JP2008206232A - 送電制御装置、受電制御装置、無接点電力伝送システム、送電装置、受電装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】送電装置10は、負荷90のバッテリ94の満充電が検出されると、通常送電時よりも低い電力によるパワーセーブ送電を行い、負荷90内の充電制御装置(充電制御IC)92の動作を維持させ、充電制御装置92の充電管理機能による再充電を可能とする。再充電が開始されると受電装置40の負荷状態が重くなるため、送電装置10は、これを検出してパワーセーブ送電から通常送電に復帰させる。また、パワーセーブ送電中に受電装置40が取り去られたときは、送電装置10がこれを検出して、連続した電力伝送を停止し、無駄な電力消費が生じないようにする。
【選択図】図2
Description
(電子機器の説明)
図2は、本発明の送電装置、送電制御装置、受電装置、受電制御装置の具体的な構成の一例を示す図である。
(パワーセーブモードの基本機能)
本発明では、バッテリ94の満充電後に、通常の送電時の電力よりも低い電力による連続送電を実行し、満充電後も充電制御装置(充電制御IC)92に対して電力(電源電圧)を供給して、充電制御装置(充電制御IC)92の動作状態を維持させ、これによって再充電を可能とする。伝送電力を低下させる方法としては、伝送周波数(具体的には送電部の駆動クロックの周波数)を変化させる方法がある。また、伝送周波数は、送電時と同じ周波数に設定すると共に、インダクタンス可変のコイルまたは容量値可変のコンデンサを共振回路の構成要素とし、インダクタンス値や容量値を変化させることによって、共振回路の共振特性を変化させ、共振周波数(共振ピーク)をずらすことによっても伝送電力を低下させることができる。すなわち、共振回路の電力は、共振ピークにて最大となり、共振ピークから離れるほど電力値は低くなる。したがって、共振特性をずらして、伝送周波数と共振ピークとの間の距離(すなわち周波数差)を増大させれば、通常送電時と同じ周波数であっても、伝送電力を減少させ、これによってパワーセーブ送電を実現することができる。伝送周波数を変化させずに伝送電力を低下させてパワーセーブ送電を実現すると、伝送周波数の変更に伴う不要輻射ノイズの心配がなくなるという利点がある。
バッテリ94のバッテリ電圧(電池電圧)は徐々に低下し、やがて再充電が必要な状態になる。そして、このようにバッテリ94が再充電必要状態になった場合には、送電装置10から受電装置40に電力を供給し、バッテリ94を再充電することが望ましい。
図4は、誘導コイルによる共振特性および使用周波数の用途を示す図である。図1(A)のように、充電器(クレードル)500上に携帯電話機510がセットされている状態(送電装置10からみて負荷が有る状態)における、1次コイルL1と2次コイルL2の共振特性は、例えば、図4のように、左右対称の、やや幅広の山状の特性を示す。なお、図4の横軸は周波数軸であり、縦軸は共振ピーク値を示す軸である。
パワーセーブモード中において、充電制御装置(充電制御IC)92によって再充電が開始されたときには、十分な充電電流を継続的に供給するために、パワーセーブモードをオフして、通常の充電時の伝送モード(充電モード)による電力伝送にすばやく復帰する必要がある。
また、パワーセーブモードにおける電力伝送は、伝送電力は弱いものの連続的になされるため、仮に、パワーセーブモード中に、受電装置(携帯電話機等)40が取り去られた場合には、必要のない無駄な電力を常時、伝送することになり、省電力化の要請に反することになる。
図5は、図2に示される無接点電力伝送システムの構成の中から、パワーセーブモードの実現に関連する構成を抜き出して示すブロック図である。
次に、図7を参照して、パワーセーブ送電に移行するまでの具体的な手順の一例について説明する。図7は、満充電に伴ってパワーセーブモードに移行するまでの具体的な手順の一例を示すフロー図である。なお、以下の説明では、送電装置10側を1次側と呼び、受電装置40側を2次側と呼ぶことにする。
図9は、パワーセーブ送電後に再充電が開始されたことに伴い、パワーセーブ送電から通常送電に切換えるための処理手順の一例を示すフロー図である。図9において、上述の処理に直線に関係する重要なステップは、太線で示してある。
図10は、パワーセーブ後の取り去り(リーブ)検出処理の具体的な手順の一例を示すフロー図である。図10において、取り去り(リーブ)検出に直接に関連する重要なステップは太線で示している。
