JP2019193533A - 受電装置、送電装置、無線で送電するシステム、受電装置の制御方法、送電装置の制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】認証処理を行う対象の装置に正当性が認められない場合に生じる不要な処理を低減する。【解決手段】送電装置から無線で受電する受電装置200であって、前記送電装置に対して第一の機器認証を行い、前記送電装置から第二の機器認証を受ける認証手段208と、前記第一の機器認証と前記第二の機器認証のうち先に行われた機器認証が成功した場合は他方の機器認証を行うように制御し、前記先に行われた機器認証が成功しない場合は前記他方の機器認証が行われないように制御し、行われた機器認証の結果に基づき受電に係る内容を決定する制御手段201と、を有する。【選択図】図2
Description
本発明は、受電装置、送電装置、無線で送電するシステム、受電装置の制御方法、送電装置の制御方法及びプログラムに関する。
近年、無線電力伝送システムの技術開発は広く行われている。特許文献1では、非接触充電規格の標準化団体Wireless Power Consortium(WPC)が策定する規格(以下、「WPC規格」と呼ぶ)に準拠した送電装置及び受電装置が開示されている。また、特許文献2には、非接触充電の送電装置及び受電装置間の機器認証方法が開示されている。特許文献2によれば、送電装置はチャレンジデータを、受電装置に送信し、受電装置はそのチャレンジデータに対して認証用演算を施すことで作成されたレスポンスデータを、送電装置に送信する。そして送電装置が受電装置から受信したレスポンスデータを照合することで、機器認証プロトコルを実行する。特許文献2では、上記構成により、セキュリティの高い認証処理が可能になるとしている。
しかしながら、認証処理を行う場合、送電装置と受電装置によっては、利便性が損なわれる場合があった。例えば、セキュリティを高めるため、送電装置と受電装置が相互に認証処理を行う場合には以下の問題が生じる。すなわち、先に行われた認証処理によって対象となる装置に正当性が認められない場合であっても、他方の認証処理の実行を待たなければならず、不要な処理が生じてしまう。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、認証処理を行う対象の装置に正当性が認められない場合に生じる不要な処理を低減することを目的とする。
本発明の一つの態様は、送電装置から無線で受電する受電装置であって、前記送電装置に対して第一の機器認証を行い、前記送電装置から第二の機器認証を受ける認証手段と、前記第一の機器認証と前記第二の機器認証のうち先に行われた機器認証が成功した場合は他方の機器認証を行うように制御し、前記先に行われた機器認証が成功しない場合は前記他方の機器認証が行われないように制御し、行われた機器認証の結果に基づき受電に係る内容を決定する制御手段と、を有することを特徴とする。
本発明により、認証処理を行う対象の装置に正当性が認められない場合に生じる不要な処理を低減することができる。
<実施形態1>
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
(システム構成)
図3は、本実施形態に係る無線電力伝送システム(非接触充電システム)の構成例を示している。図3において、送電装置(以下、「TX」と呼ぶ。)100は、ACアダプタ301及びUSBケーブル300等を用いて有線で供給される電力を、無線により、受電装置(以下、「RX」と呼ぶ。)200へ伝送する。RX200は、TX100から無線により伝送された電力を受け取り、例えばRX200の内部に備えられたバッテリを充電する。ACアダプタ301は、電源プラグ302を介して供給される商用電源の電力をTX100に適した電圧に変換して、TX100に供給する。
図3は、本実施形態に係る無線電力伝送システム(非接触充電システム)の構成例を示している。図3において、送電装置(以下、「TX」と呼ぶ。)100は、ACアダプタ301及びUSBケーブル300等を用いて有線で供給される電力を、無線により、受電装置(以下、「RX」と呼ぶ。)200へ伝送する。RX200は、TX100から無線により伝送された電力を受け取り、例えばRX200の内部に備えられたバッテリを充電する。ACアダプタ301は、電源プラグ302を介して供給される商用電源の電力をTX100に適した電圧に変換して、TX100に供給する。
なお、図3の構成は一例であり、これら以外の構成が用いられてもよい。例えば、以下では、有線による電力供給は、機器認証を行うことができるものを一例として説明するが、これに限られるものではない。つまり、有線による電力供給について、機器認証を行わないものでも、本発明を適用することができる。また、以下では、有線による電力供給がUSB Power−Delivery規格に従って行われ、USB Power−Delivery規格がサポートするAuthentication規格に基づいて機器認証が行われるものとする。ただし、これら以外の規格が用いられてもよい。
また、図3にはそれぞれ1つのTX100及びRX200が示されているが、複数のTX100が有線による電力の供給を受けて共通の1つのRX200又はそれぞれ別個のRX200に送電してもよいし、1つのTX100が複数のRX200に送電してもよい。なお、以下では、TX100とRX200との間で、WPC(Wireless Power Consortium)規格に準拠した非接触充電が行われる場合について説明するが、これに限定されず、他の規格に基づいて非接触充電が行われてもよい。
(装置構成)
続いて、図3に示す非接触充電システムにおいて利用可能な送電装置(TX100)及び受電装置(RX200)の構成例について説明する。
続いて、図3に示す非接触充電システムにおいて利用可能な送電装置(TX100)及び受電装置(RX200)の構成例について説明する。
図1は、TX100の構成例を示すブロック図である。TX100は、WPC規格に準拠しており、さらにWPC規格のバージョン1.2.2(以下、「WPC規格v1.2.2」と呼ぶ。)で規定される機能を有する。ここで、TX100は、TX100と同様にWPC規格に対応したRX200の充電部に、最大15ワットの電力を出力する電力供給能力を有するものとする。TX100は、一例において、制御部101、電源部102、送電部103、通信部104、送電コイル105、表示部106、メモリ107、第一認証部108、及び第二認証部109を有しうる。
制御部101は、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等の1つ以上のプロセッサを含んで構成され、TX100の全体を制御する。つまり、制御部101は、電源部102、送電部103、通信部104、送電コイル105、表示部106、メモリ107、第一認証部108、及び第二認証部109の動作を制御する。なお、制御部101は、例えば特定用途向け集積回路(ASIC)やFPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)等を含んで構成されてもよい。制御部101は、後述するWPT認証の結果及び電力供給源(ACアダプタ301及びUSBケーブル300等)に対するUSB認証の結果に基づき、送電に係る内容を決定する。例えば、その内容は送電時に許容できる電力値の最大値である。
電源部102は、ACアダプタ301からUSBケーブル300を介してTX100の動作のための電力供給を受け、少なくとも制御部101及び送電部103が動作する電源を供給する。電源部102は、有線による電力供給機器の機器認証と電力の供給に対応可能に構成される。電源部102は、例えば図3のようにUSBケーブル300を介した電力の供給を受けるために、USB Power−Delivery規格と、接続されたUSB機器同士の機器認証を行うAuthentication規格に対応しうる。なお、TX100は、USB Power−Delivery規格以外の規格に準拠して電力の供給を受けてもよいし、Authentication規格以外の規格に従って機器認証を行ってもよい。このため、電源部102は、これらの規格以外の規格に対応可能に構成されうる。また、電源部102(又は後述の第一認証部108)は、複数の規格に対応可能に構成されてもよく、例えば電力供給元との接続形態に基づいて(例えばTX100のどの端子が用いられたかに基づいて)、使用すべき規格を判定してもよい。
送電部103は、送電コイル105を介して、RX200へ伝送される交流電圧及び交流電流を発生させる。送電部103は、例えば、電源部102が供給する直流電圧を、FET(Field Effect Transistor)を使用したハーフブリッジ又はフルブリッジ構成のスイッチング回路を用いて交流電圧に変換しうる。この場合、送電部103は、FETのON/OFFを制御するゲ−トドライバを含みうる。
通信部104は、RX200(図2の通信部204)との間で、WPC規格に基づいた非接触充電の制御に関する制御通信を行う。通信部104は、送電部103が発生する交流電圧又は電流を変調し、無線電力に情報を重畳するいわゆるインバンド通信によってRX200との間での通信を行いうる。ただし、これに限られず、通信部104は、アウトバンド(out−of−band)通信によって、RX200との間での通信を行ってもよい。アウトバンド通信は、例えば、NFC、RFID、Wi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標) Low Energy等によって行われうる。なお、ここでいうアウトバンド通信は、無線電力に情報を重畳せずに行う通信のことである。アウトバンド通信で用いる周波数帯の少なくとも一部は、電力伝送用の周波数帯に含まれないことが好ましい。より好ましくは、アウトバンド通信で用いる周波数帯が電力伝送用の周波数帯と全く重ならないことが望ましい。
表示部106は、TX100の状態や、図3に示すようなTX100、RX200、USBケーブル300、ACアダプタ301などの機器を含む非接触充電システムの状態の情報を、ユーザが確認可能なように表示する。表示部106は、例えば、LED(Light Emitted Diode)によって構成されうるが、これに限られず、例えばLEDに代えて又はこれに追加して、スピーカ、振動発生回路、ディスプレイ等を含んで構成されてもよい。メモリ107は、TX100及び図3の非接触充電システムの各要素及び全体の状態を記憶する。
第一認証部108は、電源部102と、それに接続されるUSBケーブル300及びACアダプタ301についての機器認証を行う。本実施形態では、第一認証部108は、USB Authentication規格に準拠した機器認証を行うものとする。ただしこれに限られず、Qualcomm社のQuick Charge規格等の、機器認証に対応している他の規格が用いられてもよい。
第二認証部109は、通信部104を介した通信によってTX100とRX200との間の機器認証を行う。本実施形態では、後述する第二認証部109が行う機器認証をWireless Power Transfer認証又はWPT認証と呼ぶ。さらに、第二認証部109は、RX200に対してWPT認証を行う際に使用する部分と、RX200からのWPT認証を受ける際に使用する部分とが分かれていてもよいし、一体であってもよい。
なお、図1では、制御部101、電源部102、送電部103、通信部104、メモリ107、第一認証部108、第二認証部109が別個のブロックとして図解されているが、これらの内の複数の任意のブロックが同一チップ内に実装されてもよい。例えば、USB Power−Deliveryに対応した電源部102とUSB Authentication規格に対応した第一認証部108とが、USB関連チップとして同一チップ内に実装されてもよい。この場合、TX100は、制御部101とUSB関連チップとの間を、例えばGPIO(General Purpose Input/Output)やシリアル通信で接続するように構成されうる。また、例えば、第二認証部109、制御部101、メモリ107、送電部103、通信部104の内の複数の任意のブロックが同一チップ内に実装されてもよい。また、図1における1つのブロックが、複数のブロックに分割されてもよく、場合によっては複数のチップによって実装されてもよい。
図2は、RX200の構成例を示すブロック図である。RX200も、TX100と同様に、WPC規格に準拠しており、さらにWPC規格v1.2.2で規定される機能を有する。RX200は、一例において、制御部201、表示部202、受電部203、通信部204、受電コイル205、充電部206、バッテリ207、認証部208、及びメモリ209を有しうる。
制御部201は、例えばCPUやMPU等の1つ以上のプロセッサやASIC又はFPGA等を含んで構成され、RX200の全体を制御する。つまり、制御部201は、表示部202、受電部203、通信部204、受電コイル205、充電部206、バッテリ207、認証部208、及びメモリ209の動作を制御する。また、制御部201は、後述するTX100に対する機器認証の結果に基づき、受電に係る内容を決定する。例えば、その内容は、TX100に要求する電力値の最大値である。
表示部202は、電力の供給状態や、RX200の充電状態などの情報をユーザが確認可能となるように表示する。表示部202は、本実施形態ではLEDであるものとするが、これに加えて又はこれに代えて、例えば、スピーカ、振動発生回路、ディスプレイ等を含んでもよい。
受電部203は、受電コイル205を介して、送電コイル105から放射された電磁波を受電し、受電によって得られる交流電圧及び交流電流を、制御部201や充電部206等が動作する際に用いられる直流電圧及び直流電流に変換する。なお、本実施形態では、受電部203は、充電部206に最大15ワットの電力を出力する能力を有するものとする。
