(57)【要約】【課題】磁場共鳴方式を使用した非接触給電は、送受電アンテナの距離が離れていても共鳴原理により、電力を受電することができる。一旦、受電した後に、装置が移動すると受電電力量が変化する問題が発生する。【解決手段】非接触給電方式により送電アンテナから受電アンテナに電力を送信し、受電した電力によって装置を駆動する受電装置と、非接触給電装置と通信し、検出した受電装置の変位情報から受電装置が静止状態にある事を判断する装置において、制御部は受電装置の変位情報から受電装置が静止状態であると判断すると、非接触給電装置に非接触給電を受電する準備が整った事を通知し、非接触給電を行うことを特徴とする。【選択図】図２
2017121100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触給電方式により送電アンテナから受電アンテナに電力を送信し、受電した電力によって装置を駆動する受電装置と、非接触給電装置と通信する手段と、前記受電装置の変位を検出する手段と、前記受電装置の変位を検出する手段で検出した受電装置の変位情報から前記受電装置が静止状態にある事を判断する制御部とを持つ装置において、
前記制御部で前記受電装置の変位を検出する手段で検出した受電装置の変位情報から前記受電装置が静止状態であると判断すると、前記非接触給電装置と通信する手段を使用して前記非接触給電装置に非接触給電を受電する準備が整った事を通知し、非接触給電を行うことを特徴とする非接触給電システム。
【請求項２】
前記受電装置の変位を検出する手段とは、前記受電装置の姿勢変化、位置変化、移動距離、移動量を検出できる手段のいずれか一つ以上を用いることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記制御部で前記受電装置の変位を検出する手段で検出した受電装置の変位情報から前記受電装置が静止状態であると判断するとは、一定期間、所定の変位量を下まわることを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記受電装置が非接触給電中に、前記制御部で前記受電装置の変位を検出する手段で検出した受電装置の変位情報から前記受電装置が変位状態となり、再び静止状態であると判断された後のアンテナ整合の判断基準は、変位量と変位時間と受電電力量を用いて判断することを特徴とする請求項１に記載の非接触給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電技術に関し、特に非接触給電装置から電力を受電する非接触給電システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触給電方式は、２種類の方式があり、一般的に電磁誘導方式と磁場共鳴方式と呼ばれている。いずれの方式も、非接触給電装置側と非接触給電装置から電力を受ける受電装置側にぞれぞれアンテナを持つ構造である。非接触給電装置側のアンテナに電流を流すことで発生する磁束を媒介して、受電装置側のアンテナに起電力を発生させる。この起電力により発生する電磁誘導を用いたものを電磁誘導方式という。
【０００３】
一方、電磁界の共鳴現象を利用した磁場共鳴方式がある。磁場共鳴方式は電磁誘導方式と比較して、伝送距離を遠くすることが可能で、更に送受電アンテナの位置合わせが容易である利点がある。一方で受電電力量は送受電アンテナの距離に応じて変化する事が知られている。つまり、一旦受電状態になった後に、受電装置が移動すると受電電力量が変化する。その場合、「受電した電力量（使用可能電力）＜受電装置の必要電力量」という過小電力受電の関係となり受電装置が緊急停止してしまう可能性もある。これは、磁場共鳴方式では顕著に発生してしまう問題である。
【０００４】
この問題点に対して、一般的な非接触給電装置では送受電アンテナの特性を観測して、給電状態を監視する手段を持つものが多い。
【０００５】
