JP5591957B2 - 半導体装置、電力送信装置、電力受信装置、充電システム、無線通信システムおよび充電方法 - Google Patents
半導体装置、電力送信装置、電力受信装置、充電システム、無線通信システムおよび充電方法 Download PDFInfo
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Description
本発明の実施の形態は、半導体装置、電力送信装置、電力受信装置、充電システム、無線通信システムおよび充電方法に関する。
家庭用のコードレス電話の子機にも利用されているように、非接触充電システムは、電力供給側の電力送信装置および電力受信側の電力受信装置にそれぞれコイル(インダクタ)を有し、電力送信装置から送信されるエネルギー(電力)を、相互誘導により電力受信装置に伝達し、その伝達したエネルギーによりバッテリーを充電するものである。
このシステムでは、電力送信装置は、電力受信装置が存在するか否かを検出できない。そのため、電力受信装置が存在しない場合であっても、常に充電用電力を放射する必要があり、電力が無駄になってしまう。また、電力送信装置は、電力受信装置の受信電力限界(バッテリーを充電可能な電力の下限)や充電終了などの情報も把握できないので、予め決められた一定の送信条件で電力を送信している。そのため、電力送信装置と電力受信装置の関係は1対1の事前に決められた装置間に限定される場合が多く、システムの汎用性は低いものになっている。
本発明の目的は、電力を効率的に利用してバッテリーを充電できる半導体装置、電力送信装置、電力受信装置、充電システム、無線通信システムおよび充電方法を提供することにある。
実施形態によれば、半導体装置は、ドライブ制御回路と、受信回路と、制御部と、を備える。前記半導体装置は、電力受信装置に無線信号を送信する。前記電力受信装置は、受信した前記無線信号から得られる電力でバッテリーを充電して、前記バッテリーの充電が終了すると充電終了信号を送信して、前記無線信号に含まれる質問信号に応答して回答信号を送信する。前記ドライブ制御回路は、送信側コイルから前記無線信号を送信させるドライブ回路を制御して、前記無線信号の強度および変調を制御する。前記受信回路は、前記電力受信装置により前記無線信号が変調されて送信された前記回答信号と前記充電終了信号を、前記送信側コイルを介して受信する。前記制御部は、前記受信回路が前記回答信号を受信していない場合、または、前記受信回路が前記充電終了信号を受信した場合、前記電力受信装置と通信可能な通信可能電力および前記質問信号を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御する。前記制御部は、前記受信回路が前記回答信号を受信し、且つ、前記充電終了信号を受信していない場合、前記電力受信装置の前記バッテリーを充電可能な充電電力を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御する。前記充電電力は、前記通信可能電力より高い。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る充電システム100の構成を示すブロック図である。図1に示すように、充電システム(非接触充電システム)100は、電力送信装置10と、電力受信装置20とを備える。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る充電システム100の構成を示すブロック図である。図1に示すように、充電システム(非接触充電システム)100は、電力送信装置10と、電力受信装置20とを備える。
電力送信装置10は、制御部(例えばCPU)11と、ドライブ制御回路12と、ドライブ回路13と、送信側コイル14と、RFID(Radio Frequency Identification)受信回路(受信回路)15と、を備える。これらのうち、例えば、制御部11と、ドライブ制御回路12と、RFID受信回路15とは、1つの半導体装置(集積回路)として構成可能である。
電力受信装置20は、受信側コイル21と、整流器22と、平滑コンデンサ23と、充電回路24と、バッテリー(二次電池)25と、RFID機能回路26と、を備える。これらのうち、例えば、整流器22と、平滑コンデンサ23と、充電回路24と、RFID機能回路26とは、1つの半導体装置として構成可能である。また、これらのうち、受信側コイル21と、整流器22と、平滑コンデンサ23と、RFID機能回路26とは、RFID28として機能する。
電力送信装置10は、無線信号を用いて電力を送信する。電力受信装置20は、電力送信装置10から送信された無線信号を受信して、受信した無線信号から得られる電力でバッテリー25を充電する。
送信側コイル14は、無線信号を送信する。ドライブ回路13は、送信側コイル14を駆動して送信側コイル14から無線信号を送信させる。ドライブ制御回路12は、ドライブ回路13を制御して、無線信号の強度および変調を制御する。ドライブ制御回路12が無線信号の強度を制御することにより、無線信号により送信される電力が制御される。また、ドライブ制御回路12が無線信号の変調を制御することにより、無線信号により所定の質問信号(コマンド)が送信される。
RFID受信回路15は、ドライブ制御回路12が無線信号を変調していない時に、電力受信装置20により無線信号が変調されて送信された回答信号と充電終了信号を、送信側コイル14を介して受信する。
制御部11は、RFID受信回路15により受信された回答信号と充電終了信号を解釈して、対応する処理を行う。即ち、制御部11は、RFID受信回路15が回答信号を受信していない場合、または、RFID受信回路15が充電終了信号を受信した場合、電力受信装置20と通信可能な通信可能電力および質問信号を、送信側コイル14から無線信号により送信させるようにドライブ制御回路12を制御する。
この通信可能電力は、電力受信装置20と通信可能な電力である。即ち、通信可能電力は、電力受信装置20を動作させることが可能な電力である。さらに、通信可能電力は、電力送信装置10により送信された質問信号が電力受信装置20で正常に受信され得る無線信号の強度に相当する。上記質問信号は、電力受信装置20の存在を確認可能なコマンドを含んでおり、電力受信装置20に回答信号を要求する信号である。
