(57)【要約】【課題】給電ユニット及び受電ユニットの小型化を図る。【解決手段】ＭＣＵ３は、１次コイルＬ１に第１電圧を発生させる第１信号及び１次コイルＬ１に第１電圧と位相の異なる第２電圧を発生させる第２信号を少なくとも有する。そして、ＭＣＵ３は、第１信号と第２信号とを切り替えることでデータをＰＳＫ変調してＭＣＵ７へ送信する。ＭＣＵ７は、第１電圧又は第２電圧による電磁誘導作用により２次コイルＬ２に発生する誘導電圧Ｖ２の位相に基づいて上記データを復調する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次コイルを具備する第１共振回路、駆動周波数に応じた交流電圧を前記第１共振回路に印加するインバータ回路、並びに前記駆動周波数を制御する第１制御回路を有する給電ユニットと、
２次コイルを具備する第２共振回路、並びに前記第１制御回路との間で通信を行う第２制御回路を有し、前記１次コイルと前記２次コイルの電磁誘導作用により前記給電ユニットから非接触で給電される受電ユニットとを備え、
前記第１制御回路は、前記１次コイルに第１電圧を発生させる第１信号及び前記１次コイルに前記第１電圧と位相の異なる第２電圧を発生させる第２信号を少なくとも有し、前記第１信号と前記第２信号とを切り替えることでデータをＰＳＫ変調して前記第２制御回路へ送信し、
前記第２制御回路は、前記第１電圧又は前記第２電圧による前記電磁誘導作用により前記２次コイルに発生する誘導電圧の位相に基づいて前記データを復調することを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記第１制御回路は、前記第１信号及び前記第２信号に対応する第１周波数、並びに前記第１共振回路の共振特性が変化した場合において前記インバータ回路が遅相モードで動作し且つ給電効率が所定値以上となる第２周波数を有し、
前記第１制御回路は、前記第２周波数に対応し、且つ前記１次コイルに第３電圧を発生させる第３信号及び前記１次コイルに前記第３電圧と位相の異なる第４電圧を発生させる第４信号をさらに有し、
前記第１制御回路は、前記第１共振回路の共振特性が変化した場合、前記第１信号と前記第２信号とを切り換えることで前記第２周波数の情報を前記第２制御回路へ送信した後、前記駆動周波数を前記第１周波数から前記第２周波数に変更し、
前記第２制御回路は、前記第２周波数の情報を受信した後は、前記第３電圧及び前記第４電圧による前記電磁誘導作用により前記２次コイルに発生する誘導電圧の位相に基づいて前記データを復調することを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。
【請求項３】
前記第１制御回路は、前記第１信号及び前記第２信号に対応する第１周波数、並びに前記第１共振回路の共振特性が変化した場合において前記インバータ回路が遅相モードで動作し且つ給電効率が所定値以上となる第２周波数を有し、
前記第１制御回路は、前記第２周波数に対応し、且つ前記１次コイルに第３電圧を発生させる第３信号及び前記１次コイルに前記第３電圧と位相の異なる第４電圧を発生させる第４信号をさらに有し、
前記第１制御回路は、前記第１共振回路の共振特性が変化した場合、前記駆動周波数を前記第１周波数から前記第２周波数に変更した後、前記インバータ回路に前記第３信号を第１時間連続して出力し、
前記第２制御回路は、前記第３電圧による前記電磁誘導作用により前記２次コイルに発生する誘導電圧の周波数及び位相が前記第１時間以下の第２時間連続して同じである場合、前記第３電圧及び前記第４電圧による前記電磁誘導作用により前記２次コイルに発生する誘導電圧の位相に基づいて前記データを復調することを特徴とする請求項１記載の非接触給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に非接触給電装置に関し、より詳細には給電ユニットから受電ユニットに非接触で給電する非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、給電装置から充電装置に非接触で給電する非接触給電システムが提供されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された非接触給電システムは、車両に搭載された充電装置と、充電装置に非接触で給電する給電装置とを備える。
【０００３】
給電装置は、給電部と通信部とを備える。給電部は、電力変換部と整合部と第１のコイルとを有し、充電装置に非接触で交流電力を給電する。通信部は、結合部と通信制御部と送信部と受信部とを有し、通信に用いる信号を充電に用いる電力信号に重畳させる非接触電力通信を行う。