非接触給電装置側が送受電アンテナの特性を検出する先行例として特許文献１が知られている。これは、受電用コイルと送電用コイルを電磁場を介して共鳴することにより非接触で送電するための装置において、共鳴系の通過特性および反射特性の少なくとも一方を検出するための検出部を持ち、検出部の検出結果に基づいて、共振周波数・入力インピーダンスの整合を行う制御装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１６６９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では共鳴系の通過特性および反射特性の少なくとも一方を検出する方式であるため、送受電アンテナ間の特性変化の要因の特定できない。即ち、受電装置の負荷変化が発生したのか又は、送受電アンテナ距離が変化したのかを判断する事ができない。送受電アンテナ距離の変化が読み取れないと、受電電力変化に対して補正制御を行えないため、過小電力受電又はその逆の過大電力受電の問題が発生してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、受電装置で変位検出を行い自分自身が安定した状態である事を判断し、受電準備が整った事を非接触給電装置に通信する。次に送受電装置の少なくとも一方のアンテナ整合を行う事で安定且つ受電装置が必要とする電力量を非接触給電装置から受電できる非接触給電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る非接触給電システムは、
非接触給電方式により送電アンテナから受電アンテナに電力を送信し、受電した電力によって装置を駆動する受電装置と、非接触給電装置と通信する手段と、前記受電装置の変位を検出する手段と、前記受電装置の変位を検出する手段で検出した受電装置の変位情報から前記受電装置が静止状態にある事を判断する制御部とを持つ装置において、前記制御部で前記受電装置の変位を検出する手段で検出した受電装置の変位情報から前記受電装置が静止状態であると判断すると、前記非接触給電装置と通信する手段を使用して前記非接触給電装置に非接触給電を受電する準備が整った事を通知し、非接触給電を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る非接触給電システムによれば、非接触給電装置から所望の動作を行う為の電力を受ける際に、受電装置が静止状態であると受電装置自身で判断すると、非接触給電装置に対して非接触給電が可能である事を通知する。この通知によって、静止状態で電力を受電する事が可能になる為、安定した電力受電を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための制御フローチャート図である。
【図３】本発明の実施例を説明するための給電状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は本発明の実施形態にかかわるブロック図である。
【００１４】
図１において、１と３０は本発明を実施するための非接触給電システムである。１は、受電装置である。給電装置から非接触で電力を受電して動作する装置である。３０は、非接触給電装置（以下、給電装置とする）である。給電装置から供給する電力を受電する受電装置へ非接触で電力給電を行う給電装置である。磁場共鳴方式の給電装置の形態としては、卓上タイプや壁掛けタイプ等がある。３１は、給電装置側の給電アンテナである。受電装置へ非接触電力伝送を行う送電アンテナである。様々なアンテナ方式で対応することが可能であるが、ここではその一例として、磁気ループアンテナとする。３２（及び１１）は、送受信回路である。アンテナを有し給電装置と受電装置間の通信を行う回路ブロックである。
【００１５】
ここでいう通信とは、機器間の認証や非接触給電に必要な情報のやり取りを行う。また、送信回路で使用するアンテナを給電アンテナ３１と併用する事も可能である。通信手法としてはＷＬＡＮやＮＦＣ等である。実際の給電装置は、以下で説明する受電装置と同様に整合回路、変復調回路、制御部（マイコン）等を持つ装置であるが、本件は受電装置に関するものであるため、詳細説明は省略する。
【００１６】
１０は、受電装置側の受電アンテナである。様々なアンテナ方式で対応することが可能であるが、ここではその一例として、磁気ループアンテナとする。１２は、整合回路である。給電アンテナ３１と受電アンテナ１０間の電力反射を抑えるためインピーダンス整合をとる回路である。１３は、整流平滑回路である。受電した電力を直流電圧に変換する回路である。
【００１７】
１４は、操作ＫＥＹである。受電装置１を操作するボタンスイッチやタッチパネル上のパネルボタンを表す。例えば、ＰＯＷＥＲスイッチ・バッテリ残量確認スイッチ・再生モード起動スイッチ・記録開始／停止スイッチ等と、ここではタッチパネル上のメニューボタン表示も含むものとし、各種設定ボタンである。