通信部204は、TX100の通信部104との間で、WPC規格に基づいた非接触充電の制御に関する制御通信を行う。この制御通信は、RX200側の負荷を変動させることによってTX100とRX200との間の電力伝送の状態を変化させて、送電コイル105を流れる電流を変動させることにより情報を伝送する、負荷変調によって行われうる。なお、通信部204は、この負荷変調等のインバンド通信によって制御通信を行ってもよいし、上述したアウトバンド通信により制御通信を行ってもよい。
充電部206は、受電部203から供給される直流電圧と直流電流を利用して、バッテリ207を充電する。認証部208は、通信部204を介した通信によって、TX100の第二認証部109との間で相互に機器認証を行う。メモリ209は、RX200及び非接触充電システム(図3)の各要素及び全体の状態を記憶する。なお、TX100又はRX200がWPT認証を含むWPC規格に対応していることを、以下では「WPC規格バージョンAに対応している」と表現する。ここでWPC規格バージョンAは、WPC規格v1.2.2の後継の規格であり、少なくともWPT認証機能が追加されているものとする。
なお、図2では受電部203、認証部208、制御部201、メモリ209、通信部204、充電部206が別個のブロックとして図解されているが、これらの内の複数の任意のブロックが同一チップ内に実装されてもよい。また、図2における1つのブロックが、複数のブロックに分割されてもよく、場合によっては複数のチップによって実装されてもよい。
本実施形態に係る非接触充電システムでは、TX100の第一認証部108が、ACアダプタ301及びUSBケーブル300と、第一の通信プロトコルを使用した機器認証(例えば、USBケーブルを介したUSB認証)を行う。また、TX100の第二認証部109は、第一の通信プロトコルと異なる媒体(例えば、送電コイル105及び受電コイル205)を使用する第二の通信プロトコルを使用してRX200と相互に機器認証を行う。
本実施形態において、ACアダプタ301、USBケーブル300、TX100(電源部102)はUSB機器である。USB機器がUSB認証に対応すると共にUSB認証に成功することによって、それらの機器にUSB認証で定められた電力を印加したとしても過度の発熱等の問題が生じないことを確認することができる。すなわち、USB認証に成功した場合、ACアダプタ301からUSBケーブル300を介して、定められた電力をTX100の電源部102に供給した際に、TX100の電源部102、USBケーブル300、ACアダプタ301が過度に発熱しないと言える。
一方、電源部102、USBケーブル300、ACアダプタ301のいずれかがUSB認証に対応しない場合は、USB認証に成功することはない。この場合、USB認証に定められた電力を印加した場合に、それらの機器やケーブルのいずれかが過度に発熱する等の問題が生じうる。ここでUSB認証に非対応の機器は、USB認証規格が策定される以前の複数のバージョンのUSB規格のいずれかに対応している機器を含む。本実施形態では、USB認証規格が策定される以前の複数のバージョンのUSB規格のいずれかに対応したUSB機器をレガシーのUSB機器と呼ぶ。
また、電源部102、USBケーブル300、ACアダプタ301のいずれかがUSB認証に失敗した場合は、USB認証で定められた電力を印加した場合に発熱等の問題が生じうる。ここで、USB認証に失敗するとは、USBケーブル300とACアダプタ301の少なくともいずれかが、名目的にはUSB認証に対応しているが、実際は対応していないUSB機器である可能性がある場合を含む。
また、RX200とTX100とがWPC規格バージョンAに対応しており、かつ、相互にWPT認証に成功した場合は、RX200とTX100とが規格で定められた所定の電力のやり取りをしたとしても、それらが過度に発熱する等の問題が生じない。一方、RX200とTX100との少なくとも一方がWPC規格バージョンAに対応しない場合は、上述の定められた電力が印加された場合に、WPC規格バージョンAに対応しない装置が過度に発熱する等の問題が生じうる。ここでWPC規格バージョンAに非対応の機器には、WPC規格バージョンAより前の複数のバージョンのWPC規格のいずれかに対応している機器が含まれる。本実施形態ではWPC規格バージョンAより前の複数のバージョンのWPC規格のいずれかに対応したTX又はRXをレガシーのTX又はRXと呼ぶ。
また、TX100とRX200との間でのWPT認証に失敗するのは、これらの機器が名目上WPT認証に対応しているが実際は対応していない場合が含まれる。この場合も、WPT認証に成功しないため、上述の定められた電力を印加した場合に、過度の発熱等の問題が生じうる。なお、WPT認証に対応している機器間でのWPT認証は必ず成功する。
本実施形態では、USBケーブル300及びACアダプタ301がUSB認証に成功し、かつRX200及びTX100が相互にWPT認証に成功した場合に、規格で定められる所定の電力を供給することが可能であると判断される。すなわち、過度の発熱などの問題が生じない状態で、RX200の受電部203が負荷(本実施形態では充電部206)に所定の電力(15ワット)を供給することができる。他方、TX100(電源部102)、USBケーブル300、ACアダプタ301のいずれかがUSB認証に成功しない、又はRX200とTX100のいずれかがWPT認証に成功しない場合は、所定の電力の供給に問題が生じる可能性がある。すなわち、RX200の受電部203が負荷に15ワットの所定の電力を供給した場合に、過度の発熱等の問題が生じうる。以下では、そのようなリスクを回避するために、認証に成功しない場合に、受電部203が供給する電力を所定の電力(15ワット)より小さい電力値(例えば5ワット以下)に制限する。
(処理の流れ)
続いて、非接触無線通信システムで実行される処理の流れの例について説明する。図4は、本実施形態において実行される、USB認証とWPT認証とを含む処理の流れの例を示すシーケンス図である。また、図5(a)は、本実施形態におけるGuaranteed Power(以下、「GP」と呼ぶ。)の設定に関して、送電装置(TX100)の制御部101によって実行される処理の流れの例を示すフローチャートである。また、図5(b)は、GPの設定に関して、受電装置(RX200)の制御部201によって実行される処理の流れの例を示すフローチャートである。
続いて、非接触無線通信システムで実行される処理の流れの例について説明する。図4は、本実施形態において実行される、USB認証とWPT認証とを含む処理の流れの例を示すシーケンス図である。また、図5(a)は、本実施形態におけるGuaranteed Power(以下、「GP」と呼ぶ。)の設定に関して、送電装置(TX100)の制御部101によって実行される処理の流れの例を示すフローチャートである。また、図5(b)は、GPの設定に関して、受電装置(RX200)の制御部201によって実行される処理の流れの例を示すフローチャートである。
ここで、GPとは、TX100とRX200との位置関係がずれて、送電コイル105と受電コイル205との間の送電効率が低下しても、受電部203の負荷への出力電力に関してTX100が保証する電力値である。受電部203の負荷は、受電部203が電源を供給する対象であり、少なくとも充電部206を含む。例えば、GPが5ワットの場合、送受電コイルの位置関係がずれて、コイル間の送電効率が低下したとしても、受電部203が5ワットの電力を出力することができるように、TX100は送電部103を制御する。本実施形態では、認証の結果に応じて、GPが制限される。これにより、例えば認証に成功しない場合や認証に非対応の場合に、規格で規定された電力が伝送されることによる過度の発熱等の問題が生じるのを防ぐことができる。まず、USB認証及びWPT認証の結果によって、後述するNegotiationにおいて用いられるGPの制限値の例について、図6を用いて説明する。
図6は、USB認証及びWPT認証の結果によって、後述するNegotiationにおいて用いられるGPの制限値の例を示す図である。図6(a)がTX100のGPの制限値であり、図6(b)がRX200のGPの制限値である。
図6(a)の列600の「USB認証非対応」とは、TX100の電源部102、USBケーブル300、ACアダプタ301の少なくともいずれかがUSB認証に対応していない(ただし、USB認証に対応している機器は認証に成功している)ことを示す。列601の「USB認証失敗」とは、TX100の電源部102、USBケーブル300、ACアダプタ301の少なくともいずれかが、(少なくとも名目上は)USB認証に対応しているが、USB認証に失敗したことを示す。列602の「USB認証成功」とは、TX100の電源部102、USBケーブル300、ACアダプタ301のすべてがUSB認証に成功したことを示す。また、行603は、RX200がWPT認証に対応していないことを、行604は、RX200がWPT認証に対応しているがWPT認証に失敗したことを、行605は、RX200がWPT認証に対応しておりWPT認証に成功したことを示す。なお、テーブル中の「0,2.5,5」の3種類のGPの電力値が記載されている欄については、予めそれらのうちの1つを採用するような設定が行われる。
図6(a)によれば、USB認証に非対応(列600)である場合は、WPT認証の結果によらず、GPを5ワットに制限することで、過度の発熱等を回避するようにする。また、列600のうち、WPT認証に失敗した場合(行604)は、0ワット(送電しない)や(5ワットより小さい)2.5ワットなど、WPT認証に非対応の場合(行603)と比較して、GPを小さい値に制限してもよい。WPT認証に失敗したということは、RXが、例えば、名目上はWPT認証を実装しているが正規に実装していない、WPC規格を満たしていない偽物などである可能性があるからである。過度の発熱等の観点では、GPを5ワットに制限すればよい。一方で、WPT認証非対応であるが正規に規格を実装しているレガシーのRXよりも低いGP(0ワット又は2.5ワット)に制限することで、WPT認証に対応していると見せかけた偽物への送電を抑制又は回避することができる。
同様に、USB認証に失敗した場合(列601)は、WPT認証の結果にかかわらず0ワット(送電しない)や(5ワットより小さい)2.5ワットなど、USB認証に非対応の場合(列600)と比較して、GPを小さい値に制限してもよい。これは、USB認証に失敗したということは、認証対象のUSB機器が、例えば、名目上はUSB認証を実装してはいるが正規に実装していない偽物である可能性があるからである。このため、USB認証非対応であるが正規に規格を実装しているレガシーのUSB機器と比較して、より低い0ワット又は2.5ワットに制限することで、USB認証に対応していると見せかけた偽物からの電力の供給を抑制又は回避することができる。
USB認証に成功した場合(列602)は、TX100の電源部102、USBケーブル300、ACアダプタ301に関して、RX200が負荷へ15ワット(TX100がRX200へ供給できるGPの最大値)を供給しても過度の発熱等が生じない。このため、TX100は、WPC認証の結果に基づいてGPの設定を行う。例えば、TX100は、WPT認証非対応の場合(行603)は上述の理由によりGPを5ワットに制限し、WPT認証に失敗した場合(行604)はGPをより低い値(0ワット又は2.5ワット)に制限する。USB認証に成功し(列602)、WPT認証にも成功(行605)した場合は、過度の発熱等の問題が生じないと判断し、TX100は、GPの制限値としてTX100の送電能力及びRX200の受電能力の最大値である15ワットを設定する。また、RX200が、TX100の送電能力及びRX200の受電能力の最大値である15ワットを、GPとしてTX100に要求してもよい。
なお、本実施形態では、USB認証を行う場合を例示しているが、USB認証を行わない場合には、GPの制限値のテーブルとして、USB認証成功とみなして図6(a)の列602を保持するようにしてもよい。
RX200においては、電源系にUSB機器が接続されていないため、USB認証はない。よって、GPの制限値はTX100とのWPT認証結果で決まる。図6(b)の行613はTX100がWPT認証に対応していないことを、行604はTX100がWPT認証に対応しているがWPT認証に失敗したことを、行605はTX100がWPT認証に対応しておりWPT認証に成功したことを示す。なお、テーブル中の「0,2.5,5」の3種類のGPの電圧値が記載されている欄については、予めそれらのうちの1つを採用するような設定が行われる。
WPT認証が非対応の場合(行613)は、TX100と同様の理由により、GPは5ワットとし、WPT認証に失敗した場合(行614)は、より低いGP(0ワット又は2.5ワット)に制限される。WPT認証に成功(行615)した場合は、上記リスクがないと判断し、RX200は、GPの制限値としてTX100及びRX200の能力の最大値である15ワットを設定する。
このように、TX100は、USB認証結果とWPT認証結果、及び、図6(a)に示されるような設定値に基づいて、後述のNegotiationフェーズの交渉において、送電する電力値として許容できるGPの最大値を決定する。また、RX200は、USB認証結果とWPT認証結果、及び、図6(b)に示されるような設定値に基づいて、Negotiationフェーズの交渉において、TX100に要求するGPの最大値を決定する。なお、USB認証とWTP認証との両方が成功した場合は、Negotiationフェーズの交渉において、TX100とRX200の最大能力に応じた送電電力が決定されうる。
