JP2013230079A - 受電装置及び給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置及び給電システムを提供する、及び、給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電システムを提供する。
【解決手段】変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給電用アンテナと、当該受信した変調信号を含む交流電力を整流することにより、当該変調信号を含む交流電力を直流電力に変換する整流回路と、当該変換された直流電力を平滑する平滑化回路と、当該平滑化された直流電力を蓄える蓄電装置と、当該変調信号を含む交流電力が入力され、当該交流電力に含まれる変調信号を解析し、当該直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部と、当該アンテナと当該整流回路との間に配置され、当該通信制御部に入力される当該交流電力の基準電位を変化させる変圧器と、を有する受電装置、及び給電システムに関する。
【選択図】図１

Description

開示される発明の一態様は、受電装置及び給電システムに関する。

様々な電子機器の普及が進み、多種多様な製品が市場に出荷されている。近年では、携帯電話及びデジタルビデオカメラ等の携帯型の電子機器の普及が顕著である。また電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体も製品として市場に登場しつつある。

携帯電話、デジタルビデオカメラまたは電気推進移動体には、蓄電手段である蓄電装置（バッテリ、蓄電池ともいう）が内蔵されている。当該蓄電装置の給電は、殆どが給電手段である家庭用交流電源より直接的に接触させて行われているのが現状である。また蓄電装置を具備しない構成または蓄電装置に給電された電力を用いない構成では、家庭用交流電源より配線等を介して直接給電し動作させているのが現状である。

一方で非接触により蓄電装置の給電または負荷への給電を行う方式についての研究開発も進んでおり、代表的な方式として、電磁結合方式（電磁誘導方式ともいう）（特許文献１及び特許文献２参照）、電波方式（マイクロ波方式ともいう）、磁界共鳴方式（共振方式ともいう）（特許文献３及び特許文献４参照）が挙げられる。

特許文献３に示されるように、磁界共鳴方式の非接触給電技術においては、電力を受ける側の装置（以下、受電装置という）及び電力を供給する側の装置（以下、送電装置という）のそれぞれが、共鳴コイルを有している。また受電装置及び送電装置には、それぞれ電磁誘導コイルが設けられている。送電装置における電源から共鳴コイルへの給電、及び、受電装置における共鳴コイルから負荷への給電は、電磁誘導コイルを介して行われる。

送電装置は、共鳴コイルとコンデンサを含む第１のＬＣ共振回路を有する。受電装置は、共鳴コイルとコンデンサを含む第２のＬＣ共振回路を有する。第１のＬＣ共振回路と第２のＬＣ共振回路は、特定の周波数で磁気共鳴現象が発現するよう、それぞれの共振周波数（ＬＣ共振）が調整されている。

これら送電装置の共鳴コイル及び受電装置の共鳴コイルが対向し、磁界共鳴現象を起こすことにより、当該共鳴コイル間距離が離れている状態でも、効率の良い電力伝送が実現できる（非特許文献１参照）。

特開２０１１−２２３７１６号公報 特開２００９−１８９２３１号公報 特開２０１１−２９７９９号公報 特開２０１１−１６６８８３号公報

「ワイヤレス給電２０１０ 非接触充電と無線電力伝送のすべて」日経エレクトロニクス、２０１０年３月、ｐｐ．６６−８１

特許文献１乃至特許文献４に記載の電力伝送システムでは、電力伝送と共に、受電側の情報を送電側に伝える通信を、受電側のアンテナ及び送電側のアンテナを用いて行っている。

通信と電力伝送を同じ送電側アンテナ及び受電側アンテナで行うと、通信期間（小さい電力で行う）及び給電期間（大きな電力で行う）を、時間的に分離しなくてはならない。そのため、通信中は給電が行えず、また給電中は通信を行えないという状況が発生する。

通信と給電を時間的に分離してしまうと、給電中に通信（データ送受信）を行えなくなり、データ送受信のタイミングの自由度が著しく低下する。そのため、受信側の情報（例えば、受電側の入力電力の電力値や、受電側に設けられた蓄電装置の充電電圧値等）の伝達遅延を招く恐れを生じる。

また通信と給電を時間的に分離してしまうと、通信中は給電を行うことができないため、受電側は継続的に電力を受け取ることができない。

通信中は給電を行うことができないと、直接コードから充電するような接点型充電方式での充電と比較して、蓄電装置への充電速度は低下する。

また、受電側が受け取った電力を、負荷（例えば、電気機器）で消費する場合、電力供給されない期間が発生すると、当該負荷（例えば、電気機器）が動作できないという恐れが生じる。

以上に鑑みて、開示される発明の一態様は、通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置及び給電システムを提供することを課題の一とする。

