JP5737545B2 - 受電装置、送電装置および電力伝送システム - Google Patents

Description

この発明は、受電装置、送電装置および電力伝送システムに関し、特に電界結合方式に対応する、受電装置、送電装置および電力伝送システムに関する。

電界結合方式で電力を伝送する装置の一例が特許文献１に開示されている。この装置は、互いに近距離に位置するエネルギー生成装置および消費装置で構成される。また、この装置は、非対称発振電気双極子間の相互作用の形でモデル化され、この双極子は、２つの電極間に置かれた高圧高周波発生器または高圧高周波電荷で構成される。これらの双極子は、互いに相互インフルエンスを及ぼす。電気エネルギーおよび／または情報は、ゆるやかに変化する可変状態であらゆる帯電導体の集合を取り囲むクーロン場を利用して遠隔搬送される。

また、磁界結合方式で無線通信を行う電子機器の一例が特許文献２に開示されている。この電子機器は、巻回中心部をコイル開口部とするループ状または渦巻き状のコイル導体と、導体開口部およびこれに通じるスリット部を有した導体層とを備える。コイル導体を平面視したとき、コイル開口部は導体開口部と重なり、導体層の面積はコイル導体の形成領域の面積より大きく、コイル開口部および導体開口部を覆うように磁性体シートが設けられる。これによって、通信相手のアンテナよりも小型化しても安定した通信が可能となる。

特表２００９−５３１００９号公報 特開２０１１−９７６５７号公報

しかし、特許文献１の電力伝送および特許文献２の無線通信を単一の装置で実現しようとすると、送受信アンテナおよび送受電用電極の両方を装置に搭載する必要がある。ここで、装置の大きさに制限があると、電力伝送および無線通信の少なくとも一方について所望の性能を確保できない。また、送受信アンテナおよび送受電用電極を近接して配置すると、一方が他方を干渉し、これによって電力伝送性能または無線通信性能が劣化してしまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、電力伝送性能および無線通信性能の両方を高めることができる、受電装置、送電装置および電力伝送システムを提供することである。

この発明に従う受電装置(30：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、無線通信用の給電コイル(40)、無線ＩＣチップ(43)と給電回路(42)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(42~43)、送電装置(10)と電界結合する第１電極(E21)、送電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、送電装置からの受電時に第１電極と協働して送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E22, E22_1, E22_2)、および電界結合によって第１電極および導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷(46)に供給する供給手段(34~38)を備える。

好ましくは、供給手段は、第１電極および導電体に励起された交流電圧を降圧する降圧手段(34)、および降圧手段によって降圧された交流電圧を整流する整流手段(36)を含む。

好ましくは、無線通信時に第１電極および導電体の少なくとも一方と供給手段との接続を遮断する遮断手段(SW21~SW22, S5~S11)がさらに備えられる。

好ましくは、第１電極の面積は第２電極の面積よりも小さい。

好ましくは、送電装置に面する受電面がさらに備えられ、受電面に対して、導電体は第１電極と同じ距離または第１電極よりも遠い距離に設けられ、給電コイルは導電体よりも遠い距離に設けられる。

好ましくは、導電体は第１電極を囲むように配置される。

好ましくは、給電コイルは平面コイルであり、そのコイル開口が受電面に対して対向するように配置されるとともに、給電コイルの受電面から遠い側の面に設けられた磁性体(MG)がさらに備えられる。

この発明に従う送電装置(10)は、無線通信用の給電コイル(26)、無線ＩＣチップ(23)と給電回路(24)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(23~24)、受電装置(30)と電界結合する第１電極(E11)、受電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、受電装置への送電時に第１電極と協働して受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E12_1, E12_2)、および交流電圧源(18)から出力された交流電圧を第１電極および導電体に供給する供給手段(20)を備える。

この発明に従う電力伝送システム(100)は、電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置(10)、および送電装置から送電された交流電圧を電界結合方式で受電する受電装置(30)を備える電力伝送システムであって、受電装置は、無線通信用の給電コイル(40)、無線ＩＣチップ(43)と給電回路(42)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(42~43)、送電装置(10)と電界結合する第１電極(E21)、送電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、送電装置からの受電時に第１電極と協働して送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E22, E22_1, E22_2)、および電界結合によって第１電極および導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷(46)に供給する供給手段(34~38)を備える。