【００１８】
１５は、マイクロプロセッサである（以下、マイコンとする）。受電装置１を制御する制御ブロックである。１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。降圧回路・昇圧回路・昇降圧回路を用いて、入力された直流電圧を所望の電圧へ変換する回路である。１７は、メモリである。受電装置１を制御するプログラムや各種の設定データを保存しておく記録媒体である。１８は、本体負荷である。ＤＣ／ＤＣコンバータで変換された電圧を受けて動作するブロックである。１９は、バッテリである。受電装置１を駆動する直流電圧を供給する電池である。リチウムイオン電池のような充放電可能な２次電池や乾電池等を表す。２０は、変位検出センサである。このセンサを使用して受電装置１が静止しているかを判断する。一例として加速度センサ、角速度センサ、位置情報センサ、水平・垂直センサ等のセンサがある。
【００１９】
次に上記マイコン１５内で処理する動作フローについて説明する。
【００２０】
図２は本発明を実行する受電装置における操作フローの一例である。
【００２１】
本実施例では、給電装置３０は、必ずしも卓上タイプである事を限定していない。室内の壁や天井等に配置しておき、受電装置１と非接触給電可能で且つ通信可能な範囲内である事を検出する事でシステムは成立する。
【００２２】
給電装置３０と受電装置１の位置関係で受電装置１が受電した電力を算出し機器認証通信が可能であるかを判断する（Ｓ１０１）。受電電力の算出の一例として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧と入力電流をマイコン１５に入力し、受電電力＝入力電圧×入力電流を算出する。算出した受電電力が機器認証通信に必要な電力量以下である場合（条件判断Ｓ１０１がＮＯ）、条件判断Ｓ１０１に留まる。算出した受電電力が機器認証通信に必要な電力量以上である場合（条件判断Ｓ１０１がＹＥＳ）、送受信回路１１、３２を用いて機器認証通信を行う（Ｓ１０２）。
【００２３】
ここで、図３を用いて、給電装置３０と受電装置１間の給電電力と通信について説明する。
【００２４】
給電装置３０と非接触給電を行うためには、機器認証を行う必要がある。これは保安性を考慮し機器認証を正常に行えた機器間で電力量の大きい給電を行うためである。機器間で電力量の大きい給電を行う前の通信期間を初期通信期間とする。給電装置３０は受電装置１と機器認証通信を行うために必要な最低限の電力（機器認証通信用電力給電量）を磁気ループアンテナ３１を介して給電する。初期通信期間中の給電装置３０は、定期的に受電装置が存在するかを確認する為に、電力給電を一定周期で繰り返しＯＮ／ＯＦＦする給電動作を行う。受電装置１は磁気ループアンテナ１０を使用して受電し、整合回路１２→整流平滑回路１３→ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を経由して送受信回路１１へ電力を供給する。
【００２５】
電力を供給された送受信回路１１、３２は機器認証通信を開始する。機器認証通信の内容は、例えば、機器認証・供給可能電力情報・受電希望電力情報・アンテナ整合実施許可等がある。初期通信期間中に受電装置１が給電可能な機器であると給電装置３０が判断する（後述するＳ１０３の処理）。
【００２６】
次に、給電装置３０は、受電装置１が静止状態であるかを判断する為、変位検出センサ２０が動作できる電力（静止状態判定電力給電）を給電する（後述するＳ１０４の処理）。受電装置１が静止しているかを判断する期間を装置静止判断期間とする。静止状態判断期間中に、受電装置１が静止状態であると判断する（後述するＳ１０６の処理）と給電期間に入る。給電期間では初期通信機関中に行った受電希望電力情報から受電装置１が動作に必要とする電力量を給電装置３０は受電装置１に給電する（後述する処理１１２の処理）。給電期間中でも一定周期で給電装置３０は給電先の機器が存在するかを確認するために、給電量を機器認証通信用電力給電量まで下げ機器認証通信を行う。
【００２７】
図２のフローに戻る。
【００２８】
