JP2010141966A - 非接触電力送信装置、非接触電力受信装置および非接触電力伝送システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の磁気共鳴周波数での磁気共鳴現象を用いた非接触電力伝送に用いる送電コイルおよび受電コイルをヘリカルアンテナとし、前記磁気共鳴周波数の信号の定数倍の信号を搬送波として用いることで、非接触電力伝送と非接触データ通信とを、同一のコイルで同時に行えるようにする。
【選択図】図1
Description
本実施例の非接触電力伝送装置は、所定の磁気共鳴周波数での磁気共鳴現象を用いて非接触で電力を送信する少なくとも一つの電力送信部と、所定の磁気共鳴周波数での磁気共鳴現象を用いて非接触で電力を受信する少なくとも一つの電力受信部とを備えており、前記電力送信部は、所定の磁気共鳴周波数の信号と、該所定の磁気共鳴周波数の信号の定数倍の周波数の信号とをそれぞれ個別に出力することができる少なくとも一つの信号発生部と、前記所定の磁気共鳴周波数での磁気共鳴現象を用いて電力を送信することができ、同時に前記所定の磁気共鳴周波数の信号の定数倍の周波数の信号を搬送波としてデータを送受信することができるヘリカルアンテナである電力送信コイルと、該電力送信コイルで受信した受信信号と前記信号発生部から出力された前記所定の磁気共鳴周波数の信号の定数倍の周波数の信号が入力され、前記受信信号を復調することができる、あるいは前記電力送信コイルから送信する送信データを前記信号発生部から出力された前記所定の磁気共鳴周波数の信号の定数倍の周波数の信号を用いて変調し前記電力送信コイルに出力することができる少なくとも一つの変復調部と、を備えている。
信号発生部1は、所定の磁気共鳴周波数の信号を共鳴信号出力端子10から出力し、前記所定の磁気共鳴周波数の定数倍の周波数の信号を定数倍信号出力端子11から出力する。共鳴信号出力端子10から出力された共鳴信号は、送電コイル入出力端子3からヘリカルアンテナである送電コイル4に入力され、定数倍信号出力端子11から出力された定数倍信号は、定数倍信号入力端子12から変復調部13に入力される。
定数倍信号入力端子12から定数倍信号が入力された変復調部13は、電力受信部15へ送信するべきデータを、前記定数倍信号を搬送波として変調し、送受信信号入出力端子2から出力する。送受信信号入出力端子2から出力された送信信号は送電コイル入出力端子3からヘリカルアンテナである送電コイル4に入力される。
送受信信号入出力端子2から受信信号が入力された変復調部13は、定数倍信号入力端子12から入力された定数倍信号を用いて前記受信信号を復調する。
ヘリカルアンテナである電力受信コイル9は、電力送信部14のヘリカルアンテナである送電コイル4から磁気共鳴現象によって伝送されてきた伝送電力8と、電波5とを受信し、受信した電力と受信した信号とを受電コイル入出力端子6から出力する。受電コイル入出力端子6から出力された電力は負荷部7へ入力され、負荷部7は入力された電力を消費する。受電コイル入出力端子6から出力された受信信号は、送受信信号入出力端子17から変復調部へ入力される。
λL=c/fL・・・・・(式1)
である。また、磁気共鳴現象を用いた電力伝送を行うため、LはλL/2にほぼ等しい値にする必要があるが、二次コイル22の巻き線間の寄生容量により、実際の共鳴周波数は若干低い値となる。このため、二次コイルの全長LはλL/2よりも少し短い値となるが、ここでは式1のとおりL=λL/2として、以下、磁気共鳴周波数fL(Hz)と、ヘリカルアンテナで伝送可能な周波数fZ(Hz)との関係を分かり易く説明する。
L=λL/2(m)・・・・・(式2)
であるため、二次コイル22の1巻きの長さlは、
l=L/T=λL/2T(m)・・・・・(式3)
