JP2013138591A - 電子機器および給電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】磁界または電界を用いて電力伝送を行う際に、ユーザの利便性を向上させることが可能な電子機器および給電システムを提供する。
【解決手段】電子機器は、磁界または電界を用いて伝送された電力を受け取る受電部と、この受電部により受け取った受電電力に基づく充電が行われる2次電池と、自身の機器状態を外部へ報知する状態報知部とを備えている。受電電力に基づく2次電池への充電が行われる充電期間と非充電期間とが、時分割に設定されている。状態報知部は、これらの充電期間および非充電期間のいずれにおいても、受電電力に基づいて機器状態を報知する。
【選択図】図9

Description

本開示は、電子機器等の給電対象機器に対して非接触に電力供給(送電,電力伝送)を行う給電システム、ならびにそのような給電システムに適用される電子機器に関する。
近年、例えば携帯電話機や携帯音楽プレーヤー等のCE機器(Consumer Electronics Device:民生用電子機器)に対し、非接触に電力供給(送電,電力伝送)を行う給電システム(非接触給電システム、ワイヤレス充電システム)が注目を集めている。これにより、ACアダプタのような電源装置のコネクタを機器に挿す(接続する)ことによって充電を開始するのはなく、電子機器(2次側機器)を充電トレー(1次側機器)上に置くだけで充電を開始することができる。すなわち、電子機器と充電トレーと間での端子接続が不要となる。
このようにして非接触で電力供給を行う方式としては、電磁誘導方式が良く知られている。また、最近では、電磁共鳴現象を利用した磁界共鳴方式と呼ばれる方式を用いた非接触給電システムが注目されている。このような非接触による給電システムは、例えば特許文献1〜6等に開示されている。
特開2001−102974号公報 WO00−27531号公報 特開2008−206233号公報 特開2002−34169号公報 特開2005−110399号公報 特開2010−63245号公報
ところで、上記のような非接触による給電システムでは、電子機器等の給電対象機器内に、その機器状態を外部へ報知する手段(例えば発光素子の点灯状態に応じて機器状態を報知する手法等)が設けられている場合がある。そのような場合、ユーザに対してその時点での機器状態を確実に知らせて(ユーザによる機器状態の誤判断等を防止して)、ユーザの利便性を向上させることが求められる。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁界または電界を用いて電力伝送(送電)を行う際に、ユーザの利便性を向上させることが可能な電子機器および給電システムを提供することにある。
本開示の電子機器は、磁界または電界を用いて伝送された電力を受け取る受電部と、この受電部により受け取った受電電力に基づく充電が行われる2次電池と、自身の機器状態を外部へ報知する状態報知部とを備えたものである。受電電力に基づく2次電池への充電が行われる充電期間と非充電期間とが、時分割に設定されている。状態報知部は、これらの充電期間および非充電期間のいずれにおいても、受電電力に基づいて機器状態を報知する。
本開示の給電システムは、1または複数の上記本開示の電子機器(給電対象機器)と、この電子機器に対して磁界または電界を用いた電力伝送を行う給電装置とを備えたものである。
本開示の電子機器および給電システムでは、受電部により受け取った受電電力に基づく2次電池への充電が行われる充電期間と、非充電期間とのいずれにおいても、この受電電力に基づいて機器状態が外部へ報知される。これにより、非給電期間において、受電電力の欠如に起因した報知動作の停止が回避される。したがって、時分割に設定された充電期間と非充電期間との間での、報知動作における不自然な非連続状態の発生(断続的な報知動作)が回避され、ユーザによる機器状態の誤判断が防止される。
本開示の電子機器および給電システムによれば、受電部により受け取った受電電力に基づく2次電池への充電が行われる充電期間と、非充電期間とのいずれにおいても、この受電電力に基づいて機器状態を外部へ報知するようにしたので、報知動作における不自然な非連続状態の発生を回避し、ユーザによる機器状態の誤判断を防止することができる。よって、磁界または電界を用いて電力伝送を行う際に、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。
本開示の一実施の形態に係る給電システムの外観構成例を表す斜視図である。 図1に示した給電システムの詳細構成例を表すブロック図である。 図2に示した各ブロックの詳細構成例を表す回路図である。 交流信号発生回路に対する制御信号の一例を表すタイミング波形図である。 給電期間および通信期間の一例を表すタイミング図である。 比較例に係る給電システムの構成を表す回路図である。 図6に示した給電システムにおける動作例を表すタイミング図である。 図6に示した給電システムにおける通信期間での動作例を表す回路図である。 図3に示した給電システムにおける動作例(実施例)を表すタイミング図である。 図3に示した給電システムにおける通信期間での動作例(実施例)を表す回路図である。 変形例に係る給電システムの構成例を表すブロック図である。 変形例に係る給電システムの概略構成例を表すブロック図である。 図12に示した給電システムにおける電界の伝播態様例を表す模式図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態(非充電期間では充電電力の一部を用いて機器状態を報知する例)
2.変形例(非充電期間では受電電力の一部を直接用いて機器状態を報知する例、電界を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムの例等)
<実施の形態>
