(57)【要約】【課題】給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置及び当該送電装置を有する給電システムを提供する。【解決手段】受電装置からの反射電力を受信するアンテナと、当該アンテナが受信した反射電力の電力値を検出する電力検出部と、当該反射電力の電力値に応じて、電力調整値を決定する制御回路と、当該電力値が検出された反射電力が入力され、当該制御回路が決定した電力調整値に応じて、インピーダンスを調整する電力調整部と、当該インピーダンスが調整された電力調整部を介して、当該制御回路が決定した電力調整値を有する反射電力が入力される復調回路と、を有する送電装置、及び当該送電装置を有する給電システムに関する。【選択図】図１
2013220010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置からの反射電力を受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した反射電力の電力値を検出する電力検出部と、
前記反射電力の電力値に応じて、電力調整値を決定する制御回路と、
前記電力値が検出された反射電力が入力され、前記制御回路が決定した電力調整値に応じて、インピーダンスを調整する電力調整部と、
前記インピーダンスが調整された電力調整部を介して、前記制御回路が決定した電力調整値を有する反射電力が入力される復調回路と、
を有する送電装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記電力調整部は、前記電力検出部及び前記復調回路との間に、複数の電力調整素子を有する送電装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記複数の電力調整素子の一は、複数の抵抗を有する減衰器である送電装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３において、
前記複数の電力調整素子の別の一は、複数のコンデンサを有する整合回路である送電装置。
【請求項５】
交流電力を送信、及び、受電装置からの反射電力を受信する第１のアンテナと、
前記第１のアンテナが受信した反射電力の電力値を検出する第１の電力検出部と、
前記反射電力の電力値に応じて、電力調整値を決定する第１の制御回路と、
前記第１の制御回路が決定した電力調整値に応じて、インピーダンスを調整する電力調整部と、
前記インピーダンスが調整された電力調整部を介して、前記第１の制御回路が決定した電力調整値を有する反射電力が入力される第１の復調回路と、
を有する送電装置と、
第２のアンテナと、
前記第２のアンテナが受信した交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、
前記整流回路により整流された直流電力の電力値を検出する第２の電力検出部と、
前記直流電力の電力値を別の電力値に変換する電圧調整部と、
前記別の電力値に変換された直流電力が蓄えられる蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄えられる直流電力の電力値を検出する第３の電力検出部と、
前記第２の電力検出部及び前記第３の電力検出部を制御する第２の制御回路と、
前記第２のアンテナが受信した交流電力を、前記制御回路が処理可能な信号に変換する第２の復調回路と、
を有する前記受電装置と、
を有する給電システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記電力調整部は、前記第１の電力検出部及び前記第１の復調回路との間に、複数の電力調整素子を有する給電システム。
【請求項７】
請求項６において、
前記複数の電力調整素子の一は、複数の抵抗を有する減衰器である給電システム。
【請求項８】
請求項６又は請求項７において、
前記複数の電力調整素子の別の一は、複数のコンデンサを有する整合回路である給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される発明の一態様は、送電装置及び給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な電子機器の普及が進み、多種多様な製品が市場に出荷されている。近年では、携帯電話及びデジタルビデオカメラ等の携帯型の電子機器の普及が顕著である。また電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体も製品として市場に登場しつつある。
【０００３】
携帯電話、デジタルビデオカメラまたは電気推進移動体には、蓄電手段である蓄電装置（バッテリ、蓄電池ともいう）が内蔵されている。当該蓄電装置の給電は、殆どが給電手段である家庭用交流電源より直接的に接触させて行われているのが現状である。また蓄電装置を具備しない構成または蓄電装置に給電された電力を用いない構成では、家庭用交流電源より配線等を介して直接給電し動作させているのが現状である。
【０００４】
一方で非接触により蓄電装置の給電または負荷への給電を行う方式についての研究開発も進んでおり、代表的な方式として、電磁結合方式（電磁誘導方式ともいう）（特許文献１参照）、電波方式（マイクロ波方式ともいう）、磁界共鳴方式（共振方式ともいう）（特許文献２及び特許文献３参照）が挙げられる。
【０００５】
特許文献２に示されるように、磁界共鳴方式の非接触給電技術においては、電力を受ける側の装置（以下、受電装置という）及び電力を供給する側の装置（以下、送電装置という）のそれぞれが、共鳴コイルを有している。また受電装置及び送電装置には、それぞれ電磁誘導コイルが設けられている。送電装置における電源から共鳴コイルへの給電、及び、受電装置における共鳴コイルから負荷への給電は、電磁誘導コイルを介して行われる。
【０００６】
送電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルは、特定の周波数で磁気共鳴現象が発現するよう、それぞれの共振周波数（ＬＣ共振）が調整されている。
【０００７】
