JP2023175307A - 無線給電装置、およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】共振周波数シフトに起因する無線給電の効率低下を抑制する。【解決手段】共振回路は、受電装置１４に所定の周波数で無線給電を行なうための第二コイル１３４を含んでいる。制御部１３７は、前記共振回路の共振周波数において第二コイル１３４に流れる電流値と前記所定の周波数において第二コイル１３４に流れる電流値との差分に対応する情報に基づいて、前記無線給電のために前記所定の周波数で第二コイル１３４に印加される電圧のデューティ比を変更する。前記差分の量と前記デューティ比とは正の相関を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、受電装置に所定の周波数で無線給電を行なうためのコイルを含む共振回路を備えた無線給電装置に関連する。本開示は、当該無線給電装置に搭載されるプロセッサにより実行可能なコンピュータプログラムにも関連する。

特許文献１は、車両に搭載された被制御装置を無線通信に基づき制御する携帯通信装置に対して無線給電を行なうことが可能な構成を開示している。

特開２０１４－１９７８２３号公報

共振周波数シフトに起因する無線給電の効率低下を抑制することが求められている。

本開示により提供される態様例の一つは、無線給電装置であって、
受電装置に所定の周波数で無線給電を行なうためのコイルを含む共振回路と、
前記共振回路の共振周波数において前記コイルに流れる電流値と前記所定の周波数において前記コイルに流れる電流値との差分に対応する情報に基づいて、前記無線給電のために前記所定の周波数で前記コイルに印加される電圧のデューティ比を変更する制御部と、
を備えており、
前記差分の量と前記デューティ比とは正の相関を有する。

本開示により提供される態様例の一つは、受電装置に所定の周波数で無線給電を行なうためのコイルを含む共振回路を備えた無線給電装置に搭載される制御部により実行可能なコンピュータプログラムであって、
実行されることにより、前記無線給電装置は、
前記共振回路の共振周波数において前記コイルに流れる電流値と前記所定の周波数において前記コイルに流れる電流値との差分に対応する情報を取得し、
前記情報に基づいて、前記無線給電のために前記所定の周波数で前記コイルに印加される電圧のデューティ比を変更し、
前記差分の量と前記デューティ比とは正の相関を有する。

上記の各態様に係る構成によれば、制御部は、コイルに流れる電流値に係る差分が大きいほど、当該コイルに印加される電圧のデューティ比を大きくする。これにより、当該コイルから送出される電力が増大する。当該差分が大きいほど、受電装置へ供給可能な電力は低下する。その低下を補うようにコイルに印加される実効電圧が増大されるので、共振周波数シフトに起因する無線給電の効率低下を抑制できる。

逆に、制御部は、コイルに流れる電流値に係る差分が小さいほど、当該コイルに印加される電圧のデューティ比を小さくする。これにより、当該コイルから送出される電力が減少する。当該差分が小さいほど無線給電の効率は上昇するので、実効電圧を減少させることによって必要以上の電力消費を抑制できる。

加えて、無線給電に使用される周波数は、所定の周波数から変更されない。これにより、無線給電に使用される周波数の変更に伴い外部へ影響を及ぼしうる周波数ノイズの発生を回避できる。当該ノイズ対策を不要にできるので、無線給電システムの構成の複雑化を抑制できる。

一実施形態に係る遠隔制御システムの構成を例示している。 図１の筐体装置の構成の一例を示している。 図２における無線給電システムの回路構成を例示している。 図２の筐体装置の動作の一例を示している。 図２の筐体装置の動作の一例を示している。 図３の無線給電システムの周波数特性の一例を示している。 図３の無線給電システムの周波数特性の別例を示している。 図３の第二コイルに印加される電圧波形の一例を示している。 図３の第二コイルに印加される電圧波形の別例を示している。 図３の第二コイルに印加される電圧波形の別例を示している。

添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。図１は、一実施形態に係る遠隔制御システム１０の構成を例示している。各図においては、例示される各要素を認識可能な大きさとするために、縮尺を適宜に変更している。

遠隔制御システム１０は、モバイル装置１１を含んでいる。モバイル装置１１は、ユーザ２０により携帯可能な装置である。モバイル装置１１の例としては、スマートフォンなどの汎用携帯情報端末が挙げられる。

