(57)【要約】【課題】給電およびデータ送受信をワイヤレスで実現可能で、使い勝手のよいワイヤレス受給電装置、ワイヤレス受電機器、およびワイヤレス給電機器を提供する。【解決手段】ワイヤレス受給電装置は、受電部（ＲＵ）６６と第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２とを有するワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２と、給電部（ＴＵ）６４を有するワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０と、第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０とを備え、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０よりワイヤレスで電力を給電されるとともに、第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２は、第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０との間で双方向に光通信によりデータを送受信する。【選択図】図１９
2014068471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電部と第１データ送受信部とを有するワイヤレス受電機器と、
給電部を有するワイヤレス給電機器と、
第２データ送受信部と
を備え、
前記ワイヤレス受電機器は、前記ワイヤレス給電機器よりワイヤレスで電力を給電されるとともに、前記第１データ送受信部は、前記第２データ送受信部との間で双方向にデータを送受信することを特徴とするワイヤレス受給電装置。
【請求項２】
前記第１データ送受信部は、前記ワイヤレス給電機器からの電力供給により動作することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項３】
前記第１データ送受信部は、前記第２データ送受信部との間で双方向に光通信により
データを送受信することを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項４】
前記ワイヤレス給電機器は、前記第２データ送受信部を備えることを特徴とする請求項１に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項５】
前記ワイヤレス給電機器は、前記ワイヤレス受電機器において表示される画像データを、前記第１データ送受信部より前記第２データ送受信部に光通信により送信することを特徴とする請求項３または４に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項６】
前記画像データは、静止画および動画を含むことを特徴とする請求項５に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項７】
前記画像データは、インターネットを介して前記第１データ送受信部においてダウンロードされることを特徴とする請求項５または６に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項８】
前記ワイヤレス受電機器は、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、タブレット端末、電気自動車のいずれかに内蔵されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項９】
前記ワイヤレス給電機器は、デスクトップコンピュータ、プリンタ、テレビ受像機、ノートブックコンピュータ、ドッキングステーション、ホームサーバ、電気自動車の充電スタンドのいずれかに内蔵されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１０】
前記第１データ送受信部および前記第２データ送受信部は、レーザダイオードと、ホトダイオードとを内蔵するレーザリンクモジュールを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１１】
前記給電部は、スイッチング素子として窒化ガリウム系の電界効果トランジスタを用いることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１２】
前記スイッチング素子は、５ＭＨｚ以上のスイッチング速度を有することを特徴とする請求項１０に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１３】
前記給電部と前記受電部との結合が一定以上に定常状態から外れた状態となった場合は、そのことを検知して前記ワイヤレス給電機器は電力の給電を終了させることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１４】
前記光通信は、８００ｎｍ以上の波長域のレーザ光を使うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１５】
前記光通信は、１Ｇｂｐｓより大きい通信速度を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１６】
前記ワイヤレス受電機器は、前記ワイヤレス給電機器より余分な電力が給電された場合は、その余分な電力を抵抗に流して熱に変換することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１７】
前記ワイヤレス受電機器は、所定の電圧値を前記光通信によって前記ワイヤレス給電機器に通知し、前記ワイヤレス給電機器は、前記ワイヤレス受電機器より通知された電圧値に応じて給電量を調整することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１８】
前記光通信は、空間伝送により実施されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項１９】
前記光通信は、光ファイバ伝送により実施されることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のワイヤレス受給電装置。
【請求項２０】
ワイヤレス給電機器よりワイヤレスで電力を給電される受電部と、
前記ワイヤレス給電機器との間で双方向に光通信によりデータを送受信する第１データ送受信部と
を備えることを特徴とするワイヤレス受電機器。
【請求項２１】
前記受電部は、
２次側コイルと、
前記２次側コイルに接続され、所定の電力搬送波周波数帯域において前記２次側コイルと同調する２次側共振容量と、
前記２次側共振容量に接続されたダイオードブリッジ回路と
を備えることを特徴とする請求項２０に記載のワイヤレス受電機器。
【請求項２２】
前記ワイヤレス給電機器より余分な電力が給電された場合は、その余分な電力を抵抗に流して熱に変換することを特徴とする請求項２０または２１に記載のワイヤレス受電機器。
【請求項２３】
前記第１データ送受信部は、所定の電圧値を前記ワイヤレス給電機器に通知することを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のワイヤレス受電機器。
【請求項２４】
前記ワイヤレス受電機器は、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、タブレット端末、電気自動車のいずれかに内蔵されていることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のワイヤレス受電機器。
【請求項２５】
ワイヤレス受電機器にワイヤレスで電力を給電する給電部と、
前記ワイヤレス受電機器との間で双方向に光通信によりデータを送受信する第２データ送受信部と
を備えることを特徴とするワイヤレス給電機器。
【請求項２６】
前記給電部は、
発振回路と、
前記発振回路に接続されたゲートドライバと、
前記ゲートドライバに接続されたハーフブリッジ回路と、
前記ハーフブリッジ回路に接続されたローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタに接続された１次側共振容量と、
前記１次側共振容量に接続され、所定の電力搬送波周波数帯域において前記１次側共振容量と同調する１次側コイルと
を備えることを特徴とする請求項２５に記載のワイヤレス給電機器。
【請求項２７】
前記ハーフブリッジ回路のスイッチング素子として窒化ガリウム系の電界効果トランジスタを用いることを特徴とする請求項２６に記載のワイヤレス給電機器。
【請求項２８】
前記スイッチング素子は、５ＭＨｚ以上のスイッチング速度を有することを特徴とする請求項２７に記載のワイヤレス給電機器。
【請求項２９】
前記第１データ送受信部は、前記ワイヤレス受電機器において表示される画像データを前記ワイヤレス受電機器に送信することを特徴とする請求項２５〜２８のいずれか１項に記載のワイヤレス給電機器。
【請求項３０】
前記給電部は、前記ワイヤレス受電機器より通知された電圧値に応じて給電量を調整することを特徴とする請求項２５〜２９のいずれか１項に記載のワイヤレス給電機器。
【請求項３１】
