(57)【要約】【課題】非接触給電と近距離無線通信とでアンテナとして用いる素子を適切に共有できるようにし、給電効率および通信性能を両立できるようにする。【解決手段】通信部１４は、アンテナとして、電力送電用の共鳴素子１３を共用する。励振素子１２と交流電源部１１との間に第１の制限手段１５ａを設け、通信部１４と共鳴素子１３との間に第２の制限手段１５ｂを設ける。第２の制限手段１５ｂによって、共鳴素子１３のインピーダンスを制限し、共鳴素子１３の特性を給電に適した特性とする。また、近距離無線通信を行う場合には、第１の制限手段１５によって、励振素子１２のインピーダンスを制限することによって、励振素子１２からの信号が近距離無線通信に影響を与えないようにする。【選択図】図１
2011029799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記通信部との間に設けられ、電力供給時には前記共鳴素子と前記通信部との間を切断し、通信時には前記共鳴素子と前記通信部との間を接続するスイッチ手段と
を備える非接触給電通信装置。
【請求項２】
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記交流電源部との間に設けられ、電力供給時には前記共鳴素子と前記交流電源部との間を接続し、通信時には前記共鳴素子と前記交流電源部との間を切断するスイッチ手段と
を備える非接触給電通信装置。
【請求項３】
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記通信部との間に設けられ、通信帯域の信号を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するフィルタ手段と
を備える非接触給電通信装置。
【請求項４】
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記交流電源部との間に設けられ、交流電力を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するフィルタ手段と
を備える非接触給電通信装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３または請求項４に記載の非接触給電通信装置であって、
前記交流電源回路と前記共鳴素子との間に、前記交流電源回路からの交流電力の供給を受けて、当該交流電力を前記共鳴素子に対して電磁誘導により供給する励振素子を設けた非接触給電通信装置。
【請求項６】
給電元の共鳴素子から共鳴により非接触で交流電力の供給を受ける共鳴素子と、
前記共鳴素子からの交流電力から直流電力を形成して出力する整流回路と、
交流電力の供給を受ける前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記通信部との間に設けられ、電力受電時には前記共鳴素子と前記通信部との間を切断し、通信時には前記共鳴素子と前記通信部との間を接続するスイッチ手段と
を備える非接触受電通信装置。
【請求項７】
給電元の共鳴素子から共鳴により非接触で交流電力の供給を受ける共鳴素子と、
前記共鳴素子からの交流電力から直流電力を形成して出力する整流回路と、
交流電力の供給を受ける前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記整流回路との間に設けられ、電力受電時には前記共鳴素子と前記清流回路との間を接続し、通信時には前記共鳴素子と前記整流回路との間を切断するスイッチ手段と
を備える非接触受電通信装置。
【請求項８】
給電元の共鳴素子から共鳴により非接触で交流電力の供給を受ける共鳴素子と、
前記共鳴素子からの交流電力から直流電力を形成して出力する整流回路と、
交流電力の供給を受ける前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記通信部との間に設けられ、通信帯域の信号を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するフィルタ手段と
を備える非接触受電通信装置。
【請求項９】
給電元の共鳴素子から共鳴により非接触で交流電力の供給を受ける共鳴素子と、
前記共鳴素子からの交流電力から直流電力を形成して出力する整流回路と、
交流電力の供給を受ける前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記整流回路との間に設けられ、交流電力を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するフィルタ手段と
を備える非接触受電通信装置。
【請求項１０】
請求項６、請求項７、請求項８または請求項９に記載の非接触受電通信装置であって、
前記共鳴素子と前記整流回路との間に、前記共鳴素子から電磁誘導により交流電力の供給を受けて、当該交流電力を前記整流回路に供給する励振素子を設けた非接触受電通信装置。
【請求項１１】
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部との間と、前記共鳴素子と前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、当該交流電力を前記共鳴素子に対して供給する交流電源部との間との一方あるいは両方にスイッチ回路を設け、
制御手段が、電力供給時には、前記共鳴素子と前記通信部との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記通信部との間を切断するように切り替え、前記共鳴素子と前記交流電源部との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記交流電源部との間を接続するように切り替え、通信時には、前記共鳴素子と前記通信部との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記通信部との間を接続するように切り替え、前記共鳴素子と前記交流電源部との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記交流電源部との間を切断するように切り替える非接触給電通信装置における給電通信制御方法。
【請求項１２】
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部との間と、前記共鳴素子と前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、当該交流電力を前記共鳴素子に対して供給する交流電源部との間との一方あるいは両方にフィルタ回路を設け、
前記共鳴素子と前記通信部との間のフィルタ回路は、通信帯域の信号を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するように構成し、前記共鳴素子と前記交流電源部との間のフィルタ回路は、交流電力を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するように構成する非接触給電通信装置における給電通信制御方法。
【請求項１３】
給電元の共鳴素子から共鳴により非接触で交流電力の供給を受ける共鳴素子と前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部との間と、前記共鳴素子と前記共鳴素子からの交流電力から直流電力を形成して出力する整流回路との間との一方あるいは両方にスイッチ回路を設け、
制御手段が、電力供給時には、前記共鳴素子と前記通信部との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記通信部との間を切断するように切り替え、前記共鳴素子と前記整流回路との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記整流回路との間を接続するように切り替え、通信時には、前記共鳴素子と前記通信部との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記通信部との間を接続するように切り替え、前記共鳴素子と前記整流回路との間にスイッチ回路がある場合には、前記共鳴素子と前記整流回路との間を切断するように切り替える非接触受電通信装置における受電通信制御方法。
【請求項１４】
給電元の共鳴素子から共鳴により非接触で交流電力の供給を受ける共鳴素子と前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部との間と、前記共鳴素子と前記共鳴素子からの交流電力から直流電力を形成して出力する整流回路との間との一方あるいは両方にフィルタ回路を設け、
