JP2015159656A - 非接触信号伝送装置、及び非接触電力受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力伝送時のインピーダンス整合設計の自由度を高めた通信回路保護技術を提供すること。【解決手段】 周波数検出回路部９が電力伝送信号の周波数を検出した場合には、スイッチ部８を短絡状態とすることで、コンデンサ２１、２２より通信整合主要回路部６への信号伝達が阻止され、通信回路部７が電力伝送信号より保護される。これは同時に、コンデンサ２１、２２の他端が短絡されたことにもなるので、電力系統は、コンデンサ２１、２２の直列接続回路と受電整合主要回路部２３による受電整合回路部を構成することになり、アンテナ部から電力伝送部までの電力系統は、通信整合主要回路部６の影響を考慮する必要無く、受電に適した設計とすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触で外部と信号の送信あるいは受信を行う非接触信号伝送装置に関する。

また、非接触信号伝送装置のうち、非接触で通信信号の送受信、及び電力信号の受電を行う非接触電力受電装置に関する。

非接触電力受電時に通信回路を過電圧から保護するための検討がなされている。

例えば特許文献１の段落００７２、図３等には、非接触電力受電時に通信回路の入力部を接地することで保護する提案がなされている。

特開２０１３−１１８７８５号公報

特許文献１の構成では、特に図３における整合回路を通信側と電力受電側で共用しているため、通信時にインピーダンス整合するよう調整されたコンデンサ２０２ｄ乃至２０２ｇより構成される回路を、受電等の電力伝送時にもインピーダンス整合するよう調整することは困難である。

従って、インピーダンス整合回路設計の自由度が低く、通信時や電力受電時のインピーダンスが整合しきれず、電力伝送効率の低下や通信感度低下の要因になるという課題がある。

すなわち本発明は、電力伝送時のインピーダンス整合設計の自由度を高めた通信回路保護技術の提供を目的とする。

上記課題を本発明は、非接触で通信及び電力受電の可能なアンテナ部と、第１コンデンサ、第２コンデンサ、整合主要部より構成される電力受電整合回路部と、電力受電部と、通信整合回路部と、通信回路部と、両端の短絡状態と開放状態を切り替えることができるスイッチ部を備え、前記アンテナ部の両端は、前記整合主要部と接続され、前記整合主要部は、前記電力受電部と接続され、前記アンテナ部の両端は、各々前記第１のコンデンサの一端及び前記第２のコンデンサの一端と接続され、前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記通信整合回路部に接続され、前記通信回路部は、前記通信整合回路部に接続され、前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記スイッチ部の両端に接続されている非接触電力受電装置により解決することができる。

電力受電時等における通信回路部へ過電圧の加わる可能性がある場合に、スイッチ部を短絡状態にすることで、通信整合回路部から通信回路部までの通信系統が、アンテナ部から電力受電部までの電力系統と切り離され、相互に影響を与えることがなくなり、通信回路部は電力受電による過電圧から保護される。

さらに、スイッチ部を短絡状態にする際、通信整合回路部までも電力系統から切り離すため、アンテナ部から電力受電部までの電力系統は、通信整合回路部の影響を考慮する必要が無く、電力受電に適した設計とすることができるため、インピーダンス整合設計の自由度を高め、確実なインピーダンス整合を取ることで、電力受電効率や通信感度を高めることになる。

また、前記通信回路部と前記通信回路部を接続するラインが３本以上であることが望ましい。

アンテナ部からの信号ラインは２本でも、通信回路部の端子数により３本、もしくはそれ以上にライン数を増やす場合がある。

このような場合でも、スイッチ部は通信整合回路部のアンテナ側に接続されるため、特許文献１のように、通信回路部の必要ライン数に応じてスイッチ部を増やす必要がなく、通信回路部の端子数に応じたスイッチ部の部品点数増加を抑えることができる。

また、前記アンテナ部を介して非接触電力受電を行う場合には、前記スイッチ部は短絡状態となり、前記電力受電部が動作を開始し、前記アンテナ部を介して非接触通信を行う場合には、前記スイッチ部は開放状態となり、前記電力受電部が動作を停止することが望ましい。

