JP2011160547A

JP2011160547A - 給電装置及び給電制御方法

Info

Publication number: JP2011160547A
Application number: JP2010019687A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kaji; 孝一鍛治
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18

Abstract

【課題】非接触通信を介して給電対象物を確認することで、非接触給電動作の信頼性を向上できる給電装置及び給電制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】クレードル１と携帯端末１００とは、アンテナ４とアンテナ１０４との間で非接触通信を行い、電力伝送用コイル５と電力伝送用コイル１０５との間で非接触給電を行う。検出スイッチ６によりクレードル１に携帯端末１００が設置されたことを検出した場合、非接触給電モジュール（一次側）８は携帯端末１００に対して非接触給電を開始する。非接触通信回路７にて行う非接触通信を介して携帯端末１００から応答信号を受信していない場合、非接触給電を停止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、給電装置及び給電制御方法に関する。

従来、携帯端末内蔵の二次電池を充電するために、電気的な接点を用いずにコイルによる電磁誘導を利用して、クレードル等の送電装置から携帯端末に電力を伝送する非接触給電が知られている。また、近年の携帯端末には電気的な接点を用いずにデータ通信を行うための機能を搭載したものが一般化している。

非接触給電と非接触通信とを兼ね備えた携帯端末においては、両者の使用周波数帯域に対する影響を考慮しなければならない。即ち、非接触給電を行う際のスイッチング動作等によりコイルや制御回路部から高調波ノイズが発生し、非接触通信の使用周波数帯域に影響を及ぼすおそれがある。

このような非接触給電と非接触通信との両機能を備えている携帯端末において、非接触通信が行われる際には非接触給電の実行を停止することで、非接触通信に対する高調波ノイズを抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０６２９７号

上述の技術においては、非接触通信回路での通信状態情報をもとに通信時は非接触給電を停止するため、非接触給電と非接触通信とを並行して実行することはできない。従って、非接触通信を行っていない間のみ、非接触給電が可能である。

非接触給電は電気的な接点を用いずに行うことを特徴としているので、物理的な構造によって給電対象物を特定することなしに給電動作が開始される。従って、給電対象物ではないものが近接した場合に、誤って非接触給電を行ってしまう虞がある。例えば、金属性の物体に誤って給電を行ってしまうと、物体が発熱する事態を招いてしまう。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、非接触通信を介して給電対象物を確認することで、非接触給電動作の信頼性を向上できる給電装置及び給電制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る給電装置は、非接触給電機能と非接触通信機能とを有する給電装置であって、前記給電装置に被給電装置が設置されたことを検出する検出部と、前記被給電装置と非接触通信を行う非接触通信部と、前記被給電装置に対して非接触給電を行う非接触給電部と、前記非接触給電部にて行う非接触給電動作を制御する非接触給電制御部と、を有し、前記非接触給電制御部は、前記検出部にて前記被給電装置が設置されたことを検出すると、前記被給電装置に対して非接触給電を開始し、前記非接触通信部にて前記被給電装置と非接触通信が確立されない場合、非接触給電を停止することを特徴としている。

また、本発明に係る給電制御方法は、非接触給電機能と非接触通信機能とを有する給電装置における給電制御方法であって、前記給電装置に前記被給電装置が設置されたことを検出し、前記被給電装置が設置されたことを検出すると、前記被給電装置に対して非接触給電を開始し、前記被給電装置と非接触通信が確立されない場合、非接触給電を停止することを特徴としている。

本発明によれば、非接触通信を介して給電対象物を確認することで、非接触給電動作の信頼性を向上できる給電装置及び給電制御方法を提供することが実現する。

本発明に係る第１の実施の形態におけるクレードルの外観図。本発明に係る第１の実施の形態におけるクレードルに携帯端末を設置した場合の外観図。本発明に係る第１の実施の形態におけるクレードル及び携帯端末のブロック図。本実施の形態における給電制御手順を示すフローチャート。本発明に係る第２の実施の形態におけるクレードルに携帯端末を設置した場合の外観図。本発明に係る第２の実施の形態におけるクレードル及び携帯端末のブロック図。本発明に係る第３の実施の形態におけるクレードルに携帯端末を設置した場合の外観図。本発明に係る第３の実施の形態におけるクレードル及び携帯端末のブロック図。

以下に、図１〜図８を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る第１の実施の形態におけるクレードル１の外観図である。クレードル１は、非接触給電を介して携帯端末１００に対して給電する装置である。クレードル１は、筐体２と、保持部材３と、アンテナ４と、電力伝送用コイル５と、検出スイッチ６とを有する。