条件判断Ｓ１０３では機器認証通信結果を判定する。条件判断Ｓ１０３で機器認証通信の内容が否の場合（条件判断Ｓ１０３がＮＯ）、条件判断Ｓ１０１へ戻る。機器認証通信が合の場合（判断条件Ｓ１０３がＹＥＳ）、給電期間へ移行し給電装置３０から動作センサ２０を動作することが出来る電力（静止状態判定電力給電）給電を受ける。受電装置１内のマイコン１５はＤＣ／ＤＣコンバータ１６を制御して、変位検出センサ２０のみを動作させるための電源を起動させる（Ｓ１０４）。
【００２９】
ここで変位検出センサ２０について説明する。
【００３０】
受電装置１が静止状態にあるかを判断するため、加速度センサ、角速度センサ、位置情報センサ、水平・垂直センサ等のセンサや映像ベクトル認識を用いて静止状態を判断する。ここで述べたセンサはごく一部のものであり上記以外のセンサを用いて判断する事は可能である。また、本体負荷１８にＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサという映像信号を得られる装置がある場合、電源供給して映像信号を用いて物体の動きベクトルから受電装置１が静止しているかを判定する事も可能である。
【００３１】
本実施例では角速度センサを用いた場合の例を示す。角速度センサは物体の回転速度を検出センサである。方式には検出原理から光学式、回転式、振動式、流体式に分けられる。この角速度センサは広く姿勢検知・手ぶれ検出に用いられているものである。
【００３２】
図２のフローに戻る。
【００３３】
次に処理Ｓ１０５でＷａｉｔ変数ｎを０にセットする。この値はメモリ１７へ書き込むとする。角速度センサを用いた変位検出センサ２０の回転速度情報（以下、出力値とする）をマイコン１５が読み取り、メモリ１７に予め保存している変位検出閾値と比較して判断する（Ｓ１０６）。変位検出閾値を上まわる大きな値である場合は、変位が大きい即ち変位し続けていると判断し、条件判断Ｓ１０６はＹＥＳとなる。変位検出閾値を下まわり、おおよそ静止している状態になるまで判断条件Ｓ１０６に留まる。条件判断Ｓ１０６がＮＯの場合、変位検出閾値を下まわり、おおよそ静止状態であると判断し、Ｔ秒間静止状態が継続するかを判定する（Ｓ１０７／Ｓ１０８／Ｓ１０９）。
【００３４】
条件判断Ｓ１０７ではＷａｉｔ変数ｎがＴよりも大きいかを判断する。Ｔはマイコン１５が設定する定数でありメモリ１７に保存されている。条件判断Ｓ１０７がＮＯの場合は、１秒間のｗａｉｔ（Ｓ１０８）を実行し、ｎ＝ｎ＋１のカウントアップ（Ｓ１０９）を行い、条件判断Ｓ１０６に移行する。Ｔ秒間静止状態を判定している間は判断条件Ｓ１０６〜処理Ｓ１０９まで繰り返し実行する。静止状態を判定している期間中に、変位検出センサ２０の出力値が閾値を超えたとマイコン１５が判断すると（条件判断Ｓ１０６がＹＥＳ）、Ｗａｉｔ変数ｎを０にリセットする。条件判断Ｓ１０７がＹＥＳの場合、受電装置１がＴ秒間静止状態である判断して処理Ｓ１１０へ移行する。
【００３５】
処理Ｓ１１０では給電装置３０に対して電力量の大きい給電が可能である事を通知する処理である。装置静止判断期間の機器認証通信期間に、送受信回路１１を使って給電装置３０の送受電回路３２へ非接触給電が可能である事を通知する。通知後、磁気ループアンテナ１０を調整してアンテナ整合を行う（Ｓ１１１）。
【００３６】
なお、アンテナ整合については受電装置１と給電装置３０間で調停を行い、磁気ループアンテナ３１を給電装置３０が調整してアンテナ整合を行うとしてもよい。
【００３７】
電力量の大きい非接触給電により、受電装置１は所望の動作モードで動作する為の必要電力を受電する（Ｓ１１２）。
【００３８】
次に、給電期間中に受電装置１の変位検出センサ２０が変位検出をした場合について説明する。  給電期間中の変位判定は、検出時間と変位量と受電電力を用いて行う。検出時間は、変位検出センサ２０からの出力値が変位検出閾値を上まわってから、変位検出閾値を下まわるまでの時間である。また、変位量は変位検出センサ２０からの出力値情報からマイコン１５が算出する。
【００３９】
条件判断Ｓ１１３は、給電期間中に変位検出センサ２０の出力をマイコン１５で変位検出閾値を上回っているか下回っているかを判断し受電装置１が変位しているかを判定する。条件判断Ｓ１１３がＮＯ（変位検出閾値を下まわる）の場合、変位が小さい即ち、おおよそ静止している状態であるため、変位検出閾値を上まわるまで条件判断Ｓ１１３に留まる。条件判断Ｓ１１３がＹＥＳ（変位検出閾値を上まわる）の場合、検出時間の測定を開始する（Ｓ１１４）。
【００４０】
