JP2014226019A - 非接触電力伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通信から電力伝送への移行を確実に検知して、電力伝送に適した共振回路に切り換えることにより、効率の良い電力伝送が可能な非接触電力伝送装置を提供する。
【解決手段】 共振回路１が通信用の共振周波数設定定数に設定されている通信状態にあるときは、負荷接続スイッチ１１によって電源回路４は平滑回路３から切り離なされているので、平滑回路３の出力電圧は、電源回路４に接続されている負荷の影響を受けない。したがって送電装置１００が通信を終了して電力伝送を開始すると、平滑回路３は負荷の状態に関係無く、受電アンテナ９で受け取った受電電力に対応した電圧を出力するので、制御回路８は確実に電力伝送への移行を検知することができ、共振回路１の共振周波数設定定数を電力伝送に適した定数に確実に切り換えることができ、効率的な電力伝送が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で電力伝送と通信を行う、送電装置と受電装置とからなる非接触電力伝送装置に関するものである。

同一のアンテナを用いて、時分割で電力伝送と通信を、交互に行う非接触電力伝送装置では、電力伝送を行うときには、送電装置と受電装置の共振回路を、通信に適した共振回路から電力伝送に適した共振回路へ切り換えを行う。

特許文献１には、送受信装置の共振回路の共振周波数と、電力信号の周波数と、送受信装置の共振回路に接続されるインピーダンス変換回路を、互いに通信を行うことにより同期して切り換える構成とした電力の無線伝送システムにおいて、受電開始のタイミングを、共振回路またはインピーダンス変換回路での信号振幅の変化により検知する技術が開示されている。

特開２０１２−１３５１２７号公報

従来の非接触電力伝送装置では、通信時、受電装置に負荷が接続されていると、負荷の状態によってインピーダンスの不整合が生じる場合がある。インピーダンスの不整合が生じると、反射電力が大きくなることによって送電装置への負担の増大や、通信効率の低下を招く問題がある。

また、従来の非接触電力伝送装置では、通信から電力伝送に移行するタイミングを検知する際に、受電装置に負荷が接続されていると、受電装置の共振回路またはインピーダンス変換回路での信号振幅が、受電装置に接続されている負荷の状態によって変化するため、通信から電力伝送への移行を確実に検知できない問題がある。

本発明の課題は、通信と電力伝送を受電装置側が判別し、通信から電力伝送への移行を確実に検知し、通信に適した共振回路から電力伝送に適した共振回路に切り換えることにより、効率の良い電力伝送が可能な非接触電力伝送装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明による非接触電力伝送装置は、非接触で電力伝送と通信を行う機能を有する、送電装置と受電装置を備える非接触電力伝送装置であって、前記受電装置は、前記送電装置から送出された電磁波を受電する受電アンテナと、前記受電アンテナに接続されて電気的な共振を生じさせる共振回路と、前記共振回路からの交流出力を直流に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流を平坦にする平滑回路と、前記平滑回路からの直流電力を負荷に給電する電源回路と、前記共振回路の共振周波数設定定数を切り換える制御回路を備え、前記制御回路は、前記電力伝送から前記通信への移行および前記通信から前記電力伝送への移行の検出信号に応じて受動的に前記切り換えを行うことを特徴とする。尚、本発明で意味する電磁波の受電とは、電磁誘導による電磁的な結合と、磁気共鳴による磁気的な結合を含むものである。

また、上記の目的を達成するため、本発明による非接触電力伝送装置は、非接触で電力伝送と通信を行う機能を有する、送電装置と受電装置を備える非接触電力伝送装置であって、前記受電装置は、前記送電装置から送出された電磁波を受電する受電アンテナと、前記受電アンテナに接続されて電気的な共振を生じさせる共振回路と、前記共振回路からの交流出力を直流に変換する整流回路と、前記整流回路からの直流を平坦にする平滑回路と、前記平滑回路からの直流電力を負荷に給電する電源回路と、前記平滑回路と前記電源回路を接続する負荷接続スイッチと、前記共振回路の共振周波数設定定数と前記負荷接続スイッチを切り換える制御回路を備え、前記制御回路は、前記電力伝送から前記通信への移行および前記通信から前記電力伝送への移行の検出信号に応じて受動的に前記切り換えを行い、前記共振回路が、前記通信が可能となる共振周波数設定定数に設定されているときは、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路を切断し、前記共振回路が、前記電力伝送が可能となる共振周波数設定定数に設定されているときは、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路を接続することを特徴とする。尚、本発明で意味する電磁波の受電とは、電磁誘導による電磁的な結合と、磁気共鳴による磁気的な結合を含むものである。

