機器に関する情報に基づいて閾値効率を変更する受電機器を提案している。
特開2013−150430号公報 特開2013−223301号公報
上記特許文献1に記載された非接触給電装置は、送電部と受電部との相対的な位置検出と併せ、電力伝送効率が基準値未満であれば電力送電を停止するため、送電部と受電部との間のずれが少なく、電力伝送効率を高い値に保つことができる。
上記特許文献2に記載された受電機器は、送電装置の情報に基づいて送電機器および受電機器間の電力伝送効率が閾値よりも低い場合には電力伝送を停止するため、複数種類の送電部と受電部の性能に合わせた閾値を以て、電力伝送効率が低い状態での電力伝送を抑制することができる。
上記特許文献1および特許文献2に記載された方法においては、送電装置と受電装置との間の電力伝送効率が閾値よりも低い場合に電力伝送を停止することが提案されている。
しかし、上記方法は電力伝送効率の低下に従って電力伝送を停止するため、電力伝送効率の低下要因となる異物検出のためには、自ずと電力伝送効率の閾値を高く設定することになるため、装置配置がずれた場合の電力伝送停止の発生頻度が多くなる可能性がある。また、受電装置の外装材料や構成材料の一部の影響については考慮されていない問題があった。
上記課題を解決するために本発明の目的は、送電装置と受電装置との間で無線通信と非接触で電力の給電とを行う非接触給電システムにおいて、異物検出と装置配置ずれの許容とを両立する非接触給電制御方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本出願の第1の発明は、第1の無線通信手段と、無線電力受電手段と、第1の姿勢検出手段とを備え、二次電池を装着可能な受電装置と、前記受電装置と通信可能な第2の無線通信手段と、無線電力送電手段とを備え、前記無線電力送電手段により前記受電装置へ非接触で電力を送電し、前記電力で受電装置の二次電池を充電可能な送電装置と、から構成される非接触給電システムにおいて、前記受電装置と前記送電装置とは、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とによって、非接触で電力の送受電を開始した後、前記第1の姿勢検出手段によって、前記無線電力受電手段の姿勢情報を検出し、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記検出した前記無線電力受電手段の姿勢情報と、前記無線電力受電手段によって受電した電力情報とを含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を繰り返し実施し、前記送電装置は、前記検出した無線電力受電手段の姿勢情報より、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であるかを判断し、前記正規位置範囲内であるかの判断結果に従って、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値設定を変えることである。
上記の目的を達成するために、本出願の第2の発明は、第1の無線通信手段と、無線電力受電手段と、第1の姿勢検出手段とを備え、二次電池を装着可能な受電装置と、前記受電装置と通信可能な第2の無線通信手段と、無線電力送電手段と、第2の姿勢検出手段とを備え、前記無線電力送電手段により前記受電装置へ非接触で電力を送電し、前記電力で受電装置の二次電池を充電可能な送電装置と、から構成される非接触給電システムにおいて、前記受電装置と前記送電装置とは、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とによって、非接触で電力の送受電を開始した後、前記第1の姿勢検出手段と前記第2の姿勢検出手段とによって、前記無線電力受電手段および前記無線電力送電手段の姿勢情報を検出し、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記検出した前記無線電力受電手段の姿勢情報と、前記無線電力受電手段によって受電した電力情報とを含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を繰り返し実施し、前記送電装置は、前記検出した前記無線電力受電手段および前記無線電力送電手段の姿勢情報より、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であるかを判断し、前記正規位置範囲内であるかの判断結果に従って、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値設定を変えることである。
本発明によれば、送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の給電とを行う非接触給電システムにおいて、アンテナ対向情報と給電効率に従って電力給電を制御し、異物検出と装置配置ずれの許容とを両立した非接触給電制御方法を提供することができる。
第1の実施形態に係る送電装置と受電装置との間で非接触給電を行う手順の関係を並列して示すフローチャート。 第1の実施形態に係る送電装置の構成例を示すブロック図。 第1の実施形態に係る受電装置の構成例を示すブロック図。 第1の実施形態に係る送電装置と受電装置との配置例を示す図。 第1の実施形態に係る送電装置と受電装置との三次元座標の定義を示す図。 第1の実施形態に係る非接触給電時の送電装置と受電装置との間で伝達するステータス情報の例。 第1の実施形態に係る非接触給電を許可する給電効率とVSWRの例を示す線図。 第1の実施形態に係る送電装置および受電装置の警告表示例。 第2の実施形態に係る送電装置と受電装置との間で非接触給電を行う手順の関係を並列して示すフローチャート。 第3の実施形態に係る送電装置と受電装置との間で非接触給電を行う手順の関係を並列して示すフローチャート。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせ全てが、本発明に必須とは限らない。
また、以下の各実施形態において例示する構成部品の寸法、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。
[第1の実施形態]
第1の実施形態では、送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の送受電とを行い、受電装置の姿勢情報によって送受電電力を許可する給電効率の閾値を設定する方法を説明する。
本発明では、送電装置が送電した電力に対し受電装置が受電した電力のことを送受電電力または給電電力と称し、送電装置が送電した電力と受電装置が受電した電力との比のことを給電効率と称する。
なお、第1の実施形態を最も良く表す図は図1であるが、説明を分かりやすくするために、第1の実施形態では図2から説明することとする。図2は本実施形態に係る送電装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の説明に使用するブロック図は、本実施形態の説明に不要なブロックへの電源接続は省略している。また、本実施形態の説明に不要なブロックと動作の詳細な説明は省略している。
図2において、送電装置101は相手装置へ非接触で電力送電が可能な装置である。AC/DC変換回路102は送電装置101の外部から入力されたAC電圧をDC電圧に変換する。AC/DC変換回路102でDCに変換された出力はTX定電圧回路103でさらに後段の回路ブロックへ供給可能な電圧に変換される。TX電源IC107は、TX定電圧回路103の電圧出力をさらに後段のデジタル低電圧系回路ブロックへ供給可能な電圧に変換するための電源ICである。
TX−CPU(Central Processing Unit)108は送電装置101の制御を司るCPUである。後述のCPUと区別するために、送電装置101側のCPUとして、TX―CPUと称する。TX−CPU108には、ワークエリアとして使用されるRAM(Random Access Memory)や、TX−CPU108の処理手順を記憶しているROM(Read Only Memory)を内蔵しているものとする。
TX通信部109は他の装置と近距離無線通信が可能であり、非接触で電力の送電を行うための制御データ通信も行うものとする。TX通信部109で行う近距離無線通信は近距離無線規格であるBluetooth(登録商標) Low Energyに対応しているものとする。
TX通信整合回路155はTX通信部109と後述のTX通信アンテナ156とのインピーダンス整合を行うための回路である。TX通信整合回路155は前記TX−CPU108の制御によって調整可能な回路でも良いし固定定数回路でも良い。また、TX通信整合回路155には過大な電圧が発生しないよう保護回路を備える構成とする。
TX通信アンテナ156は他の装置と近距離無線通信を行うことのできるアンテナである。TXアンテナ156は例えばUHF帯である2.4GHz付近に共振周波数を持つアンテナであるとする。
