(57)【要約】      （修正有）【課題】屋外に監視カメラや各種センサを設置する場合、屋外機器と屋内機器との間で、非接触で電力を送電するワイヤレス給電技術があるが、ワイヤレス送電を開始する前に、仮給電して、受電側装置の接続の有無のチェック等を実行することに係る電力ロスが大きい。【解決手段】対向する送電ユニットと受電ユニットから成る給電アダプタであって、前記送電ユニットは、前記受電ユニットへ非接触で電力を送電する送電手段と、前記受電ユニットの送電要求を非接触で検知する送電要求検知手段と、送電要求を検知した場合に前記送電手段を起動する送電制御手段を有し、前記受電ユニットは、伝達される電力を受取る受電手段と、前記送電ユニットへ送電を要求する送電要求手段と、前記送電ユニットへ送電を要求すべき所定のイベントを検知した場合に、前記送電ユニットへ送電を要求するように前記送電要求手段を制御する受電制御手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する送電ユニットと受電ユニットから成る給電アダプタであって、
前記送電ユニットは、変動する磁場もしくは変動する電場を生成して前記受電ユニットへ非接触で電力を送電する送電手段と、前記送電手段を起動または停止する送電制御手段と、前記受電ユニットが送電を要求しているか否かを非接触で検知する送電要求検知手段と、を有し、
前記送電制御手段は、定期的または非定期に前記受電ユニットが送電を要求しているか否かを判定し、要求していると判定した場合に前記送電手段を起動し、
前記受電ユニットは、前記送電ユニットが生成した変動する磁場もしくは変動する電場により伝達される電力を受取る受電手段と、自受電ユニットと接続されている機器へ電力を供給する機器給電手段と、前記送電ユニットへ送電を要求する送電要求手段と、前記送電要求手段を制御する受電制御手段と、前記送電要求手段または前記受電制御手段の一部もしくは全ての機能を所定期間動作させるのに必要な電力を蓄積する蓄電手段と、を有し、
前記受電制御手段は、前記送電ユニットへ送電を要求すべき所定のイベントを検知した場合または前記蓄電手段に蓄積されている電力の残量が予め定められた閾値より少なくなったことを検知した場合に、前記送電ユニットへ送電を要求するように前記送電要求手段を制御することを特徴とする壁越えワイヤレス給電アダプタ。
【請求項２】
請求項１に記載の給電アダプタにおいて、
前記送電ユニットは、前記受電ユニットへ送電している電流が、一定時間以上、所定値以下であることを検知した場合に、前記送電手段を停止することを特徴とする壁越えワイヤレス給電アダプタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の給電アダプタにおいて、
前記受電ユニットが備える前記送電要求手段は、電磁結合に係る二次側コイルを含むループ電流路を形成するループ回路であって、前記ループ電流路を形成するか否かにより前記送電ユニットへ送電を要求し、
前記送電ユニットが備える前記送電要求検知手段は、電磁結合に係る一次側コイルを含む回路であって、前記一次側コイルに交流電圧を印加して前記一次側コイルに流れる電流値を測定し、前記測定した電流値により前記二次側コイルを含むループ電流路が形成されているか否かを判定して前記受電ユニットが送電を要求しているか否かを検知することを特徴とする壁越えワイヤレス給電アダプタ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の給電アダプタにおいて、
前記受電ユニットが備える前記蓄電手段は、キャパシタであることを特徴とする壁越えワイヤレス給電アダプタ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の給電アダプタにおいて、
前記受電ユニットは、前記機器送電手段が供給している電圧に係る情報を前記送電ユニットへ通知する電圧通知手段を、さらに有し、
前記送電ユニットは、前記受電ユニットから通知され電圧に係る情報に応じて、前記受電ユニットと接続されている機器へ供給される電圧が所定の電圧値の範囲内となるように、前記送電手段を制御することを特徴とする壁越えワイヤレス給電アダプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁等のギャップを介して対向する送電ユニットと受電ユニット間で、非接触で電力を送電するワイヤレス給電アダプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