また、制御部11は、RFID受信回路15が回答信号を受信し、且つ、充電終了信号を受信していない場合、電力受信装置20のバッテリー25を充電可能な充電電力を、送信側コイル14から無線信号により送信させるようにドライブ制御回路12を制御する。
この充電電力は、通信可能電力より高い。このとき、制御部11は、RFID受信回路15が受信した回答信号に含まれているバッテリー25の識別情報に基づいて、無線信号の強度(つまり充電電力)を制御する。
電力送信装置10の更に詳細な回路構成については、後述する。
受信側コイル21は、電力送信装置10から無線信号を受信する。整流器22は、受信側コイル21で受信された無線信号を整流して電力を生成する。本実施形態では、整流器22の一例として、4つのダイオードが接続されたブリッジダイオードが用いられている。つまり、本実施形態では、整流器22は無線信号を全波整流する。平滑コンデンサ23は、整流された電力を平滑化する。
充電回路24は、平滑化された整流器22からの電力でバッテリー25を充電して、バッテリー25の充電が終了すると終了信号S1を出力する。
RFID機能回路26は、平滑化された整流器22からの電力で動作する。RFID機能回路26は、受信側コイル21で受信された無線信号を復調して、無線信号から質問信号が検出された場合に、電力送信装置10から送信された無線信号を変調して回答信号を受信側コイル21から送信する。また、RFID機能回路26はメモリ(図示せず)を有しており、このメモリは、前述したバッテリー25の識別情報などを記憶している。これにより、RFID機能回路26は、回答信号にバッテリー25の識別情報などを含ませるようにできる。なお、この識別情報は、例えば、製造時などにおいて、バッテリー25の種類に応じて、RFID機能回路26のメモリに記憶させておけば良い。
また、RFID機能回路26は、充電回路24から終了信号S1を受けた場合に、無線信号を変調して充電終了信号を受信側コイル21から送信する。
RFID機能回路26による変調は、次のように行われる。即ち、RFID機能回路26は、無線信号を変調する際に、受信側コイル21から電流を引き込む。すると、受信した無線信号により受信側コイル21から整流器22に流れる電流に加え、受信側コイル21からRFID機能回路26にも電流が流れる。これにより、電力送信装置10から送信された無線信号の強度が減少して、無線信号が振幅変調されるようになる。前述のように、電力送信装置10のRFID受信回路15は、このように変調された無線信号から回答信号と充電終了信号を受信する。
なお、RFID28の通信方式(通信規格)は、電力送信装置10と電力受信装置20との間で通信が行えるものであれば、どのような方式であっても良い。
次に、図2を参照して、電力送信装置10の詳細な回路構成の一例について説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る電力送信装置10の構成を示す回路図である。図2に示すように、ドライブ制御回路12は、可変電源31と、発振器32と、インバータ33と、バッファ34,35と、NMOSトランジスタ(第1のNMOSトランジスタ)36と、NMOSトランジスタ(第2のNMOSトランジスタ)37と、抵抗38,39と、を有する。
ドライブ回路13は、PMOSトランジスタ41,42と、NMOSトランジスタ43,44と、インバータ45と、を有する。RFID受信回路15は、整流器(送信側整流器)51と、比較器52と、を有する。
制御回路11からの変調制御信号は、インバータ33に入力される。インバータ33の出力信号は、バッファ34を介してNMOSトランジスタ36のゲートに入力されると共に、バッファ35を介してNMOSトランジスタ37のゲートに入力される。
NMOSトランジスタ36は、ソースが接地され、ドレインが抵抗38を介して送信側コイル14の一端に接続されている。NMOSトランジスタ37は、ソースが接地され、ドレインが抵抗39を介して送信側コイル14の他端に接続されている。
発振器32は、制御回路11からの周波数制御信号に基づいた周波数の発振信号を、PMOSトランジスタ41のゲートと、NMOSトランジスタ43のゲートと、インバータ45とに出力する。インバータ45の出力信号は、PMOSトランジスタ42のゲート及びNMOSトランジスタ44のゲートに入力される。
制御回路11からの強度制御信号は、可変電源31に入力される。
PMOSトランジスタ41は、ソースに可変電源31からの電圧が供給され、ドレインとゲートがNMOSトランジスタ43のドレインとゲートにそれぞれ接続されている。NMOSトランジスタ43のソースは接地されている。PMOSトランジスタ41のドレインとNMOSトランジスタ43のドレインとの接続点は、送信側コイル14の一端に接続されている。つまり、PMOSトランジスタ41とNMOSトランジスタ43は、第1のドライブ用インバータを構成している。
PMOSトランジスタ42は、ソースに可変電源31からの電圧が供給され、ドレインとゲートがNMOSトランジスタ44のドレインとゲートにそれぞれ接続されている。NMOSトランジスタ44のソースは接地されている。PMOSトランジスタ42のドレインとNMOSトランジスタ44のドレインとの接続点は、送信側コイル14の他端に接続されている。つまり、PMOSトランジスタ42とNMOSトランジスタ44は、第2のドライブ用インバータを構成している。
送信側コイル14の一端と他端は、整流器51に接続されている。本実施形態では、整流器51の一例として、4つのダイオードが接続されたブリッジダイオードが用いられている。整流器51で整流された送信側コイル14からの信号は、比較器52の反転入力端子に入力される。比較器52の入力端子には、基準電圧Vrefが入力される。比較器52の出力信号は、制御部11に入力される。
発振器32からの発振信号に基づいて、第1のドライブ用インバータと第2のドライブ用インバータは、互いに逆相の信号で送信側コイル14を駆動する。これにより、送信側コイル14から無線信号が送信される。発振信号の周波数(無線信号の周波数)は、例えば、125kHzや13.56MHzなど、通信方式に応じて適宜設定可能である。
制御部11からの強度制御信号に応じて、可変電源31の電圧は制御される。第1のドライブ用インバータと第2のドライブ用インバータの出力信号の電圧振幅は、可変電源31の電圧に依存するので、これにより送信側コイル14から送信される無線信号の強度が制御される。
