JP5502384B2

JP5502384B2 - 無線電力伝送システム及び無線電力伝送方法

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Publication number: JP5502384B2
Application number: JP2009164809A
Authority: JP
Inventors: 秀信花木
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2029-07-13
Also published as: JP2011024290A

Description

本発明は、通信端末の通信相手から、通信端末の電源となる無線電波を発信して、この無線電波を電源に通信端末を動作させる無線電力伝送システム及び無線電力伝送方法に関する。

従来から周知のように、車両のキーシステムとしては、利便性等の面から、車両キーとしての電子キーからキーコードとしてＩＤコードを無線通信により車両に発信して、車両にＩＤ照合を実行させる電子キーシステム（特許文献１等参照）が広く使用されている。この種の電子キーシステムには、車両からのリクエストに応答してＩＤコードを車両に自動発信して車両にＩＤ照合を実行させるキー操作フリーシステムがある。同システムには、車外でＩＤ照合が成立すれば実際のキー操作無しにドアロックが施解錠されるスマートエントリーシステムや、車内でＩＤ照合が成立すればエンジンスイッチの単なる押し操作のみでエンジンがかかるワンプッシュエンジンスタートシステムがある。

ところで、この種の電子キーは、自身が持つ専用電源（例えば電池等）によって動作するものが一般的である。しかし、電子キーは小型化のニーズが非常に高く、例えばカード型の電子キーを提供する場合などでは、電子キーから電池を省略しなければならないことも想定される。電子キーを電池レスとする場合、電子キーの電源を、車両から発信される電力電波によってまかなう技術（特許文献２等参照）が提案されている。この技術を用いれば、電子キーに電池を持たせる必要がなくなり、電子キーの一層の小型化に効果が高くなる。

特開２００５−２６２９１５号公報特開２００１−２２７２１８号公報

ここで、車両から電子キーの電源となる電力電波を発信するに際しては、車両に搭載されたバッテリ（車載バッテリ）の電力が使用される。このため、もし仮に、車両から電力電波を発信するのに車載バッテリの電力が多く浪費されてしまうと、通常動作させなければならない各種車載機器に電力が充分に回らなくなるおそれもあり、車両から電力電波を発信させる場合には、この電波発信を効率よく行う必要があった。

本発明の目的は、通信マスタから発信される無線電力を電源として通信端末を動作させる場合に、通信マスタの電力を効率よく使用する形式で電力伝送を行うことができる無線電力伝送システム及び電力伝送方法を提供することにある。

前記問題点を解決するために、本発明では、通信マスタとその通信端末とが相互通信を行う際、前記通信マスタから無線により電力電波を発信させ、当該電力電波を電源として前記通信端末を動作させる無線電力伝送システムにおいて、前記通信マスタに設けられ、前記電力電波の電力値を通信に応じて切り換える電力値切換手段を備え、前記電力値切換手段は、前記相互通信において当該通信マスタがどのような通信をとっているのかを見ることにより、当該通信マスタが往路通信及び復路通信のどちらをとるのかを監視する監視手段と、前記通信マスタが前記往路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を低出力とし、前記通信マスタが前記復路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を高出力とする切換制御手段とを備えたことを要旨とする。

この構成によれば、通信マスタと通信端末とが相互通信を行う際、通信端末の電源として通信マスタから発信される電力電波は、通信に応じて切り換えられる。通信端末が動作の際に通信端末が高い電力を必要とする際には、電力電波が高い電力により発信され、通信端末が動作の際に低い電力で済む際には、電力電波が低い電力により発信される。このため、通信マスタから電力電波を発信する際に、この電力電波を効率よく発信することが可能となるので、これに伴って通信マスタの電源を効率よく使用することが可能となる。

この構成によれば、通信マスタと通信端末との相互通信時、通信端末の電源として通信マスタから発信される電力電波は、往路通信と復路通信とで電力値が切り換えて発信される。即ち、相互通信において行きと帰りとで電力電波の電力の高低が切り換えられる。よって、往路通信又は復路通信の際に通信端末が高い電力を必要とする際には、電力電波が高い電力により発信され、往路通信又は復路通信の際に通信端末が低い電力で済む際には、電力電波が低い電力により発信される。このため、通信マスタから電力電波を発信する際に、この電力電波を効率よく発信することが可能となるので、これに伴って通信マスタの電源を効率よく使用することが可能となる。

この構成によれば、通信マスタ側が相互通信の動作状態を監視して、電力電波の電力値を切り換える。このため、通信マスタが主の装置となって電力電波の発信切り換えの動作を行うので、通信端末に電力電波レベル切り換えのための特別な機能を特別に持たせる必要がない。よって、本構成の無線電力伝送システムを搭載する場合であっても、通信端末に特別な部品を追加したり、或いは大きな設計変更を加えたりする必要がない。

本発明では、前記通信端末において前記電力電波を受信する受電機には、当該受電機が持つインピーダンスを整合可能なインピーダンス整合回路が設けられ、前記インピーダンス整合回路のインピーダンスは、前記通信端末の発信機にインピーダンスが合わせ込まれていることを要旨とする。