TX姿勢検出部162は送電装置101の配置状態を検出する姿勢検出部であり、例えば重力加速度を検出可能な三次元加速度センサで構成される。
TX表示部110は送電装置101のステータスを表示する表示部であり、例えばLCD(Liquid Crystal Display:液晶表示器)やLED(Light Emitting Diode)で構成される。
TX発音部111は送電装置101の操作音や警告音を発音する発音部であり、例えば音声処理ICとスピーカーで構成される。
TX無線通信部112は無線通信を行うための無線通信部、アンテナ113は無線通信を行うためのアンテナである。TX無線通信部112はTX通信部109とは異なる無線規格に対応しているものとする。例としてWLAN規格であるIEEE802.11に対応しているものとする。
電力送電回路104は相手装置へ電力を無線送電するための回路であり、主にトランジスタ増幅回路、水晶発振回路で構成される。
TX整合回路105は前記電力送電回路104と後述のTXアンテナ106とのインピーダンス整合を行うための回路である。TX整合回路105は前記TX−CPU108の制御によって調整可能な回路とする。また、TX整合回路105には非接触で電力を送電する時に過大な電圧が発生しないよう保護回路を備える構成とする。
反射電力検出回路161は送電装置101のTXアンテナ106から出力される電力の進行波と反射波を進行波電圧VFおよび反射波電圧VRとして検出する反射電力検出回路であり、例えばCM型方向性結合器で構成される。CM型方向性結合器は一般的な回路であるので説明は省略する。
反射電力検出回路161で検出した進行波電圧VFおよび反射波電圧VRはTX−CPU108に入力され、式1で演算することで電圧反射係数ρを求め、さらに、式2で電圧定在波比VSWR求めることができる。
TXアンテナ106は他の装置へ非接触で電力を送電することのできるアンテナである。TXアンテナ106は例えばHF帯である6.78MHzや13.56MHz付近に共振周波数を持つアンテナであるとする。
図3において、受電装置201は相手装置から非接触で電力の受電が可能な装置である。RXアンテナ202は他の装置から非接触で電力を受電することのできるアンテナである。RXアンテナ202は例えばHF帯である6.78MHzや13.56MHz付近に共振周波数を持つアンテナであるとする。
RX整合回路203は、RXアンテナ202と後述の整流平滑回路204のインピーダンス整合を行うための回路である。RX整合回路203は後述のRX−CPU209の制御によって調整可能な回路とする。また、RX整合回路203には非接触で電力を受電する時に回路に過大な電圧が発生しないよう保護回路を備える構成とする。
整流平滑回路204は送電装置101から受電した電力により発生したAC電圧をDC電圧に波形整形する整流平滑回路である。整流平滑回路204でDC電圧に波形整形された電圧はRX定電圧回路205でさらに後段の回路ブロックへ供給可能な電圧に変換される。
充電制御回路206は電池207を充電可能な充電制御回路である。充電制御回路206は電池207を充電する機能の他に、他の回路へ電池207の電圧を出力する機能も有するものとする。電池207は例として1セルのリチウムイオン電池であるとする。RX電源IC211は入力電圧を後段のデジタル低電圧系回路ブロックの電圧に変換するための電源ICである。
RX−CPU209はRX通信アンテナ252を用いて送電装置101と近距離無線通信を行い、RXアンテナ202を用いて非接触で電力の受電制御を行うCPUである。後述のCPUと区別するために、受電装置201側の受電制御を行うCPUとして、RX―CPUと称する。RX−CPU209には、ワークエリアとして使用されるRAMや、RX−CPU209の処理手順を記憶しているROMを内蔵しているものとする。
電力計測回路A210は送電装置101から非接触で電力を受電する時に、前記受電電力を計測するための電力計測回路である。電力計測回路Aは一般的な技術であるので説明は省略する。
電力計測回路B212は送電装置101からの非接触で電力を受電する時に、前記受電電力を計測するための電力計測回路である。電力計測回路Bは一般的な技術であるので説明は省略する。
前記電力計測回路A210と電力計測回路B212との違いは、電力計測回路A210がRX定電圧回路205の出力電力を計測するのに対し、電力計測回路B212はRXアンテナ202の出力電力を計測する構成である。受電装置201の動作状態に応じてRXアンテナ202で受電している電力を電力計測回路A210または電力計測回路B212のどちらで計測するかを選択しても良い、または電力計測回路A210と電力計測回路B212との両方で計測しても良い。
RX通信部208は他の装置と近距離無線通信が可能であり、非接触で電力の送電を行うための制御データ通信も行うものとする。RX通信部208で行う近距離無線通信は近距離無線規格であるBluetooth(登録商標) Low Energyに対応しているものとする。
RX通信整合回路253はRX通信部208と後述のRX通信アンテナ252とのインピーダンス整合を行うための回路である。RX通信整合回路253は前記RX−CPU209の制御によって調整可能な回路でも良いし固定定数回路でも良い。また、RX通信整合回路253には過大な電圧が発生しないよう保護回路を備える構成とする。
CPU230は受電装置201全体の制御を司るCPUであり、前述の非接触で電力の受電制御を行うRX−CPU209とは異なる。RAM231はCPU230のワークエリアとして使用されるRAMである。ROM232はCPU230の処理手順を記憶しているROMであり、例えばフラッシュメモリなどの書き換えが可能な不揮発性メモリで構成される。
RX表示部233は受電装置201の画面に画像データや操作情報などの映像を表示する表示部であり、例えばLCDで構成される。
操作入力部234は受電装置201の各種操作を受け付ける操作入力部であり、操作情報をCPU230へ伝える。メモリーカード235は、デジタルデータの書き込みおよび読み込みを行うことができる。撮像部236は、レンズおよびその駆動系で構成される光学ユニットと撮像素子で構成される。
RX無線通信部237は無線通信を行うための無線通信部、アンテナ238は無線通信を行うためのアンテナである。RX無線通信部237はRX通信部208とは異なる無線規格に対応しているものとする。例としてWLAN規格であるIEEE802.11に対応しているものとする。
RX発音部239は受電装置201の操作音や警告音を発音する発音部であり、例えば音声処理ICとスピーカーで構成される。
RX姿勢検出部240は受電装置201の配置状態を検出する姿勢検出部であり、例えば重力加速度を検出可能な三次元加速度センサで構成される。
図1は、本実施形態に係る送電装置101と受電装置201との間で非接触給電を行う手順の関係を並列して示すフローチャートである。
図1のフローチャートの各処理は、特に断らない限り、送電装置101はTX−CPU108により実行され、受電装置201はRX−CPU209により実行される。受電装置201のCPU230は本実施形態の非接触給電制御には関与しないため、CPU230およびその周辺機能ブロックの説明は省略する。図4は本実施形態に係る図1のフローで説明する送電装置101と受電装置201との配置例を示す図である。図5は本実施形態に係る図1のフローで説明する送電装置101と受電装置201との三次元座標の定義を示す図である。送電装置101のTXアンテナ106はXZ面の+Y方向、受電装置201のRXアンテナ202はXZ面の−Y方向に設置されているものとする。
送電装置101のTX姿勢検出部162および受電装置201のRX姿勢検出部240は、重力加速度から送電装置101および受電装置201の姿勢を検出可能な位置に配置されていれば良い。
図6は、図4の各配置例(A)から(E)における本実施形態に係る図1のフローで説明する送電装置101と受電装置201との間で送受信する装置ステータス情報の例である。図4の各配置例(A)から(E)と図6の装置ステータス情報(A)から(E)とは、同じ記号同士が対応しているものとして説明する。
本実施形態に係る説明は、まず、図4(A)の配置を例に説明を行う。送電装置101と受電装置201との間で送受信する装置ステータス情報とは、例えば下記列挙する情報等を含むものとする。“装置名称”、“電力受電可否”、“電池電圧”、“電池満充電電圧”、“電池残量レベル”、“定格エネルギー容量”、“最大受電電力”、“送受電要求電力”、“送受電設定電力”、“受電電力”、“姿勢”、“アンテナ搭載位置”、“アンテナクラス”。
装置ステータス情報は、送電装置101はTX−CPU108に、受電装置201はRX−CPU209に記憶するものとする。本実施形態では、送電装置101がポーリング信号を送信し、送電装置101がスキャンすることで互いに装置を発見して接続処理を行い、近距離無線通信の接続を確立するものとする。
