JP2013252001A - 給電システム、給電装置、及び受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触により複数の携帯端末を同時に効率良く充電することができるようにする。
【解決手段】複数台の受電装置を載置可能に形成された給電装置２から受電装置に非接触により電力を供給する。受電装置は、受電コイルと、受電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、受電コイルに誘起される電力により動作して、受電コイルの端子間電圧を給電装置に通知する受電装置の無線通信部とを備える。給電装置２は、給電コイル１０と、給電コイル１０と直列共振回路を構成するコンデンサＣ９、Ｃ１０と、無線通信部３７と、制御部３２とを備える。待機状態で、載置により受電装置の無線通信部が動作を開始するように、給電コイル１０より電力を送出する。また受電装置の載置により、受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、給電コイル１０の駆動周波数を可変する。また受電装置の追加の載置により給電コイル１０の駆動周波数を可変する。また何れかの載置の中止が検出されると、給電コイルの駆動周波数を可変する。
【選択図】図６

Description

本発明は、非接触により携帯端末に電源を供給する給電システムに関するものである。

従来、非接触により各種の機器に電源を供給する方法が提案されている。このような方法のうちの１つが電磁誘導を利用した給電方法であり、例えば特開２００８−２９５２３１号公報にはこの方法を適用して携帯端末を非接触により充電する工夫が提案されている。

特開２００８−２９５２３１号公報

ところでこの種の給電方法を利用して、非接触により複数の携帯端末を同時に効率良く充電することができれば、便利であると考えられる。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、非接触により複数の携帯端末を同時に効率良く充電することができるようにする。

係る課題を解決するために本発明は、以下のように構成される。

複数台の受電装置を載置可能に形成された給電装置から、前記給電装置に載置された受電装置に非接触により電力を供給する給電システムにおいて、
前記受電装置は、
前記給電装置からの電力を受信する受電コイルと、
前記受電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
前記受電コイルに誘起される電力により動作し、前記受電コイルの端子間電圧を前記給電装置に通知する受電装置の無線通信部とを備え、
前記給電装置は、
前記受電装置に電力を送出する給電コイルと、
前記給電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
前記受電装置の無線通信部との間の無線通信により前記受電コイルの端子間電圧を取得する給電装置の無線通信部と、
各部の動作を制御する制御部とを備え、
前記給電装置は、
前記受電装置の載置を待機する待機状態で、前記給電コイルを駆動することにより、前記受電装置が載置されると、当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始するように、前記給電コイルより電力を送出し、
前記制御部は、
前記待機状態において、前記受電装置が載置されて当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該受電装置の載置を検出し、当該受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、当該受電装置に電力を供給し、
前記受電装置に電力を供給した状態で、他の前記受電装置が載置されて当該他の受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該他の受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該他の受電装置の載置を検出し、それまでに載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧、及び又は当該他の受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、それまでに載置されている受電装置及び当該他の受電装置に電力を供給し、
複数台の前記受電装置に電力を供給している状態で、前記複数台の受電装置の何れかの載置の中止が検出されると、載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、載置されている受電装置に電力を供給する。

係る構成によれば、受電装置の載置により給電コイルで負荷変動する毎に、また受電装置の載置の中止により負荷変動する毎に、最も適切に電力伝送することが可能な駆動周波数により給電コイルを駆動することができ、これにより効率良く電力を伝送して複数台の携帯端末を同時に非接触により充電することができる。また何れの個所に載置した場合でも、それぞれ適切な周波数により駆動することができ、これにより効率良く電力を充電することができる。

また請求項１の構成において、
前記受電装置は、
前記受電コイルに誘起される電力により二次電池に充電用電源を出力し、
前記受電装置の無線通信部は、
前記二次電池の充電の完了を前記給電装置に通知し、
前記制御部は、
複数台の前記受電装置に電力を供給している状態で、前記複数台の受電装置の何れかから前記二次電池の充電の完了が通知されると、載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変する。

係る構成によれば、二次電池の充電の終了により負荷変動した場合でも、最も適切に電力伝送することが可能な駆動周波数により給電コイルを駆動して残りの受電装置に電力を供給することができる。

また請求項１又は請求項２の構成において、
前記給電装置は、
前記給電コイルの電流を検出する電流検出部を有し、
前記制御部は、
前記電流検出部で検出される電流値が判定基準値以下となるように、前記給電コイルの駆動に供するデューティーを可変する。

係る構成によれば、共振コイルの過電流を防止して電力を伝送することができる。

複数台の受電装置を載置可能に形成され、前記受電装置に非接触により電力を供給する給電装置において、
前記受電装置は、
前記給電装置からの電力を受信する受電コイルと、
前記受電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
前記受電コイルに誘起される電力により動作し、前記受電コイルの端子間電圧を前記給電装置に通知する受電装置の無線通信部とを備え、
前記給電装置は、
前記受電装置に電力を送出する給電コイルと、
前記給電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
前記受電装置の無線通信部との間の無線通信により前記受電コイルの端子間電圧を取得する給電装置の無線通信部と、
各部の動作を制御する制御部とを備え、
前記給電装置は、
前記受電装置の載置を待機する待機状態で、前記給電コイルを駆動することにより、前記受電装置が載置されると、当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始するように、前記給電コイルより電力を送出し、
前記制御部は、
前記待機状態において、前記受電装置が載置されて当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該受電装置の載置を検出し、当該受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、当該受電装置に電力を供給し、
前記受電装置に電力を供給した状態で、他の前記受電装置が載置されて当該他の受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該他の受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該他の受電装置の載置を検出し、それまでに載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧、及び又は当該他の受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、それまでに載置されている受電装置及び当該他の受電装置に電力を供給し、
複数台の前記受電装置に電力を供給している状態で、前記複数台の受電装置の何れかの載置の中止が検出されると、載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、載置されている受電装置に電力を供給する。