【０００４】
充電装置は、充電部と通信部とを備える。充電部は、第２のコイルと整合部とＡＣ−ＤＣ変換部とを有し、給電装置から給電される交流電力を非接触で受電する。通信部は、結合部と通信制御部と送信部と受信部とを有し、通信に用いる信号を充電に用いる電力信号に重畳させる非接触電力通信を行う。
【０００５】
この非接触給電システムでは、給電装置において充電装置への情報信号を送信部で位相変調し、結合部から電力信号に重畳させることで給電装置から充電装置に情報信号が伝送される。そして、充電装置において受信部により電力信号から情報信号が分離され、受信情報が抽出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２４０１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１に示した非接触給電システムでは、給電部や充電部だけでなく、電力信号に情報信号を重畳させ且つ電力信号から情報信号を分離させる通信部が必要であり、その分給電装置及び充電装置がそれぞれ大型化するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みて為されており、給電ユニット及び受電ユニットの小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の給電装置は、１次コイルを具備する第１共振回路、駆動周波数に応じた交流電圧を前記第１共振回路に印加するインバータ回路、並びに前記駆動周波数を制御する第１制御回路を有する給電ユニットと、２次コイルを具備する第２共振回路、並びに前記第１制御回路との間で通信を行う第２制御回路を有し、前記１次コイルと前記２次コイルの電磁誘導作用により前記給電ユニットから非接触で給電される受電ユニットとを備え、前記第１制御回路は、前記１次コイルに第１電圧を発生させる第１信号及び前記１次コイルに前記第１電圧と位相の異なる第２電圧を発生させる第２信号を少なくとも有し、前記第１信号と前記第２信号とを切り替えることでデータをＰＳＫ変調して前記第２制御回路へ送信し、前記第２制御回路は、前記第１電圧又は前記第２電圧による前記電磁誘導作用により前記２次コイルに発生する誘導電圧の位相に基づいて前記データを復調することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の構成によれば、給電ユニット及び受電ユニットの小型化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る非接触給電装置の概略構成図である。
【図２】図２Ａは本発明の実施形態に係る非接触給電装置に用いられる受電ユニットの電圧波形図、図２Ｂはコンパレータの入力波形図、図２Ｃはコンパレータの出力波形図である。
【図３】図３ＡはＦＳＫ変調における周波数と出力との関係を示すグラフ、図３ＢはＰＳＫ変調における周波数と出力との関係を示すグラフである。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは本発明の実施形態に係る非接触給電装置に用いられる給電ユニットの周波数とデータとの関係を示す波形図である。
【図５】本発明の実施形態に係る非接触給電装置に用いられる給電ユニットのデータフォーマットである。
【図６】本発明の実施形態に係る非接触給電装置の動作を説明するタイムチャートである。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは本発明の実施形態に係る非接触給電装置に用いられる給電ユニットの周波数と出力との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る非接触給電装置の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは本発明の実施形態に係る非接触給電装置の動作を説明する別のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る非接触給電装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。但し、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００１３】
本実施形態の非接触給電装置は、図１に示すように、１次コイルＬ１を有する給電ユニット１０と、２次コイルＬ２を有する受電ユニット２０とを備える。そして、この非接触給電装置は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とを電磁的に結合させて電力伝送トランスを形成することにより、給電ユニット１０から受電ユニット２０への非接触給電を実現している。