前記ワイヤレス給電機器は、デスクトップコンピュータ、プリンタ、テレビ受像機、ノートブックコンピュータ、ドッキングステーション、ホームサーバ、電気自動車の充電スタンドのいずれかに内蔵されていることを特徴とする請求項２５〜３０のいずれか１項に記載のワイヤレス給電機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレス受給電装置、ワイヤレス受電機器、およびワイヤレス給電機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノートブックコンピュータ、デジタルカメラ、電子玩具などのモバイル可能な電子機器に非接触で電力を供給する非接触給電システムが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このような非接触給電システムは、携帯機器と充電アダプタをケーブル等で接続する必要がなく、使用頻度の高いコネクタを減らすことができ、物理的接触による故障の低減や防水性に優れている。
【０００３】
また、マサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）の実験例に基づいて、共鳴した強い磁気結合の無線伝送の例が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。この例では、直径６０ｃｍ程度の１次側コイルと２次側コイルを対向させて、距離Ｒ＝２．１ｍ（７フィート）離して、共鳴した強い磁気結合によって、４０％の伝送効率を達成可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４３０９１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】アリステイディス・カラリス、ジェイ・ディー・ヨハノポーロス、およびマルティン・ソルジャック（Aristeidis Karalis, J.D.Joannopoulos, and Marin Soljacic）, “高効率ワイヤレス中距離非放射エネルギー伝送（Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer）”, Available online at www.sciencedirect.com, ScienceDirect, Annals of Physics 323 (2008) 34-48, doi:10.1016/j.aop.2007.04.017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、給電が非接触であってもデータ通信が有線である場合や、逆にデータ通信が無線であっても給電が接触やはめ込み式では、機器全体を完全なコネクタレスとすることができないため、物理的接触による故障のゼロ化や防水性のような、新しい価値を付与できているとは言い難い。また、近年のデータ通信では高いデータ伝送レートが必要であり、加えてノイズ面やセキュリティ面でも高い性能が要求されている。
【０００７】
本発明の目的は、給電およびデータ送受信を非接触にすることが可能で、使い勝手のよいワイヤレス受給電装置、ワイヤレス受電機器、およびワイヤレス給電機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、受電部と第１データ送受信部とを有するワイヤレス受電機器と、給電部を有するワイヤレス給電機器と、第２データ送受信部とを備え、前記ワイヤレス受電機器は、前記ワイヤレス給電機器よりワイヤレスで電力を給電されるとともに、前記第１データ送受信部は、前記第２データ送受信部との間で双方向にデータを送受信するワイヤレス受給電装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、ワイヤレス給電機器よりワイヤレスで電力を給電される受電部と、前記ワイヤレス給電機器との間で双方向に光通信によりデータを送受信する第１データ送受信部とを備えるワイヤレス受電機器が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の態様によれば、ワイヤレス受電機器にワイヤレスで電力を給電する給電部と、前記ワイヤレス受電機器との間で双方向に光通信によりデータを送受信する第２データ送受信部とを備えるワイヤレス給電機器が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、給電およびデータ送受信をワイヤレスで実現可能で、ワイヤレスで使い勝手のよいワイヤレス受給電装置、ワイヤレス受電機器、およびワイヤレス給電機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の概要を示す模式的鳥瞰構造であって、（ａ）データ伝送が行われている様子を示す図、（ｂ）電力伝送が行われている様子を示す図、（ｃ）データ伝送と電力伝送の両方が行われている様子を示す図。
【図２】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で行われる給電による電力伝送を説明するための図。
【図３】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置において、コイルパラメータと最大伝送効率との関係を示すグラフ。
【図４】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるデータ送受信機器のレーザリンクモジュールの模式的鳥瞰構造図であって、（ａ）外観写真例、（ｂ）図４（ａ）に対応する説明図。
【図５】図４に示されるレーザリンクモジュールの模式的回路ブロック構成図。
【図６】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置を構成するデバイスの組み合わせ例を説明するための図。
【図７】図６に示されるデバイスの組み合わせ例の具体例を示す模式的鳥瞰構造図であって、（ａ）携帯電話がワイヤレス充電されている様子を示す図、（ｂ）デジタルカメラがワイヤレス充電されている様子を示す図。
【図８】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で行われるデータ伝送の具体例を示す模式的鳥瞰構造図であって、（ａ）メインボードとサブボードにレーザリンクモジュールが配置されている様子を示す図、（ｂ）同一ボードの高電圧領域と低電圧領域にレーザリンクモジュールが配置されている様子を示す図、（ｃ）携帯機器間でデータ伝送が行われている様子を示す図。
【図９】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるドッキングステーションとモバイルデバイスとの接続例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図１０】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュールの配置例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図１１】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュールの他の配置例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図１２】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュールの他の配置例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図１３】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュールおよび電力伝送用の電子部品の配置例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図１４】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュールがプリント基板に取り付けられた状態を示す写真例。
【図１５】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で行われるデータ伝送の具体例を示す模式的鳥瞰構造図であって、（ａ）携帯電話から携帯電話に動画がデータ伝送されている様子を示す図、（ｂ）デスクトップコンピュータから携帯電話に動画がデータ伝送されている様子を示す図。
【図１６】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられる窒化ガリウム系の電界効果トランジスタを用いたハーフブリッジ回路の構成図。
【図１７】図１６に示されるハーフブリッジ回路を窒化ガリウム系の電界効果トランジスタを用いて構成した模式的断面構造図。
【図１８】図１７に示される窒化ガリウム系の電界効果トランジスタのゲート電極近傍の模式的断面構造図。
【図１９】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の模式的ブロック構成図。
【図２０】図１９に示されるワイヤレス受給電装置の具体例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図２１】図１９に示されるワイヤレス受給電装置の他の具体例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図２２】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の他の模式的ブロック構成図。
