(57)【要約】  送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、負荷抵抗と、前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有し、無線給電システムの簡素化、並びに、受電装置のサイズおよび消費電力を低減できるようにする。
2015083223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有する、
ことを特徴とする受電装置。
【請求項２】
前記受電コイルは、前記送電装置からの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により受け取る受電共振コイルである、
ことを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記受電制御器は、
前記送電装置からの電力により前記二次電池の充電を行う本送電において、
前記二次電池が充電可能な場合には、前記受電コイルによる受電電圧を前記二次電池に印加されるように、
前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電電圧が前記負荷抵抗および前記二次電池のいずれにも印加されないように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記受電制御器は、
前記送電装置からの電力により前記二次電池の充電を行う本送電において、
前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電電圧が、それぞれの受電装置に特有の抵抗値を有する受電装置識別抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載の受電装置。
【請求項５】
前記二次電池の充電が完了した場合は、前記二次電池が満充電になった場合である、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の受電装置。
【請求項６】
前記受電制御器は、
前記本送電の前に行うテスト送電の初期状態、および、通常使用状態において、
前記受電電圧が前記負荷抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項７】
前記本送電は、前記テスト送電が開始してから第１時間後に開始され、
前記受電制御器は、
前記受電電圧が、前記テスト送電における第１電圧の状態で前記第１時間だけ経過したら前記本送電を認識し、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項８】
前記受電制御器は、
前記テスト送電が開始してからの時間をカウントするタイマと、
前記タイマにより、前記テスト送電が開始してから前記第１時間だけ経過したら、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御するマイクロコントローラと、を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の受電装置。
【請求項９】
前記本送電は、前記テスト送電が開始してから第１時間後に開始され、
前記受電制御器は、
前記受電電圧が、前記テスト送電における第１電圧と前記本送電における第２電圧の間の閾値電圧を超えたら前記本送電を認識し、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項１０】
前記受電制御器は、
前記受電電圧と前記閾値電圧を比較するコンパレータと、
前記コンパレータにより、前記テスト送電が開始してから前記受電電圧が前記閾値電圧を超えたら、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御するマイクロコントローラと、を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載の受電装置。
【請求項１１】
さらに、
前記受電コイルからの電力を整流して前記受電電圧を出力する整流回路と、
前記受電電圧を受け取って前記二次電池を充電する電力信号を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、を有し、
前記開閉器は、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間に設けられる、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項１０のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項１２】
前記マイクロコントローラは、
前記受電電圧および前記電力信号を受け取り、前記開閉器に対して制御信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の受電装置。
【請求項１３】
前記負荷抵抗の抵抗値は、
前記二次電池を充電しているときの抵抗値に基づいて決められる、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項１４】
複数の受電装置に対して、電力を無線により伝送する送電コイルを有する送電装置であって、
それぞれの受電装置は、
送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有し、
テスト送電を開始してから第１時間後に本送電を開始し、前記送電コイルからの波形に従って充電対象となる前記受電装置の個数を認識して、前記本送電の条件を制御する送電制御器、を有する、
ことを特徴とする送電装置。
【請求項１５】
前記送電制御器は、
前記送電コイルのインピーダンス特性を記憶するメモリを含み、
前記送電コイルからの波形を、前記メモリに格納された情報を参照することで、充電対象となる前記受電装置の個数を認識する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の送電装置。
【請求項１６】
それぞれの前記受電装置は、その受電装置に特有の抵抗値を有する受電装置識別抵抗を有し、
前記受電制御器は、前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電コイルによる受電電圧を、前記受電装置識別抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御し、
前記送電制御器は、
前記二次電池の充電が完了した前記受電装置を、その受電装置に特有の抵抗値を有する前記受電装置識別抵抗に基づく、前記送電コイルからの波形変化により特定する、
ことを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の送電装置。
【請求項１７】
送電装置と、
前記送電装置からの電力を無線により受け取る複数の受電装置と、を有する無線給電システムであって、
それぞれの前記受電装置は、
前記送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有し、
前記送電装置は、
前記複数の受電装置に対して、電力を無線により伝送する送電コイルと、
テスト送電を開始してから第１時間後に本送電を開始し、前記送電コイルからの波形に従って充電対象となる前記受電装置の個数を認識して、前記本送電の条件を制御する送電制御器と、を有する、
ことを特徴とする無線給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願で言及する実施例は、受電装置、送電装置および無線給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源の供給や二次電池の充電を行うために、無線で電力を給電する技術が注目されている。例えば、携帯端末やノートパソコンを始めとした様々な電子機器や家電機器、或いは、電力インフラ機器に対して、無線で電力を給電する無線給電システム(ワイヤレス電力伝送システム)が研究・開発されている。具体的に、携帯電話やスマートフォンといったモバイル電子機器では、無線給電技術の普及が進んでいる。【０００３】
ところで、数Ｗクラス以上の電力を、数ｃｍ〜数十ｃｍ離れた距離で無線伝送する方式としては、送受信装置にコイルを適用した磁界結合方式が一般的である。この磁界による伝送方式としては、例えば、電磁誘導方式、並びに、近年米国ＭＩＴ(マサチューセッツ工科大学：Massachusetts Institute of Technology)により提案された磁界共鳴方式が知られている。【０００４】
さらに、電磁誘導方式としては、例えば、ＷＰＣ(ワイヤレスパワーコンソーシアム：Wireless Power Consortium)により策定されたＱｉ(チー)規格がある。また、磁界共鳴方式としては、例えば、Ａ４ＷＰ(アライアンスフォーワイヤレスパワー：Alliance for WirelessPower)によるＷｉＰｏｗｅｒ規格がある。【０００５】
このように、送受信装置にコイルを適用した磁界結合方式は、実用化フェーズにある数Ｗクラスの小型電子機器を始めとして、１００Ｗ超の家電機器をターゲットとした標準化策定が進められている。また、自動車メーカを中心に電気自動車に対する数ｋＷ超の無線給電技術についても開発が進められている。【０００６】
これらの無線給電システムでは、発熱等の安全性や効率面での条件最適化を目的として、送受電装置間で何らかの通信手段を利用してエネルギー伝送を行うのが一般的である。【０００７】
すなわち、上述したＱｉ規格では、例えば、受電装置側で負荷への接続をオン／オフさせてエネルギー伝送波形を変調させるインバンド方式が採用されている。また、ＷｉＰｏｗｅｒ規格では、例えば、送受電装置の双方にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信機器を搭載して情報を双方向でやり取りするアウトバンド方式が採用されている。【０００８】
なお、本明細書では、主として磁界共鳴(磁界共振)を利用した無線給電(ワイヤレス電力伝送)を例として説明するが、後に詳述する本実施例の適用は、磁界共鳴に限定されず、電界共鳴(電界共振)等を利用した無線給電に対しても適用することができる。【０００９】
従来、無線で電力を給電する無線給電技術としては、様々な提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−０９０４８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２８７３７５号公報
【特許文献３】特開２００６−００６９４８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Andre KURS et al., "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances," SCIENCE Vol.317, pp.83-86, July 6, 2007
【非特許文献２】Aristeidis KARALIS et al., "Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer," Cornel University Library, arXiv:physics/0611063v2 [physics.optics], (Journal-ref: Annals of Physics, vol.323, No.1, pp.34-48, January 2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
無線給電技術は、前述した携帯端末を始めとした電子機器や家電機器、或いは、電気自動車等に加え、例えば、数十ｍＷクラスの小型センサや小型デバイスに対するものとしても注目されている。例としては、壁に埋め込まれた各種センサや体内に装着された医療機器等に対して無線で給電するものが挙げられる。【００１３】
従来、このような壁に埋め込まれたセンサや体内に装着された医療機器等は、例えば、定期的に電池交換を行っているが、設備の運用や人体への負担を考えると、無線給電技術を適用することによるメリットは大きい。【００１４】
このような壁に埋め込まれたセンサや体内に装着された医療機器等は、特に、受電装置のサイズに関する制約が大きく、例えば、受電装置から通信回路部を削除することができれば、受電装置のサイズや消費電力を低減することができる。【００１５】
しかしながら、複数の受電装置に対して同時に給電する場合、例えば、個々の受電装置の特性差によって二次電池の充電特性に差が生じるため、受電装置から通信回路部を削除すると、それぞれの受電装置の二次電池を適切に充電することが困難になる。これは、磁界共鳴や電界共鳴を利用した給電(電力伝送)に限定されるものではなく、例えば、電磁誘導や電界誘導を利用して給電を行う場合にも問題になる。【００１６】
この出願は、上述した課題に鑑み、無線給電システムの簡素化、並びに、受電装置のサイズおよび消費電力を低減することができる受電装置、送電装置および無線給電システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一実施形態によれば、受電コイルと、二次電池と、負荷抵抗と、開閉器と、受電制御器と、を有する受電装置が提供される。【００１８】
前記受電コイルは、送電装置からの電力を無線により受け取り、前記二次電池は、前記受電コイルからの電力により充電を行う。前記開閉器は、前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する。前記受電制御器は、前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する。
【発明の効果】
【００１９】
開示の受電装置、送電装置および無線給電システムは、無線給電システムの簡素化、並びに、受電装置のサイズおよび消費電力を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、無線給電システムの一例を概略的に示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その１)である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その２)である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その３)である。
【図３】図３は、無線給電システムを模式的に示すと共に、受電装置の一構成例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、無線給電システムの第１実施例を説明するための図(その１)である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、無線給電システムの第１実施例を説明するための図(その２)である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、無線給電システムの第１実施例を説明するための図(その３)である。
【図５】図５は、送電装置側の共振コイルのインピーダンス変化を説明するための図である。
【図６】図６は、無線給電システムの第１実施例における受電制御器の例を示すブロック図である。