前記共鳴素子と前記通信部との間のフィルタ回路は、通信帯域の信号を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するように構成し、前記共鳴素子と前記整流回路との間のフィルタ回路は、交流電力を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するように構成する非接触受電通信装置における受電通信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、磁界共鳴や電界共鳴などの共鳴現象を用いて電力を給電する機能と通信を行う機能とを備えた装置、同じく共鳴現象を用いて電力を受電する機能と通信を行う機能とを備えた装置、これらの装置で用いられる給電や受電と通信とを制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触で電気エネルギーを伝送可能にする技術として、電磁誘導方式や、磁界共鳴方式などが存在する。そして、電磁誘導方式と磁界共鳴方式とでは、以下に説明するような種々の違いがあり、近年においては、磁界共鳴方式を用いたエネルギー伝送が注目されている。
【０００３】
図１０は、給電元と給電先が１対１で対応する磁界共鳴方式の非接触給電システムの構成例を示すブロック図である。図１０に示した磁界共鳴方式の非接触給電システムは、給電元１００と、給電先２００とからなっている。
【０００４】
図１０に示したように、例えば充電台である給電元１００は、交流電源１００、励振素子１０２、共鳴素子１０３を備えている。また、例えば、携帯電話端末などである給電先２００は、共鳴素子２０１、励振素子２０２、整流回路２０３を備えている。
【０００５】
給電元１００の励振素子１０２と共鳴素子１０３、及び、給電先２００の共鳴素子２０１と励振素子２０２とは、いずれも空芯コイルで構成されている。そして、給電元１００の内部では、励振素子１０２と共鳴素子１０３とが電磁誘導により強く結合する構成となっている。同様に、給電先２００の内部では、共鳴素子２０１と励振素子２０２とが電磁誘導により強く結合する構成となっている。
【０００６】
そして、給電元１００の共鳴素子（空芯コイル）１０３と、給電先２００の共鳴素子（空芯コイル）２０１の自己共鳴周波数（自己共振周波数）が一致したときに磁界共鳴関係になり、結合量が最大で、損失が最小となる。
【０００７】
すなわち、図１０に示した非接触給電システムにおいては、まず、給電元１００において、交流電源１０１からの所定周波数の交流電力（交流電力などのエネルギー）が励振素子１０２に供給され、これが電磁誘導によって共鳴素子１０３へ交流電力を誘起させる。ここで、交流電源１０１において発生させる交流電力の周波数は、供給元の共鳴素子１０３と供給先の共鳴素子２０１との自己共鳴周波数と同一になるようにしている。
【０００８】
そして、上述したように、給電元１００の共鳴素子１０３と給電先２００の共鳴素子２０１とは互いに磁界共鳴の関係に配置されており、共鳴周波数（共振周波数）において共鳴素子１０３から共鳴素子２０１へと非接触で交流電力（交流電流などのエネルギー）が供給される。
【０００９】
給電先２００において、給電元１００の共鳴素子１０３からの交流電力は、共鳴素子２０１により受け付けられる。共鳴素子２０１からの交流電力は、電磁誘導により励振素子２を通じて整流回路に供給され、ここで直流電力に変換されて出力される。
【００１０】
このようにして、給電元１００から給電先２００に対して、非接触で交流電力が供給するようにされる。なお、整流回路２０３から出力された直流電力は、例えば、バッテリが接続された充電回路に供給され、当該バッテリの充電に用いられるようにされる。
【００１１】
そして、図１０に示したように構成される給電元と給電先とが１対１に対応する非接触給電システムにおいては、以下のような特徴がある。
【００１２】
当該非接触給電システムにおいては、図１１（Ａ）に示すような交流電源の周波数と結合量の関係を有する。図１１（Ａ）を見ると分るように、交流電源の周波数が低かったり、逆に高かったりしても結合量は大きくならず、磁界共鳴現象を発生させる特定の周波数においてのみ、結合量が最大となる。すなわち、磁界共鳴により周波数選択性を示すことが分る。
【００１３】
また、当該非接触給電システムにおいては、図１１（Ｂ）に示すような共鳴素子１０３、２０１間の距離と結合量の関係を有する。図１１（Ｂ）を見ると分かるように、共鳴素子間の距離が遠くなれば結合量は落ちる。
【００１４】
しかし、共鳴素子間の距離が近いからといって結合量が大きくなるわけではなく、ある共鳴周波数に於いて、結合量が最大となる距離が存在する。また、図１１（Ｂ）から、共鳴素子間の距離がある程度の範囲であれば、一定以上の結合量を確保できることも分かる。
【００１５】
また、当該非接触給電システムにおいては、図１１（Ｃ）に示すような共鳴周波数と最大結合量が得られる共鳴素子間距離との関係を有する。すなわち、共鳴周波数が低いと共鳴素子間隔は広いことが分かる。また、共鳴周波数が高いと共鳴素子間隔を狭くすることによって最大結合量が得られることが分かる。
【００１６】
現在、既に広く用いられている電磁誘導方式の非接触給電システムでは、給電元と給電先とで磁束を共有する必要があり、効率良く電力を送るには給電元と給電先とを極近接して配置する必要があり、結合の軸合わせも重要である。
【００１７】
一方、磁界共鳴現象を用いた非接触給電システムでは、上述のように、磁界共鳴現象という原理から、電磁誘導方式よりも距離を離して電力伝送することができ、かつ、多少軸合わせが悪くても伝送効率があまり落ちないという利点がある。
【００１８】
以上のことをまとめると、図１２に示すように、磁界共鳴型の非接触給電システムと、電磁誘導方式の非接触給電システムとでは、違いが存在する。そして、図１２に示したように、磁界共鳴型の非接触給電システムの場合には、送受コイル（共鳴素子）間のずれにも強く、伝送距離を長くすることができる。
【００１９】
このため、磁界共鳴型の非接触給電システムの場合には、図１３に示すように、１台の給電元（充電台）に対して、複数の給電先（携帯端末）を載置して充電を行うようにすることができる。
【００２０】
また、携帯電話端末に非接触ＩＣカード機能を搭載することによって、当該携帯電話端末に、鉄道会社が提供する定期券機能、プリペイド式乗車券機能、電子マネー機能などを持たせるようにすることが行われている。
【００２１】
この場合の携帯電話端末は、電話通信機能に加えて、いわゆるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）技術を用いた近距離無線通信機能をも有することになる。また、携帯電話端末においては、従来から電磁誘導方式により、非接触で充電台から給電を受けてバッテリの充電を行うことも行われている。
【００２２】
このような場合、携帯電話端末には、ＲＦＩＤ用のアンテナと、給電を受けるためのコイルとを設けなければならず、携帯電話端末の小型化を阻害したり、携帯情報端末の製造コストのアップにつながったりするなどの問題がある。
【００２３】
このような問題を解決する１つの方策として、後に記す特許文献１には、１つのコイル素子を、ＲＦＩＤ用のアンテナとして用いる共に、給電を受けるためのコイルとしても用いるようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】特開２００１−３０７０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
ところで、上述した特許文献１に開示された発明を、図１０〜図１３を用いて説明した磁界共鳴方式で給電を行う非接触給電システムに適用しようとすると以下のような問題が生じる。
【００２６】
通常、磁界共鳴方式の非接触給電システムには、中心周波数ｆ０の無変調正弦波が用いられる。この無変調正弦波は無変調であるため、占有周波数帯域幅が狭い（理想的には０（ゼロ）Ｈｚ）。
【００２７】
従って、その無変調正弦波を伝達するコイル（アンテナ）に必要な周波数帯域も数Ｈｚ程度と狭いものでよいが、伝送効率を高めるために、損失が低い（「Ｑ」が高い）事が求められる。なお、ここで、値「Ｑ」は、共振回路の共振のピークの鋭さを表すものであり、共振のピークが鋭くなれば、電力（交流電流などのエネルギー）の伝送効率を高めることができる。
【００２８】
一方、ＲＦＩＤなど近距離無線通信に用いる信号は、情報伝達のために正弦波に変調をかけた変調信号（変調波）が用いられる。この為、変調信号の周波数に応じた周波数帯域幅を有する。
【００２９】
この場合の周波数帯域幅は、一般的には数ｋＨｚ〜数ＭＨｚで、高速伝送するほど広い帯域幅が必要になる。従って、その変調信号を伝達するコイル（アンテナ）に必要な周波数帯域も数ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度必要になる。この場合、アンテナに用いるコイルのＱ値をある程度低くして、ある程度広い周波数帯域を確保する必要がある。
【００３０】
このように、単純に非接触給電用のコイルと近距離無線通信用のアンテナとを共有しようとしても、それぞれの用途に応じて求められる特性（アンテナ特性）が異なるため、共用するコイル素子（アンテナ）の特性の最適化が困難である。
【００３１】
以上のことに鑑み、この発明は、共鳴方式を用いた非接触給電と近距離無線通信とでアンテナとして用いる素子を共有した場合であっても、給電効率および通信性能を両立できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の非接触給電通信装置は、