筐体２は、アンテナ４と、電力伝送用コイル５とを収容する。筐体２の表面には、保持部材３と、検出スイッチ６とが設けられる。
保持部材３は、携帯端末１００を保持するために筐体２表面に設けられる凸部である。
アンテナ４は、他の通信機器と非接触通信を行う。
電力伝送用コイル５は、非接触給電モジュール（一次側）８で生成された電源を、電磁誘導等により通信相手に対して給電する。
検出スイッチ６は、携帯端末１００がクレードル１に設置されたことを検出するメカスイッチである。検出スイッチ６は可動部６ａと固定部６ｂに分かれていて、固定部６ｂ内には可動部６ａを収容するための空間が設けられている。

携帯端末１００がクレードル１に設置されると、可動部６ａが押されて固定部６ｂ内に収容される。この固定部６ｂ内部には可動部６ａが収容されたことを検出する機構が設けられ、この状態を検出スイッチ６のオン状態として検出する。携帯端末１００がクレードル１から外されると、可動部６ｂが固定部６ａから再び突出し、この状態を検出スイッチ６のオフ状態と検出する。尚、本実施の形態における固定部６ｂは携帯端末自身の重さによって押されるとしたが、保持部材３にラッチ構造を持たせることで重力によらずに押されることも可能である。

図２は、本発明に係る第１の実施の形態におけるクレードル１に携帯端末１００を設置した場合の外観図である。携帯端末１００は、保持部材３によりクレードル１の所定の位置に保持される。携帯端末１００が設置されると、携帯端末１００が収容される位置にある可動部６ａが、携帯端末１００により下方向に押されて固定部６ｂに収容される。

携帯端末１００は、アンテナ１０４と電力伝送用コイル１０５とを有する。クレードル１に携帯端末１００を設置すると、クレードル１のアンテナ４と携帯端末１００のアンテナ１０４が対向し、非接触通信を行うことができる。また、クレードル１の電力伝送用コイル５と携帯端末１００の電力伝送用コイル１０５とが対向し、非接触給電を行うことができる。

本実施の形態においては、非接触通信は非接触給電で使用される周波数の高調波の影響が及ばない周波数を使う通信方式を使用する。例えば、非接触通信には４．８ＧＨｚ帯を使用するＴｒａｎｓｆｅｒＪｅｔ（登録商標）の他、近接通信を考慮して送信出力や受信感度を調整したＵＷＢ（ＵｌｔｒａＷｉｄｅＢａｎｄ）、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ミリ波通信等を使うことが出来る。

非接触給電は、数十ＭＨｚ以下の周波数を使う電磁誘導式や共振式等が使用可能である。また、電磁波通信の代わりにＩｒＤＡ（ＩｎｆｒａｒｅｄＤａｔａＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）等の光通信や、磁界結合式の電力給電の代わりに太陽電池とＬＥＤを使った光電力伝送も使用可能である。

図３は、本発明に係る第１の実施の形態におけるクレードル１及び携帯端末１００のブロック図である。クレードル１は、筐体２と、保持部材３と、アンテナ４と、電力伝送用コイル５と、検出スイッチ６と、非接触通信回路７と、非接触給電モジュール（一次側）８と、検出スイッチ回路９と、外部接続回路１０と、ＡＣアダプタ１１と、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）端子１２とを有する。

非接触通信回路７は、アンテナ４を介して行う非接触通信により送受信する各種データの処理を行う。また、非接触通信回路７は、携帯端末１００から受信したバッテリ１１０の充電状況に関する情報を非接触給電モジュール（一次側）８へ送信する。

非接触給電モジュール（一次側）８は、他の装置に対して電力を供給するためのモジュールであり、給電を実行するための給電回路や、給電動作を制御するＣＰＵ等から構成される。非接触給電モジュール（一次側）８は、ＡＣアダプタ１１から供給される電力を用いて携帯端末１００に電力を供給する。また、非接触給電モジュール（一次側）８は、検出スイッチ回路９から受信する検出結果及び非接触通信回路７から受信する情報に基づいて、電力伝送用コイル５で行う非接触給電の制御を行う。

検出スイッチ回路９は、検出スイッチ６が押された状態か否かを検出して、非接触給電モジュール（一次側）８へ検出結果を送出する。
外部接続回路１０は、ＵＳＢ端子１２を介して接続された外部機器と、非接触通信回路とのデータの送受信の仲介を行う。
ＡＣアダプタ１１は、クレードル１自身および非接触給電によって携帯端末１００へ供給するのに必要な電力を供給する。
ＵＳＢ端子１２は、外部接続用インターフェースとしての端子である。外部接続用インターフェースとしてはＵＳＢ以外にもＩＥＥＥ１３９４、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、シリアル通信などの有線通信技術の他、赤外線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ、近接通信等、様々な通信技術を選択することが可能である。