この発明に従う電力伝送システム(100)は、電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置(10)、および送電装置から送電された交流電圧を電界結合方式で受電する受電装置(30)を備える電力伝送システムであって、送電装置は、無線通信用の給電コイル(26)、無線ＩＣチップ(23)と給電回路(24)とを備え、給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段(23~24)、受電装置(30)と電界結合する第１電極(E11)、受電装置との無線通信時に給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、受電装置への送電時に第１電極と協働して受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体(E12_1, E12_2)、および交流電圧源(18)から出力された交流電圧を第１電極および導電体に供給する供給手段(20)を備える。

この発明によれば、受電時、導電体は電界結合用の第２電極として機能する。送電装置との電界結合は第１電極および導電体によって実現され、第１電極および導電体に励起された交流電圧に基づく電力は供給手段によって負荷に供給される。

無線通信時、導電体はブースターアンテナとして機能する。送電装置から受信された高周波信号はブースターアンテナおよび給電コイルを介して近距離無線通信手段に入力され、近距離無線通信手段から出力された高周波信号は給電コイルおよびブースターアンテナを介して送電装置に送信される。

これによって、導電体を電界結合用の電極および無線通信用のアンテナとして共用でき、小型でも電力伝送性能および無線通信性能の両方を高めることができる。

この発明によれば、送電時、導電体は電界結合用の第２電極として機能する。受電装置との電界結合は第１電極および導電体によって実現され、交流電圧源から出力された交流電圧は、供給手段によって第１電極および導電体に供給される。

無線通信時、導電体はブースターアンテナとして機能する。近距離無線通信手段から出力された高周波信号は給電コイルおよびブースターアンテナを介して受電装置に送信され、受電装置から受信された高周波信号はブースターアンテナおよび給電コイルを介して近距離無線通信手段に入力される。

これによって、導電体を電界結合用の電極および無線通信用のアンテナとして共用でき、小型でも電力伝送性能および無線通信性能の両方を高めることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１に示す受電装置に設けられたＣＰＵの動作の一部を示すフロー図である。 図１に示す受電装置の外観の一例を示す斜視図である。 図３に示す受電装置のＡ−Ａ断面図である。 （Ａ）は図３に示す受電装置に設けられたアクティブ電極，パッシブ電極，アンテナコイルおよび磁性体シートの積層構造の一例を示す図解図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す積層構造のＢ−Ｂ断面図である。 他の実施例の電力伝送システムに適用される受電装置の構成を示すブロック図である。 図６に示す受電装置の外観の一例を示す斜視図である。 図７に示す受電装置のＣ−Ｃ断面図である。 図７に示す受電装置に設けられたアクティブ電極，パッシブ電極およびアンテナコイルの位置関係を示す図解図である。 その他の実施例の電力伝送システムに適用される受電装置の外観の一例を示す分解斜視図である。 図１０に示す受電装置のＤ−Ｄ断面図である。 図１０に示す受電装置に設けられたアクティブ電極，パッシブ電極およびアンテナコイルの位置関係を示す図解図である。 さらにその他の実施例の電力伝送システムに適用される受電装置の外観の一例を示す斜視図である。 （Ａ）は図１３に示す受電装置のＥ−Ｅ断面図であり、（Ｂ）は図１３に示す受電装置の長側面図である。 他の実施例の電力伝送システムの構成を示すブロック図である。 図１５に示す送電装置に設けられたＣＰＵの動作の一部を示すフロー図である。 図１５に示す送電装置の外観の一例を示す斜視図である。 図１７に示す送電装置のＦ−Ｆ断面図である。

図１を参照して、この実施例の電力伝送システム１００は、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの高周波電圧を電界結合方式で送電する送電装置１０と、送電装置１０から送電された高周波電圧を電界結合方式で受電する受電装置３０とを備える。また、送電装置１０および受電装置３０は、１３．５６ＭＨｚの高周波信号を通信する無線通信機能を有する。