(1)バッテリの満充電後においてパワーセーブ送電を行うことによって、負荷(の充電制御装置)が本来、有している充電管理機能を維持できるため、満充電後の放電によってバッテリの再充電が必要となったときには、負荷の充電管理機能が働いて自動的に再充電が開始される。したがって、バッテリの再充電を無理なく実現することができる。また、パワーセーブ送電は、負荷が本来的に有している、バッテリの充電管理機能を損なわずに維持できる程度のごく弱い電力伝送であり、消費電力は十分に抑制されているため、消費電力に関して特別な問題は生じない。
(2)2次側からパワーセーブ送電を要求するセーブコマンド(バッテリの満充電状態に関する情報)を送信し、そのセーブコマンドに基づいてパワーセーブ送電に切換えることによって、通常送電を、適切なタイミングでパワーセーブ送電に切換えることができる。
(3)送電制御装置が、パワーワーセーブ送電中におけるバッテリの再充電に起因する負荷変動を監視し、再充電の開始が検出されると直ちにパワーセーブ送電を通常送電に切換えることによって、再充電に必要な十分な電力を受電装置に迅速に送電することが可能となり、再充電の継続が可能となる。
(4)送電制御装置による、受電装置の負荷状態の監視を間欠的に実行することによって、消費電力の抑制が可能である。監視を行う間隔を短く設定すれば、受電装置における負荷状態の変化をほぼリアルタイムで検出することができ、検出遅延の問題は生じない。
(5)送電制御装置が、パワーセーブ送電中に、所定周期で、パワーセーブ送電を通常送電に強制的に切換え、その切換えに対する受電装置からの応答を監視して取り去りを自動的に検出することによって、受電装置が無いにもかかわらず、連続的に電力を伝送することが確実に防止され、無駄な電力消費が抑制され、発熱の問題も生じず、無接点電力伝送システムの安全性も確保される。また、パワーセーブ送電を通常送電に切換えて受信装置からの応答を待つという手法を採用することによって、受電装置の取り去り検出を、特別なハードウエア構成を用いることなく、ソフトウエアベースで簡単に実現することができる。
(6)負荷のバッテリの満充電状態の検出を受電制御装置が行い、送電装置に対して、バッテリの満充電状態に関する情報(具体的な例としては、セーブコマンド)を送信することによって、通常送電をパワーセーブ送電に切換えることができる。
(7)セーブコマンドの送電装置(1次側)への送信は、「バッテリが満充電状態であり(第1の条件)」、かつ、「送電装置からの電力伝送の周波数がパワーセーブ送電以外の周波数である(第2の条件)」ときに行われるようにすることによって、通常送電によってはじめて満充電になったとき、ならびに、取り去り検出のための伝送周波数の強制的な変更時の双方において、リーブコマンドを1次側に送信することが可能となる。簡単な制御ですむため、実現が容易である。
(8)満充電の検出を、発光装置(LED等)の点灯状態に基づいて行うことによって、満充電状態か否かのチェックのための特別な回路を設ける必要がなくなり、回路の簡素化が図れる。
(9)所定期間にわたる発光装置の連続した消灯が確認されたときに、バッテリは満充電状態になったと判定することによって、バッテリが満充電でないにもかかわらず、不用意にパワーセーブ送電に切り換わるような事態が生じることがない。
(10)本発明の無接点電力伝送システムでは、パワーセーブ送電によって、負荷が有するバッテリの充電管理機能を活用した、無理のないバッテリの再充電が可能となり、また、再充電に伴う負荷変動が自動的に検出されて必要な電力が速やかに供給されるため、再充電が滞ることがなく、また、パワーセーブ送電中の取り去り検出によって、無駄な電力の伝送も自動的に停止されることから、消費電力の抑制も達成される。したがって、安心して使用できる、実用に耐える無接点電力伝送システムが実現される。また、負荷のもつ充電管理機能を活用し、必要に応じて発光装置の点灯制御による電池残量の表示機能をそのまま利用して満充電を検出することによって、既存の要素をそのまま利用できる、使い勝手のよいシステム構築が可能である。また、負荷に搭載される充電制御装置は、無接点電力伝送であることや、通常送電あるいはパワーセーブ送電であることをまったく意識せずに、ACアダプタ利用時と同様のバッテリの充電管理を自由に行うだけでよい。したがって、本システムは、受電装置側の負荷(電池パック等)に仕様変更を強いることがなく、この点も、本システムの普及に貢献する。
(11)電制御装置における、再充電に伴う負荷状態の変化の監視を間欠的に行うことによって消費電力を抑制するができ、取り去り検出のための周期的かつ強制的な周波数変更の間隔を上述の負荷状態の監視の間隔よりも長く設定することによって、消費電力をさらに抑制することができる。