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記通信部との間に設けられ、電力供給時には前記共鳴素子と前記通信部との間を切断し、通信時には前記共鳴素子と前記通信部との間を接続するスイッチ手段と
を備える。
【００３３】
この請求項１に記載の発明の非接触給電通信装置によれば、電力送電用の共鳴素子が、通信部によってアンテナとしても利用するようにされる。そして、通信部と共鳴素子との間のスイッチ回路が、給電時にはオフ（切断）、通信時にはオン（接続）するように切り替えられる。
【００３４】
これにより、給電時にはインピーダンスを適切に保って効率よく給電を行うようにし、通信時には共鳴素子をアンテナとして用いて適切に通信を行うことができるようにされる。
【００３５】
また、請求項２に給電先の発明の非接触給電通信装置は、
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記交流電源部との間に設けられ、電力供給時には前記共鳴素子と前記交流電源部との間を接続し、通信時には前記共鳴素子と前記交流電源部との間を切断するスイッチ手段と
を備える。
【００３６】
この請求項２に記載の発明の非接触給電通信装置によれば、電力送電用の共鳴素子が、通信部によってアンテナとしても利用するようにされる。そして、交流電源部と共鳴素子との間のスイッチ回路が、給電時にはオン（接続）、通信時にはオフ（切断）するように切り替えられる。
【００３７】
これにより、給電時には交流電源部からの交流電力を共鳴素子に供給して給電を行うよし、通信時には交流電源部からの交流電力が共鳴素子に供給されてないようにして、当該共鳴素子をアンテナとして用いて行う通信を適切に行うことができるようにされる。
【００３８】
また、請求項３に記載の発明の非接触給電通信装置は、
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記通信部との間に設けられ、通信帯域の信号を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するフィルタ手段と
を備える。
【００３９】
この請求項３に記載の発明の非接触給電通信装置によれば、電力送電用の共鳴素子が、通信部によってアンテナとしても利用するようにされる。そして、通信部と共鳴素子との間に設けられるフィルタ回路により、信号の帯域制限が成されると共に、共鳴素子のインピーダンスが低くならないように適切な値に保たれるようにされる。
【００４０】
これにより、給電時にはインピーダンスを適切に保って効率よく給電を行うようにし、通信時には共鳴素子をアンテナとして用いて適切に通信を行うことができるようにされる。
【００４１】
また、請求項４に記載の発明の非接触給電通信装置は、
共鳴により１以上の電子機器に交流電力を供給する共鳴素子と、
前記共鳴素子の共鳴周波数に応じた周波数の交流電力を発生させて、前記共鳴素子に対して供給する交流電源部と、
前記共鳴素子を通じて通信処理を行う通信部と、
前記共鳴素子と前記交流電源部との間に設けられ、交流電力を通過させる帯域を有すると共に、インピーダンスを所定の値に保持するフィルタ手段と
を備える。
【００４２】
この請求項４に記載の発明の非接触給電通信装置によれば、電力送電用の共鳴素子が、通信部によってアンテナとしても利用するようにされる。そして、交流電源部と共鳴素子との間のフィルタ回路により、信号の帯域制限が成されると共に、通信に影響を与えることがないように、インピーダンスが適切な値となるようにされる。
【００４３】
これにより、給電時には交流電源部からの交流電力を共鳴素子に供給して給電を行うよし、通信時には交流電源部からの交流電力が通信に影響を与えないようにして、当該共鳴素子をアンテナとして用いて行う通信を適切に行うことができるようにされる。
【００４４】
なお、非接触給電通信装置との間で、電力の供給を受けたり、通信を行ったりする非接触受電通信装置についても、非接触給電通信装置の場合と同様に、通信系と電力系との一方あるいは両方にスイッチ回路やフィルタ回路を設けるようにする。
【００４５】
これにより、非接触受電通信装置においても、インピーダンスを適正に保持して、通信処理と受電処理とを良好に行うようにすることが可能である。
【発明の効果】
【００４６】
非接触送電及び近距離無線通信という異なる用途に対し、適切にアンテナを共有することが可能になるため、送電効率および通信性能を両立することができる。かつ、アンテナを共有することで、非接触給電通信システムで用いられる機器の小型化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの構成例を説明するための図である。
【図２】第２の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの構成例を説明するための図である。
【図３】第３の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電元の第１の例を説明するための図である。
【図４】第３の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電元の第２の例を説明するための図である。
【図５】第３の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電先の第１の例を説明するための図である。
【図６】第３の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電先の第２の例を説明するための図である。
【図７】第４の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電元の構成例を説明するための図である。
【図８】第４の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電先の構成例を説明するための図である。
【図９】共鳴素子１３の共鳴周波数ｆｒを求めるための式を示す図である。
【図１０】磁界共鳴型の非接触給電システムの従来例を説明するための図である。
【図１１】磁界共鳴型の非接触給電システムの特徴を説明するための図である。
【図１２】磁界共鳴型の非接触給電システムと電磁誘導型の非接触型給電システムとの比較結果を示す図である。
【図１３】磁界共鳴型の非接触給電システムの具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、図を参照しながら、この発明による装置、方法の一実施の形態について説明する。この発明は、磁界共鳴方式、電界共鳴方式、電磁共鳴方式等の種々の共鳴方式に適用可能なものであるが、以下においては磁界共鳴方式を用いる場合を例にして説明する。
【００４９】
［第１の実施の形態］
［非接触給電通信システム］
図１は、第１の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの構成例を説明するための図である。図１に示すように、この実施の形態の非接触給電通信システムは、給電元１と、複数の給電先２とからなっている。
【００５０】
給電元１は、磁界共鳴方式が用いられ非接触で電力を送電（給電）して充電を行えるようにする、いわゆる充電台としての機能と、ＲＦ−ＩＤ通信部を備え、近距離無線通信を行う通信装置としての機能とを有する構成とされた非接触給電通信装置である。給電元１は、この発明による給電元の装置、方法の一実施の形態が適用されたものである。
【００５１】
また、この第１の実施の形態の給電元１は、例えば、図１３に示したように、携帯電話端末などの給電先となる複数の非接触受電装置が載置可能な大きさの載置台を有するものである。
【００５２】
給電先２は、例えば、磁界共鳴方式の充電台から非接触で給電を受けて自機のバッテリに充電する機能と、ＲＦ−ＩＤ通信部を備え、近距離無線通信を行う通信装置としての機能とを有する構成とされた例えば携帯電話端末などの非接触受電通信装置である。給電先２は、この発明による給電先の装置、方法の一実施の形態が適用されたものである。
【００５３】
給電元１は、図１に示すように、交流電源１１、励振素子１２、共鳴素子１３、ＲＦ−ＩＤ通信部１４、スイッチ回路１５ａ、１５ｂ、切替制御部１６を備えたものである。一方、給電先２は、図１に示すように、共鳴素子２１、励振素子２２、整流回路２３、ＲＦ−ＩＤ通信部２４、スイッチ回路２５ａ、２５ｂ、切替制御部２６を備えたものである。
【００５４】
［電力の送電および受電］
まず、この実施の形態の非接触給電通信システムにおける電力の送電、受電の機能について説明する。
【００５５】
給電元１の励振素子１２、共鳴素子１３は、いずれも空芯コイルで構成されている。給電先２の共鳴素子２１、励振素子２２もまた、空芯コイルで構成されている。
【００５６】
