JP2013250864A - 送電装置、受電装置および送受電システム - Google Patents

Abstract

【課題】安定して通信を行うことができる送受電システム、ならびに、これに用いられる送電装置および受電装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、送電装置および受電装置を備える送受電システムが提供される。前記送電装置は、前記受電装置へ電力を無線で送電する送電部と、前記受電装置と、データを含むデータフレームの無線通信を行う第１の無線通信部と、を備える。前記受電装置は、前記送電部から送電される電力を受電する受電部と、前記受電した電力を用いて、前記第１の無線通信部と、前記データフレームの無線通信を行う第２の無線通信部と、を備える。前記受電部が電力を受電していない間に、前記第２の無線通信部が無線通信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、送電装置、受電装置および送受電システムに関する。

近年、電源を持たないメモリカードに対して、ホストから電力を無線給電し、この電力を用いてメモリカードがホストと無線通信を行う通信システムの検討がなされている。このようなシステムでは、給電および通信ともに無線で行われるため、通信が不安定になりやすい、という問題がある。

http://www.wirelesspowerconsortium.com/developers/specification.html

安定して通信を行うことができる送受電システム、ならびに、これに用いられる送電装置および受電装置を提供する。

実施形態によれば、送電装置および受電装置を備える送受電システムが提供される。前記送電装置は、前記受電装置へ電力を無線で送電する送電部と、前記受電装置と、データを含むデータフレームの無線通信を行う第１の無線通信部と、を備える。前記受電装置は、前記送電部から送電される電力を受電する受電部と、前記受電した電力を用いて、前記第１の無線通信部と、前記データフレームの無線通信を行う第２の無線通信部と、を備える。前記受電部が電力を受電していない間に、前記第２の無線通信部が無線通信を行う。

第１の実施形態に係る送受電システムの概略構成を示すブロック図。 送電装置１の内部構成の一例を示すブロック図。 受電装置２の内部構成の一例を示すブロック図。 薄膜電池２２２の構造を示す斜視図。 図１の送受電システムの処理動作の概略を示すフローチャート。 電力伝送工程を示すシーケンス図。 無線通信工程を示すシーケンス図。 電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図。 第２の実施形態に係る送受電システムにおける受電装置２の無線通信部２５’の内部構成の一例を示すブロック図。 送受電システムの処理動作の一例を示すフローチャート。 電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図。 送受電システムの処理動作の一例を示すフローチャート。 電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図。 送受電システムの処理動作の一例を示すフローチャート。 電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図。

以下、実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る送受電システムの概略構成を示すブロック図である。送受電システムは、コイル１１ａおよびアンテナ１２ａを有する送電装置１と、コイル２１ａおよびアンテナ２５ａを有する受電装置２とから構成される。送電装置１はホストであり、相対的に大きな電源を有する携帯端末装置や据置型端末装置等である。受電装置２はタグとも呼ばれるものであり、電源を持たないか相対的に小さな電源を有するメモリカード等である。よって、受電装置２は、送電装置１から無線伝送される電力を用いて、動作する。

送電装置１と受電装置２との間で、コイル１１ａ，２１ａを用いて電力の無線伝送を行う。電力伝送用電波の周波数は数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚ程度である。例えば、電力伝送用電波の周波数を１３．５６ＭＨｚとすることで、コイル１１ａ，２１ａを近距離無線通信（Near Field Communication：ＮＦＣ）用のコイルと共用できる。

送電装置１と受電装置２との間で、データを含むデータフレームの無線通信を行う。電力伝送用電波の周波数はそれほど高くないため、相対的に大量のデータフレームの無線伝送には必ずしも適していない。そこで、アンテナ１２ａ，２５ａを用いてデータフレームの無線通信を行う。無線通信用電波の周波数は高く、例えば２．４ＧＨｚあるいは４．４８ＧＨｚの超広帯域（Ultra Wide Band：ＵＷＢ）である。

このように、本実施形態では、電力伝送手段と無線通信手段とが異なっている構成を有する。ここで、電力伝送用電波の周波数が１３．５６ＭＨｚである場合、その３３０倍の高調波が４．４７４ＧＨｚであり、無線通信用電波の周波数と重なって干渉するおそれがある。干渉が生じると、データフレームの通信速度が低下してしまうことがある。そこで、本実施形態では、電力の無線伝送とデータフレームの無線通信とを排他的に行うことで、電力伝送用電波と無線通信用電波とが干渉してしまうのを回避することを図る。

以下、送電装置１および受電装置２の構成について、詳しく説明する。

図２は、送電装置１の内部構成の一例を示すブロック図である。送電装置１は、送電制御部１１と、コイル１１ａと、無線通信部（第１の無線通信部）１２と、アンテナ１２ａとを有する。

図２に示すように、送電制御部１１は、発振回路１１１と、増幅回路１１２とを有する。発振回路１１１は電力を無線送電するための発振信号を生成する。増幅回路１１２は発振信号を増幅する。増幅された発振信号がコイル１１ａに印加されることで、送電用の電波が送出される。以上のようにして、送電装置１から受電装置２へ、電力が無線送電される。なお、送電制御部１１およびコイル１１ａは送電部１０を構成する。