【００１４】
受電ユニット２０は、例えば玄関扉を施錠／解錠する電気錠（図示せず）である。この受電ユニット２０は、給電ユニット１０から送信される施錠信号又は解錠信号に従って、給電ユニット１０から供給される電力によりデッドボルト（図示せず）を施錠位置又は解錠位置へ移動させ、玄関扉を施錠／解錠する。なお、電気錠は一例であって、給電ユニット１０から非接触で給電可能であれば、他の機器でもよい。
【００１５】
給電ユニット１０は、図１に示すように、１次コイルＬ１及び第１コンデンサＣ１が直列に接続された第１共振回路１と、インバータ回路２と、ＭＣＵ３（第１制御回路）とを備える。
【００１６】
インバータ回路２は、例えば直流電源間に直列に接続された２つのスイッチング素子（図示せず）を有するハーフブリッジ型のインバータ回路である。そして、後述のＰＷＭ回路３２より出力されるＰＷＭ信号に含まれる駆動周波数で２つのスイッチング素子を交互にオン／オフさせる。これにより、上記駆動周波数で交番する交流電圧を第１共振回路１に印加することができる。
【００１７】
ＭＣＵ（Micro Control Unit）３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路３２とを有し、インバータ回路２の駆動周波数を制御する。
【００１８】
ＣＰＵ３１は、受電ユニット２０への給電を制御する給電制御機能と、受電ユニット２０へのデータを変調させる変調機能とを有し、予め記憶部（図示せず）に記憶させたプログラムを実行することにより給電制御機能及び変調機能を実現する。そして、ＣＰＵ３１は、給電制御機能により設定した上記駆動周波数を含む制御信号を生成し、ＰＷＭ回路３２に出力する。なお、変調機能については後述する。
【００１９】
また、ＭＣＵ３は、１次コイルＬ１に印加される電圧を検出する電圧検出回路（図示せず）と、１次コイルＬ１に流れる電流を検出する電流検出回路（図示せず）とを有している。そして、ＭＣＵ３は、これらの検出結果に基づいて出力Ｐ１の変化を検出し、出力Ｐ１の変化量が所定値より大きい場合には、第１共振回路１の共振特性が変化したと判断し、新たな共振周波数に近づくように上記駆動周波数を制御する。
【００２０】
ＰＷＭ回路３２は、ＣＰＵ３１より出力される制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をインバータ回路２に出力する。そして、インバータ回路２は、ＰＷＭ信号に含まれる駆動周波数で上記２つのスイッチング素子を交互にオン／オフさせ、上記駆動周波数に応じた交流電圧を第１共振回路１に印加する。
【００２１】
受電ユニット２０は、図１に示すように、２次コイルＬ２及び第２コンデンサＣ２が直列に接続された第２共振回路４と、整流平滑回路５と、エッジ検出回路６と、ＭＣＵ７（第２制御回路）と、負荷８とを備える。なお、本実施形態では、上述した電気錠のデッドボルトを移動させるモータ（図示せず）が負荷８となる。
【００２２】
整流平滑回路５は、例えば４つのダイオードからなるダイオードブリッジ（図示せず）と平滑コンデンサ（図示せず）とを有し、ダイオードブリッジにより交流電圧を脈流電圧に整流した後、平滑コンデンサにより平滑化し、平滑化した直流電圧を負荷８に印加する。
【００２３】
エッジ検出回路６は、コンパレータＣＰ１を有し、コンパレータＣＰ１の反転入力には２．５Ｖ電源６１が接続され、コンパレータＣＰ１の非反転入力には２次コイルＬ２の一端が抵抗Ｒ１を介して接続される。また、コンパレータＣＰ１の非反転入力には、非反転入力への入力電圧が高くなり過ぎないように制限するダイオードＤ１が接続されている。
【００２４】
ここで、図２Ａは受電ユニット２０の電圧波形図、図２ＢはコンパレータＣＰ１の入力波形図、図２ＣはコンパレータＣＰ１の出力波形図である。本実施形態では、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２の電磁誘導作用により、図２Ａ中の実線ａ１に示す交流の誘導電圧Ｖ２が２次コイルＬ２に発生し、これにより図２Ｂ中の実線ａ３に示す矩形の電圧信号がコンパレータＣＰ１の非反転入力に入力される。その結果、図２Ｃ中の実線ａ４に示す矩形の電圧信号がコンパレータＣＰ１より出力される。
【００２５】
なお、図２Ａにおいて、破線ａ２は整流平滑回路５の入力電圧であり、一点鎖線ａ７はハイサイドのスイッチング信号である。
【００２６】
