(57)【要約】【課題】水に触れても故障し難い非接触給電システムを提供する。【解決手段】非接触給電システム１は、電源装置２０と、電源装置２０から非接触で伝送される電力により動作する電子装置１０とを有する。そして電源装置２０は、バッテリ２２と、非接触で伝送された電力を受信し、その電力によりバッテリ２２を充電する受電回路２１と、バッテリ２２に蓄電された電力を利用して、非接触で電子装置１０へ電力を伝送する送電回路２３とを有する。さらに、電源装置２０は、バッテリ２２と送電回路２３の間に接続されるスイッチ２４をさらに有し、送電回路２３は、スイッチ２４がオンになると電力の伝送を開始し、一方、電子装置１０は、所定の位置に電源装置２０が取り付けられたときに、スイッチ２４と対向する位置に設けられ、かつ、スイッチ２４をオンにする起動機構１８をさらに有することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置と、前記電源装置から非接触で伝送される電力により動作する電子装置とを有する非接触給電システムであって、
前記電源装置は、
バッテリと、
非接触で伝送された電力を受信し、当該電力により前記バッテリを充電する受電回路と、
前記バッテリに蓄電された電力を利用して、非接触で前記電子装置へ電力を伝送する送電回路と、
を有する非接触給電システム。
【請求項２】
前記電源装置は、前記バッテリと前記送電回路の間に接続されるスイッチをさらに有し、前記送電回路は、前記スイッチがオンになると電力の伝送を開始し、
前記電子装置は、前記電子装置の所定の位置に前記電源装置が取り付けられたときに、前記スイッチと対向する位置に設けられ、かつ、前記スイッチをオンにする起動機構をさらに有する、請求項１に記載の非接触給電システム。
【請求項３】
前記電子装置は、前記電源装置から電力が伝送されている間、所定の周期で無線信号を送信する送信回路をさらに有し、
前記電源装置は、前記無線信号を受信する受信回路をさらに有し、
前記電源装置の前記送電回路は、前記電子装置への電力供給を開始した後に、一定期間にわたって前記送信回路からの前記無線信号を受信できない場合に、前記電子装置への電力伝送を停止する、請求項２に記載の非接触給電システム。
【請求項４】
前記無線信号は、前記電子装置の識別情報を含み、
前記電源装置の前記送電回路は、予め記憶した識別情報と、前記受信回路が受信した無線信号に含まれる前記識別情報とが一致しない場合、前記送信回路からの前記無線信号を受信していないと判定する、請求項３に記載の非接触給電システム。
【請求項５】
前記電子装置は、前記電源装置を着脱可能に支持する筐体をさらに有する、請求項１〜４の何れか一項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、二つの装置間で非接触で電力伝送可能な非接触給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属の接点などを介さずに、空間を通じて電力を伝送する、いわゆる非接触給電（ワイヤレス給電とも呼ばれる）技術が研究されている。
【０００３】
非接触給電技術の一つとして、磁界共鳴（磁界共振結合、あるいは磁気共鳴とも呼ばれる）方式が知られている（例えば、特許文献１を参照）。磁界共鳴方式では、送電側と受電側のそれぞれにコイルを含む共振回路が設けられ、それら共振回路の共振周波数を同調させることで、送電側のコイルと受電側のコイルとの間に磁界共鳴によるエネルギー伝送可能な磁界の結合状態が生じる。これにより、送電側のコイルから受電側のコイルへと、空間を介して電力が伝送される。磁界共鳴方式による非接触給電では、数10％程度のエネルギー伝送効率を達成することが可能であり、かつ、送電側のコイルと受電側のコイル間の距離を比較的大きくすることが可能である。例えば、各コイルが数10cm程度のサイズを有する場合、送電側のコイルと受電側のコイル間の距離を、数10cm〜1m以上とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５０１５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、水中カメラのように、高い防水性が要求される装置が知られている。このような装置では、バッテリ及び装置本体に設けられる電気接点が水に触れると故障の原因となるため、バッテリ及び電気接点が水に触れることがないよう、バッテリごと密閉容器に収容される。しかしながら、バッテリ自体の蓄電容量は限られるため、バッテリは交換可能であることが求められる。そのため、密閉容器に、バッテリの着脱を可能とするための開閉機構を設ける必要が有り、防水性を低下させる要因となっている。
【０００６】
そこで、本発明は、水に触れても故障し難い非接触給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの形態として、電源装置と、電源装置から非接触で伝送される電力により動作する電子装置とを有する非接触給電システムが提供される。この非接触給電システムにおいて、電源装置は、バッテリと、非接触で伝送された電力を受信し、その電力によりバッテリを充電する受電回路と、バッテリに蓄電された電力を利用して、非接触で電子装置へ電力を伝送する送電回路とを有する。
