(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導を用いて電力の送受電を行い、且つ非接触通信で情報の授受を行なえる非接触充電システムであって、
受電側装置に、
送電側装置からの電磁誘導を用いた非接触通信信号を受けるアンテナ素子と、当該アンテナ素子を介して受けた非接触通信信号を識別して動作するＩＣチップと、
前記アンテナ素子の共振周波数帯を変化させる電子素子を前記ＩＣチップと並列に電気的に接続するスイッチと、
前記送電側装置からの電磁誘導を用いた充電に用いる電磁波を受ける受電コイルからの入力電力を受けて、所定の値を超える場合に前記入力電力を用いて前記スイッチを受動的に切替える電磁波検出部と
を有し、
前記受電コイルから所定の値を超える電磁波を受けている間、前記アンテナ素子の共振周波数帯を通信時の共振周波数から変化させて前記ＩＣチップに誘起される電圧を低減する
ことを特徴とする非接触充電システム。
【請求項２】
請求項１記載の非接触充電システムであって、
前記電磁波検出部は、非接触通信に用いる電磁波から受ける電力より高い値に、前記所定の値を設定する
ことを特徴とする非接触充電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の非接触充電システムであって、
前記電磁波検出部は、非接触充電に用いる電磁波から受ける初期電力もしくは初期電力よりも低い値に、前記所定の値を設定する
ことを特徴とする非接触充電システム。
【請求項４】
請求項３に記載の非接触充電システムであって、
前記アンテナ素子の共振周波数帯を変化させる電子素子は、コンデンサ又はインダクタンスである
ことを特徴とする非接触充電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の非接触充電システムであって、
前記充電時の周波数と前記非接触通信に用いる周波数帯が同等である
ことを特徴とする非接触充電システム。
【請求項６】
請求項５記載の非接触充電システムであって、
前記送電側装置は、
充電用の電磁波を送出する送電回路と、非接触通信用の電磁波を送受信する通信回路とを、択一的に行う制御する制御部を有する
ことを特徴とする非接触充電システム。
【請求項７】
電磁誘導を用いて電力の非接触充電を行え、且つ非接触通信で情報の授受を行なえる電子機器であって、
少なくとも、非接触通信に用いるＩＣチップと前記ＩＣチップに接続した通信用コイルを有するとともに、
少なくとも一組のスイッチと、前記スイッチと直列に接続されたコンデンサが、前記ＩＣチップと並列に接続された非接触通信部と、
受電コイルで受けた電力を平滑して得た電圧を検出して、検出した電圧を元に、前記スイッチを、前記コンデンサを前記ＩＣチップと並列に接続するように切替える電圧検出部
とを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
電磁誘導を用いて電力の受電を行い、且つ非接触通信で情報の授受を行なえる非接触充電を行なえる電子機器に設けられた非接触通信回路の保護方法であって、
電子機器に、
電磁誘導を用いた非接触通信信号を受けるアンテナ素子と、当該アンテナ素子から受けた非接触通信信号を識別して動作するＩＣチップに、前記ＩＣチップと並列に、前記アンテナ素子の共振周波数帯を変化させる電子素子をスイッチを介して接続し、  
電磁誘導を用いた充電に用いる電磁波を受ける受電コイルからの入力電力を受けて、所定の値を超える場合に、受動的に、前記入力電力を用いて前記スイッチを前記電子素子を電気的に接続する方に切替え、
前記受電コイルから所定の値を超える電磁波を受けている間、前記アンテナ素子の共振周波数帯を通信時の共振周波数から変化させて前記ＩＣチップに誘起される電圧を低減する
ことを特徴とする非接触通信回路の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触で充電を行う非接触充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、さまざまな電子機器が小型化されて携帯されるようになり、一人で複数の携帯型電子機器を持ち歩く例も多く、これら携帯型電子機器の普及には著しいものがある。多くの携帯型の電子機器には、繰り返し充放電が可能な二次電池が用いられている。これら電子機器の二次電池の充電には、各々の機器に対応したＡＣアダプタが一般的に用いられている。ＡＣアダプタは、電子機器の充電コネクタに接続されて、二次電池の充電に用いる電力を供給する。
【０００３】
