JP2011211780A - 受電装置及び電力伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】送電側と受電側との間で同期を取ることで受電側のデータ検出精度を向上させる。
【解決手段】１次側コイルを含み、２値データ信号により周波数変調されたクロック信号に応じた交流電力を１次側コイルを駆動して送電する送電装置と２次側コイルを含む受電装置とを有し、１次側コイルと２次側コイルとを電磁気的に結合させることによって、送電装置から送電された交流電力を２次側コイルによって受電装置が受電する電力伝送システムの受電装置であって、交流電力を受電する際に２次側コイルの一端に誘起される誘起電圧からクロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、クロック信号抽出回路により抽出されたクロック信号に同期してパルスを発生させ、パルスを処理して２値データ信号を復調する復調回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、受電装置及び電力伝送システムに関する。

近年、電磁誘導を利用して、金属部分の接点が無くても電力伝送を可能にする非接触電力伝送方式（無接点電力伝送方式とも呼ばれる）が脚光を浴びている。このような非接触電力伝送方式の従来技術として特許文献１に開示されたものが知られている。この従来技術では、送電装置は、“０”及び“１”をそれぞれ２つのレベルに対応させた２値データ信号によって周波数変調して生成された送電側クロック信号を交流電力（電力伝送波）に変換してそれを受電装置に伝送している。また、受電装置は、送電側クロック信号よりも周波数が高い受電側クロック信号によって動作するカウンタを有し、送電側クロック信号の周期に相当する時間を、カウンタによって受電側クロック信号の数を計測することによって測定し、この計測された受電側クロック信号数に基づいて送電側クロック信号の周波数を検出している。

図１２は、従来の受電装置の構成を示すブロック図である。同図に示す受電装置は、２次側コイルＬ２と、整流回路４３を含む受電部４２と、負荷変調部４６と、給電制御部４８と、受電制御装置５０とを備えており、充電制御部９２及びバッテリ９４を含む負荷９０に電力を供給する。２次コイル（Ｌ２）の一端の誘起電圧は、抵抗ＲＢ１及び抵抗ＲＢ２により分圧され、その分圧された電圧がコンパレータ７１の非反転入力端子に入力される。このコンパレータ７１は波形整形回路として機能し、このコンパレータ７１から送電側クロック信号（ＣＣＭＰＩ）が周波数２値データ検出回路６０に出力される。周波数２値データ検出回路６０は、カウンタ７３と、カウンタ７７と、メモリ７９と、ｆ１／ｆ２判定回路８１と、を備える。

周波数２値データ検出回路６０は、ｎ周期の送電側クロック信号（ＣＣＭＣＰＩ）分の時間を、発振回路５８の発振クロック信号ＣＬＫ（受電側クロック信号）を用いて計測し、送電側クロック信号（ＣＣＭＰＩ）の周波数を直接的に検出する。詳述すると、最初の送電側クロック信号（ＣＣＭＰＩ）によって、カウンタ７７がスタートし、受電側クロック信号ＣＬＫによるカウントを開始する。一方、カウンタ７３は、ｎ周期の送電側クロック信号（ＣＣＭＰＩ）の周期を検出すると、検出信号ＣＴをカウンタ７７のリセット端子に出力する。また、検出信号ＣＴはメモリ７９にラッチクロック信号として供給される。すなわち、カウンタ７７は、検出信号ＣＴによってリセットされる。リセット時のカウンタ７７のカウント値は、メモリ７９にラッチされる。このように、送電側クロック信号（ＣＣＭＰＩ）のｎ周期分に相当する受電側クロック信号ＣＬＫの周期が計測され、その計測値がメモリ７９にラッチされる。ｆ１／ｆ２判定回路８１は、メモリ７９にラッチされた計測値と予め取得されている基準時間情報との比較によって、送電側クロック信号の周波数がｆ１であるか、ｆ２であるかを判定する。

特開２００８−２０６３２５号公報

ところで、従来技術の構成の場合には、受電装置において、送電側クロック信号の個数がカウントされるために、送電側クロック信号とは異なるクロック信号源（発振回路）により生成される受電側クロック信号が用いられている。従って、送電装置と受電装置との間では同期を取りづらく、送電側と受電側との間のデータ通信でタイミングを合わせることが困難であるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、送電側から受電側へデータによって周波数変調された交流電力が送られる電力伝送システムにおいて、送電側と受電側との間で同期を取ることで受電側のデータ検出精度をさらに向上させることにある。

上記の課題を解決するために本発明に係る受電装置は、１次側コイルを含み、２値データ信号により周波数変調されたクロック信号に応じた交流電力を当該１次側コイルを駆動して送電する送電装置と２次側コイルを含む受電装置とを有し、当該１次側コイルと当該２次側コイルとを電磁気的に結合させることによって、当該送電装置から送電された交流電力を当該２次側コイルによって当該受電装置が受電する電力伝送システムの当該受電装置であって、前記交流電力を受電する際に前記２次側コイルの一端に誘起される誘起電圧から前記クロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号に同期してパルスを発生させ、当該パルスを処理して前記２値データ信号を復調する復調回路と、を備えるものである。