これら送電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルが対向し、磁界共鳴現象を起こすことにより、当該共鳴コイル間距離が離れている状態でも、効率の良い電力伝送が実現できる（非特許文献１参照）。
【０００８】
上述の非接触給電技術において、非接触給電と同時に、送電装置及び受電装置間での無線通信を行うことができると、個別認証や異物検出等の安全管理を行えるので好適である。また、非接触給電中に、受電装置の電力情報や充電情報等を通信するができると、送電装置が電力調整等の給電制御を行うことが可能となるので好適である。
【０００９】
非接触給電と同時に、送電装置及び受電装置間での無線通信を実現するためには、通信用アンテナ及び給電用アンテナをそれぞれ用意すればよい。しかし、特許文献４に示されるように、通信用アンテナ及び給電用アンテナを共通化させることができれば、当該送電装置及び受電装置を有する給電システムの小型化、軽量化、低コスト化が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−２２３７１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９７９９号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６６８８３号公報
【特許文献４】特開２０１０−２８４０６６号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】「ワイヤレス給電２０１０  非接触充電と無線電力伝送のすべて」日経エレクトロニクス、２０１０年３月、ｐｐ．６６−８１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、通信用アンテナ及び給電用アンテナを共通化、すなわち、送電装置のアンテナ及び受電装置のアンテナで、通信及び給電を行う場合、通信に用いる電力値と給電に用いる電力値は、大きく異なる可能性が生じる。
【００１３】
より具体的には、まず、給電に用いる電力値よりもはるかに小さい電力値で、ＩＤ認証や異物検出等について、送電装置及び受電装置との間で通信を行う。当該通信により、送電装置及び受電装置が充電可能と判定された場合には、通信に用いる電力値よりもはるかに大きい電力値で、給電を開始する。
【００１４】
給電が進行すると、受電装置の状態（例えば、受電装置が有する二次電池の抵抗値）が変化する。受電装置の状態が変化するに伴い、受電装置から送電装置への反射電力の大きさが変化する。送電装置及び受電装置間での通信は、反射電力を利用して行うため、反射電力の大きさが変化すると、送電装置及び受電装置間での通信に影響を及ぼす恐れがある。例えば、給電が進行し、反射電力の大きさが変化すると、送電装置及び受電装置間での通信が成立しない恐れが生じる。
【００１５】
送電装置の復調回路への入力電力には、安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域が存在する。当該入力電力の電圧値が入力電圧領域以外であると、給電開始から給電終了まで、送電装置及び受電装置間で正常に通信を行なうには、復調回路への入力電力の電圧値を調整する必要がある。
【００１６】
以上を鑑み、開示される発明の一態様は、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を提供することを課題の一とする。
【００１７】
また開示される発明の一態様は、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を有する給電システムを提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
開示される発明の一態様では、送電装置に反射電力検出部を設け、検出された反射電力の電力値に基づいて、復調回路が安定的に通信処理を行なえる入力電圧領域内となるよう、制御回路が当該反射電力の電力値の最適な電力調整値を計算し、当該電力調整値を決定する。
【００１９】
当該制御回路にて決定された電力調整値となるように、電力調整部のインピーダンスを調整し、当該電力調整部を介して復調回路へ入力される電力値を、当該復調回路が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域とする。
【００２０】
以上により、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を提供することができる。
【００２１】
また上記の送電装置を有することにより、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な給電システムを提供することができる。
【００２２】
開示される発明の一態様は、受電装置からの反射電力を受信するアンテナと、当該アンテナが受信した反射電力の電力値を検出する電力検出部と、当該反射電力の電力値に応じて、電力調整値を決定する制御回路と、当該電力値が検出された反射電力が入力され、当該制御回路が決定した電力調整値に応じて、インピーダンスを調整する電力調整部と、当該インピーダンスが調整された電力調整部を介して、当該制御回路が決定した電力調整値を有する反射電力が入力される復調回路と、を有することを特徴とする送電装置に関する。
【００２３】
開示される発明の一態様において、当該電力調整部は、当該電力検出部及び当該復調回路との間に、複数の電力調整素子を有することを特徴とする。
【００２４】