遠隔制御システム１０は、電子キー１２を含んでいる。電子キー１２もまた、ユーザ２０による携帯が可能な装置である。電子キー１２は、第一無線通信に基づいて車両３０に搭載された制御装置３１に施解錠装置３２の動作制御を行なわせることが可能な無線通信装置である。施解錠装置３２は、車両３０の車室３３を開閉するドア３４を施解錠する装置である。

車両３０は、移動体の一例である。施解錠装置３２は、被制御装置の一例である。ドア３４は、開閉体の一例である。車室３３は、開閉体により開閉される空間の一例である。

第一無線通信は、第一周波数帯を用いる第一信号Ｓ１と第二周波数帯を用いる第二信号Ｓ２の送受信を含んでいる。第一周波数帯と第二周波数帯は相違している。第一周波数帯の例としては、長波（ＬＦ）帯が挙げられる。第二周波数帯の例としては、極超短波（ＵＨＦ）帯が挙げられる。換言すると、電子キー１２は、施解錠装置３２の制御に必要な情報を出力する。

具体的には、車両３０における適宜の箇所に配置された通信装置を通じて第一信号Ｓ１が送信される。第一信号Ｓ１の送信は、連続的になされてもよいし、断続的になされてもよい。電子キー１２は、第一信号Ｓ１の受信と第二信号Ｓ２の送信が可能なアンテナを含む通信装置を備えている。電子キー１２は、第一信号Ｓ１を受信すると第二信号Ｓ２を送信するように構成されている。第二信号Ｓ２は、電子キー１２の認証に必要な認証情報を含むように構成されている。認証情報は、電子キー１２とユーザ２０の少なくとも一方を特定可能な情報である。

制御装置３１は、車両３０における適宜の箇所に配置された通信装置を通じて第二信号Ｓ２を受信すると、認証処理を実行するように構成されている。具体的には、制御装置３１は、第二信号Ｓ２に含まれる認証情報を、不図示の記憶装置に予め格納されている電子キー１２の認証情報と照合するように構成されている。両情報の一致度が閾値を上回る場合、制御装置３１は、電子キー１２の認証が成立したと判断する。

制御装置３１は、電子キー１２の認証が成立したと判断されると、施解錠装置３２にドア３４の施解錠を許可する制御信号ＣＳを出力するように構成されている。この状態でユーザ２０が例えばドアハンドルに設けられたタッチセンサに触れると、施解錠装置３２はドア３４を施解錠する。

すなわち、電子キー１２を携帯したユーザ２０が第一信号Ｓ１を受信可能な領域に進入すると、第一無線通信を通じて電子キー１２の認証がなされる。認証が成立すると、ユーザ２０は、キーをキーシリンダに挿入して回すといった動作を行なうことなく、ドア３４を施解錠できる。

遠隔制御システム１０は、筐体装置１３を含んでいる。筐体装置１３は、車両３０の車室３３内における適宜の場所に設置されるように構成されている。当該場所には、車室３３内に設置されたグローブボックスやアクセサリボックスなどの収容空間が含まれうる。筐体装置１３は、電子キー１２を格納できるように構成されている。すなわち、電子キー１２は、車室３３内に配置されうる。

図２に例示されるように、筐体装置１３は、筐体１３１を備えている。筐体１３１は、少なくとも第二信号Ｓ２が透過可能な材料により形成されている。筐体１３１は、電子キー１２が格納される格納部１３１ａを有している。

筐体装置１３は、アクチュエータ１３２を備えている。アクチュエータ１３２は、格納部１３１ａに格納された電子キー１２の可動部１２１を操作可能に構成されている。電子キー１２は、可動部１２１に対して所定の操作がなされると、第一信号Ｓ１の受信状態に依らず第二信号Ｓ２を送信するように構成されている。可動部１２１は、ボタンやレバーなどにより実現されうる。アクチュエータ１３２は、ソレノイド、カム機構、ラックピニオン機構などにより実現されうる。電子キー１２に第二信号Ｓ２を送信させるための可動部１２１の操作の例としては、少なくとも一回の押下操作などが挙げられる。