ＭＣＵ７は、タイマ７１と、ＣＰＵ７２とを有し、ＭＣＵ３との間で通信を行う。タイマ７１は、コンパレータＣＰ１より出力される電圧信号（図２Ｃ中の実線ａ４参照）の周期を計測し、計測結果をＣＰＵ７２に出力する。そして、ＣＰＵ７２は、タイマ７１より受け取った周期から周波数を求める。
【００２７】
また、ＣＰＵ７２は、データを復調する復調機能を有しており、コンパレータＣＰ１より出力される電圧信号から位相差を検出し、検出結果に応じてデータを復調する。なお、上記復調機能は、予め記憶部（図示せず）に記憶させたプログラムを実行することにより実現される。
【００２８】
次に、変調機能について説明する。変調とは、情報及び記録・伝送媒体の性質に応じて情報を最適な電気信号に変換することであり、例えばＦＳＫ変調やＰＳＫ変調などがある。ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調は、搬送波の周波数を変化させることでデータを変調する方式であり、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）変調は、一定周波数の搬送波の位相を変化させることでデータを変調する方式である。
【００２９】
図３Ａは、ＦＳＫ変調における周波数ｆ１と出力Ｐ１との関係を示すグラフである。ＦＳＫ変調では、図３Ａに示すように、２つの周波数ｆ１１，ｆ１２を用いることによりデータを伝送することができるものの、一方の周波数ｆ１１が共振周波数ｆ１３から大きくずれているため、出力Ｐ１＝Ｐ１１（Ｐ１１＜Ｐ１２）となってしまう。その結果、ＦＳＫ変調による通信を行っている状態では、受電ユニット２０への給電効率が低下する。
【００３０】
図３Ｂは、ＰＳＫ変調における周波数ｆ１と出力Ｐ１との関係を示すグラフである。上述のように、ＰＳＫ変調は、一定周波数の搬送波の位相を変化させることでデータを変調する方式であり、図３Ｂに示すように、１つの周波数ｆ１２によりデータを伝送することができる。この場合、出力Ｐ１＝Ｐ１２を維持することができ、ＦＳＫ変調に比べて給電効率の低下を抑えることができる。以下、ＰＳＫ変調を例に説明する。
【００３１】
図４Ａは、ＰＳＫ変調における周波数とデータとの関係を示す波形図である。なお、以下の説明では、１８０°分離された２つの位相を用いるＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調を例に説明するが、４段階の位相を用いるＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying）変調であってもよい。
【００３２】
例えば、ＭＣＵ３より出力されるＰＷＭ信号の周波数ｆ１が第１周波数ｆ１２の場合、図４Ａに示すように、位相差０°のＰＷＭ信号によりデータ“１”を、位相差１８０°のＰＷＭ信号によりデータ“０”を伝送することができる。
【００３３】
ところで、第１共振回路１に対して周波数の追従制御を行なった場合、周波数ｆ１は第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更されることがある。この場合、第２周波数ｆ１４に対してデータが対応付けられていないと、ＭＣＵ７はデータを受信することができない。
【００３４】
そこで、本実施形態では、図４Ｂに示すように、周波数ｆ１が第２周波数ｆ１４の場合、データ“Ｚ”（例えば位相差０°でＺ＝１、位相差１８０°でＺ＝０など）を対応付けている。その結果、周波数ｆ１が第２周波数ｆ１４に変更された場合でも、ＭＣＵ７は、第２周波数ｆ１４に対応するデータを受信することができる。
【００３５】
また、例えば位相差０°のＰＷＭ信号がＭＣＵ３より連続して送信された場合、ＭＣＵ７は、データ“１１１１…”を受信データとして処理すべきなのか、それとも非通信状態と判断すべきなのか分からない。そこで、本実施形態では、調歩同期（非同期）させることで通信期間を明確化し、ＭＣＵ７が通信期間内に送信されたデータのみを受信するように構成している。
【００３６】
図５は給電ユニット１０のデータフォーマットである。調歩同期の場合、伝送を開始する際にまずスタートビット“０”を送り、続けてヘッダー、データの順番で送った後、最後にストップビット“１”を送る。つまり、本実施形態では、スタートビット“０”とストップビット“１”とで決まる通信期間Ｔ１内に送信されたデータのみを受信する。そのため、上述のようにデータ“１１１１…”が連続して送信された場合でも、ＭＣＵ７は通信期間Ｔ１内に送信されたデータのみを受信することができる。
【００３７】
次に、ＰＳＫ変調によるデータ伝送について図６を参照しながら具体的に説明する。
【００３８】