【０００８】
この非接触給電システムにおいて、電源装置は、バッテリと送電回路の間に接続されるスイッチをさらに有し、送電回路は、スイッチがオンになると電力伝送を開始することが好ましい。この場合において、電子装置は、電子装置の所定の位置に電源装置が取り付けられたときに、スイッチと対向する位置に設けられ、かつ、スイッチをオンにする起動機構をさらに有することが好ましい。
【０００９】
また、この非接触給電システムにおいて、電子装置は、電源装置から電力が伝送されている間、所定の周期で無線信号を送信する送信回路をさらに有し、かつ、電源装置は、無線信号を受信する受信回路をさらに有することが好ましい。この場合において、電源装置の送電回路は、電子装置への電力供給を開始した後に、一定期間にわたって送信回路からの無線信号を受信できない場合に、電子装置への電力伝送を停止することが好ましい。
【００１０】
さらに、この場合において、無線信号は、電子装置の識別情報を含み、電源装置の送電回路は、予め記憶した識別情報と、受信回路が受信した無線信号に含まれる識別情報とが一致しない場合、送信回路からの無線信号を受信していないと判定することが好ましい。
【００１１】
さらに、この非接触給電システムにおいて、電子装置は、電源装置を着脱可能に支持する筐体をさらに有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る非接触給電システムは、水に触れても故障し難いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る非接触給電システムの概略構成図である。
【図２】電源装置が有する送電回路と水中カメラが有する受電回路の一例の回路構成図である。
【図３】送電回路と受電回路の等価回路図である。
【図４】図３に示した等価回路のインピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一つの実施形態による非接触給電システムを、図を参照しつつ説明する。この非接触給電システムは、非接触給電方式により電力の送電及び受電が可能な電源装置と、電子装置とを有する。そして電子装置の所定位置に電源装置が取り付けられると、その電子装置は、電源装置から非接触給電方式により電力を受電し、その受電した電力を利用して動作する。また電源装置も、充電装置から、非接触給電方式により電力を受電して、内蔵のバッテリを充電する。これにより、電子装置本体及び電源装置において露出した電気接点を無くすことで、電子装置本体及び電源装置の防水性を向上する。
【００１５】
本実施形態において、非接触給電システムは、水中カメラに利用されるものとする。しかしこの非接触給電システムは、水中カメラに限られず、電子装置本体の防水性が要求される様々な装置に利用されてもよい。
【００１６】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る非接触給電システムの概略構成図である。図１に示されるように、非接触給電システム１は、電子装置の一例である水中カメラ１０と、電源装置２０と、充電装置３０とを有する。
【００１７】
水中カメラ１０内の所定の電源スペース内に電源装置２０が収容されると、電源装置２０は、非接触給電方式により、水中カメラ１０への電力伝送を開始する。そして水中カメラ１０は、電源装置２０からの電力を受信し、その電力を利用して動作する。また、電源装置２０は、水中カメラ１０から取り外され、充電装置３０から受電可能な位置に置かれると、充電装置３０から非接触給電方式により電力を受信して、その電力を内蔵のバッテリに充電する。
【００１８】
以下、非接触給電システム１が有する各装置について説明する。最初に、水中カメラ１０について説明する。
【００１９】
水中カメラ１０は、筐体１１と、撮像部１２と、ユーザインターフェース１３と、メモリ１４と、制御回路１５と、受電回路１６と、送信回路１７と、磁石１８とを有する。さらに、水中カメラ１０は、他の機器へ画像を出力するための通信インターフェース（図示せず）を有していてもよい。水中カメラ１０が有するこれらの各部は、水中カメラ１０の密閉可能な筐体１１内に収容される。そして撮像部１２、ユーザインターフェース１３、メモリ１４、制御回路１５及び送信回路１７は、受電回路１６より電力供給を受けて動作する。
【００２０】
筐体１１は、水中カメラ１０の各部を収容する。また筐体１１は、電源装置２０を着脱可能に支持する。そのために、筐体１１は、電源装置２０を収容する電源スペース１１ａと、電源装置２０を収容した状態で、電源装置２０ごと密閉するための開閉可能な蓋（図示せず）を有する。さらに、電源スペース１１ａには、電源装置２０を固定するためのラッチ、あるいは、電源装置２０の外周に形成される突起部と係合する溝が形成されていてもよい。また電源スペース１１ａ内に水が入ったとしても、水中カメラ１０が故障しないように、例えば、電源スペース１１ａは、樹脂製の外壁で囲まれ、その外壁により、電源スペース１１ａと、メモリ１４、制御回路１５などが隔離される。
【００２１】