送電装置１０において、送電すべき高周波電圧は送電回路１４によって生成され、高周波信号はＣＰＵ２２の制御の下でＲＦ−ＩＣ２３およびＲＦ回路（給電回路）２４によって入出力される。なお、ＲＦ−ＩＣ２３は直流電源１２ｂによって駆動される。また、受電装置３０において、受電された高周波電圧は受電回路３２によって直流電圧に変換され、高周波信号はＣＰＵ４４の制御の下でＲＦ−ＩＣ４３およびＲＦ回路（給電回路）４２によって入出力される。

送電回路１４に設けられた制御回路１６は、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有するＰＷＭ信号を駆動回路１８に与える。駆動回路１８は、直流電源１２ａから供給された直流電圧を制御回路１６から与えられたＰＷＭ信号に従って高周波電圧に変換する。変換された高周波電圧の周波数はＰＷＭ信号の周波数と一致し、変換された高周波電圧のレベルはＰＷＭ信号のデューティ比に依存する。

変換された高周波電圧は、昇圧トランス２０を形成する一次巻線Ｌ１に印加される。昇圧トランス２０を形成する二次巻線Ｌ２には、変圧比に応じて異なる電圧まで昇圧された高周波電圧が励起される。二次巻線Ｌ２の一方端および他方端は、電界結合用のアクティブ電極（小型電極）Ｅ１１およびパッシブ電極（大型電極）Ｅ１２と接続される。したがって、昇圧トランス２０によって昇圧された高周波電圧は、アクティブ電極Ｅ１１およびパッシブ電極Ｅ１２に印加される。

受電装置３０には、電界結合用のアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２が設けられる。アクティブ電極Ｅ２１は受電回路３２に設けられたスイッチＳＷ２１を介して一次巻線Ｌ３の一方端と接続され、パッシブ電極Ｅ２２は受電回路３２に設けられたスイッチＳＷ２２を介して一次巻線Ｌ３の他方端と接続される。

一次巻線Ｌ３は、二次巻線Ｌ４とともに降圧トランス３４を形成する。また、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２は、無線通信時を除く時期にＣＰＵ４４によってオンされる。したがって、送電装置１０に設けられたアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２との電界結合によってアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２に高周波電圧が励起されると、降圧トランス３４の降圧比に応じたレベルを示す高周波電圧が二次コイルＬ４にも励起される。

整流平滑回路３６は、二次コイルＬ４に励起された高周波電圧に整流平滑を施す。ＤＣ−ＤＣコンバータ３８は、これによって生成された直流電圧のレベルを調整し、調整後のレベルを有する直流電圧をモバイル装置４６に供給する。

送電装置１０に設けられたＲＦ−ＩＣ２３は、受電装置３０と無線通信を行うとき、ベースバンド信号をＲＦ回路２４に与える。ＲＦ回路２４は与えられたベースバンド信号を高周波信号に変調し、変調された高周波信号を大型のアンテナコイル（給電コイル）２６を通して送信する。一方、受電装置３０に設けられたＣＰＵ４４は、送電装置１０と無線通信を行うとき、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２をオフする。これによって、パッシブ電極Ｅ２２は小型のアンテナコイル（給電コイル）４０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。

送電装置１０から送信された高周波信号は、パッシブ電極Ｅ２２およびアンテナコイル４０を介してＲＦ回路４２に入力される。ＲＦ回路４２は入力された高周波信号をベースバンド信号に復調し、復調されたベースバンド信号をＲＦ−ＩＣ４３に与える。

ＲＦ−ＩＣ４３から出力されたベースバンド信号はＲＦ回路４２によって高周波信号に変調され、変調された高周波信号はアンテナコイル４０およびパッシブ電極Ｅ２２を介して送信される。送信された高周波信号は、送電回路１０のアンテナコイル２６を介してＲＦ回路２４に入力され、ベースバンド信号に復調される。復調されたバースバンド信号は、ＲＦ−ＩＣ２３に与えられる。

スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２のオン／オフ制御に関連して、ＣＰＵ４４は、図２に示すフロー図に従う処理を実行する。まずステップＳ１でスイッチＳＷ２１をオンし、ステップＳ３でスイッチＳＷ２２をオンする。ステップＳ５では無線通信が開始されたか否かを繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ７でスイッチＳＷ２１をオフし、ステップＳ９でスイッチＳＷ２２をオフする。ステップＳ１１では無線通信が終了されたか否かを繰り返し判別し、判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ１に戻る。

ここで、ステップＳ１とステップＳ３は逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。ステップＳ７とステップＳ９も逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。

図３および図４を参照して、受電装置３０は、一方主面および他方主面の各々が長方形をなす板状ないし直方体状の筐体ＲＨＳを有する。筐体ＲＨＳには、バッテリＢＴが収められ、さらに受電回路３２，ＲＦ回路４２，ＲＦ−ＩＣ４３およびＣＰＵ４４が実装された受電モジュールＲＭＤが収められる。なお、筐体ＲＨＳの一方主面が上面に相当し、筐体ＲＨＳの他方主面が下面に相当する。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）をさらに参照して、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２はいずれも板状に形成される。また、アクティブ電極Ｅ２１の厚みは、パッシブ電極Ｅ２２の厚みと一致する。ただし、アクティブ電極Ｅ２１の主面の面積とパッシブ電極Ｅ２２の主面の面積とを比較すると、パッシブ電極Ｅ２２の主面の面積がアクティブ電極Ｅ２１の主面の面積よりも格段に大きい。また、パッシブ電極Ｅ２２の主面の中心には、アクティブ電極Ｅ２１の主面よりも広い矩形の開口ＯＰが形成される。パッシブ電極Ｅ２２にはさらに、開口ＯＰからパッシブ電極Ｅ２２の外縁に達する帯状の切り欠きＣＴが形成される。

アクティブ電極Ｅ２１の一方主面の向きはパッシブ電極Ｅ２２の一方主面の向きと一致し、アクティブ電極Ｅ２１の他方主面の向きはパッシブ電極Ｅ２２の他方主面の向きと一致する。ここで、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２の各々の一方主面が上面に相当し、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２の各々の他方主面が下面に相当する。上方から眺めたとき、アクティブ電極Ｅ２１は、その主面をなす長辺が開口ＯＰの主面をなす長辺と平行に延びる姿勢で、開口ＯＰの内側に収められる。

アンテナコイル４０は、開口ＯＰの中心を上下方向に延びる軸を中心として螺旋を描くように形成される。螺旋は開口ＯＰの外側に描かれ、螺旋を上方から眺めたときに現れる開口は開口ＯＰよりも広くなる。

このようなサイズないし形状を有するアクティブ電極Ｅ２１，パッシブ電極Ｅ２２およびアンテナコイル４０は、樹脂製の透明シートＲＳの一方主面（＝上面）および内部に形成される。具体的には、アクティブ電極Ｅ２１は透明シートＲＳの一方主面に形成され、パッシブ電極Ｅ２２およびアンテナコイル４０は透明シートＲＳの内部に形成される。透明シートの厚み方向（＝上下方向）において、アンテナコイル４０は、パッシブ電極Ｅ２２よりも下側に形成される。つまり、パッシブ電極Ｅ２２は、アクティブ電極Ｅ２１よりも低い位置に設けられ、アンテナコイル４０はパッシブ電極Ｅ２２よりも低い位置に設けられる。なお、パッシブ電極Ｅ２２はアクティブ電極Ｅ２１と同じ高さ位置に設けるようにしてもよい。

磁性体シートＭＧは、その一方主面（＝上面）が透明シートＲＳの他方主面（＝下面）に当接するように、透明シートＲＳに貼着される。磁性体シートＭＧの主面の面積は、パッシブ電極Ｅ２２の主面の面積よりも小さいものの、開口ＯＰの面積よりも大きい。したがって、下方から眺めたとき、アンテナコイル４０は、磁性体シートＭＧによって覆われる。図３および図４に戻って、透明シートＲＳおよび磁性体シートＭＧは、透明シートＲＳの一方主面が筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に当接するように筐体ＲＨＳに収められる。

