JP2019080391A

JP2019080391A - 受電装置、受電装置の制御方法、プログラム

Info

Publication number: JP2019080391A
Application number: JP2017203958A
Authority: JP
Inventors: 泉鏑木; Izumi Kaburagi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-05-23

Abstract

【課題】電子機器の電池が所定電圧以下の状態では、無電給電を開始できない場合があった。【解決手段】受電装置であって、給電装置からの光通信の光を受光する受光素子と、前記給電装置への光通信の光を発光する発光素子と、前記給電装置から無線で電力を受電する受電手段と、電池と、前記電池からの電力を蓄電する蓄電手段とを有し、前記受光素子が前記給電装置から所定の光通信の光を受光した場合、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて前記光通信手段を駆動することを特徴とする受電装置。【選択図】図１

Description

本発明は、無線で電力を受電する装置に関するものである。

従来、無線充電で電子機器を充電する充電システムにおいて、受電部と給電部にそれぞれ光通信システムを装備している充電システムがある。この充電システムでは、電子機器が充電台の既定の位置に配置されているかどうかを検出するために、電波を放射する必要がある。しかしながら、電磁波のレベルが規制により厳しく管理される場合もあり、電波の放出が不都合な場合がある。例えば医療現場などでは電磁波の漏れが医療機器へ影響を与える虞を考慮して、厳しい規制がかけられている。

このような状況を考慮して、装置の通信や設置検知のために光通信を用いることが考えられる。例えば、特許文献１では光通信手段と無線給電手段を有した構成が開示されている。

特開平１０−３２２９１９号公報

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、携帯用電子機器の電池が所定電圧以下の状態ではシステムを動かすことが出来ないため、充電開始前に光通信が出来ない。そのため、充電機は電子機器が所定位置に配置されたかどうかを判断することができず、給電が必要な装置へ給電を開始することができないという問題があった。

そこで、本発明は、電子機器の電池が所定電圧以下の状態でも、充電開始前に光通信を用いて電子機器が充電部の所定位置に配置されているかどうかを判断することを可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の受電装置は、給電装置からの光通信の光を受光する受光素子と、前記給電装置への光通信の光を発光する発光素子と、前記給電装置から無線で電力を受電する受電手段と、電池と、前記電池からの電力を蓄電する蓄電手段とを有し、前記受光素子が前記給電装置から所定の光通信の光を受光した場合、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて前記光通信手段を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、電子機器の電池が所定電圧以下の状態でも、充電開始前に光通信を用いて電子機器が充電部の所定位置に配置されているかどうかを判断することを可能にすることができる。

第１の実施形態に係る電子機器と充電機のブロック図である。第１の実施形態に係る電子機器の回路図である。第１の実施形態に係る電子機器と充電機の配置を説明するための図である。第１の実施形態に係る電子機器と充電機の通信の動作を示すフローチャート。第１の実施形態に係る電子機器のシャットダウンの動作を示すフローチャート。

以下に、本発明を実施するための形態について、添付の図面を用いて詳細に説明する。

なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されてもよい。また、各実施の形態を適宜組み合せることも可能である。

［第１の実施形態］
図１において、電子機器１０１は、デジタルカメラ、携帯電話、スマートフォン、医療用計測器のような、携帯用電子機器である。内蔵されているリチウム電池などの二次電池で動作し、二次電池が放電状態になった場合、二次電池を充電する必要がある。一般の電子機器の場合は、二次電池を電子機器から取り外し、専用の充電機で充電する仕様が多い。

しかし、医療用電子機器の場合、二次電池を電子機器から取り外すための構造の穴を用意すると、液体状の薬品が可動部の隙間などから侵入して、内部の電子機器を腐食させたり短絡して電子機器の故障破損につながる可能性がある。そのため二次電池を取り出せない構造にして無線充電によって充電する構成にした方が使い勝手が向上するというメリットがある。同様の理由で、電気的な接点を電子機器１０１に用意して充電機２０１から充電する構造も、医療用電子機器には採用されない。

電池部１１３は、リチウム電池などの二次電池である。電子機器１０１は主に電池部１１３の電力をもとに駆動している。電池部１１３が放電状態になった場合は、電子機器１０１は、充電機２０１に配置して、電池部１１３を充電する必要がある。

充電制御部１１１は、電子機器１０１の電池部１１３の充電制御全般を制御するＣＰＵ，マイコンである。充電制御部１１１は、電池部１１３の電池電圧を測定し、電池電圧に従って定電流充電、定電圧充電にするかを判断する。また、受電アンテナ部１１７、受電部１１８に供給されている電圧によっても、定電流充電時の電流値を制御して最適、最高の電力で、電池部１１３を充電するように制御する。