となる。ここで、二次コイル22はヘリカルアンテナである。ヘリカルアンテナは、コイル1巻きの長さと波長が等しい信号を伝送することが可能である。すなわち、ヘリカルアンテナで伝送可能な信号の波長をλz、周波数をfzとすると、
λz=l=L/T=λL/2T(m)・・・・・(式4)
fz=c/λz=2×T×c/λL=2×T×fL(Hz)・・・・・(式5)
となり、二次コイル22は所定の磁気共鳴周波数fL(Hz)での磁気共鳴現象を用いて非接触で電力受信部に電力を伝送することと、式5で表される前記所定の磁気共鳴周波数fL(Hz)の2×T倍の周波数fz=2×T×fL(Hz)の信号を搬送波として変調データを送信または受信することが可能となる。二次コイル22の巻き数Tは1以上の実数であれば自由に設定可能である。また、二次コイル22の巻き数Tを整数に設定すると、ヘリカルアンテナで伝送可能な信号の周波数はfz=2×T×fL(Hz)なので、所定の磁気共鳴周波数fLの偶数倍の周波数の高調波が伝送可能となる。同様に、二次コイル22の巻き数Tを(自然数+0.5)の倍数に設定すると、ヘリカルアンテナで伝送可能な信号の周波数はfz=2×T×fL(Hz)なので、所定の磁気共鳴周波数fLの奇数倍の周波数の高調波が伝送可能となる。
信号発生部1は、逓倍・分周器25aおよび25bと、フィルタ回路26と、フィルタ回路27と、増幅器28と、発振器29と、共鳴信号出力端子10と、定数倍信号出力端子11とを備えている。
信号発生部20は、フィルタ回路39と、逓倍・分周器40と、発振器41と、定数倍信号出力端子19とを備えている。
図4の実施例では、発振器41は、任意の周波数の信号を出力する。発振器41から出力された信号は、逓倍・分周器40へ入力される。逓倍・分周器40は、入力された信号を基準周波数信号として所定の磁気共鳴周波数の定数倍の周波数の信号を出力する。逓倍・分周器40から出力された信号はフィルタ回路39へ入力される。フィルタ回路39は、入力された信号の中から、所定の磁気共鳴周波数の定数倍の周波数の信号のみをフィルタリングして出力する。フィルタ回路39から出力された信号は共鳴信号出力端子19から出力される。
変復調部13は、変調器30と、スイッチング回路31と、フィルタ回路32と、復調器33と、制御部34と、送受信信号入出力端子2と、定数倍信号入力端子12と、変調信号入力端子35と、復調信号出力端子36と、スイッチング回路入出力端子37と、フィルタ回路38とを備えている。
まず、電力送信部14から電力受信部15へデータを送信する場合の変復調部13の動作について、詳細に説明する。
電力受信部15から電力送信部14へデータを送信する場合、制御部34はスイッチング回路31に対して復調信号出力端子36とスイッチング回路入出力端子37とを接続させる制御信号を出力する。
送受信信号入出力端子2から受信信号が入力され、受信信号はスイッチング回路入出力端子37からスイッチング回路31へ入力される。スイッチング回路31では、制御部から出力された制御信号が入力され、入力された制御信号に従って、復調信号出力端子36とスイッチング回路入出力端子37とを接続することで、スイッチング回路入出力端子37から入力された受信信号を復調信号入力端子36から出力する。
ステップS1で、電力を送信する装置と電力を受信する装置との間で、認証データの通信を行い、ステップS2を実行する。
ステップS2では、前記電力を送信する装置が、前記電力を受信する装置は電力を受信する権利を有しているか否かを判定する。ステップS2での判定の結果、前記電力を受信する装置が電力を受信する権利を有していると判断された場合には(図中のYES)、ステップS3を実行する。一方、前記電力を受信する装置が電力を受信する権利を有していないと判断された場合には(図中のNO)、ステップS4を実行する。