[給電システム4の全体構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る給電システム(給電システム4)の外観構成例を表したものであり、図2は、この給電システム4のブロック構成例を表したものである。給電システム4は、磁界を用いて(磁気共鳴や電磁誘導等を利用して;以下同様)、非接触に電力伝送(電力供給,給電,送電)を行うシステム(非接触型の給電システム)である。この給電システム4は、給電装置1(1次側機器)と、給電対象機器としての1または複数の電子機器(ここでは2つの電子機器2A,2B;2次側機器)とを備えている。
この給電システム4では、例えば図1に示したように、給電装置1における給電面(送電面)S1上に電子機器2A,2Bが置かれる(または近接する)ことにより、給電装置1から電子機器2A,2Bに対して電力伝送が行われるようになっている。ここでは、複数の電子機器2A,2Bに対して同時もしくは時分割的(順次)に電力伝送を行う場合を考慮して、給電装置1は、給電面S1の面積が給電対象の電子機器2A,2B等よりも大きなマット形状(トレー状)となっている。
(給電装置1)
給電装置1は、上記したように、磁界を用いて電子機器2A,2Bに対して電力伝送(送電)を行うもの(充電トレー)である。この給電装置1は、例えば図2に示したように、送電部110、交流信号発生回路(高周波電力発生回路)111および制御部112を有する送電装置11を備えている。
送電部110は、後述する送電コイル(1次側コイル)L1およびコンデンサC1p,C1s(共振用のコンデンサ)等を含んで構成されている。送電部110は、これらの送電コイルL1およびコンデンサC1p,C1sを利用して、電子機器2A,2B(詳細には、後述する受電部210)に対して交流磁界を用いた電力伝送(送電)を行うものである(図2中の矢印P1参照)。具体的には、送電部110は、給電面S1から電子機器2A,2Bへ向けて磁界(磁束)を放射する機能を有している。この送電部110はまた、後述する受電部210との間で所定の通信動作を相互に行う機能を有している(図2中の矢印C1参照)。
交流信号発生回路111は、例えば給電装置1の外部電源9(親電源)から供給される電力を用いて、送電を行うための所定の交流信号Sac(高周波電力)を発生する回路である。このような交流信号発生回路111は、例えば、後述するスイッチングアンプを用いて構成されている。なお、外部電源9としては、例えば、PC(Personal Computer)などに設けられているUSB(Universal Serial Bus)2.0の電源(電力供給能力:500mA,電源電圧:5V程度)等が挙げられる。
制御部112は、給電装置1全体(給電システム4全体)における種々の制御動作を行うものである。具体的には、送電部110による送電の制御を行うことの他、例えば、送電電力の最適化制御や2次側機器を認証する機能、2次側機器が1次側機器上にあることを判別する機能、異種金属などの混入を検知する機能などを有している。ここで、上記した送電制御の際には、後述する所定の制御信号CTL(送電用の制御信号)を用いて交流信号発生回路111の動作を制御することによって行うようになっている。また、この制御部112は、制御信号CTLを用いて、後述するパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)による変調処理を行う機能も有している。
(電子機器2A,2B)
電子機器2A,2Bは、例えば、テレビ受像機に代表される据え置き型電子機器や、携帯電話やデジタルカメラに代表される、充電池(バッテリー)を含む携帯型の電子機器等からなる。これらの電子機器2A,2Bは、例えば図2に示したように、受電装置21と、この受電装置21から供給される電力に基づいて所定の動作(電子機器としての機能を発揮させる動作)を行う負荷22とを備えている。また、受電装置21は、受電部210、整流回路211、電圧安定化回路212、充電回路213(充電部)、バッテリー214(2次電池)、状態報知部215および制御部216を有している。
受電部210は、後述する受電コイル(2次側コイル)L2およびコンデンサC2p,C2s(共振用のコンデンサ)等を含んで構成されている。受電部210は、これらの受電コイルL2およびコンデンサC2p,C2s等を利用して、給電装置1内の送電部110から伝送(送電)された電力を受け取る機能を有している。この受電部210はまた、送電部110との間で前述した所定の通信動作を相互に行う機能を有している(図2中の矢印C1参照)。
整流回路211は、受電部210から供給された電力(交流電力)を整流し、直流電力を生成する回路である。
電圧安定化回路212は、整流回路211から供給される直流電力に基づいて、所定の電圧安定化動作を行う回路である。
充電回路213は、電圧安定化回路212から供給される電圧安定化後の直流電力に基づいて、バッテリー214への充電を行うための回路である。
バッテリー214は、充電回路213による充電に応じて電力を貯蔵するものであり、例えばリチウムイオン電池等の充電池(2次電池)を用いて構成されている。
状態報知部215は、自身(ここでは電子機器2Aまたは電子機器2B)の機器状態を外部(ユーザ等)へ報知(通知,呈示)するものである。具体的には、例えば後述する発光素子等の点灯状態(表示状態)や、あるいはスピーカ等による音声出力などを用いて、そのような機器状態を外部へ知らせる機能を有している。また、状態報知部215は、ここでは機器状態として、充電回路213によるバッテリー214への充電中および充電完了後の各状態、ならびにバッテリー214の異常状態をそれぞれ、区別して報知するようになっている。なお、この状態報知部215の詳細構成については、後述する(図3)。
制御部216は、電子機器2A,2B全体(給電システム4全体)における種々の制御動作を行うものである。具体的には、例えば、受電部110による受電や通信の制御を行ったり、電圧安定化回路212や充電回路213、状態報知部215等の動作を制御する機能も有している。
[給電装置1および電子機器2A,2Bの詳細構成]
図3は、図2に示した給電装置1および電子機器2A,2B内の各ブロックの詳細構成例を回路図で表したものである。
(送電部110)
送電部110は、磁界を用いて電力伝送を行う(磁束を発生させる)ための送電コイルL1と、この送電コイルL1とともにLC共振回路を形成するためのコンデンサC1p,C1sとを有している。コンデンサC1sは、送電コイルL1に対して電気的に直列接続されている。つまり、コンデンサC1sの一端と送電コイルL1の一端とが、互いに接続されている。また、このコンデンサC1sの他端と送電コイルL1の他端とがコンデンサC1pに並列接続され、送電コイルL1とコンデンサC1pとの接続端は接地されている。