S101で、送電装置101はTX通信部109の近距離無線通信を用いてポーリング信号を送信し、S102で受電装置201からの接続要求があるかを判断する。S101の近距離無線通信は例としてBluetooth(登録商標) Low Energyのアドバタイズモードでパケットの送信を行うものとする。Bluetooth(登録商標) Low Energyのプロトコルについては一般的な方法であるため説明は省略する。
S102で受電装置201からの接続要求がないと判断したら、送電装置101はS101に戻り再度ポーリング信号を送信する。S102で受電装置201からの接続要求があると判断したら、S103で送電装置101は受電装置201とは接続処理を行って、“電力受電可否”、情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
S104で、送電装置101はS103で受信した装置ステータス情報の“電力受電可否”によって受電装置201が電力を受電可能な状態かを判断する。S104で受電装置201が電力を受電可能な状態でないと判断したら、送電装置101はS101に戻り再度ポーリング信号を送信する。S104で受電装置201が電力を受電可能な状態であると判断したら、S105に進む。
S105で、送電装置101は受電装置201の“アンテナクラス”情報の取得と予備送電を開始するためのトリガとして、受電装置201と後述する“送受電設定電力”、“アンテナクラス”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
ここで受電装置201側のフローを説明する。S201で、受電装置201はRX通信部208で送電装置101からの近距離無線通信のポーリング信号を受信したら、S202で接続要求を送信する。S202の近距離無線通信は例としてBluetooth(登録商標) Low Energyのイニシエーティングモードでアドバタイズパケットへの応答を行うものとする。
S201で、受電装置201はRX通信部208で送電装置101からの近距離無線通信のポーリング信号を受信しなかったら、S201に戻る。S201で、受電装置201は近距離無線通信のポーリング信号を受信し、S202で接続要求を送信したら、S203で送電装置101と受電装置201とは接続処理を行って、“電力受電可否”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。送電装置101でのS103の処理と、受電装置201でのS203の処理とが終了すると、送電装置101と受電装置201とはコネクションモードに入る。そして、S204で送電装置101は受電装置201と“送受電設定電力”、“アンテナクラス”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
ここで送電装置101側のフローの説明に戻る。S106で、送電装置101はS105で受信した装置ステータス情報の“アンテナクラス”情報によって受電装置201の標準的なVSWRを判断する。“アンテナクラス”とは、例えば無線給電の任意の規格で定められている標準的な送電装置から受電装置201へ電力を送受電した場合の、給電効率およびVSWRの値によって決められている情報であって良い。例えば、標準的な送電装置の送電電力1W出力に対し、受電装置の給電効率が80%、VSWRが1.5であれば“アンテナクラス”情報をCLASS1とし、受電装置の給電効率が70%、VSWRが2.5であれば“アンテナクラス”情報をCLASS2とするように定義しても良い。
“アンテナクラス”情報のCLASSは上記CLASS1、CLASS2に限ったものでなく、さらに複数のCLASSに分類しても良い。本実施形態の受電装置201はアンテナクラス”情報をCLASS1として説明することにする。
S106で、受電装置201が“アンテナクラス”情報があると判断したら、S107で送電装置101は後述するアンテナクラス”情報 CLASS1に対応する図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図に従って、VSWRの閾値を第1の閾値である2.5に設定する。
S106で、受電装置201が“アンテナクラス”情報がなしと判断したら、S108で送電装置101は後述するアンテナクラス”情報に対応する図7(C)第3の給電効率とVSWRの線図に従って、VSWRの閾値を第3の閾値である1.5に設定する。もし、受電装置201が“アンテナクラス”情報がCLASS2であった場合、S107で送電装置101は後述するアンテナクラス”情報CLASS2に対応する図7(B)第2の給電効率とVSWRの線図に従って、VSWRの閾値を第2の閾値である3.0に設定する。
図7は本実施形態に係る非接触給電を許可する給電効率とVSWRの例を示す線図である。図7(A)は送電装置101が“アンテナクラス”情報がCLASS1の受電装置に対して非接触給電を許可する給電効率とVSWRの線図の例である。同様に、図7(B)は送電装置101が“アンテナクラス”情報がCLASS2の受電装置に対して、図7(C)は“アンテナクラス”情報がなしの受電装置に対して、非接触給電を許可する給電効率とVSWRの線図の例である。
“アンテナクラス”情報がCLASS1の受電装置は、標準的な送電装置との給電効率が高く、VSWRが低い数値であるため、非接触給電を許可するVSWRの閾値を低い値に設定しているものとする。“アンテナクラス”情報がCLASS2の受電装置は、アンテナクラス”情報CLASS1の受電装置と比較し、標準的な送電装置との給電効率が低く、VSWRが高い数値であるため、非接触給電を許可するVSWRの閾値を高い値に設定しているものとする。
“アンテナクラス”情報なしの受電装置は、標準的な送電装置との給電効率とVSWRとの数値が不明であり、受電装置の非接触給電に関わる他の能力値も不明である可能性を考慮して、非接触給電を許可するVSWRの閾値を低い値に設定しているものとする。
送電装置101は、図7の非接触給電を許可する給電効率とVSWRの線図に従って、送電装置と受電装置の間の電力給電効率の閾値とVSWRの閾値を境に、送電装置101と受電装置201との非接触給電を許可する領域と許可しない領域とを設定する。
図7(A)から図7(C)において、“アンテナクラス”によって接触給電を許可するVSWRの閾値は変わるが、非接触給電を許可するVSWRの閾値は給電効率に関わらず一定の値として良い。
図7の線図に従って送電装置101と受電装置201との非接触給電を許可するか否かの制御は図1のフローで後述する。
なお、S106での“アンテナクラス”情報によるVSWRの閾値設定は必須ではなく、非接触給電システムの構成によって実施してもしなくても良い。実施しないその場合、S106、S108は省略し、S107において図7(A)から図7(C)のいずれかの給電効率とVSWRの線図において、VSWRの閾値を第1から第3のいずれかの閾値を固定値として設定していれば良い。
S109で、送電装置101は電力送電回路104を制御して受電装置201へ非接触で予備電力を送電する。S109で、非接触で予備電力を送電する場合は、送電装置101はTX整合回路105を電力送電回路104からの予備電力送電に適した回路に設定するものとする。例えば予備電力の“送受電設定電力”は0.5Wなど、非接触給電システムで予め決められた任意の値に設定して良い。
S110で、送電装置101は反射電力検出回路161で検出した進行波電圧VFおよび反射波電圧VRより求められる受電装置201へ電力送電中のVSWRが、S107またはS108で設定したVSWRの閾値以下であるかを判断する。
S110で、送電装置101は受電装置201へ電力送電中のVSWRが閾値以下でないと判断したら、S121で、送電装置101は非接触電力の送電を停止するために、受電装置201と“電力送電可否”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
そして、S122で送電装置101は例えば図8(A)のようにTX表示部110を用いて非接触給電を停止したことを知らせるための警告表示を行う。
S122での警告表示を行ったら、S123で送電装置101は非接触電力の送電を停止し、本フローチャートの処理を終了する。
S110で、送電装置101は受電装置201へ電力送電中のVSWRが閾値以下であると判断したら、S111で、送電装置101は受電装置201と“送受電要求電力”、“受電電力”、“姿勢”、“アンテナ搭載位置”、情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。例えば、送電装置101と受電装置201との配置状態が図4(A)におけるVSWRが1.1であるとすると、S110ではSWRが閾値以下であると判断されることになる。
ここで受電装置201側のフローを説明する。S205で、受電装置201は送電装置101から非接触で送電されている電力を、RX定電圧回路205に接続されている電力計測回路A210、またはRXアンテナ202に接続されている電力計測回路B212を用いて計測する。そして、装置ステータス情報の“受電電力”情報として記憶する。