無線通信部１２は高速に無線通信を行う回路であり、ＭＡＣ（Media Access Control）回路１２１と、ベースバンド回路１２２と、高周波回路１２３とを有する。ＭＡＣ回路１２１はデータに対してプロトコルコントロールを行う。ベースバンド回路１２２は誤り訂正、符号化処理、変調処理等の信号処理を行う。高周波回路１２３は、アンテナ１２ａを介し、超広帯域無線電波でデータフレームの無線通信を行う。なお、アンテナ１２ａに代えて、カプラを用いた電磁結合による無線通信を行ってもよい。

図３は、受電装置２の内部構成の一例を示すブロック図である。受電装置２は、コイル２１ａと、受電制御部２１と、電荷保持部２２と、電荷監視部２３と、制御部２４と、無線通信部（第２の無線通信部）２５と、アンテナ２５ａと、メモリ２６とを有する。

送電装置１のコイル１１ａと数ｃｍまで近接する位置にコイル２１ａが配置されると、コイル１１ａに流れる電流に応じた電流がコイル２１ａにも発生する。この電流が受電制御部２１へ流れ込む。

図３に示すように、受電制御部２１は、例えば整流ダイオード等から構成される整流回路２１１を有し、コイル２１ａから流れ込む電流を直流電流へと変換する。電荷保持部２２は電荷保持のためのコンデンサ２２１を有し、受電制御部２１で変換された電流により電荷がコンデンサ２２１に蓄積される。蓄積された電荷は受電装置２内の各部の処理動作、例えば送電装置１との無線通信やメモリ２６へのアクセスに用いられる。

同図では、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を念頭に置いて、コイル１１ａ，コイル２１ａにより電力を磁力等に変換して電力を伝送する例を示している。もちろん、電極を用いて電力を伝送する誘導電界方式や、放射界を用いた送電方式等、アンテナにより電力伝送を行ってもよい。

電荷保持部２２は、コンデンサ２２１に加え、伝送される電力により充電可能な薄膜電池２２２を有してもよい。図４は、薄膜電池２２２の構造を示す斜視図である。薄膜電池２２２は基板２２２ａと、正極集電体２２２ｂと、正極２２２ｃと、固体電解質２２２ｄと、負極２２２ｅと、保護膜２２２ｆと、負極集電体２２２ｇとを有する。固体電解質２２２ｄを使用しているので、薄膜電池２２２は薄型でありながら安全性を兼ね備えている。薄膜電池２２２は薄型かつ軽量の電池であり、例えば容量は１〜１０ｍＡ／ｈ、厚さは１インチ角で１００〜３００μｍ、重さは０．１〜０．２ｇ程度である。このように薄くて軽い電池を受電装置２内に内蔵することで、より安定的に受電装置２を動作させることができる。

図３に戻り、電荷監視部２３は受電制御部２１の状態、特に電荷保持部２２に蓄積される電荷量を監視する。監視の手法に制限はなく、例えば電荷量に応じてコンデンサ２２１が出力する電圧が変化することから、コンデンサ２２１の出力電圧を通して、電荷量を監視してもよい。また、電荷保持部２２に流れ込む電流量やその時間変化を監視してもよい。電荷監視部２３は、蓄積された電荷量等に基づいて電力の伝送状況を検出し、制御部２４に通知する。

制御部２４は、電荷監視部２３からの通知をもとに、無線通信部２５およびメモリ２６を制御する。より具体的には、制御部２４は、無線通信部２５が無線通信を行うタイミングや、受電部２０が無線受電を行うタイミングを制御したり、メモリ２６へのアクセスを行ったりする。

無線通信部２５は送電装置１の無線通信部１２と類似している。送電装置１から受信したデータを表示デバイス（不図示）用に復調して表示するようにしてもよい。

メモリ２６は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリやＭＲＡＭ（Magnetic Random Access Memory）等の不揮発性メモリセル２６１と、メモリインターフェース（ＭＥＭ ＩＦ）２６２とを有する。メモリインターフェース２６２を介して、制御部２４により、データが不揮発性メモリセル２６１に読み書き（読み出し、および／または、書き込み）される。

本実施形態の受電装置２は、送電装置１から無線伝送される電力を用いて動作することを想定しているため、不揮発性メモリを用いる。受電装置２が電池等により電源を供給されるのであれば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のような揮発性メモリでも構わない。

このように、電力伝送およびデータ通信をともに無線で行うため、非接触で送電装置１から受電装置２のメモリ２６へアクセスできる。よって、受電装置２に電気的な端子が不要となり、デザインの自由度や防水性が向上する。

続いて、図１の送受電システムの処理動作を説明する。

図５は、図１の送受電システムの処理動作の概略を示すフローチャートである。まず、送電装置１の送電部１０は、受電装置２の受電部２０へ、電力の無線送電を開始する。これに伴い、受電部２０が電力を受電し、電荷保持部２２に電荷が蓄積されていく（ステップＳ１）。送電装置１と受電装置２との間で無線通信を行うのに必要な量の電荷（ＴＨＢ、詳しくは後述する）が電荷保持部２２に蓄積されると（ステップＳ２のＹＥＳ）、制御部２４は電力の無線伝送を停止する（ステップＳ３）。

そして、電力の無線伝送が停止した状態で、制御部２４は、送電装置１の無線通信部１２と受電装置２の無線通信部２５との間で、データフレームの無線通信を開始させる（ステップＳ４）。本実施形態では、無線通信を行いながら、制御部２４がメモリ２６へアクセスすることを想定している。無線通信が完了すれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、送受電システムの処理動作は終了である。