また通信と給電を同時に行うと、通信の電磁波の基準電位と、給電の直流電力の基準電位がずれてしまい、通信の電磁波の基準電位が不安定化するという恐れがある。通信の電磁波の基準電位が不安定化すると、通信自体が不可能になる恐れが生じる。

よって開示される発明の一態様では、給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電システムを提供することを課題の一とする。

通信及び給電を同時に行う給電システムにおいて、受電装置のアンテナが交流電力を受電後、当該受電した交流電力に含まれていた変調信号を通信制御部へ送り、当該通信制御部の制御回路が当該変調信号を解析する。これにより、当該変調信号に含まれる送電装置の情報や指示を受電装置が受信することができる。

また当該受電した交流電力は、整流回路によって整流され、直流電力に変換される。当該直流電力は、受電装置に設置されている蓄電装置に蓄えられる。蓄電装置に蓄えられた直流電力の一部は、当該通信制御部を駆動する電力として用いられる。

通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置を、図３に示す。図３に示す受電装置１３０は、アンテナである電磁結合コイル１１３、整流回路１１５、平滑化回路１１６、蓄電装置１２０、通信制御部１１９を有している。

電磁結合コイル１１３の一方の端子、整流回路１１５の第１の端子、及び通信制御部１１９の端子Ｔｘ１は、ノードＮＤａと電気的に接続されている。電磁結合コイル１１３の他方の端子、整流回路１１５の第２の端子、及び通信制御部１１９の端子Ｔｘ２は、ノードＮＤｂと電気的に接続されている。電磁結合コイル１１３の中心点は、通信制御部１１９の端子ＣＯＭに電気的に接続されている。

整流回路１１５の第３の端子、平滑化回路１１６の第１の端子、蓄電装置１２０の正極、通信制御部１１９の端子ＶＢａｔは、ノードＮＤｃと電気的に接続されている。整流回路１１５の第４の端子は、接地されている。

整流回路１１５は、交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバータ）として機能する。高い整流効率を得るためには、整流回路１１５として全波整流を用いることが好適である。図３に示す整流回路１１５は、４つのダイオードから構成されるブリッジ整流回路である。

平滑化回路１１６は、整流回路１１５から出力された直流電力を蓄え、かつ放出することにより、直流電力を平滑化する機能を有する。図３の受電装置１３０において、平滑化回路１１６としてコンデンサを用いる。また、平滑化回路１１６の第２の端子は、接地されている。なお平滑化回路１１６は、必要がなければ設けなくてもよい。

蓄電装置１２０は、直流電力を蓄える機能を有する。蓄電装置１２０の正極は、ノードＮＤｃに電気的に接続され、負極は、接地されている。

通信制御部１１９は、送電装置から受電装置へ送電される交流電力に含まれる変調信号（送信信号）を解析する。通信制御部１１９は、入力された交流電力の電圧振幅の振幅変調を読み取ることで、変調信号を解析する。これにより、当該変調信号に含まれる送電装置の情報や指示を受電装置が受信することができる。

なお、変調信号（送信信号）を含む交流電力を受信した受電装置１３０は、送電装置（図示しない）へ反射電力を反射する。当該反射電力には、受電装置１３０の情報を含む変調信号（返信信号）が含まれている。当該返信信号を含む反射電力を受信し、当該返信信号を解析することにより、送電装置は受電装置１３０の情報を得ることができる。これにより、送電装置及び受電装置１３０間の通信が成立する。

通信制御部１１９の端子ＧＮＤには、接地電位ＧＮＤが印加される。通信制御部１１９の端子ＶＢａｔに印加される電位ＶＢａｔ、及び、端子ＧＮＤに印加される接地電位ＧＮＤを基準電位として、通信制御部１１９が駆動される。

一方、通信制御部１１９の端子Ｔｘ１及び端子Ｔｘ２には、受電装置のアンテナが受電した電磁波としての交流電力が入力される。

ここで、整流回路１１５によって整流される前の交流電力の電圧振幅と、整流回路１１５によって整流された後の直流電力の最大電位及び最小電位を図２（Ａ）に示す。なお、図２（Ａ）乃至図２（Ｃ）の横軸は時間であり、縦軸は電位である。ノードＮＤａ、ノードＮＤｂ、及びノードＮＤｃの電位を、それぞれ電位Ｖａ、電位Ｖｂ、及び電位Ｖｃとする。整流回路１１５によって整流された後の直流電力の電位Ｖｃ及び接地電位である電位ＧＮＤは、上述のように、通信制御部１１９を駆動する際の基準電位として機能する。