図4(A)に示す配置状態は、送電装置101と受電装置201との位置ずれが少なく、非接触で送受電する電力の給電効率が高い状態といえる。例えば、図4(A)の配置状態における給電効率を80%とすると、送電装置101から非接触で送電している電力の“送受電設定電力”が0.5Wであれば、受電装置201で受電している受電電力は0.4Wであるので、“受電電力”情報は0.4Wである。
別の例では、図4(A)の配置状態における給電効率を80%とすると、送電装置101から非接触で送電している電力の“送受電設定電力”が2.8Wであれば、受電装置201で受電している受電電力は2.24Wであるので、“受電電力”情報は2.24Wである。
S206で、受電装置201はRX姿勢検出部240を用いて受電装置201の配置状態を取得し、装置ステータス情報の“姿勢”情報として記憶する。例えば、送電装置101と受電装置201との配置状態が図4(A)に示す配置状態であるとすると、RX姿勢検出部240の加速度はX:0G、Y:+1G、Z:0Gである。Gは重力加速度であり、1G≒9.8m/Sである。
S207で、受電装置201はS206で取得した最新の“姿勢”情報と、S205で取得した“受電電力”情報を伝達するために、送電装置101と“送受電要求電力”、“受電電力”、“姿勢”、“アンテナ搭載位置”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
ここで送電装置101側のフローの説明に戻る。
S112で、送電装置101はS111で受信した装置ステータス情報に“姿勢”情報が含まれているかを判断する。送電装置101は装置ステータス情報に“姿勢”情報が含まれているかの判断は、“姿勢”情報に三次元座標X、Y、Zの加速度を示す正常な数値が入っている場合は“姿勢”情報が含まれていると判断する。“姿勢”情報に三次元座標X、Y、Zの加速度に正常な数値が入っていない、または異常な数値が入っている場合は“姿勢”情報が含まれていないと判断する。加速度の正常な数値の範囲とは、例えば0Gから1.0Gであるとする。加速度の異常な数値とは、例えばX、Y、Zの全ての加速度が0であるとする。
S112で、送電装置101は“姿勢”情報が含まれていると判断したら、S113に進む。S112で、送電装置101は“姿勢”情報が含まれていないと判断したら、S114へ進む。S113で、送電装置101はS111で受信した装置ステータス情報の“姿勢”と“アンテナ搭載位置”情報より、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202とのアンテナ面が正規位置にあるかを判断する。アンテナ面が正規位置とは、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202との搭載面が対向する位置にあることを示す。例えば、送電装置101と受電装置201との配置状態が図4(A)に示す配置状態であるとすると、受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”はX:0G、Y:+1G、Z:0Gである。装置ステータス情報の“アンテナ搭載位置”はXZ面であるので、受電装置201のRXアンテナ202はXZ面にあり、XZ面が重力加速度方向に面していることになる。そこで、送電装置101のTXアンテナ106はXZ面にあり、受電装置201と同様にXZ面が重力加速度方向に面していれば、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202とのアンテナ面は対向しており、正規位置にあると判断する。
S113でのアンテナ面が正規位置にあるかの判断は、多少の傾きや誤差を考慮し、例えば受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”がX:0±0.1G、Y:+1±0.1G、Z:0±0.1Gであればアンテナ面が正規位置であると判断しても良い。
本実施形態において、送電装置101は、構造または制御によってXZ面が重力加速度方向に面する状態でしか非接触給電が実施できないように制限されていれば、受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”だけでアンテナ面が正規位置にあるかを判断しても良い。S113で、送電装置101は受電装置201のRXアンテナ202が正規位置にあると判断した場合、S114で送電装置101は図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、電力送電の給電効率が第1の閾値以上であるかを判断する。
図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、給電効率の第1の閾値は60%である。
S114で、送電装置101はS111で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第1の閾値である60%以上であると判断した場合、S116に進む。S114で、送電装置101はS111で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第1の閾値である60%未満であると判断した場合、S121に進む。S121から本フローチャート終了までの説明は前述と同様であるので説明は省略する。S113で、送電装置101は受電装置201のRXアンテナ202が正規位置にないと判断した場合、S115で送電装置101は図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、電力送電の給電効率が第2の閾値以上であるかを判断する。
図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、給電効率の第2の閾値は20%である。
S115で、送電装置101はS111で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第2の閾値である20%以上であると判断した場合、S116に進む。
S115で、送電装置101はS111で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第2の閾値である20%未満であると判断した場合、S121に進む。S121から本フローチャート終了までの説明は前述と同様であるので説明は省略する。
S116で、送電装置101は非接触で電力の送電を開始するために、受電装置201と“送受電設定電力”、“電力送電可否”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
S117で、送電装置101はS116で受信した受電装置201の装置ステータス情報の“電池電圧”、“最大受電電力”、“送受電要求電力”に従って“送受電設定電力”を設定する。S117で設定する“送受電設定電力”は、受電装置201の“送受電要求電力”に従って2.8Wとする。なお、S109で設定する“送受電設定電力”は、“最大受電電力”を超えない電力に設定するものとする。
S118で、送電装置101は電力送電回路104を制御して受電装置201へ非接触で電力を送電する。S118で、非接触で電力を送電する場合は、TX整合回路105を電力送電回路104からの非接触電力送電に適した回路に設定するものとする。
なお、本発明の以降の説明においては電力送電回路104を制御して電力を送電する場合はTX整合回路105を電力送電回路104からの非接触電力送電に適した回路に設定するものとして説明を省略する。
S119で、送電装置101は受電装置201の電池状態を判断するために、受電装置201と“電池電圧”、“電池満充電電圧”、“電池残量レベル”情報を含むステータス情報の送受信を行う。
S120で、送電装置101はS119で受信した装置ステータス情報の“電池電圧”、“電池満充電電圧”、または“電池残量レベル”によって受電装置201の電池207が満充電レベルであるかを判断する。
S120で、送電装置101は受電装置201の電池207が満充電レベルであると判断したら、S123で送電装置101は非接触電力の送電を停止し、本フローチャートの処理を終了する。
S120で、送電装置101は電池207が満充電レベルでないと判断したら、送電装置101はS110へ戻り、次は受電装置201へ電力送電中のVSWRが、S107またはS108で設定したVSWRの閾値以下であるかを判断する。
ここで受電装置201側のフローを説明する。S208で、受電装置201は非接触で電力の受電を開始するために、送電装置101と“送受電設定電力”、“電力送電可否”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
