JP5590669B2 - 非接触給電装置及び電気錠システム - Google Patents

Description

本発明は、対象機器に非接触で給電を行う非接触給電装置、及びこれを用いた電気錠システムに関する。

給電ユニットから受電ユニットに向けて電磁誘導によって給電を行う非接触給電装置が各種機器において用いられている。例えば、集合住宅または事業所などへのセキュリティシステムの導入のために、開閉扉に電気錠装置を設置する事例などにおいて、非接触給電装置の適用が検討されている。このような電気錠装置に非接触給電装置を用いることによって、配線作業の手間を削減でき、扉の開閉の繰り返しによる配線の短絡または断線を防止することが可能になる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−５５７４５号公報

上記のような電気錠装置を設置した電気錠システムなどでは、セキュリティ認証のための認証装置が用いられることが多い。この種の認証装置では、ＬＦ帯（長波帯：３０〜３００ｋＨｚ）の無線通信信号（起動信号、呼び信号）が用いられている。一方、非接触給電装置に設けられる電磁誘導式の非接触給電回路は、トランス分離型のスイッチング電源回路であり、高効率、大電力の電力伝送を達成するには、スイッチング周波数は約１００ｋＨｚ程度が好適である。ここで、非接触給電回路の動作周波数（スイッチング周波数）とＬＦ帯の無線通信信号の周波数とが近接している場合、非接触給電回路から放射される電磁界がＬＦ帯の無線通信信号に干渉し、影響を及ぼすことがある。この結果、認証装置における認証処理が妨げられ、認証が成功する領域が極端に狭められたり、スポット的に認証できない領域が生じるなどの不具合が発生するおそれがある。また、非接触給電装置と認証装置とを組み合わせた他の機器においても同様の課題が生じ得る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、対象機器への電力供給能力を低下させることなく、ＬＦ帯の無線通信信号に対する悪影響を低減することが可能な非接触給電装置を提供することにある。

本発明は、給電ユニットと受電ユニットとを備え、電磁誘導により非接触給電を行う非接触給電装置であって、給電ユニットは、ＬＦ帯の無線通信によって認証処理を行う認証装置による認証結果に基づいて受電ユニットを介して前記認証装置に給電動作を行うと共に、スイッチング電源回路と、認証装置による認証処理に伴う、ＬＦ帯の無線通信が実行される可能性がある待機状態と、認証処理に成功した後に、受電ユニットが給電対象である機器に対して電力を供給する能動状態とで、スイッチング電源回路のスイッチング周波数を変更して、ＬＦ帯の無線通信に及ぼす影響を低減する動作状態制御部と、を備えるものである。

また、本発明は、上記の非接触給電装置であって、動作状態制御部は、待機状態ではＬＦ帯の無線通信信号と干渉しない範囲の高い周波数である第１の周波数とし、能動状態では第１の周波数よりも低い第２の周波数とするように、スイッチング周波数を切り替えるものを含む。

また、本発明は、上記の非接触給電装置であって、受電ユニットは、給電ユニットに設けられる一次側コイルに対向して配置される二次側コイルを有する受電側分離トランスと、受電側分離トランスの誘起電圧に基づいてスイッチング周波数の変化を検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて機器の動作を制御する機器制御部と、を備えるものを含む。

また、本発明は、上記の非接触給電装置であって、受電側分離トランスは、二次側コイルとは別巻線のサーチコイルを有し、検出部は、サーチコイルに生じる誘起電圧に基づいてスイッチング周波数の変化を検出するものを含む。

また、本発明は、上記いずれかに記載の非接触給電装置と、非接触給電装置と接続され、非接触給電装置より電力供給を受ける機器としての電気錠と、を備える電気錠システムを提供する。

本発明によれば、対象機器への電力供給能力を低下させることなく、ＬＦ帯の無線通信信号に対する悪影響を低減することが可能になる。

本発明の実施形態に係る非接触給電装置及び電気錠システムの構成を示す概略構成図 本実施形態における認証装置及び認証子機の構成を示すブロック図 第１の実施形態における非接触給電装置の給電ユニット側の構成を示すブロック図 第１の実施形態における非接触給電装置の受電ユニット側の構成を示すブロック図 非接触給電装置の受電ユニットにおける検出部の構成を示すブロック図 非接触給電装置におけるスイッチング周波数の切り替えの具体例を示す動作説明図 待機状態において第１の周波数ｆ１でスイッチング動作させた場合の動作の一例を示す特性図 第１の実施形態の変形例における非接触給電装置の受電ユニット側の構成を示すブロック図 変形例の非接触給電装置の受電ユニットにおける検出部の構成を示すブロック図 第２の実施形態における非接触給電装置の動作例を示す動作説明図 第３の実施形態における非接触給電装置の動作例を示す動作説明図

以下の実施形態では、本発明に係る非接触給電装置を電気錠システムに適用した場合の構成例について説明する。このような電気錠システムでは、非接触給電装置によって給電を行う機器として、開閉扉に設けられる電動サムターンなどの電気錠が用いられる。

