JP2018133857A - 給電機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】
適切な順序でインピーダンスの整合制御を行う給電機器を提供すること。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明は、対向する電子機器に非接触で電力を供給する給電機器であって、給電用のアンテナと前記給電用のアンテナ端のインピーダンスを検出する第1の検出手段と前記給電用のアンテナ端からの電力反射比を検出する第2の検出手段と前記給電用のアンテナと前段の回路とのインピーダンス整合を行う整合手段と前記のインピーダンス整合を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第1の検出手段から得た結果を用いて前記のインピーダンス整合を行う第1の整合ステップを行った後に、前記第2の検出手段から得た結果を用いて前記のインピーダンス整合を行う第2の整合ステップを行うことを特徴とする給電機器を提供する。
【選択図】 図2
適切な順序でインピーダンスの整合制御を行う給電機器を提供すること。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明は、対向する電子機器に非接触で電力を供給する給電機器であって、給電用のアンテナと前記給電用のアンテナ端のインピーダンスを検出する第1の検出手段と前記給電用のアンテナ端からの電力反射比を検出する第2の検出手段と前記給電用のアンテナと前段の回路とのインピーダンス整合を行う整合手段と前記のインピーダンス整合を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第1の検出手段から得た結果を用いて前記のインピーダンス整合を行う第1の整合ステップを行った後に、前記第2の検出手段から得た結果を用いて前記のインピーダンス整合を行う第2の整合ステップを行うことを特徴とする給電機器を提供する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、給電機器に関し、特に対向する電子機器に非接触で電力を供給する給電機器に関するものである。
近年、コネクタで物理的に接続することなく非接触で電力を出力するための給電用のアンテナを持つ給電機器と、給電機器から供給される電力を非接触で受け付けるための受電用のアンテナを持つ電子機器とを含む給電システムが知られている。
従来、このような給電システムにおいて、給電用のアンテナ端のインピーダンスの測定と給電用アンテナ端からの電力反射比の測定により、給電用のアンテナと給電機器の内部回路とのインピーダンスのマッチングを行う技術が知られている(特許文献1)。
しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、制御部が整合回路の制御を行う際に、制御信号によって選ばれる整合回路の受動素子の値によっては電圧反射比が大きくなることもあり、その際に給電機器に負荷を与えてしまうという課題がある。
そこで、本発明の目的は、適切な順序でインピーダンスの整合制御を行う給電機器を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、対向する電子機器に非接触で電力を供給する給電機器であって、給電用のアンテナと前記給電用のアンテナ端のインピーダンスを検出する第1の検出手段と前記給電用のアンテナ端からの電力反射比を検出する第2の検出手段と前記給電用のアンテナと前段の回路とのインピーダンス整合を行う整合手段と前記のインピーダンス整合を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記第1の検出手段から得た結果を用いて前記のインピーダンス整合を行う第1の整合ステップを行った後に、前記第2の検出手段から得た結果を用いて前記のインピーダンス整合を行う第2の整合ステップを行うことを特徴とする。
本発明によれば、高速に精度のよいインピーダンス整合を実現させ、更に給電機器への負荷を軽減し故障率の低い給電機器を提供することができる。
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明するが、本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
[実施例1]
以下、本発明の実施例1について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施例1のシステムの構成)
実施例1に係る給電システムは、図1に示すように給電機器100と、電子機器200とを有する。給電機器100は、非接触で電力を電子機器200に供給するための給電アンテナ108を有し、電子機器200は、給電機器100から非接触で供給される電力を受信するための受電アンテナ201を有する。
以下、本発明の実施例1について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施例1のシステムの構成)
実施例1に係る給電システムは、図1に示すように給電機器100と、電子機器200とを有する。給電機器100は、非接触で電力を電子機器200に供給するための給電アンテナ108を有し、電子機器200は、給電機器100から非接触で供給される電力を受信するための受電アンテナ201を有する。
給電機器100は、給電アンテナ108を介して非接触で電子機器200に対して電力を送信する。電子機器200は、受電アンテナ201を介して給電機器100から非接触で送信された電力に応じて、電子機器200に接続されている電池210の充電を行う。なお、給電機器100は電子機器200が2つ以上であっても、非接触で電力を送信できるものとする。
給電機器100は、電子機器200を載せることで電子機器200へ給電を行うことができる給電装置であるが、形態はこれに限らず、例えば車体への電力供給装置等でもよい。また、電子機器200は、電池210から供給される電力によって動作する装置であれば、車の様な移動体、デジタルカメラや携帯電話の様なモバイル機器、非接触インタフェースを有するメモリやバッテリ等でもよい。
なお、実施例1に係る給電システムは、給電機器100が電磁誘導によって電力を電子機器200に送信し、電子機器200が電磁誘導によって給電機器100から電力を受信するシステムであってもよい。また、給電機器100が電磁界共鳴によって電力を電子機器200に送信し、電子機器200が電磁界共鳴によって給電機器100から電力を受信するシステムであってもよい。
実施例1に係る電子機器200は、給電機器100と電子機器200との距離が所定の範囲内に存在する場合、給電機器100から電力を受信することができる。また、電子機器200は、給電機器100と電子機器200との距離が所定の範囲内に存在しない場合、給電機器100から電力を受信することができない。なお、所定の範囲とは、給電機器100と電子機器200とが互いに通信を行うことができる範囲である。