充電部１１２は、受電部１１６か供給される定電圧をＤＣＤＣ変換して、充電制御部１１１から命令された電流、電圧に変換し、電池部１１３を充電する。一方、電子機器１０１が動作時に電源ボタンが押下されて、シャットダウンする場合は、電池部１１３の電力を蓄電部１１４の昇圧回路を経由して充電しシャットダウンする。

蓄電部１１４は、電気二重層コンデンサのような大容量コンデンサである。デジタルカメラのような撮像部を有する電子機器１０１の場合は、撮像方向に向けてストロボを発光させるために、数百Ｖのような高電圧が必要である。その場合、電気二重層コンデンサを実装し、電池部１１３から電気二重層コンデンサを充電し、その電圧電力を利用して発光する。そのような、別機能として利用している電気二重層コンデンサを、本充電システムの蓄電部１１４に利用することも可能である。

充電光素子部１１５は、発光素子と受光素子からなる。例えば、発光ＬＥＤと、受光トランジスタで構成される。発光ＬＥＤのアノード側には電圧が接続されており、発光ＬＥＤのカソード側には電子機器１０１内のＧＮＤの間にスイッチが配置されている。そのスイッチを充電光通信部１１６がオンオフすることにより、所定の発光パターンを生成し充電機２０１と光通信する。

受電部１１６は、受電アンテナ部１１７から受電した交流電圧を整流して、定電圧化する。この時の整流は単純にダイオード整流のみをしており、数十Ｖの高電圧となる場合もある。そのため、後段の受電部１１６にて再度ＤＣＤＣ変換し、充電部１１２に受電電圧として供給する。

受電アンテナ部１１７は、銅線などを数回ループ状に回転させたアンテナである。

充電機２０１の送電アンテナ部２１５から送電された磁束が、電磁誘導により受電アンテナ部１１７に起電力として発生し、送電アンテナ部２１５から受電アンテナ部１１７へ電力が伝送される。

充電機２０１は、電子機器１０１を充電する装置である。電子機器１０１に充電用の物理的な凹部が配置されており、凹部に電子機器１０１が配置されると、充電機２０１の送電アンテナ部２１５と受電アンテナ部１１７が、並行して配置されるような構造となっている。電子機器１０１が凹部に配置されている状態で、送電アンテナ部２１５から電力が放電された場合、送電効率が最高となる。

電子機器１０１が凹部に配置されていない状態で、送電アンテナ部２１５から電力が放電されないような対策が必要になる。例えば、電子機器１０１が凹部に配置されているかどうかを判断するためのメカニカルスイッチを充電機２０１側に用意することも可能である。が、その場合、充電機２０１がコスト高となってしまう。そのため、下記説明する給電光通信部２１２を用いて、電子機器１０１が凹部に正しく配置されていることを判断する。

給電光通信部２１２は、給電光素子部２１３を制御して、充電部光素子部１１５と通信を行う。

充電機２０１の凹部に電子機器１０１が正確に配置された場合に、電子機器１０１の充電部光素子部１１５と通信できる構造となっており、電子機器１０１と通信ができた場合に、充電制御へと進む。

給電制御部２１１は、充電機２０１から電子機器１０１への充電の全般を制御している。給電光通信部２１２と給電光素子部２１３を用いて、電子機器１０１が充電機２０１の凹部に配置されているかどうかを判断し、電子機器１０１が充電機２０１の凹部に配置されている場合に、充電を開始する。

送電部２１４は、送電アンテナ部２１５に交流電圧を発生させて、電子機器１０１の受電アンテナ部１１７に電力を伝搬させる。

送電アンテナ部２１５は、銅線などを数回ループ状に回転させたアンテナである。充電機２０１の送電アンテナ部２１５に交流電圧を発生させる。電磁誘導により受電アンテナ部１１７に起電力として発生し、送電アンテナ部２１５から受電アンテナ部１１７へ電力が伝送される。

次に図２について説明する。

電子機器３０１は、図１の電子機器１０１がデジタルカメラのような撮像装置でストロボ回路を装備している場合の回路図である。また、電子機器１０１内の光通信制御と電池部３２４から蓄電部３１３への充電回路を電子回路として接続を詳細に説明した図である。

電池部３２４は、電子機器３０１の本来の機能として動作する場合の電圧として用いる電池である。

制御部３１１は、電子機器３０１の全般を制御するＣＰＵやマイコンである。電子機器３０１のシャットダウンの電池部３２４から蓄電部３１３への充電制御、光通信による電子機器３０１と充電機２０１との通信制御を行う。

昇圧部３１２は、ＦＥＴ，ダイオード、インダクタで構成された昇圧ＤＣＤＣ回路である。電子機器３０１がシャットダウン時に、電池部３２４から蓄電部３１３へ充電を行った後シャットダウンする。その場合、電池部３２４の電池電圧は３Ｖ近く下がっている。そのまま蓄電部３１３へ充電を行うと、光通信に十分な電圧が蓄電部３１３に充電されない。そのため、電池部３２４の電圧を昇圧部３１２から昇圧し蓄電部３１３に充電する。