図１は、本発明の実施形態に係る非接触給電装置及び電気錠システムの構成を示す概略構成図である。本実施形態の電気錠システムは、例えば玄関扉のような開閉扉１０１を施錠又は解錠するために用いられる。開閉扉１０１は、扉枠１０２によって蝶番１０３を介して開閉自在に支持されている。電気錠システムは、開閉扉１０１に設けられた電気錠を含む機器３０と、この機器３０に対して扉枠１０２側から非接触で給電するための非接触給電装置４０とを主要な構成として備えている。また、機器３０の駆動制御のための認証処理を行う認証装置５０及び認証子機６０と、機器３０を駆動制御するインターフェイスユニットとしての電気錠操作器７０とを備えている。認証装置５０及び認証子機６０は、ＬＦ帯の無線通信信号を用いて認証処理を行う。この電気錠システムは、ビル、共同住宅、戸建住宅などの各種建築物の扉、窓等に設けられる。

非接触給電装置４０は、扉枠１０２に設けられた給電ユニット（一次側ユニット）１０と、開閉扉１０１に設けられた受電ユニット（二次側ユニット）２０とを備える。この非接触給電装置４０は、認証装置５０及び認証子機６０による認証結果に基づいて、給電動作を行う。これらの給電ユニット１０と受電ユニット２０とは、開閉扉１０１が閉じた状態で互いに対向する位置に配置される。図では開閉扉１０１の上部に非接触給電装置４０を設けた例を示している。給電ユニット１０には、商用電源等の電源８０が接続され、給電ユニット１０と受電ユニット２０との間で非接触給電を行うことによって、給電ユニット１０から受電ユニット２０を介して電気錠を含む機器３０と認証装置５０とに動作電力（電源）を供給する。また、給電ユニット１０には電気錠操作器７０が接続され、電気錠操作器７０からの動作状態切り替え命令によって非接触給電装置４０の動作状態を切り替え可能となっている。

非接触給電装置４０の動作状態は、認証装置５０によりＬＦ帯の無線通信信号が送信される待機状態と、機器３０に対して電力を供給する能動状態とで切り替えるようにする。待機状態では、非接触給電装置４０より認証装置５０に対して回路の動作に必要な小さい電力量での給電が行われる。また、能動状態では、非接触給電装置４０より機器３０に対して電気錠などの駆動に必要な大きい電力量での給電が行われる。この動作状態の切り替えについては、詳しくは後述するが、給電ユニット１０のスイッチング電源回路のスイッチング周波数の切り替えなどがある。受電ユニット２０からは、上記の動作電力（電源）とともに、動作命令の制御信号が認証装置５０、機器３０に出力される。機器３０は、受電ユニット２０から動作電力の供給を受け、制御信号に従って電気錠等が動作する。

認証装置５０は、開閉扉１０１に設けられ、認証子機６０と無線通信を行い、機器３０を動作させるための認証処理を行う。認証子機６０は、ＲＦＩＤ等により構成され、認証の対象となる人または物が備えるものである。認証処理を行う際、認証装置５０から認証子機６０に向けてＬＦ帯の起動信号を送信し、この起動信号を受けた認証子機６０は、認証装置５０に対してＲＦ帯（例えばＵＨＦ帯：３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）の応答信号を送信する。認証装置５０は、認証に成功して認証処理を完了した場合、認証完了信号を無線通信によって電気錠操作器７０へ送信する。電気錠操作器７０は、認証完了信号を受けると、非接触給電装置４０の給電ユニット１０に動作状態切り替え命令を出力する。

図２は、本実施形態における認証装置及び認証子機の構成を示すブロック図である。認証装置５０は、制御部１６１と、ＬＦアンテナ１６２を用いて第１の無線通信方式（ＬＦ）により認証子機６０との間で無線通信する無線送受信部１６３と、ＲＦアンテナ１６４を用いて第２の無線通信方式（ＵＨＦ）により認証子機６０からの応答信号を受信する無線受信部１６５とを主要な構成として備えている。制御部１６１は、起動信号生成部１７５と、認証モード設定指示情報受付部１７６とを備え、起動信号の生成及び各種動作制御を行う。認証モードについては後述する。

また、認証装置５０は、通信状況など認証装置５０の状態を表示する表示部１６６と、認証完了やエラー等の各種の情報を音により報知する音出力部１６７とを備えている。さらに、受電ユニット２０との間で信号を送受信するための第１のインターフェイス（Ｉ／Ｆ）部１６８と、機器３０との間で信号を送受信するための第２のインターフェイス（Ｉ／Ｆ）部１６９と、アンテナ１７０を用いて電気錠操作器７０との間で無線通信する無線通信部１７１とを備えている。

認証装置５０は、制御部１６１で生成した起動信号を、無線送受信部（ＬＦ帯送受信回路）１６３において誘導磁界の信号成分に重畳し、増幅してＬＦアンテナ１６２から第１の無線通信方式（ＬＦ）により認証子機６０に向けて一定の周期で同報送信する。これにより、認証装置５０の周囲には、認証エリアが形成される。ＬＦ帯は、認証エリアを数十センチ以下に限定できるため、起動信号の送出手段として好適である。