S209で、受電装置201はS208で受信した装置ステータス情報の“電力送電可否”によって送電装置101が電力を送電可能な状態かを判断する。S209で送電装置101が電力を送電可能な状態でないと判断したら、S214で受電装置201は例えば図8(B)のようにRX表示部233を用いて非接触給電が停止したことを知らせるための警告表示を行い、S201に戻る。
S209で送電装置101が電力を送電可能な状態であると判断したら、S210で受電装置201はS208で送受信した装置ステータス情報の“送受電設定電力”に従ってRX定電圧回路205へ充電制御回路206を接続して受電電力を設定する。そして、S211で受電装置201は送電装置101から非接触で電力を受電する。
なお、S210では充電制御回路206を接続するのと同時に、RX整合回路203を送電装置101の電力送電回路104からの非接触電力受電に適した回路に設定するものとする。
なお、本発明の以降の説明においては非接触電力を受電する場合はRX整合回路203を電力送電回路104からの非接触電力受電に適した回路に設定するものとして説明を省略する。
送電装置101でのS118の処理と、受電装置201でのS211の処理とが終了すると、送電装置101と受電装置201とは、非接触で電力を送受電する状態になる。例えば、図4(A)の配置状態における給電効率を80%とすると、送電装置101から非接触で送電している電力の“送受電設定電力”が2.8Wであれば、受電装置201で受電している受電電力は2.24Wである。
S212で、受電装置201は電池207が満充電の状態になっているかを判断する。S212で、受電装置201は電池207が満充電であると判断したら、S213で、受電装置201は電池が満充電状態であることを伝達するために、送電装置101と“電池電圧”、“電池満充電電圧”、“電池残量レベル”情報を含むステータス情報の送受信を行う。そして、受電装置201は本フローチャートの処理を終了する。S212で、受電装置201は電池207が満充電でないと判断したら、S214で、受電装置201は電池が満充電状態でないことを伝達するために、送電装置101と“電池電圧”、“電池満充電電圧”、“電池残量レベル”情報を含むステータス情報の送受信を行う。そして、S205へ戻る。
以上、本実施形態を図4(A)の配置を例に説明を行った。以降、図4(B)から(E)の配置例の場合について、下記表1と表2に図1の主な処理での数値例と判断結果をまとめて記載し説明する。
図4(B)に示す配置状態は、送電装置101と受電装置201との位置ずれが多く、かつ、大きな金属異物301も近接している状態であるので、非接触で送受電する電力の給電効率が低い状態といえる。例えば、図4(B)の配置状態における給電効率を5%とすると、送電装置101から非接触で送電している電力の“送受電設定電力”が0.5Wであれば、受電装置201で受電している受電電力は0.025Wであるので、“受電電力”情報は0.025Wである。RX姿勢検出部240の加速度はX:0G、Y:+1G、Z:0Gであり、VSWRは5.0であるとする。
図4(C)に示す配置状態は、送電装置101と受電装置201とは90度位置がずれている状態であるので、非接触で送受電する電力の給電効率は良くない状態といえる。例えば、図4(C)の配置状態における給電効率を25%とすると、送電装置101から非接触で送電している電力の“送受電設定電力”が0.5Wであれば、受電装置201で受電している受電電力は0.125Wであるので、“受電電力”情報は0.125Wである。RX姿勢検出部240の加速度はX:+1G、Y:0G、Z:0Gであり、VSWRは1.7であるとする。
図4(D)に示す配置状態は、送電装置101と受電装置201とは位置ずれは少ないが、小さな金属異物302が近接している状態であるので、非接触で送受電する電力の給電効率は良くない状態といえる。例えば、図4(D)の配置状態における給電効率を25%とすると、送電装置101から非接触で送電している電力の“送受電設定電力”が0.5Wであれば、受電装置201で受電している受電電力は0.125Wであるので、“受電電力”情報は0.125Wである。RX姿勢検出部240の加速度はX:+0.05G、Y:+0.95G、Z:0Gであり、VSWRは1.7であるとする。
図4(E)に示す配置状態は、送電装置101と受電装置201とは180度位置がずれている状態であるので、非接触で送受電する電力の給電効率は良くない状態といえる。例えば、図4(E)の配置状態における給電効率を1%とすると、送電装置101から非接触で送電している電力の“送受電設定電力”が0.005Wであれば、受電装置201で受電している受電電力は0.005Wであるので、“受電電力”情報は0.005Wである。RX姿勢検出部240の加速度はX:0G、Y:−1G、Z:0Gであり、VSWRは4.0であるとする。
表1と表2より、給電を許可する送電装置101と受電装置201との配置例は図4(A)と図(C)のみである。図4(B)および図4(E)の配置例はS110の判断でVSWRが閾値以下でないと判断されるので、非接触給電は許可されない。
そして、図4(D)の配置例はS113の判断でアンテナ面は正規位置であると判断されるが、S114の判断で図7(A)の給電効率とVSWRの線図より、給電効率が第1の閾値以上でないと判断されるので、非接触給電は許可されない。
図4(A)から(E)に示す配置状態において、送電装置101と受電装置201との非接触給電系に発熱する金属異物が存在する配置例は、図4(B)と図4(D)の配置である。
図4(B)の配置例であれば、VSWRの検出だけを用いる方法で非接触給電を不許可とし、金属異物の発熱を防止することが可能であるが、図4(D)の配置例はVSWRの検出だけを用いる方法では図4(C)との配置状態の違いを判断することができない問題がある。
また、送電装置101と受電装置201との給電効率だけで非接触給電の許可、不許可を判断する方法では、図4(C)の配置例、および送電装置101と受電装置201との少しの配置ずれが発生した場合でも非接触給電が不許可になる可能性が高くなり利便性が落ちる。
本実施形態に従えば、VSWRの検出だけでは判断できなかった図4(C)と図4(D)の例のような配置状態の違いを判断することができ、金属異物の発熱を防止しつつ送電装置101と受電装置201との配置ずれを許容する非接触充電を実現することができる。
[第2の実施形態]
第1の実施形態では、送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の送受電とを行い、受電装置の姿勢情報によって送受電電力を許可する給電効率の閾値を設定する方法を説明した。
第2の実施形態では、送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の送受電とを行い、送電装置と受電装置の姿勢情報によって送受電電力を許可する給電効率の閾値を設定する方法を説明する。
図9は、本実施形態に係る送電装置101と受電装置201との間で非接触充電を行う手順の関係を並列して示すフローチャートである。図9において、図1と同一または同様の処理が行われるには同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態に係る送電装置101と受電装置201とは第1の実施形態と同じ構成であるので装置構成の説明は省略する。
S110で、送電装置101は受電装置201へ電力送電中のVSWRが閾値以下であると判断したら、S151で、送電装置101はTX姿勢検出部162を用いて送電装置101の配置状態を取得する。例えば、送電装置101と受電装置201との配置状態が図4(A)に示す配置状態であるとすると、TX姿勢検出部162の加速度はX:0G、Y:+1G、Z:0Gである。Gは重力加速度であり、1G≒9.8m/Sである。
S112で、送電装置101はS111で受信した装置ステータス情報に“姿勢”情報が含まれているかを判断し、送電装置101は“姿勢”情報が含まれていると判断したら、S152に進む。S152で、送電装置101はS151で取得した送電装置101の配置状態と、S111で受信した装置ステータス情報の“姿勢”と“アンテナ搭載位置”情報より、TXアンテナ106とRXアンテナ202とのアンテナ面が正規対向位置にあるかを判断する。
アンテナ面が正規対向位置とは、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202との搭載面が対向する位置にあることを示す。例えば、送電装置101と受電装置201との配置状態が図4(A)に示す配置状態であるとすると、送電装置101の配置状態はX:0G、Y:+1G、Z:0Gである。送電装置101のTXアンテナ106はXZ面にあり、XZ面が重力加速度方向に面していることになる。
受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”はX:0G、Y:+1G、Z:0Gである。装置ステータス情報の“アンテナ搭載位置”はXZ面であるので、受電装置201のRXアンテナ202はXZ面にあり、XZ面が重力加速度方向に面していることになる。