(実施例1の給電機器100におけるブロック構成)
図2は、給電機器100と、電子機器200とを有する実施例1におけるシステムのブロック構成を示した図である。給電機器100は、図2に示すように、発振器101、電力送信回路102、整合検出回路103、整合回路104、CPU105、変復調回路106、タイマー107、給電アンテナ108、ROM109、RAM110、変換部111、通信部112を有する。発振器101は、CPU105で決定された目標値に対応する電力を受電機器200に供給するために用いられる高い周波数を発振する。なお、発振器101は、水晶振動子等を用いる。
図2は、給電機器100と、電子機器200とを有する実施例1におけるシステムのブロック構成を示した図である。給電機器100は、図2に示すように、発振器101、電力送信回路102、整合検出回路103、整合回路104、CPU105、変復調回路106、タイマー107、給電アンテナ108、ROM109、RAM110、変換部111、通信部112を有する。発振器101は、CPU105で決定された目標値に対応する電力を受電機器200に供給するために用いられる高い周波数を発振する。なお、発振器101は、水晶振動子等を用いる。
電力送信回路102は、発振器101によって発振される周波数に応じて、給電アンテナ108を介して受電機器200に供給するための電力を発生させる。電力送信回路102は、FET等を有し、発振器101によって発振される周波数に応じて、FETのソース・ドレインの端子間に流れる電流を制御することによって、受電機器200に供給するための電力を発生させる。電力送信回路102で発生した電力は、整合検出回路103を介して整合回路104に供給される。
整合検出回路103は、電力送信回路102で発生した電力の進行波と整合回路104からの反射波の電圧を測定し、電圧定在波比を検出する。整合検出回路103は、この電圧定在波比を検出する事で、整合回路104端のインピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスの整合性を検出する。なお、整合検出回路103は方向性結合器等を用いる。
整合回路104は、発振器101によって発振される周波数によって、給電アンテナ108と、受電アンテナ201との間で共振を行うための共振回路である。整合回路104は、可変コンデンサ、可変コイル及び可変抵抗等を有し、整合検出回路103と給電アンテナ108とのインピーダンス整合を行う。また、整合回路104は、可変コンデンサ以外にもさらにコンデンサを有していてもよく、可変コイル以外にさらにコイルを有していてもよく、可変抵抗以外にさらに抵抗を有していてもよい。しかし、可変コンデンサ、可変コイルや可変抵抗の全てを有す必要はない。
本実施例における整合回路104の具体的な構成は後述する。CPU105は、発振器101によって発振される周波数を、共振周波数fにするために、整合回路104の可変コンデンサ、可変インピーダンス及び可変抵抗の値を制御する。なお、共振周波数fは、給電アンテナ108が、受電アンテナ201と共振するための周波数であり下記の数式(1)で表される。L1は、送電アンテナ108のインダクタンス、C1は整合回路104のキャパシタンスを示す。
なお、共振周波数fは、商用周波数である50〜60Hzであってもよく、10〜数百kHzであってもよく、10MHz前後の周波数であってもよい。また、CPU105は、不図示のAC電源と給電機器100とが接続されている場合、不図示のAC電源から変換部111を介して供給される直流電力によって、給電機器100の各部を制御する。
また、CPU105は、ROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することによって、給電機器100の各部の動作を制御する。また、CPU105は、電力送信回路102を制御することにより電子機器200に供給する電力を制御する。また、CPU105は、変復調回路106を制御することにより、コマンドを電子機器200に送信する。また、CPU105は、給電アンテナ108に流れる電流及び給電アンテナ108に供給される電圧の変化を検出し、給電アンテナ108端のインピーダンスを測定する。
なお、給電アンテナ108端のインピーダンスとは給電アンテナ108の両端の電圧の振幅をV1、給電アンテナ108に流れる電流の振幅をI1、また前記の電圧と電流の位相差θ1を用いて下記の数式(2)で表される。なお、電流、電圧の検出はCPU内部のアナログデジタルコンバータの機能を用いて行う。
また、CPU105は、タイマー107によって生成される信号を用いて、インピーダンスを測定する期間を制御する。変復調回路106は、電子機器200を制御するためのコマンドを電子機器200に送信するために、予め定められたプロトコルに応じて、電力送信回路102によって発生された電力の変調を行う。
予め定められたプロトコルとは、例えば、RFID(Radio Frequency IDentification)に用いられるISO14443やISO15693等の通信プロトコルや、NFC(Near Field Communication)の規格と互換性がある通信プロトコルであってもよい。電力送信回路102によって発生された電力は、変復調回路106によって、電子機器200と通信を行うためのコマンドとして、パルス信号に変換され、電子機器200に送信される。
電子機器200に送信されたパルス信号は、電子機器200により解析されることによって、「1」の情報と、「0」の情報とを含むビットデータとして認識される。なお、コマンドには、宛先を識別するための識別情報及びコマンドによって指示される動作を示すコマンドコード等が含まれる。なお、CPU105は、コマンドに含まれる識別情報を変更するように変復調回路106を制御することによって、電子機器200だけにコマンドを送信するようにしたり、その他の外部の機器にコマンドを送信するようにしたりすることもできる。
また、変復調回路106は、電力送信回路102によって発生された電力を、振幅変位を利用したASK(Amplitude Shift Keying)変調によって、パルス信号に変換する。ASK変調は、振幅変位を利用した変調であり、ICカードと、ICカードリーダとの通信等で用いられる。変復調回路106は、変復調回路106に含まれるアナログ乗算器や負荷抵抗をスイッチングさせることにより電力送信回路102によって発生された電力の振幅を変更することによって、パルス信号に変更する。さらに、変復調回路106は、所定の符合化方式による符合化回路を有する。
