CN111095807A - 通信装置和通信系统 - Google Patents

Abstract

一种通信装置包括电力传送线圈和电力传送电路，该电力传送电路经由电力传送线圈以预定的电力传送频率向另一通信装置执行无线电力传送。该另一通信装置包括利用电场或磁场中的至少任一者耦合到电力传送线圈的电力接收线圈。此外，该通信装置包括接收天线和接收电路，该接收电路经由接收天线接收经由另一通信装置的传送天线从该另一通信装置传送的信号。此外，该通信装置包括抑制将通过电力传送电路进行的无线电力传送从接收天线输入到接收电路的电力传送频率的信号的滤波器电路。

Description

通信装置和通信系统

技术领域

本发明涉及执行无线电力传送和通信的装置。

背景技术

近年来，许多设备设有能够传送信号的旋转可动部分，以满足对设备的可动性和控制的需求。此类设备以例如机器人的高端部分、网络相机的平台的连接部分以及移动设备的连接器为例。

迄今为止，已经提出了在此类设备的旋转可动部分中无线地传送信号的技术。已经提出通过近场电磁场耦合的通信(诸如PTL 1和PTL 2中的通信)作为能够实现高传送速率和低延迟性能的无线信号传送方法。

如果在设备的旋转可动部分中不仅实现无线信号传送，而且还实现无线电力传送，那么有可能完全省略电缆和柔性基板(下文中称为“电缆等”)。如果设备的旋转可动部分完全以无线方式实现，那么有可能不仅防止电缆等的劣化，而且还避免在制造时在小且狭窄的部分中连接电缆等的需要，以方便制造。

引文列表

专利文献

PTL 1：日本专利特许公开No.2016-72810

PTL 2：日本专利特许公开No.2011-228933

发明内容

技术问题

但是，当用于信号传送的天线和用于电力传送的天线被紧密布置以通过近场电磁场耦合来执行非接触信号传送和电力传送时，可能发生从用于电力传送的天线到用于信号传送的天线的干扰。存在如下问题：由于干扰，信号传送的质量劣化。

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种通信装置，该通信装置能够在接近地执行非接触信号传送和非接触电力传送时抑制电力传送对信号传送的干扰以提高非接触信号传送的通信质量。

问题的解决方案

为了解决上述问题，根据本发明的通信装置包括电力传送线圈；电力传送电路，经由电力传送线圈以预定的电力传送频率向另一通信装置执行无线电力传送，该另一通信装置包括利用电场或磁场中的至少任一者耦合到电力传送线圈的电力接收线圈；接收天线；接收电路，经由接收天线接收经由所述另一通信装置的传送天线从所述另一通信装置传送的信号；以及滤波器电路，抑制电力传送频率的信号，该信号将通过电力传送电路进行的无线电力传送从接收天线供应给接收电路。

