JP2016174469A - 充電中継器及び充電中継方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる規格のワイヤレス給電の機器同士であっても、ワイヤレス給電を可能とすることができる充電中継器を提供する。【解決手段】充電中継器４は、受電部１１と、送電部１３と、通信プロトコル変換部１２とを有する。受電部１１は、第１の給電規格で電力を受電可能である。送電部１３は、第２の給電規格で電力を送電可能である。通信プロトコル変換部１２は、第２の給電規格に対応した通信プロトコルを第１の給電規格に対応した通信プロトコルに変換する。【選択図】図２

Description

実施の形態は、充電中継器及び充電中継方法に関する。

従来、携帯電話やスマートフォン等の携帯端末には、再充電可能なバッテリが搭載されている。このような携帯端末のバッテリの充電を行う場合、ユーザは、充電装置の一端を商用電源に接続するとともに、充電装置の他端に設けられた端子を接続しなければならず、このような操作が煩わしかった。

そのため、近年では、ワイヤレス給電技術が活用され始めている。例えばワイヤレス給電受電機能が内蔵される携帯端末を、ワイヤレス給電送信器上に載せるだけで携帯端末を給電できる。

しかしながら、ワイヤレス給電の標準規格団体は、WPC(Wireless Power Consortium) 、PMA(Power Matters Alliance)、A4WP(Alliance for Wireless Power）等、複数存在し、それぞれが標準化を進めている。そのため、規格が異なる機器同士ではワイヤレス給電ができなかった。

すなわち、規格Ａに対応する送電器は、通信プロトコル等の違いにより規格Ａ以外の受電器へ給電することができない。また、規格Ｂに対応する送電器は、通信プロトコル等の違いにより規格Ｂ以外の受電器へ給電することができない。そのため、ワイヤレス給電に制限があった。

特開２００７−１８０１８９号公報 特開２０１３−５３４４０１号公報 特開２０１４−５７１８５号公報

実施形態の課題は、異なる規格のワイヤレス給電の機器同士であっても、ワイヤレス給電を可能とすることができる充電中継器及び充電中継方法を提供することである。

実施形態の充電中継器は、受電部と、送電部と、通信プロトコル変換部とを有する。受電部は、第１の給電規格で電力を受電可能である。送電部は、第２の給電規格で電力を送電可能である。通信プロトコル変換部は、第２の給電規格に対応した通信プロトコルを第１の給電規格に対応した通信プロトコルに変換する。

第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る充電中継器の詳細な回路構成を示す図である。 第１の実施形態の充電中継器４による充電中継処理の流れの例を説明するためのフローチャートとである。 第１の実施形態の変形例に係るワイヤレス給電システムの構成を示す図である。 第２の実施形態に係る充電中継器の詳細な回路構成を示す図である。 第２の実施形態の充電中継器４ｂによる充電中継処理の流れの例を説明するためのフローチャートとである。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
まず、図１及び図２に基づき、第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムに関する構成について説明する。なお、実施形態における構成は、ワイヤレス給電システムに関連する一部の機能を抽出して説明している。

図１は、第１の実施形態に係るワイヤレス給電システムの構成を示す図であり、図２は、第１の実施形態に係る充電中継器の詳細な回路構成を示す図である。

実施形態のワイヤレス給電システム１は、ワイヤレス受電機能を有した携帯電話あるいはスマートフォン等の携帯端末２と、ワイヤレス送電機能を有した送電器３と、ワイヤレス受電機能及びワイヤレス送電機能を有した充電中継器４と備えて構成されている。

充電対象機器である携帯端末２は、ワイヤレス給電の規格（給電規格）が規格Ｂに対応した受電器である。一方、送電器３は、ワイヤレス給電の規格が規格Ａに対応した送電器である。充電中継器４は、後述するように、規格Ａに対応した受信システム（受電部）と規格Ｂに対応した送信システム（送電部）とを備える。

規格Ａに対応した送電器３は、送信コイル５から電力を送電可能となっている。充電中継器４は、受信コイル６及び送信コイル７を備え、送電器３の送信コイル５から送電された電力を受電する。充電中継器４は、送電器３から電力を受信コイル６により受信すると、送電コイル７から規格Ｂに準拠した電力供給を携帯端末２に対して行う。規格Ｂに対応する受電器である携帯端末２は、充電中継器４からの電力を受電し、図示しないバッテリの充電を行う。