撮像部１２は、例えば、C-MOSなどの固体撮像素子のアレイにより構成されるイメージセンサと、イメージセンサ上に被写体の像を結像する撮像光学系と、撮像光学系による焦点位置を調節するためのアクチュエータとを有する。そして撮像部１２は、制御回路１５からの撮影信号に応じて、被写体が写った画像を生成し、その画像を制御回路１５へ出力する。また撮像部１２は、制御回路１５からの制御信号に応じて、焦点位置を調節したり、あるいは、絞りを調節する。
【００２２】
ユーザインターフェース１３は、例えば、水中カメラ１０を操作するための１以上の操作ボタン、及び操作ダイヤルと、ディスプレイとを有する。そしてユーザインターフェース１３は、ユーザの操作に応じた操作信号を生成し、その操作信号を制御回路１５へ出力する。またユーザインターフェース１３は、制御回路１５から受け取った表示信号に応じたメッセージ、あるいは、メモリ１４に保存されている画像などを表示する。
【００２３】
メモリ１４は、例えば、不揮発性の読み出し専用のメモリ回路及び不揮発性の読み書き可能なメモリ回路とを有する。そしてメモリ１４は、制御回路１５で使用される様々なデータを記憶する。さらに、メモリ１４は、撮像部１２により生成された画像を記憶する。
【００２４】
制御回路１５は、例えば、一つまたは複数のプロセッサと、その周辺回路とを有する。そして制御回路１５は、水中カメラ１０の各部を制御する。例えば、制御回路１５は、撮像部１２から受け取った画像をメモリ１４に保存する。また、制御回路１５は、ユーザインターフェース１３から受け取った操作信号に応じて、撮影信号などを生成し、その撮影信号を撮像部１２へ出力する。
【００２５】
受電回路１６は、非接触給電方式により、電源装置２０の送電回路２３から伝送された電力を受け取り、直流電力に変換して、水中カメラ１０の各部へ供給する。なお、受電回路１６が利用する非接触給電方式は、磁界共鳴方式、あるいは、電磁誘導方式であってもよい。なお、受電回路１６の詳細については、電源装置２０の送電回路２３の詳細とともに後述する。
【００２６】
送信回路１７は、受電回路１６から電力供給されている間、一定の周期（例えば、10秒間、あるいは1分間）ごとに、所定の近距離無線通信方式に従って、水中カメラ１０の識別情報を含む無線信号を出力する。そのために、送信回路１７は、例えば、RFIDにおけるアクティブタグを有していてもよい。あるいは、送信回路１７は、例えば、ISO/IEC 18092に準拠した無線通信回路を有していてもよい。
【００２７】
磁石１８は、起動機構の一例であり、筐体１１の電源スペース１１ａ内に、電源装置２０のスイッチ２４と対向する位置に設けられる。そして電源スペース１１ａ内に電源装置２０が収容されると、磁石１８は、その磁力によりスイッチ２４が有する磁石を吸引または反発させることで、スイッチ２４をオンにさせ、電源装置２０による電力供給を開始させる。
【００２８】
次に、電源装置２０について説明する。
図１に示されるように、電源装置２０は、受電回路２１と、バッテリ２２と、送電回路２３と、スイッチ２４と、受信回路２５とを有する。そして受電回路２１、バッテリ２２、送電回路２３、スイッチ２４及び受信回路２５は、電源装置２０が水に浸かっても、電源装置２０が故障しないように、例えば、密閉された樹脂製の筐体内に収容される。
【００２９】
受電回路２１は、非接触給電方式により、充電装置３０の送電回路３１から送られた電力を受け取り、直流電力に変換する。そして受電回路２１は、その直流電力により、バッテリ２２を充電する。なお、受電回路２１が利用する非接触給電方式は、磁界共鳴方式、あるいは、電磁誘導方式であってもよい。
【００３０】
バッテリ２２は、受電回路２１から受け取った電力を蓄電する。そしてバッテリ２２は、送電回路２３が動作している間、直流電源として、送電回路２３及び受信回路２５に、スイッチ２４を介して電力を供給する。そのために、バッテリ２２は、例えば、リチウムイオン二次電池、あるいは、ニッケル・水素蓄電池といった２次電池を有する。
【００３１】
送電回路２３は、スイッチ２４がオンとなっている間、非接触給電方式により、バッテリ２２から供給された直流電力を利用して、水中カメラ１０の受電回路１６へ電力供給する。上記のように、送電回路２３は、非接触給電方式として、磁界共鳴方式及び電磁誘導方式の何れを利用してもよい。なお、受電回路２１と充電装置３０の送電回路３１との間で利用される非接触給電方式と、送電回路２３と水中カメラ１０の受電回路１６との間で利用される非接触給電方式とは同一であってもよい。この場合には、受電回路２１と受電回路１６とは、同様の構成を有していてもよい。また、送電回路３１と送電回路２３とは、同様の構成を有していてもよい。あるいは、受電回路２１と送電回路３１との間で利用される非接触給電方式と、送電回路２３と受電回路１６との間で利用される非接触給電方式とは互いに異なっていてもよい。例えば、電力伝送時の相対的な位置関係が一定でない可能性が有る送電回路３１と受電回路２１とは、磁界共鳴方式により電力伝送する回路を有していてもよく、一方、電力伝送時の相対的な位置関係が一定と想定される送電回路２３と受電回路１６とは、電磁誘導方式により電力伝送する回路を有していてもよい。
【００３２】