本発明の非接触電力伝送装置は、送電装置側が通信から電力伝送へ移行すれば、受信装置側は受動的に電力伝送への移行を検知して、共振回路の共振周波数設定定数の切り換えを行うので、送電装置と受電装置が通信を行って同期を取る必要がない。よって同期制御の為の回路が不要となり装置の簡略化を図ることができる。

また同期制御を行わないため、同期制御に要する時間を省くことにより電力伝送の時間効率を向上させることができ、より効率の良い電力伝送が実現できる。

本発明の非接触電力伝送装置の受電装置は、共振回路が通信用の共振周波数設定定数に設定されている通信状態にあるときは、負荷接続スイッチによって電源回路が平滑回路から切り離されているので、負荷の状態によるインピーダンスの不整合を防止できる。インピーダンスの不整合を防止することによって、反射電力の増加、および通信効率の低下を抑制できる。

また、本発明の検出信号は前記平滑回路の出力電圧であることが望ましい。

本発明の非接触電力伝送装置の受電装置は、共振回路が通信用の共振周波数設定定数に設定されている通信状態にあるときは、負荷接続スイッチによって電源回路が平滑回路から切り離されているので、平滑回路の出力電圧は、電源回路に接続されている負荷の状態によって影響を受けない。

したがって送電装置が通信を終了して電力伝送を開始すると、平滑回路は負荷の状態に関係無く受電アンテナで受け取った受電電力に対応した電圧を出力するので、受電装置は確実に電力伝送への移行を検知することができ、共振回路の共振周波数設定定数を電力伝送に適した定数に確実に切り換えることができるので、効率的な電力伝送が可能となる。

また、通信から電力伝送への移行の検知は、平滑回路の出力電圧に基づいて行う為、共振回路の出力などの様に交流信号の振幅を用いる方法と比較して簡単な回路構成で制御回路を実現することができ、装置の簡略化を図ることができる。

また本発明による非接触電力伝送装置では、前記制御回路は、前記出力電圧に対して、第１の閾値と、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値が設定されており、前記出力電圧が前記第１の閾値を超えた場合は、前記共振回路の共振周波数設定定数を、電力伝送が可能となる共振周波数設定定数への切り換えと、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路の接続を行い、前記出力電圧が前記第２の閾値を下回った場合は、前記共振回路の共振周波数設定定数を、通信が可能となる共振周波数設定定数への切り換えと、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路の接続を切断することを特徴とする。

本発明の非接触電力伝送装置の受電装置は、平滑回路の出力電圧に基づいて共振回路の共振周波数設定定数と負荷スイッチの動作を制御する制御回路に、用途に応じてあらかじめ設定された第１の閾値と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値を設け、平滑回路の出力電圧が第１の閾値を超えた場合に通信状態から電力伝送状態へ移行し、平滑回路の出力電圧が第１の閾値と第２の閾値の間にあるときは電力伝送状態を維持し、平滑回路の出力電圧が第２の閾値を下回ったときに電力伝送状態から通信状態に移行する。すなわち制御回路の入出力関係にヒステリシスを設定することにより、電力伝送中に受電装置側の負荷の状態が変化して受電電力が低下した場合でも受電状態を維持することができる。

送電装置に対する受電装置の位置に変化が生じるような場合にも、受電装置における受電電力に変化が生じるが、その様な変化によって受電電力が低下する場合でも、平滑回路の出力電圧に対する制御回路の動作にヒステリシスを設定することにより、共振回路の共振周波数設定定数を電力伝送に適した定数に維持でき、電源回路の接続も維持されるので効率的な電力伝送が可能となる。

また本発明による非接触電力伝送装置では、前記電力伝送と前記通信が異なる周波数で行われ、前記受電装置は、さらに前記電磁波の周波数を検出する周波数検出回路を備え、前記検出信号は前記周波数検出回路の検出周波数であることが望ましい。