この構成によれば、受電側において、１次側コイルを駆動して送電された交流電力（電力伝送波）に対応するクロック信号に含まれる２値データ信号を復調する際に、この復調が、２次側コイルの一端に誘起された誘起電圧から抽出されたクロック信号に同期したパルスを処理して行われるため、当該クロック信号とは異なるクロック信号を生成する発振回路を設ける必要がない。しかも、送電側と受電側との間で同期が取られているので、受電側における２値データ信号の復調（検出）精度を向上させることができる。

前記受電装置において、前記復調回路は、前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号のエッジ毎に一定のパルス幅のパルスを出力するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から出力された前記パルスを積分する積分回路と、前記積分回路の出力を２値化して出力する２値化回路と、前記２値化回路の出力を前記２値データに対応させて２値データ信号に変換する２値データ検出回路と、を備える、としてもよい。

この構成によれば、クロック信号抽出回路により抽出されたクロック信号に基づいて１次側から伝達された２値データ信号の内容を簡易な構成で適切に検出できる。

前記受電装置において、前記送電装置において前記変調されたクロック信号の周波数が第１周波数である場合、前記受電装置のクロック周波数は前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号の第１周波数であり、前記送電装置において前記変調されたクロック信号の周波数が第２周波数である場合、前記受電装置のクロック周波数は前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号の前記第２周波数である、としてもよい。

この構成によれば、受電装置全体の動作の基準となるクロック周波数が、クロック信号抽出回路によって抽出されたクロック信号の第１周波数又は第２周波数となるので、送電側から受電側に対して同期を取ることが容易となる。

前記受電装置において、前記送電装置において前記変調されたクロック信号の前記第１周波数及び前記第２周波数は、前記送電装置の送電側クロック信号の周波数である、としてもよい。

この構成によれば、送電装置全体の動作の基準となるクロック周波数と、受電装置全体の動作の基準となるクロック周波数とが同一となるため、送電側と受電側との間でデータ通信のタイミングを合わせることが容易となる。

前記受電装置において、前記クロック信号抽出回路は、前記誘起電圧が入力され、前記誘起電圧の上限及び下限を制限して出力するリミッタ回路である、としてもよい。

この構成によれば、２次側コイルの一端に誘起された誘起電圧から復調に用いられるクロック信号を直接的に抽出することができる。

前記受電装置において、前記クロック信号を変調する前記２値データ信号が“１”を規定する場合、前記第１周波数のｎ（ｎは２以上の整数）周期の交流電圧が前記２次側コイルに誘起され、前記クロック信号を変調する前記２値データ信号が“０”を規定する場合、前記第２周波数の前記ｎ周期の交流電圧が前記２次側コイルに誘起され、前記積分回路は、前記第１周波数に対応した第１電圧又は前記第２周波数に対応した第２電圧を出力し、前記２値データ検出回路は、前記第１電圧の出現期間又は前記第２電圧の出現期間を前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号に基づいて計数した結果に基づいて、前記２値データ検出回路から出力される前記第１電圧及び前記第２電圧が“０”及び“１”のいずれであるかを検出する、としてもよい。

この構成によれば、クロック信号抽出回路により抽出されたクロック信号に基づいて２値データ信号をより適切に検出（検出）することができる。

前記受電装置において、前記２値データ検出回路は、前記第１電圧の出現期間又は前記第２電圧の出現期間を、前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号で計数したときの計数値がｍ（ｍはｎ以下かつ２以上の整数）を超えたとき、前記２値データ検出回路から出力される前記第１電圧及び前記第２電圧が“０”又は“１”のいずれであるかを検出する、としてもよい。

この構成によれば、クロック信号抽出回路により抽出されたクロック信号に基づいて２値データ信号をより適切に検出（検出）することができる。

上記の課題を解決するために本発明に係る電力伝送システムは、１次側コイルを含み、２値データ信号により周波数変調されたクロック信号に応じた交流電力を当該１次側コイルを駆動して送電する送電装置と２次側コイルを含む受電装置とを有し、当該１次側コイルと当該２次側コイルとを電磁気的に結合させることによって、当該送電装置から送電された交流電力を当該２次側コイルによって当該受電装置が受電する電力伝送システムであって、前記受電装置は、前記交流電力を受電する際に前記２次側コイルの一端に誘起される誘起電圧から前記クロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号に同期してパルスを発生させ、当該パルスを処理して前記２値データ信号を復調する復調回路と、を備えるものである。

この構成によれば、受電側において１次側コイルから伝送された電力伝送波として伝達された前記２値データ信号を復調する際、２次側コイルの一端に誘起された誘起電圧から抽出されたクロック信号に同期したパルスに基づいて行われるため、当該クロック信号とは異なるクロック信号を生成する発振回路を設ける必要がない。これにより、送電側と受電側との間で同期を合わせて、受電側における２値データ信号の復調（検出）精度を向上させることができる。

前記電力伝送システムにおいて、前記復調回路は、前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号のエッジ毎に一定のパルス幅のパルスを出力するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から出力された前記パルスを積分する積分回路と、前記積分回路の出力を２値化して出力する２値化回路と、前記２値化回路の出力を前記２値データに対応させて２値データ信号に変換する２値データ検出回路と、を備えるとしてもよい。