認証子機６０は、制御部１８１と、ＬＦアンテナ１８２を用いて第１の無線通信方式（ＬＦ）により認証装置５０との間で無線通信する無線送受信部１８３と、ＲＦアンテナ１８４を用いて第２の無線通信方式（ＵＨＦ）により応答信号を認証装置５０に送信する無線送信部１８５とを主要な構成として備えている。制御部１８１は、認証モード識別部１９５と、応答信号生成部１９６とを備え、応答信号の生成及び各種動作制御を行う。また、認証子機６０は、制御部１８１等に電力を供給するための電池１８６と、通信状況など認証子機６０の状態を表示する表示部１８７と、認証装置５０への応答信号の返信を指示する入力を行うための操作部１８８とを備えている。

認証子機６０は、認証装置５０の認証エリア内に進入するまで、無線送受信部（ＬＦ帯送受信回路）１８３以外の各部（無線送信部１８５、表示部１８７、操作部１８８及び制御部１８１等）には電池１８６から電力が供給されないかあるいはほとんど供給されない低消費電力モードに設定されている。そして、ユーザにより携行される認証子機６０が認証装置５０の認証エリア内に進入することにより、認証子機６０が認証装置５０からの起動信号をＬＦアンテナ１８２及び無線送受信部１８３で受信すると、無線送受信部１８３が制御部１８１を起動し、前記各部への通常の電力供給が行われる通常モードに移行するようになっている。また、制御部１８１は、電池１８６を電源として、自身に予め設定されている固有の識別情報（ＩＤ）を含む応答信号を生成する。

認証装置５０の認証モードとしては、例えば、自動認証モード、翳し認証モード、及び手動認証モードの３種類の認証モードが備えられている。自動認証モードにおいては、認証子機６０が認証エリア内に進入し、認証装置５０からの起動信号を受信すると、認証子機６０は、制御部１８１において応答信号を生成し、その応答信号を無線送信部（ＲＦ帯送信回路）１８５からＲＦアンテナ１８４を介して、第２の無線通信方式（ＵＨＦ）により認証装置５０に対して返信する。この応答信号は、認証装置５０のＲＦアンテナ１６４及び無線受信部（ＲＦ帯受信回路）１６５で受信され、制御部１６１に入力される。

翳し認証モードにおいては、認証子機６０が認証エリア内に進入し、認証装置５０からの起動信号を受信すると、認証子機６０は、制御部１８１において応答信号を生成し、その応答信号を無線送受信部１８３からＬＦアンテナ１８２を介して、第１の無線通信方式（ＬＦ）により認証装置５０に対して返信する。この際、認証装置５０及び認証子機６０のＬＦアンテナ１６２，１８２間に生成される誘導磁界の搬送波を変調することにより応答信号を送信する。この応答信号は、認証装置５０のＬＦアンテナ１６２及び無線送受信部１６３で受信され、制御部１６１に入力される。

手動認証モードにおいては、認証子機６０が認証エリア内に進入し、認証装置５０からの起動信号を受信した後、認証子機６０は、操作部１８８に対するユーザ操作が行われたときに、制御部１８１において応答信号を生成し、その応答信号を無線送信部１８５からＲＦアンテナ１８４を介して、第２の無線通信方式（ＵＨＦ）により認証装置５０に対して返信する。この応答信号は、認証装置５０のＲＦアンテナ１６４及び無線受信部１６５で受信され、制御部１６１に入力される。

ここで、認証装置５０は、認証モードに応じた起動信号を生成して送信する。すなわち、認証装置５０の制御部１６１は、認証モード設定指示情報受付部１７６において、電気錠操作器７０等の上位の制御装置からの認証モード設定指示情報を受け取り、起動信号生成部１７５において、この認証モード設定指示情報に応じた起動信号を生成する。そして、認証子機６０は、認証装置５０から受信した起動信号の態様にしたがって認証モードを識別し、認証モードに応じた応答信号の送信態様を決定する。すなわち、認証子機６０の制御部１８１は、認証モード識別部１９５において、受信した起動信号の態様に基づいて認証モードを識別し、応答信号生成部１９６において、認証モードに応じた応答信号を生成して、ＲＦ帯の無線送信部１８５またはＬＦ帯の無線送受信部１８３に出力する。

認証装置５０は、定期的に起動信号を送信しており、自動認証モードまたは翳し認証モードでは、認証エリア内に認証子機６０がある場合に、自動的に認証子機６０から応答信号が返信され、この応答信号を認証装置５０で受信して認証処理を実行する。一方、手動認証モードでは、認証エリア内にある認証子機６０において操作部１８８が操作された場合に、認証子機６０から応答信号が返信され、この応答信号を認証装置５０で受信して認証処理を実行する。

（第１の実施形態）
本実施形態では、電気錠システムにおいて、認証装置５０から認証子機６０へＬＦ帯の無線通信信号（起動信号、呼び信号）を送信するときに、機器３０を動作可能にするときとは非接触給電装置４０の動作状態を変更する。第１の実施形態として、非接触給電装置４０は、認証装置５０から起動信号が送信される待機状態であるときに、電気錠を含む機器３０に動作電力（電源）を供給する能動状態のときとは、動作状態としてスイッチング周波数を変更する。