続いて、図3の非接触充電システムの起動から送電までの処理の流れの例について、図4及び図5を用いて説明する。RX200は、USB認証及びWPT認証において認証の対象となる機器のうち認証に非対応又は認証に失敗した機器が1つでもあれば、TX100に対して、GPの値として大きな電力を要求しないように動作する。
まず、TX100の電源部102にUSBケーブル300とACアダプタ301が接続されると(400)、TX100の制御部101は、USB認証を行う(401、S501)。USB認証において、制御部101は、第一認証部108を動作させ、認証対象であるすべてのUSB機器(本実施形態ではUSBケーブル300とACアダプタ301の両方)がUSB認証に対応しているかを判断する。第一認証部108は、すべてのUSB機器についてUSB認証を実行し、実行したすべてのUSB認証に成功した場合に、「USB認証成功」と判定する。
また、本実施形態では、いずれかのUSB認証に成功しなかった場合の認証結果として「USB認証非対応」と「USB認証失敗」を設けている。第一認証部108は、USB認証に対応しているが認証に失敗した機器が1つでも存在する場合は「USB認証失敗」とする。そして、第一認証部108は、USB認証に成功しなかった機器がすべてUSB認証に対応していない機器である場合に「USB認証非対応」と判断する。なお、第一認証部108は、認証に失敗した機器の属性に基づいて「USB認証失敗」又は「USB認証非対応」のいずれかと判断するようにしてもよい。例えば、第一認証部108は、認証に失敗した機器が存在する場合に、その機器の属性を特定して、その属性に応じた判断を実行しうる。
本実施形態では、例えば、ACアダプタ301のUSB認証に成功したが、USBケーブル300がUSB認証に対応していない場合、「USB認証非対応」と判定される。また、例えば、ACアダプタ301のUSB認証に成功し、USBケーブル300はUSB認証に対応しているものの認証に失敗した場合、「USB認証失敗」と判定される。また、例えば、ACアダプタ301とUSBケーブル300の両方がUSB認証に成功した場合、「USB認証成功」と判定される。制御部101は、このようなUSB認証結果をメモリ107に保持しておく(S502)。
次に、制御部101は、USB PD(USB−Power Delivery規格)のシーケンスに基づいてACアダプタ301との間でACアダプタ301から供給される電圧及び電流に関する電源仕様を決定する(402)。電源電圧はTX100の内部構成により決まっているため、この場合は電流値が決定される。本実施形態では、電源部102の電圧は15Vであるとし、電源部102の出力電流は最大で3Aであるとする。ここで、TX100の制御部101は、電流値を下げる際に、図6(a)に示されるような設定に基づいて、電流値の下げ幅を判断する。例えば、USB認証非対応の場合、図6(a)の列600に基づいて、WPC規格のNegotiationフェーズ(後述)での交渉において、送電時に許容できるGPの最大値は5ワットと決定される。
そして、制御部101は、TX100の内部のロスを考慮して電流値を決定する。例えば、送受電コイルの位置が変化し、コイル間効率が一番低くなった時にGPである5ワットをRX200が出力するときのシステム効率を50%であるとする。この場合、電源部102が送電部103や制御部101に供給する電力は10ワット(5W×2)である。このため、電源電圧が15Vであるため、出力電流は10W/15V=0.67Aとなる。本実施形態では、USB機器がUSB認証に非対応であった場合、GPを5ワットに制限するとした。このため、電源部102がUSB PDのシーケンスに基づいてACアダプタ301と交渉して決定すべき電流値は、0.67A程度であればよい。この決定すべき電流値に基づいて、TX100の制御部101は、ACアダプタ301との間で電源仕様を決定する。他方、USB認証に成功した場合は、15ワットのGP値に対応できるように、電源仕様が2.0A(15W×2/15V)に決定される。
そして、TX100の制御部101は、送電部103を起動する(403)。送電部103の起動は、例えば、電源部102から制御部101と送電部103と通信部104との少なくともいずれかに電源を投入する、いわゆるパワーオンリセットでありうる。また、第一認証部108がTX100の制御部101と送電部103と通信部104との少なくともいずれかに不図示のリセット信号(LO:約0V)を入力することにより、これらの機能部の少なくともいずれかにリセットをかけてもよい。この場合、第一認証部108は、電源仕様が決まってGPの値が決定された後に、リセット信号をHI(例えば3.3V)にすることによって、リセットを解除する。
送電部103が起動すると、TX100はWPC規格に準拠した動作を開始する。本実施形態では、WPC規格に準拠したフェーズに加え、WPT認証を行うフェーズとしてAuthenticationフェーズを定義する。Authenticationフェーズでは、TX100とRX200が、WPT認証に基づいた機器認証を実行する。TX100及びRX200の両方がAuthenticationフェーズに対応している場合、TX100とRX200は、まず、Selectionフェーズの処理を実行する。そして、Pingフェーズ、及びIdentification & Configurationフェーズ(以下、「I&Cフェーズ」と呼ぶ。)に遷移し、その後にAuthenticationフェーズが実行される。さらに、Authenticationフェーズの後に、Negotiationフェーズ、Calibrationフェーズ、Power Transferフェーズ(以下、「PTフェーズ」と呼ぶ。)の順で処理が実行される。
Selectionフェーズでは、送電部103が、送電コイル105を介してAnalog Pingを送電する(404)。Analog Pingは、送電コイル105の近傍に存在する物体を検出するための微小な電力の信号である。TX100は、Analog Pingを送電した時の送電コイルの電圧値又は電流値を検出し、電圧がある閾値を下回る場合又は電流値がある閾値を超える場合に物体が存在すると判断し、Pingフェーズに遷移する。
Pingフェーズでは、TX100は、Analog Pingより大きいDigital Pingを送電する(405)。Digital Pingの大きさは、送電コイル105の近傍に存在するRX200の制御部201が起動するのに十分な電力である。RX200の制御部201は、受電コイル205を介して受電したDigital Pingによって起動すると、受電電圧の大きさをTX100へ通知し(406)、I&Cフェーズへ遷移する。また、TX100は、受電電圧値の通知を受けると、I&Cフェーズに遷移する。
I&Cフェーズでは、RX200はID Packet及びConfiguration PacketをTX100へ送信する(407、408)。RX200が送信したConfiguration Packetに対して、TX100は、アクノリッジ(ACK)で応答する。そして、TX100及びRX200はI&Cフェーズを終了し、Authenticationフェーズに遷移する。I&Cフェーズが終了すると、TX100とRX200は、互いにデータを送信できるようになる。
続いて、第二認証部109及びRX200の認証部208は、Authenticationフェーズで相互にWPT認証処理を実施する(409、S503、S513)。TX100の認証対象は、非接触充電システムにおける受電装置としてのRX200である。RX200の認証対象は、非接触充電システムにおける送電装置としてのTX100である。なお、Authenticationフェーズの詳細については後述する。
TX100の制御部101は、このWPT認証の結果をメモリ107に保持する(S504)。またRX200の制御部201は、このWPT認証の結果をメモリ209に保持する(S514)。TX100の制御部101は、S502でメモリ107に保持したUSB認証の結果と、S504でメモリ107に保持したWPT認証の結果と、図6(a)に基づき、Negotiationフェーズで用いるGPの最大値を決定する(410a、S505)。一方、RX200の制御部201は、S514でメモリ209に保持したWPT認証の結果と、図6(b)に基づいて、Negotiationフェーズで用いるGPの最大値を決定する(410b、S515)。
その後、TX100の制御部101とRX200の制御部201は、Negotiationフェーズで交渉を行い、GPを決定する(411)。ここでは、TX100の第一認証部108(USB認証)と、第二認証部109(WPT認証)と、RX200の認証部208(WPT認証)による機器認証の結果に基づいて、送電電力の交渉が行われる。すなわち、制限されたGP値(410a、410b)で許容される送電電力以下となるように交渉が行われる。
例えば、RX200において、WPT認証の結果が「WPT認証成功」の場合は、図6(b)に示されるようにGPの設定が15ワットまで許容される。一方、WPT認証の結果が「WPT認証失敗」であれば、GPは5ワット又はそれ未満に制限される。Negotiationフェーズにおいて、制御部201はGPをTX100に要求する。
また、TX100においては、USB認証の結果が「USB認証成功」かつWPT認証の結果が「WPT認証成功」の場合は、図6(a)に示されるようにGPの設定が15ワットまで許容される。一方、USB認証の結果が「USB認証非対応」であれば、GPは5ワット又はそれ未満に制限される。この場合、Negotiationフェーズにおいて、RX200の制御部201から5ワットを超えるGPを要求された場合は、TX100の制御部101は当該要求に対してNAKを送信する。他方、制限値以下のGPが要求されれば、制御部101はアクノリッジ(ACK)を送信する。
以上のように、USB認証及びTX100、RX200の相互のWPT認証の結果に基づいて、GPの最大値が決定される。このため、複数の認証のうちいずれかの認証が失敗した際はGPの大きさが制限され、過度の発熱などを予防することができる。また、制御部101は、全ての認証が成功した場合のみ、GPを、送電部103の能力の最大値に設定することができる。
なお、USB認証を行わない場合には、TX100、RX200の相互のWPT認証の結果に基づいて、GPの最大値が決定される。この場合、TX100によるRX200に対するWPT認証の結果によって、上述したように、USB認証成功とみなして図6(a)の列602に基づき、GPを制限してもよい。
続いて、TX100とRX200の間でGPを制限した理由を相互に通知する(412)。TX100の制御部101はGPを制限した理由をRX200の制御部201へ通知する。この理由通知により、第一認証部108及び第二認証部109による機器認証の結果がRX200に通知される。また、RX200の制御部201は、GPを制限した理由をTX100の制御部101へ通知する。この理由通知により、認証部208による機器認証の結果がTX100に通知される。
この理由通知は、後述のRESULTパケット(図8(d)の820a、820b参照)であってもよい。本実施形態では、TX100の制御部101は、RESULTパケットに、WPT認証の結果とTX100の電源部102に関係するUSB認証の結果とを格納してRX200の制御部201に送信する。例えば、制御部101は、RESULTパケットの中にWPT認証結果を格納する1ビットを設け、WPT認証が成功すれば「1」を、そうでなければ「0」を格納する。
また、制御部101は、RESULTパケットにACアダプタ301及びUSBケーブル300とのUSB認証結果を格納する1ビットを設け、全てのUSB認証が成功すれば「1」をそうでなければ「0」を格納する。制御部101は、こうして機器認証の結果が格納されたRESULTパケットを送信する。
ここで、TX100からRX200へ送信されるUSB認証結果のより詳細について説明する。USB認証結果は、TX100がUSB認証の結果を示すデータであり、一例において図10(b)のようなWPC規格v1.2.2のPower Transmitter Capability Packetによって送信される。例えば、図10(b)のパケット構成のうち、「Reserved」となっているBank1のbit6やbit7(1100)、又はBank2のbit2からbit7(1011)の少なくともいずれかが、USB認証結果の送信に用いられうる。TX100は、「USB認証結果を通知する機能があるか」、「USB認証が完了したか」、及び「USB認証の結果」のうちの少なくともいずれかを、これらのbitに格納して送信する。
同様に、RX200の制御部201は、RESULTパケットに、WPT認証の結果を格納してTX100の制御部101に送信する。例えば、制御部201は、RESULTパケットの中にWPT認証結果を格納する1ビットを設け、WPT認証が成功すれば「1」を、そうでなければ「0」を格納する。制御部201は、こうして機器認証の結果が格納されたRESULTパケットを送信する。
その後、TX100の制御部101及びRX200の制御部201は、Calibrationフェーズの処理を実行し(413)、PTフェーズへ遷移する。PTフェーズでは、TX100からRX200へ電力が伝送される(414)。RX200は、受信した電力に基づき、負荷へ電力を供給する。RX200の制御部201は、理由通知に基づいて、表示部202に電力が制限されていることを表示してもよい(415b)。同様にTX100の制御部101は、理由通知に基づいて、表示部106に電力が制限されていることを表示してもよい(415a)。