なお受電装置１３０のアンテナが受電した交流電力は、後述の交流電源で生成された交流電力（搬送波）を変調した電力（電磁波）である。そのため、当該変調した電力（電磁波）を整流することによって得られた直流電力の電位は、最大値が電位Ｖａより低い電位Ｖｃとなり、最小値が接地電位となる。平滑化回路１１６により整流後の直流電力が平滑化され、蓄電装置１２０に充電される。蓄電装置１２０への充電電力の最大電位は電位Ｖｃ、最小電位は電位ＧＮＤとみなすことができる。別言すれば、蓄電装置への充電電圧はＶｃ−ＧＮＤであるとみなすことが可能である。

図２（Ａ）に示すように、受電装置１３０のアンテナ（電磁結合コイル１１３）が受電した交流電力Ａは、最大電位である電位Ｖａ及び最小電位である電位Ｖｂを有する電磁波である。当該交流電力を整流回路１１５によって整流すると、受電装置１３０のアンテナの中心点の電位Ｖｍを基準電位として、プラス側に電位Ｖｃを有する直流電力が発生する。なお本明細書では、アンテナの中心点の電位Ｖｍは、電位Ｖａと電位Ｖｂの差の中間の電位を有するので、電位Ｖｍを交流電力の中間電位ともいう。

上述のようにして生成された直流電力により通信制御部１１９が駆動される場合、通信制御部１１９の端子ＶＢａｔに電位Ｖｃが印加される。

また、上述のように、最大電位である電位Ｖａ、最小電位である電位Ｖｂを有し、変調信号を有する交流電力Ａは、通信制御部１１９の端子Ｔｘ１、端子Ｔｘ２に入力される。この時、通信制御部１１９内部の電位変動の影響を受けて、交流電力の基準電位Ｖｍが変動する場合がある（図２（Ｂ）参照）。

例えば、図２（Ｂ）において、最大電位である電位Ｖａ、最小電位である電位Ｖｂ、及び基準電位である電位Ｖｍを有する交流電力を交流電力Ａとし、基準電位が変動して電位Ｖｍ１となった後の交流電力を交流電力Ｂとする。交流電力Ｂは、基準電位である電位Ｖｍ１（Ｖｍ１＜Ｖｍ）、最大電位である電位Ｖａ’（Ｖａ’＜Ｖａ）、最小電位である電位Ｖｂ’（Ｖｂ’＜Ｖｂ）を有する交流電力である。

交流電力Ｂのような交流電力が整流回路１１５に供給されると、生成されるノードＮＤｃの電位は、電位Ｖｃより低い電位である電位Ｖｃ’となる。なお、電位Ｖｍ１が電位Ｖｍよりも高い場合は、電位Ｖｃ’は電位Ｖｃより高くなる。このように、整流回路１１５に入力される交流電力の基準電位が不安定であると、生成される電位Ｖｃが不安定となり、通信に支障を来す恐れが生じる。さらには、通信制御系の駆動回路の破損を招く恐れが生じる。

安定な通信を得るために、さらに、通信制御系の駆動回路の破損を防ぐために、開示される発明の一態様では、通信制御部１１９内部の電位変動の影響を受けないように、整流回路１１５に交流電力を入力する。より具体的には、受電装置のアンテナ及び整流回路との間に変圧器（トランスともいう）を配置する。

受電装置のアンテナ及び整流回路との間に変圧器を配置すると、アンテナから通信制御部１１９に入力された交流電力（変調信号を含む）が通信制御部１１９内部の電位変動の影響を受けたとしても、変圧器は電圧振幅のみを伝達するため、電位Ｖｃを安定させることができる。

以上により、開示される発明の一態様の受電装置及び給電システムにおいて、安定な通信を得ることができる。さらに、開示される発明の一態様の受電装置及び給電システムにおいて、通信制御系の駆動回路の破損を防ぐことが可能となる。

開示される発明の一態様は、変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給電用アンテナと、当該受信した変調信号を含む交流電力を整流することにより、当該変調信号を含む交流電力を直流電力に変換する整流回路と、当該変換された直流電力を平滑する平滑化回路と、当該平滑化された直流電力を蓄える蓄電装置と、当該変調信号を含む交流電力が入力され、当該交流電力に含まれる変調信号を解析し、当該直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部と、当該アンテナと当該整流回路との間に配置され、当該通信制御部に入力される当該交流電力の基準電位を変化させる変圧器と、を有することを特徴とする受電装置に関する。

開示される発明の一態様において、当該通信制御部は、当該変調信号を解析する制御回路と、当該変調信号を当該制御回路が解析可能な信号に変換する無線インターフェース部と、当該直流電力の電位及び接地電位から、当該制御回路及び当該無線インターフェース部の基準電位を生成するリファレンス電圧生成部を有することを特徴とする。