【図７】図７は、無線給電システムの第１実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。
【図８】図８は、無線給電システムの第１実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、無線給電システムの第２実施例における受電制御器の例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、無線給電システムの第２実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。
【図１１】図１１は、無線給電システムの第２実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１２は、無線給電システムの第３実施例における受電装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、受電装置、送電装置および無線給電システムの実施例を詳述する前に、無線給電システム(ワイヤレス電力伝送システム)の例を、図１〜図３を参照して説明する。
【００２２】
図１は、無線給電システムの一例を概略的に示すブロック図であり、１つの送電装置および１つの受電装置を示すものである。図１において、参照符号１は送電装置(一次側：送電側)を示し、２は受電装置(二次側：受電側)を示す。
【００２３】
図１に示されるように、送電装置(送電器)１は、ワイヤレス送電部(送電コイル)１１、高周波電源部１２、送電制御部１３および送電通信回路部１４を含む。また、受電装置(受電器)２は、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１、受電回路部(整流部)２２、受電制御部２３および受電通信回路部２４を含む。
【００２４】
ワイヤレス送電部１１は、電力供給コイル１１ｂおよび送電共振コイル１１ａを含み、また、ワイヤレス受電部２１は、受電共振コイル２１ａおよび電力取出コイル２１ｂを含む。
【００２５】
図１に示されるように、送電装置１と受電装置２は、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａの間の磁界共鳴(磁界共振)により、送電装置１から受電装置２へエネルギー(電力)の伝送を行う。なお、送電共振コイル１１ａから受電共振コイル２１ａへの電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴(電界共振)等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
【００２６】
送電装置１と受電装置２は、送電通信回路部１４と受電通信回路部２４により、通信(近距離通信)を行う。ここで、送電装置１の送電共振コイル１１ａと受電装置２の受電共振コイル２１ａによる電力の伝送距離は、例えば、送電通信回路部１４と受電通信回路部２４による通信距離よりも短く設定される。
【００２７】
また、送電共振コイル１１ａおよび受電共振コイル２１ａによる電力伝送は、送電通信回路部１４および受電通信回路部２４による通信とは独立した方式(Out-band通信)になっている。
【００２８】
具体的に、送電共振コイル１１ａおよび受電共振コイル２１ａによる電力伝送は、例えば、６．７８ＭＨｚの周波数帯域を使用し、送電通信回路部１４および受電通信回路部２４による通信は、例えば、２．４ＧＨｚの周波数帯域を使用する。
【００２９】
この送電通信回路部１４および受電通信回路部２４による通信としては、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやブルートゥース(Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）)を利用することができる。
【００３０】
なお、上述した無線給電システムは、例えば、使用する周波数の波長程度の距離の近傍界(near field)において、送電装置１の送電共振コイル１１ａと、受電装置２の受電共振コイル２１ａによる磁界共鳴または電界共鳴を利用して電力の伝送を行う。従って、電力伝送範囲(送電圏)ＰＲは、電力伝送に使用する周波数に従って変化する。
【００３１】
高周波電源部１２は、電力供給コイル１１ｂに対して電力を供給し、電力供給コイル１１ｂは、その電力供給コイル１１ｂの至近に配設された送電共振コイル１１ａに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。送電共振コイル１１ａは、受電共振コイル２１ａとの間に磁場共鳴を生じさせる共振周波数により、受電共振コイル２１ａ(受電装置２)に電力を伝送する。
【００３２】
受電共振コイル２１ａは、その受電共振コイル２１ａの至近に配設された電力取出コイル２１ｂに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。電力取出コイル２１ｂには受電回路部２２が接続され、所定の電力が取り出される。なお、受電回路部２２からの電力は、例えば、二次電池２５の充電、或いは、受電装置２の回路(負荷)に対する電源出力等として利用される。
【００３３】
ここで、送電装置１の高周波電源部１２は、送電制御部１３により制御され、また、受電装置２の受電回路部２２は、受電制御部２３により制御される。そして、送電制御部１３および受電制御部２３は、例えば、送電通信回路部１４および受電通信回路部２４を介して接続され、送電装置１から受電装置２への電力伝送の様々な制御を行うようになっている。
【００３４】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図である。ここで、図２Ａおよび図２Ｂは、３コイル構成の例を示し、図２Ｃは、２コイル構成の例を示す。
【００３５】
すなわち、図１に示す無線給電システムでは、ワイヤレス送電部１１が電力供給コイル１１ｂおよび送電共振コイル１１ａを含み、ワイヤレス受電部２１が受電共振コイル２１ａおよび電力取出コイル２１ｂを含んでいる。
【００３６】
これに対して、図２Ａの例では、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１を１つのコイル(受電共振コイル：ＬＣ共振器)２１ａとし、図２Ｂの例では、ワイヤレス送電部(送電コイル)１１を１つのコイル(送電共振コイル：ＬＣ共振器)１１ａとしている。
【００３７】
さらに、図２Ｃの例では、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１を１つの受電共振コイル２１ａとし、さらに、ワイヤレス送電部(送電コイル)１１も１つの送電共振コイル１１ａとしている。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、単なる例であり、様々に変形することができるのはいうまでもない。
【００３８】
図３は、無線給電システムを模式的に示すと共に、受電装置の一構成例を示す図であり、送電共振コイル１１ａ(送電コイル１１：送電装置１)により複数の受電装置２に対して電力伝送を行っている様子を示す。
【００３９】
ここで、図３において、受電装置２は、例えば、体内３に装着された医療機器、具体的には、心臓３に装着されたペースメーカを示している。なお、受電装置２としては、壁(３)に埋め込まれた温度センサ、或いは、土壌(３)などに散布される各種センサや微細装置等の様々なものであってもよい。
【００４０】
図３に示されるように、受電装置２は、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１、受電回路部２２、受電制御部２３、受電通信回路部２４、二次電池２５、および、装置部２６を有する。
【００４１】
ワイヤレス受電部２１は、受電共振コイル２１ａおよび電力取出コイル２１ｂを含み、受電回路部２２は、整流回路２２ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂを含む。装置部２６は、ドライバ２６ａおよびデバイス２６ｂを含む。
【００４２】
ここで、図３に示す受電装置２は、例えば、前述した図１を参照して説明した受電装置に相当するものであり、図３では、図１における受電回路部２２が整流回路２２ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに分けて描かれている。
【００４３】
また、図３に示す受電装置２では、二次電池２５の出力電圧が与えられる装置部２６(ドライバ２６ａおよびデバイス２６ｂ)が描かれているが実質的には同等のものである。なお、図３の受電装置２における受電通信回路部２４は、例えば、図１の送電装置１における送電通信回路部１４との間で通信を行うためのものである。
【００４４】
ところで、例えば、体内に装着された医療機器や壁に埋め込まれた各種センサは、人体への負担や設備の運用を考えると、無線給電技術を適用することによるメリットが大きい。このような体内に装着された医療機器等は、特に、受電装置のサイズに関する制約が大きく、また、給電頻度といった運用面を考えると、極力低消費電力であるのが好ましい。
【００４５】
従って、無線給電を可能とした上で、受電装置から通信回路部を簡素化または削除することができれば、受電装置のサイズや消費電力を低減することができる。この消費電力の低減は、例えば、二次電池のサイズを抑えることにも繋がり、より一層好ましいものになる。
【００４６】
なお、例えば、壁に埋め込まれたセンサからのデータを無線回路によりホスト装置へ送信するシステムにおいても、受電処理時に使用する受電通信回路部を削除してデータ送信用の無線回路だけにすれば、サイズや消費電力を低減するメリットは期待できる。
【００４７】
ところで、例えば、複数の受電装置に対して同時に給電する場合、個々の受電装置の特性差によって二次電池が短時間で満充電に達するものとそうでないものが混在することになる。
【００４８】
ここで、二次電池の充電特性の差は、製造上の誤差に起因するものだけではなく、例えば、送電装置と受電装置の相対的な位置関係や送電(給電)効率の違い、或いは、個々の受電装置における消費電力の違いといった様々なものに起因している。
【００４９】
そのため、通信機能がないと、送電装置側が受電装置側の状態を検知して送電条件を適応的に切り替えるのが困難になっている。これは、磁界共鳴や電界共鳴を利用した電力伝送に限定されるものではなく、たとえば、電磁誘導や電界誘導を利用して電力伝送を行う場合にも問題になる。
【００５０】
なお、後述する本実施例の適用は、例えば、送電装置に対して、受電装置の個数および位置が概ね固定された無線給電システムが好ましいが、必ずしもそのような受電装置の個数および位置が決められた無線給電システムに限定されるものではない。
【００５１】
さらに、本実施例が適用される受電装置は、体内に装着された医療機器や壁に埋め込まれたセンサ等に限定されるものではなく、また、必ずしも二次電池を介して装置部を駆動するのに限定されるものでもない。
【００５２】
以下、受電装置、送電装置および無線給電システムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。なお、以下に説明する各実施例において、送電コイル(ワイヤレス送電部)１１および受電コイル(ワイヤレス受電部)２１は、例えば、図２Ａ〜図２Ｃを参照して説明した様々な構成を適用することができる。
【００５３】
図４Ａ〜図４Ｃは、無線給電システムの第１実施例を説明するための図である。図４Ａ〜図４Ｃにおいて、参照符号１は、送電装置を示し、２-1〜２-Nは、受電装置を示し、受電装置２-1〜２-Nは、全て同等の構成とされている。
【００５４】
以下の記載では、簡略化のために、主として、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-Nに注目して説明する。すなわち、図４Ａは、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-N(例えば、全ての受電装置２-1〜２-N)が通常使用状態、並びに、テスト送電(モード)のときを示す。
【００５５】
また、図４Ｂは、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-N(例えば、全ての受電装置２-1〜２-N)が充電状態のときを示す。さらに、図４Ｃは、第１受電装置２-1が満充電で第Ｎ受電装置２-Nが充電状態のとき、例えば、１つの受電装置２-1が満充電になり、他の受電装置２-2が〜２-Nが未だ満充電にはならずに充電状態を継続しているときを示す。
【００５６】
送電装置１は、電力供給コイル１１ｂおよび送電共振コイル１１ａを含むワイヤレス送電部(送電コイル)１１、アンプ１５、整合回路１６および送電制御器(メモリを含む)１７を備える。
【００５７】
各受電装置２(２-1〜２-N)において、スイッチ(開閉器)２８は、受電制御器２７からのスイッチ制御信号Ｓｓに従って、整流回路２２ａの出力(受電電圧Ｖｒ)を、ダミー負荷抵抗(負荷抵抗)２９およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替え可能に接続する。
【００５８】
受電制御器２７には、整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの出力(充電電力：電力信号)Ｐｃを受け取り、スイッチ制御信号Ｓｓによりスイッチ２８のスイッチングを制御する。
【００５９】
すなわち、第１実施例の無線給電システムは、各受電装置２(２-1〜２-N)において、整流回路２２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの間に３経路スイッチ２８が設けられている。
【００６０】
そして、スイッチ２８の切り替えにより、通常時(通常使用状態とテスト送電の初期状態)には、整流回路２２ａの出力(受電電圧Ｖｒ)をダミー負荷抵抗２９に接続し、二次電池２５を充電する本送電では、整流回路２２ａの出力をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに接続する。
【００６１】
さらに、二次電池２５の満充電時には、スイッチ２８の切り替えにより、整流回路２２ａの出力をオープンまたは高インピーダンス抵抗に接続する。すなわち、スイッチ２８は、受電制御器２７からのスイッチ制御信号Ｓｓにより制御され、各動作フェーズに応じた切り替え処理を行うようになっている。
【００６２】
ここで、受電制御器２７は、整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂからの充電電力Ｐｃをモニタし、スイッチ２８に対してスイッチ制御信号Ｓｓを出力して制御を行うようになっている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂからの充電電力Ｐｃのモニタは、定電圧出力なので実際には電流をモニタすればよい。
【００６３】
受電制御器２７は、例えば、受電装置２に設けられたセンサやデバイスの動作制御に使用するものを併用してもよく、また、ダミー負荷抵抗２９は、既知の値(例えば、二次電池２５の充電時のインピーダンス)に設定すればよい。ただし、例えば、テスト送電において、受電装置２の状態検知に適するように、極端に高い値や低い値に設定するのは避けるのが好ましい。
【００６４】