ステップS6では、前記電力を送信する装置は、前記電力を送信する装置が現在送信している電力量と、前記受信した電力量のデータとが極端に異なっていた場合には(図中のNO)、電力の異常送電が発生していると判断し、ステップS4を実行する。一方、前記電力を送信する装置が現在送信している電力量と、前記受信した電力量のデータとが極端には異なっていなかった場合には(図中のYES)、電力の異常送電が発生していないと判断し、ある一定の時間が経過した後、再度ステップS3を実行する。
ステップS5では、前記電力を送信する装置は、図1に示した共鳴信号出力端子10からの共鳴信号の出力を停止することによって電力の送信を停止する。
図7の実施例では、信号発生部1は、発振器29と、フィルタ回路26と、フィルタ回路27と、増幅器28と、共鳴信号出力端子10と、定数倍信号出力端子11とを備えている。
本実施例では、図3に示した実施例と比較して逓倍・分周器25aおよび26bを必要としないため、より回路の小型化、低価格化が実現可能である。
本実施例においては、電力受信部15bは、前記の実施例1に示した電力受信部15とは異なり、負荷部7ではなく負荷部7bを、信号発生部20ではなく信号発生部20bを備えている。
図8の実施例では、負荷部7bは基準信号出力端子42を備えており、信号発生部20bは、フィルタ回路39と、逓倍・分周器40と、定数倍信号出力端子19と、基準信号入力端子43とを備えている。
本実施例では、前記の図4に示した実施例1で用いた信号発生部20と比較して、発振器41を必要としないため、より回路の小型化、低価格化が実現可能である。
本実施例において、電力送信部14bは、前記の実施例1に示した電力送信部14とは異なり、データ入出力端子44と、変復調部13bとを備えている。
図9の実施例では、変復調部13bは、図5に示した前記実施例と異なり、制御部34の機能に加えてデータ入出力端子44へ信号の入出力が可能である制御部34bを備えている。
本実施例において、電力受信部15cは、前記の図1および図5に示した電力受信部15とは異なり、データ入出力端子46と、負荷部7cと、変復調部16bと、電力出力端子45とを備えている。
本システムは、電力を送信する機能を持つセントラルステーションと、電力を受信する機能を持つリモコンとで構成される。
セントラルステーション47は、電力送信部14bからリモコン55の電力受信部15cへと非接触で伝送される電力50として、電力を伝送する。
本実施例においては、データ通信51は、非接触で伝送される電力50が正常な電力量であるか否かを確認するための制御信号、および、リモコン55がセントラルステーション47によって非接触で電力を伝送される権利を有する機器であるか否かの認証確認をおこなうための認証信号、および、リモコン55からの操作信号の通信に用いることができる。
本システムは、電力を送信する機能を持つセントラルステーションと、電力を受信する機能を持つモニターディスプレイとで構成される。
セントラルステーション47は、電力送信部14bからモニターディスプレイ61の電力受信部15cへと非接触で伝送される電力56として、電力を伝送する。
本実施例においては、データ通信57は、非接触で伝送される電力56が正常な電力量であるか否かを確認するための制御信号、および、モニターディスプレイ61がセントラルステーション47によって非接触で電力を伝送される権利を有する機器であるか否かの認証確認をおこなうための認証信号、および、モニターディスプレイ61が入力部58によってリモコン63から受け取ったリモコン操作信号、およびモニターディスプレイ61の表示部60において表示あるいは出力される映像および音声データの通信に用いることができる。
また、本実施例に示したリモコン63による機器操作は、セントラルステーション47に有線乃至無線によって接続されたテレビ、ビデオカメラ、レコーダ、オーディオシステムなどのAV機器、あるいはエアコン、扇風機などの空調機器など、リモコンで操作され得るあらゆる機器に対して可能である。
本システムは、電力を送信する機能を持つセントラルステーションと、電力を受信する機能を持つビデオカメラとで構成される。