係る構成によれば、受電装置の載置により給電コイルで負荷変動する毎に、また受電装置の載置の中止により負荷変動する毎に、最も適切に電力伝送することが可能な駆動周波数により給電コイルを駆動することができ、これにより効率良く電力を伝送して複数台の携帯端末を同時に非接触により充電することができる。また何れの個所に載置した場合でも、それぞれ適切な周波数により駆動することができ、これにより効率良く電力を充電することができる。

また複数台の受電装置を載置可能に形成された給電装置に載置されて、前記給電装置より非接触により電力の供給を受ける受電装置において、
前記給電装置は、
前記受電装置に電力を送出する給電コイルと、
前記給電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
前記受電装置の無線通信部との間の無線通信により前記受電コイルの端子間電圧を取得する給電装置の無線通信部と、
各部の動作を制御する制御部とを備え、
前記受電装置は、
前記給電装置からの電力を受信する受電コイルと、
前記受電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
前記受電コイルに誘起される電力により動作することにより、前記給電コイルより電力を送出している状態で、前記給電装置に載置されると、動作を開始して前記給電装置の前記無線通信部との間で無線通信を開始し、前記受電コイルの端子間電圧を前記給電装置に通知する受電装置の無線通信部とを備える。

係る構成によれば、給電装置への載置により、また載置の中止により、給電コイルが負荷変動する毎に、給電装置でこの載置、載置の中止を検出することができる。これにより負荷変動に対応するように駆動の条件を給電装置で調整することができ、その結果、効率良く電力を伝送して複数台の携帯端末を同時に非接触により充電することができる。

本発明によれば、非接触により複数の携帯端末を同時に効率良く充電することができる。

本発明の第１実施形態に係る給電システムを示す図である。 受電装置を示す図である。 給電装置を示す図である。 受電装置のブロック図である。 受電装置の動作の説明に供するフローチャートである。 給電装置を示すブロック図である。 電圧検出の説明に供するブロック図である。 給電装置の動作の説明に供するフローチャートである。 図８の続きを示すフローチャートである。 図９の続きを示すフローチャートである。

〔第１実施形態〕
〔全体構成〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る給電システムを示す図である。この給電システム１は、給電装置２より非接触で供給される電源により携帯端末３を充電する。ここで給電装置２は、薄板形状により形成され、側面より延長する電源コード２ＡによりＡＣアダプターを介して商用電源が供給される。給電装置２は、表側面の大部分が載置領域（図１においては破線で示す領域である）２Ｂに設定され、この載置領域２Ｂに載置された携帯端末３に電磁誘導により充電用電源を供給する。給電装置２は、この載置領域２Ｂの上方に、発光ダイオードによる赤色、緑色、青色の表示部２Ｃが設けられ、この表示部２Ｃの点灯により動作状態を表示する。

これに対して携帯端末３は、スマートフォン等の情報処理端末であり、内蔵のバッテリーによる電源により携帯して使用する情報処理端末である。携帯端末３は、側方及び背面の一部を覆うカバーの形状による受電装置４が設けられる。受電装置４は、給電装置２からの電力を受信して携帯端末３にこの電力を供給する装置であり、内側に設けられたコネクタにより携帯端末３に接続されて、受信した電力を携帯端末３に供給する。また受電装置４は、給電装置２における給電の制御に必要な情報を携帯端末より取得して給電装置２に送信する。

これによりこの給電システム１では、受電装置４と同様の受電機構の構成を備えることにより、他の携帯型の電子機器についても充電可能に構成される。しかしながら給電システム１においては、給電装置２により供給可能な電力による制限により、スマートフォンによる携帯端末３については、最大で３台を同時並列的に充電可能に構成されものの、例えばノート型パソコンについては、充電可能な台数が１台に制限される。

図２は、この受電装置４の内部構造を示す斜視図である。受電装置４は、携帯端末３に着脱可能に構成され、背面側に受電コイル５が設けられる。ここで受電コイル５は、給電装置２からの電力を受信するコイルである。受電コイル５は、リッツ線によるマグネットワイヤにより扁平の円盤形状により形成される。受電装置４は、携帯端末３の下側端に対応する部位に配線基板６が設けられ、この配線基板６に設けられたコネクタ７を介して携帯端末３に接続される。受電装置４は、この配線基板６に、受電の処理に必要な各種の処理回路、表示部４Ａに係る発光ダイオード８、後述するアンテナ２７（図４）等が設けられる。なお受電装置４には、発光ダイオード８による表示部４Ａが設けられ、この表示部４Ａにより携帯端末３に対する充電動作の状態を表示する（図１参照）。