送電制御器１７は、送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形を受け取って、アンプ制御信号Ｓａによりアンプ１５の出力を制御し、マッチング制御信号Ｓｍにより整合回路１６の切り替えを制御する。
【００６５】
すなわち、送電制御器１７は、電力供給コイル１１ｂの電圧や電流波形をモニタリングし、その結果から得られた入力インピーダンス特性と内部のメモリに格納された情報を参照することで、充電対象となる受電装置２の個数等を判定する機能を有している。以下、図４Ａ〜図４Ｃを参照して詳述する。
【００６６】
図４Ａに示されるように、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-Nが通常使用状態のとき、各受電装置２(２-1，２-N)において、スイッチ２９はダミー負荷抵抗２９に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂとの接続は遮断されている。
【００６７】
なお、通常使用状態のとき、各受電装置２における二次電池２５は、例えば、図３を参照して説明した装置部２６(ドライバ２６ａおよびデバイス２６ｂ)に電力を与え、所定の処理が行われる。また、各受電装置２におけるスイッチ２９は、通常使用状態とテスト送電の初期状態において、同じ接続状態になっている。
【００６８】
一方、送電装置１は、各受電装置２が通常使用状態のときは停止しており、充電を開始する場合には、まず、テスト送電モードを立ち上げてから本送電(モード)になって、受電装置２に対する電力の伝送(給電)を行う。
【００６９】
すなわち、図４Ａに示されるように、送電装置１において、送電制御器１７は、アンプ制御信号Ｓａによりアンプ１５を制御してテスト送電モード用の電力を、整合回路１６を介して送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)に与える。
【００７０】
送電コイル１１(送電共振コイル１１ａ)からの電力は、Ｎ個の受電装置２-1〜２-Nにおける受電コイル２１(受電共振コイル２１ａ)に向けて出力される。このテスト送電モードの初期状態において、各受電装置２(２-1，２-N)のスイッチ２９はダミー負荷抵抗２９に接続され、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒはダミー負荷抵抗２９に印加される。
【００７１】
送電装置１では、テスト送電モードでテスト送電を開始すると、送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形を検出し、インピーダンスをメモリ照合する。すなわち、送電装置１において、送電制御器１７は、電力供給コイル１１ｂからのコイル波形信号Ｆｃを受け取り、内蔵メモリを参照することで、受電装置２-1〜２-Nの個数等を認識し、本送電モードを立ち上げて、所定の電力による本送電を開始する。
【００７２】
ここで、ダミー負荷抵抗２９は、例えば、二次電池２５のインピーダンスに相当するような値に設定される。また、テスト送電時の電力供給コイル１１ｂの波形(電圧波形や電流波形)から求められる入力インピーダンス特性(電圧や電流の振幅またはそれらの位相差等)を検出して内蔵メモリに記録されている特性と照合してもよい。
【００７３】
各受電装置２では、受電制御器２７が整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒを検知してから一定時間経過すると、或いは、受電電圧Ｖｒが所定の閾値電圧を超えると、スイッチ２９の接続をダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替える。
【００７４】
すなわち、図４Ｂに示されるように、各受電装置２では、スイッチ２９の接続をダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替えて、整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒをＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに印加する。
【００７５】
このようにして、各受電装置２に対する給電、すなわち、各受電装置２の二次電池２５に対する充電が進行すると、例えば、第１受電装置２-1が満充電となり、第Ｎ受電装置２-Nが未だ満充電にはならずに充電状態を継続する状態が生じる。
【００７６】
すなわち、図４Ｃに示されるように、例えば、第１受電装置２-1において、充電電力Ｐｃにより受電制御器２７が満充電を検出すると、スイッチ２８をオープン(ダミー負荷抵抗２９およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂのいずれにも接続しない)状態に切り替える。
【００７７】
なお、例えば、第Ｎ受電装置２-Nにおいて、充電電力Ｐｃにより受電制御器２７が未だ満充電ではないと判定すれば、スイッチ２９の接続を維持して整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒをＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに印加して充電を継続する。
【００７８】
一方、送電装置１において、送電制御器１７は、電力供給コイル１１ｂからのコイル波形信号Ｆｃにより波形の変化を検出したらメモリを参照して、例えば、充電対象になる受電装置の数を推定し、アンプ制御信号Ｓａおよびマッチング制御信号Ｓｍを制御する。
【００７９】
すなわち、送電制御器１７は、アンプ制御信号Ｓａおよびマッチング制御信号Ｓｍにより、推定した受電装置の数に適したアンプ１５による出力、および、整合回路１６の切り替えを制御する。なお、送電装置１は、例えば、推定した受電装置の数が所定数以下になったら、或いは、本送電による充電処理が所定時間経過したら充電処理を停止、すなわち、送電を停止する。
【００８０】
そして、各受電装置２では、例えば、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒが検出されなくなったら給電(充電)終了と判断して、スイッチ２８の接続をダミー負荷抵抗２９に切り替えて通常動作状態に戻る。
【００８１】
このように、本実施例では、本送電を行う前に、受電装置２が二次電池２５に相当するインピーダンスを有する校正用のダミー負荷抵抗２９に接続した状態でテスト送電を行う。
【００８２】
このテスト送電時の送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形から求められる特性(入力インピーダンス等)を検出して、メモリに記録された受電装置の特性と照合する。そして、例えば、テスト送電が一定時間経過した後、受電装置２のスイッチ２９の接続を二次電池２５側(ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ)に切り替えて本送電を行う。
【００８３】
本送電中に満充電になった場合、受電装置２(２-1)では、スイッチ２８を制御して充電経路をオープンにする。このとき、送電装置１では、入力インピーダンス変化に応じて送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形が変化する。これより、充電対象になる二次電池２５の数(充電を行う受電装置の数)を、メモリを参照することで推定し、送電電力や整合回路の調整および切り替えを適切に行うことができる。
【００８４】
なお、図１２を参照して後述するように、スイッチ２８を制御して充電経路をオープンにする代わりに、予め抵抗値が既知の高インピーダンス抵抗に接続して、満充電になった受電装置の特定を行うこともできる。
【００８５】
また、本実施例の適用は、例えば、送電装置１に対して、受電装置２(２-1〜２-N)の個数および位置が概ね固定された無線給電システムが好ましいが、必ずしもそのような受電装置の個数および位置が決められた無線給電システムに限定されるものではない。
【００８６】
このように、第１実施例の無線給電システムによれば、受電処理時に使用する受電通信回路部を削除して、無線給電システムの簡素化、並びに、受電装置のサイズおよび消費電力を低減することが可能になる。なお、この効果は、他の実施例でも同様に発揮される。
【００８７】
図５は、送電装置側の共振コイルのインピーダンス変化を説明するための図であり、送電共振コイル１１ａ(送電コイル１１，電力供給コイル１１ｂ)および受電共振コイル２１ａ(受電コイル２１，電力取出コイル２１ｂ)を等価回路で示したものである。ここで、入力インピーダンスＺinを、送電コイル１１の入力口で定義する。
【００８８】
なお、参照符号Ｃ1，Ｌ1，Ｒ1，Ｉ1は、送電共振コイル１１ａにおける等価的な容量，インダクタンス，抵抗，電流の値を示し、Ｃ2，Ｌ2，Ｒ2，Ｉ2は、受電共振コイル２１ａにおける等価的な容量，インダクタンス，抵抗，電流の値を示す。また、参照符号RLは、受電装置２における負荷の値、Ｖinは、送電共振コイル１１ａの入力電圧、そして、Ｍは、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａ間の伝送効率を示す。
【００８９】
送電共振コイル１１ａおよび受電共振コイル２１ａ(送受電コイル)に関して回路方程式を立式すると、
(Ｒ1＋ｊωＬ1＋１／ｊωＣ1)×Ｉ1＋ｊωＭＩ2＝Ｖin
ｊωＭＩ1＋(Ｒ2＋ｊωＬ2＋１／ｊωＣ2＋ＲL)×Ｉ2＝０
【００９０】
上記の連立方程式からＩ1が求められるので、以下の式から入力インピーダンスＺinを得ることができる。
Ｚin＝Vin／I1＝(R1＋jωL1＋1／jωC1)×I1+(ωM)2／(R2＋jωL2＋1／jωC2＋RL)
【００９１】
従って、送電装置１の内部において、入力電圧Ｖinと電流Ｉ1を計測すれば、インピーダンスＺinを求めることができ、例えば、送電制御器１７に内蔵したメモリの内容と比較(参照)することで、受電装置２における各種情報を認識することができる。
【００９２】
すなわち、Ｚinの右辺には、受電装置２側の負荷ＲLが含まれるため、この値が変化すればＺinも変化する。なお、受電コイル２１(受電共振コイル２１ａ：受電装置)の個数が増えた場合も、同様に、インピーダンスＺinから複数の受電装置２-1〜２-Nにおける各種情報を認識することが可能になる。
【００９３】
図６は、無線給電システムの第１実施例における受電制御器の例を示すブロック図である。図６に示されるように、第１実施例における受電制御器２７は、マイクロコントローラ２７１、デジタル入出力部(ＤＩＯ)２７２、アナログ−デジタル変換器(ＡＤＣ)２７３、メモリ２７４およびタイマ２７５を含む。
【００９４】
ＡＤＣ２７３は、整流回路２２ａからの受電電圧(アナログ値)ＶｒおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂからの充電電力(アナログ値)Ｐｃを受け取ってデジタル値に変換してマイクロコントローラ２７１に出力する。
【００９５】
マイクロコントローラ２７１は、メモリ２７４およびタイマ２７５から情報を受け取って各種制御を行う。なお、ＤＩＯ２７２は、マイクロコントローラ２７１からの信号を受け取ってスイッチ制御信号Ｓｓをスイッチ２８に出力する。
【００９６】
図７は、無線給電システムの第１実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。なお、参照符号Ｆｃは、送電装置１における送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形を示し、Ｖｒは、整流回路２２ａの出力電圧(受電電圧)を示し、Ｓｓは、受電制御器２７(マイクロコントローラ２７１)から出力されるスイッチ制御信号を示す。
【００９７】
第１実施例の無線給電システムにおいて、受電制御器２７のマイクロコントローラ２７１は、ＡＤＣ２７３を介して入力される受電電圧Ｖｒをモニタして、テスト送電が開始されてから所定時間(Ｘ秒)後に本送電に切り替えるようになっている。
【００９８】
例えば、マイクロコントローラ２７１は、受電電圧Ｖｒの電圧レベルがＶ0になったことを検知すると、時間Ｔ0からテスト送電が開始されたことを認識し、タイマ２７５による時間計測を開始する。そして、タイマ２７５により計測された時間が、所定のＸ秒を超えると、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。
【００９９】
すなわち、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒの印加を、ダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂへ切り替えて、二次電池２５への充電(本送電)の準備を行う。なお、本送電が開始されると、受電電圧Ｖｒの電圧レベルは、テスト送電のＶ0から所定の充電電圧Ｖ1に変化する。
【０１００】
また、マイクロコントローラ２７１は、例えば、充電電力Ｐｃをモニタして、二次電池２５が満充電になったのを検知したら、受電電圧Ｖｒをダミー負荷抵抗２９に印加するように、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。
【０１０１】
或いは、マイクロコントローラ２７１は、例えば、受電電圧Ｖｒをモニタして、送電装置１が送電を停止したことを検知したら、受電電圧Ｖｒをダミー負荷抵抗２９に印加するように、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。
【０１０２】
図８は、無線給電システムの第１実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。ここで、受電装置２-1〜２-Nは、すべて同等の処理を行うため、以下の記載では、受電装置２-1に注目して説明を行う。
【０１０３】
まず、受電装置２-1(２-1〜２-N)は、通常使用状態の場合、すなわち、二次電池２５に蓄えられた電力を使用している場合、スイッチ２８はダミー負荷抵抗２９に接続されている(ステップＳＴ２０)。
【０１０４】
無線給電処理(充電処理)が開始すると、送電装置１は、本送電(充電)モードにおける本送電を行う前に、受電装置２-1〜２-Nが所定の位置に所定の個数だけ在るかどうかといった確認を行うためのテスト送電モードにおけるテスト送電を行う。
【０１０５】
すなわち、テスト送電モードにおいて、送電装置１は、例えば、送電制御器１７からの指示によってアンプ１５の出力と整合回路１６をテスト送電モードの設定にして(ステップＳＴ１０)、テスト送電を開始する(ステップＳＴ１１)。
【０１０６】
このとき、上述したように、受電装置２-1は、テスト送電時の初期状態としてスイッチ２８がダミー負荷抵抗２９に接続されているため、送電装置１との間で比較的小電力のテスト送電を行うことが可能になる。
【０１０７】
そして、受電装置２-1は、受電制御器２７により受電電圧Ｖｒを検出し(ステップＳＴ２１：ＹＥＳ)、所定の受電電圧(例えば、図７における電圧レベルＶ0)が予め定められたＸ秒経過するかどうかを判定する(ステップＳＴ２２)。
【０１０８】
すなわち、受電装置２-1において、所定の受電電圧が検出され(ステップＳＴ２１：ＹＥＳ)、その状態がＸ秒経過した(ステップＳＴ２２：ＹＥＳ)と判定すると、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ(二次電池２５)に接続する。
【０１０９】