通信時に電力受電部が動作を停止すれば、電力受電整合回路部から見た電力受電部はコンデンサとみなすことができるため、これを踏まえたインピーダンス整合ができるよう通信整合回路部を調整することは困難ではなくなるためである。

また、前記スイッチ部が短絡状態となった場合、前記スイッチ部は接地電位に接続されることが望ましい。

通信整合回路部の入力側が接地電位となり、電位が安定するため、より確実に通信回路部を保護することができるためである。

また、さらに前記電力受電部における受電電圧を検出する保護スイッチ制御部を備え、前記受電電圧が予め定めた保護閾値を超えた場合には、前記保護スイッチ制御部が前記スイッチ部を短絡状態とするよう制御することが望ましい。

受電電圧が予め定めた保護閾値を超えた場合には、通信回路へ過電圧が加わる可能性があるものとして、スイッチ部を短絡させ、通信回路を保護するためである。

また、さらに前記アンテナ部における受信信号の周波数を検出する保護スイッチ制御部を備え、非接触電力受電信号の電力受電周波数帯域と非接触通信信号の通信周波数帯域が相違し、前記保護スイッチ制御部が前記電力受電周波数帯域の信号を検出した場合には前記保護スイッチ制御部が前記スイッチ部を短絡状態とするよう制御することが望ましい。

電力受電周波数帯域と非接触通信信号の通信周波数帯域が相違する場合には、受信信号に電力受電周波数帯域の信号が含まれれば、通信回路へ過電圧が加わる可能性があるものとして、スイッチ部を短絡させ、通信回路を保護することができるためである。

また、さらに前記アンテナ部における受信信号の周波数を検出する保護スイッチ制御部を備え、非接触電力受電信号の電力受電周波数帯域と非接触通信信号の通信周波数帯域が相違し、前記保護スイッチ制御部が前記通信周波数帯域の信号を検出した場合にのみ前記保護スイッチ制御部が前記スイッチ部を開放状態とするよう制御することが望ましい。

電力受電周波数帯域と非接触通信信号の通信周波数帯域が相違する場合には、受信信号に通信周波数帯域の信号が含まれる場合のみスイッチ部を開放し、それ以外はスイッチ部を短絡することで、通信回路へ過電圧が加わる可能性を未然に防止し、通信回路を保護することができるためである。

また、本発明は、非接触で通信及び電力伝送の可能なアンテナ部と、第１コンデンサ、第２コンデンサ、整合主要部より構成される電力伝送整合回路部と、電力伝送部と、通信整合回路部と、通信回路部と、両端の短絡状態と開放状態を切り替えることができるスイッチ部を備え、前記アンテナ部の両端は、前記整合主要部と接続され、前記整合主要部は、前記電力伝送部と接続され、前記アンテナ部の両端は、各々前記第１のコンデンサの一端及び前記第２のコンデンサの一端と接続され、前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記通信整合回路部に接続され、前記通信回路部は、前記通信整合回路部に接続され、前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記スイッチ部の両端に接続されている非接触信号伝送装置であってもよい。

ここでの電力伝送とは、非接触信号伝送装置より伝送先へ電力を伝送する場合と、伝送先より非接触信号伝送装置へ電力を伝送する場合のいずれも含むことを意味する。

本発明により、通信回路部を電力伝送による過電圧から保護するために、スイッチ部を短絡し、通信整合回路部までも電力系統から切り離すため、アンテナ部から電力伝送部までの電力系統は、通信整合回路部の影響を考慮する必要無く、電力伝送に適した設計とすることができるため、インピーダンス整合設計の自由度を高め、確実なインピーダンス整合が取れ、電力伝送効率や通信感度を高めることができる。

本発明の実施形態１における非接触電力受電装置の回路ブロック図である。 本発明の実施形態２における非接触電力受電装置の回路ブロック図である。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における非接触電力受電装置の回路ブロック図である。

本実施形態における非接触電力受電装置は、図示されない送電装置と非接触で通信及び電力受電の可能なアンテナ部１を有している。

また、コンデンサ２１、２２、及び受電整合主要回路部２３より構成される受電整合回路部と、整流回路部３、充電を制御する充電回路部４、及び二次電池４１による電力系統を有している。