この構成によれば、クロック信号抽出回路により抽出されたクロック信号に基づいて１次側から伝達された２値データ信号の内容を簡易な構成で適切に検出できる。

前記電力伝送システムにおいて、前記復調回路は、前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号のエッジ毎に一定のパルス幅のパルスを出力するパルス発生回路と、前記パルス発生回路から出力された前記パルスを積分する積分回路と、前記積分回路の出力を２値化して出力する２値化回路と、前記２値化回路の出力により前記前記１次側コイルから伝送された電力伝送波として伝達された前記２値データ信号の内容を検出する２値データ検出回路と、を備える、としてもよい。

前記電力伝送システムにおいて、前記送電装置は、“０”又は“１”を規定した２値データ信号を出力する２値データ信号出力回路と、前記２値データ信号出力回路から出力された前記２値データ信号に応じて前記第１周波数又は前記第２周波数の交流電圧である前記クロック信号を生成して出力する変調回路と、前記クロック信号生成回路から出力された前記クロック信号に基づいて駆動信号を生成する送電制御回路と、前記送電制御回路から出力された前記駆動信号に応じて前記１次側コイルを駆動して前記駆動信号に応じた交流電力を送電する送電部と、を備え、前記変調回路は、前記２値データ信号出力回路から出力された前記２値データ信号が“０”又は“１”であるかに応じて第１電圧又は第２電圧を生成する電圧生成回路と、前記電圧生成回路により生成された前記第１電圧又は前記第２電圧に従って前記第１周波数又は前記第２周波数のクロック信号を生成する電圧制御型発振回路と、を備える、としてもよい。

この構成によれば、送電側と受電側との間で同期を取ることが必要な送電装置側の構成を適切に実現できる。

本発明によれば、送電側と受電側との間で同期を取ることで受電側のデータ検出精度を向上させることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図２は図１の電力伝送システムにおける変調信号の波形例を示した図である。 図３は図１の電力伝送システムにおける送電部の構成を示す回路図である。 図４は図１の電力伝送システムにおける変調回路の構成を示す回路図である。 図５は図４に示した電圧制御型発振回路における入力電圧に対する変調信号の周波数特性を示すグラフである。 図６は図１の電力伝送システムにおける受電電圧検出回路の構成を示す回路図である。 図７は図１の電力伝送システムにおける受電電圧検出回路の動作を説明するための波形図である。 図８は本発明の図１の電力伝送システムにおけるクロック信号抽出回路及び復調回路の構成を示すブロック図である。 図９は図１の電力伝送システムにおけるクロック信号抽出回路及び復調回路の動作を説明するための波形図である。 図１０は図１の電力伝送システムにおける送電側のクロック信号の周波数と受電側のクロック信号の周波数との関係を説明するための図である。 図１１は本発明の第２の実施の形態に係る電力伝送システムおけるクロック信号抽出回路及び復調回路の構成を示すブロック図である。 図１２は従来の受電装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（第１の実施の形態）
[電力伝送システムの概要]
図１は、本発明の実施の形態に係る電力伝送システムの構成を示すブロック図である。

図１に示す電力伝送システムは、１次側コイルＬ１を含む送電装置１１０と、２次側コイルＬ２を含む受電装置２１０とを備え、１次側コイルＬ１と２次側コイルＬ２とを電磁的に結合させて電力伝送トランスを形成することにより、送電装置１１０から受電装置２１０に電力を伝送でき、ひいては負荷２２２に電力を供給できる。

送電装置１１０は、送電側の装置に実装されている。送電側の装置は例えば充電装置である。受電装置２１０は、受電側の電子機器に実装されている。受電側の電子機器とは、例えば携帯電話機、電気シェーバ、電動歯ブラシ、リストコンピュータ、ハンディターミナル、腕時計、コードレス電話機、携帯情報端末、電気自動車、又はＩＣカード等である。例えば、受電側の電子機器が携帯電話機である場合、次のような利用形態となる。即ち、電力伝送が必要な場合には、充電装置の所定の平面上に携帯電話機を接点の無い近接した状態に置くことによって、１次側コイルＬ１の磁束が２次側コイルＬ２を通過するような状態にさせる。一方、電力伝送が不要な場合には、充電装置と携帯電話機とを物理的に離隔することによって、１次側コイルＬ１の磁束が２次側コイルＬ２を通過しないような状態にさせる。

図１に示す電力伝送システムにおいては、送電側と受電側との間のホスト間通信が可能となっている。

送電側から受電側へのデータ通信は、データ信号の内容であるデータに対応させて周波数変調（又は周波数変調と位相変調との組合せ）された電力伝送波が送られることによって実現されている。なお、周波数変調とは、デジタル変調の一種である周波数偏移変調(ＦＳＫ; frequency shift keying)のことを意味する。周波数偏移変調は、例えば、データが“０”のとき搬送波を低周波数とし、“１”のとき搬送波を高周波数に変化させるように、周波数に２値データ信号の内容である２値データを割り当てる方式のことであり、アナログにおける周波数変調に相当する。また、変調とは、一般にはデータを搬送波に重畳させて伝達する変調方式のことを意味するが、以下では、データを伝送するのに最適な電気信号に変換する広義の意味に用いるものとする。具体的には、送電部１１１は、例えば、データ“１”を受電装置２１０に送信する場合には周波数ｆ１かつｎ周期の交流電圧である変調信号ＭＯＤを生成し、データ“０”を送信する場合には周波数ｆ２かつｎ周期の交流電圧である変調信号ＭＯＤを生成する。このように、送電側から受電側へデータを含んだ交流電力が送電される。この結果、受電装置２１０に含まれる受電制御装置２１４が、この電力伝送波の周波数の変化を検出して復調することによって、送電側から送られたデータ“１”又はデータ“０”を検出できる。