図３は、給電装置２の内部構造を示す図である。給電装置２は、載置領域２Ｂを囲むような枠形状による扁平の給電コイル１０が、載置領域２Ｂの下に配置される。給電装置２は、この給電コイル１０の下に、薄板の磁性材料としてのフェライト板１１が配置され、これにより給電効率を向上するように設定される。給電装置２は、表示部２Ｃが設けられた側に、配線基板１２が設けられ、この配線基板１２に給電コイル１０を駆動する回路、表示部２Ｃに係る発光ダイオード１３等が配置される。

〔受電装置側の詳細構成〕
図４は、受電装置４の詳細構成を携帯端末３の関連する構成と共に示すブロック図である。ここで携帯端末３では、コネクタ３Ａを介して供給される充電用電源を制御部３Ｂに受け、この制御部３Ｂによる充放電制御により、内蔵の二次電池３Ｃを充電し、またこの二次電池３Ｃの電力により動作する。これによりこの制御部３Ｂによる充放電制御は、二次電池３Ｃの端子電圧等の監視により、二次電池３Ｃの過充電、過放電を防止する制御である。これにより携帯端末３においては、二次電池３Ｃの満充電により二次電池３Ｃへの電力の供給が停止制御されて充電を終了することにより、コネクタ３Ａ、７を介して流出する充電電流により、さらにはコネクタ３Ａ、７の端子電圧により、携帯端末３における充電処理の完了を受電装置４側で検出することができる。これにより受電装置４では、この検出原理により携帯端末３における充電処理の完了を検出して給電装置２に通知し、複数の携帯端末３を同時に充電できるようし、さらにこのように複数の携帯端末３を同時に充電する場合に、効率の低下を防止する。

すなわち受電装置４では、受電コイル５の両端がそれぞれ共振コンデンサＣ１、Ｃ２を介して整流部２１に接続される。ここで共振コンデンサＣ１及びＣ２は、受電コイル５と共に直列共振回路を構成し、整流部２１は、この直列共振回路の端子電圧を、直接に、又はマッチング回路を介して整流する。受電装置４は、この整流部２１の整流により得られる直流電圧を平滑コンデンサＣ３により平滑化してＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）２２に入力する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は、無線通信部２４の制御により動作を開始し、整流部２１からの出力電圧を携帯端末３の充電に必要な電圧に昇圧する。受電装置４は、このＤＣ−ＤＣコンバータ２２の出力端にノイズ除去用のコンデンサＣ４が配置される。受電装置４は、このＤＣ−ＤＣコンバータ２２の出力電圧がコネクタ７、３Ａを介して携帯端末３に供給され、これにより給電装置２から供給される電力を携帯端末３に供給する。なお受電装置４では、このＤＣ−ＤＣコンバータ２２からコネクタ７への電源供給路に電流検出用抵抗Ｒ１が配置される。またコネクタ７の端子間にはノイズ除去用のコンデンサＣ５が配置される。

また受電装置４では、整流部２１の出力が電源部２３に入力される。ここで電源部２３は、無線通信部２４の動作用電源を生成する電源回路であり、給電システム１では、この電源部２３により無線通信部２４の動作用電源を別途生成する。これにより受電装置４は、給電装置２の載置領域２Ｂに載置されると、無線通信部２４を起動するように構成される。電圧検出部（Ｖ ｄｅｔ）２５は、整流部２１の出力電圧を検出して無線通信部２４に通知する。さらに電圧検出部２５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の出力電圧を検出することにより、受電コイル５の端子間電圧を間接的に検出して無線通信部２４に通知する。電流検出部（Ｉ ｄｅｔ）２６は、電流検出用抵抗Ｒ１の端子電圧を検出無線通信部２４に通知することにより、コネクタ７を介して携帯端末３に供給される充電電流を無線通信部２４に通知する。

無線通信部２４は、近距離、低消費電力の無線ネットワークに係る無線通信用のモジュールであり、受電装置４は、この無線通信部２４に内蔵の中央処理ユニット（ＣＰＵ）２４Ａの制御により、所定の処理手順を実行する。この実施形態において、受電コイル５は、周波数２００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚにより駆動されるのに対し、無線通信部２４は、この受電コイル５の駆動周波数に比して十分に周波数の高い、周波数２．４ＧＨｚ帯域の無線通信波を使用する。これにより給電システム１は、受電コイル５により給電装置２との間で電力を送受しながら、安定かつ確実に給電装置２との間で各種データを送受できるように構成される。

図５は、この中央処理ユニット２４Ａの制御による受電装置４の動作を示すフローチャートである。受電装置４は、電源部２３から電源の供給が開始されると、無線通信部２４が動作を立ち上げ（ステップＳＰ１−ＳＰ２）、アンテナ２７から無線通信波を送出して給電装置２を呼び出す（ステップＳＰ３）。なおアンテナ２７は、配線基板６上に設けられており、無線通信波の周波数は上述したように２．４ＧＨｚである。ここで給電装置２から応答が得られると、無線通信部２４は、受電装置４に固有の識別コードであるＩＤを給電装置２に通知して認証の処理を行う（ステップＳＰ４）。