その一方で、コンデンサ２１、２２、通信整合主要回路部６より構成される通信整合回路部と、通信回路部７による通信系統を有している。

また、両端の短絡状態と開放状態を切り替えることができるスイッチ部８を備えている。

アンテナ部１の両端は、受電整合主要回路部２３と接続され、受電整合主要回路部２３は、整流回路部３と接続されている。

また、アンテナ部１の両端は、各々コンデンサ２１、２２の一端とも接続され、コンデンサ２１、２２の他端は、通信整合主要回路部６に接続され、通信回路部７は、通信整合主要回路部６に接続されている。

コンデンサ２１、２２の他端は、スイッチ部８の両端にも接続されている。

受電整合主要回路部２３より出力され、整流回路部３に入力される信号を周波数検出回路部９が検出する。

なお、周波数検出回路部９の電源は、充電回路部４より供給される。

ここで、電力受電信号の周波数と通信信号の周波数が相違する場合には、周波数検出回路部９における検出信号の周波数により電力受電の開始を検出することができる。

スイッチ部８は、２つのｎ型ＭＯＳＦＥＴにより構成され、双方のソースが接地電位に接続され、各々のドレインはコンデンサ２１、２２の他端に接続され、双方のゲートは周波数検出回路９に接続される。

これにより、スイッチ部８の短絡状態と開放状態の切り替えは、周波数検出回路部９からの電圧により行うことができる。

スイッチ部８を構成するＭＯＳＦＥＴは、ｐ型でも良いが、移動度の大きい電子をキャリアとするｎ型ＭＯＳＦＥＴの方が電力受電の信号阻止を確実に行うことができるため、望ましい。

スイッチ部８は、通信回路部７への通信信号の受信に備え、開放状態としておく。通信信号の整合回路は、コンデンサ２１、２２、開放状態のスイッチ部８両端の静電容量、通信整合主要回路部６により構成される。

ここで、周波数検出回路部９が電力受電信号の周波数を検出した場合には、スイッチ部８を短絡状態とすることで、コンデンサ２１、２２より通信整合主要回路部６への信号伝達が阻止され、通信回路部７が電力受電信号より保護される。

これは同時に、コンデンサ２１、２２の他端が短絡されたことにもなるので、電力系統は、コンデンサ２１、２２の直列接続回路と受電整合主要回路部２３による受電整合回路部を構成することになり、アンテナ部から二次電池４１までの電力系統は、通信整合主要回路部６の影響を考慮する必要無く、受電に適した設計とすることができるため、インピーダンス整合設計の自由度を高め、確実なインピーダンス整合を取ることで、電力受電効率や通信感度を高めることになる。

通信整合主要回路部６とスイッチ部８の接続は通信信号の送受信で共通化できるため、２本のラインとなるが、通信回路部７は、送信端子Ｔｘ１、Ｔｘ２と、受信端子Ｒｘのそれぞれについて整合回路が必要となり、３本のライン構成となる。なお、受信端子Ｒｘを２つ設ける場合は、４本のライン構成となる。

従って、通信回路部７を保護する半導体スイッチであるＭＯＳＦＥＴは、通信整合主要回路部６と通信回路部７の間に設けると４個必要となるが、本実施形態のように通信整合主要回路部６とコンデンサ２１、２２の間に設けると、２個に減らすことができる。

本実施形態ではアンテナ部１より二次電池４１に受電するが、さらに送電系統を設け、アンテナ部１より非接触で送電する非接触電力伝送装置としても良い。この場合でも、送電時にスイッチ部８を短絡状態とすることで通信回路部７を保護することができる。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２における非接触電力受電装置の回路ブロック図である。

実施形態１における図１とは、周波数検出回路部を、電圧検出回路部９１に置換した点が異なる。

例えば電力受電信号の周波数と通信信号の周波数が一致する場合には、実施形態１のように検出周波数で電力受電の開始を検出することはできない。

そこで、本実施形態では、電圧検出回路部９１により整流回路部３で整流した電圧値を検出し、電圧検出値が通信時の電圧範囲を超えた場合に電力受電が開始されたものと判断し、スイッチ部８への電圧印加により、スイッチ部８を短絡状態として、通信回路部７を保護することができる。