制御回路11からの変調制御信号に応じて、NMOSトランジスタ36,37はオン又はオフに制御される。NMOSトランジスタ36,37がオンになると、送信側コイル14からNMOSトランジスタ36,37に電流が流れ、第1のドライブ用インバータと第2のドライブ用インバータの出力信号の電圧振幅が低下する。これにより、送信側コイル14から送信される無線信号の変調が制御される。なお、本実施形態では、無線信号は振幅変調されるものとする。
制御部11は、強度制御信号と変調制御信号を用いて、前述のように、所定の電力や信号を送信側コイル14から無線信号により送信させるようにドライブ制御回路12を制御する。
整流器51は、送信側コイル14からの、電力受信装置20で変調された無線信号を整流する。比較器53は、整流された信号を基準電圧Vrefと比較して、比較結果を制御部11に出力する。比較結果は、回答信号と充電終了信号を含んでいる。このようにして、前述のように、RFID受信回路15は、電力受信装置20で変調された無線信号から回答信号と充電終了信号を受信する。
次に、図3と図4のフローチャートを参照して、電力送信装置10と電力受信装置20の各々の動作について説明する。その後、図5のシーケンス図を参照して、電力送信装置10の動作と電力受信装置20の動作との関係について説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る電力送信装置10の動作を示すフローチャートである。
最初に、電力送信装置10は、通信可能電力と質問信号を、無線信号を用いて送信する(ステップS10)。前述のように、通信可能電力は、バッテリー25を充電するための充電電力より、十分に低い電力である。また、質問信号は間欠的に送信される。例えば、電力送信装置10は、無変調の無線信号を10秒間送信し、その後、無線信号を振幅変調して質問信号を0.1秒間送信することを繰り返す。通信可能電力は、この無変調の無線信号及び振幅変調された無線信号により送信される。
次に、電力送信装置10は、質問信号を送信した後、電力受信装置20から回答信号を受信したか否か判定する(ステップS11)。この判定は、上述した無変調の無線信号を送信している間に行う。
回答信号を受信していない場合(ステップS11;No)、ステップS10の処理に戻る。これにより、電力送信装置10は、電力受信装置20が近くに存在しないなどの理由で回答信号を受信できない場合、通信可能電力と質問信号を送信し続ける。
電力送信装置10は、回答信号を受信した場合(ステップS11;Yes)、次に、充電電力の送信条件を設定する(ステップS12)。電力受信装置20から回答信号が送信されている場合、電力送信装置10が送信している無変調の無線信号が、電力受信装置20により振幅変調される。電力送信装置10は、この振幅変調された無線信号をRFID受信回路15で受信することにより、回答信号を受信できる。
また、前述のように、電力送信装置10は、上記充電電力の送信条件を、回答信号に含まれているバッテリー25の識別情報に基づいて設定する。例えば、電力送信装置10の制御部11は、識別情報と充電特性情報とが対応付けられた組を複数組含むマップ(テーブル)を有しており、受信した識別情報に対応する充電特性情報に従って、充電電力の送信条件を設定できるようになっている。例えば、充電特性情報は、充電電力と時間との関係(充電プロファイル)を含んでいる。これにより、バッテリー25の特性に合わせて、例えば、充電開始直後は充電電力を低下させるようにして急速に充電せずに、ある程度時間が経過してから充電電力を増加させることもできる。また、バッテリー25の充電電力の下限に合わせた充電電力を送信することもできる。このような制御により、無線信号(電磁波)の放射を低減できるので、電磁妨害を低減することができる。
次に、電力送信装置10は、電力受信装置20から充電終了信号を受信したか否か判定する(ステップS13)。
充電終了信号を受信した場合(ステップS13;Yes)、ステップS10の処理に戻る。
電力送信装置10は、充電終了信号を受信していない場合(ステップS13;No)、設定された充電電力の送信条件で充電電力を送信し(ステップS14)、ステップS13の判定に戻る。これにより、電力送信装置10は、充電終了信号を受信するまで、充電電力を送信し続ける。なお、本実施形態では、充電電力を送信している間は、質問信号を送信しない。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る電力受信装置20の動作を示すフローチャートである。
最初に、電力受信装置20は、電力送信装置10から送信された通信可能電力を受信して動作を開始する(ステップS20)。つまり、この通信可能電力によってRFID機能回路26が起動する。
次に、電力受信装置20は、電力送信装置10から質問信号を受信したか否か判定する(ステップS21)。
質問信号を受信していない場合(ステップS21;No)、ステップS21の判定に戻る。
電力受信装置20は、質問信号を受信した場合(ステップS21;Yes)、質問信号に応答して、回答信号を、無線信号を用いて送信する(ステップS22)。
次に、電力受信装置20は、バッテリー25の充電が終了しているか否か判定する(ステップS23)。
充電が終了している場合(ステップS23;Yes)、充電終了信号を、無線信号を用いて送信して(ステップS24)、処理を終了する。
充電が終了していない場合(ステップS23;No)、電力受信装置20は、受信した充電電力でバッテリー25を充電して(ステップS25)、ステップS23の判定に戻る。
次に、図5のシーケンス図を参照して、電力送信装置10の動作と電力受信装置20の動作との関係(つまり、充電システム100の動作)について説明する。ここでは、充電が終了していないバッテリー25を充電する一例について説明する。また、以下に説明するステップは、図3,4のフローチャートのステップに対応している。
まず、電力送信装置10は、電源投入後、電力受信装置20と通信可能な通信可能電力と質問信号を、無線信号を用いて送信する(ステップS10)。
次に、電力受信装置20は、電力送信装置10から受信した通信可能電力で動作開始して(ステップS20)、電力送信装置10から受信した質問信号に応答して、回答信号を、無線信号を用いて送信する(ステップS22)。
次に、電力送信装置10は、充電電力の送信条件を設定する(ステップS12)。