そして、供給元１の交流電源１１は、供給元１の共鳴素子１３、供給先２の共鳴素子２１の自己共鳴周波数（自己共振周波数）と同一、あるいは、略同一の周波数の交流電力を発生させて、これを励振素子１２に供給する。
【００５７】
すなわち、図１に示した磁界共鳴型の非接触給電通信システムにおいて、供給元１の共鳴素子１３、供給先２の共鳴素子２１のそれぞれは、同一、あるいは、略同一の共鳴周波数（共振周波数）を有するものである。
【００５８】
また、供給元１の交流電源１１は、目的とする周波数の交流電力（交流電流などのエネルギー）を発生させるため、例えば、コルピッツ型発信回路やハートレ型発振回路などを含むものである。
【００５９】
励振素子１２は、交流電源１１からの交流電力により励振されることにより、共鳴素子１３に交流電力を供給する素子である。交流電源１１からの交流電力の供給を受ける励振素子１２と共鳴素子１３とは電磁誘導により強く結合するようにされている。
【００６０】
このため、交流電源１１からの交流電力は、励振素子１２を介して、共鳴素子１３に供給される。なお、励振素子１２は、交流電源１１と共鳴素子１３との間のインピーダンスの整合を取ることによって、電気信号の反射を防止する役割も果たす。
【００６１】
共鳴素子１３は、励振素子１２から供給される交流電力により磁界を発生させるものである。共鳴素子１３は、インダクタンス及びキャパシタンスを有する。共鳴素子１３は、共鳴周波数において磁界強度が最も高くなる。このように、共鳴素子は、エネルギーとして磁界を発生させるものである。
【００６２】
図９は、共鳴素子１３の共鳴周波数ｆｒを求めるための式を示す図である。図９に示した式（１）において、文字Ｌは共鳴素子１３の有するインダクタンスであり、文字Ｃは共鳴素子１３の有するキャパシタンスである。
【００６３】
したがって、共鳴素子１３の共鳴周波数は、共鳴素子１３の有するインダクタンスＬとキャパシタンスＣとにより定まる。上述したように、共鳴素子１３は、空芯コイルにより構成されるので、共鳴素子１３の線間容量がキャパシタンスとしての役割を果たすことになる。そして、共鳴素子１３は、コイルの軸方向に磁界を発生させる。
【００６４】
供給先２の共鳴素子２１は、磁界共鳴による磁界結合によって、供給元１からの交流電力の供給を受けるための素子である。供給先２の共鳴素子２１は、図９の式（１）を用いて説明した給電元の共鳴素子１３と同様に、インダクタンスＬとキャパシタンスＣを有し、給電元の共鳴素子１３と同一、あるいは、略同一の共鳴周波数を有するものである。
【００６５】
そして、上述したように、供給先２の共鳴素子２１は、空芯コイルの構成とされているので、線間容量がキャパシタンスとしての役割を果たす。そして、図１に示したように、供給元１の共鳴素子１３に対して、供給先２の共鳴素子２１は磁界共鳴により接続される。
【００６６】
これにより、共鳴周波数（共振周波数）において、給電元１の共鳴素子１３から給電先２の共鳴素子２１に対して、磁界共鳴により非接触で交流電力（交流電流などのエネルギー）が供給される。
【００６７】
そして、上述したように、供給先２においては共鳴素子２１と励振素子２２とが電磁誘導により結合され、共鳴素子２１から励振素子２２を通じて交流電力が整流回路２３に供給される。
【００６８】
なお、供給先２の励振素子２２は、共鳴素子２１と整流回路２３との間のインピーダンスの整合を取ることによって、電気信号の反射を防止する役割も果たす。
【００６９】
そして、整流回路２３からの直流電力は、図示しないが、バッテリが接続された充電回路に供給されて、バッテリの充電に用いられるようにされる。
【００７０】
このように、この実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムにおいては、給電元１は給電先２に対して非接触で電力を供給する。一方、給電先２は、給電元１から非接触で電力の供給を受けて、これをバッテリの充電に用いるなどことができるようにされる。
【００７１】
［ＲＦ−ＩＤ通信］
そして、この実施の形態の非接触給電通信システムにおいては、給電元１はＲＦ−ＩＤ通信部１４を備えている。ＲＦ−ＩＤ通信部１４は、共鳴素子１３に接続され、この共鳴素子１３をアンテナとして使用し、ＲＦＩＤ技術による近距離無線通信を行うものである。
【００７２】
同様に、給電先２は、ＲＦ−ＩＤ通信部２４を備えている。ＲＦ−ＩＤ通信部２４は、共鳴素子２１に接続され、この共鳴素子２１をアンテナとして使用し、ＲＦＩＤ技術による近距離無線通信を行うものである。
【００７３】
そして、近距離無線通信機能により、給電元１から給電先２に情報を送信して、これを給電先２で利用できるようにしたり、また、給電先２から給電元１に対して情報を送信して、これを記憶保持したり、種々の処理に用いたりすることができるようにされる。
【００７４】
なお、給電先２は、給電元１以外にも、ＲＦＩＤ技術による近距離無線通信機能を有する他の機器との間においても通信を行うこともできるようにされる。これにより、いわゆる電子マネー機能や鉄道会社が提供する定期券機能などをも実現できるようにしている。
【００７５】
［電力の送受機能とＲＦ−ＩＤ通信機能との使い分け］
このように、この第１の実施の形態の非接触給電通信システムの場合、給電元１においては、共鳴素子１３が、送電（給電）用のコイルとしての機能と通信用のアンテナとしての機能とを実現している。つまり、共鳴素子１３が、送電と通信とで共用されるようになっている。
【００７６】
同様に、給電先２においても、共鳴素子２１が、受電用のコイルとしての機能と通信用のアンテナとしての機能とを実現している。つまり、共鳴素子２１が、受電と通信とで共用されている。
【００７７】
しかし、共鳴素子１３に求められる特性は、送電時と通信時とでは異なる。同様に、共鳴素子２１に求められる特性は、受電時と通信時とでは異なる。
【００７８】
つまり、磁界共鳴方式の非接触電力伝送において、高い伝送効率を得るためには、給電元１の共鳴素子１３と、給電先２の共鳴素子２１とのＱ値を極力高くすることが望ましい。しかし、給電元１において共鳴素子１３を直接に交流電源１１に接続したり、給電先２において共鳴素子２１を直接に整流回路に接続したりすると、回路インピーダンスの影響により、共鳴素子１３、共鳴素子２１のＱ値が下がってしまう。
【００７９】
このことを避けるために、給電元１においては励振素子１２を用いて、共鳴素子１３の交流電源１１への直接の接続を回避することにより、共鳴素子１３のインピーダンスを高く保ち、共鳴素子１３のＱ値を高く保つようにしている。
【００８０】
同様に、給電先２においても、励振素子２２を用いて、共鳴素子２１の整流回路２３への直接の接続を回避することにより、共鳴素子２１のインピーダンスを高く保ち、共鳴素子２１のＱ値を高く保つようにしている。
【００８１】
一方、無線通信においては、伝送速度が高速になるにつれて、広い周波数帯域が必要になる。この時、高いＱ値を持つ共鳴素子１３や共鳴素子２１をアンテナとして用いるようにすると、十分な周波数帯域を確保することができずに通信波形に歪が生じ通信の誤りが増えてしまう。
【００８２】
そこで、この第１の実施の形態の非接触給電通信システムの給電元１においては、交流電源１１と励振素子１２との間にスイッチ回路１５ａを設けると共に、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間にスイッチ回路１５ｂを設けている。
【００８３】
スイッチ回路１５ａ、１５ｂのそれぞれは、切替制御部１６によって切り替えられる。切替制御部１６は、給電元１が例えば給電モードとされたときには、スイッチ回路１５ａをオンにし、スイッチ回路１５ｂをオフにする。
【００８４】
この場合、スイッチ回路１５ｂをオフにすることによって、共鳴素子１３とＲＦ−ＩＤ通信部１４との接続を切断し、共鳴素子１３のインピーダンスを高くすることによって、Ｑ値を高くする。これによって、共鳴素子１３の損失を低くすることができる。
【００８５】
そして、スイッチ回路１５ａをオンにすることによって、交流電源１１からの交流電力が励振素子１２に供給される。これにより、励振素子１２を通じて共鳴素子１３に交流電力が誘起され、給電先２に対して効率よく電力（交流電力）を給電することができる。
【００８６】
また、切替制御部１６は、給電元１が例えば通信モードとされたときには、スイッチ回路１５ｂをオンにし、スイッチ回路１５ａをオフにする。
【００８７】
この場合、スイッチ回路１５ｂをオンにすることによって、共鳴素子１３とＲＦ−ＩＤ通信部１４とを接続し、インピーダンスを低くして共鳴素子１３のＱ値を適切な値に下げる。これによって、共鳴素子１３において広帯域な周波数帯域を確保することができる。
【００８８】
そして、スイッチ回路１５ａをオフにすることによって、交流電源１１と励振素子１２との間が切断される。これにより、励振素子１２からの信号が共鳴素子１３を通じて行われる通信に影響を及ぼすことがないようにされる。
【００８９】
したがって、この場合には、ＲＦ−ＩＤ通信部１４が、共鳴素子１３をアンテナとして用いて、適切に近距離無線通信を行うことができるようにされる。
【００９０】