发明的有益效果

根据本发明，可以抑制在接近地执行非接触信号传送和非接触电力传送时无线电力传送对无线信号传送的干扰，以提高近场信号传送的通信质量。

附图说明

图1是图示根据本发明的一个实施例的通信装置的配置的配置图。

图2A是示意性地图示根据本发明的一个实施例的天线的结构以及如何连接耦合器、滤波器电路和接收电路的解释图。

图2B是示意性地图示根据本发明的实施例的天线的结构以及如何连接耦合器、滤波器电路和接收电路的解释图。

图2C是示意性地图示根据本发明的实施例的天线的结构以及如何连接耦合器、滤波器电路和接收电路的解释图。

图3是图示根据本发明的一个实施例的天线的端口的位置的透视图。

图4A是指示由于高通滤波器引起的干扰的衰减的模拟结果的曲线图。

图4B是指示由于高通滤波器引起的干扰的衰减的模拟结果的曲线图。

图5A是指示滤波方法和特性的曲线图。

图5B是指示滤波方法和特性的曲线图。

具体实施方式

本文将描述根据本发明的一个实施例的通信装置100。本实施例涉及其中可以在彼此靠近的位置同时执行无线电力传送和无线通信的通信装置100。

在本实施例中，线圈状导体被用作执行无线电力传送的电力传送天线。在下文中，这种介质被称为“线圈”(为了特别区分，将电力传送侧的线圈称为“电力传送线圈”，将电力接收侧的线圈称为“电力接收线圈”)。相反，其中在印刷电路板上形成有电极图案的耦合器被用作执行通信的通信天线(传送天线和接收天线)。在下文中，这种介质被称为“耦合器”。在下文中，其中集成有执行无线电力传送的介质与执行通信的介质的部件被称为“天线”。在此，“通信”是指用于控制设备的信号、由该设备获取的信息和/或指示该设备的状态的信息的传送和接收。“电力传送”是指电力从电力传送线圈到电力接收线圈的无线传送，以将电力供应给要控制的设备和/或执行通信的设备。

此外，在本实施例中，用于电力传送的频率被称为“电力传送频率”，并且用于通信的频率被称为“通信频率”。由通信装置100进行的通信不限于使用涉及具有通信频率的载波的调制和解调的通信方法来执行，并且可以使用不涉及载波的调制和解调的基带方法来执行。在本实施例中，基带方法中的通信频率指示所传送的信号的平均频率。

图1是图示根据本实施例的通信装置100的配置的配置图。以下描述的所有部件不一定都是必需的。

在下面的描述中将举例说明在电力传送中电力从图1中的A侧无线地传送到B侧(在图1中的实线箭头的方向上)的情况。以下将主要描述在无线通信中信号从B侧向A侧(在图1中的虚线箭头的方向上)传送的情况，但是A侧和B侧之间的双向通信是可用的。在图1中示出了在单个通信装置100中包括电力传送侧(A侧)的部件和电力接收侧(B侧)的部件的示例。但是，部件的布置不限于以上布置。电力传送侧可以与电力接收侧分开，或者被构造成分开的装置的电力传送侧通信装置和电力接收侧通信装置可以构成通信系统。

例如，当通信装置100安装在成像单元相对于平台旋转的网络相机中时，从平台中存在的A侧的部件向成像单元中存在的B侧的部件供应电力，并且从B侧向A侧传送诸如由成像单元捕获的图像数据之类的信息。

附图标记101表示外部直流电源，其是用于无线电力传送的电源。附图标记102表示电力传送电路，其执行从外部直流电源101供应的电力的切换并将电力转换成交变电流(AC电流)。附图标记103和104分别表示在电力传送的传送侧的天线和在电力传送的接收侧的天线。虽然天线103和104均包括电力传送-接收线圈和耦合器，但是这将在下面再次描述。附图标记105表示电力接收电路，其对从天线103传送到天线104的电力进行整流并且输出整流后的电力。附图标记107表示用所传送的信号控制的设备，并且在本实施例中表示相机。附图标记123表示传送电路，其接收由相机107捕获的视频数据或接受相机的状态信号的输入，并通过信号传送来传送视频数据或状态信号。从电力接收电路105输出的电力被供应给相机107和传送电路123，并用于相机107和传送电路123的操作。

附图标记122表示接收电路，其接收从传送电路123传送的信号。由于在本实施例中描述了天线104在信号的传送侧并且天线103在信号的接收侧的情况，因此传送电路和接收电路分别位于天线104侧和天线103侧。但是，当在相反方向上执行信号传送时，传送电路被替换为接收电路。在这种情况下，滤波器电路151的位置也改变。当在天线104和天线103之间执行双向通信时，可以在通信装置100的A侧和B侧均设置传送电路和接收电路。在这种情况下，滤波器电路151可以存在于A侧和B侧中的任一侧，或者滤波器电路151可以存在于A侧和B侧这两侧。

滤波器电路151设在天线103与接收电路122之间。滤波器电路151包括滤波器，该滤波器减小无线电力传送对无线通信的影响。附图标记106表示平台中的控制器。

图2包括示意性地图示天线的结构以及如何连接耦合器、滤波器电路和接收电路的解释图。

如图2A和图2B中所示，天线103包括电力传送线圈201和接收侧耦合器202。电力传送线圈201和接收侧耦合器202同心地布置。天线104包括电力接收线圈211和传送侧耦合器212。电力接收线圈211和传送侧耦合器212也同心地布置。电力传送线圈201和电力接收线圈211被紧密地设置为彼此相对，并且接收侧耦合器202和传送侧耦合器212被紧密地设置为彼此相对。交变电流电力在电力传送线圈201侧的流动使得电力被传送到电力接收线圈211。