ここで正しく認証処理できた場合、給電システム１では、給電装置２において給電コイル１０の駆動が切り替えられ、これにより携帯端末３への電力の供給に十分な電力の供給が給電装置２から開始される。無線通信部２４は、これにより正しく認証処理できた場合には、無線通信部２４の制御によりＤＣ−ＤＣコンバータ２２の動作を立ち上げて携帯端末３への充電用電力の供給を開始する（ステップＳＰ５）。またこのようにして電力の供給を開始すると、電圧検出部２５、電流検出部２６による電圧検出結果、電流検出結果を給電装置２に通知し、これにより給電装置２で各種の調整処理を実行し、さらには携帯端末３の充電状況を監視できるようにする（ステップＳＰ６）。

このようにして一連の処理を実行するようにして、無線通信部２４は、正しく認証処理できなかった場合には、発光ダイオード（ＬＥＤ）８の駆動により、表示部４Ａを赤色により点滅表示する。なおこのように正しく認証処理できない場合は、携帯端末３を載置した給電装置が、この給電システム１に係る給電装置２は異なるシステムに係るものである場合等である。これに対して正しく認証処理され、充電用電源の供給を開始すると、発光ダイオード（ＬＥＤ）８の駆動により、表示部４Ａを赤色により点灯させる。

またこのようにして充電の処理を開始して、充電電流の監視により満充電が検出されると（ステップＳＰ７）、発光ダイオード８の駆動を停止して表示部４Ａを消灯させる。またこの場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の動作を停止制御すると共に、充電処理の終了を給電装置２に通知し、給電装置２への動作状況の通知を停止する。なお無線通信部２４は、電流検出部２６、電圧検出部２５の検出結果により電力供給処理における異常を検出し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２の動作を停止制御すると共に、給電装置２に異常を通知する。またこの場合、正しく認証処理できなかった場合と同様に発光ダイオード８を駆動する。これによりこの給電システム１では、受電装置４のコネクタ７における端子間の短絡事故等を検出し、この事故による損傷を有効に回避する。

〔給電装置の詳細構成〕
図６は、給電装置２の構成を示すブロック図である。給電装置２において、給電コイル１０は、同一形状による３つのコイル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを積層して形成され、これら３つのコイル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、コンデンサＣ７、Ｃ８を介して直列に接続される。また給電コイル１０は、これら３つのコイル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃによる直列回路の両端がコンデンサＣ９、Ｃ１０を介してドライバ３１に接続される。これにより給電コイル１０は、コンデンサＣ９、Ｃ１０と共に直列共振回路を構成する。なお３つのコイル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの直列接続に係るコンデンサＣ７、Ｃ８は、この給電コイル１０とコンデンサＣ９、Ｃ１０とによる直列共振回路の共振周波数に影響を与えない程度に、十分に大容量のコンデンサが適用される。これにより給電装置２は、給電コイル１０を大振幅により駆動する場合に、給電コイル１０に十分な耐圧を確保する。なおこれにより３つのコイル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、必要に応じて絶縁フィルム等の配置により相互の耐圧が確保される。

ドライバ３１は、電界効果型トランジスタによる駆動回路であり、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ ）３２から供給されるクロックＣＫに基づいて、ＭＣＵ３２から出力される制御データＤＷによる一定時間の間、オン動作して給電コイル１０とコンデンサＣ９、Ｃ１０とによる直列共振回路に電源を供給する。ここでこの電源は、図示しない電源回路により生成される直流電源である。ドライバ３１は、この直列共振回路に供給する直流電源の電圧をＭＣＵ３２の制御により切り替え、これにより携帯端末３側に送出する電力を切り替える。またＭＣＵ３２から供給されるクロックＣＫは、ＭＣＵ３２によるマスタークロックＭＣＫの制御により周波数が調整される。これらによりこの給電システム１では、給電装置２に設けられた給電コイル１０と、携帯端末３側の受電コイル５との間の電磁誘導により給電装置２から携帯端末３に充電用電源を供給するようにして、給電コイル１０の駆動周波数及び駆動に係るデューティーを可変して効率良く充電用電源を供給する。

さらに給電装置２においては、共振コンデンサＣ９及びＣ１０に近接して温度センサ３３が設けられる。ドライバ３１は、この温度センサ３３による温度検出結果を判定基準温度で判定することにより、共振コンデンサＣ９及びＣ１０が異常に温度上昇すると、給電コイル１０の駆動を停止する。これによりこの給電システム１では、事故の発生を有効に回避する。なおこのような事故は、例えば、載置領域２Ｂに金属物体が誤って載置され、この金属物体がショートリングとして機能して異常発熱する場合等である。

さらに給電装置２において、電流検出部（Ｉ ｄｅｔ）３４は、ドライバ３１に設けられた電流検出抵抗の端子電圧を検出することにより、給電コイル１０の駆動電流を検出してＭＣＵ３２に通知する。電圧検出部（Ｖ ｄｅｔ）３５は、給電コイル１０の両端電位差を検出することにより給電コイル１０の駆動電圧を検出してＭＣＵ３２に通知する。この処理において、電圧検出部３５は、コンデンサを使用した容量分圧により給電コイル１０の端子電圧を取得して出力する。

