JP5541422B2 - 送電装置及び送電制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電界結合により物理的に接続することなく電力を伝送するための送電装置及び送電制御方法に関する。特に、安全性を高め、消費電力を低減する送電装置及び送電制御方法に関する。
近年、非接触で電力を伝送する電子機器が多々開発されている。電子機器において非接触で電力を伝送するためには、電力の送電ユニットと、電力の受電ユニットとの双方にコイルモジュールを設けた磁界結合方式の電力伝送システムが採用されることが多い。
しかし、磁界結合方式では、各コイルモジュールを通過する磁束の大きさが起電力に大きく影響され、電力を高い効率で伝送するためには、送電ユニット側(一次側)のコイルモジュールと受電ユニット側(二次側)のコイルモジュールとのコイルの平面方向の相対位置の制御に高い精度が要求される。また、結合電極としてコイルモジュールを用いているので、送電ユニット及び受電ユニットの小型化が難しくなる。さらに、携帯機器等の電子機器では、コイルの発熱による蓄電池への影響を考慮する必要があり、配置設計上のボトルネックになるおそれがあるという問題もあった。
そこで、例えば静電界を用いた電力伝送システムが開発されている。特許文献1には、送電ユニット側の結合電極と、受電ユニット側の結合電極との間に強い電場を形成することにより高い電力伝送効率を具現化したエネルギー搬送装置が開示されている。図10は、従来の電力伝送システムの構成を示す模式図である。図10に示すように、従来の電力伝送システムは、送電ユニット(送電装置)1側に大きいサイズの受動電極3と小さいサイズの能動電極4とを備え、受電ユニット(受電装置)2側にも大きいサイズの受動電極5と小さいサイズの能動電極6とを備えている。送電ユニット1側の能動電極4と受電ユニット2側の能動電極6とを対向させて、両者間に強い電場7を形成することにより、高い電力伝送効率を実現している。
また、特許文献2及び3には、電力の送電ユニット(送電装置)と受電ユニット(受電装置)との双方にコイルモジュールを設けた磁界結合方式の電力伝送システムにおける、伝送される電力の変動に基づく異物検出方法が開示されており、特許文献3には、送電ユニットと受電ユニットとの間で通信を行う送電制御フローが開示されている。
従来の電力伝送システムでは、電極における電圧変動を送電ユニットで監視し、異常な変動が生じた場合に電力の伝送を停止するという伝送制御が一般的であった。しかし、電界結合方式で電力を伝送する場合、電極間で生じる高電界に対する安全性を確保することが困難であるという問題点があった。
また、送電ユニットに受電ユニットが載置されていない場合であっても、電極における電圧変動を送電ユニットで監視していることから、待機電力が大きくなるという問題点もあった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安全性を高めつつ、受電装置が載置されていない場合の待機電力を小さくすることが可能な送電装置及び送電制御方法を提供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に係る送電装置は、第一の受動電極と第一の能動電極とを有し、前記第一の能動電極と受電装置の第二の能動電極とを間隙を介して対向させ、前記第一の受動電極と前記受電装置の第二の受動電極とを対向させて容量結合させ、前記第一の能動電極と前記第二の能動電極との間に、前記第一の受動電極と前記第二の受動電極との間よりも強い電場を形成することにより非接触で電力を伝送する送電装置において、電力を供給する電源回路と、前記受電装置が載置されているか否かを検知する受電装置検知手段と、前記受電装置の充電状態を監視する充電状態監視手段と、充電状態に応じて前記電源回路の出力を制御する送電制御手段とを備え、前記送電制御手段は、以下に示すように前記電源回路の出力を制御することを特徴とする。(1)電力伝送時、前記電源回路に、第一の電圧を前記第一の能動電極へ供給させる。(2)前記電源回路に、前記第一の電圧より低い第二の電圧を前記第一の能動電極へ供給させ、前記受電装置検知手段に、前記受電装置が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引させる。(3)前記電源回路に、前記第一の電圧より低い第四の電圧を前記第一の能動電極へ供給させ、前記受電装置検知手段に、前記受電装置が取り外されるまで前記第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引させる。
上記構成では、電力伝送時、電源回路は第一の電圧を第一の能動電極へ供給し、受電装置が載置されているか否かを検知する場合には、電源回路は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極へ供給して、受電装置検知手段は受電装置が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引し、充電が完了したか否かを判定する場合には、電源回路は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極へ供給し、受電装置検知手段は受電装置が取り外されるまで第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引する。これにより、電力を伝送する場合以外は、第一の能動電極に供給する電圧を下げることができ、消費電力を低減することができる。また、受電装置が載置されていない場合であっても、第一の能動電極に供給する電圧が低いので、接触による通電等の危険を回避することができ、安全な送電装置を提供することが可能となる。
また、本発明に係る送電装置は、前記受電装置検知手段は、所定の周波数範囲で周波数掃引することにより電圧の周波数特性を測定し、電圧値が極大値となる周波数を検出した場合に前記受電装置が載置されたと判定する載置判定手段を備えることが好ましい。
上記構成では、受電装置が載置されているか否かを判定する場合、所定の周波数範囲で周波数掃引することにより電圧の周波数特性を測定し、電圧値が極大値となる周波数を検出した場合に受電装置が載置されたと判定する。受電装置が載置された場合には、受電装置の種類ごとに固有の共振周波数が生じているので、受電装置を識別する識別情報を取得していない場合であっても確実に所望の受電装置が載置されたか否かを判定することが可能となる。
また、本発明に係る送電装置は、前記充電状態監視手段は、前記第一の受動電極と前記第一の能動電極とに出力する電流値を監視しており、前記電流値に基づいて、充電が完了したか否かを判定する判定手段を備えることが好ましい。
上記構成では、第一の受動電極と第一の能動電極とに出力する電流値を監視しており、電流値に基づいて充電が完了したか否かを判定することができるので、受電装置と特段のデータ通信を行うことなく送電装置側で受電装置の充電状態を把握することが可能となる。
また、本発明に係る送電装置は、前記受電装置検知手段で前記受電装置が載置されていると検知した場合、該受電装置が電力を伝送する対象となる受電装置であるか否かを確認する確認手段を備え、前記送電制御手段は、前記確認手段での確認結果が出るまで、周波数掃引時の周波数サンプリング間隔を、前記受電装置が載置されているか否かを判定するための周波数掃引時の周波数サンプリング間隔よりも短くなるよう設定することが好ましい。
上記構成では、受電装置が載置されていると検知した場合、該受電装置が電力を伝送する対象となる受電装置であるか否かを確認し、確認結果が出るまで、周波数掃引時の周波数サンプリング間隔を、受電装置が載置されているか否かを判定するための周波数掃引時の周波数サンプリング間隔よりも短くなるよう設定するので、より高い精度で共振周波数が電力を伝送する対象となる受電装置で想定されている範囲内にあるか否かを判断することができる。