これらの送電コイルL1とコンデンサC1p,C1sとからなるLC共振回路と、後述する受電コイルL2とコンデンサC2p,C2sとからなるLC共振回路とは、互いに磁気結合する。これにより、後述する交流信号発生回路111により生成された高周波電力(交流信号Sac)と略同一の共振周波数によるLC共振動作がなされるようになっている。
(交流信号発生回路111)
交流信号発生回路111は、スイッチング素子としての1つのトランジスタ(図示せず)を有するスイッチングアンプ(いわゆるE級アンプ)を用いて構成されている。この交流信号発生回路111には、制御部112から送電用の制御信号CTLが供給されるようになっている。この制御信号CTLは、図3中に示したように、所定のデューティ比を有するパルス信号からなる。また、例えば図4(A),(B)に示したように、この制御信号CTLにおけるデューティ比を制御することにより、後述するパルス幅変調がなされるようになっている。
このような構成により交流信号発生回路111では、送電用の制御信号CTLに従って、上記したトランジスタがオン・オフ動作(所定の周波数およびデューティ比からなるスイッチング動作)を行う。すなわち、制御部112から供給される制御信号CTLを用いて、スイッチング素子としてのトランジスタのオン・オフ動作が制御される。これにより、例えば外部電源9側から入力する直流信号Sdcに基づいて交流信号Sac(交流電力)が生成され、送電部110へ供給されるようになっている。
(受電部210)
受電部210は、送電部110から伝送された(磁束から)電力を受け取るための受電コイルL2と、この受電コイルL2とともにLC共振回路を形成するためのコンデンサC2p,C2sとを有している。コンデンサC2pは、受電コイルL2に対して電気的に並列接続され、コンデンサC2sは、受電コイルL2に対して電気的に直列接続されている。すなわち、コンデンサC2sの一端は、コンデンサC2pの一端および受電コイルL2の一端に接続されている。また、コンデンサC2sの他端は、整流回路211における一方の入力端子に接続され、受電コイルL2の他端およびコンデンサC2pの他端はそれぞれ、整流回路211における他方の入力端子に接続されている。
これらの受電コイルL2とコンデンサC2p,C2sとからなるLC共振回路と、前述した送電コイルL1とコンデンサC1p,C1sとからなるLC共振回路とは、互いに磁気結合する。これにより、交流信号発生回路111により生成された高周波電力(交流信号Sac)と略同一の共振周波数によるLC共振動作がなされるようになっている。
(整流回路211)
整流回路211は、ここでは4つの整流素子(ダイオード)D1〜D4を用いて構成されている。具体的には、整流素子D1のアノードおよび整流素子D3のカソードは、互いに整流回路211における一方の入力端子に接続され、整流素子D1のカソードおよび整流素子D2のカソードは、互いに整流回路211における出力端子に接続されている。また、整流素子D2のアノードおよび整流素子D4のカソードは、互いに整流回路211における他方の入力端子に接続され、整流素子D3のアノードおよび整流素子D4のアノードは、互いに接地されている。このような構成により整流回路211では、受電部210から供給された交流電力を整流し、直流電力からなる受電電力P2を電圧安定化回路212へ供給するようになっている。
(充電回路213)
充電回路213は、電圧安定化後の直流電力(受電電力P2)に基づいて、前述したように、バッテリー214への充電を行うようになっている。この充電回路213はまた、ここでは、以下説明する状態報知部215における点灯制御部215Aを内蔵している。なお、この点灯制御部215Aは、例えばマイクロコンピュータ等からなる。
(状態報知部215)
状態報知部215もまた、電圧安定化後の直流電力(受電電力P2)に基づいて(受電電力P2を直接もしくは間接的に用いて)、前述した機器状態を外部へ報知するようになっている。この状態報知部215は、図3に示したように、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等からなる発光素子(点灯部)215Lと、上記した点灯制御部215Aと、温度センサ215B(状態検知部)と、スイッチ素子としてのトランジスタTrとを有している。なお、このトランジスタTrは、ここではn型のFET(Field Effective Transistor;電界効果型トランジスタ)からなる。
発光素子215Lは、その点灯状態(例えば、点灯,消灯,点滅の各状態)に応じて、機器状態(前述した充電中,充電完了後,異常状態の各状態)を報知する役割を果たす素子である。この発光素子215Lでは、アノードが充電回路213と負荷22との間の接続ライン上に接続されるとともに、ここではカソードが点灯制御部215Aの端子に接続され、カソード電位が点灯制御部215Aによって制御されるようになっている。
温度センサ215Bは、バッテリー214の異常状態(例えば発熱等による異常状態)を温度によって検知するための素子である。この温度センサ215Bによる検知結果(温度の値に応じた、バッテリー214における異常状態の有無等の検知結果)は、点灯制御部215Aへ供給されるようになっている。
点灯制御部215Aは、温度センサ215Bから供給されるバッテリー214における異常状態の有無等の検知結果などに基づいて、ここでは発光素子215Lのカソード電位を制御することにより、この発光素子215Lの点灯状態を制御する(点灯制御を行う)ものである。具体的には、例えば発光素子215Lのカソード電位をグランド電位(接地電位)に設定することにより、図3中に示した電流I2が発光素子215Lに流れて発光素子215Lが点灯するようにする。また、このカソード電位をグランド電位以外の他の電位に設定することにより、電流I2が流れないようにして発光素子215Lが消灯するようにする。なお、この点灯制御部215Aもまた、電圧安定化後の直流電力(受電電力P2)を用いて、そのような動作(点灯制御)を行うようになっている。