また本発明による非接触電力伝送装置では、前記受電装置は、さらに前記共振回路とインピーダンス整合を取る通信整合回路と、前記通信の制御を行う通信回路と、前記通信整合回路と前記通信回路を接続する通信保護回路を備え、前記制御回路は、前記出力電圧が前記第１の閾値を超えた場合は、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路から切り離し、前記出力電圧が前記第２の閾値を下回った場合は、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路に接続することを特徴とする。

また本発明による非接触電力伝送装置では、前記受電装置は、さらに前記共振回路とインピーダンス整合を取る通信整合回路と、前記通信の制御を行う通信回路と、前記通信整合回路と前記通信回路を接続する通信保護回路を備え、前記制御回路は、前記検出周波数が前記通信から前記電力伝送への移行の周波数の場合、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路から切り離し、前記検出周波数が前記電力伝送から前記通信への移行の周波数の場合、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路に接続することを特徴とする。

本発明の非接触電力伝送装置の受電装置は、電力伝送が行われている間は通信保護回路によって通信回路が通信整合回路から切り離されるので、電力伝送時に通信整合回路で発生する高電圧が通信回路に加わることは無く、通信回路を保護することができる。

加えて、通信回路が切り離されていることにより、共振回路から通信整合回路を経由して通信回路への受電電力の流入が無くなるので、より効率の良い電力伝送が実現できる。

以上に述べたように、本発明の非接触電力伝送装置は、通信から電力伝送への移行を、簡便な回路構成で確実に検知し、効率の良い電力伝送が可能な非接触電力伝送装置を提供することができる。

本発明による非接触電力伝送装置の、第１の実施の形態を示すブロック図である。 本発明による非接触電力伝送装置の制御回路の１例を示す回路図である。 本発明による非接触電力伝送装置の共振回路の１例を示す回路図である。 本発明による非接触電力伝送装置の負荷接続スイッチの１例を示す回路図である。 本発明による非接触電力伝送装置の、第１の実施の形態の動作フローを示すフローチャートである。 本発明による非接触電力伝送装置の、第２の実施の形態を示すブロック図である。 本発明による非接触電力伝送装置の通信保護回路の１例を示す回路図である。 本発明による非接触電力伝送装置の、第３の実施の形態を示すブロック図である。 本発明による非接触電力伝送装置の、第４の実施の形態を示すブロック図である。 本発明による非接触電力伝送装置の、第４の実施の形態の動作フローを示すフローチャートである。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明による非接触電力伝送装置の、第１の実施の形態を示すブロック図である。図１において非接触電力伝送装置は、送電装置１００と受電装置２００とからなる。

送電装置１００は、電力の送電制御や通信を行う送電制御部１４と、電力を送電する送電アンテナ１３を少なくとも備えている。

受電装置２００は、送電装置１００から送出された電磁波を受電する受電アンテナ９と、受電アンテナ９に接続されて電気的な共振を生じさせる共振回路１と、共振回路１からの交流出力を直流に変換する整流回路２と、整流回路２からの直流を平坦にする平滑回路３と、平滑回路３からの直流電力を負荷（図示しない）に給電する電源回路４と、平滑回路３と電源回路４を接続する負荷接続スイッチ１１と、平滑回路３の出力電圧に応じて前記共振回路１の共振周波数設定定数と負荷接続スイッチ１１を切り換える制御回路８を備えている。

また受電装置２００は、送電装置１００と通信を行うための通信回路６と、受電アンテナ９および共振回路１と通信回路６の入出力を整合させる通信整合回路５を備えており、通信回路６と電源回路４を含めて受電装置２００の全体の制御を行うＣＰＵ回路７も備えている。

その他、受電装置２００には、図示しないが、様々な機能を有した装置を備えることができる。例えば、情報を表示する表示装置など、音声を録音・再生する音響装置など、ＵＳＢ接続回路や無線ＬＡＮ等の外部装置との接続手段など、電力を蓄電するバッテリー装置などを備えていても良い。これらの装置は、負荷として電源回路４から電力の供給を受けることができる。

送電アンテナ１３および受電アンテナ９は、電磁的に結合して送電装置１００と受電装置２００の電力伝送と通信を行う。送電アンテナ１３および受電アンテナ９には、導体をコイル状に巻いたループコイルや、基板上に形成されたループコイルを用いることができる。