【図２３】図２２に示されるワイヤレス受給電装置の具体例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図２４】図２２に示されるワイヤレス受給電装置の他の具体例を示す模式的鳥瞰構造図。
【図２５】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の他の模式的ブロック構成図。
【図２６】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の他の模式的ブロック構成図。
【図２７】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の具体的な回路構成の一例の構成図。
【図２８】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられる１次側コイルまたは２次側コイルの模式的平面パターン構成図であって、（ａ）円形状に形成された場合を示す図、（ｂ）八角形状に形成された場合を示す図。
【図２９】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の詳細な模式的ブロック構成図。
【図３０】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の他の詳細な模式的ブロック構成図。
【図３１】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の他の詳細な模式的ブロック構成図。
【図３２】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の他の詳細な模式的ブロック構成図。
【図３３】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置における初期動作例を示すフローチャート。
【図３４】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置においてデータ伝送を行う場合の動作例を示すフローチャート。
【図３５】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置においてＲＵ側の状態をデータ送受信部を使ってフィードバックする場合の動作例を示すフローチャート。
【図３６】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置においてデータ伝送および電力伝送を中断する場合の動作例を示すフローチャート。
【図３７】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の動作例を詳細に示すフローチャート。
【図３８】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置における受電側の回路の保護機能を説明するための図。
【図３９】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置における受電側の回路の保護機能を詳細に説明するための図。
【図４０】実施の形態に係るワイヤレス受給電装置における受電側の回路の保護機能のシミュレーション結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１４】
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
尚、以下の記載において、「非接触」という表現は、呼称統一のため、「ワイヤレス」と表現する。
【００１６】
［実施の形態］
以下、図１〜図４０を用いて実施の形態に係るワイヤレス受給電装置を説明する。
【００１７】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１は、受電部（ＲＵ）６６と第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２とを有するワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２と、給電部（ＴＵ）６４を有するワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０と、第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０とを備える。ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０よりワイヤレスで電力を給電されるとともに、第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２は、第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０との間で双方向にデータを送受信する。
【００１８】
ここで、第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２は、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０からの電力供給により動作するように構成されていても良い。
【００１９】
また、第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２は、第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０との間で双方向に光通信によりデータを送受信するように構成されていても良い。
【００２０】
また、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０を備えてもよい。
【００２１】
また、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２において表示される画像データを、第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２より第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０に光通信により送信してもよい。ワイヤレス給電は、同時に電磁波の放射を伴うことがあるため、データ通信はノイズに強い光通信によるのが好適である。
【００２２】
また、画像データは、静止画および動画を含んでもよい。
【００２３】
また、画像データは、インターネットを介して第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２においてダウンロードされてもよい。
【００２４】
また、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、携帯電話３４ａ、デジタルカメラ３４ｂ、ビデオカメラ３４ｃ、タブレット端末、電気自動車７８のいずれかに内蔵されていてもよい。
【００２５】
また、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、デスクトップコンピュータ３６ａ、プリンタ３６ｂ、テレビ受像機３６ｃ、ノートブックコンピュータ１０、ドッキングステーション３８、サーバ、電気自動車の充電スタンドのいずれかに内蔵されていてもよい。
【００２６】
また、第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２および第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０は、レーザダイオード２２と、ＰＩＮホトダイオード２４とを内蔵するレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂを備えてもよい。
【００２７】
また、給電部（ＴＵ）６４は、スイッチング素子として窒化ガリウム系の電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２を用いてもよい。
【００２８】
また、スイッチング素子は、５ＭＨｚ以上のスイッチング速度を有してもよい。
【００２９】
また、給電部（ＴＵ）６４と受電部（ＲＵ）６６との結合が一定以上に定常状態から外れた状態となった場合は、そのことを検知してワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は電力の給電を終了させてもよい。
【００３０】
また、光通信は、８００ｎｍ以上の波長域のレーザ光を使ってもよい。
【００３１】
また、光通信は、１Ｇｂｐｓより大きい通信速度を有してもよい。
【００３２】
また、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０より余分な電力が給電された場合は、その余分な電力を抵抗に流して熱に変換してもよい。また、受電機器側でバッテリーを備え、余分な電力をバッテリーへ充電しても良い。
【００３３】