接收侧耦合器202和传送侧耦合器212被设置为彼此充分靠近以实现基于电场耦合、磁场耦合或电磁场耦合的通信。接收侧耦合器202和传送侧耦合器212之间的间距可以是例如1mm或更小。

图2C图示了如何连接耦合器、滤波器电路和接收电路。使用差分数字信号来执行本实施例的通信。耦合器具有阻抗并使用差分方法来执行输入-输出。接收侧耦合器202连接到滤波器电路151，以实现使用差分方法的通信。因而，如图2C中所示，接收侧耦合器202具有两个通信端口。两个通信端口组成正信号和负信号的传送路径，正信号和负信号构成差分信号。滤波器电路151设在接收侧耦合器202与接收电路122之间的传送路径上。与上述情况一样，传送侧耦合器212经由两个用于差分通信的通信端口连接到传送电路123。但是，可以使用单端方法而不是差分方法来执行传送侧和接收侧之间的通信。在这种情况下，每个耦合器可以具有一个通信端口。

对于本实施例的通信装置100，至少具有电力接收线圈211和电力传送线圈201作为用于无线电力传送的部件就足够了。换句话说，可以使用外部设备作为外部直流电源101和电力传送电路102，并且可以将交变电流直接供应给电力传送线圈201。

此外，对于本实施例的通信装置100，至少具有传送电路123、传送侧耦合器212、接收侧耦合器202、滤波器电路151和接收电路122作为用于无线信号传送的部件就足够了。

图3是图示根据本实施例的天线103的端口的位置的透视图。天线104具有类似的配置。以与图3中的电力传送线圈201相同的方式设置电力接收线圈211，并且以与图3中的接收侧耦合器202相同的方式设置传送侧耦合器212。构成天线103的基座和构成天线104的基板被紧密地布置为彼此相对，并且至少任一个基板可以通过通信装置100的驱动器(未示出)可旋转。

如图3中所示，在本实施例中，电力传送线圈201和接收侧耦合器202同心地布置在同一基板上。在本实施例中，如图3中所示，接收侧耦合器202具有两个通信端口：通信端口301和通信端口302，以传送差分数字信号。电力传送线圈201具有一个电力传送端口303。

利用以上配置，本实施例的通信装置100以以下方式操作。从外部直流电源101向电力传送电路102供应直流电力，通过电力传送电路102中的切换将直流电力转换成AC电流，并且将AC电流供应给天线103的电力传送线圈201。切换的频率是电力传送频率。交变电流流过电力传送线圈201使得在电力接收线圈211中生成交变电流，即，使电力从电力传送线圈201向电力接收线圈211传送，并且将电力供应给电力接收电路105。交变电流在电力接收电路105中被转换成所需电压的直流电流，并且直流电流被供应给传送电路123和相机107，以用作这些设备的操作的电源。

相机107执行成像，输出所获取的图像数据和相机的状态信号(例如，指示相机的平移、倾斜和变焦(PTZ)的状态的状态信号)，并将图像数据和状态信号供应给传送电路123。传送电路123将输入信号转换成差分数字信号，并将差分数字信号供应给传送侧耦合器212。由于接收侧耦合器202通过电场、磁场或电磁场耦合到传送侧耦合器212，因此输入到传送侧耦合器212中的信号被传送到接收侧耦合器202。此时，由于电力传送线圈201和电力接收线圈211分别被设置为靠近接收侧耦合器202和传送侧耦合器212，并且电力的传送波形的振幅变为大于通信信号的传送波形的振幅，因此由电力传送造成的噪声可以混入向接收侧耦合器202传送的信号中。因而，通信装置100包括用于抑制噪声的滤波器电路151。由于在直流电流转换为用于电力传送的交变电流时噪声主要存在于电力传送频率附近，因此滤波器电路151被配置为减小在电力传送频率附近的频带的信号。经过降噪的信号从滤波器电路151被供应到接收电路122，并且接收电路122至少检测差分数字信号的边缘信号。接收电路122还包括比较器，该比较器对检测的信号进行整流和解调。通过设定比较器中的电流或电压的阈值，可以进一步降低电力传送频率以外的频率的噪声。由接收电路122解调的信号被供应给控制器106以用于某些数据处理。