S152では、上記のように送電装置101の配置状態と、受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”情報より、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202とのアンテナ面は対向しており、正規対向位置にあると判断する。S152でのアンテナ面が正規対向位置にあるかの判断は、多少の傾きや誤差を考慮し、例えば送電装置101の配置状態と受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”情報の許容差をX:±0.2G、Y:±0.2G、Z:±0.2Gとして正規対向位置と判断しても良い。
本実施形態において、送電装置101は、構造または制御によってXZ面が重力加速度方向に面する状態でしか非接触給電が実施できないように制限されていれば、受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”だけでアンテナ面が正規位置にあるかを判断しても良い。
本実施形態に従えば、送電装置101が構造または制御によってXZ面が重力加速度方向に面する状態でしか非接触給電が実施できないように制限されていなくても、送電装置101と受電装置201の非接触給電に掛かるアンテナ面が正規対向位置にあるかを判断することができる。
よって、第1の実施形態よりも送電装置101および受電装置201の配置自由度を拡大し、非接触充電を実現することができる。
[第3の実施形態]
第1の実施形態では、送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の送受電とを行い、受電装置の姿勢情報によって送受電電力を許可する給電効率の閾値を設定する方法を説明した。第2の実施形態では、送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の送受電とを行い、送電装置と受電装置の姿勢情報によって送受電電力を許可する給電効率の閾値を設定する方法を説明した。
第3の実施形態では、送電装置と受電装置との間で、無線通信と非接触で電力の送受電とを行い、送電装置と受電装置の給電効率を第1の閾値で判断してから姿勢情報を取得し、送受電電力を許可する給電効率を第2の閾値で判断する方法を説明する。
図10は、本実施形態に係る送電装置101と受電装置201との間で非接触充電を行う手順の関係を並列して示すフローチャートである。図10において、図1と同一または同様の処理が行われるには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態に係る送電装置101と受電装置201とは第1の実施形態と同じ構成であるので装置構成の説明は省略する。
S110で、送電装置101は受電装置201へ電力送電中のVSWRが閾値以下であると判断したら、S161で、送電装置101は受電装置201と“送受電要求電力”、“受電電力”、情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
S162で、送電装置101は図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、電力送電の給電効率が第1の閾値以上であるかを判断する。
図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、給電効率の第1の閾値は60%である。
S162で、送電装置101はS161で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第1の閾値が60%以上であると判断した場合、S116に進む。S162で、送電装置101はS161で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第1の閾値が60%未満であると判断した場合、S163に進む。
S163で、送電装置101は受電装置201の“姿勢”情報の取得を開始するためのトリガとして、受電装置201と装置ステータス情報の送受信を行う。S163では送受信する情報の一部に受電装置201の“姿勢”情報の取得を開始するトリガ情報として“姿勢”情報取得要求が含まれていると良い。
そして、S164で、送電装置101は受電装置201と“姿勢”、“アンテナ搭載位置”、情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
S165で、送電装置101はS164で受信した装置ステータス情報に“姿勢”情報が含まれているかを判断する。送電装置101は装置ステータス情報に“姿勢”情報が含まれているかの判断は、“姿勢”情報に三次元座標X、Y、Zの加速度を示す正常な数値が入っている場合は“姿勢”情報が含まれていると判断する。“姿勢”情報に三次元座標X、Y、Zの加速度に正常な数値が入っていない、または異常な数値が入っている場合は“姿勢”情報が含まれていないと判断する。加速度の正常な数値の範囲とは、例えば0Gから1.0Gであるとする。加速度の異常な数値とは、例えばX、Y、Zの全ての加速度が0であるとする。
S165で、送電装置101は“姿勢”情報が含まれていると判断したら、S166に進む。S165で、受電装置201は“姿勢”情報が含まれていないと判断したら、S121へ進む。
S166で、送電装置101はS164で受信した装置ステータス情報の“姿勢”と“アンテナ搭載位置”情報より、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202とのアンテナ面が正規位置にあるかを判断する。アンテナ面が正規位置とは、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202との搭載面が対向する位置にあることを示す。例えば、送電装置101と受電装置201との配置状態が図4(A)に示す配置状態であるとすると、受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”はX:0G、Y:+1G、Z:0Gである。装置ステータス情報の“アンテナ搭載位置”はXZ面であるので、受電装置201のRXアンテナ202はXZ面にあり、XZ面が重力加速度方向に面していることになる。そこで、送電装置101のTXアンテナ106はXZ面にあり、受電装置201と同様にXZ面が重力加速度方向に面していれば、送電装置101のTXアンテナ106と、受電装置201のRXアンテナ202とのアンテナ面は対向しており、正規位置にあると判断する。
S166でのアンテナ面が正規位置にあるかの判断は、多少の傾きや誤差を考慮し、例えば受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”がX:0±0.1G、Y:+1±0.1G、Z:0±0.1Gであればアンテナ面が正規位置であると判断しても良い。
本実施形態において、送電装置101は、構造または制御によってXZ面が重力加速度方向に面する状態でしか非接触給電が実施できないように制限されていれば、受電装置201の装置ステータス情報の“姿勢”だけでアンテナ面が正規位置にあるかを判断しても良い。
S166で、送電装置101は受電装置201のRXアンテナ202が正規位置にあると判断した場合、S121に進む。S121から本フローチャート終了までの説明は前述と同様であるので説明は省略する。
S166で、送電装置101は受電装置201のRXアンテナ202が正規位置にないと判断した場合、S167で送電装置101は図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、電力送電の給電効率が第2の閾値以上であるかを判断する。
図7(A)第1の給電効率とVSWRの線図において、給電効率の第2の閾値は20%である。
S167で、送電装置101はS161で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第2の閾値である20%以上であると判断した場合、S116に進む。S167で、送電装置101はS161で受信した装置ステータス情報の“受電電力”情報が給電効率の第2の閾値である20%未満であると判断した場合、S121に進む。S121から本フローチャート終了までの説明は前述と同様であるので説明は省略する。
ここで受電装置201側のフローを説明する。S261で、受電装置201はS205で取得した“受電電力”情報を伝達するために、送電装置101と“送受電要求電力”、“受電電力”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
S262で、受電装置201は受電装置201の“姿勢”情報の取得を開始するトリガとして、送電装置101と装置ステータス情報の送受信を行う。S262では送受信する情報の一部に受電装置201の“姿勢”情報の取得を開始するトリガ情報が含まれていると良い。