また、本発明に係る送電装置は、前記送電制御手段は、前記電源回路に、前記第二の電圧より低い第三の電圧を前記第一の能動電極へ供給させ、前記確認手段は、前記受電装置とデータ通信することにより前記受電装置を識別する識別情報を取得した場合に、前記受電装置が電力を伝送する対象であると確認することが好ましい。
上記構成では、第二の電圧より低い第三の電圧を第一の能動電極に供給し、受電装置とデータ通信することにより受電装置を識別する識別情報を取得した場合に、受電装置が電力を伝送する対象であると確認するので、受電装置に固有の識別情報により、載置された受電装置の種類を把握することができ、一の送電装置で種類の異なる複数の受電装置へ電力を伝送することが可能となる。
また、本発明に係る送電装置は、前記充電状態監視手段は、前記電流値と第一の閾値及び該第一の閾値より小さい第二の閾値との大小関係を監視しており、前記判定手段は、前記電流値が前記第一の閾値より大きいと判断した場合には異常が発生したと、前記第二の閾値より小さいと判断した場合には充電が完了したと判定することが好ましい。
上記構成では、電流値と第一の閾値及び該第一の閾値より小さい第二の閾値との大小関係を監視しており、電流値が第一の閾値より大きいと判断した場合には何らかの異常が発生したと、第二の閾値より小さいと判断した場合には充電が完了したと判定するので、受電装置と特段のデータ通信を行うことなく、送電装置側で異常の発生及び受電装置の充電状態を把握することが可能となる。
また、本発明に係る送電装置は、前記送電制御手段は、前記受電装置と負荷変調方式によりデータ通信して、前記受電装置ごとの受電に必要なパラメータを取得し、取得したパラメータに基づいて電力伝送時の周波数を特定することが好ましい。
上記構成では、受電装置と負荷変調方式によりデータ通信して、受電装置ごとの受電に必要なパラメータを取得し、取得したパラメータに基づいて電力伝送時の周波数を特定するので、一の送電装置で種類の異なる複数の受電装置へ電力を伝送する場合であっても、各受電装置の電力伝送に適した周波数を特定することができるので、効率よく電力伝送することが可能となる。
次に、上記目的を達成するために本発明に係る送電制御方法は、第一の受動電極と第一の能動電極とを有する送電装置と、第二の受動電極と第二の能動電極とを有する受電装置とを用い、前記第一の能動電極と前記第二の能動電極とを間隙を介して対向させ、前記第一の受動電極と前記第二の受動電極とを対向させて容量結合させ、前記第一の能動電極と前記第二の能動電極との間に、前記第一の受動電極と前記第二の受動電極との間よりも強い電場を形成することにより非接触で電力を伝送する送電制御方法において、前記送電装置は、前記受電装置が載置されているか否かを検知し、前記受電装置の充電状態を監視し、充電状態に応じて電力を供給する電源回路の出力を以下のように制御することを特徴とする。(1)電力伝送時、前記電源回路は、第一の電圧を前記第一の能動電極へ供給する。(2)前記電源回路は、前記第一の電圧より低い第二の電圧を前記第一の能動電極へ供給し、前記送電装置は前記受電装置が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引する。(3)前記電源回路は、前記第一の電圧より低い第四の電圧を前記第一の能動電極へ供給し、前記送電装置は前記受電装置が取り外されるまで前記第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引する。
上記構成では、電力伝送時、電源回路は第一の電圧を第一の能動電極へ供給し、受電装置が載置されているか否かを検知する場合には、電源回路は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極へ供給して、送電装置は受電装置が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引し、充電が完了したか否かを判定する場合には、電源回路は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極へ供給し、送電装置は受電装置が取り外されるまで第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引する。これにより、電力を伝送する場合以外は、第一の能動電極に供給する電圧を下げることができ、消費電力を低減することができる。また、受電装置が載置されていない場合であっても、第一の能動電極に供給する電圧が低いので、接触による通電等の危険を回避することができ、安全な送電装置を提供することが可能となる。
また、本発明に係る送電制御方法は、前記送電装置は、所定の周波数範囲で周波数掃引することにより電圧の周波数特性を測定し、電圧値が極大値となる周波数を検出した場合に前記受電装置が載置されたと判定することが好ましい。
上記構成では、送電装置は、受電装置が載置されているか否かを判定する場合、所定の周波数範囲で周波数掃引することにより電圧の周波数特性を測定し、電圧値が極大値となる周波数を検出した場合に受電装置が載置されたと判定する。受電装置が載置された場合には、受電装置の種類ごとに固有の共振周波数が生じているので、受電装置を識別する識別情報を取得していない場合であっても確実に所望の受電装置が載置されたか否かを判定することが可能となる。
また、本発明に係る送電制御方法は、前記送電装置は、前記第一の受動電極と前記第一の能動電極とに出力する電流値を監視し、前記電流値に基づいて、充電が完了したか否かを判定することが好ましい。
上記構成では、送電装置は、第一の受動電極と第一の能動電極とに出力する電流値を監視し、電流値に基づいて充電が完了したか否かを判定することができるので、受電装置と特段のデータ通信を行うことなく送電装置側で受電装置の充電状態を把握することが可能となる。
また、本発明に係る送電制御方法は、前記送電装置は、前記受電装置が載置されていると検知した場合、該受電装置が電力を伝送する対象となる受電装置であるか否かを確認し、確認結果が出るまで、周波数掃引時の周波数サンプリング間隔を、前記受電装置が載置されているか否かを判定するための周波数掃引時の周波数サンプリング間隔よりも短くなるよう設定することが好ましい。
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また、本発明に係る送電制御方法は、前記電源回路は、前記第二の電圧より低い第三の電圧を前記第一の能動電極へ供給し、前記送電装置は、前記受電装置とデータ通信することにより前記受電装置を識別する識別情報を取得した場合に、前記受電装置が電力を伝送する対象であると確認することが好ましい。
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また、本発明に係る送電制御方法は、前記送電装置は、前記電流値と第一の閾値及び該第一の閾値より小さい第二の閾値との大小関係を監視し、前記電流値が前記第一の閾値より大きいと判断した場合には異常が発生したと、前記第二の閾値より小さいと判断した場合には充電が完了したと判定することが好ましい。
上記構成では、電流値と第一の閾値及び該第一の閾値より小さい第二の閾値との大小関係を監視し、電流値が第一の閾値より大きいと判断した場合には何らかの異常が発生したと、第二の閾値より小さいと判断した場合には充電が完了したと判定するので、受電装置と特段のデータ通信を行うことなく、送電装置側で異常の発生及び受電装置の充電状態を把握することが可能となる。
また、本発明に係る送電制御方法は、前記送電装置が、前記受電装置と負荷変調方式によりデータ通信して、前記受電装置ごとの受電に必要なパラメータを取得し、取得したパラメータに基づいて電力伝送時の周波数を特定することが好ましい。