屋外に監視カメラや各種センサを設置する場合、屋外機器と屋内機器とのデータ通信は、配線が不要な無線通信技術により実現することが多い。しかし、屋外機器へ電力を供給する必要があって、屋外にコンセントが無い場合、壁に孔を開けて、電源ケーブルを新たに配線する必要がある。これを改善する技術として、非接触で電力を送電するワイヤレス給電技術がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ワイヤレス給電は、電磁結合や電界結合により、電力を非接触で送電するものであるが、エネルギーとしての伝達効率は高くなく（例えば６０％以下）、かなりの電力ロスがある。特に、受電ユニットに接続された機器が電源オフまたは待機状態で、送電を要さない場合であっても、ワイヤレス送電を継続するか、受電ユニット側の状態を監視し、その結果に応じて送電を起動／停止制御するための待機電力を常に供給しているのが一般的である。
【０００４】
この待機電力のエネルギーとしての伝達効率も高くなく、しかも、常時監視であるので、常に電力消費しているので無視できない。
【０００５】
特許文献１に記載された技術では、ワイヤレス送電を開始する前に、仮給電して、受電側装置の接続の有無、送電側と受電側装置との位置関係のチェック、および機器認証を実行して送電を起動／停止制御しており、常時、送電はしていない。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された技術においても、仮給電を実行することに係る電力ロスが定期的または常時発生しており、待機時の電力ロスは一般的な給電（非ワイヤレス給電）に比べて大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−４５９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の課題は、仮給電することなく、ワイヤレス送電の要否を判定し、待機時の電力ロスを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、対向する送電ユニットと受電ユニットから成る給電アダプタであって、前記送電ユニットは、変動する磁場もしくは変動する電場を生成して前記受電ユニットへ非接触で電力を送電する送電手段と、前記送電手段を起動または停止する送電制御手段と、前記受電ユニットが送電を要求しているか否かを非接触で検知する送電要求検知手段と、を有し、前記送電制御手段は、定期的または非定期に前記受電ユニットが送電を要求しているか否かを判定し、要求していると判定した場合に前記送電手段を起動し、前記受電ユニットは、前記送電ユニットが生成した変動する磁場もしくは変動する電場により伝達される電力を受取る受電手段と、自受電ユニットと接続されている機器へ電力を供給する機器給電手段と、前記送電ユニットへ送電を要求する送電要求手段と、前記送電要求手段を制御する受電制御手段と、前記送電要求手段または前記受電制御手段の一部もしくは全ての機能を所定期間動作させるのに必要な電力を蓄積する蓄電手段と、を有し、前記受電制御手段は、前記送電ユニットへ送電を要求すべき所定のイベントを検知した場合または前記蓄電手段に蓄積されている電力の残量が予め定められた閾値より少なくなったことを検知した場合に、前記送電ユニットへ送電を要求するように前記送電要求手段を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、屋外機器（監視カメラ，検針装置，センサ等）へ電力を送電するために、壁に孔を開ける必要が無い。また、待機時の電力ロスが軽減されるので、電気代が節約になると共に、待機時の発熱も小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるワイヤレス給電アダプタの内部ブロック構成を含む全体図の例
【図２】送電ユニットの動作フローチャートの例
【図３】受電ユニットの動作フローチャートの例