セントラルステーション47は、電力送信部14bからビデオカメラ68の電力受信部15cへと非接触で伝送される電力64として、電力を伝送する。
本実施例においては、データ通信65は、非接触で伝送される電力64が正常な電力量であるか否かを確認するための制御信号、および、ビデオカメラ68がセントラルステーション47によって非接触で電力を伝送される権利を有する機器であるか否かの認証確認をおこなうための認証信号、およびビデオカメラ68の記録装置66に記録されている映像および音声データ、あるいは撮像部89で撮影された映像および音声データの通信に用いることができる。
本システムは、電力を送信する機能を持つセントラルステーションと、電力を受信する機能を持つレコーダとで構成される。
セントラルステーション47は、電力送信部14bからレコーダ73の電力受信部15cへと非接触で伝送される電力69として、電力を伝送する。
本実施例においては、データ通信70は、非接触で伝送される電力69が正常な電力量であるか否かを確認するための制御信号、および、レコーダ73がセントラルステーション47によって非接触で電力を伝送される権利を有する機器であるか否かの認証確認をおこなうための認証信号、およびレコーダ73の記録装置71に記録されている映像および音声データ、およびレコーダ73の記録装置71に記録する映像および音声データ、の通信に用いることができる。
本システムは、電力を送信する機能を持つ携帯機器充電装置と、電力を受信する機能を持つ携帯機器とで構成される。
携帯機器充電装置74は、電力送信部14bから携帯機器80の電力受信部15cへと非接触で伝送される電力75として、電力を伝送する。
また、携帯機器充電装置74の電力送信部14bと携帯機器80の電力受信部15cとの間でデータ通信76を行うことが可能である。
本実施例に示したシステムは、本発明による非接触電力伝送装置を備えており、携帯機器80に対する非接触電力伝送と前記データ通信とを、同一のコイルでおこなうことが可能であるため、非接触電力伝送用のコイルと、データ通信用のコイルとそれぞれ個別に設ける必要がなく、携帯機器80の小型化、軽量化、低価格化が可能となる。さらに、携帯機器80に対する有線による電力供給のための有線接続が必要無くなるため、自由度の高い機器の配置が可能となる。
本システムは、電力を送信する機能を持つ無線LANターミナルと、電力を受信する機能を持つモバイル端末装置とで構成される。
無線LANターミナル81は、電力送信部14bからモバイル端末装置87の電力受信部15cへと非接触で伝送される電力84として、電力を伝送する。
また、無線LANターミナル81の電力送信部14bとモバイル端末装置87の電力受信部15cとの間でデータ通信85を行うことが可能である。
モバイル端末装置87が無線LAN通信データを受信する場合について説明する。接続部82から無線LANターミナル81へ入力された無線LAN通信データは、制御・信号処理部83に入力され、信号処理を施される。該信号処理を施された前記無線LAN通信データは、データ入出力端子44から電力送信部14bへ入力され、データ通信85としてモバイル端末装置87の電力受信部15cへ送信される。電力受信部15cが受信した前記無線LAN通信データは、データ入出力端子46から出力され、制御・信号処理部86へ入力される。制御・信号処理部86は入力された前記無線LAN通信データに信号処理を施し、モバイル端末装置87の無線LAN通信データの受信が完了する。
Claims (7)
- 所定の磁気共鳴周波数での磁気共鳴を用いて電力を非接触で送信し、前記電力の送信とともに変調信号とされたデータを非接触で送受信する非接触電力送信装置であって、
周波数が前記所定の磁気共鳴周波数である前記電力を搬送する第1の搬送信号と、周波数が前記第1の搬送信号の定数倍である第2の搬送信号とを発生する信号発生部と、