ここで本実施の形態では、状態報知部215において以下のようにして状態報知動作がなされるようになっている。すなわち、状態報知部215は、後述する給電期間Tp(受電電力P2に基づくバッテリー214への充電期間)および通信期間Tc(非充電期間)のいずれにおいても、受電部21により受け取った受電電力P2に基づいて、機器状態の報知を行う。具体的には、給電期間Tp(充電期間)では、この充電期間において受け取った受電電力P2を直接用いて、機器状態の報知を行う。一方、非充電期間(ここでは、後述する通信期間Tc)では、充電期間において受け取った受電電力P2を間接的に用いて(ここでは、この受電電力P2に基づいてバッテリー214に蓄電された充電電力P3の一部を用いて;図3参照)、機器状態の報知を行う。詳細には、給電期間Tp(充電期間)では、点灯制御部215Aが受電電力P2を用いて、前述した発光素子215Lの点灯状態の制御を行う一方、非充電期間(ここでは通信期間Tc)では、制御部216が充電電力P3の一部を用いて点灯状態の制御を行うようになっている。なお、このような状態報知動作および点灯制御におけるより具体的な動作については、後述する。
[給電システム4の作用・効果]
(1.全体動作の概要)
この給電システム4では、給電装置1内の交流信号発生回路111が、外部電源9から供給される電力に基づいて、送電部110内の送電コイルL1およびコンデンサC1p,C1s(LC共振回路)に対して、電力伝送を行うための所定の高周波電力(交流信号Sac)を供給する。これにより、送電部110内の送電コイルL1において磁界(磁束)が発生する。このとき、給電装置1の上面(給電面S1)に、給電対象機器(充電対象機器)としての電子機器2A,2Bが置かれる(または近接する)と、給電装置1内の送電コイルL1と電子機器2A,2B内の受電コイルL2とが、給電面S1付近にて近接する。
このように、磁界(磁束)を発生している送電コイルL1に近接して受電コイルL2が配置されると、送電コイルL1から発生されている磁束に誘起されて、受電コイルL2に起電力が生じる。換言すると、電磁誘導または磁気共鳴により、送電コイルL1および受電コイルL2のそれぞれに鎖交して磁界が発生する。これにより、送電コイルL1側(1次側、給電装置1側、送電部110側)から受電コイルL2側(2次側、電子機器2A,2B側、受電部210側)に対して、電力伝送がなされる(図2,図3中の矢印P1参照)。このとき、給電装置1側の送電コイルL1と電子機器2A,2B側の受電コイルL2とが、電磁誘導等により互いに磁気結合し、前述したLC共振回路においてLC共振動作が行われる。
すると、電子機器2A,2Bでは、受電コイルL2において受け取った交流電力が、整流回路211、電圧安定化回路212および充電回路213へ供給され、以下の充電動作がなされる。すなわち、この交流電力が整流回路211および電圧安定化回路212によって所定の直流電力に変換されて電圧安定化がなされた後、充電回路213によって、この直流電力に基づくバッテリー214への充電がなされる。このようにして、電子機器2A,2Bにおいて、受電部210において受け取った電力に基づく充電動作がなされる。
すなわち、本実施の形態では、電子機器2A,2Bの充電に際し、例えばACアダプタ等への端子接続が不要であり、給電装置1の給電面S1上に置く(近接させる)だけで、容易に充電を開始させることができる(非接触給電がなされる)。これは、ユーザにおける負担軽減に繋がる。
また、例えば図5に示したように、このような給電動作の際には、給電期間Tp(バッテリー214への充電期間)と通信期間Tc(非充電期間)とが、時分割で周期的(もしくは非周期的)になされる。換言すると、制御部112および制御部216は、このような給電期間Tpと通信期間Tcとが時分割で周期的(もしくは非周期的)に設定されるように制御する。ここで、この通信期間Tcとは、1次側機器(給電装置1)と2次側機器(電子機器2A,2B)との間で、送電コイルL1および受電コイルL2を用いた相互の通信動作(互いの機器間認証や給電効率制御等のための通信動作)を行う期間である(図2,図3中の矢印C1参照)。なお、このときの給電期間Tpと通信期間Tcとの時間の比率は、例えば、給電期間Tp:通信期間Tc=9:1程度である。
ここで、この通信期間Tcでは、例えば交流信号発生回路111におけるパルス幅変調を用いた通信動作が行われる。具体的には、所定の変調データに基づいて、通信期間Tcにおける制御信号CTLのデューティ比が設定されることにより、パルス幅変調による通信がなされる。なお、前述した送電部110および受電部210における共振動作時に周波数変調を行うことは原理的に難しいため、このようなパルス幅変調を用いることで簡易に通信動作が実現される。
(2.状態報知動作)
また、本実施の形態の給電システム4では、電子機器2A,2B内に、これらの電子機器2A,2Bの機器状態を外部へ報知する手段(状態報知部215)が設けられている。この状態報知部215は、給電装置1から受け取った受電電力P2に基づいて(受電電力P2を直接もしくは間接的に用いて)、そのような機器状態を外部へ報知する。
具体的には、充電回路213によるバッテリー214への充電中および充電完了後の各状態、ならびにバッテリー214の異常状態をそれぞれ、ここでは発光素子215Lの点灯状態(点灯,消灯,点滅の各状態)に応じて区別して報知する。すなわち、この状態報知部215内の点灯制御部215Aは、例えば、充電中の状態では発光素子215Lが点灯するように制御し、充電完了後の状態では発光素子215Lが消灯するように制御し、上記した異常状態では発光素子215Lが点滅するように制御する。
電子機器2A,2Bでは、状態報知部215によるこのような状態報知動作が行われることにより、ユーザ等に対してその時点での機器状態を知らせることができ、ユーザ等における利便性の向上が図られる。以下、本実施の形態の状態報知動作に関して、比較例と比較しつつ詳細に説明する。
(2−1.比較例)