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を用いて、発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明によるワイヤレス給電アダプタの内部ブロック構成を含む全体図の例である。壁８を挟んで送電ユニット１と受電ユニット２が壁８の屋内側および屋外側に設置されている。壁８は電磁エネルギーが通過する部材であることを前提とする。
【００１３】
壁８は送電ユニット１と受電ユニット２が所定の間隔離れて設置されることの象徴であり、壁８は無くてもよい。つまり、壁８は気体または真空でもよい。
【００１４】
送電ユニット１は、非接触（ワイヤレス）で電力を受電ユニット２へ送電する。送電電力は、送電デバイス１１１（送電側コイル）から受電デバイス２０９（受電側コイル）へ、磁界共鳴によりワイヤレスで伝達される。
【００１５】
この磁界共鳴によるワイヤレス送電は、送電側コイルと受電側コイルの距離が多少離れていても（少なくとも壁の厚さ相当）、比較的高いエネルギー伝達効率が維持できる（例えば、７０％以上）。この送電方式として、所謂ワイヤレス給電の各種方式が適用可能であり、例えば、コードレス電話機や電動歯ブラシ等の非接触充電用途として普及している電磁誘導方式であってもよい。ただし、電磁誘導方式を本アダプタに適用する場合は、距離が離れるとエネルギー伝達効率が極端に低下する特性を考慮する必要がある。
【００１６】
屋外に太陽光発電や風力発電機器を設置して屋内に送電する場合は、送電ユニット１を屋外に、受電ユニットを屋内に配置すればよい。
【００１７】
まず送電ユニット１の内部構成について説明する。
一次コイル１０１は、二次コイル２０１と電磁結合しており、二次側にループ回路が形成されているか否かをチェックするため、および負荷２０２の抵抗値の変動を検出するためのコイルである。
【００１８】
二次側のループＳＷ（スイッチ）２０３がＯＮの状態では、二次側にループ回路が形成されており、一次コイル１０１に交流電流を流すと負荷２０２（可変抵抗）に電流が流れる。この一次コイル１０１と二次コイル２０１の結合は、磁界共鳴による方式でもよい。
【００１９】
受電側監視部１０２は、送電制御部１０５により起動され、一次コイル１０１に流れる電流値から、二次側にループ回路が形成されているか否か、即ち、ループＳＷ２０３のＯＮ／ＯＦＦの状態および負荷２０２の抵抗値の変動を検知し、送電制御部１０５へ通知する。表示部１０４は、ＬＣＤやＬＥＤ等により、該判定結果を表示する手段である。なお、送電制御部１０５による受電側監視部１０２の起動は、タイマー１０３と連動した定期的なイベント、または送電ユニット１の電源スイッチ（図示せず）ＯＮや各種センサ（図示せず）と連動した非定期的なイベントを検知した際に実行される。
【００２０】
送電制御部１０５は、受電側監視部１０２と連動して、受電側のループＳＷ２０３がＯＮであると判定すると、高周波電源部１０９を起動し、受電ユニット２への給電を開始する。そして、給電開始後、送電制御部１０５は、受電側監視部１０２から通知される負荷２０２の抵抗値の変動に重畳された変調信号（例えば、パルス幅変調信号）を復調して、受電側における屋外機器への供給電圧情報を取得し、その値をフィードバック情報として受電ユニット２側の電力変換部２１１の出力電圧の変動が一定の範囲内に収まるように、高周波電源部１０９をフィードバック制御して、受電側への出力電圧を調整する。なお、このフィードバック情報は、例えば、パルス符号化変調（ＰＣＭ）のようなデジタル情報に変換された情報であってもよい。
【００２１】
高周波電源部１０９は、商用交流１００Ｖの入力電圧を磁界共鳴用の高周波電力（例えば、２００kHz）に変換する手段であって、送電制御部１０５からの指示で起動／停止する。また、高周波電源部１０９は、送電制御部１０５からの指示に応じて、受電ユニット２側への出力電圧を制御する。
【００２２】
電流計１０８は、高周波電源部１０９に流入する電流値を測定して送電制御部１０５へ通知する。送電制御部１０５は、この電流値に応じて、屋外機器４が稼働中か否かを判定する。一定時間以上、電流値が所定値以下の場合、屋外機器４および無線通信装置５は稼働中ではないと判定し、ワイヤレス送電を停止する。また、過電流カット等の保護機能も実現可能である。
【００２３】
マッチング回路部１１０は、磁界共鳴用の電力を送電デバイス１１１から送電するためのマッチング回路である。