以上の説明から分かるように、電界結合用のパッシブ電極Ｅ２２は、無線通信時にスイッチＳＷ２２のオフによって開放され、アンテナコイル４０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。これによって、小型でも高い無線通信性能が確保される。

なお、この実施例では、アクティブ電極Ｅ２１と一次コイルＬ３の一方端との間にスイッチＳＷ２１を設け、パッシブ電極Ｅ２２と一次コイルＬ３の他方端との間にスイッチＳＷ２２を設けるようにしているが、スイッチＳＷ２１を省略してアクティブ電極Ｅ２１と一次コイルＬ３の一方端とを直接的に接続するようにしてもよい。また、スイッチＳＷ２２を省略してパッシブ電極Ｅ２２と一次コイルＬ３の他方端とを直接的に接続してもよい。さらに、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２の両方を省略してもよい。

図６を参照して、他の実施例の電力伝送システム１００は、受電装置３０の構成の一部が図１に示す受電装置３０と相違する点を除き、図１〜図５実施例と同様であるため、同様の構成に関する重複した説明は省略する。

図６によれば、パッシブ電極Ｅ２２の代わりにパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２が設けられ、スイッチＳＷ２２はパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２に共通的に接続される。図７〜図９を参照して、アクティブ電極Ｅ２１は、筐体ＲＨＳの一方主面の中央に設けられる。これに対して、パッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２は、筐体ＲＨＳの一方主面をなす長方形の長辺に沿う方向においてアクティブ電極Ｅ２１を挟むように、筐体ＲＨＳの一方主面に設けられる。ここで、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２＿１〜Ｅ２２＿２は、これらの一方主面が筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に貼着された状態で筐体ＲＨＳに収められる。

アンテナコイル４０は、磁性体シートＭＧの主面の中心を軸として螺旋を描くように、磁性体シートＭＧの一方主面（＝上面）に形成される。アンテナコイル４０および磁性体シートＭＧは、磁性体シートＭＧの一方主面の向きが筐体ＲＨＳの一方主面の向きと一致し、かつ上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿２と重複するように筐体ＲＨＳに収められる。パッシブ電極Ｅ２２＿２の一方主面は筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に貼着されるため、アンテナコイル４０はパッシブ電極Ｅ２２＿２よりも低い位置に配置される。

この実施例においても、電界結合用のパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２は、無線通信時にスイッチＳＷ２２のオフによって開放される。また、パッシブ電極Ｅ２２＿２は、無線通信時にアンテナコイル４０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。これによって、小型でも高い無線通信性能が確保される。

なお、図６〜図９実施例では、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２＿１〜Ｅ２２＿２を筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に貼着し、受電回路３２，ＲＦ回路４２およびＣＰＵ４４が実装された受電モジュールＲＭＤと磁性体シートＭＧ上に形成されたアンテナコイル４０とを筐体ＲＨＳに収めるようにしている。

しかし、図１０〜図１１に示すように、アクティブ電極Ｅ２１，パッシブ電極Ｅ２２＿１〜Ｅ２２＿２，アンテナコイル４０および磁性体シートＭＧが形成された樹脂製の電極シートＲＳを作製するとともに、受電回路３２，ＲＦ回路４２およびＲＦ−ＩＣ４３が実装された外付けの受電モジュールユニットＲＭＤＵを作製し、電極シートＲＳを筐体ＲＨＳの一方主面に貼着するとともに、受電モジュールユニットＲＭＤＵを筐体ＲＨＳに着脱自在に装着するようにしてもよい。

さらに、図６〜図９実施例では、筐体ＲＨＳの上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿２と重複するように、アンテナコイル４０を筐体ＲＨＳに収めるようにしている。しかし、筐体ＲＨＳの上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２の両方と重複するように、アンテナコイル４０を筐体ＲＨＳに収めるようにしてもよい。また、さらにアンテナコイル４０の一部がアクティブ電極Ｅ２１と重複するようにしてもよい。この場合、アンテナコイル４０は図１２に示す態様で形成ないし配置される。