開示される発明の一態様は、交流電力を送信、及び、受電装置からの反射電力を受信する第１のアンテナと、当該第１のアンテナが受信した反射電力の電力値を検出する第１の電力検出部と、当該反射電力の電力値に応じて、電力調整値を決定する第１の制御回路と、当該第１の制御回路が決定した電力調整値に応じて、インピーダンスを調整する電力調整部と、当該インピーダンスが調整された電力調整部を介して、当該第１の制御回路が決定した電力調整値を有する反射電力が入力される第１の復調回路と、を有する送電装置と、第２のアンテナと、当該第２のアンテナが受信した交流電力を整流して直流電力に変換する整流回路と、当該整流回路により整流された直流電力の電力値を検出する第２の電力検出部と、当該直流電力の電力値を別の電力値に変換する電圧調整部と、当該別の電力値に変換された直流電力が蓄えられる蓄電装置と、当該蓄電装置に蓄えられる直流電力の電力値を検出する第３の電力検出部と、当該第２の電力検出部及び当該第３の電力検出部を制御する第２の制御回路と、当該第２のアンテナが受信した交流電力を、当該制御回路が処理可能な信号に変換する第２の復調回路と、を有する当該受電装置と、を有することを特徴とする給電システムに関する。
【００２５】
開示される発明の一態様において、当該電力調整部は、当該第１の電力検出部及び当該第１の復調回路との間に、複数の電力調整素子を有することを特徴とする。
【００２６】
開示される発明の一態様において、当該複数の電力調整素子の一は、複数の抵抗を有する減衰器であることを特徴とする。
【００２７】
開示される発明の一態様において、当該複数の電力調整素子の別の一は、複数のコンデンサを有する整合回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
開示される発明の一態様により、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を提供することができる。
【００２９】
また開示される発明の一態様により、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を有する給電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】給電システムの回路図。
【図２】送電装置の回路図。
【図３】受電装置の回路図。
【図４】給電システムの動作を示すフローチャート。
【図５】送電電力と復調回路の入力電力の関係を示す図。
【図６】電力調整素子及び電力制御部の構成を示す図。
【図７】給電システムを適用できる電気機器について説明する図。
【図８】復調回路の入力電圧及び通信可否との関係を示す図。
【図９】送電装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、同様のものを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場合がある。
【００３２】
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、説明を分かりやすくするために、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００３３】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００３４】
［実施の形態１］
＜給電システムの構成＞
図１は、本実施の形態の無線通信機能を組み込んだ給電システムのブロック図である。図１に示す給電システムは、送電装置１００及び受電装置１１０を有している。
【００３５】
図１に示す給電システムでは、送電装置１００で発生させる電磁波に振幅変調をかけ、当該振幅変調をかけた電磁波（変調信号）を用いて送電装置１００及び受電装置１１０間で無線通信を行う。なお、送電装置１００から受電装置１１０へ送信される変調信号を送信信号とする。また受電装置１１０によって送電装置１００へ反射される電波に含まれる変調信号を返信信号とする。送電装置１００から受電装置１１０へ送信される送信信号には、送電装置１００の情報が含まれており、受電装置１１０によって送電装置１００へ反射される電波に含まれる返信信号には、受電装置１１０の情報が含まれている。
【００３６】
図１に示す送電装置１００は、アンテナ１５１、方向性結合器１０３、電力増幅部１３１、電力検出部１３２、電力調整部１３３、切り替えスイッチ１３４、負荷１３５、制御回路１０５、変調回路１４１、及び復調回路１４２を有している。
【００３７】
図１に示す受電装置１１０は、アンテナ１５２、整流回路１１５、電力検出部１５３、電圧調整部１１７、電力検出部１５４、蓄電装置１２２、通信制御部１２１、及び、制御回路１１９を有している。通信制御部１２１は、変調回路１２５及び復調回路１２６を有している。
【００３８】
＜送電装置の詳細な構成＞
送電装置１００のより詳細な構成を、図２に示す。図２に示す送電装置１００は、変調回路１４１、復調回路１４２、制御回路１０５、切り替えスイッチ１３４、負荷１３５、電力調整部１３３、電力検出部１３２、電力増幅部１３１、方向性結合器１０３、アンテナ１５１を有している。本実施の形態において、アンテナ１５１は、電磁結合コイル１０６、共鳴コイル１０８、及びコンデンサ１０９を有している。なお、本実施の形態では、交流電源１０７は送電装置１００の外部に設けるが、必要であれば、交流電源１０７を送電装置１００の内部に設けてもよい。
【００３９】
なお、送電装置１００及び受電装置１１０間の給電に用いられるのは、交流電源１０７、電力増幅部１３１、方向性結合器１０３、及び、アンテナ１５１である。また送電装置１００及び受電装置１１０間の通信に用いられるのは、交流電源１０７、切り替えスイッチ１３４、電力調整部１３３、電力検出部１３２、変調回路１４１、復調回路１４２、方向性結合器１０３、及び、アンテナ１５１である。なお、必要であれば、送電装置１００及び受電装置１１０間の通信に、電力増幅部１３１を用いてもよい。
【００４０】
交流電源１０７は高周波の交流電力を生成する電源である。当該交流電力は、通信においては搬送波として機能し、給電においては給電される直流電力の基となる電力である。交流電源１０７の第１の端子は、変調回路１４１の第１の端子に電気的に接続されている。交流電源１０７の第２の端子は、接地されている。
【００４１】
変調回路１４１は、制御回路１０５から出力された送信信号を、無線通信可能な信号に変換する機能を有する回路である。送信信号は、後述する制御回路１０５により生成され、上述のように送電装置１００の情報を有している。また本実施の形態では、送信信号及び受電装置１１０からの返信信号は、上述のように振幅変調をかけられた電磁波である。変調回路１４１の第１の端子は、交流電源１０７の第１の端子に電気的に接続されている。変調回路１４１の第２の端子は、電力増幅部１３１の第１の端子に電気的に接続されている。変調回路１４１の第３の端子は、制御回路１０５の第１の端子に電気的に接続されている。