例えば、前記RESULTパケットのUSB認証結果ないしWPT認証結果を示すビットに基づいて、「USB認証に成功しないため(USB機器が原因で)、低速充電中です」という表示をしてもよい。また、交渉の結果、GPが0ワットと決定された場合、つまり、送電が行われない場合には、「USB認証に成功しないため(USB機器が原因で)、充電が行われません」という表示をしてもよい。このような表示により、ユーザは、充電に、電力が制限されない場合よりも長い時間がかかることを知ることができたり、USBケーブルやUSBアダプタをUSB認証に対応した製品に交換するなどの対応をとることができる。前記表示は、WPT認証の結果について言及してもよく、その場合であっても同様の効果が得られる。
また、交渉の結果、送電電力が制限されない場合には、「高速充電中」などの表示を行うようにしてもよい。さらに、当該表示は送電電力が制限される場合と送電電力が制限されない場合と充電が行われない場合とで、異なるLEDの色もしくは点灯パタ−ンで表示してもよい。また、それらの場合で、異なる音や振動でユーザに報知するようにしても同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、USB認証において送電電力を制限するか否かを判断した後に、TX100を起動するようにしたが、USBと非接触充電システムを同時に起動してUSB認証とWPT認証を非同期に実施するようにしてもよい。その場合、TX100が送電を開始した後に、USB認証による送電電力の制限が判明した場合に、非接触充電システムの送電電力を再度Negotiationにより制限すれば、同様の効果が得られる。
ただし、本実施形態のように、USB認証において送電電力を制限するか否かを判断した後に、WPT認証のTX100を起動するようにすれば、さらなる効果を期待できる。TX100がNegotiationフェーズ(411)でGPを決定する時には、すでにUSB認証において送電電力を制限するか否かが決定しているため、再度Negotiationする処理を行う必要がなく、処理を簡略化できる。
(WPT認証の動作と後方互換性)
WPC規格に従ってより大きな電力を送電する場合、上述のように過度の発熱等の問題が生じることを回避するためのWPT認証機能の規定が従来のWPC規格に追加されることが考えられる。ここで、WPT認証機能を有するTXは、同様のWPT認証機能を有するRXに対応可能であるのみならず、レガシーのRXとの後方互換性を確保できることが重要である。同様に、WPT認証機能を有するRXは、レガシーのTXとの後方互換性を確保することが重要である。しかしながら、レガシーのWPC規格に準拠しながらWPT認証機能を加えて後方互換性を考慮した手法は知られていない。
WPC規格に従ってより大きな電力を送電する場合、上述のように過度の発熱等の問題が生じることを回避するためのWPT認証機能の規定が従来のWPC規格に追加されることが考えられる。ここで、WPT認証機能を有するTXは、同様のWPT認証機能を有するRXに対応可能であるのみならず、レガシーのRXとの後方互換性を確保できることが重要である。同様に、WPT認証機能を有するRXは、レガシーのTXとの後方互換性を確保することが重要である。しかしながら、レガシーのWPC規格に準拠しながらWPT認証機能を加えて後方互換性を考慮した手法は知られていない。
図7に、本実施形態のTX100の制御部101の処理の流れの例を示す。図8は、バージョンA又はレガシーのTX100又はRX200による後方互換性を説明するシーケンス図である。なお、以下では、WPT認証が、USB認証と同様に電子証明書を用いたチャレンジ・レスポンス型の機器認証であるものとして説明するが、これに限定されない。TX100がRX200に対してチャレンジテキストを送信するイニシエータとして動作し、RX200はチャレンジテキストを暗号化してTX100に送信するレスポンダとして動作する。同様に、RX200がTX100に対してチャレンジテキストを送信するイニシエータとして動作するときは、TX100はチャレンジテキストを暗号化してRX200に送信するレスポンダとして動作する。ここで、イニシエータは、WPT認証を行う機器のことをいい、レスポンダは、WPT認証を受ける機器のことをいう。
図9はRX200の制御部201の動作を示すフローチャートである。図10(a)はWPC規格によるConfiguration Packetのビット構成例を示す図である。
まず、各処理の流れの説明に先立って、WPC規格v1.2.2に基づいたTX及びRXのカテゴリについて説明する。GPが5ワットのTX及びRXは、Basic Power Profile(BPP)にカテゴライズされる。また、GPが5ワットより大きく15ワット以下のTX及びRXは、Extended Power Profile(EPP)にカテゴライズされる。さらに、WPC規格v1.2.2ではGPに関してTXとRX間で交渉(Negotiation)する機能が追加されており、EPPにカテゴライズされたTX及びRXは、Negotiation機能を有する。BPPにカテゴライズされたTX及びRXは、Negotiation機能に対応するもの及び対応しないものに、さらにカテゴライズされる。
TXは、RXがNegotiation機能を有するか否かを、RXの設定情報が記載されているConfiguration Packet(図10(a))のNeg bit(Bank4、bit7)の値によって判断することができる。Neg bitが「1」の場合はNegotiation機能を有することが示され、Neg bitが「0」の場合はNegotiation機能を有しないことが示される。本実施形態では、特に指定がない限り、レガシーのTX及びRXはNegotiation機能を有しており、NegotiationはNegotiationフェーズで実行されるものとする。
WPT認証に対応したWPC規格バージョンAのTX及びRXは、WPC規格v1.2.2に対応したレガシーのRX及びTXと、それぞれ後方互換性を確保することが重要である。すなわち、WPC規格バージョンAに対応するTXは、バージョンAより前のWPC規格に対応するRXに対しても矛盾なく動作し、バージョンAに対応するRXは、バージョンAより前のWPC規格に対応するTXに対しても矛盾なく動作することが重要である。
そこで、図7、図8、図9を参照して、本実施形態に係るバージョンAに対応するTX100及びRX200がWPC規格v1.2.2との後方互換性を有することについて説明する。WPC規格v1.2.2のレガシーのEPPに対応したTX及びRXは、Selectionフェーズ、Pingフェーズ、I&Cフェーズ、Negotiationフェーズ、Calibrationフェーズ、PTフェーズの順で状態遷移する。また、レガシーのTX及びRXのうち少なくともいずれかがNegotiation機能を有しないBPPの機器である場合は、TX及びRXは、Selectionフェーズ、Pingフェーズ、I&Cフェーズと遷移した後に、PTフェーズに状態遷移する。
また、上述のように、TX及びRXの両方がAuthenticationフェーズに対応している場合、TXとRXは、Selectionフェーズ、Pingフェーズ、I&Cフェーズの後に、Authenticationフェーズに遷移する。そして、このTXとRXは、Authenticationフェーズの後に、Negotiationフェーズ、Calibrationフェーズ、PTフェーズの順に遷移する。
Authenticationフェーズは、例えば、Negotiationフェーズより先に実行される。これは、図6を用いて説明したように、WPT認証の結果によってGPの値が変わるからである。NegotiationフェーズにおいてTXとRXが交渉によりGPを決定した後でAuthenticationフェーズに遷移した場合、Authenticationフェーズの結果に応じて、既に決定されたGPが再設定されうる。すなわち、GPが決定された後に、WPT認証の結果によっては、過度の発熱等の回避のためにGPを下げるための変更が行われる必要が生じうる。このようなGPの再変更が行われると、PTフェーズに遷移するまでの手順が煩雑になることや、手順に要する時間が長くなることがありうる。これに対して、Negotiationフェーズに先立ってAuthenticationフェーズが実行されることで、Authenticationフェーズで制限されたGPを前提にNegotiationフェーズでGPを決定することができる。このように、Negotiationフェーズに先立ってAuthenticationフェーズでGPに制限を付することにより、PTフェーズに遷移するまでのGPの再設定が発生せず、速やかにPTフェーズに遷移することができる。
[TX100、RX200ともにレガシーの場合]
まず、TX100、RX200ともにレガシーのEPPに対応している場合のWPC規格v1.2.2における処理例について、図7、図8(a)、図9を用いて説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。本処理例では、図7、図9のフローチャートについては、レガシーのEPPに関する部分のみが用いられる。すなわち、レガシーのTX100では、図7のS703〜S708bの処理は存在せず、レガシーのRXでは図9のS903〜S907b、S908の処理が存在しない。なお、図8(a)では後方互換に関係するI&Cフェーズ以降のシーケンスのみを示している。
まず、TX100、RX200ともにレガシーのEPPに対応している場合のWPC規格v1.2.2における処理例について、図7、図8(a)、図9を用いて説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。本処理例では、図7、図9のフローチャートについては、レガシーのEPPに関する部分のみが用いられる。すなわち、レガシーのTX100では、図7のS703〜S708bの処理は存在せず、レガシーのRXでは図9のS903〜S907b、S908の処理が存在しない。なお、図8(a)では後方互換に関係するI&Cフェーズ以降のシーケンスのみを示している。
TX100とRX200との間でSelectionフェーズとPingフェーズの処理が行われた後、I&Cフェーズへ遷移する(S701)。I&Cフェーズにおいて、RX200は、TX100に対してIdentification Packet(ID Packet)を送信する(800、S901)。ID Packetには、自身の個体識別情報のほかに、対応しているWPC規格のバージョン(この場合v1.2.2)がわかる情報要素が格納される。
続いて、RX200は、Configuration PacketをTX100へ送信する(801、S901)。WPC規格v1.2.2のConfiguration Packetは、RX200が負荷に供給できる最大電力値であるMaximum Power Valueや、Negotiation機能を有するか否かを示すビットであるNeg bitを含む。ここで、RX200は、Neg bitを「1」に設定し、Negotiation機能を有することを示す。
TX100は、RX200からID Packet及びConfiguration Packetを受信すると(S702)、RX200がNegotiation機能を有するかを判断する(S704)。なお、上述のように、レガシーのTX100は、S703の処理を実行せず、S703でNOに対応する処理であるS704に遷移する。ここでは、TX100は、RX200がNegotiation機能を有するため(S704でYES)、Configuration Packetに対してACKを送信し(S713、802)、Negotiationフェーズに遷移する(S709)。
なお、RX200がNegotiationに対応していないBPP(Neg bitが0)の場合(S704でNO)、TX100は、ACKを送信せずにPTフェーズに遷移する(S712)。また、TX100は、自装置がBPPであり、かつ、Negotiationに対応してない場合も、ACKを送信せずにPTフェーズに遷移する。なお、この場合、GPは5ワットに制限される。
RX200は、Configuration Packetに対するACKの受信を待機する(S902)。RX200は、ACKを受信すると(S902でYES)、TX100がNegotiation機能に対応していると判断し、Negotiationフェーズへ遷移する(S909)。なお、ここでは、上述のようにS908の処理は実行されない。そして、RX200は、自装置が必要な電力(例えば15ワット)を要求するSpecific Requestパケットを送信する。具体的には、RX200は、GPとして15ワットを要求することを示す情報要素を含んだSpecific Requestパケット(Specific Request(15W))をTX100へ送信する(803)。
ここで、WPC規格v1.2.2のRX200は、Configuration Packet送信から15ms以内にACKを受信しなかった場合(S902でNO)、TX100がNegotiation機能を有しないBPPであると判断する(S911)。そして、RX200はPTフェーズへ状態遷移する(S912)。なお、上述したように、ここでは、S903の処理は実行されない。
TX100は、Specific Request(15W)を受信すると、自装置の送電能力と要求された電力量(15ワット)とを比較し、要求された電力量を送電可能であれば肯定応答(ACK)をRX200へ送信する。一方、TX100は、要求された電力量の送電を行うことができない場合は、否定応答(NAK)をRX200へ送信する。ここでは、TX100は、15ワットを送電可能と判断して、GPを15ワットと決定し(S710)、ACKを送信する(804)。