整流回路２には、ダイオードを４個使用して構成される単相ブリッジ整流回路などを使用するのがよい。平滑回路３は、コンデンサにより構成される。

図２は制御回路８の１例を示す回路図である。この制御回路８はトランジスタを２つ用いた簡単なヒステリス回路で構成しているが、あくまでも動作を説明するための１例でありこの構成には限らない。

図２において、端子２１は平滑回路３の出力に接続される。端子２２は共振回路１および負荷接続スイッチ１１に接続される。制御回路８の端子２２の出力がＧＮＤレベルの電圧のときには、共振回路１は通信に適した共振周波数設定定数を設定し、負荷接続スイッチ１１は切断される。制御回路８の端子２２の出力が高電圧のときは、共振回路１は電力伝送に適した共振周波数設定定数を設定し、負荷接続スイッチ１１は接続される。

この制御回路８を動作させる第１の閾値と第２の閾値は、ツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧と、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２と、抵抗Ｒ１〜Ｒ６と、ツェナーダイオードＺＤｃ、ＺＤｐによって構成されるヒステリシス回路のヒステリシス電圧で設定される。

通信時の平滑回路３の出力電圧は低く、受電時の平滑回路３の出力電圧は高いことから、この電圧間にツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧を設定することで通信と受電の判別が可能である。

通信時には、平滑回路３の出力電圧が低いのでツェナーダイオードＺＤｓは降伏せず、トランジスタＴｒ１はＯＦＦ状態である。そうするとトランジスタＴｒ２のベースは抵抗Ｒ２経由で駆動されるのでトランジスタＴｒ２はＯＮ状態にある。そのときのトランジスタＴｒ２のコレクタ電位は抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ５の分圧比で決まる。この電圧で降伏しないようにツェナーダイオードＺＤｃの降伏電圧を設定し、かつ抵抗Ｒ６を配置することで端子２２にはＧＮＤレベルの電圧が出力される。

一方、受電時には、平滑回路３の出力電圧が上昇しツェナーダイオードＺＤｓが降伏し、かつトランジスタＴｒ１のベースに、トランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧（Ｖｂｅ）とエミッタ電圧（Ｖｅ）との合計（Ｖｂｅ＋Ｖｅ）以上の電圧が印加されるとトランジスタＴｒ１はＯＮする。トランジスタＴｒ１がＯＮするとトランジスタＴｒ２のベースとエミッタ間の電圧は等しくなりトランジスタＴｒ２はＯＦＦする。するとツェナーダイオードＺＤｃには平滑回路３の高い電圧が抵抗Ｒ３経由で印加され、ツェナーダイオードＺＤｃは降伏して端子２２に高電圧を出力する。

また、この回路の動作にはバッテリーなどの別電源からの電源給電は必要なく、すべて平滑回路３の出力電圧で動作することができる。

図３は本発明における共振回路１の１例を示す回路図である。この例では、少なくともコンデンサと、抵抗と、電界効果トランジスタを組み合わせて構成され、受電アンテナ９の両端に接続する静電容量で共振周波数設定定数を調整する。図３の回路図はあくまでも動作を説明するための１例でありこの構成には限らない。図３において、端子３１および端子３２は受電アンテナ９と接続し、端子３３および端子３４は整流回路２と接続し、端子３５には制御回路８が接続される。電界効果トランジスタＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１はＮ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。

受電時には、端子３５には電界効果トランジスタＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１のＶＧＳｏｎ以上の電圧が印加されるとする。そうすると電界効果トランジスタＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１がＯＮした時の共振周波数設定定数を決める静電容量は、コンデンサＣ１１、Ｃ１２の直列合成容量と、コンデンサＣ１０との並列合成容量になる。

また通信時には、端子３５には電界効果トランジスタＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１のＶＧＳｏｆｆ以下の電圧が印加されるとする。そうすると電界効果トランジスタＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１がＯＦＦした時の共振周波数設定定数を決める静電容量は、コンデンサＣ１１、Ｃ１２と電界効果トランジスタＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１のＯＦＦ時の端子間容量の直列合成と、コンデンサＣ１０との並列合成容量になる。