筐体装置１３は、通信部１３３を備えている。通信部１３３は、モバイル装置１１と第二無線通信を行なうためのアンテナを備えている。本例においては、第二無線通信は、短距離無線通信である。

本明細書において用いられる「短距離無線通信」という語は、標準規格であるＩＥＥＥ８０２．１５またはＩＥＥＥ８０２．１１に準拠して行なわれる無線通信を意味する。そのような無線通信を実行可能な技術としては、Bluetooth（登録商標）、Bluetooth Low Energy（登録商標）、ZigBee（登録商標）、Wi-Fi（登録商標）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などが挙げられる。本明細書における「短距離無線通信」は、読取装置から送信される電波から微小な電力を得てモバイル装置が情報の送信を行なう非接触通信技術を用いる「近接無線通信」とは区別される。近接無線通信を実行可能な技術としては、ＲＦ－ＩＤやＮＦＣなどが挙げられる。

電子キー１２は、第一信号Ｓ１に応答して第二信号Ｓ２を送信する通信装置に電力を供給するための電池を収容可能な収容部を備えている。収容部は、当該電池に代えて、受電装置１４も収容可能に構成されている。

受電装置１４は、第一コイル１４１を搭載している。第一コイル１４１は、軸心１４１ａを有する空芯コイルである。

本例に係る筐体装置１３は、第二コイル１３４を備えている。第二コイル１３４は、軸心１３４ａを有する空芯コイルである。第二コイル１３４は、格納部１３１ａに格納された受電装置１４の第一コイル１４１を包囲するように配置されている。

本明細書で用いられる「第二コイル１３４が第一コイル１４１を包囲する」という表現は、第二コイル１３４の軸心１３４ａに直交する向きから見て第一コイル１４１と第二コイル１３４の少なくとも一部が重なっている状態を意味している。

本例に係る筐体装置１３は、電源１３５を備えている。電源１３５は、交流電源である。電源１３５の動作周波数は、上記の第一信号Ｓ１の周波数および第二信号Ｓ２の周波数と異なるように、かつ第一信号Ｓ１の周波数および第二信号Ｓ２の周波数の各々に影響を与えないように定められる。例えば、第一信号Ｓ１の周波数および第二信号Ｓ２の周波数の各々の逓倍である周波数は使用されない。

具体的には、図３に例示されるように、電源１３５は、第二コイル１３４およびコンデンサ１３６とともに給電回路を形成している。第二コイル１３４とコンデンサ１３６は、ＬＣ直列共振回路を形成している。したがって、筐体装置１３は、無線給電装置の一例になりうる。

他方、受電装置１４においては、第一コイル１４１が回路部１４２とともに受電回路を形成している。回路部１４２は、コンデンサ１４２ａ、ダイオード１４２ｂ、およびコンデンサ１４２ｃを含んでいる。第一コイル１４１とコンデンサ１４２ａは、共振ループ回路を形成している。ダイオード１４２ｂは半端整流を行なうために設けられている。コンデンサ１４２ｃは、平滑化を行なうために設けられている。

筐体装置１３に電子キー１２が格納された状態で車両３０のドア３４の解錠を希望するユーザ２０は、モバイル装置１１に対して所定の操作を入力する。操作入力は、スイッチまたはスイッチ画像の操作、音声指示入力、ジェスチャ入力などによりなされうる。図１に例示されるように、モバイル装置１１は、当該所定の操作に基づいて解錠信号ＵＬを送信するように構成されている。

図２に例示されるように、筐体装置１３は、制御部１３７を備えている。制御部１３７は、アクチュエータ１３２と電源１３５の動作を制御可能に構成されている。

具体的には、図４に例示されるように、制御部１３７は、通信部１３３により解錠信号ＵＬが受信されると、電源１３５に第二コイル１３４への給電を行なわせるように構成されている。これにより、第二コイル１３４から第一コイル１４１への無線給電がなされ、第一コイル１４１に電磁誘導による起電力が発生する。

図３に例示されるように、受電装置１４の回路部１４２は、電圧レギュレータ１４２ｄを含んでいる。電圧レギュレータ１４２ｄは、無線給電により第一コイル１４１に生じた電力を所定の値に制限して電子キー１２の負荷１２２へ供給するように構成されている。負荷１２２は、第二信号Ｓ２の送信に必要な要素を含んでいる。

