JP4561796B2 - 受電装置、および電力伝送システム - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係る受電装置について説明する前に、まず、本発明の実施形態に係る電力伝送システムの概要について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る電力伝送システムの概要を示す説明図である。
リーダ/ライタ100は、搬送波信号生成部102と、搬送波送信部104と、復調部106と、制御部108とを備えることができる。また、リーダ/ライタ100は、例えば、HostComputer120と接続され、HostComputer120からの送信命令に応じて搬送波信号を送信することができる。
情報処理装置150は、搬送波を受信し、負荷変調により応答信号を送信可能なICチップ152を備える。また、情報処理装置150は、MPUなどで構成され情報処理装置150全体を制御する制御部(図示せず)や、情報処理装置150において用いられるアプリケーション、データなどを記憶可能な記憶部(図示せず)などを備えてもよい。ここで、記憶部(図示せず)としては、例えば、ハードディスクなどの磁気記録媒体や、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが挙げられるが、上記に限られない。
ICチップ152は、通信アンテナ154と、検波部156と、レギュレータ(Regulator)158と、フィルタ部160と、復調部162と、データ処理部164と、負荷変調部166とを備える。また、ICチップ152は、データ処理部164が使用するプログラムや演算パラメータなどの制御用データが記録されたROM168、データ処理部164により実行されるプログラム、演算結果、実行状態などを一次記憶するRAM170、データ処理部164が処理するデータを記憶可能な記録媒体172などを備えることができる。データ処理部164と、ROM168、RAM170、記録媒体172とは、例えば、データの伝送路としてのバス(bus)によって接続される。ここで、記録媒体172としては、例えば、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)、フラッシュメモリ、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory)、PRAM(Phase change Random Access Memory)などの不揮発性メモリが挙げられるが、上記に限られない。
上述したように、電力伝送システムを構成する情報処理装置150(受電装置)は、リーダ/ライタ100(送電装置)から送信される搬送波から電力を得て駆動することができる。次に、電力伝送システムにおける電力の伝送効率に係る問題について説明する。
図2は、通信アンテナ154部分すなわち共振回路の等価回路を示しており、図2の抵抗Rは、導線、コイルL等による等価並列抵抗である。コイルLを面積Sのループコイルとすると、等価並列抵抗Rにおいて消費される電力は、以下の数式1で表すことができる。ここで、Vは共振回路におけるループコイルの開放端電圧であり、また、ω=2πf(f:搬送波の周波数)、μ0は真空の透磁率、Hoは磁界の強さ、nはループコイルの巻き数、Lはループコイルのインダクタンス、Q=R/ωLをそれぞれ示す。
図3(a)は、検波部156より後段の各部を等価負荷抵抗RLで表した等価回路であり、図3(b)は、検波部156および等価負荷抵抗RLを等価負荷抵抗RL’で表した等価回路である。また、図3(c)は、等価並列抵抗Rおよび等価負荷抵抗RL’をさらに等価負荷抵抗R’で表した等価回路である。
本発明の実施形態に係る受電装置は、上述した電力伝送システムにおける電力の伝送効率に係る問題の解決を図るために、例えば、図3(b)の等価並列抵抗Rと等価負荷抵抗RL’との間において、高インピーダンスから低インピーダンスへと変換するインピーダンス変換を行う。インピーダンス変換が行われることによって、受電装置では、共振回路からみたインピーダンスが下がらなくなるので、インピーダンス変換が行われない場合と比較して受電装置側全体のQを高く維持することができる。したがって、受電装置は、図3(b)の等価負荷抵抗RL’すなわち各種処理を行う部分でより多くの電力を利用することができるので、電力伝送システムにおける電力の伝送効率を上げることができる。
次に、上記問題解決アプローチに基づく本発明の第1の実施形態に係る受電装置について説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る受電装置250を示すブロック図である。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る受電装置250の構成例の等価回路を示す説明図である。なお、図5では、搬送波を送信する送電装置200を併せて示している。
〔搬送波受信回路252〕
所定のインダクタンスを有し中点タップが設けられないインダクタL(通信アンテナ)
〔インピーダンス変換回路254〕
直列に接続されたキャパシタC1、C2
インダクタLとキャパシタC1、C2とは、共振回路を構成
〔処理回路256〕
等価負荷抵抗RL’(図3(b)と同様)
・・・(数式2)
上述した第1の実施形態に係る受電装置250では、インピーダンス変換回路が容量分圧することによってインピーダンス変換を行う構成を示した。しかしながら、本発明の実施形態に係るインピーダンス変換方法は、容量分圧を用いることに限られない。そこで、次に、インピーダンス変換方法が第1の実施形態に係る受電装置250と異なる第2の実施形態に係る受電装置について説明する。
図8は、本発明の第2の実施形態に係る受電装置350の構成例の等価回路を示す説明図である。なお、図8では、搬送波を送信する送電装置200を併せて示している。
〔搬送波受信回路352〕
所定のインダクタンスを有し中点タップが設けられないインダクタL(通信アンテナ)、および所定の静電容量を有するキャパシタからなる共振回路