続いて、電力送信装置10は、電力受信装置20から回答信号を受信し、且つ、充電終了信号を受信していない場合、設定された充電電力の送信条件に従って、送信する無線信号の強度を増加させて、充電電力を、無線信号を用いて送信する(ステップS14)。
次に、電力受信装置20は、バッテリー25の充電が終了していない場合、受信した充電電力でバッテリー25を充電する(ステップS25)。このとき、電力送信装置10は、充電終了信号を受信するまで、設定された送信条件で充電電力を送信し続ける(ステップS13;No、ステップS14)。
次に、電力受信装置20は、バッテリー25の充電が終了している場合、充電終了信号を、無線信号を用いて送信する(ステップS24)。
電力送信装置10は、電力受信装置20から充電終了信号を受信した場合、送信する無線信号の強度を再び低下させて、充電電力より低い通信可能電力と質問信号を、無線信号を用いて送信する(ステップS10)。これにより、バッテリー25の充電を行う必要が無い場合、充電に用いられない無駄な電力を送信しないようにできる。
このように、本実施形態によれば、電力送信装置10のRFID受信回路15と、電力受信装置20のRFID28との間で通信して、電力送信装置10が電力受信装置20の存在および情報を把握できるようにしている。これにより、電力送信装置10は、電力受信装置20の存在を確認できるまで、且つ、電力受信装置20のバッテリー25に充電が必要となるまで、電力受信装置20のRFID28と通信を行うのに必要な最低限の通信可能電力のみを送信できる。つまり、電力送信装置10は、バッテリー25の充電に必要な充電電力を常に送信し続ける必要がないので、有効に用いられない無駄な電力を削減できる。従って、電力を効率的に利用してバッテリーを充電できる。
また、電力送信装置10は、電力受信装置20のRFID28により送信されたバッテリー25の識別情報を受信できるため、その識別情報に基づいた適切な充電電力の送信条件の設定が可能となる。従って、電力送信装置10は、対応すべき電力受信装置20(バッテリー25)の種類や充電条件が増加しても、それぞれの電力受信装置20に適した充電電力を送信できる。つまり、充電システム100の汎用性を高くできる。
なお、以上の説明では、電力送信装置10は充電電力を送信中に質問信号を送信しない一例について説明したが、充電電力を送信中に質問信号を間欠的に送信しても良い。この場合、電力受信装置20は、バッテリー25を充電している間に質問信号を受信すると、回答信号を送信する。そして、電力送信装置10は、質問信号を送信した後に回答信号を受信しない場合、充電電力の送信を停止して、通信可能電力を送信する。これにより、電力送信装置10は、バッテリー25の充電中であって充電が終了する前に電力受信装置20が存在しなくなった場合に、即座に充電電力の送信を停止できる。従って、無駄な電力をさらに削減できる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、電力受信装置20のRFID機能回路26がバッテリー25の電力によって動作するものである。
第2の実施形態は、電力受信装置20のRFID機能回路26がバッテリー25の電力によって動作するものである。
図6は、本発明の第2の実施形態に係る電力受信装置20の構成を示すブロック図である。図6に示すように、この電力受信装置20は、バッテリー25からRFID機能回路26に電力が供給され、整流器22からRFID機能回路26に電力が供給されない点が、図1の第1の実施形態と異なる。その他の構成は図1の第1の実施形態と同一であるため、同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。
このような電力受信装置20を用いる充電システム100において、電力送信装置10は、バッテリー25を充電しない時に、RFID機能回路26を動作させるための電力を送信する必要がない。従って、電力送信装置10は、この時に送信する無線信号の強度を第1の実施形態より低下させて、第1の実施形態より低い通信可能電力と質問信号を送信するようにできる。
この通信可能電力は、電力送信装置10により送信された質問信号が電力受信装置20で正常に受信され得る無線信号の強度に相当する。また、通信可能電力は、電力送信装置10から送信された無変調の無線信号が電力受信装置20により変調可能であり、且つ、電力受信装置20により変調された無線信号が電力送信装置10により受信可能な無線信号の強度に相当する。
このように、本実施形態によれば、バッテリー25を充電しない時に電力送信装置10が送信する電力を、第1の実施形態より低減できる。従って、電磁妨害を第1の実施形態より低減することができる。また、第1の実施形態と同様の効果も得られる。
なお、バッテリー25とは異なる専用のバッテリーによって、RFID機能回路26に電力を供給しても良い。
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、電力送信装置10が、第1の実施形態のRFIDリード機能に加えてRFIDライト機能も備え、電力受信装置20のRFID機能回路26に情報を書き込むようにしたものである。
第3の実施形態は、電力送信装置10が、第1の実施形態のRFIDリード機能に加えてRFIDライト機能も備え、電力受信装置20のRFID機能回路26に情報を書き込むようにしたものである。
本実施形態の電力送信装置10は、例えば、充電電力の送信を開始する際に、充電回数ライト信号を送信する。電力受信装置20は、充電回数ライト信号を受信すると、RFID機能回路26が有するメモリに記憶されている充電回数に1を加算して記憶する。これにより、電力受信装置20は、充電回数が予め定められた回数を超えた場合に、ランプやディスプレイなどを用いてユーザに知らせることが可能である。
このように、本実施形態によれば、電力受信装置20のRFID機能回路26が充電回数を記憶するようにしたので、ユーザはバッテリー25の寿命を把握できる。また、第1の実施形態と同様の効果も得られる。
(第4の実施形態)
第1から第3の実施形態では、電力送信装置10が、ある周波数の無線信号を用いて通信可能電力と充電電力と質問信号等のコマンドとを送信する一例について説明したが、本実施形態では、通信可能電力及び充電電力の送受信に用いられる周波数は、質問信号等のコマンドの送受信に用いられる周波数と異なる。