(12)本発明によって、適切なパワーセーブ送電が可能な送電装置が実現される。
(13)本発明によって、適切なパワーセーブ受電が可能な受電装置が実現される。
(14)本発明によって、無接点電力伝送に対応した携帯端末等の電子機器におけるバッテリの、充電後における再充電を、消費電力を抑制しつつ無理なく行うことが可能となり、電子機器の高機能化ならびに使い勝手の向上を図ることができる。
(15)本発明によって、これによって、無接点電力伝送に対応した充電器(クレードル等)の電子機器にパワーセーブ送電機能を設けることができ、受電装置のバッテリの、充電後における再充電を、消費電力を抑制しつつ無理なく行うことが可能となり、電子機器の高機能化ならびに使い勝手の向上を図ることができる。
(16)このように、本発明によれば、無接点電力伝送によって負荷のバッテリが満充電状態となった後の再充電を、無理なく行うことが可能となり、無接点電力伝送を用いた、安心して使用できる、高機能なバッテリ充電制御技術を確立することができる。
10 送電装置、12 送電部、14 電圧検出回路、16 表示部、
20 送電制御装置、22 制御回路(送電側)、23 周波数変調部、
24 発振回路、26 ドライバ制御回路、28 波形検出回路、40 受電装置、
42 受電部、43 整流回路、46 負荷変調部、48 給電制御部、
50 受電制御装置、52 制御回路(受電側)、54 出力保証回路、
56 位置検出回路、58 発振回路、60 周波数検出回路、62 満充電検出回路、
90 負荷、92 充電制御装置(充電制御IC)、94 バッテリ、
LEDR 電池残量や電池の状態のインジケータとしての発光装置
Claims (16)
- 1次コイルと2次コイルを電磁的に結合させて送電装置から受電装置に対して電力を伝送し、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムの前記送電装置に設けられる送電制御装置であって、
前記送電装置を制御する送電側制御回路を含み、
前記送電側制御回路は、
前記負荷が有するバッテリが満充電状態になったことが検出された場合に、前記受電装置に対する通常送電を停止して、前記通常送電時の電力よりも低い電力によるパワーセーブ送電を行うことを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1記載の送電制御装置であって、
前記受電装置の負荷は、前記バッテリの充電を管理する充電制御装置を有し、
前記送電装置は、前記パワーセーブ送電時において、前記バッテリが満充電状態となった後も、前記充電制御装置が動作状態を維持するように、電力伝送の制御を行うことを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1または請求項2記載の送電制御装置であって、
前記送電側制御回路は、前記受電装置からパワーセーブ送電を要求するセーブコマンドを受信すると、通常送電からパワーセーブ送電に切換えることを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれか記載の送電制御装置であって、
送電側制御回路は、パワーセーブ送電中に、前記送電装置からみた前記受電装置の負荷状態を監視し、
前記負荷が有する前記バッテリに対する再充電が開始されたことによって、前記送電装置からみた前記受電装置の負荷状態が低負荷状態から高負荷状態に変化したことが検出されると、パワーセーブ送電を通常送電に切換えることを特徴とする送電制御装置。 - 請求項4記載の送電制御装置であって、
前記送電側制御回路は、パワーセーブ送電中に、前記送電装置からみた前記受電装置の負荷状態を所定間隔で間欠的に監視することを特徴とする送電制御装置。 - 請求項1〜請求項5のいずれか記載の送電制御装置であって、
前記送電側制御回路は、パワーセーブ送電中に、所定周期で、前記パワーセーブ送電を通常送電に強制的に切換え、その切換えに対する前記受電装置からの応答を監視し、
前記受電装置からの、パワーセーブ送電を要求するセーブコマンドを受信した場合には、通常送電を再度パワーセーブ送電に切換え、
前記受電装置からの前記セーブコマンドを受信できない場合には、前記受電装置が取り去られたと判断し、連続的な電力伝送を停止することを特徴とする送電制御装置。 - 1次コイルと2次コイルを電磁的に結合させて送電装置から受電装置に対して電力を伝送し、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムの前記受電装置に設けられる受電制御装置であって、