図３は、第１の実施形態における非接触給電装置の給電ユニット側の構成を示すブロック図である。非接触給電装置４０の給電ユニット１０は、電源８０から供給される交流電力を整流する整流器１２１と、スイッチング電源回路１２２と、一次側コイル及びコアを有してなる給電側分離トランス１２３とを主要な構成として備えている。また、スイッチング電源回路１２２の動作を制御するスイッチング電源回路制御ＩＣ（以下、単に制御ＩＣと記載する）１２４と、スイッチング電源回路１２２のスイッチング周波数を切り替える周波数切替部１２５と、制御ＩＣ１２４を含む給電ユニット１０全体の動作制御を司るマイクロコンピュータ等からなる制御部１２６とを備えている。

整流器１２１の直流出力端間には平滑コンデンサＣ１が接続され、平滑コンデンサＣ１の両端電圧がスイッチング電源回路１２２に入力される。スイッチング電源回路１２２は、所定周波数でスイッチング動作を行い、直流の入力電力をスイッチングしてパルス状の電力波形に変換し、給電側分離トランス１２３に供給する。

制御ＩＣ１２４は、スイッチング電源回路１２２のスイッチング動作を制御する制御回路が集積化されたものであり、制御部１２６から入力される制御信号に応じてスイッチング動作を制御する。この制御ＩＣ１２４には、接続切替可能な外付け抵抗素子などによる周波数切替部１２５が設けられ、制御部１２６からの制御信号によって周波数切替部１２５の状態（抵抗値の定数）を複数態様（例えば２値）に切り替えられるようになっている。この周波数切替部１２５の動作により、スイッチング電源回路１２２のスイッチング周波数を、例えば第１の周波数と第２の周波数とに変更可能となっている。

制御部１２６は、動作状態制御部の機能を実現する構成の一例として設けられ、電気錠操作器７０からの動作状態切り替え命令が入力されると、スイッチング電源回路１２２のスイッチング周波数を切り替える制御信号を制御ＩＣ１２４に出力する。この際、スイッチング周波数は、非接触給電装置４０が待機状態の場合の第１の周波数と、非接触給電装置４０から電気錠を含む機器３０に動作電力（電源）を供給する能動状態の場合の第２の周波数とに切り替えるようにする。第１の周波数は、認証装置５０から送信されるＬＦ帯の無線通信信号と干渉しない範囲（干渉の影響が小さい）の周波数であり、第２の周波数は、機器３０に対して高効率、大電力の電力伝送を可能にする給電能力が高い周波数である。例えば、第１の周波数が第２の周波数よりも高い周波数とする。ここで、認証装置５０から電気錠操作器７０へ認証完了信号が送られた場合、電気錠操作器７０は非接触給電装置４０を待機状態から能動状態に切り替える動作状態切り替え命令を出力する。また、機器３０の動作が完了すると、非接触給電装置４０は、この動作完了を通知信号または動作状態検知によって認識し、スイッチング電源回路１２２のスイッチング周波数を切り替えて待機状態に戻る。あるいは、非接触給電装置４０は、電気錠操作器７０からの動作状態切り替え命令に従って能動状態から待機状態に切り替えてもよい。

なお、電気錠操作器７０は給電ユニット１０と一緒にして、１つの筐体に設けてもよい。この場合、給電ユニット内に電気錠操作器の機能を有する構成となる。

図４は、第１の実施形態における非接触給電装置の受電ユニット側の構成を示すブロック図である。非接触給電装置４０の受電ユニット２０は、二次側コイル及びコアを有してなる受電側分離トランス１４１と、受電側分離トランス１４１の出力電力を整流及び平滑化する整流平滑化回路１４２と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１４３とを主要な構成として備えている。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１４３は、整流平滑化回路１４２から出力される直流電力を機器３０の動作電力用の所定電圧に変換して出力する。また、受電ユニット２０の動作を制御する制御部１４５と、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１４３の出力を制御部１４５の動作用の所定電圧に変換する第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１４４と、給電ユニット１０の動作状態の切り替えを検出する検出部１４６とを備えている。

給電ユニット１０の給電側分離トランス１２３にパルス状の電力波形が供給されると、電磁誘導によって対向する受電ユニット２０の受電側分離トランス１４１が励磁されて起電力が発生し、電力が伝達される。整流平滑化回路１４２は、整流器とこの整流器の出力端に接続された平滑コンデンサとを有して構成され、受電側分離トランス１４１の出力電力を整流して平滑化する。第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１４３は、スイッチングレギュレータ等により構成され、整流平滑化回路１４２の出力の直流電力を、機器３０を駆動させるための所定電圧の直流電力に変換して出力する。第２のＤＣ−ＤＣコンバータ１４４は、第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１４３の出力の直流電力を、マイクロコンピュータ等からなる制御部１４５を動作させるための所定電圧の直流電力に変換して出力する。

第１のＤＣ−ＤＣコンバータ１４３からの出力電力により、認証装置５０及び機器３０に対して電源として直流電力が供給される。ここで、非接触給電装置４０が待機状態の場合は、少なくとも認証装置５０が動作可能な電力が供給され、非接触給電装置４０が能動状態になると、機器３０を十分駆動可能な電力が供給される。