第1から第3の実施形態では、電力送信装置10が、ある周波数の無線信号を用いて通信可能電力と充電電力と質問信号等のコマンドとを送信する一例について説明したが、本実施形態では、通信可能電力及び充電電力の送受信に用いられる周波数は、質問信号等のコマンドの送受信に用いられる周波数と異なる。
本実施形態では、電力送信装置10は、送信側コイル14に並列接続された追加の送信側コイルをさらに備える。ドライブ回路13は、送信側コイル14及び追加の送信側コイルを駆動する。例えば、電力送信装置10は、125kHzの無線信号を用いて送信側コイル14から通信可能電力及び充電電力を送信し、13.56MHzの無線信号を用いて追加の送信側コイルから質問信号等のコマンドを送信する。
また、電力受信装置20は、受信側コイル21に並列接続された追加の受信側コイルをさらに備える。例えば、電力受信装置20は、受信側コイル21で受信された125kHzの無線信号を用いて通信可能電力及び充電電力を得て、追加の受信側コイルで受信された13.56MHzの無線信号を用いて質問信号等のコマンドを検出する。
このような構成によっても、第1から第3の実施形態と同様の効果が得られる。
(第5の実施形態)
本実施形態は、1つの電力送信装置で複数の電力受信装置を充電可能な充電システムに関する。
本実施形態は、1つの電力送信装置で複数の電力受信装置を充電可能な充電システムに関する。
図7は、第5の実施形態に係る充電システム100aの斜視図である。図8は、第5の実施形態に係る充電システム100aの構成を示すブロック図である。図7,8に示すように、充電システム100aは、電力送信装置10aと、複数の電力受信装置20aとを備える。電力受信装置20aは、例えば、携帯端末として構成されてもよい。図7に示すように、電力送信装置10aは、例えば、平板形状を有し、その表面19a上に複数の電力受信装置20aを置くことができる。電力送信装置10aの表面19aには、送信側コイル14aが埋め込まれている。図8に示すように、電力送信装置10aと、電力受信装置20aの構成は、基本的には図1と同様である。
この充電システム100aにおいては、電力送信装置10aの制御部11aは、RFIDのアンチコリジョン(衝突防止)機能を用いて複数の電力受信装置20aのバッテリー25の識別情報を取得する。そして、電力送信装置10aの制御部11aは、取得された複数の電力受信装置20aのバッテリー25の識別情報に応じて充電電力を制御する。
例えば、電力送信装置10aが最大10個の電力受信装置20aを充電可能に構成されていた場合について、具体的な動作を説明する。電力送信装置10aは、2つの電力受信装置20aが置かれた際には、その2つの電力受信装置20aのバッテリー25の識別情報に応じて、各電力受信装置20aが必要とする電力の和のみを送信電力として送信することができる。よって、電力送信装置10aは無駄な送信電力を送信する必要がないため、消費電力の削減や、電磁妨害の低減もできる。各電力受信装置20aは、バッテリー25の識別情報、即ち必要とする電力が互いに異なっていてもよい。
これに対して、従来の複数の電力受信装置を充電可能な充電システムでは、例えば、電力送信装置は、最大10個の電力受信装置を充電可能に構成されていた場合、電力受信装置とは無関係に、10個の電力受信装置を充電可能な電力を送信し続ける。よって、例えば、2つの電力受信装置が置かれた際、送信された全電力を例えば半分ずつ受信した各電力受信装置は、受信した電力の大部分を内部で熱等として消費する。このように、従来の電力送信装置は、バッテリーの充電に用いられない無駄な電力を送信する必要がある。
なお、例えば、この充電システム100aにおいて、電力送信装置10aの送信側コイル14aを交差点付近の道路などに埋め込み、電力受信装置20aを自動車に搭載してもよい。この場合、自動車が交差点付近で信号待ちをしている時に、電力受信装置20aを充電できる。
(第6の実施形態)
本実施形態は、電力送信装置10と電力受信装置20を用いた無線通信システムに関する。
本実施形態は、電力送信装置10と電力受信装置20を用いた無線通信システムに関する。
図9は、第6の実施形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。この無線通信システムは、第1の無線通信装置1000と、第2の無線通信装置2000と、を備える。第1の無線通信装置1000は、例えば、自動車に搭載された車載システム又はキオスク端末である。第2の無線通信装置2000は、例えば、スマートフォンである。
第1の無線通信装置1000は、第1の実施形態の電力送信装置10と、第1の無線部80と、を有する。
第2の無線通信装置2000は、第1の実施形態の電力受信装置20と、第2の無線部90と、を有する。第2の無線通信装置2000は、電力受信装置20のバッテリー25の電力または整流器22からの電力で動作する。第2の無線部90は、第1の無線部80との間で無線通信可能に構成されている。
第1及び第2の無線部80,90は、例えば、BT:Bluetooth(登録商標)と、W-LAN:無線LANと、T-Jet:TransferJet(登録商標)と、の少なくとも何れかの通信規格に対応している。
以下に、図10,11のシーケンス図を参照して、この無線通信システムの動作について説明する。以下に説明するステップのうち、第1の実施形態と同じステップについては、第1の実施形態と同一の番号を付している。
図10は、第6の実施形態に係る無線通信システムの動作を示すシーケンス図である。図10は、第1の無線通信装置1000が車載システムである場合について示している。まず、第1の無線通信装置1000の電力送信装置10は、第2の無線通信装置2000の電力受信装置20と通信可能な通信可能電力と質問信号を、無線信号を用いて送信する(ステップS10)。
次に、電力受信装置20は、電力送信装置10から受信した通信可能電力で動作開始し(ステップS20)、そして、電力送信装置10から受信した質問信号に応答して、回答信号と、第2の無線通信装置2000の属性に関する属性情報とを、無線信号を用いて送信する(ステップS60)。例えば、電力受信装置20は、スマートフォンの属性情報(暗号キー1、所持者名、保持金額、カード番号等)を、RFID(NFC)28の暗号化の仕組みを用いて、車載システムに送信する。