よって、端子３５にＶＧＳｏｎ以上の電圧を印加するかＶＧＳｏｆｆ以下の電圧を印加するかで共振周波数設定定数を切り換えることが出来る。抵抗Ｒ１０は、端子３５がハイインピーダンスになった場合に電界効果トランジスタＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１をＯＦＦするためのものである。

図４は負荷接続スイッチ１１の１例を示す回路図で、電界効果トランジスタＦＥＴ３０と抵抗Ｒ３０とＲ３１で構成されている。あくまでも動作を説明するための１例でありこの構成には限らない。

通信時に、電源回路４に負荷が接続されていると、変調信号が浅く（周波数偏移が小さく）なるなどして通信に支障がでる場合がある。また、負荷の状態によっては平滑回路３の出力が低下して通信から受電への切り換えの判断が出来ない場合がある。よって通信時は負荷が接続されている電源回路４への接続は切断しておき、送電装置１００が通信から電力伝送に切り換ったことを検出できた時点で負荷接続スイッチ１１をＯＮにして電源回路４を接続する。

図４において、端子４１は平滑回路３に接続し、端子４２は負荷が接続されている電源回路４に接続する。電界効果トランジスタＦＥＴ３０はＰ型ＭＯＳＦＥＴである。抵抗Ｒ３０は電界効果トランジスタＦＥＴ３０のゲートをソース電圧にプルアップしている抵抗である。制御回路８は端子４５およびオープンドレイン回路４４を介して端子４３への信号を制御する。すなわち、制御回路８の出力電圧が高電圧のときは端子４３がＧＮＤ電圧になり、電界効果トランジスタＦＥＴ３０のゲートには抵抗Ｒ３０と抵抗Ｒ３１で分圧した電圧が印加され、電界効果トランジスタＦＥＴ３０はＯＮし、電源回路４に接続される。制御回路８の出力電圧がＧＮＤレベルの電圧のときは端子４３がハイインピーダンスになり、電界効果トランジスタＦＥＴ３０はＯＦＦし電源回路４から遮断される。

受電装置２００が通信状態のときは、平滑回路３の出力電圧は低いので、制御回路８の出力はＧＮＤレベルの電圧となる。このとき共振回路１の端子３５に加わる電圧をＶＧＳｏｆｆ以下の電圧になるようにし、共振回路１の共振周波数設定定数を通信用に設定すると、制御回路８によって負荷接続スイッチ１１が切断されているので、電源回路４は平滑回路３から切断される。すなわち共振回路１が通信用の共振周波数設定定数に設定されているときは、負荷接続スイッチ１１により平滑回路３と電源回路４が切断される。

図２で示した制御回路８において、トランジスタＴｒ１がＯＮでトランジスタＴｒ２がＯＦＦのときは、トランジスタＴｒ１のエミッタ電圧（Ｖｅ）は、抵抗Ｒ５の両端に発生する電圧となるが、抵抗Ｒ５を抵抗Ｒ２よりもかなり小さい値に設定すると、トランジスタＴｒ１のエミッタ電圧（Ｖｅ）をＧＮＤレベルに近い値にすることができる。このときトランジスタＴｒ１のスイッチング電圧はベース−エミッタ間電圧（Ｖｂｅ）程度に低下しているので、平滑回路３の出力電圧が低下しても、トランジスタＴｒ１のベース電圧が、ベース−エミッタ間電圧（Ｖｂｅ）よりも大きい間は、トランジスタＴｒ１はＯＮ状態を維持する。

このように制御回路８は、入出力関係にヒステリシスを持たせることができる。本実施の形態では、ツェナーダイオードＺＤｓの降伏電圧が、第１の閾値に対応し、トランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧（Ｖｂｅ）を、第２の閾値に対応させることができる。

図５は、本実施の形態における動作フローを示したフローチャートである。最初は共振回路１は通信状態であるとする。制御回路８は、平滑回路３の出力電圧が、第１の閾値より大きいか小さいかを判断し、第１の閾値よりも小さい場合は通信状態を維持し、負荷接続スイッチ１１は切断されている。

電力伝送に移行して平滑回路３の出力電圧が第１の閾値よりも大きくなった場合は、共振回路１の共振周波数設定定数を電力伝送に適した定数に切り換え、負荷接続スイッチ１１を接続する。