一方、受電側から送電側へのデータ通信は、負荷変調によって実現されている。具体的には、受電側の負荷変調部２１２は、送電側へ送信するデータの内容に応じて受電側の負荷を変化させることによって、１次側コイルＬ１に誘起される電圧（電力伝送波）の波形を変化させる。例えばデータ“１”を送電側に送信する場合には受電側を高負荷状態にし、データ“０”を送信する場合には受電側を低負荷状態にする。これにより、送電側の復調回路１１８が、受電側の負荷変調により１次側コイルＬ１に誘起される電圧に基づいて受電側の負荷状態の変化を検出して復調することによって、受電側から送られたデータ“１”又はデータ“０”を検出できる。

[電力伝送システムの送電側の全体構成]
以下では、図１に示された電力伝送システムの送電側の構成を説明する。

送電装置（１次モジュールとも呼ぶ）１１０は、送電制御装置１１２と、送電部１１１と、１次側コイルＬ１とを有する。送電制御装置１１２は、送電装置１１０の各種制御を行う装置であり、集積回路装置、マイクロコンピュータ及びそのプログラム等により実現できる。送電制御装置１１２は、２値データ信号出力回路１１５と、変調回路１１４と、送電側制御回路１１３と、復調回路１１８とを有する。

２値データ信号出力回路１１５は、送電装置１１０から受電装置２１０に伝達するデータを“０”又は“１”のデジタルデータＤＡＴＡとして出力する。例えば、受電装置２１０に伝達する情報として８ビットのデータが必要な場合は、“００１０１０００”のように８ビットのデジタルデータＤＡＴＡを出力する。

変調回路１１４は、２値データ信号出力回路１１５から出力されたデジタルデータＤＡＴＡを構成する各ビットに従って周波数変調を行ない、２種類の周波数ｆ０又はｆ１を有する変調信号ＭＯＤを出力する。本実施の形態では、周波数ｆ０＝１２０ｋＨｚ、周波数ｆ１＝１３０ｋＨｚとし、変調回路１１４は、デジタルデータＤＡＴＡを構成する各ビットのうち変調対象とする１ビットが“０”の場合には周波数ｆ０、“１”の場合には周波数ｆ１の変調信号ＭＯＤを出力する。図２は図１の電力伝送システムにおける変調信号の波形例を示した図である。

周波数ｆ０及び周波数ｆ１は送電制御装置１１２内部のクロック信号として使用されるため、送電制御装置１１２内部の処理は、周波数ｆ０及び周波数ｆ１の２種類に基づいて行なわれる。このように、周波数ｆ０及び周波数ｆ１が送電装置１１０のクロック信号として用いられるため、送電装置１１０にはクロック信号を生成するための発振回路は不要となる。

送電側制御回路１１３は、変調回路１１４から入力された周波数ｆ０及び周波数ｆ１の変調信号ＭＯＤを送電部１１１を駆動するための駆動信号ＤＲＶ０、ＤＲＶ１に変換して出力する処理と、受電装置２１０からの負荷変調信号を１次側コイルＬ１の一端に接続されている復調回路１１８によって復調されたデータの検出処理と、２値データ信号出力回路１１５が出力するデジタルデータＤＡＴＡの各ビットの論理値（“０”、“１”）を設定するための処理と、を行なう。ここで、送電側制御回路１１３は、変調回路１１４から周波数ｆ０の変調信号ＭＯＤが入力されたとき、送電側制御回路１１３のクロック信号の周波数はｆ０となり、変調回路１１４から周波数ｆ１の変調信号ＭＯＤが入力されたとき、送電側制御回路１１３のクロック信号の周波数はｆ１となる。

送電部１１１は、送電側制御回路１１３から出力される駆動信号ＤＲＶ０、ＤＲＶ１に基づいて、１次側コイルＬ１を駆動するドライバ回路として構成されている。図３は、送電部１１１の構成を示す回路図である。図３は図１の電力伝送システムにおける送電部の構成を示す回路図である。図３に示すように、送電部１１１は、１次側コイルＬ１の一端を駆動する送電ドライバ１１１ａと、１次側コイルＬ１の他端を駆動する送電ドライバ１１１ｂとを含んで実現できる。送電部１１１が含む送電ドライバ１１１ａ、１１１ｂの各々は、例えば、パワーＭＯＳトランジスタにより構成されるインバータ回路によって実現できる。