検出部１４６は、受電側分離トランス１４１の出力の誘起電圧から給電ユニット１０のスイッチング電源回路１２２のスイッチング周波数が切り替わったことを検出し、これによって非接触給電装置４０の動作状態の切り替えを検出する。

図５は、非接触給電装置の受電ユニットにおける検出部の構成を示すブロック図である。受電側分離トランス１４１には、二次側コイルの両端に整流器１４７及び平滑コンデンサＣ２による整流平滑化回路１４２が接続されるとともに、この二次側コイルの一端に検出部１４６が接続されている。検出部１４６は、例えばコンパレータ等で構成したシュミットトリガ回路によって実現される。受電側分離トランス１４１における誘起電圧が概ね矩形波であるので、検出部１４６のシュミットトリガ回路の閾値を適宜設定し、検出部１４６から矩形波電圧信号が制御部１４５に入力されるようにする。制御部１４５では、矩形波電圧信号に基づいて単位時間当たりの誘起電圧の立ち上がりまたは立ち下がりの数を計数することによって、給電ユニット１０のスイッチング電源回路１２２の動作周波数（スイッチング周波数）を推定できる。

制御部１４５は、機器制御部の機能を実現する構成の一例として設けられ、検出部１４６の出力に基づいて非接触給電装置４０の動作状態の切り替えを判定し、非接触給電装置４０が待機状態から能動状態に切り替わった場合に動作命令の制御信号を出力する。この動作命令は、機器３０の動作を制御するものであり、認証装置５０を介して機器３０に伝達される。非接触給電装置４０が能動状態の場合は、機器３０の駆動に十分な大きな電力が供給され、制御部１４５からの動作命令に従って機器３０の電気錠が動作する。このように検出部１４６を設けることによって、受電側分離トランス１４１の出力から受電ユニット２０側でスイッチング周波数の変更を検出でき、無線通信手段などを別途設ける必要なく、非接触給電装置４０の動作状態の切り替えを検出できる。これにより、動作状態の切り替えに応じて機器３０を適切に動作させることが可能になる。

次に、非接触給電装置４０におけるスイッチング周波数の切り替えについて詳しく説明する。非接触給電装置４０は、待機状態であるとき、すなわち認証装置５０から認証子機６０へＬＦ帯の無線通信信号（起動信号、呼び信号）が送信されるときは、給電ユニット１０のスイッチング周波数を第１の周波数とする。そして、機器３０に動作電力を供給する能動状態であるときは、給電ユニット１０のスイッチング周波数を第２の周波数に切り替える。さらに、非接触給電装置４０が待機状態に戻るときは、再び給電ユニット１０のスイッチング周波数を第１の周波数に切り替える。

図６は、非接触給電装置におけるスイッチング周波数の切り替えの具体例を示す動作説明図である。給電ユニット１０のスイッチング周波数に関して、待機状態（待機時）の第１の周波数ｆ１は、認証装置５０において送信するＬＦ帯の起動信号の周波数ｆLFと干渉しない程度に離れた周波数とする。例えばＬＦ帯の起動信号の周波数ｆLFを約１３５ｋＨｚとすると、第１の周波数ｆ１をこれより高い周波数（例えば約１９０ｋＨｚ）として給電ユニット１０をスイッチング動作させる。これにより、非接触給電装置４０の待機状態の非接触給電動作において、ＬＦ帯の無線通信信号への干渉を低減でき、認証装置５０の起動信号への影響を回避することができる。図７は、待機状態において第１の周波数ｆ１でスイッチング動作させた場合の動作の一例を示す特性図であり、横軸が周波数、縦軸が電界強度を示している。図において、待機状態のスイッチング動作で放射される第１の周波数ｆ１の電磁界は、ＬＦ帯の起動信号の周波数ｆLFでは暗雑音レベルであり、干渉による影響はほとんど生じない。

また、第１の周波数ｆ１として高周波で非接触給電回路を動作させた場合、励磁電流を小さくできるため、損失となる待機時の無負荷電力を小さくできる。したがって、待機状態での消費電力を低減し、高効率化できる。なお、待機状態では、認証装置５０に対して小電力の給電を行っているため、スイッチング周波数が給電能力の高い領域からずれても損失の影響は小さい。また、待機状態でも受電ユニット２０側に常時給電が可能であるので、受電ユニット２０において蓄電素子等が不要である。

また、給電ユニット１０のスイッチング周波数に関して、能動状態（施解錠時）の第２の周波数ｆ２は、給電能力がピークに近い領域であり、高効率、大電力の電力伝送が可能な約１００ｋＨｚとする。能動状態では、機器３０に対して大電力の給電を行うため、スイッチング周波数を給電能力の高い領域に設定することが望ましい。このように、認証完了後に機器３０を動作させるときは、認証装置５０からＬＦ帯の起動信号が出力されないので、給電能力が高いスイッチング周波数で給電ユニット１０を動作させることによって、効率良く大きな動作電力を機器３０に供給することができる。

（変形例）
図８は、第１の実施形態の変形例における非接触給電装置の受電ユニット側の構成を示すブロック図、図９は、変形例の非接触給電装置の受電ユニットにおける検出部の構成を示すブロック図である。この変形例は、受電ユニットの受電側分離トランスにサーチコイルを有する例である。ここでは受電ユニットの構成のみを説明する。