また、変復調回路106は、電子機器200から送信される情報及びコマンドを復調することにより受信する。給電機器100から通信を行うための電力が電子機器200に供給されている場合、電子機器200は、給電機器100から供給されている電力に対して機器内の負荷を変化させる。このことにより、電子機器200は、負荷変調方式に応じた所定の情報やコマンド等を給電機器100に送信する。そのため、変復調回路106は、電子機器200から送信された所定の情報及びコマンドを受信する場合、CPU105が給電アンテナ108に流れる電流の変化を検出し、所定の情報やコマンドを復調する。
タイマー107は、現在の時刻や各部で行われる動作に係る時間等を計測する。タイマー107に対する閾値は、ROM109にあらかじめ記録されている。給電アンテナ108は、電子機器200に電力送信回路102により発生された電力を電子機器200に送信するためのアンテナである。ROM109は、給電機器100の各部の動作を制御するコンピュータプログラム及び各部の動作に関するパラメータ等の情報を記憶する。
RAM110は、書き換え可能な不揮発性メモリであり、一時的に給電機器100の各部の動作を制御するコンピュータプログラム、各部の動作に関するパラメータ等の情報、変復調回路106によって電子機器200から受信された情報等を記録する。また、RAM110は、給電機器100が給電する対象を管理するための管理テーブルを記録する。なお、RAM110に記録されている管理テーブルには、給電機器100が電子機器200から取得した機器情報に含まれる情報が登録される。
変換部111は、不図示のAC電源が接続される場合、不図示のAC電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を給電機器100全体に供給する。通信部112は、電子機器200が有する通信部216と有線、または無線を介して通信を行うことができる通信手段である。例えば、USBの様な有線通信を用いてもよいし、Wi−fi、Blue Tooth(登録商標)、NFC、Transfer Jet、UWB、ミリ波帯通信の様な無線通信を用いてもよい。CPU105がROM109に記憶されているプロトコルを用いて信号を生成し、通信部112を制御する。
(実施例1の電子機器200におけるブロック構成)
電子機器200は、図2に示す様に、受電用のアンテナ201、整合回路202、整流平滑回路203、変復調回路204、CPU205、ROM206、RAM207、レギュレータ208、電力制御部209、電池210、タイマー211、切り替え部212、撮像部213、記録部214、操作部215、蓄電部216、通信部217を有する。更に電子機器200は記録媒体214aを有している。受電アンテナ201は、給電機器100から供給された電力を受信するためのアンテナである。
電子機器200は、図2に示す様に、受電用のアンテナ201、整合回路202、整流平滑回路203、変復調回路204、CPU205、ROM206、RAM207、レギュレータ208、電力制御部209、電池210、タイマー211、切り替え部212、撮像部213、記録部214、操作部215、蓄電部216、通信部217を有する。更に電子機器200は記録媒体214aを有している。受電アンテナ201は、給電機器100から供給された電力を受信するためのアンテナである。
整合回路202は、給電機器100の共振周波数fと同じ周波数で受電アンテナ201が共振するように、インピーダンスの整合を行うための共振回路である。整合回路202は、可変コンデンサ、可変コイル及び可変抵抗等を有する。CPU205は、給電機器100の共振周波数fと同じ周波数で受電アンテナ201が共振するように、整合回路202の可変コンデンサのキャパシタンスの値、可変コイルのインダクタンスの値及び可変抵抗のインピーダンスの値を制御してもよい。
整流平滑回路203は、受電アンテナ201によって受信された電力からコマンド及びノイズを取り除き、電池210を充電するための直流電力を生成する。さらに、整流平滑回路203は、生成した直流電力をレギュレータ208に供給する。整流平滑回路203は、受電アンテナ201によって受信された電力から取り除いたコマンドを変復調回路204に供給する。
変復調回路204は、整流平滑回路203から供給されたコマンドを給電機器100と予め決められた通信プロトコルに応じて解析し、コマンドの解析結果をCPU105に供給する。CPU205は、変復調回路204から供給された解析結果に応じて変復調回路204が受信したコマンドがどのようなコマンドであるかを判定し、受信したコマンドに対応するコマンドコードで指定されている処理を行う。また、CPU205は、ROM206に記憶されているコンピュータプログラムを実行することによって、電子機器200の各部の動作を制御する。
ROM206は、電子機器200の各部の動作を制御するコンピュータプログラム及び各部の動作に関するパラメータ等の情報を記憶する。また、ROM206には、電子機器200の機器情報、電子機器200の受電能力情報及び表示データ等が記録される。電子機器200の機器情報には、電子機器200の識別ID、製造者名、機器名、製造年月日、電子機器200が給電機器100から非接触で送信される電力を受信するための手段を有するか否かを示す情報等が含まれる。
なお、給電機器100から非接触で送信される電力を受信するための手段を以下、「受電手段」と呼ぶ。なお、受電手段には、受電アンテナ201が少なくとも含まれる。なお、受電手段には、受電アンテナ201以外にも、さらに整合回路202、整流平滑回路203及び変復調回路204が含まれていてもよい。
電子機器200の受電能力情報には、電子機器200が最大に受信することができる電力を示す情報及び電子機器200が最低限受信することができる電力を示す情報が含まれる。さらに、電子機器200の受電能力情報には、電子機器200がコマンドによって給電機器100と通信を行う場合に必要な電力を示す情報等が含まれる。さらに、電子機器200の受電能力情報には、電子機器200が通信部212を動作させるために必要な電力を示す情報、電子機器200が充電のために必要な電力を示す情報及び電子機器200が充電機能を有するか否かを示す情報等が含まれる。
さらに、電子機器200の受電能力情報には、電子機器200が撮像部213を動作させるために必要な電力を示す情報が含まれる。また、電子機器200の受電能力情報には、電子機器200が有する受電手段の数を示す情報も含まれる。なお、電子機器200及び電池210が受電手段を有している場合、電子機器200が有する受電手段の数は2となる。また、なお、電子機器200が受電手段を有している場合、電子機器200が有する受電手段の数は1となる。
RAM207は、書き換え可能な不揮発性メモリであり、一時的に給電機器100の各部の動作を制御するコンピュータプログラム、各部の動作に関するパラメータ等の情報、給電機器100から送信された情報等を記録する。レギュレータ208は、整流平滑回路203から供給された直流電力の電圧がCPU205によって設定された電圧値になるように制御する。なお、整流平滑回路203からレギュレータ208を介してCPU205によって設定された電圧値になるように制御された直流電力は、充電制御部209に供給される。