無線通信を行うのに必要な量の電荷が電荷保持部２２に蓄積されている限り、受電装置２の無線通信部２５は、送電装置１との無線通信を継続する（ステップＳ６のＮＯ）。しかしながら無線通信中、電荷保持部２２に蓄積された電荷が無線通信部２５やメモリ２６により消費されて減少し、無線通信の継続が困難になると（ステップＳ６のＹＥＳ）、いったん制御部２４は無線通信を停止させる（ステップＳ７）。そして、無線通信が停止した状態で、再度電荷を蓄積すべく、制御部２４は送電装置１から受電装置２への電力の無線伝送を開始させる（ステップＳ１）。以上の処理動作を、無線通信が終了するまで行う。

このように、電力の伝送とデータフレームの伝送とを排他的に行うことで、電力伝送用電波と無線通信用電波とが干渉するのを回避できる。

図６は、図５のステップＳ１〜Ｓ３、すなわち、電力伝送工程を示すシーケンス図である。同図を用いて、送受電システムの処理動作を詳細に説明する。

まず、送電装置１の送電部１０は送電を開始する（ステップＳＡ６１）。例えば、送電装置１がバッテリ駆動される携帯端末装置である場合には、送電装置１が明示的に受電装置２へ送電開始を通知する構成も可能である。あるいは、送電装置１がコンセントから電力供給される据置型端末装置である場合には、定常的あるいは定期的に送電状態を維持する構成も可能である。本実施形態においては例示したどちらかの構成や他の構成でも構わない。

送電装置１からの送電により、受電装置２の受電部２０は受電を開始する（ステップＳＡ３１）。より具体的には、送電装置１のコイル１１ａに受電装置２のコイル２１ａが近接することにより、受電制御部２１は受電状態となって電流の生成を開始する。これに伴って電荷保持部２２に電荷が蓄積されていく。

電荷監視部２３は電荷保持部２２に蓄積されている電荷量を監視している。そして、電荷量が所定の閾値ＴＨＡを超えると（ステップＳＡ１１のＹＥＳ）、電荷監視部２３は受電が開始したことを制御部２４に通知する（ステップＳＡ１２）。これに応じて、制御部２４は、制御部２４自身、無線通信部２５およびメモリ２６を起動するとともに、パワーオンリセットと呼ばれる、電源通電時の初期化制御を行う（ステップＳＡ２１）。初期化制御には、例えば各種レジスタのリセット、メモリ２６からのデータロード、プロセッサ上のオペレーティングシステムのブート等を含む。ここで、閾値ＴＨＡは各部の初期化制御に十分な電荷量に対応する。予め初期化制御を行っておくことで、早期に通信の準備を整えることができる。

さらに電荷保持部２２に蓄積されている電荷量が閾値ＴＨＢを超えると（ステップＳＡ１３のＹＥＳ）、電荷監視部２３は受電が完了したことを制御部２４に通知する（ステップＳＡ１４）。受電完了はすなわち、無線通信を開始できることを意味する。受電が完了したことは、受電部２０を介して、送電装置１の送電部１０へ通知される（ステップＳＡ２２，ＳＡ３２）。

本実施形態では、無線通信を行わずに、受電が完了したことを受電部２０から送電部１０へ通知する。そのためには、例えば制御部２４はコイル２１ａの負荷抵抗を変化させ、送電部１０によりその変化を検出すればよい。

ここで、閾値ＴＨＢは無線通信部２５が無線通信を行うのに十分な電荷量に対応する。より具体的には、下記（１）式を満たすときの電荷量を閾値ＴＨＢとする。
Ｐ＊Ｔ＝ｐ＊ｔ＋Ｅｍ ・・・（１）
ここで、Ｐは無線伝送される実効伝送電力、Ｔは電力の無線伝送時間、ｐは無線通信時の実効消費電力、ｔは無線通信時間、Ｅｍはメモリ２６へのアクセスに要するエネルギーである。

閾値ＴＨＢを無線通信の電波状況に応じて調整してもよい。例えば、電波状況が悪い場合、閾値ＴＨＢを高く設定するのが望ましい。これにより、無線通信時にデータ誤りによる再送が多く発生しても、電荷が不足することを抑制できる。

また、閾値ＴＨＢを、受電制御部２１から電荷保持部２２に流れる電流量や、その時間変化量（微分値）に応じて調整してもよい。例えば、電流量が少ない場合は、電力供給が少ないため、閾値ＴＨＢを高く設定するのが望ましい。また、時間変化量が大きい場合は、電力供給が不安定である可能性が高いため、閾値ＴＨＢを高く設定するのが望ましい。いずれの場合も、ある程度多くの電荷を蓄積してから通信を開始することで、より安定したメモリアクセスが可能となる。

送電部１０は、受電完了通知を受けると、送電を停止する（ステップＳＡ６２）。これに伴って、受電部２０は受電を停止する（ステップＳＡ３４）。

図６から分かるように、送電部１０と受電部２０との間で電力の伝送を行っている間、無線通信部１２と無線通信部２５との間でデータフレームの無線通信は行われない。

図７は、図５のステップＳ４〜Ｓ７、すなわち、無線通信工程を示すシーケンス図であり、図６に引き続くものである。同図を用いて、送受電システムの処理動作を詳細に説明する。