S263で、受電装置201はS262で受信した情報の一部に受電装置201の“姿勢”情報の取得を開始するトリガ情報として、送電装置101からの“姿勢”情報取得要求があるかを判断する。
S263で、受電装置201は送電装置101からの“姿勢”情報取得要求があると判断したら、S264で受電装置201はRX姿勢検出部240を用いて受電装置201の配置状態を取得し、装置ステータス情報の“姿勢”情報として記憶する。例えば、送電装置101と受電装置201との配置状態が図4(A)に示す配置状態であるとすると、RX姿勢検出部240の加速度はX:0G、Y:+1G、Z:0Gである。Gは重力加速度であり、1G≒9.8m/Sである。
S265で、受電装置201はS264で取得した最新の“姿勢”情報を伝達するために、送電装置101と “姿勢”、“アンテナ搭載位置”情報を含む装置ステータス情報の送受信を行う。
S263で、受電装置201は送電装置101からの“姿勢”情報取得要求がないと判断したら、S208へ進む。
本実施形態に従えば、VSWRの検出だけでは判断できなかった送電装置101と受電装置201との配置状態の違いを判断することができ、金属異物の発熱を防止しつつ送電装置101と受電装置201との配置ずれを許容する非接触充電を実現することができる。
また、配置状態の違いを判断するにあたり、送電装置101と受電装置201との給電効率の閾値を判断することで、受電装置201での“姿勢”情報の取得タイミングを定期的でなく適時行うことができる。そのため、受電装置201での“姿勢”情報の取得に係る動作と電力の一部を省略することができる。
[他の実施形態]
第1の実施形態から第3の実施形態では、非接触で電力を送受電するための制御を行う無線通信手段は例としてBluetooth(登録商標) Low Energyのプロトコルで通信を行うことを例として説明した。しかし、本発明を適用可能な無線通信のプロトコルはBluetooth(登録商標) Low Energyに限ったものでない。
例えば、ISO/IEC21481やISO/IEC14443、ISO/IEC15693のプロトコルを用いて無線通信を行っても本発明を適用可能である。上記プロトコルに対応する場合、送電装置101が非接触ICリーダーライター装置、受電装置201が非接触ICの機能を有することになる。
さらに、本発明の非接触で電力を送受電するための制御を行う無線通信手段はWLAN規格であるIEEE802.11および近距離無線規格であるIEEE802.15.1であっても良い。送電装置および受電装置の無線通信手段であるBluetooth(登録商標) Low Energyのプロトコルでの代わりに、上記WLAN規格または近距離無線規格に対応した無線通信手段を備えていても良い。すなわち、本発明は送電装置と受電装置間で無線通信を行い、非接触で電力を送受電する装置構成であれば、非接触で電力を送受電するための制御を行う無線通信手段は何であっても構わない。
第1の実施形態から第3の実施形態では、非接触で電力を送受電するための制御を行う無線通信の接続について、送電装置からポーリング信号を送信し、前記ポーリング信号を受信した受電装置が接続要求を送信する構成を説明した。しかし、本発明を適用可能な無線通信は前記構成に限ったものではない。例えば、受電装置からポーリング信号を送信し、前記ポーリング信号を受信した送電装置が接続要求を送信する構成であっても本発明は適用可能である。
第3の実施形態では、姿勢情報の取得は受電装置201だけが行うものとして説明した。しかし、本発明は、第3の実施形態においても第2の実施形態のように、送電装置101も姿勢情報の取得を取得して送受電電力を許可する給電効率の閾値を設定するようにしても良い。すなわち、送電装置101と受電装置201との姿勢情報から、アンテナ面同士が正規位置であるかを判断し、送受電電力を許可する給電効率の閾値を設定するようにすれば、本発明は適用可能である。
第1の実施形態から第3の実施形態では、姿勢情報の検出手段として重力加速度を検出可能な三次元加速度センサを例にして説明した。しかし、本発明の姿勢情報の検出手段は三次元加速度センサに限ったものでない。例えばメカニカルスイッチ、歪センサ、光センサなど、装置の姿勢を検出可能な検出手段であれば本発明は適用可能である。
第1の実施形態から第3の実施形態では、非接触給電を許可する給電効率とVSWRの線図の例として図7を例として説明した。しかし、本発明を適用可能な給電効率とVSWRの線図は図7の例に限ったものでない。例えば、図1、図9、および図10のフローにおけるVSWRの閾値判断と、給電効率の閾値判断とに用いる閾値は給電効率とVSWRの線図によって決まる値でなくても良い。例えば、送電装置101と受電装置201との姿勢情報から、アンテナ面同士が正規位置である位置からのずれ量を元に、給電効率の第1の閾値をオフセットしても良い。
給電効率の第1の閾値をオフセットする場合は、送電装置101と受電装置201との姿勢情報から、アンテナ面同士が正規位置からのずれ量が小さいほどオフセット量を小さく、正規位置からのずれ量が大きいほどオフセット量を大きくすればよい。
この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれ、上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線/無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有する通信システムまたは電子機器に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光/光磁気記録媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記録し、接続のあったクライアントコンピュータがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。
本発明を上記記録媒体に適用する場合、その記録媒体には、図1、図9、および図10に示すフローに対応するプログラムコードが格納されることになる。
101 送電装置、201 受電装置、301 金属異物、302 金属異物

Claims (14)

  1. 第1の無線通信手段と、無線電力受電手段と、第1の姿勢検出手段とを備え、二次電池を装着可能な受電装置と、前記受電装置と通信可能な第2の無線通信手段と、無線電力送電手段とを備え、前記無線電力送電手段により前記受電装置へ非接触で電力を送電し、前記電力で受電装置の二次電池を充電可能な送電装置と、から構成される非接触給電システムにおいて、
    前記受電装置と前記送電装置とは、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とによって、非接触で電力の送受電を開始した後、前記第1の姿勢検出手段によって、前記無線電力受電手段の姿勢情報を検出し、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記検出した前記無線電力受電手段の姿勢情報と、前記無線電力受電手段によって受電した電力情報とを含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を繰り返し実施し、前記送電装置は、前記検出した無線電力受電手段の姿勢情報より、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であるかを判断し、前記正規位置範囲内であるかの判断結果に従って、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値設定を変えることを特徴とする非接触給電制御方法。
  2. 第1の無線通信手段と、無線電力受電手段と、第1の姿勢検出手段とを備え、二次電池を装着可能な受電装置と、前記受電装置と通信可能な第2の無線通信手段と、無線電力送電手段と、第2の姿勢検出手段とを備え、前記無線電力送電手段により前記受電装置へ非接触で電力を送電し、前記電力で受電装置の二次電池を充電可能な送電装置と、から構成される非接触給電システムにおいて、
    前記受電装置と前記送電装置とは、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とによって、非接触で電力の送受電を開始した後、前記第1の姿勢検出手段と前記第2の姿勢検出手段とによって、前記無線電力受電手段および前記無線電力送電手段の姿勢情報を検出し、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記検出した前記無線電力受電手段の姿勢情報と、前記無線電力受電手段によって受電した電力情報とを含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を繰り返し実施し、前記送電装置は、前記検出した前記無線電力受電手段および前記無線電力送電手段の姿勢情報より、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であるかを判断し、前記正規位置範囲内であるかの判断結果に従って、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値設定を変えることを特徴とする非接触給電制御方法。