すなわち図７は、この電圧検出に係る構成を関連する構成と共に詳細に示すブロック図である。電圧検出部３５においては、コンデンサＣ１１及びＣ１２の直列回路により給電コイル１０の一端を終端する。また同様にコンデンサＣ１３及びＣ１４の直列回路により給電コイル１０の他端を終端する。電圧検出部３５は、この直列回路における中点電圧を差動増幅回路３６を介してＭＣＵ３２に出力する。これにより給電装置２は、簡易な構成により精度良く高電圧である給電コイル１０の端子間電圧を検出する。すなわちこの給電システム１では、最大で３台の携帯端末３を同時並列的に充電可能に構成され、このため給電コイル１０は、１．５ｋＶ程度の大振幅により駆動される。従って直接には給電コイル１０の端子間電圧を測定することは困難である。しかしながらこのようにコンデンサにより各端子電圧を分圧して端子間電圧を測定する場合には、コンデンサの容量の管理により簡易な構成で、かつ高い精度を確保して端子間電圧を検出することができる。また給電コイル１０、コンデンサＣ９、Ｃ１０による直列回路の共振周波数にほとんど影響を与えることなく、端子間電圧を検出することができる。また汎用性の高い部品を適用することができる。

無線通信部３７（図６）は、受電装置４の無線通信部２４に対応する構成であり、ＭＣＵ３２の制御により無線通信部２４と各種のデータを送受する。発振回路（ＯＳＣ）３８は、高い分解能により発振周波数を可変制御可能な発振回路であり、ＭＣＵ３２の制御により周波数を可変してマスタークロックＭＣＫを出力する。温度センサ３９は、コンデンサＣ９、Ｃ１０に近接して配線基板１２上に配置され、コンデンサＣ９、Ｃ１０の温度検出結果をＭＣＵ３２に通知する。

ＭＣＵ３２は、アナログディジタル変換回路等を内蔵したコンピュータである。ＭＣＵ３２は、マスタークロックＭＣＫを内蔵の分周回路により分周してクロックＣＫを出力する。またさらにマスタークロックＭＣＫにより動作して、所定の処理手順の実行することにより、給電装置２の動作を制御し、載置領域２Ｂに載置された携帯端末３に充電用電力を供給する。

図８、図９、図１０は、このＭＣＵ３２による処理手順を示すフローチャートである。給電装置２は、ＡＣアダプターの接続により電源の供給が開始されると、ＭＣＵ３２への電源の供給が開始されることにより、ＭＣＵ３２でこの処理手順を開始し、初期設定処理を実行する（ステップＳＰ１１−ＳＰ１２）。ここでこの初期設定処理において、ＭＣＵ３２は、発振回路３８の制御によりマスタークロックＭＣＫの周波数を、このマスタークロックＭＣＫに設定された周波数可変範囲の最高周波数に設定する。ここでＭＣＵ３２は、このマスタークロックＭＣＫを分周してクロックＣＫを出力することにより、このようにマスタークロックＭＣＫを最高周波数に設定して、ドライバ３１に出力するクロックＣＫを、このクロックＣＫの周波数可変範囲（この実施形態では２００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚである）の最高周波数に設定する。またＭＣＵ３２は、デューティー比５０％により給電コイル１０を駆動するように制御データＤＷを設定し、給電コイル１０の駆動に係る電源電圧を低下させた状態で、ドライバ３１に動作の開始を指示する。これにより給電装置２は、給電コイル１０から送出する電力を、受電装置４の無線通信部２４のみの動作に必要な低電力に設定して、給電コイル１０の駆動を開始する。

このようにして給電コイル１０の駆動を開始すると、ＭＣＵ３２は、無線通信部３７からの通知を確認することにより、受電装置４からの呼び出しを待機する（ステップＳＰ１３）。なおこの受電装置４からの呼び出しを待機する期間の間、給電装置２では、ＭＣＵ３２の制御によりドライバ３１の動作を一定の時間間隔で間欠的に立ち上げ、これにより待機電力を低減する。

ここで載置領域２Ｂに携帯端末３が載置されると、この携帯端末３に係る受電装置４において、受電コイル５、コンデンサＣ１、Ｃ２、整流部２１、電源部２３により、給電コイル１０より供給される電力から無線通信部２４の動作用電源が生成され、この動作用電源により無線通信部２４が動作を開始して給電装置２を呼び出すことになる（図４参照）。これにより無線通信部３７で呼び出しが検出されると、ＭＣＵ３２は、無線通信部３７の制御により呼び出しに係る受電装置４との間で認証の処理を実行する（ステップＳＰ１４）。またこの認証の処理を正しく実行できない場合、改めて呼び出しを待機する（ステップｓｐ１４−ＳＰ１３）。

また正しく認証処理できると、この場合、この呼び出しに係る受電装置４が、この給電装置２に対応する受電装置であることにより、給電コイル１０の駆動を切り替える（ステップＳＰ１６）。ここでこの給電コイル１０の駆動の切り替えは、給電コイル１０より送出する電力が増大するように、給電コイル１０の駆動条件を切り換えて実行される。より具体的には、ドライバ３１において、給電コイル１０の駆動電圧を高い電圧に切り替える。またこのときＭＣＵ３２は、無線通信部３７を介して受電装置４に受電処理の開始を指示する。これらによりこの給電システム１では、給電コイル１０より送出する電力が増大され、この増大した電力によりＤＣ−ＤＣコンバータ２２により充電用電源が生成されて携帯端末３に出力されることになる。