送電装置１からの送電が停止した後、受電装置２の制御部２４は接続開始処理を無線通信部２５に指示する（ステップＳＡ２３）。これを受けて、無線通信部２５は接続開始要求信号を送電装置１に送信する（ステップＳＡ４１）。送電装置１の無線通信部１２は、受電装置２において無線通信の準備ができたことを認識し、接続応答信号を受電装置２に送信する（ステップＳＡ５１）。受電装置２の無線通信部２５は、接続応答信号を受信すると、制御部２４に受電装置２との接続が確立したことを通知する（ステップＳＡ４２）。

ここで、図示していないが、接続確立通知の後に、送電装置１と受電装置２との間で、認証処理や、端末情報の交換、ケーパビリティ（どのような機能を持つのか）の確認、データ通信の秘匿のための暗号化に必要な処理等を行ってもよい。

以上のようにして接続が確立されると、送電装置１の無線通信部１２と受電装置２の無線通信部２５との間で無線通信が開始される（ステップＳＡ４３）。また、無線通信を行いながら、制御部２４はメモリ２６へアクセスする（ステップＳＡ２４）。

無線通信として、送電装置１からの要求に応じて、受電装置２のメモリ２６からデータを読み出して送電装置１へ転送する場合を例に取って説明する。まず、送電装置１の無線通信部１２はデータ読み出し要求を受電装置２へ送信する。データ読み出し要求において、例えばメモリ２６の読み出しアドレスを指定してもよいし、読み出しの先頭アドレスとデータ長とのセットを指定してもよい。また、このセットを複数指定してもよい。あるいは、ファイル単位でデータを読み出す場合、フォルダのパスとファイル名を指定してもよい。

データ読み出し要求を受けた受電装置２の無線通信部２５は、データ読み出し要求を制御部２４に通知する。制御部２４は、データ読み出し要求に応じたデータを、メモリ２６から読み出す。読み出されたデータは、データフレームとして無線通信部２５から受電装置２へ送信される。１回のデータ読み出し要求に対して、複数回のデータの読み出しおよびデータ送信を行ってもよい。

あるいは、無線通信として、送電装置１からの要求に応じて、送電装置１から受電装置２へデータフレームを送信して、受電装置２内のメモリ２６にデータを書き込んでもよい。本実施形態では、メモリ２６から読み出す場合も、メモリ２６へ書き込む場合も、無線通信部２５による無線通信を行いながら、制御部２４がメモリ２６にアクセスするものである。

無線通信やメモリ２６へのアクセスには、電荷保持部２２に蓄積された電荷が用いられる。そのため、徐々に電荷は消費されて減っていく。仮に無線通信の途中で、電荷量が閾値ＴＨＣを下回ると（ステップＳＡ１５のＹＥＳ）、無線通信やメモリ２６へのアクセスができなくなる。そのため、電荷監視部２３は保持している電荷の量が低下したことを、制御部２４に通知する。そして、制御部２４は、制御部２４は転送中のデータフレームを破壊することなく退避する終端処理を行うとともに、接続停止処理および送電再開を無線通信部２５に指示する（ステップＳＡ２５）。これを受けて、無線通信部２５は接続停止要求信号および送電再開要求信号を送電装置１に送信する（ステップＳＡ４４）。

送電装置１の無線通信部１２は、接続停止要求信号を受信すると接続を停止して、接続停止信号を受電装置２に送信する（ステップＳＡ５２）。これにより送電装置１と受電装置２との間の無線通信は停止する（ステップＳＡ４５）。一方、送電装置１の送電部１０は、送電再開要求信号を受信すると、送電を再開する（図４のステップＳＡ６１）。

ここで、閾値ＴＨＣは、終端処理、ならびに、無線通信部２５が接続停止要求信号および送電再開要求信号を送電装置１に送信するのに必要な電荷量に対応する。

無線通信部２５が接続停止要求信号および送電再開要求信号を送電装置１に送信すると、電荷保持部２２に蓄積されている電荷量はさらに減少する。その結果、電荷量が閾値ＴＨＡ以下であれば（ステップＳＡ１７のＮＯ）、受電装置２は図６のステップＳＡ１１の状態に戻る。一方、電荷量が閾値ＴＨＡを上回っているが閾値ＴＨＢ以下であれば（ステップＳＡ１７のＹＥＳ）、受電装置２は図６のステップＳＡ１３の状態に戻る。

以上を無線通信が終了するまで繰り返す。図７から分かるように、無線通信部１２と無線通信部２５との間でデータフレームの無線通信を行っている間、送電部１０と受電部２０との間で電力の伝送は行われない。

図８は、電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図である。同図のグラフの横軸は時間であり、縦軸は電荷量である。

時刻ｔ０において受電を開始すると、電荷量は徐々に増加する（図６のステップＳＡ３１）。そして、時刻ｔ１で電荷量が閾値ＴＨＡに達すると、電荷監視部２３により受電開始が検出される（図６のステップＳＡ１２）。さらに、時刻ｔ２で電荷量が閾値ＴＨＢに達すると、電荷監視部２３により受電完了が検出される（図６のステップＳＡ１４）。この時刻ｔ０〜ｔ２の間、電力の無線伝送が行われている。