電力伝送が開始された後、平滑回路３の出力電圧が第１の閾値よりも小さい状態になったとしても、第２の閾値よりも小さくない限りは共振回路１は電力伝送状態を維持し、負荷接続スイッチ１１は接続され続ける。

電力伝送が終了し、平滑回路３の出力電圧が第２の閾値より小さくなったら、共振回路１の共振周波数設定定数を通信に適した定数に切り換え、負荷接続スイッチ１１を切断する。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明における非接触電力伝送装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。図１で示した第１の実施の形態との違いは、受電時の高電圧から通信回路６を保護するための通信保護回路１２を、通信整合回路５と通信回路６との間に配置したことである。

図７は通信保護回路１２の１例を示す回路図で、電界効果トランジスタＦＥＴ２０と抵抗Ｒ２０とツェナーダイオードＺＤ２０で構成されている。あくまでも動作を説明するための１例でありこの構成には限らない。電力伝送時に通信回路６の入力が高電圧となり、通信回路６の保護が必要な場合に用いることができる。

図７において、端子７１は通信整合回路５に接続し、端子７２は通信回路６に接続し、端子７３は制御回路８に接続される。電界効果トランジスタＦＥＴ２０はＮ型ＭＯＳＦＥＴであり、電力伝送時にＯＦＦにすることで通信回路６に高電圧が印加されることを防ぐものである。抵抗Ｒ２０は電界効果トランジスタＦＥＴ２０のゲートがハイインピーダンス時に電界効果トランジスタＦＥＴ２０をＯＦＦできるように配置している。ツェナーダイオードＺＤ２０は過渡的に高電圧が通信回路６に印加された場合などの対策として用いている。

端子７３は、制御回路８からの出力を、電界効果トランジスタなどを用いた論理反転回路７４を経由して制御される。通信時には電界効果トランジスタＦＥＴ２０のＶＧＳｏｎ以上の電圧を印加して電界効果トランジスタＦＥＴ２０を導通させ、電力伝送時には電界効果トランジスタＦＥＴ２０のＶＧＳｏｆｆ以下の電圧を印加し電界効果トランジスタＦＥＴ２０を遮断して通信回路６を保護するように制御する。この制御も平滑回路３の出力から生成した信号で行うものであるが、通信時の受電電力が小さく平滑回路３の出力電圧が低い場合は、チャージポンプなどでこの電圧を昇圧して用いてもよい。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同じく、制御回路８において、平滑回路３の出力電圧が第１の閾値と第２の閾値に対して大きいか小さいかを検知する。電力伝送へ移行して平滑回路３の出力電圧が第１の閾値よりも大きい場合には、制御回路８により通信保護回路１２を切断して通信回路６を切り離す。

電力伝送が開始された後、平滑回路３の出力電圧が第１の閾値よりも小さい状態になったとしても、第２の閾値よりも小さくない限りは共振回路１は電力伝送状態を維持し、通信保護回路１２は切断され続ける。

電力伝送が終了し、平滑回路３の出力電圧が第２の閾値より小さくなったら、共振回路１の共振周波数設定定数を通信に適した定数に切り換え、通信保護回路１２を接続する。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明による非接触電力伝送装置の、第３の実施の形態を示すブロック図である。本発明の非接触電力伝送装置は、通信と電力伝送が異なる周波数で行われる場合に適用される。また、図１で示した第１の実施の形態との違いは、平滑回路３と電源回路４を接続する負荷接続スイッチ１１を無くして、送電装置１００から送出された電磁波の周波数を検出する周波数検出回路１５を、共振回路１と制御回路８との間に配置したことである。

また、第１の実施の形態では、平滑回路３の出力電圧に応じて、共振回路１の共振周波数設定定数の切り換えを行っているが、本実施の形態では、周波数検出回路１５の検出した周波数に応じて、共振回路１の共振周波数設定定数の切り換えを行う。

制御回路８は、周波数検出回路１５で検出した周波数が、通信を行う周波数の場合、共振回路１は通信に適した共振周波数設定定数を設定し、電力伝送を行う周波数の場合、共振回路１は電力伝送に適した共振周波数設定定数を設定する。