また送電回路２３は、電力供給を開始してから、一定周期（例えば、10秒あるいは1分）ごとに、受信回路２５を介して、水中カメラ１０の識別情報を含む無線信号を受信したか否か判定する。例えば、送電回路２３は、受信回路２５から無線信号に含まれる識別情報を受信すると、その識別情報を一時的に保存する。そして送電回路２３は、一定周期ごとの判定タイミングになると、その識別情報と、予め記憶しておいた、水中カメラ１０の識別情報とを比較する。そしてその二つの識別情報が一致すれば、送電回路２３は、水中カメラ１０の識別情報を含む無線信号を受信したと判定する。一方、その二つの識別情報が一致しないか、あるいは、受信回路２５から判定タイミングまでに識別情報を取得できなければ、送電回路２３は、水中カメラ１０の識別情報を含む無線信号の受信に失敗したと判定する。そして送電回路２３は、判定後、一時的に記憶した、受信回路２５から受け取った識別情報を破棄する。
【００３３】
送電回路２３は、水中カメラ１０の識別情報を含む無線信号を受信していれば、電力供給を継続する。一方、送電回路２３は、連続して所定回（例えば、2〜3回）、水中カメラ１０の識別情報を含む無線信号の受信に失敗した場合、すなわち、その所定回に相当する期間にわたって水中カメラ１０の識別情報を含む無線信号の受信に失敗した場合、電力供給を停止する。
電力供給を停止した後、送電回路２３は、スイッチ２４がオフとなってバッテリ２２からの電力供給が停止した後、再度スイッチ２４がオンとなるまで、電力供給の停止を継続する。
これにより、電源装置２０は、水中カメラ１０に取り付けられていない場合に、何らかの理由でスイッチ２４がオンとなった場合に、無駄な電力供給を継続することによる、バッテリ２２の消耗を防止できる。
【００３４】
スイッチ２４は、電源装置２０が水中カメラ１０に収容されたときに、電源装置２０が水中カメラ１０へ電力供給を開始することを可能とする。そのために、スイッチ２４は、電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容された状態で、磁石１８と対向する位置において、バッテリ２２と送電回路２３との間に接続される。
【００３５】
本実施形態では、スイッチ２４は、磁石２４ａと、バッテリ２２と接続された電気接点と送電回路２３と接続された電気接点間を接続可能な導線２４ｂとを有する。そして例えば、電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容された状態で、磁石２４ａは、導線２４ｂ及び二つの電気接点を挟んで磁石１８と対向する方向に沿って移動自在に設けられる。また磁石２４ａの磁石１８と対向する側の面の磁極が、磁石１８の磁石２４ａと対向する側の磁極と異なるように、磁石２４ａは取り付けられる。また、導線２４ｂは、磁石２４ａとともに移動するように、磁石２４ａに固定的に取り付けられる。さらに、磁石２４ａと、磁石１８側の筐体の壁面との間に、磁石１８から離れる方向へ付勢するためのバネが設けられていてもよい。
【００３６】
電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容されると、磁石２４ａは磁石１８側へ引き寄せられて、磁石１８側へ移動する。その結果、磁石２４ａに押下された導線２４ｂも、磁石１８側へ移動して、二つの電気接点間を接続し、スイッチ２４はオンとなる。そしてバッテリ２２から送電回路２３へ電力が供給されるようになる。一方、電源装置２０が水中カメラ１０から取り出されると、バネの付勢力により、磁石２４ａ及び導線２４ｂは、電源装置２０の内部側へ向けて移動する。その結果として、導線２４ｂと二つの電気接点が離れ、スイッチ２４はオフとなる。
【００３７】
なお、磁石２４ａ及び導線２４ｂは、電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容された状態で二つの電気接点よりも磁石１８側に位置するように取り付けられてもよい。この場合には、磁石２４ａの磁石１８と対向する側の面の磁極が、磁石１８の磁石２４ａと対向する側の磁極と同一となるように、磁石２４ａは取り付けられればよい。そして磁石２４ａよりも内側に、磁石２４ａ及び導線２４ｂを端部側へ向けて付勢するバネが取り付けられればよい。この場合には、電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容されると、磁石２４ａは磁石１８に反発して、磁石１８から離れる方向へ移動する。その結果、磁石２４ａに押下された導線２４ｂも、磁石１８から離れる方向へ移動して、二つの電気接点間を接続し、スイッチ２４はオンとなる。一方、電源装置２０が水中カメラ１０から取り出されると、バネの付勢力により、磁石２４ａ及び導線２４ｂは、電源装置２０の端部側へ向けて移動する。その結果として、導線２４ｂと二つの電気接点が離れ、スイッチ２４はオフとなる。
【００３８】