携帯型の電子機器の充電技術として、電磁誘導を用いた非接触電力伝送技術もある。非接触電力伝送技術では、例えば、携帯型電子機器に設けられる充電コネクタの接点部分の破損が発生しない利点がある。他の例では、開放接点が不要であるので、防水形状を採用しやすい利点もある。
【０００４】
他方、このような電磁誘導を用いた非接触充電システムには、本来想定していない対象に受電させない対策が必要である。当該対策には、送電側の物理形状と受電側の物理形状を対応させて、想定している対象のみが有効な電磁誘導結合を起せるように設計されたものがある。  
また、電磁誘導を用いた非接触充電システムには、近接非接触通信を用いて充電される側が本来充電すべき対象か否かを判別した後に、充電を開始するものもある。このような非接触電力伝送技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１には、充電対象の判別に近接非接触通信を用いた非接触充電システムが開示されている。特許文献１では、非接触充電を行なえる充電器と非接触充電を行なえる電子機器のそれぞれに制御部を設け、送受電アンテナを介してＩＤ情報を送受信し、充電される側が充電してよい対象か判断（認証）している。加えて、特許文献１では、課金処理を行える近接非接触通信部を、充電器と電子機器の両方に上記制御部とは別に設け、予備充電を行ったのち、課金処理を実施し、本充電を行えるように構成されている。
【０００６】
また、特許文献１に記載された第２の実施例では、近接非接触通信用アンテナ（課金用）と非接触受電コイルとをそれぞれの回路から切り離すスイッチと、両スイッチの接続を択一的に制御する競合制御部とが設けられている。競合制御部は、課金用通信時と充電時に択一的にアンテナ又はコイルとの電気的接続を操作し、それぞれの電磁波による誤動作を予防している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９―２４７１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
昨今の電子機器では、近接して通信を行なう非接触通信部を有することを求められる。非接触通信部で使用される非接触通信技術を例示すれば、FeliCa（登録商標）や、TransferJet、各ＲＦＩＤなどが挙げられる。
【０００９】
このような非接触通信部と非接触充電機能の両機能を持つ非接触充電システムでは、特許文献１に記載されているように課金処理や、充電器又は電子機器の認証などを非接触通信部を用いて行なえる。
【００１０】
また、今日の電子機器には、非接触通信部の通信アンテナ（コイル）と非接触充電機能用の送受電コイルとを近傍に配置したり、重ねたりして、コンパクトな配置が要求されることが多い。
【００１１】
ところで、FeliCaなどで用いられる非接触通信部のコアと成るＩＣチップは、精密に作られており、補償された値を超えた電圧等が加わったりすると停止や故障等を引き起こす。当該値には、非接触通信に用いる送信側装置も考慮して電磁波信号を送出している。他方、通信アンテナに想定された以上の強い電磁波を受けた場合、通信やＩＣチップに不具合を引き起こし、ＩＣチップの許容量を超えた場合には故障も生ずる。
【００１２】
上記の様に、電子機器や充電器では、充電用の送受電コイルと通信アンテナが近傍に設けられる配置構造を採用することがある。  
また、充電に用いられる電磁波は、一般的に近接非接触通信に比べてはるかに大きい電力を送電する。既存の電子機器の幾つかは、このような電磁波を受ければ、通信アンテナを通して、通信回路に過電圧が印加されて、ＩＣチップを損傷させる構成と成っている。すなわち、電子機器には、充電用の送電コイルから発された電磁波など、通信アンテナに強い電磁波を受けた場合の対策が要される。
【００１３】
これに対し、特許文献１では、実施例２として、近接非接触通信用アンテナ（課金用）と非接触受電コイルとをそれぞれの回路から切り離すスイッチを競合制御部を用いて動作させて、通信時と充電時で択一的に何れかの回路とコイル又はアンテナを接続する構成を採っている。当該回路構成では、それぞれの電磁波による誤動作を予防できるものの上記問題点の対策としては不十分である。  
例えば、競合制御部を動作させるためには、当該競合制御部や切替スイッチを動作させる電力が必要であり、特許文献１で挙げられているような２次電池が過放電状態にあれば、当該競合制御部や切替スイッチを動作させられずに、無対策で充電用の電磁波を通信アンテナから受けてしまう。また、充電用コイルが切り離されていた場合には、より強い電磁波エネルギーを通信アンテナで受けてしまう課題を有している。また、特許文献１に記載された動作の流れでは、必ず充電から開始する必要があり、『認証された相手に対して対価を得て充電を行う』といった本来の動作を実現できない。またこの認証前の充電時に、ＩＣチップを損壊させる可能性がある。  