したがって、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同じく、送電装置が通信から電力伝送へ移行すれば、受電装置は受動的に電力伝送への移行を検知して、共振回路の共振周波数設定定数の切り換えを行うことが可能となり、送電装置と受電装置が通信を行って同期を取る必要がない。よって、同期制御に要する時間を省くことにより電力伝送の時間効率が向上でき、より効率の良い電力伝送が実現できる。

（第４の実施の形態）
図９は、本発明による非接触電力伝送装置の、第４の実施の形態を示すブロック図である。図８で示した第３の実施の形態との違いは、負荷接続スイッチ１１を平滑回路３と電源回路４の間に配置し、受電時の高電圧から通信回路６を保護するための通信保護回路１２を、通信整合回路５と通信回路６との間に配置したことである。

制御回路８は、周波数検出回路１５で検出した周波数が、通信を行う周波数の場合、共振回路１は通信に適した共振周波数設定定数を設定し、負荷接続スイッチ１１を切断し、通信保護回路１２を接続する。また、周波数検出回路１５で検出した周波数が、電力伝送を行う周波数の場合は、共振回路１は電力伝送に適した共振周波数設定定数を設定し、負荷接続スイッチ１１を接続し、通信保護回路を切断する。

図１０は、本発明による非接触電力伝送装置の、第４の実施の形態の動作フローを示すフローチャートである。最初に共振回路１は通信状態であるとする。制御回路８は、周波数検出回路１５の検出した周波数が、電力伝送を行う周波数であるかを判断する。電力伝送を行う周波数以外の場合は、通信状態を維持し、負荷接続スイッチ１１は切断されたままとする。

通信から電力伝送に移行して、電力伝送を行う周波数を検出した場合、通信保護回路１２を切断して通信回路６を切り離す。また、共振回路１の共振周波数設定定数を電力伝送に適した定数に切り換え、負荷接続スイッチ１１を接続する。

電力伝送が終了した後、共振回路１の共振周波数設定定数を通信に適した定数に切り換え、負荷接続スイッチ１１の切断と、通信保護回路１２の接続を行う。

ここで、図１０のフローチャートは第４の実施の形態の動作フローを示す一例であり、電力伝送を行う周波数を分岐する条件としているが、通信を行う周波数を分岐する条件としても構わない。

その場合、制御回路８は周波数検出回路１５の検出した周波数が、通信を行う周波数であるかを判断する。通信を行う周波数以外の場合は、通信保護回路１２を切断して通信回路６を切り離し、共振回路１の共振周波数設定定数を電力伝送に適した定数に切り換え、負荷接続スイッチ１１を接続する。通信を行う周波数を検知した場合に、共振回路１の共振周波数設定定数を通信に適した定数に切り換え、負荷接続スイッチを切断し、通信保護回路１２を接続する。

通信を行う周波数以外は、通信保護回路１２を切断して通信回路を切り離すため、高電圧の予期せぬ周波数を受電した場合にも、通信回路を保護することができる。

また、共振回路の共振周波数設定定数および負荷接続スイッチの切り換えは、平滑回路の出力電圧および周波数検出回路の周波数の両方を用いて行ってもよい。つまり、もしも周波数検出回路の周波数は通信のままであるが、平滑回路の出力電圧が高い状態が発生した場合に、通信保護回路を切断して通信回路を保護することができる。

このように、本発明における非接触電力伝送装置の一例が、上記に記載した実施の形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更や修正、フローチャートの変更が可能である。すなわち、当業者であれば成し得るであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれることは勿論である。

本発明は、非接触電力伝送機能を有する携帯電話、携帯情報端末、電気カミソリ、デジタルカメラ等の電子機器、およびこれらを備える電子システムに適用可能である。

１ 共振回路
２ 整流回路
３ 平滑回路
４ 電源回路
５ 通信整合回路
６ 通信回路
７ ＣＰＵ回路
８ 制御回路
９ 受電アンテナ
１１ 負荷接続スイッチ
１２ 通信保護回路
１３ 送電アンテナ
１４ 送電制御部
１５ 周波数検出回路
２１、２２、３１、３２、３３、３４、３５、４１、４２、４３、４５、７１、７２、
７３、７５ 端子
４４ オープンドレイン回路
７４ 論理反転回路
１００ 送電装置
２００ 受電装置
Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２ コンデンサ
ＦＥＴ１０、ＦＥＴ１１、ＦＥＴ２０、ＦＥＴ３０ 電界効果トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ１０、Ｒ２０、Ｒ３０、Ｒ３１ 抵抗
Ｔｒ１、Ｔｒ２ トランジスタ
ＺＤｓ、ＺＤｐ、ＺＤｃ、ＺＤ２０ ツェナーダイオード