加えて、制御部１３７は、通信部１３３により解錠信号ＵＬが受信されると、電子キー１２に第二信号Ｓ２を送信させるための可動部１２１の操作をアクチュエータ１３２に行なわせるように構成されている。

したがって、図５に例示されるように、通信部１３３により解錠信号ＵＬが受信されると、無線給電を通じて電子キー１２が起動され、アクチュエータ１３２による可動部１２１の操作を通じて、電子キー１２から第二信号Ｓ２が送信される。

電子キー１２から送信された第二信号Ｓ２は、車両３０に搭載された制御装置３１により受信される。前述の通り、制御装置３１は、第二信号Ｓ２を受信すると、電子キー１２の認証処理を行なう。認証処理が成立すると、制御装置３１は、施解錠装置３２にドア３４を解錠させる制御信号ＣＳを出力する。第二信号Ｓ２は、遠隔制御信号の一例である。

よって、車室３３内に設置された筐体装置１３に電子キー１２が格納された状態でユーザ２０がモバイル装置１１から解錠信号ＵＬを送信すると、ドア３４を解錠できる。換言すると、ユーザ２０は、電子キー１２を携帯せずとも、車室３３の外からモバイル装置１１に対する所定の操作を通じてドア３４を解錠できる。

なお、本実施形態においては、筐体装置１３の第二コイル１３４から受電装置１４の第一コイル１４１へのみ送電がなされ、第一コイル１４１から第二コイル１３４への送電はなされないことを前提としている。

図６は、一例に係る給電側の共振回路において第二コイル１３４に流れる電流Ｉ２の周波数特性を示している。符号ｆ０は、当該共振回路について予め設定された共振周波数を表している。理想的な共振回路の場合、電源１３５の駆動周波数がｆ０であるときに第二コイル１３４に流れる電流が最大値Ｉ２ｐをとる。周波数ｆ０は、所定の周波数の一例である。

図６は、一例に係る受電側の共振回路において第一コイル１４１に流れる電流Ｉ１の周波数特性も示している。受電側の共振回路における共振周波数ｆ０は、給電側の共振回路における共振周波数ｆ０と一致するように設定されている。したがって、理想的な共振回路の場合、周波数ｆ０で無線給電を受けたときに第一コイル１４１に流れる電流が最大値Ｉ１ｐをとる。

図７は、別例に係る給電側の共振回路において第二コイル１３４に流れる電流Ｉ２の周波数特性を示している。本例においては、電源１３５の駆動周波数がｆ１であるときに第二コイル１３４に流れる電流が最大値Ｉ２ｐをとっている。すなわち、当該共振回路の共振周波数はｆ１である。実際の共振周波数の予め設定された周波数ｆ０からのシフトは、共振回路部品の公差や、温度変化などの環境条件に起因して生じうる。

図７は、別例に係る受電側の共振回路において第一コイル１４１に流れる電流Ｉ１の周波数特性も示している。周波数ｆ０において第二コイル１３４に流れる電流値Ｉ２ｑは、最大値Ｉ２ｐよりも低い。これにより、第一コイル１４１に供給される電力が低下するので、周波数ｆ０で無線給電を受けたときに第一コイル１４１に流れる電流の最大値Ｉ１ｐもまた低下する。この状況は、無線給電の効率が低下していることを意味する。

本実施形態に係る筐体装置１３の制御部１３７は、給電側の共振回路について予め定められた共振周波数ｆ０において第二コイル１３４に流れる電流値と当該共振回路の実際の共振周波数ｆ１において第二コイル１３４に流れる電流値との差分に対応する情報を取得するように構成されている。

具体的には、制御部１３７は、まず周波数ｆ０で電源１３５を駆動させ、第二コイル１３４に流れる電流値Ｉ２ｑを取得する。続いて制御部１３７は、電源１３５の駆動周波数を掃引しながら、第二コイル１３４を流れる電流の最大値Ｉ２ｐを取得する。

電流の最大値Ｉ２ｐが既知かつその変動を無視できる場合、駆動周波数の掃引による最大値Ｉ２ｐの取得は省略できる。この場合、電流値Ｉ２ｑが上記の「差分に対応する情報」の一例となりうる。