上記構成では、送電装置が、受電装置と負荷変調方式によりデータ通信して、受電装置ごとの受電に必要なパラメータを取得し、取得したパラメータに基づいて電力伝送時の周波数を特定するので、一の送電装置で種類の異なる複数の受電装置へ電力を伝送する場合であっても、各受電装置の電力伝送に適した周波数を特定することができるので、効率よく電力伝送することが可能となる。
本発明に係る送電装置及び送電制御方法では、電力伝送時、電源回路は第一の電圧を第一の能動電極へ供給し、受電装置が載置されているか否かを検知する場合には、電源回路は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極へ供給して、送電装置(受電装置検知手段)は、受電装置が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引し、充電が完了したか否かを判定する場合には、電源回路は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極へ供給し、送電装置(受電装置検知手段)は、受電装置が取り外されるまで第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引する。これにより、電力を伝送する場合以外は、第一の能動電極に供給する電圧を下げることができ、消費電力を低減することができる。また、受電装置が載置されていない場合であっても、第一の能動電極に供給する電圧が低いので、接触による通電等の危険を回避することができ、安全な送電装置及び送電制御方法を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態における送電装置を用いた電力伝送システムについて、図面を用いて具体的に説明する。以下の実施の形態は、請求の範囲に記載された発明を限定するものではなく、実施の形態の中で説明されている特徴的事項の組み合わせの全てが解決手段の必須事項であるとは限らないことは言うまでもない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る送電装置の構成を模式的に示す回路図である。図1(a)に示すように、本実施の形態1に係る送電装置1は、少なくとも高周波発生回路(電源回路)12と、昇圧トランス13と、第一の能動電極11a及び第一の受動電極11pで構成された第一の結合電極11とを備えている。図1(a)の回路では、昇圧トランス13により昇圧されると、第一の能動電極11aは高電圧となり、第一の受動電極11pは低電圧となる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る送電装置の構成を模式的に示す回路図である。図1(a)に示すように、本実施の形態1に係る送電装置1は、少なくとも高周波発生回路(電源回路)12と、昇圧トランス13と、第一の能動電極11a及び第一の受動電極11pで構成された第一の結合電極11とを備えている。図1(a)の回路では、昇圧トランス13により昇圧されると、第一の能動電極11aは高電圧となり、第一の受動電極11pは低電圧となる。
一方、図1(b)に示すように、図1(a)に示す接地線14は必ずしも必要ではない。接地線14を設けずに昇圧トランス13により昇圧された場合、第一の結合電極11は高電圧となり、複数の第一の能動電極11aが接続されているのと等価となる。以下、図1(a)の構成に沿って説明するが、第一の結合電極11の位置合わせという観点では図1(b)の構成であっても同様であることは言うまでもない。図1(b)の構成では、送電装置1には2つの第一の能動電極11aが設けてあり、対応する受電装置にも2つの能動電極を設けることになる。
図2Aは、本発明の実施の形態1に係る送電装置1を用いた電力伝送システムの構成を模式的に示すブロック図である。図2Bは、本発明の実施の形態1に係る送電装置1を用いた電力伝送システムの等価回路図である。図2A及び図2Bに示すように、電源100は、一定の直流電圧(例えばDC5V)を供給し、インピーダンス切替部108で、例えば100kHz〜数10MHzの高周波電圧に調整される。電源100とインピーダンス切替部108とで電源回路12が構成される。昇圧/共振回路105は、昇圧トランスTG及びインダクタLGにより構成され、高周波電圧を昇圧して第一の能動電極11aに供給する。容量CGは、受動電極11pと能動電極11aとの間の容量を示している。インダクタLGと容量CGとにより直列共振回路が形成される。I/V検出器101は、電源回路12から供給される直流電圧値DCV及び直流電流値DCIを検出して制御部102へ渡す。制御部102は、後述のとおりI/V検出器101、交流電圧計106の出力に基づいて、インピーダンス切替部108、駆動制御部103へ指示を送信する(送電制御手段)。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得し、取得した直流電圧値DCVの周波数特性を解析して、受電装置2が載置されているか否かを検知する(受電装置検知手段)。このとき、制御部102は、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ指示を送信する。インピーダンス切替部108は、制御部102からの指示に従って電源100から供給される直流電圧の高低を調整する。また、制御部102は、受電装置2が載置されるまで一定時間間隔(第一の時間間隔)で周波数掃引する。
受電装置2が載置されていない状態では、周波数掃引した場合に共振周波数が生じないので、直流電圧値DCVに極大値は生じない。すなわち単位時間当たりの直流電圧値の変動量は所定値より大きくならない。
一方、受電装置2が載置された場合には、載置された受電装置2の種類ごとに固有の共振周波数が生じ、該共振周波数の近傍にて直流電圧値DCVに極大値が生じる。制御部102は、直流電圧値DCVが極大値となる周波数を検出した場合に受電装置2が載置されたと判定する(載置判定手段)。単位時間当たりの直流電圧値の変動量が所定値より大きくなる周波数が存在するので、該周波数を検出して、電力伝送時の動作周波数として設定することができる。
また、制御部102は、交流電圧計106で検出した交流電圧値ACVを取得して、取得した交流電圧値ACVを換算した電流値を監視する(充電状態監視手段)。そして、換算した電流値に基づいて充電が完了したか否かを判定する(判定手段)。より具体的には、電流値が第二の閾値より小さくなった場合に、充電が完了したものと判定し、電流値が第二の閾値より大きい第一の閾値より大きくなった場合には、何らかの異常が発生したと判定する。
交流電圧計106は、昇圧/共振回路105の出力電圧値、すなわち昇圧/共振回路105で昇圧された電圧値を検出している。制御部102は、交流電圧計106で検出した交流電圧値ACVが一定の電圧値を超えた過電圧状態となっているか否かを判断する。制御部102は、交流電圧値ACVが一定の電圧値を超えた過電圧状態となっていると判断した場合には駆動制御部103へ電力伝送の停止指示を送信して電力の伝送を停止する。
制御部102は、電力伝送の開始指示/停止指示を駆動制御部103へ送信し、駆動制御部103は、スイッチ回路104に直流電流を交流電流へDC−AC変換させる。図3は、スイッチ回路104の構成を示す模式図である。図3に示すように、スイッチ回路104は、一対のFETで構成されており、駆動制御部103の出力に応じて昇圧/共振回路105へ変換された交流電流を供給する。