１次側コイル（送電側コイルとも呼ぶ）Ｌ１は、２次側コイル（受電側コイルとも呼ぶ）Ｌ２と電磁結合して電力伝送用トランスを形成する。

復調回路１１８は、受電側の負荷変調に基づいて１次側コイルＬ１に誘起された電圧波形の変化を検出することで、受電側の負荷状態（負荷変動、負荷の高低）を検出する。例えば、受電側の負荷状態として負荷電流が変化すると、１次側コイルＬ１に誘起された電圧波形が変化する。復調回路１１８は、この波形の変化を検出（復調）してその検出結果を送電側制御回路１１３に出力する。これにより、送電側制御回路１１３は、復調回路１１８の検出結果に基づいて受電側の負荷状態を検出するとともに、受電側から伝達されたデータを検出できる。
[変調回路の構成]
図４は図１の電力伝送システムにおける変調回路の構成を示す回路図である。図４に示す変調回路１１４は、電圧生成回路３１０と電圧制御型発振回路３１２とを備えている。

電圧生成回路３１０は、２値データ信号出力回路１１５から出力されたデジタルデータＤＡＴＡに応じた電圧制御型発振回路３１２の入力電圧ＶＩを生成して出力するものである。電圧生成回路３１０は、インバータ３００と、ＮｃｈのＭＯＳトランジスタ３０１と、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４と、によって構成されている。インバータ３００によって論理反転されたデジタルデータＤＡＴＡに応じてＭＯＳトランジスタ３０１はオン又はオフする。

電圧制御型発振回路３１２は、電圧生成回路３１０から出力された電圧制御型発振回路３１２の入力電圧ＶＩに応じて周波数ｆ０又はｆ１の変調信号ＭＯＤを出力する。図５は図４に示した電圧制御型発振回路３１２の入力電圧ＶＩに対する出力周波数ｆ（ＶＩＮ）特性を示すグラフであり、特に入力電圧がＶＩＮＢのときには周波数ｆ０が出力され入力電圧がＶＩＮＡのときに周波数ｆ１が出力される。

２値データ信号出力回路１１５から出力されるデジタルデータＤＡＴＡが“１”の場合には、電圧制御型発振回路３１２の入力電圧ＶＩがＶＩＮＡとなり、かつデジタルデータＤＡＴＡが“０”の場合には、電圧制御型発振回路３１２の入力電圧ＶＩがＶＩＮＢとなるように、電圧生成回路３１０の抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗比を設定すればよい。なお、抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の具体的な抵抗比の設定は、次のようになる。

ＤＡＴＡ＝“１”のとき、ＭＯＳトランジスタ３０１はオフとなり、電圧制御型発振回路３１２の入力電圧ＶＩ（＝ＶＩＮＡ）は次式で表される。

ＶＩＮＡ＝ＶＤＤ／（１＋（Ｒ３／Ｒ４）） ・・・（１）
ＤＡＴＡ＝“０”のとき、ＭＯＳトランジスタ３０１はオンとなり、ＭＯＳトランジスタ３０１のオン抵抗値を無視すれば、電圧制御型発振回路３１２の入力電圧ＶＩ（＝ＶＩＮＢ）は次式で表される。

ＶＩＮＢ＝ＶＤＤ／（１＋（Ｒ３・（（１／Ｒ２）＋（１／Ｒ４））） ・・・（２）
以上、式（１）及び式（２）により、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗比は式（３）で表される。

Ｒ２：Ｒ３：Ｒ４＝（１−（ＶＩＮＡ／ＶＤＤ））・（ＶＩＮＢ／（ＶＩＮＡ−ＶＩＮＢ））：（（ＶＤＤ／ＶＩＮＡ）−１）：１ ・・・（３）
なお、電圧生成回路３１０の回路構成は、上記構成にとどまらず、様々な回路構成が考えられるので、上記のみに限定されない。
[電力伝送システムの受電側の全体構成]
以下では、図１に示された電力伝送システムの受電側の構成を説明する。

受電装置（２次モジュールとも呼ぶ）２１０は、２次側コイルＬ２、整流回路２１１、負荷変調部２１２、給電制御部２１３、受電制御装置２１４を有する。

整流回路２１１は、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４とコンデンサＣ１とにより構成されたダイオードブリッジ型全波整流回路であり、２次側コイルＬ２に誘起された交流電圧を直流電圧ＶＩＮに変換する。

負荷変調部２１２は、受電側制御回路２１８のＨ／Ｌ制御信号に基づいて負荷変調処理を行う。具体的には受電側から送電側にデータを送信する場合に、負荷変調部２１２の負荷をそのデータに応じて変化させることによって受電側の負荷を変化させ、１次側コイルＬ１の誘起電圧の波形を変化させる。換言すると、負荷変調部２１２は、送信するデータに応じて受電側の負荷を変化させることによって、１次側コイルＬ１の誘起電圧を振幅変調する。

給電制御部２１３は、整流回路２１１の直流電圧ＶＩＮに基づいて負荷２２２への電力の給電をオン又はオフにする制御を行う。具体的には、給電制御部２１３は整流回路２１１で直流に変換された電圧から負荷２２２に供給する電力を制御する。