当从控制器106向相机107供应控制信号以控制相机107时，该信号从控制器106被依次供应给传送电路、耦合器、接收电路和相机。此时，如上所述，接收电路122和传送电路123分别用作传送电路和接收电路。在这种情况下，滤波器电路151优选地设在接收电路和接收信号的相机侧的耦合器之间。

现在将参考图4描述当滤波器电路151包括高通滤波器时滤波器的优点。

图4指示由于高通滤波器引起的衰减的模拟结果。在图4A和图4B中，纵轴表示从电力传送端口303到每个通信端口的干扰程度。图4A和图4B指示：随着干扰程度的值的减小，电力传送对信号传送的影响降低。横轴表示通信频率。

图4A是当在通信装置100中未安装滤波器电路151时的曲线图，并且图4B是当在通信装置100中安装了滤波器电路151时的曲线图。假设电力传送频率为1.8MHz，并且使用了截止电力传送频率的高通滤波器。假设电力传送端口303、通信端口301和通信端口302以图3所示的方式布置。附图标记401和403指示从电力传送端口303到通信端口301的干扰程度，附图标记402和404指示从电力传送端口303到通信端口302的干扰程度。

如图4A中所示，当未安装滤波器电路151时，在1.8MHz的通信频率处，从电力传送端口303到通信端口301的干扰程度约为-29dB，并且从电力传送端口303到通信端口302的干扰程度约为-39dB。

如图4B中所示，当安装了滤波器电路151时，在1.8MHz的通信频率处，从电力传送端口303到通信端口301的干扰程度约为-55dB，并且从电力传送端口303到通信端口302的干扰程度约为-65dB。

根据以上结果，由于滤波器电路151，每个通信端口的干扰程度有利地改善了约26dB。

滤波器电路151的滤波方法不限于上述的高通滤波器。

图5包括指示滤波方法和特性的曲线图。

图5A图示了陷波滤波器的特性。纵轴表示带通特性，横轴表示频率。

附图标记f1表示由电力传送电路102中的切换造成的电力传送频率，并且附图标记f2表示信号被传送的通信频率。附图标记f3表示用于与图5B比较的高通滤波器的截止频率。假设电力传送频率f1为1.8MHz。

陷波滤波器是仅截止一定频率的信号的滤波器。传送通信频率f2的信号并截止或至少抑制电力传送频率f1的信号的陷波滤波器被用作本实施例的陷波滤波器。换句话说，调整滤波器的特性，以便在频率为f1的信号和频率为f2的信号当中仅衰减频率为f1的信号。

如图5A中所示，在天线103的接收侧耦合器202与接收电路122之间提供这样的陷波滤波器使得能够降低无线电力传送对无线通信的影响。

电力传送电路102可以改变切换频率。换句话说，通信装置100可以能够在多个预定的电力传送频率当中切换执行无线电力传送的电力传送频率。在这种情况下，通过配置通信装置100，即使电力传送频率改变，也可以抑制信号的干扰，从而根据电力传送频率的切换来适当地改变滤波器电路151的滤波器特性。

图5B图示了利用高通滤波器和滤波器特性来减小无线电力传送对无线通信的影响的方法。

如图5A中所示，纵轴表示带通特性，横轴表示频率。附图标记f1表示由电力传送电路102中的切换造成的电力传送频率，附图标记f2表示传送信号的通信频率，并且附图标记f3表示滤波器的截止频率。