また、図６〜図９実施例では、アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２＿１〜Ｅ２２＿２は筐体ＲＨＳの一方主面の裏側に設けるようにしている。しかし、図１３に示すように、筐体ＲＨＳの一方長側面の中央にアクティブ電極Ｅ２１を設け、筐体ＲＨＳの他方主面から一方長側面および他方長側面に及ぶ位置にパッシブ電極Ｅ２２＿１を設け、筐体ＲＨＳの一方主面から一方長側面および他方長側面に及ぶ位置にパッシブ電極Ｅ２２＿２を設けるようにしてもよい。このとき、アンテナコイル４０は、磁性体ＭＢに巻回されかつ巻回軸が筐体ＲＨＳの長側面と直交するように受電モジュールＲＭＤに実装される。また、筐体ＲＨＳの一方長側面の上方から眺めてアンテナコイル４０の一部がパッシブ電極Ｅ２２＿１およびＥ２２＿２の両方と重複される（図１４（Ａ）〜図１４（Ｂ）参照）。

図１５を参照して、その他の実施例の電力伝送システム１００は、図１に示す電力伝送システム１００と共通する構成を含むため、共通する構成については共通の参照番号を割り当てる。なお、この実施例では、アンテナコイル４０の方がアンテナコイル２６よりも大きい。

送電装置１０は、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの高周波電圧を電界結合方式で送電する送電装置１０と、送電装置１０から送電された高周波電圧を電界結合方式で受電する受電装置３０とを備える。また、送電装置１０および受電装置３０は、１３．５６ＭＨｚの高周波信号を通信する無線通信機能を有する。

送電装置１０においても、送電すべき高周波電圧は送電回路１４によって生成され、高周波信号はＣＰＵ２２の制御の下でＲＦ−ＩＣ２３およびＲＦ回路２４によって入出力される。また、受電装置３０において、受電された高周波電圧は受電回路３２によって直流電圧に変換され、高周波信号はＣＰＵ４４の制御の下でＲＦ−ＩＣ４３およびＲＦ回路４２によって入出力される。

送電回路１４に設けられた制御回路１６は、１００ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数を有するＰＷＭ信号を駆動回路１８に与える。駆動回路１８は、直流電源１２から供給された直流電圧を制御回路１６から与えられたＰＷＭ信号に従って高周波電圧に変換する。変換された高周波電圧の周波数はＰＷＭ信号の周波数と一致し、変換された高周波電圧のレベルはＰＷＭ信号のデューティ比に依存する。

変換された高周波電圧は、昇圧トランス２０を形成する一次巻線Ｌ１に印加される。昇圧トランス２０を形成する二次巻線Ｌ２には、変圧比に応じて異なる電圧まで昇圧された高周波電圧が励起される。二次巻線Ｌ２の一方端はスイッチＳＷ１１を介して電界結合用のアクティブ電極（小型電極）Ｅ１１と接続され、二次巻線Ｌ２の他方端はスイッチＳＷ１２を介してパッシブ電極（大型電極）Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２と接続される。

スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２は、無線通信時を除く時期にＣＰＵ２２によってオンされる。したがって、送電のために昇圧トランス２０によって昇圧された高周波電圧は、スイッチＳＷ１１を介してアクティブ電極Ｅ１１に印加されるとともに、スイッチＳＷ１２を介してパッシブ電極Ｅ１２＿１〜Ｅ１２＿２に印加される。

受電装置３０には、電界結合用のアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２が設けられる。アクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２はそれぞれ、二次巻線Ｌ４とともに降圧トランス３４を形成する一次巻線Ｌ３の一方端および他方端と接続される。

したがって、送電装置１０に設けられたアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２との電界結合によってアクティブ電極Ｅ２１およびパッシブ電極Ｅ２２に高周波電圧が励起されると、降圧トランス３４の降圧比に応じたレベルを示す高周波電圧が二次コイルＬ４にも励起される。

整流平滑回路３６は、二次コイルＬ４に励起された高周波電圧に整流平滑を施す。ＤＣ−ＤＣコンバータ３８は、これによって生成された直流電圧のレベルを調整し、調整後のレベルを有する直流電圧をモバイル装置４６に供給する。