また、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、所定の電圧値（例えば電圧Ｖoの値）を光通信によってワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０に通知し、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２より通知された電圧値に応じて給電量を調整してもよい。
【００３４】
また、光通信は、空間伝送により実施されてもよい。
【００３５】
また、光通信は、光ファイバ伝送により実施されてもよい。
【００３６】
実施の形態に係るワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０よりワイヤレスで電力を給電される受電部（ＲＵ）６６と、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０との間で双方向に光通信によりデータを送受信する第１データ送受信部（ＤＲＵ）７２とを備える。
【００３７】
ここで、受電部（ＲＵ）６６は、２次側コイル１６と、２次側コイル１６に接続され、所定の電力搬送波周波数帯域において２次側コイル１６と同調する２次側共振容量Ｃ３と、２次側共振容量Ｃ３に接続されたダイオードブリッジ回路ＤＢとを備えてもよい。
【００３８】
実施の形態に係るワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２にワイヤレスで電力を給電する給電部（ＴＵ）６４と、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２との間で双方向に光通信によりデータを送受信する第２データ送受信部（ＤＴＵ）７０とを備える。
【００３９】
ここで、給電部（ＴＵ）６４は、ＯＳＣ（発振回路）８６と、ＯＳＣ８６に接続されたＧＤＲ（ゲートドライバ）８４と、ＧＤＲ８４に接続されたハーフブリッジ回路（電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２）と、ハーフブリッジ回路に接続されたローパスフィルタ（Ｌ、Ｃ１）と、ローパスフィルタ（Ｌ、Ｃ１）に接続された１次側共振容量Ｃ２と、１次側共振容量Ｃ２に接続され、所定の電力搬送波周波数帯域において１次側共振容量Ｃ２と同調する１次側コイル１４（Ｌ１）とを備えてもよい。
【００４０】
（概要）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の概要を示す模式的鳥瞰構造は、図１に示すように表される。すなわち、図１（ａ）は、ワイヤレス充電器１２とノートブックコンピュータ１０との間で、光通信によってワイヤレス（ファイバレス）でデータ伝送ＤＴが行われている様子を示している。また、図１（ｂ）は、ワイヤレス充電器１２とノートブックコンピュータ１０との間で、ワイヤレスで電力伝送ＰＴが行われている様子を示している。本実施の形態に係るワイヤレス受給電装置では、図１（ｃ）に示すように、ワイヤレスのデータ伝送ＤＴとワイヤレスの電力伝送ＰＴの両方を実現する。電力伝送ＰＴされる受電側のワイヤレス機器を「ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２」、電力伝送ＰＴする給電側のワイヤレス機器を「ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０」と呼ぶことにする。
【００４１】
（電力伝送）
まず、実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で行われる給電による電力伝送ＰＴについて説明する。図２に示すように、１次側（給電側）コイル１４と２次側（受電側）コイル１６の電磁結合によって給電による電力伝送ＰＴを行う。
【００４２】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置において、給電によるコイルパラメータαと最大伝送効率ηMAXとの関係を示すグラフは、図３に示すように表される。
【００４３】
ここで、１次側コイル１４のインダクタンスをＬ１、直列抵抗をｒ1、２次側コイル１６のインダクタンスをＬ２、直列抵抗をｒ2とすると、１次側コイル１４、２次側コイル１６のＱ（Quality Factor）の値Ｑ1、Ｑ2は、（１）式および（２）式で表される。
【００４４】
Ｑ1＝ωＬ１／ｒ1                                                      （１）
Ｑ2＝ωＬ２／ｒ2                                                      （２）
また、１次側コイル１４と２次側コイル１６の相互インダクタンスをＭとすると、コイルパラメータαは（３）式で表され、最大伝送効率ηMAXは（４）式で表される。
【００４５】
α≡ｋ2Ｑ1Ｑ2                                                        （３）
ηMAX＝α／［１＋（１＋α）1/2］2                                    （４）
ここで、ｋは、１次側コイル１４と２次側コイル１６の結合係数である。すなわち、図３に示すように、給電によるコイルパラメータαが最大伝送効率ηMAXを支配し、コイルパラメータαが約１０4以上で最大伝送効率ηMAXが１００％近くになる。このコイルパラメータαの値を増大するためには、コイルのＱ値を表すωＬ／ｒの式の形から周波数ωを上げることが好適である。コイルパラメータαの値を増大するためにコイルのインダクタンスの値Ｌを大きくするという手段もあるが、それではコイルが大きくなってしまい、特にモバイル機器などの「小ささ」が特長である機器にとっては好ましいことではない。給電部（ＴＵ）６４におけるスイッチング素子（電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２）をシリコンで構成すると、周波数ωを上げるのが困難である。そこで、本実施の形態では、このような電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２を窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料で構成している。これにより、シリコンを用いる場合と比べて、周波数ωを上げることができるため、コイルパラメータαの値を大きくすることができ、最大伝送効率ηMAXを上げることが可能となる。
【００４６】
（レーザリンクモジュールの構成例）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュール１８の模式的鳥瞰構造は、図４に示すように表される。図４（ａ）は写真例であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応する説明図である。この図に示すように、レーザリンクモジュール１８は略直方体に形成され、その前面に発光部２２Ａとレンズ２０とを備えている。発光部２２Ａからレーザ光を発光して送信データＤＴＴを送信し、レンズ２０によってレーザ光を集光して受信データＤＴＲを受信する。レーザリンクモジュール１８の寸法は、例えば、長さＬが約６ｍｍ〜約１２ｍｍ、幅Ｗが約０．５ｍｍ〜約３ｍｍ、厚さＴが約３ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
【００４７】
図４に示されるレーザリンクモジュール１８の模式的回路ブロック構成は、図５に示すように表される。図５に示すように、レーザダイオード２２、ＰＩＮホトダイオード２４、リミッティングアンプ２６、トランスインピーダンスアンプ２８、ＬＤドライバ３０がシールドケース３２で覆われ、双方向に光通信が可能な構成となっている。具体的には、ＬＤドライバ３０によってレーザダイオード（ＬＤ）２２が駆動され、レーザダイオード２２によって送信データＤＴＴがレーザ光として送信される。一方、受信データＤＴＲがレンズ２０・ＰＩＮホトダイオード２４を介して受信され、トランスインピーダンスアンプ２８・リミッティングアンプ２６を介して増幅される。通信速度は、約１Ｇｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓ程度が可能であり、高速なデータ伝送ＤＴを実現することができる。また、レーザダイオード２２が８００ｎｍ以上の波長域のレーザ光を使うようであれば、ＰＩＮホトダイオード２４をガリウム砒素系の材料で構成する方がデータ通信の高速性の確保のため、好適である。
【００４８】
（デバイスの組み合わせ例）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置を構成するデバイスの組み合わせ例は、図６に示すように表される。図６に示すように、モバイルデバイス３４とデスクトップデバイス３６との間で双方向にワイヤレスでデータ伝送ＤＴおよび電力伝送ＰＴを行うことができる。モバイルデバイス３４とは、具体的には、携帯電話３４ａ、デジタルカメラ３４ｂ、ビデオカメラ３４ｃなどである。デスクトップデバイス３６とは、具体的には、デスクトップコンピュータ３６ａ、プリンタ３６ｂ、テレビ受像機３６ｃ、ノートブックコンピュータ３６ｄなどである。このような構成によれば、モバイルデバイス３４で撮影した動画や静止画などの画像データをデスクトップデバイス３６にワイヤレスでデータ伝送ＤＴおよび電力伝送ＰＴを実施して、デスクトップデバイス３６が備える大画面に表示することが可能である。また、デスクトップデバイス３６に記憶されている画像データをモバイルデバイス３４にワイヤレスでデータ伝送ＤＴおよび電力伝送ＰＴを実施して、モバイルデバイス３４を用いて外出先で閲覧することも可能である。