ここで、図6は、比較例に係る給電システム(給電システム104)の構成を回路図で表したものである。この比較例の給電システム104は、給電装置1と、比較例に係る電子機器102A,102Bとを備えている。この比較例の電子機器102A,102Bは、本実施の形態の電子機器2A,2Bにおいて、状態報知部215の代わりに、この状態報知部215においてトランジスタTrが省かれている(設けられていない)状態報知部105を有するようにしたものである。このため、比較例の電子機器102A,102Bでは、後述する本実施の形態の電子機器2A,2Bとは異なり、制御部216は点灯制御を行わないようになっている。
また、図7は、図6に示した比較例に係る給電システム104の動作例を、タイミング図で表したものである。この図7において、(A)は給電システム104における動作期間を、(B)は充電回路213による点灯制御の際の動作状態を、(C)は発光素子215Lにおける動作状態を、それぞれ示している。
この動作例では、タイミングt101までの期間では、給電期間Tpと通信期間Tcとが時分割で周期的に(交互に)繰り返されて充電動作が行われ、タイミングt101において充電動作が完了(受電完了)となっている。
ここで、給電期間Tp(充電期間)では、充電回路213においてこのとき受け取った充電電力P2を用いて、バッテリー214への充電動作を行う。また、図6および図7中の実線の矢印で示したように、この充電回路213に内蔵する点灯制御部215Aも、この充電電力P2を用いて発光素子215Lが点灯状態となるように点灯制御を行うことにより、バッテリー214への充電中である旨が外部へ報知される。つまり、この給電期間Tp(充電期間)では、受電電力P2が充電回路213へ供給されるため、充電回路213およびこれに内蔵する点灯制御部215Aの動作がそれぞれ可能となる(点灯制御部215Aによる点灯制御が有効状態となる)。
また、タイミングt101以降の充電完了後の期間では、送電装置11から電子機器102A,102Bへの電力伝送(送電)動作が停止する。したがって、この充電完了後の期間では、図7(C)に示したように発光素子215Lが消灯状態となり、バッテリー214への充電完了後である旨が外部へ報知される。
一方、通信期間Tc(非充電期間)では、例えば図8に示したように、充電回路213および状態報知部105ならびにそれらの後段に位置する負荷22がそれぞれ、受電部210から切り離され、これらに対する受電電力P2の供給がいずれも停止される。また、このとき、制御部216に対する受電電力P2の供給も停止される。ここで、通信期間Tcにおいてこれらの負荷(充電回路213、状態報知部105および負荷22等)が切り離されるのは、以下の理由によるものである。すなわち、そのような容量性の負荷を切り離して負荷が比較的軽い状態に設定することにより、通信動作の妨げとなる要因を排除して良好な通信動作を担保するためである。
このようにして通信期間Tc(非充電期間)では、充電回路213、状態報知部105および制御部216に対する受電電力P2の供給が停止されるため、例えば図7中の破線の矢印で示したように、点灯制御部215Aによる点灯制御が無効状態となる。すなわち、受電電力P2の欠如に起因して、状態報知動作が停止してしまう。その結果、時分割で(周期的に)設定された給電期間Tp(充電期間)と非給電期間Tc(非充電期間)との間での、報知動作における不自然な非連続状態が発生し(断続的な報知動作が生じ)、ユーザによる機器状態の誤判断が生じるおそれがある。具体的には、充電中の期間であるのにも関わらず、例えば数十秒に1回の割合で発光素子215Lが消灯すると、ユーザにとっては発光素子215Lが点滅しているように見え、例えばバッテリー214等における異常状態が電子機器2A,2B内に発生しているとの誤解を招くおそれがある。このようにして、比較例の給電システム104では、ユーザの利便性が低下してしまうことになる。
(2−2.本実施の形態)
これに対して本実施の形態の給電システム4では、以下のようにして上記比較例における問題を解決している。
図9は、本実施の形態の給電システム4における動作例を、タイミング図で表したものである。この図9において、(A)は給電システム4における動作期間を、(B)は充電回路213による点灯制御の際の動作状態を、(C)は制御部216による点灯制御の際の動作状態を、(D)は発光素子215Lにおける動作状態を、(E)は給電装置1と電子機器2A,2Bとの間の通信動作の状態を、それぞれ示している。
図9に示した動作例でも、上記した図7に示した動作例と同様に、タイミングt9までの期間では、給電期間Tpと通信期間Tcとが時分割で周期的に(交互に)繰り返されて充電動作が行われ、タイミングt9において充電動作が完了(受電完了)となっている。
ここで、給電期間Tp(充電期間)では上記比較例と同様に、図3および図9中の矢印P41で示したように、点灯制御部215Aがこの期間で受け取った充電電力P2を用いて(直接用いて)、発光素子215Lが点灯状態となるように点灯制御を行う。具体的には、例えば発光素子215Lのカソード電位をグランド電位(接地電位)に設定することにより、図3中に示した電流I2が発光素子215Lに流れて、発光素子215Lが点灯するようにする。これにより、バッテリー214への充電中である旨が外部へ報知される。つまり、この給電期間Tp(充電期間)では、受電電力P2が充電回路213へ供給されるため、点灯制御部215Aによる点灯制御が有効状態となる。なお、この給電期間Tpでは基本的に(後述するオーバーラップ期間Tolを除いて)、後述する制御部216による点灯制御は無効状態となっている。
また、タイミングt9以降の充電完了後の期間においても上記比較例と同様に、送電装置11から電子機器2A,2Bへの電力伝送(送電)動作が停止する。したがって、この充電完了後の期間では、図9(D)に示したように発光素子215Lが消灯状態となり、バッテリー214への充電完了後である旨が外部へ報知される。
一方、通信期間Tc(非充電期間)では、本実施の形態では上記比較例とは異なり、例えば図10に示したような動作となる。すなわち、この通信期間Tcでは、給電期間Tp(充電期間)において受け取った受電電力P2を間接的に用いて(ここでは、この受電電力P2に基づいてバッテリー214に蓄電された充電電力P3の一部を用いて)、機器状態の報知がなされる。詳細には、この通信期間Tc(非充電期間)では、図10に示したように、制御部216が充電電力P3の一部を用いて、点灯状態の制御を行う。具体的には、状態報知部215内のトランジスタTrがオン状態となって図10中に示した電流I3が発光素子215Lに流れるように、制御部216がトランジスタTrのゲート電位を制御する。