【００４２】
電力増幅部１３１は、交流電力の電力値を増幅させる機能を有する回路である。送電装置１００及び受電装置１１０間で給電又は給電中の通信を行う場合の交流電力の電力値は、通信のみを行う場合の交流電力の電力値よりも大きい。よって、例えば、通信のみを行う場合は交流電力を増幅させずに、交流電源１０７で生成された電力値で通信を行い、給電又は給電中の通信は、交流電源１０７で生成された交流電力を電力増幅部１３１で増幅させ、当該増幅させた交流電力を送電装置１００から受電装置１１０へ送電してもよい。また、通信のみを行う場合であっても、必要であれば、電力増幅部１３１で交流電力を増幅してもよい。電力増幅部１３１の第１の端子は、変調回路１４１の第２の端子に電気的に接続されている。
電力増幅部１３１の第２の端子は、方向性結合器１０３の第１の端子に電気的に接続されている。電力増幅部１３１の第３の端子は、制御回路１０５の第２の端子に電気的に接続されている。
【００４３】
復調回路１４２は、受電装置１１０からの変調信号（上述のように、本明細書では返信信号という）を制御回路１０５が処理可能な信号に変換する機能を有する回路である。当該返信信号は、受電装置１１０からの反射電力に含まれており、受電装置１１０の情報を有している。復調回路１４２の第１の端子は、制御回路１０５の第３の端子に電気的に接続されている。復調回路１４２の第２の端子は、切り替えスイッチ１３４の第１の端子に電気的に接続されている。
【００４４】
上述のように、復調回路１４２には、安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域が存在する。図８に、復調回路１４２への入力電圧及び給電システムの通信可否との関係を示す。図８において、本実施の形態の給電システムが通信可能である場合は縦軸の値は１であり、本実施の形態の給電システムが通信不可能である場合は縦軸の値は０である。図８に示すように、復調回路１４２への入力電圧が電圧Ｖ１以上電圧Ｖ２以下では、給電システムは通信可能である。しかしながら、復調回路１４２への入力電圧が電圧Ｖ１未満、電圧Ｖ２より大きい場合では、給電システムは通信不可能である。
【００４５】
方向性結合器１０３（「カプラ」ともいう）は、順方向に伝搬する電力（進行波）若しくは逆方向に伝搬する電力（反射波）、またはその両方に対応する信号を取り出すことができる。方向性結合器１０３の第１の端子は、電力増幅部１３１の第２の端子に電気的に接続されている。方向性結合器１０３の第２の端子は、電力検出部１３２の第１の端子に電気的に接続されている。方向性結合器１０３の第３の端子は、アンテナ１５１の電磁結合コイル１０６の第１の端子に電気的に接続されている。
【００４６】
電力検出部１３２は、受電装置１１０からの反射電力の電力値を検出する機能を有する。より具体的には、電力検出部１３２に印加される電圧値を検出する機能、及び、電力検出部１３２を流れる電流値を検出する機能を有している。当該検出された電圧値及び電流値より、受電装置１１０からの反射電力の電力値を検出する。電力検出部１３２の第１の端子は、方向性結合器１０３の第２の端子に電気的に接続されている。電力検出部１３２の第２の端子は、電力調整部１３３の第１の端子に電気的に接続されている。電力検出部１３２の第３の端子は、制御回路１０５の第４の端子に電気的に接続されている。
【００４７】
電力調整部１３３は、受電装置１１０からの反射電力を調整する機能を有する。これにより、復調回路１４２が安定的に通信処理を行なえる入力電圧領域にまで、例えば、反射電力を減衰させることが可能である。電力調整部１３３は、電力を調整する素子、例えば、抵抗やコンデンサ等を有している。電力調整部１３３の第１の端子は、電力検出部１３２の第２の端子に電気的に接続されている。電力調整部１３３の第２の端子は、切り替えスイッチ１３４の第２の端子に電気的に接続されている。電力調整部１３３の第３の端子は、制御回路１０５の第５の端子に電気的に接続されている。
【００４８】
電力調整部１３３には、反射電力を調整する素子（以下「電力調整素子」と呼ぶ）が複数含まれている。詳細は後述するが、電力検出部１３２で検出された反射電力の電力値に応じて、復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域内となるよう、制御回路１０５が当該反射電力の電力値に対する最適な電力調整値を決定する。制御回路１０５で決定された最適な電力調整値に基づき、復調回路１４２に入力される反射電力の電力値が、復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域内となるように、電力調整部１３３のインピーダンスが調整される。
【００４９】
電力検出部１３２により電力値が検出された反射電力が、当該インピーダンスが調整された電力調整部１３３を通ることにより、復調回路１４２に入力される反射電力の電力値が、復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域となる。
【００５０】
電力調整素子の具体的な例を、図６を用いて説明する。
【００５１】
図６（Ａ）に示す電力調整素子２００は、抵抗値Ｒ１を有する抵抗２０３、抵抗値Ｒ２を有する抵抗２０４及び抵抗２０５を有するπ型不平衡減衰器（減衰器：アッテネータともいう）である。抵抗２０３の一方の端子は、端子２０１及び抵抗２０４の一方の端子に電気的に接続されている。抵抗２０３の他方の端子は、端子２０２及び抵抗２０５の一方の端子に電気的に接続されている。抵抗２０４の他方の端子は接地されている。また抵抗２０５の他方の端子は接地されている。
【００５２】