【００４９】
図６に示されるデバイスの組み合わせ例の具体例を示す模式的鳥瞰構造は、図７に示すように表される。図７（ａ）に示すように、ＵＳＢケーブルなどの接続ケーブル１０ａを介してノートブックコンピュータ１０とドッキングステーション３８とが接続され、ドッキングステーション３８によって携帯電話３４ａがワイヤレス充電されている。ノートブックコンピュータ１０とドッキングステーション３８との間でワイヤレスでデータ伝送ＤＴを実施しても良く、携帯電話３４ａとドッキングステーション３８との間でワイヤレスでデータ伝送ＤＴを実施しても良い。
【００５０】
また、図７（ｂ）に示すように、接続ケーブル１０ａを介してノートブックコンピュータ１０とドッキングステーション３８とが接続され、ドッキングステーション３８によってデジタルカメラ３４ｂがワイヤレス充電されている。このような構成によれば、携帯電話３４ａやデジタルカメラ３４ｂなどで撮影した画像データをノートブックコンピュータ１０にワイヤレスでデータ伝送ＤＴして、デスクトップデバイス３６が備える大容量の記憶装置にバックアップすることが可能である。また、ノートブックコンピュータ１０とドッキングステーション３８との間でワイヤレスでデータ伝送ＤＴを実施しても良く、デジタルカメラ３４ｂとドッキングステーション３８との間でワイヤレスでデータ伝送ＤＴを実施しても良い。図７（ａ）および図７（ｂ）に示された例では、ノートブックコンピュータを取り上げたが、必ずしもノートブックコンピュータである必要はなく、画像表示機能を有する機器であれば良い。
【００５１】
（データ伝送の具体例）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で行われるデータ伝送ＤＴの具体例を示す模式的鳥瞰構造は、図８に示すように表される。
【００５２】
例えば、図８（ａ）に示すように、メインボード４０の表面にレーザリンクモジュール１８ａを縦置きで配置し、サブボード４２の裏面にレーザリンクモジュール１８ｂを縦置きで配置する。そして、レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂのレンズ２０がある面を向かい合わせにしてカバー４１で覆う。これにより、メインボード４０とサブボード４２との間で双方向にデータ伝送ＤＴを行うことが可能である。
【００５３】
また、図８（ｂ）に示すように、同一ボードの高電圧領域４４Ｈと低電圧領域４４Ｌにレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂをそれぞれ横置きで配置する。そして、レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂのレンズ２０がある面を向かい合わせにしてカバー４１で覆う。これにより、同一ボードの高電圧領域４４Ｈと低電圧領域４４Ｌとの間で双方向にデータ伝送ＤＴを行うことが可能である。
【００５４】
また、図８（ｃ）に示すように、携帯機器３４ｄ・３４ｅの任意の領域にレーザリンクモジュール１８をそれぞれ配置する。そして、携帯機器３４ｄ・３４ｅのレーザリンクモジュール１８同士を向かい合わせにすれば、携帯機器３４ｄ・３４ｅ間で双方向にデータ伝送ＤＴを行うことが可能である。
【００５５】
（ドッキングステーション）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるドッキングステーション３８とモバイルデバイス３４との接続例を示す模式的鳥瞰構造は、図９に示すように表される。図９に示すように、ドッキングステーション３８の開口部にモバイルデバイス３４を差し込むと、ドッキングステーション３８によってモバイルデバイス３４がワイヤレス充電される構造になっている。充電中は、ドッキングステーション３８の開口部に備えたレーザリンクモジュール１８ａとモバイルデバイス３４の底部に備えたレーザリンクモジュール１８ｂとが向かい合わせになるため、双方向にデータ伝送ＤＴすることが可能である。
【００５６】
（レーザリンクモジュールの配置例）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂの配置例を示す模式的鳥瞰構造は、図１０に示すように表される。図１０に示すように、電子部品４８ａ・４８ｂが搭載されたプリント基板４６Ｈの端部にレーザリンクモジュール１８ａが配置されている。また、電子部品５０ａ・５０ｂが搭載された別のプリント基板４６Ｓの端部にレーザリンクモジュール１８ｂが配置されている。レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂ間の通信方式は光通信であるため、電子部品４８ａ・４８ｂ・５０ａ・５０ｂから放射される電磁波ノイズの影響を受けない。そのため、電子部品４８ａ・４８ｂ・５０ａ・５０ｂの近傍にレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂを配置しても、安定したデータ伝送ＤＴを実現することができる。
【００５７】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂの他の配置例を示す模式的鳥瞰構造は、図１１に示すように表される。図１１に示すように、電子部品５２ａと電子部品５２ｂとを接続する配線パターンを跨いで、レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂ間で双方向にワイヤレスでデータ伝送ＤＴを行うこともできる。これにより、レイアウトの自由度が高まるため、よりプリント基板４６Ｍの小型化を図ることが可能となる。
【００５８】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂ・１８ｃの他の配置例を示す模式的鳥瞰構造は、図１２に示すように表される。図１２に示すように、レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂ・１８ｃがプリント基板４６Ｍに配置されている。この場合、１つのレーザリンクモジュール１８ｃと複数のレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂとの間で双方向にワイヤレスでデータ伝送ＤＴを行うこともできる。レーザリンクモジュール１８ｃは、データスプリッタ／データセレクタの役割を備え、レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂに対して同じデータを送受信してもよいし、異なるデータを選択的に送受信してもよい。
【００５９】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂおよび電力伝送用の電子部品５４ａ・５４ｂの配置例を示す模式的鳥瞰構造は、図１３に示すように表される。図１３に示すように、プリント基板４６Ｂ１の表面に電力伝送用の電子部品５４ａが配置され、その裏面にレーザリンクモジュール１８ａが配置されている。また、プリント基板４６Ｂ２の表面に電力伝送用の電子部品５４ｂとレーザリンクモジュール１８ｂとが配置されている。この図に示すように、電力伝送ＰＴの方向は一方向に限定されるものではなく、双方向であってもよい。この場合、電力伝送系とデータ伝送系の両方を完全に対称にすることができる。ここでは、プリント基板４６Ｂ１の裏面とプリント基板４６Ｂ２の表面とを向かい合わせに配置している。これにより、電力伝送用の電子部品５４ａ・５４ｂ間で双方向に電力伝送ＰＴを行い、レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂ間で双方向にデータ伝送ＤＴを行うことができるため、薄型化を図ることが可能である。
【００６０】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられるレーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂがプリント基板４６Ｍ１・４６Ｍ２に取り付けられた状態を示す写真例は、図１４に示すように表される。レーザリンクモジュール１８ａ・１８ｂは、ワイヤレスで光通信を行うことができるため、防水性に優れている。また、高速に大容量のデータを安全に伝送することができるため、動画をデータ伝送ＤＴするのに適している。例えば、図１５（ａ）に示すように、携帯電話３５ｂから携帯電話３５ａにワイヤレスで動画をデータ伝送ＤＴしてもよい。また、図１５（ｂ）に示すように、デスクトップコンピュータ３６ａから携帯電話３５ａにワイヤレスで動画をデータ伝送ＤＴしてもよい。１枚のＤＶＤに記録されている動画（４．７Ｇバイト程度）であれば、１０秒程度でデータ伝送ＤＴを完了することが可能である。
【００６１】
なお、ここでは、光通信が空間伝送により実施される場合を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、用途に応じて、携帯機器３５ａ−携帯機器３５ｂ間や、デスクトップコンピュータ３６ａ−携帯電話３５ａ間を光ファイバで接続すれば、光通信が光ファイバ伝送により実施されるようにすることも可能である。
【００６２】