時刻ｔ１から時刻ｔ２の区間（以下、第１区間という。）は、ＭＣＵ３とＭＣＵ７との間で通信を行っていない区間、すなわち給電のみを行っている区間である。このとき、ＭＣＵ３は、周波数ｆ１が第１周波数ｆ１２で且つ位相差０°の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２をインバータ回路２の２つのスイッチング素子に対して交互に出力する。その結果、コンパレータＣＰ１からは、駆動信号Ｓｉｇ１に同期する矩形の信号Ｓｉｇ３が出力される。
【００３９】
時刻ｔ２から時刻ｔ３の区間（以下、第２区間という。）は、通信を開始することをＭＣＵ７に通知する区間である。このとき、ＭＣＵ３は、第１区間で出力した駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２に対して１８０°位相をずらした駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２を上記２つのスイッチング素子に対して交互に出力する。その結果、コンパレータＣＰ１からは、駆動信号Ｓｉｇ１に同期する矩形の信号Ｓｉｇ３が出力される。
【００４０】
時刻ｔ３以降（以下、第３区間という。）は、データを送信する区間である。このとき、ＭＣＵ３は、送信するデータに合わせた位相差の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２を上記２つのスイッチング素子に対して交互に出力する。その結果、コンパレータＣＰ１からは、駆動信号Ｓｉｇ１に同期する矩形の信号Ｓｉｇ３が出力される。
【００４１】
ここで、本実施形態ではＢＰＳＫ変調を採用しているため、位相基準点から９０°ずれたポイントにおける信号Ｓｉｇ３の正負に基づいて位相差を検出する。例えば、本実施形態では、位相基準点から９０°のポイントをタイマ７１で検出し、このポイントでの信号Ｓｉｇ３がハイレベルか否かを判別する。ここに、本実施形態では、駆動信号Ｓｉｇ１の立ち上がりのタイミングを位相基準点に設定している。
【００４２】
そして、ＭＣＵ７は、信号Ｓｉｇ３がハイレベルである場合には位相差が０°であると判断し、位相差０°に対応するデータ“１”を受信する。また、ＭＣＵ７は、信号Ｓｉｇ３がローレベルである場合には位相差が１８０°であると判断し、位相差１８０°に対応するデータ“０”を受信する。
【００４３】
したがって、給電のみを行っている第１区間では、ＭＣＵ３は、位相差０°の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２を出力することで、ＭＣＵ７に対してデータ“１１１”を送信するが、第１区間では通信を行っていないため、データ“１１１”は無効なデータとなる。また、第２区間では、ＭＣＵ３は、位相差１８０°の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２を出力することで、ＭＣＵ７に対してデータ“０００”を送信し、通信が開始することをＭＣＵ７に知らせる。
【００４４】
その後、ＭＣＵ３は、時刻ｔ３以降において、送信するデータに合わせて駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の位相差を０°と１８０°との間で切り換え、ＭＣＵ７に対してデータを送信する。そして、ＭＣＵ３は、データの送信が終了すると、例えば駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２の位相差を０°と１８０°との間で切り換えてデータ“１０１０”を送信し、通信が終了したことをＭＣＵ７に知らせる。
【００４５】
ここに、本実施形態では、位相差０°の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２が第１信号であり、位相差１８０°の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２が第２信号である。また、位相差０°の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２により１次コイルＬ１に発生する電圧が第１電圧であり、位相差１８０°の駆動信号Ｓｉｇ１，Ｓｉｇ２により１次コイルＬ１に発生する電圧が第２電圧である。
【００４６】
ところで、受電ユニット２０である電気錠に対して給電ユニット１０が正規位置にある場合、給電ユニット１０の周波数ｆ１と出力Ｐ１との関係は図７Ａ中の実線ａ５のようになる。そして、周波数ｆ１が第１周波数ｆ１２の場合には出力Ｐ１＝Ｐ１２となる。またこのとき、第１周波数ｆ１２は共振周波数ｆ１３よりも右側にあるため、インバータ回路２は遅相モードで動作する。ここに、正規位置とは、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２の結合係数が最大となる位置である。