この構成によれば、通信端末の受電機のインピーダンスは、通信端末が備える発信機のインピーダンスに値が合わせ込まれている。ところで、通信端末の受信機には、インピーダンスが高いという特性があり、通信端末の発信機にはインピーダンスが低いという特性がある。よって、発信動作時は受電機が発信機と繋がる状態をとるが、受電機のインピーダンスを予め通信端末の発信機に合わせ込んでおけば、このときは両者のインピーダンスが近似をとるので、大きな電力損失をともなうことなく、電力電波を電源とした発信動作を行うことが可能となる。

一方、受信動作時は受電機が受信機と繋がる状態をとるが、このときは受電機と受信機との間に大きなインピーダンス差が発生してしまう。しかし、受信動作は低いエネルギーで動作可能であるので、このようなインピーダンス差が発生しても、受信動作に際しては大きな支障は生じない。このため、受電機のインピーダンスを予め通信端末の発信機に合わせ込んでおけば、受信動作及び発信動作をともに好適な動作で実行することが可能となる。

本発明では、通信マスタとその通信端末とが相互通信を行う際、前記通信マスタから無線により電力電波を発信させ、当該電力電波を電源として前記通信端末を動作させる無線電力伝送方法において、前記電力電波の電力値を切り換え可能な電力値切換手段を前記通信マスタに設け、当該電力値切換手段により前記電力電波の電力値を通信に応じて切り換え可能とし、前記電力値切換手段は、前記相互通信において当該通信マスタがどのような通信をとっているのかを見ることにより、当該通信マスタが往路通信及び復路通信のどちらをとるのかを監視し、前記通信マスタが前記往路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を低出力とし、前記通信マスタが前記復路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を高出力とすること要旨とする。

本発明によれば、通信マスタから発信される無線電力を電源として通信端末を動作させる場合に、通信マスタの電力を効率よく使用する形式で電力伝送を行うことができる。

一実施形態における電子キーシステムの概略構成を示すブロック図。無線電力伝送システムの概略構成を示すブロック図。無線電力伝送システムの具体的な動作態様を示すタイムチャート。受電通信部の内部構成を示すブロック図。

以下、本発明を具体化した無線電力伝送システム及び無線電力伝送方法の一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、車両１には、車両キーとして使用される電子キー２との間で無線通信によりキー照合を行って、このキー照合の成立を条件にドアロックの施解錠やエンジン始動等が許可又は実行される電子キーシステム３が設けられている。電子キー２は、車両１との間で狭域無線通信が可能であって、電子キー２が固有に持つＩＤコードをキーコードとして無線通信により車両１に発信して、車両１にキー照合を行わせることが可能なキーのことをいう。なお、車両１が通信マスタに相当し、電子キー２が通信端末に相当する。

電子キーシステム３には、電子キー２からキーコードとしてＩＤコードを発信するときに個別のキー操作が不要であるキー操作フリーシステムが含まれている。このキー操作フリーシステムには、ドアロックの施解錠操作の際にキー操作を必要としない機能としてスマートエントリーシステムがある。この場合、車両１には、電子キー２との間でキー照合（ＩＤ照合）を行う照合ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４と、車載モータやリレー等の動作を管理するメインボディＥＣＵ５とが設けられ、これらＥＣＵ４，５が車内の一ネットワークであるＬＩＮ（Local Interconnect Network）６を介して接続されている。照合ＥＣＵ４には、車外にＬＦ（Low Frequency）帯の電波（約134KHz）を発信可能な車外発信機７と、車内に同様のＬＦ電波を発信可能な車内発信機８と、ＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の一種であるＲＦ（Radio Frequency：約312MHz）の電波を受信可能な車両チューナ９とが接続されている。また、メインボディＥＣＵ５には、ドアロックの施解錠を実行するときの駆動源としてドアロックモータ１０が接続されている。

また、電子キー２には、電子キー２の各種動作を統括制御する通信制御回路１１が設けられている。この通信制御回路１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２やメモリ１３等の各種デバイスを持ち、電子キー２が持つ固有のキーコードとしてＩＤコードがメモリ１３に登録されている。通信制御回路１１には、ＬＦ電波を受信可能なキー受信アンテナ１４と、ＲＦ電波を発信可能なキー発信アンテナ１５とが接続されている。通信制御回路１１は、キー受信アンテナ１４における電波受信有無を逐次監視するとともに、キー発信アンテナ１５からの電波発信の動作を管理する。なお、キー発信アンテナ１５が発信機を構成する。

照合ＥＣＵ４は、車両駐車時、車外発信機７からＬＦ帯のリクエスト信号Ｓrqを断続的に発信させることにより、車両周辺にリクエスト信号Ｓrqの車外通信エリアを形成して、狭域無線通信（以降、スマート通信と記す）の成立を試みる。電子キー２がこの車外通信エリアに入り込んでリクエスト信号Ｓrqを受信すると、電子キー２はリクエスト信号Ｓrqに応答する形で、自身に登録されたＩＤコードを乗せたＩＤ信号ＳidをＲＦ帯の電波で返信する。照合ＥＣＵ４は、車両チューナ９でＩＤ信号Ｓidを受信してスマート通信（車外通信）が確立すると、自身のメモリ１６に登録されたＩＤコードと電子キー２のＩＤコードとを照らし合わせてＩＤ照合、いわゆるスマート照合（車外照合）を行う。照合ＥＣＵ４は、この車外照合が成立したことを確認すると、メインボディＥＣＵ５によるドアロック施解錠動作を許可又は実行する。