送電装置１では、例えば、送電制御器１７が電力供給コイル１１ｂのインピーダンスを検出し(ステップＳＴ１２)、メモリを参照して(ステップＳＴ１３)検出されたインピーダンス特性から受電装置２-1〜２-Nの確認を行う。
【０１１０】
すなわち、送電装置１側において、電力供給コイル１１ｂ(ワイヤレス送電部１１)の波形をモニタリングしてメモリ情報と参照することで、受電装置２-1〜２-Nが所定の位置に所定の個数だけ在るかどうかの判断を行ってテスト送電を停止する(ステップＳＴ１４)。
【０１１１】
なお、テスト送電では、比較的小電力の送電を行うが、これに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂを経由して二次電池２５へ給電する本送電の場合には、設定出力電圧(Ｖ)と負荷(ＲＬ)で決まる所定の電力(Ｖ2／ＲＬ)を給電することになる。
【０１１２】
また、仮に、二次電池２５が満充電であった場合でも、所定のインピーダンス特性を示すため、送電装置１側でコイルの波形をモニタリングしてメモリ情報を参照することで、受電装置が所定の位置や個数であるかを判断することが容易に行うことができる。
【０１１３】
以上において、送電装置１では、テスト送電モードは、例えば、予め決められた時間(Ｘ秒)が経過すると本送電モードに移行する。また、受電装置２-1(２-1〜２-N)では、所定の受電電圧が検出された状態がＸ秒経過した場合にスイッチ２８を二次電池２５(ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ)に切り替える。
【０１１４】
次に、本送電モードにおいて、送電装置１は、テスト送電モードで得られた結果に基づいてアンプ１５と整合回路１６の設定を行い、所定の電力で送電を開始する(ステップＳＴ１５)。ここで、送電制御器１７は、コイル波形(電力供給コイル１１ｂの波形)のモニタリングを継続して行う。
【０１１５】
一方、受電装置２-1では、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ(二次電池２５)への接続に切り替える。その後、受電制御器２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの出力電力(充電電力)Ｐｃのモニタリング(ステップＳＴ２４)および整流回路２２ａの出力電圧(受電電圧)Ｖｒのモニタリング(ステップＳＴ２５)を行う。
【０１１６】
充電電力Ｐｃのモニタリングにより満充電を検出した場合(ステップＳＴ２５：ＹＥＳ)には、スイッチ２８をオープンとし(ステップＳＴ２６)、すなわち、スイッチ２８をダミー負荷抵抗２９にもＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂにも接続しないように切り替える。その後、受電電圧Ｖｒのモニタリング(ステップＳＴ２７)を行う。
【０１１７】
受電電圧Ｖｒのモニタリングにより送電停止を検出した場合(ステップＳＴ２４，ＳＴ２７：ＹＥＳ)には、スイッチ２８をダミー負荷抵抗２９に接続するように切り替え(ステップＳＴ２０)、初期状態に戻す。
【０１１８】
このように、受電制御器２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの出力電力Ｐｃが所定の値よりも低下し、例えば、二次電池２５が満充電付近になったことを検知したら、スイッチをオープン(或いは、高インピーダンス接続)にする。
【０１１９】
ここで、受電制御器２７は、出力電力Ｐｃにより二次電池２５の充電状態の完了を検知するが、この充電状態の完了は、満充電の状態に限定されるものではなく、所定の充電率(例えば、満充電の８０％)の充電状態を検知してスイッチ２８を切り替えてもよい。なお、これらの処理は、個々の受電装置２-1〜２-Nにおいて独立に行われる。
【０１２０】
従って、例えば、二次電池２５が満充電になってスイッチをオープンにした受電装置と、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに接続して充電を継続している受電装置とが共存することになる。
【０１２１】
このように、受電装置２-1〜２-Nにおいてにおいて、スイッチ２８をオープン(或いは、高インピーダンス接続)にすると、送電装置１側では、インピーダンスの変化によってコイル(電力供給コイル１１ｂ)の波形に変化が現れる(ステップＳＴ１７：ＹＥＳ)。
【０１２２】
送電制御器１７は、その変化した波形とメモリ情報を参照して、満充電になった受電装置(或いは、引き続き充電対象になる受電装置)を推定する(ステップＳＴ１８)。さらに、送電制御器１７は、その推定結果に基づいて、アンプ１５の出力と整合回路１６の切り替え指示を出力して、本送電設定を変更する(ステップＳＴ１９)。
【０１２３】
なお、満充電によってスイッチ２８がオープン(或いは、高インピーダンス接続)になった受電装置２-1〜２-Nでも整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒを引続きモニタリングしておき、送電停止を検出した場合は送電停止処理に移行する(ステップＳＴ１６：ＹＥＳ)。
【０１２４】
すなわち、送電停止処理において、送電装置１は、例えば、操作者からの停止指示に基づいてアンプ１５の出力を中断する。ここで、送電が停止されると、受電装置２-1〜２-Nの整流回路２２ａから受電電圧Ｖｒは、例えば、零ボルト(０Ｖ)付近に低下する。
【０１２５】
受電装置２-1〜２-Nの受電制御器２７は、受電電圧Ｖｒの低下を検知すると、送電が停止されたと判断し、スイッチ２８をダミー負荷抵抗接続に切り替えて初期状態(テスト送電モード)に戻す。
【０１２６】
なお、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒに関しては、充電時(ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂへの接続)と満充電時(オープンまたは高インピーダンス接続)で値が異なるものの、送電停止時に０Ｖ付近に低下することは共通である。そのため、適切な閾値を設定しておけば、上述したように、同様の動作フローであっても問題が生じることはない。
【０１２７】
以上により、送電装置１と受電装置２-1〜２-N間に無線通信手段がない場合でも、安定した無線給電を実現することが可能になる。
【０１２８】
図９は、無線給電システムの第２実施例における受電制御器の例を示すブロック図であり、図１０は、無線給電システムの第２実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。
【０１２９】
図９と前述した図６の比較から明らかなように、第２実施例における受電制御器２７は、第１実施例のタイマ２７５の代わりにコンパレータ２７６を有している。第２実施例の無線給電システムにおいて、受電制御器２７のマイクロコントローラ２７１は、ＡＤＣ２７３を介して入力される受電電圧Ｖｒをモニタし、その受電電圧Ｖｒをコンパレータ２７６で比較する。
【０１３０】
すなわち、コンパレータ２７６により、受電電圧Ｖｒの電圧レベルが、テスト送電の電圧Ｖ0から所定の閾値電圧Ｖ2を超えて本送電の電圧Ｖ1へ変化するのを検知すると、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。なお、他の処理は、第１実施例と同様であり、その説明は省略する。
【０１３１】
図１１は、無線給電システムの第２実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。ここで、図１１と前述した図8との比較から明らかなように、送電装置１における処理は、第１実施例および第２実施例で共通である。また、第２実施例の無線給電システムにおいて、各受電装置２-1〜２-Nにおける処理は、第１実施例のステップＳＴ２２の処理がステップＳＴ３２に変更されている以外は共通である。
【０１３２】
すなわち、受電装置２-1において、受電制御器２７により受電電圧Ｖｒを検出し(ステップＳＴ２１：ＹＥＳ)、その受電電圧Ｖｒの電圧レベルが予め定められた閾値電圧(例えば、図１０における閾値電圧Ｖ2)を超過するかどうかを判定する(ステップＳＴ３２)。
【０１３３】
すなわち、受電装置２-1において、受電電圧Ｖｒが閾値電圧(Ｖ2)を超過した(ステップＳＴ３２：ＹＥＳ)と判定すると、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ(二次電池２５)に接続する。なお、他の処理は、図８の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０１３４】
このように、第２実施例の無線給電システムにおいて、マイクロコントローラ２７１は、受電電圧Ｖｒの電圧レベルが所定の閾値電圧(Ｖ2)を超えると、スイッチ２９の接続をダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替えて本送電の準備を行う。
【０１３５】
図１２は、無線給電システムの第３実施例における受電装置を説明するための図である。図１２に示されるように、第３実施例の無線給電システムにおいて、受電装置２(２-1〜２-N)のスイッチ２８は、整流回路２２ａの出力を、ダミー負荷抵抗２９，ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂおよび高インピーダンス抵抗３０から選択して接続する。
【０１３６】
すなわち、第１実施例では、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したように、例えば、二次電池２５が満充電になると、スイッチ２８をオープン(ダミー負荷抵抗２９およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂのいずれにも接続しない)状態にしていた。
【０１３７】
これに対して、第３実施例では、例えば、二次電池２５が満充電になったとき、スイッチ２８を切り替えて、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒを高インピーダンス抵抗３０に印加するようになっている。
【０１３８】
ここで、例えば、それぞれの受電装置２-1〜２-Nにおける高インピーダンス抵抗３０の値を異なるように設定しておくことで、送電装置１が、満充電になった受電装置を特定することが可能になる。
【０１３９】
なお、それぞれの受電装置２-1〜２-Nに設定する高インピーダンス抵抗３０は、受電電圧Ｖｒを高インピーダンス抵抗３０に印加したとき、送電装置１において検知される送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形が識別できるような値に設定される。具体的に、高インピーダンス抵抗(受電装置識別抵抗)３０としては、例えば、第１受電装置２-1は1000Ω、第２受電装置２-2は2000Ω、…というように設定することができる。
【０１４０】
以上の説明において、主として磁界共鳴を利用した電力の伝送(給電)を例としたが、本実施形態は、電界共鳴を利用した電力伝送、或いは、電磁誘導や電界誘導を利用した電力伝送に対しても適用することができる。
【０１４１】
ここに記載されている全ての例および条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものである。
【０１４２】
また、具体的に記載されている上記の例および条件、並びに、本発明の優位性および劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく、解釈されるべきものである。
【０１４３】
さらに、本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更、置換および修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。
【符号の説明】
【０１４４】
１    送電装置(一次側：送電側)
２，２-1〜２-N    受電装置(二次側：受電側)
１１    ワイヤレス送電部(送電コイル)
１１ａ    送電共振コイル(ＬＣ共振器)
１１ｂ    電力供給コイル
１２    高周波電源部
１３    送電制御部
１４    送電通信回路部
１５    アンプ(増幅器)
１６    整合回路
１７    送電制御器(メモリ)
２１    ワイヤレス受電部(受電コイル)
２１ａ    受電共振コイル(ＬＣ共振器)
２１ｂ    電力取出コイル
２２    受電回路部
２２ａ    整流回路
２２ｂ    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３    受電制御部
２４    受電通信回路部
２５    二次電池
２６    装置部
２７    受電制御器
２８    スイッチ(開閉器)
２９    ダミー負荷抵抗(負荷抵抗)
３０    高インピーダンス抵抗(受電装置識別抵抗)
２７１    マイクロコントローラ
２７２    デジタル入出力部(ＤＩＯ)
２７３    アナログ−デジタル変換器(ＡＤＣ)
２７４    メモリ
２７５    タイマ
２７６    コンパレータ
【図１】
2015083223.tif 000003
【図２Ａ】
2015083223.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
2015083223.tif 000008
【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
2015083223.tif 000011
【図６】
2015083223.tif 000012
【図７】
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【図８】
2015083223.tif 000014
【図９】
2015083223.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年3月30日(2016.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願で言及する実施例は、受電装置、送電装置および無線給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源の供給や二次電池の充電を行うために、無線で電力を給電する技術が注目されている。例えば、携帯端末やノートパソコンを始めとした様々な電子機器や家電機器、或いは、電力インフラ機器に対して、無線で電力を給電する無線給電システム(ワイヤレス電力伝送システム)が研究・開発されている。具体的に、携帯電話やスマートフォンといったモバイル電子機器では、無線給電技術の普及が進んでいる。
【０００３】
ところで、数Ｗクラス以上の電力を、数ｃｍ〜数十ｃｍ離れた距離で無線伝送する方式としては、送受信装置にコイルを適用した磁界結合方式が一般的である。この磁界による伝送方式としては、例えば、電磁誘導方式、並びに、近年米国ＭＩＴ(マサチューセッツ工科大学：Massachusetts Institute of Technology)により提案された磁界共鳴方式が知られている。
【０００４】
さらに、電磁誘導方式としては、例えば、ＷＰＣ(ワイヤレスパワーコンソーシアム：Wireless Power Consortium)により策定されたＱｉ(チー)規格がある。また、磁界共鳴方式としては、例えば、Ａ４ＷＰ(アライアンスフォーワイヤレスパワー：Alliance for WirelessPower)によるＷｉＰｏｗｅｒ規格がある。