蓄電部３１３は、電気二重層コンデンサのような大容量コンデンサである。電子機器３０１が充電機２０１に装着されて、無線充電を開始する前に、蓄電部３１３から電圧が光通信ＬＥＤ発光部３１７に接続されて発光が開始する。発光パターンは、制御部３１１に生成される。制御部３１１の電源も蓄電部３１３から供給される。

ＬＥＤストロボ部３１４は、電子機器３０１がデジタルカメラのような撮像装置の場合、撮影時、ストロボとして発光する。ＬＥＤストロボ電流制御部３１５は、ＬＥＤストロボ部３１４の発光量を設定するため、ＬＥＤストロボ部３１４に流れる電流を制御する。

ＬＥＤストロボ制御部３１６は、ＬＥＤストロボ部３１４の発光量を設定するため、ＬＥＤストロボ部３１４に電流が流れる時間を制御する。光通信ＬＥＤ発光部３１７は、発光ＬＥＤで、ＬＥＤが点滅することで情報を伝達する。

光通信ＬＥＤ発光制御部３１８は、光通信ＬＥＤ発光部３１７のオンオフを制御するトランジスタである。光通信ＬＥＤ受光部３１９は、フォトトランジスタであり、発光ＬＥＤの光を受けて電圧を発生させる。

光通信ＬＥＤ受光増幅部３２０は、フォトダイオードで発生した電圧を増幅する。光通信ＬＥＤ受光波形整形部３２１は、光通信ＬＥＤ受光増幅部３２０が増幅した電圧信号をＲＣフィルタ、ＬＣフィルタなどを用いて整形し、ノイズ成分を削除する。

電源スイッチ部３２２、電流制御ダイオード部３２３を用いて、電池部３２４の電圧、もしくは蓄電部３１３の電圧のどちらか高いほうを用いて、光通信ＬＥＤ発光部３１７の電圧とする。

次に図３の電子機器１０１と充電機２０１の配置関係について説明する。図３は、電子機器１０１、充電機２０１の構造イメージ図である。

図３（ａ）は、電子機器１０１、充電機２０１が離れている状態である。この状態で、送電部アンテナ部２１５から無線充電用の電磁波が送信されてはいけない。

図３（ｂ）は、電子機器１０１が充電機２０１に装着されている状態であり、受電部アンテナ部１１７が送電部アンテナ部２１５と並行かつ近距離に配置されている状態である。

この状態で、送電部アンテナ部２１５から無線充電用の電磁波が送信されると、磁束は受電部アンテナ部１１７と、送電部アンテナ部２１５内で収束され、外部に電磁波が放射されることがない。電子機器１０１と充電機２０１が、図３（ｂ）のような状態になっていることを確認するために、充電光素子部１１５と、給電光素子部２１３にて光通信を行う。電子機器１０１と充電機２０１が、図３（ｂ）のような状態にならないと、光通信ができないような構造となっている。

図４は、電子機器１０１と充電機２０１の通信フローチャートである。

Ｓ１０１，Ｓ２０１で電子機器１０１が、充電機２０１の充電台に正確に配置された状態を想定する。Ｓ２０２では、充電機２０１は、電子機器１０１が充電台に正確に配置されたかどうかを判断するために、給電光素子２０１を光らせる。電子機器１０１が充電機２０１に正確に配置されている場合、給電光素子２０１の光が電子機器１０１の充電光素子１１５によって受光される。

これに応じてＳ１０２で、電子機器１０１の充電光素子１１５（光通信ＬＥＤ受光部３１９）は、起動信号電圧を発生させる。

Ｓ１０３では、光通信ＬＥＤ受光部３１９が発生させた起動信号電圧を用いて、電源スイッチ３２２を接続して蓄電部１１４（蓄電コンデンサ３１３）の電圧を、光通信ＬＥＤ発光部３１７へ供給する。

Ｓ１０４では、蓄電部１１４（蓄電コンデンサ３１３）に蓄積した電力を用いて光通信ＬＥＤ発光部３１７を発光させる。これによって、充電器２０１へ、給電のための処理を開始するよう指示する。

Ｓ２０４では、充電機２０１側の給電光素子２１３を用いて、電子機器１０１の光通信ＬＥＤ発光部３１７の光を受光する。充電機２０１の充電台の凹部に正確に配置された状態であれば受光が成功する。受光できない場合は、Ｓ２０２に戻り再度、発光をおこなう。