また、非接触通信部の通信アンテナとＩＣチップ部分は、直列に接続される抵抗成分やキャパシタンス、インダクタンスによって、通信性能の劣化を引き起こしてしまう課題も有する。即ち、通信アンテナを接続開放を行なうスイッチの抵抗成分や回路としての周波数特性が問題となる。
【００１４】
本発明の目的は、通信アンテナに誘起される所望しない大きさの電力から非接触通信回路を、通信性能の劣化を伴わずに保護する非接触充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明にかかる非接触充電システムは、電磁誘導を用いて電力の送受電を行い、且つ非接触通信で情報の授受を行なえる非接触充電システムであって、受電側装置に、送電側装置からの電磁誘導を用いた非接触通信信号を受けるアンテナ素子と、当該アンテナ素子を介して受けた非接触通信信号を識別して動作するＩＣチップと、前記アンテナ素子の共振周波数帯を変化させる電子素子を前記ＩＣチップと並列に電気的に接続するスイッチと、前記送電側装置からの電磁誘導を用いた充電に用いる電磁波を受ける受電コイルからの入力電力を受けて、所定の値を超える場合に前記入力電力を用いて前記スイッチを受動的に切替える電磁波検出部とを有し、前記受電コイルから所定の値を超える電磁波を受けている間、前記アンテナ素子の共振周波数帯を通信時の共振周波数から変化させて前記ＩＣチップに誘起される電圧を低減することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、充電時などに通信アンテナに誘起される所望しない大きさの電力から、非接触通信に用いるＩＣチップを、通信性能の劣化を伴わずに保護できる。また、受電側の電子機器に設けられた充電すべき２次電池からの電力に頼らずに、ＩＣチップの保護に用いるスイッチを動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の非接触充電システムを示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態の共振周波数と誘起電圧の変化関係を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に沿って説明する。なお、本発明と関係が薄い構成については、説明を簡略化または省略する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態の非接触充電システムを示す構成図である。  
本実施の形態の非接触充電システムは、大きくは、充電電力を送出する送電側装置１、前記送電側装置１より送出された電力を二次電池１８に充電する受電側装置２からなる。
【００２０】
送電側装置１は、非接触通信のための通信アンテナ（通信コイル）６および通信回路４、充電電力を送出する送電コイル７および送電回路５、通信回路４と送電回路５をコントロールする制御部３で構成される。
【００２１】
受電側装置２は、二次電池１８を充電するために、電力を受電する受電コイル９と、受電コイル９で受けた電力を平滑にする平滑回路１５と、平滑化された電力エネルギーを、電圧、電流、又は電圧と電流の組み合わせなどを検出する電磁波検出部１６と、二次電池１８への充電を制御する制御部１７とを有する。
【００２２】
電磁波検出部１６は、受け取った電力エネルギーを用いて所定の電力エネルギーを超える場合にその電力エネルギーを用いてスイッチ１３を受動的に切替える。所定の値は、受電コイル９を介して非接触通信に用いる電磁波（通信アンテナ６から送出されうる電磁波）から受ける電力より高い値に設定される。また、ＩＣチップ１０の許容耐性を考慮して設定される。また、非接触充電に用いる電磁波から受ける初期電力、もしくは初期電力より低い値に設定することが望ましい。  
即ち、閾値は、非接触通信に用いる電力では超えることの無い値に設定され、加えて、受けた電力では非接触通信部１４のＩＣチップ１０にかかる電圧等の最大定格を超えないように設定される。
【００２３】
受電側装置２は、非接触通信のために、非接触通信部１４として、通信アンテナ（通信コイル）８と、非接触通信信号を識別して動作するＩＣチップ１０と、前記通信アンテナ８と並列共振で共振周波数を調整するコンデンサ１１と、強電磁波の電力からＩＣチップ１０を保護する回路となる電子素子１２と電子素子１２を通信アンテナ８に電気的に接続するスイッチ１３とを有する。
【００２４】
電子素子１２は、通信アンテナ８の共振周波数帯を変化させる電子素子であり、コンデンサもしくはインダクタンスを用いればよい。なお、スイッチ１３の両端に電子素子１２を設けるようにしてもよい。