図６（Ｂ）に示す電力調整素子２１０は、容量値Ｃ１を有するコンデンサ２１３及び容量値Ｃ２を有するコンデンサ２１４を有する整合回路である。コンデンサ２１３の一方の端子は、端子２１１に電気的に接続されている。コンデンサ２１３の他方の端子は、端子２１２及びコンデンサ２１４の一方の端子と電気的に接続されている。コンデンサ２１４の他方の端子は接地されている。
【００５３】
電力調整部１３３には、複数の電力調整素子が含まれており、制御回路１０５で決定された最適な電力調整値に基づき、最適な電力調整素子が選択される。例えば、図６（Ｃ）に示すように、電力調整部１３３には、図６（Ａ）に示す電力調整素子２００、図６（Ｂ）に示す電力調整素子２１０、制御回路１０５から出力された信号Ｓ１に基づいて動作するスイッチ２２１ａ及びスイッチ２２１ｂを有している。
【００５４】
スイッチ２２１ａ及びスイッチ２２１ｂは、制御回路１０５から出力された信号Ｓ１に基づいて、最適な電力調整値となるように最適な電力調整素子を選択する。なお図６（Ｃ）では、信号Ｓ１に基づいて、電力調整素子２００又は電力調整素子２１０のいずれかを選択する構成となっているが、電力調整部１３３の構成はこれに限定されない。電力調整部１３３は、複数の電力調整素子を含むことが可能であり、当該複数の電力調整素子は、並列又は直列、あるいはその両方で接続される。制御回路１０５から出力された信号Ｓ１に基づいて動作するスイッチも複数設け、当該複数のスイッチを切り替えることにより、最適な電力調整値となるように最適な電力調整素子を選択すればよい。
【００５５】
なお、本実施の形態では、電力調整素子として、減衰器及び整合回路について説明したが、電力調整素子はこれに限定されない。電力調整素子として、例えば、コイル等を用いてもよい。また、減衰器として、π型不平衡減衰器について説明したが、これに限定されず、例えば、π型平衡減衰器、Ｔ型不平衡減衰器、Ｔ型平衡減衰器等、他の減衰器を用いてもよい。
【００５６】
切り替えスイッチ１３４は、受電装置１１０からの反射電力を、復調回路１４２又は負荷１３５の一方に供給する機能を有する。詳細は後述するが、反射電力が復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域である場合は、切り替えスイッチ１３４を介して電力調整部１３３と復調回路１４２とが電気的に接続される。反射電力が復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域ではない場合、又は、反射電力が復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域かどうか不明な場合は、切り替えスイッチ１３４を介して電力調整部１３３と負荷１３５とが電気的に接続される。切り替えスイッチ１３４の第１の端子は、復調回路１４２と電気的に接続されている。切り替えスイッチ１３４の第２の端子は、電力調整部１３３の第２の端子に電気的に接続されている。切り替えスイッチ１３４の第３の端子は、負荷１３５の第１の端子に電気的に接続されている。
【００５７】
制御回路１０５は、受電装置１１０へ送信する送信信号を生成する機能や、当該送信信号に応じて受電装置１１０から返信され、受電装置１１０の情報を有する返信信号を処理する機能を有している。また制御回路１０５は、電力増幅部１３１の電力増幅度を制御する機能を有している。また制御回路１０５は、電力検出部１３２で検出された電力を解析する機能を有している。また制御回路１０５は、電力調整部１３３の電力調整値を制御する機能を有する。制御回路１０５の第１の端子は、変調回路１４１の第３の端子に電気的に接続されている。制御回路１０５の第２の端子は、電力増幅部１３１の第３の端子に電気的に接続されている。制御回路１０５の第３の端子は、復調回路１４２の第１の端子に電気的に接続されている。制御回路１０５の第４の端子は、電力検出部１３２の第３の端子に電気的に接続されている。制御回路１０５の第５の端子は、電力調整部１３３の第３の端子に電気的に接続されている。
【００５８】
アンテナ１５１は、電磁結合コイル１０６、共鳴コイル１０８、及びコンデンサ１０９を有している。本実施の形態では、交流電源１０７で生成された交流電力は、電磁結合により電磁結合コイル１０６から共鳴コイル１０８へ送電される。また当該交流電力は、送電装置１００の共鳴コイル１０８及び後述する受電装置１１０の共鳴コイル１１２が同一の周波数で共鳴（ＬＣ共振）することにより、送電装置１００の共鳴コイル１０８から受電装置１１０の共鳴コイル１１２へ送電される。さらに、受電装置１１０の共鳴コイル１１２が受電した交流電力は、受電装置１１０の共鳴コイル１１２から後述する電磁結合コイル１１３へ、電磁結合にて送電される。
【００５９】
なお、送電装置１００及び受電装置１１０間の交流電力の送電を、共鳴現象を利用せず、電磁結合を用いて行う場合は、送電装置１００の共鳴コイル１０８及びコンデンサ１０９、並びに、受電装置１１０の共鳴コイル１１２及びコンデンサ１１１は設けなくてもよい。送電装置１００及び受電装置１１０間の交流電力の送電を、電磁結合を用いて行う場合は、送電装置１００の電磁結合コイル１０６及び受電装置１１０の電磁結合コイル１１３の電磁結合を用いて行えばよい。
【００６０】
電磁結合コイル１０６の第１の端子は、方向性結合器１０３の第３の端子に電気的に接続されている。電磁結合コイル１０６の第２の端子は接地されている。
【００６１】
共鳴コイル１０８の一方の端子及び他方の端子は、それぞれコンデンサ１０９の一方の端子及び他方の端子に電気的に接続されている。
【００６２】
なお図２においては、電力検出部１３２、切り替えスイッチ１３４、及び、負荷１３５をもうけた送電装置１００について述べたが、反射電力の電力値が既知であり、復調回路１４２に入力する電力の電力値が、復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域内である場合は、電力検出部１３２、切り替えスイッチ１３４、及び、負荷１３５を設けなくてもよい。電力検出部１３２、切り替えスイッチ１３４、及び、負荷１３５をもうけない送電装置１０２を、図９に示す。
【００６３】