送電装置１０に設けられたＣＰＵ２２は、受電装置３０と無線通信を行うとき、スイッチＳＷ１およびＳＷ２をオフする。これによって、パッシブ電極Ｅ１２＿２はアンテナコイル２６と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。

ＲＦ−ＩＣ２３は、受電装置３０と無線通信を行うために、ベースバンド信号をＲＦ回路２４に与える。ＲＦ回路２４は与えられたベースバンド信号を高周波信号に変調し、変調された高周波信号をアンテナコイル２６およびパッシブ電極Ｅ１２＿２を通して送信する。

送信された高周波信号は、受電装置３０に設けられたアンテナコイル４０を介してＲＦ回路４２に入力される。ＲＦ回路４２は入力された高周波信号をベースバンド信号に復調し、復調されたベースバンド信号をＲＦ−ＩＣ４３に与える。ＲＦ−ＩＣ４３から出力されたベースバンド信号はＲＦ回路４２によって高周波信号に変調され、変調された高周波信号はアンテナコイル４０を介して送信される。送信された高周波信号は、送電装置１０のアンテナコイル２６を介してＲＦ回路２４に入力され、ベースバンド信号に復調される。復調されたバースバンド信号は、ＲＦ−ＩＣ２３に与えられる。

スイッチＳＷ１１およびＳＷ１２のオン／オフ制御に関連して、ＣＰＵ２２は、図１６に示すフロー図に従う処理を実行する。まずステップＳ２１でスイッチＳＷ１１をオンし、ステップＳ２３でスイッチＳＷ１２をオンする。ステップＳ２５では無線通信が開始されたか否かを繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ２７でスイッチＳＷ１１をオフし、ステップＳ２９でスイッチＳＷ１２をオフする。ステップＳ３１では無線通信が終了されたか否かを繰り返し判別し、判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されるとステップＳ２１に戻る。

ここで、ステップＳ２１とステップＳ２３は逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。ステップＳ２７とステップＳ２９も逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。

図１７および図１８を参照して、送電装置１０は、一方主面および他方主面の各々が長方形をなす板状ないし直方体状の筐体ＴＨＳを有する。筐体ＴＨＳには、送電回路１４，ＣＰＵ２２，ＲＦ−ＩＣ２３およびＲＦ回路２４が実装された送電モジュールユニットＴＭＤＵが着脱自在に装着される。なお、筐体ＴＨＳの一方主面が上面に相当し、筐体ＲＨＳの他方主面が下面に相当する。

アクティブ電極Ｅ１１およびパッシブ電極Ｅ１２＿１〜Ｅ１２＿２はいずれも、共通の厚みを有して板状に形成される。ただし、パッシブ電極Ｅ１２＿１の主面の面積およびパッシブ電極Ｅ１２＿２の主面の面積は互いに共通するものの、アクティブ電極Ｅ１１の主面の面積はパッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２の各々の主面の面積よりも格段に小さい。

アクティブ電極Ｅ１１は、筐体ＴＨＳの一方主面の中央に設けられる。これに対して、パッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２は、筐体ＲＨＳの一方主面をなす長方形の長辺に沿う方向においてアクティブ電極Ｅ１１を挟むように、筐体ＴＨＳの一方主面に設けられる。筐体ＴＨＳの厚み方向（＝上下方向）においては、アクティブ電極Ｅ１１およびパッシブ電極Ｅ１２＿１〜Ｅ１２＿２は互いに同じ高さに配置される。

アンテナコイル２６は、磁性体シートＭＧの主面の中心を軸として螺旋を描くように、磁性体シートＭＧの一方主面（＝上面）に形成される。アンテナコイル２６および磁性体シートＭＧは、磁性体シートＭＧの一方主面の向きが筐体ＴＨＳの一方主面の向きと一致し、かつ上方から眺めてアンテナコイル２６の一部がパッシブ電極Ｅ１２＿２と重複するように筐体ＴＨＳに収められる。また、アンテナコイル２２はパッシブ電極Ｅ１２＿２よりも低い位置に配置される。

以上の説明から分かるように、電界結合用のパッシブ電極Ｅ１２＿２は、無線通信時にスイッチＳＷ１２のオフによって開放され、アンテナコイル２０と磁界結合するブースターアンテナとして機能する。これによって、送電装置１０を小型化しても高い無線通信性能が確保される。