また、キー操作フリーシステムには、エンジン始動停止操作の際に実際の車両キー操作を必要とせずに単なるスイッチ操作のみでエンジン１７の始動停止操作を行うことが可能な機能としてワンプッシュエンジンスタートシステムがある。この場合、車内には、同システムの操作スイッチとしてプッシュモーメンタリ式のエンジンスイッチ１８が設けられている。エンジンスイッチ１８は、照合ＥＣＵ４及びメインボディＥＣＵ５に接続されている。エンジンスイッチ１８の操作機能には、エンジン始動停止機能の他に、電源遷移機能も割り当てられている。

メインボディＥＣＵ５には、エンジン１７の点火制御や燃料噴射制御を管理するエンジンＥＣＵ１９が、車内の一ネットワークであるＣＡＮ（Controller Area Network）２０を介して接続されている。メインボディＥＣＵ５には、車載アクセサリに繋がるＡＣＣ（Accessory）リレー２１と、走行系の各種電装品に繋がるＩＧ（Ignition）リレー２２と、エンジンスタータ（図示略）に繋がるスタータリレー２３とが接続されている。

照合ＥＣＵ４は、例えばカーテシスイッチ（図示略）により運転者の車内への乗車を確認すると、今度は車内発信機８からリクエスト信号Ｓrqを発信して、車内全域に車内通信エリアを形成する。照合ＥＣＵ４は、電子キー２がこの車内通信エリアに入り込んで返信してきたＩＤ信号Ｓidを車両チューナ９で受信してスマート通信（車内通信）が確立すると、自身に登録されたＩＤコードと電子キー２のＩＤコードとを照らし合わせてＩＤ照合、いわゆるスマート照合（車内照合）を行う。照合ＥＣＵ４は、この車内照合が成立したことを確認すると、エンジンスイッチ１８のプッシュ操作による電源状態切り換えを許可する。

電子キーシステム３には、電子キー２のボタン操作による遠隔操作によってドアロックを施解錠可能なワイヤレスキーシステムが含まれている。この場合、電子キー２には、例えば押しボタン式の施錠ボタン２４及び解錠ボタン２５が設けられている。例えば、施錠ボタン２４が操作されると、電子キー２のＩＤコードと、車両１にドアロック施錠の動作開始を要求する機能コード（施錠要求コード）とを含んだワイヤレス信号Ｓwlが、キー発信アンテナ１５からＲＦ電波により発信される。そして、このワイヤレス信号Ｓwlを車両１が受信して無線通信（ワイヤレス通信）が確立し、ワイヤレス信号ＳwlのＩＤコードのＩＤ照合（ワイヤレス照合）が成立すると、続く施錠要求コードによってドアロックが施錠する。

図２に示すように、車両１には、車両１から電子キー２の電源となり得る電波（以降、電力電波Ｓvvと記す）を電子キー２に発信して、この電力電波Ｓvvによって電子キー２を動作させる無線電力伝送システム２６が設けられている。本例の無線電力伝送システム２６は、電子キー２に電力電波Ｓvvを発信するに際して、電子キー２が受信動作を行うときには電力レベルの低い電力電波Ｓvvを発信させ、電子キー２が発信動作を行うときには電力レベルの高い電力電波Ｓvvを発信させるシステムとなっている。これは、電子キー２が受信動作を行う際は少ない電力で済み、電子キー２が発信動作を行う際には大きい電力が必要となっているからである。電力電波Ｓvvは、スマート通信が実行されている期間中、スマート通信に並行して電子キー２に供給される。

また、電力電波Ｓvvは、電子キー２が受信動作を行うとき（即ち、往路通信）と、電子キー２が発信動作を行うとき（即ち、復路通信）との両方で、電子キー２の動作電源として使用されるので、往路通信時における電子キー２の電源成分と、復路通信時における電子キー２の電源成分とが１つのセットになって発信される。ここで、往路通信とは、スマート通信において車両１が電子キー２に対してＬＦ電波を発信する通信動作のことをいう。また、復路通信とは、スマート通信において電子キー２が車両１に対してＲＦ電波を返信する通信動作のことをいう。

この場合、車両１には、電力電波Ｓvvの発信元として電力伝送装置２７が設けられている。電力伝送装置２７は、発信機７，８や車両チューナ９とともに照合ＥＣＵ４に接続され、動作が照合ＥＣＵ４によって管理されている。電力伝送装置２７は、照合ＥＣＵ４からの指令に基づき、電力電波ＳvvをＲＦ電波により電子キー２に向けて発信可能となっている。また、電力電波Ｓvvの発信エリア（電力電波エリア）は、リクエスト信号Ｓrqよりも少し広いエリアに設定されている。

また、照合ＥＣＵ４には、電力伝送装置２７の動作を管理する電力伝送管理部２８が設けられている。電力伝送管理部２８は、発信機７，８からのＬＦ電波の発信に同期して電力伝送装置２７から電力電波Ｓvvを発信させ、より具体的には、電子キー２がＬＦ電波を受け取る若干前に電子キー２が電力電波Ｓvvを受信できるように、ＬＦ電波よりも少し早いタイミングで電力電波Ｓvvを発信させる。例えば、リクエスト信号Ｓrqで見るならば、電力電波Ｓvvはリクエスト信号Ｓrqよりも少し早いタイミングで発信が開始される。なお、電力伝送管理部２８が電力値切換手段、監視手段を構成する。