受電が完了すると、無線通信およびメモリ２６へのアクセスが行われる（図７のステップＳＡ４３，ＳＡ２４）。時刻ｔ３で電荷量が減少して閾値ＴＨＣを下回ると、電荷監視部２３により保持電荷低下が検出される（図７のステップＳＡ１６）。時刻ｔ４で、制御部２４による接続停止処理および送電再開指示が完了し、無線通信およびメモリアクセスが停止する。すなわち、電力伝送が行われていない時刻ｔ２〜ｔ４の間、無線通信およびメモリアクセスが行われている。

その後、時刻ｔ４での電荷量が閾値ＴＨＡ以下であるか（図７のステップＳＡ１７のＮＯ、図８（ａ））、ＴＨＡを上回っているか（図７のステップＳＡ１７のＹＥＳ、図８（ｂ））、に応じた処理動作が行われる。

このように、第１の実施形態では、電力伝送手段とは異なる無線通信手段で、データフレームを通信する。そのため、送電装置１と受電装置２との間で、高速にデータフレームを通信できる。また、電力を伝送していない間に通信するため、電力伝送用の電波と無線通信用の電波とが干渉することを抑制でき、データ通信を安定して行うことができる。加えて、電力伝送に起因して生じる電源やグランドへの雑音による無線通信部１２，２５内のアナログ回路の性能劣化も低減できる。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態は無線通信を行いながらメモリ２６にアクセスするものであった。これに対し、以下に説明する第２の実施形態では、無線通信とメモリアクセスとを異なるタイミングで行い、電力の無線伝送を行いながらメモリアクセスを行うものである。

図９は、第２の実施形態に係る送受電システムにおける受電装置２の無線通信部２５’の内部構成の一例を示すブロック図である。同図の無線通信部２５’は、図３の無線通信部２５内の各部に加え、データが読み書きされるバッファ２５０を有する。このバッファ２５０は揮発性ではあるが、不揮発性のメモリ２６に比べるとアクセス速度が速く、消費電力も小さい。

メモリ２６へのアクセスでは、比較的大きな電力が消費される。この電力は電荷保持部２２に蓄積された電荷から供給されるものであるから、できるだけ電力伝送を行っていない間の消費電力を低減するのが望ましい。

そこで、本実施形態では、無線通信を行っている間、言い換えると、電力伝送を行っていない間は、メモリ２６にアクセスせずバッファ２５０を一時的に利用する。そして、無線通信を行っていない間、言い換えると、電力伝送を行っている間、バッファ２５０とメモリ２６との間でデータをやり取りする。

図１０は、送電装置１から受電装置２へデータフレームを伝送してメモリ２６に書き込む場合の、送受電システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ４は図５と同様なので、説明を省略する。また、第１の実施形態で図６および図７を用いて詳細に説明した点については、簡略化して説明する。

無線通信が開始されると（ステップＳ４）、メモリ２６に書き込むべきデータが、送電装置１の無線通信部１２から受電装置２の無線通信部２５へ送信される。無線通信部２５は、このデータを受信し、バッファ２５０へ書き込む（ステップＳ１１）。メモリ２６ではなくバッファ２５０へ書き込むことで、消費電力を低減でき、電荷保持部２２に蓄積された電荷の消費を抑えることができる。

バッファ２５０への書き込み中に電荷量が不足し、無線通信およびバッファ２５０への書き込みが困難と電荷監視部２３が判断すると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御部２４は無線通信をいったん停止し（ステップＳ１３）、再度十分な電力伝送を行った後に、無線通信を再開する（ステップＳ１〜Ｓ４）。送受電システムは、以上の処理動作を、バッファ２５０への書き込みが完了するまで行う。

バッファ２５０への書き込みが完了すると（ステップＳ１４のＹＥＳ）、制御部２４は無線通信を停止する（ステップＳ１５）とともに、電力伝送を開始する（ステップＳ１６）。そして、電力伝送が行われている状態で、制御部２４は、送電装置１から送信されてステップＳ１１でバッファ２５０に書き込まれたデータを読み出し、メモリ２６へ書き込む（ステップＳ１７）。言い換えると、電力伝送が開始されるまでメモリ２６へのアクセスは行われない。メモリ２６へのアクセスには比較的大きな電力が消費されるが、電力伝送を行いながらメモリアクセスを行うことで、電力不足になることを回避できる。

その後、メモリ２６への書き込みが完了すると（ステップＳ１８のＹＥＳ）、制御部２４は電力伝送を停止する（ステップＳ１９）。もちろん、送電装置１から受電装置２へデータフレームの送信を続けて行ってもよい。

図１１は、電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図である。同図のグラフの横軸は時間であり、縦軸は電荷量である。

時刻ｔ０に〜ｔ２は図８とほぼ同様である。ただし、図１１における無線通信を開始するための閾値ＴＨＢは、図８の閾値ＴＨＢより低くてもよい。その理由は、図８の場合は蓄積された電荷を用いて無線通信とメモリアクセスの両方を行うための電荷量が必要であるが、図１１の場合は無線通信のみを行うための電荷量でよいからである。時刻ｔ２〜ｔ１１間で無線通信が行われるがメモリアクセスが行われないため、図８と比較すると電荷量の減り方は小さい。