次に、受電電力量が現状の受電装置１が必要とする電力よりも大きいか小さいかをマイコン１５で演算し、判断する（Ｓ１１５）。電力算出一例は前述した内容と同様とする。条件判断Ｓ１１５がＮＯの場合、受電電力量が受電装置１が必要とする電力を下回る可能性が生じる。受電装置１が必要とする電力を下回ると受電装置１に充電済みのバッテリ１９が装着されていない場合、受電装置１の動作は瞬時に停止してしまう。この為、受電装置１は機器認証通信期間中に給電装置３０に給電を停止する内容の通信を行う（Ｓ１１６）。
【００４１】
次に、受電装置１は受電装置１が必要とする電力が下回る前に電源ＯＦＦ処理シーケンスに移行する（Ｓ１１７）。
【００４２】
電源ＯＦＦ処理シーケンスが終わると、再び条件判定Ｓ１０１へ移行する。
【００４３】
条件判断Ｓ１１５がＹＥＳの場合、受電装置１が再び静止状態になったかをマイコン１５が判断する（Ｓ１１８）。静止判断は、前述したマイコン１５が変位検出センサ２０の出力値とメモリ１７に予め保存している変位検出閾値とを比較する処理である。条件判断Ｓ１１８がＮＯ場合、変位検出センサ２０の出力値が変位検出閾値を上まわっているとマイコン１５が判断し（変位が継続していると判断）処理Ｓ１１５に戻る。条件判断Ｓ１１８がＹＥＳの場合、マイコン１５は受電装置１が静止状態であると判断し検出時間の測定を停止して検出時間を算出する（Ｓ１１９）。
【００４４】
次に、変位検出時間と変位量から磁気ループアンテナ１０、３１間のアンテナ整合調整が必要であるか判断を行う。条件判断Ｓ１２０では変位検出時間が長いか短いをメモリ１７に保存した変位時間閾値と比較して判断する。変位検出時間が短い場合、変位時間閾値より小さいと判断し（判断処理Ｓ１２０がＹＥＳの判断）となり、判断処理Ｓ１２１へ移行する。変位検出時間が長い場合は変位時間閾値以上となり、非接触給電を開始した位置から大きく移動していると判断して（条件判断Ｓ１２０がＮＯ）、処理Ｓ１２３へ移行する。処理Ｓ１２３では磁気ループアンテナ１０のアンテナ整合を再調整し効率的な非接触給電状態に戻す処理を行う。なお、アンテナ整合については受電装置１と給電装置３０間で調停を行い、磁気ループアンテナ３１を給電装置３０が調整してアンテナ整合を行うとしてもよい。再調整後、条件判断Ｓ１１３へ移行する。
【００４５】
条件判断Ｓ１２１では変位検出センサ２０の出力値から変位量を推測して判断を行う。例えば、光スケールセンサを用いる事で移動量を測定する事が可能である。また、ホールセンサを使った位置検出技術を用いて変位量を演算し判定する事も可能である。
【００４６】
マイコン１５が上記のセンサから得られた変位量とメモリ１７に予め保存している変位量閾値とを比較し、変位量が小さいと判断した場合（条件判断Ｓ１２１がＮＯ）は、受電装置１が微小変化であると判断する。つまり、磁気ループアンテナ１０、３１間のアンテナ整合は崩れていないと判断し、非接触給電を継続する（Ｓ１２２）。逆に、変位量が大きい（条件判断Ｓ１２１がＹＥＳ）場合は、検出時間が短い場合であっても姿勢変化等があったを推測し、処理Ｓ１２３へ移行し磁気ループアンテナ１０の再整合調整を行う。なお、アンテナ整合については受電装置１と給電装置３０間で調停を行い、磁気ループアンテナ３１を給電装置３０が調整してアンテナ整合を行うとしてもよい。
【００４７】
以上で述べたように、本実施例１では、受電装置が静止状態であることつまり、安定した電力を得られる準備が整った状態で磁気ループアンテナの整合を行い、非接触給電を行なう事を目的とした動作の説明である。
【００４８】
更に、給電期間中の受電装置の移動・姿勢変化に応じて給電を継続するか、止めるかという判断を受電装置自身で判断することが可能な装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１  受電装置、１０  受電アンテナ、１１  送受信装置（受電側）、１２  整合回路、
１３  整流平滑回路、１４  操作ＫＥＹ、１５  マイコン、
１６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７  メモリ、１８  本体負荷、１９  バッテリ、
２０  変位検出センサ、３０  非接触給電装置、３１  送電アンテナ、
３２  送受信装置（給電側）
【図１】
2017121100.tif 000003
【図２】
2017121100.tif 000004
【図３】
2017121100.tif 000005