図９に示す送電装置１０２では、反射電力の電力値が既知であるので、反射電力の電力値を検出する電力検出部は設けない。また、復調回路１４２に入力する電力の電力値が、復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域内であるので、負荷は不要である。負荷が不要であるため、切り替えスイッチも不要である。
【００６４】
＜受電装置の詳細な構成＞
受電装置１１０のより詳細な構成を、図３に示す。図３に示す受電装置１１０は、アンテナ１５２、整流回路１１５、平滑化回路１１６、電力検出部１５３、電圧調整部１１７、電力検出部１５４、蓄電装置１２２、変調回路１２５及び復調回路１２６を有する通信制御部１２１、制御回路１１９を有している。アンテナ１５２は、コンデンサ１１１、共鳴コイル１１２、及び、電磁結合コイル１１３を有している。
【００６５】
上述のように、本実施の形態では、共鳴現象を利用して、送電装置１００の共鳴コイル１０８から受電装置１１０の共鳴コイル１１２へ送電される。共鳴コイル１１２が受電した交流電力は共鳴コイル１１２から電磁結合コイル１１３へ電磁結合にて送電される。共鳴現象を利用せず、電磁結合を利用して送電装置１００及び受電装置１１０間の交流電力の送電を行う場合は、コンデンサ１１１及び共鳴コイル１１２を設けなくてもよい。
【００６６】
共鳴コイル１１２の一方の端子及び他方の端子は、それぞれコンデンサ１１１の一方の端子及び他方の端子に電気的に接続されている。
【００６７】
電磁結合コイル１１３の第１の端子は、整流回路１１５の第１の端子、変調回路１２５の第１の端子、及び、復調回路１２６の第１の端子に電気的に接続されている。電磁結合コイル１１３の第２の端子は、整流回路１１５の第２の端子に電気的に接続されている。
【００６８】
整流回路１１５は、交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバータ）として機能する。図３に示す整流回路１１５は、４つのダイオードから構成される整流ブリッジである。整流回路１１５の第１の端子は、電磁結合コイル１１３の第１の端子に電気的に接続されている。整流回路１１５の第２の端子は、電磁結合コイル１１３の第２の端子に電気的に接続されている。整流回路１１５の第３の端子は、平滑化回路１１６の第１の端子及び電力検出部１５３の第１の端子に電気的に接続されている。整流回路１１５の第４の端子は接地されている。
【００６９】
平滑化回路１１６は、整流回路１１５から出力された直流電力を蓄え、かつ放出することにより、直流電力を平滑化する機能を有する。本実施の形態では、平滑化回路１１６としてコンデンサを用いる。平滑化回路１１６の第１の端子は、整流回路１１５の第３の端子及び電力検出部１５３の第１の端子に電気的に接続されている。平滑化回路１１６の第２の端子は接地されている。
【００７０】
電力検出部１５３は、整流回路１１５で整流され、平滑化回路１１６で平滑化された直流電力の電力値を検出する機能を有する。電力検出部１５３の第１の端子は、平滑化回路１１６の第１の端子及び整流回路１１５の第３の端子に電気的に接続されている。電力検出部１５３の第２の端子は、電圧調整部１１７の第１の端子に電気的に接続されている。電力検出部１５３の第３の端子は、制御回路１１９の第１の端子に電気的に接続されている。
【００７１】
電圧調整部１１７は、直流電圧の電圧値を別の電圧値に変換する電圧変換回路を有する。電圧調整部１１７の第１の端子は、電力検出部１５３の第２の端子に電気的に接続されている。電圧調整部１１７の第２の端子は、電力検出部１５４の第１の端子に電気的に接続されている。
【００７２】
電力検出部１５４は、蓄電装置１２２へ充電される電力値を検出する回路である。より具体的には、電力検出部１５４に印加される電圧値を検出する機能、及び、電力検出部１５４を流れる電流値を検出する機能を有している。電力検出部１５４の第１の端子は、電圧調整部１１７の第２の端子に電気的に接続されている。電力検出部１５４の第２の端子は、蓄電装置１２２の正極に電気的に接続されている。電力検出部１５４の第３の端子は、制御回路１１９の第２の端子に電気的に接続されている。
【００７３】
蓄電装置１２２は、直流電力を蓄える機能を有する。蓄電装置１２２の正極は、電力検出部１５４の第２の端子に電気的に接続されている。蓄電装置１２２の負極は接地されている。
【００７４】
通信制御部１２１の変調回路１２５は、制御回路１１９で生成された返信信号を、変調する機能を有する回路である。変調回路１２５により返信信号を変調することにより、返信信号を受電装置１１０から送電装置１００に送信することが可能となる。送信信号は、上述のように受電装置１１０の情報を有している。また本実施の形態では、返信信号は上述のように振幅変調をかけられた電磁波である。変調回路１２５の第１の端子は、電磁結合コイル１１３の第１の端子、整流回路１１５の第１の端子、及び、復調回路１２６の第１の端子に電気的に接続されている。変調回路１２５の第２の端子は、制御回路１１９の第３の端子に電気的に接続されている。
【００７５】
通信制御部１２１の復調回路１２６は、送電装置１００が送信し受電装置１１０が受信した交流電力に含まれる送信信号が制御回路１１９に入力される際に、当該送信信号を制御回路１１９が処理可能な信号に変換する機能を有する回路である。復調回路１２６の第１の端子は、電磁結合コイル１１３の第１の端子、整流回路１１５の第１の端子、及び、変調回路１２５の第１の端子に電気的に接続されている。
【００７６】
制御回路１１９は、送電装置１００から送信される送信信号を処理する機能や、受電装置１１０の情報を有する返信信号を生成する機能や、電力検出部１５３を制御する機能や、電力検出部１５４を制御する機能を有する。制御回路１１９の第１の端子は、電力検出部１５３の第３の端子に電気的に接続されている。制御回路１１９の第２の端子は、電力検出部１５４の第３の端子に電気的に接続されている。制御回路１１９の第３の端子は、変調回路１２５の第２の端子に電気的に接続されている。制御回路１１９の第４の端子は、復調回路１２６の第２の端子に電気的に接続されている。
【００７７】
＜給電システムの動作＞
図４に、本実施の形態の給電システムの動作のフローチャートを示す。
【００７８】