また、レギュレータ208は、電池210から供給される電力の電圧がCPU205によって設定された電圧値になるように制御する。電池210からレギュレータ208を介してCPU205によって設定された電圧値になるように制御された直流電力は、少なくともCPU205、ROM206及びRAM207に供給される。
また、レギュレータ208は、不図示のAC電源から供給される電力の電圧がCPU205によって設定された電圧値になるように制御する。不図示のAC電源からレギュレータ208を介してCPU205によって設定された電圧値になるように制御された直流電力は、少なくともCPU205、ROM206及びRAM207に供給される。
充電制御部209は、レギュレータ208から直流電力を供給された場合、電池210の充電を行う。また、充電制御部209は、装着されている電池210の残りの容量を示す情報を定期的に検出し、CPU205に供給する。CPU205は、充電制御部209から供給された電池210の残りの容量を示す情報(以下「残容量情報」と呼ぶ)をRAM207に記録する。
電池210は、電子機器200に着脱可能な電池である。また、電池210は、充電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池等である。電池210は、電子機器200の各部に対して電力を供給することができる。タイマー211は、現在の時刻や各部で行われる動作に係る時間等を計測する。なお、また、タイマー211に対する閾値は、ROM206にあらかじめ記録されている。
切り替え部212は、受電アンテナ201端の電気的な接続を切り替えられるスイッチ群である。なお、切り替え部212はCPU205からの信号によってオン/オフを切り替えられるFET等を使用する。インピーダンスの測定や、受電停止時にCPU205からの信号により接続を切り替える。また、CPU205は、給電機器100から送られたコマンドに基づいて切り替え部212の切り替え信号を生成し、切り替え部212に信号を送る。また、CPU205が動作するために十分な電力がない場合は、電池210に電力を充電してから切り替えを行う。
撮像部213は、被写体から映像データの撮影を行い、撮影の結果により得られた静止画像や動画像等の映像データを記録部214や記録媒体214aに記録する。さらに、撮像部213は、電子機器200において、被写体の撮影を行うために必要な構成を有していてもよい。記録媒体214aを含む記録部214は、撮像部213で取得したデータを保存する。操作部215は、ユーザが電子機器200の操作を行うためのスイッチ群である。なお、操作部215にはトグルスイッチや手動スイッチ、ロータリスイッチ、液晶パネル等を使用する。
通信部216は、給電機器100が有する通信部112と有線、または無線を介して通信を行うことができる通信手段である。例えば、USBの様な有線通信を用いてもよいし、Wi−fi、Blue Tooth、NFC、Transfer Jet、UWB、ミリ波帯通信の様な無線通信を用いてもよい。CPU205がROM206に記憶されているプロトコルを用いて信号を生成し、通信部216を制御する。また、実施例1において、給電機器100は、電子機器200に対して非接触で電力を送信し、電子機器200は、給電機器100から非接触で電力を受信するものとしたが、「非接触」を「無線」や「無接点」と言い換えてもよいものとする。
(実施例1の給電機器100における動作処理)
実施例1の、給電機器100によって行われる処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
実施例1の、給電機器100によって行われる処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
S301において、CPU105は、対向する電子機器へ微弱な電力を用いて送電を行う。ここで述べる微弱な出力とは、インピーダンスの整合を行う前の電力反射による給電機器への負荷によって、給電機器を故障させない出力までの電力を指す。この処理の後に、本フローチャートはS302に進む。S302において、CPU105は、給電アンテナ108端のインピーダンスの検出処理を行う。S302の具体的な処理は後述する。CPU105がインピーダンス測定処理を終えた後に、本フローチャートはS302からS303へ進む。
S303において、CPU105は、インピーダンスの整合判定処理を行う。CPU105は、整合検出回路103によって検出された進行波の電力と反射波の電力の比を用いて、インピーダンスの整合を判定する。この時、電力反射比が第1の閾値を超えていない場合、CPU105によって、インピーダンスの整合がされていると判定される(S303でYes)。この場合(S303でYes)、本フローチャートはS303からS306に進む。電力反射比が第1の閾値を超えている場合、CPU105によって、インピーダンスの整合がされていないと判定される(S303でNo)。この場合(S303でNo)、本フローチャートはS303からS304に進む。
S304において、CPU105は、第1のインピーダンス整合処理を行う。S304の具体的な処理は後述する。CPU105が第1のインピーダンス整合処理を終えた後に、本フローチャートはS304からS305へ進む。S305において、CPU105は、第2のインピーダンス整合処理を行う。S305の具体的な処理は後述する。CPU105が第2のインピーダンス整合処理を終えた後に、本フローチャートはS305からS306へ進む。
S306において、CPU105は、電力反射が少ない状態になった後に、電力送信回路102に信号を送り、給電出力を大きくする処理を行う。この処理では、対向する電子機器200への充電を行うことができるような高出力な信号を発生させる。この処理の後に、本フローチャートはS307に進む。
S307において、CPU105は、インピーダンス変動検出処理を行う。S307の具体的な処理は後述する。CPU105がインピーダンスの変動検出処理を終えた後に、本フローチャートはS307からS308へ進む。S308において、CPU105は、S307において得られたインピーダンスの変動検出処理の結果を基に、インピーダンスの変動の判定を行う。CPU105によって、インピーダンスの変動がないと判定された場合(S308でNo)、本フローチャートは再度 S308からS307に戻り高出力の給電を続けながら再びインピーダンスの変動検出を行う。CPU105によって、インピーダンスの変動があると判定された場合(S308でYes)、本フローチャートはS308からS309に進む。
S309において、CPU105は、電力送信回路102に信号を送り、給電出力を弱める処理を行い、インピーダンスの不整合により給電機器100の内部に反射される電力による給電機器100への負荷を軽減する。この処理の後に本フローチャートはS309からS310へ進む。