（窒化ガリウム系の電界効果トランジスタ）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられる窒化ガリウム系の電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２を用いたハーフブリッジ回路の構成は、図１６に示すように表される。図１６に示すように、電界効果トランジスタＱ１のソースＳ１と電界効果トランジスタＱ２のドレインＤ２とが接続されている。電界効果トランジスタＱ１のドレインＤ１は電源ＶDDに接続され、電界効果トランジスタＱ２のソースＳ２はグラウンドＧＮＤに接続される。
【００６３】
図１６に示されるハーフブリッジ回路を窒化ガリウム系の電界効果トランジスタを用いて構成した模式的断面構造は、図１７に示すように表される。また、図１７に示される窒化ガリウム系の電界効果トランジスタのゲート電極近傍の模式的断面構造は、図１８に示すように表される。ＡｌＧａＮ層で構成されるバリア層１２４には、凹部が形成されているが、この凹部は、ＧａＮ層から成るチャネル層１２３まで到達していても良い。
【００６４】
図１７に示すように、窒化ガリウム系の電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２は、例えば、シリコン基板１２１上に形成されたバッファ層１２２と、バッファ層１２２上に形成されたＧａＮ層から成るチャネル層１２３と、チャネル層１２３上に形成されたＡｌＧａＮから成るバリア層１２４とを備える。バリア層１２４の上には、電界効果トランジスタＱ１のゲート電極１２５（Ｇ１）、ソース電極１２６（Ｓ１）、ドレイン電極１２７（Ｄ１）が形成されるとともに、電界効果トランジスタＱ２のゲート電極１２５（Ｇ２）、ソース電極１２６（Ｓ２）、ドレイン電極１２７（Ｄ２）が形成されている。ゲート電極１２５（Ｇ１・Ｇ２）とバリア層１２４との間には、図１８に示すように、絶縁層（Ａｌ２Ｏ３）１２８が形成されている。この図１７ではバリア層１２４には凹部が形成されていないが、これは、図１８で示したような、凹部がある場合まで含めているものとする。
【００６５】
電界効果トランジスタＱ１のソース電極１２６（Ｓ１）と電界効果トランジスタＱ２のドレイン電極１２７（Ｄ２）との間には、図１７に示すように、例えば、ヘリウムやボロンイオンなどにより、イオンが注入され、このイオン注入によって深さ１ミクロン程度の高抵抗素子分離領域１３０が形成されている。高抵抗素子分離領域１３０のプロファイルが山形になることを避けるため、例えば、加速エネルギー３５０ｋｅＶ→２４０ｋｅＶ→１５０ｋｅＶ→７０ｋｅＶ→２０ｋｅＶのように、加速エネルギーを多段にしてイオン注入するのが望ましい。これにより、注入されたイオンを矩形に分布させることができる。また、本実施の形態では、チャネル効果を防止するため、イオン注入方向に対してウエハを例えば７度傾けるようにしている。さらに、上記の多段注入と対応させて、ドーズ量（ions/cm2）は、例えば、２．６×１０14→１．３×１０14→１．３×１０14→１．３×１０14→９．６×１０14としている。
【００６６】
図１７のように形成されたデバイスは、モノリシックで図１６と同等の配線状態になるように、ウェハプロセスにより配線される。これにより出来上がった素子をボード上に実装することによって、ボード上で電気配線をして図１６の構成を作る必要が無くなる。これにより、配線長さから来る電磁波ノイズの発生や回路へのインダクタンス成分の付与を小さくすることができ、かつ実装面積を低減することができる。
【００６７】
この窒化ガリウム系の電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２では、ＧａＮから成るチャネル層１２３とＡｌＧａＮから成るバリア層１２４間には、ヘテロ接合が形成され、このヘテロ接合界面には２次元電子ガスが発生する。そのため、２次元電子ガスがキャリアとなってチャネル層１２３は導電性を示すようになる。
【００６８】
本実施の形態では、給電部（ＴＵ）６４におけるスイッチング素子として窒化ガリウム系の電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２を用いるようにしている。これにより、５ＭＨｚ以上、若しくは１０ＭＨｚ以上のスイッチング駆動を低いゲート電荷で実現することができるため、シリコンを用いる場合と比べて電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２を速く動作させることができる。その結果、１次側コイル１４と２次側コイル１６のコイルパラメータαを大きくすることができるため、最大伝送効率ηMAXを上げることが可能となる。
【００６９】
（ブロック構成）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の模式的ブロック構成は、図１９に示すように表される。図１９に示すように、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２では、２次側コイル１６を用いて電力伝送ＰＴされる電力をワイヤレスで受信するＲＵ（受電部）６６と、光通信によってデータ伝送ＤＴされるデータを受信するＤＲＵ（データ送受信部）７２とがインタフェース６８Ｒを介して接続されている。ＤＲＵ７２によって受信されたデータは、ディスプレイ７６に表示することができる。一方、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０では、１次側コイル１４を用いて電力をワイヤレスで電力伝送ＰＴするＴＵ（給電部）６４と、光通信によってデータをデータ伝送ＤＴするＤＴＵ（データ送受信部）７０とがインタフェース６８Ｔを介して接続されている。ＤＴＵ７０は、接続ケーブル８０を介してインターネット７４に接続されている。
【００７０】
ここで、データ送受信部（ＤＲＵ）７２は、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０からの電力供給により動作するように構成されていても良い。
【００７１】
図１９に示されるワイヤレス受給電装置１の具体例を示す模式的鳥瞰構造は、図２０に示すように表される。ここでは、ＤＴＵ７０がインターネット７４から映画を取得（ダウンロード）する場合を示す。この場合、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、例えば、ホームサーバであり、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、例えば、タブレット端末である。これにより、タブレット端末をワイヤレス充電するとともに、インターネット７４から取得した映画をタブレット端末によって手軽に閲覧することが可能である。
【００７２】
図１９に示されるワイヤレス受給電装置１の他の具体例を示す模式的鳥瞰構造は、図２１に示すように表される。ここでは、電気自動車７８を充電スタンドで充電する場合を示す。この場合、電気自動車７８がワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２に相当し、充電スタンドがワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０に相当する。すなわち、電気自動車７８にはＲＵ６６とＤＲＵ７２が搭載され、充電スタンドにはＴＵ６４とＤＴＵ７０が搭載されている。電気自動車７８にカーナビゲーションシステムが搭載されている場合は、その更新データをＤＴＵ７０がインターネット７４から取得してＤＲＵ７２にデータ伝送ＤＴしてもよい。これにより、電気自動車７８をワイヤレス充電するとともに、インターネット７４から取得した更新データを用いてカーナビゲーションシステムの地図データなどを最新版に更新することが可能である。
【００７３】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の他の模式的ブロック構成は、図２２に示すように表される。図１９と異なる点は、ＤＴＵ７０がワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０の外部にある点である。すなわち、図２２に示すように、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０はＴＵ６４とインタフェース６８Ｔを備え、このインタフェース６８ＴにＤＴＵ７０が接続されている。もちろん、ＤＴＵ７０は、ＤＲＵ７２との間でワイヤレスでデータ伝送ＤＴを行うことができ、また、接続ケーブル８０を介してインターネット７４に接続することができる。
【００７４】
図２２に示されるワイヤレス受給電装置１の具体例を示す模式的鳥瞰構造は、図２３に示すように表される。ここでは、図２０と同様、インターネット７４から取得した映画をタブレット端末で閲覧する場合を示す。ＤＴＵ７０がワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０の外部にある点を除けば、図２０と同様である。
【００７５】
図２２に示されるワイヤレス受給電装置１の他の具体例を示す模式的鳥瞰構造は、図２４に示すように表される。ここでは、図２１と同様、電気自動車７８を充電スタンドで充電する場合を示す。ＤＴＵ７０がワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０の外部にある点を除けば、図２１と同様である。