Ｓ２０５にて、充電機２０１と電子機器１０１で通信を行う。このとき、充電機２０１から電子機器１０１に対して必要な情報を要求する。例えば、機種、電池残量、使用頻度、などの情報である。

Ｓ１０５では、電子機器１０１は充電機２０１からの要求データを受け取り、Ｓ１０６で、充電機２０１からの要求データに回答する形でデータを送付する。

Ｓ２０６では、充電機２０１は、電子機器１０１から受け取ったデータをもとに、送電部２１４、送電アンテナ部２１５を制御して無線充電を行うかどうか判断する。対応機種ではなかった場合、無線充電を行わず終了する。

Ｓ１０７では、電子機器１０１は、受電アンテナ部１１７、受電部１１８を制御して、充電機２０１から電力を受電する。

Ｓ２０７では、充電機２０１は、電子機器１０１から受け取ったデータをもとに、送電部２１４、送電アンテナ部２１５を制御して無線充電を行う。

図５は、電子機器１０１のシャットダウンフローチャートである。図３を元に説明する。電子機器１０１が起動状態からシャットダウンする場合のフローチャートを説明する。

Ｓ３０２で、電子機器１０１の図示しない電源ボタンが長押しされた場合、次のシーケンスに移る。

Ｓ３０３で、まず蓄電コンデンサ３１３の電圧を計測する。蓄電コンデンサの電圧が所定電圧以上である場合は、充電処理をせず終了する。蓄電コンデンサの電圧が所定電圧以下である場合は、次のステップに進む。

Ｓ３０４で、電池部３２４の電圧を計測する。所定電圧以上の場合はＳ３０７へ進む。所定電圧以下であると、Ｓ３０５へ進み昇圧回路３１２を動作させる。

Ｓ３０５で、昇圧回路３１２を駆動させる。Ｓ３０６で電池電圧３２４の電圧を昇圧させる。

Ｓ３０７で、昇圧回路３１２が昇圧した電圧を蓄電部３１３へ接続し充電する。

Ｓ３０８で、昇圧回路３１２を停止させて、充電を終了し、電子機器１０１をシャットダウンする。この工程は、電子機器１０１をシャットダウンさせる場合に必ず実施する。このシャットダウンシーケンスの工程を実施することで、電子機器１０１が電源オフの場合必ず蓄電部３１３に電力が蓄えられることとなり、無線充電を開始する場合には蓄電部３１３の電力を利用して充電を開始する。

（その他の実施例）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

Claims

受電装置であって、
給電装置からの光通信の光を受光する受光素子と、
前記給電装置への光通信の光を発光する発光素子と、
前記給電装置から無線で電力を受電する受電手段と、
電池と、
前記電池からの電力を蓄電する蓄電手段とを有し、
前記受光素子が前記給電装置から所定の光通信の光を受光した場合、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて前記光通信手段を駆動することを特徴とする受電装置。
前記受光素子が前記給電装置から所定の光通信の光を受光した場合、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて前記光通信手段を駆動し、前記給電装置に対して無線給電を開始するよう指示することを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
撮像手段と、
前記撮像手段の撮像方向に向かって発光するストロボとを更に有し、
前記ストロボは、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて駆動することが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の受電装置。
前記電池の残量が所定の残量よりも少ない場合、前記蓄電手段は、前記電池からの電力を蓄電することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受電装置。
前記給電装置からの無線給電が開始された後の前記無線給電の制御は、前記受光素子および前記発光素子の動作ではなく、前記受電手段の動作によって実現することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受電装置。
給電装置からの光通信の光を受光する受光素子と、前記給電装置への光通信の光を発光する発光素子と、前記給電装置から無線で電力を受電する受電手段と、電池と、前記電池からの電力を蓄電する蓄電手段とを有する受電装置の制御方法であって、
前記受光素子が前記給電装置から所定の光通信の光を受光した場合、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて前記光通信手段を駆動するよう制御することを特徴とする受電装置の制御方法。
前記受光素子が前記給電装置から所定の光通信の光を受光した場合、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて前記光通信手段を駆動し、前記給電装置に対して無線給電を開始するよう指示することを特徴とする請求項１に記載の受電装置の制御方法。
前記受電装置は撮像手段と前記撮像手段の撮像方向に向かって発光するストロボとを更に有し、
前記ストロボは、前記蓄電手段に蓄電された電力を用いて駆動することが可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の受電装置の制御方法。
前記電池の残量が所定の残量よりも少ない場合、前記蓄電手段によって前記電池からの電力を蓄電するよう制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の受電装置の制御方法。
前記給電装置からの無線給電が開始された後の前記無線給電の制御は、前記受光素子および前記発光素子の動作ではなく、前記受電手段の動作によって実現するよう制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の受電装置の制御方法。
コンピュータを、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の受電装置の各手段として機能させるための、コンピュータが読み取り可能なプログラム。