あるいは、制御部１３７は、電源１３５の駆動周波数を掃引しながら、第二コイル１３４を流れる電流値が最大になる周波数ｆ１を特定する。第二コイル１３４を流れる電流の周波数特性プロファイルが既知かつその変動を無視できる場合、周波数ｆ０と周波数ｆ１の差分に基づいて上記の電流値Ｉ２ｑを特定できる。この場合、予め定められた共振周波数ｆ０と実際の共振周波数ｆ１の差分が、上記の「差分に対応する情報」の一例となりうる。

図８から図１０に例示されるように、制御部１３７は、上記の「差分に対応する情報」に基づいて、無線給電のために電源１３５から第二コイル１３４に印加される電圧Ｖ２のデューティ比を変更するように構成されている。デューティ比の変更は、電圧Ｖ２の周波数を維持したままなされる。当該周波数は、給電側の共振回路のついて予め定められた共振周波数ｆ０である。

具体的には、制御部１３７は、第二コイル１３４に流れる電流値Ｉ２ｑと最大値Ｉ２ｐとの差分が大きいほど、電圧Ｖ２のデューティ比を大きくするように構成されている。これにより、実効電圧Ｖ２ｅが増大する。図７を参照して説明したように、当該差分が大きいほど、第一コイル１４１へ供給可能な電力は低下する。その低下を補うように第二コイル１３４に印加される実効電圧Ｖ２ｅが増大されるので、共振周波数シフトに起因する無線給電の効率低下を抑制できる。

逆に、制御部１３７は、第二コイル１３４に流れる電流値Ｉ２ｑと最大値Ｉ２ｐとの差分が小さいほど、電圧Ｖ２のデューティ比を小さくするように構成されている。これにより、実効電圧Ｖ２ｅが減少する。当該差分が小さいほど図６に例示した理想条件に近づいて無線給電の効率は上昇するので、実効電圧Ｖ２ｅを減少させることによって必要以上の電力消費を抑制できる。

なお、第二コイル１３４から送出される電力を増減できるのであれば、電流Ｉ２のデューティ比が変更されてもよい。

加えて、無線給電に使用される周波数は、給電側の共振回路について予め定められた共振周波数ｆ０から変更されない。これにより、無線給電に使用される周波数の変更に伴い外部へ影響を及ぼしうる周波数ノイズの発生を回避できる。当該ノイズ対策を不要にできるので、無線給電システムの構成の複雑化を抑制できる。

すなわち、制御部１３７は、第二コイル１３４に流れる電流値に係る差分の量と、第二コイル１３４に印加される電圧Ｖ２のデューティ比が正の相関を有するように、変更がなされる。両者の関係は、関数やテーブルの形態で制御部１３７に予め保持される。両者の関係は、線形あるいは非線形の連続性を有していてもよいし、段階的であってもよい。すなわち、本明細書で用いられる「正の相関を有する」という表現は、全体として正の相関が示されていれば、差分の量とデューティ比の一方が変化している間に他方が一定値をとる区間が局所的に存在する場合を許容する意味である。

なお、制御部１３７によるデューティ比の変更は、初期較正時に一度だけ行なわれてもよいし、所定のタイミングで二度以上行なわれてもよい。所定のタイミングの例としては、筐体装置１３の起動時や、ユーザの指示入力時が挙げられる。この場合、環境条件に起因する共振周波数シフトに対して柔軟に対応できる。

図６と図７に例示されるように、給電側の共振回路のＱ値は、受電側の共振回路のＱ値よりも高くなるように構成されうる。

このような構成によれば、図３に例示される給電側のＬＣ直列共振回路にＱ値を下げるための抵抗素子を付加的に直列接続する必要がないので、回路構成を簡略化できるだけでなく、発熱を抑制できる。他方、受電側の共振回路においても部品公差や環境条件に起因する共振周波数シフトが生じうるが、Ｑ値を下げることによりその影響を緩和できる。