図2A及び図2Bに戻って、昇圧/共振回路105は第一の結合電極11(第一の能動電極11a、第一の受動電極11p)を昇圧する。そして、送電装置1の第一の能動電極11aと受電装置2の第二の能動電極21aと、送電装置1の第一の受動電極11pと受電装置2の第二の受動電極21pとを、それぞれ間隙を介して対向させることにより、容量結合させ、送電装置1から受電装置2へ電力を伝送する。電力が伝送された受電装置2の第二の結合電極21には、降圧トランスTL及びインダクタLLにより構成された降圧/共振回路201が接続されている。降圧/共振回路201で電圧を降下させ、接続される可搬性を有する電子機器(携帯機器)203の仕様に合わせて整流器202で整流して、電子機器203の充電を開始する。
なお、容量CLは、受動電極21pと能動電極21aとの間の容量を示している。インダクタLLと容量CLとにより並列共振回路が形成されており、該並列共振回路は、固有の共振周波数を有している。容量CMは、第一の結合電極11と第二の結合電極21とが容量結合した場合の、第一の結合電極11と第二の結合電極21との間の容量を示している。
また、上述した実施例においては、送電装置1及び受電装置2の能動電極同士又は受動電極同士は、間隙を介して対向している構成について説明しているが、特にこれに限定されるものではなく、対向する能動電極同士又は受動電極同士が間隙を介して容量結合していれば良い。例えば、能動電極間又は受動電極間に装置の筐体をなすプラスチック等の誘電体や絶縁性の液体、気体など、能動電極同士又は受動電極同士を絶縁する物質、あるいはそれらを含む複数の物質の組み合わせを配置することで能動電極間又は受動電極間が直接的に導通しない構成となっていれば良い。
上述した構成の電力伝送システムにおける送電装置1の状態遷移について説明する。図4は、本発明の実施の形態1に係る送電装置1の状態遷移を示す模式図である。
図4に示すように、送電装置1は、コンセントを差し込む、ACアダプターを接続する等により起動される(起動状態401)。送電装置1は、起動直後に第一の待機状態402へ遷移する。第一の待機状態402では、制御部102は、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信し、電源100から供給される電力を低減する。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔(第一の時間間隔)で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断する(載置判定手段)。受電装置2が載置されていない状態では共振周波数が生じていないので、共振周波数が生じるまで、すなわち受電装置2が載置されるまで待ち状態となる。制御部102が、共振周波数が生じていると判断した場合、受電装置2が載置されたと判定し、第一の待機状態402から送電準備状態403へ遷移する。
図5は、本発明の実施の形態1に係る送電装置1のI/V検出器101で検出する直流電圧値DCVの変化を示す例示図である。図5では、横軸を掃引する周波数、縦軸を検出する直流電圧値DCV及び伝送効率としている。
図5の特性(周波数特性)51は、受電装置2が載置されていない場合の直流電圧値DCVの変化を示している。特性51からも明らかなように、受電装置2が載置されていない場合には、共振周波数が生じることもなく、直流電圧値DCVに極大値が生じることもない。
一方、特性(周波数特性)52は、受電装置2が載置された場合の直流電圧値DCVの変化を示している。特性52からも明らかなように、受電装置2が載置された場合には、共振周波数が生じ、直流電圧値DCVに極大値が生じる。伝送効率53からも明らかなように、直流電圧値DCVが極大値となる周波数近傍が最も電力の伝送効率が高いので、直流電圧値DCVが極大値となる周波数を電力伝送時の動作周波数として設定することにより、電力の伝送効率が最も高い周波数にて電力の伝送を行うことができる。
図4に戻って、送電準備状態403では、制御部102は、共振周波数が生じていると判断したのが、単なる誤動作によるのか、受電装置2に充電の対象として想定されていない電子機器が接続されたことによるのか、受電装置2に充電の対象となる電子機器203が接続されていたことによるのかを判断する。すなわち、載置された受電装置2が電力を伝送する対象となる受電装置2であるか否かを確認する(確認手段)。具体的には、直流電圧値DCVが極大値となる周波数が、充電の対象となる電子機器203で想定されている範囲内にあるか否かで判断することができる。
単なる誤動作による、又は充電の対象として想定されていない電子機器が接続されたことによると判断された場合には、送電準備状態403のまま、充電の対象となる電子機器203が接続された受電装置2が載置されるまで待ち状態となる。また、第一の待機状態402と同様、制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断しており、共振周波数が生じていないと判断した場合には、誤動作を生じた電子機器、充電の対象として想定されていない電子機器、又は充電の対象となる電子機器203が受電装置2から取り外された、あるいは受電装置2自体が取り外されたと判断し、第一の待機状態402へ再度遷移する。なお、周波数掃引時の周波数サンプリング間隔は、第一の待機状態402における周波数サンプリング間隔よりも短くなるよう設定することが好ましい。載置された受電装置2が充電の対象となる電子機器203が接続された受電装置2であるか否かを高い精度で確認する必要があるからである(確認手段)。
制御部102が、電力の伝送対象となる受電装置2が載置された、すなわち充電の対象となる電子機器203が接続された受電装置2が載置されたと判定した場合、送電状態404へ遷移し、受電装置2に対する電力の伝送を開始する。具体的には、制御部102は、比較的高い電圧(第一の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ低インピーダンスの設定指示を送信し、電源100から供給される電力を増加させ、駆動制御部103に対して電力伝送の開始指示を送信する。
送電状態404でも、第一の待機状態402と同様、制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断しており、共振周波数が生じていないと判断した場合には、充電が完了する前に電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されたと判定することができる。共振周波数が生じていないと判断した場合、充電が完了する前に電子機器203又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されたと判定し、第一の待機状態402へ再度遷移する。
充電が完了したか否かは、交流電圧計106で検出した交流電圧値ACVを換算した電流値に基づいて判定する。例えば、電流値が第二の閾値より小さくなった場合に充電が完了したと判定しても良いし、電流値が第一の閾値より大きくなった場合に何らかの異常が発生したと判定しても良い。制御部102は、電流値が第二の閾値より小さくなった場合には充電が完了した、又は電流値が第一の閾値より大きくなった場合には何らかの異常が発生したと判定して、第二の待機状態405へ遷移し、電流値が第二の閾値以上第一の閾値以下である場合には、充電中であると判定する。
また、制御部102は、充電中であるか否かを判定しても良い。この場合であっても、制御部102は、交流電圧計106で検出した交流電圧値ACVを取得し、取得した交流電圧値ACVを電流値に換算し、換算した電流値を監視する。充電中であるか否かは、例えば電流値が一定時間同じ値であるか否かにより判定する。同じ値であるか否かは、上述のように電流値と所定の閾値との大小関係で判断しても良いし、あるいは単位時間当たりの電流値の変動量の大小で判断しても良い。例えば単位時間当たりの電流値の変動量の大小で判断する場合には、単位時間内に電流値が所定量変動したか否かを判断し、所定量変動していない場合には、充電中であると判定する。