照合ＥＣＵ４には、電力伝送装置２７から電力電波Ｓvvを発信する際に、この電力電波Ｓvvが持つ電力エネルギーの高低を切り換える電力レベル切換部２９が設けられている。本例の電力レベル切換部２９は、電力電波Ｓvvを低出力で所定時間において出力した後、ＬＦ受信の実行が予測される時間に、電力レベルを高出力に切り換える。このため、電力レベル切換部２９は、電子キーシステム３が往路通信、即ち車両１が発信動作をとる期間中において電力電波Ｓvvを低い電力レベル（低出力成分Ｓva）で発信させ、電子キーシステム３が復路通信、即ち電子キー２が発信動作をとる期間中において電力電波Ｓvvを高い電力レベル（高出力成分Ｓvb）で発信させる。なお、電力レベル切換部２９は、電力値切換手段、切換制御手段を構成する。

電子キー２の通信制御回路１１には、電子キー２の動作を統括管理する通信制御部３０と、電子キー２の受信回路として機能するＡＦＥ（Analog Front End）３１とが設けられている。通信制御部３０は、前述したＣＰＵ１２やメモリ１３等を備える回路であって、信号線３２を介してキー発信回路３３に接続されている。また、ＡＦＥ３１は、キー受信アンテナ１４に接続されるとともに、キー受信アンテナ１４で受信した受信電波を増幅して復調したり、或いは復調後の受信電波を解読したりして、処理後の受信データを通信制御部３０に出力する。キー発信回路３３は、通信制御部３０からの信号をＲＦ電波に変換したり、増幅したりする回路である。なお、キー発信回路３３が発信機を構成する。

また、電子キー２には、電子キー２において電力電波Ｓvvを受信する受電通信部３４が設けられている。受電通信部３４は、電力電波Ｓvvの受電アンテナ３５と、電力電波Ｓvvを整流及び電圧変換する受電回路３６とからなる。受電回路３６は、電子キー２内の電力線３７を介してＡＦＥ３１、通信制御部３０及びキー発信回路３３に接続されている。受電回路３６は、受電アンテナ３５で受信した電力電波Ｓvvを整流するとともに、ＡＦＥ３１や通信制御部３０やキー発信回路３３が必要とするレベルの電圧値に変換して、この電圧を無線電力ＪｍとしてＡＦＥ３１や通信制御部３０やキー発信回路３３に出力する。なお、受電通信部３４が受電機に相当する。

ＡＦＥ３１には、受電回路３６から出力された無線電力Ｊｍを取り込む無線電力入力部３８が設けられている。また、ＡＦＥ３１には、無線電力入力部３８で入力した無線電力Ｊｍを電源としてＡＦＥ３１を動作させる無線電力動作部３９が設けられている。無線電力動作部３９は、受電回路３６が電力電波Ｓvvを受信している際、受信動作の実行タイミングで受電回路３６から無線電力入力部３８を介して無線電力Ｊｍを引き込み、この無線電力ＪｍによってＡＦＥ３１を動作させる。無線電力動作部３９は、受信動作時において車両１から受け付ける低出力成分Ｓvaの無線電力Ｊｍにより、ＡＦＥ３１を動作させる。

通信制御部３０には、ＡＦＥ３１と同様に無線電力入力部４０及び無線電力動作部４１が設けられている。無線電力動作部４１は、受電回路３６が電力電波Ｓvvを受信している際、受信動作又は発信動作の実行タイミングで受電回路３６から無線電力入力部４０を介して無線電力Ｊｍを引き込み、この無線電力Ｊｍによって通信制御部３０を動作させる。無線電力動作部４１は、受信動作の際には、車両１から受け付ける低出力成分Ｓvaの無線電力Ｊｍにより通信制御部３０を動作させ、発信動作の際には、車両１から受け付ける高出力成分Ｓvbの無線電力Ｊｍにより通信制御部３０を動作させる。

キー発信回路３３には、ＡＦＥ３１や通信制御部３０と同様に無線電力入力部４２及び無線電力動作部４３が設けられている。無線電力動作部４３は、受電回路３６が電力電波Ｓvvを受信している際、発信動作の実行タイミングで受電回路３６から無線電力入力部４２を介して無線電力Ｊｍを引き込み、この無線電力Ｊｍによってキー発信回路３３を動作させる。無線電力動作部４３は、発信動作時において車両１から受け付ける高出力成分Ｓvbの無線電力Ｊｍにより、キー発信回路３３を動作させる。

次に、本例の無線電力伝送システム２６がとる通信動作の具体例を図３に従って説明する。
照合ＥＣＵ４は、車外の電子キー２とスマート通信を実行する際、まずは停止状態（スリープ状態）になっている電子キー２を起動させるべく、車外発信機７からウェイク信号４４をＬＦ電波により発信させる。このウェイク信号４４は、車外発信機７から一定間隔をおいて繰り返し発信され、車両周囲における電子キー２の有無が監視される。ウェイク信号４４には、電子キー２（ＡＦＥ３１）の動作状態を安定させるバースト信号４５と、ウェイク信号４４の発信元を表すウェイクパターン４６とが含まれている。ウェイクパターン４６は、所定の車両群毎、言い換えるならばシステム単位で割り当てられるコード列からなる。