【０００５】
このように、送受信装置にコイルを適用した磁界結合方式は、実用化フェーズにある数Ｗクラスの小型電子機器を始めとして、１００Ｗ超の家電機器をターゲットとした標準化策定が進められている。また、自動車メーカを中心に電気自動車に対する数ｋＷ超の無線給電技術についても開発が進められている。
【０００６】
これらの無線給電システムでは、発熱等の安全性や効率面での条件最適化を目的として、送受電装置間で何らかの通信手段を利用してエネルギー伝送を行うのが一般的である。
【０００７】
すなわち、上述したＱｉ規格では、例えば、受電装置側で負荷への接続をオン／オフさせてエネルギー伝送波形を変調させるインバンド方式が採用されている。また、ＷｉＰｏｗｅｒ規格では、例えば、送受電装置の双方にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の通信機器を搭載して情報を双方向でやり取りするアウトバンド方式が採用されている。
【０００８】
なお、本明細書では、主として磁界共鳴(磁界共振)を利用した無線給電(ワイヤレス電力伝送)を例として説明するが、後に詳述する本実施例の適用は、磁界共鳴に限定されず、電界共鳴(電界共振)等を利用した無線給電に対しても適用することができる。
【０００９】
従来、無線で電力を給電する無線給電技術としては、様々な提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−０９０４８３号公報
【特許文献２】特開２０００−２８７３７５号公報
【特許文献３】特開２００６−００６９４８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Andre KURS et al., "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances," SCIENCE Vol.317, pp.83-86, July 6, 2007
【非特許文献２】Aristeidis KARALIS et al., "Efficient wireless non-radiative mid-range energy transfer," Cornel University Library, arXiv:physics/0611063v2 [physics.optics], (Journal-ref: Annals of Physics, vol.323, No.1, pp.34-48, January 2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
無線給電技術は、前述した携帯端末を始めとした電子機器や家電機器、或いは、電気自動車等に加え、例えば、数十ｍＷクラスの小型センサや小型デバイスに対するものとしても注目されている。例としては、壁に埋め込まれた各種センサや体内に装着された医療機器等に対して無線で給電するものが挙げられる。
【００１３】
従来、このような壁に埋め込まれたセンサや体内に装着された医療機器等は、例えば、定期的に電池交換を行っているが、設備の運用や人体への負担を考えると、無線給電技術を適用することによるメリットは大きい。
【００１４】
このような壁に埋め込まれたセンサや体内に装着された医療機器等は、特に、受電装置のサイズに関する制約が大きく、例えば、受電装置から通信回路部を削除することができれば、受電装置のサイズや消費電力を低減することができる。
【００１５】
しかしながら、複数の受電装置に対して同時に給電する場合、例えば、個々の受電装置の特性差によって二次電池の充電特性に差が生じるため、受電装置から通信回路部を削除すると、それぞれの受電装置の二次電池を適切に充電することが困難になる。これは、磁界共鳴や電界共鳴を利用した給電(電力伝送)に限定されるものではなく、例えば、電磁誘導や電界誘導を利用して給電を行う場合にも問題になる。
【００１６】
この出願は、上述した課題に鑑み、無線給電システムの簡素化、並びに、受電装置のサイズおよび消費電力を低減することができる受電装置、送電装置および無線給電システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
一実施形態によれば、受電コイルと、二次電池と、負荷抵抗と、開閉器と、受電制御器と、を有する受電装置が提供される。
【００１８】
前記受電コイルは、送電装置からの電力を無線により受け取り、前記二次電池は、前記受電コイルからの電力により充電を行う。前記開閉器は、前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する。前記受電制御器は、前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する。
【発明の効果】
【００１９】
開示の受電装置、送電装置および無線給電システムは、無線給電システムの簡素化、並びに、受電装置のサイズおよび消費電力を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、無線給電システムの一例を概略的に示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その１)である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その２)である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図(その３)である。
【図３】図３は、無線給電システムを模式的に示すと共に、受電装置の一構成例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、無線給電システムのだい１実施例を説明するための図(その１)である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、無線給電システムの第１実施例を説明するための図(その２)である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、無線給電システムの第１実施例を説明するための図(その３)である。
【図５】図５は、送電装置側の共振コイルのインピーダンス変化を説明するための図である。
【図６】図６は、無線給電システムの第１実施例における受電制御器の例を示すブロック図である。
【図７】図７は、無線給電システムの第１実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。
【図８】図８は、無線給電システムの第１実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、無線給電システムの第２実施例における受電制御器の例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、無線給電システムの第２実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。
【図１１】図１１は、無線給電システムの第２実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１２は、無線給電システムの第３実施例における受電装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、受電装置、送電装置および無線給電システムの実施例を詳述する前に、無線給電システム(ワイヤレス電力伝送システム)の例を、図１〜図３を参照して説明する。
【００２２】
図１は、無線給電システムの一例を概略的に示すブロック図であり、１つの送電装置および１つの受電装置を示すものである。図１において、参照符号１は送電装置(一次側：送電側)を示し、２は受電装置(二次側：受電側)を示す。
【００２３】
図１に示されるように、送電装置(送電器)１は、ワイヤレス送電部(送電コイル)１１、高周波電源部１２、送電制御部１３および送電通信回路部１４を含む。また、受電装置(受電器)２は、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１、受電回路部(整流部)２２、受電制御部２３および受電通信回路部２４を含む。
【００２４】
ワイヤレス送電部１１は、電力供給コイル１１ｂおよび送電共振コイル１１ａを含み、また、ワイヤレス受電部２１は、受電共振コイル２１ａおよび電力取出コイル２１ｂを含む。
【００２５】
図１に示されるように、送電装置１と受電装置２は、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａの間の磁界共鳴(磁界共振)により、送電装置１から受電装置２へエネルギー(電力)の伝送を行う。なお、送電共振コイル１１ａから受電共振コイル２１ａへの電力伝送は、磁界共鳴だけでなく電界共鳴(電界共振)等も可能であるが、以下の説明では、主として磁界共鳴を例として説明する。
【００２６】
送電装置１と受電装置２は、送電通信回路部１４と受電通信回路部２４により、通信(近距離通信)を行う。ここで、送電装置１の送電共振コイル１１ａと受電装置２の受電共振コイル２１ａによる電力の伝送距離は、例えば、送電通信回路部１４と受電通信回路部２４による通信距離よりも短く設定される。
【００２７】
また、送電共振コイル１１ａおよび受電共振コイル２１ａによる電力伝送は、送電通信回路部１４および受電通信回路部２４による通信とは独立した方式(Out-band通信)になっている。
【００２８】
具体的に、送電共振コイル１１ａおよび受電共振コイル２１ａによる電力伝送は、例えば、６．７８ＭＨｚの周波数帯域を使用し、送電通信回路部１４および受電通信回路部２４による通信は、例えば、２．４ＧＨｚの周波数帯域を使用する。
【００２９】
この送電通信回路部１４および受電通信回路部２４による通信としては、例えば、IEEE 802.11bに準拠するＤＳＳＳ方式の無線ＬＡＮやブルートゥース(Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）)を利用することができる。
【００３０】
なお、上述した無線給電システムは、例えば、使用する周波数の波長程度の距離の近傍界(near field)において、送電装置１の送電共振コイル１１ａと、受電装置２の受電共振コイル２１ａによる磁界共鳴または電界共鳴を利用して電力の伝送を行う。従って、電力伝送範囲(送電圏)ＰＲは、電力伝送に使用する周波数に従って変化する。
【００３１】
高周波電源部１２は、電力供給コイル１１ｂに対して電力を供給し、電力供給コイル１１ｂは、その電力供給コイル１１ｂの至近に配設された送電共振コイル１１ａに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。送電共振コイル１１ａは、受電共振コイル２１ａとの間に磁場共鳴を生じさせる共振周波数により、受電共振コイル２１ａ(受電装置２)に電力を伝送する。
【００３２】
受電共振コイル２１ａは、その受電共振コイル２１ａの至近に配設された電力取出コイル２１ｂに対して電磁誘導を利用して電力を供給する。電力取出コイル２１ｂには受電回路部２２が接続され、所定の電力が取り出される。なお、受電回路部２２からの電力は、例えば、二次電池２５の充電、或いは、受電装置２の回路(負荷)に対する電源出力等として利用される。
【００３３】
ここで、送電装置１の高周波電源部１２は、送電制御部１３により制御され、また、受電装置２の受電回路部２２は、受電制御部２３により制御される。そして、送電制御部１３および受電制御部２３は、例えば、送電通信回路部１４および受電通信回路部２４を介して接続され、送電装置１から受電装置２への電力伝送の様々な制御を行うようになっている。
【００３４】
図２Ａ〜図２Ｃは、図１の無線給電システムにおける伝送コイルの変形例を説明するための図である。ここで、図２Ａおよび図２Ｂは、３コイル構成の例を示し、図２Ｃは、２コイル構成の例を示す。
【００３５】
すなわち、図１に示す無線給電システムでは、ワイヤレス送電部１１が電力供給コイル１１ｂおよび送電共振コイル１１ａを含み、ワイヤレス受電部２１が受電共振コイル２１ａおよび電力取出コイル２１ｂを含んでいる。
【００３６】
これに対して、図２Ａの例では、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１を１つのコイル(受電共振コイル：ＬＣ共振器)２１ａとし、図２Ｂの例では、ワイヤレス送電部(送電コイル)１１を１つのコイル(送電共振コイル：ＬＣ共振器)１１ａとしている。
【００３７】
さらに、図２Ｃの例では、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１を１つの受電共振コイル２１ａとし、さらに、ワイヤレス送電部(送電コイル)１１も１つの送電共振コイル１１ａとしている。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、単なる例であり、様々に変形することができるのはいうまでもない。
【００３８】
図３は、無線給電システムを模式的に示すと共に、受電装置の一構成例を示す図であり、送電共振コイル１１ａ(送電コイル１１：送電装置１)により複数の受電装置２に対して電力伝送を行っている様子を示す。
【００３９】
ここで、図３において、受電装置２は、例えば、体内３に装着された医療機器、具体的には、心臓３に装着されたペースメーカを示している。なお、受電装置２としては、壁(３)に埋め込まれた温度センサ、或いは、土壌(３)などに散布される各種センサや微細装置等の様々なものであってもよい。
【００４０】
図３に示されるように、受電装置２は、ワイヤレス受電部(受電コイル)２１、受電回路部２２、受電制御部２３、受電通信回路部２４、二次電池２５、および、装置部２６を有する。
【００４１】
ワイヤレス受電部２１は、受電共振コイル２１ａおよび電力取出コイル２１ｂを含み、受電回路部２２は、整流回路２２ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂを含む。装置部２６は、ドライバ２６ａおよびデバイス２６ｂを含む。
【００４２】
ここで、図３に示す受電装置２は、例えば、前述した図１を参照して説明した受電装置に相当するものであり、図３では、図１における受電回路部２２が整流回路２２ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに分けて描かれている。
【００４３】
また、図３に示す受電装置２では、二次電池２５の出力電圧が与えられる装置部２６(ドライバ２６ａおよびデバイス２６ｂ)が描かれているが実質的には同等のものである。なお、図３の受電装置２における受電通信回路部２４は、例えば、図１の送電装置１における送電通信回路部１４との間で通信を行うためのものである。
【００４４】
ところで、例えば、体内に装着された医療機器や壁に埋め込まれた各種センサは、人体への負担や設備の運用を考えると、無線給電技術を適用することによるメリットが大きい。このような体内に装着された医療機器等は、特に、受電装置のサイズに関する制約が大きく、また、給電頻度といった運用面を考えると、極力低消費電力であるのが好ましい。
【００４５】
従って、無線給電を可能とした上で、受電装置から通信回路部を簡素化または削除することができれば、受電装置のサイズや消費電力を低減することができる。この消費電力の低減は、例えば、二次電池のサイズを抑えることにも繋がり、より一層好ましいものになる。