【００４７】
一方、受電ユニット２０である電気錠と給電ユニット１０との間に位置ずれが生じると、周波数ｆ１と出力Ｐ１との関係は図７Ａ中の破線ａ６のように変動する。従ってこの場合、周波数ｆ１が第１周波数ｆ１２のままでは出力Ｐ１＝Ｐ１３（Ｐ１３＜Ｐ１２）まで低下する。つまり、位置ずれが生じた場合には、周波数ｆ１（インバータ回路２の駆動周波数）を変化させなければ給電効率が低下することになる。
【００４８】
そこで、本実施形態では、給電ユニット１０と受電ユニット２０との間に位置ずれが生じた場合、新たな共振周波数ｆ１５に近づくように周波数ｆ１を変化させている。
【００４９】
例えば、図７Ｂに示す例では、新たな共振周波数ｆ１５に近づくように周波数ｆ１を第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４（ｆ１４＜ｆ１２）まで低下させることで、出力Ｐ１＝Ｐ１４（Ｐ１４＞Ｐ１２）まで高めることができる。これにより、給電効率の低下を抑えることができる。またこのとき、第２周波数ｆ１４は共振周波数ｆ１５よりも右側にあるため、インバータ回路２は遅相モードで動作する。
【００５０】
ここに、本実施形態では、第２周波数ｆ１４に対応し且つ位相差０°となる信号が第３信号であり、この第３信号により１次コイルＬ１に発生する電圧が第３電圧である。また、本実施形態では、第２周波数ｆ１４に対応し且つ位相差１８０°となる信号が第４信号であり、この第４信号により１次コイルＬ１に発生する電圧が第４電圧である。
【００５１】
上述のように、周波数ｆ１を変更した場合、受電ユニット２０では周波数ｆ１が変更されたことを知らないため、周波数ｆ１が変更されたことを受電ユニット２０に知らせる必要がある。図８は周波数ｆ１を変更した場合の動作を示すフローチャートであり、以下、図８を参照しながら具体的に説明する。
【００５２】
給電ユニット１０のＭＣＵ３は、受電ユニット２０である電気錠との間に位置ずれが生じ、給電効率が低下したと判断すると、新たな共振周波数ｆ１５に近づくように周波数ｆ１を変更する（ステップＳ１）。本実施形態では、ＭＣＵ３は、第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更する。次に、ＭＣＵ３は、変更後の第２周波数ｆ１４を含む周波数情報を設定する（ステップＳ２）。そして、ＭＣＵ３は、現状の第１周波数ｆ１２により周波数情報を受電ユニット２０に送信する（ステップＳ３）。
【００５３】
受電ユニット２０のＭＣＵ７は、給電ユニット１０より送信された周波数情報を受信した後（ステップＳ４）、この周波数情報に含まれる第２周波数ｆ１４を新たな周波数ｆ１に設定する（ステップＳ５）。そして、ＭＣＵ３及びＭＣＵ７は、変更後の第２周波数ｆ１４により以降の通信を行う（ステップＳ６）。以上の手順により、ＭＣＵ７は、周波数ｆ１が変更されたことを知ることができる。
【００５４】
また、周波数ｆ１が変更されたことを受電ユニット２０に知らせる方法は、図９Ａ及び図９Ｂに示す方法であってもよい。以下、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら具体的に説明する。
【００５５】
給電ユニット１０のＭＣＵ３は、受電ユニット２０である電気錠との間に位置ずれが生じ、給電効率が低下したと判断すると、新たな共振周波数ｆ１５に近づくように周波数ｆ１を変更する（ステップＳ１１）。本実施形態では、ＭＣＵ３は、周波数ｆ１を第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更する。そして、ＭＣＵ３は、インバータ回路２の駆動周波数を第２周波数ｆ１４に設定し、通信を開始する（ステップＳ１２のＹｅｓ）。なお、周波数ｆ１が変更されるまでは通信を開始しない（ステップＳ１２のＮｏ）。
【００５６】
次に、ＭＣＵ３は、受電ユニット２０のＭＣＵ７が変更後の第２周波数ｆ１４を認識し且つ第２周波数ｆ１４による搬送波の位相差が０°であることを認識するまでの待機時間（第１時間）を設定し、第１時間が経過するまで第２周波数ｆ１４でインバータ回路２を動作させる（ステップＳ１３）。
【００５７】
このとき、ＭＣＵ７は、周波数ｆ１が変更されたことを認識する処理を行う（ステップＳ２１）。本実施形態では、ＭＣＵ７は、第２周波数ｆ１４で且つ位相差０°の搬送波を上記第１時間以下の第２時間連続して検出すると、周波数ｆ１が第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更されたことを認識する。その後、ＭＣＵ７は、第２周波数ｆ１４を変更後の周波数ｆ１に設定する（ステップＳ２２）。