【００２４】
送電デバイス１１１は、給電用のコイルであって、磁界共鳴により、受電ユニット２側の受電デバイス２０９へワイヤレス送電する。
【００２５】
次に受電ユニット２の内部構成について説明する。ただし、送電ユニット１で説明済みの内容については、説明を省略する。
【００２６】
負荷２０２は、可変抵抗であって、電力変換部２１１からの制御で抵抗値が変化する。例えば、負荷２０２を、ＦＥＴで構成することで、ゲート電圧で抵抗値を制御できる。
【００２７】
ループＳＷ２０３は、受電制御部２０４により制御されるスイッチである。ここでは、送電ユニット１へ送電要求を伝達する場合、ループ閉（ループＳＷ２０３はＯＮ）とする。
【００２８】
ループＳＷ２０３は保持型のスイッチ（例えば、接触状態がバネ圧で保持される機械的なリレースイッチ）であって、ＯＮ／ＯＦＦ状態を維持するのに電力は不要である。
【００２９】
受電制御部２０４は、電源ＳＷ２０７がＯＮの状態で、蓄電部２０６の蓄電残量（電圧で判断）が一定値以下になった場合に、ループＳＷ２０３をＯＮ（ループ閉）にする。
【００３０】
表示部２０５は、ＬＣＤやＬＥＤ等であって、受電ユニット２の動作状況を可視表示する手段である。表示部２０５は無くてもよい。
【００３１】
蓄電部２０６は、電力を蓄積するキャパシタ（大容量コンデンサ）であって、送電ユニット１からワイヤレス送電されている間に、電力変換部２１１からの電力を蓄電し、待機中（送電ユニット１からワイヤレス送電されていない間）に、受電制御部２０４および電力変換部２１１の一部へ電力を送る。
【００３２】
受電制御部２０４は、この蓄電部２０６からの電力で、屋外機器４の電源がＯＦＦからＯＮへの変化を検知すると共に、ループＳＷ２０３をＯＦＦからＯＮに切り替えて、送電ユニット１へワイヤレス送電を要求している状態にする（ポーリング待ち）。
【００３３】
ここで、蓄電部２０６が電力を送る電力変換部２１１の一部とは屋外機器４等の起動を検知するのに必要な部位である。例えば、蓄電部２０６に蓄電した電力を変換して外部機器等４の受電部に印加しておく。この時、印加電圧の出力インピーダンスを高くしておけば、屋外機器４等が起動した場合に、屋外機器側へ電流が流れ急激に出力電圧が低下するので、屋外機器４等の電源ＯＮの検知が可能である。
【００３４】
即ち、送電ユニット１からのワイヤレス送電が停止している状態で、屋外機器４や無線通信装置５が起動した場合、蓄電部２０６の電池残量（電圧で判断）が急速に低下して閾値以下になる。
【００３５】
受電制御部２０４は、蓄電部２０６からの電圧が閾値以下になったことを検出すると、蓄電部２０６が蓄積している電力の残量が少なくなったを判定し、蓄電部２０６からの電力が途絶える前に、ループＳＷ２０３をＯＮに切り替える。ループＳＷ２０３がＯＮになった後は、電力が残存していなくてもその状態は保持される。
【００３６】
この結果、先に説明した通り、送電ユニット１側は、このループ閉を検知して、高周波電源部１０９を起動して、ワイヤレス送電を開始する。
【００３７】
蓄電部２０６は、充電可能な二次バッテリ（例えば、リチウム電池）であってもよいが、その場合、充放電回数に制約がある。
【００３８】
電源ＳＷ２０７は、受電ユニット２を手動で起動／停止するスイッチである。受電デバイス２０９は、送電ユニット１からワイヤレス送電される電力を受電するコイルである。マッチング回路部２１０は、受電デバイス２０９が受電した電力のマッチングを取って受電電力を電力変換部２１１に送る。
【００３９】
電力変換部２１１は、マッチング回路部２１０からの電力を、所定の電圧（交流または直流）に変換して、屋外機器４，蓄電部２０６，無線通信装置５へ給電する。また、電力変換部２１１は、屋外機器４等へ給電する電圧Ｅに応じて、負荷２０２の抵抗値を制御する。具体的には、電圧Ｅの大小を負荷２０２の抵抗値変動に変換する（例えば、パルス幅変調）。この抵抗値変動は、二次コイル２０１および一次コイル１０１を介し、電流値の変動として、送電ユニット１側の受電側監視部１０２に伝達されるので、一次コイル１０１と二次コイル２０１間のエネルギー伝達効率の大小は影響しない。
【００４０】