なお、起動機構は、上記の実施形態に限られない。例えば、磁石２４ａの代わりに鉄などの磁性体が用いられてもよい。また、水中カメラ１０について、電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容された状態で、電源スペース１１ａ内のスイッチ２４と対向する位置に、突起が形成されていてもよい。一方、電源装置２０については、電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容された状態で、スイッチ２４とその突起の間に位置する外壁が、ゴムのような弾性部材で形成されていてもよい。そしてその弾性部材と、二つの電気接点との間に、導線２４ｂが取り付けられていてもよいい。この場合には、電源装置２０が水中カメラ１０の電源スペース１１ａに収容されることにより、電源装置２０の外壁の弾性部材が、電源スペース１１ａに設けられた突起により押下されることで、導線２４ｂが二つの電気接点と接触し、スイッチ２４がオンとなる。一方、電源装置２０が水中カメラ１０から取り出されると、外壁の弾性部材が元に戻ることにより、導線２４ｂが二つの電気接点から離れて、スイッチ２４がオフとなる。
【００３９】
受信回路２５は、送電回路２３が動作している間、送電回路２３により駆動され、水中カメラ１０の送信回路１７からの無線信号を受信する。そのために、受信回路２５は、送信回路１７が準拠する近距離無線通信規格に準拠した通信回路とすることができる。そして受信回路２５は、無線信号を受信する度に、その無線信号に含まれる識別情報を取出し、その識別情報を送電回路２３へ出力する。
【００４０】
次に、充電装置３０について説明する。
図１に示されるように、充電装置３０は、送電回路３１を有する。送電回路３１は、例えば、商用電源と接続される。そして送電回路３１は、電源装置２０が充電装置３０に対して給電可能な位置に存在している場合、商用電源から供給される電力を利用して、非接触給電方式により、電源装置２０の受電回路２１へ電力伝送する。上記のように、送電回路３１は、非接触給電方式として、磁界共鳴方式及び電磁誘導方式の何れを利用してもよい。
なお、充電装置３０は、電力伝送を行うか停止するかをユーザが操作するための操作ボタンなどを有していてもよい。
【００４１】
以下、水中カメラ１０の受電回路１６と、電源装置２０の送電回路２３について、その回路構成の一例及び非接触給電動作について説明する。
【００４２】
図２は、水中カメラ１０の受電回路１６と、電源装置２０の送電回路２３の回路構成の一例を示す図である。図２に示されるように、送電回路２３は、電力供給回路４１と、コンデンサ４４及び送信コイル４５を有する共振回路４３と、電圧検出回路４６と、ゲートドライバ４７と、制御回路４８とを有する。一方、受電回路１６は、受信コイル５１及びコンデンサ５２を有する共振回路５０と、整流平滑回路５３とを有する。
【００４３】
先ず、送電回路２３について説明する。
電力供給回路４１は、調節可能な動作周波数を持つ交流電力を共振回路４３へ供給する。そのために、電力供給回路４１は、二つのスイッチング素子４２−１、４２−２とを有する。
【００４４】
二つのスイッチング素子４２−１、４２−２は、スイッチ２４を介して、バッテリ２２の正極側端子と負極側端子との間に直列に接続される。また本実施形態では、バッテリ２２の正極側に、スイッチ２４を介して、スイッチング素子４２−１が接続され、一方、バッテリ２２の負極側に、スイッチング素子４２−１が接続される。なお、スイッチ２４は、スイッチング素子４２−２とバッテリ２２の負極側端子間に接続されてもよい。各スイッチング素子４２−１、４２−２は、例えば、nチャネル型のMOSFETとすることができる。そしてスイッチング素子４２−１のドレイン端子は、バッテリ２２の正極側端子と接続され、スイッチング素子４２−１のソース端子は、スイッチング素子４２−２のドレイン端子と接続される。また、スイッチング素子４２−２のソース端子は、バッテリ２２の負極側端子と接続される。さらに、スイッチング素子４２−１のソース端子、及び、スイッチング素子４２−２のドレイン端子は、コンデンサ４４を介して送信コイル４５の一端に接続され、スイッチング素子４２−２のソース端子は、送信コイル４５の他端に直接接続される。
【００４５】
また、各スイッチング素子４２−１、４２−２のゲート端子は、ゲートドライバ４７を介して制御回路４８と接続される。さらに、各スイッチング素子４２−１、４２−２のゲート端子は、オンとなる電圧が印加されたときにそのスイッチング素子がオンとなることを保証するために、それぞれ、抵抗R1、R2を介してソース端子と接続される。そして各スイッチング素子４２−１、４２−２は、制御回路４８からの制御信号によって、交互にオン／オフが切り替えられる。これにより、バッテリ２２から供給された直流電力は、コンデンサ４４による充放電を介して交流電力に変換され、コンデンサ４４及び送信コイル４５からなる共振回路４３に供給される。
【００４６】
共振回路４３は、コンデンサ４４と送信コイル４５とにより形成されるＬＣ共振回路である。
コンデンサ４４は、その一端がスイッチング素子４２−１のソース端子、及び、スイッチング素子４２−２のドレイン端子と接続され、他端が送信コイル４５の一端と接続される。
【００４７】
送信コイル４５の一端は、コンデンサ４４の他端と接続され、送信コイル４５の他端は、バッテリ２２の負極側端子及びスイッチング素子４２−２のソース端子と接続される。そして送信コイル４５は、電力供給回路４１から供給された交流電力により、送信コイル４５自身を流れる電流に応じた磁場を生じさせる。そして送信コイル４５と受信コイル５１間の距離が共振可能なほど近い場合に、送信コイル４５は、受信コイル５１と共振して、空間を介して受信コイル５１へ電力を伝送する。