変形例の受電ユニット２２０は、サーチコイル２４２を有する受電側分離トランス２４１を備えている。サーチコイル２４２は、受電側分離トランス２４１の二次側コアを共有する構成となっており、二次側コイルとは別巻線のコイルである。サーチコイル２４２の出力端には、給電ユニット１０の動作状態の切り替えを検出する検出部２４６が接続されている。検出部２４６は、受電側分離トランス２４１とともに設けられたサーチコイル２４２の出力の誘起電圧から給電ユニット１０のスイッチング電源回路１２２のスイッチング周波数が切り替わったことを検出し、これによって非接触給電装置４０の動作状態の切り替えを検出する。その他は図４及び図５に示した第１の実施形態と同様の構成であり、ここでは説明を省略する。

検出部２４６は、ダイオード２４４、シュミットトリガ回路２４５を有して構成される。サーチコイル２４２の一端にダイオード２４４が接続され、このダイオード２４４を介して例えばコンパレータ等で構成したシュミットトリガ回路２４５が接続されている。このシュミットトリガ回路２４５の閾値を適宜設定し、検出部２４６から矩形波電圧信号が制御部１４５に入力されるようにする。制御部１４５では、矩形波電圧信号に基づいて単位時間当たりの誘起電圧の立ち上がりまたは立ち下がりの数を計数することによって、給電ユニット１０のスイッチング電源回路１２２の動作周波数（スイッチング周波数）を推定し、動作状態の切り替えを判断する。

このようなスイッチング周波数の切り替え検出用のサーチコイル２４２は、受電側分離トランス２４１の二次側コアを共用して簡単な構成で実現できる。また、サーチコイル２４２の巻線数は自由に設定できるため、設置環境などで変動する誘起電圧に対して、検出部２４６のシュミットトリガ回路２４５の入力耐圧保護を配慮しなくてもよくなる。また、受電側分離トランス２４１についても、検出部２４６の特性に左右されずに、トランスの仕様を自由に設計できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、非接触給電装置において待機状態のときと能動状態のときとで動作状態を切り替える他の例を示すものである。第２の実施形態では、非接触給電装置４０における動作状態の切り替えとして、給電ユニット１０のスイッチング動作のオンオフ制御の態様を切り替える。この際、給電ユニット１０のスイッチング動作（給電発振）を間欠的に実行し、認証装置５０から認証子機６０へＬＦ帯の無線通信信号（起動信号、呼び信号）が送信されるときは、スイッチング動作の休止期間とする。装置構成としては、第１の実施形態と同様であり、図３における給電ユニット１０のスイッチング電源回路１２２及び制御ＩＣ１２４の動作が異なる。なお、第２の実施形態の場合、周波数切替部１２５は設けなくともよい。

図１０は、第２の実施形態における非接触給電装置の動作例を示す動作説明図である。第２の実施形態では、図の上段に示すように、給電ユニット１０のスイッチング動作（給電発振）を間欠的にオンオフする。そして、スイッチング動作の休止期間において、認証装置５０からのＬＦ帯の無線通信信号の送信がなされるようにする。この場合、認証装置５０からＬＦ帯の起動信号が出力される期間は、スイッチング動作は休止期間であり、図の下段に示すように給電ユニット１０の給電発振による給電側分離トランス１２３の一次巻線電流は発生しない。このため、ＬＦ帯の無線通信信号への干渉を低減でき、認証装置５０の起動信号への影響を回避することができる。

この場合、スイッチング動作の休止期間は給電ユニット１０から受電ユニット２０へ電力が供給されないので、受電ユニット２０にはコンデンサ等の蓄電素子を設けるようにし、休止期間は蓄電電力を使用して認証装置５０に電力を供給する。よって、認証装置５０は、蓄電電力を利用してＬＦ帯の起動信号を認証子機６０に送信する。

給電ユニット１０のスイッチング動作の切り替えは、制御ＩＣ１２４によってスイッチング電源回路１２２の動作状態を切り替える。この際、非接触給電装置４０の待機状態では上記の間欠動作とし、電気錠を含む機器３０に動作電力（電源）を供給する能動状態では間欠動作を停止して全期間発振動作とすればよい。

第２の実施形態では、給電ユニット１０のスイッチング周波数を切り替えることなく、ＬＦ帯の無線通信信号への干渉を低減でき、認証装置５０の起動信号への影響を回避することができる。この場合、受電ユニット側で動作状態の切り替えを検出する検出部では、誘起電圧の有無によって動作状態を判断できるため、誤検出の可能性を低減できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、非接触給電装置において待機状態のときと能動状態のときとで動作状態を切り替えるさらに他の例を示すものである。第３の実施形態では、非接触給電装置４０における動作状態の切り替えとして、給電ユニット１０のスイッチング電源回路１２２の駆動方式を切り替える。この際、給電ユニット１０のスイッチング電源回路１２２を２つのスイッチング素子を用いた２石ハーフブリッジ・プッシュプル型の回路構成とし、認証装置５０から認証子機６０へＬＦ帯の無線通信信号（起動信号、呼び信号）が送信されるときは、一方のスイッチング素子による１石フォワード動作とする。