まず最初のステップとして、送電装置１００から受電装置１１０へ、受電装置１１０の情報を送電装置１００に送る指示を有する送信信号が送信される（ステップＳ１０１）。
【００７９】
次いで、当該送信信号に対応して、受電装置１１０の情報を有する返信信号が、受電装置１１０から送電装置１００へ送信される（ステップＳ１０２）。当該返信信号には、受電装置１１０のＩＤや、受電装置１１０と送電装置１００との間に異物が存在するか否か等の情報を有している。
【００８０】
受電装置１１０が受電可能な場合（ステップＳ１０３）、切り替えスイッチ１３４の第２の端子及び第３の端子が接続され、電力調整部１３３の第２の端子及び負荷１３５の第１の端子が電気的に接続される（ステップＳ１０４）。
【００８１】
受電装置１１０が受電不可能な場合（ステップＳ１０３）は、再度、送電装置１００から、受電装置１１０の情報を有する返信信号を送信する指示を有する送信信号が送信される（ステップＳ１０１）。
【００８２】
電力調整部１３３の第２の端子及び負荷１３５の第１の端子が電気的に接続された場合（ステップＳ１０４）、送電装置１００から受電装置１１０へ、受電装置１１０が受電可能な電力が送電される（ステップＳ１０５）。なお当該電力には、通信用の送信信号が含まれる。当該受電装置１１０が受電可能な電力値は、ステップＳ１０２で送電装置１００から受電装置１１０へ送信される送信信号の電力値よりも大きい。
【００８３】
送電装置１００から送電し、受電装置１１０が受電した電力及び変調信号（送信信号）に応じて、受電装置１１０から送電装置１００に反射電力が送信される。当該反射電力には、受電装置１１０の情報が含まれている。当該反射電力の電力値は、電力検出部１３２で検出される（ステップＳ１０６）。当該電力検出部１３２で検出された反射電力の電力値の情報（信号）は、制御回路１０５に送られ、当該反射電力の電力値の情報（信号）は、制御回路１０５で解析される（ステップＳ１０７）。制御回路１０５は、復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域内となるよう、当該解析した反射電力の電力値の最適な電力調整値を計算し、当該電力調整値を決定する（ステップＳ１０８）。
【００８４】
制御回路１０５で決定された最適な電力調整値に基づき、復調回路１４２に入力される反射電力の電力値が、復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域内となるように、電力調整部１３３のインピーダンスを調整する（ステップＳ１０９）。電力調整部１３３のインピーダンスを調整するには、図６に示した電力調整素子のうち、最適な電力調整素子を選択すればよい。上述のように、電力調整部１３３に設けられた複数の電力調整素子は、並列又は直列、あるいはその両方で接続されている。また制御回路１０５から出力された信号Ｓ１に基づいて動作するスイッチも複数設けられている。制御回路１０５から出力された信号Ｓ１に基き、当該複数のスイッチを切り替えることにより、最適な電力調整値となるように最適な電力調整素子を選択する。これにより、電力調整部１３３のインピーダンスを調整することができる。
【００８５】
次いで、切り替えスイッチ１３４の第２の端子及び第１の端子を接続し、電力調整部１３３の第２の端子及び復調回路１４２の第２の端子が電気的に接続される（ステップＳ１１０）。
【００８６】
インピーダンスが調整された電力調整部１３３を通ることにより、電力値が復調回路１４２が安定的に通信処理が行なえる入力電圧領域内となった反射電力が、復調回路１４２に入力される。これにより、反射電力に含まれている受電装置１１０の情報が、復調回路１４２に入力される（ステップＳ１１１）。
【００８７】
復調回路１４２に入力された受電装置１１０の情報は、制御回路１０５にて解析される（ステップＳ１１２）。
【００８８】
給電が進行すると、受電装置１１０の蓄電装置１２２の抵抗値が上昇し、受電装置１１０から送電装置１００への反射電力の電力値が変化する。電力調整部１３３で調整後の反射電力の電力値（復調回路１４２の入力電力の電力値）が、復調回路１４２が安定的に通信処理を行なえる入力電圧領域から外れる場合は、ステップＳ１０４に戻り、電力調整部１３３の第２の端子及び負荷１３５の第１の端子を電気的に接続する。さらに、ステップＳ１０５乃至ステップＳ１０８を実行し、新たに、反射電力の電力調整値を決定する。以上、図４に示すフローチャートに従って、給電が終了するまで、電力調整部１３３のインピーダンスを調整し、調整後の反射電力の電力値（復調回路１４２の入力電力の電力値）が、復調回路１４２が安定的に通信処理を行なえる入力電圧領域内に入るようにする。以上により、給電が進行し、反射電力が変化しても、送電装置及び受電装置間での通信を安定に行う給電システムを得ることができる。
【００８９】
図４に示すフローチャートに従い、復調回路１４２の入力電力の電力値を、復調回路１４２が安定的に通信処理を行なえる入力電圧領域内に維持した時の、送電電力（送電装置１００から受電装置１１０への送電電力）と復調回路の入力電力の関係を、図５に示す。
【００９０】
図５において、電圧Ｖ１以上電圧Ｖ２以下が、復調回路１４２が安定的に通信処理を行なえる入力電圧領域である。まず、給電開始後、ステップＳ１０１からステップＳ１１１を行い、反射電力の電力調整値を第１の電力調整値Ａ１に維持する。このときの電力調整部１３３のインピーダンスを、第１のインピーダンスＺ１とする。電力調整部１３３のインピーダンスが第１のインピーダンスＺ１である場合の、送電電力の変化に対する復調回路１４２に入力される電圧の変化を曲線３０１として示す。また、曲線３０１の近似直線を、直線３１１として示す。
【００９１】