  3. 前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であると判断した場合、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値を、第1の閾値に設定し、記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内でないと判断した場合、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値を、第2の閾値に設定することを特徴とする、請求項又は請求項2に記載の非接触給電制御方法。
  4. 前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であると判断した場合、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値を、第1の閾値に設定し、前記正規位置の基準値からのずれ量によって前記設定した電力の給電効率の第1の閾値をオフセットし、前記オフセット量は、前記正規位置の基準値からのずれ量が大きいほどオフセット量が大きく、前記正規位置の基準値からのずれ量が小さいほどオフセット量が小さいことを特徴とする、請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の非接触給電制御方法。
  5. 第1の無線通信手段と、無線電力受電手段と、第1の姿勢検出手段とを備え、二次電池を装着可能な受電装置と、前記受電装置と通信可能な第2の無線通信手段と、無線電力送電手段とを備え、前記無線電力送電手段により前記受電装置へ非接触で電力を送電し、前記電力で受電装置の二次電池を充電可能な送電装置と、から構成される非接触給電システムにおいて、
    前記受電装置と前記送電装置とは、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とによって、非接触で電力の送受電を開始した後、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記無線電力受電手段によって受電した電力情報を含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を繰り返し実施し、前記送電装置は、前記無線通信により取得した前記電力情報によって、前記送受電している電力の給電効率が第1の閾値未満であるかを判断し、前記給電効率が第1の閾値未満である場合は、前記受電装置と前記送電装置とは、前記第1の姿勢検出手段によって、前記無線電力受電手段の姿勢情報を検出し、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記検出した前記無線電力受電手段の姿勢情報を含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を実施し、前記送電装置は、前記検出した前記無線電力受電手段の姿勢情報より、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であるかを判断し、前記正規位置範囲内でない場合、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値を、第2の閾値に設定すること特徴とする非接触給電制御方法。
  6. 第1の無線通信手段と、無線電力受電手段と、第1の姿勢検出手段とを備え、二次電池を装着可能な受電装置と、前記受電装置と通信可能な第2の無線通信手段と、無線電力送電手段と第2の姿勢検出手段とを備え、を備え、前記無線電力送電手段により前記受電装置へ非接触で電力を送電し、前記電力で受電装置の二次電池を充電可能な送電装置と、から構成される非接触給電システムにおいて、
    前記受電装置と前記送電装置とは、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とによって、非接触で電力の送受電を開始した後、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記無線電力受電手段によって受電した電力情報を含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を繰り返し実施し、前記送電装置は、前記無線通信により取得した前記電力情報によって、前記送受電している電力の給電効率が第1の閾値未満であるかを判断し、前記給電効率が第1の閾値未満である場合は、前記受電装置と前記送電装置とは、前記第1の姿勢検出手段と前記第2の姿勢検出手段とによって、前記無線電力受電手段の姿勢情報を検出し、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記検出した前記無線電力受電手段の姿勢情報を含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を実施し、前記送電装置は、前記検出した前記無線電力受電手段および前記無線電力送電手段の姿勢情報より、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段とが正規位置範囲内であるかを判断し、前記正規位置範囲内でない場合、非接触で電力の送受電を継続するか否かを判断するための前記送受電している電力の給電効率の閾値を、第2の閾値に設定すること特徴とする非接触給電制御方法。
  7. 前記送電装置は、前記非接触で電力の送受電を継続するか否かの判断において、前記無線電力受電手段と前記無線電力送電手段との間の電圧定在波比の閾値も、前記非接触で電力の送受電を継続するか否かの判断に用いることを特徴とする、請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の非接触給電制御方法。
  8. 前記受電装置と前記送電装置とは、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記無線電力受電手段の能力情報を含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を実施し、前記送電装置は、前記無線通信でよって取得した前記無線電力受電手段の能力情報によって、前記電圧定在波比の閾値の設定を変えることを特徴とする請求項7に記載の非接触給電制御方法。
  9. 前記送電装置は、前記非接触で電力の送受電の継続を否と判断した場合、前記受電装置と前記送電装置とは、前記第1の無線通信手段と前記第2の無線通信手段とによって、少なくとも前記非接触で電力の送受電の継続を否とする情報を含む装置ステータス情報を伝達するための無線通信を実施し、前記受電装置と前記送電装置とは、前記非接触で電力の送受電の継続を否とする情報を使用者に報知することを特徴とする、請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の非接触給電制御方法。
  10. 前記第1の姿勢検出手段は重力加速度を検出可能な加速度センサまたはメカニカルセンサであることを特徴とする、請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の非接触給電制御方法。
  11. 前記第2の姿勢検出手段は重力加速度を検出可能な加速度センサまたはメカニカルセンサであることを特徴とする、請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の非接触給電制御方法。
  12. 請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の非接触給電制御方法を用いることを特徴とする無線通信装置。
  13. 請求項1乃至請求項11の何れか一項に記載の非接触給電制御方法を組み合わせて用いることを特徴とする無線通信装置。
  14. 請求項12又は請求項13に記載の無線通信装置を機能させるためのコンピュータが読み取り可能なプログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111446744A (zh) * 2019-01-16 2020-07-24 名硕电脑(苏州)有限公司 无线充电装置
WO2023153159A1 (ja) * 2022-02-09 2023-08-17 パナソニックIpマネジメント株式会社 充電装置および充電方法

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