前記第2の搬送信号を搬送波として、該搬送波を送信するデータにより変調して第1の変調信号を生成し、また受信した第2の変調信号からデータを復調する変復調部と、
前記第1の搬送信号と前記変復調部の生成した前記第1の変調信号を送信し、前記第2の変調信号を受信して前記変復調部に供給する送電コイルと
を有したことを特徴とする非接触電力送信装置。 - 請求項1に記載の非接触電力送信装置において、前記送電コイルは前記第1の搬送信号により磁気共鳴を用いて電力を送信するとともに、前記第1の変調信号を送信し、前記第2の変調信号を受信するヘリカルアンテナであることを特徴とする非接触電力送信装置。
- 所定の磁気共鳴周波数での磁気共鳴を用いて送信された電力を非接触で受信し、前記電力の受信とともに、周波数が前記磁気共鳴周波数の定数倍である搬送波をデータにより変調した変調信号を非接触で送受信する非接触電力受信装置であって、
前記送信された電力を受信し、前記変調信号を送受信する受電コイルと、
該受電コイルで受信した電力を消費する負荷部と、
周波数が前記搬送波の周波数である第3の搬送信号を発生する信号発生部と、
前記受電コイルで受信した第3の変調信号を前記信号発生部で発生された第3の搬送信号を用いて復調し、また前記第3の搬送信号を搬送波として該搬送波を送信するデータにより変調して第4の変調信号を生成し前記受電コイルに供給する変復調部と
を有することを特徴とする非接触電力受信装置。 - 請求項3に記載の非接触電力受信装置において、前記受電コイルは前記磁気共鳴を用いて電力を受信するとともに、前記第3の変調信号を受信し、前記第4の変調信号を送信するヘリカルアンテナであることを特徴とする非接触電力受信装置。
- 所定の磁気共鳴周波数での磁気共鳴を用いて電力を非接触で伝送し、前記電力の伝送とともに変調信号とされたデータを非接触で伝送する、非接触電力送信装置と非接触電力受信装置とを含む非接触電力伝送システムであって、
前記非接触電力送信装置は、
周波数が前記所定の磁気共鳴周波数であり前記電力を搬送する第1の搬送信号と、周波数が前記第1の搬送信号の定数倍である第2の搬送信号とを発生する信号発生部と、
前記第2の搬送信号を搬送波として、該搬送波を送信するデータにより変調して第1の変調信号を生成し、また受信された第2の変調信号からデータを復調する変復調部と、
前記第1の搬送信号と前記変復調部の生成した前記第1の変調信号を送信し、前記第2の変調信号を受信して前記変復調部に供給する送電コイルとを有し、
前記非接触電力受信装置は、
前記第1の搬送信号による電力を受信し、前記変調信号を送受信する受電コイルと、
該受電コイルで受信した電力を消費する負荷部と、
周波数が前記第2の搬送信号の周波数である第3の搬送信号を発生する信号発生部と、
前記受電コイルで受信した第1の変調信号を前記信号発生部で発生された第3の搬送信号を用いて復調し、また前記第3の搬送信号を搬送波として該搬送波を送信するデータにより変調して前記第2の変調信号を生成し前記受電コイルに供給する変復調部と
を有することを特徴とする非接触電力伝送システム。 - 請求項5に記載の非接触電力伝送システムにおいて、前記送電コイルは前記第1の搬送信号により磁気共鳴を用いて電力を送信するとともに、前記第1の変調信号を送信し、前記第2の変調信号を受信するヘリカルアンテナであり、前記受電コイルは磁気共鳴を用いて前記電力を受信するとともに、前記第1の変調信号を受信し、前記第2の変調信号を送信するヘリカルアンテナであることを特徴とする非接触電力伝送システム。
- 請求項5に記載の非接触電力伝送システムにおいて、前記非接触電力受信装置は、リモートコントローラ、テレビジョン、ビデオカメラ、ビデオレコーダ、携帯端末機器のうちの少なくも一つであることを特徴とする非接触電力伝送システム。
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