携帯端末１００は、アンテナ１０４と、電力伝送用コイル１０５と、非接触通信回路１０６と、非接触給電モジュール（二次側）１０７と、携帯端末回路１０８と、充電回路１０９と、バッテリ１１０とを有する。

アンテナ１０４は、非接触通信を行うためのアンテナである。
電力伝送用コイル１０５は、非接触給電を介して給電された電源を受け取り、非接触給電モジュール（二次側）１０７へ送信する。
非接触通信回路１０６は、アンテナ１０４を介して行う非接触通信により送受信する各種データの処理を行う。また、非接触通信回路１０６は、非接触給電モジュール（二次側）１０７から受信する充電完了信号をクレードル１へ送信する。また、非接触通信回路１０６は、バッテリ１１０が放電して充電が必要となった場合、充電開始信号をクレードル１へ送信する。

非接触給電モジュール（二次側）１０７は、他の装置から電力を受信するためのモジュールであり、電力を受け取るための受電回路や、受電動作を制御するＣＰＵ等から構成される。非接触給電モジュール（二次側）１０７は、電力伝送用コイル１０５から電力を受け取り、充電回路１０９へ伝送する。また、非接触給電モジュール（二次側）１０７は、充電回路１０９から取得するバッテリ１１０の充電状況に関する情報を、非接触通信回路１０６に対して送信する。

携帯端末回路１０８は、非接触通信を介してクレードル１とデータの送受信を行う。携帯端末回路１０８には、携帯端末１００全体の制御を行うＣＰＵや、画像やアドレス帳等のデータを記憶するメモリが含まれている。

充電回路１０９は、非接触給電モジュール（二次側）１０７から受け取った電力をバッテリ１１０へ送り充電を行う。また、充電回路１０９は、バッテリ１１０が満充電状態になった場合、充電完了信号を非接触給電モジュール（二次側）１０７に対して送信する。また、充電回路１０９は、バッテリ１１０が放電した場合、充電開始信号を非接触給電モジュール（二次側）１０７に対して送信する。

バッテリ１１０は、携帯端末１００を動作させるための二次電池であり、非接触給電を介してクレードル１から電力を受け取り充電される。
次に、本実施の形態におけるクレードル１が行う携帯端末１００に対する給電手順について説明する。図４は、本実施の形態における給電制御手順を示すフローチャートである。

まず、スイッチ回路９は、検出スイッチ６のオン状態を検出したか否かを判別する（ステップＳ１１）。即ち、クレードル１に携帯端末１００が設置されたことが検出スイッチ６で検出されたか否かを判別する。

ステップＳ１１で判別した結果、検出スイッチ６のオン状態を検出していない場合（ステップＳ１１のＮｏ）、ステップＳ１１に戻る。一方、ステップＳ１１で判別した結果、検出スイッチ６のオン状態を検出した場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）、スイッチ回路９はオン状態を示す検出結果を、非接触給電モジュール（一次側）８に通知する（ステップＳ１２）。

次に、非接触給電モジュール（一次側）８は、携帯端末１００に対して非接触給電を開始する（ステップＳ１３）。即ち、非接触給電モジュール（一次側）８は、ＡＣアダプタ１１から供給される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、電力伝送用コイル５へ供給する。

次に、非接触通信回路７は、携帯端末１００と非接触通信を開始する（ステップＳ１４）。非接触通信回路７は所定の通信距離内に通信相手を検出すると、非接触通信を確立させる。

次に、非接触給電モジュール（一次側）８は、非接触通信回路７にて携帯端末１００から応答信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ１５）。即ち、クレードル１に設置された物体が非接触通信を実行することができる携帯端末１００であれば、非接触通信を介して応答信号を受信することができる。一方、クレードル１に設置された物体が非接触通信を実行することができない物体である場合、応答信号を受信することはない。

ステップＳ１５で判別した結果、応答信号を受信していないと判別した場合（ステップＳ１５のＮｏ）、非接触給電モジュール（一次側）８は、一定時間が経過したか否かを判別する（ステップＳ１６）。即ち、非接触給電モジュール（一次側）８は、内蔵しているクロックにより計時を行うことで、非接触通信回路７にて応答信号を受信しない状態が一定時間経過したか否かを判別する。