直線３１１より、送電電力が上昇し続けると復調回路１４２に入力される電圧が電圧Ｖ２を超えてしまうことがわかる。そこで、復調回路１４２に入力される電圧が電圧Ｖ２を超える前に、反射電力の電力調整値を調整する。例えば、送電電力がＷ１に達すると、ステップＳ１１１からステップＳ１０４に戻り、新たな反射電力の電力調整値を決定する（ステップＳ１０８）。なお、送電電力がＷ１のときの、復調回路１４２に入力される電圧Ｖ３は、電圧Ｖ２を超えない電圧である。当該新たな反射電力の電力調整値を、第２の電力調整値Ａ２とし、第２の電力調整値Ａ２となるような電力調整部１３３のインピーダンスを、第２のインピーダンスＺ２とする。電力調整部１３３のインピーダンスを、第１のインピーダンスＺ１から第２のインピーダンスＺ２に変え（ステップＳ１０９）、第２の電力調整値Ａ２となった反射電力を復調回路１４２に入力する（ステップＳ１１０）。電力調整部１３３のインピーダンスが第２のインピーダンスＺ２である場合の、送電電力の変化に対する復調回路１４２に入力される電圧の変化を曲線３０２として示す。また、曲線３０２の近似直線を、直線３１２として示す。
【００９２】
給電中に、さらに送電電力を上昇させ、送電電力が電力Ｗ２に達すると、上述と同様の動作を行い、第３の電力調整値Ａ３を決定し、電力調整部１３３のインピーダンスを第３のインピーダンスＺ３に変化させる。電力調整部１３３のインピーダンスが第３のインピーダンスＺ３である場合の、送電電力の変化に対する復調回路１４２に入力される電圧の変化を曲線３０３として示す。また、曲線３０３の近似直線を、直線３１３として示す。
【００９３】
以上説明したように、送電電力、及び、送電電力に応じた反射電力が変化しても、復調回路１４２に入力する電力の電圧値を、復調回路１４２が安定的に通信処理を行なえる入力電圧領域内に維持することが可能である。
【００９４】
なお図９に示す送電装置１０２を用いて給電を行う場合は、ステップＳ１０４乃至ステップＳ１０９までを行わず、受電装置１１０が受電可能な場合（ステップＳ１０３）、電力調整部１３３の電力調整素子を変更し、電力調整部１３３のインピーダンスを調整（ステップＳ１０９）後、反射電力を復調回路１４２に入力（ステップＳ１１１）すればよい。
【００９５】
以上本実施の形態により、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を提供するができる。
【００９６】
また本実施の形態により、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を有する給電システムを提供することができる。
【００９７】
［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で説明した給電システムを適用できる電気機器について説明する。なお、本発明の一態様に係る給電システムを適用できる電気機器としては、携帯型の電子機器である、デジタルビデオカメラ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）再生装置）などが挙げられる。また、電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体が挙げられる。以下、一例について図７を参照して説明する。
【００９８】
図７（Ａ）は、携帯電話及び携帯情報端末を給電システムの用途とする一例であり、送電装置７０１、受電装置７０３Ａを有する携帯電話７０２Ａ、受電装置７０３Ｂを有する携帯電話７０２Ｂによって構成されている。実施の形態１で説明した給電システムは、送電装置７０１と受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂの間で適用することができる。
【００９９】
図７（Ｂ）は、電気推進移動体である電気自動車を給電システムの用途とする一例であり、送電装置７１１と、受電装置７１３を有する電気自動車７１２とによって構成されている。実施の形態１で説明した給電システムは、送電装置７１１と受電装置７１３の間で適用することができる。
【０１００】
以上本実施の形態により、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を提供するができる。
【０１０１】
また本実施の形態により、給電と同時に安定な通信を行うことが可能な送電装置を有する給電システムを提供することができる。
【０１０２】
本実施の形態により、電気機器に対して安定な給電及び通信を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００    送電装置
１０２    送電装置
１０３    方向性結合器
１０５    制御回路
１０６    電磁結合コイル
１０７    交流電源
１０８    共鳴コイル
１０９    コンデンサ
１１０    受電装置
１１１    コンデンサ
１１２    共鳴コイル
１１３    電磁結合コイル
１１５    整流回路
１１６    平滑化回路
１１７    電圧調整部
１１９    制御回路
１２１  通信制御部
１２２    蓄電装置
１２５    変調回路
１２６    復調回路
１３１    電力増幅部
１３２    電力検出部
１３３    電力調整部
１３４    切り替えスイッチ
１３５    負荷
１４１    変調回路
１４２    復調回路
１５１    アンテナ
１５２    アンテナ
１５３    電力検出部
１５４    電力検出部
２００    電力調整素子
２０１    端子
２０２    端子
２０３    抵抗
２０４    抵抗
２０５    抵抗
２１０    電力調整素子
２１１    端子
２１２    端子
２１３    コンデンサ
２１４    コンデンサ
２２１ａ    スイッチ
２２１ｂ    スイッチ
７０１    送電装置
７０２Ａ    携帯電話
７０２Ｂ    携帯電話
７０３Ａ    受電装置
７０３Ｂ    受電装置
７１１    送電装置
７１２    電気自動車
７１３    受電装置
【図１】
2013220010.tif 000003
【図２】
2013220010.tif 000004
【図３】
2013220010.tif 000005
【図４】
2013220010.tif 000006
【図５】
2013220010.tif 000007
【図６】
2013220010.tif 000008
【図７】
2013220010.tif 000009
【図８】
2013220010.tif 000010
【図９】
2013220010.tif 000011