【００５８】
ＭＣＵ３は、上記第１時間が経過してＭＣＵ７が周波数設定を完了すると、第２周波数ｆ１４を用いて送信を開始する（ステップＳ１４）。ＭＣＵ７は、給電ユニット１０から第２周波数ｆ１４で且つ位相差１８０°の搬送波が送信されることで通信を開始したことを検出すると（ステップＳ２３）、第２周波数ｆ１４で且つ位相差０°の搬送波及び第２周波数ｆ１４で且つ位相差１８０°の搬送波の受信を開始する（ステップＳ２４）。なお、ＭＣＵ３及びＭＣＵ７は、上述の処理ループが終了するとメインループに戻る。
【００５９】
以上の手順により、ＭＣＵ７は、周波数ｆ１が変更されたことを知ることができ、それ以降は、変更後の第２周波数ｆ１４により通信を行う。上述の構成によれば、第２周波数ｆ１４に変更する前に変更後の第２周波数ｆ１４を通知する場合に比べて、リアルタイムで周波数ｆ１を変更することができる。
【００６０】
而して、本実施形態によれば、ＭＣＵ３から出力される位相差０°の第１信号と位相差１８０°の第２信号とを切り替えることで、受電ユニット２０に対して非接触で給電することができるとともにデータを送信することができる。したがって、従来の非接触給電システムのように、電力にデータを重畳させる回路が不要であり、その分給電ユニット１０を小型化することができる。
【００６１】
また、受電ユニット２０においても、２次コイルＬ２に発生する誘導電圧Ｖ２のエッジを検出する簡単な回路があればよく、電力からデータを分離する回路は不要であることから、受電ユニット２０も小型化することができる。
【００６２】
さらに、第１共振回路１の共振特性が変化した場合には、インバータ回路２が遅相モードで動作し且つ給電効率が所定値以上となるように、インバータ回路２の駆動周波数を第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更している。これにより、給電効率の低下を抑えることができるとともに、インバータ回路２が進相モードになることでインバータ回路２を構成するスイッチング素子などが破損するのを抑えることができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、ハーフブリッジ型のインバータ回路２を例に説明したが、４つのスイッチング素子で構成されるフルブリッジ型のインバータ回路であってもよく、本実施形態に限定されない。また、本実施形態では、データ“１”を位相差０°に対応付け、且つデータ“０”を位相差１８０°に対応付けたが、逆であってもよく、本実施形態に限定されない。
【００６４】
さらに、エッジ検出回路６は一例であって、コンパレータＣＰ１の非反転入力にダイオードＤ１を接続しなくてもよい。また、コンパレータＣＰ１の非反転入力に入力される電圧がコンパレータＣＰ１の入力電圧の範囲外である場合には、コンパレータＣＰ１の入力電圧の範囲内に収まるように分圧回路を用いてもよい。さらに、コンパレータＣＰ１の非反転入力への接続は、抵抗Ｒ１を介さないダイレクト接続であってもよい。
【００６５】
また、第１共振回路１は、１次コイルＬ１のみで構成してもよいし、１次コイルＬ１及び第１コンデンサＣ１の並列回路で構成してもよい。さらに、第２共振回路４は、２次コイルＬ２のみで構成してもよいし、２次コイルＬ２及び第２コンデンサＣ２の並列回路で構成してもよい。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態の非接触給電装置は、給電ユニット１０と受電ユニット２０とを備える。給電ユニット１０は、１次コイルＬ１を具備する第１共振回路１、駆動周波数に応じた交流電圧を第１共振回路１に印加するインバータ回路２、並びに前記駆動周波数を制御するＭＣＵ３（第１制御回路）を有する。受電ユニット２０は、２次コイルＬ２を具備する第２共振回路４、並びにＭＣＵ３との間で通信を行うＭＣＵ７（第２制御回路）を有する。そして、受電ユニット２０は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２の電磁誘導作用により給電ユニット１０から非接触で給電される。ＭＣＵ３は、１次コイルＬ１に第１電圧を発生させる第１信号及び１次コイルＬ１に第１電圧と位相の異なる第２電圧を発生させる第２信号を少なくとも有する。そして、ＭＣＵ３は、第１信号と第２信号とを切り替えることでデータをＰＳＫ変調してＭＣＵ７へ送信する。ＭＣＵ７は、第１電圧又は第２電圧による電磁誘導作用により２次コイルＬ２に発生する誘導電圧Ｖ２の位相に基づいて前記データを復調する。
【００６７】