前記受電装置を制御する受電側制御回路を含み、
前記受電側制御回路は、
前記負荷が有する前記バッテリが満充電状態の場合に、前記満充電状態に関する情報を前記送電装置に対して送信する制御を行うことを特徴とする受電制御装置。 - 請求項7記載の受電制御装置であって、
前記受電側制御回路は、
前記バッテリの満充電状態が検出され、かつ、前記送電装置からの電力伝送の周波数が、パワーセーブ送電の周波数以外の周波数であるときに、パワーセーブ送電を要求するセーブコマンドを、前記送電装置に対して送信する制御を行うことを特徴とする受電制御装置。 - 請求項8記載の受電制御装置であって、
前記バッテリが満充電状態になったか否かを検出する満充電検出回路と、前記送電装置の電力伝送の周波数を検出する周波数検出回路と、をさらに含み、
前記満充電検出回路は、前記バッテリの充電状態を示す発光装置の点灯状態に基づいて前記バッテリの満充電状態を検出し、
前記受電側制御回路は、前記周波数検出回路の検出結果に基づいて、前記送電装置からの電力伝送の周波数がパワーセーブ送電の周波数以外の周波数であるか否かを判定することを特徴とする受電制御装置。 - 請求項9記載の受電制御装置であって、
前記満充電検出回路は、前記発光装置が所定期間にわたって連続的に消灯状態であることが確認された場合に、前記バッテリが満充電状態であると判定することを特徴とする受電制御装置。 - 送電装置と受電装置を含み、1次コイルと2次コイルを電磁的に結合させて前記送電装置から前記受電装置に対して電力を伝送し、前記受電装置の負荷に対して電力を供給する無接点電力伝送システムであって、
前記送電装置は、
前記送電装置を制御する送電側制御回路を含み、
前記受電装置は、
前記受電装置を制御する受電側制御回路と、
前記バッテリが満充電状態になったか否かを検出する満充電検出回路と、
前記送電装置の電力伝送の周波数を検出する周波数検出回路と、を含み、
前記受電装置の負荷は、
バッテリと、
前記バッテリの充電を管理し、前記バッテリが満充電後に再充電が必要な状態となったことを検出して、前記バッテリの再充電を行う充電制御装置と、を含み、
前記受電側制御回路は、
前記負荷が有する前記バッテリの満充電状態が前記満充電検出回路によって検出され、かつ、前記送電装置からの電力伝送の周波数が、パワーセーブ送電の周波数以外の周波数であることが前記周波数検出回路によって検出されたときに、パワーセーブ送電を要求するセーブコマンドを、前記送電装置に対して送信する制御を行い、
前記送電側制御回路は、
通常送電中に、前記受電装置から前記パワーセーブコマンドを受信した場合に、通常送電をパワーセーブ送電に切換え、
前記パワーセーブ送電中に、前記送電装置からみた前記受電装置の負荷状態を監視して、前記負荷が有する前記バッテリに対する再充電が開始されたことによって、前記送電装置からみた前記受電装置の負荷状態が低負荷状態から高負荷状態に変化したことが検出されると、パワーセーブ送電を通常送電に切換え、
パワーセーブ送電中に、所定周期で、前記パワーセーブ送電を通常送電に強制的に切換え、その切換えに対する前記受電装置からの応答を監視し、前記受電装置からの、パワーセーブ送電を要求するセーブコマンドを受信した場合には、通常送電を再度パワーセーブ送電に切換え、前記受電装置からの、前記セーブコマンドを受信できない場合には、前記受電装置が取り去られたと判断し、連続的な電力伝送を停止する制御を行う、
ことを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項11記載の無接点電力伝送システムであって、
前記送電制御装置は、前記送電装置からみた前記受電装置の負荷状態の監視を所定間隔で間欠的に行い、かつ、前記負荷状態を監視する間隔は、前記パワーセーブ送電中において周期的に前記パワーセーブ送電から通常送電への強制的な切換えを行うときの間隔よりも短いことを特徴とする無接点電力伝送システム。 - 請求項1〜請求項6のいずれか記載の送電制御装置と、
交流電圧を生成して前記1次コイルに供給する送電部と、を含むことを特徴とする送電装置。 - 請求項7〜請求項10のいずれか記載の受電制御装置と、
前記2次コイルの誘起電圧を直流電圧に変換する受電部と、を含むことを特徴とする受電装置。 - 請求項13記載の送電装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項14記載の受電装置と、
前記受電装置により電力が供給される負荷と、を含むことを特徴とする電子機器。
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