第二の待機状態405では、充電が完了している、又は何らかの異常が発生しているので受電装置2へ電力を伝送する必要がない。そこで、制御部102は、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信し、電源100から供給される電力を低減する。ここで、第一の能動電極11aに供給する電圧は、第二の電圧に限定されるものではなく、第一の電圧より低い第四の電圧であっても良い。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔(第二の時間間隔)で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断する。共振周波数が生じていると判断した場合、受電装置2が載置されたままであるので、電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されるまで待ち状態となる。ただし、第一の待機状態402で周波数掃引する間隔(第一の時間間隔)よりも、第二の待機状態405で周波数掃引する間隔(第二の時間間隔)が長くなるよう設定することが好ましい。すでに充電が完了しており、又は何らかの異常が発生しており、再度電力の伝送を始める必要がなく、消費電力を少しでも低減することができるからである。制御部102が、共振周波数が生じていないと判断した場合、電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されたと判定し、第一の待機状態402へ再度遷移する。
図6は、本発明の実施の形態1に係る送電装置1の制御部102の処理手順を示すフローチャートである。図6において、制御部102は、コンセントを差し込まれた、ACアダプターが接続された等を検知して送電装置1を起動し(ステップS601)、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信する(ステップS602)。これにより、電源100から供給される電力を低減することができる。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得し(ステップS603)、第一の時間間隔で周波数掃引することにより直流電圧値DCVに極大値が存在するか否かを判断する(ステップS604)。受電装置2が載置されていない状態では共振周波数が生じていないので、取得した直流電圧値DCVに極大値は存在しない。したがって、直流電圧値DCVの極大値の存否に応じて受電装置2が載置されているか否かを判定することができる。
制御部102が、直流電圧値DCVに極大値が存在しないと判断した場合(ステップS604:NO)、制御部102は、受電装置2が載置されていないと判定し、載置されるまで待ち状態となる。具体的には、受電装置2が載置されるまで一定時間間隔(第一の時間間隔)で周波数掃引することにより、直流電圧値DCVの周波数特性を解析する。
制御部102が、直流電圧値DCVに極大値が存在すると判断した場合(ステップS604:YES)、制御部102は、送電装置1に受電装置2が載置されたと判定し、直流電圧値DCVが極大値となる周波数が、充電の対象となる電子機器203で想定されている範囲内にあるか否かを判断する(ステップS605)。
制御部102が、直流電圧値DCVが極大値となる周波数が、充電の対象となる電子機器203で想定されている範囲内にないと判断した場合(ステップS605:NO)、制御部102は、ステップS604での判断が単なる誤動作による、又は充電の対象として想定されていない電子機器が接続されたことによると判断し、処理をステップS603へ戻して上述した処理を繰り返す。
制御部102が、直流電圧値DCVが極大値となる周波数が、充電の対象となる電子機器203で想定されている範囲内にあると判断した場合(ステップS605:YES)、制御部102は、充電の対象となる電子機器203が接続された受電装置2、ずなわち電力の伝送対象となる受電装置2が載置されたと判断し、インピーダンス切替部108へ低インピーダンスの設定指示を送信するとともに(ステップS606)、直流電圧値DCVが極大値となる周波数を電力伝送時の動作周波数として設定する(ステップS607)。これにより、電源100から供給される電力を増加させることができ、電力の伝送効率が最も高い周波数にて電力の伝送を行うことができる。
制御部102は、交流電圧計106で検出された交流電圧値ACVを取得し(ステップS608)、取得した交流電圧値ACVを電流値に換算し、換算された電流値を監視する。制御部102は、換算した電流値が一定時間内に所定量変動したか否かを判断する(ステップS609)。制御部102が、電流値が所定量変動していないと判断した場合(ステップS609:NO)、制御部102は、充電中であると判定して充電の完了待ち状態となる。制御部102が、所定量変動した、すなわち一定時間内に電流値が所定量低下した、あるいは所定量上昇したと判断した場合(ステップS609:YES)、制御部102は、充電が完了した、又は何らかの異常が発生したと判定して、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信する(ステップS610)。これにより、電源100から供給される電力を低減することができ、直流電圧値DCVは小さくなる。
以上のように本実施の形態1によれば、電力伝送時、電源回路12は第一の電圧を第一の能動電極11aへ供給するとともに、受電装置2が載置されているか否かを検知する場合には、電源回路12は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極11aへ供給して、受電装置2が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引し、充電が完了したか否かを判定する場合には、電源回路12は第一の電圧より低い第二の電圧を第一の能動電極11aへ供給し、受電装置2が取り外されるまで第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引する。これにより、電力を伝送する場合以外は、第一の能動電極11aに供給する電圧を下げることができ、消費電力を低減することができる。また、受電装置2が載置されていない場合であっても、第一の能動電極11aに供給する電圧が低いので、接触による通電等の危険を回避することができ、安全な送電装置1及び送電制御方法を提供することが可能となる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る送電装置を用いた電力伝送システムの構成は、実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することで詳細な説明は省略する。本実施の形態2では、送電状態404で何らかの異常が発生したと判定した場合には第二の待機状態405へ、充電が完了したと判定した場合には新たな第三の待機状態へ、それぞれ状態遷移する点で実施の形態1とは相違する。
本発明の実施の形態2に係る送電装置を用いた電力伝送システムの構成は、実施の形態1と同様であることから、同一の符号を付することで詳細な説明は省略する。本実施の形態2では、送電状態404で何らかの異常が発生したと判定した場合には第二の待機状態405へ、充電が完了したと判定した場合には新たな第三の待機状態へ、それぞれ状態遷移する点で実施の形態1とは相違する。