電力伝送装置２７は、車外発信機７がウェイク信号４４を発信するのに先立ち、電力電波ＳvvをＲＦ電波により発信する。この電力電波Ｓvvは、ウェイク信号４４よりも若干早いタイミングで発信されるとともに、電子キー２がウェイク信号４４を受信してから、これに応答する動作をとることができるように、ウェイク信号４４に対するアック返信が終わるまで出力される。また、このとき、電力レベル切換部２９は、電力電波Ｓvvをまずは低レベルの電力、即ち低出力成分Ｓvaで発信させる。

電子キー２を所持したユーザが車両１に近づくと、まずは電力電波Ｓvvの発信エリアに入り込む。このとき、電子キー２は、この電力電波Ｓvvを受電アンテナ３５で受信する。受電アンテナ３５で受信された電力電波Ｓvvは、受電回路３６によって整流されるとともに、ＡＦＥ３１及び通信制御部３０の電源として好適な電圧値に値が変換され、これが無線電力ＪｍとしてＡＦＥ３１及び通信制御部３０に供給される。電力電波Ｓvvが低出力成分Ｓvaの場合には、相対的に値（電力レベル）の低い無線電力ＪｍがＡＦＥ３１及び通信制御部３０に出力される。

ＡＦＥ３１は、自身の無線電力入力部３８においてこの無線電力Ｊｍを受け付けると、それまでの電源オフ状態から、無線電力Ｊｍを電源として起動した電源オン状態に切り換わる。ＡＦＥ３１は、電源オン状態に切り換わると、自身に待機電流が供給されて、キー受信アンテナ１４において無線電波の受信有無を監視する受信準備動作を実行する。ＡＦＥ３１は、電子キー２のサーチ時、無線電力Ｊｍを受け付ける度にこの受信準備動作を行うことにより、この一連の動作をポーリング動作として実行する。また、通信制御部３０も、自身の無線電力入力部４０においてこの無線電力Ｊｍを受け付けると、それまでの電源オフ状態から、ウェイク信号４４による起動を待つ待機状態をとる。

電力レベル切換部２９は、電力電波Ｓvvを低出力で一定時間発信させた後、今度はその電力レベルを高出力に切り換えて発信させる。これにより、電力電波Ｓvvは、電力レベルがそれまでの低出力成分Ｓvaから高出力成分Ｓvbに切り換えられて、高エネルギーの電源として電子キー２に供給される。また、電力電波Ｓvvを低出力成分Ｓvaから高出力成分Ｓvbに切り換えるときの切換タイミングは、ＲＦ電波の返信が開始される少し前の時間に設定され、予め設計値として照合ＥＣＵ４に登録されている。

なお、このときは、電子キー２が電力電波Ｓvvを受信するものの、まだウェイク信号４４の通信エリアに入り込んでいない状態を想定しているので、ＡＦＥ３１が電力電波Ｓvvの低出力成分Ｓvaによって電源オンに切り換わったとしても、ウェイク信号４４を受信せず、応答動作はまだ実行しない。よって、この場合、電子キー２は、電力電波Ｓvvの低出力成分Ｓvaを受信した後に連続して高出力成分Ｓvbを受信する状態をとるが、これを電源とした特別な動作は実行せず、カラ動作する。

続いて、電子キー２が更に車両１に近づくと、今度は電子キー２がウェイク信号４４の通信エリアに入り込み、ウェイク信号４４をキー受信アンテナ１４で受信する。このとき、電子キー２は、ウェイク信号４４の受信に先立ち、電力電波Ｓvvの低出力成分Ｓvaを受信し、この低出力成分Ｓvaに準じた無線電力Ｊｍによって受信動作を開始する。即ち、ＡＦＥ３１及び通信制御部３０は、低出力成分Ｓvaによる無線電力Ｊｍを電源として、受信動作を開始し、この後に続いて車両１から発信されるウェイク信号４４の受信に待機する。

ＡＦＥ３１は、低出力成分Ｓvaの無線電力Ｊｍにより電源オンに切り換わった後に、ウェイク信号４４を受信すると、まずはウェイク信号４４に含まれるバースト信号４５によって安定化され、続いてウェイクパターン４６のコード列を自身のものと照らし合わせるウェイクパターン照合を実行する。ＡＦＥ３１は、ウェイクパターン照合が成立することを確認すると、その旨を伝える通知としてウェイクパターン照合成立通知を通信制御部３０に出力する。通信制御部３０は、ＡＦＥ３１から出力されたウェイクパターン照合成立通知を入力すると、電源状態がそれまでの電源オフ状態から電源オン状態に切り換わり、スマート通信を開始する。

このとき、電子キー２は、低出力成分Ｓvaの後に連続して出力される電力電波Ｓvvの高出力成分Ｓvbを受信しているので、これを電源として発信動作を実行する。即ち、通信制御部３０、キー発信回路３３及びキー発信アンテナ１５は、高出力成分Ｓvbの無線電力Ｊｍを電源として動いて、アック返信の動作を実行する。この場合、通信制御部３０は、キー発信回路３３及びキー発信アンテナ１５を介して、アック信号４７をＲＦ電波により車両１に向けて発信させる。