図１１は、第３の実施形態における非接触給電装置の動作例を示す動作説明図である。非接触給電装置４０が待機状態のとき、すなわち認証装置５０からＬＦ帯の起動信号が送信されるときは、図１１（Ａ）に示すように、一方のスイッチング素子Ｑ１のみを動作させ、１石フォワード動作とする。この場合、給電側分離トランス１２３は、直列接続された一次側コイルの一方のみにスイッチング電源回路１２２の出力電力が供給される。このように、待機状態では、給電ユニット１０のスイッチング動作による電磁界の放射レベルを下げることができるので、ＬＦ帯の無線通信信号への干渉を低減でき、認証装置５０の起動信号への影響を回避することができる。この場合、待機状態でも受電ユニット２０側に常時給電が可能であるので、受電ユニット２０において蓄電素子等が不要である。

また、非接触給電装置４０が能動状態のときは、図１１（Ｂ）に示すように、２つのスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を動作させ、２石プッシュプル動作とする。これにより、能動状態では機器３０の動作に必要な大きな電力を供給できる。

（電気錠システム全体の動作）
次に、上述した本実施形態の電気錠システムにおけるシステム全体の動作を説明する。電気錠システムは、認証装置５０及び電気錠操作器７０からの指示があるまでは、待機状態となっている。待機状態は、非接触給電装置４０が下記状態のいずれかにあることが挙げられる。

（１）給電ユニットのスイッチング電源回路がスイッチング周波数としてＬＦ帯の無線通信信号に干渉影響を与えない周波数（上記第１の実施形態ではＬＦ帯の起動信号の周波数から離れた第１の周波数）で動作している。

（２）給電ユニットのスイッチング電源回路がスイッチング動作による給電発振と休止とを周期的に繰り返す間欠動作を行っている（上記第２の実施形態）。認証装置は給電ユニットの休止期間に蓄電電力によってＬＦ帯の起動信号を送信する。

（３）給電ユニットのスイッチング電源回路が多石のスイッチング素子を備える構成である場合に、スイッチング素子の一部を停止させた動作となっている（上記第３の実施形態では２石ハーフブリッジ・プッシュプル回路で１石フォワード動作）。

この待機状態において、認証装置５０は、認証モードに応じて、自動的または人的操作によってＬＦ帯の起動信号を送信する。認証子機６０は、認証装置５０の認証エリア内に入ったときに、ＬＦ帯の起動信号の受信により起動し、認証モードに応じて、自動的または人的操作によってＲＦ帯またはＬＦ帯の応答信号を認証装置５０に返信する。このとき、電気錠システムが待機状態にあるため、非接触給電装置４０から放射される電磁界は、ＬＦ帯の起動信号に干渉、影響を与えることはない。

認証装置５０は、認証子機６０からの応答信号を受信すると、認証処理を行って認証の可否を判断する。そして、認証に成功して認証処理を完了した場合、認証装置５０から電気錠操作器７０へ認証完了信号が送信される。この認証完了信号を受けて、電気錠操作器７０から非接触給電装置４０の給電ユニット１０に対して動作状態切り替え命令が送られる。

給電ユニット１０は、動作状態切り替え命令に従って、動作状態の切り替えを行い、能動状態に遷移する。この際、例えば、スイッチング電源回路のスイッチング周波数の切り替え、間欠動作への切り替え、スイッチング電源回路の駆動方式の切り替え等を行う。この能動状態では、給電能力の高い状態の非接触給電動作となり、機器３０の動作に必要な大きな動作電力が供給可能である。

このとき、受電ユニット２０は、検出部によって給電ユニット１０の動作状態が切り替わったことを検出する。そして、給電ユニット１０から伝達された動作電力（電源）を機器３０に供給するとともに、機器動作を指示する動作命令の制御信号を認証装置５０を介して機器３０に出力する。これにより、電気錠を含む機器３０が動作し、電気錠が解錠または施錠される。

そして、機器３０の動作が完了すると、非接触給電装置４０は、スイッチング周波数等の動作状態を切り替えて待機状態に戻る。

上述したように、本実施形態に係る非接触給電装置では、機器への電力供給を行っておらず、認証装置よりＬＦ帯の無線通信信号が送信される可能性がある待機状態と、機器に対して駆動用の電力を供給する能動状態とで、給電ユニットのスイッチング電源回路の動作状態を変更する。これにより、待機状態では認証装置による認証動作を行う場合にＬＦ帯の無線通信信号への干渉を低減でき、認証動作に対する悪影響を抑制可能であり、能動状態では機器に対して効率良く十分な電力を供給できる。したがって、対象機器への電力供給能力を低下させることなく、ＬＦ帯の無線通信信号に対する悪影響を低減できる。

特に、動作状態の変更として、スイッチング電源回路のスイッチング周波数を待機状態と能動状態とで変化させることで、ＬＦ帯の無線通信信号への干渉を効果的に低減できる。この際、待機状態ではＬＦ帯の無線通信信号と干渉しない範囲の高い周波数である第１の周波数とし、能動状態では第１の周波数よりも低い第２の周波数とするように、スイッチング周波数を切り替えることで、待機状態におけるＬＦ帯の無線通信信号への干渉を回避することができる。また、第１の周波数を高周波とすることで励磁電流を小さくできるため、待機状態において損失となる無負荷電力を削減でき、消費電力の低減、高効率化を図れる。