続いて給電装置２では、給電コイル１０の駆動周波数の調整処理を実行する（ステップＳＰ１７）。この調整処理は、給電コイル１０の駆動周波数を、給電に最も効率の良い周波数に設定する処理である。この処理において、ＭＣＵ３２は、無線通信部３７を介して受電装置４から電圧検出部２５による電圧検出結果、電流検出部２６による電流検出結果を取得する。またこの取得した電圧検出結果に基づいて、受電装置４から整流部２１の出力電圧が順次増大するように、マスタークロックＭＣＫの周波数を可変してクロックＣＫの周波数を可変する。ここでこの実施形態では初期設定処理において、クロックＣＫを最高周波数に設定していることにより、ここでは順次クロックＣＫの周波数を低減することになる。これにより給電装置２では、受電コイル５に誘起される電圧が所定の閾値を超えるように、整流部２１の出力電圧をモニタしながら給電コイル１０の駆動周波数を可変し、最も効率良く電力を給電することができる周波数により給電コイル１０を駆動する。

このようにして給電コイル１０の駆動周波数を設定すると、続いてデューティー調整の処理を実行する（ステップＳＰ１８）。ここでデューティー調整の処理は、伝送に供する電力の異常な増大を防止する処理であり、ＭＣＵ３２は、電流検出部３４により検出される給電コイル１０の電流値を所定の判定基準値と比較し、この電流値が判定基準値を超えている場合、この電流値が判定基準値以下になるように、制御データＤＷの出力により給電コイル１０に電源を供給する期間を順次段階的に低減する。これによりこの実施形態では給電コイル１０の異常発熱を防止する。

これら周波数調整処理、デューティー調整処理を完了すると、ＭＣＵ３２は、この状態を維持して再度の呼び出し、充電の完了通知を待機する（図９、ステップＳＰ１９、ステップＳＰ２０）。これによりこの給電システム１では、給電コイル１０から受電コイル５に供給される電力により携帯端末３の二次電池３Ｃが徐々に充電されることになる。またこのように携帯端末３を充電している状態で、他の携帯端末３が載置領域２Ｂに載置される場合もある。ここでこの別途載置される携帯端末３においても、受電装置４が設けられている場合、この別途載置された携帯端末３に係る受電装置４から給電装置２が呼び出されることになる。

このように別途、携帯端末３が載置されてこの携帯端末３に係る受電装置４から呼び出しがあると、ＭＣＵ３２は、改めてこの新たに載置された携帯端末に係る受電装置４との間で認証処理する（ステップＳＰ２１）。また正しく認証処理できた場合には、この認証処理に係る受電装置４にＤＣ−ＤＣコンバータ２２の駆動開始を指示する。また改めて周波数調整処理、デューティー調整処理を実行し（ステップＳＰ２３−ＳＰ２４）、給電コイル１０の異常発熱を防止しつつ、最も効率良く電力を給電することができる周波数により給電コイル１０を駆動する。なおこの場合、新たに載置された携帯端末に係る受電装置で検出される受電コイルの端子間電圧に基づいて、周波数調整処理を実行してもよく、またそれまで載置された携帯端末に係る受電装置で検出される受電コイルの端子間電圧に基づいて、周波数調整処理を実行してもよく、これらの双方の検出結果に基づいて周波数調整処理を実行してもよい。

これによりこの給電システム１では、載置領域２Ｂに携帯端末３が複数台載置されると、順次、認証処理して給電コイル１０の駆動条件を最適化し、この複数台の携帯端末３を同時並列的に充電する。なおこの実施形態では、上述したように給電装置２から供給可能な電力による制限により給電コイル１０により同時並列的に充電可能な携帯端末数が３台に制限され、これにより別途、受電装置４から呼び出しがあった場合、ＭＣＵ３２は、現在充電中の携帯端末数が３台である場合には、新たな受電装置の載置により初期設定処理に戻る。また同様に、載置領域２Ｂに載置された携帯端末がノートパソコンである場合、１台のみに電力を供給するように、新たな携帯端末の載置により初期設定処理に戻る。なおこの携帯端末３の識別については、認証処理において通知される識別データにより実行する。

またこのようにして載置領域２Ｂに載置された携帯端末３を充電して、この携帯端末３に係る受電装置４から充電の完了が通知されると（ステップＳＰ２０）、ＭＣＵ３２は、載置領域２Ｂに載置されている全ての携帯端末で充電処理を完了している場合には、初期設定処理に戻る（ステップＳＰ２５−ＳＰ１９）。これに対して未だ載置領域２Ｂに載置された携帯端末３の一部が充電中の場合、この充電の完了を通知した受電装置４にＤＣ−ＤＣコンバータ２２の動作停止を指示した後、改めて周波数調整処理、デューティー調整処理を実行し（ステップＳＰ２６ーＳＰ２７）、改めて呼び出し、充電の完了通知を待機する（ステップＳＰ１９−ステップＳＰ２０）。

なお充電途中で、携帯端末３がユーザにより載置領域２Ｂから持ち去られる場合も予測される。この場合、当該携帯端末３は、電源の供給停止により、受電装置４に設けられた無線通信部２４が動作を停止し、給電装置２に電圧検出部２５、電流検出部２６の検出結果を通知できなくなる。そこでＭＣＵ３２は、無線通信部３７との間の無線通信が途絶えると（ステップＳＰ２８）、未だ充電中の携帯端末が残っているか否か判断し（ステップＳＰ２９）、充電中の携帯端末が残っていない場合には、初期設定処理に戻る（ステップＳＰ１２）。また充電中の携帯端末が残っている場合には、改めて周波数調整処理、デューティー調整処理を実行し（ステップＳＰ２６ーＳＰ２７）、改めて呼び出し、充電の完了通知を待機する（ステップＳＰ１９−ステップＳＰ２０）。