【００４８】
電圧検出回路４６は、送信コイル４５の両端子間に印加される交流電圧を所定の周期ごとに検出する。なお、所定の周期は、例えば、送信コイル４５に供給される交流電力の動作周波数の想定される最小値に相当する周期よりも長く、例えば、50msec〜1secに設定される。また、電圧検出回路４６は、検出する交流電圧として、例えば、その交流電圧のピーク値、あるいは、実効値を計測する。そして電圧検出回路４６は、その交流電圧を表す電圧検出信号を制御回路４８へ出力する。そのために、電圧検出回路４６は、例えば、交流電圧を検出できる公知の様々な電圧検出回路の何れかとすることができる。
【００４９】
ゲートドライバ４７は、制御回路４８から、各スイッチング素子４２−１、４２−２のオン／オフを切り替える制御信号を受信し、その制御信号に応じて、各スイッチング素子４２−１、４２−２のゲート端子に印加する電圧を変化させる。すなわち、ゲートドライバ４７は、スイッチング素子４２−１をオンにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子４２−１のゲート端子に、スイッチング素子４２−１がオンとなり、バッテリ２２からの電流がスイッチング素子４２−１を流れるようになる、相対的に高い電圧を印加する。一方、ゲートドライバ４７は、スイッチング素子４２−１をオフにする制御信号を受け取ると、スイッチング素子４２−１のゲート端子に、スイッチング素子４２−１がオフとなり、バッテリ２２からの電流がスイッチング素子４２−１を流れなくなる、相対的に低い電圧を印加する。ゲートドライバ４７は、スイッチング素子４２−２についても同様に、ゲート端子に印加する電圧を制御する。
【００５０】
制御回路４８は、例えば、不揮発性のメモリ回路及び揮発性のメモリ回路と、演算回路と、他の回路と接続するためのインターフェース回路とを有し、電圧検出信号で示される送信コイル４５に印加される交流電圧に応じて、電力供給回路４１の動作周波数、すなわち、電力供給回路４１が共振回路４３に供給する交流電力の動作周波数を調節する。
【００５１】
そのために、本実施形態では、制御回路４８は、スイッチング素子４２−１とスイッチング素子４２−２とが交互にオンとなり、かつ、動作周波数に対応する１周期内でスイッチング素子４２−１がオンとなっている期間とスイッチング素子４２−２がオンとなっている期間とが等しくなるように、各スイッチング素子４２−１、４２−２を制御する。なお、制御回路４８は、スイッチング素子４２−１とスイッチング素子４２−２とが同時にオンとなり、バッテリ２２が短絡されることを防止するために、スイッチング素子４２−１とスイッチング素子４２−２のオン／オフを切り替える際に、両方のスイッチング素子がオフとなるデッドタイムを設けてもよい。
【００５２】
本実施形態では、制御回路４８は、送信コイル４５に印加される交流電圧が高くなる方向に、動作周波数、すなわち、各スイッチング素子４２−１、４２−２のオン／オフの切替周期を変化させる。さらに、制御回路４８は、上述した、水中カメラ１０からの無線信号を受信したか否かの判定を一定周期で行う。そして制御回路４８は、水中カメラ１０からの無線信号を所定回連続して受信できなかった場合、スイッチング素子４２−１、４２−２をオフにする。
なお、制御回路４８による各スイッチング素子４２−１、４２−２の制御の詳細については後述する。
【００５３】
次に、受電回路１６について説明する。
共振回路５０は、受信コイル５１とコンデンサ５２とからなるＬＣ共振回路である。そして共振回路５０が有する受信コイル５１は、その一端でコンデンサ５２に接続されるとともに、他端で整流平滑回路５３に接続される。
【００５４】
受信コイル５１は、送電回路２３の送信コイル４５に流れる交流電流により生じる磁場と共鳴することで、送信コイル４５と共振して、送信コイル４５から電力を受信する。そして受信コイル５１は、コンデンサ５２を介して受信した電力を整流平滑回路５３へ出力する。なお、受信コイル５１の巻き数と、送電回路２３の送信コイル４５の巻き数は同一でもよく、あるいは、異なっていてもよい。また、共振回路５０の共振周波数が送電回路２３の共振回路４３の共振周波数と等しくなるように、受信コイル５１のインダクタンス及びコンデンサ５２の静電容量は設定されることが好ましい。
【００５５】
コンデンサ５２は、その一端で受信コイル５１と接続され、他端で整流平滑回路５３と接続される。そしてコンデンサ５２は、受信コイル５１にて受信した電力を、整流平滑回路５３へ出力する。
【００５６】
整流平滑回路５３は、受信コイル５１及びコンデンサ５２により受信された電力を整流し、かつ、平滑化して、直流電力に変換する。そして整流平滑回路５３は、その直流電力を、水中カメラ１０の各部へ出力する。そのために、整流平滑回路５３は、例えば、全波整流回路と平滑コンデンサとを有する。さらに、水中カメラ１０が、動作電圧の異なる回路を含んでいる場合、整流平滑回路５３は、各回路に適した直流電圧を持つ電力を供給できるようにDC-DCコンバータを含んでいてもよい。
【００５７】