開示される発明の一態様は、変調信号を生成する第１の制御回路と、当該変調信号を無線通信可能な信号に変換する変調回路と、当該変調信号を含む交流電力を送信する第１のアンテナと、を有する送信装置と、当該変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給電用の第２のアンテナと、当該第２のアンテナが受信した当該変調信号を含む交流電力を整流することにより、当該変調信号を含む交流電力を直流電力に変換する整流回路と、当該変換された直流電力を平滑する平滑化回路と、当該平滑化された直流電力を蓄える蓄電装置と、当該当該変調信号を含む交流電力が入力され、当該交流電力に含まれる当該変調信号を解析し、当該直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部と、当該第２のアンテナと当該整流回路との間に配置され、当該通信制御部に入力される当該交流電力の一部の基準電位を変化させる変圧器と、を有する受電装置と、を有することを特徴とする給電システムに関する。

開示される発明の一態様において、当該通信制御部は、当該変調信号を解析する第２の制御回路と、当該変調信号を当該第２の制御回路が解析可能な信号に変換する無線インターフェース部と、当該直流電力の電位及び接地電位から、当該第２の制御回路及び当該無線インターフェース部の基準電位を生成するリファレンス電圧生成部を有することを特徴とする。

開示される発明の一態様により、通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置及び給電システムを提供することができる。

また開示される発明の一態様により、給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電システムを提供することができる。

受電装置を説明する図。 交流電力及び直流電力を示す図。 受電装置を説明する図。 送電装置を説明する図。 給電システムを説明する図。 変圧器がある場合とない場合について、直流電力の電圧値の変化を示す図。 給電システムを適用できる電気機器について説明する図。

以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、同様のものを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場合がある。

なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、説明を分かりやすくするために、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。

なお、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」または「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁膜上のゲート電極」の表現であれば、ゲート絶縁膜とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外しない。

［実施の形態１］
＜給電システムの構成＞
図５は、本実施の形態の通信及び給電を同時に行う給電システムのブロック図である。図５に示す給電システムは、送電装置１００及び受電装置１１０を有している。

図５に示す給電システムでは、送電装置１００で発生させる電磁波に振幅変調をかけ、当該振幅変調をかけた電磁波（変調信号）を用いて送電装置１００及び受電装置１１０間で無線通信を行う。なお、送電装置１００から受電装置１１０へ送信される変調信号を送信信号とする。また受電装置１１０によって送電装置１００へ反射される電波に含まれる変調信号を返信信号とする。

図５に示す送電装置１００は、変調回路１４１、復調回路１４２、制御回路１０５、方向性結合器１０３、第１のアンテナ１５１を有している。

図５に示す受電装置１１０は、第２のアンテナ１５２、変圧器１２５（トランスともいう）、整流回路１１５、平滑化回路１１６、蓄電装置１２０、通信制御部１１９を有している。

＜送電装置の詳細な構成＞
また本実施の形態の送電装置の詳細な構成を図４に示す。図４に示す送電装置１００は、変調回路１４１、復調回路１４２、制御回路１０５、方向性結合器１０３、第１のアンテナ１５１を有している。図４に示す第１のアンテナ１５１は、第１の電磁結合コイル１０６、第１の共鳴コイル１０８、及び第１のコンデンサ１０９を有している。なお本実施の形態では、交流電源１０７は送電装置１００の外部に設けるが、必要であれば、交流電源１０７を送電装置１００の内部に設けてもよい。

本実施の形態では、交流電源１０７で生成された交流電力は、電磁結合により第１の電磁結合コイル１０６から第１の共鳴コイル１０８へ送電される。また、第１の共鳴コイル１０８と第１のコンデンサ１０９により、第１のＬＣ共振回路が構成される。当該交流電力は、送電装置１００の第１のＬＣ共振回路と、後述する受電装置１１０の第２のＬＣ共振回路が同一の周波数で共鳴（ＬＣ共振）することにより、送電装置１００の第１のＬＣ共振回路から受電装置１１０の第２のＬＣ共振回路へ送電される。さらに、受電装置１１０の第２のＬＣ共振回路が受電した交流電力は、受電装置１１０の第２の共鳴コイル１１２から後述する第２の電磁結合コイル１１３へ、電磁結合にて送電される。

なお、送電装置１００及び受電装置１１０間の交流電力の送電を、共鳴現象を利用せず、電磁結合を用いて行う場合は、送電装置１００の第１の共鳴コイル１０８及び第１のコンデンサ１０９、並びに、受電装置１１０の第２の共鳴コイル１１２及び第２のコンデンサ１１１は設けなくてもよい。送電装置１００及び受電装置１１０間の交流電力の送電を、電磁結合を用いて行う場合は、送電装置１００の第１の電磁結合コイル１０６及び受電装置１１０の第２の電磁結合コイル１１３の電磁結合を用いて行えばよい。

交流電源１０７は高周波の交流電力を生成する電源である。交流電源１０７の一方の端子は、変調回路１４１の第１の端子に電気的に接続されている。交流電源１０７の他方の端子は、接地されている。