このようにして一連の処理を実行するにつき、ＭＣＵ３２は、呼び出し、充電の完了通知を待機して給電の処理を実行している状態でも、無線通信部３７を介して順次各受電装置４における受電コイル５の端子電圧（整流部２１の出力電圧）を取得し、この出力電圧が閾値を超えるように、マスタークロックＭＣＫの周波数を揺動させ、これによりコンデンサＣ９、Ｃ１０の温度による容量変化等に追従して最適な駆動条件を維持する。

なおＭＣＵ３２は、この一連の処理において、受電装置４から通知される電圧検出部２５による電圧検出結果、電流検出部２６による電流検出結果、温度センサ３３、３９により検出される温度検出結果、電圧検出部３５で検出される給電コイル１０の端子間電圧、電流検出部３４で検出される駆動電流により、各部の動作をモニタし、何れかの部位で異常が検出されると、一連の処理を中止して動作を停止制御する。具体的に、ＭＣＵ３２は、温度センサ３３、３９により検出される温度検出結果によりコンデンサＣ９、Ｃ１０の温度が異常に上昇すると、ドライバ３１に動作の停止を指示する。また電圧検出部３５で検出される給電コイル１０の端子間電圧、電流検出部３４で検出される駆動電流が事前に設定されている判定基準値より増大すると、同様に、一連の処理を中止して動作を停止制御する。また同様に、受電装置４から通知される電圧検出部２５による電圧検出結果、電流検出部２６による電流検出結果が、事前に設定されている判定基準値より増大すると、同様に、一連の処理を中止して動作を停止制御する。これらによりこの給電システム１では、異常発熱等の事故を未然に防止する。

またＭＣＵ３２は、この一連の処理において、発光ダイオード８の駆動の制御により、適宜、表示部２Ｃの表示を切り替え、これにより動作状態をユーザに通知する。具体的に、ＡＣアダプターより電源が供給されている場合、表示部２Ｃを緑色により点灯させる。また温度センサ３３及び又は３９により異常温度が検出されると、この表示部２Ｃを緑色により点滅表示する。また１台以上の携帯端末３が載置領域２Ｂに載置されたことが、この携帯端末３に係る受電装置４からの呼び出しにより検出されると、表示部２Ｃを赤色により点滅させる。またその後、正しく認証処理でき、充電を開始した場合には、表示部２Ｃの赤色による点滅表示を、赤色による点灯に切り替え、全ての携帯端末の充電が完了すると、赤色の点灯を中止する。なおこれにより携帯端末３が満充電の状態で載置された場合には、一旦、充電を開始して即座に充電が終了することにより、この場合、表示部２Ｃの赤色による点滅が、赤色による点灯に切り替わった後、消灯することになる。

これに対して載置領域２Ｂに載置された携帯端末３に係る受電装置４と正しく認証処理できない場合、表示部２Ｃにおける赤色による点滅を、青色による点灯表示に切り替える。また電流検出部３４で検出される駆動電流が事前に設定されている判定基準値より増大した場合にも、同様に、表示部２Ｃを青色により点灯表示する。

以上の構成によれば、受電コイルの電力により無線通信可能に給電コイルを駆動するようにして、この無線通信により受電装置の載置が検出される毎に、給電コイルの駆動周波数を調整することにより、また載置の中止により給電コイルの駆動周波数を調整することにより、受電装置の載置により給電コイルが負荷変動する毎に、また受電装置の載置の中止により負荷変動する毎に、最も適切に電力伝送することが可能な駆動周波数により給電コイルを駆動することができ、これにより効率良く電力を伝送して複数台の携帯端末を同時に非接触により充電することができる。また何れの個所に載置した場合でも、それぞれ適切な周波数により駆動することができ、これにより効率良く電力を充電することができる。

また受電装置において二次電池を充電するようにして、この充電の完了を給電装置に通知して給電コイルの駆動周波数を調整することにより、充電の完了により負荷変動する場合でも、これに対応して最も適切に電力伝送することが可能な駆動周波数により給電コイルを駆動して残りの受電装置に電力を供給することができる。

また給電コイルの電流を検出してデューティーを可変することにより、共振コイルの過電流を防止して電力を伝送することができる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更し、さらには従来構成と組み合わせることができる。

すなわち上述の実施形態では、携帯端末と別体に受電装置を構成し、携帯端末に受電装置を接続して使用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、携帯端末を受電装置と一体に構成してもよい。

また上述の実施形態では、スマートフォン、ノートパソコンによる携帯端末において二次電池を充電する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば電子スチルカメラ、ビデオカメラ等の携帯機器を充電する場合等に広く適用することができる。