なお、充電中継器４は、図１に示すように、受信コイル６及び送信コイル７が異なる面に配置されて構成されているが、この配置に限定されることなく、例えば受信コイル６及び送信コイル７が同一の面に配置されて構成されていてもよい。

図２に示すように、充電中継器４は、受信システム１１と、プロトコル中継／システム制御部１２と、送信システム１３とを有して構成されている。なお、受信システム１１、プロトコル中継／システム制御部１２、及び、送信システム１３は、同一のブロックに構成されていてもよいし、それぞれ個別のブロックに構成されていてもよい。

受信システム１１は、上述した受信コイル６に加え、整流器２１と、レギュレータ２２と、電圧検出回路２３と、電流検出回路２４と、変調回路２５と、通信／受信システム制御部２６とを有して構成されている。

また、送信システム１３は、上述した送信コイル７に加え、通信／送信システム制御部３１と、ＰＷＭ回路３２と、プリドライバ回路３３と、検出器３４と、フィルタ回路３５と、フルブリッジ回路３６とを有して構成されている。

携帯端末２は、ワイヤレス給電を開始する場合、規格Ｂに対応した通信プロトコルで充電中継器４に対してワイヤレス給電の要求を行う。この要求は、充電中継器４の検出器３４により検知され、フィルタ回路３５及び通信／送信システム制御部３１を介してプロトコル中継／システム制御部１２にされる。

通信プロトコル変換部を構成するプロトコル中継／システム制御部１２は、規格Ｂに対応した通信プロトコルを規格Ａに対応した通信プロトコルに変換し、通信／受信システム制御部２６に通信プロトコルを規格Ａに対応した通信プロトコルに変換した要求を出力する。通信／受信システム制御部２６は、この要求を変調回路２５に出力する。

変調回路２５は、送電器３へ送信するデータ（要求）に変調を行う回路であり、例えばＡＳＫ（Amplitude-shift keying）変調を行う。ＡＳＫ変調されたデータは受信コイル６から送信コイル５に送信される。

送電器３は、例えば図示しないＡＣアダプタを介して家庭用の商用電源等に接続されている。送電器３は、充電中継器４からの要求に応じた電力を送電するように、送信コイル５に交流電流を流すことで、送信コイル５に磁束が発生する。この磁束により、充電中継器４の受信コイル６にも交流電流が流れ、ワイヤレス給電が行われる。

整流器２１は、受信コイル６で受信された交流電流を整流し、レギュレータ２２に供給する。レギュレータ２２は、ＬＤＯ（Low Drop Out）レギュレータまたはＤＣＤＣコンバータ等で構成されており、整流器２１により整流された電力をレギュレートする回路である。レギュレータ２２は、レギュレートした電力を送信システム１３に供給する。なお、レギュレータ２２を設けずに、整流器２１で整流された電力を直接、送信システム１３に供給するようにしてもよい。

電圧検出回路２３は、レギュレータ２２からの出力電圧を監視及び測定し、測定結果を通信／受信システム制御部２６に出力する。電流検出回路２４は、レギュレータ２２からの出力電流を監視及び測定し、測定結果を通信／受信システム制御部２６に出力する。なお、電流検出回路２４は、レギュレータ２２からの出力電流に相当する電流、ここでは、図２の破線で示すように、整流器２１により整流された電流を監視及び測定するようにしてもよい。

通信／受信システム制御部２６は、電圧検出回路２３の測定結果及び電流検出回路２４の測定結果に基づき、送信システム１３に出力されている出力電力を演算、プロトコル中継／システム制御部１２からの情報を考慮し、受信電力の増減を指示するための情報等を変調回路２５及び受信コイル６を介して送電器３に送信することができる。

レギュレータ２２からの電力は、通信／送信システム制御部３１を介してＰＷＭ回路３２に供給される。この電力は、ＰＷＭ回路３２によりＰＷＭ制御された後、プリドライバ回路３３によりドライブされ、フルブリッジ回路３６に供給される。通信／送信システム制御部３１は、電力受信側である携帯端末２から送信された情報に基づいて、ＰＷＭ回路３２を制御することで、送電電力を制御する。