照合ＥＣＵ４は、ウェイク信号４４を発信した後の所定時間内にアック信号４７を受信すると、車両周囲に電子キー２が存在すると認識する。照合ＥＣＵ４は、車両周囲に電子キー２が存在することを認識すると、電力電波Ｓvvの発信を継続する。即ち、電力伝送装置２７は、１セット分の電力電波Ｓvvを発信した後も、これに連続して、１セット単位の電力電波Ｓvvの発信を継続する。また、続きの電力電波Ｓvvは、この後に続いて車外発信機７から発信されるビークルＩＤ４８の発信タイミングに合わせて出力される。

電子キー２は、アック信号４７を返信すると、その後、車両１から発信される電力電波Ｓvvの低出力成分Ｓvaを受信し、これを電源として受信動作を継続する。即ち、ＡＦＥ３１及び通信制御部３０は、低出力成分Ｓvaによる無線電力Ｊｍを電源として受信動作を継続し、この後に続いて車両１から発信されるビークルＩＤ４８の受信に待機する。

照合ＥＣＵ４は、アック信号４７を受信してから所定のタイムラグを経た後に、車両固有のＩＤとしてビークルＩＤ４８を、車外発信機７からＬＦ電波で発信させる。このとき、ＡＦＥ３１は、電力電波Ｓvvの低出力成分Ｓvaによって電源オン状態をとっているので、キー受信アンテナ１４でビークルＩＤ４８を問題なく受信する。ＡＦＥ３１は、ビークルＩＤ４８を受信すると、このビークルＩＤ４８を通信制御部３０に転送する。通信制御部３０は、ＡＦＥ３１からビークルＩＤ４８を入力すると、ビークルＩＤ４８の正否を見るビークルＩＤ照合を行い、通信相手の車両１が正規のものか否かを確認する。このように、ビークルＩＤ照合を実施するのは、電子キー２の周囲に車両が複数存在して通信が混在する状況になっても、この中の正規車両のみとスマート通信を行うためである。

通信制御部３０は、ビークルＩＤ照合の成立を確認すると、その旨を通知するために、車両１にアック返信の発信動作を開始する。このとき、電子キー２は、低出力成分Ｓvaの後に連続して出力される電力電波Ｓvvの高出力成分Ｓvbを受信しているので、これを電源として発信動作を実行する。即ち、通信制御部３０、キー発信回路３３及びキー発信アンテナ１５は、高出力成分Ｓvbの無線電力Ｊｍを電源として動いて、アック返信の動作を実行する。この場合、通信制御部３０は、キー発信回路３３及びキー発信アンテナ１５を介して、アック信号４９をＲＦ電波により車両１に向けて発信させる。

照合ＥＣＵ４は、ビークルＩＤ４８を発信した後の所定時間内にアック信号４９を受信すると、ビークルＩＤ照合が成立したことを認識する。照合ＥＣＵ４は、ビークルＩＤ照合が成立することを確認すると、電力電波Ｓvvの発信を継続する。即ち、１セット分の電力電波Ｓvvが発信された後も、これに連続して電力電波Ｓvvが、もう１セット分発信される。また、この電力電波Ｓvvは、この後に続いて車外発信機７から発信されるチャレンジ５０の発信タイミングに合わせて出力される。

電子キー２は、アック信号４９を返信すると、その後、車両１から発信される電力電波Ｓvvの低出力成分Ｓvaを受信し、これを電源として受信動作を実行する。即ち、ＡＦＥ３１及び通信制御部３０は、低出力成分Ｓvaによる無線電力Ｊｍを電源として受信動作を継続し、この後に続いて車両１から発信されるチャレンジ５０の受信に待機する。

照合ＥＣＵ４は、アック信号４９を受信してから所定のタイムラグを経た後に、チャレンジ５０を車外発信機７からＬＦ電波により発信させる。チャレンジ５０には、発信の度に毎回値が変わるチャレンジコード（乱数コード）と、電子キー２のキー番号とが含まれている。なお、キー番号は、何番目のマスターキーであるのか、又は何番目のサブキーであるのかを通知するものである。このように、キー番号の照合を実施するのは、もし仮に通信エリア内にマスターキー及びサブキーの両方が存在していても、これらが同時に通信を開始しないようにするためである。

通信制御部３０は、ＡＦＥ３１からチャレンジ５０を入力すると、まずはこのチャレンジ５０の中のキー番号の正否を見る番号照合を実行し、自身がこのときのスマート通信の通信対象であるか否かを判断する。そして、この番号照合が成立すると、通信制御部３０は、同じチャレンジ５０内に含まれるチャレンジコードを、自身の暗号鍵によって演算することにより、レスポンスコードを生成する。

通信制御部３０は、レスポンスコードの生成が完了すると、これを車両１に通知するために、レスポンスコード返信の発信動作を開始する。このとき、電子キー２は、低出力成分Ｓvaの後に連続して出力される電力電波Ｓvvの高出力成分Ｓvbを受信しているので、これを電源として発信動作を実行する。即ち、通信制御部３０、キー発信回路３３及びキー発信アンテナ１５は、高出力成分Ｓvbの無線電力Ｊｍを電源として動いて、レスポンスコード返信の動作を実行する。このとき、通信制御部３０は、レスポンスの生成作業が終了すると、自身に登録されたＩＤコードとこのレスポンスコードとを、レスポンス５１としてキー発信アンテナ１５からＲＦ電波により車両１に返信する。