ステップＳ１６で判別した結果、一定時間が経過していないと判別した場合（ステップＳ１６のＮｏ）、ステップＳ１５に戻る。一方、ステップＳ１６で判別した結果、一定時間が経過したと判別した場合（ステップＳ１６のＹｅｓ）、非接触給電を停止する（ステップＳ２０）。即ち、非接触給電モジュール（一次側）８は非接触通信回路７における非接触通信を監視することで非接触給電を制御する。

ステップＳ１５で判別した結果、応答信号を受信したと判別した場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、非接触給電モジュール（一次側）８は非接触給電を維持する（ステップＳ１７）。次に、非接触給電モジュール（一次側）８は、非接触通信回路７にて非接触通信が継続中であるか否かを判別する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８で判別した結果、非接触通信が継続中でないと判別した場合（ステップＳ１８のＮｏ）、ステップＳ１６に戻る。即ち、非接触通信が継続していない場合には、一定の時間、通信が再開するかどうかを監視する。

一方、ステップＳ１８で判別した結果、非接触通信が継続中であると判別した場合（ステップＳ１８のＹｅｓ）、非接触給電モジュール（一次側）８は、非接触通信回路７にて携帯端末１００から充電完了信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ１９）。即ち、アンテナ４で行う非接触通信を介して携帯端末１００のバッテリ１１０が満充電状態であるか否かを判別する。

ステップＳ１９で判別した結果、充電完了信号を受信していないと判別した場合（ステップＳ１９のＮｏ）、ステップＳ１７に戻り、非接触給電を維持する。一方、ステップＳ１９で判別した結果、充電完了信号を受信したと判別した場合（ステップＳ１９のＹｅｓ）、ステップＳ２０に進む。

次に、非接触給電モジュール（一次側）８は、非接触通信回路７にて携帯端末１００から充電開始信号を受信したか否かを判別する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１で判別した結果、充電開始信号を受信したと判別した場合（ステップＳ２１のＹｅｓ）、ステップＳ１７に進み、非接触給電を再開する。一方、ステップＳ２１で判別した結果、充電開始信号を受信していないと判別した場合（ステップＳ２１のＮｏ）、検出スイッチ６がオフ状態かどうかを判別する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で判別した結果、検出スイッチ６がオン状態であると判別した場合（ステップＳ２２のＮｏ）、ステップＳ２１に戻り、受電開始信号を待つ。一方、ステップＳ２２で判別した結果、検出スイッチ６がオフ状態であると判別した場合（ステップＳ２２のＹｅｓ）、本実施の形態における給電制御手順を終了する。

次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。図５は、本発明に係る第２の実施の形態におけるクレードル１に携帯端末１００を設置した場合の外観図である。第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略し、第２の実施の形態における変更点について説明する。第２の実施の形態においては、クレードル１に設けられる携帯端末１００の検出手段が第１の実施の形態と異なっている。

図６は、本発明に係る第２の実施の形態におけるクレードル１及び携帯端末１００のブロック図である。第２の実施の形態におけるクレードル１は、光スイッチ１３及び光スイッチ回路１４を有する。携帯端末１００は、アンテナ１０４及び電力伝送用コイル１０５に加えて、反射板１１１を有する。

光スイッチ１３は、受光素子とＬＥＤを組み合わせたものである。即ち、ＬＥＤから発光する光を携帯端末１００の反射板１１１に反射させて、受光素子でこの反射光を検出する。光スイッチ１３は、受光素子で反射光を検出している状態をオン状態、受光素子で反射光を検出していない状態をオフ状態として検出する。携帯端末１００を検出した後のクレードル１から携帯端末１００への給電制御は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

以上のように、第２の実施の形態によれば、携帯端末１００の検出手段として機械的な接点の無い光スイッチ１３を用いることで、耐久性が向上する。
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。図７は、本発明に係る第３の実施の形態におけるクレードル１に携帯端末１００を設置した場合の外観図である。第１の実施の形態と同様の構成については説明を省略し、第３の実施の形態における変更点について説明する。第３の実施の形態においては、クレードル１に設けられる携帯端末１００の検出手段が第１の実施の形態と異なっている。

図８は、本発明に係る第３の実施の形態におけるクレードル１及び携帯端末１００のブロック図である。第３の実施の形態におけるクレードル１は、磁気センサ１５及び磁気センサ回路１６を有する。携帯端末１００は、アンテナ１０４及び電力伝送用コイル１０５に加えて、磁石１１２を有する。

磁気センサ１５は、ホール素子等で構成され、携帯端末１００に取り付けられた磁石１１２の磁力線を検出する。磁気センサ回路１６は、磁気センサ１５から入力される計測値に基づいて、携帯端末１００が設置されているか否かを判別する。磁石１１２としては、携帯端末１００に設けられるスピーカーのマグネットを流用することも出来る。