そして、TX100は、Calibrationフェーズに遷移する(S711)。RX200は、803で送信したSpecific Requestに対して、TX100からACKを受信すると、Calibrationフェーズへ状態遷移する(S910)。Calibrationフェーズでは、TX100がRX200に送電した電力について、TX100の内部で測定した値と、RX200の内部で測定した受電電力の値との相関に基づいて、TX100が調整を行う。Calibrationフェーズが終了すると、TX100とRX200はPTフェーズへ状態遷移し、無線電力伝送を開始する(S712、S912)。
以上のように、WPC規格v1.2.2のTX100は、Neg bitによってRX200がNegotiation機能を有するEPP若しくはBPP、又はNegotiation機能を有しないBPPのいずれであるかを判断する。そして、TX100は、RX200がNegotiation機能を有するEPP又はBPPである場合にNegotiationフェーズへ状態遷移して、送電電力に関する交渉を実行した後に送電を開始する。一方、TX100は、RX200がNegotiation機能を有しないBPPである場合、Negotiationフェーズに遷移せずにPTフェーズへ遷移して、相対的に低い電力の送電を実行する。また、WPC規格v1.2.2のRX200は、Configuration Packetの送信から15ms以内にACKを受信した場合には、Negotiationフェーズに遷移し、ACKを受信しなかった場合にはPTフェーズへ遷移する。以上の動作により、WPC規格v1.2.2において、Negotiation機能を有するTX100及びRX200とその機能を有しないTX100及びRX200の互換性が確保される。
[TX100がバージョンA、RX200がレガシーの場合]
TX100がバージョンAに対応し、RX200がレガシーの場合の処理例について、図6(a)、図7、図8(b)、図10(a)を用いて説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。なお、以下の説明の全てがWPC規格の後方互換性に関する説明であるため、TX100が第一認証部108を有しない構成であっても、以下の議論を適用することができる。
TX100がバージョンAに対応し、RX200がレガシーの場合の処理例について、図6(a)、図7、図8(b)、図10(a)を用いて説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。なお、以下の説明の全てがWPC規格の後方互換性に関する説明であるため、TX100が第一認証部108を有しない構成であっても、以下の議論を適用することができる。
まず、処理の流れの説明に先立ち、Configuration Packet内のAuth bitについての定義を行う。図10(a)は、WPC規格v1.2.2のConfiguration Packetの構成を示す図である。なお、本実施形態での説明と関連しない部分については、説明を省略する。Configuration Packetには複数のReserved領域がある。例えば、Bank1のbit0からbit7のReserved領域1000、Bank2のbit4からbit6のReserved領域1001、Bank4のbit0からbit2のReserved領域1002である。本実施形態では、Auth bitをBank2のbit6に配置する。ただし、Auth bitの配置はこれに限られず、他のReserved領域にAuth bitが配置されてもよい。なお、WPC規格v1.2.2では、Reserved領域のビットはいずれも「0」である。RX200は、自装置がWPT認証に対応している場合にAuth bitに「1」を格納し、WPT認証に対応していない場合はAuth bitに「0」を格納する。なお、Auth bitが格納される位置はReserved bitであるため、この位置にAuth bitが格納されることを認識しない旧世代の規格に対応するRXであっても、この位置の値として「0」を格納することができる。
TX100は、Configuration PacketのAuth bitにより、RX200がWPT認証に対応しているか否かを判断する(S703)。本処理例では、RX200はレガシーであるため、Auth bitは「0」である。そのため、TX100は、RX200がWPT認証に対応していないと判断する(S703でNO)。
RX200がNegotiation機能を有する場合(S704でYES)、TX100は、Configuration Packetに対してACKを送信し(S713、802)、Negotiationフェーズに遷移する。ここで、TX100は、RX200からGPとして15ワットの要求を受信した場合(803)、要求を拒否するNAKをRX200に送信する(805)。これは、RX200がWPT認証非対応であることから、RX200における過度の発熱等の予防のために、15ワットを送信するべきでないとTX100が判断するからである。
RX200は、NAKにより要求が拒否されたため、TX100が設定可能なGPの値を知るために、WPC規格v1.2.2で定められたGeneral Requestを送信する。本実施形態では、General Requestのうち、Transmitter Capability Packetを要求するメッセ−ジを、General Request(capability)と表す。
TX100は、このGeneral Request(capability)を受信する(806)。そして、TX100は、Power Transmitter Capability PacketのGuaranteed Power Valueに5ワットを示す情報を格納して、これをRX200に送信する(807)。この5ワットという値は、送電時に許容できるGPの最大値として、図6(a)の設定に基づいて、WPT認証非対応(行603)でかつ、USB認証成功(列602)に対応する値である。なお、Transmitter Capability Packetは、Negotiationで許容できるGPの最大値の情報を含み、WPC規格v1.2.2で定義されたパケットである。
なお、RX200がNegotiation機能を有さない場合(S704でNO)、TX100は、ACKを送信せずPTフェーズに遷移する(S712)。この場合、GPは5ワットに制限される。
また、RX200は、レガシーであるため、[TX100、RX200ともにレガシーの場合]で述べたような処理を行う。
以上のように、本実施形態で定義したAuth bitによって、WPC規格バージョンAに対応したTX100は、バージョンAより前のWPC規格に対応したレガシーRXに対しても矛盾なく動作することができる。
[TX100、RX200ともにバージョンAの場合]
次に、TX100とRX200がともにWPT認証処理に対応している場合について、図6、図7、図8(d)、図9を使って説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。処理の説明に先立って、WPT認証に対応したバージョンAのTX100とRX200の動作について説明する。
次に、TX100とRX200がともにWPT認証処理に対応している場合について、図6、図7、図8(d)、図9を使って説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。処理の説明に先立って、WPT認証に対応したバージョンAのTX100とRX200の動作について説明する。
バージョンAのRX200は、Auth Bitに「1」を格納したConfiguration PacketをTX100に送信する(801、S901)。バージョンAのTX100は、Configuration PacketのAuth Bitによって、RX200がWPT認証に対応していると判断すると(S703でYES)、ACK(auth)をRX200に送信する(S705、802a)。ACK(auth)は、ACKとは区別可能かつ異なるビットパタ−ンで構成されるConfiguration Packetに対するアクノリッジであり、TX100がWPT認証に対応していることを示すパケットである。
TX100は、ACK(auth)の送信後、Authenticationフェーズへ遷移する(S706)。一方、RX200は、ACKではなくACK(auth)を受信すると(S902でNO、S903でYES)、TX100がWPT認証に対応していると判断する(S904)。そして、RX200は、Authenticationフェーズへ遷移する(S905)。
図8(d)の814aから820a、及び814bから820bは、本実施形態のWPT認証の例である。TX100は、まずGET_DIGESTメッセ−ジをRX200に送信する(814a、S707a)。RX200は、GET_DIGESTメッセ−ジを受信する(S906a)。GET_DIGEST Packetは、RX200が持つ電子証明書に関する情報を要求するPacketである。RX200は、GET_DIGEST Packetに応答してDIGESTを送信する(815a)。DIGESTとは、RX200が所有する電子証明書に関する情報である。続いて、TX100は、電子証明書に関する詳細な情報を要求するGET_CETTIFICATE PacketをRX200に送信する(816a)。RX200は、GET_CETTIFICATE Packetに応答してCERTIFICATEを送信する(817a)。
次に、TX100は、チャレンジテキストを含むCHALLENGEメッセ−ジをRX200に送信する(818a)。RX200は、チャレンジテキストを暗号化したRESPONSEをTX100に送信する(819a)。TX100は、RESPONSEの正当性が確認された場合、RESULT(success)をRX200に送信する(820a、S708a)。RX200は、そのRESULT(success)を受信する(S907a)。RESULT(success)パケットは、RESPONSEの結果、WPT認証が成功したことを意味する。なお、TX100は、RESPONSEの結果、認証に失敗すると、失敗したことを示すRESULT(fail)をRESULT(success)に代えて送信する。
続いて、RX200は、GET_DIGESTメッセ−ジをTX100に送信する(814b、S906b)。TX100は、GET_DIGESTメッセ−ジを受信する(S707b)。このGET_DIGEST Packetは、TX100が持つ電子証明書に関する情報を要求するPacketである。TX100は、GET_DIGEST Packetに応答してDIGESTを送信する(815b)。このDIGESTとは、TX100が所有する電子証明書に関する情報である。続いて、RX200は、電子証明書に関する詳細な情報を要求するGET_CETTIFICATE PacketをTX100に送信する(816b)。TX100は、GET_CETTIFICATE Packetに応答してCERTIFICATEを送信する(817b)。
次に、RX200は、チャレンジテキストを含むCHALLENGEメッセ−ジをTX100に送信し(818b)、TX100は、チャレンジテキストを暗号化したRESPONSEをRX200に送信する(819b)。RX200は、RESPONSEの正当性が確認された場合、RESULT(success)をTX100に送信する(820b、S907b)。TX100は、そのRESULT(success)を受信する(S708b)。RESULT(success)パケットは、RESPONSEの結果、WPT認証が成功したことを意味する。なお、RX200は、RESPONSEの結果、認証に失敗すると、失敗したことを示すRESULT(fail)をRESULT(success)に代えて送信する。
TX100及びRX200は、RESULT(success)又はRESULT(fail)を送信し、また、RESULT(success)又はRESULT(fail)を受信すると、Negotiationフェーズに遷移する(S709、S909)。
USB認証及び相互のWPT認証が成功した場合、TX100は、図6(a)に基づいて、TX100は、WPT認証成功(行605)でUSB認証成功(列602)に該当する15ワットを許容するGPの最大値とすると決定し、Negotiationを行う。一方、RX200は、図6(b)に基づき、WPT認証成功(行615)に該当する15ワットを許容するGPの最大値とすると決定し、Negotiationを行う。つまり、TX100は、GPの電力値として15ワットをRX200から要求される(803)。一方、TX100は、交渉の際のGPの電力値を15ワットと決定しているため、要求を認めるACKをRX200に送信する(804)。
TX100は、USB認証又はWPT認証に失敗した場合、図6(a)に基づいて、Negotiationフェーズにおいて許容するGPの最大値を決定する。RX200も同様に、WPT認証に失敗した場合、図6(b)に基づいて、Negotiationフェーズにおいて許容するGPの最大値を決定する。また、TX100は、RESULT(fail)を受信した場合、送電を行わないようにしてもよい。RX200は、RESULT(fail)を受信した場合、送電要求を行わないようにしてもよい。
上述した構成により、より精度よく、送電又は受電に係る内容を決定することができることを示したが、そのほかに、セキュリティを高めるという効果も得られる。
以上のように、本実施形態のTX100はバージョンAより前のWPC規格に対応したRXに対してだけでなく、バージョンAに対応したRXに対しても矛盾なく動作する。