負荷２０２の抵抗値変動に変換された電圧Ｅに係る情報は、送電ユニット１側の受電側監視部１０２によって復元され、送電制御部１０５にその情報が伝達され、送電制御部１０５は、Emin＜Ｅ＜Ｅmaxを満足するように高周波電源部を制御（フィードバック制御）して受電側へ送電する電圧をＵＰまたはＤＯＷＮする。この結果、電力変換部２１１は、出力電圧が所定の変動範囲内の安定した定電圧を外部機器４等へ給電することが可能になる。
【００４１】
ここで、送電ユニット１側の一次コイル１０１と送電デバイス１１１、および、受電ユニット２側の二次コイル２０１と受電デバイス２０９は、それぞれ同一軸上に巻かれた複合コイルであってもよい。その場合、磁界共鳴方式で送電および情報伝達し、その共振周波数を送電および情報伝達で異なる値とすればよい。
【００４２】
次に屋外機器等について説明する。起動センサ３は、例えば、人の在／不在を感知する人感センサであって、人の在を感知した時に、屋外機器４に通知する。該通知を受けると、屋外機器４は起動して、無線通信装置５，無線通信装置６を介して、監視映像を屋内機器７に送信する。
【００４３】
屋外機器４，無線通信装置５，無線通信装置６は、商用交流１００Ｖまたは所定の直流電圧を受電して動作する一般的な機器である。
【００４４】
図２は送電ユニット１の動作フローチャートである。
Ｓ２１０において、送電制御部１０５は、タイマー１０３と連携し、定期的なチェックタイミングであるか否かをチェックし、ＹＥＳであれば、一次コイルにループチェックのための電流（交流）を流して、二次側のループ形成の有無をチェックする（Ｓ２１１）。
【００４５】
二次側のループが形成されていれば（Ｓ２２０，ＹＥＳ）、高周波電源部１０９を起動して受電側への送電を開始する（Ｓ２２１）。
【００４６】
Ｓ２２２において、ループ電流に重畳された受電側からの電圧Ｅに係るデータを抽出する。Emin＜Ｅ＜Ｅmaxであれば（Ｓ２３０，ＹＥＳ）、Ｓ２４０へ進む。
【００４７】
Emin＜Ｅ＜Ｅmaxでなければ（Ｓ２３０，ＮＯ）、Emin＜Ｅ＜Ｅmaxを満足するように高周波電源部１０９を制御して、Ｅ≦Eminの場合、受電側へワイヤレス送電する電圧をＵＰし、Ｅmax≦Ｅの場合、ＤＯＷＮする。
【００４８】
Ｓ２４０において、２次コイル２０１側のループ形成が保持されているかチェックする。ＮＯであれば、ワイヤレス送電を停止する（Ｓ２５０）。
【００４９】
ＹＥＳであれば、電流計１０８が測定した電流値をチェックし、電流値が閾値以下（Ｓ２４１，ＹＥＳ）の状態が、一定時間以上継続すれば（Ｓ２４２，ＹＥＳ）、ワイヤレス送電を停止する（Ｓ２５０）。
【００５０】
図３は受電ユニット２の動作フローチャートである。
Ｓ３１０において、電源スイッチ２０７の状態をチェックし、電源スイッチがＯＦＦであれば（３１０，ＮＯ）、Ｓ３２０へ進み、電源スイッチがＯＮであれば（３１０，ＹＥＳ）、ループＳＷ２０３をオンし（Ｓ３３０）、Ｓ３１０に戻る。
【００５１】
Ｓ３２０において、蓄電部２０６の蓄電電力の残量（電圧）をチェックし、電圧が閾値以上であれば（３２０，ＹＥＳ）、Ｓ３１０に戻る。電圧が閾値未満であれば（３２０，ＮＯ）、ループＳＷ２０３をオンし、電力変換部２１１の出力電圧Ｅに応じて抵抗値が変動するように負荷２０２の抵抗値を制御し（Ｓ３３０）、Ｓ３１０に戻る。
【符号の説明】
【００５２】
１・・・送電ユニット
２・・・受電ユニット
３・・・起動センサ
４・・・屋外機器（監視カメラ等）
５・・・無線通信装置（受電ユニット２側）
６・・・無線通信装置（送電ユニット１側）
７・・・屋内機器（モニター，録画等）
８・・・壁
１０１・・・一次コイル（送電ユニット１側）
１０２・・・受電側監視部
１０３・・・タイマー
１０４・・・表示部
１０５・・・送電制御部
１０８・・・電流計
１０９・・・高周波電源部
１１０・・・マッチング回路部（送電ユニット１側）
１１１ ・・・送電デバイス（送電ユニット１側）
２０１・・・二次コイル（受電ユニット２側）
２０２・・・負荷
２０３・・・ループＳＷ（保持型）
２０４・・・受電制御部
２０５・・・表示部
２０６・・・蓄電部（キャパシタ）
２０７・・・電源スイッチ
２０９・・・受電デバイス（受電ユニット２側）
２１０・・・マッチング回路部（受電ユニット２側）
２１１・・・電力変換部
【図２】
2013132120.tif 000003
【図３】
2013132120.tif 000004
【図１】
2013132120.tif 000005