変調回路１４１は、制御回路１０５から出力された送信信号を、無線通信可能な信号に変換する機能を有する回路である。変調回路１４１の第１の端子は、交流電源１０７の第１の端子に電気的に接続されている。変調回路１４１の第２の端子は、方向性結合器１０３の第１の端子に電気的に接続されている。変調回路１４１の第３の端子は、制御回路１０５の第１の端子に電気的に接続されている。

復調回路１４２は、受電装置１１０からの無線信号（本明細書では返信信号という）を制御回路１０５が処理可能な信号に変換する機能を有する回路である。復調回路１４２の第１の端子は、方向性結合器１０３の第２の端子に電気的に接続されている。復調回路１４２の第２の端子は、制御回路１０５の第２の端子に電気的に接続されている。

制御回路１０５は、受電装置１１０へ送信する変調信号（送信信号）を生成する機能や、当該変調信号（送信信号）に応じて受電装置１１０から返信され、受電装置１１０の情報を有する変調信号（返信信号）を処理する機能を有している。制御回路１０５の第１の端子は、変調回路１４１の第３の端子に電気的に接続されている。制御回路１０５の第２の端子は、復調回路１４２の第２の端子に電気的に接続されている。

方向性結合器１０３（「カプラ」ともいう）は、順方向に伝搬する電力（進行波）若しくは逆方向に伝搬する電力（反射波）、またはその両方に対応する信号を取り出すことができる。方向性結合器１０３の第１の端子は、変調回路１４１の第２の端子に電気的に接続されている。方向性結合器１０３の第２の端子は、復調回路１４２の第１の端子に電気的に接続されている。方向性結合器１０３の第３の端子は、第１のアンテナ１５１の第１の電磁結合コイル１０６の一方の端子に電気的に接続されている。

第１の電磁結合コイル１０６は、上述のように、電磁結合により第１の電磁結合コイル１０６から第１の共鳴コイル１０８に交流電力を送電する機能を有する。第１の電磁結合コイル１０６の一方の端子は、方向性結合器１０３の第３の端子に電気的に接続されている。第１の電磁結合コイル１０６の他方の端子は、接地されている。

第１のＬＣ共振回路は、受電装置１１０の第２のＬＣ共振回路と、同一の周波数で共鳴（ＬＣ共振）することにより、交流電力を送電する機能を有する。第１の共鳴コイル１０８の一方の端子は、第１のコンデンサ１０９の一方の端子に電気的に接続されている。第１の共鳴コイル１０８の他方の端子は、第１のコンデンサ１０９の他方の端子に電気的に接続されている。

なお上述のように、送電装置１００及び受電装置１１０間の交流電力の送電を、共鳴現象を利用せず、電磁結合を用いて行う場合は、送電装置１００の第１の電磁結合コイル１０６及び受電装置１１０の第２の電磁結合コイル１１３の電磁結合を用いて行えばよく、送電装置１００の第１の共鳴コイル１０８及び第１のコンデンサ１０９、並びに、受電装置１１０の第２の共鳴コイル１１２及び第２のコンデンサ１１１は設けなくてもよい。

＜受電装置の詳細な構成＞
本実施の形態の受電装置の詳細な構成を図１に示す。図１に示す受電装置１１０は、第２のアンテナ１５２、変圧器１２５、整流回路１１５、平滑化回路１１６、蓄電装置１２０、通信制御部１１９を有している。図１に示す第２のアンテナ１５２は、第２の電磁結合コイル１１３、第２の共鳴コイル１１２、第２のコンデンサ１１１を有している。また通信制御部１１９は、リファレンス電圧生成部１２３、無線インターフェース部１２１、及び制御回路１２２を有している。

第２の共鳴コイル１１２の一方の端子は、第２のコンデンサ１１１の一方の端子に電気的に接続されている。第２の共鳴コイル１１２の他方の端子は、第２のコンデンサ１１１の他方の端子に電気的に接続されている。第２の共鳴コイル１１２と第２のコンデンサ１１１により、第２のＬＣ共振回路が構成される。

第２の電磁結合コイル１１３の一方の端子、通信制御部１１９の無線インターフェース部１２１の端子Ｔｘ１、及び変圧器１２５の第１の端子は、ノードＮＤｄに電気的に接続されている。第２の電磁結合コイル１１３の他方の端子、通信制御部１１９の無線インターフェース部１２１の端子Ｔｘ２、及び変圧器１２５の第２の端子は、ノードＮＤｅに電気的に接続されている。第２の電磁結合コイル１１３の中心点は、通信制御部１１９の無線インターフェース部１２１の端子ＣＯＭに電気的に接続されている。