このように、通信期間Tcでは点灯制御部215Aによる発光素子215Lのカソード電位の制御ができなくなる代わりに、制御部216によってトランジスタTrをオン状態に設定し、カソード電位の制御(グランド電位への設定)を行うようにする。すなわち、この通信期間Tcでは図9中の矢印P42等で示したように、点灯制御部215Aによる点灯制御が無効状態となる代わりに、制御部216による点灯制御が有効状態となる。
このようにして本実施の形態の状態報知動作では、負荷状態の軽減化等に起因して、通信期間Tcにおいて、充電回路213、状態報知部215および制御部216に対する受電電力P2の供給が停止されても、上記比較例の問題が回避される。すなわち、受電電力P2の欠如に起因した、状態報知動作の停止が回避される。その結果、時分割で(周期的に)設定された給電期間Tp(充電期間)と非給電期間Tc(非充電期間)との間での、報知動作における不自然な非連続状態の発生(断続的な報知動作)が回避され、ユーザによる機器状態の誤判断が防止される。具体的には、充電中の期間であるのにも関わらず発光素子215Lが点滅しているように見えるのが防止され、例えばバッテリー214等における異常状態が電子機器2A,2B内に発生しているとの誤解を招くおそれがなくなる。また、換言すると、本実施の形態では充電中の期間(充電完了前の期間)では、図9に示したように、給電期間Tpおよび通信期間Tcの双方において発光素子215Lが常時点灯状態となり(途切れなく点灯状態となり)、充電中の期間である旨が確実に外部へ報知される。
また、このとき本実施の形態では、例えば図9に示したように、制御部216において、通信期間Tc(非充電期間)の前後の少なくとも一方側に、給電期間Tp(充電期間)とのオーバーラップ期間Tolを設けるようにするのが望ましい。具体的には、この動作例では、タイミングt2〜t3,t6〜t7における各通信期間Tcの前後双方に、そのようなオーバーラップ期間Tol(タイミングt1〜t2,t3〜t4,t5〜t6,t7〜t8の各期間)が設けられている。そして、制御部216では、通信期間Tcに加えてこのオーバーラップ期間Tolにおいても、充電電力P3の一部を用いて点灯状態を制御するようにするのが望ましい。これにより、通信期間Tcの前後の少なくとも一方側に、発光素子215Lの消灯期間の発生をより確実に防ぐための余剰点灯期間(オーバーラップ期間Tol)が設けられることとなるからである。
(3.通信動作の設定について)
また、本実施の形態では、例えば図9(E)に示したようにして、給電装置1と電子機器2A,2Bとの間の通信動作が設定されているのが望ましい。なお、このような通信動作の設定(制御)は、例えば給電装置1内の制御部112や電子機器2A,2B内の制御部216によって行われる。
具体的には、まず、充電回路213によるバッテリー214への充電完了後においても、通信動作(通信期間Tc)が継続して設定されるようにするのが望ましい。これにより、充電完了後においてもそのような通信動作を定期的に行うことによって、給電システム4内の動作状態(給電装置1および電子機器2A,2Bの機器状態)を給電装置1および電子機器2A,2Bが相互に把握し、それに応じて適切な対応を取ることができるからである。
また、このとき図9(E)に示したように、充電完了後の期間では充電中の期間と比べ、通信動作(通信期間Tc)が低頻度に設定されているのが望ましい。したがってこの動作例では、充電中の期間では通信動作が中頻度に設定されているのに対し、充電完了後の期間では通信動作が低頻度に設定されている。これは、充電完了後の期間では、互いの機器状態をそれほど頻繁に把握する必要性が高くないためである。
以上のように本実施の形態では、電子機器2A,2Bにおいて、受電部210により受け取った受電電力P2に基づくバッテリー214への充電が行われる給電期間Tp(充電期間)と、通信期間Tc(非充電期間)とのいずれにおいても、この受電電力P2に基づいて機器状態を外部へ報知する。これにより、報知動作における不自然な非連続状態の発生を回避し、ユーザによる機器状態の誤判断を防止することができる。よって、磁界を用いて電力伝送を行う際に、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。
また、通信期間Tcにおいて、前述したようにバッテリー214における充電電力P3の一部を用いて状態報知動作(発光素子215Lの点灯制御)を行ったとしても、受電電力P2が大きなものであれば、使用電力は非常にわずかなものであり、問題とはならない。これは、給電期間Tp:通信期間Tc=9:1程度の場合、通信期間Tcはわずかな時間であることからも、使用電力は微小であり影響は小さいと言える。
なお、本実施の形態では、非充電期間が通信期間Tcである場合を例に挙げて説明したが、これには限られず、通信期間Tc以外の非充電期間において、制御部216による充電電力P3の一部等を用いた点灯制御を行うようにしてもよい。
<変形例>
以上、実施の形態を挙げて本開示の技術を説明したが、本技術はこの実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、通信期間Tc(非充電期間)において、給電期間Tp(充電期間)において受け取った受電電力P2を間接的に用いて(バッテリー214に蓄電された充電電力P3の一部を用いて)機器状態の報知を行う場合について説明したが、これには限られない。すなわち、例えば、状態報知部215が非充電期間(通信期間Tc等)では、この非充電期間において受け取った受電電力P2の一部を直接用いて、機器状態を報知するようにしてもよい。つまり、充電期間および非充電期間のいずれにおいても、各期間で受け取った受電電力P2を直接用いて、機器状態の報知を行うようにしてもよい。この場合、例えば図11に示した給電システム4Aにおける電子機器2C,2D内の受電装置21Aのように、状態報知部215が配置されるようにする。すなわち、状態報知部215が、整流回路211と電圧安定化回路212との間の接続ライン上から、別途設けた電圧安定化回路217を介して供給された受電電力P2を用いて、機器状態の報知を行うようにすればよい。このような構成の給電システム4Aにおいても、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