Claims (7)

1. 非接触で電力伝送と通信を行う機能を有する、送電装置と受電装置を備える非接触電力伝送装置であって、
   前記受電装置は、
   前記送電装置から送出された電磁波を受電する受電アンテナと、
   前記受電アンテナに接続されて電気的な共振を生じさせる共振回路と、
   前記共振回路からの交流出力を直流に変換する整流回路と、
   前記整流回路からの直流を平坦にする平滑回路と、
   前記平滑回路からの直流電力を負荷に給電する電源回路と、
   前記共振回路の共振周波数設定定数を切り換える制御回路を備え、
   前記制御回路は、前記電力伝送から前記通信への移行および前記通信から前記電力伝送への移行の検出信号に応じて受動的に前記切り換えを行うことを特徴とする非接触電力伝送装置。
2. 非接触で電力伝送と通信を行う機能を有する、送電装置と受電装置を備える非接触電力伝送装置であって、
   前記受電装置は、
   前記送電装置から送出された電磁波を受電する受電アンテナと、
   前記受電アンテナに接続されて電気的な共振を生じさせる共振回路と、
   前記共振回路からの交流出力を直流に変換する整流回路と、
   前記整流回路からの直流を平坦にする平滑回路と、
   前記平滑回路からの直流電力を負荷に給電する電源回路と、
   前記平滑回路と前記電源回路を接続する負荷接続スイッチと、
   前記共振回路の共振周波数設定定数と前記負荷接続スイッチを切り換える制御回路を備え、
   前記制御回路は、前記電力伝送から前記通信への移行および前記通信から前記電力伝送への移行の検出信号に応じて受動的に前記切り換えを行い、
   前記共振回路が、前記通信が可能となる共振周波数設定定数に設定されているときは、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路を切断し、
   前記共振回路が、前記電力伝送が可能となる共振周波数設定定数に設定されているときは、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路を接続することを特徴とする非接触電力伝送装置。
3. 前記検出信号は前記平滑回路の出力電圧である請求項２に記載の非接触電力伝送装置。
4. 前記制御回路は、前記出力電圧に対して、第１の閾値と、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値が設定されており、前記出力電圧が前記第１の閾値を超えた場合は、前記共振回路の共振周波数設定定数を、電力伝送が可能となる共振周波数設定定数への切り換えと、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路の接続を行い、
   前記出力電圧が前記第２の閾値を下回った場合は、前記共振回路の共振周波数設定定数を、通信が可能となる共振周波数設定定数への切り換えと、前記負荷接続スイッチにより前記平滑回路と前記電源回路の接続を切断する請求項３に記載の非接触電力伝送装置。
5. 前記受電装置は、さらに
   前記共振回路とインピーダンス整合を取る通信整合回路と、
   前記通信の制御を行う通信回路と、
   前記通信整合回路と前記通信回路を接続する通信保護回路を備え、
   前記制御回路は、前記出力電圧が前記第１の閾値を超えた場合は、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路から切り離し、
   前記出力電圧が前記第２の閾値を下回った場合は、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路に接続する請求項４に記載の非接触電力伝送装置。
6. 前記電力伝送と前記通信が異なる周波数で行われ、
   前記受電装置は、さらに
   前記電磁波の周波数を検出する周波数検出回路を備え、
   前記検出信号は前記周波数検出回路の検出周波数である請求項１または２に記載の非接触電力伝送装置。
7. 前記受電装置は、さらに
   前記共振回路とインピーダンス整合を取る通信整合回路と、
   前記通信の制御を行う通信回路と、
   前記通信整合回路と前記通信回路を接続する通信保護回路を備え、
   前記制御回路は、前記検出周波数が前記通信から前記電力伝送への移行の周波数の場合、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路から切り離し、
   前記検出周波数が前記電力伝送から前記通信への移行の周波数の場合、前記通信保護回路により前記通信回路を前記通信整合回路に接続する請求項６に記載の非接触電力伝送装置。

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