図7は、本発明の実施の形態2に係る送電装置1の状態遷移を示す模式図である。図7に示すように、送電装置1は、コンセントを差し込む、ACアダプターを接続する等により起動される(起動状態401)。送電装置1は、起動直後に第一の待機状態402へ遷移する。第一の待機状態402では、制御部102は、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信し、電源100から供給される電力を低減する。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔(第一の時間間隔)で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断する(載置判定手段)。受電装置2が載置されていない状態では共振周波数が生じていないので、共振周波数が生じるまで、すなわち受電装置2が載置されるまで待ち状態となる。制御部102が、共振周波数が生じていると判断した場合、受電装置2が載置されたと判定し、第一の待機状態402から送電準備状態403へ遷移する。
送電準備状態403では、制御部102は、共振周波数が生じていると判断したのが、単なる誤動作によるのか、受電装置2に充電の対象として想定されていない電子機器が接続されたことによるのか、受電装置2に充電の対象となる電子機器203が接続されたことによるのかを判断する。すなわち、載置された受電装置2が電力を伝送する対象となる受電装置2であるか否かを確認する(確認手段)。具体的には、直流電圧値DCVが極大値となる周波数が、充電の対象となる電子機器203で想定されている範囲内にあるか否かで判断することができる。
単なる誤動作による、又は充電の対象として想定されていない電子機器が接続されたことによると判断された場合には、送電準備状態403のまま、充電の対象となる電子機器203が接続された受電装置2が載置されるまで待ち状態となる。また、第一の待機状態402と同様、制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断しており、共振周波数が生じていないと判断した場合には、誤動作を生じた電子機器、充電の対象として想定されていない電子機器、又は充電の対象となる電子機器203が受電装置2から取り外された、あるいは受電装置2自体が取り外されたと判断し、第一の待機状態402へ再度遷移する。
制御部102が、電力の伝送対象となる受電装置2が載置された、すなわち充電の対象となる電子機器203が接続された受電装置2が載置されたと判定した場合、送電状態404へ遷移し、受電装置2に対する電力の伝送を開始する。具体的には、制御部102は、比較的高い電圧(第一の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ低インピーダンスの設定指示を送信し、電源100から供給される電力を増加させ、駆動制御部103に対して電力伝送の開始指示を送信する。
送電状態404でも、第一の待機状態402と同様、制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断しており、共振周波数が生じていないと判断した場合には、充電が完了する前に電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されたと判定することができる。共振周波数が生じていないと判断した場合、充電が完了する前に電子機器203又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されたと判定し、第一の待機状態402へ再度遷移する。
充電が完了したか否かは、交流電圧計106で検出した交流電圧値ACVを換算した電流値に基づいて判定する。例えば、電流値が第二の閾値より小さくなった場合に充電が完了したと判定しても良いし、電流値が第一の閾値より大きくなった場合に何らかの異常が発生したと判定しても良い。制御部102は、電流値が第二の閾値より小さくなった場合には充電が完了したと判定して第三の待機状態701へ遷移し、電流値が第一の閾値より大きくなった場合には何らかの異常が発生したと判定して、第二の待機状態405へ遷移し、電流値が第二の閾値以上第一の閾値以下である場合には、充電中であると判定する。
また、制御部102は、充電中であるか否かの判定を併用しても良い。この場合であっても、制御部102は、交流電圧計106で検出した交流電圧値ACVを取得し、取得した交流電圧値ACVを電流値に換算し、換算した電流値を監視する。充電中であるか否かは、例えば電流値が一定時間同じ値であるか否かにより判定する。同じ値であるか否かは、上述のように電流値と所定の閾値との大小関係で判断しても良いし、あるいは単位時間当たりの電流値の変動量の大小で判断しても良い。例えば単位時間当たりの電流値の変動量の大小で判断する場合には、単位時間内に電流値が所定量変動したか否かを判断し、所定量変動していない場合には、充電中であると判定する。充電中でないと判定された場合には、上述のように電流値と第一の閾値及び第二の閾値との大小関係で判定する。
制御部102は、電流値が第一の閾値より大きくなった場合、何らかの異常が発生したと判定して、第二の待機状態405へ遷移する。第二の待機状態405では、何らかの異常が発生しているので受電装置2へ電力を伝送する必要がない。そこで、制御部102は、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信し、電源100から供給される電力を低減する。ここで、第一の能動電極11aに供給する電圧は、第二の電圧に限定されるものではなく、第一の電圧より低い第四の電圧であっても良い。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔(第二の時間間隔)で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断する。共振周波数が生じていると判断した場合、受電装置2が載置されたままであるので、電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されるまで待ち状態となる。ただし、第一の待機状態402で周波数掃引する間隔(第一の時間間隔)よりも、第二の待機状態405で周波数掃引する間隔(第二の時間間隔)が長くなるよう設定することが好ましい。何らかの異常が発生しており、又は何らかの異常が発生しており、再度電力の伝送を始める必要がなく、消費電力を少しでも低減することができるからである。制御部102が、共振周波数が生じていないと判断した場合、電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されたと判定し、第一の待機状態402へ再度遷移する。
また、制御部102は、電流値が第二の閾値より小さくなった場合、充電が完了したと判定して第三の待機状態701へ遷移する。第三の待機状態701では、充電が完了しているので受電装置2へ電力を伝送する必要がない。そこで、制御部102は、比較的低い電圧(第二の電圧)が第二の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信し、電源100から供給される電力を低減する。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得して、一定時間間隔(第二の時間間隔)で周波数掃引することにより共振周波数が生じているか否かを判断する。共振周波数が生じていると判断した場合、受電装置2が載置されたままであるので、電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されるまで待ち状態となる。ただし、第一の待機状態402で周波数掃引する間隔(第一の時間間隔)よりも、第三の待機状態701で周波数掃引する間隔(第二の時間間隔)が長くなるよう設定することが好ましい。すでに充電が完了しており、再度電力の伝送を始める必要がなく、消費電力を少しでも低減することができるからである。制御部102が、共振周波数が生じていないと判断した場合、電子機器203、又は電子機器203が接続された受電装置2が取り外されたと判定し、第一の待機状態402へ再度遷移する。