【００４６】
なお、例えば、壁に埋め込まれたセンサからのデータを無線回路によりホスト装置へ送信するシステムにおいても、受電処理時に使用する受電通信回路部を削除してデータ送信用の無線回路だけにすれば、サイズや消費電力を低減するメリットは期待できる。
【００４７】
ところで、例えば、複数の受電装置に対して同時に給電する場合、個々の受電装置の特性差によって二次電池が短時間で満充電に達するものとそうでないものが混在することになる。
【００４８】
ここで、二次電池の充電特性の差は、製造上の誤差に起因するものだけではなく、例えば、送電装置と受電装置の相対的な位置関係や送電(給電)効率の違い、或いは、個々の受電装置における消費電力の違いといった様々なものに起因している。
【００４９】
そのため、通信機能がないと、送電装置側が受電装置側の状態を検知して送電条件を適応的に切り替えるのが困難になっている。これは、磁界共鳴や電界共鳴を利用した電力伝送に限定されるものではなく、たとえば、電磁誘導や電界誘導を利用して電力伝送を行う場合にも問題になる。
【００５０】
なお、後述する本実施例の適用は、例えば、送電装置に対して、受電装置の個数および位置が概ね固定された無線給電システムが好ましいが、必ずしもそのような受電装置の個数および位置が決められた無線給電システムに限定されるものではない。
【００５１】
さらに、本実施例が適用される受電装置は、体内に装着された医療機器や壁に埋め込まれたセンサ等に限定されるものではなく、また、必ずしも二次電池を介して装置部を駆動するのに限定されるものでもない。
【００５２】
以下、受電装置、送電装置および無線給電システムの実施例を、添付図面を参照して詳述する。なお、以下に説明する各実施例において、送電コイル(ワイヤレス送電部)１１および受電コイル(ワイヤレス受電部)２１は、例えば、図２Ａ〜図２Ｃを参照して説明した様々な構成を適用することができる。
【００５３】
図４Ａ〜図４Ｃは、無線給電システムの第１実施例を説明するための図である。図４Ａ〜図４Ｃにおいて、参照符号１は、送電装置を示し、２-1〜２-Nは、受電装置を示し、受電装置２-1〜２-Nは、全て同等の構成とされている。
【００５４】
以下の記載では、簡略化のために、主として、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-Nに注目して説明する。すなわち、図４Ａは、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-N(例えば、全ての受電装置２-1〜２-N)が通常使用状態、並びに、テスト送電(モード)のときを示す。
【００５５】
また、図４Ｂは、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-N(例えば、全ての受電装置２-1〜２-N)が充電状態のときを示す。さらに、図４Ｃは、第１受電装置２-1が満充電で第Ｎ受電装置２-Nが充電状態のとき、例えば、１つの受電装置２-1が満充電になり、他の受電装置２-2が〜２-Nが未だ満充電にはならずに充電状態を継続しているときを示す。
【００５６】
送電装置１は、電力供給コイル１１ｂおよび送電共振コイル１１ａを含むワイヤレス送電部(送電コイル)１１、アンプ１５、整合回路１６および送電制御器(メモリを含む)１７を備える。
【００５７】
各受電装置２(２-1〜２-N)において、スイッチ(開閉器)２８は、受電制御器２７からのスイッチ制御信号Ｓｓに従って、整流回路２２ａの出力(受電電圧Ｖｒ)を、ダミー負荷抵抗(負荷抵抗)２９およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替え可能に接続する。
【００５８】
受電制御器２７には、整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの出力(充電電力：電力信号)Ｐｃを受け取り、スイッチ制御信号Ｓｓによりスイッチ２８のスイッチングを制御する。
【００５９】
すなわち、第１実施例の無線給電システムは、各受電装置２(２-1〜２-N)において、整流回路２２ａとＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの間に３経路スイッチ２８が設けられている。
【００６０】
そして、スイッチ２８の切り替えにより、通常時(通常使用状態とテスト送電の初期状態)には、整流回路２２ａの出力(受電電圧Ｖｒ)をダミー負荷抵抗２９に接続し、二次電池２５を充電する本送電では、整流回路２２ａの出力をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに接続する。
【００６１】
さらに、二次電池２５の満充電時には、スイッチ２８の切り替えにより、整流回路２２ａの出力をオープンまたは高インピーダンス抵抗に接続する。すなわち、スイッチ２８は、受電制御器２７からのスイッチ制御信号Ｓｓにより制御され、各動作フェーズに応じた切り替え処理を行うようになっている。
【００６２】
ここで、受電制御器２７は、整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂからの充電電力Ｐｃをモニタし、スイッチ２８に対してスイッチ制御信号Ｓｓを出力して制御を行うようになっている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂからの充電電力Ｐｃのモニタは、定電圧出力なので実際には電流をモニタすればよい。
【００６３】
受電制御器２７は、例えば、受電装置２に設けられたセンサやデバイスの動作制御に使用するものを併用してもよく、また、ダミー負荷抵抗２９は、既知の値(例えば、二次電池２５の充電時のインピーダンス)に設定すればよい。ただし、例えば、テスト送電において、受電装置２の状態検知に適するように、極端に高い値や低い値に設定するのは避けるのが好ましい。
【００６４】
送電制御器１７は、送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形を受け取って、アンプ制御信号Ｓａによりアンプ１５の出力を制御し、マッチング制御信号Ｓｍにより整合回路１６の切り替えを制御する。
【００６５】
すなわち、送電制御器１７は、電力供給コイル１１ｂの電圧や電流波形をモニタリングし、その結果から得られた入力インピーダンス特性と内部のメモリに格納された情報を参照することで、充電対象となる受電装置２の個数等を判定する機能を有している。以下、図４Ａ〜図４Ｃを参照して詳述する。
【００６６】
図４Ａに示されるように、第１受電装置２-1および第Ｎ受電装置２-Nが通常使用状態のとき、各受電装置２(２-1，２-N)において、スイッチ２９はダミー負荷抵抗２９に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂとの接続は遮断されている。
【００６７】
なお、通常使用状態のとき、各受電装置２における二次電池２５は、例えば、図３を参照して説明した装置部２６(ドライバ２６ａおよびデバイス２６ｂ)に電力を与え、所定の処理が行われる。また、各受電装置２におけるスイッチ２９は、通常使用状態とテスト送電の初期状態において、同じ接続状態になっている。
【００６８】
一方、送電装置１は、各受電装置２が通常使用状態のときは停止しており、充電を開始する場合には、まず、テスト送電モードを立ち上げてから本送電(モード)になって、受電装置２に対する電力の伝送(給電)を行う。
【００６９】
すなわち、図４Ａに示されるように、送電装置１において、送電制御器１７は、アンプ制御信号Ｓａによりアンプ１５を制御してテスト送電モード用の電力を、整合回路１６を介して送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)に与える。
【００７０】
送電コイル１１(送電共振コイル１１ａ)からの電力は、Ｎ個の受電装置２-1〜２-Nにおける受電コイル２１(受電共振コイル２１ａ)に向けて出力される。このテスト送電モードの初期状態において、各受電装置２(２-1，２-N)のスイッチ２９はダミー負荷抵抗２９に接続され、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒはダミー負荷抵抗２９に印加される。
【００７１】
送電装置１では、テスト送電モードでテスト送電を開始すると、送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形を検出し、インピーダンスをメモリ照合する。すなわち、送電装置１において、送電制御器１７は、電力供給コイル１１ｂからのコイル波形信号Ｆｃを受け取り、内蔵メモリを参照することで、受電装置２-1〜２-Nの個数等を認識し、本送電モードを立ち上げて、所定の電力による本送電を開始する。
【００７２】
ここで、ダミー負荷抵抗２９は、例えば、二次電池２５のインピーダンスに相当するような値に設定される。また、テスト送電時の電力供給コイル１１ｂの波形(電圧波形や電流波形)から求められる入力インピーダンス特性(電圧や電流の振幅またはそれらの位相差等)を検出して内蔵メモリに記録されている特性と照合してもよい。
【００７３】
各受電装置２では、受電制御器２７が整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒを検知してから一定時間経過すると、或いは、受電電圧Ｖｒが所定の閾値電圧を超えると、スイッチ２９の接続をダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替える。
【００７４】
すなわち、図４Ｂに示されるように、各受電装置２では、スイッチ２９の接続をダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替えて、整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒをＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに印加する。
【００７５】
このようにして、各受電装置２に対する給電、すなわち、各受電装置２の二次電池２５に対する充電が進行すると、例えば、第１受電装置２-1が満充電となり、第Ｎ受電装置２-Nが未だ満充電にはならずに充電状態を継続する状態が生じる。
【００７６】
すなわち、図４Ｃに示されるように、例えば、第１受電装置２-1において、充電電力Ｐｃにより受電制御器２７が満充電を検出すると、スイッチ２８をオープン(ダミー負荷抵抗２９およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂのいずれにも接続しない)状態に切り替える。
【００７７】
なお、例えば、第Ｎ受電装置２-Nにおいて、充電電力Ｐｃにより受電制御器２７が未だ満充電ではないと判定すれば、スイッチ２９の接続を維持して整流回路２２ａからの受電電圧ＶｒをＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに印加して充電を継続する。
【００７８】
一方、送電装置１において、送電制御器１７は、電力供給コイル１１ｂからのコイル波形信号Ｆｃにより波形の変化を検出したらメモリを参照して、例えば、充電対象になる受電装置の数を推定し、アンプ制御信号Ｓａおよびマッチング制御信号Ｓｍを制御する。
【００７９】
すなわち、送電制御器１７は、アンプ制御信号Ｓａおよびマッチング制御信号Ｓｍにより、推定した受電装置の数に適したアンプ１５による出力、および、整合回路１６の切り替えを制御する。なお、送電装置１は、例えば、推定した受電装置の数が所定数以下になったら、或いは、本送電による充電処理が所定時間経過したら充電処理を停止、すなわち、送電を停止する。
【００８０】
そして、各受電装置２では、例えば、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒが検出されなくなったら給電(充電)終了と判断して、スイッチ２８の接続をダミー負荷抵抗２９に切り替えて通常動作状態に戻る。
【００８１】
このように、本実施例では、本送電を行う前に、受電装置２が二次電池２５に相当するインピーダンスを有する校正用のダミー負荷抵抗２９に接続した状態でテスト送電を行う。
【００８２】
このテスト送電時の送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形から求められる特性(入力インピーダンス等)を検出して、メモリに記録された受電装置の特性と照合する。そして、例えば、テスト送電が一定時間経過した後、受電装置２のスイッチ２９の接続を二次電池２５側(ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ)に切り替えて本送電を行う。
【００８３】
本送電中に満充電になった場合、受電装置２(２-1)では、スイッチ２８を制御して充電経路をオープンにする。このとき、送電装置１では、入力インピーダンス変化に応じて送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形が変化する。これより、充電対象になる二次電池２５の数(充電を行う受電装置の数)を、メモリを参照することで推定し、送電電力や整合回路の調整および切り替えを適切に行うことができる。
【００８４】
なお、図１２を参照して後述するように、スイッチ２８を制御して充電経路をオープンにする代わりに、予め抵抗値が既知の高インピーダンス抵抗に接続して、満充電になった受電装置の特定を行うこともできる。
【００８５】
また、本実施例の適用は、例えば、送電装置１に対して、受電装置２(２-1〜２-N)の個数および位置が概ね固定された無線給電システムが好ましいが、必ずしもそのような受電装置の個数および位置が決められた無線給電システムに限定されるものではない。
【００８６】
このように、第１実施例の無線給電システムによれば、受電処理時に使用する受電通信回路部を削除して、無線給電システムの簡素化、並びに、受電装置のサイズおよび消費電力を低減することが可能になる。なお、この効果は、他の実施例でも同様に発揮される。
【００８７】
図５は、送電装置側の共振コイルのインピーダンス変化を説明するための図であり、送電共振コイル１１ａ(送電コイル１１，電力供給コイル１１ｂ)および受電共振コイル２１ａ(受電コイル２１，電力取出コイル２１ｂ)を等価回路で示したものである。ここで、入力インピーダンスＺinを、送電コイル１１の入力口で定義する。
【００８８】
なお、参照符号Ｃ1，Ｌ1，Ｒ1，Ｉ1は、送電共振コイル１１ａにおける等価的な容量，インダクタンス，抵抗，電流の値を示し、Ｃ2，Ｌ2，Ｒ2，Ｉ2は、受電共振コイル２１ａにおける等価的な容量，インダクタンス，抵抗，電流の値を示す。また、参照符号RLは、受電装置２における負荷の値、Ｖinは、送電共振コイル１１ａの入力電圧、そして、Ｍは、送電共振コイル１１ａと受電共振コイル２１ａ間の伝送効率を示す。
【００８９】
送電共振コイル１１ａおよび受電共振コイル２１ａ(送受電コイル)に関して回路方程式を立式すると、
(Ｒ1＋ｊωＬ1＋１／ｊωＣ1)×Ｉ1＋ｊωＭＩ2＝Ｖin
ｊωＭＩ1＋(Ｒ2＋ｊωＬ2＋１／ｊωＣ2＋ＲL)×Ｉ2＝０
【００９０】
上記の連立方程式からＩ1が求められるので、以下の式から入力インピーダンスＺinを得ることができる。
Ｚin＝Vin／I1＝(R1＋jωL1＋1／jωC1)×I1+(ωM)2／(R2＋jωL2＋1／jωC2＋RL)