照合ＥＣＵ４は、チャレンジ５０を電子キー２に発信する際、自身が持つ暗号鍵によってチャレンジコードを演算して、自らもレスポンスコードを作成する。そして、照合ＥＣＵ４は、電子キー２からレスポンス５１を受信すると、電子キー２のレスポンスコードと、自身が演算したレスポンスコードとを照らし合わせて、レスポンス照合を実行する。照合ＥＣＵ４は、このレスポンス照合が成立することを確認すると、同じレスポンス５１内に含まれるＩＤコードの正否を照合する。そして、照合ＥＣＵ４は、レスポンス照合及びＩＤ照合の両方が成立することを確認すると、スマート照合を成立として処理する。

なお、例えばスマート通信の途中で、通信環境下に発生したノイズ等によりスマート通信が実行できなくなると、その時点でスマート通信が中断される。このとき、照合ＥＣＵ４は、車外発信機７からのＬＦ電波発信を停止するので、それに伴って電力伝送装置２７からの電力電波Ｓvvの発信も停止する。また、ここでは、車外照合時に車両１及び電子キー２がとる動作について説明したが、車内照合のときも同様の動作をとるので、車内照合の説明は省略する。

さて、本例の場合、電子キー２は受信動作を小さいエネルギーで実行可能で、発信動作に大きなエネルギーを必要とする前提を利用し、電子キー２が受信動作を行う往路通信時には、電力電波Ｓvvを低出力で発信し、電子キー２が発信動作を行う復路通信時には、電力電波Ｓvvを高出力で発信する。このため、車両１から電子キー２の電源となる電力電波Ｓvvを発信させる際、車両１側においてこの電波発信に必要な電力が少なく済むので、電子キー２に受信及び発信の動作を問題なくとらせつつ、しかも車載バッテリの電力を効率よく使用することが可能となる。

ところで、図４に示すように、この種の電子キー２においては、ＡＦＥ３１のインピーダンスが比較的大きく、一方でキー発信回路３３（ＲＦ発信機）のインピーダンスは比較的小さいという特性がある。このため、もし仮に、受電回路３６のインピーダンスがＡＦＥ３１に合わせ込まれていると、電波受信時のインピーダンス特性は好適な値をとるものの、電波受信時には、キー発信回路３３のインピーダンスに引っ張られて全体の負荷が低い側に傾き、インピーダンス特性が効率の悪いものになってしまう。

このため、本例の場合、受電回路３６にはインピーダンス整合回路５２と整流回路５３とが設けられているが、これらのうち、インピーダンス整合回路５２のインピーダンスを、予めキー発信回路３３に基づく小さい値に設定しておく。こうすれば、電波発信時のインピーダンスが好適な値をとり、効率のよい受信動作が可能となる。なお、この場合、受電回路３６のインピーダンスはＡＦＥ３１に整合しなくなるが、電波受信は小さいエネルギーで済むことから、効率が落ちてもさほど問題はない。

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（１）車両１から発信する電力電波Ｓvvを電源として電子キー２を動作させるに際して、電子キー２が受信動作をとるときには、電力電波Ｓvvを低出力で発信し、電子キー２が発信動作をとるときには、電力電波Ｓvvを高出力で発信する。このため、電子キー２が受信動作をとるときに必要とする電力電波Ｓvvを発信する際、これに要する車載バッテリの電力を少なく済ませることができる。よって、本例の場合は、電子キーが動作時に真に必要とする電力レベルで電力電波Ｓvvを発信するので、電力電波Ｓvvの発信に際して車載バッテリの電力を効率よく使用することができる。

（２）スマート通信時、照合ＥＣＵ４がＬＦ電波の発信動作をとる際には、電力電波Ｓvvを低出力成分Ｓvaで発信させ、照合ＥＣＵ４がＲＦ電波の受信動作（受信準備動作）をとる状態となったときに、電力電波Ｓvvを高出力成分Ｓvbに切り換える。このため、照合ＥＣＵ４が主となって電力電波Ｓvvの電力レベルの切り換え動作を行うので、電子キー２に電力レベル切り換えのための特別な機能を持たせる必要がない。よって、本例の無線電力伝送システム２６を搭載する場合に、電子キー２に特別な部品を追加したり、或いは大きな設計変更を加えたりする必要がない。

（３）受電回路３６にインピーダンス整合回路５２を設け、このインピーダンス整合回路５２の特性値を小さい側に振ることにより、受電回路３６のインピーダンスを、インピーダンスが低いという特性を持つキー発信回路３３に合わせ込んでいる。よって、電子キー２が発信動作をとるとき、受電回路３６はキー発信回路３３と繋がった状態となるが、これら２者間に大きなインピーダンス差が発生せず、大きな電力損失を伴うことなく、電力電波Ｓvvを受信することができる。一方、電子キー２が受信動作をとるとき、受電回路３６はインピーダンスが大きいＡＦＥ３１と繋がる状態をとるが、本例の電子キー２は、受信動作を低いエネルギーで実行するので、受電回路３６とＡＦＥ３１との間にインピーダンス差が発生しても、動作に関して大きな支障はない。よって、本例のように、受電回路３６のインピーダンスを予めキー発信回路３３に合わせ込んでおけば、受信動作及び発信動作をともに好適な動作で実行することができる。