なお、上記ではAuthenticationフェーズにおいて、先にTX100がRX200の正当性を認証し、その後にRX200がTX100の正当性を認証する例を示したが、その逆の順序でもよい。つまり、先にRX200がTX100を認証し、その後にTX100がRX200を認証するようにしてもよい。その場合は、図8(d)において、814a〜820aと814b〜820bの順序が逆になる。また、図7において、S707aとS708aが、S707bとS708bの後に行われることになる。さらに、図9において、S906aとS907aが、S906bとS907bの後に行われることになる。
TX100とRX200が認証する順序については、予め決められていてもよいし、決められていなくてもよい。ただし、Authenticationフェーズにおいて、正しく認証を実行するために、イニシエータは、GET_DIGESTSを送信した後、以下のようにすることが好ましい。イニシエータは、RESULT(success)又はRESULT(fail)をレスポンダに送信するまで、他の機器からGET_DIGESTSを受信しても、その応答を保留又は中止するようにする。一方、レスポンダは、GET_DIGESTSを受信した後は、以下のようにすることが好ましい。レスポンダは、RESULT(success)又はRESULT(fail)を受信するまで、GET_DIGESTSを送信しないようにする。
ここで、GET_DIGESTS(814a、814b)からRESULT(success)(820a、820b)までのパケット間の時間間隔について補足する。RX200のパケットに対するTX100の応答について、例えばWPC規格v1.2.2のNegotiationフェーズでは、受信したパケットの後端から送信する応答パケットの先端まで10ms以内と規定されている。しかし、Authenticationフェーズのイニシエータは、レスポンダが送信する電子証明書に関連するパケット(DIGEST、CERTIFICATE、RESPONSE)の正当性を確認するために、暗号化・複合化の処理が必要である。このため、Authenticationフェーズでは応答に時間がかかる。そこで、Authenticationフェーズでは、他のフェーズにおいて規定されている応答時間(Response time)と比較して長い応答時間が設けられている。本実施形態では、この応答時間を50msとする。図8(d)においては、応答時間は、DIGESTからGET_CERTIFICATE、CERTIFICATEからCHALLENGE、RESPONSEからRESULT(success)までの時間である。応答時間を長くすることで、TX100の制御部101が高速に動作する必要性が低下し、制御部101の消費電力の低減や低速なCPUの使用により低コスト化を実現できるという効果がある。
なお、TX100は、Configuration PacketのAuth bitによって受電装置がWPT認証対応かどうか判断したが、これはID Packetのバージョン情報で判断してもよい。バージョン情報がバージョンA(かそれ以降のバージョン)であればWPT認証に対応していると判断し、バージョン情報がバージョンAより前であればWPT認証に非対応と判断しても同様の効果を得られる。
また、Authenticationフェーズにおいて、TX100が所定のパケット以外のパケットをRX200から受信した場合は、送電部103の送電を停止し、Selectionフェーズに遷移してもよい。このようにすることで、RX200の故障などにより、所定のパケット以外のパケットを受信した場合に送電を停止することでシステムが予期せぬ動作をすることを防止することができる。所定のパケットとは、814aから820a及び814bから820bで示す、GET_DIGEST、DIGEST、GET−CERTICARTE、CERTIFICATE、CHALLENGE、RESPONSE、RESULTである。所定のパケット以外のパケットは、受電した電圧の電圧値を示すSignal Strength Packet、電圧値の増減を要求するControl Error Packet、ID Packet、Configuration Packetなどである。
また、TX100及びRX200は、イニシエータとして動作した(つまり、レスポンダの正当性を確認した)結果と、レスポンダの識別情報(機器ID、製造者ID、証明書に関する情報等)を図示しない不揮発メモリに記憶してもよい。さらに、認証に失敗したレスポンダの識別情報のみを不揮発メモリに記憶してもよい。そして、TX100及びRX200は、その不揮発メモリに記憶された、認証に失敗したレスポンダの識別情報を用いて、WPT認証を行ってもよい。例えば、TX100及びRX200がイニシータとして認証を行う場合には、認証を行おうとする対象機器の識別番号と不揮発性メモリに記憶された識別番号とを照合することで、その機器の正当性の判断に用いることが可能となる。
[TXがレガシー、RXがバージョンAの場合]
TX100がレガシーであり、RX200がバージョンAに対応している場合について、図6、図7、図8(c)、図9を用いて説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。まず、バージョンAに対応したRX200の動作について説明する。
TX100がレガシーであり、RX200がバージョンAに対応している場合について、図6、図7、図8(c)、図9を用いて説明する。なお、以下では、TX100によるUSBケーブル300及びACアダプタ301とのUSB認証は成功したものとする。まず、バージョンAに対応したRX200の動作について説明する。
まず、RX200は、Configuration Packetで自身がWPT認証に対応していることをTX100に通知する(801、S901)。しかし、TX100はレガシーであるため、Auth bitを無視する。そして、バージョンAであるRX200はNegotiation機能に対応しているので、TX100は、ACKを送信し、Negotiationフェーズへ遷移する(S704でYES、S713、S709)。
RX200は、ACKを受信すると(802、S902でYES)、TX100がWPT認証に非対応であると判断する(S908)。なぜなら、自身がWPT認証に対応しているため、TX100がWPT認証対応であれば、ACKではなくACK(auth)を受信するからである。そして、RX200は、Negotiationフェーズへ遷移する(S909)。
なお、RX200は、Configuration Packetを送信してから15ms以内にACKを受信せず(S902でNO)、かつACK(auth)も受信しない場合は(S903でNO)、処理はS911へ進む。この場合、RX200は、TX100がBPPであり、かつ、Negotiation機能に対応してないと判断し(S911)、PTフェーズへ遷移する(S912)。
RX200は、Negotiationフェーズにおいて、GPの交渉を行うが、図6(b)で説明したように、RX200は、過度な発熱等が生じるリスクを回避するために15ワットでの受信を回避すべきであると判断する。そして、RX200は、WPT認証非対応(行603)でUSB認証成功(列602)に該当する5ワットをGPとして交渉すると判断し、Specific Request(5W)を送信する(809)。そして、RX200は、TX100からACKを受信し(804)、Negotiationフェーズを終了する。続いて、RX200は、Calibrationフェーズへ遷移し(S910)、所定の処理を実行した後、PTフェーズへ遷移する(S912)。
以上のように、WPC規格バージョンAに対応したRX200は、バージョンAより前のWPC規格に対応したTX100に対しても矛盾なく動作することができる。
以上のように、本実施形態の非接触充電システムでは、電力供給源である電源装置(ACアダプタ301)と送電装置との間でUSBプロトコルを用いた機器認証が行われ、送電装置と受電装置との間で相互にWPCプロトコルを用いた機器認証が行われる。そして、受電装置は、USBの機器認証結果とWPCの機器認証結果とに基づいて、WPCの送電装置が送電電力を制御する。これにより、複数種類の機器認証プロトコルを実行可能な無線電力伝送において、それらの認証結果を有効に利用することができる。その結果、例えば、電源供給の経路に存在する機器において過度の発熱等の問題が生じない適切な送電制御を実現できる。
<実施形態2>
以下では、本発明の他の実施形態について、図11及び図12を用いて説明する。実施形態1では、Authenticationフェーズにおいて、送電装置と受電装置が相互WPT認証を行う例を示した。本実施形態では、送電装置と受電装置がそれぞれ行うWPT認証のうち先に行われるWPT認証が成功しなかった場合、後に行われる予定であった他方のWPT認証を行わずに、GPを決定する処理例を示す。これにより、Authenticationフェーズでの処理時間を短縮し、GPの決定を早く行うことができる。
以下では、本発明の他の実施形態について、図11及び図12を用いて説明する。実施形態1では、Authenticationフェーズにおいて、送電装置と受電装置が相互WPT認証を行う例を示した。本実施形態では、送電装置と受電装置がそれぞれ行うWPT認証のうち先に行われるWPT認証が成功しなかった場合、後に行われる予定であった他方のWPT認証を行わずに、GPを決定する処理例を示す。これにより、Authenticationフェーズでの処理時間を短縮し、GPの決定を早く行うことができる。
また、本実施形態では、TX100の制御部101は、少なくとも先に行われるWPT認証の結果に基づき、送電に係る内容を決定する。例えば、その内容は、送電するか否かということや、送電を行う場合には、その許容できる電力値の最大値である。一方、RX200の制御部201は、少なくとも先に行われるWPT認証の結果に基づき、受電に係る内容を決定する。例えば、その内容は、受電を行うか否かということや、受電を行う場合にTX100に要求する電力値の最大値である。
本実施形態では、受電装置が先にイニシエータになり、送電装置の正当性を認証する場合で説明するが、送電装置が先にイニシエータになっても同様の効果を得ることができる。図11は、受電装置(RX200)の制御部による電力伝送までの状態遷移を示すフローチャートである。図12は、送電装置(TX100)の制御部による、電力伝送までの状態遷移を示すフローチャートである。
なお、以下では、Authenticationフェーズにおける処理に焦点を当てて説明するため、TX100とRX200がともにバージョンAである場合で説明する。また、上記実施形態と同じ点については、説明を省略する。すでに上記の実施形態で説明した構成と同一な構成については、同一の符号を付与し説明を省略する。
バージョンAのRX200は、Auth Bitに「1」を格納したConfiguration PacketをTX100に送信する(S901)。バージョンAのTX100は、Configuration PacketのAuth Bitによって、RX200がWPT認証に対応していると判断すると(S703でYES)、ACK(auth)をRX200に送信する(S705)。RX200は、ACK(auth)を受信する(S903でYES)。この場合、TX100がWPT認証に対応していることがわかるので、RX200は、ACK(auth)を受信後、所定の時間以内にTX100に対してAuth_request(以下、「Auth_req」と呼ぶ。)を送信する(S1100)。このAuth_reqは、RX200がイニシエータとなって送信先であるTX100をレスポンダとした認証処理を開始する意図を示すパケットである。
TX100は、S705でACK(auth)を送信した後、所定の時間内にAuth_reqパケットを受信したかを判断する(S1200)。TX100は、Auth_reqパケットを受信することで、WPT認証が開始されることを認識することができる。なお、TX100がWPT認証に対応しているかどうかをRX200が判断する方法は、ACK(auth)の受信ではなく、バージョン情報を取得するなどの他の方法であってもよい。
TX100は、Auth_reqを受信すると(S1200でYES)、自身がレスポンダとなってWPT認証を行えるか否かを判断する。具体的には、TX100の制御部101の負荷の状態を鑑みて判断する。より具体的には、制御部101の能力として、第二認証部109を制御する余裕があるか、また、第二認証部109がRX200に接続される、図示しない他の制御部に制御されるときは、前記他の制御部が第二認証部109を制御できるかなどを判断する。
TX100は、Auth_reqパケット受信後、所定の時間内に上記判断を行い、レスポンダとして認証され得ると判断する場合、Auth_reqに応答して、RX200にACKを送信する(S1201でYES)。これにより、TX100は、Authenticationフェーズへ遷移する(S706)。RX200は、ACKを受信すると(S1101でYES)、ACKを受信した後、所定の時間以内にGET_DIGESTをTX100に送信し、TX100の正当性を認証する(S906b)。そして、TX100は、RX200からGET_DIGESTを受信し、RX200による認証処理を受ける(S707b)。
続いて、RX200は、WPT認証の結果が成功であり(S1102でYES)、TX100がWPT認証に対応していると判断した場合、RESULT(Success)をTX100に送信する。TX100は、RX200からRESULT(Success)パケットを受信することで、認証に成功したことがわかる。その場合、TX100は、自身がイニシエータとなってRX200をレスポンダとした認証処理をTX100が行う意思があるかを問い合わせるAuth_reqパケットがRX200から送信されるのを所定の時間待機する。