高通滤波器传送频率大于或等于截止频率的信号。在本实施例中，使用截止频率f3高于电力传送频率f1并且低于通信频率f2的高通滤波器。

如图5B中所示，这种高通滤波器的使用实现尖锐的衰减特性，该衰减特性在通信频率f2下具有足够小的信号损耗并且在电力传送频率f1下具有大损耗。

如上所述，高通滤波器而非陷波滤波器的使用使得能够降低无线电力传送对无线通信的影响。

传送电路123可以以不同的频率调制多种信号以同时传送信号，并且接收电路122可以接收多个频率的信号以解调各个频率处的相应信号。

此外，代替以不同频率传送多种信号的方法，可以使用串行-并行转换手段和并行-串行转换手段。在这种情况下，并行-串行转换电路设在信号的传送电路123的上游，并且串行-并行转换电路设在接收电路122的下游。

在这种情况下，多种信号在输入到传送电路123之前输入到并行-串行转换电路中，并由并行-串行转换电路转换成串行信号。转换成串行信号的信号在串行信号的状态下在传送侧耦合器212和接收侧耦合器202之间被传送。由于电力传送的噪声也混入到传送至接收侧的串行信号中，因此噪声通过滤波器电路151被降低，然后，该串行信号输入到接收电路122中。接收电路122对串行信号进行整流和解调，并将该信号供应给串行-并行转换电路。串行-并行转换电路将串行信号转换成多种原始信号以用于后续处理。

虽然以上描述了通信装置100安装在网络相机中的示例，但是通信装置100不限于安装在网络相机中。通信装置100可应用于例如机械手、安装在船上等的旋转雷达、用于风力发电的螺旋桨。例如，当将通信装置100应用于机械手时，图1中的A侧(电力传送侧)的部件布置在机器人的手臂中，而B侧(电力接收侧)的部件布置在机器人的手(保持器)中。此外，执行通信和电力传送的天线不限于布置在设备的旋转部分中，并且可以布置在可滑动的部分或不可动的固定部分中。此外，图1中所示的通信装置100的A侧的部件和B侧的部件可以安装在分开的独立设备中，以构成包括执行电力传送和通信的多个设备的通信系统。

虽然天线103和104以可旋转的圆形天线为例，但是天线可以具有任何形状，诸如圆形、矩形、三维圆柱形状、立方形状或平行形状。虽然在以上描述中将线圈用作用于电力传送的介质，但是用于电力传送的介质不限于线圈。例如，可以通过使用电极的电场耦合而不是线圈来执行无线电力传送。可替代地，可以通过电磁场耦合来执行无线电力传送。

此外，虽然在本实施例中描述了线圈和耦合器同心地布置的情况，但是优点能够利用其它布置来实现。例如，即使当线圈和耦合器彼此平行布置时，也能够实现相同的优点。此外，关于线圈和耦合器的布置，即使当耦合器布置在线圈的外侧时，或者甚至当线圈和耦合器随机设置时，也能够实现本实施例的优点。

此外，当天线由基板构成时，可以任意确定材料、材料的质量、基板的厚度、外径、图案的厚度、图案之间的间隔等。天线可以由除了基板之外的部件来实现。例如，天线可以由缠绕的引线或Litz线构成。

无线电力传送方法不受限制。例如，电磁感应方法或磁场共振方法可以用作无线电力传送方法。虽然在本实施例中使用了利用电场耦合、磁场耦合或电磁场耦合的通信方法作为无线通信方法，但是无线通信方法不限于上述方法。例如，可以使用Wi-Fi(注册商标)通信方法或蓝牙(注册商标)通信方法。在这些情况下，可以实现相同的优点。

虽然用于通信的信号被描述为二进制数字信号，但是用于通信的信号不限于二进制信号并且可以是多值信号。

根据本实施例，当经由小天线同时无线传送电力和信号时，能够抑制电力传送对信号传送的影响。因而，可以完全无线地实现例如各种设备的旋转可动部分，以实现易于制造的、结构简单的设备。

本发明的各方面不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的概念和构思的情况下，可以进行各种增加、修改和部分删除。

本发明不限于以上实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。因而，随附权利要求书以公开本发明的范围。

本申请要求于2017年9月7日提交的日本专利申请No.2017-171726的权益，其全部内容通过引用并入本文。

Claims (19)