一方、この第１の実施の形態の非接触給電通信システムの給電先２においては、励振素子２２と整流回路２３との間にスイッチ回路２５ａを設けると共に、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部１４との間にスイッチ回路２５ｂを設けている。
【００９１】
スイッチ回路２５ａ、２５ｂのそれぞれは、切替制御部２６によって切り替えられる。切替制御部２６は、給電先２が例えば充電モードとされたときには、スイッチ回路２５をオンにし、スイッチ回路２５ｂをオフにする。
【００９２】
この場合、スイッチ回路２５ｂをオフにすることによって、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との接続を切断し、共鳴素子２１のインピーダンスを高くすることによって、Ｑ値を高くする。これによって、共鳴素子２１の損失を低くすることができる。
【００９３】
そして、スイッチ回路２５ａをオンにすることによって、励振素子２２と整流回路２３とが接続される。これにより、共鳴素子２１から励振素子２２に交流電力が誘起され、給電元１からの当該交流電力が共鳴素子２１、励振素子２２を通じて整流回路２３に供給される。
【００９４】
また、切替制御部２６は、給電先２が例えば通信モードとされたときには、スイッチ回路２５ｂをオンにし、スイッチ回路２５ａをオフにする。
【００９５】
この場合、スイッチ回路２５ｂをオンにすることによって、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４とを接続し、インピーダンスを低くして共鳴素子２１のＱ値を適切な値に下げる。これによって、共鳴素子２１において広帯域な周波数帯域を確保することができる。
【００９６】
そして、スイッチ回路２５ａをオフにすることによって、励振素子２２と整流回路２３との間が切断される。これにより、励振素子２２からの信号が共鳴素子２１を通じて行われる通信に影響を及ぼすことがないようにされる。
【００９７】
したがって、この場合には、ＲＦ−ＩＤ通信部２４が、共鳴素子２１をアンテナとして用いて、適切に近距離無線通信を行うことができるようにされる。
【００９８】
なお、上述した給電元１においては、例えば、ユーザーによって、給電モードと通信モードとが切り替えられる。また、給電先２においては、例えば、ユーザーによって、充電モードと通信モードとが切り替えられる。しかし、これに限るものではない。
【００９９】
例えば、給電先２が充電を行うために、給電元１に対して載置するようにした場合に、始めに双方が通信モードとなって、必要な情報の送受を行うようにした後に、給電元１が給電モードとなり、給電先２が充電モードとなって電力の送受を行うようにしてもよい。
【０１００】
また、逆に、給電先２が充電を行うために、給電元１に対して載置するようにした場合に、始めに給電元１が給電モードとなり、給電先２が充電モードとなって電力の送受を行って、給電先２の充電を完了させる。この後、給電元１と給電先２との双方が通信モードとなって、必要な情報の送受を行うようにしてもよい。
【０１０１】
このようにするためには、給電元１は給電先２が載置されたことを、給電先２は給電元１に載置されたことを検出できるようにしておけば、その検出を最初のモード切り替えのトリガーとすることができる。なお、当該検出は、機械的なスイッチの構成として実現することもできるし、共鳴素子１３、共鳴素子２１において発生する磁界を検出して行うようにすることもできる。
【０１０２】
なお、図１を用いて説明した第１の実施の形態においては、給電元１においては、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間にスイッチ回路１５ｂを設けると共に、交流電源１１と励振素子１２との間にもスイッチ回路１５ａを設けるようにした。しかし、これに限るものではない。
【０１０３】
例えば、交流電源１１等において、インピーダンスを適切に保ち、励振素子１２などからの信号が通信に影響を及ぼすことがないようにすることができれば、スイッチ回路１５ａは必ずしも必要ではなく、スイッチ回路１５ｂだけを設ける構成にしてもよい。
【０１０４】
逆に、ＲＦ−ＩＤ通信部１４等において、共鳴素子１３のインピーダンスを適切に保つことができれば、スイッチ回路１５ｂは必ずしも必要ではなく、スイッチ回路１５ａだけを設ける構成にしてもよい。
【０１０５】
しかし、図１に示したように、スイッチ回路１５ａ、１５ｂを設けることにより、給電系と通信系の双方において、簡単かつ適切にインピーダンスを制御することができる。
【０１０６】
また、図１を用いて説明した第１の実施の形態においては、給電先２においては、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との間にスイッチ回路２５ｂを設けると共に、励振素子２２と整流回路２３との間にもスイッチ回路２５ａを設けるようにした。しかし、これに限るものではない。
【０１０７】
例えば、整流回路２３等において、インピーダンスを適切に保ち、励振素子２２などからの信号が通信に影響を及ぼすことがないようにすることができれば、スイッチ回路２５ａは必ずしも必要ではなく、スイッチ回路２５ｂだけを設ける構成にしてもよい。
【０１０８】
逆に、ＲＦ−ＩＤ通信部２４等において、共鳴素子２１のインピーダンスを適切に保つことができれば、スイッチ回路２５ｂは必ずしも必要ではなく、スイッチ回路２５ａだけを設ける構成にしてもよい。
【０１０９】
しかし、図１に示したように、スイッチ回路２５ａ、２５ｂを設けることにより、給電系と通信系の双方において、簡単かつ適切にインピーダンスを制御することができる。
【０１１０】
［第２の実施の形態］
［非接触給電通信システム］
上述した第１の実施の形態においては、スイッチ回路によって所定の回路部と共鳴素子との間の切り替え、及び、所定の回路部と励振素子の間の切り替えを行うようにした。しかし、非接触送電に用いる交流電力の周波数ｆ１と近距離無線通信に用いる通信信号の搬送周波数ｆ２が異なる場合、スイッチ回路の代わりにフィルタ回路を用いることが出来る。この場合、スイッチの制御を行う切替制御部が不要となり、給電元、給電先の構成を簡素化することができる。
【０１１１】
図２は、第２の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの構成例を説明するための図である。図２に示すように、この実施の形態の非接触給電通信システムは、給電元１Ａと、複数の給電先２Ａとからなっている。
【０１１２】
図２に示した磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電元１Ａにおいて、図１に示した第１の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電元１と同様に構成される部分には、同じ参照符号を付し、その詳細な説明については省略する。
【０１１３】
同様に、図２に示した磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電先２Ａにおいて、図１に示した第１の実施の形態の磁界共鳴方式の非接触給電通信システムの給電先２と同様に構成される部分には、同じ参照符号を付し、その詳細な説明については省略する。
【０１１４】
そして、図２と図１とを比較すると分かるように、この第２の実施の形態の給電元１Ａは、図１に示した第１の実施の形態の給電元１が備えていたスイッチ回路１５ａ、１５ｂに替えて、フィルタ回路１７ａ、１７ｂが設けられたものである。
【０１１５】
また、フィルタ回路１７ａ、１７ｂを用いる構成としたために、切替制御部１６を備えない構成となっている。これ以外の各部については、第２の実施の形態の給電元１Ａも第１の実施の形態の給電元１も同様に構成されている。
【０１１６】
また、図２と図１とを比較すると分かるように、この第２の実施の形態の給電先２Ａは、図１に示した第１の実施の形態の給電先２が備えていたスイッチ回路２５ａ、２５ｂに替えて、フィルタ回路２７ａ、２７ｂが設けられたものである。
【０１１７】
また、フィルタ回路２７ａ、２７ｂを用いる構成としたために、切替制御部２６を備えない構成となっている。これ以外の各部については、第２の実施の形態の給電先２Ａも第１の実施の形態の給電先２も同様に構成されている。
【０１１８】
そして、この第２の実施の形態において、交流電源１１が発生させる交流電源の周波数ｆ１を例えば１３．５６ＭＨｚであるとする。また、給電元１ＡのＲＦ−ＩＤ通信部１４と給電先２ＡのＲＦ−ＩＤ通信部２４の間では、２．４ＧＨｚ帯の周波数ｆ２の通信信号が送受されるものとする。
【０１１９】
この場合、給電元１Ａのフィルタ回路１７ｂと、給電先２Ａのフィルタ回路２７ｂとは、周波数ｆ１（１３．５６ＭＨｚ）において、以下のような特性となるものとされる。フィルタ回路１７ｂとフィルタ回路２７ｂとは、２．４ＧＨｚ帯の信号を通過させる所定の周波数特性を有し、共鳴素子１３、共鳴素子２１のＱ値を低下させないような十分に高いインピーダンスとなるように設計される。
【０１２０】