また、上記実施の形態では各種のコイル(送電コイル,受電コイル)を挙げて説明しているが、これらのコイルの構成(形状)としては種々のものを用いることが可能である。すなわち、例えばスパイラル形状やループ形状、磁性体を用いたバー形状、スパイラルコイルを2層で折り返すように配置するα巻き形状、更なる多層のスパイラル形状、厚み方向に巻線が巻回しているヘリカル形状などによって、各コイルを構成することが可能である。また、各コイルは、導電性を有する線材により構成された巻き線コイルだけではなく、プリント基板やフレキシブルプリント基板などにより構成された、導電性を有するパターンコイルであってもよい。
更に、上記実施の形態では、給電対象機器の一例として電子機器を挙げて説明したが、これには限られず、電子機器以外の給電対象機器(例えば、電気自動車等の車両など)であってもよい。
加えて、上記実施の形態では、給電装置および電子機器の各構成要素を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。例えば、給電装置や電子機器内に、通信機能や何かしらの制御機能、表示機能、2次側機器を認証する機能、2次側機器が1次側機器上にあることを判別する機能、異種金属などの混入を検知する機能などを搭載するようにしてもよい。
また、上記実施の形態では、主に、給電システム内に複数(2つ)の電子機器が設けられている場合を例に挙げて説明したが、この場合には限られず、給電システム内に1つの電子機器のみが設けられているようにしてもよい。
更に、上記実施の形態では、給電装置の一例として、携帯電話機等の小型の電子機器(CE機器)向けの充電トレーを挙げて説明したが、給電装置としてはそのような家庭用の充電トレーには限定されず、様々な電子機器等の充電器として適用可能である。また、必ずしもトレーである必要はなく、例えば、いわゆるクレードル等の電子機器用のスタンドであってもよい。
(電界を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムの例)
また、上記実施の形態では、1次側機器としての給電装置から2次側機器としての電子機器に対して、磁界を用いて非接触に電力伝送(給電)を行う給電システムの場合を例に挙げて説明したが、これには限られない。すなわち、本開示内容は、1次側機器としての給電装置から2次側機器としての電子機器に対して、電界(電界結合)を用いて非接触に電力伝送を行う給電システムにおいても適用することが可能であり、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。
具体的には、例えば図12に示した給電システムは、1つの給電装置81(1次側機器)と、1つの電子機器82(2次側機器)とを備えている。給電装置81は、主に、送電電極E1(1次側電極)を含む送電部810と、交流信号源811(発振器)と、接地電極Eg1とを有している。電子機器82は、主に、受電電極E2(2次側電極)を含む受電部820と、整流回路821と、負荷822と、接地電極Eg2とを有している。すなわち、この給電システムは、送電電極E1および受電電極E2と、接地電極Eg1,Eg2との2組の電極を備えている。換言すると、給電装置81(1次側機器)および電子機器82(2次側機器)はそれぞれ、モノポールアンテナのような非対称性の一対の電極構造からなるアンテナを、機器内部に有している。
このような構成の給電システムでは、送電電極E1と受電電極E2とが互いに対向すると、上記した非接触性のアンテナ同士が、互いに結合する(電極の垂直方向に沿って互いに電界結合する)。すると、これらの間に誘導電界が発生し、これにより電界を用いた電力伝送が行われる(図12中に示した電力P8参照)。具体的には、例えば図13に模式的に示したように、送電電極E1側から受電電極E2側へと向かって、発生した電界(誘導電界Ei)が伝播すると共に、接地電極Eg2側から接地電極Eg1側へと向かって、発生した誘導電界Eiが伝播する。すなわち、1次側機器と2次側機器との間で、発生した誘導電界Eiのループ経路が形成されることになる。このような電界を用いた非接触による電力供給システムにおいても、上記実施の形態と同様の手法を適用することにより、同様の効果を得ることが可能である。
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
(1)
磁界または電界を用いて伝送された電力を受け取る受電部と、
前記受電部により受け取った受電電力に基づく充電が行われる2次電池と、
自身の機器状態を外部へ報知する状態報知部と
を備え、
前記受電電力に基づく前記2次電池への充電が行われる充電期間と、非充電期間とが、時分割に設定されており、
前記状態報知部は、前記充電期間および前記非充電期間のいずれにおいても、前記受電電力に基づいて前記機器状態を報知する
電子機器。
(2)
前記受電電力に基づいて前記2次電池への充電を行う充電部を備え、
前記状態報知部は、前記非充電期間では、前記受電電力に基づいて前記2次電池に蓄電された充電電力の一部を用いて、前記機器状態を報知する
上記(1)に記載の電子機器。
(3)
前記状態報知部は、
前記機器状態を点灯状態に応じて報知する点灯部と、
前記受電電力を用いて前記点灯部の点灯状態を制御する点灯制御部と
を有する上記(2)に記載の電子機器。
(4)
機器内で所定の制御を行う制御部を備え、
前記充電期間では、前記点灯制御部が、前記受電電力を用いて前記点灯状態を制御し、
前記非充電期間では、前記制御部が、前記充電電力の一部を用いて前記点灯状態を制御する
上記(3)に記載の電子機器。
(5)
前記制御部は、
前記非充電期間の前後の少なくとも一方側に設定された、前記充電期間とのオーバーラップ期間においても、前記充電電力の一部を用いて前記点灯状態を制御する
上記(4)に記載の電子機器。
(6)