変圧器１２５は、交流電力の電位の大きさを、電磁誘導を利用して変換する電力機器である。変圧器１２５として、本実施の形態では、一次側（入力側）と二次側（出力側）のコイルの巻数が同じであるような２つのコイルを有する変圧器を用いる。一次コイルと二次コイルの巻数が同じであれば、変圧器１２５の入力前後で、交流電力の電圧振幅を一定とさせ、かつ、交流電力の基準電圧を変化することが可能となる。

本実施の形態の変圧器１２５において、一次コイルの一方の端子を変圧器１２５の第１の端子、一次コイルの他方の端子を変圧器１２５の第２の端子、二次コイルの一方の端子を変圧器１２５の第３の端子、及び、二次コイルの他方の端子を変圧器１２５の第４の端子とする。

整流回路１１５は、交流電力を直流電力に変換する交流−直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバータ）として機能する。高い整流効率を得るためには、整流回路１１５として全波整流を用いることが好適である。図１に示す整流回路１１５は、４つのダイオードから構成されるブリッジ整流回路である。整流回路１１５の第１の端子と、変圧器１２５の第３の端子は、ノードＮＤａに電気的に接続されている。整流回路１１５の第２の端子と、変圧器１２５の第４の端子は、ノードＮＤｂに電気的に接続されている。整流回路１１５の第３の端子、平滑化回路１１６の第１の端子、蓄電装置１２０の正極、通信制御部１１９のリファレンス電圧生成部１２３の端子ＶＢａｔは、ノードＮＤｃに電気的に接続されている。整流回路１１５の第４の端子は、接地されている。

ノードＮＤａ、ノードＮＤｂ、ノードＮＤｃ、ノードＮＤｄ、及びノードＮＤｅの電位を、それぞれ電位Ｖａ、電位Ｖｂ、電位Ｖｃ、電位Ｖｄ、及び電位Ｖｅとする。

平滑化回路１１６は、整流回路１１５から出力された直流電力を蓄え、かつ放出することにより、直流電力を平滑化する機能を有する。図１の受電装置１１０において、平滑化回路１１６としてコンデンサを用いる。平滑化回路１１６の第２の端子は、接地されている。なお平滑化回路１１６は、必要がなければ設けなくてもよい。

蓄電装置１２０は、整流回路１１５によって整流され、平滑化回路１１６によって平滑化されることによって得られた直流電力を蓄える機能を有する。蓄電装置１２０の負極は、接地されている。

通信制御部１１９は、送電装置１００から受電装置１１０へ送電される交流電力に含まれる変調信号（送信信号）を解析する。通信制御部１１９は、入力された交流電力の電圧振幅の振幅変調を読み取ることで、変調信号を解析する。これにより、当該変調信号に含まれる送電装置の情報や指示を受電装置１１０が受信することができる。

なお、変調信号（送信信号）を含む交流電力を受信した受電装置１１０は、送電装置１００へ反射電力を反射する。当該反射電力には、受電装置１１０の情報を含む変調信号（返信信号）が含まれている。当該返信信号を含む反射電力を受信し、当該返信信号を解析することにより、送電装置１００は受電装置１１０の情報を得ることができる。これにより、送電装置１００及び受電装置１１０間の通信が成立する。

通信制御部１１９のリファレンス電圧生成部１２３は、得られた直流電力及び接地電位ＧＮＤから、無線インターフェース部１２１及び制御回路１２２の基準電位を生成する機能を有する。リファレンス電圧生成部１２３の端子ＶＢａｔは、整流回路１１５の第３の端子、平滑化回路１１６の第１の端子、及び、蓄電装置１２０の正極に電気的に接続されている。リファレンス電圧生成部１２３の端子ＧＮＤは、接地されており、接地電位ＧＮＤが印加される。リファレンス電圧生成部１２３の端子ＡＶＤＤは、無線インターフェース部１２１の端子ＡＶＤＤに電気的に接続されている。リファレンス電圧生成部１２３の端子ＤＶＤＤは、制御回路１２２の端子ＤＶＤＤに電気的に接続されている。

リファレンス電圧生成部１２３によって当該直流電力から生成された電位ＡＶＤＤが、リファレンス電圧生成部１２３の端子ＡＶＤＤ及び無線インターフェース部１２１の端子ＡＶＤＤを介して、無線インターフェース部１２１に供給される。電位ＡＶＤＤ及び接地電位ＧＮＤは、無線インターフェース部１２１の基準電位として機能する。またリファレンス電圧生成部１２３によって当該直流電力から生成された電位ＤＶＤＤが、リファレンス電圧生成部１２３の端子ＤＶＤＤ及び制御回路１２２の端子ＤＶＤＤを介して、制御回路１２２に供給される。電位ＤＶＤＤ及び接地電位ＧＮＤは、制御回路１２２の基準電位として機能する。