フルブリッジ回路３６は、レギュレータ２２からの電力を直流から交流に変換し、送信コイル７に供給する。これにより、送信コイル７に交流電流が流れることで磁束が発生する。この結果、携帯端末２の図示しない受信コイルにも交流電流が流れ、ワイヤレス給電が行われる。

このように、実施形態のワイヤレス給電システム１におけるワイヤレス給電の方式は、現在最も主要な方式となっている電磁誘導方式により説明するが、これに限定されることなく、他の方式、例えば、磁気共鳴方式、電界結合方式、または、マイクロ波方式等であってもよい。

次に、このように構成された充電中継器４の充電中継処理について説明する。図３は、第１の実施形態の充電中継器４による充電中継処理の流れの例を説明するためのフローチャートとである。なお、以下の説明において、受電器は携帯端末２に対応する。

まず、規格Ａ対応の送電器３と充電中継器４（充電中継器４の受信システム１１）とがＡ規格のワイヤレス給電システムを確立する（ステップＳ１）。次に、規格Ａ対応の送電器３と充電中継器４とがワイヤレス給電を開始する（ステップＳ２）。

次に、充電中継器４（充電中継器４の送信システム１３）と規格Ｂ対応の受電器が規格Ｂのワイヤレス給電システムを確立する（ステップＳ３）。次に、規格Ｂ対応の受電器が充電中継器４に対して規格Ｂに準拠した通信プロトコルで電力要求を行う（ステップＳ４）。

次に、充電中継器４は、規格Ｂ対応の受電器の要求を解釈し、受電器から要求されていた供給電力情報に応じて規格Ａに準拠した通信プロトコルに沿って、規格Ａ対応の送電器３に電力要求を行う（ステップＳ５）。

このように、ステップＳ５の処理では、規格Ｂに準拠した通信プロトコルを規格Ａに準拠した通信プロトコルに変換する処理を行っている。また、充電中継器４を中継してワイヤレス給電を行うことで、充電中継器４内において電力のロスが発生することがある。そのため、充電中継器４は、受電器の要求電力以上の電力を送電器３に要求するようにしている。

次に、規格Ａ対応の送電器３から規格Ａに沿って、充電中継器４に対して要求電力または要求電力以上の電力供給を行う（ステップＳ６）。最後に、充電中継器４は、規格Ａ対応の送電器３から電力を受け取ると、規格Ｂに準拠した電力供給を規格Ｂ対応の受電器に対して行い（ステップＳ７）、処理を終了する。

以上のように、充電中継器４は、規格Ｂに対応する携帯端末２からの規格Ｂに準拠した通信プロトコルを規格Ａに準拠した通信プロトコルに変換し、規格Ａに対応する送電器３に送信するようにしている。この結果、送電器３は、規格の異なる携帯端末２からの電力要求に応じた電力を送電することができる。そして、充電中継器４は、この電力を受電し、携帯端末２に対して携帯端末２の規格に応じた電力を送電することができる。

よって、実施形態の充電中継器によれば、異なる規格のワイヤレス給電の機器同士であっても、ワイヤレス給電を可能とすることができる。
（変形例）
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。

図４は、第１の実施形態の変形例に係るワイヤレス給電システムの構成を示す図である。なお、図４において、図１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、ワイヤレス給電システム１ａは、図１の充電中継器４に代わり、充電中継器４ａを用いて構成されている。

充電中継器４ａは、規格Ａに対応した送信システムの送信コイル８ａと、規格Ｂに対応した送信システムの送信コイル８ｂと、規格Ｃに対応した送信システムの送信コイル８ｃとを備えて構成されている。