前記非充電期間が、前記電力伝送を行う給電装置との間で所定の通信を行う通信期間である
上記(2)ないし(5)のいずれかに記載の電子機器。
(7)
前記通信期間では、前記充電部および前記状態報知部ならびにそれらの後段に位置する負荷に対する前記受電電力の供給が、いずれも停止される
上記(6)に記載の電子機器。
(8)
前記充電部による前記2次電池への充電完了後においても、前記通信期間が継続して設定される
上記(6)または(7)に記載の電子機器。
(9)
前記充電完了後の期間では前記2次電池への充電中の期間と比べ、前記通信期間が低頻度に設定されている
上記(8)に記載の電子機器。
(10)
前記状態報知部は、前記機器状態としての、前記充電部による充電中および充電完了後の各状態を、区別して報知する
上記(2)ないし(9)のいずれかに記載の電子機器。
(11)
前記状態報知部は、前記非充電期間では、この非充電期間において受け取った受電電力の一部を直接用いて、前記機器状態を報知する
上記(1)に記載の電子機器。
(12)
1または複数の電子機器と、
前記電子機器に対して磁界または電界を用いた電力伝送を行う給電装置と
を備え、
前記電子機器は、
前記給電装置から伝送された電力を受け取る受電部と、
前記受電部により受け取った受電電力に基づく充電が行われる2次電池と、
自身の機器状態を外部へ報知する状態報知部と
を有し、
前記受電電力に基づく前記2次電池への充電が行われる充電期間と、非充電期間とが、時分割に設定されており、
前記状態報知部は、前記充電期間および前記非充電期間のいずれにおいても、前記受電電力に基づいて前記機器状態を報知する
給電システム。
1,81…給電装置(1次側機器)、11…送電装置、110,810…送電部、111…交流信号発生回路、112…制御部、2A,2B,82…電子機器(2次側機器)、21…受電装置、210,820…受電部、211…整流回路、212…電圧安定化回路、213…充電回路、214…バッテリー、215…状態報知部、215A…点灯制御部、215B…温度センサ、215L…発光素子(点灯部)、216…制御部、22…負荷、4…給電システム、811…交流信号源、821…整流回路、822…負荷、9…外部電源、S1…送電面、L1…送電コイル、L2…受電コイル、E1…送電電極(1次側電極)、E2…受電電極(2次側電極)、C1p,C1s,C2p,C2s…コンデンサ、Eg1,Eg2…接地電極、D1〜D4…整流素子、Tr…トランジスタ、CTL…制御信号、Sdc…直流信号、Sac…交流信号、P2…受電電力、P3…充電電力、I2,I3…電流、Tp…給電期間、Tc…通信期間、ΔTol…オーバーラップ期間、t1〜t9…タイミング。

Claims (12)

  1. 磁界または電界を用いて伝送された電力を受け取る受電部と、
    前記受電部により受け取った受電電力に基づく充電が行われる2次電池と、
    自身の機器状態を外部へ報知する状態報知部と
    を備え、
    前記受電電力に基づく前記2次電池への充電が行われる充電期間と、非充電期間とが、時分割に設定されており、
    前記状態報知部は、前記充電期間および前記非充電期間のいずれにおいても、前記受電電力に基づいて前記機器状態を報知する
    電子機器。
  2. 前記受電電力に基づいて前記2次電池への充電を行う充電部を備え、
    前記状態報知部は、前記非充電期間では、前記受電電力に基づいて前記2次電池に蓄電された充電電力の一部を用いて、前記機器状態を報知する
    請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記状態報知部は、
    前記機器状態を点灯状態に応じて報知する点灯部と、
    前記受電電力を用いて前記点灯部の点灯状態を制御する点灯制御部と
    を有する請求項2に記載の電子機器。
  4. 機器内で所定の制御を行う制御部を備え、
    前記充電期間では、前記点灯制御部が、前記受電電力を用いて前記点灯状態を制御し、
    前記非充電期間では、前記制御部が、前記充電電力の一部を用いて前記点灯状態を制御する
    請求項3に記載の電子機器。
  5. 前記制御部は、
    前記非充電期間の前後の少なくとも一方側に設定された、前記充電期間とのオーバーラップ期間においても、前記充電電力の一部を用いて前記点灯状態を制御する
    請求項4に記載の電子機器。
  6. 前記非充電期間が、前記電力伝送を行う給電装置との間で所定の通信を行う通信期間である
    請求項2に記載の電子機器。
  7. 前記通信期間では、前記充電部および前記状態報知部ならびにそれらの後段に位置する負荷に対する前記受電電力の供給が、いずれも停止される
    請求項6に記載の電子機器。
  8. 前記充電部による前記2次電池への充電完了後においても、前記通信期間が継続して設定される
    請求項6に記載の電子機器。
  9. 前記充電完了後の期間では前記2次電池への充電中の期間と比べ、前記通信期間が低頻度に設定されている
    請求項8に記載の電子機器。
  10. 前記状態報知部は、前記機器状態としての、前記充電部による充電中および充電完了後の各状態を、区別して報知する
    請求項2に記載の電子機器。
  11. 前記状態報知部は、前記非充電期間では、この非充電期間において受け取った受電電力の一部を直接用いて、前記機器状態を報知する
    請求項1に記載の電子機器。
  12. 1または複数の電子機器と、
    前記電子機器に対して磁界または電界を用いた電力伝送を行う給電装置と
    を備え、
    前記電子機器は、
    前記給電装置から伝送された電力を受け取る受電部と、
    前記受電部により受け取った受電電力に基づく充電が行われる2次電池と、
    自身の機器状態を外部へ報知する状態報知部と
    を有し、
    前記受電電力に基づく前記2次電池への充電が行われる充電期間と、非充電期間とが、時分割に設定されており、
    前記状態報知部は、前記充電期間および前記非充電期間のいずれにおいても、前記受電電力に基づいて前記機器状態を報知する
    給電システム。
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