以下、送電回路２３と受電回路１６間の非接触給電動作の詳細について説明する。
【００５８】
図３は、送電回路２３と受電回路１６の等価回路図である。ここで、L1、L3は、それぞれ、送電側、受電側の漏れインダクタンスであり、L2は、相互インダクタンスである。送信コイル４５及び受信コイル５１の自己インダクタンスをL0、送信コイル４５と受信コイル５１間の結合度をkとすると、L1=L3=(1-k)L0、L2=kL0となる。例えば、L0=30.5μH、k=0.731028とすると、L1=L3=8.205μH、L2=22.3μHとなる。結合度kは、一般に、送信コイル４５と受信コイル５１間の距離が狭いほど、大きな値となる。この場合、Fパラメータ解析により表される、伝送行列A(f)は、次式で表される。
【数１】
2017103858.tif 000003
ここで、fは、送電回路２３の動作周波数であり、s(f)=jω、ω=2πfである。C1、C2は、それぞれ、送電側、受電側の静電容量である。R1、R2は、送電側、受電側のインピーダンスである。そしてRacは、負荷回路のインピーダンスである。
【００５９】
図４は、図３に示した等価回路のインピーダンスの周波数特性の一例を示す図である。図４において、横軸は周波数を表し、縦軸は、インピーダンスを表す。なお、等価回路のインピーダンスは、２行２列で表される、（１）式の伝送行列A(f)における、左下の要素に対する左上の要素の比の絶対値として算出される。そしてグラフ４００は、インピーダンスの周波数特性を表す。なお、グラフ４００は、L0=30.5μH、k=0.731028とし、C1=C2=180nF、R1=R2=270mΩとして、（１）式に基づいて算出した。
【００６０】
図４に示されるように、結合度kが上記のように比較的大きな値となる場合、インピーダンスの周波数特性は、二つの極小値を持つ。すなわち、送信コイル４５と受信コイル５１とが共振する周波数が二つ存在し、各共振周波数においてインピーダンスが極小、すなわち、エネルギー伝送電力量が極大となる。したがって、送電回路２３の共振回路４３に供給される交流電力の動作周波数が、何れかの共振周波数に近いほど、送電側と受電側との間のインピーダンスが低下し、送信コイル４５から受信コイル５１へ伝送されるエネルギー伝送電力量を大きくできることになる。そのため、共振回路４３に供給される交流電力の動作周波数が、何れかの共振周波数に近いほど、受電側の受信コイル５１の両端子間の交流電圧も高くなる。
【００６１】
また、受電側の交流電圧と送電側の交流電圧との関係は、以下の関係式で表される。
【数２】
2017103858.tif 000004
ここでV1は、送電側の交流電圧、すなわち、送信コイル４５に印加される交流電圧であり、V2は、受電側の交流電圧、すなわち、受信コイル５１に印加される交流電圧である。kは結合度である。そしてn1、n2は、それぞれ、送信コイル４５の巻き数及び受信コイル５１の巻き数である。（２）式に示されるように、結合度が高いほど、受電側の電圧と送電側の電圧間には強い相関関係が生じる。そのため、送信コイル４５と受信コイル５１間の距離が近く、結合度がある程度高ければ、受電側の受信コイル５１の交流電圧が高いほど、すなわち、受電側で取り出せる電力が大きくなるほど、送電側の送信コイル４５に印加される交流電圧も高くなる。
【００６２】
そこで、送電回路２３の制御回路４８は、電圧検出信号で示される、送信コイル４５に印加される交流電圧が高くなる方向に、共振回路４３に供給する交流電力の動作周波数、すなわち、各スイッチング素子４２−１、４２−２のオン／オフの切替周期を一定周期ごとに変化させる。
【００６３】
例えば、制御回路４８は、ある時点での動作周波数と送信コイル４５に印加される交流電圧の値を、制御回路４８が有するメモリ回路に保存しておく。そして制御回路４８は、動作周波数を、所定量（例えば、10Hz〜100Hz）だけ高くなる方向、あるいは低くなる方向へ変化させる。そして制御回路４８は、動作周波数の変更後において電圧検出回路４６から取得した電圧検出信号で示される、最新の交流電圧の値と、記憶している直前の交流電圧の値とを比較する。最新の交流電圧の値の方が、直前の交流電圧の値よりも高い場合、制御回路４８は、動作周波数を前回の変更方向と同じ方向に所定量変化させる。例えば、前回の動作周波数変更時において動作周波数を高くしており、かつ、最新の交流電圧の値の方が、直前の交流電圧の値よりも高い場合、制御回路４８は、動作周波数をさらに所定量だけ高くする。逆に、最新の交流電圧の値の方が、直前の交流電圧の値よりも低い場合、制御回路４８は、動作周波数を前回の変更方向とは逆方向に所定量変化させる。例えば、前回の動作周波数変更時において動作周波数を高くしており、かつ、最新の交流電圧の値が、直前の交流電圧の値よりも低い場合、制御回路４８は、動作周波数を所定量だけ低くする。なお、制御回路４８は、最新の交流電圧の値と直前の交流電圧の値とが等しい場合、動作周波数を何れの方向に変化させてもよい。これにより、制御回路４８は、動作周波数を、送信コイル４５と受信コイル５１間の何れかの共振周波数に近づけることができる。