〔インピーダンス変換回路354〕
トランス(例えば、一次側:二次側=4:1)
〔処理回路356〕
等価負荷抵抗RL’(図3(b)と同様)
図11は、本発明の第2の実施形態の変形例に係る受電装置450の等価回路を示す説明図である。受電装置450は、受電装置350と同様に、搬送波受信回路452、インピーダンス変換回路454、および処理回路456からなる。
上述した第1の実施形態に係る受電装置250では、インピーダンス変換回路が容量分圧することによってインピーダンス変換を行う構成を示し、また、第2の実施形態に係る受電装置350では、インピーダンス変換回路がトランスによってインピーダンス変換を行う構成を示した。しかしながら、本発明の実施形態に係るインピーダンス変換方法は、容量分圧、トランスを用いることに限られない。そこで、次に、インピーダンス変換方法が第1、第2の実施形態に係る受電装置と異なる第3の実施形態に係る受電装置について説明する。
図12は、本発明の第3の実施形態に係る受電装置の第1の構成例の等価回路を示す説明図である。なお、図12では、搬送波を送信する送電装置200を併せて示している。
〔搬送波受信回路552〕
所定のインダクタンスを有し中点タップが設けられないインダクタL(通信アンテナ)、および所定の静電容量を有するキャパシタからなる共振回路
〔インピーダンス変換回路554〕
等価負荷抵抗RL’と直列に接続されたインダクタL3
〔処理回路556〕
等価負荷抵抗RL’(図3(b)と同様)
図12に示す第3の実施形態に係る受電装置の第1の構成例では、インピーダンス変換回路がインダクタで構成される例を示したが、第3の実施形態に係る受電装置は、上記に限られない。図13は、本発明の第3の実施形態に係る受電装置の第2の構成例の等価回路を示す説明図である。なお、図13では、搬送波を送信する送電装置200を併せて示している。
〔搬送波受信回路652〕
所定のインダクタンスを有し中点タップが設けられないインダクタL(通信アンテナ)、および所定の静電容量を有するキャパシタからなる共振回路
〔インピーダンス変換回路654〕
等価負荷抵抗RL’と直列に接続されたキャパシタC3
〔処理回路656〕
等価負荷抵抗RL’(図3(b)と同様)
102、202 搬送波信号生成部
104、204 搬送波送信部
250、350、450、550、650 受電装置
252、352、452、552、652 搬送波受信回路
254、354、454、554、654 インピーダンス変換回路
256、356、456、556、656 処理回路
Claims (7)
- 送電装置から送信される搬送波を非接触式に受信し、受信した前記搬送波から電力を得ることが可能な受電装置であって:
所定のインダクタンスを有し中点タップが設けられない通信アンテナを少なくとも備え、前記搬送波を受信して前記搬送波に応じた誘起電圧を発生させる搬送波受信部と;
前記誘起電圧に基づいて駆動電圧を生成し、生成した前記駆動電圧を用いてデータ処理を行うことが可能な処理部と;
前記搬送波受信部と前記処理部との間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換部と;
を備えることを特徴とする、受電装置。 - 前記インピーダンス変換部は、直列に接続され所定の静電容量をそれぞれ有する第1キャパシタおよび第2キャパシタを備え、
前記通信アンテナと前記第1キャパシタおよび前記第2キャパシタとは共振回路を構成し、
前記インピーダンス変換部は、前記共振回路で発生した誘起電圧を容量分圧し、
前記処理部は、前記第1キャパシタおよび前記第2キャパシタにおいて容量分圧された誘起電圧に基づいて駆動電圧を生成することを特徴とする、請求項1に記載の受電装置。 - 前記搬送波受信部は、所定の静電容量を有する第3キャパシタをさらに備えて共振回路を構成し、
前記インピーダンス変換部は、前記共振回路で発生した誘起電圧が一次側に入力されるトランスを備え、
前記処理部は、前記トランスの二次側から出力された誘起電圧に基づいて駆動電圧を生成することを特徴とする、請求項1に記載の受電装置。 - 前記搬送波受信部は、所定の静電容量を有する第4キャパシタをさらに備えて共振回路を構成し、
前記インピーダンス変換部は、所定のインダクタンスを有し前記処理部と直列に接続されるインダクタを備え、前記共振回路で発生した誘起電圧を分圧し、
前記処理部は、前記インダクタにおいて分圧された誘起電圧に基づいて駆動電圧を生成することを特徴とする、請求項1に記載の受電装置。 - 前記搬送波受信部は、所定の静電容量を有する第5キャパシタをさらに備えて共振回路を構成し、
前記インピーダンス変換部は、所定の静電容量を有し前記処理部と直列に接続される第6キャパシタを備え、前記共振回路で発生した誘起電圧を分圧し、
前記処理部は、前記第6キャパシタにおいて分圧された誘起電圧に基づいて駆動電圧を生成することを特徴とする、請求項1に記載の受電装置。 - 前記インピーダンス変換部は、前記搬送波受信部の出力インピーダンスと前記処理部の入力インピーダンスとを整合させることを特徴とする、請求項1に記載の受電装置。
- 搬送波を送信する送電装置と、前記送電装置から送信される前記搬送波を非接触式に受信し、受信した前記搬送波から電力を得ることが可能な受電装置とからなる電力伝送システムであって:
前記送電装置は、
搬送波信号を生成する搬送波信号生成部と;
前記搬送波信号に応じた搬送波を送信する搬送波送信部と;
を備え、
前記受電装置は、
所定のインダクタンスを有し中点タップが設けられない通信アンテナを少なくとも備え、前記搬送波を受信して前記搬送波に応じた誘起電圧を発生させる搬送波受信部と;
前記誘起電圧に基づいて駆動電圧を生成し、生成した前記駆動電圧を用いてデータ処理を行うことが可能な処理部と;
前記搬送波受信部と前記処理部との間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換部と;
を備えることを特徴とする、電力伝送システム。
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