S310において、CPU105は、給電処理を続行するか否かを決定する。CPU105が給電処理を続行すると判定した場合(S310でYes)、本フローチャートは、S310からS304へ戻り、インピーダンスの整合処理を行う。CPU105が給電処理を停止すると判定した場合(S310でNo)、本フローチャートは終了する。また、この図3に示されるS301からS310のフローチャートは終了後、更に繰り返し行われてもよい。
(実施例1のインピーダンス検出処理(S302)の具体的な動作処理)
実施例1の、給電機器100によって行われるインピーダンス検出の具体的な処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
実施例1の、給電機器100によって行われるインピーダンス検出の具体的な処理について、図4のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
S401において、CPU105は、給電アンテナ108に入力される交流信号の電圧値と電流値を取得する。電圧値と電流値の取得は交流信号の周波数を捉えられる程度のサンプリング周期で行い、デジタルデータに変換する。S401の後に本フローチャートはS402へ進む。S402において、CPU105は、S401において取得したデジタルデータを基に、電圧値の最大値と電流値の最大値と電圧値と電流値の位相差を計算する。S402の後に本フローチャートはS403へ進む。
S403において、CPU105は、S402において計算したデジタルデータを基に、給電アンテナ108の入力インピーダンスを計算する。入力インピーダンスの計算は式(2)に基づいて行われる。S402の後に本フローチャートは終了する。また、この図4に示されるS401からS403のフローチャートは終了後、更に繰り返し行われてもよい。
(実施例1の整合回路104の具体的な回路構成)
給電機器100が有する整合回路104の具体的な回路構成について、図5を用いて説明する。図5は整合回路104と給電用アンテナ108の簡略回路図である。実施方式はこの回路に限定されずインピーダンスを整合する回路であれば他の回路を用いて良い。
給電機器100が有する整合回路104の具体的な回路構成について、図5を用いて説明する。図5は整合回路104と給電用アンテナ108の簡略回路図である。実施方式はこの回路に限定されずインピーダンスを整合する回路であれば他の回路を用いて良い。
インダクタ501は、インピーダンスZのリアクタンス成分を増加する役割を持っており、給電用アンテナ108と直列な経路に接続できる構成をとっている。インダクタ502は、インピーダンスZのリアクタンス成分を減少する役割を持っており、給電用アンテナ108と並列な経路に接続できる構成をとっている。スイッチ503は、インダクタ501を使用しない場合に、CPU105からの制御信号によりオンとなり、インダクタ501を使用する場合は、CPU105からの制御信号によりオフとなる構成をとっている。
スイッチ504は、インダクタ502を使用しない場合に、CPU105からの制御信号によりオフとなり、インダクタ502を使用する場合は、CPU105からの制御信号によりオンとなる構成をとっている。スイッチ505は、インダクタ501を使用しない場合に、CPU105からの制御信号によりオフとなり、インダクタ501を使用する場合は、CPU105からの制御信号によりオンとなる構成をとっている。
可変コンデンサ506は、CPU105からの制御信号により容量を変化させることができる構成のものであり、可変コンデンサ507と合わせてインピーダンスZを前段回路の特性インピーダンスに整合できる構成をとっている。可変コンデンサ507は、CPU105からの制御信号により容量を変化させることができる構成のものであり、可変コンデンサ506と合わせてインピーダンスZを前段回路の特性インピーダンスに整合できる構成をとっている。CPU105は図5のZと図示されているノード間の電圧値と、電流値を取得する。図5の左側の2つの端子は、電力送信回路102等の前段の回路へ接続される。
(実施例1の第1の整合処理(S304)の具体的な動作処理)
実施例1の、給電機器100によって行われる第1の整合処理の具体的な処理について、図6のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
実施例1の、給電機器100によって行われる第1の整合処理の具体的な処理について、図6のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
S601において、CPU105は、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのレジスタンス値が閾値以上かを判定する。この閾値は特性インピーダンスに関連した値でもよいし、インピーダンス整合範囲に関連した値でも良い。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのレジスタンス値が閾値以上と判定した場合(S601でYes)、本フローチャートはS601からS602に進む。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのレジスタンス値が閾値より小さいと判定した場合(S601でNo)、本フローチャートはS601からS604に進む。
S602において、CPU105は、整合回路104に制御信号を送信し、図5のスイッチ504をオンにすることで、給電アンテナ108の入力インピーダンスのレジスタンス値を調整する。この処理を終えた後、本フローチャートはS602からS603に進む。
S603において、CPU105は、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのレジスタンス値が閾値以上かを判定する。この閾値は特性インピーダンスに関連した値でもよいし、インピーダンス整合範囲に関連した値でも良い。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのレジスタンス値が閾値以上と判定した場合(S603でYes)、整合不可であると判定される。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのレジスタンス値が閾値より小さいと判定した場合(S603でNo)、本フローチャートはS603からS604に進む。
S604において、CPU105は、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのコンダクタンス値が閾値以上かを判定する。この閾値は特性インピーダンスに関連した値でもよいし、インピーダンス整合範囲に関連した値でも良い。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのコンダクタンス値が閾値以上と判定した場合(S604でYes)、本フローチャートはS604からS605に進む。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのコンダクタンス値が閾値より小さいと判定した場合(S604でNo)、本フローチャートはS604からS607に進む。