上記構成によれば、１次コイルＬ１に第１電圧を発生させる第１信号と、１次コイルＬ１に第１電圧と位相の異なる第２電圧を発生させる第２信号とを切り替えることで、受電ユニット２０に給電することができるとともにデータを送信することができる。したがって、従来の非接触給電システムのように、電力にデータを重畳させる回路が不要であり、その分給電ユニット１０を小型化することができる。また、受電ユニット２０においても、２次コイルＬ２に発生する誘導電圧Ｖ２のエッジを検出する簡単な回路があればよく、電力からデータを分離する回路は不要であることから、受電ユニット２０も小型化することができる。
【００６８】
また、本実施形態の非接触給電装置のように、ＭＣＵ３は、第１信号及び第２信号に対応する第１周波数ｆ１２を有するのが好ましい。この場合、ＭＣＵ３は、第１共振回路１の共振特性が変化した場合において、インバータ回路２が遅相モードで動作し且つ給電効率が所定値以上となる第２周波数ｆ１４も有している。また、ＭＣＵ３は、第２周波数ｆ１４に対応し、且つ１次コイルＬ１に第３電圧を発生させる第３信号及び１次コイルＬ１に第３電圧と位相の異なる第４電圧を発生させる第４信号をさらに有する。そして、ＭＣＵ３は、第１共振回路１の共振特性が変化した場合、第１信号と第２信号とを切り換えることで第２周波数ｆ１４の情報をＭＣＵ７へ送信した後、前記駆動周波数を第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更する。ＭＣＵ７は、第２周波数ｆ１４の情報を受信した後は、第３電圧及び第４電圧による電磁誘導作用により２次コイルＬ２に発生する誘導電圧Ｖ２の位相に基づいて前記データを復調する。
【００６９】
上記構成によれば、第１共振回路１の共振特性が変化した場合には、インバータ回路２が遅相モードで動作し且つ給電効率が所定値以上となるように、インバータ回路２の駆動周波数を第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更している。これにより、給電効率の低下を抑えることができるとともに、インバータ回路２が進相モードになることでインバータ回路２を構成するスイッチング素子などが破損するのを抑えることができる。
【００７０】
また、本実施形態の非接触給電装置のように、ＭＣＵ３は、第１信号及び第２信号に対応する第１周波数ｆ１２を有するのが好ましい。この場合、ＭＣＵ３は、第１共振回路１の共振特性が変化した場合において、インバータ回路２が遅相モードで動作し且つ給電効率が所定値以上となる第２周波数ｆ１４も有している。また、ＭＣＵ３は、第２周波数ｆ１４に対応し、且つ１次コイルＬ１に第３電圧を発生させる第３信号及び１次コイルＬ１に第３電圧と位相の異なる第４電圧を発生させる第４信号をさらに有する。そして、ＭＣＵ３は、第１共振回路１の共振特性が変化した場合、前記駆動周波数を第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更した後、インバータ回路２に第３信号を第１時間連続して出力する。ＭＣＵ７は、第３電圧による電磁誘導作用により２次コイルＬ２に発生する誘導電圧Ｖ２の周波数及び位相が第１時間以下の第２時間連続して同じである場合、第３電圧及び第４電圧による電磁誘導作用により２次コイルＬ２に発生する誘導電圧Ｖ２の位相に基づいて前記データを復調する。
【００７１】
上記構成によれば、第１共振回路１の共振特性が変化した場合には、インバータ回路２が遅相モードで動作し且つ給電効率が所定値以上となるように、インバータ回路２の駆動周波数を第１周波数ｆ１２から第２周波数ｆ１４に変更している。これにより、給電効率の低下を抑えることができるとともに、インバータ回路２が進相モードになることでインバータ回路２を構成するスイッチング素子などが破損するのを抑えることができる。また、周波数を頻繁に変更するようなシステムの場合、周波数を変更する前に変更後の周波数を通知する場合に比べてリアルタイムで周波数を変更することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  第１共振回路
２  インバータ回路
３  ＭＣＵ（第１制御回路）
４  第２共振回路
７  ＭＣＵ（第２制御回路）
１０  給電ユニット
２０  受電ユニット
Ｌ１  １次コイル
Ｌ２  ２次コイル
Ｖ２  誘導電圧
ｆ１２  第１周波数
ｆ１４  第２周波数
【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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