なお、この実施例では、アクティブ電極Ｅ１１と二次コイルＬ２の一方端との間にスイッチＳＷ１１を設け、パッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２の各々と二次コイルＬ２の他方端との間にスイッチＳＷ１２を設けるようにしているが、スイッチＳＷ１１を省略してアクティブ電極Ｅ１１と二次コイルＬ２の一方端とを直接的に接続するようにしてもよい。また、スイッチＳＷ１２を省略してパッシブ電極Ｅ１２＿１およびＥ１２＿２と二次コイルＬ２の他方端とを直接的に接続してもよい。さらに、スイッチＳＷ２１およびＳＷ２２の両方を省略してもよい。

１０ …送電装置
１６ …制御回路
２０ …昇圧トランス
２４，４２ …ＲＦ回路
２６，４０ …アンテナコイル
３０ …受電装置
３６ …降圧トランス
４４ …ＣＰＵ
１００ …電力伝送システム

Claims (10)

1. 無線通信用の給電コイル、
   無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
   送電装置と電界結合する第１電極、
   前記送電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記送電装置からの受電時に前記第１電極と協働して前記送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
   電界結合によって前記第１電極および前記導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷に供給する供給手段を備える、受電装置。
2. 前記供給手段は、前記第１電極および前記導電体に励起された交流電圧を降圧する降圧手段、および前記降圧手段によって降圧された交流電圧を整流する整流手段を含む、請求項１記載の受電装置。
3. 無線通信時に前記第１電極および前記導電体の少なくとも一方と前記供給手段との接続を遮断する遮断手段をさらに備える、請求項１または２記載の受電装置。
4. 前記第１電極の面積は前記第２電極の面積よりも小さい、請求項１ないし３のいずれかに記載の受電装置。
5. 前記送電装置に面する受電面をさらに備え、
   前記受電面に対して、前記導電体は前記第１電極と同じ距離または前記第１電極よりも遠い距離に設けられ、前記給電コイルは前記導電体よりも遠い距離に設けられる、請求項１ないし４のいずれかに記載の受電装置。
6. 前記給電コイルは平面コイルであり、そのコイル開口が前記受電面に対して対向するように配置されるとともに、前記給電コイルの前記受電面から遠い側の面に設けられた磁性体をさらに備える、請求項５記載の受電装置。
7. 前記導電体は前記第１電極を囲むように配置される、請求項１ないし６のいずれかに記載の受電装置。
8. 無線通信用の給電コイル、
   無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
   受電装置と電界結合する第１電極、
   前記受電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記受電装置への送電時に前記第１電極と協働して前記受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
   交流電圧源から出力された交流電圧を前記第１電極および前記導電体に供給する供給手段を備える、送電装置。
9. 電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置、および前記送電装置から送電された交流電圧を前記電界結合方式で受電する受電装置を備える電力伝送システムであって、
   前記受電装置は、
   無線通信用の給電コイル、
   無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
   前記送電装置と電界結合する第１電極、
   前記送電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記送電装置からの受電時に前記第１電極と協働して前記送電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
   電界結合によって前記第１電極および前記導電体に励起された交流電圧に基づく電力を負荷に供給する供給手段を備える、電力伝送システム。
10. 電界結合方式で交流電圧を送電する送電装置、および前記送電装置から送電された交流電圧を前記電界結合方式で受電する受電装置を備える電力伝送システムであって、
    前記送電装置は、
    無線通信用の給電コイル、
    無線ＩＣチップと給電回路とを備え、前記給電コイルを介して高周波信号の送受信を行う近距離無線通信手段、
    前記受電装置と電界結合する第１電極、
    前記受電装置との無線通信時に前記給電コイルと磁界結合するブースターアンテナとして機能し、前記受電装置への送電時に前記第１電極と協働して前記受電装置と電界結合する第２電極として機能する導電体、および
    交流電圧源から出力された交流電圧を前記第１電極および前記導電体に供給する供給手段を備える、電力伝送システム。

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