【００７６】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の他の模式的ブロック構成は、図２５に示すように表される。図２５に示すように、データ送受信部の送受信の組を複数個並列に接続してもよい。具体的には、データ送受信部７００は、第１〜第ｎのＤＴＵ７０1〜７０nと、第１〜第ｎのＤＲＵ７２1〜７２nとを備えている。第１のＤＴＵ７０1と第１のＤＲＵ７２1との間、第２のＤＴＵ７０2と第２のＤＲＵ７２2との間、・・・、第ｎのＤＴＵ７０nと第ｎのＤＲＵ７２nとの間でデータ伝送ＤＴを行うことができる。それ以外の点は図１９と同様である。このような構成によれば、インターネット７４から大容量の動画を取得した場合でも、その動画を並列にデータ伝送ＤＴして高速に処理することが可能である。
【００７７】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の他の模式的ブロック構成は、図２６に示すように表される。図２６に示すように、データ送受信部の送受信の組を複数個直列に接続してもよい。ここでは、第１のＤＴＵ７０1と第１のＤＲＵ７２1の組と、第２のＤＴＵ７０2と第２のＤＲＵ７２2の組とを接続ケーブルで直列に接続している。それ以外の点は図１９と同様である。データ送受信部の送受信の組を複数個直列に接続したものを更に複数個並列に接続することも可能である。
【００７８】
（回路構成）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の具体的な回路構成の一例は、図２７に示すように表される。図２７に示すように、ＴＵ６４は、ＯＳＣ（発振回路）８６と、ＯＳＣ８６に接続されたＧＤＲ（ゲートドライバ）８４と、ＧＤＲ８４に接続されたハーフブリッジ回路と、ハーフブリッジ回路に接続されたローパスフィルタ（Ｌ、Ｃ１）と、ローパスフィルタ（Ｌ、Ｃ１）に接続された１次側共振容量Ｃ２と、１次側共振容量Ｃ２に接続され、所定の電力搬送波周波数帯域において１次側共振容量Ｃ２と同調する１次側コイル１４とを備えている。ハーフブリッジ回路のスイッチング素子（電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２）は、既に説明した通り、窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料で構成するのが望ましい。一方、ＲＵ６６は、２次側コイル１６と、２次側コイル１６に接続され、所定の電力搬送波周波数帯域において２次側コイル１６と同調する２次側共振容量Ｃ３と、２次側共振容量Ｃ３に接続されたダイオードブリッジ回路ＤＢとを備えている。１次側コイル１４と２次側コイル１６の電磁的な結合によって、１次側コイル１４と２次側コイル１６のそれぞれが微小ループとしての放射性のインダクタンス成分を非放射性の１次側共振容量Ｃ２および２次側共振容量Ｃ３で打ち消し合い、ＴＵ６４からＲＵ６６の向きにワイヤレスで給電により電力伝送ＰＴが行われる。ワイヤレス充電中は、橙色の発光ダイオードＤ５が点灯する。充電中に１次側コイル１４と２次側コイル１６の位置がずれてしまった場合など、ＴＵ６４とＲＵ６６との結合が不完全となった場合は、そのことをフィードバック部６５が検知して電力伝送ＰＴを終了させるようになっている。
【００７９】
ＲＵ６６の後段にツェナーダイオードＺＤや保護トランジスタＱ３などを設け、意図しない高電圧から受電側の回路を保護している。また、出力を安定させるためのスイッチングレギュレータ８２を介してディスプレイ７６とＤＲＵ７２が接続されている。ディスプレイ７６とＤＲＵ７２とは、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface）ケーブルなどの接続ケーブル８８を介して接続されている。ＤＲＵ７２のレーザリンクモジュール１８ｂとＤＴＵ７０のレーザリンクモジュール１８ａとが向かい合わせに配置され、ＤＴＵ７０とＶＤＳ（映像源）７５とがＨＤＭＩケーブルなどの接続ケーブル８９を介して接続されている。ＶＤＳ７５は、例えばＤＶＤなどの記録媒体である。
【００８０】
（コイル形状）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置で用いられる１次側コイル１４または２次側コイル１６の模式的平面パターン構成例は、図２８に示すように表される。例えば、図２８（ａ）に示すように、金属基板２１０上に円形状の溝部を形成し、この円形状の溝部に金属配線層２２２・２２３を配置してもよい。あるいは、図２８（ｂ）に示すように、金属基板２１０上に八角形状の溝部を形成し、この八角形状の溝部に金属配線層２２２・２２３を配置してもよい。このように、１次側コイル１４または２次側コイル１６のコイル形状には、円形や八角形など様々な形状を採用することができる。もちろん、その他の形状（矩形や三角形など）を採用することも可能である。
【００８１】
例えば、１次側コイル１４の等価半径は約６ｃｍ、１次側共振容量Ｃ２は約１．７ｎＦ、銅損に伴う等価抵抗は約０．００１２Ωである。２次側コイル１６の等価半径は約６ｃｍ、２次側共振容量Ｃ３は約１．７ｎＦ、銅損に伴う等価抵抗は約０．００１２Ωである。１次側コイル１４および２次側コイル１６の銅線量は、ともに約１０ｃｃである。電力搬送波周波数は約１０ＭＨｚ、波長は約３０ｍである。
【００８２】
尚、図２８に示す構成例は、一例であってこの構成に限定されるものではない。インダクタンスの値が大きく周波数特性が良好でＱ値の高い小型コイルであれば良い。
【００８３】
図２８に示す構成例は、金属基板上の溝部に金属配線層を配置したが、この構成に限定されるものではなく、絶縁基板上に形成されていても良い。
【００８４】
（詳細なブロック構成）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の詳細な模式的ブロック構成は、図２９に示すように表される。図２９に示すように、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２は、ＲＵ６６と、ＲＵ６６にインタフェース６８Ｒを介して接続されたＤＲＵ７２と、ＤＲＵ７２に接続ケーブル８８を介して接続されたディスプレイ７６とを備えている。一方、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、ＯＳＣ８６と、ＯＳＣ８６に接続されたＧＤＲ８４と、ＧＤＲ８４に接続されたＴＵ６４と、ＴＵ６４にインタフェース６８Ｔを介して接続されたＤＴＵ７０と、ＤＴＵ７０に接続ケーブル８９を介して接続されたＶＤＳ７５とを備えている。ＴＵ６４からＲＵ６６にワイヤレスで電力が給電され、ＤＴＵ７０に搭載されたレーザリンクモジュール１８ａとＤＲＵ７２に搭載されたレーザリンクモジュール１８ｂとの間で双方向に光通信を行う。ＤＴＵ７０は、接続ケーブル８９を介してＶＤＳ７５から動画などのデータを取得することが可能である。
【００８５】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の他の詳細な模式的ブロック構成は、図３０に示すように表される。図２９と異なる点は、ＤＴＵ７０がＶＤＳ７５に代えてインターネット７４に接続されている点である。このような構成によれば、ＤＴＵ７０は、接続ケーブル８０を介してインターネット７４から動画などのデータを取得することが可能である。
【００８６】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の他の詳細な模式的ブロック構成は、図３１に示すように表される。図２９と異なる点は、ＤＴＵ７０とＶＤＳ７５がワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０の外部にある点である。このような構成によれば、コンパクトなワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０を提供することが可能である。
【００８７】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置１の他の詳細な模式的ブロック構成は、図３２に示すように表される。図３２に示すように、ＴＵ６４およびＲＵ６６を備えるワイヤレス受給電部（ＰＴＲ）６１と、ＤＴＵ７０およびＤＲＵ７２を備えるデータ送受信部（ＤＴＲ）７１とをインタフェース６８を介して並列に接続してもよい。ＤＲＵ７２とディスプレイ７６との間にスイッチ７３を設ければ、このスイッチ７３によってディスプレイ７６にデータを表示するか否かを選択することも可能である。その他の点は図２９と同様である。
【００８８】
（動作例）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置における初期動作例を示すフローチャートは、図３３に示すように表される。図３３に示すように、ＤＴＵ７０よりインタフェース６８ＴへＴＵ位置情報データを送信し（Ｓ１０）、ＤＲＵ７２よりインタフェース６８ＲへＲＵ位置情報データを送信する（Ｓ１１）。これにより、ＴＵ位置情報データおよびＲＵ位置情報データに基づいて、ＴＵ６４およびＲＵ６６の位置決めを完了することができる（Ｓ１２）。