次に、第1の無線通信装置1000は、電力送信装置10に、受信した属性情報に応じて、第1の無線部80と第2の無線部90との間の無線経路の設定情報を送信させる(ステップS61)。例えば、車載システムは、無線経路の設定情報(SSIDや暗号キー2)を同じRFIDの暗号化の仕組みを用いて、スマートフォンに送信する。
その結果、第1の無線通信装置1000と第2の無線通信装置2000は、無線経路の設定情報に従って、第1の無線部80と第2の無線部90との間のチャネルを確立する(ステップS62)。つまり、別無線経路の呼(チャネル)が確立して、第1の無線通信装置1000と第2の無線通信装置2000との間で大容量データの送受信が可能となる。なお、T-Jetの場合はチャネルの確立方法が異なるが、通信規格に応じて適宜処理すればよい。
次に、電力送信装置10は、充電電力の送信条件を設定する(ステップS12)。
続いて、電力送信装置10は、設定された充電電力の送信条件に従って、送信する無線信号の強度を増加させて、充電電力を、無線信号を用いて送信する(ステップS14)。
次に、電力受信装置20は、受信した充電電力でバッテリー25を充電する(ステップS25)。
ステップS61,S62の処理は、ステップS25の後に行ってもよい。
そして、これ以降、第1の無線通信装置1000と第2の無線通信装置2000は、第1の無線部80と第2の無線部90との間のチャネルを用いて、以下の様に大容量のデータ送受信を行う。この時、第2の無線通信装置2000は、バッテリー25の電力または整流器22からの電力で動作する。
つまり、車載システムである第1の無線通信装置1000は、その属性情報(ガソリン不足、速度等)をスマートフォンである第2の無線通信装置2000に送信する(ステップS63)。
次に、スマートフォンである第2の無線通信装置2000は、受信した属性情報を用いてアプリケーション動作を行う(ステップS64)。例えば、スマートフォンは、ガソリン不足の属性情報に基づいて、ガソリンスタンドの位置をカーナビゲーションに表示する。
図11は、第6の実施形態に係る無線通信システムの他の動作を示すシーケンス図である。図11は、第1の無線通信装置1000がキオスク端末である場合について示している。
図示するように、この場合、図10のステップS63,S64の代わりに、以下のステップS63a,64aの処理を行うことができる。他のステップは図10と同じである。
つまり、スマートフォンである第2の無線通信装置2000は、課金情報(スイカを想定)またはカード番号を送信する(ステップS63a)。
キオスク端末である第1の無線通信装置1000は、雑誌、本、音楽および映画等の大容量データを送信する(ステップS64a)。
なお、課金情報またはカード番号は、RFID28を用いてステップS60で送信しても良い。
このように、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に電力を効率的に利用してバッテリー25を充電できると共に、大容量のデータの送受信も可能になる。
(第7の実施形態)
本実施形態では、充電の途中で充電電力を低下させるようにしている。
本実施形態では、充電の途中で充電電力を低下させるようにしている。
図12は、第7の実施形態に係る充電システム100の充電特性を示す図である。図12の縦軸は電力受信装置20の充電回路24からバッテリー25に流れる電流Iを示し、横軸はバッテリー25の充電開始からの経過時間tを表す。図12に示すように、時間tの経過に伴い充電回路24からバッテリー25に流れる電流Iは減少する。つまり、時間の経過に伴い、バッテリー25の充電に用いられる電力は減少する。
そして、充電回路24は、時刻t1において、バッテリー25に流れる電流Iがしきい値It以下になった時、電流減少信号を出力する。RFID機能回路26は、この電流減少信号を受けた場合に、無線信号を変調して充電電力制御信号を受信側コイル21から送信する。電力送信装置10の制御部11は、受信回路15がこの充電電力制御信号を受信した場合、充電電力を低下させる。
時刻t1以降、低下した充電電力を用いて、バッテリー25は充電される。そして、時刻t2において、充電回路24からバッテリー25に流れる電流はほぼ一定値Icになる。第1の実施形態で説明したように、充電回路24は、このことを検出して終了信号S1を出力する。
このように、本実施形態によれば、電力送信装置10が送信する充電電力を充電の途中で低下させるようにしているので、第1の実施形態等よりも、無駄な電力を低減できる。
なお、複数のしきい値を設けて、充電電力の制御を複数回行ってもよい。
以上で説明した実施形態によれば、電力を効率的に利用してバッテリー25を充電できる。
なお、例えば、上記実施形態では、振幅変調された無線信号を用いて質問信号や回答信号などを送受信する一例について説明したが、これに限られない。例えば、位相変調や周波数変調などを用いても良い。
また、上記実施形態では、ドライブ制御回路12がNMOSトランジスタ36,37のオン/オフによって無線信号を変調する一例について説明したが、これに限られない。例えば、インバータ33と、バッファ34,35と、NMOSトランジスタ36,37と、抵抗38,39とを用いずに、可変電圧31の電圧を制御することで無線信号を変調しても良い。
また、上記実施形態では、図2を参照して電力送信装置10の回路構成の一例について説明したが、これに限られない。例えば、位相変調や周波数変調などを用いる場合には、ドライブ制御回路12やRFID受信回路15として、異なる回路を用いることができる。
また、上記実施形態では、送信側コイル14と受信側コイル21との間の電力及びコマンドの送受信が結合方式で行われる一例について説明したが、磁界方式で行われてもよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
Claims (17)
- 受信した無線信号から得られる電力でバッテリーを充電して、前記バッテリーの充電が終了すると充電終了信号を送信して、前記無線信号に含まれる質問信号に応答して回答信号を送信する電力受信装置に、前記無線信号を送信する半導体装置であって、
送信側コイルから前記無線信号を送信させるドライブ回路を制御して、前記無線信号の強度および変調を制御するドライブ制御回路と、
前記電力受信装置により前記無線信号が変調されて送信された前記回答信号と前記充電終了信号を、前記送信側コイルを介して受信する受信回路と、