S605において、CPU105は、整合回路104に制御信号を送信し、図5のスイッチ503をオフにし、スイッチ505をオンにすることで、給電アンテナ108の入力インピーダンスのコンダクタンス値を調整する。この処理を終えた後、本フローチャートはS605からS606に進む。
S606において、CPU105は、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのコンダクタンス値が閾値以上かを判定する。この閾値は特性インピーダンスに関連した値でもよいし、インピーダンス整合範囲に関連した値でも良い。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのコンダクタンス値が閾値以上と判定した場合(S606でYes)、整合不可であると判定される。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスのコンダクタンス値が閾値より小さいと判定した場合(S606でNo)、本フローチャートはS606からS607に進む。
S607において、CPU105は、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスが、整合回路104が備えているコンデンサによって整合できるかどうかを判定する。CPU105は、ROM109が備えているコンデンサ506とコンデンサ507によって決まる整合範囲情報をもとに、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスが整合範囲内に収まっているかを判定する。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスが所定範囲内と判定した場合(S607でYes)、本フローチャートはS607からS608に進む。CPU105が、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンスが所定範囲外と判定した場合(S607でNo)、本フローチャートはS607からS608に進む。
S608において、CPU105は、取得した給電アンテナ108の入力インピーダンス情報から、給電アンテナ108を前段回路の特性インピーダンスに整合させるためのコンデンサ容量の演算処理を行う。本処理後、本フローチャートはS608からS609に進む。S609において、CPU105は、S608において行った演算結果に基づいた制御信号を生成し、整合回路104へ送信する。本処理後、本フローチャートは終了する。また、この図6に示されるS601からS609のフローチャートは終了後、更に繰り返し行われてもよい。
(実施例1の第2の整合処理(S305)の具体的な動作処理)
実施例1の、給電機器100によって行われる第2の整合処理の具体的な処理について、図7のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
実施例1の、給電機器100によって行われる第2の整合処理の具体的な処理について、図7のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
S701aにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ506の値が1レベル大きくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS702aへ進む。S702aにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを比較する。本処理後、本フローチャートはS703aに進む。
S703aにおいて、CPU105は、S702aにおいて比較した結果を基に、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを判定する。CPU105が、電力反射比が減少したと判定した場合(S703aにおいてYes)、本フローチャートはS703aからS701aに戻る。CPU105が、電力反射比が減少しなかったと判定した場合(S703aにおいてNo)、本フローチャートはS703aからS704aに進む。
S704aにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ506の値が1レベル小さくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS705aへ進む。S705aにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が閾値を超えているかどうかの判定を行う。CPU105が、電力反射比が閾値以下であると判定した場合(S705aでYes)、本フローチャートは終了する。CPU105が、電力反射比が閾値以下でないと判定した場合(S705aでNo)、本フローチャートはS705aからS701bへ進む。
S701bにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ506の値が1レベル小さくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS702bへ進む。S702bにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを比較する。本処理後、本フローチャートはS703bに進む。
S703bにおいて、CPU105は、S702bにおいて比較した結果を基に、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを判定する。CPU105が、電力反射比が減少したと判定した場合(S703bにおいてYes)、本フローチャートはS703bからS701bに戻る。CPU105が、電力反射比が減少しなかったと判定した場合(S703bにおいてNo)、本フローチャートはS703bからS704bに進む。
S704bにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ506の値が1レベル大きくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS705bへ進む。S705bにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が閾値を超えているかどうかの判定を行う。CPU105が、電力反射比が閾値以下であると判定した場合(S705bでYes)、本フローチャートは終了する。CPU105が、電力反射比が閾値以下でないと判定した場合(S705bでNo)、本フローチャートはS705bからS701cへ進む。