また、給電元１Ａのフィルタ回路１７ａと、給電先２Ａのフィルタ回路２７ａとは、２．４ＧＨｚ帯の周波数ｆ２において、以下のような特性となるものとされる。すなわち、フィルタ回路１７ａとフィルタ回路２７ａとは、１３．５６ＭＨｚを中心周波数とする所定の帯域幅を有し、周波数ｆ２において、励振素子１２、励振素子２２が近距離無線通信に影響を与えないような適切なインピーダンスとなるように設計される。ここで適切なインピーダンスは、周波数ｆ２や励振素子１２あるいは励振素子２２の構造などにより異なる。
【０１２１】
要は、給電元１Ａのフィルタ回路１７ｂと給電先２Ａのフィルタ回路２７ｂとは、周波数ｆ２に応じた所定の帯域の高周波信号を通過させる周波数特性を有するものである。そして、給電元１Ａのフィルタ回路１７ｂと給電先２Ａのフィルタ回路２７ｂとは、共鳴素子１３、共鳴素子２１のＱ値を低下させないような十分に高いインピーダンスを有するものである。
【０１２２】
また、給電元１Ａのフィルタ回路１７ａと給電先２Ａのフィルタ回路２７ａとは、周波数ｆ１などの所定の周波数の信号を通過させる周波数特性を有するものである。そして、給電元１Ａのフィルタ回路１７ａと給電先２Ａのフィルタ回路２７ａとは、励振素子１２、励振素子２２からの信号が、近距離無線通信に影響を与えないようにする適切なインピーダンスを有するものである。
【０１２３】
これにより、この第２の実施の形態の非接触給電通信システムにおいては、給電元１においては、共鳴素子１３を送電と近距離無線通信とで問題なく共用することができるようにされる。同様に、給電先２においても、共鳴素子２１を受電と近距離無線通信とで問題なく共用することができるようにされる。
【０１２４】
しかも、図２に示した第２の実施の形態の非接触給電通信システムの場合には、図１に示した第１の実施の形態の非接触給電通信システムのように、スイッチ回路の切替のための切替制御部も不要であり、その構成を簡単にすることができる。
【０１２５】
なお、図２を用いて説明した第２の実施の形態においては、給電元１においては、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間にフィルタ回路１７ｂを設けると共に、交流電源１１と励振素子１２との間にもフィルタ回路１７ａを設けるようにした。しかし、これに限るものではない。
【０１２６】
例えば、交流電源１１等において、インピーダンスを適切に保ち、励振素子１２などからの信号が通信に影響を及ぼすことがないようにすることができれば、フィルタ回路１７ａは必ずしも必要ではなく、フィルタ回路１７ｂだけを設ける構成にしてもよい。
【０１２７】
逆に、ＲＦ−ＩＤ通信部１４等において、共鳴素子１３のインピーダンスを適切に保つことができれば、フィルタ回路１７ｂは必ずしも必要ではなく、フィルタ回路１７ａだけを設ける構成にしてもよい。
【０１２８】
しかし、図１に示したように、フィルタ回路１７ａ、１７ｂを設けることにより、給電系と通信系の双方において、簡単かつ適切にインピーダンスを制御することができる。
【０１２９】
また、図１を用いて説明した第２の実施の形態においては、給電先２においては、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との間にフィルタ回路２７ｂを設けると共に、励振素子２２と整流回路２３との間にもフィルタ回路２７ａを設けるようにした。しかし、これに限るものではない。
【０１３０】
例えば、整流回路２３等において、インピーダンスを適切に保ち、励振素子２２などからの信号が通信に影響を及ぼすことがないようにすることができれば、フィルタ回路２７ａは必ずしも必要ではなく、フィルタ回路２７ｂだけを設ける構成にしてもよい。
【０１３１】
逆に、ＲＦ−ＩＤ通信部２４等において、共鳴素子２１のインピーダンスを適切に保つことができれば、スイッチ回路２７ｂは必ずしも必要ではなく、スイッチ回路２７ａだけを設ける構成にしてもよい。
【０１３２】
しかし、図１に示したように、スイッチ回路２７ａ、２７ｂを設けることにより、給電系と通信系の双方において、簡単かつ適切にインピーダンスを制御することができる。
【０１３３】
［第３の実施の形態］
この第３の実施の形態の非接触給電通信システムは、近距離無線通信を行う通信系と電力の給電を行う給電系とで、異なる制限手段を用いて、信号についての制限処理を行うようにしたものである。
【０１３４】
［給電元の構成例］
まず、この第３の実施の形態の給電元の構成例について説明する。図３、図４は、この第３の実施の形態の非接触給電通信システムの給電元の構成例を説明するための図である。なお、図３、図４において、図１、図２に示した給電元１、１Ａと同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の説明については省略する。
【０１３５】
［第３の実施の形態の給電元の第１の例］
図３は、この第３の実施の形態の非接触給電通信システムの給電先の第１の構成例を示している。
【０１３６】
図３に示したように、この第１の例の給電元１Ｂは、交流電源１１と励振素子１２との間にフィルタ回路１７ａが設けられ、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間にスイッチ回路１５ｂが設けられたものである。そして、スイッチ回路１５ｂを切替制御するための切替制御部１６が設けられている。
【０１３７】
この例において、切替制御部１６は、給電元１Ｂが例えば給電モードとされたときには、スイッチ回路１５ｂをオフにする。
【０１３８】
この場合、スイッチ回路１５ｂをオフにすることによって、共鳴素子１３とＲＦ−ＩＤ通信部１４との接続を切断し、共鳴素子１３のインピーダンスを高くすることによって、Ｑ値を高くする。これによって、共鳴素子１３の損失を低くすることができる。
【０１３９】
一方、交流電源１１からの交流電源は、フィルタ回路１７ａを通じて励振素子に供給される。フィルタ回路１７ａは、上述した第２の実施の形態のフィルタ回路１７ａと同様に、ＲＦ−ＩＤ通信部１４が用いる２．４ＧＨｚ帯の周波数ｆ２において、以下のような特性となるものとされる。
【０１４０】
すなわち、フィルタ回路１７ａは、１３．５６ＭＨｚを中心周波数とする所定の帯域幅を有し、周波数ｆ２において、励振素子１２が近距離無線通信に影響を与えないような適切なインピーダンスとなるように設計される。ここで適切なインピーダンスは、周波数ｆ２や励振素子１２の構造などにより異なる。
【０１４１】
これにより、共鳴素子１３のインピーダンスも高く保たれ、交流電源１１からの交流電力を、励振素子１２、共鳴素子１３を通じて、磁界共鳴により非接触で給電先に効率よく送電することができる。
【０１４２】
また、切替制御部１６は、給電元１Ｂが例えば通信モードとされたときには、スイッチ回路１５ｂをオンにする。この場合、共鳴素子１３とＲＦ−ＩＤ通信部１４とが接続され、共鳴素子１３のインピーダンスを低くして共鳴素子１３のＱ値を適切な値に下げる。これによって、共鳴素子１３において広帯域な周波数帯域を確保することができる。
【０１４３】
一方、励振素子１２に対しては、上述したように、交流電源１１からの交流電力が、フィルタ回路１７ａを通じて励振素子１２に供給される構成となっている。このため、フィルタ回路１７ａの機能により、交流電力が供給される励振素子１２からの信号が、共鳴素子１３を通じて行われる近距離無線通信に影響を与えないようにされる。
【０１４４】
これにより、ＲＤ−ＩＤ通信部１４が共鳴素子１３をアンテナとして用いて行う近距離通信処理も適切に行うことができるようにされる。
【０１４５】
［第３の実施の形態の給電元の第２の例］
図４は、この第３の実施の形態の非接触給電通信システムの給電元の第２の構成例を示している。
【０１４６】
図４に示したように、この第２の例の給電元１Ｃは、図３に示した第１の例の給電元１Ｂとは逆に、交流電源１１と励振素子１２との間にスイッチ回路１５ａが設けられ、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間にフィルタ回路１７ｂが設けられたものである。そして、スイッチ回路１５ａを切替制御するための切替制御部１６が設けられている。
【０１４７】
この例において、切替制御部１６は、給電元１Ｃが例えば給電モードとされたときには、スイッチ回路１５ａをオンにする。
【０１４８】
この場合、スイッチ回路１５ａをオンにすることによって、交流電源１１からの交流電力が励振素子１２に供給される。これにより、励振素子１２を通じて共鳴素子１３に交流電力が誘起され、給電先２に対して効率よく電力（交流電力）を給電することができる。
【０１４９】
一方、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３とは、フィルタ回路１７ｂを通じて接続されている。フィルタ回路１７ｂは、上述した第２の実施の形態の給電元１Ｂのフィルタ回路１７ｂの場合と同様に、交流電源１１が発生させる交流電力の周波数ｆ１（１３．５６ＭＨｚ）において、以下のような特性となるものとされる。
【０１５０】
すなわち、フィルタ回路１７ｂは、ＲＦ−ＩＤ通信部１４からの例えば２．４ＧＨｚ帯の信号を通過させる所定の周波数特性を有し、共鳴素子１３のＱ値を低下させないような十分に高いインピーダンスとなるように設計されたものである。