受電制御装置２１４は、受電電圧検出回路２１５と、クロック信号抽出回路２１６と、復調回路２１７と、受電側制御回路２１８と、を有する。

受電電圧検出回路２１５は、整流回路２１１から出力された直流電圧ＶＩＮと所定のしきい値電圧ＶＲＥＦと比較し、直流電圧ＶＩＮがしきい値電圧ＶＲＥＦより高い場合には、受電装置２１０が送電装置１１０から受電していると判定する。かくして、受電電圧検出回路２１５は受電装置２１０が受電状態にあることを検出する。

クロック信号抽出回路２１６は、１次側コイルＬ１から伝送された変調信号ＭＯＤに基づく交流電力（電力伝送波）を２次側コイルＬ２で受電し、これにより２次側コイルＬ２の一端に誘起された誘起電圧ＤＥＴＩＮの電位変化に基づいて、受電装置２１０の内部動作に用いられる受電側クロック信号ＣＬＫ１を抽出する。従って、受電装置２１０内部の受電側クロック信号ＣＬＫ１の周波数は、送電側の変調信号ＭＯＤと同様に周波数ｆ０又は周波数ｆ１となる。これにより、受電装置２１０において、受電側の動作クロック信号を生成するための発振回路が不要になるとともに、変調信号ＭＯＤの周波数がｆ０の場合には、送電装置１１０のクロック信号の周波数と受電装置２１０のクロック信号の周波数とは共にｆ０となる。変調信号ＭＯＤの周波数がｆ１の場合には、送電装置１１０のクロック信号の周波数と受電装置２１０のクロック信号の周波数は共にｆ１となる。

復調回路２１７は、クロック信号抽出回路２１６により抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１の周波数がｆ０の場合には復調データＤＯＵＴとして“０”を復調し、受電側クロック信号ＣＬＫ１の周波数がｆ１の場合には復調データＤＯＵＴとして“１”を復調する。

受電側制御回路２１８は、受電装置２１０の各種制御を行う装置であり、集積回路装置（ＩＣ）や、プログラムによって動作されるマイクロコンピュータ等により実現できる。受電制御装置５０は、復調回路２１７から出力された復調データＤＯＵＴと、クロック信号抽出回路２１６により抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１とに基づいて、負荷変調部２１２、給電制御部２１３に対する制御を行う。具体的には、設置検出、周波数検出、負荷変調、或いは満充電検出等に必要な各種のシーケンス制御や検出処理を行う。
[受電電圧検出回路の構成と動作]
図６は図１の電力伝送システムにおける受電電圧検出回路の構成を示す回路図である。図６に示す受電電圧検出回路２１５は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とにより構成される抵抗分圧器と、基準電圧生成部２１５ａと、差動増幅器２１５ｂと、を有する。差動増幅器２１５ｂは、その非反転入力端子には直流電圧ＶＩＮを抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との分圧比により分圧した電圧（＝ＶＩＮ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２））が印加され、その反転入力端子には基準電圧生成部２１５ａにより生成された基準電圧ＶＲＥＦが印加される。差動増幅器２１５ｂは、抵抗分圧器の分圧電圧が基準電圧ＶＲＥＦを上回る場合、その出力端子から“Ｈｉｇｈ”の検出信号ＶＩＮＤＥＴを出力する。

図７は図１の電力伝送システムにおける受電電圧検出回路の動作を説明するための波形図である。図７に示す波形は、１次側コイルＬ１から周波数ｆ０の変調信号ＭＯＤに基づいて時刻Ｔ０から連続送電が開始されたときの波形を表している。同図に示す波形のとおり、２次側コイルＬ２の一端の誘起電圧ＤＥＴＩＮの周波数は、１次側コイルＬ１から伝送される変調信号ＭＯＤの周波数ｆ０と同一である。例として、直流電圧ＶＩＮが４ＶのときにＶＩＮＤＥＴが切り替わるよう、基準電圧ＶＲＥＦ（２１５ａ）が設定されている場合、整流回路２１１から出力される直流電圧ＶＩＮは、時刻Ｔ０から上昇し始め、時刻Ｔ１において基準電圧ＶＲＥＦとして設定された４Ｖに到達した後、一定の電圧に落ち着く。なお、直流電圧ＶＩＮが４Ｖに到達したとき、検出信号ＶＩＮＤＥＴがＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わるとともに、クロック信号抽出回路２１６により周波数ｆ０の受電側クロック信号ＣＬＫ１が抽出される。

[クロック信号抽出回路及び復調回路の構成と動作]
図８は本発明の図１の電力伝送システムにおけるクロック信号抽出回路及び復調回路の構成を示すブロック図である。

クロック信号抽出回路２１６は、２次側コイルＬ２の一端の誘起電圧ＤＥＴＩＮに上限と下限とのリミット(limit)をかけるリミッタ回路２１６ａを有し、このリミッタ回路２１６ａによって受電装置２１０内部に用いられる受電側クロック信号ＣＬＫ１を抽出する。