S701cにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ507の値が1レベル大きくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS702cへ進む。S702cにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを比較する。本処理後、本フローチャートはS703cに進む。
S703cにおいて、CPU105は、S702cにおいて比較した結果を基に、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを判定する。CPU105が、電力反射比が減少したと判定した場合(S703cにおいてYes)、本フローチャートはS703cからS701cに戻る。CPU105が、電力反射比が減少しなかったと判定した場合(S703cにおいてNo)、本フローチャートはS703cからS704cに進む。
S704cにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ507の値が1レベル小さくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS705cへ進む。S705cにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が閾値を超えているかどうかの判定を行う。CPU105が、電力反射比が閾値以下であると判定した場合(S705cでYes)、本フローチャートは終了する。CPU105が、電力反射比が閾値以下でないと判定した場合(S705cでNo)、本フローチャートはS705cからS701dへ進む。
S701dにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ507の値が1レベル小さくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS702dへ進む。S702dにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを比較する。本処理後、本フローチャートはS703dに進む。
S703dにおいて、CPU105は、S702dにおいて比較した結果を基に、整合検出回路103で検出した電力反射比が前回の値よりも減少しているかどうかを判定する。CPU105が、電力反射比が減少したと判定した場合(S703dにおいてYes)、本フローチャートはS703dからS701dに戻る。CPU105が、電力反射比が減少しなかったと判定した場合(S703dにおいてNo)、本フローチャートはS703dからS704dに進む。
S704dにおいて、CPU105は、整合回路104へコンデンサ507の値が1レベル大きくなるように制御信号を送信する。本処理後、本フローチャートはS705dへ進む。S705dにおいて、CPU105は、整合検出回路103で検出した電力反射比が閾値を超えているかどうかの判定を行う。CPU105が、電力反射比が閾値以下であると判定した場合(S705dでYes)、本フローチャートは終了する。CPU105が、電力反射比が閾値以下でないと判定した場合(S705dでNo)、本フローチャートはS705dからS701aへ進む。
また、この図7に示されるS701aからS705dのフローチャートは終了後、更に繰り返し行われてもよい。
(実施例1のインピーダンスの変動検出(S307)の具体的な動作処理)
実施例1の、給電機器100によって行われるインピーダンスの変動検出処理の具体的な処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
実施例1の、給電機器100によって行われるインピーダンスの変動検出処理の具体的な処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。
S801において、CPU105は、整合検出回路103から電力反射比を検出し保存する。本処理後、本フローチャートはS801からS802へ進む。S802において、CPU105は、S801で検出し保存した電力反射比情報を前回の電力反射比情報と比較する。本処理後、本フローチャートはS802からS803へ進む。
S803において、CPU105は、S802で電力反射比を比較した結果から、電力反射比が閾値以上変化しているかどうかを判定する。CPU105が、電力反射比が閾値以上変化したと判定した場合(S803でYes)、本フローチャートは終了する。CPU105が、電力反射比が閾値以上変化していないと判定した場合(S803でNo)、本フローチャートは、S803からS801へ戻る。また、この図8に示されるS801からS803のフローチャートは終了後、更に繰り返し行われてもよい。
以上の様に給電機器100が各動作処理を行うことで、適切な順序でインピーダンスの整合制御を行う給電機器を提供することができる。
[実施例2]
以下、本発明の実施例2について、図面を参照して詳細に説明する。また、説明を円滑に行うために、実施例1との共通部に関しての説明は省略し、特に実施例1との差異について説明を行う。
以下、本発明の実施例2について、図面を参照して詳細に説明する。また、説明を円滑に行うために、実施例1との共通部に関しての説明は省略し、特に実施例1との差異について説明を行う。
(実施例2のシステムの構成)
実施例2に係る給電システムは、実施例1と同様に、図1に示す給電機器100と、電子機器200とで構成される。実施例2に係る給電システムの、実施例1との差異を説明する。実施例2では図9の様に、給電機器100が電子機器200へ給電を行っている際に、電子機器200が位置変化を起こしてしまった時の様な、外的な要因により給電アンテナ108の入力インピーダンスが変化した際の処理について扱う。
実施例2に係る給電システムは、実施例1と同様に、図1に示す給電機器100と、電子機器200とで構成される。実施例2に係る給電システムの、実施例1との差異を説明する。実施例2では図9の様に、給電機器100が電子機器200へ給電を行っている際に、電子機器200が位置変化を起こしてしまった時の様な、外的な要因により給電アンテナ108の入力インピーダンスが変化した際の処理について扱う。
前記の外的な要因とは、例えば給電機器200の位置変動以外にも、給電機器100や電子機器200と類似した性能を持つ第3の機器や金属異物が、給電機器100や電子機器200の周囲で位置変動を起こした場合などでも良い。給電機器100が有する整合検出回路103は、給電機器100が電子機器200へ給電を行っている際に、外的な要因で給電アンテナ108の入力インピーダンスが変化することにより発生する給電機器100の内部のインピーダンスの不整合を検出する。給電機器100が有する電力送信回路102は、CPU105からの信号により、外的な影響により、給電機器100内部にインピーダンスの不整合が発生した場合、送信電力も小さくする。