【００２５】
スイッチ１３は、電子素子１２と直列接続し、接続開放することで、ＩＣチップ１０に並列に電子素子１２を接続する。なお、スイッチ１３には、半導体スイッチとしてのトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどを用いればよい。また、半導体スイッチよりも動作速度が遅いものの、a接点の接点リレーなども使用できる。
【００２６】
なお、電子素子１２とスイッチ１３は、少なくとも一組設ければ良いがＩＣチップ１０と並列に複数接続されてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の非接触充電システムの動作を説明する。
【００２８】
非接触通信部１４は、平常時通常動作している。  
受電側装置２の受電コイル９に誘起される電力から電磁波検出部１６で検出する電気的エネルギーが、非接触通信部１４のスイッチ１３を動作させる閾値を超えない値であれば、スイッチ１３は動作せずに、本発明にかかる動作を行なわない。
【００２９】
一方、何らかの原因によって、受電コイル９に非接触通信に用いる電磁波の強度よりも強い電磁波が到達した場合、受電コイル９を介して受けた電力エネルギーを電磁波検出部１６が受けて閾値を超えているので、即座にスイッチ１３が導通し、ＩＣチップ１０に電子素子１２が並列接続される。即ち、スイッチ１３の導通を用いて、通信アンテナ１４の共振周波数帯を通信時の共振周波数から変化させる。当該共振周波数の変化によって、非接触通信部１４には想定以上の電力が流入せずに、ＩＣチップ１０の保護が可能となる。
【００３０】
なお、受電コイル９に非接触通信に用いる電磁波の強度よりも強い電磁波が到達している場合には、通信アンテナ１４にも強い電磁波が到達している可能性が高いと言える。
【００３１】
次に、共振周波数の変化について説明する。  
図２は共振周波数と誘起される電圧との関係について示している。なお、電子素子１２として容量性素子を使用した例を示す。  
図中の（Ａ）は非接触通信時の非接触通信部１４に誘起される電圧を示すカーブである。（Ｂ）は充電時の非接触通信部１４に誘起される電圧を示すカーブである。（Ｂ）は非接触通信部１４のスイッチ１３が導通することにより、非接触通信部１４に電子素子１２としての容量性素子が付加され、共振周波数が下がったことを表している。このとき、非接触通信部１４内で誘起される電圧は、Ｖａで示される値からＶｂで示される値に低下する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態によれば、電磁波を受けて非接触通信用の通信アンテナに誘起されはずの所望しない大きさの電力から、受電コイルからの入力電力を参照して、当該電力を用いて通信アンテナを含む共振回路の共振周波数を受動的に変化させることによって誘起を低減し、通信時の通信性能の劣化を生じさせずに非接触通信に用いるＩＣチップを故障から保護できる。
【００３３】
また、当該保護には、電子機器の２次電池からの電力を用いる必要性がなく、例え２次電池を取り外した状態でも、ＩＣチップの保護に用いるスイッチを動作させることが可能である。
【００３４】
また、本発明では、スイッチを、通信アンテナとＩＣチップとの接続を切断することに用いることなくＩＣチップを保護できる。これは、通信アンテナとＩＣチップとの間に付加的部品を設ける必要を無くせる。すなわち、ＯＮ時の電圧降下、ＯＦＦ時の端子間容量に基づく周波数特性変化などの要因となりえるスイッチを通信経路に入れ込むことによって生ずる近接非接触通信の劣化を除外できる。また、電磁波検出部も、充電回路系の効率に特に影響を与えずに上記効果を得られる。
【００３５】
次に、実施例を示し、本発明を説明する。
【００３６】
本実施例の回路構成は、上記実施形態と同様とする。また、本実施例では、非接触通信の周波数帯をＩＣカード等で広く使用されている１３．５６ＭＨｚとし、非接触充電も同じ周波数帯を用いる。非接触通信時の非接触通信部１４の共振周波数は、通信コイル８のインダクタ成分およびコンデンサ１１およびＩＣチップ１０の内部容量から計算されて、１３．５６ＭＨｚ付近であるように設計されている。  
また、通信アンテナ８と受電コイル９は重ね合わされている。電子素子１２には、コンデンサを使用し、スイッチ１３には、半導体スイッチを使用する。電磁波検出部１６は、平滑回路１５の出力電圧を検出し、その電圧値が所定値を超えた場合に、スイッチ１３が駆動するだけの電力がスイッチ１３に到達するように受動素子を用いて構成されている。換言すれば、平滑回路１５の出力電圧が所定値を超えれば、平滑回路１５および電磁波検出部１６を介して流れ込んだ電力によって、スイッチ１３が受動的に駆動するように電気回路が構成されている。  