パルスカウント検波回路２１７ｅは、クロック信号抽出回路２１６から抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１を、パルス発生回路２１７ａと低域通過フィルタ２１７ｂとにより構成されるパルスカウント検波回路２１７ｅによって電圧に変換する。パルス発生回路２１７ａは、クロック信号抽出回路２１６から出力される受電側クロック信号ＣＬＫ１が入力され、受電側クロック信号ＣＬＫ１のエッジタイミング毎に、単安定マルチバイブレータ回路等によって受電側クロック信号ＣＬＫ１の周波数が変化してもパルス幅が一定となるパルスを出力する。低域通過フィルタ２１７ｂは、パルス発生回路２１７ａから出力されるパルスを積分して直流電圧に変換する。従って、抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１の周波数が変化すると、パルスカウント検波回路２１７ｅの出力電圧が変化する。周波数ｆ０＝１２０ｋＨｚのときのパルスカウント検波回路２１７ｅの出力電圧をＶＰ０と表し、周波数ｆ１＝１３０ｋＨｚのときのパルスカウント検波回路２１７ｅの出力電圧をＶＰ１と表すと、「ＶＰ０＜ＶＰ１」の関係になる。

２値化回路２１７ｃは、パルスカウント検波回路２１７ｅから出力される電圧が出力電圧ＶＰ０の場合にはＬｏｗの電圧となり、出力電圧ＶＰ１の場合にはＨｉｇｈの電圧となる矩形波を出力する。

２値データ検出回路２１７ｄは、２値化回路２１７ｃのＨｉｇｈの期間がクロック信号抽出回路２１６から抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１のｎ周期である場合には、このｎの値が検出カウント数ｍ（ｍはｎ以下の整数）以上である場合には復調データＤＯＵＴを“１”と検出する。例えばｍ＝５０とすると、ｎが５０以上であれば“Ｈｉｇｈ”と検出される。“Ｌｏｗ”の検出についても同様である。

図９は図１の電力伝送システムにおけるクロック信号抽出回路及び復調回路の動作を説明するための波形図である。図９に示すとおり、２値のデータを表す周波数ｆ０，ｆ１の誘起電圧ＤＥＴＩＮがクロック信号抽出回路２１６に入力される。クロック信号抽出回路２１６では、リミッタ回路２１６ａにより誘起電圧ＤＥＴＩＮから受電側クロック信号ＣＬＫ１に変換される。なお、受電側クロック信号ＣＬＫ１は、受電側制御回路２１８の動作クロック信号等受電側のクロック信号として用いられる。パルス発生回路２１７ａは、クロック信号抽出回路２１６により抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１のエッジタイミングに併せてパルスを発生する。低域通過フィルタ２１７ｂでは、パルスが積分されて、周波数ｆ０の部分が出力電圧ＶＰ０として出力され、周波数ｆ１の部分が出力電圧ＶＰ１として出力される。２値化回路２１７ｃでは、低域通過フィルタ２１７ｂの二出力が、それらの大小関係を明確にするように、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗの電圧から成る矩形波に変換される。２値データ検出回路２１７ｄでは、２値化回路２１７ｃから出力される矩形波の大きさに基づいて変調時のデジタルデータＤＡＴＡを復調する。

図１０は図１の電力伝送システムにおける送電側のクロック信号の周波数と受電側のクロック信号の周波数との関係を説明するための図である。同図に示すとおり、送電側の変調回路１１４から出力される変調信号ＭＯＤの周波数がｆ０である場合には、送電側のクロック信号の周波数がｆ０になるとともに受電側のクロック信号抽出回路２１６により抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１の周波数もｆ０となる。また、送電側の変調回路１１４から出力される変調信号ＭＯＤの周波数がｆ１である場合には、同様に送電側のクロック信号の周波数がｆ１になるとともに受電側のクロック信号抽出回路２１６により抽出された受電側クロック信号ＣＬＫ１の周波数もｆ１となる。
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態では、図１に示す電力伝送システムの構成は同じである。第１の実施の形態と異なる点は、復調回路２１７の構成である。図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る電力伝送システムおけるクロック信号抽出回路及び復調回路の構成を示すブロック図である。図８に示す復調回路２１７と相違する点は、受電側制御回路２１８において用いられるクロック信号が、クロック信号抽出回路２１６の出力（受電側クロック信号ＣＬＫ１）ではなく、パルス発生回路２１７ａの出力（クロック信号ＣＬＫ２）となることである。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の受電装置及び電力伝送システムは、受電側において送電側から伝達されるデータを検出する際に高精度が要求される受電装置及び電力伝送システムとして有用である。

Ｌ１…１次側コイル
Ｌ２…２次側コイル
１１０…送電装置
１１１…送電部
１１１ａ…送電ドライバ
１１１ｂ…送電ドライバ
１１２…送電制御装置
１１３…送電側制御回路
１１４…変調回路
１１５…２値データ信号出力回路
１１８…復調回路
２１０…受電装置
２１１…整流回路
２１２…負荷変調部
２１３…給電制御部
２１４…受電制御装置
２１５…受電電圧検出回路
２１５ａ…基準電圧生成部
２１５ｂ…差動増幅器
２１６…クロック信号抽出回路
２１６ａ…リミッタ回路
２１７…復調回路
２１７ａ…パルス発生回路
２１７ｂ…低域通過フィルタ
２１７ｃ…２値化回路
２１７ｄ…２値データ検出回路
２１７ｅ…パルスカウント検波回路
２１８…受電側制御回路
２２２…負荷
３００…インバータ
３０１…ＭＯＳトランジスタ
３１０…電圧生成回路
３１２…電圧制御型発振回路