その後、ｔ１１においてバッファ２５０への書き込みが完了すると、無線通信が停止されるとともに、電力伝送を開始する（図１０のステップＳ１５，Ｓ１６）。そして、電力伝送が行われている状態で、制御部２４はメモリアクセスを行う（図１０のステップＳ１７）。

以上、送電装置１から受電装置２へデータフレームを伝送してメモリ２６に書き込む場合の処理動作について説明した。次に、逆に、受電装置２のメモリ２６からデータを読み出して送電装置１へ伝送する場合の処理動作について説明する。

図１２は、受電装置２のメモリ２６からデータを読み出し、送電装置１へデータフレームを伝送する場合の、送受電システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。なお、同図の処理に先立って無線通信が行われており、メモリ２６内に記憶されているデータのうち、どのデータを読み出して送電装置１へ送信するか、が送電装置１から受電装置２へ既に通知されているものとする。

電力伝送が開始すると（ステップＳ３１）、制御部２４は受電装置２へ送信すべきデータをメモリ２６から読み出し、バッファ２５０へ一時的に書き込む（ステップＳ３２）。すなわち、図１２においても、電力伝送が行われている間にメモリ２６へのアクセスが行われる。

そして、メモリ２６から読み出してバッファ２５０へ書き込むことが完了し、かつ、無線通信を行うのに必要な電荷量が蓄積されると（ステップＳ３３のＹＥＳ）、制御部２４は電力伝送を停止する（ステップＳ３４）。言い換えると、無線通信を行うのに必要な電荷量が蓄積されても、メモリ２６からの読み出しが完了するまで電力伝送は継続する。

電力伝送を停止した後、無線通信が開始される（ステップＳ３５）。より具体的には、無線通信部２５はバッファ２５０に書き込まれたデータを読み出し、データフレームとして送電装置１へ送信する。以下の処理動作は図５のステップＳ５〜Ｓ７，Ｓ１，Ｓ２と同様である。

図１３は、電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図である。同図のグラフの横軸は時間であり、縦軸は電荷量である。図１２の場合、メモリ２６からの読み出しが完了し、かつ、無線通信を行うのに十分な電荷量が蓄積されてから（ステップＳ３３）、電力伝送を停止する。この点を考慮すると、図１３（ａ），（ｂ）の２通りの動作があり得る。

図１３（ａ）では、時刻ｔ２１でメモリ２６からの読み出しが完了するが、この時点では、まだ十分な電荷（ＴＨＢ）が蓄積されていない。したがって、引き続き電力を伝送し、十分な電荷が蓄積された時刻ｔ２２以降で無線通信を開始する。

一方、図１３（ｂ）では、時刻ｔ２３で十分な電荷（ＴＨＢ）が蓄積されているが、この時点では、まだメモリ２６からの読み出しが完了していない。したがって、引き続き電力を伝送しながらメモリ２６からの読み出しを行い、読み出しが完了した時刻ｔ２４以降で無線通信を開始する。

このように、第２の実施形態では、消費電力が大きいメモリアクセスを、電力伝送中に行う。そのため、電力伝送が行われていない間、すなわち、無線通信を行っている間の消費電力を削減できる。結果として、消費電力のピークが低減され、電力伝送用の回路規模を小さくすることができる。

（第３の実施形態）
上述した第２の実施形態は、電力を伝送しながらメモリアクセスを行うものであった。これに対し、以下に説明する第３の実施形態は、電力伝送、無線通信およびメモリアクセスの３つを排他的に行うものである。以下、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

図１４は、送電装置１から受電装置２へデータフレームを伝送してメモリ２６に書き込む場合の、送受電システムの処理動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１〜Ｓ１５は図１０と同様である。

送電装置１から受電装置２へ送信されるデータフレーム内のデータがすべてバッファ２５０に書き込まれると（ステップＳ１４のＹＥＳ）、無線通信が停止する（ステップＳ１５）。その後、電力伝送を再開することなく、受電装置２の制御部２４は、バッファ２５０に書き込まれたデータを読み出して、メモリ２６へ書き込む（ステップＳ４１）。

メモリ２６０への書き込みが完了する前に（ステップＳ４２のＮＯ）、メモリアクセスのための電荷が不足すると（ステップＳ４３のＹＥＳ）、制御部２４はメモリ２６への書き込みを停止し（ステップＳ４４）、電力伝送を再開する（ステップＳ４５）。そして、電荷監視部２３がメモリアクセスを行うのに十分な量の電荷（ＴＨＥ）が蓄積されたことを検出すると（ステップＳ４６のＹＥＳ）、制御部２４は電力伝送を停止し（ステップＳ４７）、メモリ２６への書き込みを再開する（ステップＳ４１）。

以上の処理動作を、メモリ２６への書き込みが完了するまで（ステップＳ４２のＹＥＳ）、行う。送電装置１から受電装置２へのデータフレームの伝送（ステップＳ４〜Ｓ１５）、および、受電装置２のバッファ２５０からメモリ２６への書き込み（ステップＳ４１，Ｓ４２）を繰り返し行ってもよい。