また、送電側装置１は、非接触通信のための通信回路４と、充電電力を送出する送電回路５とを、制御部３によって択一的に駆動するように制御する。
【００３７】
制御部３と送電回路５は、充電時に、所定の初期電力から順次出力電力を上げて行き、所定値もしくは電子機器側から指定された電力で非接触充電に用いる電磁波を送出する。なお、充電時の周波数は、上記の様に非接触通信に用いる周波数帯と同等の周波数帯である。そして、送電側装置１は、充電すべき相手装置を検出（例えば電磁誘導結合を参照）し、充電すべき相手装置（受電側装置２）を非接触通信を用いて認証した後に、充電用の電磁波を送出することとし、誤送電を防止することとする。また、受電側装置２（電子機器）は、送電側装置１（充電器）との認証を非接触通信部１４で行ない、その後、送出されてくる充電用の電磁波を受電コイル９で受けて、２次電池１８を充電することとする。
【００３８】
次に、実施例の動作を説明する。  
送電側装置１は、充電すべき相手を認証するために、任意のプロトコルで非接触通信のポーリングを開始する。そこへ充電されるべき受電側装置２が非接触通信範囲に入ってくると、非接触通信部１４と送電側装置１の制御部３との間で認証が行われる。  
このとき、受電側装置２の受電コイル９に誘起される電力から電磁波検出部１６で検出される電圧では、スイッチ１３を動作させる閾値を、非接触通信の電力では超えることの無い値に設定されているため、超えることはない。よって、非接触通信部１４は、設計された周波数体を用いて通信品質を維持しつつ認証を正しく行なえる。認証が正しく行われた後、送電側装置１は前記認証動作の結果に応じて、充電電力の送電を開始する。なお、電磁波検出部１６として設定されている上記閾値は、非接触通信部１４のＩＣチップ１０にかかる電圧がＩＣチップ１０の最大定格電圧を超えない値である。
【００３９】
充電側装置１が充電電力の送電を開始すると、受電側装置２は、受電コイル９を介して送電側装置１の送電コイル７から送出される電力を受け、平滑回路１５で平滑化された電力を制御部１７の充電制御に基づき二次電池に充電する。これと並行して、受電コイル９への強電磁波の到達によって、電磁波検出部１６で検出している電圧がスイッチ１３の動作閾値を超えることとなる。  
このとき、瞬時的に、非接触通信時の非接触通信部１４の共振周波数は、通信コイル８のインダクタ成分およびコンデンサ１１およびＩＣチップ１０の内部容量に加えて電子素子１２としてのコンデンサの有する容量が付加されるため、１３．５６ＭＨｚより低い周波数へと図２に示したようにシフトする。  
そのため、受電コイル９には、充電用の電力により想定された高い電圧が誘起されたとしても、非接触通信部１４には高い電圧が誘起されずに、充電用電磁波によるＩＣチップ１０の故障を防止できる。
【００４０】
なお、非接触通信部１４のスイッチ１３がＯＮすることにより、非接触通信部１４にコンデンサの容量が付加され、共振周波数が低下すると、１３．５６ＭＨｚで誘起される電圧は図２のＶａからＶｂのように低下する。例えば通信コイルのＱが３０程度であれば、共振周波数を１３．５６ＭＨｚから概５ＭＨｚまでシフトすると、誘起される電圧値は概ね１/２０程度に低減できる。
【００４１】
また、本実施例によれば、受電側装置の二次電池が過放電状態などの場合においても、スイッチ１３を動作させる電力を確保でき、かつ充電時の大電力から非接触通信部１４のＩＣチップ１０を適切に保護できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、上記に説明した非接触充電システムを構成することにより、非接触通信で充電対象を認証し、非接触で充電するシステムに適している。また、非接触通信の認証によって、２次電池が切れている電子機器に対して、先に仮充電せずに課金後のみに充電を行なう非接触充電システムを構築も可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１    送電側装置
２    受電側装置
３    制御部（充電用）
１７  制御部（充電用）
４    通信回路
５    送電回路
６，８  通信コイル
７    送電コイル
９    受電コイル
１０  ＩＣチップ
１１  コンデンサ
１２  電子素子（容量性もしくは誘電性）
１３  スイッチ
１４  非接触通信部
１５  平滑回路
１６  電磁波検出部（電圧検出部、電力検出部、電流検出部）
１８  二次電池（バッテリ）
【図１】
0005485090.tif 000002
【図２】
0005485090.tif 000003