Claims (10)

1. １次側コイルを含み、２値データ信号により周波数変調されたクロック信号に応じた交流電力を当該１次側コイルを駆動して送電する送電装置と２次側コイルを含む受電装置とを有し、当該１次側コイルと当該２次側コイルとを電磁気的に結合させることによって、当該送電装置から送電された交流電力を当該２次側コイルによって当該受電装置が受電する電力伝送システムの当該受電装置であって、
   前記交流電力を受電する際に前記２次側コイルの一端に誘起される誘起電圧から前記クロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、
   前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号に同期してパルスを発生させ、当該パルスを処理して前記２値データ信号を復調する復調回路と、
   を備える受電装置。
2. 前記復調回路は、
   前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号のエッジ毎に一定のパルス幅のパルスを出力するパルス発生回路と、
   前記パルス発生回路から出力された前記パルスを積分する積分回路と、
   前記積分回路の出力を２値化して出力する２値化回路と、
   前記２値化回路の出力を前記２値データに対応させて２値データ信号に変換する２値データ検出回路と、
   を備える請求項１に記載の受電装置。
3. 前記送電装置において前記変調されたクロック信号の周波数が第１周波数である場合、前記受電装置のクロック周波数は前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号の前記第１周波数であり、
   前記送電装置において前記変調されたクロック信号の周波数が第２周波数である場合、前記受電装置のクロック周波数は前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号の前記第２周波数である、請求項１に記載の受電装置。
4. 前記送電装置において前記変調されたクロック信号の前記第１周波数及び前記第２周波数は、前記送電装置の送電側クロック信号の周波数である、請求項３に記載の受電装置。
5. 前記クロック信号抽出回路は、前記誘起電圧が入力され、前記誘起電圧の上限及び下限を制限して出力するリミッタ回路である、請求項１に記載の受電装置。
6. 前記クロック信号を変調する前記２値データ信号が“１”を規定する場合、前記第１周波数のｎ（ｎは２以上の整数）周期の交流電圧が前記２次側コイルに誘起され、前記クロック信号を変調する前記２値データ信号が“０”を規定する場合、前記第２周波数の前記ｎ周期の交流電圧が前記２次側コイルに誘起され、
   前記積分回路は、前記第１周波数に対応した第１電圧又は前記第２周波数に対応した第２電圧を出力し、
   前記２値データ検出回路は、前記第１電圧の出現期間又は前記第２電圧の出現期間を前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号に基づいて計数した結果に基づいて、前記２値データ検出回路から出力される前記第１電圧及び前記第２電圧が“０”及び“１”のいずれであるかを検出する、請求項２に記載の受電装置。
7. 前記２値データ検出回路は、前記第１電圧の出現期間又は前記第２電圧の出現期間を、前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号で計数したときの計数値がｍ（ｍはｎ以下かつ２以上の整数）を超えたとき、前記２値データ検出回路から出力される前記第１電圧及び前記第２電圧が“０”又は“１”のいずれであるかを検出する、請求項６に記載の受電装置。
8. １次側コイルを含み、２値データ信号により周波数変調されたクロック信号に応じた交流電力を当該１次側コイルを駆動して送電する送電装置と２次側コイルを含む受電装置とを有し、当該１次側コイルと当該２次側コイルとを電磁気的に結合させることによって、当該送電装置から送電された交流電力を当該２次側コイルによって当該受電装置が受電する電力伝送システムであって、
   前記受電装置は、
   前記交流電力を受電する際に前記２次側コイルの一端に誘起される誘起電圧から前記クロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、
   前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号に同期してパルスを発生させ、当該パルスを処理して前記２値データ信号を復調する復調回路と、
   を備える電力伝送システム。
9. 前記復調回路は、
   前記クロック信号抽出回路により抽出された前記クロック信号のエッジ毎に一定のパルス幅のパルスを出力するパルス発生回路と、
   前記パルス発生回路から出力された前記パルスを積分する積分回路と、
   前記積分回路の出力を２値化して出力する２値化回路と、
   前記２値化回路の出力を前記２値データに対応させて２値データ信号に変換する２値データ検出回路と、
   を備える請求項８に記載の電力伝送システム。
10. 前記送電装置は、
    “０”又は“１”を規定した２値データ信号を出力する２値データ信号出力回路と、
    前記２値データ信号出力回路から出力された前記２値データ信号に応じて前記第１周波数又は前記第２周波数の交流電圧である前記クロック信号を生成して出力する変調回路と、
    前記クロック信号生成回路から出力された前記クロック信号に基づいて駆動信号を生成する送電制御回路と、
    前記送電制御回路から出力された前記駆動信号に応じて前記１次側コイルを駆動して前記駆動信号に応じた交流電力を送電する送電部と、を備え、
    前記変調回路は、
    前記２値データ信号出力回路から出力された前記２値データ信号が“０”又は“１”であるかに応じて第１電圧又は第２電圧を生成する電圧生成回路と、
    前記電圧生成回路により生成された前記第１電圧又は前記第２電圧に従って前記第１周波数又は前記第２周波数のクロック信号を生成する電圧制御型発振回路と、
    を備える請求項８に記載の電力伝送システム。

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