図１５は、電荷保持部２２に蓄積される電荷量と、送受電システムの処理動作との関係を模式的に示す図である。図示のように、まず送電装置１から受電装置２へ電力伝送を行って、十分な電荷を電荷保持部２２に蓄積する（時刻ｔ３０〜ｔ３１）。その後、無線通信により、送電装置１から受電装置２へデータフレームが伝送され、受電装置２のバッファ２５０へデータが書き込まれる（時刻ｔ３１〜ｔ３２）。さらに、制御部２４により、バッファ２５０のデータがメモリ２６へ書き込まれる（時刻ｔ３２〜ｔ３３）。同図では、無線通信とメモリアクセスを繰り返し行う様子を示している。

以上は、送電装置１から受電装置２へデータフレームを伝送してメモリ２６に書き込む場合の処理動作であるが、受電装置２から送電装置１へデータフレームを伝送する場合も、概略は同様である。

このように、第３の実施形態では、無線通信とメモリアクセスとを排他的に行うため、さらに消費電力のピークを低減できる。

（第４の実施形態）
以下に説明する第４の実施形態は、データフレームに加え、制御信号を含む制御フレームを伝送するものである。

通常のデータフレームはデータ長が長く、誤りが発生する相対的に確率が高い。これに対して、制御フレーム（通信制御用のフレーム、あるいは、マネジメントフレーム）は、変調方式の工夫やデータ長を短くする等により、誤りが発生する確率を低くした信号である。よって、データフレームと比べると、制御フレームは電波の干渉に対する耐性が強い。したがって、電力伝送中に制御フレームを送信しても誤りは発生しにくい。

そこで、本実施形態の無線通信部１２，２５は電力伝送中に制御フレームを伝送するようにしたものである。以下では、制御フレームの使用例をいくつか説明する。

第１の例は、制御フレームを用いて無線通信を確立するものである。例えば図６および図７の場合、電荷保持部２２に蓄積される電荷が無線通信に必要な量（ＴＨＢ）を超えてから（図６のステップＳＡ１３のＹＥＳ）、無線通信部２５が接続開始要求信号を送信するものであった（図７のステップＳＡ４１）。

これに対し、図６のステップＳＡ１２で制御部２４が受電開始を通知されると、制御部２４はパワーオンリセットを行うとともに、無線通信部２５が制御フレームを用いて接続開始要求信号を送電装置１へ送信するよう制御してもよい。これにより、無線通信の接続確立に要する時間を短縮できる。

第２の例は、制御フレームを用いて、受電装置２から送電装置１へ受電完了を通知するものである。図６では、無線通信部２５ではなく、受電部２０により受電完了を送電装置１へと通知するものであった（ステップＳＡ３２）。すなわち、コイル２１ａの負荷抵抗を変化させ、送電部１０によりその変化を検出する。

これに対し、受電完了を通知された制御部２４（ステップＳＡ２２）は、無線通信部２５から制御フレームを送信することにより、受電完了を送電装置１へ通知してもよい。これにより、コイル２１ａの負荷抵抗を変化させたり、変化を検出したりする必要がなくなる。

第３の例は、制御フレームを用いて、データ転送の終端処理および通信の切断を行うものである。図７では、電荷量が閾値ＴＨＣを下回ると（ステップＳＡ１５のＹＥＳ）、制御部２４が終端処理を行うとともに、接続停止要求信号および送電再開指示信号を送信する。すなわち、閾値ＴＨＣはこれらの全ての処理に必要な電荷量である。

これに対して本例では、制御部２４は、電荷量が閾値ＴＨＣ’を下回った時点で、送電再開指示信号を送信する。そして、電力伝送が再開してから、制御フレームを用いて、終端処理および接続停止要求信号の送信を行ってもよい。終端処理および接続停止要求信号の送信を電力伝送中に行うため、上記閾値ＴＨＣ’は送電再開指示信号を送信するのに必要な電荷量となる。結果として、閾値ＴＨＣ’を閾値ＴＨＣより低く設定することができ、より効率よく安定的に無線通信を行うことができる。

このように、第４の実施形態では、データフレームより耐干渉性が強い制御フレームを用いて無線通信を行うことで、送受電システムの性能をさらに向上できる。

上述した実施形態で説明した送受電システムの少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、送受電システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

また、送受電システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 送電装置
１０ 送電部
１１ 送電制御部
１１ａ コイル
１２ 無線通信部
１２ａ アンテナ
２ 受電装置
２０ 受電部
２１ 受電制御部
２１ａ コイル
２２ 電荷保持部
２２２ 薄膜電池
２３ 電荷監視部
２４ 制御部
２５ 無線通信部
２５ａ アンテナ
２５０ バッファ
２６ メモリ

Claims (14)