【０１５１】
これにより、共鳴素子１３は、Ｑ値を高く維持することができるので、上述したように、共鳴素子１３を通じて非接触で給電先に効率よく送電することができる。
【０１５２】
また、この例において、切替制御部１６は、給電元１Ｃが例えば通信モードとされたときには、スイッチ回路１５ａをオフにする。
【０１５３】
この場合、スイッチ回路１５ａがオフにされることにより、交流電源１１と励振素子１２との接続が切断され、励振素子１２に交流電力が供給されることは無い。このため、励振素子１２からの信号が、共鳴素子１３を通じて行われる近距離無線通信に影響を及ぼすことはない。
【０１５４】
一方、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３とは、フィルタ回路１７ｂを通じて接続されている。フィルタ回路１７ｂは、上述もしたように、ＲＦ−ＩＤ通信部１４からの例えば２．４ＧＨｚ帯の信号を通過させる所定の周波数特性を有し、共鳴素子１３のＱ値を低下させないような十分に高いインピーダンスとなるように設計されたものである。
【０１５５】
これにより、ＲＦ−ＩＤ通信部１４は、励振素子１２からの影響を受けることなく、共鳴素子１３をアンテナとして用いて、適切に近距離無線通信を行うことができる。
【０１５６】
このように、この第３の実施の形態の場合には、通信系と給電系とで異なる制限手段（スイッチ回路やフィルタ回路）を用いることによっても、共鳴素子１３を共用して、電力の供給と近距離無線通信とを適切に行うことができるようにされる。
【０１５７】
［給電先の構成例］
次に、この第３の実施の形態の給電先の構成例について説明する。図５、図６は、この第３の実施の形態の非接触給電通信システムの給電先の構成例を説明するための図である。なお、図５、図６において、図１、図２に示した給電先２、２Ａと同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の説明については省略する。
【０１５８】
［第３の実施の形態の給電先の第１の例］
図５は、この第３の実施の形態の非接触給電通信システムの給電先の第１の構成例を示している。
【０１５９】
図５に示したように、この第１の例の給電先２Ｂは、励振素子２２と整流回路２３との間にフィルタ回路２７ａが設けられ、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との間にスイッチ回路２５ｂが設けられたものである。そして、スイッチ回路２５ｂを切替制御するための切替制御部２６が設けられている。
【０１６０】
この例において、切替制御部２６は、給電先２Ｂが例えば給電モードとされたときには、スイッチ回路２５ｂをオフにする。
【０１６１】
この場合、スイッチ回路２５ｂをオフにすることによって、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との接続を切断し、共鳴素子２１のインピーダンスを高くすることによって、Ｑ値を高くする。これによって、共鳴素子２１の損失を低くすることができる。
【０１６２】
一方、共鳴素子２１に誘起された交流電力は、電磁結合により励振素子２２、フィルタ回路２７ａを通じて整流回路２３に供給される。なお、フィルタ回路２７ａは、上述した第２の実施の形態のフィルタ回路２７ａと同様に、ＲＦ−ＩＤ通信部２４が用いる２．４ＧＨｚ帯の周波数ｆ２において、以下のような特性となるものとされる。
【０１６３】
すなわち、フィルタ回路２７ａは、１３．５６ＭＨｚを中心周波数とする所定の帯域幅を有し、周波数ｆ２において、励振素子２２が近距離無線通信に影響を与えないような適切なインピーダンスとなるように設計される。ここで適切なインピーダンスは、周波数ｆ２や励振素子２２の構造などにより異なる。
【０１６４】
これにより、給電元１からの交流電力が、共鳴素子２１、励振素子２２、フィルタ回路１７ａを通じて、効率よく整流回路２３に供給され、直流電力に変換される。
【０１６５】
また、切替制御部２６は、給電先２Ｂが例えば通信モードとされたときには、スイッチ回路２５ｂをオンにする。スイッチ回路２５ｂをオンにすることによって、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４とを接続し、インピーダンスを低くして共鳴素子２１のＱ値を適切な値に下げる。これによって、共鳴素子２１において広帯域な周波数帯域を確保することができる。
【０１６６】
一方、整流回路２３に対しては、上述したように、励振回路２２に電磁誘導により誘起された交流電力が、フィルタ回路２７ａを通じて供給される構成となっている。このため、フィルタ回路２７ａの機能により、励振素子２２からの信号が、共鳴素子２１を通じて行われる近距離無線通信に影響を与えないようにされる。
【０１６７】
これにより、ＲＤ−ＩＤ通信部２４が共鳴素子２１をアンテナとして用いて行う近距離通信処理も適切に行うことができるようにされる。
【０１６８】
［第３の実施の形態の給電先の第２の例］
図６は、この第３の実施の形態の非接触給電通信システムの給電先の第２の構成例を示している。
【０１６９】
図６に示したように、この第２の例の給電先２Ｃは、図５に示した第２の例の給電先２Ｂとは逆に、励振素子２２と整流回路２３との間にスイッチ回路２５ａが設けられ、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との間にフィルタ回路２７ｂが設けられたものである。そして、スイッチ回路２５ａを切替制御するための切替制御部２６が設けられている。
【０１７０】
この例において、切替制御部２６は、給電先２Ｃが例えば給電モードとされたときには、スイッチ回路２５ａをオンにする。
【０１７１】
この場合、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４とは、フィルタ回路２７ｂを通じて接続されている。フィルタ回路２７ｂは、上述した第２の実施の形態の給電先２Ｂのフィルタ回路２７ｂの場合と同様に、交流電力の周波数ｆ１（１３．５６ＭＨｚ）において、以下のような特性となるものとされる。
【０１７２】
すなわち、フィルタ回路２７ｂは、ＲＦ−ＩＤ通信部２４で用いられる例えば２．４ＧＨｚ帯の信号を通過させる所定の周波数特性を有し、共鳴素子２１のＱ値を低下させないような十分に高いインピーダンスとなるように設計されたものである。
【０１７３】
そして、上述したように、スイッチ回路２５ａをオンにすることによって、給電元からの交流電力が、磁界共鳴により、給電先２Ｃの共鳴素子２１に誘起され、これが電磁結合によって、励振素子２２を通じて整流回路２３に供給される。これにより、給電元からの交流電力が、共鳴素子２１、励振素子２２、スイッチ回路２７ａを通じて、効率よく整流回路２３に供給され、直流電力に変換される。
【０１７４】
このように、共鳴素子２１は、Ｑ値を高く維持することができるので、上述したように、共鳴素子２１を通じて非接触で給電元から効率よく受電することができる。
【０１７５】
また、この例において、切替制御部１６は、給電先２Ｃが例えば通信モードとされたときには、スイッチ回路２５ａをオフにする。
【０１７６】
この場合、スイッチ回路２５ａがオフにされることにより、励振素子２２と整流回路２３との接続が切断され、励振素子２２に交流電力が供給されることは無い。このため、励振素子２２からの信号が、共鳴素子２１を通じて行われる近距離無線通信に影響を及ぼすことはない。
【０１７７】
一方、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４とは、フィルタ回路２７ｂを通じて接続されている。フィルタ回路２７ｂは、上述もしたように、ＲＦ−ＩＤ通信部２４において用いられる例えば２．４ＧＨｚ帯の信号を通過させる所定の周波数特性を有し、共鳴素子２１のＱ値を低下させないような十分に高いインピーダンスとなるように設計されたものである。
【０１７８】
これにより、ＲＦ−ＩＤ通信部２４は、励振素子２２からの影響を受けることなく、共鳴素子２１をアンテナとして用いて、適切に近距離無線通信を行うことができる。
【０１７９】
このように、この第３の実施の形態の場合には、通信系と給電系とで異なる制限手段（スイッチ回路やフィルタ回路）を用いることによっても、共鳴素子１３を共用して、電力の供給と近距離無線通信とを適切に行うことができるようにされる。
【０１８０】
［第４の実施の形態］
この第４の実施の形態の非接触給電通信システムは、近距離無線通信を行う通信系と電力の給電を行う給電系とに、スイッチ回路とフィルタ回路との双方を設けるようにしたものである。
【０１８１】
すなわち、この第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態の非接触給電通信システムと、上述した第２の実施の形態の非接触給電通信システムとを合体するようにしたものである。
【０１８２】
［第４の実施の形態の給電元の構成例］
図７は、この第４の実施の形態の非接触給電通信システムの給電元の構成例を説明するための図である。図７において、図１、図２に示した給電元１、１Ａと同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の説明については省略する。