また、制御部102は第三の待機状態701で待ち状態となった場合には所定の時間ごと、例えば2時間ごとに起動状態401へ戻す。実施の形態1のように第三の待機状態701がない場合、一旦充電が完了すれば再度充電が開始されることはなく、受電装置2を載置した状態で放置した場合には、自然放電により受電装置2が使用できなくなる場合も生じうる。それに対して本実施の形態2では、第三の待機状態701では、所定の時間が経過した時点で起動状態401へ戻すことができるので、受電装置2を載置したまま、送電装置1から取り外すことを失念していた場合であっても、充電状態を維持することが可能となる。
図8は、本発明の実施の形態2に係る送電装置1の制御部102の処理手順を示すフローチャートである。図8において、ステップS601からステップS608までの処理は、実施の形態1と同様であることから、詳細な説明は省略する。送電装置1の制御部102は、交流電圧計106で検出された交流電圧値ACVを取得し(ステップS608)、取得した交流電圧値ACVを電流値に換算し、換算した電流値を監視する。制御部102は、換算した電流値が第一の閾値より大きいか否かを判断する(ステップS801)。
制御部102が、電流値が第一の閾値より大きいと判断した場合(ステップS801:YES)、制御部102は、充電中に何らかの異常が発生したと判定して、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信する(ステップS802)。これにより、電源100から供給される電力を低減することができる。制御部102は、処理をステップS603へ戻し、上述した処理を繰り返す。
制御部102が、電流値が第一の閾値以下であると判断した場合(ステップS801:NO)、制御部102は、電流値が第二の閾値より小さいか否かを判断する(ステップS803)。制御部102が、電流値が第二の閾値以上であると判断した場合(ステップS803:NO)、制御部102は、充電が完了していないと判定して、処理をステップS801へ戻して上述した処理を繰り返す。制御部102が、電流値が第二の閾値より小さいと判断した場合(ステップS803:YES)、制御部102は、充電が完了したと判定して、比較的低い電圧(第二の電圧)が第一の能動電極11aへ供給されるよう、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信する(ステップS804)。これにより、電源100から供給される電力を低減することができる。
制御部102は、所定の時間経過したか否かを判断する(ステップS805)。制御部102が、所定の時間経過していないと判断した場合(ステップS805:NO)、制御部102は、まだ充電された電力が残存していると判断し、待ち状態となる。制御部102が、所定の時間経過したと判断した場合(ステップS805:YES)、制御部102は、充電された電力がすでに放電していると判断し、処理をステップS601へ戻して、上述した処理を繰り返す。
以上のように本実施の形態2によれば、送電状態404で何らかの異常が発生したと判定した場合には第二の待機状態405へ、充電が完了したと判定した場合には第三の待機状態701へ、それぞれ遷移させ、第三の待機状態701では、所定の時間経過した時点で起動状態401へ戻すので、充電が完了した状態の受電装置2を送電装置1に載置したまま放置した場合であっても、充電状態を維持することができる。
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る送電装置を用いた電力伝送システムの構成は、実施の形態1及び2と同様であることから、同一の符号を付することで詳細な説明は省略する。本実施の形態3では、送電装置1と受電装置2とが通信することにより、受電装置2に適した動作周波数にて電力伝送する点で実施の形態1及び2とは相違する。
本発明の実施の形態3に係る送電装置を用いた電力伝送システムの構成は、実施の形態1及び2と同様であることから、同一の符号を付することで詳細な説明は省略する。本実施の形態3では、送電装置1と受電装置2とが通信することにより、受電装置2に適した動作周波数にて電力伝送する点で実施の形態1及び2とは相違する。
図9は、本発明の実施の形態3に係る送電装置1の制御部102の処理手順を示すフローチャートである。図9において、ステップS601、ステップS602の処理は、実施の形態1と同様であることから、詳細な説明は省略する。ただし、ステップS602において設定指示される高インピーダンスの値は、実施の形態1及び2よりも高いほうが好ましい、すなわち電源100から供給される電力をより低減することが好ましい。
制御部102は、インピーダンス切替部108へ高インピーダンスの設定指示を送信する(ステップS602)。これにより、電源100から供給される電力を低減することができる。なお、電源回路12から供給される直流電圧値DCVは、送電装置1の起動直後に遷移する第一の待機状態402における直流電圧値DCVよりも小さくなるよう、設定指示される高インピーダンスの値を高くする。これにより、送電装置1の第一の能動電極11aには、第一の待機状態402で受電装置2が載置されているか否かを判定する場合の第二の電圧よりも低い第三の電圧を供給する。データ通信に必要な電力を供給すれば足りるからである。
制御部102は、I/V検出器101で検出された直流電圧値DCVを取得し(ステップS603)、第一の時間間隔で周波数掃引することにより直流電圧値DCVに極大値が存在するか否かを判断する(ステップS604)。受電装置2が載置されていない状態では、共振周波数が生じていないので、取得した直流電圧値DCVに極大値は存在しない。したがって、直流電圧値DCVの極大値の存否に応じて受電装置2が載置されているか否かを判定することができる。
制御部102が、直流電圧値DCVに極大値が存在しないと判断した場合(ステップS604:NO)、制御部102は、受電装置2が載置されていないと判断し、載置されるまで待ち状態となる。具体的には、受電装置2が載置されるまで一定時間間隔(第一の時間間隔)で周波数掃引することにより、直流電圧値DCVの周波数特性を解析する。
制御部102が、直流電圧値DCVに極大値が存在すると判断した場合(ステップS604:YES)、制御部102は、送電装置1に受電装置2が載置されたと判定し、載置された受電装置2と通信するための通信用周波数を設定する(ステップS901)。
制御部102は、受電装置2とデータ通信できるか否かを判断し(ステップS902)、制御部102が、データ通信できないと判断した場合(ステップS902:NO)、制御部102は、載置されたのは電力を伝送する対象となる受電装置2ではないと判断して、処理を終了する。制御部102が、データ通信できると判断した場合(ステップS902:YES)、制御部102は、受電装置2の識別IDを取得する(ステップS903)。
制御部102は、識別IDを取得することができた場合、電力を伝送する対象となる受電装置2が載置されたと確認することができるので、取得した識別IDに対応する受電装置2とデータ通信して、受電装置2ごとの受電に必要なパラメータを取得し(ステップS904)、取得したパラメータに基づいて電力伝送時の動作周波数を特定して設定し(ステップS905)、受電装置2へ電力を伝送する(ステップS906)。
なお、受電装置2ごとの受電に必要なパラメータを取得するためのデータ通信方法は、特に限定されるものではなく、例えば負荷変調方式によりデータ通信すれば良い。この場合であっても、取得したパラメータに基づいて電力伝送時の動作周波数を特定することができる。
以上のように本実施の形態3によれば、送電装置1と受電装置2とがデータ通信して、受電装置2を識別する識別IDを取得することにより、電力を伝送する対象となる受電装置2が載置されたと判定することができる。また、受電装置2ごとの受電に必要なパラメータにより、どの種類の受電装置2が載置されたのか認識することができるので、電力伝送時の動作周波数を適切に特定することができる。したがって、効率よく電力伝送することが可能となる。