そして、RX200は、RESULT(Success)の送信後所定の時間以内に、TX100がRX200に対してWPT認証が行う意思があるかを問い合わせるAuth_reqを、TX100に送信する(S1103)。TX100は、RX200によって自身のWPT認証が成功した場合(S1202でYES)、所定時間以内に、RX200から送信されるAuth_reqを受信する(S1203でTES)。TX100は、イニシエータの機能を持っているので、Auth_reqパケットの受信後、所定の時間内に、ACKを送信する(S1204でYES)。RX200は、このACKを受信する(S1104でYES)。
TX100は、ACKを送信した後所定の時間以内に、RX200に対してGET_DIGESTを送信し、RX200の正当性を認証するWPT認証を開始する(S707a)。RX200は、GET_DIGESTを受信し、TX100による認証が開始される(S1105でYES、S906a)。
そして、TX100は、RX200に対するWPT認証が成功であれば(S1205でYES)、X200に対してRESULT(Success)パケットを送信し、Negotiationフェーズへ遷移する(S709)。ここで、TX100もRX200の正当性を認めたので(S1205でYES)、図6(a)に基づいて、最大15ワットのGPを許容する。つまり、TX100の制御部101は、両方のWPT認証の結果に基づき、送電に係る内容として、送電時にRX200に許容できる送電電力値を決定している。
一方、RX200は、WPT認証の結果をTX100から受信し、認証が成功であれば(S1106でYES)、Negotiationフェーズへ遷移する(S909)。ここで、RX200は、TX100の正当性を認めたので(S1102でYES)、図6(b)に基づいて、最大値15ワットのGPをTX100にSpecific Requestとして要求する。つまり、RX200の制御部201は、両方のWPT認証の結果に基づき、受電に係る内容としてTX100に要求する電力値の最大値を決定している。
ここで、RX200は、S907bの処理において、TX100の正当性が認められなかった場合、つまり、WPT認証が成功しなかった場合(S1102でNO)には、GPを5ワットに制限する(S1107)。また、TX100は、S707bの処理のWPT認証が成功しなかった場合(S1202でNO)には、GPを5ワットに制限する(S1206)。つまり、RX200の制御部201は、先に行われたWPT認証の結果に基づき、受電に係る内容として、RX200がTX100に要求する電力値を決定している。また、TX100の制御部101も同様に、先に行われたWPT認証の結果に基づき、送電に係る内容として、送電時にRX200に許容できる送電電力値を決定している。
なお、RX200及びTX100は、GPを5ワットと決定する例を示しているが、これに限られない。具体的には、WPT認証が成功しなかった場合に、RX200が決定する受電に係る内容は、以下の事項が挙げられる。RX200は、相互のWPT認証に成功した場合と比較して小さな電力値をTX100に要求すること、又はTX100から受電しないことである。TX100から受電しないことは、例えば、TX100に対して送電停止を要求することが挙げられる。そのために、例えば、その旨を示すパケットを送信し、送電を停止させ、電力を要求しないようにしてもよい。また、RX200は、TX100から受電しないように、受電コイル205に電流が流れないように不図示の電流パスを遮断するようにしてもよい。これにより、過度な発熱などを予防することができる。
また、WPT認証が成功しなかった場合に、TX100が決定する送電に係る内容は、以下のことが挙げられる。TX100は、RX200に送電する許容電力の最大値を、相互のWPT認証に成功した場合と比較して小さな値にすること、又はRX200への送電を停止することである。これにより、過度な発熱などを予防することができる。
図11、図12で示すように、先に行われるWPT認証処理(S707b、S906b)で成功しなかった場合、より後に行われる予定のWPT認証処理(S707a、S906a)が行われないように、制御部101及び制御部201は認証処理を制御している。具体的には、RX200の制御部201は、TX100がイニシエータとして動作する機会を与えないようにしている。より具体的には、RX200の制御部201は、S1103のAuth_reqを送信しないようにしている。なぜなら、RX200は、イニシエータとなった認証に成功しなかったため、すでに要求するGPを5ワットにすると決定し(図6(b)参照)、この決定は、TX100がイニシエータとなる認証の結果が成功してもしんなくても変わらないからである。そうすることで、Authenticationフェーズでの処理時間を短縮し、速やかにNegotiationフェーズに遷移することが可能となる。
WPT認証が成功しなかった場合とは、具体的には次のような場合が挙げられる。例えば、RX200がイニシエータとなるWPT認証処理においてTX100の正当性を確認できなかった場合、つまり認証に失敗した場合がある(S1102でNO)。
また、TX100は、第二認証部109を動作させることができないために、Auth_reqに対する応答として否定を示すNACKを送信する場合も、RX200は認証に成功しなかったと判断する(S1101でNO、S1201でNO)。また、RX200がAuth_reqを送信した後、所定の時間以内にTX100からACKを受信しなかった場合も、RX200は認証に成功しなかったと判断する(S1201でNO)。
また、WPT認証処理において、RX200が後述するパケットを送信した後、所定の時間以内にTX100から想定するパケットを受信しなかった場合も、RX200は認証に成功しなかったと判断する。具体的には、RX200が送信するGET_DIGESTパケットに対してDIGESTパケットを受信しないか他のパケットを受信する場合がある。また、GET_CERTIFICATEパケットに対してCERTIFICATEを受信しないか他のパケットを受信する場合、CHALLENGEパケットに対してRESPONSEパケットを受信しないか他のパケットを受信する場合などがある。
一方、TX100が、WPT認証が成功しなかったと判断する場合、TX100の制御部101は、RX200に対して、GET_DIGESTを送信しないなど、RX200に対するWPT認証の処理に関するパケットの送信は行わない。
TX100が、WPT認証が成功しなかったと判断する場合とは、以下の場合が挙げられる。TX100が、ACK(auth)を送信した後(S705)、所定の時間内にAuth_reqパケットを受信しない場合(S1200でNO)がある。また、TX100が、Auth_reqパケットを受信した後(S1200でYES)、所定時間内にACKを送信しない場合(S1201でNO)がある。
また、WPT認証処理において、TX100が後述するパケットを送信した後、所定の時間以内にRX200から想定するパケットを受信しなかった場合も、TX100は、認証に成功しなかったと判断する。具体的には、TX100は、ACK送信(S1200)の後、GET_DIGESTパケットを受信しないか他のパケットを受信した場合がある。また、TX100が、DIGESTパケットを送信した後、GET_CERTIFICATEパケットを受信しないか他のパケットを受信した場合がある。そのほかに、TX100が、CERTIFICATEパケットを送信した後、CHALLENGEパケットを受信しないか他のパケットを受信した場合がある。さらに、TX100が、RESPONSEパケットを送信した後、RESULTパケットを受信しないか他のパケットを受信した場合や、RX200がイニシエータとなるWPT認証が成功しなかった場合(S1201でNO)などがある。前記WPT認証が成功しなかった場合とは、TX100が、RESPONSEパケットを送信した後、所定の時間内にRESULT(Success)パケットを受信しない場合も含まれる。そのほかに、TX100が、認証が失敗したことを示すRESULT(Fail)パケットを受信した場合などがある。
また、同様に、S707a(S906a)の処理において、TX100がイニシエータとしてRX200の認証に成功しなかった場合(S1205でNO、S1106でNO)は、以下のように処理が行われる。RX200は、Negotiationフェーズにおいて、相互のWPT認証に成功した場合と比較して小さな電力値をGPとしてTX100に要求する。または、RX200は、TX100に送電の停止を要求し、電力を要求しないなどの処理を決定する。一方、TX100は、Negotiationフェーズにおいて相互のWPT認証に成功した場合と比較して小さな電力値をGPとして許容するか、又はRX200への送電を停止するなどの処理を決定する。なお、図11では、RX200は、GPを5ワットと決定し(S1107)、図12では、TX100は、GPを5ワットに決定する(S1206)。
RX200が、WPT認証が成功しなかったと判断する場合とは、以下の場合が挙げられる。具体的には、RX200がS1103のAuth Reqを送信した後に、所定の時間以内にTX100からACKを受信しない場合(S1104でNO)などがある。また、ACKを受信(S1104でYES)した後で、所定の時間以内にGET_DIGESTを受信しない場合(S1105でNO)がある。
また、WPT認証処理において、RX200が後述のパケットを送信した後、所定の時間以内にTX100から想定するパケットを受信しなかった場合も、RX200は認証に成功しなかったと判断する。具体的には、RX200が、DIGESTパケットの送信後にGET_CERTIFICATEパケットを受信しないか他のパケットを受信する場合がある。また、RX200が、CERTIFICATEパケットの送信後にCHALLENGEパケットを受信しないか他のパケットを受信する場合、RESPONSEパケットの送信後にRESULTパケットを受信しないか他のパケットを受信する場合などがある。
また、TX100が、WPT認証が成功しなかったと判断する場合とは、以下の場合が挙げられる。TX100が、RESULT(Success)パケットを受信した後、所定の時間内にAuth_reqパケットを受信しない場合がある(S1203でNO)。また、Auth_reqパケットに対して、TX100が所定時間内にACKを送信しない(S1204でNO)又は第二認証部109を動作させることをできないことを示すNACKを送信した場合がある。
また、S707aのWPC認証処理において、TX100が後述するパケットを送信した後、所定の時間内にRX200から想定するパケットを受信しなかった場合もTX100は認証に成功しなかったと判断する(S1205でNO)。具体的には、TX100が、送信するGET_DIGESTパケットに対してDIGESTパケットを受信しないか他のパケットを受信する場合がある。また、TX100が、送信するGET_CERTIFICATEパケットに対してCERTIFICATEを受信しないか他のパケットを受信した場合がある。さらに、TX100が、送信したCHALLENGEパケットに対してRESPONSEパケットを受信しないか他のパケットを受信した場合などがある。
また、S1103において、RX200はTX100がイニシエータとなってRX200をレスポンダとなる処理をTX100が行う意図を有しているかを問い合わせるAuth_reqを送信している。しかし、これはTX100がイニシエータになれるかどうかを判断した上で、Auth_reqを送信するようにしてもよい。
例えば、TX100は、Transmitter Capability Packetの一部にイニシエータの機能を持っているか、レスポンダの機能を持っているかを示す情報を格納するようにしてもよい。同様に、RX200は、Configuration Packetの一部にイニシエータの機能を持っているか、レスポンダの機能を持っているかを示す情報を格納するようにしてもよい。そして、受電装置RX200は、TX100がイニシエータとしての機能を持っていれば、S1103でAuth_reqを送信し、TX100がイニシエータとしての機能を持っていなければAuth_reqを送信しないようにしてもよい。そうすることで、TX100がイニシエータとしての機能を持たないにもかかわらず、Auth_reqを送信するといった時間等を削減することができ、処理時間を短縮することが可能となる。
また、S1103のAuth_reqは、TX100がGET_DIGESTを送信するトリガとなるパケットである。しかし、これは、TX100に対して、RX200に送信するデータがあるかを問い合わせるパケットでもよく、又はデータの送信権をTX100に与えることを意味するパケットでもよい。TX100は、RX200に送信するデータがある、又はデータの送信権がほしいと判断すればACKで応答し(S1204)、そうでなければNACKで応答するようにしても同様の効果が得られる。
なお、RX200は、S1100のAuth_reqの送信に先立って、TX100の識別情報を取得するためのパケットであるGeneral Request(ID)をTX100に送信し、TX100から識別情報を取得してもよい。そして、この識別情報をレスポンダの識別情報としてAuth_reqパケットに格納してもよい。そのようにすることで、Auth_reqを受信したTX100は、自身がレスポンダになるべきことがわかる。そして、TX100は、GET_DIGESTの受信を待機し、WPT認証を受けることが可能となる。ここで、RX200は、Auth_reqパケットにイニシエータの識別情報として自身の識別情報を格納したり、レスポンダの識別情報としてTX100の識別情報を格納してもよい。そうすることで、TX100は、誰が(この場合RX200)誰の(この場合TX100)の正当性を確認したいのかを明確に知ることができる。