【０１８３】
また、図８は、この第４の実施の形態の非接触給電通信システムの給電先の構成例を説明するための図である。図８において、図１、図２に示した給電先２、２Ａと同様に構成される部分には同じ参照符号を付し、その部分の説明については省略する。
【０１８４】
そして、図７に示すように、この第４の実施の形態の非接触給電通信システムの給電元１Ｄは、交流電源１１と励振素子１２との間にスイッチ回路１５ａとフィルタ回路１７ａとを設けたものである。同様に、給電元１Ｄは、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間に、スイッチ回路１５ｂとフィルタ回路１７ｂとを設けたものである。
【０１８５】
給電元１Ｄにおいて、スイッチ回路１５ａとスイッチ回路１５ｂとは、上述した第１の実施の形態の給電元１の場合と同様にして、切替制御部１６によって制御される。また、フィルタ回路１７ａとフィルタ回路１７ｂとは、上述した第２の実施の形態の給電元１Ａのフィルタ回路１７ａとフィルタ回路１７ｂと基本的に同様に構成されるものである。
【０１８６】
しかし、この第４の実施の形態の給電元１Ｄの場合には、スイッチ回路１５ａによって、励振素子１２のインピーダンスが適切に制御され、また、スイッチ回路１５ｂによって、共鳴素子１３のインピーダンスが適切に制御される。
【０１８７】
このため、フィルタ回路１７ａ、１７ｂにおいては、上述した第２の実施の形態の給電元１Ａの場合のように、励振素子１２や共鳴素子１３のインピーダンスを制御しなくてもよい。したがって、この第４の実施の形態の給電元１Ｄの場合には、通信時や給電時におけるノイズの混入などの不都合を防止し、高品位に通信や送電を行うようにすることができる。
【０１８８】
［第４の実施の形態の給電先の構成例］
また、図８に示すように、この第４の実施の形態の非接触給電通信システムの給電先２Ｄは、励振素子２２と整流回路２３との間にスイッチ回路２５ａとフィルタ回路２７ａとを設けたものである。同様に、給電先２Ｄは、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との間に、スイッチ回路２５ｂとフィルタ回路２７ｂとを設けたものである。
【０１８９】
給電先２Ｄにおいて、スイッチ回路２５ａとスイッチ回路２５ｂとは、上述した第１の実施の形態の給電先２の場合と同様にして、切替制御部２６によって制御される。また、フィルタ回路２７ａとフィルタ回路２７ｂとは、上述した第２の実施の形態の給電先２Ａのフィルタ回路２７ａとフィルタ回路２７ｂと基本的に同様に構成されるものである。
【０１９０】
しかし、この第４の実施の形態の給電先２Ｄの場合には、スイッチ回路２５ａによって、励振素子２２のインピーダンスが適切に制御され、また、スイッチ回路２５ｂによって、共鳴素子２１のインピーダンスが適切に制御される。
【０１９１】
このため、フィルタ回路２７ａ、２７ｂにおいては、上述した第２の実施の形態の給電先２Ａの場合のように、励振素子２２や共鳴素子２１のインピーダンスを制御しなくてもよい。したがって、この第４の実施の形態の給電先２Ｄの場合には、通信時や給電時におけるノイズの混入などの不都合を防止し、高品位に通信や送電を行うようにすることができる。
【０１９２】
なお、第４の実施の形態の変形例として、例えば、図７に示した給電元１Ｄの場合には、
交流電源１１と励振素子１２との間にスイッチ回路１５ａとフィルタ回路１７ａとを設ける。そして、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間には、スイッチ回路１５ｂとフィルタ回路１７ｂとのうちの一方を設けるだけにしてもよい。
【０１９３】
また、これとは逆に、給電元１Ｄにおいて、ＲＦ−ＩＤ通信部１４と共鳴素子１３との間に、スイッチ回路１５ｂとフィルタ回路１７ｂとを設ける。そして、交流電源１１と励振素子１２との間にスイッチ回路１５ａとフィルタ回路１７ａとのうちの一方を設けるだけにしてもよい。
【０１９４】
また、第４の実施の形態の変形例として、例えば、図８に示した給電先２Ｄの場合には、励振素子２２と整流回路２３との間にスイッチ回路２５ａとフィルタ回路２７ａとを設ける。そして、給電先２Ｄにおいて、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との間に、スイッチ回路２５ｂとフィルタ回路２７ｂとのうちの一方だけも設けるようにしてもよい。
【０１９５】
また、これとは逆に、給電先２Ｄにおいて、共鳴素子２１とＲＦ−ＩＤ通信部２４との間に、スイッチ回路２５ｂとフィルタ回路２７ｂとを設ける。そして、励振素子２２と整流回路２３との間にスイッチ回路２５ａとフィルタ回路２７ａとのうちの一方だけを設けるようにしてもよい。
【０１９６】
［この発明の方法への適用］
図１〜図４、図７を用いて説明した給電元において行われる給電系、通信系におけるインピーダンスの調整方法が、この発明の非接触給電通信装置におけるインピーダンスの調整方法である。
【０１９７】
また、図１、図２、図５、図６、図８を用いて説明した給電先において行われる受電系、通信系におけるインピーダンスの調整方法が、この発明の非接触受電通信装置におけるインピーダンスの調整方法である。
【０１９８】
［その他］
上述した第１〜第４の実施の形態の説明から分かるように、共鳴素子や励振素子のインピーダンスを適正な値とするために、スイッチ回路を用いたり、フィルタ回路を用いたり、あるいはその両方を組み合わせて用いたりすることができる。
【０１９９】
なお、上述した実施の形態において、非接触給電通信装置における共鳴素子は共鳴素子１３が実現し、励振素子は励振素子１２が実現し、交流電源部は交流電源１１が実現し、通信部はＲＦ−ＩＤ通信部１４が実現している。そして、第１の調整手段はスイッチ回路１５ａやフィルタ回路１７ａｇが実現し、第２の調整手段はスイッチ回路１５ｂやフィルタ回路１７ｂが実現している。
【０２００】
また、上述した実施の形態において、非接触受電通信装置における共鳴素子は共鳴素子２１が実現し、励振素子は励振素子２２が実現し、整流回路は整流回路２３が実現し、通信部はＲＦ−ＩＤ通信部２４が実現している。そして、第１の調整手段はスイッチ回路２５ａ、フィルタ回路２７ａが実現し、第２の調整手段はスイッチ回路２５ｂ、フィルタ回路２７ｂが実現している。
【０２０１】
なお、上述した実施の形態において、非接触給電通信装置における通信側調整手段はスイッチ回路１５ｂ、フィルタ回路１７ｂが実現し、給電側調整手段は、スイッチ回路１５ａ、フィルタ回路１７ａが実現している。
【０２０２】
また、上述した実施の形態において、非接触受電通信装置における通信側調整手段はスイッチ回路２５ｂ、フィルタ回路２７ｂが実現し、給電側調整手段はスイッチ回路２５ａ、フィルタ回路２７ａが実現している。
【０２０３】
なお、上述した実施の形態において、給電先は、例えば、携帯電話端末などであるものとして説明したが、これに限るものではない。例えば、携帯型の音楽再生機、携帯型ゲーム機、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、電子手帳など、充電を必要とし、かつ、近距離無線通信機能を有する種々の電子機器がこの発明における電力の供給先となり得る。
【０２０４】
また、上述した実施の形態においては、磁界共鳴方式により非接触で電力を供給する場合を例にして説明したが、磁界共鳴方式だけでなく、電界共鳴方式、電磁共鳴方式を用いて非接触で電力の供給する場合であっても、この発明を同様に適用することができる。
【０２０５】
すなわち、磁界共鳴方式の場合には、共鳴素子が発生させるエネルギーが磁界であるのに対して、電界共鳴方式で共鳴素子が発生させるエネルギーは電界の強さということになる。
【０２０６】
また、上述した実施の形態において、給電元については、交流電源と共振素子との間に励振素子を設け、また、給電先については、共鳴素子と整流回路との間に励振素子とを設けた。しかし、これに限るものではなく、電力の反射やインピーダンスの問題を調整することができれば、励振素子を用いないように構成することも可能である。
【符号の説明】
【０２０７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…給電元、１１…交流電源、１２励振素子、１３…共鳴素子、１４…ＲＦ−ＩＤ通信部、１５ａ、１５ｂ…スイッチ回路、１６…切替制御部、１７ａ、１７ｂ…フィルタ回路、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ…給電先、２１…共鳴素子、２２…励振素子、２３…整流回路、２４…ＲＦ−ＩＤ通信部、２５ａ、２５ｂ…スイッチ回路、２６…切替制御部、２７ａ、２７ｂ…フィルタ回路
【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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