【００９１】
従って、送電装置１の内部において、入力電圧Ｖinと電流Ｉ1を計測すれば、インピーダンスＺinを求めることができ、例えば、送電制御器１７に内蔵したメモリの内容と比較(参照)することで、受電装置２における各種情報を認識することができる。
【００９２】
すなわち、Ｚinの右辺には、受電装置２側の負荷ＲLが含まれるため、この値が変化すればＺinも変化する。なお、受電コイル２１(受電共振コイル２１ａ：受電装置)の個数が増えた場合も、同様に、インピーダンスＺinから複数の受電装置２-1〜２-Nにおける各種情報を認識することが可能になる。
【００９３】
図６は、無線給電システムの第１実施例における受電制御器の例を示すブロック図である。図６に示されるように、第１実施例における受電制御器２７は、マイクロコントローラ２７１、デジタル入出力部(ＤＩＯ)２７２、アナログ−デジタル変換器(ＡＤＣ)２７３、メモリ２７４およびタイマ２７５を含む。
【００９４】
ＡＤＣ２７３は、整流回路２２ａからの受電電圧(アナログ値)ＶｒおよびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂからの充電電力(アナログ値)Ｐｃを受け取ってデジタル値に変換してマイクロコントローラ２７１に出力する。
【００９５】
マイクロコントローラ２７１は、メモリ２７４およびタイマ２７５から情報を受け取って各種制御を行う。なお、ＤＩＯ２７２は、マイクロコントローラ２７１からの信号を受け取ってスイッチ制御信号Ｓｓをスイッチ２８に出力する。
【００９６】
図７は、無線給電システムの第１実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。なお、参照符号Ｆｃは、送電装置１における送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形を示し、Ｖｒは、整流回路２２ａの出力電圧(受電電圧)を示し、Ｓｓは、受電制御器２７(マイクロコントローラ２７１)から出力されるスイッチ制御信号を示す。
【００９７】
第１実施例の無線給電システムにおいて、受電制御器２７のマイクロコントローラ２７１は、ＡＤＣ２７３を介して入力される受電電圧Ｖｒをモニタして、テスト送電が開始されてから所定時間(Ｘ秒)後に本送電に切り替えるようになっている。
【００９８】
例えば、マイクロコントローラ２７１は、受電電圧Ｖｒの電圧レベルがＶ0になったことを検知すると、時間Ｔ0からテスト送電が開始されたことを認識し、タイマ２７５による時間計測を開始する。そして、タイマ２７５により計測された時間が、所定のＸ秒を超えると、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。
【００９９】
すなわち、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒの印加を、ダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂへ切り替えて、二次電池２５への充電(本送電)の準備を行う。なお、本送電が開始されると、受電電圧Ｖｒの電圧レベルは、テスト送電のＶ0から所定の充電電圧Ｖ1に変化する。
【０１００】
また、マイクロコントローラ２７１は、例えば、充電電力Ｐｃをモニタして、二次電池２５が満充電になったのを検知したら、受電電圧Ｖｒをダミー負荷抵抗２９に印加するように、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。
【０１０１】
或いは、マイクロコントローラ２７１は、例えば、受電電圧Ｖｒをモニタして、送電装置１が送電を停止したことを検知したら、受電電圧Ｖｒをダミー負荷抵抗２９に印加するように、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。
【０１０２】
図８は、無線給電システムの第１実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。ここで、受電装置２-1〜２-Nは、すべて同等の処理を行うため、以下の記載では、受電装置２-1に注目して説明を行う。
【０１０３】
まず、受電装置２-1(２-1〜２-N)は、通常使用状態の場合、すなわち、二次電池２５に蓄えられた電力を使用している場合、スイッチ２８はダミー負荷抵抗２９に接続されている(ステップＳＴ２０)。
【０１０４】
無線給電処理(充電処理)が開始すると、送電装置１は、本送電(充電)モードにおける本送電を行う前に、受電装置２-1〜２-Nが所定の位置に所定の個数だけ在るかどうかといった確認を行うためのテスト送電モードにおけるテスト送電を行う。
【０１０５】
すなわち、テスト送電モードにおいて、送電装置１は、例えば、送電制御器１７からの指示によってアンプ１５の出力と整合回路１６をテスト送電モードの設定にして(ステップＳＴ１０)、テスト送電を開始する(ステップＳＴ１１)。
【０１０６】
このとき、上述したように、受電装置２-1は、テスト送電時の初期状態としてスイッチ２８がダミー負荷抵抗２９に接続されているため、送電装置１との間で比較的小電力のテスト送電を行うことが可能になる。
【０１０７】
そして、受電装置２-1は、受電制御器２７により受電電圧Ｖｒを検出し(ステップＳＴ２１：ＹＥＳ)、所定の受電電圧(例えば、図７における電圧レベルＶ0)が予め定められたＸ秒経過するかどうかを判定する(ステップＳＴ２２)。
【０１０８】
すなわち、受電装置２-1において、所定の受電電圧が検出され(ステップＳＴ２１：ＹＥＳ)、その状態がＸ秒経過した(ステップＳＴ２２：ＹＥＳ)と判定すると、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ(二次電池２５)に接続する。
【０１０９】
送電装置１では、例えば、送電制御器１７が電力供給コイル１１ｂのインピーダンスを検出し(ステップＳＴ１２)、メモリを参照して(ステップＳＴ１３)検出されたインピーダンス特性から受電装置２-1〜２-Nの確認を行う。
【０１１０】
すなわち、送電装置１側において、電力供給コイル１１ｂ(ワイヤレス送電部１１)の波形をモニタリングしてメモリ情報と参照することで、受電装置２-1〜２-Nが所定の位置に所定の個数だけ在るかどうかの判断を行ってテスト送電を停止する(ステップＳＴ１４)。
【０１１１】
なお、テスト送電では、比較的小電力の送電を行うが、これに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂを経由して二次電池２５へ給電する本送電の場合には、設定出力電圧(Ｖ)と負荷(ＲＬ)で決まる所定の電力(Ｖ2／ＲＬ)を給電することになる。
【０１１２】
また、仮に、二次電池２５が満充電であった場合でも、所定のインピーダンス特性を示すため、送電装置１側でコイルの波形をモニタリングしてメモリ情報を参照することで、受電装置が所定の位置や個数であるかを判断することが容易に行うことができる。
【０１１３】
以上において、送電装置１では、テスト送電モードは、例えば、予め決められた時間(Ｘ秒)が経過すると本送電モードに移行する。また、受電装置２-1(２-1〜２-N)では、所定の受電電圧が検出された状態がＸ秒経過した場合にスイッチ２８を二次電池２５(ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ)に切り替える。
【０１１４】
次に、本送電モードにおいて、送電装置１は、テスト送電モードで得られた結果に基づいてアンプ１５と整合回路１６の設定を行い、所定の電力で送電を開始する(ステップＳＴ１５)。ここで、送電制御器１７は、コイル波形(電力供給コイル１１ｂの波形)のモニタリングを継続して行う。
【０１１５】
一方、受電装置２-1では、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ(二次電池２５)への接続に切り替える。その後、受電制御器２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの出力電力(充電電力)Ｐｃのモニタリング(ステップＳＴ２４)および整流回路２２ａの出力電圧(受電電圧)Ｖｒのモニタリング(ステップＳＴ２５)を行う。
【０１１６】
充電電力Ｐｃのモニタリングにより満充電を検出した場合(ステップＳＴ２５：ＹＥＳ)には、スイッチ２８をオープンとし(ステップＳＴ２６)、すなわち、スイッチ２８をダミー負荷抵抗２９にもＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂにも接続しないように切り替える。その後、受電電圧Ｖｒのモニタリング(ステップＳＴ２７)を行う。
【０１１７】
受電電圧Ｖｒのモニタリングにより送電停止を検出した場合(ステップＳＴ２４，ＳＴ２７：ＹＥＳ)には、スイッチ２８をダミー負荷抵抗２９に接続するように切り替え(ステップＳＴ２０)、初期状態に戻す。
【０１１８】
このように、受電制御器２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂの出力電力Ｐｃが所定の値よりも低下し、例えば、二次電池２５が満充電付近になったことを検知したら、スイッチをオープン(或いは、高インピーダンス接続)にする。
【０１１９】
ここで、受電制御器２７は、出力電力Ｐｃにより二次電池２５の充電状態の完了を検知するが、この充電状態の完了は、満充電の状態に限定されるものではなく、所定の充電率(例えば、満充電の８０％)の充電状態を検知してスイッチ２８を切り替えてもよい。なお、これらの処理は、個々の受電装置２-1〜２-Nにおいて独立に行われる。
【０１２０】
従って、例えば、二次電池２５が満充電になってスイッチをオープンにした受電装置と、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに接続して充電を継続している受電装置とが共存することになる。
【０１２１】
このように、受電装置２-1〜２-Nにおいてにおいて、スイッチ２８をオープン(或いは、高インピーダンス接続)にすると、送電装置１側では、インピーダンスの変化によってコイル(電力供給コイル１１ｂ)の波形に変化が現れる(ステップＳＴ１７：ＹＥＳ)。
【０１２２】
送電制御器１７は、その変化した波形とメモリ情報を参照して、満充電になった受電装置(或いは、引き続き充電対象になる受電装置)を推定する(ステップＳＴ１８)。さらに、送電制御器１７は、その推定結果に基づいて、アンプ１５の出力と整合回路１６の切り替え指示を出力して、本送電設定を変更する(ステップＳＴ１９)。
【０１２３】
なお、満充電によってスイッチ２８がオープン(或いは、高インピーダンス接続)になった受電装置２-1〜２-Nでも整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒを引続きモニタリングしておき、送電停止を検出した場合は送電停止処理に移行する(ステップＳＴ１６：ＹＥＳ)。
【０１２４】
すなわち、送電停止処理において、送電装置１は、例えば、操作者からの停止指示に基づいてアンプ１５の出力を中断する。ここで、送電が停止されると、受電装置２-1〜２-Nの整流回路２２ａから受電電圧Ｖｒは、例えば、零ボルト(０Ｖ)付近に低下する。
【０１２５】
受電装置２-1〜２-Nの受電制御器２７は、受電電圧Ｖｒの低下を検知すると、送電が停止されたと判断し、スイッチ２８をダミー負荷抵抗接続に切り替えて初期状態(テスト送電モード)に戻す。
【０１２６】
なお、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒに関しては、充電時(ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂへの接続)と満充電時(オープンまたは高インピーダンス接続)で値が異なるものの、送電停止時に０Ｖ付近に低下することは共通である。そのため、適切な閾値を設定しておけば、上述したように、同様の動作フローであっても問題が生じることはない。
【０１２７】
以上により、送電装置１と受電装置２-1〜２-N間に無線通信手段がない場合でも、安定した無線給電を実現することが可能になる。
【０１２８】
図９は、無線給電システムの第２実施例における受電制御器の例を示すブロック図であり、図１０は、無線給電システムの第２実施例における送電装置および受電装置の信号波形を示す図である。
【０１２９】
図９と前述した図６の比較から明らかなように、第２実施例における受電制御器２７は、第１実施例のタイマ２７５の代わりにコンパレータ２７６を有している。第２実施例の無線給電システムにおいて、受電制御器２７のマイクロコントローラ２７１は、ＡＤＣ２７３を介して入力される受電電圧Ｖｒをモニタし、その受電電圧Ｖｒをコンパレータ２７６で比較する。
【０１３０】
すなわち、コンパレータ２７６により、受電電圧Ｖｒの電圧レベルが、テスト送電の電圧Ｖ0から所定の閾値電圧Ｖ2を超えて本送電の電圧Ｖ1へ変化するのを検知すると、スイッチ制御信号Ｓｓを制御してスイッチ２８を切り替える。なお、他の処理は、第１実施例と同様であり、その説明は省略する。
【０１３１】
図１１は、無線給電システムの第２実施例における送電処理の一例を説明するためのフローチャートである。ここで、図１１と前述した図8との比較から明らかなように、送電装置１における処理は、第１実施例および第２実施例で共通である。また、第２実施例の無線給電システムにおいて、各受電装置２-1〜２-Nにおける処理は、第１実施例のステップＳＴ２２の処理がステップＳＴ３２に変更されている以外は共通である。
【０１３２】
すなわち、受電装置２-1において、受電制御器２７により受電電圧Ｖｒを検出し(ステップＳＴ２１：ＹＥＳ)、その受電電圧Ｖｒの電圧レベルが予め定められた閾値電圧(例えば、図１０における閾値電圧Ｖ2)を超過するかどうかを判定する(ステップＳＴ３２)。
【０１３３】
すなわち、受電装置２-1において、受電電圧Ｖｒが閾値電圧(Ｖ2)を超過した(ステップＳＴ３２：ＹＥＳ)と判定すると、スイッチ２８をＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂ(二次電池２５)に接続する。なお、他の処理は、図８の処理と同様なので、その説明は省略する。
【０１３４】
このように、第２実施例の無線給電システムにおいて、マイクロコントローラ２７１は、受電電圧Ｖｒの電圧レベルが所定の閾値電圧(Ｖ2)を超えると、スイッチ２９の接続をダミー負荷抵抗２９からＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂに切り替えて本送電の準備を行う。
【０１３５】
図１２は、無線給電システムの第３実施例における受電装置を説明するための図である。図１２に示されるように、第３実施例の無線給電システムにおいて、受電装置２(２-1〜２-N)のスイッチ２８は、整流回路２２ａの出力を、ダミー負荷抵抗２９，ＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂおよび高インピーダンス抵抗３０から選択して接続する。
【０１３６】
すなわち、第１実施例では、図４Ａ〜図４Ｃを参照して説明したように、例えば、二次電池２５が満充電になると、スイッチ２８をオープン(ダミー負荷抵抗２９およびＤＣ／ＤＣコンバータ２２ｂのいずれにも接続しない)状態にしていた。
【０１３７】