その他、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内であれば多種の変形、置換等が可能であることは言うまでもない。
1 送電装置
2 受電装置
11a 第一の能動電極
11p 第一の受動電極
12 高周波発生回路(電源回路)
21a 第二の能動電極
21p 第二の受動電極
100 電源
102 制御部
2 受電装置
11a 第一の能動電極
11p 第一の受動電極
12 高周波発生回路(電源回路)
21a 第二の能動電極
21p 第二の受動電極
100 電源
102 制御部
Claims (14)
- 第一の受動電極と第一の能動電極とを有し、
前記第一の能動電極と受電装置の第二の能動電極とを間隙を介して対向させ、前記第一の受動電極と前記受電装置の第二の受動電極とを対向させて容量結合させ、
前記第一の能動電極と前記第二の能動電極との間に、前記第一の受動電極と前記第二の受動電極との間よりも強い電場を形成することにより非接触で電力を伝送する送電装置において、
電力を供給する電源回路と、
前記受電装置が載置されているか否かを検知する受電装置検知手段と、
前記受電装置の充電状態を監視する充電状態監視手段と、
充電状態に応じて前記電源回路の出力を制御する送電制御手段と
を備え、
前記送電制御手段は、以下に示すように前記電源回路の出力を制御することを特徴とする送電装置。
(1)電力伝送時、前記電源回路に、第一の電圧を前記第一の能動電極へ供給させる。
(2)前記電源回路に、前記第一の電圧より低い第二の電圧を前記第一の能動電極へ供給させ、前記受電装置検知手段に、前記受電装置が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引させる。
(3)前記電源回路に、前記第一の電圧より低い第四の電圧を前記第一の能動電極へ供給させ、前記受電装置検知手段に、前記受電装置が取り外されるまで前記第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引させる。 - 前記受電装置検知手段は、所定の周波数範囲で周波数掃引することにより電圧の周波数特性を測定し、電圧値が極大値となる周波数を検出した場合に前記受電装置が載置されたと判定する載置判定手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の送電装置。
- 前記充電状態監視手段は、前記第一の受動電極と前記第一の能動電極とに出力する電流値を監視しており、
前記電流値に基づいて、充電が完了したか否かを判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の送電装置。 - 前記受電装置検知手段で前記受電装置が載置されていると検知した場合、該受電装置が電力を伝送する対象となる受電装置であるか否かを確認する確認手段を備え、
前記送電制御手段は、前記確認手段での確認結果が出るまで、周波数掃引時の周波数サンプリング間隔を、前記受電装置が載置されているか否かを判定するための周波数掃引時の周波数サンプリング間隔よりも短くなるよう設定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の送電装置。 - 前記送電制御手段は、前記電源回路に、前記第二の電圧より低い第三の電圧を前記第一の能動電極へ供給させ、
前記確認手段は、前記受電装置とデータ通信することにより前記受電装置を識別する識別情報を取得した場合に、前記受電装置が電力を伝送する対象であると確認することを特徴とする請求項4に記載の送電装置。 - 前記充電状態監視手段は、前記電流値と第一の閾値及び該第一の閾値より小さい第二の閾値との大小関係を監視しており、前記判定手段は、前記電流値が前記第一の閾値より大きいと判断した場合には異常が発生したと、前記第二の閾値より小さいと判断した場合には充電が完了したと判定することを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載の送電装置。
- 前記送電制御手段は、
前記受電装置と負荷変調方式によりデータ通信して、前記受電装置ごとの受電に必要なパラメータを取得し、
取得したパラメータに基づいて電力伝送時の周波数を特定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の送電装置。 - 第一の受動電極と第一の能動電極とを有する送電装置と、
第二の受動電極と第二の能動電極とを有する受電装置と
を用い、
前記第一の能動電極と前記第二の能動電極とを間隙を介して対向させ、前記第一の受動電極と前記第二の受動電極とを対向させて容量結合させ、前記第一の能動電極と前記第二の能動電極との間に、前記第一の受動電極と前記第二の受動電極との間よりも強い電場を形成することにより非接触で電力を伝送する送電制御方法において、
前記送電装置は、
前記受電装置が載置されているか否かを検知し、
前記受電装置の充電状態を監視し、
充電状態に応じて電力を供給する電源回路の出力を以下のように制御することを特徴とする送電制御方法。
(1)電力伝送時、前記電源回路は、第一の電圧を前記第一の能動電極へ供給する。
(2)前記電源回路は、前記第一の電圧より低い第二の電圧を前記第一の能動電極へ供給し、前記送電装置は前記受電装置が載置されるまで第一の時間間隔で周波数掃引する。
(3)前記電源回路は、前記第一の電圧より低い第四の電圧を前記第一の能動電極へ供給し、前記送電装置は前記受電装置が取り外されるまで前記第一の時間間隔より長い第二の時間間隔で周波数掃引する。 - 前記送電装置は、所定の周波数範囲で周波数掃引することにより電圧の周波数特性を測定し、電圧値が極大値となる周波数を検出した場合に前記受電装置が載置されたと判定することを特徴とする請求項8に記載の送電制御方法。
- 前記送電装置は、前記第一の受動電極と前記第一の能動電極とに出力する電流値を監視し、
前記電流値に基づいて、充電が完了したか否かを判定することを特徴とする請求項8又は9に記載の送電制御方法。 - 前記送電装置は、前記受電装置が載置されていると検知した場合、該受電装置が電力を伝送する対象となる受電装置であるか否かを確認し、
確認結果が出るまで、周波数掃引時の周波数サンプリング間隔を、前記受電装置が載置されているか否かを判定するための周波数掃引時の周波数サンプリング間隔よりも短くなるよう設定することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の送電制御方法。 - 前記電源回路は、前記第二の電圧より低い第三の電圧を前記第一の能動電極へ供給し、
前記送電装置は、前記受電装置とデータ通信することにより前記受電装置を識別する識別情報を取得した場合に、前記受電装置が電力を伝送する対象であると確認することを特徴とする請求項11に記載の送電制御方法。 - 前記送電装置は、前記電流値と第一の閾値及び該第一の閾値より小さい第二の閾値との大小関係を監視し、前記電流値が前記第一の閾値より大きいと判断した場合には異常が発生したと、前記第二の閾値より小さいと判断した場合には充電が完了したと判定することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか一項に記載の送電制御方法。
- 前記送電装置が、前記受電装置と負荷変調方式によりデータ通信して、前記受電装置ごとの受電に必要なパラメータを取得し、
取得したパラメータに基づいて電力伝送時の周波数を特定することを特徴とする請求項8乃至12のいずれか一項に記載の送電制御方法。
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