携帯端末１００を検出した後のクレードル１から携帯端末１００への給電制御は、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
以上のように、第３の実施の形態によれば、携帯端末１００の検出手段として機械的な接点の無い磁気センサ１５を用いることで、耐久性が向上する。
以上のように第１乃至第３の実施の形態によれば、検出スイッチだけでなく非接触通信を介してクレードル１に携帯端末１００が設置されたことを確認することができる。仮に検出スイッチが故障してオン状態を通知したとしても、非接触通信の状態を監視することにより被給電装置の存在を判別するので、給電対象物でないものに対して非接触給電を行う虞がなくなる。例えば、金属性の物体等に誤って給電を行うと、物体が発熱する事態を招きユーザにとって危険である。本実施の形態によれば、非接触通信を介して被給電装置の存在を確かめるので、適切な被給電装置にのみ給電を行うことができ非接触給電動作の信頼性が向上する。

また、非接触通信を介して携帯端末１００の充電状況を監視することにより、バッテリ１１０の過充電を防止するとともに、非接触給電モジュール（一次側）８の消費電力を下げることが出来る。また、バッテリ１１０が放電して充電が必要な状態になった場合は、充電開始信号を送信することで非接触電力給電を介してバッテリ１１０の充電を再開することが出来る。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１…クレードル、２…筐体、３…保持部材、４…アンテナ、５…電力伝送用コイル、６…検出スイッチ、７…非接触通信回路、８…非接触給電モジュール（一次側）、９…検出スイッチ回路、１０…外部接続回路、１１…ＡＣアダプタ、１２…ＵＳＢ端子、１３…光スイッチ、１４…光スイッチ回路、１５…磁気センサ、１６…磁気センサ回路、１００…携帯端末、１０４…アンテナ、１０５…電力伝送用コイル、１０６…非接触通信回路、１０７…非接触給電モジュール（二次側）、１０８…携帯端末回路、１０９…充電回路、１１０…バッテリ、１１１…反射板、１１２…磁石。

Claims

非接触給電機能と非接触通信機能とを有する給電装置であって、
前記給電装置に被給電装置が設置されたことを検出する検出部と、
前記被給電装置と非接触通信を行う非接触通信部と、
前記被給電装置に対して非接触給電を行う非接触給電部と、
前記非接触給電部にて行う非接触給電動作を制御する非接触給電制御部と、
を有し、
前記非接触給電制御部は、
前記検出部にて前記被給電装置が設置されたことを検出すると、前記被給電装置に対して非接触給電を開始し、
前記非接触通信部にて前記被給電装置と非接触通信が確立されない場合、非接触給電を停止することを特徴とする給電装置。
前記非接触給電制御部は、前記非接触通信部にて行う非接触通信を介して前記被給電装置の充電状態を検出し、前記充電状態に応じて非接触給電を行うことを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
前記非接触給電制御部は、前記非接触通信部にて行う非接触通信を介して前記被給電装置が満充電状態であるか否かを判別して、満充電状態であると判別した場合に非接触給電を停止することを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
前記検出部は、発光部と受光素子とを備え、
前記受光素子は、前記発光部から発せられる光が前記被給電装置により反射されたことを検出した場合、前記被給電装置が前記給電装置に設置されたと検出することを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
前記検出部は、前記被給電装置から発せられる磁気を検出した場合、前記被給電装置が前記給電装置に設置されたと検出することを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
非接触給電機能と非接触通信機能とを有する給電装置における給電制御方法であって、
前記給電装置に前記被給電装置が設置されたことを検出し、
前記被給電装置が設置されたことを検出すると、前記被給電装置に対して非接触給電を開始し、
前記被給電装置と非接触通信が確立されない場合、非接触給電を停止することを特徴とする給電制御方法。
前記被給電装置と行う非接触通信を介して、前記被給電装置の充電状態を検出し、前記充電状態に応じて非接触給電を行うことを特徴とする請求項６に記載の給電制御方法。
前記被給電装置と行う非接触通信を介して、前記被給電装置が満充電状態であるか否かを判別して、満充電状態であると判別した場合に非接触給電を停止することを特徴とする請求項６に記載の給電制御方法。
前記給電装置に設けられる発光部からの光が、前記被給電装置により反射されたことを検出すると、前記被給電装置が前記給電装置に設置されたと検出することを特徴とする請求項６に記載の給電制御方法。
前記被給電装置から発せられる磁気を検出した場合、前記被給電装置が設置されたと検出することを特徴とする請求項６に記載の給電制御方法。