これに対して、第３実施例では、例えば、二次電池２５が満充電になったとき、スイッチ２８を切り替えて、整流回路２２ａからの受電電圧Ｖｒを高インピーダンス抵抗３０に印加するようになっている。
【０１３８】
ここで、例えば、それぞれの受電装置２-1〜２-Nにおける高インピーダンス抵抗３０の値を異なるように設定しておくことで、送電装置１が、満充電になった受電装置を特定することが可能になる。
【０１３９】
なお、それぞれの受電装置２-1〜２-Nに設定する高インピーダンス抵抗３０は、受電電圧Ｖｒを高インピーダンス抵抗３０に印加したとき、送電装置１において検知される送電コイル１１(電力供給コイル１１ｂ)の波形が識別できるような値に設定される。具体的に、高インピーダンス抵抗(受電装置識別抵抗)３０としては、例えば、第１受電装置２-1は1000Ω、第２受電装置２-2は2000Ω、…というように設定することができる。
【０１４０】
以上の説明において、主として磁界共鳴を利用した電力の伝送(給電)を例としたが、本実施形態は、電界共鳴を利用した電力伝送、或いは、電磁誘導や電界誘導を利用した電力伝送に対しても適用することができる。
【０１４１】
ここに記載されている全ての例および条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものである。
【０１４２】
また、具体的に記載されている上記の例および条件、並びに、本発明の優位性および劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく、解釈されるべきものである。
【０１４３】
さらに、本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神および範囲から外れることなく、様々な変更、置換および修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。
【０１４４】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有する、
ことを特徴とする受電装置。
【０１４５】
（付記２）
前記受電コイルは、前記送電装置からの電力を、磁界共鳴または電界共鳴を利用して無線により受け取る受電共振コイルである、
ことを特徴とする付記１に記載の受電装置。
【０１４６】
（付記３）
前記受電制御器は、
前記送電装置からの電力により前記二次電池の充電を行う本送電において、
前記二次電池が充電可能な場合には、前記受電コイルによる受電電圧を前記二次電池に印加されるように、
前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電電圧が前記負荷抵抗および前記二次電池のいずれにも印加されないように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする付記１または付記２に記載の受電装置。
【０１４７】
（付記４）
前記受電制御器は、
前記送電装置からの電力により前記二次電池の充電を行う本送電において、
前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電電圧が、それぞれの受電装置に特有の抵抗値を有する受電装置識別抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする付記３に記載の受電装置。
【０１４８】
（付記５）
前記二次電池の充電が完了した場合は、前記二次電池が満充電になった場合である、
ことを特徴とする付記３または付記４に記載の受電装置。
【０１４９】
（付記６）
前記受電制御器は、
前記本送電の前に行うテスト送電の初期状態、および、通常使用状態において、
前記受電電圧が前記負荷抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする付記３乃至付記５のいずれか１項に記載の受電装置。
【０１５０】
（付記７）
前記本送電は、前記テスト送電が開始してから第１時間後に開始され、
前記受電制御器は、
前記受電電圧が、前記テスト送電における第１電圧の状態で前記第１時間だけ経過したら前記本送電を認識し、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする付記３乃至付記６のいずれか１項に記載の受電装置。
【０１５１】
（付記８）
前記受電制御器は、
前記テスト送電が開始してからの時間をカウントするタイマと、
前記タイマにより、前記テスト送電が開始してから前記第１時間だけ経過したら、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御するマイクロコントローラと、を含む、
ことを特徴とする付記７に記載の受電装置。
【０１５２】
（付記９）
前記本送電は、前記テスト送電が開始してから第１時間後に開始され、
前記受電制御器は、
前記受電電圧が、前記テスト送電における第１電圧と前記本送電における第２電圧の間の閾値電圧を超えたら前記本送電を認識し、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする付記３乃至付記６のいずれか１項に記載の受電装置。
【０１５３】
（付記１０）
前記受電制御器は、
前記受電電圧と前記閾値電圧を比較するコンパレータと、
前記コンパレータにより、前記テスト送電が開始してから前記受電電圧が前記閾値電圧を超えたら、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御するマイクロコントローラと、を含む、
ことを特徴とする付記９に記載の受電装置。
【０１５４】
（付記１１）
さらに、
前記受電コイルからの電力を整流して前記受電電圧を出力する整流回路と、
前記受電電圧を受け取って前記二次電池を充電する電力信号を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、を有し、
前記開閉器は、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間に設けられる、
ことを特徴とする付記３乃至付記１０のいずれか１項に記載の受電装置。
【０１５５】
（付記１２）
前記マイクロコントローラは、
前記受電電圧および前記電力信号を受け取り、前記開閉器に対して制御信号を出力する、
ことを特徴とする付記１１に記載の受電装置。
【０１５６】
（付記１３）
前記負荷抵抗の抵抗値は、
前記二次電池を充電しているときの抵抗値に基づいて決められる、
ことを特徴とする付記１乃至付記１２のいずれか１項に記載の受電装置。
【０１５７】
（付記１４）
複数の受電装置に対して、電力を無線により伝送する送電コイルを有する送電装置であって、
それぞれの受電装置は、
送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有し、
テスト送電を開始してから第１時間後に本送電を開始し、前記送電コイルからの波形に従って充電対象となる前記受電装置の個数を認識して、前記本送電の条件を制御する送電制御器、を有する、
ことを特徴とする送電装置。
【０１５８】
（付記１５）
前記送電制御器は、
前記送電コイルのインピーダンス特性を記憶するメモリを含み、
前記送電コイルからの波形を、前記メモリに格納された情報を参照することで、充電対象となる前記受電装置の個数を認識する、
ことを特徴とする付記１４に記載の送電装置。
【０１５９】
（付記１６）
それぞれの前記受電装置は、その受電装置に特有の抵抗値を有する受電装置識別抵抗を有し、
前記受電制御器は、前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電コイルによる受電電圧を、前記受電装置識別抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御し、
前記送電制御器は、
前記二次電池の充電が完了した前記受電装置を、その受電装置に特有の抵抗値を有する前記受電装置識別抵抗に基づく、前記送電コイルからの波形変化により特定する、
ことを特徴とする付記１４または付記１５に記載の送電装置。
【０１６０】
（付記１７）
送電装置と、
前記送電装置からの電力を無線により受け取る複数の受電装置と、を有する無線給電システムであって、
それぞれの前記受電装置は、
前記送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有し、
前記送電装置は、
前記複数の受電装置に対して、電力を無線により伝送する送電コイルと、
テスト送電を開始してから第１時間後に本送電を開始し、前記送電コイルからの波形に従って充電対象となる前記受電装置の個数を認識して、前記本送電の条件を制御する送電制御器と、を有する、
ことを特徴とする無線給電システム。
【符号の説明】
【０１６１】
１    送電装置(一次側：送電側)
２，２-1〜２-N    受電装置(二次側：受電側)
１１    ワイヤレス送電部(送電コイル)
１１ａ    送電共振コイル(ＬＣ共振器)
１１ｂ    電力供給コイル
１２    高周波電源部
１３    送電制御部
１４    送電通信回路部
１５    アンプ(増幅器)
１６    整合回路
１７    送電制御器(メモリ)
２１    ワイヤレス受電部(受電コイル)
２１ａ    受電共振コイル(ＬＣ共振器)
２１ｂ    電力取出コイル
２２    受電回路部
２２ａ    整流回路
２２ｂ    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３    受電制御部
２４    受電通信回路部
２５    二次電池
２６    装置部
２７    受電制御器
２８    スイッチ(開閉器)
２９    ダミー負荷抵抗(負荷抵抗)
３０    高インピーダンス抵抗(受電装置識別抵抗)
２７１    マイクロコントローラ
２７２    デジタル入出力部(ＤＩＯ)
２７３    アナログ−デジタル変換器(ＡＤＣ)
２７４    メモリ
２７５    タイマ
２７６    コンパレータ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有する、
ことを特徴とする受電装置。
【請求項２】
前記受電制御器は、
前記送電装置からの電力により前記二次電池の充電を行う本送電において、
前記二次電池が充電可能な場合には、前記受電コイルによる受電電圧を前記二次電池に印加されるように、
前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電電圧が前記負荷抵抗および前記二次電池のいずれにも印加されないように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
前記受電制御器は、
前記送電装置からの電力により前記二次電池の充電を行う本送電において、
前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電電圧が、それぞれの受電装置に特有の抵抗値を有する受電装置識別抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記受電制御器は、
前記本送電の前に行うテスト送電の初期状態、および、通常使用状態において、
前記受電電圧が前記負荷抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御する、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の受電装置。
【請求項５】
前記受電制御器は、
前記テスト送電が開始してからの時間をカウントするタイマと、
前記タイマにより、前記テスト送電が開始してから前記第１時間だけ経過したら、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御するマイクロコントローラと、を含む、
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項６】
前記受電制御器は、
前記受電電圧と前記閾値電圧を比較するコンパレータと、
前記コンパレータにより、前記テスト送電が開始してから前記受電電圧が前記閾値電圧を超えたら、前記受電電圧が前記二次電池に印加されるように、前記開閉器を制御するマイクロコントローラと、を含む、
ことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項７】
さらに、
前記受電コイルからの電力を整流して前記受電電圧を出力する整流回路と、
前記受電電圧を受け取って前記二次電池を充電する電力信号を生成するＤＣ／ＤＣコンバータと、を有し、
前記開閉器は、前記整流回路と前記ＤＣ／ＤＣコンバータの間に設けられる、
ことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項８】
複数の受電装置に対して、電力を無線により伝送する送電コイルを有する送電装置であって、
それぞれの受電装置は、
送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有し、
テスト送電を開始してから第１時間後に本送電を開始し、前記送電コイルからの波形に従って充電対象となる前記受電装置の個数を認識して、前記本送電の条件を制御する送電制御器、を有する、
ことを特徴とする送電装置。
【請求項９】
それぞれの前記受電装置は、その受電装置に特有の抵抗値を有する受電装置識別抵抗を有し、
前記受電制御器は、前記二次電池の充電が完了した場合には、前記受電コイルによる受電電圧を、前記受電装置識別抵抗に印加されるように、前記開閉器を制御し、
前記送電制御器は、
前記二次電池の充電が完了した前記受電装置を、その受電装置に特有の抵抗値を有する前記受電装置識別抵抗に基づく、前記送電コイルからの波形変化により特定する、
ことを特徴とする請求項８に記載の送電装置。
【請求項１０】
送電装置と、
前記送電装置からの電力を無線により受け取る複数の受電装置と、を有する無線給電システムであって、
それぞれの前記受電装置は、
前記送電装置からの電力を無線により受け取る受電コイルと、
前記受電コイルからの電力により充電を行う二次電池と、
負荷抵抗と、
前記受電コイルに対して、前記二次電池および前記負荷抵抗を切り替え可能に接続する開閉器と、
前記受電コイルによる前記送電装置からの電力供給状態、および、前記二次電池の充電状態に基づいて、前記開閉器を制御する受電制御器と、を有し、
前記送電装置は、
前記複数の受電装置に対して、電力を無線により伝送する送電コイルと、
テスト送電を開始してから第１時間後に本送電を開始し、前記送電コイルからの波形に従って充電対象となる前記受電装置の個数を認識して、前記本送電の条件を制御する送電制御器と、を有する、
ことを特徴とする無線給電システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ａ】
2015083223.tif 000019
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ｂ】
2015083223.tif 000020
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２Ｃ】
2015083223.tif 000021
【国際調査報告】
2015083223.tif 000022
2015083223.tif 000023
2015083223.tif 000024
2015083223.tif 000025