（４）本例の無線電力伝送システム２６をキー操作フリーシステムに応用したので、この種のシステムを電源効率のよいシステムとして提供することができる。
なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。

・相互通信は、スマート通信に限定されず、２者の間で電波のやり取りを行うものであれば、どのような種のものでもよい。
・電力電波Ｓvvのレベル切り換えは、往路通信と復路通信とで切り換えられることに限定されない。例えば、往路通信時に電子キー２が高い電力が必要なときと低い電力が必要なときとで、電力電波Ｓvvの高低を切り換えるものでもよい。

・電力電波Ｓvvのレベルは、高低の２段階に切り換えられることに限らず、通信内容に応じて３段階以上としてもよい。
・ワイヤレスキーシステムは、遠隔操作によりドアロックを施解錠するワイヤレスドアロックシステムに限定されない。例えば、パワースライドドア機能や、カーファインダ機能に応用してもよい。

・電力電波Ｓvvは、必ずしもＲＦ電波で出力されることに限らず、例えばＬＦ電波としてもよい。
・電力電波Ｓvvは、電子キー２（ＡＦＥ３１）の電源となり得るものであれば、どのような波形形状をとっていてもよい。

・スマート通信の際、レスポンス照合の成立が確認できると、車両１がその旨を電子キー２に通知して、スマート通信を終了させる形式を採用してもよい。
・電子キーシステム３は、キー操作フリーシステムやワイヤレスキーシステムに限定されず、例えばイモビライザーシステムを採用してもよい。

・電子キーシステム３で使用する電波の周波数は、必ずしもＬＦやＲＦに限定されず、他の周波数を使用してもよい。
・キー操作フリーシステムは、車両１から電子キー２に電波を飛ばす往路と、電子キー２から車両１に電波を飛ばす復路とで、電波の周波数が必ずしも異なることに限らず、往路と復路とで同じ周波数としてもよい。

・電子キー２は、ＩＤ照合の成立を条件に通信相手側において動作実行を伴う端末に限定されず、単に認証のみを行う種々の通信端末を広義に含むものとする。
・無線電力伝送システム２６の搭載対象は、必ずしも車両１に限らず、通信端末とその通信相手との間で無線通信を行うシステムであれば、その搭載先は特に限定されない。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）請求項１又は２において、前記相互通信は、通信開始から完了までの間に、前記通信マスタ及び前記通信端末の間で、前記通信マスタからの呼びかけに対して前記通信端末が応答を返す通信を複数回繰り返すスマート通信である。この構成によれば、通信マスタからの呼びかけに対して通信端末が応答を返すこの種のスマート通信を、通信マスタの電源を効率よく使用することが可能な通信として提供することが可能となる。

１…通信マスタとしての車両、２…通信端末としての電子キー、１５…発信機を構成するキー発信アンテナ、２６…無線電力伝送システム、２８…電力値切換手段、監視手段を構成する電力伝送管理部、２９…電力値切換手段、切換制御手段を構成する電力レベル切換部、３３…発信機を構成するキー発信回路、３４…受電機としての受電通信部、５２…インピーダンス整合回路、Ｓvv…電力電波。

Claims

通信マスタとその通信端末とが相互通信を行う際、前記通信マスタから無線により電力電波を発信させ、当該電力電波を電源として前記通信端末を動作させる無線電力伝送システムにおいて、
前記通信マスタに設けられ、前記電力電波の電力値を通信に応じて切り換える電力値切換手段を備え、
前記電力値切換手段は、
前記相互通信において当該通信マスタがどのような通信をとっているのかを見ることにより、当該通信マスタが往路通信及び復路通信のどちらをとるのかを監視する監視手段と、
前記通信マスタが前記往路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を低出力とし、前記通信マスタが前記復路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を高出力とする切換制御手段と
を備えたことを特徴とする無線電力伝送システム。
前記通信端末において前記電力電波を受信する受電機には、当該受電機が持つインピーダンスを整合可能なインピーダンス整合回路が設けられ、
前記インピーダンス整合回路のインピーダンスは、前記通信端末の発信機にインピーダンスが合わせ込まれていることを特徴とする請求項１に記載の無線電力伝送システム。
通信マスタとその通信端末とが相互通信を行う際、前記通信マスタから無線により電力電波を発信させ、当該電力電波を電源として前記通信端末を動作させる無線電力伝送方法において、
前記電力電波の電力値を切り換え可能な電力値切換手段を前記通信マスタに設け、当該電力値切換手段により前記電力電波の電力値を通信に応じて切り換え可能とし、
前記電力値切換手段は、前記相互通信において当該通信マスタがどのような通信をとっているのかを見ることにより、当該通信マスタが往路通信及び復路通信のどちらをとるのかを監視し、前記通信マスタが前記往路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を低出力とし、前記通信マスタが前記復路通信をとる際には、前記電力電波の電力値を高出力とすることを特徴とする無線電力伝送方法。