前記受信回路が前記回答信号を受信していない場合、または、前記受信回路が前記充電終了信号を受信した場合、前記電力受信装置と通信可能な通信可能電力および前記質問信号を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御して、
前記受信回路が前記回答信号を受信し、且つ、前記充電終了信号を受信していない場合、前記電力受信装置の前記バッテリーを充電可能な、前記通信可能電力より高い充電電力を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御する、制御部と、を備え、
前記制御部は、前記充電電力と共に充電回数ライト信号を前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御し、
前記電力受信装置は、前記充電回数ライト信号を受信すると、充電回数に1を加算して記憶し、前記充電回数が予め定められた回数を超えた場合にユーザに知らせる
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記回答信号は、前記バッテリーの識別情報を含んでおり、
前記制御部は、前記識別情報に基づいて前記充電電力を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記制御部は、前記識別情報と充電特性情報とが対応付けられた組を複数組含むテーブルを有し、前記識別情報に対応する充電特性情報に従って前記充電電力を制御し、前記充電特性情報は、前記充電電力と時間との関係を含んでいる
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記制御部は、前記充電電力を送信中に、前記質問信号を、前記送信側コイルから前記無線信号により間欠的に送信させるように前記ドライブ制御回路を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記制御部は、アンチコリジョン機能を用いて、前記送信側コイル及び前記受信回路を介して複数の前記電力受信装置の前記バッテリーの識別情報を取得し、
前記制御部は、取得された前記複数の電力受信装置の前記バッテリーの前記識別情報に応じて前記充電電力を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記通信可能電力及び前記充電電力の送受信に用いられる前記無線信号の周波数は、前記質問信号の送受信に用いられる前記無線信号の周波数と異なる
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 回答信号を受信していない場合または充電終了信号を受信した場合、通信可能電力と質問信号を無線信号により送信すると共に、前記回答信号を受信し且つ前記充電終了信号を受信していない場合、前記通信可能電力より高い充電電力を前記無線信号により送信する電力送信装置から、前記無線信号を受信する半導体装置であって、
受信側コイルで受信された前記無線信号を整流して電力を生成する整流器と、
前記整流器からの前記電力でバッテリーを充電して、前記バッテリーの充電が終了すると終了信号を出力する充電回路と、
前記受信側コイルで受信された前記無線信号を復調して、前記無線信号から前記質問信号が検出された場合に、前記無線信号を変調して前記回答信号を前記受信側コイルから送信すると共に、前記充電回路から前記終了信号を受けた場合に、前記無線信号を変調して前記充電終了信号を前記受信側コイルから送信する、RFID機能回路と、を備え、
前記電力送信装置は、前記充電電力と共に充電回数ライト信号を送信し、
前記RFID機能回路は、前記無線信号から前記充電回数ライト信号が検出された場合に、充電回数に1を加算して記憶し、前記充電回数が予め定められた回数を超えた場合にユーザに知らせる
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記回答信号は、前記バッテリーの識別情報を含んでおり、
前記電力送信装置は、前記識別情報に基づいて前記充電電力を制御する
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記RFID機能回路は、前記整流器から供給された前記電力で動作する
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記RFID機能回路は、前記バッテリーから供給された電力で動作する
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記充電回路は、前記バッテリーに流れる電流がしきい値以下になった時、電流減少信号を出力し、
前記RFID機能回路は、前記電流減少信号を受けた場合に、前記無線信号を変調して充電電力制御信号を前記受信側コイルから送信し、
前記電力送信装置は、前記充電電力制御信号を受信した場合、前記充電電力を低下させる
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 受信した無線信号から得られる電力でバッテリーを充電して、前記バッテリーの充電が終了すると充電終了信号を送信して、前記無線信号に含まれる質問信号に応答して回答信号を送信する電力受信装置に、前記無線信号を送信する電力送信装置であって、
前記無線信号を送信する送信側コイルと、
前記送信側コイルを駆動するドライブ回路と、
前記ドライブ回路を制御して前記無線信号の強度及び変調を制御するドライブ制御回路と、
前記送信側コイルを介して、前記電力受信装置で変調された前記無線信号から回答信号と充電終了信号を受信する受信回路と、
前記受信回路が前記回答信号を受信していない場合、または、前記受信回路が前記充電終了信号を受信した場合、前記電力受信装置と通信可能な通信可能電力および前記質問信号を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御し、
前記受信回路が前記回答信号を受信し、且つ、前記充電終了信号を受信していない場合、前記電力受信装置の前記バッテリーを充電可能な、前記通信可能電力より高い充電電力を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御する、制御部と、を備え、
前記制御部は、前記無線信号の強度を制御する強度制御信号と、前記無線信号の変調を制御する変調制御信号と、を前記ドライブ制御回路に供給し、
前記ドライブ制御回路は、