この充電中継器４ａは、規格Ａに対応した送信システムの送信コイル８ａから規格Ａに対応した携帯端末２ａにワイヤレス給電を行うことができる。充電中継器４ａは、規格Ｂに対応した送信システムの送信コイル８ｂから規格Ｂに対応した携帯端末２ｂにワイヤレス給電を行うことができる。さらに、充電中継器４ａは、規格Ｃに対応した送信システムの送信コイル８ｃから規格Ｃに対応した携帯端末２ｃにワイヤレス給電を行うことができる。なお、充電中継器４ａは、それぞれの規格に対応して送信コイルを設けているが、それに限定されない。すなわち、異なる規格であっても送信コイルを共有化できる場合は、送信コイルを共有することが可能である。

上述した第１の実施形態の充電中継器４は、規格Ａに対応した送電器３から規格Ｂに対応した携帯端末２のみにワイヤレス給電を行うものである。これに対し、変形例の充電中継器４ａは、規格Ａに対応した送電器３から規格Ａに対応した携帯端末２ａ、規格Ｂに対応した携帯端末２ｂ、または、規格Ｃに対応した携帯端末２ｃにワイヤレス給電を行うことができる。

なお、充電中継器４ａは、３つの送信コイル８ａ、８ｂ及び８ｃを有して構成されているが、送信コイルの数は３つに限定されるものではない。例えば、充電中継器４ａは、異なる規格の４つ以上の送信コイルを備え、それぞれ規格が異なる４つ以上の携帯端末にワイヤレス給電を行えるようにしてもよい。

また、充電中継器４ａは、送電器３からの電力を送信コイル８ａ、８ｂ及び８ｃに分配し、規格が異なる複数の携帯端末２ａ、２ｂ及び２ｃを同時にワイヤレス給電するようにしてもよい。すなわち、充電中継器４ａは、規格Ａに対応した携帯端末２ａ、規格Ｂに対応した携帯端末２ｂ、及び、規格Ｃに対応した携帯端末２ｃにワイヤレス給電を同時に行うようにする。

さらに、充電中継器４ａは、規格Ａに対応する送電器３からワイヤレス給電された電力を受信コイル６により受電するが、受信コイルも複数備え、規格Ａ以外の送電器からワイヤレス給電を行うようにしてもよい。なお、充電中継器４ａは、異なる規格であっても受信コイルを共有化できる場合は、１つの受信コイルで規格の異なる送電器から電力を受信することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

図５は、第２の実施形態に係る充電中継器の詳細な回路構成を示す図である。なお、図５において、図２と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、実施形態の充電中継器４ｂは、図２の充電中継器４に対して、パワーパス部４０と、充電制御回路４１と、バッテリ４２とが追加されて構成されている。なお、バッテリ４２は、例えばリチウムイオン二次電池であるが、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、他の種類の二次電池であってもよい。

レギュレータ２２からの電力は、パワーパス部４０に供給される。パワーパス部４０は、この電力を充電制御回路４１に供給する。充電制御回路４１は、プロトコル中継／システム制御部１２の制御により、供給された電力をバッテリ４２に充電する。

プロトコル中継／システム制御部１２は、携帯端末２から電力要求が送信されると、パワーパス部４０を制御して、バッテリ４２に充電されている電力をパワーパス部に供給する。パワーパス部４０は、この電力を送信システム１３に供給し、携帯端末２にワイヤレス給電を行う。

このように、実施形態では、充電中継器４ｂと規格Ｂの携帯端末２との間のワイヤレス給電は、充電中継器４ｂのバッテリ４２を電力の供給元として行われることになる。

次に、このように構成された充電中継器４ｂの充電中継処理について説明する。図６は、第２の実施形態の充電中継器４ｂによる充電中継処理の流れの例を説明するためのフローチャートとである。なお、以下の説明において、受電器は携帯端末２に対応する。

まず、規格Ａ対応の送電器３と充電中継器４ｂ（充電中継器４ｂの受信システム１１）とが規格Ａのワイヤレス給電システムを確立する（ステップＳ１１）。次に、規格Ａ対応の送電器３と充電中継器４ｂとがワイヤレス給電を開始する（ステップＳ１２）。次に、充電中継器４ｂのバッテリ４２に充電が開始される（ステップＳ１３）。

次に、充電中継器４ｂ（充電中継器４ｂの送信システム１３）と規格Ｂ対応の受電器とが規格Ｂのワイヤレス給電システムを確立する（ステップＳ１４）。最後に、充電中継器４ｂと規格Ｂ対応の受電器とが規格Ｂのワイヤレス給電を開始し（ステップＳ１５）、処理を終了する。