なお、制御回路１８は、最新の交流電圧の値が所定の閾値以上となった場合、動作周波数の調整を停止し、その停止以降、動作周波数を一定に保ってもよい。そして制御回路１８は、動作周波数の調整を停止した後に、最新の交流電圧の値が所定の閾値未満となった場合に、動作周波数の調整を再開してもよい。
【００６４】
また、制御回路４８は、給電を開始してから最初の動作周波数の変更の際、動作周波数を高い方へ変更させてもよく、あるいは、動作周波数を低い方へ変更させてもよい。
【００６５】
また、送信コイル４５と受信コイル５１間の距離がある程度離れている場合、送信コイル４５と受信コイル５１間の磁気共鳴による共振周波数は一つとなり、その共振周波数は、共振回路４３自身の共振周波数と等しくなる。そしてその一つの共振周波数は、送信コイル４５と受信コイル５１間の距離が近い場合に表れる二つの共振周波数の間に含まれる。そこで、制御回路４８のメモリ回路に、予め、共振回路４３自身の共振周波数を記憶しておき、制御回路４８は、給電開始時の動作周波数を、共振回路４３自身の共振周波数に設定してもよい。あるいは、制御回路４８は、前回の給電終了時における動作周波数をメモリ回路に記憶しておき、その記憶した動作周波数を、次回の給電開始時における動作周波数としてもよい。このように給電開始時の動作周波数を設定することで、制御回路４８は、動作周波数が送信コイル４５と受信コイル５１間の磁気共鳴による何れかの共振周波数に近づくまでに要する時間を短縮できる。
【００６６】
なお、動作周波数の下限値及び上限値は予め設定されていてもよい。そして制御回路４８は、その動作周波数の下限値と上限値の間で動作周波数を調節してもよい。この場合、例えば、動作周波数の下限値及び上限値は、それぞれ、送信コイル４５と受信コイル５１間の磁気共鳴による共振周波数の想定される下限値及び上限値に設定される。
【００６７】
また、制御回路４８は、電圧検出回路４６から取得した電圧検出信号で示される、最新の交流電圧の値が所定の閾値以上である場合には、動作周波数を変更しなくてもよい。さらに、制御回路４８は、最新の交流電圧の値と直前の交流電圧の値との差の絶対値が小さいほど、動作周波数の変更量も小さくしてもよい。
【００６８】
以上に説明してきたように、この非接触給電システムでは、電源装置が、非接触給電方式により電力供給可能な送電回路と非接触給電方式により受電可能な受電回路とバッテリとを有しているので、電源装置及び電源装置から伝送された電力により動作する電子装置の両方について外部に露出した電気接点を設けなくてよい。そのため、この非接触給電システムでは、電源装置及び電子装置の両方について、防水性を向上することができる。またこの非接触給電システムでは、電源装置が経年劣化あるいは故障した場合にも、電源装置だけを取り換えることが可能である。そのため、電源装置の寿命よりも電子装置を長期間使用することができる。さらに、この非接触給電システムでは、起動機構とスイッチとにより、電源装置が電子装置に取り付けられている場合に電力伝送が行われるので、電源装置のバッテリ持続時間を長くすることができる。さらに、この非接触給電システムは、電子装置と電源装置間の通信により、電力伝送を継続するか否かを判定するので、電源装置が誤って他の機器などに取り付けられても電源装置が動作し続けることを防止できる。
【００６９】
なお、変形例によれば、水中カメラ１０の送信回路１７及び電源装置２０の受信回路２５は省略されてもよい。この場合には、電源装置２０は、水中カメラ１０から取り外され、スイッチがオフとなることによってのみ、電力伝送を停止する。
【００７０】
また、電源装置２０が水中カメラ１０に取り付けられた状態では、水中カメラ１０の受電回路１６と、電源装置２０の送電回路２３の位置関係は一定に保たれる。そこで他の変形例によれば、電源装置２０の送電回路２３において、電圧検出回路４６は省略されてもよい。そして送電回路２３の制御回路４８は、電源装置２０が水中カメラ１０に取り付けられた状態において想定される送信コイル４５と受信コイル５１間の距離に応じた共振周波数で各スイッチング素子４２−１、４２−２を交互にオン・オフ制御してもよい。
【００７１】
このように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【符号の説明】
【００７２】
１    非接触給電システム
１０    水中カメラ（電子装置）
１１    筐体
１２    撮像部
１３    ユーザインターフェース
１４    メモリ
１５    制御回路
１６    受電回路
１７    送信回路
１８    磁石
２０    電源装置
２１    受電回路
２２    バッテリ
２３    送電回路
２４    スイッチ
２５    受信回路
３０    充電装置
３１    送電回路
４２−１、４２−２    スイッチング素子
４３    共振回路
４４    コンデンサ
４５    送信コイル
４６    電圧検出回路
４７    ゲートドライバ
４８    制御回路
５０    共振回路
５１    受信コイル
５２    コンデンサ
５３    整流平滑回路
【図１】
2017103858.tif 000005
【図２】
2017103858.tif 000006
【図３】
2017103858.tif 000007
【図４】
2017103858.tif 000008