前記強度制御信号に応じて電圧が制御される可変電源と、
前記変調制御信号がゲートに入力され、ソースが接地され、ドレインが前記送信側コイルの一端に接続された第1のNMOSトランジスタと、
前記変調制御信号がゲートに入力され、ソースが接地され、ドレインが前記送信側コイルの他端に接続された第2のNMOSトランジスタと、
発振信号を出力する発振器と、を有し、
前記ドライブ回路は、
前記発振信号が入力端子に供給され、前記送信側コイルの一端に出力端子が接続され、前記可変電源からの前記電圧が電源として供給される第1のドライブ用インバータと、
前記発振信号の反転信号が入力端子に供給され、前記送信側コイルの他端に出力端子が接続され、前記可変電源からの前記電圧が電源として供給される第2のドライブ用インバータと、を有する
ことを特徴とする電力送信装置。 - 前記受信回路は、
前記送信側コイルからの前記無線信号を整流する送信側整流器と、
前記送信側整流器で整流された信号を基準電圧と比較し、比較結果を前記制御部に出力し、前記比較結果は前記回答信号と前記充電終了信号を含んでいる、比較器と、を有する
ことを特徴とする請求項12に記載の電力送信装置。 - 回答信号を受信していない場合または充電終了信号を受信した場合、通信可能電力と質問信号を無線信号により送信すると共に、前記回答信号を受信し且つ前記充電終了信号を受信していない場合、前記通信可能電力より高い充電電力を前記無線信号により送信する電力送信装置から、前記無線信号を受信する電力受信装置であって、
前記無線信号を受信する受信側コイルと、
前記受信側コイルで受信された前記無線信号を整流して電力を生成する整流器と、
前記整流器からの前記電力でバッテリーを充電して、前記バッテリーの充電が終了すると終了信号を出力する充電回路と、
前記受信側コイルで受信された前記無線信号を復調して、前記無線信号から前記質問信号が検出された場合に、前記無線信号を変調して前記回答信号を前記受信側コイルから送信すると共に、前記充電回路から前記終了信号を受けた場合に、前記無線信号を変調して前記充電終了信号を前記受信側コイルから送信する、RFID機能回路と、を備え、
前記電力送信装置は、前記充電電力と共に充電回数ライト信号を送信し、
前記RFID機能回路は、前記無線信号から前記充電回数ライト信号が検出された場合に、充電回数に1を加算して記憶し、前記充電回数が予め定められた回数を超えた場合にユーザに知らせる
ことを特徴とする電力受信装置。 - 請求項12に記載の電力送信装置と、
請求項14に記載の電力受信装置と、を備える
ことを特徴とする充電システム。 - 電力送信装置と、第1の無線部と、を有する第1の無線通信装置と、
受信した無線信号から得られる電力でバッテリーを充電する電力受信装置と、前記第1の無線部と無線通信可能に構成された第2の無線部と、を有する第2の無線通信装置と、を備え、
前記電力送信装置は、
前記電力受信装置に前記無線信号を送信する送信側コイルと、
前記送信側コイルを駆動するドライブ回路と、
前記ドライブ回路を制御して前記無線信号の強度及び変調を制御するドライブ制御回路と、
前記送信側コイルを介して、前記電力受信装置で変調された前記無線信号から回答信号と充電終了信号を受信する受信回路と、
前記受信回路が前記回答信号を受信していない場合、または、前記受信回路が前記充電終了信号を受信した場合、前記電力受信装置と通信可能な通信可能電力および質問信号を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御し、
前記受信回路が前記回答信号を受信し、且つ、前記充電終了信号を受信していない場合、前記電力受信装置の前記バッテリーを充電可能な、前記通信可能電力より高い充電電力を、前記送信側コイルから前記無線信号により送信させるように前記ドライブ制御回路を制御する、制御部と、を備え、
前記電力受信装置は、
前記電力送信装置から前記無線信号を受信する受信側コイルと、
前記受信側コイルで受信された前記無線信号を整流して電力を生成する整流器と、
前記整流器からの前記電力で前記バッテリーを充電して、前記バッテリーの充電が終了すると終了信号を出力する充電回路と、
前記受信側コイルで受信された前記無線信号を復調して、前記無線信号から前記質問信号が検出された場合に、前記無線信号を変調して前記回答信号を前記受信側コイルから送信すると共に、前記充電回路から前記終了信号を受けた場合に、前記無線信号を変調して前記充電終了信号を前記受信側コイルから送信する、RFID機能回路と、を備え、
前記第2の無線通信装置は、前記バッテリーの電力または前記整流器からの前記電力で動作し、
前記電力受信装置は、前記回答信号を送信する時に前記第2の無線通信装置の属性に関する属性情報を送信し、
前記第1の無線通信装置は、前記電力送信装置に、受信した前記属性情報に応じて、前記第1の無線部と前記第2の無線部との間の無線経路の設定情報を送信させ、
前記第1の無線通信装置と前記第2の無線通信装置は、前記無線経路の設定情報に従って、前記第1の無線部と前記第2の無線部との間のチャネルを確立し、無線通信を行う
ことを特徴とする無線通信システム。 - 電力送信装置により無線信号を用いて電力を送信して、電力受信装置により、前記無線信号により送信された前記電力でバッテリーを充電する充電方法であって、
前記電力送信装置により、前記電力受信装置と通信可能な通信可能電力と質問信号を送信し、
前記電力受信装置により、前記電力送信装置から受信した前記質問信号に応答して、回答信号を送信し、
前記電力送信装置により、前記電力受信装置から前記回答信号を受信し、且つ、充電終了信号を受信していない場合、前記電力受信装置の前記バッテリーを充電可能な充電電力及び充電回数ライト信号を送信し、
前記電力受信装置により、前記バッテリーの充電が終了していない場合、受信した前記充電電力で前記バッテリーを充電し、
前記電力受信装置により、前記バッテリーの充電が終了している場合、前記充電終了信号を送信し、
前記電力受信装置により、前記無線信号から前記充電回数ライト信号が検出された場合に、充電回数に1を加算して記憶し、前記充電回数が予め定められた回数を超えた場合にユーザに知らせ、
前記電力送信装置により、前記電力受信装置から前記充電終了信号を受信した場合、前記通信可能電力と前記質問信号を送信する
ことを特徴とする充電方法。
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