(実施例2の給電機器100における動作処理)
実施例2の、給電機器100によって行われるインピーダンスの変動検出処理の具体的な処理について、図10のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。給電機器100と電子機器200は、外的な要因によって相対位置が変動する。本処理は相対位置が変動したタイミングから開始される。
実施例2の、給電機器100によって行われるインピーダンスの変動検出処理の具体的な処理について、図10のフローチャートを用いて説明する。処理は、CPU105がROM109に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより実現することができる。給電機器100と電子機器200は、外的な要因によって相対位置が変動する。本処理は相対位置が変動したタイミングから開始される。
S901において、CPU105は、インピーダンスの変動検出処理を行う。本処理は実施例1と同様の処理であってもよいし、それ以外の手法でもよい。本処理後、本フローチャートはS901からS902に進む。S902において、CPU105は、S901によって行ったインピーダンスの変動検出からインピーダンスの変動の有無を判定する。CPU105が、インピーダンスの変動があったと判定を行った場合(S902でYes)、本フローチャートは、S902からS903へ移動する。CPU105が、インピーダンスの変動がなかったと判定を行った場合(S902でNo)、本フローチャートは終了する。
S903において、CPU105は、電力送信回路102に制御信号を送信し、給電出力を弱める。本処理後、本フローチャートはS903からS904に進む。S904において、CPU105は、実施例1における第1のインピーダンス整合処理を行う。本処理後、本フローチャートはS905に進む。S905において、CPU105は、実施例1における第2のインピーダンス整合処理を行う。本処理後、本フローチャートはS906に進む。S906において、CPU105は、電力送信回路102に制御信号を送信し、給電出力を弱める。本処理後、本フローチャートは終了する。また、この図10に示されるS901からS906のフローチャートは終了後、更に繰り返し行われてもよい。
以上の様に給電機器100が各動作処理を行うことで、適切な順序でインピーダンスの整合制御を行う給電機器を提供することができる。
100:給電機器
200:電子機器
200:電子機器
Claims (8)
- 対向する電子機器に非接触で電力を供給する給電機器であって、
給電手段と
給電用のアンテナと
前記給電用のアンテナ端のインピーダンスを検出する第1の検出手段と
前記給電用のアンテナ端からの電力反射比を検出する第2の検出手段と
前記給電用のアンテナと前段の回路とのインピーダンス整合を行う整合手段と
前記のインピーダンス整合を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記第1の検出手段から得た結果を用いて
前記のインピーダンス整合を行う第1の整合ステップを行った後に、
前記第2の検出手段から得た結果を用いて
前記のインピーダンス整合を行う第2の整合ステップを行う
ことを特徴とする給電機器。 - 請求項1に記載の給電機器であって、
前記第1の検出手段は、
前記給電用のアンテナ端の電圧値と
前記給電用のアンテナに流れる電流値を検出し
前記制御手段は
前記検出手段が検出した電圧値と電流値の振幅と位相差を用いて
前記給電用のアンテナ端のインピーダンスを算出する
ことを特徴とする給電機器。 - 請求項1に記載の給電機器であって、
前記第2の検出手段は、
前記給電用のアンテナへ送信した電力の進行波成分と
前記給電用のアンテナへ送信した電力の反射波成分を検出し、
前記制御手段は
前記検出手段が検出した進行波と反射波の成分比から電力反射比を検出する
ことを特徴とする給電機器。 - 請求項1に記載の給電機器であって、
前記整合手段は、
少なくとも1つ以上のインダクタンス素子、又はキャパシタンス素子を備え、
前記制御手段からの制御信号に基づき、
前記のインダクタンス素子、又はキャパシタンス素子の素子値を可変に変更することで、
前記のインピーダンス整合を行う
ことを特徴とする給電機器。 - 請求項1に記載の給電機器であって、
前記制御手段は、前記第1の整合ステップにおいて、
前記第1の検出手段により検出したインピーダンス値を用いた演算を行い、
前記演算結果に基づいた信号を前記整合手段に送信し、
前記整合手段は、前記制御手段から送信された信号に基づき
前記のインピーダンス整合を行う
ことを特徴とする給電機器。 - 請求項1に記載の給電機器であって、
前記制御手段は、前記第2の整合ステップにおいて、
前記第2の検出手段により検出した電力反射比が、
前回、前記整合手段に制御信号を送信した時に検出した電力反射比よりも、
小さくなるように制御信号を前記整合手段に送信し、
前記整合手段は、前記制御手段から送信された信号に基づき
前記のインピーダンス整合を行う
ことを特徴とする給電機器。 - 請求項1に記載の給電機器であって、
前記制御手段は、
前記第2の検出手段により検出した電力反射比が第1の閾値を超えている時は、
インピーダンスの不整合を判定し、
前記第2の検出手段により検出した電力反射比が第1の閾値を超えていない時は、
インピーダンスの整合を判定し、
前記給電手段は
前記制御手段がインピーダンスの不整合を判定している時は微弱な第1の電力を給電し、
前記制御手段がインピーダンスの整合を判定している時は第1の電力よりも大きい第2の電力を給電する
ことを特徴とする給電機器。 - 請求項1に記載の給電機器であって、
前記給電手段は、第2の整合ステップ以降において、
第2の検出手段が検出した電力反射比が第2の閾値以上変動した場合、
微弱な第1の電力による給電を行い
前記制御手段は第1のステップに戻って制御を行う
ことを特徴とする給電機器。
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2020080529A (ja) * | 2019-08-22 | 2020-05-28 | 株式会社ジーエスエレテック | インピーダンス整合回路及び該インピーダンス整合回路を有する非接触給電システム |
JP2021158915A (ja) * | 2016-03-25 | 2021-10-07 | 古河電気工業株式会社 | 送受電システムおよび受電装置 |
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2017
- 2017-02-14 JP JP2017024533A patent/JP2018133857A/ja active Pending
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