【００８９】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置においてデータ伝送ＤＴを行う場合の動作例を示すフローチャートは、図３４に示すように表される。ここでは、ＴＵ６４およびＲＵ６６の位置決めが完了しているものとする。まず、ＤＴＵ７０よりＤＲＵ７２へ光通信開始信号を送信する（Ｓ２１）。次いで、ＤＴＵ７０よりＤＲＵ７２へデータ送信を開始する（Ｓ２２）。これにより、ＤＲＵ７２においてＤＴＵ７０よりデータ受信を開始する（Ｓ２３）。最後に、ＤＲＵ７２よりデータ受信を終了し（Ｓ２４）、ＤＴＵ７０よりデータ送信を終了する（Ｓ２５）。
【００９０】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置においてＲＵ６６側の状態をデータ送受信部（ＤＴＵ７０・ＤＲＵ７２）を使ってフィードバックする場合の動作例を示すフローチャートは、図３５に示すように表される。ここでも、ＴＵ６４およびＲＵ６６の位置決めが完了しているものとする。まず、ＤＲＵ７２がＤＴＵ７０よりデータを受信すると（Ｓ３１）、ＤＲＵ７２よりＲＵ６６へ信号を送信する（Ｓ３２）。次いで、ＲＵ６６よりＤＲＵ７２へ受電開始信号を送信すると（Ｓ３３）、ＤＲＵ７２よりＤＴＵ７０へデータを送信する（Ｓ３４）。次いで、ＤＴＵ７０よりＴＵ６４へ給電開始信号を送信すると（Ｓ３５）、ＴＵ６４よりＲＵ６６へ給電を開始する（Ｓ３６）。これにより、ＲＵ６６においてＴＵ６４より受電を開始することができる（Ｓ３７）。最後に、ＲＵ６６においてＴＵ６４より受電を終了し、ＴＵ６４よりＲＵ６６へ給電を終了する（Ｓ３８）。
【００９１】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置においてデータ伝送ＤＴおよび電力伝送ＰＴを中断する場合の動作例を示すフローチャートは、図３６に示すように表される。まず、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２が近傍にあることを認識すると、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２に対して給電を開始する（Ｓ４１→Ｓ４２）。次いで、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２とワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０との間で光通信が確立すると、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０からワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２に対してデータが送信される（Ｓ４３→Ｓ４４→Ｓ４５）。ここで、給電中にＴＵ６４とＲＵ６６の位置がずれてしまった場合、ＴＵ６４側で電圧が異常に高くなることがある。この場合、ワイヤレス給電機器（ＰＴ）６０は、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２との間の光通信を切断するとともに、ワイヤレス受電機器（ＰＲ）６２への給電を終了する（Ｓ４７→Ｓ４９→Ｓ５０→Ｓ５１）。
【００９２】
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置の動作例を詳細に示すフローチャートは、図３７に示すように表される。まず、磁気スイッチや光スイッチなどのスイッチ類を用いてＲＵ６６がＴＵ６４の近傍に置かれたことを検知する（Ｓ６１）。次いで、ＴＵ６４は、この検知信号を合図としてＧＤＲ（ゲートドライバ）８４を立ち上げる（Ｓ６２）。ハーフブリッジ回路にはディレイスイッチが入っており、ノーマリーオンの場合は、ＧＤＲ８４からのゲート負電圧起動を確認するまでの間、電界効果トランジスタＱ１・Ｑ２に電力が給電されないようにする（Ｓ６３：ＮＯ）。ノーマリーオフの場合であっても、オフ特性の確保に負電圧を必要とする場合は同様の動作とすることが望ましい。その後、ＴＵ６４は、定格１００％の給電を行うようハーフブリッジ回路をドライブする。このとき、給電／受電の電力受け渡しを担う１次側コイル１４／２次側コイル１６に流れる電流、もしくは１次側コイル１４／２次側コイル１６にかかる電圧により、ＲＵ６６との結合係数を判定し、給電出力を調整する（Ｓ６４）。ＲＵ６６との結合が不完全である場合や不意にＲＵ６６が外れた場合、１次側コイル１４に蓄積された電力がＴＵ６４の入力側に帰ってきて、意図しない高電圧等が発生するのを防ぐためである。ＲＵ６６側の状態をフィードバックする手段として、データ送受信部（ＤＴＵ７０・ＤＲＵ７２）を使ってもよい。
【００９３】
（保護機能）
実施の形態に係るワイヤレス受給電装置における受電側の回路の保護機能は、図３８に示すように表される。すなわち、ＲＵ６６によって受電された電力の全てを負荷が使わない場合、受電側のどこかに過大な高電圧が発生する可能性がある。そこで、本実施の形態では、このような高電圧から回路を保護する機能を備えている。
【００９４】
まず、定格負荷の場合は、図３８（ａ）に示すように、抵抗ＲＬに電流ＩＬが流れる。また、無負荷の場合は、図３８（ｂ）に示すように、保護トランジスタＱ３がオン状態になり、シャント抵抗Ｒ３に電流ＩＭが流れる。さらに、変動負荷の場合は、図３８（ｃ）に示すように、“ツェナーダイオードＺＤの降伏電圧＋保護トランジスタＱ３の閾値電圧＜Ｖout”のとき、抵抗ＲＬに電流が流れる。すなわち、受電側で余分な電力が生じた場合は、その余分な電力を抵抗に流して熱に変換するようになっている。
【００９５】
このような受電側の回路の保護機能の詳細は、図３９に示すように表される。
【００９６】
まず、保護トランジスタＱ３とツェナーダイオードＺＤをＲＵ６６の後段に設け、余った電力を消費する（第１の保護機能）。この第１の保護機能を図４０のシミュレーション結果を参照しながら説明する。ＶtはツェナーダイオードＺＤの逆方向降伏電圧、Ｖgは保護トランジスタＱ３の閾値電圧、Ｖoはスイッチングレギュレータ８２の出力（＝設定値）を示している。Ｖr＞Ｖoのとき、Ｖoは一定値である。ここで、モード１（Ｖt＞Ｖr）では、負荷（抵抗ＲＬ）のみに電圧がかかる。また、モード２（Ｖt＋Ｖg＞Ｖr≧Ｖt）では、ツェナーダイオードＺＤが降伏し、保護トランジスタＱ３のゲートに電圧がかかる。さらに、モード３（Ｖr≧Ｖt＋Ｖg）では、保護トランジスタＱ３がオン状態になり、シャント抵抗Ｒ３に電圧Ｖsがかかる。Ｖr−（Ｖｔ＋Ｖg）＝Ｖsである。
【００９７】
次に、第２の保護機能について説明する。第１の保護機能だけでは電力が無駄遣いになるため、受電側の電力消費状態を所定の電圧値（例えば電圧Ｖoの値）で監視し、逐次、電圧Ｖoの値を光通信機能を使って受電側から給電側に返す。具体的には、電圧Ｖoの値がＤＲＵ７２からＤＴＵ７０に返され、ＤＴＵ７０からインタフェース６８Ｔを介してＴＵ６４に返されるようになっている。そこで、ＴＵ６４は、受電側の負荷要求電力が小さくなるときは、それに応じて給電量を小さくする。一方、受電側の負荷要求電力が大きくなるときは、それに応じて給電量を大きくする。これにより、受電側の電力消費状態に応じた給電量となるため、使われない電力が回路のどこかで高電圧となる不具合を防止することができる。
【００９８】
以上説明したように、実施の形態に係るワイヤレス受給電装置によれば、ワイヤレスのデータ伝送ＤＴとワイヤレスの電力伝送ＰＴの両方を実現することができる。これにより、コネクタレスで防水性に優れたレーザリンクモジュールを提供することが可能である。また、通信方式が光通信であるため、高いデータ伝送レートで、且つノイズ面やセキュリティ面にも優れた快適で安全な通信を提供することが可能である。
【００９９】
以上説明したように、本発明によれば、給電およびデータ送受信をワイヤレスで実現可能で、使い勝手のよいワイヤレス受給電装置、ワイヤレス受電機器、およびワイヤレス給電機器を提供することが可能である。
【０１００】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１０１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明のワイヤレス受給電装置は、モバイルデバイスやデスクトップデバイスなどの様々な電気機器に適用することができる。例えば、本発明のワイヤレス受電機器は、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、タブレット端末、電気自動車などに適用することができる。また、本発明のワイヤレス給電機器は、デスクトップコンピュータ、プリンタ、テレビ受像機、ノートブックコンピュータ、ドッキングステーション、ホームサーバ、電気自動車の充電スタンドなどに適用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１…ワイヤレス受給電装置
１４…１次側コイル
１６…２次側コイル
１８、１８ａ、１８ｂ…レーザリンクモジュール
６０…ワイヤレス給電機器（ＰＴ）
６１…ワイヤレス受給電部（ＰＴＲ）
６２…ワイヤレス受電機器（ＰＲ）
６４…給電部（ＴＵ）
６６…受電部（ＲＵ）
７０…第２データ送受信部（ＤＴＵ）
７１…データ送受信部（ＤＴＲ）
７２…第１データ送受信部（ＤＲＵ）
８４…ゲートドライバ（ＧＤＲ）
８６…発振回路（ＯＳＣ）
Ｑ１、Ｑ２…電界効果トランジスタ
Ｃ２…１次側共振容量
Ｃ３…２次側共振容量
ＤＢ…ダイオードブリッジ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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