1.一种通信装置，包括：

电力传送线圈；

电力传送电路，该电力传送电路经由所述电力传送线圈以预定的电力传送频率向另一通信装置执行无线电力传送，该另一通信装置包括利用电场或磁场中的至少任一者耦合到所述电力传送线圈的电力接收线圈；

接收天线；

接收电路，该接收电路经由所述接收天线接收从所述另一通信装置经由所述另一通信装置的传送天线传送的信号；以及

滤波器电路，该滤波器电路抑制所述电力传送频率的信号，该信号将通过所述电力传送电路进行的无线电力传送从所述接收天线供应给所述接收电路。

2.如权利要求1所述的通信装置，

其中所述接收电路经由所述接收天线使用基带方法接收从所述通信装置传送的信号。

3.如权利要求1所述的通信装置，

其中所述接收电路经由所述接收天线接收以预定通信频率的载波从所述通信装置传送的信号。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的通信装置，

其中所述滤波器电路是抑制所述电力传送频率的信号的传送的陷波滤波器。

5.如权利要求3所述的通信装置，

其中所述滤波器电路包括高通滤波器，该高通滤波器具有预定的截止频率并且其截止频率高于所述电力传送频率且低于所述通信频率。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的通信装置，

其中所述接收天线利用电场耦合到所述另一通信装置的传送天线。

7.如权利要求1至5中的任一项所述的通信装置，

其中所述接收天线利用磁场耦合到所述另一通信装置的传送天线。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的通信装置，

其中所述接收天线具有两条传送路径，用于接收从所述另一通信装置传送的差分信号中的一个和另一个。

9.如权利要求1至8中的任一项所述的通信装置，

其中所述电力传送线圈和所述接收天线同心地布置在同一基板上。

10.如权利要求9所述的通信装置，

其中所述接收天线在由所述电力传送线圈形成的圆的内侧构成。

11.如权利要求1至10中的任一项所述的通信装置，包括：

确定单元，该确定单元用于确定多个预定的电力传送频率当中执行由电力传送电路进行的无线电力传送的电力传送频率；以及

控制单元，该控制单元用于根据所述确定单元的确定来控制所述滤波器电路的特性。

12.如权利要求1至11中的任一项所述的通信装置，

其中所述接收电路经由所述接收天线同时接收以多个不同频率调制的信号。

13.一种通信系统，包括第一通信装置和第二通信装置，

其中第一通信装置包括第一线圈和第一天线，并且

其中第二通信装置包括

第二线圈，该第二线圈使用电场和磁场中的至少任一者耦合到第一通信装置的第一线圈，

电力传送电路，该电力传送电路经由第二线圈以预定的电力传送频率向第一通信装置执行无线电力传送，

第二天线，

接收电路，该接收电路经由第二天线接收经由第一天线从第一通信装置传送的信号，以及

滤波器电路，该滤波器电路抑制所述电力传送频率的信号，该信号将通过所述电力传送电路进行的无线电力传送从第二天线供应给所述接收电路。

14.如权利要求13所述的通信系统，

其中所述接收电路使用基带方法经由第二天线接收经由第一天线从所述通信装置传送的信号。

15.如权利要求13或14所述的通信系统，

其中滤波器电路是抑制所述电力传送频率的信号的传送的陷波滤波器。

16.如权利要求13至15中的任一项所述的通信系统，

其中第二通信装置包括第三天线，并且

其中第一通信装置包括

第四天线，

第二接收电路，该第二接收电路经由第四天线接收经由第三天线从第二通信装置传送的信号，以及

第二滤波器电路，该第二滤波器电路抑制所述电力传送频率的信号，该信号将通过第一通信装置中的电力传送电路进行的无线电力传送从第四天线供应给第二接收电路。

17.如权利要求13至16中的任一项所述的通信系统，

其中第一线圈和第一天线在第一基板上同心地构成，并且

其中第二线圈和第二天线在与第一基板相对的第二基板上同心地构成。

18.如权利要求17所述的通信系统，包括：

旋转控制单元，该旋转控制单元用于旋转第一基板和第二基板中的至少任一者。

19.如权利要求13至18中的任一项所述的通信系统，

其中第一通信装置和第二通信装置被包括在网络相机或机器人手中的不同的部分中。

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