また、受電ユニットにおいて、受電側分離トランスの誘起電圧に基づいてスイッチング周波数の変化を検出する検出部を備え、検出部の検出結果に基づいて機器の動作を制御する。これにより、通信手段を別途設けることなく、給電ユニットの動作状態の変化を検出して、機器への電力供給及び動作指示を確実に実行できる。また、受電側分離トランスには二次側コイルとは別巻線のサーチコイルを設け、サーチコイルに生じる誘起電圧に基づいてスイッチング周波数の変化を検出する構成であってもよい。これにより、二次側コイルとコアを共用した簡単な構成で動作状態変化の検出部を実現できる。

また、動作状態の変更として、待機状態ではスイッチング電源回路のスイッチング動作を間欠動作させ、ＬＦ帯の無線通信信号の送信時はスイッチング動作の休止期間とし、能動状態ではスイッチング動作の間欠動作を停止するようにしてもよい。これにより、スイッチング周波数を切り替えることなく、ＬＦ帯の無線通信信号への干渉を低減できる。この場合、受電ユニット側では誘起電圧の有無によって動作状態の変更を容易かつ高精度に検出できる。

また、スイッチング電源回路を２つのスイッチング素子を用いたプッシュプル型の回路構成とし、動作状態の変更として、スイッチング電源回路の駆動方式を切り替えるようにしてもよい。この際、待機状態では、スイッチング電源回路を１石フォワード動作とすることで、スイッチング動作による電磁界の放射レベルを下げることができるので、ＬＦ帯の無線通信信号への干渉を低減できる。能動状態では、スイッチング電源回路を２石プッシュプル動作とすることで、機器の動作に必要な大きな電力を供給できる。

また、上記の非接触給電装置を用いて、電力供給を受ける機器としての電気錠を備える電気錠システムを構成することで、電気錠への電力供給能力を低下させることなく、認証処理時のＬＦ帯の無線通信信号に対する干渉を低減できる。したがって、電気錠システムにおいて、認証処理を支障なく実行可能にできるとともに、電気錠に対して十分な電力供給を行うことが可能になる。

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

上述した実施形態では、非接触給電装置を電気錠システムに適用した場合の構成例を示したが、本発明に係る非接触給電装置は、対象機器としてその他の機器を用いた機器制御システムに適用することも可能である。

１０ 給電ユニット
２０ 受電ユニット
３０ 機器
４０ 非接触給電装置
５０ 認証装置
６０ 認証子機
７０ 電気錠操作器
８０ 電源
１０１ 開閉扉
１０２ 扉枠
１２２ スイッチング電源回路
１２３ 給電側分離トランス
１２４ スイッチング電源回路制御ＩＣ
１２５ 周波数切替部
１２６ 制御部
１４１、２４１ 受電側分離トランス
１４２ 整流平滑化回路
１４３、１４４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１４５ 制御部
１４６、２４６ 検出部
２４２ サーチコイル
２４５ シュミットトリガ回路

Claims (5)

1. 給電ユニットと受電ユニットとを備え、電磁誘導により非接触給電を行う非接触給電装置であって、
   前記給電ユニットは、
   ＬＦ帯の無線通信によって認証処理を行う認証装置による認証結果に基づいて前記受電ユニットを介して前記認証装置に給電動作を行うと共に、
   スイッチング電源回路と、
   前記認証装置による前記認証処理に伴う、前記ＬＦ帯の無線通信が実行される可能性がある待機状態と、前記認証処理に成功した後に、前記受電ユニットが給電対象である機器に対して電力を供給する能動状態とで、前記スイッチング電源回路のスイッチング周波数を変更して、前記ＬＦ帯の無線通信に及ぼす影響を低減する動作状態制御部と、
   を備える、非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置であって、
   前記動作状態制御部は、前記待機状態では前記ＬＦ帯の無線通信信号と干渉しない範囲の高い周波数である第１の周波数とし、前記能動状態では前記第１の周波数よりも低い第２の周波数とするように、前記スイッチング周波数を切り替える非接触給電装置。
3. 請求項２に記載の非接触給電装置であって、
   前記受電ユニットは、前記給電ユニットに設けられる一次側コイルに対向して配置される二次側コイルを有する受電側分離トランスと、前記受電側分離トランスの誘起電圧に基づいて前記スイッチング周波数の変化を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記機器の動作を制御する機器制御部と、を備える非接触給電装置。
4. 請求項３に記載の非接触給電装置であって、
   前記受電側分離トランスは、前記二次側コイルとは別巻線のサーチコイルを有し、前記検出部は、前記サーチコイルに生じる誘起電圧に基づいて前記スイッチング周波数の変化を検出する非接触給電装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の非接触給電装置と、
   前記非接触給電装置と接続され、前記非接触給電装置より電力供給を受ける機器としての電気錠と、
   を備える電気錠システム。

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