なお、二次電池４１の電荷量によりインピーダンスが変化すれば、上記電圧検出値も変動するが、充電回路部４でこのような二次電池４１のインピーダンスを検出し、電圧検出値を補正することで、より精度良く電力受電の開始を検出することができる。

１ アンテナ部
３ 整流回路部
４ 充電回路部
６ 通信整合主要回路部
７ 通信回路部
８ スイッチ部
９ 周波数検出回路部
２１、２２ コンデンサ
２３ 受電整合主要回路部
４１ 二次電池
９１ 電圧検出回路部
Ｔｘ１、Ｔｘ２ 送信端子
Ｒｘ 受信端子

Claims (8)

1. 非接触で通信及び電力受電の可能なアンテナ部と、
   第１コンデンサ、第２コンデンサ、整合主要部より構成される電力受電整合回路部と、
   電力受電部と、
   通信整合回路部と、
   通信回路部と、
   両端の短絡状態と開放状態を切り替えることができるスイッチ部を備え、
   前記アンテナ部の両端は、前記整合主要部と接続され、
   前記整合主要部は、前記電力受電部と接続され、
   前記アンテナ部の両端は、各々前記第１のコンデンサの一端及び前記第２のコンデンサの一端と接続され、
   前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記通信整合回路部に接続され、
   前記通信回路部は、前記通信整合回路部に接続され、
   前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記スイッチ部の両端に接続されていることを特徴とする非接触信号受電装置。
2. 前記通信回路部と前記通信整合回路部を接続するラインが３本以上であることを特徴とする請求項１に記載の非接触電力受電装置。
3. 前記アンテナ部を介して非接触電力受電を行う場合には、前記スイッチ部は短絡状態となり、前記電力受電部が動作を開始し、
   前記アンテナ部を介して非接触通信を行う場合には、前記スイッチ部は開放状態となり、前記電力受電部が動作を停止することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非接触電力受電装置。
4. 前記スイッチ部が短絡状態となった場合、前記スイッチ部は接地電位に接続されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の非接触電力受電装置。
5. さらに前記電力受電部における受電電圧を検出する保護スイッチ制御部を備え、
   前記受電電圧が予め定めた保護閾値を超えた場合には、前記保護スイッチ制御部が前記スイッチ部を短絡状態とするよう制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の非接触電力受電装置。
6. さらに前記アンテナ部における受信信号の周波数を検出する保護スイッチ制御部を備え、
   非接触電力受電信号の電力受電周波数帯域と非接触通信信号の通信周波数帯域が相違し、
   前記保護スイッチ制御部が前記電力受電周波数帯域の信号を検出した場合には前記保護スイッチ制御部が前記スイッチ部を短絡状態とするよう制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の非接触電力受電装置。
7. さらに前記アンテナ部における受信信号の周波数を検出する保護スイッチ制御部を備え、
   非接触電力受電信号の電力受電周波数帯域と非接触通信信号の通信周波数帯域が相違し、
   前記保護スイッチ制御部が前記通信周波数帯域の信号を検出した場合にのみ前記保護スイッチ制御部が前記スイッチ部を開放状態とするよう制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の非接触電力受電装置。
8. 非接触で通信及び電力伝送の可能なアンテナ部と、
   第１コンデンサ、第２コンデンサ、整合主要部より構成される電力伝送整合回路部と、
   電力伝送部と、
   通信整合回路部と、
   通信回路部と、
   両端の短絡状態と開放状態を切り替えることができるスイッチ部を備え、
   前記アンテナ部の両端は、前記整合主要部と接続され、
   前記整合主要部は、前記電力伝送部と接続され、
   前記アンテナ部の両端は、各々前記第１のコンデンサの一端及び前記第２のコンデンサの一端と接続され、
   前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記通信整合回路部に接続され、
   前記通信回路部は、前記通信整合回路部に接続され、
   前記第１のコンデンサの他端及び前記第２のコンデンサの他端は、前記スイッチ部の両端に接続されていることを特徴とする非接触信号伝送装置。

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