これまで説明した各機能を有する筐体装置１３の制御部１３７は、マイクロコントローラ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡなどの集積回路素子により実現されうる。これまで説明した各処理を実行可能なコンピュータプログラムは、当該専用集積回路に含まれる記憶素子にプリインストールされる。当該記憶素子は、コンピュータプログラムを記憶している非一時的なコンピュータ可読媒体の一例である。

上記の実施形態は、本開示の理解を容易にするための例示にすぎない。上記の実施形態に係る構成は、本開示の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更されうる。

上記の実施形態においては、筐体装置１３の第二コイル１３４が電子キー１２の第一コイル１４１を包囲するように配置されている。しかしながら、第一コイル１４１への無線給電を遂行可能であれば、筐体１３１内における第二コイル１３４の配置は適宜に変更されうる。

上記の実施形態においては、制御装置３１と電子キー１２との間で行なわれる第一無線通信は、異なる周波数帯を使用している。しかしながら、第一無線通信は、同一の周波数帯を用いる適宜の無線通信規格に基づいて行なわれうる。

上記の実施形態においては、モバイル装置１１と筐体装置１３の通信部１３３との間で行なわれる第二無線通信は、短距離無線通信である。この場合、車室３３内に設置される筐体装置１３の配置自由度を高めることができる。しかしながら、第二無線通信は、近接無線通信であってもよい。

本開示に係る遠隔制御システム１０は、他の移動体にも適用されうる。その他の移動体の例としては、鉄道、航空機、船舶などが挙げられる。当該移動体は、運転者を必要としなくてもよい。電子キー１２により遠隔制御される被制御装置の種別は、移動体の仕様に応じて適宜に定められる。

上記の実施形態においては、施解錠装置３２により施解錠される開閉体として車室３３を開閉するドア３４が例示されている。ドア３４の形態は、図１に例示されるようなヒンジドアであってもよいし、スライドドアであってもよい。車室３３を開閉する開閉体は、サンルーフを含みうる。車両３０に搭載される開閉体は、トランクやボンネットを含みうる。この場合、トランクやボンネットにより開閉される空間に筐体装置１３が配置されてもよい。

施解錠装置により施解錠される開閉体は、必ずしも移動体に搭載されることを要しない。住宅や施設における扉や窓もまた開閉体の一例になりうる。電子キー１２により遠隔制御される被制御装置の種別は、当該住宅や施設の仕様に応じて適宜に定められる。

受電装置１４の第一コイル１４１への無線給電は、筐体装置１３を用いて行なわれることを要しない。受電装置１４が搭載される機器の仕様に応じて、適宜の構成を備えた無線給電装置が使用されうる。

１２：電子キー、１３：筐体装置、１３１ａ：格納部、１３４：第二コイル、１３７：制御部、１４：受電装置、３２：施解錠装置、ｆ０、ｆ１：周波数、Ｉ２ｐ、Ｉ２ｑ：電流値、Ｖ２：電圧

Claims (4)

1. 受電装置に所定の周波数で無線給電を行なうためのコイルを含む共振回路と、
   前記共振回路の共振周波数において前記コイルに流れる電流値と前記所定の周波数において前記コイルに流れる電流値との差分に対応する情報に基づいて、前記無線給電のために前記所定の周波数で前記コイルに印加される電圧のデューティ比を変更する制御部と、
   を備えており、
   前記差分の量と前記デューティ比とは正の相関を有する、
   無線給電装置。
2. 前記共振回路のＱ値は、前記受電装置における共振回路のＱ値よりも高い、
   請求項１に記載の無線給電装置。
3. 前記受電装置が搭載された無線通信に基づき被制御装置を遠隔制御する携帯通信装置を格納する格納部を備えている、
   請求項１または２に記載の無線給電装置。
4. 受電装置に所定の周波数で無線給電を行なうためのコイルを含む共振回路を備えた無線給電装置に搭載される制御部により実行可能なコンピュータプログラムであって、
   実行されることにより、前記無線給電装置は、
   前記共振回路の共振周波数において前記コイルに流れる電流値と前記所定の周波数において前記コイルに流れる電流値との差分に対応する情報を取得し、
   前記情報に基づいて、前記無線給電のために前記所定の周波数で前記コイルに印加される電圧のデューティ比を変更し、
   前記差分の量と前記デューティ比とは正の相関を有する、
   コンピュータプログラム。

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