1. 送電装置および受電装置を備える送受電システムであって、
   前記送電装置は、
   前記受電装置へ電力を無線で送電する送電部と、
   前記受電装置と、データを含むデータフレームの無線通信を行う第１の無線通信部と、を備え、
   前記受電装置は、
   前記送電部から送電される電力を受電する受電部と、
   前記受電した電力を用いて、前記第１の無線通信部と、前記データフレームの無線通信を行う第２の無線通信部と、を備え、
   前記受電部が電力を受電していない間に、前記第２の無線通信部が無線通信を行い、
   前記受電部は、
   前記電力を伝送する電波を受けるコイルと、
   前記電波を電流へ変換する受電制御部と、
   前記電流による電荷を保持する電荷保持部と、を有し、
   前記受電装置は、前記電荷保持部に保持される電荷量を監視する電荷監視部と、
   受電開始後、前記電荷保持部に保持される電荷量が第１の閾値を超えると、前記電力の伝送を停止するとともに、前記第２の無線通信部による無線通信を開始する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記電荷保持部に保持される電荷量が前記第１の閾値を超えると、前記コイルの負荷抵抗を変化させることにより、前記送電装置からの電力の伝送を停止させ、
   前記制御部は、無線通信を行っている間に、前記電荷保持部に保持される電荷量が第２の閾値を下回ると、前記第２の無線通信部による無線通信を停止するとともに、前記送電装置からの電力の伝送を再開させ、
   前記制御部によりアクセスされ、前記データが読み書きされるメモリを備え、
   前記第２の無線通信部が無線通信を行っている間に、前記制御部は前記メモリにアクセスし、
   前記電荷保持部は、前記受電部が受電した電力を充電可能な電池を有し、
   前記第２の無線通信部は、前記受電部が電力を受電している間に、前記送電装置と、制御信号を含む制御フレームの無線通信を行い、
   前記制御フレームは、前記データフレームより耐干渉性が強く、
   前記電力を送電する電波の周波数は１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする送受電システム。
2. 送電装置および受電装置を備える送受電システムであって、
   前記送電装置は、
   前記受電装置へ電力を無線で送電する送電部と、
   前記受電装置と、データを含むデータフレームの無線通信を行う第１の無線通信部と、を備え、
   前記受電装置は、
   前記送電部から送電される電力を受電する受電部と、
   前記受電した電力を用いて、前記第１の無線通信部と、前記データフレームの無線通信を行う第２の無線通信部と、を備え、
   前記受電部が電力を受電していない間に、前記第２の無線通信部が無線通信を行うことを特徴とする送受電システム。
3. 前記受電部は、
   前記電力を伝送する電波を受けるコイルと、
   前記電波を電流へ変換する受電制御部と、
   前記電流による電荷を保持する電荷保持部と、を有し、
   前記受電装置は、前記電荷保持部に保持される電荷量を監視する電荷監視部と、
   受電開始後、前記電荷保持部に保持される電荷量が第１の閾値を超えると、前記電力の伝送を停止するとともに、前記第２の無線通信部による無線通信を開始する制御部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の送受電システム。
4. 前記制御部は、前記電荷保持部に保持される電荷量が前記第１の閾値を超えると、前記コイルの負荷抵抗を変化させることにより、前記送電装置からの電力の伝送を停止させることを特徴とする請求項３に記載の送受電システム。
5. 前記制御部は、無線通信を行っている間に、前記電荷保持部に保持される電荷量が第２の閾値を下回ると、前記第２の無線通信部による無線通信を停止するとともに、前記送電装置からの電力の伝送を再開させることを特徴とする請求項３または４に記載の送受電システム。
6. 前記制御部によりアクセスされ、前記データが読み書きされるメモリを備え、
   前記第２の無線通信部が無線通信を行っている間に、前記制御部は前記メモリにアクセスすることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の送受電システム。
7. 前記制御部によりアクセスされ、前記データが読み書きされるメモリを備え、
   前記受電部が電力を受電している間に、前記制御部は前記メモリにアクセスすることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の送受電システム。
8. 前記第２の無線通信部は、前記データが読み書きされるバッファを有し、無線通信を行いながら、このバッファから前記データを読み出し、および／または、このバッファに前記データを書き込み、
   前記受電部が電力を受電している間に、前記制御部は前記メモリに書き込まれたデータを読み出して前記バッファに書き込む、および／または、前記制御部は前記バッファに書き込まれたデータを読み出して前記メモリに書き込むことを特徴とする請求項７に記載の送受電システム。
9. 前記制御部によりアクセスされ、前記データが読み書きされるメモリを備え、
   前記受電部が電力を受電しておらず、かつ、前記第2の無線通信部が無線通信を行っていない間に、前記制御部は前記メモリにアクセスすることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の送受電システム。
10. 前記電荷保持部は、前記受電部が受電した電力を充電可能な電池を有することを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の送受電システム。
11. 前記第２の無線通信部は、前記受電部が電力を受電している間に、前記送電装置と、制御信号を含む制御フレームの無線通信を行い、
    前記制御フレームは、前記データフレームより耐干渉性が強いことを特徴とする請求項２乃至１０のいずれかに記載の送受電システム。
12. 前記電力を送電する電波の周波数は１３．５６ＭＨｚであることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれかに記載の送受電システム。
13. 電力を無線で送電する送電部と、データを含むデータフレームの無線通信を行う第１の無線通信部と、を備える送電装置と無線通信を行う受電装置であって、
    前記送電部から送電される電力を受電する受電部と、
    前記受電した電力を用いて、前記第１の無線通信部と、前記データフレームの無線通信を行う第２の無線通信部と、を備え、
    前記受電部が電力を受電していない間に、前記第２の無線通信部が無線通信を行うことを特徴とする受電装置。
14. 電力を無線で受電する受電部と、前記受信した電力を用いて、データを含むデータフレームの無線通信を行う第２の無線通信部と、を備える受電装置と無線通信を行う送電装置であって、
    前記受電部へ電力を送電する送電部と、
    前記受電装置とデータフレームの無線通信を行う第１の無線通信部と、を備え、
    前記送電部が電力を送電していない間に、前記第１の無線通信部が無線通信を行うことを特徴とする送電装置。

Images