無線インターフェース部１２１は、送電装置１００からの変調信号（送信信号）を制御回路１２２が処理可能な信号に変換する復調回路、及び、制御回路１２２から出力された変調信号（返信信号）を、無線通信可能な信号に変換する変調回路を有する回路である。無線インターフェース部１２１の端子ＡＶＤＤは、リファレンス電圧生成部１２３の端子ＡＶＤＤに電気的に接続されている。無線インターフェース部１２１の端子ＣＯＭは、第２の電磁結合コイル１１３の中心点に電気的に接続されている。無線インターフェース部１２１の端子ＧＮＤには、接地電位ＧＮＤが印加される。無線インターフェース部１２１の端子ＣＮＴは、制御回路１２２の端子ＣＮＴに電気的に接続されている。

制御回路１２２は、受電装置１１０の情報を有する変調信号（返信信号）を生成する機能や、送電装置１００から送信された変調信号（送信信号）を処理する機能を有している。制御回路１２２の端子ＤＶＤＤは、リファレンス電圧生成部１２３の端子ＤＶＤＤに電気的に接続されている。制御回路１２２の端子ＧＮＤは接地されており、接地電位ＧＮＤが印加される。制御回路１２２の端子ＣＮＴは、無線インターフェース部１２１の端子ＣＮＴに電気的に接続されている。

第２の電磁結合コイル１１３及び整流回路１１５との間に変圧器１２５を設けた場合の交流電力の変化を図２（Ｃ）に示す。

図２（Ｃ）において、通信制御部１１９に入力され、変調信号（送信信号）を含む交流電力を交流電力Ｔとし、整流回路１１５によって整流され直流電力に変換される交流電力を交流電力Ｃとする。交流電力Ｔの最大電位及び最小電位は、それぞれ電位Ｖｅ及び電位Ｖｆである。また交流電力Ｔの中間電位を電位Ｖｍ２とする。また交流電力Ｃの最大電位及び最小電位は、それぞれ電位Ｖａ及び電位Ｖｂである。また交流電力Ｃの中間電位を電位Ｖｍとする。

第２の電磁結合コイル１１３及び整流回路１１５との間に変圧器１２５を設けることにより、交流電力Ｔ及び交流電力Ｃを互いに独立させることができる。より具体的には、交流電力Ｔの電圧振幅を有し、交流電力Ｔとは異なる中間電位を有する交流電力Ｃを整流回路１１５に供給することができる。なお、交流電力Ｔと交流電力Ｃの中間電位が同じ場合もありうる。

別言すれば、変圧器１２５を設けることにより、交流電力Ｔの電位Ｖｍ２を電位Ｖｍに変化させて整流回路１１５に入力することができる。よって、電位変動が少なく、安定した電位Ｖｃを通信制御部１１９に供給することができる。

蓄電装置１２０の充電に用いる直流電力は、中間電位が電位Ｖｍの交流電力（交流電力Ｃ）から生成される。一方、通信制御部１１９に入力される交流電力は、中間電位が電位Ｖｍ２である交流電力Ｔである。交流電力Ｔに含まれる変調信号（送信信号）は、無線インターフェース部１２１によって、制御回路１２２が処理可能な信号に変換される。

以上により、通信と給電を同時に行っても、通信のための交流電力Ｔ及び給電のための交流電力Ｃが互いに干渉せず、通信を安定に行うことが可能となる。

第２の電磁結合コイル１１３及び整流回路１１５との間に変圧器１２５を設けた受電装置と設けない受電装置について、通信制御部１１９の基準電位である電位ＶＢａｔの変化を図６に示す。図６においては、給電と同時に通信を行う測定を４回行った。また、図６の横軸は測定回数、縦軸は電位ＶＢａｔの値である。

また図６において、変圧器１２５を設けた場合と設けない場合いずれにおいても、受電電力の電力値は１．８Ｗ以上２．５Ｗ以下であった。

図６に示されるように、変圧器１２５を設けた受電装置では、電位ＶＢａｔは一定の値（３．３Ｖ）を維持している。一方、変圧器１２５を設けない受電装置では、電位ＶＢａｔは、一定の値を取らず、変動する。

電位ＶＢａｔが変動するということは、直流電力に変換される前の交流電力の基準電位（図２（Ａ）に示す電位Ｖｍ）が変動しているということである。基準電位が変動する交流電力を通信に用いると、通信が不安定なる、さらには、通信が成立しなくなるという恐れがある。

一方、電位ＶＢａｔが一定の値を維持しているということは、給電に用いられる交流電力（図２（Ｃ）に示す交流電力Ｃ）の基準電位が一定の値で安定しているということである。変圧器を設けたことにより、給電用の交流電力（交流電力Ｃ）及び通信用の交流電力（交流電力Ｔ）が分離され、安定な通信が可能となる。

以上説明したように、本実施の形態により、通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置及び給電システムを提供することができる。