１ 給電システム
２ 給電装置
２Ａ 電源コード
２Ｂ 載置領域
２Ｃ、４Ａ 表示部
３ 携帯端末
３Ｂ 制御部
３Ｃ 二次電池
４ 受電装置
５ 受電コイル
６、１２ 配線基板
７、３Ａ コネクタ
８、１３ 発光ダイオード
１０ 給電コイル
１０Ａ〜１０Ｃ コイル
１１ フェライト板
２１ 整流部
２２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２３ 電源部
２４、３７ 無線通信部
２４Ａ 中央処理ユニット
２５、３５ 電圧検出部
２６、３４ 電流検出部
３１ ドライバ
３２ ＭＣＵ
３３、３９ 温度センサ
３６ 差動増幅回路
３８ 発振回路
Ｃ１〜Ｃ５、Ｃ７〜Ｃ１４ コンデンサ
Ｒ１ 抵抗

Claims (5)

1. 複数台の受電装置を載置可能に形成された給電装置から、前記給電装置に載置された受電装置に非接触により電力を供給する給電システムにおいて、
   前記受電装置は、
   前記給電装置からの電力を受信する受電コイルと、
   前記受電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
   前記受電コイルに誘起される電力により動作し、前記受電コイルの端子間電圧を前記給電装置に通知する受電装置の無線通信部とを備え、
   前記給電装置は、
   前記受電装置に電力を送出する給電コイルと、
   前記給電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
   前記受電装置の無線通信部との間の無線通信により前記受電コイルの端子間電圧を取得する給電装置の無線通信部と、
   各部の動作を制御する制御部とを備え、
   前記給電装置は、
   前記受電装置の載置を待機する待機状態で、前記給電コイルを駆動することにより、前記受電装置が載置されると、当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始するように、前記給電コイルより電力を送出し、
   前記制御部は、
   前記待機状態において、前記受電装置が載置されて当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該受電装置の載置を検出し、当該受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、当該受電装置に電力を供給し、
   前記受電装置に電力を供給した状態で、他の前記受電装置が載置されて当該他の受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該他の受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該他の受電装置の載置を検出し、それまでに載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧、及び又は当該他の受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、それまでに載置されている受電装置及び当該他の受電装置に電力を供給し、
   複数台の前記受電装置に電力を供給している状態で、前記複数台の受電装置の何れかの載置の中止が検出されると、載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、載置されている受電装置に電力を供給する
   給電システム。
2. 前記受電装置は、
   前記受電コイルに誘起される電力により二次電池に充電用電源を出力し、
   前記受電装置の無線通信部は、
   前記二次電池の充電の完了を前記給電装置に通知し、
   前記制御部は、
   複数台の前記受電装置に電力を供給している状態で、前記複数台の受電装置の何れかから前記二次電池の充電の完了が通知されると、載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変する
   請求項１に記載の給電システム。
3. 前記給電装置は、
   前記給電コイルの電流を検出する電流検出部を有し、
   前記制御部は、
   前記電流検出部で検出される電流値が判定基準値以下となるように、前記給電コイルの駆動に供するデューティーを可変する
   請求項１又は請求項２に記載の給電システム。
4. 複数台の受電装置を載置可能に形成され、前記受電装置に非接触により電力を供給する給電装置において、
   前記受電装置は、
   前記給電装置からの電力を受信する受電コイルと、
   前記受電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
   前記受電コイルに誘起される電力により動作し、前記受電コイルの端子間電圧を前記給電装置に通知する受電装置の無線通信部とを備え、
   前記給電装置は、
   前記受電装置に電力を送出する給電コイルと、
   前記給電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
   前記受電装置の無線通信部との間の無線通信により前記受電コイルの端子間電圧を取得する給電装置の無線通信部と、
   各部の動作を制御する制御部とを備え、
   前記給電装置は、
   前記受電装置の載置を待機する待機状態で、前記給電コイルを駆動することにより、前記受電装置が載置されると、当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始するように、前記給電コイルより電力を送出し、
   前記制御部は、
   前記待機状態において、前記受電装置が載置されて当該受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該受電装置の載置を検出し、当該受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、当該受電装置に電力を供給し、
   前記受電装置に電力を供給した状態で、他の前記受電装置が載置されて当該他の受電装置の前記無線通信部が動作を開始することによる、前記給電装置の無線通信部と当該他の受電装置の前記無線通信部との無線通信により、当該他の受電装置の載置を検出し、それまでに載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧、及び又は当該他の受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、それまでに載置されている受電装置及び当該他の受電装置に電力を供給し、
   複数台の前記受電装置に電力を供給している状態で、前記複数台の受電装置の何れかの載置の中止が検出されると、載置されている前記受電装置の前記受電コイルの端子間電圧が閾値を超えるように、前記給電コイルの駆動周波数を可変して、載置されている受電装置に電力を供給する
   給電装置。
5. 複数台の受電装置を載置可能に形成された給電装置に載置されて、前記給電装置より非接触により電力の供給を受ける受電装置において、
   前記給電装置は、
   前記受電装置に電力を送出する給電コイルと、
   前記給電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
   前記受電装置の無線通信部との間の無線通信により前記受電コイルの端子間電圧を取得する給電装置の無線通信部と、
   各部の動作を制御する制御部とを備え、
   前記受電装置は、
   前記給電装置からの電力を受信する受電コイルと、
   前記受電コイルと直列共振回路を構成するコンデンサと、
   前記受電コイルに誘起される電力により動作することにより、前記給電コイルより電力を送出している状態で、前記給電装置に載置されると、動作を開始して前記給電装置の前記無線通信部との間で無線通信を開始し、前記受電コイルの端子間電圧を検出して前記給電装置に通知する受電装置の無線通信部とを備える
   受電装置。

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