また、S1103においては、RX200は、Auth_reqパケットに、レスポンダの識別情報として自身の識別情報を格納し、イニシエータの識別情報としてTX100の識別情報を格納する。そうすることで、そのAuth_reqを受信したTX100は、自身がイニシエータになるべきであることがわかる。
図11及び図12は、先にRX200がイニシエータになり、TX100の正当性を認証する場合のRX200置とTX100の制御部のフローに関するものである。しかし、先にTX100がイニシエータになり、RX200の正当性を認証する場合であっても同様の効果を得ることができる。この場合のRX200の制御部201の処理を示すフローチャートは、図11においてS1100、S1101、S906b、S1102の一連の処理とS1103、S1104、S1105、S906a、S1106の一連の処理を入れ替えたものである。また、TX100の制御部101の処理を示すフローチャートは、図12において、S1200、S1201、S706、S707b、S1202の一連の処理とS1203、S1204、S707a、S1205の一連の処理を入れ替えたものである。
上述した構成により、より精度よく、送電又は受電に係る内容を決定することができることを示したが、そのほかに、セキュリティを高めるという効果も得られる。
また、本発明のTX100及びRX200は、WPT認証のイニシエータとしての機能を持っている。さらに、TX100及びRX200は、イニシエータとして動作した(つまり、レスポンダの正当性を確認した)結果と、レスポンダの識別情報(機器ID、製造者ID、証明書に関する情報等)を図示しない不揮発メモリに記憶してもよい。さらに、認証に失敗したレスポンダの識別情報のみを不揮発メモリに記憶してもよい。そして、TX100及びRX200は、不揮発メモリに識別情報を記憶しているレスポンダと同一の装置がイニシエータとして認証処理を行わないように動作してもよい。具体的には、TX100及びRX200は、不揮発メモリに認証が失敗したレスポンダとして、その識別情報が記憶されている装置から、レスポンダとして動作してその正当性を確認したい旨の要求を受信した場合に、その要求を拒否するように動作する。
例えば、RX200は、イニシエータとして動作し、TX100の認証に失敗した場合、自装置の不揮発メモリにTX100のレスポンダとしての識別情報を記憶する。次に、RX200に対して送信するデータがあるかについて、TX100に問い合わせるパケット又はTX100にデータの送信権を与えるためのパケットを送信する。そして、RX200は、送信したパケットに対して、TX100が送信するデータがある、又はデータの送信権を得たことを示す応答であるACKを、TX100から受信する。続いて、RX200は、TX100がイニシエータとなってRX200をレスポンダとしたWPT認証処理を開始する意図を示すパケット(Auth_req)を受信する場合、その応答として、不揮発メモリに記憶された識別情報を基にNAKを送信する。このため、RX200がWPT認証を行った結果、失敗した装置(この場合TX100)から、その装置がイニシエータとして動作する認証処理が行われないようにできる。つまり、先に行われたWPT認証が成功しなかった場合、後のWPT認証が行われないようにすることができる。このため、先に行われたWPT認証によって正当性が認められなかった場合に、Authenticationフェーズの処理時間を短縮できる。
また、TX100がイニシエータとしてRX200の認証に失敗した場合も同様である。例えば、TX100は、不揮発メモリに、認証が失敗したレスポンダとしてRX200の識別情報を記憶しているとする。その状態で、TX100は、RX200がイニシエータとなってTX100をレスポンダとしたWPT認証処理を開始する意図を示すパケット(Auth_req)をRX200から受信した場合、その応答としてNAKを送信する。このように動作しても、自装置がイニシエータとして動作した認証に失敗した装置からの認証処理を行わないようにできるので、Authenticationフェーズの処理時間を短縮できる。
また、TX100及びRX200は、不揮発メモリに認証が失敗したレスポンダとしてその識別情報が記憶されている機器が、TX100及びRX200をレスポンダとして動作して正当性を確認したい旨の要求をさせないように動作しても同様の効果がある。
例えば、RX200に対して送信するデータがあるかをTX100に問い合わせるパケット又はTX100にデータの送信権を与えるためのパケットを送信する機能を持つRX200は、以下のように制御されてもよい。すなわち、不揮発メモリに認証が失敗したレスポンダとして、その識別情報が記憶されている装置(つまり、TX100)に対して、上述したパケットを送信しないようにしてもよい。
また、TX100に対して送信するデータがあるかをRX200に問い合わせるパケット又はRX200にデータの送信権を与えるためのパケットを送信する機能を持つTX100は、以下のように制御されてもよい。すなわち、不揮発メモリに認証が失敗したレスポンダとして、その識別情報が記憶されている装置(つまり、RX200)に対して、上述したパケットを送信しないようにしてもよい。
<その他の実施形態>
本発明に係る無線電力伝送システムの電力伝送方式は特に限定はしない。TXの共振器(共鳴素子)と、RXの共振器(共鳴素子)との間の磁場の共鳴(共振)による結合によって電力を伝送する磁界共鳴方式が用いられうる。また、電磁誘導方式、電界共鳴方式、マイクロ波方式、レ−ザ−等を利用した電力伝送方式を用いてもよい。
本発明に係る無線電力伝送システムの電力伝送方式は特に限定はしない。TXの共振器(共鳴素子)と、RXの共振器(共鳴素子)との間の磁場の共鳴(共振)による結合によって電力を伝送する磁界共鳴方式が用いられうる。また、電磁誘導方式、電界共鳴方式、マイクロ波方式、レ−ザ−等を利用した電力伝送方式を用いてもよい。
また、本発明は上の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワ−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−タにおける1以上のプロセッサ−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。
TX及びRXは、例えば、撮像装置(カメラやビデオカメラ等)やスキャナ等の画像入力装置であってもよいし、プリンタやコピー機、プロジェクタ等の画像出力装置であってもよい。また、TX及びRXは、ハードディスク装置やメモリ装置などの記憶装置であってもよいし、パーソナルコンピュータ(PC)やスマートフォンなどの情報処理装置であってもよい。
また、図5、図7、図9、図11、図12に示すフローチャ−トは、例えば、制御部101又は制御部201に電源が投入された場合に開始される。なお、図5(a)、図7、図12に示される処理は、TX100のメモリ107に記憶されたプログラムを制御部101が実行することで実現される。また、図5(b)、図9、図11に示すフローチャ−トは、RX200のメモリ209に記憶されたプログラムを制御部201が実行することで実現される。
なお、図5、図7、図9、図11、図12のフローチャ−トで示される処理の少なくとも一部がハードウェアにより実現されてもよい。ハードウェアにより実現する場合、例えば、所定のコンパイラを用いることで、各ステップを実現するためのプログラムからFPGA(Field Programmable Gate Array)上に自動的に専用回路を生成すればよい。また、FPGAと同様にして、Gate Array回路を形成し、ハードウェアとして実現するようにしてもよい。
100 送電装置(TX)
101 制御部
109 第二認証部
200 受電装置(RX)
201 制御部
208 認証部
101 制御部
109 第二認証部
200 受電装置(RX)
201 制御部
208 認証部
Claims (20)
- 送電装置から無線で受電する受電装置であって、
前記送電装置に対して第一の機器認証を行い、前記送電装置から第二の機器認証を受ける認証手段と、
前記第一の機器認証と前記第二の機器認証のうち先に行われた機器認証が成功した場合は他方の機器認証を行うように制御し、前記先に行われた機器認証が成功しない場合は前記他方の機器認証が行われないように制御し、行われた機器認証の結果に基づき受電に係る内容を決定する制御手段と、
を有することを特徴とする受電装置。 - 前記制御手段は、行われた機器認証の結果に基づき、前記送電装置に要求する電力値を決めることを特徴とする請求項1に記載の受電装置。
- 前記制御手段は、前記先に行われた機器認証が成功しない場合には、前記先に行われた機器認証及び他方の機器認証がともに成功した場合と比較して小さい電力値を、前記送電装置に要求することを特徴とする請求項2に記載の受電装置。
- 前記制御手段は、前記先に行われた機器認証が成功しない場合には、前記送電装置に送電の停止を要求することを特徴とする請求項1に記載の受電装置。
- 前記機器認証が成功しない場合は、所定の時間内に所定の信号を受信しない場合を含む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。
- 前記認証手段は、前記第二の機器認証を受けている間は、前記第一の機器認証を行わないことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載する受電装置。
- 前記認証手段は、前記第一の機器認証を行っている間は、前記第二の機器認証の要求を保留又は無視することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の受電装置。
- 無線で受電装置に送電する送電装置であって、
前記受電装置から第一の機器認証を受け、前記受電装置に対して第二の機器認証を行う認証手段と、
前記第一の機器認証と前記第二の機器認証のうち先に行われた機器認証が成功した場合は他方の機器認証を行うように制御し、前記先に行われた機器認証が成功しない場合は前記他方の機器認証が行われないように制御し、行われた機器認証の結果に基づき送電に係る内容を決定する制御手段と、
を有することを特徴とする送電装置。 - 前記制御手段は、行われた機器認証の結果に基づき、前記受電装置への送電時に許容できる電力値を決めることを特徴とする請求項8に記載の送電装置。
- 前記制御手段は、前記先に行われた機器認証が成功しない場合には、前記先に行われた機器認証及び他方の機器認証がともに成功した場合と比較して小さい電力値を、前記許容できる電力値として決めることを特徴とする請求項9に記載の送電装置。
- 前記制御手段は、前記先に行われた機器認証が成功しない場合には、前記受電装置への送電を停止することを特徴とする請求項8に記載の送電装置。
- 前記機器認証が成功しない場合は、所定の時間内に所定の信号を受信しない場合を含むことを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の送電装置。
- 前記認証手段は、前記第一の機器認証を受けている間は、前記第二の機器認証を行わないことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載する送電装置。
- 前記認証手段は、前記第二の機器認証を行っている間は、前記第一の機器認証の要求を保留又は無視することを特徴とする請求項8乃至13のいずれか1項に記載の送電装置。
- 前記送電装置は、電源装置から供給された電力を用いて前記受電装置に送電し、
前記認証手段は、前記電源装置との間で第三の機器認証を行うことを特徴とする請求項8乃至14のいずれか1項に記載の送電装置。 - 送電装置から受電装置に無線で送電するシステムであって、
前記受電装置が前記送電装置に対して第一の機器認証を行い、前記送電装置が前記受電装置に対して第二の機器認証を行う認証手段と、
前記第一の機器認証と前記第二の機器認証のうち先に行われた機器認証が成功した場合は他方の機器認証を行うように制御し、前記先に行われた機器認証が成功しない場合は他方の機器認証が行われないように制御し、行われた機器認証の結果に基づき、送電に係る内容を決定する制御手段と、
を有することを特徴とするシステム。 - 送電装置から無線で受電し、前記送電装置に対して第一の機器認証を行い、前記送電装置から第二の機器認証を受ける認証手段を有する受電装置の制御方法であって、
前記第一の機器認証と前記第二の機器認証のうち先に行われた機器認証が成功した場合は他方の機器認証を行うように制御し、前記先に行われた機器認証が成功しない場合は他方の機器認証が行われないように制御し、
行われた機器認証の結果に基づき、受電に係る内容を決定することを特徴とする制御方法。 - 無線で受電装置に送電し、前記受電装置から第一の機器認証を受け、前記受電装置に対して第二の機器認証を行う認証手段を有する送電装置の制御方法であって、
前記第一の機器認証と前記第二の機器認証のうち先に行われた成功した場合は他方の機器認証を行うように制御し、前記先に行われた機器認証が成功しない場合は、他方の機器認証が行われないように制御し、
行われた機器認証の結果に基づき、送電に係る内容を決定することを特徴とする制御方法。 - コンピュータを、請求項1乃至7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プログラム。
- コンピュータを、請求項8乃至15のいずれか1項に記載の送電装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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