また本実施の形態により、給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電システムを提供することができる。

［実施の形態２］
本実施の形態では、実施の形態１で説明した給電システムを適用できる電気機器について説明する。なお、本発明の一態様に係る給電システムを適用できる電気機器としては、携帯型の電子機器である、デジタルビデオカメラ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）再生装置）などが挙げられる。また、電力を基に動力を得る電気自動車等の電気推進移動体が挙げられる。以下、一例について図７を参照して説明する。

図７（Ａ）は、携帯電話及び携帯情報端末を給電システムの用途とする一例であり、送電装置７０１、受電装置７０３Ａを有する携帯電話７０２Ａ、受電装置７０３Ｂを有する携帯電話７０２Ｂによって構成されている。実施の形態１で説明した給電システムは、送電装置７０１と受電装置７０３Ａ及び受電装置７０３Ｂの間で適用することができる。

図７（Ｂ）は、電気推進移動体である電気自動車を給電システムの用途とする一例であり、送電装置７１１と、受電装置７１３を有する電気自動車７１２とによって構成されている。実施の形態１で説明した給電システムは、送電装置７１１と受電装置７１３の間で適用することができる。

以上説明したように、本実施の形態により、通信及び給電を同時に行うことが可能な受電装置及び給電システムを提供することができる。

また本実施の形態により、給電中も安定な通信が行える受電装置及び給電システムを提供することができる。

本実施の形態により、電気機器に対して安定な給電及び通信を同時に行うことが可能である。

１００ 送電装置
１０３ 方向性結合器
１０５ 制御回路
１０６ 第１の電磁結合コイル
１０７ 交流電源
１０８ 第１の共鳴コイル
１０９ 第１のコンデンサ
１１０ 受電装置
１１１ 第２のコンデンサ
１１２ 第２の共鳴コイル
１１３ 第２の電磁結合コイル
１１５ 整流回路
１１６ 平滑化回路
１１９ 通信制御部
１２０ 蓄電装置
１２１ 無線インターフェース部
１２２ 制御回路
１２３ リファレンス電圧生成部
１２５ 変圧器
１３０ 受電装置
１５１ 第１のアンテナ
１５２ 第２のアンテナ
７０１ 送電装置
７０２Ａ 携帯電話
７０２Ｂ 携帯電話
７０３Ａ 受電装置
７０３Ｂ 受電装置
７１１ 送電装置
７１２ 電気自動車
７１３ 受電装置

Claims (4)

1. 変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給電用アンテナと、
   前記受信した変調信号を含む交流電力を整流することにより、前記変調信号を含む交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
   前記変換された直流電力を平滑する平滑化回路と、
   前記平滑化された直流電力を蓄える蓄電装置と、
   前記変調信号を含む交流電力が入力され、前記交流電力に含まれる変調信号を解析し、前記直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部と、
   前記アンテナと前記整流回路との間に配置され、前記通信制御部に入力される前記交流電力の基準電位を変化させる変圧器と、
   を有することを特徴とする受電装置。
2. 請求項１において、
   前記通信制御部は、
   前記変調信号を解析する制御回路と、
   前記変調信号を前記制御回路が解析可能な信号に変換する無線インターフェース部と、
   前記直流電力の電位及び接地電位から、前記制御回路及び前記無線インターフェース部の基準電位を生成するリファレンス電圧生成部を有することを特徴とする受電装置。
3. 変調信号を生成する第１の制御回路と、
   前記変調信号を無線通信可能な信号に変換する変調回路と、
   前記変調信号を含む交流電力を送信する第１のアンテナと、
   を有する送信装置と、
   前記変調信号を含む交流電力を受信する、通信用及び給電用の第２のアンテナと、
   前記第２のアンテナが受信した前記変調信号を含む交流電力を整流することにより、前記変調信号を含む交流電力を直流電力に変換する整流回路と、
   前記変換された直流電力を平滑する平滑化回路と、
   前記平滑化された直流電力を蓄える蓄電装置と、
   前記前記変調信号を含む交流電力が入力され、前記交流電力に含まれる前記変調信号を解析し、前記直流電力の電位及び接地電位を用いて駆動される通信制御部と、
   前記第２のアンテナと前記整流回路との間に配置され、前記通信制御部に入力される前記交流電力の一部の基準電位を変化させる変圧器と、
   を有する受電装置と、
   を有することを特徴とする給電システム。
4. 請求項３において、
   前記通信制御部は、
   前記変調信号を解析する第２の制御回路と、
   前記変調信号を前記第２の制御回路が解析可能な信号に変換する無線インターフェース部と、
   前記直流電力の電位及び接地電位から、前記第２の制御回路及び前記無線インターフェース部の基準電位を生成するリファレンス電圧生成部を有することを特徴とする給電システム。

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