このように、バッテリ４２を備えた充電中継器４ｂの場合、第１の実施形態のように、規格Ａと規格Ｂの通信プロトコル変換を行い、規格Ａの送電部３から規格Ｂの受電器に対しワイヤレス給電をすることが可能である。更には、充電中継器４ｂは、バッテリ４２を備えることにより、規格Ａの受電器には規格Ａの送電器３からワイヤレス給電を行い、規格Ａ以外の受電器はバッテリ４２からワイヤレス給電を行うことができるため、通信プロトコルの変換を伴わずに規格の異なる受電器にワイヤレス給電が可能となる。また、規格Ａの受電器と規格Ａ以外の受電器を通信プロトコルの変換を伴わずに同時にワイヤレス給電することも可能である。

なお、充電中継器４ｂのバッテリ４２にワイヤレス給電を行うための十分な電力が充電されている場合、図６の充電中継処理において、ステップＳ１４及びＳ１５の処理を最初に行うようにしてもよい。このような処理により、充電中継器４ｂのバッテリ４２と携帯端末２との間でワイヤレス給電を直ちに開始することができるため、充電中継器４ｂによって充電の中継を行うことによるタイムロスを無くすことができる。

よって、実施形態の充電中継器によれば、第１の実施形態と同様に、異なる規格のワイヤレス給電の機器同士であっても、ワイヤレス給電を可能とすることができるとともに、充電の中継を行うことによるタイムロスを無くすことができる。

なお、明細書におけるフローチャート中の各ステップは、その性質に反しない限り、実行順序を変更し、複数同時に実行し、あるいは実行毎に異なった順序で実行してもよい。

発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、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。これら新規な実施の形態は、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。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１，１ａ…ワイヤレス給電システム、２，２ａ〜２ｃ…携帯端末、３…送電器、４，４ａ，４ｂ…充電中継器、５，７，８ａ〜８ｃ…送信コイル、６…受信コイル、１１…受信システム、１２…プロトコル中継／システム制御部、１３…送信システム、２１…整流器、２２…レギュレータ、２３…電圧検出回路、２４…電流検出回路、２５…変調回路、２６…通信／受信システム制御部、３１…通信／送信システム制御部、３２…ＰＷＭ回路、３３…プリドライバ回路、３４…検出器、３５…フィルタ回路、３６…フルブリッジ回路、４０…パワーパス部、４１…充電制御回路、４２…バッテリ。

Claims (7)

1. 第１の給電規格で電力を受電可能な受電部と、
   第２の給電規格で電力を送電可能な送電部と、
   前記第２の給電規格に対応した通信プロトコルを前記第１の給電規格に対応した通信プロトコルに変換する通信プロトコル変換部と、
   を有することを特徴とする充電中継器。
2. 前記通信プロトコル変換部は、充電対象機器から前記第２の給電規格に対応した通信プロトコルで送信された要求を前記送電部で受信し、前記要求を前記第１の給電規格に対応した通信プロトコルに変換し、前記受電部から送電器に送信することを特徴とする請求項１に記載の充電中継器。
3. 前記通信プロトコル変換部は、前記充電対象機器から要求されていた供給電力情報に応じて前記第１の給電規格に対応した通信プロトコルの要求に変換し、前記受信コイルから前記送電器に送信することを特徴とする請求項２に記載の充電中継器。
4. 前記受信コイルで受電した電力を充電するバッテリを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の充電中継器。
5. 前記送電部は、それぞれが異なる給電規格で電力を送電可能な複数の送信コイルを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の充電中継器。
6. 送電器から第１の給電規格の電力を受電部で受電し、
   充電対象機器から第２の給電規格に準拠した通信プロトコルの要求を送電部で受信し、
   受信した前記要求を前記第１の給電規格に準拠した通信プロトコルに変換し、前記受信部から前記送電器に送信することを特徴とする充電中継方法。
7. 前記受電部で受電した電力をバッテリに充電し、
   前記バッテリに充電された電力を前記充電対象機器に送電することを特徴とする請求項６に記載の充電中継方法。

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